JPH04238824A - 光学用高粘度合成石英ガラスの製造方法 - Google Patents

光学用高粘度合成石英ガラスの製造方法

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JPH04238824A
JPH04238824A JP41659690A JP41659690A JPH04238824A JP H04238824 A JPH04238824 A JP H04238824A JP 41659690 A JP41659690 A JP 41659690A JP 41659690 A JP41659690 A JP 41659690A JP H04238824 A JPH04238824 A JP H04238824A
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滝 田 政 俊
Kazuo Shirota
代 田 和 雄
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学用高粘度合成石英
ガラスの製造方法、特には完全無泡で高粘度の合成石英
ガラスが得られることから、TFT基板などの光学用と
して有用とされる、光学用高粘度合成石英ガラスの製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】無水、無泡の合成石英ガラスの製造につ
いては酸素プラズマ中に四塩素けい素のガスを入れ、加
水分解と焼結を行なわせるというプラズマ法が知られて
いるが、これにはコスト的に非常に高価なものとなるし
、Cl2 が含有され、また脈理の激しいものになると
いう欠点がある。そのため、これについては酸水素火炎
中に四塩化けい素を入れ、その火炎加水分解で発生した
シリカ微粉を担体上に堆積して多孔質ガラス母材を作り
、これを焼結して合成石英ガラスとするス−トと呼ばれ
る方法が主流となっているが、これには完全無水のため
には高温Cl2 処理あるいは真空中でス−トを焼結す
る必要があるし、ス−トのカサ比重が小さいために量産
化が難しく、コスト的にもまた高いという欠点があり、
さらには外部加熱により外部と中心部のOH基含有量に
差が生じ、不均質なガラスとなり、弱い脈理が生じると
いう不利もある。
【0003】また、この合成石英ガラスの製造について
はZarzyckiなどがアルコキシドを加水分解して
得たゲルを真空下でホットプレスしてSiO2、 La
2O3−SiO2、 B2O3−SiO2 系のガラス
を得ている(J. Mat. Sci.,13(197
8)、 2605 〜18参照)が、これには原料がゲ
ルで内部に多量の水分が含まれているために、高温、真
空下で発泡や白濁を起さないためには圧力下でゲルを加
熱していき、所定の温度に達したら加熱を停止するとい
うフラッシュ・プレスイング法を用いなければならない
という不利がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このため、本発明者ら
は高粘度合成石英ガラスを容易にかつ安価に得る方法に
ついて研究を進め、これについてはメチルシリケ−トを
アンモニア水で加水分解して得たコロイダルシリカが加
熱によって容易に無水になること、またこれを真空焼結
すれば粘度の高い合成石英ガラスの得られることを見出
した(特願平1−139619号明細書参照)が、まだ
この石英ガラスを完全に無泡化し、光学用基板材料にす
るまでに到っていない。この原因は仕込み時のカサ比重
と深い関係があり、カサ比重が上がらないと、粒子と粒
子との隙間が大きくて、最終的に泡が残ってしまうため
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決した光学用高粘度合成石英ガラスの製造方法に関
するものであり、これはメチルシリケ−トをアンモニア
水で加水分解して得たコロイダルシリカ粉を脱炭したの
ち粒度 150〜200 メッシュに篩別し、これを1
)カ−ボン型に詰め、1kg/cm2以上の圧力を上下
方向から加え、2) 1,200〜1,400 ℃、H
e雰囲気に保持し、3)減圧後10−1ト−ル以上にお
いて、1,500〜1,800 ℃に昇温し、4)焼結
体が理論密度になったときに圧力および減圧を解除して
焼結体とし、5)常圧において1,800 ℃以上に加
熱することを特徴とするものである。
【0006】すなわち、本発明者らは完全に無泡で輝点
もないことから光学用基板として有用とされる高粘度合
成石英ガラスの製造方法について種々検討した結果、ゾ
ル−ゲル法における出発材料としてのアルコキシシラン
をメチルシリケ−トに特定し、これを充分精製したうえ
でアンモニア水の存在下で加水分解すると粒径、孔径の
