KR100722379B1 - A method of preparing transparent silica glass - Google Patents

A method of preparing transparent silica glass Download PDF

Info

Publication number
KR100722379B1
KR100722379B1 KR1020010055815A KR20010055815A KR100722379B1 KR 100722379 B1 KR100722379 B1 KR 100722379B1 KR 1020010055815 A KR1020010055815 A KR 1020010055815A KR 20010055815 A KR20010055815 A KR 20010055815A KR 100722379 B1 KR100722379 B1 KR 100722379B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silica
sol
gel
mold
sintering
Prior art date
Application number
KR1020010055815A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20030022956A (en
Inventor
전명철
김선욱
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020010055815A priority Critical patent/KR100722379B1/en
Publication of KR20030022956A publication Critical patent/KR20030022956A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100722379B1 publication Critical patent/KR100722379B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/12Other methods of shaping glass by liquid-phase reaction processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B20/00Processes specially adapted for the production of quartz or fused silica articles, not otherwise provided for

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)

Abstract

본 발명은 미세한 실리카 분말을 1차 분산시킨 후 건조, 기계적 분쇄 및 하소하여 과립의 실리카를 제조하는 단계; 소결된 실리카 과립을 2차 분산시켜 슬러리 상태의 실리카 졸을 얻는 단계; 상기 실리카 졸에 고알칼리성 분산제를 혼합한 후 응고제를 첨가하는 단계; 얻어진 졸을 몰드내에 주입시켜 몰드내에서 겔화시키는 단계; 겔화된 성형체를 몰드로부터 제거하여 습윤 겔을 얻는 단계; 상기 습윤 겔을 건조하는 단계; 상기 건조된 겔을 300 내지 600℃에서 1차 열처리하는 단계; 상기 열처리된 결과물을 500 내지 1000℃에서 2차 열처리하는 단계; 및 상기 2차 열처리된 결과물을 진공 분위기 하에서 소결하는 단계를 포함하는 실리카 글래스의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of first dispersing the fine silica powder followed by drying, mechanical grinding and calcining to produce a granule of silica; Secondary dispersing the sintered silica granules to obtain a silica sol in a slurry state; Mixing a highly alkaline dispersant with the silica sol and then adding a coagulant; Injecting the obtained sol into a mold to gel it in the mold; Removing the gelled formed body from the mold to obtain a wet gel; Drying the wet gel; Primary heat treating the dried gel at 300 to 600 ° C .; Second heat treatment of the heat-treated resultant at 500 to 1000 ° C; And it provides a method for producing a silica glass comprising the step of sintering the secondary heat-treated product in a vacuum atmosphere.

실리카글래스,진공소결,졸-겔Silica Glass, Vacuum Sintered, Sol-Gel

Description

투명 실리카 글래스의 제조 방법{A METHOD OF PREPARING TRANSPARENT SILICA GLASS}A manufacturing method of transparent silica glass {A METHOD OF PREPARING TRANSPARENT SILICA GLASS}

발명의 분야Field of invention

본 발명은 투명 실리카 글래스의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리카 졸에서 제조된 건조 성형체를 진공소결하여 이론밀도에 근접한 치밀도를 가지는 투명 실리카 글래스의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing transparent silica glass, and more particularly, to a method for producing transparent silica glass having a density close to the theoretical density by vacuum sintering a dry molded product prepared from a silica sol.

종래 기술Prior art

실리카 글래스의 제조방법으로 졸-겔 공정은 액상 공정으로서 생산성이 높고 제품의 조성을 자유롭게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 공법에 비해서 제조공정이 전반적으로 저온에서 이루어지므로 경제성이 높다는 장점이 있다. 졸-겔 공정을 통한 벌크(bulk) 글래스, 특히 고 실리카 글래스를 제조하고자 하는 수많은 방법이 시도되어 왔다. 이러한 방법중 하나로 알콕사이드를 이용한 졸-겔 공정이 제안되었다. 그러나 이 방법은 대형화에 한계가 있으며 경제성이 떨어지는 단점이 있다.As a method of manufacturing silica glass, the sol-gel process is a liquid phase process, which has high productivity and can freely control the composition of the product, and has an advantage of high economical efficiency since the manufacturing process is generally performed at a low temperature as compared to the existing method. Numerous methods have been attempted to produce bulk glass, in particular high silica glass, via a sol-gel process. As one of these methods, a sol-gel process using an alkoxide has been proposed. However, this method is limited in size and has a disadvantage of low economic efficiency.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 콜로이드 특성을 가질 수 있는 정도로 작 은 초미세 분말을 이용하는 졸-겔 공정이 제안되었다. 이 방법에 따르면, 일정한 크기 이상의 대형 실리카 글래스를 제조할 수 있고 광섬유용 오버클래딩(over-cladding) 튜브, 또는 반도체 제조용 및 기타 다양한 용도의 고순도 실리카 글래스를 경제성 있게 제조할 수 있다. 이러한 초미세 입자를 이용한 졸-겔 공정을 통하여 실리카 글래스를 제조하는 기술을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.In order to solve this problem, a sol-gel process using an ultrafine powder that is small enough to have colloidal properties has been proposed. According to this method, it is possible to manufacture a large size silica glass of a certain size or more, and to economically manufacture an over-cladding tube for an optical fiber, or a high purity silica glass for semiconductor manufacturing and various other applications. Brief description of the technique for preparing silica glass through the sol-gel process using such ultrafine particles is as follows.

