JPH07196325A - Production of synthetic silica glass - Google Patents

Production of synthetic silica glass

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JPH07196325A
JPH07196325A JP35287793A JP35287793A JPH07196325A JP H07196325 A JPH07196325 A JP H07196325A JP 35287793 A JP35287793 A JP 35287793A JP 35287793 A JP35287793 A JP 35287793A JP H07196325 A JPH07196325 A JP H07196325A
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JP
Japan
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silica sol
solution
silica
gel
sol solution
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP35287793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Kono
充 河野
Hatsushi Inoue
初志 井上
Tetsuhiko Takeuchi
哲彦 竹内
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Seiko Epson Corp
Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07196325A publication Critical patent/JPH07196325A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C1/00Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/006Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels to produce glass through wet route

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a silica glass excellent in optical properties suitable for optical materials, by specifically controlling the average particle diameter and specific surface area of the silica particles in a silica sol solution and the agitation rate of the solution in the manufacture by a sol-gel process. CONSTITUTION:Firstly, a silicon alkoxide is hydrolyzed in a basic solution to synthesize a silica sol solution containing silica particleas having <=0.5mum in average diameter and <=50m<2>/g in specific surface area. Second, a silicon alkoxide is dripped into this solution in the presence of an acid catalyst and hydrolyzed to produce a silica sol mixed solution, which is then gelled into a wet gel which is then dried. Subsequently, this dry gel is fired to obtain a transparent synthetic silica glass. In the above process, the silica sol solution and the silica sol mixed solution are put to filtration using filters of <=10mum and <=50mum in mesh, respectively. The processes ranging from the silica sol solution synthesis to the wet gel drying are conducted in a clean room. And, the agitation in preparing the silica sol (mixed) solution is performed at >=50sec<1> of shear rate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ、プリズム等の
光学材料として好適な石英ガラスを得ることのできる合
成石英ガラスの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing synthetic quartz glass, which is suitable for optical materials such as lenses and prisms.

【0002】[0002]

【従来の技術】合成石英ガラスの製造方法の一つに、ゾ
ル・ゲル法が知られている。このゾル・ゲル法により、
高品質の石英ガラスを製造する方法として、シリコンア
ルコキシドの加水分解物とシリカ微粒子を分散したシリ
カゾルを濾過した後にゲル化し、このゲルを乾燥してド
ライゲルとし、次いでこれを焼成してガラス化する方法
が知られている(特開昭61−26521号)。また、
シリカゾル溶液の合成からウェットゲル作成工程をクリ
ーンルームで行う方法(特開昭62−91428号)も
知られている。
2. Description of the Related Art The sol-gel method is known as one of the methods for producing synthetic quartz glass. By this sol-gel method,
As a method for producing high-quality quartz glass, a method in which a silica sol in which a hydrolyzate of silicon alkoxide and silica fine particles are dispersed is filtered and then gelled, the gel is dried to form a dry gel, and then this is fired to vitrify. Is known (Japanese Patent Laid-Open No. 61-26521). Also,
There is also known a method (Japanese Patent Laid-Open No. 62-91428) in which a wet gel preparation step from synthesis of a silica sol solution is performed in a clean room.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ゾル・ゲル法では、シ
リコンアルコキシドを塩基性溶液中で加水分解してシリ
カゾル溶液を合成し、該シリカゾル溶液をpH1〜2に
調節し、シリコンアルコキシドを加え加水分解した後、
pHを3〜5に調節してゲル化させ、乾燥、焼成するこ
とによりバルクガラスを作成する方法が通常である。し
かし、この様にして得られたガラス中にはその前駆体で
あるシリカゲルを焼成する際に生成した気泡が残存し、
光学ガラスとして品質上の問題点を生じていた。
In the sol-gel method, a silicon alkoxide is hydrolyzed in a basic solution to synthesize a silica sol solution, the pH of the silica sol solution is adjusted to 1 to 2, and the silicon alkoxide is added to cause hydrolysis. After doing
It is usual to adjust the pH to 3 to 5 for gelation, and then dry and calcine to prepare bulk glass. However, in the glass obtained in this way, the bubbles generated when the precursor silica gel is fired remain,
As an optical glass, there have been quality problems.

