KR20030022953A - A composition for transparent silica glass and a method of preparing silica glass using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A transparent silica glass composition comprising silica sol, and main and auxiliary gelling agents is provided. The resultant silica glass with good transparency and near theoretical density(2.202g/cm3) is manufactured by sintering silica compacts under vacuum, not conventional air or He atmosphere. CONSTITUTION: The method for manufacturing transparent silica glass comprises the steps of: (i) preparing a silica sol by mixing 40-60pts.wt. of silica powder, fumed silica(40-100nm), 1-5pts.wt. of dispersant such as tetramethyl ammonium hydroxide(TMAH) or tetraethyl ammonium hydroxide(TEAH), and 40-60pts.wt. of deionized water; (ii) adding 0.1-12.5pts,wt, of main gelling agent such as polyethylene amide and small amounts of auxiliary gelling agents, aliphatic ester compounds such as methyl lactate and ethyl formate, and optionally 0.1-3pts.wt. of plasticizers such as glycerin and ethylene glycol; (iii) pouring the silica sol into a mold and gelling; (iv) demolding to get a bulky gel; (v) drying at 30-50deg.C for 48hrs. or more; (vi) thermal treating at 5-50deg.C/hr to 300-600deg.C for removal of organics; (vii) thermal treating at 100deg.C/hr to 500-1000deg.C in Cl2 atmosphere for removal of hydroxide ions and metallic impurities; (viii) sintering at 1200-1700deg.C for 0.1-100hrs. at a vacuum between 10-1 and 10-6torr. The step for removing foams in silica sol is optionally added to the next of step (i).

Description

투명 실리카 글래스 제조용 조성물 및 이를 이용한 실리카 글래스의 제조 방법{A COMPOSITION FOR TRANSPARENT SILICA GLASS AND A METHOD OF PREPARING SILICA GLASS USING THE SAME}A composition for manufacturing transparent silica glass and a method for producing silica glass using the same {A COMPOSITION FOR TRANSPARENT SILICA GLASS AND A METHOD OF PREPARING SILICA GLASS USING THE SAME}

발명의 분야Field of invention

본 발명은 투명 실리카 글래스 제조용 조성물 및 이를 이용한 실리카 글래스의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투명 실리카 글래스 제조용 조성물 및 이로부터 제조된 건조 성형체를 진공소결하여 투명 실리카 글래스를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for preparing transparent silica glass and a method for producing silica glass using the same, and more particularly, to a method for manufacturing transparent silica glass by vacuum sintering a composition for preparing transparent silica glass and a dried molded article prepared therefrom. .

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 단점이있다.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 in economy.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 콜로이드 특성을 가질 수 있는 정도로 작은 초미세 입자를 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 ultrafine particles 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 still 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 투명 실리카 글래스를 제조하기 위한 조성물을 제공하기 위한 것이다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide a composition for producing transparent silica glass close to the theoretical density.

본 발명의 다른 목적은 이론 밀도에 근접한 투명 실리카 글래스의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing transparent silica glass close to the theoretical density.

상기한 목적을 달성하고자, 본 발명은 실리카 분말, 분산제, 탈이온수, 주겔화제로서 폴리에틸렌이미드 및 보조겔화제로서 산의 수용성 지방족 에스테르 화합물을 포함하는 실리카 글래스 제조용 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a silica powder, dispersant, deionized water, polyethyleneimide as a main gelling agent and a silica glass manufacturing composition comprising a water-soluble aliphatic ester compound of the acid as an auxiliary gelling agent.

본 발명은 또한 실리카 분말, 분산제 및 탈이온수를 혼합하여 실리카 졸을 제조하는 단계; 상기 실리카 졸에 주겔화제로 폴리에틸렌이미드 및 보조겔화제로서 산의 수용성 지방족 에스테르 화합물을 첨가하는 단계; 상기 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 invention also comprises the steps of preparing a silica sol by mixing silica powder, dispersant and deionized water; Adding a polyethyleneimide as a main gelling agent and a water-soluble aliphatic ester compound of an acid as a cogelling agent to the silica sol; Injecting the 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 제조용 조성물은 실리카 분말, 분산제, 탈이온수, 주겔화제로서 폴리에틸렌이미드 및 보조겔화제로서 산의 수용성 지방족 에스테르 화합물을 포함한다.The composition for producing silica glass of the present invention comprises silica powder, dispersant, deionized water, polyethyleneimide as main gelling agent and water-soluble aliphatic ester compound of acid as cogelling agent.

