JPH01290523A - 大きな粒寸を有する高純度高密度シリカを製造する方法 - Google Patents
大きな粒寸を有する高純度高密度シリカを製造する方法Info
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- JPH01290523A JPH01290523A JP1078717A JP7871789A JPH01290523A JP H01290523 A JPH01290523 A JP H01290523A JP 1078717 A JP1078717 A JP 1078717A JP 7871789 A JP7871789 A JP 7871789A JP H01290523 A JPH01290523 A JP H01290523A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、シリカの製造に関するものであり、特には大
きな粒寸を有する、高純度・高密度シリカを製造する方
法に関する。本発明によるシリカは、半導体製造用の石
英るつぼ製造等の分野に有用である。
きな粒寸を有する、高純度・高密度シリカを製造する方
法に関する。本発明によるシリカは、半導体製造用の石
英るつぼ製造等の分野に有用である。
免ユ至11
天然砂と実質上同じ物理的性質を有する、超高純度のそ
して高密度の、大きな粒寸のシリカを入手することが、
半導体製造用の石英るつぼ製造等の分野に代表される産
業界で差し迫った要望となっている。
して高密度の、大きな粒寸のシリカを入手することが、
半導体製造用の石英るつぼ製造等の分野に代表される産
業界で差し迫った要望となっている。
従」uL術
これまで、多くの研究者が合成シリカを製造してきた。
例えば、単分散シリカ粉末が、多(の研究者により調製
されてきた。スト−バープロセス(5tober pu
rocess )は−様な寸法の球状シリカ粒子のコン
トロールされた成長に基礎を置くものである。これにつ
いては、r Journal of Co11oida
nd Tnterface 5cience J 26
.62−69頁(1968年)を参照されたい。このプ
ロセスは、テトラアルキルシリケート(メチル或いはエ
チル)の加水分解と続いてのアルコール溶液中での珪酸
の縮合を含んだ。形態を制御するための触媒としてアン
モニアが使用された。懸濁液中で得られた粒寸は、0.
5μm未満から2μmの直径範囲を有した。加水分解条
件を修正することによって、B、 Fegleyは、0
.55μmの平均直径を有する単一寸法のSiO□粉末
を製造するのに成功した。この研究は、r Ultra
structure Processing ofCe
ramics、Glasses、 and Com
positesJ 1 984年、315−333頁
に報告されている。
されてきた。スト−バープロセス(5tober pu
rocess )は−様な寸法の球状シリカ粒子のコン
トロールされた成長に基礎を置くものである。これにつ
いては、r Journal of Co11oida
nd Tnterface 5cience J 26
.62−69頁(1968年)を参照されたい。このプ
ロセスは、テトラアルキルシリケート(メチル或いはエ
チル)の加水分解と続いてのアルコール溶液中での珪酸
の縮合を含んだ。形態を制御するための触媒としてアン
モニアが使用された。懸濁液中で得られた粒寸は、0.
5μm未満から2μmの直径範囲を有した。加水分解条
件を修正することによって、B、 Fegleyは、0
.55μmの平均直径を有する単一寸法のSiO□粉末
を製造するのに成功した。この研究は、r Ultra
structure Processing ofCe
ramics、Glasses、 and Com
positesJ 1 984年、315−333頁
に報告されている。
アルカリ塩或いはモリブデン酸の存在下でのシリカ粒子
の核生成と成長を通しての希釈珪酸溶液の重合化がアイ
ラー(Iler)及びその他のグループにより広範に研
究されてきた。r Journal ofColloi
dand Interface 5cjenceJ V
ol、 75、No。
の核生成と成長を通しての希釈珪酸溶液の重合化がアイ
ラー(Iler)及びその他のグループにより広範に研
究されてきた。r Journal ofColloi
dand Interface 5cjenceJ V
ol、 75、No。
1.1980年やrThe Chemistry of
5ilica JJohn Wiley & 5on
s Inc、社刊 (1979年)を参照されたい。彼
らは、30%シリカを含有するアルカリ性ゾルへの2.
4%シリカを含有するアルカリ化酸性ゾル添加法を報告
し、ここではシリカ粒子の平均直径は45μm未満から
60umの最終値まで増大した。
5ilica JJohn Wiley & 5on
s Inc、社刊 (1979年)を参照されたい。彼
らは、30%シリカを含有するアルカリ性ゾルへの2.
