JPH01119523A - Production of silica glass - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
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を製造する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Field of Application) The present invention produces silica glass used for optics, semiconductor industry, electronic industry, physics and chemistry, etc.
(従来の技術)
シリカガラスは耐熱性、耐食性および光学的性質に優れ
ていることから、半導体 製造に欠かせない重要な材料
であり、さらには光ファイバやIC製造用フォトマスク
基板、TPT基板などに使用され、その用途はますます
拡大されている。(Prior technology) Silica glass has excellent heat resistance, corrosion resistance, and optical properties, so it is an important material indispensable for semiconductor manufacturing, and is also used in optical fibers, photomask substrates for IC manufacturing, TPT substrates, etc. It has been used for many years, and its applications are being expanded more and more.
従来のシリカガラスの製造法には、天然石英を電気炉ま
たは酸水素炎により溶解する方法、あるいは四塩化ケイ
素を酸水素炎又はプラズマ炎中で高温酸化し溶解する方
法があるが、いずれの方法も製造工程に2.000℃あ
るいはそれ以上の高温を必要とするため大量のエネルギ
ーを消費し、また製造時にそのような高温に耐える材料
が必要であり、また高純度のものが得にくいなど経済的
5品質的にいくつかの問題点をもっている。Conventional methods for manufacturing silica glass include melting natural quartz in an electric furnace or oxyhydrogen flame, or oxidizing and melting silicon tetrachloride at high temperature in an oxyhydrogen flame or plasma flame. The manufacturing process requires a high temperature of 2,000°C or higher, which consumes a large amount of energy, and materials that can withstand such high temperatures are required during manufacturing, and it is difficult to obtain high-purity materials, making it economical. 5) There are some problems in terms of quality.
これに対し、近年ゾル−ゲル法と呼ばれるシリカガラス
を低温で合成する方法が注目されている、その概要を簡
単に述べる。In contrast, a method for synthesizing silica glass at low temperatures called the sol-gel method has recently attracted attention, and a brief overview thereof will be given below.
一般式S l (OR) a (R:アルキル基)で
表わされるシリコンアルキシド(本発明に於いては、そ
の重縮合物を含む)1例えば(RO)ss i・(O3
1(OR)z) 、・os 1(OR)*、 (n=
o〜8.R:アルキル基)に水(アルカリまたは酸でp
l(を調整してもよい)を加え、加水分解しシリカヒド
ロシル(本発明に於いてはシリカゾルという)とする、
この時、シリコンアルコキシドと水が均一な系となる様
、一般には溶媒として適当なアルコールが添加されてい
る。このシリカゾルを静置、昇温、ゲル化剤の添加等に
よってゲル化させる。その後ゲルを蒸発乾燥することに
よりシリカ乾燥ゲルとする。この乾燥ゲルを適当な雰囲
気中な焼結することによりシリカガラスを得る。Silicon alkoxide (including its polycondensate in the present invention) represented by the general formula S l (OR) a (R: alkyl group) 1 For example, (RO)ss i・(O3
1(OR)z) ,・os 1(OR)*, (n=
o~8. R: Alkyl group) to water (alkali or acid)
1 (which may be adjusted) and hydrolyzed to produce silica hydrosil (referred to as silica sol in the present invention).
At this time, an appropriate alcohol is generally added as a solvent so that the silicon alkoxide and water form a homogeneous system. This silica sol is gelled by standing still, increasing the temperature, adding a gelling agent, etc. Thereafter, the gel is evaporated to dryness to obtain a dry silica gel. Silica glass is obtained by sintering this dried gel in a suitable atmosphere.
(発明が解決しようとする問題点)
しかし、ゾル−ゲル法によるシリカガラスの製造にはま
だ未解決の問題が残されている。(Problems to be Solved by the Invention) However, there are still unresolved problems in the production of silica glass by the sol-gel method.
特にゲルを乾燥していく過程でゲルにクラックや割れが
発生し易く、クランクや割れのないモノリシックな大形
の乾燥ゲルを歩留り良く製造することが困難となること
である。In particular, during the process of drying the gel, cracks and cracks are likely to occur in the gel, making it difficult to produce a monolithic large-sized dried gel without cracks or cracks with a good yield.
本発明はクランクや割れの発生することのないシリカガ
ラスの製造法を提供するものである。The present invention provides a method for manufacturing silica glass that does not cause cracks or cracks.
