KR19990008146A - 합성 석영 분말의 제조방법 및 석영 유리 성형체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

실리카 겔 분말을 회전로 (rotary kiln) 내에서 유동시키면서 가열처리하는 공정을 포함하는 합성 석영 분말의 제조방법.

Description

합성 석영 분말의 제조방법 및 석영 유리 성형체의 제조방법

최근, 광통신 분야, 반도체 산업 등에서 사용되는 유리제품에 있어서는, 그 미량 불순물 및 제품중의 미소거품에 관하여 매우 엄격한 관리가 이루어지고 있다. 이와 같은 고품질의 유리는 주로 (1) 천연석영을 정제하는 방법, (2) 사염화규소의 산수소염 (酸水素炎) 중에서의 분해로 발생한 연무를 기초체에 부착·성장시키는 방법, (3) 실리콘알콕시드 등을 가수분해·겔화하여 얻은 실리카 겔을 소성하여 얻어지는 합성 석영 분말을 사용하여 이것을 용융하여 석영체로 하는 방법 등으로 제조된다.

그러나, (1) 의 방법에서는 미량 불순물 함유율의 저감에 한계가 있고, (2) 의 방법에서는 제조비용이 매우 높다는 등의 문제점이 있다. 한편, (3) 의 실리카 겔의 소성에 의한 방법에서는 (2) 의 방법에 비하면 저렴하게 미량 불순물 함유율이 낮은 합성 석영 분말을 얻을 수 있으나, 요구 수준을 반드시 만족시키고 있다고는 할 수 없다. 또한, 이 방법에서는 최종 제품인 성형체 중에 미소거품이 발생하는 경우가 있으며, 이 미소거품이 여러 가지 트러블의 원인이 되는 경우가 있다는 문제점이 있다.

본 발명자들은 상기 (3) 의 실리카 겔의 소성에 의한 합성 석영 분말의 제조방법에 있어서의 과제, 즉 이것을 용해하여 얻어지는 성형체에 있어서 미소거품의 발생이 매우 적은 합성 석영 분말을 제조하는 것, 나아가서 이러한 제조를 공업적으로 유리하게 실시하는 방법을 발견하기 위하여 예의 검토한 결과, 다음과 같은 점이 판명되었다. 즉, 실리카 겔의 소성은, 용기로부터의 불순물의 오염 (contamination) 을 배제하기 위하여 석영제 용기에 실리카 겔을 넣고, 전기로 등에서 가열하여 실시한다. 특히, 공업적인 제조시에는 구경이 큰 석영 도가니 등을 사용하게 된다. 그러나, 실리카 겔은 석영분말에 비하여 용적밀도 (bulk density) 가 낮기 때문에 소성에 사용하는 용기를 효율적으로 이용할 수 없으므로, 생산성이 나쁘고 제조비용이 높아진다. 따라서, 생산성을 향상시키기 위해서는 도가니에 넣을 분체의 용적밀도를 상승시키는 것이 중요한 과제로 된다.

한편, 석영분말을 사용한 성형체의 제조에 있어서 성형체를 제조할 때의 미소거품의 발생에는 석영분말 제조시의 소성공정의 승온과정이 영향을 미친다. 실리콘알콕시드의 가수분해로 얻은 실리카 겔 분말은 부생한 알코올을 건조시켜 제거하여도 미반응 알콕시기 및 부생한 알코올의 일부가 잔존한다. 실제로 건조시킨 실리카 겔 분말중의 카본농도를 측정하면, 건조조건에 따라서도 다르지만 1 ∼ 3 % 이다. 이 실리카 겔 분말을 산소 함유 가스중에서 소성하면 대부분의 카본은 승온과정에서 연소 제거되지만, 일부가 미연소 카본으로서 합성 석영 분말중에 트랩되는 경우가 있다. 이 미연소 카본을 함유하는 합성 석영 분말을 사용하면, 용융성형시에 CO 나 CO₂가스로 되어 거품발생의 원인이 된다. 따라서, 실리카 겔의 봉공 (封孔) 전에 미연소 카본을 실질적으로 전량 제거하여야만 하기 때문에, 승온과정에서의 승온속도가 중요해지는 것이다.

그런데, 상술한 바와 같이 합성 석영 분말의 공업적인 제조를 도모할 경우에는, 구경이 큰 석영 도가니를 사용하므로 승온과정에 있어서 도가니 내의 온도가 불균일해지므로, 용기 내의 모든 부분을 소정 온도패턴으로 승온시키기는 어렵다. 그 결과, 경우에 따라서는 카본이 잔존한 합성 석영 분말이 부분적으로 생성되며, 이 합성 석영 분말을 사용한 성형체 중에 미소거품이 발생하는 현상이 나타나는 것이다.

본 발명자들은 이와 같은 문제를 해결해서 효율적으로 양질의 합성 석영 분말을 생성하기 위하여, 회전원통형 가열장치, 소위 회전로 (rotary kiln) 를 사용한 가열도 시도하였다. 그러나, 오염을 방지할 목적에서 노심관 (爐心管) 의 재질은 석영 등으로 한정되기 때문에, 가열처리에 있어서의 승온공정이 반복됨으로 인한 열 쇼크로 인하여 노심관의 수명이 짧아진다는 문제가 있었다. 또한, 가열처리로 인하여 실리카 겔에서 대량의 가스가 발생하고 게다가 가스 발생량이 시간에 따라 변화하기 때문에, 회전로에서는 배기가스 처리도 어렵고, 또한 가스발생의 피크시에 맞추면 장치가 대형화되어 발생한 가스가 내부의 실리카 겔 분말을 날려버리는 경우도 있다.

또한, 실리카 겔이 점차 봉공되는 공정에 있어서 용매, 부착수, 잔류 유기기 등을 충분하면서 정확하게 제거하여 목적하는 고품질의 합성 석영 분말을 얻기 위해서는, 가열처리의 조건, 특히 승온공정을 엄밀하게 제어할 필요가 있으며, 다량의 분체를 넣은 회전로에서 이를 실시하기는 어렵고, 또한 회전로의 축방향으로 가열강도의 강약이 발생하기 쉬워 제품의 불균일로 이어진다는 문제도 있었다.

그리고, 분체를 공급하거나 꺼낼 때의 오염 방지, 배치마다 품질의 균일화도 충분히 달성하기는 어려웠다.

발명의 개시

본 발명자들은 상기 과제를 감안하여 더욱 예의 검토한 결과, 실리카 겔을 적당한 조건 및 조작으로 가열처리하여 얻어진 분체는, 용적밀도를 소성후의 석영 분말과 동등하게 할 수 있으며, 또한 알콕시기 및 수산기가 충분하게 제거된 것으로 할 수 있기 때문에, 이러한 분체를 더욱 고온에서의 소성에 제공하기에도 적합한 것, 그리고 이러한 가열 처리 방법에 의하여 합성 석영 분말 제조에 필요한 스페이스, 인력, 가열시의 공급가스량도 경감시킬 수 있으며, 또한 가열시의 통기 (aeration) 도 용이하게 할 수 있으므로, 생산성을 크게 향상시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명은 실리카 겔 분말을 회전로 내에서 유동시키면서 가열처리하는 공정을 포함하는 합성 석영 분말의 제조방법 및 얻어진 합성 석영 분말을 용융성형하여 이루어지는 유리 성형체이다.

