JPH0574535B2 - - Google Patents
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- Y10S65/00—Glass manufacturing
- Y10S65/901—Liquid phase reaction process
Description
[産業上の利用分野]
本発明は合成石英ガラス粉の製造方法、特には
高純度で高温粘度が高いことから半導体用耐熱治
具などに好適とされる合成石英ガラス粉の製造方
法に関するものである。 [従来の技術] 合成石英ガラス粉の製造については四塩化け
い素などのけい素化合物を酸水素火炎中で加水分
解してシリカ粒子を作り、これを溶融して石英ガ
ラスとする方法、この酸水素火炎をプラズマ炎
とする方法、アルコキシシランをアルコール溶
媒中において酸触媒で加水分解してシリカを作
り、これを焼結して石英ガラスとする、いわゆる
ゾルーゲル法などが知られている。 しかし、この酸水素火炎を用いる方法には石英
ガラス中に1000ppmものOH基が残留するし、高
温粘性も低く、真空中高温では発泡するという問
題点があるし、プラズマ法はコストが高く、量産
化が難しいという不利があり、ゾルーゲル法には
比較的安価に石英ガラスが得られるものの、これ
にはOH基が残り易く、製造に長時間を要し、高
温粘性の高いものが得られ難いという不利があ
る。 [発明が解決しようとする課題] そのため、本発明者らはゾルーゲル法によつて
高温粘性の高い合成石英の製造方法についての研
究を進め、これについてはメチルシリケートをメ
タノール溶媒中でアンモニアの存在下に加水分解
させて粒径が200〜3000nmのシリカを作り、焼
結、粉砕後1700℃で溶融する方法(特願昭63−
229333号明細書参照)、メチルシリケートをアン
モニアの存在下に加水分解して粒径が1次粒子で
100〜500nmのシリカを作り、これを10〜100μm
の凝集粒子としてから固液分離し、焼結、粉砕、
篩別し、1700℃以上で溶融成形する方法(特願昭
63−335070号明細書参照)、またメチルシリケー
トをアンモニアの存在下で加水分解してシリカを
生成させ、これを減圧下に1500〜1700℃で焼結
し、ついで常圧または加圧下に1800〜2000℃で焼
結する方法(特願平1−139619号明細書参照)を
提案している。 しかし、これらの方法は高温粘性の高い合成石
英を与えるものの、いずれも工程が長いために大
量生産性に欠けるものであるし、焼結などのエネ
ルギーコストが高くつくという不利があり、必ず
しも満足すべきものではない。 [課題を解決するための手段] 本発明はこのような不利を解決することのでき
る合成石英ガラス粉の製造方法に関するもので、
これはメチルシリケートとアンモニア水とを反応
器に同時に滴下し、この連続反応で生成した球状
シリカ粒子を捕集したのち、PH9〜13の水分散溶
液とし、このシリカに対しシリカ換算で5〜20%
のメチルシリケートを添加して固化させ、ついで
加熱、脱水、脱溶媒、脱炭を行なつた後、1400〜
1600℃で焼結し、これを粉砕することを特徴とす
るものである。 すなわち、本発明者らはゾルーゲル法によつて
高温粘性の高い石英ガラスをさらに効率よく製造
する方法について種々検討した結果、メチルシリ
ケートの加水分解によるシリカ合成についてはメ
チルシリケートとアンモニアとを反応器中に同時
に滴下するとメチルシリケートの加水分解が常に
連続的に行なわれるのでこの工程が合理化される
こと、この加水分解で得たシリカ粉をPH9〜13の
水分散溶液とし、これにメチルシリケートを加え
ることで得られるシリカの緻密化が進み、その焼
結温度を従来法の1500〜1900℃から1400〜1600℃
に低下させることができるし、この焼結体はロー
ルミルなどで容易に解砕することができ、精製工
程も不要なので工程の省略、エネルギーコストの
引下げが可能になるということを見出すと共に、
この方法で作られた石英ガラスは高温粘性の高い
ものになるということを確認して本発明を完成さ
せた。 以下にこれをさらに詳述する。 [作用] 本発明は改良されたゾルーゲル法によつて高温
粘性の高い石英ガラスを製造する方法に関するも
のである。 本発明におけるアルコキシシランの加水分解に
よるシリカの合成は、メチルシリケートとアンモ
