专利名称：合成非晶态二氧化硅粉末的制作方法
技术领域：
本发明涉及在半导体产业等中、适合作为制造在高温和减压的环境下使用的管路或坩埚等的合成石英玻璃制品的原料的、高纯度的合成非晶态二氧化硅粉末。
背景技术：
以往，在半导体用途的单晶制造中所使用的坩埚或夹具类是以将天然石英或硅砂粉碎、提纯得到的石英粉作为原料来制造的。但是，天然石英或硅砂含有各种金属杂质，即使进行上述提纯处理也不能完全除去金属杂质，因此纯度上并不令人十分满意。另外，随着半导体的高集成化的进步，对于作为材料的单晶的品质要求日益提高，该单晶的制造中使用的坩埚或夹具类也要求是高纯度品。因此，代替天然石英或硅砂，而以高纯度的合成非晶 态二氧化硅粉末作为原料的合成石英玻璃制品受到人们的关注。作为制造该高纯度合成非晶态二氧化硅粉末的方法，公开有用水将高纯度的四氯化硅水解，将生成的硅胶干燥、整粒、烧成，获得合成非晶态二氧化硅粉末的方法(例如参照专利文献I)。还公开了在酸和碱的存在下，将硅酸酯等的烷氧基硅烷水解，使其凝胶化，将所得凝胶干燥、粉碎，然后进行烧成，获得合成非晶态二氧化硅粉末的方法(例如参照专利文献2、3)。通过上述专利文献1-3所述的方法制造的合成非晶态二氧化硅粉末与天然石英或硅砂相比为高纯度，以它们作为原料来制造的坩埚或夹具类等的合成石英玻璃制品引起的杂质混入降低，可实现高性能化。专利文献I :日本特公平4-75848号公报(专利权利要求I)
专利文献2 :日本特开昭62-176929号公报(专利权利要求I)
专利文献3 日本特开平3-275527号公报(第2页左下栏第7行-第3页左上栏第6行)。
发明内容
但是，对于以按照上述专利文献1-3所述的方法制造的合成非晶态二氧化硅粉末作为原料来制造的合成石英玻璃制品，当合成石英玻璃制品的使用环境为高温和减压环境时，具有气泡产生或膨胀、使该合成石英玻璃制品的性能大幅降低的缺点。例如，单晶硅提拉用坩埚在1500°C附近和7000 Pa附近的高温和减压环境下使用，上述气泡的产生或膨胀导致坩埚的性能大幅降低，这成为左右提拉的单晶品质的问题。针对上述的在高温和减压环境下使用时所产生的问题，考虑的对策是对通过四氯化硅的水解得到的合成非晶态二氧化硅粉末实施热处理，分别减少合成非晶态二氧化硅粉末中的羟基和氯的浓度，并且对通过烷氧基硅烷的溶胶凝胶法得到的合成非晶态二氧化硅粉末实施热处理，分别减少合成非晶态二氧化硅粉末中的羟基和碳的浓度，由此使合成非晶态二氧化硅粉末中可能形成气体成分的杂质浓度降低。但是，即使是上述对策，仍无法充分抑制在高温和减压环境下使用的合成石英玻璃制品的气泡的产生或膨胀。
本发明的目的在于克服上述以往的课题，提供合成非晶态二氧化硅粉末，该合成非晶态二氧化硅粉末适合用作即使在高温和减压环境下使用、气泡的产生或膨胀也较少的合成石英玻璃制品的原料。本发明的观点I涉及合成非晶态二氧化硅粉末，其是在对二氧化硅粉末实施球化处理，然后不经洗涤即进行烧成而得到的合成非晶态二氧化硅粉末，其特征在于，BET比表面积除以由平均粒径D5tl计算的理论比表面积所得的值为I. 93以下，真密度为2. 10 g/cm3以上，颗粒内空隙率为O. 05以下，圆形度为O. 50以上以及球化率为O. 20以上，表面附着有二氧化硅微粉末。发明效果
本发明的观点I的合成非晶态二氧化硅粉末是对二氧化硅粉末实施球化处理，然后不 经洗涤即进行烧成而得到的合成非晶态二氧化硅粉末，其中，BET比表面积除以由平均粒径D5tl计算的理论比表面积所得的值为I. 93以下，真密度为2. 10 g/cm3以上，颗粒内空隙率为O. 05以下，圆形度为O. 50以上以及球化率为O. 20以上，表面附着有二氧化硅微粉末。因此，如果使用该合成非晶态二氧化硅粉末制造合成石英玻璃制品，则吸附于原料粉末的表面的气体成分减少，并且粉末内部的气体成分减少，因此可以降低气泡的产生或膨胀。