본 발명은 합성 석영 분말 및 석영 유리 성형체의 효율적인 제조방법에 관한 것이다.

도 1 은 분체를 넣은 정지상태의 회전로의 단면도이다.

도 2 는 넣은 분체가 유동상태에 있는 회전상태인 회전로의 단면도이다.

도 3 은 본 발명에 사용할 수 있는 회전로의 일례의 개략을 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3 에 있어서, 1 은 분체, 2 는 노심관, 3 은 접분면 (接粉面), 4 는 노심관 내의 공극 (空隙), 5 는 분체면, 6 은 드라이 겔 호퍼, 7 은 테이블 피더, 8 은 노심관, 9 는 공급구, 10 은 공급구 도너츠형상 탕구, 11 은 공기 공급관, 12 는 배출구, 13 은 배출구 도너츠형상 탕구, 15 는 제 1 가열히터, 16 은 제 2 가열히터, 17 은 제 3 가열히터, 18 은 제 4 가열히터, 19 는 제 5 가열히터, 20 은 드라이 실리카 겔 분말이다.

발명의 상세한 설명

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

(실리카 겔 분말의 작성)

본 발명에서 대상으로 하는 합성 석영 분말은 알콕시실란 등의 가수분해·겔화 등으로 얻어지는 실리카 겔 분말을 가열하여 무공화 (無孔化) 하여 이루어지는 합성 석영 분말이다. 실리카 겔 분말의 제조법은 특별히 한정되어 있지 않으므로, 여러 가지 공지기술을 채택할 수 있는데, 고순도를 용이하게 달성할 수 있는 등의 관점에서 알콕시실란 등의 가수분해·겔화에 의한, 소위 졸겔법에 의한 것이 바람직하다. 졸겔법에 의한 알콕시실란의 가수분해는 공지의 방법에 따라 알콕시실란과 물을 반응시킴으로써 이루어진다.

원료로 사용되는 알콕시실란으로서는 가수분해·겔화 가능한 알콕시실란이면 충분하나, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란 등의 C₁∼ C₄의 저급알콕시실란으로서 규소에 직결된 탄화수소기에 의한 Si-C 결합을 실질적으로 함유하지 않는 알콕시실란 혹은 이들의 올리고머가 적합하다.

물의 사용량은, 통상 알콕시실란 중의 알콕시기의 1 배 당량 이상에서 10 배 당량 이하의 범위에서 선택된다. 이 때, 필요에 따라 물과 상용성 (相溶性) 이 있는 알코올류나 에테르류의 유기용매를 혼합하여 사용하여도 된다. 사용되는 알코올의 대표예로서는 메탄올, 에탄올 등의 저지방족 알코올을 들 수 있다.

이 가수분해반응에는 촉매로서 염산, 아세트산 등의 산이나 암모늄 등의 알칼리를 첨가하여도 된다. 그리고, 여기서 사용하는 물, 촉매 등의 반응계로 도입되는 물질은 모두 고순도로 함은 당연하다.

가수분해 생성물의 겔화는 가열하 혹은 상온에서 실시할 수 있다. 가열하면 겔화의 속도를 향상시킬 수 있으므로, 가열정도를 조절함으로써 겔화 시간을 조절할 수 있다.

얻어진 겔은 수분 및 가수분해로 생성된 알코올을 다량으로 함유하는 웨트 실리카 겔로서, 이것을 세분화하고 나서 건조시켜도 되고, 건조시키고 나서 세분화하여도 된다. 여하튼 건조시켜 얻어지는 드라이 실리카 겔의 입경이 10 ∼ 1,000 ㎛, 바람직하게는 100 ∼ 600 ㎛ 로 되도록 세분화한다.

건조는 상압 혹은 감압하에서 가열하면서 실시하는 것이 효율적이다. 가열온도는 조건에 따라서도 다르지만, 통상 50 ∼ 200 ℃ 이다. 또한, 조작은 회분 (batch), 연속 중 어느 것으로도 실시할 수 있다. 건조정도는 통상 함액율이 1 ∼ 30 중량% 까지 이루어진다. 여기서 말하는 함액율이란 160 ℃ 에서 항량 (恒量) 에 도달하였을 때의 중량 감소율이다.

(실리카 겔 분말의 가열처리)

이와 같이 하여 얻어진 실리카 겔 분말을 본 발명에 있어서는 다음에 기술하는 특정 조건하에서 가열처리한다. 즉, 회전로 내에서 유동시키면서 가열처리한다.

여기서 본 발명에서 말하는 분체가「유동한다」라는 것은, 예를 들면 분체를 넣은 회전상태의 회전로의 단면을 나타내는 도 2 를 사용하여 정지상태의 회전로의 단면을 나타내는 도 1 과 비교하여 설명하면, 분체 (1) 와 노심관 (2) 벽의 접분면 (3) 사이에는 실질적으로 미끄럼이 발생하지 않으며 노심관 (2) 의 회전을 따라 분체 (1) 가 노심관 (2) 벽에서 들어올려져서 안식각 이상으로 분체 (1) 가 벽을 떠나 관벽 하부로 흘러 내려가는 (도 2 중의 검정 화살표시 방향) 상태를 말하고, 회전로 내에서 실리카 겔 분말의 이와 같은 유동상태를 안정되게 달성하기 위해서는 다음에 설명하는 바와 같이 실리카 겔 분말의 최대 층 높이를 75 ㎜ 이상으로 유지함으로써 용이하게 달성할 수 있다.

회전로의 노심관의 재질은 처리한 분말에 대한 재질의 오염이 발생하지 않는 것을 선택할 필요가 있으므로, 특히 석영제가 바람직하다. 석영제의 경우, 제작상 노심관의 사이즈에 한계가 있으므로 조건에 따라서는 복수 (다단) 의 회전로를 사용하여 가열처리할 수도 있다. 또한, 원인은 명확하게 밝혀지지 않았으나, 석영제 노심관을 사용한 경우, 분체의 최대 층 높이가 낮으면 노심관 내의 분체가 슬립하여 분체가 유동하지 않는 경우가 있다. 따라서, 회전로 내에서 유동하는 분체의 최대 층 높이를 75 ㎜ 이상으로 유지하면서 가열처리함으로써, 이유는 밝혀지지 않았으나, 안정되게 분체의 유동상태를 얻을 수 있음이 본 발명자들의 예의 검토에 의하여 발견된 것이다.

여기에서 말하는 최대 층 높이란, 분체 (1) 가 노심관 내의 공극 (4) 과 접촉하는 분체면 (5) 에서 노심관의 접분면 (3) 방향으로 수선을 그은 경우에 최대가 되는 거리를 말한다.

