Кварцевое стекло свойства: особенности состава, виды и характеристики

Содержание

особенности состава, виды и характеристики

Промышленное кварцевое стекло — высококачественный материал, который по многим показателям превосходит другие виды стеклянной продукции. По своему составу, это чистый плавленый кварц — однокомпонентное изделие. Для получения кварцевого стекла используется песок, горный хрусталь или искусственный диоксид кремния. Данное сырье плавится при высокой температуре, в результате чего образуется уникальное вещество.

Мы предлагаем кварцевое стекло, изготовленное в соответствии с ГОСТ. Организуем доставку в любой город. Например, если вы находитесь в Мурманске, просто оставьте заявку, и мы предложим оптимальные способы исполнения заказа.

Основные разновидности

Существует 2 основных вида плавленого кварца:

прозрачный;
непрозрачный.

Прозрачное стекло — материл однородный, высокой плотности, без пузырьков. Он изготавливается, в основном, из горного хрусталя, используется для изготовления оптической продукции и применяется в технических целях.

Непрозрачный плавленый кварц содержит мельчайшие воздушные пузыри, за счет чего способен рассеивать свет — предназначается, прежде всего, для изготовления термостойкой кварцевой керамики.

Особенности производства

Материал получают плавлением чистого оксида кремния в условиях высокой температуры. Сырье начинает плавиться при нагревании свыше 1500 С. Причем, оксид кремния отличается аморфностью — у него нет четкой точки плавления, поэтому процесс преобразования структуры растягивается во времени. Кроме того, при нагревании материал испускает интенсивное световое излучение.

Расплавленное вещество — крайне вязкое, что затрудняет обработку. Для достижения производственных целей задействуют специализированное оборудование, а в плавильне поддерживают открытое пламя температурой порядка 1800 С.

Еще одно важное требование к производству — стерильность. Попадание даже незначительных частиц пыли значительно сокращает качество изделий из кварца (материал может растрескаться и утратить ключевые свойства).

Характеристики кварцевого стекла

Плавленый кварц отличается от обычных видов стекла особыми свойствами. Среди них — минимальный показатель преломления (в 150 раз ниже, по сравнению с простым стеклом). Вот почему кварц идеально пропускает солнечные и инфракрасные лучи. Подобные свойства находят применение в оптических приборах и лабораторной посуде. Большое распространение получили кварцевые оптические волокна, трубки и стержни.

Второе отличительное свойство кварцевого стекла — термическая стойкость. Материал устойчив по отношению к высоким температурам (выдерживает до 1200 С), а также имеет повышенный коэффициент температурного расширения и способен прекрасно выдерживать перепады температуры.

Плавленый кварц — хороший диэлектрик. Кроме того, кварцевое стекло характеризуется химической нейтральностью (слабо или совсем не реагирует на щелочи, кислоты).

Обратившись в нашу компанию, вы можете приобрести качественное стекло с доставкой в Москву и любой город России.

Виды и свойства стекла | Диаэм

Стекло – это неорганическая смесь, расплавленная при высокой температуре, которая затвердевает при охлаждении, но не кристаллизуется.

Виды стекла

Кварцевое стекло

Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты. Кварцевое стекло состоит из диоксида кремния SiO₂ и является самым термостойким стеклом: коэффициент его линейного расширения в пределах 0 — 1000 °С составляет всего 6х10^-7. Поэтому раскаленное кварцевое стекло, опущенное в холодную воду, не растрескивается.

Температура размягчения кварцевого стекла, при которой достигается динамическая вязкость 10

7 Пуаз (10 Пахс) равна 1250 °С. При отсутствии значительных перепадов давления кварцевые изделия можно применять до этой температуры. Полное же плавление кварцевого стекла, когда из него можно изготавливать изделия, наступает при 1500-1600 °С.

Известно два сорта кварцевого стекла: прозрачный кварц и молочно-матовый. Мутность последнего вызвана обилием мельчайших пузырьков воздуха, которые при плавке стекла не могут быть удалены из-за высокой вязкости расплава. Изделия из мутного кварцевого стекла обладают почти такими же свойствами, как и изделия из прозрачного кварца, за исключением оптических свойств и большей газовой проницаемости.

Поверхность кварцевого стекла обладает незначительной адсорбционной способностью к различным газам и влаге, но имеет наибольшую газопроницаемость среди всех стекол при повышенной температуре. Например, через кварцевую трубку со стенками толщиной в 1 мм и поверхностью 100 см

2 при 750 °С за один час проникает 0,1 см³ Н₂, если перепад давлений составляет 1 атм (0,1 МПа).

Кварцевое стекло следует тщательно предохранять от всяких загрязнений, даже таких как жирные следы от рук. Перед нагреванием кварцевого стекла имеющиеся на нем непрозрачные пятна снимают при помощи разбавленной фтороводородной кислоты, а жировые — этанолом или ацетоном.

Кварцевое стекло устойчиво в среде всех кислот, кроме HF и Н₃РO₄. На него не действуют до 1200 °С С1₂ и НСl, до 250 °С сухой F₂. Нейтральные водные растворы NaF и SiF₄ разрушают кварцевое стекло при нагревании. Оно совершенно непригодно для работ с водными растворами и расплавами гидроксидов щелочных металлов.

Кварцевое стекло при высокой температуре сохраняет свои электроизоляционные свойства. Его удельное электрическое сопротивление при 1000 °С равно 10⁶ Омхсм.

Обычное стекло

К обычным стеклам относятся известково-натриевое, известково-калиевое, известково-натриево-калиевое.

Известково-натриевое (содовое), или натрий-кальций-магний-силикатное, стекло применяют для выработки оконных стекол, стеклотары, столовой посуды.

Известково-калиевое (поташное), или калий-кальций-магний-силикатное, стекло обладает более высокой термостойкостью, повышенным блеском и прозрачностью; используется для выработки высококачественной посуды.

Известково-натриево-калиевое (содово-поташное), или натрий-калий-кальций-магний-силикатное, стекло имеет повышенную химическую стойкость, благодаря смешению окислов натрия и калия; наиболее распространено в производстве посуды.

Боросиликатное стекло

Стекла с высоким содержанием SiO₂, низким – щелочного металла и значительным – оксида бора B₂O₃ называются боросиликатными. Борный ангидрид действует как флюс для кремнезема, так что содержание щелочного металла в шихте может быть резко уменьшено без чрезмерного повышения температуры расплавления. В 1915 году фирма Corning Glass Works начала производить первые боросиликатные стекла под торговым названием Pyrex. Стекло марки Pyrex является боросиликатным стеклом с содержанием не менее 80% SiO₂, 12-13% В₂O₃, 3-4% Na₂О и 1-2% Аl₂О₃. Оно известно под разными названиями: Corning (США), Duran 50, Йенское стекло G₂0 (Германия), Гизиль, Монекс (Англия), ТС (Россия), Совирель

(Франция), Simax (Чехия).

В зависимости от конкретного состава стойкость к термоудару таких стекол в 2–5 раз выше, чем у известковых или свинцовых; они обычно намного превосходят другие стекла по химической стойкости и имеют свойства, полезные для применения в электротехнике.

Температура размягчения стекла «пирекс» до динамической вязкости в 10¹¹ пуаз (10¹⁰ Пас) составляет 580-590 °С. Тем не менее стекло пригодно для работ при температурах до 800 °С, но без избыточного давления. При использовании вакуума температуру изделий из стекла «пирекс» не следует поднимать выше 650 °С. В отличие от кварцевого стекло «пирекс» до 600 °С практически непроницаемо для Н₂, Не, O₂ и N₂. Фтороводородная и нагретая фосфорная кислоты, так же как и водные растворы (даже 5%-ные) КОН и NaOH, а тем более их расплавы, разрушают стекло «пирекс».

Хрустальное стекло

Хрустальные стекла (хрусталь) — высокосортные стекла, обладающие особым блеском и способностью сильно преломлять свет. Различают свинцовосодержащие и бессвинцовые хрустальные стекла.

Свинцовосодержащие хрустальные стекла — свинцово-калиевые стекла, вырабатывают с добавлением окислов свинца, бора и цинка. Характеризуются повышенным весом, красивой игрой света, мелодичным звуком при ударе; применяют для производства высококачественной посуды и декоративных изделий. Наибольшее применение имеет хрусталь с содержанием от 18 до 24% окислов свинца и 14—16,5% окиси калия (легкий).

К бессвинцовым хрустальным стеклам относятся баритовое, лантановое и др.

Баритовое стекло содержит повышенное количество окиси бария. Обладает лучшим блеском, более высокой светопреломляемостью и удельным весом по сравнению с обычными стеклами, применяют как

оптическое и специальное стекло.

Лантановое стекло содержит окись лантана La₂О₃ и лантаниды (соединения лантана с алюминием, медью и др.). La₂О₃ повышает светопреломление. Отличается высоким качеством; применяется как оптическое.

Свойства стекла

Плотность стекла зависит от его химического состава. Плотность — отношение массы стекла при данной температуре к его объему, зависит от состава стекла (чем больше содержание тяжелых металлов, тем стекло плотнее), от характера термической обработки и колеблется в пределах от 2 до 6 (г/см³). Плотность — постоянная величина, зная ее, можно судить о составе стекла. Наименьшей плотностью обладает кварцевое стекло — от 2 до 2,1 (г/см

3), боросиликатное стекло имеет плотность 2,23 г/см³, наибольшей — оптические стекла с высоким содержанием окислов свинца — до 6 (г/см³). Плотность известково-натриевого стекла составляет около 2,5 г/см³, хрустального — 3 (г/см³) и выше. Табличным значением плотности стекла является диапазон от 2,4 до 2,8 г/см³.

Прочность. Прочностью называется способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних нагрузок. Прочность характеризуется пределом прочности. Предел прочности на сжатие для различных видов стекла колеблется от 50 до 200 кгс/мм². На прочность стекла оказывает влияние его химический состав. Так, окислы СаО и B₂O₃ значительно повышают прочность, РbО и Al₂O₃ в меньшей степени, MgO, ZnO и Fe₂O₃ почти не изменяют ее. Из механических свойств стекол прочность на растяжение является одним из важнейших. Объясняется это тем, что стекло работает на растяжение хуже, чем на сжатие. Обычно прочность стекла на растяжение составляет 3,5—10 кгс/мм², т. е. в 15—20 раз меньше, чем на сжатие. Химический состав влияет на прочность стекла при растяжении примерно так же, как и на прочность при сжатии.

Твердость стекла, как и многие другие свойства, зависит от примесей. По шкале Мооса она составляет 6-7 ед, что находится между твёрдостью апатита и кварца. Твердость различных видов стекла зависит от его химического состава. Наибольшую твердость имеет стекло с повышенным содержанием кремнезема — кварцевое и боросиликатное. Увеличение содержания щелочных окислов и окислов свинца снижает твердость; наименьшей твердостью обладает свинцовый хрусталь.

Хрупкость — свойство стекла разрушаться под действием ударной нагрузки без пластической деформации. Сопротивление стекла удару зависит не только от его толщины, но и от формы изделия, наименее устойчивы к удару изделия плоской формы. Для повышения прочности к удару в состав стекла вводят окислы магния, алюминия и борный ангидрид. Неоднородность стекломассы, наличие дефектов (камней, кристаллизации и других) резко повышают хрупкость. Сопротивление стекла удару увеличивается при его отжиге. В области относительно низких температур (ниже температуры плавления) стекло разрушается от механического воздействия без заметной пластической деформации и, таким образом, относится к идеально хрупким материалам (наряду с алмазом и кварцем). Данное свойство может быть отражено удельной ударной вязкостью. Как и в предыдущих случаях, изменение химического состава позволяет регулировать и это свойство: например, введение брома повышает прочность на удар почти вдвое. Для силикатных стекол ударная вязкость составляет от 1,5 до 2 кН/м, что в 100 раз уступает железу. На хрупкость, стекол влияют однородность, конфигурация и толщина изделий: чем меньше посторонних включений в стекле, чем более оно однородно, тем выше его хрупкость. Хрупкость стекол практически не зависит от состава. При увеличении в составе стекол B₂O₃, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, MgO хрупкость незначительно понижается.

Прозрачность – одно из важнейших оптических свойств стекла. Определяется отношением количества прошедших через стекло лучей ко всему световому потоку. Зависит от состава стекла, обработки его поверхности, толщины и других показателей. При наличии примесей окиси железа прозрачность уменьшается.

Термостойкость стекла характеризуется его способностью выдерживать, не разрушаясь, резкие изменения температуры и является важным показателем качества стекла. Зависит от теплопроводности, коэффициента термического расширения и толщины стекла, формы и размеров изделия, обработки поверхности, состава стекла, дефектов. Термостойкость тем выше, чем выше теплопроводность и ниже коэффициент термического расширения и теплоемкость стекла. Толстостенное стекло менее термостойко, чем тонкое. Наиболее термостойко стекло с повышенным содержанием кремнезема, титана и бора. Низкую термостойкость имеет стекло с высоким содержанием окислов натрия, кальция и свинца. Хрусталь менее термостоек, чем обычное стекло. Термостойкость обыкновенного стекла колеблется в пределах 90—250 °С, а кварцевого: 800—1000°С. Отжиг в специальных печах повышает термостойкость в 2,5—3 раза.

Теплопроводность — это способность материала, в данном случае стекла, проводить тепло без перемещения вещества этого материала. У стекла коэффициент теплопроводности равен 1-1,15 Вт/мК.

Тепловое расширение — это увеличение линейных размеров тела при его нагревании. Коэффициент линейного теплового расширения стекол колеблется от 5·10^-7 до 200·10^-7. Самый низкий коэффициент линейного расширения имеет кварцевое стекло — 5,8·10^-7. Величина коэффициента термического расширения стекла в значительной степени зависит от его химического состава. Наиболее сильно на термическое расширение стекол влияют щелочные окислы: чем больше содержание их в стекле, тем больше коэффициент термического расширения. Тугоплавкие окислы типа SiO₂, Al₂O₃, MgO, а также B₂O₃, как правило, понижают коэффициент термического расширения.

Упругость — способность тела возвращаться к своей первоначальной форме после устранения усилий, вызвавших деформацию тела.

Упругость характеризуется модулем упругости. Модуль упругости — величина, равная отношению напряжения к вызванной им упругой относительной деформации. Различают модуль упругости при осевом растяжении — сжатии (модуль Юнга, или модуль нормальной упругости) и модуль сдвига, характеризующий сопротивление тела сдвигу или сколу и равный отношению касательного напряжения к углу сдвига.

В зависимости от химического состава модуль нормальной упругости стекол колеблется в пределах 4,8х10⁴…8,3х10⁴, модуль сдвига —2х10⁴—4,5х10⁴ МПа. У кварцевого стекла модуль упругости составляет 71,4х10³ Мпа. Модули упругости и сдвига несколько повышаются при замене SiO₂ на СаО, B₂O₃, Al₂O₃, MgO, ВаО, ZnO, PbO.

