专利名称：合成非晶态二氧化硅粉末及其制造方法
技术领域：
本发明涉及适合作为制造合成石英玻璃制品的原料的高纯度的合成非晶态ニ氧化硅粉末及其制造方法，所述合成石英玻璃制品是在半导体产业等中，在高温和减压的环境下使用的配管、坩埚等的合成石英玻璃制品。
背景技术：
以往，用于制造半导体用途的单晶的坩埚、夹具类，通过以将天然石英、硅砂粉碎、纯化而得到的石英粉作为原料来进行制造。但是，天然石英、硅砂含有各种金属杂质，即使进行上述纯化处理，也不能完全除去金属杂质，因此在纯度上不能充分令人满意。另外，随着半导体的高集成化的发展，对于作为材料的单晶的品质要求在提高，在制造该单晶中使用的坩埚、夹具类也被要求是高纯度品。因此，以高纯度的合成非晶态ニ氧化硅粉末代替天 然石英、硅砂来作为原料的合成石英玻璃制品受到人们的瞩目。作为制造该高纯度的合成非晶态ニ氧化硅粉末的方法，公开了使高纯度的四氯化硅在水中水解而生成硅胶、将该硅胶进行干燥、整粒、煅烧来得到合成非晶态ニ氧化硅粉末的方法(例如參考专利文献I )。另外，公开了将硅酸酯等的烷氧基硅烷在酸和碱的存在下水解而使其凝胶化，并将所得凝胶进行干燥、粉碎，然后进行煅烧，由此得到合成非晶态ニ氧化硅粉末的方法(例如參考专利文献2，3)。利用上述专利文献I 3中记载的方法制造的合成非晶态ニ氧化硅粉末，与天然石英、硅砂相比为高纯度，由将上述合成非晶态ニ氧化硅粉末作为原料制造的坩埚、夹具类等的合成石英玻璃制品，可以实现杂质混入的減少或高性能化。专利文献
专利文献I :日本特公平4 一 75848号公报(权利要求书第I项)
专利文献2 :日本特开昭62 — 176929号公报(权利要求书第I项)
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，以由上述专利文献I 3中记载的方法制造的合成非晶态ニ氧化硅粉末作为原料制造的合成石英玻璃制品，在合成石英玻璃制品使用的环境为高温和减压的环境下时，具有气泡产生或膨胀，而使该合成石英玻璃制品的性能大幅降低的缺点。例如，硅单晶提拉用坩埚在1500°C附近和7000Pa附近的高温和减压的环境下使用，形成下述问题由上述气泡的产生或膨胀导致的坩埚性能的大幅下降对提拉的单晶的质量产生影响。针对这样的在上述高温和减压的环境下使用时所产生的问题，考虑了以下对策，即，对通过四氯化硅的水解而得到的合成非晶态ニ氧化硅粉末实施热处理，分别使合成非晶态ニ氧化硅粉末中的氢氧基和氯的浓度減少，另外对通过烷氧基硅烷的溶胶凝胶法得到的合成非晶态ニ氧化硅粉末实施热处理，分别使合成非晶态ニ氧化硅粉末中的氢氧基和碳的浓度減少，由此减少可形成合成非晶态ニ氧化硅粉末中的气体成分的杂质浓度。
但是，即使对于上述対策，也不能充分抑制在高温和减压的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这样的上述现有的问题，而提供适合作为用于合成石英玻璃制品的原料的、合成非晶态ニ氧化硅粉末和其制造方法，所述合成石英玻璃制品即使在高温和减压的环境下使用时，气泡的产生或膨胀也少。本发明的第I观点是合成非晶态ニ氧化硅粉末，其是对造粒过的ニ氧化硅粉末实施球化处理后，进行洗涤、干燥而得到的平均粒径D5tl为10 2000 u m的合成非晶态ニ氧化硅粉末，其特征在于，用BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值为I. 00 I. 35，真密度为2. 10 2. 20g/cm3，粒子内空隙率为0 0. 05，圆形度为0. 75
1.00，以及球化率为0. 55 I. 00。本发明的第2观点是基于第I观点的发明，其是将造粒过的ニ氧化硅粉末煅烧后，实施球化处理而成的合成非晶态ニ氧化硅粉末，其特征在于，满足碳浓度小于2ppm或氯浓度小于2ppm的任一者或这两者。本发明的第3观点是基于第2观点的发明，其特征在干，进ー步地，造粒过的ニ氧化硅粉末是通过使四氯化硅水解而生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级而得到的ニ氧化硅粉末，碳浓度小于2ppm。本发明的第4观点是基于第2观点的发明，其特征在干，进ー步地，造粒过的ニ氧化硅粉末是通过使有机系硅化合物水解而生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶进行干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到的ニ氧化硅粉末，氯浓度小-T 2ppm0本发明的第5观点是基于第2观点的发明，其特征在干，进ー步地，造粒过的ニ氧化硅粉末是通过使用热解法ニ氧化硅来生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、将该干燥粉粉碎后进行分级而得到的ニ氧化硅粉末，碳浓度小于2ppm，氯浓度小于2ppm。本发明的第6观点是合成非晶态ニ氧化硅粉末的制造方法，其特征在于，依次包含
通过生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到ニ氧化硅粉末的造粒步骤、
在利用规定的高频功率产生等离子体的等离子枪内，以规定的供给速度加入上述造粒步骤中得到的ニ氧化硅粉末，利用使该造粒步骤中得到的ニ氧化硅粉末在从2000°C至ニ氧化硅的沸点的温度下加热、熔融的热等离子体进行的球化步骤、
去除在上述球化步骤后的球化ニ氧化硅粉末表面上附着的微粉的洗涤步骤、和 将上述洗涤步骤后的ニ氧化硅粉末干燥的干燥步骤，
将上述球化步骤中的高频功率(W)设为A、ニ氧化硅粉末的供给速度(kg/hr)设为B吋，进行调整以使A/B(W hr/kg)的值为1.0X104以上，得到平均粒径D5tl为10 2000 ym、用BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值为I. 00 I. 35、真密度为
2.10 2. 20g/cm3、粒子内空隙率为0 0. 05、圆形度为0. 75 I. 00和球化率为0. 55 1.OO的合成非晶态ニ氧化硅粉末。本发明的第7观点是基于第6观点的发明，其特征在干，进ー步地，造粒步骤是通过使四氯化硅水解而生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级，来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的ニ氧化硅粉末的步骤。本发明的第8观点是基于第6观点的发明，其特征在干，进ー步地，造粒步骤是通过使有机系硅化合物水解而生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级，来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的ニ氧化硅粉末的步骤。本发明的第9观点是基于第6观点的发明，其特征在干，进ー步地，造粒步骤是通过使用热解法ニ氧化硅而生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶进行干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级，来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的ニ氧化硅粉末的步骤。本发明的第10观点是合成非晶态ニ氧化硅粉末的制造方法，其特征在于，依次包含
