專利名稱：合成非晶態(tài)二氧化硅粉末及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體產(chǎn)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)二氧化硅粉末及其制造方 法。
背景技術(shù)：
以往，在半導(dǎo)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而制造的。但是，天然石英或硅砂含有各種金屬雜質(zhì)，即使進(jìn)行上述提純處理也不能完全除去金屬雜質(zhì)，因此純度上并不令人十分滿意。另外，隨著半導(dǎo)體的高集成化的進(jìn)步，對(duì)于作為材料的單晶的品質(zhì)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為高純度品。因此，代替天然石英或硅砂，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(guān)注。作為制造該高純度的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的方法，已經(jīng)公開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(例如參照專利文獻(xiàn)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(jìn)行燒成，由此獲得合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的方法(例如參照專利文獻(xiàn)2、3)。通過上述專利文獻(xiàn)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，以它們作為原料制造的坩堝或夾具類等的合成石英玻璃制品弓I起的雜質(zhì)混入降低，可以實(shí)現(xiàn)高性能化。專利文獻(xiàn)I :日本特公平4-75848號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求I)
專利文獻(xiàn)2 :日本特開昭62-176929號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求I)
專利文獻(xiàn)3 日本特開平3-275527號(hào)公報(bào)(第2頁左下欄第7行-第3頁左上欄第6行)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，對(duì)于以按照上述專利文獻(xiàn)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制造的合成石英玻璃制品，當(dāng)合成石英玻璃制品的使用環(huán)境為高溫和減壓環(huán)境時(shí)，具有氣泡產(chǎn)生或膨脹、使該合成石英玻璃制品的性能大幅降低的缺點(diǎn)。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(chǎn)生或膨脹導(dǎo)致坩堝的性能大幅降低，這成為左右提拉單晶的品質(zhì)的問題。針對(duì)上述的在高溫和減壓環(huán)境下使用時(shí)所產(chǎn)生的問題，考慮的對(duì)策是對(duì)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(shí)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，或?qū)νㄟ^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(shí)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(zhì)濃度降低。但是，即使是上述對(duì)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(chǎn)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)二氧化硅粉末及其制造方法，該合成非晶態(tài)二氧化硅粉末適合作為即使在高溫和減壓環(huán)境下使用、氣泡的產(chǎn)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(diǎn)I涉及合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其是對(duì)制粒后的二氧化硅粉末實(shí)施球化處理、然后洗滌、干燥得到的平均粒徑D5tl為10-2000 u m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(jì)算的理論比表面積所得的值為超過
I.35且為I. 75以下，真密度為2. 10-2.20 g/cm3，顆粒內(nèi)空隙率為0-0. 05，圓形度為0. 50以上且0. 75以下，以及球化率為0. 20以上且低于0. 55。本發(fā)明的觀點(diǎn)2是基于觀點(diǎn)I的發(fā)明，其是將制粒后的二氧化硅粉末進(jìn)行燒成、然后實(shí)施球化處理得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其特征在于，該合成非晶態(tài)二氧化硅粉 末滿足碳濃度低于2 ppm或氯濃度低于2 ppm中的任意一者或兩者。本發(fā)明的觀點(diǎn)3是基于觀點(diǎn)2的發(fā)明，制粒后的二氧化硅粉末進(jìn)一步是如下的二氧化硅粉末使四氯化硅水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)得到；其特征在于，碳濃度低于2 ppm。本發(fā)明的觀點(diǎn)4是基于觀點(diǎn)2的發(fā)明，制粒后的二氧化硅粉末進(jìn)一步是如下的二氧化硅粉末將有機(jī)系硅化合物水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)得到；其特征在于，氯濃度低于2 ppm。本發(fā)明的觀點(diǎn)5是基于觀點(diǎn)2的發(fā)明，制粒后的二氧化硅粉末進(jìn)一步是如下的二氧化硅粉末使用火成二氧化硅生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)得到；其特征在于，碳濃度低于2 ppm，氯濃度低于2ppmD本發(fā)明的觀點(diǎn)6是合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法，該制造方法的特征在于，其依次包含以下工序制粒工序，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此得到二氧化硅粉末；利用熱等離子體的球化工序，以規(guī)定的供給速度向以規(guī)定的高頻輸出功率產(chǎn)生等離子體的等離子體炬內(nèi)加入上述制粒工序得到的二氧化硅粉末，在2000°C至二氧化硅沸點(diǎn)的溫度下加熱，使其熔融；洗滌工序，將上述球化工序后附著于球化二氧化硅粉末表面的微粉除去；和干燥工序，將上述洗滌工序后的二氧化硅粉末進(jìn)行干燥；獲得如下的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末將上述球化工序中的高頻輸出功率(W)記為A、二氧化硅粉末的供給速度(kg/小時(shí))記為B時(shí)，將A/B (W hr/kg)的值調(diào)節(jié)為3. OX IO3以上且低于1.0X IO4,平均粒徑D50為10-2000 u m，BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計(jì)算的理論比表面積所得的值超過I. 35且為I. 75以下，真密度為2. 10-2. 20 g/cm3，顆粒內(nèi)空隙率為0-0. 05，圓形度為0.50以上且0.75以下，以及球化率為0. 20以上且低于0. 55。