KR101780835B1

KR101780835B1 - 합성 비정질 실리카 분말 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101780835B1
Application number: KR1020127014165A
Authority: KR
Inventors: 도시아키 우에다
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2017-09-21
Also published as: CN102652110A; JPWO2011083697A1; TW201130736A; US20120321894A1; CN102652110B; KR20120120148A; WO2011083697A1; US9272918B2; EP2522628A1; JP5686099B2; EP2522628A4; JP2011157262A; JP2011157259A; TWI487665B

Abstract

본 발명의 합성 비정질 실리카 분말은, 실리카 분말에 구상화 처리를 실시한 후, 세정하고 건조시켜 얻어진 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 2000 ㎛ 인 합성 비정질 실리카 분말로서, BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 1.00 ∼ 1.35, 진밀도가 2.10 ∼ 2.20 g/㎤, 입자내 공간율이 0 ∼ 0.05, 원형도가 0.75 ∼ 1.00 및 구상화율이 0.55 ∼ 1.00 인 것을 특징으로 한다. 이 합성 비정질 실리카 분말은, 표면에 흡착되는 가스 성분, 분말 내부의 가스 성분이 적기 때문에, 이 분말을 사용하여 제조된 합성 실리카 유리 제품에서는, 고온 및 감압의 환경하에서의 사용에 있어서도, 기포의 발생 또는 팽창이 대폭 저감된다.

Description

합성 비정질 실리카 분말 및 그 제조 방법{SYNTHETIC AMORPHOUS SILICA POWDER AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 반도체 산업 등에 있어서 고온 및 감압의 환경하에서 사용되는 배관이나 도가니 등의 합성 실리카 유리 제품을 제조하는 원료로서 바람직한 고순도의 합성 비정질 실리카 분말 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 반도체 용도의 단결정 제조에 사용하는 도가니나 지그류는, 천연 석영이나 규사를 분쇄하고, 정제함으로써 얻어진 석영 분말을 원료로 하여 제조되고 있었다. 그러나, 천연 석영이나 규사는 각종 금속 불순물을 포함하고 있고, 상기 정제 처리를 실시해도 금속 불순물을 완전하게는 제거할 수 없기 때문에, 순도에 있어서 충분히 만족할 만한 것은 아니었다. 또한, 반도체의 고집적화가 진행됨에 따라서, 재료가 되는 단결정에 대한 품질 요구가 높아져, 그 단결정의 제조에 사용되는 도가니나 지그류도 고순도품이 요망되게 되었다. 그 때문에, 천연 석영이나 규사 대신에, 고순도의 합성 비정질 실리카 분말을 원료로 한 합성 실리카 유리 제품이 주목되고 있다.

이 고순도의 합성 비정질 실리카 분말을 제조하는 방법으로는, 고순도의 사염화규소를 물로 가수분해시키고, 생성된 실리카 겔을 건조, 정립 (整粒), 소성하여 합성 비정질 실리카 분말을 얻는 방법이 개시되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 또한, 규산에스테르 등의 알콕시실란을 산과 알칼리의 존재하에서 가수분해하여 겔화시키고, 얻어진 겔을 건조, 분쇄 후, 소성함으로써 합성 비정질 실리카 분말을 얻는 방법이 개시되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2, 3 참조). 상기 특허문헌 1 ∼ 3 에 기재된 방법으로 제조한 합성 비정질 실리카 분말은 천연 석영이나 규사와 비교하여 고순도여서, 이들을 원료로 하여 제조된 도가니나 지그류 등의 합성 실리카 유리 제품으로부터의 불순물 혼입 저감이나 고성능화가 가능해졌다.

일본 특허공보 평4-75848호 (특허청구범위 제 1 항) 일본 공개특허공보 소62-176929호 (특허청구범위 제 1 항) 일본 공개특허공보 평3-275527호 (제2페이지 좌측 하단 7행 ∼ 제3페이지 좌측 상단 6행)

그러나, 상기 특허문헌 1 ∼ 3 에 기재된 방법으로 제조한 합성 비정질 실리카 분말을 원료로 하여 제조된 합성 실리카 유리 제품은, 합성 실리카 유리 제품이 사용되는 환경이 고온 및 감압의 환경하인 경우, 기포가 발생 또는 팽창되어 그 합성 실리카 유리 제품의 성능을 대폭 저감시킨다는 결점을 갖고 있었다.

예를 들어, 실리콘 단결정 인상 (引上) 용 도가니는, 1500 ℃ 부근 및 7000 Pa 부근의 고온 및 감압의 환경하에서 사용되고 있어, 상기 서술한 기포의 발생 또는 팽창에 의한 도가니의 대폭적인 성능의 저감이, 인상하는 단결정의 품질을 좌우하는 문제로 되어 있었다.

이러한 상기 고온 및 감압의 환경하에서의 사용에 있어서 발생하는 문제에 대해서는, 사염화규소의 가수분해에 의해 얻어지는 합성 비정질 실리카 분말에 열 처리를 실시하여 합성 비정질 실리카 분말 중의 수산기와 염소의 농도를 각각 감소시키거나, 또한 알콕시실란의 졸겔법에 의해 얻어지는 합성 비정질 실리카 분말에 열 처리를 실시하여 합성 비정질 실리카 분말 중의 수산기와 탄소의 농도를 각각 감소시킴으로써, 합성 비정질 실리카 분말 중의 가스 성분이 될 수 있는 불순물 농도의 저감을 실시하는 대응이 있을 수 있다.

그러나, 상기 대응으로도, 고온 및 감압의 환경하에서 사용되는 합성 실리카 유리 제품의 기포의 발생 또는 팽창이 충분히 억제되어 있지는 않았다.

본 발명의 목적은, 이러한 상기 종래의 과제를 극복하여, 고온 및 감압의 환경하에서의 사용에 있어서도, 기포의 발생 또는 팽창이 적은 합성 실리카 유리 제품을 위한 원료에 적합한, 합성 비정질 실리카 분말 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제 1 관점은, 조립 (造粒) 된 실리카 분말에 구상화 처리를 실시한 후, 세정하고 건조시켜 얻어진 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 2000 ㎛ 인 합성 비정질 실리카 분말로서, BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 1.00 ∼ 1.35, 진밀도가 2.10 ∼ 2.20 g/㎤, 입자내 공간율이 0 ∼ 0.05, 원형도가 0.75 ∼ 1.00 및 구상화율이 0.55 ∼ 1.00 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 관점은, 제 1 관점에 기초한 발명으로서, 조립된 실리카 분말을 소성한 후, 구상화 처리가 실시된 합성 비정질 실리카 분말로서, 탄소 농도가 2 ppm 미만 또는 염소 농도가 2 ppm 미만 중 어느 일방 또는 그 양방을 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 관점은, 제 2 관점에 기초한 발명으로서, 또한 조립된 실리카 분말이, 사염화규소를 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급 (分級) 함으로써 얻어진 실리카 분말로서, 탄소 농도가 2 ppm 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 4 관점은, 제 2 관점에 기초한 발명으로서, 또한 조립된 실리카 분말이, 유기계 실리콘 화합물을 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 얻어진 실리카 분말로서, 염소 농도가 2 ppm 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 5 관점은, 제 2 관점에 기초한 발명으로서, 또한 조립된 실리카 분말이, 퓸드 실리카를 사용하여 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 얻어진 실리카 분말로서, 탄소 농도가 2 ppm 미만, 염소 농도가 2 ppm 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 6 관점은, 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 실리카 분말을 얻는 조립 공정과, 소정의 고주파 출력으로 플라즈마를 발생시킨 플라즈마 토치 안에 소정의 공급 속도로 상기 조립 공정에서 얻어진 실리카 분말을 투입하고, 2000 ℃ 에서 이산화규소의 비점까지의 온도로 가열하여, 용융시키는 열 플라즈마에 의한 구상화 공정과, 상기 구상화 공정 후의 구상화 실리카 분말 표면에 부착되어 있는 미분 (微粉) 을 제거하는 세정 공정과, 상기 세정 공정 후의 실리카 분말을 건조시키는 건조 공정을 이 순서대로 포함하고, 상기 구상화 공정에서의 고주파 출력 (W) 을 A, 실리카 분말의 공급 속도 (㎏/hr) 를 B 로 할 때, A/B (W·hr/㎏) 의 값이 1.0×10⁴이상이 되도록 조정하여 실시되고, 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 2000 ㎛, BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 1.00 ∼ 1.35, 진밀도가 2.10 ∼ 2.20 g/㎤, 입자내 공간율이 0 ∼ 0.05, 원형도가 0.75 ∼ 1.00 및 구상화율이 0.55 ∼ 1.00 인 합성 비정질 실리카 분말을 얻는 것을 특징으로 하는 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법이다.

