JP5431161B2 - 不透明石英ガラスを製造するための方法及び半製品、並びにその半製品から製造される部材 - Google Patents
不透明石英ガラスを製造するための方法及び半製品、並びにその半製品から製造される部材 Download PDFInfo
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Description
本発明は、不透明石英ガラスの製造方法に関し、この方法では、非晶質ＳｉＯ2粒子を含む懸濁液を生成し、この懸濁液から多孔性未焼結体を形成し、この未焼結体は乾燥され、不透明石英ガラスを形成しながら焼結によって圧縮される。
更に本発明は、非晶質ＳｉＯ2粒子を含む懸濁液を鋳造成形及び乾燥することによって生成され、多孔性のＳｉＯ2から成るマトリクスを有し、不透明石英ガラスを製造するための半製品と、半製品の焼結によって製造される不透明石英ガラス部材とに関する。
冒頭に記した類の半透明石英ガラスの製造方法は、特許文献１から既知である。それによれば、ＳｉＯ2の化学的純度が９９．９％のＳｉＯ2粒子から水性スリップが作られ、石膏型に注入される。続いて、得られた多孔性の未焼結体の表面を、酸水素炎を用いて、１６５０℃〜２２００℃の範囲内の高温で局所的に加熱し、それによって、表面付近の厚さ約０．５ｍｍの領域内にある不透明な多孔性基材を透明な石英ガラスに変換する（ガラス化）。
こうして作られた石英ガラス部材は、その不透明性に起因して、１９０ｎｍ〜２６５０ｎｍの波長範囲内の低い分光透過率において傑出しており、それ故に優れた断熱性が必要な高温工程での使用に好適である。これには、低い膨張係数に加えて、高い温度安定性及び温度サイクル耐性、並びに高い耐薬品性及び無汚染性のような石英ガラス部材に特徴的な特性が寄与する。
この種の不透明石英ガラス製部材は、長年、特に半導体製造において、半導体部材処理用の反応炉及び装置、運搬台、ベル、るつぼ、保護シールド、又は管、棒、板、フランジ、リング、又はブロックのような単純な石英ガラス部材の形態で使用されている。
しかしながら、スリップ鋳造法では、乾燥及び焼結時における未焼結体の収縮が根本的な問題を起こす。特に、収縮亀裂が発生することがある。これは、低い焼結温度でも無くならず、ガラスを完全に溶融すれば取り除くことができるが、これは石英ガラスの不透明性が失われることを意味するであろう。未焼結体を型から取り出す際、未焼結体に対して、可塑性が低いために早くも亀裂を引き起こすことがある不可避の力が生じる。
この問題は部材が大きいほど深刻であり、特に収縮亀裂の発生が関係している。焼結した部材は不透明であることから、通常の透過光線法を用いる場合、確認することができる材料の欠陥は表面近くに限定される。大量の不透明部材において特に問題となる亀裂を発見しその位置を特定するためには、コストの高い検査方法、例えば超音波検査法が必要となるが、この方法も常に信頼することができる結果を示すわけではない。
亀裂が入った部材は使用されずに通常欠陥品となるので、結局、コストが高い検査法も、大型の石英ガラス部材の製造に関連する時間及び材料の消費において高コストがもたらされることを防止することはできない。表面近くの亀裂は、機械を用いた後処理によって除去する場合もあるが、この場合は、処理前のサイズに十分な余裕があることが前提である。
その一方で、スリップ鋳造法は、実際に、複雑な形状を持つ部材でも経済的に製造することができるため、不透明石英ガラス製造時の上記欠点を最小化することが望まれている。
従って、本発明は、亀裂が発生しにくい不透明石英ガラスの再現可能な製造を可能にするスリップ法による方法を提示するという課題に基づく。更に、本発明は、亀裂が発生しにくい点で優れている未焼結体（半製品）を提供するという課題に基づく。更に、本発明は、半製品を焼結することによって得られ、調節可能な光学特性を有する不透明石英ガラス部材にも関する。
この方法に関し、この課題は、冒頭に記した類の方法に基づいて、未焼結体が、ＳｉＯ2マトリクスと、そのＳｉＯ2マトリクス内に埋め込まれる石英ガラスフィラメントとから形成され、そのフィラメントの体積分率が、不透明石英ガラスの体積の１５％未満である本発明により解決される。