(問題点を解決するための手段)
本発明は、ゾル−ゲル法によるシリカガラスの製造法に
於て、ゾル調整時に分子N100から60,000の範
囲のポリエチレングリコール等のポリアルキレングリコ
ールをシリコンアルコキシド100重量部に対し0.1
〜20重量部添加することを特徴とするものである。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a method for producing silica glass using the sol-gel method, in which polyalkylene glycol such as polyethylene glycol with a molecular weight ranging from 100 to 60,000 is converted into silicon alkoxide during sol preparation. 0.1 per 100 parts by weight
It is characterized by adding up to 20 parts by weight.
本発明において、シリコンアルコキシドのアルキル基に
ついて、特に制限はないが、加水分解のし易さ、ゲル化
時間の点から、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチ
ル基を有するシリコンアルコキシドを使用することが好
ましい。シリコンアルコキシドに水又は水とアルコール
の混合溶液を加えて加水分解してシリカゾルを生成させ
る際、水、アルコール、又は水とアルコールの混合溶液
にあらかじめポリエチレングリコール等のポリアルキレ
ングリコールを添加、均一に溶解させておく、添加する
ポリアルキレングリコールの分子量(量平均分子量)は
、100から60.000゜好ましくは1 、500〜
50,000.最も好ましくは10.000〜40.0
00の範囲のものが使用でき、これらは単独でも混合物
でもよい、ポリアルキレングリコールの分子量が100
未満であると。In the present invention, there are no particular restrictions on the alkyl group of silicon alkoxide, but from the viewpoint of ease of hydrolysis and gelation time, silicon alkoxide having a methyl group, ethyl group, propyl group, or butyl group is used. is preferred. When adding water or a mixed solution of water and alcohol to silicon alkoxide and hydrolyzing it to generate silica sol, add polyalkylene glycol such as polyethylene glycol to the water, alcohol, or mixed solution of water and alcohol in advance and dissolve it uniformly. The molecular weight (weight average molecular weight) of the polyalkylene glycol to be added is from 100 to 60,000°, preferably from 1,500 to
50,000. Most preferably 10.000-40.0
Polyalkylene glycols with a molecular weight of 100 can be used, and these can be used alone or as a mixture.
less than.
有効な効果を得るためには、かなりの量を系内に加える
必要があり、後のゲルの焼結ガラス化工程でクラックや
割れが発生し易くなる。In order to obtain an effective effect, it is necessary to add a considerable amount to the system, which tends to cause cracks and fractures in the subsequent gel sintering and vitrification process.
一方9分子量が60.000を越えると、著しいゲル化
促進効果のため、均一なゲルを得ることは非常に困難と
なる。添加するポリアルキレングリコールの量はポリア
ルキレングリコールの分子量によって1選択されるべき
である。On the other hand, when the molecular weight of 9 exceeds 60,000, it becomes extremely difficult to obtain a uniform gel due to the significant gelation promoting effect. The amount of polyalkylene glycol added should be selected depending on the molecular weight of the polyalkylene glycol.
比較的低分子量のポリアルキレングリコールの場合、シ
リコンアルフチ21100重量部に対して、0.1重量
部未満の添加では、はとんど効果はない、一方、比較的
低分子量のポリアルキレングリコールの場合、シリコン
アルコキシド縮重合物100重量部に対して20重量部
を越える添加では、著しいゲル化促進効果のため、均一
なゲルを得ることは非常に困難となる。ポリアルキレン
グリコールとして。In the case of relatively low molecular weight polyalkylene glycol, adding less than 0.1 part by weight to 21,100 parts by weight of Silicon Alfti will have little effect. In this case, if more than 20 parts by weight is added to 100 parts by weight of the silicon alkoxide condensation product, it becomes extremely difficult to obtain a uniform gel due to the significant effect of promoting gelation. As polyalkylene glycol.
ポリエチレングリコール、ポリメチレングリコール、ポ
リプロピレングリコール、ポリブチレングリコール等が
使用し得る。水と共に加える触媒は、塩基、酸等特に制
限しないが。Polyethylene glycol, polymethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, etc. can be used. The catalyst to be added together with water is not particularly limited, such as bases and acids.
