JPH0465328A

JPH0465328A - 不透明石英ガラスの製造法

Info

Publication number: JPH0465328A
Application number: JP17897790A
Authority: JP
Inventors: Masato Sasaki; 正人佐々木; Katsufumi Takahashi; 克文高橋; Yoshihiko Goto; 吉彦後藤
Original assignee: KITA NIPPON SEKIEI KK; NIPPON SEKIEI GLASS KK
Current assignee: KITA NIPPON SEKIEI KK; NIPPON SEKIEI GLASS KK
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1992-03-02
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: JP3043032B2

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、不透明石英ガラスの製造法、さらに詳しくは
、発泡剤として窒化ケイ素微粉末を添加した不透明石英
ガラスの製造法に関する。

［従来の技術］従来より、半導体の製造装置、フランジ等の熱のかかる
装置、または電気発熱体用保護管等には、熱線遮断特性
を生かして不透明石英ガラスが利用されている。

ガラスの不透明度は、原料とする珪石、珪砂の透明度に
大きく左右され、また、透明度の高い原料は純度も高い
ことが一般的であり、純度が高く、かつ、高い透明度を
有する水晶に近似した原料から造られたガラスは半透明
なものとなり、不透明石英ガラスとしては不適当であっ
た。

このため半透明化の解消法として、原料として乳白色の
珪石や珪砂を用いたり、不透明度の高い原料を選別して
使用したり、または、電融法（電気加熱熱源による溶融
）において１発泡剤とじて炭素あるいは炭素含有物質の
微粉を添加して、不透明度を制御する方法が、不透明石
英ガラスの製造方法として知られている。

また、遷移金属が含有していると１０００℃付近で着色
が生ずるので、これを解決するため遷移金属化合物を含
有する珪酸質原料を散化性雰囲気下で溶融することによ
って着色を抑える不透明石英ガラスの製造方法が開示さ
れている（特開昭６０−２１８２７号）。

［発明が解決しようとする課題］しかし、乳白色の珪石や珪砂を用いたり、不透明度の高
い原料を選別して使用する方法は、泡の大きさや分散状
態にムラを生じやすく、切断、研削加工の際の研磨材浸
透等の問題があり、また原料の純度が低下するため、製
品の純度も低下し。

特に高い純度が要求される半導体製造用の炉心管等には
用いることができない。

また、発泡剤として炭素あるいは炭素含有物質の微粉を
添加する方法は、例えば、Ｓ　１０２＋３Ｃ−ｐｓｉｃ＋２ｃ○↑Ｓ　ｉ、　Ｃ＋
　Ｓ　ｉ　Ｏ，→Ｓｉｎ、−ｘ＋ｃ○↑のように、５ｉ
ｎ２との固相反応により発生した一酸化炭素ガスを発泡
源とするため、効率よく反応させるには１粒子同上の十
分な接触が重要となり、粉体の単なるミキシングでは反
応のための接触角が不均一になりやすく、このため発泡
にムラが生しやすくなる。又、−酸化炭素ガス自体が還
元性の発泡源であるため、石英ガラスの構辺欠陥（酸素
欠陥）を誘発する因子となる欠点があった。

このことは、電融法のみならず炭素あるいは炭素含有物
質の微粉から成る還元性の発泡剤を用いて、酸水素火炎
法（ベルヌーイ法）で溶融した場合でも、同様な同相反
応による発泡メカニズムを生じる。

このため上記発泡剤を用いて適量の混合濃度として溶融
しても、発泡作用が充分ではなく、ガラスの白色化及び
不透明化は、全く不充分であり、これを完全に不透明化
する為には発泡剤の混合濃度をかなり増大しなければな
らない。

（、かじ、この発泡剤（炭素あるいは炭素含有物質）の
過剰な添加は石英ガラスの熱的、化学的特性を低下させ
、耐久性が劣るとともに失透現象（結晶化）によりクラ
ンクが入り易く、泡割れ等が発生する欠点があった。

また、高純度の不透明石英ガラスを得るには純度の低い
珪石や珪砂を原料としたのでは、酸洗浄等の純化処理を
施したとしても、純度的には満足なものではなかった。

さらに、従来の不透明度の高い（泡の多い）珪石を用い
る方法では、珪石中に含まれた泡にバラツキがあり、又
炭素あるいは炭素含有物質を添加する方法では、上述の
同相接触反応によるメカニズムとなるため、微泡が不均
一になりやすく、また、泡の大きさや個数を調整して不
透明度及び白色度を制御することは難しかった。

