JPH072513A - 合成石英ガラス粉の製造方法 - Google Patents
合成石英ガラス粉の製造方法Info
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- JPH072513A JPH072513A JP5143548A JP14354893A JPH072513A JP H072513 A JPH072513 A JP H072513A JP 5143548 A JP5143548 A JP 5143548A JP 14354893 A JP14354893 A JP 14354893A JP H072513 A JPH072513 A JP H072513A
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- glass powder
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/01—Other methods of shaping glass by progressive fusion or sintering of powdered glass onto a shaping substrate, i.e. accretion, e.g. plasma oxidation deposition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/10—Forming beads
- C03B19/1005—Forming solid beads
- C03B19/106—Forming solid beads by chemical vapour deposition; by liquid phase reaction
- C03B19/1065—Forming solid beads by chemical vapour deposition; by liquid phase reaction by liquid phase reactions, e.g. by means of a gel phase
-
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- C03B19/1095—Thermal after-treatment of beads, e.g. tempering, crystallisation, annealing
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高純度石英ガラス製品の原料として好適な合
成石英ガラス粉を得る。 【構成】 テトラアルコキシシランの加水分解により得
られたシリカゲルを焼成し合成石英ガラス粉を製造する
にあたり、焼成工程の1000℃以上における温度帯域
の少なくとも一部を酸素濃度30vol%以上の雰囲気
下で行なうことを特徴とする合成石英ガラス粉の製造方
法。
成石英ガラス粉を得る。 【構成】 テトラアルコキシシランの加水分解により得
られたシリカゲルを焼成し合成石英ガラス粉を製造する
にあたり、焼成工程の1000℃以上における温度帯域
の少なくとも一部を酸素濃度30vol%以上の雰囲気
下で行なうことを特徴とする合成石英ガラス粉の製造方
法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造分野、特に1
000℃以上の高温度域で使用される超高純度石英ガラ
ス製品の原料として好適な合成石英ガラス粉を提供する
ものである。
000℃以上の高温度域で使用される超高純度石英ガラ
ス製品の原料として好適な合成石英ガラス粉を提供する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体単結晶製造用のルツボや治
具等は、天然石英を粉砕して得た天然石英粉を溶融して
製造されていたが、天然石英は良質のものであっても種
々の金属不純物を含んでおり、純度の面から十分満足し
得るものではなかった。特に、半導体産業の高性能化に
伴って要求される高純度単結晶には、金属不純物が混入
すると半導体の性能に悪影響を与えるので、金属不純物
等の混入が懸念されるようなルツボや治具等を使用する
ことは出来ない。この為、最近では、合成による高純度
な石英ガラス粉末が必要になってきている。
具等は、天然石英を粉砕して得た天然石英粉を溶融して
製造されていたが、天然石英は良質のものであっても種
々の金属不純物を含んでおり、純度の面から十分満足し
得るものではなかった。特に、半導体産業の高性能化に
伴って要求される高純度単結晶には、金属不純物が混入
すると半導体の性能に悪影響を与えるので、金属不純物
等の混入が懸念されるようなルツボや治具等を使用する
ことは出来ない。この為、最近では、合成による高純度
な石英ガラス粉末が必要になってきている。
【0003】近年、純度的にすぐれたケイ酸源として、
アルコキシシランを原料としたゾル・ゲル法による石英
ガラスが紹介されている。例えば、特開昭62−176
928号公報には、アルコキシシランを酸又はアルカリ
の存在下、加水分解してゲルを調整し、これを粉砕、乾
燥した後、焼成して合成石英ガラス粉を製造する方法が
示されている。
