JPS6126523A - 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】 〔技術分野〕 本発明け、金属アルコキシドを原料とするゾルーゲル法
忙よる石英ガ→スの製造方法に関し、ざらに詳しくは、
り泡の少ない品質の良い石英ガラスの製造法に保ｈす、
また、耐熱性の高い石英ガラスの製造法に保わる。

ｒ従来技術〕 石英ガラスは耐熱性や耐薬品性が高く高純度である等の
性質から、半導体の製造において、ルツボ、ボードある
いは拡散炉の炉心管等に使用されまた、その透明性、均
質性から光学用のセルあるいはレンズ等に使用きれたり
している。また、水酸基を少なくする技術が開発された
ことや、光学的に均一なものが開発されたことによって
、光通信用の石英ガラスファイバーや、−半導体の石英
フォトマスクの開発が行われ、今後ますます石英ガラス
の需１Ｆは拡大すると期待される。

しかし、石英カラヌは製造中る際に・高温処理が必要で
あることや、石英ガラス特有の粘性など製造工稈上の困
１！Ｉ＃情から製造コストが高く、非常に高価なものと
なっている。そのために石英ガラスを安価に製造する方
法が望まれている、その方法として、金属アルコ千シト
を原料とするゾル−ゲル法が検討されており、特Ｋ、ケ
イ酸エチルおよび超微粉末シリカを原料とし、ゾルのＰ
’Ｈ値を３〜６ＶＣＷＩｍ整するゾル−ゲル法は安価な
石英ガラスの製造方法として実用化されつつある、ケイ
酸エチルおよび超微粉末シリカを原料とし、ゾルのＰＨ
値を５〜６に調整するゾル−ゲル法は従来のゾル−ゲル
法のドライゲル作成時の割れの問題と、焼結時の割れの
問題を同時に解決したものであり、次の特徴を有してい
る。

■大きな塊状石英ガラスの作成が可匍 ■高純度な石英ガラスの作成が可能 ■熱処理温度が低いことから低コスト化が可能等である
。

しかし、この方法の欠点は、焼結中忙気泡が発生じやす
く、焼結後の透明石英ガラス中に気泡が存在することか
ら均一さを要求する、フォトマスクやレンズ、光導波路
、光ファイバー等の光学的な用途に使用しにくいという
ことである。また、焼結中に気泡が発生しなくても、焼
結温厚より高い温度に保持した場合に、気泡が発生する
傾向があり、高温で使用する薄層トランジスタ基板等へ
の応用においても問題がある。

以上のような気泡の発生は、ゲル中に存在する水酸基に
起因するものと思われる。したがりてゲルあるいは石英
ガラス中の水酸基を減少きせる方法が望まれている。

〔目的〕

本発明の目的は、従来のゾル−ゲル法による石英ガラス
の製造において、上記したような石英ガラス中の水酸基
量を減らし、ざらに気泡の発生を少なくする方法を提供
することである。

〔概要〕

ドライゲルの作成方法１ｃＵ１ｉ々有る。例えば。

アルキルシリケートに水を加え、必要ならば酸。

塩基等を添加し加水分解しゲル化ζせ、適当な条件で乾
燥しドライゲルとするもの、中た超微粉末シリカを水に
加えヒドロシルとした後ゲル化ζせ適当な条件で乾燥シ
せドライゲルとするもの、あるいはアルキルシリケート
を酸で加水分解し超微粉末シリカを添加し、更にゾルの
ＰＨ値を塩基の添加により３〜６に調整した後ゲル化さ
せ適当な条件で乾燥しドライゲルとする方法等がある。

本発明の製造方法はいかなるドライゲルの製造方法にも
限定これるものではなく、いかなるドライゲルの焼結に
も適用されるものである。

上記のいずれかの方法で製造したドライゲルを焼結する
際に、その焼結炉中にハロゲン化物あるいはアンモニア
化合物を入れておき、昇温中に該化合物が分解しハロゲ
ン化水素あるいはアンモニアガス等を発生し、ドライゲ
ルと該ガスが反応するよう圧したものである。本発明け
、このようにハロゲン化物あるいはアンモニア化合物の
分解ガスがドライゲル中の水酸基と反応しハロゲン基あ
るいはアミン基に置換し、焼結後の石英ガラス中の水酸
基量を減らす効果を有することを応用して考案したもの
である。

従来、多孔質シリカに塩素ガス、塩化水素ガスやアンモ
ニアガス等を通じ無孔化することで、低含水量の高シリ
カガラスや石英ガラスにする方法が知られている。しか
し、これらの方法は、塩素ガスやアンモニアガス等のよ
うに危険性の高いガスを使用するため装置的にも高価に
なり量産性も悪い。それに対して本発明の方法は、室温
での操作で安全なハロゲン化物やアンモニア化合物を入
りておき、昇温と共に分解し塩化水素ガスやアンモニア
ガスが発生し、脱水酸基処理をするものなので装置は簡
単なもので良く、量産性も良い。

