{"id":11125,"date":"2026-03-16T02:00:24","date_gmt":"2026-03-15T18:00:24","guid":{"rendered":"https:\/\/toquartz.com\/?p=11125"},"modified":"2026-02-24T17:06:45","modified_gmt":"2026-02-24T09:06:45","slug":"quartz-glass-plate-vs-borosilicate-soda-lime-and-fused-silica-compared","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/toquartz.com\/de\/quartz-glass-plate-vs-borosilicate-soda-lime-and-fused-silica-compared\/","title":{"rendered":"Quarzglasplatten im Vergleich zu Borosilikat, Natronkalk und Quarzglas"},"content":{"rendered":"

Ingenieure, die optische Substrate spezifizieren, stehen vor einem anhaltenden Dilemma: Kein einziges Material scheint sowohl die UV-Durchl\u00e4ssigkeit als auch die thermische Stabilit\u00e4t gleichzeitig zu erf\u00fcllen. Quarzglasplatten l\u00f6sen diesen Konflikt direkt.<\/p>\n

Unter allen handels\u00fcblichen flachen optischen Substraten nehmen Quarzglasplatten eine seltene Position ein, in der spektrale Breite, Dimensionsstabilit\u00e4t unter thermischen Zyklen und chemische Inertheit in einem Material zusammenkommen. In diesem Artikel wird ein strenger, Parameter f\u00fcr Parameter durchgef\u00fchrter Vergleich von Quarzglasplatten mit Borosilikatglasplatten, Kalknatronglasplatten und Quarzglasplatten vorgestellt, wobei jede Schlussfolgerung in quantifizierten Daten verankert wird, so dass Ingenieure die Eignung des Materials f\u00fcr ihre spezifischen Prozessbedingungen zweifelsfrei \u00fcberpr\u00fcfen k\u00f6nnen.<\/p>\n

Der Vergleich erstreckt sich auf optische Transmission, thermische Ausdehnung, maximale Gebrauchstemperatur, Brechungsindex, chemische Best\u00e4ndigkeit und mechanische Eigenschaften. Jeder Abschnitt schlie\u00dft mit einer strukturierten Zusammenfassung der Daten, und in den letzten Abschnitten werden diese Parameter in verifizierte Bewertungen der Anwendungseignung umgesetzt.<\/p>\n

\n

\"Technische<\/p>\n

Was eine Quarzglasplatte eigentlich ist<\/h2>\n

Bevor ein Parametervergleich wissenschaftlich fundiert ist, muss das zu untersuchende Material genau definiert werden, denn die Terminologie f\u00fcr Gl\u00e4ser auf Siliziumdioxidbasis ist bei den Anbietern, in den Datenbl\u00e4ttern und sogar in der wissenschaftlichen Literatur bekannterma\u00dfen uneinheitlich.<\/p>\n

Quarzglasplatte<\/a> ist ein flaches Substrat, hergestellt aus amorphes Siliziumdioxid (SiO\u2082) mit einer Reinheit von typischerweise \u2265 99,9%<\/strong>hergestellt durch Schmelzen von nat\u00fcrlich vorkommendem kristallinem Quarzsand bei Temperaturen von \u00fcber 1.700 \u00b0C. Das daraus resultierende Material ist nicht kristallin, optisch isotrop und frei von den Korngrenzen, die f\u00fcr polykristalline Keramiken charakteristisch sind. Handels\u00fcbliche Quarzglasplatten sind in Dicken von 0,5 mm bis 25 mm erh\u00e4ltlich, mit seitlichen Abmessungen von mehr als 300 \u00d7 300 mm und Spezifikationen f\u00fcr die Oberfl\u00e4chenebenheit, die in Bruchteilen einer Wellenl\u00e4nge ausgedr\u00fcckt werden (\u03bb\/4 bis \u03bb\/10 bei 633 nm f\u00fcr optische Sorten).<\/p>\n

Eine st\u00e4ndige Quelle der Verwirrung bei der Beschaffung von Ingenieuren und in der Laborpraxis ist die austauschbare Verwendung von Quarzglas, Quarzglas, Quarzglas und Quarzglas<\/strong>. Der Unterschied liegt im Material: Quarzglasplatten und Quarzglasplatten werden beide aus nat\u00fcrlichem kristallinem Quarz gewonnen, w\u00e4hrend Quarzglasplatten aus hochreinen siliziumhaltigen chemischen Ausgangsstoffen wie SiCl\u2084 durch Flammenhydrolyse oder CVD synthetisiert werden. Bei beiden Endprodukten handelt es sich um amorphes SiO\u2082, aber ihr OH-Gehalt, ihr Gehalt an metallischen Verunreinigungen und ihre Transmission im tiefen UV-Bereich unterscheiden sich messbar - Unterschiede, die bei optischen Anwendungen unterhalb von 200 nm von Bedeutung sind. In diesem Artikel, Quarzglasplatte bezieht sich speziell auf das nat\u00fcrlich vorkommende, amorphe SiO\u2082-Substrat<\/strong> sofern nicht anders qualifiziert.<\/p>\n

