(57)【要約】【課題】  種々の金属および金属酸化物等がドープされた均質なシリカガラスおよびこのようなドープシリカガラスの製造方法を提供する。【解決手段】  ＶＡＤ法によりシリカ微粒子を堆積させて得たシリカ多孔質体に、金属および金属酸化物から選ばれた少なくとも１種からなるドーパントを含有する溶液を含浸させ、真空凍結乾燥後、加熱溶融してガラス化させることにより、シリカガラス中にドーパントが均一な濃度分布で含まれたドープシリカガラスを得る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＶＡＤ法によりシリカ微粒子を堆積させて得たシリカ多孔質体に、ドーパント含有溶液を含浸させ、真空凍結乾燥後、加熱溶融してガラス化させることを特徴とするドープシリカガラスの製造方法。
【請求項２】
前記ドーパントが金属および金属酸化物から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載のドープシリカガラスの製造方法。
【請求項３】
前記ドーパントが五酸化バナジウムであることを特徴とする請求項１記載のドープシリカガラスの製造方法。
【請求項４】
前記ドーパントが希土類元素またはその化合物から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載のドープシリカガラスの製造方法。
【請求項５】
金属および金属酸化物から選ばれた少なくとも１種が均一な濃度分布でドープされていることを特徴とするドープシリカガラス。
【請求項６】
ドーパントとして濃度１％以下の五酸化バナジウムが均一な濃度分布でドープされていることを特徴とするドープシリカガラス。
【請求項７】
ドーパントとして希土類元素またはその化合物から選ばれた少なくとも１種が均一な濃度分布でドープされていることを特徴とするドープシリカガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体製造プロセスで用いられる保温材、耐熱断熱材等として、また、特定波長の光透過性、化学的安定性が要求される化学分析用部材、光増幅用デバイス等として好適に利用することができるドープシリカガラスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリカガラスは、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性、耐熱性、光透過性、化学的安定性等において種々の優れた特性を有していることから、半導体製造用部材、光学用部材等として、多岐にわたって利用されている。
【０００３】
また、従来から、上記のような純粋なシリカガラスの特性をより有効に活用しつつ、不純物を添加することにより、シリカガラスに異なる特性をも付与することも行われている。例えば、シリカガラスに塩素等をドープして形成した光ファイバ等や、特許文献１に記載されているように、その特性の一つである光透過性を低下させた黒色シリカガラス等がある。
【０００４】
前記黒色シリカガラスは、シリカ粉に五酸化バナジウムを添加し、これを溶融して得られたシリカガラスをさらに熱処理することにより製造され、分光セル、ヒータ等の部材に好適に用いることができることが、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特公昭５８−２９２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記黒色シリカガラスの製造方法は、通常のシリカガラス製造用のシリカ粉、すなわち、粒度分布が２０〜４０メッシュ程度の天然シリカ粉に、五酸化バナジウムの溶液を接触させて、五酸化バナジウムを石英粉に付着させるものであり、ガラスとしたときに、含まれる五酸化バナジウムの濃度分布にばらつきが生じやすいものであった。
このような濃度分布のばらつきは、熱処理により黒色化させる際に、色ムラ、すなわち、光透過率の局所的なばらつきを生じたりする等の悪影響を及ぼすものであった。
【０００６】
上記製造方法は、五酸化バナジウム以外の物質をドープさせる場合においても、シリカガラス中におけるドーパントの分散が不均一になるという同様の問題点を生じるものであり、このようにして製造されたドープシリカガラスは、その特性が均質でなく、厳密な規格等を要求される光学用部材等に適しているとは言えないものであった。
