Cuarzo y sílice fundida
Cuarzo y sílice fundida
Aplicaciones
  • La sílice fundida es un material clave en múltiples industrias tecnológicas gracias a su resistencia térmica, estabilidad química y excelente transmisión óptica.
  • En telecomunicaciones, se utiliza como materia prima esencial para la fabricación de fibra óptica.
  • También es muy utilizada en lámparas halógenas de alta intensidad debido a su capacidad para soportar temperaturas extremas sin perder rendimiento.
  • Su combinación de transparencia UV, estabilidad térmica y resistencia la convierte en un material ideal para aplicaciones de fotolitografía y fabricación de semiconductores.
  • El cuarzo fundido es utilizado en espejos ópticos de alta precisión, incluidos los destinados a telescopios y sistemas avanzados de observación.
  • Además, la sílice fundida se emplea en la fabricación de componentes refractarios para procesos térmicos industriales, como crisoles, bandejas, cubiertas y tubos utilizados en hornos, siderurgia y producción de vidrio.
Propiedades físicas

La sílice fundida (cuarzo fundido) posee una expansión térmica extremadamente baja (aprox. 0.55 ppm/entre 20°C y 320°C), lo que le permite resistir cambios rápidos y severos de temperatura sin sufrir fracturas. Materiales como HPFS, Spectrosil y Suprasil ofrecen alta transparencia en el ultravioleta profundo debido a su bajo nivel de impurezas metálicas. Una lente de 1 cm de espesor puede alcanzar aproximadamente un 50 % de transmitancia a 170 nm.

Opciones como Infrasil y Vitreosil IR contienen menos agua y presentan excelente transmisión infrarroja, llegando hasta 3.6 μm. Aunque poseen más impurezas metálicas, mantienen propiedades físicas similares a otros grados de cuarzo fundido transparente.

El método de producción determina el contenido de agua y el comportamiento infrarrojo del material. Los grupos hidroxilo (OH) generados durante la fabricación afectan directamente la transmisión IR. Los materiales aptos para infrarrojos suelen contener menos de 10 ppm de OH.

Propiedades ópticas

La extraordinaria pureza del cuarzo fundido le permite ofrecer una calidad óptica superior, convirtiéndolo en una solución clave para industrias tecnológicas y científicas. Su capacidad de transmisión en el rango ultravioleta lo hace especialmente adecuado para la fabricación de lentes, ventanas y componentes ópticos utilizados en aplicaciones UV de alta precisión.

Longitud de onda Transmitancia (%)
nm Sílice fundida sintética Sílice fundida sintética de alta pureza Cuarzo óptico infrarrojo
170 50 10
180 80 50 3
190 84 65 8
200 87 70 20
220 90 80 60
240 91 82 65
260 92 86 80
280 92 90 90
300 92 91 91
320 92 92 92
340 92 92 92
360 92 92 92
380 92 92 92
400 - 2000 92 92 92
2500 85 87 92
2730 10 30 90
3000 80 80 90
3500 75 75 88
4000 55 55 73
4500 15 25 35
5000 7 15 30
Propiedades térmicas

Una de las propiedades más destacadas del vidrio de cuarzo es su extraordinaria resistencia a los cambios extremos de temperatura. Debido a su muy baja expansión térmica, el cuarzo mantiene su estabilidad incluso bajo condiciones de calentamiento y enfriamiento severas, superando ampliamente a materiales como el vidrio de borosilicato.

Esta capacidad permite que componentes de cuarzo soporten procesos térmicos intensivos e incluso enfriamientos rápidos desde temperaturas superiores a 1000 °C sin agrietarse. Además, las diferentes variedades de sílice y cuarzo fundido pueden combinarse fácilmente, ya que comparten propiedades térmicas casi idénticas.

