JPH02199037A - 石英ガラスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は石英ガラスの製造方法、特にはその０８基濃度
がコントロールされるので、エキシマレーザ−用などに
有用とされる石英ガラスの製造方法に関するものである
。

［従来の技術］ 四塩化けい素などのハロゲン化けい素を酸水素火炎中で
火炎加水分解させ、発生したシリカを担体上に堆積させ
て得た多孔質シリカ母材を加熱溶融してガラス化すると
いう方法で作られた合成石英ガラスは高純度であること
から各種用途に多用されており、これはエキシマレーザ
−用の光学用ガラス材料としても使用されている。

しかし、この合成石英ガラスは始発材として四塩化けい
素などのハロゲン化けい素が使用されるために多量のハ
ロゲン元素を含有するものであるため、これにはハロゲ
ン元素を含有しないアルコキシシランを加水分解して、
シリカゾルを作り、これを脱水乾燥して得た湿式ゲルを
焼成ガラス化する、いわゆるゾル−ゲル法で作られたも
のを使用することも試みられている。

［解決されるべき課題］ しかし、特にエキシマレーザ−用に用いられる光学用石
英ガラスについてはレーザーの出力増加に伴なって耐レ
ーザー性が不足していてこの対策が問題となっており、
これには合成石英ガラスに含有されているＯＨ基濃度が
関係をもっていることが判っているが、上記した火炎加
水分解法、ゾル−ゲル法で得られた合成石英ガラスはそ
のＯＨ基濃度が不均一でかつその濃度範囲も一定でない
ために、このＯＨ基濃度が耐レーザー性にどれだけ関係
するかも正確には不明となっており、ＯＨ基量の制御さ
れた石英ガラスの提供が求められている。

［課題を解決するための手段］ 本発明はこのように要求に応えることのできる制御され
たＯＨ基濃度をもつ合成石英ガラスの製造方法に関する
ものであり、これはアルキルシリケートを加水分解し、
縮重合させ、乾燥して得たシリカゲルを粉砕したのち、
通気性を保った炉内で焼成して得た石英ガラス粉を分級
し、つしＡで各分級粉別に例えば酸水素炎で分別溶融し
てＯＨ基濃度の制御された石英ガラスを得ることを特徴
とするものである。

すなわち、本発明者らはＯＨ基濃度の制御された石英ガ
ラスの製造方法について種々検討した結果、エチルシリ
ケートなどのようなアルキルシリケートを加水分解し、
縮重合させ、乾燥してゲルとしたのち粉砕し、焼成して
から少なくとも３分別以上になるように分級し、この各
分級粉末を各個に酸水素火炎で溶融し、得られた石英ガ
ラスのＯＨ基濃度をしらべたところ、このＯＨ基濃度は
この分級した粉末の粒径と相関があり、かつプラズマ溶
融品と異なり、得られた溶融体における塩素濃度が１　
ｐｐｍ以下となるため、目的とする制御されたＯＨ基濃
度をもつ石英ガラスを得るためにはある特定の粒径をも
つ石英ガラス粉末をガラス化すればよいということを確
認して本発明を完成させた。

以下にこれをさらに詳述する。

［作　用］ 本発明による石英ガラスの製造はゾル−ゲル法によって
行なわれる。

したがって、本発明の方法はアルキルシリケートが始発
材とされるが、これはエチルシリケート、プロピルシリ
ケートなどのようなものとすればよい。

このアルキルシリケートの加水分解は常法によってアル
キルシリケートにアルコール、水、塩酸のような酸性触
媒、またはアンモニアのような塩基性触媒を適当量加え
て加水分解すればよく、この加水分解で発生したシリカ
ゲルは縮重合させると塊状の、好ましくは径が２〜４ｍ
ｍの粒状物となる。

この塊状物はついで加温し、ゲル化させて湿式ゲルとし
たのち、クリーンオーブンなどでよく乾燥してここに残
留しているアルコール分を除去して乾燥ゲルとし、つい
でロールミルなどを用いて粒径が１■以下に粉砕するの
であるが、この粉砕は粒度分布が５ＯＮ１，０００μｍ
１好ましくは１００〜７００μｍの範囲となるようにす
ればよく、好ましくはこの分布が平坦なものとなるよう
にすることがよい。

