Quarzglas

Quarzglas ist ein Glas, das im Gegensatz zu den gebräuchlichen Gläsern keine Beimengungen von Soda oder Calciumoxid enthält, also aus reinem Siliziumdioxid (SiO₂) besteht.

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Es kann durch Aufschmelzung und Wiedererstarrung von Quarz (Quarzsand oder künstlich hergestellt) gewonnen werden, daher auch die englische Bezeichnung fused quartz oder fused silica.

Aufgrund des amorphen Gefüges von Quarzglas gegenüber dem kristallinen Quarz ist die auch übliche Bezeichnung Kieselglas eigentlich passender.

Eigenschaften

• Durchlässigkeit für Infrarot- bis Ultraviolettstrahlung (ca. 2500 … 200 nm sowie 3 … 3,5 µm Wellenlänge)
• geringer thermischer Ausdehnungskoeffizient und hohe Temperaturwechselbeständigkeit
• hohe chemische Beständigkeit: Quarzglas wird mit Ausnahme von Flusssäure und heißer Phosphorsäure von keiner Säure angegriffen und verhält sich gegenüber vielen anderen Stoffen neutral.
• Die Durchschlagsspannung beträgt ca. 150 kV/cm, was Quarzglas zu einem guten Isolationsmaterial in elektrotechnischen Bauteilen wie Optokopplern macht.

Anwendungen

• Fenster- und Linsenmaterial für Ultraviolett-Optik (Excimer-Laser, Fotolithografie)
• Isolationsschicht in Halbleiterbauelementen (MOS-Technologie)
• Kolben für Halogenglühlampen
• Entladungsgefäße für Quecksilberdampflampen (Hoch- und Höchstdrucklampen, auch Niederdrucklampen, wenn UV-Emission erwünscht ist)
• Material für Anlagen in der Halbleiterfertigung
• Küvetten für die instrumentelle Analytik
• Material für Lichtleitkabel (Laserstrahlübertragung, Nachrichtentechnik)
• Fenster des Space Shuttle
• Sicht- und Messfenster in heißen Umgebungen (Öfen, Motoren, Gasturbinen)
• Isolationsmaterial in Elektrotechnischen Bauteilen wie Optokopplern

Quarzglas besonderer Reinheit ist für Wellenlängen von 190…3500 nm transparent, hat jedoch normalerweise ein durch OH-Gruppen verursachtes Absorptionsband bei ca. 2500 … 3000 nm.

Durch Dotierung mit Titan kann UV-C-Absorption, durch Cer-Dotierung kann Absorption im gesamten Ultraviolettbereich erreicht werden (UV-blockende Halogenglühlampen).

Verbesserte Infrarot-Transmission zwischen Wellenlängen von 2200…3000 nm wird durch verringerten Hydroxyl- bzw. OH-Gruppen-Gehalt erreicht (normal: 100 ppm, verbesserte IR-Transmission: 1 … 3 ppm)^[1].

Quellen

1. ↑ ^{a b c d} Produktinformationsseite des Herstellers Heraeus-Quarzglas
2. ↑ Zhang, X.R., X. Xu, and A.M. Rubenchik, Simulation of microscale densification during femtosecond laser processing of dielectric materials. Appl. Phys. A: Materials Science & Processing, 2004. 79: p. 945. (Angabe des softening point: 1858K)