JPH01119537A - 透明石英ガラス成形体の製造方法 - 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） 、］本発明は球状シリカ粒子の焼成による透明石英ガラ
ス成形体の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来よシ球状シリカ粒子から透明石英ガラス成形体を得
る方法が検討されている。その代表的な方法は５ａｃｋ
ｓら（、Ｔｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃ
ａｎＣｅｒａｍｉｃ　　５ｏｃｉｅｔｙ、Ｖｏｌ、Ａり
、ムざ、Ｐ、！；２１．−４３７゜／９１ｒダ）および
Ｔｓｅｎｇら（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａ
ｌＳｃｉｅｎｃｅ、　２／　、　Ｐ、３６／！ｒ〜３＆
λｔａ　、　ｔｑｇｂ）により開示されている。

５ａｃｋｓらおよびＴｓｅｎｇらの方法は、透明石英ガ
ラス成形体を得るためには球状シリカ粒子を充填した時
に粗大なポアーが無くシャープなポアー分布が必要であ
るとし、これを達成するためには単分散球状シリカ粒子
を最密充填したグリーン成形体が必要であるとの認識に
立っており、成形方法としてＯ，Ｓμｍ以下の単分散球
状シリカ粒子が良く分散したスラリーを長時間静置して
粒子の重力沈降によりグリーン成形体を得る方法（以後
「沈降成形法」と呼ぶ）を採用し１いる。この方法によ
り粒子は凝集することな１．Ｓ ！カ沈降し、したがって凝集塊相互の充填に帰因する粗
大なポアーがほとんどなく、粒子相互のｔＪゐ 間に生じるボアーのみかレフヤープなボアー分布を持つ
グリーン成形体を得ておシ、さらに該成形体を焼成して
透明石英ガラス成形体を製造している。５ａｃｋｅらの
方法は粗大な／　００　ｎｍ以上のボアーをなくしボア
ー分布をシャープにすることが重要であることを示して
いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら５ａｃｋｓらが採用した沈降成形法ではサ
ブミクロンの微細な粒子を重力沈降させ細片しか得られ
ないという問題点を有しているため、グリーン成形体の
成形方法の改良が望まれている。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らはこの様な従来技術の難点を克服すべく鋭意
検討した結果、特定の分散媒中で良好に分散した球状シ
リカ粒子スラリーを用い、特定の成形法を採用すれば必
ずしも最密充填構造という思想に捉われずとも（重力沈
降法を採用せずとも）粗大なボアーのないグリーン成形
体を得ることができることを見出し、本発明に到達した
。

しかして本発明の要旨は／）平均粒径が０．０５〜７．
３μｍであシ、かつ粒径の標準偏差値（σ）が１．５以
下である球状シリカ粒子を水酸基を有する極性分散媒体
液中に分散させてなるスラリーをスリップキャスト法、
濾過法または蒸発乾固法又はドクタープレード法によっ
て成形した後、成形助剤としてバインダーを添加するこ
とを特徴とする　−二７　　　　　１　　　明石英ガラ
ス成形体の製造方法に存する。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明で使用するシリカ粒子は充填性の良い球状粒子を
用いる。さらに該球状粒子を焼成して石英ガラスとする
ため、粒子は非晶質である必要がある。また、粒子を分
散させる分散媒には水酸基を有する極性分散媒体液を用
いてシリ自 刃粒子分散スラリーを得る。シリカ粒子分散スラリーに
対しては必要に応じてバインダー、分散剤、消泡剤等の
添加物が用いられる。

まず本発明では球状シリカ粒子は平均粒径Ｑ、θＳ〜ハ
！μｍの範囲で、よシ好ましくは平均粒径ｏ、ｉ〜／、
０μｍの範囲で標準偏差値（σ）が／、ｊ以下のものを
用いる。これは平均粒径がｏ、ｏｇμｍよシ小さい粒子
を使うと粒子全体の表面積が大□きくなりてスラリーの
粒子分散性が低下し高密度成形体が得られないため好ま
しくなく、また平均粒径が八Ｓμｍより大きい場合は粒
子相互の間に／　００　ｎｍ以上の粗大なボアーが形成
され、得られないからである。また、粒径の標準偏差値
（σ）が八５より大きい粒子を用いると粒子の充填およ
び粒子相互の間に形成されるボアーが均一にならず、焼
結および緻密化が十分に進行しないため好ましくない。

