Quarzglas erklärt: Von Werkstoffsorten bis zum fertigen Bauteil

Quarzglas ist eine hochreine, amorphe Form von Siliziumdioxid und wird eingesetzt, wenn herkömmliches Glas die optischen und thermischen Anforderungen eines Kunden nicht erfüllen kann. Dieses Glas muss die passenden optischen und thermischen Eigenschaften aufweisen, um den Anforderungen der Anwendung gerecht zu werden. Wählen Sie anschließend die Werkstoffsorte aus und legen Sie die Abmessungen sowie die Oberflächenqualität des Glases fest. Zwei „klare“ Fenster können sich erheblich voneinander unterscheiden und unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

Aktualisiert im Oktober 2026

Quarzglas, Quarzglas aus Naturquarz und synthetisches Quarzglas

Quarzglas bezeichnet einen glasartigen Werkstoff aus Siliziumdioxid. Durch das Schmelzen von Naturquarz entsteht Quarzglas aus Naturquarz, während aus einem synthetischen chemischen Ausgangsstoff synthetisches Quarzglas hergestellt wird. Beide sind amorph. Eine Kristallstruktur, etwa die von Quarz, ist geordnet, und bestimmte Eigenschaften sind richtungsabhängig. Diese richtungsabhängigen Eigenschaften von Quarz sollten nicht auf eine Glasplatte übertragen werden.

Woraus besteht Quarzglas?

Quarzglas besteht hauptsächlich aus Siliziumdioxid, SiO₂. Hersteller schmelzen entweder (reinen) natürlichen Quarzrohstoff auf oder stellen synthetisches Siliziumdioxid aus chemischen Ausgangsstoffen her. Das dabei entstehende Glas hat keine sich wiederholende Kristallstruktur wie das Mineral Quarz. Die Werkstoffsorten unterscheiden sich im Gehalt an Metallspuren und Hydroxylgruppen sowie in der Anzahl ihrer Defekte.

Stellen Sie sich die Zusammensetzung wie die Zutaten eines Gerichts und die Struktur wie deren Anordnung vor. Die Zutaten können gleich sein, während das fertige Produkt sehr unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen kann. Lisa Moore und Charlene Smith erläutern diese Unterschiede in ihrem Übersichtsartikel zu den Eigenschaften von synthetischem Quarzglas. Beide Autorinnen waren bei Corning tätig.

Auch bei hochreinem Quarzglas muss die Werkstoffsorte des Herstellers in der Beschaffungsspezifikation angegeben werden. Bezeichnungen wie JGS1 und JGS2 erfordern ebenfalls ein entsprechendes Lieferantendatenblatt. Sortenbezeichnung, zugehörige optische Kurve und erforderliches Zertifikat gehören gemeinsam in die Bestellung.

Welche Eigenschaften beeinflussen die Werkstoffauswahl?

Wärmeausdehnung, Hitzebeständigkeit und optisches Verhalten entscheiden darüber, ob Quarzglas den zusätzlichen Bearbeitungsaufwand rechtfertigt. Eine geringe Ausdehnung ermöglicht es einem Bauteil, seine Abmessungen bei Temperaturänderungen beizubehalten. Die Einsatzgrenzen unterscheiden sich jedoch je nach Herstellungsverfahren. Die Erweichungstemperatur eines Bauteils ist eine andere Eigenschaft als seine maximale Einsatztemperatur.

Ist Quarzglas hitzebeständig?

Ja, Quarzglas ist hochtemperaturbeständig, die nutzbare Temperatur hängt jedoch von der Werkstoffsorte ab. Heraeus nennt maximale Dauereinsatztemperaturen von 1160 °C für elektrisch geschmolzenes Quarzglas, 1110 °C für flammgeschmolzenes Quarzglas und 950 °C für synthetisches Quarzglas. Diese repräsentativen Werkstoffkennwerte müssen im Zusammenhang mit Belastung, Geometrie und Einwirkdauer betrachtet werden.