졸-겔 공정에서 일반적인 프로세스인 (1) 실리카 졸의 제조, (2) 졸의 겔화, (3) 겔의 건조, 및 (4) 건조 겔의 열처리를 통한 유리화라는 과정을 거치고 있다. (1)∼(3)의 공정에는 다양한 경로가 제공되고 있으며 마지막 치밀화 과정인 (4) 건조 겔의 열처리를 통한 유리화 과정은 일반적으로 건조된 겔을 1차 열처리하여 겔내의 유기물을 제거한다. 이어서, 유기물이 제거된 겔에 대해 수산기 및 불순물 제거 공정 및 공기중 또는 헬륨 등의 불활성 가스 분위기하에서 소결을 실시하여 고순도의 실리카 글래스를 완성한다. In the sol-gel process, a process of (1) preparation of silica sol, (2) gelation of sol, (3) drying of gel, and (4) vitrification through heat treatment of dry gel are performed. Various processes are provided for the processes of (1) to (3), and the vitrification process through heat treatment of the dry gel (4), which is the final densification process, generally removes organic matter from the gel by first heat treatment of the dried gel. Subsequently, the gel from which the organic substance has been removed is sintered in a hydroxyl group and an impurity removing step and in an inert gas atmosphere such as air or helium to complete silica glass of high purity.

상기 방법에 따르면, 대형 실리카 기물을 채택된 졸-겔 공정을 통하여 비교적 용이하게 제조할 수 있다. 그런데, 공기중에서 소결하는 경우에는 소결시 고온으로 올라감에 따라 과도한 결정화 경향 및 소결체 내의 잔류기공의 과다 존재로 인해 현실적으로 이론 밀도에 가까운 투명 실리카 글래스를 제조하는 것이 매우 어렵다. According to this method, large silica substrates can be prepared relatively easily through an adopted sol-gel process. However, in the case of sintering in air, it is very difficult to manufacture transparent silica glass that is close to the theoretical density due to excessive tendency of crystallization and excessive presence of residual pores in the sintered body as it rises to a high temperature during sintering.

한편 보다 개선된 소결방법으로 가장 널리 알려진 헬륨 등의 가스 분위기 하에서의 소결하는 경우 공기 중에서의 소결에 비해서는 월등하게 우수한 소결능을 보이며 또한 유리의 결정화에 따른 부작용을 최대한 없앨 수 있다는 장점이 있다. 그러나 헬륨 분위기 하에서의 소결시 여전히 불완전 소결로 인해 소결체내에 과량의 미세 기포가 남게되어 최종적인 유리의 질을 떨어뜨리는 단점이 있다. 이러한 미세 기포를 제거하기 위해 헬륨 분위기 하에서의 소결시 보다 고온으로 소결온도를 올리는 방법이 사용되고 있으나, 소결온도의 상승에 따라 실리카 기물의 변형이 심해지는 단점이 크게 부각되며 또한 그에 상응되는 소결체 내에 존재하는 미세기포의 제거는 만족스럽지 못하다.On the other hand, when sintering under a gas atmosphere such as helium, which is most widely known as an improved sintering method, it shows an excellent sintering performance as compared to sintering in air and has the advantage of eliminating side effects due to crystallization of glass to the maximum. However, when sintering in a helium atmosphere, there is a disadvantage in that excessive fine bubbles remain in the sintered body due to incomplete sintering, thereby degrading the final glass quality. In order to remove such fine bubbles, a method of raising the sintering temperature to a higher temperature than that used in the sintering under helium atmosphere is used. Removal of microbubbles is not satisfactory.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 이론 밀도에 근접한 치밀도를 가지는 투명 실리카 글래스의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide a method for producing a transparent silica glass having a density close to the theoretical density.

