Quarzo – Classificazioni del materiale
Quarzo standard e quarzo drogato
In generale, il punto di partenza quando si parla di classificazioni del materiale del quarzo è “GE214 quarzo fuso trasparente”. Si tratta di un materiale realizzato direttamente dalla fusione elettrica, comunemente usato per molte applicazioni e mercati in tutto il mondo grazie alla sua eccellente consistenza in termini di qualità, sia visivamente che dimensionalmente, elevata purezza, nonché prezzo competitivo. Altri materiali di classificazione equivalente (in termini di purezza) di altri produttori sono HSQ100 di Heraeus, PH300 di Philips e RQ200 di Raesch.
Come accennato nella sezione di trasmissione UV/IR sopra, anche se l’obiettivo generale del quarzo è quello di rimuovere tutti i contaminanti per ottenere la massima purezza possibile, vi è spesso un requisito specifico per bloccare determinate lunghezze d’onda di trasmissione. In questo caso, le sostanze di drogaggio possono essere aggiunte per creare un materiale specifico dell’applicazione, ad esempio:
- GE214 = materiale standard non drogato
- GE219 (noto anche come “senza ozono”, “germicida”) = drogato con titanio
- GE254 (noto anche come “blocco UV”) = drogato con cerio
Oltre al quarzo naturale (cioè prodotto da cristalli di quarzo minerale), vi è talvolta la necessità di una purezza maggiore che può essere ottenuta dal quarzo naturale. In questi casi, è possibile offrire quarzo sintetico, che ha dei contaminanti conteggiati a livello ppb (parti per miliardo), piuttosto che ppm (parti per milione). Questo è prodotto in vari modi, spesso a partire da una reazione chimica per produrre il composto SiO2 puro che sarà fuso al fine di formare il quarzo sintetico nella sua forma più pura.
Contenuto di OH–
Per molte applicazioni di lampade e fibre ottiche, il livello di umidità all’interno del quarzo è molto importante poiché causa effetti indesiderati sul prodotto finale o alla vita utile del quarzo dal momento che reagisce all’interno del suo ambiente. Questo è spesso definito come il contenuto di OH– dal momento che è una molecola di H2O con un atomo di H mancante legato alla struttura SiO2 del reticolo di quarzo.
Il livello OH è abbastanza alto subito dopo la produzione del vetro di quarzo (ad es. da 40 a 100 ppm), ma questo valore può essere abbassato mediante cottura in un ambiente ad alto vuoto.
Di solito, un tubo lampada standard viene cotto nel forno sottovuoto per 4 ore per produrre un livello OH– <5 ppm (generalmente noto come GE214). Se necessario, può essere applicata una cottura in forno sottovuoto più lunga, pari a 40 ore, per produrre un contenuto di OH- <1 GE214A, anche se sono state coniate altre convenzioni denominazione diverse zone; pertanto, è sempre meglio richiedere il OH– piuttosto che basarsi sul nome).
Altri metodi di produzione (ad es. quarzo fuso a fiamma e quarzo fuso a plasma) hanno un contenuto di OH– molto più alto anche se questi sono spesso indicati come “locked-in”, in quanto non possono essere cotti in forno sottovuoto per abbassare il contenuto di OH– agli stessi livelli del quarzo fuso elettricamente.
Quarzo cinese e altre alternative
Oltre alle classificazioni di quarzo di elevata purezza fornite dai principali produttori di quarzo (Momentive Performance Materials, Heraeus, Philips, Raesch, QSIL), ci sono numerosi altri produttori che producono anche materiale di alta qualità con una classificazione leggermente inferiore di sabbia silicea (di solito locale). Queste alternative (in genere da Asia Pacifico) sono otticamente eccellenti (nuove apparecchiature) e dimensionalmente accettabili per molte applicazioni (anche se con più ampie tolleranze e meno compattezza); tuttavia, i livelli di purezza di queste alternative scendono al di sotto dei requisiti di molte applicazioni. A causa del maggior livello di impurità, la resistenza alla temperatura si abbassa e altre modalità di riduzione della vita utile vengono accelerate. Per questo motivo, la nostra opinione è la seguente: le alternative a purezza inferiore sono adatte ad applicazioni selezionate, ma solo con una discussione completa e trasparente sui dettagli dell’applicazione in questione per garantire che il materiale sia adatto allo scopo.
