Кварцевое стекло – вид стекла на основе оксида кремния. Двуокись кремния находится в аморфном состоянии. Это не приводит к разрушению стекла при температурных перепадах, чем не может похвастаться кристаллический кварц.

Силикатное стекло производится путем плавки кремнезема (двуокись кремния), который может быть представлен в виде кварцевого песка, синтетического сырья, горного хрусталя или жилистого кварца.

Силикатное стекло относится к группе неорганических стекол. Кварц может образовываться в природных условиях. Например, удар молнии в кварцевый песок приводит к созданию кварцевого стекла.

В производстве силикатное стекло часто называется сокращенно – кварц. Данный вид оптического материала имеет наибольший показатель светопропускания. Так, стекло из оксида кремния толщиной в 100м пропускает столько же света, как и обычное оконное стекло.

В основе структуры материала лежат кремний-кислородные тетраэдры, которые взаимодействуют и связываются между собой благодаря ионам кислорода. Строгого порядка в размещении тетраэдров нет, хотя они создают трехмерные сетки. Такое свойство говорит об аморфности силикатного стекла.

Свойства кварцевого стекла

Материалу свойственен целый ряд уникальных характеристик:

• Высокая однородность, что используется в оптике;
• Низкое поглощение света;
• Устойчивость к высоким и низким температурам, а также амплитудам;
• Хорошее сопротивление лазерным излучениям высокой силы;
• Стойкость к ионизирующему излучению;
• Стекло из двуокиси кремния химически инертно к огромному количеству кислот (исключение – фтористоводородная и ортофосфатная при температуре 300 градусов Цельсия).

Благодаря тому, что кварцевое стекло не взаимодействует с кислотами и другими реактивами, оно широко применяется в процессе производства чистых материалов (реакторы, ампулы и пр.)

Одним из основных свойств кварцевого стекла считается стойкость к любым температурным перепадам.Так, силикатные трубы легко справляются с резким нагреванием до 900ᵒ С и охлаждением в воде.

А брусья из материала, охлаждаемые частично, сохраняют с другой стороны температуру нагревания. Это дает полное право использовать их в качестве огнеупорного материала. А тонкие изделия из кварца применяются в оптических системах, работающих с интенсивными источниками теплового излучения.

Кварцевое стекло, свойства которого ценятся практически в любом производстве, считается одним из лучших традиционных материалов. Особую любовь к силикатному стеклу питают полупроводниковая промышленность и производство оптических приборов.

Принято считать, что силикатное стекло – прекрасный диэлектрик. Кварц практически не проводит электрический ток, что также широко используется в промышленности. Стекло из кварца может применяться в изготовлении солнечных и бактерицидных ламп, специальных электротехнических аппаратах.

Применение кварцевого стекла

Область применения кварцевого стекла настолько широка, что, кажется, нет отрасли, в которой бы оно не использовалось. Все лабораторное оборудование для исследований изготовлено из силикатного стекла. Оптические приборы, изоляторы, космические оборудование – все это тоже производится из кварца.

В видимой инфракрасной области спектра кварцевое стекло полностью прозрачное. Это делает из него ценный оптический материал.

Из кварца производят:

• Линзы;
• Призмы;
• Оптические окна.

В современном производстве оптических линз силикатное стекло считается незаменимым материалом в изготовлении продукции различной сложности. Широкий диапазон прозрачности способствовал применению стекла в сегменте телекоммуникаций (оптоволокно).

Стоит различать прозрачное и непрозрачное кварцевое стекло. Непрозрачное содержит в своей структуре небольшие пузырьки газа. Ними определяется цвет стекла. Прозрачное стекло делится на техническое и оптическое. Силикатное стекло, используемое в оптике, обладает гомогенностью.

Однородность (гомогенность) – один из главных показателей для оптических материалов. Именно этот параметр определяет характеристики будущего продукта. Так, если в нем будут пузырьки газа или иные включения, сложно гарантировать прозрачность и высокое преломление.

