JP2013203641A - Synthetic amorphous silica powder and production method therefor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synthetic amorphous silica powder suited as a raw material for synthetic silica glass articles which undergoes very little bubble formation or expansion in use under an environment of a high temperature and a diminished pressure, and its production method.SOLUTION: There is provided a synthetic amorphous silica powder which is a synthetic amorphous silica powder obtained by subjecting a granulated silica powder to spherization treatment and performing washing and drying, wherein the mode Dof the volume-based particle size distribution is 50-200 μm, its frequency is 2-5%, the number-based arithmetic mean particle diameter Dis 0.4×D±10 μm, the mode Dof a number-based particle size distribution is 5-10 μm, its frequency is 3-10%, the tapped bulk density is ≥1.38 g/cmand ≤1.50 g/cm, the circularity is ≥0.85 and ≤1.00, the value resulting from the division of the BET specific surface area by the theoretical specific surface area is 1.00-1.35, the true density is 2.10-2.20 g/cm, and the intraparticle porosity is 0.00-0.05.

Description

本発明は、半導体産業等において高温及び減圧の環境下で使用される治具やルツボ等の合成シリカガラス製品を製造する原料として好適な高純度の合成非晶質シリカ粉末及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a high-purity synthetic amorphous silica powder suitable as a raw material for producing synthetic silica glass products such as jigs and crucibles used under high temperature and reduced pressure environments in the semiconductor industry and the like, and a method for producing the same.

従来、半導体用途の単結晶製造に用いるルツボや治具類は、天然石英やケイ砂を粉砕し、精製することにより得られた石英粉を原料として製造されていた。しかし、天然石英やケイ砂は種々の金属不純物を含んでおり、上記精製処理を行っても金属不純物を完全には取除くことができないため、純度において十分に満足できるものではなかった。また、半導体の高集積化が進むに従って、材料となる単結晶に対する品質要求が高まり、その単結晶の製造に使用されるルツボや治具類も高純度品が要望されるようになった。そのため、天然石英やケイ砂の代わりに、高純度の合成非晶質シリカ粉末を原料とした合成シリカガラス製品が注目されている。   Conventionally, crucibles and jigs used in the production of single crystals for semiconductor applications have been produced using quartz powder obtained by pulverizing and refining natural quartz or silica sand as a raw material. However, natural quartz and silica sand contain various metal impurities, and even if the above purification treatment is performed, the metal impurities cannot be completely removed, so that the purity is not satisfactory. In addition, as semiconductors are highly integrated, quality requirements for single crystals as materials have increased, and high-purity products are required for crucibles and jigs used in the production of single crystals. Therefore, synthetic silica glass products using high-purity synthetic amorphous silica powder as a raw material instead of natural quartz or silica sand have attracted attention.

この高純度の合成非晶質シリカ粉末を製造する方法としては、高純度の四塩化珪素を水で加水分解させ、生成したシリカゲルを乾燥、整粒、焼成して合成非晶質シリカ粉末を得る方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。また、珪酸エステル等のアルコキシシランを酸とアルカリの存在下で加水分解してゲル化させ、得られたゲルを乾燥、粉砕後、焼成することにより合成非晶質シリカ粉末を得る方法が開示されている(例えば、特許文献2,3参照。)。上記特許文献1〜3に記載された方法で製造した合成非晶質シリカ粉末は、天然石英やケイ砂に比べて高純度であり、これらを原料として製造されたルツボや治具類等の合成シリカガラス製品からの不純物混入低減や高性能化が可能となった。   As a method for producing this high-purity synthetic amorphous silica powder, high-purity silicon tetrachloride is hydrolyzed with water, and the resulting silica gel is dried, sized and fired to obtain a synthetic amorphous silica powder. A method is disclosed (for example, refer to Patent Document 1). Also disclosed is a method for obtaining a synthetic amorphous silica powder by hydrolyzing an alkoxysilane such as a silicate ester in the presence of an acid and an alkali to form a gel, and drying, pulverizing and firing the resulting gel. (For example, refer to Patent Documents 2 and 3.) The synthetic amorphous silica powder produced by the method described in the above Patent Documents 1 to 3 has a higher purity than natural quartz and silica sand, and is used to synthesize crucibles and jigs produced from these raw materials. Impurity contamination from silica glass products can be reduced and performance can be improved.

特公平4−75848号公報(特許請求の範囲第1項)Japanese Patent Publication No. 4-75848 (Claim 1) 特開昭62−176929号公報(特許請求の範囲第1項)Japanese Patent Laid-Open No. 62-176929 (Claim 1) 特開平3−275527号公報(第2頁左下欄第7行〜第3頁左上欄第6行)JP-A-3-275527 (page 2, lower left column, line 7 to page 3, upper left column, line 6)

しかしながら、上記特許文献1〜3に記載された方法で製造した合成非晶質シリカ粉末を原料として製造された合成シリカガラス製品は、合成シリカガラス製品の使用される環境が高温及び減圧の環境下である場合、気泡が発生又は膨張し、その合成シリカガラス製品の性能を大幅に低減させるという欠点を有していた。   However, the synthetic silica glass product produced using the synthetic amorphous silica powder produced by the method described in the above Patent Documents 1 to 3 is used in an environment where the synthetic silica glass product is used at high temperature and reduced pressure. In this case, bubbles were generated or expanded, and the performance of the synthetic silica glass product was greatly reduced.

例えば、シリコン単結晶引上げ用ルツボは、1500℃付近及び7000Pa付近の高温及び減圧の環境下で使用されており、前述の気泡の発生又は膨張によるルツボの大幅な性能の低減が、引上げる単結晶の品質を左右する問題となっていた。また、シリコン単結晶の大口径化により、シリコン単結晶引上げ用ルツボは、更なる高温にて使用されている。   For example, a crucible for pulling up a silicon single crystal is used in a high temperature and reduced pressure environment at around 1500 ° C. and around 7000 Pa, and the drastic reduction in the performance of the crucible due to the generation or expansion of the aforementioned bubbles is a It has become a problem that affects the quality of. In addition, due to the increase in the diameter of silicon single crystals, the crucible for pulling silicon single crystals is used at higher temperatures.

このような上記高温及び減圧の環境下での使用において生じる問題に対しては、四塩化珪素の加水分解によって得られる合成非晶質シリカ粉末に熱処理を施して、合成非晶質シリカ粉末中の水酸基と塩素の濃度をそれぞれ減少させる、またアルコキシシランのゾルゲル法によって得られる合成非晶質シリカ粉末に熱処理を施して、合成非晶質シリカ粉末中の水酸基と炭素の濃度をそれぞれ減少させることにより、合成非晶質シリカ粉末中のガス成分になり得る不純物濃度の低減を行う対応が考えられる。   With respect to the problems that occur in the use under such high temperature and reduced pressure environment, the synthetic amorphous silica powder obtained by hydrolysis of silicon tetrachloride is subjected to heat treatment, By reducing the concentration of hydroxyl and carbon in the synthetic amorphous silica powder by reducing the concentration of hydroxyl and chlorine, respectively, and by subjecting the synthetic amorphous silica powder obtained by the sol-gel method of alkoxysilane to heat treatment It is conceivable to reduce the concentration of impurities that can be gas components in the synthetic amorphous silica powder.

しかし、上記対応でも、高温及び減圧の環境下で使用される合成シリカガラス製品中の気泡の発生又は膨張を十分に抑制することができていない。   However, even with the above measures, the generation or expansion of bubbles in a synthetic silica glass product used in an environment of high temperature and reduced pressure cannot be sufficiently suppressed.

本発明者は、高温及び減圧環境下で使用される合成シリカガラス製品において、気泡の発生又は膨張を十分に抑制することを目的として、当該ガラス製品の製造に用いられる原料粉末の表面に吸着しているガス成分等を低減させることに着目した。そして、原料粉末に所定の条件で球状化処理を施すことにより、上記ガス成分を低減させた合成非晶質シリカ粉末に係る発明を見出した。具体的には、造粒されたシリカ粉末に球状化処理を施した後、洗浄し乾燥して得られた平均粒径D50が10〜2000μmの合成非晶質シリカ粉末であって、BET比表面積を平均粒径から算出した理論比表面積で割った値が1.35を超え1.75以下、真密度が2.10〜2.20g/cm3、粒子内空間率が0〜0.05、円形度が0.75以上1.00以下及び未溶解率が0.00より大きく0.25以下であることを特徴とする。 The present inventor adsorbs on the surface of the raw material powder used for the production of the glass product for the purpose of sufficiently suppressing the generation or expansion of bubbles in the synthetic silica glass product used under high temperature and reduced pressure environment. We focused on reducing the gas components and the like. And the invention which concerns on the synthetic amorphous silica powder which reduced the said gas component by giving the raw material powder the spheroidization process on predetermined conditions was discovered. Specifically, after performing spheroidizing treatment granulated silica powder, average particle size D 50 obtained by washing drying a synthetic amorphous silica powder 10~2000Myuemu, BET specific The value obtained by dividing the surface area by the theoretical specific surface area calculated from the average particle diameter is more than 1.35 and not more than 1.75, the true density is 2.10 to 2.20 g / cm 3 , and the intra-particle space ratio is 0 to 0.05. The circularity is 0.75 or more and 1.00 or less, and the undissolved rate is greater than 0.00 and 0.25 or less.

この合成非晶質シリカ粉末は、粉末表面に吸着するガス成分や粉末内部に存在するガス成分が非常に少ないため、気泡の発生又は膨張を抑制する効果が非常に高いものの、これらを更に安定的に抑制するという点では、必ずしも十分であったとは言えず、更なる改良の余地が残されていた。   Although this synthetic amorphous silica powder has very little gas component adsorbed on the powder surface and gas component existing inside the powder, it has a very high effect of suppressing the generation or expansion of bubbles, but these are more stable. However, it was not always sufficient in terms of restraint, and there was room for further improvement.

このため、本発明の目的は、このような上記従来の課題を克服し、高温及び減圧の環境下での使用において、更に安定的に気泡の発生又は膨張を抑制できる合成シリカガラス製品のための原料に適する、合成非晶質シリカ粉末及びその製造方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to overcome the above-described conventional problems and to provide a synthetic silica glass product that can more stably suppress the generation or expansion of bubbles when used in an environment of high temperature and reduced pressure. To provide a synthetic amorphous silica powder suitable for a raw material and a method for producing the same.

本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、高温及び減圧の環境下で使用される合成シリカガラス製品において、気泡の発生又は膨張を更に安定的に抑制するには、原料粉末の粉末表面に吸着するガス成分や粉末内部に存在するガス成分を低減させること以外に、粉末間に存在するガス量を更に低減させることが重要であるという知見を得た。そして、粉末間に存在するガス量を低減させるには、粉末の固めかさ密度を所望の高い密度に制御すること、即ち粉末間の空隙の体積を、安定的に、なるべく小さくする必要がある。そのためには、球状化処理後の粉末の粒径やその分布、更には粉末形状等を適正な範囲に、かつ精密に制御することが重要となる。   As a result of intensive studies by the present inventors, in synthetic silica glass products used under high temperature and reduced pressure environments, in order to more stably suppress the generation or expansion of bubbles, adsorption to the powder surface of the raw powder The present inventors have found that it is important to further reduce the amount of gas present between the powders in addition to reducing the gas components present and the gas components present inside the powder. In order to reduce the amount of gas existing between the powders, it is necessary to control the powder bulk density to a desired high density, that is, to reduce the volume of voids between the powders as stably as possible. For that purpose, it is important to precisely control the particle size and distribution of the powder after the spheroidizing treatment, and further the powder shape and the like within an appropriate range.

本発明の第1の観点は、造粒されたシリカ粉末に球状化処理を施した後、洗浄し乾燥して得られた合成非晶質シリカ粉末であって、体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50〜200μmでその頻度が2〜5%、個数基準の算術平均粒径DNAVが0.4×DVM±10μm、かつ個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜10μmでその頻度が3〜10%であり、固めかさ密度が1.38g/cm3以上1.50g/cm3以下、円形度が0.85以上1.00以下であり、BET比表面積を理論比表面積で割った値が1.00〜1.35、真密度が2.10〜2.20g/cm3、粒子内空間率が0.00〜0.05である合成非晶質シリカ粉末である。 A first aspect of the present invention is a synthetic amorphous silica powder obtained by subjecting a granulated silica powder to spheronization treatment, followed by washing and drying. Value D VM is 50 to 200 μm, its frequency is 2 to 5%, number-based arithmetic average particle diameter D NAV is 0.4 × D VM ± 10 μm, and number-based particle size distribution mode value D NM is 5 to 5 and that a frequency of 3-10% in 10 [mu] m, compacted bulk density of 1.38 g / cm 3 or more 1.50 g / cm 3 or less, and a circularity of 0.85 to 1.00, theory BET specific surface area A synthetic amorphous silica powder having a value divided by a specific surface area of 1.00 to 1.35, a true density of 2.10 to 2.20 g / cm 3 , and a particle space ratio of 0.00 to 0.05. is there.

本発明の第2の観点は、四塩化珪素を加水分解させてシリカ質のゲルを生成させ、このシリカ質のゲルを乾燥して乾燥粉とし、この乾燥粉を粉砕した後、分級することにより体積基準の粒度分布の最頻値DVMが60〜300μmの第1シリカ粉末及び個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜20μmの第2シリカ粉末を得る造粒工程と、上記第1シリカ粉末と第2シリカ粉末とを、質量比(第1シリカ粉末:第2シリカ粉末)で1:0.005〜0.05の割合で均一に混合して第3シリカ粉末を得る粉末混合工程と、アルゴンを所定の流量で導入して所定の高周波出力でプラズマを発生させたプラズマトーチ内に、所定の供給速度で上記第3シリカ粉末を投入し、2000℃から二酸化珪素の沸点までの温度で加熱し、溶融させる熱プラズマによる球状化工程と、上記球状化工程後の球状化シリカ粉末表面に付着している微粉を取り除く洗浄工程と、上記洗浄工程後のシリカ粉末を乾燥する乾燥工程とをこの順に含み、上記球状化工程における高周波出力(W)をA、シリカ粉末の供給速度(kg/hr)をBとするとき、A/B(W・hr/kg)の値が1.0×104以上になるように調整して行われ、体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50〜200μmでその頻度は2〜5%、個数基準の算術平均粒径DNAVが0.4×DVM±10μm、かつ個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜10μmでその頻度が3〜10%であり、固めかさ密度が1.38g/cm3以上1.50g/cm3以下、円形度が0.85以上1.00以下であり、BET比表面積を理論比表面積で割った値が1.00〜1.35、真密度が2.10〜2.20g/cm3、粒子内空間率が0.00〜0.05である合成非晶質シリカ粉末の製造方法である。 According to a second aspect of the present invention, silicon tetrachloride is hydrolyzed to produce a siliceous gel, the siliceous gel is dried to obtain a dry powder, the dry powder is pulverized, and then classified. A granulation step of obtaining a first silica powder having a volume-based particle size distribution mode value D VM of 60 to 300 μm and a number-based particle size distribution mode value D NM of 5 to 20 μm; Powder mixing in which the first silica powder and the second silica powder are uniformly mixed at a mass ratio (first silica powder: second silica powder) at a ratio of 1: 0.005-0.05. And the third silica powder is introduced at a predetermined supply rate into a plasma torch in which argon is introduced at a predetermined flow rate and plasma is generated at a predetermined high-frequency output, from 2000 ° C. to the boiling point of silicon dioxide Thermal plasma heated and melted at temperature Including a spheroidizing step, a cleaning step for removing fine particles adhering to the surface of the spheroidized silica powder after the spheronizing step, and a drying step for drying the silica powder after the cleaning step, in this order. When the high frequency output (W) in the process is A and the supply rate (kg / hr) of the silica powder is B, the value of A / B (W · hr / kg) is 1.0 × 10 4 or more. The volume-based particle size distribution mode D VM is 50-200 μm, the frequency is 2-5%, the number-based arithmetic mean particle size D NAV is 0.4 × D VM ± 10 μm, and the mode D NM of the particle size distribution of number basis is the frequency of 3-10% in 5 to 10 [mu] m, compacted bulk density of 1.38 g / cm 3 or more 1.50 g / cm 3 or less, roundness 0. 85 or more and 1.00 or less, and the value obtained by dividing the BET specific surface area by the theoretical specific surface area is .00~1.35, true density of 2.10~2.20g / cm 3, a method for producing a synthetic amorphous silica powder particles in the space ratio is from 0.00 to 0.05.

