WO2020129174A1 - 不透明石英ガラス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

熱線遮断性、機械的強度、表面平滑性に優れた不透明石英ガラスを提供することを目的とした、シリカ粉末を４５～７５ｗｔ％で水に分散したスラリーを湿式粉砕する際に粉砕メディアとして平均粒径０．１ｍｍ～３ｍｍの窒化珪素ビーズを用い、窒化珪素ビーズの摩耗で発生する窒化珪素を発泡剤とすることによって平均粒径が２～３０μｍ、及び形状が独立球状で平均真円度が０．８以上である気泡を含み、密度が１．９０～２．２０ｇ／ｃｍ^３、白度が８０％以上、及び／または厚さ３ｍｍにおいて波長０．２～３μｍの光の反射率が８０％以上、３点曲げ強度が８０ＭＰａ以上、焼仕上げ面の表面粗さＲａが０．７μｍ以下である熱線遮断性、機械的強度、表面平滑性に優れた不透明石英ガラスである。

Description

不透明石英ガラス及びその製造方法

　本発明は、熱線遮断性、機械的強度、表面平滑性に優れる不透明石英ガラス及びその製造方法に関する。
　更に詳しくは、半導体製造装置用部材、光学機器の部品等に好適に使用し得る不透明石英ガラス及びその製造法に関する。

　石英ガラスは、透光性、耐熱性、耐薬品性に優れることから照明機器、光学機器部品、半導体工業用部材、理化学機器等の様々な用途に用いられている。その中でも、石英ガラス中に気泡を含有した不透明石英ガラスは、その優れた熱線遮断性から半導体熱処理装置のフランジや炉心管に利用されてきた。また、遮光性に優れることから、プロジェクタ用光源ランプのリフレクタ基材等の光学機器部品としても利用されている。

　従来、不透明石英ガラスの製造方法としては、結晶質シリカまたは非晶質シリカに窒化珪素等の発泡剤を乾式混合により添加し、酸水素炎により加熱溶融する方法（例えば、特許文献１参照）等が知られている。しかしながら、この製造方法及び製造された不透明石英ガラスには次のような課題を有する。
（１）加熱溶融する際に発泡剤が散失するため、実用的な不透明度を得るためには多量の発泡剤の添加を必要とし、コストがかかる。
（２）均一に混合されずに凝集した発泡剤が気化して気泡を形成するため、気泡が大きくなり、不透明石英ガラスの機械的強度や光の反射率が低下する。
（３）気泡が大きいため焼仕上げ面が粗く凹凸面となり、不透明石英ガラスをフランジとして使用した場合、装置との密着性が悪くなってリークの原因となる。また、リフレクタ基材として利用した場合、ランプの光が漏洩し、プロジェクタ内部の電子部品に悪影響を及ぼすことがある。

　一方、発泡剤を添加することなく、非晶質シリカ粉末の成型体をその溶融温度以下の温度で加熱し、完全に緻密化する前に熱処理を中断し、部分的に焼結する方法（例えば、特許文献２参照）も提案されている。この製造方法で製造された不透明石英ガラスは、気泡の平均粒径を小さくすることが可能であるが、気泡が閉気泡になるまで焼結すると、気泡の含有密度が小さくなり、赤外線の反射率が低下するという問題や、気泡が球状でないため、気泡端部に応力が集中し、機械的強度が低下するという問題がある。

