Кварцевое стекло

Кварцевое стекло
Кварцевый песок
Общие
Систематическое наименовние	Кварцевое стекло
Традиционные назания	Плавленый (аморфный) кварц
Хим.формула	SiO2
Физические свойства
Примеси	10-1000 ppm
Молярная масса	60.0844 г/моль
Плотность	2,201 г/см³
Предел прочности	~50 Н/мм²
Термические свойства
Т. размягчения	1400 °C
Т. кип.	2230 °C
Удельная теплоёмкостьУд. теплоёмк.	1052 Дж/(кг·К)
Теплопроводность	1,38 Вт/(м·K)
Тепловое расширение	0,54×10−6 [1]
Интервал трансформации	1130 °C
Оптические свойства
Диапазон прозрачности	160-3500 нм
Показатель преломления	1,46
Угол Брюстера	55,58°
Данные стандартных усовий	25 °C, 100 kПа, если не указано много.

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

• В технике кварцевое стекло часто называют сокращённо, кварц.

Свойства плавленого кварцевого стекла

Оптические свойства

• Кварцевое стекло обладает наименьшим среди стёкол на основе SiO₂ показателем преломления (n_D = 1,4584) и наибольшим светопропусканием, особенно для УФ-лучей.
• Показатель преломления: при 587.6 нм (n_d): 1.4585
• Change of refractive index with temperature (0 to 700 °C): 1.28×10⁻⁵/°C (between 20 and 30 °C)
• Strain-optic coefficients: p₁₁=0.113, p₁₂=0.252.

Дисперсия кварцевого стекла приближённо может быть описана формулой Селлмейера: $$\varepsilon=1+\frac{a_1\lambda^2}{\lambda^2-l_1^2}+\frac{a_2\lambda^2}{\lambda^2-l_2^2}+\frac{a_3\lambda^2}{\lambda^2-l_3^2},$$ где $$a_1=0,69616630, \quad l_1=0,068404300,$$ $$a_2=0,40794260, \quad l_2=0,11624140,$$ $$a_3=0,89747940, \quad l_3=9,8961610,$$ и длина волны $\lambda$ задается в микрометрах.

Другие физические свойства

• Для кварцевого стекла характерна высокая термическая стойкость, коэффициент линейного термического расширения менее 1 10⁻⁶ К⁻¹ (в диапазоне температур 20 — 1400 °C).
• Температура размягчения кварцевого стекла 1400 °C.
• Температура плавления: ~1665 °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 10⁶ Гц — 0,0025—0,0006.
• Плотность: 2.203 g/cm³
• Hardness: 5.3–6.5 (Mohs scale) , 8.8 GPa
• Tensile strength: 48.3 MPa
• Compressive strength: >1.1 GPa
• Bulk modulus: ~37 GPa
• Rigidity modulus: 31 GPa
• Модуль Юнга: 71.7 GPa
• Poisson's ratio: 0.17
• Lame elastic constants: λ=15.872 GPa, μ=31.261 GPa
• Coefficient of thermal expansion: 5.5×10⁻⁷/°C (average from 20 °C to 320 °C)
• Thermal conductivity: 1.3 W/(m·K)
• Specific heat capacity: 45.3 J/(mol·K)
• Annealing point: c. 1140 °C
• Strain point: 1070 °C
• Electrical resistivity: >10¹⁸ Ω·m
• Dielectric constant: 3.75 at 20 °C 1 MHz
• Dielectric loss factor: less than 0.0004 at 20 °C 1 MHz
• Hamaker constant: A=6.5 zJ.
• Dielectric strength: 250–400 kV/cm at 20 °C

Применение

У кварцевого (стекла) широкий диапазон прозрачности, который простирается от УФ области спектра до ближней ИК области. Кварц является исходным материалом для оптического волокна, используемого для телекоммуникаций.

Благодаря своей прочности и высокой температуре плавления (по сравнению с обычным стеклом), кварц используется например для изготовления колб галогенных ламп работающих в условиях высоких температур, позволяя сочетать высокую яркость и продолжительный срок работы лампы.

В настоящее время широкое применение линз из кварца связано с современным уровнем технологий получения и обработки твердых оптических материалов из кварца, Это делает его незаменимым в изготовлении оптических систем и элементов с широкими и новыми возможностями управлять электромагнитными излучениями в зоне от 2 мм — 760 нм видимого спектра излучения, в зоне 380 — 3 нм УФ-лучей.

Процессы обработки монокристалов кварца обеспечивают перевод его в стекловидно-аморфное состояние с широким диапазоном оптических характеристик, что делает его незаменимым материалом для изготовления линз с возможностями использования в диапазоне электромагнитнотого излучения от видимого спектра света до зоны УФ-лучей. (Например, линзы из оптического стекла кварца находят широкое применение в фотографии, приборостроении, микроскопах, телескопах, оптоволоконной промышленности и т. д.)

Линзы из оптического кварцевого стекла, обладают, хорошей обрабатываемостью (шлифовка и доводка профиля) и изготавливаются в оптической промышленности на современном оборудовании..

Оптическое кварцевое стекло широко применяется:

• Оптические устройства;
• Оптическое волокно;
• Телескопы;
• Микроскопы;
• Матрица (фото)(Микролинзы);
• Объективы и др.

Производство кварцевого стекла

Виды кварцевого стекла

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.

Спечённый кварц

Современные технологии позволяют получить методом спекания даже оптически прозрачное кварцевое стекло.

См. также

• Кварц
• Линзы из кварца
• Оптические устройства
• Ситаллы