JPH05286725A - シリカガラスの製造法 - Google Patents
シリカガラスの製造法Info
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- JPH05286725A JPH05286725A JP8583892A JP8583892A JPH05286725A JP H05286725 A JPH05286725 A JP H05286725A JP 8583892 A JP8583892 A JP 8583892A JP 8583892 A JP8583892 A JP 8583892A JP H05286725 A JPH05286725 A JP H05286725A
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
- C03C1/006—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels to produce glass through wet route
Abstract
(57)【要約】
【目的】光学的性質に優れ、空孔やクラック等の欠陥が
なく、しかも大形のシリカガラスを安価に製造する方法
を提供する。 【構成】ポリ酢酸ビニル４０ｇをメチルアルコール４４
０ｇに溶解し、これにシリコンテトラメトキシドの重縮
合物５５０ｇを加え、混合し、１０℃に冷却した１５ｍ
Ｍのコリン水溶液２１０ｇを滴下し、反応液の温度を１
１〜１３℃に調節しながら３０分間撹拌する。得られた
ゾル溶液を容器に移し、３０℃でゲル化させる。３０℃
で５日間、６０℃で５日間、及び１２０℃で１日間保温
・加熱し、乾燥ゲルを得たのち、１４００℃まで昇温し
て焼成する。
なく、しかも大形のシリカガラスを安価に製造する方法
を提供する。 【構成】ポリ酢酸ビニル４０ｇをメチルアルコール４４
０ｇに溶解し、これにシリコンテトラメトキシドの重縮
合物５５０ｇを加え、混合し、１０℃に冷却した１５ｍ
Ｍのコリン水溶液２１０ｇを滴下し、反応液の温度を１
１〜１３℃に調節しながら３０分間撹拌する。得られた
ゾル溶液を容器に移し、３０℃でゲル化させる。３０℃
で５日間、６０℃で５日間、及び１２０℃で１日間保温
・加熱し、乾燥ゲルを得たのち、１４００℃まで昇温し
て焼成する。
Description
【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、理工学用等に使用されるシリカガラスを製
造する方法に関する。
電子工業用、理工学用等に使用されるシリカガラスを製
造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリカガラスは耐熱性、耐蝕性及び光学
的性質に優れていることから、半導体製造に欠かせない
重要な材料であり、さらには光ファイバやＩＣ製造用フ
ォトマスク基板、ＴＦＴ基板などに使用され、その用途
はますます拡大している。従来のシリカガラスの製造法
には、天然石英を電気炉又は酸水素炎により溶解する方
法、あるいは四塩化ケイ素を酸水素炎又はプラズマ炎中
で高温酸化し溶解する方法があるが、いずれの方法も製
造工程に２０００℃あるいはそれ以上の高温を要するた
め大量のエネルギーを消費し、また製造時にそのような
高温に耐える材料が必要なうえ、更に高純度のものが得
られにくい等、経済的、品質的にいくつかの問題点をも
っている。
的性質に優れていることから、半導体製造に欠かせない
重要な材料であり、さらには光ファイバやＩＣ製造用フ
ォトマスク基板、ＴＦＴ基板などに使用され、その用途
はますます拡大している。従来のシリカガラスの製造法
には、天然石英を電気炉又は酸水素炎により溶解する方
法、あるいは四塩化ケイ素を酸水素炎又はプラズマ炎中
で高温酸化し溶解する方法があるが、いずれの方法も製
造工程に２０００℃あるいはそれ以上の高温を要するた
め大量のエネルギーを消費し、また製造時にそのような
高温に耐える材料が必要なうえ、更に高純度のものが得
られにくい等、経済的、品質的にいくつかの問題点をも
っている。
【０００３】これに対し、近年ゾル−ゲル法と呼ばれる
シリカガラスを低温で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。四塩化ケイ素の気相分解によ
って製造されたＳｉＯ2 微粒子を水、有機溶媒もしくは
水−有機溶媒混合液に分散させることにより、あるいは
シリコンアルコキシドを有機溶媒中、触媒と共に加水分
解・重合することにより、シリカゾルとする。この時、
シリコンアルコキシドと水が均一な系となるよう、有機
溶媒としては通常、適当なアルコールが用いられる。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、ゲルから有機溶媒、水分を蒸発
