JPH08208217A - 合成石英ガラス粉及び石英ガラス成形体の製造法 - Google Patents

合成石英ガラス粉及び石英ガラス成形体の製造法

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JPH08208217A JP1517095A JP1517095A JPH08208217A JP H08208217 A JPH08208217 A JP H08208217A JP 1517095 A JP1517095 A JP 1517095A JP 1517095 A JP1517095 A JP 1517095A JP H08208217 A JPH08208217 A JP H08208217A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発泡の抑えられた石英ガラス製品を得る。 【構成】 ゾルゲル反応により得られたゲルを焼成して
合成石英ガラス粉を製造する焼成過程において、0.5
重量%以上のカーボンを含有したゲルを100℃から6
00℃の温度範囲での加熱によりカーボン濃度を2,0
00ppm以下とした後、600℃を超える温度で焼成
することを特徴とする合成石英ガラス粉の製造法。 【効果】 得られる石英ガラス製品の発泡が抑えられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高純度且つ低カーボン含
有量の合成石英ガラス粉の製造、及びかかる合成石英ガ
ラス粉を溶融して得られる泡の無い合成石英ガラス成形
体に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光通信分野、半導体産業等に使用
されるガラス製品についてはその純度に関し非常に厳し
い管理が行われている。このような高純度のガラスは主
に、天然石英を粉砕して得た砂状の天然石英粉(いわ
ゆるsandと称される)を原料とする方法、また更
に高純度とする場合は四塩化硅素の酸水素炎中での分解
で発生したヒュームを基体に付着・成長させて得られた
ヒュームの固まりを用いる酸水素炎法、金属アルコキ
シド等の有機金属化合物を原料として得られたゲルを用
いる、いわゆるゾルゲル法等によって製造される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
何れの製造法もそれぞれ一長一短がある。 天然石英を原料とする場合は本質的にはアルミ、鉄等
の金属元素は石英粒子内部に含有されており、酸洗浄等
精製を繰り返してもこれらを10ppb以下に高純度化
することは困難である。又、四塩化硅素の酸水素炎法
では高純度化は計れるものの、工業的に見合うコストに
難があり、量産化に至っていない。一方ゾルゲル法は
低コストであり量産化が計れるものの、ゾルゲル法で得
られた石英ガラスは、一般にシラノール由来とされる細
かな気泡を含有しており、フォトマスク、単結晶引上げ
用ルツボ等の半導体産業においては特に問題となる他、
光ファイバー等光通信分野においてもファイバー延伸時
や使用に際して光損失や泡中の気体による悪影響等の問
題がある。すなわち、高純度化の要求に対処し得るゾル
ゲル法による合成石英ガラス粉においては、これを溶融
して得られた石英ガラス成形体に泡の発生がないことが
最大の要件であり、かかる合成石英粉を効率よく得るこ
とのできる方法が待望されている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記のゾル
ゲル法に関する課題を解決すべく鋭意検討を行った。ゾ
ルゲル法で得られるゲルは一般には0.5〜2wt%と
いう高濃度のカーボンを含有しており、このように高濃
度のカーボンを含有するゲルをそのまま焼成して得られ
た石英ガラスには黒点が生じ、更に高温で使用する際に
発泡する。一方、ゲルを乾燥前にあらかじめ水蒸気で処
理したもの、あるは焼成前に水洗したものは、得られる
合成石英ガラス粉の黒点発生が少なく、また溶融後のガ
ラス成形体の発泡が比較的抑えられる。これは、これら
水蒸気処理や、水処理により、アルコキシドが十分加水
分解し、有機基由来のカーボンが除かれることや、ゲル
の細孔中のアルコールが洗い出されることによって、得
られる合成石英ガラス粉のカーボン含有量が低く抑えら
れたことによるものと考えられる。
【0005】実際これらの水蒸気処理や水処理により、
ゲル中のカーボン濃度は0.5重量%以下、好ましくは
