JPS643814B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS643814B2 JPS643814B2 JP2038683A JP2038683A JPS643814B2 JP S643814 B2 JPS643814 B2 JP S643814B2 JP 2038683 A JP2038683 A JP 2038683A JP 2038683 A JP2038683 A JP 2038683A JP S643814 B2 JPS643814 B2 JP S643814B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quartz glass
- silica
- glass
- sol
- gel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
- C03C1/006—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels to produce glass through wet route
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、石英ガラスの製造法に係り、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
水、塩酸等の混合溶液への微粉末シリカの添加を
超音波をかけながら行ないゾル状態とし、ゲル化
させる透明で均質な石英ガラスの製造法に関す
る。
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
水、塩酸等の混合溶液への微粉末シリカの添加を
超音波をかけながら行ないゾル状態とし、ゲル化
させる透明で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と、
近年、石英ガラスは、銅、ホウ素等の不純物濃度
が0.1PPM以下の高純度のものが作られるように
なつたため、ゲルマニウム、シリコンその他の半
導体の製造においてルツボやボード、拡散炉など
に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
らに水酸基の少ないもの、および光学的均一性の
よいものが開発され、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アイバーは、最
近注目されている。しかし、以上の例のように必
要性の高い石英ガラスも、現在の製造方法では原
料費が高価なことおよび高温での処理が要求され
るなどのために、たいへん高価なものになつてい
る。
近年、石英ガラスは、銅、ホウ素等の不純物濃度
が0.1PPM以下の高純度のものが作られるように
なつたため、ゲルマニウム、シリコンその他の半
導体の製造においてルツボやボード、拡散炉など
に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
らに水酸基の少ないもの、および光学的均一性の
よいものが開発され、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アイバーは、最
近注目されている。しかし、以上の例のように必
要性の高い石英ガラスも、現在の製造方法では原
料費が高価なことおよび高温での処理が要求され
るなどのために、たいへん高価なものになつてい
る。
そこで石英ガラスの安価な製造の可能性を期待
され、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。このゾル―ゲル法による石英ガラスの製造法
について簡単に説明すると次のとおりである。
され、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。このゾル―ゲル法による石英ガラスの製造法
について簡単に説明すると次のとおりである。
適当なアルキルシリケートSi（OR）4（Ｒは炭素
数が１〜10のアルキル基）、適等なアルコール溶
液（含水）および微粉末シリカを混合し、シリカ
ゾルとし、溶媒濃縮あるいは加熱などの処理によ
つてシリカゲルとする。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により、焼
結を行ない石英ガラスとする。
数が１〜10のアルキル基）、適等なアルコール溶
液（含水）および微粉末シリカを混合し、シリカ
ゾルとし、溶媒濃縮あるいは加熱などの処理によ
つてシリカゲルとする。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により、焼
結を行ない石英ガラスとする。
以上が、ゾル―ゲル法による石英ガラスの製造
法であり、この製造法の長所としては １ 水晶を原料として高温溶融法で作る場合に比
べ、低温で製造できる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 ３ 粘性の低い溶液を原料として用いるために均
一性の高いガラスが得られる などがあげられ、このような大変優れた特徴を有
