JP3040315B2 - 高粘度合成石英ガラス部材およびその製造方法 - Google Patents
高粘度合成石英ガラス部材およびその製造方法Info
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- C03C2201/30—Doped silica-based glasses containing metals
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- C03C2203/10—Melting processes
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高粘度合成石英ガラス部
材、特には天然石英ガラスの電気溶融品以上の高温粘性
を有する高粘度合成石英ガラス部材およびその製造方法
に関するものである。
材、特には天然石英ガラスの電気溶融品以上の高温粘性
を有する高粘度合成石英ガラス部材およびその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】合成石英ガラスの製造方法としては、 １）四塩化けい素などのけい素化合物を酸水素火炎中で
火炎加水分解させて得たシリカ微粒子を担体上に堆積さ
せ、これを直接溶融させて石英ガラスとする直接法によ
る方法（特公平 3-31010号公報参照）、 ２）このけい素化合物をメチルトリメトキシシランなど
のエステルシランとして多孔質ガラス母材を作り、これ
を溶融して石英ガラスとするスート法による方法（特公
平 4-20853号公報参照）、 ３）高周波プラズマ炎中でけい素化合物、酸素および塩
化水素の混合ガスを反応させて二酸化けい素を生成さ
せ、これを担体上に堆積させるプラズマ法による方法
（特公昭63-38343号公報参照）、 ４）アルコキシシランを酸またはアンモニア触媒の存在
下に加水分解して得たシリカを焼結して石英ガラスとす
る、いわゆるゾル−ゲル法と称されている方法、などが
知られている。
火炎加水分解させて得たシリカ微粒子を担体上に堆積さ
せ、これを直接溶融させて石英ガラスとする直接法によ
る方法（特公平 3-31010号公報参照）、 ２）このけい素化合物をメチルトリメトキシシランなど
のエステルシランとして多孔質ガラス母材を作り、これ
を溶融して石英ガラスとするスート法による方法（特公
平 4-20853号公報参照）、 ３）高周波プラズマ炎中でけい素化合物、酸素および塩
化水素の混合ガスを反応させて二酸化けい素を生成さ
せ、これを担体上に堆積させるプラズマ法による方法
（特公昭63-38343号公報参照）、 ４）アルコキシシランを酸またはアンモニア触媒の存在
下に加水分解して得たシリカを焼結して石英ガラスとす
る、いわゆるゾル−ゲル法と称されている方法、などが
知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この１）の直
接法で得られる石英ガラスは、水酸基含有量が 200〜1,
000ppmで塩素含有量が〜150ppmであるために、高温粘性
が低いという問題点があり、この２）のスート法により
得られる石英ガラスは水酸基含有量が〜300ppmで塩素含
有量が〜100ppmであり、塩素脱水しても塩素が含有する
ために高温粘性が高くならないという問題点がある。ま
た、この３）のプラズマ法により得られる石英ガラスに
は水酸基含有量はフリーになるけれども塩素含有量が〜
1,000ppmと高くなるし、生産コストが高く、量産も難し
いという不利があり、この４）のゾル−ゲル法により得
られる石英ガラスには塩素含有量はフリーになるけれど
も水酸基含有量が〜800ppmとなり、アンモニア触媒を用
いれば水酸基含有量もフリーとなるので天然石英ガラス
の電気溶融品と同程度の高温粘性品を得ることができる
けれども、これは製造工程が長いためにコスト高とな
り、酸触媒を用いる場合には水酸基が残留し、酸として
塩酸を用いる場合には塩素も残存するために高温粘性の
製品は得られないという欠点がある。
接法で得られる石英ガラスは、水酸基含有量が 200〜1,
000ppmで塩素含有量が〜150ppmであるために、高温粘性
が低いという問題点があり、この２）のスート法により
得られる石英ガラスは水酸基含有量が〜300ppmで塩素含
有量が〜100ppmであり、塩素脱水しても塩素が含有する
ために高温粘性が高くならないという問題点がある。ま
た、この３）のプラズマ法により得られる石英ガラスに
は水酸基含有量はフリーになるけれども塩素含有量が〜
1,000ppmと高くなるし、生産コストが高く、量産も難し
いという不利があり、この４）のゾル−ゲル法により得
られる石英ガラスには塩素含有量はフリーになるけれど
も水酸基含有量が〜800ppmとなり、アンモニア触媒を用
いれば水酸基含有量もフリーとなるので天然石英ガラス
の電気溶融品と同程度の高温粘性品を得ることができる
けれども、これは製造工程が長いためにコスト高とな
り、酸触媒を用いる場合には水酸基が残留し、酸として
塩酸を用いる場合には塩素も残存するために高温粘性の
製品は得られないという欠点がある。
【０００４】他方、この合成石英ガラスの製造方法につ
いては、これにアルミニウムを添加する方法も知られて
