FAQ – Quarzglas
Häufig gestellte Fragen
Zum Datenblatt »Optisches Quarzglas mit UV-Qualität«
Zum Datenblatt »Natürliches Quarzglas mit Schauglasqualität«
VORWORT
Optisches Quarzglas (Fused Silica) vs. natürliches Quarzglas (Fused Quartz)
Die großen Unterschiede zwischen zwei verwandten Materialien
Häufig herrscht Unklarheit, wenn es um die beträchtlichen Unterschiede zwischen diesen beiden ähnlich klingenden, aber doch so unterschiedlichen Gläsern geht. Diese Verwirrung resultiert oft daraus, dass viele Anbieter auf dem Markt nicht klar zwischen den beiden Materialien differenzieren und die Unterschiede nicht deutlich hervorheben. Zum Beispiel wird das wesentlich günstigere natürliche Quarzglas nicht selten schlicht als »Quarzglas« angeboten und verkauft. Das ist zwar nicht falsch, aber es wird meist nicht darauf hingewiesen, dass es sich beim angebotenen Glas nicht um eines mit optischer Qualität handelt und beide Materialien weder von den Eigenschaften noch von den Kosten her identisch sind.
So hat etwa natürliches Quarzglas im UVC-Spektralbereich eine wesentlich geringere Lichttransmission als die optische Quarzglasvariante. Wenn beispielsweise bei einer Wellenlänge von 185 Nanometern eine hohe Durchlässigkeit von mehr als 80 % gefordert ist (siehe Kurve), kann dies mit natürlichem Quarzglas nicht erreicht werden (siehe Kurve). Zudem ist die Homogenität von natürlichem Quarzglas deutlich schlechter als die von den Materialien mit optischer Güte. Es weist außerdem wesentlich mehr Verunreinigungen, Einschlüsse und Blasen auf und ist deshalb für anspruchsvolle Anwendungen in der Optik meist ungeeignet.
Auch wenn es zahlreiche Anwendungsfälle gibt, für die sich das natürliche Quarzglas hervorragend eignet, so beschränken sich diese in aller Regel auf einfache Schauglasanwendungen. Dies können etwa UV-Lampenabdeckungen in der Industrie oder Trennscheiben in Desinfektionsgeräten sein. Da die bedeutenden Unterschiede oftmals unbekannt sind, fragt ein Kunde möglicherweise das wesentlich hochwertigere und kostspieligere optische Quarzglas an. Er wundert sich dann über den drastischen Preisunterschied zum Angebot eines Mitanbieters, der das gleiche Teil basierend auf natürlichem Quarzglas ebenfalls als »Quarzglas« angeboten hat. Er vergleicht damit Äpfel mit Birnen, ohne dass ihm dies bewusst wird.
Es ist daher essenziell, vorab zu prüfen, welcher Glastyp für Ihre Applikation die richtige Wahl ist, denn es wäre natürlich genauso ungünstig, das sehr viel kostspieligere Material mit optischer Güte für einfache Schauglasanwendungen verwenden zu wollen. Es kommt also stets auf die exakten Anforderungen an.
Um eine Hilfe bei der Auswahl des für Ihre Anwendung geeigneten Materials zu bieten, haben wir diese FAQ-Seite für Sie ins Leben gerufen. Sie erhalten hier Informationen über die technischen Unterschiede zwischen den beiden so ähnlich klingenden Quarzglastypen.
Gelegentlich werden wir diese Seite um weitere häufig gestellte Fragen ergänzen. Wenn Sie die gesuchte Antwort auf Ihre individuelle Frage hier nicht finden, nehmen Sie bitte Kontakt zu uns auf. Wir beraten Sie gerne.
Häufig gestellte Fragen:
• Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen optischem Quarzglas und natürlichem Quarzglas?
• Kann ich optisches Quarzglas mit UV-Qualität für Schauglasanwendungen verwenden?
• Bis zu welcher Temperatur kann ich optisches Quarzglas einsetzen?
• Wie weit in den ultravioletten Spektralbereich hinein transmittiert optisches Quarzglas?
• Welches Quarzglas hat eine bessere chemische Beständigkeit?
• Welches Material hat eine bessere thermische Beständigkeit?
• Stellen Sie auch Quarzrohre aus einem der beiden Quarzmaterialien her?
• Was ist das beste Material für typische Laboranwendungen?
• Welche Quarzglasqualität eignet sich für Halbleiteranwendungen?
• Produzieren Sie auch kristalline Quarzkomponenten?
