JPS63215526A - シリカガラスの製造法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は光学用、半導体工業用、電子工業用。

理化学用等に使用されるシリカガラスの製造法に関する
。

（従来の技術） シリカガラスは耐熱性及びその優れた光学的性質等から
、最近特に半導体工業において有用性が認められている
。そのシリカガラスの新たな製造法として最近注目をあ
びているのがゾル−ゲル法である。

ゾル−ゲル法によるシリカガラスの製造法の例を説明す
ると次のとおりである。

シリカゾルを製造する工程は次に示す様な糧々の方法が
提案されている。ｌ）シリコンアルコキシドあるいはシ
リコン塩化物等を加水分解する方法（例えば、ジャーナ
ル・オブ・マテリアルズ・サイエンス（Ｊ、　Ｍａｔｅ
ｒ、　Ｓｃｉ、　）　＋４１４巻（１９７９年）、第６
０７〜６１１頁）、＋１）シリカ超微粉末を溶媒中に分
散する方法（特開昭６０−２１８２１号公報）、１ｉｌ
）珪酸ナトリウム水溶液をイオン交換してナトリウムを
除去する方法、　Ｉｖ）　　Ｉ）、　ＩＩ）を両方用い
る方法（特開昭６０−１３１８３３号公報）などである
。この様にして得たシリカゾルを静置、昇温、あるいは
ゲル化剤添加などによりゲル化させる。さらにゲル中の
溶媒を蒸発乾燥することによりシリカ乾燥ゲルを得る。

この乾燥ゲルを所望の雰囲気中で焼結することによりシ
リカガラスを得るというものである。

このゾル−ゲル法には以下の特長がある。

（１）　　５ｉＣ１ａ等を原料として酸水素炎でガラス
スートを堆積してい〈従来からのシリカガラス製造法よ
りも低温で製造できるため、省エネルギーで低コストで
ある。

（２）原料が液体である丸め、精製が容易であり。

高純度な製品が得られる。

（３）室温で、液相で混合することかできるため。

ＡＩ！ｚＯｓ　ｅ　Ｚｒ０ｚ　＊　Ｔｉ１ｔ　＊　Ｂｚ
Ｏａ　＊　ＰｚＯｓ＊　Ｎｂ、ｏ。

などを均一にドープしたシリカガラスが得られる。

これらの大変有用な特長があるために、これまでにも多
くの研究がなされてきた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、ゾル−ゲル法では、乾燥ゲルを焼結する
際、焼結がかなり進行したところで発泡あるいは破裂と
いった現象が発生するという問題がある。これは、焼結
が進行し、閉気孔ができた後に水分が脱離するためであ
ることが判ってきた。

この様な高温で脱離する水分は、乾燥ゲル中にシラノー
ル基（Ｓｉ　　ＯＨ）として存在する。発泡あるいは破
裂を防止するためには、シラノール基を閉気孔ができる
よりも低温で脱離させる方法がある。例えば、乾燥ゲル
を塩素中で処理して、シラノール基を塩素で置換する方
法Ｃ特開昭５５−１６７１４３号公報）や四塩化珪素雰
囲気で処理して一８ｉＯＨを一８ｉ０８ｉＣ１ｓに置換
する方法（４？開昭５９−２６９３７号公報）などが知
られている。

しかし、乾燥ゲルの細孔径が小さくなると、これら公知
の方法を用いた場合には、置換に多大な時間を要し、は
なはだしい場合には、置換処理中に乾燥ゲルが収縮して
しまい閉気孔ができてしまい、水分の脱離が不充分であ
つ九。

本発明は上記した問題を解消し、水分の脱離を充分にし
て発泡あるいけ破裂が発生しないシリカガラスの製造法
を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 発明者等は、塩素などによる置換の速度は、細孔内のガ
スの拡散速度と関連があることをつきとめ、細孔内のガ
スの拡散速度を速めれば、置換速度が速くなり、乾燥ゲ
ルの水分を十分に脱離できるものと考え、鋭意研究の結
果、減圧中で置換処理を行えばガスの拡散速度が速くな
り、前記目的を達成し得ることを見出し９本発明を完成
するに至った。

本発明は、シリコンアルコキシド及ヒ／又ｔｉ。

その重縮合物を加水分解してシリカゾルとし、これをゲ
ル化後乾燥して乾燥ゲルとし１次いで焼結するシリカガ
ラスの製造法において、前記乾燥ゲルを４００〜１１０
０℃の温度で、減圧下に塩素含有ガスを炉内に導入して
脱水処理し、しかる後。

