JPS6086037A - 石英ガラスの製造方法 - 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】 本発明は、石英ガラスの製造法に関り、さらに詳しくは
、アルキルシリケートおよび微粉末シリカを主原料とす
るゾル−ゲル法による低温での石英ガラスの製造法にお
いて、アルキルシリケートの加水分解舒液中への微粉末
シリカの分散工程中分散溶液に窒素ガス等のバブリング
を行ないゾルを調製、以後ゲル化、焼結させる透明で均
質な石英ガラスの製造法に関する。

まず石英ガラスの有用性について触れることにする。近
年、石英ガラスは、銅、ホウ累等の不純物磯度が口、ｌ
ｐｐｍ　以下の高純度のものが製造されるようになった
ため、ゲルマニウム、シリコン、その他の半導体の製造
工程におけるルツボやボード、拡散炉の炉心管などに幅
広く用いられるようになり、また理化学用ビーカー、光
学測定用のセルとしてもよく使用され、さらに水酸基含
有ｔの少ないものおよび光学的均一性に優れた高品質な
ものが開発され、各棟の光学的用途に使用され、特に光
通信用の石英ガラス７フイパーは、注目されている。こ
のように使用範囲の広い石英ガラスは、現在、一般に次
に示す３通りの方法で製造されている。

１）天然水晶を洗浄し、これを溶融する方法２）高純［
８１０ｔ４または８１Ｈ４を原料として８１０、を作る
方法 ３）天然珪砂を溶融する方法（泡を含む石英ガラスが得
られる） しかし、以上のいずれの製造方法を用いても、原料費が
高価であること、および高温での処理が必要であること
などのために、石英ガラスは、非常に高価なものになっ
ている。

そこで石英ガラスの安価な製造法として、最近、特に注
目をあびているのが、ゾル−ゲル法による低温での石英
ガラスの製造法である。この方法を簡単に説明すると、
目的ガラス成分を含有する金ＦＡフルコラート等格原料
として、ゾルを作製、これに熱処理等の操作を加え、ゲ
ル化させ、乾燥（収縮を伴う）、焼結しガラス化させる
というものであり、このようなゾル−ゲル法による石英
ガラス製造法の特徴としては １）水晶を原料として高温溶融法で製造する場合に比べ
低温で製造可能なため省エネルギー的である ２）原料が精製容易なため高純度のガラスが得られる ６）粘性の低い溶液を原料として用いるために、均質な
ガラスが得られる などがあけられる。このように利点が多いため、この方
法を利用する石英ガラスの製造法に関する研死は、さま
ざまな所で幅広く行なわれている。

しかしながら、これまでに発表されている資料等による
と未解決の問題点を数多くかかえ込んでおり、実用化に
まで至っていないのが現状である。

このようなゾル−ゲル法による石英ガラスの製造法の一
手法として次の方法が考案されている。すなわち適当な
アルキルシリケート５ｔ（ｏＲ）４（Ｒは炭素数１〜１
０のアルキル基）、適当なアルコール溶液（含水）、お
よび塩酸を混合し、アルキルシリケートの加水分解溶液
を調製、この溶叡に微粉末シリカを混合９分散させシリ
カゾルとし、アンモニア水等の弱塩基によりｐＨ値の調
整、熱処理等を加え、シリカゲルとする。ここで得られ
た塊状のシリカゲルを炉に入れ所定のプログラムで焼結
を行ない石英ガラスとするものであるが、この方法の問
題点の一つとして、アルキルシリケートの加水分解溶液
中に微粉末シリカを添加、混合し、分散さぜる工程にお
いて、種々の処理（例えば、攪拌、超音波照射、遠心分
離等ンを加えても、粘性が高く、確かに各処理の効果は
あるものの、取り込まれた気泡ン完全に除去することが
できないままゲル化させるために、これを焼結して得ら
れる石英ガラス中にも気泡が含有されている乞とがある
。そこで本発明の目的は、アルキルシリケートの加水分
解溶液への微粉末シリカの分散工程において、このゾル
中から気泡を除去し一１気泡のないゲルを作製すること
により、高品質な石英ガラスの製造法を提供することで
ある。このような条件をみたす石英ガラスの製造法とし
て次に示す方法を考案した。