【0004】この気泡生成の原因としては、シリカゲル
中に残存しているアルコール、水等の液体成分に起因す
る焼成時の発泡が考えられる。一方、原料シリカゾル中
のシリカ粒子の凝集物や異物も気泡生成の原因となり、
これらが存在したままゲルを焼成すると気泡が生成しや
すいことが判明した。
The cause of the bubbles is considered to be foaming at the time of firing due to liquid components such as alcohol and water remaining in the silica gel. On the other hand, agglomerates of silica particles in the raw material silica sol and foreign substances also cause bubble generation
It was found that when the gel was baked while these were present, bubbles were easily generated.

【0005】シリカゲル中の液体成分は、充分な時間を
かけてゲルを乾燥、焼成することにより除去でき、これ
による気泡の生成は防止できる。しかしながら、シリカ
粒子の凝集物や異物による気泡の生成は、ゲルを長時間
かけて乾燥、焼成しても防止できず、またシリカゾル溶
液の合成からウェットゲル作成工程までをクリーンルー
ム内で反応を行ったり、シリカゾル溶液の濾過を行って
も、気泡の生成を効果的に防止することはできなかっ
た。
The liquid component in silica gel can be removed by drying and calcining the gel for a sufficient period of time, which can prevent the formation of bubbles. However, the formation of bubbles due to aggregates of silica particles and foreign substances cannot be prevented even if the gel is dried and fired for a long time, and the reaction from the synthesis of the silica sol solution to the wet gel preparation process is performed in a clean room. However, even if the silica sol solution was filtered, the formation of bubbles could not be effectively prevented.

【0006】本発明は、シリコンアルコキシドを原料と
するゾル・ゲル法による合成石英ガラスの製造におい
て、各種光学材料として有用な、気泡のない、光学特性
の優れた合成石英ガラスの製造方法を提供すること、特
に、エキシマレ−ザ−等の紫外線用レンズ、プリズム等
の紫外線対応の光学ガラス材料として光学特性の優れた
合成石英ガラスの製造方法を提供することを目的とす
る。
The present invention provides a method for producing synthetic quartz glass which is useful as various optical materials in the production of synthetic quartz glass using a silicon alkoxide as a raw material by the sol-gel method and has excellent optical characteristics without bubbles. In particular, it is an object of the present invention to provide a method for producing synthetic quartz glass having excellent optical properties as an optical glass material for ultraviolet rays such as lenses for ultraviolet rays such as excimer lasers and prisms.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、シリコンアル
コキシドを塩基性溶液中で加水分解してシリカ粒子を含
むシリカゾル溶液を合成し、該シリカゾル溶液に酸性触
媒下でシリコンアルコキシドを加えて加水分解してシリ
カゾル混合溶液を作成し、次いでこのシリカゾル混合溶
液をゲル化させてウェットゲルを作成し、該ウェットゲ
ルを乾燥して得たドライゲルを焼成して透明ガラス体を
得る方法において、平均粒子径が0.5μm以下でかつ
比表面積が50m2 /g以下のシリカ粒子を含むシリカ
ゾル溶液を用い、前記シリカゾル溶液およびシリカゾル
混合溶液を、それぞれ孔径が10μm以下および50μ
m以下のフィルターによって濾過し、前記シリカゾル溶
液およびシリカゾル混合溶液を調製する際の撹拌を、せ
ん断速度が50s-1以上で行い、前記シリカゾル溶液の
合成からウェットゲルを乾燥するまでの工程を少なくと
もクラス10000よりも無塵化されたクリーンルーム
で行うことを特徴とする合成石英ガラスの製造方法であ
る。
The present invention is to hydrolyze a silicon alkoxide in a basic solution to synthesize a silica sol solution containing silica particles, and to add the silicon alkoxide to the silica sol solution under an acidic catalyst for hydrolysis. To prepare a silica sol mixed solution, then gelate the silica sol mixed solution to prepare a wet gel, and dry the wet gel to obtain a transparent glass body by firing a dry gel to obtain an average particle diameter. Of 0.5 μm or less and a specific surface area of 50 m 2 / g or less is used, and the silica sol solution and the silica sol mixed solution are used to obtain pore sizes of 10 μm or less and 50 μm, respectively.
The silica sol solution and the silica sol mixed solution are filtered at a shear rate of 50 s −1 or more, and the process from the synthesis of the silica sol solution to the drying of the wet gel is performed at least as a class. It is a method for producing synthetic quartz glass, which is performed in a clean room that is dust-free than 10,000.

