(57)【要約】【課題】天然水晶よりも高純度で、気相法から作られる酸化珪素の有するシラノール基の持つ反応性などの固有の性能を残しながら、質量と表面積の双方を設計通りに制御できる形状が崩れにくく取扱いが容易な非晶質の酸化珪素焼結体を製造する。【解決手段】本発明の製造方法は、乾式法で得られたＢＥＴ法により測定される比表面積が５０〜４００ｍ２／ｇの範囲にある純度が９９．９９％以上の超微細な非晶質珪素酸化物粉体にバインダと溶媒を添加し均一に混合し、この混合により得られた混合物から成形体を得て、この成形体を大気中、又は酸素を含む混合気体の雰囲気下、１００〜５００℃の範囲で１〜１０時間の範囲加熱して上記溶媒を含むバインダを除去した後、このバインダを除去した成形体を大気中、酸素を含む混合気体中、又は真空を含む減圧気体の雰囲気下、６００〜１２００℃の範囲で３０分〜２４時間の範囲焼成して非晶質の酸化珪素焼結体を得る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾式法で得られたＢＥＴ法により測定される比表面積が５０〜４００ｍ２／ｇの範囲にある純度が９９．９９％以上の非晶質珪素酸化物粉体にバインダと溶媒を添加し均一に混合する工程と、
前記混合により得られた混合物から成形体を得る工程と、
前記成形体を大気中、又は酸素を含む混合気体の雰囲気下、１００〜５００℃の範囲で１〜１０時間の範囲加熱して前記バインダを除去する工程と、
前記バインダを除去した成形体を大気中、酸素を含む混合気体中、又は真空を含む減圧気体の雰囲気下、６００〜１２００℃の範囲で３０分〜２４時間の範囲焼成して非晶質の酸化珪素焼結体を得る工程と
を含む非晶質酸化珪素焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記非晶質珪素酸化物粉体が揮発性珪素を水素を含む気相火炎中で加水分解する乾式法により得られる請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記揮発性珪素が珪素のハロゲン化物、珪素の炭化水素化物又は珪素の炭化水素ハロゲン化物である請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
前記成形体が前記混合物から造粒粉を作り、前記造粒粉を金型に入れて加圧成形することにより得られる請求項１記載の製造方法。
【請求項５】
前記成形体が前記混合物を押し出し成形又は鋳込み成形することにより得られる請求項１記載の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載された方法により製造され、粉末Ｘ線回折像により結晶学的に非晶質であってかつ密度が０．５６〜２．０９ｇ／ｃｍ３の範囲にあることを特徴とする非晶質酸化珪素焼結体。
【請求項７】
ＦＴＩＲ法でそれぞれ測定される非晶質酸化珪素焼結体の水酸基(Si-OH−)又はシラノール基由来のピーク強度をＡとし、前記非晶質酸化珪素焼結体の酸化珪素(Si-O-Si)由来のピーク強度をＢとするとき、Ａ／Ｂの比率Ｃが１％〜１３０％の範囲にある請求項６記載の非晶質酸化珪素焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い比表面積を有する高純度な非晶質酸化珪素粉体を出発原料とする非晶質酸化珪素焼結体の製造方法及びこの方法により製造された非晶質酸化珪素焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業分野では様々の用途が高純度の珪素酸化物に求められている。例えば、透明石英ガラスでは酸化珪素を主成分とする天然水晶が多く用いられている。また、天然水晶は石英ガラスの他にも、例えば人工水晶の合成に使われている。この人工水晶からは水晶振動子、フィルタなどの電子デバイスなどが製造されるため、この用途では不純物の存在は望ましくない。しかし、純度の高い天然水晶の採掘可能な量が減少しつつあり、天然水晶の代わりの良質の珪素酸化物を得るために、これまで幾多の研究と開発がなされてきた。
【０００３】
一例として、従来から天然水晶を用いて良質の人工水晶が合成され、その品質を向上させ歩留まりを上げるための研究と開発がなされている（例えば、非特許文献１参照。）。
この非特許文献１によれば、地球内部の高温・高圧の環境をオートクレーブにより人工的に作り出して電子部品向きの良質の人工水晶を合成している。ここで、人工水晶の品質を左右するものとして、結晶育成のための「種」、「オートクレーブ内部の溶液の対流」、「原料となる天然水晶（ラスカ）の状態」、「原料の量」などが挙げられている。原料の質と量に配慮が必要な理由は、オートクレーブ中のラスカが育成途中で想定より早く溶けてなくなると、せっかく結晶化した人工水晶が逆に溶け始めてしまうからである。
【０００４】
非特許文献１の記載から、オートクレーブに充填する水晶は、その量とともに溶解速度を決定するであろう総合的な表面積の設定と制御が重要であることが理解される。この非特許文献１はラスカの写真で数センチの塊を紹介している。この写真からこれらの塊と同等の寸法・体積の酸化珪素塊が望ましいことが推察される。
【０００５】
オートクレーブ中で天然水晶の溶解速度を制御するためには、原料となる水晶の表面積をコントロールすることが重要であるが、原料として天然水晶を破砕したものを用いると、その破砕表面は不定で不規則な形状をしているため、原理的に水晶の充填量と表面積の両者を同時に制御することは容易ではない。
【０００６】
一方、純度の高いシリコンの原料として四塩化珪素、三塩化珪素などが工業的に合成されている。例えば金属シリコンの製造工程などでは、四塩化珪素などが副次的に産生されており、それらを原料にして、不純物濃度の極めて低く、一次粒子径が数ｎｍから数１０ｎｍであるような酸化珪素粉体が、気相法で工業的に合成されている（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００７】