Свойства стекла производства Corning

Код стекла		0080	7740	7800	7913	0211
Тип		Силикатное	Боро-силикатное	Боро-силикатное	96% Силиката	Цинково-титановое
Цвет		Прозрачное	Прозрачное	Прозрачное	Прозрачное	Прозрачное
Термическое расширение (умножать на 10-7 см/см/°С)	0-300 °С	93,5	32,5	55	7,5	73,8
Термическое расширение (умножать на 10-7 см/см/°С)	25 °С, до темп. застывания	105	35	53	5,52	-
Верхний предел рабочей темп. для отожженого стекла (для механических свойств)	Норм. эксплуатация, °С	110	230	200	900	-
	Экстрем. эксплуатация, °С	460	490	460	1200	-
Верхний предел рабочей темп. для закаленного стекла (для механических свойств)	Норм. эксплуатация, °С	220	260	-	-	-
	Экстрем. эксплуатация, °С	250	290	-	-	-
	6,4 мм толщиной, °С	50	130	-	-	-
	12,7 мм толщиной, °С	35	90	-	-	-
Термостойкость, °С		16	54	33	220	-
Плотность, г/см³		2,47	2,23	2,34	2,18	2,57
Коэффициент оптической чувствительности по напряжениям, (нм/см)/(кг/мм²)		277	394	319	-	361

Обзор физических и химических свойств стекол Duran, DWK

Свойства	Коэффициент линейного расширения α (20 °C — 300 °C) × 10⁻⁶	Точка деформации, °С	Плотность, г/см³	Гидролитическая стойкость DIN ISO 719 IN	Устойчивость к кислотам DIN 12 116	Устойчивость к щелочам ISO 695
Тип стекла	Коэффициент линейного расширения α (20 °C — 300 °C) × 10⁻⁶	Точка деформации, °С	Плотность, г/см³	Гидролитическая стойкость DIN ISO 719 IN	Устойчивость к кислотам DIN 12 116	Устойчивость к щелочам ISO 695
Duran	3,3	525	2,23	Не изменяемые водой	Стойкое к действию кислот	Умеренно растворимое в щелочах
Fiorax	4,9	565	2,34	Не изменяемые водой	Стойкое к действию кислот	Умеренно растворимое в щелочах
Натриево-кальциево- силикатное стекло	9,1	525	2,5	Тугоплавкое для приборов	Стойкое к действию кислот	Умеренно растворимое в щелочах
SWB	6,5	555	2,45	Не изменяемое водой	Стойкое к действию кислот	Слаборастворимое в щелочах

Обзор физических свойств стекол Kimble, DWK

Виды стекла	33 Боросиликатное стекло	51 Боросиликатное стекло
Свойства	33 Боросиликатное стекло	51 Боросиликатное стекло
Точка деформации, °C	513	530
Температура отжига, °C	565	570
Линейный коэффициент расширения α (0 — 300 °C)×10⁻⁷	32	55
Плотность, г/см³	2,22	2,33
Пропускание видимого света, толщина 2 мм	92%	91%

Обзор физических и химических свойств стекол Wheaton, DWK

Виды стекла	Борсиликатные стекла						Натриево-кальциево- силикатные стекла
Виды стекла	180	200	300	320	400	500	800	900
Свойства	180	200	300	320	400	500	800	900
Точка деформации, °C	510	505	525	510	530	515	510	496
Температура отжига, °C	560	560	570	560	570	550	548	536
Линейный коэффициент расширения α (0 — 300 °C)×10⁻⁷	33	33	55	54	60	61	88	91
Плотность, г/см³	2,23	2,23	2,33	2,39	2,41	2,42	2,48	2,50
Устойчивость к кислотам	Стойкое к действию кислот	Стойкое к действию кислот	Стойкое к действию кислот	Стойкое к действию кислот	Стойкое к действию кислот	Стойкое к действию кислот	Умеренно растворимое в кислотах	Умеренно растворимое в кислотах
Устойчивость к щелочам	Слаборастворимое в щелочах	Слаборастворимое в щелочах	Слаборастворимое в щелочах	Слаборастворимое в щелочах	Слаборастворимое в щелочах	Слаборастворимое в щелочах	Сильно растворимое в щелочах	Сильно растворимое в щелочах

TYDEX: Кварцевое стекло

Кварцевое стекло является отличным материалом для производства оптических компонент для решения задач в ультрафиолетовой (УФ), видимой и ближней инфракрасной (ИК) областях спектра.

Кварцевое стекло может быть получено разными методами — высокотемпературным плавлением кристаллов натурального кварца, плавлением высокочистого песка, а также в результате плавления не натурального, как в первых двух случаях, а предварительно синтезированного и, т.о., обогащенного кремний-содержащего сырья.

Компания «Тидекс» изготавливает оптику из следующих марок кварцевого стекла:

УФ кварцевое стекло марки КУ-1, которое получают высокотемпературным гидролизом четыреххлористого кремния (SiCl4) в кислород-водородном пламени;
УФ-ИК, кварцевое стекло марки Infrasil 302, получаемое плавлением природного кристаллического кварца в электрической печи, с последующией очисткой.

Эксплуатация этих кварцевых стекол возможна до температуры 950°C, при этом, благодаря их очень низкому коэффициенту теплового расширения они могут быть быстро нагреты и охлаждены практически без риска необратимого разрушения из-за термоудара. Эти свойства вместе с уникально высоким, по сравнению с большинством других стекол, пропусканием, способствует их широкому использованию для производства высококачественной оптики от простых окон, линз и призм до сложных элементов с многослойными диэлектрическими покрытиями: лучеделителей, элементов, смешивающих (пропускающих одновременно) излучение разных длин волн, холодных/горячих зеркал и т. д., и т.п. Являясь достаточно инертными материалами к большинству веществ, в том числе и к воздействию практически всех химических кислот, эти кварцевые стекла также находят применение в агрессивных окружающих средах.

Диэлектрические свойства вместе с очень высокой электрической восприимчивостью и низкой теплопроводностью в широком диапазоне температур, позволяют использовать их в качестве термо- и электро-изоляторов.

Редкая комбинация отличной температурной, химической и УФ стабильности вместе с высоким пропусканием в ГУФ, делают эти кварцевые стекла уникальными для создания проекционных шаблонов/масок для целей фотолитографии.

ООО «Тидекс» производит и поставляет широкий спектр оптических компонент из кварцевых стекол марок КУ-1 и Infrasil 302. Примеры можно найти в следующих специальных разделах:

Оптика для спектроскопии:

УФ кварцевое стекло марки КУ-1 характеризуется высоким пропусканием в УФ, видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра. КУ-1 не имеет характерных для минерального кварцевого стекла (плавленого кварца) полос поглощения в диапазоне 170-250нм, однако обладает интенсивным поглощением в диапазоне 2600-2800нм, вследствие наличия группы ОН в стекле. Материал отличается отсутствием флюоресценции и характеризуется радиационно-оптической стабильностью. КУ-1 практически не содержит пузырей и включений.

Ближайшими аналогами КУ-1 являются стекла следующих марок:
Suprasil Standard (Heraeus), Spectrosil A and B (Saint-Gobain) and Corning 7940 (Corning), Dynasil 1100 and 4100 (Dynasil).

УФ-ИК кварцевое стекло марки Infrasil 302 характеризуется уникальными физическими свойствами и превосходными оптическими характеристиками от УФ до ИК-области спектра, что определяет его предпочтительность среди прочих материалов для изготовления оптики в широком диапазоне длин волн. Материал не имеет какого-либо существенного поглощения в области от 250нм и не имеет «водяного» (ОН) поглощения в районе 2700нм. Стекло марки Infrasil 302 практически не содержит пузырей и включений.

В ИК диапазоне спектра ближайшим аналогом Infrasil 302 являются стекла следующих марок: КС-4В и КИ (в настоящее время обе марки не выпускаются).

Таблица основных свойств

Описание параметра	Марка кварцевого стекла
Описание параметра	КУ-1	Infrasil 302
Максимальный доступный размер блока материала, мм	наплавленный блок диаметром 220 мм и толщиной 200 мм	наплавленный блок диаметром 570 мм и толщиной до 350 мм
Диапазон пропускания материала, нм	160-4350	175-4350
Диапазон пропускания материала со значением пропускания более 90%, нм	200-1250	300-2700
Значения пропускания материала в зависимости от длины волны в УФ (для образца 10мм толщины)	170 нм — более 65% 180 нм — 85% 190 нм — 88%	170 нм — более 50% 260 нм — 77% 270 нм — 85%
Содержание гидроксильных (ОН) групп, ppm	< 2000	< 8
Флюоресценция (после УФ возбуждения)	отсутствует	сине-фиолетовая
Примесный состав по основным металлам, ppm	< 5	< 25
Двулучепреломление, нм / см	< 5	< 5
Метод получения	высокотемпературный гидролиз четыреххлористого кремния (SiCl4) в кислород-водородном пламени	высокотемпературная вакуумная плавка природного кристаллического кварца с последующей очисткой
Верхняя граница (температура) отжига, ^oС	1120	1180
Температура размягчения, ^oС	1600	1730
Радиационно-оптическая стабильность (к гамма-излучению)	стабилен	хорошая, нет заметной деградации пропускания при облучении ионизирующим излучением
Оптическое качество материала: — содержание пузырей и включений в объеме материала 100см³, мм² — совокупная площадь сечения всех пузырей в объеме материала 100см³, мм² — максимальный размер пузырей в одном кг материала, мм — оптическая однородность материала при диаметре блока: 220 мм 190 мм 70-90 мм	Определяется ГОСТом 15130-86 0 категория по DIN 58927, MIL — G -174 B < 0. 03 < 0.2 delta n < 5 × 10 -6 delta n < 5 × 10 -6 delta n < 5 × 10 -6	Стандарт Heraus 0 категория по DIN 58927, MIL — G -174 B < 0.1 < 0.2 delta n порядка 6 × 10 -6

Одинаковые свойста

Плотность , г/см³	2.21
Показатель преломления	n_F(486нм)=1.4631 n_d(588нм)=1.4585 n_C(656нм)=1.4564
Постоянная Аббе	67.8
Температурный коэффициент линейного расширения в диапазоне T 20-1000^oC, ^oC^-1	0.55 × 10^-6
Твердость по Кнупу, кг/мм²	500
Коэффициент Пуассона, (T = 25^oC)	0. 17
Модуль объемной деформации, ГПа (T = 25 o С)	36.9
Предел прочности при растяжении, МПа	50
Предел прочности при сжатии, ГПа	1.1
Модуль Юнга , ГПа (T = 25^oC)	73
Предел прочности, MПа ( T = 25^oC)	50
Модуль сдвига, ГПа ( T = 25^oC)	31
Температура деформации , ^oC	1025
Максимальная рабочая температура , ^oC	950 – постоянная , 1200 – кратковременная
Электрическая прочность, кВ/см ( T = 25^oC)	250-400
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м×K) ( T=25^oC)	1. 38
Удельная теплоемкость, Дж/(кг×K) (T=25^oC)	728
Химическая стабильность	Высокая устойчивость к воде и кислотам, кроме HF

Значения показателя преломления в зависимости от длины волны

(для марки КУ-1 использовать значения до 2 микрометров)

Длина волны, микроны	Показатель преломления	Длина волны, микроны	Refractive преломления
0.2	1.551	1.0	1.450
0.22	1. 528	1.1	1.450
0.25	1.507	1.2	1.448
0.3	1.488	1.3	1.447
0.32	1.483	1.5	1.445
0.36	1.475	1.6	1.443
0.4	1.470	1.7	1.442
0.45	1. 466	1.8	1.441
0.5	1.462	1.9	1.440
0.55	1.460	2.0	1.438
0.60	1.458	2.2	1.435
0.65	1.457	2.4	1.431
0.7	1.455	2.6	1.428
0.75	1. 454	2.8	1.424
0.8	1.453	3.0	1.419
0.85	1.452	3.2	1.414
0.9	1.452	3.37	1.410

ООО «Тидекс» предлагает оптические компоненты из указанных марок кварцевого стекла, характеризующиеся точностью формы поверхности (проходящий волновой фронт TWD или плоскостность) до 0.1lambda (lambda = 633нм) и чистотой поверхности 20/10scr/dig (стандарт MIL-0-13830А). Стандартные каталожные окна Д12.7мм и Д25.4мм доступны со склада.

Типичные кривые пропускания кварцевых стекол КУ-1 и Infrasil 302, учитывающие Френелевские потери на отражение, представлены на рис. 1 и 2.

Рис. 1 КУ-1 и Infrasil 302, пропускание в диапазоне длин волн 150-1000 нм.
Толщина образца 10 мм.

Рис. 2 КУ-1 и Infrasil 302, пропускание в диапазоне длин волн
1000-4500 нм. Толщина образца 10 мм.

Обращаем Ваше внимание на то, что данная статья приведена только для информации. Мы не поставляем кварцевые стекла марок КУ-1 и Infrasil 302 в заготовках, равно как и полуфабрикаты из них, а только готовые компоненты с покрытиями и без оных.

Стекло кварцевое, свойства — Справочник химика 21

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СТЕКЛА, ИХ СОСТАВ И СВОЙСТВА Кварцевое стекло [c.330]

Кварцевое стекло обладает высокой термостойкостью, огнеупорностью, химической и радиационной стойкостью, оптической прозрачностью в широком диапазоне длин волн, высокими электроизоляционными свойствами. Путем введения в кварцевое стекло малых добавок различных оксидов ему можно придать некоторые специальные свойства, например избирательное светопропускание, повышенную жаростойкость, пониженный коэффициент теплового расширения и др. Это значительно расширяет области его применения в атомной энергетике, химическом машиностроении, радиоэлектронике, космической технике, светотехнике, прецизионном приборостроении и др. [c.37]

Каков состав кварцевого и обычного стекла Какие свойства кварцевого стекла лежат в основе его использования Найдите массы исходных веществ, необходимых цпя [c.291]

Химический состав стекла тоже влияет на его механнческие свойства, но в значительно меньшей степени. Наивысшей прочностью обладают кварцевое и безщелочное стекла. Повышение содержания щелочных окислов Na O, К2О и окиси свинца понижают прочность стекла AI2O3, В2О3, ВаО, 2пО, СаО повышают ее. [c.368]

Прм Диоксид кремния — основа для получения кремния, производства обыкновенного и кварцевого стекла, а также необходимый компонент керамики и абразивных материалов. В виде песка диоксид кремния — давно известный строительный материал. Чистые прозрачные кристаллы кварца идут на изготовление линз и призм, пропускающих Уф — излучение. Для этих целей используется также кварцевое стекло. Пьезоэлектрические свойства кварца находят применение в приборах для генерации ультразвука. Бесцветные и различно окрашенные монокристаллы диоксида кремния -драгоценные камни. Из непрозрачного технического кварцевого стекла изготавливают крупногабаритную термо- и кислотостойкую химическую аппаратуру, муфели для электрических печей. Особо чистое прозрачное кварцевое стекло применяется для изготовления труб, аппаратов и емкостей для полупроводниковой техники и радиоэлектроники. Силикагель (частично обезвоженная студнеобразная кремниевая кислота) используется для адсорбционной очистки органических жидкостей — масел, жиров, бензина и керосина. Кроме того, он применяется для улавливания водяных паров и других летучих веществ. Крупнопористый силикагель — незаменимый носитель для многих катализаторов. [c.38]

Опыт 298. Свойства кварцевого и обычного стекла [c.164]

Кварцевое стекло. Кварцевое стекло обладает рядом замечательных физических и химических свойств, обусловливающих широкое его применение. [c.243]

СТЕКЛО КВАРЦЕВОЕ — стекло, содержащее не менее 99% 8)02 и обладающее рядом свойств, не характерных для стекол др. состава. Физич. свойства С. к. характеризуются след, данными [c.518]

