El Zerodur es un vidrio-cerámica de aluminosilicato de litio fabricado por la empresa Schott AG. Este material se distingue por presentar un coeficiente de expansión térmica (CTE) cercano a cero, lo que lo hace indispensable para aplicaciones de alta precisión en óptica de telescopios, máquinas de microlitografía y sistemas de navegación inercial.
Manufacturing process
La producción de Zerodur se lleva a cabo en un proceso de dos etapas: fusión fusión y ceramización. Dependiendo del tamaño de las piezas, cada etapa puede durar varios meses.
- Fusión: Las materias primas, que incluyen óxido de litio (Li2O), alúmina (Al2O3) y sílice (SiO2), se funden a temperaturas extremadamente altas, alrededor de 1600 °C. Posteriormente, se vierten en moldes y se someten a un accidenteyado (annealing) en un proceso de enfriamiento controlado para eliminar las tensiones internas.
- Ceramización: El vidrio resultante pasa por un proceso de ceramización mediante cristalización volumétrica controlada. Esto crea nanocristales de cuarzo alta con un tamaño de entre 30 nm y 50 nm. La expansión térmica negativa de estos cristales compensa la expansión térmica positiva de la matriz de vidrio residual, resultando en un Zerodur con una expansión térmica casi nula.
Aplicaciones
El Zerodur es fundamental en diversas industrias de alta tecnología. Sus aplicaciones principales incluyen:
Óptica de Telescopios y Astronomía
Se utiliza como sustrato para espejos de grandes telescopios, tales como el Hobby-Eberly Telescope, los telescopios Keck I y Keck II, el Gran Telescopio Canarias, el Devasthal Optical Telescope, el Very Large Telescope (VLT) de 8.2 m del Observatorio Europeo Austral y el Extremely Large Telescope (ELT) de 39 m.
También ha sido utilizado en el espejo primario del telescopio aerotransportado SOFIA.
Espacio y Microlitografía
- Espacio: Ha sido empleado en el generador de imágenes del satélite de observación terrestre Meteosat y en el banco óptico de la misión LISA Pathfinder.
- Microlitografía: En la fabricación de microchips y pantallas, el Zerodur se utiliza en los wafer steppers y máquinas escáner para lograr un posicionamiento de obleas extremadamente preciso y reproducible. También es un componente clave en la óptica refractiva para fotolitografía.
- Navegación: En las unidades de medición inercial, se emplea en los giroscopios láser de anillo.
Propiedades Físicas y Químicas
El Zerodur es un material compuesto por un componente vítreo (amorfo) y un componente cristalino. Sus propiedades más destacadas son:
| Propiedad | Valor / Descripción |
|---|---|
| Coeficiente de expansión térmica (0-50 °C) | 0 ± 0.007 × 10-6 K-1 |
| Densidad | 2.53 g/cm3 a 25 °C |
| Poisson ratio | |
| 0.24 | |
| Módulo de Young | 9.1 × 1010 Pa |
| Conductividad térmica | 1.46 W/(m·K) a 20 °C |
| Temperatura máxima de aplicación | 600 °C |
| T осинность (Fracture toughness) | ~0.9 MPa·m1/2 |
Además, the material exhibits high 3D homogeneity, is non-porous, has good chemical stability and a high affinity for coatings.
Historia
Schott comenzó a desarrollar vidrio-cerámicas en la década de 1960, liderados por Jürgen Petzoldt. El desarrollo fue impulsado por la demanda de materiales con baja expansión térmica para telescopios.
In 1966, Hans Elsässer, director fundador del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA), solicitó a la compañía que produjera fundiciones casting of almost 4 meters using low-expansion glass-ceramic. In 1969, el MPIA ordenó un blank de espejo de 3.6 m (12 ft) y diez sustratos de espejo más pequeños. Estos fueron entregados en late 1975, y entraron en operación en 1984 en un telescope at the Calar Alto Observatory in Spain.