KR20020048402A - 고형분함량이 높은 SiO2 분산액, 그 제조방법 및 그 사용 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고형분함량이 높은 SiO2분산액, 그 제조방법 및 고형분함량이 최대로 높은 다공성의 무정형 SiO2성형소지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 분산액은 분산매질중에서 무정형의 SiO2입자를 가진 균질하게 처리한 용이하게 주입할 수 있는 분산액이다.
그 분산액은 무정형 SiO2입자의 고형분함량 최소 80wt%를 가지며, 무정형 SiO2입자는 2개모드 입자크기 분포를 가짐을 특징으로 한다.

Description

고형분함량이 높은 S i O2 분산액, 그 제조방법 및 그 사용{HIGHLY FILLED S i O2 DISPERSION, METHODS FOR THE PRODUCTION THEREOF AND ITS USE}
다공성의 무정형 SiO2성형소지는 대부분의 산업분야에 사용되었다.
위에서 설명한 성형소지의 예로는 필터재, 단열재 및 열실드(heat shilds)가 있다.
또, 여러가지 타입의 용융실리카 제품은 소결 및/또는 용융에 의해 다공성의 무정형 SiO2성형소지로부터 제조할 수 있다.
순도가 높은 다공성의 SiO2성형소지는 예로서 글라스파이버(glass fibers) 또는 광파이버(optical fibers)의 "프레폼(preform)"으로 사용할 수 있다.
또, 실리콘단결정을 인발(drawing)하는 도가니 역시 이와같은 방법으로 하여 제조할 수 있다.
그 다공성의 성형소지의 사용과 관계없이 가급적 최종크기에 접근할 수 있는 성형소지의 제조에 항상 노력하였다.
이것은 그 성형소지를 제조할때 어떤 수축도 별로 발생하지 않는다는 기술적의미를 가진다.
다공성 SiO2 성형소지는 원측적으로 적합한 SiO2분말을 성형(pressing)하거나 습식화학적방법에 의해 제조할 수 있다.
분말을 성형(pressing)하는 세라믹분야에서 공지된 방법, 즉 냉간 또는 열간 아이소스태틱 성형방법(cold or hot isostatic pressing processes)에서, 강력한 소지(strong green body)를 얻기 위하여 유기바인더의 첨가가 일반적으로 필요하다.
이들의 바인더는 최종 스텝에서 재차 침출(leaching out)시키거나 연소시킬 필요가 있다.
이 처리는 기술적으로 복잡하여 고가의 비용이 들며, 특히 실리콘단결정을 인발하는 도가니의 제조에 있어서 무엇보다도 제거할 필요가 있는 바람직하지 않은 불순물로 되었다.
따라서, 다공성 SiO2성형소지의 제조방법은 습식화학적방법이 바람직하다.
참고문헌에서 공지된 방법은 졸-겔(sol-gel)방법이다.
이 방법은 일반적으로 가수분해 및/또는 중축합에 의해 나노다공성(nano porous) 3차원의 SiO2망상(겔)을 변화시키는 용제(졸)중에서 용해시킨 실리콘함유모노머로부터 출발한다.
그 다음, 그 다공성 성형소지는 섭크리티컬 건조(subcritical drying)또는 수퍼크리티컬건조(super critical drying)에 의해 얻어진다.
이방법은 그 출발재가 통상적으로 고가인점 이외에 고형분함량 약 10-20wt%를 가진 겔(gles)만을 제조할 수 있다.
따라서, 섭크리티컬 건조에 의해 수축율이 가장 높아, 최종크기에 가까운 성형소지는 동일한 크기로 재현할 수 있게 제조할 수 없다.
수퍼크리티컬 건조를 실시할 경우, 수축하지 않으나 고형분함량 10-20wt%만을 성형소지는 가진다.
고형분함량이 더 높은 SiO2성형소지를 얻는 하나의 방법이 특허문헌 EP 705797 명세서에 기재되어있다.
여기서, 졸(sol)에 미세한 실리카입자(퓸실리카: fumed silica)를 첨가하였다.
이 첨가에 의해 고형분함량 약 40wt%를 얻을 수 있다.
그러나, 그 졸의 제조는 비용이 고가이고, 건조가 복잡하다.
또 다른 방법은 특허문헌 EP 318100 명세서에 기재되어있다.
여기서, 수중에서 입자크기 10-500nm을 가진 미세한 실리카(퓸실리카)분산액을 제조하였다.
분산액을 형성 및 고화시킨 다음, 그 대응되는 성형소지는 건조에 의해 얻어진다.
이 방법에서는 60wt% 까지의 고형분함량을 나타낸다.
특허문헌 EP 653381 및 DE-A2218766의 명세서에서는 슬립캐스팅방법(slip casting process)에 대하여 기재되어있다.
이 방법에서는 수중에서 입자크기 0.45~70㎛, 바람직하게는 1~10㎛을 가진 용융실리카(fused silica)입자의 분산액을 제조하였다.
분산액에서 고형분함량은 78~79wt% 를 얻을 수 있다.
그 다음으로, 분산액을 다공성몰드(porous mold)내에서 물을 서서히 제거시켜 고화(solidification)하고, 그 몰드에서 물을 제거시킨 다음 건조하였다.
고형분함량이 대단히 높은 성형소지를 슬립캐스팅 방법에 의해 제조할 수 있으나, 이 슬립캐스팅방법은 물제거에 따르는 확산(diffusion)때문에 시간소비(time-consuming)형 이어서, 벽두께가 엷은 성형소지에만 사용할 수 있다.
또, 다공성몰드에 의해 물을 제거시켜 고화됨으로 성형소지내에서는 바람직하지 않은 밀도구배(density gradient)로 유도되어 그 성형소지는 후소결(later sintering)할때 차이가 나는 소결온도, 소결시간 및 밀도차를 발생한다.
복잡한 슬립캐스팅방법을 회피하도록 하고 최종 크기에 가급적 근접하도록 하는 성형소지를 제조하도록 할 경우, 고형분함량이 가장 높은 분산액을 얻을 필요가 있다.
실제로, 이것은 분산 SiO2입자가 강력한 틱소트로피의 효과(thixotropiceffect)를 갖고 있기 때문에 여러가지의 기술적인 문제가 발생한다.
분산처리공정중에 있을때 다이런트상(dilant phase)이 발생한다.
이것은 전단력(shear)의 증가에 따라 현탁액의 점도상승을 나타낸다.
주입할 수 있는(pourable)고형분함량이 높은 분산액을 얻기 위하여, 교반할때에는 낮은 전단력에서 균질화처리를 할때에는 높은 전단력에서 변동시키는 복잡한 프로세스를 사용하는 것이 필요하다.
고형분함량이 높은 현탁액은 고화가 대단히 신속하므로, 현탁액의 균질형성을 얻는데는 여러가지의 기술적인 문제가 발생한다.