Бесцветное силикатное стекло для оптических целей производится в трех сериях:

• 0 – стекло, использующееся в агрегатах при обычных условиях;


• 100 – маркировка означает, что стекло применяется в изготовлении деталей, пригодных для работы в области незначительно ионизирующего излучения;


• 200 – стекло пригодное для производства аппаратов, основное применение которых – работа в агрессивных условиях интенсивного ионизирующего излучения.

Несмотря на серию, состав кварцевого стекла может быть разным. Для обозначения каждого вида стекла на производстве было предложено использовать свой шифр, который значится как маркировка. Наименование продукции состоит из букв и цифр, что упрощает разделение материалов на типы оптического стекла.

Состав кварцевого стекла во многом определяет свойства материала. В зависимости от состава стекло относится либо к техническому, либо к оптическому (общего назначения).

Существует также силикатное стекло прозрачное в инфракрасной области, стекло из кремния, не темнеющее от радиоактивных излучений, и особо чистый материал. На производстве есть еще и увиолевое стекло – специальный материал, который остается прозрачным при воздействии коротких ультрафиолетовых лучей.

Кварц нашел применение в производстве трубок для уровня жидкостей. Такие змеевики и трубочки используются в металлургии, котельных установках, другом промышленном оборудовании. Трубы из кварца используются в электронагревающих агрегатах, химических установках, полупроводниковых системах и светотехнической индустрии.

Изделия из кварцевого стекла могут исполняться из прозрачного и непрозрачного силикатного стекла.

Так, прозрачные колбы из кварца характеризуются:

• Хорошей стойкостью к высоким температурам;
• Инертностью к химическим соединениям;
• Превосходной оптической прозрачностью.

Непрозрачные трубки из кварцевого стекла обладают следующими характеристиками:

• Высокая теплопроводность в сравнении с прозрачными стеклами;
• Низкая себестоимость;
• Высокая стойкость к высоким температурам;
• Стойкость к реактивам.

Силикатное стекло используется в судостроении (морском и космическом), при производстве смотровых фонарей, устройств, обеспечивающих визуальный контроль процесса производства, в химической и нефтеперерабатывающей индустрии.

В авиационном строении кварцевое стекло также нашло свое применение. Силикатное стекло в несколько слоев играет роль остекления кабин авиационного транспорта. В летательных аппаратах помимо остекления кабин из силикатного стекла обустраиваются системы обогрева этого же остекления.

Кроме прозрачного и непрозрачного кварца существует и цветное стекло. Цвет ему придается в процессе варки с добавлением оксидов цветных металлов (золота, меди и др.) При добавлении оксида железа получается стекло синего цвета, а при добавлении свинца – хрусталь. Он относится к уникальному подвиду декоративного силикатного стекла. В советское время наличие хрустальной посуды свидетельствовало о высоком статусе хозяина.

В наше время посуда из хрусталя утратила свое значение, а материал стал использоваться в изготовлении люстр, бра, настенных и настольных светильников.

Производители изготавливают кварцевое стекло по ГОСТ. Нормативный документ упрощает производственные процессы путем их урегулирования. Так, общие технические условия находятся в ГОСТ 15130-86. Оптическое кварцевое стекло по ГОСТу предназначено для изделий, которые работают в условиях прохождения однонаправленного света. Нормативный документ предусматривает выпуск продукции и заготовок в диаметре до 1200мм.

Современный рынок диктует свои правила производителям кварцевого стекла, не оставляя им выбора. Нынешнее производство должно больше внимания уделять высокотехнологичному оборудованию, новым методам обработки сырья и постоянно повышать требования к качеству изделий из силикатного стекла. Поэтому качество продукции, выпускаемой заводами, постоянно улучшается с модернизацией оборудования.