Propiedades técnicas Cuarzo fundido por llama Sílice fundida Cuarzo fundido eléctricamente
Información térmica
Temperatura de reblandecimiento (℃) 1660 1600 1710
Temperatura de recocido (℃) 1160 1100 1220
Temperatura de deformación (℃) 1070 1000 1125
Temperatura máx. de trabajo continuo (℃) 1110 950 1160
Temperatura máx. de trabajo a corto plazo (℃) 1250 1200 1300
Capacidad calorífica específica media (J/kg.K)
0 - 100 ℃ 772 772 772
0 - 500 ℃ 964 964 964
0 - 900 ℃ 1052 1052 1052
Conductividad térmica (W/m.K)
20 ℃ 1.38 1.38 1.38
100 ℃ 1.47 1.46 1.47
200 ℃ 1.55 1.55 1.55
300 ℃ 1.67 1.67 1.67
400 ℃ 1.84 1.84 1.84
950 ℃ 2.68 2.68 2.68
Coeficiente medio de expansión térmica (K⁻¹)
0 ... 100 ℃ 5.1 × 10⁻⁷ 5.1 × 10⁻⁷ 5.1 × 10⁻⁷
0 ... 200 ℃ 5.8 × 10⁻⁷ 5.8 × 10⁻⁷ 5.8 × 10⁻⁷
0 ... 300 ℃ 5.9 × 10⁻⁷ 5.9 × 10⁻⁷ 5.9 × 10⁻⁷
0 ... 600 ℃ 5.4 × 10⁻⁷ 5.4 × 10⁻⁷ 5.4 × 10⁻⁷
0 ... 900 ℃ 4.8 × 10⁻⁷ 4.8 × 10⁻⁷ 4.8 × 10⁻⁷
– 50 ... 0 ℃ 2.7 × 10⁻⁷ 2.7 × 10⁻⁷ 2.7 × 10⁻⁷
Propiedades mecánicas

Gracias a su gran solidez estructural, el cuarzo fundido ofrece una resistencia a la compresión excepcional, lo que lo convierte en un material ideal para aplicaciones de alta exigencia. Aunque, como ocurre con otros tipos de vidrio técnico, pequeñas imperfecciones en la superficie pueden influir en su comportamiento bajo tensión. Por ello, aunque su resistencia teórica a la tracción es elevada, en aplicaciones reales se utilizan valores de diseño más conservadores para garantizar un rendimiento seguro y confiable.

Propiedades mecánicas Valor de referencia
Densidad 2.203 g/cm³
Resistencia a la compresión ＞1100 Mpa
Resistencia a la flexión 67 Mpa
Resistencia a la tracción 48.3 Mpa
Coeficiente de Poisson 0.14 - 0.17
Módulo elástico 71700 Mpa
Módulo de corte 31000 Mpa
Dureza en la escala de Mohs 5.3 - 6.5 (Escala de Mohs)
Punto de deformación 1280 ℃
Capacidad calorífica específica (20 - 350 ℃) 670 J/kg.℃
Conductividad térmica (20 ℃) 1.4 W/m.℃
Índice de refracción 1.4585
Coeficiente de expansión térmica 5.5 x 10⁻⁷ cm/cm.℃
Temperatura de trabajo en caliente 1750 - 2050 ℃
Temperatura máx. de trabajo a corto plazo 1300 ℃
Temperatura máx. de trabajo a largo plazo 1100 ℃
Resistividad 7×107Ω.cm
Rigidez dieléctrica 250 - 400 Kv/cm
Constante dieléctrica 3.7 - 3.9
Coeficiente de absorción dieléctrica < 4 × 10⁴
Coeficiente de pérdida dieléctrica < 1 × 10⁴
Propiedades químicas

La sílice fundida o cuarzo fundido es un material de alta pureza utilizado en aplicaciones donde la precisión y el rendimiento son esenciales. Su calidad depende no solo de la materia prima utilizada, sino también del proceso de fabricación y de los tratamientos posteriores. Incluso pequeñas cantidades de impurezas metálicas, agua o cloro pueden alterar sus propiedades ópticas y eléctricas. Por ello, Yantai ZK Optics Co., Ltd. aplica procesos especiales de control y purificación en cada etapa de producción, garantizando materiales de cuarzo con altos estándares de pureza y fiabilidad.