특허문헌 GB-B-2329893 명세서에서는 글라스질 실리카(vitreous silica)를 제조하는 조성물에 대하여 기재되어있다.
이 조성물에는 소성실리카(평균입자직경 5×10-3~ 1×10-1㎛과 비표면적 50~400㎡/g을 가짐), 소성실리카의 단립(agglomerate)으로 열처리실리카(평균직경2~15㎛과 소성실리카보다 낮은 비표면적을 가짐), 가소제(즉, 테트라메틸암모늄히드록사이드), 분산제(즉, 폴리에틸옥사졸린, 글리세롤)및 바인더(즉, 메틸포름메이트)를 포함한다.
이와같은 조성물은 서로 다른 유기 및/또는 무기첨가제의 함량 때문에 고도의 순수 소결체의 제조에 적합하지 않다.
또, 이 특허문헌에 기재된 조성물에서는 고형분함량으로 고형분 51wt% 까지만 얻어지며 이 조성물에서 소지가 얻어진다.
특허문헌 JP5294610 명세서에서는 고형분함량 80wt% 이내를 가진 무정형의 SiO2성형소지의 제조방법에 대하여 기재되어있다.
여기서, 평균입자직경 0.1~100㎛의 SiO2입자가 사용되었다.
이와같은 고함량의 고형분을 얻기 위하여 이들의 입자는 장시간동안 높은 전단력을 사용하여(즉, 볼밀) 염기성수(PH＞10, 즉 TMAH에 의함)중에서 분산시킬 필요가 있다.
장시간에 걸처 집중적인 전단 프로세스를 밟을때 기재(bases)사용과 마모(SiO2입자의 마모특성)에 의한 불가피한 오염으로 인하여, 이와같은 조성물은 고순도의 SiO2성형소지의 제조에 적합하지 않다.
특허문헌 US-A-4,929,579 명세서에서는 3개모드 입자크기분포를 가진 무정형 SiO2입자를 포함한 분산액을 사용하여 실리카에서 내화재 제품을 제조하는 방법에 대하여 기재되어있다.
이와같은 분산액은 제조하기가 대단히 복잡하다.
또, 입자(평균입자직경 ＞300㎛)가 대단히 크므로 분산액중에서의 불균질성과 침전현상이 발생한다.
이와같은 특성발생으로 인하여 분산액 또는 성형소지내에 밀도의 변동이 발생한다.
그 결과, 후속되는 형성프로세스와 소결을 할때 형성정도(shape accuracy)와등방수축(isotropic shrinkage)에 있어서 기술적으로 상당히 어려움이 있다.
본 발명은 고형분함량이 높은 SiO2분산액, 그 제조방법 및 고형분함량이 가장 높은 다공성의 SiO2성형소지의 제조방법, 그 성형소지 및 그 사용방법에 관한 것이다.
도 1은 온도 200℃에서 건조한 성형소지(shaped body)의 주사전자 마이크로그래프(scanning electron micrograph)를 나타낸다.
도 2는 도 1의 성형소지에 대한 세공크기분포(pore size distriburion)를 나타낸 그라프이다.
본 발명은 SiO2입자의 고형분함량이 높고 종래의 기술에서 공지된 결점을 제거한 용이하게 주입할 수 있는 균질의 분산액을 제공하는데 목적이 있다.
이 목적은 분산매질중에서 무정형인 SiO2입자의 균질분산액에 있어서 무정형 SiO2입자의 고형분함량을 최소한 80wt%를 가지며, 무형성 SiO2입자가 2개모드 입자크기(bimodal particle size)분포를 가짐을 특징으로 하는 분산액을 제공함으로써 달성한다.
분산액은 무정형 SiO2입자의 고형분함량으로 최소 83wt%를 갖는 것이 바람직하다.
분산액은 무정형 SiO2입자의 고형분함량으로 최소 86wt%를 갖는 것이 특히 바람직하다.
무정형 SiO2입자의 고형분함량의 상한치는 분산매질로서 물을 사용할때 약 95wt% 또는 밀도가 다른 분산매질을 사용할때 그 대응치가 바람직하다.
분산개질로서, 극성 또는 무극성 유기용제, 즉 알코올, 에테르, 에스테르, 유기산, 포화 또는 불포화 탄화수소, 물 또는 그 혼합물을 예시할 수 있다.
메타놀, 에타놀 또는 프로파놀 또는 아세톤등의 알코올, 물 또는 그 혼합물이 바람직하다.
아세톤 및 물 또는 그 혼합물이 특히 바람직하고, 물이 가장 바람직하다.
위에서 설명한 분산매질은 예로서 특허문헌에서 공지된 방법에 의해 얻을 수 있는 고순도형태로 사용하는 것이 특히 바람직하여 시판용으로 사용할 수 있다.
물을 사용할때, 저항 ≥ 18 메가옴×cm을 가진 순수를 특히 사용하는 것이 바람직하다.
광산, 즉 HCl, HF, H3PO4, H2SO4또는 규산 또는 이온발생 첨가제, 즉 플루오린화염(fluorinated salts)을 물에 첨가하는 것이 바람직하다.
물에 HCl 또는 HF의 첨가가 특히 바람직하며, 물에 HF의 첨가가 가장 바람직하다.
위에서 설명한 화합물의 혼합물을 사용할 수 도 있다.
그 결과 얻어진 분산액의 PH는 2~7, 바람직하게는 3~5이다.
동일하게 바람직한 다른 예로서, 무기염기, 즉 NH3, NaOH 또는 KOH를 물에 첨가할 수 있다.
NH3및 NaOH가 특히 바람직하고 NH3가 가장 바람직하다.
그러나, 위에서 설명한 화합물의 혼합물로 사용할 수 있다.
그 결과 얻어진 PH는 7~10, 바람직하게는 9~10이다.
그 PH의 감소 또는 증가에 의해 틱소트로피(thixotropy)을 감소시켜, 고함량의 고형분을 얻을 수 있고 분산액은 더 유동성이 있어 형성하기가 더 용이하다.
비교적 크기가 큰 무정형 SiO2입자는 주로 둥근 형상이 바람직하다.
즉, 예로서 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 구형의 콤팩트한 형태를 가진다.
비교적 크기가 큰 무정형 SiO2입자는 1-200㎛, 바람직하게는 1-100㎛, 특히 바람직하게는 10-50㎛, 가장 바람직하게는 10-30㎛의 d50를 가진 입자크기 분포를 갖는 것이 바람직하다.
또, 입자크기가 가장 협소한 분포가 바람직하다.
BET 표면적 0.001㎡/g~50㎡/g, 특히 바람직하게는 0.001㎡/g~5㎡/g, 특히 바람직하게는 0.01㎡/g~0.5㎡/g의 무정형 SiO2입자가 바람직하다.