图I是表示本发明的合成非晶态二氧化硅粉末的代表性粉末颗粒的照片图。图2是表示本发明的合成非晶态二氧化硅粉末的制造工序的工艺流程图。图3是利用热等离子体的球化装置的概略截面图。图4是粒度·形状分布测定器的概略图。图5是表示未实施球化处理的代表性的二氧化硅粉末颗粒的照片图。
具体实施例方式接着，根据附图对实施本发明的方案进行说明。本发明的合成非晶态二氧化硅粉末是对二氧化硅粉末实施球化处理，然后不经洗涤即进行烧成而获得的。其特征在于，BET比表面积除以由平均粒径D5tl计算的理论比表面积所得的值为1.93以下，真密度为2. 10 g/cm3以上，颗粒内空隙率为O. 05以下，圆形度为
O.50以上以及球化率为O. 20以上，表面附着有二氧化硅微粉末。普遍认为在高温和减压下，在单晶硅提拉用坩埚等的合成石英玻璃制品中气泡产生或膨胀的主要原因是吸附于制造产品所使用的原料粉末的表面的气体。即，在制造合成石英玻璃制品时，在作为其工序之一的熔融时，吸附于原料粉末的表面的气体成分脱离。并且，该气体成分残留于合成石英玻璃制品中，这成为气泡产生或膨胀的原因。作为合成石英玻璃制品的原料的二氧化硅粉末通常经由粉碎工序，因此如图5所示，含有大量不定形(粉碎粉末形状)的颗粒。因此，认为比表面积增大，不可避免的气体吸附量增大。因此，本发明的合成非晶态二氧化硅粉末通过对粉末实施球化处理，使BET比表面积除以由平均粒径D5tl计算的理论比表面积所得的值在上述范围。BET比表面积是指通过BET3点法测定的值。假设颗粒为圆球体、表面平滑时，颗粒的理论比表面积由下式(I)计算。应予说明，式(I)中，D表示颗粒的直径，^表示真密度。理论比表面积=6/ (DX P )(I)
本说明书中，粉末的理论比表面积是指在上式(I)中，由D为粉末的平均粒径D5tl、/ 假定为真密度2. 20 g/cm3的理论真密度计算的值。即，粉末的理论比表面积由下式(2)计算。粉末的理论比表 面积=2. 73/D5Q(2)
BET比表面积除以由平均粒径D5tl计算的理论比表面积所得的值超过I. 93，则比表面积增大，不可避免的气体吸附量增大。其中，上述值优选为I. 70以下，特别优选I. 00-1. 50的范围。合成非晶态二氧化硅粉末的圆形度为O. 50以上。圆形度越接近I. 00则表示粉末颗粒越接近于圆球，这由下式(3)计算。圆形度=4jiS/L2(3)
式(3)中，S表示拍摄的颗粒投影图的面积，L表示颗粒投影图的周长。本说明书中，粉末的圆形度是指由上式(3)计算的200个粉末颗粒的平均值。粉末的圆形度低于O. 50，则降低气泡的产生或膨胀的效果小。其中，粉末的圆形度优选O. 80-1. 00的范围。合成非晶态二氧化硅粉末的球化率为O. 20以上。粉末的球化率表示规定量的粉末中含有圆形度为
0.60-1. 00的颗粒的比例。球化率低于O. 20时，降低气泡的产生或膨胀的效果小。其中，粉末的球化率优选O. 80-1. 00的范围。若着眼于合成非晶态二氧化硅粉末的I个颗粒，则优选在颗粒内不存在空孔或闭塞的缝隙等的内部空间。S卩，如果合成非晶态二氧化硅粉末的内部存在空间，则其成为合成石英玻璃制品中气泡产生或膨胀的原因。因此，真密度为2. 10 g/cm3以上，优选2. 15-2. 20g/cm3。真密度是按照JIS R7212碳砖的测定方法(d)真比重测定，进行3次真密度测定，是其平均值。颗粒内空隙率为O. 05以下，优选O. 01以下。颗粒内空隙率是对50个粉末颗粒，通过SEM (扫描式电子显微镜)观察截面，测定颗粒的截面积，如果颗粒内有空间则测定该空间的面积，是由下式(4)计算的值的平均值。颗粒内空隙率=颗粒内空间总面积/颗粒总截面积(4)