Kalk-Natron-Glasplatten enthalten etwa 72% SiO\u2082 mit erheblichen Zus\u00e4tzen von Na\u2082O (~14%) und CaO (~10%), die ihr thermisches und optisches Verhalten drastisch ver\u00e4ndern. Bei Borosilikatglasplatten wird ein Gro\u00dfteil des Alkaligehalts durch B\u2082O\u2083 (typischerweise 12-13%) ersetzt, was eine mittlere Leistung ergibt. Quarzglasplatten stellen, wie bereits erw\u00e4hnt, das synthetische Ende des Quarzspektrums mit dem h\u00f6chsten Reinheitsgrad dar. Diese vier Materialien bilden die vollst\u00e4ndige Vergleichsgruppe, die in den folgenden Abschnitten untersucht wird.<\/p>\n

\n

Optische \u00dcbertragung durch Quarzglasplatten und ihre Konkurrenten<\/h2>\n

Die spektrale Transmission ist h\u00e4ufig der erste Parameter, den ein Optikingenieur bei der Bewertung eines Substrats erfasst, und die Unterschiede zwischen diesen vier Materialien sind im ultravioletten Bereich am dramatischsten und folgenreichsten. Folglich ist das Verst\u00e4ndnis des Transmissionsverhaltens \u00fcber das gesamte relevante Spektrum unerl\u00e4sslich, bevor ein anderer Parameter gewichtet wird.<\/p>\n

Durchl\u00e4ssigkeit im UV-Bereich, wo Quarzglasplatten sich auszeichnen<\/h3>\n

Das Ultraviolett-Transmissionsfenster eines Substratmaterials bestimmt seine Eignung f\u00fcr eine ganze Klasse von photonischen und photochemischen Anwendungen.<\/p>\n

Quarzglasplatte \u00fcbertr\u00e4gt nutzbringend von etwa 150 nm bis 4.000 nm<\/strong>mit Transmissionswerten von \u00fcber 90% pro Millimeter Wegl\u00e4nge bei Wellenl\u00e4ngen \u00fcber 200 nm, wenn die Oberfl\u00e4chen auf optische Qualit\u00e4t poliert sind. Bei 250 nm weist eine 1 mm dicke Quarzglasplatte in der Regel eine innere Durchl\u00e4ssigkeit von \u00fcber 93% auf. Borosilikatglas hingegen weist eine scharfe UV-Absorptionskante bei 300-320 nm auf, die es f\u00fcr tiefe UV-Strahlung im Wesentlichen undurchl\u00e4ssig macht. Bei Kalknatronglas liegt die Grenze sogar noch fr\u00fcher, n\u00e4mlich bei etwa 340-360 nm, was auf die starke UV-Absorption durch Eisenverunreinigungen und die Alkalinetzwerkmodifikatoren zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Bei diesen Grenzpositionen handelt es sich nicht um weiche Gradienten, sondern um Bereiche, in denen die Absorptionskoeffizienten innerhalb eines engen Spektralintervalls um mehrere Gr\u00f6\u00dfenordnungen ansteigen, so dass die Materialien unabh\u00e4ngig von der Probendicke f\u00fcr UV-abh\u00e4ngige Prozesse praktisch unbrauchbar sind.<\/p>\n

Die praktische Konsequenz f\u00fcr Ingenieure<\/strong> ist eindeutig: Alle Verfahren oder Instrumente, die unterhalb von 320 nm arbeiten - UV-C-Sterilisationskammern, 248-nm-KrF-Laserfenster, 254-nm-Quecksilberlampenspektroskopiezellen oder 365-nm-UV-Lithografiesysteme - sind physikalisch nicht mit Borosilikat- oder Natronkalk-Substraten kompatibel. Quarzglasplatten sind bei all diesen Wellenl\u00e4ngen die technisch beste Wahl.<\/p>\n

Quarzglasplatten, die durch chemische Abscheidung aus der Gasphase aus hochreinen Ausgangsstoffen hergestellt werden, erweitern das nutzbare Transmissionsfenster etwas weiter in das Vakuum-UV hinein und reichen bei den hochwertigsten synthetischen Varianten bis unter 150 nm. F\u00fcr den Bereich von 180-400 nm, der die \u00fcberwiegende Mehrheit der industriellen UV-Anwendungen umfasst, sind die Transmissionskurven von Quarzglasplatten und Quarzglasplatten optischer Qualit\u00e4t jedoch funktionell gleichwertig.<\/p>\n

Sichtbare und Nah-IR-Transmission im Vergleich<\/h3>\n

Jenseits der ultravioletten Grenze konvergiert das Transmissionsverhalten aller vier Materialien erheblich, obwohl bedeutende Unterschiede bis ins nahe Infrarot bestehen bleiben.<\/p>\n

Im sichtbaren Spektrum (400-700 nm), alle vier Substrate weisen eine hohe Transmission auf<\/strong>bei Standarddicken in der Regel \u00fcber 90%, so dass die Substratauswahl in diesem Bereich allein unter dem Gesichtspunkt der Transmission weniger kritisch ist. Die folgenreichere Divergenz tritt im nahen Infrarot wieder auf. Kalknatronglas weist ab etwa 2.000 nm messbare Absorptionsbanden auf, und seine Transmission f\u00e4llt bei 2.500 nm aufgrund der Schwingungsobert\u00f6ne der Netzwerkmodifizierungsoxide unter 50%. Borosilikatglas schneidet etwas besser ab und beh\u00e4lt eine brauchbare Transmission bis etwa 2.700 nm, bevor die Borat-Absorptionsbanden das Signal erheblich abschw\u00e4chen. Quarzglas mit seinem nahezu reinen SiO\u2082-Netzwerk beh\u00e4lt die Transmission oberhalb von 80% bis etwa 3.500 nm bei, bevor die fundamentale Si-O-Streckabsorption bei 4.000 nm dominiert.<\/p>\n