本発明の第3の観点は、有機系シリコン化合物を加水分解させてシリカ質のゲルを生成させ、このシリカ質のゲルを乾燥して乾燥粉とし、この乾燥粉を粉砕した後、分級することにより体積基準の粒度分布の最頻値DVMが60〜300μmの第1シリカ粉末及び個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜20μmの第2シリカ粉末を得る造粒工程と、上記第1シリカ粉末と第2シリカ粉末とを、質量比(第1シリカ粉末:第2シリカ粉末)で1:0.005〜0.05の割合で均一に混合して第3シリカ粉末を得る粉末混合工程と、アルゴンを所定の流量で導入して所定の高周波出力でプラズマを発生させたプラズマトーチ内に、所定の供給速度で上記第3シリカ粉末を投入し、2000℃から二酸化珪素の沸点までの温度で加熱し、溶融させる熱プラズマによる球状化工程と、上記球状化工程後の球状化シリカ粉末表面に付着している微粉を取り除く洗浄工程と、上記洗浄工程後のシリカ粉末を乾燥する乾燥工程とをこの順に含み、上記球状化工程における高周波出力(W)をA、シリカ粉末の供給速度(kg/hr)をBとするとき、A/B(W・hr/kg)の値が1.0×104以上になるように調整して行われ、体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50〜200μmでその頻度は2〜5%、個数基準の算術平均粒径DNAVが0.4×DVM±10μm、かつ個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜10μmでその頻度が3〜10%であり、固めかさ密度が1.38g/cm3以上1.50g/cm3以下、円形度が0.85以上1.00以下であり、BET比表面積を理論比表面積で割った値が1.00〜1.35、真密度が2.10〜2.20g/cm3、粒子内空間率が0.00〜0.05である合成非晶質シリカ粉末の製造方法である。 The third aspect of the present invention is to hydrolyze the organic silicon compound to produce a siliceous gel, dry the siliceous gel to dry powder, pulverize the dry powder, and then classify To obtain a first silica powder having a volume-based particle size distribution mode value D VM of 60 to 300 μm and a number-based particle size distribution mode value D NM of 5 to 20 μm; Powder that obtains third silica powder by uniformly mixing first silica powder and second silica powder in a mass ratio (first silica powder: second silica powder) at a ratio of 1: 0.005-0.05. The third silica powder is charged at a predetermined supply rate into a plasma torch in which argon is introduced at a predetermined flow rate and plasma is generated at a predetermined high-frequency output by introducing argon at a predetermined flow rate, from 2000 ° C. to the boiling point of silicon dioxide. Heat and melt at a temperature of Including a spheroidizing step by thermal plasma, a cleaning step of removing fine powder adhering to the surface of the spheroidized silica powder after the spheronizing step, and a drying step of drying the silica powder after the cleaning step, When the high frequency output (W) in the spheroidizing step is A and the supply rate (kg / hr) of the silica powder is B, the value of A / B (W · hr / kg) is 1.0 × 10 4 or more. adjusted performed, the frequency is 2-5%, the arithmetic average particle diameter D NAV is 0.4 × D VM ± 10μm number reference in the mode D VM is 50~200μm of volume-based particle size distribution as and the mode D NM of the particle size distribution of number basis is the frequency of 3-10% in 5 to 10 [mu] m, compacted bulk density of 1.38 g / cm 3 or more 1.50 g / cm 3 or less, roundness 0.85 or more and 1.00 or less, and the BET specific surface area is the theoretical specific surface area. Values Tsu is 1.00 to 1.35, the true density of 2.10~2.20g / cm 3, in the manufacturing method of synthetic amorphous silica powder is a particle in space ratio 0.00 to 0.05 is there.

本発明の第4の観点は、ヒュームドシリカを加水分解させてシリカ質のゲルを生成させ、このシリカ質のゲルを乾燥して乾燥粉とし、この乾燥粉を粉砕した後、分級することにより体積基準の粒度分布の最頻値DVMが60〜300μmの第1シリカ粉末及び個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜20μmの第2シリカ粉末を得る造粒工程と、上記第1シリカ粉末と第2シリカ粉末とを、質量比(第1シリカ粉末:第2シリカ粉末)で1:0.005〜0.05の割合で均一に混合して第3シリカ粉末を得る粉末混合工程と、アルゴンを所定の流量で導入して所定の高周波出力でプラズマを発生させたプラズマトーチ内に、所定の供給速度で上記第3シリカ粉末を投入し、2000℃から二酸化珪素の沸点までの温度で加熱し、溶融させる熱プラズマによる球状化工程と、上記球状化工程後の球状化シリカ粉末表面に付着している微粉を取り除く洗浄工程と、上記洗浄工程後のシリカ粉末を乾燥する乾燥工程とをこの順に含み、上記球状化工程における高周波出力(W)をA、シリカ粉末の供給速度(kg/hr)をBとするとき、A/B(W・hr/kg)の値が1.0×104以上になるように調整して行われ、体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50〜200μmでその頻度は2〜5%、個数基準の算術平均粒径DNAVが0.4×DVM±10μm、かつ個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜10μmでその頻度が3〜10%であり、固めかさ密度が1.38g/cm3以上1.50g/cm3以下、円形度が0.85以上1.00以下であり、BET比表面積を理論比表面積で割った値が1.00〜1.35、真密度が2.10〜2.20g/cm3、粒子内空間率が0.00〜0.05である合成非晶質シリカ粉末の製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, fumed silica is hydrolyzed to produce a siliceous gel, the siliceous gel is dried to obtain a dry powder, the dry powder is pulverized, and then classified. A granulation step of obtaining a first silica powder having a volume-based particle size distribution mode value D VM of 60 to 300 μm and a number-based particle size distribution mode value D NM of 5 to 20 μm; Powder mixing in which the first silica powder and the second silica powder are uniformly mixed at a mass ratio (first silica powder: second silica powder) at a ratio of 1: 0.005-0.05. And the third silica powder is introduced at a predetermined supply rate into a plasma torch in which argon is introduced at a predetermined flow rate and plasma is generated at a predetermined high-frequency output, from 2000 ° C. to the boiling point of silicon dioxide Heating process to heat and melt at temperature Including a spheroidizing step with a laser, a cleaning step for removing fine powder adhering to the surface of the spheroidized silica powder after the spheronizing step, and a drying step for drying the silica powder after the cleaning step in this order. When the high frequency output (W) in the conversion step is A and the supply rate (kg / hr) of the silica powder is B, the value of A / B (W · hr / kg) is 1.0 × 10 4 or more. adjusted done, volume-based particle size distribution. the frequency of 2-5% mode value D VM is in 50~200μm of number-based arithmetic average particle diameter D NAV is 0.4 × D VM ± 10μm in the, and a mode value D NM is the frequency from 3 to 10 percent 5~10μm of the particle size distribution of number-based, compacted bulk density of 1.38 g / cm 3 or more 1.50 g / cm 3 or less, roundness 0 .85 or more and 1.00 or less, and the BET specific surface area is divided by the theoretical specific surface area. Values from 1.00 to 1.35, the true density of 2.10~2.20g / cm 3, a method for producing a synthetic amorphous silica powder particles in the space ratio is from 0.00 to 0.05.

本発明の第5の観点は、第2ないし第4の観点に基づく発明であって、更に上記造粒工程において、上記第1シリカ粉末は上記乾燥粉を粉砕した後、この粉砕した乾燥粉をふるいを用いて分級することにより得られ、上記第2シリカ粉末は、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に分級することにより得られることを特徴とする。   A fifth aspect of the present invention is an invention based on the second to fourth aspects, and in the granulation step, the first silica powder pulverizes the dry powder, and then the pulverized dry powder is used. The second silica powder is obtained by classification using a sieve, and the second silica powder is obtained by further classifying the dried powder under the sieve at the time of classification to obtain the first silica powder.

本発明の第1の観点の合成非晶質シリカ粉末は、造粒されたシリカ粉末に球状化処理を施した後、洗浄し乾燥して得られた合成非晶質シリカ粉末であって、体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50〜200μmでその頻度が2〜5%、個数基準の算術平均粒径DNAVが0.4×DVM±10μm、かつ個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜10μmでその頻度が3〜10%であり、固めかさ密度が1.38g/cm3以上1.50g/cm3以下、円形度が0.85以上1.00以下であり、BET比表面積を理論比表面積で割った値が1.00〜1.35、真密度が2.10〜2.20g/cm3、粒子内空間率が0.00〜0.05である。この合成非晶質シリカ粉末は、粒径やその分布、更には粉末形状等が適正な範囲に、かつ精密に制御されることで、所望の固めかさ密度を有する。そのため、粉末表面に吸着するガス成分及び粉末内部に存在するガス成分以外に、粉末間に存在するガス量が極めて少なく、この合成非晶質シリカ粉末を用いて製造された合成シリカガラス製品を製造すれば、従来の原料粉末を用いた場合よりも、気泡の発生又は膨張を更に安定的に低減することができる。 The synthetic amorphous silica powder according to the first aspect of the present invention is a synthetic amorphous silica powder obtained by subjecting the granulated silica powder to spheroidization treatment, washing and drying, and having a volume The standard value D VM of the standard particle size distribution is 50 to 200 μm, the frequency is 2 to 5%, the number average arithmetic average particle size D NAV is 0.4 × D VM ± 10 μm, and the number standard particle size distribution Shikichi D NM is the frequency of 3-10% in 5 to 10 [mu] m, compacted bulk density of 1.38 g / cm 3 or more 1.50 g / cm 3 or less, in roundness 0.85 to 1.00 The value obtained by dividing the BET specific surface area by the theoretical specific surface area is 1.00 to 1.35, the true density is 2.10 to 2.20 g / cm 3 , and the intra-particle space ratio is 0.00 to 0.05. . This synthetic amorphous silica powder has a desired bulk density by precisely controlling the particle size, its distribution, and the powder shape within an appropriate range. Therefore, in addition to the gas component adsorbed on the powder surface and the gas component present inside the powder, the amount of gas present between the powders is extremely small, and a synthetic silica glass product manufactured using this synthetic amorphous silica powder is manufactured. In this case, the generation or expansion of bubbles can be more stably reduced than when the conventional raw material powder is used.

本発明の第2〜第4の観点の合成非晶質シリカ粉末の製造方法は、例えば四塩化珪素を加水分解させてシリカ質のゲルを生成させるか、テトラメトキシシラン等の有機系シリコン化合物を加水分解させてシリカ質のゲルを生成させるか、或いはヒュームドシリカを用いてシリカ質のゲルを生成させる。そして、このシリカ質のゲルを乾燥して乾燥粉とし、この乾燥粉を粉砕した後、分級することにより体積基準の粒度分布の最頻値DVMが60〜300μmの第1シリカ粉末及び個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜20μmの第2シリカ粉末を得る造粒工程と、上記第1シリカ粉末と第2シリカ粉末とを、質量比(第1シリカ粉末:第2シリカ粉末)で1:0.005〜0.05の割合で均一に混合して第3シリカ粉末を得る粉末混合工程と、アルゴンを所定の流量で導入して所定の高周波出力でプラズマを発生させたプラズマトーチ内に、所定の供給速度で上記第3シリカ粉末を投入し、2000℃から二酸化珪素の沸点までの温度で加熱し、溶融させる熱プラズマによる球状化工程と、上記球状化工程後の球状化シリカ粉末表面に付着している微粉を取り除く洗浄工程と、上記洗浄工程後のシリカ粉末を乾燥する乾燥工程とをこの順に含み、上記球状化工程における高周波出力(W)をA、シリカ粉末の供給速度(kg/hr)をBとするとき、A/B(W・hr/kg)の値が1.0×104以上になるように調整して行われ、体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50〜200μmでその頻度は2〜5%、個数基準の算術平均粒径DNAVが0.4×DVM±10μm、かつ個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜10μmでその頻度が3〜10%であり、固めかさ密度が1.38g/cm3以上1.50g/cm3以下、円形度が0.85以上1.00以下である合成非晶質シリカ粉末を得ることを特徴とする。上記工程を経ることで、不可避のガス吸着量を低減し、また粉末内部のガス成分を低減することができる。更に、粒径やその分布、更には粉末形状等を適正な範囲に、かつ精密に制御することで、所望の固めかさ密度を有する粉末とすることができる。これにより、粉末間に存在するガス量も極めて少なくなり、合成シリカガラス製品の原料として好適に用いることが可能な合成非晶質シリカ粉末を簡便に製造することができる。 The method for producing a synthetic amorphous silica powder according to the second to fourth aspects of the present invention includes, for example, hydrolyzing silicon tetrachloride to produce a siliceous gel, or using an organic silicon compound such as tetramethoxysilane. Hydrolysis produces a siliceous gel or fumed silica is used to produce a siliceous gel. Then, the siliceous gel is dried to obtain a dry powder, and the dry powder is pulverized and then classified, whereby the mode value D VM of the volume-based particle size distribution is 60 to 300 μm and the first silica powder and the number standard The granulation step of obtaining a second silica powder having a mode value D NM of 5 to 20 μm and a mass ratio (first silica powder: second silica powder) ) And a powder mixing step of uniformly mixing at a ratio of 1: 0.005 to 0.05 to obtain a third silica powder, and plasma in which argon is introduced at a predetermined flow rate and plasma is generated at a predetermined high frequency output. The third silica powder is charged into the torch at a predetermined supply rate, heated at a temperature from 2000 ° C. to the boiling point of silicon dioxide and melted, and a spheronization step by the thermal plasma, and the spheronization after the spheronization step Adhering to the silica powder surface A washing step for removing the fine powder and a drying step for drying the silica powder after the washing step in this order, the high frequency output (W) in the spheroidizing step is A, and the silica powder supply rate (kg / hr) And B is adjusted so that the value of A / B (W · hr / kg) is 1.0 × 10 4 or more, and the mode value D VM of the volume-based particle size distribution is 50 to 50 The frequency is 2 to 5% at 200 μm, the arithmetic average particle diameter D NAV based on the number is 0.4 × D VM ± 10 μm, and the frequency value D NM of the number based particle size distribution is 5 to 10 μm and the frequency is 3 was 10%, and characterized in that compacted bulk density 1.38 g / cm 3 or more 1.50 g / cm 3 or less, roundness obtain synthetic amorphous silica powder is 0.85 to 1.00 To do. By passing through the above steps, the inevitable gas adsorption amount can be reduced, and the gas components in the powder can be reduced. Furthermore, it is possible to obtain a powder having a desired compacted bulk density by precisely controlling the particle size, its distribution, and the powder shape within an appropriate range. As a result, the amount of gas present between the powders is extremely reduced, and a synthetic amorphous silica powder that can be suitably used as a raw material for a synthetic silica glass product can be easily produced.

本発明の第5の観点の合成非晶質シリカ粉末の製造方法では、上記造粒工程において、上記第1シリカ粉末は上記乾燥粉を粉砕した後、この粉砕した乾燥粉をふるいを用いて分級することにより得られ、上記第2シリカ粉末は、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に分級することにより得られる。そのため、例えば上記粉砕した乾燥粉を2つに分け、一方の粉砕した乾燥粉から直接分級して得る方法等に比べ、粒径がサブミクロン未満の微粉が少なくなることにより、シリカ粉末の比表面積が小さくなるため、気泡の発生又は膨張を更に安定的に抑制することができる。   In the method for producing a synthetic amorphous silica powder according to the fifth aspect of the present invention, in the granulation step, the first silica powder pulverizes the dry powder, and then classifies the pulverized dry powder using a sieve. The second silica powder can be obtained by further classifying the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder. Therefore, the specific surface area of the silica powder is reduced by, for example, dividing the pulverized dry powder into two and reducing the fine powder having a particle size of less than submicron compared to the method obtained by directly classifying one of the pulverized dry powders. Therefore, the generation or expansion of bubbles can be more stably suppressed.

本発明の合成非晶質シリカ粉末の代表的な粉末粒子を示す写真図である。It is a photograph figure which shows the typical powder particle of the synthetic | combination amorphous silica powder of this invention. 本発明の合成非晶質シリカ粉末の製造工程を示すプロセスフロー図である。It is a process flow figure showing a manufacturing process of synthetic amorphous silica powder of the present invention. 熱プラズマによる球状化装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the spheroidization apparatus by a thermal plasma. 球状化処理を施していない代表的なシリカ粉末粒子を示す写真図である。It is a photograph figure which shows the typical silica powder particle which has not performed the spheroidization process.

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。   Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described based on the drawings.

本発明の合成非晶質シリカ粉末は、造粒されたシリカ粉末に球状化処理を施した後、洗浄し乾燥することによって得られたものであり、体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50〜200μmでその頻度が2〜5%、個数基準の算術平均粒径DNAVが0.4×DVM±10μm、かつ個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜10μmでその頻度が3〜10%であり、固めかさ密度が1.38g/cm3以上1.50g/cm3以下、円形度が0.85以上1.00以下であることを特徴とする。 The synthetic amorphous silica powder of the present invention is obtained by subjecting the granulated silica powder to spheroidization treatment, washing and drying, and the mode value D VM of the volume-based particle size distribution. Is 50 to 200 μm, the frequency is 2 to 5%, the number-based arithmetic average particle diameter D NAV is 0.4 × D VM ± 10 μm, and the number-based particle size distribution mode value D NM is 5 to 10 μm. the frequency is 3-10%, a packed bulk density of 1.38 g / cm 3 or more 1.50 g / cm 3 or less, roundness, characterized in that 0.85 to 1.00.

体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50μm未満では、シリカ粉末の粒径が小さくなるため、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。一方、200μmを越えると、シリカ粉末間の空間が大きくなるため、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。また、最頻値DVMが50〜200μmであっても、その頻度が2%未満では、粒径が小さいシリカ粉末が増加するため、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。一方、5%を越えると、粒径が大きいシリカ粉末が増加し、シリカ粉末間の空間が大きくなるため、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。このうち、体積基準の粒度分布の最頻値DVMは75〜150μmの範囲であることが好ましく、その頻度は、3〜4%の範囲であることが好ましい。 When the mode value D VM of the volume-based particle size distribution is less than 50 μm, the particle size of the silica powder becomes small, so the density of the bulk becomes low and the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. On the other hand, if it exceeds 200 μm, the space between the silica powders becomes large, so that the bulk density is lowered and the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. Further, even if the mode value D VM is 50 to 200 μm, if the frequency is less than 2%, silica powder with a small particle size increases, so the density of the bulk becomes low and the generation or expansion of bubbles is stable. Can not be suppressed. On the other hand, if it exceeds 5%, silica powder having a large particle diameter increases and the space between the silica powders increases, so the density of the bulk becomes low and the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. Among these, it is preferred that the mode value D VM of volume-based particle size distribution in the range of 75-150, the frequency is preferably in the range of 3-4%.