このようにして得られた乾燥ゲルは焼成して脱水するの
であるが、この焼成はこのゲルを石英ガラス容器に入れ
て石英炉芯管をもつ電気炉中で行なわせればよく、これ
は脱水ということから窒素ガスまたは酸素ガスのような
気流中で行なわせることが必要とされる。また、この焼
成は８００〜１゜２００℃で行えばよいが、最初から１
，２００　を以上の温度で焼成するとこのゲルが発泡し
て稠密な粉末が得られなくなるので、これは昇温速度を
ｔｏ’ｅ　／分として８００℃付近から数段階に分けて
数時間づつ焼成するようにすることがよく、好ましくは
窒素ガスまたは酸素ガスを１℃／分以上の量で流しなが
ら８００℃、　１，０００℃、　１，２００℃でそれぞ
れ５時間づつ焼成することがよいが、この焼成によって
ゲルは石英ガラス粉末とされる。

なお、一般に原料アルキルシリケートを加水分解させて
シリカゲルを得る製造工程には塩素が含まれてくる問題
点があるが、本発明によれば焼成の工程が必須の要件と
されており、この焼成工程で塩素が除かれるので、上記
した塩素が入り込んでくるという問題点は解消され、得
られる石英ガラスへの塩素の混入が極力避けられるとい
う利点がある。

本発明の方法はこの石英ガラス粉末を分級し、この分級
された石英ガラス粉末を分級相別に分別溶融して石英ガ
ラスを得るのであるが、この分級は汚染防止のために、
ナイロンやテフロンなどのような合成樹脂製スクリーン
を用いて行なうことがよく、これはＪＩＳ標準篩で目の
開きが１０５〜７１０μｍの範囲となるように、好まし
くは１０５μｍ、１２５　μｍ、１４９　μｍ、１７７
　μｍ、２１０μｍ、　２５０　ｐｍ、　２９７　ｐｍ
、　３５０　ｐｍ、　４２０μｍ、５００μｍ、５９０
μｍ、７１０μｍなどのような全ての篩を用いて行なう
ことが好ましい。分別溶融はこの谷筋で分別された石英
ガラス粉を各篩毎に採取し、これを酸素、水素の流量を
一定にした石英製の酸水素火炎バーナーからの火炎で溶
融させればよく、これによれば泡のない石英ガラスイン
ゴットが得られるが、この石英ガラスの０）１温源度を
しらべたところ、このＯＨ基濃度は溶融する前の石英ガ
ラス粉末の粒径と相関をもつもので、これは第１図に示
したように石英ガラス粉末が１０５μｍで最低となり、
これより小さくなるか大きくなるとＯＨ基濃度が増加す
るということが確認されたので、目的とするＯＨ基濃度
をもつ合成石英を得るにはこれに相当する粒径をもつ石
英ガラス粉末を溶融すればよい。

本発明の方法によるＯＨ基濃度の制御された石英ガラス
の製造は上記したようにゾル−ゲル法で得られた乾燥ゲ
ルを粉砕したのち、焼成、分級し、この篩分けで得られ
た石英ガラスを分別溶融するのであるが、希望するＯＨ
基温源をもつ石英ガラスを得るためにはこの分級を少な
くとも３フラクシヨン以上とすることが望ましい。分級
が２フラクシヨンもしくは末分級であると粗いガラス粉
末と細かいガラス粉末が混合して正確なＯＨ基濃度のコ
ントロールが難しくなるので、この分級は少なくとも３
フラクシヨン、好ましくは前記したＪＩＳ基準基準金て
用いることがよく、分別溶融で希望するＯＨ基濃度を得
るときには１段階上または１段階下の粉を配合するとこ
れが容易になり、これによれば希望するＯＨ基濃度に対
して±１０にの範囲で制御することが可能となる。ここ
に使用される石英ガラス粉末は粒径が７００μｍ以上の
もの、例えば７００−１．Ｏｎμｍのものはここに含有
されている水分が多く、したがって溶融するとＯＨ基濃
度が１．０００ｐｐｍ以上のものが得られるけれども、
このものは泡が多く発生し、光学材料には適しなくなる
ので、この石英ガラス粉末は粒径が７００μｍ以下のも
のとすることがよい。

