JP3693772B2 - 不透明石英ガラス円筒の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は不透明石英ガラスからなる円筒の製造方法に関する。特に、半導体石英分野で使用される石英ガラス部品、例えば、反応管の断熱部、また最近の枚葉処理装置、ミニバッチ処理装置に利用される管状部品として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
不透明石英ガラスの大型円筒を製造する方法として、窒素などガス雰囲気中、透明石英管の周囲に結晶質石英粉末を配し、管中央部にある発熱体で加熱する方法。シリコン単結晶引上げルツボの製法に準じて、容器に入れた結晶質石英粉末を回転させ、中央にカ−ボンア−クヒ−タ−を挿入し、加熱す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】
従来の技術は、中心からの局部加熱が主であり、不透明石英ガラス管の肉厚方向に不均一な密度勾配が生じやすく、均一な密度分布、気泡分布からなるガラスが得られ難いという課題があった。
【０００４】
本発明の目的は、この様な課題を解決する新規な不透明石英ガラスからなる円筒を製造する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決しようとする手段】
本発明者らは、均一な密度分布からなる不透明石英ガラス管を製造する目的で鋭意検討した結果、窒化ケイ素を気泡形成剤として添加したシリカ粉末を黒鉛で構成される円筒形状モ−ルドに充填し、荷重印加状態で真空雰囲気中均一加熱する方法に到達した。
【０００６】
すなわち、本発明は窒化ケイ素粉末が10〜500ppm添加混合された平均粒子径10〜500 μｍシリカ粉末を黒鉛質カ−ボンで黒鉛で構成される円筒形状に充填し、さらに充填粉末に上から５ｇ／ｃｍ2 以上の荷重を加えた状態で、真空雰囲気中1750℃〜1900℃に加熱し、平均気泡径10〜100 μｍの範囲にある独立気泡を 3×105 個／ｃｍ3 以上含み、カサ密度が1.80〜2.08ｇ／ｃｍ3 の不透明石英ガラスからなる円筒を製造する方法である。その際、特に好ましくはシリカ粉末として結晶質石英粉末を使用すること、また、充填シリカ粉末と円筒形状構成黒鉛質カ−ボンとの接触部分に黒鉛質カ−ボン繊維からなるカサ密度が0.1 〜0.5 ｇ／ｃｍ3 のフェルトを介在させることを特徴とする製造方法である。
【０００７】
尚、本発明で言うところの「不透明石英ガラス」とは、波長３００〜９００ｎｍで、厚さ２ｍｍでの平均光透過率が５％以下の石英ガラスのことである。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
［１］出発原料
出発原料としては、窒化ケイ素粉末が10〜500ppm添加混合された平均粒子径10〜500 μｍのシリカ粉末である。シリカ粉末としては、天然水晶に代表される結晶質石英、あるいはハロゲン化水素、アルカリケイ酸塩などから合成される非晶質シリカを用いることができるが、結晶質石英がガラスへの溶融収縮が少ないため特に有利である。添加混合は機械的な混合操作を刷ればよく、例えば、特許平０８ー１７４５９６に開示されている方法で行える。
【００１０】
［２］粉末充填
Ｓｉ3 Ｎ4 添加シリカ粉末を黒鉛質カ−ボンで構成される円筒形状空間に充填し、荷重を加えた状態を図１に示す。粉末は黒鉛質カ−ボン底板、外筒、内筒で構成された円筒空間に充填される。充填に際して機械的振動を加え、均一化することが好ましい。黒鉛リング▲１▼は、粉末上面に５ｇ／ｃｍ2 以上の重力がかかるようにセットする。それ以下では、高温でのガラスの自重軟化により円筒肉厚が上下で生じるため、好ましい荷重は10〜50ｇ／ｃｍ2 である。カ−ボンフェルト▲５▼−▲８▼は、カサ密度0.1 〜0.5g／ｃｍ3 で、通気性を持つ。ＳｉＯ2 ＋Ｃの反応ガス、ＳｉＯ2 蒸発ガスなどの脱ガスの役割を担う。ガスがガラス／カ−ボン構成材界面に溜まるとガラスに変形が残る場合があり、好ましくない。ただし、内側カ−ボンフェルト▲６▼は、内筒カ−ボン▲４▼を超高純度黒鉛などＳｉＯ2 との反応性の低いものにした場合、必ずしも必要でない。外側カ−ボンフェルトは脱ガスの他、ガラスとカ−ボンの熱膨張差を吸収し、両者の破壊を防ぐ役割ももつ。
