JPH10212115A - Production of high purity quartz glass powder and production of quartz glass molding - Google Patents

Production of high purity quartz glass powder and production of quartz glass molding

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JPH10212115A
JPH10212115A JP1387897A JP1387897A JPH10212115A JP H10212115 A JPH10212115 A JP H10212115A JP 1387897 A JP1387897 A JP 1387897A JP 1387897 A JP1387897 A JP 1387897A JP H10212115 A JPH10212115 A JP H10212115A
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JP
Japan
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powder
quartz glass
glass powder
purity quartz
production
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Application number
JP1387897A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Suguro
芳雄 勝呂
Akira Utsunomiya
明 宇都宮
Akihiro Takazawa
彰裕 高澤
Masaki Yasuda
正樹 安田
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/10Forming beads
    • C03B19/1095Thermal after-treatment of beads, e.g. tempering, crystallisation, annealing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/10Forming beads
    • C03B19/1005Forming solid beads
    • C03B19/106Forming solid beads by chemical vapour deposition; by liquid phase reaction
    • C03B19/1065Forming solid beads by chemical vapour deposition; by liquid phase reaction by liquid phase reactions, e.g. by means of a gel phase
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high purity quartz glass powder remarkably low in a metallic impurity content by using a high polymer material having ash content of a specific value or below for a part in contact with a process powder. SOLUTION: The high polymer material is used for a packing or the like in an equipment in contact with the process powder such as the quartz glass powder, a silica gel powder or the like. In the production process, the material is worn by the process powder and a trace of the worn particle is stuck to the process powder. The material itself does not become a contaminant of the high purity quartz glass powder because of being burnt and gasified in the succeeding firing process. However, the particle of an inorganic material blended in the material except silica remains on the surface of the high purity quartz glass powder as the contaminated material to degrade the quality of a quartz glass molding article. Then, the use of the material having <=10wt.% ash for a part in contact with the process powder is essential. As the material, poly-tetrafluoroethylene(PTFE) or a nylon is particularly preferable.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高純度石英ガラス
粉及び石英ガラス成形体の製造法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a high-purity quartz glass powder and a quartz glass molded body.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信分野、半導体産業等で使用
されるガラス製品に於いては、その微量不純物関し非常
に厳しい管理が行われている。例えば、ガラス製品が光
ファイバーである場合、ガラスに同化しないZrO2
TiO2、Cr23等の耐熱性微粒子を含有している
と、プリフォームからファイバーを引く際にも粒子とし
て残留し、破損の核となる。微粒子のサイズとしては2
μmであっても破損を生じる(特開平7−10585号
公報)。この領域の不純物レベルとなると、通常用いら
れる分析方法では分析下限界以下となり、いわゆるバル
ク分析では不純物を検出することができない。
2. Description of the Related Art In recent years, glass products used in the optical communication field, the semiconductor industry, and the like have been subjected to very strict control on trace impurities. For example, when the glass product is an optical fiber, ZrO 2 that does not assimilate into glass,
When heat-resistant fine particles such as TiO 2 and Cr 2 O 3 are contained, they remain as particles even when drawing the fiber from the preform, and serve as nuclei for damage. The particle size is 2
Even with a thickness of μm, breakage occurs (JP-A-7-10585). When the impurity level in this region is reached, it is lower than the lower limit of analysis by a commonly used analysis method, and impurities cannot be detected by so-called bulk analysis.

【0003】また、ガラス製品が高温で使用される半導
体製造用の治具である場合、アルカリ金属、アルカリ土
類金属等の不純物が存在すると、それらの拡散による半
導体の汚染のみならず、ガラス治具の局部的な結晶化を
引き起こしガラスの強度を低下させる等の問題が生じる
ことも知られている。このような高品質のガラスは主
に、(1)天然石英を精製する方法、(2)四塩化珪素
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
・成長させる方法、(3)シリコンアルコキシドを加水
分解・ゲル化して得たシリカゲルを焼成する方法等によ
って生成される。しかしながら、いずれの方法において
も要求される品質レベルを必ずしも満足しているとは言
えない。
Further, when a glass product is a jig for manufacturing a semiconductor used at a high temperature, if impurities such as alkali metals and alkaline earth metals are present, not only the contamination of the semiconductor due to the diffusion thereof but also the glass treatment is performed. It is also known that problems such as causing local crystallization of the tool and reducing the strength of the glass occur. Such high-quality glass is mainly produced by (1) a method of purifying natural quartz, (2) a method of adhering and growing fumes generated by decomposition of silicon tetrachloride in an oxyhydrogen flame to a substrate, (3) ) It is produced by, for example, baking silica gel obtained by hydrolyzing and gelling silicon alkoxide. However, it cannot be said that any of the methods always satisfies the required quality level.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記実
情に鑑み、不純物微粒子による汚染を除去した高純度石
英ガラス粉及び石英ガラス成形体の製造法につき鋭意検
討した結果、これらの問題の主原因が、プロセス粉体が
接触する部位に用いられる高分子材料にあることを見い
だし本発明に到達した。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, the present inventors have conducted intensive studies on a method for producing high-purity quartz glass powder and a quartz glass molded body from which contamination by impurity fine particles has been removed. The present inventors have found that the main cause is a polymer material used at a site where the process powder comes into contact, and arrived at the present invention.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、高
純度石英ガラス粉の製造において、プロセス粉体が接触
する部位に、灰分が10重量%以下の高分子材料を使用
することを特徴とする高純度石英ガラス粉の製造方法、
等にある。
That is, the present invention is characterized in that, in the production of high-purity quartz glass powder, a polymer material having an ash content of 10% by weight or less is used in a portion where the process powder contacts. Manufacturing method of high-purity quartz glass powder,
And so on.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で対象となる高純度石英ガラス粉は、天然品・合
成品のいずれにも限定されるものではないが、超高純度
石英ガラスとして、分析下限界以下の不純物微粒子によ
る汚染除去の要望が強いテトラアルコキシシランを原料
とするゾルゲル法由来の高純度石英ガラス粉及び石英ガ
ラス成形体の製造法につき説明する。ゾル・ゲル法によ
るアルコキシキシランの加水分解は、公知の方法に従っ
て、アルコキシキシランと水を反応させることによって
行われる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The high-purity quartz glass powder targeted in the present invention is not limited to any of natural products and synthetic products, but as ultra-high-purity quartz glass, there is a demand for removal of contamination by impurity fine particles below the lower limit of analysis. A method for producing a high-purity quartz glass powder and a quartz glass molded body derived from a sol-gel method using strong tetraalkoxysilane as a raw material will be described. The hydrolysis of alkoxyxylan by the sol-gel method is performed by reacting alkoxyxylan with water according to a known method.