本発明による方法では、未焼結体はスリップ法によって作られ、ここで、石英ガラスフィラメントは、非晶質ＳｉＯ2粒子から形成されるマトリクス内に埋め込まれる。
亀裂の兆候が未焼結体の湿潤状態において既に生じていることや、この状態では亀裂形成が相当な範囲において始まることが分かっている。これは、濡れた／湿った状態ではＳｉＯ2粒子だけから成る塊は可塑性でなく基本的には非弾力性であることに起因する。そのため、極めて小さな機械的負荷によって亀裂の兆候が生じるか又は亀裂が発生する。この影響は、未焼結体が大きいほど顕著である。
未焼結体が、フィラメントの形状の石英ガラスから成る細長い追加材料を付加的に含む場合、亀裂の発生を顕著に減少させることができ、未焼結体の取り扱い（特に型出し）が非常に容易になり得ることが見出された。このフィラメントの本質的な特徴は、未焼結体のマトリクス、すなわち石英ガラスに関係するこのフィラメントの種特異性（Arteigenheit）である。
「種特異性」とは、本明細書では、未焼結体のマトリクス及びフィラメントにおけるＳｉＯ2濃度が、互いに理想的には異ならず、最大で約５重量％であり、好ましくは最大で約３重量％であると解釈する。未焼結体のマトリクス及びフィラメントにドーピング物質を使用した場合、ドーピング物質は両方の膨張係数に同様に影響するはずである。
その種特異性に起因して、ＳｉＯ2マトリクス及び石英ガラスフィラメントは類似の物理的性質及び化学的性質を有する。これは、一方では、未焼結体を乾燥及び焼結した時の応力の発生を回避すると共にこの機械的安定性に寄与するが、他方では、フィラメントが、焼結後に不透明石英ガラス内に「埋没し」、不透明石英ガラスの機械的安定性又は熱安定性にほとんど又は全く寄与することができないということももたらす。
この点が本発明と従来既知であるガラスマトリクス複合材料との本質的な差である。この複合材料では、繊維補強材としては、完成したガラス部材中のガラスマトリクスの機械的安定化又は熱安定化に明らかに役立つものが想定される。したがって、補強を目的とする場合は、マトリクス以外の材料から成る繊維が用いられる。一般には、ガラスマトリクスより高い機械強度又は熱安定性を有するセラミック繊維又は炭素繊維（ＳｉＣ、ＣＦＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、グラファイト）が用いられる。繊維補強材の材料に応じて、完成したガラス部材は、高温において、ガラスマトリクスに比べ高い引張り強度、耐衝撃性又は破壊強さを示し、これは、例えば安全硝子若しくは強化ガラスとして、又は従来の耐熱金属の代替物として用いることを可能にする。
繊維を使って強化された、いわゆる「複合材料エーロゲル」も既知である。国際公開第０２／０５２０８６号によれば、複合材料エーロゲル本体は、低密度で柔軟に堆積された石英ガラス繊維を重合性ケイ素結合剤によって含浸させて、その後乾燥させることによって生成される。繊維を柔軟性のある堆積物の形態で提供することによって亀裂の発生を回避することができ、そうでない場合では早く開始するエーロゲル本体の焼結を遅らせることができる。
ガラスマトリクスを用いた繊維複合材の別の製造方法は、例えば独国特許公報第３８７７７４３Ｔ２号から既知である。ホウ珪酸ガラスの粒子を含む直径約１０μｍの炭素繊維を、スリップ内に含浸する。ホウ珪酸ガラスを含浸した炭素繊維は細断され、続いて高温で加熱され、それによってガラスマトリクスが軟化する。こうして補強繊維を１５体積％〜５０体積％含む射出成形可能な塊を得るが、この塊は射出成形装置を用いて中空空間に押し出すことができる。こうして、ホウ珪酸ガラスと比べてより高い熱耐性を特徴とするブロック型ガラス複合材が得られる。
それ故に、この種のガラスマトリクス複合材料では、繊維補強材の種類、量及び配向が完成部材の物理特性を決定する。ガラスマトリクスは結合塊の役割を果たし、その体積分率は、概して可能な限り低くなければならない。
