JPH11349336A - Production of synthetic silica glass powder - Google Patents
Production of synthetic silica glass powderInfo
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- JPH11349336A JPH11349336A JP15581098A JP15581098A JPH11349336A JP H11349336 A JPH11349336 A JP H11349336A JP 15581098 A JP15581098 A JP 15581098A JP 15581098 A JP15581098 A JP 15581098A JP H11349336 A JPH11349336 A JP H11349336A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造分野及び
光ファイバー分野、特に1000℃以上の高温度域で使
用され、かつ溶融時に泡の発生の少ない超高純度石英ガ
ラス製品の原料として好適な石英ガラス粉を提供するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing field and an optical fiber field, in particular, a quartz glass used as a raw material of an ultra-high-purity quartz glass product which is used in a high temperature range of 1000.degree. Provide powder.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、光ファイバーや半導体産業におい
て使用される各種ガラス製の治具・ルツボ等について
は、半導体の高集積化に伴い、その構成ガラス材料の純
度に関して非常に厳しい管理が行われている。これらの
用途に適用される高純度なガラス製品の製造方法として
は、従来、アルコキシシランを出発原料とし、これを加
水分解し、ゾル−ゲル法と称されるプロセスによりシリ
カゲル粉末を得、次いでこれを焼成してガラス粉末とし
た後、溶融ガラス化して目的とする所望のガラス製品を
製造する方法が知られている。この方法によれば、出発
原料となるアルコキシシランは容易に蒸留精製すること
が出来るため、高純度のガラス製品を得ることが出来
る。2. Description of the Related Art In recent years, with respect to jigs and crucibles made of various kinds of glass used in the optical fiber and semiconductor industries, very strict control has been performed on the purity of constituent glass materials as semiconductors become more highly integrated. I have. As a method for producing a high-purity glass product applied to these uses, conventionally, an alkoxysilane is used as a starting material, which is hydrolyzed, and a silica gel powder is obtained by a process called a sol-gel method. There is known a method in which a desired glass product is produced by baking a glass powder to obtain a desired glass product after melting the glass into a glass powder. According to this method, the alkoxysilane as a starting material can be easily purified by distillation, and thus a high-purity glass product can be obtained.
【0003】しかしながら、この方法では、加水分解・
ゲル化時に存在していたシラノール基が、焼成後も粒子
中に残存シラノール基として残るため、天然石英粉に比
べ高いシラノール量を有することとなる。このシラノー
ル含有量が多いと高温での粘性が低いために、シリコン
単結晶引き上げ用ルツボや、半導体拡散炉等には使用困
難となる(特開平1−320232号公報)。実際、こ
の用途に使用するには、シラノール含有量が100pp
m、好ましくは50ppm以下である事が望ましい。こ
のため、シラノール濃度を下げるために水蒸気分圧の低
い雰囲気で、第1段階として600〜1000℃におい
て内部シラノール基(赤外吸収波長3670cm-1付
近)の大部分を除去し、第2段階として1200℃以上
の温度で孤立シラノール基(赤外吸収波長3740cm
-1付近)を除去する低シラノールシリカの製造方法(特
開平2−289416号公報)が知られている。However, in this method, hydrolysis and
Since the silanol groups existing at the time of gelation remain as residual silanol groups in the particles even after firing, they have a higher silanol content than natural quartz powder. If the silanol content is high, the viscosity at high temperatures is low, so that it becomes difficult to use it in a crucible for pulling a silicon single crystal, a semiconductor diffusion furnace, and the like (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-320232). In fact, for use in this application, a silanol content of 100 pp
m, preferably 50 ppm or less. For this reason, most of the internal silanol groups (infrared absorption wavelength around 3670 cm -1 ) are removed at 600 to 1000 ° C. in the first step in an atmosphere with a low water vapor partial pressure in order to lower the silanol concentration. At a temperature of 1200 ° C or more, an isolated silanol group (infrared absorption wavelength 3740 cm
( Near -1 ) is known (JP-A-2-289416).