2개모드입자(bimodel particle)크기분포는 분산액의 전체 고형분함량을 기준으로 하여 0.1~50wt%, 특히 바람직하게는 1-30wt%, 특히 바람직하게는 1-10wt%의 무정형 SiO2입자, 즉 입자크기 1~400nm, 바람직하게는 10-200nm, 특히 바람직하게는 50~130nm의 용융실리카 또는 퓸실리카중에서 혼합시켜 얻어진다.
이들의 무정형 SiO2입자는 BET표면적 30~400㎡/g, 특히 바람직하게는 130~300㎡/g을 갖는 것이 바람직하다.
이들의 나노크기의 무정형 SiO2입자는 현저하게 상당히 더 큰 SiO2입자사이에서 일종의 무기질바인더로서 작용하며, 현저하게 함량이 더 높은 고형분을 얻기 위한 필러로서 작용하지 않는다.
강력한 형성소지를 제조할때 이들의 입자에 의해 물의 제거를 주로 생략할 수 있다.
또, 이들의 입자는 분산액의 점도 또는 가소성행동에 영향을 준다.
무정형 SiO2입자의 소정의 밀도는 1.0~2.2g/㎤가 바람직하다.
이들의 입자는 소정의 밀도 1.8~2.2g/㎤이 특히 바람직하다.
특히, 이들의 입자는 소정의 밀도 2.0~2.2g/㎤ 를 가진다.
또, 무정형 SiO2입자의 외측면상에 ≤3개 OH기/nm2, 특히 바람직하게는 ≤2개 OH기/nm2, 가장 바람직하게는 1개 OH기/nm2을 가진 무정형 SiO2입자가 바람직하다.
무정형 SiO2입자에는 결정재 1% 미만을 포함한 것이 바람직하다.
또, 이들의 입자는 분산매질과 대단히 낮은 상호작용을 나타내는 것이 바람직하다.
이들의 특성은 출처(origin)가 다른 무정형 SiO2입자, 즉 후소결실리카(post-sintered silica)(용융실리카)와 어느 타입의 무정형소결 또는 콤팩트한 SiO2에 의해 나타낸다.
따라서, 이들의 입자는 본 발명의 분산액의 제조에 바람직하다.
산소/수소화염(flame)중에서 공지의 방법으로 하여 적합한 처리재를 제조할 수 있다.
그 적합한 처리재는 시판용으로 사용할수 있고, 상품명 Excelica(일본국 토코야마사 제조)로 시판되고 있다.
위에서 설명한 조건이 충족될때 출처가 다른 입자, 즉 자연석영, 용융실리카모래, 글라스질실리카, 분쇄용융실리카 또는 분쇄용실리카 스크랩, 화학적으로 제조한 글라스질실리카, 즉 침전실리카, 미세한 실리카(화염중에서 열분해에 의해 제조한 퓸실리카), 크세로겔(xerogels)(건조겔)또는 에어로겔(aerogels)을 사용할 수 도 있다.
비교적 크기가 큰 무정형 SiO2입자는 침전실리카, 미세실리카, 용융실리카 또는 콤팩트한 SiO2입자가 바람직하며, 미세실리카 또는 용융실리카가 특히 바람직하고, 용융실리카가 가장 바람직하다.
위에서 설명한 서로 다른 SiO2입자의 혼합물도 동일하게 바람직하다.
소정의 예에서, 위에서 설명한 입자는 고순도형태로 존재한다.
즉, 이들입자는 특히 금속의 외래원자함량(extraneous atom content) ≤300ppmw(중량 ppm), 바람직하게는 ≤ 100ppmw, 특히 바람직하게는 ≤10ppmw, 가장 바람직하게는 ≤ 1ppmw를 가진다.
또 다른 바람직한 예에서, 글라스파이버, 분쇄글라스 또는 글라스입자등 첨가제는 분산액에 첨가할 수도 있다.
용융실리카파이버의 첨가가 바람직하다.
또 다른 소정의 예에서, 분산액에는 추가로 금속입자, 금속화합물 또는 금속염을 포함할 수 있다.
여기서, 분산매질중에 용해할 수 있는 화합물이 바람직하다.
수용성 금속염이 특히 바람직하다.
첨가제로서 금속입자, 금속화합물 또는 금속염을 분산액의 제조중에 또는 제조후에 첨가할 수 있다.
본 발명은 또 본 발명의 분산액을 가장 간단한 방법으로 제조할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법에서, 원형이며 콤팩트한 형상을 가진 무정형 SiO2입자를 초기에 공급한 분산매질중에 배합한다.
이 처리공정중에 다이라탄트행동(dilatant behavior)의 전개를 크게 억제 시키는 것이 바람직하다.
이 제조방법에서, 유동제(fluidizers), 특히 유기성분을 함유한 유동제의 첨가를 완전히 제거시킬 수 있다.
다이라탄트행동의 전개는 예로서 초기에 공급한 분산매질에 SiO2입자를 첨가시켜 억제시킬 수 있으며, 그 첨가는 천천히 실시하며 얻어진 혼합물은 첨가 개시한때에만 아주 천천히 교반하고 첨가완료후에 더 신속하게 교반한다.
그러나, 전단력이 분산장치에서 마모를 발생시키고 마찰에 의해 열을 발생시켜 고형물함량에 악영향을 주기 때문에 전 분산처리공정을 밟을때 비교적 높은 전단력은 피하도록 한다.
분산처리공정에서, 분산매질을 초기에 공급하고, SiO2입자를 천천히 그리고 바람직하게는 연속적으로 첨가한다.
그러나, SiO2입자는 다수의 스텝으로 하여(1회에 소량)첨가할 수도 있다.
SiO2입자크기와 결정크기를 선택하여 분산액으로 부터 제조한 형성소지에서 입자크기와 분포를 목표치로 되게 조정하도록 한다.
분산장치로서, 통상의 기술자에게 공지된 일체의 장치 및 기기를 사용할 수 있다.
마모결과 금속오염을 회피하기 위하여, 분산액과 접촉하는 금속부품이 없는 장치가 바람직하다.
분산액 처리공정은 온도 0℃~50℃, 바람직하게는 5℃~30℃에서 실시할 필요가 있다.
분산액 처리공정전 및/또는 분산액 처리공정중 및/또는 분산액 처리공정후에 분산액중에 존재한 가스, 즉 공기를 통상의 기술자에게 공지된 방법, 즉 진공에 의해 제거할 수 있다.
이 분산액 처리공정은 분산액 처리공정중에 실시하거나 분산액 처리공정이 완료된 후에 실시하는 것이 바람직하다.
이와같이 하여 제조한 고형분함량 최소 80wt%, 바람직하게는 83wt%, 특히 바람직하게는 86wt%를 가진 안정성있는 균질분산액은 최소 2시간, 바람직하게는 30분간 특히 바람직하게는 최소 10분간에 걸처 주입할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고형분함량이 가장 높은 다공성의 무정형 SiO2성형소지를 종래의 기술에서 공지된 결점없이 본 발명의 분산액에서 제조할 수 있는간단하며 신속하고 염가의 방법을 제공하는 데 있다.