この気相法で合成される酸化珪素は、純度が極めて高いのと同時に、５０〜４００ｍ２／ｇの高いＢＥＴ比表面積を有することを特徴とする粉体である。これまでその比表面積の広さと表面において化学反応性を有するという利点を用いて、様々な用途に供されてきた。この気相法で合成した酸化珪素粉体の表面には、およそ２．５個／ｎｍ２のシラノール基を有する。酸化珪素粉体は、この固体表面の反応性を与えるシラノール基を、例えば炭化水素基やシリコーン基に置換して、本体であるシリカ本来とは異なる物理化学的な性能や性質を粉体の表面に付与することにより、用いられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】日経BP_Tech-on  電子部品に関連する記事 「水晶連載（２）高品質の人工水晶は、高品質の「種」から生まれる」（http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20060707/118942/）
【非特許文献２】志村史夫，半導体シリコン結晶工学，p17-p20, 丸善(1993)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この気相法で合成される珪素酸化物は、高純度ではあるが、その製造プロセスに起因して、見かけ密度が約２０〜１５０ｇ／リットルと極端に低く、気体中を煙や蒸気（fume）のようにフワフワと浮遊する性質を持つため、通常、天然水晶など固体の材料を用いる工程では、粉末のままの取扱いが難しい課題があった。そのため、この合成珪素酸化物の形状及び寸法を規格化して、固体として取り扱える高純度の酸化珪素材料が求められていた。またこの合成珪素酸化物は、天然水晶の代わりに、固体の酸化珪素として用いる用途には従来のプロセスの中で用いることが難しいという課題があった。このため、高い純度を有していながら、石英ガラス以外の固体形状を有する酸化珪素素材としてあまり省みられてこなかった。
【００１０】
本発明の目的は、低温型α相を有する天然水晶よりも高純度で気相法から作られる酸化珪素の有するシラノール基の持つ反応性などの固有の性能を残しながら、質量と表面積の双方を設計通りに制御できる非晶質の酸化珪素焼結体を製造する方法を提供することにある。また本発明の別の目的は、この方法により製造された、取り扱いにくい粉体でなく形状が崩れにくく取扱いが容易な固体材料である高純度の非晶質酸化珪素焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、高純度な合成酸化珪素粉体を、従来とは異なる産業分野にも適用できるよう研究開発を進め、結晶性を付与しない、形状・寸法を制御できる非晶質酸化珪素焼結体を開発したことにより、本発明に到達した。
【００１２】
本発明の第１の観点は、乾式法で得られたＢＥＴ法により測定される比表面積が５０〜４００ｍ２／ｇの範囲にある純度が９９．９９％以上の超微細な非晶質珪素酸化物粉体にバインダと溶媒を添加し均一に混合する工程と、前記混合により得られた混合物から成形体を得る工程と、前記成形体を大気中、又は酸素を含む混合気体の雰囲気下で、１００〜５００℃の範囲で１〜１０時間の範囲加熱して前記溶媒を含むバインダを除去する工程と、前記バインダを除去した成形体を大気中、酸素を含む混合気体中、又は真空を含む減圧気体の雰囲気下、６００〜１２００℃の範囲で３０分〜２４時間の範囲焼成して非晶質の酸化珪素焼結体を得る工程とを含む非晶質酸化珪素焼結体の製造方法である。
【００１３】
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、前記非晶質珪素酸化物粉体が揮発性珪素を水素を含む気相火炎中で加水分解する乾式法により得られる非晶質酸化珪素焼結体の製造方法である。
【００１４】
本発明の第３の観点は、第２の観点に基づく発明であって、前記揮発性珪素が珪素のハロゲン化物、珪素の炭化水素化物又は珪素の炭化水素ハロゲン化物である非晶質酸化珪素焼結体の製造方法である。
【００１５】
本発明の第４の観点は、第１の観点に基づく発明であって、前記成形体が前記混合物から造粒粉を作り、前記造粒粉を成形型に入れて加圧成形することにより得られる非晶質酸化珪素焼結体の製造方法である。
【００１６】
本発明の第５の観点は、第１の観点に基づく発明であって、前記成形体が前記混合物を押し出し成形又は鋳込み成形することにより得られる非晶質酸化珪素焼結体の製造方法である。
【００１７】
本発明の第６の観点は、第１ないし第５の観点のいずれか１つの観点に基づく方法により製造され、粉末Ｘ線回折像により結晶学的に非晶質であってかつ密度が０．５６〜２．０９ｇ／ｃｍ３の範囲にあることを特徴とする非晶質酸化珪素焼結体である。
【００１８】
本発明の第７の観点は、第６の観点に基づく発明であって、ＦＴＩＲ法でそれぞれ測定される非晶質酸化珪素焼結体の水酸基(Si-OH−)又はシラノール基由来のピーク強度をＡとし、前記非晶質酸化珪素焼結体の酸化珪素(Si-O-Si)由来のピーク強度をＢとするとき、Ａ／Ｂの比率Ｃが１％〜１３０％の範囲にある非晶質酸化珪素焼結体である。
【発明の効果】
【００１９】
第１の観点の発明によれば、従来は微細な粉体としてのみ用いられてきた気相法で合成された超微細な高純度の非晶質珪素酸化物粉体を出発原料として用い、この出発原料とバインダと溶媒の混合物から所定の形状と寸法を有する成形体を作り、バインダを除去した後、６００〜１２００℃の範囲で焼成することにより、粉末Ｘ線回折の特性としては非晶質のまま、所定の固体形状と寸法を有する高純度の酸化珪素焼結体を得ることができる。
【００２０】
また第６の観点の発明によれば、従来の天然水晶などを破砕して作製していた固体酸化珪素材料の代わりに、望ましくない不純物の濃度を低く抑えた、品質の安定した、規格化された形状及び寸法を有することができる。例えば、人工水晶の合成の工程では、天然水晶を用いる場合に必要なガンマ線による不純物チェックを不要にすることができる。また天然水晶を破砕した場合に伴う不定形な形状と表面積のばらつきを抑えることができる。
言い換えると、天然水晶の中でも高純度のものが求められている人工水晶、石英ガラスなどの産業分野に、形状、寸法、材料純度が規格化された高純度の酸化珪素固体を提供することができる。これらのことにより、本発明の非晶質酸化珪素焼結体はプロセスの精密な制御を可能にするため、人工水晶をはじめとして、得られる製品の品質向上に大いに有効である。本発明の酸化珪素焼結体は非晶質であるため、より高い焼成温度で得られる非晶質と結晶質とが混在する焼結体と比べて均質であり、非晶質相と結晶質相の境界で割れや破壊を生じない点で優れる。またその密度が０．５５〜２．０９ｇ／ｃｍ３の範囲にあるため、焼結体の形状が崩れにくく取扱いが容易である。