アルコキシシランを原料としたゾル・ゲル法による石英
ガラスが紹介されている。例えば、特開昭62−176
928号公報には、アルコキシシランを酸又はアルカリ
の存在下、加水分解してゲルを調整し、これを粉砕、乾
燥した後、焼成して合成石英ガラス粉を製造する方法が
示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ゾル・ゲル法による合
成石英ガラス粉の製造では、まず、原料としてアルコキ
シシランを用い、これを加水分解・縮重合させてウエッ
トゲルとし、副生したアルコールや水を乾燥除去してド
ライゲルとする。ところが、アルコキシ基の100%が
反応してしまうわけではなく、一部がドライゲル中に結
合アルコキシ基として残留している。さらに、反応で副
生したアルコールも一部がドライゲル中に取り残されて
いる。実際、ドライゲル中のカーボン濃度を測定すると
1,000〜10,000ppmである。
成石英ガラス粉の製造では、まず、原料としてアルコキ
シシランを用い、これを加水分解・縮重合させてウエッ
トゲルとし、副生したアルコールや水を乾燥除去してド
ライゲルとする。ところが、アルコキシ基の100%が
反応してしまうわけではなく、一部がドライゲル中に結
合アルコキシ基として残留している。さらに、反応で副
生したアルコールも一部がドライゲル中に取り残されて
いる。実際、ドライゲル中のカーボン濃度を測定すると
1,000〜10,000ppmである。
【0005】このドライゲルを焼成すると大部分のカー
ボン分は燃焼除去されるが、一部が未燃カーボンとなっ
てガラス中に閉じこめられ黒色異物となることがある。
この黒色異物が合成石英粉の製品中に混入すると、ルツ
ボやインゴットに成形するために溶融した際、COやC
O2 ガスとなって発泡の原因となる。このためこの黒色
異物の発生を押さえるために、ドライゲルの細孔が封孔
する前に400〜600℃の温度域で保持し、カーボン
分を除去する等の工夫が行なわれているが、必ずしも十
分ではなく、完全に黒色異物の発生を防ぐのは困難であ
る。このようにして得られた泡を含んだ石英ルツボや炉
心管等では、高温使用時の寸法安定性や、単結晶引き上
げ時に泡が弾けて液面揺動、結晶欠陥となる等の問題が
あった。
ボン分は燃焼除去されるが、一部が未燃カーボンとなっ
てガラス中に閉じこめられ黒色異物となることがある。
この黒色異物が合成石英粉の製品中に混入すると、ルツ
ボやインゴットに成形するために溶融した際、COやC
O2 ガスとなって発泡の原因となる。このためこの黒色
異物の発生を押さえるために、ドライゲルの細孔が封孔
する前に400〜600℃の温度域で保持し、カーボン
分を除去する等の工夫が行なわれているが、必ずしも十
分ではなく、完全に黒色異物の発生を防ぐのは困難であ
る。このようにして得られた泡を含んだ石英ルツボや炉
心管等では、高温使用時の寸法安定性や、単結晶引き上
げ時に泡が弾けて液面揺動、結晶欠陥となる等の問題が
あった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記のよ
うな不都合のない合成石英ガラス粉末を得るため、鋭意
研究を重ねた結果、ゾル・ゲル法による合成石英ガラス
粉の製造において、焼成工程の1000℃以上における
温度帯域の少なくとも一部を酸素濃度30vol%以上
の雰囲気下で実施することにより、製造中の黒色異物が
少なく、引いては溶融成形時に泡の少ない合成石英ガラ
ス粉を得ることが出来ることを見出だし、本発明に到達
した。すなわち、本願発明の要旨は、テトラアルコキシ
シランの加水分解により得たシリカゲルの粉末を焼成し
合成石英粉を製造するにあたり、焼成工程の1000℃
以上における温度帯域の少なくとも一部を酸素濃度30
vol%以上の雰囲気下で行なうことを特徴とする合成
石英ガラス粉の製造方法に存する。
うな不都合のない合成石英ガラス粉末を得るため、鋭意
研究を重ねた結果、ゾル・ゲル法による合成石英ガラス
粉の製造において、焼成工程の1000℃以上における
温度帯域の少なくとも一部を酸素濃度30vol%以上
の雰囲気下で実施することにより、製造中の黒色異物が
少なく、引いては溶融成形時に泡の少ない合成石英ガラ
ス粉を得ることが出来ることを見出だし、本発明に到達
した。すなわち、本願発明の要旨は、テトラアルコキシ
シランの加水分解により得たシリカゲルの粉末を焼成し
合成石英粉を製造するにあたり、焼成工程の1000℃
以上における温度帯域の少なくとも一部を酸素濃度30
vol%以上の雰囲気下で行なうことを特徴とする合成
石英ガラス粉の製造方法に存する。
【0007】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
合成石英ガラス粉は、アルコキシシランを加水分解して
得られるシリカゲルを乾燥後、焼成して得られるもので
ある。ゾルゲル法によるアルコキシシランの加水分解
は、周知の方法にしたがって、アルコキシシランと水を
反応させることによって行なわれる。原料として用いら
れるアルコキシシランとしてはテトラメトキシシラン、
テトラエトキシシラン等のC1 〜C4 の低級アルコキシ
シラン或いはそのオリゴマーが好ましい。
合成石英ガラス粉は、アルコキシシランを加水分解して