するため、この方法を利用しての石英ガラスの製
造に関しては、さまざまな所で幅広く研究されて
いる。
法であり、この製造法の長所としては １ 水晶を原料として高温溶融法で作る場合に比
べ、低温で製造できる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 ３ 粘性の低い溶液を原料として用いるために均
一性の高いガラスが得られる などがあげられ、このような大変優れた特徴を有
するため、この方法を利用しての石英ガラスの製
造に関しては、さまざまな所で幅広く研究されて
いる。
しかしながら、これまでに発表されている資料
などによると、種々の問題点があり、実用化まで
は至つていないのが現状である。
などによると、種々の問題点があり、実用化まで
は至つていないのが現状である。
それらの問題点の一つは、原料溶液に微粉末シ
リカを添加する際、ある程度の量を越えると溶液
の粘度が急激に高くなり機械的な撹拌ではかなり
無理があるということである。その結果、均一な
シリカゾルとすることは、非常に困難であり、長
時間を要することになる。したがつてこのゾルを
ゲル化し、得られた乾燥ゲルを焼結し、石英ガラ
スとするとそのガラス中に気泡が生じたり、不透
明になりやすいという欠点を有する。この対策と
して微粉末シリカ添加後の撹拌時間を充分にと
る、超音波、濾過等の処理を加えるなどを行なつ
たもののまた不充分であり、微粉末シリカの添加
の因難さを解消できない。
リカを添加する際、ある程度の量を越えると溶液
の粘度が急激に高くなり機械的な撹拌ではかなり
無理があるということである。その結果、均一な
シリカゾルとすることは、非常に困難であり、長
時間を要することになる。したがつてこのゾルを
ゲル化し、得られた乾燥ゲルを焼結し、石英ガラ
スとするとそのガラス中に気泡が生じたり、不透
明になりやすいという欠点を有する。この対策と
して微粉末シリカ添加後の撹拌時間を充分にと
る、超音波、濾過等の処理を加えるなどを行なつ
たもののまた不充分であり、微粉末シリカの添加
の因難さを解消できない。
そこで、本発明の目的は、原料溶液への微粉末
シリカの添加を容易にし、しかも均一性の高いシ
リカゾルとし、ゲル化、焼結する透明で均質な石
英ガラスの製造法を提供することである。
シリカの添加を容易にし、しかも均一性の高いシ
リカゾルとし、ゲル化、焼結する透明で均質な石
英ガラスの製造法を提供することである。
前述の条件を満たすような石英ガラスの製造法
として、次に示す方法を考案した。
として、次に示す方法を考案した。
すなわち、
本発明の石英ガラスの製造法は、
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―ゲル法による石英ガラスの製造法
において、 前記アルキルシリケートと微粉末シリカを混合
の際、微粉末シリカの添加を前記アルキルシリケ
ートに超音波をかけながら行なうことを特徴とす
る。
料とするゾル―ゲル法による石英ガラスの製造法
において、 前記アルキルシリケートと微粉末シリカを混合
の際、微粉末シリカの添加を前記アルキルシリケ
ートに超音波をかけながら行なうことを特徴とす
る。
すなわち、エチルシリケート、水、アルコール
（有無どちらでも可）、及び塩酸を撹拌混合し、加
水分解反応を行なつた後、この溶液に超音波をか
けながら、微粉末シリカ（例えば（商品名）
Aeresil（Digussa社）、（Fransil（Fransol社）、
Cab―ｏ―Sil（Cabot社）、DCSilica（Dow
Corning社）およびArc Silica（PPG社）e.t.c）
を徐々に添加する。この時撹拌を加えるとより微
粉末シリカ溶液への分散が容易となる。そしてこ
のシリカゾルの均一性を、さらに高めるために、
しばらく（１〜3hr）超音波をかける。この後、
濾過、場合によつては、アンモニア水を滴下しPH
値を高くし、ゲル化時間を短縮させるなどの操作
を加え、ゲル化させ、続いて得られた乾燥ゲルを
炉に入れ焼結し、石英ガラスとするものである。
この発明の方法を用いると、超音波振動により微
粉末シリカの溶液への分散が非常に容易にしかも
短時間ですみ、撹拌による添加に比べ均一性も高
いゾルが得られ、焼結後の石英ガラスも気泡など
の欠点がなく高品質な石英ガラスの製造が可能と
なる。
（有無どちらでも可）、及び塩酸を撹拌混合し、加
水分解反応を行なつた後、この溶液に超音波をか
けながら、微粉末シリカ（例えば（商品名）
Aeresil（Digussa社）、（Fransil（Fransol社）、
Cab―ｏ―Sil（Cabot社）、DCSilica（Dow
Corning社）およびArc Silica（PPG社）e.t.c）
を徐々に添加する。この時撹拌を加えるとより微
粉末シリカ溶液への分散が容易となる。そしてこ
のシリカゾルの均一性を、さらに高めるために、
しばらく（１〜3hr）超音波をかける。この後、
濾過、場合によつては、アンモニア水を滴下しPH
値を高くし、ゲル化時間を短縮させるなどの操作
を加え、ゲル化させ、続いて得られた乾燥ゲルを
炉に入れ焼結し、石英ガラスとするものである。
この発明の方法を用いると、超音波振動により微
粉末シリカの溶液への分散が非常に容易にしかも