Alle hier gemachten Angaben und Spezifikationen sind mittlere Richtwerte und nicht garantiert.
Bitte beachten Sie außerdem unsere »Hinweise zu Spezifikationen«.
F: In welchen Fällen sollte ich optisches Quarzglas verwenden und in welchen Fällen das natürliche Quarzglas?
A: Optisches Quarzglas sollte immer dann verwendet werden, wenn eine hohe Abbildungsqualität erforderlich ist. Ebenfalls sollte es gewählt werden, wenn Ebenheit, Oberflächenqualität und die Indexhomogenität eine Rolle spielen, nur eine geringe Anzahl von Fehlern im Glas erlaubt ist, oder wenn eine Beschichtung aufgebracht werden soll. Auch wenn bereits ab ca. 180 nm eine hohe Durchlässigkeit benötigt wird, ist das Glas die richtige und meist auch die einzig mögliche Wahl (siehe Kurve). Genauso ist dieses Glas geeignet für Anwendungen mit sehr hohen Einsatztemperaturen, sofern zusätzlich eine der vorgenannten Eigenschaften zwingend erforderlich ist.
Natürliches Quarzglas hingegen, ist die bessere und vor allem deutlich günstigere Variante in allen Fällen, in denen die optischen Eigenschaften und die Abbildungsqualität keine Rolle spielen und nur ein klarer Durchblick oder lediglich UV-Transmission im oberen UVC-Spektralbereich gegeben sein muss. Dies gilt zum Beispiel für Teile wie UV-durchlässige Schaugläser oder Abdeckgläser von Hochleistungsscheinwerfern und LED-Lichtquellen im UV-Spektrum bis etwa 220 nm herab (siehe Kurve), wie sie in der Industrie zum Einsatz kommen. Ebenfalls lassen sich mit natürlichem Quarzglas Ofenschauglasanwendungen im Temperaturbereich bis ca. 1.000 °C realisieren.
F: Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen optischem Quarzglas und natürlichem Quarzglas?
A: Optisches Quarzglas wird aus synthetisch hergestelltem Quarzmaterial nach dem Flammenhydrolyseverfahren hergestellt und erhält hierdurch seine außergewöhnlich hohe Materialqualität. Das Glas wird in Blöcken (Boules) produziert und kann zusätzlich noch nach Indexhomogenität und für eine extrem geringe Menge an Inklusionen selektiert werden. Die Herstellung ist aufwendig und sehr kostenintensiv, sorgt dafür aber für eine herausragende Qualität. Aufgrund der extrem geringen Menge an Verunreinigungen wird eine ausgezeichnete Transmission für ultraviolette Wellenlängen bis herab zu 180 nm erreicht (siehe Kurve). Aufgrund der hohen Reinheit kann aus diesem Glas hochwertigste Optik gefertigt werden. Es hält Temperaturen bis ca. 1.000 °C stand.
Im Gegensatz zu optischem Quarzglas, wird das natürliche Quarzglas durch das Einschmelzen von natürlichen Quarzkristallen hergestellt. Grundsätzlich beinhalten natürliche Quarzkristalle bei Weitem mehr Verunreinigungen als synthetisch hergestellte. Daraus resultiert, dass das nach der Schmelze entstandene Glas auch eine wesentlich geringere Güte aufweist und deutlich mehr Blasen und Inklusionen darin vorhanden sind. Dies sieht man zwar meist mit bloßem Auge nicht, jedoch ist das Glas für abbildende Anwendungen oder Anwendungen mit hohen optischen Anforderungen im Regelfall ungeeignet. Die UV-Durchlässigkeit von natürlichem Quarzglas ist noch immer höher als die der meisten anderen Gläser. Jedoch erreicht es zum Beispiel bei 3 mm Dicke und bei 190 nm nur noch etwas mehr als 50 % (siehe Transmissionskurve), wohingegen optisches Quarzglas noch immer ca. 90 % Lichtdurchlässigkeit bietet (siehe Kurve).
F: Kann ich optisches Quarzglas mit UV-Qualität für Schauglasanwendungen einsetzen?
A: Ja, das geht natürlich. Dies ist aber aufgrund des drastisch höheren Preises insbesondere bei großen Teilen äußerst ungünstig. Solange Sie nicht bis weit ins tiefe Ultraviolett bis 180 nm herab transmittieren müssen und keine über ein Schauglas oder eine Schutzscheibe hinausgehenden optischen Anforderungen haben, sollten Sie aufgrund der wesentlich geringeren Kosten unbedingt das natürliche Quarzglas verwenden.