させたのち、これを乾燥することにより乾燥ゲルとす
る。この乾燥ゲルを通常、ヘリウム等の適当な雰囲気
中、１０００〜１４００℃で加熱することによりシリカ
ガラスを得る。
シリカガラスを低温で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。四塩化ケイ素の気相分解によ
って製造されたＳｉＯ2 微粒子を水、有機溶媒もしくは
水−有機溶媒混合液に分散させることにより、あるいは
シリコンアルコキシドを有機溶媒中、触媒と共に加水分
解・重合することにより、シリカゾルとする。この時、
シリコンアルコキシドと水が均一な系となるよう、有機
溶媒としては通常、適当なアルコールが用いられる。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、ゲルから有機溶媒、水分を蒸発
させたのち、これを乾燥することにより乾燥ゲルとす
る。この乾燥ゲルを通常、ヘリウム等の適当な雰囲気
中、１０００〜１４００℃で加熱することによりシリカ
ガラスを得る。
【０００４】しかし、上記のゾル−ゲル法によるシリカ
ガラスの製造法は、次のような問題がある。すなわち、
ＳｉＯ2 微粒子を水、有機溶媒等に分散させる方法で
は、ＳｉＯ2微粒子を均一に分散させることが困難で、
シリカゾル中に大きなＳｉＯ2凝集体が残りやすく、こ
れらＳｉＯ2凝集体は焼成したときガラス中の欠陥（空
孔）の原因となり、品質を低下させる。また、シリコン
アルコキシドを有機溶媒中、触媒と共に加水分解・重合
し、シリカゾルとする方法では、その後の乾燥過程でゲ
ルにクラックや割れが発生しやく、またそれを焼成して
得られるガラスに微細な空孔が生じやすい。
ガラスの製造法は、次のような問題がある。すなわち、
ＳｉＯ2 微粒子を水、有機溶媒等に分散させる方法で
は、ＳｉＯ2微粒子を均一に分散させることが困難で、
シリカゾル中に大きなＳｉＯ2凝集体が残りやすく、こ
れらＳｉＯ2凝集体は焼成したときガラス中の欠陥（空
孔）の原因となり、品質を低下させる。また、シリコン
アルコキシドを有機溶媒中、触媒と共に加水分解・重合
し、シリカゾルとする方法では、その後の乾燥過程でゲ
ルにクラックや割れが発生しやく、またそれを焼成して
得られるガラスに微細な空孔が生じやすい。
【０００５】そこで、本発明者らは、これらの問題を解
決するため、ポリエチレングリコール等の有機質ポリマ
ーの存在下に、シリコンアルコキシドを有機溶媒中、触
媒と共に加水分解・重合し、シリカゾルとし、ゲル化
し、乾燥し、１０００〜１４００℃で焼成する方法（特
開平１−１４０７６６号公報、特開平１−１４１４８３
号公報等）や、水よりも沸点が高い有機物の存在下に、
シリコンアルコキシドを有機溶媒中、触媒と共に加水分
解・重合し、シリカゾルとし、ゲル化し、乾燥し、１０
００〜１４００℃で焼成する方法（特開平２−２５４３
５号公報、特開平２−２５４３８号公報等）を提案し
た。
決するため、ポリエチレングリコール等の有機質ポリマ
ーの存在下に、シリコンアルコキシドを有機溶媒中、触
媒と共に加水分解・重合し、シリカゾルとし、ゲル化
し、乾燥し、１０００〜１４００℃で焼成する方法（特
開平１−１４０７６６号公報、特開平１−１４１４８３
号公報等）や、水よりも沸点が高い有機物の存在下に、
シリコンアルコキシドを有機溶媒中、触媒と共に加水分
解・重合し、シリカゾルとし、ゲル化し、乾燥し、１０
００〜１４００℃で焼成する方法（特開平２−２５４３
５号公報、特開平２−２５４３８号公報等）を提案し
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、有機質ポリマ
ーや水よりも沸点が高い有機物の存在下に、シリコンア
ルコキシドを有機溶媒中、触媒と共に加水分解・重合
し、シリカゾルとし、ゲル化し、乾燥し、１０００〜１
４００℃で焼成する方法によっても、欠陥（空孔）が全
く存在せず、しかも大型のシリカガラスを得ることは困
難である。本発明は、より欠陥（空孔）が少なく、しか
も大形のシリカガラスを安価に製造する方法を提供する
ことを目的とする。
ーや水よりも沸点が高い有機物の存在下に、シリコンア
ルコキシドを有機溶媒中、触媒と共に加水分解・重合
し、シリカゾルとし、ゲル化し、乾燥し、１０００〜１
４００℃で焼成する方法によっても、欠陥（空孔）が全
く存在せず、しかも大型のシリカガラスを得ることは困
難である。本発明は、より欠陥（空孔）が少なく、しか
も大形のシリカガラスを安価に製造する方法を提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、有機質ポ
リマー及び／又は水よりも沸点が高く、かつ水よりも表
面張力の低い有機物の存在下に、シリコンアルコキシド