合成非晶态二氧化硅粉末的平均粒径D5tl优选在50-1000 μ m的范围内。低于下限值则粉末颗粒间的空间小，存在于该空间的气体难以脱出，因此容易残留小的气泡，另一方面，若超过上限值则粉末颗粒间的空间过大，容易残留大的气泡。其中，特别优选平均粒径D5tl在80-600 ym的范围内。应予说明，本说明书中，平均粒径D5tl是指通过激光衍射散射式颗粒分布测定装置(型号=HORIBA LA-950)测定颗粒分布(直径)的中间值，测定3次，取其平均值。合成非晶态二氧化硅粉末的体积密度优选为1.00 g/cm3以上。低于下限值则粉末颗粒间的空间过大，容易残留大的气泡，另一方面，若超过上限值则粉末颗粒间的空间小，因此，存在于该空间的气体难以脱出，容易残留小的气泡。其中，体积密度特别优选在
1.20-1. 40 g/cm3 范围内。为了使粉末的熔融性均匀，优选为在使用CuKa射线、通过粉末X射线衍射法测定时，衍射峰为宽峰的、未见晶态二氧化硅粉末的粉末。非晶态和晶态二氧化硅在熔融时的特性不同，晶态二氧化硅的熔融有延迟开始的倾向。因此，如果使用非晶态和晶态二氧化硅混合存在的合成非晶态二氧化硅粉末来制造合成石英玻璃制品等，则容易在合成石英玻璃制品中残留气泡。
为了降低合成石英玻璃制品的杂质混入或实现高性能化，合成非晶态二氧化硅粉末的杂质浓度优选除氢原子以外的IA族、2A-8族、1B-3B族、除碳和硅以外的4B族、5B族、除氧以外的6B族、除氯以外的7B族的浓度低于I ppm。其中，特别优选这些杂质浓度低于O. 05 ppm。为了抑制高温和减压下合成石英玻璃制品中气泡的产生或膨胀，优选可形成气体成分的轻基为50 ppm以下、氯浓度为2 ppm以下、碳浓度为10 ppm以下。本发明的合成非晶态二氧化硅粉末是在实施了球化处理后，不经洗涤即进行烧成而获得的。因此，如图I所示，在粉末颗粒的表面附着有二氧化硅微粉末，但通过球化处理显示上述特性，因此不可避免的气体吸附量降低。该二氧化硅微粉末的平均粒径D5tl为O. 001-0. I μ m。接着，对于本发明的合成非晶态二氧化硅粉末的制造方法进行说明。本发明的合成非晶态二氧化硅粉末的制造方法如图2所示，对作为原料的二氧化硅粉末实施球化处理，并进行烧成而获得。以下详细说明各工序。
作为本发明的合成非晶态二氧化硅粉末原料的二氧化硅粉末例如通过以下方法获得。方法I是首先相对于I mol四氯化硅，准备相当于45-80 mol的量的超纯水。将准备的超纯水加入到容器内，在氮、氩等气氛下将温度保持在20-45°C，边搅拌边添加四氯化硅进行水解。添加四氯化硅后续续搅拌O. 5-6小时，生成二氧化硅质的凝胶，此时，搅拌速度优选为100-300 rpm的范围。接着，将上述二氧化硅质的凝胶转移至干燥用容器中，将其放入干燥机，向干燥机内，优选边以1-20 L/分钟的流量流通氮、氩等、边在200°C -300°C的温度下干燥12-48小时，获得干燥粉末。接着，由干燥机取出该干燥粉末，使用辊式破碎机等的粉碎机进行粉碎。使用辊式破碎机时，适当调节为辊间隙O. 2-2. O mm、辊转数3-200rpm来进行。最后，使用振动筛等将粉碎的干燥粉末进行分级，由此得到平均粒径D5tl优选为70-1300 μ m的二氧化硅粉末。方法2是相对于I mol作为有机系硅化合物的四甲氧基硅烷，准备O. 5-3 mol超纯水、O. 5-3 mol乙醇。将准备的超纯水、乙醇加入到容器内，在氮、氩等气氛下将温度保持在60°C，边搅拌边添加四甲氧基硅烷，进行水解。添加四甲氧基硅烷后搅拌5-120分钟，然后进一步添加相对于I mol四甲氧基硅烷为1-50 mol的超纯水，继续搅拌1_12小时，生成二氧化硅质的凝胶。此时，搅拌速度优选为100-300 rpm的范围。接着，将上述二氧化硅质的凝胶转移到干燥用容器中，将其放入干燥机，向干燥机内，优选边以1-20 L/分钟的流量流通氮、氩等、边在200°C _300°C的温度下干燥6-48小时，获得干燥粉末。接着，由干燥机取出该干燥粉末，使用辊式破碎机等的粉碎机进行粉碎。使用辊式破碎机时，适当调节为辊间隙0.2-2. O mm、辊转数3-200 rpm来进行。