JPS6317225A - シリカガラスの製造法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は光学用、半導体工業用、電子工業用。

理化学用等に使用される高純度なシリカガラスの製造法
に関する。

（従来の技術） シリカガラスはその優れた耐熱性、耐食性、光学特性等
により光学機器、理化学機器等に用いられ、また半導体
製造に欠かせない重要な材料である。シリカガラスの新
たな製造法として最近注目をあびているのがゾル−ゲル
法である。ゾル−ゲル法によるシリカガラスの製造法の
例を説明すると次の通りである。

一般式Ｓｉ（ＯＲ）ｉ（但しＲはアルキル基を示す）で
示されるシリコンアルコキシド及び／又はその重縮合物
２例えば（ＲＯ）ａｓ　ｉ・（Ｏ８ｉ　（０Ｒ）２　）
　　・０８ｉ（ＯＲ）ｓ（ｎ＝０〜８の整数、Ｒはアル
キル基を示す）に水（アルカリまたは酸でｐＨを調整し
てもよい）を加えて加水分解し、シリカヒドロシル（以
下シリカゾルと呼ぶ）とする。この時、シリコンアルコ
キシドと水とが均一な系になる様に溶媒として適当なア
ルコールを加えてもよい。さらにシリカなどの微粒子な
どを加えてもよい。このシリカゾルを静置、昇温あるい
はゲル化剤添加などによりゲル化させる。その後ゲルを
蒸発乾燥することにより乾燥ゲルとする。この乾燥ゲル
を適当な雰囲気中で焼結することによりシリカガラスを
得る。

このゾル−ゲル法には以下の特長がある。

（１）　　８ｉＣ２＜などを原料として酸水素炎でガラ
ススートを堆積してい〈従来からのシリカガラス製造法
よりも低温で製造できるため、省エネルギーで低コスト
である。

（２）原料が液体であるため精製が容易であし。

高純度な製品が得られる。

（３）室温で液相混合ができるためｋｌｚｏｓ　＋　Ｚ
ｒＣ）ｚ＋Ｔｉ０ｚ　、　Ｂ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５、Ｎｂ２
Ｏ５などを均一にドープした７リカガラスが得られる。

これらの非常に有用な特長があるためにこれまでにも多
くの研究がなされてきた。

（発明が解決しようとする問題点） ゾル−ゲル法によるシリカガラスの製造にはまだ未解決
の問題が残されている。特にゲルを乾燥する過程でゲル
にクラックや割れが発生し易く。

モノリシックな大形の乾燥ゲルを歩留りよく製造するこ
とが困難である。これらの原因の一つにゲルを乾燥させ
る際に、シリコンアルコキッドの加水分解により生成し
たアルコール及び水の蒸発速度を制御するのが非常に難
しく１通常はゲルの入つた容器の蓋にピンホールをあけ
てアルコールや水の蒸発速度を制御する方法がとられて
いるが不十分である。

本発明はこの問題を解消するシリカガラスの製造法を提
供することを目的とする。

（問題点を解決するだめの手段） 発明者等は、シリコンアルコキシドの加水分解で生成す
るアルコールの蒸発速度が大きすぎて。

ゲルの乾燥収縮について行けずにクラックや割れの一因
になるものと考え、アルコール蒸気の蒸気圧を制御した
雰囲気下でゲルの乾燥を行えば、ゲルからのアルコール
及び水の蒸発速度を制御することができ、前記目的を達
成し得ることを見出し本発明を完成するに至った。

本発明は一般式Ｓｉ（ＯＲ）４（但しＲはアルキル基を
示す）で示されるシリコンアルコキシド及び／又はその
重縮合物を加水分解してシリカゾルとし９次いでゲル化
し乾燥及び焼結するシリカガラスの製造法において、前
記ゲルをアルコール蒸気雰囲気下で乾燥するシリカガラ
スの製造法に関する。

本発明において用いるシリコンアルコキシド及び／又は
その重縮合物のアルキル基はメチル基。

エチル基、プロピル基等のＣ数の小さいものが好ましい
。シリコンアルコキシドの重縮合物としては９例えば（
ＣＨｓＯ）３ｓｉ・（Ｏ８ｉ（ＯＣＨ３）冨）　・０３
ｉ（ＯＣＨｓ）ｓ　（ｎ　＝０〜８の整数）をあげるこ
とができる。加水分解のために加える水けあらかじめ酸
又はアルカリでｐＨを調整して診いてもよい。

シリカゾルを作成する際にシリコンアルコキシドと加水
分解用の水とを均一溶液とするために通常はアルコール
を加える。このアルコールは特に限定するものではなく
、一種又は複数でも使用が可能であり、用いるノリコン
アルコキシド及ヒ／又はその重縮合物の種類によって適
宜選ぶことかできる。他の手段で均一溶液とすることが
可能であ几ば溶媒としてのアルコールは加えなくてもよ
い。

