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JP7722875B2 - Black quartz glass and its manufacturing method - Google Patents

Black quartz glass and its manufacturing method

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JP7722875B2
JP7722875B2 JP2021146784A JP2021146784A JP7722875B2 JP 7722875 B2 JP7722875 B2 JP 7722875B2 JP 2021146784 A JP2021146784 A JP 2021146784A JP 2021146784 A JP2021146784 A JP 2021146784A JP 7722875 B2 JP7722875 B2 JP 7722875B2
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Description

本発明は、黒色石英ガラスとその製造方法並びに黒色石英ガラス製品に関する。より詳細には、本発明は、光学分析用の石英ガラスセル、プロジェクターのリフレクター、光ファイバーのコネクター、半導体製造装置や赤外線加熱装置の遮光部材、赤外線熱吸収/蓄熱部材などに使用することができる黒色石英ガラス、この黒色石英ガラスを効率よく得る製造方法に関するものである。 The present invention relates to black quartz glass, a method for manufacturing the same, and black quartz glass products. More specifically, the present invention relates to black quartz glass that can be used for quartz glass cells for optical analysis, projector reflectors, optical fiber connectors, light-shielding materials for semiconductor manufacturing equipment and infrared heating equipment, and infrared heat absorption/storage materials, and a method for efficiently obtaining this black quartz glass.

石英ガラスは、その紫外域から赤外域にわたる良好な光透過性や低熱膨張性、耐薬品性を生かして照明機器、光学機器部品、半導体工業用部材、理化学機器等の様々な用途に用いられている。その中で、石英ガラスに微量の遷移金属酸化物を添加した黒色ガラスは局所的な遮光が必要な部位に用いられ、光学分析用の石英ガラスセル等、光学機器部品に利用されている。しかしながら近年、部品の微細化/薄型化が進んでおり従来の黒色ガラスでは遮光性が不足する場合が生じており、より遮光性が高い黒色石英ガラスが求められている。 Quartz glass is used in a variety of applications, including lighting equipment, optical equipment components, semiconductor industry materials, and scientific and laboratory equipment, thanks to its excellent optical transparency from the ultraviolet to infrared ranges, low thermal expansion, and chemical resistance. Among these, black glass, made by adding trace amounts of transition metal oxides to quartz glass, is used in areas where localized light blocking is required, and is used in optical equipment components such as quartz glass cells for optical analysis. However, in recent years, as components have become smaller and thinner, the light blocking ability of conventional black glass has sometimes become insufficient, and black quartz glass with better light blocking properties is in demand.

また、プロジェクター用途においては投影画面をより明るくするためのバルブの高輝度化に伴いプロジェクター内部の光学系への悪影響を防止する為にリフレクターからの漏洩光を効率的に遮光できる黒色石英ガラスが求められている。 In addition, in projector applications, as bulbs become brighter to make the projection screen brighter, there is a demand for black quartz glass that can efficiently block light leaking from the reflector to prevent adverse effects on the optical system inside the projector.

光ファイバー用途においては、光ファイバーを接続するコネクターにおいて、漏洩光による乱反射を防止する必要があるが、光伝送密度の増加に伴い、より遮光性が高い黒色石英ガラスが求められている。 In optical fiber applications, it is necessary to prevent diffuse reflection caused by leaked light from connectors that connect optical fibers, but as optical transmission density increases, there is a demand for black quartz glass with even better light-blocking properties.

更に、石英ガラスは高耐熱性、化学的高純度等の特長も有し、半導体製造用の治具などにも多く用いられている。しかしながら近年、半導体製造プロセスの熱処理工程において、加熱ロスが問題となっており、赤外光を用いた加熱プロセスにおいて、加熱対象物以外の赤外線照射からの遮蔽部材や加熱対象物への効率的な加熱の為の赤外線熱吸収/蓄熱部材が必要になっている。このことから、赤外線を効果的に遮蔽し、赤外線熱吸収/蓄熱性に優れ、かつ大型部材の製造が可能で、しかも工程汚染の原因となる金属不純物を含有しない黒色石英ガラスの開発が求められている。 Furthermore, quartz glass has features such as high heat resistance and high chemical purity, and is often used in semiconductor manufacturing jigs and other applications. However, in recent years, heat loss has become an issue in the heat treatment process of semiconductor manufacturing, and in heating processes using infrared light, there is a need for shielding materials from infrared radiation on objects other than the object being heated, as well as infrared heat absorption/heat storage materials for efficient heating of the object being heated. For this reason, there is a demand for the development of black quartz glass that effectively shields infrared rays, has excellent infrared heat absorption/heat storage properties, is capable of producing large components, and does not contain metal impurities that cause process contamination.

従来、シリカを主成分とする黒色石英ガラスとして以下のようなものが知られている。 The following types of black quartz glass, primarily composed of silica, have been known to date:

例えば、特許文献1では、石英ガラス粉末と五塩化ニオブを混合し、五塩化ニオブを五酸化ニオブに変換した後に1800℃以上に加熱して還元溶融することによる黒色石英ガラスの製造方法が提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes a method for producing black quartz glass by mixing quartz glass powder with niobium pentachloride, converting the niobium pentachloride to niobium pentoxide, and then heating the mixture to 1,800°C or higher for reduction and melting.

特許文献2では、シリカ多孔質ガラスに炭素源となりうる揮発性有機珪素化合物を気相反応させた後、1200℃以上2000℃以下の温度で加熱焼成して有機珪素化合物由来の炭素を含有する黒色石英ガラスを製造することが提案されている。 Patent Document 2 proposes producing black quartz glass containing carbon derived from the organosilicon compound by subjecting porous silica glass to a gas-phase reaction with a volatile organosilicon compound that can serve as a carbon source, followed by heating and firing at a temperature of 1200°C or higher and 2000°C or lower.

特許文献3では、溶融石英ガラスを粉末化したヒューズドシリカ粉末とケイ素含有粉末を湿式混合した後、鋳込み法で成形して乾燥し、得られた成形体をケイ素の溶融温度未満の焼結温度、1350~1435℃、で加熱することにより、元素形態のSiの領域が埋め込まれたヒューズドシリカのマトリックスを有する複合材料としての黒色石英ガラスを製造することが提案されている。 Patent Document 3 proposes producing black quartz glass as a composite material with a fused silica matrix in which regions of elemental Si are embedded, by wet-mixing fused silica powder, which is made by pulverizing fused quartz glass, with a silicon-containing powder, then molding the mixture using a casting method, drying the mixture, and heating the resulting molded body at a sintering temperature of 1350-1435°C, which is lower than the melting point of silicon.

特許文献4には、ガラス焼結体のマトリックス中に体積割合で0.1%~30%の着色粒子としてカーボンを分散させた着色ガラス焼結体が提案されている。 Patent Document 4 proposes a colored sintered glass body in which carbon is dispersed as colored particles at a volume ratio of 0.1% to 30% in the matrix of the sintered glass body.

