CN116323503A - 黑色石英玻璃及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及黑色石英玻璃、黑色石英玻璃的制造方法、以及包含使用了上述黑色石英玻璃的黑色石英玻璃部件的制品，上述黑色石英玻璃包含SiO₂为63质量％～65质量％、TiO₂为18质量％～24质量％及Al₂O₃为12质量％～17质量％的组成(SiO₂、TiO₂及Al₂O₃的合计为100质量％)，上述制造方法包括：将SiO₂粉末63质量％～65质量％、TiO₂粉末18质量％～24质量％及Al₂O₃粉末12质量％～17质量％混合，将混合粉末填充于模具之后，在无氧气氛下以最高温度1700℃～1900℃使其熔融，冷却至室温而获得上述黑色石英玻璃。本发明提供具有优异的遮光性、在使用工序中不会引起污染、在大型化时颜色的均匀性充分、能够制作大型锭的黑色石英玻璃，即便是大型锭也能够以优异的生产性制造该黑色石英玻璃的方法，以及使用了该黑色石英玻璃的黑色石英玻璃制品。

Description

黑色石英玻璃及其制造方法

技术领域

本发明涉及黑色石英玻璃及其制造方法以及黑色石英玻璃制品。更详细地说，本发明涉及能够在光学分析用的石英玻璃单元、投影机的反射镜、光纤的连接器、半导体制造装置或红外线加热装置的遮光部件、红外线热吸收/蓄热部件等中使用的黑色石英玻璃、以及高效获得该黑色石英玻璃的制造方法。

关联申请的相互参照

本申请主张2020年10月7日申请的日本特愿2020-169478号及2021年9月9日申请的日本特愿2021-146784号的优先权，这些申请的全部记载特别地作为公开而援引于此。

背景技术

石英玻璃有效利用其从紫外区域到红外区域的良好的透光性、低热膨胀性、耐药品性而用于照明器件、光学器件零件、半导体工业用部件、理化器件等各种用途。其中，在石英玻璃中添加了微量的过渡金属氧化物的黑色玻璃用于需要局部遮光的部位，在光学分析用的石英玻璃单元等光学器件零件中加以利用。然而近年来，随着零件的微细化/薄型化的发展，以往的黑色玻璃产生了遮光性不足的情况，要求遮光性更高的黑色石英玻璃。

另外，在投影机用途中，为了防止伴随于用于使投影画面更亮的灯泡的高亮度化而对投影机内部的光学系统的不良影响，要求能够高效地遮挡来自反射镜的漏光的黑色石英玻璃。

在光纤用途中，在连接光纤的连接器中，需要防止由漏光导致的漫反射，但伴随于光传输密度的增加，要求遮光性更高的黑色石英玻璃。

进而，石英玻璃也具有高耐热性、化学上的高纯度等特长，在半导体制造用的夹具等中也多有使用。然而近年来，在半导体制造工艺的热处理工序中，加热损失成为问题，在使用了红外光的加热工艺中，需要加热对象物以外的遮挡红外线照射的遮挡部件、用于对加热对象物高效加热的红外线热吸收/蓄热部件。基于此，要求开发有效地遮挡红外线、红外线热吸收/蓄热性优异、且能够制造大型部件、而且不含有导致工序污染的金属杂质的黑色石英玻璃。

以往，作为以二氧化硅为主成分的黑色石英玻璃，已知有以下这样的黑色石英玻璃。

例如，在专利文献1中，提出了一种黑色石英玻璃的制造方法，将石英玻璃粉末和五氯化铌混合，在将五氯化铌转换为五氧化铌之后加热到1800℃以上而将其还原熔融，由此来实现。

在专利文献2中，提出了：使能够成为碳源的挥发性有机硅化合物与二氧化硅多孔质玻璃进行气相反应后，以1200℃以上且2000℃以下的温度进行加热烧制，从而制造含有源自有机硅化合物的碳的黑色石英玻璃。

在专利文献3中，提出了：在将熔融石英玻璃粉末化后的熔融二氧化硅粉末和含硅粉末进行湿式混合后，利用浇铸法成形并干燥，以小于硅的熔融温度的烧结温度、1350℃～1435℃对获得的成形体进行加热，由此，制造具有埋入有元素形态的Si的区域的熔融二氧化硅的基体的作为复合材料的黑色石英玻璃。

