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Fused Silica (FS)

Material
FS

Fused Silica (FS, oder auch als Quarzglas bekannt) gehört zu den Gläsern, welche sehr hart und transparent sind. Dieses Material besitzt exzellente optische Eigenschaften. Es besteht nahezu zu 100% aus reinem SiO2 und werden bei hohen Temperaturen amorph. Alle Sorten des transparenten FS besitzen nahezu identische optische Eigenschaften. Seine optischen und thermischen Eigenschaften sind besser als andere Glasarten aufgrund seiner Reinheit.

Über einen großen Wellenlängenbereich vom tiefen UV- bis in den IR-Bereich (0,16µm – 3,5µm) ist das Fused Silica transparent. Die UV-Transmission ist hierbei größer als bei den meisten anderen Glassorten. Der Wassergehalt des FS, von dem seine IR-Transmission abhängt, wird bei seiner Herstellung bestimmt. Das UV-grade FS, das thermisch behandelt wird, besitzt ein höherer Wassergehalt sowie weniger metallische Verunreinigung, wodurch es transparenter im UV-Bereich wird. Das elektrisch behandelte IR-grade FS hat mehr metallische Verunreinigungen, sodass seine UV-Transmission auf 250nm begrenzt wird. Dafür besitzt es eine IR-Transmission bis zu 3,6µm. Aufgrund seines geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (5,5 ∙ 10-7 im Mittel von 20°C bis 320°C) kann FS große Temperaturunterscheide aushalten, ohne dass Risse entstehen. Das FS ist chemisch stabil und ist daher resistent gegenüber den meisten Säuren, ausgenommen Flusssäure (HF) und Phosphorsäure (H2PO4). Wegen seiner hohen optischen Reinheit sie seiner hohen thermischen, chemischen und mechanischen Stabilität ist FS eine exzellente Wahl für viele kritische Anwendungen in hochqualitativen optischen Systemen.

Fused Silica wird zur Herstellung von Fenstern, Prismen, Linsen und anderen optischen Materialien im vom IR- bis in den UV-Bereich verwendet. Wegen seiner geringen thermischen Ausdehnung wird es ebenso als Material für Präzisionsspiegelsubstraten verwendet. Das Quarzglas hat nahezu ideale Eigenschaften zur Herstellung von Oberflächenspiegeln für Teleskope.

Eigenschaften
Optische Eigenschaften
Transmissionsbereich in nm
160‐3500
Brechungsindex @ 486 nm
nf = 1,4632
Brechungsindex @588 nm
nd = 1,4586
Brechungsindex @656 nm
nc = 1,4565
Reflexionsverluste in % an 1 Oberfläche
7,9 @ 3 µm
dN/dT in 1/K
9,1 · 10-6 @ 1064 nm
Physikalische Eigenschaften
Dichte in g/cm3
2,203
Kristallstruktur
amorph
Blasen/ Einschlüsse
keine
metallische Verunreinigungen in ppm
25 ‐ 30
Hydroxylgehalt in ppm
400 ‐ 500
Spezifische Wärmekapazität in J/(kg · K)
703
Thermische Leitfähigkeit in W/(m · K)
1,38
Thermische Ausdehnung in 1/K
0,55· 10-6
Erweichungspunkt in °C
1730
oberer Kühlpunkt in °C
1180
unterer Kühlpunkt
1075
max. Betriebstemperatur (kontinuierlich) in °C
1150
max. Betriebstemperatur (begrenzte Dauer) in °C
1300
Dielektrische Konstante @ 1 kHz
a = 10
Durchschlagfestigkeit in kV/cm @ 20 °C
250 ‐ 400
Elastizitätsmodul (E) in GPa @ 25 °C
73
Schubmodul (G) in GPa @ 25°C
31
Kompressionsmodul (K) in GPa @ 25 °C
36,9
Biegefestigkeit in MPa @ 25 °C
50
scheinbare Elastizitätsgrenze in MPa
55
Poissonzahl @ 25 °C
0,17
Druckfestigkeit in GPa
1,1
Zugfestigkeit in MPa
50
Knoop Härte in kg/mm2
500
Spektrale Eigenschaften
Probendicke: 2 mm
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