JPS58176136A - 石英ガラス粉末の製造方法 - 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】 本発明はダス）１発生させることなく、高純度の石英ガ
ラス粉末を高収率で製造する石英ガラス粉末の製省方法
４１１１する。

多成分系オプティカルファイバーのＩＭｆｆｉＫは。

石英カラス粉末を酸化ホウ素、炭酸ソーダ等のガラス形
成材料と混合し、浴−してホウ珪酸ガラス停の一体とし
、いわ−４る二直−ツボの底孔か・ら相朽的に扁い光屈
析卓ｔ−ｍする組成のカラスが中心軸（コア）Ｋ位置す
るよう忙二重の組成のガラス−捧を同軸状に引出し、延
伸してオプティカルファイバーとするが、ガラス中に遭
移會属不純物が含まれる場合には光損失のもとくなるの
で高Ｎ度の原料が′１Ｉ１１まれる。一方、シリコン、
砒化カリウム等の半４体単結晶の引上げ用石英ガラスル
ツボは便米天然氷ｌＩｉ＋粉をルツボ状に成形し、加熱
、半−化して製作さｔｌてきたが、天然水晶に＃ｉ各種
の不純書が含まれるため、良質の単結晶の要望が高まる
とともに該ルツボー高＃Ｂ度品が望まれて贋る。

さらに１石英カラス粉末よりホットプレス法に工って、
Ｑ！−成形を鰻ることなく石英ガラスの成型体ｔ−慢る
方法も開発されつつあり、その他大規漠喚横ＩｇＪ略の
パターン転写用ホトマスク基板としての石英ガラス板、
光学材料の製造原料として石英ガラス粉末は有望視され
るが１本発明による石英カラス粉末はこれらの目的にも
利用のｏＴ能性が高い。

なお１本発明により製造される石英ガラス粉末は蒸舗岬
により容易Ｋｌｆ製される珪酸エチルを原料とすること
により、ｉ１ｍ純度のものが得られるが、特に原料ＷＩ
製を施さなくても石英ガラス粉末が得られることは明ら
かであり、また原料の珪酸エステルは半導体工業から多
量Ｋｉｌ生する四塩化珪素より酵導されるため、資源と
して限りのある天然氷島に代る汎用石英カラス原料とし
ても有用である。

従来１石英ガラス粉末としては、天然石英ｔ−粉砕した
ものがあり、シリコン等亭導体単結晶の引上げ用ルツボ
の製造に使用されているが、天然石英にはもともと重金
属等あ不純物が含まれている辷、！！＆砕工程でさらに
汚染がオぬかれな匹ため。

天然石英は上述したように、高純度１＊する目的には不
適尚である。

一方、高＃１度の石英ガラス粉末の製法としてはたとえ
ば、酸水素炎による＆！ｇ塩化珪素の高温酸化により帰
られる高＃１度合成カラス塊の粉砕も考えられるが、粉
砕に伴う汚染のため、純度を維持することが１離であり
、かつ粉砕により必然的に発生する倣粉末が粉砕ならび
にハンドリングの過根でダストとして飛散し、＊ｍ＊生
上生麺問題る。

このＩｔｔｃ間龜の多い粉砕工種を要することなく高純
度の石英ガラス粉ｔ４る方法として、本出劇人は、珪酸
エチルに＊ｔｌａ濁させることにより。

粉粒状のゲルを生成させ、この粉粒状ゲルを焼成する方
法Ｙｔｔｐ！ｉｆｆ出願（以下、先願といつ）している
が、この方法は収率が８０チ楊夏であり、かつ主原料の
珪酸エチルの回収ｔ４することが一点となっている。

本発明者らは先−発＠ｉｉを改良して石英ガラス粉収率
を高める方法ｔ−提供すべく１種々検討した結果、珪酸
エステル１００容緻と瞑珪鍍エステル１００容量当り１
００乃至３００容量の水とよりなる配合組成の均一な原
料溶液は多くの有機系溶媒等の液体と実質的に相溶性の
なｈことに着目し、鋏原料溶液を咳原料溶液と実質的に
相溶性のない液体に該原料溶液の容量が該液体の容量よ
り過大でないように加えて激しく攪拌すると、咳原料浴
液が分散媒として作用する鋏液体中に細粒の液滴となっ
て分離、ｍ濁し、この伏線を保持すると、粉粒体のゲル
が生成することを見出し１本発明Ｋｆｆｉｊ！した。

すなわち１本発明の要旨とするところは、珪酸エステル
に該珪酸エステル１００容量尚り１００乃至３００容量
の水を加えてなる原料溶ｔｔ、該原料＃Ｉ？％［と実質
的に相溶性のな匹液体中に分散、懸濁させることＫより
、粉粒状のゲルを生成させ。

