JPH10279318A - Manufacturing method of quartz glass - Google Patents
Manufacturing method of quartz glassInfo
- Publication number
- JPH10279318A JPH10279318A JP8349197A JP8349197A JPH10279318A JP H10279318 A JPH10279318 A JP H10279318A JP 8349197 A JP8349197 A JP 8349197A JP 8349197 A JP8349197 A JP 8349197A JP H10279318 A JPH10279318 A JP H10279318A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quartz glass
- silica
- mold
- silica powder
- binder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/06—Glass compositions containing silica with more than 90% silica by weight, e.g. quartz
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/06—Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/06—Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction
- C03B19/066—Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction for the production of quartz or fused silica articles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B20/00—Processes specially adapted for the production of quartz or fused silica articles, not otherwise provided for
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2201/00—Glass compositions
- C03C2201/02—Pure silica glass, e.g. pure fused quartz
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2203/00—Production processes
- C03C2203/20—Wet processes, e.g. sol-gel process
- C03C2203/26—Wet processes, e.g. sol-gel process using alkoxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造時にひび割れ等の問題がほとんどなく、
比較的大型の石英ガラス製品を容易にかつ安価に製造す
ることができる石英ガラスの製造方法を提供する。
【解決手段】 シリカ粉末、結合剤及び硬化剤を含むシ
リカ粉末スラリーを型枠内に注入して硬化させ、次いで
型枠から離型して得られたシリカバルク体を乾燥し、焼
成して石英ガラスを製造するに際し、上記結合剤とし
て、ケイ酸アルキル及び/又はその部分縮合物からなる
反応物をその反応物中のアルコキシ基の当量未満の水で
触媒の存在下に部分加水分解及び重縮合させて得られた
シリケート系ゾル液を用いる石英ガラスの製造方法であ
る。(57) [Summary] [Problem] There are almost no problems such as cracks during manufacturing.
Provided is a method for manufacturing quartz glass, which can easily and inexpensively manufacture a relatively large quartz glass product. SOLUTION: A silica powder slurry containing a silica powder, a binder and a curing agent is poured into a mold to be cured, and then a silica bulk body obtained by releasing from the mold is dried and calcined to obtain quartz. In the production of glass, a reactant consisting of an alkyl silicate and / or a partial condensate thereof is partially hydrolyzed and polycondensed in the presence of a catalyst with water less than an equivalent amount of an alkoxy group in the reactant as the binder. This is a method for producing quartz glass using a silicate-based sol solution obtained by the above method.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、石英ガラスの製
造方法に係り、特に限定するものではないが、高純度で
あって、電子材料や半導体材料及びその製造装置等の分
野で用いるのに適した石英ガラスを製造する方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing quartz glass, which is not particularly limited, but has a high purity and is suitable for use in the fields of electronic materials, semiconductor materials, and apparatuses for producing the same. The present invention relates to a method for producing fused quartz glass.
【0002】[0002]
【従来の技術】石英ガラスは、二酸化ケイ素だけからな
るガラスであって純度が高く、それ故に、例えば半導体
製造プロセスで用いる単結晶引上げルツボ等のガラス器
具類、拡散炉用炉芯管及びその周辺治具等のように、高
純度であることが要求される分野で広範に用いられてい
る材料である。2. Description of the Related Art Quartz glass is a glass made of only silicon dioxide and has a high purity. Therefore, for example, glass equipment such as a single crystal pulling crucible used in a semiconductor manufacturing process, a furnace core tube for a diffusion furnace, and its surroundings. It is a material widely used in fields requiring high purity, such as jigs.
【0003】そして、このような石英ガラスを製造する
方法としては、一般的には天然石英等のシリカ質原料を
溶融して冷却し加工する溶融法が行われているが、この
溶融法においては、溶融温度が通常1900℃以上と高
くて使用する電気炉の材質が特殊なものに限られ、この
ために製造設備に費用がかかりすぎるほか、電力コスト
も高くなり、結果として石英ガラスの製造コストが高く
なりすぎるという問題がある。[0003] As a method for producing such quartz glass, a melting method of melting, cooling, and processing a siliceous material such as natural quartz is generally performed. In this melting method, Since the melting temperature is usually as high as 1900 ° C. or more, the material of the electric furnace to be used is limited to a special material, which makes the production equipment too expensive and increases the power cost, resulting in the production cost of quartz glass. Is too high.
【0004】また、石英ガラスの別の製造方法として、
水ガラスやケイ酸アルキルからシリカ粉末(合成シリカ
粉末)を製造し、このシリカ粉末にシリケート系結合剤
を混合してシリカ粉末スラリーとし、このシリカ粉末ス
ラリーを所定の型枠内に注入して硬化させ、離型したの
ち乾燥して焼成する結合剤利用法(特開平5−3456
20号公報)や、ケイ酸アルキルを加水分解してシリカ
バルク体を作り、このシリカバルク体を焼成するゾル−
ゲル法(特開昭63−182222号公報)が提案され
ている。Further, as another method of manufacturing quartz glass,
A silica powder (synthetic silica powder) is produced from water glass or an alkyl silicate, a silicate-based binder is mixed with the silica powder to form a silica powder slurry, and the silica powder slurry is poured into a predetermined mold and cured. Using a binder that is released from the mold, dried, and fired (JP-A-5-3456)
No. 20) or a sol which hydrolyzes an alkyl silicate to form a bulk silica and calcinates the bulk silica.
A gel method (JP-A-63-182222) has been proposed.
【0005】そして、これら方法によれば、低い焼成温
度で高純度の石英ガラスを製造することができるが、前
者の結合剤利用法においては、シリケート系結合剤がケ
イ酸アルキルの加水分解当量以上の水を含んでいること
から、硬化時にシリケート結合剤からなる結合部分が硬
くなりすぎ、硬化・乾燥の際の収縮に耐えられず、特に
比較的大きいシリカバルク体を製造する際にひび割れが
発生し易くて歩留りが悪いという問題があり、また、後
者のゾル−ゲル法においても、得られたシリカバルク体
の乾燥時における収縮が大きく、前者の場合と同様の問
題が避けられない。According to these methods, high-purity quartz glass can be produced at a low sintering temperature. However, in the former method using a binder, the silicate-based binder is more than the hydrolysis equivalent of alkyl silicate. Of water, the bonding part made of the silicate binder becomes too hard at the time of curing, cannot withstand shrinkage during curing and drying, and cracks occur especially when manufacturing a relatively large silica bulk body In addition, in the latter sol-gel method, the silica bulk obtained has a large shrinkage upon drying, and the same problem as in the former case cannot be avoided.
【0006】しかるに、例えば半導体製造プロセスで用
いる石英ガラス器具類等においては、近年ますますその
高純度化、形状の複雑化、大型化等が要求され、高純度
でしかも大型の石英ガラスを効率良くかつ安価に製造す
ることができる方法を開発することが要請されている。However, quartz glass utensils used in a semiconductor manufacturing process, for example, are required to have higher purity, more complicated shape, larger size, etc. in recent years. There is a need to develop a method that can be manufactured at low cost.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、製造時にひび割れ等の問題が少なく、比較的大型の
石英ガラス製品を製造することができる石英ガラスの製
造方法について鋭意検討した結果、結合剤利用法におい
て使用する結合剤のケイ酸アルキル及び/又はその部分
縮合物からなる反応物中に一部アルコキシ基を残存させ
ておくことにより、上述した従来の問題点を解消できる
ことを見出し、本発明を完成した。The inventors of the present invention have conducted intensive studies on a method for producing a quartz glass which can be used to produce a relatively large quartz glass product with less problems such as cracks during production. The inventors have found that the above-mentioned conventional problems can be solved by leaving a part of the alkoxy group in a reaction product comprising an alkyl silicate and / or a partial condensate of the binder used in the binder utilization method, The present invention has been completed.
