KR100549423B1 - Manufacturing method of silica glass for sol-gel process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 졸-겔 공정용 실리카 글래스의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 실리콘 알콕사이드(Si(OR)4)(여기에서, R은 탄소수 1 내지 8의 알킬기임)를 가수분해하여 얻어진 겔 분말과 실리카 입자를 출발물질로서 이용한 것이다. 본 발명에 따르면, 습윤겔의 기공도를 제어하기가 보다 용이해진다. 이와 같이 습윤겔의 기공도를 소정범위내로 조절하면, 통상적인 경우에 비하여 건조후 균열 발생을 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 수축후 수축율도 개선된다. 또한 실리카 입자만을 사용하여 제조한 경우에 비하여 겔의 소결온도가 50℃ 이상 낮아진다.The present invention provides a method for producing silica glass for a sol-gel process. The production method is a gel powder and silica particles obtained by hydrolysis of silicon alkoxide (Si (OR) 4 ), wherein R is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms as a starting material. According to the present invention, it becomes easier to control the porosity of the wet gel. As such, when the porosity of the wet gel is adjusted within a predetermined range, not only the crack generation after drying can be effectively suppressed, but also the post-shrinkage shrinkage rate is improved as compared with the usual case. In addition, the sintering temperature of the gel is lowered by more than 50 ℃ compared to the case using only the silica particles.

Description

졸-겔 공정용 실리카 글래스의 제조방법{Manufacturing method of silica glass for sol-gel process}Manufacturing method of silica glass for sol-gel process

본 발명은 졸-겔 공정용 실리카 글래스의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 습윤 겔의 기공도를 용이하게 조절할 수 있어서 건조후 균열 발생과 소결후 수축율을 감소킬 수 있는 실리카 글래스의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing silica glass for sol-gel process, and more particularly, to a method for preparing silica glass that can easily control the porosity of the wet gel to reduce cracking after drying and shrinkage after sintering. It is about.

실리카 글래스는 일반적으로 투명하고 화학적으로 불활성이면서 열적 안정성, 강도 등의 특성이 우수하고, 열팽창률이 낮은 편이다. 이러한 우수한 특성으로 인하여 실리카 글래스는 광섬유 모재로 유용하게 사용된다.Silica glass is generally transparent, chemically inert, has excellent thermal stability, strength, and the like, and has a low coefficient of thermal expansion. Due to these excellent properties, silica glass is usefully used as an optical fiber base material.

광섬유는 기본적으로 내부의 코어(core)와, 코어에서 빛의 전반사가 이루어지도록 굴절율을 달리한 클래딩(cladding)으로 구성된다. 이러한 광섬유를 제조하기 위해서는, 먼저 코어 로드(core rod)와 이를 에워싸고 있는 오버클래딩 튜브(overcladding tube)로 구성된 광섬유 모재(optical fiber preform)를 제조한다. 그리고 나서, 이 전구체를 열처리한 다음, 연신하여 광섬유를 제조하게 된다.The optical fiber basically consists of an inner core and cladding with different refractive indices to allow total reflection of light in the core. In order to manufacture such an optical fiber, first, an optical fiber preform composed of a core rod and an overcladding tube surrounding the core rod is manufactured. The precursor is then heat treated and then stretched to produce the optical fiber.

실리카 글래스는 출발물질로서 실리콘 알콕사이드 또는 퓸 실리카를 이용하여 제조가능하다. Silica glass can be prepared using silicon alkoxide or fume silica as starting material.

먼저 실리콘 알콕사이드를 이용하여 실리카 글래스를 제조하는 과정에 대하여 살펴보면, 실리콘 알콕사이드에 알콜, 물 등과 같은 용매를 부가하여 가수분해반응을 실시한다. 이어서, 실리콘 알콕사이드의 가수분해 반응 결과물을 성형몰드에 주입하여 몰딩을 실시하여 겔을 형성한다. 이 때 상기 겔의 구조는 실리콘 알콕사이드의 가수분해반응에서의 실리콘 알콕사이드, 물, 용매 등의 상대적인 함량비이나 또는 실리콘 알콕사이드 가수분해 조성물의 pH에 따라 달라진다.First, a process of preparing silica glass using silicon alkoxide is performed by adding a solvent such as alcohol or water to the silicon alkoxide to perform a hydrolysis reaction. Subsequently, the result of the hydrolysis reaction of the silicon alkoxide is injected into a molding mold to perform molding to form a gel. At this time, the structure of the gel depends on the relative content ratio of silicon alkoxide, water, solvent, etc. in the hydrolysis reaction of silicon alkoxide or pH of the silicon alkoxide hydrolysis composition.