【0007】原料として用いられるアルコキシシランと
しては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン
等のC1 〜C4 の低級アルコキシシラン或いはそのオリ
ゴマーが好ましい。水の使用量は、通常、アルコキシシ
ラン中のアルコキシ基の1倍等量以上から10倍等量以
下の範囲から選択される。この際、必要に応じて、水と
相溶性のあるアルコール類やエーテル類等の有機溶媒を
混合して使用してもよい。使用されるアルコールの代表
例としては、メタノール・エタノール等の低級脂肪族ア
ルコールが挙げられる。
The alkoxysilane used as a raw material is preferably a C1 to C4 lower alkoxysilane such as tetramethoxysilane or tetraethoxysilane or an oligomer thereof. The amount of water used is usually selected from the range of 1 to 10 equivalents of the alkoxy group in the alkoxysilane. At this time, if necessary, an organic solvent such as an alcohol or an ether which is compatible with water may be mixed and used. Representative examples of the alcohol used include lower aliphatic alcohols such as methanol and ethanol.

【0008】この加水分解反応には、触媒として塩酸・
酢酸等の酸や、アンモニア等のアルカリを触媒として添
加してもよい。なお、当然のことながら、ここで使用す
る水・触媒等の、反応系に導入される物質はすべて高純
度であることが必要である。加水分解生成物のゲル化
は、加熱下あるいは常温で実施される。加熱を行うとゲ
ル化の速度を向上することができるので、加熱の程度を
調節することにより、ゲル化時間を制御することができ
る。得られたゲルは、細分化してから乾燥してもよい
し、乾燥してから細分化してもよい。いずれにしても、
乾燥後の粒径が、10〜1000μm、好ましくは、1
00〜600μmと成るように細分化を行うのがよい。
In this hydrolysis reaction, hydrochloric acid is used as a catalyst.
An acid such as acetic acid or an alkali such as ammonia may be added as a catalyst. It is needless to say that all substances to be introduced into the reaction system, such as water and catalyst used here, need to be of high purity. Gelation of the hydrolysis product is performed under heating or at room temperature. Since the rate of gelation can be improved by heating, the gelation time can be controlled by adjusting the degree of heating. The obtained gel may be dried after fragmentation, or may be fragmented after drying. In any case,
The particle size after drying is 10-1000 μm, preferably 1
It is preferable to perform subdivision so as to have a thickness of 00 to 600 μm.

【0009】乾燥は、常圧、或いは減圧下で加熱しつつ
行われる。加熱温度は、条件によっても異なるが、通
常、50〜200℃である。また、操作は、回分・連続
のいずれによっても行うことができる。乾燥の程度は、
通常、含液率で1〜30重量%まで行われる。続いて、
分級により規格サイズ外の粒子を分離する。分級の方法
は特に限定されるものではないが、通常、振動式の篩に
よる分級法が採用される。乾燥により粉体の硬度は大幅
に高められるので、高純度石英ガラス粉の製造において
は、乾燥工程以降の材質の選定に注意しなければならな
い。すなわち、乾燥前のウェット状態のゲルはビッカー
ス硬度でほぼ0であるが、乾燥後のゲルは30以上とな
り、石英ガラス粉では800以上となる。
Drying is performed while heating under normal pressure or reduced pressure. The heating temperature varies depending on the conditions, but is usually 50 to 200 ° C. The operation can be performed either batchwise or continuously. The degree of drying is
Usually, it is performed up to a liquid content of 1 to 30% by weight. continue,
Particles outside the standard size are separated by classification. The classification method is not particularly limited, but usually a classification method using a vibrating sieve is employed. Since the hardness of the powder is greatly increased by drying, in the production of high-purity quartz glass powder, attention must be paid to the selection of materials after the drying step. That is, the gel in the wet state before drying has a Vickers hardness of almost 0, but the gel after drying has a hardness of 30 or more, and the quartz glass powder has a hardness of 800 or more.