【0008】従って、本発明の目的は、製造時にひび割
れ等の問題がほとんどなく、比較的大型の石英ガラス製
品を容易にかつ安価に製造することができる石英ガラス
の製造方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing quartz glass, which can produce relatively large quartz glass products easily and inexpensively with almost no problems such as cracks during production. .
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、シ
リカ粉末、結合剤及び硬化剤を含むシリカ粉末スラリー
を型枠内に注入して硬化させ、次いで型枠から離型して
得られたシリカバルク体を乾燥し、焼成して石英ガラス
を製造するに際し、上記結合剤として、ケイ酸アルキル
及び/又はその部分縮合物からなる反応物をその反応物
中のアルコキシ基の当量未満の水で触媒の存在下に部分
加水分解及び重縮合させて得られたシリケート系ゾル液
を用いる石英ガラスの製造方法である。That is, the present invention is obtained by injecting a silica powder slurry containing silica powder, a binder and a curing agent into a mold, curing the slurry, and then releasing the mold from the mold. When the silica bulk material is dried and calcined to produce quartz glass, as the binder, a reactant composed of an alkyl silicate and / or a partial condensate thereof is mixed with water having an equivalent of less than an alkoxy group in the reactant. This is a method for producing quartz glass using a silicate-based sol obtained by partial hydrolysis and polycondensation in the presence of a catalyst.
【0010】本発明において結合剤として使用するシリ
ケート系ゾル液は、ケイ酸アルキル及びその部分縮合物
から選ばれた1種又は2種以上の混合物からなる反応物
を、その反応物中のアルコキシ基の一部が残存するよう
に、アルコキシ基の当量未満の水を使用し、触媒の存在
下に部分加水分解及び重縮合させて得られたゾル状の液
体である。[0010] The silicate sol used as a binder in the present invention comprises a reactant comprising one or a mixture of two or more selected from alkyl silicates and partial condensates thereof, and an alkoxy group in the reactant. Is a sol-like liquid obtained by partial hydrolysis and polycondensation in the presence of a catalyst using water less than the equivalent amount of an alkoxy group so that a part of the liquid remains.
【0011】本発明で用いられるケイ酸アルキル及びそ
の部分縮合物としては、下記一般式The alkyl silicate and its partial condensate used in the present invention are represented by the following general formula:
【化1】 Embedded image
【0012】(但し、式中R1 、R2 、R3 及びR4 は
炭素数1〜9の低級アルキル基を示し、互いに同じであ
っても異なっていてもよい)で表されるケイ酸アルキル
やその部分縮合物が挙げられ、この部分縮合物について
はゲル化前の平均重合度のものまで、好ましくはケイ酸
アルキルの平均重合度2〜9、好ましくは3〜6の範囲
のものが挙げられる。これらのうち特に好ましいもの
は、置換基R1 〜R4 が炭素数1〜4のケイ酸アルキル
の平均重合度2〜9の部分縮合物であり、より好ましく
は置換基R1 〜R4 が炭素数1〜4のケイ酸アルキルの
平均重合度3〜6の部分縮合物である。なお、例えばト
リアルコキシアルキルシラン等のように珪素原子に炭素
原子が直接結合した結合構造を有するものは、これを結
合剤のシリケート系ゾル液の原料として用いた場合、製
品の石英ガラス中にカーボン残渣が残存する虞があり好
ましくない。(Wherein, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are lower alkyl groups having 1 to 9 carbon atoms and may be the same or different from each other) Alkyl and partial condensates thereof are mentioned. The partial condensate has an average degree of polymerization before gelation, preferably an average degree of polymerization of alkyl silicate of 2 to 9, and preferably 3 to 6. No. Among these particularly preferred are substituents R 1 to R 4 is a partial condensate having an average polymerization degree of 2-9 alkyl silicate having 1 to 4 carbon atoms, more preferably a substituted group R 1 to R 4 It is a partial condensate of an alkyl silicate having 1 to 4 carbon atoms having an average degree of polymerization of 3 to 6. In addition, for example, a material having a bonding structure in which a carbon atom is directly bonded to a silicon atom such as trialkoxyalkylsilane, when this is used as a raw material of a silicate-based sol solution of a binder, the carbon quartz is contained in a product quartz glass. There is a possibility that a residue may remain, which is not preferable.
【0013】これらケイ酸アルキル及び/又はその部分
縮合物からなる反応物を部分加水分解及び重縮合反応さ
せる際に用いる触媒としては、製造される石英ガラスの
用途等に応じて、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等
の無機アルカリ、アンモニア、有機アルカリ等のアルカ
リ触媒や、硝酸等の酸触媒を用いることができるが、金
属不純物の混入を可及的に防止し、また、反応を円滑に
進める上で、好ましくは有機アルカリである。The catalyst used in the partial hydrolysis and polycondensation reaction of these alkyl silicates and / or their partial condensates may be selected from sodium hydroxide, An inorganic catalyst such as potassium hydroxide or the like, an alkali catalyst such as ammonia or an organic alkali, or an acid catalyst such as nitric acid can be used. However, in order to prevent contamination of metal impurities as much as possible and to promote the reaction smoothly. And preferably an organic alkali.
【0014】このような有機アルカリとしては、好まし
くは、型枠から離型して得られたシリカバルク体を乾燥
・焼成した際に、容易にシリカバルク体中から飛散し、
焼成後にカーボン等の残渣が残らないようなものがよ
く、具体的には、水酸化テトラメチルアンモニウム(T
MAH)、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化
(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウム(コ
リン)、水酸化ジ(2−ヒドロキシエチル)ジメチルア
ンモニウム、水酸化トリ(2−ヒドロキシエチル)メチ
ルアンモニウム、水酸化テトラ(2−ヒドロキシエチ
ル)アンモニウム等の水酸化第四級アンモニウム類や、
トリメチルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミ
ン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有
機アミン類が挙げられる。Preferably, the organic alkali is easily scattered from the silica bulk when the silica bulk obtained by releasing from the mold is dried and calcined.
It is preferable that no residue such as carbon remains after firing. Specifically, tetramethylammonium hydroxide (T
MAH), tetraethylammonium hydroxide, (2-hydroxyethyl) trimethylammonium hydroxide (choline), di (2-hydroxyethyl) dimethylammonium hydroxide, tri (2-hydroxyethyl) methylammonium hydroxide, tetra (ammonium hydroxide) Quaternary ammonium hydroxides such as 2-hydroxyethyl) ammonium,
Organic amines such as trimethylamine, triethylamine, ethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine are exemplified.
【0015】本発明の部分加水分解及び重縮合反応に用
いる反応水の量は、反応物中のアルコキシ基の一部が残
存するように、反応物のアルコキシ基の当量未満でなけ
ればならず、好ましくはアルコキシ基の1当量に対して
0.30〜0.95当量、より好ましくは0.50〜
0.90当量の範囲がよい。アルコキシ基の当量以上の
反応水が存在すると、反応物中のアルコキシ基が完全に
加水分解され、次いで重縮合が進んで全体がシロキサン
結合(Si−O−Si)による強固な三次元結合とな
り、成形されるシリカバルク体が硬くなりすぎて乾燥工
程での溶媒等の蒸発に伴う収縮に対応しきれなくなり、
ひび割れの原因になる。また、反応水の量が0.30当
量未満であると、バインダー構造が二次元を中心として
構成されて剥がれ易くなるという問題が生じる。The amount of reaction water used in the partial hydrolysis and polycondensation reaction of the present invention must be less than the equivalent of the alkoxy group of the reactant so that a part of the alkoxy group in the reactant remains. Preferably, 0.30 to 0.95 equivalent, more preferably 0.50 to 1 equivalent of alkoxy group.