【０００７】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、五酸化バナジウムを始めとする種々の金属および金属酸化物等がドープされた均質なシリカガラスおよびこのようなドープシリカガラスの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るドープシリカガラスの製造方法は、ＶＡＤ法によりシリカ微粒子を堆積させて得たシリカ多孔質体に、ドーパント含有溶液を含浸させ、真空凍結乾燥後、加熱溶融してガラス化させることを特徴とする。
上記製造方法によれば、種々の金属および金属酸化物等がドープされた均質なシリカガラスを容易に得ることができる。
【０００９】
前記ドーパントとしては、金属および金属酸化物から選ばれた少なくとも１種を選択することができる。
これにより、シリカガラスに、圧電性、蛍光発光性、低熱膨張性等の特性を付与することができ、シリカガラスの応用用途をさらに拡大することが可能となる。
特に、五酸化バナジウムを用いた場合には、透過率が低い、黒色質のシリカガラスが得られる。
【００１０】
また、前記ドーパントとして、希土類元素またはその化合物から選ばれた少なくとも１種を選択して用いることにより、シリカガラスに、蛍光発光等の発光特性を付与することができ、光増幅用デバイス、レーザ材料等として利用することができる。
【００１１】
また、本発明に係るドープシリカガラスは、金属および金属酸化物から選ばれた少なくとも１種が均一な濃度分布でドープされていることを特徴とする。
あるいはまた、ドーパントとして五酸化バナジウム、または、希土類元素もしくはその化合物から選ばれた少なくとも１種が、均一な濃度分布でドープされていることを特徴とする。
上記のような本発明に係るドープシリカガラスは、種々の金属および金属酸化物等がドープされた均質なシリカガラスであり、各種特性の局所的なばらつきがなく、厳密な規格等を要求される光学用部材等に好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
上述のとおり、本発明に係るドープシリカガラスの製造方法によれば、シリカガラスに、種々の金属および金属酸化物等を均一な濃度分布でドープすることができるため、本来のシリカガラスの特性に加えて、圧電性、蛍光発光特性、熱膨張特性等の様々の特性を付与することができる。
したがって、本発明に係るドープシリカガラスは、半導体製造プロセスで用いられる保温材、耐熱断熱材等のほか、特定波長の光透過性、化学的安定性等が要求される化学分析用部材、光増幅用デバイス、レーザ材料等の光学用材料等の幅広い分野での応用用途が期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係るドープシリカガラスの製造方法は、ＶＡＤ法によりシリカ微粒子を堆積させて得たシリカ多孔質体を用いて、これに、ドーパント含有溶液を含浸させ、真空凍結乾燥後、加熱溶融してガラスとするものである。
上記製造方法は、ＶＡＤ法によるシリカガラス合成の前駆体であるシリカ多孔質体を利用するものであり、これに、ドーパントを導入し、ドーパントの均一な分散を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明において原料基材とされるシリカ多孔質体には、シリカガラス合成法の一つであるＶＡＤ法における中間体を用いる。
ＶＡＤ法においては、まず、ＳｉＣｌ4等の原料ガスを酸水素火炎中に噴出させて、加水分解させることにより、シリカ微粒子（スート）とする。このスートを堆積させたものが、本発明に係る製造方法において、原料基材であるシリカ多孔質体として用いられる。
【００１５】
前記シリカ多孔質体に、含浸させるドーパント含有溶液は、揮発性を有する溶媒中に、所定のドーパントが均一な状態で溶解しているものを用いる。
前記ドーパントとしては、金属および金属酸化物から選ばれた少なくとも１種を選択することができる。具体的には、銅、酸化クロム、酸化鉄、酸化セリウム、酸化チタン、酸化バナジウム等を例示することができる。
【００１６】
