JPS6038343B2 - 石英ガラスの製造方法 - Google Patents

石英ガラスの製造方法

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JPS6038343B2
JPS6038343B2 JP56032352A JP3235281A JPS6038343B2 JP S6038343 B2 JPS6038343 B2 JP S6038343B2 JP 56032352 A JP56032352 A JP 56032352A JP 3235281 A JP3235281 A JP 3235281A JP S6038343 B2 JPS6038343 B2 JP S6038343B2
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gas
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治男 岡本
素行 山田
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/14Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1415Reactant delivery systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/06Doped silica-based glasses
    • C03B2201/20Doped silica-based glasses doped with non-metals other than boron or fluorine
    • C03B2201/23Doped silica-based glasses doped with non-metals other than boron or fluorine doped with hydroxyl groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2207/00Glass deposition burners
    • C03B2207/36Fuel or oxidant details, e.g. flow rate, flow rate ratio, fuel additives
    • C03B2207/38Fuel combinations or non-standard fuels, e.g. H2+CH4, ethane

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はけし、素化合物からの石英ガラスの製造方法、
特には制御量の水酸基を含む石英ガラスの製造方法に関
するものである。
従来、石英ガラスの製法については、水晶粉を溶融し、
これを成型する方法が知られているが、これには不純物
の混入があることから、ハロゲン化けし、素の加水分解
ないし酸化によって二酸化けし、素を生成させ、この溶
融物を耐火物で作った標的上に堆積させて高純度の石英
ガラスを製造する方法が実用化されるようになった。
他方、石英ガラスは光学的、化学的などの諸特性がすぐ
れていることから、近時は各種の特殊用途に利用される
ようになり、特にェレクトロニツクス産業の発展に伴な
うこの分野への適用により材質の一層の高純度化、均一
化が要求されるようになってきた。そしてこの均質化に
ついては特にこの石英ガラスに含有される水酸基の量が
問題とされ、例えばオブティカルフアィバ−用としては
この水酸基がその伝送損失を増大するということで極力
これを低下することが求められているが、他面ではこの
水酸基を含む石英ガラスには耐放射線にすぐれているこ
とが認められ、原子炉用窓村などとしてこの水酸基を含
む材料が求められているので、この石英ガラス製品につ
いてはそこに含まれる水酸基を適宜に制御する必要のあ
ることが確認されている。本発明はこの要求を満足する
石英ガラスの製造方法を提供するものであって、これは
アルゴンガスおよび/または酸素ガス流によって形成さ
れる高周波プラズマ火炎で、けし、素化合物、酸素およ
び塩化水素の混合ガスを反応させて二酸化けし・素を生
成させ、この溶融物を標的上に堆積させることを特徴と
するものである。
これを説明すると、前記したハロゲン化けし、素を酸化
して二酸化けし、素とし、これを標的上に堆積させて石
英ガラスを製造する場合に、この原料としてのハロゲン
化けし、素とこれを酸化させるための高温ガス流を特に