【0008】本発明におけるシリカゾル溶液は、シリコ
ンアルコキシドを塩基性溶液中で、せん断速度が50s
-1以上で撹拌し、加水分解することにより得られるもの
であり、シリカゾル溶液中のシリカ粒子の平均粒子径が
0.5μm以下、かつ比表面積が50m2 /g以下であ
るものである。このようなシリカゾル溶液は、好ましく
は、次のようにして得ることができる。水およびアンモ
ニアを、各々5〜10モル/lおよび1〜3モル/lの
濃度で含むアルコール溶液を、せん断速度が50s-1
上となる条件で撹拌しながら、シリコンアルコキシドを
滴下してシリカゾル溶液を合成する。撹拌におけるせん
断速度が50s-1に満たない場合、シリカ粒子は凝集
し、濾過後のシリカ粒子の歩留が低下する。シリカ粒子
の平均粒子径が0.5μmを超えた場合、作成したゲル
に割れが発生し、ガラスを作成することができない。ま
た、比表面積が50m2 /gを超えたシリカ粒子を含む
シリカゾル溶液の場合、液体成分が残留し易くなり、気
泡生成の原因となる可能性が大きくなる。
The silica sol solution in the present invention contains silicon alkoxide in a basic solution and has a shear rate of 50 s.
It is obtained by stirring and hydrolyzing at -1 or more, and the average particle diameter of the silica particles in the silica sol solution is 0.5 μm or less and the specific surface area is 50 m 2 / g or less. Such a silica sol solution can be preferably obtained as follows. A silicon alkoxide is added dropwise while stirring an alcohol solution containing water and ammonia at concentrations of 5 to 10 mol / l and 1 to 3 mol / l, respectively, under conditions such that the shear rate is 50 s −1 or more. To synthesize. If the shear rate in stirring is less than 50 s -1 , the silica particles aggregate and the yield of the silica particles after filtration decreases. If the average particle size of the silica particles exceeds 0.5 μm, the gel produced will be cracked and glass cannot be produced. Further, in the case of a silica sol solution containing silica particles having a specific surface area of more than 50 m 2 / g, the liquid component is likely to remain and the possibility of causing bubbles is increased.

【0009】本発明において、原料として使用するシリ
コンアルコキシドとしては、テトラメトキシシラン、テ
トラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラ
ブトキシシランなどを挙げることができるが、好ましく
はテトラメトキシシランである。シリコンアルコキシド
の滴下量は、水2モルに対して1モルが上限であるが、
通常は水20モルに対して1〜5モル程度である。
In the present invention, examples of the silicon alkoxide used as a raw material include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane and the like, but tetramethoxysilane is preferable. The upper limit of the amount of silicon alkoxide added is 1 mol per 2 mol of water.
Usually, it is about 1 to 5 mol per 20 mol of water.

【0010】シリカゾル溶液中に含まれる異物、凝集物
等を取り除くために濾過を行うが、これに使用するフィ
ルターは、孔径10μm以下であることが必要であり、
好ましくは1μm以下である。また、フィルターの材質
はファイバーリリースが無く、かつ溶出成分の無い、例
えばテフロン、ポリプロピレン、ガラス等が好ましい。
Filtration is carried out in order to remove foreign matters, aggregates and the like contained in the silica sol solution, and the filter used for this must have a pore size of 10 μm or less,
It is preferably 1 μm or less. The material of the filter is preferably Teflon, polypropylene, glass or the like, which has no fiber release and no elution component.