【0004】また、光ファイバーや半導体関連に使用さ
れる石英ガラス部材には、高温強度のみでなく、泡の存
在も問題となる。これは、泡があると、例えばシリコン
単結晶引き上げ用ルツボでは、単結晶引き上げ中にルツ
ボ内面で泡が破裂すると液面揺動により欠陥が生じ、歩
留まり低下につながる。また、熱をかけた際に泡が膨張
し、寸法安定性の面でも問題がある。また、光ファイバ
ーでは泡の存在により、光情報の減衰やファイバー断線
の問題が生ずる。石英ガラス粉末を溶融成形する際に泡
が生じる原因として、シラノール濃度が高すぎると、水
蒸気ガスとなり泡となる事が知られている。また、この
シラノール基のうち、特に前述の孤立シラノール基につ
いては、僅かの量でも発泡要因となる事が判っている
(特開平8−26742)。[0004] In addition, quartz glass members used for optical fibers and semiconductors have problems not only with high-temperature strength but also with the presence of bubbles. This is because, for example, in the case of a crucible for pulling a silicon single crystal, if bubbles are ruptured on the inner surface of the crucible during pulling of the single crystal, a defect is generated due to fluctuation of the liquid surface, leading to a decrease in yield. In addition, bubbles expand when heated, and there is a problem in terms of dimensional stability. Further, in the optical fiber, the problem of attenuation of optical information and disconnection of the fiber occurs due to the presence of bubbles. It is known that as a cause of bubbles when the quartz glass powder is melt-molded, if the silanol concentration is too high, it becomes steam gas and becomes bubbles. In addition, among the silanol groups, it is known that even the above-mentioned isolated silanol groups, even in a small amount, can cause foaming (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-26742).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、石
英ガラス粉末溶融時の発泡を抑制するには、シラノール
濃度を出来るだけ下げること、特に孤立シラノール濃度
を下げることが重要であるが、通常、孤立シラノール基
を除去するには内部シラノール基の除去に比べ高い焼成
温度(1200℃以上)が必要となり、石英ゲル粉末を
焼成する際の耐熱容器の耐久性が落ち、生産コストのア
ップにつながることとなる。合成石英ガラス粉末を高純
度で維持するためには、焼成容器として共材である石英
ガラスルツボを使用することが好ましいと考えられる
が、特に石英ガラスルツボに関しては、必要焼成温度で
ある1200℃前後においては、僅か10〜20℃程度
の差であっても、その耐用時間に大きな差が生じること
となる。そこで、如何にすれば、より低い温度で、発泡
の要因となる孤立シラノール濃度を十分に下げることが
出来るかが課題となる。As described above, in order to suppress foaming during melting of quartz glass powder, it is important to reduce the concentration of silanol as much as possible, particularly to reduce the concentration of isolated silanol. Removal of isolated silanol groups requires a higher firing temperature (1200 ° C. or higher) than removal of internal silanol groups, which lowers the durability of a heat-resistant container when firing quartz gel powder, leading to an increase in production costs. It will be. In order to maintain the synthetic quartz glass powder at a high purity, it is considered preferable to use a quartz glass crucible which is a common material as a firing vessel. In particular, regarding a quartz glass crucible, a necessary firing temperature is around 1200 ° C. In this case, even if the difference is only about 10 to 20 ° C., a great difference occurs in the service life. Therefore, it is an issue how to lower the concentration of isolated silanol, which causes foaming, at a lower temperature.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】発明者等は、上記課題を
解決すべく鋭意検討を重ねた結果、焼成前の160℃絶
乾ベースでの含液率が50重量%以下であるようなシリ
カゲル粉末の段階で、特に45μm以下の微粒子の含有
量を1重量%以下、好ましくは0.5重量%以下とする
ことにより、孤立シラノール除去のための必要焼成温度
を下げることが可能であることを見出し、本発明に到達
した。すなわち、本発明は、含液率が50重量%以下の
シリカゲル粉末であって45μm以下の粒子の含有量が
1重量%以下であるシリカゲル粉末を焼成することを特
徴とする合成石英ガラス粉の製造方法、含液率が50重
量%以下であって、45μm以下の粒子の含有量が1重
量%以下であるシリカゲル粉末、及び上記合成石英ガラ
ス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、に存する。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that a silica gel having a liquid content of 50% by weight or less on a dry basis at 160 ° C. before firing. At the powder stage, by setting the content of fine particles having a particle size of 45 μm or less to 1% by weight or less, preferably 0.5% by weight or less, it is possible to lower the firing temperature required for removing isolated silanol. Heading, the present invention has been reached. That is, the present invention provides a method for producing a synthetic quartz glass powder, comprising firing silica gel powder having a liquid content of 50% by weight or less and having a particle size of 45 μm or less having a content of 1% by weight or less. A silica gel powder having a liquid content of 50% by weight or less and a content of particles of 45 μm or less of 1% by weight or less, and a quartz glass molded body characterized by melt-molding the synthetic quartz glass powder. Manufacturing method.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下、本発明につき詳細に説明す
る。本発明により得られる合成石英ガラス粉は、シリカ
ゲル粉末を焼成することにより無孔化・ガラス化して得
られるものである。シリカゲル粉末は一般に多量のシラ
ノール基を含有しており、その除去には1000℃以
上、孤立シラノールに至っては1200℃以上という高
温で長時間焼成することが必要であることは上述のとお
りである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail. The synthetic quartz glass powder obtained by the present invention is obtained by firing silica gel powder to make it nonporous and vitrified. As described above, silica gel powder generally contains a large amount of silanol groups, and it is necessary to perform calcination at a high temperature of 1000 ° C. or more for removal thereof and 1200 ° C. or more for isolated silanol for a long time.