特許文献5には、TiO2含有シリカガラスを開示する。このシリカガラスの製造方法として、ガス化可能なSi前駆体およびTi前駆体を火炎加水分解して得られるスートを堆積させて得た多孔質TiO2-SiO2ガラス体にフッ素を含有させた後、最後にガラス化温度まで昇温して、黒色石英ガラスを得る方法が提案されている。 Patent Document 5 discloses TiO 2 -containing silica glass. As a method for producing this silica glass, the method proposes a method in which fluorine is incorporated into a porous TiO 2 -SiO 2 glass body obtained by depositing soot obtained by flame hydrolysis of a gasifiable Si precursor and a Ti precursor, and then the temperature is finally raised to the vitrification temperature to obtain black quartz glass.

特許文献6には、着色アルミナ質焼結体が開示されている。この焼結体は、Al23とTiO2とCr23および焼結助剤成分としてCaOとSiO2とMgOを混合し、還元性雰囲気中で焼成して得られる。 Patent Document 6 discloses a colored alumina sintered body, which is obtained by mixing Al2O3 , TiO2 , Cr2O3 , and sintering aid components CaO , SiO2 , and MgO, and firing the mixture in a reducing atmosphere.

特開2014-94864号公報(特許請求の範囲)JP 2014-94864 A (Claims) 特開2013-1628号公報(特許請求の範囲)JP 2013-1628 A (Claims) 特開2020-73440号公報(特許請求の範囲)JP 2020-73440 A (Claims) 特開2003-146676号公報(特許請求の範囲)JP 2003-146676 A (Claims) 特開2005-194118号公報(特許請求の範囲および発明を実 施するための最良の形態)JP 2005-194118 A (Claims and Best Mode for Carrying Out the Invention) 特開2000-327405号公報(特許請求の範囲)JP 2000-327405 A (Claims)

しかしながら特許文献1に記載の黒色石英ガラスは大型化した際に色の均一性が十分でない場合があり、生産性に課題があった。また含有するニオブ化合物が使用される工程において汚染を引き起こすおそれがあることから半導体製造分野に適用することは困難が伴った。 However, the black quartz glass described in Patent Document 1 sometimes lacks sufficient color uniformity when enlarged, posing productivity issues. Furthermore, the niobium compounds contained in it could cause contamination in processes where they are used, making it difficult to apply to the semiconductor manufacturing field.

特許文献2に記載の黒色石英ガラスも色の均一性に課題があり、大型化が困難であった。
また含有する炭素がパーティクルとして使用する工程において発生し汚染を引き起こすおそれがあることから半導体製造分野に適用することは困難が伴った。
The black quartz glass described in Patent Document 2 also has problems with color uniformity, making it difficult to make it large.
Furthermore, the carbon contained in the material may be generated as particles during the process of use, causing contamination, making it difficult to apply the material to the semiconductor manufacturing field.

特許文献3に記載の種の黒色石英ガラスも大型化した際に色の均一性が十分でない場合があった。更に、鋳込み成形の制限から大型化に関して課題があった。又、鋳込み成形・乾燥の操作が煩雑で製造に長時間を必要とし、生産性に課題があった。 The type of black quartz glass described in Patent Document 3 also sometimes lacked sufficient color uniformity when enlarged. Furthermore, limitations on slip casting posed challenges when enlarging the glass. Furthermore, the slip casting and drying procedures were cumbersome, requiring a long manufacturing time, posing productivity challenges.

特許文献4に記載の種の黒色石英ガラスも大型化した際に色の均一性が十分でない場合があり、更に、大型化した場合、成形体を焼結する際の破損リスクが大きくなり、大型の黒色石英ガラスが得られないという課題があった。加えてカーボンがパーティクルとして使用する工程において発生し汚染を引き起こすおそれがあることから半導体製造分野に適用することは困難が伴った。 The type of black quartz glass described in Patent Document 4 also sometimes lacks sufficient color uniformity when made large. Furthermore, when made large, the risk of breakage increases when the compact is sintered, making it difficult to obtain large black quartz glass. In addition, carbon particles are generated during the process of use, which can cause contamination, making it difficult to apply to the semiconductor manufacturing field.

特許文献5に記載のTiO2含有シリカガラスは、スートを堆積させる工程が必要であり、製造が複雑で煩雑な操作が必要となり生産性に課題があった。さらに、大型化も困難であり、かつ大型化できたとしても色の均一性が十分でない場合があった。 The TiO2- containing silica glass described in Patent Document 5 requires a soot deposition process, which makes the manufacturing process complicated and cumbersome, resulting in productivity issues. Furthermore, it is difficult to increase the size, and even if it is possible to increase the size, the color uniformity may not be sufficient.

特許文献6に記載の着色アルミナ質焼結体は、粒界を持つことから使用する工程において減肉時に粒子脱落を起こして製品の歩留まりを低下させる等の問題があり、また製造用原料の一部は高純度粉末の入手が容易ではなく、さらに半導体製造プロセスでの忌避元素であるMg,Caが必須であることから、半導体製造プロセスに適用することは困難であるという課題もあった。 The colored alumina sintered body described in Patent Document 6 has grain boundaries, which causes particle shedding during thinning during use, resulting in reduced product yield. Furthermore, it is difficult to obtain high-purity powders of some of the raw materials used in production, and the body requires Mg and Ca, elements that are avoided in semiconductor manufacturing processes, making it difficult to apply to semiconductor manufacturing processes.

上記従来の方法で得られる黒色石英ガラス等は、大型化した際の色の均一性の問題および汚染の問題があり、黒色石英ガラスの製造方法は、大型化が難しく、生産性に課題があるものであった。一方、着色アルミナ質焼結体は粒界に起因する歩留まり低下および、一部原料の入手困難性および半導体製造プロセスでの忌避元素を必須とするという課題があった。 Black quartz glass and other products obtained using the above-mentioned conventional methods have problems with color uniformity and contamination when produced in large sizes, making it difficult to produce large-scale products using this method, and posing productivity challenges. On the other hand, colored alumina sintered bodies have issues with reduced yields due to grain boundaries, difficulty in obtaining some raw materials, and the need for elements that are repulsive to the semiconductor manufacturing process.

本発明が解決しようとする課題は、優れた遮光性を有し、使用される工程において汚染を引き起こすおそれがなく、大型化した際に色の均一性が十分であり、大型のインゴットが作成可能な黒色石英ガラスを提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide black quartz glass that has excellent light-blocking properties, is not likely to cause contamination during the processes in which it is used, has sufficient color uniformity when made large, and can be used to produce large ingots.

本発明が解決しようとする別の課題は、上記課題を解決する黒色石英ガラスを、大型のインゴットであっても、優れた生産性で製造できる方法を提供することである。 Another problem that the present invention aims to solve is to provide a method for producing black quartz glass that solves the above problems with excellent productivity, even in large ingots.