これらとは異なり、本発明の方法では、フィラメントは完成した石英ガラス部材の機械的安定性ではなく、中間産物、すなわち未焼結体の機械的安定性に寄与する。こうして製造される不透明石英ガラスの物理的特性は、フィラメントによって可能な限り損害を受けないようにすべきである。従って、本発明による方法では、フィラメントの体積分率は可能な限り低く保たれ、その上限は１５％に制限される。
未焼結体としては、中実体、中空体、又は基体上の層が挙げられる。未焼結体は、概して、懸濁液を型に注入して作られる。しかし、例えば型への浸透、浸漬成形、射出成形、塗付、こて塗り、引きはがし、張り付け、ドクターブレードによる塗布等のような他の加工方法も懸濁液に好適である。
この種のフィラメントの添加は、未焼結体を顕著に安定化し、特に型出し時の亀裂発生を回避するか、又は少なくする。未焼結体の機械による後処理は、亀裂の発生が少ないことから概して必要ないか、必要な場合でも狭い範囲に限定されるため、未焼結体の寸法を焼結部材の目標寸法に近づけることができ、材料損失を最小限に留めることができる。
未焼結体の焼結後に得られる不透明石英ガラスから成る部材は、中実体、中空体であるか、又は基体上に不透明石英ガラス層を形成する。不透明とは、２００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長範囲内の直進（direkte）分光透過率が２％未満であることを意味する。これに応じて、赤外波長範囲における反射率は９５％を超える。部材の表面近くの層は、例えば上述した特許文献１に記載されているように概して透明である。
未焼結体内では、フィラメントは分散して統計学的に分散されるか、又は、例えばウール、フェルト、マット、ネット、織物等の形状のように、平面的若しくは立体的な集合体の形態で存在する。
本発明による方法の第１の好ましい実施の形態は、鋳造成形前に石英ガラスフィラメントを懸濁液に加えることを特徴とする。
こうすることで、懸濁液が未焼結体に成形される前に、懸濁液内でフィラメントの分布を特に均一にすることがある。このように生成されるフィラメント配向の異方性によって、乾燥及び焼結時の応力が回避され、未焼結体の亀裂の発生しやすさは大きく低下する。
これの代わりに又はこれを補足して、本方法のさらなる有利な一実施の形態では、フィラメントが１つの成形物の形態又は複数の成形物の形態で存在し、これらの成形物は、未焼結体を形成するために懸濁液によって覆われる。
この場合、フィラメントは少なくとも１つのフレーム型の成形物を形成し、これを懸濁液が覆う。
成形物としては、フィラメントが方向付けされて配置されているもの、又は方向付けされずに集められたものが考えられる。例としては、１つ又は複数の石英ガラス繊維から成る、緩い不規則な集合体、又は巻きコイル等のような規則的に繊維を配置したものが挙げられる。
もちろん成形物の数及び配置に応じて、特に亀裂が発生しやすい未焼結体の部分において、焼結後の石英ガラスの特性に大きな損害をもたらさずに、マトリクスを局所的に補強することができる。
石英ガラスフィラメントは石英ガラス繊維の形態で存在することが好ましい。
石英ガラス繊維としては、石英ガラスから成る中実繊維又は毛管繊維が考えられる。これらは、高い機械強度と同時に高い弾性を有することを特徴とする。石英ガラス繊維は、マトリクス中に方向付けされるか又は方向付けされずに分散される。この場合、石英ガラス繊維は、短く細長い繊維片の形態だけでなく、平面的若しくは立体的な繊維配置の形態として存在してもよいし、又は例えばネット、織物、ベルト、マット、ウール、フェルト、フリース、毛糸等のような規則的若しくは不規則な形状を有する繊維集合として存在してもよい。
石英ガラス繊維の外径が、５μｍ〜１００μｍ、好ましくは１０μｍ〜４０μｍの範囲内にある場合に有効であることが実証されている。
この直径範囲を有する繊維は、極めて高い機械的強度を示し、ＳｉＯ2マトリクスに埋め込まれると低い応力を生成し、また短い繊維片としてだけでなく、繊維配置又は繊維集合の形態に容易に加工することができる。
本発明による好ましい実施の形態では、石英ガラス繊維の短片は石英ガラスマトリクス内に分散される。この時の石英ガラス繊維は有利には、５ｍｍ〜１００ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内の長さを有する。