【0010】プロセス粉体が接触する主要機器の材質
は、不純物微粒子による汚染を防止するために、石英ガ
ラスを用いる等の工夫が施されるが、加工上石英ガラス
が使用できない部分も多々発生する。例えば、篩に用い
る網、タッピングボール、パッキン等の材質は一般に高
分子材料が用いられる。通常、高分子材料は、次に述べ
る焼成工程で燃焼しガス化するので、高純度石英ガラス
粉の汚染物質とはならない。しかしながら、本発明者ら
は、高分子材料に配合されたシリカ以外の無機物質が量
によっては、意外にも高純度石英ガラス粉の汚染物質と
なり石英ガラス成形体の品質を大きく損なうことを見い
だした。
[0010] The material of the main equipment with which the process powder comes into contact is devised such as using quartz glass in order to prevent contamination by impurity fine particles. However, there are many portions where quartz glass cannot be used in processing. . For example, a polymer material is generally used as a material such as a net, a tapping ball, and a packing used for a sieve. Normally, the polymer material is burned and gasified in the firing step described below, and thus does not become a contaminant of the high-purity quartz glass powder. However, the present inventors have found that, depending on the amount, inorganic substances other than silica mixed with the polymer material become unexpectedly contaminants of high-purity silica glass powder and greatly impair the quality of the quartz glass molded body. .

【0011】なお、ここでいうプロセス粉体とは、石英
ガラス粉及びその前駆体である含液率が30重量%以下
のシリカゲル粉末である。含液率は赤外線加熱ヒーター
等で加熱し恒量に達した際の重量減少率(初期重量に対
する現象重量値の割合)をいう。含液率が30重量%を
超えるシリカゲルは、硬度が低く高分子材料をほとんど
磨耗しないが、本発明でいうプロセス粉体は上述のよう
に、高分子材料に比べ硬度が高く、接触により高分子材
料を磨耗し、その磨耗分がプロセス粉体に混入する。
The process powder referred to here is a silica glass powder having a liquid content of 30% by weight or less, which is a quartz glass powder and a precursor thereof. The liquid content refers to a weight reduction rate (ratio of a phenomenon weight value to an initial weight) when a constant weight is reached by heating with an infrared heater or the like. Silica gel having a liquid content of more than 30% by weight has a low hardness and hardly wears the polymer material. However, the process powder referred to in the present invention has a higher hardness than the polymer material as described above. The material is worn, and the wear is mixed into the process powder.

【0012】汚染のメカニズムは必ずしも明らかとはな
っていないが、高分子材料がプロセス粉体により磨耗さ
れ、その微量の磨耗粉が粉体に付着し、焼成後、無機物
質の粒子が高純度石英ガラス粉表面に残存するものと思
われる。その結果、溶融成形して得た石英ガラス成形体
内に微粒子状態で残存し、石英ガラスに同化しない無機
物質の粒子であれば断線の原因となり、アルカリ金属・
アルカリ土類金属であればガラスの結晶化の核となり品
質を低下させるものと考えられる。これら微粒子の混入
量は、通常用いられる分析方法では分析下限界以下とな
り、いわゆるバルク分析では不純物量の多少を判断する
ことができない領域のレベルである。高分子材料に配合
される無機物質の粒子の含有量は、灰分と相関がある。
ここで言う灰分とは、高分子材料を空気雰囲気下、赤外
線加熱炉等で600℃で5分間加熱した際の残存量であ
る。
Although the mechanism of the contamination is not always clear, the polymer material is worn by the process powder, a small amount of the abrasion powder adheres to the powder, and after firing, the inorganic substance particles are converted into high-purity quartz. It seems to remain on the glass powder surface. As a result, particles of inorganic substances that remain in the form of fine particles in the quartz glass molded body obtained by melt molding and are not assimilated into quartz glass may cause disconnection,
Alkaline earth metals are considered to be nuclei for crystallization of glass and reduce the quality. The mixing amount of these fine particles is equal to or lower than the lower limit of analysis by a commonly used analysis method, and is a level of a region where the amount of impurities cannot be determined by so-called bulk analysis. The content of the inorganic substance particles blended in the polymer material has a correlation with the ash content.
The ash referred to here is the residual amount when the polymer material is heated in an air atmosphere at 600 ° C. for 5 minutes in an infrared heating furnace or the like.

【0013】本発明においては、プロセス粉体が接触す
る部位に、灰分が10重量%以下の高分子材料を使用す
ることを必須の要件とする。好ましくは灰分が5重量%
以下とする。高分子材料としてはポリ四フッ化エチレン
(PTFE)、ポリ三フッ化塩化エチレン(PCTF
E)、ポリ四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン(F
EP)等のフッ素樹脂(商標:「テフロン」)、硬質塩
化ビニル、軟質塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチ
レン、ポリエステル、EVA、フェノール、エポキシ、
ナイロン、ユリア、アクリル等が挙げられ、これらのう
ち、「テフロン」又はナイロンが特に好ましい。これら
いずれの場合も、灰分が10重量%を超えないことを要
件とする。灰分が10重量%を超えると、通常用いられ
る分析方法では検知出来ないレベルの汚染であるが、石
英ガラス成形体の品質を大きく損なう。
In the present invention, it is an essential requirement that a polymer material having an ash content of 10% by weight or less be used in a portion where the process powder contacts. Preferably 5% by weight ash
The following is assumed. As the polymer material, polytetrafluoroethylene (PTFE), polytrifluoroethylene chloride (PCTF)
E), polytetrafluoroethylene / propylene hexafluoride (F
EP) and other fluororesins (trademark: "Teflon"), hard vinyl chloride, soft vinyl chloride, polypropylene, polyethylene, polyester, EVA, phenol, epoxy,
Nylon, urea, acryl and the like can be mentioned, of which “Teflon” or nylon is particularly preferred. In any of these cases, the ash content must not exceed 10% by weight. If the ash content exceeds 10% by weight, the level of contamination cannot be detected by commonly used analytical methods, but the quality of the quartz glass molded article is greatly impaired.