【0011】この濾過されたシリカゾル溶液に酸を添加
して酸性とし、酸性触媒下条件とし、せん断速度が50
-1以上で撹拌しながら、シリコンアルコキシドを滴下
して、シリカゾル混合溶液を作成する。このようなシリ
カゾル混合溶液は、好ましくは、次のようにして得るこ
とができる。シリカゾル溶液に塩酸水溶液のような酸を
加えて、pHを1〜2に調節し、せん断速度が50s-1
以上の撹拌条件下で、シリコンアルコキシドを適当量、
好まくは前記シリカゾル溶液を合成する際に使用したシ
リコンアルコキシドの0.1〜10倍モルを加え、加水
分解させた後、塩基性水溶液でpHを3〜5に調節した
シリカゾル混合溶液を調製し、加水分解したシリコンア
ルコキシドの脱水縮重合を行わせる。このとき、加水分
解したシリコンアルコキシドは新たに微粒子を形成し、
シリカゾル溶液中のシリカ粒子と均一に混合されてシリ
カゾル混合溶液が生成する。滴下した一部のシリコンア
ルコキシドは原料シリカゾル溶液中のシリカ粒子どうし
を不均一に結合させ、凝集物を形成させる場合がある。
これを防ぐためには上記したせん断速度以上の強い撹拌
条件下で反応を行う必要があるが、それでも多少の凝集
粒子が生成する。
An acid is added to the filtered silica sol solution to make it acidic, and the conditions are set under an acidic catalyst and the shear rate is 50.
While stirring at s -1 or more, silicon alkoxide is added dropwise to prepare a silica sol mixed solution. Such a silica sol mixed solution can be preferably obtained as follows. The pH is adjusted to 1-2 by adding an acid such as aqueous hydrochloric acid to the silica sol solution, and the shear rate is 50 s -1.
Under the above stirring conditions, an appropriate amount of silicon alkoxide,
Preferably, 0.1 to 10 moles of the silicon alkoxide used when synthesizing the silica sol solution is added and hydrolyzed, and then a silica sol mixed solution whose pH is adjusted to 3 to 5 with a basic aqueous solution is prepared. , Dehydration polycondensation of the hydrolyzed silicon alkoxide. At this time, the hydrolyzed silicon alkoxide forms new fine particles,
The silica particles in the silica sol solution are uniformly mixed to form a silica sol mixed solution. A part of the dropped silicon alkoxide may cause silica particles in the raw material silica sol solution to bind nonuniformly to form an aggregate.
In order to prevent this, it is necessary to carry out the reaction under a strong stirring condition at a shear rate or higher, but still some aggregated particles are produced.

【0012】この凝集粒子あるいは加水分解反応中に混
入した異物を除去するために該シリカゾル混合溶液を濾
過する。この際、加水分解したシリコンアルコキシドは
徐々に脱水縮重合し、通常2〜4時間でゲル化するの
で、濾過はゲル化が起こらない時間内で速やかに行う必
要がある。また、シリカゾル混合溶液のpHが5を超え
ると、ゲル化が急速に起こり、濾過を行うことができな
くなるので、pH3〜pH5の範囲の適正なpH値を保
持するようにすることが重要である。
The silica sol mixed solution is filtered in order to remove the aggregated particles or foreign substances mixed in during the hydrolysis reaction. At this time, the hydrolyzed silicon alkoxide gradually undergoes dehydration polycondensation, and usually gels in 2 to 4 hours. Therefore, it is necessary to carry out filtration promptly within a time period during which gelation does not occur. Further, if the pH of the silica sol mixed solution exceeds 5, gelation occurs rapidly and filtration cannot be performed. Therefore, it is important to maintain an appropriate pH value in the range of pH 3 to pH 5. .

【0013】前記シリカゾル混合溶液の濾過時に使用す
るフィルターは孔径50μm以下であることが必要であ
り、好ましくは10μm以下である。フィルターの材質
はファイバーリリースが無く、かつ溶出成分が極少のも
の、例えばテフロン、ポリプロピレン、ガラス等が好ま
しい。
The filter used for filtering the silica sol mixed solution must have a pore size of 50 μm or less, preferably 10 μm or less. It is preferable that the material of the filter has no fiber release and has a very small amount of eluted components, such as Teflon, polypropylene and glass.

【0014】次いで、濾過した後のシリカゾル混合溶液
をゲル化させてウエットゲルを作成し、更にこれを乾燥
してドライゲルを作成する。これも公知の方法で行うこ
とができるが、好ましくは次のようにして行う。所望形
状の容器に、濾過した後のシリカゾル混合溶液を注型
し、10〜30℃の室温で静置してゲル化させてウェッ
トゲルを作成する。このウェットゲルを適当な時間をか
けて乾燥すると、未重合物が脱水縮重合反応により水を
放出したドライゲルが得られる。
Next, the silica sol mixed solution after filtration is gelated to prepare a wet gel, which is further dried to prepare a dry gel. This can also be performed by a known method, but is preferably performed as follows. The silica sol mixed solution after filtration is cast into a container having a desired shape and allowed to stand at room temperature of 10 to 30 ° C. for gelation to prepare a wet gel. When this wet gel is dried for an appropriate period of time, a dry gel in which the unpolymerized material releases water by a dehydration polycondensation reaction is obtained.