本發(fā)明的觀點(diǎn)7是基于觀點(diǎn)6的發(fā)明，其特征在于，制粒工序進(jìn)一步是如下的工序使四氯化硅水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。本發(fā)明的觀點(diǎn)8的特征在于，制粒工序進(jìn)一步是如下的工序?qū)⒂袡C(jī)系硅化合物水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。本發(fā)明的觀點(diǎn)9的特征在于，制粒工序進(jìn)一步是如下的工序使用火成二氧化硅生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。本發(fā)明的觀點(diǎn)10是合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法，該制造方法的特征在于，其依次包含以下工序制粒工序，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此得到二氧化硅粉末；燒成工序，將上述制粒工序得到的二氧化硅粉末在800-1450°C的溫度下進(jìn)行燒成；利用熱等離子體的球化工序，以規(guī)定的供給速度向以規(guī)定的高 頻輸出功率產(chǎn)生等離子體的等離子體炬內(nèi)加入上述燒成工序得到的二氧化硅粉末，在2000°C至二氧化硅沸點(diǎn)的溫度下加熱，使其熔融；洗滌工序，將上述球化工序后附著于球化二氧化硅粉末表面的微粉除去；和干燥工序，將上述洗滌工序后的二氧化硅粉末進(jìn)行干燥；獲得如下的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末將上述球化工序中的高頻輸出功率(W)記為A、二氧化硅粉末的供給速度(kg/小時(shí))記為B時(shí)，將A/B(ff hr/kg)的值調(diào)節(jié)為3. OXlO3以上且低于I. OX 104，平均粒徑D5tl為10-2000 u m, BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計(jì)算的理論比表面積所得的值超過I. 35且為I. 75以下，真密度為2. 10-2. 20 g/cm3，顆粒內(nèi)空隙率為0-0. 05，圓形度為0.50以上且0. 75以下，以及球化率為0. 20以上且低于0. 55，碳濃度低于2 ppm。本發(fā)明的觀點(diǎn)11是基于觀點(diǎn)10的發(fā)明，其特征在于，制粒工序進(jìn)一步是如下的工序時(shí)，所得合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的碳濃度低于2 ppm，所述工序?yàn)槭顾穆然杷?，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。本發(fā)明的觀點(diǎn)12是基于觀點(diǎn)10的發(fā)明，其特征在于，制粒工序進(jìn)一步是如下的工序時(shí)，所得合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的氯濃度低于2 ppm，所述工序?yàn)槭褂袡C(jī)硅化合物水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。本發(fā)明的觀點(diǎn)13是基于觀點(diǎn)11的發(fā)明，其特征在于，制粒工序進(jìn)一步是如下的工序時(shí)，所得合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的碳濃度低于2 ppm、氯濃度低于2 ppm，所述工序?yàn)槭褂没鸪啥趸瑁啥趸栀|(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。發(fā)明效果
本發(fā)明的觀點(diǎn)I的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末是對(duì)制粒后的二氧化硅粉末實(shí)施球化處理、然后洗滌、干燥得到的平均粒徑D5tl為10-2000 u m的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計(jì)算的理論比表面積所得的值為超過I. 35且為I. 75以下，真密度為2. 10-2. 20 g/cm3，顆粒內(nèi)空隙率為0-0. 05，圓形度為0.50以上且0. 75以下，以及球化率為0. 20以上且低于0. 55。因此，若使用該合成非晶態(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(nèi)部的氣體成分減少，因此可以降低氣泡的產(chǎn)生或膨脹。本發(fā)明的觀點(diǎn)2的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末是將制粒后的二氧化硅粉末進(jìn)行燒成、然后實(shí)施球化處理得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，滿足碳濃度低于2 ppm或氯濃度低于2 ppm中的任意一者或兩者。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(nèi)部的氣體成分減少，因此可降低氣泡的產(chǎn)生或膨脹。特別是在該合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中，通過在實(shí)施球化處理之前進(jìn)行燒成，吸附于表面的氣體成分、粉末內(nèi)部的氣體成分變得極少，上述合成石英玻璃制品中氣泡產(chǎn)生或膨脹的降低效果更為提高。本發(fā)明的觀點(diǎn)5的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中，制粒后的二氧化硅粉末是如下的二氧化硅粉末，使用火成二氧化硅生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)而得到；實(shí)現(xiàn)了碳濃度低于2 ppm、氯濃度低于2ppmD
在該合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中，通過在作為原料粉末的二氧化硅粉末中使用火成二氧化硅，與原料粉末中使用氯系硅化合物在液體中反應(yīng)得到的物質(zhì)或由四甲氧基硅烷等有機(jī)系硅化合物得到的物質(zhì)相比，碳濃度和氯濃度進(jìn)一步得到抑制，因此，上述合成石英玻璃制品中氣泡的產(chǎn)生或膨脹的降低效果更為提高。本發(fā)明的觀點(diǎn)6-觀點(diǎn)9的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法例如是使四氯化硅水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠；或使四甲氧基硅烷等有機(jī)系硅化合物水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠；或者使用火成二氧化硅，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠。然后依次包含以下工序制粒工序，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得所需平均粒徑的二氧化硅粉末；利用熱等離子體的球化工序，以規(guī)定的供給速度向以規(guī)定的高頻輸出功率產(chǎn)生等離子體的等離子體炬內(nèi)加入上述制粒工序得到的二氧化硅粉末，在2000°C至二氧化硅沸點(diǎn)的溫度下加熱，使其熔融；洗滌工序，將上述球化工序后附著于球化二氧化硅粉末表面的微粉除去；和干燥工序，將上述洗滌工序后的二氧化硅粉末進(jìn)行干燥；該制造方法的特征在于，獲得如下的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末將上述球化工序中的高頻輸出功率(W)記為A、二氧化硅粉末的供給速度(kg/小時(shí))記為B時(shí)，將A/B(W*hr/kg)的值調(diào)節(jié)為3. OX IO3以上且低于I. OX 104，平均粒徑D5tl為10-2000 um,BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計(jì)算的理論比表面積所得的值超過I. 