おり、これについては １）アルキルシリケートを塩基性試薬で加水分解して得
られるシリカ微粒子と酸性試薬で加水分解して得られる
溶液を混合して得られるゾル溶液中にアルミニウム化合
物を添加し、乾燥後焼結して、透明ガラスを得る方法
（特開昭 63-123825号公報参照）、 ２）シリカ微粒子を主成分とするゾル溶液を回転ゲル化
することによって得られた管状シリカ多孔質体にＡｌア
ルコキシドを拡散させた後、乾燥、焼結して光ファイバ
用母材とする方法、 ３）メチルシリケートをアンモニアの存在下で加水分解
させて球状シリカ粒子とし、これを脱水、脱炭し、焼結
させ、このときにアルミナをドープし、得られたガラス
体を粉砕、篩別後精製し、ついで酸水素火炎で焼結、透
明化させて高粘度石英ガラスを得る方法（特公平 5-415
65号公報参照）などが知られている。
いては、これにアルミニウムを添加する方法も知られて
おり、これについては １）アルキルシリケートを塩基性試薬で加水分解して得
られるシリカ微粒子と酸性試薬で加水分解して得られる
溶液を混合して得られるゾル溶液中にアルミニウム化合
物を添加し、乾燥後焼結して、透明ガラスを得る方法
（特開昭 63-123825号公報参照）、 ２）シリカ微粒子を主成分とするゾル溶液を回転ゲル化
することによって得られた管状シリカ多孔質体にＡｌア
ルコキシドを拡散させた後、乾燥、焼結して光ファイバ
用母材とする方法、 ３）メチルシリケートをアンモニアの存在下で加水分解
させて球状シリカ粒子とし、これを脱水、脱炭し、焼結
させ、このときにアルミナをドープし、得られたガラス
体を粉砕、篩別後精製し、ついで酸水素火炎で焼結、透
明化させて高粘度石英ガラスを得る方法（特公平 5-415
65号公報参照）などが知られている。
【０００５】この場合、Ａｌは石英ガラス中において、
アルカリ金属（Ｎａなど）によって分裂した網目構造を
修復するための中間酸化物として存在していると考えら
れており、［中間酸化物とはそれ自身では連続的な網目
構造を作ることはできないが、SiO4四面体の間の空孔を
占め、ある条件のもとで連続的網目構造を形成する酸化
物を示す（ガラスの物理、共立出版（株）Ｐ18参
照）］、またこのＡｌの作用により網目構造を強化し、
高温粘性が向上すると考えられているが、上記した
１）、２）の製造方法で得られる合成石英ガラスはＯＨ
基を有しているために粘性が低く、耐熱性部材への使用
には適さないし、３）の製造方法によって得られる合成
石英ガラスは均一なＡｌの分布が得られにくく、したが
って粘度にムラがあるという欠点がある。
アルカリ金属（Ｎａなど）によって分裂した網目構造を
修復するための中間酸化物として存在していると考えら
れており、［中間酸化物とはそれ自身では連続的な網目
構造を作ることはできないが、SiO4四面体の間の空孔を
占め、ある条件のもとで連続的網目構造を形成する酸化
物を示す（ガラスの物理、共立出版（株）Ｐ18参
照）］、またこのＡｌの作用により網目構造を強化し、
高温粘性が向上すると考えられているが、上記した
１）、２）の製造方法で得られる合成石英ガラスはＯＨ
基を有しているために粘性が低く、耐熱性部材への使用
には適さないし、３）の製造方法によって得られる合成
石英ガラスは均一なＡｌの分布が得られにくく、したが
って粘度にムラがあるという欠点がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は従来法における
このような不利、欠点を解決した高粘度合成石英ガラス
部材およびその製造方法に関するもので、この製造方法
はメチルシリケートにアルミニウムアルコキシドを混合
撹拌した溶液を、アンモニアの存在下でアルコールの添
加なしで加水分解してアルミニウム含有シリカ粒子を作
り、これを脱水し、加熱して脱炭し、真空下あるいは減
圧下に溶融し、得られた合成石英ガラスインゴットを粉
砕、篩別後、磁選、精製して合成石英ガラス粉としたの
ち、溶融してなることを特徴とするものであり、この高
粘度合成石英ガラス部材は、１）Ａｌ濃度が 0.1〜1,00
0ppm、Ａｌ以外の金属不純物（Ｆｅ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、
Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ）が
いずれも 10ppb以下で、２）徐冷点が 1,225℃以上で歪
点が 1,135℃以上であり、３）ＯＨ基含有量が１ppm 以
下、Ｃｌ濃度が１ppm 以下であることを特徴とするもの
である。
このような不利、欠点を解決した高粘度合成石英ガラス
部材およびその製造方法に関するもので、この製造方法
はメチルシリケートにアルミニウムアルコキシドを混合
撹拌した溶液を、アンモニアの存在下でアルコールの添
加なしで加水分解してアルミニウム含有シリカ粒子を作
り、これを脱水し、加熱して脱炭し、真空下あるいは減
圧下に溶融し、得られた合成石英ガラスインゴットを粉
砕、篩別後、磁選、精製して合成石英ガラス粉としたの
ち、溶融してなることを特徴とするものであり、この高
粘度合成石英ガラス部材は、１）Ａｌ濃度が 0.1〜1,00