特許第３０４３０３２号公報 特許第３３９４３２３号公報

　本発明は、上記の課題を解決し、熱線遮断性、機械的強度、表面平滑性に優れる不透明石英ガラスの提供及びその製造方法を提供することを課題とするものである。

　シリカ粉末を水に分散したスラリーを湿式粉砕する際に粉砕メディアとして窒化珪素ビーズを用いることによって窒化珪素ビーズの摩耗で発生する窒化珪素粉末を発泡剤としてスラリーに添加し、このスラリーを噴霧乾燥造粒した溶融原料を加熱溶融することで、気泡の形状が独立球状で平均粒径が２～３０μｍであって切断面における気泡の平均真円度を０．８以上とすることによって、熱線遮断性と機械的強度に優れ、焼仕上げ面の平滑性が良好な不透明石英ガラスを得ることができることを見出し、本発明の完成に至った。
（１）気泡の平均粒径は、試料を切断して気泡の形状を卓上走査型電子顕微鏡（日立製作所ＴＭ４０００Ｐｌｕｓ）にて２０個以上観察し、その画像を処理して各気泡の面積Ａを測定し、下記の式１に代入して求めた値Ｄの平均値を平均粒径とした。
（２）気泡の平均真円度は、試料を切断し、気泡の形状を卓上走査型電子顕微鏡（日立製作所ＴＭ４０００Ｐｌｕｓ）にて２０個以上観察し、その画像を処理して各々の気泡の面積Ａと外周Ｌを測定し、式２に代入して求めた値Ｓの平均値を平均真円度とした。

　本発明の不透明石英ガラスは、気泡が球形であり平均粒径が２～３０μｍであり、望ましくは平均気泡径が５～２５μｍ、より望ましくは８～１０μｍである。平均気泡径が２μｍよりも小さいと光の散乱が弱くなる。一方、平均気泡径が３０μｍより大きいと同様に光の散乱が弱くなるとともに、石英ガラス表面の凹凸が大きくなり表面の平滑性及びシール性が悪化する。

　本発明の不透明石英ガラスは、気泡が独立球状である。気泡形状が球状でない場合、気泡端部に応力が集中するため、得られた不透明石英ガラスの機械的強度が低下する。
　気泡の球状度合は、不透明石英ガラスの断面を走査型電子顕微鏡で観察した際の気泡の真円度を各々測定し、その平均値が０．８より大きいことが好ましく、更に好ましくは０．９以上である。真円度が小さい程、気泡端部に応力が集中しやすくなり、機械的強度が低下するため好ましくない。
　平均真円度は、試料を切断した後、気泡の形状を卓上走査型電子顕微鏡（日立ＴＭ４０００Ｐｌｕｓ）にて２０個以上観察し、その画像を処理して各々の気泡の面積Ａと外周Ｌを測定し、前記式２に代入して求めた値Ｓを平均して平均真円度とした。
　本発明の不透明石英ガラスは、白度が８０以上である。白度は、色彩色差計（コニカ　ミノルタ社製ＣＲ－４００）を用いてＪＩＳ　Ｚ　８７２２に準拠して測定した明度を白度とした。白度が８０未満であると熱線遮断性が低下し、断熱性が低下する。
　本発明の不透明石英ガラスは、ガラス厚３ｍｍにおいて波長０．２～３μｍの光の反射率が８０％以上である。反射率が８０％未満であると明度同様、熱線遮断性が低下し、断熱性が低下する。

　本発明の不透明石英ガラスは、密度が１．９０～２．２０ｇ／ｃｍ^３である。密度が１．９０ｇ／ｃｍ^３未満であると機械的強度が低下する。２．２０ｇ／ｃｍ^３を超えると気泡の含有量が減少し、光の散乱が弱くなり、熱線遮断性が低下する。
　本発明の不透明石英ガラスは、３点曲げ強度が８０ＭＰａ以上である。３点曲げ強度が８０ＭＰａ未満であると、例えば半導体製造装置のフランジや炉心管に使用した際に破損する恐れが大きくなる。

　本発明の不透明石英ガラスは焼仕上げ面の表面粗さＲａが０．７μｍ以下でありさらに好ましくは０．６μｍ以下である。焼仕上げ面の表面粗さＲａが０．７μｍを超えると、装置との接着面の密着性が悪くなり、例えばフランジに使用した際、リークの原因となり好ましくない。また、プロジェクタ用光源ランプのリフレクタ基材として使用した際、ランプの光が漏洩してプロジェクタ内部の電子部品に悪影響を及ぼす。

　次に、本発明の製造方法について説明する。
　本発明の製造方法は、シリカ粉末を水に分散したスラリーを湿式粉砕する際に粉砕メディアとして窒化珪素ビーズを用い、窒化珪素ビーズの摩耗で発生する窒化珪素を発泡剤として使用することを特徴とする。更に、該スラリーを噴霧乾燥造粒した造粒粉を溶融原料とすることを特徴とする。