Quelle: Tabellen der Werkstoffeigenschaften von Heraeus. Dies sind repräsentative Herstellerwerte für die jeweiligen Herstellungsverfahren. Für ein dünnes, unbelastetes Teil und ein belastetes Ofenbauteil gilt nicht automatisch dieselbe Einsatzgrenze.

Beispiel zur freien Wärmeausdehnung

Angenommene Ausgangsbedingungen: ein gerades, ungehindert dehnbares Bauteil, gleichmäßige Erwärmung und der von Heraeus für das angegebene Intervall veröffentlichte mittlere Ausdehnungskoeffizient. Für eine frei dehnbare Länge von 100 mm, die von 0 °C auf 100 °C erwärmt wird, ergibt sich bei einem mittleren Koeffizienten von 5,1 × 10⁻⁷/K eine berechnete Ausdehnung von 0,0051 mm beziehungsweise 5,1 µm.

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

Dies ist die freie Ausdehnung des Bauteils; sie sagt nichts über das erforderliche Montagespiel aus. Weitere Faktoren wie eine Metallhalterung, ungleichmäßige Erwärmung und die Kraft einer Klemmung können das Ergebnis ebenfalls beeinflussen. In seiner Ausdehnungsstudie von 2024 stellte das National Institute of Standards and Technology bei der Untersuchung von drei Siliziumdioxidproben Unterschiede fest, die größer waren als die Messunsicherheit bei einer einzelnen Probe.

Legen Sie bei einem isolierenden Bauteil die dielektrischen Anforderungen und die optische Werkstoffsorte getrennt fest. Die Beständigkeit im Hochtemperatureinsatz wird auch durch die Handhabung des Bauteils beeinflusst. Die Hinweise von Momentive Technologies zeigen, dass Alkalien auf der Oberfläche, einschließlich Ablagerungen durch Schweiß, zur Entglasung führen. Bei der Herstellung eines Ofenrohrs sind eine saubere Handhabung und der Schutz der Bauteile vor Verunreinigungen unerlässlich.

Quarzglas nach Wellenlänge statt nach Transparenz auswählen

Wählen Sie Quarzglas anhand einer Transmissionskurve für die Betriebswellenlänge und die Bauteildicke aus. Ein klares Erscheinungsbild im sichtbaren Licht lässt keine Rückschlüsse auf die Absorption im ultravioletten oder infraroten Bereich zu. Daraus lässt sich die Absorption im UV- und IR-Bereich nicht ablesen. Die Wahl zwischen Quarzglas aus Naturquarz und synthetischen Sorten hängt vom Hydroxylgehalt, der Art und Anzahl der Defekte sowie der Bestrahlung ab.

Blockiert Quarzglas UV-Strahlung?

Viele Quarzglassorten lassen UV-Licht durch und werden deshalb für optische Bauteile und UV-Fenster eingesetzt. Die Transmission hängt von Wellenlänge, Dicke und Werkstoffsorte ab. Corning nennt KrF bei 248 nm und ArF bei 193 nm als Lithografieanwendungen für seine HPFS-Werkstoffe. Nicht jede optische Werkstoffsorte lässt sich durch eine klare Platte ersetzen.

Für Infrarotanwendungen ist die Hydroxylabsorption zu beachten. Der Übersichtsartikel von Moore und Smith beschreibt eine OH-Grundschwingungsbande bei etwa 2,73 µm mit Obertonbanden bei etwa 2,24 µm und 1,37 µm. Es gibt trockene synthetische Sorten, daher sagt die Bezeichnung „synthetisch“ allein nichts über den OH-Gehalt aus.

Heraeus bezeichnet Infrasil als Quarzglas aus Naturquarz mit einem OH-Gehalt von höchstens 8 ppm und positioniert es für Nahinfrarotanwendungen bei geringerer Leistung. Diese Angabe liefert mit einer konkret benannten Werkstoffsorte einen nützlichen Ausgangspunkt für ein Nahinfrarotfenster bei geringer Strahlungsintensität.

Eignung für die Wellenlänge prüfen

Stimmen Sie Lichtquelle, optischen Weg und Bestrahlung auf eine Werkstofffamilie ab, bevor Sie die Preise fertiger Fenster vergleichen.

