JP2621467B2 - シリカガラスの製造法 - Google Patents
シリカガラスの製造法Info
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- JP2621467B2 JP2621467B2 JP1069978A JP6997889A JP2621467B2 JP 2621467 B2 JP2621467 B2 JP 2621467B2 JP 1069978 A JP1069978 A JP 1069978A JP 6997889 A JP6997889 A JP 6997889A JP 2621467 B2 JP2621467 B2 JP 2621467B2
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- silica
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
- C03C1/006—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels to produce glass through wet route
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光学用、半導体工業用、電子工業用、理化
学用等に使用されるシリカガラスの製造法に関する。
学用等に使用されるシリカガラスの製造法に関する。
（従来の技術） シリカガラスは耐熱性、耐食性および光学的性質に優
れていることから、半導体製造に欠かせない重要な材料
であり、さらには光ファイバやIC製造用フォトマスク基
板、TFT基板などに使用されその用途はますます拡大さ
れている。
れていることから、半導体製造に欠かせない重要な材料
であり、さらには光ファイバやIC製造用フォトマスク基
板、TFT基板などに使用されその用途はますます拡大さ
れている。
従来のシリカガラスの製造法には、天然石英を電気炉
または酸水素炎により溶解する方法、あるいは四塩化ケ
イ素を酸水素炎又はプラズマ炎中で高温酸化し溶解する
方法があるが、いずれの方法も製造工程に2000℃あるい
はそれ以上の高温を必要とするため大量のエネルギーを
消費し、また製造時にそのような高温に耐える材料が必
要であり、また高純度のものが得にくいなど経済的、品
質的にいくつかの問題点をもっている。
または酸水素炎により溶解する方法、あるいは四塩化ケ
イ素を酸水素炎又はプラズマ炎中で高温酸化し溶解する
方法があるが、いずれの方法も製造工程に2000℃あるい
はそれ以上の高温を必要とするため大量のエネルギーを
消費し、また製造時にそのような高温に耐える材料が必
要であり、また高純度のものが得にくいなど経済的、品
質的にいくつかの問題点をもっている。
これに対し、近年ゾルーゲル法と呼ばれるシリカガラ
スを低温で合成する方法が注目されている。その概要を
簡単に述べる。
スを低温で合成する方法が注目されている。その概要を
簡単に述べる。
一般式Si(OR)4（R:アルキル基）で表わされるシリコ
ンアルコキシド（本発明に於いては、その重縮合物を含
む。例えば(RO)3Si・{OSi(OR)2}n・OSi(OR)3、（ｎ＝０〜
８、R:アルキル基））に水（アルカリまたは酸でpHを調
整してもよい）を加え、加水分解し、シリカヒドロゾル
（本発明に於てはシリカゾルという）とする。この時、
シリコンアルコキシドと水が均一な系となる様、一般に
は溶媒として適当なアルコールが添加されている。この
シリカゾルを静置、昇温、ゲル化剤の添加等によってゲ
ル化させる。その後ゲルを蒸発乾燥することによりシリ
カ乾燥ゲルとする。この乾燥ゲルを適当な雰囲気中で焼
結することによりシリカガラスを得る。
ンアルコキシド（本発明に於いては、その重縮合物を含
む。例えば(RO)3Si・{OSi(OR)2}n・OSi(OR)3、（ｎ＝０〜
８、R:アルキル基））に水（アルカリまたは酸でpHを調
整してもよい）を加え、加水分解し、シリカヒドロゾル
（本発明に於てはシリカゾルという）とする。この時、
シリコンアルコキシドと水が均一な系となる様、一般に
は溶媒として適当なアルコールが添加されている。この
シリカゾルを静置、昇温、ゲル化剤の添加等によってゲ
ル化させる。その後ゲルを蒸発乾燥することによりシリ
カ乾燥ゲルとする。この乾燥ゲルを適当な雰囲気中で焼
結することによりシリカガラスを得る。
