JPH0393638A - 合成石英ガラス粉の製造方法 - Google Patents
合成石英ガラス粉の製造方法Info
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- JPH0393638A JPH0393638A JP1228906A JP22890689A JPH0393638A JP H0393638 A JPH0393638 A JP H0393638A JP 1228906 A JP1228906 A JP 1228906A JP 22890689 A JP22890689 A JP 22890689A JP H0393638 A JPH0393638 A JP H0393638A
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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。
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］
本発明は合成石英ガラス粉の製造方法、特には高純度で
高温粘度が高いことから半導体用耐熱治具などに好適と
される合成石英ガラス粉の製造方法に関するものである
． 【従来の技術］ 合成石英ガラスの製造については■四塩化けい素などの
けい素化合物を酸水素火炎中で加水分解してシリカ粒子
を作り、これを溶融して石英ガラスとする方法、■この
酸水素火炎をプラズマ炎とする方法、■アルコキシシラ
ンをアルコール溶媒中において酸触媒で加水分解してシ
リカを作り、これを焼結して石英ガラスとする、いわゆ
るゾルーゲル法などが知られている． しかし、この酸水素火炎を用いる方法には石英ガラス中
に１，ＯＯＯｐｐｍものＯＨ基が残留するし、高温粘性
も低く、真空中高温では発泡するという問題点があるし
、プラズマ法はコストが高く、量産化が難しいという不
利があり、ゾルーゲル法には比較的安価に石英ガラスが
得られ゛るものの、これにはＯＨ基が残り易く、製造に
長時間を要し、高温粘性の高いものが得られ難いという
不利がある． ［発明が解決しようとする課題］ そのため、本発明者らはゾルーゲル法によって高温粘性
の高い合成石英の製造方法についての研究を進め、これ
についてはメチルシリケートをメタノール溶媒中でアン
モニアの存在下に加水分解させて粒径が２００〜３，Ｇ
ＯＯｎｍのシリカを作り、焼結、粉砕後１，７００℃で
溶融する方法（特願昭６３−２２９３３３号明細書参照
）、メチルシリケートをアンモニアの存在下に加水分解
して粒径が１次粒子で１００ 〜５００ｎｍのシリカを
作り、これを１０〜１００μ鵬の凝集粒子としてから固
液分離し、焼結．粉砕，ｉｉ別し、１，７００℃以上で
溶融成形する方法（特願昭６３−３３５０７０号明細書
参照）、またメチルシリケートをアンモニアの存在下で
加水分解してシリカを生成させ、これを減圧下に！，５
００〜１，７００℃で焼結し、ついで常圧または加圧下
に１．８００〜２，０００℃で焼結する方法（特願平１
−１３９８１９号明細書参照）を提案している． しかし、これらの方法は高温粘性の高い合成石英を与え
るものの、いずれも工程が長いために大量生産性に欠け
るものであるし、焼結などのエネルギーコストが高くつ
くという不利があり、必ずしも満足すべきものではない
． ［課題を解決するための手段］ 本発明はこのような不利を解決することのできる合成石
英ガラス粉の製造方法に関するもので、これはメチルシ
リケートとアンモニア水とを反応器に同時に滴下し、こ
の連続反応で生戒した球状シリカ粒子を捕集したのち、
ｐ｝１９〜１３の水分散溶液とし、このシリカに対しシ
リカ換算で５〜２０％のメチルシリケートを添加して固
化させ、ついで加熱．脱水．脱溶媒．脱炭を行なった後
、１．４００〜１，６００℃で焼結し、これを粉砕する
ことを特徴とするものである． すなわち、本発明者らはゾルーゲル法によって高温粘性
の高い石英ガラスをさらに効率よく製造する方法につい
て種々検討した結果、メチルシリケートの加水分解によ
るシリカ合成についてはメチルシリケートとアンモニア
とを反応器中に同時に滴下するとメチルシリケートの加
水分解が常に連続的に行なわれるのでこの工程が合理化
されること、この加水分解で得たシリカ粉をｐＨ９〜！