Выбор фильтрующего материала зависит как от требований к чистоте раствора, так и от его свойств. Для фильтров нельзя применять такие материалы, на которые фильтруемая жидкость может оказать какое-либо действие. Так, щелочи, особенно концентрированные, нельзя фильтровать через фильтр из прессованного стекла и вообще из материалов, содержащих двуокись кремния (например, кварцевый песок), так как последняя растворяется в щелочи и загрязняет ее, а также через фильтровальную бумагу. [c.116]

Особенно рельефно это обнаруживается при изучении свойств воды, образующейся при конденсации из ненасыщенного пара в узких капиллярах из силикатного или кварцевого стекла. Получающиеся таким путем тонкие слои воды могут обладать более плотной структурой, повышенной вязкостью и в определенных условиях даже довольно значительным модулем сдвига Для них [c.378]

В различных областях техники и быта наибольшее применение получили полиакрилатные стекла. Ценным техническим свойством полиакрилатов является способность пропускать ультрафиолетовые лучи. Так, полиметилметакрилат пропускает свыше 99% солнечного света, и в этом отношении значительно превосходит силикатные стекла. Преимущество полиакрилатных стекол становится еще нагляднее, если сравнить их способность пропускать ультрафиолетовую часть спектра например, кварцевое стекло пропускает 100% ультрафиолетовых лучей, полиметилметакри-латное—73,5%, зеркальное силикатное—3%, обычное силикатное—0,6%. [c.251]

Кварцевое стекло — это почти чистая (99,8—99,9%) окись кремния, содержащая лишь незначительные примеси окислов алюминия, натрия, калия, магния и железа. Кварцевое стекло очень термостойко и упруго, обладает высокой химической стойкостью к кислотам (кроме плавиковой и фосфорной) и хорошими оптическими свойствами, прозрачно к инфракрасным и особенно к ультрафиолетовым лучам, устойчиво к радиации, является отличным диэлектриком. К недостаткам кварцевого стекла следует отнести высокую температуру обработки (около 1800°С), газопроницаемость (особенно для гелия и водорода), неустойчивость к щелочным реактивам, способность к кристаллизации в определенных условиях. [c.270]

СВОЙСТВА КВАРЦЕВОГО И ПРОСТОГО СТЕКЛА [c.92]

Опыт 2. Исследование свойств кварцевого стекла и стекла обычного [c.158]

Все эти реакции доказывают кислотную природу диоксида кремния. Химические свойства кварцевого стекла практически такие же, как и кристаллического SiO,. [c.204]

Благодаря своим свойствам кварцевое стекло нашло широкое применение в науке и технике из кварцевого стекла делают сложные приборы и установки, работающие в условиях высоких температур кюветы для работы с ИК- и УФ-излучением оптические стекла и т. д. [c.270]

Г л а го л ев С. П., Кварцевое стекло, его свойства, произ-водстао и применение, Госхимтехиздат, 1934. [c.394]

Примейение. 5102 широко применяется в силикатной промышленности — в производстве стекла (кварцевое стекло, силикатное стекло и др.), керамики (фарфор, фаянс, динас и т. д.), абразивов, бетонных изделий, силикатного кирпича в виде кварца — в радиотехнических приборах и ультразвуковых установках. Инфузорная земля применяется как наполнитель, носитель контактных масс, фильтрующий, теплоизоляционный и абразивный материал часто используется предварительно обожженный диатомит, в котором, в зависимости от режима прокаливания, та или иная часть 510г присутствует в кристаллической форме кристобалита. Искусственный твердый гель аморфного 5102, высушенный и прокаленный (силикагель) используется как сорбент и носитель катализаторов. Некоторые разновидности химически чистого аморфного кремнезема, так называемые аэросилы, используют в качестве наполнителей лаков, пластмасс, резины. Для придания специальных свойств (например, гидрофобности) поверхность частиц некоторых марок аэросилов модифицируется диметилдихлорсиланом и др. [c.359]

Среди всех кристаллических видоизмеиений кремнезема наибольшее практическое значеиие имеет кварц. Он отличается исключительной твердостью, поэтому его применяют в производстве точильных кругов и керновов. Другое ценное свойство кварца — его высокая температура плавления (1770° С), что используют в производстве специального кварцевого стекла. Кварцевое стекло тугоплавко и, обладая ничтожным коэффициентом теплового расширения, выдерживает резкое изменение температуры. Его применяют для изготовления химической посуды. Без всякого опасения можно, например, раскаленную колбу из кварцевого стекла поместить для быстрого охлаждения в снег. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолетовые лучи, которые обычно задерживаются обычным силикатным стеклом, поэтому из него изготавливают лампы, необходимые в медицине. [c.139]

В воде растворяются относительно большие количества инертных газов. Согласно Ланнунгу (Lannung, 1930), в 1 л воды при 20° растворяется 8,8 лм гелия, 10,4 мл неона, 33,6 мл аргона (объемы газов указаны при 0°). Как следует из этих данных, растворимость аргона в воде даже несколько превышает растворимость кислорода. При повышении температуры растворимость уменьшается с увеличением атомного веса инертного газа растворимость возрастает и достигает у радона примерно 51 об.% при 0°. На стр. 127 уже упоминалось о том, что при высоких давлениях инертные газы образуют кристаллические гидраты. Растворимость инертных газов в органических растворителях в некоторых случаях превышает их растворимость в воде. При низких температурах активированный уголь более или менее энергично поглош,ает все инертные газы, за исключением гелия (ср. стр. 131). В отличие от водорода гелий не диффундирует через раскаленную платину. Однако при повышенных температурах он (как и водород) диффундирует через кварцевое стекло. Это свойство можно использовать для разделения гелия и неона (Рапе1Ь, 1925). [c.132]

Кристаллизация кварцевого стекла может служить типичным примером применения ступенчатого правила Оствальда . Выще 1200°С в кремнеземном стекле образуются центры кристаллизации кристобалита, хотя при этой температуре устойчивым может быть только тридимит. Во всяком случае кристаллизация тридимита не наблюдается в течение конечных (измеримых) периодов времени. При температуре 850°С и в присутствии минерализаторов тридимит, но не а-кварц, кристаллизуется как устойчивый продукт кристаллизации кварцевого стекла. Свойства аморфно1го кремнезема подобны свойствам кремнеземного стекла (например, свойства кремнезема, образовавшегося при, дегидратации и прокаливании силикагеля). Если аморфную кремнекислоту нагреть до Ii300° , в ней довольно скоро образуются центры кристобалита, которые можно обнаружить рентгенографически . [c.415]

Кварцевое стекло. Кварцевое стекло обладает рядом замечатель ных физических и химических свойств, обусловливающих широко его применение. Химическая стойкость кварцевого стекла, не реаги рующего с кислотами, за исключением фосфорной и плавиковой, поз воляет широко использовать его в химической технологии. По отно шению к щелочам оно неустойчиво. Термически это тоже чрезвычай но устойчивый материал, способный переносить резкие изменени [c.228]

Некоторые боросиликатные стекла обладают свойством постепенно выделять щелочной борат при температурах выше точки превращения. Последний обычно остается в массе стекла в виде мельчайших капелек. Процесс можно провести так, что борат щелочного металла образует отдельную фазу, которую можно удалить выщелачиванием остывшего стекла разбавленной кислотой. При этом остается губчатая масса с очень высоким содержанием SIO2 (до 96%). Из нее спеканием примерно при 1200° получают гомогенное стекло, которое по своим свойствам подобно чистому кварцевому стеклу и размягчается только при нагревании выше 1500° (стекло викор) (Hood Н. Р., Nordberg). По методике Викера изделию из щелочного боросиликатного стекла придают форму при обычной рабочей температуре. Затем его нагревают, выщелачивают, спекают, благодаря чему возникает значительное сжатие, однако первоначальная форма сохраняется. [c.492]

В [190] обобщены результаты исследований прозрачного и непрозрачного кварцевого стекла, кварцевой стеклокерамики, пенокварцевой стеклокерамики и кварцевого керамбетона. Описаны состав, строение и свойства этих материалов в связи с особенностями технологии, указаны o6 ii TH применения. [c.32]

ГОРНЫЙ ХРУСТАЛЬ (греч. кг1з-1а11о5 — лед, кристалл) — минерал, бесцветный, прозрачная разновидность кварца, одна из кристаллических модификаций кремнезема 3102. Известны кристаллы Г. X. весом в несколько тонн. При нагревании до 1700° С Г. X. теряет кристаллическую форму, становится мягким и при охлаждении превращается в кварцевое стекло. Чистые однородные кристаллы Г. X. встречаются редко. Практическое значение имеют кристаллы размером не менее 3—5 см. (В СССР лучшие образцы Г. X. найдены на Урале, Украине, Кавказе, Памире, Алдане). Монокристаллы Г. X. выращивают в автоклавах. Прибавляя различные добавки, можно изменять свойства Г. х. например, Ое увеличивает показатель преломления, А1 — уменьшает его, Ре + придает зеленую окраску, Ре + — бурую, Со — синюю. Г. X. издавна применяют для изготовления ваз, чащ, скульптур однородные кристаллы Г. X. являются ценнщм техническим сырьем их используют в радиотехнике для производства излучателей ультразвуковых волн, изготовления призм спектрофотометров, линз, в оптических приборах, в точной механике и т. д. Окрашенные кристаллы Г. X. — драгоценные камни. [c.79]

СТЕКЛО (обыкновенное, неорганическое, силикатное) — прозрачный аморфный сплав смеси различных силикатов или силикатов с диоксидом кремния. Сырье для производства стекла должно содержать основные стеклообразующие оксиды 510а, В Оз, Р2О5 и дополнительно оксиды щелочных, щелочноземельных и других металлов. Необходимые для производства С. материалы — кварцевый песок, борная кислота, известняк, мел, сода, сульфат натрия, поташ, магнезит, каолин, оксиды свинца, сульфат или карбонат бария, полевые шпаты, битое стекло, доменные шлаки и др. Кроме того, при варке стекла вводят окислители — натриевую селитру, хлорид аммония осветлители — для удаления газов — хлорид натрия, триоксид мышьяка обесцвечивающие вещества — селен, соединения кобальта и марганца, дополняющие цвет присутствующих оксидов до белого для получения малопрозрачного матового, молочного, опалового стекла или эмалей — криолит, фторид кальция, фосфаты, соединения олова красители — соединения хрома, кадмия, селена, никеля, кобальта, золота и др. Общий состав обыкновенного С. можно выразить условно формулой N3,0-СаО X X65102. Свойства С. зависят от химического состава, условий варки и дальнейшей обработки. [c.237]

Ценными свойствами обладает- кварц. Изделия из кварцевого стекла выдерживают нагреваиие до 1200 °С и пропускают ультрафиолетовое излучение. Благодаря ничтожно малому коэффициенту термического расширения кварца изделия не растрескиваются, даже если их нвфеть до красного каления и затем опустить в холодную воду. Кварцевая аппаратура теперь обычна в лабораториях и на производстае. Сверхчистый кварц применяют для изготовления млоконной оптики и устройств для глубокой очистки веществ. [c.382]

Силикаты общей формулы R2O nSiOa, где RgO — оксиды натрия или калия, называются растворимым стеклом-, п — кремнеземистый модуль он показывает отношение числа молей S1O2 к числу молей R2O и характеризует растворимость и другие свойства растворимого стекла. В технике его получают сплавлением измельченного кварцевого песка с содой (или с сульфатом натрия и углем) [c. 104]

Кварцевое стекло содержит не менее 99% SiOi и обладает многими свойствами, которые не характерны для стекол другого состава. Оно отличается высокой тугоплавкостью температура его размягчения 1300° С. При высоких температурах пропускает газы. [c.119]

Весьма ценными свойствами обладает кварцевое стекло, получаемое плавлением кварца SiOa в электрических печах при 1755°С. Незначительный коэффициент теплового расширения (5,4-10- на [c.366]

С) делает его нечувствительным к резким изменениям температур. Например, раскаленное докрасна кварцевое стекло можно опустить в холодную воду и оно не растрескается. Кварцевое стекло хорошо пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи (обычное стекло пропускает лишь около 1% ультрафиолетовых лучей). На этом свойстве основано применение кварцевого стекла для изготоилени » ртутных ламп, используемых в медицине в качество источников ультрафиолетовых лучей. [c.366]

Молибден. Свойства молибдена во многом сходны со свойствами вольфрама, поэтому механическую обработку, химическое травление, обезгаживание молибденовых деталей проводят так же, как и вольфрамовых вводов. В отличие от вольфрама молибден более способен к вытягиванию, например из молибдена получают фольгу, применяемую в спаях с кварцевым стеклом, тонкие пластины и т. п. Молибден более склонен к переокисле-нию, поэтому, окисляя его в пламени, нужно быть особо внимательным переокисленнные слои плохо смачиваются стеклом. [c.137]

Изучено влияние чистоты механической обработки кварцевого стекла и алвд-мосиликатпых стекол (ТРЛ-10, ТСМ-700) с титановым порошковым покрытием на смачиваемость их свинцом и прочностные характеристики стекло-металлических спаев. Определены термомеханические свойства свинцово-титановых припоев. Табл. 1, рис. 2, библиогр. 5. [c.223]

Оптическое кварцевое стекло (кварц)

Производство оптического кварцевого стекла принципиально отличается от производства других видов оптического стекла. Это единственное промышленное стекло простейшего химического состава, содержащее только один компонент — кремнезем. Высокая его тугоплавкость и высокая вязкость в расплавленном состоянии (при 1723°С вязкость составляет 1•10⁶Па) не позволяют применять к кварцевому стеклу технологию обычных оптических стекол. Кварцевое стекло получается путем расплавления крупки природного или синтетического кварца в электрических печах или в кислородно-водородном пламени. В последнее десятилетие получил широкое промышленное применение способ наплава кварцевого стекла через газовую фазу. Исходным сырьем в данном случае является дешевое химическое соединение — тетрахлорид кремния, который легко испаряется и гидролизуется, образуя аморфный кремнезем и соляную кислоту. Конденсированный кремнезем сплавляется в стекло в кислородно-водородном пламени (в последнее время для этого используются и плазмотроны, обладающие тем преимуществом, что стекло, наплавляемое в плазме, содержит меньше гидроксильных групп и более прозрачно в инфракрасной части спектра). Готовая продукция имеет форму заготовок (блоков) цилиндрической формы.

Получение стекла через газовую фазу является пока единственным способом борьбы с наличием в объеме стекла поглощающих микровключений, снижающих его лучевую прочность.

Различные марки кварцевого стекла отличаются друг от друга не основным химическим составом, а технологией их получения и сырьем, из которого велся наплав, что определяет содержание примесей в стекле. В частности, стекло из тетрахлорида кремния содержит менее 4•10^-5% примесей, в том числе железа менее 5•10^-6%, но зато содержание гидроксильных групп в нем доходит до 0,13%, что снижает температуру размягчения стекла до 1060°С по сравнению с 1200°С для стекла КВ. В стекле из тетрахлорида кремния, полученном прямым его окислением в факеле низкотемпературной плазмы, имеется всего 0,001 % примесей гидроксильных групп.

ГОСТ 15130—79 установил пять марок оптического кварцевого стекла:

КУ1 — стекло, обладающее высокой прозрачностью в ультрафиолетовой области спектра, без полос поглощения в области 170—250 нм, нелюминесцирующее;
КУ2 — стекло, прозрачное в ультрафиолетовой области спектра, с полосой поглощения в области 170—250 нм;
КВ — стекло, обладающее высоким пропусканием в области длины волн от 270 до 2700 нм, но не свободное от полос поглощения при 240 и 2720 нм;
КВР — стекло, отличающееся от стекла марки КВ малым изменением под действием гамма-излучения;
КИ — стекло, прозрачное в инфракрасной области спектра, без полосы поглощения при 2720 нм.

