Quarzglas ist die reinste Form von Glas. Es besteht lediglich aus Silizium und Sauerstoff. Aufgrund dieser einzigartigen chemischen Zusammensetzung (Einkomponentenglas) und der hohen Reinheit - bei Heraeus Conamic mind. 99,999% SiO2-Reinheit - hat Quarzglas hervorragende technische Eigenschaften. Insbesondere das breite Transmissionsspektrum vom ultravioletten über das sichtbares bis zum infraroten Spektrum (je nach Materialqualität zwischen 160nm bis 4500nm) macht Quarzglas zu einem unersetzlichen Material für viele technische Lampen.
Schmelzverfahren für technische Leuchtenrohre
Heraeus setzt verschiedene Schmelzverfahren zur Herstellung von technischen Lampenrohren ein. Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung in die verschiedenen Verfahren:
Elektrisches Schmelzen
Das elektrische Schmelzen ist das am häufigsten verwendete Schmelzverfahren zur Herstellung von Quarzglas. Das elektrische Schmelzen erfolgt entweder durch eine elektrische Gasentladung (Lichtbogenschmelzen) oder durch Zufuhr von Wärme, die durch elektrischen Widerstand erzeugt wird.
Eine weitere Unterscheidung ist die Wahl eines kontinuierlichen oder eines Chargenverfahrens. Einstufig elektrisch geschmolzene Rohre werden hergestellt, indem Sand in den oberen Teil eines vertikalen Schmelzofens gegossen wird, der aus einem feuerfesten Metalltiegel besteht. Bei Temperaturen von über 1800°C verwandelt sich die geordnete Mikrostruktur des Rohmaterials in ein unregelmäßiges Glasnetzwerk, es entsteht Glas. Durch einen Auslass im Boden des Schmelztiegels wird das Glas direkt in Form von Rohren oder als Feststoff, einem so genannten Block, gezogen.
Elektrisch geschmolzenes Quarzglas hat die höchste Temperaturbeständigkeit und die höchste Viskosität im Vergleich zu anderen Quarzglasmaterialqualitäten.
Flammenschmelzen
Flammenschmelzen ist die traditionellste Form um Quarzglas zu schmelzen. Eine H2/O2-Flamme wird verwendet, um kristalline Partikel zu Quarzglas zu verschmelzen. Der Heraeus-Chemiker Dr. Richard Küch war der erste, der diese Methode vor über 100 Jahren in industriellem Maßstab einsetzte. Im kontinuierlichen Prozess werden kleine Körnchen des Rohmaterials ständig in eine Flamme geträufelt und auf einen Glasstab aufgeschmolzen. Flammengeschmolzenes Quarzglas hat im Vergleich zu elektrisch geschmolzenem Quarzglas eine bessere Homogenität und Solarisationsbeständigkeit.
Synthetisches Schmelzverfahren
Heraeus verwendet zwei verschiedene synthetische Schmelzverfahren. Das am weitesten verbreitete Verfahren (für die Herstellung von Vorformen für Telekommunikationsfasern) ist das CVD-Verfahren oder Soot-Verfahren. Bei diesem Verfahren werden chemische Ausgangsstoffe (z.B. OMCTS oder SiCl4) in einer H2/O2-Flamme oxidiert (verbrannt). Das sich bildende SiO2 lagert sich auf einem rotierenden Trägerstab ab, ähnlich wie sich der Rauch einer Kerze auf einem Stab über der Flamme ablagert. Der Soot-Körper wird dann in einem zweiten Prozessschritt zu einem transparenten Glaskörper verglast.
Das zweite Fusionsverfahren dient der Herstellung von Festkörpern in einem OVD- oder DQ-Verfahren (Direct Quartz Process). Das Verfahren ist vergleichbar mit dem Flammenschmelzen und unterscheidet sich dadurch, dass ein flüssiger chemischer Vorläufer (z. B. OMCTS) in der Gasflamme aufgeschmolzen wird.
