JPH0214835A - 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５ｉ（ＯＲ）４（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）　３Ｓｉ　（Ｏ３ｉ（ＯＲ））ｎＯ５ｉ　（Ｏ
Ｒ）　３（ｎ　＝　０〜８　）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。

（ＩＩ　５ｉＣＩ４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（、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。クラックや
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、「＝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１−
ブタノール、ｌ−ペンタノール、１−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、Ｎ、Ｎ−ジメチルア
セトアミド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（重縮合物を用いてもよい、例え
ば （ＣＨｓＯ）＋５ｉ（Ｏ３ｉ（ＯＣｌｌｓ）ｚ）ｎＯ５
ｉ（ＯＣＩＩＩ）ａ　（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ジアセトンアルコール
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。

シリコンアルコキシドとジアセトンアルコール及び水と
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
ターラ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１０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 シリコンテトラメトキシド（Ｓｔ　（ＯＣＨ３）　ａ）
　：　Ｎ　。

Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＣＨａＣＯＮ（ＣＨｉｈ）
　＝　１　：ｌのモル比になるように調整し、メタノー
ルをＮ。

Ｎ−ジメチルアセトアミドと同量加えて攪拌し均一溶液
とした。この溶液に濃度が０．０１　ｎｏ１７７！のア
ンモニア水をＳｉ　（ＯＣＲ＊）　ａ　　１モルに対し
４モル加え充分混合してシリカゾルを得た。得られたゾ
ルを直径１５０龍のテフロンをコーティングしたガラス
シャーレに深さｌＯ鰭まで入れ密封して室温でゲル化し
た。ゲル化した後入のある蓋に代えて６０℃で１０日間
乾燥、その後１７０℃まで３０℃／日で昇温し乾燥して
クラックや割れのない乾燥ゲルを得た。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 シリコンテトラメトキシド（Ｓｉ（ＯＣＩ＋２）４）　
　：Ｎ。

Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＣＨｓＣＯＮ　（Ｃ１ｈ）
　ｘ）　＝２：１のモル比になるように調整し、エタノ
ールをＮ、　Ｎ−ジメチルアセトアミドの半量加えて攪
拌し均一ン古漬とした。この？各法に濃度がｏ、ｏｉｍ
ｏｌ／Ａのアンモニア水を５ｉ（ＯＣＩｈ）４１モルに
対し４モル加え、充分混合してシリカゾルを得た。得ら
れたゾルを直径１５０　ｍのテフロンをコーティングし
たガラスシャーレに深さｌＱｍａまで入れ密封して室温
でゲル化した。ゲル化した後、穴のある蓋に代えて６０
℃で１０日間乾燥、その後１７０℃まで３０℃／日の速
度で昇温し乾燥してクランクや割れのない乾燥ゲルを得
た。この乾燥ゲルを空気中１２５０℃まで６０°Ｃ／時
間の速度で昇温加熱してクラックや発泡などのないシリ
カガラスを得た。このシリカガラスには失速や気泡はな
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することなく、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（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。

又、本発明によりシリカガラスは、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のこと、これまで高価格
のため使用されていなかった分野での需要の拡大も可能
となる。

代理人　弁理士　廣　瀬　　　章

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Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド
   を添加することを特徴とするシリカガラスの製造法。