TW201223869A - Method of manufacturing granulated silica powder, method of manufacturing vitreous silica crucible - Google Patents

Description

201223869 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種氧化石夕造粒粉的製造方法以 化矽玻璃坩堝的製造方法。 氧 【先前技術】 3〇〇,m 壓的程，以及從模具側對氧化魏層進行減 的雷對氧夕粉層進行電弧溶融而形成氧化碎玻璃層 堝^、、化製程。並且’為了消除電弧炼化製程之後的掛 切偏差’實施切除職上端部而使_高度一致的 化二:下於：内‘：層巧^ 氧⑽玻璃層(以下：：氣:層外表) 化堝時’在電弧熔化製程的初期，藉由對氧 減弱去除氣泡而形成透明層’之後，藉由 U私度而形成殘留有氣泡的含氣泡層。 製造掛禍時’對全部的掛禍需要切除掛瑪的上部，即， 續。丁^緣4切割製程’因此，會產生切除掉的大量廢玻 符人招電轉化製程製得的有時會出現不 會且也無法修補成符合規定，這時通常 、處置’因此這種坩堝也成為廢玻璃。

S 4 201223869 [現有技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1:日本公開專利特開2GG122㈣號公 專利文獻2:日本公财利特開平印州 【發明内容】 義製造裝程中產生的廢玻璃的純度非常高 的發明人對這聽_進行粉碎域得了作平均粒 左右的氧化錄，賴使用該氧切粉並利用旋 模具減壓法嘗試著製造上述具有雙層結構的掛竭。 ::在電弧熔化時對氧化矽粉層進行強有力的減壓:坩 泡，而未能形成透明層。〇 二===玻璃製造具有透明層的_璃掛 ㈣方法’叹適驗該方法的氧化石夕粉。 =:::產，粉丄=為:： 述氧化錢粉進St乳:::粉，在氦氣環境下，對所 其中，所述氣各I 吏其平均粒經達到50叫以上， 平均粒經大==粒粉的平均粒徑比所述氧化賴粉的 製造坩::之:明:在使用粉碎廢玻璃而得的氧化矽粉來 現:廢破螭中含明層的原因進行了調查並發 罝虱/ ，即使粉碎成平均粒徑300μιη 201223869 觀私法凡王除去氣泡’氣泡仍殘留在氧化坊、， =因而殘留在該顆粒_氣泡即成^ 粉碎廢玻璃而獲得:加細小地 並嘗試著使用該氧化石夕粉來製造^化石夕粉， 題，即，因為氧化石夕粉太小，所以導致氧=生了新的問 此很難形祕有—定厚度的氧切=氧切粉飛散，因 為了解決這個問題’本發 化石夕粉進行造粒，而加大平均=嘗;”對所述氧 粒後的氧化石夕粉製造掛塥發現，°可是，使用造 的問題，但是仍殘留下述問 了氧化石夕粉飛散 仍然殘留著氣泡，而無法形成透明Ρ層在㈣内面側的層内 顆粒人5忍為氧化石夕粉造粒時進入到造粒後 構成殘留氣泡的原因，因此，發明人想到在 二:;=氦氣環境下進行造粒會防止氣泡殘留， 如上所述，根據本發崎得的氧切造粒粉的平均粒 徑為^帅以上’由此解決氧切粉飛散的問題，並且， 由於疋，氦氣^兄下造粒’所以，即使在氧化石夕造粒粉内 封入有氦氣，也能在熔化氧化妙造粒粉時輕易脫離，從而， 獲得的氧切玻璃層内不钱留氣泡。