Da die Vorstufen in einem industriellen chemischen Prozess hergestellt werden, haben die Rohstoffe einen außergewöhnlich hohen Reinheitsgrad. Das aus diesen Vorprodukten hergestellte Glas hat einen Gehalt an Alkali- und Metallionen im ppb-Bereich (parts per billion). Synthetisches Quarzglas hat die beste Transmission, den höchsten Reinheitsgrad und die beste Solarisationsbeständigkeit aller Quarzglasmaterialqualitäten.
Herstellmethoden für Lampenrohre
Heraeus verwendet verschiedene Methoden zur Herstellung von Lampenrohren. Im Folgenden finden Sie die unterschiedlichen Methoden:
- Einstufiges Verfahren:
Das Ziehen von Rohren direkt aus der Schmelze ist das kostengünstigste Produktionsverfahren und ist nur für elektrisch geschmolzenens Quarzglas möglich. Der Auslass des Tiegels ist ringförmig und die Größe des Formwerkzeugs bestimmt die verfügbaren Rohrabmessungen (Außendurchmesser, Wandstärke). Da ein Wechsel des Formwerkzeugs nach Beginn des Prozesses nicht mehr möglich ist, ist die Bandbreite der Rohrgrößen pro Durchlauf begrenzt. Erst bei einer hohen Chargengröße, ist dieses Verfahren daher sinnvoll. Die im einstufigen Verfahren hergestellten Rohre weisen enge Toleranzen auf und sind am wirtschaftlichsten. - Mehrstufiges Verfahren:
Bei diesem Verfahren wird eine Vorform (in der Regel ein Zylinder) lokal erhitzt und zu einem Rohr umgeformt. Der Zylinder wird entweder direkt geformt oder ein Barren wird zu einem Zylinder umgeformt. Da die Umformung von Glas unabhängig vom eigentlichen Produktionsweg des Quarzglases ist, sind Mehrstufenrohre sowohl aus elektrisch und flammgeschmolzenem Quarz als auch aus synthetischem Quarzglas erhältlich. Darüber hinaus homogenisieren die zusätzlichen Prozessschritte das Material, was in der Regel zu einem geringeren Blasengehalt führt. Die verfügbaren Abmessungen hängen ausschließlich von der Größe des Ausgangszylinders ab. Der Vorteil des mehrstufigen Verfahrens liegt in der hohen Flexibilität hinsichtlich des Ausgangsmaterials und der Abmessung sowie in der relativ geringen Chargengröße.
Material Selection Guide für technische Lampenanwendungen
Als erste Orientierungshilfe bei der Auswahl der richtigen Quarzglasmaterialqualität von Heraeus dient Ihnen die folgende Tabelle. Sie gibt Ihnen Hinweise, welche Materialqualitäten für welchen Anwendungsbereich geeignet sind. Weitere Informationen zu unseren Marken finden Sie weiter unten.
Materialqualitäten für technische Lampen
Materialqualität | Herstellungsart | Anwendung | Merkmal | Lampentyp |
HLQ® 200 | Elektrisch | Infrarotverarbeitung, UV-Härtung, UV-Entkeimung, Projektionsleuchten für SC und LCD-Stepper | Klar verschmolzen, niedriger OH-Wert < 1 ppm verfügbar | Infrarotleuchten, Nieder- und Mitteldruck-UV-Leuchten, Rohre, Halogen-Metalldampfleuchten |
HLQ® 210 | Elektrisch | Laseranregung, Schönheit und Medizin | Klar verschmolzen, niedriger OH-Gehalt < 1 ppm verfügbar, geringer Blasengehalt, hohe Homogenität | Langbogen-CW- und gepulste Leuchten, anspruchsvolle Kurzbogenleuchten |
HLQ® 270 | Elektrisch | Leuchten für digitale Projektion, Bühne und Studio, Kino | Klar geschmolzen, niedrige OH-Werte < 1 ppm verfügbar, hohe Homogenität, niedriger Alkaligehalt, hohe Rekristallisationsbeständigkeit | Hoch- und Ultrahochdruck-Kurzbogenleuchten, anspruchsvolle Halogen-Metalldampfleuchten, anspruchsvolle cw- und gepulste Langbogenleuchten |
