ZERODUR®
Expansión térmica
Tolerancias de CTE de ZERODUR®
Como valor predeterminado, el coeficiente medio de expansión térmica (CTE) de ZERODUR® se mide dentro del intervalo de temperatura de 0 °C a 50 °C. Las cinco clases de expansión se diferencian de la siguiente manera:
| Grados de CTE | CTE (0 °C; 50 °C)* |
|---|---|
| Clase de expansión 2 de ZERODUR® | 0 ± 0.100 ・ 10-6/K |
| Clase de expansión 1 de ZERODUR® | 0 ± 0.050 ・ 10-6/K |
| Clase de expansión 0 de ZERODUR® | 0 ± 0.020 ・ 10-6/K |
| Clase de expansión 0 ESPECIAL de ZERODUR® | 0 ± 0.010 ・ 10-6/K |
| Clase de expansión 0 EXTREMA de ZERODUR® | 0 ± 0.007 ・ 10-6/K |
| ZERODUR® TAILORED |
A MEDIDA ± 0,020・10-6/K |
Temperatura máxima de aplicación 600 °C.
Con solicitud previa, ZERODUR® está disponible para rangos de temperatura personalizados.
Ofrecemos la clase de expansión 0 o una más optimizada para su aplicación individual.
Homogeneidad del CTE
La homogeneidad se evalúa midiendo las muestras CTE distribuidas homogéneamente por todo el espacio en blanco y calculando la diferencia en CTE entre el valor más alto y el más bajo medido.
La homogeneidad de la expansión lineal se puede garantizar en las siguientes clases de peso:
Tolerancias de homogeneidad de CTE (0 °C; 50 °C)
- hasta 18 toneladas: < 0.03 ・ 10-6/K
- hasta 6 toneladas: < 0.02 ・ 10-6/K
- hasta 0.3 toneladas: < 0.01 ・ 10-6/K
Distribución de CET dentro de un espacio en blanco de 1.5 m de diámetro con una homogeneidad de CET medida de 0.004 · 10-6/K
Tolerancias de CTE de ZERODUR® K20
ZERODUR® K20, una versión para altas temperaturas de ZERODUR®, se ha optimizado para soportar temperaturas de aplicación más altas.
Coeficiente medio de expansión térmica lineal de ZERODUR® K20
- CTE (20°C; 700°C): 2.4・10-6/K
- CTE (20 °C; 300 °C): 2.2・10-6/K
- CTE (0 °C; 50 °C): 1.6 ・ 10-6/K
Temperatura máxima de aplicación 850 °C.
Calidad interna
Si no se especifica ninguna calidad al recibir un pedido, ZERODUR® se suministrará con la calidad estándar. Las especificaciones individuales de calidad interna se pueden cumplir al realizar el pedido.
Inclusiones
Aunque el nivel de defecto es bajo, las principales inclusiones que se encuentran en ZERODUR® son burbujas. Durante la inspección de las piezas ZERODUR®, se tienen en cuenta todas las inclusiones con un diámetro de > 0.3 mm. Si una inclusión tiene una forma distinta a la esférica, el diámetro promedio se registra como la media de la longitud y el ancho. ZERODUR® está disponible en seis niveles diferentes de calidad de inclusión, que se definen en función de las dimensiones de su pieza.