在专利文献4中，提出了在玻璃烧结体的基体中分散有作为体积比例为0.1％～30％的着色粒子的碳的着色玻璃烧结体。

在专利文献5中，公开了含TiO₂二氧化硅玻璃。作为该二氧化硅玻璃的制造方法，提出了如下方法：使对能够气化的Si前驱体及Ti前驱体进行火焰水解而获得的烟灰堆积而获得的多孔质TiO₂-SiO₂玻璃体含有氟之后，最后升温至玻璃化温度，来获得黑色石英玻璃。

在专利文献6中，公开了着色氧化铝质烧结体。该烧结体是将Al₂O₃、TiO₂、Cr₂O₃及作为烧结助剂成分的CaO、SiO₂、MgO混合并在还原性气氛中烧制而获得的。

专利文献1：日本特开2014-94864号公报

专利文献2：日本特开2013-1628号公报

专利文献3：日本特开2020-73440号公报

专利文献4：日本特开2003-146676号公报

专利文献5：日本特开2005-194118号公报

专利文献6：日本特开2000-327405号公报

专利文献1～6的全部记载特别地作为公开而援引于此。

发明内容

发明要解决的课题

然而，专利文献1中记载的黑色石英玻璃在大型化时，存在颜色的均匀性不充分的情况，在生产性上存在课题。另外，在使用所含有的铌化合物的工序中可能引起污染，所以在半导体制造领域的应用上伴有困难。

专利文献2中记载的黑色石英玻璃也在颜色的均匀性上存在课题，难以大型化。

另外，所含有的碳在作为颗粒使用的工序中产生而有可能引起污染，所以在半导体制造领域的应用上伴有困难。

专利文献3中记载的那种黑色石英玻璃也在大型化时存在颜色的均匀性不充分的情况。而且，由于浇铸成形的限制，关于大型化存在课题。另外，浇铸成形/干燥的操作繁琐而制造需要长时间，在生产性上存在课题。

专利文献4中记载的那种黑色石英玻璃也在大型化时存在颜色的均匀性不充分的情况，而且，在大型化后的情况下，在对成形体进行烧结时的破损风险变大，存在无法获得大型的黑色石英玻璃这一课题。除此之外，碳在作为颗粒使用的工序中产生而有可能引起污染，所以在半导体制造领域的应用上伴有困难。

专利文献5中记载的含TiO₂二氧化硅玻璃，需要使烟灰堆积的工序，制造复杂且需要繁琐的操作，在生产性上存在课题。而且，也难以大型化，且即便能够大型化，也存在颜色的均匀性不充分的情况。

专利文献6中记载的着色氧化铝质烧结体，由于具有晶界，所以在使用的工序中存在减薄时引起颗粒脱落而使制品的成品率降低等问题，另外，作为制造用原料的一部分，不易入手高纯度粉末，而且必须使用半导体制造工艺中的回避元素即Mg、Ca，所以也存在难以应用于半导体制造工艺这一课题。

利用上述以往的方法获得的黑色石英玻璃等，存在大型化时的颜色的均匀性的问题及污染的问题，黑色石英玻璃的制造方法难以大型化，在生产性上存在课题。另一方面，着色氧化铝质烧结体存在由晶界导致的成品率降低及一部分原料的入手困难性及必须使用半导体制造工艺中的回避元素这一课题。

本发明要解决的课题在于，提供一种黑色石英玻璃，其具有优异的遮光性，在使用的工序中不会引起污染，在大型化时颜色的均匀性充分，能够制作大型锭。

本发明要解决的另一课题在于，提供一种即便是大型锭也能够以优异的生产性制造解决上述课题的黑色石英玻璃的方法。

本发明的又一课题在于，提供一种使用所述黑色石英玻璃制作出的分光单元等光学零件、半导体制造装置或红外线加热装置的遮光部件、红外线热吸收/蓄热部件等黑色石英玻璃制品。

用于解决课题的技术方案

本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，以SiO₂为主成分并以规定的范围包含TiO₂及Al₂O₃的石英玻璃是具有优异的遮光性的黑色石英玻璃，该黑色石英玻璃能够通过将SiO₂粉末、TiO₂粉末及Al₂O₃粉末以规定组成混合并使其熔融，从而以均匀且在玻璃中没有裂纹、气泡的状态获得，从而完成了本发明。