ニア水とを反応器中に同時に滴下するという方法
で行なわれる。これは例えば第1図に示したよう
にメチルシリケート貯槽1とアンモニア水貯槽2
とから定量ポンプ3を用いてメチルシリケートと
アンモニア水の所定量を取り出し、これを反応器
4の中に同時に滴下すればよい。メチルシリケー
トの加水分解反応はこの滴下と共に始まり、これ
は反応液が攪拌モーター5によつて攪拌されてい
ることから連続的に行なわれ、この反応で発生し
たシリカは排出口6からシリカ貯槽7に取り出さ
れる。 ここに使用されるアルコキシシランはエチルシ
リケートやメチルシリケート3量体では反応性が
劣り、得られるシリカが粒子の小さいものとな
り、ブチルシリケートなどは疎水性で反応は進ま
ないので、これはメチルシリケートとすることが
必要であるし、アンモニア水は濃度が15〜25重量
%のものとすればよいが、この反応温度は20〜45
℃とすればよい。 このメチルシリケートの加水分解をアンモニア
水と同時添加という方法で行なうとメチルシリケ
ートの加水分解反応が常に連続的に行なわれるよ
うになるのでこの工程が簡易化されるし、これに
よれば粒径が300〜700nmという比較的粒子の大
きい球状のシリカ粒子が連続的に得られるが、こ
のものは脱水処理することによつて含水率が20〜
30%のシリカとされる。 このシリカはついで水分散溶液とされるのであ
るが、これにはこのシリカを超純水に分散させた
のちこれにアンモニア水を加えてそのPHを9〜13
に調整する。これはこのPHが中性や酸性では強度
が出ないし、PH13以上の強アルカリとするとまた
粒子ができて強度向上にならないので、適度の強
度を与えるためにはこのPHを9〜13とする必要が
ある。このアルカリ性の水分散溶液にはついでメ
チルシリケートを添加してこれを固化させるので
あるが、ここに添加されるメチルシリケートはこ
れが少なすぎると固化が不充分となつて強度が出
ず、多すぎるとこれを石英ガラスとしたときに石
英ガラスの高温粘度が低下するので、これは水分
散溶液中に存在するシリカ量に対し5〜20%の範
囲とする必要がある。 このようにして得られたシリカの塊はついで加
熱して脱水、脱溶媒、脱炭後焼結するのである
が、この脱水、脱溶媒、脱炭のための加熱は800
〜1000℃で行なえばよい。この脱水、脱溶媒、脱
炭されたシリカ塊はついで焼結することによつて
合成石英塊とされるのであるが、この焼結は従来
法では1500〜1900℃という高い温度で行なわれて
いたのであるが、上記したような方法で得られた
本発明のシリカ塊については1400〜1600℃という
比較的低い温度で1〜2時間焼結すればよく、こ
の焼結によつてシリカ塊は合成石英ガラス塊とさ
れる。 この合成石英ガラス塊はこれを粉砕し、篩別す
ることによつて本発明の合成石英ガラス粉とされ
るのであるが、この合成石英ガラス塊はロールミ
ルなどで容易に解砕することができるので、粉砕
が容易であるし、これは上記した各工程で不純物
の混入するおそれはないので精製工程が不要であ
り、ここに得られた合成石英ガラス粉末はこれを
例えば1950℃で30分間焼結、溶融成形すれば高温
粘性の高い合成石英ガラス体とすることができる
という有利性が与えられる。 [実施例] つぎに本発明の実施例をあげる。 実施例1〜3、比較例1〜2 第1図に示した反応装置を使用し、メチルシリ
ケート26.5/時と20重量%のアンモニア水17.2
/時とを5の反応フラスコ中に同時に滴下
し、40〜50℃で反応させ、5時間後に反応を停止
したところ、シリカ濃度23%のシリカゾル液が得
られたので、これを脱水処理して含水率が25重量
%のシリカを作つた。 ついでこのシリカ8Kgを超純水8に分散さ
せ、これに29重量%のアンモニア水350を加え
てそのPHを11とし、このシリカに対しシリカ換算
で5重量%、10重量%、20重量%、30重量%、40
重量%となる量のメチルシリケートを添加してこ
れを固化させ、1000℃に加熱して脱水、脱溶媒、
脱炭を行なわせたのち、1480±10℃に加熱して焼
結させた。 つぎにこれらを石英ガラス製のローラーで粉砕
し、テフロン製の網で50〜100#に分級し、この
50〜100メツシユのものをアルゴンガス雰囲気下
に1950℃で30分間、加熱焼結、溶融成形して200
×200×100tmmの石英ガラス板とし、このもの
の高温粘性をしらべたところ、第1表に示したと
