JPH0214831A - シリカガラスの製造法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光学用、半導体工業用、電子工業用、理化学用
等に使用されるシリカガラスの製造法に関する。

（従来の技術） 近年、シリカガラスの新たな製造法として注目をあびて
いるのが、ゾル−ゲル法である。

ゾル−ゲル法によるシリカガラスの製造法は次の通りで
ある。

１、＞式Ｓｉ（ＯＲ）ｎ　（但しＲはアルギル基を表す
）で示されるシリコンアルコキシド及び／又はその重縮
合物、例えば （ＲＯ）　ｘＳｉ（Ｏ５ｉ　（ＯＲ））ｎＯｓｉ（ＯＲ
）　：＋（ｎ　＝　Ｏ〜８　）に水（あらかじめ触媒と
して酸、アルカリを加えておいてもよい）を加え、加水
分解しシリカヒドロシルとする。この時、シリコンアル
コキシドと水とが均一な系となる様に溶媒として適当な
アルコールを加えてもよい。このシリカゾル？８　’ｌ
＆を静置、昇温、ゲル化剤添加等によりゲル化させる。

その後、ゲルを乾燥することによりシリカゲルとする。

この乾燥ゲルを適当な雰囲気中で焼結することによりシ
リカガラスを得る。

このゾル−ゲル法には以下の特長がある。

（Ｉｔ　５ｉＣ１ａ等を原料とする火炎加水分解等によ
り生成するスートを焼結してガラス化する従来の気相化
学蒸着法よりも低温で製造できるため、省エネルギーで
低コスト化できる。

（２）原ネニ１として液体状態で使用可能のため、精製
が容易に行え高純度化できる。

（３）室温で液相混合できるため、他成分と混合した場
合も均質かガラスができる。

このように種々の特長をもつゾル−ゲル法によるシリカ
ガラスの製造にもまだ未解決の問題が残されている。

特にゲルを乾燥する過程でゲルにクランクや割れが発生
し易く、モノリシックな大形の乾燥ゲルを歩留りよく製
造することが困難であるという問題である。クラックや
割れの発生する原因の一つにゲル乾燥時に水やアルコー
ル等の蒸発に伴いゲル中に応力が発生し、この応力がゲ
ルの強度より大きいとゲルはクランクや割れが発生する
と考えられている。またこの応力は次式 ％式％ （ΔＰ＝応力、γ＝表面張力、θ＝ぬれ角、ｒ＝細孔径
）で表されるように、表面張力が大きい程また細孔径が
小さい程大きくなる。

そこでこのような割れやクランクを防止する方法として
、ゾル溶液中の水の量を多くしてゲル強度を上げる方法
、加水分解温度を高くして細孔径を大きくする方法など
の方策が講じられている。

又、特開昭６１−１４３１２９号公報には、割れやクラ
・７りを防止するため沸点が水より高い溶媒、例えば１
−ブタノール、１−ペンタノール、１−ヘキサノール、
トルエンをシリコンアルコキシドに添加する方法が提案
されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記の方法ではいずれも十分に大きな乾燥
ゲル体を得るのは困難で、シリカガラス体となった時の
寸法があまり大きなものは得られなかった。

本発明は、クランクや割れの発生しないシリカガラスの
製造を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、ゲル乾燥中、水やアルコール等の蒸発に伴っ
て発生する応力がクランクや割れの一因になるものと考
え、このような大きな応力の発生を回避するために、シ
リコンアルコキシドの溶媒として、Ｎ−メチル−ピロリ
ドンを用いるものである。

本発明に用いるシリコンアルコキシドはシリコンアルコ
キシド単量体のみでなく重縮合物を用いてもよい、例え
ば （ＣＩＩｓＯ）＋５ｉ（Ｏ５ｉ（ＯＣＨＪｚ）ｎＯｓｉ
（ＯＣＩＩｓ）ｓ　（ｎ　＝　０〜８　）を挙げること
ができる。これらは一種でも複数でも使用可能である。