通过生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到ニ氧化硅粉末的造粒步骤、
将上述造粒步骤中得到的ニ氧化硅粉末在800 1450°C的温度下进行煅烧的煅烧步
骤、
在利用规定的高频功率产生等离子体的等离子枪内，以规定的供给速度加入上述煅烧步骤中得到的ニ氧化硅粉末，利用使该煅烧步骤中得到的ニ氧化硅粉末在从2000°C至ニ氧化硅的沸点的温度下加热、熔融的热等离子体进行的球化步骤、
去除在上述球化步骤后的球化ニ氧化硅粉末表面上附着的微粉的洗涤步骤、和 将上述洗涤步骤后的ニ氧化硅粉末干燥的干燥步骤，
将上述球化步骤中的高频功率(W)设为A、ニ氧化硅粉末的供给速度(kg/hr)设为B吋，进行调整以使A/B(W hr/kg)的值为1.0X104以上，得到平均粒径D5tl为10 2000 ym、用BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值为I. 00 I. 35、真密度为
2.10 2. 20g/cm3、粒子内空隙率为0 0. 05、圆形度为0. 75 I. 00和球化率为0. 55
I.00的、满足碳浓度小于2ppm或氯浓度小于2ppm的任一者或这两者的合成非晶态ニ氧化硅粉末。本发明的第11观点是基于第10观点的发明，其特征在干，进ー步地，当造粒步骤是通过使四氯化硅水解而生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的ニ氧化硅粉末的步骤时，所得的合成非晶态ニ氧化硅粉末的碳浓度小于2ppm。、
本发明的第12观点是基于第10观点的发明，其特征在干，进ー步地，当造粒步骤是通过使有机系硅化合物水解而生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的ニ氧化硅粉末的步骤时，所得的合成非晶态ニ氧化硅粉末的氯浓度小于2ppm。本发明的第13观点是基于第10观点的发明，其特征在干，进ー步地，在造粒步骤是通过使用热解法ニ氧化硅而生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级，来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的ニ氧化硅粉末的步骤时，所得的合成非晶态ニ氧化硅粉末的碳浓度小于2ppm，氯浓度小于2ppm。本发明的第I观点的合成非晶态ニ氧化硅粉末，是对于造粒过的ニ氧化硅粉末实施球化处理后，进行洗涤、干燥而得到的平均粒径D5tl为10 2000 u m的合成非晶态ニ氧化硅粉末，其中，用BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值为I. 00
I.35，真密度为2. 10 2. 20g/cm3，粒子内空隙率为0 0. 05，圆形度为0. 75 I. 00，以及球化率为0. 55 I. 00。因此，如果使用该合成非晶态ニ氧化硅粉末来制造合成石英玻璃制品，则在原料粉末的表面吸附的气体成分变少，另外粉末内部的气体成分变少，因此可以减少气泡的产生或膨胀。本发明的第2观点的合成非晶态ニ氧化硅粉末，是将造粒过的ニ氧化硅粉末煅烧后，实施球化处理而成的合成非晶态ニ氧化硅粉末，其满足碳浓度小于2ppm或氯浓度小于2ppm的任一者或这两者。因此，如果使用该合成非晶态ニ氧化硅粉末来制造合成石英玻璃制品，则在原料粉末的表面吸附的气体成分变少，另外粉末内部的气体成分变少，因此可以减少气泡的产生或膨胀。特别地，通过在对于该合成非晶态ニ氧化硅粉末实施球化处理前进行煅烧，表面上吸附的气体成分、粉末内部的气体成分极少，可以进ー步提高上述合成石英玻璃制品中气泡的产生或膨胀的減少效果。对于本发明的第5观点的合成非晶态ニ氧化硅粉末，通过使造粒过的ニ氧化硅粉末是通过使用热解法ニ氧化硅来生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶进行干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到的ニ氧化硅粉末，由此实现碳浓度小于2ppm、氯浓度小于2ppm。在该合成非晶态ニ氧化硅粉末中，作为原料粉末的ニ氧化硅粉末使用热解法ニ氧化硅，由此与原料粉末使用使氯系硅化合物在液体中反应而得到的物质或由四甲氧基硅烷等有机系硅化合物得到的物质的情况相比，可以进一歩抑制碳浓度和氯浓度，因此可以进一步提高上述合成石英玻璃制品中的气泡的产生或膨胀的減少效果。本发明第6 第9观点的合成非晶态ニ氧化硅粉末的制造方法中，例如通过使四氯化硅水解来生成ニ氧化硅质的凝胶、使四甲氧基硅烷等的有机系硅化合物水解而生成ニ氧化硅质的凝胶、或使用热解法ニ氧化硅而生成ニ氧化硅质的凝胶。并且，上述制造方法的特征在于，依次含有
通过将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉，并将该干燥粉粉碎后进行分级而得到所需平均粒径的ニ氧化硅粉末的造粒步骤、
在利用规定的高频功率产生等离子体的等离子枪内，以规定的供给速度加入上述造粒步骤中得到的ニ氧化硅粉末，利用使该造粒步骤中得到的ニ氧化硅粉末在从2000°C至ニ氧化硅的沸点的温度下加热、熔融的热等离子体进行的球化步骤、
去除在上述球化步骤后的球化ニ氧化硅粉末表面上附着的微粉的洗涤步骤、和 将上述洗涤步骤后的ニ氧化硅粉末干燥的干燥步骤，
将上述球化步骤中的高频功率(W)设为A、ニ氧化硅粉末的供给速度(kg/hr)设为B吋， 进行调整以使A/B(W hr/kg)的值为1.0X104以上，得到平均粒径D5tl为10 2000 ym、用BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值为I. 00 I. 35、真密度为2.10 2. 20g/cm3、粒子内空隙率为0 0. 05、圆形度为0. 75 I. 00和球化率为0. 55
1.00的合成非晶态ニ氧化硅粉末。通过进行上述步骤，不可避免的气体吸附量少，另外粉末内部的气体成分少，因此能够简便地制造可适合作为合成石英玻璃制品的原料使用的合成
非晶态ニ氧化硅粉末。本发明的第10 第13观点的合成非晶态ニ氧化硅粉末的制造方法中，例如通过使四氯化硅水解来生成ニ氧化硅质的凝胶、使四甲氧基硅烷等的有机系硅化合物水解而生成ニ氧化硅质的凝胶、或使用热解法ニ氧化硅而生成ニ氧化硅质的凝胶。并且，上述制造方法的特征在于，依次含有
通过将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉，并将该干燥粉粉碎后进行分级而得到所需平均粒径的ニ氧化硅粉末的造粒步骤、
将上述造粒步骤中得到的ニ氧化硅粉末在800 1450°C的温度下进行煅烧的煅烧步
骤、