0ppm、Ａｌ以外の金属不純物（Ｆｅ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、
Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ）が
いずれも 10ppb以下で、２）徐冷点が 1,225℃以上で歪
点が 1,135℃以上であり、３）ＯＨ基含有量が１ppm 以
下、Ｃｌ濃度が１ppm 以下であることを特徴とするもの
である。
【０００７】すなわち、本発明者らはアルミニウムを添
加して粘度を高めた高粘度合成石英ガラス部材の新規な
製造方法を開発すべく種々検討した結果、これについて
はゾル−ゲル法において始発材として公知とされるメチ
ルシリケートにまずアルミニウムアルコキシドを添加し
て撹拌したのち、アンモニアの存在下で加水分解してア
ルミニウムを含有するシリカ粒子を作り、以下公知のゾ
ル−ゲル法に準じて脱水、脱炭してから真空あるいは減
圧下に溶融して合成石英ガラスインゴットとしたのち、
これを粉砕、篩別後精製して合成石英ガラス粉とし、溶
融すると、Ａｌを 0.1〜1,000ppm含有することから高粘
度合成石英ガラス部材の得られることを見出すと共に、
このものはＡｌ以外の他の金属不純物量が 10ppb以下
で、徐冷点が 1,225℃以上、歪点が 1,135℃以上とな
り、ＯＨ基含有量、Ｃｌ濃度がいずれも１ppm 以下のも
のになるということを確認して本発明を完成させた。
以下にこれをさらに詳述する。
加して粘度を高めた高粘度合成石英ガラス部材の新規な
製造方法を開発すべく種々検討した結果、これについて
はゾル−ゲル法において始発材として公知とされるメチ
ルシリケートにまずアルミニウムアルコキシドを添加し
て撹拌したのち、アンモニアの存在下で加水分解してア
ルミニウムを含有するシリカ粒子を作り、以下公知のゾ
ル−ゲル法に準じて脱水、脱炭してから真空あるいは減
圧下に溶融して合成石英ガラスインゴットとしたのち、
これを粉砕、篩別後精製して合成石英ガラス粉とし、溶
融すると、Ａｌを 0.1〜1,000ppm含有することから高粘
度合成石英ガラス部材の得られることを見出すと共に、
このものはＡｌ以外の他の金属不純物量が 10ppb以下
で、徐冷点が 1,225℃以上、歪点が 1,135℃以上とな
り、ＯＨ基含有量、Ｃｌ濃度がいずれも１ppm 以下のも
のになるということを確認して本発明を完成させた。
以下にこれをさらに詳述する。
【０００８】
【作用】本発明は高粘度合成石英ガラス部材およびその
製造法に関するものであり、この製造方法はゾル−ゲル
法におけるシリカゾルの製造方法において、メチルシリ
ケートにアルミニウムアルコキシドを添加し、撹拌した
のち、アンモニアの存在下で加水分解して、アルミニウ
ムを含有するシリカ粒子を作り、以下公知のゾル−ゲル
法に準じて合成石英ガラスインゴットを作り、これを粉
砕して合成石英ガラス粉としたのちこれを溶融成形する
ものであるが、これによればＡｌを 0.1〜1,000ppm含有
するが、他の金属不純物の含有量は 10ppb以下で、徐冷
点が 1,225℃以上、歪点が 1,135℃以上となり、ＯＨ基
含有量、Ｃｌ濃度が１ppm 以下である高粘度合成石英ガ
ラス部材が容易に得られるというものである。
製造法に関するものであり、この製造方法はゾル−ゲル
法におけるシリカゾルの製造方法において、メチルシリ
ケートにアルミニウムアルコキシドを添加し、撹拌した
のち、アンモニアの存在下で加水分解して、アルミニウ
ムを含有するシリカ粒子を作り、以下公知のゾル−ゲル
法に準じて合成石英ガラスインゴットを作り、これを粉
砕して合成石英ガラス粉としたのちこれを溶融成形する
ものであるが、これによればＡｌを 0.1〜1,000ppm含有
するが、他の金属不純物の含有量は 10ppb以下で、徐冷
点が 1,225℃以上、歪点が 1,135℃以上となり、ＯＨ基
含有量、Ｃｌ濃度が１ppm 以下である高粘度合成石英ガ
ラス部材が容易に得られるというものである。
【０００９】本発明による合成石英ガラスの製造はゾル
−ゲル法で行なわれるが、この始発剤としてのメチルシ
リケートには本発明によりアルミニウムアルコキシドが
添加、混合される。このアルミニウムアルコキシドは常
温、常圧において液体として存在するもので、加水分解
温度が比較的低く、メチルシリケートと反応速度の近い
ものとすることが好ましいことから、具体的にはアルミ
ニウムセカンドリーブトキシド［Al(sec-C4H9O)3］とす
ることがよい。
−ゲル法で行なわれるが、この始発剤としてのメチルシ
リケートには本発明によりアルミニウムアルコキシドが
添加、混合される。このアルミニウムアルコキシドは常
温、常圧において液体として存在するもので、加水分解
温度が比較的低く、メチルシリケートと反応速度の近い
ものとすることが好ましいことから、具体的にはアルミ
ニウムセカンドリーブトキシド［Al(sec-C4H9O)3］とす
ることがよい。
【００１０】この始発原料の調製は、メチルシリケート
に適当量のアルミニウムアルコキシドを滴下し、撹拌機
にて均一に混合すればよい。添加したアルミニウムアル
コキシド中のＡｌの固定率はガラス化後においてはほぼ
100％であるため、この添加量は計算上求められるSiO2
のＡｌ含有量に応じて定めればよく、このメチルシリケ
