Fusing is carried out at approximately 2200 °C using an electrically heated furnace (electric melting process) or a gas/oxygen-fired furnace (flame melting process).[6]​ Fused silica can be manufactured from almost any silicon-rich chemical precursor, generally using a continuous process involving flame fusion by oxidation of volatile silicon compounds to silicon dioxide and thermal fusion of the resulting powder (although alternative processes are used). This results in a transparent glass with ultra-high purity and high optical transmission in the deep ultraviolet. A common method involves adding silicon tetrachloride to a hydrogen-oxygen flame.

Fused quartz is normally transparent. However, the material can become translucent if small air bubbles are trapped inside. The water content (and therefore infrared transmission) of fused quartz is determined by the manufacturing process. Flame-molten material always has a higher water content due to the combination of hydrocarbons and oxygen that feed the furnace, forming [OH] groups (hydroxyl groups) within the material. An IR grade material typically has an [OH] content of less than 10 ppm.[7]​.

Contenido

Muchas aplicaciones ópticas del cuarzo fundido explotan su amplio rango de transparencia, que puede extenderse bien en el ultravioleta y en el infrarrojo cercano a medio. El cuarzo fundido es el material de partida clave de la fibra óptica utilizada en los sistemas de telecomunicaciones por cable.

Debido a su resistencia y alto punto de fusión (en comparación con el vidrio ordinario), el cuarzo fundido se utiliza como envoltura para lámparas halógenas y lámparas de descarga de alta intensidad, que deben funcionar a temperaturas elevadas para lograr su combinación de alto brillo y larga vida. Algunas válvulas termoiónicas de alta potencia utilizaron envolturas de sílice cuya buena transmisión en longitudes de onda infrarrojas facilitaba el enfriamiento radiativo de sus ánodos incandescentes.

Debido a su resistencia física, el cuarzo fundido se utilizó en buques de buceo profundo como la batiesfera") y el bentoscopio y en las ventanas de naves espaciales tripuladas, incluidos el Transbordador STS y la Estación Espacial Internacional.[8]​ El cuarzo fundido también se utilizó en el desarrollo de blindajes compuestos.[9]​.

En la industria de semiconductores, su combinación de resistencia, estabilidad térmica y transparencia UV lo convierten en un excelente sustrato para fotolitografía.

Su transparencia UV también se utiliza en las ventanas dispuestas en las memorias EPROM (memoria de solo lectura borrables y programables), un tipo de chips de memoria no volátil que se pueden borrar mediante la exposición a una luz ultravioleta intensa. Las memorias EPROM se reconocen por su ventana de cuarzo fundido transparente (aunque algunos modelos posteriores utilizan resina transparente a los rayos UV) que se encuentra en la parte superior del encapsulado, a través de la cual se puede ver el chip de silicio, y que permite el paso de la radiación ultravioleta para borrar su contenido.[10]​[11]​.

Debido a su estabilidad térmica y composición, se utiliza en el conocido como cristal de memoria Superman[12]​ y en hornos de fabricación de semiconductores.[13]​[14]​.

El cuarzo fundido tiene propiedades casi ideales para fabricar soportes de espejos primarios como los que se utilizan en los telescopios. El material se comporta de una manera predecible y permite al fabricante óptico aplicar un pulido muy suave a la superficie y producir la figura deseada con menos iteraciones de prueba. En algunos casos, se ha utilizado un grado UV de cuarzo fundido de alta pureza para fabricar varios de los elementos de lente individuales sin revestimiento para propósitos especiales, incluidos la lente Zeiss 105 mm f/4.3 UV Sonnar, fabricada anteriormente para la cámara Hasselblad, y la Nikon UV-Nikkor 105 mm f/4.5 (actualmente vendida como Nikon PF10545MF-UV). Estas lentes se utilizan para fotografía UV, ya que el vidrio de cuarzo puede ser transparente a longitudes de onda mucho más cortas que las lentes fabricadas con fórmulas de vidrio flint o crown más comunes.