水素を含まないものとすることによって、実質的に水酸
基を含まない石英ガラスを取得する方法は、例えば特公
昭48−16330として提案されているが、この水酸
基の含有量を自由に制御するという方法は未だ提案され
ていない。
本発明者らはこの点に注目し、この水酸基に転換し得る
添加物として塩化水素中の水素を利用することとし、こ
の水素と反応系中に存在する酸素とによって水酸基(O
H基)を形成させれば、この石英ガラス中に水酸基を導
入することができること、またこの石英ガラス中に含ま
れる水酸基の量はここに添加される塩化水素の量と比例
するので、この塩化水素量を制御すれば石英ガラス中の
水酸基量を自由に制御することができることを見出して
、本発明を完成させた。これをさらに詳述すると、けし
、素化合物例えばハロゲン化けし、素を原料ガスとして
石英ガラスを製造する場合に、このハロゲン化けし、素
として水素基を有する化合物例えばトリクロロシラン(
SiHC13)を使用したり、あるいは水素基を含まな
い化合物としてのテトラクロロシラン(SIC14)を
使用するときにこのキヤリーガスとして水素ガスを使用
するような場合には、反応系中に存在する酸素ガスによ
って、この水素は酸化されて水(比0)を形成し、これ
が水酸基として石英ガラスの分子鎖中に固定されたり、
あるいはこの水分がガス状でハロゲン化けし、素と反応
し、その一部がハロゲン化シラン中に固定され、結果に
おいてこれが石英ガラス中に水酸基として固定されるの
であるが、この水分を原因とする石英ガラス中の水酸基
量はここに使用されるハロゲン化けし、素の種類、反応
温度、ガス圧など多くの要因によって安定せず、この水
素量と石英ガラス中に含有される水酸基量の間には必ず
しも比例関係が成立しない。
しかし、本発明者らはこの水素源として塩化水素(HC
I)を使用すると、第1図に示すようにこの塩化水素添
加量と石英ガラス中に含有される水酸基量が対数目盛グ
ラフで直線的に示され、比例関係にあることを確認した
。すなわち、この第1図はタテ軸に石英ガラス中に含ま
れる水酸基量、ョコ軸に水素の原子%をとり、この両者
の関係を示したものであるが、本発明者らの実験による
と、水素源として塩化水素を使用したときはこの関係が
直線Aで示されるが、これを水素ガスとして供給したと
き、あるいは水(弦○)として供給したときには、その
関係が必ずしも直線B,Cにはまとまらず、したがって
これに比例関係はみられないことが確認されたのである
つぎに本発明方法を添付の図面にもとづいて説明すると
、第2図は本発明方法を実施するための装置系統図を例
示したので、図におけるプラズマトーチ1にはプラズマ
発生用ガス送入口2、高周波発振器3、高周波ワークコ
イル4が付設されていて、これらの稼動により、ここに
プラズマ火炎5が発生させられる。このプラズマ火炎の
下端には原料ガス供給ノズル6からの原料ガスが吹きつ
けられ、原料ガスとしてのけし、素化合物はこの火炎で
直ちに酸化されて二酸化けし、素となり、これは耐火性
基台7の上に石英ガラス8として堆積されるのであるが
、この際プラズマ発生用のアルゴン、酸素はそれぞれロ
ーターメーター9,12を介してプラズマ発生用ガス送
入口に送られ、また原料ガスとしてのけし、素化合物は
ローターメーター13、バプラー14を通る酸素ガスに
搬流され原料ガス供給ノズル6に送られる。他方、本発
明方法で使用される塩化水素はローターメーター10を
介してプラズマ発生用ガスに、またローターメーター1
1を介して原料ガスにそれぞれ混入されて反応系に入れ
られるので、プラズマ火炎下の反応系ではけし、素化合
物と酸素と塩化水素とが反応することになり、これによ
って耐火性基台7の上に堆積される石英ガラス8はここ
に添加した塩化水素の量に応じ、第1図に示したグラフ
にもとづく水酸基量が含有するようになるのである。
本発明方法におけるけし「素化合物の二酸化けし・素へ
の転化およびその溶融ガラス化は高周波プラズマ火炎で
行なうのであるが、この高周波プラズマ火炎の発生は公
知の方法で行えばよく、特にこれを特定する必要はない
が、このプラズマ発生用ガスとしてはアルゴンおよび/
または酸素を使用する必要があり、これに水素ガスを混
合してはならない。
また、本発明方法に使用するけし、素化合物は、一般式
RnSiX4‐n(ここにRはァルキル基、フェニル基
、水素、Xはハロゲン元素、アルコキシ基、nは0〜4
)で示される化合物であり、これにはテトラクロロシラ
ン(SIC14)、トリクロロシラン(SiHC13)
、ジクロ。
シラン(SiQC12)などのハロゲノシラン、ジメチ