【0014】このようにして得られた乾燥シリカゲル
は、直接、1000〜1300℃の温度領域で加熱し無
孔化させて、合成石英粉とするもできるが、一旦、30
0〜500℃の温度で加熱処理を行った後に合成石英粉
とするのが好ましい。その理由を以下に述べる。上記方
法によって得られた乾燥シリカゲルは乾燥により副生し
たアルコールを除去しても未反応のアルコキシ基及び副
生したアルコールの一部が残存する。実際、乾燥を施し
たシリカゲル粉末中のカーボン濃度を測定すると、乾燥
条件によっても異なるが、1〜3重量%である。このシ
リカゲル粉末を酸素含有ガス中、1000〜1300℃
の温度領域で加熱し焼成を行うと、大部分のカーボン
は、昇温過程で燃焼除去されるが、一部が未燃カーボン
として合成石英粉中に閉じ込められることがある。この
未燃カーボンを含有する合成石英粉を用いると、溶融成
形の際にCOやCO2ガスとなり、泡発生の原因とな
る。従って、シリカゲルの封孔前に、未燃カーボンを実
質的に全量除去することが必要となり、昇温過程におけ
る昇温速度が重要となるわけである。
The dried silica gel thus obtained can be directly heated in a temperature range of 1000 to 1300 ° C. to make it nonporous to obtain synthetic quartz powder.
It is preferable to make a synthetic quartz powder after performing a heat treatment at a temperature of 0 to 500 ° C. The reason is described below. In the dried silica gel obtained by the above method, an unreacted alkoxy group and a part of the by-produced alcohol remain even when the by-produced alcohol is removed by drying. Actually, when the carbon concentration in the dried silica gel powder is measured, it is 1 to 3% by weight although it varies depending on the drying conditions. This silica gel powder is placed in an oxygen-containing gas at 1000 to 1300 ° C.
When heating and baking are performed in the temperature range described above, most of the carbon is burned and removed during the temperature rise process, but a part of the carbon is sometimes trapped as unburned carbon in the synthetic quartz powder. If synthetic quartz powder containing this unburned carbon is used, CO or CO 2 gas is generated during melt molding, which causes the generation of bubbles. Therefore, it is necessary to remove substantially all of the unburned carbon before sealing the silica gel, and the rate of temperature increase during the temperature increase process is important.

【0015】ところが、合成石英粉を工業的に製造する
場合、大口径の石英るつぼを使用することとなり、昇温
過程に於ける、るつぼ内の温度は不均一となるので、容
器内の全ての部分を所定の温度パターンで昇温するのは
困難である。その結果、直接、1000〜1300℃の
温度領域で加熱し無孔化させて合成石英粉とすると、場
合によっては、カーボンが残存した合成石英粉が部分的
に生成しその合成石英粉を用いた成形体中に、微小泡が
発生すると言う現象が見られるのである。一方、本発明
者らの研究により、乾燥シリカゲル中の残存カーボン
は、300℃以上の温度域で酸素含有ガスと接触する
と、COやCO2を発生しつつ減少し、処理温度を上げ
るに従いその減少速度は増加すること、及び、シリカゲ
ルの無孔化は600℃以上の温度領域で急激に進行する
ことが明らかとなった。そこで、一旦、300〜500
℃の温度領域で加熱処理を行い、残存する炭素濃度を5
000ppm以下、好ましくは、1000ppm以下と
した後、1000〜1300℃の温度領域で加熱し無孔
化させて、合成石英粉とするのである。
However, when synthetic quartz powder is industrially manufactured, a large-diameter quartz crucible is used, and the temperature in the crucible during the heating process becomes non-uniform. It is difficult to raise the temperature of the part in a predetermined temperature pattern. As a result, when directly heated in a temperature range of 1000 to 1300 ° C. and made nonporous to obtain synthetic quartz powder, in some cases, synthetic quartz powder in which carbon remains is partially generated and the synthetic quartz powder is used. The phenomenon that minute bubbles are generated in the molded article is observed. On the other hand, according to the study of the present inventors, when the residual carbon in the dried silica gel is brought into contact with an oxygen-containing gas in a temperature range of 300 ° C. or higher, the residual carbon decreases while generating CO and CO 2 , and decreases as the treatment temperature is increased. It was found that the rate increased and that the non-porous silica gel proceeded rapidly in the temperature range of 600 ° C. or higher. Therefore, once 300-500
Heat treatment in a temperature range of 5 ° C.
After the content is reduced to 000 ppm or less, preferably 1000 ppm or less, it is heated in a temperature range of 1000 to 1300 ° C. to make it non-porous to obtain a synthetic quartz powder.

【0016】この温度領域の処理時間は処理温度にもよ
るが、通常1〜10時間程度である。また、操作方法
は、回分式・連続式のいずれでも実施できる。連続式で
実施する例として、ロータリーキルンを用いる方法が挙
げられる。即ち、ロータリーキルンの炉心管の片端より
連続的に乾燥シリカゲル粉を供給しつつ、炉心管内で加
熱処理を行い、処理が終了した粉を連続的に炉心管から
排出する連続法によって行われる。この場合、炉心管の
材質は、処理を行った粉への材質のコンタミが発生しな
いものを選択する必要があり、石英製が好ましい。石英
製の場合、製作上、炉心管のサイズに限界があるので、
条件によっては、多段のロータリーキルンを直列に並べ
て加熱処理を行うこととなる。
The processing time in this temperature range depends on the processing temperature, but is usually about 1 to 10 hours. In addition, the operation method can be performed in either a batch system or a continuous system. A method using a rotary kiln is an example of a continuous method. That is, the heating process is performed in the furnace core tube while continuously supplying the dried silica gel powder from one end of the furnace tube of the rotary kiln, and the powder after the treatment is continuously discharged from the furnace tube. In this case, as the material of the furnace tube, it is necessary to select a material that does not cause contamination of the processed powder with the material, and is preferably made of quartz. In the case of quartz, there is a limit to the size of the furnace tube due to manufacturing, so
Depending on the conditions, the heat treatment may be performed by arranging multiple stages of rotary kilns in series.