El cuarzo fundido se puede metalizar y grabar para su uso como sustrato para circuitos de microondas de alta precisión. Su estabilidad térmica lo convierte en una buena opción para filtros de banda estrecha y aplicaciones exigentes similares. La constante dieléctrica más baja que la de la alúmina permite pistas de mayor impedancia o sustratos más delgados.

Applications as refractory material

Fused quartz as an industrial raw material is used to manufacture various refractory shapes, such as crucibles, trays, covers and rollers for many high-temperature thermal processes, including steelmaking, precision casting") and glass manufacturing. Refractory shapes made from fused quartz have excellent resistance to thermal shock and are chemically inert to most elements and compounds, including virtually all acids, regardless of concentration, except hydrofluoric acid, which is very reactive even at fairly high concentrations. Translucent fused quartz tubes are commonly used for lining electrical elements in space heaters, industrial furnaces, and other similar applications.

Due to its low mechanical damping at ordinary temperatures, it is used for high-quality resonators, in particular for hemispherical vibrating structure gyroscopes.[15]​[16]​ For the same reason, fused quartz is also the material used in modern glass musical instruments, such as the glassphone and musical cups, and is also used for reconstructions of historical glass harmonicas, giving these instruments a greater dynamic range and clearer sound than lead glass originally used.

Quartz glassware is occasionally used in chemistry laboratories when standard borosilicate glass cannot withstand high temperatures or when high UV transmission is required. The production cost is significantly higher, which limits its use. It is usually found as a single basic element, such as a tube in a furnace, or like a flask, parts directly exposed to heat.

Su coeficiente de expansión térmica extremadamente bajo, de alrededor de (20?320 °C), explica su notable capacidad para soportar grandes y rápidos cambios de temperatura sin agrietarse (véase colapso térmico).

El cuarzo fundido es propenso a presentar fosforescencia y "solarización" (decoloración violácea) bajo una intensa iluminación ultravioleta, como suele observarse en los tubos de flash. La sílice fundida sintética de "grado UV" (que se vende bajo varios nombres comerciales, incluidos "HPFS", "Spectrosil" y "Suprasil") tiene un contenido de impurezas metálicas muy bajo, lo que la hace transparente en el rango del ultravioleta profundo. Una óptica con un espesor de 1 cm tiene una transmitancia de alrededor del 50 % a una longitud de onda de 170 nm, que se reduce a solo un pequeño porcentaje a 160 nm. Sin embargo, su transmisión infrarroja está limitada por la fuerte absorción de agua a 2,2 µm y 2,7 µm.

El cuarzo fundido de "grado infrarrojo" (nombres comerciales "Infrasil", "Vitreosil IR" y otros), que se funde eléctricamente, tiene una mayor presencia de impurezas metálicas, lo que limita su longitud de onda de transmitancia UV a alrededor de 250 nm, pero un contenido de agua mucho menor, lo que lleva a una excelente transmisión infrarroja de hasta 3,6 µm de longitud de onda. Todos los grados de cuarzo fundido/sílice fundida transparentes tienen propiedades mecánicas casi idénticas.

refractive index

The optical dispersion of molten quartz can be approximated by the Sellmeier equation:[17]​.

where the wavelength is measured in micrometers. This equation is valid between 0.21 and 3.71 µm and at 20 °C.[17]​ Its validity was confirmed for wavelengths up to 6.7 µm.[4]​ Experimental data for the real (refractive index) and imaginary (absorption index) parts of the complex refractive index of fused quartz reported in the literature over the spectral range from 30 nm to 1000 µm have been reviewed by Kitamura et al.[4]​ and are available online.

Its fairly high Abbe number of 67.8 makes it one of the glasses with the lowest dispersion at visible wavelengths, in addition to having an exceptionally low refractive index in the visible range (n = 1.4585). Note that fused quartz has a different and lower refractive index compared to crystalline quartz, which exhibits birefringence with refractive indices n = 1.5443 and n = 1.5534 at the same wavelength. Although these forms have the same chemical formula, their different structures result in different optical and physical properties.