本発明さらなる課題は、前記黒色石英ガラスを用いて作製した分光セルなどの光学部品、半導体製造装置や赤外線加熱装置の遮光部材や赤外線熱吸収/蓄熱部材などの黒色石英ガラス製品を提供することである。 A further object of the present invention is to provide black quartz glass products such as optical components, such as spectroscopic cells, light-shielding members for semiconductor manufacturing equipment and infrared heating equipment, and infrared heat absorption/storage members, all made using the black quartz glass.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、SiO2を主成分とし、TiO2およびAl23が所定の範囲で含まれる石英ガラスが優れた遮光性を有する黒色石英ガラスであること、この黒色石英ガラスが、SiO2粉末、TiO2粉末およびAl23粉末を所定組成で混合し溶融させることにより、均一でガラス中にクラックや気泡が無い状態で得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to solve the above problems, the inventors discovered that quartz glass containing SiO2 as the main component and TiO2 and Al2O3 within specified ranges is black quartz glass with excellent light-blocking properties, and that this black quartz glass can be obtained uniformly and without cracks or bubbles in the glass by mixing and melting SiO2 powder, TiO2 powder, and Al2O3 powder in a specified composition, thereby completing the present invention.

本発明は、以下の通りである。
[1]
SiO2が63~65質量%、TiO2が18~24質量%、およびAl23が12~17質量%の組成(但し、SiO2、TiO2およびAl23の合計は100質量%)からなる黒色石英ガラス。
[2]
波長350nm~750nmにおけるSCE反射率が8%以下である、[1]に記載の黒色石英ガラス。
[3]
***表示系の明度L*が20以下、彩度a*の絶対値が2以下およびb*の絶対値が9以下である、[1]または[2]に記載の黒色石英ガラス。
[4]
Si、Ti、Al以外の金属不純物の含量が各々1ppm以下である、[1]~[3]のいずれか1項に記載の黒色石英ガラス。
[5]
密度が2.3g/cm3以上、2.8g/cm3以下である、[1]~[4]のいずれか1項に記載の黒色石英ガラス。
[6]
黒色石英ガラスは、以下の腐蝕曝露試験により得られる腐食速度が同じ腐蝕曝露試験により得られる溶融石英ガラスの腐食速度と比較して1/5以下である、[1]~[5]のいずれか1項に記載の黒色石英ガラス。
腐蝕曝露試験:(1)20mm×20mm×2mm厚のガラスサンプルを調製し、その表面に光学鏡面を形成した後、7mm×7mm部分をマスクする。(2)反応性イオンエッチング装置を用い、CF4ガス、O2ガス及びArを同時に流しながら、装置内圧力を14Paとして、マスクを施したガラス表面全体を、200Wで4時間エッチングする。(3)ガラス表面からマスクを取り除き、マスク部と腐蝕を受けた非マスク部との段差量を測定する。(4)腐食速度を段差量/エッチング時間で算出する。
[7]
30℃から600℃の範囲における熱膨張率が20×10-7/℃以上、30×10-7/℃以下である[1]~[6]のいずれか1項に記載の黒色石英ガラス。
[8]
波長200nm~3000nmにおける光透過率が厚さ1mmで0.1%以下である、[1]~[7]のいずれか1項に記載の黒色石英ガラス。
[9]
SiO2粉末63~65質量%、TiO2粉末18~24質量%およびAl23粉末12~17質量%を混合し、混合粉末を型に充填した後、無酸素雰囲気で最高温度1700~1900℃にて溶融し、室温まで冷却して[1]~[8]のいずれか1項に記載の黒色石英ガラスを得ることを含む、黒色石英ガラスの製造方法。
[10]
無酸素雰囲気は、100Pa以下の減圧、N2雰囲気、Ar雰囲気、He雰囲気またはこれらの組み合わせである、[9]に記載の黒色石英ガラスの製造方法。
[11]
混合粉末を充填する型の形状を機械加工後形状の相似形とし、かつ体積を機械加工後形状の1.01以上とする、[9]または[10]に記載の黒色石英ガラスの製造方法。
[12]
[1]~[8]のいずれか1項に記載の黒色石英ガラスを用いた黒色石英ガラス部材を含む製品。
[13]
黒色石英ガラス部材が、光学部品、遮光部材または赤外線熱吸収/蓄熱部材である[12]に記載の製品。
[14]
光学部品が、分光セル、プロジェクターのリフレクター、または光ファイバーのコネクターであり、遮光部材が、半導体製造装置または赤外線加熱装置の遮光部材である、[13]に記載の製品。
The present invention is as follows.
[1]
Black quartz glass having a composition of 63 to 65 mass % of SiO 2 , 18 to 24 mass % of TiO 2 , and 12 to 17 mass % of Al 2 O 3 (provided that the total of SiO 2 , TiO 2 , and Al 2 O 3 is 100 mass %).
[2]
The black quartz glass according to [1], having an SCE reflectance of 8% or less in the wavelength range of 350 nm to 750 nm.
[3]
The black quartz glass according to [1] or [2], wherein the lightness L * of the L * a * b * display system is 20 or less, the absolute value of the chroma a * is 2 or less, and the absolute value of the chroma b* is 9 or less.
[4]
The black quartz glass according to any one of [1] to [3], wherein the content of metal impurities other than Si, Ti, and Al is each 1 ppm or less.
[5]
The black quartz glass according to any one of [1] to [4], having a density of 2.3 g/cm 3 or more and 2.8 g/cm 3 or less.
[6]
The black quartz glass according to any one of [1] to [5], wherein the corrosion rate obtained by the following corrosion exposure test is 1/5 or less of the corrosion rate of fused quartz glass obtained by the same corrosion exposure test.
Corrosion exposure test: (1) A 20 mm x 20 mm x 2 mm thick glass sample is prepared, an optical mirror surface is formed on its surface, and then a 7 mm x 7 mm portion is masked. (2) Using a reactive ion etching device, the entire masked glass surface is etched for 4 hours at 200 W with CF4 gas, O2 gas, and Ar simultaneously flowing, with the internal pressure set to 14 Pa. (3) The mask is removed from the glass surface, and the height difference between the masked portion and the corroded unmasked portion is measured. (4) The corrosion rate is calculated by height difference/etching time.
[7]
The black quartz glass according to any one of [1] to [6], which has a thermal expansion coefficient in the range of 30°C to 600°C of 20 x 10 -7 /°C or more and 30 x 10 -7 /°C or less.
[8]
The black quartz glass according to any one of [1] to [7], having a light transmittance of 0.1% or less at a thickness of 1 mm in the wavelength range of 200 nm to 3000 nm.
[9]
A method for producing black quartz glass according to any one of [1] to [8], comprising mixing 63 to 65 mass% of SiO2 powder, 18 to 24 mass% of TiO2 powder, and 12 to 17 mass% of Al2O3 powder , filling the mixed powder into a mold, melting it at a maximum temperature of 1700 to 1900°C in an oxygen-free atmosphere, and cooling it to room temperature to obtain the black quartz glass according to any one of [1] to [8].
[10]
The method for producing black quartz glass according to [9], wherein the oxygen-free atmosphere is a reduced pressure of 100 Pa or less, a N 2 atmosphere, an Ar atmosphere, a He atmosphere, or a combination thereof.
[11]
The method for producing black quartz glass according to [9] or [10], wherein the shape of the mold into which the mixed powder is filled is similar to the shape after machining, and the volume is 1.01 or more of the shape after machining.
[12]
A product comprising a black quartz glass member using the black quartz glass according to any one of [1] to [8].
[13]
The product according to [12], wherein the black quartz glass member is an optical component, a light-shielding member, or an infrared heat absorption/heat storage member.
[14]
The product according to [13], wherein the optical component is a spectroscopic cell, a projector reflector, or an optical fiber connector, and the light-shielding member is a light-shielding member for semiconductor manufacturing equipment or infrared heating equipment.