ートとアルミニウムブトキシドとの混合量と合成石英ガ
ラス中のＡｌ含有量(ppm) は例えば表１に示したように
なり、得られるＡｌの含有量は計算値に対しその誤差は
５％未満であるが、この混合は密閉容器中で乾燥雰囲気
に行なうことが作業上また環境上望ましいものとされ
る。
に適当量のアルミニウムアルコキシドを滴下し、撹拌機
にて均一に混合すればよい。添加したアルミニウムアル
コキシド中のＡｌの固定率はガラス化後においてはほぼ
100％であるため、この添加量は計算上求められるSiO2
のＡｌ含有量に応じて定めればよく、このメチルシリケ
ートとアルミニウムブトキシドとの混合量と合成石英ガ
ラス中のＡｌ含有量(ppm) は例えば表１に示したように
なり、得られるＡｌの含有量は計算値に対しその誤差は
５％未満であるが、この混合は密閉容器中で乾燥雰囲気
に行なうことが作業上また環境上望ましいものとされ
る。
【００１１】
【表１】
【００１２】このメチルシリケートとアルミニウムアル
コキシドとの混合液はついでアンモニアの存在下に共加
水分解されるが、これは例えばパイレックス製の５リッ
トルの反応器にこの混合液26.5リットル／時と20重量％
のアンモニア水17.2リットル／時を連続的に導入し、撹
拌機で撹拌させればよい。この反応式は次式 Si(OCH3)4 + 2H2O → SiO2 + 4CH3OH， 2Al(C4H9O)3 + 3H2O→ Al2O3 + 6C4H9OH で行なわれ、ここに酸化アルミニウムを含有するシリカ
が生成する。
コキシドとの混合液はついでアンモニアの存在下に共加
水分解されるが、これは例えばパイレックス製の５リッ
トルの反応器にこの混合液26.5リットル／時と20重量％
のアンモニア水17.2リットル／時を連続的に導入し、撹
拌機で撹拌させればよい。この反応式は次式 Si(OCH3)4 + 2H2O → SiO2 + 4CH3OH， 2Al(C4H9O)3 + 3H2O→ Al2O3 + 6C4H9OH で行なわれ、ここに酸化アルミニウムを含有するシリカ
が生成する。
【００１３】このようにして得られたアルミニウム含有
シリカ粒子はついで脱水、脱炭、焼結で合成石英ガラス
インゴットとされるが、この脱水は遠心分離器あるいは
プレス機などで行えばよく、このときのシリカ粒子の含
水率は低いほうが脱炭時の加熱に対する負荷が少なくな
るので30〜40％以下とするのが望ましい。また、この脱
炭は粒子を酸化させるために酸素を含んだ雰囲気におい
て加熱する必要があるが、この加熱は 800℃以下では酸
化が起りにくく、 1,200℃以上では粒子間の融着が始ま
るので、 800〜 1,200℃とすればよいが、好ましくは
1,000〜 1,100℃とすることがよい。なお、これは乾
燥、酸化を促進させるためにロータリーキルンで行なう
ことがよい。
シリカ粒子はついで脱水、脱炭、焼結で合成石英ガラス
インゴットとされるが、この脱水は遠心分離器あるいは
プレス機などで行えばよく、このときのシリカ粒子の含
水率は低いほうが脱炭時の加熱に対する負荷が少なくな
るので30〜40％以下とするのが望ましい。また、この脱
炭は粒子を酸化させるために酸素を含んだ雰囲気におい
て加熱する必要があるが、この加熱は 800℃以下では酸
化が起りにくく、 1,200℃以上では粒子間の融着が始ま
るので、 800〜 1,200℃とすればよいが、好ましくは
1,000〜 1,100℃とすることがよい。なお、これは乾
燥、酸化を促進させるためにロータリーキルンで行なう
ことがよい。
【００１４】なお、この焼結は減圧下あるいは真空下に
おいて高温で加熱すればよいが、この加熱は 1,500℃以
下で溶融しないし、 1,900℃以上では昇華が激しくなる
ので1,500〜 1,900℃とすればよい。この熱処理条件は
要求される合成石英ガラスのレベルにより変えればよい
が、含有泡のないものを得るためには10-2Torr以上の高
真空下において 1,700〜 1,900℃に加熱を行なうことが
よく、これによれば透明な合成石英ガラスインゴットを
得ることができる。
おいて高温で加熱すればよいが、この加熱は 1,500℃以
下で溶融しないし、 1,900℃以上では昇華が激しくなる
ので1,500〜 1,900℃とすればよい。この熱処理条件は
要求される合成石英ガラスのレベルにより変えればよい
が、含有泡のないものを得るためには10-2Torr以上の高
真空下において 1,700〜 1,900℃に加熱を行なうことが
よく、これによれば透明な合成石英ガラスインゴットを
得ることができる。
【００１５】このようにして製造された合成石英ガラス
インゴットはついでこれを粉砕、篩別、精製してからこ
の合成石英粉末を溶融、成形して合成石英ガラス部材と
するのであるが、この粉砕はジョークラッシャー、ハン
マーミル、ディスクミル、ボールミルなどで行えばよ
く、この篩別は用途により定めればよいが、これは例え
ば 200〜 350μｍ程度のものを得るようにすればよい。
また、この精製は粉砕時における汚染の除去を目的とす
るものであることから、汚染度に応じては省いてもよい
が、これには水洗、ＨＦ処理、ＨＣｌ処理、磁力選鉱、
浮遊選鉱などを行えばよい。
インゴットはついでこれを粉砕、篩別、精製してからこ