　以下、工程ごとに詳細に説明する。なお、全行程に言えることであるが、工程中に不純物汚染が起こらぬように、使用する装置等について十分に選定する必要がある。
（１）原料粉末の選定
　シリカ粉末は、その製法はとくに限定されず、例えばシリコンアルコキシドの加水分解によって製造された非晶質シリカ粉末や、四塩化珪素を酸水素炎等で加水分解して作製したシリカ粉末等を用いることができる。また、天然の水晶を粉砕した粉末やヒュームドシリカも用いることができる。
　シリカ粉末の平均粒径は、３００μｍ以下が好ましい。平均粒径が３００μｍを超えて大きすぎると、シリカ粉末の湿式粉砕に長時間を要するため生産性の低下や生産コストの増大をもたらすため好ましくない。
　シリカ粉末の平均粒径は、マルバーン・インスツルメンツ社製レーザー回折粒度分布測定装置（マスターサイザー３０００）を用いて測定を行った。
（２）スラリーの調整
　シリカ粉末を水に分散させたスラリーの濃度は４５～７５ｗｔ％、望ましくは６０～７０ｗｔ％がよい。７５ｗｔ％を超えると、スラリーの粘度が高くなり湿式粉砕が行えない。４５ｗｔ％未満の濃度では水分量が多く、乾燥の際に必要な熱量が多くなり、生産性の低下や生産コストの増大をもたらすため望ましくない。
（３）発泡剤の添加
　発泡剤は、窒化珪素ビーズの摩耗で発生する窒化珪素を使用する。窒化珪素ビーズの平均粒径は０．１～３ｍｍが好ましい。窒化珪素ビーズの平均粒径が３ｍｍよりも大きいと、ビーズの接触面積が減少するためビーズの摩耗量が低下し、発泡剤の添加に長時間を要する。一方、ビーズ平均粒径が０．１ｍｍよりも小さいとビーズの接触面積が増大するため、ビーズの摩耗量が増加し、発泡剤添加量の制御が困難になる。
　窒化珪素ビーズを摩耗させる装置としては、ビーズミル、ボールミル、振動ミル、アトライターのいずれかを用いる。特に、ビーズミルを用いることが望ましい。
　シリカ粉末に対する発泡剤の窒化珪素の添加量は０．１～１００ｐｐｍ、望ましくは１～５０ｐｐｍがよい。窒化珪素の添加量が０．１ｐｐｍ未満では、窒化珪素の供給量が十分でなく白色化、不透明化が不十分であり、また１００ｐｐｍを超えると、気泡同士が会合して気泡径が大きくなるため白度が低下する。
　シリカ粉末に対する発泡剤の添加量は、窒化珪素ビーズを用いたシリカ粉末の粉砕時間を変えることで０．１～１００ｐｐｍに調整することができる。また、発泡剤の濃度２００～１００００ｐｐｍのスラリーを作製した後、発泡剤を含まないスラリーで希釈し発泡剤の添加量を０．１～５００ｐｐｍに調整してもよい。
（４）発泡剤添加スラリーの湿式粉砕
　次に、発泡剤の濃度を調整したスラリーを、窒化珪素ビーズ以外の平均粒径０．１ｍｍ～３ｍｍの石英ガラスビーズ、ジルコニアビーズ、炭化珪素ビーズ、アルミナビーズから選ばれる１種類または複数のビーズを用いて、スラリー中に含まれる固形物のＢＥＴ比表面積が２ｍ^２／ｇ以上になるまで更に湿式粉砕を行う。望ましくは４ｍ^２／ｇ以上、更に望ましくは６ｍ^２／ｇ以上になるまで湿式粉砕を行うのがよい。ＢＥＴ比表面積が２ｍ^２／ｇよりも小さいと、造粒粉の強度が低下し、造粒が崩れ、酸水素炎溶融時の歩留りが低下する。
　スラリーの湿式粉砕の方法は、特に限定されず、湿式粉砕の方法がビーズミル粉砕、ボールミル粉砕、振動ミル粉砕、アトライター粉砕等を例示することができる。とくにビーズミル粉砕が望ましい。
（５）噴霧乾燥造粒
　次に、上記の方法により作製したスラリーを噴霧乾燥し造粒粉を得る。得られた造粒粉は、実質的に球形で、平均粒径が３０～２００μｍ、含水率が３ｗｔ％以下である。平均粒径が３０μｍ未満では、酸水素炎溶融時に造粒粉が散逸し歩留りが悪化する。平均粒径が２００μｍを超えると造粒が崩れ、酸水素炎溶融時に散逸し歩留りが悪化する。含水率が３ｗｔ％を超えると造粒粉の流動性が悪化し、酸水素炎溶融時の造粒粉の単位時間あたりの供給量が減少するため、生産性が悪化する。
　造粒紛の平均粒径は、シリカ粉末と同様に、マルバーン・インスツルメンツ社製のレーザー回折粒度分布測定装置（マスターサイザー３０００）を用いて測定を行った。
（６）造粒粉の溶融
　次に、得られた造粒粉を酸水素炎にて溶融、あるいは真空雰囲気下にて加熱溶融することで、本発明の不透明石英ガラスが得られる。酸水素炎を用いた溶融では、酸素と水素の反応により水が発生するため、不透明石英ガラスのＯＨ基濃度が１００～１０００ｐｐｍｍになり、真空雰囲気下で溶融したものよりも高い値となる。真空雰囲気下での溶融では、水が生じないため、ＯＨ基濃度が１０ｐｐｍ以下と酸水素炎で溶融したものよりも低い値となる。
　上述の工程を経て、得られる不透明石英ガラスのインゴットを、石英部材を製造する際に使用されるバンドソー、ワイヤーソー、コアドリル等の加工機により加工することで、用途に応じた形状の不透明石英ガラス部材を得ることができる。
（７）不透明石英ガラスの純度
　不透明石英ガラスの純度は、原料に用いるシリカ粉末の種類で調整できる。粉砕メディアに用いたビーズの構成元素以外は、原料シリカ粉末とほぼ同等となる。

