Rent kvartsglas är mycket transparent och motståndskraftigt mot värme, fysisk, och kemiska effekter. Detta är optimala förutsättningar för användning inom optik, datateknik eller medicinteknik. För effektiv, högkvalitativ bearbetning, dock, adekvata processer saknas. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har utvecklat en formningsteknik för att strukturera kvartsglas som en polymer. Denna innovation rapporteras i tidskriften Avancerade material .

"Det har alltid varit en stor utmaning att kombinera mycket rent kvartsglas och dess utmärkta egenskaper med en enkel struktureringsteknik, " säger Dr. Bastian E. Rapp, Chef för NeptunLabs tvärvetenskapliga forskargrupp vid KIT:s Institute of Microstructure Technology (IMT). Rapp och hans team utvecklar nya processer för industriell glasbearbetning. "Istället för att värma glas upp till 800 grader C för att forma eller strukturera delar av glasblock genom laserbearbetning eller etsning, vi börjar med de minsta glaspartiklarna, " säger maskiningenjören. Forskarna blandar glaspartiklar på 40 nanometer stora med en flytande polymer, forma blandningen som en sockerkaka, och härda den till en fast substans genom upphettning eller ljusexponering. Den resulterande fasta substansen består av glaspartiklar i en matris i ett förhållande av 60 till 40 vol-%. Polymererna fungerar som ett bindemedel som håller kvar glaspartiklarna på rätt ställen och, därav, behåller formen.

Denna "Glassomer" kan fräsas, vände, laserbearbetad eller bearbetad i CNC-maskiner precis som en konventionell polymer. "Hela utbudet av polymerformningsteknologier har nu öppnats för glas, "Betonar Rapp. För att tillverka högpresterande linser som bland annat används i smartphones, forskarna producerar en Glassomer-stav, från vilka linserna är skurna. För mycket rent kvartsglas, polymererna i kompositen måste avlägsnas. För att göra det, linserna värms upp i en ugn vid 500 till 600 grader C och polymeren bränns helt till CO2. För att stänga de resulterande luckorna i materialet, linserna sintras vid 1300 grader C. Under denna process, de återstående glaspartiklarna förtätas till porfritt glas.

Denna formningsteknik möjliggör produktion av mycket rena glasmaterial för alla applikationer, för vilka endast polymerer hittills har varit lämpade. Detta öppnar nya möjligheter för glasbearbetningsindustrin såväl som för den optiska industrin, mikroelektronik, bioteknik, och medicinteknik. "Vår process är lämpad för massproduktion. Tillverkning och användning av kvartsglas är mycket billigare, mer hållbart, och mer energieffektiva än en speciell polymer, " förklarar Rapp.

Detta är den tredje innovationen för bearbetning av kvartsglas som har utvecklats av NeptunLab på basis av en flytande glas-polymerblandning. 2016, forskarna har redan lyckats använda denna blandning för formning. Under 2017, de applicerade blandningen för 3D-utskrift och visar dess lämplighet för additiv tillverkning. Inom ramen för tävlingen "NanomatFutur" för forskare i tidiga skeden, teamet finansierades med 2,8 miljoner euro av det federala ministeriet för utbildning och forskning från 2014 till 2018. En spinoff planerar nu att kommersialisera Glassomer.