4%シリカを含有するアルカリ化酸性ゾル添加法を報告
し、ここではシリカ粒子の平均直径は45μm未満から
60umの最終値まで増大した。
更に、米国特許第3.440.170号は、約45〜1
00μmの重量平均粒子直径を有する凝集していない、
−様な、球状シリカ粒子を含有するシリカゾル及び約1
0〜30μの重量平均直径を有するシリカ粒子を含有す
るアルカリ性シリカゾルを提供することによりゾルを製
造する方法を開示する。
00μmの重量平均粒子直径を有する凝集していない、
−様な、球状シリカ粒子を含有するシリカゾル及び約1
0〜30μの重量平均直径を有するシリカ粒子を含有す
るアルカリ性シリカゾルを提供することによりゾルを製
造する方法を開示する。
米国特許第3.538.015号は、連続相として水を
有しそして最初の粒子の2.5〜4.0倍の直径まで増
大した、30〜70重量%の、−様な非凝集シリカを含
有するシリカゾルを製造する方法を開示する。
有しそして最初の粒子の2.5〜4.0倍の直径まで増
大した、30〜70重量%の、−様な非凝集シリカを含
有するシリカゾルを製造する方法を開示する。
日が 2しよ とする=1
これら特許は、最初の希薄ゾルにおける寸法のせいぜい
2〜4倍大きな寸法を有する粒子を含有する、濃縮した
安定したシリカゾルを調製するものでしかない。加えて
、これらゾルは、安定化剤としての微量のアルカリ金属
或いは他の種の異種元素を含有している。
2〜4倍大きな寸法を有する粒子を含有する、濃縮した
安定したシリカゾルを調製するものでしかない。加えて
、これらゾルは、安定化剤としての微量のアルカリ金属
或いは他の種の異種元素を含有している。
超高純度の、高密度の、大きな粒寸のシリカの合成はい
まだ報告されていない。
まだ報告されていない。
こうしたシリカは、半導体製造用の石英るつぼのような
各種セラミックス製品の製造において必要とされており
、本発明の目的はこうしたシリカを製造する新たな方法
を開発することである。
各種セラミックス製品の製造において必要とされており
、本発明の目的はこうしたシリカを製造する新たな方法
を開発することである。
・ を ゞ るための −
本発明は、テトラアルキルオルトシリケートの駿加水分
解により高純度の大きな粒寸のシリカを調製することに
成功した。
解により高純度の大きな粒寸のシリカを調製することに
成功した。
本発明は、
段階】−テトラアルキルオルトシリケートを溶剤と均質
に混合して、約1対3のテトラアルキルオルトシリケー
ト対溶剤モル比を有する溶液を形成すること、 段階2−段階1の生成物を希釈酸溶液に添加すること、 段階3−段階2の生成物を熟成すること、段階4−水酸
化アンモニウムを段階3の生成物に添加して、水及び溶
剤を含むゲルを形成すること、 段階5−段階4の生成物を分篩して、水及び溶剤を含む
粒状ゲルを形成すること、 段階6−段階5の生成物をそこに僅かに含有される水及
び溶剤を除去するに十分の時間真空加熱して、脱水生成
物を形成すること、及び段階7−段階6の生成物を加熱
して、約100〜420μmを有する、大きな粒寸の、
高純度、高密度シリカを形成すること を包含する大きな粒寸を有する、高純度で且つ高密度の
シリカを製造する方法を提供する。
に混合して、約1対3のテトラアルキルオルトシリケー
ト対溶剤モル比を有する溶液を形成すること、 段階2−段階1の生成物を希釈酸溶液に添加すること、 段階3−段階2の生成物を熟成すること、段階4−水酸
化アンモニウムを段階3の生成物に添加して、水及び溶
剤を含むゲルを形成すること、 段階5−段階4の生成物を分篩して、水及び溶剤を含む
粒状ゲルを形成すること、 段階6−段階5の生成物をそこに僅かに含有される水及
び溶剤を除去するに十分の時間真空加熱して、脱水生成
物を形成すること、及び段階7−段階6の生成物を加熱
して、約100〜420μmを有する、大きな粒寸の、
高純度、高密度シリカを形成すること を包含する大きな粒寸を有する、高純度で且つ高密度の
シリカを製造する方法を提供する。
l監ユ且盗上1j
大きな粒寸を有する、高純度で且つ高密度のシリカを製
造する方法の具体例の詳細を述べると、次の段階を包含
する: 段階1−テトラエチルオルトシリケートをエタノールと
均質に混合して、約1対3以上のテトラアルキルオルト
シリケート対エタノールのモル比を有する溶液を形成す
ること。
造する方法の具体例の詳細を述べると、次の段階を包含