　本発明の不透明石英ガラスは、熱線遮断性、機械的強度、表面平滑性及びシール性に優れ、特に半導体製造分野で使用される各種の炉心管、治具類及びベルジャー等の容器類、例えば、シリコンウエハ処理用の炉心管やそのフランジ部、断熱フィン、シリコン溶融用ルツボ等の構成材料として好適に利用できる。また、光学機器部品としてプロジェクタ用光源ランプのリフレクタ基材にも利用できる。
　更に、本発明の不透明石英ガラスの製造方法によれば、熱線遮断性、機械的強度、表面平滑性及びシール性に優れる不透明石英ガラスが得られる。

＜実施例＞
　以下に、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

　（実施例１）
　シリカ原料粉末として、非晶質シリカ（Ｄ_１０：３８μｍ、Ｄ_５０：６７μｍ　、Ｄ_９０：１１０μｍ）を使用した。非晶質シリカを水に分散させスラリーとし、濃度を６７ｗｔ％に調整した。次に、調整したスラリーをビーズミル粉砕機に投入し、平均粒径２．０ｍｍの窒化珪素ビーズを用いて、スラリー中のシリカ粉末に対する窒化珪素濃度が２５０ｐｐｍとなるまで湿式粉砕を行い、スラリー（Ａ）を調整した。一方、発泡剤を含まないシリカ原料粉末で固形物濃度が６７ｗｔ％のスラリーＢを調整した。その後、粉砕造粒用スラリーとして、スラリー（Ａ）をスラリー（Ｂ）でスラリー中のシリカ粉末に対する窒化珪素濃度が１ｐｐｍとなるよう希釈して調整した。粉砕造粒用スラリーを平均粒径２．０ｍｍのジルコニアビーズを用いて、ＢＥＴ比表面積が６．０ｍ^２／ｇになるまで湿式粉砕を行った。

