JPH0524852A - 石英ガラスの製造方法 - Google Patents

石英ガラスの製造方法

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JPH0524852A
JPH0524852A JP20217891A JP20217891A JPH0524852A JP H0524852 A JPH0524852 A JP H0524852A JP 20217891 A JP20217891 A JP 20217891A JP 20217891 A JP20217891 A JP 20217891A JP H0524852 A JPH0524852 A JP H0524852A
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JP
Japan
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dispersion medium
powder
quartz glass
suspension
liquid
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JP20217891A
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Shusuke Yamada
修輔 山田
Koji Tsukuma
孝次 津久間
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Tosoh Corp
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Tosoh Corp
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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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B19/06Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction
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Abstract

(57)【要約】 【目的】気泡や脈理などの光学的不均質部分が存在せ
ず、反りのない石英ガラスを歩留まり良く安価に製造す
る。 【構成】シリカ粉末を水などの親水性の液体に分散させ
た懸濁液を、2.2g/cm以上の疎水性の液体の上
に流し込んだ後、分散媒を蒸発させることにより湿式成
形し、焼結する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は石英ガラスの製造方法に
関し、特に気泡や脈理等の光学的不均質部分が存在せ
ず、反りがなく、大面積の板状及び大型の石英ガラスの
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マスク用基板、ディスプレイ等に使用さ
れる石英ガラス薄板は従来 イ.溶融及び合成石英ガラスインゴットより切り出し・
研削・研磨を行い石英ガラス薄板とする方法 ロ.珪素のアルコキシド、シリカ微粉末又はそれらの混
合物を出発原料とし、加水分解・脱水重合反応をおこさ
せ得られたゲルを乾燥・焼結し石英ガラス薄板とする方
法 等の方法により作製されている。現在は、イの方法が主
流である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法には以下のような問題がある。
【0004】イの方法 気泡や脈理等の光学的不均質部分が存在 歩留りが悪い 高価である 大面積の薄板を得ることが困難である ロの方法 気泡の存在 反りの発生 本発明はこれらの問題点を解決するために、気泡や脈理
等の光学的不均質部分が存在せず、反りのない板状及び
塊状の石英ガラスを歩留りよく、安価に製造する方法を
提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題点に鑑み鋭意研
究の結果、本発明者らはシリカ粉末を原料とし、この粉
末を液体の分散媒中に分散させた懸濁液を比重が2.2
g/cm以上の液体に浮かせ、分散媒を蒸発させて大
面積の乾燥成形体を得、それを焼結することにより反り
がなく、かつ30μm以上の気泡が存在しない石英ガラ
スを歩留りよく、安価に製造することを発見し、本発明
に到達した。すなわち、本発明はシリカ粉末を湿式成形
し焼結して石英ガラスを得る方法において、湿式成型方
法がシリカ粉末を液体の分散媒に分散させた後、2.2
g/cm以上の比重を持ち、分散媒とは互いに溶解度
をほとんど持たない液体の上に上記のシリカのスラリー
を流し込み、分散媒を蒸発させることを特徴とする石英
ガラスの製造方法である。本発明を以下詳細に説明す
る。
【0006】原料となるシリカ粉末は、好ましくは比表
面積40m/g以下さらに好ましくは10〜20m
/gの粉末を使用する。シリカ粉末の製法には特に限定
はないが、例えばSiClを火炎加水分解し、堆積さ
せた多孔質体を粉砕したものまたは珪素のアルコキシド