する: 段階1−テトラエチルオルトシリケートをエタノールと
均質に混合して、約1対3以上のテトラアルキルオルト
シリケート対エタノールのモル比を有する溶液を形成す
ること。
段階2−段階1の生成物を約1.0〜4,0、好ましく
は2.25の希釈酸溶液に添加し、同時に希釈酸溶液を
40℃以下の温度に維持すること、段階3−段階2の生
成物を約5時間撹拌しながら熟成すること、 段階4−2Nの水酸化アンモニウムを段階3の生成物に
添加して、約6.6〜9.0、好ましくは約8.5のp
)(における、水及びエタノールを含むゲルを形成する
こと、 段階5−段階4の生成物を18〜20メツシユ篩を通し
て分篩して、水及びエタノールを含む粒状ゲルを形成す
ること、 段階6−段階5からの生成物をそこに僅かに含有される
水及びエタノールを除去するに十分の温度(例えば15
0〜250℃)及び時間真空ベーキングして、ベーキン
グされた生成物を形成すること、 段階7−段階6の生成物を通常500〜800℃、特に
は約600℃の温度において酸化雰囲気中で通常2〜5
時間、特には約3時間仮焼して、仮焼生成物を形成する
こと、及び 段階8−段階7の生成物を一般に約1050〜1200
℃の温度において大気中で通常約30分〜4時間加熱し
て、大きな粒寸の高純度の、高密度のシリカを形成する
こと。
は2.25の希釈酸溶液に添加し、同時に希釈酸溶液を
40℃以下の温度に維持すること、段階3−段階2の生
成物を約5時間撹拌しながら熟成すること、 段階4−2Nの水酸化アンモニウムを段階3の生成物に
添加して、約6.6〜9.0、好ましくは約8.5のp
)(における、水及びエタノールを含むゲルを形成する
こと、 段階5−段階4の生成物を18〜20メツシユ篩を通し
て分篩して、水及びエタノールを含む粒状ゲルを形成す
ること、 段階6−段階5からの生成物をそこに僅かに含有される
水及びエタノールを除去するに十分の温度(例えば15
0〜250℃)及び時間真空ベーキングして、ベーキン
グされた生成物を形成すること、 段階7−段階6の生成物を通常500〜800℃、特に
は約600℃の温度において酸化雰囲気中で通常2〜5
時間、特には約3時間仮焼して、仮焼生成物を形成する
こと、及び 段階8−段階7の生成物を一般に約1050〜1200
℃の温度において大気中で通常約30分〜4時間加熱し
て、大きな粒寸の高純度の、高密度のシリカを形成する
こと。
このシリカは、約2.19〜2.21 g/ccの密度
、約100〜420umの粒寸並びに1.50 pu+
未満のAI、Ca、 Fe、 Na、 K 、 LL合
計含有量を有するものである。
、約100〜420umの粒寸並びに1.50 pu+
未満のAI、Ca、 Fe、 Na、 K 、 LL合
計含有量を有するものである。
高純度シリカゲルの形成は、次の3つの必須段階と関与
する重合化機構と関係する: 1、モノマーを重合化しての一次粒子の形成、2、形成
された粒子の成長、及び 3、これら粒子の連鎖結合と、その後3次元ネットワー
クの形成。
する重合化機構と関係する: 1、モノマーを重合化しての一次粒子の形成、2、形成
された粒子の成長、及び 3、これら粒子の連鎖結合と、その後3次元ネットワー
クの形成。
重合化反応は、Si (OC2H8)4の酸性加水分解
によるSL (OH)4の最初の形成後、シラノール(
Si−OH)基の縮合に実質基礎を置いている。
によるSL (OH)4の最初の形成後、シラノール(
Si−OH)基の縮合に実質基礎を置いている。
−3i−OH+ HO−3I−ニー5i−0−3i−+
H20低pHにおいては、粒子の成長は2〜4μmの
寸法に一旦達すると停止する。しかし、pHを変えるこ
とにより、ゾルは安定性を失い、コロイド化して連続ネ
ットワークを形成し、これが−層高いシリカ1度を有す
るゲルの形成につながる。
H20低pHにおいては、粒子の成長は2〜4μmの
寸法に一旦達すると停止する。しかし、pHを変えるこ
とにより、ゾルは安定性を失い、コロイド化して連続ネ
ットワークを形成し、これが−層高いシリカ1度を有す
るゲルの形成につながる。
本発明は、上述した理論を基礎として、高純度の、大き
な粒寸のシリカを合成する方法を開発したものである。
な粒寸のシリカを合成する方法を開発したものである。
シリコンアルコキシド、51(OR) 4(R= CH
a、CJs)は、酸触媒の存在下で水と容易に反応して
、珪酸、SL (OH)4粒子を含有するゾルを形成す