３の水分散溶液とし、これにメチルシリケートを加える
ことで得られるシリカの緻密化が進み、その焼結温度を
従来法の１，５００−１，９００℃から１，４００〜１
，６００℃に低下させることができるし、この焼結体は
ロールミルなどで容易に解砕することができ、精細工程
も不要なので工程の省略．エネルギーコストの引下げが
可能になるということを見出すと共に、この方法で作ら
れた石英ガラスは高温粘性の高いものになるということ
を確認して本発明を完成させた． 以下にこれをさらに詳述する． 【作 用］ 本発明は改良されたゾルーゲル法によって高温粘性の高
い石英ガラスを製造する方法に関するものである． 本発明におけるアルコキシシランの加水分解によるシリ
カの合成は、メチルシリケートとアンモニア水とを反応
器中に同時に滴下するという方法で行なわれる．これは
例えば第１図に示したようにメチルシリケート貯Ｉ１１
とアンモニア水貯槽２とから定量ポンプ３を用いてメチ
ルシリケートとアンモニア水の所定量を取り出し、これ
を反応器４の中に同時に滴下すればよい．メチルシリケ
ートの加水分解反応はこの滴下と共に始まり、これは反
応液が攪拌モーター５によって攪拌されていることから
連続的に行なわれ、この反応で発生したシリカは排出口
６からシリカ貯槽７に取り出される． ここに使用されるアルコキシシランはエチルシリケート
やメチルシリケート３量体では反応性が劣り、得られる
シリカが粒子の小さいものとなり、プチルシリケートな
どは疎水性で反応は進まないので、これはメチルシリケ
ートとすることが必要であるし、アンモニア水は濃度が
１５〜２５重量％のものとすればよいが、この反応温度
は２０〜４５℃とすればよい． このメチルシリケートの加水分解をアンモニア水と同時
添加という方法で行なうとメチルシリケートの加水分解
反応が常に連続的に行なわれるようになるのでこの工程
が簡易化されるし、これによれば粒径が３００〜７００
ｎｍという比較的粒子の大きい球状のシリカ粒子が連続
的に得られるが、このものは脱水処理することＣよって
含水率が２０〜３０％のシリカとされる． このシリカはついで水分散溶液とされるのであるが、こ
れにはこのシリカを超純水に分散させたのちこれにアン
モニア水を加えてそのｐＨを９〜１３に調整する．これ
はこのｐＨが中性や酸性では強度が出ないし、ｐＨ１３
以上の強アルカリとするとまた粒子ができて強度向上社
ならないので、適度の強度を与えるためにはこのｐＨを
９〜１３とする必要がある。このアルカリ性の水分散溶
液にはついでメチルシリケートを添加してこれを固化さ
せるのであるが、ここに添加されるメチルシリケートは
これが少なすぎると固化が不充分となって強度が出す、
多すぎるとこれを石英ガラスとしたときに石英ガラスの
高温粘度が低下するので、これは水分敗溶液中に存在す
るシリカ量に対し５〜２０％の範囲とする必要がある． このようにして得られたシリカの塊はついで加熱して脱
水，脱溶媒．脱炭後焼結するのであるが、この脱水．脱
溶媒．脱炭のための加熱はａＯＯ〜１ ， ０００℃で
行なえばよい．この脱水．脱溶媒．脱炭されたシリカ塊
はついで焼結することによって合成石英塊とされるので
あるが、この焼結は従来法では１．５００〜１，９００
℃という高い温度で行なわれていたのであるが、上記し
たような方法で得られた本発明のシリカ塊については１
，４００〜１．６００℃という比較的低い温度で１〜２
時間焼結すればよく、この焼結によってシリカ塊は合成
石英ガラス塊とされる． この合成石英ガラス塊はこれを粉砕し、篩刑することに
よって本発明の合成石英ガラス粉とされるのであるが、
この合成石英ガラス塊はロールミルなどで容易に解砕す
ることができるので、粉砕が容易であるし、これは上記
した各工程で不純物の混入するおそれはないので精製工
程が不要で、あり、ここに得られた合成石英ガラス粉末
はこれを例えば１，９５０℃で３０分間焼結．溶融成形
すれば高温粘性の高い合成石英ガラス体とすることがで
きるという有利性が与えられる． ［実施例］ つぎに本発明の実施例をあげる． 実施例１〜３，比較例ｌ〜２ 第１図に示した反応装置を使用し、メチルシリケート２
６．５℃／時と２０重量％のアンモニア水１７．ｉ ／
時とを５ｆｔの反応フラスコ中に同時に滴下し、４０〜
５０℃で反応させ、５時間後に反応を停止したところ、
シリカ濃度２３％のシリカゾル液が得られたので、これ