また、個数基準の算術平均粒径DNAVが上限値(0.4×DVM+10μm)を越えると、
粒径が大きめの粉末同士の隙間に、粒径が小さい粉末が入り難くなるため、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。一方、個数基準の算術平均粒径DNAVが下限値(0.4×DVM−10μm)未満では、粒径が大きめの粉末同士の隙間に、粒径が小さい粉末が入っても隙間が残るため、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。更に、個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5μm未満では、粒径が小さいシリカ粉末が増加するため、比表面積が大きくなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。一方、10μmを越えると、粒径が大きめの粉末同士の隙間に、粒径が小さい粉末が入った後にできる隙間に、更に粒径が小さい粉末が入ることができなくなるため、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。また、最頻値DNMが5〜10μmの範囲にあっても、その頻度が3%未満では、粒径が小さいシリカ粉末が増加し過ぎるため、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。一方、10%を越えると、粒径が大きめの粉末同士の隙間に入り込める粒径が小さい粉末が少なくなるため、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。このうち、個数基準の算術平均粒径DNAVは、0.4×DVM±5μmの範囲であることが好ましい。また、個数基準の粒度分布の最頻値DNMは5〜7.5μmの範囲であることが好ましく、その頻度は、5〜8%の範囲であることが好ましい。
Further, when the number average arithmetic average particle diameter D NAV exceeds the upper limit (0.4 × D VM +10 μm),
Since it becomes difficult for a powder with a small particle size to enter a gap between powders with a large particle size, the density of the bulk becomes low and the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. If it is less than the arithmetic mean particle diameter D NAV is the lower limit of the number-based (0.4 × D VM -10μm), the gap between particle size larger powder, leaving a gap even contain small particle size powder For this reason, the bulk density is lowered, and the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. Further, when the mode value D NM of the number-based particle size distribution is less than 5 μm, the silica powder having a small particle size increases, the specific surface area increases, and the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. On the other hand, if it exceeds 10 μm, the powder with a smaller particle size cannot enter the gap between the powders with a larger particle size after the powder with a smaller particle size has entered. Therefore, the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. Further, even if the mode value D NM is in the range of 5 to 10 μm, if the frequency is less than 3%, the silica powder having a small particle diameter increases too much, so the density of the bulk becomes low and the generation or expansion of bubbles. Cannot be suppressed stably. On the other hand, if it exceeds 10%, the powder with a small particle size that can enter the gap between the powders with a large particle size decreases, so the density of the bulk becomes low and the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. . Among these, the number-based arithmetic average particle diameter D NAV is preferably in the range of 0.4 × D VM ± 5 μm. The mode value D NM of the number-based particle size distribution is preferably in the range of 5 to 7.5 μm, and the frequency is preferably in the range of 5 to 8%.

また、円形度は、次の式(1)から算出した値であり、円形度は、1.00に近づく程、粉末粒子が真球に近くなることを意味する。   Further, the circularity is a value calculated from the following equation (1), and the circularity means that the closer to 1.00, the closer the powder particle is to a true sphere.

粒子1個についての円形度=π×面積相当径/周囲長 (1)
円形度が0.85未満では、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。一方、どのような条件で球状化処理を施しても、円形度が1.00を越えることはない。このうち、円形度は、0.90〜1.00の範囲であることが好ましい。
Circularity per particle = π × area equivalent diameter / perimeter (1)
When the circularity is less than 0.85, the bulk density is low, and the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. On the other hand, the circularity does not exceed 1.00 regardless of the spheroidizing process. Of these, the circularity is preferably in the range of 0.90 to 1.00.

このように、本発明の合成非晶質シリカ粉末は、球状化処理を施したシリカ粉末であって、粒径及びその分布、更には粉末形状が適正な範囲に、かつ精密に制御されることにより、粒子間の空隙の体積が非常に小さく、上記所望の固めかさ密度を有する。そのため、粉末間に存在するガス量が極めて少ない。粒径等が上記適正な範囲に制御されず、固めかさ密度が1.38g/cm3未満になると、粉末間の隙間が大きくなり、粉末間に存在するガス量が多くなるため、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。一方、1.50g/cm3を越えると、ガラス製品の製造において、粉末を溶融する際に、粉末間に存在するガス成分や粉末表面に吸着するガス成分、或いは粉末内部に存在するガス成分等が、溶融中の粉末又は融液中から逃げることができなくなるため、気泡がガラス製品中に残留するという不具合が生じる。このうち、固めかさ密度は1.40〜1.47g/cm3の範囲であることが好ましい。 As described above, the synthetic amorphous silica powder of the present invention is a spheroidized silica powder, and the particle size and distribution thereof, and further, the powder shape is controlled within an appropriate range and precisely. Therefore, the volume of the voids between the particles is very small and has the desired solid density. Therefore, the amount of gas present between the powders is extremely small. If the particle size etc. is not controlled within the above appropriate range, and if the bulk density is less than 1.38 g / cm 3 , the gap between the powders becomes large and the amount of gas existing between the powders increases, so that bubbles are generated. Or expansion cannot be suppressed stably. On the other hand, if it exceeds 1.50 g / cm 3 , when melting the powder in the manufacture of glass products, the gas component present between the powders, the gas component adsorbed on the powder surface, or the gas component present in the powder However, since it becomes impossible to escape from the molten powder or melt, there is a problem that bubbles remain in the glass product. Of these, the bulk density is preferably in the range of 1.40 to 1.47 g / cm 3 .

また、合成シリカガラス製品における気泡の発生又は膨張の原因として、製品の製造に用いた原料粉末の表面に吸着しているガス等が考えられる。即ち、合成シリカガラス製品を製造するに際し、その一工程である溶融の際に、原料粉末の表面に吸着していたガス成分が離脱する。そして、このガス成分が合成シリカガラス製品中に残留し、これが気泡の発生又は膨張の原因となる。   Moreover, the gas etc. which are adsorb | sucking to the surface of the raw material powder used for manufacture of a product as a cause of generation | occurrence | production or expansion | swelling of a bubble in a synthetic silica glass product are considered. That is, when the synthetic silica glass product is manufactured, the gas component adsorbed on the surface of the raw material powder is released during melting, which is one step. And this gas component remains in a synthetic silica glass product, and this causes a bubble generation or expansion.

合成シリカガラス製品の原料となるシリカ粉末は、通常、粉砕工程を経るため、図4に示すように不定形(粉砕粉形状)の粒子を多く含む。そのため、比表面積が大きくなり、不可避のガス吸着量が大きくなると考えられる。   Since the silica powder used as the raw material for the synthetic silica glass product usually undergoes a pulverization step, it contains a large number of particles having an irregular shape (pulverized powder shape) as shown in FIG. Therefore, it is considered that the specific surface area increases and the inevitable gas adsorption amount increases.

そのため、本発明の合成非晶質シリカ粉末は、粉末に球状化処理を施すことにより、BET比表面積を理論比表面積で割った値が1.00〜1.35、真密度が2.10〜2.20g/cm3、粒子内空間率が0.00〜0.05であることを特徴とする。ここで、理論比表面積とは、平均粒径DL50から算出した値であり、平均粒径DL50とは、レーザー回折散乱式粒子分布測定装置(HORIBA社製 型式名:LA-950)を用いて測定される体積基準の粒度分布の中央値を3回測定し、これらを平均した値をいう。また、BET比表面積とは、BET3点法により測定した値をいう。また、粒子の理論比表面積は、粒子が真球体であり、表面が平滑であると仮定した場合、次の式(2)から算出される。なお、式(2)中、Dは粒子の直径、ρは真密度を示す。 Therefore, the synthetic amorphous silica powder of the present invention has a value obtained by dividing the BET specific surface area by the theoretical specific surface area by subjecting the powder to spheroidization treatment, and the true density is 2.10. 2.20 g / cm < 3 >, The particle | grain space ratio is 0.00-0.05, It is characterized by the above-mentioned. Here, the theoretical specific surface area is a value calculated from the average particle size D L50 , and the average particle size D L50 is obtained by using a laser diffraction scattering type particle distribution measuring device (model name: LA-950, manufactured by HORIBA). The median value of the volume-based particle size distribution measured in the above is measured three times, and the average value is measured. The BET specific surface area is a value measured by the BET three-point method. Further, the theoretical specific surface area of the particle is calculated from the following equation (2) when it is assumed that the particle is a true sphere and the surface is smooth. In the formula (2), D represents the particle diameter, and ρ represents the true density.

理論比表面積=6/(D×ρ) (2)
本明細書中、粉末の理論比表面積とは、上記式(2)において、Dを粉末の平均粒径DL50、ρを真密度2.20g/cm3と仮定した理論真密度から算出した値である。即ち、粉末の理論比表面積は、次の式(3)から算出される。
Theoretical specific surface area = 6 / (D × ρ) (2)
In the present specification, the theoretical specific surface area of the powder is a value calculated from the theoretical true density assuming that D is the average particle diameter D L50 of the powder and ρ is the true density of 2.20 g / cm 3 in the above formula (2). It is. That is, the theoretical specific surface area of the powder is calculated from the following equation (3).

粉末の理論比表面積=2.73/DL50 (3)
BET比表面積を平均粒径DL50から算出した理論比表面積で割った値が大きくなると、比表面積が大きくなり、不可避のガス吸着量が大きくなる。粉末の理論比表面積は、粒子が真球であり、表面が平滑な場合は、1.00となる。平均粒径DL50が小さい側に、粒度分布の偏りや粒度分布のピークが存在するために、平均粒径DL50の測定が小さくなる場合、BET比表面積を平均粒径DL50から算出した理論比表面積で割った値が1.00未満になる場合がある。その場合は、BET比表面積を平均粒径DL50から算出した理論比表面積で割った値を1.00とする。1.35を超えると、粉末表面に吸着するガス成分に起因する気泡の発生又は膨張の低減効果が小さい。このうち、BET比表面積を平均粒径DL50から算出した理論比表面積で割った値は、1.00〜1.10の範囲であることが特に好ましい。
Theoretical specific surface area of the powder = 2.73 / D L50 (3)
When the value obtained by dividing the BET specific surface area by the theoretical specific surface area calculated from the average particle diameter D L50 increases, the specific surface area increases and the inevitable gas adsorption amount increases. The theoretical specific surface area of the powder is 1.00 when the particles are spherical and the surface is smooth. The theory that the BET specific surface area is calculated from the average particle size D L50 when the measurement of the average particle size D L50 is small because there is a deviation in the particle size distribution and the peak of the particle size distribution on the side where the average particle size D L50 is small. The value divided by the specific surface area may be less than 1.00. In that case, a value obtained by dividing the BET specific surface area by the theoretical specific surface area calculated from the average particle diameter D L50 is defined as 1.00. If it exceeds 1.35, the effect of reducing the generation or expansion of bubbles due to gas components adsorbed on the powder surface is small. Of these, the value obtained by dividing the BET specific surface area by the theoretical specific surface area calculated from the average particle diameter D L50 is particularly preferably in the range of 1.00 to 1.10.

また、合成非晶質シリカ粉末の1個の粒子について着目すると、粒子内に空孔や閉塞したクラック等の内部空間が存在しないことが好ましい。即ち、合成非晶質シリカ粉末の内部に、空間が存在すると、合成シリカガラス製品中の気泡の発生又は膨張の原因となるからである。このため、真密度は2.10g/cm3以上であることが好ましく、2.15〜2.20g/cm3であることが特に好ましい。真密度とはJIS R7212 カーボンブロックの測定方法(d)真比重測定に準じて、真密度測定を3回行い、この平均値をいう。また、粒子内空間率は0.05以下であることが好ましく、0.01以下であることが特に好ましい。粒子内空間率とは、50個の粉末粒子について、断面をSEM(走査型電子顕微鏡)により観察した際の粒子の断面積と、粒子内に空間があればその空間の面積を測定し、次の式(4)から算出した値の平均値である。 When attention is paid to one particle of the synthetic amorphous silica powder, it is preferable that no internal space such as a void or a closed crack exists in the particle. That is, if there is a space inside the synthetic amorphous silica powder, it may cause generation or expansion of bubbles in the synthetic silica glass product. Therefore, the true density is preferably at 2.10 g / cm 3 or more, and particularly preferably 2.15~2.20g / cm 3. The true density is an average value obtained by measuring the true density three times in accordance with the measurement method (d) true specific gravity measurement of JIS R7212 carbon block. Further, the intra-particle space ratio is preferably 0.05 or less, and particularly preferably 0.01 or less. The intra-particle space ratio is a measurement of the cross-sectional area of a particle when the cross-section of the 50 powder particles is observed with an SEM (scanning electron microscope), and the area of the space if there is a space in the particle. This is the average value of the values calculated from the equation (4).

粒子内空間率=粒子内空間総面積/粒子断総面積 (4)
また、粉末の溶融性を均一にさせるために、CuKα線を用いて粉末X線回折法で測定した場合に回折ピークがブロードな、結晶質シリカ粉末が認められない粉末であることが好ましい。非晶質と結晶質のシリカでは、溶融における挙動が異なっており、結晶質のシリカの溶融が遅れて始まる傾向にある。このため、非晶質と結晶質のシリカが混在している合成非晶質シリカ粉末を使用して、合成シリカガラス製品等の製造を行うと、合成シリカガラス製品中に、気泡が残りやすいためである。
Intraparticle space ratio = total area of intraparticle space / total area of particle breakage (4)
Moreover, in order to make the meltability of the powder uniform, a powder having a broad diffraction peak and no crystalline silica powder observed when measured by a powder X-ray diffraction method using CuKα rays is preferable. Amorphous and crystalline silica have different behaviors in melting, and the melting of crystalline silica tends to start later. For this reason, if a synthetic silica glass product or the like is manufactured using a synthetic amorphous silica powder in which amorphous and crystalline silica are mixed, bubbles are likely to remain in the synthetic silica glass product. It is.

また、合成シリカガラス製品の不純物混入の低減や高性能化のため、合成非晶質シリカ粉末の不純物濃度は、水素原子を除く1A族、2A〜8族、1B〜3B族、炭素及び珪素を除く4B族、5B族、酸素を除く6B族、塩素を除く7B族の濃度が1ppm未満であることが好ましい。このうち、これらの不純物濃度は0.05ppm未満であることが特に好ましい。また、高温及び減圧下における合成シリカガラス製品中の気泡の発生又は膨張を抑制するため、ガス成分となり得る水酸基が60ppm以下、塩素濃度が5ppm以下、炭素濃度が5ppm以下であることが好ましい。   In addition, in order to reduce the contamination of synthetic silica glass products and to improve performance, the synthetic amorphous silica powder has an impurity concentration of 1A group, 2A-8 group, 1B-3B group, carbon and silicon excluding hydrogen atoms. It is preferable that the concentration of the 4B group except 5B group, the 6B group excluding oxygen, and the 7B group excluding chlorine is less than 1 ppm. Of these, the impurity concentration is particularly preferably less than 0.05 ppm. Moreover, in order to suppress generation | occurrence | production or expansion | swelling of the bubble in the synthetic silica glass product under high temperature and pressure reduction, it is preferable that the hydroxyl group which can become a gas component is 60 ppm or less, the chlorine concentration is 5 ppm or less, and the carbon concentration is 5 ppm or less.

本発明の合成非晶質シリカ粉末は、球状化処理を施した後、洗浄し乾燥することによって、図1に示すような溶融して球状化された粒子が複数凝集した粒子を多く含むものである。このように、本発明の合成非晶質シリカ粉末は凝集した粒子を多く含むため、溶融により粉末表面が平滑になることにより、不可避のガス吸着量は低減される。なお、溶融して球状化された粒子が複数凝集した粒子について、本明細書では、凝集した粒子1つが1粒子を構成する。   The synthetic amorphous silica powder of the present invention contains many particles in which a plurality of fused and spheroidized particles as shown in FIG. 1 are aggregated by washing and drying after spheroidizing treatment. Thus, since the synthetic amorphous silica powder of the present invention contains many aggregated particles, the powder surface becomes smooth by melting, so that the inevitable gas adsorption amount is reduced. In addition, in this specification, about the particle | grains which the particle | grains fuse | melted and spheroidized aggregated, one aggregated particle comprises 1 particle | grain.

続いて、本発明の合成非晶質シリカ粉末の製造方法について説明する。本発明の合成非晶質シリカ粉末は、図2に示すように、原料となるシリカ粉末に、球状化処理を施した後、洗浄し乾燥することにより得られる。各工程について、以下、詳細に説明する。   Then, the manufacturing method of the synthetic | combination amorphous silica powder of this invention is demonstrated. As shown in FIG. 2, the synthetic amorphous silica powder of the present invention is obtained by subjecting the silica powder as a raw material to a spheroidizing treatment, and then washing and drying. Each step will be described in detail below.

