Оптическое кварцевое стекло (кварц). Особенности работы с кварцевым стеклом

Стекло стало настолько привычным в нашей жизни, что многие люди даже и не догадываются, сколько разновидностей этого материала существует и как его производят. Еще ацтеки были знакомы с одной из разновидностей этого материала, когда находили обсидиан – вулканическое стекло, которое получалось природным путем при взаимодействии раскаленной лавы с различными горными породами и песком. Прообразом привычного для нас оконного стекла стала слюда – прозрачный материал, по свойствам напоминающий оконное стекло. И лишь в средние века был раскрыт один из секретов изготовления стекла и стали известны основные его составляющие. Существует масса разновидностей этого прозрачного материала, среди которых есть силикатное (наиболее распространенное и широко используемое), органическое и кварцевое стекло. Каждый вид имеет свои отличительные особенности по составу и способу получения и наделен определенными уникальными свойствами.

Основные характеристики кварцевого стекла

Этот материал считается разновидностью силикатного стекла с тем лишь отличием, что основное составляющее вещество не песок, а кремнезем. Диоксид кремния в таком стекле находится в аморфном состоянии и не образует жестких молекулярных связей. Благодаря этому кварцевое стекло без труда переносит резкие колебания температур и обладает большей механической прочностью, чем обыкновенное стекло. В качестве сравнения можно нагреть трубки из обыкновенного и кварцевого стекла на обыкновенной химической горелке, а затем резко опустить оба изделия в холодную воду. Обыкновенное стекло моментально покроется трещинами, а с кварцевым ничего не произойдет.

Основными характеристиками кварцевого стекла являются:

• повышенная механическая прочность;
• вибро- и износостойкость;
• уникальные оптические свойства;
• устойчивость к воздействию кислот, солей и щелочей даже при высоких температурах;
• невосприимчивость к любым видам излучений, включая радиацию.

Разновидности кварцевых стекол

В зависимости от технологии производства различают два основных вида этого стекла:

• оптически прозрачное;
• непрозрачное.

Светопропускная способность напрямую зависит от наличия в стекле микроскопических пузырьков, заполненных газом, которые и поглощают, а затем рассеивают свет. Прозрачное стекло получают способом плавки горного хрусталя. Оно имеет однородную структуру, в которой отсутствуют инородные вкрапления и газовые пузырьки.

Области применения

В зависимости от разновидности стекло из диоксида кремния применяют в различных областях:

• химическая промышленность. Благодаря отсутствию взаимодействия материала с агрессивными химическими веществами из него изготавливают различную лабораторную посуду;
• энергетика. При работе высоковольтных линий широко используются кварцевые изоляторы;
• оптика. Для производства любых оптических высокоточных приборов используются исключительно линзы, изготовленные из кварцевого стекла. В отличие от стандартного силикатного стекла кварцевые линзы обладают практически эталонными характеристиками фокусировки;
• товары народного потребления. В качестве наиболее распространенного применения можно привести хорошие часы, циферблат которых защищен именно кварцевым стеклом, или дорогие мобильные телефоны, дисплеи которых также имеют внешнюю оболочку из этого материала.

Узнать больше о технологии получения кварцевых стекол и областях их применения можно на международной выставке «Мир стекла» , которая будет проходить в ЦВК «Экспоцентр». К услугам посетителей широкие тематические экспозиции, связанные со стеклом: технологии получения, изготовление промышленных и бытовых изделий, методы и способы обработки, современное профессиональное и бытовое оборудование, а также расходные материалы, предметы интерьера и декора из стекла.

На нашем сайте Вы можете купить кварцевое стекло в Москве выгодно в материальном плане и с экономией времени. Цена на кварцевое стекло лояльная, поскольку мы является непосредственными производителями продукции.

Представленное в этом разделе кварцевое стекло обладает уникальнейшими свойствами, чем и обусловлен широчайший спектр применения этого материала. Плавленый горный хрусталь – лишь один из вариантов материала для изготовления такого типа стекла. В печку, нагретую до высокой температуры (примерно 1700 0С) мы помещаем «сырье». После определенного периода мы получаем густую массу, которая отлично поддается формованию. Это означает, что изготовление изделий различных форм и размеров – не проблема для нас.

Наше кварцевое стекло обладает свойствами:

• Хорошая прочность: не трескается и сложно разбивается. Если даже разрушается, то остается совершенно безопасным для человека, поскольку разделяется на закругленные осколки.
• Устойчивость к высоким температурам и существенной разнице этого параметра в помещении и на улице.
• Большинство агрессивных сред – не страшно.
• Не поглощает свет, а пропускает практически 99%.
• Светопропускание от УФ спектра до ИК диапазона.