35且為I. 75以下，真密度為2. 10-2. 20g/cm3，顆粒內(nèi)空隙率為0-0. 05，圓形度為0. 50以上且0. 75以下，以及球化率為0. 20以上且低于0. 55。經(jīng)過上述工序，不可避免的氣體吸附量減少，并且粉末內(nèi)部的氣體成分少，因此可以簡(jiǎn)便地制造適合用作合成石英玻璃制品的原料的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。本發(fā)明的觀點(diǎn)10-觀點(diǎn)13的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法例如是使四氯化硅水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠；或使四甲氧基硅烷等有機(jī)硅化合物水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠；或者使用火成二氧化硅，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠。然后依次包含以下工序制粒工序，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得所需平均粒徑的二氧化硅粉末；燒成工序，將上述制粒工序得到的二氧化硅粉末在800-1450°C的溫度下進(jìn)行燒成；利用熱等離子體的球化工序，以規(guī)定的供給速度向以規(guī)定的高頻輸出功率產(chǎn)生等離子體的等離子體炬內(nèi)加入上述燒成工序得到的二氧化硅粉末，在2000°C至二氧化硅沸點(diǎn)的溫度下加熱，使其熔融；洗滌工序，將上述球化工序后附著于球化二氧化硅粉末表面的微粉除去；和干燥工序，將上述洗滌工序后的二氧化硅粉末進(jìn)行干燥；該制造方法的特征在于，獲得如下的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末將上述球化工序中的高頻輸出功率(W)記為A、二氧化硅粉末的供給速度(kg/小時(shí))記為B時(shí)，將A/B(W*hr/kg)的值調(diào)節(jié)為3. O X IO3以上且低于I. O X 104，平均粒徑D5tl為10-2000 um,BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計(jì)算的理論比表面積所得的值超過I. 35且為I. 75以下，真密度為2. 10-2. 20g/cm3，顆粒內(nèi)空隙率為0-0. 05，圓形度為0. 50以上且0. 75以下，以及球化率為0. 20以上且低于0. 55。經(jīng)過上述工序，不可避免的氣體吸附量減少，并且粉末內(nèi)部的氣體成分少，因此可以簡(jiǎn)便地制造適合用作合成石英玻璃制品的原料的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。特別是在該制造方法中，通過在球化處理工序之前設(shè)置通過規(guī)定條件的燒成工序，可以使吸附于表面的氣體成分、粉末內(nèi)部的氣體成分極少，可制造上述合成石英玻璃制品中氣泡的產(chǎn)生或膨脹的降低效果更高的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。


圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方案I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)明的實(shí)施方案2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3是表示本發(fā)明的實(shí)施方案I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4是表示本發(fā)明的實(shí)施方案2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5是利用熱等離子體的球化裝置的概略截面圖。圖6是粒度 形狀分布測(cè)定器的概略圖。圖7是表示未實(shí)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(shí)施例方式接著，根據(jù)附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的方案進(jìn)行說明。本發(fā)明實(shí)施方案I的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末是對(duì)制粒后的二氧化硅粉末實(shí)施球化處理，然后洗滌、干燥獲得的。其特征在于，BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計(jì)算的理論比表面積所得的值超過I. 35且為I. 75以下，真密度為2. 10-2. 20 g/cm3，顆粒內(nèi)空隙率為0-0. 05，圓形度為0. 50以上且0. 75以下，以及球化率為0. 20以上且低于0. 55。本發(fā)明實(shí)施方案2的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末是對(duì)制粒后的二氧化硅粉末進(jìn)行燒成、然后實(shí)施球化處理得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。由此，滿足碳濃度低于2 ppm或氯濃度低于2 ppm中的任意一者或兩者。認(rèn)為在高溫和減壓下，單晶硅提拉用坩堝等的合成石英玻璃制品中氣泡產(chǎn)生或膨脹的主要原因是吸附于產(chǎn)品制造所使用的原料粉末表面的氣體。即，在制造合成石英玻璃制品時(shí)，在其一個(gè)工序的熔融時(shí)，吸附于原料粉末表面的氣體成分脫離。該氣體成分殘留于合成石英玻璃制品中，成為氣泡產(chǎn)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(jīng)過粉碎工序，因此如圖7所示，含有大量不定形(粉碎粉末形狀)的顆粒。因此，認(rèn)為比表面積增大，不可避免的氣體吸附量增大。而本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末通過對(duì)粉末實(shí)施球化處理，使BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計(jì)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(diǎn)法測(cè)定的值。假設(shè)顆粒為圓球體、表面平滑時(shí)，顆粒的理論比表面積由下式(I)計(jì)算。應(yīng)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/ (D×σ )(I)