シリコンアルコキシド及び／又はその重縮合物。

水及びアルコールは生成するシリカゾルをできるだけ均
一なものとするためにスターラー等を用いてよく混合す
る。生成したシリカゾルは手早く適当な容器に移してゲ
ル化させる。ゲル化時には生成したゲルからのアルコー
ルの蒸発を防ぐために容器を密封することが好ましく、
またゲル化時の温度は０℃以上が好ましい。ゲル化後は
、容器ごと適当なアルコール蒸気雰囲気中に移し、容器
を開口して乾燥を行なわせる。前記アルコール蒸気雰囲
気中での乾燥温斐は特に制限はないが室温以上であるこ
とが好ましい。用いるアルコールの種類はゲルを乾燥す
る際にクラックや割れの生じないような蒸気の雰囲気を
形成できるものであればよく、特に制限はなく、１種類
でも複数でも差支えない。アルコール蒸気雰囲気を形成
する容器は特に制限はないが例えば恒温器を用いる。

（作用） アルコールの種類及び乾燥の温度を変えることで、任意
のアルコール蒸気圧の環境を作り出すことが出来る。例
えばアルコールがエタノール５６．５ｍｏ１％及びイソ
プロパツール４３．５　ｍｏ１％　ノトキ２５°Ｃで全
蒸気圧は５　Ｚ５ｍｍＨｇとなる。しだがつてゲルをこ
のようにして作シ出した環境下に置くことで、ゲルから
のアルコールや水の蒸発速度を厳密に制御することが可
能となるので、乾燥ゲルとなる過程でのクランクや割れ
を防止できる。

（実施例） 本発明を実施例によシ説明する。

実施例１ シリコンテトラメトキシド（Ｓｉ（ＯＣＨｓ）４）　１
モルに対して、メタノール４．５モルを加えよく混合し
た。これにアンモニア水によりｐＨを１０．６に調整し
た水４モルを加え、室温で充分に混合しシリカゾルとし
た。これを直径１１００ａｒのポリエチレン製の容器に
深さ１０ｍ程度まで入れて密閉し。

室温でゲル化した。ゲル化（固化）した後、５０’ＣＶ
ｃａ節され、エタノールとイソプロパツール（モル比で
１＝１）で飽和された（全蒸気圧は５２、５　ｍｍＨｇ
　）雰囲気調整恒温器に移し、容器の蓋をとり除いた。

こうして、約１０日間乾燥し。

さらに空気中１２０℃で１日菟燥して直径６６−２厚さ
６．５Ｉ［１ｍの乾燥ゲルを得た。得られた乾燥ゲルの
かさ密度は約０．７　ｇ　／ａｍ”であり、クランクや
割れは全くなかった。

この乾燥ゲルを焼結炉に入れ、室温から昇温速度５０°
Ｃ／時で２５０℃まで加熱し、２５０℃で１時間保持し
た。さらに昇温速度５０°Ｃ／時で１１５０℃まで加熱
し、１１５０°Ｃで１時間保持したところ、孔のない直
径４５ａｍ＋＋厚さ４．４皿の透明なシリカガラスが得
られた。得られたシリカガラスには失透や気泡はなく、
また分析の結果。

市販のガラスとその特性が一致した。

実施例２ シリコンテトラメトキシドの重縮合物（ＣＨ３”）　５
Ｏ８ｉ・（Ｏ８ｉＣＨｓｈ）ｎ６０Ｓｉ　（ＣＨ３）３
　（ｎ　＝　３に中心をもつもの、平均分子量５７５　
）１モルに対してメタノール２モルを加え、これにアン
モニア水によりｐＨを１０．６に調整した水２モルを加
え室温で充分に混合し、シリカゾルとした。以下実施例
１と同様の操作で乾燥を行なった。得られた乾燥ゲルは
直径７４酎、厚さ７．１ａｍ＋＋かさ密度約０．８　ｇ
／ｃｍ″であった。次に実施例１と同様の加熱操作を行
ない２割れのない透明な直径５３−２厚さ５．１　ｍの
シリカガラスを得た。得られたシリカガラスには失透や
気泡はなく、また分析の結果、市販のガラスとその特性
が一致した。

（発明の効果） 本発明によれば、大形のシリカガラスをゾル−ゲル法に
よりクラックや割れを発生することなく。

容易に製造が可能となる。その大きさは基本的に制約が
なく、形状も板状の物だけでなく棒状や管状の物も製造
が可能となり、従来よりも安価に與造することができる
。

又２本発明によれば、これまでシリカガラスを使用して
いた分野はもちろんのこと、これまで高価格のため使用
されていなかった分野での需要の拡大も可能となる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、一般式Ｓｉ（ＯＲ）＿４（但しＲはアルキル基を示
   す）で示されるシリコンアルコキシド及び／又はその重
   縮合物を加水分解してシリカゾルとし、次いでゲル化し
   乾燥及び焼結するシリカガラスの製造法において、前記
   ゲルをアルコール蒸気雰囲気下で乾燥することを特徴と
   するシリカガラスの製造法。