おりの結果が得られた。
高純度で高温粘度が高いことから半導体用耐熱治
具などに好適とされる合成石英ガラス粉の製造方
法に関するものである。 [従来の技術] 合成石英ガラス粉の製造については四塩化け
い素などのけい素化合物を酸水素火炎中で加水分
解してシリカ粒子を作り、これを溶融して石英ガ
ラスとする方法、この酸水素火炎をプラズマ炎
とする方法、アルコキシシランをアルコール溶
媒中において酸触媒で加水分解してシリカを作
り、これを焼結して石英ガラスとする、いわゆる
ゾルーゲル法などが知られている。 しかし、この酸水素火炎を用いる方法には石英
ガラス中に1000ppmものOH基が残留するし、高
温粘性も低く、真空中高温では発泡するという問
題点があるし、プラズマ法はコストが高く、量産
化が難しいという不利があり、ゾルーゲル法には
比較的安価に石英ガラスが得られるものの、これ
にはOH基が残り易く、製造に長時間を要し、高
温粘性の高いものが得られ難いという不利があ
る。 [発明が解決しようとする課題] そのため、本発明者らはゾルーゲル法によつて
高温粘性の高い合成石英の製造方法についての研
究を進め、これについてはメチルシリケートをメ
タノール溶媒中でアンモニアの存在下に加水分解
させて粒径が200〜3000nmのシリカを作り、焼
結、粉砕後1700℃で溶融する方法(特願昭63−
229333号明細書参照)、メチルシリケートをアン
モニアの存在下に加水分解して粒径が1次粒子で
100〜500nmのシリカを作り、これを10〜100μm
の凝集粒子としてから固液分離し、焼結、粉砕、
篩別し、1700℃以上で溶融成形する方法(特願昭
63−335070号明細書参照)、またメチルシリケー
トをアンモニアの存在下で加水分解してシリカを
生成させ、これを減圧下に1500〜1700℃で焼結
し、ついで常圧または加圧下に1800〜2000℃で焼
結する方法(特願平1−139619号明細書参照)を
提案している。 しかし、これらの方法は高温粘性の高い合成石
英を与えるものの、いずれも工程が長いために大
量生産性に欠けるものであるし、焼結などのエネ
ルギーコストが高くつくという不利があり、必ず
しも満足すべきものではない。 [課題を解決するための手段] 本発明はこのような不利を解決することのでき
る合成石英ガラス粉の製造方法に関するもので、
これはメチルシリケートとアンモニア水とを反応
器に同時に滴下し、この連続反応で生成した球状
シリカ粒子を捕集したのち、PH9〜13の水分散溶
液とし、このシリカに対しシリカ換算で5〜20%
のメチルシリケートを添加して固化させ、ついで
加熱、脱水、脱溶媒、脱炭を行なつた後、1400〜
1600℃で焼結し、これを粉砕することを特徴とす
るものである。 すなわち、本発明者らはゾルーゲル法によつて
高温粘性の高い石英ガラスをさらに効率よく製造
する方法について種々検討した結果、メチルシリ
ケートの加水分解によるシリカ合成についてはメ
チルシリケートとアンモニアとを反応器中に同時
に滴下するとメチルシリケートの加水分解が常に
連続的に行なわれるのでこの工程が合理化される
こと、この加水分解で得たシリカ粉をPH9〜13の
水分散溶液とし、これにメチルシリケートを加え
ることで得られるシリカの緻密化が進み、その焼
結温度を従来法の1500〜1900℃から1400〜1600℃
に低下させることができるし、この焼結体はロー
ルミルなどで容易に解砕することができ、精製工
程も不要なので工程の省略、エネルギーコストの
引下げが可能になるということを見出すと共に、
この方法で作られた石英ガラスは高温粘性の高い
ものになるということを確認して本発明を完成さ
せた。 以下にこれをさらに詳述する。 [作用] 本発明は改良されたゾルーゲル法によつて高温
粘性の高い石英ガラスを製造する方法に関するも
のである。 本発明におけるアルコキシシランの加水分解に
よるシリカの合成は、メチルシリケートとアンモ
ニア水とを反応器中に同時に滴下するという方法
で行なわれる。これは例えば第1図に示したよう
にメチルシリケート貯槽1とアンモニア水貯槽2
とから定量ポンプ3を用いてメチルシリケートと
アンモニア水の所定量を取り出し、これを反応器
4の中に同時に滴下すればよい。メチルシリケー
トの加水分解反応はこの滴下と共に始まり、これ
は反応液が攪拌モーター5によつて攪拌されてい
ることから連続的に行なわれ、この反応で発生し