在利用规定的高频功率产生等离子体的等离子枪内，以规定的供给速度加入上述煅烧步骤中得到的ニ氧化硅粉末，利用使该煅烧步骤中得到的ニ氧化硅粉末在从2000°C至ニ氧化硅的沸点的温度下加热、熔融的热等离子体进行的球化步骤、
去除在上述球化步骤后的球化ニ氧化硅粉末表面上附着的微粉的洗涤步骤、和 将上述洗涤步骤后的ニ氧化硅粉末干燥的干燥步骤，
将上述球化步骤中的高频功率(W)设为A、ニ氧化硅粉末的供给速度(kg/hr)设为B吋，进行调整以使A/B(W hr/kg)的值为1.0X104以上，得到平均粒径D5tl为10 2000 ym、用BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值为I. 00 I. 35、真密度为
2.10 2. 20g/cm3、粒子内空隙率为0 0. 05、圆形度为0. 75 I. 00和球化率为0. 55
I.00的合成非晶态ニ氧化硅粉末。通过进行上述步骤，不可避免的气体吸附量少，另外粉末内部的气体成分少，因此能够简便地制造可适合用作合成石英玻璃制品的原料的合成非晶态ニ氧化硅粉末。特别地，在该制造方法中，通过在球化处理步骤前设置利用了规定条件的煅烧步骤，可以极为減少吸附在表面的气体成分、粉末内部的气体成分，能够制造上述合成石英玻璃制品中气泡的产生或膨胀的减少效果更高的合成非晶态ニ氧化硅粉末。附图
的说明
[图I]是表示本发明第I实施方式的合成非晶态ニ氧化硅粉末的代表性的粉末粒子的照片图。[图2]是表示本发明第2实施方式的合成非晶态ニ氧化硅粉末的代表性的粉末粒子的照片图。[图3]是表示本发明第I实施方式的合成非晶态ニ氧化硅粉末的制造步骤的流程图。[图4]是表示本发明第2实施方式的合成非晶态ニ氧化硅粉末的制造步骤的流程图。[图5]是利用了热等离子体的球化装置的简要截面图。[图6]是粒度形状分布測定器的简要图。 [图7]是表示没有实施球化处理的代表性的ニ氧化硅粉末粒子的照片图。
具体实施例方式接着，基于附图对实施本发明的方式进行说明。本发明第I实施方式的合成非晶态ニ氧化硅粉末可以通过对造粒过的ニ氧化硅粉末实施球化处理后，进行洗涤、干燥来得到。上述合成非晶态ニ氧化硅粉末的特征在于，用BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值为I. 00 I. 35，真密度为2. 10 2. 20g/cm3，粒子内空隙率为0 0. 05，圆形度为0. 75 I. 00，以及球化率为
0.55 I. 00。另外，本发明第2实施方式的合成非晶态ニ氧化硅粉末，是将造粒过的ニ氧化硅粉末煅烧后，实施球化处理而成的合成非晶态ニ氧化硅粉末。由此，满足碳浓度小于2ppm
或氯浓度小于2ppm的任一者或这两者。作为在高温和减压下、硅单晶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，认为是吸附在用于制造制品的原料粉末的表面上的气体。即，在制造合成石英玻璃制品时，在进行作为其中一个步骤的熔融时，在原料粉末的表面上吸附的气体成分脱离。然后，该气体成分残留在合成石英玻璃制品中，这成为气泡的产生或膨胀的原因。作为合成石英玻璃制品的原料的ニ氧化硅粉末，由于通常进行粉碎步骤，因此大量含有如图7所示的无定形(粉碎粉末形状)的粒子。因此，认为比表面积变大，不可避免的气体吸附量变大。因此，本发明的合成非晶态ニ氧化硅粉末是通过对粉末实施球化处理，而使将BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值在上述范围的粉末。BET比表面积是指利用BET3点法測定的值。另外，粒子的理论比表面积是假定粒子为圆球体、且表面平滑的情况下，由下式(I)算出的值。并且，式(I)中，D表示粒子的直径，P表示真密度。
理论比表面积=6/ (DX P )(I)
在本说明书中，粉末的理论比表面积是指在上述式(I)中，由假设D为粉末的平均粒径D5tl、假设P为真密度2.20g/cm3的理论真密度所算出的值。即，粉末的理论比表面积由下式(2)算出。
粉末的理论比表面积=2. 73/D50(2)
如果用BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值变大，则比表面积变大，不可避免的气体吸附量变大。其中，上述值优选为I. 00 I. 15的范围。如果上述值比I. 15大，则气泡的产生或膨胀的减少效果小。在平均粒径D5tl小的侧，存在粒度分布的偏差或粒度分布的峰，因此有平均粒径Dki的测定变小的情况，有用BET比表面积除以由平均粒径算出的理论比表面积而得的值小于
1.00的情況。该情况下，将用BET比表面积除以由平均粒径算出的理论比表面积而得的值设为I. 00。另外，合成非晶态ニ氧化硅粉末的圆形度为0. 75以上。圆形度越接近于I. 00，意味着粉末粒子越接近于圆球，其通过下式(3)算出。
圆形度=4jiS/L2(3)
式(3)中，S表示拍摄的粒子投影图的面积，L表示粒子投影图的周长。在本说明书中，粉末的圆形度是指由上述式(3)算出的200个粉末粒子的圆形度的平均值。粉末的圆形度小于0. 75时，气泡的产生或膨胀的减少效果小。其中，粉末的圆形度优选为0. 80 I. 00的范围。另外，合成非晶态ニ氧化硅粉末的球化率为0. 55以上。粉末的球化率表示在规定量的粉末中含有的圆形度为0. 60 I. 00的粒子的比例。球化率小于0. 55时，气泡的产生或膨胀的减少效果小。其中，粉末的球化率优选为0. 80 I. 00的范围。另外，当着眼于合成非晶态ニ氧化硅粉末的I个粒子时，优选在粒子内不存在孔穴、闭塞了的裂缝等的内部空隙。S卩，如果在合成非晶态ニ氧化硅粉末的内部存在空隙，则成为合成石英玻璃制品中的气泡产生或膨胀的原因。因此，真密度为2. 10g/cm3以上，优选为2. 15 2. 20g/cm3。真密度是指根据JIS R7212炭砖的測定方法(d)真比重測定，进行3次真密度的測定，并将所得的值平均而得到的平均值。另外，粒子内空隙率为0. 05以下，优选为0.01以下。粒子内空隙率，是指对于50个粉末粒子，測定通过SEM (扫描型电子显微镜)观察截面时的粒子的截面积，且如果在粒子内存在空隙，则测定该空隙的面积，并由下式(4)算出的值的平均值。
粒子内空隙率=粒子内空隙总面积/粒子总截面积 (4)
