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石英ガラスとは
石英ガラスは名前の通りガラスの一種ですが、他のガラスが種々の成分からできているのに対し、石英ガラスはほぼSiO2だけからできています。石英ガラスに含まれる金属不純物の量は極めて少なく、多いものでも数10ppm（10万分の１）、少ないものでは10ppb（１億分の１）以下です。このように、純度がきわめて高いということが、他のガラスには見られない石英ガラスの優れた特長をもたらしています。
石英ガラスの主な特長
石英ガラス素材について
当社では、関連会社である東ソー・エスジーエム株式会社が製造する石英ガラス素材の中から、お客様の要求品質・仕様に対して最適な素材を選択し、製品を製造いたします。本ホームページでは当社が使用する石英ガラス素材のラインナップと各種特性を紹介していますが、素材の詳細データについては、下記の東ソー株式会社ウェブサイトを参照ください。
石英ガラス素材ラインナップ
| 分類 | 製造法 | グレード名 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 溶融石英 | 酸水素溶融 | N | 気泡が少ない半導体用標準グレード |
| NP | Nの高純度品 | ||
| S | 光透過性に優れた超高純度溶融石英ガラス | ||
| OP-1 | 半導体用白色不透明石英 | ||
| OP-3 | 半導体用白色不透明石英の高純度品 | ||
| OP-3HD | OP-3の表面平滑性を高めたグレード | ||
| 電気溶融 | HR | 耐熱性に優れた半導体用標準グレード | |
| HRP | HRの高純度品 | ||
| 合成石英 | 火炎加水分解 （直接法） |
ES | 汎用光学向け |
| ESL-1 | １方向脈理フリー | ||
| ESL-1000 | １方向脈理フリー、エキシマレーザー対応 | ||
| ESL-2 | ３方向脈理フリー | ||
| ESL-2000 | ３方向脈理フリー、エキシマレーザー対応 | ||
| 火炎加水分解 （VAD法） |
ED-H | ３方向脈理フリーの有水グレード | |
| ED-C | 完全無水グレード（OH基濃度＜1ppm） |
純度
溶融石英ガラスは主に天然水晶を、また、合成石英ガラスは主に四塩化ケイ素を原料として製造されています。含有する不純物は、溶融石英ガラスでppm、合成石英ガラスでppbレベルでしかありません。
◎代表的石英ガラス素材の化学分析例
| 種別 | グレード | Al | Ca | Cu | Fe | Na | K | Li | Mg | OH | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 溶融 | 透明 | N | 8 | 0.6 | <0.01 | 0.2 | 0.6 | 0.1 | 0.07 | 0.06 | 200 |
| NP | 7 | 0.5 | <0.01 | 0.1 | 0.1 | 0.04 | 0.07 | 0.02 | 200 | ||
| S | 0.7 | <0.01 | <0.01 | 0.05 | 0.1 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | 160 | ||
| HR | 15 | 0.6 | 0.02 | 0.2 | 0.8 | 0.6 | 0.5 | 0.1 | 10 | ||
| HRP | 15 | 0.6 | 0.01 | 0.2 | 0.2 | 0.6 | 0.2 | 0.1 | 10 | ||
| 不透明 | OP-1 | 8 | 0.7 | <0.01 | 0.2 | 0.6 | 0.3 | 0.07 | 0.06 | 160 | |
| OP-3 | 8 | 0.6 | <0.01 | 0.2 | 0.08 | 0.1 | 0.07 | 0.04 | 160 | ||
| OP-3HD | 8 | 0.6 | <0.01 | 0.2 | 0.08 | 0.1 | 0.07 | 0.04 | 160 | ||
| 合成 | 透明 | ES*1 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | 1000 |
| ED-C | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <1 | ||
| ED-H | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <100 | ||
（数値は代表値であり、保証値ではありません。）
*1：ESL-1,ESL-2,ESL-1000,ESL-2000の純度はESと同等。
化学的特性
