JPH04170335A - 合成石英ガラスの製造方法 - Google Patents

合成石英ガラスの製造方法

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JPH04170335A
JPH04170335A JP29963990A JP29963990A JPH04170335A JP H04170335 A JPH04170335 A JP H04170335A JP 29963990 A JP29963990 A JP 29963990A JP 29963990 A JP29963990 A JP 29963990A JP H04170335 A JPH04170335 A JP H04170335A
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滝田 政俊
Kazuo Shirota
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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の製造方法、特には超高純度で
完全無泡であり、OH基含有量が極端に少なく、高粘性
で脈理、粒状構造がないことから、半導体熱処理用部材
、光学部品などに有用とされる、合成石英ガラスの製造
方法に関するものである。
(従来の技術) 従来、半導体用の熱処理部材としては、OH基含有量の
非常に低い石英ガラスを得るということから、天然の水
晶片を1O−3〜10−’ トールで2.050〜2,
100℃に加熱して溶融し、良質の赤外線透過用の石英
ガラスを製造するという方法が行なわれているが、これ
には天然水晶から作られるものであるということから純
度に限界があり、さらにこれが粒状構造をもつ不均一体
であることから光学用には通さないという不利がある。
(発明が解決しようとするyA題) そのため、この石英ガラスの製造については近時アルコ
キシシランの加水分解により得られたシリカを焼結する
という、いわゆるゾル−ゲルによる方法が種々提案され
ており、これについてはアルキルシリケートを加水分解
して得たシリカ粉を加圧成形し、ハロゲン純化してから
真空中で1,600〜1,850℃で焼結する方法(特
開昭51−77612号公報参照)、合成りリストパラ
イト粉を真空焼結してガラス化する方法(特開昭51−
58824号公報参照)、アルコキシシランの加水分解
で得たシリカゲルを湿式粉砕して多孔体とし、真空中に
おいて1,600℃以上で加熱処理する方法(特開昭子
2−34528号公報参照)などが公知とされているが
合成シリカ粉の真空焼結でカサ比重を向上させた合成石
英ガラスはOH基含有が多く、外観的にも多くの問題を
かかえたものになるという不利がある。
(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した合成石英ガラスの製
造方法に関するものであり、これはA)メチルシリケー
トをアンモニア水の存在下で加水分解して凝集コロイダ
ルシリカを生成する工程、B)M集コロイダルシリカを
酸化性雰囲気で加熱して脱炭素する工程、C)カーボン
型に詰め、重石を上にのせ、炉内を不活性ガスまたは還
元性ガス雰囲気下とし、 1,200〜1,400℃に
加熱する工程、D) 10−’ )−−ル以下の圧力下
で1.500〜1,700℃に加熱する工程、および幻
常圧または加圧下に1,800〜2,000℃に加熱す
る工程、よりなることを特徴とするものである。
すなわち、本発明者らは高純度で泡や不純物がなく、か
つはOH基含有量が少なく高粘性で、粒状構造のない合
成石英ガラスを製造する方法について種々検討した結果
、メチルシリケートを始発材としてこれをアンモニア水
の存在下で加水分解して凝集コロイダルシリカを作り、
これを酸化性雰囲気で加熱すれば有機物を除去したもの
が得られるし、このシリカをカーボン型に入れて重石を
上にのせて不活性ガス雰囲気または還元性ガス雰囲気で
加熱するとカサ比重が大きく、泡のないシリカが得られ
ること、またついでこれを減圧下に加熱するとシリカの
閉孔化が行なわれ、ついでこれを常圧または加圧下に加
熱すると泡を全く含まず、OH基量の極めて少ない、高
粘性で粒状構造のない合成石英ガラスを容易に得ること
ができることを見出し、各工程における処理条件などに
ついての研究を進め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) 本発明は高純度で無泡であり、OH基含有量が少なく高
粘性で、粒状構造もない合成石英ガラスの製造方法に関