另外，合成非晶态ニ氧化硅粉末的平均粒径D5tl为10 2000 iim，优选为50 IOOOiim的范围内。当小于下限值时，粉末粒子间的空隙小，存在于该空隙中的气体难以散出，因此易于残留小的气泡，另ー方面，如果超过上限值，则粉末粒子间的空隙过大，从而易于残留大的气泡。其中，平均粒径D5tl特别优选在80 600 iim的范围内。并且，本说明书中，平均粒径D5tl,是指測定3次利用激光衍射散射式粒子分布測定装置(型号名H0RIBA LA-950)测定的粒子分布(直径)的中央值，并将所得的值平均而得到的平均值。合成非晶态ニ氧化硅粉末的容积密度优选为l.OOg/cm3以上。当小于下限值时，粉末粒子间的空隙过大，易于残留大的气泡，另ー方面，如果超过上限值，则粉末粒子间的空隙小，因此存在于该空隙中的气体难以散出，从而易于残留小的气泡。其中，容积密度特别优选在I. 20 I. 50g/cm3的范围内。为了使粉末的熔融性均一，优选是使用CuKa射线、利用粉末X射线衍射法测定时衍射峰宽的、不是结晶质ニ氧化硅粉末的粉末。对于非晶质和结晶质的ニ氧化硅，熔融时的行为不同，结晶质ニ氧化硅的熔融有开始缓慢的倾向。因此，如果使用非晶质和结晶质的ニ氧化硅混合存在的合成非晶态ニ氧化硅粉末，来进行合成石英玻璃制品等的制造，则在合成石英玻璃制品中容易残留有气泡。为了使合成石英玻璃制品的杂质混入減少、高性能化，作为合成非晶态ニ氧化硅粉末的杂质浓度，优选除去氢原子的IA族、IIA族、IIIB VIIIB族、IB IIB族、IIIA族、除去碳和硅的IVA族、VA族、除去氧的VIA族、除去氯的VIIA族的浓度小于lppm。其中，特别优选这些杂质浓度小于0. 05ppm。另外，为了抑制高温和减压下的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氢氧基为60ppm以下、氯浓度为5ppm以下、碳浓度为5ppm以下。特别地，对于本发明第2实施方式的合成非晶态ニ氧化硅粉末，通过在实施球化处理前进行煅烧，吸附在表面的气体成分、粉末内部的气体成分极为減少，可以进而提高合成石英玻璃制品中气泡的产生或膨胀的減少效果。即，通过对造粒过的ニ氧化硅粉末以规定条件进行煅烧，可以实现氯浓度小于2ppm或碳浓度小于2ppm的任一者或这两者。而且，当造粒过的ニ氧化硅粉末、即原料粉末是通过使四氯化硅水解而生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到的ニ氧化硅粉末时，通过在球化处理前、在规定的条件下进行煅烧，碳浓度小于2ppm。这是由于上述ニ氧化硅粉末与使用四甲氧基硅烷等的有机系硅化合物而得到的ニ氧化硅粉末相比，碳浓度较低，因此对于将其用于原料粉末而得到的合成非晶态ニ氧化硅粉末，残留的碳浓度较为降低另外，当造粒过的ニ氧化硅粉末是使有机系硅化合物水解而生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到的ニ氧化硅粉末时，通过在球化处理前、在规定的条件下进行煅烧，氯浓度小于2ppm。由于上述ニ氧化硅粉末与在液体中使氯系硅化合物反应而得到的ニ氧化硅粉末相比，氯浓度较低，因此对于将其用于原料粉末而得到的合成非晶态ニ氧化硅粉末，残留的氯浓度较为降低。另外，当造粒过的ニ氧化硅粉末是通过使用热解法ニ氧化硅而生成ニ氧化硅质的凝胶、将该ニ氧化硅质的凝胶进行干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到的ニ氧化硅粉末时，通过在球化处理前、在规定条件下进行煅烧，可以实现碳浓度小于2ppm、氯浓度小于2ppm。对于原料粉末使用了使氯系娃化合物在液体中反应而得到的ニ氧化硅粉末来得到的合成非晶态ニ氧化硅粉末，残留的氯浓度容易变得较高。另外，对于原料粉末使用了有机系硅化合物而得到的合成非晶态ニ氧化硅粉末，残留的碳浓度容易变得较高。另ー方面，热解法ニ氧化硅与上述两种ニ氧化硅粉末相比，氯浓度、碳浓度都低，因此对于原料粉末使用热解法ニ氧化硅而得到的合成非晶态ニ氧化硅粉末，氯浓度、碳浓度这两者都极其降低。由此，也可进ー步提高合成石英玻璃制品中气泡的产生或膨胀的減少效果。本发明的合成非晶态ニ氧化硅粉末，通过在实施球化处理后，进行洗涤、干燥，大量含有如图I或图2所示的、熔融而球化了的粒子。这样，本发明的合成非晶态ニ氧化硅粉末由于大量含有接近于圆球的粒子，因此粉末的圆形度、球化率表现为上述的范围，可以减少不可避免的气体吸附量。并且，在熔融而球化了的粒子中，也有时含有多个凝聚了的粒子，但凝聚了的物质作为构成I个粒子的物质来规定上述圆形度、球化率等的比例。接着，对于本发明的合成非晶态ニ氧化硅粉末的制造方法进行说明。本发明第I实施方式的合成非晶态ニ氧化硅粉末的制造方法，可以通过如图3所示的那样，对作为原料的ニ氧化硅粉末实施球化处理后，进行洗涤、干燥来得到。另外，本发明第2实施方式的合成非晶态ニ氧化硅粉末的制造方法，可以通过如图4所示的那样，对作为原料的ニ氧化硅粉末进行煅烧，对该进行了煅烧的ニ氧化硅粉末实施球化处理后，进行洗涤、干燥来得至IJ。对于各步骤，以下详细地说明。作为本发明合成非晶态ニ氧化硅粉末的原料的ニ氧化硅粉末例如可以通过下述的方法得到。作为第I方法，首先相对于四氯化硅lmol，准备相当于45 SOmol的量的超纯水。将准备的超纯水加入到容器内，在氮、氩等的气氛中，将温度保持在20 45°C进行搅拌，同时添加四氯化硅并进行水解。添加四氯化硅后继续搅拌0. 5 6小吋，生成ニ氧化娃质的凝胶。此时，搅拌速度优选在100 300rpm的范围。接着,将上述ニ氧化娃质的凝胶移入干燥用容器中，将其放入到干燥机中，在干燥机内优选以10 20L/min的流量流入氮、氩等，同时在200°C 300°C的温度进行12 48小时的干燥，得到干燥粉。接着，将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机等的粉碎机进行粉碎。当使用辊式破碎机时，将轧棍间隙适当调整为0. 2 2. 0mm、轧棍转速适当调整为3 200rpm来进行粉碎。最后,使用振动筛等将粉碎过的干燥粉进行分级，由此得到平均粒径D5tl为10 3000 u m、优选70 1300 um的ニ氧化硅粉末。作为第2方法，相对于作为有机系硅化合物的四甲氧基硅烷lmol，准备超纯水0. 5 3mol、こ醇0. 5 3mol。将准备的超纯水、こ醇加入到容器内，在氮、氩等的气氛中将温度保持在60°C进行搅拌，同时添加四甲氧基硅烷并进行水解。在添加四甲氧基硅烷后搅拌5 120分钟，然后进ー步相对于四甲氧基硅烷(テ卜ラメトキシラン)lmol，添加
I 50mol的超纯水,继续搅拌I 12小时,生成ニ氧化娃质的凝胶。此时，搅拌速度优选在100 300rpm的范围。接着，将上述ニ氧化硅质的凝胶移入干燥用容器中，将其放入到干燥机中，在干燥机内优选以10 20L/min的流量流入氮、氩等，同时在200°C 300°C的温度下干燥6 48小时，得到干燥粉。接着，将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机等的粉碎机进行粉碎。当使用辊式破碎机时，将轧辊间隙适当调整为0. 2 2. 0mm、轧辊转速适当调整为3 200rpm来进行粉碎。最后，使用振动筛等将粉碎过的干燥粉进行分级，由此得到平均粒径D5tl为10 3000 u m、优选70 1300 u m的ニ氧化硅粉末。 作为第3方法，首先相对于平均粒径D5tl为0. 007 0. 030 U m、比表面积为50 380m2/g的热解法ニ氧化硅Imol，准备超纯水3. 0 35. Omol。将准备的超纯水加入到容器内，在氮、氩等的气氛中将温度保持在10 30°C进行搅拌，同时添加热解法ニ氧化硅。添加热解法ニ氧化硅后，继续搅拌0. 5 6小时，生成ニ氧化硅质的凝胶。此时，搅拌速度优选在10 50rpm的范围。接着，将上述ニ氧化硅质的凝胶移入到干燥用容器中，并将其放到干燥机中，在干燥机内优选以10 20L/min的流量流入氮、氩等，同时在200°C 300°C的温度下干燥12 48小时，得到干燥粉。