상기한 목적을 달성하고자, 본 발명은 미세한 실리카 분말을 1차 분산시킨 후 건조, 기계적 분쇄 및 하소하여 과립의 실리카를 제조하는 단계; 소결된 실리카 과립을 2차 분산시켜 슬러리 상태의 실리카 졸을 얻는 단계; 상기 실리카 졸에 고알칼리성 분산제를 혼합한 후 응고제를 첨가하는 단계; 얻어진 졸을 몰드내에 주입시켜 몰드내에서 겔화시키는 단계; 겔화된 성형체를 몰드로부터 제거하여 습윤 겔을 얻는 단계; 상기 습윤 겔을 건조하는 단계; 상기 건조된 겔을 300 내지 600℃에서 1차 열처리하는 단계; 상기 열처리된 결과물을 500 내지 1000℃에서 2차 열처리하는 단계; 및 상기 2차 열처리된 결과물을 진공 분위기 하에서 소결하는 단계를 포함하는 실리카 글래스의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of preparing a granule of silica by first dispersing fine silica powder, followed by drying, mechanical grinding and calcining; Secondary dispersing the sintered silica granules to obtain a silica sol in a slurry state; Mixing a highly alkaline dispersant with the silica sol and then adding a coagulant; Injecting the obtained sol into a mold to gel it in the mold; Removing the gelled formed body from the mold to obtain a wet gel; Drying the wet gel; Primary heat treating the dried gel at 300 to 600 ° C .; Second heat treatment of the heat-treated resultant at 500 to 1000 ° C; And it provides a method for producing a silica glass comprising the step of sintering the secondary heat-treated product in a vacuum atmosphere.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.                     

본 발명의 실리카 글래스 제조방법의 첫 번째 공정은 실리카 졸을 제조하는 것이다. 본 발명에서는 평균입자크기가 30 내지 100 ㎚인 퓸드 실리카를 사용한다. 이러한 초미세 실리카 분말을 물에 직접 분산시킬 때 실리카 분말의 양이 소량인 경우에는 문제되지 않으나 실리카 분말의 양이 실리카 졸의 40 중량% 이상되는 경우에는 분말이 미세하여 급격히 점도가 증가하고 분산이 극히 어려워지는 문제가 있다. The first step of the silica glass production process of the present invention is to prepare a silica sol. In the present invention, fumed silica having an average particle size of 30 to 100 nm is used. It is not a problem when the amount of the silica powder is small when the ultrafine silica powder is directly dispersed in water, but when the amount of the silica powder is more than 40% by weight of the silica sol, the powder is fine and the viscosity increases rapidly and dispersion is There is a problem that becomes extremely difficult.

따라서 본 발명에서는 미세한 고순도 실리카 분말의 분산성을 향상시키기 위하여 1차 분산, 건조, 기계적 분쇄, 하소, 및 2차 분산의 과정을 거쳐 실리카 분산액을 제조한 다음 이로부터 실리카 졸을 제조한다. Therefore, in the present invention, in order to improve the dispersibility of the fine high purity silica powder, a silica dispersion is prepared through a process of primary dispersion, drying, mechanical grinding, calcining, and secondary dispersion, and then a silica sol is prepared therefrom.

