Kvartsglass

Kvartsglass , også referert til som kiselglass , er et glass som, i motsetning til konvensjonelle glass, ikke inneholder noen tilsetninger av natriumkarbonat eller kalsiumoksid . H. består av rent silisiumdioksid (SiO ₂ ). Industrielt produsert kvartsglass har forskjellige konsentrasjoner av urenheter, avhengig av råmaterialet og produksjonsprosessen, som er i ppm eller, for syntetisk kiselglass, i ppb- området.

Det kan oppnås ved å smelte og resolisere kvarts (kvartssand eller kunstig produsert), derav navnet kvartsglass og det engelske navnet fused quartz eller fused silica .

Naturlig forekommende kvartsglass kalles lechatelierite .

Richard Küch (1860–1915), fysiker og kjemiker, oppdaget i 1899 at silisiumdioksid kan smeltes i en oksyhydrogenflamme uten bobler og i høyeste renhet, og gjøre kvartsglass anvendelig som et masseprodukt for industrien.

kjennetegn

• Permeabilitet for infrarød til ultrafiolett stråling (fra 170 nm til 5 µm bølgelengde)
• Lav koeffisient for termisk ekspansjon og høy motstand mot temperaturendringer
• Høy kjemisk motstandsdyktighet: Med unntak av flussyre og varm fosforsyre blir kvartsglass ikke angrepet av noen syre og er nøytralt i forhold til mange andre stoffer.
• Den dielektriske styrken er ca. 40 kV / mm, noe som gjør kvartsglass til et godt isolasjonsmateriale i elektrotekniske komponenter som optokoblinger .
• Bløtgjøringstemperaturen er betydelig høyere enn for andre briller.

applikasjoner

• Vindus- og linsemateriale for ultrafiolett optikk ( excimer laser , fotolitografi )
• Isolasjonslag i halvlederkomponenter ( MOS-teknologi )
• Pærer for halogenlamper
• Pærer for xenon-gassutladningslamper ( xenonlys , fotoblits, stroboskop)
• Utslippskar for kvikksølvdamplamper (høyt- og ultrahøytrykkslamper, også lavtrykkslamper hvis UV-utslipp er ønsket)
• Materiell for utstyr i halvlederproduksjon
• Kuvetter for instrumental analyse
• Materiale for fiberoptiske kabler (laserstråleoverføring, kommunikasjonsteknologi)
• Vinduer og komponenter til varmebeskyttelsesflisene til romfergen
• Retroreflektorer for måling av lasere på EDM-landeren fra ExoMars
• Vise og måle vinduer i varme omgivelser ( ovner , motorer , gassturbiner )
• Isolasjonsmateriale i elektrotekniske komponenter som optokoblinger
• Musikkinstrumenter ( verrophone , glassharmonika , glassharp )
• Beskyttelsesrør for desinfisering av vann med UV-stråling
• Underlag for målinger av Raman-spektroskopi

Kvartsglass med høy renhet er gjennomsiktig i bølgelengdeområdet fra 190 nm til 3,5 um, men har normalt et absorpsjonsbånd på rundt 2,5 til 3 um forårsaket av OH ^- grupper. Forbedret infrarød overføring ved bølgelengder på 2,2 til 3 um oppnås gjennom et innhold av redusert hydroksylgruppe ( OH-gruppe ). Normalverdien er 100  ppm , med forbedret IR-overføring under 1 til 3 ppm.

Ved doping med titan , UV-C kan absorpsjonen oppnås, ved doping med cerium , absorpsjon i hele ultrafiolette område kan oppnås (UV-blokkerende halogen -lamper ).

Kvartsglassplate med mikrostruktur som et foreløpig produkt for mange størrelse nanoliter kyvette

I instrumentell analyse , kvartsglass kyvetter blir brukt til å måle volumer under 50  nl . Det er bare de spesielle egenskapene til kvartsglass som muliggjør måleutstyr og tilførselskanaler med en diameter på mindre enn 100 µm.
På grunn av den noen ganger veldig lave spesifikke absorpsjonen av prøvene, kan lagtykkelsen ikke reduseres etter ønske. Det følger av dette at det kreves stadig mindre tverrsnitt av måleutstyret og tilførselskanalene ned til en diameter på mindre enn 100 um. På denne måten oppnås målevolum på mindre enn 50 nl. Produksjonen foregår ved hjelp av mikrolitografi og etsning . Ytterligere viktige egenskaper ved kvartsglass for produksjon av kuvetter er dens høye overføringsgrad mellom ca. 200 nm og 4 µm, dens gode kjemiske motstand og lave elektriske ledningsevne .

Ulempen er at kvartsglass er vanskelig å behandle.

Den svært lave ekspansjonskoeffisienten til kvartsglass gjør den svært motstandsdyktig mot temperaturendringer. Dette og den høye mykningstemperaturen til kvartsglasset gjør det mulig å produsere komponenter, rør og beholdere som tåler temperaturer opp til 1400 ° C.

Individuelle bevis

1. ↑ Thomas Jüstel, Sebastian Schwung: Fosforer, lyskilder, lasere, luminescens . Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2016, ISBN 978-3-662-48455-5 , pp. 207 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book-søk). 
2. ↑ Produktinformasjonssiden til produsenten Heraeus Conamic , www.heraeus-conamic.de
3. ↑ H. Scholze: Glass. Natur, struktur og egenskaper . 1988, ISBN 3-540-18977-7 , pp. 154 . 
4. ↑ Kjemisk renhet av kvartsglass , www.heraeus-conamic.de
5. ^ Richard Küch og Heraeus: Creating Innovations , pressemelding fra Heraeus Holding GmbH
6. ↑ Produktinformasjonssiden til krystallhandleren Korth Kristalle , www.korth.de, åpnet 21. juni 2012
7. ↑ H. Scholze: Glass. Natur, struktur og egenskaper . 1988, ISBN 3-540-18977-7 , pp. 213 f .