本說明書中，粉末的理論比表面積是在上式⑴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(jì)算的值。即，粉末的理論比表面積由下式(2)計(jì)算。粉末的理論比表面積=2. 73/D5Q(2) 若BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計(jì)算的理論比表面積所得的值大，則比表面積增大，不可避免的氣體吸附量增大。該值為1.35以下，則石英坩堝等的合成石英玻璃制品的成型性降低。另一方面，若超過I. 75，則降低氣泡產(chǎn)生或膨脹的效果小。其中，BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計(jì)算的理論比表面積所得的值優(yōu)選為1.40-1.60的范圍。合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的圓形度為0. 50以上且0. 75以下。圓形度越接近I. 00則表示粉末顆粒越接近于圓球，由下式(3)計(jì)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，粉末的圓形度是由上式(3)計(jì)算的200個(gè)粉末顆粒的平均值。粉末的圓形度低于0.50，則降低氣泡的產(chǎn)生或膨脹的效果小。若粉末的圓形度超過0. 75，則石英坩堝等的合成石英玻璃制品的成型性降低。其中，粉末的圓形度優(yōu)選0.60-0. 70的范圍。合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的球化率為0. 20以上且低于0. 55。粉末的球化率表不規(guī)定量的粉末中含有圓形度為0. 80-1. 00的顆粒的比例。球化率低于0. 20時(shí)，則降低氣泡的產(chǎn)生或膨脹的效果小。球化率為0. 55以上時(shí)，則石英坩堝等的合成石英玻璃制品的成型性降低。其中，粉末的球化率優(yōu)選為0. 30-0. 50的范圍。若著眼于合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的I個(gè)顆粒，則優(yōu)選顆粒內(nèi)不存在空孔或閉塞的縫隙等的內(nèi)部空間。即，如果合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的內(nèi)部存在空間，則成為合成石英玻璃制品中氣泡產(chǎn)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. 20 g/cm3。真密度是指按照J(rèn)IS R7212碳磚的測(cè)定方法(d)真比重測(cè)定，進(jìn)行3次真密度測(cè)定，取其平均值。顆粒內(nèi)空隙率為0.05以下，優(yōu)選0.01以下。顆粒內(nèi)空隙率是對(duì)50個(gè)粉末顆粒通過SEM (掃描式電子顯微鏡)觀察截面時(shí)的顆粒的截面積，如果顆粒內(nèi)有空間則測(cè)定該空間的面積，是由下式(4)計(jì)算的值的平均值。顆粒內(nèi)空隙率=顆粒內(nèi)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為10-2000 iim，優(yōu)選50-1000 的范圍內(nèi)。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 Pm的范圍內(nèi)。應(yīng)予說明，本說明書中，平均粒徑D5tl是通過激光衍射散射式顆粒分布測(cè)定裝置(型號(hào)=HORIBA LA-950)測(cè)定顆粒分布(直徑)的中間值，測(cè)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I. 20-1. 50 g/cm3范圍內(nèi)。
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(cè)定時(shí)，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(shí)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(zhì)混入或提高性能，合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的雜質(zhì)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(zhì)濃度低于0. 05ppm。為了抑制高溫和減壓下合成石英玻璃制品中氣泡的產(chǎn)生或膨脹，優(yōu)選可形成氣體成分的輕基為60 ppm以下、氯濃度為5 ppm以下、碳濃度為5 ppm以下。特別是本發(fā)明實(shí)施方案2的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中，通過在實(shí)施球化處理之前進(jìn)行燒成，吸附于表面的氣體成分、粉末內(nèi)部的氣體成分極少，合成石英玻璃制品中氣泡的產(chǎn)生或膨脹的降低效果更高。即，通過在規(guī)定的條件下對(duì)制粒后的二氧化硅粉末進(jìn)行燒 成，可以實(shí)現(xiàn)氯濃度低于2 ppm或碳濃度低于2 ppm中的任意一者或兩者。 制粒后的二氧化硅粉末、即原料粉末是將四氯化硅水解、生成二氧化硅質(zhì)的凝膠、將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥、制成干燥粉末、將該干燥粉末粉碎后分級(jí)得到的二氧化硅粉末時(shí)，通過在球化處理前、在規(guī)定條件下進(jìn)行燒成，碳濃度低于2 ppm。這是由于，上述二氧化硅粉末與使用四甲氧基硅烷等有機(jī)系硅化合物得到的二氧化硅粉末相比，碳濃度低，因此，將其用于原料粉末而得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中，殘留的碳濃度比較低。制粒后的二氧化硅粉末是將有機(jī)系硅化合物水解、生成二氧化硅質(zhì)的凝膠、將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥、制成干燥粉末、將該干燥粉末粉碎后分級(jí)而得到的二氧化硅粉末時(shí)，通過在球化處理前、在規(guī)定條件下進(jìn)行燒成，氯濃度低于2 ppm。上述二氧化硅粉末與在液體中使氯系硅化合物反應(yīng)得到的二氧化硅粉末相比，氯濃度低，因此，將其用于原料粉末而得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中，殘留的氯濃度比較低。制粒后的二氧化硅粉末是使用火成二氧化硅生成二氧化硅質(zhì)的凝膠、將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥、制成干燥粉末、將該干燥粉末粉碎后分級(jí)而得到的二氧化硅粉末時(shí)，通過在球化處理前、在規(guī)定條件下進(jìn)行燒成，實(shí)現(xiàn)碳濃度低于2 ppm，氯濃度低于2 ppm。在原料粉末中使用將氯系硅化合物在液體中反應(yīng)而得到的二氧化硅粉末、由此得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中，殘留的氯濃度容易變得較高。另外，原料粉末中使用有機(jī)系硅化合物而得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中，殘留的碳濃度容易變得較高。另一方面，火成二氧化硅比上述兩種二氧化硅粉末的氯濃度、碳濃度均低，因此，原料粉末中使用火成二氧化硅所得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末中，氯濃度、碳濃度兩者極低。由此，合成石英玻璃制品中氣泡的產(chǎn)生或膨脹的降低效果也進(jìn)一步提高。對(duì)于本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，在實(shí)施球化處理后洗滌、干燥，由此大量含有如圖I或圖2所示的熔融并球化的顆粒多個(gè)聚集而成的顆粒。這樣，本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末大量含有聚集的顆粒，因此粉末的圓形度、球化率顯示上述范圍，未必需要大量含有接近于圓球的顆粒，但通過熔融使粉末表面變平滑，由此，不可避免的氣體吸附量降低。應(yīng)予說明，對(duì)于熔融并球化的顆粒多個(gè)聚集而成的顆粒，在本說明書中，一個(gè)聚集的顆粒構(gòu)成一個(gè)顆粒。
