JPH04144928A - Production of quartz glass - Google Patents

Production of quartz glass

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Publication number
JPH04144928A
JPH04144928A JP26820590A JP26820590A JPH04144928A JP H04144928 A JPH04144928 A JP H04144928A JP 26820590 A JP26820590 A JP 26820590A JP 26820590 A JP26820590 A JP 26820590A JP H04144928 A JPH04144928 A JP H04144928A
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JP
Japan
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water
slip
quartz glass
silica powder
powder
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Application number
JP26820590A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Kanbara
康雄 神原
Hiroyasu Eto
江藤 弘康
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Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/12Other methods of shaping glass by liquid-phase reaction processes

Abstract

PURPOSE:To improve yield of quartz glass by blending amorphous SiO2 powder with water and water-soluble gelling agent to give SiO2 slip and forming, drying and burning the slip. CONSTITUTION:The first amorphous SiO2 powder prepared by hydrolyzing Si alkoxide and having 0.5-10mum particle size is blended with the second amorphous SiO2 powder having <=0.1mum particle diameter and contained at a mixed ratio of <=80wt.% to afford mixed amorphous SiO2 powder. 30-100 pts.wt. water and 0.3-5.0wt.% dispersing agent such as polycarboxylic acid ammonium salt are added to 100 pts.wt. of the resultant mixed powder and further 0.5-10 pts.wt. water-soluble gelling agent such as ammonium alginate or NH4NO3 is added to the mixture to form SiO2 slip. Then the SiO2 slip is poured into a mold and gelatinized and cured and then taken out and dried at 4i40% relative humidity. Then the gel is heated at 900 deg.C and defatted and then sintered at 1200-1700 deg.C to provide the transparent quartz glass in high yield.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は半導体洗浄用バス、高純度粉体焼結用容器、理
化学実験等に有用である透明または透光性を有する高純
度な石英ガラスの製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing transparent or translucent high-purity quartz glass useful for semiconductor cleaning baths, high-purity powder sintering containers, physical and chemical experiments, and the like.

【従来の技術】[Conventional technology]

石英ガラスは耐熱性、耐酸性、透光性に優れていること
から、従来多くの産業分野で利用されている。 石英ガラスの製造方法には、おおよそ次に挙げる方法が
知られている。 第1の方法として溶融法がある。この方法は、石英の原
石を精製して高温に溶融し、これを鋳型に注入して成形
した後冷却する方法である。 第2の方法としてゾルゲル法がある。この方法は、現在
最も一般的に利用されている方法で、例えば、特開昭6
2−176931号公報に記載されている。この公報に
記載される方法は、ケイ酸エステルまたはケイ酸エステ
ルに金属アルコキシドまたは金属塩を添加した混合物を
加水分解して得られるゲルの微粉末を焼成して石英ガラ
°スを製造するものである。 さらに、石英ガラスを製造する第3の方法は、超微粉末
シリカを用いる方法である。この方法は特開昭60−4
31833号公報、アメリカ特許第4042361号、
及び4419115号明細書、さらに、特開昭60−2
1821号公報に開示されるように、微粉末シリカをエ
チルシリケートの加゛水分解時に混合する方法、もしく
は微粉末シリカのみを用いて焼結する方法、またはそれ
らに類似した方法である。
Silica glass has been used in many industrial fields because it has excellent heat resistance, acid resistance, and translucency. The following methods are generally known for producing quartz glass. The first method is a melting method. This method involves refining raw quartz, melting it at a high temperature, injecting it into a mold, shaping it, and then cooling it. The second method is the sol-gel method. This method is currently the most commonly used method, for example,
It is described in Japanese Patent No. 2-176931. The method described in this publication is for manufacturing silica glass by firing a fine gel powder obtained by hydrolyzing a silicate ester or a mixture of a silicate ester and a metal alkoxide or metal salt. be. Furthermore, a third method for producing quartz glass is a method using ultrafine powdered silica. This method was published in Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-4
Publication No. 31833, U.S. Patent No. 4042361,
and 4419115 specification, furthermore, JP-A-60-2
As disclosed in Japanese Patent No. 1821, a method in which finely powdered silica is mixed during hydrolysis of ethyl silicate, a method in which only finely powdered silica is used for sintering, or a method similar thereto.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