本発明によれば、均一でガラス中にクラックや気泡が無く、高遮光性を有する黒色石英ガラスを提供することができる。この黒色石英ガラスは、透明石英ガラスの持つ良好な加工性、低発塵性を失うことなく、均一で遮光性に優れる。そのため、光学分析用の石英ガラスセル、プロジェクターのリフレクター、光ファイバーのコネクター、半導体製造装置や赤外線加熱装置の遮光部材、赤外線熱吸収/蓄熱部材等に好適に利用できる。また本発明の製造方法によれば、高純度でかつ透明石英ガラスの持つ良好な加工性、低発塵性を失うことなく、黒色石英ガラスを容易に生産することができる。 The present invention makes it possible to provide black quartz glass that is uniform, free of cracks and bubbles, and has high light-blocking properties. This black quartz glass is uniform and has excellent light-blocking properties without losing the excellent processability and low dust generation properties of transparent quartz glass. As a result, it is suitable for use in quartz glass cells for optical analysis, projector reflectors, optical fiber connectors, light-blocking materials for semiconductor manufacturing equipment and infrared heating devices, infrared heat absorption/storage materials, and more. Furthermore, the manufacturing method of the present invention makes it possible to easily produce high-purity black quartz glass without losing the excellent processability and low dust generation properties of transparent quartz glass.

<黒色石英ガラス>
本発明の黒色石英ガラスについて説明する。本発明の黒色石英ガラスは、SiO2が63~65質量%で主成分であり、TiO2が18~24質量%、およびAl23が12~17質量%の組成を有し、SiO2、TiO2およびAl23の合計は100質量%である。この組成範囲にあることで、均一でクラックや気泡が無く黒色の石英ガラスを特異的に得られる。この組成範囲を外れると、色むらや気泡の含有等が発生し、均一なガラス相にならず、透明石英ガラスの持つ良好な加工性、低発塵性を失う。本発明の黒色石英ガラスの組成範囲は、好ましくはSiO2が63.5~65.0質量%、TiO2が18.5~23.5質量%、およびAl23が12.5~17.0質量%の範囲である。
<Black quartz glass>
The black quartz glass of the present invention is described below. The black quartz glass of the present invention has a composition consisting primarily of 63-65% by mass of SiO2 , 18-24% by mass of TiO2 , and 12-17% by mass of Al2O3 , with the total of SiO2 , TiO2 , and Al2O3 being 100% by mass. This composition range uniquely enables the production of uniform, crack- and bubble-free black quartz glass. Outside this composition range, color unevenness and bubble inclusions occur, resulting in an inconsistent glass phase and a loss of the excellent processability and low dust generation properties of transparent quartz glass. The composition range of the black quartz glass of the present invention is preferably 63.5-65.0% by mass of SiO2 , 18.5-23.5% by mass of TiO2 , and 12.5-17.0% by mass of Al2O3 .

本発明の黒色石英ガラスは、波長350nm~750nmにおけるSCE反射率が8%以下であることが好ましい。波長350nm~750nmにおけるSCE反射率は、JIS Z 8722に準拠して測定される。SCE反射率が8%以下であることで優れた遮光性を示す。SCE反射率は遮光性に優れるという観点からは低いことが好ましく、好ましくは7%以下であり、より好ましくは5%以下である。SCE反射率の下限値には特に制限はないが、1%であることができる。 The black quartz glass of the present invention preferably has an SCE reflectance of 8% or less at wavelengths of 350 nm to 750 nm. The SCE reflectance at wavelengths of 350 nm to 750 nm is measured in accordance with JIS Z 8722. An SCE reflectance of 8% or less indicates excellent light-blocking properties. From the perspective of excellent light-blocking properties, a low SCE reflectance is preferable, preferably 7% or less, and more preferably 5% or less. There is no particular limit on the lower limit of the SCE reflectance, but it can be 1%.

本発明の黒色石英ガラスは、L***表示系の明度L*が20以下であることが好ましく、彩度a*の絶対値が2以下およびb*の絶対値が9以下であることが好ましい。明度L*が20以下であることで、色むらが発生しないばかりか、光の透過、迷光、散乱を発生させない十分な黒系色を呈することができる。また、彩度a*の絶対値が2以下およびb*の絶対値が9以下であることで、ガラス体の色調がより黒色になり、低いSCE反射率を有する黒色石英ガラスが得られる。明度L*は、好ましくは18以下であり、彩度a*の絶対値が1.8以下およびb*の絶対値が8.5以下であることが、色調がより黒色になり好ましい。 The black quartz glass of the present invention preferably has a lightness L * of 20 or less in the L * a * b * display system, and preferably has an absolute value of 2 or less for chroma a * and an absolute value of 9 or less for b * . A lightness L * of 20 or less not only prevents color unevenness but also provides a sufficiently black color that does not cause light transmission, stray light, or scattering. Furthermore, an absolute value of chroma a * of 2 or less and an absolute value of b * of 9 or less results in a blacker color tone of the glass body, and black quartz glass with low SCE reflectance can be obtained. The lightness L * is preferably 18 or less, and an absolute value of chroma a * of 1.8 or less and an absolute value of b * of 8.5 or less are preferred for a blacker color tone.

本発明の黒色石英ガラスは、Si、Ti、Al以外の金属不純物の含量は各々1ppm以下であることが好ましい。金属不純物含量が1ppm以下であることで、半導体の製造等における行程汚染の発生を抑制できる。又、光学分析用等の分野における蛍光発生等による精度への悪影響を抑制することもできる。Si元素以外の金属不純物の含量は、例えば、原子吸光分析等の方法で分析することができる。 The black quartz glass of the present invention preferably contains 1 ppm or less of each of metal impurities other than Si, Ti, and Al. Having a metal impurity content of 1 ppm or less can suppress the occurrence of process contamination in semiconductor manufacturing and other processes. It can also suppress the adverse effects on accuracy caused by fluorescence generation in fields such as optical analysis. The content of metal impurities other than Si element can be analyzed, for example, by atomic absorption analysis.

本発明の黒色石英ガラスは、密度が2.3g/cm3以上2.8g/cm3以下の範囲であることができる。密度は透明石英ガラスにTiO2およびAl23を溶融ガラス化した理論密度とほぼ一致する。密度は、好ましくは2.4g/cm3以上2.7g/cm3以下の範囲である。 The density of the black quartz glass of the present invention can be in the range of 2.3 g/ cm3 or more and 2.8 g/ cm3 or less. This density is approximately equal to the theoretical density obtained by fused quartz glass with TiO2 and Al2O3 . The density is preferably in the range of 2.4 g/ cm3 or more and 2.7 g/ cm3 or less.

