TWI487665B - 合成非晶質矽石粉末及其製造方法 - Google Patents

合成非晶質矽石粉末及其製造方法 Download PDF

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Description

合成非晶質矽石粉末及其製造方法
本發明係關於在半導體產業等高溫及減壓環境下所使用之配管或坩鍋等合成矽石玻璃製品，在作為製造該合成矽石玻璃製品之原料為合適的高純度合成非晶質矽石粉末及其製造方法。
以往，半導體用途之單晶製造時所使用的坩鍋或治具類，為將天然石英或矽砂藉由粉碎、精煉所得到的石英粉作為原料所製造的。但，天然石英或矽砂含有種種的金屬雜質，即使進行上述精煉處理因亦無法將金屬雜質完全去除，在純度上無法成為能充分滿足者。又，隨著半導體之高積體化進展，對於成為材料之單晶的品質要求提高，該單晶製造時所使用的坩鍋或治具類亦變成希望為高純度品。因此，取代天然石英或矽砂，以高純度之合成非晶質矽石粉末作為原料之合成矽石玻璃製品被受矚目。
作為製造此高純度合成非晶質矽石粉末之方法，有揭示著以水將高純度四氯化矽水解，將生成的矽石凝膠乾燥、整粒、鍛燒得到合成非晶質矽石粉末之方法(參考例如專利文獻1)。又，揭示著將矽酸酯等烷氧矽烷在酸與鹼之存在下進行水解使其凝膠化，藉由將得到的凝膠進行乾燥、粉碎後、鍛燒所得到合成非晶質矽石粉末之方法(參考例如專利文獻2，3)。以上述專利文獻1～3中所記載之方法製造的合成非晶質矽石粉末，與天然石英或矽砂相比為高純度，可將自此等作為原料所製造的坩鍋或治具類等合成矽石玻璃製品之雜質混入降低或高性能化。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特公平4-75848號公報(專利之申請專利範圍第1項)
[專利文獻2]特開昭62-176929號公報(專利之申請專利範圍第1項)
[專利文獻3]特開平3-275527號公報(第2頁左下欄第7行～第3頁左上欄第6行)
然而，以上述專利文獻1～3所記載之方法所製造的合成非晶質矽石粉末作為原料所製造之合成矽石玻璃製品，當合成矽石玻璃製品所使用的環境為高溫及減壓之環境下時，會產生氣泡或膨漲，具有所謂使該合成矽石玻璃製品之性能大幅降低之缺點。
例如，矽單晶拉製用坩鍋為在1500℃附近及7000Pa附近之高溫及減壓環境下使用，因前述之氣泡之產生或膨漲，坩鍋之性能大幅度降低，已成為左右拉製單晶品質之問題。
對於在如此般之上述高溫及減壓之環境下使用所產生之問題，可考量之對應為對於藉由四氯化矽之水解所得到的合成非晶質矽石粉末施予熱處理，使合成非晶質矽石粉末中羥基與氯之濃度分別減少；又，對於藉由烷氧矽烷之溶膠凝膠法所得到的合成非晶質矽石粉末施予熱處理，藉由使合成非晶質矽石粉末中羥基與碳之濃度分別減少，來降低合成非晶質矽石粉末中可能成為氣體成分之雜質濃度。
但，即使上述之對應，仍無法充分抑制在高溫及減壓之環境下所使用之合成矽石玻璃製品之氣泡之產生或膨漲。
本發明之目的為克服如此般之上述以往課題，提供一即使是在高溫及減壓之環境下使用，亦適合作為氣泡之產生或膨漲少之合成矽石玻璃製品之原料之合成非晶質矽石粉末及其製造方法。
本發明之第1觀點為一種合成非晶質矽石粉末，其係將已造粒之矽石粉末施予球狀化處理後，洗淨、乾燥所得到平均粒徑D50 為10～2000μm之合成非晶質矽石粉末；其特徵為將BET比表面積除以由平均粒徑D50 所算出之理論比表面積之值為1.00～1.35、真密度為2.10～2.20g/cm3 、粒子內空間率為0～0.05、圓形度為0.75～1.00及球狀化率為0.55～1.00。
本發明之第2觀點為基於第1觀點之發明，其係將已造粒之矽石粉末鍛燒後，為已施予球狀化處理之合成非晶質矽石粉末；其特徵為碳濃度未滿2ppm或氯濃度未滿2ppm之任何一方，或滿足其雙方。
本發明之第3觀點為基於第2觀點之發明，進一步，已造粒之矽石粉末為將四氯化矽水解使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到的矽石粉末；其特徵為碳濃度未滿2ppm。
本發明之第4觀點為基於第2觀點之發明，進一步，已造粒之矽石粉末為將有機系矽化合物水解使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到的矽石粉末；其特徵為氯濃度未滿2ppm。
本發明之第5觀點為基於第2觀點之發明，進一步，已造粒之矽石粉末為使用氣相矽石(fumed silica)使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到的矽石粉末；其特徵為碳濃度未滿2ppm未滿、氯濃度未滿2ppm。
本發明之第6觀點為一種合成非晶質矽石粉末之製造方法，其係依序含有以下之步驟：使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級得到矽石粉末之造粒步驟、與以指定之供給速度將上述造粒步驟所得到的矽石粉末投入以指定之高頻率輸出所產生之電漿之電漿炬內，自2000℃加熱至二氧化矽之沸點之溫度，藉由使熔融之熱電漿之球狀化步驟、與將上述球狀化步驟後之球狀化矽石粉末表面所附著之微粉除去洗淨步驟、與將上述洗淨步驟後之矽石粉末乾燥之乾燥步驟；其特徵為將上述球狀化步驟之高頻率輸出(W)作為A、矽石粉末之供給速度(kg/hr)作為B時，將A/B(W‧hr/kg)之值調整成為1.0×104 以上予以進行，得到平均粒徑D50 為10～2000μm、將BET比表面積除以由平均粒徑D50 所計算出之理論比表面積之值為1.00～1.35、真密度為2.10～2.20g/cm3 、粒子內空間率為0～0.05、圓形度為0.75～1.00及球狀化率為0.55～1.00之合成非晶質矽石粉末。
本發明之第7觀點為基於第6觀點之發明，進一步，造粒步驟為將四氯化矽水解使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到平均粒徑D50 為10～3000μm之矽石粉末之步驟。
本發明之第8觀點為基於第6觀點之發明，進一步，造粒步驟為將有機系矽化合物水解使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到平均粒徑D50 為10～3000μm之矽石粉末之步驟。
本發明之第9觀點為基於第6觀點之發明，進一步，造粒步驟為使用氣相矽石使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到平均粒徑D50 為10～3000μm之矽石粉末之步驟。
本發明之第10觀點為一種合成非晶質矽石粉末之製造方法，其係依序含有以下之步驟：使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級得到矽石粉末之造粒步驟、與將在上述造粒步驟所得到的矽石粉末以800～1450℃之溫度進行鍛燒之鍛燒步驟、與以指定之供給速度將上述鍛燒步驟所得到的矽石粉末投入以指定之高頻率輸出所產生之電漿之電漿炬內，自2000℃加熱至二氧化矽之沸點之溫度，藉由使熔融之熱電漿之球狀化步驟、與將上述球狀化步驟後之球狀化矽石粉末表面所附著之微粉除去洗淨步驟、與將上述洗淨步驟後之矽石粉末乾燥之乾燥步驟；其特徵為將上述球狀化步驟之高頻率輸出(W)作為A、矽石粉末之供給速度(kg/hr)作為B時，將A/B(W‧hr/kg)之值調整成為1.0×104 以上予以進行，為平均粒徑D50 為10～2000μm、將BET比表面積除以由平均粒徑D50 所計算出之理論比表面積之值為1.00～1.35、真密度為2.10～2.20g/cm3 、粒子內空間率為0～0.05、圓形度為0.75～1.00及球狀化率為0.55～1.00；碳濃度未滿2ppm或氯濃度未滿2ppm之任何一方，或滿足其雙方。
本發明之第11觀點為基於第10觀點之發明，進一步，造粒步驟若為將四氯化矽水解使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到平均粒徑D50 為10～3000μm之矽石粉末之步驟時，所得到的合成非晶質矽石粉末之碳濃度未滿2ppm。
本發明之第12觀點為基於第10觀點之發明，進一步，造粒步驟若為將有機系矽化合物水解使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到平均粒徑D50 為10～3000μm之矽石粉末之步驟時，所得到的合成非晶質矽石粉末之氯濃度未滿2ppm。
本發明之第13觀點為基於第10觀點之發明，進一步，造粒步驟若為使用氣相矽石使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到平均粒徑D50 為10～3000μm之矽石粉末之步驟時，所得到的合成非晶質矽石粉末之碳濃度未滿2ppm、氯濃度未滿2ppm。
本發明之第1觀點之合成非晶質矽石粉末，其係將已造粒之矽石粉末施予球狀化處理後，洗淨、乾燥所得到平均粒徑D50 為10～2000μm之合成非晶質矽石粉末；為將BET比表面積除以由平均粒徑D50 所算出之理論比表面積之值為1.00～1.35、真密度為2.10～2.20g/cm3 、粒子內空間率為0～0.05、圓形度為0.75～1.00及球狀化率為0.55～1.00。因此，只要是使用此合成非晶質矽石粉末所製造的合成矽石玻璃製品時，原料粉末表面所吸著之氣體成分變少，又因為粉末內部氣體成分變少之關係，可降低氣泡之產生或膨漲。
本發明之第2觀點之合成非晶質矽石粉末，其係將已造粒之矽石粉末鍛燒後，為已施予球狀化處理之合成非晶質矽石粉末；碳濃度未滿2ppm或氯濃度未滿2ppm之任何一方，或滿足其雙方。因此，只要是使用此合成非晶質矽石粉末所製造的合成矽石玻璃製品時，原料粉末表面所吸著之氣體成分變少，又因為粉末內部氣體成分變少之關係，可降低氣泡之產生或膨漲。特別是，此合成非晶質矽石粉末為在施予球狀化處理前進行鍛燒，表面所吸著之氣體成、粉末內部之氣體成分極少，更可提高在上述合成矽石玻璃製品之氣泡之產生或膨漲之降低效果。