상기 실리카 입자는 2 내지 50 m2/g의 비표면적을 가지며 평균 입자크기가 40 내지 100nm인 초미세 입자가 사용되는 것이 바람직하다. 이중 상용되고 있는 퓸드 실리카가 바람직하게 사용될 수 있다.The silica particles preferably have a specific surface area of 2 to 50 m 2 / g and ultrafine particles having an average particle size of 40 to 100 nm. Fumed silica, which is double commercially available, may be preferably used.

상기 성분중 분산제는 기존의 실리카 글래스 제조시 사용되는 모든 화합물이 사용될 수 있다. 이러한 분산제의 예로는 암모늄염계 화합물이 포함되며, 이들의 구체적인 예로는 4급 암모늄 하이드록사이드인 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH), 또는 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(TEAH)가 있다. 분산제는 실리카가 조성물내에서 균일하게 분산되는 것을 도울 뿐만 아니라 실리카가 분산된 졸을 정전기적으로 안정화시키는 역할을 한다.Dispersants in the above components can be used for all compounds used in the production of conventional silica glass. Examples of such dispersants include ammonium salt compounds, specific examples of which are quaternary ammonium hydroxide tetramethylammonium hydroxide (TMAH), or tetraethylammonium hydroxide (TEAH). Dispersants not only help the silica to be uniformly dispersed in the composition, but also serve to electrostatically stabilize the sol in which the silica is dispersed.

본 발명에서는 실리카졸의 겔화제로 주겔화제인 폴리에틸렌이미드와 보조겔화제인 산의 수용성 지방족 에스테르 화합물의 혼합물을 사용한다. 주겔화제인 폴리에틸렌이미드는 분자량이 1,000,000 이하인 것이 바람직하다. 분자량이 1,000,000을 초과하는 경우에는 겔화제의 첨가공정 및 그 후속공정에서 실리카 졸의 점도 증가가 심해져 바람직하지 못하다. 폴리에틸렌이미드는 수용액 형태로 첨가되는 것이 바람직하다.In the present invention, a mixture of polyethyleneimide which is a main gelling agent and a water-soluble aliphatic ester compound of an acid which is an auxiliary gelling agent is used as a gelling agent for silica sol. It is preferable that the polyethyleneimide which is a main gelling agent has a molecular weight of 1,000,000 or less. If the molecular weight exceeds 1,000,000, the viscosity increase of the silica sol increases in the addition step of the gelling agent and subsequent steps, which is not preferable. Polyethyleneimide is preferably added in the form of an aqueous solution.

보조겔화제로 사용되는 산의 수용성 지방족 에스테르 화합물의 예로는 락트산 에틸, 락트산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 메틸, 글리콜산 에틸, 글리콜산 메틸 등이 있다. 이 겔화제는 분산제와 반응하여 이온화합물을 형성하며, 실리카 졸의 pH를 저감시키는 역할을 한다.Examples of the water-soluble aliphatic ester compound of the acid used as the cogelling agent include ethyl lactate, methyl lactate, ethyl formate, methyl formate, ethyl glycol, methyl glycolate and the like. This gelling agent reacts with the dispersant to form an ionic compound and serves to reduce the pH of the silica sol.