る。ゾルのpHを変えることにより、ゾルは不安定化さ
れる。その結果、粒子は、コロイド化しそして凝集によ
りゲルとなる連続ネットワークを形成する。シリカ粉末
は、これらゲルから水及び溶剤を除去することにより形
成される。
a、CJs)は、酸触媒の存在下で水と容易に反応して
、珪酸、SL (OH)4粒子を含有するゾルを形成す
る。ゾルのpHを変えることにより、ゾルは不安定化さ
れる。その結果、粒子は、コロイド化しそして凝集によ
りゲルとなる連続ネットワークを形成する。シリカ粉末
は、これらゲルから水及び溶剤を除去することにより形
成される。
テトラメチルオルトシリケート及びテトラエチルオルト
シリケートのようなテトラアルキルオルトシリケートが
、大きな寸法の、高純度高密度シリカを製造するのに使
用されつる。しかし、高純度のテトラエチルオルトシリ
ケートが本発明における大きな寸法の、高純度高密度シ
リカを製造するのに好ましい。
シリケートのようなテトラアルキルオルトシリケートが
、大きな寸法の、高純度高密度シリカを製造するのに使
用されつる。しかし、高純度のテトラエチルオルトシリ
ケートが本発明における大きな寸法の、高純度高密度シ
リカを製造するのに好ましい。
濃縮試薬等級のNH,OH及び高純度濃縮HNO,、並
びに変性或いは無水エタノールが本発明において使用さ
れる。
びに変性或いは無水エタノールが本発明において使用さ
れる。
すべての反応は、不純物による汚染を防止するためにポ
リプロピレン製実験器具において試験を実施した。粒寸
、密度及び表面積をコントロールするプロセスパラメー
タが系統的に研究されそして最適化された。100gの
Sio□を生成するのに少量のバッチプロセスを使用し
た試験例を実施例及び比較例として示す。
リプロピレン製実験器具において試験を実施した。粒寸
、密度及び表面積をコントロールするプロセスパラメー
タが系統的に研究されそして最適化された。100gの
Sio□を生成するのに少量のバッチプロセスを使用し
た試験例を実施例及び比較例として示す。
例」。
方式:バッチプロセス
各バッチの理論収量
・420mQのテトラエチルオルトシリケート(TEO
S)に基づいて113g 1、TEOS (420mu)とエタノール(330m
ρ)とを分液漏斗において均一に混合した。
S)に基づいて113g 1、TEOS (420mu)とエタノール(330m
ρ)とを分液漏斗において均一に混合した。
(TEO3/エタノールのモル比=1/3)2.1の生
成物を300+r+42の酸性水溶液(pH= 2.2
5.300 m 42脱イオン水中にINのHN032
mj2)に滴下して加えた。反応器の温度は40°C以
下に保持した。添加を完了するのに60〜90分を要し
た。
成物を300+r+42の酸性水溶液(pH= 2.2
5.300 m 42脱イオン水中にINのHN032
mj2)に滴下して加えた。反応器の温度は40°C以
下に保持した。添加を完了するのに60〜90分を要し
た。
3、反応混合物を機械的撹拌機を使用して撹拌しそして
5時間熟成した。
5時間熟成した。
4、激しく攪拌しなから35mnの2NのNH40Hを
3に添加した。サンプルは速やかにゲル化した(ゲル化
時点での混合物のpHは8.6)。
3に添加した。サンプルは速やかにゲル化した(ゲル化
時点での混合物のpHは8.6)。
5、ゲル化サンプルを1.5時間にわたり沈降せしめた
後、12〜15容積%の母液を回収した。
後、12〜15容積%の母液を回収した。
6、母ン夜(p H= 8.3〜8.6)をガスクロマ
トグラフィーHP5710A /質量分析計HP598
0A (200℃恒温における5P1000Carb
opack B毛管カラム並びにキャリヤガスとしてヘ
リウムを使用した。)により未反応TEO5が存在する
かどうか分析した。母液中にTE01の存在の兆候は何
ら認められなかった。TE01は反応条件下で完全に加
水分解しそして重合した珪酸ネットワークが形成された
。
トグラフィーHP5710A /質量分析計HP598
0A (200℃恒温における5P1000Carb
opack B毛管カラム並びにキャリヤガスとしてヘ
リウムを使用した。)により未反応TEO5が存在する
かどうか分析した。母液中にTE01の存在の兆候は何
ら認められなかった。TE01は反応条件下で完全に加
水分解しそして重合した珪酸ネットワークが形成された
。