Области применения

Этот материал на сегодня входит в список лучших изоляторов, поэтому вполне обоснованным считается желание многих наших клиентов купить кварцевое стекло для применения в светотехнической, оптической и даже электротехнической отрасли. Также наше кварцевое стекло используется для изготовления различных предметов интерьера. В том числе журнальных и компьютерных столиков, ваз, подставок и полок, дверей шкафов, душевых кабинок и т.д. И даже в современном искусстве материал этот активно используют для создания настоящих шедевров. (Немного больше информации о свойствах и видах кварцевого стекла Вы можете получить ⟶ )

Доступная цена на кварцевое стекло позволяет приобрести на нашем сайте продукцию для различных сфер применения. Потратив на оформление заказа всего несколько минут, Вы получите «продукт», который прослужит долгие годы, независимо от того, где Вы будете его использовать.

Cтраница 1

Свойства кварцевого стекла при высоких температурах значительно изменяются. При температуре 1200 С кварцевое стекло начинает размягчаться, становится пластичным и вязкость его понижается.  

Изменение свойств кварцевого стекла при температуре около 1000 объясняется его превращением в а-кристобалит. Из этого обычно делается вывод, что кварцевые оболочки нельзя применять при болер высоких температурах, по крайней мере при длительных измерениях. Однако опыт показывает, что при температурах 1300 - 1500 оболочки сохраняют свою прочность после полного превращения в а-кристобалит и могут хорошо служить в этих условиях.  

Исследование физико-химических и спектрально-люминесцентных свойств кварцевого стекла / Е. И. Талант, Ю. Н. Кондратьев, Л у н-тер и др. - В кн.: Тезисы докладов на III Всесоюз.  

Строение и свойства кварцевого стекла в значительной мере зависят от чистоты исходного сырья, а также от способа и условий производства, что недостаточно учитывается при исследовании его структуры. В наиболее чистом сырьз (природном горном хрустале) имеется 0.03 - 0.0 i % примесей (ионов калия, натрия и кальция), которые существенно влияют на кремнеземистый каркас и при определенных термических условиях могут привести к кристаллизации стекла с образованием кристобалита.  

Состояние и свойства кварцевого стекла изменяются при нагреве свыше 1000 С, а при температуре более 1200 С оно начинает размягчаться; при этих температурах некоторые газы легко диффундируют через слой кварцевого стекла. Наиболее легко диффундируют газы с малым атомным весом (водород); они начинают проникать уже при 500 С. Такие газы, как хлористый водород, кислород, углекислый газ и азот, диффундируют при температуре 800 - 1200 С. Поэтому кварцевые трубы не рекомендуется применять для транспортировки нагретых газов.  

Способ основан на свойстве кварцевого стекла выдерживать резкие изменения температуры.  

Де Кудр28 и Уотсон29 на опыте убедились в том, сколько затруднений причиняют свойства кварцевого стекла и его проницаемость для водорода при высоких температурах и давлениях. Сильная кристаллизация кварцевого стекла обусловлена минерализующим действием горячего водяного пара, чему сильно способствует наличие даже следов железа и ржавчины, действующих как типичные катализаторы. Кроме того, внутри стальной бомбы, использовавшейся де Кудром, в жидкости всегда образуются пузырьки вследствие диффузии водорода через тонкостенный сосуд из кварцевого стекла.  

Тонкая нить из кварцевого стекла, будучи закручена, возвращается в исходное положение; поэтому такие нити употребляют в измерительных приборах. Свойство кварцевых стекол пропускать ультрафиолетовые лучи используется в специальных электролампах, применяемых для лечения некоторых заболеваний.  

Стекла - неорганические аморфные вещества, представляющие собой обычно системы различных окислов. В табл. 23.21 указаны свойства кварцевых стекол, а в табл. 23.22 - ряда других электроизоляционных стекол.  

Стекло викор (96 % SiO2) получают из боросиликатного стекла, из которого после изготовления соответствующего изделия горячей кислотой выщелачивают борат щелочного металла. Остающийся тонкопористый материал в дальнейшем подвергают спеканию, после чего он частично приобретает свойства кварцевого стекла.  

Основным недостатком кварцевого стекла как диэлектрика является трудность его переработки. Плавление кварца ввиду его высокой точки размягчения ведется в специальных электрических печах, причем при плавлении необходимо получить продукт, не содержащий воздушных пузырей, сильно ухудшающих свойства кварцевого стекла, что представляет большие трудности. Кварцевое стекло практически не поддается обработке, кроме шлифования.  

Исправление цветности излучения ртутного разряда высокого давления горелки в этих лампах достигается за счет излучения вводимых в горелку элементов. В области разряда сначала происходит диссоциация иодидов на составляющие, затем возбуждение и излучение светящихся элементов - натрия, таллия и др. По мере выхода из области разряда элементы Соединяются с иодом, поэтому их вредное влияние на свойства кварцевого стекла горелки ослабляется.  