ルジクロロシラン、メチルジクロロシラン、メチルアル
コキシシランなどのオルガノクロロシラン類が挙げられ
るが、このオルガノクロロシラン類は熱分解時に炭素を
遊離するおそれがあり、また水素基を含むハロゲノシラ
ン類は危険性があること、またこの水素基によって目標
とする石英ガラス中の水酸基量に誤差を与えるおそれが
あるので、本発明の実施に当ってはこれらの不利を招く
おそれのないテトラクロロシランを使用することが望ま
しい。なお、このテトラクロロシランは沸点60o○の
常温では液体の化合物であるので、これをプラズマ火炎
と接触させるためには図示したようにこれをバブラー中
に装入しておき、これを酸素ガスおよび/または塩化水
素ガスで搬送させることがよい。本発明方法における塩
化水素の添加はこれをプラズマ発生用ガス中に混入して
も、あるいは原料搬送ガスに混入してもよいが、この添
加量は目標とする石英ガラス中に含有させるべき水酸基
量を勘案して決定する必要があり、の添加量により石英
ガラス量中に含有されるべき水酸基量はこれを1〜10
00ppmの範囲で制御することができる。
これを要するに本発明方法によれば石英ガラス中に含有
される水酸基量を前記した範囲で例えば誤差範囲士5%
の範囲で制御することができるので、各種の石英ガラス
をその用途に応じて連続的にしかも容易に製造すること
ができるという効果が与えられる。つぎに本発明方法の
実施例をあげる。
実施例 1 プラズマトーチにアルゴンガス15そ/分、酸素ガス2
0夕/分の混合ガスを送入し、4MHz、出力10KW
の高周波発振器に入力してプラズマ火炎を発生させ、こ
れにテトラクロロシラン0.5〆/分、酸素1.5そ/
分、塩化水素206cc/分(0.958原子%)の反
応ガスを吹きつけて、このプラズマ火炎下に直立させた
直径1仇肋の石英榛の頂部に石英ガラスを堆積させるよ
うにして、5時間連続運転を行なったところ、石英榛上
に石英ガラスが48夕/時で成長し、蓬5比吻、長さ5
4側の石英ガラスロッドが得られた。
ついでこの石英ガラスロッド中に含まれる水酸基量を測
定したところ、これはその中心部で53ppm、端部で
48ppmであり、目標とした50ppmの石英ガラス
製品であることが確認された。
実施例 2 前例における塩化水素添加量を、目的とする石英ガラス
製品中の水酸基濃度を10岬pmとするため、426c
c/分(1.98原子%)としたほかは前例と同機の条
件で5時間連続運転したところ、石英ガラスが、46夕
/時で成長して径5&帆、長さ57肋の石英ガラス榛が
得られ、このものの水酸基濃度は中心部で103ppm
、端部で98ppmであり、目標とした水酸基濃度をも
つ製品が得られた。
比較例 石英ガラス中の水酸基度の目標を50ppmとし、実施
例1における塩化水素の代わりに3.10夕/分の水素
ガスまたは水蒸気952cc/分を使用し、実施例1と
同様の条件で5時間の連続運転をしたところ、水素ガス
を使用した場合の石英ガラスの水酸基濃度は中心部65
ppm、端部60ppmで、これは目標値50ppmに
くらべて30%増であり、水蒸気使用の場合は中心部4
7ppm、端部38ppmで、これを目標値にくらべて
−24%であつた。
またこの目標値を10岬pmとし、実施例2における塩
化水素の代わり‘こ2.04夕/分の水蒸気を使用して
同様に処理したところ、得られた石英ガラス中の水酸基
濃度は中心部で140ppm、端部で13ゆpmで、こ
れは目標値に対し十40%という結果であった。
【図面の簡単な説明】
第1図はプラズマ火炎中で、けし、素化合物から石英ガ
ラスを製造する場合の水素源添加量と石英ガラス中の水
酸基濃度との相関図、第2図は本発明方法を実施するた
めの装置系統図を示したものである。 1・・・・・・プラズマトーチ、2・・・・・・ガス送
入口、3・・・・・・高周波発振器、4・・・・・・高
周波ワークコイル、5・・・・・・プラズマ火炎、6・
・・・・・原料ガス供給口、7・・・・・・耐火性基体
、8・・・・・・石英ガラス堆積体、9〜13……ロー
ターメーター。 第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 アルゴンガスおよび/または酸素ガス流によつて形
    成された高周波プラズマ火炎で、けい素化合物、酸素お
    よび塩化水素の混合ガスを反応させて二酸化けい素を生
    成させ、この溶融物を標的上に堆積させることを特徴と
    する石英ガラスの製造方法。
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