從而，使用本發明 獲得的氧切造粒粉的話’可,化易製造在綱内面側具 有透明層的氧化矽玻璃坩堝。 201223869 【實施方式】 ι·氧化矽造粒粉的製造方法 、、n就本發明—貫施方式的氧化$造粒粉的製造方 法進行說明。 施方式的氧切造粒粉的製造方法，其具備製造 2制:=粒·的製程，其中’對於在氧化石夕玻璃堆禍的製 j程、中產生的廢麵，以平均粒彳i為以下的大小 矽= f氧化矽微粉，在*^氣環境下，對所述氧化 夕微ί進订造粒’使其平均粒徑達到以上，其中， 二t 粒粉的平均粒徑比所述氧化石夕微粉的平均粒 以下，詳細說明各結構要素。 (1)粉碎製程 首先，對粉碎廢玻璃的製程進行說明。 在本實施方式的氧化石夕造粒粉的製造方法中，使用在 璃製程中產生的廢玻璃。所謂廢玻 t二者疋ί=㈣上部的緣部切割製程中被切掉的 =、=、= 化而得的_產品不符合規格且 玻璃可以是在_製造製程中產生的 ^ ^ 貨者以外的玻璃。 -般來講，_是僅使用天然氧 天然氧化得合成氧切粉來製造的。天== 藉由將以^英為主钱分的域翻粉碎成粉末夕^疋 201223869 (t人合jit切粉是，湘吨切(sici4)的氣相氧化 醇鹽(Si(〇R)4)的水解(溶膠·凝膠法)等化 子合成方法而製得。 廢玻璃-般來講是天然氧化石夕玻璃(溶化並固化天然 粉而形成的麵），或者是天然氧化魏璃和合成氧 石璃(熔彳bit HHt合成氧切粉而軸的_)的混合 疋，其組成沒有制的限定。由於在天然氧化石夕玻 殘留有結晶型的微細結構，所以天然氧化石夕玻璃的結 構不易變化。為此，天然層的黏度比較大。另—方面，合 成氧化妙玻璃中幾乎或完全不存在如同天然氧化梦玻璃的 微細結構，所以其黏度比較小。 當外層為天然氧化石夕玻璃層且内層為合成氧化石夕玻璃 層的雙層結構#:¾¾的場合’通常，壁厚的大部分是天然氧 化石夕玻璃層，因此，廢玻璃成分的大部分是天然氧化石夕玻 璃。當时禍具有包含礦化劑的層時，廢玻璃中也有可能包 含礦化劑。廢玻璃中包含較多礦化劑的話，採用廢玻璃製 造的坩堝，在其使用過程中礦化劑會混入到矽熔液中，或 者，整個掛禍變付谷易被結晶化而發生掛禍破裂現象，因 此，廢玻璃中的礦化劑濃度越低越好。該礦化劑濃度15ppm 以下為佳，lOppm以下為更佳，5ppm以下為最佳。礦化 劑是促進玻璃結晶化的物質，例如，可以為金屬雜質，具 體來講，例如，可以是驗金屬（例:鈉或_)、鹼土金屬（例： 鎂、鈣、錯或鋇）、鋁、鐵。 當坩堝具有氣泡層時廢玻璃中也包含氣泡，即使對該

S 8 201223869 =進仃粉碎而製成適合_於旋轉模具法的氧化石夕粉的 通恭大小，即，粉碎成平均粒徑300μιη左右，如圖】所干， 也仍然無法完全除去氣泡，粉碎後的氧化石夕粉i中仍殘留 有氣泡3。由於殘留有這些氣泡，因此在·粉碎成平均 粒徑3〇〇帅左右的廢玻璃來製造掛瑪時製造掛竭時即使 欲形成透明層在氧化矽玻璃層中仍然會殘留氣泡。 在本實施方式的粉碎製程中，對廢玻璃進行粉碎 平均粒徑達到lG_以下，由此製作氧化频粉，因此， f圖f所示’氧切微粉5内很難殘留有氣泡，因此可以 解決氧化矽玻璃層中的氣泡殘留問題。在本說明書中，“平 均粒杈係指藉由鐘射衍射/散射法求得的粒度分佈在累 上的粒徑。另外’圖！及圖2是為了理解本發明 的思義而繪出的模式圖，其並不限定本發明的範圍。 