まず、第１図に本方法のフローチャートを示す。すなわ
ち、エチルシリケート、水、塩酸、およびアルコール（
有無どちらでも可ンを混合、攪拌し加水分解溶液を調製
する・・・■、これに微粉末シリカを混合、攪拌する・
・・■、ある程度の分散状態になったところで、このゾ
ルに超音波を照射し分散を行なう・・・■、さらに遠心
分離により大粒子を除去する・・・■、ＮＨ，水の添加
によりｐＨ値を高く調整する（３．５〜５．５程度）・
・・■　このゾルを所定の容器に移しゲル化させる・・
・■、上記の工程中、■Ｔ　Ｏｅ■の際に、Ｎ２ガスを
ゾル中にバブリングさせる。ものである。この方法を用
いると、Ｎ、ガスをバブリングすることにより、ゾル中
に連続的に大きな気泡が送シ込まれ粘性が高い場合でも
、大きな気泡は、抜けやすいので、送シ込んだ大気泡に
より、粘性が高く抜けにくい小さな気泡を吸収させて、
除去することができる。したがってこのゾルをゲル化、
乾燥、焼結して得られる石英ガラス中に気泡の発生はな
く、透明均質で非常に高品質である。なお％　Ｎ２ガス
流量については、ゾルの量９発生させる気泡の大きさな
どにより、適当に調節する必要がある。また、この際の
装置図を第２図に示す。

以下、実施例に従い本発明の内容をさらに詳細に説明す
る。

実施例 市販のエチルシリケート８１（ＯＦｆｌ；）、　２６４
常ｔと０．０１ＮＨＯｔ２１６ｆＩＬｔとを混合、攪拌
し、室温で加水分解を行なった。加水分解終了後、攪拌
を継続し、この溶液に微粉末シリカ（Ａｅｒｏｓｉｌ　
ｏｘ５０　（Ｄｉｇｕｓｅａ社））９０９を徐々に添加
した、添加後、分散性を高めるために、攪拌を２時間、
超音波分散を６時間行なった。この際、第２図に示した
装置でゾル中にＮ２ガスをバブリングした。この後、遠
心分離（３０００ｒ、ｐｍ　、１０分間）により特に大
きな粒子を除去した。更にアンモニア水の滴下を第２図
のような装置で行ない、ｐＨ値を４．５程度に調整した
。そして、このゾルヲｒ過（４００ｍｅｓｈ　のポリプ
ロピレン製ジートンし、２７Ｘ２２Ｘ１０ｃｒ＋＋のボ
リプロヒ゛レン製の容器に移し、蓋をして密閉状態にて
、室温でゲル化させた。また、同量の原料を用い、同様
の操作（但しＮ、ガスのバブリングは行なわなかったン
のゾルも、同じ容器に移し同様にゲル化させた。

ゲル化後、共に、収縮が始まった時点で蓋を穴あきの乾
燥速度が調節できるものに取り替えた。これを乾燥根に
入れ、３０℃から昇温速度３℃／ｈｒにて６０℃まで温
度を上昇させ、以後６０℃に保持し、乾燥を行ない、は
ぼ５日間で、共に大きさが１　＆５Ｘ１４．５Ｘ０．６
ａｎの板状の白色乾燥ゲルを得た。これらの乾燥ゲルを
焼結炉に入れ、昇温速度１８０℃／ｈｒで、加熱焼結を
行ない１２３０℃にて大きさ１五〇×１０゜０×口４Ｌ
：ｒｎの透明な石英ガラスを得た。これらのガラスを光
学顕微鏡で観察したところ、Ｎ、ガスのバグリングを行
なったものには、はとんど気泡がなく、ごく小さい（１
μ脩以下ン気泡がわずかにある程度なのに対し、行なわ
なかったものは５０μ惧以上の大きな気泡から１０μ惧
以下の小さな気泡まで多数の気泡が観察された。また、
それぞれの諸物性分析の結果は、ビッカース硬度８００
”ｔ／ｍａ＋比重２．２゜赤外吸収スペクトル、近赤外
吸収スペクトル、および屈折率など、溶融石英ガラスと
一致し、ここで得た石英ガラス（Ｎｙガラスバブリング
したもの）は、非常に高品質な石英ガラスであることが
明らかになった。

このようにして、不発用により、製造される石英ガラス
は、従来の方法（溶融法）よりも、低コストでできる等
の大きな利点により、これまで石英ガラスを使用してい
た分野では、もちろんのこと、品質的にも良好な石英ガ
ラスが容易に製造できるために、光学的用途など、更に
その応用が、広範囲に広がってゆくものと考える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本方法によるシリカ含有ゾル調製工程のフロ
ーチャートである。 第２図は、Ｎｔガラスバブリングを行なうそれぞれの工
程における装置図である。 （α）は微粉末シリカ混合、攪拌の工程、（ｂンは超音
波分散の工程、（Ｃ）は遠心分散の工私以　上 出願人　株式会社諏訪精工舎 代理人　弁理士　最ト　玖

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルキルシリケートおよび微粉末シリカを主原料として
   用いるゾル−ゲル法において、微粉末シリカの分散工程
   中、分散溶液に窒素ガス等をバグリングすることを特徴
   とする石英ガラスの製造方法。