Российские аналоги импортного кварцевого стекла Heraeus, Momentive и Tosoh

Содержание

Подбирать аналоги Heraeus в России нужно по двум параметрам, а не по торговому названию марки: способу получения стекла (международная классификация Type I-IV) и содержанию гидроксильных групп OH. Способ получения задаёт чистоту и оптические свойства, а концентрация OH определяет пропускание в конкретных полосах спектра. Синтетические стёкла получают гидролизом или окислением тетрахлорида кремния SiCl₄, природные плавят из горного кристаллического SiO₂.

Для УФ-диапазона и эксимерных лазеров (193 и 248 нм) синтетические Suprasil 1/2 (Type III, OH около 1000 ppm) и Tosoh ES заменяются отечественными КУ-1 и КУ-2, которые варят гидролизом SiCl₄ с содержанием OH около 2000 ppm.

Для ИК-диапазона природные Infrasil 301/302 (Type I, OH до 8 ppm) и Momentive GE124 замещаются марками КВ и КИ. Высокое содержание OH снижает пропускание в ИК-полосе поглощения воды 2.73 мкм, но сохраняет прозрачность на 193 и 248 нм. Соответствие марок не равно 1:1: перед закупкой сверяют спектр пропускания, класс по пузырности и двулучепреломлению. Все российские марки нормируются одним стандартом ГОСТ 15130-86.

Классификация кварца Type I-IV

Классификация кварцевого стекла Type I–IV по типу сырья и содержанию OH-групп

Разброс по содержанию OH-групп между марками достигает трёх порядков: от менее 1 ppm до 2000 ppm. Именно способ получения задаёт этот параметр, а вместе с ним прозрачность в УФ и ИК, набор металлических примесей, поведение при высоких температурах. Подбирать российские аналоги кварцевого стекла по одному лишь торговому названию бессмысленно: две марки с похожими обозначениями могут относиться к разным типам синтеза.

Классификация опирается на четыре способа плавления SiO₂:

• Type I: электроплавка природного кристаллического кварца в вакууме или инертной среде. OH меньше 5 ppm («сухое» стекло), но повышенное содержание металлических примесей.
• Type II: плавление кварцевого порошка в кислород-водородном пламени. OH 150-400 ppm («влажное»), металлов меньше, чем в Type I.
• Type III: флейм-гидролиз SiCl₄ в кислород-водородном пламени. OH около 1000-2000 ppm, синтетическое сырьё, чистота уровня 6N.
• Type IV: окисление SiCl₄ в безводной плазме. OH меньше 1 ppm, синтетика для DUV-оптики.

Терминология делит эти типы надвое. «Fused quartz» относится к Type I и II (плавленый природный кварц), «fused silica» покрывает Type III и IV (синтетический диоксид кремния из SiCl₄). Разница не косметическая: у природных марок спектр примесей шире, у синтетических выше УФ-прозрачность. Готовые позиции собраны в каталоге кварцевого стекла.

Отсюда логика соответствий. Отечественные КУ-1 и КУ-2 получают синтезом, они ближе к Type III. Марки КВ и КИ выпускают из природного сырья, их корректнее сопоставлять с ИК-ориентированными природными типами, а не с синтетическими DUV-стёклами.

Как подобрать аналог, способ получения и группа OH

Способ получения задаёт стартовую точку. Синтетический кварц выплавляют из SiCl₄ или SiO₂-прекурсоров пламенным гидролизом, природный (Type I) переплавляют из горного кристалла. Синтетика идёт чище по металлическим примесям и стабильнее ведёт себя под ультрафиолетом, тогда как природные стёкла выигрывают в ближнем ИК. От этого выбора зависит и второй, решающий параметр.

