(57)【要約】【課題】石英ガラスの原料としてやＩＣ封止用フィラー材として、安価で高純度な合成石英粉をつくる。【解決手段】本発明は、（１）フッ化シリケートを作る工程、（２）共沈物質と混合し、ろ過する工程、（３）ｐＨを調整する工程、（４）ゲル化させる工程、（５）凍結、融解する工程、（６）乾燥する工程、（７）粉砕、篩別する工程、（８）純水で洗浄する工程、（９）焼成する工程によりなる。このフッ化シリケートは廃棄石英ガラスや副生成物を利用できるため安価であり、かつ共沈物質を加え、ろ過することにより、簡単に不純物を取り除くことが出来るため、装置が簡単に済む。これにより安価で高純度の合成石英粉を作ることが出来る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程により製造することを特徴とする合成石英粉の製造方法
（１）フッ化シリケートを作る工程
（２）  共沈物質と混合し、ろ過する工程
（３）  ｐＨを調整する工程
（４）  ゲル化させる工程
（５）  凍結、融解する工程
（６）  乾燥する工程
（７）  粉砕、篩別する工程
（８）  純水で洗浄する工程
（９）  焼成する工程
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石英ガラスの原料およびＩＣ封止材用フィラー材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、合成石英ガラス粉は有機シラン化合物の加水分解重縮合により製造されてきた。特開昭６２−１７６９２８にはメチルシリケートに純水を加え、加水分解してアンモニアを加えてゲル化させた後、焼成して合成シリカ粉を製造する方法が開示されている。この方法によれば、シリカの微粉が高純度で出来るため、ＩＣ封止用充填材として有用であるが、有機シラン化合物が高価であることから、天然石英シリカ粉に価格で対抗できなかった。
【０００３】特開昭６２−３０１１や昭６２−２８３８０９には水ガラスを酸で加水分解してから洗浄、焼成して合成シリカ粉を作る方法が開示されている。この方法は低ウランであることから、ＩＣ封止用充填材として使用されていた。ただ水ガラスの純度が悪いため、合成石英ガラス用原料としては使用されていなかった。
【０００４】合成石英用原料として使用されたのは、三菱化学のテトラメトキシシランからの加水分解法で作られたもので、特開平０７−１５７３０８や平０７−２０６４２２にその方法が開示されている。ただやはりテトラメトキシシランが高価なことから、用途は石英ルツボ用などに限定されている。
【０００５】最近、特開２００１−１９２２２３で開示されている水ガラスのイオン交換法により、シリカゾルをつくり、その後ゲル化して、凍結融解の後、酸洗浄して焼成する製造方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
メチルシリケートを原料とする方法は、メチルシリケート自体が非常に高いものであるためコストが高くなり、用途が限定されていた。またメチルシリケートは多くのカーボン源を含有するため、脱カーボンの工程が必要である。
【０００７】逆に水ガラス法においては、原料自体は非常に安いが不純物が非常に多く、精製にコストがかかる。特開２００１−１９２２２３によれば、ＴｉやＢ、Ｕを除去するためにはイオン交換や酸処理を組み合わせなければならず、精製コストが高くついてしまい、トータルコストではメチルシリケートの加水分解法の半分とすることは不可能である。
【０００８】本発明者はこのような現状を鑑み、鋭意研究した結果、フッ化シリケートを原料に使用することで安価な、高品質の合成石英粉を製造できることを発見したものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の工程により製造することを特徴とするものである。
（１）  フッ化シリケートを作る工程
（２）共沈物質と混合し、ろ過する工程
（３）ｐＨを調整する工程
（４）  ゲル化させる工程
（５）  凍結、融解する工程
（６）  乾燥する工程
（７）  粉砕、篩別する工程
（８）  純水で洗浄する工程
（９）  焼成する工程
【００１０】フッ化シリケートは石英砂や石英ガラス廃材とフッ酸廃液との反応で安価に作ることが可能である。またフッ酸製造工程でも副生成物として大量に出来るために、安価である。フッ化シリケートは水に溶解する無色の液体である。