7.4からのゲルを18〜20メツシユ篩を通して機域
的に粉砕した。
的に粉砕した。
8.7からの生成物を水及びエタノールを除去するため
に275℃において真空ベーキングした。
に275℃において真空ベーキングした。
9.8からの生成物を酸素気流下で600℃において仮
焼(600℃において3時間保持)した。
焼(600℃において3時間保持)した。
10.9からの生成物を大気中1200℃において高密
化(1200℃で4時間保持)し、室温に冷却した。
化(1200℃で4時間保持)し、室温に冷却した。
生成シリカの密度は、2.19 g/cc〜2.21
g/ccの範囲にあった(アモルファスシリカの理論密
度: 2.17〜2.20g/cc) 、粉末のタップ
密度は真の密度の58〜65%である。全体収率は95
%を超えた。粉末の化学分析及び物理的性質を表■に示
す。
g/ccの範囲にあった(アモルファスシリカの理論密
度: 2.17〜2.20g/cc) 、粉末のタップ
密度は真の密度の58〜65%である。全体収率は95
%を超えた。粉末の化学分析及び物理的性質を表■に示
す。
鯉l二■ユ
酸加水分解仮焼シリカを例1にしたがって調製した。こ
の粉末の高密化の研究を、様々の異なった温度及び雰囲
気におい行なった。高密化された粉末の密度をガラス比
重瓶により測定した(ASTMD153 )。結果を表
IIに示す。これから、本ゾル−ゲルシリカは1150
°Cにおいて完全に高密度化し得、そして雰囲気環境は
高密化プロセスに影響を与えないことがわかる。
の粉末の高密化の研究を、様々の異なった温度及び雰囲
気におい行なった。高密化された粉末の密度をガラス比
重瓶により測定した(ASTMD153 )。結果を表
IIに示す。これから、本ゾル−ゲルシリカは1150
°Cにおいて完全に高密度化し得、そして雰囲気環境は
高密化プロセスに影響を与えないことがわかる。
酸加水分解シリカの化学分析値及び物理的特性A、化学
分析値: 元素 PPM Li 0.05 B、密度: C,タップ密度: D8表面積: 0、088〜0.20 m”/g E9粒子寸法: 平均= 186μm メジアン(中央値)213μm 及エユ 焼成シリカの高密度化 鯉互 この例は、ゲル化サンプルを150℃においてオーブン
中で乾燥した後、02中で600℃仮焼した点を除いて
例1と同じである。真空ベーキングは為されなかった。
分析値: 元素 PPM Li 0.05 B、密度: C,タップ密度: D8表面積: 0、088〜0.20 m”/g E9粒子寸法: 平均= 186μm メジアン(中央値)213μm 及エユ 焼成シリカの高密度化 鯉互 この例は、ゲル化サンプルを150℃においてオーブン
中で乾燥した後、02中で600℃仮焼した点を除いて
例1と同じである。真空ベーキングは為されなかった。
高密化段階後、微量の炭素基残渣が認められた。これは
分解した有機物質がボア内部に包み込まれていることを
示す。
分解した有機物質がボア内部に包み込まれていることを
示す。
■
この例は仮焼スケジュールが変更されたことを除いて例
8と同じであった。TE01 (210mf2.)をと
エタノール(165mj2)と均質に混合した。このT
EOSエタノール溶液を150rr+j2の酸性の水(
p H= 2.25 )に添加した。混合物を機械的撹
拌機で40℃以下で5時間撹拌した。
8と同じであった。TE01 (210mf2.)をと
エタノール(165mj2)と均質に混合した。このT
EOSエタノール溶液を150rr+j2の酸性の水(
p H= 2.25 )に添加した。混合物を機械的撹
拌機で40℃以下で5時間撹拌した。
ゲル化は、周囲温度で2NのN1(401117m℃を
使用して行なった( p H= 8.3〜8.5)。ゲ
ル化サンプルを2樹間沈降せしめた後母液を回収した。
使用して行なった( p H= 8.3〜8.5)。ゲ
ル化サンプルを2樹間沈降せしめた後母液を回収した。
サンプルを18〜20メツシエ篩を通して分篩しそして
大気乾燥した後、粒状サンプルを次のスケジュールに従
い酸素雰囲気中において仮焼した。
大気乾燥した後、粒状サンプルを次のスケジュールに従
い酸素雰囲気中において仮焼した。
250℃−3時間ソーキング;680℃−3時間ソーキ
ング。続いて、大気中での高密化処理を1200℃で2
時間行なった。こうして調製されたシリカは、2.20
g/ccの真の密度を有し、ブラックスペック(炭素
質残渣)は何ら認められなかった。