第1の方法は、大型(30cm以上)で透明な石英ガラ
スが得られるという利点がある。しかしこの方法は、天
然原料に限りがあり、4N(99゜99%)以上の高純
度な石英ガラスを得るためには、何度も精製しなければ
ならず、製造コストが高くなる欠点がある。また、また
溶融法であるため、製品の形状に限界があり、複雑形状
品等は精度的にも満足するものが得られない。その上、
溶融温度が2000℃以上であるため、加熱のためにエ
ネルギーコストもかかるという欠点がある。 第2のゾールゲル法は、金属アルコキシドの精製が容易
で、また1000〜1200℃という低温で焼結できる
ため、高純度で透明な石英ガラスが得られる優れた製造
方法である。しかしながらその反面、製造工程の一工程
であるゲルを乾燥する工程において、ゲルの収縮によっ
て乾燥ゲルにクラック、割れが発生しやすく、大型の製
品が作りにくく、歩留まりが悪いという欠点がある。 第3の方法は、透明で高純度な石英ガラスが得られるが
、ぞれぞれ一長一短があり、実際は石英ガラスの用途に
よって製造方法もまた使い分けられているのが実状であ
る。 しかしそれら製造方法は全て成形法に制限があるため、
量産性の面から、工業的に大型の石英ガラスを高い歩留
まりで得ることができない欠点がある。 本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、この発
明の重要な目的は、透明または透光性を有する石英ガラ
スを、安価で、しかも、高い歩留まりで製造できる石英
ガラスの製造方法を提供するにある。
The first method has the advantage that large (30 cm or more) and transparent quartz glass can be obtained. However, this method has the disadvantage that natural raw materials are limited, and in order to obtain quartz glass with a purity of 4N (99°99%) or higher, it must be purified many times, resulting in high production costs. . Furthermore, since it is a melting method, there is a limit to the shape of the product, and products with complex shapes cannot be obtained with satisfactory precision. On top of that,
Since the melting temperature is 2000° C. or higher, there is a drawback that energy costs are required for heating. The second sol-gel method is an excellent manufacturing method that can produce highly pure and transparent quartz glass because it is easy to purify the metal alkoxide and can be sintered at a low temperature of 1000 to 1200°C. However, on the other hand, in the step of drying the gel, which is one step in the manufacturing process, the dry gel tends to crack or break due to shrinkage of the gel, making it difficult to produce large products and having a low yield. The third method yields transparent and highly pure quartz glass, but each method has its advantages and disadvantages, and in reality, the manufacturing method is also used differently depending on the intended use of the quartz glass. However, all of these manufacturing methods have limitations on the molding method, so
In terms of mass production, there is a drawback that large-sized quartz glass cannot be obtained industrially with a high yield. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an important object of the present invention is to provide a method for producing quartz glass that can produce transparent or translucent quartz glass at low cost and with a high yield. There is something to do.

【課題を解決する為の手段】[Means to solve the problem]