接著，對(duì)本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法進(jìn)行說明。本發(fā)明實(shí)施方案I的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法如圖3所示，對(duì)作為原料的二氧化硅粉末實(shí)施球化處理，然后洗滌、干燥而獲得。本發(fā)明實(shí)施方案2的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法如圖4所示，將作為原料的二氧化硅粉末燒成，對(duì)該燒成后的二氧化硅粉末實(shí)施球化處理，然后洗滌、干燥而獲得。以下對(duì)各工序詳細(xì)說明。作為本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的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(duì)于I mol四氯化硅，準(zhǔn)備相當(dāng)于45-80 mol的量的超純水。將準(zhǔn)備的超純水加入到容器內(nèi)，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(jìn)行水解。添加四氯化硅后繼續(xù)攪拌0.5-6小時(shí)，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，此時(shí)，攪拌速度優(yōu)選為100-300 rpm的范圍。接著，將 上述二氧化硅質(zhì)的凝膠轉(zhuǎn)移至干燥用容器中，將其放入干燥機(jī)，向干燥機(jī)內(nèi)，優(yōu)選邊以10-20 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(shí)，獲得干燥粉末。接著，由干燥機(jī)取出該干燥粉末，使用輥式破碎機(jī)等的粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。使用輥式破碎機(jī)時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)為輥間隙0. 2-2. 0 mm、輥轉(zhuǎn)數(shù)3-200rpm來進(jìn)行。最后，使用振動(dòng)篩等將粉碎的干燥粉末進(jìn)行分級(jí)，由此得到平均粒徑D5tl為10-3000 iim、優(yōu)選70-1300 的二氧化硅粉末。方法2是相對(duì)于I mol作為有機(jī)系硅化合物的四甲氧基硅烷，準(zhǔn)備0. 5-3 mol超純水、0.5-3 mol乙醇。將準(zhǔn)備的超純水、乙醇加入到容器內(nèi)，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(jìn)行水解。添加四甲氧基硅烷后攪拌5-120分鐘，然后進(jìn)一步添加相對(duì)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(shí)，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠。此時(shí)，攪拌速度優(yōu)選為100-300 rpm的范圍。接著，將上述二氧化硅質(zhì)的凝膠轉(zhuǎn)移到干燥用容器中，將其放入干燥機(jī)，向干燥機(jī)內(nèi)，優(yōu)選邊以10-20 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(shí)，獲得干燥粉末。接著，由干燥機(jī)取出該干燥粉末，使用輥式破碎機(jī)等的粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。使用輥式破碎機(jī)時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)為輥間隙0.2-2. 0 mm、輥轉(zhuǎn)數(shù)3-200 rpm來進(jìn)行。最后，使用振動(dòng)篩等將粉碎的干燥粉末進(jìn)行分級(jí)，由此得到平均粒徑D5tl為10-3000 iim、優(yōu)選70-1300 的二氧化硅粉末。方法3是首先相對(duì)于I mol平均粒徑D5tl為0.007-0. 030 y m、比表面積為50-380m2/g的火成二氧化硅，準(zhǔn)備3. 0-35. 0 mol超純水。將所準(zhǔn)備的超純水加入到容器內(nèi)，在氮、氬等氣氛下將溫度保持在10-30°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(shí)，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠。此時(shí)，攪拌速度優(yōu)選為10-50 rpm的范圍。接著，將上述二氧化硅質(zhì)的凝膠轉(zhuǎn)移到干燥用容器中，將其放入干燥機(jī)，向干燥機(jī)內(nèi)，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(shí)，獲得干燥粉末。接著，由干燥機(jī)取出該干燥粉末，使用輥式破碎機(jī)等的粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。使用輥式破碎機(jī)時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)為棍間隙0. 5-2. 0 mm、棍轉(zhuǎn)數(shù)3-200 rpm來進(jìn)行。最后，使用振動(dòng)篩等將粉碎的干燥粉末進(jìn)行分級(jí)，由此得到平均粒徑D5tl為10-3000 u m、優(yōu)選70-1300 y m的二氧化硅粉末。對(duì)于如此制粒得到的二氧化硅粉末，按照后述條件進(jìn)行球化處理，但在本發(fā)明實(shí)施方案2的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法中，在該球化處理之前如圖4所示，以規(guī)定條件進(jìn)行燒成。該燒成是用耐熱性玻璃或石英制的容器，在大氣或氮?dú)夥罩?、?00-1450°C的溫度下進(jìn)行的。通過在球化處理工序之前設(shè)置燒成工序，可以極大地減少吸附于表面的氣體成分、粉末內(nèi)部的氣體成分。另外，由火成二氧化硅制粒得到的粉末具有納米尺寸的封閉孔，因此，若對(duì)該粉末實(shí)施球化處理，則顆粒內(nèi)殘留空孔。因此，通過在球化處理前對(duì)由火成二氧化硅制粒得到的粉末進(jìn)行燒成，可以使上述納米尺寸的封閉孔消失。燒成溫度低于下限值時(shí)，燒成帶來的雜質(zhì)的降低效果、或使火成二氧化硅中的封閉孔消失的效果不充分。另一方面，若燒成溫度超過上限值，則發(fā)生粉體間固結(jié)的問題。由上述方法1-3所得的二氧化硅粉末或?qū)υ摲勰┰谏鲜鰲l件下進(jìn)行燒成得到的二氧化硅粉末的球化是通過利用熱等離子體的球化處理來進(jìn)行的。利用熱等離 子體的球化處理中，例如可以使用圖5所示的裝置。該裝置30具備產(chǎn)生等離子體的等離子體炬31、設(shè)置于該等離子體炬31下部的作為反應(yīng)筒的腔32、和設(shè)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、和卷繞該石英管34的高頻感應(yīng)線圈36。在石英管34的上部貫通設(shè)置有原料供給管37，并且連接有氣體導(dǎo)入管38。在腔32的一側(cè)設(shè)有氣體排氣口 39。等離子體炬31中，若對(duì)高頻感應(yīng)線圈36通電，則產(chǎn)生等離子體40，由氣體導(dǎo)入管38向石英管34供給氬、氧等氣體。原料粉末經(jīng)由原料供給管37供給至等離子體40中。腔32內(nèi)的氣體由設(shè)置于腔32 —側(cè)的氣體排氣口 39 排氣。首先，由裝置30的氣體導(dǎo)入管38將工作氣體氬以15-40 L/分鐘的流量導(dǎo)入，對(duì)等離子體炬31施加頻率3-5 MHz、輸出功率30-80 kW的高頻，產(chǎn)生等離子體。等離子體穩(wěn)定后，以35-110 L/分鐘的流量徐徐導(dǎo)入氧，產(chǎn)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3. 0-20. 5 kg/小時(shí)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。合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的圓形度或球化率等的調(diào)節(jié)可通過調(diào)節(jié)高頻輸出功率或二氧化硅粉末的供給速度等來進(jìn)行。