JPS623035A - 多孔質石英ガラス母材の製造方法 - Google Patents

多孔質石英ガラス母材の製造方法

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JPS623035A
JPS623035A JP14019285A JP14019285A JPS623035A JP S623035 A JPS623035 A JP S623035A JP 14019285 A JP14019285 A JP 14019285A JP 14019285 A JP14019285 A JP 14019285A JP S623035 A JPS623035 A JP S623035A
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政昭 池村
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貞男 岡戸
Susumu Hachiuma
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    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、気相反応合成法による多孔質石英ガラスff
f 材の製造方法に関するものである。
[従来の技術] 従来より気相反応法による石英ガラスの合成は、珪素化
合物を酸水素炎中で加水分解して種棒上にシリカ微粒子
を堆積させて、これを焼成することによって行なわれて
いる。従来、このような多孔質石英ガラス母材を製造す
る場合、この反応を大気中で実施すると空気中の不純物
が石英ガラス母材中に混入するという不具合が生ずるた
め、通常は排気口を有するパイレックス製等の反応器内
に種棒を配置して、この種棒上にシリカ微粒子を吹付は
堆積させながら漸次種棒を引上げて多孔質石英ガラス母
材を成長させる方法が採用されてい条、この際、反応器
内の火炎が乱れると多孔質石英ガラス母材の形状が乱れ
てfI)材を安定して製造できなくなるため、従来より
この乱れをなくすための提案がいくつかなされている。
本発明者は、先にこの反応器内の前記の乱れを抑制する
ための改良された装置として、実願昭59−18732
号でば 多孔質石英ガラス母材と酸水素炎を囲、むよう
に反応器内に内筒を設置した二重構造の反応器を考案し
た。
また光フアイバー母材の製造などにおいては、特開昭5
7−81841号に見られるように反応器と排気設備の
間に内部に水を充填したバッファタンクを設置する方法
や、特開昭58−32345号では、排気口内に回転体
を設置する方法等が提案されている。
[発明の解決しようとする問題点] 石英ガラスを例えばフォトマスク用の基板材料として利
用する場合、石英ガラス素材の大きさはかなりのものが
要求され、このため、気相反応合成法による多孔質石英
ガラス母材としては径が28〜30cmで長さがIQO
c層以上のものが必要となってくるが、こういった大口
径の長尺母材を製造しようとする大型の反応器を用いて
長時間(24〜30Hrs)の運転を行なう必要がある
しかしながら、従来提案されてきた様な製造方法で上記
の大口径の長尺母材を製造しようとすると1反応器の内
壁に時間の経過と共に付着・成長したシリカ微粒子が合
成途中で落下し母材が破損したり、時間の経過と共に反
応器の火炎流の乱れが大きくなり、ついには安定した多
孔質石英ガラス母材の合成が出来なくなる等の問題点が
見出された。かかる問題点の発生原因の一つとしては、
大型のしかも長尺の反応器においては、ドラフト作用に
より反応器内に不均一なガス流が生じやすく、従来の様
な方法では、反応器の内壁に構造的に崩れやすい不均一
な厚みのスケールが付着・成長し、これが限界厚みに達
すると器内のちょっとした圧変動に耐えられなくなり脱
落してしまうものと考えられる。さらに前述した様な大
型の母材を製造するためには相当量、例えば四塩化珪素
換算で1.8〜2.5kg/Hrの珪素化合物を長時間
にわたって反応させていくことになるが、従来の方法で
は、この際配管内に逐次付着堆積していったシリカ微粒
子からなるスケールが短期的に脱落すること等によって
器内の圧力が大きく変動する原因になるものと思われる
本願発明は前記したかかる問題の発生を防止するもので
ある。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、大口径の長
尺母材を安定して製造する方法を提供するものであり、
その要旨は排気装置付排気口を有する反応器内に種棒を
配置し、珪素化合物を酸水素炎中で火炎加水分解して種
棒上にシリカ微粒子を堆積・成長させて大口径の長尺母
材を製造する方法において1反応器上部中央部に設けた
一定開度の2次空気導入口から空気を導入し、上下部複
数箇所に設けた排出口から反応ガスを排出することを特
徴とする多孔質石英ガラス母材の製造方法である。
本発明の多孔質石英ガラス母材の製造方法は、トリクロ
ロシラン、四塩化珪素、四臭化珪素等の珪素化合物を酸
水素炎中で加水分解して種棒上にシリカ微粒子を堆積さ
せて大口径で長尺な多孔質石英ガラス母材を形成させる
に際して、反応器上下複数箇所から反応生成ガスを排出
する一方、上部中央より内圧調整用の2次空気を導入し
てシリカ微粒子を含む火炎が母材外周面にそって上昇す
る流れを形成させながら、器内の温度を高めることによ
り珪素化合物の加水分解反応を促進させるようにした方
法である。
第1図は本発明を実施して多孔質石英ガラス母材を得る
ための装置の一例を示す説明図である。
本発明を図面によって説明すると、第1図においてポン
ベ1およびボンベ2から水素および酸素がマスフローコ
ントローラー5を通して多重管バーナ8に供給されて酸
水素炎を発生させる。この酸水素炎中に四塩化珪素、ト
リクロロシラン、四臭化珪素等の珪素化合物のガスが蒸
発器7を通して供給され、加水分解されて平均粒径0.
