JP3476864B2 - Glass manufacturing method - Google Patents
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、多孔質体を経由するガ
ラスの製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing glass via a porous body.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、多孔質体を経由して多成分系のガ
ラスを製造する方法として、第1に、金属アルコキシド
等の加水分解、重縮合反応、水ガラスまたはSiO2等
の酸化物粒子を溶媒に分散させたゾルのpH調製により
作製した多孔質ゲルを利用するゾルゲル法、第2に、ア
ルカリ−ボロシリケート系のガラスを溶融し、熱処理に
より分相させ、酸処理により可溶相を溶出させて作製し
た多孔質体を利用する方法(特公昭61−21173号
公報)、第3に、CVD法に代表されるような金属酸化
物粒子を堆積させて作製した多孔質体を利用する方法
(セラミックス,21(1986)419−424)等
が提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for producing a multi-component glass via a porous body, firstly, hydrolysis of a metal alkoxide or the like, polycondensation reaction, water glass or oxide particles such as SiO 2 is used. A sol-gel method using a porous gel prepared by adjusting the pH of a sol in which is dispersed in a solvent. Second, alkali-borosilicate glass is melted, phase-separated by heat treatment, and a soluble phase is formed by acid treatment. A method of utilizing a porous body produced by elution (Japanese Patent Publication No. 61-21173), and thirdly, a porous body produced by depositing metal oxide particles as represented by the CVD method. A method (ceramics, 21 (1986) 419-424) and the like have been proposed.
【0003】多孔質体を経由して多成分系のガラスを製
造する工程の概略を図1に示す。金属イオンを含んだ多
孔質体を金属イオンに濃度分布がない状態で固定(図1
中の固定1)し、(1)、(2)、(5)の工程により
乾燥、焼成すれば、均質なガラスを作製することができ
る。一方、金属イオンに濃度分布を付与した後に固定
(図1中の固定2)し、(1)〜(5)の工程により乾
燥、焼成すれば、屈折率分布等を有したガラスを作製す
ることができる。FIG. 1 shows an outline of a process for producing a multi-component glass via a porous body. A porous material containing metal ions is fixed in a state where there is no concentration distribution in the metal ions (Fig. 1
A homogeneous glass can be produced by fixing 1) and drying and firing in the steps (1), (2) and (5). On the other hand, if the metal ion is given a concentration distribution and then fixed (fixed 2 in FIG. 1), and dried and baked in the steps (1) to (5), a glass having a refractive index distribution and the like is produced. You can
【0004】従来、多孔質体中に金属成分を固定する方
法は、多孔質体の強度や性質により様々の方法が提案さ
れている。分相ガラスを利用する場合、まずこの細孔中
に100℃程度のドーパントの硝酸塩水溶液を含浸し、
細孔中に金属硝酸塩を充填する(スタッフィング工
程)。次に、金属硝酸塩を拡散できる溶液(70℃程度
のエタノール−水混合溶液)に浸漬して細孔内に含浸し
たドーパントの金属硝酸塩イオンを含む溶液を多孔質ガ
ラスの外に徐々に溶出させ(アンスタッフィング工
程)、濃度分布を付与する。そして、この濃度分布を固
定するために、溶解度が低い0℃付近のエタノールに浸
漬して、微結晶を析出させた後、乾燥、熱処理して密な
ガラスを作製する。このような、いわゆる分子スタッフ
ィング法による屈折率を有するガラスの製造方法は、特
公昭61−21173号公報に開示されている。Conventionally, various methods have been proposed for fixing a metal component in a porous body depending on the strength and properties of the porous body. When using phase-separated glass, first, the pores are impregnated with a nitrate aqueous solution of a dopant at about 100 ° C.,
Fill the pores with metal nitrate (stuffing process). Next, the solution containing the metal nitrate ion of the dopant impregnated in the pores is gradually eluted out of the porous glass by immersing it in a solution capable of diffusing the metal nitrate (ethanol-water mixed solution at about 70 ° C.) ( Unstuffing process), giving concentration distribution. Then, in order to fix this concentration distribution, it is immersed in ethanol having a low solubility near 0 ° C. to precipitate fine crystals, which is then dried and heat-treated to produce a dense glass. Such a method of producing a glass having a refractive index by the so-called molecular stuffing method is disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-21173.