本发明如下所述。

[1]一种黑色石英玻璃，其包含SiO₂为63质量％～65质量％、TiO₂为18质量％～24质量％及Al₂O₃为12～17质量％的组成，该组成中，SiO₂、TiO₂及Al₂O₃的合计为100质量％。

[2]根据[1]所述的黑色石英玻璃，

波长350nm～750nm下的SCE反射率为8％以下。

[3]根据[1]或[2]所述的黑色石英玻璃，

L^*a^*b^*显示系统的明度L^*为20以下，色度a^*的绝对值为2以下且b^*的绝对值为9以下。

[4]根据[1]～[3]中的任一项所述的黑色石英玻璃，

Si、Ti、Al以外的金属杂质的含量分别为1ppm以下。

[5]根据[1]～[4]中的任一项所述的黑色石英玻璃，

密度为2.3g/cm³以上且2.8g/cm³以下。

[6]根据[1]～[5]中的任一项所述的黑色石英玻璃，

黑色石英玻璃，通过以下的腐蚀暴露试验获得的腐蚀速度与通过相同的腐蚀暴露试验获得的熔融石英玻璃的腐蚀速度相比为1/5以下，

腐蚀暴露试验：(1)制备20mm×20mm×2mm厚的玻璃样品，在其表面形成光学镜面之后，对7mm×7mm部分进行掩模；(2)使用反应性离子蚀刻装置，一边同时流通CF₄气体、O₂气体及Ar，一边使装置内压力为14Pa，以200W对施加了掩模的玻璃表面整体进行4小时的蚀刻；(3)从玻璃表面去除掩模，测定掩模部与受到腐蚀的非掩模部的高度差量；(4)通过高度差量/蚀刻时间算出腐蚀速度。

[7]根据[1]～[6]中的任一项所述的黑色石英玻璃，

30℃到600℃的范围内的热膨胀率为20×10^-7/℃以上且30×10^-7/℃以下。

[8]根据[1]～[7]中的任一项所述的黑色石英玻璃，

波长200nm～3000nm下的透光率在厚度1mm下为0.1％以下。

[9]一种黑色石英玻璃的制造方法，包括：

将SiO₂粉末63质量％～65质量％、TiO₂粉末18质量％～24质量％及Al₂O₃粉末12质量％～17质量％混合，将混合粉末填充于模具之后，在无氧气氛下以最高温度1700℃～1900℃使其熔融，冷却至室温而获得[1]～[8]中的任一项所述的黑色石英玻璃。

[10]根据[9]所述的黑色石英玻璃的制造方法，

无氧气氛是100Pa以下的减压、N₂气氛、Ar气氛、He气氛或它们的组合。

[11]根据[9]或[10]所述的黑色石英玻璃的制造方法，

使填充混合粉末的模具的形状为机械加工后形状的相似形，且使体积为机械加工后形状的1.01以上。

[12]一种制品，其包含使用了[1]～[8]中的任一项所述的黑色石英玻璃的黑色石英玻璃部件。

[13]根据[12]所述的制品，

黑色石英玻璃部件是光学零件、遮光部件或红外线热吸收/蓄热部件。

[14]根据[13]所述的制品，

光学零件是分光单元、投影机的反射镜或光纤的连接器，遮光部件是半导体制造装置或红外线加热装置的遮光部件。

发明效果

根据本发明，能够提供均匀且在玻璃中没有裂纹、气泡、并具有高遮光性的黑色石英玻璃。该黑色石英玻璃不会丧失透明石英玻璃所具有的良好的加工性、低发尘性，均匀且遮光性优异。因而，能够合适地在光学分析用的石英玻璃单元、投影机的反射镜、光纤的连接器、半导体制造装置或红外线加热装置的遮光部件、红外线热吸收/蓄热部件等中加以利用。另外，根据本发明的制造方法，能够以高纯度且不丧失透明石英玻璃所具有的良好的加工性、低发尘性地，容易地生产黑色石英玻璃。