본 발명의 제 7 관점은, 제 6 관점에 기초한 발명으로서, 또한 조립 공정이, 사염화규소를 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛ 인 실리카 분말을 얻는 공정인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 8 관점은, 제 6 관점에 기초한 발명으로서, 또한 상기 조립 공정이, 유기계 실리콘 화합물을 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛ 인 실리카 분말을 얻는 공정인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 9 관점은, 제 6 관점에 기초한 발명으로서, 또한 조립 공정이, 퓸드 실리카를 사용하여 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛ 인 실리카 분말을 얻는 공정인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 10 관점은, 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 실리카 분말을 얻는 조립 공정과, 상기 조립 공정에서 얻어진 실리카 분말을 800 ∼ 1450 ℃ 의 온도에서 소성하는 소성 공정과, 소정의 고주파 출력으로 플라즈마를 발생시킨 플라즈마 토치 안에 소정의 공급 속도로 상기 소성 공정에서 얻어진 실리카 분말을 투입하고, 2000 ℃ 에서 이산화규소의 비점까지의 온도로 가열하여, 용융시키는 열 플라즈마에 의한 구상화 공정과, 상기 구상화 공정 후의 구상화 실리카 분말 표면에 부착되어 있는 미분을 제거하는 세정 공정과, 상기 세정 공정 후의 실리카 분말을 건조시키는 건조 공정을 이 순서대로 포함하고, 상기 구상화 공정에서의 고주파 출력 (W) 을 A, 실리카 분말의 공급 속도 (㎏/hr) 를 B 로 할 때, A/B (W·hr/㎏) 의 값이 1.0×10⁴이상이 되도록 조정하여 실시되고, 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 2000 ㎛, BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 1.00 ∼ 1.35, 진밀도가 2.10 ∼ 2.20 g/㎤, 입자내 공간율이 0 ∼ 0.05, 원형도가 0.75 ∼ 1.00 및 구상화율이 0.55 ∼ 1.00 이고, 탄소 농도가 2 ppm 미만 또는 염소 농도가 2 ppm 미만 중 어느 일방 또는 그 양방을 만족하는 것을 특징으로 하는 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법이다.

본 발명의 제 11 관점은, 제 10 관점에 기초한 발명으로서, 또한 조립 공정이, 사염화규소를 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛ 인 실리카 분말을 얻는 공정일 때, 얻어지는 합성 비정질 실리카 분말의 탄소 농도가 2 ppm 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 12 관점은, 제 10 관점에 기초한 발명으로서, 또한 조립 공정이, 유기계 실리콘 화합물을 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛ 인 실리카 분말을 얻는 공정일 때, 얻어지는 합성 비정질 실리카 분말의 염소 농도가 2 ppm 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 13 관점은, 제 10 관점에 기초한 발명으로서, 또한 조립 공정이, 퓸드 실리카를 사용하여 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛ 인 실리카 분말을 얻는 공정일 때, 얻어지는 합성 비정질 실리카 분말의 탄소 농도가 2 ppm 미만, 염소 농도가 2 ppm 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 1 관점의 합성 비정질 실리카 분말은, 조립된 실리카 분말에 구상화 처리를 실시한 후, 세정하고 건조시켜 얻어진 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 2000 ㎛ 인 합성 비정질 실리카 분말로서, BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 1.00 ∼ 1.35, 진밀도가 2.10 ∼ 2.20 g/㎤, 입자내 공간율이 0 ∼ 0.05, 원형도가 0.75 ∼ 1.00 및 구상화율이 0.55 ∼ 1.00 이다. 이 때문에, 이 합성 비정질 실리카 분말을 사용하여 합성 실리카 유리 제품을 제조하면, 원료 분말의 표면에 흡착되는 가스 성분이 적어지고, 또한 분말 내부의 가스 성분이 적어지기 때문에, 기포의 발생 또는 팽창을 저감할 수 있다.

본 발명의 제 2 관점의 합성 비정질 실리카 분말은, 조립된 실리카 분말을 소성한 후, 구상화 처리가 실시된 합성 비정질 실리카 분말로서, 탄소 농도가 2 ppm 미만 또는 염소 농도가 2 ppm 미만 중 어느 일방 또는 그 양방을 만족한다. 이 때문에, 이 합성 비정질 실리카 분말을 사용하여 합성 실리카 유리 제품을 제조하면, 원료 분말의 표면에 흡착되는 가스 성분이 적어지고, 또한 분말 내부의 가스 성분이 적어지기 때문에, 기포의 발생 또는 팽창을 저감할 수 있다. 특히, 이 합성 비정질 실리카 분말에서는, 구상화 처리를 실시하기 전에 소성을 실시함으로써 표면에 흡착되는 가스 성분, 분말 내부의 가스 성분이 매우 적어, 상기 합성 실리카 유리 제품에 있어서의 기포의 발생 또는 팽창의 저감 효과가 보다 높아진다.

본 발명의 제 5 관점의 합성 비정질 실리카 분말은, 조립된 실리카 분말이, 퓸드 실리카를 사용하여 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 얻어진 실리카 분말인 것에 의해, 탄소 농도 2 ppm 미만, 염소 농도 2 ppm 미만을 달성한다.

이 합성 비정질 실리카 분말에서는, 원료 분말인 실리카 분말로 퓸드 실리카를 사용함으로써, 염소계 규소 화합물을 액 중에서 반응시켜 얻어진 것 또는 테트라메톡시실란 등의 유기계 실리콘 화합물로부터 얻어진 것을 원료 분말로 사용한 것과 비교하여 탄소 농도 및 염소 농도가 더욱 억제되기 때문에, 상기 합성 실리카 유리 제품에 있어서의 기포의 발생 또는 팽창의 저감 효과가 더욱 높아진다.

본 발명의 제 6 ∼ 제 9 관점의 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법은, 예를 들어 사염화규소를 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키거나, 테트라메톡시실란 등의 유기계 실리콘 화합물을 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키거나, 또는 퓸드 실리카를 사용하여 실리카질의 겔을 생성시킨다. 그리고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 원하는 평균 입경의 실리카 분말을 얻는 조립 공정과, 소정의 고주파 출력으로 플라즈마를 발생시킨 플라즈마 토치 안에 소정의 공급 속도로 상기 조립 공정에서 얻어진 실리카 분말을 투입하고, 2000 ℃ 에서 이산화규소의 비점까지의 온도로 가열하여, 용융시키는 열 플라즈마에 의한 구상화 공정과, 상기 구상화 공정 후의 구상화 실리카 분말 표면에 부착되어 있는 미분을 제거하는 세정 공정과, 상기 세정 공정 후의 실리카 분말을 건조시키는 건조 공정을 이 순서대로 포함하고, 상기 구상화 공정에서의 고주파 출력 (W) 을 A, 실리카 분말의 공급 속도 (㎏/hr) 를 B 로 할 때, A/B (W·hr/㎏) 의 값이 1.0×10⁴이상이 되도록 조정하여 실시되고, 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 2000 ㎛, BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 1.00 ∼ 1.35, 진밀도가 2.10 ∼ 2.20 g/㎤, 입자내 공간율이 0 ∼ 0.05, 원형도가 0.75 ∼ 1.00 및 구상화율이 0.55 ∼ 1.00 인 합성 비정질 실리카 분말을 얻는 것을 특징으로 한다. 상기 공정을 거침으로써, 불가피한 가스 흡착량이 적고, 또한 분말 내부의 가스 성분이 적기 때문에, 합성 실리카 유리 제품의 원료로서 바람직하게 사용할 수 있는 합성 비정질 실리카 분말을 간편하게 제조할 수 있다.

본 발명의 제 10 ∼ 제 13 관점의 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법은, 예를 들어 사염화규소를 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키거나, 테트라메톡시실란 등의 유기계 실리콘 화합물을 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키거나, 또는 퓸드 실리카를 사용하여 실리카질의 겔을 생성시킨다. 그리고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 원하는 평균 입경의 실리카 분말을 얻는 조립 공정과, 상기 조립 공정에서 얻어진 실리카 분말을 800 ∼ 1450 ℃ 의 온도에서 소성하는 소성 공정과, 소정의 고주파 출력으로 플라즈마를 발생시킨 플라즈마 토치 안에 소정의 공급 속도로 상기 소성 공정에서 얻어진 실리카 분말을 투입하고, 2000 ℃ 에서 이산화규소의 비점까지의 온도로 가열하여, 용융시키는 열 플라즈마에 의한 구상화 공정과, 상기 구상화 공정 후의 구상화 실리카 분말 표면에 부착되어 있는 미분을 제거하는 세정 공정과, 상기 세정 공정 후의 실리카 분말을 건조시키는 건조 공정을 이 순서대로 포함하고, 상기 구상화 공정에서의 고주파 출력 (W) 을 A, 실리카 분말의 공급 속도 (㎏/hr) 를 B 로 할 때, A/B (W·hr/㎏) 의 값이 1.0×10⁴이상이 되도록 조정하여 실시되고, 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 2000 ㎛, BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 1.00 ∼ 1.35, 진밀도가 2.10 ∼ 2.20 g/㎤, 입자내 공간율이 0 ∼ 0.05, 원형도가 0.75 ∼ 1.00 및 구상화율이 0.55 ∼ 1.00 인 합성 비정질 실리카 분말을 얻는 것을 특징으로 한다. 상기 공정을 거침으로써, 불가피한 가스 흡착량이 적고, 또한 분말 내부의 가스 성분이 적기 때문에, 합성 실리카 유리 제품의 원료로서 바람직하게 사용할 수 있는 합성 비정질 실리카 분말을 간편하게 제조할 수 있다. 특히, 이 제조 방법에서는, 구상화 처리 공정 전에 소정의 조건에 의한 소성 공정을 둠으로써 표면에 흡착되는 가스 성분, 분말 내부의 가스 성분을 매우 적게 할 수 있어, 상기 합성 실리카 유리 제품에 있어서의 기포의 발생 또는 팽창의 저감 효과가 보다 높은 합성 비정질 실리카 분말을 제조할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 합성 비정질 실리카 분말의 대표적인 분말 입자를 나타내는 사진도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태의 합성 비정질 실리카 분말의 대표적인 분말 입자를 나타내는 사진도이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시형태의 합성 비정질 실리카 분말의 제조 공정을 나타내는 프로세스 플로우도이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태의 합성 비정질 실리카 분말의 제조 공정을 나타내는 프로세스 플로우도이다.
도 5 는 열 플라즈마에 의한 구상화 장치의 개략 단면도이다.
도 6 은 입도·형상 분포 측정기의 개략도이다.
도 7 은 구상화 처리를 실시하지 않은 대표적인 실리카 분말 입자를 나타내는 사진도이다.