회전로의 관 직경은 특별히 제한되어 있지 않으나, 본 발명자들이 여러 관 직경을 가지는 회전로에 대하여 검토한 결과, 그 관의 내경이 100 ㎜ 이상에 있어서 특히 본 발명의 효과가 현저하고, 바람직하게는 120 ㎜ 이상, 보다 바람직하게는 150 ㎜ 이상이다. 또한, 최대직경에 대해서는 특별한 제한은 없으나, 그 구조상과 혼합 및 가열의 균일성 등에서 관의 내경은 일반적으로 600 ㎜ 이하, 보다 바람직하게는 500 ㎜ 이하로 사용된다. 그리고, 150 ㎜ 이하인 경우에는 각각의 관 단(端)에 특별한 삽입, 배출기구를 설치할 필요가 있다.

본 발명자들은 최대 층 높이가 75 ㎜ 보다 낮은 값이면, 노심관 내에서의 분체의 유동성이 악화되어 분체의 유동이 간헐적으로 되지만, 75 ㎜ 이상으로 하면 노심관 내의 분체는 연속적으로 유동함을 발견하였다. 유동이 간헐적인 경우에는 노심관 벽면에서의 국부적인 가열이 일어나서, 유동이 개시되면 수증기 혹은 메탄올이 급격하게 발생하므로 안정되게 조작하기가 어렵다.

조작은 미리 건조 실리카 겔 분말을 최대 층 높이가 75 ㎜ 이상이 되도록 회전로의 노심관에 넣어 두고 가열처리하는 회분법 (batch method) 혹은 회전로의 노심관의 일단을 통해 연속적으로 건조 실리카 겔 분말을 공급하면서, 최대 층 높이를 75 ㎜ 이상이 되도록 노심관의 분체량을 조절하면서 가열처리하고, 처리가 종료된 분말을 연속적으로 노심관을 통해 배출하는 연속법 중 어느 것으로든 할 수 있으나, 경제성, 조작성의 면에서 후자의 방법이 보다 바람직하다.

특히, 연속법의 경우, 유동이 간헐적으로 되면 노심관으로부터의 분말의 배출이 간헐적으로 되어 안정되게 운전할 수 없으므로, 분말의 연속적인 유동이 필수적이다.

(가열처리의 온도)

가열처리하는 온도영역은 50 ∼ 1,100 ℃ 이다. 가열은 히터 등으로 실시할 수 있다.

가열처리에 의하여 우선 실리카 겔이 함유하는 물 및 알코올이 휘발된다. 이 때, 회전로 내의 분체온도는, 통상 50 ∼ 300 ℃ 로 된다.

이 온도영역에 있어서 분체에서 발생하는 가스량을 500N-ℓ/㎏·Hr 이하로 하는 것이 바람직하다. 발생량이 500N-ℓ/㎏·Hr 보다 높으면, 분체 내에서 돌비 (突沸) 현상이 발생하여 분체의 유동성이 소실되는 경우가 있다. 이유는 밝혀지지 않았으나, 돌비로 인해 휘발성분의 가스가 대량으로 발생하여 분체를 부상시킴으로써 벽면에서의 마찰력이 감소하여 분체가 노심관 벽에서 들어올려지기 어려워지기 때문이라고 생각된다.

계속해서 잔존하는 카본성분의 연소온도영역으로 승온된다. 이 온도영역은 300 ∼ 600 ℃ 이다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 의하여 300 ∼ 430 ℃ 에서 잔존하는 카본성분을 연소하기 위한 가열을 회전로에서 실시하면, 회전로 내의 분체의 유동성이 매우 나쁨이 판명되었다. 따라서, 잔존하는 카본성분의 연소는 450 ℃ 이상의 온도에서 이루어진다.

그런데, 실제로 이 가열처리를 회전로의 일단을 통해 연속적으로 공급하며 유동시키면서 실시한 경우에는, 당연히 승온과정에 상당하는 300 ∼ 430 ℃ 의 온도 구역이 발생한다. 이 온도 구역의 길이가 5 ㎝ 이상, 135 ㎝ 이하가 되도록 열공급을 조절하면 된다. 온도 구역의 길이가 135 ㎝ 보다 길면 분체의 유동성이 악화되는 부분이 발생한다. 한편, 5 ㎝ 미만에서는 유동성이 악화되는 부분은 발생하지 않지만, 매우 좁은 영역에서 강렬히 가열할 필요가 있기 때문이다.

이 300 ∼ 430 ℃ 의 온도영역에서 분체의 유동성이 저하되는 이유는 밝혀지지 않았으나, (1) 이 온도영역에서 실리카 겔의 용적밀도가 저하되고, (2) 이 온도영역의 실리카 겔은 정전기를 발생시키기 쉬운 등의 물리적인 성질이 있는데, 이들이 중복되어 벽면에서의 마찰력이 감소하여, 분체가 노심관 벽에서 들어올려지기 어려워지기 때문인 것으로 생각된다.

450 ℃ 이상의 온도영역으로 가열된 분체는 잔존 카본의 감소가 진행된다. 분체온도가 600 ℃ 이상으로 되면 실리카 겔의 봉공이 개시되므로, 이 온도영역에 도달할 때까지 잔존하는 카본의 거의 전량을 소실시켜 두어야만 한다. 그렇지 않으면, 얻어진 합성 석영 분말 중에 미연소 카본이 잔존하여 용융성형시에 거품이 발생한다.

따라서, 분체가 450 ∼ 550 ℃ 의 온도영역을 통과하는 시간을 적절하게 제어할 필요가 있다. 연속법의 경우에는, 회전로에서는 분체를 진행방향에 대하여 거의 피스톤 플로적으로 이동시킬 수 있으므로, 소정 온도 구역의 통과시간은 회전로 내의 소정 온도 구역의 길이와 분체의 진행방향에 대한 이동속도로부터 바로 구해진다. 예를 들어, 소정 온도 구역의 길이가 1 m 이고 분체의 진행방향에 대한 이동속도가 0.5 m/Hr 이면, 통과시간은 2 Hr 이 된다.

통과시간은 0.5 ∼ 10 시간, 바람직하게는 1 ∼ 5 시간으로 하는 것이 좋다. 이 범위보다 짧으면, 미연소 카본을 충분히 감소시키기가 매우 어렵고, 또한 이 이상의 통과시간에서는 미연소 카본량에 차이가 나타나지 않으며, 장치가 대형화되어 경제적이지 못하다.

실리카 겔 중의 잔존 카본의 제거가 진행되는 영역의 승온속도는 1,000 ℃/Hr 이하, 바람직하게는 500 ℃/Hr 이하이다. 또한, 400 ∼ 600 ℃ 의 영역에서 0.5 ∼ 5 Hr 정도로 유지하는 것도 효과적이다.