이 목적은 (1) SiO2입자분산액을 제조하여, (2) SiO2입자분산액을 몰드(mold)내에 이송하고, (3) SiO2입자분산액을 고화시킨후 성형소지를 이탈시켜, (4) 성형소지를 건조하는 스텝으로 이루어진 방법에 있어서, SiO2입자분산액의 제조에서 SiO2입자의 고형분함량 최소 80wt% 가 얻어지도록 함을 특징으로 하는 제조방법에 의해 달성된다.
분산액을 몰드로 이송하기 전에(스텝 2), 무기산 또는 무기염기의 추가에 의해 분산액의 PH를 변화시킬 수 있다.
바람직한 산으로 HCl, HF, H3PO4, H2SO4또는 규산이 있으며, 바람직한 염기로는 NH3, NaOH 및 KOH가 있다.
HCl, HF 또는 NH3및 NHOH가 특히 바람직하며, HF 및 WH3가 가장 바람직하다.
산 또는 염길르 추가시켜 PH를 2-7 또는 7-11로 바람직하게는 3~5 또는 9~11로할 필요가 있다.
몰드로 분산액의 이송은 통상의 기술자에게 공지된 방법, 즉 몰드내에 주입(pouring)시켜 실시한다.
성형(shaping)은 0℃에서 분산매질의 비점까지의 온도로 실시할 수 있다.
20℃~30℃의 온도가 바람직하다.
몰드로는 통상의 기술자에게 공지된 모든 몰드가 적합하다.
소정의 성형소지에 따라, 코어(core)가 있거나 없는 몰드를 사용할 수 있다.
또, 몰드는 일체로 된 구성체의 몰드 또는 다수의 부품으로 이루어진 구성체의 몰드로 할 수있다.
도가니 형상몰드는 몰드에서 탈형하는데 도움을 주기 위하여 최소 1°의 각도를 가진 원추형이 바람직하다.
재료로서, 세라믹분야에서 통상적으로 사용되는 모든 재료가 적합하다.
분산액에 거의 적합되지 않는 재료, 즉 플라스틱, 실리콘, 글라스, 용융실리카 또는 그라파이트(graphite)가 바람직하다.
폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리아마이드, 실리콘러버 및 그라파이트가 특히 바람직하다.
PIFE 및 그라파이트가 가장 바람직하다.
코팅재, 즉 PTFE로 코팅한 금속을 사용할 수도 있다. 몰드는 가장 민활한 표면, 즉 연마면을 구비하는 것이 바람직하다.
몰드는 다공성 또는 무다공성(non porous)으로 할 수 있고 가스에 투과할 수 있게 또는 투과할 수 없게 할 수 있다.
가스에 투과할 수 있는 몰드가 바람직하다. 또, 몰드는 탄성 또는 비탄성(inelastic)으로 할 수 있다.
소정의 예에서, 몰드는 필름 또는 필름으로 된 튜브를 구성한다.
이와같은 타입의 몰드는 특허문헌 EP 318100 명세서에 기재되어 있는 바와같이 로드 및 튜브의 제조에 특히 적합하다.
필름으로는 어떤 타입의 필름이라도 사용할 수 있다.
PE, PP, PET, PTFE, 셀롤루오스, 파이버보강셀룰로오스 또는 폴리아미드 등의 재료로 이루어진 필름이 바람직하다.
소정의 구성에서, 몰드에서는 분산액에서 분산매질의 일부를 제거한다.
여기서, 통상의 기술자에 의해 공지된 슬립캐스팅(slip casting)을 예로서 특허문헌 DE-A 2218766 명세서에 기재되어 있는 바와 같이 실시할 수 있다.
이 방법으로 형성부분의 고형분함량은 형성중에 95wt%까지 증가시킬 수 있다.
또, 통상의 기술자에 의해 공지된 성형방법, 즉 회전방법, 롤링방법 또는 스핀캐스팅(spin casting)방법에 의해 회전대칭형성소지(rotationally symmetric shapped body)를 얻을 수 있다.
세라믹분야의 통상의 기술자에 의해 공지된 가압캐스팅방법을 사용할 수도 있다.
또, 구성한 형성소지상에서 내측 및/또는 외측으로 형성소지를 형성시킬 수 있다.
통상의 기술자에 의해 공지된 모든 방법을 이 성형소지에 사용할 수 있다.
즉, 특허문헌 EP 473104 명세서에 기재되어 있는 바와 같이 사용할 수 있다.
이 방법에 의해, 예로서 다공성의 내측영역 및/또는 외측영역을 가진 글라스 질실리카 튜브 또는 로드를 제조할 수 있다.
다른 층으로 이루어진 형성소지를 이 방법으로 하여 제조할 수도 있다.
스텝(3)에서는 고화분산액을 몰드에서 형상안정성형성소지로서 탈형한다.
현탁액의 고화시간은 고형분함량, 입자분포, 온도 및 분산액의 PH에 따라 좌우된다.
고화시간은 -196℃에서 분산매질의 비등점까지의 온도가 바람직하다.
온도는 -76℃ ~ 50℃, 특히 바람직하게는 -20℃ ~ 30℃, 가장 바람직하게는 0℃ ~ 30℃이다.
일반적으로, 형상 안정성있는 형성소지의 고화는 1분 내지 24시간 이내에 바람직하게는 1분 내지 6시간 이내에 특히 바람직하게는 1분 내지 30분이내에 발생한다.
분산액을 고화시켜 형상안정성이 있는 형성소지를 형성할때 상당한 수축이 발생하지 않는다.
선상 수축율 0%~0.5%가 바람직하다.
소량의 분산매질을 몰드내에서 증발에 의해 제거할 경우 분산액의 고화를 촉진시킨다.
손상과 크랙(crack)형성없이 몰드에서 더 쉽게 형성소지를 탈형할 수 있도록 하기 위하여, 몰드에서는 통상의 기술자에 의해 공지된 이형제를 적합한 몰드에 제공하여 본 발명의 분산액에 필링(filling)할 수 있다.
몰드이형제는 예로서 그라파이트가 바람직하다.
실제로, 몰드에서의 탈형은 이 분야의 통상의 기술자에 의해 공지된 방법으로 실시할 수 있다.
또, 예로서 장력을 가하여 발생할 수 있는 바와 같이 성형소지와 몰드사이에 수층(water layer)를 형성시켜, 몰드에서 탈형할 수도 있다.
예로서 특허문헌 USP5,578,101 명세서에 기재되어 있는 바와 같이 통상의 기술자에 의해 공지된 모든 방법이 가능하다.
스텝(4)에서는 스텝(3)에서 얻어진 성형소지를 건조한다.
