JPH0825758B2 - Silica glass manufacturing method - Google Patents

Silica glass manufacturing method

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JPH0825758B2
JPH0825758B2 JP21180988A JP21180988A JPH0825758B2 JP H0825758 B2 JPH0825758 B2 JP H0825758B2 JP 21180988 A JP21180988 A JP 21180988A JP 21180988 A JP21180988 A JP 21180988A JP H0825758 B2 JPH0825758 B2 JP H0825758B2
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JP
Japan
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silica glass
sol
gel
silica
cracks
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JP21180988A
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俊勝 嶋崎
房司 林
康一 武井
洋一 町井
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Showa Denko Materials Co Ltd
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Hitachi Chemical Co Ltd
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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

Description

【発明の詳細な説明】 (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、理化
学用等に使用されるシリカガラスの製造法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing silica glass used for optics, semiconductor industry, electronic industry, physics and chemistry, and the like.

(従来の技術) シリカガラスは耐熱性、耐食性および光学的性質に優
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さ
れている。
(Conventional technology) Silica glass is an indispensable material for semiconductor manufacturing because of its excellent heat resistance, corrosion resistance and optical properties. In addition, silica glass, photomask substrates for IC manufacturing, TFT substrates, etc. And its applications are expanding.

従来のシリカガラスの製造法には、天然石英を電気炉
また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必要とするため、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
要であり、また高純度のものが得にくいなど経済的、品
質的にいくつかの問題点をもっている。
Conventional methods for producing silica glass include a method of melting natural quartz with an electric furnace or an oxyhydrogen flame, or a method of oxidizing silicon tetrachloride at a high temperature in an oxyhydrogen flame or a plasma flame to dissolve it. Also requires a high temperature of 2000 ° C or higher in the manufacturing process, so a material that consumes a large amount of energy and that can withstand such a high temperature during manufacturing is needed, and it is difficult to obtain a high-purity product, which is economical, There are some problems in terms of quality.

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。
On the other hand, in recent years, a method of synthesizing silica glass at a low temperature called a sol-gel method has attracted attention. The outline is briefly described.

一般式Si(OR)(R:アルキル基)で表わされるシリ
コンアルキシド(本発明に於いては、その重縮合物を含
む。例えば(RO)3Si・{OSi(OR)・OSi(OR)
、(n=0〜8、R:アルキル基))に水(アルカリま
たは酸でpHを調整してもよい)を加え、加水分解し、シ
リカヒドロゾル(本発明に於てはシリカゾルという)と
する。この時、シリコンアルコキシドと水が均一な系と
なる様、一般には溶媒として適当なアルコールが添加さ
れている。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。その後ゲルを蒸発乾燥する
ことによりシリカ乾燥ゲルとする。この乾燥ゲルを適当
な雰囲気中で焼結することによりシリカガラスを得る。
Silicon alkoxide represented by the general formula Si (OR) 4 (R: alkyl group) (including, in the present invention, a polycondensate thereof. For example, (RO) 3 Si. {OSi (OR) 2 } n. OSi (OR)
3 , (n = 0 to 8, R: alkyl group)) is hydrolyzed by adding water (pH may be adjusted with alkali or acid) to silica hydrosol (referred to as silica sol in the present invention). And At this time, an appropriate alcohol is generally added as a solvent so that the silicon alkoxide and the water become a uniform system. This silica sol is allowed to gel by standing, heating, addition of a gelling agent, and the like. Thereafter, the gel is evaporated and dried to obtain a silica dry gel. The dried gel is sintered in an appropriate atmosphere to obtain silica glass.

(発明が解決しようとする問題点) しかし、ゾル−ゲル法によるシリカガラスの製造には
まだ未解決の問題が残されている。特にゲルを乾燥して
いく過程でゲルにクラックや割れが発生し易く、クラッ
クや割れのないモノリシックな大形の乾燥ゲルを歩留り
良く製造することが困難である。
(Problems to be Solved by the Invention) However, there are still unsolved problems in the production of silica glass by the sol-gel method. In particular, cracks and cracks are easily generated in the gel during the drying process, and it is difficult to produce a large monolithic dry gel without cracks and cracks with good yield.