優れた耐薬品性を持つ石英ガラスは、種々の溶剤や酸溶液の蒸留および各種物質の溶解・洗浄容器として最適です。ただし、フッ酸、リン酸、アルカリ・アルカリ金属化合物の溶液およびそれらの雰囲気では、石英ガラスのエッチングや表面失透が起こるため、長時間の使用には注意が必要となります。
◎石英ガラスの反応性（酸、アルカリ）
| 溶液 | 条件 | 減量（g/m2） | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 濃度（％） | 温度（℃） | 時間（Hr） | |||
| アルカリ溶液 | NH4OH | 10 | 20 | 100 | 0.19 |
| NaOH | 1 | 20 | 100 | 0.31 | |
| 10 | 20 | 100 | 0.095 | ||
| 5 | 100 | 10 | 15 | ||
| 8 | 100 | 10 | 12.1 | ||
| KOH | 1 | 20 | 100 | 0.19 | |
| 30 | 100 | 10 | 0.27 | ||
| 10 | 10 | 100 | 11.3 | ||
| Na2CO3 | 5 | 20 | 100 | 0.015 | |
| 10 | 100 | 10 | 3.7 | ||
| 酸溶液 | H2SO4 | 98 | 205 | 24 | 0.06 |
| 98 | 20 | 240 | 0.016 | ||
| HNO3 | 65 | 115 | 24 | 0.11 | |
| 65 | 20 | 240 | 0.06 | ||
| HCl | 37 | 66 | 24 | 0.14 | |
| 37 | 20 | 240 | 0.18 | ||
（数値は代表値であり、保証値ではありません。）
◎石英ガラスの反応性（金属・その他）
| 金属 | Al, Mg | 700-800℃で速やかに反応 |
| Au, Ag, Pt | 反応しない | |
| Zn, Sn, Pb | 反応しない | |
| Si | 溶融状態で僅かに反応 | |
| Ge | 900℃で反応しない | |
| Mo, W | 反応しない | |
| 酸化物 | Al2O3 | 900℃以上で徐々に反応 |
| CaO | 900℃以上で反応 | |
| CuO | 800℃以上で反応 | |
| Fe2O3 | 900℃以上で反応 | |
| PbO | 溶融時激しく反応 | |
| MgO | 900℃以上で僅かに反応 | |
| ZnO | 420℃（Znの融点）以上で反応 | |
| ガス | CO, SO2 | 反応しない |
| N2, O2 | 反応しない | |
| Cl2 | 反応しない | |
| F2 | 乾燥雰囲気300℃以下で反応しない | |
| H2 | 反応しない | |
| HCl | 反応しない | |
| 塩 | BaCl2 | 溶融時反応 |
| BaSO4 | 700℃以上で反応 | |
| CaCl2 | 800℃（CaCl2の融点）で僅かに反応 | |
| KCl | 高温で失透促進 | |
| KF | 溶融時激しく反応 | |
| NaCl | 800℃以上で反応顕著 | |
| Na2SO4 | 反応しない |
光学的特性
光学用素材としてESシリーズとEDシリーズをラインナップしています。いずれも高純度SiCl4を原料とした合成石英ガラスで不純物、泡・異物をほとんど含まず、真空紫外～赤外領域の幅広い波長領域で優れた光透過性を有しています。
◎代表的石英ガラス素材の光学的特性
| グレード | 脈理*1 | 均質性*2 Δn（x10-6） |
歪み （nm/cm） |
エキシマ耐性 | 適用波長*3 （nm） |
|---|---|---|---|---|---|
| ES | 不問 | 不問 | 1～20 | 不問 | 180～2,100 |
| ESL-1 | 1D | 3～10（有効：φ300mm） | 1～10 | 不問 | 180～2,100 |
| ESL-1000 | 1D | 3～10（有効：φ300mm） | 1～10 | 応談*4 | 180～2,100 |
| ESL-2 | 3D | <10（有効：φ300mm） | 1～10 | 不問 | 180～2,100 |
| ESL-2000 | 3D | <10（有効：φ300mm） | 1～10 | 応談*4 | 180～2,100 |
| ED-H | 3D | 5～10（有効：φ180mm） | 1～10 | 不問 | 170～2,600 |
| ED-C | 不問 | 不問 | 1～10 | 不問 | 180～3,400 |
（数値は代表値であり、保証値ではありません。）
*1：脈理仕様は次のように定義する。1D：1方向脈理なし、3D：3方向脈理なし
*2：屈折率の均質性を意味し、有効エリアに対するΔｎ（ＰＶ）値の代表値。
さらなる高均質材、サイズ、保証値は別途打ち合わせ。
*3：本適用波長とは、外部透過率が80％/cm以上である波長を意味する。