Ingenieure, die Breitbandsysteme entwerfen<\/strong>-Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer, Multiwellenl\u00e4ngen-Lasersysteme oder Sonnensimulator-Optiken, die vom UV bis zum nahen IR reichen, profitieren direkt von dem erweiterten Spektralbereich der Quarzglasplatte. Durch das Fehlen von Netzwerkmodifizierungsoxiden entf\u00e4llt der prim\u00e4re Mechanismus, der f\u00fcr die Absorption im mittleren IR-Bereich in Glaszusammensetzungen verantwortlich ist, wodurch das nutzbare Spektralfenster im Vergleich zu Kalk-Natron-Glas um mehr als 1 500 nm erweitert wird.<\/p>\n

Homogenit\u00e4t und Absorptionsbereiche, die die \u00dcbertragung beeinflussen<\/h3>\n

Innerhalb der Kategorie der Quarzglasplatten selbst gibt es eine weitere Unterteilung, die die Anwendungseignung bestimmt: die Unterscheidung zwischen High-OH- und Low-OH-Varianten<\/strong>.<\/p>\n

Nat\u00fcrliches Quarzmaterial liefert in der Regel Quarzglasplatten mit Hydroxyl (OH)-Gruppenkonzentrationen zwischen 150 und 400 ppm nach Gewicht. Diese OH-Gruppen erzeugen eine charakteristische Absorptionsbande, die in der N\u00e4he von 2,72 \u03bcm<\/strong>mit Obertonabsorption bei etwa 1,38 \u03bcm und 0,95 \u03bcm. F\u00fcr Systeme, die im Nahinfrarot-Fenster von 2,5-3,0 \u03bcm arbeiten - bestimmte Laserschneidanwendungen oder bestimmte Molek\u00fclspektroskopie-B\u00e4nder - stellt diese OH-Absorption einen erheblichen \u00dcbertragungsnachteil dar. Synthetisches Quarzglas kann mit OH-Konzentrationen unter 1 ppm hergestellt werden, wodurch diese Absorption im Wesentlichen eliminiert wird.<\/p>\n

Umgekehrt, Hoch-OH-Quarzglasplatte \u00fcbertr\u00e4gt effizienter bei Wellenl\u00e4ngen unter 180 nm<\/strong> als Varianten mit niedrigem OH-Gehalt, da restliche metallische Verunreinigungen (die im tiefen UV absorbieren) durch den OH-Einbau w\u00e4hrend des Schmelzvorgangs teilweise verdr\u00e4ngt werden. Ingenieure, die Quarzglasplatten f\u00fcr Deep-UV-Anwendungen spezifizieren, sollten daher High-OH-Qualit\u00e4ten anfordern, w\u00e4hrend diejenigen, die Infrarotfenster mit 2,5-4,0 \u03bcm anstreben, in ihren Beschaffungsunterlagen ausdr\u00fccklich Low-OH- oder synthetische Quarzglasvarianten angeben sollten.<\/p>\n

Zusammenfassung der \u00dcbertragung \u00fcber alle vier Substrate<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Material<\/th>\nUV-Grenzwert (nm)<\/th>\nSichtbare \u00dcbertragung (%)<\/th>\nNIR-Grenzwert (\u03bcm)<\/th>\nOH-Gehalt (ppm)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Quarzglasplatte<\/td>\n~150<\/td>\n>92<\/td>\n~3.5<\/td>\n150-400<\/td>\n<\/tr>\n
Fused Silica Platte<\/td>\n~150<\/td>\n>93<\/td>\n~3.5<\/td>\n<1 (synthetisch)<\/td>\n<\/tr>\n
Borosilikatglas-Platte<\/td>\n~300<\/td>\n>90<\/td>\n~2.7<\/td>\nK.A.<\/td>\n<\/tr>\n
Soda-Kalk-Glasplatte<\/td>\n~340<\/td>\n>89<\/td>\n~2.0<\/td>\nK.A.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

W\u00e4rmeausdehnungskoeffizienten f\u00fcr alle vier Substrate<\/h2>\n

Die thermische Ausdehnung bestimmt die Ma\u00dfhaltigkeit, wenn ein Substrat Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, und die Unterschiede zwischen diesen vier Materialien betragen fast zwei Gr\u00f6\u00dfenordnungen. Diese Spanne hat direkte Auswirkungen auf die Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit, die mechanische Passform in Geh\u00e4usen und die langfristige Dimensionsstabilit\u00e4t in Pr\u00e4zisionsbauteilen.<\/p>\n

WAK-Daten f\u00fcr Quarzglasplatten, Borosilikat, Natronkalk und Quarzglas<\/h3>\n

Der W\u00e4rmeausdehnungskoeffizient (WAK) ist der wichtigste thermische Parameter unter den vier zu vergleichenden Substraten.<\/p>\n

