專利名稱：合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在半導體產業(yè)等中、適合作為制造在高溫和減壓的環(huán)境下使用的管路或坩堝等的合成石英玻璃制品的原料的、高純度的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。
背景技術：
以往，在半導體用途的單晶制造中所使用的坩堝或夾具類是以將天然石英或硅砂粉碎、提純得到的石英粉作為原料來制造的。但是，天然石英或硅砂含有各種金屬雜質，即使進行上述提純處理也不能完全除去金屬雜質，因此純度上并不令人十分滿意。另外，隨著半導體的高集成化的進步，對于作為材料的單晶的品質要求日益提高，該單晶的制造中使用的坩堝或夾具類也要求是高純度品。因此，代替天然石英或硅砂，而以高純度的合成非晶 態(tài)二氧化硅粉末作為原料的合成石英玻璃制品受到人們的關注。作為制造該高純度合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的方法，公開有用水將高純度的四氯化硅水解，將生成的硅膠干燥、整粒、燒成，獲得合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的方法(例如參照專利文獻I)。還公開了在酸和堿的存在下，將硅酸酯等的烷氧基硅烷水解，使其凝膠化，將所得凝膠干燥、粉碎，然后進行燒成，獲得合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的方法(例如參照專利文獻2、3)。通過上述專利文獻1-3所述的方法制造的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末與天然石英或硅砂相比為高純度，以它們作為原料來制造的坩堝或夾具類等的合成石英玻璃制品引起的雜質混入降低，可實現高性能化。專利文獻I :日本特公平4-75848號公報(專利權利要求I)
專利文獻2 :日本特開昭62-176929號公報(專利權利要求I)
專利文獻3 日本特開平3-275527號公報(第2頁左下欄第7行-第3頁左上欄第6行)。

發(fā)明內容
但是，對于以按照上述專利文獻1-3所述的方法制造的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末作為原料來制造的合成石英玻璃制品，當合成石英玻璃制品的使用環(huán)境為高溫和減壓環(huán)境時，具有氣泡產生或膨脹、使該合成石英玻璃制品的性能大幅降低的缺點。例如，單晶硅提拉用坩堝在1500°C附近和7000 Pa附近的高溫和減壓環(huán)境下使用，上述氣泡的產生或膨脹導致坩堝的性能大幅降低，這成為左右提拉的單晶品質的問題。針對上述的在高溫和減壓環(huán)境下使用時所產生的問題，考慮的對策是對通過四氯化硅的水解得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末實施熱處理，分別減少合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中的羥基和氯的濃度，并且對通過烷氧基硅烷的溶膠凝膠法得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末實施熱處理，分別減少合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中的羥基和碳的濃度，由此使合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中可能形成氣體成分的雜質濃度降低。但是，即使是上述對策，仍無法充分抑制在高溫和減壓環(huán)境下使用的合成石英玻璃制品的氣泡的產生或膨脹。
本發(fā)明的目的在于克服上述以往的課題，提供合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，該合成非晶態(tài)二氧化硅粉末適合用作即使在高溫和減壓環(huán)境下使用、氣泡的產生或膨脹也較少的合成石英玻璃制品的原料。本發(fā)明的觀點I涉及合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其是在對二氧化硅粉末實施球化處理，然后不經洗滌即進行燒成而得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其特征在于，BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計算的理論比表面積所得的值為I. 93以下，真密度為2. 10 g/cm3以上，顆粒內空隙率為O. 05以下，圓形度為O. 50以上以及球化率為O. 20以上，表面附著有二氧化硅微粉末。發(fā)明效果
