JPH03109223A - 石英ガラスおよびその製造方法 - Google Patents

石英ガラスおよびその製造方法

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JPH03109223A
JPH03109223A JP24518289A JP24518289A JPH03109223A JP H03109223 A JPH03109223 A JP H03109223A JP 24518289 A JP24518289 A JP 24518289A JP 24518289 A JP24518289 A JP 24518289A JP H03109223 A JPH03109223 A JP H03109223A
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JP
Japan
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quartz glass
reducing atmosphere
porous
heating
glass body
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JP24518289A
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English (en)
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Susumu Hachiuma
八馬 進
Yukinori Ota
大田 幸則
Hiroaki Nakajima
浩明 中島
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/14Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1453Thermal after-treatment of the shaped article, e.g. dehydrating, consolidating, sintering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/02Pure silica glass, e.g. pure fused quartz
    • C03B2201/03Impurity concentration specified
    • C03B2201/04Hydroxyl ion (OH)

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

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】 [技術の分野] 本発明は、水分含有量の少ない石英ガラスおよびその製
造方法に関する。
[従来の技術] 従来より、合成石英ガラスを製造する方法の一つとして
、気相反応法により多孔質石英ガラスを形成し、これを
加熱してガラス化する方法が知られている。すなわち、
四塩化珪素等の珪素化合物を酸水素炎中で加水分解させ
、基材上にシリカ微粒子を付着、堆積させて多孔質石英
ガラスを形成する。ついで、この多孔質体を加熱炉にい
れ、ヒータで加熱して多孔質体を焼結することによりガ
ラス化する方法である。この方法で合成された石英ガラ
スは、−Mの溶融石英ガラスに比べ純度が極めて高く各
種の光学部品等に用いられている。しかしながら、この
方法で合成された石英ガラスは、水分含有量が100〜
1500ppmと溶融品に比べ多いという問題点を有し
ていた。
この問題点を解決するため、光フイイバーなどの製造に
際して採用されているVAD法においては、ガラス化す
る前工程として塩素ガス等による脱水処理が行なわれて
いる。しかしながら、このような脱水処理を行なうと、
水分含有量は低減されるものの、脱水剤として用いられ
る塩素がガラス中に残留することにより、真空雰囲気や
高温雰囲気下での使用時に塩素ガスの拡散・放出がおこ
ることが懸念されることから、使用条件が制約されてい
た。また、塩素系ガスが腐食性であることから製造設備
の配管等への金属材料の使用をさける必要があるなど設
備面の制約も大きくコストアップの要因となっていた。
[発明の解決しようとする課題] 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、光学
部品等に使用可能な高純度で水分含有量の少ない石英ガ
ラスおよびその製造方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明は、ガラス形成原料を加熱加水分解させて形成さ
れる多孔質石英ガラス体を加熱して透明ガラス化して石
英ガラスを製造する方法において、前記多孔質石英ガラ
ス体を還元性雰囲気中で加熱処理する工程を含むことを
特徴とする水分含有量の少ない石英ガラスの製造方法を
提供するものである。
また本発明はガラス形成原料を加熱加水分解させて形成
される多孔質石英ガラス体を加熱して透明ガラス化して
得られる石英ガラスにおいて、還元性雰囲気中で加熱処
理されていることを特徴とする水分含有量の少ない石英
ガラスを提供するものである。
本発明においては、予めガラス形成原料を加熱加水分解
して得られるシリカ微粒子を基材に堆積・成長させた多
孔質石英ガラス体を還元性雰囲気中で加熱処理し透明ガ
ラス化する。用いられるガラス原料としては、ガス化可
能な原料であれば特に制限されるものではないが、5i
C14,5iHC1x、 5itlaC:l□、 SL
 (CIla)C13等の塩化物、SiF4.5ill
F、 5iLFz等のフッ化物、SiBr4゜5iHB
r+等の臭化物、5i14等の沃化物などのハロゲン化
珪素化合物が作業性やコストの面から好ましい。多孔質
石英ガラス体は、これらのガラス形成原料を通常の酸素
水素火炎中での加水分解法や、間接加熱方式による水蒸
気との気相反応法等により加水分解し、基材上に堆積さ
せることにより形成される。このようにして得られる多
孔質石英ガラス体は、還元性雰囲気中で加熱処理する工
程を経たのちに、透明ガラス化温度まで昇温されてガラ
ス化を完了することにより、水分含有量の少ない石英ガ
ラスとされる。
還元性雰囲気下での加熱処理は、通常ヒーターを用いた
電気炉で行なうが、還元性の雰囲気を保つことができれ
