1. Übersicht über Quarzglas
1.1 Definition und Entstehung
Quarzglas, auch als geschmolzenes Kieselglas bezeichnet, ist ein spezielles anorganisches Hochreinheitsglas mit hervorragenden umfassenden physikalischen und chemischen Eigenschaften. Es wird hergestellt unter Verwendung von hochreinen Quarzkristallen oder synthetischem Siliciumdioxid als Ausgangsmaterial durch Ultra-Hochtemperatur-Schmelzen, Klären, Formen und präzises Tempern.
Im Gegensatz zu gewöhnlichem Glas verwendet Quarzglas die Ultra-Hochtemperatur-Schmelztechnik bei 2000–2300 °C zum vollständigen Schmelzen der Siliciumdioxid-Rohstoffe und zur Beseitigung innerer Kristallstrukturen, wodurch ein homogener, amorpher Glaszustand entsteht. Nach einer strengen Abkühlung und Spannungsentlastungsbehandlung erhält das Material stabile strukturelle Eigenschaften. Hochwertige Quarzglas-Rohstoffe und Fertigprodukte werden hauptsächlich in Industrieregionen wie China, den Vereinigten Staaten, Deutschland und Japan produziert und verarbeitet und dienen weltweit hochwertigen industriellen Anwendungen sowie der Präzisionsfertigung.
1.2 Einstufung und Qualitätsstandards
Basierend auf den Herstellungsverfahren und den Rohstofftypen wird Quarzglas hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: natürliches geschmolzenes Quarzglas und synthetisches geschmolzenes Quarzglas .
Natürliches geschmolzenes Quarzglas wird direkt aus hochreinem natürlichen Quarzsand geschmolzen und zeichnet sich durch stabile Leistungsmerkmale sowie Kostenvorteile für konventionelle industrielle Anwendungen aus. Synthetisches geschmolzenes Quarzglas wird mittels gasphasiger Hydrolyse hochreiner Siliciumverbindungen hergestellt und weist einen extrem niedrigen Verunreinigungsgehalt sowie eine überlegene optische Leistungsfähigkeit auf.
Hochwertig optischgrad, halbleitergrad und medizingrad quarzglas durchläuft mehrstufige Reinigungs- und hochpräzise Spannungsarmglühprozesse und erfüllt damit Die SEMI-Halbleiterstandards sowie die FDA- und EU-Industriesicherheitsvorschriften . Aufgrund seiner ultrahohen Reinheit, außergewöhnlichen Temperaturbeständigkeit und hervorragenden optischen Stabilität stellt Quarzglas ein unverzichtbares, fortschrittliches Neumaterial dar, dessen Hochleistungsanwendungsbereiche sich rasch erweitern.
2. Kernmerkmale von Quarzglas
2.1 Physikalische Strukturmerkmale
Die physikalische Überlegenheit von Quarzglas beruht auf seiner einheitlichen, amorphen Kieselsäure-Netzwerkstruktur , mit extrem niedriger thermischer Ausdehnungskoeffizient als zentrales physikalisches Merkmal.
Sie weist ausgezeichnete strukturelle Dichte und dimensionsbezogene Stabilität , mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nur 5,0×10⁻⁷/°C, was lediglich 1/20 des Wertes gewöhnlichen Borosilikatglases entspricht. Es widersteht drastischen Wechseln zwischen Kälte und Hitze, ohne zu reißen oder sich zu verformen. Das Material zeichnet sich aus durch hohe Härte, hohe Ebenheit und ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit , wodurch eine ultrapräzise Bearbeitung möglich ist, um Anforderungen an Komponenten mit Mikrometer- und sogar Nanometergenauigkeit zu erfüllen.
Die einzigen physikalischen Einschränkungen sind die hohe Härte, die das Schneiden und die Bearbeitung erschwert, sowie die geringe Zähigkeit, die sich jedoch durch präzises Schleifen und spezielle Vergütungsbehandlungen effektiv optimieren lässt.
