JPS59156935A - シリカガラスの製造方法 - Google Patents

シリカガラスの製造方法

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JPS59156935A
JPS59156935A JP2910083A JP2910083A JPS59156935A JP S59156935 A JPS59156935 A JP S59156935A JP 2910083 A JP2910083 A JP 2910083A JP 2910083 A JP2910083 A JP 2910083A JP S59156935 A JPS59156935 A JP S59156935A
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JP
Japan
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methanol
silica glass
gel
water
mixed
Prior art date
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Pending
Application number
JP2910083A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Wada
弘 和田
Katsuyuki Murai
克之 村井
Hatsushi Inoue
井上 初志
Tetsuo Kajiyama
梶山 哲夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OSAKA SUISO KOGYO KK
Original Assignee
OSAKA SUISO KOGYO KK
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/12Other methods of shaping glass by liquid-phase reaction processes
    • 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

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  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)

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】 本発明はシリコンメトキシドのメタノール−水混合溶液
を加水分解してゲル化させ、次いで得られる多孔性シリ
カゲルを加熱焼結してシリカガラスを得る方法に関する
0 シリコンアルコキシドを出発原料とし、これをアルコー
ル−水混液と混合して加水分解、ゲル化させ、次いで加
熱焼結してシリカガラスを得る方法(以下「ゾル−ゲル
法」と呼ぶ)は、知られている〔窯業協会誌86,11
,1978.第552〜559頁、同87.8.197
9.第434〜438頁等参照〕。この方法は従来より
よく知られている方法即ち水晶等を原料として、これを
溶融ガラス化させる方法や8i(3/4.5in4等を
原料とするO V D (ChemicalVapor
 DepO8,1tion )法等に比し、(イ)よシ
高純度且つ均質なシリカガラスが製造できる、 (ロ)比較的低温で目的とするガラスを収得できる、等
の優れた特徴を有しており、殊に高純度を要求される光
学ガラス等の製造法として注目され且つ種々研究がなさ
れて−る。しかしながら上記ゾル−グル法は、 1)ゲル化工程におけるゲルの収縮の際、亀裂が入シや
すい、 (1)ゲルの加熱、焼結の際、発泡したり破損する場合
がある、 等の重大な欠点があシ、大型で透明な目的とするガラス
を再現性よく収得できるものではなく、その工業的実施
は尚困難とされている。
本発明者らは、上記ゾル−ゲル法に見られる欠点をすべ
て解消し、比較的容易な操作で所望の高純度、均質でし
かも大型で透明なシリカガラスを常に再現性よく且つ高
い歩留りで収得する方法を確立することを目的として鋭
意研究を重ねてきた○その過程においてシリコンメトキ
シドを出発原料とし、その加水分解、ゲル化時のpHが
生成物にどのような影響を与えるかを観察した所、上記
pHが得られる多孔性シリカゲルの細孔分布や嵩密度に
大きく影響し、しかもこのゲルの細孔分布及び嵩密度が
該ゲルの引き続く加熱、焼結時の発泡、ひび割れに重大
な影響を与えることを見い出した。即ち上記シリカゲル
の細孔分布が20〜30Aにピークを持っていたり、嵩
密度が0.8以上の場合は、1100°C程度以上の高
温になると発泡、ひび割れを生じ目的とするガラスは得
られず、細孔分布が100A以上の大きなボアを多く含