本発明者等は、前述の目的を達成することを目的に開発
されたもので、この発明は、非晶質シリカ粉末と、水と
かならるシリカスリップに、水溶性ゲル化剤を添加して
、成形体とし、これを乾燥した後焼成することを特徴と
するものである。 本明細書において「水溶性ゲル化剤」とは、水に溶解す
ると、ゲル化して固化する物質を意味するものとする。 この物性を有する水溶性ゲル化剤としては、例えl戴 
加熱すると水に溶解されてゲル化する、寒天、ゼラチス
 カードラン゛(式日薬品工業商標)等が使用でき、ま
た、常温で水に溶解してゲル化する、アルギン酸アンモ
ニウムやメチルセルロース等の有機高分子、硝酸アンモ
ン、塩酸、硫酸等の無機化学薬品が使用できる。 水溶性ゲル化剤は、成分にアルカリ金属、アルカリ土類
金属を含まないものが好ましい。これ等の金属を含む水
溶性ゲル化剤は、得られる石英ガラスに、失透またはク
リストバライトを発生させやすいからである。 水溶性ゲル化剤の添加量は、非晶質シリカ粉末100重
量部に対して、好ましくは、0.5〜10重量部の範囲
に調整される。水溶性ゲル化剤の添加量が、0.5重量
部より少ないとスリップが固化しにくいため、型枠をは
ずした場合に変形が生じるため、精度の良い成形体がで
きない。反対に、水溶性ゲル化剤の添加量が10重量部
より多いと、成形体を焼結する工程で水溶性ゲル化剤が
不純物となり、得られる石英ガラス鳳失透またはクリス
トバライトが生じやすくなる。 ところで、本発明の石英ガラスの製造方法は、好ましく
は、非晶質シリカ粉末と、水とに加えて、分散剤を添加
して、非晶質シリカ粉末を均一に分散させる。 さらに、非晶質シリカ粉末には、好ましくは、下記の第
1のシリカ粉末と、第2のシリカ粉末とを使用する。 第1のシリカ粉末には、体積平均粒径が0. 5μ以上
10μ以下の単分散・球状非晶質シリカ粉末が使用され
る。第2のシリカ粉末には、体積平均粒径が0.1μ以
下である超シリカ微粉末が使用される。 第1のシリカ粉末と、第2のシリカ粉末とを混合する場
合、第2のシリカ粉末の混合率は、80重量%以下に調
整される。 本発明の製造方法において、高純度な石英ガラスを得る
ために、非晶質シリカ粉末の純度を、99.9%以上と
するのが好ましい。 第1の非晶質シリカ粉末は、高純度な原料として精製さ
れた、シリコンアルコキシドを使用して得ることができ
る。すなわち、シリコンアルコキシドをアルコールとア
ンモニア水の混合溶液中に滴下しながら、同時に別のア
ンモニア水を滴下してpHを10以上に調整すると、シ
リコンアルコキシドの加水分解によってシリカ沈澱が生
成する。 沈澱を沈降させた後、アルコールとアンモニア水を蒸発
させ、乾燥すると、純度99.9%以上、粒径0. 5
μ以上10μ以下のほぼ球形の非晶質シリカ粉末が得ら
れる。 第1のシリカ粉末を得るために、シリコンアルコキシド
を加水分解する工程に於て、加水分解されて析出するシ
リカ沈澱の粒径は、滴下するシリコンアルコキシドの単
位時間当りの滴下量によって変化する。このため、シリ
コンアルコキシドの滴下量を調整して粒径を制御できる
。シリコンアルコキシドの滴下量を少なくすれば粒径は
小さくなり、多くすれば粒径が大きくなる。 例えばシリカ含有30容量%のエチルシリケートを使用
した場合、通常0. 5〜5悲/分の滴下量で0.5〜
10μの粒径の非晶質シリカ粉末が得られる。用いるシ
リコンアルコキシドとしては、メチルシリケート、エチ
ルシリケート、プロピルシリケート等を好ましく用いる
。 このように第1の非晶質シリカ粉末と、第2の非晶質シ
リカ粉末とを混合した非晶質シリカ粉末を使用すると、
焼成温度を低くして、30ca+以上の大型成形体を容
易に製造できる。 第2の非晶質シリカ粉末g> 第1のシリカ粉末に比較
して粒径が小さい。このため、第2のシリカ粉末は、第
1のシリカ粉末に比較して溶融温度が低くなる。したが
って、第2のシリカ粉末を第1のシリカ粉末に混合する
ことによって、成形体を焼結する際に、粒径の大きい第
1の非晶質シリカ粉末単独の場合に比較して、焼結温度
を低下させて、焼結温度を下げることができる。 焼成温度が高くなると、石英ガラスはクリストバライト
を発生しやすくなる。低い温度で焼成できる石英ガラス
は、クリストバライトを防止できる特長がある。 ただ、焼成温度を低くするためE、第2の非晶質シリカ
粉末を80重量部以上添加すると、焼成温度は低くなる
が、乾燥した成形品にクラックが入りやすくなって大型
品を製造できなくなる。 第2の非晶質シリカ粉末L 例えばキャボシル、アエロ
ジル(デグッサ社製)、D、  C,シリカ(ダウ・コ
ーニング社製)等の商品名で市販されているものを用い
ることができる。 非晶質シリカ粉末と、水には、分散性を良くするために
、分散剤を添加する。分散剤には、ポリカルボン酸アン
モニウム、SMA−1440H(アルコア社製)等、一
般に窯業で用いられる有機分散剤が使用できる。 分散剤の添加量?4 非晶質シリカ粉末に対し、好まし
くは、0.3〜5.0重量%に範囲に調整される。 この発明の石英ガラスの製造方法は、非晶質シリカ粉末
と、水と、好ましくは分散剤とを添加したもの番へ 水
に溶解した水溶性ゲル化剤を添加してスリップを形成す
る。スリップは、型枠に流し込んで成形する。型枠には
、例えζf1 合成樹脂や木等、型枠の表面から不純物
がスリップに溶解しないものが最適である。型枠に注入
されたシリカスリップは、加熱ゲル化剤によって硬化す
る。 その後、型枠をはずして硬化した成形品を取り出して乾
燥する。乾燥における外的環境は、相対湿度を40%以
上とする。この乾燥環境において、数日以上で乾燥した
成形体を得ることができる。 成形体の乾燥条件は、好ましくは、相対湿度40%以上
、さらに好ましくは60〜95%の範囲とするのが良い
。それは、湿度が40%以下であると成形体にクラック
、ひび割れが生じ易くなるからである。 また別方法として、非晶質シリカ粉末と水と分散剤とか
らなるスリップを型枠に流し込んだ後、水に溶解させた
水溶性ゲル化剤を型枠のスリップに添加し、型枠内でス
リップを硬化させた後、脱脂して乾燥することもできる
。 さらに、好ましくは、加熱してゲル化する水溶性ゲル化
剤を添加してスリップを形成する場合、添加する前のス
リップ、または添加した後のスリップ全体の温度を60
℃以上に加温するのが良い。 非晶質シリカ粉末に添加する水の量は、好ましくは、前
記混合物100重量部に対して30〜100重量部に調
整する。30重量部より少ないとスリップが分散しにく
くなり、また粘度が大きいため内部に気泡が入り易くな
ってしまう。また100重量部より多いと成形体が固化
しにくく、乾燥に長時間を要する。 乾燥された成形品は、好ましくは、1〜b分の温度勾配
で昇温しながら、900℃前後で1〜2時間焼成して脱
脂を行い、乾燥成形体の内部に含まれる有機物を完全に
分解し、その後、1200〜1700℃の温度域で焼結
して、目的とする石英ガラスを得る。 昇温の温度勾配を、5℃/分以下としてゆっくりと昇温
させると、乾燥成形体の割ね、クラックを防ぐことがで
きる。 焼成条件としては、lXl0−3〜lXl0−5ト一ル
程度の減圧下、1500℃未満で焼結すると、透光性の
石英ガラスが得られる。He雰囲気中で1500℃以上
の温度域で焼結すると透明な石英ガラスが得られる。
The present inventors have developed the invention with the aim of achieving the above-mentioned object, and the present invention has been developed by adding a water-soluble gelling agent to a silica slip consisting of amorphous silica powder and water. , is characterized in that it is formed into a molded body, which is dried and then fired. As used herein, the term "water-soluble gelling agent" refers to a substance that gels and solidifies when dissolved in water. As a water-soluble gelling agent having this physical property, for example,