最后，使用振动筛等将粉碎的干燥粉末进行分级，由此得到平均粒径D5tl优选为70-1300 μ m的二氧化硅粉末。方法3是首先相对于I mol平均粒径D5tl为0.007-0. 030 μ m、比表面积为50-380m2/g的火成二氧化硅，准备9. 5-20. O mol超纯水。将所准备的超纯水加入到容器内，在氮、氩等气氛下将温度保持在20-45°C，边搅拌边添加火成二氧化硅。添加火成二氧化硅后继续搅拌0.5-6小时，生成二氧化硅质的凝胶。此时，搅拌速度优选为10-50 rpm的范围。接着，将上述二氧化硅质的凝胶转移到干燥用容器中，将其放入干燥机，向干燥机内，优选边以1-20 L/分钟的流量流通氮、氩等、边在200°C -300°C的温度下干燥6_48小时，获得干燥粉末。接着，由干燥机取出该干燥粉末，使用辊式破碎机等的粉碎机进行粉碎。使用辊式破碎机时，适当调节为棍间隙O. 2-2. O mm、棍转数3-200 rpm来进行。最后，使用振动筛等将粉碎的干燥粉末进行 分级，由此得到平均粒径D5tl优选为70-1300 μ m的二氧化硅粉末。作为将由上述方法1-3所得的二氧化硅粉末进行球化的方法，只要是加热至2000°C以上使其熔融、利用熔体颗粒的表面张力可以使凝固后的粉末形状球化的方法即可，可举出热等离子体、火焰法或熔融滴落法等。这里，对利用热等离子体的球化处理方法进行说明。利用热等离子体的球化处理中，例如可使用图3所示的装置。该装置30具备产生等离子体的等离子体炬31、设置于该等离子体炬31下部的作为反应筒的腔32、和设置于该腔32下部的、回收处理后的粉末的回收部33。等离子体炬31具有与腔32连通的、顶部密封的石英管34、和卷绕于该石英管34的高频感应线圈36。在石英管34的上部贯通设置有原料供给管37，并且连接有气体导入管38。在腔32的一侧设置有气体排气口 39。等离子体炬31中，若对高频感应线圈36通电，则产生等离子体40，由气体导入管38向石英管34供给氩、氧等气体。原料粉末经由原料供给管37供给至等离子体40中。腔32内的气体由设置于腔32 —侧的气体排气口 39排气。首先，由装置30的气体导入管38将工作气体氩以15-60 L/分钟的流量导入，对等离子体炬31施加频率3-5 MHz、输出功率30-120 kW的高频，产生等离子体。等离子体稳定后，以20-120 L/分钟的流量徐徐导入氧，产生氩-氧等离子体。接着，将按上述方法1-3所得的二氧化硅粉末以供给速度I. 5-20 kg/小时由原料供给管37加入到氩-氧等离子体中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔体的颗粒滴落，在回收部33回收滴落的颗粒，由此可得到球化的二氧化硅粉末41。球化处理后的二氧化硅粉末不经洗涤即进行烧成。首先，将球化处理后的二氧化硅粉末加入到烧成用容器中，将该烧成用容器加入到可控制气氛的电炉、即烧成炉中。烧成条件优选为，一边以1-20 L/分钟的流量流通氧、干燥空气等，一边在1100°C -1500°c下烧成12-48小时。通过以上的工序可得到本发明的合成非晶态二氧化硅粉末。该合成非晶态二氧化硅粉末中，不可避免的气体吸附量少，可适合作为合成石英玻璃制品的原料来使用。
实施例接着，与比较例一起详细说明本发明的实施例。实施例I
首先，相对于I mol四氯化硅准备相当于55. 6 mol的量的超纯水。将该超纯水加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在25 °C，边搅拌边添加四氯化硅进行水解。添加四氯化硅之后继续搅拌3小时，生成二氧化硅质的凝胶。此时的搅拌速度为150 rpm。接着，将上述二氧化硅质的凝胶转移到干燥用容器中，将其放入干燥机中，以15 L/分钟的流量向干燥机内流通氮，同时在250°C的温度下干燥18小时，得到干燥粉末。将该干燥粉末由干燥机取出，使用辊式破碎机粉碎。