JPH0214833A - 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。

一般式Ｓｉ　（ＯＲ）　ａ　（但しＲはアルキル基を表
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）＊５ｉ（Ｏ３ｉ（ＯＲ））ｎＯ５ｉ（ＯＲ）＋
（ｎ−０〜８　）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。このシリカゾル溶液を静置、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。

（１１３ｉＣＩａ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）原料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一応力、ｒ−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ッ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６１−１８３１２９号公報には、割れやクラ
ンクを防止するため沸点が水より高い溶媒、例えばｌ−
ブタノール、ｌ−ペンタノール、ｌ−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、モルホリン及び／又
はＮ−モルホリ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 （Ｃ１１３０）　ｓｓｉ　（ＯＳｉ　（ＯＣ１１３）　
ｚ）ｎＯ５ｉ　（ＯＣ１１３）　２　（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、酢酸などの有機酸、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
ボ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モルホリン及び／又は
Ｎ−モルホリンの添加量はシリコンアルコキシドに対し
て０．１〜５．０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モルホリン及び／又はＮ−モル
ホリン並びに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タなどを用いてよ（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〜数１０日放置、室温〜１００℃で数時
間〜数１０日放置、適当な雰囲気下で１０００〜１３０
０℃に５０〜ｂ 実施例１ モルホリンとテトラメトキシシランを重量比で１１対ｌ
Ｏの割合で混合し均一な溶液を作成し、さらにコリンの
０．０１　ｍｏｌ／　１１水溶液をテトラメトキシシラ
ンに対して声量比で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２００　ａｍのテ
フロンをコーティングしたガラスシャーレに深さ１０鳳
■まで入れ密封して室温でゲル化させ５日放置した。そ
のａ−６０℃で７日間乾燥、さらに１２０℃で１日乾燥
して直径約１６０顛鶴の乾燥ゲルを得た。こうして得ら
れた乾燥ゲルのかさ密度は０．６５　ｇ　／ｃｄであり
クラックや割れのないものであった。この乾燥ゲルを空
気中１２５０℃まで６０℃／時間の速度で昇温加熱して
クラン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：モルホリン＝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１２０ａ＋の乾燥ゲルを得た。

こうして得られた乾燥ゲルはクラ゛ツクや割れのないも
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８０１１ＩＩｍ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ずることなく、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モルホリン及び／又はＮ−モル
   ホリンを添加することを特徴とするシリカガラスの製造
   法。