例如上述范圍中，將高頻輸出功率(W)記為A、二氧化硅粉末的供給速度(kg/小時(shí))記為B時(shí)，通過將高頻輸出功率A和二氧化硅粉末供給速度B調(diào)節(jié)為A/B (W hr/kg)的值為3. OX IO3以上且低于I. OX IO4的范圍，可獲得所需的圓形度、球化率。球化處理后的二氧化硅粉末在其表面附著有在氬-氧等離子體中蒸發(fā)的二氧化硅粉末的微粉，因此，在洗滌容器中加入球化工序后的球化二氧化硅粉末和超純水，進(jìn)行超聲波洗滌。超聲波洗滌后，該二氧化硅粉末的微粉轉(zhuǎn)移至超純水中，因此，用孔徑粗的濾器進(jìn)行過濾。反復(fù)進(jìn)行該操作，直至二氧化硅粉末的微粉消失。洗滌工序后的二氧化硅粉末的干燥為，首先將粉末加入到干燥用容器中，將該干燥用容器加入到干燥機(jī)中。然后優(yōu)選以1-20 L/分鐘的流量向干燥機(jī)內(nèi)流通氮、氬等，同時(shí)在100°C _400°C的溫度下保持3-48小時(shí)來進(jìn)行。通過以上工序，可獲得本發(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使用。特別是本發(fā)明實(shí)施方案2的制造方法中，通過在球化處理工序之前設(shè)置利用規(guī)定條件的燒成工序，可以極大地減少吸附于表面的氣體成分、粉末內(nèi)部的氣體成分。
實(shí)施例接著，與比較例一起詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。實(shí)施例I首先，相對(duì)于I mol四氯化硅準(zhǔn)備相當(dāng)于55. 6 mol的量的超純水。將該超純水加入到容器內(nèi)，在氮?dú)夥障聦囟缺３衷?5 °C，邊攪拌邊添加四氯化硅進(jìn)行水解。添加四氯化硅之后繼續(xù)攪拌3小時(shí)，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠。此時(shí)的攪拌速度為150 rpm。接著，將上述二氧化硅質(zhì)的凝膠轉(zhuǎn)移到干燥用容器中，將其放入干燥機(jī)中，以15 L/分鐘的流量向干燥機(jī)內(nèi)流通氮，同時(shí)在250°C的溫度下干燥18小時(shí)，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機(jī)取出，使用輥式破碎機(jī)粉碎。此時(shí)，調(diào)節(jié)輥間隙為0.2 mm、輥轉(zhuǎn)數(shù)為50 rpm來進(jìn)行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑100 和孔徑150 Pm的振動(dòng)篩分級(jí)，得到平均粒徑D5tl為121 y m的二氧化硅粉末。 接著，使用圖5所示裝置30，按照下述表I所示的條件，對(duì)上述得到的二氧化硅粉末不經(jīng)燒成即實(shí)施球化處理。具體來說，首先由裝置30的氣體導(dǎo)入管38導(dǎo)入工作氣體氬，對(duì)等離子體炬31施加高頻，產(chǎn)生等離子體。等離子體穩(wěn)定后徐徐導(dǎo)入氧，產(chǎn)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，在洗滌容器中加入上述粉末和超純水，進(jìn)行超聲波洗滌。進(jìn)行超聲波洗滌后，用孔徑50 Pm的濾器過濾。反復(fù)進(jìn)行該操作，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，以10 L/分鐘的流量向干燥機(jī)內(nèi)流通氮，同時(shí)在200°C的溫度下保持48小時(shí)，由此得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。實(shí)施例2
首先，相對(duì)于I mol四甲氧基硅烷準(zhǔn)備I mol超純水、I mol乙醇。將準(zhǔn)備的超純水、乙醇加入到容器內(nèi)，在氮?dú)夥障聦囟缺３衷?0°C，邊攪拌邊添加四甲氧基硅烷進(jìn)行水解。添加四甲氧基硅烷之后攪拌60分鐘，然后進(jìn)一步添加相對(duì)于I mol四甲氧基硅烷為25 mol的超純水，繼續(xù)攪拌6小時(shí),生成二氧化娃質(zhì)的凝膠。此時(shí)的攪拌速度為100 rpmo接著,將上述二氧化硅質(zhì)的凝膠轉(zhuǎn)移到干燥用容器中，將其放入干燥機(jī)中，以20 L/分鐘的流量向干燥機(jī)內(nèi)流通氮，同時(shí)在200°C的溫度下干燥24小時(shí)，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機(jī)取出，使用輥式破碎機(jī)粉碎。此時(shí)，調(diào)節(jié)輥間隙為0.2 mm、輥轉(zhuǎn)數(shù)為55 rpm來進(jìn)行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑100 和孔徑150 Pm的振動(dòng)篩分級(jí)，得到平均粒徑D5tl為130 Um的二氧化硅粉末。接著，使用圖5所示裝置30，按照下述表I所示的條件，對(duì)上述得到的二氧化硅粉末不經(jīng)燒成即實(shí)施球化處理。具體來說，首先由裝置30的氣體導(dǎo)入管38導(dǎo)入工作氣體氬，對(duì)等離子體炬31施加高頻，產(chǎn)生等離子體。等離子體穩(wěn)定后徐徐導(dǎo)入氧，產(chǎn)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，在洗滌容器中加入上述粉末和超純水，進(jìn)行超聲波洗滌。進(jìn)行超聲波洗滌后，用孔徑50 Pm的濾器過濾。反復(fù)進(jìn)行該操作，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，以10 L/分鐘的流量向干燥機(jī)內(nèi)流通気，同時(shí)在300°C的溫度下保持12小時(shí)，由此得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。實(shí)施例3
首先，相對(duì)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(zhǔn)備13 mol超純水。將準(zhǔn)備的超純水加入到容器內(nèi)，在氮?dú)夥障聦囟缺３衷?5°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(shí)，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠。此時(shí)的攪拌速度為30 rpm。接著，將上述二氧化硅質(zhì)的凝膠轉(zhuǎn)移到干燥用容器中，將其放入干燥機(jī)中，以10 L/分鐘的流量向干燥機(jī)內(nèi)流通氮，同時(shí)在300°C的溫度下干燥12小時(shí)，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機(jī)取出，使用輥式破碎機(jī)粉碎。此時(shí)，調(diào)節(jié)輥間隙為0.5mm、棍轉(zhuǎn)數(shù)為30 rpm來進(jìn)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(dòng)篩分級(jí)，得到平均粒徑D5tl為426 um的二氧化硅粉末。
接著，使用圖5所示裝置30，按照下述表I所示的條件，對(duì)上述得到的二氧化硅粉末不經(jīng)燒成即實(shí)施球化處理。具體來說，首先由裝置30的氣體導(dǎo)入管38導(dǎo)入工作氣體氬，對(duì)等離子體炬31施加高頻，產(chǎn)生等離子體。等離子體穩(wěn)定后徐徐導(dǎo)入氧，產(chǎn)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，在洗滌容器中加入上述粉末和超純水，進(jìn)行超聲波洗滌。進(jìn)行超聲波洗滌后，用孔徑200 Pm的濾器過濾。反復(fù)進(jìn)行該操作，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，以20 L/分鐘的流量向干燥機(jī)內(nèi)流通氮，同時(shí)在200°C的溫度下保持36小時(shí)，由此得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。實(shí)施例4