み且つ嵩密度が0.8以下、好ましくは0.5〜0,7
であるゲルが望ましいことを発見した。しかしてこの様
なゲルは、原料溶液のpHをアルカリ域特に9.5〜l
005程度とすることにより得られる反面、かかるpH
条件下でのゲル化反応によれば、ゲルの収縮時に得られ
るゲル自体が低密度であるためひびが入ったシ割れたシ
することが多く、ゲル化反応自体非常に厳格な条件下即
ち原料液からの水及びアルコールの蒸発を夫々特定の速
度で非常にゆつ〈シと行なう必要があり、殊に上記水と
メタノールとの夫々の蒸発速度を厳密に管理することは
不可能と考えられた。しかるに引き続く研究の結果上記
原料溶液のゲル化反応工程を水とメタノールとの特定比
率の混合蒸気中で行なう時には、所望の細孔分布及び嵩
密度を有するゲルが可ら亀裂や割れの発生を伴われるこ
となく容易に再現性よくしかも高い歩留りをもって製造
でき、該ゲルからはこれを加熱焼結することにより、そ
の際の温度条件に左右されることなく、目的とする大型
で透明なシリカガラスが容易に収得できることを見い出
した。
本発明は、上記新しい知見に基づいて完成されたもので
あり、その要旨とする所は、シリコンメトキシドのメタ
ノール−水混合溶液を加水分解してゲル化させ、次いで
得られる多孔性シリカゲルを加熱焼結してシリカガラス
を得るに当り、上記原料溶液のpHを9.5〜1O15
に調整すると共にゲル化反応を水とメタノールとのl:
0.5〜9モル比ljv合蒸気雰囲気中で行なうことを
特徴とするシリカガラスの製造方法にある。
本発明方法によれば、上記特定のpH条件を採用し、且
つゲル化反応工程を特定比率の水−メタノール混合蒸気
雰囲気中で行なうことに基づいて、該ゲル化反応工程は
勿論のこと引き続く加熱焼結工程での高温加熱によって
も何らひび割れ乃至亀裂等の発生がなく、容易に再現性
よくしかも高い歩留DThもって大型透明な目的とする
シリカガラスを収得できる。
本発明方法は、上記特定のpl(条件の採用及び特定比
率の水−メタノール混合雰囲気中でのゲル化反応を行な
うことを必須とする以外は、公知のゾル−ゲル法と同様
にして実施できる。
用イられるシリコンメトキシドのメタノール−水混合溶
液からの加水分解、ゲル化反応は、次式に示される反応
に従い進行する。
n8i(OCHg)4+4nH20 →n81(0)f)4+nCHg0)(m 1i)n8
 i (Oti) 4−+ n8102 +2n)(2
0−121上記反応は、より詳細には、まずシリコンメ
トキシドに水及びメタノールを加え原料ゾル液とする。
その際本発明では適当なアルカリ、例えばアンモニア水
、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を用いて原料ゾ
ル液のpHを9.5〜10.5.好ましくは10.0〜
!0.2の範囲に調整する。次いで該ゾル液を適当な形
状の容器に入れ、該容器を密閉放置し、上記加水分解及
びゲル化反応を該密閉容器内で進行させ、ゾルが完全に
固化した後、得られるゲル体を容器と共に、適当な水−
メタノール混合蒸気雰囲気中に移し、容器を開口して乾
燥を行なわせる。上記タル化反応の温度は通常的30〜
100°Cとするのが好ましく、また混合蒸気雰囲気中
での乾燥は約50〜90°Cの温度条件下に行なうのが
好ましbo特に本発明では、この乾燥工程を水対メタノ
ールがl:0.5〜9モル比、好ましくはl:約1〜3
モル比の混合蒸気雰囲気中で行なうことが」要であり、
これによって始めて乾燥時のゲルd収縮が非常に円滑に
進行し、適度の細孔径及び嵩密度を有し、亀裂等のない
多孔性シリカゲルが得られるのである。上記乾燥収縮操
作は、よシ具体的には、例えば添付の第1図に示さrる
如き雰囲気調整恒温器内で実施される。該第1図は本発
明方法を実施するに適したひとつの装置の概略図であシ
、図中(1)は原料ゾル液の加水分解、ゲル化用容器、
・(2)はゲル化反応後のゲバ収縮している)、(3)
は恒温器、(4a)乃至(4d)は弁、(5)は減圧ポ
ンプ、(6)は雰囲気調整用水−メタノール混液を夫々
示す。
第1図に示す装置を用いる本発明方法によれば、容器+
1)内に収容され、蓋(図示せず)で覆われ密閉された
状態で加水分解、ゲル化されたゲル体(2)は、開口さ
れ、恒温器(3)内に移され、ここで水−メタノール混
液(6)の蒸気による所定の蒸気雰囲気下に所定温度(
通常好ましくは約50〜700Cりに保持され、脱アル
コール及び脱水によシ収縮する。かくして得られる所望
の多孔質ゲル体は、引き続き常法に従い乾燥器内で加熱
乾燥され、次いで通常の方法に従って加熱焼結される。
該加熱焼結は常法に従い約1100〜12000の範囲
で実施でき、特に本発明では上記ゲル体の特性に基づい
て、上記12000程度の高温条件の採用によっても、
実質的に発泡や破損のない透明均質な所期のシリカガラ
スを収得でき、これは高温焼結により、その耐熱性等が