廢玻璃的粉碎方法沒有特別的限定，例如，可以採用 球f機來粉碎廢玻璃。粉碎後的氧切微粉的平均粒徑可 ^是 Ο.ίμιη、1μπι、1()μιη、2〇μηι、仰卿、％卿卿〇、 8〇μΓη、100μιη，也可以是在此列舉的任意以固數值範圍内。 軋化石夕微粉的平均粒徑優選為50帅以下。廢玻璃中的氣 大J為Φ50μιη左右，因此，藉由粉碎成平均粒徑達到 50μιη以下’由此’能夠更加確實地除去氣泡。並且，氧 化石夕微粉的平雜㈣選為_以上。氧切齡的平均 拉把過小，難碎所耗的_將過長。藉由粉碎而得的氧 匕石夕微粉具有-絲度的粒徑分佈，因此，優選的是 1$子等來去除粒徑為漏μιη以上(或％卿以上)的粒子。 201223869 (2)造粒製程 粉進行造粒的製程 接下來說明對氧化矽微 在本實施方式令，在氦氣 - 均粒徑達到5〇μπι以上的造粒 · ^夕微粉進行平 以上的造粒的理由在於，當粒徑小::數=達到50帅 時形成氧切騎的氧切粉 、’製造㈣ 制及處理。並且，平均粒轉2 =飛散，從而很難控 粉末更難飛散’更加容易形成氧化^ °此時， 切微粉，氧化料粒粉的=粒==’ 4 、 6 、 8 、 1〇 此列舉的任意2個值的範圍内。 15、20、50 值氧， 或者是在 2由造粒而得的氧化石夕造粒粉中包含有粒徑較小的粉 ’因此，優選的是使㈣子等1具去除粒徑為 50μιη 以 —粒子。對於氧化矽造粒粉的平均粒徑的上限沒有特別 限定，不過，如果過大就會難以形成厚度均勻的氧化矽粉 層、因此，例如，6〇〇μηι以下是更優選的。氧化矽造粒粉 的平均粒徑’例如為 50μηι、ΙΟΟμηι、200μιη、300μπι、 400μηι、500μιη、600μηι、800μιη、l〇〇(^m，也可以介於在 此列舉的任意2個數值範圍内。 作為造粒方法只要是能夠在氦氣環境下進行的方法就 沒有特別限定，造粒例如可以藉由例如流動層造粒或喷霧 乾燥(spray drying)等的方法進行。在流動層造粒中’從攪 拌機的下部利用熱風卷起粉末，從上部散佈黏合劑而使其 201223869 =劑ί而ft造粒。作為黏合劑可以使用水、酒精、有 優選的是水。優選使用水是因為不會發生 因殘留有機成分引起的污染。在嘴霧乾燥的方法混合氣 分散介質而形成聚料’嶋料喷霧到氣流中 、/而進行造粒。噴霧乾燥方法的製程簡單，適合 二大量生產。在噴霧乾燥方法中，漿料噴出方向 方向可以相同(並流），也可以相反(對流)。在 ί方用的漿料可以混合氧化碎微粉和分散介質而製 :。作為讀介質，可贿躲、_、錢溶劑等，但 疋優k的疋水優選使用水是因為不會發生殘留有機成分 引起的污染。 至於1^粒時使用的熱風溫度，例如，人口溫度(剛投入 裝置之後的溫度)是1GG〜3G(r(>熱風溫度太低會導致乾 燥不足，太高會導致不必要的能量消耗。減的溫度和流 速是根據氧化料粒粉的所希望的粒徑和黏合劑或分散介 質的沸點來適當選擇的。具體來講，熱風溫度例如為励 t、15(rc、2〇(rc、25(rc、3(Krc，或者是在此列舉的任 意2個數值範圍内。 一般來講，考慮到成本等的觀點而採用空氣或氮氣來 進行造粒，但是’在本實财式巾制統。#使用氣氣 時，相較於使用空氣和氮氣，氧化矽造粒粉中更難包含氣 泡，即使包含氣泡也在坩堝製造時也容易脫離，而不會殘 留在氧化石夕玻璃層中。