HLQ® 235 | Elektrisch | UV-Entkeimung, Projektionsleuchten für SC und LCD-Stepper | Dotiert, ozonfrei*, OH-arm < 1 ppm verfügbar | Ozonfreie Nieder- und Mitteldruck-UV-Leuchten, Kurzbogenleuchten |
HLQ® 250 | Elektrisch | UV-Bräunung | Dotiert, ozonfrei*, OH-arm < 1 ppm verfügbar | FDA-konforme ozonfreie Leuchten |
HLQ® 382 | Elektrisch | Anregungslampen z.B. für die Laserfusion | dotiert, UV-frei** | Lange Bogenleuchten |
Heralux® plus / vuv | Flamme | UV-Härtung, UV-Anwendungen, Laseranregung | Klar verschmolzen, nahezu blasenfrei, gute UV-Transmission, hohe Beständigkeit gegen UV-Strahlung | Mitteldruck-UV-Leuchten, Langbogenleuchten |
M215 / M235 | Flamme | Projektionsleuchten für SC und LCD-Stepper | dotiert, ozonfrei*, frei von Schlieren | Ozonfreie Kurzbogenleuchten |
M 235 plus | Flamme | Projektionsleuchten für SC und LCD Stepper, Laserexikation, Medizintechnik | Dotiert, ozonfrei*, hohe Homogenität, frei von Schlieren | Hochintensive ozonfreie Kurzbogenleuchten, ozonfreie Langbogenleuchten |
M 382 plus | Flamme | Laseranregung, Schönheit und Medizin | dotiert, UV-frei**, hohe Homogenität, schlierenfrei | Langbogen-CW- und gepulste Leuchten, intensive gepulste Leuchten |
Suprasil® 030 | Synthetisch | Desinfektion und Klärung | Hohe Reinheit, hohe UV-Transmission | Mitteldruckleuchten für tiefes UV, lange Lebensdauer der Rohre für tiefes UV |
Suprasil® 130 | Synthetisch | Ozonerzeugung, Fettvernichtung, Desinfektion und Reinigung, Herstellung von ultrareinem Wasser | Hohe Reinheit, hohe UV-Transmission, hohe Beständigkeit gegen kurzwellige UV-Strahlung | 185 nm Niederdruckleuchten, Mitteldruckleuchten für tiefes UV |
Suprasil® 300 | Synthetisch | Spektroskopie, breitbandige optische Anwendungen | Höchste Reinheit, OH < 1 ppm, blasenfrei, höchste Transmission vom UV- bis zum IR-Spektralbereich | Deuteriumleuchten, hochintensive Mikrowellenleuchten |
Suprasil® 310 | Synthetisch | Oberflächenreinigung bei der SC- und LCD-Verarbeitung, photochemische Gasphasenabscheidung, Oberflächenaktivierung, Photochemie | Höchste Reinheit, blasenfrei, höchste UV-Transmission, beständig gegen kurzwellige UV-Strahlung | 172 nm Xe-Excimer-Leuchten, sehr anspruchsvolle Langbogenleuchten |
Spectrosil® 2000 | Synthetisch | Höchste Intensität der VUV-Leuchten | Höchste Reinheit, blasenfrei, höchste UV-Transmission, beständig gegen kurzwellige UV-Strahlung | UV-C-Kurzbogenleuchten mit höchster Intensität |
Purasil® | Synthetisch | Desinfektion und Klärung | Hohe Reinheit, hohe UV-Transmission | Langlebige Rohre für tiefes UV |
Purasil® XP | Synthetisch | Desinfektion und Klärung | Hohe Reinheit, hohe UV-Transmission, hohe Beständigkeit gegen kurzwellige UV-Strahlung | Langlebigste Rohre für tiefes UV |
* (Wellenlängen, bei denen Ozonformen absorbiert werden) | ||||
** (UV-Wellenlängen werden absorbiert) | ||||
Tools und Dienstleistungen
Bei der Auswahl der am besten geeigneten Quarzglassorte ist die Transmissionsleistung eines der ersten Kriterien. Bitte beachten Sie unseren Transmissionrechner. Als zusätzlichen Service bieten wir Ihnen die Möglichkeit, in unserem Portfolio nach vorhandenen Teilenummern zu suchen.
Downloads
Broschüre: Quarzglas für die Lampenherstellung
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Datenblatt: Behavior of various elements and compounds towards fused silica
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