본 발명의 실리카 글래스 제조용 조성물의 각 성분의 함량은 실리카 글래스의 원하는 밀도에 따라 용이하게 결정될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 실리카 분말 40 내지 60 중량부, 분산제 0.5 내지 5 중량부, 탈이온수 40 내지 60 중량부, 주겔화제로서 폴리에틸렌이미드 0.1 내지 20 중량부 및 보조겔 화제로서 산의 수용성 지방족 에스테르 화합물 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 실리카 글래스 제조용 조성물이 제공된다. 상기 겔화제의 함량은 분산제를 기준으로 조절된다. 폴리에틸렌이미드는 분산제 100 중량부에 대하여 0.1 내지 12.5 중량부인 것이 바람직하고, 1.25 내지 6.25 중량부인 것이 더 바람직하다. 보조겔화제인 산의 수용성 지방족 에스테르 화합물은 기존 방법에서의 사용량보다 훨씬 소량으로 사용된다.The content of each component of the composition for preparing silica glass of the present invention can be easily determined according to the desired density of the silica glass. According to a preferred embodiment of the present invention, 40 to 60 parts by weight of silica powder, 0.5 to 5 parts by weight of dispersant, 40 to 60 parts by weight of deionized water, 0.1 to 20 parts by weight of polyethyleneimide as a main gelling agent and acid as an auxiliary gelling agent Provided is a composition for preparing silica glass comprising 0.5 to 5 parts by weight of a water-soluble aliphatic ester compound. The content of the gelling agent is adjusted based on the dispersant. It is preferable that it is 0.1-12.5 weight part with respect to 100 weight part of dispersing agents, and, as for polyethyleneimide, it is more preferable that it is 1.25-6.25 weight part. The water-soluble aliphatic ester compound of the acid, which is a cogelling agent, is used in a much smaller amount than the amount used in the conventional method.

본 발명의 실리카 글래스 제조용 조성물은 가소제를 더 포함할 수도 있다.상기 가소제로는 다가알콜(polyhydric alcohol)이 바람직하게 사용될 수 있다. 이들의 구체적인 예로는 글리세린(glycerin), 에틸렌글리콜, 2-메틸프로판-1,2,3-트리올 등이 있다. 상기 가소제는 0.1 내지 3 중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.The composition for preparing silica glass of the present invention may further include a plasticizer. As the plasticizer, polyhydric alcohol may be preferably used. Specific examples thereof include glycerin, ethylene glycol, 2-methylpropane-1,2,3-triol, and the like. The plasticizer is preferably used in an amount of 0.1 to 3 parts by weight.

본 발명의 실리카 글래스의 제조방법은 실리카 분말, 분산제 및 탈이온수를 혼합하여 실리카 졸을 제조하는 단계; 상기 실리카 졸에 주겔화제로 폴리에틸렌이미드 및 보조겔화제로서 산의 수용성 지방족 에스테르 화합물을 첨가하는 단계; 상기 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 포함한다.Silica glass manufacturing method of the present invention comprises the steps of preparing a silica sol by mixing the silica powder, dispersant and deionized water; Adding a polyethyleneimide as a main gelling agent and a water-soluble aliphatic ester compound of an acid as a cogelling agent to the silica sol; Injecting the 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 sintering the secondary heat-treated result in a vacuum atmosphere.

본 발명에서 실리카 글래스 제조용 조성물의 각 성분중 실리카 분말, 분산제 및 탈이온수를 혼합하고 주겔화제와 보조겔화제를 첨가하기 전 또는 후에 진공펌프를 사용하여 실리카 졸 내에 존재하는 기포를 제거할 수 있다.In the present invention, the silica powder, the dispersant, and the deionized water in the components of the silica glass manufacturing composition may be mixed, and the bubbles present in the silica sol may be removed using a vacuum pump before or after adding the main gelling agent and the auxiliary gelling agent.

상기와 같이 제조된 실리카 졸은 겔화 반응이 일어나기 전 유동성을 유지한 상태에서 몰드에 주입하는 것이 바람직하다. 몰드에서 꺼낸 습윤 겔은 30 내지 80℃의 온도 및 60 내지 80%의 상대습도에서 건조하는 것이 바람직하다.The silica sol prepared as described above is preferably injected into the mold while maintaining fluidity before the gelation reaction occurs. The wet gel taken out of the mold is preferably dried at a temperature of 30 to 80 ° C. and a relative humidity of 60 to 80%.