得られるシリカゲルを乾燥後、焼成して得られるもので
ある。ゾルゲル法によるアルコキシシランの加水分解
は、周知の方法にしたがって、アルコキシシランと水を
反応させることによって行なわれる。原料として用いら
れるアルコキシシランとしてはテトラメトキシシラン、
テトラエトキシシラン等のC1 〜C4 の低級アルコキシ
シラン或いはそのオリゴマーが好ましい。
【0008】水の使用量は通常、アルコキシシラン中の
アルコキシ基の1倍当量以上10倍当量以下から選択す
る。この際、必要に応じてアルコール類やエーテル類等
の有機溶媒を混合してもよい。アルコールとしてはメタ
ノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等が、
エーテルとしてはアセトン類が挙げられる。また、触媒
として塩酸、酢酸のような酸やアンモニアのようなアル
カリを用いてもよい。
アルコキシ基の1倍当量以上10倍当量以下から選択す
る。この際、必要に応じてアルコール類やエーテル類等
の有機溶媒を混合してもよい。アルコールとしてはメタ
ノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等が、
エーテルとしてはアセトン類が挙げられる。また、触媒
として塩酸、酢酸のような酸やアンモニアのようなアル
カリを用いてもよい。
【0009】高純度の合成石英ガラス粉末を得る為使用
する原料アルコキシシラン、水、溶媒等使用する物質
は、すべて高純度であるのが好適である。加水分解生成
物を加熱することによって直ちにゲルを得ることが出来
るが、常温で放置しても数時間でゲル化するので、加温
の程度を調節することによってゲル化時間を調節するこ
とが出来る。得られたゲルは細分化した後乾燥してもよ
いし、乾燥した後細分化してもよい。乾燥シリカゲル粉
末の粒径は、通常60〜900μm、好ましくは80〜
800μmである。
する原料アルコキシシラン、水、溶媒等使用する物質
は、すべて高純度であるのが好適である。加水分解生成
物を加熱することによって直ちにゲルを得ることが出来
るが、常温で放置しても数時間でゲル化するので、加温
の程度を調節することによってゲル化時間を調節するこ
とが出来る。得られたゲルは細分化した後乾燥してもよ
いし、乾燥した後細分化してもよい。乾燥シリカゲル粉
末の粒径は、通常60〜900μm、好ましくは80〜
800μmである。
【0010】ゲルの乾燥の程度は、H2 O含有量で通
常、1〜10重量%であり、通常、ゲルを真空中或いは
不活性ガス中で100〜200℃に加熱することにより
行なわれる。上記のようにして製造した乾燥シリカゲル
粉末を、以下に述べる焼成条件下で焼成する。すなわ
ち、焼成工程の1000℃以上における温度帯域の少な
くとも一部を酸素濃度30vol%以上の雰囲気下で実
施する。なお、酸素濃度30vol%以上のガスを導入
する時期については、焼成の始め、すなわち室温から、
焼成終了まで常にその雰囲気を保っていてもまったくさ
しつかえない。1000℃以上の温度領域の少なくとも
一部において、上記酸素濃度を満たしていることが必要
である。このようにして、本発明によりドライゲルが封
孔して既に黒色異物が生成してしまった後でも、これを
減少させることが出来る。
常、1〜10重量%であり、通常、ゲルを真空中或いは
不活性ガス中で100〜200℃に加熱することにより
行なわれる。上記のようにして製造した乾燥シリカゲル
粉末を、以下に述べる焼成条件下で焼成する。すなわ
ち、焼成工程の1000℃以上における温度帯域の少な
くとも一部を酸素濃度30vol%以上の雰囲気下で実
施する。なお、酸素濃度30vol%以上のガスを導入
する時期については、焼成の始め、すなわち室温から、
焼成終了まで常にその雰囲気を保っていてもまったくさ
しつかえない。1000℃以上の温度領域の少なくとも
一部において、上記酸素濃度を満たしていることが必要
である。このようにして、本発明によりドライゲルが封
孔して既に黒色異物が生成してしまった後でも、これを
減少させることが出来る。
【0011】1000℃以上の領域において30vol
%以上の酸素濃度に保持しておく時間は、少なくとも3
0分以上、好ましくは、1時間以上である。この時間
が、あまり短すぎると効果が小さい。また、酸素濃度3
0vol%以上に保持する温度帯域は、1000〜14
00℃が好ましい。1000℃以下で、30vol%以
上の酸素濃度雰囲気で焼成しても、1000℃以上で、
通常の空気雰囲気に戻して焼成を行なうと、効果が見ら
れない。また、1400℃を超えると、粉末同士が焼結
して流動性を失い、その後の処理を困難とするので好ま
しくない。
%以上の酸素濃度に保持しておく時間は、少なくとも3
0分以上、好ましくは、1時間以上である。この時間
が、あまり短すぎると効果が小さい。また、酸素濃度3
0vol%以上に保持する温度帯域は、1000〜14
00℃が好ましい。1000℃以下で、30vol%以
上の酸素濃度雰囲気で焼成しても、1000℃以上で、
通常の空気雰囲気に戻して焼成を行なうと、効果が見ら
れない。また、1400℃を超えると、粉末同士が焼結
して流動性を失い、その後の処理を困難とするので好ま
しくない。
【0012】このようにして焼成して得られる石英ガラ