得到平均粒徑D5tl為860 um的二氧化硅粉末，以及對(duì)該二氧化硅粉末按照以下表I所示條件進(jìn)行球化處理，除此之外與實(shí)施例I同樣地，得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例I
按照以下表I所示條件實(shí)施球化處理，除此之外與實(shí)施例I同樣地，得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例2
按照以下表I所示條件實(shí)施球化處理，除此之外與實(shí)施例I同樣地，得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例3
按照以下表I所示條件實(shí)施球化處理，除此之外與實(shí)施例2同樣地，得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例4
按照以下表I所示條件實(shí)施球化處理，除此之外與實(shí)施例3同樣地，得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例5
按照以下表I所示條件實(shí)施球化處理，除此之外與實(shí)施例3同樣地，得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。
比較例6
按照以下表I所示條件實(shí)施球化處理，除此之外與實(shí)施例3同樣地，得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例I
按照以下表I所示條件實(shí)施球化處理，除此之外與實(shí)施例4同樣地，得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。
比較例8
按照以下表I所示條件實(shí)施球化處理，除此之外與實(shí)施例4同樣地，得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。比較例9
首先，相對(duì)于I mol四氯化硅準(zhǔn)備相當(dāng)于55. 6 mol的量的超純水。將該超純水加入到容器內(nèi)，在氮?dú)夥障聦囟缺３衷?5 °C，邊攪拌邊添加四氯化硅進(jìn)行水解。添加四氯化硅之后繼續(xù)攪拌3小時(shí)，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠。此時(shí)的攪拌速度為150 rpm。接著，將上述二氧化硅質(zhì)的凝膠轉(zhuǎn)移到干燥用容器中，將其放入干燥機(jī)中，以15 L/分鐘的流量向干燥機(jī)內(nèi)流通氮，同時(shí)在250°C的溫度下干燥18小時(shí)，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機(jī)取出，使用輥式破碎機(jī)粉碎。此時(shí)，調(diào)節(jié)輥間隙為0.2 mm、輥轉(zhuǎn)數(shù)為50 rpm來進(jìn)行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑50 和孔徑150 Pm的振動(dòng)篩分級(jí)，得到平均粒徑D5tl為100 y m的二氧化硅粉末。最后，將粉碎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10L/分鐘的流量向燒成爐內(nèi)流通氮，同時(shí)在1200°C的溫度下保持48小時(shí)，由此得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。將該未實(shí)施球化處理的二氧化硅粉末作為比較例9。比較例10
首先，相對(duì)于I mol四甲氧基硅烷準(zhǔn)備I mol超純水、I mol乙醇。將準(zhǔn)備的超純水、乙醇加入到容器內(nèi)，在氮?dú)夥障聦囟缺３衷?0°C，邊攪拌邊添加四甲氧基硅烷進(jìn)行水解。添加四甲氧基硅烷之后攪拌60分鐘，然后進(jìn)一步添加相對(duì)于I mol四甲氧基硅烷為25 mol的超純水，繼續(xù)攪拌6小時(shí),生成二氧化娃質(zhì)的凝膠。此時(shí)的攪拌速度為100 rpmo接著,將上述二氧化硅質(zhì)的凝膠轉(zhuǎn)移到干燥用容器中，將其放入干燥機(jī)中，以20 L/分鐘的流量向干燥機(jī)內(nèi)流通氮，同時(shí)在200°C的溫度下干燥24小時(shí)，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機(jī)取出，使用輥式破碎機(jī)粉碎。此時(shí)，調(diào)節(jié)輥間隙為0.6 mm、輥轉(zhuǎn)數(shù)為100 rpm來進(jìn)行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑550 和孔徑650 U m的振動(dòng)篩分級(jí)，得到平均粒徑D5tl為590iim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(nèi)流通氬，同時(shí)在1200°C的溫度下保持48小時(shí)，由此得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。將該未實(shí)施球化處理的二氧化硅粉末作為比較例10。比較例11
首先，相對(duì)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(zhǔn)備13 mol超純水。將準(zhǔn)備的超純水加入到容器內(nèi)，在氮?dú)夥障聦囟缺３衷?5°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(shí)，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠。此時(shí)的攪拌速度為30 rpm。接著，將上述二氧化硅質(zhì)的凝膠轉(zhuǎn)移到干燥用容器中，將其放入干燥機(jī)中，以10 L/分鐘的流量向干燥機(jī)內(nèi)流通氮，同時(shí)在300°c的溫度下干燥12小時(shí)，得到干燥粉末。將該干燥粉末由干燥機(jī)取出，使用輥式破碎機(jī)粉碎。此時(shí)，調(diào)節(jié)輥間隙為0.9_、棍轉(zhuǎn)數(shù)為150 rpm來進(jìn)行。將粉碎后的干燥粉末用孔徑850 iim和孔徑950 ii m的振動(dòng)篩分級(jí)，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(nèi)流通氬，同時(shí)在1200°C的溫度下保持48小時(shí)，由此得到合成非晶態(tài)二氧化硅粉末。將該未實(shí)施球化處理的二氧化硅粉末作為比較例11。

[表 I]
權(quán)利要求
1.合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其是對(duì)制粒后的二氧化硅粉末實(shí)施球化處理、然后洗滌、干燥得到的平均粒徑D5tl為10-2000 u m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(jì)算的理論比表面積所得的值超過I. 35且為I. 75以下，真密度為2.10-2. 20 g/cm3，顆粒內(nèi)空隙率為0-0. 05，圓形度為0. 50以上且0. 75以下，以及球化率為0. 20以上且低于0. 55。
2.權(quán)利要求I的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其是將上述制粒后的二氧化硅粉末進(jìn)行燒成、然后實(shí)施上述球化處理得到的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其中，該合成非晶態(tài)二氧化硅粉末滿足碳濃度低于2 ppm或氯濃度低于2 ppm中的任意一者或兩者。