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(2.202 g/cm3)에 가까운 실리카 글래스를 제공한다. 상기 진공 소결공정은 10-1내지 10-6토르(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 for 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 a silica glass 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 발명이 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 40 nm 이하인 실리카 분말(Aerosil OX-50(독일의 Degussa사)) 1000g, 탈이온수 1000g 및 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH) 200g을 블렌딩 장치를 이용하여 충분히 혼합하여 실리카분말이 균일하게 분산된 졸을 얻었다. 그런 다음 상기 졸을 진공펌프를 사용하여 10 분이상 충분히 탈포한 후 상온 공기중에서 24시간 이상 방치하여 졸을 안정화시켰다. 상기 졸에 겔화제로 폴리에틸렌이미드 수용액 50g과 락트산 에틸 20g을 첨가한 다음 균일하게 혼합하여 얻은 혼합물을 겔화가 발생하기 전에 유동성을 유지한 상태에서 튜브 성형용 몰드에 주입하였다. 겔화가 완결되면, 몰드로부터 습윤 겔을 분리하여 25℃, 상대습도 80%로 조절된 항온항습기에서 72시간 건조하였다. 그리고 나서, 건조된 겔을 10℃/hr의 승온속도로 500℃까지 승온시키고, 이 온도에서 5시간동안 1차 열처리하여 건조 겔내의 유기물을 제거하였다. 유기물이 제거된 겔을 100℃/hr로 900℃까지 승온하여 2차 열처리하고 이 온도에서 5시간동안 유지하였다. 이 때 2차 열처리 과정은 염소 가스 분위기하에서 실시하여 수산기 및 금속불순물들을 제거하였다. 그런 다음 1100℃까지 100℃/hr의 속도로 승온하면서 산소 분위기를 유지함으로써 실리카 성형체내에 잔류하게 되는 염소성분을 제거하였다. 마지막으로 10-3토르의 진공 분위기 하에서 100℃/hr의 승온속도로 1350℃까지 승온하고 이 온도에서 1시간동안 소결함으로써 실리카 글래스 튜브를 제조하였다.Blending apparatus of 1000 g of silica powder (Aerosil OX-50 (Degussa, Germany)), 1000 g of deionized water and 200 g of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) having a specific surface area of 50 m 2 / g or less and an average particle size of 40 nm or less The mixture was sufficiently mixed with to obtain a sol in which silica powder was uniformly dispersed. Then, the sol was defoamed sufficiently for at least 10 minutes by using a vacuum pump, and the sol was stabilized by standing in air at least 24 hours. 50 g of polyethyleneimide aqueous solution and 20 g of ethyl lactate were added to the sol as a gelling agent, and then the mixture obtained by uniformly mixing was injected into a tube forming mold while maintaining fluidity before gelation occurred. When gelation was completed, the wet gel was separated from the mold and dried for 72 hours in a thermo-hygrostat adjusted to 25 ° C and 80% relative humidity. Then, the dried gel was heated to 500 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./hr, and the first heat treatment was performed at this temperature for 5 hours to remove organic matter in the dried gel. The organic material-free gel was heated to 900 ° C. at 100 ° C./hr and subjected to a second heat treatment, and maintained at this temperature for 5 hours. At this time, the secondary heat treatment process was carried out in a chlorine gas atmosphere to remove hydroxyl groups and metal impurities. Then, the chlorine component remaining in the silica molded body was removed by maintaining the oxygen atmosphere while raising the temperature at a rate of 100 ° C./hr to 1100 ° C. Finally, a silica glass tube was prepared by heating up to 1350 ° C. at a heating rate of 100 ° C./hr under a vacuum atmosphere of 10 −3 Torr and sintering at this temperature for 1 hour.

실시예 2Example 2

겔화제로 폴리에틸렌이미드 수용액 100g 및 락트산 에틸 20g을 사용하고 진공소결시 10-2토르의 진공 분위기하에서 1400℃에서 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 100 g of aqueous polyethyleneimide solution and 20 g of ethyl lactate were used as a gelling agent and sintered at 1400 ° C. under vacuum atmosphere of 10 −2 Torr during vacuum sintering.

실시예 3Example 3

겔화제로 폴리에틸렌이미드 수용액 100g 및 포름산 에틸 10g을 사용하고 진공소결시 10-4토르의 진공 분위기하에서 1380℃에서 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 100 g of aqueous polyethyleneimide solution and 10 g of ethyl formate were used as a gelling agent, and sintered at 1380 ° C. under a vacuum atmosphere of 10 −4 Torr during vacuum sintering.

비교예 1Comparative Example 1

진공 분위기 대신 공기중에서 소결한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 글래스 튜브를 제조하였다.Silica glass tubes were prepared in the same manner as in Example 1 except that the mixture was sintered in air instead of in a vacuum atmosphere.

비교예 2Comparative Example 2

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.