【0008】ここで、焼成に供されるシリカゲル粉末は
特に限定されないが、高純度のものとするには、例えば
アルコキシシランを原料とする、いわゆるゾル−ゲル法
と呼ばれる方法により得ることができる。アルコキシシ
ラン由来のシリカゲル粉末は、高純度化達成が比較的容
易であることは上述のとおりである。ゾル−ゲル法によ
るアルコキシシランの加水分解は、周知の方法に従って
アルコキシシランと水を反応させることによって行われ
る。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、4
官能、炭素数1〜4の低級アルコキシシラン或いはその
オリゴマーが加水分解が速やかに行われるため好まし
い。Here, the silica gel powder to be calcined is not particularly limited, but in order to obtain high purity, it can be obtained by a method called a sol-gel method using, for example, alkoxysilane as a raw material. As described above, it is relatively easy to achieve high purification of the silica gel powder derived from alkoxysilane. The hydrolysis of alkoxysilane by the sol-gel method is carried out by reacting alkoxysilane with water according to a well-known method. As the alkoxysilane used as a raw material,
4 such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane
Functional, lower alkoxysilanes having 1 to 4 carbon atoms or oligomers thereof are preferred because hydrolysis is performed quickly.
【0009】加水分解に用いる水の使用量は通常、アル
コキシシラン中のアルコキシ基の1倍当量以上、10倍
当量以下から選択すればよい。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
を混合しても良い。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、これらの有機溶媒の使用により反応系を
均一で安定なものとする事が出来る。但し、加水分解反
応の進行につれてアルコキシシランに結合していたアル
コキシ基が、アルコールとして遊離するため、ゲル化す
る以前に反応液が均一な状態となる場合には、アルコー
ル等の添加を行わなくとも実際上支障無く反応を行わせ
ることが出来る。The amount of water used for the hydrolysis 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 alcohols and ethers compatible with water may be mixed. Representative examples of the alcohol used include lower aliphatic alcohols such as methanol and ethanol, and the use of these organic solvents can make the reaction system uniform and stable. However, since the alkoxy group bonded to the alkoxysilane is liberated as alcohol as the hydrolysis reaction proceeds, if the reaction solution is in a uniform state before gelation, it is not necessary to add alcohol or the like. The reaction can be performed without any practical problems.
【0010】この加水分解反応には、触媒として塩酸、
酢酸のような酸や、アンモニアのようなアルカリを用い
ても良い。なお、当然の事ながら、高純度のシリカゲル
粉末を得るには、ここで使用する原料アルコキシシラ
ン、水、触媒等のこの反応系に導入される物質は、全て
高純度とする。加水分解生成物をゲル化させるには、加
熱すればそれだけ速くゲルを得ることが出来るが、常温
で放置しても数時間でゲル化するので、加温の程度を調
節することによって、ゲル化時間を調節することが出来
る。得られたゲルは、細分化してから乾燥しても良い
し、乾燥してから細分化しても良い。In this hydrolysis reaction, hydrochloric acid as a catalyst,
An acid such as acetic acid or an alkali such as ammonia may be used. Naturally, in order to obtain a high-purity silica gel powder, all the substances to be introduced into this reaction system such as the raw material alkoxysilane, water, catalyst and the like used here are of high purity. In order to gel the hydrolysis product, the gel can be obtained faster by heating, but it gels in a few hours even if left at room temperature, so by adjusting the degree of heating, the gelation You can adjust the time. The obtained gel may be dried after being subdivided, or may be subdivided after being dried.
【0011】本発明においては、乾燥の程度として、少
なくとも、含液率が50重量%以下となるまで乾燥す
る。ここで含液率は、160℃絶乾ベースでの含液率を
指す。乾燥されたシリカゲルの平均粒径は、通常50〜
1000μm、好ましくは90〜600μmとする。し
かしながら、このシリカゲル粉末の中には最終製品とし
て不必要な微粒子や粗大粒子も含まれているため、後述
する焼成工程に於ける生産性を上げるため、ゲルの段階
で分級操作を施し、予め製品サイズとならない粒子をカ
ットしておくことが好ましいと考えられる。製品である
合成石英ガラス粉のサイズとして要求される粒径範囲と
しては用途により異なるものの、半導体製造関連部材、
光ファイバー用チューブ用途においては、通常50〜6
00μmのものが要求され、この粒度範囲となるように
分級操作を実施した後、焼成工程により無孔化・ガラス
化して合成石英ガラス粉とすることになる。In the present invention, drying is performed at least until the liquid content becomes 50% by weight or less. Here, the liquid content refers to the liquid content on a 160 ° C. absolute dry basis. The average particle size of the dried silica gel is usually 50 to
The thickness is 1000 μm, preferably 90 to 600 μm. However, since this silica gel powder contains unnecessary fine particles and coarse particles as a final product, in order to increase the productivity in the calcination step described below, a classification operation is performed at the gel stage, and It is considered preferable to cut off particles that do not become the size. Although the particle size range required as the size of the synthetic quartz glass powder, which is the product, varies depending on the application, semiconductor manufacturing related members,
In optical fiber tube applications, usually 50 to 6
A particle size of 00 μm is required, and after performing a classification operation so as to be within this particle size range, it is made nonporous and vitrified in a firing step to obtain a synthetic quartz glass powder.
