JPS5978948A - 石英ガラスの製造法 - 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】 本発明は石英ガラスの製造法に係り、更に詳しくはタル
キルシリケート／Ｓｉ（ＯＲ）４．Ｒは炭素数１〜７の
アルキル基を示す。以下のアルキルシリケートは同様の
童味である。）を加水分解して得たシリカゾルとケイ酸
微粉末の混合工程後、す（な（とも超音波による混合工
程、又はｒ過処理工程ケいれ、しかる後、乾燥ゲルとし
、該乾燥ゲルを焼成してガラスとする石英ガラスの製造
法に関する。

昨今の技術分野をみると、高純度物質を扱う機会や特殊
な強度、あるいは特性を有する材料を必要とする機会が
ふえている。

石英ガラスは耐ｆビ学性に優れ、また１０００℃程度の
高温賽で使用でき、極低膨張性のため耐熱衝撃性が大き
い優れたガラスである。このため現在工０製造用の炉心
管、又は工Ｃ製造のフォトマスク用基盤として大量に使
用されており、今後更に応用範囲が広がるであろう。

しかし、石英ガラスは非常に高価であるため。

安価な石英ガラスの製造方法が望オれている。

この安価な製造法として最近特に注目されている技術は
ゾル−ゲル法による石英ガラスの製造法である。

このゾル−ゲル法による石英ガラスの製造法について述
べると以下の通りである。

エチルシリケート（５ｉ（００雰Ｈ，）４　　をエタノ
ール溶液に溶解し、アンモニヤ等の塩基性物質、又は塩
酸等の酸性物質を加えるかして、エチルシリケート？加
水分解し、シリカゾルとする。続いて溶媒濃縮、加熱等
の処理により乾燥ゲルとする。

得られた塊状の乾燥ゲルを炉に入れ焼成することにより
石英ガラスとする。これがゾル−ゲル法による石英ガラ
スの製造法である。この方法の特徴のいくつかは次のと
うりである。

１、　水晶全原料として高温溶融法で作る場合工りも低
温ででき省エネルギー的である。

２、　精製容易な原料を用いるため高純度のガラスを得
ることができる。

３、粘性の低い溶媒を原料とするため高均質なガラスが
得られる。

このような優れた特性を有するためこの方法は色々なと
ころではげ広く研究されている。しかし今寸で発表され
た文献等でみるかぎり１色々な問題があり、実用化には
至っていない。

上記ゾル−ゲル法の製造において、加水分解時酸性物質
を用いるか、塩基性物質を用いるかで問題が異なるので
、これらの問題点について分けて、簡単に説明する。

加水分解に酸性物質ｉｆいる場合の問題の一つけ、得ら
れた乾燥ゲルの熱処理時発泡することである。この原因
の一つは乾燥ゲル中にシラノール基が多数存在するため
、比較的低温で粘性が下がり、空孔がふさがり、この結
果、高温にてシラノール基２個よりできる水が逃げられ
ないことにある。

又、塩基性物質を加水分解に甲いた場合、発泡の問題は
解決されているが、酸性物質を用い友場合に比べて大き
な乾燥ゲルが得られない点が問題となる。この原因はア
ンモニア等の塩基性物質を用いた場合１反応が網状に進
むのではなく、粒状物質を作るように進み１粒間の結合
力が弱いためである。

このような二方法の欠点を除く方法として、最近、ケイ
酸微粉末（例えばＣａｂ−ｏ−ｓｉｌ（ＣａｂＯｔ　　
社製）、　Ａｅｒｏｓｉｌ　（Ｄｅｇｕｓｅａ社製）Ｆ
ｒａｎｅｉｌ　　（Ｆｒａｎｓｉ１社製）、：Ｏ，ａ％
５ｉｌｉｃａ　（Ｄｏｗ　Ｏｏｒｎｉｎｇ社製’）　、
　Ｔｏｋｕｓｉｌ（徳山ソーダ類）　）　とシリカゾル
を混合する方法が注目されている。

この方法の概略を示すと次のとうりである。

まず前記１ｋＫ酸、又は、アンモニアによる方法により
、アルキルシリケートの加水分解を行ない、シリカゾル
とする。続いてこのシリカゾルにケイ酸微粉末、例えば
Ｏａ　ｂ−ｏ−Ｆ３１１　　（粒径的１００Ｘ）加え混
合する。混合後、適当な容器１例えばガラスシャーレ、
テフロンシャーレ、ソノ他１ｔｌｌ脂製シャーレ、タッ
パ−等にいれ、乾燥固化させる。