Особенности технологии оптического кварцевого стекла проявляются в том, что кроме нормирования по оптической однородности, двойному лучепреломлению, бессвильности и пузырности, ГОСТ 15130—79 предусматривает нормирование показателей качества, характерных только для кварцевого стекла — мелкозернистой неоднородности (ряби) и включений. Мелкозернистая неоднородность является следствием неодинаковой степени воздействия высокой температуры, газовой атмосферы и других физико-химических факторов при наплаве на центральную и периферийную части каждой крупинки, из которой состоит исходная шихта. В результате этого показатель преломления периферийной зоны отличается от центральной, что можно наблюдать в виде теневой или дифракционной картины. Стекло из тетрахлорида кремния свободно от ряби, но его оптическая однородность не выше третьей категории. Из этого стекла возможно получение заготовок не только для линзовой, но и для призменной оптики. Включения являются следствием того, что исходная крупка может содержать примеси, отличающиеся по химическому составу от кремнезема, которые в процессе наплава дают прозрачные, полупрозрачные, непрозрачные или стекловидные включения. В крупке, приготовленной из кристаллов кварца, полученных искусственно путем гидротермального синтеза, содержатся примеси щелочных металлов, которые образуют стекловидные включения. Стекловидные включения дают также полевой шпат, мусковит, турмалин, гранат.

По оптическим свойствам кварцевое стекло является обычным кроном с показателем преломления 1,4584 и коэффициентом дисперсии 67,83. Из-за малого коэффициента расширения (5,5•10^-7°С^-1) термооптические свойства кварцевого стекла плохие (V=213•10^-7°С^-1), но зато очень высока термостойкость. Кварцевое стекло обладает высокой механической прочностью в широком интервале температур; оно негигроскопично, устойчиво к воздействию воды и кислот, кроме плавиковой и фосфорной. Только при совместном воздействии высоких давлений и температур кварцевое стекло можно растворить в воде. При облучении плотным потоком быстрых нейтронов кварцевое стекло увеличивает показатель преломления до 1,4763. При нагреве стекла до 800°С его первоначальные свойства восстанавливаются. Кварцевое стекло — один из лучших материалов для изготовления крупногабаритных астрономических зеркал.

Легирование кварцевого стекла двуокисью титана дало возможность получить материал с практически нулевым коэффициентом термического расширения. Максимальный коэффициент расширения равен 0,4•10^-7°С^-1. На стадии опытного производства такое кварцевое стекло имеет марку КЛР, выпускается в заготовках диаметром до 200 мм по ТУ 17—74.

Мир современных материалов — Оптическое кварцевое стекло

Специфические свойства оптического кварцевого стекла выделяют его среди созданных к настоящему моменту для различных применений множеству разнообразных видов стекол. Интересующиеся читатели могут ознакомиться со свойствами стекол, применяемых при изготовлении элементов оптики, в книге [1], или со стеклами, изготавливаемыми для современных мобильных устройств, на веб-сайтах [10], [11]. Но особое место среди оптических стекол благодаря ряду уникальных характеристик занимает оптическое кварцевое стекло (в англоязычной литературе «fused silica»).

Оптическое кварцевое стекло по своему химическому составу (SiO₂, в ряде марок стекла с легирующими добавками) отчасти соответствует наиболее распространенным техническим стеклам (содержат около 70% SiO₂ в исходных компонентах). Однако при изготовлении оптического кварцевого стекла используются чистые реактивы (например, природный кристаллический кварц или очищенные химическим путем хлорид кремния и кислород), кроме того, в процессе изготовления не используется сода, доломит и известняк.

Как и все стекла, оптическое кварцевое стекло имеет аморфную структуру, т.е. представляет собой систему атомов, не имеющую дальнего порядка. Как и у других аморфных сред, точка плавления у оптического кварцевого стекла отсутствует, с ростом температуры происходит лишь уменьшение вязкости стекла. Температура размягчения кварцевого стекла, однако, достаточно велика (приблизительно 1665 °С), а промышленное изготовление изделий из кварцевого стекла происходит при еще более высоких температурах (около 2000 °С). Столь высокая термическая стойкость обуславливает, в частности, ряд высокотемпературных применений кварцевого стекла.

Согласно классификации, приведенной в работе [4], по методике изготовления кварцевое стекло подразделяется на четыре типа:

Тип I — производится из природного кварца методом электрической плавки и практически не содержит OH-групп, но содержит относительно высокую концентрацию металлических примесей (до 100 ppm).

Тип II — производится из измельченного кристаллического кварца в водородно-кислородном пламени (процесс Вернейля). Содержит меньше металлических примесей, чем стекло типа I, но существенно больше гидроксильных групп.

Тип III — производится гидролизацией хлорида кремния SiCl₄ в водородно-кислородной горелке, практически не содержит металлических примесей, но концентрация гидроксильных групп в стекле достигает 1000 ppm, также стекло содержит примеси хлора.

Тип IV — также производится из хлорида кремния, но в пламени плазменной горелки, не содержащем водяного пара, что позволяет достичь минимального уровня примесей OH-групп и металлов и меньшей концентрации примесей хлора, чем у стекла типа III.

Оптические параметры

В силу того, что основное применение кварцевого стекла связано с оптикой, наиболее интересны с практической точки зрения его оптические характеристики: диапазон прозрачности и расположение линий поглощения, показатель преломления на различных длинах волн, дисперсия, изменение показателя преломления с температурой или при приложении деформации.

Для излучения зеленой линии гелия (587.6 нм) показатель преломления кварцевого стекла приблизительно равен 1.4585. При проектировании оптических систем, следует, однако, иметь в виду, что показатель преломления стекла зависит от длины волны. На рис. 1 приведена спектральная зависимость показателя преломления в наиболее изученном и используемом спектральном диапазоне 0.2-3 мкм (взято из работы [4]), на рис. 2 приведена та же зависимость для более широкого спектрального диапазона (взято из обзорной статьи [5]).

Рис. 1. Зависимость показателя преломления кварцевого стекла от длины волны в наиболее изученном спектральном диапазоне (из [4]).

Рис. 2. Зависимость показателя преломления кварцевого стекла от длины волны для более широкого спектрального диапазона (из [5]).

Для диапазона 0.2 — 3 мкм как для чистого или легированного кварцевого стекла, так и для ряда других стекол, спектральная зависимость показателя преломления с хорошей точностью описывается формулой Сельмейера

Данная формула содержит шесть коэффициентов (l₁, l₂, l₃, B₁, B₂, B₃), характеризующих стекло. Табл. 1 содержит значения коэффициентов для кварцевого стекла без легирующих примесей, взятые из различных источников (небольшая разница в коэффициентах может объясняться разными спектральными диапазонами, в которых аппроксимировался показатель преломления, а также разной температурой в ходе эксперимента и т.д.).

Таблица 1. Значения коэффициентов Сельмейера, взятые из различных источников.

Коэффициент	Значение [6]	Значение [3]	Значение [7]
B₁	0.69681	0.6968	0.6961663
B₂	0.40817	0.4082	0.4079426
B₃	0. 89493	0.8908	0.8974794
l₁, мкм	0.06853	0.06907	0.0684043
l₂, мкм	0.11612	0.1157	0.1162414
l₃, мкм	9.9140	9.901	9. 896161

Для практических приложений также важно знание линий поглощения и окон прозрачности стекла. Стоит отметить, что окна прозрачности у кварцевого стекла разных типов отличаются. На Рис. 3 приведены зависимости коэффициента пропускания образцов толщиной 10 мм из кварцевого стекла от длины волны, взятые из работы [4].

Рис. 3. Пропускание образцов из кварцевого стекла, изготовленных по различной методике.

В некоторых областях техники (например, волоконной оптике) требуется столь высокая прозрачность стекла, что характеризации стекла по типу изготовления оказывается недостаточно, и важно знать концентрацию в стекле примесей отдельных типов. В наиболее чистых образцах стекла уровень примесей снижен практически до нуля.

Показатель преломления стекла также изменяется при изменении температуры или при деформации детали из стекла. Вблизи комнатной температуры термооптический коэффициент изменения показателя преломления равен но с ростом температуры он повышается. Усредненный от 0 до 700 °С коэффициент, по данным [7], равен 12.8 ´10^-6K^-1.

Изменение показателя преломления при продольном сжатии или растяжении стекла задается коэффициентами Поккельса. При этом для луча, движущегося параллельно направлению деформации, и перпендикулярно ему, изменение показателя преломления будет различным. Численно «продольный» коэффициент p₁₁=0.113, а «поперечный» p₁₂=0.252. При вычислении изменения показателя преломления сдавливаемого или растягиваемого образца также требуется учесть величину перпендикулярной деформации (коэффициент Пуассона).

Термические параметры

Как и всякая аморфная среда, стекло характеризуется не одной, а несколькими значениями температуры, разделяющими условно-жидкое и условно-твердое состояние. Ниже приведены основные температуры, характеризующие кварцевое стекло, а также ряд термических характеристик стекла. Особенно стоит отметить, что плавленое кварцевое стекло имеет уникально низкий коэффициент термического расширения, что позволяет использовать его в приложениях, где требуются существенные перепады температуры.

Точка размягчения (при достижении данной температуры вязкость стекла снижается до 10⁶ Па×с, т.е. стекло становится «текучим»): ≈1665 °С

Точка отжига напряжений (при достижении данной температуры «стирается» предшествующая термическая история стекла, а также созданные в нем механические напряжения): 1140 °С

Температура стеклования, температура перехода (при достижении данной температуры вязкость стекла снижается до 10¹² Па×с. При охлаждении стекла скорость дальнейшего охлаждения практически не влияет на характеристики стекла): 1070 °С

Коэффициент линейного температурного расширения: 5.5×10⁻⁷/°C (усреднен в диапазоне от 20 °Cдо 320 °C)

Теплопроводность: 0.8 — 1.3 Вт/(м×К) (вблизи комнатной температуры)

Удельная теплоемкость: 45. 3 Дж/(моль×К) (вблизи комнатной температуры)

Кроме указанных температур, изделие из кварцевого стекла может быть охарактеризовано фиктивной температурой, которая зависит от скорости остывания изделия. Степень «беспорядка» в сетке стекла (отклонение углов и расстояний между атомами от оптимальных значений, наблюдаемых в кристаллах), задающая фиктивную температуру, оказывается тем выше, чем быстрее стекло охлаждалось. При медленном остывании стекла фиктивная температура приблизительно равна 1000 °С, при быстром охлаждении стекла можно достичь фиктивной температуры 1800 °С. Образцы стекла с одинаковым составом, но разной фиктивной температурой могут существенно различаться по некоторым характеристикам (например, радиационной стойкости).

Механические параметры

Кварцевое стекло имеет существенно меньшую плотность, чем кристаллический кварц, однако прочностные характеристики данного материала достаточно высоки. Основные механические характеристики кварцевого стекла представлены ниже.

Плотность: 2.200 — 2.206 г/см³ (комнатная температура)

Модуль упругости 71.7 ГПа

Модуль сдвига 31 ГПа

Модуль объемного сжатия ~37 ГПа

Коэффициент Пуассона 0.161 — 0.175

Прочность на разрыв 48.3 МПа, зависит от типа стекла

Прочность на сжатие >1.1 ГПа

Твердость (по Моосу) 5.3-6.5

Электрические параметры

По своим электрическим характеристикам кварцевое стекло является диэлектриком с высоким сопротивлением и электрической прочностью. Ниже представлены его основные электрические характеристики.

Электрическое сопротивление >10¹² Ом×мм²/м

Диэлектрическая проницаемость 3.75 (20 °С, частота 1 МГц)

Электрическая прочность 250-400 кВ/см (20 °С)

Литература:

Книги:

[1] H. Bach, N. Neuroth “The properties of optical glass” изд-во Springler, 2еизд. (1998 г.)

[2] В.К. Леко, О.В. Мазурин «Свойства кварцевого стекла», Л., 1985

[3] A. Mendez, T. F. Morse, “Specialty Optical Fibers Handbook”, изд-во Academic Press (2011)

Научные статьи:

[4] R. Bruckner “Properties and structure of vitreous silica I”, Journal of non-crystalline solids 5, 123-175 (1970)

[5] R. Kitamura, L. Pilon, M. Jonazs, “Optical constants of silica glass from extreme ultraviolet to far infrared near room temperature”, Applied optics 46(33), 8118 — 8133 (2007)

[6] J. W. Fleming, D. L. Wood, «Refractive index dispersion and related properties in fluorine doped silica», Applied Optics 22(19), 3102-3104 (1983)

Веб-сайты:

[7] http://www.en.wikipedia.org

[8] http://traditio-ru.org

[9] http://desglass.ru

[10] http://www.corning.com

[11] http://www.corninggorillaglass.com/Gorilla-Glass

Вас также может заинтересовать:

Кварцевое стекло — это.

.. Что такое Кварцевое стекло?

Ква́рцевое стекло́, пла́вленый кварц — однокомпонентное стекло из чистого оксида кремния, получаемое плавлением природных разновидностей кремнезёма — горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния.

Виды

Различают два вида промышленного кварцевого стекла: прозрачное (оптическое и техническое) и непрозрачное. Непрозрачность кварцевому стеклу придает большое количество распределённых в нём мелких газовых пузырьков (диаметром от 0,03 до 0,3 мкм), рассеивающих свет. Оптическое прозрачное кварцевое стекло, получаемое плавлением горного хрусталя, совершенно однородно, не содержит видимых газовых пузырьков.

Непрозрачное кварцевое стекло часто служит сырьём для производства термостойкого огнеупорного материала — кварцевой керамики.

Свойства

Обладает наименьшим среди стёкол на основе SiO₂ показателем преломления (n_D = 1,4584) и наибольшим светопропусканием, особенно для ультрафиолетовых лучей.
Для кварцевого стекла характерна высокая термическая стойкость, коэффициент линейного термического расширения менее 1·10⁻⁶ К⁻¹ (в диапазоне температур от 20 до 1400 °C).
Кварцевое стекло — хороший диэлектрик, удельная электрическая проводимость при 20 °C — 10⁻¹⁴ — 10⁻¹⁶ Ом⁻¹·м⁻¹, тангенс угла диэлектрических потерь при температуре 20 °C и частоте 10¹⁶ Гц — 0,0025—0,0006.

Применение

Кварцевое стекло применяют для изготовления лабораторной посуды, тиглей, оптических приборов, изоляторов (особенно для высоких температур), изделий, стойких к температурным колебаниям. Незначительное количество отрезков кварцевого стекла используется для изготовления линзы Френеля. Также применяется в производстве термостойких огнеупорных материалов.

Оптические свойства

Дисперсия кварцевого стекла приближённо может быть описана формулой Селлмейера:

где

и длина волны задается в микрометрах.

Примечания

См. также

Что это? Как это сделано? Недвижимость, использует

Введение

В этой статье представлена вся необходимая информация о кварцевом стекле. Прочтите и узнайте больше о следующем:

Что такое кварцевое стекло?
Производство кварцевого стекла
Свойства кварцевого стекла
Применение кварцевого стекла
Обработка кварцевого стекла
И многое другое…

Прецизионные кварцевые детали
(от S&S Optical Company)

Глава первая — Что такое кварцевое стекло?