該粉粒状グルを分離し焼成することを特徴とする石英ガ
ラス粉末の製造方法、にある。

本発明では上記水単昧の代りに水と水の０．２５倍容量
を越えないアルコールとの混合物を珪酸エステルに加え
て原料溶液とすること４できる。このアルコールの使用
は、水単昧の場合には珪酸エステルと水の溶解速度が遅
く、原料溶液の調合に長時間を要するのに比べて、上記
原料溶液の調合を速かにするという効果がある。

次Ｋ、本発明の各工程について詳述する。

ｔｌ）　　原料溶液の調合工程 珪酸エステルに該珪酸エステル１００容量当り１００乃
至３００容量の水を配合して原料溶ｆｆＩＬｔ−祠会す
る。この場合、壊酸エステル１００容量当りの水の配合
量が１００未満であると、に、記原料Ｓ液と多くの液体
との相溶度が増して収率の低下を来たし、逆圧水の配合
量がａｏｏｔ越えると、生成する粉粒状ゲルが軟弱で互
に凝結しやすく粉体として得ることが１峻となる。この
工ＩＮにおいて、水単味の代りに、水と水の０．２５倍
容量を越えないアルコールとの混合物ｔ−珪酸エステル
に配合し調叶する場合は上述したように、原料溶液の調
合が促進されるうこのアルコールの配合量が水の０．２
５倍容量を越えると、多くの液体（分散媒）との相溶度
が増して収率の低下ｔきたす。

また、次工程のゲル化を促進するため、酸ないしアルカ
リを加えることは有効であり、装置の腐食ならびに廃液
、排ガスの対策を要するものの、４＃ｌ！、硝酸、硫＠
　　１３７酸、ギ酸、修酸、酢酸あるいはアンモニア等
を利用することもできる。

（２）粉粒状ゲルの生成工程 上記調合された原料溶液を咳原料溶液と実質的に相溶性
のない液体（分散１１１１ｔ）Ｋｍえて撤しく攪拌し、
該原料溶液が一粒の液滴となって該液体中に分散し懸濁
状態とする。

該液体としてｔｆｉ原料ｓ液と実質的に相溶性がなけれ
ば％に限定されないが、１１品のｇ２膳持の一点からは
ｍｌ！が容易で高１ａＫ品が得やすいものが好ましく、
一方なるべく粘度が低（、比重が該原料溶液の比重（約
１）Ｋ近いものが咳原料溶液の液ｆＩ！４を鎖液体中に
十分に分散した懸濁状態を保持することを容易ならしめ
、かつ有利といえる。

さらに、＃液体としては１、！Ｊ−エステルの加水分解
によりゲルが生成した後、残留する母液中には該珪酸エ
ステルの加水分解により副生するアルコールが混在する
ので、該液体の再利用と該アルコールの回収を考え、該
液体としては該嗣生アルコールを分離しやすいものが好
ましく、岡えば該アルコールと沸点差のなるべく大きい
ものが蒸溜分離がｏ］能となり有利となる。また、毒性
の強いもの、低沸点で取扱いの面倒なものは避けるべき
ことは勿論である。該液体の具体何としては次のような
液状化合物があるが、該液体はこれらの化汁物に限定さ
れるものではない。

ｌａ）　　へキサノ、キシレン等の脂肪族ないし芳香＆
膨化水素。

ｌｂＪ　　ヘキサノール、オクタツール等の高級アルコ
ール。

ＬＣ）　　ジエチルエーテル、アニソール等のエーテル
。

（ｄｌ　　バークロルエチレン、フロロベンゼン等のハ
ロゲン化炭化水嵩。

ｌｅ）　　メチルイソブチ化ケトノ、シクロヘキサノン
等のカルボニル。

（ｆ）　　ブチルフォスフェート等のエステル。

譲漱体の所４Ｎ菫としては、原料溶液と等量乃至は等量
以上が好ましく、紋液体の量が原料溶液の緻より過小に
なると、誼原料溶液の液滴が該液体中に分散した状態と
＃ｉならず、逆に鋏液体のＩｌｉ［ｆ１４が原、科溶液
中に分散するようｋなり、粉粒状ゲルは生成しな匹。

咳原料Ｓａと咳液体の１合体を攪拌する方ｆｆ１Ｋｄ梼
に限定条件はなく、インペラー型の回転攪拌機、浮化重
合用浮化祷等が利用できる。

室温で乃至はゲル生成速度を早めるため加熱しながら、
該原料＃ｌｌ液と腋液体の混合体の攪拌を纏ｄすると１
分散した該原料溶液の液滴がゲル化し。

粉粒状のゲルが生成する。該粉粒状ゲルの生成に要する
時間は実施例に示すように、咳原料靜液の配合組成、Ｉ
ＩＩ会方＃、、鍍混合の攪拌時の温度などに依存するが
、該原料溶液の液滴の性状を観察すること忙よっても知
ることができる。