本発明はクラックや割れの発生することのないシリカ
ガラスの製造法を提供するものである。
The present invention provides a method for producing silica glass without cracks or cracks.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、ゾル−ゲル法によるシリカガラスの製造法
に於て、ゾル調整時に、シリコンアルキコシドの溶媒と
してテトラヒドロフルフリルアルコールを含む溶媒を使
用する共にポリ酢酸ビニルを添加することを特徴とする
ものである。
(Means for Solving Problems) The present invention relates to a method for producing silica glass by a sol-gel method, in which a solvent containing tetrahydrofurfuryl alcohol is used as a solvent for silicon alkicoside during sol preparation. It is characterized by adding polyvinyl acetate.

本発明において、シリコンアルコキシドのアルキル基
について,特に制限はないが、加水分解のし易さ、ゲル
化時間の点から,メチル基、エチル基、プロピル基、ブ
チル基を有するシリコンアルコキシドを使用することが
好ましい。またこれらのシリコンアルコキシドを部分的
に重合させたものを用いることもできる。
In the present invention, although there is no particular limitation on the alkyl group of the silicon alkoxide, it is preferable to use a silicon alkoxide having a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group in terms of ease of hydrolysis and gelation time. Is preferred. Further, it is also possible to use those obtained by partially polymerizing these silicon alkoxides.

水と共に加える触媒は、塩基,酸等特に制限しない
が、ゲル化時間,また得られる乾燥ゲルの焼結のし易す
さの点から塩基の方が好ましい結果が得られる。
The catalyst to be added together with water is not particularly limited, such as a base and an acid, but a base gives a preferable result from the viewpoint of gelation time and easiness of sintering of the obtained dry gel.

ポリ酢酸ビニルの分子量については本発明では特に限
定を設けないが、水、溶媒への溶解性、ゾル中でのシリ
カ微粒子の成長が度合に応じて選択される。
The molecular weight of polyvinyl acetate is not particularly limited in the present invention, but solubility in water and a solvent and growth of silica fine particles in a sol are selected according to the degree.

シリコンアルコキシドの溶媒として使用するテトラヒ
ドロフルフリルアルコールの量に関しては本発明では特
に限定を設けないが、ゾル中でのシリカ微粒子の成長の
度合に応じて選択される。
The amount of tetrahydrofurfuryl alcohol used as a solvent for the silicon alkoxide is not particularly limited in the present invention, but it is selected according to the degree of growth of silica fine particles in the sol.

テトラヒドロフルフリルアルコールと共に用いられる
溶媒成分としては、メチルアルコール、エチルアルコー
ル、1−プロピルアルコール、2−プロピルアルコー
ル、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、エチルメチルケトン等
のケトン類、酢酸エチル等のエステル類の少なくとも一
種が使用可能である。
Solvent components used together with tetrahydrofurfuryl alcohol include alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, 1-propyl alcohol, 2-propyl alcohol and butyl alcohol, ethers such as dimethyl ether, ketones such as acetone and ethyl methyl ketone. At least one ester such as ethyl acetate can be used.

シリコンアルコキシドとポリ酢酸ビニル、溶媒及び水
とは生成するゾルをできるだけ均一なものとするために
スターラなどを用いてよく混合する。また超音波を照射
してもよい。ゾル調整時にシリカの微粒子を加えても良
い。
The silicon alkoxide, the polyvinyl acetate, the solvent and the water are mixed well by using a stirrer or the like in order to make the produced sol as uniform as possible. Also, ultrasonic waves may be applied. Fine particles of silica may be added during the preparation of the sol.