本發(fā)明的觀點I的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末是對二氧化硅粉末實施球化處理，然后不 經洗滌即進行燒成而得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其中，BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計算的理論比表面積所得的值為I. 93以下，真密度為2. 10 g/cm3以上，顆粒內空隙率為O. 05以下，圓形度為O. 50以上以及球化率為O. 20以上，表面附著有二氧化硅微粉末。因此，如果使用該合成非晶態(tài)二氧化硅粉末制造合成石英玻璃制品，則吸附于原料粉末的表面的氣體成分減少，并且粉末內部的氣體成分減少，因此可以降低氣泡的產生或膨脹。


圖I是表示本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的代表性粉末顆粒的照片圖。圖2是表示本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造工序的工藝流程圖。圖3是利用熱等離子體的球化裝置的概略截面圖。圖4是粒度·形狀分布測定器的概略圖。圖5是表示未實施球化處理的代表性的二氧化硅粉末顆粒的照片圖。
具體實施例方式接著，根據附圖對實施本發(fā)明的方案進行說明。本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末是對二氧化硅粉末實施球化處理，然后不經洗滌即進行燒成而獲得的。其特征在于，BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計算的理論比表面積所得的值為1.93以下，真密度為2. 10 g/cm3以上，顆粒內空隙率為O. 05以下，圓形度為
O.50以上以及球化率為O. 20以上，表面附著有二氧化硅微粉末。普遍認為在高溫和減壓下，在單晶硅提拉用坩堝等的合成石英玻璃制品中氣泡產生或膨脹的主要原因是吸附于制造產品所使用的原料粉末的表面的氣體。即，在制造合成石英玻璃制品時，在作為其工序之一的熔融時，吸附于原料粉末的表面的氣體成分脫離。并且，該氣體成分殘留于合成石英玻璃制品中，這成為氣泡產生或膨脹的原因。作為合成石英玻璃制品的原料的二氧化硅粉末通常經由粉碎工序，因此如圖5所示，含有大量不定形(粉碎粉末形狀)的顆粒。因此，認為比表面積增大，不可避免的氣體吸附量增大。因此，本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末通過對粉末實施球化處理，使BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計算的理論比表面積所得的值在上述范圍。BET比表面積是指通過BET3點法測定的值。假設顆粒為圓球體、表面平滑時，顆粒的理論比表面積由下式(I)計算。應予說明，式(I)中，D表示顆粒的直徑，^表示真密度。理論比表面積=6/ (DX P )(I)
本說明書中，粉末的理論比表面積是指在上式(I)中，由D為粉末的平均粒徑D5tl、/ 假定為真密度2. 20 g/cm3的理論真密度計算的值。即，粉末的理論比表面積由下式(2)計算。粉末的理論比表 面積=2. 73/D5Q(2)
BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計算的理論比表面積所得的值超過I. 93，則比表面積增大，不可避免的氣體吸附量增大。其中，上述值優(yōu)選為I. 70以下，特別優(yōu)選I. 00-1. 50的范圍。合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的圓形度為O. 50以上。圓形度越接近I. 00則表示粉末顆粒越接近于圓球，這由下式(3)計算。圓形度=4jiS/L2(3)
式(3)中，S表示拍攝的顆粒投影圖的面積，L表示顆粒投影圖的周長。本說明書中，粉末的圓形度是指由上式(3)計算的200個粉末顆粒的平均值。粉末的圓形度低于O. 50，則降低氣泡的產生或膨脹的效果小。其中，粉末的圓形度優(yōu)選O. 80-1. 00的范圍。合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的球化率為O. 20以上。粉末的球化率表示規(guī)定量的粉末中含有圓形度為