【0015】また、本発明のこれらシリカゾル溶液の合
成からドライゲルを得るまでの工程で、環境周囲からの
微細なゴミ、埃などの僅少の異物が混入すると、気泡発
生等の原因となるので、これらの工程は少なくともクラ
ス10000(米国連邦規格209Dによるクラスをい
い、クラスの数字は、0.5μm以上の浮遊粒子の濃度
(個/ft3 )を表す)、好ましくはクラス1000よ
りも無塵化されたクリーンルームで行う。
Further, in the steps from the synthesis of these silica sol solutions of the present invention to the production of dry gel, if minute foreign matter such as fine dust or dust from the environment is mixed, it may cause bubbles and the like. Is at least class 10000 (refers to the class according to US Federal Standard 209D, and the number of the class represents the concentration of suspended particles (particles / ft 3 ) of 0.5 μm or more), preferably dust-free than class 1000 Done in a clean room.

【0016】こうして作成したドライゲルを焼成して透
明ガラス体、すなわち合成石英ガラスを得る。この焼成
も公知の方法で行うことができるが、好ましくはドライ
ゲルを段階的に昇温し、1300〜1800℃で焼成し
て透明なガラス体を得る。このガラス体を切断、研磨な
どして、合成石英ガラス製の光学材料とすることができ
る。
The dry gel thus prepared is fired to obtain a transparent glass body, that is, synthetic quartz glass. This firing can also be performed by a known method, but preferably the dry gel is heated stepwise and fired at 1300 to 1800 ° C to obtain a transparent glass body. The glass body can be cut, polished, or the like to obtain an optical material made of synthetic quartz glass.

【0017】[0017]

【作用】石英ガラスの原料であるシリカゾル溶液および
シリカゾル混合溶液を得る際の攪拌や溶液の濾過を特定
の条件で行い、かつクリ−ンル−ムでドライゲルを得る
までの工程を行うことにより、凝集物や異物の存在を低
下させたため、気泡の発生原因がなくなり、光学特性の
優れた合成石英ガラスを製造できたと考えられる。
[Function] Aggregation is achieved by performing stirring and filtering of the solution under a specific condition when obtaining a silica sol solution and a silica sol mixed solution, which are raw materials of quartz glass, and performing a process until a dry gel is obtained by a clean room. It is considered that since the presence of foreign matter and foreign substances was reduced, the cause of bubble generation was eliminated, and synthetic quartz glass with excellent optical characteristics could be manufactured.

【0018】[0018]

【実施例】以下、実施例および比較例に基づいて本発明
を具体的に説明する。 実施例1 水64モル、アンモニア12モルを含むメタノール溶液
8リットルを直径30cmのポリプロピレン製円筒容器
に入れ、マグネットスターラーにて直径15mm×長さ
100mmのテフロン製回転子を約1400r.p.
m.で回転させ、せん断速度約70s-1で撹拌する。こ
の撹拌条件下の溶液中に、テトラメトキシシラン8モル
を約240minかけて滴下する。その後、メタノー
ル、アンモニアおよび水を蒸発させ、シリカ分が35重
量%のシリカゾル溶液(シリカ粒子の平均粒子径0.3
μm)を得る。このシリカゾル溶液を孔径1.0μmの
ポリプロピレン製フィルターで濾過し、シリカ分が30
重量%となるように、ゲル化反応に必要な水を加えてシ
リカ分が30重量%のシリカゾル溶液(シリカ粒子の比
表面積35m2 /g)を得る。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on Examples and Comparative Examples. Example 1 8 liters of a methanol solution containing 64 mol of water and 12 mol of ammonia was placed in a polypropylene container having a diameter of 30 cm, and a Teflon rotor having a diameter of 15 mm and a length of 100 mm was placed at about 1400 r. p.
m. And rotate at a shear rate of about 70 s −1 . To this solution under stirring conditions, 8 mol of tetramethoxysilane is added dropwise over about 240 minutes. After that, methanol, ammonia and water are evaporated, and a silica sol solution having a silica content of 35% by weight (average particle size of silica particles: 0.3
μm) is obtained. The silica sol solution was filtered through a polypropylene filter having a pore size of 1.0 μm to obtain a silica content of 30
Water necessary for the gelling reaction is added so that the silica content becomes 30% by weight to obtain a silica sol solution having a silica content of 30% by weight (specific surface area of silica particles: 35 m 2 / g).