【００２１】
更に第７の観点の発明によれば、非晶質酸化珪素焼結体のＡ／Ｂ＝Ｃが１％〜１３０％の範囲にある。これにより本発明の非晶質酸化珪素焼結体はシラノール基を残存させた非晶質であるため、シラノール基が殆ど残存しない結晶質の焼結体と比較して、シリカ固体表面の化学的な反応性を一定水準存在させることができ、酸化珪素固体表面における表面修飾等、化学的な反応性を求められる用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】比較例１の焼結体の破断面である。
【図２】実施例１の焼結体の破断面である。
【図３】実施例２の焼結体の破断面である。
【図４】実施例３の焼結体の破断面である。
【図５】実施例４の焼結体の破断面である。
【図６】実施例５の焼結体の破断面である。
【図７】実施例１の焼結体の粉末Ｘ線回折測定結果である。
【図８】実施例３の焼結体の粉末Ｘ線回折測定結果である。
【図９】実施例５の焼結体の粉末Ｘ線回折測定結果である。
【図１０】比較例２の焼結体の粉末Ｘ線回折測定結果である。
【図１１】比較例３の焼結体の粉末Ｘ線回折測定結果である。
【図１２】標準的な珪素酸化物のＦＴＩＲ測定結果である。
【図１３】ＩＲ吸収特性チャートのピーク強度比の焼成温度依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に本発明を実施するための形態を説明する。本発明の非晶質酸化珪素焼結体の製造方法は、大別して、混合工程、成形工程、脱バインダ工程及び焼成工程からなる。
【００２４】
＜混合工程＞
混合工程は、乾式法或いは気相法と呼ばれる方法で得られたＢＥＴ法により測定される比表面積が５０〜４００ｍ２／ｇの範囲にある純度が９９．９９％以上の超微細な非晶質珪素酸化物粉体に、成形に好適なバインダと溶媒を添加し均一に混合する工程である。出発原料の非晶質珪素酸化物粉体は１種のみならず、２種以上でもよい。非晶質珪素酸化物粉体とバインダと溶媒の混合割合は、バインダと溶媒との合計量を前記粉体に対して５０〜５００質量％の範囲にする。この混合割合は、次に述べる成形方法により異なる。造粒粉を作るためには、粉体の比表面積と混合の仕方により要するバインダ溶液の添加量は変化するが、例えば水（溶媒）とバインダの組合せの場合、概ね５０〜２００質量％の範囲で造粒が可能である。更に望ましくは、１００〜１８０質量％の範囲で良好な成形性が得られる。粘土状及びスラリー状の混合物を作るためには、１５０〜５００質量％の範囲に設定する。乾式法又は気相法によりこの非晶質珪素酸化物粉体を製造する方法としては、火炎加水分解法、アーク法、プラズマ法、溶融法などが挙げられる。珪素のハロゲン化物、珪素の炭化水素化物又は珪素の炭化水素ハロゲン化物などの少なくとも１種からなる揮発性珪素を水素を含む気相火炎中で加水分解する方法により得られる非晶質珪素酸化物粉体が水分を含め不純物の混入が少ないため好ましい。
【００２５】
珪素のハロゲン化物としては、四塩化珪素、三塩化珪素などが挙げられ、珪素の炭化水素ハロゲン化物としては、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシランなどが挙げられる。バインダとしては、アルカリ金属及びその他の金属成分を含まず、成形に好適でかつ空気中で加熱分解できるものが選定される。具体的にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ワックスなどが挙げられる。バインダ量は、非晶質珪素酸化物粉体に対して０．１〜１０質量％の範囲、好ましくは１〜５質量％の範囲に設定される。この範囲の下限値未満では上記粉体の結着力に乏しく、上限値を超えると後述する脱バインダ工程でバインダが残留する。バインダは溶媒に溶解してバインダ液として上記粉体に添加し均質になるよう混合することが好ましい。バインダ液にするための溶媒としては、不純物の混入を回避するため、金属成分を含まないイオン交換水、蒸留水などが挙げられる。
【００２６】
造粒粉を作るときには、先ず、上記混合物を通常の円筒ドラム式の混合ミキサー、ニーダー、或いは硬質アルミナ製の乳鉢・乳棒などを用いて均質になるように混合する。例えば、非晶質珪素酸化物粉体にバインダをイオン交換水に溶解したバインダ液とこのバインダ液の他に更に必要な量のイオン交換水とを加えて、混合するなどの方法が可能である。混合ミキサーで混合する場合、造粒の均質性と造粒の程度に応じて、混合は３０分から２時間程度かけて行う。造粒工程では、上記混合物をステンレス製の平皿状の容器、例えばバット（vat）など、の蒸発乾燥に適した容器に入れ、加熱式のオーブン、電気乾燥機などで８５〜１２０℃の範囲で、６〜４８時間の範囲で乾燥する。この温度と時間は混合時の水分量及び造粒粉の状態に応じて決められる。成形体の仕様によっては、この造粒粉そのままを用いて成形することができる。造粒粉が、バインダ成分の作用で多少の団粒を形成している場合には、アルミナ製の乳鉢などで軽く解して次工程の成形に供することができる。
【００２７】
上記混合物を乾燥後、室温まで放冷し、造粒粉の流動性を均質化するためにステンレス製の篩などを通して粗粒を取り除いたり、粒径を整えるなどの整粒を行ってもよい。例えば、ステンレス製の目開き１ｍｍの篩で整粒した場合、造粒粉の約９０〜９５％を整粒粉として得ることができる。造粒後又は整粒後の顆粒は、例えば１ｍｍ以下の粒径、望ましくは０．５ｍｍ以下の粒径を有する。こうした顆粒は、例えば数ｍｍから１０ｍｍ以下の錠剤、円板、直方体、立方体などの形状を成形する場合に好適である。またこうした顆粒は、金型プレスやラバープレスなど、乾式の形状付与の際に、それぞれ型の内部に支障なく均等に流し込むことができる。別法として、スラリー状の混合物を調製し、この混合物をスプレードライで噴霧して乾燥させて、造粒と整粒を同時に行うこともできる。
【００２８】
