Quarzglas mit hervorragenden thermischen und chemischen Eigenschaften als Tiegelmaterial

Quarzglas weist mehrere bemerkenswerte Eigenschaften auf, sowohl hinsichtlich seiner mechanischen, thermischen, chemischen als auch optischen Eigenschaften:
• Es ist hart und robust und nicht allzu schwer zu bearbeiten und zu polieren. (Man kann auch Lasermikrobearbeitung anwenden.)
• Die hohe Glasübergangstemperatur erschwert das Schmelzen im Vergleich zu anderen optischen Gläsern, bedeutet aber auch, dass relativ hohe Betriebstemperaturen möglich sind. Allerdings kann es bei Quarzglas über 1100 °C zu einer Entglasung (lokale Kristallisation in Form von Cristobalit) kommen, insbesondere unter dem Einfluss bestimmter Spurenverunreinigungen, was die optischen Eigenschaften beeinträchtigen würde.
• Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist sehr niedrig – etwa 0,5 · 10−6 K−1. Dies ist um ein Vielfaches niedriger als bei typischen Brillen. Eine noch viel schwächere Wärmeausdehnung um 10−8 K−1 ist mit einer modifizierten Form von Quarzglas mit etwas Titandioxid möglich, die von Corning [4] eingeführt wurde und als Glas mit extrem geringer Ausdehnung bezeichnet wird.
• Die hohe Temperaturwechselbeständigkeit resultiert aus der geringen Wärmeausdehnung; auch bei hohen Temperaturgradienten aufgrund der schnellen Abkühlung kommt es nur zu mäßiger mechanischer Beanspruchung.
• Kieselsäure kann je nach Herstellungsmethode chemisch sehr rein sein (siehe unten).
• Kieselsäure ist chemisch ziemlich inert, mit Ausnahme von Flusssäure und stark alkalischen Lösungen. Bei erhöhten Temperaturen ist es auch etwas wasserlöslich (wesentlich mehr als kristalliner Quarz).
• Der Transparenzbereich ist ziemlich breit (etwa 0,18 μm bis 3 μm), was die Verwendung von Quarzglas nicht nur im gesamten sichtbaren Spektralbereich, sondern auch im Ultraviolett- und Infrarotbereich ermöglicht. Die Grenzen hängen jedoch wesentlich von der Materialqualität ab. Starke Infrarotabsorptionsbanden können beispielsweise durch den OH-Gehalt und die UV-Absorption durch metallische Verunreinigungen verursacht werden (siehe unten).
• Als amorphes Material ist Quarzglas – im Gegensatz zu kristallinem Quarz – optisch isotrop. Dies bedeutet, dass es keine Doppelbrechung aufweist und sein Brechungsindex (siehe Abbildung 1) mit einer einzigen Sellmeier-Formel charakterisiert werden kann.