Formen und Umformen von Quarzglas

Quarzglas kann wie jedes andere Glas auch bearbeitet werden. Allgemein lassen sich die Verfahren wie folgt unterteilen:

• Mechanische Bearbeitung
• Heißumformen

Im Folgenden möchten wir Ihnen einige allgemeine Informationen über diese Verfahren und ihren Einfluss auf die Eigenschaften von Quarzglas zur Verfügung stellen.

Mechanische Bearbeitung

Aufgrund der Härte von Quarzglas werden für dessen mechanische Bearbeitung Diamantwerkzeuge benötigt. Und da Quarzglas zerbrechlich ist, muss die Kraft, die bei der Bearbeitung einwirkt, begrenzt werden. Aus diesem Grund ist bei der Bearbeitung eine sorgfältige Auswahl der Vorschubgeschwindigkeit erforderlich.

Allgemeine Verfahren sind:

• Schneiden:
  Zum Schneiden von Quarzglas kommen in der Regel Band- und Seilsägen sowie auch Kappsägen zum Einsatz. Schnittverlust und Oberflächengüte sind von der verwendeten Maschine und der Vorschubgeschwindigkeit abhängig.
  Außerdem kann Quarzglas mit CO2-Lasern oder Wasserstrahlschneidemaschinen geschnitten werden. Während ein Laser dabei eine flammenpolierte Oberfläche erzeugt, entsteht beim Wasserstrahlschneiden eine rauhere Oberfläche. Wenn die Dicke des Quarzglases für einen einzelnen Schnitt mit dem Laser zu groß ist, können auch mehrere aufeinanderfolgende Schnitte ausgeführt werden. Nach einem Laserschnitt muss das Quarzglasteil spannungsfrei geglüht werden, um thermisch induzierte Spannungen zu beseitigen und ein Brechen des Werkstücks zu verhindern.
  Sowohl ein Laser als auch ein Wasserstrahl ermöglichen das Zuschneiden von Quarzglasplatten in einfache oder komplexe Konturen.
• Bohren:
  Löcher in kleinen Stäben aus Quarzglas können mit Diamantbohrern hergestellt werden. Dabei ist eine ausreichende Kühlung sehr wichtig, um ein vorzeitiges Versagen des Werkzeugs zu vermeiden. Bei dünnen Werkstücken aus Quarzglas, z. B.  Platten , ist der Laser das beste Werkzeug zum Herstellen von Löchern.
• Schleifen
• Fräsen

Heißumformen

Das Heißumformen von Quarzglas setzt eine Menge Erfahrung voraus. Aufgrund des hohen Schmelzpunktes und steilen Viskositätsabfalls ist der Temperaturbereich, in dem Quarzglas verarbeitet werden kann, sehr klein. Bei zu niedriger Temperatur bleibt Quarzglas fest, ist sie zu hoch, wird Quarzglas sehr weich, fast flüssig; es verdampft und bildet Rußstaub.

Außerdem macht die Warmbearbeitung von Quarzglas einen Glühschritt (oder mehrere Zwischenglühschritte) erforderlich, um thermisch induzierte Spannungen zu beseitigen. Wenn dabei Fehler auftreten, kann das Glas jederzeit brechen.

• Schweißen:
  Zwei Werkstücke aus Quarzglas können durch Schweißen miteinander verbunden werden. Dabei ist es wichtig, die beiden Werkstücke zu erwärmen und die Temperatur hoch genug zu halten, damit keine kritischen thermischen Spannungen auftreten. Bei diesem Verfahren wird ein kleiner Quarzglasstab (ein  Schweißstab ) lokal geschmolzen, um den Spalt zwischen den beiden Quarzglasteilen zu füllen. Nach dem Ausführen der Schweißnaht, oder bei großen Teilen auch in mehreren Abschnitten, muss das Werkstück spannungsfrei geglüht werden, um thermische Spannungen abzubauen.
• Glasblasen
• Dehnen/Stauchen
• Kollabieren:
  Bei diesem Verfahren wird ein Glasrohr lokal bis zur Erweichungstemperatur erhitzt; anschließend wird das Innere mit Unterdruck beaufschlagt, wodurch das Rohr seinen Durchmesser verringert. Das Verfahren wird häufig bei der  Lichtleitfaserherstellung eingesetzt, um den Mantel (Cladding) auf den Kernstab zu kollabieren.
  In seiner extremsten Form ist das Verfahren in der Lage, Stäbe aus einem Rohr zu erzeugen. Dies ist in der Regel bei der  CVD-Bearbeitung der Fall .

Sonstiges

• Ätzen