押し出し成形又は鋳込み成形などによる湿式での形状付与するために粘土状又はスラリー状の混合物を作るときには、バインダの溶媒の添加量を造粒粉のときよりも増加する。押し出し成形用の粘土状の混合物はニーダーなどで混練して調製する。必要に応じて、機密性のある容器と真空ポンプなどを用い、容器中に置いた粘土状の混合物からその中に混入した空気を脱気して、次工程での成形体、焼結体への気泡の混入を極力低減することができる。鋳込み成形用のスラリー状の混合物は、溶媒の添加量を粘土状のときよりも更に増やして調製する。
【００２９】
造粒粉及び粘土状又はスラリー状の混合物を作る際には、混合に用いる機器の粉体と接する面や混合に用いる撹拌棒・翼などは、磨耗しにくいステンレスなどの金属、アルミナ・シリカ・ジルコニアなどの磁器、或いはこれらを樹脂コーティングした材質の部材を用いて、混合プロセスで装置内での接触による、成形前における不純物の混入による混合物の汚染を避けるようにする。
【００３０】
＜成形工程＞
乾式成形では、上記造粒した顆粒を必要に応じて金型プレスやゴム型を用いるラバープレスに流し込んで成形する。形状は、用いる型の形状と寸法に従うが、例えば、１ミリメートル前後の球状・円板状・角型の錠剤、ディスク、さいころなどの形状から数１０ｃｍの板、ブロックなどの形状を付与することが可能である。例えば、円筒状の金型に収納した造粒粉を、円柱状の押し型（パンチ）で１００〜１５００ｋｇ／ｃｍ２（約９．６〜１４７ＭＰａ）の範囲の荷重で加圧成形すると円板・タブレット状の成形体を得ることができる。この金型において、例えば内径が２ｍｍであれば外径が概ね２ｍｍの円板が得られ、仮に１００ｍｍの円筒型の金型であれば１００ｍｍの円板が、また内側が角型であれば角型の成形体を得ることができる。
【００３１】
成形体の形状は、直方体や立方体をはじめとする多面体、板状、棒状から錠剤、管状、ドーナツ状、球状の形状のものまで、多様な形状を成形することが可能であり、ここでは限定しないが、単純には、いわゆる錠剤や円板、円柱、直方体、立方体などの形状で、連続的に打錠、成形することにより、工業的に生産性を向上させることができる。また、形状によっては、ゴム型を用いて静水圧プレスで均一に加圧する方法も採用することができる。
【００３２】
湿式の成形では、粘土状の混合物を押し出し成形などで棒状、管状などに押し出した後、棒状体、管状体などを所要の長さに切断し、乾燥して所望の成形体を得ることができる。所望の非晶質酸化珪素焼結体の形状が、金型成形で作りにくい形状であったり、例えば棒状、連通菅、ハニカム状などの形状を得るための成形には、押し出し成形が有効である。また鋳込み、抄造などの手法を用いれば、数１０ｃｍから数メートルの板状の形状を付与することも可能である。上記のように既知のセラミックス製造の手法・手段により、所要の形状を付与することができる。特に、鋳込み成形では、スラリー状の混合物を型に鋳込んで所要の形状を得ることができる。その他、得られる固体材料の形状付与技術には、射出成形などを含めてセラミックスの形状付与技術を適用することもできる。
【００３３】
＜脱バインダ工程と焼成工程＞
脱バインダ工程では、上記成形体を大気中、又は酸素を含む混合気体の雰囲気下、１００〜５００℃の範囲、好ましくは３００〜５００℃の範囲で０．５〜２４時間、好ましくは２〜１０時間の範囲加熱して上述したバインダを分解させて除去する。この温度又は時間が下限値未満ではバインダが十分に分解されず炭素が残留し、この温度が上限値を超えると分解し切れていないバインダが取り残されたまま焼結が始まって取り残される問題があり、またこの時間が上限値を超えると不必要な時間、炉内に取り置かれて不経済である。このときの昇温速度は、バインダの分解によって成形体が破壊したり、バインダの不十分な分解で炭素が残留しないように、例えば５０〜３００℃／ｈｒの範囲で行う。また焼成工程では、このバインダを除去した成形体を大気中、酸素を含む混合気体中、又は真空を含む減圧気体の雰囲気下、６００〜１２００℃の範囲、好ましくは６００〜１１５０℃の範囲で１０分〜２４時間の範囲、好ましくは３０分〜１２時間の範囲保持することにより焼成する。このときの昇温速度は、成形体が毀損しないように、また必要以上のエネルギーを消費しないように、例えば５０〜４００℃／ｈｒの範囲で行う。焼成後、降温して焼結体を得る。特に、この焼成工程での焼成時間を１〜１２時間の範囲にすることで、機械的な強さを向上させることができる。
【００３４】
この温度又は時間が下限値未満では被焼成物が十分に焼結されず、所望の密度が得られず、形状が崩れ易く取扱いが困難になる。またこの温度又は時間が上限値を超えると焼結体が非晶質から結晶質に変化したり、毀損する不具合を生じる。焼成条件に関して、より高温で短時間で焼成するか、より低温で長時間焼成するかは、成形体の毀損を防ぎつつ、目標の仕様範囲、及び経済性により選択することができる。安定した焼成状態を実現するため、焼成段階の一定温度での保持時間を選ぶことが好ましい。具体的には、焼成効果と焼成状態の均質化とエネルギーコストの観点から保持時間を設定することが好ましい。
【００３５】
脱バインダ及び焼成の操作は、１台の焼成炉の中で脱バインダと焼成の温度・時間プログラムが上記になるように制御してもよく、或いは脱バインダ工程を脱バインダ専用の炉で行い、焼成工程を別の焼成専用の炉で行ってもよい。脱バインダ工程及び焼成工程では、炉床やセッターから上記成形体への直接の不純物の拡散や汚染を防ぐために、焼成温度で反応しないか、又は反応が非常に遅くて実質的に進まない、例えば高純度のアルミナ製の基板又はセッターに上記成形体を載せる。焼成により得られる固体の形状及び／又は密度のばらつきが許容される場合には、造粒した粉体を、坩堝などの容器に入れて焼成することにより、成形工程を省略する方法を採ることもできる。焼成した後、非晶質酸化珪素焼結体を洗浄、研磨を要する場合には、焼結体が汚染しないように、洗浄にはイオン交換水を用い、研磨には例えば高純度のシリカの研磨材を用い、十分に洗浄して研磨材や研磨くずを残さないように洗浄する。
【実施例】
【００３６】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。以下の実施例では、主として成形法に金型プレス成形を用いた方法を示すが、上述の通り、セラミックスの成形手法は多様であり、本発明はこの方法に限定されるものではない。
