Anàlisi del procés de producció de fibra de quars i paràmetres estàndard
En l'onada de potència de càlcul d'IA, comunicacions d'alta-velocitat i PCB-de gamma alta, la fibra de quars s'ha mogut de darrere de les escenes a l'avantguarda. Com a matèria primera bàsica per a fibra de SiO₂ d'ultra-puresa i tela Q{-, un material-de nivell superior per a teixits electrònics, s'ha convertit en un suport clau per als mòduls òptics 1.6T de NVIDIA GB200, i la comunicació 6G a causa de les seves propietats dielèctriques superiors, estabilitat ultra-, expansió tèrmica i baixa temperatura. En aquest article s'explica l'essència dels productes de fibra de quars des de tres aspectes: processos de fabricació de grau industrial-, característiques bàsiques del material i paràmetres tècnics estàndard.
I. Procés de fabricació industrial de fibra de quars
La producció de fibra de quars té uns requisits extremadament elevats. El mètode de dibuix de varetes és el mètode industrial principal a nivell mundial (i també l'utilitzen la majoria de les empreses nacionals), amb un estricte control sobre la puresa, la temperatura i el diàmetre durant tot el procés.
1. Selecció i pretractament de matèries primeres
- Matèries primeres: sorra de quars de cristall natural/alta-puresa, SiO₂ superior o igual al 99,95%~99,998%, metalls alcalins (Na/K/Li) <10 ppm, zero bombolles, zero impureses.
- Pretractament: Trituració → Rentat àcid → Rentat amb aigua d'alta-puresa → Assecat, eliminant a fons les impureses minerals i els ions metàl·lics.
2. Preparació de la vareta mestra de quars (procés pre-nucli)
- Les matèries primeres s'introdueixen a un forn de resistència a la pressió de buit i es fonen a 2000 ~ 2300 graus per eliminar les bombolles i homogeneïtzar la composició.
- Estirat contínuament en varetes de quars de φ1,8 ~ 2,5 mm, que serveix de material principal per al tret de fibres, en un procés-sense pols i contaminació-.
3. Fusió a -alta temperatura i estirat de fibres (procés central)
- Les barres de quars s'alimenten a un forn de calefacció elèctrica/de flama d'oxihidrogen i es fonen i es suavitzen a 2230 ~ 2600 graus .
- L'"arrel de fibra" inferior es fon i es dibuixa a gran velocitat en monofilaments amb un diàmetre de 5 ~ 9 μm (7 μm s'utilitza habitualment per a la qualitat electrònica, tolerància ± 0,5 μm).
- Recobriment en línia amb un agent d'encolat especial (tipus midó/epoxi) per protegir les fibres, evitar la pelusa i adaptar-se per al teixit posterior.
- Assecat-infraroig llunyà → enrotllament en bobines, amb un control precís de la densitat lineal (Tex).
4. Processament posterior (fil/tela/feltre)
- Retorçament i torsió de fils en brut: producció de fils electrònics estàndard com ara 4.9Tex i 9.8Tex.
- Teixidura de teixits: telers de pinça d'alta-precisió per teixir teixit electrònic de quars, també conegut a la indústria com a teixit Q-(especificacions estàndard com ara 1080/2116/7628).
- Processament profund: es pot tallar, enfeltrer i modificar la superfície, adequat per a laminats-revestits de coure i materials compostos.
II. Cinc característiques principals de la fibra de quars
1. Puresa ultra-alta
- SiO₂ Superior o igual al 99,95%, fins al 99,998%, impureses totals < 50 ppm.
- Lliure de bor, alumini, calci i altres ions metàl·lics, aconseguint una baixa constant dielèctrica, baixes pèrdues i un alt aïllament de la font.
2. Rendiment dielèctric excepcional
- Constant dielèctrica (Dk) ≈ 2,2~2,3 (10GHz), només 1/3 de la fibra de vidre E- (≈6,0).
- Pèrdua dielèctrica (Df) ≈ 0,0001~0,0002, la pèrdua de senyal és gairebé zero.
- Estabilitat de banda ampla (1MHz~100GHz), compatible amb 1.6T/800G, servidors AI i 6G.
3. Ultra-temperatura i estabilitat tèrmica
- Temperatura de funcionament-a llarg termini fins a 1050 graus, resistència a la temperatura instantània fins a 1700 graus (punt de suavització).
- CTE ≈ 0,54 ppm/grau (aproximació a l'expansió tèrmica zero), compatible amb xips de silici, la PCB no es deforma.
- Retenció de força superior o igual al 80% a 1.000 graus , resistent al xoc tèrmic i als canvis bruscos de temperatura sense trencar-se.
4. Alta resistència i alt mòdul
- Resistència a la tracció 1500~2000MPa, mòdul 70~90GPa, alta resistència i lleuger.
- Resistent als àcids forts, àlcalis forts i dissolvents orgànics; no es descompon a altes temperatures i no produeix cap volàtil.
5. Alta Transmissió i Aïllament
- Transmissió d'ona de radar/microones Superior o igual al 99%, adequat per a radomes i compartiments de radar.
- Resistivitat de volum 10¹⁶~10¹⁸Ω·cm, excel·lent aïllament d'alta-temperatura.
III. Paràmetres tècnics estàndard de la fibra de quars de grau electrònic
1. Composició bàsica i paràmetres físics
- Contingut de SiO₂: 99,95% ~ 99,998%
- Densitat: 2,20 g/cm³
- Diàmetre de filament únic: 5/7/9 μm (7 μm és el corrent principal per a la qualitat electrònica)
- Densitat lineal: 4,9 Tex, 9,8 Tex, 13,1 Tex
2. Paràmetres tèrmics
- Temperatura de funcionament-a llarg termini: 1050 graus
- Punt de suavització: 1700 graus
- Coeficient d'expansió tèrmica (CTE): 0,54 × 10⁻⁶/grau
- Conductivitat tèrmica: 0,03 ~ 0,05 W/m·K (aïllament tèrmic d'alta-eficiència)
3. Paràmetres elèctrics (10 GHz)
- Constant dielèctrica Dk: 2,2~2,3
- Pèrdua dielèctrica Df: inferior o igual a 0,0002
- Resistivitat del volum: superior o igual a 10¹⁶ Ω·cm (temperatura ambient)
4. Paràmetres mecànics
- Resistència a la tracció: superior o igual a 1800 MPa
- Mòdul elàstic: superior o igual a 70 GPa
- Elongació a la ruptura: 3% ~ 5%
La fibra de quars és la culminació de materials d'alta -puresa, processos extrems i control precís: des de control de puresa de ppm-nivell de ppm, tret d'alta-temperatura de 2600 graus, tolerància de diàmetre de nivell de micres-, fins a un baix-dielèctric- sistema de barrera estable, cada pas representa un sistema de barrera alta. No només és l'actualització definitiva de la fibra de vidre E-, sinó també un material essencial per a servidors d'IA, PCB d'alta-velocitat i 6G, convertint-se en una pedra angular invisible de l'electrònica-de gamma alta i de la fabricació avançada.