【００１１】このフッ化シリケート水溶液中において、不純物はフッ化物として存在している。これにＡｌなどの共沈物質を加えると不純物が粒成長し、沈殿する。これをろ過すれば不純物を簡単に除去することが可能である。ろ過フィルターは０．１￣０．５μｍ程度で行う。当然目が細かいほうが不純物を除去できるが、シリカのゾルがフィルターを目詰まりさせるため、理想的には０．２から０．３μｍが良い。
【００１２】このフッ化シリケート水溶液は、シリカ濃度を５〜１５ｗｔ％になるように調整する。５ｗｔ％より低濃度の場合はゲル化しにくくなったり、水分を除去するコストがかかる。１５ｗｔ％を越えるとフィルターが目詰まりしたり、次工程でゲル化が早くなり気泡を含む可能性が高くなる。
【００１３】この水溶液を次に水酸化ナトリウム水溶液でｐＨを１〜４にする。４を越えて中性に近くなるとゲル化が早くなり気泡を含む可能性が高くなる。本水溶液はゲル化を始め、ゼリー状に変化する。
【００１４】この状態で冷凍庫に入れ、急速に−１０℃以下にする。この温度が低ければ低いほど急激に冷凍されるため、ゲルの強度が増す前に水分が凍ると、ゲルは融解時に割れてしまうため、徐々に温度を下げたほうが良い。冷凍温度としては−２０℃以下が望ましいが、１時間以上かけて−２０℃まで降下させるとよいゲルが出来る。
【００１５】この冷凍されたゲルをゆっくり室温まで戻すことによって、ゲル中の水分が分離して除去される。このときゲルは脱水重縮合し、シリカの構造は安定な６員環構造をとる。この凍結、融解を繰り返すことによって、ゲル中の水分を除去し、シリカのネットワークを形成させることが出来る。
【００１６】この段階でゲルは硬い小塊状になる。この小塊を純水で４０℃から８０℃で処理する。この処理を行うことでフッ化ナトリウムなどの不純物を取り除く。４０℃以下では抽出されにくいし、８０℃以上の場合、塊内部に気泡が発生しやすい。この熱水抽出によって、ゲル化は進み、より強度のあるシリカゲルとなる。
【００１７】その後、粉砕、篩別によって、粒度を４０メッシュ以下とし、焼成を行う。４０メッシュ以下とする理由は、粒子が４０メッシュより大きいと焼成中に粒子の外側が先に閉孔化して内部に取り残された水分が膨張し、気泡を発生させるからである。
【００１８】焼成は通常８０℃で大部分の水分を追い出し、２〜３００℃で保持した後、７００℃で保持して、１２５０℃程度で脱ＯＨ処理を行う。このとき窒素ガス雰囲気で行うと脱ＯＨは進みやすい。
【００１９】
【実施例】次に実施例について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２０】石英ガラス廃材を５０メッシュ以下に粉砕し、２０ｋｇに計量する。フッ酸４０％、７０ｋｇと石英ガラス粉をゆっくり攪拌しながら混合した。この水溶液に水酸化アルミニウム粉末を２０ｇ加えて攪拌した。６０分後、０．２μｍフッ素樹脂フィルターでろ過した。これを１０℃に冷却しながら、水酸化ナトリウム水溶液４０％を１００リットル投入した。投入後、ゾルは３０分でゲル化し固化した。
【００２１】このゲルを冷凍庫で−２０℃まで２時間かかって冷凍させた。その後、オーブンで６０℃にして解凍して水分を分離した。この操作を２回行った。これを石英材で粉砕し、ポリプロピレン製の４０メッシュ網で篩った。
【００２２】この粉を石英容器の中で超純水を入れ煮沸した。２時間後に遠心脱水機でろ過した。この操作を２回繰り返した。
【００２３】洗浄が終了した合成粉を石英ルツボに入れ、空気中で８０℃に５時間保持し、水分を除いた後、さらに２００℃で３時間保持し、７００℃で２時間保持した後、窒素ガス中、１２５０℃で２０時間保持した。
【００２４】フレームレス原子吸光計で不純物量を測定した結果、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｒはすべて０．１ｐｐｍ以下であった。ＵとＢをＩＣＰｍａｓｓで測定した結果、Ｕは０．０３ｐｐｂでＢは０．０１ｐｐｍであった。また赤外吸収計でＯＨ含有量を測定した結果、ＯＨ含有量は５ｐｐｍ以下であった。
【００２５】この合成石英粉を従来公知のベルヌイ法で透明石英ガラスとしたところ、ＯＨ含有量が１８０ｐｐｍで気泡も目視では無く、良好であった。粘度は１４００℃で１．２Ｅ１０ｐｏｉｓｅとなり、天然石英ガラスとほぼ同じ値を示した。また紫外吸収において、２４５ｎｍでの吸収が全く認められなかった。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明により、石英ガラスの原料としてやＩＣ封止用フィラー材として、安価で高純度な合成石英粉をつくることができる。この合成粉は使用済み石英ガラスを使用することも可能であるため、リサイクルシステムとすることができる。