を有機溶媒中、触媒と共に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たのち、こ
れを焼成するシリカガラスの製造法を種々検討していた
ところ、加水分解液を１０〜１５℃の範囲に冷却して加
水分解すると、乾燥ゲルのクラックの発生は抑制され、
焼成して得られるシリカガラスも割れが少ないことを見
出し、本発明を完成するに至った。
リマー及び／又は水よりも沸点が高く、かつ水よりも表
面張力の低い有機物の存在下に、シリコンアルコキシド
を有機溶媒中、触媒と共に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たのち、こ
れを焼成するシリカガラスの製造法を種々検討していた
ところ、加水分解液を１０〜１５℃の範囲に冷却して加
水分解すると、乾燥ゲルのクラックの発生は抑制され、
焼成して得られるシリカガラスも割れが少ないことを見
出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】すなわち本発明は、シリコンアルコキシド
を有機溶媒中、有機質ポリマーの存在下に触媒と共に加
水分解してシリカゾルとし、ゲル化し、乾燥して乾燥ゲ
ルとし、これを焼成するシリカガラスの製造法におい
て、加水分解時に冷却して加水分解を１０〜１５℃の範
囲で行うことを特徴とするシリカガラスの製造法に関す
る。
を有機溶媒中、有機質ポリマーの存在下に触媒と共に加
水分解してシリカゾルとし、ゲル化し、乾燥して乾燥ゲ
ルとし、これを焼成するシリカガラスの製造法におい
て、加水分解時に冷却して加水分解を１０〜１５℃の範
囲で行うことを特徴とするシリカガラスの製造法に関す
る。
【０００９】加水分解液を１０〜１５℃の範囲に冷却す
るためには、冷却水を循環させるながら加水分解液の温
度を調節すればよいが、更に簡単には加える水もしくは
触媒水溶液として、氷もしくは零度近くに冷却した触媒
水溶液を用いながら、加水分解液の温度を１０〜１５℃
の範囲に調節してもよい。加水分解液の温度が１０〜１
５℃の範囲であると、反応が急激に進行せず、適度に進
行して均一なゲルが得られる。
るためには、冷却水を循環させるながら加水分解液の温
度を調節すればよいが、更に簡単には加える水もしくは
触媒水溶液として、氷もしくは零度近くに冷却した触媒
水溶液を用いながら、加水分解液の温度を１０〜１５℃
の範囲に調節してもよい。加水分解液の温度が１０〜１
５℃の範囲であると、反応が急激に進行せず、適度に進
行して均一なゲルが得られる。
【００１０】本発明におけるシリコンアルコキシドは部
分的に縮重合させたものを用いてもよい。シリコンアル
コキシドのアルキル基としては、加水分解のし易さやゲ
ル化時間の点から、メチル基、エチル基、プロピル基、
ブチル基等が挙げられる。
分的に縮重合させたものを用いてもよい。シリコンアル
コキシドのアルキル基としては、加水分解のし易さやゲ
ル化時間の点から、メチル基、エチル基、プロピル基、
ブチル基等が挙げられる。
【００１１】本発明の有機溶媒としてはメチルアルコー
ル、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、ｉ−
プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール等のアルコ
ール類、ジメチルエーテル等のエーテル類、アセトン、
メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル等のエス
テル類、これらの混合溶媒等が挙げられが、好ましく
は、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコー
ル、さらに好ましくはメチルアルコールである。
ル、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、ｉ−
プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール等のアルコ
ール類、ジメチルエーテル等のエーテル類、アセトン、
メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル等のエス
テル類、これらの混合溶媒等が挙げられが、好ましく
は、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコー
ル、さらに好ましくはメチルアルコールである。
【００１２】触媒としてはアンモニア、コリン、水酸化
トリメチルアンモニウム、水酸化トリエチルアンモニウ
ム、水酸化トリプロピルアンモニウム、水酸化トリブチ
ルアンモニウム、その他各種アミン類等の塩基性触媒、
塩酸、硝酸等の酸触媒が挙げられ、これらは水と共に用