ス粉は、きわめて黒色異物の少ないものとなる。この黒
色異物の極めて少ない石英ガラス粉を溶融成形すると、
非常に泡の少ないインゴットやルツボを製造することが
出来る。以下、実施例によって本発明を具体的に説明す
るが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例
に限定されるものではない。
ス粉は、きわめて黒色異物の少ないものとなる。この黒
色異物の極めて少ない石英ガラス粉を溶融成形すると、
非常に泡の少ないインゴットやルツボを製造することが
出来る。以下、実施例によって本発明を具体的に説明す
るが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例
に限定されるものではない。
【0013】
実施例1 攪拌槽に、テトラメトキシシランとこれに対して5倍当
量の水を仕込み、30℃の温度で1時間攪拌し加水分解
反応によって均一なゾル溶液を得た。さらに、これを塩
化ビニル製のバットに移し、24時間放置してゲル化さ
せた。このゲルを140℃の真空乾燥機を用いて12時
間乾燥を行なった後、100〜500μmの粒子径に粒
度調整を行なった。この乾燥シリカゲル粉末1kgを石
英製のフタ付き容器(200mm×200mm×150
mm)に仕込み、電気炉内にセットした。この石英容器
のなかに、酸素濃度100vol%のガスを1l/分で
導入し、200℃/Hrの速度で1220℃まで昇温
し、1220℃で10時間保持した。自然冷却後、この
合成石英ガラス粉を取り出し、その中の黒色異物の数を
調べたところ、目視的に確認できるものは1個であっ
た。また、この粉末を酸素−水素炎の加熱によるベルヌ
イ型溶融装置を用いて溶融し、12mmφ×50mmの
インゴットを作製し発泡状態を調べたが、泡は皆無であ
った。
量の水を仕込み、30℃の温度で1時間攪拌し加水分解
反応によって均一なゾル溶液を得た。さらに、これを塩
化ビニル製のバットに移し、24時間放置してゲル化さ
せた。このゲルを140℃の真空乾燥機を用いて12時
間乾燥を行なった後、100〜500μmの粒子径に粒
度調整を行なった。この乾燥シリカゲル粉末1kgを石
英製のフタ付き容器(200mm×200mm×150
mm)に仕込み、電気炉内にセットした。この石英容器
のなかに、酸素濃度100vol%のガスを1l/分で
導入し、200℃/Hrの速度で1220℃まで昇温
し、1220℃で10時間保持した。自然冷却後、この
合成石英ガラス粉を取り出し、その中の黒色異物の数を
調べたところ、目視的に確認できるものは1個であっ
た。また、この粉末を酸素−水素炎の加熱によるベルヌ
イ型溶融装置を用いて溶融し、12mmφ×50mmの
インゴットを作製し発泡状態を調べたが、泡は皆無であ
った。
【0014】実施例2 実施例1において、焼成時に導入する酸素濃度を50v
ol%にして行なった場合の結果を表1に示す。 実施例3 実施例1において、焼成時に導入する酸素濃度を35v
ol%にして行なった場合の結果を表1に示す。
ol%にして行なった場合の結果を表1に示す。 実施例3 実施例1において、焼成時に導入する酸素濃度を35v
ol%にして行なった場合の結果を表1に示す。
【0015】比較例1 実施例1と同様の方法で乾燥シリカゲル粉末を作製し、
このうち1kgを石英製のフタ付き容器(200mm×
200mm×150mm)に仕込み、電気炉内にセット
した。この石英容器の中に空気(酸素濃度21vol
%)を1l/分で導入し、200℃/Hrの速度で12
20℃まで昇温し、1220℃で10時間保持した。自
然冷却後、この合成石英ガラス粉を取り出し、その中の
黒色異物の数を調べたところ、目視的に確認できるもの
は42個であった。さらに、この粉末でベルヌイ法によ
り12mmφ×50mmのインゴットを作製したとこ
ろ、非常に多数の泡が発生した。
このうち1kgを石英製のフタ付き容器(200mm×
200mm×150mm)に仕込み、電気炉内にセット
した。この石英容器の中に空気(酸素濃度21vol
%)を1l/分で導入し、200℃/Hrの速度で12
20℃まで昇温し、1220℃で10時間保持した。自
然冷却後、この合成石英ガラス粉を取り出し、その中の
黒色異物の数を調べたところ、目視的に確認できるもの
は42個であった。さらに、この粉末でベルヌイ法によ
り12mmφ×50mmのインゴットを作製したとこ
ろ、非常に多数の泡が発生した。
【0016】実施例4 比較例1と同様の方法で作製した、既に黒色異物を含ん
でいる合成石英ガラス粉末1kgを、石英製のフタ付き
容器(200mm×200mm×150mm)に仕込
み、電気炉内にセットした。この石英容器の中に酸素濃
度100vol%のガスを1l/分で導入し200℃/
Hrの速度で1300℃まで昇温し、1300℃で10
時間保持した。自然冷却後、この合成石英ガラス粉を取
り出し、その中の黒色異物の数を調べたところ、目視的
に確認できるものは4個であった。さらに、この粉末で
ベルヌイ法により12mmφ×50mmのインゴットを
作製したところ、ごく小さな泡が2個見られたが、全体
として良好なインゴットが得られた。
でいる合成石英ガラス粉末1kgを、石英製のフタ付き
容器(200mm×200mm×150mm)に仕込