Agar, gelatin curdland (trademark of Shikinichi Yakuhin Industries, Ltd.), etc., which dissolve in water and gel when heated, can be used, and organic polymers such as ammonium alginate and methyl cellulose, which dissolve in water and gel at room temperature, can be used. Inorganic chemicals such as molecules, ammonium nitrate, hydrochloric acid, and sulfuric acid can be used. The water-soluble gelling agent preferably does not contain alkali metals or alkaline earth metals. This is because water-soluble gelling agents containing these metals tend to cause devitrification or cristobalite to occur in the resulting quartz glass. The amount of the water-soluble gelling agent added is preferably adjusted to a range of 0.5 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the amorphous silica powder. If the amount of the water-soluble gelling agent added is less than 0.5 part by weight, the slip will be difficult to solidify, resulting in deformation when the mold is removed, making it impossible to form a molded product with high precision. On the other hand, if the amount of the water-soluble gelling agent added is more than 10 parts by weight, the water-soluble gelling agent becomes an impurity in the step of sintering the molded body, and the resulting silica glass tends to have devitrification or cristobalite. By the way, in the method for producing quartz glass of the present invention, preferably, in addition to the amorphous silica powder and water, a dispersant is added to uniformly disperse the amorphous silica powder. Furthermore, the following first silica powder and second silica powder are preferably used as the amorphous silica powder. The first silica powder has a volume average particle size of 0. A monodisperse, spherical amorphous silica powder with a size of 5μ or more and 10μ or less is used. As the second silica powder, a super fine silica powder having a volume average particle diameter of 0.1 μm or less is used. When mixing the first silica powder and the second silica powder, the mixing ratio of the second silica powder is adjusted to 80% by weight or less. In the manufacturing method of the present invention, in order to obtain highly pure quartz glass, it is preferable that the purity of the amorphous silica powder is 99.9% or more. The first amorphous silica powder can be obtained using purified silicon alkoxide as a highly pure raw material. That is, when silicon alkoxide is dropped into a mixed solution of alcohol and aqueous ammonia, and at the same time another aqueous ammonia is added dropwise to adjust the pH to 10 or more, silica precipitates are generated by hydrolysis of the silicon alkoxide. After settling the precipitate, the alcohol and aqueous ammonia are evaporated and dried, resulting in a purity of 99.9% or more and a particle size of 0. 5
Approximately spherical amorphous silica powder with a size of μ to 10 μ is obtained. In the step of hydrolyzing silicon alkoxide to obtain the first silica powder, the particle size of the silica precipitate precipitated by hydrolysis changes depending on the amount of silicon alkoxide dropped per unit time. Therefore, the particle size can be controlled by adjusting the amount of silicon alkoxide dropped. The smaller the amount of silicon alkoxide dropped, the smaller the particle size, and the larger the amount, the larger the particle size. For example, when using ethyl silicate containing 30% by volume of silica, it is usually 0. 0.5 to 5 drops per minute
Amorphous silica powder with a particle size of 10μ is obtained. As the silicon alkoxide used, methyl silicate, ethyl silicate, propyl silicate, etc. are preferably used. When using an amorphous silica powder obtained by mixing the first amorphous silica powder and the second amorphous silica powder in this way,