【００１１】
［３］ガラス化
不透明石英ガラス円筒を加熱して得るには、例えば図１のようにセットされた試料を真空加熱炉に設置し、1750−1900℃に10〜60分間程度保持する。雰囲気は10torr以下の真空がよいが、高温保持でガラス化終了した後は、窒素ガスなどを導入し、ガラスの蒸発減少を防ぐことがよい。
【００１２】
［４］特性
本発明で得られる不透明石英ガラスは、平均気泡径10〜100 μｍの独立気泡を１ｃｍ3 当たり 3×105 個以上含み、カサ密度1.80〜2.08 g／ｃｍ3 有する。ここで、平均気泡径、気泡量の測定は、顕微鏡写真から測った100 個以上の個々の気泡の直径から個々の体積をもとめ、それに個々の気泡の数を乗じ総気泡数で除して平均気泡体積Ｖとし、以下の式から求める。
【００１３】
平均気泡径 ｒ＝ 2×(3×v ／ 4π) 1/3
気泡量 ｎ＝(1−ρ／2.2)／Ｖ ρ: カサ密度
本発明の円筒は、その内面、外面付近などの局所付近で気泡分布の不均一が見られない。
【００１４】
以下の実施例によって、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何等限定されるものではない。
【００１５】
実施例１
窒化ケイ素粉末を150ppm添加した平均粒子径 138μｍの天然水晶粉を図１に示した円筒形状空間に充填した。▲３▼の黒煙質カ−ボン外筒φ 190mm×200Hにカ−ボン繊維フェルト厚み４mmを巻き、▲４▼の黒煙質カ−ボン内筒φ 160mm×200Hについては、超高純度黒鉛質カ−ボンを用いた。さらに、充填粉末に上から▲１▼の荷重用黒鉛質カ−ボンリング17ｇ／cm2 の荷重を加えた状態で、真空雰囲気中、1800℃まで 300℃／hourで加熱し、５分保持した後、窒素ガス2.7kgf／cm2 導入し15分保持後、炉冷した。
【００１６】
得られた焼結体の測定結果は、平均気泡径63μｍ、独立気泡量 8×105 個含み、カサ密度が1.97ｇ／cm3 であった。外観寸法は、外径 184mm、内径 160mm、肉厚12mm、高さ95mm、上下肉厚差 0.7mmからなる不透明石英ガラス円筒を製造できることがわかった。
【００１７】
実施例２
図１の構成からなる▲３▼の黒鉛質カ−ボン外筒φ 300mm×200Hと▲４▼の黒鉛質カ−ボン内筒φ 250mm×200Hそれぞれに、カ−ボン繊維フェルト厚み４mmを巻き、原料粉末を円筒形状空間に振動を与えながら充填した。
【００１８】
▲１▼の荷重用黒鉛質カ−ボンリング30ｇ／cm2 の荷重を加えた状態で、真空雰囲気中、1825℃まで 300℃／hourで加熱し、15分保持した後、窒素ガス1.5kgf／cm2 を導入し５分保持後、炉冷した。原料粉末としては、表１に示す２種を用い、上記手法で不透明石英ガラスからなる円筒を製造できることがわかった。外観寸法は両方とも、外径 290mm、内径 260mm、肉厚15mm、高さ 150mm、上下肉厚差は１mm以下であった。
【００１９】
各円筒を切断し、断面の気泡状態を顕微鏡観察した結果、内周から外周に均一な気泡分布があり、表１に示す特性値であることがわかった。
【００２０】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】粉末充填カーボン治具の構成を示す図である。
【符号の説明】
▲１▼ 荷重用黒鉛質カーボンリング
▲２▼ 黒鉛質カーボン底板
▲３▼ 黒鉛質カーボン外筒
▲４▼ 黒鉛質カーボン内筒
▲５▼ カーボン繊維フェルト（外側）
▲６▼ カーボン繊維フェルト（内側）