たシリカは排出口6からシリカ貯槽7に取り出さ
れる。 ここに使用されるアルコキシシランはエチルシ
リケートやメチルシリケート3量体では反応性が
劣り、得られるシリカが粒子の小さいものとな
り、ブチルシリケートなどは疎水性で反応は進ま
ないので、これはメチルシリケートとすることが
必要であるし、アンモニア水は濃度が15〜25重量
%のものとすればよいが、この反応温度は20〜45
℃とすればよい。 このメチルシリケートの加水分解をアンモニア
水と同時添加という方法で行なうとメチルシリケ
ートの加水分解反応が常に連続的に行なわれるよ
うになるのでこの工程が簡易化されるし、これに
よれば粒径が300〜700nmという比較的粒子の大
きい球状のシリカ粒子が連続的に得られるが、こ
のものは脱水処理することによつて含水率が20〜
30%のシリカとされる。 このシリカはついで水分散溶液とされるのであ
るが、これにはこのシリカを超純水に分散させた
のちこれにアンモニア水を加えてそのPHを9〜13
に調整する。これはこのPHが中性や酸性では強度
が出ないし、PH13以上の強アルカリとするとまた
粒子ができて強度向上にならないので、適度の強
度を与えるためにはこのPHを9〜13とする必要が
ある。このアルカリ性の水分散溶液にはついでメ
チルシリケートを添加してこれを固化させるので
あるが、ここに添加されるメチルシリケートはこ
れが少なすぎると固化が不充分となつて強度が出
ず、多すぎるとこれを石英ガラスとしたときに石
英ガラスの高温粘度が低下するので、これは水分
散溶液中に存在するシリカ量に対し5〜20%の範
囲とする必要がある。 このようにして得られたシリカの塊はついで加
熱して脱水、脱溶媒、脱炭後焼結するのである
が、この脱水、脱溶媒、脱炭のための加熱は800
〜1000℃で行なえばよい。この脱水、脱溶媒、脱
炭されたシリカ塊はついで焼結することによつて
合成石英塊とされるのであるが、この焼結は従来
法では1500〜1900℃という高い温度で行なわれて
いたのであるが、上記したような方法で得られた
本発明のシリカ塊については1400〜1600℃という
比較的低い温度で1〜2時間焼結すればよく、こ
の焼結によつてシリカ塊は合成石英ガラス塊とさ
れる。 この合成石英ガラス塊はこれを粉砕し、篩別す
ることによつて本発明の合成石英ガラス粉とされ
るのであるが、この合成石英ガラス塊はロールミ
ルなどで容易に解砕することができるので、粉砕
が容易であるし、これは上記した各工程で不純物
の混入するおそれはないので精製工程が不要であ
り、ここに得られた合成石英ガラス粉末はこれを
例えば1950℃で30分間焼結、溶融成形すれば高温
粘性の高い合成石英ガラス体とすることができる
という有利性が与えられる。 [実施例] つぎに本発明の実施例をあげる。 実施例1〜3、比較例1〜2 第1図に示した反応装置を使用し、メチルシリ
ケート26.5/時と20重量%のアンモニア水17.2
/時とを5の反応フラスコ中に同時に滴下
し、40〜50℃で反応させ、5時間後に反応を停止
したところ、シリカ濃度23%のシリカゾル液が得
られたので、これを脱水処理して含水率が25重量
%のシリカを作つた。 ついでこのシリカ8Kgを超純水8に分散さ
せ、これに29重量%のアンモニア水350を加え
てそのPHを11とし、このシリカに対しシリカ換算
で5重量%、10重量%、20重量%、30重量%、40
重量%となる量のメチルシリケートを添加してこ
れを固化させ、1000℃に加熱して脱水、脱溶媒、
脱炭を行なわせたのち、1480±10℃に加熱して焼
結させた。 つぎにこれらを石英ガラス製のローラーで粉砕
し、テフロン製の網で50〜100#に分級し、この
50〜100メツシユのものをアルゴンガス雰囲気下
に1950℃で30分間、加熱焼結、溶融成形して200
×200×100tmmの石英ガラス板とし、このもの
の高温粘性をしらべたところ、第1表に示したと
おりの結果が得られた。
【表】
[発明の効果]
本発明は合成石英ガラス粉の製造方法に関する
ものであり、これは前記したようにメチルシリケ
ートとアンモニア水を反応器中に同時に滴下して
球状シリカ粒子を作り、これを捕集してPH9〜13
の水分散溶液としたのちメチルシリケートを添加
して固化させ、脱水、脱溶媒、脱炭後に1400〜
1600℃で焼結し、粉砕することを特徴とするもの
で、これによればメチルシリケートの加水分解に
