JPS6065734A - 石英ガラスの製造方法 - Google Patents
石英ガラスの製造方法Info
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- JPS6065734A JPS6065734A JP17064583A JP17064583A JPS6065734A JP S6065734 A JPS6065734 A JP S6065734A JP 17064583 A JP17064583 A JP 17064583A JP 17064583 A JP17064583 A JP 17064583A JP S6065734 A JPS6065734 A JP S6065734A
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- sol
- gel
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL 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
- C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
- C03C1/006—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels to produce glass through wet route
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- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Silicon Compounds (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。
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、金属アルコキシド、超微粉末シリヵを原料と
し、ｐｎを４〜６に調整するゾル−ゲル法による石英ガ
ラスの低温合成法において、得られる石英ガラスの中の
気泡を減らし、発泡現象を少なくする方法に関する。
し、ｐｎを４〜６に調整するゾル−ゲル法による石英ガ
ラスの低温合成法において、得られる石英ガラスの中の
気泡を減らし、発泡現象を少なくする方法に関する。
石英カラスは、工Ｃ製造工程中でるつぼやボード、拡散
炉等に使用されるようになり、その有用性が認められ、
更に水酸基の少ないものや、光学的均一性の良いものが
開発されたことによって、各種の光学的用途に使用され
るようになり、特に光通ｆキ用の石英ガラスファイバー
は、最近注目されている。このように、石英ガラスは、
種々の分野に使用奸れ、その利用範囲も広がっている。
炉等に使用されるようになり、その有用性が認められ、
更に水酸基の少ないものや、光学的均一性の良いものが
開発されたことによって、各種の光学的用途に使用され
るようになり、特に光通ｆキ用の石英ガラスファイバー
は、最近注目されている。このように、石英ガラスは、
種々の分野に使用奸れ、その利用範囲も広がっている。
しかし、石英ガラスの製造コストは冒く、高価なこ′と
が問題になっている。
が問題になっている。
従って、石英ガラスの安価な製造方法が望捷れている。
その方法として、金属アルコキッドを原料とする方法と
、超微粉末シリカを原料とする方法の二つの方法が試み
られている。
、超微粉末シリカを原料とする方法の二つの方法が試み
られている。
次に、それぞれについて概説したい。
金属アルコキシド′ｔ−原料とするゾル−ゲル法により
石英ガラスを安価に製造しようという試みは、野上ら（
無業協会誌、８７，３７．１９７９年）や白根ら（窯業
協会誌、８７，４３４．１９７９年）によってなされて
いる。このゾル−ゲル法は、原料のアルコキシドの精製
が容易だということから純度の高い石英ガラスが得られ
るということと、製造コストが従来のものより安価であ
るという特徴を有している。
石英ガラスを安価に製造しようという試みは、野上ら（
無業協会誌、８７，３７．１９７９年）や白根ら（窯業
協会誌、８７，４３４．１９７９年）によってなされて
いる。このゾル−ゲル法は、原料のアルコキシドの精製
が容易だということから純度の高い石英ガラスが得られ
るということと、製造コストが従来のものより安価であ
るという特徴を有している。
この方法の概略は次のようである。すなわち、シリコン
