Vidro de quartzo explicado: das classes de material às peças acabadas

O vidro de quartzo é uma forma amorfa de dióxido de silício de elevada pureza, utilizada quando o vidro comum não consegue satisfazer os requisitos ópticos e térmicos do cliente. Este vidro tem de apresentar as características ópticas e térmicas adequadas às exigências da aplicação. Depois, seleciona-se a classe e especificam-se as dimensões e a qualidade da superfície do vidro. Duas janelas ‘incolores’ podem ser muito diferentes e apresentar propriedades distintas.

Atualizado em outubro de 2026

Vidro de quartzo, quartzo fundido e sílica fundida

O termo vidro de quartzo designa um material de sílica no estado vítreo. A fusão do quartzo natural produz um vidro designado por quartzo fundido, enquanto um precursor químico sintético dá origem a sílica fundida. Ambos são amorfos. Numa estrutura cristalina, como a do quartzo, existe uma organização ordenada, e determinadas propriedades dependem da orientação. Estas propriedades do quartzo dependentes da orientação não devem ser aplicadas a uma placa de vidro.

De que é feito o vidro de quartzo?

O vidro de quartzo é composto principalmente por dióxido de silício, SiO₂. Os fabricantes fundem matéria-prima de quartzo natural (puro) ou produzem sílica sintética a partir de precursores químicos. O vidro resultante não apresenta uma estrutura cristalina repetitiva como a do mineral quartzo. As classes diferem entre si em função da quantidade de metais vestigiais e de defeitos, bem como dos grupos hidroxilo.

Pense na composição como os ingredientes de um prato e na estrutura como a forma como estão organizados. Os ingredientes podem ser os mesmos, mas o produto final pode apresentar propriedades ópticas muito diferentes. Lisa Moore e Charlene Smith explicam estas diferenças na sua revisão das propriedades da sílica fundida. Ambas as autoras estavam ligadas à Corning.

Mesmo para vidro de quartzo de elevada pureza, a especificação de compra tem de indicar a classe do produtor. Designações como JGS1 e JGS2 também exigem uma ficha técnica correspondente do fornecedor. A designação da classe, a respetiva curva óptica e o certificado exigido devem constar em conjunto na encomenda.

Que propriedades influenciam a escolha do material?

A dilatação térmica, a resistência ao calor e o comportamento óptico determinam se o vidro de quartzo justifica a transformação adicional que exige. A baixa dilatação permite que uma peça mantenha as suas dimensões quando ocorrem variações de temperatura. Os limites de funcionamento, porém, variam consoante o processo de produção. A temperatura a que uma peça amolece é uma propriedade diferente da temperatura máxima de serviço.

O vidro de quartzo é resistente ao calor?

Sim, o vidro de quartzo oferece resistência a temperaturas elevadas, mas a temperatura de utilização depende da classe. A Heraeus indica temperaturas máximas de trabalho contínuo de 1160 °C para quartzo fundido eletricamente, 1110 °C para quartzo fundido à chama e 950 °C para sílica sintética fundida. Estes valores representativos do material devem ser interpretados tendo em conta a carga, a geometria e a duração da exposição.

Fonte: tabelas de propriedades dos materiais da Heraeus. Estes são os valores representativos indicados pelo fabricante para cada processo. Uma peça fina sem carga e um componente de forno sujeito a carga não têm automaticamente o mesmo limite de serviço.

Exemplo de dilatação livre

Pressupostos do cálculo: um elemento retilíneo sem restrições à dilatação, aquecimento uniforme e o coeficiente médio publicado pela Heraeus para o intervalo indicado. Para um comprimento livre de 100 mm aquecido de 0 °C a 100 °C, um coeficiente médio de 5,1 × 10⁻⁷/K resulta numa dilatação calculada de 0,0051 mm, ou 5,1 µm.