Содержание OH-групп определяет, где стекло «ослепнет». Высокий OH (синтетика Type III, примерно 1000-2000 ppm) даёт полосу поглощения 2600-2800 нм с пиком около 2.73 мкм; эту полосу вызывают колебания OH-групп (связанной воды, H₂O) в структуре стекла. Зато высокий OH обеспечивает отличное УФ-пропускание. Низкий OH (природные Type I, менее 5-8 ppm) убирает полосу 2.73 мкм и раскрывает прозрачность в ближнем ИК. Одно и то же по химии стекло SiO₂ работает в разных окнах спектра только из-за воды в структуре.

Опорные цифры помогают привязать теорию к марке. КУ-1: синтетическое, OH около 2000 ppm, рабочий диапазон 170-2500 нм, без полос поглощения в области 170-250 нм; рабочая температура до 1200 °C, размягчение при 1550 °C, ТКЛР 5.5×10⁻⁷ K⁻¹, плотность 2.20 г/см³. КИ: низкий OH, полосы 2600-2800 нм нет, диапазон 0.28-3.5 мкм. Разница между ними не в качестве, а в назначении.

Третий параметр (рабочий спектральный диапазон под задачу) сводит первые два воедино. Нужен эксимерный лазер на 193 или 248 нм? Тогда критичны и контроль OH, и класс стекла: под этими длинами волн проявляются наведённые дефекты, и марку подбирают по стойкости к УФ-нагрузке, а не по одной прозрачности. Готовые оптические изделия: окна, линзы, призмы из кварца рассчитывают именно под такие нагрузки. Для ИК-оптики логика обратная: чем ниже OH, тем чище пропускание за 2.5 мкм.

Три параметра (способ получения, уровень OH, целевой диапазон) задают оси, по которым аналоги Heraeus в России, а также марки Momentive и Tosoh, сопоставляются с отечественными КУ-1, КУ-2, КВ и КИ.

Аналоги Heraeus: Suprasil, Infrasil, Herasil

График спектрального пропускания кварцевого стекла КУ-1 и КИ с полосой поглощения OH 2.73 мкм

Аналоги Heraeus в России подбирают по происхождению материала, а не по механике: вся линейка держится в узком коридоре по базовым физсвойствам (плотность 2.201-2.203 г/см³, твёрдость по Моосу 5.5-6.5). Различия между марками кроются в способе синтеза и содержании гидроксильных групп (OH), от которых зависит окно пропускания.

Логика подбора отечественной замены строится по происхождению материала. Синтетический Suprasil (Type III и Type IV) закономерно ложится на синтетическое КУ-1: близкий уровень OH около 1000 ppm (по спецификации Heraeus), одинаковое окно в УФ и видимом диапазоне. Природные марки Infrasil (Type I) соответствуют российским ИК-маркам КВ и КИ, где выжигание OH открывает пропускание в ближнем и среднем инфракрасном спектре.

Замена Suprasil на КУ-1 корректна для задач УФ-оптики и лазерных окон, где важна прозрачность до 170 нм и отсутствие пузырей. Для глубокого УФ с содержанием OH ниже 1 ppm ориентируются на КУВИ или КУВ, аналог Suprasil 300. Аналог Infrasil 301 (марка КВ) и аналог Infrasil 302 (марка КИ) подбирают по остаточному OH: у КИ гидроксила почти нет, что даёт чистое ИК-пропускание. За пределами возможностей кварца, в среднем и дальнем ИК, применяют другие материалы: CaF₂, ZnSe, германий, кремний.

Аналоги Momentive (GE Quartz): GE124 и GE214

Показатель преломления 1.4585 у марки GE124 (по каталожным данным Momentive Technologies) задаёт технический ориентир, по которому и подбирают Momentive кварцевое стекло аналог. Momentive Technologies (ранее подразделение GE Quartz) выпускает эти марки под индексами 124 и 214, хотя в каталогах и запросах инженеров они по привычке остаются GE124 и GE214.

Обе марки получают электроплавлением природного кварцевого сырья (Type I). Это определяет выбор замены: раз в основе природный, а не синтетический кремнезём, российские аналоги ищут среди природных электроплавленых марок КВ и КИ, а не среди синтетического КУ-1.