從而，若使用在氦氣環境下進行造 粒的氧化矽造粒粉，則容易製造出具有透明層的氧化矽玻 11 201223869 璃禍 2. 」·氧化矽玻璃坩堝的製造方法 本實施方式的氧化矽玻璃坩堝的製造方法具備：藉由 上述的氧化矽造粒粉的製造方法製造氧化矽造粒粉的^化 石夕造粒粉製造製程，以及脉所製造的氧切輪粉之後 使之冷卻而形成氧化矽玻璃層的氧化矽玻璃層形成^程。 在該方法中，具體來講，氧化矽玻璃坩堝可以 下步驟而製得：⑴在旋轉模具的底面及側面 的氧化料粒粉，由此形成氧化^二 電3T溶化該氧切粉層並固化，從而使其玻璃化。 熔化氧化矽粉層時，藉由在_5〇kPa以上〜小於％ 上模具側對氧切粉進行減壓，由此製作實質 明層之後，將減_力調節為〜=’在 ::上有率1 =(:氣;==(:對於_的固定 氣壓的值。 本說明書中，壓力的值係、指相對周圍 稱“氧化氧切粉層（下 行電弧熔化。此時，二堆積新的合成氧化石夕粉之後，進 上被形成有合成氧化造=成的氧化權層 然氧化㈣料主要“ ^纟於氧切造粒粉是以天 要成分’因此雜質濃度比較高。為此， 201223869 矽熔液接觸二::層上形成合成氧化矽粉層，能降低與 雜液内的㈣内面的雜質濃度，可叫制雜質混入到 亦可:即，===玻璃層根據散佈法形成於掛禍内面 m面的雜料度’防止雜質混人到魏液内。 3.石夕叙的製造方法 藉由以下步驟來製造：⑴在本實施方式的 氧化夕玻璃㈣内炫化多晶㈣製成贿液；⑺在將石夕 晶種的端料潰於所述雜液+雜態下，旋轉所述晶種 並同時提升。從形狀來看，單晶㈣從上側起為圓柱狀的 石夕曰曰種、位於其下的圓錐狀的單晶發、具有與上部圓錐底 面相同直㈣g柱狀的單晶⑦(以下稱作直筒部)以及頂點 朝下的圓錐狀的單晶矽所構成。 進行多次拉晶時，將多晶矽再填充到氧化矽玻璃坩堝 内且將其熔化，並再次進行矽錠的拉晶。 【實施例】 (實施例1) 收集在氧化矽玻璃坩堝的製造製程中的電弧熔化製程 之後的緣部切割製程中被切掉的廢玻璃，其中，該氧化石夕 玻璃坩堝是内面側為透明層、外面側為含氣泡層的具有兩 層結構的掛禍’粉碎廢玻璃’使得粉碎後的廢玻璃的平均 13 201223869 粒^達到大約1()μιη，*此獲得了氧切微粉。其次，以 重1比1:1混合該氧化矽微粉和水而 由此製造平均粒徑大 的氦氣流中儒該祕並使其賴 約ΙΟΟμηι的氧化石夕造粒粉。 2用㈣糾氧财雜粉，並藉峨賴具法來製 =塥。具體來講，在旋轉模具的底面及侧面上以25職 2度堆魏切造粒粉而形成氧切粉層，並藉由電弧 放電溶融ϋ化該氛化⑪粉層而使其麵化由此製造了氧 =玻着禍。在電弧放電時，最初，從模具側對氧化石夕 =以-SOkPa進行減壓，形成除去氣泡的氧化石夕玻璃層， ^ =壓展力調整為〇以上且未滿傭&，由此形成 對所獲得的氧化魏__行確認發現， ，由減駐除氣泡的氧⑽玻璃層（下稱“内面, 貫質上未殘留氣泡的透明層。 曰 (實施例2〜6，比較例1〜4) 按照表1所示的數值變更氧化石夕微粉的平均粒卜氣 面粒徑以及造粒時的環境氣體，並確認内 面層的軋泡狀態。其結果一併示於表j。 