By lowering the firing temperature, large molded bodies of 30ca+ or more can be easily manufactured. Second amorphous silica powder g> Particle size is smaller than that of the first silica powder. Therefore, the second silica powder has a lower melting temperature than the first silica powder. Therefore, by mixing the second silica powder with the first silica powder, when sintering the compact, compared to the case of using only the first amorphous silica powder with a large particle size, The temperature can be lowered to lower the sintering temperature. As the firing temperature increases, silica glass tends to generate cristobalite. Silica glass, which can be fired at low temperatures, has the advantage of preventing cristobalite. However, if 80 parts by weight or more of the second amorphous silica powder is added in order to lower the firing temperature, the firing temperature will be lower, but the dried molded product will tend to crack, making it impossible to manufacture large products. . As the second amorphous silica powder L, for example, those commercially available under trade names such as Cabosil, Aerosil (manufactured by Degussa), D, C, Silica (manufactured by Dow Corning) can be used. A dispersant is added to the amorphous silica powder and water to improve dispersibility. As the dispersant, organic dispersants commonly used in the ceramic industry, such as ammonium polycarboxylate and SMA-1440H (manufactured by Alcoa), can be used. Amount of dispersant added? 4. Preferably, the amount is adjusted to 0.3 to 5.0% by weight based on the amorphous silica powder. In the method for producing quartz glass of the present invention, a slip is formed by adding a water-soluble gelling agent dissolved in water to a mixture of amorphous silica powder, water, and preferably a dispersant. The slip is poured into a mold and shaped. The optimal formwork is one that does not dissolve impurities from the surface of the formwork into the slip, such as ζf1 synthetic resin or wood. The silica slip poured into the mold is cured by a heated gelling agent. After that, the mold is removed and the cured molded product is taken out and dried. The external environment for drying has a relative humidity of 40% or more. In this dry environment, a dried molded article can be obtained in several days or more. The drying conditions for the molded article are preferably such that the relative humidity is 40% or more, more preferably in the range of 60 to 95%. This is because if the humidity is 40% or less, cracks and cracks will easily occur in the molded product. Another method is to pour a slip consisting of amorphous silica powder, water, and a dispersant into a mold, and then add a water-soluble gelling agent dissolved in water to the slip in the mold. After the slip has hardened, it can also be degreased and dried. Furthermore, when forming a slip by adding a water-soluble gelling agent that gels by heating, it is preferable that the temperature of the entire slip before addition or after addition be 60°C.
It is best to heat it above ℃. The amount of water added to the amorphous silica powder is preferably adjusted to 30 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixture. If it is less than 30 parts by weight, it will be difficult to disperse the slip, and the viscosity will be high, making it easy for air bubbles to enter the inside. If the amount is more than 100 parts by weight, the molded product will be difficult to solidify and will take a long time to dry. The dried molded product is preferably degreased by firing at around 900°C for 1 to 2 hours while increasing the temperature with a temperature gradient of 1 to b minutes to completely remove organic matter contained inside the dried molded product. It is decomposed and then sintered in a temperature range of 1200 to 1700°C to obtain the desired quartz glass. If the temperature gradient is set to 5° C./min or less and the temperature is raised slowly, splitting and cracking of the dried molded product can be prevented. As for the firing conditions, translucent quartz glass can be obtained by sintering at less than 1500° C. under a reduced pressure of about 1X10-3 to 1X10-5 torr. Transparent quartz glass can be obtained by sintering in a He atmosphere at a temperature of 1500° C. or higher.

