超低膨張ガラス

超低膨張ガラス（ULE ）は、コーニング社の登録商標です。ULEは熱膨張係数が非常に低く 、成分としてシリカと10％未満の二酸化チタンを含んでいます。熱膨張に対する耐性が高いため、高温熱衝撃に対する耐性が非常に高くなります。ULEは1960年代からコーニング社によって製造されていますが、^[1]現在の用途でも依然として非常に重要です。

ULE の用途は多岐にわたりますが、これまでのところ最も一般的なのは、宇宙と地上の両方での望遠鏡のミラーとレンズです。ULE の使用例として最もよく知られているのは、ハッブル宇宙望遠鏡のミラーです。また、ジェミニ望遠鏡のミラー バンクもその好例です。この用途にこの種の材料が必要なのは、望遠鏡のミラー、特に非常に大型で高精度のユニットは、少しでも曲がったり形が崩れたりすることが許されないためです。もし曲がったり形が崩れたりすると、望遠鏡の焦点が合わなくなってしまいます。^[1] ULE の他の例と用途は次のとおりです。

• ミラーやその他の光学部品用の超低膨張基板
• 長さの基準
• 軽量ハニカムミラーマウント
• 天体望遠鏡
• 精密測定技術
• レーザーキャビティ

この材料のもう一つの新たな用途として有望視されているのが半導体産業であり、これもULEガラスの純度と極めて低い膨張率によるものである。^[1]

ULE の構造は完全に非晶質です。そのため、これはセラミックではなくガラスです。材料の非晶質構造は、構造内に結晶相が存在しないことから生じ、したがって長距離秩序はありません。

ULE の製造方法は、ガラスの標準的な製造方法とは大きく異なります。粉末材料をバッチに混ぜて、そのバッチを溶かしてガラス板を流し出すのではなく、ULE は高温ガラスであるため、炎加水分解プロセスで製造する必要があります。このプロセスでは、高純度の前駆物質が炎に注入され、反応して TiO ₂と SiO ₂が形成されます。その後、TiO ₂と SiO _{2 は}落下し、成長するガラスの上に堆積します。^[1]

超低膨張ガラスの熱膨張係数は、5～35℃で約10 ^{−8 /Kです。 [2]}熱伝導率は1.31 W/(m·℃)、熱拡散率は0.0079 cm ² /s、平均比熱は767 J/(kg·℃)、ひずみ点は890℃[1634°F]、推定軟化点は1490℃[2714°F]、焼鈍点は1000℃[1832°F]です。^[3]

超低膨張ガラスは、引張強度が49.8 MPa（7,220 psi）、ポアソン比が0.17、密度が2.21 g/cm ³（0.079 lb/in ³）、比剛性は3.12 × 10 ⁶  m (1.23 × 10 ⁸  in）、せん断弾性係数は29.0 GPa（4.20 × 10 ⁶  psi）、体積弾性係数は34.1 GPa（4.95 × 10 ⁶  psi）、弾性率は67.6 GPa（9.80 × 10 ⁶  psi）。^[3]

ULEの応力光学係数は4.15(nm/cm)/(kg/cm ³ ) [0.292(nm/cm) psi]、アッベ数は53.1です。^[3]

ULEは硬度が高いため耐候性が高く、ほぼすべての化学物質の影響を受けません。また、ULEは350℃から急冷しても変化しません。^[3]