이후, 얻어진 겔을 소정시간동안 건조한 다음, 약 700℃ 이상의 온도에서 열처리함으로써 실리카 글래스 튜브가 얻어진다.Thereafter, the obtained gel is dried for a predetermined time, and then heat treated at a temperature of about 700 ° C. or higher to obtain a silica glass tube.

그런데, 상술한 방법에 따라 실리콘 알콕사이드로부터 형성된 겔은 건조시 작은 기공으로 인하여 매우 큰 응력을 받기 때문에 건조후의 수축율이 상당히 크다는 문제점이 있다. 따라서 건조사에 건조되는 정도를 조절하기 위하여 상대적으로 낮은 온도와 높은 습도를 유지하는 완화된 건조 조건을 이용하는 방법, 몰드 뚜껑에 상대적으로 작은 구멍을 이용하여 건조 정도를 조절하는 방법 등을 이용함으로써 건조동안의 크랙 발생을 방지하고 수율을 높이게 된다. However, the gel formed from the silicon alkoxide according to the above-described method has a problem that the shrinkage rate after drying is very large because it is subjected to very large stress due to small pores during drying. Therefore, in order to control the degree of drying in the drying yarn, drying is performed by using relaxed drying conditions that maintain relatively low temperature and high humidity, and controlling the drying degree by using a small hole in the mold lid. Prevents cracking during the process and improves yield.

그러나, 이러한 방법은 건조 완료시까지 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 높은 수축율 때문에 장대형으로 제조하는데 한계가 있다.However, this method not only takes considerable time to complete drying, but also has a limitation in producing a large-sized due to high shrinkage.

한편, 퓸 실리카를 이용하여 실리카 글래스를 제조하는 방법으로는 화학기상증착법 또는 졸-겔 공정이 널리 사용되고 있다. 그중에서도 화학기상증착법은 기상반응에 의하여 고체인 실리카 글래스를 제조하기 때문에 생산성이 낮고, 제조온도가 약 1800℃에 이르는 고온 공정일 뿐만 아니라 고가의 제조장비를 사용해야 하므 로 제조비용이 상승되는 문제점이 있다.Meanwhile, chemical vapor deposition or a sol-gel process is widely used as a method for producing silica glass using fume silica. Among them, the chemical vapor deposition method has a problem in that the production cost increases because the production of solid silica glass by the gas phase reaction is low, and the manufacturing temperature is not only high temperature process up to about 1800 ° C., but also expensive equipment is used. .

반면, 졸-겔(sol-gel)공정은 액상공정으로서 생산성이 높고 제품의 조성을 자유롭게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 공정이 전반적으로 저온에서 이루어지므로 경제성이 매우 높은 방법이다. 그리고 출발물질에서부터 고순도의 물질을 사용함으로써 반도체용포토마스크, 고순도의 실리카글래스 등의 제조시 매우 유용한 방법이다.On the other hand, the sol-gel (sol-gel) process is a liquid phase process is not only highly productive and freely control the composition of the product, but also the process is very economical because the process is made at a low temperature as a whole. In addition, by using a high purity material from the starting material, it is a very useful method for manufacturing a semiconductor photomask, high purity silica glass, and the like.

졸-겔 공정을 이용하여 실리카 글래스된 오버클래딩 튜브를 제조하는 방법을 살펴보면, 다음과 같다.Looking at the method for producing a silica glass over cladding tube using a sol-gel process as follows.

먼저, 퓸 실리카와, 분산제, 가소제 등과 같은 첨가제를 탈이온수에 분산하여 졸을 형성한다. 형성된 졸을 소정시간동안 방치하여 숙성시킨다. First, fume silica and additives such as a dispersant, a plasticizer, and the like are dispersed in deionized water to form a sol. The sol formed is left to mature for a predetermined time.

이어서, 숙성된 졸에 겔화제를 부가한 다음, 이를 몰드에 부어 겔화시킨다. 겔화가 완결되면, 몰드로부터 겔을 분리해낸 다음, 건조시킨다.The gelling agent is then added to the aged sol, which is then poured into a mold to gel. Once gelling is complete, the gel is separated from the mold and then dried.

그 후, 건조된 겔을 1차 열처리하여 겔내의 유기물을 제거한다. 이어서, 유기물이 제거된 겔에 대해 수산기 제거 반응과 소결 반응을 실시하여 실리카 글래스를 완성한다.Thereafter, the dried gel is first heat treated to remove organic matter in the gel. Subsequently, a hydroxyl group removal reaction and a sintering reaction are performed with respect to the gel from which the organic material was removed, and silica glass is completed.