短時間ですみ、撹拌による添加に比べ均一性も高
いゾルが得られ、焼結後の石英ガラスも気泡など
の欠点がなく高品質な石英ガラスの製造が可能と
なる。
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。
細に説明する。
実施例 １
精製した市販のエチルシリケート（Si（OEt）4）
44mlエタノール5.4ml（加えなくとも可、0.1N（ま
たは0.01N）塩酸溶液36ml、および水36mlを混合
し、加水分解反応を行なつた。この溶液に超音波
をかけながら微粉末シリカ（（商品名）Cab―ｏ
―Sil（Cabat社））15ｇを徐々に添加し、添加後、
溶液の均一性を高めるために、２時間超音波をか
けた。なお微粉末シリカを添加する時、撹拌は行
なわなかつた。次にこれをグラスフイルターで濾
過した。ここで、この濾過にアンモニア水を滴下
しPH値を3.5〜5.0程度に調整するとゲル化時間が
かなり短縮されることがわかつているが、本実験
の目的には、直接影響を及ぼさないと考えられ
る。（実際に行なつた結果、焼結後の石英ガラス
に相異点は見られなかつた。）この溶液を直径10
cmのテフロン（デユポン社の登録商標）製シヤー
レに50ｇ測り入れゲル化後、蒸発速度の調節可能
な穴あきのふたをして、恒温槽に入れ、60℃で４
日間、80℃で２日間の合計８日間の乾燥を行な
い、直径6.2cm、厚さ0.3cmの乾燥ゲルを得た。こ
の乾燥ゲルを拡散炉に入れ昇温速度180℃／hrで
加熱焼結としたところ1150℃で透明な直径5.0cm
の石英ガラスを得た。この石英ガラスの諸物性の
分析結果は、ビツカース硬度800Kg／mm2比重2.2で
あり、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
全く一致し、完全な石英ガラスであることが判明
した。また、以前ゾル―ゲル法により得られた石
英ガラス中に観測された50μｍ程度の大きな気泡
は全くなく、10μｍ以下のごく小さな気泡もほと
んどなかつた。
44mlエタノール5.4ml（加えなくとも可、0.1N（ま
たは0.01N）塩酸溶液36ml、および水36mlを混合
し、加水分解反応を行なつた。この溶液に超音波
をかけながら微粉末シリカ（（商品名）Cab―ｏ
―Sil（Cabat社））15ｇを徐々に添加し、添加後、
溶液の均一性を高めるために、２時間超音波をか
けた。なお微粉末シリカを添加する時、撹拌は行
なわなかつた。次にこれをグラスフイルターで濾
過した。ここで、この濾過にアンモニア水を滴下
しPH値を3.5〜5.0程度に調整するとゲル化時間が
かなり短縮されることがわかつているが、本実験
の目的には、直接影響を及ぼさないと考えられ
る。（実際に行なつた結果、焼結後の石英ガラス
に相異点は見られなかつた。）この溶液を直径10
cmのテフロン（デユポン社の登録商標）製シヤー
レに50ｇ測り入れゲル化後、蒸発速度の調節可能
な穴あきのふたをして、恒温槽に入れ、60℃で４
日間、80℃で２日間の合計８日間の乾燥を行な
い、直径6.2cm、厚さ0.3cmの乾燥ゲルを得た。こ
の乾燥ゲルを拡散炉に入れ昇温速度180℃／hrで
加熱焼結としたところ1150℃で透明な直径5.0cm
の石英ガラスを得た。この石英ガラスの諸物性の
分析結果は、ビツカース硬度800Kg／mm2比重2.2で
あり、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
全く一致し、完全な石英ガラスであることが判明
した。また、以前ゾル―ゲル法により得られた石
英ガラス中に観測された50μｍ程度の大きな気泡
は全くなく、10μｍ以下のごく小さな気泡もほと
んどなかつた。
実施例 ２
実施例１と同量の原料を用い加水分解反応を行
なつた。反応後、溶液を撹拌しながら超音波をか
け、微粉末シリカ（（商品名）Cab―ｏ―Sil
（Cabot社））15ｇを徐々に添加し、添加後、均一
性を高めるため、1.5時間、撹拌および超音波を
続けた。次にこれをグラスフイルターで濾過し、
濾液を直径10cmのテフロン（デユポン社の登録商
標）製シヤーレに50ｇ測り入れ、ゲル化後、蒸発
速度の調節可能な穴あきのふたをして恒温槽に入
れ、実施例１と同様の乾燥を行ない、直径6.2cm、
厚さ0.3cmの乾燥ゲルを得た。この乾燥ゲルを実
施例１と同様に加熱焼結し、透明な直径5.0cmの
石英ガラスを得た。この石英ガラスの諸物性も溶
融石英ガラスと全く一致し完全な石英ガラスであ
ることがわかつた。また、均一性も非常に良く気
泡はほとんど観測されなかつた。
なつた。反応後、溶液を撹拌しながら超音波をか
け、微粉末シリカ（（商品名）Cab―ｏ―Sil
（Cabot社））15ｇを徐々に添加し、添加後、均一
性を高めるため、1.5時間、撹拌および超音波を
続けた。次にこれをグラスフイルターで濾過し、
濾液を直径10cmのテフロン（デユポン社の登録商
標）製シヤーレに50ｇ測り入れ、ゲル化後、蒸発
速度の調節可能な穴あきのふたをして恒温槽に入
れ、実施例１と同様の乾燥を行ない、直径6.2cm、
厚さ0.3cmの乾燥ゲルを得た。この乾燥ゲルを実
施例１と同様に加熱焼結し、透明な直径5.0cmの
石英ガラスを得た。この石英ガラスの諸物性も溶