を脱水処理して含水率が２５３１量％のシリカを作った
． ついでこのシリカ８ｋｇを超純水８１に分散させ、これ
に２９重量％のアンモニア水３５０フを加えてそのｐＨ
を１１とし、このシリカに対しシリカ換算で５重量％，
１０重量％．２０重量％．３０ｍ量％．４０重量％と
なる量のメチルシリケートを添加してこれを固化させ、
１，０００℃に加熱して脱水．脱溶媒，脱炭を行なわせ
たのち、１，４８０±ｌＯ℃に加熱して焼結させた． つぎにこれらを石英ガラス製のローラーで粉砕し、テフ
ロン製の網で５０〜ｌ００＃に分級し、この５０〜１０
０メッシュのものをアルゴンガス雰囲気下に１．９５０
℃で３０分間、加熱焼結，溶融成形して２００ ｘ ２
００ Ｘ １００ｔｍ鵬の石英ガラス板とし、このもの
の高温粘性をしらべたところ、第１表に示したとおりの
結果が得られた． 第１表 （備考） ◆１ ｐＨ調整後に加えたメチルシリケートの量（シ
リカ換算） ＄２ ハイバーエロンゲーション法による値［発明の
効果］ 本発明は合成石英ガラス粉の製造方法に関するものであ
り、これは前記したようじメチルシリケートとアンモニ
ア水を反応器中に同時に滴下して球状シリカ粒子を作り
、これを捕集してｐ｝１９〜１３の水分散溶液としたの
ちメチルシリケートを添加して固化させ、脱水．脱溶媒
．脱炭後に１，４００〜１，６００℃で焼結し、粉砕す
ることを特徴とするもので、これによればメチルシリケ
ートの加水分解によるシリカ生成を確実にかつ連続に行
なわせることができ、メチルシリケートで固化したシリ
カ塊の焼結も従来法にくらべて低い温度で焼結させるこ
とができ、さらにはこの粉砕物も精製工程なしで製品と
することができるし、ここに得られｋ石英ガラス粉を焼
結．溶融成形して得ｋ合成石英ガラスは高温粘度の高い
ものとなる．したがって、本発明の方法によればｌ》反
応の連続化．２）焼結温度の低減．３）精製工程不要と
いう効果が与えられ、結果において合成石英ガラス粉の
大量生産化．工程省略．省エネルギーが達成されるとい
う有利性が与えられる．
高温粘度が高いことから半導体用耐熱治具などに好適と
される合成石英ガラス粉の製造方法に関するものである
． 【従来の技術］ 合成石英ガラスの製造については■四塩化けい素などの
けい素化合物を酸水素火炎中で加水分解してシリカ粒子
を作り、これを溶融して石英ガラスとする方法、■この
酸水素火炎をプラズマ炎とする方法、■アルコキシシラ
ンをアルコール溶媒中において酸触媒で加水分解してシ
リカを作り、これを焼結して石英ガラスとする、いわゆ
るゾルーゲル法などが知られている． しかし、この酸水素火炎を用いる方法には石英ガラス中
に１，ＯＯＯｐｐｍものＯＨ基が残留するし、高温粘性
も低く、真空中高温では発泡するという問題点があるし
、プラズマ法はコストが高く、量産化が難しいという不
利があり、ゾルーゲル法には比較的安価に石英ガラスが
得られ゛るものの、これにはＯＨ基が残り易く、製造に
長時間を要し、高温粘性の高いものが得られ難いという
不利がある． ［発明が解決しようとする課題］ そのため、本発明者らはゾルーゲル法によって高温粘性
の高い合成石英の製造方法についての研究を進め、これ
についてはメチルシリケートをメタノール溶媒中でアン
モニアの存在下に加水分解させて粒径が２００〜３，Ｇ
ＯＯｎｍのシリカを作り、焼結、粉砕後１，７００℃で
溶融する方法（特願昭６３−２２９３３３号明細書参照
）、メチルシリケートをアンモニアの存在下に加水分解
して粒径が１次粒子で１００ 〜５００ｎｍのシリカを
作り、これを１０〜１００μ鵬の凝集粒子としてから固
液分離し、焼結．粉砕，ｉｉ別し、１，７００℃以上で
溶融成形する方法（特願昭６３−３３５０７０号明細書
参照）、またメチルシリケートをアンモニアの存在下で
加水分解してシリカを生成させ、これを減圧下に！，５
００〜１，７００℃で焼結し、ついで常圧または加圧下
に１．８００〜２，０００℃で焼結する方法（特願平１
−１３９８１９号明細書参照）を提案している． しかし、これらの方法は高温粘性の高い合成石英を与え
るものの、いずれも工程が長いために大量生産性に欠け
るものであるし、焼結などのエネルギーコストが高くつ
くという不利があり、必ずしも満足すべきものではない
． ［課題を解決するための手段］ 本発明はこのような不利を解決することのできる合成石
英ガラス粉の製造方法に関するもので、これはメチルシ