【0012】上記ゲルの分級操作については、通常は振
動型、ロータップ型の網式篩で実施される事が多い。こ
のような方法を用い、かつ、工業的に連続法で分級操作
を実施した場合、必要粒度よりアンダーサイズの粒子含
有量を数%程度迄低減することが可能であり、この程度
の製品サイズへの微粒子の混入は通常、溶融成形時に特
に問題となるレベルではない。The classification operation of the gel is usually carried out with a vibrating or low-tapped mesh screen in many cases. When such a method is used and the classification operation is carried out industrially by a continuous method, it is possible to reduce the undersized particle content from the required particle size to about several percent, and to a product size of this level. Is usually not at a level that is particularly problematic during melt molding.
【0013】しかしながら本発明者らの検討によると意
外なことに、乾燥シリカゲル粉末を焼成して合成石英ガ
ラス粉を得る過程に於いては、この数%の微粉が焼成工
程のコスト低減に対し大きく影響することが判明したの
である。すなわち、特に合成石英ガラス粉を溶融成形し
て石英ガラス成形体とする際の発泡の要因となる孤立シ
ラノール基含有量は、シリカゲルが微粒子である程多く
存在し、また同一温度で焼成しても、孤立シラノール基
が発泡に影響しないレベルまで低減するのには、シリカ
ゲルの粒子径が小さいほど長時間を要すことが判明した
のである。そこで、本発明者らは鋭意検討を続け、その
結果、特に45μm以下の微粒子が、孤立シラノール残
存への寄与が大きいことを見出したのである。そして、
焼成工程に先駆けて、160℃絶乾ベースでの含液率を
50重量%以下とした乾燥シリカゲル粉末として、粒径
45μm以下の微粒子を、含有量として1重量%以下、
好ましくは0.5重量%以下までカットすることによ
り、焼成工程を極めて効率的に行うことができることを
見いだしたのである。なお、160℃絶乾ベースでの含
液率は、赤外線加熱ヒーター等で160℃に加熱し、恒
量に達した際の重量減少率をいう。However, surprisingly, according to the study of the present inventors, in the process of sintering the dried silica gel powder to obtain the synthetic quartz glass powder, the fine powder of a few percent greatly reduces the cost of the sintering process. It turned out to be. In other words, the content of isolated silanol groups, which is a cause of foaming particularly when the synthetic quartz glass powder is melt-molded into a quartz glass molded body, is more present as the silica gel is finer, and even when fired at the same temperature. It has been found that the smaller the particle size of silica gel, the longer it takes to reduce the level of isolated silanol groups to a level that does not affect foaming. Therefore, the present inventors have conducted intensive studies and, as a result, have found that, in particular, fine particles having a size of 45 μm or less greatly contribute to the residual silanol. And
Prior to the firing step, fine particles having a particle size of 45 μm or less as a content of 1% by weight or less as dry silica gel powder having a liquid content of 50% by weight or less on an absolutely dry basis at 160 ° C.
It has been found that the firing step can be carried out extremely efficiently by cutting to preferably 0.5% by weight or less. In addition, the liquid content on a 160 ° C. absolutely dry basis refers to a weight reduction rate when a constant weight is reached by heating to 160 ° C. with an infrared heater or the like.
【0014】なお、焼成を経て合成石英ガラス粉となっ
た後に分級するのではなく、焼成工程に先駆けて微粒子
のカットを実施するものとする。これは、焼成後では、
これら微粒子の一部が、例えば製品である合成石英ガラ
ス粉のサイズの粒子と焼結して固着し、分離する事が困
難となるためである。一方、乾燥前の湿潤ゲルの段階で
水性媒体中で縣濁洗浄して微粒子を取り除く方法も考案
された(特開平5−201718号公報)が、本発明者
らがかかる方法を試みたところ、湿潤ゲルの段階で水性
媒体と縣濁した場合には、これを乾燥ゲル粉末としてか
ら焼成した場合、水性媒体と縣濁せずに乾燥ゲルとした
場合と比較して、焼成時のゲルの細孔の封孔温度が大き
く低下する事が判明した。この結果、昇温速度を極めて
遅くする等の考慮をせずに焼成を行うと、残存カーボン
の脱離が不十分のうちにゲルの封孔が完結し、未燃カー
ボン分がガラス中に包含され、溶融成形時の発泡の要因
となることが判明した。これらの理由により、微粒子の
除去は、160℃絶乾ベースでの含液率が50重量%以
下となった乾燥シリカゲル粉末の状態に於いて実施する
ことが極めて望ましい。It is to be noted that the fine particles are cut before the firing step, instead of being classified after the synthetic quartz glass powder has been fired. This is after firing
This is because some of these fine particles are hardened by sintering and fixing with, for example, particles having a size of synthetic quartz glass powder as a product, and it is difficult to separate them. On the other hand, a method of removing fine particles by suspending and washing in an aqueous medium at the stage of a wet gel before drying was also devised (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-201718), but when the present inventors tried such a method, When the suspension is suspended in an aqueous medium in the wet gel stage, when the suspension is baked after being converted into a dry gel powder, the fineness of the gel during the calcination is smaller than when the suspension is suspended without suspension in an aqueous medium. It was found that the pore sealing temperature was greatly reduced. As a result, if calcination is performed without taking into account, for example, extremely slowing down the rate of temperature rise, the sealing of the gel is completed while the desorption of residual carbon is insufficient, and the unburned carbon content is included in the glass. It has been found that this causes foaming during melt molding. For these reasons, it is extremely desirable to remove the fine particles in the state of a dried silica gel powder having a liquid content of 50% by weight or less on a 160 ° C. absolute dry basis.