生成したゾル溶液は手早く他の容器に移してゲル化さ
せる。ゲル化時には生成したゲルからの溶媒の発散を防
ぐために容器を密封することが好ましく、またゲル化時
の温度は0℃以上が好ましい。
The produced sol solution is quickly transferred to another container for gelation. At the time of gelation, the container is preferably sealed in order to prevent the solvent from escaping from the generated gel, and the temperature at the time of gelation is preferably 0 ° C. or higher.

乾燥する工程では穴のある蓋に代えて、適当な雰囲気
下で乾燥収縮固化させて乾燥ゲルとする。その後ゲル−
ゾル法で焼結することによりシリカガラスを製造する。
In the step of drying, a dry gel is prepared by shrinking and shrinking and solidifying under a suitable atmosphere instead of using a lid having holes. Then gel
Silica glass is manufactured by sintering by the sol method.

ゲル化する工程、乾燥する工程、焼結する工程は一般
に用いられる条件が使用される。例えばそれぞれ、0℃
〜100℃で数分〜数10日放置、室温〜200℃で数時間〜数
10日放置、適当な雰囲気下で1000〜1400℃に50〜400℃
/時間の昇温速度で加熱する等である。
For the step of gelling, the step of drying and the step of sintering, generally used conditions are used. For example, 0 ° C
Leave at ~ 100 ° C for several minutes to tens of days, room temperature to 200 ° C for several hours to several days
Leave for 10 days, in an appropriate atmosphere 1000 to 1400 ℃ to 50 to 400 ℃
/ Hour heating rate.

(作用) テトラヒドロフルフリルアルコール、ポリ酢酸ビニル
の作用については不明であるが、ゾル中でのシリカ微粒
子の生成、成長の制御、乾燥過程でゲル中に発生する応
力の緩和に寄与し、ゲルの大形化が可能になったものと
考えられる。
(Action) Although the action of tetrahydrofurfuryl alcohol and polyvinyl acetate is unknown, it contributes to the generation of silica fine particles in the sol, the control of growth, and the relaxation of the stress generated in the gel during the drying process. It is thought that it has become possible to make it larger.

実施例1 シリコンテトラメトキシド:テトラヒドロフルフリル
アルコール=1:1のモル比になるように調整し、メタノ
ールをテトラヒドロフルフリルアルコールと同量加えて
撹拌し、更にポリ酢酸ビニルをシリコンテトラメトキシ
ド100重量部に対して10重量部添加し均一溶液とした。
この溶液に濃度が0.01mol/のコリン水溶液をシリコン
テトラメトキシド1モルに対し4モル加え充分混合して
シリカゾルを得た。得られたゾルを直径200mmのテフロ
ンをコーティングしたガラスシャーレに深さ10mmまで入
れ密封して室温でゲル化した。ゲル化した後穴のある蓋
に代えて60℃で14日間乾燥、その後170℃まで30℃/日
で昇温し乾燥してクラックや割れのない乾燥ゲルを得
た。この乾燥ゲルを空気中1300℃まで60℃/時間の速度
で昇温加熱してクラックや発泡などのないシリカガラス
を得た。このシリカガラスには失透や気泡はなく品質の
高いものである。又分析の結果、このシリカガラスは市
販のシリカガラスとその特性が一致した。
Example 1 A molar ratio of silicon tetramethoxide: tetrahydrofurfuryl alcohol = 1: 1 was adjusted, methanol was added in the same amount as tetrahydrofurfuryl alcohol and stirred, and polyvinyl acetate was further added to silicon tetramethoxide 100. 10 parts by weight was added to parts by weight to obtain a uniform solution.
An aqueous choline solution having a concentration of 0.01 mol / mol was added to this solution in an amount of 4 mol with respect to 1 mol of silicon tetramethoxide and sufficiently mixed to obtain a silica sol. The obtained sol was put into a glass petri dish having a diameter of 200 mm and coated with Teflon to a depth of 10 mm, and the gel was sealed at room temperature. After gelling, it was dried at 60 ° C. for 14 days instead of the lid with holes, and then heated to 170 ° C. at 30 ° C./day and dried to obtain a dry gel without cracks or cracks. This dried gel was heated in air to 1300 ° C. at a heating rate of 60 ° C./hour to obtain silica glass free from cracks and foaming. This silica glass is of high quality without devitrification or bubbles. As a result of the analysis, this silica glass was in agreement with the properties of commercially available silica glass.

