JPS60210543A - 天然の不透明石英から純粋石英ガラスの製造に適した成品を製造する方法及び該成品から純粋石英ガラスを製造する方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は純粋な石英ガラスの製造に関し、特に、従来純
粋石英ガラスの製造に不適と考えられていたタイプの石
英から純粋な石英カラスの製造に適した成品を製造する
ことに関する。本発明は、更に又、本発明によって斯か
るタイプの石英から得られた成品を圧電性結晶を形成ざ
ゼるのに用いることに関する。

［従来の技術］ 前世紀の終わりから今世紀の始め頃に石英か始めて工業
的に石英ガラス（フリントガラス）に製造されて以来、
水のように澄んでいるか又は少なくとも透明であるとい
う基準にもっばら頼って種々の鉱床から選ばれた粗石英
か石英ガラスの製造に用いられてきた。

この原料から溶融された石英ガラスが水のように澄んで
いるか又は少なくとも透明であるかの程度は溶融方法に
よっても異なる。

溶融処理方法を改良すれば、例えば気泡の含有を最少限
にしたり均質化を図ること等により、水のように澄んで
いなくて単に透明に過ぎない粗石英を溶融して造った石
英ガラスの透明度及び光学的作用を、水のように澄んだ
粗石英から溶融して造った石英ガラスの特性に匹敵する
ものにすることが可能であろう。

水のように澄んだ粗石英の埋蔵量が需要増大に合うよう
な充分なものではないため斯かる方法技術の改良が益々
必要になってきた。

石英を溶融させる公知方法では、少なくとも透明な粗石
英を最大的１００ｇまでの片に破砕し、石英のアルファ
ーベータ変態点である５７３°Ｃ以上に加熱し、次いで
脱塩又は脱イオンした軟水中で急冷する。

このようにして得られた非常に純粋な成品は次いでアゲ
−１〜ミル（ａｇａｔｅ　ｍ１ｌｌ）又はそれと同様の
前席か問題とならない粉砕具により約１１１ｍ以下の粒
子に粉砕され、ふるいわけされ、分別され、そして、場
合によっては、粉砕工程中に成品に混入した表面混入物
を除去するための機械的又は化学的又は機械・化学的手
段な最終洗浄を受りる。この成品は例えばるつぼで溶融
することができる。成形体を溶融物から取ってもよい。

しかし、成品を更に細かい一様な微粒子に粉砕し、カス
又はプラズマバーナへと導入し、そこから炎に同伴ざＵ
て捕捉体へ当てて石英ガラス体を形成することもできる
。

別の公知方法（ＰＣ−スプルースーパイン（ＩトＩＣ−
３ｐｒｕｃｅ　Ｐｉｎｅ）　、ノースカロライナ）によ
れば、ペグマタイ１〜は長石のため通常の破砕・粉砕具
を用いて３００１ＪＩ１１以下の浮遊粒子に処理し、ペ
グマタイトに含まれる石英を機械的手段と化学的手段と
を組合わせて用いて処理して通常のさほど高品質でない
石英ノコラス成品を形成する。

というのも、非常に純粋な原料はこの方法にＪ３いては
浮遊滓と破砕・粉砕具の摩損との両りにＪ、って好まし
くない状態に汚染されるので、多くの用途、例えば光学
、半導体技術、通信工学（光ファイバー）、照明器具工
業等に使用で心ない。

照明器具工業、通信工学、製錬工場、化学工業、光学等
での用途が増大し石英ガラスの需要は過去１０年間に大
幅に増加してきているので、租侶芙カラスの供給業者は
とても解決できそう心ない問題に直面している。水のよ
うに澄んだ又は少なくとも透明な粗石英の埋蔵量は、絶
えず増加し続ける石英ガラス製造業者の需要に早晩応え
られなくなることが予想される。又、不透明のく乳白色
の）石英の埋蔵量は大きいが、このような不透明の石英
の多くは生来不純物が多く混り過ぎていて譬え石英ガラ
スを造っても上記のような用途に使えないので、現在ま
でのところ石英ガラスの製造には使われていない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、従来不適と考えられていた不透明な（
乳白色の）粗石英からそれ自体市場販売性のある、純粋
石英ガラス製造のための成品を製造する方法を提供し、
石英ガラス製造者が前記成品を用いる場合、本発明によ
る所定の工程条件を守れば純粋な石英ガラスを製造でき
るような前記成品から純粋石英ガラスを製造する方法を
提供することであ、る。

