Πώς να υπολογίσετε την καθαρότητα του διοξειδίου του πυριτίου (SiO₂) των υλικών χαλαζία

Για να ξεκινήσετε, θα χρειαστείτε μια έκθεση GDMS (φασματομετρία μάζας πυράκτωσης). Αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μια προκαταρκτική εκτίμηση της θεωρητικής καθαρότητας του διοξειδίου του πυριτίου (SiO₂). Ωστόσο, πρέπει να σημειωθούν οι ακόλουθοι βασικοί περιορισμοί και μέθοδοι υπολογισμού:

---

Έκθεση GDMS

1. Παράδειγμα μεθόδου για την εκτίμηση της καθαρότητας του SiO₂

(1) Μέθοδος άμεσου υπολογισμού (Μέθοδος αφαίρεσης κύριου συστατικού)

Υπόθεση:
Το κύριο συστατικό του σωλήνα χαλαζία είναι το SiO₂ και όλα τα άλλα στοιχεία θεωρούνται προσμίξεις.

Τύπος:
SiO₂ καθαρότητα ≈ 100% - Σ (περιεκτικότητα όλων των στοιχείων πρόσμιξης)

Βήματα υπολογισμού:

1. Απόσπασμα από την έκθεση της περιεκτικότητας όλων των στοιχείων πρόσμιξης εκτός του οξυγόνου και του πυριτίου (σε ppm κατά βάρος).
2. Προσθέστε τα περιεχόμενα προσμείξεων για να λάβετε το συνολικό περιεχόμενο προσμείξεων.
3. Αφαιρέστε το συνολικό ποσοστό προσμείξεων (ppm ÷ 10.000) από το 100%.

---

(2) Πραγματικός υπολογισμός (με βάση τα δεδομένα της έκθεσης)

Προσδιορίστε τη συνολική ποσότητα των ανιχνευμένων προσμείξεων (μονάδα: ppm):

Li (0,16) + B (1,1) + Na (0,29) + Mg (0,05) + Al (11) + Ti (3,4) + K (0,58) + άλλα ανώτερα όρια (π.χ. Fe <0,5, Cr <0,5...)

≈ 0,16 + 1,1 + 0,29 + 0,05 + 11 + 3,4 + 0,58 + 0,5 (Fe) + 0,5 (Cr) + 0,05 (Ni) + 0,1 (Cu) + 1 (Ca)

≈ 18,73 ppm (συντηρητική εκτίμηση, υπολογίζεται με βάση τα ανώτερα όρια)

SiO₂ Καθαρότητα:
100% - (18,73 ÷ 10,000) = 99.8127%

---

(3) Συντελεστές διόρθωσης

• Μη ανιχνεύσιμα στοιχεία: Τα στοιχεία που σημειώνονται ως "-" στην έκθεση (όπως Au, Hg κ.λπ.) μπορεί να βρίσκονται κάτω από το όριο ανίχνευσης του οργάνου, αλλά δεν υπολογίζονται στις συνολικές προσμείξεις.
• Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο δεν έχει ποσοτικοποιηθεί: Η έκθεση χαρακτηρίζει μόνο το οξυγόνο ως "κύριο συστατικό", αλλά στο πραγματικό SiO₂, το οξυγόνο αντιπροσωπεύει 53,2% της σύνθεσής του (απαιτείται διόρθωση της στοιχειομετρικής αναλογίας).

---

2. Συμπέρασμα αξιολόγησης καθαρότητας

• Συντηρητική καθαρότητα: ≥ 99,81% (υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τα ανώτερα όρια των προσμίξεων που ανιχνεύθηκαν με GDMS)
• Η πραγματική καθαρότητα μπορεί να είναι υψηλότερη: Εάν ορισμένα στοιχεία είναι πολύ κάτω από τα ανώτατα όριά τους (π.χ. ο Fe είναι μόνο 0,1 ppm), η καθαρότητα μπορεί να φθάσει σε 99.9%.

---

3. Βασικοί περιορισμοί και προβληματισμοί

(1) Περιορισμοί της μεθόδου GDMS

• Ημιποσοτικά δεδομένα: Για παράδειγμα, Fe <0,5 ppm μπορεί στην πραγματικότητα να είναι 0,1 ppm ή 0,01 ppm, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τον υπολογισμό της καθαρότητας.
• Λείπουν φωτεινά στοιχεία: Το GDMS έχει ασθενή ικανότητα ανίχνευσης ελαφρών στοιχείων όπως ο C και ο H, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε υποεκτίμηση των συνολικών προσμίξεων (π.χ. υδροξύλιο OH- που δεν ανιχνεύεται).

(2) Σύγκριση με τα πρότυπα του κλάδου

Βαθμός υλικού	Τυπική απαίτηση καθαρότητας SiO₂	Καθαρότητα που εκτιμάται από το GDMS	Πληροί το πρότυπο
Βιομηχανικός χαλαζίας	≥99.5%	99.81%	✅ Ναι
Φωτοβολταϊκός χαλαζίας	≥99.9%	Κοντά, αλλά αβέβαιη	⚠ Απαιτείται επαλήθευση ICP-MS
Χαλαζίας ημιαγωγών	≥99.99%	Δεν έχει επιτευχθεί	❌ Όχι

---

4. Συστάσεις εφαρμογής για το υλικό

• Βιομηχανική/γενική χρήση: Η καθαρότητα 99,8% είναι επαρκής και μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα.
• Χρήση φωτοβολταϊκών/ημιαγωγών:
  • Χρησιμοποιήστε ICP-MS για να επιβεβαιώσετε εάν οι κρίσιμες μεταλλικές προσμίξεις (Fe, Na, κ.λπ.) είναι πραγματικά κάτω από 0,1 ppm.
  • Συμπληρώστε με δοκιμή FTIR για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε υδροξύλιο (OH- < 5 ppm).

Περίληψη:
Αυτό το υλικό ανήκει στον υψηλής καθαρότητας βιομηχανικό χαλαζία, αλλά δεν πληροί τις απαιτήσεις για ημιαγωγούς (4N5 ή 5N).

Βάση απόφασης:
Εάν η διεργασία του πελάτη είναι ευαίσθητη στη μόλυνση Fe/Na (π.χ. ηλιακές κυψέλες PERC), θα πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στην επαλήθευση των πραγματικών επιπέδων ακαθαρσιών.