本發明之第5觀點之合成非晶質矽石粉末，已造粒之矽石粉末為使用氣相矽石使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到的矽石粉末；達成碳濃度未滿2ppm、氯濃度未滿2ppm。
此合成非晶質矽石粉末為使用氣相矽石作為原料粉末之矽石粉末，相較於使氯系矽化合物在液中反應所得到者或由四甲氧矽烷等有機系矽化合物所得到者，在作為原料粉末使用時，因可進一步抑制碳濃度及氯濃度，更可提高在上述合成矽石玻璃製品之氣泡之產生或膨漲之降低效果。
本發明之第6～第9觀點之合成非晶質矽石粉末之製造方法，其係例如將四氯化矽水解使生成矽石質之凝膠、或將四甲氧矽烷等有機系矽化合物水解使生成矽石質之凝膠、或使用氣相矽石使生成矽石質之凝膠。然後，係依序含有以下之步驟：將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級得到所希望平均粒徑之矽石粉末之造粒步驟、與以指定之供給速度將上述造粒步驟所得到的矽石粉末投入以指定之高頻率輸出所產生之電漿之電漿炬內，自2000℃加熱至二氧化矽之沸點之溫度，藉由使熔融之熱電漿之球狀化步驟、與將上述球狀化步驟後之球狀化矽石粉末表面所附著之微粉除去洗淨步驟、與將上述洗淨步驟後之矽石粉末乾燥之乾燥步驟；其特徵為將上述球狀化步驟之高頻率輸出(W)作為A、矽石粉末之供給速度(kg/hr)作為B時，將A/B(W‧hr/kg)之值調整成為1.0×104 以上予以進行，得到平均粒徑D50 為10～2000μm、將BET比表面積除以由平均粒徑D50 所計算出之理論比表面積之值為1.00～1.35、真密度為2.10～2.20g/cm3 、粒子內空間率為0～0.05、圓形度為0.75～1.00及球狀化率為0.55～1.00之合成非晶質矽石粉末。經由上述步驟，不可避免之氣體吸著量為少，又因為粉末內部之氣體成分少之關係，可簡便地製造能適合於作為合成矽石玻璃製品之原料使用之合成非晶質矽石粉末。
本發明之第10～第13觀點之合成非晶質矽石粉末之製造方法，其係例如將四氯化矽水解使生成矽石質之凝膠、或將四甲氧矽烷等有機系矽化合物水解使生成矽石質之凝膠、或使用氣相矽石使生成矽石質之凝膠。然後，係依序含有以下之步驟：將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級得到所希望平均粒徑之矽石粉末之造粒步驟、與將上述造粒步驟所得到的矽石粉末以800～1450℃之溫度進行鍛燒之鍛燒步驟、與以指定之供給速度將上述鍛燒步驟所得到的矽石粉末投入以指定之高頻率輸出所產生之電漿之電漿炬內，自2000℃加熱至二氧化矽之沸點之溫度，藉由使熔融之熱電漿之球狀化步驟、與將上述球狀化步驟後之球狀化矽石粉末表面所附著之微粉除去洗淨步驟、與將上述洗淨步驟後之矽石粉末乾燥之乾燥步驟；其特徵為將上述球狀化步驟之高頻率輸出(W)作為A、矽石粉末之供給速度(kg/hr)作為B時，將A/B(W‧hr/kg)之值調整成為1.0×104 以上予以進行，得到平均粒徑D50 為10～2000μm、將BET比表面積除以由平均粒徑D50 所計算出之理論比表面積之值為1.00～1.35、真密度為2.10～2.20g/cm3 、粒子內空間率為0～0.05、圓形度為0.75～1.00及球狀化率為0.55～1.00之合成非晶質矽石粉末。經由上述步驟，不可避免之氣體吸著量為少，又因為粉末內部之氣體成分少之關係，可簡便地製造能適合於作為合成矽石玻璃製品之原料使用之合成非晶質矽石粉末。特別是，此製造方法為在球狀化處理步驟前設置以指定條件之鍛燒步驟，可使表面所吸著之氣體成分、粉末內部之氣體成分成為極少，可製造在上述合成矽石玻璃製品之氣泡之產生或膨漲之降低效果為更高之合成非晶質矽石粉末。
[實施發明的最佳型態]
接著將實施本發明之型態依據圖面進行說明。
本發明第1實施型態之合成非晶質矽石粉末為將已造粒之矽石粉末施予球狀化處理後，藉由洗淨、乾燥所得。其中，其特徵為將BET比表面積除以由平均粒徑D50 所計算出之理論比表面積之值為1.00～1.35、真密度為2.10～2.20g/cm3 、粒子內空間率為0～0.05，圓形度為0.75～1.00及球狀化率為0.55～1.00。
又，本發明第2實施型態之合成非晶質矽石粉末為將已造粒之矽石粉末鍛燒後，為已施予球狀化處理之合成非晶質矽石粉末。因此，碳濃度未滿2ppm或氯濃度未滿2ppm之任何一方，或滿足其雙方。作為在高溫及減壓下矽單晶拉製用坩鍋等合成矽石玻璃製品會產生氣泡或膨漲之主要原因，可能是製品製造時所使用的原料粉末表面上所吸著之氣體。即，在製造合成矽石玻璃製品時，在其一步驟之熔融之際，原料粉末表面上已吸著的氣體成分會脫離。然後，此氣體成分殘留於合成矽石玻璃製品中，此為成為氣泡之產生或膨漲之原因。
成為合成矽石玻璃製品之原料之矽石粉末，因通常為經由粉碎步驟，所以含有多數如圖7所示之不定形(粉碎粉形狀)粒子。因此，比表面積變大，可能因而使不可避免之氣體吸著量變大。
此時，本發明之合成非晶質矽石粉末為藉由對於粉末施予球狀化處理，為將BET比表面積除以由平均粒徑D50 所算出之理論比表面積之值成為上述範圍者。所謂的BET比表面積為藉由BET3點法所測定之值。又，粒子之理論比表面積為假定粒子為真圓體、表面為平滑之情形時，由下式(1)所算出。尚，式(1)中D示為粒子之直徑，ρ示為真密度。
理論比表面積=6/(D×ρ)　(1)
本說明書中，所謂的粉末理論比表面積，為在上述式(1)中將D以粉末之平均粒徑D50 、ρ以真密度2.20g/cm3 作為假定時，由理論真密度所算出之值。即，粉末之理論比表面積為由下式(2)所算出。
粉末之理論比表面積=2.73/D50 　(2)
將BET比表面積除以由平均粒徑D50 所算出之理論比表面積之值若變大時，比表面積會變大，不可避免之氣體吸著量會變大。之中，上述值較佳為1.00～1.15之範圍。上述值若大於1.15時，氣泡之產生或膨漲之降低效果小。
因平均粒徑D50 在小的一側，存在有粒度分布之偏聚或粒度分布之波峰，所以當平均粒徑D50 之測定為小之情形時，將BET比表面積除以由平均粒徑所算出之理論比表面積之值會有未滿1.00之狀況。此情形時，將BET比表面積除以由平均粒徑所算出之理論比表面積之值做為1.00。
又，合成非晶質矽石粉末之圓形度為0.75以上。圓形度為當越接近1.00時，意味著粉末粒子越接近真圓之意，藉由下式(3)所算出。
圓形度=4πS/L2 　(3)
式(3)中，S示為攝影之粒子投影圖之面積，L示為粒子投影圖之周長。本說明書中，所謂的粉末之圓形度，為由上述式(3)所算出200個粉末粒子之平均值。粉末之圓形度若未滿0.75時，氣泡之產生或膨漲之降低效果小。之中，粉末之圓形度較佳為0.80～1.00之範圍。
又，合成非晶質矽石粉末之球狀化率為0.55以上。所謂粉末之球狀化率，為在指定量之粉末中，表示圓形度為0.60～1.00之粒子所含有之比例。球狀化率若未滿0.55時，氣泡之產生或膨漲之降低效果小。之中，粉末之球狀化率較佳為0.80～1.00之範圍。
又，若著眼於合成非晶質矽石粉末之1個粒子時，較佳為粒子內不存在空孔或封閉之裂縫等內部空間。即，在合成非晶質矽石粉末之內部若有空間存在時，會成為合成矽石玻璃製品中氣泡之產生或膨漲原因之故。因此，真密度以2.10g/cm3 以上，較佳為2.15～2.20g/cm3 。所謂的真密度為依據JIS R7212碳塊之測定方法(d)真比重測定，進行真密度測定3次，取此平均值。又，粒子內空間率以0.05以下，較佳為0.01以下。所謂的粒子內空間率，為對於50個粉末粒子藉由SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察剖面之際，將粒子之剖面積，與如果在粒子內有空間時測定其空間之面積，由下式(4)所算出值之平均值。
粒子內空間率=粒子內空間總面積/粒子剖面總面積　(4)
又，合成非晶質矽石粉末之平均粒徑D50 為10～2000μm，較佳為在50～1000μm之範圍內。若未滿下限值時，粉末粒子間之空間為小，因此空間中存在之氣體難以去除，小的氣泡容易殘留；另一方面，若超過上限值時，粉末粒子間之空間會過大，因此大的氣泡容易殘留。之中，平均粒徑D50 特佳為80～600μm之範圍內。尚，本說明書中，所謂的平均粒徑D50 為藉由雷射折射散亂式粒子分布測定裝置(型式名：HORIBA LA-950)測定3次所測定之粒子分布(直徑)之中央值，取其平均值。合成非晶質矽石粉末之體密度較佳為1.00g/cm3 以上。若未滿下限值時，粉末粒子間之空間會過大，大的氣泡容易殘留；另一方面，超過上限值時，因粉末粒子間之空間小，此空間中存在之氣體難以去除，小的氣泡容易殘留；之中，體密度特佳為1.20～1.50g/cm3 範圍內。
為使粉末之熔融性均一，在使用CuKα線以粉末X線折射法進行測定時，較佳為無法確認到折射波峰為寬廣之結晶質矽石粉末之粉末。非晶質與結晶質之矽石在熔融時舉動為相異，結晶質矽石之熔融會有較遲開始之傾向。因此，使用非晶質與結晶質矽石混合存在之合成非晶質矽石粉末，於進行合成矽石玻璃製品等之製造時，因而容易在合成矽石玻璃製品中殘留氣泡。
為了使合成矽石玻璃製品之雜質混入降低或高性能化，合成非晶質矽石粉末之雜質濃度，以氫原子除外的1A族、2A～8族、1B～3B族、碳及矽除外的4B族、5B族、氧除外的6B族、氯除外的7B族之濃度較佳為未滿1ppm。之中，此等雜質濃度特佳為未滿0.05ppm。又，為抑制高溫及減壓下之合成矽石玻璃製品中氣泡之產生或膨漲，較佳為可能成為氣體成分之羥基60ppm以下、氯濃度5ppm以下、碳濃度5ppm以下。
特別是，本發明第2實施型態之合成非晶質矽石粉末為在施予球狀化處理前進行鍛燒，表面所吸著之氣體成分、粉末內部之氣體成分成為極少，更可提高在合成矽石玻璃製品之氣泡之產生或膨漲之降低效果。即，藉由對於已造粒之矽石粉末以指定之條件進行鍛燒，可達成碳濃度未滿2ppm或氯濃度未滿2ppm之任何一方，或滿足其雙方。
