석영유리
1. 개요
유리의 일종.
Fused silica/Fused quartz/Silica glass/Quartz glass [1]
불순물 없이[2] 순수한 이산화규소(SiO2)만으로 이루어진 유리. 형태를 가공하기 쉬운 유리의 일종인데다 내구성도 뛰어나고[3], 불순물이 없는 순물질로 분류되어 화학약품을 다루는 도구에 주로 사용된다.
간단히 말해서 유리의 완벽한 상위호환품이다.
하지만 저런 끝내주는 물건이 왜 이곳저곳 닥치는대로 쓰이지 않냐면, 만드는데 드는 비용이 매우 비싸기 때문이다. 창문이나 식기 등 일반적으로 활용하는 유리는 여러 종류의 불순물을 혼합해서 녹는점을 낮추는 반면, 석영유리는 녹는점을 낮추는 불순물이 들어가지 않기 때문에 불순물을 섞은 유리보다 더 높은 온도로 녹여야 해서 연료비가 많이 들어간다.
덕분에 대중적으로 보급되지는 못한다. 가끔 중동의 석유재벌들이 돈지랄로 자기가 소유한 빌딩의 유리들을 모조리 석영유리로 바르며 재력을 과시한 일은 종종 있다.
또한 일본의 ADA의 최고급 수족관 라인업인 큐브가든 슈페리어(キューブガーデン) 시리즈가 이 석영유리로 만들어져서 가격이 매우 비싸다.
2012년 일본의 히타치 하드디스크 연구팀이 석영유리를 이용해, 반영구적인[4] 수명을 가진 저장매체의 개발에 성공했다.
1.1. 수정과 차이점
광물학적으로 볼때, SiO2가 결정을 이루면 석영(quartz)이라고 한다. 흔히 말하는 수정은 그 중에서도 보석으로 가치가 있는 것만을 지칭한다. 유리(glass)는 애초에 비정질이므로 광물이 아니며 따라서 '석영'이라는 단어가 붙긴 하지만 광물이 아니다. 여기서 석영이라는 단어는 오로지 SiO2라는 성분을 지시하기 위해 붙여진 것이다.
즉, 인위적으로 만드는 석영유리는 그냥 유리다. 애초에 인공적인 물질은 광물로 취급하지 않는다.
2. 제조방식
석영유리의 경우, 불순물이 거의 존재하지 않는 고순도의 규산을 2000도 이상의 고온에서 녹여 정제하여 만든다.
이렇게 적어보면 간단하지만 어느 정도의 산업화가 진행되지 않았다면 고순도의 규산을 구하기도 어렵고 2000도 이상에서 녹인 후 정제하는 설비를 갖추는 데에도 만만찮게 돈이 들어간다. 결국 석영유리의 단가가 다른 유리보다 비싼 것은 만드는 설비를 구축하기가 어렵기 때문이다. 그러니까 설비와 재료만 갖추어지면 만드는 것은 매우 쉽다.
3. 분류
제조방식이 간단하다 보니 들어간 재료에 따라서 종류가 구별된다.
석영유리 중에서도 순도가 높은 천연석영을 녹여서 만든 것을 Fused quartz라고 부르는데, 간단히 말해서 자연산 최고급 재료를 사용한 1등급 석영유리로 생각하면 된다.
정제과정에서 불순물을 추가적으로 제거하며 규사를 첨가해 인공적으로 순수도를 높여 만든 것을 Fused silica라고 부르며 사염화규소(SiCl4)로 대표되는 규소를 함유한 화합물을 고온에서 농축해 만든 것을 Synthesized fused silica(합성 석영유리)라고 분류한다.
고순도의 천연석영을 사용한 FQ를 제외한 나머지 석영유리는 제작비를 줄이고자 온갖 방법을 사용해 고순도의 규산을 만들어 내려고 시도한 끝에 개발된 것이다.
4. 사양
밀도는 약 2.20 g/cm3이며 영율 73,900 kg/mm2, 포아슨비 약 0.17, 압축강도 약117,000 kg/cm2, 인장강도 약 510 kg/cm2, 모스 경도 5.3–6.5. 보통 유리보다 배 이상 튼튼하다.
연화온도 1600℃ 이상, 열팽창계수도 5.5 (x10-7/℃)라 열변화로 대표되는 열충격 저항에 매우 강하다. 그래서 열선보호관이나 특수조명용 유리, 반도체 제조공정의 규소 웨이퍼 운반기등에 사용 되고 있다.
뿐만 아니라 전기저항도가 1016Ωcm라 일반 유리보다 높고 유전상수도 일반유리의 반이하인 3.82이고 굴절률은 약 1.42인데 자외선 흡수단이 약 160nm 라 높은 자외선 투과율을 이용한 자외선용 광학용 소재로 활용되고 있다. 당장 EPROM(Erasable-programmable ROM)의 경우 자외선으로 내용을 지운 후 전기로 재기록할 수 있는데, EPROM의 가운데에 데이터 삭제용으로 나 있는 유리창의 재료가 석영유리.
광섬유의 중요 재료다.
[1] 정제방식에 따라 조금씩 표기가 달라진다. 한자문화권에선 이런 세세한 구분 그런 거 없이 그냥 ○○급 석영유리로 부른다.[2] 사실 불순물이 완전히 없는 것은 아니다. 불순물이 100% 없게 만드는 것은 불가능하고, 대신 수백 ~ 수천 ppm 이하 정도만 포함되어 있다면 사실상 거의 없는 상태라 불순물이 없다고 표현한다.[3] 그냥 석영이라 보면 된다. 즉, '''모스 경도 7'''[4] 추정, 2억년의 보존성. 한계가 분명히 존재하긴 하지만, 그러한 한계에 도달할 때 즈음이면 별다른 돌연변수(지구멸망 등)가 없다는 가정 하에 기술의 발달로 더 뛰어난 저장매체가 나올테니 사실상 반영구적이라고 봐도 된다고 한것이다. 혹은 반대로 미래에도 더 뛰어난 저장매체가 안 나온다 하더라도 동종의 저장매체 에다가 백업하기 위한 시간 정도는 충분히 벌 수가 있을테니 문제가 되진 않을 것이다.