가열처리는 청정한 공기 혹은 산소 함유 가스 분위기에서 실시한다. 구체적으로는 노심관의 일단을 통하여 청정한 공기 혹은 산소 함유 가스를 공급하고, 타단을 통하여 배출하는 방법을 취할 수 있다. 가스의 공급량은, 통상 회분법의 경우에는 분체 1 ㎏ 당 산소환산으로 10 ∼ 100 ℓ/Hr 이고, 연속법의 경우에는 연속적으로 공급하는 분체 1 ㎏ 당 산소환산으로 30 ∼ 300 ℓ/Hr 이다. 본 발명에 있어서는 이 때 회전로 내에서 유동하는 실리카 겔 분말의 최대 층 높이를 75 ㎜ 이상으로 유지하면서 가열처리한다. 회전로를 사용하여 최대 층 높이를 75 ㎜ 이상으로 유지하며, 연속적으로 실리카 겔 분말을 유동시키면서 가열처리함으로써 카본의 감소가 촉진됨과 동시에 균질의 처리분체가 얻어진다.

(가열처리의 제어방법)

이어서, 지금까지 기술한 가열처리의 제어방법에 대하여 설명한다.

이와 같은 조작을 회분으로 실시할 경우에는, 노심관을 회전하면서 외부에서 직접 혹은 간접적으로 전체를 가열하고, 시간이 지날수록 가열강도를 높여 처리하게 된다. 한편, 연속하여 조작할 경우에는, 처리분체의 진행방향을 따라 노심관의 가열 구역을 복수개로 분할하고, 분체의 온도가 소정 영역으로 되도록 각각의 구역의 히터의 가열강도를 조절함으로써 달성된다.

혹은 처리분체의 흐름방향을 따라 분체의 온도가 소정 구배로 상승하도록 가열온도를 제어하는 방법을 채택할 수 있다.

구체적으로는, 노심관의 일단을 통해 청정한 공기 혹은 산소 함유 가스를 공급하고, 타단을 통해 배출하는 방법이 취해진다. 가스의 공급량은, 통상 연속적으로 공급하는 분체 1 ㎏ 당 산소환산으로 30 ∼ 300 ℓ/Hr 이다. 회전로를 사용하여 분체를 유동시키면서 실시함으로써, 카본의 감소가 촉진됨과 동시에 균질의 처리분체가 얻어진다.

상기 가열처리에 의하여 실리카 겔 중의 카본농도는 50 ∼ 1,000 ppm 정도로 감소된다.

잔존하는 카본이 거의 소실된 처리분체는 계속 가열되어 최종적인 분체의 온도는 900 ∼ 1,100 ℃, 바람직하게는 950 ∼ 1,050 ℃ 까지 높아진다. 이 때의 승온속도는, 통상 100 ∼ 1,000 ℃/Hr 이다. 상술한 바와 같이 회전로에서는 분체를 진행방향에 대하여 거의 피스톤 플로적으로 흐르게 할 수 있고, 공급한 분체는 회전로 내를 진행방향으로 이동할수록 승온되기 때문에, 분체의 승온속도는 회전로 내의 온도분포와 분체의 진행방향에 대한 이동속도로부터 바로 구해진다. 예를 들어, 온도측정점간의 거리가 1 m 이며 온도차가 200 ℃ 이고 분체의 진행방향에 대한 이동속도가 0.5 m/Hr 이면, 승온속도는 400 ℃/Hr 이다.

이 온도영역에 있어서의 가열처리도 청정한 공기 혹은 산소 함유 가스 분위기하에서 이루어진다. 구체적으로는 노심관의 일단을 통해 청정한 공기 혹은 산소 함유 가스를 공급하고, 타단을 통해 배출하는 방법을 채택할 수 있다. 가스의 공급량은, 통상 연속적으로 공급하는 분체 1 ㎏ 당 산소환산으로 3 ∼ 50 ℓ/Hr 이다. 또한 이 온도영역에 있어서의 가열처리도 회전로를 사용하여 분체를 유동시키면서 실시하는 것이 바람직하다. 따라서, 분체의 최대 층 높이를 75 ㎜ 이상으로 유지하면서 가열처리하는 것이 좋다.

회전로를 사용하여 분체를 유동시키면서 실시함으로써, 균일한 가열이 이루어지므로 균질의 처리분체가 얻어진다. 이 처리에 의하여 실리카 겔의 봉공은 거의 종료되어 0.7 ∼ 0.8 g/㎖ 정도였던 분체의 탭 용적밀도 (이후, 용적밀도라 함) 는 1.0 ∼ 1.2 g/㎖ 정도까지 상승한다.

이와 같은 조작을 회분으로 실시할 경우에는, 노심관을 회전하면서 외부에서 직접 혹은 간접적으로 전체를 가열하고, 시간이 지날수록 가열강도를 높여 처리하게 된다. 한편, 연속하여 조작할 경우에는, 노심관의 가열 구역을 복수개로 분할하고, 처리분체의 흐름방향을 따라 분체의 온도가 소정 구배로 상승하도록 가열온도를 제어하는 방법을 채택할 수 있다.

이 온도영역에 있어서의 가열처리도 회전로의 일단을 통해 실리카 겔 분말을 연속적으로 공급하면서 실시하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명자들이 검토한 결과, 상기 가열처리시에는 회전로의 경사각은 3°이하, 바람직하게는 1°이하로 하는 것이 좋다. 처리대상인 실리카 겔 분말은 경사각을 이 범위로 한 경우에 회전로의 축방향의 백 믹싱을 효과적으로 방지할 수 있기 때문이다.

(연속법에 의한 가열처리의 태양)

연속법으로 실시할 경우, 복수의 회전로를 직렬적으로 사용하여 가열처리하여도 된다. 이 때, 모든 회전로가 분체의 최대 층 높이가 75 ㎜ 이상으로 되도록 조절한다.

그리고, 회전로의 회전수는 특별히 한정되어 있지 않으므로, 실용적인 범위에서 선택하면 된다. 구체적으로는 1 ∼ 20 rpm, 바람직하게는 3 ∼ 10 rpm 정도이다.

연속법에서의 가열처리시에는 실리카 겔 분말을 회전로의 일단을 통해 연속적으로 공급하면서 가열처리하는 형태가 바람직하다.

즉, 회전로의 노심관의 일단을 통해 연속적으로 건조 실리카 겔을 공급하면서 노심관 내에서 가열처리하여 처리가 종료된 분말을 연속적으로 노심관을 통해 배출한다.

이와 같이 연속하여 조작할 때에는, 노심관의 가열 구역을 복수개로 분할하고, 처리분체의 진행방향을 따라 분체의 온도가 소정 구배로 상승하도록 가열강도를 제어할 필요가 있다. 공급한 분체가 회전로 내를 진행방향으로 이동함에 따라 승온시키는 것이다. 따라서, 분체의 승온속도는 회전로 내의 온도분포와 분체의 진행방향에 대한 이동속도로부터 바로 구해진다. 예를 들어, 온도측정점간의 거리가 1 m 이며 온도차가 200 ℃ 이고 분체의 진행방향에 대한 이동속도가 0.5 m/Hr 이면, 승온속도는 400 ℃/Hr 이 된다.

