Quars fos

Esta esfera de quars fos es va fabricar per al seu us en un giroscopi en l'experiment Gravity Probe B. És una de les esferes més precises jamai fabricades, ya que es desvia d'una esfera perfecta en no més de 40 àtoms de gruixa.

El quars fos, sílice fosa o vidre de quars és un vidre que consistix en sílice (diòxit de silici, SiO₂) casi pur en forma amorfa (és dir, no cristalina). Açò fa que diferixca de tots els demés vidres comercials, com el vidre comú, el vidre de plom o el vidre borosilicatado, en els que s'agreguen atres substàncies que canvien les propietats òptiques i físiques dels vidres, com reduir la temperatura de fusió, el ranc de transmissió espectral o la resistència mecànica. El quars fos, per lo tant, té altes temperatures de treball i fusió, lo que ho fa difícil de molejar i menys desijable per a la majoria de les aplicacions comunes, pero és molt més forta, més resistent als agents químics i presenta una dilatació tèrmica més baixa, lo que ho fa molt adequat per a molts usos especialisats, com l'allumenament i les aplicacions científiques.

Els térmens quars fos i sílice fosa s'usen indistintament, pero poden referir-se a diferents tècniques de fabricació, lo que dona com a resultat diferents traces d'impurees. No obstant, el quars fos, en estar en l'estat vítreo, té propietats físiques prou diferents en comparació al cuarzo cristalí, a pesar d'estar compost per la mateixa substància. Per les seues propietats físiques, troba usos especials en la fabricació de semiconductors i en equips de laboratori.

En comparació a atres vidres comuns, la transmissió òptica del sílice pur s'estén be en les llongituts d'ona de la radiació ultravioleta i de la radiació infrarroja, per lo que s'utilisa per a fabricar lents i atres productes òptics per a estes llongituts d'ona. Depenent dels processos de fabricació, les impurees restringiran la transmissió òptica, lo que donarà com resultat graus comercials de quars fos optimisats per al seu us en el infrarroig o en el ultravioleta. La seua baixa dilatació tèrmica ho convertix en un material útil per a substrats d'espills de precisió o plaques òptiques planes.

Fabricació

El quars fos es produïx per mig de la fusió d'arena de sílice d'alta purea, que consta de cristals de cuarzo. Hi ha quatre tipos bàsics de vidre de sílice comercial:

• El tipo I es produïx per mig de la fusió per inducció de quars natural en buit o en una atmòsfera inerte.
• El tipo II es produïx per mig de la fusió de pols de cristal de quars en una flama d'alta temperatura.
• El tipo III es produïx per mig de la crema de SiCl₄ en una flama d'hidrogen-oxigen.
• El tipo IV es produïx per mig de la crema de SiCl₄ en una flama de plasma sense vapor d'aigua.

El quars conté sol silici i oxigen, encara que el vidre de quars comercial a sovint conté impurees. Dos impurees dominants són l'alumini i el titani, que afecten a la transmissió òptica en llongituts d'ona ultravioleta. Si hi ha aigua present en el procés de fabricació, poden incrustar-se grups hidroxilo (OH) en la massa vítrea, lo que reduïx la transmissió en el ranc infrarroig.

Fusió

La fusió s'efectua aproximadament a 2200 °C utilisant un forn calfat eléctricamente (procés de fos elèctric) o un forn alimentat en gas/oxigen (procés de fos en flama). La sílice fosa es pot fabricar a partir de casi qualsevol precursor químic ric en silici, generalment utilisant un procés continu que implica la fusió a la flama per oxidació de composts volàtils de silici a diòxit de silici i la fusió tèrmica de la pols resultant (encara que s'utilisen processos alternatius). Açò dona com resultat un vidre transparent en una purea ultraalta i una transmissió òptica elevada en el ultravioleta profunt. Un método comú implica agregar tetracloruro de silici a una flama d'hidrogen-oxigen.