接著，已造粒之矽石粉末，即原料粉末，若為將四氯化矽水解使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到的矽石粉末時，在球狀化處理前以指定之條件進行鍛燒，碳濃度會成為未滿2ppm。此因上述矽石粉末相較於使用四甲氧矽烷等有機系矽化合物所得到的矽石粉末碳濃度為低之關係，將此使用作為原料粉末所得到的合成非晶質矽石粉末，殘留碳濃度相對地被降低了。
又，已造粒之矽石粉末，若為將有機系矽化合物水解使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到的矽石粉末時，在球狀化處理前以指定之條件進行鍛燒，氯濃度會成為未滿2ppm。因為上述矽石粉末相較於使氯系矽化合物在液中反應所得到的矽石粉末氯濃度為低之關係，將此使用作為原料粉末所得到的合成非晶質矽石粉末，殘留氯濃度相對地被降低了。
又，已造粒之矽石粉末，若為使用氣相矽石使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到的矽石粉末時，在球狀化處理前以指定之條件進行鍛燒，達成碳濃度未滿2ppm、氯濃度未滿2ppm。使用使氯系矽化合物在液中反應所得到的矽石粉末作為原料粉末所得到的合成非晶質矽石粉末，殘留氯濃度相對地容易變高。又，使用有機系矽化合物作為原料粉末所得到的合成非晶質矽石粉末，殘留碳濃度相對地容易變高。另一方面，因氣相矽石較上述2種矽石粉末於氯濃度、碳濃度均低之關係，使用氣相矽石作為原料粉末所得到的合成非晶質矽石粉末，氯濃度、碳濃度之雙方被極度地降低。因此，亦可更提高在上述合成矽石玻璃製品之氣泡之產生或膨漲之降低效果。
本發明之合成非晶質矽石粉末，在施予球狀化處理後，藉由洗淨、乾燥，如圖1或圖2所示，為含有熔融之多數已球狀化之粒子者。如此地，因本發明之合成非晶質矽石粉末為含有多數接近真圓之粒子之關係，粉末之圓形度、球狀化率顯示如上述範圍，不可避免之氣體吸著量被降低了。尚，在熔融之已球狀化之粒子中，亦有含有複數凝集粒子之情形，將凝集之粒子作為構成1粒子，來限定上述圓形度或球狀化率等之比例。
接著，對於本發明之合成非晶質矽石粉末之製造方法進行說明。本發明第1實施型態之合成非晶質矽石粉末之製造方法為如圖3所示，為將成為原料之矽石粉末藉由施予球狀化處理後、洗淨、乾燥所得。又，本發明第2實施型態之合成非晶質矽石粉末之製造方法為如圖4所示，將成為原料之矽石粉末鍛燒，將此已鍛燒之矽石粉末藉由施予球狀化處理後、洗淨、乾燥所得。以下為針對各步驟詳細說明。
成為本發明之合成非晶質矽石粉末原料之矽石粉末，例如藉由以下之方法所得。作為第1方法，首先相對於四氯化矽1mol，準備相當於45～80mol量之超純水。將準備好的超純水置入容器內，在氮、氬等氣氛下，一邊將溫度保持在20～45℃一邊攪拌，添加四氯化矽使水解。自添加四氯化矽後持續攪拌0.5～6小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度較佳以100～300rpm之範圍。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此放入乾燥機，乾燥機內較佳以10～20L/min之流量一邊流通氮、氬等，一邊以200℃～300℃之溫度使乾燥12～48小時得到乾燥粉。之後，將此乾燥粉自乾燥機取出，使用輥筒壓碎機等粉碎機進行粉碎。使用輥筒壓碎機時，以輥筒間隙0.2～2.0mm、輥筒回轉數3～200rpm之適當調整予以進行。最後，藉由將已粉碎的乾燥粉使用震動篩等進行分級，得到平均粒徑D50 為10~3000μm、較佳為70～1300μm之矽石粉末。
作為第2方法，相對於作為有機系矽化合物之四甲氧矽烷1mol，準備超純水0.5～3mol、乙醇0.5～3mol。將準備好的超純水、乙醇置入容器內，在氮、氬等氣氛下，一邊將溫度保持在60℃一邊攪拌，添加四甲氧矽烷使水解。自添加四甲氧矽烷後攪拌5～120分鐘後，相對於四甲氧矽烷1mol更添加1～50mol之超純水，持續攪拌1～12小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度較佳以100～300rpm之範圍。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此放入乾燥機，乾燥機內較佳以10～20L/min之流量一邊流通氮、氬等，一邊以200℃～300℃之溫度使乾燥6～48小時得到乾燥粉。之後，將此乾燥粉自乾燥機取出，使用輥筒壓碎機等粉碎機進行粉碎。使用輥筒壓碎機時，以輥筒間隙0.2～2.0mm、輥筒回轉數3～200rpm之適當調整予以進行。最後，藉由將已粉碎的乾燥粉使用震動篩等進行分級，得到平均粒徑D50 為10~3000μm、較佳為70～1300μm之矽石粉末。
作為第3方法，首先，相對於平均粒徑D50 為0.007～0.030μm、比表面積為50～380m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水3.0～35.0mol。將準備好的超純水置入容器內中，在氮、氬等氣氛下，一邊將溫度保持在10～30℃一邊攪拌，添加氣相矽石。自添加氣相矽石後持續攪拌0.5～6小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度較佳以10～50rpm之範圍。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此放入乾燥機，乾燥機內較佳以10～20L/min之流量一邊流通氮、氬等，一邊以200℃～300℃之溫度使乾燥12～48小時得到乾燥粉。之後，將此乾燥粉自乾燥機取出，使用輥筒壓碎機等粉碎機進行粉碎。使用輥筒壓碎機時，以輥筒間隙0.2～2.0mm、輥筒回轉數3～200rpm之適當調整予以進行。最後，藉由將已粉碎的乾燥粉使用震動篩等進行分級，得到平均粒徑D50 為10~3000μm、較佳為70～1300μm之矽石粉末。
對於如此般所造粒、得到的矽石粉末，以後述之條件進行球狀化處理，但本發明第2實施型態之合成非晶質矽石粉末之製造方法，在此球狀化處理之前，如圖4所示，以指定之條件進行鍛燒。此鍛燒為使用耐熱性玻璃或石英製容器，在大氣或氮氣氛中，以800～1450℃之溫度進行。在球狀化處理步驟之前設置鍛燒步驟，可使表面所吸著之氣體成分、粉末內部之氣體成分為極少。又，矽石粉末因為具有奈米尺寸的閉合孔，若對此粉末施以予球狀化處理時，粒子內會殘留空孔。因此，藉由對於球狀化處理前之矽石粉末進行鍛燒，可使上述奈米尺寸的閉合孔消失。鍛燒溫度若未滿下限值時，將無法充分得到以鍛燒之氣體成分之降低效果、或使閉合孔消失之效果。另一方面，鍛燒溫度若超過上限值時，粉末間會固著產生不良。
以上述第1～第3方法所得到之矽石粉末或此粉末為已以上述條件進行鍛燒之矽石粉末，其球狀化為藉由熱電漿進行球狀化處理。藉由熱電漿之球狀化處理，例如可使用如圖5所示装置。此裝置30為具備使電漿產生之電漿炬31，與設置於此電漿炬31之下部之反應筒之反應室32，與設置於此反應室32之下部之將處理後粉末進行回收之回收部33。電漿炬31，與反應室32為連通之頂部為具有已密封之石英管34與將此石英管34迴捲之高頻率誘導線圈36。在石英管34之上部設置有貫通的原料供給管37，且接續有氣體導入管38。在反應室32之側部設置有氣體排氣口39。電漿炬31為將電通電於高頻率誘導線圈36時，會產生電漿40，由氣體導入管38將氬、氧等氣體供給於石英管34中。原料粉末為介由原料供給管37供給於電漿40中。又，反應室32內之氣體為從設置於反應室32側部之氣體排氣口39被排氣。首先，由裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬以15～60L/min之流量導入，外加頻率數4～5MHz、輸出30～80kW之高頻率於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧以10～80L/min之流量徐徐導入，使產生氬-氧電漿。接著，將以上述第1～第3方法所得到的矽石粉末或此粉末為已以上述條件進行鍛燒之矽石粉末由原料供給管37以供給速度1.5～8.0kg/hr，投入氬-氧電漿中使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，可得到已球狀化之矽石粉末41。合成非晶質矽石粉末之圓形度或球狀化率等之調整，可藉由調整高頻率輸出或矽石粉末之供給速度等來進行。例如，在上述範圍中，將高頻率輸出(W)作為A、矽石粉末之供給速度(kg/hr)作為B時，將高頻率輸出A及矽石粉末之供給速度B，以A/B(W‧hr/kg)之值調整成為1.0×104 以上之範圍，可得到所希望之圓形度、球狀化率。
球狀化處理後之矽石粉末，因在氬-氧電漿中蒸發的矽石粉末之微粉會附著在其表面，將球狀步驟後之球狀化矽石粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨後，此矽石粉末之微粉因為會在超純水中移動，以粗篩目的濾網進行過濾。重複進行此作業直到矽石粉末之微粉沒有為止。
洗淨步驟後之矽石粉末之乾燥，首先，將粉末置入乾燥用容器中，將此乾燥用容器放入乾燥機內。之後，乾燥機內較佳為將氮、氬等一邊以1～20L/min之流量流通，一邊藉由以100℃～400℃之溫度保持12～48小時間來進行。
藉由以上之步驟，可得到本發明之合成非晶質矽石粉末。此合成非晶質矽石粉末為不可避免之氣體吸著量少，又，因為粉末內部之氣體成分少，可適合來作為合成矽石玻璃製品之原料使用。特別是，本發明第2實施型態之製造方法，在球狀化處理步驟前設置以指定條件之鍛燒步驟，可使表面所吸著之氣體成分、粉末內部之氣體成分成為極少。
 [實施例]
以下，伴隨比較例將本發明之實施例進行詳細之說明。
<實施例1>