상술한 방법에 따라 퓸 실리카로부터 형성된 겔은 실리콘 알콕사이드를 이용한 경우에 비하여 건조후의 겔의 수축율이 작다는 장점이 있는 반면, 소결온도가 보다 높고, 건조후 겔에 크랙이 여전히 발생된다.The gel formed from the fume silica according to the above-described method has the advantage that the shrinkage of the gel after drying is smaller than that of the silicon alkoxide, while the sintering temperature is higher and cracks still occur in the gel after drying.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 출발물질로서 퓸 실리카와 실리콘 알콕사이드를 함께 사용하여 실리카 글래스를 제조하는 방법이 제안되었다. 이 방법은 먼 저, 실리콘 알콕사이드를 가수분해하여 겔화한 다음, 블랜더와 같은 분쇄기를 사용하여 분쇄하고 여기에 퓸 실리카를 혼합하고, 이를 겔화, 건조 및 열처리함으로써 실리카 글래스를 제조하는 방법이다.In order to solve this problem, a method of preparing silica glass using fume silica and silicon alkoxide as a starting material has been proposed. This method is a method of producing silica glass by first hydrolyzing and gelling silicon alkoxide, then pulverizing using a grinder such as a blender, mixing fume silica thereto, and gelling, drying and heat-treating it.

그런데, 이 방법에 따르면 습윤겔의 강도가 향상되어 후속공정에서의 취급이 용이하다는 장점이 있지만 습윤겔의 기공도 조절이 용이하지 않다. 습윤겔의 기공도는 일반적으로 건조과정후의 균열 발생과 소결과정후의 수축율과 매우 밀접한 관련이 있다. 따라서 습윤겔의 기공도를 소정범위내로 제어하는 것이 바람직하다. 만약 습윤겔의 기공도가 지나치게 크면, 소결과정후 수축율이 지나치게 커서 바람직하지 못하고, 습윤겔의 기공도가 지나치게 작으면, 건조과정에서 물이 빠져나갈 통로가 제대로 확보되지 않아서 겔이 과다한 응력을 받게 됨으로써 균열이 발생될 가능성이 높아진다.However, this method has the advantage that the strength of the wet gel is improved to facilitate handling in subsequent processes, but the porosity of the wet gel is not easy to control. The porosity of the wet gel is generally closely related to cracking after drying and shrinkage after sintering. Therefore, it is desirable to control the porosity of the wet gel within a predetermined range. If the porosity of the wet gel is too large, the shrinkage ratio after the sintering process is excessively undesirable, and if the porosity of the wet gel is too small, a passage for water to escape during the drying process is not properly secured and the gel is subjected to excessive stress. This increases the possibility of cracking.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하여 습윤겔의 기공도를 소정범위내로 조절됨으로써 건조후 균열 발생이 억제됨과 동시에 소결후 수축율이 감소된 졸-겔 공정용 실리카 글래스의 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to solve the problems described above to adjust the porosity of the wet gel within a predetermined range to suppress the occurrence of cracks after drying and at the same time to reduce the shrinkage after sintering manufacturing of silica glass for sol-gel process To provide a way.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, (a) 실리콘 알콕사이드 (Si(OR)4)(여기에서, R은 탄소수 1 내지 8의 알킬기임)를 가수분해하여 겔을 형성하 는 단계; (b) 상기 겔에 실리카 입자, 분산제 및 탈이온수를 혼합하여 졸을 형성하는 단계; (c) 상기 졸에 겔화제를 부가하고, 이를 성형 몰드에 주입하여 겔화시킨 다음, 디몰딩하는 단계; (d) 디몰딩된 결과물을 건조시키는 단계; 및 (e) 건조된 겔을 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 졸-겔 공정용 실리카 글래스의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, in the present invention, (a) forming a gel by hydrolyzing a silicon alkoxide (Si (OR) 4 ), wherein R is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms; (b) mixing the gel with silica particles, a dispersant and deionized water to form a sol; (c) adding a gelling agent to the sol, injecting it into a molding mold to gel, and then demoulding; (d) drying the demolded product; And (e) heat-treating the dried gel; provides a method for producing a silica glass for sol-gel process comprising a.

상기 (a) 단계로부터 형성된 겔 상태의 실리콘 알콕사이드의 가수분해물의 함량은 실리카 입자의 중량을 기준으로 하여 50 중량% 미만인 것이 바람직하다. 여기에서 실리콘 알콕사이드의 가수분해물의 함량이 상기 범위를 벗어하는 경우에는 습윤겔의 기공도 특성을 향상시키는 효과나 또는 겔의 소결온도 저하시키는 효과가 미미하므로 바람직하지 못하다.The content of the hydrolyzate of the silicon alkoxide in the gel state formed from the step (a) is preferably less than 50% by weight based on the weight of the silica particles. When the content of the hydrolyzate of the silicon alkoxide is outside the above range, the effect of improving the porosity characteristics of the wet gel or the effect of lowering the sintering temperature of the gel is not preferable.