長さが５ｍｍよりも短い繊維は、未焼結体における亀裂減少作用が小さい。繊維の長さが１００ｍｍ以上の場合、特に伸展した繊維は未焼結体内の応力を上昇させ、更には、未焼結体内への繊維の分散が難しくなり、完成した不透明石英ガラスの光学特性に影響を及ぼす。
これに関し、フィラメントの体積分率が、完成した不透明石英ガラスの体積の１０％未満、好ましくは５％未満の場合に特に有効であることが実証されている。
比較的低い体積分率のおかげで、完成した石英ガラスの物理特性にフィラメントが影響することはほとんどない。懸濁液の注入性を損なわないためには、更に、フィラメントを含有する注入可能な懸濁液が求められる加工法においては、フィラメントの重量比が可能な限り低く抑えられる。
フィラメントの体積分率は、「種特異性」によって、基本的にはその重量分率にも対応する。しかし、体積分率が１％未満の場合、未焼結体に対する強度上昇及び亀裂減少の作用は、ほとんど気付くことができない。
好ましくは、ＳｉＯ2マトリクスの非晶質ＳｉＯ2粒子は、粒子サイズが最大２００μｍ、好ましくは最大１００μｍまでの範囲にあり、１μｍ〜６０μｍの範囲内の粒子サイズを有するＳｉＯ2粒子が最大の体積分率を有する。
このサイズ範囲内のＳｉＯ2粒子は、懸濁液の高い固体含有量と結びついて、良好な焼結反応及び比較的小さな乾燥収縮を示し、これによって亀裂を伴わない未焼結体の乾燥が容易になる。これはＳｉＯ2粒子間の相互作用によるものであり得る。
この点に関しては、ＳｉＯ2粒子が、Ｄ50値が５０μｍ未満、好ましくは４０μｍ未満であることを特徴とする粒径分布を有する場合に特に有利であることが証明されている。
懸濁液は、有機溶媒、好ましくはアルコール性溶媒、あるいは水性溶媒を基にすることができる。水性溶媒の場合、水相の極性がＳｉＯ2粒子の相互作用に有利に作用し、この相互作用は未焼結体の乾燥及び焼結を容易にする。
これには、ＳｉＯ2出発顆粒を湿式粉砕してＳｉＯ2粒子を製造する方法も寄与する。
この場合、所望の粒径分布は、懸濁液の均一化工程においては、粉砕時間及び非晶質出発粒子の添加に応じて調節される。湿式粉砕では、懸濁液内にあらゆる大きさの非晶質ＳｉＯ2粒子が生成し、これら粒子も、懸濁液内で直ちに相互作用して、上記の相互作用及び結合を形成する。
非晶質ＳｉＯ2粒子のＳｉＯ2含有量は、少なくとも９９．９重量％であることが好ましい。
このような粒子を加えて作られた懸濁液の固体分率は、少なくとも９９．９重量％がＳｉＯ2に由来する。結合剤又はこのような添加物は意図されていない。不純物の含有量は、１重量ｐｐｍより少ないことが好ましい。この原料から汚染又は結晶化が生じる危険はない。乾燥させた未焼結体中のクリストバライト分率は最高でも０．１重量％であるが、これは、そうでない場合は、焼結時に結晶化が起こり、それによって部材が欠陥品になることがあるためである。
半製品に関し、上記課題は、冒頭に記した部材に基づいて、石英ガラスフィラメントをマトリクス内に埋め込み、石英ガラスフィラメントの体積分率が不透明石英ガラスの体積の１５％未満になるようにする本発明によって解決される。
本発明による半製品では、石英ガラスフィラメントは、多孔性のＳｉＯ2から成るマトリクス内に埋め込まれる。半製品はスリップ法を使って作られる。半製品としては、非晶質ＳｉＯ2粒子から成るマトリクスの焼結前の未焼結体が考えられる。
本発明による半製品は、中実体、中空体として、又は基体上の層として存在する。いずれの場合も、本発明の半製品では、石英ガラスフィラメントが、多孔性のＳｉＯ2から成るマトリクスに埋め込まれる。これによって、未焼結体の湿潤状態において亀裂の兆候又は亀裂の形成が回避される。
フィラメントとしては、石英ガラスから成る細長い追加材料が考えられる。基本的な特徴は、部材のマトリクス、すなわち石英ガラスに関する種特異性である。フィラメントは、ＳｉＯ2マトリクス焼結後も完成した石英ガラス部材の中に維持され続け、透明なガラス領域の形態で、そうでなければ不透明石英ガラスマトリクス内に現れる。
「種特異性」の概念の定義に関しては、本発明による方法に関する実施の形態を参照されたい。
