Чистое кварцевое стекло обладает высокой прозрачностью и устойчивостью к тепловым, физическим и химическим воздействиям, поэтому оно идеально подходит для использования в оптике, технологиях сбора, передачи и обработки данных или медицинской технике. Для эффективной, высококачественной обработки, однако, отсутствуют оптимальные процессы для работы со стеклом. Ученые из Технологического института Карлсруэ в Германии разработали технологию обработки, которая может структурировать кварцевое стекло, как полимер.
Это всегда было большой проблемой: сочетать высокочистое кварцевое стекло и его отличные свойства с простой технологией структурирования. Сейчас учёные разрабатывают новые процессы промышленной обработки стекла. Вместо того, чтобы нагревать стекло до 800 ° C для формирования или структурирования деталей стеклянных блоков посредством лазерной обработки или травления, они начинают с мельчайших частиц стекла.
Для начала, смешивают стеклянные частицы размером 40 нм с жидким полимером, придают смеси форму наподобие бисквитного пирожного, а затем доводят до твердого состояния, подвергая его воздействию тепла или света. Полученные материалы состоят из частиц стекла в полимерной матрице в соотношении от 60 до 40 об.%. Полимеры действуют как связующее вещество, фиксируя частицы стекла в правильных местах и тем самым сохраняя определенную форму.
Полученный «стекломер» может быть измельчен, обработан лазером или обработан на станках с ЧПУ, как обычный полимер. Таким образом, весь спектр технологий формования полимеров теперь открыт и для стекла.
Например, для изготовления высокопроизводительных объективов, которые используются в смартфонах и других устройствах, ученые сначала вырезали их из стержня «стекломера». Полимеры в композите затем должны быть удалены, что обеспечивается путем нагревания в печи при 500-600 ° C. Это сжигает полимер, полностью превращая его в CO2. Чтобы закрыть образовавшиеся зазоры в материале, объективы спекаются при 1300 ° С, что превращает оставшиеся стеклянные частицы в стекло без пор.
Новая технология обработки позволяет производить высокочистые стеклянные материалы для тех применений, что ранее требовали полимеров. Это открывает новые возможности для стекольной промышленности, а также для оптической промышленности, микроэлектроники, биотехнологии и медицинской техники. Этот процесс также подходит для массового производства. Производство и использование кварцевого стекла намного дешевле, более устойчиво и энергоэффективно, чем производство специального полимера.
Это уже третья инновационная разработка в области обработки кварцевого стекла NeptunLab с использованием жидкой смеси стекло-полимер. В 2016 году ученым удалось использовать эту смесь для формования, а в 2017 году они применили смесь для 3D-печати и продемонстрировали ее пригодность для аддитивного производства. Одна из компаний уже планирует запустить стекломер в серийное производство в ближайшее время.