Fusing is carried out at approximately 2200 °C using an electrically heated furnace (electric melting process) or a gas/oxygen-fired furnace (flame melting process).[6]​ Fused silica can be manufactured from almost any silicon-rich chemical precursor, generally using a continuous process involving flame fusion by oxidation of volatile silicon compounds to silicon dioxide and thermal fusion of the resulting powder (although alternative processes are used). This results in a transparent glass with ultra-high purity and high optical transmission in the deep ultraviolet. A common method involves adding silicon tetrachloride to a hydrogen-oxygen flame.

Fused quartz is normally transparent. However, the material can become translucent if small air bubbles are trapped inside. The water content (and therefore infrared transmission) of fused quartz is determined by the manufacturing process. Flame-molten material always has a higher water content due to the combination of hydrocarbons and oxygen that feed the furnace, forming [OH] groups (hydroxyl groups) within the material. An IR grade material typically has an [OH] content of less than 10 ppm.[7]​.

Contenido

Muchas aplicaciones ópticas del cuarzo fundido explotan su amplio rango de transparencia, que puede extenderse bien en el ultravioleta y en el infrarrojo cercano a medio. El cuarzo fundido es el material de partida clave de la fibra óptica utilizada en los sistemas de telecomunicaciones por cable.

Debido a su resistencia y alto punto de fusión (en comparación con el vidrio ordinario), el cuarzo fundido se utiliza como envoltura para lámparas halógenas y lámparas de descarga de alta intensidad, que deben funcionar a temperaturas elevadas para lograr su combinación de alto brillo y larga vida. Algunas válvulas termoiónicas de alta potencia utilizaron envolturas de sílice cuya buena transmisión en longitudes de onda infrarrojas facilitaba el enfriamiento radiativo de sus ánodos incandescentes.

Debido a su resistencia física, el cuarzo fundido se utilizó en buques de buceo profundo como la batiesfera") y el bentoscopio y en las ventanas de naves espaciales tripuladas, incluidos el Transbordador STS y la Estación Espacial Internacional.[8]​ El cuarzo fundido también se utilizó en el desarrollo de blindajes compuestos.[9]​.

En la industria de semiconductores, su combinación de resistencia, estabilidad térmica y transparencia UV lo convierten en un excelente sustrato para fotolitografía.

Su transparencia UV también se utiliza en las ventanas dispuestas en las memorias EPROM (memoria de solo lectura borrables y programables), un tipo de chips de memoria no volátil que se pueden borrar mediante la exposición a una luz ultravioleta intensa. Las memorias EPROM se reconocen por su ventana de cuarzo fundido transparente (aunque algunos modelos posteriores utilizan resina transparente a los rayos UV) que se encuentra en la parte superior del encapsulado, a través de la cual se puede ver el chip de silicio, y que permite el paso de la radiación ultravioleta para borrar su contenido.[10]​[11]​.

Debido a su estabilidad térmica y composición, se utiliza en el conocido como cristal de memoria Superman[12]​ y en hornos de fabricación de semiconductores.[13]​[14]​.

El cuarzo fundido tiene propiedades casi ideales para fabricar soportes de espejos primarios como los que se utilizan en los telescopios. El material se comporta de una manera predecible y permite al fabricante óptico aplicar un pulido muy suave a la superficie y producir la figura deseada con menos iteraciones de prueba. En algunos casos, se ha utilizado un grado UV de cuarzo fundido de alta pureza para fabricar varios de los elementos de lente individuales sin revestimiento para propósitos especiales, incluidos la lente Zeiss 105 mm f/4.3 UV Sonnar, fabricada anteriormente para la cámara Hasselblad, y la Nikon UV-Nikkor 105 mm f/4.5 (actualmente vendida como Nikon PF10545MF-UV). Estas lentes se utilizan para fotografía UV, ya que el vidrio de cuarzo puede ser transparente a longitudes de onda mucho más cortas que las lentes fabricadas con fórmulas de vidrio flint o crown más comunes.