1〜0.2μl程度のシリカ微粒子が生成する。この加
水分解反応を珪素化合物が四塩化珪素の場合化学式で示
すと次の様になる。
゛拍C14、+  2H20→ 5i02  +  4
HCIそして、このシリカ微粒子がバイレックス製の反
応器lO中の石英からなる回転する種棒12に付着し、
順次成長1.て多孔質石英ガラス母材13が形成される
。この際に発生するf(CIを含む排ガスは排気口14
.15から排出され、調整器17を経由して除害塔18
に導かれ、ここで苛性ソーダ水18と向流接触し[+が
除去されたのち、ブロワ−20によって大気に放出され
る。
本発明の好ましい形態において、反応器10の構造は下
部の径が太くL部がやや絞った構造になっており、その
寸法はD2/D+=0.8〜0.9゜N2.、/)ll
=1.8〜2.0の範囲から選ばれ、バーナは反応器下
部から挿入されるようになっている。
上部排気口は[,2/ 02−0 、9〜1.1の位置
に、下部排気口はLl/DI= 0.75〜0,85の
位置にそれぞれ設けするのが好ましい、下部排気口14
の位置L+/D+が0.75以下になるとバーナから出
た火炎8の乱れが大きくなリシリカ微粒子の付着効率が
悪くなる。又Ll)Dlが0,85以上になると雰囲気
中の未反誌りカ微粒子の排気が不規則になり反応器底部
内壁へのスケ゛−ル生成量が多くなるゆ 一方、h vi!+排気口15の位置がに記範囲からは
ずれると反応器下部から上昇する気流と外部から導入さ
れる2次空気との排出バランスがくずれ反応器内の庄変
動が大きくなる。
排気口及び2次空気導入口の大きさはD/lh−0,1
8〜0,22、I13/ Ill+= Q、18〜0.
18の範囲から選定するのが好ましい、この様にすれば
、反応器に人出するガス量は終始バランスが保たれ、反
応開始時に調整器17を用いて排気条件を設定しておけ
ば合成終了時まで内部の雰囲気条件は、安定した状態で
保たれる。
この際調整器1?を通過する排ガス量はバーナ8に供給
するガス量の8〜15倍の範囲から選ばれる。′a常径
30cm程度の多孔質石英ガラス母材を製造するために
は5〜6Nm’/Hrの反応ガスを供給する必要があり
、従って毎時40〜LQQNs3のガスが調整器17に
排出され、モの排出ガスはバーナ8によって強fjL的
−に導入されるガス量と」二部開口部1Bに自然の流れ
によって導入されるガス量の和とほぼ等しくなる。排気
口14.15から排出したガスは調整器17で外部より
導入される空気により2〜3倍に希釈されて除害塔18
にはこばれる。
この様に反応器からの排出ガスを多量の空気で希釈する
ことによりガス中のダスト濃度が下がり排気管を閉塞さ
せることがなくなる。
本発明においては、反応器内の温度は350〜550℃
、好ましくは450〜500℃の範囲に保つ必要がある
。大口径母材を合成する場合、通常火炎の中心部温度を
1150〜1200℃(赤外線式温度計で測定)に高め
ることが好ましいが、反応器内の雰囲気温度が350℃
より低い温度でこの火炎温度を維持しようとすると多量
の水素ガスをバーナに供給する必要があり、この条件下
では合成に適した安定な火炎が得られなくなる。
また、550℃より高い温度では下部のバーナ挿入部を
シールする材料等が熱で劣化して不純物が多孔質石英ガ
ラス附材中に薊沫する危険性があるため好ましくない。
本発明の好ましい形態によれば、反応器10は、その外
周部を断熱材等で保温し、この保温材の厚みを1簡する
ことにより、上記の雰囲気温度が保たれる様にする。
本発明において、排気口の数は下部が1ケ所、上部は少
なくとも2ケ所に設けることが好ましい。
[実施例] 第1図に示す装置を使用し、径65謬腸の多重管バーナ
8にN2をキャリアガスとした5iC14を1800g
/Hrの割合で供給し、総量でN2−2.4m’/Hr
、N2=1.0m3/)lr、02*2.8m3/Hr
の割合になるようにN2ガス、NZガス、Ozガスを供
給して火炎加水分解反応を行わせシリカ微粒子を生成さ
