JPS5948774B2 - ド−プド石英ガラスの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石英粉末をドープ剤と溶融し、次いで溶融体を
冷却してドープド石英ガラスを製造する方法に関する。

また、本発明はかようにして得た石英カラスから作った
物品に関する。

本発明は軟質石英カラス、いわゆる、純粋石英ガラスの
粘度より低い粘度を有する石英ガラスを製造する方法に
関する。

例えば、ハロゲン白熱電灯の管球の如き多くの用途にお
いては、普通ガラスは軟かすぎる。

この場合に石英ガラスが主として使用される。

しかしながら、管球ガラスとして必要とされている光学
的品位の優れた純粋石英ガラスを溶融するには困難であ
る。

このためにバイコールガラスがこの用途のために開発さ
れている。

しかし、このガラスの製造はむしろ複雑である。

すなわち、アルカリ金属硼珪酸塩カラスを溶融し１次い
で所望形状に形成する。

しかる後に熱処理を二相において達成するように行う。

一相においては温い鉱酸で浸出し、残留する約９６モル
楚の８１０２および３モル％のＢ２Ｏ３を有する相を緻
密に焼結する（バイコールガラス）。

最近、光学的に良質の純粋石英ガラスを、いわゆる、Ｈ
ｅ／Ｈ２法によって製造されている。

この方法においては、石英粉末を、水を含有するヘリウ
ム雰囲気において溶融する。

この方法については米国特許第３７６４２８６号明細書
に記載されている。

しかしながら、Ｈｅ／Ｈ２法によって得られた石英ガラ
スはバイコールガラスより遥かに硬い。

このために光学的に良質の石英カラスを生成するＨｅ／
Ｈ２法の使用をバイコール ガラスの製造についての開
発技術（および関連装置）に適応させる必要がある。

５０〜２００Ｘｌ Ｏ−３モル係の酸化カリウムおよび
／または酸化マンガンおよび／または５〜２００ＸｌＯ
”−３モル受の酸化カルシウム、酸化バリウムおよび／
または酸化ストロンチウムを含有するドープド石英ガラ
スはＨｅ／Ｈ２法によってすでに製造されている。

これらの酸化物は石英中における気泡の形成を減少する
ために添加されている（ドイツ特許第２５．５０．９２
９号明細書）。

酸化物を石英に導入するために、関連する陽イオンの硝
酸塩の溶液で湿潤した石英粉末を出発材料として使用す
る。

酸化物は高温度（約１０００°Ｃ）で分解することによ
って硝酸塩から形成する。

これらの酸化物はしばしば吸湿性であり、これらの酸化
物を水分の存在しない状態において貯蔵し、かつ作業す
る場合には、溶融体に浮きかすを形成するＣＯ２を吸収
する。

本発明の目的は上述する浮きかす形成を回避し、かつ吸
湿ドープ剤を添加することができる純粋石英ガラスの粘
度より低い粘度を有するドープド石英ガラスを製造する
方法を提供する。

本発明の方法は石英と所望ドープ剤との濃厚物と石英粉
末との混合物は問題なく溶融できるという認識に基づい
て達成されたことである。

濃厚物の形態でのドープ剤の添加によって吸湿性および
浮きかす形成に対する上述する問題を回避することがで
きる。

本発明の方法はドープ剤および石英粉末の焼結または予
備溶融混合物からなる濃度物と石英粉末との混合物を溶
融し１次いでこの溶融体を冷却する石英粉末をドープ剤
と溶融し、溶融体を冷却してドープド石英ガラスを製造
する方法において。

１種または２種以上のアルカリ金属またはアルカリ土類
金員の酸化物からなる濃厚物を使用することを特徴とす
る。

ガラス溶融体に揮発性ドープ剤を混合する必要のある場
合に、普通ガラスを溶融するために濃厚物を使用するこ
とは知られている（英国特許第１０３６４７７および１
２０２８５２号明細書）。

濃厚物の耐大気腐食性を向上させるために、更にＡＩ！
２０３ 、 Ｔ ｉｏ２および／またはＺｒＯ２を含
有することかできる。

１種または２種以上のアルカリ金属またはアルカリ土類
金属の酸化物は、これらの酸化物を少量使用する場合で
も、粘度も著しく減少することができる。

オランダ特許第５２０５３号明細書には２重量係のアル
カリ金属酸化物を焼結すべき石英粉末に添加する石英粉
末の焼結方法について記載されている。

このオランダ特許の方法においては、焼結生成物の物理
的特性に殆んど影響を与えていない。

しかしながら、本発明の方法により作られる３モル係ま
でのドープ剤を含有する石英ガラスは著しく減少した粘
度を有している。

驚くべきことには、０．５モル係以下のドープ剤を添加
したドープド石英ガラスは既知のバイコール ガラスに
相当する粘度挙動を有するか、または著しく軟質である
ことを確めた。