건조는 통상의 기술자에 의해 공지된 방법, 즉 진공건조, 질소 또는 공기등 열가스에 의한 건조 또는 접촉건조에 의해 실시한다.
각각의 건조방법의 조합도 가능하다.
열가스에 의한 건조가 바람직하다.
마이크로파(microwaves) 또는 적외선방사에 의한 건조가 바람직하다.
본 발명에 의해 스텝(3)과 스텝(4)의 순서를 달리하여 실시할 수 도 있다.
건조는 성형소지의 온도 25℃에서 성형소지의 세공내분산 매질의 비등점 온도이내에서 실시할 수 있다.
건조시간은 건조할 성형소지의 용량 최대두께, 분산매질 및 성형소지의 세공구조에 따라 좌우된다.
소량의 수축은 성형소지를 건조할때 발생한다. 수축은 습윤형성소지의 고형분함량에 따라 좌우된다.
고형분함량 80wt%에서 용량수축은 ≤2.8%이고 선상수축율은 ≤0.8%이다.
고형분함량이 더 높을때 수축율은 더 낮아진다.
순도가 높은 재료를 사용하여 전 스텝을 실시하는 소정의 구성에서, 성형소지는 특히 금속의 외래원자함량이 ≤300ppmw, 바람직하게는 ≤100ppmw, 특히 바람직하게는 ≤10ppmw, 특히 바람직하게는 ≤1ppmw이다.
이와같은 방법으로 하여 얻을 수 있는 성형소지는 어떤 크기와 형상에서도 무정형이며 개방및밀폐 통기공의 최종크기를 가진 SiO2성형소지이다.
이 방법으로 하여 얻을 수 있는 성형소지는 종래기술에 의해 얻을 수 있는 성형소지보다 밀도에 있어서 이방성(anisotropy)이 더 낮다.
이들의 성형소지는 SiO2입자로서 최소 64vol.%, 바람직하게는 최소 70vol.%를 구성하며, 세공용량(수은가공율측정방법에 의해 측정) 1㎖/g~0.01㎖/g, 바람직하게는 0.8㎖/g~0.1㎖/g, 특히 바람직하게는 0.4㎖/g~0.1㎖/g이고, 세공직경 1~10 ㎛, 바람직하게는 3~6㎛을 가진 세공을 가지며, 그 세공은 1000℃까지 소결안정성이 있고, 세공직경(최대)이 0.01~0.054㎛, 바람직하게는 0.018~0.022㎛이고, 또 다른 세공직경(최대)이 1~5㎛, 바람직하게는 1.8~2.2㎛인 2개모드 세공직경분포의 세공을 가짐을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 형성소지는 또 세공직경(최대)이 0.01~0.05㎛, 바람직하게는 0.018~0.022㎛이고, 또 다른 세공직경(최대)이 1~5㎛, 바람직하게는 1.8~2.2㎛인 2개모드세공 직경분포를 가지며, 1개모드 세공직경분포가 온도 1000℃에서 존재하고 이 온도에서 세공직경이 2.2~5.5㎛, 바람직하게는 3.5~4.5㎛이며, 성형소지의 내측면적이 100㎡/g~0.1㎡/g, 바람직하게는 50㎡/g~0.1㎡/g으로 되도록 가열시켜 변형한 세공직경분포를 가진 세공을 구성할 수 있다.
본 발명의 성형소지는 성형소지의 용량에 대하여 1000℃까지 소결안정성이 있는 것이 바람직하다.
분산액중에서 비교적 크기가 큰 입자를 사용하여 성형소지에서 크기가 더 큰 세공을 발생하며, 분산액중에서 협소한 입자크기분포는 성형소지에서 협소한 세공크기분포를 얻는다.
나노크기입자 소량(약1~4wt%)을 첨가할때 성형소지에서 더 낮은 미크론영역(microns region)의 세공크기를 가진 1개모드 세공크기분포에 상당한 영향을 주지않는다.
나노크기입자를 비교적 다량(약 5~50wt%)으로 첨가할때 위에서 설명한 세공이 포함할뿐만 아니라 더 낮은 나노크기범위의 세공을 포함하는 성형소지에서 2개모드 세공크기분포를 얻는다.
모든 경우, 성형소지의 전 고형체함량은 변동이 없다. 본 발명의 성형소지의 밀도는 1.4g/㎤~1.8g/㎤이다.
1개모드 세공크기분포를 가진 위에서 설명한 성형소지는 최소한 24시간동안 1000℃이내에서 소결안정성이 있다.
또, 이들의 성형소지는 열안정성이 있고, 열팽창계수가 대단히 높다.
본 발명의 성형소지는 휨강도(flexural strength) 0.1N/㎟~20N/㎟이고 특히 바람직하게는 0.5~10N/㎟이며, 특히 0.8~10N/㎟이다.
따라서, 이들의 성형소지는 종래에 공지된 바와 같이 1개모드 입자크기 분포를 가진 성형소지보다 휨강도가 더 크다.
또, 열처리에 의해 휨강도를 증가시킬 수 있다.
위에서 설명한 성형소지는 이들 성형소지의 특성때문에 다수분야, 즉 필터재, 단열재, 열실드(heat shields), 촉매 지지재와 또 글라스파이버, 광섬유, 광유리 또는 모든 타입의 실리카제품에 쓰이는 "프레폼(preform)"으로 사용할 수 있다.
또 다른 소정의 구성에서, 다공성 성형소지(porous shaped body)는 범위가 넓은 여러가지의 분자, 재료 및 물질과 부분적으로 완전하게 처리할 수 있다.
촉매에 의해 활성인 분자, 재료 및 물질이 바람직하다.
여기서, 예로서 특허문헌 USP5655046 명세서에서 기재되어있는 바와 같이 이 분야의 통상의 기술자에 의해 공지된 모든 방법을 사용할 수 있다.
또 다른 소정의 구성에서, 개방세공소지(open pored green body)는 상한 범위 나노미터에서 하한범위미크론, 바람직하게는 0~10㎛의 세공을 가진다.
이와같은 구성에 의해 신속한 진공소결이 가능하다.
그 이유는 조건이 누드센범위(Knudsen range)밖에 있기 때문이다.
또 하나의 다른 소정구성에서, 개방세공소지는 하한범위 나노미테에서 하한범위미크론범위, 바람직하게는 1~20nm과 1~10㎛의 2개모드분포의 세공을 가진다.
또, 소정의 구성에서, 이와같이 하여 얻어진 성형소지는 추가로 소결할 수 있다. 여기서, 이 분야의 기술자에 의해 공지된 모든 방법, 즉 진공소결, 영역소결(zone sintering), 전기아크소결, 플라즈마 또는 레이저소결, 유도소결(inductive sintering) 또는 가스기압 또는 가스스트림중에서의 소결방법을 사용할 수 있다.
특히, 압력 10~5mbar 또는 10~3mbar 에서 진공소결이 바람직하다.