【0005】また、ゾルゲル法を利用してSiのアルコ
キシドを主成分とし、特定の金属イオンの水溶性塩を含
む溶液を加えて多孔質ゲルを作製し、この多孔質体を乾
燥して焼成するガラスの製造方法において、前記塩に対
する溶解度が低く、かつ水と混合する有機溶剤に多孔質
体を浸漬し、金属成分を導入した多成分系のガラスを製
造する方法が、特開昭63−277525号公報に開示
されている。さらに、ゾルゲル法により、金属アルコキ
シドを用いて、多成分系のゲルを作製する方法が、特公
平2−24773号公報に開示されている。この場合、
一般に原料として、金属塩と金属アルコキシドとが用い
られている。ゾルゲル法でこれらの原料を用いて均質な
ゲルを得るためには、これらを液体に溶解した状態で使
用することが望まれる。しかし、金属アルコキシドのな
かで、水やアルコールなどに対する溶解度の高いもの
は、Si,Ti,Ge,Zr,Al,P,Bなどのアル
コキシドに限られている。したがって、金属アルコキシ
ドの溶解度が小さい金属成分を導入したい場合には、溶
解度の大きい金属塩を利用する方法が、その金属組成の
バリエーションが大きく広がる点で有効な方法である。A sol-gel method is used to prepare a porous gel by adding a solution containing an alkoxide of Si as a main component and a water-soluble salt of a specific metal ion, and drying and firing the porous body. In the method for producing glass, a method of producing a multi-component glass in which a metal component is introduced by immersing a porous body in an organic solvent which has low solubility in the salt and is mixed with water is disclosed in JP-A-63-277525. It is disclosed in the publication. Further, Japanese Patent Publication No. 2-24773 discloses a method for producing a multi-component gel by using a metal alkoxide by the sol-gel method. in this case,
Generally, a metal salt and a metal alkoxide are used as raw materials. In order to obtain a homogeneous gel by using these raw materials by the sol-gel method, it is desired to use these in a state of being dissolved in a liquid. However, among the metal alkoxides, those having high solubility in water and alcohol are limited to alkoxides such as Si, Ti, Ge, Zr, Al, P and B. Therefore, when it is desired to introduce a metal component having a low solubility of the metal alkoxide, a method of using a metal salt having a high solubility is an effective method in that the variation of the metal composition is greatly expanded.
【0006】ゾルゲル法により金属塩を用いて屈折率分
布を有したガラスを作製する方法としては、特開平3−
295818号公報に記載された方法がある。この方法
は、シリコンアルコキシドと、屈折率分布を付与するた
めの金属である鉛の塩とからゾルを作製した後、ゲル化
させ、このゲルを溶液に浸漬することにより、ゲル中の
塩の濃度分布を付与し、屈折率分布を有したガラスを得
る方法である。工程としては、(1)ゾルおよびゲルに
金属塩を導入する工程、(2)導入した金属塩をゲル中
に固定する工程、(3)ゲル中に固定した金属塩を溶出
し、金属塩に濃度分布を付与する工程、(4)前記
(3)で付与した濃度分布を崩れないように再度ゲル中
に固定する工程、(5)ゲル中の溶媒を乾燥し、焼結す
ることによりガラスを得る工程からなるものである。こ
こで、(2)および(4)の工程は、原理的には同様の
ものであり、湿潤ゲルを鉛の塩の溶解度の小さい溶液に
順次浸漬することにより、鉛の塩の微結晶をゲル細孔中
に析出させ、鉛の分布を固定する方法である。As a method for producing a glass having a refractive index distribution by using a metal salt by the sol-gel method, there is disclosed in JP-A-3-
There is a method described in Japanese Patent No. 295818. In this method, a sol is prepared from a silicon alkoxide and a salt of lead, which is a metal for imparting a refractive index distribution, then gelled, and the gel is immersed in a solution to obtain the concentration of the salt in the gel. It is a method of giving a distribution to obtain a glass having a refractive index distribution. The steps include (1) introducing a metal salt into the sol and gel, (2) fixing the introduced metal salt in the gel, and (3) eluting the metal salt fixed in the gel to form a metal salt. A step of imparting a concentration distribution, (4) a step of fixing again in the gel so that the concentration distribution imparted in (3) above is not disturbed, (5) a solvent in the gel is dried and sintered to obtain a glass. The process consists of obtaining. Here, the steps (2) and (4) are the same in principle, and the wet gel is sequentially immersed in a solution having a low solubility of the lead salt to form fine crystals of the lead salt. This is a method of precipitating in the pores to fix the lead distribution.