0.60-1. 00的顆粒的比例。球化率低于O. 20時，降低氣泡的產生或膨脹的效果小。其中，粉末的球化率優(yōu)選O. 80-1. 00的范圍。若著眼于合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的I個顆粒，則優(yōu)選在顆粒內不存在空孔或閉塞的縫隙等的內部空間。S卩，如果合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的內部存在空間，則其成為合成石英玻璃制品中氣泡產生或膨脹的原因。因此，真密度為2. 10 g/cm3以上，優(yōu)選2. 15-2. 20g/cm3。真密度是按照JIS R7212碳磚的測定方法(d)真比重測定，進行3次真密度測定，是其平均值。顆粒內空隙率為O. 05以下，優(yōu)選O. 01以下。顆粒內空隙率是對50個粉末顆粒，通過SEM (掃描式電子顯微鏡)觀察截面，測定顆粒的截面積，如果顆粒內有空間則測定該空間的面積，是由下式(4)計算的值的平均值。顆粒內空隙率=顆粒內空間總面積/顆?？偨孛娣e(4)
合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的平均粒徑D5tl優(yōu)選在50-1000 μ m的范圍內。低于下限值則粉末顆粒間的空間小，存在于該空間的氣體難以脫出，因此容易殘留小的氣泡，另一方面，若超過上限值則粉末顆粒間的空間過大，容易殘留大的氣泡。其中，特別優(yōu)選平均粒徑D5tl在80-600 ym的范圍內。應予說明，本說明書中，平均粒徑D5tl是指通過激光衍射散射式顆粒分布測定裝置(型號=HORIBA LA-950)測定顆粒分布(直徑)的中間值，測定3次，取其平均值。合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的體積密度優(yōu)選為1.00 g/cm3以上。低于下限值則粉末顆粒間的空間過大，容易殘留大的氣泡，另一方面，若超過上限值則粉末顆粒間的空間小，因此，存在于該空間的氣體難以脫出，容易殘留小的氣泡。其中，體積密度特別優(yōu)選在
1.20-1. 40 g/cm3 范圍內。為了使粉末的熔融性均勻，優(yōu)選為在使用CuKa射線、通過粉末X射線衍射法測定時，衍射峰為寬峰的、未見晶態(tài)二氧化硅粉末的粉末。非晶態(tài)和晶態(tài)二氧化硅在熔融時的特性不同，晶態(tài)二氧化硅的熔融有延遲開始的傾向。因此，如果使用非晶態(tài)和晶態(tài)二氧化硅混合存在的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末來制造合成石英玻璃制品等，則容易在合成石英玻璃制品中殘留氣泡。
為了降低合成石英玻璃制品的雜質混入或實現高性能化，合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的雜質濃度優(yōu)選除氫原子以外的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族的濃度低于I ppm。其中，特別優(yōu)選這些雜質濃度低于O. 05 ppm。為了抑制高溫和減壓下合成石英玻璃制品中氣泡的產生或膨脹，優(yōu)選可形成氣體成分的輕基為50 ppm以下、氯濃度為2 ppm以下、碳濃度為10 ppm以下。本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末是在實施了球化處理后，不經洗滌即進行燒成而獲得的。因此，如圖I所示，在粉末顆粒的表面附著有二氧化硅微粉末，但通過球化處理顯示上述特性，因此不可避免的氣體吸附量降低。該二氧化硅微粉末的平均粒徑D5tl為O. 001-0. I μ m。接著，對于本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法進行說明。本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法如圖2所示，對作為原料的二氧化硅粉末實施球化處理，并進行燒成而獲得。以下詳細說明各工序。