実施例2 シリコンテトラメトキシド:テトラヒドロフルフリル
アルコール=1:1のモル比になるように調整し、メタノ
ールをテトラヒドロフルフリルアルコールの半量加えて
撹拌し、更にポリ酢酸ビニルをシリコンテトラメトキシ
ド100重量部に対して10重量部添加し均一溶液とした。
この溶液に濃度が0.01mol/のコリン水溶液をシリコン
テトラメトキシド1モルに対し4モル加え充分混合して
シリカゾルを得た。
Example 2 A molar ratio of silicon tetramethoxide: tetrahydrofurfuryl alcohol = 1: 1 was adjusted, methanol was added with half the amount of tetrahydrofurfuryl alcohol, and the mixture was stirred. 10 parts by weight was added to each part to make a uniform solution.
An aqueous choline solution having a concentration of 0.01 mol / mol was added to this solution in an amount of 4 mol with respect to 1 mol of silicon tetramethoxide and sufficiently mixed to obtain a silica sol.

以下実施例1と同様の操作を行ってシリカガラスを得
た。このシリカガラスには失透や気泡はなく品質の高い
ものである。又分析の結果、このシリカガラスは市販の
シリカガラスとその特性が一致した。
Thereafter, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a silica glass. This silica glass is of high quality without devitrification or bubbles. As a result of the analysis, this silica glass was in agreement with the properties of commercially available silica glass.

比較例 溶媒としてテトラヒドロフルフリルアルコールを用い
ず、メタノールのみを用いた以外は実施例1と同様の操
作を行った結果、乾燥中ゲルにクラックや割れが発生し
易かった。
Comparative Example As a result of performing the same operation as in Example 1 except that tetrahydrofurfuryl alcohol was not used as a solvent and only methanol was used, cracks and cracks were easily generated in the gel during drying.

(発明の効果) 本発明によれば、大型のシリカガラスをゾル−ゲル法
によりクラックや割れを発生することなく、容易に製造
が可能となる。その大きさは基本的には制約がなく形状
も板状の物に限らず棒状、管状のものも製造可能となり
従来よりも安価に製造することができる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, large-sized silica glass can be easily produced by the sol-gel method without generating cracks or cracks. The size is basically not limited, and the shape is not limited to the plate-shaped one, and rod-shaped or tubular-shaped ones can be manufactured, which can be manufactured at a lower cost than before.

又、本発明によりシリカガラスは従来より安価に製造
できるため、従来から使用されてきたIC製造用フォトマ
スク基材等の分野はもちろんのこと、これまで高価格の
ため使用されていなかった分野での需要の拡大も可能と
なる。
In addition, since silica glass can be manufactured at a lower cost according to the present invention, it can be used not only in fields such as photomask base materials for IC manufacturing which have been conventionally used, but also in fields which have not been used because of its high price. Demand can be expanded.

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、
次いで焼結するシリカガラスの製造法に於て、シリコン
アルコキシドを加水分解してシリカゾルとする段階で、
シリコンアルコキシドの溶媒としてテトラヒドロフルフ
リルアルコールを含む溶媒を使用すると共にポリ酢酸ビ
ニルを添加することを特徴とするシリカガラスの製造
法。
(1) hydrolyzing a silicon alkoxide into a silica sol, gelling this, and drying to form a dry gel;
Then, in a method for producing a silica glass to be sintered, in a step of hydrolyzing a silicon alkoxide into a silica sol,
A method for producing silica glass, which comprises using a solvent containing tetrahydrofurfuryl alcohol as a solvent for silicon alkoxide and adding polyvinyl acetate.
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