JP2614583B2 - Cristobalite sintered body and method for producing the same - Google Patents

Cristobalite sintered body and method for producing the same

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JP2614583B2
JP2614583B2 JP4296501A JP29650192A JP2614583B2 JP 2614583 B2 JP2614583 B2 JP 2614583B2 JP 4296501 A JP4296501 A JP 4296501A JP 29650192 A JP29650192 A JP 29650192A JP 2614583 B2 JP2614583 B2 JP 2614583B2
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日東化学工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、クリストバライ焼結体
およびその製造方法に関する。詳しくは、非晶質シリカ
粒子の成形体を焼結して得られた、半導体製造用冶具の
製作用材料、あるいは耐熱性構造材料として用いること
ができるクリストバライト焼結体およびその製造法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cristobalay sintered body and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a cristobalite sintered body obtained by sintering a molded body of amorphous silica particles, which can be used as a material for manufacturing jigs for semiconductor manufacturing or a heat-resistant structural material, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体製造用冶具の製作用材料、
あるいは耐熱性構造材料としては耐熱性と高純度を兼ね
備えた材料である石英ガラスが広く使用されてきた。一
般に、石英ガラス製品は、他の高温耐熱性材料と比較し
て高純度なものが製品化されているが、ガラス転移温度
域(約1100℃)を超える温度領域で繰り返し使用す
ると、機械的強度が低下し、粘性の低下により徐々に変
形して潰れ・捩じれ等が生じるという問題がある。ま
た、1250℃を超える温度領域で使用すると再結晶化
が進行して失透現象が起き、膨張率の差による剥がれや
亀裂が生じる等の問題もある。
2. Description of the Related Art Conventionally, materials for manufacturing jigs for semiconductor manufacturing,
Alternatively, quartz glass, which is a material having both heat resistance and high purity, has been widely used as a heat resistant structural material. In general, quartz glass products are produced with higher purity than other high temperature heat-resistant materials, but when used repeatedly in a temperature range exceeding the glass transition temperature range (about 1100 ° C.), the mechanical strength becomes high. And there is a problem that the material is gradually deformed due to a decrease in viscosity to cause crushing and twisting. Further, when used in a temperature range exceeding 1250 ° C., recrystallization proceeds, devitrification occurs, and there are problems such as peeling and cracking due to a difference in expansion coefficient.

【0003】このような、石英ガラスの高温領域におけ
る機械的強度に関する問題点を改善することを目的とし
た発明が、種々提案されている。 1) 外表面をクリストバライト層で被覆した石英ガラス
管.(特公昭47−1477号公報, 特公昭47−18
83号公報など). 2) 外表層にクリストバライト結晶を形成させるように
した石英ガラス部材.(特開平1−126238号公報
など). 3) 結晶質石英粉と非晶質石英粉との混合成形体を、ガ
ラス化しない状態で焼結して結晶質石英焼結体を得る方
法.(特開昭62−283861号公報など). など。
[0003] Various inventions have been proposed for the purpose of improving such problems relating to the mechanical strength of quartz glass in a high-temperature region. 1) A quartz glass tube whose outer surface is covered with a cristobalite layer. (Japanese Patent Publication No. 47-1477, Japanese Patent Publication No. 47-18
No. 83, etc.) 2) A quartz glass member in which cristobalite crystals are formed on the outer surface layer. (3) A method of obtaining a crystalline quartz sintered body by sintering a mixed compact of crystalline quartz powder and amorphous quartz powder without vitrification. (JP-A-62-28361, etc.).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一般に、石英ガラスを
クリストバライト化したものは、クリストバライトのα
−β転移点(転移点:250〜300℃; α:低温型,
比重2.34、β:高温型,比重2.18)を通過すると、比重
の変化によって、ひび・割れ等が生じ、機械的強度が低
下する。
In general, quartz glass obtained by converting cristobalite into cristobalite has an α of cristobalite.
-Β transition point (transition point: 250 to 300 ° C; α: low-temperature type,
(Specific gravity 2.34, β: high temperature type, specific gravity 2.18), cracks, cracks, etc. occur due to the change in specific gravity, and the mechanical strength decreases.

