Runde klare Quarzscheibe mit hoher UV-Transmission

Das Kernmaterial der klaren Quarzscheibe ist amorphes Siliziumdioxid, das keinen piezoelektrischen Effekt aufweist. Aufgrund seiner hervorragenden optischen Eigenschaften (hohe Lichtdurchlässigkeit, breites Durchlassband), des äußerst geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der hohen chemischen Stabilität und der Hitzebeständigkeit findet es jedoch breite Anwendung in den Bereichen Optik, Halbleiter, optische Kommunikation und anderen Feldern.

 Der Kern des Herstellungsprozesses klarer Quarzscheiben besteht darin, Rohquarzsand bei hohen Temperaturen zu schmelzen, um einen homogenen Glaskörper zu bilden, dem anschließend eine Warmformgebung und Kaltbearbeitung folgen.

Phase Eins: Vorbereitung und Schmelzen der Rohstoffe

Dies ist die Grundlage des gesamten Prozesses und bestimmt die Reinheit sowie die grundlegenden Materialeigenschaften.

1. Quarzglasplatte Rohstoffauswahl und -verarbeitung

• Rohstoffe: Es wird hochreiner natürlicher Quarzsand oder synthetisches Siliziumpulver verwendet. Bei optischen Anwendungen werden äußerst hohe Reinheitsgrade benötigt, wobei der Gesamtgehalt an metallischen Verunreinigungen normalerweise unter wenigen Teilen pro Million (ppm) liegen muss.
• Verarbeitung: Die Rohstoffe müssen durch physikalische und chemische Verfahren wie Flotation, magnetische Trennung und Säurewäsche von Verunreinigungen wie Metalionen und Staub befreit werden.

2. Schmelzen

• Ziel: Kristallinen Quarzsand (SiO 2 - ) in amorphen geschmolzenen Quarzglass umwandeln.
• Verfahren: Es gibt hauptsächlich zwei Arten
• Elektrisches Schmelzverfahren :

In einem unter Vakuum oder Schutzgas (wie Argon) stehenden elektrischen Ofen wird mittels eines zwischen Elektroden erzeugten Lichtbogens oder einer Graphitheizung eine Temperatur von über 2000 °°C bereitgestellt.

Dieses Verfahren kann geschmolzenen Quarz mit äußerst niedrigem Gehalt an Hydroxyl (OH) ⁻) Inhalt, der für Anwendungen im ultravioletten Bereich geeignet ist

• Flammenfusion-Methode:

Quarzsandpulver wird durch eine Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme oder eine Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme auf das Ziel gesprüht und anschließend schichtweise durch Umhüllung abgelagert.

Das nach diesem Verfahren hergestellte geschmolzene Quarz enthält üblicherweise einen relativ hohen OH-Gehalt, eignet sich für den Infrarotbereich und kann zur Herstellung von großformatigen Rohlingen verwendet werden.

3. Formgebung und Spannungsarmglühen

• Ziel: Die Schmelze aus Quarzglas in die gewünschte Anfangsform (z. B. Block, Stab, Platte) bringen und innere Spannungen abbauen.
• Verfahren: Die flüssige Quarzglastropfenmasse wird in eine Form gegossen oder ein „Rohling“ mit bestimmter Form wird durch gezielte Steuerung des Abkühlprozesses erzeugt. Anschließend wird der Rohling in einen Spannungsarmglühofen eingebracht und langsam durch einen präzise gesteuerten Temperaturbereich geführt (z. B. von über 1100 °C bis unter 800 °Dieser Prozess kann interne thermische Spannungen weitgehend minimieren und homogenisieren, wodurch Risse oder Verformungen während nachfolgender Bearbeitung oder Nutzung vermieden werden.

Vorteile der Quarzscheibe:

• Hervorragende optische Eigenschaften:

• Hohe Transmission: Die Quarzscheibe bietet eine sehr hohe Transmission über einen weiten Spektralbereich, vom tiefen Ultraviolett (UV) bis zum nahen Infrarot (NIR).
• Geringe Fluoreszenz: Die Quarzscheibe weist von Natur aus eine geringe Hintergrundfluoreszenz auf, was für empfindliche optische Messungen entscheidend ist.

• Hervorragende thermische Stabilität:

• Sehr geringer Wärmeausdehnungskoeffizient: Hochbeständig gegen thermische Schocks und Verformungen bei schnellen Temperaturschwankungen.
• Hoher Erweichungspunkt: Die Quarzscheibe kann sehr hohen Betriebstemperaturen standhalten. Die Quarzplatte hält langfristig Temperaturen von 1100 Grad stand, die kurzzeitige Arbeitstemperatur beträgt 1200 Grad.

• Hervorragende chemische Reinheit und Beständigkeit:

• Inertheit: Hochbeständig gegen Korrosion durch die meisten Säuren, Salze und Metalle. Abgesehen von Flusssäure reagiert Quarzglas praktisch nicht mit anderen Säuren bei chemischen Behandlungen, und seine Säurebeständigkeit ist 30-mal so hoch wie die von Keramik und 150-mal so hoch wie die von Edelstahl.

• Hervorragende elektrische Isolierfähigkeit :

Der Widerstandswert der Quarzscheibe entspricht dem 10.000-fachen des gewöhnlichen Glases. Es ist ein hervorragendes elektrisches Isoliermaterial und behält auch bei hohen Temperaturen gute elektrische Eigenschaften. ‌

• Hohe Reinheit: Quarzscheiben können mit äußerst geringen Verunreinigungen hergestellt werden, wodurch eine Kontamination bei empfindlichen Prozessen verhindert wird.
• Hervorragende elektrische Isolation: Quarzscheiben weisen eine hohe Durchschlagfestigkeit und geringe dielektrische Verluste auf.
• Hohe Laser-Beschädigungsschwelle: Quarzscheiben können starken Laserstrahlen standhalten, ohne beschädigt zu werden, was sie ideal für Laseranwendungen macht.

Hauptanwendungsgebiete:

• Optik und Photonik:

• Linsen, Fenster und Prismen: Verwendet in UV-Lithografiegeräten, Hochleistungslasersystemen, Teleskopen und spektroskopischen Instrumenten.
• Lichtwellenleiter: Das Basismaterial für hochreine Lichtwellenleiter, die in der Telekommunikation und Datenübertragung eingesetzt werden.

• Halbleiterfertigung:

• Wafer-Träger und Prozessrohre: Werden als Tiegel, Diffusionsrohre und Wafer-Boote bei Hochtemperaturprozessen zum Züchten von Siliziumkristallen und zur Chipfertigung aufgrund ihrer Reinheit und thermischen Stabilität verwendet.

• Beleuchtung:

• Hochdruckentladungslampen (HID): Werden als Umhüllungsmaterial für Quecksilber-, Metalldampf- und Xenonbogenlampen eingesetzt, da es hohen Temperaturen und UV-Strahlung standhält.

• Laborgeräte:

• Küvetten und Laborbedarf: Verwendet für UV-Vis-Spektroskopie und in Anwendungen, die chemische Inertheit und Beständigkeit gegen thermische Schocks erfordern.

Technische Daten der klaren Quarzscheibe