Плавленое кварцевое стекло: свойства, применение и руководство по покупке | Наньтун Сянъян

Окно лазера накачки в фотонике только что вышло из строя после 200 000 термических циклов. Отчет об отказе указывает на миграцию натрия и расстекловывание в боросиликатном окне. Это повторяющаяся проблема, когда обычное стекло используется в оптических системах с глубоким ультрафиолетом или высокой температурой. Плавленое кварцевое стекло таким образом не выйдет из строя. По сути, это чистый кремнезем (SiO2) в аморфной форме, а его непрерывная сетка кремнезема дает ему коэффициент теплового расширения примерно в шесть раз ниже, чем у боросиликатного стекла. Он пропускает свет от глубокого ультрафиолета до среднего инфракрасного диапазона и устойчив к химическому воздействию, которое разрушает стандартное стекло. Вот почему в области обработки полупроводников, фотолитографии, спектроскопии и систем наблюдения при высоких температурах плавленое кварцевое стекло считается стандартным решением. В этом руководстве объясняется, что такое плавленое кварцевое стекло, чем оно отличается от других семейств стекол и что следует проверить, прежде чем выбирать его для своей системы.

Что такое плавленое кварцевое стекло?

Плавленое кварцевое стекло – это некристаллическое стекло, изготовленное из практически чистого диоксида кремния. В стандартном флоат-стекле модификаторы сетки, такие как натрий, калий и кальций, разрушают сетку кремнезема и создают более слабые связующие структуры. В плавленом кварцевом стекле сетка представляет собой непрерывный каркас из SiO2. Эта структура является физической причиной высокой температуры размягчения материала, низкого теплового расширения, глубокого пропускания ультрафиолета и химической стойкости.

Маршрут производства также влияет на конечные свойства. Плавленый кварц обычно состоит из кристаллов природного кварца, которые измельчают и плавят при температуре около 2000 °C. Плавленый кварц начинается с синтетического предшественника, такого как тетрахлорид кремния, который гидролизуется в пламени или плазме. Оба продукта представляют собой аморфный SiO2, но синтетический кварцевый кварц имеет более высокую чистоту и более контролируемое содержание гидроксила. Для многих оптических окон, подложек и фильтров плавленое кварцевое стекло от опытного переработчика обеспечивает необходимое пропускание и термическую стабильность при меньших затратах, чем синтетический плавленый кварц.

В компании Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. бесцветное кварцевое оптическое стекло является одним из продуктов бесцветного оптического стекла, которые мы обрабатываем и поставляем. Он доступен в листовом, пластинчатом и фасонном форматах для оптических фильтров, окон, призм и подложек.

Бесцветное кварцевое оптическое стекло для высокотемпературных оптических систем Это плавленое кварцевое стекло обеспечивает превосходную прозрачность, низкую хроматическую аберрацию и высокий коэффициент пропускания, подходящее для прецизионных инструментов, лазерных систем и оптических линз, требующих термической стабильности. Посмотреть продукт →

Плавленый кварц, плавленый кварц и стандартное стекло

Сравнительная таблица – это самый быстрый способ отнести стекло из плавленого кварца в нужную категорию. Ключевыми переменными являются чистота, пропускание УФ-излучения, термическая стабильность, химическая стойкость и относительная стоимость.

Практический вывод заключается в том, что боросиликатное стекло по-прежнему полезно для лабораторной посуды и обычных окон, а натриево-известковое стекло подходит для повседневного остекления. Но если вашей системе требуется работающая передача на длине волны до 185 нм или непрерывная работа при температуре выше 450 °C, ни один из материалов не подойдет. Мосты из плавленого кварцевого стекла, которые отличаются приемлемой стоимостью и проверенными оптическими характеристиками.

Ключевые свойства плавленого кварцевого стекла

Инженеры-оптики сначала проверяют два свойства: тепловое расширение и спектральную передачу. На гистограмме ниже показано, как коэффициент теплового расширения (КТР) плавленого кварцевого стекла сравнивается с обычными альтернативами.

Стекло из плавленого кварца имеет КТР примерно 0,55 × 10. ^-6 /К. Это примерно в шесть раз ниже, чем у боросиликатного стекла, и в шестнадцать раз ниже, чем у натриево-известкового стекла. Практически окно из плавленого кварца толщиной 100 мм при нагреве до 100 К изменяет размер примерно на 0,005 мм, а натриево-известковое окно увеличивается почти на 0,09 мм. Когда компоненты должны сохранять выравнивание при постоянном нагреве, эта разница решает, останется ли система в пределах допуска.

Следующий фактор производительности — спектральная передача. На диаграмме ниже сравниваются кривые пропускания плавленого кварца, боросиликатного и натриево-известкового стекла в диапазоне 200–2000 нм.

Тот же материал также обеспечивает непрерывное пропускание от 185 нм до среднего инфракрасного диапазона с незначительным поглощением в диапазоне 200–2000 нм. Из-за этой широкополосной прозрачности в спектроскопии, лазерных системах и фотолитографии в качестве материала окна, призмы и подложки используется плавленый кварц. В окислительной среде он может работать непрерывно при температуре 1100 °C, а при соответствующей поддержке возможны кратковременные отклонения до 1300 °C.