2.2 Chemische Eigenschaften
Die Hauptchemikalie hochwertigen Quarzglases ist amorphes SiO₂ (99,95 % – 99,9999 %) , mit Spurenverunreinigungen wie Al₂O₃, Fe₂O₃ und Metallionen, die bei Hochleistungsqualitäten streng auf ppb-Niveau kontrolliert werden.
Es verfügt über eine extrem hohe chemische Inertheit , beständig gegen Korrosion durch nahezu alle Säuren, Laugen und organischen Lösungsmittel unter normalen und Hochtemperaturbedingungen; lediglich Flußsäure und heiße, konzentrierte Phosphorsäure können Korrosion verursachen. Gleichzeitig ist Quarzglas nichttoxisch, harmlos und nicht ausfällend , wodurch eine sichere und umweltfreundliche Anwendung in den Bereichen Halbleiter, Medizin, Chemie und Lebensmittelverarbeitung gewährleistet ist.
2.3 Thermische Eigenschaften
Quarzglas weist eine hervorragende Extremtemperaturbeständigkeit mit einem erweichungspunkt von 1730 °C und als langfristigen Dauereinsatztemperatur von 1200 °C auf. Es besitzt ausgezeichnete Hochtemperatur-Thermostabilität und eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit und behält dabei über lange Zeit unter Hochtemperatur-Betriebsbedingungen stabile physikalische und optische Eigenschaften ohne Verformung, Blasenbildung oder Kristallisation bei.
Seine überlegene thermische Schockbeständigkeit macht es zu einem zuverlässigen hochtemperatur-Wärmeisolierung, thermische Stabilisierung und hitzebeständiges Material wird breit in extremen industriellen Hochtemperaturanwendungen eingesetzt.
3. Vorteile von Quarzglas
3.1 Ultraweite Spektrum-Lichtdurchlässigkeit
Hochgradige Lichtdurchlässigkeit über das gesamte Spektrum ist der zentrale Wettbewerbsvorteil von Quarzglas. Im Unterschied zu herkömmlichem optischem Glas erreicht es eine stabile hohe Durchlässigkeit für den Bereich tiefes Ultraviolett, sichtbares Licht bis hin zu mittlerem Infrarot .
Es kann spezielle UV- und IR-Lichtquellen effizient ohne spektrale Verzerrung übertragen und gewährleistet damit hohe Präzision und Stabilität optischer Systeme. Seine umfassende optische Leistungsfähigkeit übertrifft deutlich diejenige herkömmlichen Glases und polymerer optischer Materialien und erfüllt die strengen Anforderungen der Präzisionsoptik und der optoelektronischen Industrie.
3.2 Ultrastabile chemische Beständigkeit und hohe Reinheit
Dank ihrer ultrahohe chemische Inertheit und extrem geringer Verunreinigungsgehalt quarzglas geht in Hochtemperatur- und korrosiven Umgebungen weder chemische Reaktionen ein noch setzt es Metallionen frei. Es benötigt keine Korrosionsschutzbeschichtung oder zusätzlichen Schutzmaßnahmen und verursacht keine Sekundärverschmutzung bei Präzisionsinstrumenten, chemischen Lösungen und Halbleiterwafern; damit erfüllt es die Anforderungen an industrielle Produktionsstandards mit extrem hoher Reinheit.
3.3 Hohe Temperaturbeständigkeit und Beständigkeit gegen thermische Schocks
Eigenschaften von Quarzglas extreme Temperaturbeständigkeit und Beständigkeit gegen schnelle Temperaturwechsel es verformt sich oder beschädigt sich nicht bei langfristigem Betrieb bei Hochtemperatur und bei sofortigen Wechseln zwischen Kälte und Hitze. Dadurch wird die Hochtemperaturstabilität und Lebensdauer industrieller Geräte sowie optischer Komponenten wirksam verbessert und eine hohe Zuverlässigkeit des Werkstoffverhaltens unter extremen Betriebsbedingungen erreicht.