の合成石英粉末を溶融、成形して合成石英ガラス部材と
するのであるが、この粉砕はジョークラッシャー、ハン
マーミル、ディスクミル、ボールミルなどで行えばよ
く、この篩別は用途により定めればよいが、これは例え
ば 200〜 350μｍ程度のものを得るようにすればよい。
また、この精製は粉砕時における汚染の除去を目的とす
るものであることから、汚染度に応じては省いてもよい
が、これには水洗、ＨＦ処理、ＨＣｌ処理、磁力選鉱、
浮遊選鉱などを行えばよい。
【００１６】なお、この溶融はＡｒ、Ｎ2 ガスなどの不
活性ガス中における常圧、減圧、加圧下あるいは気流中
において、前記と同じ 1,500〜 1,900℃、好ましくは
1,700〜 1,900℃で行えばよく、これによればＡｌ濃度
が 0.1〜1,000ppmでＡｌ以外の金属不純物が 10ppb以下
であり、徐冷点が 1,225℃以上、歪点が 1,135℃以上
で、ＯＨ基濃度、Ｃｌ濃度がいずれも１ppm 以下である
高粘度合成石英ガラス部材を容易に得ることができる。
活性ガス中における常圧、減圧、加圧下あるいは気流中
において、前記と同じ 1,500〜 1,900℃、好ましくは
1,700〜 1,900℃で行えばよく、これによればＡｌ濃度
が 0.1〜1,000ppmでＡｌ以外の金属不純物が 10ppb以下
であり、徐冷点が 1,225℃以上、歪点が 1,135℃以上
で、ＯＨ基濃度、Ｃｌ濃度がいずれも１ppm 以下である
高粘度合成石英ガラス部材を容易に得ることができる。
【００１７】
【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげるが、
例中における合成石英ガラス部材の物性値は以下の方法
による測定値を示したものである。 （水酸基量の測定）ＩＲ（赤外線）測定器・ＩＲ−Spec
trophotometer TypeＡ−３［日本分光（株）製商品名］
を用いて、ＯＨ吸収波長である 2.7μｍのピーク高より
概算する。 （塩素量の測定）立教大学原子炉ＩＲＩＧＡ−II型にて
中性子を試料に衝突させて核反応を起こさせ、高純度Ｇ
ｅ検出器、マルチチャンネル波高分析器にてγ線を検出
してＣｌ含有量を求めた。
例中における合成石英ガラス部材の物性値は以下の方法
による測定値を示したものである。 （水酸基量の測定）ＩＲ（赤外線）測定器・ＩＲ−Spec
trophotometer TypeＡ−３［日本分光（株）製商品名］
を用いて、ＯＨ吸収波長である 2.7μｍのピーク高より
概算する。 （塩素量の測定）立教大学原子炉ＩＲＩＧＡ−II型にて
中性子を試料に衝突させて核反応を起こさせ、高純度Ｇ
ｅ検出器、マルチチャンネル波高分析器にてγ線を検出
してＣｌ含有量を求めた。
【００１８】（歪み点、徐冷点の測定）歪み点、徐冷点
は、熱特性の代表的なものであり、高温粘性の指標とな
る物性である。歪み点は粘度が４×1014ポイズ（log η
＝14.5）のときの温度で示し、徐冷点は粘度が1013ポイ
ズ（log η＝13.0）のときの温度を示す。（朝倉書店
「ガラスハンドブック」Ｐ 637参照） 狭い温度範囲では、log ηの絶対温度の逆数に対するプ
ロットは直線関係にあるので、 1,100℃、 1,150℃、
1,200℃、 1,250℃、 1,300℃において伸び量△Ｌを測
定し（Fiber-elongation法※により）、各ηを求めた。
これを縦軸：logη、横軸：絶対温度の逆数の図にプロ
ットし、直線を求めた。この直線よりlog η＝14.5に相
当する温度を歪み点、log η＝13.0に相当する温度を徐
冷点として求めた。
は、熱特性の代表的なものであり、高温粘性の指標とな
る物性である。歪み点は粘度が４×1014ポイズ（log η
＝14.5）のときの温度で示し、徐冷点は粘度が1013ポイ
ズ（log η＝13.0）のときの温度を示す。（朝倉書店
「ガラスハンドブック」Ｐ 637参照） 狭い温度範囲では、log ηの絶対温度の逆数に対するプ
ロットは直線関係にあるので、 1,100℃、 1,150℃、
1,200℃、 1,250℃、 1,300℃において伸び量△Ｌを測
定し（Fiber-elongation法※により）、各ηを求めた。
これを縦軸：logη、横軸：絶対温度の逆数の図にプロ
ットし、直線を求めた。この直線よりlog η＝14.5に相
当する温度を歪み点、log η＝13.0に相当する温度を徐
冷点として求めた。
【００１９】※Fiber-elongation法 ４×２×40mmの試料に熱を加え、△ｔ＝ 120〜 3,000秒
における試料の△Ｌ（cm）を求め、以下の式を用いて粘
性を求める。 Ａ＝0.4cm 、Ｂ＝0.2cm 、Ｌ＝4.0cm 、Ｗ＝500g △ｔ＝測定時間（秒）、△Ｌ＝伸び量（cm） （純度の測定およびＡｌの分布測定）日立ＭＩＰ−ＭＳ
元素分析装置（Ｐ−7000形）を用い、微量元素の定量を
行なった。
における試料の△Ｌ（cm）を求め、以下の式を用いて粘
性を求める。 Ａ＝0.4cm 、Ｂ＝0.2cm 、Ｌ＝4.0cm 、Ｗ＝500g △ｔ＝測定時間（秒）、△Ｌ＝伸び量（cm） （純度の測定およびＡｌの分布測定）日立ＭＩＰ−ＭＳ
元素分析装置（Ｐ−7000形）を用い、微量元素の定量を
行なった。
【００２０】実施例１ メチルシリケート 100kgに対し、アルミニウムsec-ブト