融石英ガラスと全く一致し完全な石英ガラスであ
ることがわかつた。また、均一性も非常に良く気
泡はほとんど観測されなかつた。
実施例 ３
実施例１および２においては、代表的な例をあ
げたが、これはほんの一部であり、その他、原料
に関しては、微粉末シリカ（（商品名）Cab―ｏ
―Sil（Cabot社））の量を２〜50ｇとした場合、そ
れぞれについて超音波のみで添加した場合、撹拌
および超音波を併用した場合を行なつた。撹拌お
よび超音波を併用するとシリカゾルの均一性を高
める効果は一層増した。そして焼結して得られた
石英ガラスは、大変均質で諸物性は、もちろん溶
融石英ガラスと一致した。
げたが、これはほんの一部であり、その他、原料
に関しては、微粉末シリカ（（商品名）Cab―ｏ
―Sil（Cabot社））の量を２〜50ｇとした場合、そ
れぞれについて超音波のみで添加した場合、撹拌
および超音波を併用した場合を行なつた。撹拌お
よび超音波を併用するとシリカゾルの均一性を高
める効果は一層増した。そして焼結して得られた
石英ガラスは、大変均質で諸物性は、もちろん溶
融石英ガラスと一致した。
以上、実施例をあげて示したように、微粉末シ
リカを添加する際に、超音波をかけることにより
振動を与えると、溶液の均一性が非常に向上し、
したがつてこれをゲル化、焼結して得られる石英
ガラスも大変均質なものとなることが明らかにな
つた。
リカを添加する際に、超音波をかけることにより
振動を与えると、溶液の均一性が非常に向上し、
したがつてこれをゲル化、焼結して得られる石英
ガラスも大変均質なものとなることが明らかにな
つた。
このようにして本発明により得られる石英ガラ
スは、従来の方法（溶融法）による石英ガラスよ
りかなり低コストでできるなどの利点により、こ
れまで、石英ガラスを使用していた分野（例えば
理化学用機器、IC製造工程中のフオトマスク、
炉心管のボードなど）ではもちろんのこと、品質
的にも良好なため、さらに広範囲にその応用が広
がるものと考えられる。
スは、従来の方法（溶融法）による石英ガラスよ
りかなり低コストでできるなどの利点により、こ
れまで、石英ガラスを使用していた分野（例えば
理化学用機器、IC製造工程中のフオトマスク、
炉心管のボードなど）ではもちろんのこと、品質
的にも良好なため、さらに広範囲にその応用が広
がるものと考えられる。
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
原料とするゾル―ゲル法による石英ガラスの製造
法において、 前記アルキルシリケートと微粉末シリカを混合
の際、微粉末シリカを前記アルキルシリケートに
超音波をかけながら添加することを特徴とする石
英ガラスの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2038683A JPS59146950A (ja) | 1983-02-09 | 1983-02-09 | 石英ガラスの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2038683A JPS59146950A (ja) | 1983-02-09 | 1983-02-09 | 石英ガラスの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59146950A JPS59146950A (ja) | 1984-08-23 |
| JPS643814B2 true JPS643814B2 (ja) | 1989-01-23 |
Family
ID=12025585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2038683A Granted JPS59146950A (ja) | 1983-02-09 | 1983-02-09 | 石英ガラスの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59146950A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02119217U (ja) * | 1989-02-16 | 1990-09-26 | ||
| JPH0552812U (ja) * | 1991-12-16 | 1993-07-13 | コパル電子株式会社 | 光偏向器の回転多面鏡 |
-
1983
- 1983-02-09 JP JP2038683A patent/JPS59146950A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02119217U (ja) * | 1989-02-16 | 1990-09-26 | ||
| JPH0552812U (ja) * | 1991-12-16 | 1993-07-13 | コパル電子株式会社 | 光偏向器の回転多面鏡 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59146950A (ja) | 1984-08-23 |
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