また、遷移金属化合物を含有する珪酸質原料を溶融する
方法は、珪石等を酸洗浄によって夾雑物を除いても遷移
金属の微量な混入は避けられず、これを電融法等の還元
性雰囲気下で溶融したガラスは、加熱の際、着色現象を
起こすという問題があった。

そこで、発泡作用が大きく、微泡が均一に分散し、純度
が高く、かつ泡の大きさや個数を調整して不透明度及び
白色度を選択することができる、さらに着色のない不透
明石英ガラスの製造法の開発が望まれていた。

ＥＨＭを解決するための手段］本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ね
た結果、珪酸質原料粉に発泡剤として窒化ケイ素微粉末
を添加し２溶融すれば、前記目的が達成できるとの知見
を得て本発明を完成した。

本発明の特色は、発泡剤として窒化物であり又純度を損
なわないシリコン化合物でもある窒化ケイ素を使用し、
酸水素火炎溶融法により、不透明石英ガラスインゴット
（ブロック等）を造ることにある。

このとき、窒化ケイ素微粉末の添加量は、　０゜０３〜
３重量％、が好ましく、特に好ましくは０．１％〜１％
である。

添加量が０．０３重敏％未満では、白色化、不透明化が
充分でなく、また３重量％を超えると、石英ガラスの性
質を損ない（結晶化）、また、泡の分散が不均一となり
好ましくない。

また、高純度品製造に対しては、原料として珪石や珪砂
の替わりに、α−クォーツ、またはクリストバライト等
の高純度の酸化ケイ素源の一種またはこれらの混合物１
例えば精製した高純度の水晶粉や合成したシリカ粉等を
用いて使用することができる。

［作用］発泡剤である窒化ケイ素（Ｓｉ□Ｎ　４　）は、−船釣
には１９００℃で昇華するが、中性、還元性雰囲気では
１８５０℃位迄安定であり、酸化性雰囲気では１７００
℃位迄が安定領域である。このため、酸水素火炎溶融等
の酸化性雰囲気下では、１７００℃以上の温度で熱分解
し、熱分解により発生した窒素ガス（Ｎ２）により、石
英ガラスの純度を損なわずに、ガラス中での大きな発泡
効果が得られる。

このため水晶等の高純度品を用いても、純度の低下を来
さず、高純度品をそのまま得ることができる。

また、窒化ケイ素は１７００℃以上の温度で熱分解し、
窒素ガスを放出するので酸水素火炎溶融での原料粉に対
する添加量が同じ条件下においては、炭素含有物質であ
る炭化ケイ素より窒化ケイ素の方が発泡効果が犬であり
、従って不透明化と白色化への効果も犬という結果が得
られている。

また、珪石、珪砂又は水晶粉に発泡剤として０．０３％
〜３％の窒化ケイ素の微粉を少量添加し、均一に分散し
た混合粉を溶融することにより、石英ガラス全体に均一
な微泡を発生させ不透明化させることができる。

ここで発泡剤の粒度又は混合濃度の選択によって泡の大
きさや個数を変化できるので、その調整により不透明度
及び白色度を容易に制御することができる。

このように窒化ケイ素を発泡剤として用いＬば、それ自
体が溶融時熱分解により発生する窒素ガスを発泡源とす
るため、従来法、例えば炭素あるいは炭素含有物質を添
加しての固相接触反応［こよる発泡法とは、メカニズム
そのものが違うため１発泡のバラツキが少なく、微泡を
均一に効率よくガラス中に分散させ、白色の不透明石英
ガラスを容易に得ることができる。

また、酸化性雰囲気で溶融（ベルヌーイ法）しているの
で、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ等の遷移金属が微量に含有してい
たとしても、これらはガラス中に安定した形（原子価の
高い状態でガラスの網目構造をつなぐような形）でとり
込まれているため、遷移金属不純物による着色はなく、
又加熱しても１０００℃付近で着色することがない。