El cuarzo fundido se puede metalizar y grabar para su uso como sustrato para circuitos de microondas de alta precisión. Su estabilidad térmica lo convierte en una buena opción para filtros de banda estrecha y aplicaciones exigentes similares. La constante dieléctrica más baja que la de la alúmina permite pistas de mayor impedancia o sustratos más delgados.

Applications as refractory material

Fused quartz as an industrial raw material is used to manufacture various refractory shapes, such as crucibles, trays, covers and rollers for many high-temperature thermal processes, including steelmaking, precision casting") and glass manufacturing. Refractory shapes made from fused quartz have excellent resistance to thermal shock and are chemically inert to most elements and compounds, including virtually all acids, regardless of concentration, except hydrofluoric acid, which is very reactive even at fairly high concentrations. Translucent fused quartz tubes are commonly used for lining electrical elements in space heaters, industrial furnaces, and other similar applications.

Due to its low mechanical damping at ordinary temperatures, it is used for high-quality resonators, in particular for hemispherical vibrating structure gyroscopes.[15]​[16]​ For the same reason, fused quartz is also the material used in modern glass musical instruments, such as the glassphone and musical cups, and is also used for reconstructions of historical glass harmonicas, giving these instruments a greater dynamic range and clearer sound than lead glass originally used.

Quartz glassware is occasionally used in chemistry laboratories when standard borosilicate glass cannot withstand high temperatures or when high UV transmission is required. The production cost is significantly higher, which limits its use. It is usually found as a single basic element, such as a tube in a furnace, or like a flask, parts directly exposed to heat.

Su coeficiente de expansión térmica extremadamente bajo, de alrededor de (20?320 °C), explica su notable capacidad para soportar grandes y rápidos cambios de temperatura sin agrietarse (véase colapso térmico).

El cuarzo fundido es propenso a presentar fosforescencia y "solarización" (decoloración violácea) bajo una intensa iluminación ultravioleta, como suele observarse en los tubos de flash. La sílice fundida sintética de "grado UV" (que se vende bajo varios nombres comerciales, incluidos "HPFS", "Spectrosil" y "Suprasil") tiene un contenido de impurezas metálicas muy bajo, lo que la hace transparente en el rango del ultravioleta profundo. Una óptica con un espesor de 1 cm tiene una transmitancia de alrededor del 50 % a una longitud de onda de 170 nm, que se reduce a solo un pequeño porcentaje a 160 nm. Sin embargo, su transmisión infrarroja está limitada por la fuerte absorción de agua a 2,2 µm y 2,7 µm.

El cuarzo fundido de "grado infrarrojo" (nombres comerciales "Infrasil", "Vitreosil IR" y otros), que se funde eléctricamente, tiene una mayor presencia de impurezas metálicas, lo que limita su longitud de onda de transmitancia UV a alrededor de 250 nm, pero un contenido de agua mucho menor, lo que lleva a una excelente transmisión infrarroja de hasta 3,6 µm de longitud de onda. Todos los grados de cuarzo fundido/sílice fundida transparentes tienen propiedades mecánicas casi idénticas.

refractive index

The optical dispersion of molten quartz can be approximated by the Sellmeier equation:[17]​.

where the wavelength is measured in micrometers. This equation is valid between 0.21 and 3.71 µm and at 20 °C.[17]​ Its validity was confirmed for wavelengths up to 6.7 µm.[4]​ Experimental data for the real (refractive index) and imaginary (absorption index) parts of the complex refractive index of fused quartz reported in the literature over the spectral range from 30 nm to 1000 µm have been reviewed by Kitamura et al.[4]​ and are available online.

Its fairly high Abbe number of 67.8 makes it one of the glasses with the lowest dispersion at visible wavelengths, in addition to having an exceptionally low refractive index in the visible range (n = 1.4585). Note that fused quartz has a different and lower refractive index compared to crystalline quartz, which exhibits birefringence with refractive indices n = 1.5443 and n = 1.5534 at the same wavelength. Although these forms have the same chemical formula, their different structures result in different optical and physical properties.