【0017】次に、このようにして得られたシリカゲル
を、1000〜1300℃の温度領域で加熱し無孔化さ
せて、合成石英粉とする。操作は、一般には、回分法で
行われる。用いる容器は合成石英粉への不純物のコンタ
ミを発生させない材質、例えば、石英製を用いることを
要し、具体例として、石英製のルツボが挙げられる。本
発明に於いては、乾燥ガスの排出口をシリカゲル粉末の
粉体中に設けて乾燥ガスを流通しつつ加熱処理を行う。
乾燥ガスとしては、窒素・アルゴン等の不活性ガスや酸
素、空気及びそれらの混合ガスが挙げられるが、経済性
の面から空気が好ましい。使用するガスは、予め、フィ
ルター等によりダストを除去しておく。
Next, the silica gel thus obtained is heated in a temperature range of 1000 to 1300 ° C. to make it nonporous, thereby obtaining a synthetic quartz powder. The operation is generally performed in a batch method. The container used must be made of a material that does not cause contamination of the synthetic quartz powder with impurities, for example, quartz. A specific example is a quartz crucible. In the present invention, an outlet for the dry gas is provided in the silica gel powder, and the heat treatment is performed while flowing the dry gas.
Examples of the drying gas include an inert gas such as nitrogen and argon, oxygen, air, and a mixed gas thereof, but air is preferred from the viewpoint of economy. Dust is removed from a gas to be used by a filter or the like in advance.

【0018】また、吸着等の方法により含有する水分
を、十分に除去し、露点を−20℃以下、好ましくは−
40℃以下にしておく必要がある。この範囲より露点が
高いと、得られる合成石英粉の残存シラノール濃度が高
くなり好ましくない。乾燥ガスは粉体中に挿入された挿
入管より供給される。その材質は容器と同じく不純物の
コンタミを発生させない材質、例えば、石英製が好まし
い。乾燥ガスの吹き出し口の位置は、特に限定されるも
のではないが、容器の底部から粉体高さの二分の一の間
に設けるのが好ましい。それより高い位置に設けると、
シラノールの減少速度が低下する。乾燥ガスの流量はバ
ブリング現象を発現しない領域より選択する。
Further, moisture contained by a method such as adsorption is sufficiently removed, and the dew point is -20 ° C. or lower, preferably −20 ° C.
It is necessary to keep the temperature below 40 ° C. If the dew point is higher than this range, the residual silanol concentration of the obtained synthetic quartz powder is undesirably high. The drying gas is supplied from an insertion tube inserted into the powder. The material is preferably a material that does not cause contamination of impurities, for example, quartz. The position of the drying gas outlet is not particularly limited, but is preferably provided between the bottom of the container and half the height of the powder. If you set it higher than that,
The rate of silanol reduction decreases. The flow rate of the drying gas is selected from a region where the bubbling phenomenon does not occur.

【0019】バブリング現象が発現すると、理由はよく
判らないがシラノールの減少速度が低下し、更には、容
器より粉体が吹き溢れが発生する。バブリング現象は、
特定の流量以上のガスを流通すると発現する。即ち、粉
体中に供給する乾燥ガスの流量を上げるに従い乾燥ガス
の吐出圧力が上昇し、特定の流量に達したところで粉体
表面上に粉の舞い上がりが観察されるとともに、吐出圧
力が急激に低下する。この特定の流量値は、乾燥ガスの
吹き出し口の位置や粉体の粒径に大きく依存して変化す
る。即ち、此の特定の流量値は乾燥ガスの吹き出し口の
位置と粉体層の上端との距離に対しては1次で比例し、
また、粒径に対して1.8乗で依存することが本発明者
らの実験により確かめられた。
When the bubbling phenomenon occurs, although the reason is not clear, the rate of reduction of silanol decreases, and further, powder overflows from the container. The bubbling phenomenon is
This is manifested when a gas at a specific flow rate or higher flows. That is, as the flow rate of the dry gas supplied into the powder is increased, the discharge pressure of the dry gas increases, and when a specific flow rate is reached, soaring of the powder on the powder surface is observed, and the discharge pressure increases rapidly. descend. The specific flow rate value varies depending on the position of the outlet of the drying gas and the particle size of the powder. That is, this specific flow rate value is linearly proportional to the distance between the position of the outlet of the dry gas and the upper end of the powder layer,
Further, it was confirmed by experiments of the present inventors that the particle diameter was dependent on the 1.8th power.