【００３７】
＜実施例１＞
珪素の塩化物である四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解して製造された、ＢＥＴ法により測定される比表面積が８８〜９２ｍ２／ｇの範囲にある、平均９０ｍ２／ｇの珪素酸化物粉体（ヒュームドシリカ）を出発原料とした。一方、バインダとするＰＶＡをイオン交換水に溶解してバインダ液を調製した。ＰＶＡの添加量が上記非晶質珪素酸化物粉体に対して２質量％になるようにＰＶＡを秤取した。上記非晶質珪素酸化物粉体を円筒ドラム式の混合ミキサーに入れ、ミキサーを回転させミキサー内部の撹拌翼で撹拌しながら上記バインダ液とこのバインダ液の他にイオン交換水を粉体の偏析を避けながら徐々に注入し混合した。
【００３８】
このときの混合時間は１時間であった。またこの例では、バインダ液の水分とイオン交換水として注入した水分の合計が、珪素酸化物粉体質量の１５０％になるように設定することにより、次の工程で流動性、成形性のよい良質な造粒粉を得た。次に、造粒粉を表面から汚染を生じにくいステンレス製の平皿角型容器に取り出し、電気乾燥機に入れて、１０５℃の温度で乾燥させた。乾燥時間は、この例では、乾燥温度及び水分と造粒粉の状態を考慮して３６時間かけて乾燥させた。電気乾燥機から造粒粉を取り出して室温まで放冷し、乾燥した造粒粉を得た。
【００３９】
この造粒粉の化学分析をＩＣＰ質量分析(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)装置（Thermo Fisher Scientific社製、iCAP6500）により行ったところ、Ｆｅが１ｐｐｍ未満、Ｎｉが０．３ｐｐｍ未満及びＭｎ、Ｃｒ、Ｃｏがそれぞれ０．１ｐｐｍ未満であった。この分析結果から造粒、乾燥、整粒等の工程において用いた機器からの不純物の混入は実質的に問題ないレベルであることが分かった。この造粒粉を目開き１ｍｍのステンレス製の篩に通して粒径１ｍｍの整流粉を得た。
【００４０】
上記整粒粉を所定量を測り取り、内径２０ｍｍφの成形金型に入れて、この金型に対応する押し棒（パンチ）で挟んだ上、油圧式のプレス機で１０００ｋｇ／ｃｍ２（約９８．１ＭＰａ）の荷重で加圧成形した。これにより外径２０ｍｍφ、厚さ２ｍｍの円板状の成形体を複数個作製した。これらの成形体を５０ｍｍ角、厚さ１ｍｍの高純度のアルミナ板に載せた上、これらをアルミナ製のセッターに載せて電気炉内に設置した。
【００４１】
電気炉内での焼成は、初めに５００℃まで１００℃／ｈｒの速度で昇温した後、５００℃の温度で２時間保持して、成形体の脱バインダ処理を行った。その後、同一の電気炉で２００℃／ｈｒの速度で６００℃まで昇温して、６００℃の温度で６時間保持した後、室温まで２００℃／ｈｒの速度で降温して、円板状の焼結体を電気炉から取り出した。これらの焼結体の平均外径は１９．４ｍｍφでありその平均厚さは１．９５ｍｍであった。
【００４２】
＜実施例２＞
焼成工程の焼成温度を８００℃に、焼成保持時間を３時間にした以外、実施例１と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は１８．９ｍｍφでありその平均厚さは１．９０ｍｍであった。
【００４３】
＜実施例３＞
焼成工程の焼成温度を１０００℃に、焼成保持時間を２時間にした以外、実施例１と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は１８．３ｍｍφでありその平均厚さは１．８４ｍｍであった。
【００４４】
＜実施例４＞
焼成工程の焼成温度を１１００℃に、焼成保持時間を２時間にした以外、実施例１と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は１２．９ｍｍφでありその平均厚さは１．３０ｍｍであった。
【００４５】
＜実施例５＞
焼成工程の焼成温度を１２００℃に、焼成保持時間を１時間にした以外、実施例１と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は１２．８ｍｍφでありその平均厚さは１．２９ｍｍであった。
【００４６】
＜比較例１＞
焼成工程の焼成温度を５００℃に、焼成保持時間を６時間にした以外、実施例１と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は２０．０ｍｍφでありその平均厚さは２．０１ｍｍであった。
【００４７】
＜比較例２＞
焼成工程の焼成温度を１２２０℃に、焼成保持時間を１時間にした以外、実施例１と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は１２．６ｍｍφでありその平均厚さは１．２７ｍｍであった。
【００４８】
＜比較例３＞
焼成工程の焼成温度を１３００℃に、焼成保持時間を１時間にした以外、実施例１と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は１２．６ｍｍφでありその平均厚さは１．２７ｍｍであった。
【００４９】
＜比較例４＞
焼成工程の焼成温度を１４００℃に、焼成保持時間を１時間にした以外、実施例１と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は１２．６ｍｍφでありその平均厚さは１．２６ｍｍであった。
【００５０】
＜比較例５＞
焼成工程の焼成温度を１５００℃に、焼成保持時間を０．５時間にした以外、実施例１と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は１２．６ｍｍφでありその平均厚さは１．２５ｍｍであった。
【００５１】
＜実施例６＞
少量の三塩化珪素を含む四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解して製造された、ＢＥＴ法により測定される比表面積が３７０〜４００ｍ２／ｇの範囲にある、平均３８０ｍ２／ｇの珪素酸化物粉体（ヒュームドシリカ）を出発原料とした。ＰＶＡの添加量が上記珪素酸化物粉体に対して５質量％になるようにＰＶＡを秤取し、以下実施例１と同様にして、上記粉体とバインダ液とイオン交換水とを混合した。このときの混合時間は２．５時間であった。またこの例では、バインダ液の水分とイオン交換水として注入した水分の合計が、珪素酸化物粉体質量の１７０％になるように設定することにより、次の工程で流動性、成形性のよい良質な造粒粉を得た。