【0015】45μm以下の微粒子を上記範囲までカッ
トする手法としては、超音波篩を用いた乾式篩法、水又
はアルコールを溶媒とした湿式篩法等が考えられるが、
特にこれらの手法に制限されるものではない。なお、そ
の反応機構は十分には明らかではないが、一旦160℃
絶乾ベースでの含液率が50wt%以下とした後には、
水で縣濁しても、上記の湿潤ゲルの段階で縣濁する方法
において見られたような、焼成時の細孔の封孔温度が著
しく低下する現象は見られず、通常の焼成条件で処理す
る事が可能である。As a method of cutting fine particles having a size of 45 μm or less to the above range, a dry sieve method using an ultrasonic sieve, a wet sieve method using water or alcohol as a solvent, and the like can be considered.
It is not particularly limited to these methods. Although the reaction mechanism is not sufficiently clear,
After the liquid content on a dry basis is reduced to 50 wt% or less,
Even when suspended in water, the phenomenon of remarkably lowering the pore-sealing temperature during firing as seen in the above-described method of suspending at the stage of wet gel is not observed, and processing is performed under normal firing conditions. It is possible to do.
【0016】このようにして得られた、微粉が除去され
た乾燥シリカゲル粉末を焼成する。この際、上記乾燥シ
リカゲル粉末を直接、1000〜1300℃の温度領域
で加熱して無孔化させ、合成石英ガラス粉とすることも
できるが、一旦、300〜600℃の温度領域での加熱
保持時間を充分にとり、カーボン濃度を充分に低減させ
てから、1000〜1300℃での加熱処理を行う方
が、得られた合成石英ガラス粉を溶融成形した際、カー
ボン由来の発泡を抑制することができるので好ましい。The thus obtained dried silica gel powder from which fine powder has been removed is calcined. At this time, the dried silica gel powder can be directly heated in a temperature range of 1000 to 1300 ° C. to make it nonporous, and can be made into a synthetic quartz glass powder, but once heated and held in a temperature range of 300 to 600 ° C. It is better to perform the heat treatment at 1000 to 1300 ° C. after sufficiently taking the time and sufficiently reducing the carbon concentration, when the obtained synthetic quartz glass powder is melt-molded, foaming derived from carbon is suppressed. It is preferable because it is possible.
【0017】焼成時の雰囲気としては、少なくとも60
0℃付近までは、酸素含有ガス、それ以降の温度ついて
は、水分含有量の少ない乾燥ガスを流通させることが望
ましい。この理由は、600℃付近までは、残留カーボ
ンの酸化除去促進のために酸素含有ガスが必要であり、
それ以降の温度については、ある程度乾燥雰囲気でない
と、最終的に得られる石英ガラス粉末中のシラノール濃
度が、目的の濃度まで下がらないためであり、100p
pm以下の製品を得るには、露点−20℃以下の乾燥ガ
スを用いる事が好ましい。The firing atmosphere is at least 60
It is desirable to flow an oxygen-containing gas up to around 0 ° C. and a dry gas having a low water content at temperatures thereafter. The reason is that up to around 600 ° C., an oxygen-containing gas is required to promote the oxidative removal of residual carbon,
If the temperature after that is not a dry atmosphere to some extent, the silanol concentration in the quartz glass powder finally obtained will not drop to the target concentration,
In order to obtain a product having a dew point of pm or less, it is preferable to use a dry gas having a dew point of -20 ° C or less.
【0018】シリカゲル粉末中に乾燥ガスを導入する方
法としては、容器内に充填したシリカゲル粉末層の表面
に流通させるか、或いは粉末層中に挿入された挿入管よ
り供給する事により流通させるのが簡便である。これら
方法のうち、粉末層中に挿入された挿入管より供給する
方法が、大容量の容器を用いて焼成する場合にも均一な
特性の合成石英ガラス粉を得ることが出来、好都合であ
る。但し、粉末層中の挿入管より供給する場合には、ガ
スの流量は粉末がバブリング現象を発現しない領域より
選択することが望ましい。バブリング現象が発現する
と、理由は良く判らないが、シラノールの減少速度が低
下し、更には容器からの粉体の吹きこぼれが発生する。As a method for introducing the dry gas into the silica gel powder, the gas is circulated through the surface of the silica gel powder layer filled in the container or supplied from an insertion tube inserted in the powder layer. It is simple. Among these methods, the method of supplying from an insertion tube inserted into the powder layer is advantageous because a synthetic quartz glass powder having uniform characteristics can be obtained even when firing is performed using a large-capacity container. However, when the gas is supplied from the insertion tube in the powder layer, it is desirable to select the gas flow rate from a region where the powder does not exhibit the bubbling phenomenon. When the bubbling phenomenon occurs, although the reason is not clear, the reduction rate of the silanol is reduced, and the powder is spilled out of the container.