소결에 필요한 온도는 1400℃-1700℃, 바람직하게는 1500℃~1650℃이다.
성형소지(shaped body)는 소결할때 통상의 기술자에 의해 공지된 방법에 의해 자유롭게 직립(free-standing)할수있고, 설정할수있거나 현수 또는 지지시킬 수 있다.
소결안정성이 있는 몰드내에서 소결도 가능하다.
여기서, 후오염(post-contamination)이 되지않는 소결시킨 성형소지재로 이루어진 몰드가 바람직하다.
그라파이트 및/또는 실리콘카바이드 및/또는 실리콘니트라이드로 이루어진 몰드가 특히 바람직하다.
그 소결시킨 성형소지가 도가니일 경우 예로서 특허문헌 DE 2218766 명세서에 기재되어있는 바와 같이 그라파이트로 이루어진 기준축(mandrel)상에서의 소결도 가능하다.
또, 성형소지는 소정의 원자 및 분자로 소결시킨 성형소지의 후정제 (post-purification)및/또는 농축을 얻기위하여 He 또는 SiF4등 소정의 가스분위기에서 소결할수도 있다.
여기서, 예로서 특허문헌 USP4979971 명세서에 기재되어있는 바와 같이 이 분야의 기술자에 의해 공지된 모든 방법을 사용할 수 있다.
또, 후정제에 대해서는 예로서 특허문헌 EP199787 명세서에서 기재되어있는 바와 같은 방법을 사용할수도 있다.
후정제에 사용되는 바람직한 물질에는 불순물을 가지며 용이하게 휘발시킬수 있는 화합물을 생성하는 물질, 예로서 금속할라이드가 있다.
바람직한 물질로는 반응성가스, 즉 Cl2또는 HCl 과 티오닐클라이드 등 용이하게 분해할 수 있는 물질이 있다.
분해온도이상에서 티오닐클라이드의 사용이 특히 바람직하다.
이와같은 방법에서 밀도가 최소 2.15g/cm3, 바람직하게는 2.2g/cm3이며, 100% 무정형이고[크리스토발라이트(cristobalite)없음] 투명성이며 가스불투과성의 소결시킨 글라스질실리카 성형소지를 제조할 수 있다.
하나의 소정의 구성에서, 소결시킨 글라스질실리카 성형소지는 가스포접물(gas inclusions)이 없으며 바람직하게는 OH기의 농도 ≤1ppm을 가진다.
모든 스텝에서 고순도재를 사용하는 소정의 구성에서, 그 소결성형소지는 특히 금속의 외래원자함량 ≤ 300ppmw, 바람직하게는 ≤100ppmw, 특히 바람직하게는 ≤10ppmw, 가장 바람직하게는 ≤ 1ppmw를 가진다.
이 방법에서 제조한 글라스질실리카 성형소지는 글라스질실리카를 사용하는 모든 사용분야에 적합하다.
바람직한 사용분야에는 모든 타입의 실리카제품, 글라스파이버, 광파이버 및 광글라스가 있다.
특히 바람직한 사용분야에는 실리콘단결정을 인발하는 고순도의 글라스질실리 도가니가 있다.
또 하나의 다른 소정의 구성에서, 분산액 및/또는 다공성 성형소지 및/또는 소결시킨 글라스질 실리카성형소지는 각각의 성형소지에 추가 특성을 제공하는 분자, 재료 및 물질과 처리할 수 있다.
예로서, 특허문헌 USP4033780 명세서에 기재되어있는 바와 같이 실리콘입자 및/또는 알루미늄옥사이드 및/또는 티타늄옥사이드의 배합으로, SiOH 그룹(group)수의 감소와 물함량의 감소에 의해 소결시킨 성형소지의 광학특성을 변화시킨다.
또, 소결중에 또는 소결시킨 성형소지의 열응력을 가할때 형상안정성을 향상시킬 수 있고, 그 안정성에 영향을 준다.
또 하나의 소정의 구성에서, 분산액 및/또는 다공성 성형소지는 크리스토볼라이트(cristobalite)형성을 촉진시키거나 형성하는 화합물과 전부 또는 부분적으로 처리한다.
여기서, 예로서 특허문헌 EP 0753605 명세서, USP 5053359 또는 GB 1428788 명세서에 기재되어 있는 바와 같이 크리스토볼라이트의 생성을 촉진하거나 또는 그 형성을 하는데 필요한 통상의 기술자에 의해 공지된 모든 화합물을 사용할 수 있다.
BaOH 및/또는 알루미늄 화합물이 바람직하다.
또, 특허문헌 USP 4018615 명세서에 기재되어 있는 바와 같이 결정성 SiO2입자를 분산액 및/또는 다공성 성형소지에 첨가할때 크리스토발라이트의 완전 또는 부분생성을 얻을 수 있다.
크리스토발라이트 입자는 무정형 입자에 대하여 위에서 설명한 입자크기를 가질 필요가 있다.
이와같은 성형소지의 소결로 내측 및/또는 외측에 크리스토발라이트층을 구비하거나 크리스토발라이트로 완전하게 이루어진 성형소지가 얻어진다.
소결시킨 성형소지가 특히 실리콘단결정을 인발하는 도가니일 경우, 도가니는 열안정성이 더 높기 때문에 결정인발에 특히 적합하며, 예로서 실리콘용융물을 더 적게 오염시킨다,
이와같은 특징에 의해 결정인발에서 더 높은 수율을 얻을 수 있다.
단결정을 인발할때 불순물의 이행(migration)감소는 특허문헌 DE 19710672 명세서의 기재에서와같이 인발도가니에서 알루미늄 또는 알루미늄 함유물질의 존재에 의해 얻을 수 있다.
이것은 분산액 및/또는 다공성 성형소지에 적합한 입자 또는 용해물질의 첨가에 의해 얻을 수 있다.
다음 실시예와 대비실시예를 들어 본 발명을 설명한다.
2회 중류한 H2O 170g을 600㎖용 플라스틱 비커내에 넣고, 시판용 프로펠러교반기(propeller stirrer)를 사용하여, 퓸실리카(상품명 Aerosil ox 50; Degussa회사 제조, BET표면적 50㎡/g) 45g을 우선 15분간에 걸처 교반하였다.
교반후에, 퓸실리카(상품명 Excelica SE-15; 토큐아마회사 제조, 평균입자크기 15㎛) 845g을 소량으로 나누어 신속하게 첨가시켜 수분간 분산하였다.
이 처리공정중에서 교반기의 회전속도는 초기에 400rpm에서 200rpm까지 점진적으로 증가시켰다.
고형분을 완전분산시킨다음, 분산액은 포함되어있는 기포를 제거하기위하여 10분간 약간의 감압(0.8bar)으로 처리하였다.
이와같이하여 제조한 분산액에는 고형분 890g이 포함되었다.
