JPS59102810A - 合成石英の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不発明は合成石英の製造方法、特には気泡を殆んど含ま
ない合成石英を製造する方法に関するものである。

合成石英の製法に２いては、主原料としての四塩化けい
素を酸水素火炎中で気相加水分解させて微細なシリカ粉
を発生させ、これを耐熱性基体上に堆積させると同時に
これをその顕熱で溶融ガラス化して合成石英とする方法
が知られている（米国特許第２　、２７２　、３４２号
明細書参照）。しかし、この方法では耐熱性基体として
の合成石英基体上に付着し、その溶融によって生成され
る合成石英素塊の成長面が相当高温に加熱されているこ
とから、その近傍にシリカ焼結体として捕捉されないシ
リカがすすとして付着し、これがすでに溶融ガラス化し
た合成石英素塊の表面上に直径０．５〜５朋の針状ガラ
ス層を形成するようになシ、これが時には厚さ１０龍に
も達することがある。そして、この針状ガラス層はこの
ようにして得た合成石英塊を溶融成形する工程で気泡層
となって石英中に残留し、この気泡は石英ガラスの内部
にまで拡散されて健全なガラスまで侵蝕し、その成形歩
留シを著しく低下させる結果となるので、これは合成石
英塊の溶融成形に先立って予じめ削り取る必要がちり、
これによってこの合成石英塊はその溶融成形前にすでに
その５〜１０チが無駄になるという不利があった。

本発明はこのよう々不利を解決した合成石英の製造方法
に関するものであり、これは一般式ＲｎＳ　ｊ　Ｘ　＜
　−ｎ　（ここにＲは水素原子またはメチル基、エチル
基、Ｘはハロゲン原子まだはメトキシ基、エトキン基、
ルはＯ〜４）で示されるけい素化合物を燃焼または加水
分解させて微細なシリカを発生させ、これを合成石英基
体上に堆積させると同時にその顕熱によって溶融ガラス
化させて合成石英塊を製造する方法において、このシリ
カ成長面近傍を補助バーナーを用いて加熱し、この部位
に付着しているすすを溶融して針状ガラス層の形成を防
止することを特徴とするものである。

これを説明すると、本発明者らは上記した合成石英ガラ
ス基体に成長させた合成石英ガラス素塊の表面に存在す
る針状ガラス層の除去方法について種々に検討し、これ
については合成石英素塊を成長させるだめに使用される
けい素化合物を含む原料ガスの燃焼用バーナーにこのよ
うにして得た合成石英素塊を加熱状態に保持するだめの
補助バーナーを併設し、この補助バーナーで成長を継続
している素塊の表面を加熱しておけば、この部位におけ
る針状ガラス層の形成を防止することができることを見
出し、この補助バーナーの構造、設置場所などについて
も研究を重ね、本発明を完成させた。

本発明の方法に使用される原料ガスとしてのけい素化合
物は前記した一般式ＲｒＬＳ　Ｉ　Ｘ　４−　ｎで示さ
れるものであり、これにはＳｉＨ４、Ｈ２Ｓ１（Ｊ’２
、Ｈ８１Ｃｅ３．５ｉｃ７４、ＳｉＦ４、ＣＨｘＳｉＣ
ｌｓ、（ＣＨ３）２５ｉＣ１２、Ｓｉ（ＣＨ３）４．５
ｉ（ＯＣＨ，ｓ）４、ＣＨ３５ｉ（ＯＣＨ３）３、Ｈ５
ｉ（ＯＣＨ３）３、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ３）４、ＣＨｓ　Ｓ
ｉ（ＯＣ２８５）３などが例示されるが、これについて
は安１曲で容易に入手することかでき、危険性が少なく
、揮発性に冨み、排ガス処理も容易であるということか
ら、工業的には５ｉＣ１４、Ｓｉ（ＯＣＨ３）４、ＣＨ
３５ｉ（ＯＣＨ３）＋、ＣＩ（３ＳＩＣ１３を選択する
ことがよい。