【0019】このようにして得られた合成石英ガラス粉
は、溶融成型時に泡の発生が少なく、シリコン単結晶引
き上げ用ルツボ、半導体用拡散炉チューブ、光ファイバ
ー用チューブ等、泡の発生を嫌う高純度シリカガラス製
品の原料として、好適に用いる事が出来る。The synthetic quartz glass powder obtained in this manner has a low generation of bubbles at the time of melt-molding, and has a high purity which is resistant to generation of bubbles, such as a crucible for pulling a silicon single crystal, a diffusion furnace tube for a semiconductor, and a tube for an optical fiber. It can be suitably used as a raw material for silica glass products.
【0020】[0020]
【実施例】以下、実施例によって、本発明を更に具体的
に説明する。 (実施例1)リボン型撹拌翼を有するジャケット付き横
型円筒反応機に、超純水15kgを仕込んだ後、20r
pmで撹拌を開始した。その後、テトラメトキシシラン
25kgを3分間かけて仕込んだ。この反応機は、ジャ
ケットタイプの物を使用し、ジャケットに通液する温水
の温度は、45℃とした。その後、均一なゾルになった
ところで撹拌を停止し、内容物を30分間静置した。内
容物の変化を反応容器のガラス窓から観察したところ、
仕込み終了後の40分後にゲル化した。その後、再度、
撹拌翼の回転を開始して、こぶし大以下の大きさまで、
ゲルの粗粉砕を行った後、反応機底部に設置したバルブ
を開放して、塊状ゲルを反応機から取り出した。The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. (Example 1) 15 kg of ultrapure water was charged into a jacketed horizontal cylindrical reactor having a ribbon-type stirring blade, and then charged for 20 r.
Stirring was started at pm. Thereafter, 25 kg of tetramethoxysilane was charged over 3 minutes. The reactor used was of a jacket type, and the temperature of hot water passing through the jacket was 45 ° C. Thereafter, when a uniform sol was obtained, stirring was stopped, and the contents were allowed to stand for 30 minutes. When observing the change in the contents from the glass window of the reaction vessel,
It gelled 40 minutes after the completion of the charging. Then again
Start rotation of the stirring blade, until the size is smaller than the fist size,
After the coarse pulverization of the gel was performed, the valve provided at the bottom of the reactor was opened, and the bulk gel was removed from the reactor.
【0021】この塊状ゲルをスクリーン径が1140μ
mのSUS304製コーミル粉砕機で粉砕し、得られた
粉状ゲルを真空乾燥し、160℃絶乾ベースでの含液率
を20wt%とした後、水系での湿式分級により、10
6〜500μmの範囲でカットし、再度真空乾燥する事
により、ドライゲル粉末を得た。このドライゲル粉末
を、レーザー回折・散乱式粒度分布測定器(セイシン企
業社製 SK−LMSPRO−7000S)を用いて、
粒度分布の測定を行ったところ、45μm以下の微粒子
含有量は0.2wt%であった。このドライゲル粉末7
5kgを、550mmφ×600mmHの石英ガラス製
ルツボに仕込み、フタをして、電気炉中にセットした。
このフタの中心部には、30mmφの穴を開けており、
この穴を通して、内径10mmφの石英ガラス管を、粉
体内に差し込み、ルツボ下部より、約1cmの位置まで
挿入した。そして、この石英管を通して、露点−50℃
の脱湿空気を供給しながら、焼成を行った。焼成温度パ
ターンは、電気炉制御用の熱電対位置の指示値にて、5
00℃迄、3時間で昇温し、500℃で10時間保持
後、更に1150℃迄5時間で昇温後、1150℃で3
0時間保持した。焼成後に、ルツボ内の表面中心近傍、
側壁中心近傍、底部中心近傍、粉体中央部の焼成粉末を
採取し、赤外吸光法によりシラノール濃度を測定した。
その結果、内部シラノール基濃度は、それぞれ103、
109、112、122ppmであり、孤立シラノール
基は見られなかった。この焼成後の粉末全量を、コニカ
ルタイプのブレンダーに仕込み、3rpmで30分間転
動混合した後、酸水素炎溶融法(ベルヌイ法)により、
15mmφ×50mmHの石英ガラスインゴットを作製
したところ、発泡は皆無であった。 (実施例2)実施例1において、粉砕後に得られた粉状
ゲルを真空乾燥し、160℃絶乾ベースでの含液率を2
0wt%とした後、超音波篩を用いて、乾式にて106
〜500μmの粒度にカットする事により、ドライゲル
粉末を得た事を除いては、実施例1と同様の方法で合成
石英ガラス粉末を得た。ちなみに、焼成前のドライゲル
粉末の粒度分布を、実施例1と同様の方法で測定したと
ころ、45μm以下の微粒子の含有量は、0.8wt%
であった。得られた合成石英ガラス粉末について、実施
例1と同じ位置のシラノール濃度を測定したところ、内
部シラノール濃度については、それぞれ103、11
0、110、120ppmであった。一方、孤立シラノ
ール基については、赤外吸光スペクトルの測定チャート
上に痕跡程度認められたが、各サンプル位置ともに、2
ppm以下であった。ここで、孤立シラノール濃度を算
出するに当たっては、吸光係数値が不明であるため、内
部シラノール基と同じ吸光係数であると仮定して、赤外
吸光法で測定した吸収ピークの面積比により求めた値と
した。得られた石英ガラス粉末全量を実施例1と同様の
方法で混合し、酸水素炎法(ベルヌイ法)により、15
mmφ×50mmHの石英ガラスインゴットを作製した
ところ、顕著な発泡は認められなかった。 (比較例1)実施例1において、粉砕後に得られた粉状
ゲルを真空乾燥し、160℃絶乾ベースでの含液率を2
0wt%とした後、振動式篩を用いて、乾式にて106
〜500μmの粒度にカットする事により、ドライゲル
粉末を得た事を除いては、実施例1と同様の方法で合成
石英ガラス粉末を得た。ちなみに、焼成前のドライゲル
粉末の粒度分布を、実施例1と同様の方法で測定したと
ころ、45μm以下の微粒子の含有量は、2.8wt%
であった。得られた合成石英ガラス粉末について、実施
例1と同じ位置のシラノール濃度を測定したところ、内
部シラノール濃度については、それぞれ105、11
0、110、119ppmと、ほぼ実施例1と同程度で
あったが、孤立シラノール基をそれぞれ5、7、6、8
ppm含有していることが確認された。得られた石英ガ
ラス粉末全量を実施例1と同様の方法で混合し、酸水素
炎法(ベルヌイ法)により、15mmφ×50mmHの
