JPS5992923A - 多孔質ガラス膜の製造方法 - Google Patents

多孔質ガラス膜の製造方法

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JPS5992923A
JPS5992923A JP19998582A JP19998582A JPS5992923A JP S5992923 A JPS5992923 A JP S5992923A JP 19998582 A JP19998582 A JP 19998582A JP 19998582 A JP19998582 A JP 19998582A JP S5992923 A JPS5992923 A JP S5992923A
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文明 塙
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    • C03B2207/50Multiple burner arrangements
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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】 本発明は多孔″繊ガラス膜の製造方法に関するものであ
る。
7昆合ガスを非多孔質膜あるいは多孔値)喫中を・1ぢ
過さぜ、ノ昆せガスの1成分葦ヅヒはイJJ!、合ガス
を分H;H(K抽出する方法は古くから矧られている。
非第孔゛汝j陣とパd、気体が重過する゛孔″が高分子
の熱振動によって統計的に生じている状態であって−・
η的には有礫鳩分子の化付物を膜状ケこ成型したものが
使われている。壕だ多孔・1(隙とは、径の小さい孔力
誦勾哩的に存在している状態であって  、j+父的に
は多孔質ガラスがあげられる。
非多孔質膜、多孔質lqとも、lζ中に混合ガセを通導
せしめ、成分ガス1両に対する湾両沫j尼や分離係数の
着にもとすいて成分ガスを分離する。
非多孔質+1りでid気体分子が拡散していり111略
は高分子の掲系・助による分子間隙であることを前記し
たが、この太ささけ、せいぜい10X程度寸でであり、
時間的にたえず変化し固ポ的なもので(寸ない。従って
”孔径″の制御およびIOA以上の大孔径化が困輔であ
る。葦だガスの透過速度が遅いことや膜が化学的に不安
定であること、さらには幌の使用温度が低い(限界は約
7C)℃)などの問題点がある。
一方、石屍や天然ガス寺の代替炭素・1σθのガス化に
より得られる佇成ガス(CO,H2の混合ガス)を原料
とした各種基礎化学製品の新しい製造方法、ている。多
孔質ガラス族の最大の特徴は耐熱性に非富に優れている
点である(約700℃まで便用可能)。
従来、多孔狛ガラス膜の製造方法としては、S iO*
 −Bz Os −Na2Oなどの成分からなるガラス
を熱処理して、5i01相とBs Os −Nax O
相に相分離させた後、酸処理によってB208−Nas
O相を溶出させることで孔を形成する方法が知−られて
いる。この方法によれは、敵の童や処理時間によって孔
径のそろった均一な細孔腹ができるが、同時に強度が低
下するという間j眞がある。
まだ任意の孔径を作るのが困難で、かつ製這工程が抜雑
になるなどの欠点もある。
本発明省らは以上の点に亀み、lず100チ5iChで
める多孔質ガラス体(族)の製造方法について恢討した
結果、5i04等のノ・ロゲン化物ないし硅系水累化!