（３）　　粉粒状ゲルの分離１鴨 、生成した該粉粒状グル上デカンテーション等により母
液から分離する。咳液体および該珪酸エステルより削生
したアルコールｔ−粉粒状ゲルより十分に除去すること
Ｆｉ後工楢の安全操作上好ましく。

アルコール、次いで水、ｋＬる洗浄が好適である。

（４）参稼状ゲルの乾燥１鶴 分離された＃粒状ゲルを転轍する。この乾燥は必ずしも
不可欠な工程で＃ｉなりが、乾燥により粉粒状ゲルが収
縮して嵩が大幅ＫａＥするので１次の場或工橿の貢担に
＠滅するために有効である。乾識ａ１度ｒ１時に限定さ
れないが、２５０°Ｃまでに大−分の水が抜ける。

（５）　　粉粒状ゲルの焼成工種 乾燥した＆粒状ゲル’ｉ　１　、０００°Ｃ付近の温度
で１＠成し、ガラス化する。焼成時間は温度に依存する
が、概ね０．５乃至２時間であり、実施例を参考に決め
ることができる。

なお、昇諷速イは時に限定されないが、乾燥不十分な粉
粒状ゲルを高速度で昇温すると、含有水の急激な揮発（
よって該粉粒状ゲルの粒子に割れや張れを生じ、Ｓ形１
粒度が変化するので、必要によっては低速外ｍを要する
〇 本＠明は１以上のように、ダストを発生することな（、
高純度の石英カラス粉末を高収率で製造することを可能
ならしめる石英ガラス粉末の展進することを可能ならし
める石英ガラス粉末の製造法を提供するもので、多成分
ガラス系光伝送路。

半導体結晶引上げ用ルツボ等の製造上きわめて有用であ
る。

次に１本発明を実施例によってさらに具体的に説明する
が、本発明はその要旨を越えない限り以ドの実施例によ
って限定されるものでない。

実施例１ Ａｌｌｌｉｌｆｆ製した珪酸メチル１５０ＩＬｌと４ｄ
水］５０ｄからなる混合浴液１ｇ合して、謔溜梢製した
７クロヘキサン４００−とと４ＫＩＪの六弗化テフロン
製ビーカーに入れ、テフロンコートしたインペラー型攪
拌欅で激しく攪拌し、液全体を一様に炎孔白色のＳ層状
態とした゛。操作は室温下で行った。

約４時間後、核層濁液の′白色度が増したので、さらに
３０分間攪拌ｔ−継続して白色度に変化が感知されなく
なってから攪拌を止め、生成した粉粒状のゲルを母液よ
りデカンテーションによって分離し、蒸溜悄製したメタ
ノール各５０ｍで４回、次いで蒸溜水５０ｉｕで３回洗
浄後、電気炉オープン内テ９０°Ｃ−７ｌ’２０４間乾
燥した。

乾燥後の粉粒状ゲルを電気炉で４時１００°Ｃの割合で
昇温しｌ　、　０５０°Ｃで２時間焼成を何い、　５６
．９？の焼成物ｔ−漫だ、この焼成物の比重は２．２０
であり１石英ガラスであることが確−された。また発光
分光分析を行なった結来、咳焼成物には不純債は積出さ
れず、＋１１ｉ純度絡そあることが確められた。なお、
得られた粉粒体の粒子は径３０乃至６０μｍの球状を呈
していた。収量５６．９ｆは収率９３噂に相当する。

実権例２ ４省悄装した珪酸エテル３０ｄ、漂溜水９０−１蒸−稽
製したエタノールｌ１ｍ、蒸溜水より再結４！？１１１
１１した修鐵０，５？からなる混合溶液を祠脅し。

ａｍ拮ａしたキシレン１２５ｄとともに四弗化テフロン
製三角フラスコ（容量３００ｍ）Ｋ入れ、コン　　　　
　′デンサー（ＭｍＲｔｌ管）ｔ−付けた上、６５℃に
加熱しながら四弗化テフロンでコートしたマグ羊テイン
クスターラーで１．５時間激しく攪拌した。生成した粉
粒状のゲルを母液よりデカンテーシヨンによって分離し
、蒸溜Ｎ製したエタノール各３０Ｍで４回１次いで蒸溜
水４０＋ｗｊで２回洗浄後、電気オープン内で８０°Ｃ
で１５時間、２５０°Ｃで１５時間乾燥した。スミで、
乾燥した粉粒状ゲルを電気炉内で毎時２００’Ｃで１．
１００’ＣＫ４ｍＬ、１時間焼成を行って７．９ｔの焼
成物１に得た。この焼成物の比ｌ［は２．２０で１石英
ガラスとなっており。