실리카 겔 중의 잔존 카본의 제거가 진행되는 영역의 승온속도는 1,000 ℃/Hr 이하, 바람직하게는 500 ℃/Hr 이하로 하는 것이 좋다. 또한, 400 ∼ 600 ℃, 특히 450 ∼ 600 ℃ 영역부터 온도변화가 거의 없는 구역을 형성하고, 그 구역의 통과시간을 0.5 ∼ 5 시간으로 하는 것도 효과적이다. 예를 들면, 히터를 회전로의 축방향으로 복수개로 분할하여 축방향의 가열강도를 제어할 수 있다. 이 경우 실온부근부터 물이 증발하는 온도 및 물이 증발하는 온도영역에서는 가열강도를 비교적 강하게 하여 구역 범위를 좁히는 것이 바람직하다. 이어서, 실리카 겔의 현열균형의 열을 공급하여 분체의 온도를 높이는 온도영역에서는, 극단적으로 가열하지 말고 천천히 분체의 온도가 상승하도록 제어하는 것이 바람직하다.

한편, 실리카 겔 분말의 회전로에 대한 공급속도는 일정하게 하는 것이 바람직하다. 분체의 가열처리조건이 일정하지 않으면, 얻어지는 처리분체의 품질에 편차가 발생하게 되므로 공급속도를 일정하게 하는 것이 바람직하다. 그러기 위해서는 예컨대 테이블 피더, 로터리 밸브, 초크 밸브 등의 정량성이 있는 장치에 의하여 공급하는 것이 바람직하다.

가열처리의 분위기는 청정한 공기 혹은 산소 함유 가스 분위기하로 하는 것은 상술한 바와 같다. 구체적으로는 노심관의 일단을 통해 청정한 공기 혹은 산소 함유 가스를 공급하고, 타단을 통해 배출하는 방법을 취할 수 있다. 가스의 공급방법은 특별히 한정되어 있지 않으나, 실리카 겔에 함유되는 수분이 증발되는 영역의 가열처리에 있어서는, 가스를 실리카 겔 분말과 동일한 일단을 통해 공급하고, 이들을 타단을 통해 배출하는 것이 바람직하다. 분체를 공급하는 일단의 온도는 실온에 가까우므로, 흐름을 따라 공급한 경우, 분체의 공급구 근방에서 수증기가 응축되어 분체가 북 (book) 화되어 유동성이 악화될 우려가 있기 때문이다. 가스를 노즐 등으로 공급할 경우, 가스 공급노즐을 분체 공급노즐보다 상측에 설치하고, 노즐 방향을 노심관의 축과 수평 또는 상향으로 하는 것이 바람직하다. 동시에 분체의 공급노즐을 노심관의 축과 수평 또는 하향으로 하면, 노심관 내에서 분체의 쇼트 패스를 방지할 수 있기 때문이다. 공급가스의 노심관 내에서의 선속을 1 m/s 이하, 바람직하게는 0.5 m/s 이하로 함으로써, 전동(轉動) 하는 분체가 말려 올라가서 기층부를 쇼트 패스하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

가열처리를 거친 처리분체는 공급가스와 함께 노심관을 통해 배출되므로, 처리분체와 공급가스를 분리한다. 이 때, 가스의 선속을 1 m/s 이하, 바람직하게는 0.5 m/s 이하가 되도록 사이클론 등의 세퍼레이터를 설계함으로써, 처리분체의 일부가 배기가스 중에 동반됨으로 인한 생산율의 저하를 방지하는 것이 바람직하다. 그리고, 제품에 대한 오염방지를 위하여 공급가스를 미리 정제하여 두는 것이 바람직하다. 특히, 0.02 ㎛ 이하를 커트할 수 있는 필터를 통과시키는 것이 바람직하다.

가스의 공급량은 통상 연속적으로 공급하는 분체 1 ㎏ 당 산소환산으로 30 ∼ 300 ℓ/Hr 이다. 그리고, 이러한 연속조작에 의한 실리카 겔의 가열처리를 실현하기 위하여 본 발명에서는 회전로의 경사각을 3°이하, 바람직하게는 1°이하로 하는 것이 적합하다. 의외로 실리카 겔 분말의 가열처리시에는 경사각이 실질적으로 0°, 즉 완전히 수평으로 하여도 연속가열처리에 지장이 없을 뿐만 아니라 오히려 바람직함이 판명되었다. 이 때, 도너츠형 탕구 등을 형성하고, 공급구의 구경을 배출구의 구경보다 작게 하여 두는 것이 바람직하다. 회전로의 경사각이 3°를 넘으면, 가열처리되는 실리카 겔이 백 플로 (back flow) 를 일으키는 경우가 있다. 즉, 실리카 겔이 회전로 내를 진행방향에 대하여 피스톤 플로적으로 이동하지 않는다. 이와 같은 경우, 실리카 겔의 표면 미끄러움, 쇼트 커트 및 이들을 원인으로 하는 실리카 겔의 콜드를 일으키기 쉽다.

상술한 태양에 의하여 회전로 내의 각 점에서 실질적으로 정상상태로 할 수 있다. 즉, 각 점에서의 처리분체의 물성이 시간에 대하여 변화하지 않으며, 물성은 회전로의 축방향 함수로 되는 것이다. 그리고, 상술한 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것이다.

(소성)

본 발명에 따라 실리카 겔 분말을 가열처리하면 합성 석영 분말이 얻어지는데, 통상 실란올이 1,000 ppm 이상 잔존하고 있다. 따라서, 통상은 더욱 높아진 온도영역에서의 소성을 실시한다.

소성에 사용하는 용기는 합성 석영 분말에 대한 불순물의 오염을 발생시키지 않는 재질, 예를 들면 석영제 도가니를 사용한다. 이 소성에서는 이미 소성에 이용되는 분체 중의 카본은 실질적으로 전량 제거되어 있으므로, 승온속도에 특별한 주의를 기울일 필요는 없다. 따라서, 용기 내에서 승온속도의 편차가 품질에 영향을 미치지 않기 때문에, 균질의 제품을 얻을 수 있으므로 종래에 비하여 대용량의 용기를 사용할 수도 있게 된다. 또한, 미리 분체의 용적밀도가 충분히 높아져 있기 때문에, 소성전 분체의 용적밀도와 소성후 분체의 용적밀도에 큰 변화가 없으므로 용기를 효율적으로 이용할 수 있어서 생산성 향상을 도모할 수 있다.

소성온도는 통상 1,100 ∼ 1,300 ℃ 이다. 승온속도는 특별히 한정되어 있지 않으며, 100 ∼ 2,000 ℃/Hr 의 범위에서 적절히 선택된다. 소성시간은 소성온도에 따라 다르나, 통상 10 ∼ 100 시간이고, 합성 석영 중의 실란올 농도가 100 ppm 이하, 바람직하게는 60 ppm 이하로 될 때까지 계속된다. 또한, 가열시에 실질적으로 수분을 함유하지 않는 공기 혹은 불활성 가스를 유통시키면서 실시하면 실란올기의 감소속도가 가속되므로 바람직하다. 소성후의 합성 석영 분말 중에는 실질적으로 카본은 당연히 존재하지 않는다.