リケートとアンモニア水とを反応器に同時に滴下し、こ
の連続反応で生戒した球状シリカ粒子を捕集したのち、
ｐ｝１９〜１３の水分散溶液とし、このシリカに対しシ
リカ換算で５〜２０％のメチルシリケートを添加して固
化させ、ついで加熱．脱水．脱溶媒．脱炭を行なった後
、１．４００〜１，６００℃で焼結し、これを粉砕する
ことを特徴とするものである． すなわち、本発明者らはゾルーゲル法によって高温粘性
の高い石英ガラスをさらに効率よく製造する方法につい
て種々検討した結果、メチルシリケートの加水分解によ
るシリカ合成についてはメチルシリケートとアンモニア
とを反応器中に同時に滴下するとメチルシリケートの加
水分解が常に連続的に行なわれるのでこの工程が合理化
されること、この加水分解で得たシリカ粉をｐＨ９〜！
３の水分散溶液とし、これにメチルシリケートを加える
ことで得られるシリカの緻密化が進み、その焼結温度を
従来法の１，５００−１，９００℃から１，４００〜１
，６００℃に低下させることができるし、この焼結体は
ロールミルなどで容易に解砕することができ、精細工程
も不要なので工程の省略．エネルギーコストの引下げが
可能になるということを見出すと共に、この方法で作ら
れた石英ガラスは高温粘性の高いものになるということ
を確認して本発明を完成させた． 以下にこれをさらに詳述する． 【作 用］ 本発明は改良されたゾルーゲル法によって高温粘性の高
い石英ガラスを製造する方法に関するものである． 本発明におけるアルコキシシランの加水分解によるシリ
カの合成は、メチルシリケートとアンモニア水とを反応
器中に同時に滴下するという方法で行なわれる．これは
例えば第１図に示したようにメチルシリケート貯Ｉ１１
とアンモニア水貯槽２とから定量ポンプ３を用いてメチ
ルシリケートとアンモニア水の所定量を取り出し、これ
を反応器４の中に同時に滴下すればよい．メチルシリケ
ートの加水分解反応はこの滴下と共に始まり、これは反
応液が攪拌モーター５によって攪拌されていることから
連続的に行なわれ、この反応で発生したシリカは排出口
６からシリカ貯槽７に取り出される． ここに使用されるアルコキシシランはエチルシリケート
やメチルシリケート３量体では反応性が劣り、得られる
シリカが粒子の小さいものとなり、プチルシリケートな
どは疎水性で反応は進まないので、これはメチルシリケ
ートとすることが必要であるし、アンモニア水は濃度が
１５〜２５重量％のものとすればよいが、この反応温度
は２０〜４５℃とすればよい． このメチルシリケートの加水分解をアンモニア水と同時
添加という方法で行なうとメチルシリケートの加水分解
反応が常に連続的に行なわれるようになるのでこの工程
が簡易化されるし、これによれば粒径が３００〜７００
ｎｍという比較的粒子の大きい球状のシリカ粒子が連続
的に得られるが、このものは脱水処理することＣよって
含水率が２０〜３０％のシリカとされる． このシリカはついで水分散溶液とされるのであるが、こ
れにはこのシリカを超純水に分散させたのちこれにアン
モニア水を加えてそのｐＨを９〜１３に調整する．これ
はこのｐＨが中性や酸性では強度が出ないし、ｐＨ１３
以上の強アルカリとするとまた粒子ができて強度向上社
ならないので、適度の強度を与えるためにはこのｐＨを
９〜１３とする必要がある。このアルカリ性の水分散溶
液にはついでメチルシリケートを添加してこれを固化さ
せるのであるが、ここに添加されるメチルシリケートは
これが少なすぎると固化が不充分となって強度が出す、
多すぎるとこれを石英ガラスとしたときに石英ガラスの
高温粘度が低下するので、これは水分敗溶液中に存在す
るシリカ量に対し５〜２０％の範囲とする必要がある． このようにして得られたシリカの塊はついで加熱して脱
水，脱溶媒．脱炭後焼結するのであるが、この脱水．脱
溶媒．脱炭のための加熱はａＯＯ〜１ ， ０００℃で
行なえばよい．この脱水．脱溶媒．脱炭されたシリカ塊
はついで焼結することによって合成石英塊とされるので
あるが、この焼結は従来法では１．５００〜１，９００
℃という高い温度で行なわれていたのであるが、上記し
たような方法で得られた本発明のシリカ塊については１
，４００〜１．６００℃という比較的低い温度で１〜２
時間焼結すればよく、この焼結によってシリカ塊は合成
石英ガラス塊とされる． この合成石英ガラス塊はこれを粉砕し、篩刑することに
