Langzeitstabilität der Nano3 Quarz-Strichmaßstäbe

Strichmaßstäbe und Photomasken werden häufig aus Quarzglas hergestellt, da es im Vergleich zu Materialen mit sehr geringer thermischer Ausdehnung eine größere optische Transparenz und eine bessere Langzeitstabilität aufweist. Für einen internationalen Strichmaßvergleich, den so genannten "Nano3" Vergleich [1], stellte die Dr. Johannes Heidenhain GmbH in Jahr 1999 neben Strichmaßstäben aus dem Substratmaterial Zerodur auch eine Reihe von Strichmaßstäben  mit einer Teilungslänge von 280 mm aus einer qualitativ hochwertigen Scheibe aus Quarzglas (Suprasil [2]) her.  Aus dieser Scheibe wurden auch zwei Endmaße gleicher Länge gefertigt, mit deren Hilfe die Koeffizienten der thermischen Ausdehnung und der Kompressibilität des Quarzmaterials bestimmt wurden.

Die Quarz-Strichmaßstäbe sind über die letzten fünf Jahre regelmäßig mit dem Vakuum-Längenkomparator der PTB, dem Nanometerkomparator, gemessen worden. Durch diese Messungen wird zum einen die Langzeitstabilität von Quarzmaßstäben und damit die Eignung des Materials für  die Herstellung von Referenzmaßstäben bestimmt. Zum anderen dienen die regelmäßigen Messungen der Maßstäbe der Verifizierung der Funktionsfähigkeit des Nanometerkomparators.

Bild 1: Langzeitstabilität der Quarz-Nano3-Strichmaßstäbe

Die bei den wiederholten Messungen bestimmte Änderung der Gesamtlänge der Teilungen von nominal 280 mm ist für beide Quarzmaßstäbe in Bild 1 gezeigt. Innerhalb der Reproduzierbarkeit des Nanometerkomparators von +/- 2 nm konnten keine Alterungseffekte festgestellt werden.

[1] H. Bosse, W. Häßler-Grohne, J. Flügge, R. Köning: Final report on CCL-S3 supplementary line scale comparison Nano3, Metrologia 40 (Technical Supplement 2003) 04002

[2] Suprasil ist ein eingetragenes Markenzeichen der Firma Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG, Quarzstrasse 8, 63450 Hanau, Germany.