JPH03141122A - 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、半導体の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
拡大している。

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
必要となるほか、更に高純度のものが得に（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Ｓｉ　　（ＯＲ）４　（Ｒ＋アルキル基）で表わ
されるシリコンアルコキシド（本発明においては、その
重縮合物を含む）、例えば（ＲＯ）：＋Ｓｉ・（Ｏ８１
（ＯＲ）２）ｎ　・Ｏ８ｉ　　（ＯＲ）（ｎ＝ｏ　〜８
、Ｒ：アルキル基）に水（アルカリまたは酸で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
（本発明におい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等の有機溶媒が添加さ
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課題） 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ックや割れが発生し易く、クラック
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となることである。

本発明はクラッ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。

（課題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
おいて、ゾル調製時に、ポリビニルイミダゾリンを添加
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、又は
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。シリコンアルコキシドに水、又は水とアル
コール等の有機溶媒の混合溶液を加えて加水分解してシ
リカゾルを生成させる際、アルコール等の有機溶媒、又
はアルコール等の有機溶媒と水の混合溶液にあらかじめ
ポリビニルイミダゾリンを加え、均一に溶解させておく
。

ポリビニルイミダゾリンは、水と相溶性のある有機溶媒
に溶解するものが望ましい。

ポリビニルイミダゾリンの側鎖のアルキル基としてはメ
チル基、エチル基等の低級アルキル基が望ましい。

ポリビニルイミダゾリンの分子量は、アルコール等の有
機溶媒、又はアルコール等の有機溶媒と水の混合溶液へ
のポリビニルイミダゾリンの溶解性等を考慮して選定さ
れる。

添加するポリビニルイミダゾリンの量は用いるシリコン
アルコキシドの種類や加水分解速度等によって適宜調整
する。

水と共に加える触媒は、塩基、酸等特に制限しないが、
ゲル化時間及び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。

水と共に加えるアルコール等の有機溶媒としては、水及
びアルコキシドの両者に対する溶解性の点から、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等のアルコール類、アセト
ン、ジメチルホルムアミド等が用いられる。

シリコンアルコキシド、有機溶媒、水及びポリビニルイ
ミダゾリンは生成するゾルをできる限り均一なものとす
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。ゾル調製時にシリカの微粒子を
加えてもよい。

シリカガラスは、上記のようにして調製したシリカゾル
をシャーレ等の容器に移し、室ｃＡ〜７０℃に保って、
ゲル化し、次いで室温以上の温度で数週間乾燥して、乾
燥ゲルとし、更に公知の方法、例えば、空気中で１００
０〜１４００℃に昇温して焼結することにより得られる
。

（作用） ポリビニルイミダゾリンの添加効果の理由について、詳
細は不明であるが、ゾル中でのシリカ微粒子の生成の制
御、ゲル中でのこれらのシリカ微粒子間の結合、乾燥過
程でゲル中に発生する応力の緩和等に寄与し、ゲルの大
形化が可能となったものと考えられる。

実施例　１ ３モルのメチルアルコールにポリビニルイミダゾリンを
７．６ｇ充分に溶解させた後、３モルの０．０００５モ
ルのコリンを混合した。得られた溶液を１モルのシリコ
ンメトキシド（ＳＬ　（ＯＣＨ３）４　）にゆっくりと
加え、さらに充分混合しシリカゾルを得た。これをテフ
ロンでコーティングした直径１５０ｍｍのガラス製シャ
ーレに入れ、アルミ箔で密封し、室温でゲル化した。そ
の後、蓋に孔を開け、５０℃の恒温槽中で２週間乾燥し
、その後１２０℃の恒温槽に移して１日乾燥して、直径
約１２０ｍｍの乾燥ゲルを得た。こうして得られた乾燥
ゲルのかさ密度は約０．６ｇ／Ｃｍ３であり、クラック
や割れは全くなかった。

得られたゲルを空気中１２００’Ｃまで加熱焼結したと
ころクラックや割れのない直径約８０ｍｍ。

厚さ５ｍｍの透明なシリカガラスが得られた。このシリ
カガラスは分析の結果、市販のシリカガラスと一致した
。

実施例　２ ポリビニルエチルイミダシリン１５．２ｇを３モルのメ
チルアルコールに充分に溶解させた後、３モルの水、０
．０００５モルのコリンとを混合した。以下実施例１と
同様の操作を行って乾燥ゲルを得た。得られた乾燥ゲル
にはクラックや割れは全くなかった。

実施例３ ポリビニルメチルイミダシリン１０．８ｇを３モルのメ
チルアルコールに充分に溶解させた後、３モルの水と０
．０００５モルのコリンを混合した。得られた溶液を１
モルのシリコンメトキシドの重縮合物（（ＣＨ３０）３
　　Ｓｉ・　（ＣＩＳｉ（ＯＣＨ＋）２）ｎ　　−Ｏ８
ｉ　　（ＯＣＨ３）３）　　（ｎの平均値は３）にゆっ
くりと加え、さらに充分混合しシリカゾルを得た。以下
実施例１と同様の操作を行って乾燥ゲルを得た。得られ
た乾燥ゲルにはクラックや割れは全くなかった。

（発明の効果） 本発明によれば、クラックや割れのない大形のシリカガ
ラスをゾル−ゲル法により容易に製造可能となる。その
大きさは基本的には制約がなく、形状も板状、棒状、管
状等のいずれでも製造できる。

また、本発明によれば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、液晶表示用基材等に
も応用が拡大できる。

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おいて、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、ポリビ
   ニルイミダゾリンを添加することを特徴とするシリカガ
   ラスの製造法。