Die Quarzglasplatte hat einen WAK von etwa 0,55 \u00d7 10-\u2076 \/K<\/strong> im Bereich von 0-300 \u00b0C - ein Wert, der fast identisch ist mit dem von Quarzglasplatten (0,55 \u00d7 10-\u2076 \/K), was ihre gemeinsame SiO\u2082-Netzwerkstruktur widerspiegelt. Borosilikatglasplatten, repr\u00e4sentiert durch die weit verbreitete Zusammensetzung von Pyrex 7740, weisen einen WAK von etwa 3.3 \u00d7 10-\u2076 \/K<\/strong>-sechsmal h\u00f6her als bei Quarz. Kalk-Natron-Glasplatten mit ihrem hohen Gehalt an Alkalimodifikatoren erreichen 8.5-9.0 \u00d7 10-\u2076 \/K<\/strong>mehr als das F\u00fcnfzehnfache des WAK von Quarzglasplatten. Dabei handelt es sich nicht um marginale Unterschiede, sondern um ein grundlegend unterschiedliches thermomechanisches Verhalten bei gleichen Temperaturschwankungen.<\/p>\n

Die technische Auswirkung des CTE h\u00e4ngt direkt von der Temperaturdifferenz ab.<\/strong> Eine Quarzglasplatte mit einem Durchmesser von 200 mm dehnt sich bei einem Temperaturanstieg von 200 \u00b0C um etwa 22 \u03bcm aus. Die gleiche Platte aus Kalk-Natron-Glas w\u00fcrde sich unter gleichen Bedingungen um etwa 360 \u03bcm ausdehnen - ein sechzehnfacher Unterschied in der linearen Verschiebung. Bei Substraten, die in starren Metallrahmen montiert oder mit unterschiedlichen Materialien verbunden sind, f\u00fchrt diese unterschiedliche Ausdehnung zu Grenzfl\u00e4chenspannungen; bei Kalknatronglas \u00fcbersteigen diese Spannungen regelm\u00e4\u00dfig die Materialeigenschaften. Berstwiderstand<\/a>1<\/a><\/sup>.<\/p>\n

CTE und abgeleitete thermische Eigenschaften<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Material<\/th>\nCTE (\u00d710-\u2076 \/K, 0-300 \u00b0C)<\/th>\nW\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit (W\/m-K)<\/th>\nSpezifische W\u00e4rme (J\/g-K)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Quarzglasplatte<\/td>\n0.55<\/td>\n1.38<\/td>\n0.74<\/td>\n<\/tr>\n
Fused Silica Platte<\/td>\n0.55<\/td>\n1.38<\/td>\n0.74<\/td>\n<\/tr>\n
Borosilikatglas-Platte<\/td>\n3.3<\/td>\n1.14<\/td>\n0.83<\/td>\n<\/tr>\n
Soda-Kalk-Glasplatte<\/td>\n8.5-9.0<\/td>\n1.05<\/td>\n0.84<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Thermoschockbest\u00e4ndigkeit durch niedrigen CTE in Quarzglasplatten<\/h3>\n

Die Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit ist eine abgeleitete Eigenschaft, die jedoch direkt dar\u00fcber entscheidet, ob ein Material schnelle Temperatur\u00fcberg\u00e4nge ohne katastrophalen Bruch \u00fcbersteht.<\/p>\n

Die Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit wird durch das Verh\u00e4ltnis zwischen der Zugfestigkeit und dem Produkt aus WAK, Elastizit\u00e4tsmodul und W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit bestimmt - eine Beziehung, die im Parameter R f\u00fcr die Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit kodiert ist. Die Quarzglasplatte mit ihrem extrem niedrigen WAK erreicht einen R-Wert, der ausreicht, um momentane Temperaturunterschiede von mehr als 1.000 \u00b0C zu \u00fcberstehen.<\/strong> ohne Bruch unter Standarddickenbedingungen. Dokumentierte Labor- und Industriedaten best\u00e4tigen, dass 2 mm dicke Quarzglasplatten wiederholtes Abschrecken von 1.000 \u00b0C in Wasser bei Raumtemperatur \u00fcberstehen - ein Test, bei dem Kalk-Natron-Glas bei Differenzen \u00fcber ca. 80 \u00b0C und Borosilikatglas bei ca. 160 \u00b0C zerspringt. Dies sind keine theoretischen Hochrechnungen; sie spiegeln jahrzehntelange Betriebserfahrungen in Hochtemperaturofen-Sichtfensteranwendungen wider, bei denen die Materialaufzeichnungen eindeutig sind.<\/p>\n

Die Borosilikatglasplatte zeigt in Umgebungen mit m\u00e4\u00dfigen W\u00e4rmeschocks eine gute Leistung<\/strong>Damit ist es die konventionelle Wahl f\u00fcr Laborgl\u00e4ser, die einer Bunsenbrennerbeheizung ausgesetzt sind, aber es erreicht seine Bruchschwelle bei Temperaturunterschieden, die weit unter denen liegen, die in industriellen Prozessfenstern, Plasmareaktoren oder thermischen Schnellgl\u00fchkammern auftreten. Kalk-Natron-Glasplatten sind trotz ihrer niedrigen Kosten und ihrer weiten Verf\u00fcgbarkeit kategorisch von allen Anwendungen ausgeschlossen, die absichtliche oder zuf\u00e4llige Temperaturschocks beinhalten; ihr hoher WAK garantiert den Bruch unter Bedingungen, die Quarzglasplatten routinem\u00e4\u00dfig bew\u00e4ltigen.<\/p>\n

