JPH0259447A - シリカガラスの製造方法 - 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、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）　４　（Ｒ：アルキル基）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。例えば（ＲＯｈＳ　ｉ・　（Ｏ３１
（ＯＲ）ｚｌ　、・Ｏ３ｉ　　（ＯＲ）ｓ、（ｎ−（１
〜８、Ｒ：アルキル基））に水（アルカリ土類金属でｐ
ｉ−ｒ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ン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
セルソルブ、例えばエチルセルソルブ、メチルセルソル
ブ、ブチルセルソルブ等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セルソルブ
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。

セルソルブと共に用いられる溶媒成分としては、メチル
アルコール、エチルアルコール、１−プロピルアルコー
ル、２−プロピルアルコール、ブ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、溶媒及び水と
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〜２００℃で数時
間〜数１０日放置、適当な雰囲気下で１０００〜１４０
０℃に５０へ・４００℃／時間の昇温速度で加熱する等
である。

（作用） セルソルブ、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：メチルセルソルプ−ＩＦＩ
のモル比になるように調整し、メタノールをメチルセル
ソルブと同量加えて攪拌し、更にｆり酢酸ビニルをシリ
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０．０１　ｍ
ａｔ／ム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２００鶴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（１ｍ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１３００℃まで６０℃／時間の速度
で昇温加熱してクランクや発泡ｔ４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；メチルセルソルブ−１＝１
のモル比になるように調整し、メタノールをメチルセル
ソルブ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０．０１　ｍ
ｏｌ／　１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 溶媒としてメチルセルソルブを用いず、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セルソルブを含む溶媒を使用
   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。