Niveles de calidad para inclusiones en ZERODUR®
Número promedio de inclusiones por 100 cm3:
| Estándar | 5.0 |
|---|---|
| Clase 4 | 5.0 |
| Clase 3 | 4.0 |
| Clase 2 | 3.0 |
| Clase 1 |
2.0 |
| Clase 0 |
1.0 |
Diámetro máximo de las inclusiones individuales en mm para diferentes diámetros o diagonales de la pieza ZERODUR®:
| En el volumen crítico | < 500 mm | < 2000 mm | < 4000 mm |
|---|---|---|---|
| Estándar | 1.4 | 2.0 | 3.0 |
| Clase 4 | 1.2 | 1.8 | 2.5 |
| Clase 3 | 1.0 | 1.6 | 2.0 |
| Clase 2 | 0.8 | 1.5 | 1.8 |
| Clase 1 | 0.6 | 1.2 | 1.6 |
| Clase 0 | 0.4 | 1.0 | 1.5 |
| En el volumen no crítico |
< 500 mm | < 2000 mm | < 4000 mm |
|---|---|---|---|
| Estándar | 3.0 | 6.0 | 10.0 |
| Clase 4 | 2.0 | 5.0 | 8.0 |
| Clase 3 | 1.5 | 4.0 | 6.0 |
| Clase 2 | 1.0 | 3.0 | 6.0 |
| Clase 1 | 0.8 | 3.0 | 6.0 |
| Clase 0 | 0.6 | 3.0 | 6.0 |
Especificaciones individuales con solicitud previa.
Tensión en masa
La birrefringencia de tensión a granel de ZERODUR® se registra en la diferencia de trayectoria por espesor en la dirección de inspección. Para discos, se mide en dirección axial al 5 % del diámetro desde el borde. Para las placas rectangulares, la medición se realiza en el centro del lado más largo perpendicular a la superficie de la placa.
Niveles de calidad para tensión en masa en ZERODUR®
Birrefringencia de tensión en masa [nm/cm] para piezas con diámetros o diagonales:
| < 500 mm | < 2000 mm | < 4000 mm | |
|---|---|---|---|
| Estándar | 6 | 12 | 15 |
| Clase 4 | 4 | 10 | 12 |
Estrías
Además de la birrefringencia por tensión en masa, la birrefringencia por tensión inducida por las estrías locales se clasifica como una función del diámetro de la pieza.
Birrefringencia de esfuerzo causada por estrías [nm/estrías] para piezas con diámetros o diagonales:
| < 500 mm | < 2000 mm | < 4000 mm | |
|---|---|---|---|
| Estándar | 60 | 60 | 60 |
| Clase 4 | 45 | 45 | 45 |
| Clase 3 | 30 | 30 | 30 |
| Clase 2 | 5 | 30 | 30 |
| Clase 1 | - | 5 | 30 |
Procesando
ZERODUR® se procesa en geometrías complejas basadas en dibujos técnicos y especificaciones de nuestros clientes. Nuestros ingenieros de aplicaciones y procesos lo apoyan durante la fase de diseño de su producto para aprovechar al máximo las propiedades de ZERODUR® para su aplicación específica. También ofrecemos modelado de elementos finitos y requisitos especiales de calidad previa solicitud.
Las rectificadoras CNC de 5 ejes permiten la fabricación precisa de piezas ZERODUR® de hasta 4.25 m de diámetro. Lo más destacado del procesamiento ZERODUR® es su ligereza mediante el esmerilado de relaciones de aspecto complejas entre la altura de los bolsillos y el grosor de las nervaduras utilizadas para piezas con estrictos requisitos de peso.
Mediante el pulido de un solo lado y de dos lados, ofrecemos diferentes calidades de superficie para dimensiones de hasta 500 mm. Dependiendo del tamaño de la pieza, se puede lograr una rugosidad de hasta el rango subnanómetro.
Dado que ZERODUR® actúa como un excelente sustrato para el recubrimiento, se ofrecen varios recubrimientos, desde aluminio estándar hasta recubrimientos personalizados complejos, para piezas de menos de 300 mm. Nuestros expertos en revestimientos están preparados para ayudarle a elegir el recubrimiento que mejor se adapte a sus especificaciones.