此时，调节辊间隙为O. 2 mm、辊转数为50 rpm来进行。将粉碎后的干燥粉末用孔径75 μπι和孔径125 μ m的振动筛分级，得到平均粒径D5tl为112 μ m的二氧化硅粉末。接着，使用图3所示装置30，在下述表I所示的条件下对上述得到的二氧化硅粉末实施球化处理。具体来说，首先由装置30的气体导入管38导入工作气体氩，对等离子体炬31施加高频，产生等离子体。等离子体稳定后徐徐导入氧，产生氩-氧等离子体。将上述得到的二氧化硅粉末由原料供给管37加入到氩-氧等离子体中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔体的颗粒滴落，在回收部33回收滴落的颗粒，由此得到球化的二氧化硅粉末41。球化处理后，粉末不经洗涤即加入到烧成用容器中，将该烧成用容器加入到烧成炉中，以10 L/分钟的流量向烧成炉内流通氮，同时在1250°C的温度下保持48小时，由此得到表面附着有二氧化硅微粉末的合成非晶态二氧化硅粉末。实施例2
首先，相对于I mol四甲氧基硅烷准备I mol超纯水、I mol乙醇。将准备的超纯水、乙醇加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在60°C，边搅拌边添加四甲氧基硅烷进行水解。添加四甲氧基硅烷之后搅拌60分钟，然后进一步添加相对于I mol四甲氧基硅烷为25 mol的超纯水，继续搅拌6小时,生成二氧化娃质的凝胶。此时的搅拌速度为100 rpm ο接着,将上述二氧化硅质的凝胶转移到干燥用容器中，将其放入干燥机中，以20 L/分钟的流量向干燥机内流通氮，同时在200°C的温度下干燥24小时，得到干燥粉末。将该干燥粉末由干燥机 取出，使用辊式破碎机粉碎。此时，调节辊间隙为0.2 mm、辊转数为55 rpm来进行。将粉碎后的干燥粉末用孔径100 μπι和孔径150 μ m的振动筛分级，得到平均粒径D5tl为120 μπι的二氧化硅粉末。接着，使用图3所示装置30，在下述表I所示的条件下对上述得到的二氧化硅粉末实施球化处理。具体来说，首先由装置30的气体导入管38导入工作气体氩，对等离子体炬31施加高频，产生等离子体。等离子体稳定后徐徐导入氧，产生氩-氧等离子体。将上述得到的二氧化硅粉末由原料供给管37加入到氩-氧等离子体中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔体的颗粒滴落，在回收部33回收滴落的颗粒，由此得到球化二氧化硅粉末41。球化处理后，粉末不经洗涤即加入到烧成用容器中，将该烧成用容器加入到烧成炉中，以15 L/分钟的流量向烧成炉内流通氧，同时在1300°C的温度下保持24小时，由此得到表面附着有二氧化硅微粉末的合成非晶态二氧化硅粉末。实施例3
首先，相对于I mol平均粒径D5tl为0. 020 μ m、比表面积为90 m2/g的火成二氧化硅，准备13 mol超纯水。将准备的超纯水加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在25°C，边搅拌边添加火成二氧化硅。添加火成二氧化硅之后继续搅拌3小时，生成二氧化硅质的凝胶。此时的搅拌速度为30 rpm。接着，将上述二氧化硅质的凝胶转移到干燥用容器中，将其放入干燥机中，以10 L/分钟的流量向干燥机内流通氮，同时在300°C的温度下干燥12小时，得到干燥粉末。将该干燥粉末由干燥机取出，使用辊式破碎机粉碎。此时，调节辊间隙为0.5mm、棍转数为30 rpm来进行。将粉碎后的干燥粉末用孔径375 μ m和孔径450 μ m的振动筛分级，得到平均粒径D5tl为417 μ m的二氧化硅粉末。接着，使用图3所示装置30，在下述表I所示的条件下对上述得到的二氧化硅粉末实施球化处理。具体来说，首先由装置30的气体导入管38导入工作气体氩，对等离子体炬31施加高频，产生等离子体。