シリカガラスに、特定の金属または金属酸化物をドープすることにより、シリカガラスに、本来の特性に加えて、圧電性、蛍光発光性、低熱膨張性等の特性を付与することができ、シリカガラスの応用用途をさらに拡大することが可能となる。
特に、希土類元素またはその化合物から選ばれた少なくとも１種をドープすれば、シリカガラスに、蛍光発光等の発光特性を付与することも可能となり、光増幅用デバイス、レーザ材料等として利用することも可能である。
【００１７】
前記シリカ多孔質体に、ドーパント含有溶液を含浸させる方法としては、例えば、五酸化バナジウムをドーパントとする場合には、バナジルまたはバナジン化合物を水に溶解し、五酸化バナジウムの重量濃度を１００〜１００００ｐｐｍに調整した水溶液に、密度０．２５〜１．０ｇ／ｃｍ3のシリカ多孔質体を浸漬させることにより行うことが好ましい。
前記バナジルまたはバナジン化合物としては、例えば、硫酸バナジル、酸化バナジウムアンモニウム等が挙げられる。
【００１８】
次に、ドーパント含有溶液を含浸させたシリカ多孔質体は、急冷し、１Ｔｏｒｒ以下の真空下、−１００〜−５０℃程度で、真空凍結乾燥させることが好ましい。
常温または加熱による通常の乾燥方法では、乾燥中に、シリカ多孔質体に含浸させたドーパント含有溶液が、重力によって下方へ移動し、シリカ多孔質体中におけるドーパントの分布に偏りが生じるが、上記のような真空凍結乾燥によれば、シリカ多孔質体中のドーパントの濃度分布が均一な状態のまま、凍結した水等の溶媒成分のみを気化させ、乾燥させることができる。
【００１９】
そして、上記のようにしてドーパントを気孔内に導入させたシリカ多孔質体を加熱溶融することにより、ガラス化させる。
このガラス化処理は、０．５Ｔｏｒｒ以下の真空下またはヘリウムガス雰囲気中、１４５０〜１７００℃で加熱することにより行うことが好ましく、例えば、抵抗加熱炉または高周波誘導加熱炉内に設置したカーボン質るつぼに、前記シリカ多孔質体を入れて熱処理することにより行われる。
シリカ多孔質体をガラス化させるには、上記温度範囲内である必要があるが、ガラス化に要する保持時間は、シリカ多孔質体の気孔の大きさ、ドーパントの濃度等に依存し、適宜調整して熱処理される。
【００２０】
前記ドーパントの濃度は、ドープシリカガラスとしての特性が発揮される程度で十分であり、過剰にドープすることは好ましくない。
前記ドーパント濃度が高すぎる場合には、通常のシリカがガラス化する上記温度範囲内でシリカ多孔質体を熱処理しても、結晶状となり、ガラス化しない場合がある。
例えば、五酸化バナジウムをドープする場合には、そのドーパント濃度を１％以下とすることが好ましい。
【００２１】
上記のような熱処理により、前記シリカ多孔質体は加熱溶融され、所望の均質なドープシリカガラスが得られる。
例えば、五酸化バナジウムをドープした場合には、透過率が低い、黒色質の均質なドープシリカガラスを得ることができる。このようなドープシリカガラスは、光透過特性、吸熱性等の特性を利用して、光透過性測定用の分光セル、ヒータ等に好適に用いることができる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
ＶＡＤ法においてスートを堆積させて得られた２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍ、１．９ｇのシリカ多孔質体に、五酸化バナジウムアンモニウム５．１８６１ｇを水１０ｇに溶解した水溶液を含浸させた。
このシリカ多孔質体を、カーボン質るつぼに入れ、高周波誘導加熱炉にて、１５５０℃で１時間熱処理したところ、五酸化バナジウムが７９００ｐｐｍドープされた均質な黒色ガラスが得られた。
【００２３】
［実施例２］
実施例１と同様のシリカ多孔質体に、五酸化バナジウムアンモニウム０．００２２６ｇを水１０ｇに溶解した水溶液を含浸させた。
このシリカ多孔質体を、実施例１と同様に熱処理したところ、五酸化バナジウムが２２６０ｐｐｍドープされた濃青色ガラスが得られた。
【００２４】
［比較例１］
実施例１と同様のシリカ多孔質体に、五酸化バナジウムアンモニウム５．１８６１ｇを水１０ｇに溶解した水溶液を含浸させた。
このシリカ多孔質体を、実施例１と同様に熱処理したところ、ガラス化されず、黒色結晶状となり、五酸化バナジウム濃度は４％であった。