비교예 1은 소결시 결정화가 발생하여 실리카 글래스 제조가 불가능하였다. 비교예 2는 투명 실리카 글래스 제조는 가능하였으나, 실시예 1 내지 3에서 얻어진 실리카 글래스보다 50 vol% 이상 더 많은 잔류 미세기포를 함유하고 있었다. 투명 실리카 글래스 내의 잔류기포는 레이저 산란법을 이용하여 측정하였다.In Comparative Example 1, crystallization occurred during sintering, which made silica glass impossible. Comparative Example 2 was able to produce a transparent silica glass, but contained at least 50 vol% more residual microbubbles than the silica glass obtained in Examples 1 to 3. Residual bubbles in the transparent silica glass were measured using a laser scattering method.

본 발명의 실리카 글래스 제조용 조성물을 이용하여 제조된 건조 성형제를 진공 소결하는 경우 기존의 공기 분위기나 헬륨 분위기하에서의 소결하는 경우에 비해 미세기포를 줄일 수 있으며, 투명성이 향상되고, 이론 밀도에 가까운 치밀한 투명 실리카 글래스를 제조할 수 있다.In the case of vacuum sintering a dry molding agent prepared using the silica glass composition of the present invention, it is possible to reduce microbubbles, improve transparency, and close to theoretical density, compared to sintering in a conventional air atmosphere or helium atmosphere. Transparent silica glass can be produced.

Claims (5)

실리카 분말, 분산제, 탈이온수, 주겔화제로서 폴리에틸렌이미드 및 보조겔화제로서 산의 수용성 지방족 에스테르 화합물을 포함하는 실리카 글래스 제조용 조성물.A silica glass, a dispersing agent, deionized water, a composition for producing silica glass comprising polyethyleneimide as a main gelling agent and a water-soluble aliphatic ester compound of an acid as a cogelling agent. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌이미드의 분자량은 1,000,000 이하인 실리카 글래스 제조용 조성물.The composition of claim 1, wherein the polyethyleneimide has a molecular weight of 1,000,000 or less. 제1항에 있어서, 실리카 분말 40 내지 60 중량부, 분산제 0.5 내지 5 중량부, 탈이온수 40 내지 60 중량부, 폴리에틸렌이미드 0.1 내지 20 중량부 및 산의 수용성 지방족 에스테르 화합물 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 실리카 글래스 제조용 조성물.According to claim 1, 40 to 60 parts by weight of silica powder, 0.5 to 5 parts by weight of dispersant, 40 to 60 parts by weight of deionized water, 0.1 to 20 parts by weight of polyethyleneimide and 0.5 to 5 parts by weight of water-soluble aliphatic ester compound of the acid Silica glass manufacturing composition. a) 실리카 분말, 분산제 및 탈이온수를 혼합하여 실리카 졸을 제조하는 단계;a) mixing silica powder, dispersant and deionized water to produce a silica sol; b) 상기 실리카 졸에 주겔화제로 폴리에틸렌이미드 및 보조겔화제로서 산의 수용성 지방족 에스테르 화합물을 첨가하는 단계;b) adding polyethyleneimide as main gelling agent and water-soluble aliphatic ester compound of acid as cogelling agent to said silica sol; c) 상기 b) 단계에서 제조된 졸을 몰드내에 주입시켜 몰드내에서 겔화시키는 단계;c) gelling in the mold by injecting the sol prepared in step b) into the mold; d) 겔화된 성형체를 몰드로부터 제거하여 습윤 겔을 얻는 단계;d) removing the gelled formed body from the mold to obtain a wet gel; e) 상기 습윤 겔을 건조하는 단계;e) drying the wet gel; f) 상기 건조된 겔을 300 내지 600℃에서 1차 열처리하는 단계;f) first heat treating the dried gel at 300 to 600 ° C; g) 상기 열처리된 결과물을 500 내지 1000℃에서 2차 열처리하는 단계; 및g) second heat treatment of the heat-treated resultant at 500 to 1000 ° C; And h) 상기 2차 열처리된 결과물을 진공 분위기 하에서 소결하는 단계h) sintering the secondary heat-treated product under vacuum atmosphere 를 포함하는 실리카 글래스의 제조방법.Silica glass manufacturing method comprising a. 제4항에 있어서, 상기 진공 분위기 하에서의 소결은 10-1내지 10-6토르의 진공압에서 1200 내지 1700℃의 온도에서 실시하는 실리카 글래스의 제조방법.The method of claim 4, 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.
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