テトラアルコキッド、水、アルコール適当な触媒（塩酸
やアンモニア等）を混合し、加水分解させ、重合反応を
促進させ、ゲル化し、収縮乾燥させてドライゲルとしｆ
’−ｋ、’ Ｕ ｕＯ℃１ｆｊ一度まで加熱処理（焼結
）すると、石英ガラスとすることができる。
テトラアルコキッド、水、アルコール適当な触媒（塩酸
やアンモニア等）を混合し、加水分解させ、重合反応を
促進させ、ゲル化し、収縮乾燥させてドライゲルとしｆ
’−ｋ、’ Ｕ ｕＯ℃１ｆｊ一度まで加熱処理（焼結
）すると、石英ガラスとすることができる。
この方法においての問題点は、ドライゲル作成中に割れ
が生じるため、大きなドライゲ／Ｉ／が得られにくいと
いうことと、ドライゲルを焼結し石英ガラスとする際に
、この時にも割れやクラックが生じ、大きな石英ガラス
の作成が困難だということである。
が生じるため、大きなドライゲ／Ｉ／が得られにくいと
いうことと、ドライゲルを焼結し石英ガラスとする際に
、この時にも割れやクラックが生じ、大きな石英ガラス
の作成が困難だということである。
これに対して、超微粉末シリカを原料とする方法は、ベ
ル研究所のＲａｂｉｎｏｖｉｃｈ Ｋ Ｍら（Ｊｏｕｒ
−ｎａ］−ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ５
ｏｌｉｄｓ ４７（＋９８２）４３５−４３９ ）（Ｃ
よって試みられている。これは、超ｃ粉末ン！Ｊ カ（
Ｃ！ａｂ−ｏ−８ｉｌ 、 ｃａｂｏｔ 社）＠水に加
え、ヒドロシルとした後、ゲル化し収縮乾燥させドライ
ゲルとした後、焼結し石英ガラスとするものである。こ
の方法の長所は、＋；ｉＪ記の金属アルコキシド法と巽
なシ、ドライゲル作成中および焼結中に、割れやクラッ
クが生じにくく、がな９大きな石英ガラスの製造が可能
だということである。しかし、この方法は、二つの大き
な欠点を有している。っ捷り、焼結温度が１４５０℃と
がなり高温であるということと、ゲル中に１？ｃ〈さん
の気泡が入っていて、作成した石英ガラス中にもたくさ
んの気泡が残留しでいるということである。
ル研究所のＲａｂｉｎｏｖｉｃｈ Ｋ Ｍら（Ｊｏｕｒ
−ｎａ］−ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ５
ｏｌｉｄｓ ４７（＋９８２）４３５−４３９ ）（Ｃ
よって試みられている。これは、超ｃ粉末ン！Ｊ カ（
Ｃ！ａｂ−ｏ−８ｉｌ 、 ｃａｂｏｔ 社）＠水に加
え、ヒドロシルとした後、ゲル化し収縮乾燥させドライ
ゲルとした後、焼結し石英ガラスとするものである。こ
の方法の長所は、＋；ｉＪ記の金属アルコキシド法と巽
なシ、ドライゲル作成中および焼結中に、割れやクラッ
クが生じにくく、がな９大きな石英ガラスの製造が可能
だということである。しかし、この方法は、二つの大き
な欠点を有している。っ捷り、焼結温度が１４５０℃と
がなり高温であるということと、ゲル中に１？ｃ〈さん
の気泡が入っていて、作成した石英ガラス中にもたくさ
んの気泡が残留しでいるということである。
′ま１こ、ヒドロシル中の５１０２？Ｊ度が高すぎるた
め、機械的に均質な石英ガラスにもしに〈＜、場合によ
ってはそれがクラックの原因になることがアル。つまり
、この方法は、気泡が存在するため光学的に均質にしＶ
こ＜＜、１ｔｆｃ、ヒドロシルの不均質さのため、機械
的にも均質にしにくいという致命的な欠点を有している
。
め、機械的に均質な石英ガラスにもしに〈＜、場合によ
ってはそれがクラックの原因になることがアル。つまり
、この方法は、気泡が存在するため光学的に均質にしＶ
こ＜＜、１ｔｆｃ、ヒドロシルの不均質さのため、機械
的にも均質にしにくいという致命的な欠点を有している
。
このようなことがら、光学的および哉様的均質ざ（ｌ−
持ち合わせた品質の高い５英ガラスを製造するためには
、前記の金属アルコキシド法を用いた方が良いと思われ
る。
持ち合わせた品質の高い５英ガラスを製造するためには
、前記の金属アルコキシド法を用いた方が良いと思われ
る。
そういうことから、金属アルコキシド法を用いて、歩留
シ良く、大きな石英ガラスを得る方法が望寸れでいる。
シ良く、大きな石英ガラスを得る方法が望寸れでいる。
その方法の一つとして、昭和５゛（年 １２月 ′：）
−３日付出願の「石英ガラスの製造方法」がある。これ
は、金属アルコキシドを力日水分屑したゾル中に超微粉
末シリカを加え、更にＰ Ｈを４〜乙に調整したもので
、ドライゲル作成中の割れの問題と、焼結中の割れやク
ラックの問題を同時に解決しｆＣものである。この方法