A range of 0.90 equivalents is preferred. When the reaction water is present in an amount equal to or more than the equivalent of the alkoxy group, the alkoxy group in the reaction product is completely hydrolyzed, and then the polycondensation proceeds to form a strong three-dimensional bond by a siloxane bond (Si-O-Si), The molded silica bulk body becomes too hard and cannot cope with shrinkage due to evaporation of the solvent in the drying process,
May cause cracking. Further, when the amount of the reaction water is less than 0.30 equivalent, there is a problem that the binder structure is formed around two dimensions and is easily peeled off.
【0016】また、結合剤となるシリケート系ゾル液を
調製するための触媒としては、基本的にはアルカリ触媒
でも酸触媒でも用いることができるが、好ましくは有機
アルカリであり、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等
の無機アルカリは、それを用いて製造されたシリカバル
ク体内にナトリウムイオンやカリウムイオンが残留し、
金属不純物となって石英ガラス中に残存するので、高純
度の石英ガラスを得るのが困難になる。また、アンモニ
アの使用についても、結合剤調製時の加熱処理の際に蒸
発して濃度が一定にならない場合があり、好ましくな
い。As a catalyst for preparing a silicate-based sol solution as a binder, basically, an alkali catalyst or an acid catalyst can be used, but preferably an organic alkali, such as sodium hydroxide or water. Inorganic alkali such as potassium oxide, sodium ions and potassium ions remain in the silica bulk produced using it,
Since it becomes a metal impurity and remains in the quartz glass, it becomes difficult to obtain high-purity quartz glass. Also, the use of ammonia is not preferred because the concentration may not be constant due to evaporation during the heat treatment at the time of preparing the binder.
【0017】この触媒として用いる有機アルカリとして
は、特に焼成後に得られた焼成体内に金属不純物やカー
ボン等の残渣が残らないものであることが望ましく、具
体的には、水酸化テトラメチルアンモニウム(以下、
「TMAH」と称する)、水酸化テトラエチルアンモニ
ウム、水酸化(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアン
モニウム(以下、「コリン」と称する)、水酸化ジ(2
−ヒドロキシエチル)ジメチルアンモニウム、水酸化ト
リ(2−ヒドロキシエチル)メチルアンモニウム、水酸
化テトラ(2−ヒドロキシエチル)アンモニウム等の水
酸化第四級アンモニウム類や、トリメチルアミン、トリ
エチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールア
ミン、トリエタノールアミン等のアルキルアミン類等を
挙げることができる。The organic alkali used as the catalyst is desirably one which does not leave residues such as metal impurities and carbon in the fired body obtained after firing, and specifically, tetramethylammonium hydroxide (hereinafter referred to as tetramethylammonium hydroxide). ,
“TMAH”), tetraethylammonium hydroxide, (2-hydroxyethyl) trimethylammonium hydroxide (hereinafter “choline”), dihydroxide (2
Quaternary ammonium hydroxides such as -hydroxyethyl) dimethylammonium, tri (2-hydroxyethyl) methylammonium hydroxide, tetra (2-hydroxyethyl) ammonium hydroxide, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, Examples thereof include alkylamines such as triethanolamine.
【0018】上記ケイ酸アルキル及び/又はその部分縮
合物からなる反応物を上記触媒の存在下に反応物中のア
ルコキシ基の当量未満の水で部分加水分解及び重縮合さ
せてシリケート系ゾル液(結合剤)を調製する際の反応
条件については、特に限定されるものではないが、好ま
しくは反応物や水及び触媒を溶解する溶剤を溶媒とし
て、より好ましくは反応物が加水分解された際に生成す
るアルコールと同じ種類のアルコールを溶媒として用
い、先ずこのアルコール溶媒と反応物とを混合してお
き、これに所定量の触媒と水とを攪拌下に添加し、室温
から溶媒の還流温度、好ましくは30〜65℃及び反応
時間0.1〜16時間、好ましくは0.5〜9時間の条
件で反応させる。A reactant comprising the above-mentioned alkyl silicate and / or a partial condensate thereof is partially hydrolyzed and polycondensed with water having less than an equivalent amount of an alkoxy group in the reactant in the presence of the above-mentioned catalyst to form a silicate sol solution ( The reaction conditions for preparing the (binder) are not particularly limited, but preferably the reaction product and water and a solvent that dissolves the catalyst as a solvent, more preferably when the reaction product is hydrolyzed Using the same type of alcohol as the solvent to be produced as a solvent, first, the alcohol solvent and the reactants are mixed, and a predetermined amount of a catalyst and water are added thereto with stirring, and the solvent is heated from room temperature to the reflux temperature of the solvent, The reaction is carried out preferably at 30 to 65 ° C and a reaction time of 0.1 to 16 hours, preferably 0.5 to 9 hours.
【0019】ここで、アルコール溶媒の使用は、必ずし
も必須ではないが、反応物の部分加水分解反応及び重縮
合反応を円滑に進める上で有効であり、また、その使用
量はシリカ粉末スラリーに求められる粘度等を考慮して
決定される。反応物の部分加水分解反応や重縮合反応で
副生したアルコールや溶媒として使用したアルコールに
ついては、その量がシリカ粉末スラリーを調製するのに
必要とされるアルコール等の溶剤の使用量を超えない限
り、この結合剤中に残存させてシリカ粉末スラリーを調
製する際の溶剤としてそのまま用いるのが望ましい。Here, the use of an alcohol solvent is not essential, but it is effective for smoothly proceeding the partial hydrolysis reaction and polycondensation reaction of the reactants. It is determined in consideration of the viscosity and the like to be obtained. For the alcohol used as a solvent or a by-product in the partial hydrolysis reaction or polycondensation reaction of the reactant, the amount does not exceed the amount of the solvent such as alcohol required for preparing the silica powder slurry. As long as it remains in this binder, it is desirable to use it as a solvent when preparing a silica powder slurry.
【0020】本発明において、シリカ粉末スラリーを調
製する際に用いるシリカ粉末としては、特に限定される
ものではなく、水ガラスやケイ酸アルキルを原料として
ゾル−ゲル法により合成したものを粉砕・分級したもの
や、天然石英を粉砕・分級したもの等を用いることがで
きるが、高純度の石英ガラスを製造するためには好まし
くはケイ酸アルキルを原料としてゾル−ゲル法により合
成した物であるのがよい。また、このシリカ粉末の粒径
や形状については、それが通常の粉末状であれば特に限
定されるものではないが、好ましくは1〜100μm、
より好ましくは3〜50μmである。この粒径が小さす
ぎると、比較的多量の結合剤や溶剤の使用が必要になっ
て溶剤等の蒸発の際に収縮が起こり易くなることからひ
び割れし易くなり、反対に、粒径が大きすぎると、粒子
どうしの接触面積が小さくなって結合剤による付着力が
低下することからひび割れし易くなる。In the present invention, the silica powder used for preparing the silica powder slurry is not particularly limited, and the one synthesized by a sol-gel method using water glass or an alkyl silicate as a raw material is pulverized and classified. It is possible to use those obtained by pulverizing and classifying natural quartz or the like, but in order to produce high-purity quartz glass, it is preferably a product synthesized by a sol-gel method using alkyl silicate as a raw material. Is good. The particle size and shape of the silica powder is not particularly limited as long as it is a normal powder, preferably 1 to 100 μm,
More preferably, it is 3 to 50 μm. If the particle size is too small, a relatively large amount of a binder or a solvent must be used, and shrinkage tends to occur during the evaporation of the solvent or the like, so that the particle tends to crack, and conversely, the particle size is too large. Then, the contact area between the particles becomes small and the adhesive force by the binder is reduced, so that the particles are easily cracked.
