JPH0224779B2 - - Google Patents
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- JPH0224779B2 JPH0224779B2 JP15817381A JP15817381A JPH0224779B2 JP H0224779 B2 JPH0224779 B2 JP H0224779B2 JP 15817381 A JP15817381 A JP 15817381A JP 15817381 A JP15817381 A JP 15817381A JP H0224779 B2 JPH0224779 B2 JP H0224779B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- less
- silica glass
- fused silica
- component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/06—Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明は溶融石英ガラス粉末を原料とした低気
孔率と低熱膨脹率を有する新規な組成の焼結体の
製造方法に係るものである。 石英ガラス製品は一般に熱膨脹係数が小さい
（５×10-7／℃）、化学的に不活性（特に耐酸性が
良い）である、軟化温度が高い、紫外及び可視領
域における透過率が高い等の特徴を有し、各種理
化学器具をはじめ、レンズ、プリズム、耐熱用容
器等に広く用いられている。 しかしながら、これらの製品は溶融成形加工に
際し、かなりの高温を要し、これが為にかなり高
価であるのみならず、成形性が悪いため大量生産
には不向きであるという欠点を有している。 これに対し、溶融石英ガラスの粉砕物を主原料
とする焼結体は通常の耐火物と同じ製法で得られ
る為、低熱膨脹等の特質を生かした工業製品とし
て古くから種々の用途に利用されている。 従来におけるこのような焼結体は、結合部にア
ルミナセメントやコロイダルシリカを含有する
為、低熱膨脹の製品は得られるが、低気孔率を得
ることが困難であり、他にカオリン等の粘土を結
合部に用いた焼結体も知られているが、これは比
較的低気孔率製品が得られる反面、粘土中のアル
カリ成分による石英ガラスの失透（結晶化）が大
きな欠点となつている。 溶融石英ガラスの焼結体中に含まれるアルカリ
成分は、特に1000℃付近において石英ガラスの失
透（結晶化）を生じさせる。即ち石英ガラスがβ
−クリストバライトに結晶化する為で、この部分
は失透していない石英ガラス部分に比して熱膨脹
係数が大きく、この熱膨脹係数の差により熱応力
を生じて焼成時や使用時に製品に亀裂が生じる。 又、β−クリストバライトは240℃付近におい
て、低温型のα−クリストバライトに転移し、こ
れに伴い６％もの体積減少があるので、やはり亀
裂を生じる原因となる。 更に、焼結性の向上の為に超微粉末を少量配合
したり、硝酸や燐酸等の酸やこれらの塩類を他の
結合剤と共に配合することも種々提案されている
が、何れも低気孔率製品とはなり難いのが実情で
ある。 本発明者はこれらの点に鑑み、低気孔率と低熱
膨脹率とを併せ持つた溶融石英ガラス焼結体を得
ることを目的として種々研究、検討した結果、特
定の溶融石英ガラス粉末を用い、且つ硼酸等の添
加剤を特定割合含有する特定組成の原料を用いて
焼結し、焼結体とすることにより、前記目的を達
成し得ることを見出した。 かくして、本発明は、実質的に100メツシユ以
下の溶融石英ガラス粉末にB2O3成分を重量％で
１〜25％加えて焼結し、焼結体のSiO2とB2O3の
含量が99％を超える割合であり、アルカリ成分は
R2Oとして0.1％に満たない割合であり、かつ０
〜700℃における熱膨脹係数を15×10-7／℃以下、
気孔率を７％以下とすることを特徴とする緻密質
の溶融石英ガラス焼結体の製造方法を提供するに
ある。 本発明において、焼結体の原料となる溶融石英
ガラス粉末は、その粒度が100メツシユ以下であ