GE124 закрывает задачи полупроводникового оборудования (травление, диффузия, осаждение), где важна чистота и стабильность геометрии. GE214 передаёт ИК примерно до 4 мкм при низком OH, поэтому по спектральному диапазону её ближе сопоставлять с инфракрасной маркой КИ.

Оба стекла Momentive относятся к природному Type I; разнесение по КВ и КИ — по рабочему диапазону (общая оптика против ИК).

Аналоги Tosoh: ES grade и N grade

Tosoh выпускает синтетический плавленый кварц (fused silica), полученный флейм-гидролизом, поэтому его марки ложатся на синтетические российские КУ-1 и КУ-2, а не на природные КВ и КИ. Высокий OH у ES grade (около 1300 ppm, по данным Tosoh) близок к КУ (у КУ-1 содержание OH порядка 2000 ppm): обе марки хорошо пропускают УФ, но имеют полосу поглощения около 2.73 мкм.

N grade позиционируется как semiconductor standard для полупроводниковой оснастки, где критична чистота, а не прозрачность в ИК. По совокупности параметров российским аналогом Tosoh кварцевого стекла для этих задач, по нашей оценке, выступает КУ-2, менее насыщенная гидроксилом в сравнении с КУ-1.

Другие бренды: Corning, Spectrosil, Dynasil, JGS

Оптическое окно из кварцевого стекла — готовое изделие, марка-аналог зарубежного кварца

Более десяти зарубежных марок кварцевого стекла сводятся к тем же двум классам по способу получения. Синтетическое стекло с высоким пропусканием в УФ и DUV подбирают по КУ-1 и КУВИ, природное для видимого и ИК диапазона закрывают марки КВ и КИ.

Российские аналоги кварцевого стекла для линеек Corning, Spectrosil, Dynasil и китайской JGS определяются именно так: синтетика уходит в группу КУ, природа и ИК в группу КВ или КИ. Логика сохраняется независимо от производителя, поэтому подбор по этим маркам занимает считаные минуты. По схожему принципу подбирают и российские аналоги импортных электровакуумных стёкол.

Сводная таблица замен: КУ-1, КУ-2, КВ, КИ и импортные аналоги

Схема соответствия марок кварцевого стекла Heraeus, Momentive, Tosoh и российских аналогов КУ-1, КУ-2, КВ, КИ

Ниже — сводная таблица замен кварцевого стекла: от российской марки по ГОСТ 15130-86 к списку импортных аналогов. Пять марок по ГОСТ 15130-86 закрывают почти весь спектр задач от вакуумного УФ до среднего ИК. Таблица ниже собирает марки трёх основных мировых производителей (Heraeus, Momentive, Tosoh) и прочих поставщиков в единую карту замен.

Соответствие здесь не механическое: подбирать аналог нужно по типу стекла (Type I-IV) и содержанию гидроксильных групп OH, а не по одному диапазону пропускания. Марка с высоким OH пропускает УФ, но даёт полосу поглощения около 2730 нм в ИК, поэтому строку следует читать целиком.

Быстрый ориентир по подбору: для оптики глубокого УФ и лазерных окон берут КУ-1 или КУВИ, для видимого диапазона и общей оптики подходит КВ, а под ИК-задачи с минимумом полос поглощения выбирают КИ с низким OH. Точное соответствие проверяют по паспортным кривым пропускания конкретной партии, поскольку у природных марок разброс шире, чем у синтетических.

Риски подбора и квалификация партии

Одинаковое обозначение по ГОСТ ещё не означает одинаковое стекло. Две марки, формально проходящие под одной строкой спецификации, различаются по содержанию гидроксильных групп, и этот разброс OH напрямую сдвигает пропускание. На 193 и 248 нм, а также в полосе поглощения около 2.73 мкм две «одинаковые» партии дают заметно разные кривые.