Tolerancias de rectificado CNC propuestas para dimensiones y formas
| Dimensión < 2000 mm | Tolerancias [mm] | Tolerancias más estrictas [mm]* |
|---|---|---|
| Longitud, ancho, altura |
± 0.3 | ± 0.1 |
| Diámetro | ± 0.3 | ± 0.1 |
| Ángulo | ± 5’ | ± 1’ |
| Planitud ** | 0.1 - 0.2 | 0.1 |
| Cilindricidad ** | 0.1 | 0.1 |
| Perfil ** | 0.2 | 0.1 |
| Paralelismo ** | 0.1 - 0.2 | 0.1 |
| Posición ** | 0.1 | 0.1 |
| Concentricidad ** | 0.1 | 0.1 |
| Descentramiento ** | 0.1 | 0.1 |
** según ISO 1101
| Dimensión ≤ 4000 mm |
Tolerancia (mm) |
Tolerancias más altas [mm]* |
|---|---|---|
| Longitud, ancho, altura | ± 0.4 |
± 0.2 |
| Diámetro | ± 0.4 | ± 0.2 |
| Ángulo | ± 5’ | ± 1’ |
| Planitud ** | 0.2 | 0.1 |
| Cilindricidad ** | 0.2 | 0.1 |
| Perfil ** | 0.4 | 0.2 |
| Paralelismo ** | 0.2 | 0.1 |
| Posición ** | 0.2 | 0.1 |
| Concentricidad ** | 0.2 | 0.1 |
| Descentramiento ** | 0.2 | 0.1 |
** según ISO 1101
Propiedades físicas
Cálculo de la tensión de plegado y de la vida útil
ZERODUR® es el material de elección cuando se trata de excelentes propiedades térmicas y precisión en aplicaciones de alta tecnología. Con frecuencia, estas aplicaciones también requieren soportar ciertas cargas mecánicas, ya sea de forma continua, en los soportes de los espejos de los telescopios, o a corto plazo durante el lanzamiento de un cohete.
El factor clave que se debe evaluar para cuantificar la tensión de rotura de ZERODUR® es la calidad de la superficie, especialmente la aparición de microgrietas. En general, aplicar cargas por debajo de 10 MPa de tensión de tracción no requiere ningún análisis especial de rotura de ZERODUR®.
Los exhaustivos datos de SCHOTT sobre las roturas de muestras ZERODUR® han demostrado que puede soportar cargas mecánicas a largo plazo (decenas de años) de 30 a 100 MPa. Esto es mucho mayor de lo previsto anteriormente. Gracias a una distribución Weibull de tres parámetros, será un placer hablar sobre la vida útil de ZERODUR® con sus cargas mecánicas individuales a largo plazo.
Propiedades mecánicas y ópticastípicas
| ZERODUR® | ZERODUR® K20 | |
|---|---|---|
| Conductividad térmica λ20°C [W/(m ・ K)] | 1.46 | 1.63 |
| Índice de difusividad térmica a a 20°C [10-6m2/s] | 0.72 | - |
| Capacidad calorífica cp a 20°C [J/(g · K)] | 0.80 | 0.90 |
| Módulo E de Young a 20°C [GPa]: valor medio | 90.3 | 84.7 |
| Cociente de Poisson | 0.24 | 0.25 |
| Densidad ρ [g/cm3] | 2.53 | 2.53 |
| Dureza Knoop HK 0.1/20 (ISO9385) | 620 | 620 |
| Índice de refracción nd | 1.5424 | - |
| Abreviatura número νd | 56.1 | - |
| Transmitancia interna Ti a 580 nm / 5 mm de grosor | 0.95 | - |
| Transmitancia interna Ti a 580 nm / 10 mm de grosor | 0.9 | - |
| Coeficiente óptico de tensión K a λ = 589.3 nm [10-6MPa-1] | 3 | - |
| Resistencia eléctrica ρ a 20°C [Ω · cm] | 2.6 · 1013 | - |
| Tk100 [°C], Temperatura para ρ = 108 [Ω · cm] | 178 | - |
Propiedades químicas
A temperatura ambiente, la mayoría de los ácidos, álcalis, sales y soluciones colorantes no dejan rastros residuales en las superficies ZERODUR®. Se puede grabar con ácido fluorhídrico, así como con ácido sulfúrico concentrado a temperaturas elevadas. Además, los materiales de construcción como mica, chamotte, MgO y SiO2 no reaccionan notablemente con ZERODUR® (hasta 600 °C durante 5 h). Por el contrario, el esmalte reacciona por encima de 560 °C y destruye su superficie.