石英ガラスインゴットを作製したところ、数十μm〜数
百μmの気泡が多数発生した。The mass gel is screened with a screen diameter of 1140 μm.
The powdery gel was vacuum-dried to a liquid content of 20% by weight on a dry basis at 160 ° C., and then wet-classified in an aqueous system to obtain a powdery gel having a particle size of 10%.
The resultant was cut in a range of 6 to 500 μm and dried again in vacuum to obtain a dry gel powder. This dry gel powder was analyzed using a laser diffraction / scattering type particle size distribution analyzer (SK-LMSPRO-7000S manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.).
When the particle size distribution was measured, the content of fine particles having a particle size of 45 μm or less was 0.2 wt%. This dry gel powder 7
5 kg was charged into a quartz glass crucible of 550 mmφ × 600 mmH, covered, and set in an electric furnace.
A 30mmφ hole is made in the center of this lid,
Through this hole, a quartz glass tube having an inner diameter of 10 mm was inserted into the powder and inserted from the lower part of the crucible to a position about 1 cm. Then, through this quartz tube, the dew point is -50 ° C
The calcination was performed while supplying dehumidified air of the above. The sintering temperature pattern is indicated by the indicated value of the thermocouple position for controlling the electric furnace.
The temperature was raised to 00 ° C. in 3 hours, kept at 500 ° C. for 10 hours, further raised to 1150 ° C. in 5 hours, and then raised to 1150 ° C. for 3 hours.
Hold for 0 hours. After firing, near the center of the surface in the crucible,
The fired powder near the center of the side wall, near the center of the bottom, and at the center of the powder was sampled, and the silanol concentration was measured by an infrared absorption method.
As a result, the internal silanol group concentration was 103, respectively.
It was 109, 112, and 122 ppm, and no isolated silanol group was found. The whole amount of the fired powder was charged into a conical type blender, and tumbled and mixed at 3 rpm for 30 minutes, followed by an oxyhydrogen flame melting method (Bernui method).
When a quartz glass ingot of 15 mmφ × 50 mmH was produced, there was no foaming. (Example 2) In Example 1, the powdery gel obtained after the pulverization was vacuum-dried to a liquid content of 2 at 160 ° C. on a dry basis.
0 wt%, and then dry-processed using an ultrasonic sieve.
A synthetic quartz glass powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that a dry gel powder was obtained by cutting to a particle size of ~ 500 µm. Incidentally, when the particle size distribution of the dry gel powder before firing was measured by the same method as in Example 1, the content of fine particles of 45 μm or less was 0.8 wt%.
Met. The silanol concentration of the obtained synthetic quartz glass powder at the same position as in Example 1 was measured. The internal silanol concentration was 103 and 11 respectively.
It was 0, 110, and 120 ppm. On the other hand, traces of isolated silanol groups were observed on the measurement chart of the infrared absorption spectrum.
ppm or less. Here, in calculating the isolated silanol concentration, since the extinction coefficient value is unknown, it was determined by the area ratio of the absorption peak measured by the infrared absorption method, assuming that the extinction coefficient was the same as the internal silanol group. Value. The whole amount of the obtained quartz glass powder was mixed in the same manner as in Example 1, and mixed with an oxyhydrogen flame method (Bernui method).