다음으로 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 다음에 나타나는 제 1 실시형태는 본 발명의 실시형태가 아니라 참고형태이다. 본 발명의 실시형태는 제 2 실시형태 뿐이다.

본 발명의 제 1 실시형태의 합성 비정질 실리카 분말은, 조립된 실리카 분말에 구상화 처리를 실시한 후, 세정하고 건조시킴으로써 얻어진다. 그리고, BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 1.00 ∼ 1.35, 진밀도가 2.10 ∼ 2.20 g/㎤, 입자내 공간율이 0 ∼ 0.05, 원형도가 0.75 ∼ 1.00 및 구상화율이 0.55 ∼ 1.00 인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제 2 실시형태의 합성 비정질 실리카 분말은, 조립된 실리카 분말을 소성한 후, 구상화 처리가 실시된 합성 비정질 실리카 분말이다. 이로써, 탄소 농도가 2 ppm 미만 또는 염소 농도가 2 ppm 미만 중 어느 일방 또는 그 양방을 만족한다.

고온 및 감압하에 있어서 실리콘 단결정 인상용 도가니 등의 합성 실리카 유리 제품에 기포가 발생 또는 팽창하는 주된 원인으로는, 제품의 제조에 사용한 원료 분말의 표면에 흡착되어 있는 가스를 생각할 수 있다. 즉, 합성 실리카 유리 제품을 제조함에 있어서, 그 하나의 공정인 용융시에, 원료 분말의 표면에 흡착되어 있던 가스 성분이 이탈한다. 그리고, 이 가스 성분이 합성 실리카 유리 제품 중에 잔류하여, 이것이 기포의 발생 또는 팽창의 원인이 된다.

합성 실리카 유리 제품의 원료가 되는 실리카 분말은, 통상적으로 분쇄 공정을 거치기 때문에, 도 7 에 나타내는 바와 같이 부정형 (분쇄 분말 형상) 의 입자를 많이 포함한다. 그 때문에 비표면적이 커져, 불가피한 가스 흡착량이 커지는 것으로 생각된다.

그래서, 본 발명의 합성 비정질 실리카 분말은 분말에 구상화 처리를 실시함으로써, BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값을 상기 범위로 한 것이다. BET 비표면적이란, BET 3 점법에 의해 측정한 값을 말한다. 또한, 입자의 이론 비표면적은, 입자가 진구체이고, 표면이 평활하다고 가정한 경우, 다음 식 (1) 로부터 산출된다. 또, 식 (1) 중, D 는 입자의 직경, ρ 는 진밀도를 나타낸다.

이론 비표면적 = 6/(D×ρ) (1)

본 명세서 중 분말의 이론 비표면적이란, 상기 식 (1) 에 있어서, D 를 분말의 평균 입경 D₅₀, ρ 를 진밀도 2.20 g/㎤ 로 가정한 이론 진밀도로부터 산출한 값이다. 즉, 분말의 이론 비표면적은, 다음 식 (2) 로부터 산출된다.

분말의 이론 비표면적 = 2.73/D₅₀ (2)

BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 커지면, 비표면적이 커져, 불가피한 가스 흡착량이 커진다. 이 중, 상기 값은 1.00 ∼ 1.15 의 범위가 바람직하다. 상기 값이 1.15 보다 크면, 기포의 발생 또는 팽창의 저감 효과가 작다.

평균 입경 D₅₀ 이 작은 측에 입도 분포의 치우침이나 입도 분포의 피크가 존재하기 때문에, 평균 입경 D₅₀ 의 측정이 작아지는 경우, BET 비표면적을 평균 입경으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 1.00 미만이 되는 경우가 있다. 그 경우에는, BET 비표면적을 평균 입경으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값을 1.00 으로 한다.

또한, 합성 비정질 실리카 분말의 원형도는 0.75 이상이다. 원형도는, 1.00 에 가까워질수록 분말 입자가 진구에 가까워지는 것을 의미하고, 다음 식 (3) 에 의해 산출된다.

원형도 = 4πS/L² (3)

식 (3) 중, S 는 촬영한 입자 투영도의 면적, L 은 입자 투영도의 주위 길이를 나타낸다. 본 명세서 중, 분말의 원형도란, 상기 식 (3) 에서부터 산출된 분말 입자 200 개의 평균값이다. 분말의 원형도가 0.75 미만에서는, 기포의 발생 또는 팽창의 저감 효과가 작다. 이 중, 분말의 원형도는 0.80 ∼ 1.00 의 범위가 바람직하다.

또한, 합성 비정질 실리카 분말의 구상화율은 0.55 이상이다. 분말의 구상화율이란, 소정량의 분말 중에 원형도가 0.60 ∼ 1.00 인 입자가 포함되는 비율을 나타낸다. 구상화율이 0.55 미만에서는, 기포의 발생 또는 팽창의 저감 효과가 작다. 이 중, 분말의 구상화율은 0.80 ∼ 1.00 의 범위인 것이 바람직하다.

또한, 합성 비정질 실리카 분말의 1 개의 입자에 대해서 착안하면, 입자 내에 공공 (空孔) 이나 폐색된 크랙 등의 내부 공간이 존재하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 합성 비정질 실리카 분말의 내부에 공간이 존재하면, 합성 실리카 유리 제품 중의 기포의 발생 또는 팽창의 원인이 되기 때문이다. 이 때문에, 진밀도는 2.10 g/㎤ 이상이고, 2.15 ∼ 2.20 g/㎤ 인 것이 바람직하다. 진밀도란 JIS R 7212 카본 블록의 측정 방법 (d) 진비중 측정에 준하여, 진밀도 측정을 3 회 실시하고, 이 평균값을 말한다. 또한, 입자내 공간율은 0.05 이하이고, 0.01 이하가 바람직하다. 입자내 공간율이란, 50 개의 분말 입자에 대해서, 단면을 SEM (주사형 전자 현미경) 에 의해 관찰했을 때의 입자의 단면적과, 입자 내에 공간이 있으면 그 공간의 면적을 측정하여, 다음 식 (4) 로부터 산출한 값의 평균값이다.

입자내 공간율 = 입자내 공간 총면적/입자단 총면적 (4)

또한, 합성 비정질 실리카 분말의 평균 입경 D₅₀ 은 10 ∼ 2000 ㎛ 이고, 50 ∼ 1000 ㎛ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 하한치 미만에서는, 분말 입자 사이의 공간이 작아 이 공간에 존재하고 있는 기체가 빠져나가기 어렵기 때문에, 작은 기포가 남기 쉽고, 한편, 상한치를 초과하면, 분말 입자 사이의 공간이 지나치게 커, 커다란 기포가 남기 쉽기 때문이다. 이 중, 평균 입경 D₅₀ 은 80 ∼ 600 ㎛ 의 범위 내인 것이 특히 바람직하다. 또, 본 명세서 중, 평균 입경 D₅₀ 이란, 레이저 회절 산란식 입자 분포 측정 장치 (형식명 : HORIBA LA-950) 에 의해서 측정한 입자 분포 (직경) 의 중앙값을 3 회 측정하여, 이 평균값을 말한다. 합성 비정질 실리카 분말의 부피 밀도는 1.00 g/㎤ 이상인 것이 바람직하다. 하한치 미만에서는, 분말 입자 사이의 공간이 지나치게 커, 커다란 기포가 남기 쉽고, 한편, 상한치를 초과하면, 분말 입자 사이의 공간이 작기 때문에 이 공간에 존재하고 있는 기체가 빠져나가기 어려워, 작은 기포가 남기 쉽기 때문이다. 이 중, 부피 밀도는 1.20 ∼ 1.50 g/㎤ 범위 내인 것이 특히 바람직하다.

분말의 용융성을 균일하게 하기 위해서, CuKα 선을 사용하여 분말 X 선 회절법으로 측정한 경우에 회절 피크가 브로드한, 결정질 실리카 분말이 확인되지 않는 분말인 것이 바람직하다. 비정질과 결정질의 실리카에서는 용융에 있어서의 거동이 상이하여, 결정질 실리카의 용융이 늦게 시작하는 경향이 있다. 이 때문에, 비정질과 결정질의 실리카가 혼재하고 있는 합성 비정질 실리카 분말을 사용하여 합성 실리카 유리 제품 등의 제조를 하면, 합성 실리카 유리 제품 중에 기포가 남기 쉽기 때문이다.