Der UV-/IR-Vergleich von Edmund Optics zeigt Kurven für eine Dicke von 5 mm ohne Fresnel-Reflexionsverluste. Die innere Transmission und die Transmission durch ein unbeschichtetes fertiges Fenster unterscheiden sich und beantworten unterschiedliche Fragen. Bei einem beschichteten Bauteil kommt durch die Beschichtung ein weiteres wellenlängenabhängiges Verhalten hinzu.

Bei höheren Lichtintensitäten können strukturelle Veränderungen auftreten. Der optische Übersichtsartikel beschreibt bestrahlungsinduzierte Absorption und strukturelle Veränderungen. Bei einem Präzisionsinstrument mit gepulster Beleuchtung müssen die Bestrahlungsbedingungen in die Werkstoffspezifikation aufgenommen werden, auch wenn die anfängliche Lichttransmission ausreichend erscheint.

Quarzglas im Vergleich zu Borosilikatglas und anderen optischen Werkstoffen

Quarzglas bietet eine Lösung, wenn sein spektrales Verhalten oder sein geringer Wärmeausdehnungskoeffizient die Anforderungen der Anwendung erfüllt. Wählen Sie ein konkret benanntes Borosilikatglasprodukt, wenn dessen dokumentierter Temperaturbereich und optische Eigenschaften für den Einsatz ausreichen. Ziehen Sie für den üblichen Displayschutz das bewährte Abdeckglassubstrat in Betracht, bevor Sie in ein optisches Bauteil aus Quarzglas investieren.

SCHOTT nennt für BOROFLOAT 33 einen mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3,25 × 10⁻⁶/K im Bereich von 20–300 °C. Das thermische Datenblatt gibt maximale Einsatztemperaturen von 450 °C für einen Langzeiteinsatz von mindestens 10 Stunden und 500 °C für kürzere Einwirkzeiten an. Diese Angaben gelten für BOROFLOAT 33 und nicht für jedes Gefäß oder Fenster aus Borosilikatglas.

Das Temperaturintervall, für das die Ausdehnung angegeben ist, kann sich von dem für Quarzglas unterscheiden. Wer die beiden Konstanten als exaktes Verhältnis verwendet, kann diesen Unterschied übersehen. Vergleichen Sie bei einem beheizten Sichtfenster die konkret benannten Werkstoffe über das tatsächliche Betriebsintervall und berücksichtigen Sie dabei den Rahmen und den Heizzyklus.

Bei einer Displayabdeckung können andere Prioritäten gelten. Dazu können das Verhalten bei Stoßbelastung, die Reaktion auf Berührung und die Behandlung der Oberfläche gehören. Unser Leitfaden zu Kalk-Natron-Glas beschreibt diese Prioritäten. Ein härterer optischer Kristall wie Saphir gehört zu einer anderen Werkstoffklasse und ist keine festere Variante von synthetischem Quarzglas; seine optischen und mechanischen Spezifikationen müssen gesondert verglichen werden.

Quarzglas ist ein optischer Werkstoff mit einem von der Sorte abhängigen spektralen Verhalten. In einem Linsen- oder Beobachtungssystem können Homogenität und Oberflächenbeschaffenheit des Glases eine wichtigere Rolle spielen als die maximal zulässige Temperatur. Nutzen Sie den Leitfaden zur Auswahl von Optikglas, um Optikglas passend zur vorgesehenen Funktion des Bauteils auszuwählen.

Quarzglasrohre, -platten und fertige Bauteile

Spezifizieren Sie die fertige Form und die Funktionsflächen getrennt. Eine Quarzglasplatte benötigt Grenzwerte für Länge, Breite und Dicke, ein Rohr dagegen Maße für Innendurchmesser und Wandung. Optische Fenster erfordern Vorgaben für Oberflächen und Wellenfront. Bei einem druckbelasteten Bauteil müssen die abgestützte Geometrie und die Belastungsdauer innerhalb der Baugruppe bewertet werden.

Lässt sich Quarzglas zuschneiden?