前記脱水処理温度より高い温度で焼結するシリカガラス
の製造法に関する。

本発明において、脱水処理温度は４００〜１１００℃と
される。４００℃未満では塩素含有ガスによる乾燥ゲル
中の脱水反応が遅＜、１０００℃を越えると塩素含有ガ
スの存在にもかかわらず焼結が進行し、乾燥ゲル中の細
気孔が閉鎖され易くなるからである。塩素含有ガスはシ
ラノール基との反応により塩素等と置換可能なものであ
ればよく。

特に制限はないが、塩素（Ｃｌｚ　）　、塩化水素（Ｈ
Ｃ／）。

四塩化炭素（ＣＣｌ４　）−塩化チオニルＣ３ＯＣｌｚ
）−四塩化珪素（５ｉＣ１！ｉ）等の１種又は２種以上
を。

ヘリウム等のキャリアガスと混合したものが好ましい。

これらのガスの拡散係数を増大させ、乾燥ゲルの脱水反
応を促進させるために９本発明では炉内を１気圧以下に
減圧する。炉内の圧力を１００Ｔｏｒｒ以下にすれば脱
水処理の効率が向上し好ましい。

上記した条件下で乾燥ゲル内の細気孔が閉鎖する前に脱
水処理を行った後、脱水処理温度より高い温度に昇温し
てシリカガラスの焼結を行う。

（作用） 気体の拡散係数りは、気体分子の平均速度を７゜平均自
由行程をλとすると Ｄ→マλ である。ここで平均自由行程λは単位体積中の気体分子
数をｎ、気体分子の有効断面積をσとすれば λ＝１２．／Ｔｎσ であるから、単位体積中の気体分子数を減少、すなわち
、圧力を減少させると、平均自由行程が増大し、拡散係
数が増大する。したがって減圧にすると拡散係数が大き
くなり、置換を容易にし２発泡や破裂を防止することが
できる。

（実施例） 本発明を実施例により説明する。

実施例１ シリコンテトラメトキシドの重縮金物 （ＣＨｓＯ）ｓｓ　ｉ　（Ｏ８ｉ（ＯＣＨｓ）ｚ）　ｎ
　・Ｏ８ｉ　（ＯＣＨｓ）ｓ（ｎ＝３に中心にもつもの
）のシリコン原子１ｍｏｌに対してメタノールを４．５
　ｍｏＩ！加え攪拌した。これに１０”ｒｎｏｌ／ｌに
調整した希塩酸４ｍｏｌを加え、さらに十分攪拌してシ
リカゾルを得た。このシリカゾルを内面にフッ素樹脂を
コーティングした直径６０−のシャーレに深さが５−と
なる様に充填し９両面テープを用いてアルミ箔でふたを
した。室温で静置しておくと約２６時間後にゲル化した
。その後アルミ箔のふたにピンホールを開け５０℃の乾
燥機で２週間乾燥をした。次いで１２０℃で２４時間乾
燥してシリカ乾燥ゲルを得た。得られた乾燥ゲルは直径
３６ｍｍ、厚さ３−９かさ密度１．１　ｇ／ａｎ”であ
った。この乾燥ゲルを焼成炉に入れ、５０℃／時の昇温
速度で酸素を５００ｍＪ／分流しながら６００℃まで昇
温した。

次いでｔ００ｍｌ！／分ヘリウムをキャリアガスとして
３０℃に保った四塩化炭素をバブリングし前記焼成炉内
に導入した。さらに炉内を油回転真空ポンプにより減圧
し、約１０ＴｏｒｒＫ制御して。

そのまま３時間保持した。その後ガスの導入を止め、炉
内を１Ｏ−１Ｔｏｒｒに減圧しなから５０’Ｃ／時で昇
温し、９５０℃で焼結し９発泡、破裂のない良好なシリ
カガラスをｉた。

比較例１ 実施例１における６００℃で処理中、減圧にせ−ｊ５０
０ｍｌ！／分のヘリウムをキャリアガスとして用いた以
外は実施例１と同様な操作を行った。

９５０℃まで昇温したところ、わずかに発泡して。

良好なシリカガラスは得られなかった。

（発明の効果） 本発明によれば２発泡及び破裂のない良好なシリカガラ
スを製造することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコンアルコキシド及び／又はその重縮合物を加
   水分解してシリカゾルとし、これをゲル化後乾燥して乾
   燥ゲルとし、次いで焼結するシリカガラスの製造法にお
   いて、前記乾燥ゲルを４００〜１１００℃の温度で、減
   圧下に塩素含有ガスを炉内に導入して脱水処理し、しか
   る後、前記脱水処理温度より高い温度で焼結することを
   特徴とするシリカガラスの製造法。 ２、脱水処理を１００Ｔｏｒｒ以下の減圧下で行う特許
   請求の範囲第１項記載のシリカガラスの製造法。