み、電気炉内にセットした。この石英容器の中に酸素濃
度100vol%のガスを1l/分で導入し200℃/
Hrの速度で1300℃まで昇温し、1300℃で10
時間保持した。自然冷却後、この合成石英ガラス粉を取
り出し、その中の黒色異物の数を調べたところ、目視的
に確認できるものは4個であった。さらに、この粉末で
ベルヌイ法により12mmφ×50mmのインゴットを
作製したところ、ごく小さな泡が2個見られたが、全体
として良好なインゴットが得られた。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】本発明により、高純度石英ガラス製品の
原料として適した、合成石英ガラス粉を得ることができ
る。
原料として適した、合成石英ガラス粉を得ることができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 一臣 北九州市八幡西区黒崎城石1番1号 三菱 化成株式会社黒崎工場内 (72)発明者 宇都宮 明 北九州市八幡西区黒崎城石1番1号 三菱 化成株式会社黒崎工場内 (72)発明者 下山 勝 北九州市八幡西区黒崎城石1番1号 三菱 化成株式会社黒崎工場内
Claims (1)
- 【請求項1】 テトラアルコキシシランの加水分解によ
り得られたシリカゲルの粉末を焼成し合成石英ガラス粉
を製造するにあたり、焼成工程の1000℃以上におけ
る温度帯域の少なくとも一部を酸素濃度30vol%以
上の雰囲気下で行なうことを特徴とする合成石英ガラス
粉の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5143548A JPH072513A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 合成石英ガラス粉の製造方法 |
US08/260,453 US5516350A (en) | 1993-06-15 | 1994-06-14 | Process for producing synthetic quartz glass powder |
EP94304298A EP0630863A1 (en) | 1993-06-15 | 1994-06-14 | Process for producing synthetic quartz glass powder |
KR1019940013574A KR950000595A (ko) | 1993-06-15 | 1994-06-14 | 합성 석영 유리 분말의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5143548A JPH072513A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 合成石英ガラス粉の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH072513A true JPH072513A (ja) | 1995-01-06 |
Family
ID=15341311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5143548A Pending JPH072513A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 合成石英ガラス粉の製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5516350A (ja) |
EP (1) | EP0630863A1 (ja) |
JP (1) | JPH072513A (ja) |
KR (1) | KR950000595A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003008332A1 (fr) * | 2001-07-19 | 2003-01-30 | Mitsubishi Chemical Corporation | Poudre de quartz de grande purete, procede de fabrication et article obtenu a partir de cette poudre |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6110852A (en) * | 1994-12-26 | 2000-08-29 | Mitsubishi Chemical Corporation | Process for producing synthetic quartz glass powder |
WO1996021617A1 (fr) * | 1995-01-12 | 1996-07-18 | Mitsubishi Chemical Corporation | Gel de silice, poudre de verre de quartz synthetique, moulage de verre de quartz et leur procedes de production |
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