JPH0328133A - 着色石英ガラスの製造方法 - 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〕 本発明は耐熱性、耐薬品性のすぐれた着色石英ガラスの
製造方法、特に大型の着色石英ガラス体を製造するに適
した方法に関する。

〔従来の技術〕

着色石英ガラスの製造方法として、従来、米国コーニン
グ社の開発した、気相中で四塩化珪素を酸素で分解して
多孔質シリカを作り．これに遷移金属塩の溶液を含浸さ
せ、高温で焼或する方法があって、米国窯業協会誌，第
５７巻．第３０９〜３１３ページに記載されている。

また珪酸エチル、エタノール、水の混合液に、遷移金属
塩を溶解し（遷移金属はイオン状態となる）、液のｐＨ
を３ないし６として加水分解し、ゲル化させた後、高温
に加熱しガラス化させる方法があり、特開昭５７−１１
８４５に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上記のコーニング社開発の方法は、気相反応を必
要とし、一定量を製造するのに多くの時間を要するので
、原価が高くなる。

一方、特開昭５７−１１８４５の方法は液相での反応を
用いているが、酸性媒体中での加水分解のため、得られ
るゲルを高温で加熱処理する際に発泡や割れが起こり易
く、大型の着色ガラス体を作ることが困難であった。

それ故、本発明の目的は、液相での反応を利用して、安
い原価で、製造時の発泡や割れを生ずることなく大型の
着色ガラス体を作ることが可能な、着色石英ガラスの製
造方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を解決するため、本発明では着色石英ガラスの
製造方法を、珪酸メチルまたは珪酸エチルのエタノール
溶液に遷移金属の硝酸塩、塩酸塩またはアルコキシドを
添加し、激しく撹拌しながら、ｐＨ１０ないし１１に調
整されたアンモニア水等のアルカリ水溶液を添加し、加
水分解して得られる多孔質のゲルを高温に加熱し、ガラ
ス化させる工程から構成した。

本発明の着色石英ガラスの製造方法は以下の各過程から
或る。

（１）珪酸メチルまたは珪酸エチルのアルコール溶液に
遷移金属の硝酸塩、塩酸塩またはアルコキシドを添加す
る過程 珪酸メチルまたは珪酸エチルのアルコール溶液を調製す
るためのアルコールとしてはメチルアルコール、エチル
アルコール、ｎ−プロビルアルコール、イソプロビルア
ルコール等を用いることができるが、エチルアルコール
が好ましい。

溶液の濃度は、珪酸メチルまたは珪酸エチル１モルに対
し、アルコールを２ないし６モル程度とする。

遷移金属として銅、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、
マンガン、バナジウム、タングステン、モリブデン、ネ
オジム、セリウム等を用いることができる。遷移金属の
硝酸塩の具体例は硝酸銅、硝酸ニッケル、硝酸コバルト
、硝酸マンガン．硝酸ネオジム、硝酸セリウム等である
。また遷移金属塩酸塩の具体例は塩化銅、塩化チタン、
塩化鉄、塩化コバルト、塩化ニッケル、塩化マンガン、
塩化バナジウム、塩化モリブデン、塩化タングステン、
塩化ネオジム、塩化セリウム等である。

遷移金属アルコキシドの具体例は鉄トリーｎーブトキシ
ド、コバルトジイソプロボキシド、バナジウムトリーｎ
−ブトキシド、、タングステンベンタエトキシド、モリ
ブデンペンタエトキシド、セリウムテトラーｔ−ブトキ
シドである。

遷移金属硝酸塩、塩酸塩またはアルコキシドの添加量は
、希望する着色濃度に依存するが、珪酸メチルまたは珪
酸エチル１モルに対し通常、１０００分の２ないし２０
モル程度である。

添加中および添加後は、硝酸塩、塩酸塩またはアルコキ
シドを充分に分散または溶解させるため、よく撹拌する
ことが望ましい。

添加された遷移金属硝酸塩または塩酸塩は、珪酸メチル
または珪酸エチルのアルコール溶液中に溶解はせず、分
散するだけであって、次の加水分解の過程で溶解される
。

（２）ｐＨ１０ないしｌ１のアルカリ水溶液を加えて加
水分解により多孔質のゲルを得る過程：上記（１）で得
られた遷移金属硝酸塩、塩酸塩またはアルコキシドを含
む珪酸メチルまたは珪酸エチルのアルコール溶液に、激
しく撹拌しながら、ｐＨ１０ないし１ｌのアルカリ水溶
液を加えて、珪酸メチルまたは珪酸エチルを加水分解さ
せる。

ｐＨ１０ないしＩ１のアルカリ水溶液は、緩衝能力を有
することが好ましく、アンモニア水がこの目的に適する
。ｐＨをこの範囲に保つことは重要で、これより低いｐ
Ｈにすると乾燥後のゲルのかさ密度が大きくなり、焼結
の過程で発泡や割れを生じ、これより高いｐＨではゲル
化が速すぎ、作業が困難になる。