よるシリカ生成を確実にかつ連続に行なわせるこ
とができ、メチルシリケートで固化したシリカ塊
の焼結も従来法にくらべて低い温度で焼結させる
ことができ、さらにはこの粉砕物も精製工程なし
で製品とすることができるし、ここに得られた石
英ガラス粉を焼結、溶融成形して得た合成石英ガ
ラスは高温粘性の高いものとなる。 したがつて、本発明の方法によれば1反応の連
続化、2焼結温度の低減、3精製工程不要という
効果が与えられ、結果において合成石英ガラス粉
の大量生産化、工程省略、省エネルギーが達成さ
れるという有利性が与えられる。
ものであり、これは前記したようにメチルシリケ
ートとアンモニア水を反応器中に同時に滴下して
球状シリカ粒子を作り、これを捕集してPH9〜13
の水分散溶液としたのちメチルシリケートを添加
して固化させ、脱水、脱溶媒、脱炭後に1400〜
1600℃で焼結し、粉砕することを特徴とするもの
で、これによればメチルシリケートの加水分解に
よるシリカ生成を確実にかつ連続に行なわせるこ
とができ、メチルシリケートで固化したシリカ塊
の焼結も従来法にくらべて低い温度で焼結させる
ことができ、さらにはこの粉砕物も精製工程なし
で製品とすることができるし、ここに得られた石
英ガラス粉を焼結、溶融成形して得た合成石英ガ
ラスは高温粘性の高いものとなる。 したがつて、本発明の方法によれば1反応の連
続化、2焼結温度の低減、3精製工程不要という
効果が与えられ、結果において合成石英ガラス粉
の大量生産化、工程省略、省エネルギーが達成さ
れるという有利性が与えられる。
第1図は本発明によるメチルシリケートの加水
分解工程を示す縦断面要図である。 1……メチルシリケート貯槽、2……アンモニ
ア水貯槽、3……定量ポンプ、4……反応器、5
……攪拌モーター、6……排出口、7……シリカ
貯槽。
分解工程を示す縦断面要図である。 1……メチルシリケート貯槽、2……アンモニ
ア水貯槽、3……定量ポンプ、4……反応器、5
……攪拌モーター、6……排出口、7……シリカ
貯槽。
Claims (1)
- 1 メチルシリケートとアンモニア水とを反応器
に同時に滴下し、この連続反応で生成した球状シ
リカ粒子を捕集したのち、PH9〜13の水分散溶液
とし、このシリカに対しシリカ換算で5〜20%の
メチルシリケートを添加して固化させ、ついで加
熱、脱水、脱溶媒、脱炭を行なつた後、1400〜
1600℃で焼結し、これを粉砕することを特徴とす
る合成石英ガラス粉の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1228906A JPH0393638A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 合成石英ガラス粉の製造方法 |
US07/576,224 US5021073A (en) | 1989-09-04 | 1990-08-31 | Method of manufacturing synthetic silica glass |
DE90309654T DE69005063T2 (de) | 1989-09-04 | 1990-09-04 | Synthetisches Quarzglas und Verfahren zu dessen Herstellung. |
EP90309654A EP0416865B1 (en) | 1989-09-04 | 1990-09-04 | Synthetic silica glass and a manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1228906A JPH0393638A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 合成石英ガラス粉の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0393638A JPH0393638A (ja) | 1991-04-18 |
JPH0574535B2 true JPH0574535B2 (ja) | 1993-10-18 |
Family