합성 실리카 유리 제품의 불순물 혼입의 저감이나 고성능화를 위해서, 합성 비정질 실리카 분말의 불순물 농도는, 수소 원자를 제외한 1A 족, 2A ∼ 8 족, 1B ∼ 3B 족, 탄소 및 규소를 제외한 4B 족, 5B 족, 산소를 제외한 6B 족, 염소를 제외한 7B 족의 농도가 1 ppm 미만인 것이 바람직하다. 이 중, 이들 불순물 농도는 0.05 ppm 미만인 것이 특히 바람직하다. 또한, 고온 및 감압하에 있어서의 합성 실리카 유리 제품 중의 기포의 발생 또는 팽창을 억제하기 위해, 가스 성분으로 될 수 있는 수산기가 60 ppm 이하, 염소 농도가 5 ppm 이하, 탄소 농도가 5 ppm 이하인 것이 바람직하다.

특히, 본 발명의 제 2 실시형태의 합성 비정질 실리카 분말에서는, 구상화 처리를 실시하기 전에 소성을 실시함으로써, 표면에 흡착되는 가스 성분, 분말 내부의 가스 성분이 매우 적어져, 합성 실리카 유리 제품에 있어서의 기포의 발생 또는 팽창의 저감 효과가 보다 높아진다. 즉, 조립된 실리카 분말에, 소정의 조건으로 소성을 실시함으로써, 염소 농도가 2 ppm 미만 또는 탄소 농도가 2 ppm 미만 중 어느 일방 또는 양방을 달성할 수 있다.

그리고, 조립된 실리카 분말, 즉 원료 분말이, 사염화규소를 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 얻어진 실리카 분말일 때, 구상화 처리 전에 소정의 조건으로 소성을 실시함으로써 탄소 농도가 2 ppm 미만이 된다. 이것은, 상기 실리카 분말은, 테트라메톡시실란 등의 유기계 실리콘 화합물을 사용하여 얻어진 실리카 분말에 비하여 탄소 농도가 낮기 때문에, 이것을 원료 분말로 사용하여 얻어진 합성 비정질 실리카 분말에서는, 잔류하는 탄소 농도가 비교적 저감된다.

또한, 조립된 실리카 분말이, 유기계 실리콘 화합물을 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 얻어진 실리카 분말일 때, 구상화 처리 전에 소정의 조건으로 소성을 실시함으로써 염소 농도가 2 ppm 미만이 된다. 상기 실리카 분말은, 염소계 규소 화합물을 액 중에서 반응시켜 얻어진 실리카 분말에 비하여 염소 농도가 낮기 때문에, 이것을 원료 분말로 사용하여 얻어진 합성 비정질 실리카 분말에서는, 잔류하는 염소 농도가 비교적 저감된다.

또한, 조립된 실리카 분말이, 퓸드 실리카를 사용하여 실리카질의 겔을 생성시키고, 이 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 이 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 얻어진 실리카 분말일 때, 구상화 처리 전에 소정의 조건으로 소성을 실시함으로써, 탄소 농도가 2 ppm 미만, 염소 농도가 2 ppm 미만을 달성한다. 원료 분말로 염소계 규소 화합물을 액 중에서 반응시켜 얻어진 실리카 분말을 사용하여 얻어진 합성 비정질 실리카 분말에서는, 잔류하는 염소 농도가 비교적 높아지기 쉽다. 또한, 원료 분말로 유기계 실리콘 화합물을 사용하여 얻어진 합성 비정질 실리카 분말에서는, 잔류하는 탄소 농도가 비교적 높아지기 쉽다. 한편, 퓸드 실리카는 상기 2 개의 실리카 분말보다 염소 농도, 탄소 농도가 모두 낮기 때문에, 원료 분말로 퓸드 실리카를 사용하여 얻어진 합성 비정질 실리카 분말에서는, 염소 농도, 탄소 농도의 양방이 매우 저감된다. 이로써, 합성 실리카 유리 제품에 있어서의 기포의 발생 또는 팽창의 저감 효과도 더욱 높아진다.

본 발명의 합성 비정질 실리카 분말은, 구상화 처리를 실시한 후, 세정하고 건조시킴으로써, 도 1 또는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 용융되어 구상화된 입자를 많이 포함하는 것이다. 이와 같이, 본 발명의 합성 비정질 실리카 분말은 진구에 가까운 입자를 많이 포함하기 때문에, 분말의 원형도, 구상화율은 상기 범위를 나타내고, 불가피한 가스 흡착량이 저감된다. 또, 용융되어 구상화된 입자에는, 복수가 응집된 입자도 포함되는 경우도 있는데, 응집된 것이 1 입자를 구성하는 것으로 하여 상기 원형도나 구상화율 등의 비율을 규정하고 있다.

계속해서, 본 발명의 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법에 관해서 설명한다. 본 발명의 제 1 실시형태의 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 원료가 되는 실리카 분말에 구상화 처리를 실시한 후, 세정하고 건조시킴으로써 얻어진다. 또한, 본 발명의 제 2 실시형태의 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 원료가 되는 실리카 분말을 소성하고, 이 소성한 실리카 분말에 구상화 처리를 실시한 후, 세정하고 건조시킴으로써 얻어진다. 각 공정에 관해서, 이하에서 상세히 설명한다.

본 발명의 합성 비정질 실리카 분말의 원료가 되는 실리카 분말은, 예를 들어, 다음과 같은 방법에 의해 얻어진다. 제 1 방법으로는, 먼저 사염화규소 1 ㏖ 에 대하여, 45 ∼ 80 ㏖ 에 상당하는 양의 초순수를 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 질소, 아르곤 등의 분위기에서, 온도를 20 ∼ 45 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 사염화규소를 첨가하여 가수분해시킨다. 사염화규소를 첨가하고 나서 0.5 ∼ 6 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시킨다. 이 때, 교반 속도는 100 ∼ 300 rpm 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기로 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 바람직하게는 10 ∼ 20 ℓ/min 의 유량으로 질소, 아르곤 등을 흘리면서, 200 ℃ ∼ 300 ℃ 의 온도에서 12 ∼ 48 시간 건조시켜 건조 분말을 얻는다. 다음으로, 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내어, 롤 크러셔 등의 분쇄기를 사용하여 분쇄한다. 롤 크러셔를 사용하는 경우에는, 롤 간극 0.2 ∼ 2.0 ㎜, 롤 회전수 3 ∼ 200 rpm 으로 적절히 조정하여 실시한다. 마지막으로, 분쇄한 건조 분말을 진동 체 등을 사용하여 분급함으로써, 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛, 바람직하게는 70 ∼ 1300 ㎛ 인 실리카 분말이 얻어진다.

제 2 방법으로는, 유기계 실리콘 화합물로서 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 0.5 ∼ 3 ㏖, 에탄올 0.5 ∼ 3 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수, 에탄올을 용기 내에 넣고, 질소, 아르곤 등의 분위기에서, 온도를 60 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 테트라메톡시실란을 첨가하여 가수분해시킨다. 테트라메톡시실란을 첨가하고 나서 5 ∼ 120 분간 교반한 후, 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여 1 ∼ 50 ㏖ 의 초순수를 추가로 첨가하고 1 ∼ 12 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시킨다. 이 때, 교반 속도는 100 ∼ 300 rpm 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 바람직하게는 10 ∼ 20 ℓ/min 의 유량으로 질소, 아르곤 등을 흘리면서, 200 ℃ ∼ 300 ℃ 의 온도에서 6 ∼ 48 시간 건조시켜 건조 분말을 얻는다. 다음으로, 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내어, 롤 크러셔 등의 분쇄기를 사용하여 분쇄한다. 롤 크러셔를 사용하는 경우에는, 롤 간극 0.2 ∼ 2.0 ㎜, 롤 회전수 3 ∼ 200 rpm 으로 적절히 조정하여 실시한다. 마지막으로, 분쇄한 건조 분말을 진동 체 등을 사용하여 분급함으로써, 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛, 바람직하게는 70 ∼ 1300 ㎛ 인 실리카 분말이 얻어진다.

제 3 방법으로는, 먼저 평균 입경 D₅₀ 이 0.007 ∼ 0.030 ㎛, 비표면적이 50 ∼ 380 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 3.0 ∼ 35.0 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 질소, 아르곤 등의 분위기에서, 온도를 10 ∼ 30 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가한다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 0.5 ∼ 6 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시킨다. 이 때, 교반 속도는 10 ∼ 50 rpm 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 바람직하게는 10 ∼ 20 ℓ/min 의 유량으로 질소, 아르곤 등을 흘리면서, 200 ℃ ∼ 300 ℃ 의 온도에서 12 ∼ 48 시간 건조시켜 건조 분말을 얻는다. 다음으로, 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내어, 롤 크러셔 등의 분쇄기를 사용하여 분쇄한다. 롤 크러셔를 사용하는 경우에는, 롤 간극 0.2 ∼ 2.0 ㎜, 롤 회전수 3 ∼ 200 rpm 으로 적절히 조정하여 실시한다. 마지막으로, 분쇄한 건조 분말을 진동 체 등을 사용하여 분급함으로써, 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛, 바람직하게는 70 ∼ 1300 ㎛ 인 실리카 분말이 얻어진다.