作為本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末原料的二氧化硅粉末例如通過以下方法獲得。方法I是首先相對于I mol四氯化硅，準備相當于45-80 mol的量的超純水。將準備的超純水加入到容器內，在氮、氬等氣氛下將溫度保持在20-45°C，邊攪拌邊添加四氯化硅進行水解。添加四氯化硅后續(xù)續(xù)攪拌O. 5-6小時，生成二氧化硅質的凝膠，此時，攪拌速度優(yōu)選為100-300 rpm的范圍。接著，將上述二氧化硅質的凝膠轉移至干燥用容器中，將其放入干燥機，向干燥機內，優(yōu)選邊以1-20 L/分鐘的流量流通氮、氬等、邊在200°C -300°C的溫度下干燥12-48小時，獲得干燥粉末。接著，由干燥機取出該干燥粉末，使用輥式破碎機等的粉碎機進行粉碎。使用輥式破碎機時，適當調節(jié)為輥間隙O. 2-2. O mm、輥轉數3-200rpm來進行。最后，使用振動篩等將粉碎的干燥粉末進行分級，由此得到平均粒徑D5tl優(yōu)選為70-1300 μ m的二氧化硅粉末。方法2是相對于I mol作為有機系硅化合物的四甲氧基硅烷，準備O. 5-3 mol超純水、O. 5-3 mol乙醇。將準備的超純水、乙醇加入到容器內，在氮、氬等氣氛下將溫度保持在60°C，邊攪拌邊添加四甲氧基硅烷，進行水解。添加四甲氧基硅烷后攪拌5-120分鐘，然后進一步添加相對于I mol四甲氧基硅烷為1-50 mol的超純水，繼續(xù)攪拌1_12小時，生成二氧化硅質的凝膠。此時，攪拌速度優(yōu)選為100-300 rpm的范圍。接著，將上述二氧化硅質的凝膠轉移到干燥用容器中，將其放入干燥機，向干燥機內，優(yōu)選邊以1-20 L/分鐘的流量流通氮、氬等、邊在200°C _300°C的溫度下干燥6-48小時，獲得干燥粉末。接著，由干燥機取出該干燥粉末，使用輥式破碎機等的粉碎機進行粉碎。使用輥式破碎機時，適當調節(jié)為輥間隙0.2-2. O mm、輥轉數3-200 rpm來進行。最后，使用振動篩等將粉碎的干燥粉末進行分級，由此得到平均粒徑D5tl優(yōu)選為70-1300 μ m的二氧化硅粉末。方法3是首先相對于I mol平均粒徑D5tl為0.007-0. 030 μ m、比表面積為50-380m2/g的火成二氧化硅，準備9. 5-20. O mol超純水。將所準備的超純水加入到容器內，在氮、氬等氣氛下將溫度保持在20-45°C，邊攪拌邊添加火成二氧化硅。添加火成二氧化硅后繼續(xù)攪拌0.5-6小時，生成二氧化硅質的凝膠。此時，攪拌速度優(yōu)選為10-50 rpm的范圍。接著，將上述二氧化硅質的凝膠轉移到干燥用容器中，將其放入干燥機，向干燥機內，優(yōu)選邊以1-20 L/分鐘的流量流通氮、氬等、邊在200°C -300°C的溫度下干燥6_48小時，獲得干燥粉末。接著，由干燥機取出該干燥粉末，使用輥式破碎機等的粉碎機進行粉碎。使用輥式破碎機時，適當調節(jié)為棍間隙O. 2-2. O mm、棍轉數3-200 rpm來進行。最后，使用振動篩等將粉碎的干燥粉末進行 分級，由此得到平均粒徑D5tl優(yōu)選為70-1300 μ m的二氧化硅粉末。作為將由上述方法1-3所得的二氧化硅粉末進行球化的方法，只要是加熱至2000°C以上使其熔融、利用熔體顆粒的表面張力可以使凝固后的粉末形狀球化的方法即可，可舉出熱等離子體、火焰法或熔融滴落法等。這里，對利用熱等離子體的球化處理方法進行說明。利用熱等離子體的球化處理中，例如可使用圖3所示的裝置。該裝置30具備產生等離子體的等離子體炬31、設置于該等離子體炬31下部的作為反應筒的腔32、和設置于該腔32下部的、回收處理后的粉末的回收部33。等離子體炬31具有與腔32連通的、頂部密封的石英管34、和卷繞于該石英管34的高頻感應線圈36。在石英管34的上部貫通設置有原料供給管37，并且連接有氣體導入管38。在腔32的一側設置有氣體排氣口 39。等離子體炬31中，若對高頻感應線圈36通電，則產生等離子體40，由氣體導入管38向石英管34供給氬、氧等氣體。原料粉末經由原料供給管37供給至等離子體40中。腔32內的氣體由設置于腔32 —側的氣體排氣口 39排氣。首先，由裝置30的氣體導入管38將工作氣體氬以15-60 L/分鐘的流量導入，對等離子體炬31施加頻率3-5 MHz、輸出功率30-120 kW的高頻，產生等離子體。等離子體穩(wěn)定后，以20-120 L/分鐘的流量徐徐導入氧，產生氬-氧等離子體。接著，將按上述方法1-3所得的二氧化硅粉末以供給速度I. 5-20 kg/小時由原料供給管37加入到氬-氧等離子體中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔體的顆粒滴落，在回收部33回收滴落的顆粒，由此可得到球化的二氧化硅粉末41。球化處理后的二氧化硅粉末不經洗滌即進行燒成。首先，將球化處理后的二氧化硅粉末加入到燒成用容器中，將該燒成用容器加入到可控制氣氛的電爐、即燒成爐中。燒成條件優(yōu)選為，一邊以1-20 L/分鐘的流量流通氧、干燥空氣等，一邊在1100°C -1500°c下燒成12-48小時。通過以上的工序可得到本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。該合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中，不可避免的氣體吸附量少，可適合作為合成石英玻璃制品的原料來使用。