【００５２】
この造粒粉のＩＣＰの化学分析をＩＣＰ発光分析装置（Thermo Fisher Scientific社製、iCAP6500）により行ったところ、Ｆｅが１ｐｐｍ未満、Ｎｉが０．３ｐｐｍ未満及びＭｎ、Ｃｒ、Ｃｏがそれぞれ０．１ｐｐｍ未満であった。この分析結果から造粒、乾燥、整粒等の工程において用いた機器からの不純物の混入は実質的に問題ないレベルであることが分かった。
【００５３】
次に、造粒粉を実施例１と同様のステンレス製の平皿角型容器に取り出し、電気乾燥機に入れて、９５℃の温度で４８時間かけて乾燥させた。乾燥した造粒粉を実施例１と同様にして粒径１ｍｍの整粒粉にした。上記整粒粉を所定量を測り取り、内径４０ｍｍφの成形金型に入れて、この金型に対応する押し棒（パンチ）で挟んだ上、油圧式のプレス機で７００ｋｇ／ｃｍ２（約６８．６ＭＰａ）の荷重で加圧成形した。これにより外径４０ｍｍφ、厚さ２５ｍｍの円板状の成形体を複数個作製した。これらの成形体を実施例１と同様にして、脱バインダ処理を行った。次いで、２００℃／ｈｒの速度で６００℃まで昇温して、６００℃の温度で１２時間保持した後、室温まで２００℃／ｈｒの速度で降温して、焼成を行い、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は３９．０ｍｍφでありその平均厚さは２４．５ｍｍであった。
【００５４】
＜実施例７＞
焼成工程の焼成温度を１０００℃に、焼成保持時間を３時間にした以外、実施例６と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は３７．５ｍｍφでありその平均厚さは２３．５ｍｍであった。
【００５５】
＜実施例８＞
焼成工程の焼成温度を１１００℃に、焼成保持時間を２時間にした以外、実施例６と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は２６．５ｍｍφでありその平均厚さは１６．２ｍｍであった。
【００５６】
＜実施例９＞
焼成工程の焼成温度を１２００℃に、焼成保持時間を１時間にした以外、実施例６と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は２５．６ｍｍφでありその平均厚さは１５．９ｍｍであった。
【００５７】
＜比較例６＞
焼成工程の焼成温度を１３００℃に、焼成保持時間を１時間にした以外、実施例６と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は２５．４ｍｍφでありその平均厚さは１５．９ｍｍであった。
【００５８】
＜比較例７＞
焼成工程の焼成温度を１５００℃に、焼成保持時間を１時間にした以外、実施例６と同様にして、円板状の焼結体を得た。これらの焼結体の平均外径は２５．４ｍｍφでありその平均厚さは１５．８ｍｍであった。
【００５９】
＜実施例１０＞
少量のメチルトリクロロシランを含む四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解して製造された、ＢＥＴ法により測定される比表面積が４８〜５３ｍ２／ｇの範囲にある、平均５１ｍ２／ｇの珪素酸化物粉体（ヒュームドシリカ）を出発原料とした。ＰＶＡの添加量が上記珪素酸化物粉体に対して１質量％になるようにＰＶＡを秤取し、以下実施例１と同様にして、上記粉体とバインダ液とイオン交換水とを混合した。このときの混合時間は０．５時間であった。またこの例では、バインダ液の水分とイオン交換水として注入した水分の合計が、珪素酸化物粉体質量の８０〜１１０％になるように設定することにより、次の工程で流動性、成形性のよい良質な造粒粉を得た。粉体の比表面積が小さいため、造粒に要する水分量が実施例１に比べて減少した。
【００６０】
この造粒粉の化学分析をＩＣＰ質量分析装置（Thermo Fisher Scientific社製、iCAP6500）により行ったところ、Ｆｅが１ｐｐｍ未満、Ｎｉが０．３ｐｐｍ未満及びＭｎ、Ｃｒ、Ｃｏがそれぞれ０．１ｐｐｍ未満であった。この分析結果から造粒、乾燥、整粒等の工程において用いた機器からの不純物の混入は実質的に問題ないレベルであることが分かった。
【００６１】
次に、造粒粉を実施例１と同様のステンレス製の平皿角型容器に取り出し、電気乾燥機に入れて、１２０℃の温度で６時間かけて乾燥させた。乾燥した造粒粉を実施例１と同様にして粒径１ｍｍの整粒粉にした。上記整粒粉を所定量を測り取り、内側の寸法が１００ｍｍ×１００ｍｍの角形の金型に入れて、この金型に対応する押し棒（パンチ）で挟んだ上、油圧式のプレス機で２００ｋｇ／ｃｍ２（約１９．６ＭＰａ）の荷重で加圧成形した。これにより一辺が１００ｍｍの厚さ８ｍｍの正方形平板の成形体を作製した。この成形体を内側の寸法が１２０ｍｍ×１２０ｍｍのアルミナ製の容器である匣鉢（さや）に納め、この容器を蓋を外して脱バインダ用の電気炉に設置した。この電気炉で脱バインダ処理のため、５００℃まで１００℃／ｈｒの速度で昇温し、この温度で６時間保持した後、この容器を冷却して取り出した。続いて、この容器にアルミナ製の蓋をかぶせて、焼成用の電気炉に設置した。この電気炉で焼成のため、８００℃まで１００℃／ｈｒの速度で昇温し、この温度で１２時間保持した後、室温まで２００℃／ｈｒの速度で降温してこの容器を取り出した。その結果、一辺が９５．１ｍｍで厚さが７．５ｍｍの概ね正方形の板状の焼結物を得た。
【００６２】
＜実施例１１＞
焼成工程の焼成温度を１１００℃に、焼成保持時間を６時間にした以外、実施例１０と同様にして、一辺が６５．９ｍｍで厚さが５．２７ｍｍの概ね正方形の板状の焼結体を得た。
【００６３】
＜実施例１２＞
焼成工程の焼成温度を１１５０℃に、焼成保持時間を６時間にした以外、実施例１０と同様にして、一辺が６５．２ｍｍで厚さが５．２１ｍｍの概ね正方形の板状の焼結体を得た。
【００６４】
＜実施例１３＞