（発明が解決しようとする課題） しかし、ゾルーゲル法によるシリカガラスの製造には
まだ未解決の問題が残されている。特にゲルを乾燥して
いく過程でゲルにクラックや割れが発生し易く、クラッ
クや割れのないモノリシックな大形の乾燥ゲルを歩留り
良く製造することが困難である。
まだ未解決の問題が残されている。特にゲルを乾燥して
いく過程でゲルにクラックや割れが発生し易く、クラッ
クや割れのないモノリシックな大形の乾燥ゲルを歩留り
良く製造することが困難である。
このような問題点を解決するために、すでに発明者等
はゾル調整時にポリ酢酸ビニルを添加することで、ゾル
中のシリカ微粒子の成長を制御し乾燥時のゲルの割れを
防止する方法を見出した（特願昭62−294459）。しかし
ながら、この方法によってもより大形の乾燥ゲルを作製
しようとすると乾燥時にしばしば割れが発生することが
あった。
はゾル調整時にポリ酢酸ビニルを添加することで、ゾル
中のシリカ微粒子の成長を制御し乾燥時のゲルの割れを
防止する方法を見出した（特願昭62−294459）。しかし
ながら、この方法によってもより大形の乾燥ゲルを作製
しようとすると乾燥時にしばしば割れが発生することが
あった。
本発明はクラックや割れの発生することのないシリカ
ガラスの製造法を提供するものである。
ガラスの製造法を提供するものである。
（課題を解決するための手段） 本発明は、ゾルーゲル法によるシリカガラスの製造法
に於て、ゾル調製時に、シリコンアルキコシドの溶媒と
してＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミドを含む溶媒を使用す
る共にポリ酢酸ビニルを添加することを特徴とするもの
である。
に於て、ゾル調製時に、シリコンアルキコシドの溶媒と
してＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミドを含む溶媒を使用す
る共にポリ酢酸ビニルを添加することを特徴とするもの
である。
本発明において、シリコンアルコキシドのアルキル基
について，特に制限はないが、加水分解のし易さ、ゲル
化時間の点から，メチル基、エチル基、プロピル基、ブ
チル基を有するシリコンアルコキシドを使用することが
好ましい。またこれらのシリコンアルコキシドを部分的
に重合させたものを用いることもできる。
について，特に制限はないが、加水分解のし易さ、ゲル
化時間の点から，メチル基、エチル基、プロピル基、ブ
チル基を有するシリコンアルコキシドを使用することが
好ましい。またこれらのシリコンアルコキシドを部分的
に重合させたものを用いることもできる。
水と共に加える触媒は、塩基，酸等特に制限しない
が、ゲル化時間，また得られる乾燥ゲルの焼結のし易す
さの点から塩基の方が好ましい結果が得られる。
が、ゲル化時間，また得られる乾燥ゲルの焼結のし易す
さの点から塩基の方が好ましい結果が得られる。
ポリ酢酸ビニルの分子量については本発明では特に限
定を設けないが、水、溶媒への溶解性、ゾル中でのシリ
カ微粒子の成長の度合いに応じて選択される。
定を設けないが、水、溶媒への溶解性、ゾル中でのシリ
カ微粒子の成長の度合いに応じて選択される。
シリコンアルコキシドの溶媒として使用するＮ、Ｎ−
ジメチルホルムアミドの量に関しては本発明では特に限
定を設けないが、ゾル中でのシリカ微粒子の成長の度合
に応じて選択される。
ジメチルホルムアミドの量に関しては本発明では特に限
定を設けないが、ゾル中でのシリカ微粒子の成長の度合
に応じて選択される。
Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミドと共に用いられる溶媒
成分としては、メチルアルコール、エチルアルコール、
１−プロピルアルコール、２−プロピルアルコール、ブ
チルアルコール等のアルコール類、ジメチルエーテル等
のエーテル類、アセトン、エチルメチルケトン等のケト
ン類、酢酸エチル等のエステル類の少なくとも一種が使
用可能である。
成分としては、メチルアルコール、エチルアルコール、
１−プロピルアルコール、２−プロピルアルコール、ブ
チルアルコール等のアルコール類、ジメチルエーテル等
のエーテル類、アセトン、エチルメチルケトン等のケト
ン類、酢酸エチル等のエステル類の少なくとも一種が使
用可能である。
シリコンアルコキシド、ポリ酢酸ビニル、Ｎ、Ｎ−ジ
メチルホルムアミド、溶媒及び水は生成するゾルをでき
るだけ均一なものとするためにスターラなどを用いてよ
く混合する。また超音波を照射してもよい。ゾル調製時
