JPH042625A - 高均質シリカガラスの製造方法 - Google Patents

高均質シリカガラスの製造方法

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JPH042625A
JPH042625A JP10180490A JP10180490A JPH042625A JP H042625 A JPH042625 A JP H042625A JP 10180490 A JP10180490 A JP 10180490A JP 10180490 A JP10180490 A JP 10180490A JP H042625 A JPH042625 A JP H042625A
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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、光学用高均質シリカガラスの製造方法に関す
るものである。特に(a)シリカ微粉末を原料とし、濾
過成型によりシリカガラス粉末成型体を形成し、(b)
1450℃以上の温度で前記成型体の焼結を行い、(c
)焼結体をホットプレス(以下、HP)処理によって所
望の高均質シリカガラスを得る方法に関するものである
[従来の技術] 最近の半導体分野においてレーザーを使用した装置、例
えば縮小投影露光装置、CVD用薄膜製造装置等の開発
が進んでおり、より集積したものへの要望により、使用
レーザーの波長も短波長へと移行している。その光学用
のガラスには、紫外域の透過性に優れたシリカガラスが
使用され、光学系の精密制御、及び光学系の設計に適し
た屈折率の均質なガラス部材が望まれている。
従来のシリカガラスには、天然水晶の溶融品、四塩化ケ
イ素からの合成シリカガラスがあり、それぞれ高均質な
ものが得られているが、原料からの不純物、脈理部、低
均質部の除去に起因する歩留まりの問題等、光学的ある
いは工業的に満足のできるものではない。
また最近のシリカガラス製造法では、ゾル−ゲル法があ
り精力的に研究がおこなわれているが、現状では、粉末
成型体作製での長時間の乾燥、乾燥時の割れ等に関係す
る大型化の問題など、工業化についての問題は多い。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は原料にシリカ微粉末を用い、粉末成型、焼結、
高温高圧処理の工程により、高純度な光学特性の均一な
シリカガラスを歩留まりよく提供しようとするものであ
る。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を
行った結果、本発明を完成するに至ったものである。
すなわち本発明は、 (a)シリカ微粉末を、純水または純水とフッ化水素酸
、フッ化アンモニウム、アンモニア、アルコールもしく
は酢酸との混合溶液に分散させスラリーを作製し、その
スラリーの濾過、乾燥によりシリカ微粉末を成型させる
工程、 (b)1450℃以上の温度のヘリウムガスまたはヘリ
ウムと塩素の混合ガス雰囲気中に上記成型体を投入し、
焼結させる工程、 及び (e)1650℃以上の温度で、上記焼結体に50kg
f/cgff以上の圧力を一軸方向から与えるホットプ
レス処理を行う工程 からなることを特徴とする高均質シリカガラスの製造方
法である。以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明のシリカガラスの製造では、出発原料をシリカ微
粉末とした。ここでいう微粉末とは、次粒子径で数ミク
ロンオーダー以下の粉末である。
微粉末は、ゾル−ゲル法、スート法などにより得ること
ができるが、不純物の低減、粉末の粒径。
表面積の制御の点で、テトラエトキシシラン等のシリコ
ンのアルコキシドの加水分解により得ることが好ましい
成型法には一般に乾式、湿式があるが、本発明では湿式
成型法のひとつである濾過成型を行う。
濾過成型法は、シリカ微粉末のスラリーを使用するため
、成型時まで粉末が分散し、しかもメカニカルプレスに
よるものとは異なり全体に圧力がかかるため、均一なが
さ密度の均一な構造をもつ成型体にすることが可能とな
るからである。また成型時には、粉末同志がネッキング
を起こし、開孔を残しながらある程度強度を持った成型
体が作製されるからである。以上の方法により作製した
成型体に更に強度を与えるため、冷間静水圧をかけても
なんらさしつかえない。
濾過成型による成型体は、メカニカルプレスなどによる
乾式成型法による成型体と比較して、焼結後の発泡量か
飛躍的に少なく、焼結後も均一な密度のガラスを与える
。しかも本発明の濾過成型法は、ゾル−ゲル法、スリッ
プキャスティングとは異なり、濾過により成型体中の水
分をある程度除去するため、他の湿式成型法よりも乾燥
時間を短縮することが可能となった。さらに濾過による