　次に、上記の方法で作製した粉砕造粒用スラリーを噴霧乾燥して、造粒粉を得た。得られた造粒粉は平均粒径８０μｍであり、含水率が１ｗｔ％であった。得られた造粒粉を酸水素炎で溶融し、コラム状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　得られたコラム状の不透明石英ガラスインゴットの気泡は、目視観察によると均一に分散しており、美観上も優れていた。

（実施例２）
　窒化珪素の添加量を５ｐｐｍとしたこと以外は実施例１に準じてコラム状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　得られたコラム状の不透明石英ガラスインゴットの気泡は目視観察によると均一に分散しており、美観上も優れていた。

　（実施例３）
　窒化珪素の添加量を０．３ｐｐｍとしたこと以外は実施例１に準じてコラム状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　得られたコラム状の不透明石英ガラスインゴットの気泡は目視観察によると均一に分散しており、美観上も優れていた。

　（実施例４）
　実施例１と同様にシリカ原料粉末として非晶質シリカを水に分散させ、その濃度を５０ｗｔ％に調整した。次に調整したスラリーをビーズミル粉砕機に投入し、平均粒径０．３ｍｍの窒化珪素ビーズを用いて、スラリー中の窒化珪素濃度が１ｐｐｍとなるまで湿式粉砕を行った。その後、窒化珪素ビーズを除去し、発泡剤を添加したスラリーを平均粒径０．３ｍｍのジルコニアビーズを用いて、ＢＥＴ比表面積が３．０ｍ^２／ｇになるまで湿式粉砕を行った。次に、上記方法で作製したスラリーを乾燥噴霧して造粒粉を得た。得られた造粒粉は平均４０μｍで含水率が１ｗｔ％であった。得られた造粒粉を酸水素炎で溶融し、コラム状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　得られたコラム状の不透明石英ガラスインゴットの気泡は目視観察によると均一に分散しており、美観上も優れていた。

（実施例５）
　実施例１と同様のシリカ原料粉末として非晶質シリカを水に分散させ、その濃度を７０ｗｔ％に調整した。次に調整したスラリーをビーズミル粉砕機に投入し、平均粒径１．０ｍｍの窒化珪素ビーズを用いて、スラリー中の窒化珪素濃度が１ｐｐｍとなるまで湿式粉砕を行った。その後、窒化珪素ビーズを除去し、発泡剤を添加したスラリーを平均粒径１．０ｍｍのジルコニアビーズを用いて、ＢＥＴ比表面積が８．０ｍ^２／ｇになるまで湿式粉砕を行った。次に、上記方法で作製したスラリーを乾燥噴霧して造粒粉を得た。得られた造粒粉は平均粒径１５０μｍで含水率が１ｗｔ％であった。得られた造粒粉を酸水素炎で溶融し、コラム状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　得られたコラム状の不透明石英ガラスインゴットの気泡は目視観察によると均一に分散しており、美観上も優れていた。

　（実施例６）
　シリカ原料粉末として、非晶質シリカ（Ｄ_１０：３８μｍ　、Ｄ_５０：６７μｍ　、Ｄ_９０：１１０μｍ）を使用した。非晶質シリカを水に分散させスラリーとし、濃度を６７ｗｔ％に調整した。次に、調整したスラリーをビーズミル粉砕機に投入し、平均粒径２．０ｍｍの窒化珪素ビーズを用いて、スラリー中のシリカ粉末に対する窒化珪素濃度が２５０ｐｐｍとなるまで湿式粉砕を行い、スラリー（Ａ）を調整した。一方、発泡剤を含まないシリカ原料粉末で固形物濃度が６７ｗｔ％のスラリーＢを調整した。その後、粉砕造粒用スラリーとして、スラリー（Ａ）をスラリー（Ｂ）でスラリー中のシリカ粉末に対する窒化珪素濃度が１ｐｐｍとなるよう希釈して調整した。粉砕造粒用スラリーを平均粒径２．０ｍｍのジルコニアビーズを用いて、ＢＥＴ比表面積が６．０ｍ^２／ｇになるまで湿式粉砕を行った。次に、上記の方法で作製した粉砕造粒用スラリーを噴霧乾燥して、造粒粉を得た。得られた造粒粉は平均粒径８０μｍであり、含水率が１ｗｔ％であった。得られた造粒粉を酸水素炎で溶融し、スラブ状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　得られたスラブ状の不透明石英ガラスインゴットの気泡は目視観察によると均一に分散しており、美観上も優れていた。