ΔL = L × α × ΔT = 100 mm × 5,1 × 10⁻⁷/K × 100 K = 0,0051 mm

Este valor corresponde à dilatação livre da peça; não determina a folga necessária para a montagem. Outros fatores, como a presença de um suporte metálico, o aquecimento não uniforme e a força de um grampo de fixação, também podem afetar o resultado. No seu estudo de dilatação de 2024, o National Institute of Standards and Technology observou, ao examinar três amostras de sílica, diferenças superiores à incerteza de medição de uma única amostra.

Para um componente isolante, especifique separadamente o requisito dielétrico e a classe óptica. A durabilidade em serviço a quente também é afetada pela forma como o componente é manuseado. As orientações da Momentive Technologies indicam que os álcalis presentes na superfície, incluindo os depósitos provenientes da transpiração, provocam desvitrificação. No fabrico de um tubo de forno, é essencial assegurar um manuseamento limpo e proteger os componentes contra a contaminação.

Escolha o vidro de quartzo pelo comprimento de onda, não pela transparência

Selecione o vidro de quartzo com base numa curva de transmissão luminosa para o comprimento de onda de funcionamento e a espessura da peça. Um aspeto incolor à luz visível não revela a absorção nas bandas ultravioleta ou infravermelha. Isto não indica a absorção nas regiões UV e IR. A escolha entre quartzo fundido e classes sintéticas é influenciada pelo teor de hidroxilos, pelo tipo e nível de defeitos e pela irradiação.

O vidro de quartzo bloqueia a radiação UV?

Muitas classes de vidro de quartzo transmitem luz UV e, por isso, são utilizadas em componentes ópticos e janelas UV. A transmissão luminosa depende do comprimento de onda, da espessura e da classe. A Corning inclui KrF a 248 nm e ArF a 193 nm entre as aplicações de litografia dos seus materiais HPFS. Nem todas as classes ópticas podem ser substituídas por uma placa incolor.

Para utilização no infravermelho, a absorção pelos grupos hidroxilo merece atenção. A revisão de Moore e Smith descreve uma banda fundamental de OH próxima de 2,73 µm, com harmónicas próximas de 2,24 µm e 1,37 µm. Existem classes sintéticas secas, pelo que a designação “sintética”, por si só, não revela o teor de OH.

A Heraeus identifica o Infrasil como quartzo natural fundido com um teor de OH igual ou inferior a 8 ppm e apresenta-o como adequado a aplicações no infravermelho próximo com níveis de potência mais baixos. Esta indicação fornece um ponto de partida útil com uma classe identificada para uma janela de infravermelho próximo de baixa intensidade.

Verificação da adequação ao comprimento de onda

Antes de comparar preços de janelas acabadas, confirme que a família de materiais é adequada à fonte luminosa, ao percurso óptico e à exposição.

A comparação UV/IR da Edmund Optics apresenta curvas para uma espessura de 5 mm, sem perdas por reflexão de Fresnel. A transmissão luminosa interna e a transmissão luminosa através de uma janela acabada sem revestimento são diferentes e respondem a questões distintas. Numa peça revestida, o revestimento acrescenta outra resposta dependente do comprimento de onda.

Com intensidades luminosas mais elevadas, podem ocorrer alterações estruturais. A revisão sobre propriedades ópticas descreve absorção induzida por irradiação e alterações estruturais. Um instrumento de precisão com iluminação pulsada precisa de ter as condições de exposição incluídas na especificação do material, mesmo quando a transmitância luminosa inicial parece adequada.

Vidro de quartzo em comparação com vidro borossilicatado e outros materiais ópticos

O vidro de quartzo oferece uma solução quando a sua resposta espectral ou o seu baixo coeficiente de dilatação térmica satisfazem os requisitos da aplicação. Escolha um produto de vidro borossilicatado identificado quando o intervalo de temperatura e o desempenho óptico documentados forem adequados às condições de serviço. Para a proteção corrente de ecrãs, considere o substrato de vidro de proteção habitualmente utilizado antes de investir numa peça óptica de sílica.

