石英ガラスと普通ソーダガラスの違いとは?白化する失透の原因と対処

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素材

石英ガラスの表面がくもって
白くなってしまったんですが

除去する方法はありますか?

状態にもよりますが、

ポリッシュ研磨で

除去できると思います。

ポリッシュ研磨って何ですか?

酸化セリウムなどの

研磨剤を使って

失透を除去する方法です。

失透って何ですか?

失透は、1000℃以上の高温に
長時間おくことで、
石英ガラスが結晶化をおこし、

白濁や剥離する

組織変化のことを言います。

失透は、高温環境下での

使用が原因なんですね。

 

しかも、
石英ガラスの表面に
ナトリウムやカリウムが

付着していると

1000℃以下でも

失透がおこります。

表面が汚れないような

注意が必要ですね。

そうです。

素手で触ると汗に含まれる
ナトリウムやカリウムが
つきやすいので

素手で触らないように
してください。

と、いうやりとりがありました。

テーマ

今回は、石英ガラスについて
簡単に分かりやすく
紹介していきたいと思います。

 
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石英ガラスとは

石英ガラスについて

教えて下さい。

石英ガラスの種類には、

Point
  • 水晶から作られる
    『透明石英ガラス』

  • 石英から作られる
    『不透明石英ガラス』

  • 高純度シリカから作られる
    『合成石英ガラス』

があります。

 

同じ石英ガラスなのに

原料が違うんですね。

原料が違うと言っても

Point

実は、水晶も石英も
ほぼ、二酸化ケイ素(SiO2)で
構成されています。

 

水晶と石英は

何が違うんですか?

水晶は、

Point

一般的に透明なものを
水晶と呼ぶことがありますが、
結晶の形が明瞭なものを
水晶と呼び、
比較的、透明度が高いものが
多いです。

 

一方、石英は、

Point

結晶の形が分からない塊状に
なっているものを
石英やケイ石と呼んでおり
比較的、白濁しているものが
多いです。

 

水晶も石英のひとつ
なんですね。

先ほど出てきたケイ石って
シリコーンの材料にも

なっているものですよね?

そうです。

Point

ケイ石は、シリコンウェハーの
原料でもあるシリコンや
シリコーンの原料でもあるんです。

 
 

合成石英ガラスって

なんですか?

実は、

Point

水晶や石英など天然の原料を使う
石英ガラスは、原料純度が不純物の
含有量によってばらついて
しまうんです。

 

天然の原料だと確かに

不純物の量は
一定ではないですもんね。

その点、合成石英ガラスは

Point

 人工的に合成された
高純度シリカを使うので、
原料純度が安定しており
『天然の原料を使用する
石英ガラスより不純物が少ない』
というメリットがあります。

 

合成石英ガラスは、

不純物が少ないので、
品質が安定しているんですね。

石英ガラスとは
  • 石英ガラスの種類には、
    『透明石英ガラス』
    『不透明石英ガラス』
    『合成石英ガラス』がある。

  • 石英ガラスの原料である
    水晶や石英は、ほぼ、
    二酸化ケイ素(SiO2)で
    構成されている。

  • 結晶の形が分からない塊状に
    なっているものを石英と呼び、
    結晶の形が明瞭なものを
    水晶と呼んでいる。

  • 石英は、シリコンウェハーの
    原料でもあるシリコンや
    シリコーンの原料でもある。

  • 合成石英ガラスは、
    天然の原料を使用する
    石英ガラスより不純物が少ない。

石英ガラスの特徴

石英ガラスって

何が良いんですか?

石英ガラスは、

Point

耐熱温度が非常に高く、1000℃の
高温環境下でも長時間使用でき、
熱膨張係数が小さく変形しにくい
といった特徴があります。

 

石英ガラスは、耐熱性など

熱的性質に優れているんですね。

他にも石英ガラスは、

Point

光の透過率が、
他の普通ガラスより高く、
可視光線はもちろん、
紫外線の透過率も高いので
レンズなどの光学材料にも
使われています。

 

他にはどんな特徴が
ありますか?