Чем рискует снабженец, взявший «эквивалент» по названию и не запросивший данные по OH? Тем, что оптика уйдёт в производство с параметрами, под которые её никто не считал.

Под критичные задачи — эксимерные лазеры, DUV-литографию, ИК-оптику — новое стекло квалифицируют под конкретное применение. Не по совпадению марки в прайсе, а по измеренным характеристикам образца из реальной партии. Разница между «подходит по названию» и «проверено под задачу» стоит недель, а иногда и месяцев.

Что с этим на практике? В 2024-2025 часть предприятий столкнулась с задержкой серийного выпуска именно из-за смены источника стекла и последующей повторной квалификации. Вопрос «чем заменить импортное кварцевое стекло» решается не поиском красивого аналога, а контролем свойств партии.

Мы в Кварц-Пром при поставке контролируем содержание OH в диапазоне 5-150 ppm и выдаём паспорт качества на каждую партию: так заказчик получает не обещание, а измеренные цифры под свой допуск. Поставляем КУ-1, КУ-2, КВ и КИ в листах, дисках и заготовках, изготавливаем по чертежам. Когда прозрачность в нужной полосе критична (а на DUV она критична почти всегда), паспорт на партию снимает половину рисков ещё до раскроя.

Частые вопросы

Какой российский аналог у Suprasil?

Для Suprasil подходит марка КУ-1 (синтетическое кварцевое стекло, Type III, содержание OH около 2000 ppm), пригодная для УФ-оптики и эксимерных лазеров. Для варианта Suprasil 300 (Type IV, OH менее 1 ppm) ближе марка КУВИ с низким содержанием гидроксила. Нормирование марок идёт по ГОСТ 15130-86.

Чем заменить Momentive GE124?

GE124 (природное электроплавленое стекло, Type I) замещается маркой КВ для полупроводниковых и общих оптических задач. Для инфракрасной марки GE214 ближе российская КИ с пониженным содержанием OH. Обе марки нормируются по ГОСТ 15130-86.

В чём разница Suprasil и Infrasil?

Suprasil получают синтезом (Type III, высокое содержание OH), рабочий диапазон смещён в УФ. Infrasil получают из природного сырья (Type I, низкое содержание OH), диапазон прозрачности лежит в ближнем ИК. Заменять их одной российской маркой нельзя: под каждую задачу подбирают отдельную марку по способу получения и содержанию OH.

Можно ли менять марки 1:1?

Нет. Подбор ведут по способу получения (Type) и содержанию OH, а не по названию импортной марки. Партию квалифицируют под конкретную задачу с паспортом качества.

Подходит ли КУ-1 для эксимерных лазеров?

Да, КУ-1 прозрачен на длинах волн 193 и 248 нм и не имеет полос поглощения в области 170-250 нм. Это российский аналог Suprasil для DUV-диапазона при контроле содержания OH и класса стекла.

Какой аналог у Tosoh ES?

Подходят синтетические марки КУ-1 или КУ-2 (Type III). Содержание OH у ES grade (около 1300 ppm) близко к уровню КУ-1 (около 2000 ppm), поэтому подбор ведут по спектральному диапазону и требованиям к пузырности.

По какому ГОСТу нормируются российские марки кварцевого стекла?

Марки нормируются по ГОСТ 15130-86. Он охватывает КУ-1, КУ-2, КВ, КИ, КУВИ и КУВ с указанием способа получения, содержания OH и оптических характеристик.

Аналоги Heraeus в России подбирают не по названию, а по способу получения (Type) и содержанию OH, с квалификацией конкретной партии SiO₂. Если нужна замена Suprasil, Infrasil, GE124 или Tosoh ES под вашу задачу, специалисты Кварц-Пром подберут марку (КУ-1, КУ-2, КВ, КИ) и оформят паспорт качества на партию. Поставляем листы, диски и заготовки, изготавливаем изделия по чертежам.