實施例接著，與比較例一起詳細說明本發(fā)明的實施例。實施例I
首先，相對于I mol四氯化硅準備相當于55. 6 mol的量的超純水。將該超純水加入到容器內，在氮氣氛下將溫度保持在25 °C，邊攪拌邊添加四氯化硅進行水解。添加四氯化硅之后繼續(xù)攪拌3小時，生成二氧化硅質的凝膠。此時的攪拌速度為150 rpm。接著，將上述二氧化硅質的凝膠轉移到干燥用容器中，將其放入干燥機中，以15 L/分鐘的流量向干燥機內流通氮，同時在250°C的溫度下干燥18小時，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機取出，使用輥式破碎機粉碎。此時，調節(jié)輥間隙為O. 2 mm、輥轉數為50 rpm來進行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑75 μπι和孔徑125 μ m的振動篩分級，得到平均粒徑D5tl為112 μ m的二氧化硅粉末。接著，使用圖3所示裝置30，在下述表I所示的條件下對上述得到的二氧化硅粉末實施球化處理。具體來說，首先由裝置30的氣體導入管38導入工作氣體氬，對等離子體炬31施加高頻，產生等離子體。等離子體穩(wěn)定后徐徐導入氧，產生氬-氧等離子體。將上述得到的二氧化硅粉末由原料供給管37加入到氬-氧等離子體中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔體的顆粒滴落，在回收部33回收滴落的顆粒，由此得到球化的二氧化硅粉末41。球化處理后，粉末不經洗滌即加入到燒成用容器中，將該燒成用容器加入到燒成爐中，以10 L/分鐘的流量向燒成爐內流通氮，同時在1250°C的溫度下保持48小時，由此得到表面附著有二氧化硅微粉末的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。實施例2
首先，相對于I mol四甲氧基硅烷準備I mol超純水、I mol乙醇。將準備的超純水、乙醇加入到容器內，在氮氣氛下將溫度保持在60°C，邊攪拌邊添加四甲氧基硅烷進行水解。添加四甲氧基硅烷之后攪拌60分鐘，然后進一步添加相對于I mol四甲氧基硅烷為25 mol的超純水，繼續(xù)攪拌6小時,生成二氧化娃質的凝膠。此時的攪拌速度為100 rpm ο接著,將上述二氧化硅質的凝膠轉移到干燥用容器中，將其放入干燥機中，以20 L/分鐘的流量向干燥機內流通氮，同時在200°C的溫度下干燥24小時，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機 取出，使用輥式破碎機粉碎。此時，調節(jié)輥間隙為0.2 mm、輥轉數為55 rpm來進行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑100 μπι和孔徑150 μ m的振動篩分級，得到平均粒徑D5tl為120 μπι的二氧化硅粉末。接著，使用圖3所示裝置30，在下述表I所示的條件下對上述得到的二氧化硅粉末實施球化處理。具體來說，首先由裝置30的氣體導入管38導入工作氣體氬，對等離子體炬31施加高頻，產生等離子體。等離子體穩(wěn)定后徐徐導入氧，產生氬-氧等離子體。將上述得到的二氧化硅粉末由原料供給管37加入到氬-氧等離子體中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔體的顆粒滴落，在回收部33回收滴落的顆粒，由此得到球化二氧化硅粉末41。球化處理后，粉末不經洗滌即加入到燒成用容器中，將該燒成用容器加入到燒成爐中，以15 L/分鐘的流量向燒成爐內流通氧，同時在1300°C的溫度下保持24小時，由此得到表面附著有二氧化硅微粉末的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。實施例3