接着，将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机等的粉碎机进行粉碎。当使用辊式破碎机时，将轧辊间隙适当调整为0. 2 2. 0mm、轧辊转速适当调整为3 200rpm来进行粉碎。最后，使用振动筛等将粉碎过的干燥粉进行分级，由此可以得到平均粒径D5tl为10 3000 u m、优选70 1300 u m的ニ氧化硅粉末。对于这样造粒、得到的ニ氧化硅粉末，在下述的条件下进行球化处理，但在本发明第2实施方式的合成非晶态ニ氧化硅粉末的制造方法中，在该球化处理之前，如图4所示，在规定的条件下进行煅烧。该煅烧利用耐热性玻璃或石英制的容器，在大气或氮气氛中、以800 1450°C的温度进行。通过在球化处理步骤之前设置煅烧步骤，可以极为減少在表面吸附的气体成分、粉末内部的气体成分。另外，ニ氧化硅粉末由于具有纳米尺寸的闭ロ孔，因此对该粉末实施球化处理时，在粒子内残留有孔穴。因此，通过对球化处理前的ニ氧化硅粉末进行煅烧，可以使上述纳米尺寸的闭ロ孔消失。当煅烧温度小于下限值时，不能充分得到由煅烧导致的气体成分的減少效果、或使闭ロ孔消失的效果。另ー方面，如果煅烧温度超过上限值，则产生粉末间粘着的缺点。由上述第I 第3的方法得到的ニ氧化硅粉末或对该粉末在上述条件下进行了煅烧的ニ氧化硅粉末的球化，通过利用了热等离子体的球化处理来进行。在利用了热等离子体的球化处理中，例如可以使用如图5所示的装置。该装置30具备产生等离子体的等离子枪31、在该等离子枪31的下部设置的作为反应筒的室32、和在该室32的下部设置的回收处理后的粉末的回收部33。等离子枪31具有与室32连通的顶部被密封了的石英管34、和缠绕在该石英管34上的高频感应线圈36。在石英管34的上部，以贯穿的方式设置原料供给管37，且与气体导入管38相连接。在室32的侧方设置气体排放ロ 39。在等离子枪31中，对高频感应线圈36通电时，产生等离子体40，从气体导入管38向石英管34中供给氩、氧等的气体。原料粉末通过原料供给管37向等离子体40中供给。另外，室32内的气体从设置在室32侧方的气体排放ロ 39排出。首先，从装置30的气体导入管38以15 60L/min的流量导入作为工作气体的氩，对等离子枪31外加频率为4 5MHz、功率为30 80kW的高频，产生等离子体。在等离子体稳定后，以10 80L/min的流量缓慢导入氧，产生氩ー氧等离子体。接着，将由上述第I 第3的方法得到的ニ氧化硅粉末或对该粉末在上述条件下进行了煅烧的ニ氧化硅粉末、从原料供给管37以I. 5 8. Okg/hr的供给速度加入到氩ー氧等离子体中，使ニ氧化硅粉末熔融，使成为了熔体的粒子落下，利用回收部33回收落下的粒子，由此，可以得到球化了的ニ氧化硅粉末41。合成非晶态ニ氧化硅粉末的圆形度、球化率等的调整，可以通过调整高频功率、ニ氧化硅粉末的供给速度等来进行。例如，在上述范围中，将高频功率(W)设为A、ニ氧化硅粉末的供给速度(kg/hr)设为B时，调整高频功率A和ニ氧化硅粉末的供给速度B，以使A/B (ff hr/kg)的值为1.0X104以上的范围，由此可以得到所需的圆形度、球化率。
球化处理后的ニ氧化硅粉末在其表面上附着有蒸发到氩一氧等离子体中的ニ氧化硅粉末的微粉，因此将球状步骤后的球化ニ氧化硅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，该ニ氧化硅粉末的微粉转移至超纯水中，从而利用网眼粗的过滤器进行过滤。反复进行该操作，直至ニ氧化硅粉末的微粉消失。洗涤步骤后的ニ氧化硅粉末的干燥优选通过下述这样来进行首先将粉末加入到干燥用容器中，将该干燥用容器放入到干燥机中，然后在干燥机内以I 20L/min的流量流入氮、氩等，同时在100°C 400°C的温度下保持12 48小时。利用以上的步骤，可得到本发明的合成非晶态ニ氧化硅粉末。该合成非晶态ニ氧化硅粉末由于不可避免的气体吸附量少，以及粉末内部的气体成分少，因此可以合适地用作合成石英玻璃制品的原料。特别地，在本发明第2实施方式的制造方法中，通过在球化处理步骤之前设置规定条件下的煅烧步骤，可以极为減少吸附在表面的气体成分、粉末内部的气体成分。
实施例接着，将本发明的实施例与比较例一起详细地进行说明。く实施例I >
首先，相对于四氯化硅lmol，准备相当于55. 6mol的量的超纯水。将该超纯水加入到容器内，在氮气氛中将温度保持在25°C进行搅拌，同时添加四氯化硅并进行水解。添加四氯化硅后继续搅拌3小时，生成ニ氧化硅质的凝胶。此时，搅拌速度设为150rpm。接着，将上述ニ氧化硅质的凝胶移入干燥用容器中，将其放入到干燥机中，在干燥机内以15L/min的流量流入氮，同时在250°C的温度下干燥18小时，得到干燥粉。将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机进行粉碎。此时将轧辊间隙调整为0. 2mm、轧辊转速调整为50rpm来进行粉碎。使用网孔为IOOym和网孔为150 的振动筛将粉碎过的干燥粉进行分级，得到平均粒径D5tl为121 ii m的ニ氧化硅粉末。接着，使用图5所示的装置30，利用下表I所示的条件，对上述得到的ニ氧化硅粉末在不进行煅烧的情况下实施球化处理。具体地，首先，从装置30的气体导入管38导入作为工作气体的氩，对等离子枪31外加高频，产生等离子体。在等离子体稳定后，缓慢导入氧，产生氩ー氧等离子体。将上述得到的ニ氧化硅粉末从原料供给管37加入到氩ー氧等离子体中，使ニ氧化硅粉末熔融，使成为了熔体的粒子落下，利用回收部33回收落下的粒子，由此得到球化了的ニ氧化硅粉末41。球化处理后，在洗涤容器中加入上述粉末和超纯水，进行超声波洗涤。进行超声波洗涤后，用网孔为50 y m的过滤器过滤。反复进行该操作，直至在ニ氧化硅粉末的粒子表面上附着的微粉消失。最后，将洗涤过的粉末加入到干燥用容器中，将该干燥用容器放到干燥机中，在干燥机内以10L/min的流量流入氮，同时在200°C的温度下保持48小时，由此得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。く实施例2 >
首先，相对于四甲氧基硅烷lmol，准备超纯水lmol、こ醇lmol。将准备的超纯水、こ醇加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在60°C进行搅拌，同时添加四甲氧基硅烷并进行水解。添加四甲氧基硅烷后搅拌60分钟，然后进而添加相对于四甲氧基硅烷Imol为25mol的超纯水，继续搅拌6小时，生成ニ氧化娃质的凝胶。此时,搅拌速度设为lOOrpm。接着，将上述ニ氧化硅质的凝胶移入干燥用容器中，并将其放到干燥机中，在干燥机内以20L/min的流量流入氮，同时在200°C的温度下干燥24小时，得到干燥粉。将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机进行粉碎。此时将轧辊间隙调整为0. 2mm、轧辊转速调整为55rpm来进行粉碎。使用网孔为100 和网孔为150 的振动筛将粉碎过的干燥粉进行分级，得到平均粒径D5tl为130 ii m的ニ氧化硅粉末。接着，使用图5所示的装置30，利用下表I所示的条件，对上述得到的ニ氧化硅粉末在不进行煅烧的情况下实施球化处理。具体地，首先，从装置30的气体导入管38导入作为工作气体的氩，对等离子枪31外加高频，产生等离子体。在等离子体稳定后，缓慢导入氧，产生氩ー氧等离子体。将上述得到的ニ氧化硅粉末从原料供给管37加入到氩ー氧等离子体中，使ニ氧化硅粉末熔融，使成为了熔体的粒子落下，利用回收部33回收落下的粒子，由此得到球化了的ニ氧化硅粉末41。球化处理后，在洗涤容器中加入上述粉末和超纯水，进行超声波洗涤。进行超声波洗涤后，用网孔为50 y m的过滤器过滤。反复进行该操作，直至在ニ氧化硅粉末的粒子表面上附着的微粉消失。最后，将洗涤后的粉末加入到干燥用容器中，将该干燥用容器放到干燥机中，在干燥机内以10L/min的流量流入氩，同时在300°C的温度下保持12小时，由此得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。く实施例3 >
