Кварцові скло - вид скла на основі оксиду кремнію. Двоокис кремнію знаходиться в аморфному стані. Це не призводить до руйнування скла при температурних перепадах, чим не може похвалитися кристалічний кварц. Силікатне скло виробляється шляхом плавки кремнезему (двоокис кремнію), який може бути представлений у вигляді кварцового піску, синтетичної сировини, гірського кришталю або жилавого кварцу.
Силікатне скло відноситься до групи неорганічних стекол. Кварц може утворюватися в природних умовах. Наприклад, удар блискавки в кварцовий пісок призводить до створення кварцового скла. У виробництві силікатне скло часто називається скорочено - кварц. Даний вид оптичного матеріалу має найбільший показник світлопропускання. Так, скло з оксиду кремнію товщиною в 100м пропускає стільки ж світла, як і звичайне віконне скло.
В основі структури матеріалу лежать кремній-кисневі тетраедри, які взаємодіють і зв'язуються між собою завдяки іонів кисню. Строгого порядку в розміщенні тетраедрів немає, хоча вони створюють тривимірні сітки. Така властивість говорить про аморфності силікатного скла.
Матеріалу властивий цілий ряд унікальних характеристик:
- Висока однорідність, що використовується в оптиці;
- Низьке поглинання світла;
- Стійкість до високих і низьких температур, а також амплітудам;
- Гарне опір лазерним випромінюванням високої сили;
- Стійкість до іонізуючого випромінювання;
- Скло з двоокису кремнію хімічно інертно до величезної кількості кислот (виняток - фтористоводнева і ортофосфатної при температурі 300 градусів Цельсія).
Завдяки тому, що кварцове скло не взаємодіє з кислотами та іншими реактивами, воно широко застосовується в процесі виробництва чистих матеріалів (реактори, ампули та ін.)
Одним з основних властивостей кварцового скла вважається стійкість до будь-яких температурних перепадів. Так, силікатні труби легко справляються з різким нагріванням до 900ᵒ С і охолодженням у воді. А бруси з матеріалу, що охолоджуються частково, зберігають з іншого боку температуру нагрівання. Це дає повне право використовувати їх в якості вогнетривкого матеріалу. А тонкі вироби з кварцу застосовуються в оптичних системах, що працюють з інтенсивними джерелами теплового випромінювання. Кварцові скло, властивості якого цінуються практично в будь-якому виробництві, вважається одним з кращих традиційних матеріалів. Особливу любов до силікатної склу живлять напівпровідникова промисловість і виробництво оптичних приладів. Прийнято вважати, що силікатне скло - прекрасний діелектрик. Кварц практично не проводить електричний струм, що також широко використовується в промисловості. Скло з кварцу може застосовуватися у виготовленні сонячних і бактерицидних ламп, спеціальних електротехнічних апаратах.
Область застосування кварцового скла настільки широка, що, здається, немає галузі, в якій би воно не використовувалося. Все лабораторне обладнання для досліджень виготовлено з силікатного скла. Оптичні прилади, ізолятори, космічні обладнання - все це теж виробляється з кварцу.
У видимій інфрачервоної області спектра кварцове скло повністю прозоре. Це робить з нього цінний оптичний матеріал. З кварцу виробляють:
У сучасному виробництві оптичних лінз силікатне скло вважається незамінним матеріалом у виготовленні продукції різної складності. Широкий діапазон прозорості сприяв застосуванню скла в сегменті телекомунікацій (оптоволокно).
Варто розрізняти прозоре і непрозоре кварцове скло. Непрозоре містить у своїй структурі невеликі пухирці газу. Ними визначається колір скла. Прозоре скло ділиться на технічне і оптичне. Силікатне скло, яке використовується в оптиці, володіє гомогенність.
Однорідність (гомогенність) - один з головних показників для оптичних матеріалів. Саме цей параметр визначає характеристики майбутнього продукту. Так, якщо в ньому будуть бульбашки газу або інші включення, складно гарантувати прозорість і високу переломлення.
Безбарвне силікатне скло для оптичних цілей проводиться в трьох серіях:
- 0 - скло, що використовується в агрегатах при звичайних умовах;
- 100 - маркування означає, що скло застосовується у виготовленні деталей, придатних для роботи в області незначно іонізуючого випромінювання;
- 200 - скло придатне для виробництва апаратів, основне застосування яких - робота в агресивних умовах інтенсивного іонізуючого випромінювання.
Незважаючи на серію, склад кварцового скла може бути різним. Для позначення кожного виду скла на виробництві було запропоновано використовувати свій шифр, який значиться як маркування. Найменування продукції складається з букв і цифр, що спрощує поділ матеріалів на типи оптичного скла.
Склад кварцового скла багато в чому визначає властивості матеріалу. Залежно від складу скло відноситься або до технічного, або до оптичного (загального призначення). Існує також силікатне скло прозоре в інфрачервоній області, скло з кремнію, які не темніють від радіоактивних випромінювань, і особливо чистий матеріал. На виробництві є ще і увіолеве скло - спеціальний матеріал, який залишається прозорим при впливі коротких ультрафіолетових променів.
Кварц знайшов застосування у виробництві трубок для рівня рідин. Такі змійовики і трубочки використовуються в металургії, котельних установках, іншому промисловому обладнанні. Труби з кварцу використовуються в електронагріваючих агрегатах, хімічних установках, напівпровідникових системах і світлотехнічної індустрії.
Вироби з кварцового скла можуть виконуватися з прозорого і непрозорого силікатного скла. Так, прозорі колби з кварцу характеризуються:
- Гарну стійкість до високих температур;
- Інертністю до хімічних сполук;
- Чудової оптичної прозорістю.
Непрозорі трубки з кварцового скла володіють наступними характеристиками:
- Висока теплопровідність в порівнянні з прозорим склом;
- Низька собівартість;
- Висока стійкість до високих температур;
- Стійкість до реактивів.
Силікатне скло використовується в суднобудуванні (морському і космічному), при виробництві оглядових ліхтарів, пристроїв, що забезпечують візуальний контроль процесу виробництва, у хімічній та нафтопереробної промисловості. В авіаційному будові кварцове скло також знайшло своє застосування. Силікатне скло в кілька шарів грає роль скління кабін авіаційного транспорту. У літальних апаратах крім скління кабін з силікатного скла облаштовуються системи обігріву цього ж скління.
Крім прозорого і непрозорого кварцу існує і кольорове скло. Колір йому надається в процесі варіння з додаванням оксидів кольорових металів (золота, міді та ін.) При додаванні оксиду заліза виходить скло синього кольору, а при додаванні свинцю - кришталь. Він відноситься до унікального підвиду декоративного силікатного скла. За радянських часів наявність кришталевого посуду свідчило про високий статус господаря. У наш час посуд з кришталю втратила своє значення, а матеріал став використовуватися у виготовленні люстр, бра, настінних і настільних світильників.
Виробники виготовляють кварцове скло по ГОСТ. Нормативний документ спрощує виробничі процеси шляхом їх врегулювання. Так, загальні технічні умови знаходяться в ГОСТ 15130-86. Оптичне кварцове скло ГОСТ призначене для виробів, які працюють в умовах проходження односпрямованого світла. Нормативний документ передбачає випуск продукції і заготовок в діаметрі до 1200 мм.