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シリカガラス管の熱処理に伴う断面構造変化

シリカガラス管の熱処理に伴う断面構造変化. 分子科学講座 ００３８０４６２ 湊 茂治. シリカガラス＝ ＳｉＯ 2 からなる非晶質物質. シリカ ＝ ＳｉＯ 2. 広範囲の波長で光を通す 耐熱性に優れている 高純度・化学的耐久性. シリカガラスの特長. 紫外線用光学材料・ 光ファイバー. 半導体製造装置 ランプ用管球. 半導体製造装置. 製造方法による石英ガラスの分類. OH 含有量 [ ｐｐｍ ]. Ⅰ 型：電気溶融. ・・・・・ 少ない （ ≲ 10 ）. Ⅱ 型：火炎溶融. ・・・・・　多い　（ 100 ～ 300 ）. Ⅲ 型：直接法.

gianna
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シリカガラス管の熱処理に伴う断面構造変化

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  1. シリカガラス管の熱処理に伴う断面構造変化 分子科学講座 ００３８０４６２ 湊 茂治

  2. シリカガラス＝ ＳｉＯ2からなる非晶質物質 シリカ ＝ ＳｉＯ2 • 広範囲の波長で光を通す • 耐熱性に優れている • 高純度・化学的耐久性 シリカガラスの特長 紫外線用光学材料・ 光ファイバー 半導体製造装置 ランプ用管球 半導体製造装置

  3. 製造方法による石英ガラスの分類 OH含有量[ｐｐｍ] • Ⅰ型：電気溶融 ・・・・・ 少ない （≲10） • Ⅱ型：火炎溶融 ・・・・・　多い　（100～300） • Ⅲ型：直接法 ・・・・・非常に多い（500～1500） • Ⅳ型：プラズマ法 ・・・・・ 少ない （≲ 5）

  4. 研究の背景 • シリカガラスを熱処理すると、表面から構造が変化していく。 • これまで酸水素火炎・大気中熱処理実験 • 空気中の水分で構造にOH基が入る • シリカガラス管を窒素（N２）雰囲気中で熱処理

  5. 測定項目 ＯＨ基濃度（ＯＨ Ｃｏｎｔｅｎｔ） ≡Si-OHの形て存在 仮想温度（Ｆｉｃｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ） ガラス構造が凍結されたと考えられる温度 薄片を充分長時間熱処理して急冷して決める 本研究では代用特性を使用

  6. 測定装置（顕微FT-IR）

  7. ＯＨ濃度の測定方法

  8. 1 0.8 0.6 Absorbance 0.4 0.2 0 2000 3000 4000 -1 Wavenumber (cm ) 仮想温度の測定方法 A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids, 185, 191 (1985)

  9. 試料の形状 外径： 25 ｍｍ 内径： 19 ｍｍ 30 mm]

  10. 熱処理について（窒素パージ） １４２３ K （1150℃），５ ｈ 電気炉

  11. 装置(試料の研磨（スライス）) FT-IR（顕微鏡）で測定

  12. 今回測定したサンプル

  13. OH含有量の分布 キャプションが図の中にあったので見にくいのでここにうつした

  14. OH濃度分布 • Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型とも，外周付近のOH濃度が高くなっている。 • 窒素（N２）雰囲気中で熱処理したとき，III型は表面付近で低下。その他はほとんど不変。

  15. 仮想温度分布

  16. 仮想温度分布

  17. 仮想温度分布

  18. 仮想温度分布

  19. 仮想温度分布 熱処理後はOH濃度が少ないほど （Ⅰ型＜Ⅱ型＜Ⅲ型） 実際の熱処理温度 (1423 K）に近い値 OH濃度が少ない方が構造の緩和時間が長い。そのため、より高温で構造が凍結される。

  20. まとめ • 石英ガラスはOH含有量が少ない方が、実際の熱処理温度まで到達する時間（緩和時間）が長い。 • 石英ガラスを窒素中で熱処理すると、OH含有量は大きくは変化しない。 • OH含有量については、Ⅲ型のみ外周部付近でOH含有量の低下がみられた。

  21. 今後の予定

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