상기 (e) 단계에 있어서, 겔의 유리화는 헬륨 가스 분위기하, 1350℃ 이하, 특히 1250 내지 1350℃에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 온도에서 겔의 유리화가 이루어지면 겔의 결정화 가능성이 줄어들게 되어 실리카 글래스의 물성이 개선된다.In the step (e), the vitrification of the gel is preferably performed at 1350 ° C. or lower, especially 1250 to 1350 ° C., under a helium gas atmosphere. The vitrification of the gel at such a temperature reduces the possibility of crystallization of the gel, thereby improving the physical properties of the silica glass.

이하, 본 발명에 따른 실리카 글래스를 제조하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the silica glass according to the present invention will be described.

먼저, 실리콘 알콕사이드(Si(OR)4)(여기에서, R은 탄소수 1 내지 8의 알킬기임)에 물을 부가한 다음, 산촉매하에서 가수분해시킨다. 이러한 가수분해로 네트워크 구조를 갖는 겔이 형성된다. 여기에서 실리콘 알콕사이드로는 테트라에틸오르토 실리케이트 또는 테트라메틸오르토실리케이트를 사용하는 것이 바람직하며, 산은 특별히 한정되지는 않으나, 염산 또는 황산 용액을 이용한다.First, water is added to the silicon alkoxide (Si (OR) 4 ), where R is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and then hydrolyzed under an acid catalyst. This hydrolysis results in the formation of a gel with a network structure. Here, it is preferable to use tetraethylortho silicate or tetramethylorthosilicate as the silicon alkoxide, and the acid is not particularly limited, but a hydrochloric acid or sulfuric acid solution is used.

형성된 겔을 증류수를 이용하여 수차례 세척하는데, 세척액이 중성이 될 때까지 물을 이용한 세척과정을 반복하는 것이 바람직하다. 물로 세척된 겔에 퓸 실리카, 탈이온수 및 분산제를 혼합하고, 이 혼합물을 분쇄하여 졸을 형성한다. 여기에서 분산제는 특별히 제한되지는 않으나, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드를 사용하는 것이 바람직하며, 그 함량은 실리카 글래스 제조시 통상적으로 사용하는 수준이다.The gel formed is washed several times with distilled water, and it is preferable to repeat the washing process with water until the washing solution is neutral. The gel washed with water is mixed with fume silica, deionized water and a dispersant, and the mixture is ground to form a sol. Although the dispersant is not particularly limited, it is preferable to use tetramethylammonium hydroxide, the content of which is the level commonly used in the production of silica glass.

상기 졸에 겔화제를 투입한 다음, 이를 성형몰드에 주입하여 겔화시킨다. 여기에서 겔화제로는 락트산 에틸, 락트산 메틸 등을 사용하며, 그 함량은 분산제와 마찬가지로 실리카 글래스 제조시 통상적으로 사용하는 수준을 사용한다.The gelling agent is added to the sol and then injected into a molding mold and gelled. As the gelling agent, ethyl lactate, methyl lactate, and the like are used, and the content thereof is the same as that used in the manufacture of silica glass as the dispersant.

겔화가 완결되면, 성형몰드로부터 습윤겔을 분리해낸 다음, 이를 20∼40℃, 상대습도 70∼90%의 항온항습기에서 1주일동안 방치함으로써 건조시킨다. When gelation is complete, the wet gel is separated from the molding mold and dried by standing in a constant temperature and humidity chamber at 20 to 40 ° C. and a relative humidity of 70 to 90% for one week.

다음은 상기 건조된 겔을 저온열처리한다. 이 저온열처리과정에 대하여 상세히 살펴보면, 건조된 겔을 헬륨 가스 분위기, 상온∼120℃에서 유지시켜 겔내에 잔존하는 수분을 제거한다. 그리고 나서, 공기 분위기, 100∼600℃에서 열처리하여 건조겔내에 남아있는 유기물을 제거한다. 유기물이 제거된 겔을 염소 가스 분위기, 600∼900℃에서 열처리한 다음, 상온으로 냉각시켜서 겔내에 존재하는 미량의 금속 불순물과 겔의 표면에 화학적으로 결합된 수산화기를 제거한다.Next, the dried gel is subjected to low temperature heat treatment. Looking at this low temperature heat treatment process in detail, the dried gel is maintained in a helium gas atmosphere, room temperature ~ 120 ℃ to remove the moisture remaining in the gel. Then, heat treatment is performed at 100 to 600 ° C. in an air atmosphere to remove organic matter remaining in the dried gel. The gel from which the organic matter is removed is heat-treated in a chlorine gas atmosphere at 600 to 900 ° C., and then cooled to room temperature to remove trace metal impurities present in the gel and hydroxyl groups chemically bonded to the surface of the gel.