をアルコールで加水分解して得た粉末等を用いることが
できる。この粉末を、好ましくは分散媒:粉末(重量
比)=3:2以上、さらに好ましくは5:1〜3:2に
なるように、超音波を照射しながら分散媒に分散させ均
質な懸濁液の調製を行う。分散媒としては、例えば蒸留
水などがあげられる。超音波を照射する時間は60分間
以上、好ましくは120分間以上が良い。なお超音波照
射中に懸濁液の温度が上昇しないように、超音波伝搬体
を一定割合でフローするか冷却するなどの工夫をすると
よい。
【0007】上記のように調製された均質な懸濁液を、
孔径5〜20μmのナイロン製のフルイもしくはテフロ
ン製のフィルタ−等を通過させ異物や大きな粉末凝集体
等の除去を行なう。このようにして得た懸濁液を比重が
シリカ粉末より大きい2.2g/cm以上で互いに溶
解度をほとんど持たない液体例えばジヨードメタン、ヨ
ードメタンまたは水銀等を予め入れてある容器の中に静
かに流し込む。そして懸濁液の分散媒を蒸発させればよ
い。例えば以下のような方法があげられる。この容器に
ふたをし、アスピュレータで減圧しながら容器を30〜
40℃で加温する。懸濁液の分散媒が蒸発したところ
で、比重が2.2g/cm以上の液体上に浮いている
板状の粉末集合体を取り出し、さらにこの粉末集合体を
温度30〜80℃、湿度80〜90%の乾燥器の中へ移
し粉末集合体中に残った分散媒を蒸発させる。乾燥後こ
の粉末集合体を成型体とする。
【0008】得られた成型体を加熱時にシリカと反応し
ない物、たとえばクリストバライトの微粉末を表面に敷
いた無水溶融石英ガラス製の敷板の上に乗せ、加熱装置
内にセットし、先ず初めに800〜1200℃の温度に
おいて成型体の表面・内部の水酸基の除去を目的とし
て、塩素ガスを10%以上含む雰囲気中で成型体の熱処
理を行った後、温度1600℃以下好ましくは1400
〜1550℃、80%以上ヘリウムガスを含む雰囲気、
保持時間30分以上の条件において焼結(透明ガラス
化)処理を行う。
【0009】以上のようにして反りがなく、かつ30μ
m以上の気泡が存在しない石英ガラスを得ることができ
る。
【0010】
【作用】本発明では比表面積が好ましくは40m/g
以下のシリカ粉末を原料とし、液体を分散媒とするこの
粉末の懸濁液を、比重が2.2g/cm以上の、分散
媒とは互いに溶解度をほとんど持たない液体に浮かべ、
分散媒を蒸発させることにより、割れのない大面積及び
大型の乾燥成型体を得ることができる。この成型体を焼
結することにより反りがなく、かつ30μm以上の気泡
が存在しない石英ガラスを得ることができる。これはシ
リカの懸濁液が成型体になるときに、粉末集合体と接し
ている液体から摩擦抵抗をほとんど受けず、かつ懸濁液
の分散媒の表面張力により粉末集合体にひびが入りにく
いためである。また懸濁液から粉末集合体への成型時に
集合体は常に水平に保たれ、かつ下の液体と粉末集合体
の界面はなめらかに保たれる。そのため成型体の厚さは
均質となり、その焼結体は反りのない、なめらかな表面
を持った石英ガラスになるものと推定される。
【0011】
【実施例】本発明を以下の実施例により詳細に説明す
る。しかし本発明これら実施例のみに限定されるもので
はない。
【0012】実施例 1 四塩化珪素を高温中において火炎加水分解後、堆積させ
た多孔質体を石英ガラス製の乳鉢を使用し粉砕すること
により比表面積が18m/g、平均粒径0.15μm
のシリカ粉末を得た。この粉末を蒸留水と重量比が蒸留
水:粉末=3:2になるように混合し、超音波を照射し
ながら120分間分散させ懸濁液を調製した。この懸濁
液を孔径10μmのナイロン製のフルイを通過させた
後、50mmHg〜200mmHg程度の減圧下で懸濁
液中に含まれる空気の泡を脱泡し、その後懸濁液をSi
量が200gになるように分取した。その後ジヨウ
ドメタン1000mlを入れた内径140mmのテフロ
ン製の容器に懸濁液を静かに流し込んだ。さらにその容
器全体をガラス製密封容器に入れ、30〜40℃に加温
しながら真空ポンプで引いて容器内を100〜300m
mHgに減圧した。真空ポンプで容器内を引くときは途
中にエタノールを満たしたトラップを置いた。
【0013】スラリー中の蒸留水がなくなった段階で真
空ポンプを止め、ガラス製密封容器内を大気圧にもどし
た。ジヨウドメタン上に浮いている湿潤ゲル体を靜かに
取り出し、それを内部を温度60℃湿度90%に保った
恒温恒湿器内に移し10日間乾燥させた。得られた直径
114mm厚さ20mmの乾燥ゲルをクリストバライト
微粉末を敷いた溶融石英ガラス板上に置き、石英ガラス
を炉芯管とする管状炉内にセットし、透明ガラス化処理
を以下のように行った。室温より800℃まで酸素ガス
雰囲気中において毎時200℃の速度で加熱し、800
〜1000℃まで10%塩素ガスを含むヘリウムガス雰
囲気中において毎時200℃の速度で加熱後1000℃
で2時間保持をした後、1550℃までヘリウムガス雰
囲気中において毎時100℃の速度で加熱し、1550
℃で1時間保持をした後、炉内で冷却した。
【0014】得られた石英ガラスの表面は滑らかであ
り、かつ厚さも均質であった。これは液体と液体の界面
が滑らかであり、浮いている液体の厚さが均質であるこ
とによる。
【0015】比較例 1 四塩化珪素を高温中において火炎加水分解後、堆積させ
