JPH04240124A - 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】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】シリカガラスは耐熱性、耐食性及び光学
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、更には光ファイバーやＬＳＩ製造
用フォトマスク基板、ＴＦＴ基板等に使用され、その用
途はますます拡大している。

【０００３】シリカガラスの製造法として、ゾル−ゲル
法と呼ばれる低温でシリカガラスを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（Ｏ
Ｒ）４（Ｒ：アルキル基）で表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
、（ＯＲ）３Ｓｉ・〔ＯＳｉ（ＯＲ）２〕ｎ・ＯＳｉ（
ＯＲ）３（ｎ＝０〜８、Ｒ＝アルキル基）にメチルアル
コール等の有機溶媒を加え、場合によっては、ポリアル
キレングリコール、ポリ酢酸ビニル等の有機質高分子化
合物を添加し、水（アルカリ又は酸でｐＨを調整しても
よい）を加えて加水分解し、シリカヒドロゾル（本発明
においてはシリカゾルという）とする。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、ゲル中の液相成分を蒸発乾燥させることによ
り乾燥ゲルとする。この乾燥ゲルを適当な雰囲気中で焼
成することにより、シリカガラスを得る。

【０００４】ここで、高純度のシリカガラスを得ようと
する場合、原料を高度に精製することが必要で、市販の
原料はそのままでは使用できない。そこで、市販の原料
を用いても高純度のシリカガラスが得られるようにする
ため、原料を混合して得たシリカゾルを予めイオン交換
樹脂で処理する方法が提案されている（特開昭５９−２
１３６３８号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のイオン
交換樹脂で処理でする方法は、ゾルのｐＨが変化するの
でプロセス管理が非常に困難である。本発明は、市販の
原料を用いても高純度のシリカガラスが得られ、しかも
プロセス管理が容易なゾル−ゲル法によるシリカガラス
の製造法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明者らは種々検討した結果、原料のシリコンアル
コキシド、又は原料のシリコンアルコキシド及び有機質
高分子化合物を水を含まない有機溶媒に溶かし、これら
を予め非水条件下で非水用陽イオン交換樹脂で処理して
、不純物の金属イオン（Ｎａイオン、Ｋイオン、Ａｌイ
オン等）を除いたのちに、触媒及び水を加えて加水分解
し、これをゲル化し、乾燥したのち、焼成すると高純度
のシリカガラスが得られることを見出し、本発明を完成
した。すなわち、本発明は有機質高分子化合物の非存在
下、又は存在下に、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、焼成するシリカガラスの製造法において、加水分
解の前に非水条件下でシリコンアルコキシド、又はシリ
コンアルコキシド及び有機質高分子化合物を有機溶媒に
溶解したのち、非水用陽イオン交換樹脂で処理すること
を特徴とするシリカガラスの製造法に関する。

【０００７】本発明で用いる非水用陽イオン交換樹脂と
しては、水を含まない有機溶媒中でＮａイオン、Ｋイオ
ン、Ａｌイオン等の金属イオンを除去できる性能をもつ
陽イオン交換樹脂であればよい。そのようなものとして
は、例えば、「アンバーリスト」（オルガノ社製）等が
ある。非水用陽イオン交換樹脂の添加量は、原料中の金
属イオン含量により変動するが、少なくもその量の全量
を交換除去する理論量（当量）は必要である。溶媒とし
ては、メタノール、エタノール、テトラヒドロフルフリ
ルアルコール、フルフリルアルコール、Ｎ−メチル−２
−ピロリドン、モルホリン、Ｎ−エチルモルホリン、２
−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−
ブトキシエタノール、２−プロポキシエタノール、Ｎ，
Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムア
ミド、ジアセトンアルコール等で水を含まないものを用
いる。これらを２種以上用いてもよい。

【０００８】シリコンアルコキシドをメタノール等の有
機溶媒に溶かし、あるいは更に、必要に応じてこれにメ
タノール等の有機溶媒に溶かしたポリ酢酸ビニル、ポリ
アルキレングリコール等の有機質高分子化合物を加え、
これに非水用陽イオン交換樹脂を加えて適当な時間撹拌
、混合する。このとき、前記の有機溶媒に溶かしたシリ
コンアルコキシド、又はシリコンアルコキシド及び有機
質高分子化合物の溶液を非水用陽イオン交換樹脂をつめ
たカラムに通してもよい。このように処理して得られた
液に、酸性又は塩基性触媒の水溶液を加えてよく混合し
、加水分解する。得られたシリカゾルをシャーレ等の容
器に移し、蓋をし、０〜１００℃で数分ないしは数十日
保ち、蓋を穴のあいた蓋に代えて、室温〜１５０℃で数
時間ないしは数十日保ち、乾燥ゲルとし、更に公知の方
法、例えば空気中あるいはヘリウム中で１０００〜１４
００℃に昇温して焼結させる。

【０００９】

【作用】乾燥ゲルを焼成してシリカガラスとする際に、
ガラスの一部がクリストバライトへと結晶化し、光散乱
点として観察されることがある。このクリストバライト
への結晶化は金属イオン等の不純物によって促進される
。ガラスの焼結化前の金属イオンの除去は、ガラスのク
リストバライトへの結晶化を防ぐ。

【００１０】

【実施例】Ｎａ含有量が０．０５ｐｐｍのメチルアルコ
ール、同０．１ｐｐｍのポリ酢酸ビニル、同２ｐｐｍの
テトラメトキシシランの部分重縮合物をそれぞれ８５重
量部、５重量部及び１００重量部とり、これらを混合し
、得られた混合溶液を非水用陽イオン交換樹脂「アンバ
ーリスト１５」（オルガノ社製）５００ｍｌを充填した
ポリフッ化エチレン製カラム（内径６５ｍｍ、長さ２０
０ｍｍ）に毎分約１５０ｍｌの速さで通した。通過液の
Ｎａ含有量は０．０１ｐｐｍであった。この液に４０ｍ
Ｍのコリン水溶液を４０重量部加えて混合し、ゾルとし
、これをガラス製シャーレに入れ、ゲル化し、６０℃で
乾燥し、乾燥ゲルを作製した。乾燥ゲルを空気中で８０
０℃まで昇温し、次いでヘリウム中で１４５０℃まで昇
温し、シリカガラスを得た。得られたシリカガラス中に
は、ガラスの結晶化により生成する光散乱点は観察され
なかった。比較として、非水用陽イオン交換樹脂「アン
バーリスト１５」の処理を行わない以外は同様に操作し
てシリカガラスを調製した。このシリカガラス中には、
ガラスの結晶化により生成した光散乱点が多数観察され
た。

【００１１】

【発明の効果】本発明により、光散乱点のないシリカガ
ラスを低コストかつ容易に製造できる。また、有色金属
イオンの除去にも有効なので、シリカガラスの光透過率
を上げる効果もある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機質高分子化合物の非存在下、又は存在
   下に、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、焼成す
   るシリカガラスの製造法において、加水分解の前に非水
   条件下でシリコンアルコキシド、又はシリコンアルコキ
   シド及び有機質高分子化合物を有機溶媒に溶解したのち
   、非水用陽イオン交換樹脂で処理することを特徴とする
   シリカガラスの製造法。