本発明の黒色石英ガラスは、反応性イオンエッチング装置(200W)を用い、CF4ガス、O2ガス及びArを同時に流す腐食環境下において、腐食速度が溶融石英ガラスの腐食速度の1/5以下であることができる。対照として用いる溶融石英ガラスは、天然水晶粉を酸水素バーナーで加熱溶融して作製したものである。このような耐食性に優れた黒色石英ガラスは、半導体製造用部材、液晶製造用部材、MEMS製造用部材等として用いることで、腐蝕環境でもパーティクル発生やスリップを大幅に低減可能になる。 The corrosion rate of the black quartz glass of the present invention can be reduced to one-fifth or less of that of fused quartz glass in a corrosive environment using a reactive ion etching apparatus (200 W) in which CF4 gas, O2 gas, and Ar are simultaneously flowed. The fused quartz glass used as a control was prepared by heating and melting natural quartz powder with an oxyhydrogen burner. Such black quartz glass with excellent corrosion resistance can be used as a component for semiconductor manufacturing, liquid crystal manufacturing, MEMS manufacturing, etc., to significantly reduce particle generation and slippage even in corrosive environments.

本発明の黒色石英ガラスは、熱膨張率が20×10-7/℃以上、25×10-7/℃以下であることができる。アルミナセラミックスの熱膨張係数が80×10-7/℃、チタニアセラミックスの熱膨張係数が70~100×10-7/℃であることと比較して1/3から1/4程、膨張率が小さい。その為、プロジェクターの光学系等の高温で寸法精度を要求される環境下で好適に用いることができる。 The black quartz glass of the present invention can have a thermal expansion coefficient of 20×10 −7 /°C or more and 25× 10 −7 / °C or less. This is about one-third to one-quarter of the thermal expansion coefficient of alumina ceramics, which is 80×10 −7 /°C, and the thermal expansion coefficient of titania ceramics, which is 70 to 100×10 −7 /°C. As a result, it can be suitably used in environments requiring dimensional accuracy at high temperatures, such as in the optical systems of projectors.

本発明の黒色石英ガラスは、波長200nm~3000nmにおける光透過率が厚さ1mmで0.1%以下であることが好ましい。波長200nm~3000nmにおける光透過率は、分光光度計で測定される。光透過率が0.1%以下であることで優れた遮光性を示す。光透過率は遮光性に優れるという観点からは低いことが好ましく、好ましくは0.07%以下であり、より好ましくは0.05%以下である。光透過率の下限値には特に制限はないが、0.01%であることができる。 The black quartz glass of the present invention preferably has a light transmittance of 0.1% or less at a thickness of 1 mm in wavelengths of 200 nm to 3000 nm. The light transmittance in wavelengths of 200 nm to 3000 nm is measured using a spectrophotometer. A light transmittance of 0.1% or less indicates excellent light-blocking properties. From the perspective of excellent light-blocking properties, a low light transmittance is preferable, preferably 0.07% or less, and more preferably 0.05% or less. There is no particular limit on the lower limit of light transmittance, but it can be 0.01%.

<黒色石英ガラスの製造方法に>
本発明の黒色石英ガラスの製造方法について説明する。
本発明の黒色石英ガラスの製造方法は、SiO2粉末63~65質量%、TiO2粉末18~24質量%およびAl23粉末12~17質量%を混合し、混合粉末を型に充填した後、無酸素雰囲気で最高温度1700~1900℃にて溶融し、室温まで冷却して本発明の黒色石英ガラスを得ることを含む。
<For manufacturing black quartz glass>
The method for producing the black quartz glass of the present invention will now be described.
The method for producing black quartz glass of the present invention comprises mixing 63 to 65 mass% of SiO2 powder, 18 to 24 mass% of TiO2 powder, and 12 to 17 mass% of Al2O3 powder , filling the mixed powder into a mold, melting it at a maximum temperature of 1700 to 1900°C in an oxygen-free atmosphere, and cooling it to room temperature to obtain the black quartz glass of the present invention.

SiO2粉末、TiO2粉末およびAl23粉末は、不純物含有量が少ない黒色石英ガラスが得られるという観点から、高純度粉末であることが好ましい。SiO2粉末、TiO2粉末およびAl23粉末の高純度粉末は、市販品として容易に入手できる。高純度粉末は、Si、Ti、Al以外の金属不純物の含量が各々1ppm以下であることが好ましい。原料粉末の粒径や形状等には特に制限はないが、3成分が均一に混合分散されるように各原料の粒径や形状を適宜選ぶことが好ましい。また、混合粉末の溶融が容易であるという観点からは、比較的粒径は小さいことが好ましく、例えば、平均粒径が0.1~300μmの範囲であることができる。 The SiO2 powder, TiO2 powder, and Al2O3 powder are preferably high-purity powders from the viewpoint of obtaining black quartz glass with low impurity content. High-purity SiO2 powder, TiO2 powder, and Al2O3 powder are readily available commercially. The high-purity powder preferably contains metal impurities other than Si, Ti, and Al at a content of 1 ppm or less. While there are no particular restrictions on the particle size or shape of the raw material powders, it is preferable to appropriately select the particle size and shape of each raw material so that the three components are uniformly mixed and dispersed. Furthermore, from the viewpoint of easy melting of the mixed powder, a relatively small particle size is preferable; for example, the average particle size can be in the range of 0.1 to 300 μm.

原料を乾燥粉末の状態で混合して原料粉末を得る。SiO2粉末とTiO2粉末およびAl23粉末の割合は黒色石英ガラスの組成に応じて、それぞれ63~65質量%、18~24質量%、および12~17質量%の範囲から選択する。通常、SiO2、TiO2およびAl23の溶融物は分相やクラックおよび目視レベルの気泡が多量に発生し、得られたガラスは実用に耐えうるものではない。しかしながら、本発明の組成範囲においては驚くべきことに均一でガラス中に分相やクラック、気泡が無く、黒色を呈する石英ガラスが得られることが本発明者らの検討で判明した。さらに、得られた石英ガラスは、良好な加工性、低発塵性を失うことがない高遮蔽性の黒色石英ガラスであった。原料粉末の混合は、例えば、撹拌型混合機、ボールミル、ロッキングミキサー、クロスミキサー、V型混合機などの一般的な混合装置を用い達成できる。 The raw materials are mixed in a dry powder state to obtain a raw material powder. The proportions of SiO2 powder, TiO2 powder, and Al2O3 powder are selected from the ranges of 63-65 mass%, 18-24 mass%, and 12-17 mass%, respectively, depending on the composition of the black quartz glass. Typically, melts of SiO2 , TiO2 , and Al2O3 exhibit phase separation, cracks, and a large number of visible bubbles, making the resulting glass unsuitable for practical use. However, the inventors' investigations have revealed that within the composition range of the present invention, a surprisingly uniform, black quartz glass is obtained, free of phase separation, cracks, and bubbles. Furthermore, the resulting quartz glass exhibits high opacity without losing its excellent processability and low dust generation. The raw material powders can be mixed using common mixing devices such as agitator mixers, ball mills, rocking mixers, cross mixers, and V-type mixers.