ング。続いて、大気中での高密化処理を1200℃で2
時間行なった。こうして調製されたシリカは、2.20
g/ccの真の密度を有し、ブラックスペック(炭素
質残渣)は何ら認められなかった。
何」−飯二一り旦
高密化後のブラックスペックの形成へのpHの影響を調
べるために、系統的なゲル化の研究を行なった。TE0
1 (210m℃)のエタノール(165mj2)溶液
を150m1の酸性の水(pH=2.25)に添加した
。混合物を機械的撹拌機で撹拌しそして40℃以下で5
時間熟成した。2NのNH4OHl m ’2を反応混
合物に添加した。pHは5.5に達した。混合物をゲル
化前このpHで30分間撹拌した。2NのNH,OH添
加量を順次増加した。これらの結果を次の表にまとめて
示す:10 35 1
9.011 17 1
8・512 5
4 7.613 1
15 6.6例 高密化
後の密度g/cc 10 2、18 11 2.22 12 2.18 13 2.20 註:アモルファスシリカの理論密度 : 2.17〜2.20 ゲル化後、サンプルを2時間沈降せしめ、その後機城的
分篩を行なった。ゲル化粒子を大気乾燥しそして後25
0℃で3時間、680℃で3時間仮焼し、続いて大気中
で1200℃において2時間高密化した。これら高密化
粉末は、例8から得られたシリカに比べて、かなり少な
い炭素質残渣しか有しなかった。これは、有機物質の除
去を完全にするためには低温でのソーキングと組合わせ
て均質にゲル化することが必要とされることを意味する
。
べるために、系統的なゲル化の研究を行なった。TE0
1 (210m℃)のエタノール(165mj2)溶液
を150m1の酸性の水(pH=2.25)に添加した
。混合物を機械的撹拌機で撹拌しそして40℃以下で5
時間熟成した。2NのNH4OHl m ’2を反応混
合物に添加した。pHは5.5に達した。混合物をゲル
化前このpHで30分間撹拌した。2NのNH,OH添
加量を順次増加した。これらの結果を次の表にまとめて
示す:10 35 1
9.011 17 1
8・512 5
4 7.613 1
15 6.6例 高密化
後の密度g/cc 10 2、18 11 2.22 12 2.18 13 2.20 註:アモルファスシリカの理論密度 : 2.17〜2.20 ゲル化後、サンプルを2時間沈降せしめ、その後機城的
分篩を行なった。ゲル化粒子を大気乾燥しそして後25
0℃で3時間、680℃で3時間仮焼し、続いて大気中
で1200℃において2時間高密化した。これら高密化
粉末は、例8から得られたシリカに比べて、かなり少な
い炭素質残渣しか有しなかった。これは、有機物質の除
去を完全にするためには低温でのソーキングと組合わせ
て均質にゲル化することが必要とされることを意味する
。
健」−先二二り旦
加水分解及びゲル化パラメータを一定に維持して、仮焼
条件を僅かに変えた。シリカの密度及び物理的性質への
仮焼の影響を研究した。TE01(210mj2)のエ
タノール(165mj2)溶液を150mj2の酸性の
水(pH=2.25)に添加した。混合物を40℃以下
で5時間撹拌した。2NのN)14081 m 42を
反応混合物に添加した。pHは5.5に達した。混合物
を10分間撹拌した後、2NのNH4OH5m氾添加し
た(ゲル化時のpHは7.6であった)。分篩後、ゲル
化粒子を次の表の条件で仮焼し、続いて大気中1200
℃で2時間高密化した。
条件を僅かに変えた。シリカの密度及び物理的性質への
仮焼の影響を研究した。TE01(210mj2)のエ
タノール(165mj2)溶液を150mj2の酸性の
水(pH=2.25)に添加した。混合物を40℃以下
で5時間撹拌した。2NのN)14081 m 42を
反応混合物に添加した。pHは5.5に達した。混合物
を10分間撹拌した後、2NのNH4OH5m氾添加し
た(ゲル化時のpHは7.6であった)。分篩後、ゲル
化粒子を次の表の条件で仮焼し、続いて大気中1200
℃で2時間高密化した。
例 酸素註仮焼条件 物理的外観 密度14
大気乾燥 検出しつるTE01 (420
mj2)のエタノール(330mI2)溶液を300m
j2の酸性の水(pH=2.25)に添加した。混合物
を40℃以下で5時間撹拌した。2NのNH4OH20
m℃を添加して粒子をゲル化した(ゲル化時のpHは7
.9であった)。
大気乾燥 検出しつるTE01 (420
mj2)のエタノール(330mI2)溶液を300m