を用いることで、かなシ大きな石英ガラス（４１ｎｃｈ
φ以上の大きさのもの）が低コストで製ひすることがで
きるようになった。
−３日付出願の「石英ガラスの製造方法」がある。これ
は、金属アルコキシドを力日水分屑したゾル中に超微粉
末シリカを加え、更にＰ Ｈを４〜乙に調整したもので
、ドライゲル作成中の割れの問題と、焼結中の割れやク
ラックの問題を同時に解決しｆＣものである。この方法
を用いることで、かなシ大きな石英ガラス（４１ｎｃｈ
φ以上の大きさのもの）が低コストで製ひすることがで
きるようになった。
しかし、この方法で得られた石英ガラスは、ゲル−ガラ
ス転移温度（以後、石英化温度と記す）において透明に
なるのだが、この石英化温度より高温に加熱すると、気
泡が多数発生し、発泡する。
ス転移温度（以後、石英化温度と記す）において透明に
なるのだが、この石英化温度より高温に加熱すると、気
泡が多数発生し、発泡する。
これを防ぐ方法として、昭和 喧年 １２４月 リ日付
出願の「石英ガラスの製造方法」がある。これは、熱処
理の途中で、ある温度に長時間保持し、発泡の原因であ
る塩化アンモニウムを分１γｒし、除去するものであっ
た。この方法によって、がなり発泡がかさえられ、また
ガラス中に存在している気泡の数も減少し、か′！ｃυ
品ｊへか向上した。
出願の「石英ガラスの製造方法」がある。これは、熱処
理の途中で、ある温度に長時間保持し、発泡の原因であ
る塩化アンモニウムを分１γｒし、除去するものであっ
た。この方法によって、がなり発泡がかさえられ、また
ガラス中に存在している気泡の数も減少し、か′！ｃυ
品ｊへか向上した。
しかし、この方法の欠点は、ｓｏｏ℃から１１００℃程
度のかなりの高温で、長時間加熱しなければならないの
で、熱処理にともなうコストが高くなることである。
度のかなりの高温で、長時間加熱しなければならないの
で、熱処理にともなうコストが高くなることである。
そこで、本発明の目的は、石英化温度より高温。
に加熱し反場合に発生ずる発泡現象を防ぎ、更に、加熱
処理時間ｆ６：短縮化する石英ガラスの製造方法を提供
することである。
処理時間ｆ６：短縮化する石英ガラスの製造方法を提供
することである。
その方法として、次のような方法を考案しまた。
すなわち、ケイ酸エチルに０１規定以下の斜度の塩酸水
溶液？加え（必要ならばアルコール音訓え−る）、よく
攪拌（７、必要ならば少し加熱して、加水分解反応を終
了させ、Ａｅｒｏｏｉｌ （Ｄｅｇｇｕｅｓａ社）やＣ
ａｂ−ｏ−８ｉｌ （Ｏａｂｏｔネ土）笠のホワイトカ
ーボンである超微粉末シリヵを加え−１〈均一に分散し
た後、ＰＨｆ、４〜６に調整する。このようにして得ら
れるゾルを適当な容器に仕込み、収縮・乾燥させてドラ
イゲルとする。このドライゲルを石英化温度まで加熱す
るに際し、室温から石英化温度の間で、１回以上ある温
度で保持するものである。ただし、この場合、保持時間
（徒従来法の保持時間より短かくてよい。
溶液？加え（必要ならばアルコール音訓え−る）、よく
攪拌（７、必要ならば少し加熱して、加水分解反応を終
了させ、Ａｅｒｏｏｉｌ （Ｄｅｇｇｕｅｓａ社）やＣ
ａｂ−ｏ−８ｉｌ （Ｏａｂｏｔネ土）笠のホワイトカ
ーボンである超微粉末シリヵを加え−１〈均一に分散し
た後、ＰＨｆ、４〜６に調整する。このようにして得ら
れるゾルを適当な容器に仕込み、収縮・乾燥させてドラ
イゲルとする。このドライゲルを石英化温度まで加熱す
るに際し、室温から石英化温度の間で、１回以上ある温
度で保持するものである。ただし、この場合、保持時間
（徒従来法の保持時間より短かくてよい。
以上の本発明の石英カラスの製造方法のように、ケイ酸
エチルを加水分解する塩酸水溶液の濃度を０．１規定以
下にすると、ＰＨ全４〜乙にした後、中和反応で生成す
る塩化アンモニウムの骨は少なくなり、発泡や気泡の発
生が少なくなると考えられる。というのは、塩化アンモ
ニウムが、気泡の発生や発泡の原因と考えられるからで
ある。従来法では、この塩化アンモニウムを分解させ、
石英化温度より高温での発泡現象を防ぐため、保持温度
が６５０℃の場合では２４時間以上の保持時間が、捷た
、９５０℃では約１０時間以上の保持時間が、また、１
０５０℃では６時間以上の保持時間が必要であつｆＣ’
（いずれも昇温速度は、１８０℃／ ｈ ｒ の場合）
。
エチルを加水分解する塩酸水溶液の濃度を０．１規定以
下にすると、ＰＨ全４〜乙にした後、中和反応で生成す
る塩化アンモニウムの骨は少なくなり、発泡や気泡の発
生が少なくなると考えられる。というのは、塩化アンモ
