용융 석영

용융 석영, 용융 실리카 또는 석영 유리는 비정질(비결정) 형태의 거의 순수한 실리카(이산화 규소, SiO₂)로 구성된 유리입니다.이것은 다른 성분이 첨가되어 녹는 온도를 낮추는 것과 같은 안경의 광학 및 물리적 특성을 변화시키는 다른 모든 상업용 안경과는 다릅니다.따라서 용융 석영은 높은 작동 온도와 용해 온도를 가지므로 대부분의 일반적인 용도에 적합하지 않습니다.

용융 석영과 용융 실리카라는 용어는 서로 바꾸어 사용되지만, 아래에 언급된 바와 같이 다른 제조 기술을 나타낼 수 있으므로 미량 불순물이 서로 다르게 발생합니다.그러나 유리 상태의 용융 석영은 결정성 ^[2]석영에 비해 물리적 특성이 상당히 다릅니다.예를 들어 물리적 특성 때문에 반도체 제조 및 실험실 장비에서 특수하게 사용됩니다.

다른 일반적인 안경과 비교했을 때, 순수한 실리카의 광학적 투과성은 자외선과 적외선 파장으로 잘 확장되기 때문에, 이러한 파장을 위한 렌즈와 다른 광학을 만드는 데 사용됩니다.제조 공정에 따라 불순물이 광전송을 제한하여 적외선에 사용하기에 최적화된 융착 석영(그 후 융착 실리카라고도 함)의 상업적인 등급이 발생합니다.용융 석영의 열팽창 계수가 낮기 때문에 정밀 미러 ^[3]기판에 유용한 재료입니다.

제조하다

용융 석영은 석영 결정으로 구성된 고순도 실리카 모래를 용융(용융)하여 생산됩니다.시판 실리카 글라스는 기본적으로 네 가지 유형이 있습니다.

• 타입 I은 진공 또는 불활성 분위기에서 자연 석영을 유도 용해하여 생성됩니다.
• 타입 II는 석영 결정 분말을 고온의 화염에 용융하여 제조됩니다.
• 타입 III는 수소-산소 화염에서 SiCl을 연소시켜₄ 생성된다.
• 타입 IV는 수증기가 없는 플라즈마 ^[4]불꽃에서 SiCl을 연소시켜₄ 생성된다.

상업용 석영 유리에는 불순물이 함유되어 있지만 석영에는 실리콘과 산소만 함유되어 있습니다.자외선 파장에서의 광학 전송에 영향을 미치는 두 가지 주요 불순물은 알루미늄과^[5] 티타늄입니다.제조 공정에서 물이 존재할 경우 수산화기(OH)가 내장되어 적외선의 투과가 감소할 수 있습니다.

퓨전

용해는 전기 가열로(전기로 용융) 또는 가스/산소 연료로(화염 용융)를 사용하여 약 1650°C(3000°F)에서 이루어집니다.용융 실리카는 거의 모든 실리콘이 풍부한 화학 전구체로부터 만들어질 수 있으며, 보통 휘발성 실리콘 화합물을 이산화 규소로 불꽃 산화시키고 생성된 먼지의 열융합을 수반하는 연속 공정을 사용합니다(대안 공정 사용).그 결과, 초고순도의 투명 유리와 심자외선에서의 광학 투과성이 향상됩니다.한 가지 일반적인 방법은 수소-산소 ^{[citation needed]}화염에 4염화 규소를 첨가하는 것입니다.

제품 품질

융합 석영은 일반적으로 투명합니다.그러나 작은 기포가 내부에 갇힐 경우 재료는 반투명해질 수 있습니다.용융 석영의 수분 함량(따라서 적외선 투과)은 제조 공정에 의해 결정됩니다.난연 용융 재료는 용해로에 연료를 공급하는 탄화수소와 산소의 조합으로 인해 항상 수분 함량이 높아 재료 내에 하이드록실(OH)기가 형성됩니다.IR 등급 재료는 일반적으로 [OH] 함량이 10ppm ^{[citation needed]}미만입니다.

적용들

용융 석영의 많은 광학적 응용 분야는 넓은 투명 범위를 이용하여 자외선 및 근중간 적외선으로 확장될 수 있습니다.용융 석영은 광섬유의 주요 시작 재료이며, 통신에 사용됩니다.

용융 석영은 강도와 높은 융점(일반 유리보다)으로 인해 할로겐 램프 및 고강도 방전 램프의 엔벨로프로 사용되며, 높은 밝기와 긴 수명을 위해 높은 엔벨로프 온도에서 작동해야 합니다.일부 고출력 진공관은 백열 양극의 방사선 냉각을 촉진하는 적외선 파장의 양호한 투과성을 가진 실리카 엔벨로프를 사용했다.