焼成工程の焼成温度を１２００℃に、焼成保持時間を１時間にした以外、実施例１０と同様にして、一辺が６４．５ｍｍで厚さが５．１６ｍｍの概ね正方形の板状の焼結体を得た。
【００６５】
＜比較例８＞
焼成工程の焼成温度を１２５０℃に、焼成保持時間を１時間にした以外、実施例１０と同様にして、一辺が６３．７ｍｍで厚さが５．０９ｍｍの概ね正方形の板状の焼結体を得た。
【００６６】
実施例１０、１１、１３では、粉体の比表面積が小さく、一次粒子の粒径が大きいため、実施例２、４、５と比較して、これらと同じ温度で焼成したものは、焼成の進行がより遅かった。
【００６７】
＜実施例１４＞
少量のメチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシランを含む四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解して製造された、ＢＥＴ法により測定される比表面積が平均２００ｍ２／ｇの珪素酸化物粉体（ヒュームドシリカ）を出発原料とした。ＰＶＡの添加量が上記珪素酸化物粉体に対して６質量％になるようにＰＶＡを秤取し、上記珪素酸化物粉体をニーダー混合機に入れ、混合機を回転させ混合機内部の撹拌翼で撹拌しながら上記バインダ液とこのバインダ液の他にイオン交換水を粉体の偏析を避けながら徐々に注入し混合した。このときの混合時間は１．５時間であった。またこの例では、バインダ液の水分とイオン交換水として注入した水分の合計が、珪素酸化物粉体質量の２１０％になるように設定して粘土状の混練物を得た。
【００６８】
次に、混練物を押出成形機に供給し、内径１．５ｍｍの口金から押し出し、２５ｃｍの長さごとにステンレス製トレーに回収し、細い丸棒状の成形体を得た。これらの成形体を電気乾燥機で１２０℃の温度で４８時間かけて乾燥させた後、セラミックス製のカッター刃を押し当てて５ｍｍの長さに切り揃え、これにより多数の円柱形のチップ状成形体を得た。その際、丸棒は乾燥で収縮し、その外径は約１．３５ｍｍであった。これらの成形物をアルミナ製の容器である匣鉢（さや）に方向を揃えて収納して、この容器を蓋を外して脱バインダ用の電気炉に設置した。この電気炉で脱バインダ処理のため、５００℃まで１００℃／ｈｒの速度で昇温し、この温度で２４時間保持した後、この容器を冷却して取り出した。続いて、この容器にアルミナ製の蓋をかぶせて、焼成用の電気炉に設置した。この電気炉で焼成のため、８００℃まで１００℃／ｈｒの速度で昇温し、この温度で６時間保持した後、室温まで２００℃／ｈｒの速度で降温してこの容器を取り出した。その結果、平均外径が約１．２６ｍｍφで平均長さが約４．７ｍｍの円柱形の焼結物を得た。
【００６９】
＜実施例１５＞
焼成工程の焼成温度を１１００℃に、焼成保持時間を１時間にした以外、実施例１４と同様にして、平均外径が約０．８６ｍｍφで平均長さが約３．２ｍｍの概ね短い円柱形の焼結物を得た。
【００７０】
＜比較測定と観察の結果＞
実施例１〜１５及び比較例１〜８の焼結体について、それぞれ次の測定、算出、観察、分析などを行った。
【００７１】
（１）  各焼結体の密度の算出
実施例１〜１５及び比較例１〜８の焼結体の寸法と質量の測定から、各焼結体の密度を算出した。その結果を表１に示す。表１から明らかなように、実施例１〜１５の焼結体の密度は０．５６〜２．０９ｇ／ｃｍ３であった。また比較例１の焼結体の密度は０．５４ｇ／ｃｍ３であり、比較例２〜８の焼結体の密度は２．０９〜２．１３ｇ／ｃｍ３であった。った。理論的な密度を２．３ｇ／ｃｍ３とすれば、実施例１〜１５の焼結体の相対密度は２４．３５〜９０．８７％と計算され、比較例１の焼結体の相対密度は２３．４８％と計算され、比較例２〜８の焼結体の相対密度は９０．８７〜９２．６１％と計算された。
【００７２】
（２）  各焼結体の破断面のＳＥＭ（電子顕微鏡）による観察結果
実施例１〜５及び比較例１の各焼結体の破断面をＳＥＭ（日立社製、SEMEDX S-3000H）により観察した。図１に５００℃で脱バインダ処理した後、同じ５００℃で１時間保持して焼成した比較例１の焼結体の破断面を示す。バインダを取り除いても団粒の形状が残っており、団粒を構成する微細粒子相互の焼結が始まっているものと見られる。実際に、５００℃で１時間焼成した比較例１の焼結体は脆く、形状が崩れ易かった。
【００７３】
図２に６００℃で１時間保持して焼成した実施例１の焼結体の破断面を示す。５００℃で焼成した比較例１の焼結体とは異なり、微細粒子同士の結合が進み、グループ化した粒子がその粒界で破断しているものと見られる。実際に、６００℃で１時間焼成した実施例１の焼結体は機械的な強度が得られる。
【００７４】
図３に８００℃で１時間保持して焼成した実施例２の焼結体の破断面を、図４に１０００℃で１時間保持して焼成した実施例３の焼結体の破断面をそれぞれ示す。６００℃で見られた粒子同士の結合とグループ化が更に進んだ様子が観察され、グループ化した粒子の境界で破断しているものと見られる。
【００７５】
図５に１１００℃で焼成した実施例４の焼結体の破断面を示す。１０００℃で見られた粒子同士の結合が更に進み、グループ粒子の粒界と粒内での破断が並存しているように見られる。図６に１２００℃で焼成した実施例５の焼成体の破断面である。ここでは、焼結が進んで概ね粒内での破断が支配的に見られる。図示しないが、１２００℃を超えて１２２０℃（比較例２）では、焼結体に半透明又は透光性を有する部分が生じてくるが、焼成後の冷却した焼結体の不透明の部分と透光性の部分の境界近傍で、割れが発生する場合が見られた。従って、割れ難い安定した形状・寸法の焼結体を得るためには、１２００℃以下の温度での焼結が必要であることが判った。また図示しないが、実施例６〜１５の焼結体の破断面は、焼成温度が対応する実施例１〜５の焼結体の破断面と同様であった。
【００７６】
（３）  各焼結体を粉砕して得た粉体の粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）による結晶相の確認
実施例１〜１５及び比較例１〜８の焼結体の一部をメノウ乳鉢で粉砕して得た各粉体を粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置（島津製作所社製、XRD-6100）で測定し、その結晶相を確認した。その結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】