【作用】[Effect]

本発明の製造方法は、従来のゾルゲル法のように、ゲル
を乾燥させて乾燥成形体を得るのではない。この発明の
製造方法は、シリカスリップを水溶性ゲル化剤で固化し
て成形し、これを乾燥している。この状態で固化された
成形体は、乾燥工程において、クラック、割れを極減で
きる。 さらに、この発明の石英ガラスの製造方法は、シリカス
リップを、これに添加して水溶性ゲル化剤で成形できる
。このため、従来の石膏型を使用することなく、種々の
形状のものを簡単に成形できる。
The manufacturing method of the present invention does not dry a gel to obtain a dry molded body, as in the conventional sol-gel method. In the manufacturing method of the present invention, a silica slip is solidified with a water-soluble gelling agent, molded, and dried. The molded body solidified in this state can minimize cracks and cracks during the drying process. Furthermore, in the method for producing quartz glass of the present invention, silica slip can be added to the silica glass and molded using a water-soluble gelling agent. Therefore, various shapes can be easily molded without using conventional plaster molds.

【実施例】【Example】

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。 但し、以下に示す実施例は、この発明の技術思想を具体
化する為の製造方法を例示すものであって、この発明の
方法は、使用材料、各過程における種々の条件を下記の
ものに特定するものでない。この発明の石英ガラスの製
造方法は、特許請求の範囲に記載の範囲に於て、種々の
変更を加えることができる。 [実施例1] 下記の工程で、第1の非晶質シリカ粉末を製造する。 ■ エタノール60σと、18%アンモニア水10誌の
混合液を用意し、50℃に加温する。 ■ 次に、精製された市販のエチルシリケート(シリカ
換算含量30W/V%)80誌と、同じ<18%アンモ
ニア水10Mを用意する。 ■ エタノールと、アンモニア水との混合液を50℃に
保持して攪拌し、これに、■で得られたアンモニア水混
合エチルシリケートを、3α/分の滴下速度で滴下し、
同時にアンモニア水を滴下して、pHを常に10.0以
上となるように調整する。 ■ エチルシリケートの滴下を終了した後、加水分解に
よって析出するシリカが沈降する。 ■ その後、液温を60℃に上昇し、2日間放置してエ
タノール、アンモニアを蒸発させた後、目的とする粒径
3μのほぼ球状で単分散の第1の非晶質シリカ粉末24
kgを得九 以上の工程で得られた第1のシリカ粉末を使用して、下
記の工程で石英ガラスを製造する。 ■ 得られた第1のシリカ粉末7kgに、体積平均粒径
が0.05μである第2のシリカ粉末3kgと、純水5
kgと、分散剤150gを添加、攪を半してシリカスリ
ップとする。 第2のシリカ粉末には、アエロジル0X−50(デグッ
サ社商標)を使用する。分散剤として、ポリカルボン酸
アンモニウム使用する。 ■ 得られたシリカスリップを、ボールミルで17時間
分散した後、ボールを分離する。 ■ 一方、水溶性ゲル化剤として、カードランを70℃
の湯に溶解して5%水溶液を作成する。 ■ 5%カードラン水溶液を60℃に保持して、■で得
られたシリカスリップに混合し、10分間攪を圭する。 ■ 攪拌終了後、第1図に示す合成樹脂製の成形容器に
注入する。この図に示す成形容器は、平面形状が正方形
で、図において、A、  B、  C,D。 Hはを下記の値とした。 A=300mm B=280mm C=10mm D=10mm H=300mm ■ 成形容器を加熱して、シリカスリップを流し込み室
温に3時間保持してゲル化させ、その後、徐々に冷却す
るとスリップを固化させる。 ■ 容器内のスリップがゲル化して固化したことを確認
した後、内側のプラスティック成形容器を引き抜き、そ
の後外側の合成樹脂容器も′除去し、保形性のあるシリ
カ成形体を得る。 ■ 得られた成形体を、湿度約60%の恒湿機に入札常
温で2週間乾燥して乾燥成形体とする。 この乾燥成形体は、外形の各辺が270mmの正方形で
、高さが270mmとなった。 この過程で得られた乾燥成形体L  ひび割れやクラッ
クは全く見られなかっ九 ■ 乾燥成形体を昇温速度4℃/分の温度勾配で、90
0℃まで加熱し、2時間かけて脱脂する。 この工程で、シリカスリップに添加された水溶性ゲル化
剤が除去される。 [相] その後、連続して真空中で、1400℃で2時
間焼結して石英ガラスとした。 この過程で得られた石英ガラスは、透光性を有するもの
であった。 この石英ガラスは、外形の一辺か240mmである正方
形で、高さが240mmであった。また、密度は2. 
20g/cm”で、5N(99,999%)以上の純度
を有する石英ガラスであった。 この石英ガラスをICPで分析した結果、Feを0. 
 OO1p p m、 N aを0.5ppm、Caを
0,02をppm含んでおり、AQは検出されなかった
。 このように、第1の非晶質シリカ粉末粒子に球状のもの
を使用すると、乾燥成形体においてもシリカ粒子の密度
が大きくなり、従って精度が高く密度の大きい石英ガラ
スが得られる。また第2の非晶質シリカ粉末を混合する
ことによって、同一の石英ガラスを得るにはその焼結温
度を下げることができるため、得られた石英ガラスにク
リストバライトが生じにくくなる。 [実施例2コ 水溶性ゲル化剤として、カードランに代わって、5%ア
ルギン酸アンモニウム水溶液を用いる思入実施例1と同
様にしてシリカスリップとする。 アルギン酸アンモニウム水溶液は、非晶質シリカ粉末に
分散剤を添加して、純水で分散さ、せたものに添加して
攪拌する。 シリカスリップの成形容器は、第2図に示す形状のもの
を使用する。この成形容器は、400mmX400mm
のプラスティック板を、幅の等しいスペーサーを挟んで
2枚を重ねにして成形室を形成したものである。 実施例1と同様にして、成形容器にシリカスリップを注
入し、脱脂した後乾燥して、外径が36OX360mm
で、厚さが5mmの乾燥成形体を得た 得られた乾燥成形体を、実施例1と昇温速度、及び脱脂
条件を同一として、1500’C,2時間、He雰囲気
中で焼結し、石英ガラスを得た。 この工程で得られた石英ガラスは、密度が2゜20g/
cm’であり、純度5N(99,999%以上であった
。 同様にして、5枚の石英ガラスを試作し、これを箱型に
組み立て、各辺を酸素−水素バーナーで溶接し箱型とし
た。 [実施例3] 体積平均粒径が0. 6μである第1の非晶質シリカ粉
末3kgと、体積平均粒径が0.05μである第2の非
晶質シリカ粉末(アエロジルOX−50)7kgを用い
る他は、全て実施例1と同様にしてシリカスリップを得
た。 このシリカスリップを、内径が50mmφで、長さが1
000mmである80℃に保ったポリエチレン製の管の
中に流し込み、室温まで冷やし3時間ゲル化させた後、
相対湿度80%、40℃で4日間乾燥した後、プラステ
ィック管から膜形し、さらに相対湿度60%S 40℃
で2週間乾燥して乾燥成形体を得九 この成形体を実施例2と同様の条件で焼結し、外径が4
0mmφで、全長が800 mm、 密度が2.20g
/cm3の透明、な石英ガラスを得た。
Examples of the present invention will be described in detail below. However, the examples shown below are illustrative of the manufacturing method for embodying the technical idea of this invention, and the method of this invention uses the materials used and various conditions in each process as shown below. It is not specific. The quartz glass manufacturing method of the present invention can be modified in various ways within the scope of the claims. [Example 1] A first amorphous silica powder is manufactured through the following steps. ■ Prepare a mixture of 60σ ethanol and 10 volumes of 18% ammonia water and heat it to 50°C. (2) Next, prepare 80 volumes of purified commercially available ethyl silicate (silica equivalent content: 30 W/V%) and 10 M of the same <18% ammonia water. ■ A mixed solution of ethanol and ammonia water was maintained at 50°C and stirred, and the ammonia water mixed ethyl silicate obtained in step (■) was added dropwise to this at a dropping rate of 3α/min.
At the same time, aqueous ammonia is added dropwise to adjust the pH to always be 10.0 or higher. ■ After finishing dropping ethyl silicate, silica precipitates due to hydrolysis. ■ After that, the liquid temperature was raised to 60°C and left for 2 days to evaporate ethanol and ammonia, and then the target particle size of 3 μm, almost spherical, monodisperse first amorphous silica powder 24