Как производится плавленое кварцевое стекло?

Маршрут производства делится на плавку природного кварца и синтетическое осаждение. Для плавленого кварца процесс начинается с очищенных кристаллов природного кварца, измельчаемых до контролируемого размера, а затем плавящихся в печи непрерывного действия при температуре около 2000 °C. Расплав вытекает из платинового или керамического сопла и медленно охлаждается, чтобы предотвратить расстекловывание. Изометрическая структура ниже иллюстрирует форму пластины, которую использует большинство оптических компонентов.

После плавления и медленного охлаждения стекло подвергается резке, грубой шлифовке и тонкой полировке. Для оптических компонентов конечное качество поверхности обычно достигает 40/20 или выше, при этом плоскостность контролируется с точностью до долей длины волны. Проверка охватывает двойное лучепреломление, содержимое пузырьков и передачу на длинах волн, на которых клиент будет использовать компонент.

При синтезе тетрахлорид кремния гидролизуется в высокотемпературном пламени или плазме с прямым осаждением SiO2. Получаемый в результате плавленый кварц имеет меньше металлических примесей и может быть рассчитан на определенное содержание OH, что важно, когда в приложении требуется высокое пропускание около 2,7 мкм. Однако стоимость обработки значительно выше, чем у плавленого кварца, поэтому выбор зависит от требуемого спектрального диапазона и бюджета.

Где используется плавленое кварцевое стекло?

Плавленое кварцевое стекло превращается из сырья в конечную продукцию с высокой добавленной стоимостью в нескольких технологических секторах.

• Обработка полупроводников: кварцевые окна, смотровые окна и компоненты печи выдерживают повторяющиеся термические циклы и агрессивные газы.
• УФ-фотолитография: подложки масок и окна линз требуют глубокого пропускания УФ-излучения с минимальным поглощением.
• Спектроскопия: для получения точных аналитических результатов кюветы и ячейки для образцов нуждаются в широкой спектральной прозрачности.
• Лазерные системы: светоделители и защитные окна используют материал как надежную оптическую среду.
• Высокотемпературные смотровые стекла: смотровые окна печи должны быть устойчивы к тепловому удару и окислительному воздействию.
• Прецизионная оптика: призмы, зеркала и подложки фильтров отличаются низкими тепловыми искажениями и равномерным показателем преломления.

Для компаний, которым для этих целей требуется плавленое кварцевое стекло, выбор процессора с реальным оптическим опытом имеет большее значение, чем сравнение базовых цен. Наш производственный объект Компания Xiangyang в Наньтуне обрабатывает бесцветное кварцевое оптическое стекло и другие типы бесцветного оптического стекла по чертежам клиентов как для внутренних, так и для экспортных клиентов.

Как выбрать качественное плавленое кварцевое стекло

Короткий контрольный список закупок более полезен на практике, чем длинный список технических характеристик. Следующие пять пунктов охватывают решения, влияющие на фактическую производительность системы.

1. Сопоставьте требования к передаче с содержимым OH. Для УФ-приложений плавленый кварц с низким содержанием ОН обеспечивает лучшую передачу глубокого УФ-излучения. При использовании в среднем ИК-диапазоне высокое содержание ОН может снизить поглощение в диапазоне около 2,7 мкм.
2. Подтвердите температурные характеристики. Уточните у поставщика температуру непрерывной эксплуатации и кратковременный пик, поскольку температура размягчения зависит от чистоты и метода формования.
3. Проверьте качество и плоскостность поверхности. Для оптических окон обычной отправной точкой является раскопка 40/20. Если компонент входит в полость лазера, потребуйте более высокую плоскостность и меньшую ошибку волнового фронта.
4. Проверьте чистоту и устойчивость к пузырькам. Наличие пузырьков и металлических примесей напрямую влияет на рассеяние и поглощение в требовательных системах.
5. Спросите о настройке. Нестандартные размеры, фасонные призмы, отверстия и монтажные пазы практичны, когда поставщик может обрабатывать стекло самостоятельно.

Для типичного УФ-окна поставщик должен предоставить документированные данные о передаче. Запрос кривой пропускания от 185 до 2500 нм дает прямое сравнение с требованиями вашей системы, отделяя правильно обработанное стекло от обычного материала. Более подробную информацию о том, как бесцветное оптическое стекло используется в различных отраслях, можно найти в этом руководстве на странице применение бесцветного оптического стекла .

Ультрабелое бесцветное оптическое стекло для точного изображения Благодаря чрезвычайно низкому содержанию примесей и высокой прозрачности это ультрабелое стекло идеально подходит для объективов фотоаппаратов, микроскопов и лазерных систем, где необходимы четкие и точные изображения. Посмотреть продукт →

Когда применение требует минимально возможного поглощения в видимом диапазоне, подходящим вариантом является ультрабелое бесцветное оптическое стекло. Он сохраняет полированную поверхность и низкое содержание пузырьков для прецизионных систем визуализации и освещения.

Часто задаваемые вопросы