Kā aprēķināt kvarca materiālu silīcija (SiO₂) tīrību

Lai sāktu, jums būs nepieciešams GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometry) ziņojums. To var izmantot, lai provizoriski novērtētu silīcija dioksīda (SiO₂) teorētisko tīrību. Tomēr jāņem vērā šādi galvenie ierobežojumi un aprēķinu metodes:

---

GDMS ziņojums

1. SiO₂ tīrības novērtēšanas metodes piemērs

(1) Tiešā aprēķina metode (galvenā komponenta atskaitīšanas metode)

Pieņēmums:
Kvarca caurules galvenā sastāvdaļa ir SiO₂, un visi pārējie elementi tiek uzskatīti par piemaisījumiem.

Formula:
SiO₂ tīrība ≈ 100% - Σ (visu piemaisījumu elementu saturs)

Aprēķina soļi:

1. Izraksta no ziņojuma visu piemaisījumu elementu, izņemot skābekli un silīciju, saturu (ppm no svara).
2. Saskaitiet piemaisījumu saturu, lai iegūtu kopējo piemaisījumu saturu.
3. No 100% atņem kopējo piemaisījumu procentuālo daudzumu (ppm ÷ 10 000).

---

(2) Faktiskais aprēķins (pamatojoties uz ziņojuma datiem)

Nosakiet kopējo atklāto piemaisījumu daudzumu (mērvienība: ppm):

Li (0,16) + B (1,1) + Na (0,29) + Mg (0,05) + Al (11) + Ti (3,4) + K (0,58) + citas augšējās robežas (piemēram, 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 (konservatīvs novērtējums, aprēķināts, izmantojot augšējās robežas)

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

---

(3) Korekcijas koeficienti

• Neatklāti elementi: Elementi, kas ziņojumā atzīmēti ar "-" (piemēram, Au, Hg u. c.), var būt zem instrumenta noteikšanas robežas, bet tie netiek ieskaitīti kopējos piemaisījumos.
• Skābekļa saturs nav kvantitatīvi noteikts: Ziņojumā skābeklis ir atzīmēts tikai kā "galvenā sastāvdaļa", bet faktiskajā SiO₂ sastāvā skābeklis veido 53,2% (nepieciešama stehiometriskās attiecības korekcija).

---

2. Tīrības novērtējums Secinājums

• Konservatīvā tīrība: ≥ 99,81% (aprēķināts, izmantojot GDMS konstatēto piemaisījumu augšējās robežas)
• Faktiskā tīrība var būt lielāka: Ja daži elementi ir daudz zemāki par to augšējām robežvērtībām (piemēram, Fe ir tikai 0,1 ppm), tīrība var sasniegt 0,1 ppm. 99.9%.

---

3. Galvenie ierobežojumi un apsvērumi

(1) GDMS metodes ierobežojumi

• Daļēji kvantitatīvi dati: Piemēram, Fe <0,5 ppm patiesībā var būt 0,1 ppm vai 0,01 ppm, kas var būtiski ietekmēt tīrības aprēķinu.
• Trūkst gaismas elementu: GDMS ir vāja vieglo elementu, piemēram, C un H, noteikšanas spēja, kas var novest pie tā, ka tiek nepietiekami novērtēti kopējie piemaisījumi (piemēram, hidroksils OH- netiek konstatēts).

(2) Salīdzinājums ar nozares standartiem

Materiālu klase	Tipiska SiO₂ tīrības prasība	Tīrība, kas novērtēta pēc GDMS	Atbilst standartam
Rūpnieciskās kvalitātes kvarcs	≥99.5%	99.81%	✅ Jā
Fotovoltaikas klases kvarcs	≥99.9%	Tuvu, bet neskaidrs	⚠ Nepieciešama ICP-MS pārbaude
Pusvadītāju kvalitātes kvarcs	≥99.99%	Nav sasniegts	❌ Nē

---

4. Materiāla lietošanas ieteikumi

• Rūpnieciska/ vispārēja izmantošana: Tīrība 99,8% ir pietiekama, un to var izmantot tieši.
• Fotogalvanisko elementu/pusvadītāju izmantošana:
  • Izmantojiet ICP-MS, lai pārliecinātos, vai kritiskie metāliskie piemaisījumi (Fe, Na u. c.) patiešām ir zem 0,1 ppm.
  • Papildināt ar FTIR testēšanu, lai noteiktu hidroksila saturu (OH- < 5 ppm).

Kopsavilkums:
Šis materiāls pieder pie augstas tīrības pakāpes rūpnieciskās kvalitātes kvarca, bet neatbilst pusvadītāju kvalitātes prasībām (4N5 vai 5N).

Lēmuma pamatojums:
Ja klienta process ir jutīgs pret Fe/Na piesārņojumu (piemēram, PERC saules baterijas), prioritāte jāpiešķir faktisko piemaisījumu līmeņu pārbaudei.