When a quartz glass ingot of mmφ × 50 mmH was produced, no remarkable foaming was observed. (Comparative Example 1) In Example 1, the powdery gel obtained after the pulverization was vacuum-dried to a liquid content of 2 at 160 ° C. on a dry basis.
0 wt%, and then dry-processed using a vibrating sieve.
A synthetic quartz glass powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that a dry gel powder was obtained by cutting to a particle size of ~ 500 µm. Incidentally, when the particle size distribution of the dry gel powder before firing was measured by the same method as in Example 1, the content of fine particles having a size of 45 μm or less was 2.8 wt%.
Met. The silanol concentration of the obtained synthetic quartz glass powder at the same position as in Example 1 was measured.
0, 110, and 119 ppm, which were almost the same as those in Example 1, except that isolated silanol groups were 5, 7, 6, and 8, respectively.
ppm was confirmed to be contained. The whole amount of the obtained quartz glass powder was mixed in the same manner as in Example 1 to produce a quartz glass ingot of 15 mmφ × 50 mmH by an oxyhydrogen flame method (Bernui method). Many occurred.
【0022】[0022]
【発明の効果】本発明により、より低温での焼成でシラ
ノール基の除去が可能な合成石英ガラス粉を得ることが
できる。According to the present invention, a synthetic quartz glass powder capable of removing silanol groups by firing at a lower temperature can be obtained.
Claims (6)
であって45μm以下の粒子の含有量が1重量%以下で
あるシリカゲル粉末を焼成することを特徴とする合成石
英ガラス粉の製造方法。1. A method for producing a synthetic quartz glass powder, comprising firing a silica gel powder having a liquid content of 50% by weight or less and having a content of particles of 45 μm or less of 1% by weight or less. .
水分解して得たゲルを粉砕、乾燥して得たものである請
求項1記載の合成石英ガラス粉の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the silica gel powder is obtained by pulverizing and drying a gel obtained by hydrolyzing alkoxysilane.
であって45μm以下の粒子の含有率が1重量%以下で
あるシリカゲルが、アルコキシシランを加水分解して得
たゲルを粉砕、乾燥してゲルの含液率を50重量%以下
とした後、超音波篩を用いて45μm以下の粒子を1重
量%以下まで除去して得たものである請求項1又は2記
載の合成石英ガラス粉の製造方法。3. A silica gel powder having a liquid content of not more than 50% by weight and having a content of particles of not more than 45 μm of not more than 1% by weight is obtained by pulverizing and drying a gel obtained by hydrolyzing alkoxysilane. The synthetic quartz glass according to claim 1 or 2, obtained by reducing the liquid content of the gel to 50% by weight or less and then removing particles of 45 µm or less to 1% by weight or less using an ultrasonic sieve. Powder manufacturing method.
であって45μm以下の粒子の含有率が1重量%以下で
あるシリカゲルが、アルコキシシランを加水分解して得
たゲルを粉砕、乾燥してゲルの含液率が50重量%以下
とした後、湿式分級により45μm以下の粒子を1重量
%以下まで除去して得たものである請求項1又は2記載
の合成石英ガラス粉の製造方法。4. A silica gel powder having a liquid content of not more than 50% by weight and having a particle content of not more than 45 μm of not more than 1% by weight is obtained by pulverizing and drying a gel obtained by hydrolyzing alkoxysilane. 3. The production of a synthetic quartz glass powder according to claim 1, wherein the liquid content of the gel is reduced to 50% by weight or less, and particles having a size of 45 μm or less are removed to 1% by weight or less by wet classification. Method.
m以下の粒子の含有量が1重量%以下であるシリカゲル
粉末。5. The method according to claim 1, wherein the liquid content is 50% by weight or less,
A silica gel powder having a content of particles of m or less of 1% by weight or less.
ゲルを粉砕、乾燥してなるものである請求項5記載のシ
リカゲル粉末。6. The silica gel powder according to claim 5, which is obtained by hydrolyzing an alkoxysilane, pulverizing and drying the obtained gel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15581098A JPH11349336A (en) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Production of synthetic silica glass powder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15581098A JPH11349336A (en) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Production of synthetic silica glass powder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11349336A true JPH11349336A (en) | 1999-12-21 |
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ID=15613971
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP15581098A Pending JPH11349336A (en) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Production of synthetic silica glass powder |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11349336A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100071272A1 (en) * | 2007-03-27 | 2010-03-25 | Fuso Chemical Co, Ltd. | Colloidal silica, and method for production thereof |
-
1998
- 1998-06-04 JP JP15581098A patent/JPH11349336A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100071272A1 (en) * | 2007-03-27 | 2010-03-25 | Fuso Chemical Co, Ltd. | Colloidal silica, and method for production thereof |
US9550683B2 (en) * | 2007-03-27 | 2017-01-24 | Fuso Chemical Co., Ltd. | Colloidal silica, and method for production thereof |
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