마지막으로 저온 열처리된 겔을 유리화시키는 소결단계를 진행한다. 이 소결 단계는 상기 저온 열처리 단계가 실시된 반응로와는 다른 반응로에서 실시하는 것이 바람직하다. 그리고 이 소결단계에서는, 헬륨 가스 분위기, 1100∼1350℃에서 열처리함으로써 균열이 없고 고순도인 실리카 글래스 오버클래딩 튜브를 제조한다. Finally, a sintering step of vitrifying the low temperature heat-treated gel is performed. This sintering step is preferably carried out in a reactor different from the reactor in which the low temperature heat treatment step is performed. In this sintering step, heat treatment is performed in a helium gas atmosphere at 1100 to 1350 ° C. to produce a silica glass overcladding tube with no cracks and high purity.

본 발명에서는 헬륨 가스 분위기하의 겔의 유리화과정에 있어서, 소결온도가 퓸 실리카만을 이용하여 졸-겔 공정에 따라 실리카 글래스를 제조하는 경우(약 1500℃)에 비하여 낮아지기 때문에 겔의 유리화가 보다 원활하게 이루어지게 된다. 겔의 유리화를 위한 소결온도가 높아질수록 겔의 유리화이외에 결정화가 일어날 가능성이 높아지게 됨으로써 최종적으로 얻어진 실리카 글래스의 순도가 떨어지는 것이 통상적이다.In the present invention, in the vitrification process of the gel under helium gas atmosphere, the vitrification of the gel is more smoothly because the sintering temperature is lower than that of manufacturing silica glass by the sol-gel process using only fume silica (about 1500 ° C). Will be done. It is common that the higher the sintering temperature for vitrification of the gel, the higher the possibility of crystallization in addition to vitrification of the gel, thereby lowering the purity of the finally obtained silica glass.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제조공정에서는 퓸 실리카만을 이용하여 졸-겔 공정에 따라 실리카 글래스를 제조하는 경우에 비하여 유리화를 위한 소결온도를 50℃ 이상 낮추게 됨에 따라 이러한 문제점을 미연에 방지한 것이다. As described above, in the manufacturing process of the present invention, the sintering temperature for vitrification is lowered by 50 ° C. or more as compared to the case of manufacturing silica glass by the sol-gel process using only fume silica. .

또한, 상술한 바와 같은 방법에 따르면, 습윤겔의 기공도 조절이 용이하다. 습윤겔의 기공도는 건조 조건에 따라 달라지는데, 습윤겔의 기공도가 지나치게 작아지면 건조후 수축율이 작아져서 바람직하지만, 건조과정에서 응력을 지나치게 받아서 건조과정후 균열이 발생된다. 따라서, 건조후 수축율과 건조후 균열 발생을 최소한시킬 수 있도록 습윤겔의 기공도를 바람직한 범위로 조절하는 것이 필요하다. 본원 발명에서는 이러한 점을 감안하여 1차 입자를 고온(약 900℃)에서 열처리하여 사용함으로써 건조시 작은 기공 때문에 발생되는 균열을 극복하기 위하여 많은 시도를 실시하였다. 그러나, 이러한 방법은 1차 입자를 이용하여 분산, 건조 또 는 겔호와 건조, 열처리, 분쇄를 통한 2차 입자의 생성이란 복잡하고 긴 공정을 필요로 하게 된다. 본원발명에서는 이러한 문제점을 간단한 공정으로 대체하여 동일한 효과는 물론 부가적인 효과를 가진다.In addition, according to the method as described above, it is easy to adjust the porosity of the wet gel. The porosity of the wet gel varies depending on the drying conditions. If the porosity of the wet gel is too small, the shrinkage ratio after drying is preferable, but the stress is excessively stressed in the drying process, and cracking occurs after the drying process. Therefore, it is necessary to control the porosity of the wet gel in a desirable range so as to minimize shrinkage after drying and cracking after drying. In the present invention, many attempts have been made to overcome cracks caused by small pores during drying by using the primary particles by heat treatment at a high temperature (about 900 ° C.). However, this method requires a complicated and long process of dispersing, drying or gelling the primary particles and generating secondary particles through drying, heat treatment and grinding. In the present invention, this problem is replaced by a simple process and has the same effect as well as additional effects.