他には、

Point

石英ガラスは、
薬品容器にも使用されるように
酸や溶剤といった薬品に対して
優れた化学的性質を持っています。

 

確かに薬品は、
ガラス瓶に入っている

イメージがありますね。

ただし、フッ化水素酸や

アルカリ性の薬品には
弱いので注意して下さい。

石英ガラスは、
酸・溶剤には強く
アルカリには弱いんですね。

あと、

Point

石英ガラスは、
二酸化ケイ素(SiO2)の
単一成分で出来ているので
アルカリ金属濃度が低く
高い電気絶縁性を持っています。

 

なるほど。

しかも、

Point

他のガラスに比べ、
硬く変形しにくいため
高い精度で加工が出来ます。

 

石英ガラスの特徴
  • 耐熱温度が非常に高く、
    熱膨張係数が小さいので
    変形しにくい。

  • 光の透過率が、
    他の普通ガラスより高く、
    紫外線の透過率も高い。

  • 酸や溶剤といった薬品に対して
    優れた化学的性質を持っている。

  • アルカリ金属濃度が低いので
    高い電気絶縁性を持っている。

  • 硬く変形しにくいので
    高い精度で加工が出来る。
 

石英ガラスと窓ガラスの違い

石英ガラスと窓ガラスは

何が違うんですか?

石英ガラスと窓ガラスには
組成に大きな違いがあり

Point

代表的なガラスの種類に

  • 石英ガラス
  • ホウケイ酸ガラス
  • ソーダ石灰ガラス

があります。

 

それぞれ、
どんな特徴があるんですか?

石英ガラスは、

Point

融点が高く熱膨張係数が小さい
という耐熱性や化学的耐久性に
優れており、
医療機器や理化学機器に
使用されています。

 

ただし、非常に
高価なため特別な用途で
使用されます。

石英ガラスが、特別な用途なら
一般的な医療・理化学機器には
何を使うんですか?

一般的な医療・理化学用で

使うガラスは、

Point

石英ガラスほどではないですが、
耐熱性と化学的耐久性に優れている
ホウケイ酸ガラスが使用されます。

 

ソーダ石灰ガラスの
化学的安定性は
どうなんですか?

窓ガラスやコップなど
日用雑貨に使用されている
ソーダ石灰ガラスは、

Point

アルカリ成分が多く、煮沸すると
ガラスからアルカリ成分が
溶け出してしまうので、
化学的安定性がありません。

 

確かに、
成分が溶け出すものは
化学には使えないですね。

しかも、ソーダ石灰ガラスは、
熱膨張係数が大きいので
急激な温度変化によって
割れてしまいます。

なるほど・・・。

各々のガラスには
そういう特徴があるんですね。

石英ガラスと窓ガラスの違い
  • 代表的なガラスの種類に
    『石英ガラス』
    『ホウケイ酸ガラス』
    『ソーダ石灰ガラス』がある。

  • 石英ガラスは、耐熱性や
    化学的耐久性に優れており、
    特別な医療・理化学機器に
    使用されている。

  • 一般的な医療・理化学機器には
    ホウケイ酸ガラスが使用される。

  • ソーダ石灰ガラスは、
    アルカリ成分が多く、
    煮沸するとガラスから
    アルカリ成分が溶け出す。

 

石英ガラスの注意点

石英ガラスの注意点を

教えて下さい。

その前に、ガラスって

何だと思いますか?

何だと言われても困りますが、

『透明なもの』ですか?

実は、ガラスって

Point

『液体を急冷して結晶化させずに
粘度が固体と同じ程度の
非晶状態あるいは、無定形状態
として固化させたもの』
と考えられています。

 

つまり、
どういうことですか?

つまり、

『固体と同等の粘度を
持つ液体』

と考えられています。

ガラスって
液体なんですか!

そうなんです。
そのため、

Point

ガラスを高温で使用すると
非晶質から結晶質に変化するので
白い曇りが発生し、透明性が失われ、
ひどいときには、表面がひび割れたり
破損したりします。

 

最初に言っていた

『失透』の事ですね。

しかも、失透は、

Point

汗などに含まれるナトリウムや
カリウムといったアルカリ分や
塵などが付着していると、
失透を促進させるので
注意して下さい。

 

素手で石英ガラスを
触ってはダメなんですね。

もし触ってしまった場合は、
アルコールやアセトンなどの
有機溶剤でふき取って下さい。

他には何かありますか?

石英ガラスは、

Point

熱膨張係数が小さいという特徴が
ありますが、
金属など他の材質に接触させた状態で
急熱・急冷すると熱膨張の差によって
破損する場合があります。

 

石英ガラスの注意点
  • ガラスは、
    『固体と同等の粘度を持つ液体』

  • ガラスを高温で使用すると
    非晶質から結晶質に変化し
    失透する。

  • 汗などのアルカリ分や
    塵などが付着していると
    失透を促進させる。

  • 金属など他の材質に
    接触させた状態で急熱・急冷
    すると熱膨張の差で破損する
    可能性がある。
 

まとめ

石英ガラスは、
優れた特徴を数多く、持っていますが、
取扱いによっては、寿命が短くなる
だけでなく、本来の性能を引き出せない
場合があります。

この記事によって、
石英ガラスを正しく使う、
お手伝いが出来たらうれしいです。

ありがとうございました。