首先，相對于I mol平均粒徑D5tl為0. 020 μ m、比表面積為90 m2/g的火成二氧化硅，準備13 mol超純水。將準備的超純水加入到容器內，在氮氣氛下將溫度保持在25°C，邊攪拌邊添加火成二氧化硅。添加火成二氧化硅之后繼續(xù)攪拌3小時，生成二氧化硅質的凝膠。此時的攪拌速度為30 rpm。接著，將上述二氧化硅質的凝膠轉移到干燥用容器中，將其放入干燥機中，以10 L/分鐘的流量向干燥機內流通氮，同時在300°C的溫度下干燥12小時，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機取出，使用輥式破碎機粉碎。此時，調節(jié)輥間隙為0.5mm、棍轉數為30 rpm來進行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑375 μ m和孔徑450 μ m的振動篩分級，得到平均粒徑D5tl為417 μ m的二氧化硅粉末。接著，使用圖3所示裝置30，在下述表I所示的條件下對上述得到的二氧化硅粉末實施球化處理。具體來說，首先由裝置30的氣體導入管38導入工作氣體氬，對等離子體炬31施加高頻，產生等離子體。等離子體穩(wěn)定后徐徐導入氧，產生氬-氧等離子體。將上述得到的二氧化硅粉末由原料供給管37加入到氬-氧等離子體中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔體的顆粒滴落，在回收部33回收滴落的顆粒，由此得到球化二氧化硅粉末41。球化處理后，粉末不經洗滌即加入到燒成用容器中，將該燒成用容器加入到燒成爐中，以15 L/分鐘的流量向燒成爐內流通氧，同時在1200°C的溫度下保持48小時，由此得到表面附著有二氧化硅微粉末的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。實施例4
得到平均粒徑D5tl為907 μ m的二氧化硅粉末，以及對該二氧化硅粉末按照以下表I所示條件進行球化處理，除此之外與實施例I同樣地，得到表面附著有二氧化硅微粉末的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例I
首先，相對于I mol四氯化硅準備相當于55. 6 mol的量的超純水。將該超純水加入到容器內，在氮氣氛下將溫度保持在25 °C，邊攪拌邊添加四氯化硅進行水解。添加四氯化硅之后繼續(xù)攪拌3小時，生成二氧化硅質的凝膠。此時的攪拌速度為150 rpm。接著，將上述二氧化硅質的凝膠轉移到干燥用容器中，將其放入干燥機中，以15 L/分鐘的流量向干燥機內流通氮，同時在250°C的溫度下干燥18小時，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機取出，使用輥式破碎機粉碎。此時，調節(jié)輥間隙為O. 2 mm、輥轉數為50 rpm來進行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑75 μπι和孔徑125 μ m的振動篩分級，得到平均粒徑D5tl為112 μ m的二氧化硅粉末。接著，使用圖3所示裝置30，在下述表I所示的條件下對上述得到的二氧化硅粉末實施球化處理。具體來說，首先由裝置30的氣體導入管38導入工作氣體氬，對等離子體炬31施加高頻，產生等離子體。等離子體穩(wěn)定后徐徐導入氧，產生氬-氧等離子體。將上述得到的二氧化硅粉末由原料供給管37加入到氬-氧等離子體中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔體的顆粒滴落，在回收部33回收滴落的顆粒，由此得到球化二氧化硅粉末41。球化處理后，將上述粉末和超純水加入到洗滌容器中進行超聲波洗滌。超聲波洗滌后，用孔徑75 μ m的濾器過濾。將該操作反復進行，直至附著于二氧化硅粉末的顆粒表面的微粉末消失。最后，將洗滌過的粉末加入到干燥用容器中，將該干燥用容器加入到干燥機中，以10 L/分鐘的流量向干燥機內流通氮，同時在200°C的溫度下保持48小時，由此得到表面未附著有二氧化硅微粉末的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例2
首先，相對于I mol四甲氧基硅烷準備I mol超純水、I mol乙醇。將準備的超純水、乙醇加入到容器內，在氮氣氛下將溫度保持在60°C，邊攪拌邊添加四甲氧基硅烷進行水解。添加四甲氧基硅烷之后攪拌60分鐘，然后進一步添加相對于I mol四甲氧基硅烷為25 mol的超純水，繼續(xù)攪拌6小時,生成二氧化娃質的凝膠。此時的攪拌速度為100 rpm ο接著,將上述二氧化硅質的凝膠轉移到干燥用容器中，將其放入干燥機中，以20 L/分鐘的流量向干燥機內流通氮，同時在200°C的溫度下干燥24小時，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機取出，使用輥式破碎機粉碎。此時，調節(jié)輥間隙為0.2 _、輥轉數為55 rpm。將粉碎后的干燥粉末用孔徑100 μ m和孔徑150 μ m的振動篩分級，得到平均粒徑D5tl為120 μ m的二氧化硅粉末。