［問題点を解決するための手絹 これらの目的は、本発明によれば、＋ａ＞鉱床から得ら
れた不透明な石英を砕いて一様な大きさの石英片にし；
面石英片を酸槽中て洗浄してから、ｎ；１塩又は１税イ
オンした軟水ですすぎ、ずすぎ（伯中にあるＵｉ英片を
視察により不透明度に応じて分別し、不純物か混成又は
内在した石英片を除去し；〈Ｃ〉同程度の不透明度を持
つ石英片同士をグループにまとめ：（ｄ）同程度の不透
明度を持つ石英片のグループを個々に乾燥させるか、又
は湿ったままの或いは乾燥後の石英片グループを細粒に
粉砕することを特徴とターる、天然の不透明石英から純
粋石英カラスの製造に適した成品を製造する方法：耐大
金属又はゲラフッ・イトから成るるつぼで低圧のもとに
温度を１分聞当り８乃至１０’Ｃの温度上昇率で１７３
５°Ｃ以上に上げて石英を溶かし、１０乃至３０分冊溜
さまた後場合によっては昇圧してから石英をるつぼから
成形体として取り出す純粋石英ガラスの成形体製造方法
において、鉱床から得られた不透明な石英を砕いて一様
な大ぎさの１５英片にし、石英片を酸４５中で洗浄して
から、脱塩又は脱イオンした軟水ですすぎ、すすぎ槽中
にある石英片を視察により不透明度に応じて分別し、不
純物が混成又は内在した石英片を除去し、同程度の不透
明度を持つ石英片同士をグループにまとめ、同程度の不
透明度を持つ石英片のグループを個々に乾燥さけて造ら
れ把成品を用い、該成品を酸槽で洗浄し、脱イオン水で
すすぎ、更には乾燥さけてから、真空るつぼ中で加熱す
ることにより高真空度且つ１８５０’Ｃ以上の高温で溶
融させることを特徴とする、天然の不透明石英から得ら
れた成品から純粋石英ガラスを製造する方法：及び、粒
状の？Ｅｉ英をガス又はプラズマバーナ中で溶融させ、
溶融石英を含む炎を捕捉体に向は該捕捉体上に石英カラ
ス成形体を形成させる純粋−ｉ５英ガラスの成形体製造
方法において、鉱床から得られた不透明な石英を砕いて
一様な大きさの石英片にし、石英片を酸槽中で洗浄して
から、脱塩又は脱イオンした軟水ですすぎ、すすぎ４ａ
中にある石英片を視察により不透明度に応じて分別し、
不純物が混成又は内在した石英片を除去し、同程度の不
透明度を持つ石英片同士をグループにまとめ、同程度の
不透明度を持つ石英片のグループを湿ったままの或いは
乾燥後に細粒に粉砕してｊ聞られる細粒化した祠！’Ｅ
Ｉを用い、該細粒＋Ａを３００ｕｍ７１Ｊｉ　９００Ｊ
Ｊｍの粒径にし、得られた細粒祠を１０５０°Ｃから約
１３００′Ｃへと約３０乃至２０分間の間酸素及び塩素
の一方又は両りを含む雰囲気下で加熱し、次いで再び至
湿に冷却し、最後にバーナの貯蔵容器に注ぐことを特徴
とする、天然の不透明石英から得られた成品から純粋ｆ
Ｅｉ英ノｊラスを製造する方法によって達成される。

［実　施　例］ 使われる乳白色の粗石英は９９，８％かＳ！Ｏｚから成
る。斯かる石英は例えばアメリカ合衆国アラカンサスの
、特にブロッカ−リードマイン（Ｂｌｏｃｋｅｒ　Ｌｅ
ａｄ　Ｍｉｎｅ　Ｎｏ、　４）にある。乳白色の相石英
の水分は約０．２％であって、全体の汚濁度は６５ｐｐ
ｍ以下である。

水のように澄んだ石英と乳白色石英を比較分析すると下
表のようになる。

［分析：ＡＡＳ（パーキン　エル？−（ＰｅｒｋｉｎＥ
ｌｍｅｒ）によるＩＰＣ５５００）による最も近代的な
測定］ ＊Ｌｏｓｓ　ｏｎ　Ｉｇｎｉｔｉｏｎ：結晶水のロスこ
れから明らかなように、乳白色石英の場合、ＯＨ含有量
かかなり多いのに加えて、特にＮａとＫの含有量か透明
な石英の場合に比してかなり多くなっている。Ｎａの含
有量は約１０倍であり、Ｋの含有量は約３〜５倍である
。