그 물리적인 힘 때문에, 융합 석영은 해수면이나 해저경 같은 딥 다이빙 선박과 우주왕복선과 국제우주정거장 ^[6]같은 승무원 우주선의 창문에 사용되었다.

반도체 업계에서는 강도, 열안정성, UV투명성의 조합으로 사진 석판용 투사 마스크에 매우 적합합니다.

자외선 투과성은 강한 자외선에 노출되면 지워지는 비휘발성 메모리 칩인 EPROM(소거 가능 프로그램 가능 읽기 전용 메모리)에서도 창으로 활용된다.EPROM은 패키지 위에 실리콘 칩이 보이고 소거하기 위해 자외선을 투과하는 투명 석영(UV-투과 수지를 사용하지만 이후 모델에서는 UV-투과 수지를 사용함)^[7][8] 창으로 인식할 수 있습니다.

열 안정성 및 구성 때문에 5D 광학 데이터^[9] 저장소와 반도체 ^[10][11]제조로에 사용됩니다.

융합 석영은 망원경에 사용되는 것과 같은 첫 번째 표면 거울을 제작하는 데 거의 이상적인 특성을 가지고 있습니다.이 재료는 예측 가능한 방식으로 동작하며 광학 제작자가 표면에 매우 매끄러운 광택을 내고 테스트 반복 횟수를 줄여 원하는 형상을 만들 수 있습니다.경우에 따라서는, 특수 목적 렌즈의 개별 비코팅 렌즈 요소 중, Zeiss 105 mm f/4.3 UV Sonnar, 이전에 Hasselblad 카메라용으로 제조된 렌즈, Nikon UV-Nikkor 105 mm f/4.5(현재는 Nikon PF105로 판매되고 있음)를 포함한, 복수의 비코팅 렌즈 소자를 만들기 위해서, 고순도 UV 등급의 용융착이 사용되고 있습니다.MF-UV) 렌즈석영 유리는 더 일반적인 부싯돌이나 크라운 유리 공식으로 만들어진 렌즈보다 훨씬 짧은 파장에서 투명할 수 있기 때문에 이 렌즈는 자외선 사진에 사용됩니다.

고정밀 마이크로파 회로용 기판으로 사용하기 위해 용융 석영을 금속화 및 식각할 수 있으며, 열 안정성 때문에 협대역 필터 및 이와 유사한 까다로운 용도에 적합합니다.알루미나보다 낮은 유전율은 높은 임피던스 트랙 또는 얇은 기판을 가능하게 합니다.

내화재 용도

산업용 원료인 융착 석영은 제강, 인베스트먼트 주물, 유리 제조 등 많은 고온 열공정에서 도가니, 트레이, 쉬라우드, 롤러 등 다양한 내화물 형상을 만드는 데 사용됩니다.용융 석영으로 만든 내화물 모양은 내열 충격성이 뛰어나며, 상당히 낮은 농도에서도 반응성이 높은 불산을 제외한 거의 모든 산을 포함한 대부분의 원소 및 화합물에 화학적으로 불활성입니다.반투명 용융 석영관은 일반적으로 실내 히터, 산업용 용해로 및 기타 유사한 애플리케이션에서 전기 요소를 피복하는 데 사용됩니다.

상온에서의 기계적 감쇠가 낮기 때문에 특히 반구형 공진기 자이로의 ^[12][13]와인글라스 공진기에 사용된다.같은 이유로, 퓨전 석영은 유리 하프나 베로폰과 같은 현대 유리 악기에 사용되는 재료이기도 하며, 역사 유리 하모니카의 새로운 제작에도 사용되므로, 이러한 악기는 역사적으로 사용된 납 결정보다 더 큰 다이내믹 레인지와 선명한 사운드를 제공합니다.

석영 유리 그릇은 표준 붕규산염 유리가 고온을 견디지 못하거나 높은 자외선 투과가 필요할 때 화학 실험실에서 가끔 사용됩니다.생산 비용이 상당히 높아 사용이 제한됩니다. 일반적으로 용해로의 튜브와 같은 단일 기본 요소 또는 열에 직접 노출되는 요소인 플라스크로 볼 수 있습니다.

용융 석영의 특성

약 5.5×10⁻⁷/K(20–320°C)의 매우 낮은 열팽창 계수는 균열 없이 크고 빠른 온도 변화를 경험할 수 있는 놀라운 능력을 제공합니다(열 충격 참조).