キシド 18.0gを滴下し、５分間撹拌して混合し、これを
反応の始発原料とした。ついで５リットルのパイレック
ス製反応器に20重量％のアンモニア水を３リットル入
れ、ここに上記した始発原料26.5リットル／時と20重量
％のアンモニア水17.2リットル／時を連続的に滴下し、
40〜50℃で加水分解重縮合させて連続的に反応液を作成
し、これをフィルタープレスしたところ、粒径が 200〜
700nm の球状シリカ粒子40kg（含水率15％）が得られ
た。
キシド 18.0gを滴下し、５分間撹拌して混合し、これを
反応の始発原料とした。ついで５リットルのパイレック
ス製反応器に20重量％のアンモニア水を３リットル入
れ、ここに上記した始発原料26.5リットル／時と20重量
％のアンモニア水17.2リットル／時を連続的に滴下し、
40〜50℃で加水分解重縮合させて連続的に反応液を作成
し、これをフィルタープレスしたところ、粒径が 200〜
700nm の球状シリカ粒子40kg（含水率15％）が得られ
た。
【００２１】このシリカ粒子を石英製容器に入れ、清浄
な空気の存在下で、 1,000℃まで10時間かけて昇温した
後に、１時間保持し、脱水および脱炭をしたところ、34
kgとなったので、これを内容積 0.1m3（50cm×50cm×40
cm）のカーボンケースに詰め10-2Torrの真空下に 1,800
℃で１時間焼結し、降温後、炉から取出したところ、外
観上が透明で、ほぼ50cm角で高さ６cmの合成石英ガラス
インゴット32kgが得られた。つぎにこのインゴットをコ
ニカルボールミル（鉄製）で粉砕し、45〜60＃に篩別
し、磁力選鉱処理を行なった後、20％のＨＣｌに５時間
浸漬し、また、10％のＨＦに10分間浸漬させ、水洗して
精製処理として、合成石英ガラス粉とした。なお、この
合成石英ガラス粉についてはこれを使用してアーク回転
法により直径18インチの石英ルツボを作製し、このルツ
ボ片についてその純度、粘度、ＯＨ基量、Ｃｌ量を測定
したところ、後記する表２に示したとおりの結果が得ら
れた。
な空気の存在下で、 1,000℃まで10時間かけて昇温した
後に、１時間保持し、脱水および脱炭をしたところ、34
kgとなったので、これを内容積 0.1m3（50cm×50cm×40
cm）のカーボンケースに詰め10-2Torrの真空下に 1,800
℃で１時間焼結し、降温後、炉から取出したところ、外
観上が透明で、ほぼ50cm角で高さ６cmの合成石英ガラス
インゴット32kgが得られた。つぎにこのインゴットをコ
ニカルボールミル（鉄製）で粉砕し、45〜60＃に篩別
し、磁力選鉱処理を行なった後、20％のＨＣｌに５時間
浸漬し、また、10％のＨＦに10分間浸漬させ、水洗して
精製処理として、合成石英ガラス粉とした。なお、この
合成石英ガラス粉についてはこれを使用してアーク回転
法により直径18インチの石英ルツボを作製し、このルツ
ボ片についてその純度、粘度、ＯＨ基量、Ｃｌ量を測定
したところ、後記する表２に示したとおりの結果が得ら
れた。
【００２２】実施例２ 始発原料中のアルミニウムsec-ブトキシドの添加量を35
9.7gとしたほかは、実施例１と同様の処理を行なって石
英ルツボを作製し、このルツボ片について、純度、粘
度、ＯＨ量、Ｃｌ量を測定したところ、後記する表２に
示した通りの結果が得られた。
9.7gとしたほかは、実施例１と同様の処理を行なって石
英ルツボを作製し、このルツボ片について、純度、粘
度、ＯＨ量、Ｃｌ量を測定したところ、後記する表２に
示した通りの結果が得られた。
【００２３】実施例３ 始発原料中のアルミニウムsec-ブトキシドの添加量を
0.36gとしたほかは、実施例１と同様の処理を行なって
石英ルツボを作製し、このルツボ片について、純度、粘
度、ＯＨ量、Ｃｌ量を測定したところ、後記する表２に
示した通りの結果が得られた。
0.36gとしたほかは、実施例１と同様の処理を行なって
石英ルツボを作製し、このルツボ片について、純度、粘
度、ＯＨ量、Ｃｌ量を測定したところ、後記する表２に
示した通りの結果が得られた。
【００２４】比較例１ メチルシリケート 100kgに対し、アルミニウムsec-ブト
キシドの添加混合せずに、これを反応用の始発原料とし
たほかは、実施例１と同様に処理を行なって石英ルツボ
を作製し、このルツボ片について、純度、粘度、ＯＨ
量、Ｃｌ量を測定したところ、後記する表２に示した通
りの結果が得られた。
キシドの添加混合せずに、これを反応用の始発原料とし
たほかは、実施例１と同様に処理を行なって石英ルツボ
を作製し、このルツボ片について、純度、粘度、ＯＨ
量、Ｃｌ量を測定したところ、後記する表２に示した通
りの結果が得られた。
【００２５】
【表２】
【００２６】比較例２ 電気溶融天然石英ガラス粉を用いて、アーク溶融法によ
り、18”ルツボを作製した。このルツボ片について、純
度、粘度、ＯＨ量、Ｃｌ量を測定したところ、つぎの表
２に示した通りの結果が得られた。
り、18”ルツボを作製した。このルツボ片について、純
度、粘度、ＯＨ量、Ｃｌ量を測定したところ、つぎの表
２に示した通りの結果が得られた。
【００２７】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、Ａｌを 0.1