【0019】このシリカゾル溶液を、再び直径30cm
のポリプロピレン製円筒容器に入れ、マグネットスター
ラーにて直径15mm×長さ100mmのテフロン製回
転子を約1400r.p.m.で回転させ、せん断速度
約70s-1で撹拌する。この撹拌は反応中は連続して行
った。これに2N塩酸を加え、溶液のpHを2.0に調
節した後、テトラメトキシシラン8モルを加えて加水分
解した。さらに、0.2Nアンモニア水溶液をpHが
4.5になるように加えてシリカゾル混合溶液を作成
し、これを孔径10μmのポリプロピレン製フィルター
で濾過した。濾過後のシリカゾル混合溶液約12kgを
容器に注型し、pH調節後約3時間でゲル化させ、φ4
00mm×t100mmの形状のウェットゲルを作製し
た。
This silica sol solution was again regenerated with a diameter of 30 cm.
In a polypropylene container made of polypropylene, and using a magnetic stirrer, a rotor made of Teflon having a diameter of 15 mm and a length of 100 mm is about 1400 r. p. m. And rotate at a shear rate of about 70 s −1 . This stirring was continuously performed during the reaction. 2N hydrochloric acid was added to this to adjust the pH of the solution to 2.0, and then 8 mol of tetramethoxysilane was added for hydrolysis. Furthermore, a 0.2N aqueous ammonia solution was added to adjust the pH to 4.5 to prepare a silica sol mixed solution, which was filtered through a polypropylene filter having a pore size of 10 μm. Approximately 12 kg of the silica sol mixed solution after filtration was cast in a container, gelled in about 3 hours after adjusting the pH, and
A wet gel having a shape of 00 mm × t100 mm was prepared.

【0020】得られたウェットゲルを室温から200℃
まで徐々に昇温して合計27日間で乾燥してドライゲル
を得た。このドライゲルを300〜1800℃まで、段
階的に、合計26日間で焼成してφ200mm×t50
mmの透明ガラス体である合成石英ガラスを作成した。
シリカゾル溶液の合成からゲル化までの工程はクラス1
00の環境で行い、ゲルの乾燥はクラス1000の環境
で行った。得られたガラスを光学研磨し、ガラス中に存
在する気泡を、実体顕微鏡により評価した結果を表1に
示した。
The obtained wet gel is heated from room temperature to 200 ° C.
The temperature was gradually raised to and dried for a total of 27 days to obtain a dry gel. This dry gel is fired stepwise at 300 to 1800 ° C. for a total of 26 days to obtain φ200 mm × t50.
A synthetic quartz glass which is a transparent glass body having a size of mm was prepared.
The process from synthesis of silica sol solution to gelation is class 1
00 environment, and the gel was dried in a class 1000 environment. The obtained glass was optically polished, and the air bubbles present in the glass were evaluated by a stereoscopic microscope. The results are shown in Table 1.

【0021】実施例2 シリカゾル溶液を孔径3.0μmのポリプロピレン製フ
ィルターで濾過し、シリカゾル混合溶液を孔径30μm
のポリプロピレン製フィルターで濾過した他は実施例1
と同様にして合成石英ガラスを作成した。なお、シリカ
ゾル溶液中のシリカ粒子の平均粒子径および比表面積は
実施例1と同じであった。得られた合成石英ガラスにつ
いて、実施例1と同様に評価した結果を表1に示した。
Example 2 The silica sol solution was filtered through a polypropylene filter having a pore size of 3.0 μm to give a silica sol mixed solution having a pore size of 30 μm.
Example 1 except that it was filtered through the polypropylene filter of
A synthetic quartz glass was prepared in the same manner as in. The average particle size and specific surface area of the silica particles in the silica sol solution were the same as in Example 1. The obtained synthetic quartz glass was evaluated in the same manner as in Example 1 and the results are shown in Table 1.

【0022】比較例1 シリカゾル溶液を孔径1.0μmのポリプロピレン製フ
ィルターで濾過し、シリカゾル混合溶液濾過は行わなか
った他は、実施例1と同様にして合成石英ガラスを作成
した。得られた合成石英ガラスについて、実施例1と同
様に評価した結果を表1に示した。
Comparative Example 1 A synthetic quartz glass was prepared in the same manner as in Example 1 except that the silica sol solution was filtered through a polypropylene filter having a pore size of 1.0 μm and the silica sol mixed solution was not filtered. The obtained synthetic quartz glass was evaluated in the same manner as in Example 1 and the results are shown in Table 1.

【0023】比較例2 シリカゾル溶液の濾過およびシリカゾル混合溶液の濾過
は行わなかった他は、実施例1と同様にして合成石英ガ
ラスを作成した。得られた合成石英ガラスについて、実
施例1と同様に評価した結果を表1に示した。
Comparative Example 2 A synthetic quartz glass was prepared in the same manner as in Example 1 except that the silica sol solution and the silica sol mixed solution were not filtered. The obtained synthetic quartz glass was evaluated in the same manner as in Example 1 and the results are shown in Table 1.