Кварц — один из самых распространенных и широко распространенных минералов в природе. Кварц — единственный стабильный полиморф кристаллического кремнезема на поверхности Земли. Он встречается во всех формах горных пород: магматических, метаморфических и осадочных.Он концентрируется в почвах, водоемах и песках при выветривании или эрозии кварцсодержащих пород.

Химическая формула кварца — SiO2. Связь кремний-кислород (Si-O) полярная и ковалентная. Элементарный кремний содержит четыре валентных электрона, связывающих атом кремния с четырьмя атомами кислорода. Один атом кислорода связан с двумя атомами кремния, образуя объемно-центрированную тетраэдрическую кристаллическую систему кварца. Тетраэдрическая кристаллическая система состоит из четырех атомов кислорода по углам и центрального атома кремния.В одном тетраэдре связь O-Si-O составляет угол 109 °. В сетке тетраэдров SiO4 угловые атомы кислорода связывают центральный атом кремния. Связь Si-O-Si составляет 144 °. Структура сетчатого SiO4 открыта с широкими пространствами, что дает кварцу гексагональную кристаллическую форму.

Из кварца можно производить кварцевое стекло, которое ценится за исключительную чистоту и служит для широкого спектра применений. Кварцевое стекло не содержит добавок. Иногда его называют плавленым кварцем или плавленым кварцем; разница между ними в том, что плавленый кварц изготавливается из чистого диоксида кремния (SiO2), а плавленый кварц — из синтетического прекурсора.Природный кварц редко используется в промышленности, так как он может содержать несколько примесей; Наиболее часто используемым сырьем является «культивированный кварц», который представляет собой кристаллы кварца, выращенные в контролируемых условиях.

Кварцевое стекло ценится благодаря своим отличительным и ценным характеристикам. Среди них низкий коэффициент теплового расширения, высокая газопроницаемость и широкое оптическое пропускание.

Глава вторая — Производство кварцевого стекла

В этой главе представлены этапы преобразования сырого кварца в формованное плавленое кварцевое стекло.

Стирка и сушка

Грязь, влага и загрязнения, присутствующие в природном кварце, удаляются на ранних стадиях обработки, что может повлиять на качество и характеристики производимого кварцевого стекла. Это применимо только для добытого кварца.

Измельчение

Целью этого этапа является измельчение сырого кварца до размера, подходящего для используемого метода плавления и оборудования.Природный кварц подвергается ряду этапов измельчения, таких как дробление и измельчение (шаровая мельница или вальцовая мельница). Кварц очень хрупкий по своей природе, что упрощает измельчение. После этого анализируется размер частиц и отделяются более крупные зерна.

Fusion

На этом этапе тепловая энергия используется для разрыва прочной связи кремний-кислород. С повышением температуры разрывается больше связей, что приводит к менее вязкой текучести кварца. После придания формы и охлаждения до окончательной формы упорядоченная кристаллическая структура молекул SiO2 превращается в стеклообразную, аморфную структуру и метастабильную форму кварца.

В зависимости от желаемого уровня чистоты и конечного применения природный кварц можно гомогенизировать и формировать с помощью следующих методов плавления:

Электроплавление

С помощью этого метода получают промышленно известное кварцевое стекло типа I. Метод электрического плавления используется, если требуется получить высокий уровень чистоты и низкое содержание гидроксила (ОН) (> 1 — 30 частей на миллион).Кварцевое стекло с низким содержанием ОН, полученное этим методом, имеет высокое пропускание инфракрасного излучения, но на поверхности стекла присутствуют эстетически приятные пузырьки и линии рисунка. Исходным материалом являются зерна природного кварца, которые могут подлежать следующим режимам производства:

Непрерывный режим: Кварцевый песок непрерывно подается в верхнюю часть тигельной колонны из тугоплавкого металла, которая содержит электронагревательное устройство. Во внутренней камере тигля поддерживается сухая и герметичная атмосфера, чтобы расплавленный кварц не вступал в реакцию с огнеупорным материалом.После прохождения через колонну горячего тигля расплавленный кварц собирается в отверстии, расположенном в нижней части колонны, в котором ему придают форму и разрезают на пластины, трубки и стержни. Этот метод подходит для крупносерийного производства.
Периодический режим или режим Були: Большое количество кварца помещается в вакуумную камеру с огнеупорной футеровкой, которая также содержит электронагревательное устройство. После плавления кварца вязкий расплав собирается и принимает окончательную форму.Этот метод используется для создания кварцевого стекла с более сложными формами и деталями.

Пламя Fusion

В этом методе исходным материалом может быть природный кварц или синтетический предшественник. Природный кварц проходит через камеру с высокотемпературным пламенем водорода / кислорода (h3 / O2) до тех пор, пока исходный материал не расплавится. Если используется тетрахлорид кремния (SiCl4), газообразный синтетический прекурсор, его заставляют реагировать с пламенем h3 / O2.Вязкий расплав осаждается в вакуумной камере с футеровкой из огнеупора, медленно собирается фильерой на дне контейнера и придается ему окончательная форма. Благодаря прямому контакту с пламенем h3 / O2, этот метод позволяет производить кварцевое стекло с содержанием ОН 150-200 ppm из природного кварца и до 1000 ppm для синтетического кремнезема.

Стекло, полученное из кристаллического кварца плавлением в пламени, классифицируется как Тип II, а из синтетического прекурсора — как Тип III. Синтетическое кварцевое стекло III типа является продуктом химической реакции.При сгорании тетрахлорида кремния образуется синтетический кварц и остаются экологически токсичные побочные продукты, хлор и соляная кислота.

Плазменный синтез

Этот процесс аналогичен плавлению в пламени, когда плазма пламени, не содержащая водяного пара, используется в качестве источника тепла. Плазменное плавленое кварцевое стекло имеет высокий уровень чистоты, низкое содержание ОН, минимальное содержание пузырьков и отсутствие линий рисования.

Природный кварц или его синтетический прекурсор могут быть исходным материалом для этого метода.Кварцевое стекло, получаемое в результате сгорания синтетического прекурсора в плазменном пламени, известно как Тип IV.

Электродуговая сварка

Кварцевый песок плавится в дуговой электропечи. Полученные стеклянные слитки измельчают и формуют; формованные детали сушат и спекают. При использовании этого метода кварцевое стекло получается белым и непрозрачным и обычно не относится к каким-либо типам кварцевого стекла. Однако по чистоте он сопоставим с прозрачным кварцем.

Процессы формовки и чистовой обработки

Производитель может обрабатывать кварцевое стекло так же, как любое другое стекло.

Механическое формование

Для придания формы кварцевому стеклу могут потребоваться алмазные режущие инструменты из-за его твердости. Кроме того, такие рабочие параметры должны быть оптимизированы, поскольку кварцевое стекло также является хрупким, и существует ограниченное усилие, которое может быть приложено до появления трещин или разрушения.Некоторые из механических процессов включают:

Резка: Для резки кварцевого стекла используются ленточные и канатные пилы, отрезные пилы, CO2-лазеры и водоструйные резаки. Использование лазерного резака может оставить глянцевый и гладкий разрез, в то время как кварцевое стекло, которое использовалось для резки пилой, может оставить грубый разрез. Для толстых плит из кварцевого стекла может потребоваться несколько последовательных разрезов, если одного разреза будет недостаточно. Отжиг может потребоваться для снятия термического напряжения и предотвращения его разрушения.
Сверление: Как подробно описано в изделии из плавленого кварцевого стекла, отверстия можно проделывать с помощью алмазного сверлильного станка. Лазерный сверлильный станок можно использовать для резки тонких небольших пластин. Необходимо обеспечить надлежащее охлаждение, чтобы предотвратить преждевременный износ инструментов.
Шлифовка: Поверхность кварцевого стекла может быть сглажена, а ее толщина может быть уменьшена в зависимости от конечного применения.

Горячее формование

Кварцевое стекло довольно сложно поддается термоформованию из-за его высокой температуры плавления и высокой вязкости, что позволяет формировать его в очень узком температурном диапазоне.Если температура слишком низкая, стекло твердое; если температура слишком высока, стекло становится менее вязким и летучим, что приводит к испарению деталей. В дополнение к этому, требуется один или несколько этапов отжига для снятия термического напряжения и предотвращения разрушения, вызванного горячей штамповкой. Ниже приведены некоторые методы горячей штамповки, которые производитель может использовать для улучшения стеклянных изделий:

Сварка: Два компонента кварцевого стекла соединены сварным швом.Концы каждого компонента нагреваются, и кусок кварцевого стекла плавится, чтобы заполнить зазор в шве или стыке. Очень важно поддерживать достаточно высокую температуру, чтобы избежать термического стресса.
Разрушение: В этом процессе стержни из кварцевого стекла уменьшаются до меньшего диаметра. Металлическая трубка нагревается до температуры размягчения кварцевого стекла, и под трубкой прикладывается давление, чтобы толкать стеклянные стержни.
Удлинение и сжатие: Положительная или отрицательная радиальная сила применяется для удлинения или сжатия стержня из кварцевого стекла до его конечного диаметра. Это выполняется при температуре размягчения кварцевого стекла, и необходимо приложить оптимальное усилие, чтобы предотвратить разрушение и растрескивание.
Выдувание стекла: Кусок расплавленного кварцевого стекла надувается с помощью выдувной трубки, чтобы он приобрел полую форму.

Глава третья — Свойства кварцевого стекла

В этой главе представлены основные свойства и характеристики кварцевого стекла.

Химическая чистота

Чистота — один из важнейших аспектов производства кварцевого стекла. Загрязняющие вещества, даже в очень малых количествах, влияют на тепловые, электрические и оптические свойства получаемого кварцевого стекла и контактирующего материала при их конечном применении. Необходимо соблюдать строгие меры предосторожности при обращении с источником исходного материала и на всех этапах производства для обеспечения высокой чистоты. Наиболее распространенные примеси — оксиды металлов (Al2O3, Fe2O3, MgO и др.)), вода и хлор.

Вода присутствует в кварцевом стекле в виде гидроксильных (ОН) групп. Содержание ОН может изменяться в зависимости от термической обработки и количества влаги, воздействию которой подвергается кварцевое стекло при повышенной температуре. ОН влияет на пропускание инфракрасного излучения, вязкость и затухание. Высокий уровень OH снижает передачу инфракрасного излучения. OH также снижает термическую стабильность; более высокое содержание ОН означает, что кварцевое стекло не подходит для высокотемпературных конечных применений.Стадия отжига может снизить содержание ОН в кварцевом стекле в электрическом плавленом кварцевом стекле.

Прототипирование стекла и кварца (от S&S Optical Company)

Химическое поведение

Кварцевое стекло химически инертно по отношению к большинству химических соединений: воде, соли и кислотам, что делает его полезным материалом в химических лабораториях и на производстве. Он практически непроницаем для газов. Плавиковая кислота и фосфорная кислота — единственные агенты, которые могут травить и разрушать кварцевое стекло при температуре окружающей среды.Однако щелочные и щелочноземельные агенты воздействуют на поверхность, вызывая ускоренное расстекловывание. 0,1 мг щелочи на квадратный сантиметр щелочных соединений может усиливаться, чтобы преобразовать все полустабильные молекулы. Даже отпечатки пальцев со следами щелочи могут вызвать расстекловывание.

Изготовленное на заказ кварцевое стекло (от S&S Optical Company)

Тепловые свойства

Кварцевое стекло известно своим очень низким коэффициентом теплового расширения (КТР).Термическое расширение относится к частичному изменению размера объекта в ответ на изменение его температуры. Для большинства материалов КТР прямо пропорционален изменению температуры. Кварцевое стекло также обладает отличной стойкостью к тепловому удару, выдерживая резкие и резкие перепады температур. Кварцевое стекло также имеет низкую теплопроводность.

Технологическое стекло теплообменника (от Pegasus Industrial Specialties)

Кварцевое стекло размягчается, начиная с 16300 ° C, и действует как вязкая жидкость при высоких температурах, как и большинство типов стекла.Это состояние возникает в широком диапазоне температур, и вязкость уменьшается с повышением температуры. Вязкость также увеличивается из-за примесей.

Механические свойства

Кварцевое стекло имеет почти такие же механические свойства, как и другие типы стекла. Кварцевое стекло обладает высокой прочностью на сжатие, но также проявляет высокую хрупкость. Поверхностные дефекты также могут повлиять на общую прочность этого материала. Детали, отполированные машинным способом, обычно слабее, чем детали, отполированные огнем.Кроме того, возраст стекла также влияет на надежность из-за воздействия окружающей среды.

Трубка из плавленого кварцевого стекла
(от Technical Glass Products Inc)

Оптические свойства

Кварцевое стекло было предметом исследований из-за его обширных оптических свойств пропускания, охватывающих ультрафиолетовые области, видимые и инфракрасные длины волн. Его можно дополнительно улучшить за счет добавления легирующих материалов. На пропускание влияют чистота кварцевого стекла и содержание ОН.Увеличение металлических примесей и колебательных и вращательных возбуждений молекул OH может привести к поглощению света и, следовательно, повлиять на последующее пропускание.

Предметные стекла и крышка для микроскопа
(от Technical Glass Products Inc)

Электрические свойства

Кварцевое стекло — отличный электроизолятор, сохраняющий высокое удельное сопротивление при повышенных температурах. Обладает высокой диэлектрической прочностью. Это связано с отсутствием заряженных подвижных ионов в молекулярной решетке и прочной связью кремний-кислород, которая придает структуре очень низкую поляризуемость.

В таблице ниже приведены некоторые важные коэффициенты абсолютных свойств кварцевого стекла, которые обсуждаются в этой статье:

Имущество	Значение
Плотность	2,2 x 10-3 кг / м3
Твердость	5. 5–6,5 по шкале Мооса
Расчетная прочность на разрыв	7000 фунтов на кв. Дюйм
Расчетная прочность на сжатие	160,000 фунтов на кв. Дюйм
Модуль жесткости	4.5×106 фунтов на кв. Дюйм
Коэффициент теплового расширения	0.55 x 10-6 / ° С
Теплопроводность (20 ° C)	1,4 Вт / м- ° C
Удельная теплоемкость (20 ° C)	670 Дж / кг- ° C
Температура размягчения	1683 ° С
Точка отжига	1215 ° С
Точка деформации	1120 ° С
Удельное электрическое сопротивление (350 ° C)	7×107 Ом-см
Диэлектрические свойства (20 ° C, 1 МГц) · Постоянная · Прочность	3. 75 5х10-7 В / м
Показатель преломления	1.4585

Глава четвертая — Применение кварцевого стекла

Ниже приведены общие области применения кварцевого стекла:

Оптические устройства

В большинстве областей применения кварцевого стекла используются его оптические свойства из-за его широкого диапазона прозрачности и превосходного светопропускания, от ультрафиолетового до инфракрасного.Кварцевое стекло нелегко повредить ультрафиолетовым излучением и излучением высокой энергии. Свет может проходить через кварцевое стекло по функционализированному оптическому пути с минимальными искажениями. Примеры продуктов с оптическими применениями: призмы, линзы, светоделители, поляризаторы, зеркала и окна.

Приборы освещения

Кварцевое стекло высокой чистоты используется в различных лампах и системах освещения, таких как ртутные лампы, галогенные лампы, ксеноновые лампы, ультрафиолетовые лампы, дуговые лампы и лампы накаливания, которые служат источником света при высоких температурах.Эти лампы используются в нескольких отраслях промышленности, в том числе в устройствах для стерилизации и очистки в пищевой и медицинской промышленности, а также в устройствах для экспонирования в полупроводниковой промышленности.

