예전에 화학 실험실에서 투명한 시험관이 일반 유리보다 훨씬 비싸다는 말을 듣고 왜 그런가 궁금했던 적이 있어요. 알고 보니 그게 석영유리였더라고요. 일반 유리와는 소재 자체가 달라서 가격 차이가 나는 건데, 오늘은 석영유리가 정확히 뭔지, 어디에 쓰이는 건지 한번 정리해보겠습니다.
석영유리는 순수한 이산화규소(SiO2)로만 이루어진 유리예요. 우리가 흔히 보는 창문 유리나 음료수병 같은 건 소다석회유리라고 해서 이산화규소 외에 산화나트륨이나 산화칼슘 같은 성분이 섞여 있거든요. 석영유리는 그런 불순물이 거의 없이 99.9% 이상 순수한 SiO2로 되어 있습니다. 이런 높은 순도 때문에 일반 유리에서는 볼 수 없는 독특한 특성이 나타나요.
가장 눈에 띄는 특징은 내열성이에요. 일반 소다석회유리의 연화점이 약 600도인 반면, 석영유리는 1,500도 이상이거든요. 1,000도 정도의 온도차로 갑자기 가열하거나 냉각해도 깨지지 않습니다. 열팽창계수가 0.5 x 10의 마이너스 6승 정도로 극히 낮아서 그래요. 쉽게 말하면 온도가 변해도 거의 늘어나거나 줄어들지 않는다는 뜻입니다.
화학적 안정성도 뛰어납니다. 대부분의 산이나 용제에 침식되지 않거든요. 그래서 각종 화학물질의 증류나 세정 용기로 많이 쓰입니다. 불산(HF)에만 녹는다는 특징이 있는데, 이건 이산화규소의 본질적인 성질이에요. 그 외에는 웬만한 화학약품에도 끄떡없습니다.
빛의 투과성도 일반 유리와 차이가 큽니다. 석영유리는 자외선 영역의 빛을 잘 투과시키거든요. 일반 유리는 자외선을 대부분 차단하는데, 석영유리는 자외선부터 적외선까지 넓은 범위의 빛을 통과시킵니다. 그래서 자외선 살균 램프나 광학 렌즈 같은 데 사용돼요.
석영유리의 종류는 크게 투명 석영유리와 불투명 석영유리로 나뉩니다. 투명한 건 천연 수정을 고온에서 녹여 만드는데, 순도가 매우 높아서 반도체 공정 같은 곳에 쓰여요. 불투명한 건 규석이나 규사를 반용융 상태로 만든 건데, 미세한 기포가 남아있어서 하얗게 보입니다. 용도에 따라 투명도와 순도를 달리해서 제작하거든요.
쓰임새를 보면 반도체 산업에서 가장 많이 사용됩니다. 반도체 웨이퍼를 만들 때 고온 공정에서 쓰이는 노심관이나 보트 같은 부품이 석영유리로 만들어져요. 반도체 제조 장치의 핵심 부품이라고 보시면 됩니다. 불순물이 극히 적어야 하니까 일반 유리로는 대체가 안 되거든요. 그 외에 광섬유 제조, 고휘도 램프관, 자외선 및 적외선용 렌즈와 창 등에도 쓰입니다.
일상에서 석영유리를 직접 접할 일은 많지 않지만, 반도체 칩이 들어간 스마트폰이나 컴퓨터를 쓰고 있다면 간접적으로는 매일 석영유리의 혜택을 받고 있는 셈이에요. 가격이 일반 유리보다 수십 배 비싼 이유가 있는 소재입니다. 순도와 내열성이라는 두 가지 특성만 봐도 왜 특수한 분야에서 대체 불가능한 소재인지 이해가 되실 거예요.