本発明を本発明による数種のガラス（ＡＩ、２゜４．１
２，１３）、純粋石英ガランＱ、バイコールガラス■お
よび硼珪酸塩ガラスＢの粘度に依存する温度を示す添付
図面について説明する。

この図面において、温度を横軸に℃でプロットし、粘度
の対数を縦軸にプロットした。

本発明においてはドープド石英ガラス、すなわち、０．
０３５モル係以上で３モル係以下のドープ剤（酸化物に
対して計算して）を含有するガラスを製造する。

本発明の方法においては出発材料として９９．９９モル
係以下の純度の５ｉ０２を有する石英粉末を用いる。

低ドープ剤含有量の添加によって粘度が著しく減少する
驚くべきことを確めた。

０．５モル係までのドープ剤の含有量はバイコールガラ
ス（４モル係のドープ剤を有する）の粘度に相当する粘
度特性を有するドープド石英ガラスを生成する。

本発明の方法はＨｅ／Ｈ２法によって行うのが好ましい
。

この方法において１石英粉末を溶融炉に連続的に供給し
、溶融石英ガラスを炉から連続的に排出する。

この方法はＨｅ／Ｈ２雰囲気において行う。

本発明の方法においては、石英粉末を粉砕濃厚物と混合
することができる。

この濃厚物は石英を所望のドープ剤と焼結または溶融す
ることによって得られる。

適当な添加物はＬｉ。Ｎａ、に、Ｒｂ、Ｃｓ、ＭｇｔＣ
ａ、５ｒｔＢａの酸化物またはその混合物である。

更に、ＴｉＯ２゜Ａｌ２Ｏ３および／またはＺ ｒ ０
２を添加することができる。

かかる濃厚物はセラミックまたはガラス質特性を有する
。

２ 次に本発明を実施例について説明する。

実施例 ドープド石英ガラスの１４種類の異なる試料を石英粉末
と１種の次に示す濃厚物（表Ａ）とから出発して作った
。

石英粉末と粉砕濃厚物との混合物はＨｅ／Ｈ２法を用い
ていかなる問題もなく光学的に良好な石英ガラスに溶融
することができた。

ドローイング中Ｈ２０およびＣＯ２を防止する特別の手
段を行う必要がなかった。

次の表Ｂは得られた石英ガラスの組成および各石英ガラ
スを作るのに用いた濃厚物を示している。

ガラスＡｌ〜８はバイコール ガラスとほぼ同様の粘度
を有し、ガラス−１ｇ１２〜１４は既知の硼珪酸塩ガラ
ス（８４，６５モル％ＳｉＯ□、９．９９モル％Ｂ２Ｏ
３，１，１２モル％ＣａＯおよび４．３１モル％Ａ１２
０３）に相当する粘度を有していた。

ガラス扁、９〜１１は上記バイコール ガラスと硼珪酸
塩ガラスとの間の範囲の粘度を有していた。

添付図面の曲線に示す数字は表Ｂに示す数字に相当し、
Ｑは純粋石英ガラスの粘度を示し、Ｂは上記硼珪酸塩ガ
ラスの粘度を示し、およびＶはバイコールガラスの粘度
を示している。

【図面の簡単な説明】

本発明の方法によって得られたガラスの粘度に対する温
度変化の関係を示す曲線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石英粉末と、ドープ剤および石英粉末の焼結または
   予備溶融混合物からなる濃厚物との混合物を溶融し、次
   いで溶融体を冷却する石英粉末をドープ剤と溶融し１次
   いで溶融体を冷却してドープド石英ガラスを製造する方
   法において、１種または２種以上のアルカリ金員または
   アルカリ土類金鴇の酸化物からなる濃厚物を使用するこ
   とを特徴とするドープド石英ガラスの製造方法。 ２ ０．０３５〜３モル力のドープ剤（酸化物に対して
   計算して）を含有するド−プ石英ガラスを生成し、出発
   材料として用いる石英粉末は９９．９９モル受以上の純
   度を有する特許請求の範囲第１項記載のドープド石英ガ
   ラスの製造方法。 ３ ドープド石英ガラスを最大で０．５モル係のドープ
   剤（酸化物に対して計算して）を用いて作る特許請求の
   範囲第１または２項記載のドープド石英ガラスの製造方
   法。