【0024】比較例3シリカゾル溶液の合成からドライ
ゲルを作成するまでの全工程をクラス100 000の環境で行った他は、実施例1と同様にして合成
石英ガラスを作成した。得られた合成石英ガラスについ
て、実施例1と同様に評価した結果を表1に示した。
Comparative Example 3 A synthetic quartz glass was prepared in the same manner as in Example 1 except that all steps from the synthesis of the silica sol solution to the preparation of the dry gel were carried out in the environment of class 100000. The obtained synthetic quartz glass was evaluated in the same manner as in Example 1 and the results are shown in Table 1.

【0025】比較例4 水64モル、アンモニア12モルを含むメタノール溶液
8リットルを直径30cmのポリプロピレン製円筒容器
に入れ、マグネットスターラーにて直径15mm×長さ
100mmのテフロン製回転子を約600r.p.m.
で回転させ、せん断速度が約30s-1の条件で前記溶液
を撹拌する。この撹拌条件下の溶液中に、テトラメトキ
シシラン8モルを約240minかけて滴下する。その
後、メタノール、アンモニアおよび水を蒸発させ、シリ
カ分が35重量%のシリカゾル溶液を作成した。このシ
リカゾルは凝集し、沈澱物が生成した。このシリカゾル
溶液にシリカ分が30重量%となるように、ゲル化反応
に必要な水を加えてシリカ分が30重量%のシリカゾル
溶液(シリカ粒子の比表面積180m2 /g)を得た。
Comparative Example 4 8 liters of a methanol solution containing 64 moles of water and 12 moles of ammonia was placed in a polypropylene container having a diameter of 30 cm, and a Teflon rotor having a diameter of 15 mm and a length of 100 mm was set to about 600 rpm with a magnetic stirrer. p. m.
And the solution is stirred under the condition that the shear rate is about 30 s −1 . To this solution under stirring conditions, 8 mol of tetramethoxysilane is added dropwise over about 240 minutes. Then, methanol, ammonia and water were evaporated to prepare a silica sol solution having a silica content of 35% by weight. This silica sol aggregated and formed a precipitate. Water necessary for the gelling reaction was added to this silica sol solution so that the silica content was 30% by weight to obtain a silica sol solution having a silica content of 30% by weight (specific surface area of silica particles: 180 m 2 / g).

【0026】このシリカゾル溶液を、再び直径30cm
のポリプロピレン製円筒容器に入れ、マグネットスター
ラーにて直径15mm×長さ100mmのテフロン製回
転子を約600r.p.m.で回転させ、せん断速度が
約30s-1の条件で撹拌する。この撹拌は反応中は連続
して行った。この撹拌条件下のシリカゾル溶液に2N塩
酸を加え、溶液のpHを2.0に調節した後、テトラメ
トキシシラン8モルを加えて加水分解した。さらに、
0.2Nアンモニア水溶液をpHが4.5になるように
加えてシリカゾル混合溶液を作成した。このシリカゾル
混合溶液約12kgを容器に注型し、pH調節後約3時
間でゲル化させ、φ400mm×t100mmの形状の
ウェットゲルを作成した。
This silica sol solution was again regenerated with a diameter of 30 cm.
In a polypropylene cylindrical container made of polypropylene, and using a magnetic stirrer, a Teflon rotor having a diameter of 15 mm and a length of 100 mm is about 600 r. p. m. And the mixture is stirred at a shear rate of about 30 s-1. This stirring was continuously performed during the reaction. 2N hydrochloric acid was added to the silica sol solution under this stirring condition to adjust the pH of the solution to 2.0, and then 8 mol of tetramethoxysilane was added to cause hydrolysis. further,
A 0.2N aqueous ammonia solution was added to adjust the pH to 4.5 to prepare a silica sol mixed solution. About 12 kg of this silica sol mixed solution was cast in a container and gelled in about 3 hours after adjusting the pH to prepare a wet gel having a shape of φ400 mm × t100 mm.