【0007】この方法を用いて、前記の工程を(1)〜
(5)の順に行えば、組成分布を有するガラスを得るこ
とができ、(1)、(2)および(5)の工程を順序で
行えば、均質なガラスを作製できることは前述のとおり
である。Using this method, the above steps (1) to
As described above, the glass having the composition distribution can be obtained by performing the step (5), and the homogeneous glass can be produced by performing the steps (1), (2) and (5) in this order. .
【0008】さらに、この方法でのゲル中の金属塩の挙
動について詳細に説明する。ゾルゲル法により作製した
シリカゾルにシリコン以外の金属種を金属塩(例えば酢
酸鉛)として導入し、湿潤ゲルを調製した場合、金属塩
は溶媒に溶解した状態で多孔質ゲル中に存在する。この
ゲルをイソプロパノールとアセトンの混合溶媒にイソプ
ロパノールとアセトンの混合比を徐々にアセトンの比率
を多くして順次浸漬していくことにより、酢酸鉛の微結
晶がゲル中の細孔の壁面に析出され、固定される。ここ
に、酢酸鉛の溶解度はイソプロパノールよりアセトンの
方が小さく、混合溶媒系ではアセトンの比率を多くして
いくほど溶解度は小さくなるために、酢酸鉛は析出して
くるものである。Further, the behavior of the metal salt in the gel by this method will be described in detail. When a wet gel is prepared by introducing a metal species other than silicon as a metal salt (for example, lead acetate) into a silica sol produced by the sol-gel method, the metal salt exists in the porous gel in a state of being dissolved in a solvent. By dipping this gel in a mixed solvent of isopropanol and acetone at a gradually increasing mixing ratio of isopropanol and acetone, the lead acetate microcrystals were deposited on the walls of the pores in the gel. , Fixed. Here, the solubility of lead acetate is smaller in acetone than in isopropanol, and in a mixed solvent system, the solubility becomes smaller as the proportion of acetone increases, so that lead acetate precipitates.
【0009】次に、分布付与する工程では、このゲルを
分布付与液中に浸漬し、ゲルに金属濃度分布を付与す
る。ここで用いる分布付与液には、エタノールを用い
る。エタノールに対する酢酸鉛の溶解度は比較的高いた
め、ゲル内にエタノールが侵入することにより、いった
んゲル細孔壁に析出、固定した酢酸鉛の微結晶は溶解・
溶出される。この分布付与液への浸漬時間等を制御する
ことにより、酢酸鉛の分布形状を制御することができ
る。このゲルを再びイソプロパノールとアセトンの混合
溶媒に順次浸漬せることにより、分布付与の際にいった
ん溶解した結晶は再び微結晶として析出し、ゲル中に固
定される。このゲルを乾燥し、得られたドライゲルを焼
成することにより、径方向に屈折率分布を有するガラス
が得られる。Next, in the distribution imparting step, the gel is dipped in a distribution imparting liquid to impart a metal concentration distribution to the gel. Ethanol is used as the distribution-imparting liquid used here. Since the solubility of lead acetate in ethanol is relatively high, the infiltration of ethanol into the gel causes the lead acetate microcrystals that have once precipitated and fixed on the gel pore walls to dissolve and
Is eluted. The distribution shape of lead acetate can be controlled by controlling the immersion time in the distribution-imparting liquid. By sequentially immersing the gel in a mixed solvent of isopropanol and acetone again, the crystals once dissolved at the time of imparting the distribution are precipitated again as fine crystals and fixed in the gel. By drying this gel and firing the obtained dry gel, glass having a refractive index distribution in the radial direction can be obtained.