Производство (изготовление) кварцевого стекла

Оптические стекла играют важную роль на современном этапе развития человечества. Кварц – одна из разновидностей оптического стекла. Силикатное стекло производится на основе двуокиси кремния путем плавления. Оксид может быть представлен в виде синтетического кварца, кварцевого песка или жильного кварца.

Плавится сырье для стекла при температуре 1700 градусов Цельсия. Изготовление кварцевого стекла – распространенный в наше время бизнес. Это выгодное направление производства, поскольку данный материал применятся в различных сферах бытового и специализированного производства.

Основное отличие силикатного стекла от других видов в том, что оно не поддается резке в процессе приготовления и эксплуатации. В это же время распространена практика обработки стекла из двуокиси кремния с помощью алмазных дисков. При обработке также применяется карборунд. Также стоит отметить, что кварцевое стекло хорошо сверлится, отлично поддается шлифовке и полировке.

При полировке и шлифовке не должно быть никаких биений. Это чревато растрескиванием стекла или некачественной обработкой. При обработке для последующего охлаждения материал обрабатывается сильным напором воды. Это обеспечивает максимально эффективную обработку материала, что больше всего устраивает заказчика и конечного потребителя.

Производство кварцевого стекла довольно востребовано, потому что это один из лучших материалов для изоляции. Силикатное стекло широко используется в электротехнической отрасли, оптике, светотехнике и медицине.

В силу того, что кварц – превосходный диэлектрик, производство кварцевого стекла высоко ценится в электротехнике и радиоэлектронной индустрии. В этих сферах широко используется и подвид силикатного стекла – электровакуумное стекло.

Краткое описание производства кварцевого стекла в зависимости от его вида:

• Непрозрачное силикатное стекло. Производится такой вид из чистого песка. Продукция применяется для изготовления лабораторного оборудования. Такие приборы характеризуются термостойкостью. Среди изделий из непрозрачного стекла наибольшим спросом пользуются чехлы для термопар, лабораторное оборудование, муфели;


• Прозрачное стекло для технических целей. Изготовление кварцевого стекла технического используется горный хрусталь. В качестве альтернативы может применяться синтетическая двуокись кремния. Такой вид стекла характеризуется высокой прозрачностью. За счет своих характеристик техническое силикатное стекло применяется в производстве радиоаппаратуры, световолокна;


• Оптическое прозрачное силикатное стекло. Для его производства используется специальный оптический чистый кварц. Такое сырье имеет высокую степень химической чистоты. Такое свойство обеспечило оптическому стеклу из кремния высокий показатель светопропускания;


• Легированное стекло – силикатное стекло, при производстве которого в его состав были включены легирующие добавки;


• Особо чистое стекло из двуокиси кремния. Это особый вид кварца. В нем находится минимум газовых пузырьков и других примесей. Для особо чистого стекла характерна повышенная способность к светопропусканию. Это свойство используется для изготовления оптоволокна. Широкое применение такой вид кварцевого стекла нашел в космическом оборудовании, микроэлектронике. Первоклассные оптические приборы также не обходятся без особо чистого силикатного стекла;


• Керамическое стекло. Производится из кварцевого песка. Нашло применение в производстве огнеупорных элементов и деталей. Для керамического стекла свойственна высокая степень защиты от радиоактивных излучений и особая кислотоустойчивость. Керамическое стекло также славится своей термостойкостью.

Кроме массового производства, многие заводы берутся за индивидуальные небольшие заказы. В таком случае заказчик приводит индивидуальные параметры, которые ему нужны от изделий из силикатного стекла.

Заготовки из кварцевого стекла могут быть в форме плит, дисков (круглой или овальной формы) и пластин. Заводы выпускают только качественный продукт, качество которого отвечает всем требованиям ГОСТ и другой нормативной литературы.