ゲル化時間、また得られる乾燥ゲルの焼結のし易すさの
点から塩基の方が好ましい結果が得られる。水と共に加
えるアルコールについては特に制限しないが、水、アル
コキシドの両者に対する溶解性の点より、メチルアルコ
ール、エチルアルコール、1−プロピルアルコール、2
−プロピルアルコール等を使用するのが好ましい。From the viewpoint of gelation time and ease of sintering of the resulting dry gel, a base gives more preferable results. There are no particular restrictions on the alcohol added together with water, but from the viewpoint of solubility in both water and alkoxide, methyl alcohol, ethyl alcohol, 1-propyl alcohol, 2-propyl alcohol,
- Preferably, propyl alcohol or the like is used.
シリカガラスは、上記のようにして調整したシリカゾル
をシャーレ等の容器に移し、室温〜70℃に保って、ゲ
ル化し1次いで室温以上の温度で数週間乾燥して、乾燥
ゲルとし。Silica glass is obtained by transferring the silica sol prepared as described above to a container such as a Petri dish, keeping it at room temperature to 70°C to gel it, and then drying it at a temperature above room temperature for several weeks to form a dry gel.
更に公知の方法1例えば、空気中で1 、000〜1.
400℃に昇温して焼結することにより得られる。Further known methods 1, for example 1,000-1.
It is obtained by raising the temperature to 400°C and sintering it.
(作用)
ポリアルキレングリコールの添加効果の原因については
、詳細は不明であるが、ゾル中でのシリカ微粒子の生成
の制御、ゲル中でのこれらのシリカ微粒子間の結合、乾
燥過程でゲル中に発生する応力の緩和等に寄与し、ゲル
の大形化が可能となったものと考えられる。(Effect) The details of the effects of adding polyalkylene glycol are unknown, but they include control of the formation of silica particles in the sol, bonding between these silica particles in the gel, and formation of silica particles in the gel during the drying process. It is thought that this contributed to alleviation of the stress generated and made it possible to increase the size of the gel.
実施例 1
水54g、メチルアルコール96g、コリン0.06g
を混合し、これにポリエチレングリコール(分子量50
.000)を1.52g添加し、溶解させた。得られた
溶液を152gのシリコメトキシド(Si (OCHり
a”)にゆつくりと加え、さらに充分混合し、シリカ
ゾルを得た。これを直径150■■のテフロンでコーテ
ィングしたガラス製シャーレに入れ、アルミ箔で密封し
、室温でゲル化した。その後、蓋に孔を開け、50℃の
恒温槽中で2週間乾燥し、その後120℃の恒温槽に移
して1日乾燥して、直径約110m−の乾燥ゲルを得た
。こうして得られた乾燥ゲルのかさ密度は約0.7g/
aJであり、クランクや割れは全くなかった。Example 1 54 g of water, 96 g of methyl alcohol, 0.06 g of choline
and polyethylene glycol (molecular weight 50
.. 000) was added and dissolved. The obtained solution was slowly added to 152 g of silicomethoxide (Si (OCH Ri a") and mixed thoroughly to obtain a silica sol. This was placed in a Teflon-coated glass petri dish with a diameter of 150 mm. , sealed with aluminum foil and gelatinized at room temperature.Then, a hole was made in the lid and dried in a constant temperature bath at 50℃ for two weeks, then transferred to a constant temperature bath at 120℃ and dried for one day. A dry gel of 110 m- was obtained.The bulk density of the dry gel thus obtained was approximately 0.7 g/
AJ, and there were no cranks or cracks at all.
得られたゲルを空気中1 、300℃まで加熱焼結した
ところ直径約80+u+、厚さ5IIII11のクラン
クや割れのない透明なシリカガラスが得られた。このシ
リカガラスは分析の結果、そのシリカガラスと一致した
。When the obtained gel was heated and sintered in air to 300° C., a transparent silica glass having a diameter of about 80+U+ and a thickness of 5III11 without cracks or cracks was obtained. As a result of analysis, this silica glass matched that of the silica glass.
実施例 2
分子120,000のポリエチレングリコール7.6g
を、54gの水、96gのメチルアルコール。Example 2 7.6 g of 120,000 molecule polyethylene glycol
, 54 g of water, and 96 g of methyl alcohol.
0.06gのコリンと共に混合、溶解させた。以下実施
例1と同様の乾燥を行って乾燥ゲルを得た。得られた乾
燥ゲルにはクランクや割れは全くなかった。It was mixed and dissolved with 0.06g of choline. Thereafter, drying was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a dried gel. The dried gel obtained had no cracks or cracks.