본 발명의 실리카 글래스 제조방법은 실리카 글래스 오버클래딩 튜브의 규격에 상관없이 모두 유용하게 적용할 수 있는 방법이다. 특히 내경 약 20mm, 외경 약 60mm, 길이 약 300mm의 크기를 갖는 장대형 실리카 글래스 튜브 제조시 매우 유용한 방법이다.The silica glass manufacturing method of the present invention is a method that can be usefully applied regardless of the specifications of the silica glass overcladding tube. In particular, it is a very useful method for producing a large silica glass tube having an inner diameter of about 20 mm, an outer diameter of about 60 mm, and a length of about 300 mm.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited only to the following Examples.

실시예 1Example 1

테트라에틸오르토실리케이트 200g에 0.1M-HCl 용액을 부가하여 60분동안 교반하여 겔을 형성하였다. 0.1 M-HCl solution was added to 200 g of tetraethylorthosilicate and stirred for 60 minutes to form a gel.

상기 겔을 증류수를 이용하여 여러번 세척하였다. 이러한 세척과정은 세척액이 중성이 될 때까지 반복적으로 실시하였다.The gel was washed several times with distilled water. This washing process was repeated until the wash solution was neutral.

물로 세척된 겔 900g에 실리카 분말(Aerosil OX-50, Degussa) 820g, 탈이온수 1500g 및 암모늄 하이드록사이드 120g을 부가하여 혼합한 다음, 이를 분쇄하여 졸을 형성하였다.To 900 g of water-washed gel, 820 g of silica powder (Aerosil OX-50, Degussa), 1500 g of deionized water, and 120 g of ammonium hydroxide were added and mixed, which was then ground to form a sol.

이어서, 상기 혼합물에 락트산 에틸 50g을 부가한 다음, 이를 성형몰드에 주입하여 몰딩을 실시하여 겔화시켰다.Subsequently, 50 g of ethyl lactate was added to the mixture, which was then injected into a molding mold, followed by molding to gelate.

겔화가 완결되면, 성형몰드로부터 습윤 겔을 분리하여 25℃, 상대습도 80%로 조절된 항온항습기에서 48시간동안 건조하였다. When gelation was completed, the wet gel was separated from the molding mold and dried for 48 hours in a thermo-hygrostat controlled at 25 ° C. and a relative humidity of 80%.

그리고 나서, 건조된 겔을 50℃/h의 승온속도로 500℃까지 승온시키고, 이 온도에서 5시간동안 열처리하여 건조겔내의 유기물을 제거하였다. 유기물이 제거된 겔을 100℃/hr로 900℃까지 승온시키고 이 온도에서 5시간동안 유지하여 유리화를 진행하였다. 이 때 상기 유리화 과정은 염소 가스 분위기하에서 실시하여 수산화기를 제거하였다.Then, the dried gel was heated to 500 ° C. at a temperature increase rate of 50 ° C./h, and heat-treated at this temperature for 5 hours to remove organic matter in the dried gel. The gel from which the organic matter was removed was heated to 900 ° C. at 100 ° C./hr, and maintained at this temperature for 5 hours for vitrification. At this time, the vitrification process was carried out in a chlorine gas atmosphere to remove the hydroxyl group.

마지막으로 헬륨 가스 분위기하에서 100℃/hr의 승온속도로 1350℃까지 승온하고 이 온도에서 1시간동안 소결함으로써 실리카 글래스 튜브를 제조하였다. 이 때 실리카 글래스 튜브의 내경은 20mm, 외경은 60mm, 길이 350mm이었다.Finally, the silica glass tube was manufactured by heating up to 1350 degreeC by the temperature increase rate of 100 degreeC / hr in helium gas atmosphere, and sintering at this temperature for 1 hour. At this time, the inner diameter of the silica glass tube was 20 mm, the outer diameter was 60 mm, and the length 350 mm.

실시예 2Example 2

테르라에틸 오르토 실리케이트 대신 테트라메틸 오르토실리케이트를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 실리카 글래스 튜브를 제조하였다.Silica glass tubes were prepared in the same manner as in Example 1, except that tetramethyl orthosilicate was used instead of teraethyl ortho silicate.

비교예 1Comparative Example 1

실리카 분말 7500g, 탈이온수 7063g 및 25% TMAH 수용액 795g의 혼합물을 5분동안 혼합한 다음, 여기에 폴리에틸옥사졸린 23g을 부가하였다.A mixture of 7500 g of silica powder, 7063 g of deionized water and 795 g of 25% TMAH aqueous solution was mixed for 5 minutes, and then 23 g of polyethyloxazoline was added thereto.