いる。
トリメチルアンモニウム、水酸化トリエチルアンモニウ
ム、水酸化トリプロピルアンモニウム、水酸化トリブチ
ルアンモニウム、その他各種アミン類等の塩基性触媒、
塩酸、硝酸等の酸触媒が挙げられ、これらは水と共に用
いる。
【００１３】有機質ポリマーとしては、ポリエチレング
リコール、ポリメチレングリコール、ポリプロピレング
リコール、ポリブチレングリコール等のポリアルキレン
グリコール、ポリエチレングリコールメチルエーテル、
ポリエチレングリコールエチルエーテル、ポリエチレン
グリコールプロピルエーテル、ポリエチレングリコール
ブチルエーテル等のポリアルキレングリコールエーテ
ル、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセ
ルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシ
ブチルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース、
ポリ酢酸ビニル等がある。
リコール、ポリメチレングリコール、ポリプロピレング
リコール、ポリブチレングリコール等のポリアルキレン
グリコール、ポリエチレングリコールメチルエーテル、
ポリエチレングリコールエチルエーテル、ポリエチレン
グリコールプロピルエーテル、ポリエチレングリコール
ブチルエーテル等のポリアルキレングリコールエーテ
ル、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセ
ルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシ
ブチルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース、
ポリ酢酸ビニル等がある。
【００１４】水よりも沸点が高く、かつ水よりも表面張
力の低い有機物としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミ
ド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフル
フリルアルコール、１−メチル−２−ピロリドン、エチ
レングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコー
ルモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピ
ルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、
ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレン
グリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコール
モノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチ
ルエーテル等がある。
力の低い有機物としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミ
ド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフル
フリルアルコール、１−メチル−２−ピロリドン、エチ
レングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコー
ルモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピ
ルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、
ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレン
グリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコール
モノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチ
ルエーテル等がある。
【００１５】得られたシリカゾルを適当な容器に移し、
室温〜７０℃に数時間保ってゲル化し、次いで室温より
高い温度で数日〜数週間保温・加熱して乾燥ゲルとし、
これを公知の方法、例えば空気中又はヘリウム中で１０
００〜１４００℃に昇温し、焼結させる。
室温〜７０℃に数時間保ってゲル化し、次いで室温より
高い温度で数日〜数週間保温・加熱して乾燥ゲルとし、
これを公知の方法、例えば空気中又はヘリウム中で１０
００〜１４００℃に昇温し、焼結させる。
【００１６】
実施例１ ポリ酢酸ビニル４０ｇをメチルアルコール４４０ｇに溶