なお、このようにして得られた石英ガラスは始発材が蒸
留精製されたアルキルシリケートであることから、ハロ
ゲン原子を含有しない高純度のものとなるし、ＯＨ基濃
度も制御されたものとなるので、各種用途に広く使用す
ることができるが、これは特には耐レーザー性研究のた
めのエキシマレーザ−用光学材料として利用することが
できる。

［実施例］ つぎに本発明の実施例をあげるが、例中の部は重量部を
示したものである。

実施例 ２１のガラス製反応器にエチルシリケート１部、蒸留水
５部および０．ＩＮの塩酸５部を仕込み、攪拌しながら
エチルシリケートを加水分解させて粒状シリカゾルを生
成させた。

ついでこのゾルを６０℃に加温して湿式ゲルとし、フリ
ーオーブンで２００℃で１０時間乾燥してアルコール分
を除去し、これをロールミルで粉砕して粒径が１０６〜
１，０００μｍの範囲の粉末とした。

つぎに、この粉末を石英ビーカーに入れ、石英炉芯管に
挿入し、これを窒素ガスが１９７分で流通している電気
炉中で昇温速度１０℃／分を保ちながら８００℃で５時
間、１　、０００℃で５時間、１，２００℃で５時間焼
成したのち、冷却し、ＪＩＳ標準篩の目開きが１０５　
ｐｍ、　１５０　μｍ、　２１２　ｐｍ、　３００μｍ
、５００μｍ、７００μｍであるナイロン族のスクリー
ンをもつ篩を用いて分級、篩別し、得られた粉末を酸素
ガス流量を２０１／分、水素ガス流量を５０ＩｔＺ分と
一定とした酸水素火炎バーナーを用いて溶融して各粒径
毎に３個の石英ガラスインゴットを作り、これらのＯＨ
基濃度をしらべたところ、第１表に示したとおりの結果
が得られた。

第 表 （ＯＨ基濃度ｐｐｍ） 比較例 実施例と同様にしてエチルシリケートを加水分解させ、
アルコール除去後、ロールミルで粉′砕して１０６μ■
〜１，０００μＩの範囲の粉末とし、同様の焼成を行い
、得られた石英ガラス粉末をＪＩＳ　ｉ車重の目開きが
３００μＩのもので分級、篩別し、得られた粉末を酸水
素火炎バーナーで溶融し、各粒径毎に３個の石英ガラス
インゴットを作り、す、これらのＯＨ基濃度をしらべた
ところ、第２表に示したとおりの結果が得られ、この場
合には希望するＯＨ基濃度の石英ガラスの製造が困難で
あることが確認された。

第　２　表　　　（ＯＨ基濃度ｐｐｍ）分けされた石英
ガラス粉末の粒径によって定まるので、制御されたＯＨ
基濃度をもつ石英ガラスを容易に、かつ安価に得ること
ができるという有利性が与えられる。

【図面の簡単な説明】 第１図は石英ガラス粉末の粒径とこれを溶融して得た石
英ガラスインゴットのＯＨ基濃度との関係を示したグラ
フである。 ［発明の効果］

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルキルシリケートを加水分解し、縮重合して得た
   シリカゲルを粉砕し、焼成したのち分級し、ついで各分
   級粉別に溶融してＯＨ基濃度の制御された石英ガラスを
   得ることを特徴とする石英ガラスの製造方法。 ２、前記の溶融手段が酸水素火炎加熱である請求項１に
   記載の石英ガラスの製造方法。 ３、前記の分級が少なくとも３分別である請求項１に記
   載の石英ガラスの製造方法。 ４、得られた石英ガラスの塩素含有量が１ｐｐｍ以下で
   ある請求項１に記載の石英ガラスの製造方法。