상기 실리카 분산액의 제조과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 미세한 실리카 분말을 물에 첨가하여 균질하게 분산된 1차 실리카 분산액을 얻는다. 이 실리카 분산액을 110℃까지 승온하여 48시간 이상 유지하여 완전히 건조된 실리카 덩어리를 생성시킨다. 이 덩어리 상태의 실리카를 건식 기계적 분쇄방법을 이용하여 평균입자크기가 약 0.5㎜인 과립상의 실리카 분말을 만든다. 과립의 실리카 분말을 900 내지 1100℃에서 1 내지 5시간 동안 하소하여 단단한 실리카 과립을 제조한다. 이때 과립의 실리카 분말의 표면적은 1차 분산액 제조시 사용된 실리카 분말의 표면적에 비하여 거의 감소되지 않는다. 상기 과립의 실리카 분말은 평균입자크기 40㎚의 1차 입자들이 결합하여 2차 입자를 이루는 과립의 미세구조를 가진다. 이러한 과립의 미세구조는 최종 건조시 파괴를 방지하고 실리카 입자의 분산을 용이하게 한다. 하소과정을 거쳐 소결된 과립의 실리카 분말을 물에 첨가하여 2차 분산시킴으로써 슬러리 상태의 실리카 졸을 제조한다. 2차 분산시 0.1 내지 3 중량%의 분산제를 첨가할 수 있으며, 분산제로는 통상의 실리카 졸 제조시 사용되는 통상의 분산제가 사용될 수 있다. 상기 실리카 졸은 고속 블렌더 등을 이용하여 상당한 유동성을 가지는 슬러리를 제조한 다음 밀링을 실시하여 제조되어 저점도를 가진다. 밀링 공정에 의한 최적 분산은 밀링 시간에 따른 분쇄물의 평균 입도 분포를 측정하여 결정하게 되는데, 일반적으로 평균입도가 1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.5㎛ 이하인 것이 더 바람직하며, 입도 분포는 라디안 타입을 가지는 것이 바람직하다. The manufacturing process of the silica dispersion is described in detail as follows. Fine silica powder is added to water to obtain a homogeneously dispersed primary silica dispersion. The silica dispersion was heated to 110 ° C. and maintained for at least 48 hours to form a completely dried silica mass. This agglomerated silica is used to dry granulate the granular silica powder having an average particle size of about 0.5 mm. The granulated silica powder is calcined at 900 to 1100 ° C. for 1 to 5 hours to produce solid silica granules. At this time, the surface area of the silica powder of the granules is hardly reduced compared to the surface area of the silica powder used in preparing the primary dispersion. The silica powder of the granules has a microstructure of granules in which primary particles having an average particle size of 40 nm are combined to form secondary particles. The microstructure of these granules prevents breakage during final drying and facilitates dispersion of the silica particles. Silica sol in a slurry state is prepared by secondary dispersion by adding silica powder of sintered granules through calcination to water. In the second dispersion, 0.1 to 3 wt% of a dispersant may be added, and as the dispersant, a conventional dispersant used in preparing a conventional silica sol may be used. The silica sol is prepared by preparing a slurry having considerable fluidity using a high speed blender and the like and then milling to have a low viscosity. The optimum dispersion by the milling process is determined by measuring the average particle size distribution of the pulverized product according to the milling time. In general, the average particle size is preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, and the particle size distribution has a radian type. It is preferable.

최종적으로 제조된 실리카 졸에 고알칼리성 분산제를 첨가하여 졸의 pH를 11 이상으로 증가시킨다. 고알칼리성 분산제로는 암모늄계 하이드록사이드가 사용되며, 이들의 구체적인 예로는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH) 또는 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(TEAH) 등이 있다. 고알칼리성 분산제의 사용량은 1 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 그런 다음 실리카 졸에 존재하는 기포를 제거하기 위하여 진공용기내에서 탈포작업을 실시할 수 있다.Finally, a highly alkaline dispersant is added to the prepared silica sol to increase the pH of the sol to 11 or more. Ammonium hydroxide is used as the high alkaline dispersant, and specific examples thereof include tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or tetraethylammonium hydroxide (TEAH). It is preferable that the usage-amount of a highly alkaline dispersing agent is 1 to 10 weight%. Degassing can then be carried out in a vacuum vessel to remove bubbles present in the silica sol.

상기 실리카 졸에 고알칼리성 분산제 1당량에 대하여 1.2 내지 1.4 당량의 응고제(겔화제)를 첨가한다. 응고제의 예로는 락트산 에틸, 락트산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 메틸 등이 있다. To the silica sol, 1.2 to 1.4 equivalents of coagulant (gelling agent) is added to 1 equivalent of the high alkaline dispersant. Examples of coagulants include ethyl lactate, methyl lactate, ethyl formate, methyl formate, and the like.

상기와 같이 제조된 실리카 졸은 겔화 반응이 일어나기 전 유동성을 유지한 상태에서 성형 몰드에 주입하는 것이 바람직하다. 시간이 경과함에 따라 몰드내에 주입된 실리카 졸의 pH가 급격히 떨어지기 시작하여 pH 7.5와 9.5사이에 들어오게 되면 급격히 응고된다. 응고반응이 완결되기까지의 시간은 고체의 양과 응고제의 양에 영향을 받지만 통상 5분에서 10분내에 이루어지는 것이 좋다. 응고반응은 온도를 올려줄 경우 더 단축될 수 있다. 얻어진 겔 성형체는 겔의 두께에 따라 차이는 있으나 상온에서 14일 이상 유지하면 수분의 98%가 제거된다. The silica sol prepared as described above is preferably injected into the molding mold while maintaining fluidity before the gelation reaction occurs. As time passes, the pH of the silica sol injected into the mold begins to drop rapidly, and when the pH falls between pH 7.5 and 9.5, it solidifies rapidly. The time to completion of the coagulation reaction is influenced by the amount of solids and the amount of coagulant, but it is generally good within 5 to 10 minutes. The coagulation reaction can be shortened further by raising the temperature. The obtained gel molded product is different depending on the thickness of the gel, but is maintained at room temperature for 14 days or more to remove 98% of moisture.

