Материалы>>Кварцевое стекло>>Смотровое окно

Смотровые стёкла и иллюминаторы для промышленных установок: кварц, сапфир, ИК-материалы

Алкор Текнолоджиз производит смотровые стёкла и иллюминаторы для промышленных установок, вакуумных камер, реакторов, котлов и технологических аппаратов — из кварцевого стекла (ГОСТ 21836-2021, тип Г), сапфира, CaF₂, ZnSe, Si, Ge и MgF₂ — на собственном производстве в Санкт-Петербурге. Круглые, прямоугольные и нестандартные формы по чертежу. Диапазон рабочих температур −40°C … +1200°C (кварц). Для вакуума, давления, агрессивных химических сред. AR-покрытия для конкретных длин волн или диапазонов. КП в течение 24 часов.

Выбор материала смотрового стекла: практическое руководство

Кварцевое стекло закрывает большинство задач, но есть применения, где нужны более специализированные материалы — сапфир для механических нагрузок, ZnSe для дальнего ИК, CaF₂ для совмещения видимого и ИК-диапазонов:

Наименование	Диапазон, мкм	Т [C]	Применение
стекло оптическое BK-7, К8, Borofloat	0,35-2	350	Стандартное смотровое стекло для видимой области Ограниченное использование в ультрафиолете чувствителен к температуре, низкий коэффициент термического расширения Химически инертно
стекло кварцевое оптическое КУ-1, КВ, КИ	0.19-3.5	950	Смотровые окна для УФ или ИК спектра низкий коэффициент термического расширения Химически инертно
ZnS	0,5-15	200	ИК спектроскопия Высокая устойчивость к разрушению
сапфир Al2O3	0,5-4,5	1600	Высокая твёрдость Низкий показатель преломления Смотровые окна для вакуума УФ или ИК качество
Германий, Ge	2-15	120	Окна, фильтры Высокий показатель преломления, требуется AR покрытие
Фторид кальция, CaF2	0,2-6	200	УФ, ИК Лазеры, спектроскопия
Селенид цинка, ZnSe	0,7-15	200	CO2 лазеры, ИК спектроскопия
Кремний Si	1,1-6	120	Окна, линзы, фильтры для ИК
Фторид магния, MgF2	0,12-5,5	200	ВУФ-оптика, эксимерные лазеры

Практическое правило:

— Температура >350°C → кварц (тип Г) или сапфир

— Нужен ИК-диапазон 8–14 мкм → ZnSe или Ge

— Нужно совместить визуальный контроль + пирометрию 3–5 мкм → CaF₂

— Высокое давление или механические нагрузки → сапфир

— УФ-диапазон ниже 340 нм → кварц КУ-1

Кварцевые смотровые стёкла тип Г (ГОСТ 21836-2021)

Действующий стандарт: ГОСТ 21836-2021 «Стёкла смотровые для промышленных установок. Технические условия». Введён в действие с 1 мая 2022 г. Для изготовления стёкол типа Г используют кварцевое стекло по ГОСТ 15130.

Производим кварцевые смотровые стёкла тип Г из марок:

КУ-1 / JGS-1 — синтетический кварц, диапазон 150 нм–3.5 мкм, нулевая флуоресценция. Для установок с УФ-излучением, фотохимических реакторов, оборудования атомной промышленности.

КВ / JGS-2 — природный кварц, диапазон 260 нм–2.5 мкм. Стандартный выбор для промышленных иллюминаторов без требований к УФ-диапазону. Наиболее экономичный вариант из кварцевых марок.

КИ / JGS-3 — электроплавленый кварц, диапазон 300 нм–3.5 мкм, нет поглощения при 2.7 мкм. Для иллюминаторов установок с ИК-диагностикой в диапазоне 2.5–3.5 мкм.

Обратите внимание: мы производим смотровые стекла только из высококачественного оптического кварца без пузырей и включений с высоким качеством полировки, подходящие для требовательных задач. Для простых задач визуального наблюдения лучше использовать технический кварц других производителей.

Сапфировые смотровые стёкла: максимальная прочность и давление

Сапфировые смотровые стекла обладают коэффициентом пропускания более 80%, а спектр пропускания 0,3-4.5мкм. Сапфир — самый прочный материал, используемый для вакуумных смотровых окон. Это позволяет использовать меньшую толщину или более высокое давление по сравнению с кварцевыми окнами.

Почему применяют сапфир для высокого давления:

Твёрдость 9 по шкале Моосса (кварц — 7, обычное стекло — 5–6). При одинаковом допустимом давлении сапфировое окно толщиной 3 мм выдерживает нагрузку, для которой кварц требует 5–6 мм. Меньшая толщина → меньше пути сквозь материал → выше пропускание, меньше аберраций.

Температура до +1600°C — выше, чем у кварца (+1200°C). Сапфировые иллюминаторы применяются в высокотемпературных печах, плазменных установках, реакторах термоядерного синтеза.

Химическая инертность. Сапфир (α-Al₂O₃) устойчив к большинству кислот, щелочей, органических растворителей. Исключение — концентрированные щёлочи при высокой температуре.

Диапазон пропускания 170 нм – 5.5 мкм — от УФ до MWIR. Одно окно работает в видимом диапазоне для визуального контроля и в MWIR для инфракрасной диагностики одновременно.

Применения сапфировых смотровых стёкол: вакуумные камеры с ускорителями заряженных частиц; установки магнетронного напыления и CVD-процессов; реакторы высокого давления в химической промышленности; газотурбинные двигатели (окна для эндоскопической диагностики лопаток); плазменные установки и дуговые печи.

На перечисленные выше смотровые стекла дополнительно может быть нанесено AR-покрытие для определённой длины волны (диапазона).

