(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素原子を有しない珪素化合物を加水分解して得たヒュームドシリカからなる粒径が５０〜８００μｍのドライシリカゲル粉末を加熱酸化処理したのち、塩化水素雰囲気処理を施したシリカゲル粉末をヘリウムガスの供給でバブリング流動させ、１３００〜１６００℃の温度で焼成することを特徴とする合成石英ガラス粉の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のシリカゲル粉末が炭素原子を有しない珪素化合物を加水分解して得たヒュームドシリカを純水中に分散し固形分濃度５０〜８０重量％のスラリーとし、ｐＨ値を１〜４に調整し、攪拌しながら８０〜１５０℃に加温した清浄なガスを２０時間以上供給し、水分含有量を２０重量％以下に乾燥し、分級したドライシリカゲル粉末を酸素を含む雰囲気中、１５０〜３００℃で熱処理し、次いで６００〜１１００℃の熱処理及び塩化水素を含む雰囲気中での１１００〜１３００℃での熱処理を施して形成したシリカゲル粉であることを特徴とする請求項１記載の合成石英ガラス粉の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、合成石英ガラス粉の製造方法に関し、詳しくはシリカゲル粉をバブリング流動させながら焼成する合成石英ガラス粉の製造方法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、四塩化珪素の酸水素炎中で加水分解し得たシリカ微粉を堆積させ粉砕したのち焼成するスート法、シリコンアルコキシドを加水分解・ゲル化したのち粉砕し、炭素除去等の純化処理を施したのち焼成するゾルゲル法等で製造されていた。そして前記シリカゲル粉末の焼成には石英ガラス製ルツボなどが用いられ、それにシリカゲル粉末を入れ加熱するのが一般的である。しかし、この焼成法では粉体同士が融着し、それを粉砕することから不純物が混入し十分満足できる高純度の合成石英ガラス粉が得られない欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした現状に鑑み、本発明者等は鋭意研究を続けた結果、シリカゲル粉末をヘリウムガスでバブリング流動させながら、１３００〜１６００℃の温度で焼成することで粉砕工程を経ることなく高純度で、かつ無気泡の合成石英ガラス粉が得られることを見出して、本発明を完成したものである。すなわち、
【０００４】
本発明は、高純度、高品質の合成石英ガラス粉の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、合成石英ガラスの製造時に発生する大量の副生物を利用できる高純度、高品質の合成石英ガラス粉の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、シリカゲル粉末を焼成し透明ガラス化する合成石英ガラス粉の製造方法において、前記シリカゲル粉末をヘリウムガスの供給でバブリング流動させ、１３００〜１６００℃の温度で焼成することを特徴とする合成石英ガラス粉の製造方法に係る。
【０００７】
上記シリカゲル粉とは、分子内に炭素原子を含まない珪素化合物、例えば四塩化珪素、六塩化二珪素などを加水分解して得たヒュームドシリカを純水中に分散し、固形分濃度５０〜８０重量％のスラリーとし、鉱酸を添加してｐＨ値を１〜４に調整し、攪拌しながら８０〜１５０℃に加温された清浄なガスを供給し乾燥し、分級して粒径５０〜８００μｍの粉末とし、それを酸素を含む雰囲気中で１５０〜３００℃の温度範囲で熱処理して水分の作用で付着する微粉を系外に排出するとともに、残留する水分を完全に除去し、さらに、６００〜１１００℃の温度範囲で熱処理し、有機物や可燃物を酸化除去したのち、塩化水素を含むフロー雰囲気中で１１００〜１３００℃の熱処理を行い、含有する微量な金属不純物を塩化物として取り除く方法（以下シリカ微粒子法という）で形成したシリカゲル粉末をいう。前記シリカ微粒子法で形成したシリカゲル粉末は、原料が炭素フリーで残留炭素成分がなく、またバルク体を粉砕することなく形成でき、高純度である上に、合成石英ガラスの製造時に発生する大量の珪酸ダストを原料として利用でき製造コストを低くできて好ましい。
【０００８】
本発明の合成石英ガラス粉の製造方法では、上記シリカゲル粉末を耐熱性の流動加熱槽に入れ、これを電気炉内に設置し、ヘリウムガスを導入しバブリング流動させながら、１３００〜１６００℃に加熱・焼成するが、使用する流動加熱槽は高純度の石英ガラス製又はセラミック製がよい。より好ましくは縦型で下部に多数のガス貫通孔を有するガス分散板を設けた石英ガラス製縦型流動加熱槽がよい。前記流動加熱槽内に導入されるシリカゲル粉末はその粒径が５０〜８００μｍの範囲とし、導入するガスはヘリウムガスがよい。粒径が前記範囲未満では流動が激しく処理粉が溢れ処理効率が低下し、粒径が前記範囲を超えると流動が十分でなく均一な焼成が困難である。また、ガスはヘリウムガス以外はシリカゲル粉末中に残留し気泡の原因となり好ましくない。