이렇게 해서 조립되고, 얻어진 실리카 분말에는, 후술하는 조건으로 구상화 처리를 실시하는데, 본 발명의 제 2 실시형태의 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법에서는, 이 구상화 처리 전에, 도 4 에 나타내는 바와 같이 소정의 조건으로 소성을 실시한다. 이 소성은, 내열성 유리나 석영제의 용기에서 대기 또는 질소 분위기 중, 800 ∼ 1450 ℃ 의 온도에서 실시한다. 구상화 처리 공정 전에 소성 공정을 둠으로써, 표면에 흡착되는 가스 성분, 분말 내부의 가스 성분을 매우 적게 할 수 있다. 또한, 실리카 분말은 나노사이즈의 클로즈드 포어를 갖고 있기 때문에, 이 분말에 구상화 처리를 실시하면, 입자 내에 공공이 잔류한다. 이 때문에, 구상화 처리 전의 실리카 분말에 소성을 실시함으로써, 상기 나노사이즈의 클로즈드 포어를 소실시킬 수 있다. 소성 온도가 하한치 미만에서는, 소성에 의한 가스 성분의 저감 효과나, 클로즈드 포어를 소실시키는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 소성 온도가 상한치를 초과하면, 분말 사이에서 고착되는 문제가 발생한다.

상기 제 1 ∼ 제 3 방법에 의해 얻어진 실리카 분말 또는 이 분말에 상기 조건으로 소성을 실시한 실리카 분말의 구상화는, 열 플라즈마에 의한 구상화 처리로 실시한다. 열 플라즈마에 의한 구상화 처리에서는, 예를 들어, 도 5 에 나타내는 장치를 사용할 수 있다. 이 장치 (30) 는, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치 (31) 와, 이 플라즈마 토치 (31) 의 하부에 형성된 반응통인 챔버 (32) 와, 이 챔버 (32) 의 하부에 형성된 처리 후의 분말을 회수하는 회수부 (33) 를 구비한다. 플라즈마 토치 (31) 는, 챔버 (32) 에 연이어 통하는 정상부가 봉해진 석영관 (34) 과, 이 석영관 (34) 을 둘러 감는 고주파 유도 코일 (36) 을 갖는다. 석영관 (34) 의 상부에는 원료 공급관 (37) 이 관통하여 형성되고, 또한 가스 도입관 (38) 이 접속된다. 챔버 (32) 의 측방에는 가스 배기구 (39) 가 형성된다. 플라즈마 토치 (31) 에서는, 고주파 유도 코일 (36) 에 통전시키면 플라즈마 (40) 를 발생하여, 가스 도입관 (38) 으로부터 석영관 (34) 에 아르곤, 산소 등의 가스가 공급된다. 원료 분말은 원료 공급관 (37) 을 통해서 플라즈마 (40) 중에 공급된다. 또한, 챔버 (32) 내의 가스는, 챔버 (32) 측방에 형성된 가스 배기구 (39) 로부터 배기된다. 먼저, 장치 (30) 의 가스 도입관 (38) 으로부터 작동 가스인 아르곤을 15 ∼ 60 ℓ/min 의 유량으로 도입하고, 주파수 4 ∼ 5 MHz, 출력 30 ∼ 80 kW 의 고주파를 플라즈마 토치 (31) 에 인가시켜, 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마가 안정된 후에, 산소를 10 ∼ 80 ℓ/min 의 유량으로 서서히 도입하여 아르곤-산소 플라즈마를 발생시킨다. 다음으로 상기한 제 1 ∼ 제 3 방법에 의해 얻어진 실리카 분말 또는 이 분말에 상기 조건으로 소성을 실시한 실리카 분말을, 원료 공급관 (37) 으로부터 공급 속도 1.5 ∼ 8.0 ㎏/hr 으로 아르곤-산소 플라즈마 중에 투입하여 실리카 분말을 용융시키고, 융체 (融體) 가 된 입자를 낙하시켜, 낙하된 입자를 회수부 (33) 에서 회수함으로써, 구상화된 실리카 분말 (41) 을 얻을 수 있다. 합성 비정질 실리카 분말에 있어서의 원형도나 구상화율 등의 조정은, 고주파 출력이나 실리카 분말의 공급 속도 등의 조정에 의해 실시할 수 있다. 예를 들어, 상기 범위 중, 고주파 출력 (W) 을 A, 실리카 분말의 공급 속도 (㎏/hr) 를 B 로 할 때, 고주파 출력 A 및 실리카 분말의 공급 속도 B 를, A/B (W·hr/㎏) 의 값이 1.0×10⁴이상의 범위가 되도록 조정함으로써 원하는 원형도, 구상화율이 얻어진다.

구상화 처리 후의 실리카 분말은, 그 표면에 아르곤-산소 플라즈마 중으로 증발된 실리카 분말의 미분이 부착되어 있기 때문에, 세정 용기에 구상 공정 후의 구상화 실리카 분말과 초순수를 넣고, 초음파 세정을 실시한다. 초음파 세정 후, 이 실리카 분말의 미분은 초순수 중으로 이동하기 때문에, 눈 크기가 거친 필터로 여과를 실시한다. 실리카 분말의 미분이 없어질 때까지 이 작업을 반복해서 실시한다.

세정 공정 후의 실리카 분말의 건조는, 먼저, 분말을 건조용 용기에 넣고, 이 건조용 용기를 건조기에 넣는다. 그리고, 건조기 내에 질소, 아르곤 등을 1 ∼ 20 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 100 ℃ ∼ 400 ℃ 의 온도에서 12 ∼ 48 시간 유지함으로써 실시하는 것이 바람직하다.

이상의 공정에 의해 본 발명의 합성 비정질 실리카 분말이 얻어진다. 이 합성 비정질 실리카 분말은, 불가피한 가스 흡착량이 적고, 또한 분말 내부의 가스 성분이 적기 때문에, 합성 실리카 유리 제품의 원료로서 바람직하게 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 제 2 실시형태의 제조 방법에서는, 구상화 처리 공정 전에 소정의 조건에 의한 소성 공정을 둠으로써, 표면에 흡착되는 가스 성분, 분말 내부의 가스 성분을 매우 적게 할 수 있다.

실시예

다음으로 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 자세히 설명한다. 다음의 실시예 1 내지 7 은 실시예가 아니라 참고예이다.

<실시예 1>

먼저, 사염화규소 1 ㏖ 에 대하여, 55.6 ㏖ 에 상당하는 양의 초순수를 준비하였다. 이 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 25 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 사염화규소를 첨가하여 가수분해시켰다. 사염화규소를 첨가하고 나서 3 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 150 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 15 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 250 ℃ 의 온도에서 18 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수를 50 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 100 ㎛ 및 메시 간격 150 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 121 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

계속해서, 도 5 에 나타내는 장치 (30) 를 사용하여, 다음의 표 1 에 나타내는 조건으로, 상기 얻어진 실리카 분말에 소성을 실시하지 않고서 구상화 처리를 실시하였다. 구체적으로는, 먼저 장치 (30) 의 가스 도입관 (38) 으로부터 작동 가스인 아르곤을 도입하고, 고주파를 플라즈마 토치 (31) 에 인가시켜, 플라즈마를 발생시켰다. 플라즈마가 안정된 후에, 산소를 서서히 도입하여 아르곤-산소 플라즈마를 발생시켰다. 상기 얻어진 실리카 분말을 원료 공급관 (37) 으로부터 아르곤-산소 플라즈마 중에 투입하여 실리카 분말을 용융시키고, 융체가 된 입자를 낙하시켜, 낙하된 입자를 회수부 (33) 에서 회수함으로써, 구상화된 실리카 분말 (41) 을 얻었다.

구상화 처리 후, 세정 용기에 상기 분말과 초순수를 넣고, 초음파 세정을 실시하였다. 초음파 세정을 실시한 후, 메시 간격 50 ㎛ 의 필터로 여과하였다. 실리카 분말의 입자 표면에 부착되는 미세 분말이 없어질 때까지 이 조작을 반복해서 실시하였다.

마지막으로, 세정한 분말을 건조용 용기에 넣고, 이 건조용 용기를 건조기에 투입하여, 건조기 내에 질소 10 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 200 ℃ 의 온도에서 48 시간 유지함으로써 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<실시예 2>

먼저, 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 1 ㏖, 에탄올 1 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수, 에탄올을 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 60 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 테트라메톡시실란을 첨가하여 가수분해시켰다. 테트라메톡시실란을 첨가하고 나서 60 분간 교반한 후, 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여 25 ㏖ 의 초순수를 추가로 첨가하고 6 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 100 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 20 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 200 ℃ 의 온도에서 24 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수를 55 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 100 ㎛ 및 메시 간격 150 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 130 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

마지막으로, 세정 후의 분말을 건조용 용기에 넣고, 이 건조용 용기를 건조기에 투입하여, 건조기 내에 아르곤을 10 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 300 ℃ 의 온도에서 12 시간 유지함으로써 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<실시예 3>

먼저, 평균 입경 D₅₀ 이 0.020 ㎛, 비표면적이 90 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여 초순수 13 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 25 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가하였다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 3 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 30 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 10 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 300 ℃ 의 온도에서 12 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.5 ㎜, 롤 회전수를 30 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 375 ㎛ 및 메시 간격 450 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 426 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

구상화 처리 후, 세정 용기에 상기 분말과 초순수를 넣고, 초음파 세정을 실시하였다. 초음파 세정을 실시한 후, 메시 간격 200 ㎛ 의 필터로 여과하였다. 실리카 분말의 입자 표면에 부착되는 미세 분말이 없어질 때까지 이 조작을 반복해서 실시하였다.

