JPH03187936A - 合成石英ガラス粉の製造方法 - 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］ 本発明は合成石英ガラス粉の製造方法、特には高純度で
高温粘度が高いことから半導体用耐熱治具などに好適と
される合成石英ガラス粉の製造方法に関するものである
。

［従来の技術］ 合成石英ガラスの製造については■四塩化けい素などの
けい素化合物を酸水素火炎中で加水分解してシリカ粒子
を作り、これを溶融して石英ガラスとする方法、■この
酸水素火炎をプラズマ炎とする方法、■アルコキシシラ
ンをアルコール溶媒中において酸触媒で加水分解してシ
リカを作り、これを焼結して石英ガラスとする、いわゆ
るゾル−ゲル法などが知られている。

しかし、この酸水素火炎を用いる方法には石英ガラス中
に１，０００ｐｐ園ものＯＨ基が残留するし、高温粘性
も低く、真空中高温では発泡するという問題点があるし
、プラズマ法はコストが高く、量産化が難しいという不
利があり、ゾル−ゲル法には比較的安価に石英ガラスが
得られるものの、これにはＯＨ基が残り易く、製造に長
時間を要し、高温粘性の高いものが得られ難いという不
利がある。

［発明が解決しようとする課題］ そのため、本発明者らはゾル−ゲル法によフて高温粘性
の高い合成石英の製造方法についての研究を進め、これ
についてはメチルシリケートをメタノール溶媒中でアン
モニアの存在下に加水分解させて粒径が２００〜３，０
ＯＯｎ讃のシリカを作り、焼結、粉砕後１，７００℃で
溶融する方法（特願昭６３−２２９３３３号明細書参照
）、メチルシリケートをアンモニアの存在下に加水分解
して粒径が１次粒子で１００〜５００ｎｍのシリカを作
り、これを１０〜１００μｌの凝集粒子としてから固液
分離し、焼結、粉砕、篩別し、１，７００℃以上で溶融
成形する方法（特願昭６３−３３５０７０号明細書参照
）、またメチルシリケートをアンそニアの存在下で加水
分解してシリカを生成させ、これを減圧下に１．５００
〜１．７００℃で焼結し、ついで常圧または加圧下に１
．８００〜２，０００℃で焼結する方法（特願平１−１
３９６１９号明細書参照）を提案している。

しかし、これらの方法は高温粘性の高い合成石英を与え
るものの、いずれも工程が長いために大量生産性に欠け
るものであるし、焼結などのエネルギーコストが高く、
つくという不利があり、必ずしも満足すべ餘ものではな
い。

［課題を解決するための手段］ 本発明はこのような不利を解決することのできる合成石
英ガラス粉の製造方法に関するもので、これはメチルシ
リケートとアンモニア水とを反応器に同時に滴下し、こ
の連続反応で生成した球状シリカ粒子を捕集したのち、
ｐＨ９〜１３の水分散溶液とし、このシリカに対しシリ
カ換算で５〜２０重量％のメチルシリケートを添加して
固化させ、ついで加熱し、ａ水、脱溶媒、脱炭を行なっ
た後、３０〜１００メツシュの範囲に篩別し、１，４０
０〜ＩＪＯＯ℃で焼結し、これを解砕することを特徴と
するものである。

すなわち、本発明者らはゾル−ゲル法によフて高温粘性
の高い石英ガラスをさらに効率よく製造する方法につい
て種々検討した結果、メチルシリケートの加水分解によ
るシリカ合成についてはメチルシリケートとアンモニア
とを反応器中に同時に滴下するとメチルシリケートの加
水分解が常に連続的に行なわれるのでこの工程が合理化
されること、この加水分解で得たシリカ粉をｐＨ９〜１
３の水分散溶液とし、これにメチルシリケートを加える
と得られるシリカの緻密化が進み、その焼結温度を従来
法の１，５００〜１，９００℃から１．４００〜１．６
００℃に低下させることができるし、この焼結体はロー
ルミルなどで容易に解砕することができるし、これを焼
結前に３０−１００メツシュに篩別するとこれはそのま
ま焼結原料として使用することができ、精製工程も不要
なので工程の省略、エネルギーコストの引下げが可能に
なるということを見出すと共に、この方法で作られた石
英ガラスは高温粘性の高いものになるということを確認
して本発明を完成させた。