건조된 겔의 1차 열처리 공정은 300 내지 600℃의 온도에서 승온속도 5 내지50℃/hr로 실시한다. 이 1차 열처리에 의하여 겔 내에 존재하는 유기물이 제거된다. 1차 열처리된 겔은 500 내지 1000℃의 온도에서 승온속도 100℃/hr로 2차 열처리한다. 이러한 2차 열처리 과정중에 염소 가스 분위기를 이용하여 고순도화 공정을 실시하며 이 과정에서 잔류 수산기 및 기타 금속성 불순물들이 제거된다. 또한 동시에 실리카 성형체내에 잔류하게 되는 염소성분을 제거하기 위하여 산소 또는 플루오르계 화합물 가스를 흘려준다. 이때의 열처리는 900 내지 1100℃에서 수행하는 것이 바람직하다. The primary heat treatment process of the dried gel is carried out at a temperature increase rate of 5 to 50 ℃ / hr at a temperature of 300 to 600 ℃. This primary heat treatment removes organic matter present in the gel. The first heat treated gel is second heat treated at a temperature rising rate of 100 ° C./hr at a temperature of 500 to 1000 ° C. During this secondary heat treatment process, a high purity process is performed using a chlorine gas atmosphere, in which residual hydroxyl groups and other metallic impurities are removed. At the same time, oxygen or a fluorine compound gas is flowed to remove the chlorine component remaining in the silica molded body. At this time, the heat treatment is preferably performed at 900 to 1100 ℃.

본 발명에서는 상기에서와 같이 2차 열처리된 성형체를 공기중이나 헬륨 분위기에서 소결하는 종래의 방법과는 달리 진공 분위기하에서 소결하여 투명성이 우수하고 이론 밀도(2.202g/cm3)에 가까운 실리카 글래스를 제공한다. 상기 진공 소결공정은 10-1 내지 10-6 토르(Torr)의 진공 분위기 하에서 1200 내지 1700℃까지 승온하여 그 온도에서 0.1 내지 100시간 열처리하여 실시한다. In the present invention, unlike the conventional method of sintering the secondary heat-treated molded body in the air or helium atmosphere as described above, it is sintered in a vacuum atmosphere to provide silica glass which is excellent in transparency and close to the theoretical density (2.202 g / cm 3 ). do. The vacuum sintering process is carried out by heating to a temperature of 1200 to 1700 ℃ in a vacuum atmosphere of 10 -1 to 10 -6 Torr (Torr) for 0.1 to 100 hours at that temperature.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명 이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다. The following presents a preferred embodiment to aid the understanding of the present invention. However, the following examples are provided only to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

실시예 1Example 1

비표면적이 50 m2/g 이하이고 평균 입자크기가 40nm 이하인 실리카 분말(Aerosil OX-50(독일의 Degussa사))을 증류수에 30/100의 중량비로 분산시켜 균질하게 분산된 실리카 졸을 얻었다. 이 졸을 110℃까지 승온하여 48시간이상 유지하여 완전히 건조된 실리카 덩어리를 얻었다. 이 실리카 덩어리를 건식 분쇄과정을 통해 0.5mm정도의 과립상으로 만들었다. 이 과립을 공기중에서 900 내지 1100℃ 사이의 온도에서 1 내지 5시간정도 하소하여 단단한 실리카 과립을 얻었다. 하소공정에 의하여 소결된 분말을 증류수 1000g에 혼합하여 주고, 여기에 분산을 돕기 위해 분산제로 Darvan-C 0.3 중량%를 첨가하였다. 이 혼합물을 1차적으로 고속 블렌더에 넣고 10분간 혼합하여 상당한 유동성을 가지는 슬러리 상태의 실리카 분산액을 제조하였다. 이를 다시 쿼츠 자와 볼을 이용하여 8시간 볼밀링하여 점도가 매우 낮은 실리카 졸을 얻었다. Silica powder having a specific surface area of 50 m 2 / g or less and an average particle size of 40 nm or less (Aerosil OX-50 (Degussa, Germany)) was dispersed in distilled water at a weight ratio of 30/100 to obtain a homogeneously dispersed silica sol. The sol was heated to 110 ° C. and maintained for at least 48 hours to obtain a completely dried silica mass. The silica mass was dried into granules of about 0.5 mm by dry grinding. The granules were calcined in air at a temperature between 900 and 1100 ° C. for about 1 to 5 hours to obtain solid silica granules. The powder sintered by the calcination process was mixed with 1000 g of distilled water, and 0.3 wt% of Darvan-C was added thereto as a dispersant to aid dispersion. This mixture was first placed in a high speed blender and mixed for 10 minutes to prepare a silica dispersion in the form of a slurry having considerable fluidity. This was again ball milled for 8 hours using a quartz jar and a ball to obtain a silica sol having a very low viscosity.