混合により得られた原料粉末を所望の形状の型に充填する。型の形状は特に制限はないが、機械加工後の形状の相似形で体積を1.01倍以上とすることが、機械加工後の製品形状に近く効率よく製品を得られるという観点から望ましい。型は、特に制限はないが、例えば、炭素製の型であることができる。 The raw material powder obtained by mixing is filled into a mold of the desired shape. There are no particular restrictions on the shape of the mold, but it is desirable to have a shape similar to the shape after machining, with a volume at least 1.01 times larger, from the perspective of efficiently obtaining a product that is close to the shape of the product after machining. There are no particular restrictions on the mold, but it can be made of carbon, for example.

原料粉末の溶融は、型に充填した粉末原料を、無酸素雰囲気で最高温度を1700~1900℃、好ましくは1750~1850℃で加熱して行う。最高温度が1700℃より低いとガラス化が不十分となる。1900℃を超えるとSiO2の気化が始まり好ましくない。無酸素雰囲気とは、例えば、100Pa以下の減圧、N2雰囲気、Ar雰囲気、He雰囲気、またはこれらの組み合わせである。例えば、100Pa以下の減圧にした後にN2、ArまたはHe雰囲気とすることや、さらにその後に減圧して、減圧のN2、ArまたはHe雰囲気とすることもできる。無酸素雰囲気で加熱溶融してガラス化することで、黒色の石英ガラスが得られる。酸素含有雰囲気で加熱溶融してガラス化しても、黒色化しにくいか、または黒色化した石英ガラスが得られない。加熱溶融時間には特に制限はないが、例えば、0.1~10時間である。但し、この範囲に限定される意図ではない。溶融後に室温まで冷却し、型から取り外すことにより本発明の黒色石英ガラスのインゴットが得られる。 The raw material powder is melted by heating the powder raw material filled into a mold in an oxygen-free atmosphere to a maximum temperature of 1700 to 1900°C, preferably 1750 to 1850°C. A maximum temperature below 1700°C results in insufficient vitrification. A temperature above 1900°C is undesirable because SiO2 vaporizes. Examples of oxygen-free atmospheres include a reduced pressure of 100 Pa or less, an N2 atmosphere, an Ar atmosphere, a He atmosphere, or a combination thereof. For example, the atmosphere can be reduced to 100 Pa or less and then replaced with an N2 , Ar, or He atmosphere, or the atmosphere can be further reduced to a reduced pressure N2 , Ar, or He atmosphere. Black quartz glass can be obtained by melting and vitrifying the raw material in an oxygen-containing atmosphere. Black quartz glass is difficult to obtain when melting and vitrifying the raw material in an oxygen-containing atmosphere, or black quartz glass cannot be obtained. The melting time is not particularly limited, but is, for example, 0.1 to 10 hours. However, it is not intended to be limited to this range. After melting, the ingot of black quartz glass of the present invention is obtained by cooling it to room temperature and removing it from the mold.

上述の工程を経て、得られる黒色石英ガラスのインゴットを、石英部材を製造する際に使用されるバンドソー、ワイヤーソー、コアドリル等の加工機により加工し黒色石英ガラスの製品を得ることができる。 The black quartz glass ingot obtained through the above process can be processed using processing machines such as band saws, wire saws, and core drills that are used to manufacture quartz components to obtain black quartz glass products.

このようにして得られた黒色石英ガラスは、色むらがなく、光の透過、迷光、散乱を発生させない十分な黒系色を呈しており、光学分野全般において有用である。 The black quartz glass obtained in this way has no color unevenness and exhibits a sufficiently black color that does not transmit light, cause stray light, or scatter, making it useful in the optical field in general.

<黒色石英ガラス部材を含む製品>
本発明は、上記本発明の黒色石英ガラスを用いた黒色石英ガラス部材を含む製品を包含する。黒色石英ガラス部材は、例えば、光学部品、遮光部材または赤外線熱吸収/蓄熱部材であることができる。光学部品は、例えば、分光セル、プロジェクターのリフレクター、または光ファイバーのコネクターであり、遮光部材は、例えば、半導体製造装置または赤外線加熱装置の遮光部材である。但し、これらの部材に限定する意図ではない。
<Products containing black quartz glass components>
The present invention encompasses products containing black quartz glass members made from the black quartz glass of the present invention. The black quartz glass member can be, for example, an optical component, a light-shielding component, or an infrared heat absorption/storage component. Examples of optical components include spectroscopic cells, projector reflectors, and optical fiber connectors, and examples of light-shielding components include light-shielding components for semiconductor manufacturing equipment or infrared heating devices. However, the present invention is not intended to be limited to these components.

本発明の黒色石英ガラスは半導体製造プロセスでの忌避元素を含有せず、半導体製造に用いる熱処理装置の部材に好適である。例えば、ウェハー熱処理装置において、加熱用の赤外線を透過させる面以外の部分を本発明の黒色石英ガラスで構成することにより炉外に放射される熱を効率的に遮蔽し、エネルギー効率の向上と炉内温度分布の均一化が可能となる。 The black quartz glass of the present invention does not contain elements that are repulsive to semiconductor manufacturing processes, making it suitable for use in heat treatment equipment used in semiconductor manufacturing. For example, in wafer heat treatment equipment, by constructing all surfaces other than those that transmit infrared rays used for heating from the black quartz glass of the present invention, it is possible to efficiently block heat radiated outside the furnace, improving energy efficiency and achieving a more uniform temperature distribution within the furnace.

以下に、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるも
のではない。
The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

試料特性は以下のように測定した。
(1)試料の密度はアルキメデス法により測定した。
(2)SCE反射率は、試料を厚さ7mmに加工し、分光測色計を用いてJIS Z 8722に準拠して測定した。360~740nmの波長域で最も高い数値を記載した。
(3)L***表示系の明度L*および彩度a*、b*は分光測色計を用いてJIS Z 8722に準拠して測定した。
(4)熱膨張率は、試料を3×4×20mmLに加工し、30~600℃の条件で、熱機械分析法(TMA法)により測定した。
(5)光透過率は、試料を厚さ1mmに加工し、分光光度計を用いて200~3000nmの範囲で測定した。
The sample properties were measured as follows.
(1) The density of the sample was measured by the Archimedes method.
(2) The SCE reflectance was measured by processing the sample into a thickness of 7 mm and using a spectrophotometer in accordance with JIS Z 8722. The highest value in the wavelength range of 360 to 740 nm was recorded.
(3) The lightness L * and chroma a * , b * of the L *a* b * display system were measured in accordance with JIS Z 8722 using a spectrophotometer.
(4) The thermal expansion coefficient was measured by processing the sample into a size of 3×4×20 mmL and measuring it by thermomechanical analysis (TMA) at temperatures of 30 to 600°C.
(5) The light transmittance was measured by processing the sample to a thickness of 1 mm and using a spectrophotometer in the range of 200 to 3000 nm.

