0
Mika
Praca ze szkłem
Armatura
Produkty specjalne
01 Mika
02 Praca ze szkłem
03 Armatura
04 Produkty specjalne

Oferta

Szkło kwarcowe

OPIS PRODUKTU Dane techniczne Wideo

Szkło kwarcowe - właściwości

Jest to szkło o bardzo dużej zawartości czystej krzemionki (SiO2 ≥ 99,9%) pozyskiwanej np. z kwarcytów i kryształów górskich. Do właściwości szkła kwarcowego należy między innymi odporność na działanie wody i silnych kwasów (z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego) oraz niska odporność (w porównaniu z innymi rodzajami szkła) na działanie alkaliów. Temperatura topnienia szkła kwarcowego jest wysoka, a jego współczynnik rozszerzalności cieplnej niski, co sprawia, że jest ono odporne na nagłe zmiany temperatury (odporne na tzw. szok termiczny). Szkło przepuszcza promieniowanie ultrafioletowe oraz podczerwone. Zakres i poziom przepuszczalności promieniowania jest zależny od rodzaju kwarcu oraz domieszek zastosowanych podczas wytopu.

W zależności od procesu technologicznego (sposobu wytopu) wyróżnia się:

  • Szkło kwarcowe naturalne – dzięki małej zawartości zanieczyszczeń i pierwiastków śladowych nadaje się do pracy w wysokiej temperaturze (>1000ºC) oraz do zastosowań optycznych wymagających przepuszczalności od ultrafioletu do podczerwieni.
  • Szkło kwarcowe syntetyczne – dzięki stosowaniu pirolizy w procesie wytopu uzyskuje się szkło jednorodne o dobrej przepuszczalności dla promieniowania ultrafioletowego (nawet od 170 nm).

Cechy szkła kwarcowego ważne podczas wyboru jego odpowiedniego rodzaju to także przepuszczalność promieniowania elektromagnetycznego. Różne typy szkła przepuszczają w rozmaitym stopniu poszczególne zakresy promieniowania. Poniższy rysunek pokazuje podział widma promieniowania elektromagnetycznego na zakresy i podzakresy w odniesieniu do podczerwieni i ultrafioletu.

Zależnie od aplikacji, należy zwracać uwagę na takie właściwości szkła kwarcowego jak generowanie ozonu (obszar VUV) lub działanie bakteriobójcze (obszar UV-C). Bliska i średnia podczerwień (obszary NIR, MIR) wykorzystywane są przy ogrzewaniu i suszeniu. Szkła kwarcowe, zależnie od rodzaju, przepuszczają dobrze promieniowanie z zakresu od UV-C do MIR (od ok. 100 nm do 3 500 nm). Wykres przepuszczalności promieniowania elektromagnetycznego (światła) jest pokazany dla każdego omawianego poniżej rodzaju szkła kwarcowego.

Szkło kwarcowe JGS-1

JGS-1 (Synthetic Quartz Silica) jest odpowiednikiem szkła Suprasil 1 i Suprasil 2 (Heraeus), Spectrosil A i Spectrosil B (Saint-Gobain) oraz Corning 7940 (Corning), Dynasil 1100 and Dynasil 4100 (Dynasil). Jest wytwarzane z syntetycznej krzemionki o bardzo wysokiej czystości (SiO2 ponad 99,9999%). Do właściwości szkła kwarcowego bezbarwnego należy łączenie niskiego współczynnika rozszerzalności cieplnej z dobrymi właściwościami optycznymi i doskonałą przepuszczalnością w ultrafiolecie. Ważną cechą jest też wysoka temperatura topnienia szkła. Szkło JGS-1 jest przejrzyste w ultrafiolecie i paśmie widzialnym. Zawiera domieszki grupy OH powodujące słabą przepuszczalność podczerwieni w przedziałach 1,4 µm, 2,2 µm oraz 2,7 µm..

Szkło kwarcowe JGS-1 jest wykorzystywane w zakresie długości fal od głębokiego ultrafioletu poprzez zakres widzialny (soczewki laserowe, okna, pryzmaty, ogniwa słoneczne, itp). Jest ono praktycznie wolne od pęcherzyków i inkluzji.


Przepuszczalność szkła JGS-1

 

Szkło kwarcowe JGS-2

JGS-2 (Fused Quartz) jest odpowiednikiem szkieł: GE214, Homosil 1, 2 i 3 (Heraeus), Dynasil 1000, 4000, 5000 i 6000 (Dynasil). Jest wytwarzane z krzemionki (piasek, kryształy) o bardzo wysokiej czystości (SiO2 ponad 99,99%). Do właściwości szkła należy dobra przepuszczalność światła widzialnego i ultrafioletu. Jest on dobrym materiałem dla zastosowań w paśmie od 220 nm do 2500 nm. Chemiczne i fizyczne cechy szkła są zbliżone do typu JGS-1. Może ono zawierać niewielką ilość bąbelków i inkluzji. Szkło JGS-2 wykorzystywane jest w aplikacjach, w których głównym kryterium jest możliwość pracy w wysokich temperaturach (wysoka temperatura topnienia szkła) i odporność na szok termiczny. Najczęstsze zastosowania to: optyka, urządzenia wysokotemperaturowe i wysokociśnieniowe, szkła wzierne, szkiełka mikroskopowe, armatura laboratoryjna.

