SiO2 (Плавленый кварц)
Плавленый кварц образуется в результате химического соединения кремния и кислорода. Он является идеальным оптическим материалом благодаря хорошему пропусканию ультрафиолетового и инфракрасного излучения, низкому коэффициенту теплового расширения. Обладает высокой стабильностью и устойчивостью к тепловому удару при больших перепадах температур, широким рабочим диапазоном температур и высоким порогом повреждения лазером. Мы предлагаем различные типы кварца в зависимости от различных областей применения: JC-Z, JC-H, JC-NFZ, JC-K, JC-D.
Таблица 1. Применение кварцевого стекла и аналоги
| Группа | Применение | Максимальный размер | Аналоги |
| JC-Z | Оптика УФ, видимого и ближнего ИК диапазона: Линзы, призмы, фильтры, окна, клинья, зеркала, фотомаски, гироскопы и т.д. | 1400 х 1400 мм | Corning HPFS Standart Grade 7980 |
| JC-H | Оптоволокно, ИК оптика: линзы, призмы гироскопы, окна, клинья | Ø300 мм | Corning HPFS IR Grade 7979 |
| JC-NFZ | Радиационно-стойкая оптика: Линзы, призмы, фильтры, окна, клинья, зеркала | 1400 х 1400 мм | Corning Supercontryx/Med-X |
| JC-K | Полупроводники: Травление, осаждение полупроводниковых кремниевых пластин, влажная очистка полупроводников, элементы солнечных батарей, оснастка для вытяжки оптоволокна | 1400 х 1400 мм | Heraus Neonyx SFQ/HSQ |
| JC-D | Зеркала космического применения, гироскопы и другие оптические элементы с низким коэффициентом теплового расширения | Ø500 мм | Corning ULE |
Таблица 2. Основные характеристики кварца по группам и маркам
| Группа | Марка | Пузырность (100см3) ISO10110 | Бессвильность | Оптическая однородность, PV(ppm) |
OH
(ppm) |
Двулучепре-ломление(nm/cm) |
|
JC-Z
Оптический кварц |
JC-Z00 | 1/2*0.01 | -- | ≤ 50 | ≤ 1000 | ≤ 10 |
| JC-Z01 | 1/2*0.01 |
1D
(в 1 направлении) |
≤ 20 | ≤ 1000 | ≤ 10 | |
| JC-Z02 | 1/2*0.01 |
1D
(в 1 направлении) |
≤ 3 | ≤ 1000 | ≤ 5 | |
| JC-Z03 | 1/2*0.01 |
3D
(в 3 направлениях) |
≤ 2 | ≤ 1000 | ≤ 5 | |
| JC-Z04 | 1/2*0.01 |
3D
(в 3 направлениях) |
≤ 2 | ≤ 600 | ≤ 5 | |
| JC-Z05 | 1/2*0.01 |
3D
(в 3 направлениях) |
≤ 2 | ≤ 1200 | ≤ 5 | |
|
JC-H
Сухой кварц с низким содержанием гидроксильных групп
|
JC-H01 | 1/6*0.3 |
1D
(в 1 направлении) |
—— | ≤ 20 | ≤ 10 |
| JC-H02 | 1/2*0.01 |
1D
(в 1 направлении) |
≤ 5 | ≤ 5 | ≤ 5 | |
| JC-H03 | 1/2*0.01 |
1D
(в 1 направлении) |
≤ 2 | ≤ 1 | ≤ 5 | |
| JC-H04 | 1/2*0.01 |
3D
(в 3 направлениях) |
≤ 2 | ≤ 1 | ≤ 5 | |
|
JC-NFZ
Радиационно-стойкий кварц |
JC-NFZ-01 | 1/3*0.02 |
1D
(в 1 направлении) |
-- | -- | ≤ 6 |
| JC-NFZ-02 | 1/2*0.01 |
1D
(в 1 направлении) |
-- | -- | ≤ 6 | |
|
JC-K
Термостойкий кварц
|
JC-K01 | 1/6*0.3 |
1D
(в 1 направлении) |
≤ 10 | ≤ 200 | ≤ 10 |
| JC-K02 | 1/6*0.1 |
1D
(в 1 направлении) |
≤ 8 | ≤ 200 | ≤ 10 | |
|
JC-D
Кварц со сверхнизким КТЛР |
JC-D-01 | 1/2*0.01 | Коэффициент теплового расширения порядка 10-8 /°С | |||
Спецификация плавленого кварца
1. Группа JC-Z
JC-Z является аналогом Corning HPFS Standart Grade 7980, JC-Z прозрачен в ультрафиолетовой и видимой областях и не имеет полос поглощения в интервалах длин волн 170-250 нм. Он имеет интенсивную полосу поглощения OH в интервале длин волн 2600-2800 нм. Используется для оптики, работающей в глубоком ультрафиолетовом и видимом диапазоне длин волн (линзы, окна, призмы, зеркала и т.д.). В нем практически отсутствуют пузыри и включения. Максимально возможные габаритные размеры 1400х1400 мм.