Это материал, который получается в результате воздействия высоких температур на оксид кремния. От традиционного стекла его отличает аморфное состояние (нет точной температуры плавления), которое определяет основные свойства продукта. Невозможно найти конкретную точку плавления, а переход из твердого состояния в жидкое у кварцевого стекла происходит под воздействием высоких температур плавно, постепенно. Другое отличие - пропускать не только свет, но также ультрафиолет и инфракрасные лучи. Наука объясняет это особенностью пространственной структуры молекул SiO 2 и кислородной связкой между ними.

Как получают

Исходным сырьем служат:

• кварц каменного происхождения;
• горный хрусталь;
• кварцевый песок;
• SiO 2 (оксид кремния) от искусственного производства.

Для изготовления используют специальное оборудование, способное поддерживать температуру плавления выше 1500 градусов. А чтобы создать изделия из кварцевого стекла, необходимо иметь направленное пламя в 1800°C и больше. В цеху нужно поддерживать абсолютную чистоту, больше того - стерильность. Поскольку даже минимальное количество пыли или других частиц обязательно приведет к тому, что продукт потеряет свои лучшие свойства. К работе допускаются только специально обученные люди, прошедшие аттестацию. Весь инструментарий стеколодувов изготавливается из жаростойких материалов. Обычно используют гранит, вольфрам.

Процесс производства должен быть организован так, чтобы на выходе получить продукцию в соответствии с требованиями ГОСТ 22291-83. На конечный результат влияет не столько способ производства, сколько применение качественного сырья. Продукт может получиться совершенно прозрачным, если для его изготовления брали чистый горный хрусталь. Из другого сырья выходит стекло матовое или с наличием большого количества газовых пузырьков.

Помимо прозрачного и матового стекла производят еще цветное. Когда в процессе производства плавится основное сырье, к нему добавляют оксид какого-либо цветного металла. Производное железа дает синий цвет, а добавка свинца превращает в хрусталь.

Полезные качества материала

Основные преимущества можно объединить в три категории:

1. Тепловая. Материал весьма устойчив к температурам порядка 1200 градусов. Коэффициент температурного расширения у силикатного стекла в 13-15 раз выше, чем у обыкновенного. Этим объясняется его устойчивость в резким перепадам температур.
2. Химическая. Кварцевое стекло никак не реагирует на воздействие кислот и щелочей. Исключение составляют фосфорная и плавиковая кислоты. Но они начинают взаимодействовать только при температуре больше 300 градусов.
3. Оптическая. Продукт имеет слишком низкий коэффициент преломления. Этот показатель у простого стекла в 150 раз выше, чем у силикатного. Поэтому сквозь него безукоризненно проходит не только обычный свет, но также ультрафиолет и инфракрасные лучи.

Маркировка оптического стекла

Гост 15130-86 предлагает разделить силикатные стекла следующим образом:

• Серия 0 предполагает применение в обычных условиях.
• Серия 100 - обозначение для материала, способного работать при ионном излучении малой силы;
• Серия 200 - это стекло имеет свойства, выдерживающие интенсивное ионизирующее излучение.

Помимо этого, предлагается маркировка по величине способности пропускать ультрафиолет и инфракрасное излучение. Так:

• маркой КУ-1 обозначают изделия прозрачные, устойчивые к радиации;
• КУ-2 - прозрачное стекло в видимой части ультрафиолета, имеет слабое поглощение волн 170 -250 Нм;
• КВ - оптическое стекло этой марки отличает высокая однородность, прозрачность;
• КУВИ - нелюминисцирует, обладает высокой стойкостью к радиации.

Область использования

Благодаря своим свойствам силикатное стекло нашло применение в строительстве, из него делают лабораторную посуду, оптические приборы, детали электрообрудования. Материал применяют при изготовлении огнеупорных изделий. Также сырье незаменимо для изготовления стекла кварцевого смотрового. Оно необходимо для наблюдения за сложными технологическими процессами внутри установок, действующих под высокими температурами и давлением.