（実施例７）
　窒化珪素の添加量を５ｐｐｍとしたこと以外は実施例１に準じてスラブ状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　得られたスラブ状の不透明石英ガラスインゴットの気泡は目視観察によると均一に分散しており、美観上も優れていた。

　（実施例８）
　窒化珪素の添加量を０．３ｐｐｍとしたこと以外は実施例１に準じてスラブ状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。表１に製造条件を示す。
　得られたスラブ状の不透明石英ガラスインゴットの気泡は目視観察により均一に分散しており、美観上も優れていた。

　（実施例９）
　実施例１と同様にシリカ原料粉末として非晶質シリカを水に分散させ、その濃度を５０ｗｔ％に調整した。次に得られたスラリーをビーズミル粉砕機に投入し、平均粒径０．３ｍｍの窒化珪素ビーズを用いて、スラリー中の窒化珪素濃度が１ｐｐｍとなるまで湿式粉砕を行った。その後、窒化珪素ビーズを除去し、このスラリーを平均粒径０．３ｍｍのジルコニアビーズを用いて、ＢＥＴ比表面積が３．０ｍ^２／ｇになるまで湿式粉砕を行った。次に、上記方法で作製したスラリーを乾燥噴霧して造粒粉を得た。得られた造粒粉は平均粒径が４０μｍで含水率が１ｗｔ％であった。得られた造粒粉を酸水素炎で溶融し、スラブ状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　得られた不透明石英ガラスの気泡は目視観察によると均一に分散しており、美観上も優れていた。

（実施例１０）
　実施例１と同様のシリカ原料粉末として非晶質シリカを水に分散させ、その濃度を７０ｗｔ％に調整した。次に調整したスラリーをビーズミル粉砕機に投入し、平均粒径１．０ｍｍの窒化珪素ビーズを用いて、スラリー中の窒化珪素濃度が１ｐｐｍとなるまで湿式粉砕を行った。その後、窒化珪素ビーズを除去し、スラリーを平均粒径１．０ｍｍのジルコニアビーズを用いて、ＢＥＴ比表面積が８．０ｍ^２／ｇになるまで湿式粉砕を行った。次に、スラリーを乾燥噴霧して造粒粉を得た。得られた造粒粉は平均粒径が１５０μｍで含水率が１ｗｔ％であった。得られた造粒粉を酸水素炎で溶融し、スラブ状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　得られたスラブ状の不透明石英ガラスインゴットの気泡は目視観察によると均一に分散しており、美観上も優れていた。

（実施例１１）
　シリカ原料粉末として、非晶質シリカ（Ｄ_１０：３８μｍ　、Ｄ_５０：６７μｍ　、Ｄ_９０：１１０μｍ）を使用した。非晶質シリカを水に分散させスラリーとし、濃度を６７ｗｔ％に調整した。次に、調整したスラリーをビーズミル粉砕機に投入し、平均粒径１．０ｍｍの窒化珪素ビーズを用いて、スラリー中のシリカ粉末に対する窒化珪素濃度が５００ｐｐｍとなるまで湿式粉砕を行い、スラリー（Ａ）を調整した。一方、発泡剤を含まないシリカ原料粉末で固形物濃度が６７ｗｔ％のスラリーＢを調整した。その後、粉砕造粒用スラリーとして、スラリー（Ａ）をスラリー（Ｂ）でスラリー中のシリカ粉末に対する窒化珪素濃度が５ｐｐｍとなるよう希釈して調整した。粉砕造粒用スラリーを平均粒径２．０ｍｍの石英ビーズを用いて、ＢＥＴ比表面積が６．０ｍ^２／ｇになるまで湿式粉砕を行った。
　次に、上記の方法で作製した粉砕造粒用スラリーを噴霧乾燥して、造粒粉を得た。得られた造粒粉は平均粒径が８０μｍであり、含水率が１ｗｔ％であった。得られた造粒粉を酸水素炎で溶融し、コラム状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　得られたコラム状の不透明石英ガラスインゴットの気泡は目視観察によると均一に分散しており、美観上も優れていた。