口実施例〕以下に、実施例を用いてさらに具体的に説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。

実施例１（不透明石英ガラスの製造）原料としての珪石粉及び発泡剤の窒化ケイ素粉は、次の
ような粒度調整のものを使用した。

＋は以上、−は以下を示す。

珪石粉に対する発泡剤の窒化ケイ素粉の混合濃度は０．
２％（重量）とし、この混合粉末を充分に混合した後、
酸水素火炎溶融法により溶融し、サイズ５５０’Ｘ］、
８０Ｈの白色不透明石英ガラスインゴットを作成した。

この不透明石英ガラスの見掛比重は１発泡剤添加前が２
，１９であるのに比して、２．０８であった・また、目視ｍ察により泡は均一に分散しており、美観上
すぐれた白色の不透明石英ガラスを得た。

このガラスを分光光度計を用い、分光透過率を測定した
ところ、ガラス厚５ｍｍにて波長２００〜５０００ｎｍ
の光を全く透過しないことが確認された。　得られた石
英ガラスインゴットの粘性は、下記に示すとおりである
５１２００”Ｃ１，２Ｘ］−〇１７ポイズ実施例２（高純
度不透明石英ガラスの製造）原料として、下記に示す粒
度調整をした水晶粉、水晶粉に対する発泡剤の窒化ケイ
素粉の混合濃度は０．２％（重量）とし、この混合粉末
を充分に混合した後、酸水素火炎溶融法により溶融し、
サイズ５５０”Ｘ１８０Ｈの白色不透明石英ガラスイン
ゴットを造った。

この不透明石英ガラスの見掛比重は、発泡剤添加前が２
．２０であるのに比し２．」Ｏであった。

また、目視観察により泡は均一に分散しており、美観上
すぐれた白色の不透明石英ガラスを得た。

このガラスを分光光度計を用い、分光透過率を測定した
ところ、ガラス厚５　ｍ　ｍにて波長２００〜５０００
ｎｍの光を全く透過しないことが確認された。

このとき得られたガラスの分析値は、次のよう十は以上
、−は以下を示す。

［効果］本発明による効果として下記のものが挙げられる。

（１）ガラスの外観は均一な白色不透明であり、ガラス
厚５　ｍ　ｍにて、波長２ｏ○〜５０００ｎｍの光を全
く透過せず、遮光性に優れている。

（２）発泡剤を窒化ケイ素としたことにより、石英ガラ
スの純度を損なわずに、ガラス中での大きな発泡効果が
得られる。

（３）発泡剤の粒度、原料粉に対する混合比率を選定す
ることにより、泡の大きさ、密度をある範囲内で制御、
均一化することができる。

（４）発泡剤を高純度品、原料粉も精製された高純度品
を選定使用することで、透明石英ガラスと同様な高純度
不透明石英ガラスが容易に製造できる。

（５）酸水素火炎溶融法にて製造するので、ニズに合わ
せた大型のブロック（板材）を作るのにも好ましく、さ
らにベルヌーイ法で溶融した不透明石英ガラスは、クリ
ーンなガスを用いて、無接触に近い状態で製造できるた
め、電融法に比へてもＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ等の遷移金属不
純物等の混入を極めて微量なものとすることができ、又
、これらが微量に混入しても、ガラスに安定した形で取
り込まれる結合構造により加熱しても発色することがな
い。

（６）得られた不透明石英ガラスの高温粘性は、１２０
０　’Ｃにおいて１．２Ｘ１０１２ポイズであり、従来
品の○Ｈｉの少ない不透明電融節（１２００°Ｃで０．
７〜０．８ＸＩＯ１２ポイズ）と比へても、耐熱性に優
れている。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）珪酸質原料粉に発泡剤として窒化ケイ素微粉末を
添加し、溶融することを特徴とする不透明石英ガラスの
製造法。
（２）窒化ケイ素微粉末の添加量が０．０３〜３重量％
であることを特徴とする請求項１記載の不透明石英ガラ
スの製造法。
（３）溶融方法が酸水素火炎によることを特徴とする請
求項１記載の不透明石英ガラスの製造法。
（４）珪酸質原料粉が珪石粉または珪砂粉であることを
特徴とする請求項１記載の不透明石英ガラスの製造法。
（５）珪酸質原料粉としてα−クォーツ、またはクリス
トバライト等の高純度の酸化ケイ素源の一種またはこれ
らの混合物を用いたことを特徴とする請求項１記載の不
透明石英ガラスの製造法。