【0005】前記の従来技術には、次のような問題点が
ある。 1)の石英ガラス管は、外表面をクリストバライト層で被
覆したものである。また、 2) の石英ガラス部材は、ガ
ラス層中に高温下でクリストバライト結晶に成長し得る
ひずみ核を多数存在せしめてなるものであって、石英ガ
ラス部材を高温度領域で使用中に、その外表層中にクリ
ストバライト結晶を形成させるものであり、これにより
半導体工業用に用いられる石英ガラス製の炉心管、ベル
ジャーなどとして有用な、半導体ウェハーの熱処理工程
での撓み・変形・反りを低減することのできる石英ガラ
ス部材に関するものである。
The above prior art has the following problems. The quartz glass tube of 1) has an outer surface covered with a cristobalite layer. Further, the quartz glass member of 2) has a large number of strain nuclei that can grow into cristobalite crystals at a high temperature in the glass layer. It is to form cristobalite crystals in the surface layer, thereby reducing bending, deformation and warpage in the heat treatment process of semiconductor wafers, which are useful as quartz glass furnace tubes and bell jars used in the semiconductor industry. The present invention relates to a quartz glass member that can be formed.

【0006】しかし、このような石英ガラス部材は、そ
の一部のみをクリストバライトとするものであるため、
得られた部材の耐熱性の向上には限度があり、使用でき
る分野に限度がある。また、これらの部材は、1250℃以
上の高温で使用するとクリストバライト結晶が継続的に
成長して失透してしまうので、1250℃以上の温度領域で
長時間使用できないという問題点がある。
However, such a quartz glass member has only a part thereof made of cristobalite.
There is a limit in improving the heat resistance of the obtained member, and there is a limit in the field where it can be used. In addition, when these members are used at a high temperature of 1250 ° C. or higher, cristobalite crystals continuously grow and become devitrified, so that there is a problem that they cannot be used for a long time in a temperature region of 1250 ° C. or higher.

【0007】また、近年の半導体製造用の治具や試薬の
超高純度化傾向を考えると、ひずみ核形成剤(たとえ
ば、亜鉛, マグネシウム, カルシウム, ジルコニウム,
すず,ほう素, アルミニウム, りん, アンチモンなど)
を用いることは、半導体製造工程に不純物を含む治具を
用いることになり、高純度化の要求に逆行することにも
なる。
In view of the recent trend toward ultra-high purification of jigs and reagents for semiconductor production, strain nucleating agents (for example, zinc, magnesium, calcium, zirconium,
Tin, boron, aluminum, phosphorus, antimony, etc.)
The use of a method requires the use of a jig containing impurities in the semiconductor manufacturing process, which goes against the demand for high purity.

【0008】3) の方法は、結晶質石英粉 100重量部と
非晶質石英粉1〜100 重量部との混合成形体を1400℃以
上、結晶質石英粉の融点以下の温度で焼結する方法であ
り、緻密で機械的強度に優れ、1100℃を超える高温での
長時間の使用に耐える結晶質石英焼結体の提供を目的と
するものである。
In the method 3), a mixed compact of 100 parts by weight of crystalline quartz powder and 1 to 100 parts by weight of amorphous quartz powder is sintered at a temperature of 1400 ° C. or more and a melting point of the crystalline quartz powder or less. It is a method for providing a crystalline quartz sintered body that is dense, has excellent mechanical strength, and can withstand a long-time use at a high temperature exceeding 1100 ° C.

【0009】この方法によって、1100℃を超える温度領
域での長時間の使用に耐える結晶質石英焼結体を製造し
得るが、非晶質石英粉をバインダーとして用いて結晶質
石英粉を焼結させるので、本質的に不均質な焼結体が得
られる。半導体製造用の治具は一般に、弗酸で洗浄して
繰り返し使用される。この方法で得られた焼結体は、結
晶質石英粉と非晶質石英粉とが混在して不均質であり、
非晶質石英粉の部分の弗酸への溶解速度が大きく、通常
の石英ガラスに比較して耐久性が劣るという問題点があ
る。
According to this method, a crystalline quartz sintered body that can withstand long-term use in a temperature range exceeding 1100 ° C. can be produced. However, the crystalline quartz powder is sintered using amorphous quartz powder as a binder. As a result, an essentially heterogeneous sintered body is obtained. A jig for manufacturing a semiconductor is generally washed with hydrofluoric acid and used repeatedly. The sintered body obtained by this method is non-homogeneous with a mixture of crystalline quartz powder and amorphous quartz powder,
There is a problem that the dissolution rate of the amorphous quartz powder portion in hydrofluoric acid is high, and the durability is inferior to that of ordinary quartz glass.