水分除去は、乾燥中の割れを回避できるため、大形化も
可能である。
そのスラリーは、純水または純水とフッ化水素酸、フッ
化アンモニウム、酢酸、アンモニアもしくはアルコール
との混合液中にシリカ微粉末を分散させ作製する。アル
コールとしてはエチルアルコールが好ましい。これらの
溶媒によって二次粒子の構造が異なり、ひいては密度、
強度の違いとなるので、必要に応じて溶媒の混合割合を
変えれば良い。分散の方法は、超音波分散、ボールミル
分散等いかなる方法でも構わない。スラリー濃度は、濾
過が可能な粘性であればいかなる濃度でもよいが、濾過
中に微粉末のチクソトロープ効果によりゲル化しないよ
うな濃度であることが好ましい。
前記スラリーの濾過は、吸引濾過、加圧濾過などいかな
る方法であってもよい。この濾過と同時に成型を行う。
その方法にはとくに限定はないが、例えば底面のない型
をフィルター上に置き、そこへスラリーを流し込み、濾
過と成型を同時に行うことなどがあげられる。濾過時間
はフィルター上の成型体が形状を保持できるまで、具体
的には、およそ表面の水分がなくなるまで行う。このよ
うにして成型体かえられる。
乾燥工程はデシケータ−中、乾燥機中いかなる方法でも
よいが、乾燥初期の割れを防止するために加湿器中で什
うことが好ましい。
次に焼結を行うが、それに先立ちあらかじめ成型体を1
450℃未満で塩素処理することが好ましい。
これにより成型体の脱水、金属不純物の除去を行える。
焼結工程は成型体がガラス化する1450℃以上で行う
。ガラス化時に、雰囲気がヘリウムあるいは、ヘリウム
と塩素の混合ガス中であれば、どの様な焼結方法であっ
ても構わない。例えば、より残留気泡の少ないガラスを
得るために、焼結炉端よりシリカ粉末成型体を10 +
am / min以下の速度で挿入することにより成型
体末端よりガラス化させることが好ましい。
最終工程のHP処理は、1650℃以上に温度を上昇さ
せることにより、粉末の焼結を完全に終了させ、ガラス
構造の再配列により均一でしかも完全に近いガラス構造
をもたせる。また同時に、50kgf/cm2以上の圧
力により脈理の除去と残留気泡の除去を可能とし、無脈
理な無気泡の高均質なシリカガラスの製造を可能とした
。また熱間等方圧プレスと比較して、HP処理は成型体
が変形しに<<、所定の形状に仕上げやすい、ガスを使
わないため、成型体に溶は込んだガスが再加熱で発泡す
る恐れがないといった利点がある。HP処理の雰囲気は
、アルゴンガス、窒素ガス、酸素とアルゴンの混合ガス
などいかなるものでもよいか、圧力の昇降は、試料温度
が1200℃以下で行うことが好ましい。また、試料で
ある焼結体はそのままでもよいが、焼結体の初期形状を
保たせることからも、モリブデン製金属箔または白金箔
等の金属箔で包むことが好ましい。
[実施例コ 本発明を更に詳細に説明するため、以下に実施例をあげ
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、以下に示す均質性の測定はガラス製造後#140
の平面研削機によって仕上げ、1150℃の大気中でア
ニールした後、干渉計法を用いて、632.8nmの波
長光により屈折率差を測定したものである。
[実施例1] a)シリカ微粉末の作製 シリカ微粉末としては、四塩化ケイ素を酸水素炎により
分解し、平均粒径(−成粒径)50nm、表面積50m
2/gの粉末を作製した。
b)シリカスラリーの作製 重量比10:1の割合で粉末と純水を混合し、超音波を
1.5時間かけ粉末を純水中に分散させ、10μmのメ
ツシュを通しメツシュパスしたものをスラリーとして使
用した。
C)成型体作製 90mmφの塩化ビニル製の型と1.0μmの孔径をも
つ濾紙を用い、吸引濾過法により前記スラリーを濾過、
成型した。濾過は表面の水分がなくなるまで行い、その
後成型体を湿度90%、温度60℃の恒温恒湿器の中で
一週間乾燥させた。
得られた成型体は直径90mmφ、厚さ20mm密度0
.8g/cm’であった。
d)焼結 焼結工程は、塩素処理、ガラス化の2工程に分けられる
。まず、700℃〜1000℃で塩素処理を行い、その
後ヘリウムガスで置換し、1300℃まで温度を上げ1
時間保持し、成型体を収縮させ、炉端まで移動させた。
その後炉内温度を1500℃まで上昇させ、温度を保持
しながら成型体を10mm/minの速度で0.5時間
かけて炉内中心部まで挿入しガラス化させた。
e)高温高圧処理 上記焼結体を、金属モリブデン箔で包み、ホットプレス
装置に装填した。なお黒鉛粉末を充填粉として用いた。
温度は、1700℃まで上昇させ1時間保持し、115
0℃まで自然降温さ−せ1時間保持し、その後200℃
/hrで室温まで降下させた。一方圧力は、温度上昇時
に1000℃より上下の一軸方向から250 k g 
f / c m 2の圧力で圧縮した。圧力は温度降下