Basándose en la buena resistencia química del material, los revestimientos como los espejos se pueden desmontar de una manera reproducible. La superficie pulida se limpia y recubre fácilmente mediante un protocolo optimizado.
Propiedades químicas típicas
| ZERODUR® | ZERODUR® K20 | |
|---|---|---|
| Clase de resistencia hidrolítica (ISO 719) | HGB 1 | - |
| Clase de resistencia a los ácidos (ISO 8424) | 1.0 |
- |
| Clase de resistencia alcalina (ISO 10629) | 1.0 | - |
| Resistencia al clima | Clase 1 | - |
| Resistencia a las manchas | Clase 0 | - |
| Permeabilidad al helio [átomos/(cm · s · bar)] a 20 °C | 1.6 · 106 | - |
| Permeabilidad al helio [Atoms/(cm · s · bar)] a 100°C | 5.0 · 107 | - |
| Permeabilidad al helio [Atoms/(cm · s · bar)] a 200°C | 7.2 · 108 | - |
Publicaciones seleccionadas
| No. | Año | Título | Autores | Publicaciones |
|---|---|---|---|---|
| [1-14] | 2018 | Consejos para el uso de ZERODUR® a temperaturas más altas | R. Jedamzik, T. Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 10706 |
| [1-13] | 2017 | Homogeneidad del coeficiente de expansión térmica lineal de ZERODUR: revisión de una década de evaluaciones | R. Jedamzik, T. Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 10401 |
| [1-12] | 2016 | Modelado termomecánico ZERODUR® y dilatometría avanzada para la generación ELT | R. Jedamzik, C. Kunisch, T. Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 9912 |
| [1-11] | 2016 | Efectos de la falta de homogeneidad térmica en sustratos de espejos de clase 4m | R. Jedamzik, C. Kunisch, T. Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 9912 |
| [1-10] | 2016 | Progreso en la vitrocerámica ZERODUR® que permite una precisión nanométrica | Ralf Jedamzik, Clemens Kunisch, Johannes Nieder, Peter Weber y Thomas Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 9780 |
| [1-10] | 2016 | Modelado termomecánico ZERODUR® y dilatometría avanzada para la generación ELT | Ralf Jedamzik, Clemens Kunisch y Thomas Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 9912 |
| [1-10] | 2016 | Dilatómetro de última generación para la medición de la expansión térmica de mayor precisión de ZERODUR® | R. Jedamzik, A. Engel, C. Kunisch, G. Westenberger, P. Fischer, T. Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 9574 |
| [1-8] | 2014 | ZERODUR® TAILORED para aplicaciones criogénicas | R. Jedamzik, T. Westerhoff | Proc. SPIE. Vol. 9151 |
| [1-7] | 2013 | ZERODUR®: progreso en la caracterización del CTE | R. Jedamzik, C. Kunisch, T. Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 8860 |
| [1-6] | 2013 | Hoja de ruta de la vitrocerámica ZERODUR® de expansión cero para la litografía avanzada | T. Westerhoff, R. Jedamzik, P. Hartmann | Proc. SPIE Vol. 8683 |
| [1-5] | 2010 | Modelado del comportamiento de expansión térmica de ZERODUR® a perfiles de temperatura arbitrarios | R. Jedamzik, T. Johansson, T. Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 7739 |
| [1-4] | 2009 | Caracterización del CTE de ZERODUR® para el ELT del siglo | R. Jedamzik, T. Döhring, T. Johansson, P. Hartmann, T. Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 7425 |