【0010】本発明の目的は、非晶質シリカ粒子を成形
して得られた非晶質シリカ粒子成形体を焼結することに
より、半導体製造用冶具の製作用材料、あるいは耐熱性
構造材料として好適な、高温度領域で機械的強度に優れ
たクリストバライト焼結体を提供することである。
An object of the present invention is to sinter an amorphous silica particle molded article obtained by molding amorphous silica particles to obtain a material for manufacturing jigs for semiconductor production or a heat-resistant structural material. An object of the present invention is to provide a suitable cristobalite sintered body having excellent mechanical strength in a high temperature range.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来の方
法における前述のような問題点を改善するため鋭意研究
した結果、特定の粒径範囲の非晶質シリカ粒子を成形し
て得られた成形体を特定の条件下で加熱処理することに
より、高温度領域での機械的強度に優れたクリストバラ
イト焼結体を非晶質シリカ粒子から直接得ることができ
ることを見いだし、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to solve the above-mentioned problems in the conventional method, and as a result, obtained amorphous silica particles having a specific particle size range by molding. By subjecting the formed compact to heat treatment under specific conditions, it was found that a cristobalite sintered body having excellent mechanical strength in a high temperature region could be obtained directly from amorphous silica particles, and the present invention was completed. did.

【0012】本発明における第一の発明は、「非晶質シ
リカ粒子の成形体を焼結して得られたクリストバライト
焼結体。」を要旨とする。
The first invention of the present invention has a gist of "a cristobalite sintered body obtained by sintering a molded body of amorphous silica particles".

【0013】また、本発明における第二の発明は、「平
均粒径が 0.1〜10μmの範囲内である非晶質シリカ粒
子を成形し、得られた非晶質シリカ粒子成形体を加熱し
て温度1300〜1712℃の範囲で1〜50時間の範
囲で保持することを特徴とするクリストバライト焼結体
の製造方法。」を要旨とする。
[0013] The second invention of the present invention is directed to a method of forming amorphous silica particles having an average particle diameter in the range of 0.1 to 10 µm, and heating the obtained amorphous silica particle molded body. A method for producing a cristobalite sintered body, wherein the temperature is maintained in a range of 1300 to 1712 ° C. for a period of 1 to 50 hours. ”

【0014】以下、本発明の詳細について説明する。本
発明によって、非晶質シリカ粒子の成形体をクリストバ
ライト化させて得られたクリストバライト焼結体は、驚
くべきことに、クリストバライトのα−β転移を繰り返
しても、ひび・割れ等はほとんど発生せず、優れた機械
的強度を保つことができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. According to the present invention, the cristobalite sintered body obtained by converting a formed body of amorphous silica particles into cristobalite surprisingly shows almost no cracks or cracks even if the α-β transition of cristobalite is repeated. And excellent mechanical strength can be maintained.

【0015】この機構は明らかではないが、石英ガラス
の場合にはガラス質をクリストバライト化させるので、
クリストバライトのα−β転移の比重差による応力を吸
収することができないのに対して、本発明では非晶質シ
リカ粒子の成形体を焼結してクリストバライト化させる
ので、前記のα−β転移の比重差による応力を焼結体を
構成している各シリカ粒子単位で吸収することができ、
発生した応力の影響が焼結体全体には及ばないものと推
定される。
Although this mechanism is not clear, in the case of quartz glass, the vitreous material is converted into cristobalite.
While the stress due to the specific gravity difference of the α-β transition of cristobalite cannot be absorbed, in the present invention, the compact of amorphous silica particles is sintered to be cristobalite, so that the α-β transition The stress due to the specific gravity difference can be absorbed by each silica particle unit constituting the sintered body,
It is estimated that the effect of the generated stress does not affect the entire sintered body.

【0016】本発明における原料としてのシリカ粒子
は、非晶質シリカ粒子を用いるのが好ましい。結晶質シ
リカ粒子を用いると成形時の成形性に難点があるので好
ましくない。
As the silica particles as the raw material in the present invention, it is preferable to use amorphous silica particles. It is not preferable to use crystalline silica particles because there is a problem in moldability at the time of molding.