次に、分散媒は水酸基を持った極性分散媒体液であれば
いかなるものでもよいが、好適には水、アルコール、グ
リコール等を用いこれに前記球状シリカを加えて超音波
分散器等で十分に分散させてシリカ粒子分散スラリーと
する。

成形後のグリーン成形体に強度を付与する必点け５ａｃ
ｋｓらの従来法である重力沈降法による場合、バインダ
ーをスラリーに添加するとそれ以前には如何に良好な分
散状態にあったとしても沈降して成形される迄にはシリ
カ粒子は無視し得ない程度の凝集を生起する傾向にある
ので、バインダーの添加がはソ不可能であるが、本発明
方法では何ら問題を生ずることなく添加できるので、最
終的な成形体として極めて強固な製品を提供し得ること
となり、この点で、本発明は格段に優れた製造法の道を
拓いたものである。

バインダーの種類は特に限定されないが、水を分散媒と
した場合にはポリビニルアルコール等の水溶性高分子が
好適に用いられ、アルコール、グリコールを分散媒とし
た場合には、ポリエチレングリコール、ポリビニルブチ
ラール等が好適に用いられる。またバインダーの添加量
は特に限定されないが、通常はシリカ粒子に対して／　
０　會ｔ％以下が良い。さらに必要に応じて分散剤、消
泡剤等の添加物を加えても良い。これらの条件はスラリ
ー中のシリカ粒子の分散を阻害することなく、シかも以
下に述べる方法で得られるグリーン成形体に対してノ・
ノドリング時に必要な強度を与えるためのものであり、
この方法を用いることによりて大型かつ複雑形状の透明
石英ガラス成形体を容易に作製することができる。

次に前記のように調整したシリカ粒子分散スラリーをス
リップキャスト法、濾過法、蒸発乾固法又はドクタープ
レード法で成形する０ス、リップキャスト法では所定の
セラコラ型にシリカ粒子分散スラリーを流し込んで、分
散媒をセラコラ型に吸収させ、セラコラ型内壁にシリカ
粒子の着肉層を形成させた後、これをセラコラ型から取
りはずしさらに乾燥してグリーン成形体を得る。−適法
では、球状シリカ粒子の粒径より小さい目開きのフィル
ターを用い、球状シリカ粒子分散スラリーを加圧または
減圧濾過して分散媒を除去することによりフィルター上
にシリカ粒子が充填したケーキを作る。該ケーキをさら
に乾燥することによってグリーン成形体を得る。蒸発乾
固法では球状シリカ粒子分散スラリーを所定の容器に入
れた後、分散媒の沸点以下に加熱して分散媒を除去する
ことにより容器内にシリカ粒子が充填したケーキを作る
。該〆キをさらに乾燥することによってグリーン成形体
を得る。またドクタープレード法では球状シリカ粒子を
、バインダー、可塑剤、開孔剤、分散媒などからなるス
ラリーをドクタープレードで一定の厚みになるようにキ
ャリアーテープ上に塗り乾燥によって分散媒を揮発させ
固化させて、テープ状成形体を得る。

このような条件での成形によって／　００　ｎｍ以上ヤ
稗犬なボアーがなくシャープなポアー分布よｉＣ：１ を持つグリーン成形体が得られるのである。すなわち本
発明においては球状シリカ粒子を水酸基を持った極性分
散媒体中に分散させるのでシリカ粒子は安定分散ししか
も分散媒除去の過程でも粒子同志の凝集塊は発生せずし
たがって凝集塊相互の充填に帰因する粗大なボアーは形
成されず、球状粒子相互の間に形成される小さなポアー
のみからなるシャープなボアー分布を持つグリーン成形
体が得られるのである。

