Quarzglas, auch als fused silica oder Kieselglas bezeichnet, ist ein hochwertiges Glas, das fast ausschließlich aus reinem Siliziumdioxid besteht. Siliziumdioxid (SiO2) macht bis zu 99,9 % der Masse des Rohmaterials aus und bestimmt die funktionellen Eigenschaften des Materials.
Wie wird Quarzglas hergestellt?
Das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Quarzglas sind hochwertige Bergkristalle. Bei der grundlegenden Produktionsmethode wird Quarz in einem Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 2.000 °C aufgeschmolzen. Der Prozess wird in einem Elektro- oder Flammenofen durchgeführt, anschließend wird das geschmolzene Material langsam abgekühlt.
Alternativ kann Quarzglas auch durch Schmelzen von feinem Quarzsand gewonnen werden. Durch den Einschluss mikroskopisch kleiner Luftbläschen erhält das Produkt jedoch einen schillernden Effekt.
Das hochwertigste Quarzglas mit der Bezeichnung JGS-1 wird aktuell aus synthetischem Siliziumdioxid (SiCl4) hergestellt. Wenn es einer Knallgasflamme ausgesetzt wird, schmilzt es zu einem außergewöhnlich reinen Material. Das Produkt ist frei von Blasen und Einschlüssen und garantiert eine optimale optische Leistung.
Physikalische und chemische Eigenschaften von Quarzglas
Quarzglas hat einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Das bedeutet, dass es sich durch hohe Temperaturwechselbeständigkeit auszeichnet. Erhitzt auf sehr hohe Temperaturen (bis zu 1100 °C), zerbricht es auch bei plötzlicher Abkühlung in Wasser nicht.
Zu den wichtigen Gebrauchsvorteilen von Quarzglas gehören auch:
- ausgezeichnete Transparenz;
- minimale Wärme- und elektrische Leitfähigkeit;
- hohe UV- und IR-Durchlässigkeit;
- relativ hohe Druck- und Zugfestigkeit.
Bemerkenswert sind auch die einzigartigen chemischen Eigenschaften von Quarzglas. Es ist beständig gegen Wasser und Säuren (mit Ausnahme von Fluorwasserstoffsäure). Ein Nachteil des Materials ist hingegen seine geringe Beständigkeit gegen Alkalien.
Worin unterscheidet sich Quarzglas von anderen Glasarten?
Im Vergleich zu anderen in der Industrie verwendeten Glasarten (z. B. Floatglas oder technisches Glas) zeichnet sich Quarzglas durch seine außergewöhnliche Transparenz, Haltbarkeit und Durchlässigkeit für ultraviolette und infrarote Strahlung aus. Letztere Eigenschaft ist mit einer geringen Absorption elektromagnetischer Strahlung verbunden.
Aufgrund der chemischen Festigkeit und der hohen Umwandlungstemperatur eignet sich Quarzglas für sehr spezifische wissenschaftliche und industrielle Anwendungen. Trotz seines relativ hohen Preises ist es daher in vielen Produktionszweigen ein nahezu unersetzlicher Rohstoff.
Quarzglas – die wichtigsten Anwendungsbereiche
Quarzglas wird viel in der Optik, insbesondere in der Photometrie und Spektroskopie, verwendet. Es dient zur Herstellung von Messgeräten, Bestrahlungsgeräten, UV-Lampen, optischen Linsen, Objektträgern für Mikroskope und Endoskope sowie von Laserlinsen und Spiegelprismen. Ein beliebter kommerzieller Anwendungsbereich sind auch Solarien, für die der Grad der Ultraviolettdurchlässigkeit besonders wichtig ist.
Aufgrund seiner hohen physikalischen und chemischen Beständigkeit wird Quarzglas zur Herstellung von Laborzubehör wie Tiegeln, Bechergläsern, Verdampfern, Glühwannen und Verbrennungsschiffchen verwendet. Auch als hochwertiges Uhrenglas und als Rohstoff für die Herstellung hitzebeständiger Keramikfliesen ist es unersetzlich.
Aus Quarzglas werden auch die Kerne von Telekommunikationslichtleitkabeln hergestellt. Seine hohe Eignung in diesem Zusammenhang ergibt sich aus den Parametern Transparenz und geringe Streuung.
Weitere vielversprechende Anwendungsbereiche für Quarzglas sind die Halbleiterherstellung, die Beleuchtungsindustrie, die Elektronik und die Fotografie. Metallisiert kann es auch zur Herstellung präziser Mikrowellenschaltungen verwendet werden.
Die Wahl des optimalen Quarzglases
Quarzglas wird nach seinem Reinheitsgrad klassifiziert, der sich auf die letztlichen Eigenschaften des Produkts auswirkt. Für die Optik wird bevorzugt das hochwertigste JGS-1-Glas verwendet, das aus synthetischem Siliziumdioxid besteht. Die Qualitätsklassen JGS-2 und JGS-3 sind mit entsprechend geringeren Leistungsparametern verbunden.
Für jede industrielle Anwendung ist es daher ratsam, ein Quarzglas zu wählen, das Qualitätsanforderungen mit wirtschaftlicher Vernunft verbindet. Allgemeine Standards für die Kategorisierung von Material erleichtern die optimale Entscheidung.