グき゛に、本発明の方法をこの５ｉ（Ｊ！４ｔだはＣＨ
３５ｉ（光３を原料ガスとＬ７て使用する方法について
説明する。Ｉ君１図は原料ガスとしてＳ　１Ｃ１４を使
用した場合、第２図はＣＨ３ＳｉＣｌ３を使用した場合
を例示し／こものであるが、しかし、この合成石英ガラ
ス素塊の成長方間を水平方向とするか、垂直方向とする
かは１千罫とさ几るものである。図において、気化器１
内に収容されている原料物質としての５ｉＣ１４または
ＣＨ３５ｉＣｌｓはキャリヤーガス（ａ）でノ（プリン
グされ、図示されていない加熱器で加熱されで気化し、
主バーナ−２に送られる。このバーナー２には燃焼用ガ
スとしての酸素ガス、水素ガスが（ｂ）　、　（Ｃ）部
および（ｄ）　、　（ｅ）部から供給され、これらの混
合ガスがバーナー２から酸水素炎として合成石英ガラス
基体３に照射され、ここに発生したシリカの溶融成長に
よって合成石英素塊４が形成されるのであるが、本発明
の方法ではこのバーナー２に隣接して補助バーナー５が
設置されており、この補助バーナー５からは（ｆ）　、
　（ｇ）から供給された酸素ガス、水素ガスの混合ガス
による酸水素炎が合成石英ガラス素塊４に照射され、こ
れによってこの部位における針状ガラス層の形成が防止
される。しかし、この補助バーナー５から照射される火
炎はこの酸水素炎に限定されるものではなく、これに例
えば水素ガスにメタンガスなどの燃料ガス分添加して発
生させた火炎であってもよい。なお、第３図（はここに
使用されるシリカ発生用のバーナー２の断面図、第４節
は補助バーナー５の断面図を示したものであシ、主バー
ナ−２のＡ部にはキャリヤーガスを含むＳｉ　Ｃ１ｌ　
４ガスまたはＣＨｓＳｉ　Ｃ１ｌ　ｓガスが、またＢ部
、Ｃ部には酸素ガス、０部、Ｅ部には水素ガスが供給さ
れ、補助バーナーのＸ部には氷菓ガス、Ｙ部には酸累ガ
スまたはメタンガスなどが供給される。

不発明の方法はこの補助バーナー５の使用を主体とする
ものでるるか、この補助バーナーの位置はその火炎が主
バーナ−２からの火炎によって干渉されない範囲とする
必要があり、これは成長させるべぎ合成石英ガラス素塊
の直径にも関係するが、この成長面にできるだけ近づけ
ることが効果的である。したがって、この補助バーナー
の位置については、成長しｉこ合成石英ガラス素塊の直
径’ＴｈＤとし、王バーナーの火炎中心の該素塊上の点
と補助バーナーの火炎中心の該素塊上の点との該素塊中
心への投影点距離をＬとした場合、このＬを大きくしす
ぎると成長面にこの補助バーナーで熱処理をする間に針
状ガラス層が形成されてしまい、この処理に補助バーナ
ーの火力を大巾に増加させる必要が生じるので、これは
０．５Ｄくしく１．５Ｄの範囲とすることがよい。また
、この主バーナ−、補助バーナーと該素塊との距離、例
えば主バーナ一端部と成長面の距離４は目的とする該素
塊の直径および原料ガスの供給量によって決めるべきも
のであシ、これは通常＃＋＝１．５Ｄ〜５Ｄの範囲とさ
れるが、補助バーナーと該素塊との距離１２はこの火炎
による加熱が針状ガラス層の発生を抑え、該素塊の表面
がある程度の領域内で軟化するようにすればよいので、
これはｌ＋より小さくすることがよい。なお、この主バ
ーナーからの噴出ガス量は目的とする合成石英ガラス素
塊の直径、その成長速度などによって定められるべきも
のであるが、この補助バーナーからの噴出ガス量はそれ
が多すぎると前記したＬとの関連もあるが主バーナー火
炎の干渉をうけるおそれがあるし、成長した該素塊を揮
散させるおそれがあシ、他方これが少なすぎる。とか５
えって針状ガラス層の形成を促進することになるので、
これは主バーナーからの噴出ガス量の１０〜３０％とす
ることがよい。第５図（ａ）はこのＬ＋　４　ｒ　ｌｌ
ｚの関係を示したものであるが、この主バーナーと補助
バーナーは相互の干渉を防ぐために同一平面とせず、第
５図（ｂ）に示したように適度の角度をもって配置する
ことがよい。