▲７▼ カーボン繊維フェルト（上面）
▲８▼ カーボン繊維フェルト（下面）
▲９▼ Ｓｉ3 Ｎ4 添加シリカ粉末
【発明の属する技術分野】
本発明は不透明石英ガラスからなる円筒の製造方法に関する。特に、半導体石英分野で使用される石英ガラス部品、例えば、反応管の断熱部、また最近の枚葉処理装置、ミニバッチ処理装置に利用される管状部品として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
不透明石英ガラスの大型円筒を製造する方法として、窒素などガス雰囲気中、透明石英管の周囲に結晶質石英粉末を配し、管中央部にある発熱体で加熱する方法。シリコン単結晶引上げルツボの製法に準じて、容器に入れた結晶質石英粉末を回転させ、中央にカ−ボンア−クヒ−タ−を挿入し、加熱す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】
従来の技術は、中心からの局部加熱が主であり、不透明石英ガラス管の肉厚方向に不均一な密度勾配が生じやすく、均一な密度分布、気泡分布からなるガラスが得られ難いという課題があった。
【０００４】
本発明の目的は、この様な課題を解決する新規な不透明石英ガラスからなる円筒を製造する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決しようとする手段】
本発明者らは、均一な密度分布からなる不透明石英ガラス管を製造する目的で鋭意検討した結果、窒化ケイ素を気泡形成剤として添加したシリカ粉末を黒鉛で構成される円筒形状モ−ルドに充填し、荷重印加状態で真空雰囲気中均一加熱する方法に到達した。
【０００６】
すなわち、本発明は窒化ケイ素粉末が10〜500ppm添加混合された平均粒子径10〜500 μｍシリカ粉末を黒鉛質カ−ボンで黒鉛で構成される円筒形状に充填し、さらに充填粉末に上から５ｇ／ｃｍ2 以上の荷重を加えた状態で、真空雰囲気中1750℃〜1900℃に加熱し、平均気泡径10〜100 μｍの範囲にある独立気泡を 3×105 個／ｃｍ3 以上含み、カサ密度が1.80〜2.08ｇ／ｃｍ3 の不透明石英ガラスからなる円筒を製造する方法である。その際、特に好ましくはシリカ粉末として結晶質石英粉末を使用すること、また、充填シリカ粉末と円筒形状構成黒鉛質カ−ボンとの接触部分に黒鉛質カ−ボン繊維からなるカサ密度が0.1 〜0.5 ｇ／ｃｍ3 のフェルトを介在させることを特徴とする製造方法である。
【０００７】
尚、本発明で言うところの「不透明石英ガラス」とは、波長３００〜９００ｎｍで、厚さ２ｍｍでの平均光透過率が５％以下の石英ガラスのことである。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
［１］出発原料
出発原料としては、窒化ケイ素粉末が10〜500ppm添加混合された平均粒子径10〜500 μｍのシリカ粉末である。シリカ粉末としては、天然水晶に代表される結晶質石英、あるいはハロゲン化水素、アルカリケイ酸塩などから合成される非晶質シリカを用いることができるが、結晶質石英がガラスへの溶融収縮が少ないため特に有利である。添加混合は機械的な混合操作を刷ればよく、例えば、特許平０８ー１７４５９６に開示されている方法で行える。
【００１０】
［２］粉末充填
Ｓｉ3 Ｎ4 添加シリカ粉末を黒鉛質カ−ボンで構成される円筒形状空間に充填し、荷重を加えた状態を図１に示す。粉末は黒鉛質カ−ボン底板、外筒、内筒で構成された円筒空間に充填される。充填に際して機械的振動を加え、均一化することが好ましい。黒鉛リング▲１▼は、粉末上面に５ｇ／ｃｍ2 以上の重力がかかるようにセットする。それ以下では、高温でのガラスの自重軟化により円筒肉厚が上下で生じるため、好ましい荷重は10〜50ｇ／ｃｍ2 である。カ−ボンフェルト▲５▼−▲８▼は、カサ密度0.1 〜0.5g／ｃｍ3 で、通気性を持つ。ＳｉＯ2 ＋Ｃの反応ガス、ＳｉＯ2 蒸発ガスなどの脱ガスの役割を担う。ガスがガラス／カ−ボン構成材界面に溜まるとガラスに変形が残る場合があり、好ましくない。ただし、内側カ−ボンフェルト▲６▼は、内筒カ−ボン▲４▼を超高純度黒鉛などＳｉＯ2 との反応性の低いものにした場合、必ずしも必要でない。外側カ−ボンフェルトは脱ガスの他、ガラスとカ−ボンの熱膨張差を吸収し、両者の破壊を防ぐ役割ももつ。