このようにＮａとＫの含イーｊＷか多いため、不透明′
Ｅｉ英は乳白色を呈しているのであり、石英カラス製造
の従来方法に不適なのである。

前記したように、本発明によれば、純粋石英の製造に適
した製品は、（ａ）鉱床から得られｌこ不透明な′ｉＳ
矢を砕いて一様な大ぎさの′ＥＪ英Ｈにし；（ｂ）石英
片を酸槽中で洗浄してから、ｌ；（塩又は脱イオンした
軟水てりずぎ、ずずぎ槽中にある石英片を視察により不
透明度に応じて分別し、不純物か混成又は内在した７５
英片を除去し；　（Ｃ）同程度の不透明度を持つ石英片
同士をグループにまとめ；りｄ〉同程度の不透明度を持
つ石英片のグループを個々に乾燥させるか、又は湿った
ままの或いは乾燥後の石英片グループを細粒に粉１ｉ’
？−することを特徴とする、天然の不透明石英から純粋
石英ノコラスの製造に適した成品を製造する方法によっ
て得られる。

本発明によりこのようにして得られた成品は、耐火金属
又はグラファイトから成るるつぼで低圧のもとに温度を
１分間当り８乃至ｉｏ’ｃの温度上昇率で１７３５°Ｃ
以上に上げて石英を溶かし、１０乃至３０分：、ｌｊ）
溜さ°Ｕた後場合によっては昇圧してから石英をるつぼ
から成形体として取り出す従来の純粋石英ガラスの成形
体製造方法に従って成形体を製造するのに用いることが
でき、この場合、成品を酸槽で洗浄し、脱イオン水です
すぎ、更には乾燥させてから、真空るつぼ中で加熱する
ことにより高真空度且つ１８５０’Ｃ以上の高温で溶融
させる。

酸槽は弗化水素酸から成るのが好ましい。

上記した如き高真空度での溶融は１０−２トール（ｔｏ
ｒｒ）の真空で行なうのか好適である。

本発明により得られる成品の乳白色の度合によっては、
成品を加熱しながら６００°Ｃよりやや高い材料温度で
１０乃至３０分間滞溜させる期間を含む必要があること
もある。滞溜時間は乳白度の小さい石英の場合には少な
くて済み、乳白度の大ぎい石英の場合には長めの２７Ｂ
溜時間か与えられる。

特に乳白度の大きい成品の場合には、１０５０°Ｃより
やや高い千Ａ料温度で最大３０分間までの第２滞溜期間
を含めるのか好便である。これらの方策により、乳白色
Ｅｉ英に残っているほとんど全ての不純物（特にＮａと
Ｋ）が石英結晶から直接追い出８れるか又は少なくとも
、後の加熱により完全に除去される程度に溶出される。

成形体をるつぼから取り出す前に、溶融物を１８００〜
１８５０°Ｃの温瓜で３０乃至１０分間保持することに
よりこの洗浄工程を援助Ｊ−ると特に好使である。

本発明の方法によって得られるｃＪ英カラス（Ｊ。

全く水のように澄んでいる粗石英から作られたものと比
べて遜色のないものである。

本発明による、純粋石英の製造に適した成品の製造方法
にＪ：って得られる細粒状の成品を、粒状の石英をガス
又はプラズマバーナ中て溶融させ、溶融石英を含む炎を
捕捉体に向は該捕捉体上に石英ガラス成形体を形成させ
る従来の純粋石英ガラスの成形体製造方法に用いること
もでき、この場合には、細粒材を更に３０ｈｍ乃至９０
０賜の粒径にし、得られた細粒（Δを１０５０°Ｃｈ）
ら約１３００°Ｃへと約３０乃至２０分間の間酸素及び
塩素の一方又は両方を含む雰囲気下で加熱し、次いで再
び室温に冷却し、最後にバーナの貯蔵容器に注き′、そ
こからこの粒状材をバーナ自体に導入する。

この、１０５０°Ｃから約１３００°Ｃへと約３０乃至
２０分間の間酸素及び塩素の一方又は両方を含む雰囲気
下で加熱することにより、結晶体の水分やカスポケット
が充分追い出されるばかりでなく、水のように澄んだ粗
′ｃｉ英の場合に比して１０倍乃至１５倍も出発物質た
る乳白色石英に含まれている可能性のあるアルカリ、特
にナトリウムとカリウムの、含有量も減らされる。