首先，相对于平均粒径D5tl为0. 020 u m、比表面积为90m2/g的热解法ニ氧化硅lmol,备超纯水13mol。将准备的超纯水加入到容器内，在氮气氛中将温度保持在25°C进行搅拌，同时添加热解法ニ氧化硅。添加热解法ニ氧化硅后继续搅拌3小时，生成ニ氧化硅质的凝胶。此时，搅拌速度设为30rpm。接着，将上述ニ氧化硅质的凝胶移入干燥用容器中，将其放入到干燥机中，在干燥机内中以10L/min的流量流入氮，同时在300°C的温度下干燥12小时，得到干燥粉。将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机进行粉碎。此时将轧辊间隙调整为0. 5mm、轧辊转速调整为30rpm来进行粉碎。使用网孔为375 u m和网孔为450 y m的振动筛将粉碎过的干燥粉分级，得到平均粒径D5tl为426 ii m的ニ氧化硅粉末。
接着，使用图5所示的装置30，利用下表I所示的条件，对上述得到的ニ氧化硅粉末在不进行煅烧的情况下实施球化处理。具体地，首先，从装置30的气体导入管38导入作为工作气体的氩，对等离子枪31外加高频，产生等离子体。在等离子体稳定后，缓慢导入氧，产生氩ー氧等离子体。将上述得到的ニ氧化硅粉末从原料供给管37加入到氩ー氧等离子体中，使ニ氧化硅粉末熔融，使成为了熔体的粒子落下，利用回收部33回收落下的粒子，由此得到球化了的ニ氧化硅粉末41。球化处理后，在洗涤容器中加入上述粉末和超纯水，进行超声波洗涤。进行超声波洗涤后，利用网孔为200 的过滤器过滤。反复进行该操作，直至在ニ氧化硅粉末的粒子表面上附着的微粉消失。最后，将洗涤后的粉末加入到干燥用容器中，将该干燥用容器放到干燥机中，在干燥机内以20L/min的流量流入氮，同时在200°C的温度下保持36小时，由此得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。く实施例4 >
除了得到平均粒径D5tl为860 y m的ニ氧化硅粉末、以及用下表I所示的条件实施球化处理以外，其它与实施例I同样来得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。く实施例5 >
首先，相对于平均粒径D5tl为0. 020 u m、比表面积为90m2/g的热解法ニ氧化硅lmol,备超纯水12mol。将准备的超纯水加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在30°C进行搅拌，同时添加热解法ニ氧化硅。添加热解法ニ氧化硅后，继续搅拌2小时，生成ニ氧化硅质的凝胶。此时，搅拌速度设为20rpm。接着，将上述ニ氧化硅质的凝胶移入干燥用容器中，并将其放入到干燥机中，在干燥机内以I. OL/min的流量流入氮，同时在250°C的温度下干燥15小时，得到干燥粉。将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机进行粉碎。此时，将轧辊间隙调整为0. 2mm、轧辊转速调整为25rpm进行粉碎。使用网孔为50 和网孔为150 的振动筛将粉碎过的干燥粉分级，得到平均粒径D5tl为99 ii m的ニ氧化硅粉末。接着，使用图5所示的装置30，利用下表I所示的条件，对于上述得到的ニ氧化硅粉末在不进行煅烧的情况下实施球化处理。具体地，首先从装置30的气体导入管38导入作为工作气体的氩，对等离子枪31外加高频，产生等离子体。在等离子体稳定后，缓慢导入氧，产生氩ー氧等离子体。将上述得到的ニ氧化硅粉末从原料供给管37加入到氩ー氧等离子体中，使ニ氧化硅粉末熔融，使成为了熔体的粒子落下，利用回收部33回收落下的粒子，由此得到球化了的ニ氧化硅粉末41。球化处理后，在洗涤容器中加入上述粉末和超纯水，进行超声波洗涤。进行超声波洗涤后，用网孔为50 y m的过滤器过滤。反复进行该操作，直至在ニ氧化硅粉末的粒子表面上附着的微粉消失。最后，将洗涤后的粉末加入到干燥用容器中，将该干燥用容器装入到干燥机中，在干燥机内以10L/min的流量流入氮，同时在250°C的温度下保持24小吋，由此得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。<实施例6>首先，相对于四氯化硅111101，准备相当于6011101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30°C进行搅拌，同时添加四氯化硅并进行水解。添加四氯化娃后，继续搅拌4小时，生成ニ氧化娃质的凝胶。此时,搅拌速度设为250rpm。接着,将上述ニ氧化硅质的凝胶移入干燥用容器中，并将其放入到干燥机中，在干燥机内以10L/min的流量流入氮，同时在250°C的温度下干燥24小时，得到干燥粉。将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机进行粉碎。此时将轧辊间隙调整为0. 2mm、轧辊转速调整为150rpm来进行粉碎。使用网孔为50 y m和网孔为200 u m的振动筛将粉碎过的干燥粉分级，得到平均粒径D5tl为116 ii m的ニ氧化硅粉末。接着，使用图5所示的装置30，利用下表I所示的条件，对于上述得到的ニ氧化硅粉末在不进行煅烧的情况下实施球化处理。具体地，首先从装置30的气体导入管38导入作为工作气体的氩，对等离子枪31外加高频，产生等离子体。在等离子体稳定后，缓慢导入氧，产生氩ー氧等离子体。将上述得到的ニ氧化硅粉末从原料供给管37加入到氩ー氧等离子体中，使ニ氧化硅粉末熔融，使成为了熔体的粒子落下，利用回收部33回收落下的粒子， 由此得到球化了的ニ氧化硅粉末41。球化处理后，在洗涤容器中加入上述粉末和超纯水，进行超声波洗涤。进行超声波洗涤后，用网孔为50 y m的过滤器过滤。反复进行该操作，直至在ニ氧化硅粉末的粒子表面上附着的微粉消失。最后，将洗涤后的粉末加入到干燥用容器中，在干燥机内以15L/min的流量流入氮，同时在150°C的温度下保持48小时，由此得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。く实施例I >