【0027】このウェットゲルを室温から200℃まで
徐々に昇温して合計27日間で乾燥し、得られたドライ
ゲル体を300〜1800℃まで、段階的に、合計26
日間で焼成してφ200mm×t50mmの合成石英ガ
ラスを作成した。シリカゾル溶液の合成からゲル化まで
の工程はクラス100の環境で行い、ゲルの乾燥はクラ
ス1000の環境で行った。得られたガラスを光学研磨
し、ガラス中に存在する気泡を、実体顕微鏡により評価
した結果を表1に示した。
The wet gel was gradually heated from room temperature to 200 ° C. and dried for a total of 27 days, and the obtained dry gel body was gradually heated to 300 to 1800 ° C. in a total of 26
It was fired for a day to prepare a synthetic quartz glass of φ200 mm × t50 mm. The steps from the synthesis of the silica sol solution to the gelation were performed in a class 100 environment, and the gel was dried in a class 1000 environment. The obtained glass was optically polished, and the air bubbles present in the glass were evaluated by a stereoscopic microscope. The results are shown in Table 1.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、気泡のない、光学特性
の優れた合成石英ガラスを製造することができる。この
合成石英ガラスはエキシマレ−ザ−等の紫外線用レン
ズ、プリズム等の光学材料として優れる。
According to the present invention, it is possible to produce a synthetic quartz glass having no bubbles and excellent optical characteristics. This synthetic quartz glass is excellent as an optical material for an ultraviolet lens such as an excimer laser and a prism.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 初志 東京都杉並区下井草2−18−17 (72)発明者 竹内 哲彦 長野県諏訪市大和3−3−5 セイコ−エ プソン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hatsushi Inoue 2-18-17 Shimogusa, Suginami-ku, Tokyo (72) Inventor Tetsuhiko Takeuchi 3-3-5 Yamato, Suwa City, Nagano Seiko-Epson Corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコンアルコキシドを塩基性溶液中で
加水分解してシリカ粒子を含むシリカゾル溶液を合成す
る工程と、該シリカゾル溶液に酸性触媒下で、シリコン
アルコキシドを滴下して加水分解してシリカゾル混合溶
液を作成する工程と、該シリカゾル混合溶液をゲル化さ
せてウェットゲルを作成する工程と、該ウェットゲルを
乾燥してドライゲルを作成した後に該ドライゲルを焼成
して透明ガラス体を得る工程とから構成される合成石英
ガラスの製造方法において、以下の(a)〜(d)の各
条件を満足するように製造することを特徴とする合成石
英ガラスの製造方法。 (a)前記シリカゾル溶液中のシリカ粒子の平均粒子径
が0.5μm以下、かつ比表面積が50m2 /g以下で
あること。 (b)前記シリカゾル溶液および前記シリカゾル混合溶
液を、各々、孔径が10μm以下および50μm以下の
フィルターにより濾過すること。 (c)前記シリカゾル溶液の合成からウェットゲルを乾
燥するまでの工程を少なくともクラス10000よりも
無塵化されたクリーンルームで行うこと。 (d)前記シリカゾル溶液および前記シリカゾル混合溶
液を調製する際の撹拌をせん断速度が50s-1以上で行
うこと。
1. A step of synthesizing a silica sol solution containing silica particles by hydrolyzing a silicon alkoxide in a basic solution, and adding a silicon alkoxide dropwise to the silica sol solution under an acidic catalyst to hydrolyze to mix the silica sol. From a step of forming a solution, a step of gelling the silica sol mixed solution to form a wet gel, and a step of drying the wet gel to form a dry gel and then firing the dry gel to obtain a transparent glass body. A method for producing synthetic quartz glass, characterized in that the synthetic quartz glass is produced so as to satisfy the following conditions (a) to (d). (A) The average particle size of the silica particles in the silica sol solution is 0.5 μm or less, and the specific surface area is 50 m 2 / g or less. (B) Filtering the silica sol solution and the silica sol mixed solution with filters having pore sizes of 10 μm or less and 50 μm or less, respectively. (C) Performing the steps from the synthesis of the silica sol solution to the drying of the wet gel in a clean room that is dust-free at least as high as class 10,000. (D) Stirring at the time of preparing the silica sol solution and the silica sol mixed solution at a shear rate of 50 s -1 or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111330562A (en) * 2020-04-11 2020-06-26 中山蓝冰节能环保科技有限公司 Preparation method and application of photocatalytic gel particles

Cited By (2)

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CN111330562A (en) * 2020-04-11 2020-06-26 中山蓝冰节能环保科技有限公司 Preparation method and application of photocatalytic gel particles
CN111330562B (en) * 2020-04-11 2023-05-09 中山蓝冰节能环保科技有限公司 Preparation method and application of photocatalytic gel particles

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