ば特に制限はない。炭化珪素ヒーター等の還元性雰囲気
に弱い材質を用いる場合等には必要に応じて炉心管を用
いることも出来る。還元性雰囲気としては、特に制約は
ないが水素、アンモニア、一酸化炭素等の還元性ガスを
雰囲気ガスに添加することにより形成する方法が雰囲気
制御の面から好ましい。特に水素ガスを用いた場合には
、濃度として0.1〜20%程度添加することが好まし
く、またアンモニアガスを用いた場合には、濃度として
0.1〜30%程度添加するのが好ましい。この濃度未
満では添加量が不足し十分な還元性雰囲気が形成されず
、この濃度を超えて添加してもその効果は変わらない。
また、これらのガスを添加するベースガスとしてはヘリ
ウムガス等の石英ガラス中における透過係数の大きなガ
スが好ましい。電気炉による加熱処理を行なう場合には
、例えば予め多孔質ガラス体を雰囲気制御可能な電気炉
内に装着し、ついで加熱昇温を開始する。多孔質体の温
度が所定温度に到達したのち、還元性雰囲気を作るため
前述の雰囲気ガスを炉内に導入する。そして、さらにガ
ラス化温度まで昇温し透明ガラス化を完了させる。これ
らのガスの導入は、ガラス化温度に到達する以前に行な
われる必要がある。すなわち、多孔質石英ガラス体を透
明ガラス化するため加熱していくと通常外部加熱の場合
、多孔翼体表層部よりガラス化は進行する。このように
多孔翼体表層部に緻密なガラス層が形成されたのち多孔
質体内部の雰囲気を還元性にしても、多孔質体内部は還
元雰囲気とならず、還元雰囲気が有効に作用しない。し
たがって、ガラス化は通常1400〜1600℃で行な
われるが、表層部のガラス化が始まる1200℃以下好
ましくは800℃以下から導入をはじめることが好まし
い。また、これらのガスの導入は、完全にガラス化が完
了する前に停止しても良いが、ガラス化完了まで導入を
続けても良い。また、当然のことながら、このような加
熱処理以外にも、一定の温度分布を有する炉内を多孔質
体を移動させながら加熱処理してもよく、その場合には
少なくともガラス化する温度域よりも低い部分に還元性
雰囲気を作る必要がある。また、還元性雰囲気での加熱
処理と、透明ガラス化処理とを別の設備で行なうことも
可能であるが、その場合には、加熱処理設備から、透明
ガラス化設備に多孔質体を移送する際に水分が再吸着し
ないように注意する必要がある。多孔質石英ガラス体を
以上の如く還元性雰囲気下で加熱処理することにより焼
結・ガラス化後の水分含有量は、20ppm以下に低減
する。この脱水機構については明確ではないが次のよう
に推定される。すなわち、加熱加水分解された多孔質石
英ガラスには多くの化学的および物理的吸着水が含まれ
ている。これらの多くは、加熱昇温過程において脱離し
、また焼結過程においては縮重合の過程(−3L−01
(〜0)l−5i−→−5i −0−Si −+ Hz
O)で脱離するものと推定される。しかしながら通常の
焼結・ガラス化方法では、重縮合過程での脱離速度が、
ガラスの焼結速度に対し十分に早(ないため脱離が不十
分となり水分が100〜1500ppm程度残留するも
のと推定される。これに対し、本発明の方法即ち還元性
雰囲気下での熱処理を加えることにより、−OH基の脱
離が加速されるものと考えられる。以下、本発明の詳細
について実施例により説明するが、本発明の内容は当然
のことながらこれら実施例に限定されるものではない。
[実施例] 実施例1 前記した公知の方法により作成した、直径8 cm、長
さ20cmの多孔質石英ガラス体を、第1図に示すよう
な管状炉10(炉芯管カーボン11、保護管ムライト1
2)の中央部にセットし、炉芯管の両端部にシール蓋を
装着した。続いて通電を開始し、炉温か800℃となっ
た時点でガス供給口13からヘリウム90%、水素lO
%組成の混合ガスの供給を開始した。引き続き昇温を続
け、1500℃となった時点でその温度で2時間保持し
焼成を終了した。自然冷却後、試料を取り出したところ
、試料は透明なガラス体となっており、透明ガラス化は
完了していた。この石英ガラスに含まれる水分量を赤外
分光法により測定したところ、4 ppmであった。
実施例2〜4 それぞれ焼成温度、昇温速度、供給ガス組成を変えた以
外は同一の条件下で多孔質石英ガラス体の焼成を行い、
含水量を評価した結果を実施例1の結果とともに表1に
示す。また、比較の為、供給ガスとしてヘリウムのみを
用いた結果を同じく表1に示す。
表1.実施例1〜4および比較例の焼成条件と含水量実
施例5 前記した公知の方法により作成した、石英製の種棒14
に形成された直径35cm、長さ 100cmの多孔質
石英ガラス体15を、第2図(A)に示すように、ガス
供給口13を有する、密閉構造の加熱炉21内に上方よ
り挿入した。ガス供給口13からは、ヘリウム90%、
水素lO%よりなる組成の混合ガスを供給し、炉内の雰
囲気を一定に保った。加熱炉21の内部には環状のヒー
タ22が配置されており、ヒータの上下方向の長さは6
0cmであった。ヒータ22には上部が1200℃程度
、中央部が1450℃程度、下部が1400℃程度とな
るように温度勾配が設けられていた。
引き続き、第2図(B)に示すように、種棒14を図中
矢印で示す如(回転しながら下降し、多孔質石英ガラス
体15をその下端部からヒータ22内に50mm/時の
速度で徐々に挿入した。挿入された多孔質石英ガラス体
15は、下端部から徐々に加熱溶融し、脱泡がなされて
透明ガラス化し、石英ガラス体23となった。ついで、
第2図(C)に示す如く、種棒14の下端部がヒータ2
2の上端の手前にきたとき、下降は停止してガラス化を
終了させた。
このようにして、ガラス化を完了した石英ガラス中に含
まれる水分量を赤外分光法により測定したところ、10
ppmであった。
[発明の効果] 本発明によれば水分含有量の極めて少ない石英ガラスを
製造することができる。また本発明によれば脱水処理に
塩素ガスを用いた従来の石英ガラスとは異り塩素ガスを
含まない石英ガラスが得られる。従って本発明の石英ガ
ラスは真空雰囲気や高温雰囲気下での使用時に塩素ガス
の拡散・放出が起こらず、周辺設備等の腐食のおそれが
ない。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図(A)、(B)、(C)は本発明の焼成
方法の実施例を工程に従って示す説明図である。IOは
管状炉、11は炉心管、12は保護管、13はガス供給
口、14は種棒、15は多孔質石英ガラス体、21は加
熱炉、22はヒータ、23は石英ガラスである。 冬 1 図