そして、本発明方法では、前記の分散媒除去をスリップ
キャスト法、濾過法、蒸発乾固法又則となり、粒子が規
則的に配列する最密充填構造とはなり難いと考えられる
。透明石英ガラス成形体を得るために必要なシャープな
ボアー分布は、５ａｃｋｓらおよび’ｒｓｅｎｇらが教
えるように、通常、最密充填構造を前提とする。しかし
ながら、本発明者らの知見によれば、分散性良好なシリ
カ粒子分散スラリーを用いるならば最密充填構造に捉わ
れずとも粗大ポアーのないシャープなボアー分布が達成
されるのであり、本発明はかかる意外な事実を基に完成
されたものである０ 以下、本発明を実施例にて具体的に説明するが、本発明
はその要旨を超えない限り、これら実施例のみに限定さ
れるものではない。

実施例１ 平均粒径ｏ、ｔＩμｍ１標準偏差値（σ）＝　／、／の
球状シリカ粒子／ｇを蒸溜水２ｇに加え超音波分散機で
３０分間分散させてシリカ粒子分散スラリーを得た。該
スラリーを内径コーの耐熱ガラス容器に移して容器ごと
７０℃に加熱して蒸溜水を蒸発させることによって直径
−副厚さ０．２３ｃｆｎのベレット状グリーン成形体を
得、さらに該成形体を７２０℃で一ダ時間乾燥した。該
乾燥後成形体のボアー分布を水銀圧入法により測定した
結果、１１００ｒｓ以上の粗大なポアーは存在し　・な
かった。また該乾燥後成形体の粒子充填率は６１ＩｖＯ
１，％でｂった。次に該乾燥後成形体を６０℃／ｈで１
２００℃まで加熱した後、１２００℃で５時間保持する
ことによって直径／ニアｃｍ厚さ０．２譚の透明な石英
ガラスのペレットが得られた。

実施例コ 平均粒径ｏ、ｌＩμｍ１標準偏差値（σ）−／、／の球
状シリカ粒子１０９を５９の蒸溜水に加えて超音波分散
機で３０分間分散させてシリカ粒子分散スラリーを得た
。該スラリーの一部をｊ　ｃｍ　Ｘ　、？ｍ×θ、１Ａ
ｃｒｎの内容積を持つセラコク型に流し込んだ後１時間
静置して蒸溜水をセラコラ型に吸収させ、その後成形体
をセラコラ型から取り出した。該成形体を室温で２ｑ時
間放置した後さらに９０℃でＪｅ時間乾燥した。該乾燥
後成形体中には／　００　ｎｍ以上のボアーは存在せず
、粒子充填率はｔ、　２ｖｏ１．　％であった。該乾燥
後成形体を実施例１と同一条件で焼成することによりコ
、ｊｃＭＸ、２．．ｔ、Ｘθ、３ダ創の透明石英ガラス
成実施例ユと同一の条件でシリカ粒子分散スラリーを得
た。該スラリーの一部を０．３μｍの目開きのフィルタ
ーを用い、直径へ！；ｃｍの濾過面積のｐ過器中で減圧
潟過することにより直径／Ｊａｎ厚さ０．２ｃｒｎのペ
レット状成形体を得た。該成形体の乾燥条件は実施例−
と同じとした。得られた乾燥後の成形体中には１１００
℃以上のボアーは存在せず粒子充填率は６コマ０１０％
であった。

該成形体を実施例コと同じ条件で焼成することにより直
径へコの厚さ０．１７ｃｍの透明な石英ガラスのペレッ
トが得られた。

実施例ｑ 分散媒としてエチレングリコール２ｇを用いたこと以外
は実施例／と同一条件でシリカ粒子分散スラリーを得た
。該スラリーを内径ツーの耐熱ガラス容器に移して容器
ごと／！；Ｏ℃に加熱してエチレングリコールを蒸発さ
せることによって直径２ｃｔｎ厚さ０．２２ｃｍのペレ
ット状成形体を得た。該成形体中には１１００℃以上の
粗大なボアーは存在せず、粒子充填率は４　Ｊ　ｖｏ：
Ｌ、％であった。該成形体を１０℃／ｈで１Ｉｏｏ℃ま
で加熱した後引き続いて１．０℃／ｈで１２°θ０℃ま
で加熱し、１２００℃で３時間保持することによりて直
径／、７ｃＷ１厚さ０−２Ｃｒｎの透明な石英ガラスの
ペレットが得られた。