Однако основной сферой использования считается производство оптического волокна. Для его производства берут только высококачественный материал, так называемое оптическое кварцевое стекло. Однородное и совершенно прозрачное, пропускающее ультрафиолет. Сегодня этот материал используется практически повсеместно. Из него делают прочные оптические кабели для передачи данных на высоких скоростях, оптические линзы и призмы.

Матовое кварцевое стекло также востребовано. Его свойства и довольно низкая цена делают материал особенно применимым во многих сферах жизнедеятельности человека. Это осветительные приборы и окна для судов, самолетов и ракет. В нефтехимии, на высокотемпературных производствах материал ценят за его устойчивость к агрессивным средам.

Научные и промышленные лаборатории не могут нормально работать без прозрачной посуды из кварцевого стекла. Она нужна для проведения химических опытов с различными реагентами, в том числе агрессивными. Особенно востребованы трубки для замеров уровней различных жидкостей, хранения кислот и щелочей. Они применяются в электронагревательных приборах. Во всех случаях большое значение имеют свойства силикатного материала выдерживать высокие температурные режимы и стойкость к агрессии многих препаратов, а также способность пропуска ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Особенности производства позволяют выпускать не только промышленные и бытовые изделия для практических целей, но также декоративные предметы.

SiO 2 Физические свойства Плотность вещества 2,201 г/см³ Предел прочности ~50 Н/мм² Примеси 10-1000 ppm Термические свойства Температура кипения 2230 °C Удельная теплоёмкость (ст. усл.) 1052 Дж/(кг·К) Теплопроводность (ст. усл.) 1,38 Вт/(м·K) К теплового расширения 0,54·10 -6 Интервал трансформации 1130° Температура размягчения 1400° Оптические свойства Диапазон прозрачности 160-3500 нм Показатель преломления 1,46 Угол Брюстера 55,58°

Ква́рцевое стекло́, пла́вленый кварц - однокомпонентное стекло из чистого оксида кремния, получаемое плавлением природных разновидностей кремнезёма - горного хрусталя , жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния.

Виды

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.

Свойства

• Обладает наименьшим среди стёкол на основе SiO 2 показателем преломления (n D = 1,4584) и наибольшим светопропусканием, особенно для ультрафиолетовых лучей.
• Для кварцевого стекла характерна высокая термическая стойкость, коэффициент линейного термического расширения менее 1·10 -6 К -1 (в диапазоне температур от 20 до 1400°С).
• Кварцевое стекло - хороший диэлектрик , удельная электрическая проводимость при 20 °С - 10 −14 - 10 −16 Ом -1 ·м -1 , тангенс угла диэлектрических потерь при температуре 20 °C и частоте 10 16 Гц - 0,0025-0,0006.

Применение

Кварцевое стекло применяют для изготовления лабораторной посуды, тиглей, оптических приборов, изоляторов (особенно для высоких температур), изделий, стойких к температурным колебаниям. В производстве термостойких огнеупорных материалов.

Оптические свойства

Дисперсия кварцевого стекла приближённо может быть описана формулой Селлмейера:

и длина волны λ задается в микрометрах.

Примечания

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Плавленый кварц" в других словарях:

плавленый кварц - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN fused quartz …

ПЛАВЛЕНЫЙ КВАРЦ - смотри Кварцевое стекло … Металлургический словарь

А; м. [нем. Quarz] 1. Бесцветный минерал, встречающийся в виде кристаллов и сплошных зернистых масс; двуокись кремния. Графитовый к. Слюдяной к. Дымчатый к. 2. Разг. Облучение кварцевой лампой. Лечить кварцем. ◁ Кварцевый, ая, ое. К ые породы. К… … Энциклопедический словарь

Широко распространённый минерал из группы оксидов (SiO₂). Входит в состав многих горных пород: гранит, гнейс, кварцит, кристаллический сланец и др. Свободно растущие кристаллы имеют форму призм и ромбоэдров, образуют красивые сростки в виде друз … Географическая энциклопедия

