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2026-02-08T08:40:24Z

Anwendungen: Hyperlink zu Raman-Spektroskopie

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{| class="wikitable float-right" style="width:30em;"
|- style="background:#FFDEAD;"
! colspan="2"| Allgemeines
|-
| Name || Quarzglas
|-
| Andere Namen || ''fused silica'', Kieselglas
|-
| [[Summenformel]] || SiO2
|-
| Kurzbeschreibung || Glas aus reinem SiO2
|- style="background:#FFDEAD;"
! colspan="2"| Eigenschaften
|- style="background:#FFDEAD;"
! colspan="2"| Physikalische Eigenschaften
|-
| [[Dichte]] || 2,201 g/cm³
|-
| [[Zugfestigkeit]] (stark abhängig von Gestalt und Oberflächenqualität) || ca. 50 N/mm²
|-
| [[Härte]] || 5,3–6,5 Mohs; 8,8 GPa
|-
| [[Schallgeschwindigkeit]], longitudinal || 5930 m/s
|-
| [[Schallgeschwindigkeit]], transversal || 3750 m/s
|-
| [[Stoffreinheit|Verunreinigungen]] || typ. 10–1000 [[Parts per million|ppm]]
|- style="background:#FFDEAD;"
! colspan="2"| Optische Eigenschaften
|-
| [[Transmission (Physik)|Transmission]] || 170–5000 [[Nanometer|nm]]
|-
| [[Brechungsindex]] || 1,46<ref>{{Literatur |Autor=Thomas Jüstel, Sebastian Schwung |Titel=Leuchtstoffe, Lichtquellen, Laser, Lumineszenz |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2016 |ISBN=978-3-662-48455-5 |Seiten=207 |Online={{Google Buch |BuchID=GiWFCwAAQBAJ |Seite=207}}}}</ref> bei 589,3 nm
|-
| [[Brewster-Winkel]] || 55,58°
|- style="background:#FFDEAD;"
! colspan="2"| Thermische Eigenschaften
|-
| [[Wärmeausdehnungskoeffizient]] 0 … 600 °C|| 0,54 10−6 K−1<ref>''[https://www.heraeus.com/de/hca/fused_silica_1/home_hca.html Produktinformationsseite des Herstellers Heraeus Conamic]'', www.heraeus-conamic.de</ref>
|-
| [[Spezifische Wärmekapazität]] 0 … 900 °C || 1052 J/(kg K)
|-
| [[Wärmeleitfähigkeit]] (20 [[Grad Celsius|°C]]) || 1,38 W/(m K)
|-
| [[Phonon]]en-Wärmeleitfähigkeit (2000 °C) || 15 W/(m K)
|-
| [[Transformationspunkt]] || 1130 °C
|-
| [[Littletontemperatur]] || 1760 °C<ref>{{Literatur |Autor=H. Scholze |Titel=Glas. Natur, Struktur und Eigenschaften |Datum=1988 |ISBN=3-540-18977-7 |Seiten=154}}</ref>
|-
| Verarbeitungstemperatur || >2000 °C
|-
| [[Siedepunkt]] || 2230 °C
|}

'''Quarzglas''', auch als '''Kieselglas''' bezeichnet, ist ein [[Glas]], das im Gegensatz zu den gebräuchlichen Gläsern keine Beimengungen von [[Natriumcarbonat]] oder [[Calciumoxid]] enthält, d. h. aus reinem [[Siliziumdioxid]] (SiO2) besteht. Industriell hergestelltes Quarzglas hat abhängig vom Vormaterial und Fertigungsprozess unterschiedliche Konzentrationen von Verunreinigungen, die im [[Parts per million|ppm]]- bzw. für synthetisches Kieselglas im [[Parts per billion|ppb]]-Bereich liegen.<ref>''[https://www.heraeus.com/de/hca/fused_silica_quartz_knowledge_base_1/properties_1/properties_hca.html#tabs-608478-3 Chemische Reinheit von Quarzglas]'', www.heraeus-covantics.de</ref>

Es kann durch Aufschmelzung und Wiedererstarrung von [[Quarz]] (Quarzsand oder künstlich hergestellt) gewonnen werden, daher auch die Bezeichnung Quarzglas und die englische Bezeichnung ''fused quartz'' oder ''fused silica''.