이와 같이 하여 얻어진 합성 석영 분말은 성형체로 성형할 수 있다. 그 성형방법은 성형체의 용도에 따라서도 다르지만, 예를 들면 용도가 도가니인 경우에는 아크 멜트법을, IC 용 지그인 경우에는 일단 산수소염에 의한 베르누이 (Bernoulli) 법으로 잉곳 (ingot) 으로 성형하는 방법이나, 탄소제 주형을 사용하여 진공하에서 가열용융하는 퓨전 (fusion) 법 등을 들 수 있다.

어느 경우에나 본 발명에 의하여 얻어진 합성 석영 분말을 사용함으로써, 거품의 발생이 매우 적은 성형체가 얻어지므로 성형체의 품질 및 제품 생산율이 크게 향상된다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

실시예 1

(드라이 실리카 겔 분말의 제조)

고순도 테트라메톡시실란을 물과 반응시켜 괴상 (塊狀) 의 수분 함유량 30 중량% 이상의 실리카 겔 (이하,「웨트 실리카 겔」이라 함) 을 얻는다. 이 괴상의 웨트 실리카 겔을 그물식 분쇄기로 분쇄한 후, 감압하에서 가열건조시킴으로써 분말상의 드라이 실리카 겔을 얻는다. 이 분말상의 드라이 실리카 겔을 진동 체 분별기로 분급 (分級) 하여 500 ㎛ 이하 100 ㎛ 이상의 것을 취득한다. 이 분급후의 드라이 실리카 겔 (이하,「드라이 실리카 겔 분말」이라 함) 을 분석한 결과, 함수율은 19.5 중량% 이며, 카본농도는 1.1 중량% 였다. 또한, 이 분체의 용적밀도는 0.92 g/㎖ 였다.

(가열처리)

이와 같이 하여 얻어진 드라이 실리카 겔 분말을 사용하여 도 3 에 나타내는 회전로를 사용하여 가열처리한다.

노심관 (3) 은 재질이 석영이며, 가열 구역의 길이 : 2 m, 내경 : 200 ㎜, 공급구 도너츠형상 탕구 직경 : 40 ㎜, 배출구 도너츠형상 탕구 직경 : 40 ㎜ 의 치수를 가진다. 또한, 노심관은 경사각도가 0.5°로 되도록 조절한다.

우선, 각 가열히터를 500 ℃ 로 승온시키고, 노심관을 4 rpm 으로 회전시키면서 드라이 실리카 겔 분말을 6.2 ㎏/Hr 로, 공기를 4,500 ℓ/Hr 로 공급구를 통해 공급하며 가열처리한다. 공급조작 개시후, 4, 6, 8 시간째에 배출된 분말을 분석한 결과, 표 1 에 나타내는 값이었다. 그리고, 잔존 탄소 농도는 호리바제「EMIA610 CS 분석계」를 사용하여 시료분말을 융제와 함께 용융하고, 발생한 CO₂를 적외흡광법으로 정량 (CO 로 발생한 것은 촉매로 모두 CO₂로 하여 정량) 함으로써 구한 것이다.

시간	4 시간째	6 시간째	8 시간째
잔존 탄소 농도(ppm)	380	410	410
용적밀도 (g/㎖)	0.76	0.77	0.78

이어서, 동일한 회전로를 사용하여 상기 조작으로 얻어진 처리분말을 다음에 나타내는 조건으로 가열처리한다. 제 1 가열히터 : 600 ℃, 제 2 가열히터 : 700 ℃, 제 3 가열히터 : 850 ℃, 제 4 가열히터 : 1,000 ℃, 제 5 가열히터 : 1,060 ℃ 로 승온시키고, 노심관을 4 rpm 으로 회전시키면서 분체를 6.5 ㎏/Hr 로 공기를 1,000 ℓ/Hr 로 공급구를 통해 공급한다.

공급조작 개시후, 4, 6, 8 시간째에 배출된 합성 석영 분말을 분석한 결과, 표 2 에 나타내는 값이었다.

시간	4 시간째	6 시간째	8 시간째
잔존 탄소 농도(ppm)	＜5	＜5	＜5
용적밀도 (g/㎖)	1.07	1.06	1.07
흑색입자수 (개/10g)	0	0	0

(소성)

가열처리로 얻어진 합성 석영 분말 60 ㎏ 을 직경 560 ㎜ 의 석영제 도가니에 넣고, 전기로 내에서 가열하여 소성한다. 노 (furnace) 는 승온속도 240 ℃/Hr 로 도달온도 1,200 ℃ 까지 승온시킨 후, 동온도에서 60 시간 유지한다. 이 때, 도가니 상부에 노점이 -50 ℃ 인 청정한 건조공기를 1,900 ℓ/Hr 로 유통시킨다. 유지 종료후, 가열을 정지하고 실온까지 냉각시킨다. 냉각시에도 청정한 공기를 유통시킨다. 소성후에 얻어진 합성 석영 분말은 59 ㎏ 이었다. 얻어진 합성 석영 분말을 샘플링 장소마다 분석한 결과, 표 3 에 나타내는 값이었다.

도가니 내의 샘플링 장소	상부·중앙	상부·벽사이	중부·중앙
잔존 탄소 농도(ppm)	＜5	＜5	＜5
용적밀도 (g/㎖)	1.12	1.13	1.11
실란올 농도 (ppm)	35	33	37

(성형)

소성으로 얻어진 합성 석영 분말을 각각의 샘플링 장소마다 베르누이법으로 잉곳으로 성형한다. 잉곳 중에 거품의 발생은 나타나지 않았다.

비교예 1

실시예 1 의 (드라이 실리카 겔 분말의 작성) 으로 얻어진 드라이 실리카 겔 분말 60 ㎏ 을 가열처리하지 않고, 직접 도가니에 넣고 전기로 내에서 가열하여 실시예 1 의 (소성) 과 동일한 조작으로 소성한다. 이와 같이 하여 얻어진 합성 석영 분말은 47 ㎏ 이었다. 이 합성 석영 분말을 샘플링 장소마다 분석한 결과, 표 4 에 나타내는 값이었다.

이 합성 석영 분말을 각각의 샘플링 장소마다 베르누이법으로 잉곳으로 성형한다. 잉곳 내의 발포상태를 표 4 에 나타낸다.

도가니 내의 샘플링 장소	상부·중앙	상부·벽사이	중부·중앙
잔존 탄소 농도(ppm)	＜5	＜5	＜5
용적밀도 (g/㎖)	1.12	1.13	1.11
실란올 농도 (ppm)	52	50	60
성형 잉곳의 발포상태	거의 없음	거의 없음	발포 있음

실시예 2

실시예 1 에서 사용한 회전로를 사용하여 실시예 1 (드라이 실리카 겔 분말의 제조) 로 얻어진 겔을 다음 방법으로 가열처리한다.

노심관 내로 공급되는 드라이 실리카 겔 분말의 최대 층 높이가 80 ㎜ 로 되도록 설정한다. 또한, 노심관은 경사각도가 0.5°로 되도록 조절한다.