【0021】更に、シリカ粉末スラリーを調製するのに
用いる硬化剤としては、種々のアルカリ性物質を用いる
ことができるが、無機アルカリはそれを用いて製造され
たシリカバルク体内にナトリウムイオンやカリウムイオ
ンが残留し、金属不純物となって石英ガラス中に残存す
るので、好ましくはアンモニア又は有機アルカリであ
り、また、この有機アルカリとしては、上記結合剤製造
時に用いる触媒として好適なTMAH、水酸化テトラエ
チルアンモニウム、コリン、水酸化ジ(2−ヒドロキシ
エチル)ジメチルアンモニウム、水酸化トリ(2−ヒド
ロキシエチル)メチルアンモニウム、水酸化テトラ(2
−ヒドロキシエチル)アンモニウム等の水酸化第四級ア
ンモニウム類や、トリメチルアミン、トリエチルアミ
ン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリ
エタノールアミン等のアルキルアミン類等を挙げること
ができる。Further, various alkaline substances can be used as a hardening agent used for preparing the silica powder slurry. Inorganic alkalis include sodium ions and potassium ions in a silica bulk material produced using the same. It remains and becomes a metal impurity and remains in the quartz glass, and is therefore preferably ammonia or an organic alkali, and as the organic alkali, TMAH, tetraethylammonium hydroxide, which is suitable as a catalyst used in the production of the binder, Choline, di (2-hydroxyethyl) dimethylammonium hydroxide, tri (2-hydroxyethyl) methylammonium hydroxide, tetra (2
Quaternary ammonium hydroxides such as -hydroxyethyl) ammonium; and alkylamines such as trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine.
【0022】シリカ粉末スラリーの調製時にこの硬化剤
を水溶液として用いる場合に、この硬化剤水溶液中の水
の量は、上記結合剤を調製する際に用いられた水の量と
の合計がケイ酸アルキル及びその部分縮合物からなる反
応物中のアルコキシ基の一部が残存するように、この反
応物のアルコキシ基の当量未満である必要がある。言い
換えれば、硬化剤を水溶液として用いる場合この硬化剤
水溶液中の水の量は、硬化剤水溶液中の水もシリカ粉末
スラリー調製後に反応物の部分加水分解及び重縮合反応
に関与するので、反応水の一部として計算し、調製され
たシリカ粉末スラリー中にケイ酸アルキル及びその部分
縮合物中のアルコキシ基の一部を残存させる量とするこ
とが必要である。シリカ粉末スラリーの調製時に反応物
のアルコキシ基の当量を超える水が加えられると、成形
されたシリカバルク体が硬くなりすぎて乾燥工程でのひ
び割れの原因になる。When this hardener is used as an aqueous solution when preparing a silica powder slurry, the amount of water in the hardener aqueous solution is the sum of the amount of water used in preparing the binder and the amount of silicic acid. It is necessary that the amount of the alkoxy group in the reactant be less than the equivalent of the alkoxy group so that a part of the alkoxy group in the reactant comprising the alkyl and the partial condensate remains. In other words, when the curing agent is used as an aqueous solution, the amount of water in the curing agent aqueous solution is such that the water in the curing agent aqueous solution also participates in the partial hydrolysis and polycondensation reaction of the reactant after the preparation of the silica powder slurry. It is necessary to calculate the amount as a part of the amount and leave the amount of the alkyl silicate and a part of the alkoxy group in the partial condensate thereof in the prepared silica powder slurry. If water exceeding the equivalent of the alkoxy group of the reactant is added during the preparation of the silica powder slurry, the formed silica bulk becomes too hard and causes cracking in the drying step.
【0023】本発明において、シリカ粉末スラリーを調
製する際におけるシリカ粉末、結合剤及び硬化剤の配合
割合は、一般的にはスラリーの粘性、硬化時間、ひび割
れの発生の有無等を考慮して決定され、使用する結合剤
や硬化剤の種類等により異なるが、シリカ粉末100重
量部に対して、結合剤が通常10〜40重量部、好まし
くは12〜35重量部であり、また、硬化剤が2重量%
アンモニア水に換算して通常0.3〜1.5重量部、好
ましくは0.5〜1.0重量部である。結合剤の使用量
が少なすぎるとシリカ粉が剥がれ落ちるという問題が生
じ、また、多すぎるとひび割れが発生し易くなるという
問題が生じ、そして、硬化剤の使用量が少なすぎると硬
化に長時間を要してシリカ粉が沈降するという問題が生
じ、また、多すぎると混合中に固まって型枠に流し込む
のが難しくなるという問題が生じる。In the present invention, the mixing ratio of the silica powder, the binder and the curing agent in preparing the silica powder slurry is generally determined in consideration of the viscosity of the slurry, the curing time, the presence or absence of cracks, and the like. The binder is usually 10 to 40 parts by weight, preferably 12 to 35 parts by weight, based on 100 parts by weight of the silica powder, depending on the type of the binder and the curing agent to be used. 2% by weight
It is usually 0.3 to 1.5 parts by weight, preferably 0.5 to 1.0 parts by weight in terms of ammonia water. If the amount of the binder is too small, there is a problem that the silica powder is peeled off, and if the amount is too large, a problem that cracks easily occur, and if the amount of the curing agent is too small, it takes a long time to cure. Is required, and the silica powder is settled. If it is too large, it hardens during mixing and it becomes difficult to pour into the mold.
【0024】本発明において、シリカ粉末スラリーを調
製する際に、必要により、良好な成形性を確保するため
の粘度調整や乾燥時のひび割れ防止を確実にするための
乾燥速度調整を目的に、種々の溶剤や増粘剤を添加する
ことができる。このような目的で用いる溶剤としては例
えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、イソ
プロパノール、n−ブタノール等のアルコール類や、種
々のケトン類、エーテル類等を挙げることができ、ま
た、増粘剤としては例えばエチレングリコール、ジエチ
レングリコール、プロピレングリコール、等のグリコー
ル類や、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、メ
トキシエタノール、エトキシエタノール、プロポキシエ
タノール、ブトキシエタノール、メトキシプロパノー
ル、エトキシプロパノール、プロポキシプロパノール等
のアルコール類等を挙げることができる。In the present invention, when preparing a silica powder slurry, if necessary, various adjustments may be made for the purpose of adjusting the viscosity to ensure good moldability and the drying speed to ensure crack prevention during drying. Solvents and thickeners can be added. Examples of the solvent used for such a purpose include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol and n-butanol, and various ketones and ethers. For example, glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, and the like, and alcohols such as pentyl alcohol, hexyl alcohol, methoxyethanol, ethoxyethanol, propoxyethanol, butoxyethanol, methoxypropanol, ethoxypropanol, and propoxypropanol. it can.
【0025】上記シリカ粉末、結合剤、硬化剤及び必要
に応じて添加される溶剤や増粘剤を用いてシリカ粉末ス
ラリーを調製する方法については、全体が均一に混合さ
れれば特に制限されるものではなく、攪拌棒を使用して
手動で攪拌してもよいほか、通常の攪拌混合機等を用い
てもよい。また、この際にスラリー中に巻き込まれる気
泡を少なくするために、混合中にあるいは混合後にスラ
リー全体を減圧下に保持する操作を行うのが望ましい。The method for preparing a silica powder slurry using the above-mentioned silica powder, binder, curing agent, and optionally added solvent and thickener is particularly limited as long as the whole is uniformly mixed. Instead, the mixture may be stirred manually using a stirring rod, or an ordinary stirring mixer may be used. In this case, in order to reduce bubbles trapped in the slurry, it is desirable to perform an operation of keeping the whole slurry under reduced pressure during or after mixing.