にシリカの微粒子を加えても良い。
メチルホルムアミド、溶媒及び水は生成するゾルをでき
るだけ均一なものとするためにスターラなどを用いてよ
く混合する。また超音波を照射してもよい。ゾル調製時
にシリカの微粒子を加えても良い。
生成したゾル溶媒は素早く他の容器に移してゲル化さ
せる。ゲル化時には生成したゲルからの溶媒の発散を防
ぐために容器を密封することが好ましく、またゲル化時
の温度は０℃以上が好ましい。
せる。ゲル化時には生成したゲルからの溶媒の発散を防
ぐために容器を密封することが好ましく、またゲル化時
の温度は０℃以上が好ましい。
乾燥する工程では密封用の蓋を穴のある蓋に代えて、
適当な雰囲気下で乾燥収縮固化させて乾燥ゲルとする。
その後ゾルーゲル法で焼結することによりシリカガラス
を製造する。
適当な雰囲気下で乾燥収縮固化させて乾燥ゲルとする。
その後ゾルーゲル法で焼結することによりシリカガラス
を製造する。
ゲル化する工程、乾燥する工程、焼結する工程は一般
に用いられる条件が使用される。例えばそれぞれ、０℃
〜100℃で数分〜数10日放置、室温〜200℃で数時間〜数
10日放置、適当な雰囲気下で1000〜1400℃に50〜400℃
／時間の昇温速度で加熱する等である。
に用いられる条件が使用される。例えばそれぞれ、０℃
〜100℃で数分〜数10日放置、室温〜200℃で数時間〜数
10日放置、適当な雰囲気下で1000〜1400℃に50〜400℃
／時間の昇温速度で加熱する等である。
（作用） Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド及びポリ酢酸ビニルの
作用について詳細は不明であるが、ゾル中でのシリカ微
粒子の生成、成長の制御、乾燥過程でゲル中に発生する
応力の緩和等に寄与し、ゲルの大形化が可能になったも
のと考えられる。
作用について詳細は不明であるが、ゾル中でのシリカ微
粒子の生成、成長の制御、乾燥過程でゲル中に発生する
応力の緩和等に寄与し、ゲルの大形化が可能になったも
のと考えられる。
実施例１ シリコンテトラメトキシド:N、Ｎ−ジメチルホルムア
ミド＝1:1のモル比になるように量りとり、メタノール
をＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミドと同容量加えて攪拌
し、更にポリ酢酸ビニルをシリコンテトラメトキシド10
0重量部に対して10重量部添加し均一溶液とした。この
溶液に濃度が0.01mol/lのコリン水溶液をシリコンテト
ラメトキシド１モルに対し水が４モルとなるように加え
充分混合してシリカゾルを得た。得られたゾルをテフロ
ンをコーティングした直径200mmのガラスシャーレに深
さ10mmまで入れ密封して室温でゲル化した。ゲル化した
後、密封用の蓋を穴のある蓋に代えて60℃で14日間乾
燥、その後170℃まで30℃／日で昇温し乾燥してクラッ
クや割れのない乾燥ゲルを得た。この乾燥ゲルを空気中
1300℃まで60℃／時間の速度で昇温加熱してクラックや
発泡などのないシリカガラスを得た。このシリカガラス
には失透や気泡はなく品質の高いものであった。又分析
の結果、このシリカガラスは市販のシリカガラスとその
特性が一致した。
ミド＝1:1のモル比になるように量りとり、メタノール
をＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミドと同容量加えて攪拌
し、更にポリ酢酸ビニルをシリコンテトラメトキシド10
0重量部に対して10重量部添加し均一溶液とした。この
溶液に濃度が0.01mol/lのコリン水溶液をシリコンテト
ラメトキシド１モルに対し水が４モルとなるように加え
充分混合してシリカゾルを得た。得られたゾルをテフロ
ンをコーティングした直径200mmのガラスシャーレに深
さ10mmまで入れ密封して室温でゲル化した。ゲル化した
後、密封用の蓋を穴のある蓋に代えて60℃で14日間乾
燥、その後170℃まで30℃／日で昇温し乾燥してクラッ
クや割れのない乾燥ゲルを得た。この乾燥ゲルを空気中
1300℃まで60℃／時間の速度で昇温加熱してクラックや
発泡などのないシリカガラスを得た。このシリカガラス
には失透や気泡はなく品質の高いものであった。又分析
の結果、このシリカガラスは市販のシリカガラスとその
特性が一致した。
実施例２ シリコンテトラメトキシド:N、Ｎ−ジメチルホルムア
ミド＝1:2のモル比になるように量りとり、メタノール
をＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミドの1/2容量加えて攪拌
し、更にポリ酢酸ビニルをシリコンテトラメトキシド10
0重量部に対して10重量部添加し均一溶液とした。この
溶液に濃度が0.01mol/lのコリン水溶液をシリコンテト
ラメトキシド１モルに対し水が４モルとなるように加え
充分混合してシリカゾルを得た。
ミド＝1:2のモル比になるように量りとり、メタノール
をＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミドの1/2容量加えて攪拌
し、更にポリ酢酸ビニルをシリコンテトラメトキシド10
0重量部に対して10重量部添加し均一溶液とした。この
溶液に濃度が0.01mol/lのコリン水溶液をシリコンテト
ラメトキシド１モルに対し水が４モルとなるように加え
充分混合してシリカゾルを得た。
以下実施例１と同様の操作を行ってシリカガラスを得
た。このシリカガラスには割れや気泡はなく品質の高い
ものであった。又分析の結果、このシリカガラスは市販
のシリカガラスとその特性が一致した。
た。このシリカガラスには割れや気泡はなく品質の高い
ものであった。又分析の結果、このシリカガラスは市販
のシリカガラスとその特性が一致した。
比較例 溶媒としてＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミドを用いず、
メタノールのみを用いた以外は実施例１と同様の操作を
行った結果、乾燥中ゲルにクラックや割れが発生し易か
った。
メタノールのみを用いた以外は実施例１と同様の操作を
行った結果、乾燥中ゲルにクラックや割れが発生し易か
った。
実施例３ シリコンテトラメトキシドの重縮合物 ｛(CH3O)3Si・(O・Si(OCH3)2)n・OSi(OCH3)3,n＝２を中心
にもつもの｝:N、Ｎ−ジメチルホルムアミド＝1:0.5の
モル比になるように量りとり、メタノールをＮ、Ｎ−ジ
メチルホルムアミドの４倍容量加え、攪拌し、更にポリ
酢酸ビニルをシリコンテトラメトキシドの重縮合物100
重量部に対し10重量部添加し、均一溶液とした。この溶
液に濃度が0.01mol/lのコリン水溶液をシリコンテトラ
メトキシドの重縮合物１モルに対し水が３モルとなるよ
うに加え充分に混合してシリカゾルを得た。以下実施例
１と同様の操作を行ってシリカガラスを得た。得られた
シリカガラスにはクラックや割れ，発泡などはなく品質
の高いものであった。
にもつもの｝:N、Ｎ−ジメチルホルムアミド＝1:0.5の
モル比になるように量りとり、メタノールをＮ、Ｎ−ジ
メチルホルムアミドの４倍容量加え、攪拌し、更にポリ
酢酸ビニルをシリコンテトラメトキシドの重縮合物100
重量部に対し10重量部添加し、均一溶液とした。この溶
液に濃度が0.01mol/lのコリン水溶液をシリコンテトラ
メトキシドの重縮合物１モルに対し水が３モルとなるよ
うに加え充分に混合してシリカゾルを得た。以下実施例
１と同様の操作を行ってシリカガラスを得た。得られた
シリカガラスにはクラックや割れ，発泡などはなく品質
の高いものであった。
実施例４ シリコンテトラメトキシドの重縮合物:N、Ｎ−ジメチ
ルホルムアミド＝1:1のモル比になるように量りとり、
メタノールをＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミドの1.5倍容
量加え、攪拌し、更にポリ酢酸ビニルをシリコンテトラ
メトキシドの重縮合物100重量部に対して10重量部添加
し、均一溶液とした。この溶液に濃度が0.01mol/lのコ
リン水溶液をシリコンテトラメトキシドの重縮合物１モ
ルに対し水が３モルとなるように加え充分に混合してシ
リカゾルを得た。以下実施例１と同様の操作を行ってシ
リカガラスを得た。得られたシリカガラスにはクラック
や割れ，発泡などはなく品質の高いものであった。
ルホルムアミド＝1:1のモル比になるように量りとり、
メタノールをＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミドの1.5倍容
量加え、攪拌し、更にポリ酢酸ビニルをシリコンテトラ
メトキシドの重縮合物100重量部に対して10重量部添加
し、均一溶液とした。この溶液に濃度が0.01mol/lのコ
リン水溶液をシリコンテトラメトキシドの重縮合物１モ
ルに対し水が３モルとなるように加え充分に混合してシ
リカゾルを得た。以下実施例１と同様の操作を行ってシ
リカガラスを得た。得られたシリカガラスにはクラック