【００１１】
［３］ガラス化
不透明石英ガラス円筒を加熱して得るには、例えば図１のようにセットされた試料を真空加熱炉に設置し、1750−1900℃に10〜60分間程度保持する。雰囲気は10torr以下の真空がよいが、高温保持でガラス化終了した後は、窒素ガスなどを導入し、ガラスの蒸発減少を防ぐことがよい。
【００１２】
［４］特性
本発明で得られる不透明石英ガラスは、平均気泡径10〜100 μｍの独立気泡を１ｃｍ3 当たり 3×105 個以上含み、カサ密度1.80〜2.08 g／ｃｍ3 有する。ここで、平均気泡径、気泡量の測定は、顕微鏡写真から測った100 個以上の個々の気泡の直径から個々の体積をもとめ、それに個々の気泡の数を乗じ総気泡数で除して平均気泡体積Ｖとし、以下の式から求める。
【００１３】
平均気泡径 ｒ＝ 2×(3×v ／ 4π) 1/3
気泡量 ｎ＝(1−ρ／2.2)／Ｖ ρ: カサ密度
本発明の円筒は、その内面、外面付近などの局所付近で気泡分布の不均一が見られない。
【００１４】
以下の実施例によって、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何等限定されるものではない。
【００１５】
実施例１
窒化ケイ素粉末を150ppm添加した平均粒子径 138μｍの天然水晶粉を図１に示した円筒形状空間に充填した。▲３▼の黒煙質カ−ボン外筒φ 190mm×200Hにカ−ボン繊維フェルト厚み４mmを巻き、▲４▼の黒煙質カ−ボン内筒φ 160mm×200Hについては、超高純度黒鉛質カ−ボンを用いた。さらに、充填粉末に上から▲１▼の荷重用黒鉛質カ−ボンリング17ｇ／cm2 の荷重を加えた状態で、真空雰囲気中、1800℃まで 300℃／hourで加熱し、５分保持した後、窒素ガス2.7kgf／cm2 導入し15分保持後、炉冷した。
【００１６】
得られた焼結体の測定結果は、平均気泡径63μｍ、独立気泡量 8×105 個含み、カサ密度が1.97ｇ／cm3 であった。外観寸法は、外径 184mm、内径 160mm、肉厚12mm、高さ95mm、上下肉厚差 0.7mmからなる不透明石英ガラス円筒を製造できることがわかった。
【００１７】
実施例２
図１の構成からなる▲３▼の黒鉛質カ−ボン外筒φ 300mm×200Hと▲４▼の黒鉛質カ−ボン内筒φ 250mm×200Hそれぞれに、カ−ボン繊維フェルト厚み４mmを巻き、原料粉末を円筒形状空間に振動を与えながら充填した。
【００１８】
▲１▼の荷重用黒鉛質カ−ボンリング30ｇ／cm2 の荷重を加えた状態で、真空雰囲気中、1825℃まで 300℃／hourで加熱し、15分保持した後、窒素ガス1.5kgf／cm2 を導入し５分保持後、炉冷した。原料粉末としては、表１に示す２種を用い、上記手法で不透明石英ガラスからなる円筒を製造できることがわかった。外観寸法は両方とも、外径 290mm、内径 260mm、肉厚15mm、高さ 150mm、上下肉厚差は１mm以下であった。
【００１９】
各円筒を切断し、断面の気泡状態を顕微鏡観察した結果、内周から外周に均一な気泡分布があり、表１に示す特性値であることがわかった。
【００２０】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】粉末充填カーボン治具の構成を示す図である。
【符号の説明】
▲１▼ 荷重用黒鉛質カーボンリング
▲２▼ 黒鉛質カーボン底板
▲３▼ 黒鉛質カーボン外筒
▲４▼ 黒鉛質カーボン内筒
▲５▼ カーボン繊維フェルト（外側）
▲６▼ カーボン繊維フェルト（内側）