実施例 3
分子量8.000のポリエチレングリコール12.2g
を54gの水、96gのメチルアルコール。Example 3 12.2 g of polyethylene glycol with a molecular weight of 8.000
54g of water, 96g of methyl alcohol.
0’、06gのコリンと共に混合、溶解させた。以下実
施例1と同様の操作を行って乾燥ゲルを得た。得られた
乾燥ゲルには、クランクや割れは全くなかった。It was mixed and dissolved with 0' and 06 g of choline. Thereafter, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a dry gel. The dried gel obtained had no cracks or cracks.
実施例 4
分子量t、oooのポリエチレングリコール15.2g
を54gの水、96gのメチルアルコール。Example 4 15.2 g of polyethylene glycol with molecular weight t, ooo
54g of water, 96g of methyl alcohol.
0.06gのコリンと共に混合、溶解させた。以下実施
例1と同様の操作を行って乾燥ゲルを得た。得られた乾
燥ゲルには、クランクや割れは全くなかった。It was mixed and dissolved with 0.06g of choline. Thereafter, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a dry gel. The dried gel obtained had no cracks or cracks.
実施例 5
分子量t、oooのポリエチレングリコール30.4g
を、54gの水、96gのメチルアルコール。Example 5 30.4 g of polyethylene glycol with molecular weight t, ooo
, 54 g of water, and 96 g of methyl alcohol.
0.06gのコリンと共に混合、溶解させた。以下、実
施例1と同様の操作を行って乾燥ゲル、 ゛り
を得た。得られた。乾燥ケルには、クランクや割れは、
全くなかった。It was mixed and dissolved with 0.06g of choline. Thereafter, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a dry gel. Obtained. Dry Kel has no cracks or cracks.
There wasn't any.
(発明の効果)
本発明によれば、クランクや割れのない大形のシリカガ
ラスをゾルケール法により容易に製造可能となる。その
大きさは基本的には制約がなく、形状も板状、棒状、管
状等のいずれでも製造できる。(Effects of the Invention) According to the present invention, large-sized silica glass without cranks or cracks can be easily produced by the Solcale method. There are basically no restrictions on its size, and it can be manufactured in any shape such as a plate, rod, or tube.
また9本発明によればシリカガラスは従来より安価に製
造できるため、従来から使用されてきたIC製造用フォ
トマスク基材等の分野はもちろん、液晶表示用基材等に
も応用が拡大できる。Furthermore, according to the present invention, silica glass can be produced at a lower cost than before, so it can be applied not only to fields such as photomask substrates for IC manufacturing, which have been conventionally used, but also to substrates for liquid crystal displays, etc.
Claims (1)
し、次いで焼結するシリカガラスの製造法に於て、シリ
コンアルキシドを加水分解してシリカゾルとする段階で
、分子量 100〜60,000のポリアルキレングリコールを、
シリコンアルコキシド100重量部に対し0.1〜20
重量添加することを特徴とするシリカガラスの製造法。 2、ポリアルキレングリコールがポリエチ レングリコールである特許請求の範囲第1項記載のシリ
カガラスの製造法。[Scope of Claims] 1. In a method for producing silica glass in which silicon alkoxide is hydrolyzed to form silica sol, this is gelled, dried to form a dry gel, and then sintered, silicon alkoxide is hydrolyzed. In the step of making a silica sol, polyalkylene glycol with a molecular weight of 100 to 60,000 is
0.1 to 20 per 100 parts by weight of silicon alkoxide
A method for producing silica glass characterized by weight addition. 2. The method for producing silica glass according to claim 1, wherein the polyalkylene glycol is polyethylene glycol.
Priority Applications (2)
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JP27645587A JPH0717387B2 (en) | 1987-10-31 | 1987-10-31 | Silica glass manufacturing method |
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Applications Claiming Priority (1)
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JPH01119523A true JPH01119523A (en) | 1989-05-11 |
JPH0717387B2 JPH0717387B2 (en) | 1995-03-01 |
Family
ID=17569677
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27645587A Expired - Lifetime JPH0717387B2 (en) | 1987-10-31 | 1987-10-31 | Silica glass manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0717387B2 (en) |
-
1987
- 1987-10-31 JP JP27645587A patent/JPH0717387B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0717387B2 (en) | 1995-03-01 |
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