JPH03215323A - 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、近年ゾルー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、あるいはその重縮合物、
例えば（ＲＯ）３Ｓ　ｉ・｛ＯＳ　ｉ（ＯＲ）ｚ）　ｎ
・ＯＳｉ　（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、シリカヒド口ゾル（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
カゾルを容器にとり、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、ゾルー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が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］ 上記目的を達成するため本発明者らは、シリカゾルの容
器の性質とゲルのクラックや割れの因果関係に着目して
鋭意検討した結果、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、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
、シリカゾルをゲル化し、乾燥して乾燥ゲルとする段階
で、シリカゾルの容器として多孔性基材から成る容器を
用い、かつ上記容器とシリカゾルのあいだに液体不透過
性かつ気体透過性の層を介在させ、シリカゾルをゲル化
し、乾燥して乾燥ゲルとするシリカガラスの製造法に関
する。

本発明の容器の多孔性基材としては、例えばアルミナ、
ジルコニア、セラミックス等の無機物多孔質体、ポリエ
チレン、ポリスチレン等の有機高分子多孔質体を挙げる
ことができる。

容器の形状は、特に限定するものではないが、シャーレ
状、円筒状、升状等、適宜選ぶことができ、また平板上
に形を整えるための枠を取付けたものでもよい。

容器の厚みは、容器として破損しない程度にあればよく
、通常１〜１０ｍｍ程度のものが用いられる。

容器の大きさ、深さについても特に限定するものではな
く、目的に応じ適宜選択する。また、これらの容器を多
段に積み重ねてもよい。

多孔性基材から成る支持体とシリカゾルのあいだに介在
させる層としては、実質的に液体を通さず、気体のみを
通すものであればよい。そのようなものとして例えば、
ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ボリブタジエンなどの
フィルムを挙げることができる。透過成分である水やア
ルコール等の透過速度は、これらの層の種類によりそれ
ぞれ異なるので、乾燥温度や乾燥速度等に応じ、層の種
類を適宜選択する。また層の厚さについても、これらの
条件に応じて適宜選択することができるが、通常は０．
０１〜０．２ｍｍが好ましい。

本発明により、ゲルを乾燥して乾燥ゲルとするとき、ゲ
ル中の溶媒がゲル上部の一方向ばかりでなく、四方八方
から揮散するためゲル中に発生する応力が緩和され、ゲ
ルの大形化が可能となると考えられる。

本発明で用いる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、プロビル基、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。

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−プロビ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、有機溶媒及び水は生成するゾル
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
ル調製時にシリカの微粒子や有機高分子化合物を加えて
もよい。

上記のようにして調製したシリカゾルを第１図に示すよ
うに液体不透過性かつ気体透過性の層を介在させながら
多孔性基材から成る容器にとり、室温〜７０℃に保って
、ゲル化し、次いでこれを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１０００〜１４００℃に昇温しで焼結することにより
得られる。

［実施例］ シリコンメトキシドの重縮合物（ＣＨ３０）３・Ｓｉ　
・　（ＯＳｉ　　（ＯＣＨ３）２）ｎ”Ｏｓｉ　＠（Ｏ
ＣＨ３）３　（ｎ＝３を中心にもつもの）のシリコン原
子１モルに対し、メタノール３モル及び水２．５モルを
加え、十分に混合しゾル液を調製した。ここで、触媒と
してコリンを用い、その濃度は０．０２ｍｏｌ／ｘとし
た。

このゾル液を第１図に示すような内径１００ｍｍ，厚さ
３ｍｍ，深さ５０ｍｍのシャーレ状の多孔質アルミナ容
器に厚さ０．０５ｍｍの気体透過性ポリ塩化ビニルフィ
ルムを介してゾル液を深さが１０ｍｍになるまで充填し
、さらに容器上部を同質のポリ塩化ビニルフィルムで覆
い室温でゲル化させた。その後６０℃で１０日間乾燥し
たのち、１５０℃まで３０℃／日の昇温速度で乾燥し、
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、５０℃／時間の昇温速度で１２５０℃まで加熱
してクラックや発泡のないシリカガラスを得た。

［発明の効果］ 本発明によれば、クラソクや割れのない大形のシリカガ
ラスをゾルー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。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリカゾルの容器及びシリカゾルとその容器の
あいだに介在する層の断面図を示す。 符号の説明 １・・・容器 ２・・・層

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、シリカゾルをゲ
   ル化し、乾燥して乾燥ゲルとする段階で、シリカゾルの
   容器として多孔性基材から成る容器を用い、かつ上記容
   器とシリカゾルのあいだに液体不透過性かつ気体透過性
   の層を介在させ、シリカゾルをゲル化し、乾燥して乾燥
   ゲルとするシリカガラスの製造法。