Кварцевое стекло

Кварцевое стекло
Общие
Систематическое наименование	Кварцевое стекло
Традиционные названия	Плавленый (аморфный) кварц
Хим. формула	SiO2
Физические свойства
Примеси	10—1000 ppm
Молярная масса	60,0844 г/моль
Плотность	2,201 г/см³
Предел прочности	~50 Н/мм²
Термические свойства
Температура
• размягчения	1400 °C
• кипения	2230 °C
Уд. теплоёмк.	1052 Дж/(кг·К)
Теплопроводность	1,38 Вт/(м·K)
Коэфф. тепл. расширения	0,54⋅10−6
Интервал трансформации	1130 °C
Оптические свойства
Диапазон прозрачности	160—3500 нм
Показатель преломления	1,46
Угол Брюстера	55,58°
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Ква́рцевое стекло́, пла́вленый кварц — однокомпонентное стекло из чистого диоксида кремния (SiO₂), получаемое плавлением природных разновидностей кремнезёма высокой чистоты — горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетического диоксида кремния.

Виды

Различают два вида промышленного кварцевого стекла: прозрачное (оптическое и техническое) и непрозрачное. Непрозрачность кварцевому стеклу придаёт большое количество распределённых в нём мелких газовых пузырьков (диаметром от 0,03 до 0,3 мкм), рассеивающих свет. Оптическое прозрачное кварцевое стекло, получаемое плавлением горного хрусталя, совершенно однородно, не содержит видимых газовых пузырьков.

Непрозрачное кварцевое стекло часто служит сырьём для производства теплостойкого огнеупорного материала — кварцевой керамики.

Свойства

• Обладает наименьшим среди стёкол на основе SiO₂ показателем преломления (n_e = 1,46008);
• По сравнению с многокомпонентными силикатными стёклами имеет наиболее широкую спектральную область прозрачности, особенно в ультрафиолетовой части спектра.
• Для кварцевого стекла характерна высокая термическая стойкость, коэффициент линейного термического расширения менее 1⋅10⁻⁶ К⁻¹ (в диапазоне температур от 20 до 1400 °C).
• Кварцевое стекло — хороший диэлектрик, удельная электрическая проводимость при 20 °C — 10⁻¹⁴ — 10⁻¹⁶ Ом⁻¹·м⁻¹, тангенс угла диэлектрических потерь при температуре 20 °C и частоте 10¹⁶ Гц — 0,0025—0,0006.

Применение

Кварцевое стекло используют для создания оптических волокон. Его применяют для изготовления лабораторной посуды, тиглей, оптических приборов, изоляторов (особенно для высоких температур), изделий, стойких к температурным колебаниям. Незначительное количество отрезков кварцевого стекла используется для изготовления линз Френеля. Также применяется в производстве термостойких огнеупорных материалов и космических иллюминаторов.

Оптические свойства

Дисперсия кварцевого стекла приближённо может быть описана формулой Селлмейера

[math]\displaystyle{ \varepsilon=1+\frac{a_1\lambda^2}{\lambda^2-l_1^2}+\frac{a_2\lambda^2}{\lambda^2-l_2^2}+\frac{a_3\lambda^2}{\lambda^2-l_3^2}, }[/math]

где

[math]\displaystyle{ a_1=0{,}69616630, \quad l_1=0{,}068404300, }[/math]

[math]\displaystyle{ a_2=0{,}40794260, \quad l_2=0{,}11624140, }[/math]

[math]\displaystyle{ a_3=0{,}89747940, \quad l_3=9{,}8961610, }[/math]

и длина волны [math]\displaystyle{ \lambda }[/math] задаётся в микрометрах.