상기 실리카 졸에 테트라메틸암모늄하이드록사이드(TMAH)를 2.8 중량% 첨가하고 1시간 1시간이상 교반하여 졸의 pH를 11이상으로 증가시켰다. 다시 이 졸을 24시간동안 상온에서 숙성(aging)한 후 기포를 제거하기 위하여 진공용기내에서 탈포작업을 수행하였다. 이 실리카 졸에 TMAH 1 당량에 대하여 1.2-1.4당량의 포름산 메틸을 천천히 교반하면서 첨가하였다. 충분히 교반된 졸을 튜브 성형용 몰드 내에 주입하였다. 실리카 졸을 주입한 후 몰드는 수분의 증발을 막기 위하여 밀봉하였다. 실리카 졸의 겔화(응고)가 완료되면 24시간 이상 유지시켜 겔이 충분한 강도를 가지게 한다. 일정시간이 지난 후 겔을 몰드로부터 제거하여 부드러운 표면 위에 놓았다. 얻어진 겔 성형체를 상온에서 14일 이상 유지하여 수분의 98%를 제거하였다. 얻어진 건조 겔을 다시 110℃까지 24시간동안 승온하여 그 온도에서 24시간 유지시켜 흡착수를 완전히 제거하였다. 2.8% by weight of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was added to the silica sol, followed by stirring for 1 hour to 1 hour to increase the pH of the sol to 11 or more. Again, the sol was aged for 24 hours at room temperature, and then degassed in a vacuum vessel to remove bubbles. 1.2-1.4 equivalents of methyl formate was added slowly to the silica sol with respect to 1 equivalent of TMAH. The sufficiently stirred sol was injected into the tube forming mold. After injection of the silica sol the mold was sealed to prevent evaporation of moisture. Once gelling (coagulation) of the silica sol is complete, hold for at least 24 hours to ensure that the gel has sufficient strength. After some time the gel was removed from the mold and placed on a smooth surface. The obtained gel molded body was kept at room temperature for 14 days or more to remove 98% of moisture. The obtained dried gel was further heated up to 110 ° C for 24 hours and kept at that temperature for 24 hours to completely remove the adsorbed water.

그리고 나서, 건조된 겔을 5℃/h의 승온속도로 500℃까지 승온시키고, 이 온도에서 5시간동안 열처리하여 건조겔 내의 유기물을 제거하였다. 유기물이 제거된 겔을 100℃/hr로 900℃까지 승온시키고 이 온도에서 5시간동안 유지하였다. 이 때 상기 열처리 과정은 염소 가스 분위기하에서 실시하여 수산기 및 금속불순물들을 제거하였다. 또한 900℃까지 염소가스 열처리를 실시한 후, 1100℃까지 100℃/hr의 속도로 승온하면서 산소 분위기를 유지함으로써 실리카 성형체내에 잔류하게 되는 염소성분을 제거하였다. 마지막으로 10-2 토르의 진공 분위기하에서 100℃/hr의 승온속도로 1400℃까지 승온하고 이 온도에서 1시간동안 소결하여 실리카 글래스 튜브를 제조하였다. Then, the dried gel was heated to 500 ° C. at a temperature increase rate of 5 ° C./h, and heat-treated at this temperature for 5 hours to remove organic matter in the dried gel. The organic-free gel was heated to 900 ° C. at 100 ° C./hr and maintained at this temperature for 5 hours. At this time, the heat treatment process was carried out in a chlorine gas atmosphere to remove hydroxyl groups and metal impurities. Furthermore, after performing chlorine gas heat treatment to 900 degreeC, the chlorine component which remained in a silica molded object was removed by maintaining an oxygen atmosphere, heating up at the rate of 100 degreeC / hr to 1100 degreeC. Finally, the silica glass tube was manufactured by heating up to 1400 ° C. at a temperature rising rate of 100 ° C./hr under a vacuum atmosphere of 10 −2 Torr and sintering at this temperature for 1 hour.

실시예 2Example 2

진공소결시 10-4 토르의 진공하에서 소결한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 글래스 튜브를 제조하였다.A silica glass tube was prepared in the same manner as in Example 1 except that the product was sintered under a vacuum of 10 -4 Torr during vacuum sintering.

비교예 1Comparative Example 1

진공 분위기 대신 헬륨 분위기에서 소결한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 글래스 튜브를 제조하였다.A silica glass tube was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sintered in a helium atmosphere instead of a vacuum atmosphere.