Пропускание JC-Z в области спектра 100-3200 нм
Пропускание JC-Z в УФ-области
| Al | Fe | Ca | Mg | Ti | Ni | Mn | Cu | Li | Na | K | Co | B | Total |
| ~0.30 | ~0.01 | ~0.02 | ~0.01 | ~0.01 | ~0.01 | ~0.07 | ~0.01 | ~0.10 | ~0.30 | ~0.03 | ~0.02 | ~0.10 | ~1.00 |
Содержание примесей JC-Z (ppm)
Механические и термические свойства
| Механические свойства | Термические свойства | ||
| Плотность (г/см3) | 2,201 | Температура размягчения (107,6 П) | 1683°C |
| Модуль упругости (Юнга), ГПa | 71,29 | Температура отжига (1013 П) | 1215°C |
| Коэффициент Пуассона | 0,17 | Температура деформации (1014,5 П) | 1120°C |
| Модуль сдвига, ГПа | 30,5 | Теплопроводность | 1,264 Вт/(мꞏК) (170 ℃) |
| Предел прочности на сжатие, ГПа | 1,15 | КЛТР, °C-1 |
4,3 ꞏ10-7
(-55 ºC ~ +85 ºC) 5,5ꞏ10-7 (-10°C ~ +110°C) |
| Предел прочности на растяжение, МПа | 50 | ||
| Твердость по шкале Мооса | 5,5~6,5 | ||
Оптические свойства
|
Длина волны λ [нм] |
Показатель преломления
n |
Длина волны λ [нм] |
Показатель преломления
n |
Коэффициенты дисперсионного уравнения Селлмейера * |
| 3500 | 1,406 | 1150 | 1,449 | B1 0,473115591 |
| 3400 | 1,410 | 1100 | 1,449 | B2 0,631038719 |
| 3300 | 1,412 | 1050 | 1,450 | B3 0,906404498 |
| 3200 | 1,415 | 1000 | 1,451 | C1 0,0129957170 |
| 3100 | 1,417 | 950 | 1,452 | C2 0,0041280922 |
| 3000 | 1,420 | 900 | 1,452 | C3 0,987685322 |
| 2900 | 1,422 | 863 | 1,452 | Другие оптические свойства |
| 2800 | 1,424 | 800 | 1,454 | vd 67,8091716 |
| 2700 | 1,426 | 766 | 1,541 | nd 1,4586 |
| 2600 | 1,428 | 700 | 1,456 | Примеси |
| 2500 | 1,430 | 656 | 1,457 | Металлические примеси ≤ 1000 ppb |
| 2400 | 1,432 | 590 | 1,459 | Примеси гидроксильной (OH) группы ~1000 ppm |
| 2300 | 1,434 | 546 | 1,460 | |
| 2200 | 1,435 | 486 | 1,465 | |
| 2100 | 1,437 | 434 | 1,467 | |
| 2000 | 1,438 | 405 | 1,470 | |
| 1900 | 1,440 | 365 | 1,475 | |
| 1800 | 1,441 | 312 | 1,487 | |
| 1700 | 1,442 | 280 | 1,494 | |
| 1600 | 1,444 | 254 | 1,505 | |
| 1500 | 1,445 | 214 | 1,534 | |
| 1400 | 1,448 | 200 | 1,550 | |
| 1300 | 1,447 | 185 | 1,575 | |
| 1200 | 1,448 | 170 | 1,615 |