Ja, Quarzglas wird zugeschnitten und spanend bearbeitet, um die erforderlichen Oberflächen herzustellen, und anschließend geschliffen und poliert. Der Zuschnitt auf die Außenkontur ist dabei ein einzelner Arbeitsschritt. Weitere Kantenausführungen, Bohrungen und optische Funktionsflächen können zusätzliche Bearbeitungsschritte erfordern. Auf Maß geschliffenes Quarzglas aus Naturquarz muss für den Einsatz in einem Messstrahl weiterhin optisch poliert werden.

MGS nennt Beispiele für Standardfenster aus Quarzglas aus Naturquarz mit Maßtoleranzen von ±0.005 Zoll, einer Kratzer-/Punktfehlerqualität von 60/40 und einer Ebenheit von 2–4 Wellenlängen pro Zoll. Dies sind die von MGS veröffentlichten Fertigungsspezifikationen und keine allgemeingültigen Vorgaben für eine abbildende Optik. In den Hinweisen zur Druckauslegung wird außerdem der frei tragende Nutzdurchmesser abgefragt.

ISO 10110-7:2017 beschreibt, wie zulässige Oberflächenunvollkommenheiten innerhalb eines Prüfbereichs auf optischen Elementen und Baugruppen anzugeben sind.

„Dazu gehören örtlich begrenzte Oberflächenunvollkommenheiten, Kantenausbrüche und lange Kratzer.“

Laborartikel für die Biowissenschaften und optische Fenster gehören derselben Werkstofffamilie an, haben aber unterschiedliche Abnahmekriterien. Ein Deckglas für die Mikroskopie benötigt eine optische Spezifikation und eine Dickenangabe. Eine UV-Vis-Laborküvette wird anhand ihres Messwegs bestellt. Eine großformatige Ofenplatte wird anhand ihrer Geometrie und thermischen Beanspruchung bestellt. Für poröse Bauteile sollte nicht die Spezifikation eines klaren Quarzglasfensters gelten.

NASA-Forschungen zu Fenstermaterialien für Raumstationen berichten über erhebliche Unterschiede zwischen veröffentlichten Kennwerten zum langsamen Risswachstum, die mit unterschiedlichen Prüfverfahren ermittelt wurden. Der Vergleich in der Studie ist ein Grund, Dauerbelastungen getrennt von der Aussage zur geringen Wärmeausdehnung zu betrachten. Auch eine O-Ring-Dichtung hat eigene Temperatur- und Verträglichkeitsgrenzen.

Legen Sie vor der Bemaßung aller Merkmale fest, welche Oberflächen der Befestigung dienen, und kennzeichnen Sie die optische Apertur. Unser Leitfaden zu Toleranzen bei Glasbaugruppen beschreibt die Zielkonflikte, die durch Zeichnungsvorgaben für die umgebenden Bauteile entstehen.

Was beeinflusst Preis und Lieferzeit von Quarzglas?

Lieferzeit und Preis von Quarzglas hängen von der Werkstoffsorte, den Endabmessungen des Glasrohlings und der Endbearbeitung ab. Optische Politur, Beschichtung und Prüfung erfordern zusätzlichen Aufwand über den reinen Formzuschnitt hinaus. Verfügbares Glasrohmaterial kann die Materiallieferzeit verkürzen, doch die Termine für Fertigung und Prüfung eines kundenspezifischen Bauteils müssen weiterhin gesondert vereinbart werden.

Die regelmäßig wechselnde Glasmaterialliste von Valley Design weist darauf hin, dass die aufgeführten Abmessungen und Werkstoffe nicht immer verfügbar sind.

Nach Angaben des Lawrence Livermore National Laboratory senkt konvergentes Polieren die Kosten für Messtechnik und Arbeitsaufwand und damit die Stückkosten. Die Arbeiten des Labors zur optischen Endbearbeitung zeigen, dass das Bearbeitungsverfahren die Kosten beeinflusst. Diese Technologie gehört LLNL; die Aussage bezieht sich nicht auf die Produktionsausrüstung von SW Glass.