ることが必要である。 粒度が100メツシユより粗い場合には、焼結体
中に含まれるB2O3成分が石英ガラス粉末と不均
一に反応する恐れがあり、このような状態になる
とB2O3成分が全体として所定量添加されても本
発明の目的を達成し得ない。 このような理由から溶融石英ガラス粉末の粒度
は特に望ましくはその過半量以上が300メツシユ
以下の超微粉を用いる。 又、焼結中に含まれるB2O3成分は１〜25重量
％とすることが必要である。含有量が前記範囲に
満たない場合には緻密な焼結体が実質的に得られ
ず、逆に前記範囲を超える場合には焼結体が軟化
し易く、高温用途に適さないものとなるので何れ
も不適当である。 そしてB2O3成分の含有量として、４〜15重量
％を採用すると特に好ましい焼結体が得られる。
又、焼結体のSiO2とB2O3の含量は99重量％を超
える割合とすることが必要である。かかる含量が
99重量％以下であると十分緻密化（低気孔率化）
することが難しく、焼結体に亀裂を生ずることが
多いので不適当である。そしてこれら含量を99.5
重量％以上とする場合には十分緻密な焼結体が得
られるので特に好ましい。 更に本発明においては、焼結体に含まれるアル
カリ成分はR2Oとして0.1重量％を超えないこと
が必要である。かかる範囲を超える場合には、石
英ガラスが失透を起し、前述の如く不都合が生じ
るので不適当である。この為、望ましくは0.05重
量％以下と実質的に含まれないようにすることが
適当である。 又、本発明の焼結体の製造方法ではその熱膨脹
係数を０〜700℃において15×10-7／℃以下とす
ることが容易となる。 かかる熱膨脹係数とすることにより、焼成時や
使用時に焼結体に亀裂が生じることを防止し得る
こととなる。又、気孔率も７％以下と十分緻密な
焼結体を得ることが容易となる。 本発明による焼結体の製造方法では前述の如き
構成の原料を選択して、焼結することにより始め
て溶融石英ガラス粉末原料とした低気孔率と低熱
膨脹率とを具備した緻密な石英ガラス焼結体が得
られる。 次に本発明による焼結体の好ましい製造法につ
いて具体的に説明する。 先ず、100メツシユ以下の溶融石英ガラス粉末
を所定量と、B2O3成分を所定量混合する。この
場合B2O3成分としては、予め石英ガラス粉末中
に含まれているものを利用することも出来るが、
通常は石英ガラス粉末と別に配合することが好ま
しい。B2O3成分は予め酸化物となつているもの
でもよいが、通常は焼成によりB2O3となる硼酸
（H3BO3）や他の硼素化合物を用いるのが適当で
ある。 B2O3成分は溶融石英ガラス粉末と同様に微粉
末として原料に用いるのが望ましく、その粒度と
しては実質的に100メツシユ以下で特にその過半
量以上が300メツシユ以下の超微粉として用いる
のが好ましい。 これら溶融石英ガラス粉末とB2O3成分粉末は、
通常のプレスやラバープレス或は押出成形等で成
形し、焼結せしめるが、本発明の製造方法では比
較的低温の焼結でも緻密な焼結体が得られる。即
ち、焼結温度としては、800〜1400℃を採用する
のが適当である。焼結温度が800℃より低い場合
には、使用限界温度も800℃より低い温度となり、
逆に1400℃より高い場合には結果的に溶融石英ガ
ラスが失透（結晶化）し易く、失透すると焼結性
を阻害するので好ましくない。 尚、この焼結温度はB2O3成分が少なければ高
温が要求され、主としてB2O3成分の配合量によ
つて決定される。 又、焼成に際し、望ましい条件としては焼成雰
囲気をアルカリ成分がないか極めて少なくせしめ
て溶融石英ガラスの失透を防ぎ、目的とする緻密
な焼結体を得やすくせしめる。 かかる具体的手段としては、アルカリ成分の含
有量が１％以下のサヤ材に被焼成成形体を収容し
て焼結する。サヤ材及び成形体は、アルカリ成分
含有量が0.1％以下の珪砂等の上に置き、又アル
カリ成分が含まれているダストの多いトンネルキ
ルン等で焼結する場合には空気を予め浄化せしめ
ておく等の手段を採用するのが好ましい。 かくして本発明の焼結体の製造方法では低熱膨
脹を維持したまま低気孔率で緻密な焼結体が得ら
れる。 この主焼結体において従来の殆んどのものは気