粒状成品のガス又はプラズマはバーナ中での焼き尽しく
ｂｕｒｎｉ＋１ｇ　ｏｕｔ）については従来と同様の方
法で行なわれるので、詳細な説明は行なわない。

本発明の方法によって得られる成品を、耐圧ガマ（ａｕ
ｔｏｃｌａｖｃ）ての圧電結晶の形成のための出発物質
として用いることかできる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、従来不適だ
と考えられていた不透明な粗石英から純粋Ｇ英／ｊラス
を製造できるという優れた効果を発揮する。

特許出願人 レオ　カー　ザッハ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ］）　（ａ）鉱床から得られた不透明な石英を砕いて一
   様な大きさの石英片にし；山〉石英片を酸槽中で洗浄し
   てから、脱塩又は脱イオンした軟水てすずぎ、ずすぎ槽
   中にある石英片を視察により不透明度に応じて分別し、
   不純物か混成又は内在した石英片を除去し；　（Ｃ）同
   程度の不透明度を持つ石英片同士をグループにまとめ；
   〈ｄ）同程度の不透明度を持つ石英片のグループを個々
   に乾燥させるか、又は湿ったままの或いは乾燥後の石英
   片グループを細粒に粉砕することを特徴とする、天然の
   不透明石英から純粋石英ガラスの製造に適した成品を製
   造する方法。 ２）耐火金属又はグラフ１イトから成るるつぼで低圧の
   もとに温度を１分間当り８乃至１０°Ｃの温度上昇率で
   １７３５°Ｃ以上に上げて石英を溶かし、１０乃至３０
   分滞溜さじた後場合によっては昇圧してから石英をるつ
   ぼから成形体として取り出す純粋石英ガラスの成形体製
   造方法において、鉱床から得られた不透明な石英を砕い
   て一様な大ぎさの石英片にし、石英片を酸槽中で洗浄し
   てから、脱塩又は脱イオンした軟水ですすぎ、すすぎ槽
   中にある石英片を視察により不透明度に応じて分別し、
   不純物か混成又は内在した石英片を除去し、同程度の不
   透明度を持つ石英片同士をグループにまとめ、同程度の
   不透明度を持つ石英片のグループを個々に乾燥させて造
   られる成品を用い、該成品を酸槽で洗浄し、脱イオン水
   ですすぎ、更には乾燥させてから、真空るつぼ中で加熱
   することにより高真空度且つ１８５０’Ｃ以上の高温で
   溶融させることを特徴とする、天然の不透明石英から得
   られた成品から純粋石英ガラスを製造する方法。 ３）成品の加熱には、６００°Ｃよりやや高い材料）扁
   度での１０乃至３０分間の滞溜期間か含まれる、特許請
   求の範囲第２）項記載の天然の不透明石英から得られた
   成品から純粋石英カラスを製造する方法。 ４）成品の加熱には、１０５０°Ｃよりやや高い材料温
   度での最高３０分間までの第２１１ｊ５溜１１１１間が
   含まれる、特許請求の範囲第３）項記載の天然の不透明
   石英から得られた成品から純粋石英カラスを製造する方
   法。 ５）成形体をるつぼから取り出す前に、溶融物を１８０
   ０〜１８５０’Ｃの温度で３０乃至１０分間保持する、
   特許請求の範囲第２）項乃至第４）項のいずれかに記載
   の天然の不透明石英から得られた成品から純粋石英カラ
   スを製造する方法。 ６）粒状の石英をガス又はプラズマバーナ中で溶融さけ
   、溶融石英を含む炎を捕捉体に向は該捕捉体上に石英カ
   ラス成形体を形成させる純粋石英カラスの成形体製造方
   法において、鉱床から得られた不透明な石英を砕いて一
   様な大きさの石英片にし、石英片を酸槽中で洗浄してか
   ら、脱塩又は脱イオンした軟水ですすぎ、すずぎ槽中に
   ある石英片を視察により不透明度に応じて分別し、不純
   物が混成又は内在した石英片を除去し、同程度の不透明
   度を持つ石英片同士をグループにまとめ、同程度の不透
   明度を持つ石英片のグループを湿ったままの或いは乾燥
   後に細粒に粉砕して造られる細粒化した材料を用い、該
   細粒材を３００賜乃至９００ｕＩＩＩの粒径にし、得ら
   れた細粒材を１０５０’Ｃから約１３００’Ｃへと約３
   ０乃至２０分間の間酸素及び塩素の一方又は両方を含む
   雰囲気下で加熱し、次いで再び室温に冷却し、最後にバ
   ーナの貯蔵容器に注ぐことを特徴とする、天然の不透明
   石英から得られた成品から純粋石英ガラスを製造する方
   法。