首先，對於四氯化矽1mol準備相當於55.6mol量之超純水。將此超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持25℃一邊攪拌，一邊添加四氯化矽使水解。在添加四氯化矽後持續攪拌3小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為150rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以15L/min之流量流通氮，一邊以250℃溫度下18小時使乾燥，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數為50rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距100μm及篩網距150μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為121μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表1所示之條件，將上述所得到的矽石粉末在未進行鍛燒下施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將已洗淨之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊藉由以200℃之溫度保持48小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜實施例2＞
首先，對於四甲氧矽烷1mol準備超純水1mol、乙醇1mol。將準備好的超純水、乙醇置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持60℃一邊攪拌，一邊添加四甲氧矽烷使水解。在添加四甲氧矽烷攪拌60分鐘後，相對於四甲氧矽烷1mol更添加25mol之超純水，持續攪拌6小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為100rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以20L/min之流量流通氮，一邊以200℃溫度下24小時使乾燥，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數為55rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距100μm及篩網距150μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為130μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表1所示之條件，將上述所得到的矽石粉末在未進行鍛燒下施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將已洗淨之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氬，一邊藉由以300℃之溫度保持12小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜實施例3＞
首先，相對於平均粒徑D50 為0.020μm、比表面積為90m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水13mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持25℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌3小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為30rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊以300℃之溫度使乾燥12小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.5mm、輥筒回轉數為30rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距375μm及篩網距450μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為426μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表1所示之條件，將上述所得到的矽石粉末在未進行鍛燒下施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距200μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將已洗淨之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以20L/min之流量流通氮，一邊藉由以200℃之溫度保持36小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜實施例4＞
除了得到平均粒徑D50 為860μm之矽石粉末，以及以下表1所示條件施予球狀化處理外，與實施例1進行同樣操作，得到合成非晶質矽石粉末。
＜實施例5＞
首先，相對於平均粒徑D50 為0.020μm、比表面積為90m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水12mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持30℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌2小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為20rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以1.0L/min之流量流通氮，一邊以250℃之溫度使乾燥15小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數25rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距50μm及篩網距150μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為99μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表1所示之條件，將上述所得到的矽石粉末在未進行鍛燒下施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊藉由以250℃之溫度保持24小時，得到合成非晶質矽石粉末。
<實施例6>
首先，相對於四氯化矽1mol，準備相當於60mol量之超純水。將準備好的超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持30℃一邊攪拌，一邊添加四氯化矽使水解。在添加四氯化矽後持續攪拌4小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為250rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊以250℃之溫度使乾燥24小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數150rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距50μm及篩網距200μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為116μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表1所示之條件，將上述所得到的矽石粉末在未進行鍛燒下施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以15L/min之流量流通氮，一邊藉由以150℃之溫度保持48小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜實施例7＞
首先，相對於四甲氧矽烷1mol，準備超純水1mol、乙醇1mol。將準備好的超純水、乙醇置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持60℃一邊攪拌，一邊添加四甲氧矽烷使水解。在添加四甲氧矽烷後攪拌60分鐘後，相對於四甲氧矽烷1mol更添加25mol之超純水，持續攪拌6小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為100rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以20L/min之流量流通氮，一邊以150℃之溫度使乾燥48小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數55rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距50μm及篩網距200μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為113μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表1所示之條件，將上述所得到的矽石粉末在末進行鍛燒下施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以15L/min之流量流通氮，一邊藉由以150℃之溫度保持48小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例1＞