Natürlich vorkommendes Quarzglas wird als [[Lechatelierit]] bezeichnet.

[[Richard Küch]] (1860–1915), Physiker und Chemiker, entdeckte 1899, dass [[Siliziumdioxid]] in einer [[Knallgasflamme]] blasenfrei und in höchster Reinheit zu schmelzen ist, und machte Quarzglas für die Industrie als Massenprodukt verwendbar.<ref>Richard Küch und Heraeus: [http://www.perspektive-mittelstand.de/Richard-Kuech-und-Heraeus-Innovationen-schaffen/pressemitteilung/29428.html ''Innovationen schaffen''], Pressemitteilung der [[Heraeus Holding GmbH]]</ref>

== Eigenschaften ==
* Durchlässigkeit für [[Ultraviolettstrahlung|Ultraviolett-]] bis [[Infrarotstrahlung]] (von 170 nm bis 5 µm Wellenlänge)<ref>[http://www.korth.de/index.php/material-detailansicht/items/28.html ''Produktinformationsseite des Kristall-Händlers Korth Kristalle''], www.korth.de, abgerufen am 21. Juni 2012</ref><ref>{{Literatur |Autor=H. Scholze |Titel=Glas. Natur, Struktur und Eigenschaften |Datum=1988 |ISBN=3-540-18977-7 |Seiten=213 f.}}</ref>
* Geringer [[Thermische Ausdehnung|thermischer Ausdehnungskoeffizient]] und hohe Temperaturwechselbeständigkeit
* Hohe chemische Beständigkeit: Quarzglas wird mit Ausnahme von [[Flusssäure]] und heißer [[Phosphorsäure]] von keiner [[Säure]] angegriffen und verhält sich gegenüber vielen anderen Stoffen neutral.
* Die [[Durchschlagsfestigkeit]] beträgt ca. 40 kV/mm, was Quarzglas zu einem guten Isolationsmaterial in elektrotechnischen Bauteilen wie [[Optokoppler]]n macht.
* Die [[Erweichungstemperatur]] liegt deutlich höher als die von anderen Gläsern.

== Anwendungen ==
* Fenster- und Linsenmaterial für Ultraviolett-Optik ([[Excimer-Laser]], [[Fotolithografie (Halbleitertechnik)|Fotolithografie]])
* Isolationsschicht in Halbleiterbauelementen ([[MOSFET|MOS-Technologie]])
* Kolben für [[Halogenglühlampe]]n
* Kolben für [[Xenon-Gasentladungslampe]]n ([[Xenonlicht]], Fotoblitz, Stroboskop)
* Entladungsgefäße für [[Quecksilberdampflampe]]n (Hoch- und Höchstdrucklampen, auch Niederdrucklampen, wenn UV-Emission erwünscht ist)
* Material für Anlagen in der Halbleiterfertigung
* [[Küvette]]n für die [[instrumentelle Analytik]]
* Material für die Trennsäulen in der [[Gaschromatographie]]
* Material für [[Lichtleitkabel]] (Laserstrahlübertragung, Nachrichtentechnik)
* Fenster sowie Bestandteile der [[Hitzeschutzkachel]]n des [[Space Shuttle]]
* Retroreflektoren für Messlaser am EDM-Lander von [[ExoMars]]
* Sicht- und Messfenster in heißen Umgebungen ([[Ofen|Öfen]], [[Motor]]en, [[Gasturbine]]n)
* Isolationsmaterial in elektrotechnischen Bauteilen wie [[Optokoppler]]n
* Musikinstrumente ([[Verrophon]], [[Glasharmonika]], [[Glasharfe]])
* Schutzrohr für die Wasserentkeimung mit UV-Strahlung
* Substrat für [[Raman-Spektroskopie|Raman-Spektroskopie-Messungen]]
* Reflektoren für die zentimetergenaue [[Entfernungsmessung]] zwischen [[Kontinent]]en zur Bestimmung der [[Kontinentaldrift]]
* [[Lunar Laser Ranging#Reflektoren auf dem Mond|Lunar Laser Ranging-Reflektoren]] für die zentimetergenaue Entfernungsmessung zwischen [[Erde]] und [[Mond]], entwickelt u. a. von den Ingenieuren [[Heinrich Mohn (Ingenieur)|Heinrich Mohn]] und Peter Hitzschke bei [[Heraeus (Unternehmen)|Heraeus]] in [[Hanau]]<ref name="Mond-Reflektor-FR-14072019">{{Internetquelle |url=https://www.fr.de/wissen/mondlandung-hanauer-reflektoren-beweis-dass-astronauten-oben-waren-12813184.html |autor=Pamela Dörhöfer |titel=Hanauer Reflektoren auf dem Mond: „Der beste Beweis, dass Astronauten oben waren“ |werk=[[Frankfurter Rundschau]] |datum=2019-07-14 |abruf=2023-02-09}}</ref><ref name="Mond-Reflektor-Spiegel-30072019">{{Internetquelle |autor=Christoph Seidler |url=https://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/laserreflektoren-auf-dem-mond-die-anti-verschwoerungstheorie-maschinen-a-1278583.html |titel=Laserreflektoren auf dem Mond: Die Anti-Verschwörungstheorie-Maschinen |hrsg=[[Der Spiegel (online)|Spiegel Online]] |datum=2019-07-30 |sprache=de |abruf=2023-02-09}}</ref>
Quarzglas hoher Reinheit ist im Wellenlängenbereich von 190 nm bis 3,5 µm transparent, hat jedoch normalerweise ein durch OH−-Gruppen verursachtes Absorptionsband um die 2,5 bis 3 µm. Verbesserte Infrarot-Transmission bei Wellenlängen von 2,2 bis 3 µm wird durch verringerten [[Hydroxygruppe|Hydroxy-Gruppen]]-(''OH-Gruppen-'')Gehalt erreicht. Der Normalwert liegt bei 100 [[Parts per million|ppm]], bei verbesserter IR-Transmission unterhalb von 1 bis 3 ppm.