레이저 산란법을 이용하여 잔류기공량을 측정한 결과, 비교예 1에 따라 제조된 실리카 글래스에는 실시예 1 및 2에 따라 제조된 실리카 글래스에 비하여 30 vol% 이상 더 많은 잔류 미세기포를 함유하고 있었다.As a result of measuring the residual pore amount by using the laser scattering method, the silica glass prepared according to Comparative Example 1 contained more than 30 vol% of the remaining fine bubbles compared to the silica glass prepared according to Examples 1 and 2. .

본 발명의 실리카 글래스의 제조방법에 따르면 실리카 졸의 건조 성형제를 진공 소결하여 기존의 공기 분위기나 헬륨 분위기하에서의 소결하는 경우에 비해 미세기포가 감소되고, 투명성이 우수하며, 이론 밀도에 가까운 치밀한 투명 실리카 글래스를 제조할 수 있다.According to the method of manufacturing the silica glass of the present invention, compared to the case of vacuum sintering a dry molding agent of silica sol and sintering in a conventional air atmosphere or helium atmosphere, fine bubbles are reduced, transparency is high, and the density is close to theoretical density. Silica glass can be prepared.

Claims (6)

a) 미세한 실리카 분말을 1차 분산시킨 후 건조, 기계적 분쇄 및 하소하여 과립의 실리카를 제조하는 단계; a) first dispersing the fine silica powder, followed by drying, mechanical grinding and calcining to produce granule silica; b) 소결된 실리카 과립을 2차 분산시켜 슬러리 상태의 실리카 졸을 얻는 단계; b) secondarily dispersing the sintered silica granules to obtain a silica sol in a slurry state; c) 상기 실리카 졸에 고알칼리성 분산제를 혼합한 후 응고제를 첨가하는 단계; c) mixing a high alkaline dispersant into the silica sol and then adding a coagulant; d) 얻어진 졸을 몰드내에 주입시켜 몰드내에서 겔화시키는 단계; d) injecting the obtained sol into the mold to gel it in the mold; e) 겔화된 성형체를 몰드로부터 제거하여 습윤 겔을 얻는 단계; e) removing the gelled molded body from the mold to obtain a wet gel; f) 상기 습윤 겔을 건조하는 단계;f) drying the wet gel; g) 상기 건조된 겔을 300 내지 600℃에서 1차 열처리하는 단계; g) first heat treating the dried gel at 300 to 600 ° C .; h) 상기 열처리된 결과물을 500 내지 1000℃에서 2차 열처리하는 단계; 및h) secondary heat treatment of the heat treated product at 500 to 1000 ° C; And i) 상기 2차 열처리된 결과물을 진공 분위기 하에서 소결하는 단계i) sintering the secondary heat-treated product under vacuum atmosphere 를 포함하는 실리카 글래스의 제조방법.Silica glass manufacturing method comprising a. 제1항에 있어서, 상기 a) 단계의 실리카 분말은 평균입자크기가 30 내지 100 ㎚인 퓸드 실리카인 실리카 글래스의 제조방법.The method of claim 1, wherein the silica powder of step a) is fumed silica having an average particle size of 30 to 100 nm. 제1항에 있어서, 상기 b) 단계의 2차 분산후 실리카 졸은 평균입도가 1㎛ 이 하이고, 입도 분포가 라디안 타입을 가지는 실리카 글래스의 제조방법.The method of claim 1, wherein the silica sol after the second dispersion of step b) has an average particle size of 1 µm or less and a particle size distribution having a radian type. 제1항에 있어서, 상기 c) 단계의 응고제는 고알칼리성 분산제 1당량에 대하여 1.2 내지 1.4 당량으로 사용되는 실리카 글래스의 제조방법.The method of claim 1, wherein the coagulant of step c) is used in an amount of 1.2 to 1.4 equivalents based on 1 equivalent of the highly alkaline dispersant. 제1항에 있어서, 상기 c) 단계 후에 진공펌프를 이용하여 실리카 졸 내에 존재하는 기포를 제거하는 단계를 더 포함하는 실리카 글래스의 제조방법.The method of claim 1, further comprising removing bubbles present in the silica sol by using a vacuum pump after the step c). 제1항에 있어서, 상기 진공 분위기 하에서의 소결은 10-1 내지 10-6 토르의 진공압에서 1200 내지 1700℃의 온도에서 실시하는 실리카 글래스의 제조방법.The method of claim 1, wherein the sintering in a vacuum atmosphere is carried out at a temperature of 1200 to 1700 ℃ at a vacuum pressure of 10 -1 to 10 -6 Torr.
KR1020010055815A 2001-09-11 2001-09-11 A method of preparing transparent silica glass KR100722379B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010055815A KR100722379B1 (en) 2001-09-11 2001-09-11 A method of preparing transparent silica glass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010055815A KR100722379B1 (en) 2001-09-11 2001-09-11 A method of preparing transparent silica glass