除了以下表1所示之條件施予球狀化處理之外，與實施例1進行同樣之操作得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例2＞
除了以下表1所示之條件施予球狀化處理之外，與實施例2進行同樣之操作得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例3＞
除了以下表1所示之條件施予球狀化處理之外，與實施例3進行同樣之操作得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例4＞
除了以下表1所示之條件施予球狀化處理之外，與實施例3進行同樣之操作得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例5＞
除了以下表1所示之條件施予球狀化處理之外，與實施例4進行同樣之操作得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例6＞
首先，相對於四氯化矽1mol，準備相當於55.6mol量之超純水。將超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持25℃一邊攪拌，一邊添加四氯化矽使水解。在添加四氯化矽後持續攪拌3小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為150rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以15L/min之流量流通氮，一邊以250℃之溫度使乾燥18小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數50rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距50μm及篩網距150μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為100μm之矽石粉末。
最後，將粉碎後之粉末置入鍛燒用容器，將此鍛燒用容器投入鍛燒爐內，鍛燒爐內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊藉由以1200℃之溫度保持48小時，得到平均粒徑D50 為70μm之合成非晶質矽石粉末。將此未施予球狀化處理之矽石粉末作為比較例6。
＜比較例7＞
首先，相對於四甲氧矽烷1mol，準備超純水1mol、乙醇1mol。將準備好的超純水、乙醇置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持60℃一邊攪拌，一邊添加四甲氧矽烷使水解。在添加四甲氧矽烷後攪拌60分鐘後，相對於四甲氧矽烷1mol更添加25mol之超純水，持續攪拌6小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為100rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以20L/min之流量流通氮，一邊以200℃之溫度使乾燥24小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.6mm、輥筒回轉數100rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距550μm及篩網距650μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為590μm之矽石粉末。
最後，將粉碎後之粉末置入鍛燒用容器，將此鍛燒用容器投入鍛燒爐內，鍛燒爐內一邊以10L/min之流量流通氬，一邊藉由以1200℃之溫度保持48小時，得到平均粒徑D50 為412μm之合成非晶質矽石粉末。將此未施予球狀化處理之矽石粉末作為比較例7。
＜比較例8＞
首先，相對於平均粒徑D50 為0.020μm、比表面積為90m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水13mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持25℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌3小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為30rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊以300℃之溫度使乾燥12小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.9mm、輥筒回轉數150rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距850μm及篩網距950μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為895μm之矽石粉末。
最後，將粉碎後之粉末置入鍛燒用容器，將此鍛燒用容器投入鍛燒爐內，鍛燒爐內一邊以10L/min之流量流通氬，一邊藉由以1200℃之溫度保持48小時，得到平均粒徑D50 為627μm之合成非晶質矽石粉末。將此未施予球狀化處理之矽石粉末作為比較例8。
＜實施例8＞
首先，相對於平均粒徑D50 為0.020μm、比表面積為90m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水12mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持30℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌2小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為20rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氬，一邊以250℃之溫度使乾燥15小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數25rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距75μm及篩網距200μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為135μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1200℃、進行36小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為96μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氬，一邊藉由以250℃之溫度保持24小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜實施例9＞
首先，相對於平均粒徑D50 為0.030μm、比表面積為50m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水5mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持20℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌0.5小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為30rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以15L/min之流量流通氮，一邊以200℃之溫度使乾燥48小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.3mm、輥筒回轉數100rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距75μm及篩網距250μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為159μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1250℃、進行24小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為110μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以1L/min之流量流通氮，一邊藉由以400℃之溫度保持12小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜實施例10＞