孔率が８％以上、更にその多くは10％以上であ
り、特殊な方法で得たものは稀に５％程度或はそ
れ以下のものが得られた旨の報告もあるが、実際
には工業化には程遠いものであつた。 本発明による焼結体は、熱膨脹率が15×10-7／
℃以下であり、石英ガラスのそれ（５×10-7／
℃）に近いものであり、更に耐圧強度、耐薬品性
等についても十分な性質を備えており、工業的な
製品として多大な価値を有している。 ［実施例］ 篩の325メツシユ通過の溶融石英ガラス粉末と
硼酸（H3BO3）を第１表に示すように調合した
後、アムスラー型プレスで2000Kg／cm2で10mmφ×
20mm（高さ）に成形し、アルカリ成分を殆ど含ま
ないサヤ材に収容し、第１表に示す焼成温度で焼
成した。 得られた焼結体の物性などを測定した結果は第
２表に示す通りであつた。
孔率と低熱膨脹率を有する新規な組成の焼結体の
製造方法に係るものである。 石英ガラス製品は一般に熱膨脹係数が小さい
（５×10-7／℃）、化学的に不活性（特に耐酸性が
良い）である、軟化温度が高い、紫外及び可視領
域における透過率が高い等の特徴を有し、各種理
化学器具をはじめ、レンズ、プリズム、耐熱用容
器等に広く用いられている。 しかしながら、これらの製品は溶融成形加工に
際し、かなりの高温を要し、これが為にかなり高
価であるのみならず、成形性が悪いため大量生産
には不向きであるという欠点を有している。 これに対し、溶融石英ガラスの粉砕物を主原料
とする焼結体は通常の耐火物と同じ製法で得られ
る為、低熱膨脹等の特質を生かした工業製品とし
て古くから種々の用途に利用されている。 従来におけるこのような焼結体は、結合部にア
ルミナセメントやコロイダルシリカを含有する
為、低熱膨脹の製品は得られるが、低気孔率を得
ることが困難であり、他にカオリン等の粘土を結
合部に用いた焼結体も知られているが、これは比
較的低気孔率製品が得られる反面、粘土中のアル
カリ成分による石英ガラスの失透（結晶化）が大
きな欠点となつている。 溶融石英ガラスの焼結体中に含まれるアルカリ
成分は、特に1000℃付近において石英ガラスの失
透（結晶化）を生じさせる。即ち石英ガラスがβ
−クリストバライトに結晶化する為で、この部分
は失透していない石英ガラス部分に比して熱膨脹
係数が大きく、この熱膨脹係数の差により熱応力
を生じて焼成時や使用時に製品に亀裂が生じる。 又、β−クリストバライトは240℃付近におい
て、低温型のα−クリストバライトに転移し、こ
れに伴い６％もの体積減少があるので、やはり亀
裂を生じる原因となる。 更に、焼結性の向上の為に超微粉末を少量配合
したり、硝酸や燐酸等の酸やこれらの塩類を他の
結合剤と共に配合することも種々提案されている
が、何れも低気孔率製品とはなり難いのが実情で
ある。 本発明者はこれらの点に鑑み、低気孔率と低熱
膨脹率とを併せ持つた溶融石英ガラス焼結体を得
ることを目的として種々研究、検討した結果、特
定の溶融石英ガラス粉末を用い、且つ硼酸等の添
加剤を特定割合含有する特定組成の原料を用いて
焼結し、焼結体とすることにより、前記目的を達
成し得ることを見出した。 かくして、本発明は、実質的に100メツシユ以
下の溶融石英ガラス粉末にB2O3成分を重量％で
１〜25％加えて焼結し、焼結体のSiO2とB2O3の
含量が99％を超える割合であり、アルカリ成分は
R2Oとして0.1％に満たない割合であり、かつ０
〜700℃における熱膨脹係数を15×10-7／℃以下、
気孔率を７％以下とすることを特徴とする緻密質
の溶融石英ガラス焼結体の製造方法を提供するに
ある。 本発明において、焼結体の原料となる溶融石英
ガラス粉末は、その粒度が100メツシユ以下であ
ることが必要である。 粒度が100メツシユより粗い場合には、焼結体
中に含まれるB2O3成分が石英ガラス粉末と不均
一に反応する恐れがあり、このような状態になる
とB2O3成分が全体として所定量添加されても本
発明の目的を達成し得ない。 このような理由から溶融石英ガラス粉末の粒度
は特に望ましくはその過半量以上が300メツシユ