(6)腐食速度測定のための腐蝕曝露試験:
(1)20mm×20mm×2mm厚のガラスサンプルを調製し、その表面に光学鏡面を形成した後、7mm×7mm部分をマスクする。(2)反応性イオンエッチング装置を用い、CF4ガス、O2ガス及びArを同時に流しながら、装置内圧力を14Paとして、マスクを施したガラス表面全体を、200Wで4時間エッチングする。(3)ガラス表面からマスクを取り除き、マスク部と腐蝕を受けた非マスク部との段差量を測定する。(4)腐食速度を段差量/エッチング時間で算出する。対照として用いる溶融石英ガラスは、天然水晶粉を酸水素バーナーで加熱溶融して作製したものである。
(6) Corrosion exposure test for measuring corrosion rate:
(1) A 20 mm x 20 mm x 2 mm thick glass sample is prepared, an optical mirror surface is formed on its surface, and then a 7 mm x 7 mm portion is masked. (2) Using a reactive ion etching device, the entire masked glass surface is etched for 4 hours at 200 W with CF4 gas, O2 gas, and Ar simultaneously flowing, with the internal pressure set to 14 Pa. (3) The mask is removed from the glass surface, and the step between the masked area and the corroded, unmasked area is measured. (4) The corrosion rate is calculated as the step difference/etching time. The fused silica glass used as a control was prepared by heating and melting natural quartz powder with an oxyhydrogen burner.

(実施例1)
Si以外の金属不純物の含量が各々1ppm以下であるSiO2粉末、Ti以外の金属不純物の含量が各々1ppm以下であるTiO2粉末、及びAl以外の金属不純物の含量が各々1ppm以下であるAl23粉末を用意した。SiO2粉末64.5質量%とTiO2粉末18.6質量%およびAl23粉末16.9質量%を、溶媒を用いずボールミルで混合した。得られた原料粉末を型に充填し、窒素雰囲気中で最高温度1800℃にて20分加熱して溶融した。溶融後、室温まで冷却し黒色石英ガラスを得た。得られた黒色石英ガラスの物性は以下のとおりであった。密度は2.6g/cm3、SCE反射率は3.3%以下、光透過率は200~3000nmの範囲で0.05%以下、熱膨張率は25×10-7/℃、L***表示系の明度L*は8.9、彩度a*は1.1、b*は-6.8であった。腐蝕曝露試験における腐食速度は9.55nm/分であり、溶融石英ガラスの51.79nm/分と比較して1/5.4であった。得られた黒色石英ガラスは、光の透過、迷光、散乱を発生させない十分な黒系色を呈しており、気泡、クラック、色むらなく、美観上も優れていることを目視で確認した。
Example 1
SiO2 powder, containing 1 ppm or less of each metal impurity other than Si, TiO2 powder, containing 1 ppm or less of each metal impurity other than Ti, and Al2O3 powder, containing 1 ppm or less of each metal impurity other than Al , were prepared. 64.5 mass% SiO2 powder, 18.6 mass% TiO2 powder, and 16.9 mass% Al2O3 powder were mixed in a ball mill without using a solvent. The resulting raw material powder was filled into a mold and melted by heating in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 1800°C for 20 minutes. After melting, the mixture was cooled to room temperature to obtain black quartz glass. The physical properties of the resulting black quartz glass were as follows: The density was 2.6 g/cm 3 , the SCE reflectance was 3.3% or less, the light transmittance was 0.05% or less in the range of 200 to 3000 nm, the thermal expansion coefficient was 25×10 -7 /°C, the lightness L * in the L * a * b * display system was 8.9, the chroma a * was 1.1, and the b * was -6.8. The corrosion rate in the corrosion exposure test was 9.55 nm/min, which was 1/5.4 of the 51.79 nm/min of fused silica glass. The obtained black quartz glass exhibited a sufficient black color that did not transmit light, generate stray light, or scatter, and it was visually confirmed that it was free of bubbles, cracks, and color unevenness, and had an excellent aesthetic appearance.

(実施例2)
実施例1と同様のSiO2粉末、TiO2粉末、及びAl23粉末を用い、SiO2粉末63.9質量%とTiO2粉末23.2質量%およびAl23粉末12.9質量%を、溶媒を用いずボールミルで混合した。得られた原料粉末を型に充填し、窒素雰囲気中で最高温度1800℃にて20分加熱して溶融した。溶融後、室温まで冷却し黒色石英ガラスを得た。得られた黒色石英ガラスの物性は以下のとおりであった。密度は2.6g/cm3、SCE反射率は4.1%以下、光透過率は200~3000nmの範囲で0.06%以下、熱膨張率は28×10-7/℃、L***表示系の明度L*は13.1、彩度a*は0.6、b*は-7.1であった。腐蝕曝露試験における腐食速度は9.92nm/分であり、溶融石英ガラスの51.79nm/分と比較して1/5.2であった。得られた黒色石英ガラスは、光の透過、迷光、散乱を発生させない十分な黒系色を呈しており、気泡、クラック、色むらなく、美観上も優れていることを目視で確認した。
Example 2
The same SiO2 powder, TiO2 powder, and Al2O3 powder as in Example 1 were used. 63.9% by weight of SiO2 powder, 23.2% by weight of TiO2 powder, and 12.9% by weight of Al2O3 powder were mixed in a ball mill without the use of a solvent. The resulting raw powder was filled into a mold and heated to a maximum temperature of 1800°C for 20 minutes in a nitrogen atmosphere to melt it. After melting, it was cooled to room temperature to obtain black quartz glass. The physical properties of the resulting black quartz glass were as follows: density: 2.6 g/ cm3 , SCE reflectance: 4.1% or less, light transmittance: 0.06% or less in the range of 200 to 3000 nm, coefficient of thermal expansion: 28 x 10-7 /°C, and lightness (L* ) of 13.1 in the L * a * b * display system, chroma (a *) : 0.6, and b * : -7.1. The corrosion rate in the corrosion exposure test was 9.92 nm/min, which was 1/5.2 of the 51.79 nm/min of fused silica glass. The obtained black quartz glass exhibited a sufficiently black color that did not transmit light, generate stray light, or scatter, and it was visually confirmed that it was free of bubbles, cracks, and color unevenness, and had an excellent aesthetic appearance.

(比較例1)
実施例1と同様のSiO2粉末、TiO2粉末、及びAl23粉末を用い、SiO2粉末85.4質量%とTiO2粉末11.2質量%およびAl23粉末3.4質量%を、溶媒を用いずボールミルで混合した。得られた原料粉末を型に充填し、窒素雰囲気中で最高温度1800℃にて20分加熱して溶融した。溶融後、室温まで冷却した。得られた溶融体には色むら、気泡、クラックが発生していることを目視で確認した。
(Comparative Example 1)
The same SiO2 powder, TiO2 powder, and Al2O3 powder as in Example 1 were used, and 85.4 mass% of SiO2 powder, 11.2 mass% of TiO2 powder, and 3.4 mass% of Al2O3 powder were mixed in a ball mill without using a solvent. The resulting raw material powder was filled into a mold and melted by heating in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 1800°C for 20 minutes. After melting, the mixture was cooled to room temperature. The resulting melt was visually inspected for color unevenness, bubbles, and cracks.

