JPH0214836A - 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。

−ｒ式Ｓｉ（ＯＲ）ｎ　（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）ｚｓｉ（Ｏ３ｉ（ＯＲ））ｎＯｓｉ（ＯＲ）３
（ｎ　＝　Ｏ〜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。

このゾル−ゲル法には以下の特長がある。

ｆｉｌ　ＳｉＣｌ２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ックや割れが発生
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ッ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一応力、ｒ＝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
ッ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、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Ｈ） 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、ジアセトンアルコ
ール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 （ＣＩｌｓＯ）　ｉｓｉ　（Ｏ５ｉ　（ＯＣＩＩｓ）　
ｚ）　ｎ０５ｉ　（ＯＣＨＩ）　３　（ｎ　＝　０〜８
　）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、Ｏ℃〜
１００℃で数分〜数１０日放置、室温〜１００℃で数時
間〜数ｌＯ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（Ｓｉ　（ＯＣＨｚ）　ａ＞
　ニジアセトンアルコール（（Ｃ１１３）ＩＣ（Ｏｌｌ
）Ｃ１１２ＣＯＣ１１２）　　＝　ｌ　：　１０モル比
になるように調整し、メタノールをジア七トンアルコー
ルと同量加えてＰｊｌ拌し均一溶液とした。このン古漬
に４度が０．０１　ｍｏｌ／　ＩＩのアンモニア水を５
ｉ（ＯＣｔＬ＋）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　ｕの
テフロンをコーティングしたガラスシャーレに深さ】０
鶴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ｌＯ日間乾燥、その後１７０
℃まで３０℃／日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℃／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１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　（ＯＣＨｓ）　ａ）
　　’ジアセトンアルコール １のモル比になるように調整し、エタノールをジアセト
ンアルコールの半量加えて攪拌し均一溶液とした。この
？容ン＆に２９度が０．　０　１　ｍｏｌ／　１のアン
モニア水をＳｉ　（ＯＣｔｌ＋）　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Ｌｏｓｍ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°Ｃで
１０日間乾燥、その後１５０℃まで３０℃７日の速度で
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１００℃／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。

（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。

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ジアセトンアルコールを添加す
   ることを特徴とするシリカガラスの製造法。