Przepuszczalność szkła JGS-2

 

Szkło kwarcowe JGS-3

JGS-3 (Infrared Optical Quartz) jest odpowiednikiem szkła Suprasil 300 (Heraeus). Jest wytwarzane z syntetycznej krzemionki o bardzo wysokiej czystości. Zarówno fizyczne właściwości szkła kwarcowego, jak i optyczne są na wysokim poziomie. Jest przezroczyste w szerokim zakresie pasma, począwszy od głębokiego ultrafioletu do pełnej podczerwieni. Istotnym wyróżnikiem jest wysoka temperatura topnienia szkła. Stanowi materiał o doskonałej przepuszczalności światła, zwykle stosowany w podczerwieni, ale także w implementacjach wymagających szerokiego zakresu długości fali od UV-d do IR-m.

Szkło kwarcowe JGS-3 stosuje się przy zakresach fal od 260 nm do 3500 nm.

Wyroby z kwarcu JGS-3 oferujemy w postaci płyt o wymiarach do 300x200 mm i grubości 1 - 5 mm oraz krążków o średnicy do 200 mm i grubości do 10 mm. Inne wymiary na zapytanie.

Przepuszczalność szkła JGS-3

 

Mleczne (matowe) szkło kwarcowe JGSM

Cechę szkła kwarcowego, jaką jest matowość, uzyskuje się przez dodanie powietrza w procesie topienia piasku kwarcowego. W temperaturze około 2000˚C powstaje szklisty materiał z dużą liczbą pęcherzyków gazowych powodujących rozpraszanie światła i nadających materiałowi matowość.

O jakości materiału decyduje równomierność rozłożenia pęcherzyków, ich wymiary oraz kształt. Liczne małe pęcherzyki (ok. 10 µm) lepiej rozpraszają światło niż pęcherzyki duże i nieliczne (np. 50 – 150 µm) – dające gorszy efekt matowości, szczególnie przy małych grubościach materiału.

Mleczne szkło kwarcowe, zwane także szkłem matowym (ang. Opaque Quartz, Satin Quartz, Milky Quartz), dzięki rozpraszaniu promieniowania w mikroporach, jest bardzo dobrym izolatorem termicznym, blokuje promieniowanie podczerwone IR, ma mikroporowatą strukturę o wysokiej gęstości i gładkiej powierzchni. Może być obrabiane mechanicznie przy rozsądnych kosztach. Jest nieprzezroczyste, może być stosowane w wysokich temperaturach (stała temperatura pracy do 1100˚C) i w środowisku agresywnym chemicznie.

Niska porowatość materiału pozwala na uzyskanie właściwości szkła zbliżonych do kwarcu topionego przy jednoczesnej możliwości spawania gazowego bez kurczenia się materiału i przy zachowaniu gładkich spoin. Może być łączone z kwarcem przezroczystym.

Jeśli zastosuje się polerowanie płomieniowe, to wierzchnie mikropory zasklepiają się, tworząc czystą i gładką powierzchnię. Nie powstaje tzw. efekt „skórki pomarańczowej”. Poza kosmetyczną poprawą wyglądu, gładsza powierzchnia umożliwia stosowanie cienkich uszczelek w zastosowaniach próżniowych. Ponadto zmniejszona porowatość powierzchni zwiększa odporność materiału na działanie kwasu fluorowodorowego (HF). Powierzchnie wygładzane płomieniowo pozostają gładkie nawet po długotrwałym działaniu kwasu HF.

Zalety materiału:

  • doskonały izolator termiczny,
  • blokowanie promieniowania UV i IR,
  • wysoka maksymalna temperatura pracy,
  • bardzo gładka powierzchnia,
  • wysoka czystość chemiczna,
  • wysoka odporność chemiczna,
  • dobra wytrzymałość mechaniczna,
  • nie kurczy się podczas polerowania ogniowego,
  • pozwala się łatwo spawać z kwarcem przezroczystym,
  • łatwe uszczelnianie w zastosowaniach ciśnieniowych.

Odporność na działanie 5% kwasem fluorowodorowym (HF)

Specjalistyczne zastosowania wymagające zwiększonej odporności chemicznej i termicznej oraz wysokiego i jednolitego poziomu rozpraszania promieniowania powinny opierać się o wykorzystanie materiałów produkowanych przez uznanych producentów (np. Heraus OM100, Rotosil OFM 70, OFM 370, OFM 970 OSC), czy Momentive (GE514, GE544).  