以下にこれをさらに詳述する。

［作　用］ 本発明は改良されたゾル−ゲル法によって高温粘性の高
い石英ガラスを製造する方法に関するものである。

本発明におけるアルコキシシランの加水分解によるシリ
カの合成は、メチルシリケートとアンモニア水とを反応
器中に同時に滴下するという方法で行なわれる。これは
例えば第１図に示したようにメチルシリケート貯槽１と
アンモニア水貯槽２とから定量ポンプ３を用いてメチル
シリケートとアンモニア水の所定量を取り出し、これを
反応器４の中に同時に滴下すればよい。メチルシリケー
トの加水分解反応はこの滴下と共に始まり、これは反応
液が攪拌モーター５によって攪拌されていることから連
続的に行なわれ、この反応で発生したシリカは排出口６
からシリカ貯槽７に取り出される。

ここに使用されるアルコキシシランはエチルシリケート
やメチルシリケート３量体では反応性が劣り、得られる
シリカが粒子の小さいものとなり、ブチルシリケートな
どは疎水性で反応は進まないので、これはメチルシリケ
ートとすることが必要であるし、アンモニア水は濃度が
１５〜２５重Ｉ％のものとすればよいが、この反応温度
は２０〜４５℃とすればよい。

このメチルシリケートの加水分解をアンモニア水と同時
添加という方法で行なうとメチルシリケートの加水分解
反応が常に連続的に行なわれるようになるのでこの工程
が簡易化されるし、これによれば粒径が３００〜７００
ｎｍという比較的粒子の大きい球状のシリカ粒子が連続
的に得られるが、このものは脱水処理することによって
含水率が２０〜３０％のシリカとされる。

このシリカはついで水分散溶液とされるのであるが、こ
れにはこのシリカを超純水に分散させたのちこれにアン
モニア水な加えてそのｐＨを９〜１３に調整する。これ
はこのｐｏが中性や酸性では強度が出ないし、２１３以
上の強アルカリとするとまた粒子ができて強度向上にな
らないので、適度の強度を与えるためにはこのｐｏを９
〜１３とする必要がある。このアルカリ性の水分散溶液
にはついでメチルシリケートを添加してこれを固化させ
るのであるが、ここに添加されるメチルシリケートはこ
れが少なすぎると固化が不充分となって強度が出す、多
すぎるとこれを石英ガラスとしたときに石英ガラスの高
温粘度が低下するので、これは水分散溶液中に存在する
シリカ量に対し５〜２０％の範囲とする必要がある。

このようにして得られたシリカの塊はついで加熱して脱
水、脱溶媒、脱炭後焼結するのであるが、この脱水、脱
溶媒、脱炭のための加熱は８００〜１，０００℃で行な
えばよく、これは好ましくは室温から１，０００℃まで
１０時間以上かけて昇温してから１，０００℃に１時間
以上保持するようにすることがよい。この加熱によって
シリカ粉は若干固化するが、このものは弱い解砕で数１
０〜数百ミクロンのものとなるので、これについては３
０〜１００メツシュのものに篩別する必要がある。

このように篩別されたシリカはついで焼結することによ
って合成石英環とされるのであるが、この焼結は従来法
では１，５００〜１．９００℃という高い温度で行なわ
れていたのに対し、上記したような方法で得られた本発
明のシリカ塊は１，４００〜１．６００℃という比較的
低い温度で１〜２時間焼結すればよく、この焼結によフ
てシリカ塊は若干粒子径が小さくなるが、はぼ３０〜１
００メツシュの透明な合成石英ガラス塊となる。

この合成石英ガラス塊はこれを粉砕し、篩別することに
よって本発明の合成石英ガラス粉とされるのであるが、
この合成石英ガラス塊はロールミルなどで容易に解砕す
ることができるので、粉砕が容易であるし、これは上記
した各工程で不純物の混入するおそれはないので精製工
程が不要であるし、この石英ガラス粉は従来法のように
粉砕、篩別によりて損失される分（３０〜４０％）が全
くなく、歩留り１００％で製造されるためにコスト的に
安価になるという有利性が与えられ、これはまた粒子形
状が粉砕粉のようにとがった形状ではなく、丸い粒子の
集合体となり、充填状態も均一なものとなるので利用性
が高いものとなり、ここに得られた合成石英ガラス粉末
はこれを例えば１．９５０℃で３０分間焼結、溶融成形
すれば高温粘性の高い合成石英ガラス体とすることがで
きるので、半導体用耐熱器具例えばルツボなどの原料と
して有用とされるという工業的な有利性が与えられる。