シリコンアルコキシドのアルキル基としては、メチル基
、エチル基、プロピル基、ブチル基等が好ましい。

加水分解のために加える水は予め触媒として塩酸、硝酸
などの鉱酸、ギ酸、酢酸などの打機酸、また塩基として
アンモニアばかりでなくエチレンジアミンなどの有機塩
基を加えておいても良い。

シリコンアルコキシドに添加するＮ−メチル−ピロリド
ンの添加量はシリコンアルコキシドに対してＯ，１〜５
．０倍（モル比）が好ましい、また通常使用されるエタ
ノール等のアルコールを併用することもできる。さらに
ケトン類、エステル類を併用することもできる。

シリコンアルコキシドとＮ−メチル−ピロリドン及び水
とは生成するゾルをできるだけ均一なものとするために
スターテなどを用いてよく混合する。また超音波を照射
してもよい。ゾル調整時にシリカの微粒子を加えても良
い。

生成したゾル溶液は手早く他の容器に移してゲル化させ
る。ゲル化時には生成したゲルからの溶媒の発散を防ぐ
ために容器を密封することが好ましく、またゲル化時の
温度は０℃以上が好ましい。

乾燥する工程では穴のある蓋に代えて、適当な雰囲気下
で乾燥収縮固化させて乾燥ゲルとする。

その後ゲル−ゾル法で焼結することによりシリカガラス
を製造する。

ゲル化する工程、乾燥する工程、焼結する工程は一般に
用いられる条件が使用される。例えばそれぞれ、０℃〜
１００℃で数分〜敗１０日放置、室温〜１００℃で数時
間〜数ｌＯ日放置、適当な雰囲気下で１０００〜１３０
０℃に５０〜ｂ 実施例Ｉ Ｎ−メチル−ピロリドンとテトラメトキシシランを重量
比で１１対ＩＯの割合で混合し均一な溶液を作成し、さ
らにコリンのＯ，Ｏ］　ｎ＋ｏｌ／　ｉ！水溶液をテト
ラメトキシシ、ランに対して重量比で０．６４倍添加し
、充分混合してシリカゾルを得た。得られたゾルを直径
２００１のテフロンをコーティングしたガラスシャーレ
に深さｌＯ關まで入れ密封して室温でゲル化させ５日放
置した。その後６０”ｃで７日間乾燥、さらに１２０℃
で１日乾燥して直径約ＩＧＯｍｍの乾燥ゲルを得た。こ
うして得られた乾燥ゲルのかさ密度は０．６５ｇ／−で
ありクラックやｘすれのないものであった。この乾燥ゲ
ルを空気中１２５０　’ｃまで６０℃／時間の速度で昇
温加熱してクラックや発泡などのない直径約１００ｍｍ
のシリカガラスを得た。このシリカガラスには失透や気
泡はなく品質の高いものである。又分析の結果、このシ
リカガラスは市販のシリカガラスとその特性が一致した
。

実施例２ メタノール二Ｎ−メナルーピロリドン冨７；３の体積比
になるようにした混合溶媒を使用する以外は実施例１と
同様にして直径約１２０ｖ＋＋の乾燥ゲルを得た。こう
して得られた乾燥ゲルはクラックや割れのないものであ
った。この乾燥ゲルを実施例１と同様にして加熱してク
ラックや発泡などのない直径約８０ｍｎ＋のシリカガラ
スを得た。このシリカガラスには失透や気泡はなく品質
の高いものである。又分析の結果、このシリカガラスは
市販のシリカガラスとその特性が一致した。

（発明の効果） 本発明によれば、大型のシリカガラスをゾルゲル法によ
りクラックや割れを発生することなく、容易に製造が可
能となる。その大きさは基本的には制約がなく形状も板
状の物に限らず棒状、管状のものも製造可能となり従来
よりも安価に製造することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シリコンアルコキシドを加水分解してゾル溶液とす
   る工程、ゾルをゲル化する工程、ゲルを乾燥する工程及
   び焼成する工程とからなるシリカガラスの製造において
   、ゾル溶液とする工程でＮ−メチル−ピロリドンを添加
   することを特徴とするシリカガラスの製造法。