이어서, 상기 혼합물에 글리세린 113g을 부가한 다음 고전단믹서(20,000rpm)에서 30분동안 균일하게 혼합하였다. 그 후, 상기 혼합물을 20℃에서 20시간동안 숙성하였다.Then, 113 g of glycerin was added to the mixture, followed by uniform mixing for 30 minutes in a high shear mixer (20,000 rpm). The mixture was then aged at 20 ° C. for 20 hours.

숙성이 완결된 졸에 락트산 에틸 337g을 혼합하여 3분동안 혼합하였다. 이어 서, 졸을 성형몰드에 주입하여 겔화시켰다.337 g of ethyl lactate was mixed into the sol where the ripening was completed and mixed for 3 minutes. The sol was then injected into a molding mold and gelled.

겔화가 완결되면 2시간동안 겔을 숙성시켰다. 그리고 나서, 성형몰드로부터 습윤겔을 꺼낸 다음, 온도 25 ℃, 상대습도 80%로 조절된 항온항습기에서 20일동안 건조하였다.After gelation was complete, the gel was aged for 2 hours. Then, the wet gel was removed from the molding mold, and then dried in a thermo-hygrostat adjusted to a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 80% for 20 days.

그 후, 상기 과정에 따라 건조된 겔을 130℃에서 2∼3일동안 건조하였다.Then, the gel dried according to the above procedure was dried for 2 to 3 days at 130 ℃.

이어서, 50℃/hr의 승온속도로 500℃까지 승온시키고 이 온도에서 5시간동안 열처리하였다. 유기물이 제거된 겔을 100℃/hr로 1000℃까지 승온시키고 이 온도에서 5시간동안 유지하여 유리화를 진행하였다. 이 때 상기 유리화 과정은 염소 가스 분위기하에서 실시하여 수산화기를 제거하였다.Subsequently, it heated up to 500 degreeC at the temperature increase rate of 50 degreeC / hr, and heat-processed at this temperature for 5 hours. The gel from which the organic material was removed was heated to 1000 ° C. at 100 ° C./hr, and maintained at this temperature for 5 hours for vitrification. At this time, the vitrification process was carried out in a chlorine gas atmosphere to remove the hydroxyl group.

마지막으로 상기 열처리반응이 실시된 반응로와 동일한 반응로에서, 헬륨 가스 분위기하에서 100℃/hr의 승온속도로 1500℃까지 승온하고 이 온도에서 1시간동안 소결함으로써 실리카 글래스 튜브를 제조하였다. 이 때 실리카 글래스 튜브의 내경은 20mm, 외경은 60mm, 길이 400mm이며, 수축율은 건조 겔 대비 약 27%이었다.Finally, in the same reactor as the reactor in which the heat treatment reaction was carried out, a silica glass tube was manufactured by heating up to 1500 ° C. at a heating rate of 100 ° C./hr under a helium gas atmosphere and sintering at this temperature for 1 hour. At this time, the inner diameter of the silica glass tube was 20mm, the outer diameter is 60mm, length 400mm, the shrinkage was about 27% compared to the dry gel.

비교예 2Comparative Example 2

블랜딩 장치를 이용하여 실리카 분말(Aerosil OX-50, Degussa) 1500g와 탈이온수 1500g를 충분히 혼합하여 졸을 형성하였다.Using a blending apparatus, 1500 g of silica powder (Aerosil OX-50, Degussa) and 1500 g of deionized water were sufficiently mixed to form a sol.

이와 별도로, 테트라에틸오르토실리케이트 57g에 0.1M-HCl 용액과 물 18g을 부가한 다음 교반하였다. 이를 상기 졸에 부가한 다음 균일하게 혼합하였다. Separately, 0.1 g of 0.1 M-HCl and 18 g of water were added to 57 g of tetraethylorthosilicate, followed by stirring. It was added to the sol and then mixed uniformly.

이어서, 상기 혼합물을 진공펌프를 사용하여 졸을 10분동안 탈포시켰다. The mixture was then defoamed for 10 minutes using a vacuum pump.

탈포작업이 끝난 후, 상기 결과물을 성형몰드에 주입하여 몰딩을 실시하였 다.After the defoaming operation was finished, the resultant was injected into a molding mold and molding was performed.

겔화가 완결되면, 성형몰드로부터 습윤 겔을 분리하여 25℃, 상대습도 80%로 조절된 항온항습기에서 48시간동안 건조하였다. When gelation was completed, the wet gel was separated from the molding mold and dried for 48 hours in a thermo-hygrostat controlled at 25 ° C. and a relative humidity of 80%.