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.

В нашем мире подавляющее большинство предметов изготавливается из 5-6 основных материалов, которые представляют собой конечный продукт или сырье для дальнейшего производства. К таким веществам, без преувеличения, можно отнести стекло. Оно входит в состав очень многих приборов и предметов, так что его роль трудно переоценить.

Распространенное применение сделало предпосылки для создания разнообразных марок, которые могли бы использоваться в любых сферах. Кварцевое стекло представляет собой материал, получаемый чистым переплавлением горного хрусталя или кремнезема. Таким способом получается изготовить отличное огнеупорное стекло, стойкое не только к температурной среде, но и к воздействию химических реактивов.

Кварцевое стекло по ГОСТу 15130-86 должно обладать определенными характеристиками, которые позволили бы ему выполнять возложенные функции. Все параметры были получены путем тщательных вычислений и лабораторных анализов. В основе каждого государственного стандарта лежит забота о безопасности, так что не стоит пренебрегать этими рекомендациями.

В документе установлены довольно жесткие пределы, в которых может изменяться то или иное значение. При несоответствии хотя бы одного критерия, стекло не может быть допущено к использованию. Поэтому все производители проходят через процедуру контроля качества, в результате которой им выдают сертификат и лицензию, дающую право на ведение коммерческой деятельности в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.

Изготовление кварцевого стекла с технологической точки зрения является довольно простым процессом. Намного сложнее будет найти для него высококачественное сырье, так как итоговый результат будет напрямую зависеть от используемых компонентов.

Здесь это проявляется особенно четко, так как в качестве основного ингредиента применяется лишь одно сырье, а значит, его качество практически полностью перейдет на конечный продукт. Улучшить какие-либо параметры при помощи добавления примесей не получится, так как тогда это уже будет совсем другая марка стекла. Поэтому самые лучшие виды кварцевого стекла можно получить только из наиболее чистого горного хрусталя без примесей.

Производство материала

Процесс производства кварцевого стекла состоит из нескольких технологических этапов:

• 1. Вначале подготавливается сырье. Для этого горный хрусталь, кремнезем, кварцевый песок для стекла, а иногда и битые изделия, тщательно измельчают до порошкового состояния. Делается это при помощи пресса, который под давлением крошит все перечисленные компоненты, которые складываются в общую емкость.
• 2. Далее происходит плавление порошка в специальных печах, с присутствием во внутренней камере графитового тигля. Используются исключительно электрические печи и безвоздушное пространство, чтобы ничего лишнего не опало в состав.
• 3. Далее расплавленная масса проходит процедуры стабилизации и охлаждения под соответствующим давлением. Это позволяет ему набрать необходимые свойства.
• 4. После этого следует процесс контроля качества и отправка изделия на склад. В дополнительной закалке или обработке стекло уже не нуждается.

Несмотря на простоту процесса, требуется тщательное соблюдение всех условий. Нарушение может привести к сбою всего механизма, и тогда придется отправлять полученный продукт на утилизацию. Разнообразные изделия из кварцевого стекла используются в основном в химических лабораториях.

Этому способствует высокая стойкость к агрессивным средам, что дает возможность проводить различные опыты и хранить опасные вещества с минимальным риском их утечки. Также небольшие вставки из стекол данного типа применяют при производстве линзы Френеля. В качестве сырья может входить в состав огнеупорных строительных материалов.

Свойства и применение

Возможность использования материала для той или иной цели определяется его техническими характеристиками. Именно благодаря знанию этих значений можно делать осознанный выбор. В принципе, данный тип материала имеет очень узкую направленность, поэтому многие потребители вообще не знают, что он из себя представляет. В этом нужно разбираться лишь химикам и рабочим, занятым в непосредственном изготовлении продукции.

Свойства кварцевого стекла несколько отличаются от стандартных:

• - обладает минимальным преломлением среди всех стекол на основе оксида кремния, соответственно имеет самое лучшее светопропускание;
• - обладает отличной термической стойкостью, недоступной другим стеклам;
• - проявляет диэлектрические свойства, так что может служить изолятором.

Виды стекла

Существует две разновидности, непрозрачное и прозрачное кварцевое стекло. Этот параметр определяется количеством газовых пузырьков в структуре материала. Чем их будет больше, тем меньше прозрачность. В ходе плавления контролировать процесс их образования невозможно, поэтому конечный результат зависит только от выбора сырья.

Например, оптическое кварцевое стекло получают плавлением исключительно чистого горного хрусталя без добавления другого сырья. На выходе получается однородное стекло вообще без видимых признаков наличия пузырьков газа в своей структуре.

Цена кварцевого стекла зависит от типа изделия. В листовом видео оно не продается по причине отсутствия такой необходимости. Что касается продукции из стекла, то стоит она в районе тысячи рублей.