等离子体稳定后徐徐导入氧，产生氩-氧等离子体。将上述得到的二氧化硅粉末由原料供给管37加入到氩-氧等离子体中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔体的颗粒滴落，在回收部33回收滴落的颗粒，由此得到球化二氧化硅粉末41。球化处理后，粉末不经洗涤即加入到烧成用容器中，将该烧成用容器加入到烧成炉中，以15 L/分钟的流量向烧成炉内流通氧，同时在1200°C的温度下保持48小时，由此得到表面附着有二氧化硅微粉末的合成非晶态二氧化硅粉末。实施例4
得到平均粒径D5tl为907 μ m的二氧化硅粉末，以及对该二氧化硅粉末按照以下表I所示条件进行球化处理，除此之外与实施例I同样地，得到表面附着有二氧化硅微粉末的合成非晶态二氧化硅粉末。比较例I
首先，相对于I mol四氯化硅准备相当于55. 6 mol的量的超纯水。将该超纯水加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在25 °C，边搅拌边添加四氯化硅进行水解。添加四氯化硅之后继续搅拌3小时，生成二氧化硅质的凝胶。此时的搅拌速度为150 rpm。接着，将上述二氧化硅质的凝胶转移到干燥用容器中，将其放入干燥机中，以15 L/分钟的流量向干燥机内流通氮，同时在250°C的温度下干燥18小时，得到干燥粉末。将该干燥粉末由干燥机取出，使用辊式破碎机粉碎。此时，调节辊间隙为O. 2 mm、辊转数为50 rpm来进行。将粉碎后的干燥粉末用孔径75 μπι和孔径125 μ m的振动筛分级，得到平均粒径D5tl为112 μ m的二氧化硅粉末。接着，使用图3所示装置30，在下述表I所示的条件下对上述得到的二氧化硅粉末实施球化处理。具体来说，首先由装置30的气体导入管38导入工作气体氩，对等离子体炬31施加高频，产生等离子体。等离子体稳定后徐徐导入氧，产生氩-氧等离子体。将上述得到的二氧化硅粉末由原料供给管37加入到氩-氧等离子体中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔体的颗粒滴落，在回收部33回收滴落的颗粒，由此得到球化二氧化硅粉末41。球化处理后，将上述粉末和超纯水加入到洗涤容器中进行超声波洗涤。超声波洗涤后，用孔径75 μ m的滤器过滤。将该操作反复进行，直至附着于二氧化硅粉末的颗粒表面的微粉末消失。最后，将洗涤过的粉末加入到干燥用容器中，将该干燥用容器加入到干燥机中，以10 L/分钟的流量向干燥机内流通氮，同时在200°C的温度下保持48小时，由此得到表面未附着有二氧化硅微粉末的合成非晶态二氧化硅粉末。比较例2
首先，相对于I mol四甲氧基硅烷准备I mol超纯水、I mol乙醇。将准备的超纯水、乙醇加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在60°C，边搅拌边添加四甲氧基硅烷进行水解。添加四甲氧基硅烷之后搅拌60分钟，然后进一步添加相对于I mol四甲氧基硅烷为25 mol的超纯水，继续搅拌6小时,生成二氧化娃质的凝胶。此时的搅拌速度为100 rpm ο接着,将上述二氧化硅质的凝胶转移到干燥用容器中，将其放入干燥机中，以20 L/分钟的流量向干燥机内流通氮，同时在200°C的温度下干燥24小时，得到干燥粉末。将该干燥粉末由干燥机取出，使用辊式破碎机粉碎。此时，调节辊间隙为0.2 _、辊转数为55 rpm。将粉碎后的干燥粉末用孔径100 μ m和孔径150 μ m的振动筛分级，得到平均粒径D5tl为120 μ m的二氧化硅粉末。接着，使用图3所示装置30，在下述表I所示的条件下对上述得到的二氧化硅粉末实施球化处理。具体来说，首先由装置30的气体导入管38导入工作气体氩，对等离子体炬31施加高频，产生等离子体。等离子体稳定后徐徐导入氧，产生氩-氧等离子体。