（比較例１）
　シリカ原料粉末として平均粒径１５０μｍの水晶粉を使用した。また、発泡剤として平均粒径２μｍの窒化珪素を用いた。水晶粉に対する窒化珪素の混合濃度は０．２ｗｔ％とし、この混合粉末を十分に混合した後、酸水素炎により溶融し、コラム状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。

　（比較例２）
　シリカ原料粉末として、実施例１と同様の非晶質シリカを使用した。非晶質シリカを水に分散させスラリーとし、その濃度が４０ｗｔ％となるよう調整した。次に、調整したスラリーをビーズミル粉砕機に投入し、平均粒径３．５ｍｍの窒化珪素ビーズを用いて、スラリー中のシリカ粉末に対する窒化珪素濃度が２００００ｐｐｍとなるまで湿式粉砕を行いスラリーＡを調整した。発泡剤を含まないシリカ原料粉末で固形物濃度が４０ｗｔ％のスラリーＢを調整した。その後、粉砕造粒用スラリーとして、スラリーＡをスラリーＢでスラリー中のシリカ粉末に対する窒化珪素濃度が０．５ｐｐｍとなるよう希釈して調整した。粉砕造粒用スラリーを平均粒径３．５ｍｍのジルコニアビーズを用いて、ＢＥＴ比表面積が１．８ｍ^２／ｇになるまで湿式粉砕を行った。次に、上記の方法で作製した粉砕造粒用スラリーを噴霧乾燥して、造粒粉を得た。得られた造粒粉は平均粒径２５μｍであり、含水率が４ｗｔ％であった。得られた造粒粉を酸水素炎で溶融し、コラム状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　スラリーのＢＥＴ比表面積が１．８ｍ^２／ｇであって小さく、また、造粒粉の強度が低下しており、造粒粉が崩れ易く、酸水素炎溶融時の歩留りが低下した。

　（比較例３）
　シリカ原料粉末として実施例１と同様の非晶質シリカを使用した。非晶質シリカを水に分散させ、その濃度４０ｗｔ％に調整した。次に調整したスラリーをビーズミル粉砕機に投入し、平均粒径３．５ｍｍの窒化珪素ビーズを用いて、スラリー中の窒化珪素濃度が１５０ｐｐｍとなるまで湿式粉砕を行った。その後、窒化珪素ビーズを除去し、発泡剤を添加したスラリーを平均粒径３．５ｍｍのジルコニアビーズを用いて、ＢＥＴ比表面積が１．８ｍ^２／ｇになるまで湿式粉砕を行った。次に、上記方法で作製したスラリーを乾燥噴霧して造粒粉を得た。得られた造粒粉は平均２５０μｍで含水率が４ｗｔ％であった。得られた造粒粉を酸水素炎で溶融し、コラム状の不透明石英ガラスインゴットを製造した。
　スラリーのＢＥＴ比表面積が１．８ｍ^２／ｇであって小さなものであり、造粒粉の強度が低下しており、造粒粉が崩れ易く、酸水素炎溶融時の歩留りが低下した。

（比較例４）
東ソー・クォーツ製のＳグレードの溶融透明ガラスの３点曲げ強度を測定したところ、９４．３ＭＰａであった。

　本発明の不透明石英ガラスは、熱線遮断性、機械的強度、表面平滑性に優れており、半導体製造装置用部材、光学機器の部品等に好適に用いることができる。また、本発明の不透明石英ガラスの製造方法によれば、熱線遮断性、機械的強度、表面平滑性に優れた不透明石英ガラスを安定的に製造することができる。

Claims (11)