【0020】ここで言う、バブリング現象とは、粉体層
内に固体と気体の混合された部分を連続的に発生するこ
とをいう。この特定値以下の流量のガスを粉体内に供給
しつつ焼成を行うことにより、効率的に低シラノールの
石英粉が得られる。また、容器からの吹き溢れも発生し
ないので、実質的に、定量的に製品が得られる。但し、
流通する脱湿ガスの流量が極端に少ないとその効果が低
下するので、少なくとも特定値の10%以上の流量、好
ましくは、特定値の20%以上の脱湿ガスを供給しつつ
焼成するのが望ましい。また、特定値近傍で操作を行う
と、シリカゲル粒径の変動によりバブリング現象を発現
する危険性があるので、特定値の95%、好ましくは、
90%をガス流量の上限値とするのが好ましい。
The bubbling phenomenon referred to herein means that a mixed portion of solid and gas is continuously generated in the powder layer. By firing while supplying a gas having a flow rate equal to or less than the specific value into the powder, quartz powder with low silanol can be efficiently obtained. Also, since no overflow from the container occurs, the product can be obtained substantially quantitatively. However,
If the flow rate of the flowing dehumidifying gas is extremely small, the effect is reduced. Therefore, it is preferable to perform firing while supplying a dehumidifying gas having a flow rate of at least 10% of a specific value, preferably 20% or more of a specific value. desirable. In addition, if the operation is performed in the vicinity of a specific value, there is a risk that a bubbling phenomenon may occur due to a change in silica gel particle size. Therefore, 95% of the specific value, preferably
It is preferable to set 90% as the upper limit of the gas flow rate.

【0021】焼成温度は、通常、1100〜1300℃
である。この範囲より低いと焼成に長時間を要し、高す
ぎると粒子間での焼結を起こし、焼成後に解砕が必要と
なるため好ましくない。焼成時間は、焼成温度にもよる
が、通常10〜100時間で、合成石英粉中のシラノー
ル濃度が100ppm以下、好ましくは、60ppm以
下となるまで継続される。以上の加熱処理の装置、及び
無孔化処理の装置は高温であるので高分子材料を使用す
る事はできないが、例えば、プロセス粉体のストックタ
ンク、或いはルツボへの仕込み・取り出しに使用するス
コップ等の材質には配慮する必要がある。何故ならば、
このような備品に使用された高分子材料に配合された無
機物質が量によっては、高純度石英ガラス粉の汚染物質
となり石英ガラス成形体の品質を大きく損なうからであ
る。本発明においては、この場合も、シリカ以外の灰分
が10重量%以下、好ましくは5重量%以下の高分子材
料を使用する。
The firing temperature is usually 1100-1300 ° C.
It is. If it is lower than this range, it takes a long time for sintering, and if it is too high, sintering between particles occurs, and crushing is required after firing, which is not preferable. The firing time depends on the firing temperature, but is usually 10 to 100 hours, and is continued until the silanol concentration in the synthetic quartz powder becomes 100 ppm or less, preferably 60 ppm or less. Since the above-mentioned heat treatment equipment and non-porous treatment equipment are at high temperatures, polymer materials cannot be used, but for example, a scoop used for charging / removing process powder into a stock tank or crucible It is necessary to consider materials such as. because,
This is because, depending on the amount, the inorganic substance mixed in the polymer material used for such a fixture becomes a contaminant of high-purity quartz glass powder and greatly impairs the quality of the quartz glass molded article. In the present invention, also in this case, a polymer material having an ash content other than silica of 10% by weight or less, preferably 5% by weight or less is used.

【0022】このようにして得られた合成石英粉は、成
形体に成形される。その、成形方法は、成形体の用途に
よって異なるが、例えば、用途がるつぼで有る場合には
アークメルト法が、IC用治具である場合には、一旦、
酸・水素炎によるベルヌーイ法でインゴットに成形する
方法や、炭素製の鋳型を用い真空下で加熱溶融するヒュ
ージョン法挙等がげられる。また、用途が光ファイバー
で有る場合は、石英ガラス粉をルツボで溶融し、下部か
ら成形装置を通じて連続的に引き抜いてチューブを作製
した後、ファイバー化する方法が挙げられる。いずれに
しても、本発明方法によって得られた合成石英粉を用い
ると、品質の優れた石英ガラス成形体が得られる。
The synthetic quartz powder thus obtained is formed into a compact. The molding method differs depending on the use of the molded body. For example, when the use is a crucible, the arc melt method is used.
Examples include a method of forming an ingot by the Bernoulli method using an acid / hydrogen flame, and a fusion method of heating and melting under vacuum using a carbon mold. When the application is an optical fiber, there is a method in which a quartz glass powder is melted in a crucible, the tube is continuously pulled out from a lower part through a molding device to produce a tube, and then a fiber is formed. In any case, when the synthetic quartz powder obtained by the method of the present invention is used, a quartz glass molded article having excellent quality can be obtained.

【0023】[0023]

〔実施例1〕[Example 1]

(加水分解〜乾燥)高純度テトラメトキシシランを水と
反応させ、塊状のウェットゲルを得た。続いて、この塊
状のウェットゲルを網式粉砕機で粉砕した後、減圧下で
加熱乾燥し、粉状のドライシリカゲル(含液率30重量
%以下)を得た。この粉状のドライシリカゲルを、振動
篩別機で分級し500μm以下及び100μm以上の粒
子を取得した。篩別機に装着した篩の網、及びタッピン
グボールは、表1に示す主要成分、灰分及び金属成分を
含有していた。
(Hydrolysis to drying) High-purity tetramethoxysilane was reacted with water to obtain a lump wet gel. Subsequently, the lump-shaped wet gel was pulverized by a net pulverizer and dried by heating under reduced pressure to obtain powdery dry silica gel (liquid content: 30% by weight or less). This powdery dry silica gel was classified with a vibration sieving machine to obtain particles of 500 μm or less and 100 μm or more. The screen of the sieve and the tapping balls attached to the sieve contained the main components, ash and metal components shown in Table 1.