将上述得到的二氧化硅粉末由原料供给管37加入到氩-氧等离子体中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔体的颗粒滴落，在回收部33回收滴落的颗粒，由此得到球化二氧化硅粉末41。球化处理后，将上述粉末和超纯水加入到洗涤容器中进行超声波洗涤。超声波洗涤后，用孔径100 Pm的滤器过滤。将该操作反复进行，直至附着于二氧化硅粉末的颗粒表面的微粉末消失。最后，将洗涤后的粉末加入到干燥用容器中，将该干燥用容器加入到干燥机中，以10 L/分钟的流量向干燥机内流通 気，同时在300°C的温度下保持12小时，由此得到表面未附着有二氧化硅微粉末的合成非晶态二氧化硅粉末。比较例3
首先，相对于I mol平均粒径D5tl为0. 020 u m、比表面积为90 m2/g的火成二氧化硅，准备13 mol超纯水。将准备的超纯水加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在25°C，边搅拌边添加火成二氧化硅。添加火成二氧化硅之后继续搅拌3小时，生成二氧化硅质的凝胶。此时的搅拌速度为30 rpm。接着，将上述二氧化硅质的凝胶转移到干燥用容器中，将其放入干燥机中，以10 L/分钟的流量向干燥机内流通氮，同时在300°C的温度下干燥12小时，得到干燥粉末。将该干燥粉末由干燥机取出，使用辊式破碎机粉碎。此时，调节辊间隙为0.5mm、棍转数为30 rpm来进行。将粉碎后的干燥粉末用孔径375 u m和孔径450 u m的振动筛分级，得到平均粒径D5tl为417 um的二氧化硅粉末。接着，使用图3所示装置30，在下述表I所示的条件下对上述得到的二氧化硅粉末实施球化处理。具体来说，首先由装置30的气体导入管38导入工作气体氩，对等离子体炬31施加高频，产生等离子体。等离子体稳定后徐徐导入氧，产生氩-氧等离子体。将上述得到的二氧化硅粉末由原料供给管37加入到氩-氧等离子体中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔体的颗粒滴落，在回收部33回收滴落的颗粒，由此得到球化二氧化硅粉末41。球化处理后，将上述粉末和超纯水加入到洗涤容器中进行超声波洗涤。超声波洗涤后，用孔径375 Pm的滤器过滤。将该操作反复进行，直至附着于二氧化硅粉末的颗粒表面的微粉末消失。最后，将洗涤后的粉末加入到干燥用容器中，将该干燥用容器加入到干燥机中，以20 L/分钟的流量向干燥机内流通氮，同时在200°C的温度下保持36小时，由此得到表面未附着有二氧化硅微粉末的合成非晶态二氧化硅粉末。比较例4
按照以下表I所示条件实施球化处理，除此之外与比较例3同样地，得到合成非晶态二氧化硅粉末。比较例5
得到平均粒径D5tl为907 um的二氧化硅粉末、以及按照以下表I所示条件对该二氧化硅粉末实施球化处理，除此之外与比较例I同样地，得到合成非晶态二氧化硅粉末。比较例6
首先，相对于I mol四氯化硅准备相当于55. 6 mol的量的超纯水。将该超纯水加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在25 °C，边搅拌边添加四氯化硅进行水解。添加四氯化硅之后继续搅拌3小时，生成二氧化硅质的凝胶。此时的搅拌速度为150 rpm。接着，将上述二氧化硅质的凝胶转移到干燥用容器中，将其放入干燥机中，以15 L/分钟的流量向干燥机内流通氮，同时在250°C的温度下干燥18小时，得到干燥粉末。将该干燥粉末由干燥机取出，使用辊式破碎机粉碎。此时，调节辊间隙为0.2 mm、辊转数为50 rpm来进行。将粉碎后的干燥粉末用孔径50 和孔径150 Pm的振动筛分级，得到平均粒径D5tl为100 y m的二氧化硅粉末。最后，将粉碎后的粉末加入到烧成用容器中，将该烧成用容器加入到烧成炉中，以10 L/分钟的流量向烧成炉内流通氮，同时在1200°C的温度下保持48小时，由此得到合成非晶态二氧化硅粉末。以该未实施球化处理的二氧化硅粉末作为比较例6。比较例I