Химическое оборудование и аппараты

Материал кварцевого стекла является хорошей, но дорогой альтернативой, поскольку он химически инертен, по сравнению с другими типами стекла, которые не могут выдерживать высокие температуры для конкретного использования. Обычное применение — стеклянная посуда, тарелки и пробирки.

Колба Эрленмейера
(от Technical Glass Products Inc)

Огнеупорные материалы

Плавленый кремнезем используется в качестве материала для изготовления огнеупорных изделий, таких как тигли, поддоны, кожухи и ролики, которые используются в высокотемпературных процессах, включая выплавку стали и производство стекла.

Судно для сжигания
(от Technical Glass Products Inc.)

Глава пятая — Обращение с кварцевым стеклом

В этом разделе приведены рекомендуемые методы обращения с изделиями из кварцевого стекла или их использования для сохранения их ценных характеристик и максимального увеличения срока службы:

Инструкции по эксплуатации

Обработка:

Кварцевое стекло можно использовать в течение длительного времени, если его содержать в чистоте до и после использования.Даже небольшое количество примесей может способствовать постепенному расстеклованию. При обращении с кварцевым стеклом рекомендуется использовать чистые безворсовые, неопудренные или хлопчатобумажные перчатки, чтобы предотвратить дальнейшее загрязнение.

Очистка:

Кварцевое стекло можно очистить, погрузив его в раствор бифторида аммония> 7% на срок не более десяти минут или в раствор плавиковой кислоты> 10% по объему не более чем на пять минут. После очистки ее необходимо тщательно промыть деионизированной или дистиллированной водой и высушить.

Хранение:

Кварцевое стекло должно храниться в закрытом контейнере, когда оно не используется, чтобы защитить его от поверхностных дефектов и влаги, которые могут повлиять на качество и характеристики кварцевого стекла. В идеале стекло необходимо заворачивать. В случае трубки концевые отверстия должны быть закрыты.

Надлежащее хранение лабораторной посуды
(с сайта ehs.washington.edu)

Девитрификация

Девитрификация может сократить срок службы кварцевого стекла и радикально удалить все желаемые характеристики кварца. Девитрификация — это превращение метастабильного кварцевого стекла в стабильный кристаллический кристобалит.Это происходит, когда кварц нагревается при высоких температурах в течение длительного периода времени или когда он нагревается с примесями, прикрепленными к его поверхности, даже в небольших количествах. В отсутствие примесей расстекловывание обычно начинается при 12000 ° C и ускоряется с повышением температуры. Примеси снижают порог расстекловывания.

Заключение

Кварцевое стекло ценится за свои превосходные оптические свойства (т.е. светопропускание), низкий коэффициент теплового расширения и хорошая химическая стойкость.
Исходным материалом для производства кварцевого стекла является природный кварц, культивированный кварц или синтетический прекурсор, например тетрахлорид кремния.
Кристаллическая структура кварца включает прочные ковалентные связи кремний-кислород; одиночная молекула образует тетраэдрическую геометрию. Сеть молекул SiO4 образует объемноцентрированный кристалл в форме гексагональной призмы.При обработке кристаллическая структура превращается в метастабильное аморфное кварцевое стекло.
Кристаллы кварца подвергаются измельчению, чтобы подготовить их к процессу плавления.
Электроплавление позволяет производить стекло типа I. Кварцевый песок или кристаллы загружают в огнеупорный тигель, и расплав собирают для формирования различных частей. В термоядерном синтезе используется водородно-кислородное пламя. Стекло типа II производится из кристаллического кварца путем пропускания через водородно-кислородное пламя; С другой стороны, стекло типа III получают путем сжигания тетрахлорида кремния в пламени.Плазменный синтез, при котором производится стекло Типа IV, почти аналогичен пламенному плавлению, за исключением того, что в этом методе используется плазменное пламя.
Полученное кварцевое стекло подвергается дальнейшей переработке для превращения в продукты, пригодные для использования.
Чистота — важный аспект кварцевого стекла. Гидроксильные (ОН) группы могут сильно повлиять на характеристики кварцевого стекла. Кварцевое стекло устойчиво к большинству химических реагентов, но чувствительно к щелочным соединениям.
Кварцевое стекло используется в производстве оптических приборов, систем освещения, огнеупорных материалов и химических аппаратов.
При обращении с кварцевым стеклом необходимо соблюдать соответствующие меры предосторожности, чтобы обеспечить его надежность. Стекло необходимо постоянно содержать в чистоте. При проектировании применения необходимо учитывать его тепловые характеристики.
Девитрификация — это превращение метастабильного кварцевого стекла в стабильный кристалл кристобалита кварца.

Momentive.com — Механические свойства плавленого кварца

Механические свойства плавленого кварца во многом такие же, как и у других стекол. Материал чрезвычайно прочен на сжатие, с расчетной прочностью на сжатие выше 1,1 x 10 ⁹ Па (160 000 фунтов на кв. Дюйм).

Дефекты поверхности могут резко снизить внутреннюю прочность любого стекла, поэтому эти дефекты сильно влияют на свойства при растяжении. Расчетное сопротивление разрыву для плавленого кварца с хорошим качеством поверхности превышает 4.8 x 10 ⁷ Па (7000 фунтов на кв. Дюйм). На практике обычно рекомендуется расчетное напряжение 0,68 x 10 ⁷ Па (1000 фунтов на кв. Дюйм).

Чтобы узнать, чем плавленый кварц Momentive по сравнению с синтетическим плавленым кварцем, щелкните здесь.

Типичные физические свойства плавленого кварца

5px» cellpadding=»6″ align=»left» dropzone=»copy»>

Недвижимость	Значение
Плотность	2.2 x 10 ³ кг / м ³
Твердость	5,5 — 6,5 по шкале Мооса 570 KHN ₁₀₀
Расчетная прочность на разрыв	4,8 x 10 ⁷ Па (Н / м ²) (7000 фунтов на кв. Дюйм)
Расчетная прочность на сжатие	Больше 1. 1 x 10 ⁹ Па (160,000 фунтов на кв. Дюйм)
Модуль объемной упругости	3,7 x 10 ¹⁰ Па (5,3 x 10 ⁶ фунт / кв. Дюйм)
Модуль жесткости	3,1 x 10 ¹⁰ Па (4,5 x 10 ⁶ фунт / кв. Дюйм)
Модуль Юнга	7.2 x 10 ¹⁰ Па (10,5 x 10 ⁶ фунт / кв. Дюйм)
Коэффициент Пуассона	0,17
Коэффициент теплового расширения (20 ° C — 320 ° C)	5,5 x 10 ^-7 см / см • ° C
Теплопроводность при 20 ° C	1. 4 Вт / м • ° C
Удельная теплоемкость при 20 ° C	670 Дж / кг • ° C
Температура размягчения	1683 ° С
Точка отжига	1215 ° С
Точка деформации	1120 ° С
Удельное электрическое сопротивление при 350 ° C	7 x 10 ⁷ Ом • см
Диэлектрические свойства при 20 ° C и 1 МГц
Константа	3. 75
Прочность	5 x 10 ⁷ В / м
Коэффициент потерь	Менее 4 x 10 ^-4
Коэффициент рассеяния	Менее 1 x 10 ^-4
Показатель преломления	1.4585
Ограничение (значение Nu)	67,56
Скорость волны сдвига звука	3,75 x 10 ³ м / с
Скорость звука / волна сжатия	5. 90 x 10 ³ м / с
Звуковое ослабление	Менее 11 дБ / м МГц
Константы проницаемости при 700 ° C	(см ³ мм / см ² сек. См рт. Ст.)
Гелий	210 x 10 ^-10
Водород	21 x 10 ^-10
Дейтерий	17 x 10 ^-10
Неон	9. 5 х 10 ^-10

^{Типичные свойства являются усредненными данными и не должны использоваться в качестве или для разработки спецификаций продукта.}

Для получения дополнительной информации о правилах использования плавленого кварца щелкните здесь.

Кварц

против плавленого кварца: в чем разница?

Если ваш проект требует материалов с высокими эксплуатационными характеристиками, у вас может быть больше вариантов, чем вы думаете. Кварц, плавленый кварц и плавленый диоксид кремния — все они являются частью семейства чрезвычайно чистых материалов с высокими рабочими температурами и температурами плавления, превосходными оптическими свойствами, а также низким коэффициентом расширения.

Хотя они часто используются как взаимозаменяемые, фундаментальные структуры кварца и плавленого кремнезема различны. Оба являются узкоспециализированными, но их характеристики различаются.

Кварц

Кварц — очень универсальное, встречающееся в природе вещество с хорошими электрическими, оптическими и тепловыми характеристиками и устойчивостью к коррозии. В производстве кварцевое стекло или плавленый кварц создают из зерен природного материала, которые плавятся и очищаются.

Ключевые особенности

Изготавливается из кристаллического кварца природного происхождения или зерен кремнезема
Аморфный
Некристаллический продукт
Удерживает некоторые остаточные примеси из сырья (влияет на ультрафиолетовую прозрачность)
Низкое содержание OH

плавленый кремнезем

Плавленый диоксид кремния — полностью синтетический материал, технически самое чистое стекло. У него самые высокие температурные характеристики из всех стекол, и часто оно начинается с чистого газообразного кремния.Из-за способа изготовления плавленого кварца он имеет превосходные ультрафиолетовые характеристики по сравнению с природным кварцем и идеально подходит для таких применений, как оптика, пропускающая УФ.

Ключевые особенности

Изготовлен из газообразного кремния или кварцевого песка (некристаллический)
Аморфный
Сшитая, трехмерная структура
Значительная прозрачность в глубоком ультрафиолете
Удерживает некоторые остаточные примеси из водяного пара при обработке (влияет на прозрачность в инфракрасном диапазоне)

Высококачественные материалы в Swift Glass

Оба эти материала идеально подходят для производства полупроводников, технического и лабораторного оборудования.Их общие отличительные черты:

Чрезвычайно низкий коэффициент расширения (очень ударопрочный)
Чрезвычайно высокая термостойкость
Исключительная оптическая передача

Команда Swift Glass специализируется на индивидуальной работе, и мы гордимся наличием обширного инвентаря материалов. Наличие широкого выбора позволяет легко найти идеальное стекло для вашего следующего проекта, но также требует внимательного рассмотрения и внимания к тонким качествам.

Не забудьте оценить ключевые характеристики, которые вам нужны, даже после того, как вы сузили свой поиск до высокоэффективного материала:

Толщина
Нормальные рабочие температуры
Экстремальные рабочие температуры
Максимальная температура, тепловой удар
Максимальная температура, температурный градиент
In / In / F Коэффициент теплового расширения

У нас есть ассортимент кварцевых стекол и стекол из плавленого кварца от разных производителей, каждый из которых имеет свои сильные стороны. Ознакомьтесь с нашими онлайн-ресурсами и электронными книгами , чтобы узнать больше, или позвоните в команду для получения дополнительной информации — мы подберем именно тот стакан для вашего следующего проекта.

Теги: плавленый кварц, плавленый кварц, свойства плавленого кварца, кварц, свойства кварца

Механические свойства плавленого кварца • QSI Quartz

Механические свойства плавленого кварца

2 января 2019 г. / 3975

Механические свойства плавленого кварца во многом такие же, как и у других стекол.Материал чрезвычайно прочен на сжатие, с расчетной прочностью на сжатие выше 1,1 x 10 ⁹ Па (160 000 фунтов на квадратный дюйм).

Дефекты поверхности могут резко снизить внутреннюю прочность любого стекла, поэтому эти дефекты сильно влияют на свойства при растяжении. Расчетная прочность на разрыв для плавленого кварца с хорошим качеством поверхности превышает 4,8 x 10 ⁷ Па (7000 фунтов на кв. Дюйм). На практике обычно рекомендуется расчетное напряжение 0,68 x 10 ⁷ Па (1000 фунтов на кв. Дюйм).

Типичные физические свойства плавленого кварца

5,5 Масштаб 6,5 (20 ° C — 320 ° C) удельное электрическое сопротивление при 9036 ° C 7 Ом • см2

Свойство	Значение
Плотность	2,2 x 10 ³ кг / м ³
Твердость 900H4
Расчетная прочность на разрыв	4,8 x 10 ⁷ Па (Н / м ²) (7000 фунтов на кв. Дюйм)
Расчетная прочность на сжатие	Больше 1.1 x 10 ⁹ Па (160,000 psi)
Модуль объемной упругости	3,7 x 10 ¹⁰ Па (5,3 x 10 ⁶ psi)
Модуль жесткости	3,1 x 10 ^{10 ^{(4,5 x 10 ⁶ psi)}}
Модуль Юнга	7,2 x 10 ¹⁰ Па (10,5 x 10 ⁶ psi)
Коэффициент Пуассона	0,17	Коэффициент теплового расширения
5.5 x 10 ^-7 см / см • ° C
Теплопроводность при 20 ° C	1,4 Вт / м • ° C
Удельная теплоемкость при 20 ° C	670 Дж / кг • ° C
Точка размягчения	1683 ° C
Точка отжига	1215 ° C
Точка деформации	1120 ° C
C
Диэлектрические свойства при 20 ° C и 1 МГц
Константа	3. 75
Прочность	5 x 10 ⁷ В / м
Коэффициент потерь	Менее 4 x 10 ^-4
Коэффициент рассеяния	36 Менее 1 x1
Показатель преломления	1,4585
Сопротивление (значение Nu)	67,56
Скорость звука — волна сдвига	3,75 x 10 ³	м	3,75 x 10 ³	м Звук / волна сжатия	5.90 x 10 ³ м / с
Звуковое ослабление	Менее 11 дБ / м МГц
Константы проницаемости при 700 ° C	(см ³ мм / см ² сек. См. ртутного столба)
Гелий	210 x 10 ^-10
Водород	21 x 10 ^-10
Дейтерий	17 x 10
9.5 x 10 ^-10

Первоисточник

Изготовление кварцевой печи L …

КВАРЦ, ПЛАВЛЕННЫЙ КВАРЦ, ПЛАВЛЕННЫЙ КРЕМНЕМ, ЧТО …

Свойства кварца

GE Тип 214, 214LD и 124

Кварцевый завод Momentive — Уиллоуби, Огайо

Указатель свойств

Типы материалов… Использовать Рекомендации … Физические свойства … Химический состав … Электрические свойства … Механические свойства … Проницаемость … Тепловые свойства … Микроэлементы … Оптические свойства …

Трубка из плавленого кварца для полупроводников

В полупроводниковой промышленности сочетание экстремальных чистота и отличные высокотемпературные свойства делают сплавленный кварцевые трубки идеальная топочная камера для обработки кремниевые пластины. Материал выдерживает широкий температурные градиенты и высокие тепловыделения процесса.А его чистота создает среду с низким уровнем загрязнения. требуется для достижения высокого выхода пластин. Появление восьмидюймовых пластин в сочетании с сегодняшним меньшие размеры стружки увеличили производство стружки на в четыре раза по сравнению с существующими технологиями всего несколько много лет назад. Эти события сильно повлияли на кварца, требующего как труб большого диаметра, так и значительно более высокий уровень чистоты. GE Quartz. имеет ответил по обоим пунктам. Кварцевые трубки доступны во всех размерах, в том числе диаметром от 400 мм и более.Диаметр и стена размеры толщины строго контролируются. Особый тяжелый толщина стенок доступна по запросу. Находя новые и лучшие источники сырья, расширяя и модернизация наших производственных мощностей, а также модернизация наших функции контроля качества, GE уменьшила количество загрязняющих веществ уровни в трубках из плавленого кварца до менее 25 частей на миллион, с уровень щелочи ниже 1 ppm.

