JPH0214832A - 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の製造法に関する。

（従来の技術） 近年、シリカガラスの新たな製造法として注目をあびて
いるのが、ゾル−ゲル法である。

ゾル−ゲル法によるシリカガラスの製造法は次の通りで
ある。

一般式Ｓｉ　（ＯＲ）　ａ　（但しＲはアルキル基を表
す）で示されるシリコンアルコキシド及び／又はその重
縮合物、例えば （ＲＯ）＋５ｉ（Ｏ５ｉ（ＯＲ））ｎＯ５ｉ　（ＯＲ）
＋（ｎ　＝　０〜Ｂ　）に水（あらかじめ触媒として酸
、アルカリを加えておいてもよい）を加え、加水分解し
シリカヒドロシルとする。この時、シリコンアルコキシ
ドと水とが均一な系となる様に溶媒として適当なアルコ
ールを加えてもよい。このシリカゾル溶液を静置、昇温
、ゲル化剤添加等によりゲル化させる。

その後、ゲルを乾燥することによりシリカゲルとする。

この乾燥ゲルを適当な雰囲気中で焼結することによりシ
リカガラスを得る。

このブルーゲル法には以下の特長がある。

ｆｉｌ　５ｉＣ１，等を原料とする火炎加水分解等によ
り生成するスートを焼結してガラス化する従来の気相化
学蒸着法よりも低温で製造できるため、省エネルギーで
低コスト化できる。

（２）原料として液体状態で使用可能のため、精製が容
易に行え高純度化できる。

（３）室温で液相混合できるため、他成分と混合した場
合も均質かガラスができる。

このように種々の特長をもつゾル−ゲル法によるシリカ
ガラスの製造にもまだ未解決の問題が残されている。

特にゲルを乾燥する過程でゲルにクランクや割れが発生
し易く、モノリシックな大形の乾燥ゲルを歩留りよく製
造することが困難であるという問題である。クランクや
割れの発生する原因の一つにゲル乾燥時に水やアルコー
ル等の蒸発に伴いゲル中に応力が発生し、この応力がゲ
ルの強度より大きいとゲルはクランクや割れが発生する
と考えられている。またこの応力は次式 ％式％ （ΔＰ＝応力、Ｔ＝表面張力、θ＝ぬれ角、ｒ＝細孔径
）で表されるように、表面張力が大きい程また細孔径が
小さい程大きくなる。

そこでこのような割れやクランクを防止する方法として
、ゾル溶液中の水の量を多くしてゲル強度を上げる方法
、加水分解温度を高くして細孔径を大きくする方法など
の方策が講じられている。

又、特開昭６１−１８３１２９号公報には、割れやクラ
ンクを防止するため沸点が水より高い溶媒、例えばｌ−
ブタノール、ｌ−ペンタノール、ｌ−ヘキサノール、ト
ルエンをシリコンアルコキシドに添加する方法が提案さ
れている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記の方法ではいずれも十分に大きな乾燥
ゲル体を得るのは困難で、シリカガラス体となった時の
寸法があまり大きなものは得られなかった。

本発明は、クランクや割れの発生しないシリカガラスの
製造を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、ゲル乾燥中、水やアルコール等の蒸発に伴っ
て発生する応力がクランクや割れの一因になるものと考
え、このような大きな応力の発生を回避するために、シ
リコンアルコキシドの溶媒として、メチルセルソルブ、
エチルセルソルブ等のセルソルブを用いるものである。

本発明に用いるシリコンアルコキシドはシリコンアルコ
キシド単量体のみでなく重縮合物を用いてもよい、例え
ば （Ｃ１１，０）　５ｓｉ（Ｏ５ｉ　（ＯＣｔｌｓ）　ｚ
）ｎＯ５ｉ　（ＯＣＩｌｚ）　３　（ｎ　＝　Ｏ〜Ｂ　
）を挙げることができる。これらは一種でも複数でも使
用可能である。シリコンアルコキシドのアルキル基とし
ては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が
好ましい。