収率は９８慢である１発光分光分析を行ったＭ米。

不純＊は積出されず、高純度品であることが確められた
。

実権例３ 蒸溜＋１１１１１ｉした珪酸（正）プロピル２０ｄ、急
溜水５０ｄ、メタノール１０−および０．ＩＮアンモニ
ア水０．１ｄからなる混合ｍｌ［を調合し、蒸舖稽製し
たイソオクタン１２０Ｍ、譲ａｌｌ楕製したテトラクロ
ルエチレン４０３１７とともに六弗化テフロン糾三ｌ向
フラスコ（容量３００ｍ）Ｋ入れ、室温くてマグ不テイ
ツクスターラーで２時間激しく攪拌した。

生成した粉粒状ゲルを母液よりデカンチー７ヨンにより
分−り、Ｊ［Ｍ裏したエタノール各３０ｄで４回１次い
で４盾水３０１１１で２回洗浄後、電気オーブン内で８
０°Ｃで１５時間、１５０°Ｃで８時間乾燥した。乾燥
した咳粉粒状ゲルを電気炉内で毎ｑ１００°Ｃの割合で
昇温し１，２００°Ｃで３０分閾椀成を行い３．６ｆＰ
の＠成切１に得たうこの禰成＋Ｗｊの比重は２．２０で
あり１発光分光分析により一〇不純物は積出されず、該
焼成物は高純（石英ガラス粉であることが確められた。

なｊ＋５゜績児成吻の収１ｉ３．６）は収率９７嘩に相
当する。

実施例４〜１２ 珪酸メチル１００ａｊと第１表に示す容量の頑溜・にと
り蔦らなる混合溶液乃至は珪酸メチル１００ａｕと４１
責に不す容量の蒸−水と各緻のメタノールとからノよる
混合Ｉａ液を、同じく第１表に革す各分故森とともにス
テンレス製ビーカー（容量ＩＪ）Ｋ入れ、アルミニウム
箔で覆って、４０°ＣＫＩ）Ｉ；Ｊ熱しｌ【から、四弗
化テフロンでコートしたマグネテイノクスターラーで２
．５時間激しく攪拌した。生成したゲルは実施例２の場
合と同様の処理を梱し−Ｃ比重２．２０の石英ガラス粉
末を第１表に示す収率で得ることができた。

第１表 比較ガニ〜４ 、畦酸メチル１００１１ｊと第２浚に示す容量の４膚水
とよりなる混合′ＭｆａＬ乃至は埴酸メチル１００ｄと
嬉２表にボす合量のＭ溜水と容量のメタノールとよりな
る混合浴／ｆＬｆ：、同じく第２表に示す皺のドデカ７
とともにステンレス製ビーカー（容量１りに入れ、実施
例３〜１２の場合と同様に処理した。

結果Ｖｉ第２表に示すように、蒸溜水の添加量が珪酸メ
チル１００容量当り１００容量より少ない場合ならびに
メタノール添加量が該頑溜水の添加量の０．２５倍を越
える場合には、粉粒状のゲルは生成し、焼成によって石
英ガラス粉は得られるものの、その収４は著しく低いた
め、実用的ではなく、また無舗水の添加量が珪酸メチル
１００容量当り３００ｄｌを越える場合には、粉粒状ゲ
ルの凝集体と考えられる粗大な塊りが生成するようにな
り、粉砕王様なくては石英ガラス粉は得られなかった。

第２表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ｌ゛）珪酸エステルに該Ｍｌ鹸エステル１００谷歇当
   り１００容量乃至３００容量の水を加えてなる原料溶液
   を、該原料溶液と実質的に相溶性のない液体中に分散、
   ＃Ｉ！ＩＨａさせることＫより、粉粒状のゲルを生成さ
   せ、＃粉粒状ゲルを分離し濁成することｔ特徴とする石
   英ガラス粉末の製造方法。 （２）　　珪酸エステルに咳Ｍ＃エステルＩＱＱ谷緻尚
   り１００乃至３００容量の水と皺水の０．２５倍容量を
   越えないアルコールとを加えてなる原料ｍｇｔ、該原料
   溶液と実質的ｔｃｓｅ性のない液体中に分散、Ｗ４／ｌ
   ｌｌさせることにより、粉粒状のゲルを生成させ。 該粉粒状ゲルを分離しＩ＠成すること１特徴とする石英
   カラス粉末の製造方法。