〜1,000ppm含有しているが、他の金属不純物量が 10ppb
以下であり、徐冷点が 1,225℃以上、歪点が 1,135℃以
上で、ＯＨ基濃度、Ｃｌ濃度が１ppm 以下であることか
ら、高純度で高粘度であり、したがって石英ルツボ、耐
熱性治具材として有用とされる高粘度合成石英ガラス部
材を容易に得ることができるという有利性が与えられ
る。
〜1,000ppm含有しているが、他の金属不純物量が 10ppb
以下であり、徐冷点が 1,225℃以上、歪点が 1,135℃以
上で、ＯＨ基濃度、Ｃｌ濃度が１ppm 以下であることか
ら、高純度で高粘度であり、したがって石英ルツボ、耐
熱性治具材として有用とされる高粘度合成石英ガラス部
材を容易に得ることができるという有利性が与えられ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 雅之 新潟県中頸城郡頸城村大字西福島28番地 の１ 信越化学工業株式会社 合成技術 研究所内 (56)参考文献 特開 平４−46020（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03B 8/02 C03B 19/12 C03B 20/00 C03B 1/00 - 14/00
Claims (2)
- 【請求項１】 メチルシリケートにアルミニウムアルコ
キシドを混合撹拌した溶液を、アンモニアの存在下でア
ルコールの添加なしで加水分解してアルミニウム含有シ
リカ粒子を作り、これを脱水し、加熱して脱炭し、真空
下あるいは減圧下に溶融し、得られた合成石英ガラスイ
ンゴットを粉砕、篩別後、磁選、精製して合成石英ガラ
ス粉としたのち、溶融してなることを特徴とする高粘度
合成石英ガラス部材の製造方法。 - 【請求項２】１）Ａｌ濃度が 0.1〜1,000ppm、Ａｌ以外
の金属不純物（Ｆｅ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ）がいずれも 10ppb
以下で、 ２）徐冷点が 1,225℃以上で歪点が 1,135℃以上であ
り、 ３）ＯＨ基含有量が１ppm 以下、Ｃｌ濃度が１ppm 以下
であることを特徴とする請求項１に記載された製造方法
で製造された高粘度合成石英ガラス部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6182353A JP3040315B2 (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | 高粘度合成石英ガラス部材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6182353A JP3040315B2 (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | 高粘度合成石英ガラス部材およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0840737A JPH0840737A (ja) | 1996-02-13 |
| JP3040315B2 true JP3040315B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=16116834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6182353A Expired - Lifetime JP3040315B2 (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | 高粘度合成石英ガラス部材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3040315B2 (ja) |
Families Citing this family (21)
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|---|---|---|---|---|
| JPH11310423A (ja) * | 1998-02-27 | 1999-11-09 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 合成石英ガラスおよびその製造方法 |
| JP2003012331A (ja) * | 2001-06-27 | 2003-01-15 | Watanabe Shoko:Kk | 高純度合成石英ガラス粒子 |
| US6641663B2 (en) | 2001-12-12 | 2003-11-04 | Heracus Shin-Estu America | Silica crucible with inner layer crystallizer and method |
| US7118789B2 (en) | 2001-07-16 | 2006-10-10 | Heraeus Shin-Etsu America | Silica glass crucible |
