Quartz – Catégories de matériaux

Quartz standard et quartz dopé

En règle générale, la base lorsque l’on traite de catégories de matériaux de quartz est le « quartz fondu incolore GE214 ». Il s’agit d’un matériau étiré directement fondu électriquement qui est couramment utilisé dans de nombreux marchés dans le monde et applications grâce à son excellente uniformité de qualité (que ce soit au niveau visuel et dimensionnel), sa haute pureté, ainsi que son prix compétitif. Les autres catégories de matériaux de qualité équivalente (en termes de pureté) d’autres producteurs sont le HSQ100 de Heraeus, le PH300 de Philips et le RQ200 de Raesch.
Comme mentionné dans la section de transmission UV/IR ci-dessus, bien que l’objectif principal de l’utilisation du quartz soit d’éliminer tous les contaminants pour atteindre la plus grande pureté possible, il y a également souvent une autre exigence spécifique qui est de bloquer certaines longueurs d’onde de transmission. Dans ce cas, des dopants peuvent être ajoutés afin de créer un matériau spécifique à l’application, par exemple :

• GE214 = matériau standard non dopé

• GE219 (également connu sous le nom de « sans ozone », « germicide ») = dopé avec du titane

• GE254 (également connu sous le nom de « anti-UV ») = dopé au cérium

En plus du quartz naturel (c’est-à-dire produit à partir de cristaux de quartz minéral), un besoin de pureté supérieure à celle pouvant être obtenue à partir du quartz naturel est nécessaire. Dans ce cas, nous proposons du quartz synthétique, pour lequel on compte les contaminants en parties par milliard (ppb) plutôt qu’en parties par million (ppm). Il existe différents procédés de fabrication du quartz synthétique, qui débutent souvent par une réaction chimique pour produire un composé de SiO2 pur qui sera fondu pour former le quartz synthétique dans sa forme la plus pure.

^– Contenu OH-

Pour de nombreuses applications de lampes et de fibres optiques, le niveau d’humidité dans le quartz est extrêmement important puisqu’il provoque des effets indésirables au produit final ou à la durée de vie globale du quartz car il réagit à son environnement. Ceci est souvent désigné sous le nom de niveau OH- car c’est une molécule H2Oavec un atome H manquant lié au SiO2 Structure du quartz.

Le niveau OH est assez élevé juste après que le verre de quartz a été produit (par exemple 40 à 100 ppm), mais ce niveau peut être abaissé par la cuisson dans un environnement sous vide important.

Typiquement, un tube de lampe standard devrait être cuit sous vide pendant 4 heures pour produire un OH- contenu < 5 ppm (généralement connu sous le nom GE214). Au besoin, une plus longue cuisson sous vide de 40 heures peut être appliquée pour produire un contenu OH- < 1 ppm (généralement connu sous le nom GE214A, bien que d’autres noms lui ait été attribués dans d’autres régions. Il est toujours préférable de demander le contenu OH- plutôt que de se référer au nom).

Les autres méthodes de production (comme le quartz fondu par flamme et le quartz fondu par plasma) ont un contenu OH- beaucoup plus élevé même si elles sont souvent désignées comme étant «fermées», car il ne peut pas y avoir de cuisson sous vide pour abaisser le contenu OH- aux mêmes niveaux que ceux atteints par le quartz fondu électriquement.

Quartz chinois et autres alternatives

En plus des catégories de quartz de haute pureté fournies par les principaux producteurs de quartz (Momentive Performance Materials, Heraeus, Philips, Raesch, QSIL), il existe de nombreux autres producteurs fournissant également du matériel de haute qualité en utilisant une teneur légèrement inférieure de sable de silice (généralement local). Ces solutions alternatives (provenant généralement d’Asie-Pacifique) sont excellentes d’un point de vue optique (nouveaux équipements) et acceptables d’un point de vue dimensionnel pour de nombreuses applications (mais avec des tolérances plus larges et moins d’homogénéité). Toutefois, les niveaux de pureté de ces solutions alternatives sont en deçà des exigences requises par de nombreuses applications. En raison du niveau élevé d’impuretés, la résistance à la température est abaissée, et d’autres modes de défaillance de durée de vie sont accélérés. Pour cette raison, nous pensons que des solutions alternatives présentant une faible pureté sont adaptées pour des applications choisies, mais il convient toutefois de discuter en toute transparence sur les détails de l’application en question pour s’assurer que le matériel est adapté à l’usage.