JPS6086034A - 石英ガラスの製造方法 - 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】 本発明は、石英ガラスの製造法に関り、さらに詳しくは
、アルキルシリケートおよび微粉末シリカを主原料とす
るゾル−ゲル法による低温での石英ガラスの製造法にお
いて、アルキルシリケートの加水分解溶液と、微粉末シ
リカの分散水溶液とを別々に調製した後、これらを混合
し、シリカゲルを作製、さらにこれを焼結する透明均質
な石英ガラスの製造法に関する。

まず石英ガラスの有用性について触れることにする、近
年、石英ガラスは、銅、ホウ素等の不純物濃度が０．ｌ
ｐｐｍ以下の高純度のものが製造されるようになったた
め、ゲルマニウム、シリコン。

その他の半導体の製造工程におけるルツボやボード、拡
散炉の炉心管などに幅広く用いられるようになり、また
理化学用ビーカー、光学測定用のセルとしてもよく使用
され、さらに水酸基含有量の少ないものおよび光学的均
一性に優れた高品質なものが開発され、各種の光学的用
途に使用され、特に光通信用の石英ガラスファイバーは
、注目されている。このように使用範囲の広い石英ガラ
スは、現在、一般に次に示す６通りの方法で製造されて
いる。

リ　天然水晶を洗浄しこれを溶融する方法２ン　高純度
８１０　ｔ、’またはＳ　ｉ　Ｈ４を原料として８１０
、を作る方°法 ３）天然珪砂を溶融する方法　（泡を含む石英ガラスが
得られるン しかし、以上のいずれの製造方法を用いても、原料費が
、高価であることおよび高温での処理が必要であること
などのために、石英ガラスは、非常に高価なものとなっ
ている。

そこで石英ガラスの安価な製造法として、最近、特に注
目をあびているのが、ゾル−ゲル法による低温での石英
ガラスの製造法である。この方法を簡単に説明すると、
目的ガラス成分を含む金属アルコラード等を原料として
、ゾルを作製、これに熱処理等の操作を加えゲル化させ
、乾燥（収縮を伴う）、焼結しガラス化させるというも
のである、このゾル−ゲル法による石英ガラス製造法の
特徴としては、 １ン　水晶を原料として高温溶融法で製造する場合に比
べ低温で製造可能なため省エネルギー的である。

２）原料が精製容易なため高純度のガラスが得られる。

６）粘性の低い溶液を原料として用いるために、均質な
ガラスが得易い。

などがあげられる。このように利点が多いため、この方
法を利用する石英ガラスの製造に関する研究はさまざま
な所で幅広く行なわれている。

しかしながら、これまでに発表されている資料等による
と、前述のような利点はあるものの未解決の問題点が数
多く実用化にまで至っていないのが現状である。

このようなゾル−ゲル法の一手法として次の方法が考案
されている。すなわち、適当なアルキルシリケートｅｉ
（ＯＲ）４（Ｒは炭素数が１〜１０のアルキル基）、適
当なアルコール溶液（含水）、塩酸、および微粉末シリ
カを混合、分散させシリカゾルとし、アンモニア水等に
よるｐＨ値の調整、熱処理等を加えることによりシリカ
ゲルとする。

ここで得られた塊状のシリカゲルを炉に入れ所定のプロ
グラムで焼結を行ない石英ガラスとするものである。こ
の方法における問題点の１つとして、アルキルシリケー
ト°の加水分解溶液に微粉末シリカを添加する際匂粉末
に静電気が発生し、蒸発したアルコールに引火するおそ
れがあり、また加水分解溶液の粘性、が高いために超音
波照射などの処理をしても、その分散性がそれ程良くな
らず、ゾルが不均一となるため、これをゲル化、乾燥、
焼結して得る石英ガラスも均質なものが得られないとい
うことがある。そこで本発明の目的は、アルキルシリケ
ートの加水分解溶液中への微粉末−シリカの分散が良い
均一なゾルを作製することにより、均質な石英ガラスの
製造法を提供することである。このような条件を満たす
石英ガラスの製造法として次に示す方法を考案した。

すなわち、エチルシリケートの加水分解溶液と微粉末シ
リカ分散水溶液を別々に調製した後、これらを混合し、
均一なゾルとするものである。この操作を第１図に示す
。つまり、エチルシリケート、水、塩酸、およびアルコ
ール（有無どちらでも可）を混合攪拌し加水分解溶液と
調製する・・・■また、微粉末７リカと水を混合し、攪
拌、超音波等の操作を加え、分散水溶液を調製する・・
・■、ここで■と■を混合し、均一なゾルとするために
、攪拌、超音波、遠心分離、濾過などの操作を加える。