Die Folgen f\u00fcr die Verfahrenstechniker sind klar: alle Sichtfenster, Fenster oder Substrate, die schnellen Heiz- oder K\u00fchlzyklen ausgesetzt sind - An- und Abschalten des Ofens, Einwirkung von Laserimpulsen oder direkte Flammeneinwirkung - erfordern Quarzglasplatten als Mindestmaterial<\/strong> es sei denn, Gewichts- oder Kostenbeschr\u00e4nkungen zwingen zu einem bewussten Kompromiss in der Leistung bei bekanntem Risiko.<\/p>\n

Ma\u00dfhaltigkeit in optischen Pr\u00e4zisionsbaugruppen<\/h3>\n

Bei optischen Pr\u00e4zisionsinstrumenten ist die Dimensionsstabilit\u00e4t bei thermischen Schwankungen kein Sicherheitsaspekt, sondern ein Leistungsparameter, der die Messgenauigkeit und die Wiederholbarkeit des Systems direkt bestimmt.<\/p>\n

Eine flache Interferometerplatte, hergestellt aus Kalk-Natron-Glas<\/strong> bei einer Schwankung der Umgebungstemperatur um 10 \u00b0C - wie sie in Laborumgebungen ohne aktive thermische Kontrolle \u00fcblich ist - eine lineare Ma\u00df\u00e4nderung von etwa 85-90 nm pro Millimeter Plattenbreite erfahren. Bei einer Referenzplatte mit einem Durchmesser von 100 mm bedeutet dies einen Oberfl\u00e4chenabweichungsfehler in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von mehreren Wellenl\u00e4ngen bei 633 nm, was die Platte f\u00fcr Pr\u00e4zisions-Wellenfrontreferenzanwendungen unbrauchbar macht. Die gleiche Temperaturabweichung bei einer Quarzglasplatte mit identischen Abmessungen f\u00fchrt zu einer Abmessungs\u00e4nderung von etwa 5,5 nm pro Millimeter - mehr als f\u00fcnfzehnmal kleiner. In Systemen, bei denen das Budget f\u00fcr Wellenfrontfehler in Bruchteilen von Nanometern angegeben wird, ist dieser Unterschied entscheidend.<\/p>\n

Quarzglasplatte und Quarzglasplatte sind in Bezug auf den WAK praktisch nicht zu unterscheiden<\/strong>was bedeutet, dass beide technisch f\u00fcr optische Pr\u00e4zisionsfassungen geeignet sind. Die Auswahl zwischen ihnen bei Anwendungen, die f\u00fcr die Dimensionsstabilit\u00e4t entscheidend sind, verlagert sich dann auf andere Parameter: innere Homogenit\u00e4t, Spannungsdoppelbrechung und Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t, die in den folgenden Abschnitten besprochen werden. F\u00fcr die meisten Anwendungen in der Pr\u00e4zisionsoptik bietet Quarzglas eine Dimensionsstabilit\u00e4t, die f\u00fcr Borosilikat- oder Kalk-Natron-Substrate nicht erreichbar ist.<\/p>\n

Abmessungs\u00e4nderung pro 100 mm Breite bei \u0394T = 50 \u00b0C<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Material<\/th>\nLineare Abmessungs\u00e4nderung (\u03bcm)<\/th>\nEignung f\u00fcr Pr\u00e4zisionsoptiken<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Quarzglasplatte<\/td>\n2.75<\/td>\nHoch<\/td>\n<\/tr>\n
Fused Silica Platte<\/td>\n2.75<\/td>\nHoch<\/td>\n<\/tr>\n
Borosilikatglas-Platte<\/td>\n16.5<\/td>\nM\u00e4\u00dfig<\/td>\n<\/tr>\n
Soda-Kalk-Glasplatte<\/td>\n42.5-45.0<\/td>\nNiedrig<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

\"transparente<\/p>\n

Maximale Betriebstemperaturen f\u00fcr Quarzglasplatten in anspruchsvollen Umgebungen<\/h2>\n

Die Temperaturbest\u00e4ndigkeit definiert die absolute Grenze des Einsatzbereichs eines Materials, und bei diesem Parameter ist der Unterschied zwischen Quarzglasplatten und ihren beiden \u00fcblichen Konkurrenten - Borosilikat und Natronkalk - so gro\u00df, dass sie f\u00fcr thermische Anwendungen in unterschiedliche Materialkategorien fallen.<\/p>\n

Dauergebrauchs- und Erweichungspunktdaten f\u00fcr jedes Material<\/h3>\n

Die W\u00e4rmekapazit\u00e4t eines Glassubstrats wird in der Regel durch drei Referenztemperaturen charakterisiert: die Dehnungspunkt<\/strong> (unterhalb derer die Spannungsrelaxation vernachl\u00e4ssigbar ist), die Gl\u00fchpunkt<\/strong> (bei dem sich die inneren Spannungen innerhalb von Minuten abbauen), und die Erweichungspunkt<\/strong> (bei der sich das Material unter seinem eigenen Gewicht zu verformen beginnt).<\/p>\n