具体实施方式

<黑色石英玻璃>

对本发明的黑色石英玻璃进行说明。本发明的黑色石英玻璃，具有SiO₂为63质量％～65质量％且为主成分、TiO₂为18质量％～24质量％及Al₂O₃为12质量％～17质量％的组成，SiO₂、TiO₂及Al₂O₃的合计为100质量％。通过处于该组成范围内，能够均匀且没有裂纹、气泡地特别地获得黑色的石英玻璃。若偏离该组成范围，则会发生颜色不均、含有气泡等，不会成为均匀的玻璃相，丧失透明石英玻璃所具有的良好的加工性、低发尘性。本发明的黑色石英玻璃的组成范围，优选为SiO₂为63.5质量％～65.0质量％、TiO₂为18.5质量％～23.5质量％及Al₂O₃为12.5质量％～17.0质量％的范围。

本发明的黑色石英玻璃，优选波长350nm～750nm下的SCE反射率为8％以下。波长350nm～750nm下的SCE反射率依据JIS Z 8722而测定。通过使SCE反射率为8％以下，展现出优异的遮光性。从遮光性优异这一观点来看，SCE反射率优选为低，优选为7％以下，更优选为5％以下。SCE反射率的下限值没有特别限制，但可以为1％。

本发明的黑色石英玻璃，优选L^*a^*b^*显示系统的明度L^*为20以下，优选色度a^*的绝对值为2以下且b^*的绝对值为9以下。通过使明度L^*为20以下，不仅不会产生颜色不均，还能够呈现出不会发生光的透射、杂散光、散射的充分的黑色系色。另外，通过使色度a^*的绝对值为2以下且b^*的绝对值为9以下，玻璃体的色调变得更黑，获得具有低SCE反射率的黑色石英玻璃。明度L^*优选为18以下，色度a^*的绝对值为1.8以下且b^*的绝对值为8.5以下会使得色调变得更黑而是优选的。

本发明的黑色石英玻璃，优选Si、Ti、Al以外的金属杂质的含量分别为1ppm以下。通过使金属杂质含量为1ppm以下，能够抑制半导体的制造等中的工序污染的发生。另外，能够抑制光学分析用等领域中的荧光产生等对精度的不良影响。Si元素以外的金属杂质的含量例如可以利用原子吸收光谱分析等方法进行分析。

本发明的黑色石英玻璃，密度可以为2.3g/cm³以上且2.8g/cm³以下的范围。密度与在透明石英玻璃中将TiO₂及Al₂O₃熔融玻璃化了的理论密度几乎一致。密度优选为2.4g/cm³以上且2.7g/cm³以下的范围。

本发明的黑色石英玻璃，在使用反应性离子蚀刻装置(200W)、同时流通CF₄气体、O₂气体及Ar的腐蚀环境下，腐蚀速度可以为熔融石英玻璃的腐蚀速度的1/5以下。作为对照而使用的熔融石英玻璃，是利用氢氧燃烧器将天然水晶粉加热熔融而制作出的。这样的耐腐蚀性优异的黑色石英玻璃，通过作为半导体制造用部件、液晶制造用部件、MEMS制造用部件等来使用，即便是腐蚀环境下，也能够大幅减少颗粒产生、滑移。

本发明的黑色石英玻璃，热膨胀率可以为20×10^-7/℃以上且25×10^-7/℃以下。与氧化铝陶瓷的热膨胀系数为80×10^-7/℃、二氧化钛陶瓷的热膨胀系数为70×10^-7/℃～100×10^-7/℃相比，膨胀率小到1/3～1/4左右。因而，可以在投影机的光学系统等高温且要求尺寸精度的环境下合适地使用。

本发明的黑色石英玻璃，优选波长200nm～3000nm下的透光率在厚度1mm下为0.1％以下。波长200nm～3000nm下的透光率利用分光光度计来测定。通过使透光率为0.1％以下，展现出优异的遮光性。从遮光性优异这一观点来看，透光率优选为低，优选为0.07％以下，更优选为0.05％以下。透光率的下限值没有特别限制，但可以为0.01％。

<黑色石英玻璃的制造方法>

对本发明的黑色石英玻璃的制造方法进行说明。

本发明的黑色石英玻璃的制造方法包括：将SiO₂粉末63质量％～65质量％、TiO₂粉末18质量％～24质量％及Al₂O₃粉末12质量％～17质量％混合，将混合粉末填充于模具之后，在无氧气氛下以最高温度1700℃～1900℃使其熔融，冷却至室温而获得本发明的黑色石英玻璃。