【0017】原料シリカ粒子の純度は特に問わないが、
半導体治具用途のように高純度のものが要求される場合
には、原料シリカ粒子として不純物含有率が低いものを
用いることによって、高純度のクリストバライト焼結体
を得ることができる。不純物含有率が低い非晶質シリカ
粒子は、例えば、特開昭62- 3011号、特開昭62- 3012
号、特開昭62- 283809号または特開昭62- 283810号各公
報記載の方法により、アルカリ金属珪酸塩水溶液を水混
和性有機媒体または酸溶液中に細孔から押し出して得ら
れた微細な繊維状凝固物を、酸含有液で処理して不純物
を抽出除去することによって得ることができる。アルカ
リ金属珪酸塩としては、珪酸のナトリウム塩、カリウム
塩、リチウム塩などを用いることができる。また、四塩
化珪素ないしは珪酸アルコキシドを原料として得られた
非晶質シリカ粒子を用いることもできる。
The purity of the raw silica particles is not particularly limited.
When a high-purity cristobalite is used as a semiconductor jig, a high-purity cristobalite sintered body can be obtained by using raw silica particles having a low impurity content. The amorphous silica particles having a low impurity content are described in, for example, JP-A-62-3011 and JP-A-62-3012.
No. 6,086,283 or JP-A-62-283810, the fine particles obtained by extruding an aqueous solution of an alkali metal silicate from pores into a water-miscible organic medium or an acid solution. The fibrous coagulate can be obtained by treating with an acid-containing liquid to extract and remove impurities. As the alkali metal silicate, sodium salt, potassium salt, lithium salt and the like of silicic acid can be used. Amorphous silica particles obtained using silicon tetrachloride or silicate alkoxide as a raw material can also be used.

【0018】本発明において、非晶質シリカ粒子成形体
を得るための成形法としては、目的とするクリストバラ
イト焼結体の形状に合わせて、湿式法または乾式法の適
当な成形法を適宜に選択することができる。湿式成形法
としては、スラリー鋳込み成形法などを、また、乾式成
形法としては、冷間等方加圧プレス法(ラバープレス
法)や金型プレス法などを、それぞれ挙げることができ
る。
In the present invention, as a molding method for obtaining an amorphous silica particle molded body, an appropriate molding method of a wet method or a dry method is appropriately selected in accordance with the shape of a desired cristobalite sintered body. can do. Examples of the wet molding method include a slurry casting method, and examples of the dry molding method include a cold isostatic pressing method (rubber pressing method) and a mold pressing method.

【0019】本発明で用いられる非晶質シリカ粒子は、
その平均粒径が 0.1〜10μm、好ましくは 0.2〜5μ
m、更に好ましくは 0.3〜2μmの範囲のものであるこ
とがよい。平均粒径が10μmより大きいシリカ粒子を用
いると、得られる非晶質シリカ粒子成形体の緻密度が低
下し、焼結に要する時間が長くなるので好ましくない。
一方、平均粒径が 0.1μmより小さいシリカ粒子を用い
ると、得られた非晶質シリカ粒子成形体の強度が小さく
形状保持が難しくなる。
The amorphous silica particles used in the present invention include:
Its average particle size is 0.1-10 μm, preferably 0.2-5 μm
m, more preferably in the range of 0.3 to 2 μm. It is not preferable to use silica particles having an average particle diameter of more than 10 μm, because the compactness of the obtained amorphous silica particle molded product is reduced, and the time required for sintering becomes longer.
On the other hand, when silica particles having an average particle size of less than 0.1 μm are used, the obtained amorphous silica particle molded product has low strength and it is difficult to maintain the shape.

【0020】なお、乾式成形法によるときには、その平
均粒径が前記の範囲であるシリカ粒子、またはこのシリ
カ粒子を造粒して得られた非晶質シリカ粒子凝集体を用
いることにより、成形性のよい緻密度が向上した非晶質
シリカ粒子成形体を得ることができる。
When the dry molding method is used, the moldability is improved by using silica particles having an average particle diameter in the above-mentioned range or an amorphous silica particle aggregate obtained by granulating the silica particles. , A compact of amorphous silica particles having improved compactness can be obtained.

【0021】シリカ粒子の粒度調整を行う場合には、通
常の粉砕装置−たとえば、ポットミル、チューブミル、
コニカルボールミルまたはコンパートメントミルなどの
転動ボールミル、振動ボールミル、また塔式粉砕機、撹
拌層型ミルなどの媒体撹拌ミルまたはロールミルなどを
用いることができ、好ましくは、転動ボールミル、振動
ボールミルが用いられる。
When the particle size of the silica particles is adjusted, a conventional pulverizer such as a pot mill, a tube mill,
A rolling ball mill such as a conical ball mill or a compartment mill, a vibration ball mill, a tower type pulverizer, a medium stirring mill or a roll mill such as a stirred bed mill can be used, and preferably a rolling ball mill or a vibration ball mill is used. .