本発明の合成非晶質シリカ粉末の原料となるシリカ粉末は、例えば、次のような方法によって得られる。第1の方法としては、先ず四塩化珪素1molに対して、45〜80molに相当する量の超純水を準備する。準備した超純水を容器内に入れ、窒素、アルゴン等の雰囲気にて、温度を20〜45℃に保持して攪拌しながら、四塩化珪素を添加して加水分解させる。四塩化珪素を添加してから0.5〜6時間攪拌を継続し、シリカ質のゲルを生成させる。このとき、攪拌速度は100〜300rpmの範囲にするのが好ましい。次に、上記シリカ質のゲルを乾燥用容器に移しこれを乾燥機に入れ、乾燥機内に好ましくは10〜20L/minの流量で窒素、アルゴン等を流しながら、200℃〜300℃の温度で12〜48時間乾燥させて乾燥粉を得る。次に、この乾燥粉を乾燥機から取り出し、ロールクラッシャー等の粉砕機を用いて、粉砕する。ロールクラッシャーを用いる場合は、ロール隙間0.2〜2.0mm、ロール回転数3〜200rpmに適宜調整して行う。最後に、粉砕した乾燥粉をふるい等を用いて分級することにより、体積基準の粒度分布の最頻値DVMが60〜300μmの第1シリカ粉末、及び個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜20μmの第2シリカ粉末が得られる。分級に用いられるふるいとしては、振動フルイの他、例えばジャイロ式や気流分級式のふるい等が挙げられる。なお、第2シリカ粉末は、例えば上記粉砕した乾燥粉を2つに分け、一方の粉砕した乾燥粉から直接分級して得る方法でも良いが、第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を更に分級して得る方法が、サブミクロン未満の微粉が少なり、シリカ粉末の比表面積が小さくなるため、気泡の発生又は膨張を更に安定的に抑制することができることから、好ましい。 The silica powder used as the raw material for the synthetic amorphous silica powder of the present invention is obtained, for example, by the following method. As a first method, first, ultrapure water in an amount corresponding to 45 to 80 mol is prepared with respect to 1 mol of silicon tetrachloride. The prepared ultrapure water is put in a container and hydrolyzed by adding silicon tetrachloride while stirring at a temperature of 20 to 45 ° C. in an atmosphere of nitrogen, argon or the like. After the addition of silicon tetrachloride, stirring is continued for 0.5 to 6 hours to produce a siliceous gel. At this time, the stirring speed is preferably in the range of 100 to 300 rpm. Next, the siliceous gel is transferred to a drying container, and this is put into a drier. While flowing nitrogen, argon or the like at a flow rate of preferably 10 to 20 L / min in the drier, a temperature of 200 ° C. to 300 ° C. Dry for 12 to 48 hours to obtain a dry powder. Next, the dry powder is taken out from the dryer and pulverized using a pulverizer such as a roll crusher. When using a roll crusher, it adjusts suitably to roll clearance 0.2-2.0mm and roll rotation speed 3-200rpm. Finally, by classifying the pulverized dry powder using a sieve or the like, the mode value D VM of the volume-based particle size distribution is the first silica powder having a VM of 60 to 300 μm, and the mode value D of the particle size distribution based on the number. A second silica powder having an NM of 5 to 20 μm is obtained. As a sieve used for classification, in addition to a vibrating sieve, for example, a gyro-type or air-flow classification-type sieve can be used. The second silica powder may be obtained, for example, by dividing the pulverized dry powder into two and directly classifying from one of the pulverized dry powders. However, the second silica powder may be dried under sieving at the time of classification to obtain the first silica powder. A method of further classifying the powder is preferable because fine powder less than submicron is reduced and the specific surface area of the silica powder is reduced, so that generation or expansion of bubbles can be more stably suppressed.

第2の方法としては、有機系シリコン化合物としてテトラメトキシシラン1molに対して、超純水0.5〜3mol、エタノール0.5〜3molを準備する。準備した超純水、エタノールを容器内に入れ、窒素、アルゴン等の雰囲気にて、温度を60℃に保持して攪拌しながら、テトラメトキシシランを添加して加水分解させる。テトラメトキシシランを添加してから5〜120分間、撹拌した後、テトラメトキシラン1molに対して1〜50molの超純水を更に添加し、1〜12時間攪拌を継続し、シリカ質のゲルを生成させる。このとき、攪拌速度は100〜300rpmの範囲にするのが好ましい。次に、上記シリカ質のゲルを乾燥用容器に移しこれを乾燥機に入れ、乾燥機内に好ましくは10〜20L/minの流量で窒素、アルゴン等を流しながら、200℃〜300℃の温度で6〜48時間乾燥させて乾燥粉を得る。次に、この乾燥粉を乾燥機から取り出し、ロールクラッシャー等の粉砕機を用いて、粉砕する。ロールクラッシャーを用いる場合は、ロール隙間0.2〜2.0mm、ロール回転数3〜200rpmに適宜調整して行う。最後に、粉砕した乾燥粉を、上述の第1の方法と同様に、振動フルイ等を用いて分級することにより、体積基準の粒度分布の最頻値DVMが60〜300μmの第1シリカ粉末、及び個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜20μmの第2シリカ粉末が得られる。 As a 2nd method, 0.5-3 mol of ultrapure water and 0.5-3 mol of ethanol are prepared with respect to 1 mol of tetramethoxysilane as an organic silicon compound. The prepared ultrapure water and ethanol are put in a container, and tetramethoxysilane is added and hydrolyzed in an atmosphere of nitrogen, argon or the like while maintaining the temperature at 60 ° C. and stirring. After stirring for 5 to 120 minutes after adding tetramethoxysilane, 1 to 50 mol of ultrapure water is further added to 1 mol of tetramethoxylane, and stirring is continued for 1 to 12 hours. Generate. At this time, the stirring speed is preferably in the range of 100 to 300 rpm. Next, the siliceous gel is transferred to a drying container, and this is put into a drier. While flowing nitrogen, argon or the like at a flow rate of preferably 10 to 20 L / min in the drier, a temperature of 200 ° C. to 300 ° C. Dry for 6 to 48 hours to obtain a dry powder. Next, the dry powder is taken out from the dryer and pulverized using a pulverizer such as a roll crusher. When using a roll crusher, it adjusts suitably to roll clearance 0.2-2.0mm and roll rotation speed 3-200rpm. Finally, the pulverized dry powder is classified using a vibrating sieve or the like, as in the first method, so that the first silica powder having a volume-based particle size distribution mode value D VM of 60 to 300 μm. , and the mode D NM of the particle size distribution of number-based second silica powder of 5~20μm is obtained.

第3の方法としては、先ず、比表面積が50〜380m2/gのヒュームドシリカ1molに対して、超純水3.0〜35.0molを準備する。準備した超純水を容器内に入れ、窒素、アルゴン等の雰囲気にて、温度を10〜30℃に保持して攪拌しながら、ヒュームドシリカを添加する。なお、ここで言う比表面積とは、BET3点法により測定したBET比表面積をいう。次に、ヒュームドシリカを添加してから0.5〜6時間攪拌を継続し、シリカ質のゲルを生成させる。このとき、攪拌速度は10〜50rpmの範囲にするのが好ましい。次に、上記シリカ質のゲルを乾燥用容器に移しこれを乾燥機に入れ、乾燥機内に好ましくは1〜20L/minの流量で窒素、アルゴン等を流しながら、200℃〜300℃の温度で12〜48時間乾燥させて乾燥粉を得る。次に、この乾燥粉を乾燥機から取り出し、ロールクラッシャー等の粉砕機を用いて、粉砕する。ロールクラッシャーを用いる場合は、ロール隙間0.2〜2.0mm、ロール回転数3〜200rpmに適宜調整して行う。最後に、粉砕した乾燥粉を、上述の第1の方法と同様に、振動フルイ等を用いて分級することにより、体積基準の粒度分布の最頻値DVMが60〜300μmの第1シリカ粉末、及び個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜20μmの第2シリカ粉末が得られる。 As a third method, first, 3.0 to 35.0 mol of ultrapure water is prepared with respect to 1 mol of fumed silica having a specific surface area of 50 to 380 m 2 / g. The prepared ultrapure water is put in a container, and fumed silica is added while stirring at a temperature of 10 to 30 ° C. in an atmosphere of nitrogen, argon or the like. In addition, the specific surface area said here means the BET specific surface area measured by the BET three-point method. Next, after adding fumed silica, stirring is continued for 0.5 to 6 hours to produce a siliceous gel. At this time, the stirring speed is preferably in the range of 10 to 50 rpm. Next, the siliceous gel is transferred to a drying container and placed in a dryer, and preferably at a temperature of 200 ° C. to 300 ° C. while flowing nitrogen, argon, etc. at a flow rate of 1 to 20 L / min. Dry for 12 to 48 hours to obtain a dry powder. Next, the dry powder is taken out from the dryer and pulverized using a pulverizer such as a roll crusher. When using a roll crusher, it adjusts suitably to roll clearance 0.2-2.0mm and roll rotation speed 3-200rpm. Finally, the pulverized dry powder is classified using a vibrating sieve or the like, as in the first method, so that the first silica powder having a volume-based particle size distribution mode value D VM of 60 to 300 μm. , and the mode D NM of the particle size distribution of number-based second silica powder of 5~20μm is obtained.

ここで、第1シリカ粉末の最頻値DVMが60μm未満では、粒径が小さいシリカ粉末が増加するため、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。一方、第1シリカ粉末の最頻値DVMが300μmより大きいと、粉末同士の隙間が大きくなることで、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。また、第2シリカ粉末の最頻値DNMが5μm未満の場合、粒径が小さいシリカ粉末が増加するために、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することが出来ない。一方、第2シリカ粉末の最頻値DNMが20μmより大きいと、第1シリカ粉末間の隙間に、第2シリカ粉末が入り込むことができないため、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。 Here, when the mode value D VM of the first silica powder is less than 60 μm, the silica powder having a small particle size increases, so that the bulk density decreases and the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. . On the other hand, when the mode value D VM of the first silica powder is larger than 300 μm, the gap between the powders becomes large, the density of the bulk becomes low, and the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. Further, when the mode value D NM of the second silica powder is less than 5 μm, the silica powder having a small particle size increases, so that the bulk density is reduced and the generation or expansion of bubbles can be stably suppressed. I can't. On the other hand, if the mode value D NM of the second silica powder is larger than 20 μm, the second silica powder cannot enter into the gaps between the first silica powders. Cannot be suppressed stably.

上記第1〜第3の方法によって得られた第1シリカ粉末及び第2シリカ粉末を、質量比(第1シリカ粉末:第2シリカ粉末)で1:0.005〜0.05の割合で均一に混合し、第3シリカ粉末を得る。混合比を上記範囲に限定したのは、第2シリカ粉末が0.005未満では、第1シリカ粉末間の隙間に入り込む第2シリカ粉末が少なくなるため、所望の固めかさ密度が得られず、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。一方、0.05を越えると、粒径が小さい第2シリカ粉末が増加し過ぎることで、固めかさ密度が低くなり、気泡の発生又は膨張を安定的に抑制することができない。第1シリカ粉末及び第2シリカ粉末の混合は、特に限定されないが、プラスチックドラムにシリカ粉末を入れて、プラスチックドラムを傾斜させて回転、揺動させることにより行うことができる。また、この粉末混合工程を、後述の球状化処理前に行う理由は、第1シリカ粉末及び第2シリカ粉末をそれぞれ後述の球状化処理した後に混合する方法では、球状化処理中に、粒径が10μm未満の小さいシリカ粉末が、大量に蒸発してしまう不具合が生じるためである。   The first silica powder and the second silica powder obtained by the first to third methods are uniformly in a mass ratio (first silica powder: second silica powder) at a ratio of 1: 0.005-0.05. To obtain a third silica powder. The reason why the mixing ratio is limited to the above range is that if the second silica powder is less than 0.005, the second silica powder entering the gaps between the first silica powders is reduced, so that the desired solid density cannot be obtained. Generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. On the other hand, if it exceeds 0.05, the second silica powder having a small particle size is excessively increased, so that the bulk density becomes low and the generation or expansion of bubbles cannot be stably suppressed. The mixing of the first silica powder and the second silica powder is not particularly limited, but can be performed by putting the silica powder in a plastic drum and tilting and rotating and swinging the plastic drum. In addition, the reason why this powder mixing step is performed before the spheroidizing treatment described later is that the first silica powder and the second silica powder are mixed after the spheroidizing treatment described later, respectively. This is because a small silica powder having a particle size of less than 10 μm causes a problem that a large amount evaporates.

上記造粒工程及び粉末混合工程を経て得られた第3シリカ粉末の球状化は、熱プラズマによる球状化処理で行う。熱プラズマによる球状化処理では、例えば、図3に示す装置を用いることができる。この装置30は、プラズマを発生させるプラズマトーチ31と、このプラズマトーチ31の下部に設けられた反応筒であるチャンバ32と、このチャンバ32の下部に設けられた処理後の粉末を回収する回収部33とを備える。プラズマトーチ31は、チャンバ32に連通する頂部が封止された石英管34と、この石英管34を巻回する高周波誘導コイル36を有する。石英管34の上部には原料供給管37が貫通して設けられ、かつガス導入管38が接続される。チャンバ32の側方にはガス排気口39が設けられる。プラズマトーチ31では、高周波誘導コイル36に通電するとプラズマ40を発生し、ガス導入管38から石英管34にアルゴン、酸素等のガスが供給される。原料粉末、即ち上記第3シリカ粉末は原料供給管37を介してプラズマ40中に供給される。また、チャンバ32内のガスは、チャンバ32側方に設けられたガス排気口39から排気される。先ず、装置30のガス導入管38から作動ガスのアルゴンを、50L/min以上、好ましくは65〜110L/minの流量で導入して、周波数4〜5MHz、出力90〜180kWの高周波をプラズマトーチ31に印加させ、プラズマを発生させる。プラズマが安定した後に、酸素を35〜130L/minの流量で徐々に導入して、アルゴン−酸素プラズマを発生させる。次に上記の第1〜第3の方法で得られたシリカ粉末を、原料供給管37から供給速度4.0〜18.0kg/hrで、アルゴン−酸素プラズマ中に投入して、シリカ粉末を溶融させ、融体となった粒子を落下させて、落下した粒子を回収部33で回収することにより、球状化されたシリカ粉末41を得ることができる。合成非晶質シリカ粉末における粒度分布、固めかさ密度、円形度等の調整は、アルゴンの流量や高周波出力、シリカ粉末の供給速度等の調整により行うことができる。例えば、アルゴンの流量を50L/min以上に調整し、かつ上記範囲のうち、高周波出力(W)をA、シリカ粉末の供給速度(kg/hr)をBとするとき、高周波出力A及びシリカ粉末の供給速度Bを、A/B(W・hr/kg)の値が1.0×104以上の範囲になるように調整することで所望の粒径及びその分布、更には所望の固めかさ密度及び円形度を有する粉末が得られる。 The spheroidization of the third silica powder obtained through the granulation step and the powder mixing step is performed by a spheronization treatment using thermal plasma. In the spheroidization process using thermal plasma, for example, an apparatus shown in FIG. 3 can be used. The apparatus 30 includes a plasma torch 31 that generates plasma, a chamber 32 that is a reaction cylinder provided below the plasma torch 31, and a collection unit that collects the processed powder provided below the chamber 32. 33. The plasma torch 31 has a quartz tube 34 sealed at the top communicating with the chamber 32 and a high-frequency induction coil 36 around which the quartz tube 34 is wound. A raw material supply pipe 37 is provided through the quartz tube 34 and a gas introduction pipe 38 is connected thereto. A gas exhaust port 39 is provided on the side of the chamber 32. In the plasma torch 31, when the high-frequency induction coil 36 is energized, plasma 40 is generated, and a gas such as argon or oxygen is supplied from the gas introduction tube 38 to the quartz tube 34. The raw material powder, that is, the third silica powder is supplied into the plasma 40 through the raw material supply pipe 37. Further, the gas in the chamber 32 is exhausted from a gas exhaust port 39 provided on the side of the chamber 32. First, the working gas argon is introduced from the gas introduction pipe 38 of the apparatus 30 at a flow rate of 50 L / min or more, preferably 65 to 110 L / min, and a high frequency with a frequency of 4 to 5 MHz and an output of 90 to 180 kW is applied to the plasma torch 31. To generate plasma. After the plasma is stabilized, oxygen is gradually introduced at a flow rate of 35 to 130 L / min to generate an argon-oxygen plasma. Next, the silica powder obtained by the above first to third methods is charged into the argon-oxygen plasma from the raw material supply pipe 37 at a supply rate of 4.0 to 18.0 kg / hr, By melting and dropping the melted particles, the recovered particles are recovered by the recovery unit 33, whereby the spheroidized silica powder 41 can be obtained. The particle size distribution, the solid bulk density, the circularity, etc. of the synthetic amorphous silica powder can be adjusted by adjusting the argon flow rate, high frequency output, silica powder supply rate, and the like. For example, when the flow rate of argon is adjusted to 50 L / min or more and the high frequency output (W) is A and the supply rate of silica powder (kg / hr) is B within the above range, the high frequency output A and the silica powder The feed rate B is adjusted so that the value of A / B (W · hr / kg) is in the range of 1.0 × 10 4 or more. A powder having a density and circularity is obtained.