その種特異性によって、ＳｉＯ2マトリクス及びフィラメントは、類似した物理的特性及び化学的特性を有している。種特異性は、一方では、未焼結体の乾燥及び焼結時の応力の形成を回避し、その機械的安定化に大きく寄与するが、他方では、未焼結体焼結後は、フィラメントが石英ガラス部材の機械的安定性及び熱安定性の上昇には全く又はほとんど寄与しないという効果ももたらす。
上記で詳細に説明したガラスマトリクス複合材料における当該技術水準とは異なり、本発明による部材では、フィラメントは未焼結体の機械的安定性にだけ寄与し、それから作られる最終生成物の機械的安定性には寄与しない。フィラメントは、こうして作られた部材の物理特性には可能な限り損害を与えてはならない。それ故に部材中のその体積分率は、可能な限り低く抑えられ、１５％までに制限される。
フィラメントは、分散させられるか、統計学的に分散されるか、又は、例えばウール、フェルト、マット、ネット、織物等のように平面若しくは立体的な集合体の形態で存在する。
本発明の部材の有利な実施の形態は、従属請求項から明らかになる。従属請求項に提示される部材の実施の形態が、本発明による方法に関する従属請求項に記載される方式によるものである限り、補足説明に関しては、対応する方法請求項に関する上記実施の形態を参照されたい。
部材に関する上記課題は、この部材が不透明石英ガラスから成るマトリクスを有し、このマトリクス中に透明石英ガラスから成る領域を、その体積分率が１５％未満になるように分布させる本発明によって解決される。
それ故に、本発明の部材では、ガラス質の石英ガラス領域は、不透明石英ガラスから成るマトリクス内に可能な限り均一に分散されて含まれる。少量の場合、ガラス質領域は光学的不純物として作用し、これによって部材の不透明性に寄与する。機械特性に関するガラス質領域の影響は無いか又は有るとしても無視することができるものである。
部材は、本発明の半製品を焼結することによって得られる。中実体、中空体が考慮されるか、又は部材は基体の上に不透明石英ガラス層を形成する。部材の表面近くの層は、概して、例えば先に引用した特許文献１に記載されているように、完全に透明な石英ガラスから成る。
ガラス質領域は、不透明なマトリクス内に、未焼結体のフィラメントから生じ「種特異性」材料から成る光学的不純物を形成する。上記で説明したように、未焼結体のフィラメントは、ＳｉＯ2マトリクス焼結後も完成した石英ガラス部材内に維持され続け、そして、透明なガラス領域の形態で、そうでなければ不透明石英ガラスマトリクス内に現れる。例えば、石英ガラス繊維の形態のフィラメントの場合、透明なガラス質領域は石英ガラス繊維をマトリクス内に焼結することによって生ずる。
「種特異性」の概念の定義に関しては、本発明による方法に関する実施の形態を参照されたい。
その種特異性によって、不透明石英ガラスマトリクス及び透明な石英ガラス領域は、類似する物理的特性及び化学的特性を有しているため、部材を高温において使用した時の応力形成が回避される。
透明な石英ガラス領域は、統計学的に分散されるか、又は結合的、平面的、若しくは立体的な形態で存在する。
本発明による部材の有利な実施の形態は、従属請求項から明らかになる。従属請求項に提示される部材の実施の形態が、本発明による方法に関する従属請求項に記載される方式によるものである限り、補足説明に関しては、対応する方法請求項に関する上記実施の形態を参照されたい。
以下に本発明を実施例及び図面に基づいてより詳細に説明する。
以下は、半導体ウェハ加工用の石英ガラス反応炉用フランジの製造に基づいて、且つ図１を参照しながら本発明による方法を例示的に説明する。
〔実施例１〕
均質の基本スリップ１が製造される。基本スリップ（ＳｉＯ2−水−スリップ）１０ｋｇを作るために、内側に石英ガラスがコーティングされた内容積約２０リットルのドラムミル中に、天然石英原料を溶融して得られた粒径２５０μｍ〜６５０μｍの範囲内の非晶質石英ガラス粒子２を８．２ｋｇ、伝導率が３μＳ未満である脱イオン水３を１．８ｋｇ混合した。石英ガラス粒子２は、高温塩素化法（Heisschlorierverfahren）で事前に精製する。クリストバライト含有量が１重量％未満になるように留意する。