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030022956A KR20030022956A (en) 2003-03-19
KR100722379B1 true KR100722379B1 (en) 2007-05-28

Family

ID=27723473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010055815A KR100722379B1 (en) 2001-09-11 2001-09-11 A method of preparing transparent silica glass

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100722379B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030068730A (en) * 2002-02-16 2003-08-25 삼성전자주식회사 Method for preventing macro bubble in sol-gel process
KR100539869B1 (en) * 2002-08-29 2005-12-28 삼성전자주식회사 Apparatus of sintering for gel tube and fabrication method of large aperture optical fiber preform using thereof

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56104732A (en) * 1980-01-21 1981-08-20 Hitachi Ltd Preparation of silica glass
KR19980072943A (en) * 1997-03-10 1998-11-05 김광호 Method for producing high purity silica glass using sol-gel method
KR19980072942A (en) * 1997-03-10 1998-11-05 김광호 Method for producing silica glass monolith using sol-gel method
KR20000060200A (en) * 1999-03-12 2000-10-16 윤종용 Manufacturing method of silica glass for sol-gel process
KR20000074724A (en) * 1999-05-25 2000-12-15 윤종용 Manufacturing method of silica glass for sol-gel process
KR20010028000A (en) * 1999-09-17 2001-04-06 윤종용 Composition for making silica glass with sol-gel process
KR20010061626A (en) * 1999-12-28 2001-07-07 윤종용 Fabrication method of dopant doped high pure silica glass

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56104732A (en) * 1980-01-21 1981-08-20 Hitachi Ltd Preparation of silica glass
KR19980072943A (en) * 1997-03-10 1998-11-05 김광호 Method for producing high purity silica glass using sol-gel method
KR19980072942A (en) * 1997-03-10 1998-11-05 김광호 Method for producing silica glass monolith using sol-gel method
KR20000060200A (en) * 1999-03-12 2000-10-16 윤종용 Manufacturing method of silica glass for sol-gel process
KR20000074724A (en) * 1999-05-25 2000-12-15 윤종용 Manufacturing method of silica glass for sol-gel process
KR20010028000A (en) * 1999-09-17 2001-04-06 윤종용 Composition for making silica glass with sol-gel process
KR20010061626A (en) * 1999-12-28 2001-07-07 윤종용 Fabrication method of dopant doped high pure silica glass

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030022956A (en) 2003-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH03257010A (en) Silica particle and its production
KR102210029B1 (en) Method preparing silicon carbide particle and the silicon carbide particle prepared the same
JP2004131378A (en) Process for manufacturing opaque quartz glass material
KR20030017617A (en) Sol-gel process for the production of high dimensions dry gels and derived glasses
KR100722379B1 (en) A method of preparing transparent silica glass
KR100770176B1 (en) A method of preparing transparent silica glass
KR100326174B1 (en) Fabrication method of high purity silica glass by sol-gel process
KR100722378B1 (en) A method of preparing transparent silica glass
KR100722377B1 (en) A method of preparing transparent silica glass
JPH0798659B2 (en) Spherical silica, production method thereof, epoxy resin composition and cured product thereof
KR100337703B1 (en) Composition for making silica glass with sol-gel process
KR20040056544A (en) A method of preparing transparent silica glass
KR102229815B1 (en) Manufacturing method of porous silica
KR100824986B1 (en) A composition for transparent silica glass and a method of preparing silica glass using the same
KR100824985B1 (en) A composition for transparent silica glass and a method of preparing silica glass using the same
KR20110052564A (en) Silicon-based green bodies
KR20040056547A (en) A method of preparing transparent silica glass
KR100328945B1 (en) Method for preparing silica radome by direct coagulation casting process
KR100310089B1 (en) Composition for making silica glass with sol-gel process
KR100310090B1 (en) Composition for making silica glass with sol-gel process
KR20040056546A (en) A method of preparing transparent silica glass
KR102556484B1 (en) Method of Manufacturing of Aggregate-Silica Sol by controlling aging time
KR100258217B1 (en) Fabricaion method of silica glass by sol-gel process
KR100302231B1 (en) Method for producing silica radome using sol-gel process
JP2734083B2 (en) Method for producing transparent quartz glass molded body

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130422

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140521

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160517

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180504

Year of fee payment: 12

LAPS Lapse due to unpaid annual fee