球状化処理後のシリカ粉末は、その表面に、アルゴン−酸素プラズマ中に蒸発したシリカ粉末の微粉が付着しているため、洗浄容器に球状工程後の球状化シリカ粉末と超純水を入れて、超音波洗浄を行う。超音波洗浄後、このシリカ粉末の微粉は、超純水中に移動するために、目の粗いフィルターにてろ過を行う。シリカ粉末の微粉が、なくなるまでこの作業を繰り返し行う。   Since the silica powder after the spheroidization treatment has fine silica powder evaporated in the argon-oxygen plasma on its surface, put the spheroidized silica powder and ultrapure water after the spheroid process into the cleaning container. Perform ultrasonic cleaning. After the ultrasonic cleaning, the silica powder is filtered through a coarse filter in order to move into the ultrapure water. This operation is repeated until there is no more fine silica powder.

洗浄工程後のシリカ粉末の乾燥は、先ず、粉末を乾燥用容器に入れて、この乾燥用容器を乾燥機に入れる。そして、乾燥機内に窒素、アルゴン等を1〜20L/minの流量で流しながら、100℃〜400℃の温度で3〜48時間保持することにより行うのが好ましい。   In the drying of the silica powder after the washing step, first, the powder is put into a drying container, and this drying container is put into a dryer. And it is preferable to carry out by hold | maintaining at the temperature of 100 to 400 degreeC for 3 to 48 hours, flowing nitrogen, argon, etc. in the dryer at the flow volume of 1-20 L / min.

以上の工程により、本発明の合成非晶質シリカ粉末が得られる。この合成非晶質シリカ粉末は、上記所定の条件で球状化処理を施すことで、粉末表面に吸着するガス成分及び粉末内部に存在するガス成分が少ない。また、球状化処理後の粒径やその分布、更には粉末形状等が適正な範囲に、かつ精密に制御されることで、所望の固めかさ密度を達成する。これにより、粉末間に存在するガス量も非常に少なく、気泡の発生又は膨張の抑制効果が極めて高いため、合成シリカガラス製品の原料として好適に用いることができる。   Through the above steps, the synthetic amorphous silica powder of the present invention is obtained. This synthetic amorphous silica powder is subjected to a spheroidizing treatment under the predetermined conditions, so that there are few gas components adsorbed on the powder surface and gas components existing inside the powder. In addition, the particle size after the spheroidizing treatment, its distribution, and further the powder shape and the like are precisely controlled within a proper range, thereby achieving a desired compacted bulk density. As a result, the amount of gas present between the powders is very small, and the effect of suppressing the generation or expansion of bubbles is extremely high, so that it can be suitably used as a raw material for synthetic silica glass products.

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。   Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.

<実施例1>
先ず、比表面積が50m2/gのヒュームドシリカ1molに対して、超純水13molを準備した。準備した超純水を容器内に入れ、窒素雰囲気にて、温度を25℃に保持して攪拌しながら、ヒュームドシリカを添加した。ヒュームドシリカを添加してから3時間攪拌を継続し、シリカ質のゲルを生成させた。このとき、攪拌速度は30rpmとした。次に、上記シリカ質のゲルを乾燥用容器に移しこれを乾燥機に入れ、乾燥機内に10L/minの流量で窒素を流しながら、300℃の温度で12時間乾燥させて乾燥粉を得た。この乾燥粉を乾燥機から取り出し、ロールクラッシャーを用いて粉砕した。このときロール隙間を0.2mm、ロール回転数を30rpmに調整して行った。粉砕した乾燥粉を目開き45μm及び85μmの振動フルイを用いて分級することにより、第1シリカ粉末を得た。また、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を第2シリカ粉末とした。得られた第1シリカ粉末の体積基準の粒度分布の最頻値DVM、及び第2シリカ粉末の個数基準の粒度分布の最頻値DNMを、以下の表1に示す。なお、原料であるヒュームドシリカの比表面積とは、BET3点法により測定されたBET比表面積である。
<Example 1>
First, 13 mol of ultrapure water was prepared for 1 mol of fumed silica having a specific surface area of 50 m 2 / g. The prepared ultrapure water was put in a container, and fumed silica was added while stirring at a temperature of 25 ° C. in a nitrogen atmosphere. After the fumed silica was added, stirring was continued for 3 hours to produce a siliceous gel. At this time, the stirring speed was 30 rpm. Next, the siliceous gel was transferred to a drying container, put in a dryer, and dried at a temperature of 300 ° C. for 12 hours while flowing nitrogen at a flow rate of 10 L / min to obtain a dried powder. . The dried powder was taken out from the dryer and pulverized using a roll crusher. At this time, the roll gap was adjusted to 0.2 mm, and the roll rotation speed was adjusted to 30 rpm. The pulverized dry powder was classified using a vibration sieve having openings of 45 μm and 85 μm to obtain a first silica powder. Further, the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was used as the second silica powder. The mode value D VM of the volume-based particle size distribution of the obtained first silica powder and the mode value D NM of the number-based particle size distribution of the second silica powder are shown in Table 1 below. In addition, the specific surface area of the fumed silica which is a raw material is a BET specific surface area measured by the BET three-point method.

次に、上記得られた第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表1に示す質量比になるようにプラスチックドラムに投入し、このプラスチックドラムを傾けて回転させることにより均一に混合し、第3シリカ粉末を得た。   Next, the obtained first silica powder and second silica powder are put into a plastic drum so as to have a mass ratio shown in Table 1 below, and the plastic drum is tilted and rotated to be uniformly mixed. A third silica powder was obtained.

続いて、図3に示す装置30を用い、次の表1に示す条件にて、上記得られた第3シリカ粉末に球状化処理を施した。具体的には、先ず、装置30のガス導入管38から作動ガスのアルゴンを導入して、高周波をプラズマトーチ31に印加させ、プラズマを発生させた。プラズマが安定した後に、酸素を徐々に導入して、アルゴン−酸素プラズマを発生させた。上記得られたシリカ粉末を、原料供給管37からアルゴン−酸素プラズマ中に投入して、シリカ粉末を溶融させ、融体となった粒子を落下させて、落下した粒子を回収部33で回収することにより、球状化されたシリカ粉末41を得た。   Subsequently, using the apparatus 30 shown in FIG. 3, the obtained third silica powder was spheroidized under the conditions shown in Table 1 below. Specifically, first, argon as a working gas was introduced from the gas introduction tube 38 of the apparatus 30, and a high frequency was applied to the plasma torch 31 to generate plasma. After the plasma was stabilized, oxygen was gradually introduced to generate an argon-oxygen plasma. The obtained silica powder is put into an argon-oxygen plasma from the raw material supply pipe 37, the silica powder is melted, the melted particles are dropped, and the dropped particles are recovered by the recovery unit 33. Thereby, the spheroidized silica powder 41 was obtained.

球状化処理後、洗浄容器に上記粉末と超純水を入れて、超音波洗浄を行った。超音波洗浄を行った後、目開き35μmのフィルターでろ過した。シリカ粉末の粒子表面に付着する微粉末がなくなるまで、この操作を繰り返し行った。   After the spheronization treatment, the powder and ultrapure water were put in a cleaning container, and ultrasonic cleaning was performed. After ultrasonic cleaning, it was filtered with a filter having an opening of 35 μm. This operation was repeated until there was no fine powder adhering to the surface of the silica powder particles.

最後に、洗浄後の粉末を乾燥用容器に入れ、乾燥機内に窒素を20L/minの流量で流しながら、200℃の温度で36時間保持することにより、合成非晶質シリカ粉末を得た。   Finally, the washed powder was put into a drying container, and kept at a temperature of 200 ° C. for 36 hours while flowing nitrogen at a flow rate of 20 L / min in the dryer to obtain a synthetic amorphous silica powder.

<実施例2>
先ず、比表面積が90m2/gのヒュームドシリカ1molに対して、超純水30molを準備した。準備した超純水を容器内に入れ、窒素雰囲気にて、温度を30℃に保持して攪拌しながら、ヒュームドシリカを添加した。ヒュームドシリカを添加してから6時間攪拌を継続し、シリカ質のゲルを生成させた。このとき、攪拌速度は45rpmとした。次に、上記シリカ質のゲルを乾燥用容器に移しこれを乾燥機に入れ、乾燥機内に15L/minの流量で窒素を流しながら、300℃の温度で12時間乾燥させて乾燥粉を得た。この乾燥粉を乾燥機から取り出し、ロールクラッシャーを用いて粉砕した。このときロール隙間を0.2mm、ロール回転数を200rpmに調整して行った。粉砕した乾燥粉を目開き90μm及び180μmの振動フルイを用いて分級することにより、第1シリカ粉末を得た。また、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を第2シリカ粉末とした。
<Example 2>
First, 30 mol of ultrapure water was prepared for 1 mol of fumed silica having a specific surface area of 90 m 2 / g. The prepared ultrapure water was put in a container, and fumed silica was added while stirring at a temperature of 30 ° C. in a nitrogen atmosphere. Stirring was continued for 6 hours after the fumed silica was added to produce a siliceous gel. At this time, the stirring speed was 45 rpm. Next, the siliceous gel was transferred to a drying container, put into a dryer, and dried at a temperature of 300 ° C. for 12 hours while flowing nitrogen at a flow rate of 15 L / min into the dryer to obtain a dry powder. . The dried powder was taken out from the dryer and pulverized using a roll crusher. At this time, the roll gap was adjusted to 0.2 mm, and the roll rotation speed was adjusted to 200 rpm. The pulverized dry powder was classified using a vibration sieve having an opening of 90 μm and 180 μm to obtain a first silica powder. Further, the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was used as the second silica powder.

次に、上記得られた第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表1に示す質量比になるようにプラスチックドラムに投入し、このプラスチックドラムを傾けて回転させることにより均一に混合し、第3シリカ粉末を得た。   Next, the obtained first silica powder and second silica powder are put into a plastic drum so as to have a mass ratio shown in Table 1 below, and the plastic drum is tilted and rotated to be uniformly mixed. A third silica powder was obtained.

続いて、図3に示す装置30を用い、次の表1に示す条件にて、実施例1と同様の工程を経ることにより上記得られた第3シリカ粉末に球状化処理を施し、球状化されたシリカ粉末41を得た。   Subsequently, using the apparatus 30 shown in FIG. 3, the third silica powder obtained by performing the same steps as in Example 1 under the conditions shown in Table 1 below is subjected to spheronization treatment, and spheronization is performed. Thus obtained silica powder 41 was obtained.

球状化処理後、洗浄容器に上記粉末と超純水を入れて、超音波洗浄を行った。超音波洗浄を行った後、目開き45μmのフィルターでろ過した。シリカ粉末の粒子表面に付着する微粉末がなくなるまで、この操作を繰り返し行った。   After the spheronization treatment, the powder and ultrapure water were put in a cleaning container, and ultrasonic cleaning was performed. After ultrasonic cleaning, it was filtered with a filter having an opening of 45 μm. This operation was repeated until there was no fine powder adhering to the surface of the silica powder particles.

最後に、洗浄後の粉末を乾燥用容器に入れ、乾燥機内にアルゴンを10L/minの流量で流しながら、400℃の温度で12時間保持することにより、合成非晶質シリカ粉末を得た。   Finally, the powder after washing was put in a drying container, and kept at a temperature of 400 ° C. for 12 hours while flowing argon at a flow rate of 10 L / min in the dryer to obtain a synthetic amorphous silica powder.

<実施例3>
先ず、比表面積が130m2/gのヒュームドシリカ1molに対して、超純水20molを準備した。準備した超純水を容器内に入れ、アルゴン雰囲気にて、温度を10℃に保持して攪拌しながら、ヒュームドシリカを添加した。ヒュームドシリカを添加してから4時間攪拌を継続し、シリカ質のゲルを生成させた。このとき、攪拌速度は25rpmとした。次に、上記シリカ質のゲルを乾燥用容器に移しこれを乾燥機に入れ、乾燥機内に20L/minの流量でアルゴンを流しながら、300℃の温度で24時間乾燥させて乾燥粉を得た。この乾燥粉を乾燥機から取り出し、ロールクラッシャーを用いて粉砕した。このときロール隙間を0.4mm、ロール回転数を30rpmに調整して行った。粉砕した乾燥粉を目開き200μm及び400μmの振動フルイを用いて分級することにより、第1シリカ粉末を得た。また、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き40μmの振動フルイを用いて分級し、このときのふるい上の粉末を第2シリカ粉末とした。
<Example 3>
First, 20 mol of ultrapure water was prepared with respect to 1 mol of fumed silica having a specific surface area of 130 m 2 / g. The prepared ultrapure water was put in a container, and fumed silica was added while stirring while maintaining the temperature at 10 ° C. in an argon atmosphere. After the fumed silica was added, stirring was continued for 4 hours to produce a siliceous gel. At this time, the stirring speed was 25 rpm. Next, the siliceous gel was transferred to a drying container, put into a dryer, and dried at a temperature of 300 ° C. for 24 hours while flowing argon at a flow rate of 20 L / min to obtain a dry powder. . The dried powder was taken out from the dryer and pulverized using a roll crusher. At this time, the roll gap was adjusted to 0.4 mm, and the roll rotation speed was adjusted to 30 rpm. The pulverized dry powder was classified using a vibrating sieve having an opening of 200 μm and 400 μm to obtain a first silica powder. Moreover, the dry powder under the sieve at the time of classification to obtain the first silica powder was further classified using a vibrating sieve having an opening of 40 μm, and the powder on the sieve at this time was used as the second silica powder.

次に、上記得られた第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表1に示す質量比になるようにプラスチックドラムに投入し、このプラスチックドラムを傾けて回転させることにより均一に混合し、第3シリカ粉末を得た。   Next, the obtained first silica powder and second silica powder are put into a plastic drum so as to have a mass ratio shown in Table 1 below, and the plastic drum is tilted and rotated to be uniformly mixed. A third silica powder was obtained.

続いて、図3に示す装置30を用い、次の表1に示す条件にて、実施例1と同様の工程を経ることにより上記得られた第3シリカ粉末に球状化処理を施し、球状化されたシリカ粉末41を得た。   Subsequently, using the apparatus 30 shown in FIG. 3, the third silica powder obtained by performing the same steps as in Example 1 under the conditions shown in Table 1 below is subjected to spheronization treatment, and spheronization is performed. Thus obtained silica powder 41 was obtained.

球状化処理後、洗浄容器に上記粉末と超純水を入れて、超音波洗浄を行った。超音波洗浄を行った後、目開き125μmのフィルターでろ過した。シリカ粉末の粒子表面に付着する微粉末がなくなるまで、この操作を繰り返し行った。   After the spheronization treatment, the powder and ultrapure water were put in a cleaning container, and ultrasonic cleaning was performed. After ultrasonic cleaning, the mixture was filtered with a filter having an opening of 125 μm. This operation was repeated until there was no fine powder adhering to the surface of the silica powder particles.

最後に、洗浄後の粉末を乾燥用容器に入れ、乾燥機内に窒素を10L/minの流量で流しながら、300℃の温度で24時間保持することにより、合成非晶質シリカ粉末を得た。   Finally, the powder after washing was placed in a drying container, and kept at a temperature of 300 ° C. for 24 hours while flowing nitrogen at a flow rate of 10 L / min in the dryer, thereby obtaining a synthetic amorphous silica powder.

<実施例4>
先ず、比表面積が300m2/gのヒュームドシリカ1molに対して、超純水25molを準備した。準備した超純水を容器内に入れ、窒素雰囲気にて、温度を15℃に保持して攪拌しながら、ヒュームドシリカを添加した。ヒュームドシリカを添加してから3時間攪拌を継続し、シリカ質のゲルを生成させた。このとき、攪拌速度は25rpmとした。次に、上記シリカ質のゲルを乾燥用容器に移しこれを乾燥機に入れ、乾燥機内に10L/minの流量で窒素を流しながら、200℃の温度で28時間乾燥させて乾燥粉を得た。この乾燥粉を乾燥機から取り出し、ロールクラッシャーを用いて粉砕した。このときロール隙間を0.2mm、ロール回転数を200rpmに調整して行った。粉砕した乾燥粉を目開き45μm及び85μmの振動フルイを用いて分級することにより、第1シリカ粉末を得た。また、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、第2シリカ粉末とした。
<Example 4>
First, 25 mol of ultrapure water was prepared for 1 mol of fumed silica having a specific surface area of 300 m 2 / g. The prepared ultrapure water was put in a container, and fumed silica was added while stirring at a temperature of 15 ° C. in a nitrogen atmosphere. After the fumed silica was added, stirring was continued for 3 hours to produce a siliceous gel. At this time, the stirring speed was 25 rpm. Next, the siliceous gel was transferred to a drying container, put in a dryer, and dried at a temperature of 200 ° C. for 28 hours while flowing nitrogen at a flow rate of 10 L / min into the dryer to obtain a dry powder. . The dried powder was taken out from the dryer and pulverized using a roll crusher. At this time, the roll gap was adjusted to 0.2 mm, and the roll rotation speed was adjusted to 200 rpm. The pulverized dry powder was classified using a vibration sieve having openings of 45 μm and 85 μm to obtain a first silica powder. Moreover, the dry powder under the sieve at the time of the classification which obtains the said 1st silica powder was made into the 2nd silica powder.