▲７▼ カーボン繊維フェルト（上面）
▲８▼ カーボン繊維フェルト（下面）
▲９▼ Ｓｉ3 Ｎ4 添加シリカ粉末
Claims (3)
- 窒化ケイ素粉末が10〜500ppm添加混合された平均粒子径10〜500 μｍのシリカ粉末を黒鉛質カ−ボンで構成される円筒形状空間に充填し、さらに充填粉末に上から５ｇ／ｃｍ2 以上の荷重を加えた状態で、真空雰囲気中、1750℃〜1900℃に加熱し、平均気泡径10〜100 μｍの範囲にある独立気泡を 3×105 個／ｃｍ3 以上含み、カサ密度が1.80〜2.08ｇ／ｃｍ3 の不透明石英ガラスからなる円筒を製造する方法。
- 使用するシリカ粉末が結晶質石英である請求項１記載の円筒を製造する方法。
- 充填シリカ粉末と円筒形状構成黒鉛質カ−ボンとの接触面部分に黒鉛質カ−ボン繊維からなるカサ密度が0.1 〜 0.5ｇ／ｃｍ3 のフェルトを介在させることを特徴とする請求項１記載の円筒を製造する方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33699196A JP3693772B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 不透明石英ガラス円筒の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33699196A JP3693772B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 不透明石英ガラス円筒の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10167742A JPH10167742A (ja) | 1998-06-23 |
| JP3693772B2 true JP3693772B2 (ja) | 2005-09-07 |
Family
ID=18304465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33699196A Expired - Fee Related JP3693772B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 不透明石英ガラス円筒の製造方法 |
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| JP7123827B2 (ja) * | 2019-02-19 | 2022-08-23 | 東ソ－・エスジ－エム株式会社 | 多層構造石英ガラス材およびその製造方法 |
Family Cites Families (5)
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| JP3673900B2 (ja) * | 1993-10-08 | 2005-07-20 | 東ソー株式会社 | 高純度不透明石英ガラス及びその製造方法並びにその 用途 |
| JP3628038B2 (ja) * | 1994-03-30 | 2005-03-09 | 東ソー株式会社 | 発泡石英ガラス構造体及びその製造方法 |
| JP3966943B2 (ja) * | 1996-07-04 | 2007-08-29 | 東ソー株式会社 | 不透明石英ガラス及びその製造方法 |
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1996
- 1996-12-17 JP JP33699196A patent/JP3693772B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10167742A (ja) | 1998-06-23 |
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