フォトニクス アセンブリのポンプ レーザー ウィンドウが、200,000 回の熱サイクル後に故障しました。故障報告書は、ホウケイ酸窓におけるナトリウムの移動と失透を指摘しています。これは、通常のガラスが深紫外または高温の光学システムで使用される場合に繰り返し発生する問題です。溶融石英ガラスはそのような故障はしません。これは本質的に非晶質の純粋なシリカ (SiO2) であり、その連続的なシリカ ネットワークにより、ホウケイ酸ガラスよりも熱膨張係数が約 6 倍低くなります。深紫外線から中赤外線までの光を透過し、標準的なガラスを劣化させる化学的攻撃に耐性があります。このため、半導体プロセス、フォトリソグラフィー、分光法、および高温観察システムでは、標準溶液として溶融石英ガラスが指定されています。このガイドでは、溶融石英ガラスとは何か、他のガラス ファミリとの比較、およびシステムに溶融石英ガラスを指定する前に確認すべきことについて説明します。
溶融石英ガラスは、ほぼ純粋な二酸化ケイ素で作られた非晶質ガラスです。標準的なフロートガラスでは、ナトリウム、カリウム、カルシウムなどのネットワーク修飾剤がシリカネットワークを破壊し、より弱い結合構造を作成します。溶融石英ガラスでは、ネットワークは連続した SiO2 フレームワークのままです。このフレームワークは、材料の高い軟化点、低い熱膨張、深紫外線透過率、および耐薬品性の背後にある物理的な理由です。
生産ルートも最終的な特性に影響を与えます。溶融石英は通常、天然水晶の結晶を粉砕し、約 2000 °C で溶かしたものから始まります。溶融シリカは四塩化ケイ素などの合成前駆体から始まり、火炎またはプラズマ中で加水分解されます。どちらの製品も非晶質 SiO2 ですが、合成溶融シリカの方が純度が高く、ヒドロキシル含有量がより制御されています。多くの光学窓、基板、フィルターの用途において、経験豊富な加工業者が製造する溶融石英ガラスは、合成石英ガラスよりも低コストで、必要な透過率と熱安定性を実現します。
Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd.では、無色石英光学ガラスは当社が加工し供給している無色光学ガラス製品の1つです。光学フィルター、ウィンドウ、プリズム、および基板用のシート、プレート、および成形フォーマットで入手できます。
高温光学システム用無色石英光学ガラス 透明性に優れ、色収差が少なく、透過率が高い溶融石英ガラスで、熱安定性が要求される精密機器、レーザーシステム、光学レンズなどに適しています。 製品を見る→ 比較表は、溶融石英ガラスを適切なカテゴリに分類する最も簡単な方法です。重要な変数は、純度、紫外線透過率、熱安定性、化学的耐久性、および相対コストです。
| 材質 | SiO2純度 | UVカットオフ | CTE (×10 -6 /K) | 連続使用温度 | 相対コスト |
|---|---|---|---|---|---|
| 溶融石英ガラス | ≥ 99.9% | ～185nm | 0.55 | 1100℃ | 中等度 |
| 溶融シリカ | ≥ 99.99% | ～170nm | 0.50 | 1200℃ | 高 |
| ホウケイ酸塩 | ~80% | ～300nm | 3.30 | 450℃ | 低い |
| ソーダライムガラス | ~70% | ～350nm | 9.00 | 250℃ | 非常に低い |
実際的なポイントは、ホウケイ酸ガラスは実験用ガラス器具や一般的な窓には依然として有用であり、ソーダ石灰ガラスは日常的な窓ガラスには問題ないということです。ただし、システムが 185 nm までの伝送、または 450 °C 以上での連続動作を必要とする場合、どちらの材料も適切ではありません。許容可能なコストと実績のある光学性能を備えた溶融石英ガラスブリッジ。
光学エンジニアは、まず熱膨張とスペクトル透過という 2 つの特性をチェックします。以下の棒グラフは、溶融石英ガラスの熱膨張係数 (CTE) を一般的な代替品とどのように比較するかを示しています。
溶融石英ガラスの熱膨張係数は約 0.55 × 10 です。 -6 /K.これはホウケイ酸ガラスの約 6 分の 1、ソーダ石灰ガラスの約 16 分の 1 です。実際には、100 mm の溶融石英ウィンドウは 100 K に加熱すると寸法が約 0.005 mm 変化しますが、ソーダ石灰ウィンドウはほぼ 0.09 mm 成長します。継続的な加熱下でコンポーネントが位置合わせを維持する必要がある場合、その差によってシステムが許容範囲内に留まるかどうかが決まります。