3.4 Langlebig und kosteneffizient
Als hochleistungsfähiger anorganischer Funktionswerkstoff weist Quarzglas eine außerordentlich lange Lebensdauer sowie Null Alterung und Null Verschlechterung auf , wobei kein häufiger Austausch und keine Wartung erforderlich sind. Obwohl die Verarbeitungstechnologie anspruchsvoll ist, liegen die langfristigen Gesamtkosten für den Einsatz deutlich unter denen spezieller Legierungen und hochwertiger Polymerwerkstoffe.
Es zeichnet sich durch Umweltfreundlichkeit, Nicht-Strahlung und Recyclingfähigkeit aus und erfüllt damit perfekt die Anforderungen der hochpräzisen industriellen Fertigung sowie einer nachhaltigen, grünen Entwicklung.
4. Branchenspezifische Anwendungen von Quarzglas
4.1 Halbleiter- und optoelektronische Industrie
Als zentrales hochreines Hilfsmaterial für Halbleiter kommt Quarzglas breit gefächert zum Einsatz in wafer-Diffusionsöfen, Ätzkammern und optischen Komponenten für die Lithografie . Seine extrem hohe Reinheit und stabile optische Leistung verhindern wirksam Waferkontamination und optische Abweichungen und unterstützen so die hochpräzise Chipfertigung.
4.2 Chemische Industrie und Laborbereich
Aufgrund seiner ausgeprägten Korrosionsbeständigkeit und Temperaturbeständigkeit wird es hergestellt zu quarz-Tiegel, Reaktionsgefäße, Kondensatorrohre und Laborgeräte geeignet für Hochtemperatur-Chemiereaktionen, Lösungsreinigung und präzise Labortests.
4.3 Optik- und Beleuchtungsindustrie
Aufgrund seiner hervorragenden Durchlässigkeit für ultraviolettes und infrarotes Licht wird Quarzglas eingesetzt für UV-Lampenrohre, Infrarot-Heizlinsen, hochpräzise optische Linsen und Fenster für Lasergeräte . Es ist das wesentliche Kernmaterial für medizinische Desinfektionslampen, industrielle Heizgeräte und optische Kommunikationsgeräte.
4.4 Hochtemperatur-industrielle Fertigung
Verarbeitet zu Quarzrohren, Quarzplatten und formspezifischen Konstruktionsteilen findet es Anwendung bei Ofenisolierungen, Hochtemperatur-Beobachtungsfenstern und hitzebeständigen Konstruktionszubehörteilen. Dadurch wird die Hochtemperatur-Sicherheit und Betriebsstabilität industrieller Produktionslinien wirksam verbessert.
4.5 Medizin- und Umweltschutzindustrie
Hochreines Quarzglas medizinischer Qualität ist ungiftig und steril und wird häufig in medizinischen UV-Desinfektionsgeräten, biologischen Reaktionsgefäßen und Geräten zur Sterilisation von Wasser eingesetzt . Seine stabile und sichere Leistung erfüllt strenge medizinische sowie Umwelt- und Hygienestandards.
Technische Daten des klaren Quarzglasrohrs
| Eigenschaftsinhalt |
Einheit |
Eigenschaftskennwert |
| SIO2 Reinheit |
% |
99.95 |
| Dichte |
k g/cm³ |
2.2×103 |
| Festigkeit |
KHN 100 |
570 |
| Zugfestigkeit |
Pa(N/ ㎡) |
4.8×107 |
| Druckfestigkeit |
Pa |
>1.1×109 |
| Koeffizient der thermischen Ausdehnung |
cm/cm℃ |
5.5×10-7 |
| Wärmeleitfähigkeit |
W/m℃ |
1.4 |
| Spezifische Wärme |
J/kg℃ |
660 |
| Weichpunkt |
℃ |
1630 |
| Dauerhaft höchste Arbeitstemperatur |
℃ |
1100 |
EN