【0022】非晶質シリカ粒子を成形して得られた非晶
質シリカ粒子成形体を、必要により乾燥した後、加熱し
て温度1300〜1712℃の範囲で1〜50時間の範
囲で保持することにより焼結させ、クリストバライト化
させて、クリストバライト焼結体を製造する。
The amorphous silica particle molded body obtained by molding the amorphous silica particles is dried, if necessary, and then heated and maintained at a temperature of 1300 to 1712 ° C. for 1 to 50 hours. Thus, sintering is performed and cristobalite is produced to produce a cristobalite sintered body.

【0023】焼結処理温度は1300〜1712℃の範
囲が好ましく、1300℃未満では非晶質シリカ粒子の
クリストバライト化速度が非常に小さく、クリストバラ
イト化に長時間を必要とするため効率的でない。一方、
1712℃を超えると、クリストバライトの融点が17
13℃であることから、クリストバライトが溶融して非
晶質の石英ガラスになるので好ましくない。
The sintering temperature is preferably in the range of 1300 to 1712 ° C., and if it is lower than 1300 ° C., the cristobalite conversion rate of the amorphous silica particles is very low, and the cristobalite conversion requires a long time, and is not efficient. on the other hand,
When the temperature exceeds 1712 ° C., the melting point of cristobalite becomes 17
Since the temperature is 13 ° C., cristobalite is melted into amorphous quartz glass, which is not preferable.

【0024】焼結処理を行う際に用いる装置としては、
シリカ粒子を所定の温度範囲に維持することができるも
のであればよく、台車炉、箱型炉、トンネル炉、真空炉
などを使用することができる。また加熱源は任意であ
り、電熱または燃焼ガスは経済的な熱源である。その
他、プラズマ加熱、イメージ炉を用いることもできる。
The equipment used for performing the sintering process includes:
As long as the silica particles can be maintained in a predetermined temperature range, a bogie furnace, a box furnace, a tunnel furnace, a vacuum furnace, or the like can be used. The heating source is optional, and electric heating or combustion gas is an economical heat source. In addition, plasma heating and an image furnace can be used.

【0025】また、焼結処理を行う際の雰囲気は、大気
雰囲気、アルゴン, ヘリウム等の還元雰囲気、減圧下の
真空雰囲気のいずれの雰囲気でもよい。大気雰囲気で焼
成するのが経済的である。
The atmosphere for the sintering may be any of an air atmosphere, a reducing atmosphere such as argon and helium, and a vacuum atmosphere under reduced pressure. It is economical to fire in an air atmosphere.

【0026】焼結処理を行う時間は1〜50時間の範囲
が好ましく、焼結処理温度に応じて選定する。
The sintering time is preferably in the range of 1 to 50 hours, and is selected according to the sintering temperature.

【0027】[0027]

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。なお、本発明はその要旨を超えない限り、これら
実施例のみに限定されるものではない。 実施例-1. 原料としての非晶質シリカ粒子は、次の方法によって調
製した。JIS 3号ケイ酸ソーダをろ過した後、ノズル
(孔径 400μm、孔数 100個)を通して、硫酸凝固浴中
に押し出し、透明な繊維状ゲルを得た。得られた繊維状
ゲルを、硫酸中で撹拌しつつ 100℃で1時間浸漬処理
し、ヌッチェを用いて脱酸し、イオン交換水を用いた洗
浄とろ過を2回繰り返した後、脱酸・脱水し、湿シリカ
を得た。
The present invention will be specifically described below with reference to examples. It should be noted that the present invention is not limited to only these examples unless it exceeds the gist. Example-1 Amorphous silica particles as a raw material were prepared by the following method. After filtering JIS No. 3 sodium silicate, it was extruded into a sulfuric acid coagulation bath through a nozzle (pore diameter: 400 μm, number of holes: 100) to obtain a transparent fibrous gel. The resulting fibrous gel is immersed in sulfuric acid at 100 ° C. for 1 hour with stirring, deoxidized with Nutsche, and washed and filtered twice with ion-exchanged water. It was dehydrated to obtain wet silica.