首先，相對於平均粒徑D50 為0.007μm、比表面積為300m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水30mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氬氣氛下，將溫度維持10℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌6小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為50rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以15L/min之流量流通氮，一邊以300℃之溫度使乾燥12小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.5mm、輥筒回轉數100rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距300μm及篩網距600μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為458μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1300℃、進行72小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為323μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距200μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊藉由以250℃之溫度保持24小時，得到合成非晶質矽石粉末。
<實施例11>
首先，相對於平均粒徑D50 為0.016μm、比表面積為130m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水15mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氬氣氛下，將溫度維持25℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌3小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為15rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氬，一邊以200℃之溫度使乾燥36小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為1.0mm、輥筒回轉數50rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距500μm及篩網距1500μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為998μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1450℃、進行72小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為695μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距400μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊藉由以300℃之溫度保持24小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜實施例12＞
首先，相對於四氯化矽1mol，準備相當於60mol量之超純水。將超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持30℃一邊攪拌，一邊添加四氯化矽使水解。在添加四氯化矽後持續攪拌4小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為250rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊以250℃之溫度使乾燥24小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數150rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距50μm及篩網距200μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為161μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1350℃、進行24小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為113μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以15L/min之流量流通氮，一邊藉由以150℃之溫度保持48小時，得到合成非晶質矽石粉末。
<實施例13>
首先，相對於四甲氧矽烷1mol，準備超純水1mol、乙醇1mol。將準備好的超純水、乙醇置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持60℃一邊攪拌，一邊添加四甲氧矽烷使水解。在添加四甲氧矽烷後持續攪拌60分鐘後，相對於四甲氧矽烷1mol更添加25mol之超純水，持續攪拌6小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為100rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以20L/min之流量流通氮，一邊以200℃之溫度使乾燥24小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數55rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距75μm及篩網距250μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為158μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1150℃、進行72小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為108μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氬，一邊藉由以300℃之溫度保持12小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例9＞
首先，相對於平均粒徑D50 為0.020μm、比表面積為90m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水12mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持30℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌2小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為20rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氬，一邊以250℃之溫度使乾燥15小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數25rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距75μm及篩網距250μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為146μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1200℃、進行36小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為102μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氬，一邊藉由以250℃之溫度保持24小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例10＞
首先，相對於平均粒徑D50 為0.030μm、比表面積為50m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水5mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持20℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌0.5小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為30rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以15L/min之流量流通氮，一邊以200℃之溫度使乾燥48小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.3mm、輥筒回轉數100rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距75μm及篩網距250μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為168μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1250℃、進行24小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為113μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以1L/min之流量流通氮，一邊藉由以400℃之溫度保持12小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例11＞