以下の超微粉を用いる。 又、焼結中に含まれるB2O3成分は１〜25重量
％とすることが必要である。含有量が前記範囲に
満たない場合には緻密な焼結体が実質的に得られ
ず、逆に前記範囲を超える場合には焼結体が軟化
し易く、高温用途に適さないものとなるので何れ
も不適当である。 そしてB2O3成分の含有量として、４〜15重量
％を採用すると特に好ましい焼結体が得られる。
又、焼結体のSiO2とB2O3の含量は99重量％を超
える割合とすることが必要である。かかる含量が
99重量％以下であると十分緻密化（低気孔率化）
することが難しく、焼結体に亀裂を生ずることが
多いので不適当である。そしてこれら含量を99.5
重量％以上とする場合には十分緻密な焼結体が得
られるので特に好ましい。 更に本発明においては、焼結体に含まれるアル
カリ成分はR2Oとして0.1重量％を超えないこと
が必要である。かかる範囲を超える場合には、石
英ガラスが失透を起し、前述の如く不都合が生じ
るので不適当である。この為、望ましくは0.05重
量％以下と実質的に含まれないようにすることが
適当である。 又、本発明の焼結体の製造方法ではその熱膨脹
係数を０〜700℃において15×10-7／℃以下とす
ることが容易となる。 かかる熱膨脹係数とすることにより、焼成時や
使用時に焼結体に亀裂が生じることを防止し得る
こととなる。又、気孔率も７％以下と十分緻密な
焼結体を得ることが容易となる。 本発明による焼結体の製造方法では前述の如き
構成の原料を選択して、焼結することにより始め
て溶融石英ガラス粉末原料とした低気孔率と低熱
膨脹率とを具備した緻密な石英ガラス焼結体が得
られる。 次に本発明による焼結体の好ましい製造法につ
いて具体的に説明する。 先ず、100メツシユ以下の溶融石英ガラス粉末
を所定量と、B2O3成分を所定量混合する。この
場合B2O3成分としては、予め石英ガラス粉末中
に含まれているものを利用することも出来るが、
通常は石英ガラス粉末と別に配合することが好ま
しい。B2O3成分は予め酸化物となつているもの
でもよいが、通常は焼成によりB2O3となる硼酸
（H3BO3）や他の硼素化合物を用いるのが適当で
ある。 B2O3成分は溶融石英ガラス粉末と同様に微粉
末として原料に用いるのが望ましく、その粒度と
しては実質的に100メツシユ以下で特にその過半
量以上が300メツシユ以下の超微粉として用いる
のが好ましい。 これら溶融石英ガラス粉末とB2O3成分粉末は、
通常のプレスやラバープレス或は押出成形等で成
形し、焼結せしめるが、本発明の製造方法では比
較的低温の焼結でも緻密な焼結体が得られる。即
ち、焼結温度としては、800〜1400℃を採用する
のが適当である。焼結温度が800℃より低い場合
には、使用限界温度も800℃より低い温度となり、
逆に1400℃より高い場合には結果的に溶融石英ガ
ラスが失透（結晶化）し易く、失透すると焼結性
を阻害するので好ましくない。 尚、この焼結温度はB2O3成分が少なければ高
温が要求され、主としてB2O3成分の配合量によ
つて決定される。 又、焼成に際し、望ましい条件としては焼成雰
囲気をアルカリ成分がないか極めて少なくせしめ
て溶融石英ガラスの失透を防ぎ、目的とする緻密
な焼結体を得やすくせしめる。 かかる具体的手段としては、アルカリ成分の含
有量が１％以下のサヤ材に被焼成成形体を収容し
て焼結する。サヤ材及び成形体は、アルカリ成分
含有量が0.1％以下の珪砂等の上に置き、又アル
カリ成分が含まれているダストの多いトンネルキ
ルン等で焼結する場合には空気を予め浄化せしめ
ておく等の手段を採用するのが好ましい。 かくして本発明の焼結体の製造方法では低熱膨
脹を維持したまま低気孔率で緻密な焼結体が得ら
れる。 この主焼結体において従来の殆んどのものは気
孔率が８％以上、更にその多くは10％以上であ
り、特殊な方法で得たものは稀に５％程度或はそ
れ以下のものが得られた旨の報告もあるが、実際
には工業化には程遠いものであつた。 本発明による焼結体は、熱膨脹率が15×10-7／
℃以下であり、石英ガラスのそれ（５×10-7／
℃）に近いものであり、更に耐圧強度、耐薬品性