ニウムが、気泡の発生や発泡の原因と考えられるからで
ある。従来法では、この塩化アンモニウムを分解させ、
石英化温度より高温での発泡現象を防ぐため、保持温度
が６５０℃の場合では２４時間以上の保持時間が、捷た
、９５０℃では約１０時間以上の保持時間が、また、１
０５０℃では６時間以上の保持時間が必要であつｆＣ’
（いずれも昇温速度は、１８０℃／ ｈ ｒ の場合）
。
ところが、本発明の製造方法を用いると、ドライケル中
の塩化アンモニウムの１が少ないために、従来法と同様
の焼結条件で熱処理をする場合、ある保持温度における
保持時間を従来法よりかなり短縮することができる。捷
だ、気泡の発生も少ないので、従来法で得られる石英ガ
ラスと比較すると気泡が少なく、品質的にも同上させる
ことができる。
の塩化アンモニウムの１が少ないために、従来法と同様
の焼結条件で熱処理をする場合、ある保持温度における
保持時間を従来法よりかなり短縮することができる。捷
だ、気泡の発生も少ないので、従来法で得られる石英ガ
ラスと比較すると気泡が少なく、品質的にも同上させる
ことができる。
以下、実施例に従い本発明の詳細な説明する。
ただし、超微粉末シリカの割合（超微粉末ソリ力の重さ
を全体のＳｉｎ、量で割つｆｃ値）を種々変えた場合、
その値が小さい時には保持時間を長くする必要があるこ
とがわかっているが、その値の差で、操作であるとか、
効果はほとんど同様であるので、ここでは超微粉末シリ
カの割合を５６係にした場合で、代表して実ｌｆｉ例に
記す。
を全体のＳｉｎ、量で割つｆｃ値）を種々変えた場合、
その値が小さい時には保持時間を長くする必要があるこ
とがわかっているが、その値の差で、操作であるとか、
効果はほとんど同様であるので、ここでは超微粉末シリ
カの割合を５６係にした場合で、代表して実ｌｆｉ例に
記す。
実施例１〜７
精製した市販のケイ酸エチル２０８ｆ（１モル）に、表
１に示し北極々の濃度の塩市水溶該全１８０ｒｎＩ！加
え、はげしく攪拌し加水分解する。ただし、塩酸水溶液
の濃度が０．０２規定以下の時は室温では加水分解が終
了しないので、４０〜７０℃程度の温浴につけ、加熱し
ながら加水分解しｆＣ６この溶液に水を１０〇−加え、
更に超微粉末７リカ（Ｃａｂ−ｏ−８ｉｌ （０ａｂｏ
ｔ社））を７５Ｆ攪拌下加え、超音波振動を行なって均
一性の良いゾルとした。これを、ゴミ等を除くため濾過
した。このようにして得られたゾルに、表１に示した種
々の濃度のアンモニア水を滴下踵ＰＨを４．４に調整し
た。このゾルを内径２３ｃｔｎφのポリプロピレン製の
容器に卯え、従来法と同様の操作をして、白いドライゲ
ルを得た。
１に示し北極々の濃度の塩市水溶該全１８０ｒｎＩ！加
え、はげしく攪拌し加水分解する。ただし、塩酸水溶液
の濃度が０．０２規定以下の時は室温では加水分解が終
了しないので、４０〜７０℃程度の温浴につけ、加熱し
ながら加水分解しｆＣ６この溶液に水を１０〇−加え、
更に超微粉末７リカ（Ｃａｂ−ｏ−８ｉｌ （０ａｂｏ
ｔ社））を７５Ｆ攪拌下加え、超音波振動を行なって均
一性の良いゾルとした。これを、ゴミ等を除くため濾過
した。このようにして得られたゾルに、表１に示した種
々の濃度のアンモニア水を滴下踵ＰＨを４．４に調整し
た。このゾルを内径２３ｃｔｎφのポリプロピレン製の
容器に卯え、従来法と同様の操作をして、白いドライゲ
ルを得た。
塩酸濃度が００８及び０．０４規定の場合、加水分解反
応は室温で起こるが、０．０１規定では室温で起こらな
い。従って、０．０１規定では、加水分解時に６０℃に
加熱した。
応は室温で起こるが、０．０１規定では室温で起こらな
い。従って、０．０１規定では、加水分解時に６０℃に
加熱した。
表１
このようにして得られた実施例１〜７のドライゲルをそ
れぞれ電気炉に入れ、室温から昇温速度１８０℃／ ｈ
ｒ で、表２の保持温度まで加熱踵その保持温度で表
２の保持時間だけ保持した。続いて１１５０℃まで同じ
く１８０℃／ｈｒ の昇温スピードで加熱し、６時間保
持し焼結した。
れぞれ電気炉に入れ、室温から昇温速度１８０℃／ ｈ
ｒ で、表２の保持温度まで加熱踵その保持温度で表
２の保持時間だけ保持した。続いて１１５０℃まで同じ
く１８０℃／ｈｒ の昇温スピードで加熱し、６時間保
持し焼結した。
表２
このようにして得られた透明な石英ガラスは、従来法で
得られる石英ガラスより気泡が少なく、ま２１５００℃
に５０分間加熱しても、発泡は生じなかった。従って従
来法より保持時間を短かぐしても、石英化温度より高温
に加熱して発泡を生じない石英ガラスを作成でき１ζ。