Using the first silica powder obtained in nine or more steps, quartz glass is manufactured in the following steps. ■ To 7 kg of the first silica powder obtained, add 3 kg of second silica powder having a volume average particle size of 0.05μ, and 5 kg of pure water.
kg and 150 g of dispersant were added, stirring was done half way to make a silica slip. Aerosil 0X-50 (trademark of Degussa) is used as the second silica powder. Ammonium polycarboxylate is used as a dispersant. ■ After dispersing the obtained silica slip in a ball mill for 17 hours, the balls are separated. ■ On the other hand, as a water-soluble gelling agent, curdlan was added at 70°C.
Dissolve in hot water to create a 5% aqueous solution. (2) Maintain a 5% curdlan aqueous solution at 60°C, mix it with the silica slip obtained in (2), and stir for 10 minutes. (2) After stirring, pour the mixture into a synthetic resin molded container as shown in Figure 1. The molded container shown in this figure has a square planar shape, and is marked by A, B, C, and D in the figure. H was set to the following value. A = 300 mm B = 280 mm C = 10 mm D = 10 mm H = 300 mm ■ Heat a molded container, pour the silica slip into it, keep it at room temperature for 3 hours to gel, and then gradually cool it to solidify the slip. ■ After confirming that the slip inside the container has gelled and solidified, the inner plastic molded container is pulled out, and the outer synthetic resin container is also removed to obtain a shape-retentive silica molded body. (2) The obtained molded body is dried in a constant humidity machine with a humidity of approximately 60% at room temperature for two weeks to obtain a dry molded body. This dry molded body had a square outer shape with each side of 270 mm and a height of 270 mm. The dry molded body L obtained in this process showed no cracks or cracks at all.
Heat to 0°C and degrease for 2 hours. In this step, the water-soluble gelling agent added to the silica slip is removed. [Phase] Thereafter, it was continuously sintered in a vacuum at 1400° C. for 2 hours to obtain quartz glass. The quartz glass obtained in this process had translucency. This quartz glass had a square outer shape with one side of 240 mm and a height of 240 mm. Also, the density is 2.
The quartz glass had a purity of 5N (99,999%) or higher at 20g/cm". As a result of ICP analysis of this quartz glass, Fe was found to be 0.
OO1ppm, contained 0.5ppm of Na, 0.02ppm of Ca, and no AQ was detected. In this way, when spherical first amorphous silica powder particles are used, the density of the silica particles increases even in the dry molded product, and therefore, quartz glass with high precision and high density can be obtained. Furthermore, by mixing the second amorphous silica powder, the sintering temperature can be lowered to obtain the same quartz glass, so cristobalite is less likely to form in the obtained quartz glass. [Example 2] A silica slip was prepared in the same manner as in Example 1 using a 5% aqueous ammonium alginate solution instead of curdlan as the water-soluble gelling agent. The ammonium alginate aqueous solution is prepared by adding a dispersant to amorphous silica powder, dispersing it in pure water, and stirring the resulting mixture. A molded silica slip container having the shape shown in FIG. 2 is used. This molded container is 400mm x 400mm
A molding chamber is formed by stacking two plastic plates with a spacer of equal width in between. In the same manner as in Example 1, silica slip was injected into a molded container, degreased and dried to give an outer diameter of 36OX360mm.
The dried compact with a thickness of 5 mm was obtained. The obtained dry compact was sintered in a He atmosphere at 1500'C for 2 hours using the same heating rate and degreasing conditions as in Example 1. , quartz glass was obtained. The quartz glass obtained through this process has a density of 2°20g/
cm', and the purity was 5N (over 99,999%). In the same way, five pieces of quartz glass were prototyped, assembled into a box shape, and each side was welded with an oxygen-hydrogen burner to form a box shape. [Example 3] 3 kg of a first amorphous silica powder with a volume average particle size of 0.6μ and a second amorphous silica powder (Aerosil OX- 50) A silica slip was obtained in the same manner as in Example 1 except that 7 kg was used.This silica slip had an inner diameter of 50 mmφ and a length of 1
After pouring into a polyethylene tube of 000mm kept at 80℃, cooling to room temperature and gelling for 3 hours,
After drying for 4 days at 40°C with a relative humidity of 80%, it was formed into a film from a plastic tube and further dried at 40°C with a relative humidity of 60%.
The molded body was dried for two weeks to obtain a dry molded body. This molded body was sintered under the same conditions as in Example 2, and the outer diameter was 4.
0mmφ, total length 800mm, density 2.20g
/cm3 transparent quartz glass was obtained.