等についても十分な性質を備えており、工業的な
製品として多大な価値を有している。 ［実施例］ 篩の325メツシユ通過の溶融石英ガラス粉末と
硼酸（H3BO3）を第１表に示すように調合した
後、アムスラー型プレスで2000Kg／cm2で10mmφ×
20mm（高さ）に成形し、アルカリ成分を殆ど含ま
ないサヤ材に収容し、第１表に示す焼成温度で焼
成した。 得られた焼結体の物性などを測定した結果は第
２表に示す通りであつた。
【表】
【表】
【表】
膨張係数、気孔率を測つた結果
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 実質的に100メツシユ以下の溶融石英ガラス
粉末にB2O3成分を重量％で１〜25％加えて焼結
し、焼結体のSiO2とB2O3の含量が99％を超える
割合であり、アルカリ成分はR2Oとして0.1％に
満たない割合であり、かつ０〜700℃における熱
膨脹係数を15×10-7／℃以下、気孔率を７％以下
とすることを特徴とする緻密質の溶融石英ガラス
焼結体の製造方法。 ２ B2O3成分を重量％で４〜15％加えて焼結す
る特許請求の範囲第１項に記載の緻密質溶融石英
ガラス焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15817381A JPS5860666A (ja) | 1981-10-06 | 1981-10-06 | 緻密質の溶融石英ガラス焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15817381A JPS5860666A (ja) | 1981-10-06 | 1981-10-06 | 緻密質の溶融石英ガラス焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5860666A JPS5860666A (ja) | 1983-04-11 |
| JPH0224779B2 true JPH0224779B2 (ja) | 1990-05-30 |
Family
ID=15665863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15817381A Granted JPS5860666A (ja) | 1981-10-06 | 1981-10-06 | 緻密質の溶融石英ガラス焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5860666A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS599992A (ja) * | 1982-07-08 | 1984-01-19 | 株式会社日立製作所 | 多層配線基板の製造方法 |
| JPS6021855A (ja) * | 1983-07-11 | 1985-02-04 | 株式会社村田製作所 | 低温焼結磁器の製造方法 |
| JPS6021856A (ja) * | 1983-07-11 | 1985-02-04 | 株式会社村田製作所 | 低温焼結磁器の製造方法 |
| JPS63312630A (ja) * | 1987-06-15 | 1988-12-21 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 半導体ウェ−ハの熱処理装置 |
| US10370304B2 (en) | 2012-11-29 | 2019-08-06 | Corning Incorporated | Fused silica based cellular structures |
-
1981
- 1981-10-06 JP JP15817381A patent/JPS5860666A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5860666A (ja) | 1983-04-11 |
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