0.3重量%とし、このような低カーボン濃度のゲルを
焼成することにより、合成石英ガラス粉のカーボン濃度
を5ppm以下に抑え、これを溶融して得られる石英ガ
ラス成形体の発泡が結果的に防止されている。しかしな
がら、かかる水蒸気処理は長時間を要するとともに、ゲ
ルが多量の水分を含有している為、ゲルの機械的強度が
弱く、水蒸気処理中に壊れ微粉化するという不具合点が
ある。また、焼成前の水処理に際しては、乾燥したドラ
イゲルを再び水洗、乾燥するという工程の重複によりエ
ネルギーを浪費し、深刻なコストアップ問題を生ずる。
【0006】そこで本発明者等は、上記の課題に鑑み更
に鋭意検討を重ねた結果、驚くべきことに、焼成前にあ
らかじめ特段の脱カーボン処理(水蒸気処理や水洗処
理)をすることなく、多量のカーボンを有するドライゲ
ルでも、特定温度範囲での熱処理、すなわち600℃ま
での熱処理でゲルのカーボン濃度を2,000ppm以
下とすれば、600℃を超える温度で熱処理しても十
分、得られる合成石英ガラス粉に含有されるカーボン量
を5ppm以下にすることが可能であり、かかる合成石
英ガラス粉を溶融すれば泡の無い石英ガラス成形体が得
られることを見いだし本発明に到達した。
【0007】すなわち本発明の目的は、カーボン含有量
が極めて低く、従って泡の無い合成石英ガラス成形体を
供しうる合成石英ガラス粉を効率的に製造することであ
り、しかしてかかる目的は、本発明の要旨である、ゾル
ゲル反応により得られたシリカゲルを焼成して合成石英
ガラス粉を製造する際、焼成過程で特に、0.5wt%
以上のカーボンを含有するゲルを100℃から600℃
までの加熱域でカーボン濃度を2,000ppm以下と
した後、600℃を超える温度で焼成することにより達
成される。
【0008】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
合成石英ガラス粉はゾルゲル法で得られるものである。
反応器に原料であるアルコキシシランと高純水を当量か
ら10倍当量仕込み、アルコキシシランの加水分解・縮
合によるゾルゲル反応により、合成石英ガラスの前駆体
であるゲルを得る。原料のアルコキシシランとしては一
般には、テトラメトキシシランやテトラエトキシシラン
が好ましく用いられるが、加水分解・縮合反応が生じる
アルコキシシランであれば、いずれも用いることができ
る。反応を促進する方法としては、酸やアルカリ触媒を
用いてもよい。この場合、製品への金属不純物混入を防
止するには金属を含まない触媒が好ましく、有機酸やア
ンモニア水等が好ましい。
【0009】ゾルゲル反応で得られる水分を多く含んだ
ウエットゲルを予め粉砕し、任意の粒度に調整してから
乾燥してドライゲルとしてもよく、またドライゲルを粉
砕してもよい。一般にゲルでの粉砕の粒度分布が目的製
品である合成石英ガラス粉の粒度分布を支配する。目的
とする製品の粒度分布を見込み、乾燥、焼成による粒子
の収縮分を考慮して、ゲルの最適粒度を決めれば良い。
【0010】例えば、900ミクロン以下の粒度に粉砕
されたウエットゲルを乾燥し、約500ミクロン以下の
ドライゲルを得る。更に、粒度調整のためにドライゲル
を篩分けしてもよく、目的とする製品である合成石英ガ
ラス粉の粒度分布を例えば、75〜400ミクロンとす
る場合はドライゲルの粒度分布が約100〜500ミク
ロンになるようにドライゲルを篩分ければよい。
【0011】このドライゲルは通常、0.5〜2wt%
のカーボンを含有しているが、本発明においては水蒸気
処理や水洗処理は行わず、以下の加熱処理に供すること
ができる。すなわち0.5wt%以上のカーボンを含有
したドライゲルを100〜600℃の温度範囲内でカー
ボン濃度が2,000ppm以下になるまで加熱処理を
行なう。通常50〜2000ppmの範囲程度になる
様、好ましくは100〜1500ppm程度になる様加
熱する。カーボン濃度が上記の範囲内となれば、加熱処
理の操作自体は一般的な方法でもよく、例えば、ルツボ
に充填して空気を十分通気したり、回転炉で石英内筒管
に500℃までの温度勾配を設け、連続的にゲルを供給
しながら、空気を十分通気し、焼成すればよい。通常は
100〜600℃の温度で約2時間程度以上加熱を行え
ば充分であるが、高酸素濃度下としたり、200℃以下
で水蒸気を通気する等の手段により、脱カーボン速度を
速めることもできる。この後、600℃を超える温度、
通常1000℃以上の温度、例えば約1200℃まで昇
