JPH01119524A - シリカガラスの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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を製造する。

（従来の技術） シリカガラスは耐熱性、耐ｒ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、ＴＰＴ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１
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−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。

一般式Ｓ　ｉ　　（ＯＲ）　ａ　（Ｒ：アルキル基）於
いては、その重縮合物を含む）９例えば（ＲＯ）ｓＳ　
ｉ　・（Ｏ３１（ＯＲ）ｔ）−・Ｏ３１（ＯＲ）ｓ、　
　（ｎ＝ｏ〜８．Ｒ：アルキル基）に水（アルカリまた
は酸でｐ＋（を調整してもよい）を加え、加水分解し、
シリカヒドロシル（本発明に於い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
適当な雰囲気中な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問題点） しかし、ゾル−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ンクや割れが
発生し易（、クランクや割れのないモノリシックな大形
の乾燥チ′ルを歩留り良く製造することが困難となるこ
とである。

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。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ゾル−ゲル法によるシリカガラスの製造法に
於て、ゾル調整時に、２％（重量％）水溶液の２０℃で
の粘度が１００〜２００００センチポイズであるメチル
セルロースをシリコンアルコキシド１００重量部に対し
０．１〜１０．０重量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、シリコンアルコキシドに水又は水とアルコール
の混合溶液を加えて加水分解してシリカゾルを生成させ
る際、ノ′水、アルコール、又は水とアルコールの混合
溶液にあらかじめヒドロキシアルキルセルロースを添加
。

均一に溶解させておく。

添加するメチルセルロースの分子１は、２％水溶液の２
０℃での粘度が１００〜 ２００００センチポイズのもの、好ましくは５０００〜
１５０００センチポイズ、最も好ましくは１０００〜１
２０００センチポイズの範囲のものが使用でき、これら
は単独でも混合物でもよい。

メチルセルロースの分子量が２％水溶液の２０℃での粘
度で１００センチポイズ未満であると、有効な効果を得
るためには、かなりの量を系内に加える必要があり、後
のゲルの焼結ガラス化工程でクラックや割れが発生し易
くなる。一方１分子量が２％水溶液の２０℃での粘度で
２００００センチポイズを越えると、著しいゲル化促進
効果のため、均一なゲルを得ることは非常に困難となる
はかりでなく、ゲルの乾燥過程でゲル１酷析出した高分
子量のメチルセルロースが後の焼成過程に於いて分解、
燃焼する結果、ゲル中に大きな空隙が生じ、ガラス中に
欠陥として残留し易くなる。

添加するメチルセルロースの量はメチルセルロースの分
子量によって９選択されるべきである。比較的低分子量
のメチルセルロースの場合、シリコンアルフチ２１１０
０重量部に対して、０．１重量部未満の添加では、はと
んど効果はない、一方、比較的高分子量のメチルセルロ
ースの場合、シリコンアルコキシド１００重量部に対し
て１０．０重量部を越える添加では、著しいゲル化促進
効果のため。

均一なゲルを得ることは非常に困難となる。

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。水と共に加
えるアルコールについては特に制限しないが、水、アル
コキシドの両者に対する溶解性の点より。

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等を使用するのが好
ましい。

シリカガラスは、上記のようにして調整したシリカゾル
をシャーレ等の容器に移し、室温〜７０℃に保って、ゲ
ル化し１次いで室温以上の温度で数週間乾燥して、乾燥
ゲルとし。

更に公知の方法１例えば、空気中で１０００〜１４００
℃に昇温しで焼結することにより得られる。

（作用） メチルセルロースの添加効果の原因については、詳細は
不明であるが、ゾル中でのシリカ微粒子の生成の制御、
ゲル中でのこれらのシリカ微粒子間の結合、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
が可能となったものと考えられる。

実施例　１ ３モルのメチルアルコールと３モルの水とｏ、ｏｏｏｓ
モルのコリンを混イし、これに１５、２　ｇのメチルセ
ルロース（２％水溶液の２０℃での粘度で４００センチ
ポイズ）を添加し溶解させた。得られた溶液を１モルの
シリコメトキシド（Ｓｔ　（ＯＣＨｚ）　４）にゆっく
りと加え、さらに充分混合しシリカゾルを得た。これを
直径１５０ｍｍのテフロンでコーティングしたガラス製
シャーレに入れ、アルミ箔で密封し、室温でゲル化した
。その後、蓋に孔を　′開け、５０℃の恒温槽中で２週
間乾燥し、その後１２０℃の恒温槽に移して１日乾燥し
て。

直径約１２０＋＋ｖ＋の乾燥ゲルを得た。こうして得ら
れた乾燥ゲルのかさ密度は約０．６ｇ／ａｄであり、ク
ラックや割れは全くなかった。

得られたゲルを空気中１３００℃まで加熱焼結したとこ
ろ直径約８０＋ｎｍ、厚さ５１１１１１１のクランクや
割れのない透明なシリカガラスが得られた。このシリカ
ガラスは分析の結果、そのシリカガラスと一致した。

実施例　２ ２％水溶液の２０℃での粘ｒＨ＜　１５０　Ｑセンチポ
イズのメチルセルロース７．６ｇを３モルのメチルアル
コール、３モルの水、ｏ、ｏ。

０５モルのコリンとを混合した。以下実施例１と同様の
操作を行って乾燥ゲルを得た。得られた乾燥ゲルにはク
ラックや割れは全（なかった。

実施例　３ ２％水溶液の２０℃での粘度が４０００センチポイズの
メチルセルロース４．６ｇを３モルのメチルアルコール
、３モルの水、０．０００５モルのコリンとを混合した
。以下実施例１と同様の操作を行って乾燥ゲルを得た。

得られた乾燥ゲルにはクランクや割れは全くなかった。

実施例　４ ２％水溶液の２０℃での粘度が７０００〜１００００セ
ンチポイズのメチルセルロース３．８ｇを３モルのメチ
ルアルコール、３モルの水、ｏ、ｏｏｏｓモルのコリン
とを混合した。

以下実施例１と同様の操作を行って乾燥ゲルを得た。得
られた乾燥ゲルにはクランクや割れは全くなかった。

実施例　４ ２％水溶液の２０℃での粘度が７０００〜１００００セ
ンチポイズのメチルセルロース１．５２ｇを３モルのメ
チルアルコール、３モルの水、０．０００５モルのコリ
ンとを混合した。以下実施例１と同様の操作を行って乾
燥ゲルを得た。得られた乾燥ゲルにはクランクや割れは
全くなかった。

（発明の効果） 本発明によれば、クラックや割れのない大形のシリカガ
ラスをゾルゲール法により容易に製造可能となる。その
大きさは基本的には制約がなく、形状も板状、棒状、管
状等のいずれでも製造できる。

また２本発明によれば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、液晶表示用基経等に
も応用が拡大できる。

代理人　弁理士　廣　瀬　　　章

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   コンアルキシドを加水分解してシリカゾルとする段階で
   、２％水溶液の２０℃での粘度が１００〜２００００セ
   ンチポイズであるメチルセルロースをシリコンアルコキ
   シド１００重量部に対し０．１〜１０．０重量添加する
   ことを特徴とするシリカガラスの製造法。