Schlüsseln Sie für zwei vergleichbare Angebote die Kosten für Glasrohling, Bearbeitung, Politur, Beschichtung und Prüfung auf. So kann der Einkauf erkennen, ob bei einem niedrigeren Preis ein erforderlicher Arbeitsschritt fehlt. Bevor eine engere Toleranz festgelegt wird, sollte die Qualitätstechnik ein Abnahmeverfahren vereinbaren, damit den zusätzlichen Kosten eine messbare Anforderung gegenübersteht.

Werkstoffhersteller und Quarzglasverarbeiter

Ein Hersteller liefert Quarzglas einer bestimmten Werkstoffsorte. Ein Verarbeiter fertigt aus diesem Werkstoff das fertige Bauteil. Heraeus bietet Infrasil als Quarzglas aus Naturquarz an, während Corning synthetische HPFS-Werkstoffe anbietet. Swift Glass beschreibt die Verarbeitung von Werkstoffen einiger etablierter Glashersteller. Diese Aufgaben können auf verschiedene Unternehmen verteilt sein.

Die HPFS-Seite von Corning stellt die Werkstofffamilien des Unternehmens vor. Der Werkstoffvergleich von Swift Glass beschreibt den Unterschied zwischen natürlichen und synthetischen Ausgangsstoffen im Kontext der Verarbeitung. Die Rückverfolgbarkeit zur Herstellersorte sollte vom Glasrohling bis zum fertigen Fenster erhalten bleiben.

Der Leitfaden zu maßgefertigtem Abdeckglas von SW Glass bietet den nächsten Schritt bei der zeichnungsbasierten Auslegung von Geräteabdeckungen und Displays. Halten Sie das erforderliche Substrat auf dieser Zeichnung fest; allgemeine Gespräche über Glasverarbeitung sollten nicht dazu führen, dass die spezifizierte Quarzglassorte stillschweigend ersetzt wird.

Von Ihrer Anwendung zu einem vergleichbaren Angebot

Bitten Sie jeden Lieferanten um eine Antwort auf dieselbe Anwendungsbeschreibung, damit sich die Angebote auf dasselbe fertige Bauteil beziehen. Die Entwicklung definiert Wellenlänge und Betriebsbedingungen, die Qualitätssicherung legt das Prüfverfahren fest und der Einkauf bestimmt Stückzahl und Liefergrundlage. Der Anforderung müssen sowohl optische Spezifikationen als auch eine Zeichnung beiliegen, selbst bei scheinbar einfachen scheibenförmigen Teilen.

Beispiel: ein Sensorfenster für geringe Leistung bei 254 nm mit 30 mm Durchmesser und 5 mm Dicke, das bei 20–60 °C unter Umgebungsdruck betrieben wird. Ergänzen Sie die folgenden Felder mit den freigegebenen Projektanforderungen.

Lieferanten müssen sowohl den Prüfbericht des fertigen Bauteils als auch das Datenblatt der Werkstoffsorte bereitstellen. Klären Sie, ob ein Transmissionswert die Oberflächenreflexion berücksichtigt. Klären Sie, ob ein angebotener Liefertermin die Beschichtung einschließt. Geben Sie den Zeichnungsstand im Angebot an, damit eine spätere Änderung nicht dazu führt, dass zwei Lieferanten unterschiedliche Bauteile kalkulieren.

Die Zeichnungscheckliste für Abdeckglas bietet eine Möglichkeit, Konstruktions- und Bearbeitungsanforderungen zu erfassen. Bei optischen Oberflächen unterscheidet sich eine Antireflexbeschichtung von einer blendmindernden Beschichtung. Unser Vergleich der beiden Begriffe erläutert den Unterschied.

Häufig gestellte Fragen

Die angegebenen Materialwerte stammen von den genannten Herstellern oder aus Forschungsquellen. Die Berechnung der freien Ausdehnung ist ein technisches Rechenbeispiel und kein Prüfergebnis von SW Glass.

Weiterführende Artikel

• Eigenschaften und Auswahl von Optikglas
• Spezifikationen für maßgefertigtes Abdeckglas
• Checkliste zur Erstellung von Glaszeichnungen
• Werkstoffleitfaden zu Kalk-Natron-Glas