【0026】次に、このようにして調製されたシリカ粉
末スラリーは、所定の形状の型枠内に注入され、この型
枠内で硬化され、型枠から離型されて乾燥されてシリカ
バルク体とされる。本発明方法において、注入→硬化→
離型→乾燥の各工程は、従来より行われている方法と同
じでもよいが、型枠内でシリカ粉末スラリーを硬化させ
る工程と硬化して成形されたシリカバルク体を離型して
乾燥する工程については、以下の方法で行うのが望まし
い。Next, the silica powder slurry thus prepared is poured into a mold having a predetermined shape, cured in the mold, separated from the mold and dried to form a silica bulk material. It is said. In the method of the present invention, injection → curing →
The steps from release to drying may be the same as those conventionally performed, but the step of curing the silica powder slurry in the mold and the release and drying of the cured silica bulk body are performed. The steps are preferably performed by the following method.
【0027】すなわち、型枠内でシリカ粉末スラリーを
硬化させる工程については、シリカ粉末スラリーを型枠
内に注入した後、この型枠を例えばポリエチレンシート
等の気体不透過性のシートで覆い、この型枠を密閉する
のがよい。このように型枠を密閉することにより、スラ
リー中からの溶剤等の蒸発が防止され、これによって硬
化中にバルク体にひび割れが発生するのをより確実に防
止できるという利点が生じる。That is, in the step of curing the silica powder slurry in the mold, the silica powder slurry is poured into the mold, and then the mold is covered with a gas-impermeable sheet such as a polyethylene sheet. The mold should be sealed. By sealing the mold in this manner, the evaporation of the solvent and the like from the slurry is prevented, thereby providing an advantage that the occurrence of cracks in the bulk body during curing can be more reliably prevented.
【0028】また、シリカバルク体を離型して乾燥する
工程については、離型したシリカバルク体を先ず水又は
ケイ酸アルキルの部分縮合物、好ましくは水中に浸漬
し、次いで水中又はケイ酸アルキルの部分縮合物中から
取り出して乾燥するのがよい。ここで、シリカバルク体
を水又はケイ酸アルキルの部分縮合物中に浸漬する方法
及び条件については、シリカバルク体の全体が水又はケ
イ酸アルキルの部分縮合物中に浸漬すればよく特に制限
はないが、浸漬温度については室温から50℃程度まで
の範囲であるのがよい。シリカバルク体の乾燥に先駆け
てこのシリカバルク体を水やケイ酸アルキルの部分縮合
物で浸漬処理することにより、シリカバルク体にひび割
れを発生させることなくこのシリカバルク体を乾燥する
ための乾燥時間を大幅に短縮することができ、その生産
性が著しく向上する。これは、シリカバルク体中に取り
込まれたメタノール等のアルコール類等からなる溶剤や
副生物をこれら水やケイ酸アルキルの部分縮合物と置
換、言い換えれば溶媒交換し、これによって穏やかな条
件での乾燥を達成できるからであると考えられる。In the step of releasing and drying the silica bulk material, the released silica bulk material is first immersed in water or a partial condensate of alkyl silicate, preferably in water, and then in water or alkyl silicate. Is preferably removed from the partial condensate and dried. Here, regarding the method and conditions for immersing the silica bulk body in water or a partial condensate of alkyl silicate, the entire silica bulk body may be immersed in water or a partial condensate of alkyl silicate, and there is no particular limitation. However, the immersion temperature is preferably in the range from room temperature to about 50 ° C. Prior to the drying of the silica bulk body, the silica bulk body is immersed in water or a partial condensate of an alkyl silicate to dry the bulk silica body without causing cracking. Can be greatly reduced, and the productivity is significantly improved. This is because the solvent or by-product consisting of alcohols such as methanol incorporated in the bulk silica is replaced with these water or partial condensates of alkyl silicate, in other words, the solvent is exchanged. It is considered that drying can be achieved.
【0029】本発明においては、得られたシリカバルク
体を、必要により水やケイ酸アルキルの部分縮合物で浸
漬処理した後、乾燥し、次いで焼成して製品の石英ガラ
スを製造する。シリカバルク体を乾燥する際の方法及び
条件については、従来と同様の方法及び条件を採用する
ことができるが、シリカバルク体の大きさや事前に浸漬
処理を行うか否か等により大幅に異なり、浸漬処理を行
わない場合には通常50℃以下の温度で大気中に1日か
ら3ヵ月、好ましくは10日から3ヵ月間放置するのが
よく、また、浸漬処理を行った場合には通常50℃以下
の温度で3日から30日間、好ましくは20〜50℃及
び湿度60〜90%の範囲で恒温恒湿に管理して6〜3
0日間乾燥するのがよい。In the present invention, the obtained silica bulk body is immersed, if necessary, with a partial condensate of water or an alkyl silicate, dried, and then fired to produce a quartz glass product. The method and conditions for drying the silica bulk body can be the same methods and conditions as in the past, but greatly differ depending on the size of the silica bulk body and whether or not to perform the immersion treatment beforehand, When the immersion treatment is not performed, it is usually left in the air at a temperature of 50 ° C. or less for 1 day to 3 months, preferably 10 days to 3 months. The temperature is controlled at a constant temperature and humidity within a range of 3 days to 30 days, preferably at a temperature of 20 to 50 ° C. and a humidity of 60 to 90%.
Dry for 0 days.
【0030】また、このようにして乾燥されたシリカバ
ルク体を焼成して石英ガラスにするための焼成方法とそ
の条件についても、従来と同様の方法及び条件を採用す
ることができ、通常、大気中、真空下若しくは窒素、ヘ
リウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で200〜2
000℃の温度で1分〜20時間、好ましくは1100
〜1900℃で1分〜10時間である。この焼成条件
は、使用するシリカ粉末の粒度により異なり、例えば平
均粒径3〜4μmの場合には1100〜1400℃で焼
結が進み、平均粒径10μm以上では1400℃以上の
温度が必要になる。また、透明性に優れた石英ガラスを
製造するには、真空下又は不活性ガス雰囲気下で170
0〜1900℃の温度で焼成するのが望ましい。Further, the same method and conditions as in the prior art can be employed for the firing method and the conditions for firing the dried silica bulk body into quartz glass, and usually, the air is generally used in the atmosphere. 200-2 under medium or vacuum or in an atmosphere of inert gas such as nitrogen, helium, argon, etc.
1 minute to 20 hours at a temperature of 000 ° C., preferably 1100
11900 ° C. for 1 minute to 10 hours. The firing conditions differ depending on the particle size of the silica powder used. For example, when the average particle size is 3 to 4 μm, sintering proceeds at 1100 to 1400 ° C., and when the average particle size is 10 μm or more, a temperature of 1400 ° C. or more is required. . In addition, in order to produce quartz glass having excellent transparency, it is necessary to prepare a glass substrate under vacuum or an inert gas atmosphere.
It is desirable to fire at a temperature of 0 to 1900 ° C.
【0031】なお、ケイ酸メチルの部分縮合物〔多摩化
学工業(株)製商品名:MS−51、平均重合度:3〜
4〕を用いて調製したシリケート系結合剤について、試
料量:24.70mg、セル:白金、ガス種類:窒素、
ガス流量:30.00ml/分、及び加熱速度10.2
℃/分の条件で26.61〜599.34℃まで昇温さ
せ、熱分析データ解析を行った。結果は、図1に示す通
りであり、加熱減量は5.727mg(23.185
%)であって、360.51℃でジメチルエーテルが脱
離することが判明した。このことから、本発明において
は、シリカバルク体中に残存するアルコキシ基がこのシ
リカバルク体の乾燥時にはそのひび割れを効果的に防止
し、また、シリカバルク体の焼成時にその昇温過程でこ
のアルコキシ基がエーテルとして脱離し、シリカバルク
体中にカーボン等の残渣を残すことがなく飛散するもの
と考えられる。A partial condensate of methyl silicate [trade name: MS-51, manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd., average degree of polymerization: 3 to 5]
Regarding the silicate-based binder prepared using 4), the sample amount: 24.70 mg, the cell: platinum, the gas type: nitrogen,
Gas flow rate: 30.00 ml / min, and heating rate 10.2
The temperature was raised to 26.61-599.34 ° C. under the conditions of ° C./min, and thermal analysis data analysis was performed. The results are as shown in FIG. 1, and the loss on heating was 5.727 mg (23.185 mg).