Марка 214LD Это сплав большого диаметра по отраслевому стандарту 214.

кварцевые трубки.Для всех операций, кроме узкоспециализированных, эта недорогая трубка обеспечивает уровень чистоты, провисание сопротивление, срок службы печи и другие свойства, которые и сердечно-сосудистые процессы требуют. Для превосходной производительности при повышенных температурах трубка печи GE типа 214 LD дает инженерам-технологам лучший баланс между эффектами более высоких температур и более тяжелых нагрузок на пластины.

224LD — Трубки из низкощелочного кварца По мере того, как полупроводниковая промышленность движется к более высокой плотности, Загрязнение атмосферы печи становится все более критический фактор в контроле выхода пластин.Один потенциал загрязняющим веществом является натрий, который естественным образом встречается в диоксиде кремния песок, используемый для изготовления плавленого кварца. Этот высокомобильный ион может эффективно дестабилизируют электрические характеристики MOS и биполярные устройства, если их не снимать. Для этих критически важных приложений компания GE разработала класс 224 трубки из плавленого кварца с низким содержанием щелочи. Изготовлен в специальной процесс, который устраняет до 90% встречающихся в природе щелочи. В процессе достигается типичный уровень натрия 0,1. ppm (по сравнению с нормальными 0,7 ppm), значительно снижает калий и практически исключает литий.

244LD Кварцевая трубка с низким содержанием щелочи и алюминия Этот сорт был специально разработан для пользователей кварца. обеспокоен уровнем алюминия в плавленом кварце. 244 имеет типичный уровень алюминия 8 ppm.

Низкий (OH-) Одна из причин того, что трубки из плавленого кварца GE могут выдерживать широкий температурный градиент и химическая среда пластины операции обработки — его (OH-) содержание менее 10 ppm вода большинства сортов. Низкое ОН — минимизирует скорость провисания при температурах диффузии, и эффективно замедляет процесс расстекловывания.Из-за низкого содержания гидроксила трубки GE Quartz не требуют специальных покрытий, которые потенциально могут высвобождать загрязняющие вещества при повышенных температурах.

Пруток и твердые тела из плавленого кварца

GE поставляет твердый плавленый кварц высокой чистоты в двух формах. формы для производителей кварцевой посуды. Стержень типа 214 отличается высокой чистотой, повышенной температурой. характеристики и низкий коэффициент теплового расширения требуется для держателей пластин и толкателей, используемых в обработка полупроводниковых пластин.Материал доступен в диаметрах от 1 до 20 мм. Очень жесткий контроль качества и специальная обработка сырья материалы используются для достижения низкого уровня микроэлементов загрязнение. Когда исходные материалы большего размера и другой формы требуются, GE поставляет производителям детали, вырезанные из слитки плавленого кварца. Они до 72 дюймов в диаметре, два фута толщиной и весом до 9000 фунтов.

Большие слитки Слитки GE типа 124 использовались в полупроводниковой промышленности. материал выбора для изготовления диффузии и CVD комплектующие печи в течение ряда лет.Появление пластин большего размера, более узкая геометрия устройств, и стремление к снижению уровня загрязнения стимулировало Разработка GE еще более высокой степени чистоты. Тип 144 специально обработан для снижения содержания щелочи на до 90%. Натрий удерживается на уровне 0,2 промилле или ниже, калий — на уровне значительно снижается, в то время как содержание лития составляет около 0,2 ppm. Тип 012 обеспечивает сверхвысокую чистоту синтетического плавленого диоксид кремния, при сохранении низкого (OH) в трубках для ламп

GE Quartz — ведущий мировой производитель плавленого кварца. для освещения.Четыре основных типа марки лампы кварц доступны, каждый из которых предназначен для выполнения определенных Требования к производительности. Вместе эти материалы охватывают широкий спектр приложений. Они включают:

Тип 214 Мировой стандарт для трубок для ламп из прозрачного плавленого кварца. GE 214 — это высокая чистота, высокий коэффициент пропускания, высокий термостойкий материал с низким содержанием гидроксила (ОН-). Это подходит для широкого спектра ртути, галогенов и других применение кварцевых ламп.

Тип 219 Известны как «безозоновые» или «бактерицидные» кварцевые трубки.GE 219 пропускает УФ-А и УФ-В, блокируя глубокие, высокие длины волн энергии, которые вызывают образование озона и создают наибольшие риски воздействия. Тип 219 передает 253,7 нанометровое излучение ртути очень эффективно, что делает его идеальный материал для дезинфекции и различных другие УФ-процедуры.

Тип 254 Легированный кварцевый материал, который блокирует практически все УФ-В и УФ-С излучение. Тип 254 имеет отсечку по коэффициенту пропускания. длина волны от 350 до 400 нм.Идеально подходит для лампы, требующие максимального пропускания видимого света с почти полная защита от ультрафиолета. Приложения для GE 254 таковы где УФ-излучение для людей или имущества нежелательно, включая некоторые кварцевые галогенные и металлогалогенные лампы и другие источники УФ-излучения.

Тип 021 Это сухой синтетический плавленый кварцевый материал, обеспечивающий высокую пропускание в глубоком ультрафиолетовом диапазоне. Он сочетает в себе преимущества низкого содержания гидроксила при сверхвысоком чистота, обеспечивающая превосходное пропускание УФ-излучения и устойчивость к соляризация для различных применений УФ-ламп, включая очистка воды, образование озона, отверждение красок и чернил, и химическая обработка.

Типы 214A, 219A и 254A Они идентичны стандартным типам, но производятся с более низким содержанием гидроксила. Продукция «А» содержит кварцевые тигли.

При производстве металлического кремния для полупроводниковой пластины. применения, исходные материалы поликремния помещаются в тигли из плавленого кварца, нагретые до высоких температур и вытянут из расплава как монокристалл. Плавленый кварц — один из немногих материалов, которые можно сочетать требуется высокая чистота и высокотемпературные свойства.

Прочие композиции Чтобы идти в ногу со все более строгой чистотой требований отрасли, GE теперь предлагает различные составы в его кварцевых тиглях. Каждый тип разработан для решения конкретных проблем микрозагрязнения. Тем не мение. доступны и другие варианты. Команда GE Crucible готова работать с вами над вашим особые конструкции тиглей.

Волоконно-оптические трубки

Серия плавленого кварца GE в качестве трубки для наплавки для одного из основные методы изготовления оптических волноводов, Модифицированный процесс химического осаждения из паровой фазы (MCVD).Для этого применения GE предлагает высококачественные кварцевые трубки. практически без авиалиний, с небольшими габаритами допуски и низкие (ОН-). Такое сочетание характеристик обеспечивает отличное затухание в волокне производитель. GE производит оптоволоконные трубки из натуральных материалов. встречающийся или синтетический кварц. Синтетические сорта, в сочетании с уникальным процессом непрерывной сварки GE, производит оптоволоконные трубки со всеми преимуществами кварц природного происхождения, а также более высокая прочность на разрыв требуется для производства длинных волокон.Наряду с материалом волновода GE предлагает высококачественный кварц. трубки и ручки, необходимые для процесса MCVD. Каждая волноводная трубка производства GE имеет серийный номер. охарактеризован и сопровождается сводкой данных, показывающей полная геометрия трубки. При желании компьютерный диск может поставляться вместе с отправкой для прямого входа в нашу база данных.

Таблица типичных физических свойств, тип 214 Плавленый кварц

Типовые значения собственности

Плотность 2,2х10 3 кг / м3
Твердость 5,5 - 6,5 по шкале Мооса 570 KHN 100
Расчетная прочность на разрыв 4.8x10 7 Па (Н / м2) (7000 фунтов на кв. Дюйм)
Расчетная прочность на сжатие Более 1,1 x 10 9 Па (160000 фунтов на кв. Дюйм)
Модуль объемной упругости 3,7 x 10 10 Па (5,3 x 10 6 фунтов на кв. Дюйм)
Модуль жесткости 3,1 x 10 10 Па (4,5 x 10 6 фунтов на кв. Дюйм)
Модуль Юнга 7,2x1 -10 Па (10,5x10 6 фунтов на кв. Дюйм)
Коэффициент Пуассона 0,17

Коэффициент теплового расширения 5,5х10-7 см / см. øC (20 øC-320 øC)
Теплопроводность 1,4 Вт / м. øC
Удельная теплоемкость 670 Дж / кг. øC

Температура размягчения 1683 ° C
Точка отжига 1215 ° C
Температура деформации 1120 øC

Удельное электрическое сопротивление 7x10 7 Ом · см (350 ° C)
Диэлектрические свойства (20 ° C и 1 МГц)
       Постоянная 3.75
       Прочность 5х10 7 В / м
       Коэффициент потерь менее 4х10-4
       Коэффициент рассеяния менее 1x10-4

Показатель преломления 1.4585
Сдерживаемость (Nu) 67,56
Скорость сдвиговой волны звука 3.75x10 3 м / с
Скорость звука / волны сжатия 5,90X10 3 м / с
Акустическое затухание менее 11 дБ / м МГц

Константы проницаемости (см3 мм / см2 сек · см ртутного столба)
(700 ° C)
      Гелий 210х10 -10
      Водород 21х10-10
      Дейтерий 17x10 -10
      Неон 9.5x10 -10

Химический состав

Стекловидный кремнезем — это общий термин, используемый для описания всех типы кварцевого стекла, причем производители ссылаются на материал в виде плавленого кварца или плавленого кварца. изначально эти термины использовались для различения прозрачные и непрозрачные сорта материала. Плавленый кварц продукты были произведены из кристалла кварца в прозрачная посуда и плавленый кварц описанные продукты изготавливается из песка в непрозрачную посуду. Однако сегодня достижения в области бонификации сырья позволяют прозрачные сплавы как из песка, так и из хрусталя.Следовательно, если встречающиеся в природе кристаллические кремнезем (песок или камень) расплавляется, материал просто называется плавленым кварцем. Если диоксид кремния синтетический производный, однако материал упоминается как синтетический плавленый кварц. Контролируемый процесс: производительность большинства плавленых кварцев Продукция тесно связана с чистотой материала. Запатентованная GE технология бонификации и слияния сырья процессы тщательно отслеживаются и контролируются для получения обычно менее 50 ppm общих элементарных примесей на масса.Прозрачные плавленые кварцы GE имеют номинальную чистота 99,995 мас.% SiO2. Также показаны структурные гидроксильные (OH-) примеси. Сильный ИК-поглощение разновидностей OH в плавленом кварце обеспечивает количественный метод анализа. Бета-фактор: термин бета-фактор часто используется для характеризуют содержание гидроксила (OH-) в плавленом кварце трубка. Этот термин определяется формулой, показанной ниже.

Электрические характеристики

Поскольку электропроводность плавленого кварца ионная, природа, а ионы щелочных металлов существуют только в виде следовых составляющих, плавленый кварц — предпочтительное стекло для электрических изоляция и диэлектрические свойства с низкими потерями.В целом электроизоляционные свойства ясны. плавленый кварц превосходит непрозрачный или непрозрачный. полупрозрачные типы. И электрическая изоляция, и микроволновая печь трансмиссионные свойства сохраняются на очень высоком уровне температуры и в широком диапазоне частот.

Механические свойства

Механические свойства плавленого кварца во многом такие же, как у плавленого кварца. те из других очков. Материал чрезвычайно прочен в сжатие, с расчетной прочностью на сжатие лучше чем 1.1 x 10 9 Па (160 000 фунтов на кв. Дюйм). Дефекты поверхности могут резко снизить внутреннюю прочность любого стекла, поэтому на растяжимость большое влияние оказывает этими дефектами. Расчетная прочность на разрыв для плавленых кварц с хорошим качеством поверхности превышает 4,8 x 10 7 Па (7000 фунтов на квадратный дюйм). На практике расчетное напряжение 0,68 x 10 7 Обычно рекомендуется Па (1000 фунтов на кв. Дюйм).

Проницаемость

Плавленый кварц практически непроницаем для большинства газов, но гелий, водород, дейтерий и неон могут диффундировать через стекло.Скорость диффузии увеличивается с увеличением температуры и перепады давления. Селективная диффузия гелия через плавленый кварц основа метода очистки гелия по существу «отсеивание» загрязняющих веществ путем пропускания газа через тонкостенные кварцевые трубки. Диффузия гелия, водорода, дейтерия и неона через плавленый кварц ускоряется с увеличением температура. По данным General Electric Research Лаборатория, константы проницаемости для этих газов через плавленый кварц при температуре 700 700C оцениваются в: Гелий 2.1 x 10-8 см3 / сек / см2 / мм / см. Рт. Ст. Водород 2,1 х 10 -9. Дейтерий 1,7 х 10 -9. Неон 9,5 х 10-10

Тепловые свойства

Одно из важнейших свойств плавленого кварца — его чрезвычайно низкий коэффициент расширения: 5,5 x 10-7 мм øC (20-320 ° С). Его коэффициент составляет 1/34 от меди и всего 1/7 боросиликатного стекла. Это делает материал особенно полезен для оптических поверхностей, зеркал, окон печи и критически важные оптические приложения, требующие минимальная чувствительность к тепловым изменениям.Связанное с этим свойство — необычно высокий тепловой удар. сопротивление. Например, тонкие срезы можно быстро нагреть. до температуры выше 1500 øC, а затем погрузили в воду без растрескивание. Остаточное напряжение или конструкция, в зависимости от области применения, может быть в диапазоне от 1,7 x 10 7 до 20,4 x 10 7 Па (от 25 до 300 фунтов на квадратный дюйм). Как правило, можно охлаждать до 100 ° C / час. для сечений толщиной менее 25 мм.

Влияние температуры Плавленый кварц — твердый материал при комнатной температуре, но при высокие температуры, ведет себя как все очки.Это не испытать отчетливую точку плавления как кристаллический материалы делают, но размягчаются в довольно широком диапазоне температур диапазон. Этот переход от твердого тела к пластичному. поведение, называемое диапазоном преобразования, отличается постоянное изменение вязкости с температурой.

Вязкость Вязкость — это мера сопротивления потоку материал под действием напряжения сдвига. Поскольку диапазон в «текучесть» чрезвычайно широка, шкала вязкости обычно выражается логарифмически.Общие термины по стеклу для выражения вязкости включают: точку деформации, отжиг точка и точка размягчения, которые определяются как: Точка деформации: температура, при которой внутреннее напряжение значительно облегчается через четыре часа. Это соответствует вязкость 10 14,5 пуаз, где пуаз = дин / см2 сек. Точка отжига: температура, при которой внутренний напряжение существенно снимается через 15 минут, вязкость 10 13,2 балла. Точка размягчения: температура, при которой стекло деформируется. от собственного веса, вязкость примерно 10 7.6 равновесие. Температура размягчения плавленого кварца определена по разным данным, от 1500 øC до 1670 øC, диапазон в результате различных условий измерения.