j2の酸性の水(pH=2.25)に添加した。混合物
を40℃以下で5時間撹拌した。2NのNH4OH20
m℃を添加して粒子をゲル化した(ゲル化時のpHは7
.9であった)。
18メツシユナイロン篩を通して分篩後、サンプルを短
時間大気乾燥し、そして後250℃で3時間、680℃
で3時間仮焼し、続いて大気中にて1200℃で2時間
高密化した。ブラックスペックは何ら認められなかった
。
時間大気乾燥し、そして後250℃で3時間、680℃
で3時間仮焼し、続いて大気中にて1200℃で2時間
高密化した。ブラックスペックは何ら認められなかった
。
髭土ユ
この例は、330m℃のエタノールを等量の中和化母液
により置換えた以外は、例1と同じであった。1200
℃で2時間高密化後、シリカは、2、23 g/ccの
密度を有した。全体収量は97%以上であった。
により置換えた以外は、例1と同じであった。1200
℃で2時間高密化後、シリカは、2、23 g/ccの
密度を有した。全体収量は97%以上であった。
匠±1
TE01 (210m℃)を中和化母液(165mff
)と均質に混合した。その後、この有機混合物を150
mj2の酸性の水(pH=2.25)に添加した。ゲル
化前混合物を5時間撹拌した。2NのNH40817m
℃を使用して粒子をゲル化した。
)と均質に混合した。その後、この有機混合物を150
mj2の酸性の水(pH=2.25)に添加した。ゲル
化前混合物を5時間撹拌した。2NのNH40817m
℃を使用して粒子をゲル化した。
ゲル化時のpHは8.3であった。大気乾燥後に、25
0℃で3時間、680℃で3時間仮焼し、続いて大気中
1200℃で2時間高密化した。こうして調製した粉末
シリカは、2.20 g/ccの真の密度を有した。こ
の場合の全体収量は96.6%以上であった。
0℃で3時間、680℃で3時間仮焼し、続いて大気中
1200℃で2時間高密化した。こうして調製した粉末
シリカは、2.20 g/ccの真の密度を有した。こ
の場合の全体収量は96.6%以上であった。
例」−旦
この例は例18と同じであるが、但し、粒子をゲル化す
るのに12mβの2 N (7) NH,OHを使用し
た。ゲル化時のpHは7.6〜7.9であった。合成し
たシリカは、2.18〜2.23 g/ccの密度を有
した。全体収lは96%以上であった。fBMを中和し
4回再循環した。収量の劣化は認められなかった。
るのに12mβの2 N (7) NH,OHを使用し
た。ゲル化時のpHは7.6〜7.9であった。合成し
たシリカは、2.18〜2.23 g/ccの密度を有
した。全体収lは96%以上であった。fBMを中和し
4回再循環した。収量の劣化は認められなかった。
本発明にしたがって調製されたシリカのユニークな特性
は次の通りである: ・
イ直58.0〜650% 低表面積 0.2+++”/gl
朋Jと飢里 本発明方法により調製された合成シリカ粉末は高純度石
英るつぼに対する物理的要件に見合う。
は次の通りである: ・
イ直58.0〜650% 低表面積 0.2+++”/gl
朋Jと飢里 本発明方法により調製された合成シリカ粉末は高純度石
英るつぼに対する物理的要件に見合う。
高純度石英るつぼを作製するための合成シリカ粉末の物
理的要件は、 ■粒子寸法は100〜420μmの範囲内にあるべきで
ある。もし粒寸が420μmより大きいなら、充填密度
が低いものとなる。粒寸が100μmより小さいと、気
体種が内部に捕捉され、泡の形成が起こる。
理的要件は、 ■粒子寸法は100〜420μmの範囲内にあるべきで
ある。もし粒寸が420μmより大きいなら、充填密度
が低いものとなる。粒寸が100μmより小さいと、気
体種が内部に捕捉され、泡の形成が起こる。
■高い真の密度及びタップ密度と低表面積は粒内部への
気体の捕捉を回避する。
気体の捕捉を回避する。
■溶製石英の低OH含有量、8.0含有量は粘度に直接
的影響を有する。高いOH含有量は石英るつぼのアニー
ル温度を下げる。OH含有量は300ppmを超えるべ
きでない。
的影響を有する。高いOH含有量は石英るつぼのアニー
ル温度を下げる。OH含有量は300ppmを超えるべ
きでない。
■高純度要件は、るつぼの欠陥(ブラックスペック(炭
素質残渣)、光点及び泡)を回避しそして結晶成長中シ
リコンその他の結晶の汚染を回避するために、 A 1 : 2.Oppm最大 Ca及びFe:各0.5 ppm最大 最大シアルカリ含有11a+に+LL);Q、5ppm