首先，相对于四甲氧基硅烷lmol，准备超纯水lmol、こ醇lmol。将准备的超纯水、こ醇加入到容器内，在氮气氛中将温度保持在60°C进行搅拌，同时添加四甲氧基硅烷进行水解。添加四甲氧基硅烷后搅拌60分钟，然后进而添加相对于四甲氧基硅烷Imol为25mol的超纯水，继续搅拌6小时，生成ニ氧化硅质的凝胶。此时，搅拌速度设为lOOrpm。接着，将上述ニ氧化硅质的凝胶移入干燥用容器中，将其放入到干燥机中，在干燥机内以20L/min的流量流入氮，同时在150°C的温度下干燥48小时，得到干燥粉。将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机进行粉碎。此时将轧辊间隙调整为0. 2mm、轧辊转速调整为55rpm来进行粉碎。使用网孔为50 y m和网孔为200 u m的振动筛将粉碎过的干燥粉进行分级，得到平均粒径D5tl为113 ii m的ニ氧化硅粉末。接着，使用图5所示的装置30，利用下表I所示的条件，对上述得到的ニ氧化硅粉末在不进行煅烧的情况下实施球化处理。具体地，首先，从装置30的气体导入管38导入作为工作气体的氩，对等离子枪31外加高频，产生等离子体。等离子体稳定后，缓慢导入氧，产生氩一氧等离子体。将上述得到的ニ氧化硅粉末从原料供给管37加入到氩ー氧等离子体中，使ニ氧化硅粉末熔融，使成为了熔体的粒子落下，利用回收部33回收落下的粒子，由此得到球化了的ニ氧化硅粉末41。球化处理后，在洗涤容器中加入上述粉末和超纯水，进行超声波洗涤。进行超声波洗涤后，用网孔为50 y m的过滤器过滤。反复进行该操作，直至在ニ氧化硅粉末的粒子表面上附着的微粉消失。最后，将洗涤后的粉末加入到干燥用容器中，在干燥机内以15L/min的流量流入氮，同时在150°C的温度下保持48小时，由此得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。<比较例I >
除了用下表I所示的条件实施球化处理以外，其它与实施例I同样来得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。<比较例2 > 除了用下表I所示的条件实施球化处理以外，其它与实施例2同样地得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。<比较例3 >
除了用下表I所示的条件实施球化处理以外，其它与实施例3同样地得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。<比较例4>
除了用下表I所示的条件实施球化处理以外，其它与实施例3同样地得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。<比较例5 >
除了用下表I所示的条件实施球化处理以外，其它与实施例4同样地得到合成非晶态ニ氧化硅粉末。<比较例6 >
首先，相对于四氯化硅lmol，准备相当于55. 6mol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进行搅拌，同时添加四氯化硅并进行水解。添加四氯化娃后继续搅拌3小时,生成ニ氧化娃质的凝胶。此时,搅拌速度设为150rpm。接着,将上述ニ氧化硅质的凝胶移入干燥用容器中，并将其放入到干燥机中，在干燥机内以15L/min的流量流入氮，同时在250°C的温度下干燥18小时，得到干燥粉。将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机进行粉碎。此时，将轧辊间隙调整为0. 2mm、轧辊转速调整为50rpm来进行粉碎。使用网孔为50 pm和网孔为150 的振动筛将粉碎过的干燥粉进行分级，得到平均粒径D5tl为100 ii m的ニ氧化硅粉末。最后，将粉碎过的粉末加入到煅烧用容器中，并将该煅烧用容器放到煅烧炉中，在煅烧内以10L/min的流量流入氮，同时在1200°C的温度下保持48小吋，由此得到平均粒径D50为70 ii m的合成非晶态ニ氧化硅粉末。将没有实施该球化处理的ニ氧化硅粉末作为比较例6。<比较例I >
首先，相对于四甲氧基硅烷lmol，准备超纯水lmol、こ醇lmol。将准备的超纯水、こ醇加入到容器内，在氮气氛下将温度保持在60°C进行搅拌，同时添加四甲氧基硅烷并进行水解。添加四甲氧基硅烷后搅拌60分钟，然后进而添加相对于四甲氧基硅烷Imol为25mol的超纯水，继续搅拌6小时，生成ニ氧化硅质的凝胶。此时，搅拌速度设为lOOrpm。接着，将上述ニ氧化硅质的凝胶移入干燥用容器中，并将其放入到干燥机中，在干燥机内以20L/min的流量流入氮，同时在200°C的温度下干燥24小时，得到干燥粉。将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机进行粉碎。此时将轧辊间隙调整为0. 6mm、轧辊转速调整为IOOrpm来进行粉碎。使用网孔为550 pm和网孔为650 的振动筛将粉碎过的干燥粉分级，得到平均粒径D5tl为590 ii m的ニ氧化硅粉末。
最后，将粉碎过的粉末加入到煅烧用容器中，将该煅烧用容器放到煅烧炉中，在煅烧内以10L/min的流量流入氩，同时在1200°C的温度下保持48小吋，由此得到平均粒径Dki为412 ii m的合成非晶态ニ氧化硅粉末。将没有实施该球化处理的ニ氧化硅粉末作为比较例7。<比较例8 >
首先，相对于平均粒径D5tl为0. 020 u m、比表面积为90m2/g的热解法ニ氧化硅lmol,备超纯水13mol。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进行搅拌，同时添加热解法ニ氧化硅。添加热解法ニ氧化硅后继续搅拌3小时，生成ニ氧化硅质的凝胶。此时，搅拌速度设为30rpm。接着，将上述ニ氧化 硅质的凝胶移入干燥用容器中，并将其放到干燥机中，在干燥机内以10L/min的流量流入氮，同时在300°C的温度下干燥12小时，得到干燥粉。将该干燥粉从干燥机中取出，使用辊式破碎机进行粉碎。此时将轧辊间隙调整为0.9mm、轧辊转速调整为150rpm来进行粉碎。使用网孔为850 y m和网孔为950 y m的振动筛将粉碎过的干燥粉进行分级，得到平均粒径D5tl为895 ii m的ニ氧化硅粉末。最后，将粉碎过的粉末加入到煅烧用容器中，将该煅烧用容器放入煅烧炉中，在煅烧内以10L/min的流量流入氩，同时在1200°C的温度下保持48小吋，由此得到平均粒径Dki为627 ii m的合成非晶态ニ氧化硅粉末。将该没有实施球化处理的ニ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，其是对造粒过的二氧化硅粉末实施球化处理后，进行洗涤、干燥而得到的平均粒径D5tl为10 2000 u m的合成非晶态二氧化硅粉末，其中，用BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值为I. 00 I. 35，真密度为2. 10 2. 20g/cm3，粒子内空隙率为0 0. 05，圆形度为0. 75 I. 00，以及球化率为0. 55 I. 00。
2.如权利要求I所述的合成非晶态二氧化硅粉末，其是将上述造粒过的二氧化硅粉末煅烧后，实施上述球化处理而成的合成非晶态二氧化硅粉末，其中，满足碳浓度小于2ppm或氯浓度小于2ppm的任一者或这两者。