+/I紮気相状態で市水系炎中に等いて酸化反応せしめ
、生成される5102微1M子をターゲット上に堆積さ
せることにょ9、従来の膜に較べて製造が簡単で、しか
も性能の良好な多孔質ガラス膜(例えば、混合ガスの分
能、絹製などのiHN目を決める孔径の匍」伺1が自由
、jN1熱性、1討※品性などに優れている)ができる
ことを見出した(行&!i1昭56−162344)。
しかし、この3R法で得られるJ仄の機料(的強度は、
従来の1Mよりは優れているものの、膜の7・ダ膜化に
伴って若干〃がら劣化する。すなわち、多孔質ガラス体
からlir il臭を得るだめの切断411J工時に、
I関が割れてしまうことがあり、加工付が若干劣ると言
う欠点がある。
すなわち、多孔質ガラスjヅの薄膜化技術と高強度化は
、多孔質ガラス族の笑用化においてきわめて重女なlさ
題である。
本発明は前述の点に紘与なされたものであシ、孔の制御
性に秀れ、かつ耐熱性、ロロツ楽品性が良好で)さらに
伝扱的強度の大きい多孔質ガラス族俣を製造する方法を
提供すること金目げづとする。
したがって、本発明による多孔質ガラスLMのジ4遣方
法は硅素塩化物、硅索水系化丁勿の一檎以上を含むカラ
ス形成原料を酸化反応あるいは火炎加水分解反応せしめ
てガラス微粒子を止爪し、該ガラス微粒子が焼結する温
度以上で、かつ透明なガラス体になる温度未満r(加熱
された基板上例、前記ガラス微粒子を堆積させることを
符似とするものである。
本発明によれば、ガラス微粒子の堆積する基板温度を制
nil Lながら、ガラス微粒子を焼結して、多孔質ガ
ラス膜を一!:A造するので、砿様的強1=が良好でか
つ性能の秀れた多孔質ガラスノ戻を提供しえる。
本発明を史に許しく祝明する。
本発明による多孔質ガラス族の製造方法によれば、まず
、硅素塩化物、硅素水素化物の一11u以上を宮むガラ
ス形成原料を酸化反応あるいは火炎加水分用反応せしめ
てガラス微粒子を形成する。
’rqU記ガラメガラス形成原料c4寺の硅素塩化物、
SiH,専の硅素水素化物を一穂以上含むものであるが
、このガラス形成原料には孔住制+jlあるいはガラス
族の性買吟を考慮して、畠i]次的成分、たとえupo
ct、、G e C4、BCtll寺を言まぜることが
できる。
ガラス形成原#+は気相ないし液柘吠態で熱等によシ硅
累化物を含むガラス微粒子を形成するが、たとえば気相
の場合、バブラーを用い、数体のガラス形成原料を気相
状悪とし、酸水素バーナサにより火炎加水分解し、ガラ
ス微粒子とすることができる。また、液体のガラス形成
原料を初秋とし、これを前記酸水素バーナ吟に送り込み
、火炎加水分子itv Lでガラス微粒子とすることも
できる1、また火炎加水分用はかシでなく熱酸化寺によ
ってもガラス微粒子を曾成できる。即ち、カラス形成原
料をガラス微粒子とする具体的方法は、本発明において
限定されるものではなり0 仄に、このように形成されたガラス微粒子を基・取上に
堆積させる。
堆積させる基板は不完(カにおいて眠たさnるものでは
ない。たとえばカーボン装奉板であることかでさる。
前記凸版の確度はガラス涜、活温)瓦以上で、前記ガラ
ス族が透明ガラス化しない温度未(両である。
カラス焼結温度未満であるとガラス微粒子は焼結せずガ
ラス膜が生成されないし、一方、透明ガラス化温度以上
であると、ガラス#は透明カラスとなってし甘うからで
ある。このような温度札囲は前記ガラス形成原料の種類
ないし組成等、さらにガラス膜製造系の状態等により変
化するため一概には決定しにくい力1、一般的には、好
ましくは900〜1500℃であり、対も好捷しくけ1
000℃〜1400℃未渦である。i−s OO℃未/
r・りであると、伏皓頻屑は光分満足できる栓大きくな
らないし、一方1500℃以上であると、透明ガラス化
してしまうことが多いからである。
前述の基板はガラス微粒子堆積局において好1しくに回
転せしめるのがよい。ガラス倣板子を基板に均一に堆積
させるだめである。
このように基板上に堆積させるガラス膜の厚さは暴本的
に限定されるものではないが、カラス族の孔寸法、形成