た多孔質体を石英ガラス製の乳鉢を使用し粉砕すること
により比表面積が18m/g、平均粒径0.15μm
のシリカ粉末を得た。この粉末を蒸留水と重量比が蒸留
水:粉末=3:2になるように混合し、超音波を照射し
ながら120分間分散させ懸濁液を調製した。この懸濁
液を孔径10μmのナイロン製のフルイを通過させた
後、懸濁液をSiO量が200gになるように分取
し、孔径0.2μmのテフロン製のフィルター及び内径
140mmのテフロン製の型を使用し、減圧濾過を行っ
た。減圧濾過の過程でシリカの懸濁液は充分に分散媒が
ある時は液状であるが、分散媒が少なくなるとゲル化し
湿潤成型体となり、吸引を続けてさらに分散媒が少なく
なると粉末集合体に無数の割れが生じた。よって割れの
生じた時点で実験は中止した。
【0016】比較例 2 四塩化珪素を高温中において火炎加水分解後、堆積させ
た多孔質体を石英ガラス製の乳鉢を使用し粉砕すること
により比表面積が18m/g、平均粒径0.15μm
のシリカ粉末を得た。この粉末を蒸留水と重量比が蒸留
水:粉末=3:2になるように混合し、超音波を照射し
ながら120分間分散させ懸濁液を調製した。この懸濁
液を孔径10μmのナイロン製のフルイを通過させた
後、懸濁液をSiO量が200gになるように分取
し、孔径0.2μmのテフロン製のフィルター及び内径
140mmのテフロン製の型を使用し、減圧濾過を行っ
た。減圧濾過の過程でシリカの懸濁液は充分に分散媒が
ある時は液状であるが、分散媒が少なくなるとゲル化し
湿潤成型体となった。懸濁液に水が少なくなりゲル化し
た時点で吸引を中止し、フィルター上の成型体を取り出
した。その成型体を、内部を温度60℃湿度90%に保
った恒温恒湿器内に移し10日間乾燥させた。
【0017】得られた直径120mm厚さ18mmの乾
燥ゲルを石英ガラス上に置き、石英ガラスを炉芯管とす
る管状炉内にセットし、透明ガラス化処理を以下のよう
に行った。室温より800℃まで酸素ガス雰囲気中にお
いて毎時200℃の速度で加熱し、800〜1000℃
まで10%塩素ガスを含むヘリウムガス雰囲気中におい
て毎時200℃の速度で加熱後1000℃で2時間保持
をした後、1550℃までヘリウムガス雰囲気中におい
て毎時100℃の速度で加熱し、1550℃で2時間保
持をした後、炉内で冷却した。
【0018】得られた石英ガラスの表面にはかなりの凹
凸が見られた。その成因は濾過に使用した濾紙に存在す
る凹凸であり、それがそのまま湿潤ゲル成型体に写し取
られ、焼結後の石英ガラス上にも残ったのである。また
乾燥成型体の厚さは濾過器が水平でない場合は不均質に
なり、しいては焼結してできた石英ガラスの厚さも不均
質となった。またこのガラス体の表面を研磨し、ガラス
体内の気泡を調べると直径30μm以上のものが多数あ
る試料があった。
【0019】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように本発明
によれば、シリカ粉末を原料とし、この粉末の懸濁液を
を比重2.2g/cm以上の重液の上で成型し、その
後焼結することにより、泡のない厚さが均質でかつ表面
が滑らかな大型の石英ガラスが、容易に歩留り良くかつ
安価に製造できる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリカ粉末を湿式成形し焼結して石英ガラ
    スを得る方法において、湿式成型方法がシリカ粉末を液
    体の分散媒に分散させた後、2.2g/cm以上の比
    重を持ち、分散媒とは互いに溶解度をほとんど持たない
    液体の上に上記のシリカのスラリーを流し込み、分散媒
    を蒸発させることを特徴とする石英ガラスの製造方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の石英ガラスの
    製造方法において、シリカ粉末の懸濁液は親水性の液体
    を分散媒とし、懸濁液を浮かべる液体は比重が2.2g
    /cm以上の疎水性の液体であることを特徴とする石
    英ガラスの製造方法。
JP20217891A 1991-07-18 1991-07-18 石英ガラスの製造方法 Pending JPH0524852A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102515511A (zh) * 2011-12-31 2012-06-27 徐州协鑫太阳能材料有限公司 注浆成型石英浆料的制备方法
WO2022157107A1 (de) * 2021-01-21 2022-07-28 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Quarzglaskörper
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US11952303B2 (en) 2015-12-18 2024-04-09 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Increase in silicon content in the preparation of quartz glass

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