最大 とすべきである。
素質残渣)、光点及び泡)を回避しそして結晶成長中シ
リコンその他の結晶の汚染を回避するために、 A 1 : 2.Oppm最大 Ca及びFe:各0.5 ppm最大 最大シアルカリ含有11a+に+LL);Q、5ppm
最大 とすべきである。
本発明の好ましい具体例について説明したが、本発明の
範囲内で多(の変更を為しうることを銘記されたい。
範囲内で多(の変更を為しうることを銘記されたい。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)段階1−テトラアルキルオルトシリケートを溶剤と
均質に混合して、約1対3のテトラアルキルオルトシリ
ケート対溶剤モル比を有する溶液を形成すること、 段階2−段階1の生成物を希釈酸溶液に添加すること、 段階3−段階2の生成物を熟成すること、 段階4−水酸化アンモニウムを段階3の生成物に添加し
て、水及び溶剤を含むゲルを形成すること、 段階5−段階4の生成物を分篩して、水及び溶剤を含む
粒状ゲルを形成すること、 段階6−段階5の生成物をそこに僅かに含有される水及
び溶剤を除去するに十分の時間真空加熱して、脱水生成
物を形成すること、及び 段階7−段階6の生成物を加熱して約100〜420μ
mを有する、大きな粒寸の、高純度、高密度シリカを形
成すること を包含する大きな粒寸を有する、高純度で且つ高密度の
シリカを製造する方法。 2)段階1のテトラアルキルオルトシリケートがテトラ
エチルオルトシリケートから成る特許請求の範囲第1項
記載の大きな粒寸を有する、高純度で且つ高密度のシリ
カを製造する方法。 3)溶剤がエタノールである特許請求の範囲第1項記載
の大きな粒寸を有する、高純度で且つ高密度のシリカを
製造する方法。 4)希釈酸溶液が約1.0〜4.0のpHを有する特許
請求の範囲第1項記載の大きな粒寸を有する、高純度で
且つ高密度のシリカを製造する方法。 5)段階3が段階2の生成物を約5時間熟成することか
ら成る特許請求の範囲第1項記載の大きな粒寸を有する
、高純度で且つ高密度のシリカを製造する方法。 6)段階4の水及び溶剤を含有するゲルが約6.6〜9
.0のpHにおいて形成される特許請求の範囲第1項記
載の大きな粒寸を有する、高純度で且つ高密度のシリカ
を製造する方法。 7)段階5が段階4の生成物を18〜20メッシュ篩を
通して分篩して水及び溶剤を含有する粒状のゲルを形成
する特許請求の範囲第1項記載の大きな粒寸を有する、
高純度で且つ高密度のシリカを製造する方法。 8)段階7が段階6の生成物を酸化雰囲気中で約600
℃の温度で約3時間加熱し、その後大気中約1200℃
の温度で約4時間加熱して約100〜420μmの粒寸
を有する高純度、高密度シリカを形成することから成る
特許請求の範囲第1項記載の大きな粒寸を有する、高純
度で且つ高密度のシリカを製造する方法。 9)段階1−テトラエチルオルトシリケートをエタノー
ルと均質に混合して、約1対3のテトラアルキルオルト
シリケート対エタノールのモル比を有する溶液を形成す
ること、 段階2−段階1の生成物を約2.25の希釈酸溶液に添
加し、同時に希釈酸溶液を40℃以下の温度に維持する
こと、 段階3−段階2の生成物を約5時間撹拌しながら熟成す
ること、 段階4−2Nの水酸化アンモニウムを段階3の生成物に
添加して、好ましくは約8.5のpHにおける、水及び
エタノールを含むゲルを形成すること、 段階5−段階4の生成物を18〜20メッシュ篩を通し
て分篩して、水及びエタノールを含む粒状ゲルを形成す
ること、 段階6−段階5からの生成物をそこに僅かに含有される
水及びエタノールを除去するに十分の温度及び時間真空
ベーキングして、ベーキングされた生成物を形成するこ
と、 段階7−段階6の生成物を約600℃の温度において酸
化雰囲気中で約3時間仮焼して、仮焼生成物を形成する
こと、及び 段階8−段階7の生成物を約1200℃の温度において
大気中で約4時間加熱して、約2.1902.21g/
ccの密度、約100〜420μmの粒寸00に1.5
0ppm未満のAl、Ca、Fe、Na、K、Li合計
含有量を有する、大きな粒寸の高純度の、高密度0シリ
カを形成すること、 を包含する大きな粒寸の高純度の、高密度のシリカを製
造する方法。
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