【0024】[0024]

【表1】 尚、金属成分は蛍光X線によって定性分析して検出され
た成分を記載した。
[Table 1] The metal components are those detected by qualitative analysis using fluorescent X-rays.

【0025】(加熱処理)ドライシリカゲルを用い、加
熱処理を図1に示すロータリーキルンにより実施した。
炉心管は材質が石英で、長さ(加熱ゾーン):2m、内
径:200mm、供給口ドーナツ状堰開口径:40mm、
排出口ドーナツ状堰開口径:40mmの寸法を有する。
また、炉心管は、傾斜角度が0.5°に成るように調節
した。まず、各加熱ヒーターを500℃に昇温し、炉心
管を4rpmで回転させつつ、粉状のドライシリカゲル
を6.2 kg/Hで、空気を 4500 リットル/Hで供給口
より供給した。排出口より排出された粉体を、続いて、
同様のロータリーキルンを用い、以下に示す条件で再度
加熱処理した。第1加熱ヒーター:600℃、第2加熱
ヒーター:700℃、第3加熱ヒーター:850℃、第
4加熱ヒーター:1000℃、第5加熱ヒーター:1060
℃に昇温し、炉心管を4rpmで回転させつつ、粉体を
6.5 kg/Hで、空気を 1000リットル/Hで供給口よ
り供給し、焼成に用いる粉体を得た。
(Heat treatment) Using dry silica gel, heat treatment was carried out by a rotary kiln shown in FIG.
The furnace tube is made of quartz, length (heating zone): 2 m, inner diameter: 200 mm, supply port donut weir opening diameter: 40 mm,
The diameter of the outlet donut-shaped weir opening is 40 mm.
The core tube was adjusted so that the inclination angle was 0.5 °. First, each heating heater was heated to 500 ° C., and while the furnace tube was rotated at 4 rpm, powdery dry silica gel was supplied from the supply port at 6.2 kg / H and air at 4500 L / H. The powder discharged from the discharge port,
Using the same rotary kiln, a heat treatment was performed again under the following conditions. First heater: 600 ° C, second heater: 700 ° C, third heater: 850 ° C, fourth heater: 1000 ° C, fifth heater: 1060
° C, while rotating the furnace tube at 4 rpm,
Air was supplied at a rate of 6.5 kg / H from the supply port at a rate of 1000 L / H to obtain a powder used for firing.

【0026】(焼成)加熱処理で得られた粉体130k
gを、550mmφ×600mmHの石英ガラス性ルツ
ボに仕込んだ。続いて、図2に示すように、中心部に、
石英ガラス管を挿入し、露点−45℃の脱湿空気を粉体
1kg当たり、6リットル/Hrで供給した。この時、
粉体のバブリングは観察されなかった。同流量の脱湿空
気を供給しつつ1200℃で、60時間保持した。焼成
終了後、脱湿空気を供給しながら室温まで冷却し粉体を
回収した。この時、ルツボよりの粉体の吹き溢れは全く
見られなかった。回収した粉体を回転式のブレンダーに
より混合した後、赤外吸光法により、シラノール濃度を
測定したところ36ppmであった。又金属不純物の分
析を行ったところ、表2に示す値であった。
(Firing) 130 k of powder obtained by heat treatment
g was placed in a quartz glass crucible of 550 mmφ × 600 mmH. Subsequently, as shown in FIG.
A quartz glass tube was inserted, and dehumidified air having a dew point of -45 ° C was supplied at a rate of 6 L / Hr per kg of the powder. At this time,
No bubbling of the powder was observed. It was kept at 1200 ° C. for 60 hours while supplying dehumidified air at the same flow rate. After completion of the firing, the powder was cooled to room temperature while supplying dehumidified air, and the powder was recovered. At this time, no overflow of powder from the crucible was observed. After mixing the recovered powder with a rotary blender, the silanol concentration was measured by infrared absorption method and found to be 36 ppm. Analysis of metal impurities showed the values shown in Table 2.

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】(溶融成形)焼成で得られた合成石英ガラ
ス粉50gをカーボン製ルツボ(内径40mm、高さ6
0mm)に仕込み、真空溶融炉(富士電波工業(株)製
「FVPHP−R−5型」)を用い、1780℃で溶融
し、円筒状の石英ガラス成形体を得た。成形体内には、
発泡は観察されなかった。 (加熱テスト)溶融成形で得られた石英ガラス成形体を
再びカーボン製ルツボに仕込み、真空溶融炉(富士電波
工業(株)製「FVPHP−R−5型」)で、常圧・ア
ルゴンガス流通下、1630℃で5時間保持した。冷却
後、取り出した石英ガラス成形体に、不透明な部分は全
く見られなかった。
(Melting Molding) 50 g of the synthetic quartz glass powder obtained by firing was crushed into a carbon crucible (inner diameter: 40 mm, height: 6 mm).
0 mm) and melted at 1780 ° C. using a vacuum melting furnace (“FVPHP-R-5” manufactured by Fuji Denki Kogyo Co., Ltd.) to obtain a cylindrical quartz glass molded body. In the molded body,
No foaming was observed. (Heating test) The quartz glass molded body obtained by the melt molding was charged into a carbon crucible again, and was subjected to normal pressure and argon gas flow in a vacuum melting furnace ("FVPPHP-R-5" manufactured by Fuji Denpa Kogyo KK). The temperature was maintained at 1630 ° C. for 5 hours. After cooling, no opaque portion was observed in the quartz glass molded body taken out.