この後、ｐＨ値を調整することによりゲル化時間の制御
が可能である。これを容器に移し、ゲル化、乾燥し、得
られた乾燥ゲルを炉に入れ焼結し石英ガラスとする。以
上が本発明の概要でありこの方法を用いるとエチルシリ
ケートの加水分解溶液に比べ水は粘度がかなり低いので
微粉末シリカの分散が容易であるため、シリカ粒子が均
一に分散したゾルを作製することができる。したがって
、このゾルをゲル化、乾燥、焼結して得られる石英ガラ
スは非常に均質である。なお、微粉末シリカ分散水溶液
は微粉末シリカ分が３０〜５０ｗｔ％が適当であり、最
適なのは４０ｖｔ％程度である。これは、低過ぎると溶
媒量が多くゲル化後の乾燥段階での収縮が大きく割れて
しまい、また高過ぎると水中に微粉末シリカを分散させ
るのが困難であり、均一な分散溶液とすることができな
いためである。

以下、実施例に従い本発明の内容をさらに詳細に説明す
る。

実施例 市販のエチルシリケート５ｉ（ＯＪ、）４２６４餌ｔと
０．０２　Ｎ　ＨＯ１１０８ｍｌ　とを混合、攪拌し、
室温で加水分解を行なった。３０分程で反応が終了し無
色透明な溶液となった。この溶液を■とする。他方、微
粉末シリカ分散水溶液として、表１に示すような、微粉
末シリカ（ＡＥＢｏｓ工Ｌ　０Ｘ５０　Ｄ１ｇｕｓθａ
社ンと水の割合の異なる５種類の調製を行なった。これ
は、水中に徐々に攪拌しながら、微粉末シリカを添加し
、添加後２時間攪拌を継続、その後２時間超音波をかけ
たものである。このうち、（１）については、水の量が
少なく、とても分散溶液を作製できる状態ではなかった
。

（２）〜（５）に関しては、それぞれ分散のし易さとい
う点で差があるものの、かなり粘性の低い分散水溶液を
調製することができた。これらを総称して■とする。次
に■と■のそれぞれを混合した。この後、分散性を良く
するために、攪拌２時間、超音波を３時間かけ、さらに
遠心分離により、大粒子を除去し分散ゾルを調製した。

続いて、アンモニア水でｐＨ値を４．５程度に調整し、
それぞれ容器（２７Ｘ　２２　Ｘ　１０　ｃｍ　、ポリ
プロピレン！！！　）に移し、蓋をし、密閉状態にて、
室温でゲル化させた。ゲル化後、収縮が始まった時点で
蓋を穴あきの乾燥速度のＨ節回能なものに取り替え、乾
燥機に入れ室温から６０℃まで３℃／ｈｒ　の昇温速度
で上げ、６０℃で６日間の乾燥を行ない、乾燥ゲルを得
た。それぞれ大きさは、■＋■（２）が１９×１５　Ｘ
　０．６　ｃｍ　、■＋■（３）が１ａ５Ｘ１４Ｘ０．
６ｃｆｎ、■＋■（４）は半分に割れ、■＋■（５）は
、粉々に割れてしまった。これらの乾燥ゲルを焼結炉に
投入し、昇温速度１８０℃／ｈｒで加熱焼結したところ
１２３０℃で透明な石英ガラスを得た。ここで、光学顕
微鏡で、これらの焼結体を観察したところ、（３）〜（
５）の分散水溶液を原料としたものは、透明均質であっ
たが、（２）の場合には、かなりの気泡等が観察された
。またそれぞれの諸物性分析の結果は、ビッカース硬度
・８００　”７’、１　、比重２．２．赤外吸収スペク
トル、近赤外吸収スペクトル、および屈折率など、それ
ぞれ溶融石英ガラスと一致した。

このようにして本発明により製造される石英ガラスは、
従来の方法（溶融法ンよりも、低コストでできる等の大
きな利点により、これまで石英ガラスを使用していた分
野では、もちろんのこと、品質的にも良好な石英ガラス
が容易に製造できるために、光学用途等、さらにその応
用が広範囲に広がってゆくものと考える。

表　１　微粉末シリカ分散水溶液 調製原料衣

【図面の簡単な説明】

第１図はエチルシリケートの加水分解溶液中への微粉末
シリカ分散溶液の作製方法を示したものである。 以　上 出願人　株式会社諏訪精工舎 代理人　弁理士　最上　務

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルキルシリケートおよび微粉末シリカを主原料として
   用いるゾル−ゲル法において、アルキルシリケートの加
   水分解溶液と、微粉末シリカの分散水溶液とを別々に調
   整した後、これらを混合す