実施例Ｓ 分散媒としてエタノールコＩを用いたこと以外は実施例
／と同一条件でシリカ粒子分散スラリーを得た。該スラ
リーを内径２Ｃｒｌｌの耐熱ガラス容器に移してそのま
ま室温で２弘時間乾燥し次いで９０℃で２９時間乾燥す
ることにより直径コの厚さ０．２３ｍのペレット状成形
体を得た０核酸形体中には／　００　ｎｍ以上のボアー
分布は存在せず粒子充填率は／ｓ　２　ｖｏｗ、％であ
った。該成形体を実施例／と同一の条件で焼成すること
により直径へ７謂厚さ０．２（Ｍの透明な石英ガラスの
ペレットが得られた。

実施例６ 平均粒径０．１７μｍ１標準偏差値（σ）＝へ／の球状
シリカ粒子１５ｇを蒸溜水７Ｉに加えて超音波分散機で
３θ分間分散させた後膣スラリーに／　Ｏｗｔ％濃度の
ポリビニルアルコール水溶液？、＆　、９を加えさらに
超音波分散機で３０分間分散させてシリカ粒子分散スラ
リーを得た。該スラリーを内径６ｔＭのテフロン容器に
移してそのまま室温でｌＩｇ時間乾燥した後さらに９０
℃で２ｑ時間乾燥して直径６ｃｆｒ１厚さ００−１Ｉｒ
の成形体を得た。該成形体中には１００ｎｒｎ以上の粗
大なボアーは存在せず、粒子充填率は６　／　ｖｏｌ、
％であった。該成形体を実施例亭と同一の条件で焼成す
ることによって直径５副厚さ０．３３ｃｒｎの透明な石
英ガラス成形体が得られた。

比較例／ 分散媒としてシクロヘキサン３ｇを用いたこと以外は実
施例１と同一の条件でシリカ粒子分散スラリーを得た。

該スラリーを内径：ｔｃｍのガラス容器に移してそのま
ま室温で、２ダ時間乾固して直径２ｃｒｎ厚さ０．２４
ｃｒｎのペレット状成形体を得た。該成形体中には１１
００℃以上の粗大なボアーが全ボア一体積に対して２６
チ存在し、粒子充填率は！　Ａ　ｖｏｌ、％であった。

該成形体を実施例／と同一の条件で焼成したが、焼結体
中にはポアーが残存し不透明のままであった。

比較例λ 平均粒径ｏ、ｑμｍ１標準偏差値（σ）＝　１．ｌの球
状シリカ粒子１５ｇを蒸溜水！００ｇに加え、さらにア
ンモニア水でｐＨ＝１０に調整した後、超音波分散機で
３０分間分散してシリカ粒子分散スラリーを得た（　５
ａｃｋｓらの方法）０該スラリーを内径６−の容器に移
してｔ週間静置することにより沈降成形した。うわずみ
液を除去した後、成形体を室温で乾燥したがその過程で
成形体は割れて約／口角厚さｏ−’Ｉ　ｃｍ程度の細片
しか得られなかった。

（発明の効果） 本発明方法によれば簡便かつ短時間の成形で粗大なポア
ーがないグリーン成形体を歩留シ良く得られ、したがっ
て該成形体を焼成することによシ透明シリカガラス成形
体を歩留り良く製造できるものであり、その工業的価値
は犬である。

出　願　人　　三菱化成工業株式会社 代　理　人　弁理士長谷用　　− ほか／名

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平均粒径が０．０５〜１．５μｍであり、かつ粒
   径の標準偏差値（σ）が１．５以下である球状シリカ粒
   子を水酸基を有する極性分散媒体中に分散させてなるス
   ラリーをスリップキャスト法、ろ過法、蒸発乾固法又は
   ドクタープレード法によって成形した後、該成形体を焼
   成することを特徴とする透明石英ガラス成形体の製造方
   法。
2. （２）スラリー中に成形助剤としてバインダーを添加す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の透明石
   英ガラス成形体の製造方法。