【0028】得られた湿シリカを 150℃で15時間加熱し
て乾燥し、含水率 0.8%、平均粒径250μm、比表面積
800m2 /g(BET法による)である非晶質の乾燥シ
リカ粒子を得た。この乾燥シリカ粒子の SiO2 あたりの
不純物含有率はNa: 0.4ppm,Fe: 0.3ppm,Ti: 0.2ppm,
Al: 0.5ppm であった。
The obtained wet silica is dried by heating at 150 ° C. for 15 hours, and has a water content of 0.8%, an average particle size of 250 μm, and a specific surface area.
Amorphous dried silica particles of 800 m 2 / g (by BET method) were obtained. The content of impurities per SiO 2 of the dried silica particles is Na: 0.4 ppm, Fe: 0.3 ppm, Ti: 0.2 ppm,
Al: 0.5 ppm.

【0029】この乾燥シリカ粒子を1250℃で4時間焼成
した。得られた焼成シリカ粒子は、非晶質で、その平均
粒径および不純物含有率には変化がなかったが、比表面
積は0.2m2 /gとなった。
The dried silica particles were calcined at 1250 ° C. for 4 hours. The obtained calcined silica particles were amorphous, and their average particle size and impurity content were not changed, but the specific surface area was 0.2 m 2 / g.

【0030】前記焼成シリカ粒子 200gを、イオン交換
した純水 300gと共に、石英ガラス製ボール(5mmφ)
2kgを粉砕媒体として、ボールミル(転動式、石英ガラ
ス製ポット:容積3リットル)内に仕込み、回転数 80r
pmで24時間粉砕処理して非晶質微粒子シリカスラリーを
得た。得られたスラリー中のシリカ粒子は、非晶質でそ
の平均粒径は 1.6μmであり、 SiO2 (乾燥重量基準)
あたりの不純物含有率は前記乾燥シリカ粒子のそれと変
わりなかった。
A quartz glass ball (5 mmφ) was prepared by mixing 200 g of the calcined silica particles with 300 g of ion-exchanged pure water.
Using 2 kg as a grinding medium, charge in a ball mill (rolling type, quartz glass pot: volume 3 liters), and rotate at 80 r.
The mixture was pulverized at pm for 24 hours to obtain an amorphous fine particle silica slurry. The silica particles in the obtained slurry are amorphous and have an average particle size of 1.6 μm, and SiO 2 (dry weight basis)
The content of impurities per unit was not different from that of the dried silica particles.

【0031】非晶質微粒子シリカスラリーを回転ディス
ク方式の噴霧乾燥造粒機に毎時 2.5リットルの速度で供
給し、入口温度 150℃の熱風を供給して乾燥造粒し、見
掛けの粒径が50〜90μmである非晶質シリカ微粒子凝集
体を得た。
The amorphous fine-particle silica slurry is supplied to a rotary disk type spray-drying granulator at a rate of 2.5 liters / hour, and hot air at an inlet temperature of 150 ° C. is supplied to perform dry granulation. An amorphous silica fine particle aggregate having a size of about 90 μm was obtained.

【0032】この非晶質シリカ微粒子凝集体をラバープ
レスに充填し、700 kg/cm2 の圧力を加えて成形し、20
0 mm×80mm×30mmの非晶質シリカ粒子成形体 (以下、グ
リーン成形体という) を得た。得られたグリーン成形体
を、大気雰囲気下の箱型炉で温度1500℃で2時間加熱
し、焼結して164 mm×66mm×24mmのクリストバライト焼
結体を得た。この焼結体は、X線回折試験により、クリ
ストバライトであることが確認された。また、 SiO
2 (乾燥重量基準)あたりの不純物含有率は前記乾燥シ
リカ粒子のそれと変わりなかった。
This amorphous silica fine particle aggregate was filled in a rubber press, and molded by applying a pressure of 700 kg / cm 2.
A molded article of amorphous silica particles of 0 mm × 80 mm × 30 mm (hereinafter referred to as a green molded article) was obtained. The obtained green molded body was heated at a temperature of 1500 ° C. for 2 hours in a box furnace in an air atmosphere and sintered to obtain a cristobalite sintered body of 164 mm × 66 mm × 24 mm. This sintered body was confirmed to be cristobalite by an X-ray diffraction test. Also, SiO
The impurity content per 2 (dry weight basis) was not different from that of the dried silica particles.