一層改善される利点がある。
次に、本発明を実施例によってさらに具体的に説明する
が、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に
よって限定されるものではない。
実施例1 この方法は、第1図に示す装置を用いて実施した。
81(00Hg)4 1モルに対してCHBOH4,6
モルおよびアンモニア水にてp)(= I O,2に調
整したH2OI Qモルを500にて1時間程攪拌混合
し、この混合溶液を内面に薄くグリースを塗った内径4
0mmのガラス容器11)に移した後、フタ(図示せず
)Kて容器開口部を密閉した。そしてこの容器を650
〜70Cの恒温器内に入れた。容器内の混合溶液が3〜
4時間後に完全に同化した後、7゜0Cに温度調節され
、かつメタノールと水トノi液(6)(モル比でl:1
)で飽和された雰囲気調整恒温器(3)に容器を移し、
容器の7タをと9除いた。
その後容器内のゲルは徐々に収縮して行き、2〜3日後
収縮が完全に終了した。次いで雰囲気i15整器内の飽
和蒸気用混合溶液を系外にとシ出し、新しい空気を入れ
る操作を、数時間間隔で交互にくり返してゲルの乾燥を
行なった(1週間程度)0ゲルからの脱アルコールおよ
び脱水の飛が少なくなったら温度を徐々に上昇させ9o
0cにて2〜3日保持した。そして雰囲気調整恒温器(
3)よシゲルを取シ出し、乾燥器内で950にて1週間
程乾燥を行なった。
この乾燥ゲルのかさ密度は0.65〜0.76であった
。この乾燥ゲルを室温から2500までを真空中で、2
500〜400 ctでをz気中テ、4ooc以上は再
び真空中で、1200cまで約3日間でゆつくシ加熱し
て割れのない透明なシリカガラスが得られた。このガラ
スの密度は22.であった。
実施例2 Si(OUHg)41モルに対してC1(30)f 4
.6モルおよびアンモニア水にてpHl 0.4に調整
したH2O4モルを500にて1時間攪拌混合し、この
混合溶液を、内面に薄くグリースを塗った89mmのガ
ラス容器に移し1、実施例1と同様のゲル化操作を行な
った。
得られた乾燥ゲルのかさ密度は約0.6であった。
また実施例1と同様の加熱操作を行ない、割れのない透
明な直径39mm厚さ5 mmのシリカガラスが得られ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるシリカガラス製造に用いる装置の
一例の概略図である。 (1)・・・加水分解用容器、 1 (2)・・・多孔質ケイ酸ゲル、 (3)・・・雰囲気調整恒温器、 C4a)、C4b>、C4c)、C46> −・・弁、
(5)・・・減圧ポンプ、 (6)・・・アルコールと水の混合溶液(以上)〜 第1図 手続補正書(自発) 1 事件の表示 昭和58年特許願第29100号 2 発明の名称 シリカガラスの製造方法 3 補正をする者 事件との関係  特許出願人 大阪水素工業株式会社 4代理人“ 自   発 6 補正の対象 明細書中「発明の詳細な説明」の項 補正の内容 1 明細書第10頁第7行に「とり出し、」とあるを次
の通り訂正する。 [とり出し、系内蒸気を一部徐々にとり出して減圧とす
る操作及びその接体々に」 2 明細書第11頁第2行に「22.であった」とある
を「2.2であった」と訂正する。 (以 上)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ■ シリコンメトキシドのメタノール−水混合溶液を加
    水分解してゲル化させ、次いで得られる多孔性シリカゲ
    ルを加熱焼結してシリカガラスを得るに当シ、上記原料
    溶液のpHHO25〜1O55に調整すると共にゲル化
    反応を水とメタノールとの1:0.5〜9モル比混合蒸
    気界囲気中で行なうことを特徴とするシリカガラスの製
    造方法0
JP2910083A 1983-02-22 1983-02-22 シリカガラスの製造方法 Pending JPS59156935A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56155028A (en) * 1980-04-28 1981-12-01 Hitachi Ltd Preparation of optical glass
JPS5722129A (en) * 1980-07-15 1982-02-05 Hitachi Ltd Production of optical glass
JPS57209817A (en) * 1981-06-04 1982-12-23 Uoichieku Zarujitsuki Jierujii Manufacture of monolithic silica aerosol

Patent Citations (3)

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