Die Quarzglasplatte hat einen Erweichungspunkt von etwa 1.665 \u00b0C<\/strong>, einen Gl\u00fchpunkt bei 1.140 \u00b0C und einen Dehnungspunkt bei 1.070 \u00b0C. Im Dauerbetrieb werden Quarzglasplatten routinem\u00e4\u00dfig bei Temperaturen von bis zu 1,050-1,100 \u00b0C<\/strong> ohne messbare Verformung, sofern die mechanische Belastung minimal ist. Diese F\u00e4higkeit ergibt sich direkt aus dem hochreinen SiO\u2082-Netzwerk: Ohne niedrigschmelzende Netzwerkmodifikatoren wie Na\u2082O oder CaO bleibt die Glasviskosit\u00e4t bis zu Temperaturen astronomisch hoch, die weit \u00fcber denen der meisten industriellen Prozesse liegen. Borosilikatglas mit einem Erweichungspunkt nahe 820 \u00b0C und einer praktischen Dauergebrauchsgrenze von etwa 450-500 \u00b0C<\/strong>beginnt bei Temperaturen, die Quarzglasplatten ohne Folgen ertragen, viskose Verformungen zu zeigen. Kalk-Natron-Glas mit einem Erweichungspunkt um 730 \u00b0C und einer Dauergebrauchsgrenze von etwa 250-300 \u00b0C<\/strong>aus thermischen Gr\u00fcnden aus allen technischen Hochtemperaturbereichen ausgeschlossen.<\/p>\n

Quarzglasplatten weisen thermische Referenztemperaturen auf, die nahezu identisch mit denen von Quarzglasplatten sind (Erweichungspunkt ~1.665 \u00b0C), was best\u00e4tigt, dass beide Materialien den gleichen Ursprung im SiO\u2082-Netzwerk haben und dass ihre Hochtemperaturleistung im Wesentlichen gleichwertig ist.<\/p>\n

Thermische Referenztemperaturen f\u00fcr alle vier Substrate<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Material<\/th>\nDehnungspunkt (\u00b0C)<\/th>\nGl\u00fchpunkt (\u00b0C)<\/th>\nErweichungspunkt (\u00b0C)<\/th>\nMax. Dauerbetrieb (\u00b0C)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Quarzglasplatte<\/td>\n~1,070<\/td>\n~1,140<\/td>\n~1,665<\/td>\n~1,050<\/td>\n<\/tr>\n
Fused Silica Platte<\/td>\n~1,075<\/td>\n~1,140<\/td>\n~1,665<\/td>\n~1,050<\/td>\n<\/tr>\n
Borosilikatglas-Platte<\/td>\n~515<\/td>\n~565<\/td>\n~820<\/td>\n~450<\/td>\n<\/tr>\n
Soda-Kalk-Glasplatte<\/td>\n~470<\/td>\n~514<\/td>\n~730<\/td>\n~250<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Leistung von Quarzglasplatten in Hochtemperatur-Prozessfenstern<\/h3>\n

Abstrakte Temperaturgrenzwerte sind nur dann sinnvoll, wenn sie mit den tats\u00e4chlichen thermischen Profilen industrieller und wissenschaftlicher Prozesse verglichen werden, bei denen die Wahl des Substrats von entscheidender Bedeutung ist.<\/p>\n

Halbleiter-Diffusions\u00f6fen<\/strong> die bei 900-1.100 \u00b0C f\u00fcr Dotierstoffeinbringungs- und Oxidationsprozesse betrieben werden, erfordern Sichtfenster- und Rohrmaterialien, die \u00fcber stundenlange Prozesszyklen hinweg formstabil bleiben. Quarzglassubstrate, die als Beobachtungsfenster in diesen \u00d6fen eingesetzt werden, \u00fcberstehen Tausende von thermischen Zyklen ohne Bruch oder optische Beeintr\u00e4chtigung - ein Rekord, der in mehr als vier Jahrzehnten Halbleiterherstellung aufgestellt wurde. Borosilikat-Sichtfenster, die in identischen Positionen installiert waren und in der fr\u00fchen Prozessentwicklung ausprobiert wurden, wiesen bei 500 \u00b0C innerhalb von zehn Stunden einen viskosen Durchhang auf - eine Ausfallart, die Prozesskammern verunreinigt und ungeplante Wartungsstillst\u00e4nde erfordert. Das Versagen ist nicht marginal, es ist kategorisch.<\/strong><\/p>\n

In Hochtemperatur-Vakuumkammern, die f\u00fcr die physikalische Gasphasenabscheidung und die Elektronenstrahlverdampfung verwendet werden, werden h\u00e4ufig Substrattemperaturen von 600-800 \u00b0C erreicht, wobei die Strahlungsw\u00e4rmebelastung die Sichtfenstertemperaturen selbst bei Wasserk\u00fchlung am Au\u00dfenrahmen auf 400-600 \u00b0C ansteigen l\u00e4sst. Die Quarzglasplatte beh\u00e4lt unter diesen Bedingungen ihre optische Klarheit und mechanische Integrit\u00e4t. Dar\u00fcber hinaus verwenden industrielle Verbrennungsbeobachtungsfenster, die in Glasschmelz\u00f6fen, Zement\u00f6fen und petrochemischen Reformern mit Flammentemperaturen von \u00fcber 1.400 \u00b0C eingesetzt werden, ausschlie\u00dflich Quarzglasplatten als Material f\u00fcr die Beobachtungs\u00f6ffnungen, da kein anderes Flachglassubstrat die direkte Einwirkung dieser Strahlungsbedingungen \u00fcbersteht.<\/p>\n