加水分解のために加える水は予め触媒として塩酸、硝酸
などの鉱酸、ギ酸、酢酸などの有機酸、また塩基として
アンモニアばかりでなくエチレンジアミンなどの有機塩
基を加えておいても良い。

シリコンアルコキシドに添加するセルソルブの添加量は
シリコンアルコキシドに対して０．１〜５゜０倍（モル
比）が好ましい、また通常使用されるエタノール等のア
ルコールを併用することもできる。ざらにケトン類、エ
ステル類を併用することもできる。

シリコンアルコキシドとセルソルブ及び水とは生成する
ゾルをできるだけ均一なものとするためにスター５など
を用いてよく混合する。また超音波を照射してもよい。

ゾル調整時にシリカの微粒子を加えても良い。

生成したゾル溶液は手早く他の容器に移してゲル化させ
る。ゲル化時には生成したゲルからの溶媒の発散を防ぐ
ために容器を密封することが好ましく、またゲル化時の
温度は０℃以上が好ましい。

乾燥する工程では穴のある蓋に代えて、適当な雰囲気下
で乾燥収縮固化させて乾燥ゲルとする。

その後ゲル−ゾル法で焼結することによりシリカガラス
を製造する。

ゲル化する工程、乾燥する工程、焼結する工程は一般に
用いられる条件が使用される。例えばそれぞれ、０℃〜
１００℃で数分〜数ｌＯ日放置、室温〜１００℃で数時
間〜数１０日放置、適当な雰囲気下で１０００〜１３０
０℃に５０〜ｂ 実施例１ エチルセルソルブとテトラメトキシシランを重量比で１
１対ｌＯの割合で混合し均一な溶液を作成し、さらにコ
リンの０、Ｑ１ｍｏｌ／ｆｆ水ン容ン夜をテトラメトキ
シシランに対して重量比で０．６４倍添加し、充分混合
してシリカゾルを得た。得られたゾルを直径２００ｕの
テフロンをコーティングしたガラスシャーレに深さ１０
龍まで入れ密封して室温でゲル化させ５日放置した。そ
の後６０℃で７日間乾燥、さらに１２０℃で１日乾燥し
て直径約１６０ｍ５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０．６５ｇ／ｃ＋ｄでありクラ
ックや割れのないものであった。この乾燥ゲルを空気中
１２５０℃まで６０℃／時間の速度で昇温加熱してクラ
ンクや発泡などのない直径約１００ｍｍのシリカガラス
を得た。このシリカガラスには失透や気泡はなく品質の
高いものである。又分析の結果、このシリカガラスは市
販のシリカガラスとその特性が一致した。

実施例２ メタノール：エチルセルソルブ＝７：３の体積比になる
ようにした混合溶媒を使用する以外は実施例１と同様に
して直径約１２０１の乾燥ゲルを得た。こうして得られ
た乾燥ゲルはクラックや割れのないものであった。この
乾燥ゲルを実施例１と同様にして加熱してクラックや発
泡などのない直径約８０ｍｍのシリカガラスを得た。こ
のシリカガラスには失透や気泡はなく品質の高いもので
ある。又分析の結果、このシリカガラスは市販のシリカ
ガラスとその特性が一致した。

（発明の効果） 本発明によれば、大型のシリカガラスをゾルゲル法によ
りクランクや割れを発生ずることなく、容易に製造が可
能となる。その大きさは基本的には制約がなく形状も板
状の物に限らず棒状、管状のものも製造可能となり従来
よりも安価に製造することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シリコンアルコキシドを加水分解してゾル溶液とす
   る工程、ゾルをゲル化する工程、ゲルを乾燥する工程及
   び焼成する工程とからなるシリカガラスの製造において
   、ゾル溶液とする工程でセルソルブを添加することを特
   徴とするシリカガラスの製造法。