【0029】〔比較例〕振動篩別機に用いたタッピング
ボールを表3に記載したものに変更した以外は実施例と
同様の操作を行った。
Comparative Example The same operation as in the example was performed except that the tapping balls used in the vibration sieving machine were changed to those shown in Table 3.

【表3】 得られた合成石英ガラス粉のシラノール濃度を測定した
ところ40ppmであった。又金属不純物の分析を行っ
たところ、第4表に示す値であった。
[Table 3] When the silanol concentration of the obtained synthetic quartz glass powder was measured, it was 40 ppm. Analysis of the metal impurities showed the values shown in Table 4.

【0030】[0030]

【表4】 この合成石英ガラス粉を溶融成形し、円筒状の石英ガラ
ス成形体を得た。実施例1と同様の条件で加熱テストを
行い、冷却後、取り出した石英ガラス成形体に、不透明
なスポットが点在しているのが観察された。不透明なス
ポットを顕微X線を用い分析したところ、クリストバラ
イトであり石英ガラスが局部的に結晶化していた。
[Table 4] This synthetic quartz glass powder was melt-molded to obtain a cylindrical quartz glass molded body. A heating test was performed under the same conditions as in Example 1. After cooling, it was observed that opaque spots were scattered on the quartz glass molded body taken out. When the opaque spot was analyzed using microscopic X-rays, it was cristobalite and the quartz glass was locally crystallized.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明により、金属不純物の極めて少な
い高純度石英ガラス粉及び石英ガラス成形体を得ること
ができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a high-purity quartz glass powder and a quartz glass compact having extremely few metal impurities.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例1の加熱処理で用いたロータリーキル
ンを示す図
FIG. 1 is a diagram showing a rotary kiln used in a heat treatment in Example 1.

【図2】 実施例1の焼成を示す概念図FIG. 2 is a conceptual diagram showing firing in Example 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 正樹 北九州市八幡西区黒崎城石1番1号 三菱 化学株式会社黒崎事業所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Masaki Yasuda 1-1 Kurosaki Castle Stone, Yawatanishi-ku, Kitakyushu City Inside Mitsubishi Chemical Corporation Kurosaki Office

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高純度石英ガラス粉の製造において、プ
ロセス粉体が接触する部位に、灰分が10重量%以下の
高分子材料を使用することを特徴とする高純度石英ガラ
ス粉の製造方法。
1. A method for producing a high-purity quartz glass powder, comprising using a polymer material having an ash content of 10% by weight or less in a portion where the process powder contacts in the production of the high-purity quartz glass powder.
【請求項2】 高純度石英ガラス粉が合成石英ガラス粉
であることを特徴とする請求項1に記載の高純度石英ガ
ラス粉の製造方法。
2. The method for producing high-purity quartz glass powder according to claim 1, wherein the high-purity quartz glass powder is synthetic quartz glass powder.
【請求項3】 合成石英ガラス粉がゾルゲル法によって
得られたものであることを特徴とする請求項2記載の高
純度石英ガラス粉の製造方法。
3. The method for producing high-purity quartz glass powder according to claim 2, wherein the synthetic quartz glass powder is obtained by a sol-gel method.
【請求項4】 テトラアルコキシシランをゾルゲル法の
原料に用いることを特徴とする請求項3に記載の高純度
石英ガラス粉の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein tetraalkoxysilane is used as a raw material for the sol-gel method.
【請求項5】 テトラアルコキシシランがテトラメトキ
シシランであることを特徴とする請求項4に記載の高純
度石英ガラス粉の製造方法。
5. The method for producing high-purity quartz glass powder according to claim 4, wherein the tetraalkoxysilane is tetramethoxysilane.
【請求項6】 プロセス粉体の接触する部位が、振動篩
のタッピングボールであることを特徴とする請求項1〜
5のいずれかに記載の高純度石英ガラス粉の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the contact portion of the process powder is a tapping ball of a vibrating sieve.
5. The method for producing a high-purity quartz glass powder according to any one of 5.
【請求項7】 プロセス粉体の接触する部位が、振動篩
の網であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに
記載の高純度石英ガラス粉の製造方法。
7. The method for producing a high-purity quartz glass powder according to claim 1, wherein a portion where the process powder comes into contact is a mesh of a vibrating sieve.
【請求項8】 プロセス粉体の接触する部位が、パッキ
ンであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記
載の高純度石英ガラス粉の製造方法。
8. The method for producing a high-purity quartz glass powder according to claim 1, wherein a portion in contact with the process powder is a packing.
【請求項9】 プロセス粉体の含液率が30重量%以下
であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載
の高純度石英ガラス粉の製造方法。
9. The method for producing high-purity quartz glass powder according to claim 1, wherein the liquid content of the process powder is 30% by weight or less.
【請求項10】 請求項1〜9のいずれかに記載の製造
方法により得られた高純度石英粉を溶融成形することを
特徴とする石英ガラス成形体の製造方法。
10. A method for producing a quartz glass molded body, comprising melting and molding a high-purity quartz powder obtained by the production method according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003095677A (en) * 2001-07-19 2003-04-03 Mitsubishi Chemicals Corp High purity quartz powder and method for producing the same, and glass molding
CN103130405A (en) * 2013-03-15 2013-06-05 连云港利思特电子材料有限公司 Preparation method of precision casting fused quartz powder and quartz powder produced by same
KR20140087326A (en) * 2012-12-28 2014-07-09 재단법인 포항산업과학연구원 Apparatus for manufacturing high purity quartz powder

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