なお、第６図（ａ）は従来法、（ｂ）は補助バーナーを
使用した本発明の方法で得られた合成石英ガラス素塊の
平面図を示したものであるが、従来法で得られたものは
その表面に先端が針のように尖った、太さが０，１〜２
關で長さが５〜１０　ｍｒｘの無数のガラス層６が成長
しておシ、これはまた部分的に硬いシリカの層が０．１
〜５皿の厚さで被覆されているため、これらはこれを濃
度５０％のＨＦ溶液に５〜６時間浸漬しても、このガラ
ス層を完全に除去することができず、この表面を平滑に
するためにはこれをダイヤモンドツールで切削し、さら
にカーボンランダムや酸化セリウムなどで段階的に研磨
しなければならず、さらにその直径方向で±５％の凹凸
があるので、その切削損失も大きいもので必っだが、本
発明の方法で得られたものは表面に直径０．１〜０．５
μｍの軟かいシリカのすす層７が付着しているだけで、
これは濃度１０〜２０チＯＨＦ液中に１０〜２０分間浸
漬することによって容易に除去することができるし、こ
れはまたその直径の変化も±１係内外とされるので、熱
間成形を行なう場合でも表面研削の必要がなく、さらに
は気泡の発生も全くないので成形品を高い歩留りで得る
ことができるという有利性が与えらルる。

これを要するに本発明方法は成長しつつある合成石英素
塊の表面ｔその成長のだめの主バーナーとは空間的に隔
たった場所に置かれた補助バーナーで加熱することを特
徴とするものであり、これによれば従来その表面例形成
されていたシリカの針状ガラス層の形成が防止されて、
ここには薄層のシリカのすす層が形成されるだけとなシ
、外観的にも略々均一な直径をもつ合成石英素塊が得ら
除去という作業が省略することができると共にその除去
による歩留シ低下が完全になくなシ、これにはまた針状
ガラス層の残存にもとづく合成石英中の気泡発生という
不利が解決され、さらにはこの補助バーナーが合成石英
素塊の成長面の近傍に配置されるということからこの成
長面の温度が上昇し、これに伴なって成長面の面積が増
加されるので、同一の原料供給速度ではシリカの固定率
が１０〜１５％増加するという効果も付加されるという
工業的な有利性が与えられる。

つぎに本発明方法の実施例をあげる。

実施例１゜ 第１図に示した装置で、原料ガスとしての四塩化けい素
（Ｓｉ（Ｍ４）をキャリヤーガスとしての酸素ガスと共
に第３図（Ｃ）に示した構造のバーナーに送シ、これを
下記第１表に示した条件下で酸水素炎として直径１２５
順の合成石英ガラス基体に照射すると共に、この基体上
に成長した合成石英素塊を第１表に併記した条件下に補
助バーナーで加熱したところ、直径が１２５±１順の合
成石英素塊１３゜２ｋｇが固定率６２．３％で得られた
。