【0033】焼結体の高温度領域での機械的強度につい
ては、ビームベンディング法による粘度測定の結果で評
価した。試験の条件は、次の通りである。 ・試験装置: 東京工業社製, ビームベンディング試験装置, ・供試体寸法: 50mm×5mm×3mm, ・供試体の保持: 両持ち方式, ・試験荷重: 温度, ℃ 荷重, g 1100 200 1200 30 1300 20
The mechanical strength of the sintered body in a high temperature range was evaluated based on the result of viscosity measurement by a beam bending method. The test conditions are as follows.・ Testing equipment: Beam bending test equipment, manufactured by Tokyo Kogyo Co., Ltd. ・ Specimen size: 50mm × 5mm × 3mm, ・ Holding of the specimen: Double-ended method ・ Test load: Temperature, ° C load, g 1100 200 1200 30 1300 20

【0034】前記処理によって得られたクリストバライ
ト焼結体について、1100℃, 1200℃および1300℃の各温
度におけるビームベンディング試験を行ったが、いずれ
の試験においても塑性変形による撓みは生ぜず、粘度値
は測定できなかった。
The cristobalite sintered body obtained by the above treatment was subjected to a beam bending test at each temperature of 1100 ° C., 1200 ° C. and 1300 ° C. In any of the tests, no bending was caused by plastic deformation, and the viscosity value was not increased. Could not be measured.

【0035】実施例-2. 実施例-1で用いた非晶質シリカ微粒子凝集体を金型プレ
スに充填し、1トン/cm2 の圧力を加えて成形し、直径
30mm, 厚さ10mmの円柱状のグリーン成形体を得た。この
グリーン成形体を実施例-1と同様の条件で加熱処理し、
直径25mm, 厚さ8mmの円柱状クリストバライト焼結体を
得た。得られたクリストバライト焼結体について、温度
1100℃, 1200℃および1300℃におけるビームベンディン
グ試験を行ったが、いずれの試験においても塑性変形に
よる撓みは生ぜず、粘度値は測定できなかった。
Example-2. The amorphous silica fine particle aggregate used in Example-1 was filled in a mold press, and molded by applying a pressure of 1 ton / cm 2 to obtain a diameter.
A cylindrical green compact having a thickness of 30 mm and a thickness of 10 mm was obtained. This green compact was heat-treated under the same conditions as in Example 1,
A cylindrical cristobalite sintered body having a diameter of 25 mm and a thickness of 8 mm was obtained. About the obtained cristobalite sintered body,
Beam bending tests were performed at 1100 ° C, 1200 ° C, and 1300 ° C. In any of the tests, no bending was caused by plastic deformation, and the viscosity value could not be measured.

【0036】実施例-3. 実施例-1で得られた非晶質微粒子シリカスラリーを鋳込
み成形鋳型に充填し、4.5 kg/cm2 の圧力下で60分間保
持して成形し、直径 100mm, 厚さ25mmの、水分含有率
( 150℃, 重量減少率)が22%である円板状グリーン成
形体を得た。このグリーン成形体を、温度15℃で関係湿
度95%の乾燥機中で50時間乾燥処理した後、得られた乾
燥成形体を、実施例-1と同様の条件で加熱処理して、直
径80mm, 厚さ19mmの白色のクリストバライト焼結体を得
た。得られたクリストバライト焼結体について、温度11
00℃, 1200℃および1300℃におけるビームベンディング
試験を行ったが、いずれの試験においても塑性変形によ
る撓みは生ぜず、粘度値は測定できなかった。
Example 3 The amorphous fine particle silica slurry obtained in Example 1 was filled in a casting mold and held at a pressure of 4.5 kg / cm 2 for 60 minutes to form a mold having a diameter of 100 mm. A disk-shaped green molded article having a thickness of 25 mm and a moisture content (150 ° C., weight loss rate) of 22% was obtained. After drying this green molded body in a dryer at a temperature of 15 ° C. and a relative humidity of 95% for 50 hours, the obtained dried molded body was subjected to a heat treatment under the same conditions as in Example 1 to a diameter of 80 mm. Thus, a white cristobalite sintered body having a thickness of 19 mm was obtained. The obtained cristobalite sintered body was subjected to a temperature of 11
Beam bending tests were performed at 00 ° C, 1200 ° C, and 1300 ° C. In any of the tests, no bending was caused by plastic deformation, and the viscosity value could not be measured.

【0037】実施例-4. グリーン成形体の焼成条件を1350℃, 20時間としたほか
は、実施例-1と同様に処理してクリストバライト焼結体
を得た。この焼結体は、X線回折試験により、クリスト
バライトであることが確認された。また、 SiO2 (乾燥
重量基準)あたりの不純物含有率は前記乾燥シリカ粒子
のそれと変わりなかった。得られたクリストバライト焼
結体について、温度1100℃, 1200℃および1300℃におけ
るビームベンディング試験を行ったが、いずれの試験に
おいても塑性変形による撓みは生ぜず、粘度値は測定で
きなかった。
Example 4 A cristobalite sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing conditions of the green compact were 1350 ° C. and 20 hours. This sintered body was confirmed to be cristobalite by an X-ray diffraction test. Further, the content of impurities per SiO 2 (on a dry weight basis) was not different from that of the dried silica particles. The obtained cristobalite sintered body was subjected to a beam bending test at temperatures of 1100 ° C., 1200 ° C., and 1300 ° C. In any of the tests, no bending due to plastic deformation occurred, and the viscosity value could not be measured.