［実施例］ つぎに本発明の実施例をあげる。

実施例１〜３．比較例１〜２ 第１図に示した反応装置を使用し、メチルシリケート２
６．５ｉｔ／時と２０重量％のアンモニア水１７．２Ｊ
２７時とを５ＩＬの反応フラスコ中に同時に滴下し、４
０〜５０℃で反応させ、５時間後に反応を停止したとこ
ろ、シリカ濃度２３％のシリカゾル液が得られたので、
これを脱水処理して含水率が２５重量％のシリカを作っ
た。

ついでこのシリカ８ｋｇを超純水８βに分ｔさせ、これ
に２９重量％のアンモニア水３５０ｋを加えてそのｐＨ
を１１とし、このシリカに対しシリカ換算で５重量％、
　１０重量％、２０重量％、３０重量％、４０重量％と
なる量のメチルシリケートを添加してこ　０ れを固化させたのち、空気中において室温から１．００
０℃まで１３時間かけて昇温させ、その後１．０００℃
に１時間保持し、この粉をポリプロピレン製の３０メツ
シュ篩とテフロン製の１００メツシュ篩を用いて３０〜
１００メツシュのものに篩分けして、直径が１２インチ
の石英ガラスルツボ中に仕込んだ。

つぎにこのルツボなアルゴンガス雰囲気下に１時間で１
，５００℃まで昇温させて、この温度に２時間保持して
シリカを透明ガラス化し、放冷後取り出してから石英ガ
ラスローラーで解砕し、テフロン製の５０メツシュ、１
００メツシュの篩で篩別したところ、収率９５％で合成
石英ガラス粉が得られたが、このものについて電子顕微
鏡を撮影したところ、第２図に示したとおりのものが得
られ、これからこのものは丸味をおびた透明な粒子であ
ることが確認された。

また、このようにした合成石英ガラス粉を用いて公知の
方法でルツボを成型したところ、得られたルツボは天然
水晶を溶融して作ったものに比べて少し不透明であった
が、第１表に示したように純度が高く、粘度も高いもの
であることが確認された。

菫！ ［発明の効果］ 本発明は合成石英ガラス粉の製造方法に関するものであ
り、これは前記したようにメチルシリケートとアンモニ
ア水を反応器中に同時に滴下して球状シリカ粒子を作り
、これを捕集してｐＨ９〜１３の水分散溶液としたのち
メチルシリケートを添加して固化させ、ついで加熱し、
脱水、脱溶媒、脱炭後に３００〜１００メツシュに篩別
し、高温に加熱して焼結し透明ガラス化してから解砕す
るものであるが、これによれば加水分解によるシリカ生
成を確実にかつ連続に行なわせることができ、メチルシ
リケートで固化したシリカ塩の焼結も従来法にくらべて
低い温度で焼結させることができ、さらにはこの粉砕物
も精製工程なしで製品とすることができるし、ここに得
られた石英ガラス粉を焼結、溶融成形して得た合成石英
ガラスは高温粘度の高いものとなる。

したがって、本発明の方法によれば１）反応の連続化、
２）焼結温度の低減、３）精製工程不要という効果が与
えられ、結果において合成石英ガラス粉３ ４ の大量生産化、工程省略、省エネルギーが達成されると
いう有利性が与えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるメチルシリケートの加水分解工程
を示す縦断面要因であり、第２図は実施例により得られ
た合成石英ガラス粉の顕微鏡写真を示したものである。 １・・・メチルシリケート貯槽

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、メチルシリケートとアンモニア水とを反応器に同時
   に滴下し、この連続反応で生成した球状シリカ粒子を捕
   集したのち、ｐＨ９〜１３の水分散溶液とし、このシリ
   カに対しシリカ換算で５〜２０重量％のメチルシリケー
   トを添加して固化させ、ついで加熱し、脱水、脱溶媒、
   脱炭を行なった後、３０〜１００メッシュの範囲に篩別
   し、高温に加熱して焼結し透明ガラス化してから解砕す
   ることを特徴とする合成石英ガラス粉の製造方法。 ２、請求項１の方法で作られた合成石英ガラス粉が３０
   〜１００メッシュの範囲の粒度を有しており、合成石英
   ガラスルツボ原料として使用されることを特徴とする合
   成石英ガラス粉。