ИК-смотровые окна: наблюдение в инфракрасном диапазоне

Стандартные кварцевые или боросиликатные смотровые стёкла непрозрачны в среднем и дальнем ИК-диапазонах. Для задач, где необходимо наблюдение или измерение через стенку установки в ИК-диапазоне, требуются специальные материалы.

Смотровые стекла из CaF2 используют в случае необходимости работы одновременно в видимом диапазоне и ИК спектре в диапазоне 0.2 - 7 мкм. Коэффициент пропускания 90%. Например, для измерения температуры пирометром, либо спектроскопии.

Смотровые стекла из ZnSe — стандарт для смотровых иллюминаторов тепловизионных систем наблюдения. Смотровые стёкла из ZnSe используют для работы в дальней ИК-области спектра на 8–14 мкм, либо при необходимости работы в очень широком спектре от 2 до 12 мкм. Смотровые стекла из ZnSe поставляются с просветляющим покрытием для увеличения коэффициента пропускания. Но в этом случае необходимо учитывать рабочую температуру в камере. Большинство просветлящих покрытий теряют работоспособность при 200 градусов Цельсия. Без просветляющего покрытия пропускание ZnSe составляет 70%.

Германиевые смотровые стекла (1.8–14 мкм) — для LWIR-диапазона (8–14 мкм) с максимально высоким показателем преломления (n≈4.0). С DLC-покрытием — защита от механических повреждений. Максимальная рабочая температура +100°C (выше — поглощение нарастает). Применяется для ИК-смотровых иллюминаторов, где важна компактность и высокое пропускание в тепловизионном диапазоне.

Кремниевые окна Si (1.2–7 мкм) — для MWIR-диапазона 3–5 мкм. Лёгкие (плотность 2.33 г/см³ — в 2.3 раза легче германия), более доступны по стоимости. Для пирометров, газоанализаторов и MWIR-тепловизионных систем с невысокой рабочей температурой.

Кроме представленных вакуумных смотровых стекол, Вы можете приобрести у нас смотровые окна из других материалов, например, фторида бария.

Расчёт смотрового окна под давление

При выборе смотрового стекла для установки, работающей под давлением, необходимо рассчитать требуемую толщину окна исходя из рабочего давления, диаметра (или размера) окна, материала и допустимого коэффициента запаса. Расчет оптических окон, находящихся под давлением

На нашем сайте доступен онлайн-калькулятор расчёта оптических окон под давление. Для расчёта укажите: рабочее давление (МПа или бар), диаметр/размер рабочего отверстия, материал окна, температуру рабочей среды. Калькулятор возвращает рекомендуемую минимальную толщину. Общие закономерности: при прочих равных сапфир позволяет использовать вдвое меньшую толщину, чем кварц, при том же допустимом давлении. ZnSe и Ge — мягкие материалы, для них под давлением требуется значительно большая толщина.

Все смотровые стекла производятся на нашем заводе в Санкт-Петербурге и не зависят от зарубежных поставок.

Отрасли применения смотровых стёкол

Химическая и нефтехимическая промышленность — кварцевые иллюминаторы тип Г для реакторов, смесителей, колонн ректификации. Устойчивость к кислотам, высокая температура. Для процессов с агрессивными средами при температуре 200–1200°C.

Пищевая и фармацевтическая промышленность — кварцевые и сапфировые смотровые стёкла для биореакторов, ферментеров, смесителей. Химически инертны, допускают стерилизацию паром. Диаметры от 40 до 200 мм.

Атомная энергетика — КУ-1 для смотровых окон в зонах с радиационным воздействием. КУ-1 незаменим для работы полупроводниковой техники, в атомной энергетике и производстве веществ, требующих практически стерильных материалов. Устойчив к гамма-облучению значительно дольше, чем обычное стекло.

Вакуумные установки и PVD/CVD-процессы — сапфировые иллюминаторы для камер напыления. Сапфир химически инертен к плазме, выдерживает давление вакуумной откачки. Кварц КУ-1 для УФ-просветлений.

Металлургия и высокотемпературные печи — кварцевые смотровые стёкла до +1200°C. Визуальный контроль за расплавами, процессами термообработки, горением.

ИК-диагностика промышленного оборудования — ZnSe, CaF₂, Si-окна для тепловизионного наблюдения сквозь стенку реакторов и печей в MWIR (3–5 мкм) и LWIR (8–14 мкм).

Газовая промышленность — MgF₂ и CaF₂-окна для детекторов пламени в системах безопасности на нефтегазовых объектах. MgF₂ прозрачен для характеристического УФ-излучения пламени углеводородов.

Преимущества работы с Алкор Текнолоджиз

Нестандартные размеры по чертежу. Не ограничены стандартными типоразмерами ГОСТ. Прямоугольные форматы, нестандартные диаметры, окна с фасками под конкретный фланец — в штатном режиме производства.

AR-покрытие на любую длину волны. Кварцевые смотровые стёкла с AR на 1064 нм, 532 нм, 248 нм или широкополосными покрытиями 250–400 нм — для установок с лазерными источниками внутри реактора.

Расчёт под давление. Онлайн-калькулятор + консультация инженеров для выбора минимальной допустимой толщины под конкретное рабочее давление.

Заказать смотровые стёкла по чертежу

Пришлите запрос на sales@alkor.net: материал (кварц/сапфир/ZnSe/CaF₂ и другие), форма (круглое/прямоугольное), размеры (диаметр × толщина или ширина × длина × толщина), рабочая среда и температура, давление (если есть), покрытие, количество.

Обращаем внимание, что мы производим только смотровые стекла. Фланцы, крепёжные кольца под ваше оборудование приобретаются отдельно.

Доставка осуществляется транспортными компаниями во все регионы России.