F: Bis zu welcher Temperatur kann ich optisches Quarzglas verwenden?
A: Unser optisches Quarzglas kann bis zu einer Temperatur von ca. 1.000 °C eingesetzt werden. Zudem bietet es eine hohe thermische Schockfestigkeit.
F: Wie weit in den ultravioletten Spektralbereich hinein transmittiert optisches Quarzglas?
A: Optisches Quarzglas spezifizieren wir mit einer Transmission von T > 80 % bei 185 nm. In der Praxis liegt diese jedoch meist noch darüber und bereits bei 190 nm wird schon ca. 90 % erreicht.
F: Welches Quarzglas hat eine bessere chemische Beständigkeit?
A: Da beide Quarzarten aus Siliziumdioxid (SiO₂) bestehen, weisen sie nahezu identische chemische Eigenschaften auf. Die Unterschiede liegen hauptsächlich im Herstellungsprozess und in der inneren Materialqualität, nicht jedoch in ihrer chemischen Resistenz. Beide sind gegenüber fast allen Chemikalien extrem beständig. Sie werden nur von Flusssäure und bei hohen Temperaturen von Phosphorsäure angegriffen. Alkalische Lösungen und Spuren von Alkalimetallen können jedoch bei hoher thermischer Belastung zu einer Entglasung führen. Fingerabdrücke oder andere Alkalispuren sollten daher vor dem Erhitzen eines Quarzglases entfernt werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass beide Quarzvarianten hinsichtlich ihrer chemischen Widerstandsfähigkeit nahezu identisch sind.
F: Welches Material hat eine bessere thermische Beständigkeit?
A: Aufgrund ihres niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten halten beide Werkstoffe einer Dauertemperatur von etwa 1.000 °C und kurzfristigen Temperaturen von bis zu 1.200 °C oder mehr stand. Sie sind beide sehr widerstandsfähig gegen Temperaturschocks und überstehen schnelle Temperaturwechsel ohne Beschädigung. Die thermischen Eigenschaften beider Glasqualitäten sind daher in der Praxis nahezu identisch.
F: Stellen Sie auch Quarzrohre aus einem der beiden Quarzmaterialien her?
A: Da wir ausschließlich Planoptiken herstellen, gehören Quarzglasrohre nicht zu unserem Fertigungsprogramm.
F: Was ist das beste Material für typische Laboranwendungen?
A: Wie immer hängt dies von Ihren Anforderungen ab. Wenn Ihre Anwendung maximale Reinheit und minimale Verunreinigung durch das Glas erfordert, sollten Sie sich für Fused Silica entscheiden. Dies ist häufig bei Geräten zur Probenlagerung der Fall, um eine Verunreinigung der Probe bei längerer Lagerung zu verhindern. Sie sollten auch diesen Glastyp wählen, wenn Sie eine hohe innere Qualität benötigen. Für einfache Aufgaben, bei denen nur die thermischen Eigenschaften entscheidend sind, könnte auch das natürliche Quarzglas ausreichend sein.
F: Welche Quarzglasqualität eignet sich für Halbleiteranwendungen?
A: Normalerweise wird für Halbleiteranwendungen das hochwertige Quarzglas verwendet, da Verunreinigungen zu Kontaminationen oder Fehlfunktionen in der Halbleitertechnologie führen können. Überdies ist für Fotolithografie- oder Maskierungsprozesse eine hohe Durchlässigkeit für tiefes Ultraviolettlicht erforderlich, was Fused Silica oft zur besten und auch einzigen Wahl macht.
Das natürliche Quarzglas hingegen wird aus geschmolzenen natürlichen Quarzkristallen hergestellt und enthält in der Regel deutlich mehr Fremdstoffe (wie Spuren von Metall) und Defekte. Seine Durchlässigkeit im tiefen UV-Spektralbereich ist viel geringer, was die Herstellung feiner Strukturen auf Chip-Wafern erschwert. In Bereichen, in denen extreme Reinheit und makellose Eigenschaften unerlässlich sind – wie in der Halbleiterfertigung –, ist die Quarzglasvariante mit optischer Güte dem natürlichen Quarzglas eindeutig überlegen.
F: Produzieren Sie auch kristalline Quarzkomponenten?
A: Wir fertigen ausschließlich Komponenten aus amorphem Quarzglas. Kristalliner Quarz ist auch kein Glas (nicht amorph). Diese Art von Quarz gehört daher nicht zu unserem Produktsortiment.
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Letztes Update: 22.10.2025