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零度® 低热膨胀微晶玻璃

五十年来,零度® 微晶玻璃凭借其极低的热膨胀率,始终是肖特最引以为傲的非凡产品之一。这种特殊的微晶玻璃拥有极佳的热稳定性,即便在剧烈温差下也能保持尺寸恒定,确保了各种高精密光学应用系统所需的纳米级精度。

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a piece of ZERODUR® low thermal expansion glass-ceramic
概述

    Blue magnifying glass icon, symbolizing search or zoom functionality. 通往遥远星系的窗口

    SCHOTT ZERODUR® 微晶玻璃确保提供清晰的图像,助力世界上最大的望远镜揭开宇宙的奥秘。

    Info.svg 实现引力波天文学的未来

    通过LISA探路者任务,欧洲航天局(ESA)为首个天基引力波天文台铺平了道路。其核心:ZERODUR®微晶玻璃。

    Award & innovation 关于ZERODUR®的专家见解

    探索ZERODUR®的专门培训内容,涵盖超低膨胀微晶玻璃、光学系统设计、天文学应用和精密工程。

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    肖特将您的个人信息仅用于回复您的询问。请点击此处查看更多信息。

    Hexagon-shaped ZERODUR® glass-ceramic by SCHOTT

    在极端条件下高度准确

    零度®的极低热膨胀在整个体积上均匀分布,因此它非常适合在温度变化的条件下进行精确定位或成像的各种应用。
    Disc of ZERODUR® glass-ceramic for telescope mirror

    从小到大均有出色的可加工性

    除稳定性外,其加工性能同样优异:无论是微型棱镜还是数米级镜坯,肖特均能实现。对于追求极致精度与轻量化的半导体设备而言,它是不可或缺的核心材料。 高度轻量化和表面弯曲强度优化是肖特的专业关键领域,这使零度®成为太空应用的理想选择。
    Florian Kanal博士,业务发展与战略营销
    50 多年来,ZERODUR® 一直助力工程师突破精度极限。如果您的应用要求稳定性、可靠性和高性能,我们随时准备迎接您的挑战。
    技术参数

    零度®

    几十年来,零度®微晶玻璃的独特技术特点使其成为众多应用的理想之选,这些应用往往依赖于极低热膨胀材料。 现在,它也是天文学中超精密反射镜基板的行业标准。

    ZERODUR® 的热膨胀系数公差

    默认情况下,零度®的平均热膨胀系数(CTE)在 0°C 至 50°C 的温度范围内测量。分为五个膨胀级别,如下所示:

    热膨胀系数等级 热膨胀系数(0°C;50°C)*
    ZERODUR® 2级膨胀 0 ± 0.100 ・ 10-6/K
    ZERODUR® 1级膨胀 0 ± 0.050 ・ 10-6/K
    ZERODUR® 0级膨胀 0 ± 0.020 ・ 10-6/K
    ZERODUR® 特殊0级膨胀 0 ± 0.010 ・ 10-6/K
    ZERODUR® 极度0级膨胀 0 ± 0.007 ・ 10-6/K
    ZERODUR® 定制

    TAILORED ± 0.020・10-6/K 
    (± 0.010・10-6/K 根据要求) 
    针对应用温度进行了优化

    *CTE(0°C; 50°C)描述了 0°C 至 50°C 温度下的线性平均热膨胀系数。

     

    最高应用温度600°C。

    根据要求,零度®可用于定制温度范围。

    我们为您的独特应用提供膨胀级别 0 级或更好的优化。

     

    CTE 均一性

    通过测量整个 CTE 样品中空白的均匀分布,计算测得的最高值和最低值之间的 CTE 差,来评估均匀性。

    以下重量级别保证了线性膨胀的均匀性:

    CTE(0°C; 50°C)均一性公差

    • 18吨及以下:< 0.03 ・ 10-6/K
    • 6吨及以下:< 0.02 ・ 10-6/K
    • 0.3吨及以下:< 0.01 ・ 10-6/K

     

    CTE 分布在直径 1.5 米的毛坯内,测得的 CTE 均匀度为 0.004 · 10-6/K

    CTE distribution map within a 1.5 m diameter ZERODUR® blank

     

    零度® K20 的 CTE 公差

    ZERODUR® K20 是 ZERODUR® 的高温型号,经过优化,可耐受更高的应用温度。

    ZERODUR® K20 的平均线性热膨胀系数

    • 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

    最高应用温度850°C。

    如果收到订单后未指定品质,我们将提供标准品质的零度®。 可以根据要求提供独特的内部品质规格。

     

    夹杂物

    尽管缺陷水平较低,但零度®中的主要夹杂物是气泡。 在检查零度®零件时,应考虑所有直径 > 0.3 毫米的夹杂物。 如果夹杂物的形状不是球形,则应报告平均直径,即长度和宽度的平均值。 零度®有六种不同的夹杂物品质等级,它们根据零件的尺寸进行定义。

    零度®中夹杂物的品质等级

    每100cm3的平均夹杂物数量:

    标准 5.0
    4级 5.0 
    3级 4.0
    2级 3.0
    1级
    2.0
    0级
    1.0

     