(比較例2)
実施例1と同様のSiO2粉末、TiO2粉末、及びAl23粉末を用い、SiO2粉末51.0質量%とTiO2粉末24.0質量%およびAl23粉末25.0質量%を、溶媒を用いずボールミルで混合した。得られた原料粉末を型に充填し、窒素雰囲気中で最高温度1800℃にて20分加熱して溶融した。溶融後、室温まで冷却した。得られた溶融体には色むら、気泡、クラックが発生していることを目視で確認した。
(Comparative Example 2)
Using the same SiO2 powder, TiO2 powder, and Al2O3 powder as in Example 1, 51.0 mass% SiO2 powder, 24.0 mass% TiO2 powder, and 25.0 mass% Al2O3 powder were mixed in a ball mill without using a solvent. The resulting raw material powder was filled into a mold and melted by heating in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 1800°C for 20 minutes. After melting, it was cooled to room temperature. The resulting melt was visually inspected for color unevenness, bubbles, and cracks.

本発明は、黒色石英ガラスの使用および製造に関連する分野に有用である。本発明の黒色石英ガラスの製造方法によれば、透明石英ガラスの持つ良好な加工性、低発塵性を失うことなく、均一で遮光性に優れた大型の黒色石英ガラスを経済的で効率よく製造することができる。本発明の黒色石英ガラスは、光学分析用の石英ガラスセル、プロジェクターのリフレクター、光ファイバーのコネクターなどの光学部品、半導体製造装置や赤外線加熱装置の遮光部材、赤外線熱吸収/蓄熱部材に好適に用いることができる。 The present invention is useful in fields related to the use and production of black quartz glass. The method for producing black quartz glass of the present invention makes it possible to economically and efficiently produce large, uniform, and highly light-shielding black quartz glass without losing the excellent processability and low dust generation properties of transparent quartz glass. The black quartz glass of the present invention can be suitably used in optical components such as quartz glass cells for optical analysis, projector reflectors, and optical fiber connectors, as well as light-shielding materials for semiconductor manufacturing equipment and infrared heating devices, and infrared heat absorption/storage materials.

Claims (12)

SiO2が63~65質量%、TiO2が18~24質量%、およびAl23が12~17質量%の組成(但し、SiO2、TiO2およびAl23の合計は100質量%)からなり、
* * * 表示系の明度L * が20以下、彩度a * の絶対値が2以下およびb * の絶対値が9以下である黒色石英ガラス。
The composition is 63 to 65 mass% of SiO2 , 18 to 24 mass% of TiO2 , and 12 to 17 mass% of Al2O3 (provided that the total of SiO2 , TiO2 , and Al2O3 is 100 mass%),
A black quartz glass having a lightness L * of 20 or less, an absolute value of chroma a * of 2 or less, and an absolute value of chroma b * of 9 or less in the L * a * b * display system.
波長350nm~750nmにおけるSCE反射率が8%以下である、請求項1に記載の黒色石英ガラス。 The black quartz glass of claim 1, having an SCE reflectance of 8% or less at wavelengths of 350 nm to 750 nm. Si、Ti、Al以外の金属不純物の含量が各々1ppm以下である、請求項1または2に記載の黒色石英ガラス。 3. The black quartz glass according to claim 1 , wherein the content of metal impurities other than Si, Ti, and Al is each 1 ppm or less. 密度が2.3g/cm3以上、2.8g/cm3以下である、請求項1~のいずれか1項に記載の黒色石英ガラス。 The black quartz glass according to any one of claims 1 to 3 , having a density of 2.3 g/cm 3 or more and 2.8 g/cm 3 or less. 30℃から600℃の範囲における熱膨張率が20×10-7/℃以上、30×10-7/℃以下である請求項1~のいずれか1項に記載の黒色石英ガラス。 5. The black quartz glass according to claim 1, which has a thermal expansion coefficient in the range of 30°C to 600°C of 20 x 10 -7 /°C or more and 30 x 10 -7 /°C or less. 波長200nm~3000nmにおける光透過率が厚さ1mmで0.1%以下である、請求項1~のいずれか1項に記載の黒色石英ガラス。 The black quartz glass according to any one of claims 1 to 5 , having a light transmittance of 0.1% or less at a wavelength of 200 nm to 3000 nm at a thickness of 1 mm. SiO2粉末63~65質量%、TiO2粉末18~24質量%およびAl23粉末12~17質量%を混合し、混合粉末を型に充填した後、無酸素雰囲気で最高温度1700~1900℃にて溶融し、室温まで冷却して請求項1~のいずれか1項に記載の黒色石英ガラスを得ることを含む、黒色石英ガラスの製造方法。 A method for producing black quartz glass according to any one of claims 1 to 6, comprising mixing 63 to 65 mass% of SiO2 powder, 18 to 24 mass% of TiO2 powder, and 12 to 17 mass% of Al2O3 powder , filling the mixed powder into a mold, melting it at a maximum temperature of 1700 to 1900°C in an oxygen-free atmosphere, and cooling it to room temperature to obtain the black quartz glass according to any one of claims 1 to 6 . 無酸素雰囲気は、100Pa以下の減圧、N2雰囲気、Ar雰囲気、He雰囲気またはこれらの組み合わせである、請求項に記載の黒色石英ガラスの製造方法。 8. The method for producing black quartz glass according to claim 7 , wherein the oxygen-free atmosphere is a reduced pressure of 100 Pa or less, a N2 atmosphere, an Ar atmosphere, a He atmosphere, or a combination thereof. 混合粉末を充填する型の形状を機械加工後形状の相似形とし、かつ体積を機械加工後形状の1.01以上とする、請求項またはに記載の黒色石英ガラスの製造方法。 9. The method for producing black quartz glass according to claim 7 , wherein the shape of the mold into which the mixed powder is filled is similar to the shape after machining, and the volume is 1.01 or more times the shape after machining. 請求項1~のいずれか1項に記載の黒色石英ガラスを用いた黒色石英ガラス部材を含む製品。 A product comprising a black quartz glass member made of the black quartz glass according to any one of claims 1 to 6 . 黒色石英ガラス部材が、光学部品、遮光部材または赤外線熱吸収/蓄熱部材である請求項10に記載の製品。 11. The product according to claim 10 , wherein the black quartz glass member is an optical component, a light-shielding component, or an infrared heat absorption/storage component. 光学部品が、分光セル、プロジェクターのリフレクター、または光ファイバーのコネクターであり、遮光部材が、半導体製造装置または赤外線加熱装置の遮光部材である、請求項11に記載の製品。 The product according to claim 11 , wherein the optical component is a spectroscopic cell, a projector reflector, or an optical fiber connector, and the light-shielding member is a light-shielding member for semiconductor manufacturing equipment or infrared heating equipment.
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