首先，相對於平均粒徑D50 為0.007μm、比表面積為300m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水30mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持10℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌6小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為50rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以15L/min之流量流通氮，一邊以300℃之溫度使乾燥12小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.5mm、輥筒回轉數100rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距300μm及篩網距600μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為475μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1300℃、進行72小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為355μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距200μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊藉由以250℃之溫度保持24小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例12＞
首先，相對於平均粒徑D50 為0.016μm、比表面積為130m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水15mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氬氣氛下，將溫度維持25℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌3小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為15rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氬，一邊以200℃之溫度使乾燥36小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為1.0mm、輥筒回轉數50rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距500μm及篩網距1500μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為1050μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1450℃、進行72小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為703μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距400μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊藉由以300℃之溫度保持24小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例13＞
首先，相對於平均粒徑D50 為0.016μm、比表面積為130m2 /g之氣相矽石1mol，準備超純水15mol。將準備好的超純水置入於容器內，在氬氣氛下，將溫度維持25℃一邊攪拌，一邊添加氣相矽石。在添加氣相矽石後持續攪拌3小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為15rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氬，一邊以200℃之溫度使乾燥36小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為1.0mm、輥筒回轉數50rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距500μm及篩網距1500μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為1050μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1450℃、進行72小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為703μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距400μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊藉由以300℃之溫度保持24小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例14＞
首先，相對於四氯化矽1mol，準備相當於60mol量之超純水。將超純水置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持30℃一邊攪拌，一邊添加四氯化矽使水解。在添加四氯化矽後持續攪拌4小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為250rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以10L/min之流量流通氮，一邊以250℃之溫度使乾燥24小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數150rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距50μm及篩網距250μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為163μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1350℃、進行24小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為114μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以15L/min之流量流通氮，一邊藉由以150℃之溫度保持48小時，得到合成非晶質矽石粉末。
＜比較例15＞
首先，相對於四甲氧矽烷1mol，準備超純水1mol、乙醇1mol。將準備好的超純水、乙醇置入於容器內，在氮氣氛下，將溫度維持60℃一邊攪拌，一邊添加四甲氧矽烷使水解。在添加四甲氧矽烷後攪拌60分鐘後，相對於四甲氧矽烷1mol更添加25mol之超純水，持續攪拌6小時，使生成矽石質之凝膠。此時，攪拌速度為100rpm。接著，將上述矽石質凝膠移至乾燥用容器中，將此送入乾燥機內，乾燥機內一邊以20L/min之流量流通氮，一邊以200℃之溫度使乾燥24小時，得到乾燥粉。將此乾燥粉自乾燥機中取出，使用輥筒壓碎機進行粉碎。此時以調整成輥筒間隙為0.2mm、輥筒回轉數150rpm予以進行。將粉碎後的乾燥粉以篩網距50μm及篩網距200μm之震動篩分級，得到平均粒徑D50 為156μm之矽石粉末。
將上述所造粒之粉末置入於石英製容器中，在大氣氣氛下以1350℃、進行24小時鍛燒，得到平均粒徑D50 為109μm之矽石粉末。
接著，使用如圖5所示之裝置30，使用以下表2所示之條件，將上述鍛燒後所得到的矽石粉末施予球狀化處理。具體為首先，自裝置30之氣體導入管38將作動氣體之氬導入，以高頻率外加電場於電漿炬31，使產生電漿。於電漿安定後，將氧徐徐導入使產生氬-氧電漿。將上述所得到的矽石粉末由原料供給管37投入氬-氧電漿中，使矽石粉末熔融，使成為熔體之粒子落下，藉由回收部33將落下之粒子進行回收，得到已球狀化之矽石粉末41。
球狀化處理後，將上述粉末與超純水置入洗淨容器中，進行超音波洗淨。超音波洗淨進行後，以篩網距50μm之濾網過濾。重復進行此操作直到矽石粉末之粒子表面所附著之微粉末沒有為止。
最後，將洗淨後之粉末置入乾燥用容器，將此乾燥用容器投入乾燥機內，乾燥機內一邊以15L/min之流量流通氮，一邊藉由以150℃之溫度保持48小時，得到合成非晶質矽石粉末。
對於由實施例1～13及比較例1～15所得到的粉末，藉由以下所述之方法，測定平均粒徑D50 、BET比表面積、理論比表面積、BET比表面積/理論比表面積、真密度、粒子內空間率、圓形度及球狀化率。此等之結果如以下表3或表4所示。
(1)平均粒徑D50 ：將藉由雷射折射散亂式粒子分布測定裝置(型式名：HORIBA LA-950)所測定之粒子分布(直徑)之中央值測定3次，算出此平均值。