Девитрификация Раскрывание и образование частиц являются ограничивающими факторами в высокотемпературном исполнении плавленого кварца. Девитрификация — это двухэтапный процесс зародышеобразования и рост. В целом скорость расстекловывания плавленого кварца происходит медленно по двум причинам: зарождение кристобалита фаза возможна только на свободной поверхности, и рост скорость кристаллической фазы низкая.Зарождение зародышей в материалах из плавленого кварца обычно инициируется загрязнением поверхности щелочными элементами и другими металлы. Это гетерогенное зародышеобразование происходит медленнее в не стехиометрический плавленый кварц, такой как кварц GE, чем в стехиометрические кварцевые материалы.

Рост кристобалита Скорость роста кристобалита из центра зародышеобразования зависит от определенных факторов окружающей среды и материала характеристики. Температура и вязкость кварца являются наиболее значимые факторы, но кислород и водяной пар частично давление также влияет на скорость роста кристаллов.Следовательно, скорость расстекловывания плавленого кварца увеличивается с увеличением содержания гидроксила (OH-), уменьшая вязкость и повышение температуры. Высокая вязкость, материалы из плавленого кварца с низким содержанием гидроксильных групп производства GE Quartz, следовательно, обеспечить преимущество в расстекловывании сопротивление. Фазовое превращение в бета-кристобалит обычно приводит к не происходит ниже 1000 ° C. Это преобразование может быть наносит ущерб структурной целостности плавленого кварца, если он подвергается термическому циклу через кристаллографический диапазон температур инверсии (250 øC).Эта инверсия сопровождается большим изменением плотности и может привести к скалывание и возможное механическое повреждение. Тепловые свойства, продолжение

Преимущество В некоторых приложениях расстеклование можно поставить на преимущество для пользователя, так как кристобалит имеет тенденцию препятствовать провисанию плавленого кварца. Например, если труба диффузионной печи будет использоваться на высокие температуры в течение продолжительных периодов времени, и подвержены термоциклированию ниже кристобалита трансформация, процедуры вращения описаны на странице 24 оказались полезными.

Загрязнение Загрязнение практически в любой форме губительно. Щелочной растворы, соли или пары особенно вредны. Обработка плавленого кварца голыми руками достаточное количество щелочи от потоотделения, чтобы оставить четко очерченный отпечатки пальцев при расстекловании. Капли воды позволили стоять на поверхности соберет достаточно загрязнений с воздуха, чтобы способствовать появлению расстеклованных пятен и водяных пятен. Загрязнение поверхности влияет на расстеклование двояко.Во-первых, загрязнитель способствует зарождению кристобалит. Во-вторых, он действует как поток для увеличения преобразование кристобалита в (высокий) тридимит. При некоторых условиях расстеклование тридимита будет глубоко и быстро врастают внутрь слитого кварц. Нагрев плавленого кварца до повышенных температур (около 2000 øC) заставляет SiO2 подвергаться диссоциации или сублимации. Этот обычно считается: SiO2 -> SiO + 1/2 O2. Следовательно, при пламенной обработке плавленого кварца возникает полоса дымки или дыма, которая образуется за пределами интенсивно отапливаемый регион.Эта дымка, вероятно, образуется из-за того, что SiO рекомбинирует с кислородом воздуха (и, возможно, с водой) и конденсируется в виде чрезвычайно мелких частиц аморфного SiO2. Мутность можно удалить с поверхности осторожным нагреванием. в кислородно-водородном пламени. Диссоциация значительно усиливается при нагревании плавленый кварц проводится в восстановительных условиях. Для Например, близость или контакт с графитом во время нагрев вызовет быструю диссоциацию SiO2.

Устойчивость к провисанию Самый значительный химический фактор, влияющий на провисание Сопротивление плавленого кварца — это содержание гидроксила (ОН-).GE контролирует содержание (OH-) в кварце для соответствия определенным требованиям. потребности своих клиентов. Чтобы максимизировать производительность ламп, используемых в температурных полупроводниковых процессов, важно понимать влияние изменений диаметра и стены толщина. В одном исследовании с использованием трубки из плавленого кварца GE 214LD было обнаружено обнаружили, что скорость провисания уменьшается с увеличением толщины стенки трубка увеличена. Как правило, толщина стенки удваивается, скорость провисания уменьшается примерно в 3 раза. Также было показано, что при фиксированной толщине стенки прогиб скорость уменьшается с уменьшением диаметра трубки.

Типичный состав следовых элементов (частей на миллион по весу)

Тип Al As B Ca Cd Cr Cu Fe K Li Mg Mn Na Ni P Sb Ti Zr OH Тип
214 14 <0,002 <0,2 0,4 <0,01 <0,05 <0,05 0,2 0,6 0,6 0,1 <0,05 0,7 <0,1 <0,2 <0,003 1,1 0,8 <5 214
219 14 <0,01 <0,2 0,4 <0,01 <0,05 <0,05 0,2 0,6 0,6 0,1 <0,05 0,7 <0,1 <0.2 <0,003 100 0,8 <5 219
214A 14 <0,002 <0,2 0,4 <0,01 <0,05 <0,05 0,2 0,6 0,6 0,1 <0,05 0,7 <0,1 <0,2 <0,003 1,1 0,8 <1 214A
214Rod / LD 14 <0,002 <0,2 0,4 <0,01 <0,05 <0,05 0,2 0,6 0,6 0,1 <0,05 0,7 <0,1 <0,2 <0,003 1,1 0,8 10 214Rod / LD
224 / стержень 14 <0,002 <0,2 0,4 <0,01 <0,05 <0,03 0,2 <0,2 <0,2 0,1 <0,03 <0,2 <0,1 <0,2 0.003 1,4 0,8 10 224 / Стержень
224LD 14 <0,002 <0,2 0,4 <0,01 <0,05 <0,01 0,2 <0,2 0,001 0,1 <0,05 <0,1 <0,1 <0,2 0,003 1,1 0,8 10 224LD
244 / стержень 8 <0,002 <0,1 0,6 <0,01 <0,05 <0,03 0,2 <0,2 <0,2 <0,1 <0,03 <0,2 <0,1 <0,2 <0,03 1,4 0,3 10 244 / стержень
244LD 8 <0,02 <0,1 0,6 <0,01 <0,05 <0,01 0,2 <0,2 0,001 <0,1 <0,03 0,1 <0,1 <0,2 <0.003 1,4 0,3 10 244LD
124 14 <0,002 <0,2 0,6 <0,01 <0,05 <0,05 0,2 0,6 0,6 0,1 <0,05 0,7 <0,1 <0,2 <0,003 1,1 0,8 <5 124
144 8 <0,002 <0,1 0,6 <0,01 <0,05 <0,05 0,2 <0,2 <0,2 <0,1 <0,03 <0,2 <0,1 <0,2 <0,03 1,4 0,3 <5 144

Оптические свойства

Свойства оптической передачи позволяют различая различные типы стекловидного кремнезема, как степень прозрачности отражает чистоту материала и способ изготовления.Конкретными индикаторами являются УФ-отсечка и наличие или отсутствие полос при 245 нм и 2,73 мкм. Диапазоны отсечки УФ-излучения от ~ 155 до 175 нм для образца толщиной 10 мм и для чистого плавленый кварц - это отражение чистоты материала. Наличие примесей переходных металлов приведет к смещению обрезание в сторону более длинных волн. При желании преднамеренное легирование, например, титаном в случае типа 219, может использоваться для увеличения поглощения в УФ. В полоса поглощения при 245 нм характеризует восстановленное стекло и олицетворяет материал, полученный методом электрического плавления.Если стекловидное тело кремнезем образуется "мокрым" процессом, либо плавлением в пламени, либо синтетический материал, например, фундаментальные колебательные полоса встроенных структурных гидроксильных ионов будет поглощать сильно на 2,73 мкм.

УФ отсечка Как показано на приведенной ниже кривой передачи, тип GE 214 плавленый кварц имеет УФ-отсечку (толщина 1 мм) при

Посетите веб-сайт Momentive Quartz

Список Quartz на Wikipedia.org
Вернуться на главную страницу National Quartz

Авторские права © 1995 Momentive Performance Materials Quartz, Inc.
Эта страница была создана wa3key Пятница, 23 февраля 1996 г.
Последняя редакция Пятница, 18 мая 2007 г.

плавленый диоксид кремния | Свойства материала SiO2

Плавленый кремнезем - это некристаллическая (стеклянная) форма диоксида кремния. (кварц, песок). Типичный для очков, в нем отсутствует дальний порядок. атомная структура. Это сильно сшитая трехмерная структура. обуславливает его высокую рабочую температуру и низкое тепловое расширение коэффициент.

Общая информация о плавленом диоксиде кремния

Отложения песка высокой чистоты являются сырьем для производства огнеупоров. марка, которая плавится в электрической дуге при экстремально высоких температурах. Стержни и трубки из плавленого кварца оптического и общего назначения вытягиваются из расплав, сделанный из химикатов высокой чистоты. Волоконно-оптическая чистота обеспечивается термическое разложение газообразного кремнезема высокой чистоты, содержащего химикаты. Стекло может быть прозрачным или полупрозрачным, в этом случае оно часто называют плавленым кварцем.Стекло имеет очень высокую вязкость, и это свойство позволяет формировать, охлаждать и отжигать стекло. без кристаллизации. Стекло из плавленого кварца - очень низкое термическое расширяющийся материал, поэтому он чрезвычайно устойчив к тепловому удару. В материал также химически инертен до умеренных температур, за исключением плавиковая кислота, растворяющая кремнезем. Это будет расстекловывать выше о 1100 ° C в присутствии загрязняющих веществ, таких как натрий, фосфор и ванадий с образованием кристаллов кристобалита, разрушающих свойства стекла.Диэлектрические свойства стабильны до гигагерцовые частоты.

Загрузить техническое описание плавленого кремнезема

Технические характеристики плавленого кремнезема *

Плавленый кремнезем
Механический	Единицы измерения	СИ / метрическая система	(Британские)
Плотность	г / куб.см (фунт / фут ³)	2.2	(137,4)
Пористость	% (%)	0	0
Цвет	-	прозрачный	-
Прочность на изгиб	МПа (фунт / дюйм ² x10 ³)	-	-
Модуль упругости	ГПа (фунт / дюйм ² x10 ⁶)	73	(10.6)
Модуль сдвига	ГПа (фунт / дюйм ² x10 ⁶)	31	(4.5)
Модуль объемной упругости	ГПа (фунт / дюйм ² x10 ⁶)	41	(6)
Коэффициент Пуассона	-	0.17	(0,17)
Прочность на сжатие	МПа (фунт / дюйм ² x10 ³)	1108	(160,7)
Твердость	Кг / мм ²	600	-
Вязкость разрушения K _IC	МПа • м ^1/2	-	-
Максимальная рабочая температура (без нагрузки)	° С (° F)	1100	(2000)
Тепловой
Теплопроводность	Вт / м • ° K (БТЕ • дюйм / фут ² • час • ° F)	1.38	(9,6)
Коэффициент теплового расширения	10 ^–6 / ° C (10 ^–6 / ° F)	0,55	(.31)
Удельная теплоемкость	Дж / кг • ° K (БТЕ / фунт • ° F)	740	(0.18)
Электрооборудование
Диэлектрическая прочность	ac-кв / мм (вольт / мил)	30	(750)
Диэлектрическая проницаемость	@ 1 МГц	3.82	(3,82)
Коэффициент рассеяния	@ 1 МГц	0,00002	(0,00002)
Касательная потерь	@ 1 МГц	-	-
Объемное сопротивление	ом • см	> 10 ¹⁰	-

* Все свойства являются значениями комнатной температуры, если не указано иное.
Представленные данные являются типичными для имеющегося в продаже материала и предлагается только для сравнения. Информация не будет интерпретируется как абсолютные материальные свойства и не является представительство или гарантия, за которые мы берем на себя юридическую ответственность. Пользователь должен определять пригодность материала для предполагаемого использования и принимает на себя все риски и ответственность в связи с этим.

Вернуться к началу

1-908-213-7070

Дизайн сайта М.Adams

Кварцевое стекло, свойства материала кварцевого стекла

Химическая чистота

Чистота имеет решающее значение для большинства промышленных приложений и процессов. Плавленый кремнезем обладает исключительной чистотой и поэтому является незаменимым материалом при производстве высокотехнологичных продуктов.
Несмотря на то, что загрязняющие вещества существуют на очень низких уровнях, они оказывают незначительное, но значительное воздействие. Чистота в основном определяется сырьем, методом производства и последующими процедурами обращения.На всех этапах производства необходимо соблюдать особые меры предосторожности для поддержания высокой чистоты. Кроме того, Heraeus предлагает различные этапы очистки, чтобы еще больше улучшить качество кварцевого песка как сырья.

Наиболее распространенными примесями являются металлы (например, Al, Na и Fe), вода (присутствующая в виде групп ОН) и хлор. Эти загрязнения влияют не только на вязкость, оптическое поглощение и электрические свойства кварцевого стекла. Они также могут влиять на свойства обрабатываемого материала, контактирующего с кварцевым стеклом во время конечного использования.

Плавленый кварц и плавленый кварц имеют исключительно высокую степень чистоты. Синтетический плавленый кварц от Heraeus содержит общее металлическое загрязнение ниже 1 ppm. Для плавленого кварца количество составляет примерно 20 частей на миллион и состоит в основном из Al2O3 с гораздо меньшими количествами щелочей, Fe2O3, TiO2, MgO и ZrO2.

Содержание ОН
Помимо металлических примесей, плавленый кварц и плавленый кварц также содержат воду, присутствующую в виде единиц ОН. Содержание ОН влияет на такие физические свойства, как затухание и вязкость.Как правило, высокое содержание ОН означает более низкую температуру использования. Типовые значения приведены в таблице. Электроплавленный кварц имеет самое низкое содержание гидроксилов (<1-30 частей на миллион), поскольку его обычно производят в вакууме или в сухой атмосфере. Содержание гидроксила в этом диапазоне не фиксируется в структуре стекла. Оно может повышаться или понижаться в зависимости от термической обработки и количества влаги, воздействию которой подвергается кварцевое стекло при повышенной температуре. Плавленный кварц содержит значительно больше гидроксила (150-200 частей на миллион), так как плавление происходит в водородно-кислородном пламени.Благодаря способу производства синтетический плавленый кварц имеет такое же высокое содержание ОН до 1000 ppm.

Химический состав элементов (ppm) пример нашего качества EN

SiO2	Al	Fe	Ca	мг	Ti	Ni	Mn	Cu	B	Co	К	Na	Li	OH
99,98%	12,25	0.10	0,38	0,05	1,30	0,03	0,04	0,02	0,09	0,01	0,33	0,78	0,63	210

Обращение - Очистка - Хранение плавленого кварца

Тщательная и правильная очистка и обработка изделий из кварцевого стекла являются важными факторами в сохранении свойств кварцевого стекла и продлении его срока службы. Кварцевое стекло очень чувствительно к щелочным и щелочноземельным соединениям, так как даже самые мелкие следы ускоряют расстекловывание (перекристаллизацию) при высоких температурах.Поэтому к кварцевому стеклу в принципе следует прикасаться только в перчатках. Отпечатки пальцев и связанные с ними следы щелочей должны быть удалены перед использованием чистящим спиртом.

Для легкой очистки до и после использования мы рекомендуем:

1. Очищайте изделия из кварцевого стекла с помощью нещелочных моющих средств и / или изопропилового спирта.

2. Промыть деионизированной (дистиллированной) водой

3. Высушите в чистой окружающей среде, а затем в максимально короткие сроки упаковки или обработки.

Для стойких загрязнений мы предлагаем кислотную очистку в качестве услуги в зависимости от типа и степени загрязнения.