ID=16883709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1228906A Granted JPH0393638A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 合成石英ガラス粉の製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5021073A (ja) |
EP (1) | EP0416865B1 (ja) |
JP (1) | JPH0393638A (ja) |
DE (1) | DE69005063T2 (ja) |
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EP0844212B1 (en) * | 1996-11-20 | 2002-04-24 | Mitsubishi Chemical Corporation | Silica gel, synthetic quartz glass powder and shaped product of quartz glass |
KR20030068730A (ko) * | 2002-02-16 | 2003-08-25 | 삼성전자주식회사 | 솔-젤 공정의 매크로 버블 제거 방법 |
DE10260320B4 (de) * | 2002-12-20 | 2006-03-30 | Wacker Chemie Ag | Verglaster SiO2-Formkörper, Verfahren zu seiner Herstellung und Vorrichtung |
JP2010159198A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-07-22 | Nippon Electric Glass Co Ltd | プラズマディスプレイパネル用誘電体材料 |
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JPS6191024A (ja) * | 1984-10-05 | 1986-05-09 | Seiko Epson Corp | 円筒状シリカ系ガラスの製造方法 |
US4680049A (en) * | 1986-08-15 | 1987-07-14 | Gte Laboratories Incorporated | Process for molding optical components of silicate glass to a near net shape optical precision |
EP0310486B1 (en) * | 1987-09-30 | 1992-03-18 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | A method for the preparation of silica glass |
-
1989
- 1989-09-04 JP JP1228906A patent/JPH0393638A/ja active Granted
-
1990
- 1990-08-31 US US07/576,224 patent/US5021073A/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-09-04 DE DE90309654T patent/DE69005063T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-04 EP EP90309654A patent/EP0416865B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0416865A1 (en) | 1991-03-13 |
EP0416865B1 (en) | 1993-12-08 |
JPH0393638A (ja) | 1991-04-18 |
DE69005063D1 (de) | 1994-01-20 |
DE69005063T2 (de) | 1994-04-21 |
US5021073A (en) | 1991-06-04 |
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---|---|---|---|
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