A SCHOTT indica um coeficiente médio de dilatação térmica de 3,25 × 10⁻⁶/K no intervalo de 20–300 °C para o BOROFLOAT 33. A sua ficha técnica de propriedades térmicas apresenta temperaturas máximas de funcionamento de 450 °C para utilização prolongada de, pelo menos, 10 horas e de 500 °C para exposições mais curtas. Estes valores dizem respeito ao BOROFLOAT 33, não a todos os recipientes ou janelas de vidro borossilicatado.

O intervalo de temperatura usado para determinar a dilatação pode não ser o mesmo que o do quartzo. Usar as duas constantes para estabelecer uma relação exata pode ocultar essa diferença. Para um visor aquecido, compare os materiais identificados ao longo do intervalo real de funcionamento, incluindo o aro e o ciclo de aquecimento.

Ao considerar um vidro de proteção para ecrã, as prioridades podem ser diferentes. Podem incluir o comportamento da proteção sob impacto, a sua resposta ao toque e o tratamento da respetiva superfície. O nosso guia de vidro sodo-cálcico descreve estas prioridades. Um cristal óptico mais duro, como a safira, pertence a outra classe de materiais, em vez de ser uma versão mais resistente da sílica fundida; as suas especificações ópticas e mecânicas exigem uma comparação separada.

O vidro de quartzo é um material óptico cuja resposta espectral depende da classe. A homogeneidade e o acabamento da superfície do vidro podem ter maior importância do que a temperatura máxima admissível na lente ou no sistema de observação. Utilize o guia de seleção de vidro óptico para escolher o vidro óptico em função da finalidade da peça.

Tubos, placas e peças acabadas de quartzo

Especifique separadamente a forma final e as superfícies funcionais. Uma placa de quartzo exige limites de comprimento, largura e espessura, e um tubo exige dimensões do diâmetro interior e da parede. As janelas ópticas exigem requisitos de superfície e de frente de onda. Um componente sujeito a pressão exige a avaliação da geometria apoiada e da duração da carga enquanto parte do conjunto.

É possível cortar vidro de quartzo?

Sim, o vidro de quartzo é cortado e maquinado para obter as superfícies exigidas, sendo depois retificado e polido. O corte segundo o contorno é apenas uma etapa. Outros acabamentos de aresta, furos e faces ópticas podem exigir operações adicionais. O quartzo fundido retificado à medida continua a exigir polimento óptico quando é utilizado no percurso de um feixe de medição.

A MGS apresenta exemplos de janelas padrão de quartzo fundido com tolerâncias dimensionais de ±0.005 polegada, classificação de riscos e picaduras de 60/40 e planeza de 2–4 comprimentos de onda por polegada. Estas são as especificações de fabrico publicadas pela MGS, não uma prescrição universal para um elemento óptico de formação de imagem. As suas instruções para determinar a pressão admissível também solicitam o diâmetro útil sem apoio.

A ISO 10110-7:2017 descreve como indicar as imperfeições de superfície aceitáveis numa região de ensaio de elementos e conjuntos ópticos.

“Estas incluem imperfeições localizadas da superfície, lascas nas arestas e riscos longos.”

O material de laboratório para ciências da vida e as janelas ópticas partilham uma família de materiais, mas não têm os mesmos critérios de aceitação. Uma lamela de microscopia exige uma especificação óptica e uma espessura. Uma célula de laboratório de classe UV-vis é encomendada em função do seu percurso de medição. Uma placa de forno de grandes dimensões é encomendada em função da sua geometria e das condições térmicas de serviço. Os componentes porosos não devem ter a especificação de uma janela incolor de material fundido.

A investigação da NASA sobre materiais para janelas de estações espaciais refere uma variação substancial dos parâmetros publicados de crescimento lento de fissuras entre métodos de ensaio. A comparação apresentada no estudo justifica tratar a carga prolongada separadamente de uma alegação de baixa dilatação. Uma vedação com anel tórico também tem os seus próprios limites de temperatura e de compatibilidade.

Antes de definir restrições dimensionais para todos os elementos da peça, determine quais as superfícies destinadas à montagem e identifique a abertura óptica. O nosso guia de tolerâncias de montagem de vidro descreve os compromissos que as restrições do desenho impõem aos componentes envolventes.