アルカリ水溶液、例えばアンモニア水の量は、珪酸メチ
ルまたは珪酸エチル溶液のアルコール１モルに対し０．
５ないし２モル程度が適当である。

アルカリ水溶液、例えばアンモニア水は、珪酸メチルま
たは珪酸エチル溶液を激しく撹拌しながら、その中にゆ
っくり加えることが望ましい。

アルカリを添加後の溶液は適当な容器中で室温で放置す
れば，ゲル化する。

（３）多孔質のゲルを高温に加熱しガラス化させる過程
： 上記（２）の過程で得られたウェットゲルを徐々に乾燥
させ、その後さらに１２００゜Ｃ付近まで加熱して焼結
し、ガラス化させる。

添加された遷移金属塩の種類により得られたガラスの色
は、添加された遷移金属塩の種類により異なる。例えば
硝酸ネオジムや塩化銅を用いれば淡青色に、バナジウム
アルコキシドを用いれば黄色が得られる。

〔実施例１〕 １モルの珪酸メチルに０．０１モルの６水硝酸ネオジム
を加え、４モルのエタノールを加えてよく撹拌する。こ
の混合液を激しく撹拌しながら、水４モルに相当する量
のｐＨ１０．５のアンモニア水を、ゆっくり加える。こ
れによって珪酸メチルは加水分解される。

得られた液は淡青色を呈している。この液を第１図に示
すように、内径１５０ｍｍ、高さ５０ｍｍのテフロン樹
脂の容器ｌに、容積の８割を占めるように注いだ。容器
の上部をアルミニウム箔２で覆って密閉し、室温に放置
してゲル化させ、ウエットゲル３を得た。

容器を覆ったアルξニウム箔に直径０．５ｍｍ程の孔を
１０個開けた上で、１時間にｌ″Ｃの割合で室温から１
２０゜Ｃまで温度を上昇させて、ゲルを乾燥させた。

得られたドライゲル４を、電気炉５内で酸素雰囲気中で
加熱し、毎時１００゜Ｃの割で６００℃まで温度を上昇
させ、その後ヘリウム雰囲気中で同じ割合で１２００″
Ｃまで温度を上昇させて焼結させた。ゲルはガラス化し
、直径５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの淡青色透明のガラス円
板が得られた。

ガラスの密度は２．２０ｇｒ／ｃｍ’であった。

ガラス板には気泡は見られず、割れもなかった．〔実施
例２〕 実施例１における６水硝酸ネオジムの代わりに０．００
５モルの２水塩化銅を用いたこと、アンモニア水のｐＨ
を１０．０としたこと以外は、実施例ｌと同様にして乾
燥ゲルを得た。

得られたドライゲル４を電気炉５内で酸素雰囲気中で加
熱し、毎時１００゜Ｃの割で６００℃まで温度を上昇さ
せ、その後ヘリウム雰囲気中で毎時５０″Ｃの割合で１
２００゜Ｃまで温度を上昇させて焼結させた． 実施例１と同じ大きさの淡青色透明のガラス円板が得ら
れ、ガラスの密度は２．２３　ｇ　ｒ／　ｃｍ３であっ
た．ガラス板には気泡は見られず、割れもなかった。

〔実施例３〕 実施例２における２水塩化銅の代わりに、０．００５モ
ルのバナジウムトリーｎ−ブトキシドを用いたこと以外
は、実施例２と同様にして着色ガラス手反をイ乍った。

実施例１と同じ大きさの淡黄色透明のガラス円板が得ら
れ、ガラスの密度は２．１９　ｇ　ｒ／ｃｍ３であった
。ガラス板には気泡は見られず、割れもなかった。

〔発明の効果〕

本発明では液相反応を利用しており、気相反応を利用す
る場合のような特別な装置を必要としないから、比較的
安価に着色石英ガラスを製造できる． 本発明の方法によると、一度に大量の着色ガラスを製造
できるから、量産により低価格も実現できる。

また製造時の発泡や割れを生ずることなく大型の着色ガ
ラス体を作ることができる．従って、大型の着色ガラス
体の製造における歩留まりが極めて高い。

本発明の方法で製造される着色石英ガラスは、耐候性、
耐熱性、耐薬品性がすぐれている。従って、例えば高温
の環境下での使用に適する。

【図面の簡単な説明】

第１図はゲル化に用いた容器を示す断面略図、第２図は
焼結に用いた装置の断面略図である。 符号の説明 ■−・・−・−一−一一容器　　　　　２−・・−・・
−−−−−アルミニウム箔３・・一一−−−・−ウェッ
トゲル ４−・−−−−一−−−ドライゲル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）珪酸メチルまたは珪酸エチルのアルコール溶液に
   遷移金属の硝酸塩、塩酸塩またはアルコキシドを添加し
   、激しく撹拌しながらｐＨ１０ないし１１のアルカリ水
   溶液を添加し、加水分解して得られる多孔質のゲルを高
   温に加熱しガラス化させる工程から成る着色石英ガラス
   の製造方法。
2. （２）前記アルカリ水溶液がアンモニア水である請求項
   第１項の着色石英ガラスの製造方法。