- (нем. Quarz) минерал; под названием К. известны две кристаллической модификации двуокиси кремния SiO2: гексагональный К. (или α К.), устойчивый при давлении в 1 атм (или 100 кн/м2) в интервале температур 870 573 °С, и тригональный (β К.) … Большая советская энциклопедия

А; м. [от лат. minera руда] Природное вещество, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, входящее в состав горных пород, руд, метеоритов. Полезные минералы. Коллекция минералов. Образование минералов. Обработка… … Энциклопедический словарь

кварцевое стекло - Ндп. плавленый кварц Продукт охлаждения расплава кремнезема до твердого состояния без кристаллизации. [ГОСТ 16548 80] Недопустимые, нерекомендуемые плавленый кварц Тематики оптика, оптические приборы и измерения EN silica glass DE Quarzglas FR… … Справочник технического переводчика

Содержат активный компонент, нанесенный на дисперсное или пористое в во носитель. Использование Н. к. позволяет увеличить пов сть работающего катализатора, экономит дорогостоящие в ва (напр., Pt, Pd, Ag), предотвращает рекристаллизацию и спекание … Химическая энциклопедия

Явление необратимого перехода энергии звуковой волны в др. виды энергии и, в частности, в теплоту. Характеризуется коэфф. поглощения а, к рый определяется как обратная величина расстояния, на к ром амплитуда звуковой волны уменьшается в е=2,718… … Физическая энциклопедия

Цельноволоконный фемтосекундный эрбиевый лазер. Волоконный лазер лазер, активная среда и, возможно, резонатор которого являются элементами оптического … Википедия

В отличие от лабораторного стекла плавленый кварц (кварцевое стекло) размягчается при температуре 1500-1600°С. Кварцевое стекло обладает значительно большей вязкостью, чем обычное. Переход от вязкого, размягченного состояния к хрупкому происходит в очень небольшом интервале температур. Кварцевое стекло наиболее «короткое» из всех видов стекла. Стапливанию и перемещению его препятствует большая вязкость, поэтому кварцевые изделия не имеют одинаковой толщины стенок. Заготовки, трубки из кварцевого стекла также имеют неодинаковую толщину и диаметр.

Для работы с кварцевым стеклом нужна специальная горелка с кислородным дутьем, способная давать температуру пламени 1800-2000°С. Изделие, нагретое на такой горелке, ярко светится. Работать с такой горелкой можно только в темных защитных очках.

Технические трудности по получению широкого высокотемпературного пламени заставляют все работы по изготовлению кварцевых изделий вести на сравнительно узком пламени горелки. Это требует определенных навыков и сноровки. Нагретый свыше 480°С кварц легко реагирует с осевшими на его поверхности пылевидными частицами. Небольшой налет пыли на поверхности кварцевого стекла образует при нагревании стеклянную корочку, которая легко растрескивается и может привести изделие в негодность. Особые требования предъявляют к чистоте стеклодувного инструмента, рабочего места и рук стеклодува. Стеклодувные инструменты (развертки, укатки, плиты и др.) для изготовления кварцевой посуды должны быть изготовлены из графита. Можно пользоваться также инструментами из вольфрама.

Кварцевую посуду готовят так же, как и изделия из обычного стекла. Кварцевое стекло можно резать только холодным способом твердосплавными ножами, напильником или на алмазном круге. Горячим способом кварцевое стекло не режется.