や割れ，発泡などはなく品質の高いものであった。
（発明の効果） 本発明によれば、大型のシリカガラスをゾル−ゲル法
によりクラックや割れを発生することなく、容易に製造
が可能となる。その大きさは基本的には制約がなく形状
も板状のものに限らず棒状、管状のものも製造可能とな
り従来よりも安価に製造することができる。
によりクラックや割れを発生することなく、容易に製造
が可能となる。その大きさは基本的には制約がなく形状
も板状のものに限らず棒状、管状のものも製造可能とな
り従来よりも安価に製造することができる。
又、本発明によりシリカガラスは従来より安価に製造
できるため、従来から使用されてきたIC製造用フォトマ
スク基材等の分野はもちろんのこと、これまで高価格の
ため使用されていなかった分野での需要の拡大も可能と
なる。
できるため、従来から使用されてきたIC製造用フォトマ
スク基材等の分野はもちろんのこと、これまで高価格の
ため使用されていなかった分野での需要の拡大も可能と
なる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋崎 俊勝 茨城県つくば市和台48番 日立化成工業 株式会社筑波開発研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−112429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−123032（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】シリコンアルコキシドを加水分解してシリ
カゾルとし、これをゲル化し、乾燥して乾燥ゲルとし、
次いで焼結するシリカガラスの製造法に於て、シリコン
アルコキシドを加水分解してシリカゾルとする段階で、
シリコンアルコキシドの溶媒としてＮ、Ｎ−ジメチルホ
ルムアミドを含む溶媒を使用すると共にポリ酢酸ビニル
を添加することを特徴とするシリカガラスの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1069978A JP2621467B2 (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | シリカガラスの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1069978A JP2621467B2 (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | シリカガラスの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02248334A JPH02248334A (ja) | 1990-10-04 |
| JP2621467B2 true JP2621467B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=13418258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1069978A Expired - Lifetime JP2621467B2 (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | シリカガラスの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2621467B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2736342B1 (fr) * | 1995-07-07 | 1999-01-29 | Univ Claude Bernard Lyon | Procede pour la fabrication d'aerogels de silice monolithiques et aerogels de silice ainsi obtenus |
-
1989
- 1989-03-22 JP JP1069978A patent/JP2621467B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02248334A (ja) | 1990-10-04 |
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