時に1200℃で抜き、その後は大気圧とした。
以上の工程より得られたシリカガラスの均一性の測定結
果を表1に示す。
[実施例2コ a)シリカ微粉末の作製 テトラエトキシシラン、エタノール、純水。
28%アンモニア水をそれぞれ重量比1:2:0.7:
0.2の割合で混合し、濾過、乾燥し、酸素気流中で8
00℃の焼成を行い、平均粒径(−炭粒子径)0.8μ
m2表面積5m2/gの粉末を得た。
b)シリカスラリーの作製 重量比10:1の割合で粉末と純水を混合し、ナイロン
製ボールを用いてボールミル粉砕を1時間行い、粉末を
純水中に分散させた。10μmのメツシュを通し、メツ
シュバスしたものをスラリとして使用した。
C)成型体作製 90mmφの塩化ビニル製の型と0.3μmの孔径をも
つ濾紙を用い、吸引濾過法により前記スラリーを濾過、
成型した。濾過は表面の水分がなくなるまで行い、その
後成型体を湿度90%、温度60℃の恒温恒湿器の中で
一週間乾燥させた後、冷間静水圧を0.5tかけた。得
られた成型体は直径90mmφ、厚さ20mm、密度0
.8g/cm3であったO d)焼結 焼結工程は、塩素処理、ガラス化の2工程に分けられる
。まず、700℃〜1000℃で塩素処理を行い、その
後ヘリウムガスで置換し、炉内温度を1500℃まで上
昇させガラス化させた。
e)高温高圧処理 上記焼結体を、金属モリブデン箔で包み、ホットプレス
装置に装填した。なお黒鉛粉末を充填物として用いた。
温度は、1750℃まで上昇させ1時間保持した後、降
下させた。温度降下条件は、実施例1と同様である。一
方圧力は、温度上昇時に1000℃より上下の一軸方向
から200kgf/cm2の圧力で圧縮し、温度降下時
、1200℃で抜き、その後は大気圧とした。
以上の工程より得られたシリカガラスの均一性の測定結
果を表1に示す。
[実施例3コ a)シリカ微粉末の作製 実施例]の粉末を用いた。
b)シリカスラリーの作製 重量比5:1の割合で粉末と0.02Mのフッ化水素酸
を混合し、24時間攪拌し、粉末を純水中に分散させた
。10μmのメツシュを通し、メツシュバスしたものを
スラリーとして使用した。
C)成型体作製 実施例1と同様な方法で成型した。得られた成型体密度
は0.7g/cm3であった。
d)焼結 成型体移動速度を5mm/minとし、1時間かけて炉
内中心部まで挿入した以外は実施例1と同様にして焼結
した。
e)高温高圧処理 上記焼結体を白金箔で包み、ホットプレス装置に装填し
た。なお黒鉛粉末を充填物として用いた。
温度は1650℃まで上昇させ1時間保持し、自然降温
させた。一方圧力は、温度上昇時に1000℃より上下
の一軸方向より250kgf/cm2の圧力で圧縮し、
温度降下時、1200℃で抜き、その後は大気圧とした
。温度降下条件は、実施例1と同様に行った。
以上の工程より得られたシリカガラスの均一性の測定結
果を表1に示す。
[比較例コ 実施例2の粉末を用い、冷間静水圧プレスにより成型し
、実施例1の条件でホットプレス処理し、直径50■、
厚さ20fflI11のガラスを得た。
以上の工程より得られたシリカガラスの均一性の測定結
果を表1に示す。
表 表1から明らかなように、 本発明法により製造 されたガラスは、 光学的均質性が格段に優れたち のであった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 シリカガラスの製造方法において (a)シリカ微粉末を、純水または純水とフッ化水素酸
    、フッ化アンモニウム、アンモニア、アルコールもしく
    は酢酸との混合溶液に分散させスラリーを作製し、その
    スラリーの濾過、乾燥によりシリカ微粉末を成型させる
    工程、 (b)1450℃以上の温度のヘリウムガスまたはヘリ
    ウムと塩素の混合ガス雰囲気中に上記成型体を投入し、
    焼結させる工程、 及び (c)1650℃以上の温度で、上記焼結体に50kg
    f/cm^2以上の圧力を一軸方向から与えるホットプ
    レス処理を行う工程 からなることを特徴とする高均質シリカガラスの製造方
    法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002053338A (ja) * 2000-08-08 2002-02-19 Sumitomo Metal Ind Ltd 紫外線用石英ガラスおよびその製造方法
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JP2019172562A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 パナソニック デバイスSunx株式会社 石英ガラスの製造方法

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