Кварцевое стекло является отличным материалом для производства оптических компонент для решения задач в ультрафиолетовой (УФ), видимой и ближней инфракрасной (ИК) областях спектра.
Кварцевое стекло может быть получено разными методами - высокотемпературным плавлением кристаллов натурального кварца, плавлением высокочистого песка, а также в результате плавления не натурального, как в первых двух случаях, а предварительно синтезированного и, т.о., обогащенного кремний-содержащего сырья.
Поскольку при синтезе осуществляется и очистка исходного вещества, то синтетический плавленый кварц является намного более чистым и совершенным в оптическом плане материалом. В зависимости от исходного синтезированного сырья, а также технологии и нюансов плавки, выделяют:
- УФ кварцевое стекло марки КУ-1, которое получают высокотемпературным гидролизом четыреххлористого кремния (SiCl4) в кислород-водородном пламени;
-
Особо чистое оптическое кварцевое стекло марки КС-4В, получаемое в результате сложного процесса, включающего химическую газификацию кремния с последующим его окислением до получения диоксида (SiO2) и термической плавкой результирующей золы в вакууме.
Максимальная температура эксплуатации этих кварцевых стекол превышает 950°C и благодаря их очень низкому коэффициенту теплового расширения они могут быть быстро нагреты и охлаждены практически без риска необратимого разрушения из-за термоудара. Эти свойства вместе с уникально высоким, по сравнению с большинством других стекол, пропусканием, способствует их широкому использованию для производства высококачественной оптики от простых окошек, линз и призм до сложных элементов с многослойными диэлектрическими покрытиями: лучеделителей, элементов, смешивающих (пропускающих одновременно) излучение разных длин волн, холодных/горячих зеркал и т.д., и т.п. Являясь достаточно инертными материалами к большинству веществ, в том числе и к воздействию практически всех химических кислот, эти кварцевые стекла также находят применение в агрессивных окружающих средах.
Диэлектрические свойства вместе с очень высокой электрической восприимчивостью и низкой теплопроводностью в широком диапазоне температур, позволяют использовать их в качестве термо- и электро-изоляторов.
Редкая комбинация отличной температурной, химической и УФ стабильности вместе с высоким пропусканием в ГУФ, делают эти кварцевые стекла уникальными для создания проекционных шаблонов/масок для целей фотолитографии.
ЗАО «Тидекс» производит и поставляет широкий спектр оптических компонент из кварцевых стекол марок КУ-1 и КС-4В. Примеры можно найти в следующих специальных разделах:
Оптика для спектроскопии:
УФ кварцевое стекло марки КУ-1 характеризуется высоким пропусканием в УФ, видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра. КУ-1 не имеет характерных для минерального кварцевого стекла (плавленого кварца) полос поглощения в диапазоне 170-250нм, однако обладает интенсивным поглощением в диапазоне 2600-2800нм, вследствие наличия группы ОН в стекле. Материал отличается отсутствием флюоресценции и характеризуется радиационно-оптической стабильностью. КУ-1 практически не содержит пузырей и включений.
Ближайшими аналогами КУ-1 являются стекла следующих марок:
Suprasil Standard (Heraeus), Spectrosil A and B (Saint-Gobain) and Corning 7940 (Corning), Dynasil 1100 and 4100 (Dynasil).
Особо чистое оптическое кварцевое стекло марки КС-4В характеризуется уникальными физическими свойствами и оптическими характеристиками от ГУФ до ИК-области спектра, что определяет его предпочтительность среди прочих материалов для изготовления оптики в широком диапазоне длин волн. Материал не имеет какого-либо существенного поглощения в области 170-250нм и не имеет «водяного» (ОН) поглощения в районе 2700нм. Стекло марки КС-4В практически не содержит пузырей и включений.
В ИК диапазоне спектра ближайшим аналогом КС-4В является Infrasil (Heraeus).