大きい三次元マトリックス構造をもつシリカが得られる
ので、脱炭後150 〜200 メッシュに篩別し、つ
いでこれをカ−ボン型中で押圧し、He中、1,200
 〜1,400 ℃に保持したのち真空中において1,
500 〜1,700 ℃で焼結し、押圧の圧力および
減圧を解除し、最後にこれを常圧に1,800 ℃で加
熱すると完全に無泡で高粘度の合成石英ガラスが容易に
かつ安価に得られることを見出し、この各工程における
処理条件などについてこの研究を進めて本発明を完成さ
せた。以下にこれをさらに詳述する。
【0007】
【作用】本発明は光学用高粘度合成石英ガラスの製造方
法に関するものであり、これはメチルシリケ−トをアン
モニアの存在下で加水分解してシリカ粒子を生成させた
のち、これを脱炭し、焼結し、加熱処理して石英ガラス
とするものである。
【0008】本発明の方法における始発材は反応性に富
んでおり、アンモニアの存在下では溶媒なしでも容易に
粒径が50〜150 μm の凝集した球状シリカを生
成しゲル化の危険性もなく、又これは加熱によって容易
に無水となるということからメチルシリケ−トが選択さ
れるが、このメチルシリケ−トは目的とする合成石英ガ
ラスを高純度のものとするということから事前に蒸留操
作などにより充分に精製したものとして供給する必要が
ある。
【0009】このメチルシリケ−トは加水分解によって
シリカゾルとされるのであるが、この加水分解は公知の
塩酸のような酸触媒の存在下で行なうと得られるシリカ
が粒子の小さいものとなるので、アンモニア触媒の存在
下で行なう必要がある。このメチルシリケ−トをアンモ
ニア触媒の存在下で加水分解すると得られるシリカは凝
集し粒径が50〜150nm の大きい粒子となる。
【0010】この加水分解反応は40〜50℃で行なわ
せればよく、このようにして得られたシリカゾルは例え
ばフィルタ−プレスを使用して固液分離してシリカとす
ればよいが、このものは加水分解時に有機質分が残留し
ているので脱炭処理する必要があるので、空気中におい
て 800〜1,200 ℃で加熱処理する必要がある
。この脱炭処理したコロイダルシリカは粘度分布が広い
と次段の加熱で低温より徐々に焼結が進んで内部に泡が
含み易くなるために所定の粒度に篩分けすることが必要
とされるが、これは150 メッシュより大きいと粒子
と粒子との隙間が大きくなって焼結後も微細な泡が残る
こととなり、200 メッシュより細かくなると焼結時
における収縮が大きくなってクラックが発生し、そこに
泡が生じることになるので、これは 150〜200 
メッシュ篩分けすることがよい。
【0011】このように篩分けされたコロイダルシリカ
はついで焼結されるのであるが、これは高温真空中とい
うことからカ−ボン型内で行なう必要があり、このカ−
ボン型は等方性の高純度品で作られたものとすればよい
。このカ−ボン型に詰めこまれたコロイダルシリカは加
圧により0.8 〜1.0 のカサ比重とされるのであ
るが、この加圧は1kg/cm2未満ではカサ比重が充
分あがらず10〜20μm の泡が最終的に残るように
なるので、これは1kg/cm2以上、例えば〜kg/
cm2とすればよい。
【0012】次に、この加圧処理後、このカ−ボン型内
は最初 1,200〜1,400 ℃、He雰囲気で保
持する。He雰囲気では焼結体全体に加熱が伝わり、均
一に収縮するため、溶け残りの部分がなくなるため必要
となる。この後さらに真空に保持され、この減圧下に高
温で焼結されるのであるが、この減圧度は10−1ト−
ル未満では泡が残らなくてもこれが輝点となるために得
られる合成石英ガラスが光学用として不利なものとなる
ので、これは10−1ト−ル以上とする必要があり、こ
れは通常10−1〜10−3ト−ルとすればよい。また
、この焼結温度は1,500 ℃未満では十分な焼結が
行なわれず、したがって次段における加熱によって外観
上不透明なものとなるし、1,800 ℃より高い温度
とするとシリカ粒子に含有されている泡が成長して大き
くなり、この泡が最後まで残るようになるので、これは
1,500 〜1,800 ℃の範囲とする必要がある
【0013】なお、この1,500 〜1,700 ℃
までの昇温はこれを徐々に加熱すると外側からシリカの
閉孔化が始まって内部に泡が閉じこめられるので、これ
は10℃/分以上、好ましくは40℃/分以上の昇温速
度で行なうことがよい。これは例えば閉孔化の始まらな
い1,200 〜1,400 ℃まで加熱し、ついで1
,500 〜1,800 ℃に昇温するようにしてもよ
い。
【0014】次いで石英ガラスの理論密度である2.2
03 になったときに圧力および減圧を解除してカ−ボ
ン型より取り出し、常圧下で1,800 ℃以上に加熱