〔実施例〕

実施例１ 精製した市販のシリコンエトキシド２０８９　（１モル
）Ｋｏ、０１規定の塩酸２８０ｍ−！を加え、攪拌し加
水分解した。次にこの溶液に超微粉末シリカ（表面積５
０　ｍ　”／Ｅのアエロジルｏ　ｘ　ｓ　Ｏ）　９０１
１　（ｔ５モル）を攪拌しながら加え、超音波振動をか
けた。

ざらに、遠心分離によってダマ状物を取り除いた。

このゾルに０１規定のアンモニア水を滴下してＰＨ値が
４０になるように調整した。次にこのゾルをポリプロピ
レン製の箱型容器（Ｗ３０ＸＤ３０ＸＨ１０儂）に高ζ
が１ｃｒｎになるように仕込んだ。密閉し２０℃で放置
しゲル化し、−夜装置した。次に容器のフタを開口率０
８チのものに換え、室温から６０℃に昇温し、１０日間
この温度で乾燥路せたところ、室温に放置しても割れな
い安定なドライゲル（２０ｘ２０ｘｏ、７α）が得られ
た。同じ条件で実験した６個のうち割れた物はなく歩留
り１００％で６個のドライゲルが得られた。

次に、この６個のドライゲルを第１図に示したような仕
方で仕込み、さらに塩化アンモニウムを仕込んだ。第１
Ｍにおいて、１け電気炉、２はヒーター、３けドライゲ
ル、４は塩化アンモニウム５け耐熱材である。このよ５
な状朝から１３００℃まで適当な昇温プログラムで昇温
し、１３００℃に１時間放置して無孔化し、透明で、気
泡の発生つまり光学的に均質な石英ガラスが得られた。

また、このものの赤外吸収スペクトルにより、含水量が
７００７＞ｐｍ、であることがわかった。

実施例２ 実施例１とまったく同じ処理によりドライゲルを２４枚
作成した。そのうち６枚ずつを第１図と篩機に仕込入、
その時ハロゲン化物あるいはアンモニア化合物を表１の
ように選択して実験すると焼結後の石英ガラスの含水率
は表１のようになった。また、いずれの石英ガラスも気
泡の発生のない透明で均質な石英ガラスであった。また
、ハロゲン化物、あるいはアンモニア化合物の添加のな
い焼結により得られた石英ガラスは若干発泡しかけてい
た。またその含水量は２０００ｐｐｍであった。

表　　　１ 〔効果〕 以上実施例で示したように、ハロゲン化物あるいはアン
モニア化合物を焼結時にドライゲルと共に仕込んでおく
と、焼結後の石英ガラ・スは気泡の発生がなく、透明で
均質な石英ガラスとなり、含水量は数百ｐｐｍにするこ
とができることが分かる、本発明による製造法を用いる
こ七で、光学的用途や耐熱性が要求これる用途に用いら
れる石英ガラスを容易にかつ安価に製造できるようにな
る。たとえば理化学分析用の光学セルや、光学レンズま
た光導波路、フォトマス用すフ支トレード、石英ファイ
バーのプリフォーム、ＦＥＴ＋　ＴＰＴ等の基板、ＥＬ
等の基板等へ応用できる。本発明の製造法の応用はここ
に記したものに限るものではない。

また本実施例に：Ｉ、−いて、ゾルの調整条件をすべて
四−にしであるが５本発明の製造法は仙のゾル調整条件
でも同様の効果が期待感れることけ明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例でのドライゲルと、ノ翫ロゲン
化物、アンモニア化合物の仕込みの状況を示した図であ
る。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも金属アルコキシドあるいは超微粉末シリ
   カを原料とするゾル−ゲル法による石英ガラスの低温合
   成法において、ドライゲルの焼結時に、焼結炉中にドラ
   イゲルを仕込むと同時に、ハロゲン化物あるいはアンモ
   ニア化合物を仕込むことを特徴とする石英ガラスの製造
   方法。 ２）前記ハロゲン化物が、四塩化炭素、クロロホルム、
   ポリビニルクロライド、トリクレン、エチレンクロライ
   ド、臭素、ヨウ素、塩化アンモニウム、フッ化アンモニ
   ウム、ケイフッ化アンモニウム、テフロンのいずれかで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の石英
   ガラスの製造方法。 ３）前記アンモニア化合物が、硫酸アンモニウム、硝酸
   アンモニウム、酢酸アンモニウムのいずれかであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の石英ガラスの
   製造方法。