Таблица основных свойств
| Описание параметра |
Марка кварцевого стекла |
| КУ-1 |
КС-4В |
| Максимальный доступный размер блока материала, мм |
наплавленный блок диаметром 220 и толщиной 200мм |
- наплавленный блок диаметром 260 и толщиной 400мм;
-молированный блок диаметром 320 и толщиной 10мм |
| Диапазон пропускания материала, нм |
160-4350 |
150-4350 |
| Диапазон пропускания материала со средним значением пропускания более 90%, нм |
180-2100 |
190-3500 |
| Значения пропускания материала в зависимости от длины волны в УФ (для образца 10мм толщины) |
170 нм - более 65%
180 нм - 80%
190 нм - 86% |
170 нм - более 50%
180 нм - 78%
190 нм - 83% |
| Содержание гидроксильных (ОН) групп, ppm |
< 2000 |
< 0.1 |
| Флюоресценция (после УФ возбуждения) |
отсутствует |
отсутствует |
| Примесный состав по основным металлам, ppm |
< 5 |
< 0.1 |
| Двулучепреломление, нм / см |
< 5 |
< 10 |
| Метод получения |
высокотемпературный гидролиз четыреххлористого кремния (SiCl4) в кислород-водородном пламени |
высокотемпературная вакуумная плавка сверхчистого синтетического диоксида кремния ( SiO 2) |
| Верхняя граница (температура) отжига, oС |
1120 |
1250 |
| Температура размягчения, oС |
1600 |
1750 |
| Радиационно-оптическая стабильность (к гамма-излучению) |
стабилен |
стабилен при дозах облучения Co 60 до 11МГр |
Оптическое качество материала:
- содержание пузырей и включений в объеме материала 100см3, мм2
- совокупная площадь сечения всех пузырей в объеме материала 100см3, мм2
- максимальный размер пузырей в одном кг материала, мм
- оптическая однородность материала при диаметре блока:
220 мм
190 мм
70-90 мм |
Определяется
ГОСТом 15130-86
0 категория по DIN 58927, MIL - G -174 B
< 0.03
< 0.2
delta n < 5 × 10 -6
delta n < 5 × 10 -6
delta n < 5 × 10 -6 |
Определяется
ТУ 5933-030-12617929-98
0 категория по DIN 58927, MIL - G -174 B
< 0.03
< 0.15
delta n порядка 7 × 10 -6
delta n < 7 × 10 -6
delta n < 1.5 × 10 -6 |
|
Одинаковые свойста
| Плотность , г/см3 |
2.21 |
| Показатель преломления |
nF(486нм)=1.4631
nd(588нм)=1.4585
nC(656нм)=1.4564 |
| Постоянная Аббе |
67.8 |
| Температурный коэффициент линейного расширения в диапазоне T 20-1000oC, oC-1 |
0.55 × 10-6 |
| Твердость по Кнупу, кг/мм2 |
500 |
| Коэффициент Пуассона, (T = 25oC) |
0.17 |
| Модуль объемной деформации, ГПа (T = 25 o С) |
36.9 |
| Предел прочности при растяжении, МПа |
50 |
| Предел прочности при сжатии, ГПа |
1.1 |
| Модуль Юнга , ГПа (T = 25oC) |
73 |
| Предел прочности, MПа ( T = 25oC) |
50 |
| Модуль сдвига, ГПа ( T = 25oC) |
31 |
| Температура деформации , oC |
1025 |
| Максимальная рабочая температура , oC |
950 – постоянная ,
1200 – кратковременная |
| Электрическая прочность, кВ/см ( T = 25oC) |
250-400 |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/(м×K) ( T=25oC) |
1.38 |
| Удельная теплоемкость, Дж/(кг×K) (T=25oC) |
728 |
| Химическая стабильность |
Высокая устойчивость к воде и кислотам, кроме HF |
|
Значения показателя преломления в зависимости от длины волны
(для марки КУ-1 использовать значения до 2 микрометров)
Длина волны, микроны
|
Показатель преломления
|
Длина волны, микроны |
Refractive преломления |
| 0.2 |
1.551 |
1.0 |
1.450 |
| 0.22 |
1.528 |
1.1 |
1.450 |
| 0.25 |
1.507 |
1.2 |
1.448 |
| 0.3 |
1.488 |
1.3 |
1.447 |
| 0.32 |
1.483 |
1.5 |
1.445 |
| 0.36 |
1.475 |
1.6 |
1.443 |
| 0.4 |
1.470 |
1.7 |
1.442 |
| 0.45 |
1.466 |
1.8 |
1.441 |
| 0.5 |
1.462 |
1.9 |
1.440 |
| 0.55 |
1.460 |
2.0 |
1.438 |
| 0.60 |
1.458 |
2.2 |
1.435 |
| 0.65 |
1.457 |
2.4 |
1.431 |
| 0.7 |
1.455 |
2.6 |
1.428 |
| 0.75 |
1.454 |
2.8 |
1.424 |
| 0.8 |
1.453 |
3.0 |
1.419 |
| 0.85 |
1.452 |
3.2 |
1.414 |
| 0.9 |
1.452 |
3.37 |
1.410 |
|
ЗАО «Тидекс» предлагает оптические компоненты из указанных марок кварцевого стекла, характеризующиеся точностью формы поверхности (проходящий волновой фронт TWD или плоскостность) до 0.1lambda (lambda = 633нм) и чистотой поверхности 20/10scr/dig (стандарт MIL-0-13830А). Стандартные каталожные окна Д12.7мм и Д25.4мм доступны со склада.
Типичные кривые пропускания кварцевых стекол КУ-1 и КС-4В, учитывающие Френелевские потери на отражение, представлены на рис. 1 и 2.
Рис. 1 КУ-1 и КС-4В, пропускание в диапазоне длин волн 150-1000 нм.
Толщина образца 10 мм.
Рис. 2 КУ-1 и КС-4В, пропускание в диапазоне длин волн
1000-4500 нм. Толщина образца 10 мм.
Обращаем Ваше внимание на то, что данная статья приводится здесь для Вашей информации. Мы не поставляем кварцевые стекла марок КУ-1 и КС-4В в заготовках, равно как и полуфабрикаты из них, а только готовые компоненты с покрытиями и без оных.