마지막으로, 세정 후의 분말을 건조용 용기에 넣고, 이 건조용 용기를 건조기에 투입하여, 건조기 내에 질소를 20 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 200 ℃ 의 온도에서 36 시간 유지함으로써 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<실시예 4>

평균 입경 D₅₀ 이 860 ㎛ 인 실리카 분말을 얻은 것, 및 다음의 표 1 에 나타내는 조건으로 구상화 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<실시예 5>

먼저, 평균 입경 D₅₀ 이 0.020 ㎛, 비표면적이 90 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 12 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 30 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가하였다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 2 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 20 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 1.0 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 250 ℃ 의 온도에서 15 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수를 25 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 50 ㎛ 및 메시 간격 150 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 99 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

마지막으로, 세정 후의 분말을 건조용 용기에 넣고, 이 건조용 용기를 건조기에 투입하여, 건조기 내에 질소를 10 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 250 ℃ 의 온도에서 24 시간 유지함으로써 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<실시예 6>

먼저, 사염화규소 1 ㏖ 에 대하여, 60 ㏖ 에 상당하는 양의 초순수를 준비하였다. 이 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 30 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 사염화규소를 첨가하여 가수분해시켰다. 사염화규소를 첨가하고 나서 4 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 250 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 10 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 250 ℃ 의 온도에서 24 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수 150 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 50 ㎛ 및 메시 간격 200 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 116 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

마지막으로, 세정 후의 분말을 건조용 용기에 넣고, 건조기 내에 질소를 15 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 150 ℃ 의 온도에서 48 시간 유지함으로써 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<실시예 7>

먼저, 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 1 ㏖, 에탄올 1 ㏖ 을 준비하였다. 준비한 초순수, 에탄올을 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 60 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 테트라메톡시실란을 첨가하여 가수분해시켰다. 테트라메톡시실란을 첨가하고 나서 60 분간 교반한 후, 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여 25 ㏖ 의 초순수를 추가로 첨가하고 6 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 100 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 20 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 150 ℃ 의 온도에서 48 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수를 55 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 50 ㎛ 및 메시 간격 200 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 113 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

<비교예 1>

다음의 표 1 에 나타내는 조건으로 구상화 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<비교예 2>

다음의 표 1 에 나타내는 조건으로 구상화 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<비교예 3>

다음의 표 1 에 나타내는 조건으로 구상화 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 3 과 동일하게 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<비교예 4>

<비교예 5>

다음의 표 1 에 나타내는 조건으로 구상화 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 4 와 동일하게 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<비교예 6>

먼저, 사염화규소 1 ㏖ 에 대하여, 55.6 ㏖ 에 상당하는 양의 초순수를 준비하였다. 이 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 25 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 사염화규소를 첨가하여 가수분해시켰다. 사염화규소를 첨가하고 나서 3 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 150 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 15 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 250 ℃ 의 온도에서 18 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수 50 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 50 ㎛ 및 메시 간격 150 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 100 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

마지막으로, 분쇄한 분말을 소성용 용기에 넣고, 이 소성용 용기를 소성로에 투입하여, 소성 내에 질소를 10 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 1200 ℃ 의 온도에서 48 시간 유지함으로써, 평균 입경 D₅₀ 이 70 ㎛ 인 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다. 이 구상화 처리를 실시하지 않은 실리카 분말을 비교예 6 으로 하였다.

<비교예 7>

먼저, 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 1 ㏖, 에탄올 1 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수, 에탄올을 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 60 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 테트라메톡시실란을 첨가하여 가수분해시켰다. 테트라메톡시실란을 첨가하고 나서 60 분간 교반한 후, 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여 25 ㏖ 의 초순수를 추가로 첨가하고 6 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 100 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 20 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 200 ℃ 의 온도에서 24 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.6 ㎜, 롤 회전수를 100 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 550 ㎛ 및 메시 간격 650 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 590 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

마지막으로, 분쇄한 분말을 소성용 용기에 넣고, 이 소성용 용기를 소성로에 투입하여, 소성 내에 아르곤을 10 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 1200 ℃ 의 온도에서 48 시간 유지함으로써, 평균 입경 D₅₀ 이 412 ㎛ 인 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다. 이 구상화 처리를 실시하지 않은 실리카 분말을 비교예 7 로 하였다.

<비교예 8>

먼저, 평균 입경 D₅₀ 이 0.020 ㎛, 비표면적이 90 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 13 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 25 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가하였다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 3 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 30 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 10 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 300 ℃ 의 온도에서 12 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.9 ㎜, 롤 회전수를 150 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 850 ㎛ 및 메시 간격 950 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 895 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

마지막으로, 분쇄한 분말을 소성용 용기에 넣고, 이 소성용 용기를 소성로에 투입하여, 소성 내에 아르곤을 10 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 1200 ℃ 의 온도에서 48 시간 유지함으로써, 평균 입경 D₅₀ 이 627 ㎛ 인 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다. 이 구상화 처리를 실시하지 않은 실리카 분말을 비교예 8 로 하였다.

<실시예 8>

먼저, 평균 입경 D₅₀ 이 0.020 ㎛, 비표면적이 90 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 12 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 30 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가하였다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 2 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 20 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 10 ℓ/min 의 유량으로 아르곤을 흘리면서, 250 ℃ 의 온도에서 15 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수를 25 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 75 ㎛ 및 메시 간격 200 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 135 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1200 ℃, 36 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 96 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

계속해서, 도 5 에 나타내는 장치 (30) 를 사용하여, 다음의 표 2 에 나타내는 조건으로, 상기 소성 후에 얻어진 실리카 분말에 구상화 처리를 실시하였다. 구체적으로는, 먼저 장치 (30) 의 가스 도입관 (38) 으로부터 작동 가스인 아르곤을 도입하고, 고주파를 플라즈마 토치 (31) 에 인가시켜, 플라즈마를 발생시켰다. 플라즈마가 안정된 후에, 산소를 서서히 도입하여 아르곤-산소 플라즈마를 발생시켰다. 상기 얻어진 실리카 분말을 원료 공급관 (37) 으로부터 아르곤-산소 플라즈마 중에 투입하여 실리카 분말을 용융시키고, 융체가 된 입자를 낙하시켜, 낙하된 입자를 회수부 (33) 에서 회수함으로써, 구상화된 실리카 분말 (41) 을 얻었다.

마지막으로, 세정 후의 분말을 건조용 용기에 넣고, 이 건조용 용기를 건조기에 투입하여, 건조기 내에 아르곤을 10 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 250 ℃ 의 온도에서 24 시간 유지함으로써 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<실시예 9>

먼저, 평균 입경 D₅₀ 이 0.030 ㎛, 비표면적이 50 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 5 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 20 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가하였다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 0.5 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 30 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 15 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 200 ℃ 의 온도에서 48 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.3 ㎜, 롤 회전수를 100 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 75 ㎛ 및 메시 간격 250 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 159 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1250 ℃, 24 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 110 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

마지막으로, 세정 후의 분말을 건조용 용기에 넣고, 이 건조용 용기를 건조기에 투입하여, 건조기 내에 질소를 1 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 400 ℃ 의 온도에서 12 시간 유지함으로써 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<실시예 10>

먼저, 평균 입경 D₅₀ 이 0.007 ㎛, 비표면적이 300 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 30 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 아르곤 분위기에서, 온도를 10 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가하였다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 6 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 50 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 15 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 300 ℃ 의 온도에서 12 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.5 ㎜, 롤 회전수를 100 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 300 ㎛ 및 메시 간격 600 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 458 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1300 ℃, 72 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 323 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

<실시예 11>

먼저, 평균 입경 D₅₀ 이 0.016 ㎛, 비표면적이 130 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 15 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 아르곤 분위기에서, 온도를 25 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가하였다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 3 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 15 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 10 ℓ/min 의 유량으로 아르곤을 흘리면서, 200 ℃ 의 온도에서 36 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 1.0 ㎜, 롤 회전수를 50 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 500 ㎛ 및 메시 간격 1500 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 998 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1450 ℃, 72 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 695 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

구상화 처리 후, 세정 용기에 상기 분말과 초순수를 넣고, 초음파 세정을 실시하였다. 초음파 세정을 실시한 후, 메시 간격 400 ㎛ 의 필터로 여과하였다. 실리카 분말의 입자 표면에 부착되는 미세 분말이 없어질 때까지 이 조작을 반복해서 실시하였다.

마지막으로, 세정 후의 분말을 건조용 용기에 넣고, 이 건조용 용기를 건조기에 투입하여, 건조기 내에 질소를 10 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 300 ℃ 의 온도에서 24 시간 유지함으로써 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<실시예 12>

먼저, 사염화규소 1 ㏖ 에 대하여, 60 ㏖ 에 상당하는 양의 초순수를 준비하였다. 이 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 30 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 사염화규소를 첨가하여 가수분해시켰다. 사염화규소를 첨가하고 나서 4 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 250 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 10 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 250 ℃ 의 온도에서 24 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수 150 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 50 ㎛ 및 메시 간격 200 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 161 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1350 ℃, 24 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 113 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

<실시예 13>

먼저, 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 1 ㏖, 에탄올 1 ㏖ 을 준비하였다. 준비한 초순수, 에탄올을 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 60 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 테트라메톡시실란을 첨가하여 가수분해시켰다. 테트라메톡시실란을 첨가하고 나서 60 분간 교반한 후, 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여 25 ㏖ 의 초순수를 추가로 첨가하고 6 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 100 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 20 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 200 ℃ 의 온도에서 24 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수를 55 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 75 ㎛ 및 메시 간격 250 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 158 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1150 ℃, 72 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 108 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

마지막으로, 세정 후의 분말을 건조용 용기에 넣고, 건조기 내에 아르곤을 10 ℓ/min 의 유량으로 흘리면서, 300 ℃ 의 온도에서 12 시간 유지함으로써 합성 비정질 실리카 분말을 얻었다.

