石英ガラス (Quartz glass)

石英ガラスとは

二酸化ケイ素（SiO₂）単一成分からなるガラスでシリカガラスともいう。 可視光のみでなく、赤外線から紫外線までよく通す。また、金属の不純物は、多いものでも数十[ppm]、少ないものでは10[ppb]と極端に少ない。1000[℃]以上の高温に耐える。石英ガラスはその用途に応じていろいろな製法がある。

• カーボン電気炉中の真空溶融によるもの

  半導体用、理化学用、光学用の製造に用いられ、2000[℃]以上の高温を必要とする

• SiCl₄ガスを酸水素炎で合成・溶融するもの

  アルカリ金属、鉄などの不純物濃度を低く抑えることができ、高純度シリコン単結晶製造用るつぼ材に適するが、0H含有量が多く2000[℃]以上の高温を必要とする

• ゾルーゲル法によるもの

  近年注目されており、1000[℃]程度の温度で製造が可能。 石英ガラスの長繊維が室温で紡糸でき、光ファイバー用のクラッド材も作られる

• 化学気相蒸着法によるもの

  SiCl₄+O₂を反応ガスとし、石英ガラス系光ファイバーのコアを製造する。 1000[℃]程度の温度で製造が可能

一般の窓ガラスに使用されるガラス板は横から見ると緑色に見え、俗に”青色ガラス”と呼ばれる。石英ガラスの透明性は1[m]の厚さがあっても、仮に1[km]の厚さがあっても透明である。これを利用して光ファイバーの材料として用いられている。

ガラスはもともと高温に強いが、さらに不純物が少ないという特徴から、半導体素子のもとになるシリコンウェハを製造するための炉心管に使われている。

石英ガラスの用途

石英ガラスは一般のガラスと比べ、熱膨張係数が極めて小さい。 一般のガラスの軟化点が600～700[℃]であるのに対し、石英ガラスの軟化点は1700[℃]程度と高く、耐食性、耐熱性に優れ、熱的化学的に安定な材料として反応管、炉心管、るつぼなどに使用される。 また、近紫外（2500[nm]程度）から近赤外（200[nm]程度）まで透明で、特に近赤外光損失は種々のガラス中最も低く、光ファイバー用材料として適している。