得られる石英ガラスより気泡が少なく、ま２１５００℃
に５０分間加熱しても、発泡は生じなかった。従って従
来法より保持時間を短かぐしても、石英化温度より高温
に加熱して発泡を生じない石英ガラスを作成でき１ζ。
以上、実施例で述べできたように、加水分解する塩酸の
濃度全０．１規定以下にすると、ＰＨ調整で生成する塩
化アンモニウムの量が少なくなり、従って、焼成時にお
ける保持時間を従来法より短かくすることができ、石英
化温度より高温に加熱しても発泡しない石英ガラスを合
成することができる。−１だ、この石英ガラス中に存在
する気泡の数は、従来法によるものよ！ノ少なく、品質
も高くすることができた。
濃度全０．１規定以下にすると、ＰＨ調整で生成する塩
化アンモニウムの量が少なくなり、従って、焼成時にお
ける保持時間を従来法より短かくすることができ、石英
化温度より高温に加熱しても発泡しない石英ガラスを合
成することができる。−１だ、この石英ガラス中に存在
する気泡の数は、従来法によるものよ！ノ少なく、品質
も高くすることができた。
本発明の石英ガラスの製造法を用いると、従来法のコス
トヲ低減することができ、また、品質も同上することが
できる。このようにして製造される、品質もよく、低コ
ストの石英ガラスは、従来石英ガラスの使用されている
分野（例えば理化学用機器、ＩＣ製造工程中のフォトマ
スク、ボード等、ＩＣ用の基鈑）や、従来石莢ガラスが
高価で使用されなかった分野に、大きく貢献すると思わ
れる。
トヲ低減することができ、また、品質も同上することが
できる。このようにして製造される、品質もよく、低コ
ストの石英ガラスは、従来石英ガラスの使用されている
分野（例えば理化学用機器、ＩＣ製造工程中のフォトマ
スク、ボード等、ＩＣ用の基鈑）や、従来石莢ガラスが
高価で使用されなかった分野に、大きく貢献すると思わ
れる。
以上
Claims (1)
- 少なくとも金属アルコキシドおよび超微粉末シリカを原
料とし、ゾルのＰＨを４〜６に調整するゾル−ゲル法に
よる石英ガラスの低温合成法において、ドライゲルの作
成時に、金属アルコキシドを加水分解する触媒である塩
酸の濃度を０．１規定以下にした事を％徴とする石英ガ
ラスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17064583A JPS6065734A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 石英ガラスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17064583A JPS6065734A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 石英ガラスの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6065734A true JPS6065734A (ja) | 1985-04-15 |
Family
ID=15908713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17064583A Pending JPS6065734A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 石英ガラスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6065734A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5028247A (en) * | 1989-05-18 | 1991-07-02 | Chisso Corporation | Process for the preparation of silica glass powders |
-
1983
- 1983-09-16 JP JP17064583A patent/JPS6065734A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5028247A (en) * | 1989-05-18 | 1991-07-02 | Chisso Corporation | Process for the preparation of silica glass powders |
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