乾燥固ｆヒ後、焼成することにニジ、ガラス化させ、石
英ガラスとする方法である。

この方法の特徴は次のとうりである。

１、　粒状のケイ酸微粉末を用いるため、焼成時、比較
的高幅寸で、発生した水分の逃げ道が微粉末間に確保さ
れ、シラノール基の濃度がある値（約ｏ、　ａ　ｗ　ｔ
　％　）以下になると初めて空孔を閉じるため発泡しな
い。

２、　アンモニア等の塩基性物質ケ用いる前記方法では
結合力が弱く大きな乾燥ゲルが得られなかったのに対し
、適当量の酸性物質による加水分解物、すなわちシリカ
ゾルがケイ酸微粉末の結合剤の役をはたすため、比較的
簡単に乾燥ゲルが得られ、大きな石英ガラスｔｍること
かできる。

ケイ酸微粉末を用いる方法にはこのような利点があるが
、未だ再現性に幾分問題があり、現在のところ量産段階
に至っていない。

この方法の問題点はケイ酸微粉末を混合するとき、微粉
末が完全に分散できなくて、大きな塊りで存在すること
である。この結果、大きな塊りの間には広い空間ができ
その間にシリカゾルが入り込み、部分的に酸性物質を加
水分解に用いた場合と同様な効果があられれ１発泡する
。

本発明の目的はかかる欠点を改良することにあり、他の
目的は安価な石英ガラスの製造法を提供することにある
。

本発明はケイ酸微粉末とアルキルシリケートの加水分解
物ｋｍ会合後更に超音波印加による混合工程、又は、フ
ィルターによるｒ過工程をいれること全特徴とするが、
その概略を述べると以下のとうりである。

咬ず適尚量のアルキルシリケートを溶かしたアルコール
溶液に塩酸溶液を加える。（塩酸溶液にアルコール百〜
用いないで直接アルギルシリケートを加えても良い）、
混合後、加水分解を充分に行なってから、このシリカゾ
ル溶液に攪拌しながらケイ酸微粉末を徐々に加λる。ケ
イ酸微粉末の粒径は５（ＩＫ〜ｔｏｏｏＸ位寸で可能で
あるが１００に位が適当である。ケイ酸微粉末添加後、
更に攪拌混合する。゛混合後、混合溶液に超音波全印加
し、更に均一に分散させる。分散の程度はほとんど透明
な溶液になる位にする。場合によってはこの後、フィル
ター（適当な規格のもので良いが、＃２程度が良好であ
る）によシｅ遇する。

攪拌混合後、均一に分散している場合は、フィルターに
よるＩＪ−Ｊ過のみでも目的の特性を得ることができる
。

このような処理した後、混合液を適当な材質（テフロン
、ポリプロピレン、ホリエチレン、ガラス等）の容器に
いれ乾燥し、乾燥ゲルとする。

続いてこの乾燥ゲルを適当な昇温プログラムで熱処理す
ることによシ石英ガラスを得ることができる。

このような工程を径ることにエリ、従来の方法ではケイ
酸微粉末が塊状状態であったり、不均一に分散するため
、焼成過程で発泡する工うなことがあったが、このよう
な事は除かれた。

以下実施例により本発明の詳細な説明 実施例 エチルシリケートＡＡｍｌとエタノール５．４　ｍｌ　
ｆ混合し、この混合液を０１Ｎ塩酸Ｓ６ｄ．に加え。

５０分間攪拌混合した。混合後、この溶液を攪拌しなが
らｃａｂ−ｏ−ｓｉｎ　　Ｂｇを徐々に加え、添加後も
しばらく攪拌した。攪拌後，超音波洗浄槽（超音波洗浄
槽）に混合液のはいったビーカー金つけ，超音波による
攪拌、混合全１時間行なった。