よって本発明の合成石英ガラス粉とされるのであるが、
この合成石英ガラス塊はロールミルなどで容易に解砕す
ることができるので、粉砕が容易であるし、これは上記
した各工程で不純物の混入するおそれはないので精製工
程が不要で、あり、ここに得られた合成石英ガラス粉末
はこれを例えば１，９５０℃で３０分間焼結．溶融成形
すれば高温粘性の高い合成石英ガラス体とすることがで
きるという有利性が与えられる． ［実施例］ つぎに本発明の実施例をあげる． 実施例１〜３，比較例ｌ〜２ 第１図に示した反応装置を使用し、メチルシリケート２
６．５℃／時と２０重量％のアンモニア水１７．ｉ ／
時とを５ｆｔの反応フラスコ中に同時に滴下し、４０〜
５０℃で反応させ、５時間後に反応を停止したところ、
シリカ濃度２３％のシリカゾル液が得られたので、これ
を脱水処理して含水率が２５３１量％のシリカを作った
． ついでこのシリカ８ｋｇを超純水８１に分散させ、これ
に２９重量％のアンモニア水３５０フを加えてそのｐＨ
を１１とし、このシリカに対しシリカ換算で５重量％，
１０重量％．２０重量％．３０ｍ量％．４０重量％と
なる量のメチルシリケートを添加してこれを固化させ、
１，０００℃に加熱して脱水．脱溶媒，脱炭を行なわせ
たのち、１，４８０±ｌＯ℃に加熱して焼結させた． つぎにこれらを石英ガラス製のローラーで粉砕し、テフ
ロン製の網で５０〜ｌ００＃に分級し、この５０〜１０
０メッシュのものをアルゴンガス雰囲気下に１．９５０
℃で３０分間、加熱焼結，溶融成形して２００ ｘ ２
００ Ｘ １００ｔｍ鵬の石英ガラス板とし、このもの
の高温粘性をしらべたところ、第１表に示したとおりの
結果が得られた． 第１表 （備考） ◆１ ｐＨ調整後に加えたメチルシリケートの量（シ
リカ換算） ＄２ ハイバーエロンゲーション法による値［発明の
効果］ 本発明は合成石英ガラス粉の製造方法に関するものであ
り、これは前記したようじメチルシリケートとアンモニ
ア水を反応器中に同時に滴下して球状シリカ粒子を作り
、これを捕集してｐ｝１９〜１３の水分散溶液としたの
ちメチルシリケートを添加して固化させ、脱水．脱溶媒
．脱炭後に１，４００〜１，６００℃で焼結し、粉砕す
ることを特徴とするもので、これによればメチルシリケ
ートの加水分解によるシリカ生成を確実にかつ連続に行
なわせることができ、メチルシリケートで固化したシリ
カ塊の焼結も従来法にくらべて低い温度で焼結させるこ
とができ、さらにはこの粉砕物も精製工程なしで製品と
することができるし、ここに得られｋ石英ガラス粉を焼
結．溶融成形して得ｋ合成石英ガラスは高温粘度の高い
ものとなる．したがって、本発明の方法によればｌ》反
応の連続化．２）焼結温度の低減．３）精製工程不要と
いう効果が与えられ、結果において合成石英ガラス粉の
大量生産化．工程省略．省エネルギーが達成されるとい
う有利性が与えられる．
第１図は本発明によるメチルシリケートの加水分解工程
を示す縦断面要図である． １・・・メチルシリケート貯槽，
を示す縦断面要図である． １・・・メチルシリケート貯槽，
Claims (1)
- １、メチルシリケートとアンモニア水とを反応器に同時
に滴下し、この連続反応で生成した球状シリカ粒子を捕
集したのち、ｐＨ９〜１３の水分散溶液とし、このシリ
カに対しシリカ換算で５〜２０％のメチルシリケートを
添加して固化させ、ついで加熱、脱水、脱溶媒、脱炭を
行なった後、１，４００〜１，６００℃で焼結し、これ
を粉砕することを特徴とする合成石英ガラス粉の製造方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1228906A JPH0393638A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 合成石英ガラス粉の製造方法 |
| US07/576,224 US5021073A (en) | 1989-09-04 | 1990-08-31 | Method of manufacturing synthetic silica glass |
| EP90309654A EP0416865B1 (en) | 1989-09-04 | 1990-09-04 | Synthetic silica glass and a manufacturing method thereof |
