special  첨단산업의 주춧돌 세라믹뿌리산업 개발 최신 동향(2) 

쿼츠(Quartz) 유리 가공 

이 재 원_ 중원대학교 항공재료공학과 교수 

1. 서 론 

쿼츠(석영)란1) 결정질 실리카(Silica, SiO2)로 중요 암석의 구성광물(조암광물)의 하나이며 장석 다음으로 흔한 광물로 투명한 육면체의 결정(무색이나 불순물에 의해 변색)으로 맥석광물로 분류된다. 이러한 광물은 대부분 모래의 주성분으로 화성암, 변성암, 퇴적암에 넓게 분포하며 유지질의 미끄러운 광택, 패각상의 깨짐, 쪼개짐 구조가 없고 모스경도 7, 비중 2.65 등의 특징을 갖고 있다. 이 광물명의 유래는 독일지방의 Quarz에서 유래되었으며 유명한 산출지로 오스트리아, 스위스, 프랑스, 미국, 인도, 중국 등으로 알려져 있고 SiO2의 단결정 또는 광물을 뜻하는 용어로 광물의 경우 수정(水晶, Crystallized quartz)이라는 용어를 사용한다. 석영은 대표적인 삼방계(三方系)결정구조의 하나로 수정진동자 및 비디오카메라용 복굴절판 등으로 응용되는 재료를 지칭한다. 

이런 본래의 의미와 구별하여 볼 때 석영유리는 석영과 화학적인 성분은 같지만 결정정구정이 아닌 불규칙한 구조, 즉 유리구조를 갖기 때문에 엄밀한 의미에서 석영유리라는 용어는 정확한 용어가 아니다. 그러나 석영유리가 이미 광범위하게 산업체에서 사용되고 있으며, 순수한 SiO2를 재료로 하는 유리를 대변하는 용어로 사용되고 있다. 

석영 원료의 채굴 및 처리과정은 일반적인 광산원료 처리와 유사하게 처리되어 사용하고 있고 광석의 종류, 산출상태, 품위 등에 따라 채굴과 처리 방법을 달리하게 된다. 원석의 분쇄 등의 처리 후 등급별로 분리하여 후단으로 보내져 사용하며 이는 산지 지역, 업체 등의 기준에 따라 많은 차이가 있다. 일례로 순도가 같아도 산지와 처리 방식 등에 따라 투명쿼츠(Clear Quartz), 불투명 쿼츠(Milky Quartz) 등으로 나뉘어 용도에 엄격한 구분이 이루어 진다. 

반도체용 고순도 쿼츠 글라스 제품에 이용하기 위해서는 이러한 원료의 선별 및 고순도화 과정이 필요하다. 이를 개략적으로 나타내면 [그림 4]와 같다. 

 독일의 Heraus사가 자연에서 산출되는 석영결정을 녹여서 만든 유리라고 해서 용융석영(fused quartz)이라는 용어를 만들었으며, 이것이 일본과 아시아지역에서 석영유리라는 단어로 사용되었다. 그 외에 미주지역에서 비정질 실리카(vitreous silica), 실리카 유리(silica glass), 고실리카 유리(high-silica glass) 등으로 불리게 되었다.  

이후 석영결정을 녹이는 방법 외에 화학적인 합성으로 석영유리를 제조하는 방법이 시작되었고 이를 미주지역에서는 합성 실리카유리(synthetic silica glass)라는 용어로, 일본에서는 합성 석영유리(synthetic quartz glass)라는 용어로 두 용어가 같은 뜻으로 사용됐다.