次に、上記得られた第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表1に示す質量比になるようにプラスチックドラムに投入し、このプラスチックドラムを傾けて回転させることにより均一に混合し、第3シリカ粉末を得た。   Next, the obtained first silica powder and second silica powder are put into a plastic drum so as to have a mass ratio shown in Table 1 below, and the plastic drum is tilted and rotated to be uniformly mixed. A third silica powder was obtained.

続いて、図3に示す装置30を用い、次の表1に示す条件にて、実施例1と同様の工程を経ることにより上記得られた第3シリカ粉末に球状化処理を施し、球状化されたシリカ粉末41を得た。   Subsequently, using the apparatus 30 shown in FIG. 3, the third silica powder obtained by performing the same steps as in Example 1 under the conditions shown in Table 1 below is subjected to spheronization treatment, and spheronization is performed. Thus obtained silica powder 41 was obtained.

球状化処理後、洗浄容器に上記粉末と超純水を入れて、超音波洗浄を行った。超音波洗浄を行った後、目開き35μmのフィルターでろ過した。シリカ粉末の粒子表面に付着する微粉末がなくなるまで、この操作を繰り返し行った。   After the spheronization treatment, the powder and ultrapure water were put in a cleaning container, and ultrasonic cleaning was performed. After ultrasonic cleaning, it was filtered with a filter having an opening of 35 μm. This operation was repeated until there was no fine powder adhering to the surface of the silica powder particles.

最後に、洗浄後の粉末を乾燥用容器に入れ、乾燥機内に窒素を10L/minの流量で流しながら、200℃の温度で36時間保持することにより、合成非晶質シリカ粉末を得た。   Finally, the washed powder was put into a drying container, and kept at a temperature of 200 ° C. for 36 hours while flowing nitrogen at a flow rate of 10 L / min in the dryer to obtain a synthetic amorphous silica powder.

<実施例5>
先ず、比表面積が90m2/gのヒュームドシリカ1molに対して、超純水25molを準備した。準備した超純水を容器内に入れ、窒素雰囲気にて、温度を15℃に保持して攪拌しながら、ヒュームドシリカを添加した。ヒュームドシリカを添加してから6時間攪拌を継続し、シリカ質のゲルを生成させた。このとき、攪拌速度は25rpmとした。次に、上記シリカ質のゲルを乾燥用容器に移しこれを乾燥機に入れ、乾燥機内に5L/minの流量で窒素を流しながら、250℃の温度で36時間乾燥させて乾燥粉を得た。この乾燥粉を乾燥機から取り出し、ロールクラッシャーを用いて粉砕した。このときロール隙間を0.4mm、ロール回転数を30rpmに調整して行った。粉砕した乾燥粉を目開き200μm及び400μmの振動フルイを用いて分級することにより、第1シリカ粉末を得た。また、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き25μmの振動フルイを用いて分級し、このときのふるい上の粉末を第2シリカ粉末とした。
<Example 5>
First, 25 mol of ultrapure water was prepared for 1 mol of fumed silica having a specific surface area of 90 m 2 / g. The prepared ultrapure water was put in a container, and fumed silica was added while stirring at a temperature of 15 ° C. in a nitrogen atmosphere. Stirring was continued for 6 hours after the fumed silica was added to produce a siliceous gel. At this time, the stirring speed was 25 rpm. Next, the siliceous gel was transferred to a drying container, put in a dryer, and dried at a temperature of 250 ° C. for 36 hours while flowing nitrogen at a flow rate of 5 L / min in the dryer to obtain a dry powder. . The dried powder was taken out from the dryer and pulverized using a roll crusher. At this time, the roll gap was adjusted to 0.4 mm, and the roll rotation speed was adjusted to 30 rpm. The pulverized dry powder was classified using a vibrating sieve having an opening of 200 μm and 400 μm to obtain a first silica powder. Moreover, the dry powder under the sieve at the time of classification to obtain the first silica powder was further classified using a vibration sieve having an opening of 25 μm, and the powder on the sieve at this time was used as the second silica powder.

次に、上記得られた第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表1に示す質量比になるようにプラスチックドラムに投入し、このプラスチックドラムを傾けて回転させることにより均一に混合し、第3シリカ粉末を得た。   Next, the obtained first silica powder and second silica powder are put into a plastic drum so as to have a mass ratio shown in Table 1 below, and the plastic drum is tilted and rotated to be uniformly mixed. A third silica powder was obtained.

続いて、図3に示す装置30を用い、次の表1に示す条件にて、実施例1と同様の工程を経ることにより上記得られた第3シリカ粉末に球状化処理を施し、球状化されたシリカ粉末41を得た。   Subsequently, using the apparatus 30 shown in FIG. 3, the third silica powder obtained by performing the same steps as in Example 1 under the conditions shown in Table 1 below is subjected to spheronization treatment, and spheronization is performed. Thus obtained silica powder 41 was obtained.

球状化処理後、洗浄容器に上記粉末と超純水を入れて、超音波洗浄を行った。超音波洗浄を行った後、目開き125μmのフィルターでろ過した。シリカ粉末の粒子表面に付着する微粉末がなくなるまで、この操作を繰り返し行った。   After the spheronization treatment, the powder and ultrapure water were put in a cleaning container, and ultrasonic cleaning was performed. After ultrasonic cleaning, the mixture was filtered with a filter having an opening of 125 μm. This operation was repeated until there was no fine powder adhering to the surface of the silica powder particles.

最後に、洗浄後の粉末を乾燥用容器に入れ、乾燥機内に窒素を10L/minの流量で流しながら、300℃の温度で24時間保持することにより、合成非晶質シリカ粉末を得た。   Finally, the powder after washing was placed in a drying container, and kept at a temperature of 300 ° C. for 24 hours while flowing nitrogen at a flow rate of 10 L / min in the dryer, thereby obtaining a synthetic amorphous silica powder.

<実施例6>
先ず、四塩化珪素1molに対して、55.6molに相当する量の超純水を準備した。この超純水を容器内に入れ、窒素雰囲気にて、温度を25℃に保持して攪拌しながら、四塩化珪素を添加して加水分解させた。四塩化珪素を添加してから3時間攪拌を継続して、シリカ質のゲルを生成させた。このとき、攪拌速度は150rpmとした。次に、上記シリカ質のゲルを乾燥用容器に移しこれを乾燥機に入れ、乾燥機内に15L/minの流量で窒素を流しながら、250℃の温度で18時間乾燥させて乾燥粉を得た。この乾燥粉を乾燥機から取り出し、ロールクラッシャーを用いて粉砕した。このときロール隙間を0.2mm、ロール回転数を200rpmに調整して行った。粉砕した乾燥粉を目開き90μm及び目開き180μmの振動フルイを用いて分級することにより、第1シリカ粉末を得た。また、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、第2シリカ粉末とした。
<Example 6>
First, an amount of ultrapure water corresponding to 55.6 mol was prepared with respect to 1 mol of silicon tetrachloride. This ultrapure water was put in a container, and hydrolyzed by adding silicon tetrachloride while stirring at a temperature of 25 ° C. in a nitrogen atmosphere. After the addition of silicon tetrachloride, stirring was continued for 3 hours to produce a siliceous gel. At this time, the stirring speed was 150 rpm. Next, the siliceous gel was transferred to a drying container, put into a dryer, and dried at a temperature of 250 ° C. for 18 hours while flowing nitrogen at a flow rate of 15 L / min into the dryer to obtain a dry powder. . The dried powder was taken out from the dryer and pulverized using a roll crusher. At this time, the roll gap was adjusted to 0.2 mm, and the roll rotation speed was adjusted to 200 rpm. The pulverized dry powder was classified using a vibration sieve having an opening of 90 μm and an opening of 180 μm, thereby obtaining a first silica powder. Moreover, the dry powder under the sieve at the time of the classification which obtains the said 1st silica powder was made into the 2nd silica powder.

次に、上記得られた第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表1に示す質量比になるようにプラスチックドラムに投入し、このプラスチックドラムを傾けて回転させることにより均一に混合し、第3シリカ粉末を得た。   Next, the obtained first silica powder and second silica powder are put into a plastic drum so as to have a mass ratio shown in Table 1 below, and the plastic drum is tilted and rotated to be uniformly mixed. A third silica powder was obtained.

続いて、図3に示す装置30を用い、次の表1に示す条件にて、実施例1と同様の工程を経ることにより上記得られた第3シリカ粉末に球状化処理を施し、球状化されたシリカ粉末41を得た。   Subsequently, using the apparatus 30 shown in FIG. 3, the third silica powder obtained by performing the same steps as in Example 1 under the conditions shown in Table 1 below is subjected to spheronization treatment, and spheronization is performed. Thus obtained silica powder 41 was obtained.

球状化処理後、洗浄容器に上記粉末と超純水を入れて、超音波洗浄を行った。超音波洗浄を行った後、目開き45μmのフィルターでろ過した。シリカ粉末の粒子表面に付着する微粉末がなくなるまで、この操作を繰り返し行った。   After the spheronization treatment, the powder and ultrapure water were put in a cleaning container, and ultrasonic cleaning was performed. After ultrasonic cleaning, it was filtered with a filter having an opening of 45 μm. This operation was repeated until there was no fine powder adhering to the surface of the silica powder particles.

最後に、洗浄後の粉末を乾燥用容器に入れ、乾燥機内にアルゴンを10L/minの流量で流しながら、400℃の温度で12時間保持することにより、合成非晶質シリカ粉末を得た。   Finally, the powder after washing was put in a drying container, and kept at a temperature of 400 ° C. for 12 hours while flowing argon at a flow rate of 10 L / min in the dryer to obtain a synthetic amorphous silica powder.

<実施例7>
先ず、テトラメトキシシラン1molに対して、超純水1.5mol、エタノール1.5molを準備した。準備した超純水、エタノールを容器内に入れ、窒素雰囲気にて、温度を60℃に保持して攪拌しながら、テトラメトキシシランを添加して加水分解させた。テトラメトキシシランを添加してから60分間、撹拌した後、テトラメトキシラン1molに対して25molの超純水を更に添加し、6時間攪拌を継続し、シリカ質のゲルを生成させた。このとき、攪拌速度は100rpmとした。次に、上記シリカ質のゲルを乾燥用容器に移しこれを乾燥機に入れ、乾燥機内に20L/minの流量で窒素を流しながら、200℃の温度で24時間乾燥させて乾燥粉を得た。この乾燥粉を乾燥機から取り出し、ロールクラッシャーを用いて粉砕した。このときロール隙間を0.25mm、ロール回転数を50rpmに調整して行った。粉砕した乾燥粉を目開き110μm及び目開き250μmの振動フルイを用いて分級することにより、第1シリカ粉末を得た。また、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き25及び目開き40μmの振動フルイを用いて分級することにより第2シリカ粉末を得た。
<Example 7>
First, 1.5 mol of ultrapure water and 1.5 mol of ethanol were prepared with respect to 1 mol of tetramethoxysilane. The prepared ultrapure water and ethanol were put in a container, and tetramethoxysilane was added and hydrolyzed while stirring at a temperature of 60 ° C. in a nitrogen atmosphere. After stirring for 60 minutes after the addition of tetramethoxysilane, 25 mol of ultrapure water was further added to 1 mol of tetramethoxylane, and stirring was continued for 6 hours to produce a siliceous gel. At this time, the stirring speed was 100 rpm. Next, the siliceous gel was transferred to a drying container, put into a dryer, and dried at a temperature of 200 ° C. for 24 hours while flowing nitrogen at a flow rate of 20 L / min into the dryer to obtain a dry powder. . The dried powder was taken out from the dryer and pulverized using a roll crusher. At this time, the roll gap was adjusted to 0.25 mm, and the roll rotation speed was adjusted to 50 rpm. The pulverized dry powder was classified using a vibration sieve having an opening of 110 μm and an opening of 250 μm, thereby obtaining a first silica powder. Moreover, the second silica powder was obtained by classifying the dry powder under the sieve for obtaining the first silica powder using a vibrating sieve having an opening of 25 and an opening of 40 μm.

次に、上記得られた第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表1に示す質量比になるようにプラスチックドラムに投入し、このプラスチックドラムを傾けて回転させることにより均一に混合し、第3シリカ粉末を得た。   Next, the obtained first silica powder and second silica powder are put into a plastic drum so as to have a mass ratio shown in Table 1 below, and the plastic drum is tilted and rotated to be uniformly mixed. A third silica powder was obtained.

続いて、図3に示す装置30を用い、次の表1に示す条件にて、実施例1と同様の工程を経ることにより上記得られた第3シリカ粉末に球状化処理を施し、球状化されたシリカ粉末41を得た。   Subsequently, using the apparatus 30 shown in FIG. 3, the third silica powder obtained by performing the same steps as in Example 1 under the conditions shown in Table 1 below is subjected to spheronization treatment, and spheronization is performed. Thus obtained silica powder 41 was obtained.

球状化処理後、洗浄容器に上記粉末と超純水を入れて、超音波洗浄を行った。超音波洗浄を行った後、目開き75μmのフィルターでろ過した。シリカ粉末の粒子表面に付着する微粉末がなくなるまで、この操作を繰り返し行った。   After the spheronization treatment, the powder and ultrapure water were put in a cleaning container, and ultrasonic cleaning was performed. After ultrasonic cleaning, the mixture was filtered with a filter having an opening of 75 μm. This operation was repeated until there was no fine powder adhering to the surface of the silica powder particles.

最後に、洗浄後の粉末を乾燥用容器に入れ、乾燥機内にアルゴンを10L/minの流量で流しながら、400℃の温度で18時間保持することにより、合成非晶質シリカ粉末を得た。   Finally, the powder after washing was put in a drying container, and kept at a temperature of 400 ° C. for 18 hours while flowing argon at a flow rate of 10 L / min in the dryer to obtain a synthetic amorphous silica powder.

<比較例1>
目開き35μm及び目開き75μmの振動フルイを用いて分級することにより第1シリカ粉末を得たこと、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を第2シリカ粉末としたこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例1と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 1>
The first silica powder was obtained by classification using a vibration sieve having an opening of 35 μm and an opening of 75 μm, and the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was used as the second silica powder. A synthetic amorphous silica powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below.

<比較例2>
目開き275μm及び目開き475μmの振動フルイを用いて分級することにより第1シリカ粉末を得たこと、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き35μmの振動フルイを用いて分級し、このときのふるい上の粉末を第2シリカ粉末としたこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例5と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative example 2>
The first silica powder was obtained by classification using a vibrating sieve having an opening of 275 μm and an opening of 475 μm, and the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was further divided into a vibrating sieve having an opening of 35 μm. As in Example 5, except that the powder on the sieve was changed to the second silica powder and the spheroidizing conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below. Amorphous silica powder was obtained.

<比較例3>
目開き60μm及び目開き180μmの振動フルイを用いて分級することにより第1シリカ粉末を得たこと、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を第2シリカ粉末としたこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例2と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 3>
The first silica powder was obtained by classification using a vibration sieve having an opening of 60 μm and an opening of 180 μm, and the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was used as the second silica powder. A synthetic amorphous silica powder was obtained in the same manner as in Example 2 except that the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below.

<比較例4>
第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き60μmの振動フルイを用いて分級し、このときのふるい上の粉末を第2シリカ粉末としたこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例2と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative example 4>
The dry powder under the sieve for obtaining the first silica powder was further classified using a vibrating sieve having an opening of 60 μm, and the powder on the sieve at this time was used as the second silica powder, and the spheroidizing treatment conditions A synthetic amorphous silica powder was obtained in the same manner as in Example 2 except that was changed to the conditions shown in Table 2 below.

<比較例5,6>
第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表2に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと以外は、実施例2と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Examples 5 and 6>
A synthetic amorphous silica powder was obtained in the same manner as in Example 2 except that the first silica powder and the second silica powder were mixed at a mass ratio shown in Table 2 below to obtain a third silica powder. .

<比較例7>
目開き95μm及び目開き185μmの振動フルイを用いて分級することにより第1シリカ粉末を得たこと、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を第2シリカ粉末としたこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例2と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 7>
The first silica powder was obtained by classification using a vibration sieve having an opening of 95 μm and an opening of 185 μm, and the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was used as the second silica powder. A synthetic amorphous silica powder was obtained in the same manner as in Example 2 except that the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below.

<比較例8>
目開き30μm及び目開き75μmの振動フルイを用いて分級することにより第1シリカ粉末を得たこと、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を第2シリカ粉末としたこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例1と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 8>
The first silica powder was obtained by classification using a vibration sieve having an opening of 30 μm and an opening of 75 μm, and the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was used as the second silica powder. A synthetic amorphous silica powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below.

<比較例9>
球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例3と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 9>
A synthetic amorphous silica powder was obtained in the same manner as in Example 3 except that the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below.

<比較例10>
目開き75μm及び目開き175μmの振動フルイを用いて分級することにより第1シリカ粉末を得たこと、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を第2シリカ粉末としたこと、上記第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表2に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例2と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 10>
The first silica powder was obtained by classification using a vibration sieve having an opening of 75 μm and an opening of 175 μm, and the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was used as the second silica powder. The first silica powder and the second silica powder were mixed at a mass ratio shown in Table 2 below to obtain a third silica powder, and the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below. Except for the above, a synthetic amorphous silica powder was obtained in the same manner as in Example 2.