3.如权利要求2所述的合成非晶态二氧化硅粉末，其中，上述造粒过的二氧化硅粉末是通过使四氯化硅水解而生成二氧化硅质的凝胶、将该二氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级而得到的二氧化硅粉末， 碳浓度小于2ppm。
4.如权利要求2所述的合成非晶态二氧化硅粉末，其中，上述造粒过的二氧化硅粉末是通过使有机系硅化合物水解而生成二氧化硅质的凝胶、将该二氧化硅质的凝胶进行干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到的二氧化硅粉末， 氯浓度小于2ppm。
5.如权利要求2所述的合成非晶态二氧化硅粉末，其中，上述造粒过的二氧化硅粉末是通过使用热解法二氧化硅来生成二氧化硅质的凝胶、将该二氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级而得到的二氧化硅粉末， 碳浓度小于2ppm,氯浓度小于2ppm。
6.合成非晶态二氧化硅粉末的制造方法，其特征在于，依次包含 通过生成二氧化硅质的凝胶、将该二氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到二氧化硅粉末的造粒步骤、 在利用规定的高频功率产生等离子体的等离子枪内，以规定的供给速度加入上述造粒步骤中得到的二氧化硅粉末，利用使该造粒步骤中得到的二氧化硅粉末在从2000°C至二氧化硅的沸点的温度下加热、熔融的热等离子体进行的球化步骤、 去除在上述球化步骤后的球化二氧化硅粉末表面上附着的微粉的洗涤步骤、和 将上述洗涤步骤后的二氧化硅粉末干燥的干燥步骤， 将上述球化步骤中的高频功率(W)设为A、二氧化硅粉末的供给速度(kg/hr)设为B时，进行调整以使A/B(W hr/kg)的值为1.0X104以上，得到平均粒径D5tl为10 2000 ym、用BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值为I. 00 I. 35、真密度为2.10 2. 20g/cm3、粒子内空隙率为0 0. 05、圆形度为0. 75 I. 00和球化率为0. 55 I.00的合成非晶态二氧化硅粉末。
7.如权利要求6所述的合成非晶态二氧化硅粉末的制造方法，其中，上述造粒步骤是通过使四氯化硅水解而生成二氧化硅质的凝胶、将该二氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级，来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的二氧化硅粉末的步骤。
8.如权利要求6所述的合成非晶态二氧化硅粉末的制造方法，其中，上述造粒步骤是通过使有机系硅化合物水解而生成二氧化硅质的凝胶、将该二氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级，来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的二氧化硅粉末的步骤。
9.如权利要求6所述的合成非晶态二氧化硅粉末的制造方法，其中，上述造粒步骤是通过使用热解法二氧化硅而生成二氧化硅质的凝胶、将该二氧化硅质的凝胶进行干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级，来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的二氧化硅粉末的步骤。
10.合成非晶态二氧化硅粉末的制造方法，其特征在于，依次包含 通过生成二氧化硅质的凝胶、将该二氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到二氧化硅粉末的造粒步骤、 将上述造粒步骤中得到的二氧化硅粉末在800 1450°C的温度下进行煅烧的煅烧步骤、 在利用规定的高频功率产生等离子体的等离子枪内，以规定的供给速度加入上述煅烧步骤中得到的二氧化硅粉末，利用使该煅烧步骤中得到的二氧化硅粉末在从2000°C至二氧化硅的沸点的温度下加热、熔融的热等离子体进行的球化步骤、 去除在上述球化步骤后的球化二氧化硅粉末表面上附着的微粉的洗涤步骤、和 将上述洗涤步骤后的二氧化硅粉末干燥的干燥步骤， 将上述球化步骤中的高频功率(W)设为A、二氧化硅粉末的供给速度(kg/hr)设为B时，进行调整以使A/B (ff hr/kg)的值为1.0X104以上， 得到平均粒径D5tl为10 2000 u m、用BET比表面积除以由平均粒径D5tl算出的理论比表面积而得的值为I. 00 I. 35、真密度为2. 10 2. 20g/cm3、粒子内空隙率为0 0. 05、圆形度为0. 75 I. 00和球化率为0. 55 I. 00的、满足碳浓度小于2ppm或氯浓度小于2ppm的任一者或这两者的合成非晶态二氧化硅粉末。
11.如权利要求10所述的合成非晶态二氧化硅粉末的制造方法，其中，在上述造粒步骤是通过使四氯化硅水解而生成二氧化硅质的凝胶、将该二氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的二氧化硅粉末的步骤时，所得的合成非晶态二氧化硅粉末的碳浓度小于2ppm。
12.如权利要求10所述的合成非晶态二氧化硅粉末的制造方法，其中，在上述造粒步骤是通过使有机系硅化合物水解而生成二氧化硅质的凝胶、将该二氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的二氧化硅粉末的步骤时，所得的合成非晶态二氧化硅粉末的氯浓度小于2ppm。
13.如权利要求10所述的合成非晶态二氧化硅粉末的制造方法，其中，在上述造粒步骤是通过使用热解法二氧化硅而生成二氧化硅质的凝胶、将该二氧化硅质的凝胶干燥而形成干燥粉、并将该干燥粉粉碎后进行分级，来得到平均粒径D5tl为10 3000 u m的二氧化硅粉末的步骤时，所得的合成非晶态二氧化硅粉末的碳浓度小于2ppm，氯浓度小于2ppm。
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后，进行洗涤、干燥而得到的平均粒径D50为10～2000μm的合成非晶态二氧化硅粉末，其特征在于，用BET比表面积除以由平均粒径D50算出的理论比表面积而得的值为1.00～1.35，真密度为2.10～2.20g/cm3，粒子内空隙率为0～0.05，圆形度为0.75～1.00，以及球化率为0.55～1.00。该合成非晶态二氧化硅粉末在表面吸附的气体成分、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，即使在高温和减压的环境下使用，也可以大幅减少气泡的产生或膨胀。
文档编号B07B4/02GK102652110SQ201080057330
公开日2012年8月29日 申请日期2010年12月24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