温すればカーボン5ppm以下とすることができる。6
00℃を超える温度での保持時間は特に制限されず通常
1200℃程度まで数時間かけて昇温すれば充分であ
る。
【0012】
【実施例】次に、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施
例に限定されるものではない。尚、カーボン含有量の測
定は全て、ホリバ製EMIA610 CS分析計を用
い、試料粉末を融剤と共に溶融し、発生したCO2 を赤
外吸光法で定量(COで発生したものは、触媒で全てC
2 にして定量)することにより行った。
【0013】実施例1 ジャケット加熱型SUS304製反応機にテトラメトキ
シシランと、これに対して5倍当量の水を仕込み、65
℃で30分間反応させ、ウエットゲルを得た。次いでS
US304製コーンミル型粉砕機でウエットゲルを粉砕
し、SUS304製振動流動乾燥機に粉砕されたウエッ
トゲルを仕込み、流動させながら、140℃で3時間乾
燥した。このドライゲルを分級し100〜500ミクロ
ンの粒度分布とした。ドライゲルは1.5wt%のカー
ボンを含有していた。
【0014】このドライゲルを石英内筒式回転炉に仕込
み、空気流通下、100℃から500℃まで1時間で昇
温し、500℃で1時間加熱することによりカーボン含
有量を500ppmとした。このシリカ粉を同様な回転
炉で1200℃まで2時間かけ昇温し合成石英ガラス粉
を得た。得られた合成石英ガラス粉のカーボン濃度は、
検出下限下の5ppm以下であった。又、この合成石英
ガラス粉50gを目視観察し、黒点の個数がゼロである
ことを確認した。この合成石英ガラス粉を常法であるベ
ルヌーイ溶融法を用い1700℃で溶融しガラス成形体
10gを得た。目視観察によれば、この成形体中の泡の
個数はゼロであった。
【0015】比較例1〜3 100℃から500℃の温度域で各々、10分、20
分、30分で加熱しカーボン含有量が8,000pp
m、5,000ppm、3,000ppmのシリカ粉を
得た以外は実施例1と同様な操作を行なった。その結
果、得られた合成石英ガラス粉のカーボン含有量は各々
10ppmであったが、黒点の個数は各々石英ガラス粉
体50g中の黒点を有する粒子の個数は200個、10
0個、50個であり、ベルヌーイ溶融法により得られた
ガラス成形体はいずれもが多数(10g成形体中50個
以上の泡)の泡が存在し、実用に共するものではなかっ
た。
【0016】
【発明の効果】本発明により、低カーボン含有量で黒点
のない合成石英ガラス粉を効率的に得ることができ、泡
がないガラス成形体を供することができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゾルゲル反応により得られたシリカゲル
    を焼成して合成石英ガラス粉を製造する焼成過程におい
    て0.5重量%以上のカーボンを含有したゲルを100
    ℃から600℃の温度範囲での加熱によりカーボン濃度
    を2,000ppm以下とした後、600℃を超える温
    度で焼成することを特徴とする合成石英ガラス粉の製造
    法。
  2. 【請求項2】 600℃を超える温度での焼成によりカ
    ーボン濃度を5ppm以下とすることを特徴とする合成
    石英ガラス粉の製造法。
  3. 【請求項3】 ゾルゲル反応により得られたシリカゲル
    を焼成して合成石英ガラス粉とし、更にこれを溶融して
    石英ガラス成形体とするに際し、0.5重量%以上のカ
    ーボンを含有したゲルを100℃から600℃の温度範
    囲での加熱によりカーボン濃度を2,000ppm以下
    とした後、600℃を超える温度で焼成して得られる合
    成石英ガラス粉を溶融することを特徴とする石英ガラス
    成形体の製造法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2538590A (en) * 2015-02-20 2016-11-23 Iqs Gmbh Light-absorbing quartz glass and method of producing it
JP2018080331A (ja) * 2016-11-07 2018-05-24 日揮触媒化成株式会社 研磨用シリカ系粒子および研磨材

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