次のパフォーマンス要素はスペクトル透過率です。以下のグラフは、200 ～ 2000 nm の範囲にわたる溶融石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラスの透過率曲線を比較しています。
同じ素材は、185 nm から中赤外線まで連続透過し、200 ～ 2000 nm の範囲では吸収がほとんどありません。この広帯域透明性のため、分光法、レーザー システム、およびフォトリソグラフィーでは、ウィンドウ、プリズム、および基板材料として溶融石英が使用されます。酸化環境では 1100 °C で連続稼働でき、適切なサポートがあれば 1300 °C までの短時間の動作も可能です。
生産ルートは、天然石英の溶解と合成堆積に分かれます。溶融石英の場合、プロセスは洗浄された天然石英結晶から始まり、制御されたサイズに粉砕され、約 2000 °C の連続炉で溶解されます。溶融物は白金またはセラミックのノズルから流れ出し、失透を防ぐためにゆっくりと冷却されます。以下の等角構造は、ほとんどの光学コンポーネントが使用するプレートの形状を示しています。
ガラスが溶けてゆっくりと冷却された後、切断、粗研削、精密研磨が行われます。光学部品の場合、最終的な表面品質は通常 40/20 スクラッチディグ以上に達し、平坦度は波長の数分の一まで制御されます。検査では、顧客がコンポーネントを実行する波長での複屈折、気泡含有量、透過率が対象となります。
合成ルートでは、四塩化ケイ素を高温の火炎またはプラズマ中で加水分解し、直接 SiO2 を析出させます。得られる溶融シリカは金属不純物が少なく、特定の OH 含有量に合わせて設計できます。これは、アプリケーションで 2.7 μm 付近の高い透過率が必要な場合に重要になります。ただし、処理コストは溶融石英よりも大幅に高いため、選択は必要なスペクトル帯域と予算によって異なります。
溶融石英ガラスは、いくつかの技術分野で原材料から高価値の最終製品に移行します。
これらのアプリケーションに溶融石英ガラスを必要とする企業にとっては、基本価格を比較することよりも、実際の光学経験を持つプロセッサーを選択することが重要です。私たちの 生産施設 南通襄陽では、国内および輸出の顧客向けに、無色の石英光学ガラスやその他の種類の無色の光学ガラスを顧客の図面に合わせて加工します。
実際には、長い仕様書よりも短い購入チェックリストの方が役立ちます。次の 5 つのポイントでは、実際のシステム パフォーマンスに影響を与える決定について説明します。
典型的な UV ウィンドウの場合、サプライヤーは文書化された透過データを提供する必要があります。 185 nm ～ 2500 nm の透過率曲線を求めると、システム要件と直接比較でき、適切に処理されたガラスと一般的な材料グレードが区別されます。無色の光学ガラスが業界全体でどのように使用されているかについて詳しくは、このガイドを参照してください。 無色の光学ガラスの用途 .
精密イメージング用の超白色無色光学ガラス 不純物含有量が極めて低く透明度が高いこの超白色ガラスは、鮮明で正確な画像が不可欠なカメラレンズ、顕微鏡、レーザーシステムに最適です。 製品を見る→ アプリケーションが可視帯域全体で可能な限り低い吸収を必要とする場合、超白色無色の光学ガラスが適切な選択肢となります。研磨された表面と低気泡含有量を維持し、高精度のイメージングおよび照明システムを実現します。
A1: 溶融石英ガラスは、ほぼ純粋な二酸化ケイ素 (SiO2) からなる非晶質固体です。連続的なシリカネットワークにより、低熱膨張、深紫外透過、および高い耐薬品性が得られます。
A2: 溶融石英は天然水晶から始まりますが、溶融石英は合成シリコン前駆体から始まります。溶融シリカは純度が高く、OH 含有量がより制御されていますが、溶融石英は多くの用途に対してよりコスト効率の高いソリューションを提供します。
A3: 溶融石英は 1100 °C で連続動作でき、1300 °C までの短時間の動作は可能です。この熱安定性は、ホウケイ酸ガラスやソーダ石灰ガラスをはるかに上回っています。
A4: はい。高品質の溶融石英は、約 185 nm から始まる紫外線を透過するため、UV フォトリソグラフィーおよび分光法の標準的な材料となっています。
A5: 一般的な用途には、半導体窓、UV 光学機器、分光キュベット、レーザー保護窓、高温用のぞき窓などがあります。
A6: 溶融石英は、高温での溶解と純度の要件のため、ホウケイ酸ガラスやソーダ石灰ガラスよりも高価ですが、一般に合成石英ガラスよりも手頃な価格です。価格はサイズ、厚さ、表面品質、数量によって異なります。
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