首先，相对于I mol四甲氧基硅烷准备I mol超纯水、I mol乙醇。将准备的超纯水、乙醇加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在60°C，边搅拌边添加四甲氧基硅烷进行水解。添加四甲氧基硅烷之后搅拌60分钟，然后进一步添加相对于I mol四甲氧基硅烷为25 mol的超纯水，继续搅拌6小时,生成二氧化娃质的凝胶。此时的搅拌速度为100 rpmo接着,将 上述二氧化硅质的凝胶转移到干燥用容器中，将其放入干燥机中，以20 L/分钟的流量向干燥机内流通氮，同时在200°C的温度下干燥24小时，得到干燥粉末。将该干燥粉末由干燥机取出，使用辊式破碎机粉碎。此时，调节辊间隙为0.6 mm、辊转数为100 rpm。将粉碎后的干燥粉末用孔径550 u m和孔径650 u m的振动筛分级，得到平均粒径D5tl为590 Um的二氧化硅粉末。最后，将粉碎后的粉末加入到烧成用容器中，将该烧成用容器加入到烧成炉中，以10 L/分钟的流量向烧成炉内流通氩，同时在1200°C的温度下保持48小时，由此得到合成非晶态二氧化硅粉末。以该未实施球化处理的二氧化硅粉末作为比较例7。比较例8
首先，相对于I mol平均粒径D5tl为0. 020 u m、比表面积为90 m2/g的火成二氧化硅，准备13 mol超纯水。将准备的超纯水加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在25°C，边搅拌边添加火成二氧化硅。添加火成二氧化硅之后继续搅拌3小时，生成二氧化硅质的凝胶。此时的搅拌速度为30 rpm。接着，将上述二氧化硅质的凝胶转移到干燥用容器中，将其放入干燥机中，以10 L/分钟的流量向干燥机内流通氮，同时在300°C的温度下干燥12小时，得到干燥粉末。将该干燥粉末由干燥机取出，使用辊式破碎机粉碎。此时，调节辊间隙为0.9_、棍转数为150 rpm来进行。将粉碎后的干燥粉末用孔径850 iim和孔径950 ii m的振动筛分级，得到平均粒径D5tl为895 um的二氧化硅粉末。最后，将粉碎后的粉末加入到烧成用容器中，将该烧成用容器加入到烧成炉中，以10 L/分钟的流量向烧成炉内流通氩，同时在1200°C的温度下保持48小时，由此得到合成非晶态二氧化硅粉末。以该未实施球化处理的二氧化硅粉末作为比较例8。[表 I]
权利要求
1.合成非晶态二氧化硅粉末，其是对二氧化硅粉末实施球化处理，然后不经洗涤即进行烧成而得到的合成非晶态二氧化硅粉末，其特征在于，BET比表面积除以由平均粒径Dki计算的理论比表面积所得的值为1.93以下，真密度为2. 10 g/cm3以上，颗粒内空隙率为O. 05以下，圆形度为O. 50以上以及球化率为O. 20以上，表面附着有二氧化硅微粉末。
全文摘要
本发明的合成非晶态二氧化硅粉末是对二氧化硅粉末实施球化处理，然后不经洗涤即进行烧成而得到的合成非晶态二氧化硅粉末，其特征在于，BET比表面积除以由平均粒径D50计算的理论比表面积所得的值为1.93以下，真密度为2.10g/cm3以上，颗粒内空隙率为0.05以下，圆形度为0.50以上以及球化率为0.20以上，表面附着有二氧化硅微粉末。该合成非晶态二氧化硅粉末中，吸附于表面的气体成分、粉末内部的气体成分少，因此，对于使用该粉末制造的合成石英玻璃制品，即使在高温和减压的环境下使用，气泡的产生或膨胀也得以大幅降低。
文档编号C03B20/00GK102666384SQ20108005914
公开日2012年9月12日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年1月7日
发明者植田稔晃 申请人:三菱综合材料株式会社