Chemische Reinheit

Selbst wenn sie nur als Spuren auftreten, haben Fremdstoffe bedeutende Auswirkungen. Die Reinheit wird dabei im Wesentlichen durch den Rohstoff, die Herstellungsmethode und die nachfolgende Weiterverarbeitung bestimmt. Bei jedem Produktionsschritt müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um die hohe Reinheit zu erhalten. Heraeus verfügt zudem über verschiedene Reinigungsverfahren, um die Qualität des Rohstoffs Quarzsand weiter zu erhöhen.

Zu den am häufigsten vertretenen Fremdstoffen zählen Metalle (wie Al, Na, Fe etc.), Wasser (in Form von OH-Gruppen) und Chlor. Diese beeinflussen nicht nur die Materialeigenschaften des Quarzglases wie Viskosität, optische Absorption und elektrische Eigenschaften. Sie wirken sich ebenso auf die Eigenschaften der Materialien aus, die letztlich in der Anwendung mit dem Quarzglas in Kontakt stehen und dort prozessiert werden.

Quarzgläser lassen sich in außergewöhnlich hoher Reinheit herstellen. Synthetisches Quarzglas von Heraeus weist eine metallische Gesamtkontamination von weniger als 1 ppm auf. Bei natürlichem Quarzglas liegt dieser Wert bei etwa 20 ppm, was im Wesentlichen auf den Gehalt an Al₂O₃ und deutlich kleinere Konzentrationen an Alkalimetallen, Fe₂O₃, TiO₂, MgO and ZrO₂ zurückzuführen ist.

Neben den metallischen Verunreinigungen enthält Quarzglas Wasser in Form von OH-Gruppen. Der OH-Gehalt beeinflusst physikalische Eigenschaften wie Dämpfung und Viskosität. Im Allgemeinen bedeutet ein hoher OH-Gehalt eine niedrigere Gebrauchstemperatur. Typische Werte sind in der Tabelle aufgeführt. Elektrisch geschmolzenes Quarzglas weist den niedrigsten Gehalt an Hydroxyl-Gruppen auf (< 1 – 30 ppm), da es in der Regel unter Vakuum oder in einer trockenen Atmosphäre hergestellt wird. Die Konzentration ist hier nicht an die Struktur des Glases gebunden. Sie kann vielmehr in Abhängigkeit von der thermischen Behandlung und der Menge an Feuchtigkeit, der das Quarzglas bei hohen Temperaturen ausgesetzt ist, variieren. Flammgeschmolzenes Quarzglas zeigt eine signifikant höhere Hydroxyl-Konzentration (150 – 200 ppm), die auf das Schmelzen in der Wasserstoff/Sauerstoff-Flamme zurückgeht. Auch die synthetischen Quarzgläser kommen aufgrund des Herstellungsverfahrens auf einen hohen OH-Gehalt, der bis zu 1000 ppm betragen kann.