JPS6385018A - 高純度シリカガラスの製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は高純度のシリカガラスの製造方法に関する。

（従来技術） 従来より、シリカガラスは化学的耐食性に優れ、また、
熱膨張率がきわめて小さいため、耐スポーリング性にも
優れ、さらに、１　、０００℃以上の高温にも耐えうる
ガラスとして知られ、電子関連分野や光学測定用セルあ
るいは理化学用ビーカーなどに広く使用され、最近では
石英ガラス光ファイバーの用途にも応用されている。

ここで、従来のシリカガラスの製造方法について説明す
ると、たとえば、天然水晶を２，０００℃以上の高温で
溶融して製造する高温溶融法が代表的な製造方法として
知られているが、原料費がきわめて高くつき、また、高
温処理を必要とすることから、焼成炉やその他の設備面
でも高温に耐えうるちのが要求され、かつ、製造段階で
も発泡や脈裡の発生などの問題があることから、豊富で
廉価な原料を使って比較的低温で処理できる方法として
（ａｌゾル−ゲル法による製造方法が開発され、さらに
、このゾル−ゲル法を改良した先端技術として、（ｂｌ
特開昭５９−６９４３４号で教示されるように、ゾル−
ゲル法における焼成段階で乾燥ゲルを石英ガラスの使用
温度以上まで減圧で焼成する方法や（Ｃ）特開昭５９−
９２９２４号で教示されるように、ゾル−ゲル法におけ
る原料配合段階で微粉末シリカを添加しておく方法があ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の従来技術のうち、（ａ）のゾル−
ゲル法によれば、乾燥ゲルの乾燥段階や焼成段階での収
縮がきわめて大きいため、ゲル体に亀裂が入り、また、
約９００℃で石英化されているので高温（１，１００℃
以上）での焼成もしくは使用では発泡現象を呈し、得ら
れる製品の高温使用に限界がある。また、（ｂ）の方法
によれば、減圧装置などの付属設備投資にコストがかか
り、減圧手段だけで完全に発泡現象を抑えるには再現性
に問題がある。さらに、（Ｃ）の方法によれば、微粉末
シリカは一次粒子として数ｍμ〜数十ｍμの超微粉では
あるが、これが均質な液体中に混合される以上、−次粒
子が一部凝集しやすく、その部分と他の部分との収縮差
を生じ、亀裂の原因となるなど、ゾル−ゲル法の低粘性
均−溶液による均質ガラス製造のメリットが損なわれる
。したがって、−次粒子の一部凝集を回避するために付
属設備として。攪拌蓋が不可欠となって経済的ではない
ばかりか、アルコール等の有機溶媒の量も多くなること
から、その分収縮量が多くなるなど、コスト的にも歩留
りの面からも問題がある。

本発明はこのような問題点にかんがみ、発明されたもの
であって、高純度で均質性に優れたシリカガラスの製造
方法としてのゾル−ゲル法の有する特徴を活かしつつ、
これまでの方法では十分に解決できなかった乾燥ゲルの
乾燥段階や焼成段階での発泡現象や亀裂現象あるいは製
品の使用段階での発泡現象等のおそれが全くない高純度
シリカガラスの製造方法を提供しようというものである
。

（問題点を解決するための手段） 以下、本発明の構成について説明する。

すなわち、本発明の構成要旨とするところは、ゾル−ゲ
ル法でシリカガラスを製造する方法において、原料配合
に合成樹脂を添加しておくことを特徴とする高純度シリ
カガラスの製造方法、にある。

ここで、本発明製造方法の具体的手順について述べると
つぎのとおりである。すなわち、ｉ）原料配合段階ニ シリカの金属アルコレート（エチルシリケートなど）と
水及びアルコールを主原料とし、これに合成樹脂（たと
えば、尿素樹脂等）を３〜４０ｖｏｌ％添加し、これら
を溶液状態でよく混合してゾルとする。

ｉｉ　）上記ゾルをゲル化し、ゲル体を得る。

ｉｉｉ　）上記ゲル体を乾燥して所定条件下で焼成する
ことにより、所期するところのシリカガラスが得られる
。

ところで、ゾル−ゲル法であるが、シリカガラスの製造
を適用例として簡単に説明すれば、シリカの金属アルコ
ラードを適当なアルコール溶媒に溶解し、加水分解して
シリカゾルとし、ついで、溶媒濃縮・加熱等の処理によ
りシリカゲルとしてのち、焼成することによってシリカ
ガラスを得る方法をいう。また、原料配合とは上記のゾ
ル−ゲル法によるシリカガラスの製造に供する主原料（
たとえば、シリカの金属アルコラード類、水及びアルコ
ール）とこれに必須成分として加える合成樹脂ならびに
これらに対して適宜、配合する添加剤として必要に応じ
てゲル化を促進させるために加える酸やアルカリや任意
的に添加する硬化剤としてのアミン類などを意味する。

