Quarz vs. Quarzglas: Was sind die Unterschiede?

Die Liste der Begriffe, die zur Beschreibung verschiedener Materialien auf Siliziumdioxidbasis verwendet werden, ist verwirrend, lang und wird oft missverstanden.

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In diesem Artikel werden die einzigartigen Eigenschaften von Quarzglas und Quarz sowie einige verwandte Materialien untersucht, um die Verwirrung um diese Begriffe zu beseitigen.

Quarz vs. Siliziumdioxid

Eines der wichtigsten Dinge, die Sie über Quarzglas und Quarz wissen sollten, ist, dass beide hauptsächlich aus Siliziumdioxid bestehen, auch bekannt als Siliziumdioxid. Siliciumdioxid ist der Hauptbestandteil der meisten Glasarten und hat die chemische Formel SiO2.

Mineralquarz ist die Hauptform, in der Kieselsäure in der Natur vorkommt; Mineralquarz macht einen nennenswerten Anteil der Erdkruste aus und ist ein hartes, transparentes kristallines Material. Quarz enthält neben Siliciumdioxid auch natürlich vorkommende Verunreinigungen in verschiedenen Anteilen, die von seiner geologischen Herkunft abhängen.

‚Siliciumdioxid‘ bezieht sich auf eine bestimmte chemische Verbindung, Siliciumdioxid, mit der chemischen Formel SiO2. Inzwischen ist Quarz ein natürlich vorkommendes kristallines Mineral, das hauptsächlich aus Kieselsäure besteht, aber einige Verunreinigungen enthält.

Kristalline und amorphe Feststoffe

Um die Unterschiede zwischen verschiedenen Materialien auf Siliziumdioxidbasis zu verstehen, müssen zunächst die grundlegenden Unterschiede zwischen amorphen Feststoffen und kristallinen Feststoffen verstanden werden.

Die Art und Weise, wie die Atome in den Festkörpern angeordnet sind, definiert den Unterschied. Die konstituierenden Atome sind in regelmäßigen, sich wiederholenden Mustern angeordnet, die als Kristallgitter in einem kristallinen Feststoff bekannt sind. Ein Beispiel für ein kristallines Material auf Siliziumdioxidbasis ist Quarz: sauerstoff- und Siliziumatome sind in einer wohldefinierten geordneten Struktur angeordnet.

Die Atome in einem amorphen Festkörper haben jedoch keine weiträumige Ordnung. In einem amorphen Feststoff ähnelt die scheinbar zufällige Anordnung der Moleküle der einer Flüssigkeit, nur dass sie sich nicht bewegen und stattdessen fixiert sind.

Amorphe Feststoffe bilden die meisten Materialien, die wir als „Glas“ betrachten. In der Tat kann der Begriff „glasig“ verwendet werden, um jedes Material mit einer amorphen atomaren Struktur zu beschreiben.

Die Eigenschaften eines Materials können stark davon beeinflusst werden, ob seine Atome zufällig ausgerichtet oder geordnet angeordnet sind. Der Glasübergangseffekt amorpher Feststoffe ist eines der auffälligsten Beispiele dafür.

Jenseits des Bereichs von Siliziumdioxid oder anderen Oxid-basierten Materialien werden ungeordnete „glasige“ Metalle oft wegen ihrer ungewöhnlichen mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu anderen konventionellen Metallen ausgewählt.

Quarz und andere Materialien auf Siliziumdioxidbasis können sowohl hinsichtlich ihrer amorphen oder kristallinen als auch ihrer chemischen Zusammensetzung charakterisiert werden.

Definieren von Materialien auf Siliziumdioxidbasis

Nachdem die Grundlagen festgelegt wurden, werden in diesem Artikel die Unterschiede zwischen Quarzglas, Quarz und anderen Materialien auf Siliziumdioxidbasis untersucht.