【発明の効果】【Effect of the invention】

本発明の方法は、以上のように、非晶質シリカ粉末に水
溶性ゲル化剤を添加してシリカスリップとし、保形性の
ある状態に成形した後、乾燥して焼成するこの発明の石
英ガラスの製造方法は、大型の石英ガラスを簡単かつ容
易へ しかも、高い歩留まりで能率よく多量製造できる
。 この発明の方法が、石英ガラスの歩留まりを著しく改善
でせきるのは、乾燥、脱脂、焼結の工程における割れを
極減できることが理由である。ちなみに、本発明の方法
で石英ガラスを製造したところ、大きさに関係な(はと
んど100%に近い歩留まりを実現することが可能であ
り九
As described above, the method of the present invention involves adding a water-soluble gelling agent to amorphous silica powder to obtain a silica slip, molding it into a shape-retaining state, and then drying and firing the quartz slip. The glass manufacturing method allows large-sized quartz glass to be produced easily and efficiently, and in large quantities with high yields. The reason why the method of this invention can significantly improve the yield of quartz glass is that it can minimize cracking during the drying, degreasing, and sintering steps. By the way, when quartz glass is manufactured using the method of the present invention, it is possible to achieve a yield of almost 100% regardless of the size.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図ないし第3図はシリカスリップの成形容器を示す
断面図及び斜視図である。
1 to 3 are a sectional view and a perspective view showing a molded silica slip container.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)非晶質シリカ粉末と、水とに加えて、水溶性ゲル
化剤を添加してシリカスリップとし、これを成形した後
、乾燥、焼成することを特徴とする石英ガラスの製造方
法。
(1) A method for producing quartz glass, which comprises adding a water-soluble gelling agent to amorphous silica powder and water to form a silica slip, shaping the slip, and then drying and firing it.
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