石英ガラス

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石英ガラス(せきえいガラス)は石英 (SiO2) から作成されるガラスで、SiO2 純度が高いものをいう。溶融石英、溶融シリカ、シリカガラスなどとも呼ばれる。耐食性、耐熱性にすぐれ、非常に透明なことから、ビーカーフラスコなど理化学用途や光ファイバーの材料などに幅広く用いられる。

製造方法[編集]

古典的手法[編集]

古典的な製造法は水晶の粉末を2000℃以上で溶融、冷却しガラス化する方法である。しかし、この方法で作られた石英ガラスは不純物が多い。

化学気相蒸着(CVD)法[編集]

純度の高い石英ガラスを必要とする場合は、四塩化珪素 (SiCl4) の気体から化学気相蒸着 (CVD) によって製造する。例えば光ファイバーを製造する場合には、B(ホウ素)などを添加して屈折率が低くなるように調整した石英ガラスのチューブを用意し、その内側に前述の方法で SiO2 を析出させて作製する。

ゾル-ゲル法[編集]

高温を必要としない製造プロセスとしては、ゾル-ゲル法がある。ゾル-ゲル法は、金属アルコキシドの溶液からゾル状態、ゲル状態を経て固体のガラスやセラミックスを得る方法である。ゾル-ゲル法による石英ガラスの製造では、テトラエトキシシランエタノール水溶液中で加水分解して石英ガラスの多孔質湿潤ゲルとし、これを乾燥・焼結して透明な固体の石英ガラスを得る。焼結温度は1200℃以下で、これは他の方法と較べてかなり低い温度である。

特性[編集]

石英ガラスは他のガラス同様に熱伝導率が小さいが、熱膨張率も非常に小さい(約10-7/K)ため、急激な温度変化による熱衝撃の影響をあまり受けない。そのため、赤熱した石英ガラスを水中に放り込んでも、ガラスコップのように割れてしまうことはない。

石英ガラスは二酸化ケイ素のその性質から、極めて長期においても安定である。日立製作所京都大学は、2012年に石英ガラスの内部にデータを保存・再生する技術を開発した。フェムト秒パルスレーザーを石英ガラス内に照射することで、4層記録でCDを超える40MB/in2の記録密度を達成している。再生は市販の光学顕微鏡で可能であり、1000℃の高温で2時間加熱してもデータの劣化がない。数億年間データの保存が可能である。