Основные свойства
| Стекло | Категории по оптической однородности | Категории по пузырям и включениям |
Категории по
двулучепреломлению |
Категории по
безсвильности |
Категории однородности по зернистости | Категории по флуоресценции |
| JC-Z | 1, 2, 3, 4, 5 | 1, 2, 3, 4 | 1, 1a, 3, 4, 5 | 1, 2 | 1, 2 | 1, 2 |
|
Оптическая однородность
Для заготовок из оптического плавленого кварца устанавливают 5 категорий, характеризуемых разрешающей способностью, определяемой отношением угла разрешения φ дифрактометра, в параллельный пучок которого введена заготовка из кварца, к теоретическому углу разрешения φ0 самого дифрактометра. |
|||
| Категория | Отношение углов φ/φ0 | Качество дифракционного изображения в фокальной плоскости | Примечание |
| 1 | ≤1,0 | Дифракционное изображение точечной миры должно состоять из круглого пятна, окруженного концентрическими кольцами, и не должно иметь разрывов, хвостов и заметного на глаз отклонения от круга | Оптическая длина пути световой волны, прошедшей через образец, не превышает 20 мм |
| 2 | ≤1,0 | Нет требований | Оптическая длина пути световой волны, прошедшей через образец, не превышает 60 мм |
| 3 | ≤1,1 | ||
| 4 | ≤1,2 | ||
| 5 | ≤1,3 | ||
| Пузыри и включения | |||||||
| Категория | Допускается в 100 г стекла | Допускается в 100 г стекла | Допускается в 1 кг стекла | ||||
| Диаметр (мм) и количество (шт.) пузырей | Диаметр (мм) и количество (шт.) прозрачных и непрозрачных включений | ||||||
| 0,03 ~ 0,3 | 0,31~ 0,7 | ＞0,7 | 0,3 ~ 0,7 | 0,8 ~ 1,0 | 1,1 ~ 3,0 | 3,1 ~ 5,0 | |
| 1 | Не допускается | Не допускается | Не допускается | Не допускается | Не допускается | Не допускается | Не допускается |
| 2 | 5 | Не допускается | Не допускается | Не допускается | Не допускается | Не допускается | Не допускается |
| 3 | 30 | Не допускается | Не допускается | ≤2 | 1 | 1 | Не допускается |
| 4 | 100 | ≤5 | Не допускается | ≤5 | ≤2 | 1 | 1 |
|
Примечание 1: За диаметр пузыря и включения удлиненной формы принимается размер, полученный как среднее арифметическое длин его наибольшей и наименьшей осей.