Quarz

Quarz ist, wie oben erwähnt, die Hauptform von Kieselsäure, die natürlich vorkommt. Quarz ist ein kristalliner Feststoff, was bedeutet, dass es sehr unterschiedliche Eigenschaften von Glas hat, während es immer noch Glas sowohl in Bezug auf seine chemische Zusammensetzung und Aussehen ähnelt.

Es gibt begrenzte industrielle Anwendungen von Quarz (dh das kristalline Mineral). Quarzoszillatoren finden sich jedoch in elektronischen Systemen, am bekanntesten in Armbanduhren.

Industrielle Quarzanwendungen verwenden manchmal hergestellten „synthetischen Quarz“. Dieses Material würde vielleicht genauer als kristallines Siliciumdioxid beschrieben, wird aber oft einfach als „Quarz“ bezeichnet.“

Quarzglas und Quarzglas

Das Wort „fused“ bezieht sich hier auf einen Verarbeitungsschritt: Quarzglas ist nominell reines Siliciumdioxid, das geschmolzen und abgekühlt wurde, um einen glasigen, amorphen Feststoff zu bilden.

Quarzglas enthält keine Zusätze und ähnelt in vielerlei Hinsicht anderen Gläsern. Quarzglas hat als Spezialmaterial mehrere Hochleistungsanwendungen.

Die Begriffe „Quarzglas“ und „Quarzglas“ werden häufig austauschbar verwendet. „Quarzglas“ bezieht sich jedoch genauer auf einen amorphen Feststoff, der durch Schmelzen von natürlich vorkommendem Quarz gebildet wird. Dies bedeutet, dass Quarzglas zwar angeblich reines SiO2 ist, Quarzglas jedoch Verunreinigungen enthält, die davon abhängen, welcher Quarz verwendet wurde.

Quarzglas und Quarzglas

Beide Begriffe werden häufig allgemeiner verwendet und gelten normalerweise als austauschbar. Diese Begriffe könnten sich beide entweder auf Quarzglas oder Quarzglas beziehen.

Anwendungen von Quarzglas

Die amorphe Struktur von Quarzglas verleiht ihm mehrere sehr wünschenswerte und unterschiedliche elektrische, mechanische und thermische Eigenschaften, während es Quarz chemisch ähnlich ist.

Es ist üblich, dass Gläser Additive wie Erdalkalimetalle, Alkali oder andere Oxide enthalten, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften zu verbessern und die Glasverarbeitungstemperatur (Schmelztemperatur) zu senken; Quarzglas ist jedoch sehr rein. Dies führt dazu, dass es höhere Arbeitstemperaturen hat und gleichzeitig andere Eigenschaften als andere Gläser bietet.

Quarzglas dehnt sich beim Erhitzen oder Abkühlen nicht stark aus oder zieht sich nicht zusammen, da es einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat. Dies bedeutet, dass Quarzglas einer sehr schnellen Erwärmung oder Abkühlung ohne Rissbildung standhält und sehr widerstandsfähig gegen Wärmeschocks ist.

Die thermischen Eigenschaften von Quarzglas machen es sehr wertvoll für Hochtemperatur-Industriekomponenten wie Glasherstellung, Boote für die Stahlherstellung, Schalen und Tiegel.

Es gibt ein sehr breites Lichtspektrum, in dem Quarzglas transparent ist und sich zwischen fernem Infrarot und tiefem Ultraviolett erstreckt. Dies macht es zu einer Schlüsselkomponente in einer Reihe von Linsen, Spiegeln und anderen UV- oder IR-durchlässigen Optiken sowie in optischen Fasern.

Quarzglas ist gegen die meisten Säuren (ausgenommen Flusssäure) beständig und zudem chemisch äußerst inert. Chemisch inert zu sein, verleiht Quarzglas biomedizinischen Anwendungen, oft in Form von porösem Siliciumdioxid.

Die Kombination aus Festigkeit, Transparenz und thermischer Stabilität macht Quarzglas zu einem starken Kandidaten für die Entwicklung neuer Anwendungen, einschließlich geätzter Mikrowellenschaltungen, Photolithographiesubstrate und als Schutzschicht in Halbleiterbauelementen.

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