从获得杂质含量少的黑色石英玻璃这一观点来看，SiO₂粉末、TiO₂粉末及Al₂O₃粉末优选为高纯度粉末。SiO₂粉末、TiO₂粉末及Al₂O₃粉末的高纯度粉末作为市售品能够容易地入手。高纯度粉末优选Si、Ti、Al以外的金属杂质的含量分别为1ppm以下。原料粉末的粒径、形状等没有特别限制，但优选以3种成分均匀地混合分散的方式适当选择各原料的粒径、形状。另外，从混合粉末容易熔融这一观点来看，优选粒径较小，例如平均粒径可以为0.1μm～300μm的范围。

将原料以干燥粉末状态混合而获得原料粉末。SiO₂粉末、TiO₂粉末及Al₂O₃粉末的比例根据黑色石英玻璃的组成，分别从63质量％～65质量％、18质量％～24质量％及12质量％～17质量％的范围中选择。通常，SiO₂、TiO₂及Al₂O₃的熔融物会大量产生分相、裂纹及目视等级的气泡，所获得的玻璃经不起实用。然而，通过本发明人的研究判明，在本发明的组成范围中，令人惊讶的是，能够获得均匀且在玻璃中没有分相、裂纹、气泡并呈黑色的石英玻璃。而且，所获得的石英玻璃是不会丧失良好的加工性、低发尘性的高遮挡性的黑色石英玻璃。原料粉末的混合例如可以使用搅拌型混合机、球磨机、摇摆混合机、交叉混合机、V型混合机等一般的混合装置来实现。

将通过混合而获得的原料粉末填充于所期望的形状的模具。模具的形状没有特别限制，但从接近机械加工后的制品形状且能够高效地获得制品这一观点来看，机械加工后的形状的相似形且体积为1.01倍以上是理想的。模具没有特别限制，例如可以为碳制的模具。

原料粉末的熔融，通过将填充于模具的粉末原料在无氧气氛下使最高温度为1700℃～1900℃、优选为1750℃～1850℃而加热来进行。若最高温度低于1700℃，则玻璃化不充分。若超过1900℃，则SiO₂开始气化，不优选。无氧气氛是指例如100Pa以下的减压、N₂气氛、Ar气氛、He气氛或它们的组合。例如，也可以在减压到100Pa以下之后成为N₂、Ar或He气氛，或者，在之后进一步减压而成为减压的N₂、Ar或He气氛。通过在无氧气氛下加热熔融而玻璃化，获得黑色的石英玻璃。在含氧气氛下即便加热熔融而玻璃化，也难以黑色化，或者无法获得黑色化的石英玻璃。加热熔融时间没有特别限制，但例如为0.1～10小时。不过，无意限定为该范围。通过在熔融后冷却至室温而从模具上拆下，获得本发明的黑色石英玻璃的锭。

利用在制造石英部件时使用的带锯、线锯、岩心钻头等加工机对经过上述工序而获得的黑色石英玻璃的锭进行加工，能够获得黑色石英玻璃的制品。

这样获得的黑色石英玻璃，无颜色不均，呈现出不会发生光的透射、杂散光、散射的充分的黑色系色，在整个光学领域都是有用的。

<包含黑色石英玻璃部件的制品>

本发明包括包含使用了上述本发明的黑色石英玻璃的黑色石英玻璃部件的制品。黑色石英玻璃部件例如可以是光学零件、遮光部件或红外线热吸收/蓄热部件。光学零件例如是分光单元、投影机的反射镜或光纤的连接器，遮光部件例如是半导体制造装置或红外线加热装置的遮光部件。不过，无意限定为这些部件。

本发明的黑色石英玻璃不含有半导体制造工艺中的回避元素，对于在半导体制造中使用的热处理装置的部件而言是合适的。例如，在晶圆热处理装置中，通过利用本发明的黑色石英玻璃构成使加热用的红外线透射的面以外的部分，能够高效地遮挡向炉外放射的热，实现能量效率的提高和炉内温度分布的均匀化。