가열처리는, 우선 각 가열히터를 500 ℃ 로 승온시키고, 노심관을 4 rpm 으로 회전시키면서 드라이 실리카 겔 분말을 9.3 ㎏/Hr 로, 공기를 6,780 ℓ/Hr 로 공급구를 통해 공급한다. 노심관 내의 분체는 연속하여 시종 유동하고 있었다. 공급조작 개시후, 4, 6, 8 시간째에 배출된 분말을 분석한 결과, 표 5 에 나타내는 값이었다.

시간	4 시간째	6 시간째	8 시간째
잔존 탄소 농도(ppm)	410	460	480
용적밀도 (g/㎖)	0.77	0.78	0.77

이어서, 동일한 회전로를 사용하여 상기 조작으로 얻어진 분말을 다음에 나타내는 조건으로 더욱 가열처리한다. 제 1 가열히터 : 600 ℃, 제 2 가열히터 : 700 ℃, 제 3 가열히터 : 850 ℃, 제 4 가열히터 : 1,000 ℃, 제 5 가열히터 : 1,060 ℃ 로 승온시키고, 노심관을 4 rpm 으로 회전시키면서 분체를 6.5 ㎏/Hr 로, 공기를 1,000 ℓ/Hr 로 공급구를 통해 공급한다.

상기 가열처리중, 노심관 내의 분체는 연속하여 시종 유동하고 있었다.

공급조작 개시후, 4, 6, 8 시간째에 배출된 합성 석영 분말을 분석한 결과, 표 6 에 나타내는 값이었다. 그리고, 흑색입자수는 제품 10 g 을 샬레에 약 1 ㎜ 의 두께로 일정하게 전면에 깔아 눈으로 보아 흑점으로 확인된 것의 개수이다.

시간	4 시간째	6 시간째	8 시간째
잔존 탄소 농도(ppm)	＜5	＜5	＜5
용적밀도 (g/㎖)	1.06	1.07	1.06
흑색입자수 (개/10g)	0	0	0

(소성)

상술한 가열처리로 얻어진 합성 석영 분말 60 ㎏ 을 직경 560 ㎜ 의 석영제 도가니에 넣고, 전기로 내에서 가열하여 소성한다. 노는 승온속도 240 ℃/Hr 로 도달온도 1,200 ℃ 까지 승온시킨 후, 동온도에서 60 시간 유지한다. 이 때, 도가니 상부에 노점이 -50 ℃ 인 청정한 건조공기를 1,900 ℓ/Hr 로 유통시킨다. 유지 종료후, 가열을 정지하고 실온까지 냉각시킨다. 냉각시에도 청정한 공기를 유통시킨다. 소성후에 얻어진 합성 석영 분말은 58 ㎏ 이었다. 얻어진 합성 석영 분말을 샘플링 장소마다 분석한 결과, 표 3 에 나타내는 값이었다.

도가니 내의 샘플링 장소	상부·중앙	상부·벽사이	중부·중앙
잔존 탄소 농도(ppm)	＜5	＜5	＜5
용적밀도 (g/㎖)	1.13	1.13	1.12
실란올 농도 (ppm)	39	37	43

(성형)

소성으로 얻어진 합성 석영 분말을 각각의 샘플링 장소마다 베르누이법으로 잉곳으로 성형한다. 잉곳 중에 거품의 발생은 나타나지 않았다.

비교예 2

배출구 도너츠형상 탕구 직경을 60 ㎜ 의 치수로 하고, 최대 층 높이가 70 ㎜ 로 되도록 설정한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 회전로를 사용하여, 실시예 1 (실리카 겔 분말의 제조) 에서 얻어진 드라이 실리카 겔 분말을 가열처리한다.

공급 개시후, 4, 6, 8 시간째에 배출된 분말을 분석한 결과, 표 8 에 나타내는 값이었다.

시간	4 시간째	6 시간째	8 시간째
잔존 탄소 농도(ppm)	400	750	300
용적밀도 (g/㎖)	0.77	0.76	0.78

이어서, 마찬가지로 배출구 도너츠형상 탕구 직경을 60 ㎜ 의 치수로 하고, 최대 층 높이가 70 ㎜ 로 되도록 설정한 회전로를 사용하여, 상기 조작으로 얻어진 분말을 다음에 나타내는 조건으로 더욱 가열처리한다. 제 1 가열히터 : 600 ℃, 제 2 가열히터 : 700 ℃, 제 3 가열히터 : 850 ℃, 제 4 가열히터 : 1,000 ℃, 제 5 가열히터 : 1,060 ℃ 로 승온시키고, 노심관을 4 rpm 으로 회전시키면서 분체를 6.5 ㎏/Hr 로, 공기를 1,000 ℓ/Hr 로 공급구를 통해 공급한다.

노심관의 분체는 후반부분은 연속하여 시종 유동하고 있었으나, 전반부분은 단속적 (斷續的) 으로 유동하고 정지한 후에 유동으로 이행될 때에 통상 이상의 가스발생이 관찰되었다.

공급조작 개시후, 4, 6, 8 시간째에 배출된 합성 석영 분말을 분석한 결과, 표 9 에 나타내는 값이었다.

시간	4 시간째	6 시간째	8 시간째
잔존 탄소 농도(ppm)	＜5	＜5	＜5
용적밀도 (g/㎖)	1.13	1.12	1.13
흑색입자수 (개/10g)	2	1	1

실시예 3

실시예 1 의 (드라이 실리카 겔 분말의 제조) 에 의하여 얻어진 드라이 실리카 겔 분말을 사용하여 관의 내경이 400 ㎜ 인 것 이외에는 실시예 1 에서 사용한 것과 동일한 회전로를 사용하여 실시예 2 와 동일한 (가열처리) 를 실시한다.

노심관 내의 분체는 연속하여 시종 유동하고 있었다. 가열처리로 얻어진 합성 석영 분말을 실시예 2 의 (소성) 에서의 것과 동일한 조작으로 소성하고, 소성후의 합성 석영 분말을 실시예 2 의 (성형) 과 동일한 조작으로 잉곳으로 성형한다. 모든 잉곳에서 거품의 발생은 나타나지 않았다.

비교예 3

관의 내경이 400 ㎜ 인 것 이외에는 실시예 2 에서 사용한 것과 동일한 회전로를 사용하여 가열처리한 것 이외에는 비교예 2 와 동일하게 조작한 결과, 가열처리에 있어서 노심관 내의 분체는 후반부분은 연속하여 시종 유동하고 있었으나, 전반부분은 단속적으로 유동하고 정지한 후에 유동으로 이행될 때에 통상 이상의 가스발생이 관찰되었으며, 비교예 2 와 동일한 상태를 나타낸다.

실시예 4

실시예 1 (드라이 실리카 겔 분말의 제조) 로 얻은 드라이 실리카 겔 분말을 실시예 1 에서 사용한 회전로를 사용하여 다음과 같이 가열처리한다. 공급구 도너츠형상 탕구 직경 : 20 ㎜, 배출구 도너츠형상 탕구 직경 : 40 ㎜ 의 치수로 하고, 최대 층 높이가 80 ㎜ 로 되도록 설정한다. 또한, 노심관은 경사각도가 0.2°로 되도록 조절한다.