<比較例11>
目開き90μm及び目開き185μmの振動フルイを用いて分級することにより第1シリカ粉末を得たこと、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き40μmの振動フルイを用いて分級し、このときのふるい上の粉末を第2シリカ粉末としたこと、第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表2に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例2と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 11>
The first silica powder was obtained by classification using a vibration sieve having an opening of 90 μm and an opening of 185 μm, and the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was further divided into a vibration sieve having an opening of 40 μm. The powder on the sieve at this time was used as the second silica powder, and the first silica powder and the second silica powder were mixed at a mass ratio shown in Table 2 below to obtain the third silica powder. A synthetic amorphous silica powder was obtained in the same manner as in Example 2 except that the obtained conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below.

<比較例12>
上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き25μm及び40μmの振動フルイを用いて分級することにより第2シリカ粉末を得たこと、第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表2に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例2と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 12>
The second silica powder was obtained by classifying the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder using a vibrating sieve having openings of 25 μm and 40 μm, and the first silica powder and the second silica. The powder was mixed at a mass ratio shown in Table 2 below to obtain a third silica powder, and the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below, as in Example 2. A synthetic amorphous silica powder was obtained.

<比較例13>
上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き50μmの振動フルイを用いて分級し、このときのふるい上の粉末を第2シリカ粉末としたこと、第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表2に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例2と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 13>
The dried powder under the sieve at the time of classification to obtain the first silica powder was further classified using a vibrating sieve having an opening of 50 μm, and the powder on the sieve at this time was used as the second silica powder, the first silica powder And the second silica powder were mixed at a mass ratio shown in Table 2 below to obtain a third silica powder, and the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below. As in Example 2, a synthetic amorphous silica powder was obtained.

<比較例14>
上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き35μmの振動フルイを用いて分級し、このときのふるい上の粉末を第2シリカ粉末としたこと、第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表2に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例2と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative example 14>
The dried powder under the sieve at the time of classification to obtain the first silica powder was further classified using a vibrating sieve having an opening of 35 μm, and the powder on the sieve at this time was used as the second silica powder, the first silica powder And the second silica powder were mixed at a mass ratio shown in Table 2 below to obtain a third silica powder, and the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below. As in Example 2, a synthetic amorphous silica powder was obtained.

<比較例15>
目開き90μm及び目開き190μmの振動フルイを用いて分級することにより第1シリカ粉末を得たこと、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き50μmの振動フルイを用いて分級し、このときのふるい上の粉末を第2シリカ粉末としたこと、第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表2に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと、及び球状化処理条件を以下の表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例2と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 15>
The first silica powder was obtained by classification using a vibration sieve having an opening of 90 μm and an opening of 190 μm, and the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was further divided into a vibration sieve having an opening of 50 μm. The powder on the sieve at this time was used as the second silica powder, and the first silica powder and the second silica powder were mixed at a mass ratio shown in Table 2 below to obtain the third silica powder. A synthetic amorphous silica powder was obtained in the same manner as in Example 2 except that the obtained conditions were changed to the conditions shown in Table 2 below.

<比較例16>
上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き35μmの振動フルイを用いて分級し、このときのふるい上の粉末を第2シリカ粉末としたこと、及び球状化処理条件を以下の表3に示す条件に変更したこと以外は、実施例5と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 16>
The dried powder under the sieve at the time of classification to obtain the first silica powder was further classified using a vibrating sieve having an opening of 35 μm, and the powder on the sieve at this time was used as the second silica powder, and the spheronization treatment A synthetic amorphous silica powder was obtained in the same manner as in Example 5 except that the conditions were changed to the conditions shown in Table 3 below.

<比較例17>
上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き25μm及び40μmの振動フルイを用いて分級することにより第2シリカ粉末を得たこと、第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表3に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと、及び球状化処理条件を以下の表3に示す条件に変更したこと以外は、実施例5と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 17>
The second silica powder was obtained by classifying the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder using a vibrating sieve having openings of 25 μm and 40 μm, and the first silica powder and the second silica. The powder was mixed at a mass ratio shown in Table 3 below to obtain a third silica powder, and the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 3 below, as in Example 5. A synthetic amorphous silica powder was obtained.

<比較例18>
第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表3に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと、及び球状化処理条件を以下の表3に示す条件に変更したこと以外は、実施例4と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 18>
Except that the first silica powder and the second silica powder were mixed at a mass ratio shown in Table 3 below to obtain a third silica powder, and the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 3 below. Obtained a synthetic amorphous silica powder in the same manner as in Example 4.

<比較例19>
第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表3に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと、及び球状化処理条件を以下の表3に示す条件に変更したこと以外は、実施例1と同様に、合成非晶質シリカ粉末を得た。
<Comparative Example 19>
Except that the first silica powder and the second silica powder were mixed at a mass ratio shown in Table 3 below to obtain a third silica powder, and the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 3 below. As in Example 1, a synthetic amorphous silica powder was obtained.

<比較例20>
目開き200μm及び目開き400μmの振動フルイを用いて分級することにより第1シリカ粉末を得たこと、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き50μmの振動フルイを用いて分級し、このときのふるい上の粉末を第2シリカ粉末としたこと、第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表3に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと、及び球状化処理条件を以下の表3に示す条件に変更したこと以外は、実施例6と同様に、球状化されたシリカ粉末41を得た。
<Comparative Example 20>
The first silica powder was obtained by classification using a vibrating sieve having an opening of 200 μm and an opening of 400 μm, and the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was further divided into a vibrating sieve having an opening of 50 μm. The powder on the sieve at this time was used as the second silica powder, and the first silica powder and the second silica powder were mixed at a mass ratio shown in Table 3 below to obtain the third silica powder. A spheroidized silica powder 41 was obtained in the same manner as in Example 6 except that the obtained conditions were changed to the conditions shown in Table 3 below.

球状化処理後、実施例5と同じ条件で洗浄、乾燥することにより、合成非晶質シリカ粉末を得た。   After the spheronization treatment, a synthetic amorphous silica powder was obtained by washing and drying under the same conditions as in Example 5.

<比較例21>
目開き200μm及び目開き400μmの振動フルイを用いて分級することにより第1シリカ粉末を得たこと、上記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に目開き50μmの振動フルイを用いて分級し、このときのふるい上の粉末を第2シリカ粉末としたこと、第1シリカ粉末と第2シリカ粉末を、以下の表3に示す質量比で混合して第3シリカ粉末を得たこと、及び球状化処理条件を以下の表3に示す条件に変更したこと以外は、実施例7と同様に、球状化されたシリカ粉末41を得た。
<Comparative Example 21>
The first silica powder was obtained by classification using a vibrating sieve having an opening of 200 μm and an opening of 400 μm, and the dried powder under the sieve for obtaining the first silica powder was further divided into a vibrating sieve having an opening of 50 μm. The powder on the sieve at this time was used as the second silica powder, and the first silica powder and the second silica powder were mixed at a mass ratio shown in Table 3 below to obtain the third silica powder. A spheroidized silica powder 41 was obtained in the same manner as in Example 7 except that the obtained conditions and the spheroidizing treatment conditions were changed to the conditions shown in Table 3 below.

球状化処理後、実施例5と同じ条件で洗浄、乾燥することにより、合成非晶質シリカ粉末を得た。   After the spheronization treatment, a synthetic amorphous silica powder was obtained by washing and drying under the same conditions as in Example 5.

実施例1〜7及び比較例1〜21で得られた粉末について、算術平均粒径、粒度分布、固めかさ密度、円形度、BET比表面積、理論比表面積、BET比表面積/理論比表面積、真密度及び粒子内空間率を測定又は算出した。これらの結果を次の表4〜表6に示す。なお、表4〜表6に示すこれらの値は、各実施例又は比較例ごとに5回ずつ、同じ条件で合成シリカ粉末を製造し、それらについての上記測定値等を平均した値である。 For the powders obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 21, the arithmetic average particle size, particle size distribution, solid bulk density, circularity, BET specific surface area, theoretical specific surface area, BET specific surface area / theoretical specific surface area, true The density and the intraparticle space ratio were measured or calculated. These results are shown in the following Tables 4-6. These values shown in Tables 4 to 6 are values obtained by producing synthetic silica powder under the same conditions five times for each example or comparative example and averaging the above measured values and the like.

(i) 算術平均粒径、粒度分布:乾式粒子画像分析装置(スペクトリス社製 型式名:Morphologi G3)を用いて撮影した粒子画像の面積を測定し、これと面積の等しい円の直径、即ち面積円相当径(CE Diameter)を求め、これを撮影した粒子画像の“粒径”とした。   (i) Arithmetic mean particle size, particle size distribution: The area of a particle image taken with a dry particle image analyzer (Spectris Corp., model name: Morphologi G3) is measured, and the diameter of the circle having the same area, that is, the area The equivalent circle diameter (CE Diameter) was obtained and used as the “particle diameter” of the photographed particle image.

個数基準の算術平均粒径DNAVは、撮影した全粒子(1サンプルに付き約6000個以上)についての上記“粒径”の算術平均とした。また、これら粒子の“粒径”を、2.5μm区切りで分類し、それぞれの区間における粒子数を計測し、各区間における粒子数が全粒子数に占める百分率を算出して、これを各区間における頻度とし、個数基準の粒度分布を得た。また、この個数基準の粒度分布において、最も頻度が高い粒径の値を、個数基準の粒度分布の最頻値DNMとした。 The arithmetic average particle diameter D NAV based on the number was the arithmetic average of the above “particle diameter” for all the photographed particles (about 6000 or more per sample). Also, classify the “particle size” of these particles into 2.5 μm sections, measure the number of particles in each section, calculate the percentage of the total number of particles in each section, and calculate this for each section. The number-based particle size distribution was obtained. In this number-based particle size distribution, the most frequent particle size value was defined as the mode value D NM of the number-based particle size distribution.

また、シリカ密度を2.2g/cm3と仮定し、上記2.5μm区切りで分類した各区間における粒子数から各区間における粒子の質量を算出し、各区間の粒子の質量が、粒子全体の質量に占める百分率(頻度)を算出し、体積基準の粒度分布を求めた。 Further, assuming that the silica density is 2.2 g / cm 3 , the mass of the particles in each section is calculated from the number of particles in each section classified by the 2.5 μm section, and the mass of the particles in each section is The percentage (frequency) in the mass was calculated and the volume-based particle size distribution was determined.

(ii) 円形度:上記乾式粒子画像分析装置を用いて撮影した粒子画像の周囲長を測定し、この周囲長と上記面積円相当径を、次の式(1)に代入して、粒子1個についての円形度を算出し、全粒子数の算術平均を粉末の円形度とした。   (ii) Circularity: The circumference of a particle image taken using the dry particle image analyzer is measured, and the circumference and the equivalent circle diameter are substituted into the following equation (1) to obtain the particle 1 The circularity of each particle was calculated, and the arithmetic average of the total number of particles was defined as the circularity of the powder.

粒子1個についての円形度=π×面積相当径/周囲長 (1)
(iii) 固めかさ密度:ホソカワミクロン社製のパウダーテスタPT−Xを用いて測定した。
Circularity per particle = π × area equivalent diameter / perimeter (1)
(iii) Hard bulk density: Measured using a powder tester PT-X manufactured by Hosokawa Micron.

(iV) BET比表面積:測定装置(QUANTACHROME AUTOSORB-1 MP)を用いたBET3点法により測定した。BET3点法は、相対圧力3点に対する窒素吸着量から傾きAを求め、BET式から比表面積値を求めた。窒素吸着量の測定は、150℃、60分の条件下で行った。   (iV) BET specific surface area: Measured by the BET three-point method using a measuring device (QUANTACHROME AUTOSORB-1 MP). In the BET three-point method, the slope A was obtained from the nitrogen adsorption amount with respect to three relative pressure points, and the specific surface area value was obtained from the BET equation. The nitrogen adsorption amount was measured under conditions of 150 ° C. and 60 minutes.

(v) 理論比表面積:次の式(2)において、Dを粉末の平均粒径DL50、ρを真密度2.2g/cm3と仮定し、次の式(3)から算出した。 (v) Theoretical specific surface area: In the following equation (2), D was calculated from the following equation (3), assuming that D is the average particle diameter D L50 of the powder and ρ is the true density of 2.2 g / cm 3 .

理論比表面積=6/(D×ρ) (2)
粉末の理論比表面積=2.73/DL50 (3)
なお、平均粒径DL50は、レーザー回折散乱式粒子分布測定装置(HORIBA社製 型式名:LA-950)を用いて測定される体積基準の粒度分布の中央値を3回測定し、これらを平均した値である。
Theoretical specific surface area = 6 / (D × ρ) (2)
Theoretical specific surface area of the powder = 2.73 / D L50 (3)
The average particle size D L50 is obtained by measuring the median value of the volume-based particle size distribution measured using a laser diffraction / scattering particle distribution measuring apparatus (model name: LA-950, manufactured by HORIBA) three times. The average value.

(vi) BET比表面積/理論比表面積:上記測定した比表面積及び理論比表面積から算出した。   (vi) BET specific surface area / theoretical specific surface area: calculated from the measured specific surface area and theoretical specific surface area.

(vii) 真密度:JIS R7212 カーボンブロックの測定方法(d)真比重測定に準じて、真密度測定を3回行い、この平均値を算出した。   (vii) True density: According to JIS R7212 carbon block measurement method (d) True specific gravity measurement, true density measurement was performed three times, and this average value was calculated.

(viii) 粒子内空間率:得られた粉末を樹脂に埋め込みを行い、それを研磨して粉末断面を出す。粉末断面をSEM(走査型電子顕微鏡)により観察した。50個の粉末粒子について断面積と、粒子内に空間があればその空間の面積を測定し、次の式(4)から算出した。   (viii) In-particle space ratio: The obtained powder is embedded in a resin and polished to obtain a powder cross section. The powder cross section was observed by SEM (scanning electron microscope). For the 50 powder particles, the cross-sectional area and the area of the space, if any, were measured and calculated from the following equation (4).

粒子内空間率=粒子内空間総面積/粒子断総面積 (4)           Intraparticle space ratio = total area in the particle / total area of the particle break (4)

<評価1>
実施例1〜7及び比較例1〜21で得られた粉末について、不純物濃度を測定した。その結果を次の表7〜表9に示す。なお、表7〜表9に示すこれらの値は、各実施例又は比較例ごとに5回ずつ、同じ条件で合成シリカ粉末を製造し、それらについての上記測定値を平均した値である。
<Evaluation 1>
The impurity concentrations of the powders obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 21 were measured. The results are shown in the following Tables 7 to 9. In addition, these values shown in Table 7 to Table 9 are values obtained by producing synthetic silica powder under the same conditions five times for each example or comparative example, and averaging the measured values for them.

(i) Na,K,Ca,Fe,Al,P:粉末をフッ化水素酸及び硫酸で加熱分解し、加熱凝縮後に希硝酸を用いて定容液体を作製した。この定容液体について、高周波誘導結合プラズマ質量分析計(型式名:エスアイアイ・ナノテクノロジー SPQ9000)により分析を行った。   (i) Na, K, Ca, Fe, Al, P: The powder was thermally decomposed with hydrofluoric acid and sulfuric acid, and after heating and condensing, a constant volume liquid was prepared using dilute nitric acid. This constant volume liquid was analyzed with a high frequency inductively coupled plasma mass spectrometer (model name: SII Nanotechnology SPQ9000).

(ii) B:粉末をフッ化水素酸で加熱分解し、加熱凝縮後に超純水を用いて定容液体を作製した。この定容液体について、高周波誘導結合プラズマ質量分析計(型式名:エスアイアイ・ナノテクノロジー SPQ9000)により分析を行った。   (ii) B: The powder was thermally decomposed with hydrofluoric acid, and after heating and condensing, a constant volume liquid was prepared using ultrapure water. This constant volume liquid was analyzed with a high frequency inductively coupled plasma mass spectrometer (model name: SII Nanotechnology SPQ9000).

(iii) C:粉末に助燃剤として鉄、タングステン、すずを添加し、酸素雰囲気にて高周波炉燃焼−赤外線吸収法(型式名:HORIBA EMIA-920V)にて分析を行った。   (iii) C: Iron, tungsten, and tin were added to the powder as auxiliary combustors, and analysis was performed in an oxygen atmosphere using a high-frequency furnace combustion-infrared absorption method (model name: HORIBA EMIA-920V).

(iv) Cl:合成非晶質シリカ粉末に超純水を混合し、超音波下にてClを浸出させる。遠心分離機により合成非晶質シリカ粉末と浸出液を分離して、浸出液をイオンクロマトグラフィー(型式名:ダイオネクス DX-500)により分析を行った。   (iv) Cl: Ultra pure water is mixed with synthetic amorphous silica powder, and Cl is leached under ultrasonic waves. The synthetic amorphous silica powder and the leachate were separated by a centrifuge, and the leachate was analyzed by ion chromatography (model name: Dionex DX-500).

(v) OH:フーリエ変換型赤外線分光分析計(型式名:サーモフィッシャー Nicolet 4700FT-IR)により、3660cm-1付近のピーク高さにより測定した。 (v) OH: Measured at a peak height near 3660 cm −1 with a Fourier transform infrared spectrometer (model name: Thermo Fisher Nicolet 4700FT-IR).