융합 석영은 플래시 튜브에서 자주 볼 수 있는 강렬한 자외선 조명 하에서 인광과 "자줏빛 변색"을 일으키기 쉽다.'UV급' 합성융착실리카('HPFS', 'Spectrosil', 'Suprasil' 등 다양한 상표명으로 판매됨)는 금속 불순물 함량이 매우 낮아 자외선 깊이까지 투명합니다.두께 1cm의 광학체는 170nm 파장에서 투과율이 약 50%이지만 160nm 파장에서 투과율은 몇 %로 떨어집니다.그러나 적외선 투과력은 2.2μm와 2.7μm의 강한 흡수력으로 제한된다.

전기적으로 융합된 '적외선 등급' 용융 석영(상표 '인프라실', '빛레오실 IR' 등)은 금속 불순물의 존재감이 높아 자외선 투과율이 250nm 정도로 제한되지만 수분 함량은 훨씬 낮아 최대 3.6μm 파장까지 우수한 적외선 투과가 가능하다.투명 용융 석영/융착 실리카의 모든 등급은 거의 동일한 기계적 특성을 가집니다.

굴절률

용융 석영의 광학적 분산은 다음 셀마이어 방정식으로 ^[14]근사할 수 있습니다.

$({displaystyle \varepsilon =n^{2}=1+{\frac {0.6961663\flacda ^{2}}{\frac {0.0684043^{2}}+{\frac {0.4079426\flacda ^{2}}){\frac}{\frac {\frac ^{\frac})$

여기서 파장$\delta {\displaystyle }$(\$displaystyle\lambda)$는 마이크로미터$$ 단위로 측정됩니다.이 방정식은 0.21 ~ 3.71 μm, 20 °^[14]C에서 유효하다.최대 6.7μm의 ^[4]파장에 대하여 유효성이 확인되었다.30 nm에서 1000 μm까지의 스펙트럼 범위에 걸쳐 문헌에 보고된 용융 석영 복합 굴절률의 실제(굴절률) 및 가상(흡수율) 부분에 대한 실험 데이터는 키타무라 ^[4]등에 의해 검토되었으며 온라인에서 이용할 수 있다.

Abbe 번호가 67.8로 상당히 높기 때문에 가시 파장에서 가장 낮은 분산 유리일 뿐만 아니라 가시 파장에서 매우 낮은 굴절률(n = 1.4585)을_d 가지고 있다.용융 석영은 같은 파장에서 n = 1.5443 및_e n = 1.5534의 굴절률로_o 복굴절하는 결정성 석영에 비해 매우 다르고 낮은 굴절률을 가진다.이러한 형태는 화학식이 동일하지만 구조가 다르기 때문에 광학 및 기타 물리적 특성이 다릅니다.

물리적 속성 목록

• 밀도: 2.203 g/cm³
• 경도: 5.3~6.5 (Moh 스케일), 8.8 GPa
• 인장 강도: 48.3 MPa
• 압축 강도: 1.1 GPa 이상
• 벌크 계수: 최대 37 GPa
• 강성 계수: 31 GPa
• 영률: 71.7GPa
• 포아송 비율: 0.17
• 라메 탄성 상수: θ = 15.87 GPa, μ = 31.26 GPa
• 열팽창 계수: 5.5 × 10⁻⁷/K (평균 20 ~320 °C)
• 열전도율: 1.3 W/(m·K)
• 비열용량: 45.3J/(mol·K)
• 연화점: 1665°C 이하
• 아닐 포인트: 1140 °C 이하
• 스트레인 포인트: 1070 °C
• 전기저항: > 10Ω¹⁸/m
• 유전율: 20 °C 1 MHz에서 3.75
• 유전 손실률: 20 °C에서 0.0004 미만 1 MHz, 일반적으로 10 GHz에서^[15] 6 × 10⁻⁵
• 유전 강도: 20 °C에서^[16] 250 ~400 kV/cm
• 자화율: -11.28 × 10⁻⁶ (SI, 22 °C)^[17]
• Hamaker 상수:A = 6.5 × 10⁻²⁰ J.
• 표면장력: 1800~2400°C에서^[18] 0.300 N/m
• 굴절률 : n_d = 1.4585 (587.6 nm에서)
• 온도에 따른 굴절률 변화: 1.28 × 10⁻⁵/K (20~30 °C)^[14]
• 응력-광학 계수: p₁₁ = 0.193₁₂, p = 0.252.
• ABBE 번호:Vd = 67.82^[19]

「 」를 참조해 주세요.

• 바이코
• 액체 및 잔의 구조
• 석영 섬유

레퍼런스

외부 링크

• "Frozen Eye to Bring New Worlds in View" 인기 기계, 1931년 6월 General Electrics, West Lynn Massachusetts Labs, 대형 녹은 석영 블록 작업