| DE90309654T DE69005063T2 (de) | 1989-09-04 | 1990-09-04 | Synthetisches Quarzglas und Verfahren zu dessen Herstellung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1228906A JPH0393638A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 合成石英ガラス粉の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0393638A true JPH0393638A (ja) | 1991-04-18 |
| JPH0574535B2 JPH0574535B2 (ja) | 1993-10-18 |
Family
ID=16883709
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1228906A Granted JPH0393638A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 合成石英ガラス粉の製造方法 |
Country Status (4)
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|---|---|
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| EP (1) | EP0416865B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0393638A (ja) |
| DE (1) | DE69005063T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110263409A1 (en) * | 2008-12-09 | 2011-10-27 | Nippon Electric Glass Co., Ltd. | Dielectric material for plasma display panel and glass plate for plasma display |
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-
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- 1989-09-04 JP JP1228906A patent/JPH0393638A/ja active Granted
-
1990
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- 1990-09-04 EP EP90309654A patent/EP0416865B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-09-04 DE DE90309654T patent/DE69005063T2/de not_active Expired - Fee Related
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| US20110263409A1 (en) * | 2008-12-09 | 2011-10-27 | Nippon Electric Glass Co., Ltd. | Dielectric material for plasma display panel and glass plate for plasma display |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE69005063T2 (de) | 1994-04-21 |
| EP0416865B1 (en) | 1993-12-08 |
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| US5021073A (en) | 1991-06-04 |
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