%), And it was found that dimethyl ether was eliminated at 360.51 ° C. From this, in the present invention, the alkoxy groups remaining in the bulk silica body effectively prevent the cracking of the bulk silica body during drying, and the alkoxy group during the heating process of the bulk silica body during firing. It is considered that the group is eliminated as an ether and scattered without leaving a residue such as carbon in the silica bulk body.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】以下、実施例及び比較例に基づい
て、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below based on examples and comparative examples.
【0033】実施例1 ケイ酸メチルの部分縮合物〔多摩化学工業(株)製商品
名:MS−51、平均重合度:3〜4〕218.4gと
メタノール80gとを十分に混合し、得られた溶液中に
0.05重量%TMAH水溶液16.2gを添加し、6
5℃で2時間反応させ、結合剤を製造した。Example 1 A partial condensate of methyl silicate [trade name: MS-51, manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd., average degree of polymerization: 3-4] 218.4 g of methanol and 80 g of methanol were sufficiently mixed to obtain a product. 16.2 g of a 0.05% by weight aqueous solution of TMAH was added to the obtained solution,
The reaction was performed at 5 ° C. for 2 hours to produce a binder.
【0034】得られた結合剤64gに溶剤としてエタノ
ール22gと粘度調整及び乾燥速度調整を目的にエチレ
ングリコール20gとを添加し、また、平均粒径10μ
mのシリカ粉末250gを添加し、次いで得られた混合
物を均一に混合した後、2重量%アンモニア水1.7g
を添加して更に十分に混合し、シリカ粉末スラリーを得
た。To 64 g of the obtained binder, 22 g of ethanol as a solvent and 20 g of ethylene glycol for the purpose of adjusting viscosity and drying speed were added.
m of silica powder was added, and the resulting mixture was uniformly mixed. Then, 1.7 g of 2% by weight ammonia water was added.
Was added and mixed well to obtain a silica powder slurry.
【0035】このようにして調製したシリカ粉末スラリ
ーを円形の形状を有するポリプロピレン製型枠内に流し
込み、この型枠の上部をポリエチレン製シートで覆って
密閉し、一晩放置して硬化させた。その後、型枠の上部
を覆うポリエチレン製シートに直径5mmの孔を10個
形成し、1週間放置して型枠内のシリカバルク体を乾燥
させた。その後、ポリエチレン製シートを外して型枠か
らシリカバルク体を取り出し、その外観を観察したが、
シリカバルク体は直径105mm×高さ23mmの大き
さでひび割れのない良質のものであった。The silica powder slurry thus prepared was poured into a polypropylene mold having a circular shape, the upper part of the mold was covered with a polyethylene sheet, sealed, and left to cure overnight. Thereafter, ten holes each having a diameter of 5 mm were formed in a polyethylene sheet covering the upper part of the mold, and left for one week to dry the silica bulk material in the mold. After that, the polyethylene sheet was removed, the silica bulk body was taken out of the mold, and its appearance was observed.
The silica bulk body had a size of 105 mm in diameter × 23 mm in height and was of good quality without cracks.
【0036】次に、焼成炉を用い、得られたシリカバル
ク体を大気雰囲気中1000℃で3時間焼成し、ひび割
れのない焼成体を得た。この焼成体を更に真空下154
0℃で5時間及びアルゴン雰囲気下1800℃で5分間
それぞれ焼成し、直径90mm×高さ22mmの大きさ
の透明な石英ガラスを得た。また、この石英ガラスは不
純物金属等を含まない高純度のものであった。Next, the obtained silica bulk body was fired in an air atmosphere at 1000 ° C. for 3 hours using a firing furnace to obtain a fired body without cracks. The fired body is further subjected to 154 vacuum.
The resultant was fired at 0 ° C. for 5 hours and at 1800 ° C. for 5 minutes in an argon atmosphere to obtain a transparent quartz glass having a size of 90 mm in diameter × 22 mm in height. Further, this quartz glass was of high purity containing no impurity metal or the like.
【0037】この実施例1のシリカバルク体についてそ
の製造原料と配合割合及びその外観性状の評価を表1に
示す。また、上記結合剤製造時及びシリカ粉末スラリー
調製時に使用されたアルコキシ基に対する全水分当量を
表1に合わせて示す。なお、外観性状の評価について
は、得られたシリカバルク体を目視でその外観を観察し
てその性状を判断し、○:ひび割れがなく、カーボンや
気泡もほとんど認められず、透明であって良好、△:ひ
び割れがほとんどなく、透明であって普通、及び×:ひ
び割れが観察されて不良の3段階で評価した。Table 1 shows the raw materials and the mixing ratios of the silica bulk material of Example 1 and the evaluation of its appearance and properties. Table 1 also shows the total water equivalent relative to the alkoxy group used in the production of the binder and the preparation of the silica powder slurry. The appearance properties were evaluated by observing the appearance of the obtained silica bulk body visually and judging its properties. :: No cracks, almost no carbon or air bubbles observed, good transparency and good , Δ: almost transparent with no cracking, and ×: poor, with cracks observed and evaluated on a three-point scale.
【0038】実施例2〜5 実施例1で調製したと同様の結合剤を用い、表1に示す
割合で直径270mmの大型シリカバルク体の製造原料
を配合し、実施例1と同様にしてシリカバルク体を調製
し、次いで乾燥、焼成して石英ガラスを製造した。得ら
れた石英ガラスはその何れも透明で良質のものであっ
た。これら実施例2〜5のシリカバルク体についてその
製造原料と配合割合及びその外観性状の評価、並びに結
合剤製造時及びシリカ粉末スラリー調製時に使用された
アルコキシ基に対する全水分当量を表1に示す。Examples 2 to 5 Using the same binder as prepared in Example 1, the raw materials for producing a large silica bulk having a diameter of 270 mm were blended at the ratios shown in Table 1, and the silica was produced in the same manner as in Example 1. A bulk body was prepared, then dried and fired to produce quartz glass. All of the obtained quartz glasses were transparent and of good quality. For the silica bulk bodies of Examples 2 to 5, the production raw materials, the blending ratios and the evaluation of the appearance properties, and the total water equivalents to the alkoxy groups used during the production of the binder and the preparation of the silica powder slurry are shown in Table 1.
【0039】[0039]
【表1】 [Table 1]
【0040】実施例6〜8 実施例1で用いたケイ酸メチルの部分縮合物218.4
gとメタノール80gとを十分に混合し、得られた溶液
中に表2に示す濃度の有機アルカリを添加し、65℃で
0.5〜2時間反応させ、結合剤を製造した。得られた
結合剤64gを用い、実施例1と同様にして、シリカ粉
末スラリーを調製し、次いでシリカバルク体を成形して
乾燥し、焼成して石英ガラスを製造した。得られたシリ
カバルク体は実施例1と同様にひび割れのない良質なも
のであり、透明で高純度の石英ガラスが得られた。これ
ら実施例6〜8のシリカバルク体についてその外観性状
の評価、及び結合剤製造時及びシリカ粉末スラリー調製
時に使用されたアルコキシ基に対する全水分当量を表2
に示す。Examples 6 to 8 Partial condensate of methyl silicate used in Example 1 218.4
g of methanol and 80 g of methanol were sufficiently mixed, an organic alkali having a concentration shown in Table 2 was added to the obtained solution, and the mixture was reacted at 65 ° C. for 0.5 to 2 hours to produce a binder. Using 64 g of the obtained binder, a silica powder slurry was prepared in the same manner as in Example 1, and then a silica bulk body was formed, dried and fired to produce quartz glass. The obtained silica bulk body was of good quality without cracks as in Example 1, and transparent and high-purity quartz glass was obtained. Table 2 shows the evaluation of the appearance properties of the silica bulk bodies of Examples 6 to 8, and the total water equivalent relative to the alkoxy group used during the production of the binder and the preparation of the silica powder slurry.