するものであり、これは以下の^)〜E)工程からなる
ものである。
本発明のA)工程はアルコキシシランから凝集コロイダ
ルシリカを生成する工程に関するものでるが、このアル
コキシシランとしては反応性に冨み、無溶剤でも反応を
起し、シリカ濃度を高めることができることからコスト
にも有利となるメチルシリケートが選択される。このメ
チルシリケートはアンモニア水の存在下の加水分解で凝
集コロイダルシリカとされるのであるが、この凝集コロ
イダルシリカは自然に1日程度で沈降するので、沈降し
たら上澄みを分離し、さらに遠心脱水機で捕集すればよ
いが、この脱水機のろ布はポリプロピレン製の800メ
ツシユ以下のものとすることが望ましいし、このものは
さらにこの状態で超純水で数回洗浄すると、余分な溶剤
やアンモニア、未反応のメトキシ基などが除去できるの
で、純度を数段向上させることができるという利点が与
えられる。
本発明の8)工程はこのようにして得た凝集コロイダル
シリカを酸化性雰囲気で加熱して脱炭素するものである
が、これは例えば空気中または酸素ガス雰囲気中におい
て凝集コロイダルシリカを室温から1.000℃程度ま
で昇温すればよく、これによれば凝集コロイダルシリカ
中に含有されていた有機物が完全に酸化除去されるので
、このものは脱炭素されて完全に無機化される。
また、この際必要に応じ適宜凝集コロイダルt シリカを800〜t、ooo℃でハロゲン処理して純度
の向上を計ることも可能であり、これはB)工程の最後
にここにCJ:L2ガスまたHCIガスを通せばよいが
、これによれば凝集コロイダルシリカがさらに高純度化
された合成石英ガラスが得られる。しかし、この処理温
度はCJ:1.2ガスの場合は低くても効果があり、H
CJZガスの場合には1.000℃以上とする必要があ
るが、800℃以下では純化効率が良くないし、140
0℃以上とすると粉体が収縮して微粉となるために80
0〜1、too℃の範囲とすることが必要とされる。な
お、この熱処理はB)工程の脱炭素工程と同じ処理とな
るが、これはHlガス存在下で1,000℃で1時間程
度とすることがよい。
本発明のC)工程はこのように処理された凝集コロイダ
ルシリカをカーボン型に詰め、重石を上にのせ、不活性
ガス雰囲気または還元性雰囲気下に1,200〜1,4
00℃に加熱するものであるが、この際、カーボン型に
凝集コロイダルシリカを充填した上に、カーボン買なと
の重石を載せることによりカーボン型に充填された凝集
コロイダルシリカがカーボン型の径に完全に一致したも
のとなるし、そのカサ比重がさらに向上される。この凝
集コロイダルシリカのカサ比重は火炎加水分解法で生成
したシリカのカサ比重が0.4〜0.5 g/ctp”
であるのに対し、0.7〜0、ff g/cm3とされ
ているが、これをヘリウム(He)ガスまたはアルゴン
(A「)ガスなどの不活性ガス雰囲気または水素ガス(
H2)ガスのような還元性ガスの雰囲気下で1,200
〜1,400℃に加熱するとこのものはそのカサ比重が
0.9〜1.0g/cm’になる。この温度は成型した
寸法に依存し、この寸法(径)が小さいときには1,2
00℃でよく、径が大きくなると共に、1,350〜1
.400℃とする必要があるが、1,200℃以下では
カサ比重が殆んど変りなく、1,400℃以上とすると
側面から閉孔化が始まって泡がぬけなくなるので、この
温度は成型寸法(特に径寸法)に応じて1,200〜1
,400℃とし、保持時間を変えていくことが望ましい
また、前工程においてハロゲン処理したものは非常に焼
結し難いので、これはこの雰囲気を)1eガス雰囲気と
し、1,300〜1,400℃で4〜5時間かけて行な
うことがよく、これによれば粒子表面に残っているアル
カリ性不純物が除去されて換わりにハロゲン分子が吸着
される。なお、このものを非常に長尺の寸法に焼結させ
るためには温度を1.400℃近くまで昇温してゾーン
シンタリング的に行なえば同じ効果を得ることができる
つぎに本発明におけるD)工程はこのよにしてカサ比重
が0.9〜1.0g/cm3にまで上昇されたものを1
0−′トール以下の減圧下で1.500〜1.700℃
に加熱するのであるが、これによればシリカが完全に閉
孔化される。
しかし、この加熱はゆっくり昇温すると焼結閉孔化が外
側から始まフて泡を除去することができなくなるので、
10℃/分以上の昇温速度で昇温させて1.650℃前
後で行なうことがよい。
また、本発明におけるE)工程はこのD)工程で処理し
たシリカを減圧から常圧または加圧下として1,800
〜2,000℃に加熱するものであるが、この加熱は窒