| [1-3] | 2006 | Homogeneidad del coeficiente de expansión térmica lineal de ZERODUR® medida con una precisión mejorada | R. Jedamzik, R. Müller, P. Hartmann | Proc. SPIE Vol. 6273 |
| [1-2] | 2006 | Influencia de las estrías en la homogeneidad del coeficiente de expansión térmica lineal de ZERODUR® | R. Jedamzik, P. Hartmann | Proc. SPIE Vol. 6288 |
| [1-1] | 2005 | Homogeneidad del coeficiente de expansión térmica lineal de ZEDRODUR® | R. Jedamzik, T. Doehring, R. Mueller, P. Hartmann | Proc. SPIE Vol. 5868 |
| No. | Año | Título | Autores | Publicaciones |
|---|---|---|---|---|
| [2-13] | 2019 | Vida útil mínima de las estructuras ZERODUR® basada en el modelo del límite de tensión de rotura: una revisión | Peter Hartmann | Ingeniería óptica Vol. 58, número 2 (acceso abierto) |
| [2-12] | 2018 | Relación entre el tratamiento de la superficie y los daños debajo de la superficie en ZERODUR® | R. Jedamzik, P. Hartmann, I. Burger, T. Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 10706 |
| [2-11] | 2017 | Fuerza motriz de ZERODUR®: revisión de los logros | P. Hartmann | Proc. SPIE Vol. 10371 |
| [2-10] | 2016 | Modelado de fuerza ZERODUR® con distribuciones estadísticas Weibull | P. Hartmann | Proc. SPIE Vol. 9912 (acceso abierto) |
| [2-9] | 2015 | ZERODUR®: nuevos datos de corrosión por tensión que mejoran la predicción de la fatiga por resistencia | P. Hartmann, G. Kleer | Proc. SPIE Vol. 9573 |
| [2-8] |
2014 | ZERODUR®: datos de resistencia a la flexión para superficies grabadas | P. Hartmann, A. Leys, A. Carré, F. Kerz, T. Westerhoff | Proc. SPIE. Vol. 9151 |
| [2-7] | 2012 | ZERODUR®, enfoque determinista para un diseño resistente | P. Hartmann | Ingeniería óptica 51(12) |
| [2-6] |
2012 | ZERODUR® para pulido de espejo con tensión II: modelado mejorado del comportamiento del material | R. Jedamzik, C. Kunisch, T. Westerhoff, U. Müller, J. Daniel | Proc. SPIE Vol. 8450 |
| [2-5] | 2011 | ZERODUR®: nuevos resultados en resistencia a la flexión y corrosión por esfuerzo | P. Hartmann | Proc. SPIE Vol. 8146 |
| [2-4] | 2011 | ZERODUR® para pulido de espejo bajo tensión | R. Jedamzik, C. Kunisch, T. Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 8126 |
| [2-3] | 2009 | Vitrocerámica ZERODUR® para aplicaciones de alta tensión |
P. Hartmann, K. Nattermann, T. Döhring, R. Jedamzik, M. Kuhr, P. Thomas, G. Kling, S. Lucarelli |
Proc. SPIE Vol. 7425 |
| [2-2] | 2007 | Aspectos de resistencia para el diseño de las estructuras de vitrocerámica ZERODUR® | P. Hartmann, K. Nattermann, T. Doehring, M. Kuhr, P. Thomas, G. Kling, P. Gath, S. Lucarelli | Proc. SPIE Vol. 6666 |
| [2-1] | 2008 | Vitrocerámica ZERODUR®: diseño de estructuras con altas tensiones mecánicas | K. Nattermann, P. Hartmann, G. Kling, P. Gath, S. Lucarelli, B. Messerschmidt | Proc. SPIE Vol. 7018 |
| No. | Año | Título | Autor | Publicaciones |
|---|---|---|---|---|
| [4-18] | 2020 | Capacidad de fabricación de ZERODUR®: Protección ELT y mucho más | T. Westerhoff, T. Hull, R. Jedamzik | Proc. SPIE Vol. 11116 |
| [4-17] | 2020 | Establecimiento de un centro de fabricación de sustratos para espejos ligeros ZERODUR de 4 metros de diámetro | T. Westerhoff, T. Hull, R. Jedamzik | Proc. SPIE Vol. 11117 |