速度前は、前ffeガラス倣板子の堆積量の温度により
制御されるものでるるから、厚くなシすきると、基板温
度と、カラス族表面の堆堆面の温度が相違してくるおそ
れがある。このためカラス膜の生成速度前が変化するこ
とがある。
しfcがって、カラス族の堆積厚は基板温度にょシ温度
制御される6度の厚さであるのが好せしい。
この厚さは、ガラス膜の独力1その他により変化すルカ
一般に8mm以下であるのが好ましい。
基板を加λたする手段は本発明において服定されるもの
ではなく、高周波による加熱、シリコニットやカーボン
を発熱体とする炉を用いてもよい。
次に、本発り・ゴを笑btrするための装置−を例にと
って、不弁明の方法を説明する。
第1図は本発明による方法を芙施するための装置の一例
であり、1は多孔質ガラス族を形成させるための基板、
2は回歓装匠、3はガラス微粒子合成トーチ、4はガラ
ス微粒子、5は多孔質カラス膜、6はトーチ移ム辺装亘
、7は尚周波コイル、8は尚周波元&装匝、9は反応容
器、lOは不活法ガス尋人口、11はわF丸目でめる。
第1図の装置を−AjJ1乍させるには、尚A肢兄振裟
直8によって旨ノん阪コイル7から尚周波を兜振させて
、回1云装碓2によって回4云する刀−ホン表示板1を
加熱する。一方、ガラス微粒子合成トーチ3(ここでは
同心円状多重1トーチを9用した)にH,ガス、02 
ガスを等き、トーチ3の吹出部に飲水累炎を形成さぜる
。トーチ3はトーチ移動装置6によシカ−ホン製基板1
の表(I」に対して内線的に移動させる。また、反応容
器9の下部にある不活性ガス尋人口10より不活1生ガ
スをυILシ、カーボン製基板1の4セ化を防ぐ。
この状態でトーチ3にAr ガスでキャリアーされた気
相状5iC4を尋人すると、−一水系炎中で火炎加水分
S+反応が生じ、5iO7倣桟子が生成される。生成さ
れる5iO−倣梓子4は、清仮1の搬面に堆積されるが
、堆積と同時に基板1の温度に応じて焼結され、個々の
5i02微牧子がくさシ状に焼結された多孔質ガラ、X
、博族5が端板1上に形成される。基板1上に堆積され
なかっだS i 02微粒子は、ただちに上部の排気口
11かられト気される。
形成される多孔質ガラス薄膜5の厚さは、5iC14吟
のガラス形成原料の供fjQ1jkを一尾とすれば、前
6已工程を呆行する時間によって任意の厚さに制御でき
るが5iC4等のガラス形成原料の供給菫を少なくして
、かつ一定に抹ちながら厚さの制gjを行なうのが好ま
しい。S i C4等の原料の供胎新゛が多い揚台には
、基イ反1の〆晶ハ(r(応じて焼示吉されず、形成さ
れる多孔質ガラス薄膜5の厚さや孔径の制御が困尖羨に
なることがあるからである。
ま友多孔質ガラス与膜の孔径は、基板107g反によっ
て制御することができる。5iC1−a等の火炎加水分
解反応によって生成されるSiO2微粒子の大きさは約
500Aであシ、七の形仏は球ブレである。従って1固
々のSiO2微粒子の胱祐度、すなわち基或1の確度に
よって孔径が決まる。男2図は、この様子を模式的に示
しだものであり、図(a)は粘械謡厩が低い場合の5i
Os做社子の焼結状態、図(b)は基板温度が尚い吻什
のSiO2微粒子の焼結状恕である。この図からv71
・るように参似温反が尚くなるほど5iOs做縁子相互
の焼結が進み、中心部の孔21のサイズは(孔径とは一
収Hヲに倣粒子相互が焼結された佐に残る空■]の平均
の径を称している)は小さくなる。
また第2図のように本発明による孔は、SiC2微粒子
相互の焼結によって形成されるだめ、非常に1伐彷・;
的9虫度の・1紮れた多孔質ガラスマ埼肛己をイ尋るこ
とができる。
本発明によれば、多孔質ガラス薄膜の形状は、基板1の
形状を変えることにより、1更用目的に応じた任窩の形
状に形成することができる。
また第1図では、加熱手段に置周彼勿用いているが、シ
リコニットやカーボンを発熱体とする炉を7Jl]熱手
段としてもかまわず、割述のようVて不発明において、
これらの手段は限定されるものではつよい。これらの炉
を用いた場合には炉内の温度によって基板上に堆積され