【0038】比較例-1. 実施例-1で得たグリーン成形体を、温度1500〜1750℃に
保持して溶融処理し、162 mm×64mm×23mmの透明な石英
ガラスを得た。加熱炉は、ヒーター・炉材共に、カーボ
ン材を用いた真空炉を使用した。得られた石英ガラスに
ついて、温度1100℃, 1200℃および1300℃におけるビー
ムベンディング試験を行ったところ、塑性変形して撓み
を生じた。上記の各温度の試験で測定された粘度値は、
それぞれ、14.2, 13.0および11.4(g/cm・sec,ポイ
ズ) であった。
Comparative Example-1 The green compact obtained in Example-1 was subjected to a melting treatment while maintaining the temperature at 1500 to 1750 ° C to obtain a transparent quartz glass of 162 mm x 64 mm x 23 mm. As the heating furnace, a vacuum furnace using a carbon material was used for both the heater and the furnace material. The obtained quartz glass was subjected to beam bending tests at temperatures of 1100 ° C., 1200 ° C. and 1300 ° C., and it was plastically deformed to bend. The viscosity values measured in the tests at each of the above temperatures are as follows:
They were 14.2, 13.0 and 11.4 (g / cm · sec, poise), respectively.

【0039】比較例-2. 市販の透明石英ガラス(信越石英社製)について、温度
1100℃, 1200℃および1300℃におけるビームベンディン
グ試験を行ったところ、いずれの試験においても塑性変
形して撓みを生じた。上記の各温度の試験で測定された
粘度値は、それぞれ、14.1, 12.8および11.6(g/cm・
sec,ポイズ) であった。
Comparative Example 2 Temperature of Commercially Available Transparent Quartz Glass (Shin-Etsu Quartz Co., Ltd.)
When beam bending tests were performed at 1100 ° C, 1200 ° C, and 1300 ° C, plastic deformation and bending occurred in all of the tests. The viscosity values measured in the tests at the above temperatures were 14.1, 12.8 and 11.6 (g / cm ·
sec, poise).

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、非晶質シリカ粒子から
直接に、高温度領域で機械的強度に優れたクリストバラ
イト焼結体を得ることができる。更に、使用する非晶質
シリカ粒子を適宜に選択することによって、アルカリ金
属などの不純物含有率が極めて低い、高純度のクリスト
バライト焼結体を得ることができ、半導体製造用冶具の
製作用材料、あるいは耐熱性構造材料として好適に用い
ることができる。
According to the present invention, a cristobalite sintered body having excellent mechanical strength in a high temperature range can be obtained directly from amorphous silica particles. Furthermore, by appropriately selecting the amorphous silica particles to be used, the content of impurities such as alkali metals is extremely low, and a high-purity cristobalite sintered body can be obtained. Alternatively, it can be suitably used as a heat-resistant structural material.

フロントページの続き (72)発明者 大川 晃史 青森県八戸市江陽三丁目1番109号 日 東化学工業株式会社 八戸事業場内 審査官 米田 健志 (56)参考文献 特開 昭61−183164(JP,A)Continuation of the front page (72) Inventor Akifumi Okawa 3-1-19-1 Eyo, Hachinohe City, Aomori Prefecture Nitto Chemical Industry Co., Ltd. Examiner in the Hachinohe Works Kenshi Yoneda (56) References JP-A-61-183164 (JP, A )

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】平均粒径が0.1〜10μmの範囲内であ
る非晶質シリカ粒子を成形し、得られた非晶質シリカ粒
子成形体を加熱して温度1300〜1712℃の範囲で
1〜50時間の範囲で保持するこを特徴とするクリスト
バライト焼結体の製造方法。
An amorphous silica particle having an average particle diameter in the range of 0.1 to 10 μm is formed, and the obtained amorphous silica particle molded body is heated at a temperature of 1300 to 1712 ° C. A method for producing a cristobalite sintered body, wherein the sintered body is maintained for 1 to 50 hours.
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