素ガス雰囲気のような不活性ガス雰囲気とすることがよ
い。この加熱によりシリカは溶融されて石英となるので
あるが、1.800℃以下では若干の直径10〜50μ
m程度の泡が存在するようになるし、2,000℃以上
とすると石英の揮散が犬きくなり、ガラスが還元されて
シリコンとなってカーボン型と反応して型に固着するよ
うになるので、この加熱温度は1.800〜2,000
℃の範囲とする必要があるが、これは1,900〜1,
950℃とすることが好ましい。
なお、このA)〜E)工程によってメチルシリケートは
合成石英ガラスとされるのであるが、これによれば凝集
コロイダルシリカが高純度で泡がなく、カサ比重の高い
ものとなり、これを焼結、溶融して得られる合成石英ガ
ラスは高純度で完全無泡であり、OH基含有量が極端に
少なく、高粘性で脈理、粒状構造もないものとなるので
、このものは半導体熱処理用部材、光学部品用として有
用とされる。
(実施例) つぎに本発明の実施例および比較例をあげる。
実施例、比較例1〜2 51の連続フラスコにメチルシリケート26.5L/時
と20.5%のアンモニア水・ELグレード[大盛化工
(株)裂開品名] 26.5J2/時とを25.8J2
/時の適下速度で同時通下したところ、1okg/時で
凝集コロイダルシリカが得られたので、これを−旦装置
してからポリプロピレン族1.000#のろ布を設けた
遠心脱水機で固液分離をし、ついで超純水で5回洗浄し
た。
この凝集コロイダルシリカを石英ガラス炉芯管に詰め、
酸素ガス雰囲気下で室温から1,000℃まで10時間
かけて昇温したのち、酸素ガス雰囲気を窒素ガス雰囲気
と換え、HC4ガスを10cc/分の割合で流し、1時
間加熱してハロゲン処理を行ない、雰囲気を)IcIl
−N2から02に戻して降温した。
ついで、この粉末をポリプロピレン族の150メツシユ
の網で篩別したのち、この1kgを外径140mmφ、
内径120 mmφ、高さ300 amの3分割型のカ
ーボン型に充填し、この粉の上にカーボン型の重石17
7mmφ、高さ50mm(650g)を載せ、これをカ
ーボンヒーター付の電気炉内に設置し、炉内をヘリウム
(I(e)ガスで置換したのち1.300℃まで1時間
で昇温させ4時間保持した。
つぎにこの炉内を真空ポンプを使用して5×10−2ト
ールにまで減圧し、1,650℃まで30分間で昇温さ
せて2時間保持したのち減圧を解除し、1,950℃ま
で1時間で昇温させ30分間保持してから放冷して製品
を取り出したところ、寸法が120mmφ×厚さ40m
mの計算通りの合成石英ガラスが得られ、このものは纂
1表に示したとおりの物性を示した。
なお、比較のために天然水晶を10−’、)−−ル、2
.000℃で真空溶融した石英ガラス(比較例1)およ
び四塩化けい素の酸水素溶融で製造した合成石英ガラス
(比較例2)についてその物性をしらべたところ、第1
表に併記したとおりの結果が得られた。
(発明の効果) 本発明は合成石英ガラスの製造方法に関するものであり
、これは前記したようにA)メチルシシリケートをアン
モニア水の存在下で加水分解して凝集コロイダルシリカ
を製造する工程、B)該シリカを酸化性雰囲気で加熱し
て脱炭素する工程、C)カーボン型に詰め、重石を上に
のせ、炉内を不活性ガスまた還元性ガス雰囲気とし、1
,200〜1,400℃で加熱する工程、D)10−”
トール以下の圧力下で1.500〜1,700℃に加熱
する工程、E)常圧または加圧下に1,800〜2,0
00℃に加熱する工程、よりなることを特徴とするもの
であるが、これによれば超高純度で完全無泡であり、O
H基含有量が少なく、高粘度で脈理、粒状構造のない合
成石英ガラスを容易に得ることができるので、半導体熱
処理部材、光学用品などに有用とされる合成石英ガラス
を工業的に有利に得ることができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、A)メチルシリケートをアンモニア水の存在下で加
    水分解して凝集コロイダルシリカを製造する工程、 B)凝集コロイダルシリカを酸化性雰囲気で加熱して脱
    炭素する工程、 C)カーボン型に詰め、重石を上にのせ、炉内を不活性
    ガスまたは還元性ガス雰囲気下とし1,200〜1,4
    00℃に加熱する工程、 D)10^−^1トール以下の圧力下で1,500〜1
    ,700℃に加熱する工程 および E)常圧または加圧下に1,800〜2,000℃に加
    熱する工程 よりなることを特徴とする合成石英ガラスの製造方法。
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