그리고 나서, 건조된 겔을 50℃/h의 승온속도로 500℃까지 승온시키고, 이 온도에서 5시간동안 열처리하여 건조겔내의 유기물을 제거하였다. 유기물이 제거된 겔을 100℃/hr로 900℃까지 승온시키고 이 온도에서 5시간동안 유지하여 유리화를 진행하였다. 이 때 상기 유리화 과정은 염소 가스 분위기하에서 실시하여 수산화기를 제거하였다.Then, the dried gel was heated to 500 ° C. at a temperature increase rate of 50 ° C./h, and heat-treated at this temperature for 5 hours to remove organic matter in the dried gel. The gel from which the organic matter was removed was heated to 900 ° C. at 100 ° C./hr, and maintained at this temperature for 5 hours for vitrification. At this time, the vitrification process was carried out in a chlorine gas atmosphere to remove the hydroxyl group.

마지막으로 헬륨 가스 분위기하에서 100℃/hr의 승온속도로 1500℃까지 승온하고 이 온도에서 1시간동안 소결함으로써 실리카 글래스 튜브를 제조하였다. 이 때 실리카 글래스 튜브의 내경은 20mm, 외경은 60mm, 길이 400mm이었다. Finally, the silica glass tube was manufactured by heating up to 1500 degreeC by the temperature increase rate of 100 degreeC / hr in helium gas atmosphere, and sintering at this temperature for 1 hour. At this time, the inner diameter of the silica glass tube was 20 mm, the outer diameter was 60 mm, and the length 400 mm.

상기 실시예 1-2 및 비교예 1-2에 있어서, 건조후의 겔의 균열발생정도 및 소결과정후의 수축율에 대하여 조사하였다.In Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2, the degree of crack initiation of the gel after drying and the shrinkage after sintering were investigated.

그 결과, 실시예 1-2의 경우가 비교예 1-2의 경우에 비하여 건조후 균열 발생 정도가 감소하였으며, 소결후 수축율도 감소함을 확인할수 있었다.As a result, in Example 1-2, the degree of cracking after drying was reduced and shrinkage after sintering was also reduced as compared with Comparative Example 1-2.

본 발명에 따르면, 습윤겔의 기공도를 제어하기가 보다 용이해진다. 이와 같이 습윤겔의 기공도를 소정범위내로 조절하면, 통상적인 경우에 비하여 건조후 균열발생을 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 수축후 수축율도 개선된다. 또한 실리카입자만을 사용하여 제조한 경우에 비하여 겔의 소결온도가 50℃ 정도 낮 아진다.According to the present invention, it becomes easier to control the porosity of the wet gel. As such, when the porosity of the wet gel is adjusted within a predetermined range, not only the cracking after drying can be effectively suppressed, but also the shrinkage after shrinkage is improved as compared with the usual case. In addition, the sintering temperature of the gel is lowered by about 50 ℃ compared to the case using only the silica particles.

Claims (3)

(a) 실리콘 알콕사이드(Si(OR)4) (여기에서, R은 탄소수 1 내지 8의 알킬기임)를 가수분해하여 겔을 형성하는 단계;(a) hydrolyzing the silicon alkoxide (Si (OR) 4 ), wherein R is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms to form a gel; (b) 상기 겔에 실리카 입자, 분산제 및 탈이온수를 혼합하여 졸을 형성하는 단계;(b) mixing the gel with silica particles, a dispersant and deionized water to form a sol; (c) 상기 졸에 겔화제를 부가하고, 이를 성형 몰드에 주입하여 겔화시킨 다음, 디몰딩하는 단계;(c) adding a gelling agent to the sol, injecting it into a molding mold to gel, and then demoulding; (d) 디몰딩된 결과물을 건조시키는 단계; 및 (d) drying the demolded product; And (e) 건조된 겔을 열처리하는 단계;를 포함하며,(e) heat treating the dried gel; 상기 (a) 단계로부터 형성된 겔 상태의 실리콘 알콕사이드의 가수분해물의 함량이 실리카 입자의 중량을 기준으로 하여 50 중량% 미만인 것을 특징으로 하는 졸-겔 공정용 실리카 글래스의 제조방법.Method for producing a silica glass for sol-gel process, characterized in that the content of the hydrolyzate of the silicon alkoxide in the gel state formed from the step (a) is less than 50% by weight based on the weight of the silica particles. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계에서, 겔의 유리화가 헬륨가스분위기하, 1350℃이하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 졸-겔공정용 실리카글래스의 제조방법.The method of claim 1, wherein in the step (e), the vitrification of the gel is carried out in a helium gas atmosphere, 1350 ℃ or less method for producing a silica glass for sol-gel process.
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