Shown in
【0041】[0041]
【表2】 [Table 2]
【0042】実施例9〜13 シリカ粉末250g、実施例1と同様の結合剤64g及
びエチレングリコール20gを含むシリカ粉末スラリー
中に硬化剤として2重量%アンモニア水1.4〜1.7
g、溶剤としてエタノール19〜23g及び添加水0〜
2.6gを添加した以外は、上記実施例1と同様にして
シリカバルク体を調製し、石英ガラスを製造した。得ら
れた石英ガラスは何れも透明で高純度のものであった。
これら各実施例9〜13について、エタノールの使用
量、硬化剤として用いた2重量%アンモニア水の添加
量、添加水の使用量、全水分当量、及び、得られたシリ
カバルク体の外観性状の評価を表3に示す。Examples 9 to 13 In a silica powder slurry containing 250 g of silica powder, 64 g of the same binder as in Example 1, and 20 g of ethylene glycol, 2 to 4% by weight of aqueous ammonia 1.4 to 1.7 were used as a curing agent.
g, 19-23 g of ethanol as a solvent and 0-added water
A silica bulk was prepared in the same manner as in Example 1 except that 2.6 g was added, and quartz glass was produced. Each of the obtained quartz glasses was transparent and of high purity.
For each of Examples 9 to 13, the amount of ethanol used, the amount of 2% by weight ammonia water used as a curing agent, the amount of added water, the total water equivalent, and the appearance properties of the obtained silica bulk body The evaluation is shown in Table 3.
【0043】[0043]
【表3】 [Table 3]
【0044】実施例14 型枠内で硬化したシリカバルク体をこの型枠から取り外
し、表4に示す水又は実施例1で用いたケイ酸メチルの
部分縮合物(MS−51)の約350ml中に室温で表
4に示す各浸漬時間で浸漬処理し、その後水又はMS−
51中から取り出し、完全に開放状態でかつ室温で乾燥
した以外は、上記実施例1と全く同様にして、石英ガラ
スを製造した。Example 14 The silica bulk material cured in the mold was removed from the mold and was placed in about 350 ml of water shown in Table 4 or the partial condensate of methyl silicate (MS-51) used in Example 1. Immersion treatment at room temperature for each immersion time shown in Table 4, followed by water or MS-
A quartz glass was manufactured in exactly the same manner as in Example 1 except that the quartz glass was taken out of the room 51 and dried at room temperature in a completely open state.
【0045】各浸漬時間で得られたシリカバルク体につ
いてその外観性状を観察した結果を表4に示す。この表
4の結果から明らかなように、浸漬溶剤として水を用い
た場合には浸漬時間2.5時間以上で、また、浸漬溶剤
としてMS−51を用いた場合には浸漬時間1.0時間
以上で、シリカバルク体はその表面にひび割れ等の欠陥
は全く認められなかった。また、得られた石英ガラスは
透明性に優れていた。Table 4 shows the results of observing the appearance properties of the silica bulk obtained at each immersion time. As is clear from the results in Table 4, when water is used as the immersion solvent, the immersion time is 2.5 hours or more, and when MS-51 is used as the immersion solvent, the immersion time is 1.0 hour. As described above, no defects such as cracks were observed on the surface of the silica bulk body. Moreover, the obtained quartz glass was excellent in transparency.
【0046】[0046]
【表4】 [Table 4]
【0047】また、この実施例で用いた原料のシリカ粉
及びバインダーと水4.0時間浸漬処理後に乾燥し焼成
して得られた石英ガラスとについて、フレームレス原子
吸光分析法によりNa、Fe、Al及びKの元素につい
て分析を行った。結果は表5に示すとおりであり、不純
物金属等を含まない高純度のものであった。Further, the silica powder and the binder used as raw materials used in this example and the quartz glass obtained by immersing in water for 4.0 hours, and then dried and fired were subjected to flameless atomic absorption spectrometry to determine whether Na, Fe, The analysis was carried out for Al and K elements. The results are as shown in Table 5 and were high purity containing no impurity metals and the like.
【0048】[0048]
【表5】 [Table 5]
【0049】比較例1〜3 シリカ粉末250g、実施例1と同様の結合剤64g及
び硬化剤として2重量%アンモニア水1.7gを含むシ
リカ粉末スラリー中にエチレングリコール10〜18
g、溶剤としてエタノール12〜20g及び添加水3.
8〜21.4gを添加した以外は、上記実施例1と同様
にしてシリカバルク体を調製し、石英ガラスを製造し
た。Comparative Examples 1 to 3 Ethylene glycol 10 to 18 in a silica powder slurry containing 250 g of silica powder, 64 g of the same binder as in Example 1, and 1.7 g of 2% by weight aqueous ammonia as a curing agent.
g, 12 to 20 g of ethanol as solvent and added water3.
A silica bulk was prepared in the same manner as in Example 1 except that 8 to 21.4 g was added, and quartz glass was produced.
【0050】これら各比較例1〜3で得られたシリカバ
ルク体はその何れもひび割れが観察され、これを焼結し
て得られた石英ガラスもひび割れがあった。これら各比
較例1〜3について、エチレングリコールの使用量、エ
タノールの使用量、添加水の使用量、全水分当量、及
び、得られたシリカバルク体の外観性状の評価を表6に
示す。Cracks were observed in all of the silica bulk bodies obtained in Comparative Examples 1 to 3, and quartz glass obtained by sintering them also had cracks. Table 6 shows the amount of ethylene glycol used, the amount of ethanol used, the amount of added water, the total water equivalent, and the evaluation of the appearance properties of the obtained silica bulk body for each of Comparative Examples 1 to 3.
【0051】[0051]
【表6】 [Table 6]
【0052】比較例4 実施例1で用いたと同じケイ酸メチルの部分縮合物21
8.4gとメタノール80gとを十分に混合し、得られ
た溶液中に0.05重量%TMAH水溶液43.2g
(アルコキシ基に対して当量の水を含む)を添加し、6
5℃で12時間反応させ、結合剤の製造を試みた。結果
は、反応途中で反応混合物がゲル化し、所望の結合剤は
得られなかった。Comparative Example 4 The same partial condensate 21 of methyl silicate as used in Example 1
8.4 g and 80 g of methanol were sufficiently mixed, and 43.2 g of a 0.05% by weight aqueous TMAH solution was added to the obtained solution.
(Containing an equivalent amount of water with respect to the alkoxy group), and 6
The reaction was performed at 5 ° C. for 12 hours, and an attempt was made to produce a binder. As a result, the reaction mixture gelled during the reaction, and the desired binder was not obtained.
【0053】比較例5 実施例1で用いたと同じケイ酸メチルの部分縮合物21
8.4gとメタノール80gとを十分に混合し、得られ
た溶液中に触媒として0.1重量%ギ酸水溶液16.2
g(アルコキシ基に対して全水分当量で0.57当量の
水を含む)を添加し、65℃で2時間反応させて結合剤
を調製した。得られた結合剤を用いて実施例1と同様に
してシリカ粉末スラリーを調製し、石英ガラスの製造を
試みた。結果は、乾燥して得られたシリカバルク体にひ
び割れが観察され、良好な品質の石英ガラスは得られな
かった。Comparative Example 5 The same partial condensate 21 of methyl silicate as used in Example 1
8.4 g and methanol (80 g) were sufficiently mixed, and a 0.1% by weight aqueous solution of formic acid (16.2.
g (containing 0.57 equivalent of water in total water equivalent relative to alkoxy group) was added and reacted at 65 ° C. for 2 hours to prepare a binder. A silica powder slurry was prepared in the same manner as in Example 1 using the obtained binder, and an attempt was made to produce quartz glass. As a result, cracks were observed in the dried silica bulk body, and quartz glass of good quality could not be obtained.