【0010】以上は、前記公報中での例をもとに、そこ
で用いられている金属塩および溶媒を用いた系について
説明したが、この原理は、他の多くの金属塩に適用でき
るものであると予想される。The system using the metal salt and solvent used therein has been described above based on the examples in the above publications, but this principle can be applied to many other metal salts. Expected to be.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】特開昭63−2775
25号公報に開示されている水溶性の金属塩を用いる方
法によると、例えば、酢酸塩、硝酸塩、塩化物等の化合
物(塩)を用いる。しかし、このような金属成分を多孔
質ゲル中に固定するために、前記塩に対する溶解度が低
く、かつ水と混合する有機溶媒に多孔質ゲルを浸漬する
と、多孔質ゲル中の金属塩の一部は、前述にように、多
孔質ゲル細孔中に微結晶を析出して固定されるが、残り
は多孔質ゲル細孔中の溶媒に溶解した状態で多孔質ゲル
外へ溶出し、結晶は前記有機溶媒中に析出してしまう。
一方、この有機溶媒中への結晶析出を抑制するために、
逆に、溶媒の種類や混合比を金属塩に対する溶解度の大
きなものに変えた場合には、溶媒に溶解した状態で多孔
質ゲル外へ金属塩が溶出するために、多孔質ゲル中に固
定されて残留する金属塩の量が少なくなるだけであっ
た。Problems to be Solved by the Invention JP-A-63-2775
According to the method using a water-soluble metal salt disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 25, for example, compounds (salts) such as acetates, nitrates and chlorides are used. However, in order to fix such a metal component in the porous gel, when the porous gel is immersed in an organic solvent having low solubility in the salt and mixed with water, a part of the metal salt in the porous gel is As described above, microcrystals are deposited and fixed in the porous gel pores, but the rest is dissolved in the solvent in the porous gel pores and is eluted out of the porous gel to form crystals. It precipitates in the organic solvent.
On the other hand, in order to suppress crystal precipitation in this organic solvent,
Conversely, when the solvent type or mixing ratio is changed to one with a high solubility in the metal salt, the metal salt is dissolved in the solvent and elutes out of the porous gel, so it is fixed in the porous gel. The amount of metal salt remaining was only small.
【0012】導入する金属元素によっては、例えば希土
類元素のように、酢酸塩では水またはアルコールに対す
る溶解度が低い金属化合物もある。例えば酢酸塩等を用
いると、溶解度が十分確保できないために、多量に多孔
質体中へ含有させることができなかったり、ゾルゲル法
を利用して予めゾル中に金属イオンを添加する方法で
は、多量の溶媒を使用する必要があり、ゾルを薄めるこ
とになってしまった。このため、ゲルの強度が低下して
割れが非常に多く発生し、所望形状のガラスの作製は困
難であった。[0012] Depending on the metal element to be introduced, there is also a metal compound such as a rare earth element in which acetate has a low solubility in water or alcohol. For example, when an acetate salt or the like is used, the solubility cannot be sufficiently ensured, so that it cannot be contained in a large amount in the porous body, or in the method of previously adding the metal ion to the sol by using the sol-gel method, The solvent had to be used, which ended up diluting the sol. For this reason, the strength of the gel is lowered and cracks occur very often, and it has been difficult to produce glass having a desired shape.