<비교예 9>

먼저, 평균 입경 D₅₀ 이 0.020 ㎛, 비표면적이 90 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 12 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 30 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가하였다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 2 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 20 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 10 ℓ/min 의 유량으로 아르곤을 흘리면서, 250 ℃ 의 온도에서 15 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수를 25 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 75 ㎛ 및 메시 간격 250 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 146 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1200 ℃, 36 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 102 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

<비교예 10>

먼저, 평균 입경 D₅₀ 이 0.030 ㎛, 비표면적이 50 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 5 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 20 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가하였다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 0.5 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 30 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 15 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 200 ℃ 의 온도에서 48 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.3 ㎜, 롤 회전수를 100 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 75 ㎛ 및 메시 간격 250 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 168 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1250 ℃, 24 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 113 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

<비교예 11>

먼저, 평균 입경 D₅₀ 이 0.007 ㎛, 비표면적이 300 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 30 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 10 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가하였다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 6 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 50 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 15 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 300 ℃ 의 온도에서 12 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.5 ㎜, 롤 회전수를 100 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 300 ㎛ 및 메시 간격 600 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 475 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1300 ℃, 72 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 355 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

<비교예 12>

먼저, 평균 입경 D₅₀ 이 0.016 ㎛, 비표면적이 130 ㎡/g 인 퓸드 실리카 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 15 ㏖ 을 준비한다. 준비한 초순수를 용기 내에 넣고, 아르곤 분위기에서, 온도를 25 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 퓸드 실리카를 첨가하였다. 퓸드 실리카를 첨가하고 나서 3 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 15 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 10 ℓ/min 의 유량으로 아르곤을 흘리면서, 200 ℃ 의 온도에서 36 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 1.0 ㎜, 롤 회전수를 50 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 500 ㎛ 및 메시 간격 1500 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 1050 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1450 ℃, 72 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 703 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

<비교예 13>

<비교예 14>

먼저, 사염화규소 1 ㏖ 에 대하여, 60 ㏖ 에 상당하는 양의 초순수를 준비하였다. 이 초순수를 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 30 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 사염화규소를 첨가하여 가수분해시켰다. 사염화규소를 첨가하고 나서 4 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 250 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 10 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 250 ℃ 의 온도에서 24 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수 150 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 50 ㎛ 및 메시 간격 250 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 163 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1350 ℃, 24 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 114 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

<비교예 15>

먼저, 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여, 초순수 1 ㏖, 에탄올 1 ㏖ 을 준비하였다. 준비한 초순수, 에탄올을 용기 내에 넣고, 질소 분위기에서, 온도를 60 ℃ 로 유지하여 교반하면서, 테트라메톡시실란을 첨가하여 가수분해시켰다. 테트라메톡시실란을 첨가하고 나서 60 분간 교반한 후, 테트라메톡시실란 1 ㏖ 에 대하여 25 ㏖ 의 초순수를 추가로 첨가하고 6 시간 교반을 계속하여, 실리카질의 겔을 생성시켰다. 이 때, 교반 속도는 100 rpm 으로 하였다. 다음으로, 상기 실리카질의 겔을 건조용 용기에 옮겨 이것을 건조기에 넣고, 건조기 내에 20 ℓ/min 의 유량으로 질소를 흘리면서, 200 ℃ 의 온도에서 24 시간 건조시켜 건조 분말을 얻었다. 이 건조 분말을 건조기로부터 꺼내고, 롤 크러셔를 사용하여 분쇄하였다. 이 때 롤 간극을 0.2 ㎜, 롤 회전수를 150 rpm 으로 조정하여 실시하였다. 분쇄한 건조 분말을 메시 간격 50 ㎛ 및 메시 간격 200 ㎛ 의 진동 체를 사용하여 분급하여, 평균 입경 D₅₀ 이 156 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

상기 조립한 분말을 석영제 용기에 넣고, 대기 분위기에서 1350 ℃, 24 시간 소성을 실시하여, 평균 입경 D₅₀ 이 109 ㎛ 인 실리카 분말을 얻었다.

실시예 1 ∼ 13 및 비교예 1 ∼ 15 에서 얻어진 분말에 대해서, 다음에 서술하는 방법에 의해, 평균 입경 D₅₀, BET 비표면적, 이론 비표면적, BET 비표면적/이론 비표면적, 진밀도, 입자내 공간율, 원형도 및 구상화율을 측정하였다. 이들의 결과를 다음의 표 3 또는 표 4 에 나타낸다.

(1) 평균 입경 D₅₀ : 레이저 회절 산란식 입자 분포 측정 장치 (형식명 : HORIBA LA-950) 에 의해서 측정한 입자 분포 (직경) 의 중앙값을 3 회 측정하여, 이 평균값을 산출하였다.

(2) BET 비표면적 : 측정 장치 (QUANTACHROME AUTOSORB-1 MP) 를 사용한 BET 3 점법에 의해 측정하였다. BET 3 점법은, 상대 압력 3 점에 대한 질소 흡착량으로부터 기울기 A 를 구하고, BET 식으로부터 비표면적값을 구하였다. 질소 흡착량의 측정은, 150 ℃, 60 분의 조건하에서 실시하였다.

(3) 이론 비표면적 : 다음 식 (1) 에 있어서, D 를 분말의 평균 입경 D₅₀, ρ 를 진밀도 2.2 g/㎤ 로 가정하여, 다음 식 (2) 로부터 산출하였다.

이론 비표면적 = 6/(D×ρ) (1)

분말의 이론 비표면적 = 2.73/D₅₀ (2)

(4) BET 비표면적/이론 비표면적 : 상기 측정한 BET 비표면적 및 이론 비표면적으로부터 산출하였다.

(5) 진밀도 : JIS R 7212 카본 블록의 측정 방법 (d) 진비중 측정에 준하여, 진밀도 측정을 3 회 실시하고, 이 평균값을 산출하였다.

(6) 입자내 공간율 : 얻어진 분말을 수지에 매립시키고, 그것을 연마하여 분말 단면을 낸다. 분말 단면을 SEM (주사형 전자 현미경) 에 의해 관찰하였다. 50 개의 분말 입자에 관해서 단면적과, 입자 내에 공간이 있으면 그 공간의 면적을 측정하여, 다음 식 (4) 로부터 산출하였다.

입자내 공간율 = 입자내 공간 총면적/입자단 총면적 (4)

(7) 구상화율 및 원형도 : 도 6 에 나타내는 입도·형상 분포 측정기 (주식회사 세이신 기업 PITA-1) 로 2 회 측정하고, 이 평균값을 산출하였다. 구체적으로는, 먼저 분말을 액체에 분산시켜, 이 액체를 평면 신장 유동 셀 (51) 로 흘렸다. 평면 신장 유동 셀 (51) 안으로 이동하는 분말 입자 (52) 200 개를, 대물 렌즈 (53) 에 의해 화상으로서 기록하고, 이 기록 화상 및 다음 식 (3) 으로부터 원형도를 산출하였다. 식 (3) 중, S 는 촬영한 기록 화상의 입자 투영도에 있어서의 면적, L 은 입자 투영도의 주위 길이를 나타낸다. 이렇게 해서 산출된 입자 200 개의 평균값을 분말의 원형도로 하였다.

원형도 = 4πS/L² (3)

구상화율은, 분말 입자 200 개 중에 포함되는, 원형도가 0.60 ∼ 1.00 의 범위로 분류된 분말 입자의 비율이다.

<비교 시험 및 평가 1>

실시예 1 ∼ 13 및 비교예 1 ∼ 15 에서 얻어진 분말을 사용하여 세로 20 ㎜×가로 20 ㎜×높이 40 ㎜ 의 직육면체의 블록재를 각각 제조하고, 블록재에 발생한 기포의 개수를 평가하였다. 이 결과를 다음의 표 3 또는 표 4 에 나타낸다. 구체적으로는, 카본 도가니에 분말을 넣고, 이것을 2.0×10⁴Pa 진공 분위기하에 카본 히터로 2200 ℃ 로 가열하고, 48 시간 유지함으로써 블록재를 제조하였다. 이 블록재를, 5.0×10² Pa 진공 분위기하에서 1600 ℃ 의 온도에서 48 시간의 열 처리를 실시하였다. 열 처리 후, 블록재의 높이 20 ㎜ 에서의 세로 20 ㎜×가로 20 ㎜ 의 단면을 잘라내고, 연마를 실시하여, 블록재의 표면 (단면) 으로부터 깊이 2 ㎜, 폭 2 ㎜ 영역에서 관찰된 기포의 개수를 평가하였다.