【０００９】
上記流動加熱槽は電気炉内に設置され外周より１３００〜１６００℃に加熱されるが、静置式で製造する場合には粉同士の融着が起こるため１４５０℃以下の温度範囲が選ばれるが、流動加熱槽を使用する場合にはより高温で焼成できるためより緻密な石英ガラス粉を得ることができる。しかし、シリカ微粒子法により得たシリカゲル粉末であっても１６００℃を超えると石英ガラス粉の軟化及び石英ガラス製流動加熱槽への融着が起こり好ましくない。
【００１０】
上述のように本発明の合成石英ガラス粉の製造方法ではシリカゲル粉末をバブリング流動させながら、昇温が開始されるので、槽内のシリカゲル粉末は均一に加熱焼成され、緻密な透明の石英ガラス粉が融着することなく得られる。この製造方法において導入されるヘリウムガスを予め１０００℃以上に加熱したのち導入すると熱効率が一段と向上する。さらに、ヘリウムガスを循環し使用することで製造コストを一層低下させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例について述べるがこれによって本発明はなんら限定されるものではない。
【００１２】
【実施例】
実施例１
（ドライシリカゲル粉末の作成）
高純度の四塩化珪素を火炎加水分解してヒュームドシリカを発生させ排気口より排気するヒュームドシリカをバグフィルターにて回収し１４０ｋｇのヒュームドシリカを得た。
【００１３】
内側及び攪拌羽根をポリウレタン樹脂で被覆した攪拌機を用意し、純水７５リットルを入れ攪拌羽根を回転させながらヒュームドシリカを徐々に投入して６５重量％のスラリーを作成した。このスラリーに半導体グレードの塩酸２００ｃｍ3を添加し約３０分間攪拌を続けて安定させた。前記スラリーを内部がポリウレタン樹脂で被覆された直径約１ｍの容器であって、石英ガラス製の攪拌治具及びスクレイパーが設置されている容器内に投入し攪拌治具及び攪拌容器を回転させ、１５０℃に加温した乾燥クリーンエアーを５ｍ3／分の流量で供給しながら、３０時間乾燥を続けた。スラリーは８時間で糊状となり、１６時間後には水分を２０％程度含みながらも粒状となった。３０時間後には水分含有量が０．６重量％となった。次いで分級し１８０〜５００μｍの粉末７０ｋｇを採取した。得られたシリカゲル粉末は略球形で均質であり気孔容積が０．３０７ｃｍ3／ｇ、平均気孔径が１１．２ｎｍであった。
【００１４】
（熱処理）
前記シリカゲル粉末をロータリーキルンに流し、２００℃で酸素フロー１５０ｃｍ3／分下で酸化処理を行い、同様な条件で温度を８００℃にして熱処理を実施したのち、１２００℃に昇温して塩化水素フロー１５０ｃｍ3／分の条件で熱処理を実施した。処理速度は１０ｋｇ／時で炉内の通過時間は約４０分であった。
【００１５】
（焼成）
上記熱処理したシリカゲル粉末を図１に示すフローシートに従って焼成した。図１において、１は縦型流動加熱槽、２はガス分散板、３はヒーター、４はヘリウムガス貯蔵ボンベ、５はガス流量計、６はガス圧力計、７はガス加熱炉、８は粉充填層である。シリカゲル粉末は縦型流動加熱槽１に入れられ、縦型電気炉内に配設され外周よりカーボン抵抗式ヒーターで加熱される。加熱開始当初から縦型流動加熱槽下部からヘリウムガスが３０リットル／分で供給され、シリカゲル粉末はバブリング流動する。前記ヘリウムガスはシリカゲル粉末の温度が１０００℃に達した時点でガス加熱炉７で１０００℃に加熱され供給された。縦型流動加熱槽の温度は室温から１２００℃までは２０℃／分で昇温しさらに１５５０℃まで２０℃／分で昇温し、１５５０℃１０時間保持したのち自然冷却した。
【００１６】
炉から取り出された合成石英ガラス粉は完全に透明となっており、粉同士の融着がほとんどなく、粉状のまま焼成されていた。この透明石英ガラス粉には気孔が検出されず真比重は２．１８であった。この合成石英ガラス粉を真空溶融して石英ガラス棒及びブロック材を製造したところ、石英ガラス棒及びブロック材には気泡や異物等の発生がなく、さらに１６００℃で真空加熱しても気泡の膨張等が見られなかった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の合成石英ガラスの製造方法では、高純度、高品質の合成石英ガラス粉が融着することなく粉状のまま焼成され、それを溶融ガラス化することで、気泡や異物等の発生がない合成石英ガラスが得られる。しかも、製造方法は合成石英ガラスの製造時に生じる副生物を原料として利用でき、工業的価値の高い方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の合成石英ガラス粉の製造方法のフローシートである。
【符号の説明】
１：縦型流動加熱槽
２：ガス分散板
３：ヒーター
４：ヘリウムガス貯蔵ボンベ
５：ガス流量計
６：ガス圧力計
７：ガス加熱炉
８：粉充填層
【図１】
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