Durch Dotierung mit [[Titan (Element)|Titan]] kann [[Ultraviolett|UV-C]]-Absorption, durch [[Cer]]-Dotierung kann Absorption im gesamten [[Ultraviolett]]bereich erreicht werden (UV-blockende Halogen[[glühlampe]]n).

[[Datei:Quarzglas-Wafer mit Mikrokanalstruktur.jpg|mini|Quarzglas-[[Wafer]] mit Mikrokanalstruktur als Vorprodukt für eine Losgröße Nanoliter-Küvetten]]
In der [[Instrumentelle Analytik|instrumentellen Analytik]] werden [[Küvette]]n aus Quarzglas zur Messung von [[Volumen|Volumina]] unter 50 [[Liter|nl]] eingesetzt. Erst die besonderen Eigenschaften des Quarzglases ermöglichen Messapparaturen und Zuführungskanäle unter 100 µm Durchmesser. 
Wegen der teilweise sehr geringen spezifischen [[Absorption (Chemie)|Absorption]] der Proben kann die Schichtdicke nicht beliebig verkleinert werden. Daraus folgt, dass immer geringere Querschnitte der Messapparaturen und der Zuführungskanäle bis unter 100 µm Durchmesser gefordert sind. So werden Messvolumina von weniger als 50 nl erreicht. Die Fertigung erfolgt mittels [[Fotolithografie (Halbleitertechnik)|Mikrolithographie]] und [[Ätzen]]. Weitere wichtige Eigenschaften von Quarzglas für die Herstellung von Küvetten sind sein hoher [[Fotometrie#Transmissionsmessungen|Reintransmissionsgrad]] zwischen etwa 200 nm bis 4 µm, seine gute chemische Widerstandsfähigkeit und die geringe [[elektrische Leitfähigkeit]].

Der sehr niedrige Ausdehnungskoeffizient von Quarzglas bewirkt dessen hohe Temperaturwechselbeständigkeit. Dies und die hohe Erweichungstemperatur des Quarzglases erlauben es, Bauteile, Rohre und Gefäße herzustellen, die Temperaturen bis max. 1400 °C standhalten.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Einteilung Gläser Chemismus}}
{{Normdaten|TYP=s|GND=4176622-2}}

[[Kategorie:Glasart nach Chemismus]]
[[Kategorie:Isolierstoff]]
[[Kategorie:Glasart nach Wirkung oder Funktion]]

Quarzglas - Versionsgeschichte

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