Кварцевые изделия шлифуют так же, как и изделия из обычного стекла, но значительно медленнее из-за большой твердости кварца. Кварцевые изделия не следует обогревать и отжигать. Нагретое до размягчения кварцевое стекло при быстром охлаждении, например водой, не трескается и не разрушается, поэтому неравномерная толщина стенок кварцевых изделий, наплывы на них практически не отражаются на качестве изделий. Спаивание металлов с кварцевым стеклом осуществляется значительно труднее, чем спаивание металлов с соответствующими марками химико-лабораторного стекла. Термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР) у кварцевого стекла очень мал α = 5,4·10 -7º С -1 , в то время как ТКЛР лабораторных стекол в десятки раз больше, чем у кварца и колеблется от 8,1· 10-7 у стекла AM -К до 33,5·10 -7º С -1 у стекла «Пирекс» (табл. 10).

Температурный коэффициент металлов, наиболее часто впаиваемых в стекло, соответственно равен 44,4·10 -7 у молибдена и 125,1·10 -7º С -1 у железа. Поэтому непосредственный спай стекла с кварцевым стеклом относится к числу несогласованных спаев и может быть получен при особых условиях. Кроме того, высокая температура размягчения (1400-1500°С) и большая вязкость размягченного кварцевого стекла создают дополнительные трудности получения спаев с металлами. Легче всего удаются спаи кварцевого стекла с вольфрамом и молибденом.

Для получения более или менее прочного спая металл, впаивают в виде ленты овального сечения толщиной в середине 0,1 мм и по краям 0,02 мм; спаивание производится в вакууме или в атмосфере, состоящей из смеси газов водорода и азота, на водородно-кислородной горелке, что предохраняет металл от окисления при температуре 1400-1500°С. Труднее, впаивается платина, температура плавления которой близка к температуре плавления кварца.

Согласованные спаи металлов с кварцевым стеклом можно получить с помощью ряда переходных стекол, обладающих температурным коэффициентом линейного расширения от 15,4·10 -7 до 48·10 -7º С -1 и более.

При впаивании молибдена в кварцевую трубку поступают следующим образом. Конец кварцевой трубки раскаляют до температуры 900°С и наваривают по ее торцовой окружности слой переходного стекла с наименьшим ТКЛР (стекло СП-1), горячий бортик разбортовывают разверткой. К слою наваривают ещё слой с несколько большим ТКЛР (стекло СП-2), затем третий слой (СП-3 или С25-1) и т. д., пока конечный наваренный слой не будет иметь термический коэффициент линейного расширения, близкий к ТКЛР впаиваемого металла. В этот наваренный крайний слой и впаивается металлическая проволочка или деталь (рис.94).

Этот комбинированный слой, хотя и обходится сравнительно дороже, чем «несогласованный», но он более прочен и устойчив.

Таблица 10. Химический состав (%) и термические свойства переходных стекол

Производство оптического кварцевого стекла принципиально отличается от производства других видов оптического стекла. Это единственное промышленное стекло простейшего химического состава, содержащее только один компонент - кремнезем. Высокая его тугоплавкость и высокая вязкость в расплавленном состоянии (при 1723°С вязкость составляет 1 10 6 Па) не позволяют применять к кварцевому стеклу технологию обычных оптических стекол . Кварцевое стекло получается путем расплавления крупки природного или синтетического кварца в электрических печах или в кислородно-водородном пламени. В последнее десятилетие получил широкое промышленное применение способ наплава кварцевого стекла через газовую фазу. Исходным сырьем в данном случае является дешевое химическое соединение - тетрахлорид кремния, который легко испаряется и гидролизуется, образуя аморфный кремнезем и соляную кислоту. Конденсированный кремнезем сплавляется в стекло в кислородно-водородном пламени (в последнее время для этого используются и плазмотроны, обладающие тем преимуществом, что стекло, наплавляемое в плазме, содержит меньше гидроксильных групп и более прозрачно в инфракрасной части спектра). Готовая продукция имеет форму заготовок (блоков) цилиндрической формы.

Получение стекла через газовую фазу является пока единственным способом борьбы с наличием в объеме стекла поглощающих микровключений, снижающих его лучевую прочность.