*4：東ソー・エスジーエム（株）の定めるKrF及びArFエキシマレーザー耐性試験をベースに別途打ち合わせ。
◎代表的光学用石英ガラス素材の光透過特性
機械的、熱的、電気的特性
石英ガラスは他物質に見られない特異な性質を持っています。例えば、剛性率、引張り強度、曲げ強度などは温度上昇とともに高くなりますが、800～1000℃で最高に達し、それ以上の温度では粘性低下などの影響で急激に低下します。
◎代表的石英ガラス素材の各種特性
| 項目 | 単位 | ES*1 | ED-C | ED-H | N, NP | HR, HRP | S | OP-1,3 | OP-3HD | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 機 械 特 性 |
密度 | g / cm3 | 2.2 | 2.2 | 2.2 | 2.2 | 2.2 | 2.2 | 2.02 | 2.1 |
| ヤング率 | GPa | 74 | 74 | 74 | 74 | 74 | 74 | — | — | |
| 剛性率 | GPa | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | — | — | |
| ポアソン比 | 0.18 | 0.18 | 0.18 | 0.17 | 0.17 | 0.17 | — | — | ||
| 曲げ強度*2 | MPa | 94.3 | 94.3 | 94.3 | 94.3 | 94.3 | 94.3 | 60 | 67 | |
| 圧縮強度 | MPa | 1,128 | 1,128 | 1,128 | 1,128 | 1,128 | 1,128 | — | — | |
| 引っ張り強度*2 | MPa | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | 49 | — | — | |
| ねじり強度 | MPa | 29 | 29 | 29 | 29 | 29 | 29 | — | — | |
| ビッカース硬度 | MPa | 8,900 | 8,900 | 8,900 | 8,900 | 8,900 | 8,900 | 8,900 | 8,900 | |
| 熱 特 性 |
歪点 (η=1014.5) |
℃ | 970 | 970 | 1,060 | 1,070 | 1,120 | 1,060 | 1,050 | 1,050 |
| 徐冷点 (η=1013) |
℃ | 1,080 | 1,080 | 1,170 | 1,180 | 1,220 | 1,165 | 1,170 | 1,170 | |
| 軟化点 (η=107.6)*3 |
℃ | (1,720) | (1,720) | (1,720) | (1,720) | (1,720) | (1,720) | (1,720) | (1,720) | |
| 平均線熱膨張率 30～600℃ |
x10-7/ ℃ | 4.7 | 4.7 | 4.7 | 5.9 | 5.9 | 5.9 | 6.9 | 6.9 | |
| 比熱 20℃ |
J / kg・K | 749 | 749 | 749 | 749 | 749 | 749 | 749 | 749 | |
| 熱拡散率 20℃ |
x10-7m2/ s | 8.5 | 8.5 | 8.5 | 8.3 | 8.3 | 8.3 | 8.4 | 8.5 | |
| 熱伝導率 20℃ |
W / mK | 1.38 | 1.38 | 1.38 | 1.38 | 1.38 | 1.38 | 1.24 | 1.33 | |
| 粘度 (logη)1200℃ |
Poise | 10.60 | 10.60 | 11.37 | 11.72 | 12.18 | 12.10 | 11.72 | 11.72 | |
| 電 気 特 性 |
比誘電率 500MHz |
3.9 | 3.9 | 3.9 | 3.9 | 3.9 | 3.9 | 3.7 | 3.8 | |
| 誘電体損失 500MHz |
x10-3 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | |
| 体積抵抗 | Ω | 5×1015 | 5×1015 | 5×1015 | 3×1015 | 8×1015 | 4×1015 | — | — | |
| 体積抵抗率 | Ω・cm | 1ｘ1017 | 1ｘ1017 | 1ｘ1017 | 5ｘ1016 | 1ｘ1017 | 7ｘ1016 | — | — | |
（数値は代表値であり、保証値ではありません。）
*1：ESL-1, ESL-2, ESL-1000, ESL-2000の機械、熱、電気特性はESと同等。
*2：曲げ強度、引っ張り強度はガラス表面状態の影響（表面粗さ、傷等）を強く受けます。
*3：測定値からの外挿値。
※特に明記無い限り、表中の数値は25℃での代表値。