표 3 에서 알 수 있듯이, 실시예 1 ∼ 7 의 분말을 사용하여 제조한 블록은, 구상화 처리를 실시하지 않은 비교예 6 ∼ 8 의 분말을 사용하여 제조한 블록과 비교하면, 발생된 기포의 수가 대폭 저감되어 있음을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 ∼ 7 과 비교예 1 ∼ 5 를 비교하면, 모두 구상화 처리를 실시하고 있음에도 불구하고, 실시예 1 ∼ 7 에서는 비교예 1 ∼ 5 와 비교하여 발생된 기포의 수가 대폭 저감되어 있음을 알 수 있다. 이 결과로부터 구상화 처리에는 기포의 발생을 저감할 수 있는 최적의 조건이 존재하는 것이 확인되었다.

표 1 ∼ 표 4 에서 알 수 있듯이, 구상화 처리 전에 소정의 조건으로 소성을 한 실시예 8 ∼ 13 의 분말을 사용하여 제조한 블록에서는, 소성을 실시하지 않은 실시예 1 ∼ 7 의 분말을 사용하여 제조한 블록과 비교하면, 발생된 기포의 수가 더욱 저감되어 있음을 알 수 있다.

또한, 표 4 에서 알 수 있듯이, 실시예 8 ∼ 11 와 비교예 9 ∼ 13, 실시예 12 와 비교예 14, 실시예 13 과 비교예 15 를 비교하면, 모두 구상화 처리를 실시하고 있음에도 불구하고, 실시예 8 ∼ 11, 실시예 12, 실시예 13 에서는 각각 비교예 9 ∼ 13, 비교예 14, 비교예 15 와 비교하여, 발생된 기포의 수가 대폭 저감되어 있음을 알 수 있다. 이것으로부터, 본 발명의 합성 비정질 실리카 분말은, 기포의 발생 또는 팽창의 저감 효과가 매우 높고, 또한 성형성이 우수하여, 합성 실리카 유리 제품을 위한 원료에 적합하다는 것을 알 수 있다.

<평가 2>

실시예 1 ∼ 13 및 비교예 1 ∼ 15 에서 얻어진 분말의 불순물 농도를 이하의 (1) ∼ (5) 의 방법에 의해 분석 또는 측정하였다. 그 결과를 다음의 표 5 또는 표 6 에 나타낸다.

(1) Na, K, Ca, Fe, Al, P : 합성 비정질 실리카 분말을 불화수소산 및 황산으로 가열 분해하고, 가열 응축 후에 희초산을 사용해서 정용 (定容) 액체를 제작하여, 고주파 유도 결합 플라즈마 질량 분석계 (형식명 : SII 나노테크놀로지 SPQ9000) 에 의해 분석을 실시하였다.

(2) B : 합성 비정질 실리카 분말을 불화수소산으로 가열 분해하고, 가열 응축 후에 초순수를 사용하여 정용 액체를 제작하여, 고주파 유도 결합 플라즈마 질량 분석계 (형식명 : SII 나노테크놀로지 SPQ9400) 에 의해 분석을 실시하였다.

(3) C : 합성 비정질 실리카 분말에 조연제 (助燃劑) 로서 철, 텅스텐, 주석을 첨가하고, 산소 분위기에서 고주파로 연소-적외선 흡수법 (형식명 : HORIBA EMIA-920V) 에 의해 분석을 실시하였다.

(4) Cl : 합성 비정질 실리카 분말에 초순수를 혼합하고, 초음파하에서 Cl 을 침출시킨다. 원심 분리기에 의해 합성 비정질 실리카 분말과 침출액을 분리하고, 침출액을 이온 크로마토그래피 (형식명 : 다이오넥스 DX-500) 에 의해 분석을 실시하였다.

(5) OH : 푸리에 변환형 적외선 분광 분석계 (형식명 : 써모핏셔 Nicolet 4700FT-IR) 에 의해, 3660 cm^-1 부근의 피크 높이에 의해 측정하였다.

표 5 에서 알 수 있듯이, 실시예 1 ∼ 7 은 비교예 1 ∼ 8 과 비교하여, 고온 및 감압하에 있어서의 합성 실리카 유리 제품 중의 기포의 발생 또는 팽창의 원인이 되는 가스 성분으로 될 수 있는 수산기 및 탄소 농도가 비교적 낮음을 알 수 있다.

표 6 에서 알 수 있듯이, 사염화규소를 액 중에서 반응시켜 얻어진 것을 원료로 한 합성 비정질 실리카 분말은 탄소 농도가 2 ppm 미만이고, 유기계 실리콘 화합물로부터 얻어진 것을 원료로 한 합성 비정질 실리카 분말은 염소 농도가 2 ppm 미만이고, 퓸드 실리카를 원료로 한 합성 비정질 실리카 분말은 탄소 농도가 2 ppm 미만이며, 또한 염소 농도가 2 ppm 미만인 것을 알 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명의 합성 비정질 실리카 분말은, 반도체 용도의 단결정 제조에 사용하는 도가니나 지그류 등의 합성 실리카 유리 제품을 제조하는 원료로서 사용된다.

Claims

조립된 실리카 분말을 800 ~ 1450 ℃ 의 온도에서 24 ~ 72 시간 소성하고, 구상화 처리를 실시한 후, 세정하고 건조시켜 얻어진 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 2000 ㎛ 인 합성 비정질 실리카 분말로서,
BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 1.00 ∼ 1.35, 진밀도가 2.10 ∼ 2.20 g/㎤, 입자내 공간율이 0 ∼ 0.05, 원형도가 0.75 ∼ 1.00 및 구상화율이 0.55 ∼ 1.00 이고,
탄소 농도가 2 ppm 미만 또는 염소 농도가 2 ppm 미만 중 어느 일방 또는 그 양방을 만족하는 합성 비정질 실리카 분말.
제 1 항에 있어서,
상기 조립된 실리카 분말이, 사염화규소를 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 상기 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 상기 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 얻어진 실리카 분말로서,
탄소 농도가 2 ppm 미만인 합성 비정질 실리카 분말.
제 1 항에 있어서,
상기 조립된 실리카 분말이, 유기계 실리콘 화합물을 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 상기 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 상기 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 얻어진 실리카 분말로서,
염소 농도가 2 ppm 미만인 합성 비정질 실리카 분말.
제 1 항에 있어서,
상기 조립된 실리카 분말이, 퓸드 실리카를 사용하여 실리카질의 겔을 생성시키고, 상기 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 상기 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 얻어진 실리카 분말로서,
탄소 농도가 2 ppm 미만, 염소 농도가 2 ppm 미만인 합성 비정질 실리카 분말.
실리카질의 겔을 생성시키고, 상기 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 상기 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 실리카 분말을 얻는 조립 공정과,
상기 조립 공정에서 얻어진 실리카 분말을 800 ~ 1450 ℃ 의 온도에서 24 ~ 72 시간 소성하는 소성 공정과,
소정의 고주파 출력으로 플라즈마를 발생시킨 플라즈마 토치 안에 소정의 공급 속도로 상기 조립 공정에서 얻어진 실리카 분말을 투입하고, 2000 ℃ 에서 이산화규소의 비점까지의 온도로 가열하여, 용융시키는 열 플라즈마에 의한 구상화 공정과,
상기 구상화 공정 후의 구상화 실리카 분말 표면에 부착되어 있는 미분 (微粉) 을 제거하는 세정 공정과,
상기 세정 공정 후의 실리카 분말을 건조시키는 건조 공정을 이 순서대로 포함하고,
상기 구상화 공정에서의 고주파 출력 (W) 을 A, 실리카 분말의 공급 속도 (㎏/hr) 를 B 로 할 때, A/B (W·hr/㎏) 의 값이 1.0×10⁴이상이 되도록 조정하여 실시되고,
평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 2000 ㎛, BET 비표면적을 평균 입경 D₅₀ 으로부터 산출한 이론 비표면적으로 나눈 값이 1.00 ∼ 1.35, 진밀도가 2.10 ∼ 2.20 g/㎤, 입자내 공간율이 0 ∼ 0.05, 원형도가 0.75 ∼ 1.00 및 구상화율이 0.55 ∼ 1.00 이고, 탄소 농도가 2 ppm 미만 또는 염소 농도가 2 ppm 미만 중 어느 일방 또는 그 양방을 만족하는 것을 특징으로 하는 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 조립 공정이, 사염화규소를 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 상기 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 상기 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛ 인 실리카 분말을 얻는 공정일 때, 얻어지는 합성 비정질 실리카 분말의 탄소 농도가 2 ppm 미만인 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 조립 공정이, 유기계 실리콘 화합물을 가수분해시켜 실리카질의 겔을 생성시키고, 상기 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 상기 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛ 인 실리카 분말을 얻는 공정일 때, 얻어지는 합성 비정질 실리카 분말의 염소 농도가 2 ppm 미만인 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 조립 공정이, 퓸드 실리카를 사용하여 실리카질의 겔을 생성시키고, 상기 실리카질의 겔을 건조시켜 건조 분말로 하고, 상기 건조 분말을 분쇄한 후, 분급함으로써 평균 입경 D₅₀ 이 10 ∼ 3000 ㎛ 인 실리카 분말을 얻는 공정일 때, 얻어지는 합성 비정질 실리카 분말의 탄소 농도가 2 ppm 미만, 염소 농도가 2 ppm 미만인 합성 비정질 실리카 분말의 제조 방법.
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