均質の基本スリップ１が製造される。基本スリップ（ＳｉＯ2−水−スリップ）１０ｋｇを作るために、内側に石英ガラスがコーティングされた内容積約２０リットルのドラムミル中に、天然石英原料を溶融して得られた粒径２５０μｍ〜６５０μｍの範囲内の非晶質石英ガラス粒子２を８．２ｋｇ、伝導率が３μＳ未満である脱イオン水３を１．８ｋｇ混合した。石英ガラス粒子２は、高温塩素化法（Heisschlorierverfahren）で事前に精製する。クリストバライト含有量が１重量％未満になるように留意する。
この混合物を、固体含有率７８％の均質なベーススリップ１が形成されるまで、石英ガラスから成る粉砕ボールを用いてローラブラケット上で３日間、２３回転／分で粉砕する。粉砕が進むと、溶解したＳｉＯ2によってｐＨ値が約４に低下する。
続いて、こうして得たベーススリップ１から粉砕ボールを取り除き、或る量のフィラメント追加材料を石英ガラス繊維４の形態で、固体含有量が８２重量％になるまで混入する。
石英ガラス繊維４としては、サンゴバン（Saint Gobain）社より「Ｑｕａｒｔｚｅｌ Ｃｈｏｐｐｅｄ Ｓｔｒａｎｄｓ」の名称で販売されている高純度の石英ガラスから成る中実繊維が挙げられる。石英ガラス繊維４は、約１４μｍの外径を有し、平均長は約２０ｍｍである。石英ガラス繊維４は、連続混合によってベーススリップ１内に均等に分散される。
フィラメント追加材料で満たされているスリップを更に１２時間均質化する。こうして得られた均質なスリップ５の固体含有率は８２％であった。ＳｉＯ2固体全体における石英ガラス繊維４の重量分率（＝体積分率）は４％である。スリップ５中の他のＳｉＯ2粒子２は、約８μｍのＤ50値及び約４０μｍのＤ90値を特徴とする粒径分布を示す。
スリップ５は、市販の圧力鋳造装置の圧力鋳造型の中に注入され、多孔性合成膜の上で多孔性未焼結体６を形成しながら脱水される。未焼結体６は、半導体ウェハ加工のための石英ガラス反応炉用フランジの形態をしている。
結合水を除去するために、未焼結体６は約２００℃で５日間、換気炉内で乾燥され、冷却後、得られる多孔性半製品７が、概ね、製造される石英ガラスフランジ８のブロックゲージ上で機械的に加工される。
半製品７を焼結するために、半製品を焼結炉の中で換気しながら、１時間以内に１１５０℃〜１４８０℃の範囲内の加熱温度まで、上面層の耐熱性及び調整される透明度に応じて加熱し、この温度で維持する。冷却は、炉温度が５００℃になるまで１５℃／分の冷却速度で、そしてその後、炉を閉じた状態で調整せずに行われる。
こうして得た石英ガラスフランジ８について、超音波検査装置を使って亀裂を調べたところ、亀裂は見つからなかった。石英ガラスフランジ８は、内部で、小さく且つ相互に分離した透明石英ガラスから成る領域が均一に分散されている不透明石英ガラスマトリクスを特徴とする。
〔実施例２〕
ベーススリップ１は、実施例１の記載に従って製造及び均質化される。実施例１によるフィラメント追加材料の代わりに、均質なベーススリップ１に、平均粒径約５μｍ（Ｄ50値）の、球形の非晶質ＳｉＯ2粒子５を、固体含有量が８０重量％に達するまで混入する。代替的に、Ｄ50値が１５μｍ、３０μｍ若しくは４０μｍの粒子、又はそれらの混合物を用いることもできる。
ベーススリップ１は、実施例１の記載に従って製造及び均質化される。実施例１によるフィラメント追加材料の代わりに、均質なベーススリップ１に、平均粒径約５μｍ（Ｄ50値）の、球形の非晶質ＳｉＯ2粒子５を、固体含有量が８０重量％に達するまで混入する。代替的に、Ｄ50値が１５μｍ、３０μｍ若しくは４０μｍの粒子、又はそれらの混合物を用いることもできる。
こうして満たされたスリップを更に１２時間、２５回転／分の回転速度でドラムミル内にて均質化し、そしてこのスリップの固体含有量は８２％、密度は２．０ｇ／ｃｍ3になる。
スリップは、通常、フランジ型の中空空間を有する石膏型に注入され、この中で脱水される。石膏型の中空空間内壁には、石英ガラスウールが緩く且つ可能な限り規則的に張られている。ここで、石英ガラスウールの質量は、製造する石英ガラスフランジの合計質量の約２％になる（したがって約２体積％でもある）ように計測されている。