    ZERODUR® 部件的不同直径或对角线的单个夹杂物最大直径(毫米):

    临界体积 < 500 mm  < 2000 mm < 4000 mm 
    标准 1.4 2.0  3.0 
    4级 1.2  1.8  2.5 
    3级 1.0 1.6  2.0 
    2级 0.8 1.5  1.8 
    1级 0.6 1.2  1.6 
    0级 0.4 1.0  1.5 

     

    非临界体积
    < 500 mm < 2000 mm < 4000 mm
    标准 3.0  6.0 10.0
    4级 2.0 5.0  8.0 
    3级 1.5 4.0  6.0 
    2级 1.0 3.0  6.0 
    1级 0.8 3.0  6.0 
    0级 0.6 3.0  6.0 

    根据要求提供各种规格

      

    体积应力

    零度®的体应力双折射为检查方向上每个厚度的路径差。 对于圆盘状玻璃,它是在距离边缘直径 5% 的轴向测量的。 对于矩形板,在垂直于平板表面的较长边中央进行测量。

    零度®体应力的品质等级

    直径或对角线部件的 体积应力双折射[nm/cm]:


    < 500 mm < 2000 mm  < 4000 mm
    标准 6         12        15       
    4级 4 10 12
    根据要求提供各种规格

     

    条纹

    除了体积应力双折射以外,由局部条纹引起的应力双折射被视为部件直径的函数。

    直径或对角线部件的由条纹引起的应力双折射[nm/条纹]:


    < 500 mm < 2000 mm  < 4000 mm
    标准 60  60  60 
    4级  45 45  45 
    3级 30  30  30 
    2级  30  30 
    1级  30 

    根据客户的技术图纸和规格,零度®可加工成复杂的几何形状。 在产品设计阶段,我们的应用和加工工程师会为您提供支持,以充分利用零度®特性,满足您独特应用的要求。 我们还可根据要求提供有限元建模,满足特定质量要求。

    5轴数控磨床可精确制造直径达4.25米的 ZERODUR® 部件。 ZERODUR® 的加工重点在于磨削出难度很大的凹处高度与加强筋厚度的比例,使其轻量化,生产出符合严格重量要求的部件。

    通过单面和双面抛光,我们可提供最大尺寸500毫米的不同等级的表面质量。 根据具体的部件尺寸,粗糙度最小可达到纳米级别。

    由于零度®是非常好的镀膜基材,因此对于小于 300 毫米的零件,我们可以提供从标准铝到复杂定制膜层的数种镀膜。 我们的镀膜专家将随时为您提供支持,以选出最符合您规格的膜层。

     

    推荐 CNC 尺寸和形状研磨公差

    尺寸 < 2000 毫米  公差 [mm] 更严格的公差[mm]*
    长、宽、高
    ± 0.3 ± 0.1
    直径 ± 0.3 ± 0.1
    角度 ± 5’ ± 1’
    平面度 ** 0.1 - 0.2 0.1
    圆柱度 ** 0.1 0.1
    轮廓度 ** 0.2 0.1
    平行度 ** 0.1 - 0.2  0.1 
    位置度 ** 0.1 0.1
    同心度 ** 0.1 0.1
    跳动 ** 0.1 0.1
    *更严格的公差取决于尺寸和几何形状。 它们不能自由组合。

    **根据 ISO 1101

     

    尺寸 ≤ 4000 毫米
    公差 [mm]
    更严格的公差[mm]*
    长、宽、高 ± 0.4
    ± 0.2
    直径 ± 0.4 ± 0.2 
    角度 ± 5’ ± 1’
    平面度 ** 0.2  0.1
    圆柱度 ** 0.2 0.1
    轮廓度 ** 0.4 0.2
    平行度 ** 0.2 0.1
    位置度 ** 0.2 0.1
    同心度 ** 0.2 0.1
    跳动 ** 0.2 0.1
    *更严格的公差取决于尺寸和几何形状。 它们不能自由组合。

    **根据 ISO 1101

    弯曲应力和寿命计算

    零度®具有出色的热性能和精度,是高科技应用的首选材料。 通常,这些应用还需要承受某些机械负载,例如在望远镜镜架中长期负载或在火箭发射过程中短期负载。

    要评估零度®断裂应力的关键因素是表面品质,尤其是微裂纹的出现。 通常,施加低于 10 Mpa 拉应力的负载不需要对零度®进行任何特殊的破裂分析。

    肖特提供的有关零度®地面样品破裂情况的详尽数据表明,它可以承受 30 至 100 MPa 的长期(数十年)机械负载。 这比以前的预测要高得多。 通过三参数威布尔分布,我们很乐意就您长期机械负载下的零度®寿命进行讨论。

     