【0013】このような場合には、酢酸塩ではなく、硝
酸塩や塩化物のような塩を用いる。この場合、特開昭6
3−277525号公報では、水と混和する有機溶媒に
多孔質体を浸漬して、微結晶を沈澱させて固定している
が、塩化物や硝酸塩は、このような有機溶媒に対する溶
解度が高く、浸漬溶媒中への溶け出しがあり、多孔質体
中への完全な固定は困難であった。In such a case, a salt such as nitrate or chloride is used instead of acetate. In this case, JP-A-6
In JP-A-3-277525, a porous body is immersed in an organic solvent miscible with water to precipitate and fix fine crystals, but chlorides and nitrates have high solubility in such organic solvents, Since it was dissolved in the immersion solvent, it was difficult to completely fix it in the porous body.
【0014】すなわち、硝酸塩、塩化物等、金属塩の使
用が避けられない希土類元素を初めとする金属種につい
ては、浸漬溶媒の種類により、結晶析出の程度は異なる
が、いずれの溶媒を用いてもゲル中の金属塩を残しなが
ら固定することが、この従来法においては困難であっ
た。That is, for metal species such as rare earth elements, in which the use of metal salts such as nitrates and chlorides is unavoidable, the degree of crystal precipitation varies depending on the type of immersion solvent, but any solvent is used. It was difficult in this conventional method to immobilize the gel while leaving the metal salt in the gel.
【0015】次に、特開平3−295818号公報によ
り屈折率分布型光学素子を作製する場合の問題点につい
て説明する。この製造方法で欠かせない工程は、多孔質
ゲル中の金属塩に濃度分布を付与する工程であるが、前
述のように、分布付与工程では、多孔質ゲル細孔中には
酢酸鉛の一部が微結晶の状態で、残りが分布付与液溶媒
に溶解した状態で存在する。分布付与は、分布付与液の
浸透と酢酸鉛の溶解、拡散により支配されるものであ
り、この段階では、酢酸鉛の分布形状は半径方向に変曲
点を持たない、図2に示すような、単調増加の形状をし
ていると考えられる。Next, problems in manufacturing a gradient index optical element according to Japanese Patent Laid-Open No. 3-295818 will be described. An essential step in this manufacturing method is a step of imparting a concentration distribution to the metal salt in the porous gel, but as described above, in the distribution imparting step, one of lead acetate is contained in the porous gel pores. Part is in the state of fine crystals, and the rest is present in a state of being dissolved in the distribution-providing liquid solvent. Distribution distribution is controlled by permeation of the distribution distribution liquid and dissolution and diffusion of lead acetate. At this stage, the distribution shape of lead acetate does not have an inflection point in the radial direction, as shown in FIG. It is considered that the shape is monotonically increasing.
【0016】このような湿潤ゲルを金属塩の溶解度の低
い溶液に浸漬していくと、溶液の浸透に伴い、細孔中の
溶液は次第に金属塩に対して溶解度が低くなり、金属塩
は微結晶として析出する。このとき、湿潤ゲルの細孔径
分布は、十〜数百オングストローム程度であり、その細
孔中を溶液が移動する速度は小さい。したがって、細孔
中の溶液とゲル外の溶液との交換はゆっくりと進行す
る。この間に、細孔中の溶液に溶解状態にある金属塩
は、ゲル外周部に向けて移動しやすく、分布付与の工程
で付与した金属の濃度分布が崩れたり、また、濃度分布
が付与された酢酸鉛を固定する工程において固定が十分
でなく、湿潤多孔質ゲルを乾燥する工程において、固定
するための溶液中に僅かに溶解している酢酸鉛が、乾燥
に伴う溶媒の移動によって外周部に移動してしまい、図
3に示すように、外周部に変曲点をもつ濃度分布になる
ことが観察された。このようにして得られたガラスの屈
折率分布は、半径方向に変曲点を持つものであり、光学
設計上、用途が限られ、応用範囲が狭いものであった。When such a wet gel is immersed in a solution having a low metal salt solubility, the solution in the pores gradually becomes less soluble in the metal salt as the solution permeates, and the metal salt is slightly dissolved. Precipitates as crystals. At this time, the pore size distribution of the wet gel is about 10 to several hundred angstroms, and the speed of movement of the solution in the pores is small. Therefore, the exchange of the solution in the pores with the solution outside the gel proceeds slowly. During this period, the metal salt dissolved in the solution in the pores was apt to move toward the outer periphery of the gel, and the concentration distribution of the metal added in the distribution giving step collapsed, or the concentration distribution was given. In the step of fixing lead acetate, the fixing was not sufficient, and in the step of drying the wet porous gel, lead acetate slightly dissolved in the solution for fixing was transferred to the outer peripheral part due to the movement of the solvent during the drying. It was observed that the particles moved and had a concentration distribution with an inflection point on the outer peripheral portion as shown in FIG. The refractive index distribution of the glass thus obtained has an inflection point in the radial direction, and has limited applications and a narrow application range due to optical design.