| [4-16] | 2020 | Optimización de los procesos de fabricación de sustratos de espejos ZERODUR® para una fabricación óptica eficiente | T., Hull, T. Westerhoff, R. Jedamzik | Proc. SPIE Vol. 11116 |
| [4-15] | 2017 | ZERODUR® de 4 m en un espacio blanco que resiste hasta 20 g de aceleración | T. Westerhoff, T. Werner, T. Gehindy | Proc. SPIE Vol. 10401 |
| [4-14] | 2012 | El rendimiento de la producción a escala industrial de espejos ZERODUR® con un diámetro de 1.5 m demuestra su capacidad para los segmentos ELT M1 | T. Westerhoff, P. Hartmann, R. Jedamzik, A. Werz | Proc. SPIE Vol. 8444 |
| [4-13] | 2012 | Cerámica de vidrio de expansión cero ZERODUR®: los últimos avances revelan un gran potencial | P. Hartmann, R. Jedamzik, T. Westerhoff | Proc. SPIE Vol. 8450 |
| [4-12] | 2011 | Progreso en la producción de espejos de clase ZERODUR® de 4 m | T. Westerhoff, S. Gruen, R. Jedamzik, C. Klein, T. Werner, A. Werz | Proc. SPIE Vol. 8126 |
| [4-11] | 2010 | Espejo de 8 m ZERODUR® para telescopio espacial | P. Hartmann, T. Westerhoff, R. Reiter, R. Jedamzik, V. Wittmer, H. Kohlmann | Proc. SPIE Vol. 7731 |
| [4-10] | 2009 | Cuatro décadas de sustratos de espejo ZERODUR® para astronomía | T. Döhring, R. Jedamzik, T. Westerhoff, P. Hartmann | Proc. SPIE Vol. 7281 |
| [4-9] | 2007 | Espejos para telescopios solares fabricados con vitrocerámica ZERODUR® | T. Döhring, R. Jedamzik, P. Hartmann | Proc. SPIE Vol. 6689 |
| [4-8] | 2006 | Propiedades de los espacios en blanco para espejo ZERODUR® para telescopios extremadamente grandes | T. Döhring, P. Hartmann, R. Jedamzik, A. Thomas, F.-T. Lentes | Proc. SPIE Vol. 6148 |
| [4-7] | 2005 | Estado de la producción espacios en blanco para espejo ZERODUR® en SCHOTT | T. Doehring, P. Hartmann, R. Jedamzik, A. Thomas | Proc. SPIE Vol. 5869 |
| [4-6] | 2004 | Espacios en blanco para espejo ZERODUR® para ELT: tecnología y capacidad de producción en SCHOTT | T. Dohring, P. Hartmann, R. Jedamzik, A. Thomas | Proc. SPIE Vol. 5382 |
| [4-5] | 2004 | Fabricación del bloque de espejo ZERODUR® de 4.1 m para el telescopio VISTA | T. Doehring, R. Jedamzik, V. Wittmer, A. Thomas, | Proc. SPIE Vol. 5494 |
| [4-4] | 2004 | Mandriles de conformado para telescopios de rayos X fabricados con ZERODUR® modificado | T. Doehring, R. Jedamzik, P. Hartmann, H. Esemann, C. Kunisch | Proc. SPIE Vol. 5168 |
| [4-3] | 2004 | 100 años de espacios en blanco para espejos de SCHOTT | P. Hartmann, H. F. Morian | Proc. SPIE Vol. 5382 |
| [4-2] | 2003 | Mandriles ZERODUR® para la nueva generación de telescopios de rayos X | T. Doehring, R. Jedamzik, A. Thomas, H. F. Morian | Proc. SPIE Vol. 4851 |
| [4-1] | 2003 | ZERODUR® para telescopios de segmentos grandes | H. F. Morian, P. Hartmann, R. Jedamzik, H. W. Hoeness | Proc. SPIE Vol. 4837 |
| No. | Año | Título | Autores | Publicaciones |
|---|---|---|---|---|
| [5-2] |
2018 | El impacto de las radiaciones ionizantes en ZERODUR® | A. Carre, T. Westerhoff, T. Hull | Proc. SPIE Vol. 10698 |
| [5-1] | 2017 | Resumen de la interacción de la radiación espacial con ZERODUR® | A. Carre, T. Westerhoff, T. Hull, D. Doyle | Proc. SPIE Vol. 10401 |