(가열처리)

우선, 가열히터를 승온시키고 (제 1 가열히터 : 330 ℃, 제 2 가열히터 : 330 ℃, 제 3 가열히터 : 455 ℃, 제 4 가열히터 : 455 ℃, 제 5 가열히터 : 455 ℃), 노심관을 8 rpm 으로 회전시키면서 분말상의 드라이 실리카 겔을 11 ㎏/시 로, 공기를 100 ℓ/분으로 공급구를 통해 공급한다.

노심관 내의 분체는 연속하여 시종 유동하고 있었다.

각 가열 구역의 분체의 온도는 제 1 가열히터부 : 110 ℃, 제 2 가열히터부 : 135 ℃, 제 3 가열히터부 : 265 ℃, 제 4 가열히터부 : 433 ℃, 제 5 가열히터부 : 464 ℃ 였다.

분체온도가 300 ℃ 이하인 구역의 가스 발생량은 310N-ℓ/㎏·Hr 였다. 또한, 분체온도가 300 ∼ 430 ℃ 인 구역의 길이는 30 ㎝ 였다. 그리고, 분체온도가 450 ∼ 464 ℃ 인 구역의 통과시간은 0.6 시간이었다. 이어서, 공급조작 개시후, 4, 6, 8 시간째에 배출된 분말을 분석한 결과, 표 10 에 나타내는 값이었다.

시간	4 시간째	6 시간째	8 시간째
잔존 탄소 농도(ppm)	980	1,100	1,000
용적밀도 (g/㎖)	0.85	0.83	0.83

표 10 에서 알 수 있는 바와 같이 분체의 분석치는 안정되어 있다.

계속해서 동일한 회전로를 사용하여 상기 조작으로 얻어진 분말을 다음에 나타내는 조건으로 가열처리한다. 제 1 가열히터 : 500 ℃, 제 2 가열히터 : 750 ℃, 제 3 가열히터 : 750 ℃, 제 4 가열히터 : 1,000 ℃, 제 5 가열히터 : 1,030 ℃ 로 승온시키고, 노심관을 8 rpm 으로 회전시키면서 분체를 9.2 ㎏/Hr 로, 공기를 110 ℓ/분으로 공급구를 통해 공급한다.

가열처리된 분체의 최종온도는 1,020 ℃ 였다.

노심관 내의 분체는 연속하여 시종 유동하고 있었다.

공급조작 개시후, 4, 6, 8 시간째에 배출된 합성 석영 분말을 분석한 결과, 표 11 에 나타내는 값이었다.

시간	4 시간째	6 시간째	8 시간째
잔존 탄소 농도(ppm)	＜5	＜5	＜5
용적밀도 (g/㎖)	1.1	1.2	1.2
흑색입자수 (개/10g)	0	0	0

(소성)

가열처리로 얻어진 합성 석영 분말 130 ㎏ 을 직경 550 ㎜ 의 석영제 도가니에 넣고, 전기로 내에서 가열하여 소성한다. 노는 승온속도 200 ℃/Hr 로 도달온도 1,200 ℃ 까지 승온시킨 후, 동온도에서 40 시간 유지한다. 이 때, 도가니 상부에 노점이 -60 ℃ 인 청정한 건조공기를 780 ℓ/Hr 로 유통시킨다. 유지 종료후, 가열을 정지하고 실온까지 냉각시킨다. 냉각시에도 청정한 건조공기는 유통시킨다. 소성후에 얻어진 합성 석영 분말은 112 ㎏ 이었다. 얻어진 합성 석영 분말을 샘플링 장소마다 분석한 결과, 표 12 에 나타내는 값이었다.

도가니 내의 샘플링 장소	상부·중앙	상부·벽사이	중부·중앙
잔존 탄소 농도(ppm)	＜5	＜5	＜5
용적밀도 (g/㎖)	1.25	1.24	1.24
실란올 농도 (ppm)	45	45	60

(성형)

소성으로 얻어진 합성 석영 분말을 각각의 샘플링 장소마다 베르누이법으로 잉곳으로 성형한다. 잉곳 중에 거품의 발생은 나타나지 않았다.

본 발명에 의하여 용융성형시에 발포의 원인이 되는 잔존 카본량이 적은 합성 석영 분말을 용이하게 얻을 수 있다.

Claims (16)

1. 실리카 겔 분말을 회전로 (rotary kiln) 내에서 유동시키면서 가열처리하는 공정을 포함하는 합성 석영 분말의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 실리카 겔 분말을 회전로의 일단을 통해 연속적으로 공급하면서 가열처리하는 합성 석영 분말의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 회전로 내에서 실리카 겔 분말의 최대 층 높이를 75 ㎜ 이상으로 하는 합성 석영 분말의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전로 내의 분체의 온도가 450 ∼ 550 ℃ 인 구역의 통과시간이 0.5 ∼ 10 시간이 되도록 조작하는 합성 석영 분말의 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전로 내의 분체 온도가 300 ∼ 430 ℃ 인 구역의 길이가 5 ㎝ 이상, 80 ㎝ 이하가 되도록 열공급을 조절하는 합성 석영 분말의 제조방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 분체에서 발생하는 가스의 양을 500N-ℓ/㎏·Hr 이하로 하는 합성 석영 분말의 제조방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열처리의 최종온도가 900 ∼ 1,100 ℃ 인 합성 석영 분말의 제조방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열처리를 1,100 ℃ 이하로 실시한 후에, 다시 1,100 ℃ 를 넘는 온도로 소성하는 합성 석영 분말의 제조방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전로의 경사각이 3°이하인 합성 석영 분말의 제조방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 다단의 회전로를 사용하여 실시하는 합성 석영 분말의 제조방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전로의 노심관의 재질이 석영인 합성 석영 분말의 제조방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 실리카 겔 분말이 테트라알콕시실란의 가수분해에 의하여 얻어진 것인 합성 석영 분말의 제조방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 히터를 회전로의 축방향으로 복수개 설치함으로써 회전로의 축방향의 가열강도를 제어하는 것인 합성 석영 분말의 제조방법.
14. 실리카 겔 분말을 유동시키면서 가열처리하는 공정을 포함하는 합성 석영 분말의 제조방법으로 얻어진 합성 석영 분말을 용융하여 이루어지는 석영 유리 성형체.
15. 실리카 겔 분말을 유동시키면서 가열처리할 때, 실리카 겔 분말을 회전로의 일단을 통해 연속적으로 공급하면서 가열처리함으로써 얻어진 합성 석영 분말을 다시 용융하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 성형체의 제조방법.
16. 실리카 겔 분말을 회전로를 사용하여 유동시키면서 가열처리할 때, 회전로 내의 실리카 겔 분말의 최대 층 높이를 75 ㎜ 이상으로 하여 가열처리하여 얻어진 합성 석영 분말을 다시 용융하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 성형체의 제조방법.