Примечание 2: К прозрачным и непрозрачным примесям относятся: пленки, синие пятна, пузырьковые включения, пузырьковые группы, кристаллические частицы, серые пятна, прозрачные пятна, коричневые и черные пятна. |
|||||||
| Для кварца 1 и 2 категории включения, образующие двулучепреломляющие области, не допускаются | |||||||
| Двулучепреломление | |
| Категория | Двулучепреломление (нм/см), не более |
| 1 | 2 |
| 1a | 4 |
| 3 | 6 |
| 4 | 10 |
| 5 | 20 |
| Безсвильность | |
| Категория | Характеристика безсвильности |
| 1 | Экстремально свободен от свилей |
| 2 | Допускаются одиночные свили, не более 10 шт. на 1 кг стекла и шириной не более 1мм |
| Однородность зернистости | |
| Категория | Характеристика зернистости |
| 1 | Не допускается неоднородность частиц по размеру |
| 2 | Допускается неоднородность частиц по размеру |
| Флуоресценция | |
| Категория | Характеристика |
| 1 | Флуоресценция не допускается |
| 2 | Флуоресценция допускается |
2. Группа JC-H
JC-H является аналогом Corning HPFS IR Grade 7979. JC-H прозрачен в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра, без значительных полос поглощения в спектральной области 185-250 нм. Он не имеет полос поглощения в видимом физическом диапазоне с выдающимися оптическими характеристиками в глубоком ультрафиолетовом и ИК-диапазоне длин волн, из-за отсутствия OH - в интервале длин волн 2600-2800 нм отсутствует полоса поглощения. JC-H по содержанию гидроксильных групп делится на 3 категории: <1 ppm, 1 ~ 5 ppm, 5 ~ 20 ppm. Применяется для изготовления оптических деталей, которые работают в очень широком диапазоне длин волн, таких как оптоволокно, ИК оптика: линзы, призмы гироскопы, окна, клинья.
Пропускание JC-H в области спектра 100-3200 нм
| Al | Fe | Ca | Mg | Ti | Cu | Ni | Co | Mn | K | Na | Li | B | Total |
| ~0.11 | ~0.06 | ~0.08 | ~0.02 | ~0.06 | ~0.01 | ~0.01 | ~0.01 | ~0.01 | ~0.14 | ~0.07 | ~0.01 | ~0.02 | ＜1.00 |
Содержание примесей JC-H (ppm)
3. Группа JC-K
JC-Hявляется аналогом HerausNeonyxSFQ/HSQ. Обладает высокой термостойкостью.
JC-H прозрачен видимой области и полосу поглощения OH в интервале длин волн 2600-2800 нм.
Применение JC-K
В полупроводниковой промышленности:
- Травление, осаждение полупроводниковых кремниевых чипов
- Процесс влажной очистки полупроводников
В производстве оптоволокна:
- Производство вспомогательных материалов для волоконно-оптических заготовок и вытяжки волокон, включая кремнеземные стержни, трубы, кремниевые лампы и т.д.
В области солнечной энергетики:
- Продукция, используемая в производстве кремниевых пластин и солнечных элементов, включает в себя кремнеземные лодочки, кремнеземные конусы, колпачковые банки, перерабатывающие устройства и т.д.
| Al | Fe | Ca | Mg | Ti | Cu | Ni | Co | Mn | K | Na | Li | B | Total |
| ~22.15 | ~0.51 | ~0.56 | ~0.10 | ~1.38 | ~0.01 | ~0.08 | ~0.10 | ~0.25 | ~0.71 | ~0.78 | ~1.11 | ~0.05 | ＜30.00 |
Содержание примесей JC-H (ppm)
Примеси гидроксильной (OH) группы ~100-200 ppm
Термические свойства
Температура размягчения (107,6 П): 1680°C
Температура отжига (1013 П): 1150°C
Температура деформации (1014,5 П): 1090°C
Максимальная рабочая температура : продолжительное воздействие 1000°C; кратковременное воздействие1200 °C
4. Группа JC-D
JC-H (аналогом Corning ULE) является оптимальным материалом для изготовления зеркал астрономических телескопов, лазерных гироскопов, оптических линеек станков и других оптических элементов, для которых важно минимизировать термическое расширение в условиях значительного перепада температур.
| Характеристика | Стандартное значение |
| Плотность | 2.2 г/см3 |
| Модуль упругости | 68 ГПа |
| Коэффициент температуропроводности | 0.8 мм2 /сек |
| Теплоемкость | 770 Дж/(кг/K) |
| Теплопроводность | 1.3 Вт/(мK) |
| Термическая деформация | 0.01 мкм/Вт |
| Пузыри | Отсутствуют |
КТЛР JC-D