石膏型内での脱水後、上記で実施例１に基づいて記載されたように、未焼結体が乾燥させられ、機械加工され、こうして得られた半製品が焼結される。
こうして得られた石英ガラスフランジについて、超音波検査装置を使って亀裂を調べたところ、亀裂は見つからなかった。石英ガラスフランジは、内部で、透明石英ガラスから成るまとまりのある領域が分散されている不透明石英ガラスマトリクスを特徴とする。
Claims (15)
- 非晶質ＳｉＯ2粒子を含む懸濁液を生成し、該懸濁液から多孔性未焼結体を形成し、該未焼結体は乾燥され、不透明石英ガラスを形成しながら焼結によって圧縮される不透明石英ガラスの製造方法であって、未焼結体（６）が、ＳｉＯ2マトリクスと、該ＳｉＯ2マトリクス内に埋め込まれる石英ガラスフィラメント（４）とから形成され、該フィラメントの体積分率が、前記不透明石英ガラスの体積の１０％未満であることを特徴とする不透明石英ガラスの製造方法。
- 前記石英ガラスフィラメント（４）は、５μｍ〜１００μｍの範囲内の外径を有する石英ガラス繊維として存在することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記フィラメント（４）の体積分率は、前記乾燥している不透明石英ガラスの体積の５％未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
- 前記非晶質ＳｉＯ2粒子は、最大２００μｍまでの粒径を有し、１μｍ〜６０μｍの範囲内の粒径を有するＳｉＯ2粒子が最大体積分率を占めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ＳｉＯ2粒子は、５０μｍ未満であるＤ50値によって区別される粒径分布を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 前記ＳｉＯ2粒子は、ＳｉＯ2出発顆粒を湿式粉砕することによって製造されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非晶質ＳｉＯ2粒子のＳｉＯ2含有量が、少なくとも９９．９重量％であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
- 非晶質ＳｉＯ2粒子を含む懸濁液の鋳造成形及び乾燥によって生成される多孔性のＳｉＯ2マトリクスを含む不透明石英ガラス部材を製造するための半製品であって、前記マトリクス内に石英ガラスフィラメント（４）が埋め込まれ、前記フィラメントの体積分率が前記不透明石英ガラスの体積の１０％未満であることを特徴とする半製品。
- 前記石英ガラスフィラメント（４）は、５μｍ〜１００μｍの範囲内の外径を有する石英ガラス繊維として存在することを特徴とする請求項８に記載の半製品。
- 前記フィラメント（４）の体積分率が、５％未満であることを特徴とする請求項８又は９に記載の半製品。
- 前記ＳｉＯ2マトリクスのＳｉＯ2含有量が、少なくとも９９．９重量％であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の半製品。
- 請求項８〜１１のいずれか一項に記載の半製品を焼結することによって得られる部材であって、不透明石英ガラスから成るマトリクスを含み、該マトリクス内に、透明石英ガラスから成るガラス質の領域が分散されており、該領域の体積分率は１０％未満である部材。
- 石英ガラス繊維から成る前記透明なガラス質の領域は、５μｍ〜１００μｍの範囲内の外径を有して生成されることを特徴とする請求項１２に記載の部材。
- 前記透明なガラス質の領域の体積分率が、５％未満であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の部材。
- 前記不透明石英ガラスから成るマトリクスのＳｉＯ2含有量が、少なくとも９９．９重量％であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の部材。
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