Различные марки кварцевого стекла отличаются друг от друга не основным химическим составом, а технологией их получения и сырьем, из которого велся наплав, что определяет содержание примесей в стекле. В частности, стекло из тетрахлорида кремния содержит менее 4 10 -5 % примесей, в том числе железа менее 5 10 -6 %, но зато содержание гидроксильных групп в нем доходит до 0,13%, что снижает температуру размягчения стекла до 1060°С по сравнению с 1200°С для стекла КВ. В стекле из тетрахлорида кремния, полученном прямым его окислением в факеле низкотемпературной плазмы, имеется всего 0,001 % примесей гидроксильных групп.

ГОСТ 15130-79 установил пять марок оптического кварцевого стекла:

• КУ1 - стекло, обладающее высокой прозрачностью в ультрафиолетовой области спектра, без полос поглощения в области 170-250 нм, нелюминесцирующее;
• КУ2 - стекло, прозрачное в ультрафиолетовой области спектра, с полосой поглощения в области 170-250 нм;
• КВ - стекло, обладающее высоким пропусканием в области длины волн от 270 до 2700 нм, но не свободное от полос поглощения при 240 и 2720 нм;
• КВР - стекло, отличающееся от стекла марки КВ малым изменением под действием гамма-излучения;
• КИ - стекло, прозрачное в инфракрасной области спектра, без полосы поглощения при 2720 нм.

Особенности технологии оптического кварцевого стекла проявляются в том, что кроме нормирования по оптической однородности , двойному лучепреломлению, бессвильности и пузырности, ГОСТ 15130-79 предусматривает нормирование показателей качества, характерных только для кварцевого стекла - мелкозернистой неоднородности (ряби) и включений. Мелкозернистая неоднородность является следствием неодинаковой степени воздействия высокой температуры, газовой атмосферы и других физико-химических факторов при наплаве на центральную и периферийную части каждой крупинки, из которой состоит исходная шихта. В результате этого показатель преломления периферийной зоны отличается от центральной, что можно наблюдать в виде теневой или дифракционной картины. Стекло из тетрахлорида кремния свободно от ряби, но его оптическая однородность не выше третьей категории. Из этого стекла возможно получение заготовок не только для линзовой, но и для призменной оптики. Включения являются следствием того, что исходная крупка может содержать примеси, отличающиеся по химическому составу от кремнезема, которые в процессе наплава дают прозрачные, полупрозрачные, непрозрачные или стекловидные включения. В крупке, приготовленной из кристаллов кварца, полученных искусственно путем гидротермального синтеза, содержатся примеси щелочных металлов, которые образуют стекловидные включения. Стекловидные включения дают также полевой шпат, мусковит, турмалин, гранат.

По оптическим свойствам кварцевое стекло является обычным кроном с показателем преломления 1,4584 и коэффициентом дисперсии 67,83. Из-за малого коэффициента расширения (5,5 10 -7 °С -1) термооптические свойства кварцевого стекла плохие (V=213 10 -7 °С -1), но зато очень высока термостойкость. Кварцевое стекло обладает высокой механической прочностью в широком интервале температур; оно негигроскопично, устойчиво к воздействию воды и кислот, кроме плавиковой и фосфорной. Только при совместном воздействии высоких давлений и температур кварцевое стекло можно растворить в воде. При облучении плотным потоком быстрых нейтронов кварцевое стекло увеличивает показатель преломления до 1,4763. При нагреве стекла до 800°С его первоначальные свойства восстанавливаются. Кварцевое стекло - один из лучших материалов для изготовления крупногабаритных астрономических зеркал.

Легирование кварцевого стекла двуокисью титана дало возможность получить материал с практически нулевым коэффициентом термического расширения. Максимальный коэффициент расширения равен 0,4 10 -7 °С -1 . На стадии опытного производства такое кварцевое стекло имеет марку КЛР, выпускается в заготовках диаметром до 200 мм по ТУ 17-74.