3.權(quán)利要求2的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其中，上述制粒后的二氧化硅粉末是如下的二氧化硅粉末使四氯化硅水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)而得到；其中，碳濃度低于2 ppm。
4.權(quán)利要求2的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其中，上述制粒后的二氧化硅粉末是如下 的二氧化硅粉末將有機(jī)系硅化合物水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)而得到；其中，氯濃度低于2 ppm。
5.權(quán)利要求2的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末，其中，上述制粒后的二氧化硅粉末是如下的二氧化硅粉末使用火成二氧化硅生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)而得到；其中，碳濃度低于2 ppm，氯濃度低于2ppmD
6.合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法，其特征在于，該制造方法依次包含以下工序制粒工序，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此得到二氧化硅粉末；利用熱等離子體的球化工序，以規(guī)定的供給速度向以規(guī)定的高頻輸出功率產(chǎn)生等離子體的等離子體炬內(nèi)加入上述制粒工序得到的二氧化硅粉末，在2000°C至二氧化硅沸點(diǎn)的溫度下加熱，使其熔融；洗滌工序，將上述球化工序后附著于球化二氧化硅粉末表面的微粉除去；和干燥工序，將上述洗滌工序后的二氧化硅粉末進(jìn)行干燥； 并且，獲得如下的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末將上述球化工序中的高頻輸出功率(W)記為A、二氧化硅粉末的供給速度(kg/小時(shí))記為B時(shí)，將A/B (W hr/kg)的值調(diào)節(jié)為3.OXlO3以上且低于I. OX 104，平均粒徑D5tl為10-2000 u m, BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計(jì)算的理論比表面積所得的值超過I. 35且為I. 75以下，真密度為2. 10-2. 20 g/cm3,顆粒內(nèi)空隙率為0-0. 05，圓形度為0. 50以上且0. 75以下，以及球化率為0. 20以上且低于0. 55。
7.權(quán)利要求6的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法，其中，上述制粒工序是如下的工序使四氯化硅水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。
8.權(quán)利要求6的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法，其中，上述制粒工序是如下的工序?qū)⒂袡C(jī)系硅化合物水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。
9.權(quán)利要求6的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法，其中，上述制粒工序是如下的工序使用火成二氧化硅生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。
10.合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法，該制造方法依次包含以下工序制粒工序，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此得到二氧化硅粉末；燒成工序，將上述制粒工序得到的二氧化硅粉末在800-1450°C的溫度下進(jìn)行燒成；利用熱等離子體的球化工序，以規(guī)定的供給速度向以規(guī)定的高頻輸出功率產(chǎn)生等離子體的等離子體炬內(nèi)加入上述燒成工序得到的二氧化硅粉末，在2000°C至二氧化硅沸點(diǎn)的溫度下加熱，使其熔融；洗滌工序，將上述球化工序后附著于球化二氧化硅粉末表面的微粉除去；和干燥工序，將上述洗滌工序后的二氧化硅粉末進(jìn)行干燥； 將上述球化工序中的高頻輸出功率(W)記為A、二氧化硅粉末的供給速度(kg/小時(shí))記為B時(shí)，將A/B (W hr/kg)的值調(diào)節(jié)為3. OXlO3以上且低于I. OX 104，平均粒徑D5tl為10-2000 u m,BET比表面積除以由平均粒徑D5tl計(jì)算的理論比表面積所得的值超過I. 35且 為I. 75以下，真密度為2. 10-2. 20 g/cm3，顆粒內(nèi)空隙率為0-0. 05，圓形度為0. 50以上且0.75以下，以及球化率為0.20以上且低于0. 55，滿足碳濃度低于2 ppm或氯濃度低于2 ppm中的任意一者或兩者。
11.權(quán)利要求10的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法，其中，上述制粒工序是如下的工序時(shí)，所得合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的碳濃度低于2 ppm，所述工序?yàn)槭顾穆然杷?，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。
12.權(quán)利要求10的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法，其中，上述制粒工序是如下的工序時(shí)，所得合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的氯濃度低于2 ppm，所述工序?yàn)槭褂袡C(jī)硅系化合物水解，生成二氧化硅質(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。
13.權(quán)利要求10的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的制造方法，其中，上述制粒工序是如下的工序時(shí)，所得合成非晶態(tài)二氧化硅粉末的碳濃度低于2 ppm、氯濃度低于2 ppm，所述工序?yàn)槭褂没鸪啥趸枭啥趸栀|(zhì)的凝膠，將該二氧化硅質(zhì)的凝膠干燥，制成干燥粉末，將該干燥粉末粉碎，然后分級(jí)，由此獲得平均粒徑D5tl為10-3000 u m的二氧化硅粉末。
全文摘要
本發(fā)明的合成非晶態(tài)二氧化硅粉末是對(duì)制粒后的二氧化硅粉末實(shí)施球化處理、然后洗滌、干燥得到的平均粒徑D50為10-2000μm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(jì)算的理論比表面積所得的值超過1.35且為1.75以下，真密度為2.10g/cm3-2.20g/cm3，顆粒內(nèi)空隙率為0-0.05以下，圓形度為0.50以上且0.75以下，以及球化率為0.20以上且低于0.55。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(nèi)部的氣體成分少，因此，對(duì)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(chǎn)生或膨脹也得以大幅降低。
文檔編號(hào)B22F1/00GK102656117SQ201080059159
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者植田稔晃 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社