201223869 氧化矽微粉的 平均粒徑(Aim 氧化硬造粒粉的 平均粒徑（以m) 造粒時的 環境氣體 内面層的 氣泡 10 100 氦氣 無 實拖例2 實施例3 一 "*Ϋ^5ιΓ5 10 "" 200 氦氣 無 10 600 氦氣 無 50 200 SL氡 無 50 600 氦《：~~- 無 n 5 ~^~ΊΓΓ, 100 300 氦氣 無 匕較例1 10 200 比铰例2叫 --- 10 乱氧 殘留 40 氦氣 比較例3 120 300 氦氣 殘留 比較例4 ------ 300 (未進行造粒） (未進行造粒） 殘留 如表1所示，當使用藉由本發明的方法進行造粒的氧 化矽造粒粉(實施例丨〜6)時，内面層成為實質上未殘留氣 =的透明層。另一方面’造粒時的環境氣體不是氧氣時(比 交例丨），或者，氧化矽微粉的平均粒徑超過1〇〇^m時(比 ，例3)’内面層會殘留氣泡。並且，氧财造粒粉的平均 fit，5()μιη時(比較例2) ’形成氧化石夕粉層時氧化石夕造 飛散’很難形成氧化咬粉層，因此的製造在中 的止。並且’在比較例4中’粉碎後的氧化矽微粉 糊ί淘^0μιη左右的粉末也未進行造粒而直接使用在 在這種情況下，内面層裏殘留了氣泡。 態的粒徑為3(%m的氧切粉内殘留有氣泡的狀 泡的為廟叫以下的氧切微粉内未殘留氣 15 201223869 【主要元件符號說明】 1:氧化矽粉 3:氣泡 5:氧化矽微粉 16

Claims (1)

1. 201223869 七、申請專利範圍： 1·-種氧化料粒粉㈣造枝，其特徵在於包括 成平约t:r(〇r賴的製造製程中產生的廢麵粉碎 成十㈣4為動叫町，並職氧切微粉，以及坪 徑達環境下對所述氧切微粉進行造粒，使平均粒 L違到50μιη以上，並製造出氧化石夕造粒粉， 粉的=粒==粒粉的平均粒徑比所述氧化錢 & 、2.如申請專利範圍第1項所述的氧化矽造粒粉的製 =方法，其中，上述造粒係藉由混合上述氧化矽微粉和分 散介質而形成㈣，並在氣流巾傾上賴料，使其乾 而進行的。 八 ^ 、3.如申請專利範圍第2項所述的氧化矽造粒粉的製 造方法，其中，上述氣流係入口溫度為100。(：〜300°C的氦 氣流。 4. 如申請專利範圍第2項所述的氧化石夕造粒粉的製 造方法’其中，上述分散介質是水。 5. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所述的氧化 石夕造粒粉的製造方法，其中，上述造粒係以使氧化矽造粒 粉的平均粒徑成為200μιη〜600μιη的方式而進行的。 6. 一種氡化矽玻璃坩堝的製造方法，其特徵在於包 括： 氧化矽造粒粉製造製程，根據申請專利範圍第1項所 述的氧化矽造粒粉的製造方法製造氧化矽造粒粉，以及 17 201223869 氧化石夕玻璃層形成製程，溶化上魏切造粒粉後，使炫 解的上述氧化矽造粒粉冷卻，形成氧化矽玻璃層。 〇 7.如申請專利範圍第6項所述的氧化矽玻璃坩堝的 製造方法，其中，上述氧化树璃層係以下述方式所形成， 在旋轉模具的底面及側面上堆積上述氧化石夕造粒粉， 形成氧化碎粉層， —再藉由對上述氧化矽粉層進行電弧熔化並固化，以 行玻璃化。 & 心方8·Ϊ申利範圍第7項所述的氧化石夕玻璃_的 ΐ積ί二ΐΐ上述氧化猶粉形成的氧切粉 層上堆賴的合錢切粉之後，進行電_化。 製造方料7項所述的氧切_㈣的 掛堝的壁面上散佈合成氣切粉並使其溶化。時，在