그 고형분은 고형분함량 83.96wt%에 대응한다(이 함량중에 94.94%는 용융실리카이고 5.06%는 퓸실리카이었음).
분산액 일부를 PTFE로 이루어지고 상부가 개방되어있는 2개의 4각형 몰드(5cm × 15cm × 2cm)내에 주입하였다.
4시간후, 몰드의 분리에 의해 몰드에서 2개의 성형소지를 이탈시켜 200℃의 건조오븐에서 건조하였다.
건조시킨 성형소지는 밀도가 1.62g/cm3이었다.
수은포로시메트리(mercury porosimetry)에 의해 세공용적 0.20㎖/g, 내측표면적 30㎡/g으로 측정하였다.
성형소지를 가열속도 2℃/min로 하여 온도 1620℃까지 가열하고 이 온도에서 1분간 유지시켜 고진공(10-5mbar)하에 성형소지를 소결하였다.
이와같이하여 얻어진 소결 소형소지는 밀도가 2.2g/cm3이었고 가스포접물(gas inclusions)이없고 OH기 함량 1미만인 100% 무정형의 투명성과 가스불투과성이 있는 글라스질실리카로 구성되었다(투과형 IR스펙트로스코피에 의한 측정함).
다공성 성형소지와 대비한 측정할 수 있는 수축율은 용량기준으로 하여 26.37%이었으며, 이 수축율은 선형 수축율 10%에 대응된다.
또 다른 성형소지를 동일하게 고진공(10-5mbar)하에서 온도 1620℃까지 가열속도 2℃/min로 가열하였다.
그 온도가 400℃, 600℃, 800℃, 1000℃, 1200℃, 1400℃ 및 1600℃로 되었을때 그 성형소지의 밀도를 각각의 경우 측정하였다.
이와같이하여 측정한 성형소지의 밀도를 표 1의 소결온도에 따라 나타낸다.
표 1: 소결온도에 따르는 성형소지의 밀도
도 1은 온도 200℃에서 건조한 성형소지의 주사전자마이크로그라프(scanning electron micrograph)를 나타낸다.
또, 온도 200℃, 600℃, 1000℃, 1200℃, 1400℃에서 얻어진 성형소지의 세공크기분포를 각각의 경우 수은 포로시메트리(mercury porosimetry)에 의해 측정하였다. 이 세공크기분포를 도 2에 나타낸다.
또, 위에서 설명한 온도에서 그 소지샘플의 세공용적 및 세공내측면적을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
표2: 세공용적 및 세공내측면적 (수은 포로시메트리에 의함)
실시 예 2a~c:
a) (대비실시예) 2회 증류시킨 H2O 170g을 600㎖용 플라스틱제 비커에 넣었다. 시판용 프로펠러 교반기에 의해 교반하면서 용융실리카(상품명 Excelica SE-15, 토쿠야마 회사제조, 평균입자크기 15㎛) 890g을 소량으로 나누어 신속하게 첨가하고 수분간에 걸처 분산하였다.
b) 2회 증류시킨 H2O 170g을 600㎖용 플라스틱제 비커에 넣었다. 시판용 프로펠러 교반기를 사용하여 퓸실리카(상품명 Aerosil OX 50; Degussa 회사제조, BET 표면적 50㎡/g) 45g을 우선 15분간에 걸처 교반하였다.
그 다음으로, 용융실리카(상품형 Excelica JE-15; 토쿠야마 회사제조, 평균입자크기 15㎛) 845g을 소량으로 나누어 신속하게 첨가하고 수분간에 걸처 분산하였다.
c) 2회 증류한 H2O 170g을 600㎖용 플라스틱제 비커에 넣었다. 시판용 프로펠러 교반기를 사용하여 퓸실리카(상품명 Aerosil OX 50; Degussa 회사제조. BET 표면적 50㎡/g) 90g을 15분간에 걸처 우선 교반하였다.
그 다음으로, 용융실리카(상품명 Excelica SE-15, 토쿠야마회사 제조, 평균입자크기 15㎛) 800g을 소량으로 나누어 신속하게 첨가하고 수분간에 걸처 분산하였다.
모두 3종의 예에서 교반기의 회전속도는 초기에 400rpm으로하고, 점차적으로 2000rpm까지 증가하였다.
그 고형분을 완전히 분산시킨 다음, 모두 3종의 분산액을 포함한 기포를 제거하기 위하여 10분간 약간의 감압(0.8bar)하에서 처리하였다.
이와같이하여 제조한 분산액은 고형분 890g으로 구성되었다.
그 고형분은 고형분함량 83.96%에 대응된다.
퓸실리카의 함량비는 분산액 a)에서 Owt%이었으며, 분산액 b)에서 5.06wt%이었으며, 분산액 c)에서 10.12 wt%이었다.
그 분산액을 각각 PTFE로 이루어지며 상부가 개방되어있는 10개의 4각형 몰드(5cm × 10cm× 2cm)에 주입하였다.
4시간후에 그 성형소지를 몰드의 분리에 의해 탈형하여 200℃의 건조오븐내에서 건조하였다.
건조한 다음, 샘플의 일부를 각각의 경우 1시간동안 800℃ 및 1100℃에서 추가로 열처리하였다.
그 다음으로, 3점 굽힘 테스트(3-point bending test)에 의해 휨강도를 측정하였다.
그 결과를 표 3에 나타낸다.
표 3: 무정형의 나노크기를 가진 SiO2입자의 비와 열처리(1시간)에 따르는 휨강도(N/㎟)
표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 2개모드 입자크기 분포는 휨강도가 증가하였다. 표 3에서 성형소지의 휨강도를 특허문헌 JP5-294610(300℃에서 건조한 샘플)명세서에 기재된 휨강도와 대비할 경우 종래기술에서는 분산액의 대비 PH 6.5에서 강도 0.01N/㎟를 나타내나, 본 발명의 방법을 사용하여 얻은 강도(실시예 2b, 2c)는 0.8N/㎟ 이내이다. 이것은 팩터(factor) 80이내에 해당한다.
대비실시 예 1:
특허문헌 EP 653381 명세서의 방법을 사용하여, 입자크기가 ＞ 0.45㎛~ ＜ 50㎛ 의 범위로 될때까지 (대부분 입자크기의 약 60%의 비는 1㎛~10㎛의 범위임)볼밀에서 실리콘디옥사이드를 밀링하였다.
제조할때, 실시예 1에서와 같이 분산액은 고형분함량 ≥ 80wt%를 가지며, 그 분산액은 고형분함량 79wt%에서 돌발적으로 고형분이 되었다.
몰드내로 그 분산액의 이송이 더 이상 불가능하였다.
대비실시예 2:
특허문헌 EP 318100 명세서에 기재된 방법을 사용하여 BET표면적 50㎡/g을 가진 소성실리카를 수중에서 분산하였다.
