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Quarzglas

Quarzglas
Materialgruppen:
Glas > Glasrohstoffe > Silikatische Gläser Materialbeschrieb Quarzglas besteht aus mindestens 99% reinem Siliziumdioxid (SiO2), das ohne weitere Zusatzstoffe bei hohen Verarbeitungstemperaturen von bis zu 1700 °C produziert wird. Die Entwicklung von Quarzglas geht auf den deutschen Physiker Richard Küch (1860–1915) zurück. Er entdeckte 1899, dass Bergkristall in einer Knallgasflamme blasenfrei und in höchster Reinheit geschmolzen werden kann, und machte Quarzglas für die Industrie als Massenprodukt verwendbar.
Als Rohstoff wird meist natürlich gewachsener kristalliner Quarz verwendet. Während früher Bergkristalle eingeschmolzen wurden, gewinnt man inzwischen hochreinen Quarz im Berg- oder Tagebau aus Granit- oder Pegamitvorkommen. Anstelle von natürlichem Quarz werden auch synthetische Siliziumverbindungen als Ausgangsmaterial verwendet. Quarzglas ist ein Einkomponentenglas und gehört zu den reinsten Materialien, die derzeit überhaupt zur Verfügung stehen. Es erfüllt eine Reihe ganz besonderer Eigenschaften, die bei keinem anderen Werkstoff gegeben sind. So ist Quarzglas mit einer Dicke von 100 m immer noch genauso transparent wie eine Fensterscheibe und es hat eine Einsatztemperatur von bis zu 1100 °C sowie einen 20-mal geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als normale Gläser.
Grosse chemische Reinheit und Beständigkeit, hohe Erweichungstemperatur und Temperaturbeständigkeit, niedrige thermische Ausdehnung bei hoher Temperaturwechselbeständigkeit, hohe Transparenz vom ultravioletten bis zum infraroten Spektralbereich und hohe Strahlungsbeständigkeit machen den Werkstoff Quarzglas unverzichtbar bei der Herstellung von High-Tech-Produkten. Entsprechend gibt es unzählige technische Anwendungsgebiete für diesen Werkstoff: Apparatebau für Analytik und die Chemische Industrie, Anlagen für die Wasseraufbereitung, Glas für Leuchtmittel, Optik und Elektrotechnik, Lichtleiter, Herstellung von Tiegeln für die Kristallzucht, Computerprozessoren und Chips. Andere Bezeichnungen/Synonyme:
Kieselglas Englische Bezeichnung:
Fused Silica Herstellung Gewinnung:
Als Rohstoff wird meist natürlich gewachsener kristalliner Quarz verwendet. Während früher Bergkristalle eingeschmolzen wurden, wird inzwischen hochreiner Quarz im Berg- oder Tagebau aus Granit- oder Pegamitvorkommen gewonnen. Zu feinem Sand gemahlen, lassen sich die Quarzkristalle in verschiedenen Verfahren (Floating- und Säureprozesse) heraustrennen und reinigen. Den hohen Anforderungen an die Reinheit des Quarzes genügen weltweit nur wenige Rohstoffminen. Der überwiegende Anteil des hochwertigen natürlichen Quarzsandes kommt aus einer Mine in North Carolina (USA). Aus Quarzsand hergestelltes Glas wird natürliches Quarzglas genannt. Fertigung:
Bei der Herstellung von Quarzglas werden verschiedene Schmelzverfahren angewendet, z. B. das Schmelzen mittels einer Wasserstoff-Sauerstoffflamme (Knallgasflamme), das elektrische Schmelzen im Licht- und Plasmabogenverfahren oder das Aufschmelzen mittels eines Trägergases. Die Verarbeitungstemperatur von Quarzglas ist teilweise höher als 1700 °C und somit deutlich höher als bei den meisten anderen Glasarten. Wenn das Glas nach dem Schmelzen weiter erhitzt wird, setzt relativ rasch ein Verdampfungsprozess ein. Die hohen Schmelztemperaturen stellen grosse Anforderungen an die Produktionsanlagen: Diese müssen entsprechend hitzebeständig sein und dürfen das hochreine Material nicht verunreinigen. So finden die Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse teilweise auch in einer Schutzgasatmosphäre statt.
Im Gegensatz zum natürlichen Quarzglas werden auch synthetische Siliziumverbindungen als Ausgangsmaterial verwendet. Das gezüchtete Glas gehört zu den reinsten Materialien, die derzeit überhaupt herstellbar sind, und wird vorwiegend in der optischen Industrie verwendet. Eigenschaften Mechanische Eigenschaften:

Dichte [ρ]: 2 201.00 kg/m3

Thermische Eigenschaften:

Dauergebrauchstemperatur: bis 1 130.00 °C
Erweichungstemperatur: bis 1 585.00 °C
Formungs-/Verarbeitungstemperatur: 2 000.00 bis 2 230.00 °C
Siedepunkt [Kp]: bis 2 230.00 °C
Wärmeleitfähigkeit/-zahl [λ]: 1.38 W/mK


Sammlungen

Muster in folgenden Sammlungen: Gewerbemuseum Winterthur
Standort in der Sammlung: Gewerbemuseum Winterthur:
Glas > Schublade 34 Quellennachweis Material-Archiv-Signatur:
GLA_ROH_SIL_QUA_1 Text verfasst von:
Gewerbemuseum, RM, 2013

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