超音波による攪拌後、混合液をテフロン製シャーレ（直
径１ｏ　ｃｍ．　Ｊｉみ２　ｃｍ　）にとり、適当な乾
燥速度により乾燥した。最後は１日９０℃で乾燥した。

続いてできた乾燥ゲルを炉に入れ、昇温速度１８０℃／
時間で１２００゜Ｃｔで熱処理して石英ガラスとした。

石英ガラスの確認は赤外線吸収スペクトル、ビツカース
硬度，Ｘ線回析、線膨張率等の物性値を比較することに
より行なった。

得られたガラスを光学研摩したところ非常にきねいな表
面を崩す直径’ｌ．ｓｃｒｎのガラスが得られた。

実施例 実施例１と同様にしてメチルシリケート３３一を用い試
験を行なったところ、実施例１と同様な結果が得られた
。

実施例５、 市販の四塩什シランとアミルアルコールを用い作ったア
ミルシリケート全原料とし，実施例１と同様な試験を行
なったところ、同様な結果が得られた。

実施例４。

エチルシリケート４’ｍｌと工ｉノール５．Ａｍｌｋ混
合し、この混合液を０１２封塩酸３０−に加え３０分間
攪拌混合した。混合後、この溶液を攪拌しながらＣ　ａ
　ｂ−０−１３　１　１　　６　ｇ　ｆ徐々に加えた、
添加後、均一に分散させるため、更に３時間、激しく攪
拌した。充分に混合できたところで＃２のガラスフィル
ターでＰ過し，Ｃａｂ−ｏ−ｓｉｎの塊りを除いた● ｆ過後、ｒ液をポリプロピレン製タッパ−（直径１　１
　ｃｍ　）に入れ、適当量の穴のあいｋふ７ｃヲして乾
燥機に入れ、最初５０゜Ｃでｌ日程乾燥し、除徐に温度
を上げ、最後９０℃で１日乾燥した。

乾燥後得られた乾燥ゲルを炉にいれ，昇温速度１８０℃
／時間で１２００℃捷で焼成した。石英ガラスの確認は
実施例１と同様に行なった。

得られた石英ガラスを光学研摩したところ、直径５，１
αの非常に表面のきれいなガラスが得られたＯ 実施例５゜ エチルシリケート４４７！と０．１Ｎ塩酸３６−をビー
カーにとり、激しく攪拌した。攪拌後しばらくすると均
一に溶解した。溶解後、この溶液を攪拌しながら、　ｃ
ａｂ−ｏ−ｓｉｌ、　１２　ｇ　ｆ徐々に添加した。添
加後、しばらく攪拌してから、ビーカーを超音波洗浄槽
にいれ、１時間超音波を印加した。

印加後、＃２のガラスフィルターを用いｒ遇し、ｒ液を
テフロン製シャーレ（直径１０ｃｒｎ）にとり、実施例
４で用いたタッパ−にシャーレごといれ、同じふたをし
て、乾燥機にいれ乾燥した。乾燥条件は、ＡＱ°Ｃ２日
、５０℃１日、６０℃１日、８０℃１日、９０℃１日で
あった。

得られた乾燥ゲルを炉にいれ、昇温速度２００℃１時間
で、１５００°Ｃ４で焼成した。

石英ガラスの確認は実施例１と同様に行なった。

得られた石英ガラスを光学研摩したところ非常に表面の
きれいな、透過率の良いガラスが得られた。

以上の実施例は本発明の代表例を述べｆｃＫすきず、こ
の他にも、焼成時の昇温速度、乾燥ゲルを作るときの容
器の大きさ、材質、ふたの形状、原料の調合割合等の変
形が考えられることば当業者にとって周知のことである
。

いずれの方法１条件をとるにしても、シリカゾルとケイ
酸微粉末の混合後、超音波による混合。

フィルターによる濾過処理工程をいれることの効果は絶
大なものであり、本発明の偉力を示すものである。

以上述べたように本発明の石英ガラスの製造法は従来の
溶融法に比べて、非常に低い温度で処理でき、省エネル
ギータイプの方法である。

この工うな石英ガラスの製造法はこれらの発展が期待さ
れる工０用フォトマスクの基板、あるいはＴ、ＦＴ川用
英基板ガラスの製造法として偉力を発揮するものである
。

以上 出願人　株式会社　費訪精工舎 代理人　弁理士　最上　　務

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルギルシリケート（ｓｌ（ｏｐ）ａ　、Ｆは炭素数１
   〜７のアルキル基を示す）を加水分解して得たシリカゾ
   ルとケイ酸微粉末を混合し、混合後、溶媒を蒸発乾燥さ
   せ乾燥ゲルとし、得られた乾燥ゲルを焼成することによ
   シガラスを得る石英ガラスの製造法において、アルキル
   シリケートヲ加水分解して得たシリカゾルとケイ酸微粉
   末を混合後、す（な（とも超音波による混合工程、又は
   ｆ過処理工程を経ることを特徴とする石英ガラスの製造
   法・