实施例

以下，利用实施例对本发明进行具体说明，但本发明不限定于实施例。

试样特性如以下这样测定。

(1)试样的密度利用阿基米德法测定。

(2)SCE反射率通过将试样加工为厚度7mm，使用分光测色计依据JIS Z 8722而测定。在360nm～740nm的波长域中记载了最高的数值。

(3)L^*a^*b^*显示系统的明度L^*及色度a^*、b^*使用分光测色计依据JIS Z 8722而测定。

(4)热膨胀率通过将试样加工为3×4×20mmL，在30℃～600℃的条件下，利用热机械分析法(TMA法)测定。

(5)透光率通过将试样加工为厚度1mm，使用分光光度计在200nm～3000nm的范围测定。

(6)用于腐蚀速度测定的腐蚀暴露试验：

(1)制备20mm×20mm×2mm厚的玻璃样品，在其表面形成光学镜面之后，对7mm×7mm部分进行掩模。(2)使用反应性离子蚀刻装置，一边同时流通CF₄气体、O₂气体及Ar，一边使装置内压力为14Pa，以200W对施加了掩模的玻璃表面整体进行4小时的蚀刻。(3)从玻璃表面去除掩模，测定掩模部与受到腐蚀的非掩模部的高度差量。(4)通过高度差量/蚀刻时间算出腐蚀速度。作为对照而使用的熔融石英玻璃，是利用氢氧燃烧器将天然水晶粉加热熔融而制作出的。

(实施例1)

准备了Si以外的金属杂质的含量分别为1ppm以下的SiO₂粉末、Ti以外的金属杂质的含量分别为1ppm以下的TiO₂粉末、及Al以外的金属杂质的含量分别为1ppm以下的Al₂O₃粉末。将SiO₂粉末64.5质量％、TiO₂粉末18.6质量％及Al₂O₃粉末16.9质量％，不使用溶剂，利用球磨机进行了混合。将所获得的原料粉末填充于模具，在氮气氛中以最高温度1800℃加热20分钟而使其熔融。熔融后，冷却至室温而获得了黑色石英玻璃。所获得的黑色石英玻璃的物性如下。密度为2.6g/cm³，SCE反射率为3.3％以下，透光率在200nm～3000nm的范围内为0.05％以下，热膨胀率为25×10^-7/℃，L^*a^*b^*显示系统的明度L^*为8.9，色度a^*为1.1，b^*为-6.8。腐蚀暴露试验中的腐蚀速度为9.55nm/分钟，与熔融石英玻璃的51.79nm/分钟相比，为1/5.4。所获得的黑色石英玻璃，呈现出不会发生光的透射、杂散光、散射的充分的黑色系色，目视确认了没有气泡、裂纹、颜色不均，美观上也优异。

(实施例2)

使用与实施例1同样的SiO₂粉末、TiO₂粉末及Al₂O₃粉末，将SiO₂粉末63.9质量％、TiO₂粉末23.2质量％及Al₂O₃粉末12.9质量％，不使用溶剂，利用球磨机进行了混合。将所获得的原料粉末填充于模具，在氮气氛中以最高温度1800℃加热20分钟而使其熔融。熔融后，冷却至室温而获得了黑色石英玻璃。所获得的黑色石英玻璃的物性如下。密度为2.6g/cm³，SCE反射率为4.1％以下，透光率在200nm～3000nm的范围内为0.06％以下，热膨胀率为28×10^-7/℃，L^*a^*b^*显示系统的明度L^*为13.1，色度a^*为0.6，b^*为-7.1。腐蚀暴露试验中的腐蚀速度为9.92nm/分钟，与熔融石英玻璃的51.79nm/分钟相比，为1/5.2。所获得的黑色石英玻璃，呈现出不会发生光的透射、杂散光、散射的充分的黑色系色，目视确认了没有气泡、裂纹、颜色不均，美观上也优异。

(比较例1)

使用与实施例1同样的SiO₂粉末、TiO₂粉末及Al₂O₃粉末，将SiO₂粉末85.4质量％、TiO₂粉末11.2质量％及Al₂O₃粉末3.4质量％，不使用溶剂，利用球磨机进行了混合。将所获得的原料粉末填充于模具，在氮气氛中以最高温度1800℃加热20分钟而使其熔融。熔融后，冷却至室温。目视确认了在所获得的熔融体中产生了颜色不均、气泡、裂纹。