【0054】比較例6 触媒の0.1重量%ギ酸水溶液に代えて0.1%硝酸水
溶液16.2gを用いた以外は、比較例5と同様にして
結合剤を調製し、次いでシリカ粉末スラリーを調製して
シリカバルク体を調製し、石英ガラスの製造を行った。
結果は、比較例5と同様に、乾燥して得られたシリカバ
ルク体にひび割れが観察され、良好な品質の石英ガラス
は得られなかった。Comparative Example 6 A binder was prepared in the same manner as in Comparative Example 5 except that a 0.1% aqueous solution of nitric acid was used instead of 16.2 g of a 0.1% aqueous solution of formic acid as a catalyst. Was prepared to prepare a silica bulk body, and quartz glass was produced.
As a result, similarly to Comparative Example 5, cracks were observed in the dried silica bulk body, and quartz glass of good quality could not be obtained.
【0055】[0055]
【発明の効果】本発明方法によれば、結合剤のケイ酸ア
ルキル及び/又はその部分縮合物からなる反応物中に一
部アルコキシ基を残存させておくことにより、製造時に
ひび割れ等の問題がほとんどなく、比較的大型の石英ガ
ラス製品を容易にかつ安価に製造することができる。According to the method of the present invention, a problem such as cracking at the time of production can be achieved by partially leaving an alkoxy group in a reaction product comprising an alkyl silicate as a binder and / or a partial condensate thereof. Few, relatively large quartz glass products can be easily and inexpensively manufactured.
【図1】 図1は、ケイ酸メチルの部分縮合物を用いて
調製したシリケート系結合剤の熱分析データを示すグラ
フ図である。FIG. 1 is a graph showing thermal analysis data of a silicate-based binder prepared using a partial condensate of methyl silicate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 幸伸 青森県八戸市江陽3−1−109、日東化学 工業株式会社内 (72)発明者 松村 武志 青森県八戸市江陽3−1−109、日東化学 工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Yukinobu Hara 3-1-109 Koyo, Hachinohe City, Aomori Prefecture, within Nitto Chemical Industry Co., Ltd. (72) Takeshi Matsumura 3-1-109 Koyo, Hachinohe City, Aomori Prefecture, Nitto Chemical Industry Co., Ltd.
Claims (7)
リカ粉末スラリーを型枠内に注入して硬化させ、次いで
型枠から離型して得られたシリカバルク体を乾燥し、焼
成して石英ガラスを製造するに際し、上記結合剤とし
て、ケイ酸アルキル及び/又はその部分縮合物からなる
反応物をその反応物中のアルコキシ基の当量未満の水で
触媒の存在下に部分加水分解及び重縮合させて得られた
シリケート系ゾル液を用いることを特徴とする石英ガラ
スの製造方法。1. A silica powder slurry containing a silica powder, a binder and a curing agent is poured into a mold to be cured, and then the silica bulk body obtained by releasing from the mold is dried and fired. In producing quartz glass, as a binder, a reactant consisting of an alkyl silicate and / or a partial condensate thereof is partially hydrolyzed and hydrolyzed in the presence of a catalyst with water having an equivalent amount of an alkoxy group in the reactant. A method for producing quartz glass, comprising using a silicate-based sol obtained by condensation.
記載の石英ガラスの製造方法。2. The method for producing quartz glass according to claim 1, wherein the catalyst is an organic alkali.
である請求項1又は2に記載の石英ガラスの製造方法。3. The method for producing quartz glass according to claim 1, wherein the curing agent is an organic alkali or ammonia.
キルを原料としてゾル−ゲル法で製造した非晶質シリカ
粉末である請求項1〜3の何れかに記載の石英ガラスの
製造方法。4. The method for producing silica glass according to claim 1, wherein the silica powder is an amorphous silica powder produced by a sol-gel method using water glass or an alkyl silicate as a raw material.
mの範囲内である請求項1〜4の何れかに記載の石英ガ
ラスの製造方法。5. The silica powder has an average particle size of 1 to 100 μm.
The method for producing quartz glass according to claim 1, wherein the value is within the range of m.
硬化させる際に、この型枠を密閉する請求項1〜5の何
れかに記載の石英ガラスの製造方法。6. The method for producing quartz glass according to claim 1, wherein the mold is hermetically sealed when the silica powder slurry is injected into the mold and cured.
体を乾燥する前に、このシリカバルク体を水中に若しく
はケイ酸アルキルの部分縮合物中に浸漬する請求項1〜
6の何れかに記載の石英ガラスの製造方法。7. The silica bulk body is immersed in water or a partial condensate of alkyl silicate before drying the silica bulk body obtained by releasing the mold from the mold.
7. The method for producing quartz glass according to any one of 6.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8349197A JPH10279318A (en) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | Manufacturing method of quartz glass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8349197A JPH10279318A (en) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | Manufacturing method of quartz glass |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10279318A true JPH10279318A (en) | 1998-10-20 |
Family
ID=13803959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8349197A Pending JPH10279318A (en) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | Manufacturing method of quartz glass |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10279318A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100346105B1 (en) * | 2000-09-05 | 2002-08-01 | 삼성전자 주식회사 | Fabrication method of graded index silica glass |
| JP2007290950A (en) * | 2006-04-20 | 2007-11-08 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co Kg | Material particularly suitable for optical elements used in microlithography and method for producing blanks from this material |
-
1997
- 1997-04-02 JP JP8349197A patent/JPH10279318A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100346105B1 (en) * | 2000-09-05 | 2002-08-01 | 삼성전자 주식회사 | Fabrication method of graded index silica glass |
| JP2007290950A (en) * | 2006-04-20 | 2007-11-08 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co Kg | Material particularly suitable for optical elements used in microlithography and method for producing blanks from this material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0293064B1 (en) | Sol-gel method for making ultra-low expansion glass | |
| US8763430B2 (en) | Method for manufacturing grin lens | |
| JPH10279318A (en) | Manufacturing method of quartz glass | |
| KR102611723B1 (en) | Adhesive for glass, method for preparing adhesive for glass, and method for preparing glass bonded body | |
| JP2635313B2 (en) | Method for producing silica glass | |
| JPH0755835B2 (en) | Method for producing silica glass | |
| KR20150123470A (en) | Ceramic core and method of manufacturing thereof | |
| JP2504148B2 (en) | Method for producing silica glass | |
| KR20140112235A (en) | Ceramic core And Its Manufacturing Methode | |
| JPH1121139A (en) | Production of foamed quartz glass | |
| JP3772453B2 (en) | Method for producing aluminum-containing synthetic quartz powder | |
| JP2001302227A (en) | Method for producing silica particles | |
| JPH05345620A (en) | Production of quartz glass | |
| JPS63182222A (en) | Production of silica glass | |
| JPH0829951B2 (en) | Silica glass manufacturing method | |
| JPH0825757B2 (en) | Silica glass manufacturing method | |
| JPH02248332A (en) | Production of silica glass | |
| JPS643815B2 (en) | ||
| JPH0238321A (en) | Production of silica glass | |
| JPH0761876B2 (en) | Method for producing silica glass | |
| JPS643812B2 (en) | ||
| JPH0238322A (en) | Production of silica glass | |
| JPH0825759B2 (en) | Silica glass manufacturing method | |
| JPH0214836A (en) | Production of silica glass | |
| JPH02145446A (en) | Manufacturing method of lump glass |