O que afeta o preço e o prazo de entrega do vidro de quartzo?

O prazo de entrega e o preço do vidro de quartzo variam consoante a classe, as dimensões finais da peça em bruto e o processo de acabamento. O polimento óptico, o revestimento e a inspeção exigem trabalho adicional para além do corte de uma forma. A disponibilidade de existências em armazém pode reduzir o prazo de entrega do material, mas os prazos de fabrico e de inspeção de uma peça à medida continuam a ter de ser acordados separadamente.

A lista de existências em armazém com atualização periódica da Valley Design alerta para o facto de as dimensões e os materiais indicados nem sempre estarem disponíveis.

Segundo o Lawrence Livermore National Laboratory, o polimento convergente reduz os custos de metrologia e de mão de obra, resultando em custos unitários mais baixos. O trabalho do laboratório sobre acabamento óptico mostra que o processo de transformação afeta o custo. Essa tecnologia pertence ao LLNL; não se trata de uma afirmação sobre o equipamento de produção da SW Glass.

Para obter dois orçamentos comparáveis, discrimine os custos da peça em bruto, da maquinação, do polimento, do revestimento e da inspeção. O departamento de compras pode assim verificar se um preço mais baixo omite uma operação necessária. Antes de acrescentar uma tolerância mais apertada, a engenharia da qualidade deve acordar um método de aceitação, para que o custo adicional corresponda a um requisito mensurável.

Produtores de material e transformadores de vidro de quartzo

Um produtor fornece o material de sílica da classe especificada. Um transformador converte esse material na peça acabada. A Heraeus disponibiliza quartzo natural fundido Infrasil, enquanto a Corning disponibiliza materiais sintéticos HPFS. A Swift Glass descreve o fabrico com materiais de alguns dos produtores de vidro consolidados no mercado. Estas funções podem estar distribuídas por diferentes organizações.

A página HPFS da Corning identifica as suas famílias de materiais. A comparação de materiais da Swift Glass descreve a distinção entre natural e sintético no contexto do fabrico. A rastreabilidade da classe do produtor deve acompanhar a peça em bruto ao longo da sua transformação numa janela acabada.

O guia de vidro de proteção personalizado da SW Glass apresenta a etapa seguinte do projeto orientado pelo desenho para proteções de equipamentos e ecrãs. Mantenha o substrato exigido nesse desenho; as discussões gerais sobre fabrico de vidro não devem levar à substituição não declarada da classe de sílica especificada.

Traduza os requisitos da aplicação num orçamento comparável

Peça a cada fornecedor que responda à mesma descrição da aplicação, para garantir que os orçamentos correspondem à mesma peça acabada. A Engenharia define o comprimento de onda e as condições de funcionamento; a Qualidade especifica o método de inspeção; e as Compras estabelecem a quantidade e as condições de entrega. As especificações ópticas e um desenho devem acompanhar o pedido, mesmo para peças em forma de disco aparentemente simples.

Exemplo: uma janela de sensor de baixa potência a 254 nm, com 30 mm de diâmetro e 5 mm de espessura, a funcionar entre 20–60 °C à pressão ambiente. Preencha os campos abaixo com os requisitos aprovados do projeto.

Os fornecedores devem apresentar tanto o relatório de inspeção da peça acabada como a ficha técnica da classe. Confirme se o valor de transmissão luminosa inclui a reflexão nas superfícies. Confirme se a data de entrega indicada no orçamento inclui o revestimento. Indique a revisão do desenho no orçamento para que uma alteração posterior não leve dois fornecedores a apresentar preços para peças diferentes.

A lista de verificação do desenho de vidro de proteção oferece uma forma de registar os requisitos de projeto e de transformação. Nas superfícies ópticas, um revestimento antirreflexo é diferente de um revestimento antiencandeamento. A nossa comparação dos dois termos explica a diferença.

Perguntas frequentes

Os valores apresentados para os materiais provêm dos fabricantes ou das fontes de investigação identificados. O cálculo da dilatação livre é um exemplo de engenharia e não um resultado de ensaio da SW Glass.

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