<比較試験及び評価2>
実施例1〜7及び比較例1〜25で得られた粉末を用いて、縦20mm×横20mm×高さ40mmの直方体のブロック材をそれぞれ製造し、ブロック材に発生した気泡の個数を評価した。この結果を次の表7〜表9に示す。具体的には、カーボンルツボに、粉末を入れ、これを2.0×104Pa真空雰囲気下でカーボンヒータにて2200℃に加熱し、48時間保持することによりブロック材を製造した。このブロック材を、5.0×102Pa真空雰囲気下で1600℃の温度で48時間の熱処理を行った。熱処理後、ブロック材の高さ20mmの位置で20mm×20mm角の断面に切り出し、研磨を行い、ブロック材の表面(断面)から、深さ2mm、幅2mm領域で観察された気泡の個数を測定し、これらの平均値を平均気泡数とした。
<Comparison test and evaluation 2>
Using the powders obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 25, a rectangular parallelepiped block material having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a height of 40 mm was produced, and the number of bubbles generated in the block material was evaluated. . The results are shown in the following Tables 7 to 9. Specifically, powder was put into a carbon crucible, and this was heated to 2200 ° C. with a carbon heater in a 2.0 × 10 4 Pa vacuum atmosphere, and held for 48 hours to produce a block material. This block material was heat-treated at a temperature of 1600 ° C. for 48 hours in a 5.0 × 10 2 Pa vacuum atmosphere. After the heat treatment, the block material is cut into a 20 mm × 20 mm square cross section at a height of 20 mm, polished, and the number of bubbles observed in a 2 mm depth and 2 mm width region is measured from the surface (cross section) of the block material. These average values were defined as the average number of bubbles.

表1〜表9から明らかなように、実施例1〜7の粉末では、比較例1〜19に比べてKの濃度が低いことが判る。また、実施例1〜5の粉末では、球状化処理を施し、同じヒュームドシリカを原料とした比較例5,8,9等の粉末と比較して、高温及び減圧下における合成シリカガラス製品中の気泡の発生又は膨張の原因となる、炭素濃度及び塩素濃度の双方が極めて低いことが判る。更に、四塩化珪素を原料とした実施例6の粉末では炭素濃度が低く、テトラメトキシシランを原料とした実施例7の粉末では、塩素濃度が低くなっており、一方、ヒュームドシリカを原料とした実施例1〜5の粉末では、炭素濃度及び塩素濃度の双方が極めて低いことが判る。 As is apparent from Tables 1 to 9, the powders of Examples 1 to 7 have a lower concentration of K than Comparative Examples 1 to 19. In addition, in the powders of Examples 1 to 5, in the synthetic silica glass product at high temperature and reduced pressure, compared to the powders of Comparative Examples 5, 8, 9 and the like which were subjected to spheroidizing treatment and were made from the same fumed silica. It can be seen that both the carbon concentration and the chlorine concentration that cause the generation or expansion of bubbles are extremely low. Further, the powder of Example 6 using silicon tetrachloride as a raw material has a low carbon concentration, and the powder of Example 7 using tetramethoxysilane as a raw material has a low chlorine concentration, while fumed silica is used as a raw material. In the powders of Examples 1 to 5, it can be seen that both the carbon concentration and the chlorine concentration are extremely low.

また、実施例1〜7の粉末を用いて製造したブロックは、比較例1〜21の粉末を用いて製造したブロックと比較すると、発生した気泡の数が大幅に低減されていることが判る。このことから、本発明の合成非晶質シリカ粉末を用いれば、高温及び減圧の環境下での使用において、気泡の発生又は膨張が極めて少ない合成シリカガラス製品を製造できることが確認された。   Moreover, when the block manufactured using the powder of Examples 1-7 is compared with the block manufactured using the powder of Comparative Examples 1-21, it turns out that the number of produced | generated bubbles is reduced significantly. From this, it was confirmed that the use of the synthetic amorphous silica powder of the present invention makes it possible to produce a synthetic silica glass product with very little generation or expansion of bubbles when used in a high temperature and reduced pressure environment.

本発明の合成非晶質シリカ粉末は、半導体用途の単結晶製造に用いるルツボや治具類等の合成シリカガラス製品を製造する原料として使用される。   The synthetic amorphous silica powder of the present invention is used as a raw material for producing synthetic silica glass products such as crucibles and jigs used for producing single crystals for semiconductor applications.

Claims (5)

造粒されたシリカ粉末に球状化処理を施した後、洗浄し乾燥して得られた合成非晶質シリカ粉末であって、
体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50〜200μmでその頻度が2〜5%、個数基準の算術平均粒径DNAVが0.4×DVM±10μm、かつ個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜10μmでその頻度が3〜10%であり、固めかさ密度が1.38g/cm3以上1.50g/cm3以下、円形度が0.85以上1.00以下であり、BET比表面積を理論比表面積で割った値が1.00〜1.35、真密度が2.10〜2.20g/cm3、粒子内空間率が0.00〜0.05である合成非晶質シリカ粉末。
A synthetic amorphous silica powder obtained by subjecting the granulated silica powder to spheroidization treatment, washing and drying,
Volume mode particle size distribution mode D VM is 50 to 200 μm, frequency is 2 to 5%, number based arithmetic average particle size D NAV is 0.4 × D VM ± 10 μm, and number based particle size distribution is the mode D NM is the frequency of 3-10% in 5 to 10 [mu] m, compacted bulk density of 1.38 g / cm 3 or more 1.50 g / cm 3 or less, roundness of 0.85 to 1.00 The value obtained by dividing the BET specific surface area by the theoretical specific surface area is 1.00 to 1.35, the true density is 2.10 to 2.20 g / cm 3 , and the intra-particle space ratio is 0.00 to 0.05. A synthetic amorphous silica powder.
四塩化珪素を加水分解させてシリカ質のゲルを生成させ、このシリカ質のゲルを乾燥して乾燥粉とし、この乾燥粉を粉砕した後、分級することにより体積基準の粒度分布の最頻値DVMが60〜300μmの第1シリカ粉末及び個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜20μmの第2シリカ粉末を得る造粒工程と、
前記第1シリカ粉末と第2シリカ粉末とを、質量比(第1シリカ粉末:第2シリカ粉末)で1:0.005〜0.05の割合で均一に混合して第3シリカ粉末を得る粉末混合工程と、
アルゴンを所定の流量で導入して所定の高周波出力でプラズマを発生させたプラズマトーチ内に、所定の供給速度で前記第3シリカ粉末を投入し、2000℃から二酸化珪素の沸点までの温度で加熱し、溶融させる熱プラズマによる球状化工程と、
前記球状化工程後の球状化シリカ粉末表面に付着している微粉を取り除く洗浄工程と、
前記洗浄工程後のシリカ粉末を乾燥する乾燥工程と
をこの順に含み、
前記球状化工程における高周波出力(W)をA、シリカ粉末の供給速度(kg/hr)をBとするとき、A/B(W・hr/kg)の値が1.0×104以上になるように調整して行われ、
体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50〜200μmでその頻度は2〜5%、個数基準の算術平均粒径DNAVが0.4×DVM±10μm、かつ個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜10μmでその頻度が3〜10%であり、固めかさ密度が1.38g/cm3以上1.50g/cm3以下、円形度が0.85以上1.00以下であり、BET比表面積を理論比表面積で割った値が1.00〜1.35、真密度が2.10〜2.20g/cm3、粒子内空間率が0.00〜0.05である合成非晶質シリカ粉末の製造方法。
Silicon tetrachloride is hydrolyzed to form a siliceous gel, and the siliceous gel is dried to form a dry powder. After pulverizing the dry powder, classification is performed to determine the mode of the volume-based particle size distribution. A granulation step of obtaining a first silica powder having a D VM of 60 to 300 μm and a second silica powder having a mode number D NM of 5 to 20 μm and a number-based particle size distribution;
The first silica powder and the second silica powder are uniformly mixed at a mass ratio (first silica powder: second silica powder) at a ratio of 1: 0.005-0.05 to obtain a third silica powder. A powder mixing step;
The third silica powder is introduced at a predetermined supply rate into a plasma torch in which argon is introduced at a predetermined flow rate and plasma is generated at a predetermined high-frequency output, and heated at a temperature from 2000 ° C. to the boiling point of silicon dioxide. And spheroidizing process by thermal plasma to be melted,
A washing step for removing fine particles adhering to the surface of the spheroidized silica powder after the spheronization step;
A drying step of drying the silica powder after the washing step in this order,
When the high frequency output (W) in the spheroidizing step is A and the supply rate (kg / hr) of silica powder is B, the value of A / B (W · hr / kg) is 1.0 × 10 4 or more. Adjusted to be
The frequency of 2-5% mode value D VM is in 50~200μm of volume-based particle size distribution, the arithmetic mean particle diameter D NAV number criterion 0.4 × D VM ± 10μm and the number-based particle size distribution, the mode D NM is the frequency of 3-10% in 5 to 10 [mu] m, compacted bulk density of 1.38 g / cm 3 or more 1.50 g / cm 3 or less, roundness of 0.85 to 1.00 The value obtained by dividing the BET specific surface area by the theoretical specific surface area is 1.00 to 1.35, the true density is 2.10 to 2.20 g / cm 3 , and the intra-particle space ratio is 0.00 to 0.05. A method for producing a synthetic amorphous silica powder.
有機系シリコン化合物を加水分解させてシリカ質のゲルを生成させ、このシリカ質のゲルを乾燥して乾燥粉とし、この乾燥粉を粉砕した後、分級することにより体積基準の粒度分布の最頻値DVMが60〜300μmの第1シリカ粉末及び個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜20μmの第2シリカ粉末を得る造粒工程と、
前記第1シリカ粉末と第2シリカ粉末とを、質量比(第1シリカ粉末:第2シリカ粉末)で1:0.005〜0.05の割合で均一に混合して第3シリカ粉末を得る粉末混合工程と、
アルゴンを所定の流量で導入して所定の高周波出力でプラズマを発生させたプラズマトーチ内に、所定の供給速度で前記第3シリカ粉末を投入し、2000℃から二酸化珪素の沸点までの温度で加熱し、溶融させる熱プラズマによる球状化工程と、
前記球状化工程後の球状化シリカ粉末表面に付着している微粉を取り除く洗浄工程と、
前記洗浄工程後のシリカ粉末を乾燥する乾燥工程と
をこの順に含み、
前記球状化工程における高周波出力(W)をA、シリカ粉末の供給速度(kg/hr)をBとするとき、A/B(W・hr/kg)の値が1.0×104以上になるように調整して行われ、
体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50〜200μmでその頻度は2〜5%、個数基準の算術平均粒径DNAVが0.4×DVM±10μm、かつ個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜10μmでその頻度が3〜10%であり、固めかさ密度が1.38g/cm3以上1.50g/cm3以下、円形度が0.85以上1.00以下であり、BET比表面積を理論比表面積で割った値が1.00〜1.35、真密度が2.10〜2.20g/cm3、粒子内空間率が0.00〜0.05である合成非晶質シリカ粉末の製造方法。
Hydrolysis of the organic silicon compound produces a siliceous gel, the siliceous gel is dried to form a dry powder, and the dried powder is pulverized and classified to determine the mode of particle size distribution on a volume basis. A granulation step of obtaining a first silica powder having a value D VM of 60 to 300 μm and a second silica powder having a mode value D NM of 5 to 20 μm in a number-based particle size distribution;
The first silica powder and the second silica powder are uniformly mixed at a mass ratio (first silica powder: second silica powder) at a ratio of 1: 0.005-0.05 to obtain a third silica powder. A powder mixing step;
The third silica powder is introduced at a predetermined supply rate into a plasma torch in which argon is introduced at a predetermined flow rate and plasma is generated at a predetermined high-frequency output, and heated at a temperature from 2000 ° C. to the boiling point of silicon dioxide. And spheroidizing process by thermal plasma to be melted,
A washing step for removing fine particles adhering to the surface of the spheroidized silica powder after the spheronization step;
A drying step of drying the silica powder after the washing step in this order,
When the high frequency output (W) in the spheroidizing step is A and the supply rate (kg / hr) of silica powder is B, the value of A / B (W · hr / kg) is 1.0 × 10 4 or more. Adjusted to be
The frequency of 2-5% mode value D VM is in 50~200μm of volume-based particle size distribution, the arithmetic mean particle diameter D NAV number criterion 0.4 × D VM ± 10μm and the number-based particle size distribution, the mode D NM is the frequency of 3-10% in 5 to 10 [mu] m, compacted bulk density of 1.38 g / cm 3 or more 1.50 g / cm 3 or less, roundness of 0.85 to 1.00 The value obtained by dividing the BET specific surface area by the theoretical specific surface area is 1.00 to 1.35, the true density is 2.10 to 2.20 g / cm 3 , and the intra-particle space ratio is 0.00 to 0.05. A method for producing a synthetic amorphous silica powder.
ヒュームドシリカを加水分解させてシリカ質のゲルを生成させ、このシリカ質のゲルを乾燥して乾燥粉とし、この乾燥粉を粉砕した後、分級することにより体積基準の粒度分布の最頻値DVMが60〜300μmの第1シリカ粉末及び個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜20μmの第2シリカ粉末を得る造粒工程と、
前記第1シリカ粉末と第2シリカ粉末とを、質量比(第1シリカ粉末:第2シリカ粉末)で1:0.005〜0.05の割合で均一に混合して第3シリカ粉末を得る粉末混合工程と、
アルゴンを所定の流量で導入して所定の高周波出力でプラズマを発生させたプラズマトーチ内に、所定の供給速度で前記第3シリカ粉末を投入し、2000℃から二酸化珪素の沸点までの温度で加熱し、溶融させる熱プラズマによる球状化工程と、
前記球状化工程後の球状化シリカ粉末表面に付着している微粉を取り除く洗浄工程と、
前記洗浄工程後のシリカ粉末を乾燥する乾燥工程と
をこの順に含み、
前記球状化工程における高周波出力(W)をA、シリカ粉末の供給速度(kg/hr)をBとするとき、A/B(W・hr/kg)の値が1.0×104以上になるように調整して行われ、
体積基準の粒度分布の最頻値DVMが50〜200μmでその頻度は2〜5%、個数基準の算術平均粒径DNAVが0.4×DVM±10μm、かつ個数基準の粒度分布の最頻値DNMが5〜10μmでその頻度が3〜10%であり、固めかさ密度が1.38g/cm3以上1.50g/cm3以下、円形度が0.85以上1.00以下であり、BET比表面積を理論比表面積で割った値が1.00〜1.35、真密度が2.10〜2.20g/cm3、粒子内空間率が0.00〜0.05である合成非晶質シリカ粉末の製造方法。
The fumed silica is hydrolyzed to form a siliceous gel, the siliceous gel is dried to form a dry powder, and the dry powder is pulverized and classified to determine the mode of the volume-based particle size distribution. A granulation step of obtaining a first silica powder having a D VM of 60 to 300 μm and a second silica powder having a mode number D NM of 5 to 20 μm and a number-based particle size distribution;
The first silica powder and the second silica powder are uniformly mixed at a mass ratio (first silica powder: second silica powder) at a ratio of 1: 0.005-0.05 to obtain a third silica powder. A powder mixing step;
The third silica powder is introduced at a predetermined supply rate into a plasma torch in which argon is introduced at a predetermined flow rate and plasma is generated at a predetermined high-frequency output, and heated at a temperature from 2000 ° C. to the boiling point of silicon dioxide. And spheroidizing process by thermal plasma to be melted,
A washing step for removing fine particles adhering to the surface of the spheroidized silica powder after the spheronization step;
A drying step of drying the silica powder after the washing step in this order,
When the high frequency output (W) in the spheroidizing step is A and the supply rate (kg / hr) of silica powder is B, the value of A / B (W · hr / kg) is 1.0 × 10 4 or more. Adjusted to be
The frequency of 2-5% mode value D VM is in 50~200μm of volume-based particle size distribution, the arithmetic mean particle diameter D NAV number criterion 0.4 × D VM ± 10μm and the number-based particle size distribution, the mode D NM is the frequency of 3-10% in 5 to 10 [mu] m, compacted bulk density of 1.38 g / cm 3 or more 1.50 g / cm 3 or less, roundness of 0.85 to 1.00 The value obtained by dividing the BET specific surface area by the theoretical specific surface area is 1.00 to 1.35, the true density is 2.10 to 2.20 g / cm 3 , and the intra-particle space ratio is 0.00 to 0.05. A method for producing a synthetic amorphous silica powder.
前記造粒工程において、前記第1シリカ粉末は前記乾燥粉を粉砕した後、前記粉砕した乾燥粉をふるいを用いて分級することにより得られ、前記第2シリカ粉末は、前記第1シリカ粉末を得る分級時のふるい下の乾燥粉を、更に分級することにより得られる請求項2ないし4いずれか1項に記載の合成非晶質シリカ粉末の製造方法。   In the granulation step, the first silica powder is obtained by pulverizing the dry powder and then classifying the pulverized dry powder using a sieve, and the second silica powder is obtained by classifying the first silica powder. The method for producing a synthetic amorphous silica powder according to any one of claims 2 to 4, which is obtained by further classifying the obtained dry powder under a sieve during classification.
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