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ガラス形成原料を加熱加水分解させて形成される
    多孔質石英ガラス体を加熱して透明ガラス化して石英ガ
    ラスを製造する方法において、前記多孔質石英ガラス体
    を還元性雰囲気中で加熱処理する工程を含むことを特徴
    とする水分含有量の少ない石英ガラスの製造方法。
  2. (2)請求項1において、還元性雰囲気が、水素ガス、
    アンモニアガス、一酸化炭素ガスから選ばれる少なくと
    も一種類以上のガスを含む雰囲気であることを特徴とす
    る水分含有量の少ない石英ガラスの製造方法。
  3. (3)請求項1ないし2において、ガラス形成原料とし
    て、ハロゲン化珪素をもちいることを特徴とする水分含
    有量の少ない石英ガラスの製造方法。
  4. (4)請求項2において、還元性雰囲気が、0.1〜2
    0%の水素を含む雰囲気であることを特徴とする水分含
    有量の少ない石英ガラスの製造方法。
  5. (5)請求項2において、還元性雰囲気が、0.1〜3
    0%のアンモニアを含む雰囲気であることを特徴とする
    水分含有量の少ない石英ガラスの製造方法。
  6. (6)ガラス形成原料を加熱加水分解させて形成される
    多孔質石英ガラス体を加熱して透明ガラス化して得られ
    る石英ガラスにおいて、還元性雰囲気中で加熱処理され
    ていることを特徴とする水分含有量の少ない石英ガラス
  7. (7)請求項6において、水分含有量が20ppm以下
    であることを特徴とする石英ガラス。
  8. (8)請求項6において、ガラス形成原料として、ハロ
    ゲン化珪素をもちいることを特徴とする水分含有量の少
    ない石英ガラス。
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