Quarz – Materialqualität
Standard-Quarz und dotiertes Quarz
Im Allgemeinen ist der Ausgangspunkt bei der Diskussion über Quarz-Materialqualitäten „GE214 transparentes Quarz“. Dies ist ein elektrisch verschmolzenes, direkt hergestelltes Material, das häufig für viele Anwendungen und Märkte auf der ganzen Welt wegen seiner hervorragenden Konsistenz in der Qualität, sowohl optisch als auch räumlich, hohen Reinheit, sowie dem günstigen Preis verwendet wird. Andere gleichwertige, hochwertige Materialien (in Bezug auf Reinheit) von anderen Herstellern sind HSQ100 von Heraeus, PH300 von Philips und RQ200 von Raesch.
Wie im UV-/IR-Übertragungsabschnitt oben schon erwähnt, gibt es, obwohl es das allgemeine Ziel bei Quarz ist, alle Verunreinigungen zu entfernen, um die höchstmögliche Reinheit zu erreichen, oft spezifische Anforderungen, bestimmte Übertragungswellenlängen zu blockieren. In diesem Fall können Dotierungen hinzugefügt werden, um ein anwendungsspezifisches Material herzustellen, zum Beispiel:
- GE214 = undotiertes Standardmaterial
- GE219 (auch bekannt als „ozonfrei“, „keimtötend“) = mit Titan dotiert
- GE254 (auch als „UV-Block“ bekannt) = mit Cerium dotiert
Zusätzlich zu natürlichem Quarz (mit dem wir aus mineralischen Quarz-Kristallen hergestellt meinen), gibt es manchmal eine Notwendigkeit für höhere Reinheit als aus natürlichem Quarz erreicht werden kann. In diesen Fällen kann synthetisches Quarz angeboten werden, das Verunreinigungen eher im ppb-Bereich (Teile pro Milliarde) als ppm (Teile pro Million) aufweist. Dies wird auf verschiedene Weise hergestellt, oft beginnend mit einer chemischen Reaktion, um das reine SiO herzustellen.2 Verbindung, die geschmolzen wird, um das synthetische Quarz in seiner reinsten Form zu bilden.
OH– Inhalt
Für viele Lampen- und Faseroptikanwendungen ist der Feuchtigkeitslevel im Quarz sehr kritisch, da er ungewollte Effekte beim Endprodukt oder der Gesamtlebensdauer von Quarz hervorruft, da sie in ihrer Umgebung reagiert. Dies wird oft OH-Level genannt– , da es ein H2O-Molekül mit einem fehlenden H-Atom ist, das an die SiO2 Quarz-Gitterstruktur gebunden ist.
Das OH-Niveau ist sehr hoch, kurz nachdem das Quarzglas hergestellt worden ist (z.B. 40 bis 100 ppm), aber dies kann durch Backen in einem Hochvakuum abgesenkt werden.
Typischerweise wird eine Standard-Lampenröhre 4 Stunden lang gebacken, um einen OH– Gehalt von <5 ppm (allgemein als GE214 bekannt) zu erreichen. Falls erforderlich, kann ein längeres Vakuum-Backen von 40 Stunden angewendet werden, um einen OH-Gehalt <1 GE214A bekannt, obwohl auch andere Namenskonventionen in verschiedenen Regionen geprägt wurden, also ist es immer am besten, nach dem OH– Inhalt zu fragen, anstatt sich auf den Namen zu verlassen).
Andere Produktionsmethoden (z.B. flammgeschmolzenes Quarz und plasmageschmolzenes Quarz) haben einen viel höheren OH– Gehalt, obwohl diese häufig als „locked-in“ bezeichnet werden, da sie nicht im Vakuum gebrannt werden können, um den OH– Gehalt auf das gleiche Niveau wie bei elektrisch geschmolzenem Quarz abzusenken.
Chinesisches & anderes alternatives Quartz
Zusätzlich zu den hochreinen Quarz-Qualitäten, die von den wichtigsten Quarzproduzenten geliefert werden (Momentive Performance Materials, Heraeus, Philips, Raesch, QSIL), gibt es zahlreiche andere Hersteller, die auch hochwertiges Material mit einem etwas niedrigeren Gehalt von Quarzsand (in der Regel lokal) herstellen. Diese Alternativen (in der Regel aus Asien/Pazifik) sind optisch sehr gut (neue Geräte) und in der Form für viele Anwendungen akzeptabel (wenn auch mit größeren Toleranzen und weniger Konsistenz), aber die Reinheitsgrade dieser Alternativen fallen unter die Anforderungen vieler Anwendungen zurück. Aufgrund der höheren Konzentration an Verunreinigungen wird die Temperaturbeständigkeit verringert, und andere Fehlerarten über die Lebensdauer beschleunigt. Aus diesem Grund sind wir der Ansicht, dass Alternativen geringerer Reinheit für ausgewählte Anwendungen geeignet sind, aber nur mit einer vollständigen und transparenten Diskussion über die Details der in Frage stehenden Anwendung, um sicherzustellen, dass das Material für den Zweck geeignet ist.