接著，使用圖3所示裝置30，在下述表I所示的條件下對上述得到的二氧化硅粉末實施球化處理。具體來說，首先由裝置30的氣體導入管38導入工作氣體氬，對等離子體炬31施加高頻，產生等離子體。等離子體穩(wěn)定后徐徐導入氧，產生氬-氧等離子體。將上述得到的二氧化硅粉末由原料供給管37加入到氬-氧等離子體中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔體的顆粒滴落，在回收部33回收滴落的顆粒，由此得到球化二氧化硅粉末41。球化處理后，將上述粉末和超純水加入到洗滌容器中進行超聲波洗滌。超聲波洗滌后，用孔徑100 Pm的濾器過濾。將該操作反復進行，直至附著于二氧化硅粉末的顆粒表面的微粉末消失。最后，將洗滌后的粉末加入到干燥用容器中，將該干燥用容器加入到干燥機中，以10 L/分鐘的流量向干燥機內流通 気，同時在300°C的溫度下保持12小時，由此得到表面未附著有二氧化硅微粉末的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例3
首先，相對于I mol平均粒徑D5tl為0. 020 u m、比表面積為90 m2/g的火成二氧化硅，準備13 mol超純水。將準備的超純水加入到容器內，在氮氣氛下將溫度保持在25°C，邊攪拌邊添加火成二氧化硅。添加火成二氧化硅之后繼續(xù)攪拌3小時，生成二氧化硅質的凝膠。此時的攪拌速度為30 rpm。接著，將上述二氧化硅質的凝膠轉移到干燥用容器中，將其放入干燥機中，以10 L/分鐘的流量向干燥機內流通氮，同時在300°C的溫度下干燥12小時，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機取出，使用輥式破碎機粉碎。此時，調節(jié)輥間隙為0.5mm、棍轉數為30 rpm來進行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑375 u m和孔徑450 u m的振動篩分級，得到平均粒徑D5tl為417 um的二氧化硅粉末。接著，使用圖3所示裝置30，在下述表I所示的條件下對上述得到的二氧化硅粉末實施球化處理。具體來說，首先由裝置30的氣體導入管38導入工作氣體氬，對等離子體炬31施加高頻，產生等離子體。等離子體穩(wěn)定后徐徐導入氧，產生氬-氧等離子體。將上述得到的二氧化硅粉末由原料供給管37加入到氬-氧等離子體中，使二氧化硅粉末熔融，使形成了熔體的顆粒滴落，在回收部33回收滴落的顆粒，由此得到球化二氧化硅粉末41。球化處理后，將上述粉末和超純水加入到洗滌容器中進行超聲波洗滌。超聲波洗滌后，用孔徑375 Pm的濾器過濾。將該操作反復進行，直至附著于二氧化硅粉末的顆粒表面的微粉末消失。最后，將洗滌后的粉末加入到干燥用容器中，將該干燥用容器加入到干燥機中，以20 L/分鐘的流量向干燥機內流通氮，同時在200°C的溫度下保持36小時，由此得到表面未附著有二氧化硅微粉末的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例4
按照以下表I所示條件實施球化處理，除此之外與比較例3同樣地，得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例5
得到平均粒徑D5tl為907 um的二氧化硅粉末、以及按照以下表I所示條件對該二氧化硅粉末實施球化處理，除此之外與比較例I同樣地，得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例6
首先，相對于I mol四氯化硅準備相當于55. 6 mol的量的超純水。將該超純水加入到容器內，在氮氣氛下將溫度保持在25 °C，邊攪拌邊添加四氯化硅進行水解。添加四氯化硅之后繼續(xù)攪拌3小時，生成二氧化硅質的凝膠。此時的攪拌速度為150 rpm。接著，將上述二氧化硅質的凝膠轉移到干燥用容器中，將其放入干燥機中，以15 L/分鐘的流量向干燥機內流通氮，同時在250°C的溫度下干燥18小時，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機取出，使用輥式破碎機粉碎。此時，調節(jié)輥間隙為0.2 mm、輥轉數為50 rpm來進行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑50 和孔徑150 Pm的振動篩分級，得到平均粒徑D5tl為100 y m的二氧化硅粉末。最后，將粉碎后的粉末加入到燒成用容器中，將該燒成用容器加入到燒成爐中，以10 L/分鐘的流量向燒成爐內流通氮，同時在1200°C的溫度下保持48小時，由此得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。以該未實施球化處理的二氧化硅粉末作為比較例6。比較例I
