JPH0259446A - 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） シリカガラスは耐熱性、耐食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、
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）　、　（Ｒ：　フルキル基）
で表わされるシリコンアルキシド（本発明に於いては、
その重縮合物を含む０例えば（ＲＯ）ｓｓｉ・　（Ｏ３
ｉ　（ＯＲ）ｇ）　−・ＯＳ　ｉ　　（ＯＲ）！、（ｎ
−０〜８、Ｒ：アルキル基））に水（アルカリ土類金属
でｐＨ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
囲気中で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く、クランク
や割れのないモノリシックな大形の乾燥ゲルを歩留り良
く製造することが困難である。

本発明はクラン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、シリコンアルコキドの溶媒として
ｌ−メチル−２−ピロリドンを含む溶媒を使用する共に
ポリ酢酸ビニルを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。またこれらのシリコンアルコキシドを部分的に
重合させたものを用いることもできる。

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。

ポリ酢酸ビニルの分子量については本発明では特に限定
を設けないが、水、溶媒への溶解性、ゾル中でのシリカ
微粒子の成長の度合に応じて選択される。

シリコンアルコキシドの溶媒として使用する１−メチル
−２−ピロリトーンの量に関しては本発明では特に限定
を設けないが、ゾル中でのシリカ微粒子の成長の度合に
応じて選択される。

ｌ−メチル−２−ピロリドンと共に用いられる溶媒成分
とし、では、メチルアルコール、エチルアルコール、ｌ
−プロピルアルコール、２−プロピルアルコール、メチ
ルアルコール等のアルコール類、ジメチルエーテル等の
エーテル類、アセトン、エチルメチルケトン等のケトン
類、酢酸エチル等のエステル類の少なくとも一種が使用
可能である。

シリコンアルコキシドとポリ酢酸ビニル、？？ｉ媒及び
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
にスターク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（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
で乾燥数ｗ１固化させて乾燥ゲルとする。

その後ゲル−プ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〜２００℃で数時
間〜数１０日放置、適当な雰囲気下で１０００〜１４０
０℃に５０〜ｂ （作用） ｉ−メチル−２−ピロリドン、ポリ酢酸ビニルの作用に
ついては不明であるが、ゾル中でのシリカ微粒子の生成
、成長の制御、乾燥過程でゲル中に発生する応力の緩和
に寄与し、ゲルの大形化が可能になったものと考えられ
る。

実施例１ シリコンテトラメトキシド：１−メチル−２−ビロリド
ンー１：１のモル比になるように調整し、メタノールを
１−メチル−２−ピロリドンと同量加えて攪拌し、更に
ポリ酢酸ビニルをシリコンテトラメトキシド１００重量
部に対して１０重量部添加し均一溶液とした。この溶液
に濃度が０．０１ｍｏｌ／ｊ！のコリン水溶液をシリコ
ンテトラメトキシド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２００１ｍｌ
のテフロンをコーティングしたガラスシャーレに深さ１
０鶴まで入れ密封して室温でゲル化した。ゲル化した後
人のある蓋に代えて６０℃で１４日間乾燥、その後１７
０℃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１３００℃
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＝１−メチル−２−ピロリド
ン＝１：１のモル比になるように調整し、メタノールを
フルフリルアルコールの半量加えて攪拌し、更にポリ酢
酸ビニルをシリコンテトラメトキシドｌｏｏｍｍ部に対
して１０重量部添加し均一溶液とした。この溶液に濃度
が０．０１　＋ｗｏｌ／　Ｉｔのコリン水溶液をシリコ
ンテトラメトキシド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。

以下実施例１と同様の操作を行って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。

比較例 溶媒として１−メチル−２−ピロリドンを用いず、メタ
ノールのみを用いた以外は実施例１と同様の操作を行っ
た結果、乾燥中ゲルにクランクや割れが発生し易かった
。

（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。

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、シリコンアルコキ
   シドを加水分解してシリカゾルとする段階で、シリコン
   アルコキシドの溶媒として１−メチル−２−ピロリドン
   を含む溶媒を使用すると共にポリ酢酸ビニルを添加する
   ことを特徴とするシリカガラスの製造法。