실시예 1에서와 같이 고형분함량 ≥ 80wt%를 가진 분산액을 제조할때 분산액은 고형분함량 42wt%의 낮은 함량에서 고형분이 되었다.
이 분산액의 몰드내로의 이송이 불가능하였다.
유동화제로서 암모늄플루오라이드를 사용하더라도 고형분함량 48wt%만을 분산액중에서 얻을 수 있다.
그 분산액의 몰드내로의 이송은 역시 불가능하였다.
본 발명에 의한 성형소지는 필터재, 단열재, 열실드(heat shield) 및 촉매지지재와, 글라스파이버, 광섬유, 광유리 또는 실리카제품용 "프레폼"(preform)에 유효하게 사용할 수 있다.
본 발명에 의해 얻어진 글라스질실리카 성형소지는 실리콘단결정을 인발하는 고순도의 글라스질실리카 도가니에 사용할 수 있다.

Claims (25)

  1. 분산매질중에서 가장 용이하게 주입할 수 있는 무정형 SiO2입자의 균질분산액에 있어서, 분산액은 무정형 SiO2입자의 고형분함량 최소 80wt%를 가지며, 무정형 SiO2입자는 비교적 크기가 큰 무정형 SiO2입자와 크기가 더 작은 무정형 SiO2입자에의해 형성된 2개모드 입자크기분포를 가짐을 특징으로 하는 분산액.
  2. 제 1항에 있어서, 무정형 SiO2입자의 고형분함량으로 최소 83wt%를 가짐을 특징으로 하는 분산액.
  3. 제 1항에 있어서, 분산매질로 극성 또는 무극성 유기용제 또는 물 또는 그 혼합물이 존재함을 특징으로 하는 분산액.
  4. 제 3항에 있어서, 분산매질로 레지스탠드(resistance) ≥18매가옴 ×cm을 가진 물이 존재함을 특징으로 하는 분산액.
  5. 제 1항에 있어서, 크기가 비교적 큰 무정형 SiO2입자는 주로 원형으로 구형 및 콤팩트한 형태(compact morphology)를 가짐을 특징으로 하는 분산액.
  6. 제 1항에 있어서, 크기가 비교적 큰 무정형 SiO2입자는 d501~200㎛의 입자크기분포를 가짐을 특징으로 하는 분산액.
  7. 제 6항에 있어서, 크기가 비교적 큰 무정형 SiO2입자는 BET 표면적 0.001 ㎡/g~50㎡/g을 가짐을 특징으로 하는 분산액.
  8. 제 1항에 있어서, 크기가 더 작은 무정형 SiO2입자는 0.1~50wt%의 함량으로 존재함을 특징으로 하는 분산액.
  9. 제 1항에 있어서, 무정형 SiO2입자의 소정의 밀도는 1.0~2.2g/㎤을 특징으로 하는 분산액.
  10. 제 1항에 있어서, 무정형 SiO2입자는 이들입자표면상에 ≤3개 OH기/nm2를 가짐을 특징으로 하는 분산액.
  11. 제 1항에 있어서, 크기가 비교적 큰 무정형 SiO2입자는 후소결실리카(post-sintered silica)(용융실리카)또는 무정형소결 SiO2또는 무정형의 콤팩트한 SiO2임을 특징으로 하는 분산액.
  12. 제 1항에 있어서, 무정형 SiO2입자는 고순도 형태로 존재함을 특징으로 하는 분산액.
  13. 제 1항의 분산액의 제조방법에 있어서, 원형이며 콤팩트한 형상을 가진 무정형 SiO2입자를 초기에 공급한 분산매질중에 다이라탄트행동(dilatant behavior)의 진전(development)을 억제할 수 있게 혼합함을 특징으로 하는 제조방법.
  14. (1)SiO2입자 분산액을 제조하여,
    (2)분산액을 몰드내로 이송시키고,
    (3)분산액을 고화처리후 성형소지를 탈형시켜,
    (4)성형소지를 건조하는 스텝으로 이루어진 고형분함량이 가장 높은 다공성의 무정형 SiO2성형소지의 제조방법에 있어서, SiO2입자의 분산액의 제조스텝에서 SiO2입자의 고형분함량 최소 80wt%가 얻어짐을 특징으로 하는 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서, 분산액 및/또는 다공성의 무정형 SiO2성형소지와 크리스토발라이트 형성(cristobalite formation)을 촉진하거나 크리스토발라이트를 형성하는 화합물을 충분히 또는 부분적으로 처리함을 특징으로 하는 제조방법.
  16. 제 14항의 제조방법에 의해 제조하여 최종크기에 가까운 무정형의 통기공을 가진 SiO2성형소지.
  17. 제 16항에 있어서, 휨강도 0.1N/㎟~20N/㎟을 가진 최종크기에 가까운 무정형의 통기공을 가진 SiO2성형소지.
  18. 제 16항에 있어서, SiO2입자 최소 64vol%를 구성하며, 세공용적(pore volume)(수은 포로시메트리에 의해 측정함) 1㎖/g~0.01㎖/g을 가지며, 온도 1000℃이내에서 소결안정성이 있는 직경 1~10㎛의 세공(pore) 또는 세공직경(최대) 0.01~0.05㎛와 또 다른 세공직경(최대) 1~5㎛의 2개모드 세공직경분포를 가진 세공을 구비함을 특징으로 하는 최종크기에 가까운 무정형의 통기공을 가진 SiO2성형소지.
  19. 제 16항에 있어서, 세공직경(최대) 0.01~0.05㎛과 또 다른 세공직경 1~5㎛을 가진 2개모드 세공직경분포를 가지며, 온도 1000℃에서 1개모드 세공직경 분포가존재하도록하여 이 온도에서 세공직경이 2.2~5.54m이고, SiO2성형소지의 내측표면적이 100㎡/g~0.1㎡/g으로 되도록 가열에 의해 변동시킨 세공직경분포를 가진 세공을 구비한 최종크기에 가까운 무정형의 통기공을 가진 SiO2성형소지.
  20. 제 16항에 있어서, SiO2성형소지의 용량이 1000℃이내에서 소결안정성이 있음을 특징으로 하는 최종크기에 가까운 무정형의 통기공을 가진 SiO2성형소지.
  21. 최소 2.15g/㎤의 밀도를 가지며 100%의 무정형이며 투명성이고 가스불투과성인 소결된 글라스질실리카 성형소지.
  22. 제 21항에 있어서, 가스포접물(gas inclusions)이 없는 글라스질실리카 성형소지.
  23. 제 21항에 있어서, OH기의 농도 ≤ 1ppm를 가진 글라스질실리카 성형소지.
  24. 제 21항에 있어서, 금속의 외래원자함량 ≤300ppmw를 가진 글라스질실리카 성형소지.
  25. 실리콘단결정을 인발하는 도가니로서 제21항의 글라스질실리카 성형소지를사용하는 방법.
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