首先，相對于I mol四甲氧基硅烷準備I mol超純水、I mol乙醇。將準備的超純水、乙醇加入到容器內，在氮氣氛下將溫度保持在60°C，邊攪拌邊添加四甲氧基硅烷進行水解。添加四甲氧基硅烷之后攪拌60分鐘，然后進一步添加相對于I mol四甲氧基硅烷為25 mol的超純水，繼續(xù)攪拌6小時,生成二氧化娃質的凝膠。此時的攪拌速度為100 rpmo接著,將 上述二氧化硅質的凝膠轉移到干燥用容器中，將其放入干燥機中，以20 L/分鐘的流量向干燥機內流通氮，同時在200°C的溫度下干燥24小時，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機取出，使用輥式破碎機粉碎。此時，調節(jié)輥間隙為0.6 mm、輥轉數為100 rpm。將粉碎后的干燥粉末用孔徑550 u m和孔徑650 u m的振動篩分級，得到平均粒徑D5tl為590 Um的二氧化硅粉末。最后，將粉碎后的粉末加入到燒成用容器中，將該燒成用容器加入到燒成爐中，以10 L/分鐘的流量向燒成爐內流通氬，同時在1200°C的溫度下保持48小時，由此得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。以該未實施球化處理的二氧化硅粉末作為比較例7。比較例8
首先，相對于I mol平均粒徑D5tl為0. 020 u m、比表面積為90 m2/g的火成二氧化硅，準備13 mol超純水。將準備的超純水加入到容器內，在氮氣氛下將溫度保持在25°C，邊攪拌邊添加火成二氧化硅。添加火成二氧化硅之后繼續(xù)攪拌3小時，生成二氧化硅質的凝膠。此時的攪拌速度為30 rpm。接著，將上述二氧化硅質的凝膠轉移到干燥用容器中，將其放入干燥機中，以10 L/分鐘的流量向干燥機內流通氮，同時在300°C的溫度下干燥12小時，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機取出，使用輥式破碎機粉碎。此時，調節(jié)輥間隙為0.9_、棍轉數為150 rpm來進行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑850 iim和孔徑950 ii m的振動篩分級，得到平均粒徑D5tl為895 um的二氧化硅粉末。最后，將粉碎后的粉末加入到燒成用容器中，將該燒成用容器加入到燒成爐中，以10 L/分鐘的流量向燒成爐內流通氬，同時在1200°C的溫度下保持48小時，由此得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。以該未實施球化處理的二氧化硅粉末作為比較例8。[表 I]
權利要求
1.合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其是對二氧化硅粉末實施球化處理，然后不經洗滌即進行燒成而得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其特征在于，BET比表面積除以由平均粒徑Dki計算的理論比表面積所得的值為1.93以下，真密度為2. 10 g/cm3以上，顆粒內空隙率為O. 05以下，圓形度為O. 50以上以及球化率為O. 20以上，表面附著有二氧化硅微粉末。
全文摘要
本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末是對二氧化硅粉末實施球化處理，然后不經洗滌即進行燒成而得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其特征在于，BET比表面積除以由平均粒徑D50計算的理論比表面積所得的值為1.93以下，真密度為2.10g/cm3以上，顆粒內空隙率為0.05以下，圓形度為0.50以上以及球化率為0.20以上，表面附著有二氧化硅微粉末。該合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中，吸附于表面的氣體成分、粉末內部的氣體成分少，因此，對于使用該粉末制造的合成石英玻璃制品，即使在高溫和減壓的環(huán)境下使用，氣泡的產生或膨脹也得以大幅降低。
文檔編號C03B20/00GK102666384SQ20108005914
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權日2010年1月7日
發(fā)明者植田稔晃 申請人:三菱綜合材料株式會社