(比较例2)

使用与实施例1同样的SiO₂粉末、TiO₂粉末及Al₂O₃粉末，将SiO₂粉末51.0质量％、TiO₂粉末24.0质量％及Al₂O₃粉末25.0质量％，不使用溶剂，利用球磨机进行了混合。将所获得的原料粉末填充于模具，在氮气氛中以最高温度1800℃加热20分钟而使其熔融。熔融后，冷却至室温。目视确认了在所获得的熔融体中产生了颜色不均、气泡、裂纹。

[表1]

产业上的可利用性

本发明在与黑色石英玻璃的使用及制造关联的领域是有用的。根据本发明的黑色石英玻璃的制造方法，能够经济且高效地制造不丧失透明石英玻璃所具有的良好的加工性、低发尘性、均匀且遮光性优异的大型的黑色石英玻璃。本发明的黑色石英玻璃，能够合适地用于光学分析用的石英玻璃单元、投影机的反射镜、光纤的连接器等光学零件、半导体制造装置或红外线加热装置的遮光部件、红外线热吸收/蓄热部件。

Claims (14)

1.一种黑色石英玻璃，

其包含SiO₂为63质量％～65质量％、TiO₂为18质量％～24质量％及Al₂O₃为12质量％～17质量％的组成，该组成中，SiO₂、TiO₂及Al₂O₃的合计为100质量％。

2.根据权利要求1所述的黑色石英玻璃，

波长350nm～750nm下的SCE反射率为8％以下。

3.根据权利要求1或2所述的黑色石英玻璃，

L^*a^*b^*显示系统的明度L^*为20以下，色度a^*的绝对值为2以下且b^*的绝对值为9以下。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的黑色石英玻璃，

Si、Ti、Al以外的金属杂质的含量分别为1ppm以下。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的黑色石英玻璃，

密度为2.3g/cm³以上且2.8g/cm³以下。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的黑色石英玻璃，

黑色石英玻璃，通过以下的腐蚀暴露试验获得的腐蚀速度与通过相同的腐蚀暴露试验获得的熔融石英玻璃的腐蚀速度相比为1/5以下，

腐蚀暴露试验：(1)制备20mm×20mm×2mm厚的玻璃样品，在其表面形成光学镜面之后，对7mm×7mm部分进行掩模；(2)使用反应性离子蚀刻装置，一边同时流通CF₄气体、O₂气体及Ar，一边使装置内压力为14Pa，以200W对施加了掩模的玻璃表面整体进行4小时的蚀刻；(3)从玻璃表面去除掩模，测定掩模部与受到腐蚀的非掩模部的高度差量；(4)通过高度差量/蚀刻时间算出腐蚀速度。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的黑色石英玻璃，

30℃到600℃的范围内的热膨胀率为20×10^-7/℃以上且30×10^-7/℃以下。

8.根据权利要求1～7中的任一项所述的黑色石英玻璃，

波长200nm～3000nm下的透光率在厚度1mm下为0.1％以下。

9.一种黑色石英玻璃的制造方法，包括：

将SiO₂粉末63质量％～65质量％、TiO₂粉末18质量％～24质量％及Al₂O₃粉末12质量％～17质量％混合，将混合粉末填充于模具之后，在无氧气氛下以最高温度1700℃～1900℃使其熔融，冷却至室温而获得权利要求1～8中的任一项所述的黑色石英玻璃。

10.根据权利要求9所述的黑色石英玻璃的制造方法，

无氧气氛是100Pa以下的减压、N₂气氛、Ar气氛、He气氛或它们的组合。

11.根据权利要求9或10所述的黑色石英玻璃的制造方法，

使填充混合粉末的模具的形状为机械加工后形状的相似形，且使体积为机械加工后形状的1.01以上。

12.一种制品，其包含使用了权利要求1～8中的任一项所述的黑色石英玻璃的黑色石英玻璃部件。

13.根据权利要求12所述的制品，

黑色石英玻璃部件是光学零件、遮光部件或红外线热吸收/蓄热部件。

14.根据权利要求13所述的制品，

光学零件是分光单元、投影机的反射镜或光纤的连接器，遮光部件是半导体制造装置或红外线加热装置的遮光部件。