NOMBRE UNIDAD ×10⁻⁴ %
Al Fe Ca Mg Yi Cu Mn Ni Pb Sn Cr B K Na Li OH
Sílice fundida sintética de alta pureza 16 0.92 1.5 0.4 1.0 0.01 0.05 < 0.3 < 0.3 < 0.3 < 0.3 0.2 1.49 1.67 < 0.3 400
Sílice fundida sintética ultrapura 0.37 0.31 0.27 0.04 0.03 0.03 0.01 < 0.03 < 0.03 < 0.03 < 0.03 0.02 0.5 0.5 < 0.03 1200
Cuarzo óptico infrarrojo 35 1.45 2.68 1.32 1.06 0.22 0.07 < 0.03 < 0.03 < 0.03 < 0.03 0.3 2.2 3 < 0.3 5
Cuarzo óptico ultravioleta 3.9 0.4 3.5 1.2 0.45 0.1 0.02 0.06 0.04 0.02 0.03 0.1 0.5 1.5 0.05 1200
Propiedades eléctricas

Una de las propiedades más destacadas del cuarzo y la sílice fundida es su excelente comportamiento como aislantes eléctricos. Incluso cuando se exponen a altas temperaturas, su resistividad se mantiene prácticamente estable. A 25 ℃, el material presenta una resistividad del orden de 10¹⁷ ohm.cm, y este valor se conserva prácticamente en el mismo rango incluso a temperaturas cercanas a 1000 ℃, lo que evidencia su gran estabilidad eléctrica.

Temperatura ℃ Resistencia específica (Ω.cm) Temperatura ℃ Resistencia específica (Ω.cm)
20 ℃
100 ℃
200 ℃
300 ℃
400 ℃
500 ℃
600 ℃ 		1 × 10¹⁹
1 × 10¹⁸
1 × 10¹⁶
2 × 10¹¹
5 × 10⁹
3 × 10⁸
6 × 10⁷ 		700 ℃
800 ℃
900 ℃
1000 ℃
1100 ℃
1200 ℃
1300 ℃ 		1 × 10⁷
4 × 10⁶
2 × 10⁶
1 × 10⁶
7 × 10⁵
5 × 10⁵
4 × 10⁵
Desvitrificación

Aunque el vidrio de cuarzo parece sólido, en realidad se comporta como un “líquido superenfriado”. Esto demuestra que su forma más estable sería cristalina, pero su estructura es tan viscosa que no puede reorganizarse fácilmente. Cuando se dan ciertas condiciones, el material puede comenzar a cristalizar. Esto ocurre especialmente en presencia de impurezas como sodio o potasio, o en ambientes con humedad o cloro, que facilitan la ruptura de su red estructural.

La cristalización empieza en la superficie y progresa hacia el interior, formando cristobalita. Durante el enfriamiento, este material sufre cambios estructurales que pueden provocar grietas y descamación, además de zonas blancas visibles debido a diferencias en su estructura óptica.

Sílice fundida sintética de alta pureza

El cuarzo fundido se obtiene al someter cristales de cuarzo natural de alta pureza a temperaturas extremadamente elevadas, alrededor de los 2000 °C, hasta lograr su fusión. Este proceso puede realizarse en hornos eléctricos o en sistemas que utilizan gas y oxígeno.
En la naturaleza, existe una variante conocida como metacuarcita, que se forma bajo condiciones metamórficas. Cuando el cuarzo se calienta lo suficiente, sus cristales se funden y se transforma en un material vítreo: el cuarzo fundido.

Sílice fundida sintética

La sílice fundida sintética se obtiene mediante un proceso químico en el que un compuesto rico en silicio se introduce en una llama de hidrógeno y oxígeno. El material se transforma primero en gas, luego se oxida y finalmente se convierte en partículas finas de dióxido de silicio que se funden para formar vidrio.
Este proceso permite obtener un material extremadamente puro, con alta transmisión óptica en el ultravioleta profundo. Sin embargo, el uso de tetracloruro de silicio puede generar subproductos como ácido clorhídrico. Por esta razón, se han desarrollado métodos alternativos más sostenibles que eliminan estos residuos y mejoran aún más la calidad del producto final.

Propiedades típicas del cuarzo fundido transparente

Coeficiente de expansión térmica extremadamente bajo
Resistencia estable a altas temperaturas
Alta pureza química del material
Buena resistencia frente a la corrosión
Amplio rango de transmisión óptica (UV - IR)
Excelentes propiedades como aislante eléctrico
Productos principales