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【００７８】
表１から明らかなように、処理温度である焼成温度が６００〜１２００℃の実施例１〜１５の焼結体は非晶質であった。また、処理温度である焼成温度が５００℃の比較例１の焼結体は非晶質であった。また処理温度である焼成温度が１２２０〜１５００℃の比較例２〜８の焼結体はいずれもクリストバライトの結晶相であった。
【００７９】
図７〜図９に実施例１、実施例３及び実施例５の焼結体の粉末Ｘ線回折測定結果をそれぞれ示す。また図１０及び図１２に比較例２及び比較例３の焼結体の粉末Ｘ線回折測定結果をそれぞれ示す。図７〜図９から明らかなように、６００〜１２００℃の実施例１、３、５の焼結体では、回折角２２°近傍になだらかに盛り上がった幅広のピークのみが存在し、酸化珪素はＸ線的には非晶質であることが示され、１２００℃までは非晶質のままであった。また図１０に示すように、１２００℃を超えて１２２０℃になると、回折角２１〜２２゜近傍に幅が広く低いピークが見られるとともに、クリストバライトの結晶相（ピーク）が明確に見られた。更に図１１に示すように、１３００℃では、主な結晶相としてクリストバライト相が見られた。
【００８０】
（４）  各焼結体の一部をメノウ乳鉢で粉砕して得た粉体・粒子のＦＴＩＲ測定
図１２に標準的な珪素酸化物のＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）の測定結果を示す。ここで測定した珪素酸化物は、出発原料であってＢＥＴ法により測定される比表面積が９０ｍ２／ｇのヒュームドシリカである。フーリエ赤外分光装置（Thermo Fisher Scientific 社製、Nicolet6700）を用いて、この珪素酸化物である非晶質珪素酸化物粉体の１８７０ｃｍ−１付近の[Si-O-Si] の吸収ピークＢに対して、３７５０ｃｍ−１付近の[Si-OH]の吸収ピークＡの強度比は１．３１であった。
【００８１】
図１３に実施例１〜５及び比較例１，２の各焼結体のＩＲ吸収特性チャートのピーク強度比の焼成温度依存性を示す。図１３のよこ軸は焼結体の焼成温度であり、たて軸は上述した各焼結体のピーク強度比である。ここでは、実施例１〜５及び比較例１，２の各焼成温度におけるピーク強度比をプロットした。即ち、実施例１〜５及び比較例１，２の各焼結体の一部をメノウ乳鉢で粉砕して得た粉体又は粒子についてＦＴＩＲの測定をそれぞれ行った。各粉体（珪素酸化物）の[Si-OH]の吸収ピークＡと[Si-O-Si] の吸収ピークＢの強度比を求めた後、得られた７つのピーク強度比をプロットした。
【００８２】
脱バインダ処理した後の成形体は、１０００℃までは、シラノール[Si-OH]の吸収ピーク強度の規格値は０．４から０．６程度であるが、１１００℃から１２００℃に昇温するにつれ、ピーク強度の規格値は６％から３％に低減し、ＸＲＤチャートで見て、クリストバライト相が出現してくる１２２０℃以上では、ピーク強度の規格値は０．３％からほぼノイズレベルと見なせる強度になり実質的に消失した。このことから、反応性を有するシラノール基がある一定水準ピーク強度の比率が３％以上残存するのは焼成温度が１２００℃以下であることが判った。また本実施例では、ＸＲＤとＦＴＩＲの結果を総合すると、１２００℃が非晶質の上限を示す温度であることが判った。表１に実施例１〜１５及び比較例１〜８のピーク強度比を示す。表１におけるＡ／Ｂ(％)は、ＦＴＩＲ法でそれぞれ測定される非晶質酸化珪素焼結体の水酸基(Si-OH−)又はシラノール基由来のピーク強度をＡとし、この非晶質酸化珪素焼結体の酸化珪素(Si-O-Si)由来のピーク強度をＢとするとき、非晶質珪素酸化物粉体のＡ／Ｂの比率Ｃ(％)が大きい程、シラノール[Si-OH]の吸収ピークが高く、反応性を有するシラノール基が存在していることを意味する。Ａ／Ｂの比率Ｃは１％〜１３０％の範囲が好ましく、３％〜７０％の範囲が更に好ましい。下限値未満では焼結体が反応性に乏しく、上限値を超えると原材料として酸化珪素粉体の焼結が進んでおらず固体の形状が自立的に維持できない不具合があるからである。
【００８３】
（５）  ＩＣＰによる化学組成分析
実施例１〜１５の各焼結体の化学分析をＩＣＰ質量分析装置（Thermo Fisher Scientific社製、iCAP6500）により行った。１２００℃以下の実施例１〜１５の各焼結体では、Ａｌの不純物の混入は１．５ｐｐｍ未満で、天然水晶の１／１０以下に抑えられており、合成酸化珪素の天然水晶に対する大いに優位な点であった。その他、Ｆｅの不純物の混入は１ｐｐｍ未満で、天然水晶と同等であり、Ｔｉの不純物の混入は０．２ｐｐｍ未満で、天然水晶の１／３から１／１０以下であった。また、造粒・成形工程で用いる装置に使われているステンレスの成分を構成するＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎなどによる不純物も１ｐｐｍ未満であった。
【００８４】
（６）  焼結体の寸法及び形状についての考察
実施例１０〜１３で得られた正方形の板状の焼結体及び実施例１４及び１５で得られたチップ状焼結体は、寸法及び形状ともに、天然水晶の破砕した塊とは全く異なるが、本発明の焼結体が、使用目的に応じて、破砕で生じる不定形の塊だけでなく、形状、寸法を制御した高純度酸化珪素固体を提供できることを実証した。また実施例１４及び１５で得られたチップ状焼結体は、他の形状、寸法を持つ焼結物、例えば実施例の２で得られる焼結物と組み合わせ、混合することにより、重量と表面積の比率の異なる固体を提供できる可能性を示している。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の製造方法により得られた非晶質酸化珪素焼結体は、人工水晶用の天然水晶の置き換えだけでなく、石英ガラスが用いられている石英部材用などに利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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