せてこれを回転する出発部材である種棒の先端に堆積・
成長させた。この反応中、排気口14.15から排気さ
れる排ガスの総量が701/Hrになるように調圧器1
7を設定した。また、この反応に先立ち1反応器の外周
を約5IllI厚みの断熱材!、!(ファインフレック
ス:ニチアス社製)を用いて保温した。
約24時間かけて径29cmで長さ1.2mの形状の整
った多孔質石英ガラス母材が形成され、この際の平均付
着歩留は81.5%であった0合成開始から終了するま
での間1反応器内の前記母材底部近傍に圧力センサーを
挿入し、内部の圧力を測定した結果、圧力は−1,2〜
−1,5mmAqの変動範囲で極めて安定していた。ま
た合成終了後反応器内壁に付着したスケールをかき落し
その量を測定したところ、全量で約180gr程度であ
り、スケールの厚みも均一であった。
本発明を実施しない従来の方法によった場合、反応器内
の圧力は−3,0〜+0.01m鳳Aq程度に変動し、
前記本発明の方法による場合に比べて大きい。
[発明の効果] 以上説明した様に本発明によれば、反応器上部中央から
反応器内の圧力を調整する2次空気を要因し、反応器上
下方向の複数箇所から器内のガスを抜き去る様にしたの
で1反応器内で多孔質石英ガラス母材の外周面にそって
上昇する整流されたシリカ微粒子を含む火炎流が形成さ
れ、生成されたシリカ微粒子は効率良く多孔質石英ガラ
ス母材面に付着堆積する。また、圧力調整用の2次空気
を反応器上部より導入し、これを近接する排出口より抜
き去るようにしているので、反応器上方から下方に向っ
て流れる気流の形成が防止でき1反応器内の圧力変動が
極めて小さくなる。さらにまた反応器内の気流の乱れが
ないので内壁へのシリカ微粒子の付着が著しく低減され
合成時にスケールが落下して反応器内の圧力が大きく変
動するという問題が発生しにくい、また、反応器内の反
応温度を350〜550℃と高めているので5il14
等珪素化合物の加水分解反応が促進され高収率で大口径
な多孔質石英ガラス母材が得られる。さらに、反応器か
ら排出されるガスを多量のガスで希釈しているので排気
ダクト内にスケールが付着し、閉塞する等の欠−−i<
発生しにくい。
特に本発明はフォトマスク用等の大口径多孔質石英ガラ
ス母材を製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施している多孔質石英ガラス母材を
得るための装置の−・例を示す説明図である。 1・・・・水素ボンベ、  2・・・・酸素ボンベ、3
・・・・窒素ボンベ、4・・・・四塩化珪素タンク、5
・・・・マスフローコントローラー、7・・・・蒸発器
、8・・・・多玉管バーナ、9・・・・シリカを含む火
炎、 12・・・・種棒、13・・・・多孔質石英ガラ
ス母材、14・・・・下部排気口、15・・・・上部排
気口。 16・・・・上部間口部、17・・・・調圧器、18・
・・・除害塔、 19・・・・NaOH水、20・・・
・ブロワー−Lニーニーニー1;

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)排気装置付排気口を有する反応器内に種棒を配置
    し、珪素化合物を酸水素炎中で火炎加水分解して種棒上
    にシリカ微粒子を堆積・成長させて大口径の長尺母材を
    製造する方法において、反応器上部中央部に設けた一定
    開度の2次空気導入口から空気を導入し、上下部複数箇
    所に設けた排出口から反応ガスを排出することを特徴と
    する多孔質石英ガラス母材の製造方法
  2. (2)反応器内の雰囲気温度を350〜550℃に保つ
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の多孔質石
    英ガラス母材の製造方法。
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