(2)BET比表面積：使用測定裝置(QUANTACHROME AUTOSORB-1 MP)以BET3點法測定。BET3點法為自相對於相對壓力3點之氮吸著量求得斜率A，由BET式求得比表面積值。氮吸著量之測定以150℃、60分鐘之條件下進行。
(3)理論比表面積：在以下式(1)中，將D假定為粉末之平均粒徑D50 、ρ假定為真密度2.2g/cm3 ，由以下式(2)所算出。
理論比表面積=6/(D×ρ)　(1)
粉末之理論比表面積=2.73/D50 　(2)
(4)BET比表面積/理論比表面積：由上述測定出的BET比表面積及理論比表面積所算出。
(5)真密度：依據JIS R7212碳塊之測定方法(d)真比重測定，進行3次真密度測定，算出此平均值。
(6)粒子內空間率：將所得到的粉末埋入樹脂中，將其硏磨使顯現出粉末剖面。藉由SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察粉末剖面。對於50個粉末粒子，將粒子之剖面積，與如果在粒子內有空間時測定其空間之面積，由以下式(4)所算出。
粒子內空間率=粒子內空間總面積/粒子剖面總面積　(4)
(7)球狀化率及圓形度：使用如圖6所示之粒度‧形狀分布測定器(股份有限公司SEISHIN企業PITA-1)測定2次，算出此平均值。具體為首先，使粉末分散於液體中，將此液體流入平面伸張流動晶胞51中。將200個在平面伸張流動晶胞51內中移動之粉末粒子52，使用接物鏡53以畫像記錄，由此記錄畫像及以下式(3)算出圓形度。式(3)中，S示為在已攝影記錄畫像中粒子投影圖之面積，L示為粒子投影圖之周長。將如此般所算出200個粒子之平均值作為粉末之圓形度。
圓形度=4πS/L2 　(3)
球狀化率為200個粉末粒子中所含有圓形度被分類為0.60～1.00範圍之粉末粒子之比例。
＜比較試驗及評價1＞
使用以實施例1～13及比較例1～15所得到的粉末，分別製造長20mm×寬20mm×高40mm之長方體方塊材，評價方塊材中產生之氣泡個數。此結果如以下表3或表4所示。具體為在碳坩鍋中至入粉末，將此在2.0×104 Pa真空氣氛下以碳纖維加熱器加熱至2200℃，藉由保持48小時以製造方塊材。將此方塊材在5.0×102 Pa真空氣氛下以1600℃之溫度進行48小時之熱處理。熱處理後，在方塊材之高20mm位置切出長20mm×寬20mm之剖面，進行硏磨，評價為自方塊材表面(剖面)以深2mm、寬2mm之領域所觀察到氣泡之個數。
由表3明顯可知，使用實施例1～7之粉末製造的方塊，與使用未施予球狀化處理之比較例6～8粉末製造的方塊相較時，產生之氣泡數大幅度被降低。又，將實施例1～7與比較例1～5比較時可得知，不論是否均有施予球狀化處理，相較於比較例1～5，確認到實施例1～7所產生氣泡之數大幅度被降低。由此結果確認到球狀化處理存在有可降低氣泡產生之最適合之條件。
由表1～表4明顯可知，使用在球狀化處理前以指定條件進行鍛燒之實施例8～13之粉末製造的方塊，與使用未進行鍛燒之實施例1～7之粉末製造之方塊相較時，產生氣泡之數更為降低。
又，由表4明顯可知，將實施例8～11與比較例9～13、實施例12與比較例14、實施例13與比較例15相較時，不論是否均有施予球狀化處理，實施例8～11、實施例12、實施例13分別相較於比較例9～13、比較例14、比較例15，產生氣泡之數大幅地被降低。由此可知，本發明之合成非晶質矽石粉末之氣泡之產生或膨漲之降低效果非常高，且成形性優異，適合作為用於合成矽石玻璃製品之原料。
＜評價2＞
將以實施例1～13及比較例1～15所得到粉末之雜質濃度，使用以下(1)～(5)之方法分析或測定。其結果如以下表5或表6所示。
(1)Na，K，Ca，Fe，Al，P：將合成非晶質矽石粉末以氟化氫酸及硫酸加熱分解，於加熱凝縮後使用稀硝酸製作定容液體，藉由高頻率誘導結合電漿質量分析計(型式名：SII NanoTechnology SPQ9000)進行分析。
(2)B：將合成非晶質矽石粉末以氟化氫酸加熱分解，於加熱凝縮後使用超純水製作定容液體，藉由高頻率誘導結合電漿質量分析計(型式名：SII NanoTechnology SPQ9000)進行分析。
(3)C：添加作為助燃劑之鐵、鎢、錫於合成非晶質矽石粉末中，以氧氣氛下使用高頻率爐燃燒-紅外線吸收法(型式名：HORIBA EMIA-920V)進行分析。
(4)Cl：將超純水混合於合成非晶質矽石粉末中，在超音波下使Cl浸出。藉由離心分離機將合成非晶質矽石粉末與浸出液分離，將浸出液以離子色層分析(型式名：DIONEX DX-500)進行分析。
(5)OH：使用傅立葉轉換型紅外線分光分析計(型式名：Thermo Fisher Nicolet 4700FT-IR)，藉由3660cm-1 附近之波峰高度進行測定。
由表5明顯可知，實施例1～7相較於比較例1～8，在高溫及減壓下之造成合成矽石玻璃製品中氣泡之產生或膨漲原因之可能成為氣體成分之羥基及碳濃度較低。
由表6明顯可知，將使四氯化矽在液中反應所得到者作為原料之合成非晶質矽石粉末，碳濃度未滿2ppm；將由有機系矽化合物所得到者作為原料之合成非晶質矽石粉末，氯濃度未滿2ppm；將氣相矽石作為原料之合成非晶質矽石粉末，碳濃度未滿2ppm，且氯濃度未滿2ppm。
[產業上利用可能性]
本發明之合成非晶質矽石粉末，為被使用於作為在製造半導體用途之單晶製造時所使用之坩鍋或治具類等合成矽石玻璃製品之原料。
30．．．裝置
31．．．電漿炬
32．．．反應室
33．．．回收部
34．．．石英管
36．．．高頻率誘導線圈
37．．．原料供給管
38．．．氣體導入管
39．．．氣體排氣口
40．．．電漿
41．．．矽石粉末
51．．．平面伸張流動晶胞
52．．．粉末粒子
53．．．接物鏡
[圖1]顯示本發明第1實施型態之合成非晶質矽石粉末之代表性粉末粒子之照片圖。
[圖2]顯示本發明第2實施型態之合成非晶質矽石粉末之代表性粉末粒子之照片圖。
[圖3]顯示本發明第1實施型態之合成非晶質矽石粉末之製造步驟之程序流程圖。
[圖4]顯示本發明第2實施型態之合成非晶質矽石粉末之製造步驟之程序流程圖。
[圖5]藉由熱電漿之球狀化裝置之概略剖面圖。
[圖6]粒度‧形狀分布測定器之概略圖。
[圖7]顯示未施予球狀化處理之代表性矽石粉末粒子之照片圖。

Claims (8)

  1. 一種合成非晶質矽石粉末，其係將已造粒之矽石粉末以800~1450℃之溫度鍛燒並施予球狀化處理後，洗淨、乾燥所得之平均粒徑D50 為10~2000μm；其為將BET比表面積除以由平均粒徑D50 所算出之理論比表面積之值為1.00~1.35、真密度為2.10~2.20g/cm3 、粒子內空間率為0~0.05、圓形度為0.75~1.00及球狀化率為0.55~1.00，碳濃度未滿2ppm或氯濃度未滿2ppm之任何一方，或滿足其雙方。
  2. 如申請專利範圍第1項之合成非晶質矽石粉末，前述已造粒之矽石粉末為將四氯化矽水解使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到的矽石粉末；其中，碳濃度未滿2ppm。
  3. 如申請專利範圍第1項之合成非晶質矽石粉末，前述已造粒之矽石粉末為將有機系矽化合物水解使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到的矽石粉末；其中，氯濃度未滿2ppm。
  4. 如申請專利範圍第1項之合成非晶質矽石粉末，前述已造粒之矽石粉末為使用氣相矽石(fumed silica)使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到的矽石粉末；其中，碳濃度未滿2ppm、氯濃度未滿2ppm。
  5. 一種合成非晶質矽石粉末之製造方法，其特徵為依序含有以下之步驟：使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級得到矽石粉末之造粒步驟、與將在前述造粒步驟所得到的矽石粉末以800~1450℃之溫度進行鍛燒之鍛燒步驟、與以指定之供給速度將前述鍛燒步驟所得到的矽石粉末投入以指定之高頻率輸出所產生之電漿之電漿炬內，自2000℃加熱至二氧化矽之沸點之溫度，藉由使熔融之熱電漿之球狀化步驟、與將前述球狀化步驟後之球狀化矽石粉末表面所附著之微粉除去洗淨步驟、與將前述洗淨步驟後之矽石粉末乾燥之乾燥步驟；將前述球狀化步驟之高頻率輸出(W)作為A、矽石粉末之供給速度(kg/hr)作為B時，將A/B(W‧hr/kg)之值調整成為1.0×104 以上予以進行，為平均粒徑D50 為10~2000μm，將BET比表面積除以由平均粒徑D50 所計算出之理論比表面積之值為1.00~1.35、真密度為2.10~2.20g/cm3 、粒子內空間率為0~0.05、圓形度為0.75~1.00及球狀化率為0.55~1.00；碳濃度未滿2ppm或氯濃度未滿2ppm之任何一方，或滿足其雙方。
  6. 如申請專利範圍第5項之合成非晶質矽石粉末之製造方法，其中，前述造粒步驟若為將四氯化矽水解使生 成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到平均粒徑D50 為10~3000μm之矽石粉末之步驟時，所得到的合成非晶質矽石粉末之碳濃度未滿2ppm。
  7. 如申請專利範圍第5項之合成非晶質矽石粉末之製造方法，其中，前述造粒步驟若為將有機系矽化合物水解使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到平均粒徑D50 為10~3000μm之矽石粉末之步驟時，所得到的合成非晶質矽石粉末之氯濃度未滿2ppm。
  8. 如申請專利範圍第5項之合成非晶質矽石粉末之製造方法，其中，前述造粒步驟若為使用氣相矽石使生成矽石質之凝膠，將此矽石質之凝膠乾燥做成乾燥粉，將此乾燥粉粉碎後，藉由分級所得到平均粒徑D50 為10~3000μm之矽石粉末之步驟時，所得到的合成非晶質矽石粉末之碳濃度未滿2ppm、氯濃度未滿2ppm。
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