 

Właściwości mlecznego/matowego szkła kwarcowego JGSM

Gęstość 1.95 x 103 kg/m3
Wytrzymałość na ściskanie 1.0 x 109 Pa (N/m2)
Współczynnik rozszerzalności cieplnej  (@ 20°C - 300°C) 5.5 x 10-7 cm/cm°C
Przewodność cieplna  (@ 20°C) 0.64 W°K
Przewodność cieplna  (@ 1090°C) 0.88 W°K
Ciepło właściwe   (@ 20°C) 650 J/kg°C
Punkt mięknienia 1600 °C
Punkt wyżarzania 1100 °C

 

Skład chemiczny:

Element Al Fe K Li Cu Na B Ca Mg P It OH
Zawartość  [ppm] 65.00 1.17 4.40 7.21 0.13 5.00 0.10 1.21 0.07 - - -

 

Porównanie własności szkieł grupy JGS

Szkła kwarcowe JGS-1, JGS-2 i JGS-3 różnią się przede wszystkim zakresem przepuszczanego promieniowa elektromagnetycznego:
  • szkło JGS-1 - przepuszcza promieniowanie ultrafioletowe, praktycznie pozbawione bąbelków i inkluzji, zakres zastosowań już od 170 nm do 2500 nm; nie przepuszcza zakresu 2600 - 2800 nm, tłumi promieniowanie podczerwone
  • szkło JGS-2  - dobra przepuszczalność światła widzialnego i ultrafioletu; może zawierać niewielkie ilości bąbelków i inkluzji, jest dobrym materiałem dla zastosowań w paśmie od 220 nm do 2500 nm; nie przepuszcza zakresu 2600 - 2800 nm
  • szkło JGS-3  - przepuszcza dobrze promieniowanie podczerwone, dobry materiał dla zastosowań w paśmie 260 nm do 3500 nm.

Porównanie przepuszczalności szkiel JGS-1, JGS-2, JGS-3

Własności fizykochemiczne powyższych szkieł są zbliżone i zostały pokazane poniżej.

Typowe właściwości szkieł kwarcowych  JGS-1, JGS-2 i JGS-3:

Gęstość oraz współczynnik rozszerzalności liniowej

Rodzaj szkła Gęstość [g/cm3] Współczynnik rozszerzalności liniowej(α×10ˉ7/℃)
0℃ 50℃ 100℃ 300℃ 500℃ 800℃ 1000℃
JGS-1 2.201 3.9 4.8 5.15 6.12 5.4 4.65 4.26
JGS-2 2.203 3.9 4.8 5.15 6.12 5.4 4.65 4.26
JGS-3 2.203 3.9 4.8 5.15 6.12 5.4 4.65 4.26

 

Pozostałe parametry

Parametr Wartość
Czystość SiO2:99.95-99.99%
Moduł sprężystości Young'a 72 GPa
Liczba Poissona 0,14 - 0,17
Twardość wg skali Mohs'a 5,5 - 6,5
Wytrzymałość na ściskanie 1 100 N/mm2
Wytrzymałość na rozciąganie 48  N/mm2
Wytrzymałość na zginanie 67 N/mm2
Przewodność cieplna 1,4 W/(m K)
Ciepło właściwe 0,670 kJ/(kg K)
Punkt wyżarzania 1215 °C
Punkt mięknięcia 1683 °C
Odporność na szok termiczny ΔT  >1 400 °C
Maksymalna temperatura pracy 
 - stała 1 100 °C
 - chwilowa 1 300 °C
 
 

Właściwości optyczne

Wsp. załamania światła

Kod zakresu/ rodzaj szkła ∩g ∩F ∩e ∩d ∩D ∩c
JGS-1 1.46669 1.46314 1.46007 1.45847   1.45637
JGS-2 1.46679 1.46324 1.46021 1.45857   1.45646
JGS-3 1.46679 1.46324 1.46021 1.45857   1.45646

 

Właściwości chemiczne

  • Odporność na wodę
       Test wg  ISO 719 (w 98 °C): klasa HGB 1 
       Test wg  ISO 720 (w 121 °C): klasa HGA 1 

  • Odporność zasadowa
       Test wg DIN 52 322 (zgodnie z ISO 695): klasa A2

  • Odporność kwasowa
       Test wg DIN 12 116: klasa 1

Właściwości elektryczne

  • Opór właściwy 
       dla   20°C = 1 x 1016 Ω cm 
       dla  400°C = 1 x 108 Ω cm 
       dla  800°C = 6,3 x 104 Ω cm 
       dla 1200°C = 1,3 x 103 Ω cm

Właściwości dielektryczne

  • Dla 25° C i 1 MHz: 
       stała dielektryczna εr=3,7 - 3,9 
       tangens strat tgδ =1 x10-4

Jest wiele różnych terminologii stosowanych w nazewnictwie szkieł kwarcowych. W poniższym dokumencie (gotowym do pobrania) omawiamy niektóre z nich, a także podajemy najważniejsze informacje dotyczące właściwości i dziedzin aplikacji szkieł z grupy JGS-x.

 
Formularz kontaktowy

Komunikat

Komunikat