Anforderungen der Anwendung an die Temperatur im Vergleich zur Leistungsf\u00e4higkeit des Materials<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Anmeldung<\/th>\nProzesstemperatur (\u00b0C)<\/th>\nErforderliche Ansichtsfenster-Temperaturtoleranz (\u00b0C)<\/th>\nQuarzglasplatte geeignet<\/th>\nBorosilikat Geeignet<\/th>\nSoda-Limette geeignet<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Halbleiter-Diffusionsofen<\/td>\n900-1,100<\/td>\n\u2265800<\/td>\nJa<\/td>\nNein<\/td>\nNein<\/td>\n<\/tr>\n
RTP-Kammer-Fenster<\/td>\n800-1,200<\/td>\n\u2265700<\/td>\nJa<\/td>\nNein<\/td>\nNein<\/td>\n<\/tr>\n
Viewport Industrielle Verbrennung<\/td>\n1,200-1,600<\/td>\n\u2265600<\/td>\nJa<\/td>\nNein<\/td>\nNein<\/td>\n<\/tr>\n
Vakuum-PVD-Kammer<\/td>\n300-600<\/td>\n\u2265400<\/td>\nJa<\/td>\nMarginal<\/td>\nNein<\/td>\n<\/tr>\n
UV-Lampengeh\u00e4use<\/td>\n200-400<\/td>\n\u2265300<\/td>\nJa<\/td>\nJa<\/td>\nNein<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

Brechungsindex und Dispersionseigenschaften von Quarzglasplatten<\/h2>\n

Optisches Design basiert auf dem Brechungsindex, und selbst kleine Unterschiede im Indexwert oder in der Dispersion \u00fcber die Wellenl\u00e4nge k\u00f6nnen sich in hochpr\u00e4zisen Systemen zu erheblichen Aberrationen summieren. Die Kartierung dieser Werte \u00fcber alle vier Substrate hinweg zeigt, wo sich Quarzglasplatten in der Landschaft des optischen Designs positionieren.<\/p>\n

Brechungsindexwerte bei verschiedenen Wellenl\u00e4ngen f\u00fcr alle vier Materialien<\/h3>\n

Brechungsindexwerte sind wellenl\u00e4ngenabh\u00e4ngig, und ein aussagekr\u00e4ftiger Vergleich erfordert Daten bei standardisierten Referenzwellenl\u00e4ngen.<\/p>\n

Die Quarzglasplatte weist einen Brechungsindex von etwa 1,4584 bei 589 nm auf<\/strong> (die Natrium-D-Linie), 1,4570 bei 632,8 nm (HeNe-Laser) und 1,4496 bei 1.064 nm (Nd:YAG-Grundlage). Diese Werte sind nahezu identisch mit denen von Quarzglasplatten (1,4584 bei 589 nm), was ihre strukturelle Gleichwertigkeit best\u00e4tigt. Die Borosilikatglasplatte hat einen h\u00f6heren Index von etwa 1,472 bei 589 nm<\/strong>, w\u00e4hrend Kalk-Natron-Glasplatten zwischen 1,512 bis 1,520 bei 589 nm<\/strong> abh\u00e4ngig von der genauen Zusammensetzung. Die Abbe-Zahl - ein Ma\u00df f\u00fcr die chromatische Dispersion, wobei h\u00f6here Werte eine geringere Dispersion anzeigen - betr\u00e4gt f\u00fcr Quarzglasplatten ungef\u00e4hr 67.8<\/strong>im Vergleich zu ~64 f\u00fcr Borosilikat und ~58-64 f\u00fcr Kalk-Natron-Glas. Diese h\u00f6here Abbe-Zahl bedeutet, dass die Quarzglasplatte weniger chromatische Aberration<\/a>2<\/a><\/sup> pro optischer Leistungseinheit als die beiden konkurrierenden Glastypen, ein Vorteil bei Breitband-Bildgebungssystemen und Laseranwendungen mit mehreren Wellenl\u00e4ngen.<\/p>\n

F\u00fcr Optikingenieure, die Systeme mit minimaler chromatischer Aberration entwickeln<\/strong>Die Kombination aus niedrigem Brechungsindex und hoher Abbe-Zahl macht Quarzglasplatten zu einem bevorzugten planparallelen Fenstermaterial, da jeder verbleibende Keil im Substrat zu einer geringeren chromatischen Verschiebung f\u00fchrt als ein entsprechender Keil in Kalk-Natron- oder Borosilikatglas.<\/p>\n

Brechungsindex und Dispersionsdaten<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Material<\/th>\nn @ 589 nm<\/th>\nn @ 632,8 nm<\/th>\nn @ 1.064 nm<\/th>\nAbbe-Zahl (Vd)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Quarzglasplatte<\/td>\n1.4584<\/td>\n1.4570<\/td>\n1.4496<\/td>\n~67.8<\/td>\n<\/tr>\n
Fused Silica Platte<\/td>\n1.4584<\/td>\n1.4570<\/td>\n1.4496<\/td>\n~67.8<\/td>\n<\/tr>\n
Borosilikatglas-Platte<\/td>\n1.472<\/td>\n1.470<\/td>\n1.462<\/td>\n~64.2<\/td>\n<\/tr>\n
Soda-Kalk-Glasplatte<\/td>\n1.512-1.520<\/td>\n1.510-1.518<\/td>\n1.500-1.508<\/td>\n~58-64<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Doppelbrechung in Quarzglasplatten gegen\u00fcber amorphen Substraten<\/h3>\n