との素塊はその表面が０，１〜Ｑ、２ｍｍの薄いシリカ
のすす層で覆われていたので、これを１５チのＨＦ液中
に２０分間浸漬したところ、これは完全に除去された。

なお、これはついでこれを１８００℃に加熱して熱開成
形を行なったが、得られた成形品には気泡が全く認めら
れなかった。

第１表 実施例２゜ 第２図に示した装置を使用し、原料ガスとしてのメチル
トリクロロシラン（ＣＨｓ　５ｉＣＡ！ｓ）をキャリヤ
ーガスとしてのアルコルガス、酸素ガスの混合ガスと共
に第３図（ａ）に示した構造のバーナーに送り、下記第
２表に示した条件で酸水素炎として直径ＩＱＱ　朋の合
成石英ガラス基体に照射すると共に、この基体上に成長
した合成石英素塊を第２表に併記した条件下に補助バー
ナーで加熱したところ、直径８５±０．５朋の合成石英
素塊４６００．＠（固定率６３゜７優）が得られた。

なお、この焼結体の表面状態は実施例１のものと同じで
ｂつだ。

第２表 実施例３゜ 第２図に示した装置を使用し、原料ガスとじてのＳ　ｉ
　Ｃ１４またはＣＨｉＳｉＣノ３を、キャリヤーガスと
共に第３図（ｂ）に示した構造のバーナーに送り、下記
第３表に示した条件で酸水素炎として直径１１０ｍｒｔ
ｔおよび１１５朋の合成石英基体に照射すると共に、こ
の基体上に成長した合成石英素塊を第３表に併記した条
件下に補助バーナーで加熱したところ、その表面に０．
１〜Ｑ、２ｍｔｘの薄いシリカ層をもつ合成石英素塊が
得られ、これは１５％のＨＦ’液中に浸漬したのち、熱
間成形機中で１７００℃で成形したところ、全く気泡の
ない合成石英棒となった。

第３表 比較例１゜ 原料ガスとしてＳ　ｊ　Ｃ１４を使用し、実施例１にお
いて補助バーナーを使用しないほかは全く同一の条件で
合成石英素塊を作ったところ、１１．７ｋｇ（固定率５
５．２％）の素塊が得られたが、これはその直径が目標
値１２５朋に対し＋１０朋、−６皿のもので、その表面
に針状ガラス層が５１１１１１の厚さで発生しておシ、
この針状ガラス層は濃度５０チＯＨＦ液に６時間浸漬後
もなおその１部が残留していた。

比較例２゜ 原料ガスとしてＣＨｓ　Ｓｔ（Ｍ！ｓを使用し、実施例
２において補助バーナーを使用しなかったほかは全く同
一の条件で合成石英素塊を作ったところ、３ｓｏｏｙ（
固定率５２．６％）の素塊が得られたが、これは８５朋
という直径目標値に対し＋Ｂｔｎｍ、　−２ｍｘという
太さずれをもつもので、その表面に厚さ５朋の剣状ガラ
ス層を有するもので１、この針状ガラス層は濃度５０％
のＨＦ液でも完全に除去することができなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の縦断面系統
図、第２図はこの別の態様を示す縦断面系統図、第３図
はこれらの方法に使用するバーナーの横断面図、第４図
は補助バーナーの横断面図、第５図（ａ）は主バーナー
と補助バーナーの位置相関全示す縦断面図、（ｂ）はそ
の０−０断面図、第６図は合成石英素塊の正面図で（ａ
）は従来法によるもの、（ｂ）は本発明方法によシ得ら
れたものを示しだものでるる。 １・・・気化器、２・・・主バーナ−，３・・・合成石
英基体、４・・・合成石英素塊、５・・・補助バーナー
、６・・・ガラス層、７・・・シリカすす層。 特許出願人　　信越化学工業株式会社 第５ 第６ 図 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、一般式ＲｒＬＳｉ　Ｘ４−ｎ　（ここにＲは水素原
   子またはメチル基、エチル基、Ｘはハロゲン原子または
   メトキシ基、エトキシ基、ルは０〜４）で示されるけい
   素化合物を燃焼または加水分解させて微細なシリカを発
   生させ、これを合成石英基体上に堆積させると同時にそ
   の顕熱によって溶融ガラス化させて合成石英塊を製造す
   る方法において、とのシリカ成長面近傍を補助バーナー
   を用いて加熱し、この部位に付着しているすすを溶融し
   て針状ガラス層の形成を防止することを特徴とする合成
   石英の製造方法