して完全にガラス化する。この加熱温度はこれを1,8
00 ℃以上とすると石英ガラスの粘度が低くなって前
段の減圧焼結で発生した泡が圧力差でつぶれ易くなり、
目視でわかる泡がなくなるという有利性が与えられるけ
れども、これを2,000 ℃以上とするとSiO の
蒸気およびSi金属が激しく発生するので、これは好ま
しくは1,800 〜2,000 ℃の範囲とすること
がよい。なお、この加熱は1〜10気圧での加圧下で行
なってもよく、加圧とすればますます泡がつぶれ、目視
では全く分らなくなるという有利性が与えられる。
【0015】
【実施例】つぎに本発明の実施例をあげる。 実施例 5リットルの連続フラスコにメチルシリケ−ト26.5
リットル/時と20.5%のアンモニア水・ELグレ−
ド[大盛化工(株)製商品名]26.5リットル/時と
を25.8リットル/時の滴下速度で同時滴下したとこ
ろ、10kg/時で凝集コロイダルシリカが得られたの
で、これを一旦放置してからポリプロピレン製1,00
0#のろ布を設けた遠心脱水機で固液分離をし、ついで
超純水で5回洗浄した。この凝集コロイダルシリカを石
英ガラス炉芯管に詰め、酸素ガス雰囲気下で室温から1
,000 ℃まで10時間かけて昇温し、2時間保持し
て脱炭した。
【0016】ついで、この粉末をポリプロピレン製の1
50 メッシュの網で篩別したのち、この2kgを外径
160mm φ、内径130mmφ、高さ400mm 
のカ−ボン型に充填し、真空ホットプレス炉に設置した
。この炉内をHe雰囲気とし、1Hrで1,300 ℃
に昇温、ZH保持したのち真空ポンプを使用して1×1
0−2ト−ルにまで減圧し、500kg の加重をかけ
た。1,650 ℃まで30分間で昇温させて10分間
保持したところ、ガラスの比重が2.203 になった
ので加重および減圧を解除し、1,850 ℃まで30
分間で昇温させて30分間保持してから放冷して製品を
取り出したところ、寸法が130mm φ×厚さ60m
mの計算通りの合成石英ガラスが得られ、このものは青
色(励起波長245nm)、完全無泡で脈理も認められ
ず、転移温度も歪み点1,070 ℃、徐冷点1,17
5 ℃、最高使用温度1,100 ℃という物性を示し
、この不純物分析値が表1に示したとおりの高純度品で
あった。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】本発明は光学用高粘度合成石英ガラスの
製造方法に関するもので、これは前記したように、メチ
ルシリケ−トをアンモニア水中で加水分解して得たコロ
イダルシリカ粉を脱炭したのち、粒度 150〜200
 メッシュに篩別し、これを1)カ−ボン型に詰め、1
kg/cm2以上の圧力を上下方向から加え、2)1,
200 〜1,400 ℃、He雰囲気に保持し、3)
減圧度10−1ト−ル以上において、1,500 〜1
,800 ℃に昇温し、4)焼結体が理論密度になった
っときに加圧および減圧を解除して焼結体を取り出し、
5)常圧において1,800 ℃以上に加熱することを
特徴とするものであるが、これによれば完全に無泡で高
粘度の合成石英ガラスを容易にかつ安価に得ることがで
きるので、TFT基板などの光学用として有用とされる
光学用高粘度合成石英ガラスを容易に得ることができる
という有利性が与えられる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  メチルシリケ−トをアンモニア水中で
    加水分解して得たコロイダルシリカ粉を脱炭したのち粒
    度150 〜200 メッシュに篩別し、これを1)カ
    −ボン型に詰め、1kg/cm2以上の圧力を上下方向
    から加え、2)1,200 〜1,400 ℃、He雰
    囲気に保持し、3)減圧度10−1ト−ル以上において
    、 1,500〜1,800 ℃に昇温し、4)焼結体
    が理論密度になったときに圧力および減圧を解除して焼
    結体とし、5)常圧において1,800 ℃以上に加熱
    することを特徴とする光学用高粘度合成石英ガラスの製
    造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0940434A (ja) * 1995-07-28 1997-02-10 Tosoh Corp 高純度石英ガラス及びその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0940434A (ja) * 1995-07-28 1997-02-10 Tosoh Corp 高純度石英ガラス及びその製造方法

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