解し、これにシリコンテトラメトキシドの重縮合物５５
０ｇを加え、混合した。この混合溶液に１０℃に冷却し
た１５ｍＭのコリン水溶液２１０ｇを滴下し、反応液の
温度を１１〜１３℃に調節しながら３０分間撹拌した。
得られたゾル溶液をポリフッ化エチレンでコーティング
した２５０ｍｍ角のステンレス製の容器に入れ、ポリ塩
化ビニル製フィルムで蓋をし、３０℃でゲル化させた。
その後３０℃で５日間、６０℃で５日間、及び１２０℃
で１日間保温・加熱し、乾燥ゲルを得た。この乾燥ゲル
を空気流通下に、７００℃まで昇温し、次いでヘリウム
雰囲気中、１４００℃まで昇温して、割れのないシリカ
ガラスを得た。
解し、これにシリコンテトラメトキシドの重縮合物５５
０ｇを加え、混合した。この混合溶液に１０℃に冷却し
た１５ｍＭのコリン水溶液２１０ｇを滴下し、反応液の
温度を１１〜１３℃に調節しながら３０分間撹拌した。
得られたゾル溶液をポリフッ化エチレンでコーティング
した２５０ｍｍ角のステンレス製の容器に入れ、ポリ塩
化ビニル製フィルムで蓋をし、３０℃でゲル化させた。
その後３０℃で５日間、６０℃で５日間、及び１２０℃
で１日間保温・加熱し、乾燥ゲルを得た。この乾燥ゲル
を空気流通下に、７００℃まで昇温し、次いでヘリウム
雰囲気中、１４００℃まで昇温して、割れのないシリカ
ガラスを得た。
【００１７】
【発明の効果】本発明により、光学的性質に優れ、空孔
やクラック等の欠陥のない、しかも大形のシリカガラス
を安価に製造する方法を提供できた。
やクラック等の欠陥のない、しかも大形のシリカガラス
を安価に製造する方法を提供できた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺崎 裕樹 茨城県つくば市和台48番 日立化成工業株 式会社筑波開発研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】シリコンアルコキシドを有機溶媒中、有機
質ポリマーの存在下に触媒と共に加水分解してシリカゾ
ルとし、ゲル化し、乾燥して乾燥ゲルとし、これを焼成
するシリカガラスの製造法において、加水分解液を１０
〜１５℃の範囲に冷却して加水分解することを特徴とす
るシリカガラスの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8583892A JPH05286725A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | シリカガラスの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8583892A JPH05286725A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | シリカガラスの製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05286725A true JPH05286725A (ja) | 1993-11-02 |
Family
ID=13870005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8583892A Pending JPH05286725A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | シリカガラスの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05286725A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4842395B1 (ja) * | 2010-11-02 | 2011-12-21 | 株式会社Ｒｅｉメディカル | モノリス多孔体の製造方法 |
| JP6924338B1 (ja) * | 2021-01-29 | 2021-08-25 | 三井金属鉱業株式会社 | ゾル、ゲル及びシリカ多孔体を製造する装置及び方法 |
-
1992
- 1992-04-08 JP JP8583892A patent/JPH05286725A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4842395B1 (ja) * | 2010-11-02 | 2011-12-21 | 株式会社Ｒｅｉメディカル | モノリス多孔体の製造方法 |
| JP6924338B1 (ja) * | 2021-01-29 | 2021-08-25 | 三井金属鉱業株式会社 | ゾル、ゲル及びシリカ多孔体を製造する装置及び方法 |
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