Die Doppelbrechung geh\u00f6rt zu den am h\u00e4ufigsten missverstandenen optischen Eigenschaften, wenn Ingenieure Substrate auf Siliziumdioxidbasis spezifizieren, und die Quelle der Verwirrung ist systematisch.<\/p>\n

Die Quarzglasplatte ist amorph und daher optisch isotrop<\/strong>-Es besitzt keine intrinsische Doppelbrechung. Dies unterscheidet es grundlegend von kristallinem Quarz (\u03b1-Quarz), der ein einachsiger Kristall mit einer Doppelbrechung von etwa 0,009 bei 589 nm ist und absichtlich in Wellenplatten und Polarisationsoptiken verwendet wird. Ingenieure, die versehentlich kristallinen Quarz anstelle von Quarzglasplatten in polarisationsempfindlichen Systemen verwenden, f\u00fchren ein doppelbrechendes Element ein, wo keines vorgesehen war - ein Substitutionsfehler mit messbaren Folgen in der Ellipsometrie, Polarimetrie und koh\u00e4renzempfindlichen Interferometrie. Die beiden Materialien haben einen gemeinsamen Namen, aber keine gemeinsame Kristallstruktur, und sie sind nicht austauschbar.<\/strong><\/p>\n

Eigenspannungsdoppelbrechung - hervorgerufen durch thermische Gradienten w\u00e4hrend der Herstellung oder durch mechanisches Einspannen im Betrieb - ist bei allen vier amorphen Substraten in unterschiedlichem Ma\u00dfe vorhanden. Quarzglasplatten, die in optischer Qualit\u00e4t hergestellt werden, weisen in der Regel eine Spannungsdoppelbrechung unter 5 nm\/cm<\/strong> der optischen Wegl\u00e4nge, ein Wert, der f\u00fcr die meisten polarisationsempfindlichen Anwendungen akzeptabel ist. Quarzglasplatten erreichen bei den h\u00f6chsten synthetischen Qualit\u00e4ten vergleichbare oder etwas niedrigere Werte. Borosilikat- und Kalknatronglasplatten mit h\u00f6heren WAK-Werten akkumulieren w\u00e4hrend des Temperns gr\u00f6\u00dfere innere Spannungsgradienten, und ihre Spannungsdoppelbrechungswerte k\u00f6nnen folgende Werte erreichen 10-20 nm\/cm<\/strong> in der Standard-Floatglasproduktion - ein Niveau, das in polarimetrischen Pr\u00e4zisionsinstrumenten messbare Fehler im Polarisationszustand hervorruft.<\/p>\n

F\u00fcr Ingenieure, die Substrate f\u00fcr Ellipsometer, Mueller-Matrix-Polarimeter oder spannungsdoppelbrechungsempfindliche Laserresonatoren spezifizieren<\/strong>Eine Quarzglasplatte oder eine Platte aus optischem Quarzglas mit nachgewiesener Doppelbrechung ist die geeignete Materialklasse; Standard-Borosilikat- und Natronkalkplatten sind es nicht.<\/p>\n

Doppelbrechung und Isotropie Zusammenfassung<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Material<\/th>\nIntrinsische Doppelbrechung<\/th>\nEigenspannungs-Doppelbrechung (nm\/cm)<\/th>\nGeeignet f\u00fcr Polarimetrie<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Quarzglasplatte (amorph)<\/td>\nKeine<\/td>\n<5 (optische Qualit\u00e4t)<\/td>\nJa<\/td>\n<\/tr>\n
Fused Silica Platte<\/td>\nKeine<\/td>\n<2 (Premiumklasse)<\/td>\nJa<\/td>\n<\/tr>\n
Borosilikatglas-Platte<\/td>\nKeine<\/td>\n10-15<\/td>\nBegrenzt<\/td>\n<\/tr>\n
Soda-Kalk-Glasplatte<\/td>\nKeine<\/td>\n15-20<\/td>\nNein<\/td>\n<\/tr>\n
Kristalliner Quarz<\/td>\n0.009<\/td>\n-<\/td>\nNur als vorgesehenes Element<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

\"Quarzglasplatten-Proben,<\/p>\n

Chemische Best\u00e4ndigkeit und Oberfl\u00e4chenstabilit\u00e4t von Quarzglasplatten<\/h2>\n

Die chemische Belastung ist ein entscheidendes Auswahlkriterium bei der Nassbearbeitung von Halbleitern, der chemischen Gasphasenabscheidung und in der analytischen Chemie, wo Substrate routinem\u00e4\u00dfig mit aggressiven Reagenzien in Kontakt kommen. Die Bewertung der Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber S\u00e4uren, Basen und L\u00f6sungsmitteln ist daher unerl\u00e4sslich, bevor ein Substrat f\u00fcr den Einsatz in chemischen Prozessen freigegeben wird.<\/p>\n

S\u00e4ure- und Alkalibest\u00e4ndigkeit im Vergleich zwischen verschiedenen Substrattypen<\/h3>\n

Die hohe Reinheit des SiO\u2082-Netzwerks in Quarzglasplatten verleiht den meisten Minerals\u00e4uren unter Standardverfahrensbedingungen eine hohe Best\u00e4ndigkeit.<\/p>\n