| US6672111B2 (en) | 2001-12-21 | 2004-01-06 | Corning Incorporated | Method and apparatus for adding metals to fused silica |
| WO2003057637A1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-07-17 | Corning Incorporated | Fused silica containing aluminum |
| US6630418B2 (en) | 2001-12-21 | 2003-10-07 | Corning Incorporated | Fused silica containing aluminum |
| JP4169325B2 (ja) * | 2002-07-31 | 2008-10-22 | 信越石英株式会社 | 石英ガラス治具及びその製造方法 |
| US7427327B2 (en) | 2005-09-08 | 2008-09-23 | Heraeus Shin-Etsu America, Inc. | Silica glass crucible with barium-doped inner wall |
| US7383696B2 (en) | 2005-09-08 | 2008-06-10 | Heraeus Shin-Etsu America, Inc. | Silica glass crucible with bubble-free and reduced bubble growth wall |
| JP5121760B2 (ja) * | 2009-03-16 | 2013-01-16 | ジャパンスーパークォーツ株式会社 | シリコン単結晶の引き上げを行う方法 |
| WO2017103153A1 (de) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Glasfasern und vorformen aus quarzglas mit geringem oh-, cl- und al-gehalt |
| EP3390304B1 (de) | 2015-12-18 | 2023-09-13 | Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG | Sprühgranulieren von siliziumdioxid bei der herstellung von quarzglas |
| JP6984897B2 (ja) | 2015-12-18 | 2021-12-22 | ヘレウス クワルツグラス ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー | 石英ガラス調製時のケイ素含有量の増大 |
| KR20180095622A (ko) | 2015-12-18 | 2018-08-27 | 헤래우스 크바르츠글라스 게엠베하 ＆ 컴파니 케이지 | 내화성 금속으로 제조된 용융 도가니에서 실리카 유리 제품의 제조 |
| WO2017103121A2 (de) | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Herstellung eines opaken quarzglaskörpers |
| US11339076B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-05-24 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of carbon-doped silicon dioxide granulate as an intermediate in the preparation of quartz glass |
| TWI794150B (zh) | 2015-12-18 | 2023-03-01 | 德商何瑞斯廓格拉斯公司 | 自二氧化矽顆粒製備石英玻璃體 |
| JP6940236B2 (ja) | 2015-12-18 | 2021-09-22 | ヘレウス クワルツグラス ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー | 溶融炉内での露点監視による石英ガラス体の調製 |
| WO2017103166A2 (de) | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Herstellung eines quarzglaskörpers in einem mehrkammerofen |
| JP2019182694A (ja) * | 2018-04-05 | 2019-10-24 | 三菱ケミカル株式会社 | 合成シリカガラス粉 |
-
1994
- 1994-08-03 JP JP6182353A patent/JP3040315B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0840737A (ja) | 1996-02-13 |
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