    典型的机械和光学特性

    零度® 零度® K20
    20°C时的导热性 λ[W/(m・K)] 1.46 1.63
    20°C时的热扩散系数 a[10-6m2/s] 0.72 -
    20°C时的热容cp[J/(g · K)] 0.80 0.90
    20℃时的杨氏模量E[GPa]平均值 90.3 84.7
    泊松比 0.24 0.25
    密度 ρ [g/cm3] 2.53 2.53
    努氏硬度 HK 0.1/20 (ISO9385) 620 620
    折射率 nd 1.5424 -
    阿贝数 νd 56.1 -
    580 nm / 5毫米厚度的内部透射率 Ti 0.95 -
    580 nm / 10毫米厚度的内部透射率 Ti 0.9 -
    λ = 589.3 nm[10-6MPa-1] 的应力光学系数 K 3 -
    20°C时的电阻率 ρ [Ω · cm] 2.6 · 1013 -
    Tk100 [°C],ρ = 108 [Ω · cm] 的温度 178 -

    在室温下,大多数酸、碱、盐和染色溶液在零度®表面上都没有残留痕迹。 它在高温下可被氢氟酸和浓硫酸腐蚀。 此外,云母、黏土、氧化镁和二氧化硅等建筑材料不会与 ZERODUR® 发生明显反应(在600°C下持续5小时)。 相反,搪瓷在 560℃ 以上会与之反应,而破坏其表面品质。 

    基于材料的良好耐化学性,可以通过可复制的方式去除膜层,如反射镜。 抛光表面可以通过优化方案简单地进行清洁和再镀膜。

     

    典型化学特性

      ZERODUR® ZERODUR® K20
    耐水性等级(ISO 719) HGB 1  -
    耐酸等级(ISO 8424) 1.0
     -
    耐碱等级(ISO 10629) 1.0  -
    耐候性 1级  -
    耐污染性 0级  -
    20°C时氦气渗透性 [原子数/(cm · s · bar)] 1.6 · 1066  -
    100°C时氦气渗透性 [原子数/(cm · s · bar)] 5.0 · 107  -
    200°C时氦气渗透性 [原子数/(cm · s · bar)] 7.2 · 108  -

    常见问题解答

    零度®结合了近乎为零的热膨胀与卓越的均匀性,使其成为对精度在时间和温度变化下保持稳定有严格要求的应用的理想选择。

    即使是很小的温度变化也会导致材料膨胀或收缩。ZERODUR® 可将这些影响降至最低,帮助光学和测量系统在不断变化的环境条件下保持精度。

    零度® 应用于空间光学、天文望远镜、半导体光刻、计量系统、环形激光陀螺仪以及其他高精度领域。

    是的。不同的膨胀等级和定制的材料变体使ZERODUR®能够针对特定的温度范围和性能要求进行优化。

    是的。先进的 CNC 加工可实现复杂的 3D 几何形状、轻量化镜面结构、钻孔特征以及特定应用设计,同时保持卓越的精度。

    根据设计的不同,ZERODUR®镜面基板的重量最多可减轻90%,同时保持出色的刚度和尺寸稳定性。

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    应用

    零度®

    在精度和均匀性方面,零度®低热膨胀微晶玻璃是各种高科技应用的首选材料。 从在导航系统中发挥重要作用到提高微芯片的性能,零度®随着各种挑战不断发展。
    The ESO’s ELT (Extremely Large Telescope) observatory on the Cerro Armazones mountain in Chile

    推动天文学向更高层次发展

    零度®可用作整体式和拼接式望远镜中的望远镜镜头基板。 由于其较低的热膨胀率(由于环境变化引起的任何温度波动都会模糊望远镜图像),零度®的易加工性和抛光性能使其非常适合于自适应光学。 这就是智利的极大望远镜(ELT)的 40 米拼接主镜以它为原料的原因。

    Satellite orbiting a red planet

    走出地球

    天文学和地球观测等太空应用需要轻质坚固材料。 零度®轻量镜面基板在卫星发射过程中能承受很大压力,并且已经成为哈勃和钱德拉等卫星的一部分环绕地球运行。 此外,零度®的断裂可由肖特预测,它拥有耐辐射性的特点,是长期太空任务的理想之选。

    Precision probe sensor on industrial metalworking equipment

    为伟大工程提供支持

    零度®对温度波动的抵抗能力强,非常适合对距离和几何形状进行极精确测量和分析。

    Interior of an aircraft cabin with illuminated controls and displays

    更好的空中航行

    由零度®制成的特殊激光腔、镜坯和微型棱镜是环形激光陀螺仪的一部分,它们是飞机惯性导航系统的核心。 这些定制的元件坚固耐用,使用寿命长且透气性低,可实现高精度的参考系统。

    M-101316

    纳米级精度

    集成电路(IC)系统的小型化需要非常精确的光刻和晶圆定位,肖特零度®因其极低的热膨胀率成为它的理想材料。 另外,光刻光学元件拥有这一特性,可为 OLED 和 LCD 显示器创建高分辨率像素图案。

    Markus Kissler-Patig,欧洲南方天文台高级天文学家
    如果没有像ZERODUR®微晶玻璃这样的材料,就不可能有ELT这样的项目。
    产品型号

    零度®

    肖特零度®可以根据客户要求针对专业应用进行优化。 我们还生产该产品的多种型号,包括零度® K20 和零度® TAILORED。 

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    Man in glasses in business office on phone while working on laptop_330x190.jpg

    1 步骤 1
    2
    3

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