fc S i 02微粒子を焼結させることになる。
次に本発明の実施例について説明する。
実施例 第1図の装置就及び方法を用い、下糺の条件でガラスM
金製迄した。
H2流重;毎分2.5t 02流量;毎分4t SiC4供甜倣:毎分0.5g 基板;外悦30φカーボン埃 基版回転速皮、母分15回転 トーチ移動距離;30mrn トーチ移動速度;毎分150mm 不活性ガス:Ar8分20を 丞仮温M;1300’C 以上の条件で多孔質ガラス薄膜盾の作製を5分間行なっ
たね未i、板上に、直往30mmφ、ル1さ0.8mm
の〃4族がプレ族された。この饋輛仮から取りはずして
fiKを調べたが、従来の11%に比べて後れているこ
とが確認された。
第3凶は前記茶汁で、作表時11と得られた膜厚の枯米
を示したものである。作表時+MJを50分以上にする
と膜厚の柘加に笈化がみられるが、これは膜厚2約8m
m以上にすると、基板温度と族の堆恒衣thI温度が一
欽しなくなシ、准狽衣囲温度が低下したためと弓えられ
る。膜厚が8mmまでは基板温度によって梢折に厚さ制
御ができた。
第4図は、前記条件で卆板温度を変化させ、基板温度と
作製された多孔質ガラス7チ腺の破附丁強にの曲係を示
したものである。基板温度を900℃以上にすると破断
強度は急叡に増加し%  1100′C以上の温度では
像上1強度が10 kg/mm’  の薄膜が侍られた
。基板温度を1400℃以上にすると、破断強度はさら
に急激に増加し、1500℃では100 kg/mm2
に達するが、この時の薄膜は多孔質状ではなく透明ガラ
スであった。従って、不発明によって強度の優れた( 
5 kg/mm’ )7専膜を得るには、是板畠度を1
000°C以上、1500℃以下のDI2’rfHに設
定すればよいことがわかる。
以上説明したように、回転する基板上に5tyx微粒子
を堆積させると10J時に焼結させることを材似とする
本#5明の多孔質ガラス薄膜の製法によれは、便米困離
であった多孔質ガラス腺の4腺化を容易に行なうことが
でさるばかりでなく、恒i原的強度の捷れた任意の形状
を有する肉、腺を製造することができる。
本う6明における多孔買カラスン専族は、光ファイバ装
造、牛!を捧、C1化字なとの工条分封にお・いて、贅
だ分析芋の分シrにおいても谷狸気俸、液体分子の太さ
さの赴υ1」用した分備、イ’?’袈膜としてそのオU
用軛bjは伊めで広く、経涜的効来太なるものがある。
凶mlの洟」早なt発明 第1図は不発明の方法を実施するための装、ぼの、−サ
弐図、第2図は不発明による孔住制銅1の模式図、場3
図は作装峙間とJ膜厚の一尖朕粕米、第4図は基板温度
と破断強度の実厭斧占米である01・・・羞仮、2・・
・i!”]転込匝、3・・ガラス微粒子合成トーチ、4
・・・ガラス微粒子、5・・・多孔質カラス腺、6・・
・トーチ杉yυ表i17・・・商周波コイル、8・・・
百周及うヒ振Tハ 9・・・長比、容器、10・・・不
を占1生ガス纒入口、11・・・排気口、21・・・孔
出ノ願人代理人  1:1〕   宮  正  テ第 
1 図 第2図 (0) (b) 第3 図 ホト製部間(分) 箒4 図 、′ 基挑温度(0C)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 硅素塩仕初、硅素水累仕向の一種以上を含むガラス形成
    原料を酸化反応あるい(は火炎刀日水分頃反応せしめて
    ガラス倣粒子を生成し、該ガラス微粒子力埼゛占結する
    ’1Mr 度以上で、かつ透明ガラス体になる?lii
    匿未満に加熱された基板上に、前記カラス倣粒子全堆績
    させることを特徴とする多孔質ガラス1関の製造方法。
JP19998582A 1982-11-15 1982-11-15 多孔質ガラス膜の製造方法 Granted JPS5992923A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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