なお、上記において、添加する合成樹脂としては、たと
えば、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレ
タン樹脂などの熱硬化性合成樹脂のレジンもしくはアク
リル酸樹脂、ポリエチレン等の熱可塑性合成樹脂のレジ
ンなどであって、水溶性タイプのものや溶剤タイプのも
のを意味しており、その添加量は原料配合に対して３〜
４０ｖｏｌ％が望ましい。その理由は添加量が３％以下
であれば、後述の作用で説明するように、ゲル化の段階
でゲル体にかかる収縮による応力を合成樹脂の働きでそ
の都度吸収する作用が低下し、逆に、４０ｖｏｌ％以上
であれば、キセロゲルの焼成段階で内部から発生するガ
ス量が増加し、発泡や亀裂の原因となるからである。

（作用） 本発明方法によれば、基本的にブルーゲル法の作用と同
様であって、液状のゾル体はゼリー状にゲル化したライ
オゲルの状態及び乾燥固化したキセロゲルの状態を経て
焼成される過程において、ライオゲルの状態下では合成
樹脂がきわめて粘稠な状態を呈し、ついで、キセロゲル
の状態下で前記合成樹脂は重合硬化し、その間、ゲル体
にかかる収縮による応力を前記合成樹脂の働きでその都
度吸収することとなる。続いて、このキセロゲルの焼成
段階で５０％近く収縮することになるが、この段階で残
留水分やアルコール及び合成樹脂の分解によって数十％
の重量減少が生じ、そのガスが適度な細孔径をゲル体に
分布させて大きな収縮が始まるまでに内部のガスが排出
され、結果的に発泡が抑制され、かつ、その時の細孔径
が収縮時に緩衝作用を果たし、亀裂の発生を阻止するこ
とになる。

（発明の効果） 以上のように構成される本発明によれば、方法的にみて
も基本的にブルーゲル法を採用しているので、ゾル−ゲ
ル法が具備する効果をそのまま、享有することはもちろ
んのこと、１　、０００℃以上の焼成条件でも発泡現象
や亀裂現象を起こすことがないので、製品の高温使用限
界が大幅に高められ、しかも原料は精製したものが使用
できるので高純度のシリカガラスの製造可能で、幅広い
用途への利用が期待できる。

（実験例） つぎに、本発明の実施例を比較例と併せて説明する。

ビーカーの中に市販のエチルシリケート１００ｍｆｆを
入れ、ついで、この中に水及びアルコールの混合液２０
０ｍ６ならびに市販のエポキシ樹脂を２０ｖｏｌ％を加
えて１分間よく攪拌したのち、これをテフロン容器に流
し込んで加水分解が終了するまで２４時間放置した。そ
の後、容器からゲル体を取り出し、１．２００℃で焼成
することによって１００φ×１０１■のシリカガラスを
製造した。

このシリカガラスの特性は比重２，２）屈折率（ｎｏ　
）　１．４５８であり、市販の高温溶融法により製造し
たシリカガラスと一致した。なお、上記の原料配合にお
いて添加する合成樹脂の添加量をＯ１３，２０，４０，
６０ｖｏｌ％と変え上記と同様の手順・条件によってシ
リカガラスの製造を試みた。なお、合成樹脂の添加量が
２０ｖｏｌ％の場合については添加すべき合成樹脂とし
てエポキシ樹脂に代えてアクリル酸樹脂を用いた場合（
配合例患４）、エポキシ樹脂とアクリル酸樹脂とを等量
、配合したものを用いた場合についても上記と同様の手
段でシリカガラスの製造を試みた。

表 上記のデータから明らかなように、本発明にかかるもの
くＮ１１Ｌ２〜６）では乾燥後ならびに焼成後ともに亀
裂や発泡現象が一切、発生することなく、製品に及ぼす
悪影響がなかったのに対し、比較例のもの（隘１及び７
）ものでは発泡あるいは亀裂現象を呈し、製品に致命的
な悪影響を及ぼすことが判明した。この事実について考
察するに、原料配合において合成樹脂を添加すれば、発
泡現象は抑制されるが、その添加量が多くなれば、亀裂
現象を呈すると考えられ、したがって、合成樹脂の添加
量の多少が発泡現象と亀裂現象の抑制を左右するものと
考えらねる。ちなみに、経験的に合成樹脂の添加量が０
以上〜３ｖｏｌ％未満の範囲では添加量が増加するにし
たがい、発泡現象が抑制される傾向があり、また、合成
樹脂の添加量が１７０１％以上でその添加量が増加すれ
ばするほど亀裂現象が顕著となる傾向があり、合成樹脂
の種類による効果的な相違はみられなかった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ゾル−ゲル法でシリカガラスを製造する方法にお
   いて、原料配合に合成樹脂を添加しておくことを特徴と
   する高純度シリカガラスの製造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の製造方法において
   、原料配合する合成樹脂の添加量が３〜４０ｖｏｌ％で
   あることを特徴とする高純度シリカガラスの製造方法。