1. 気泡の形状が独立球状で平均粒径が２～３０μｍ、平均真円度が０．８以上であって、密度が１．９０～２．２０ｇ／ｃｍ^３、白度が８０以上及び／または厚さ３ｍｍにおいて波長０．２～３μｍの光の反射率が８０％以上であることを特徴とする不透明石英ガラス。
   　なお、白度は色彩色差計を用いてＪＩＳ　Ｚ　８７２２に準拠して測定した明度である。
   　気泡の平均粒径は、試料を切断して気泡の形状を卓上走査型電子顕微鏡にて２０個以上観察し、その画像を処理して各気泡の面積Ａを測定し、下記の式１に代入して求めた値Ｄの平均値を平均粒径とした。
   　気泡の平均真円度は、試料を切断し、気泡の形状を卓上走査型電子顕微鏡にて２０個以上観察し、その画像を処理して各気泡の面積Ａと外周Ｌを測定し、下記の式２に代入して求めた値Ｓの平均値を平均真円度とした。
   

   
2. 請求項１記載の不透明石英ガラスにおいて、3点曲げ強度が８０ＭＰａ以上であることを特徴とする不透明石英ガラス。
3. 請求項１または２記載の不透明石英ガラスにおいて、焼仕上げ面の表面粗さＲａが０．７μｍ以下であることを特徴とする不透明石英ガラス。
4. シリカ粉末に発泡剤を添加して加熱溶融する透明石英ガラスの製造方法であって、シリカ粉末を４５～７５ｗｔ％で水に分散したスラリーに平均粒径０．１ｍｍ～３ｍｍの窒化珪素ビーズを粉砕メディアとして用いて湿式粉砕し、窒化珪素ビーズの摩耗で発生する窒化珪素粉末を発泡剤として加熱溶融することを特徴とする不透明石英ガラスの製造方法。
5. 請求項４記載の不透明石英ガラスの製造方法において、シリカ粉末の粉砕時間を調整して発泡剤の添加量を０．１～１００ｐｐｍに調整し、窒化珪素ビーズ以外の平均粒径０．１～３ｍｍの１種類または複数のビーズを用いて更に湿式粉砕を行ってスラリー中に含まれる固形物のＢＥＴ比表面積を２ｍ^２／ｇ以上とし、スラリーを噴霧乾燥造粒して得た平均粒径が３０～２００μｍ、含水率が３ｗｔ％以下の球形造粒粉を加熱溶融することを特徴とする不透明石英ガラスの製造方法。
6. 請求項４記載の不透明石英ガラスの製造方法において、シリカ粉末に対する発泡剤添加割合が２００～１００００ｐｐｍとしたスラリーを希釈してシリカ粉末に対する発泡剤の添加割合を０．１～５００ｐｐｍに調整し、窒化珪素ビーズ以外の平均粒径０．１ｍｍ～３ｍｍの粉砕用ビーズを加えて湿式粉砕してスラリー中に含まれる固形物のＢＥＴ比表面積を２ｍ^２／ｇ以上とし、スラリーを噴霧乾燥造粒して実質的に球形とした平均粒径が３０～２００μｍ、含水率が３ｗｔ％以下の造粒粉を加熱溶融することを特徴とする不透明石英ガラスの製造方法。
7. 請求項５または、６のいずれかに記載の不透明石英ガラスの製造方法において、湿式粉砕の方法がビーズミル粉砕、ボールミル粉砕、振動ミル粉砕、アトライター粉砕の１種または２種以上の組み合わせであることを特徴とする不透明石英ガラスの製造方法。
8. 請求項５、６、７のいずれかに記載の不透明石英ガラスの製造方法において、溶融原料を酸水素炎で加熱溶融することを特徴とする不透明石英ガラスの製造方法。
9. 請求項８記載の方法で製造された不透明で石英ガラスであって、ＯＨ基濃度が１００～１０００ｐｐｍであることを特徴とする不透明石英ガラス。
10. 請求項５、６、７のいずれかに記載の不透明石英ガラスの製造方法において、溶融原料を真空雰囲気下で加熱溶融することを特徴とする不透明石英ガラスの製造方法。
11. 請求項１０記載の方法で製造された不透明石英ガラスであって、ＯＨ基濃度が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする不透明石英ガラス。