【0017】また、分布付与の後の固定時に、多孔質ゲ
ル中に徐々に結晶を析出させるため、溶媒交換の工程が
多段階となり、そのため浸漬液として多量の溶媒が必要
となって、工程全体が長時間になった。このように、長
時間にわたって浸漬することは、分布付与の工程で付与
された金属塩の濃度分布が崩れやすいという不都合を生
じさせた。これらを回避するために、溶媒の混合比率を
変え、溶解度を小さくする等の対策を試みたが、多孔質
ゲル外への溶出は避けられず、溶解度の低下により固定
液中に結晶析出が観察され、濃度分布の崩れについては
改善されなかった。In addition, since crystals are gradually precipitated in the porous gel at the time of fixation after the distribution is imparted, the solvent exchange step becomes multi-step, so that a large amount of solvent is required as the immersion liquid, and the whole step. Has become a long time. Thus, immersing for a long period of time caused the inconvenience that the concentration distribution of the metal salt added in the distribution giving step was likely to collapse. In order to avoid these problems, we attempted measures such as changing the solvent mixing ratio to reduce the solubility, but elution outside the porous gel was unavoidable, and crystal precipitation was observed in the fixative due to the decrease in solubility. However, the collapse of the concentration distribution was not improved.
【0018】金属塩が多孔質ゲル細孔中に固定される量
と、ゲル外へ溶出される量との関係は、金属塩の種類や
量により異なるものであり、その比率を一概に比べるこ
とはできない。しかし、いずれにしても溶媒の混合比を
変化させて、その溶解度差により金属塩の微結晶を析出
させる特開平3−295818号公報開示の方法には限
界があり、導入する金属種によって、あるいは要求する
固定精度(例えば、屈折率分布型光学素子を作製する際
の分布形状の確実な保持)によっては、十分な効果を得
られないことが実験結果により明らかとなっている。The relationship between the amount of the metal salt fixed in the pores of the porous gel and the amount eluted out of the gel differs depending on the kind and amount of the metal salt, and the ratio should be compared unconditionally. I can't. However, in any case, there is a limit to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-295818 by changing the mixing ratio of the solvent and precipitating the metal salt microcrystals due to the difference in solubility, depending on the metal species to be introduced, or Experimental results have shown that a sufficient effect cannot be obtained depending on the required fixing accuracy (for example, reliable holding of the distribution shape when manufacturing a gradient index optical element).
【0019】また、いわゆる分子スタッフィング法によ
り屈折率分布を有したガラスを作製する場合も、以上に
述べたことと同様の問題点があった。それは、金属成分
を多量に含有させるために、溶解度の高い硝酸塩を用
い、分布固定は約100℃の温度差と溶解度の低い溶媒
によっているが、硝酸塩は、一般的に水やアルコールな
どの極性溶媒に対する溶解度が高く、0℃の付近のエタ
ノールでも、硝酸塩としてまだ1g/100ml程度の
溶解度を有しており、多孔質体中の金属を完全に固定す
ることは困難であり、固定溶液中に溶解している金属塩
が乾燥工程中に移動するため、十分な精度の濃度分布を
付与することができず、そのうえ、大きな屈折率差を付
与することは困難であった。Further, also in the case of producing a glass having a refractive index distribution by the so-called molecular stuffing method, there are the same problems as described above. In order to contain a large amount of metal components, it uses a highly soluble nitrate, and the distribution is fixed by a temperature difference of about 100 ° C and a solvent with a low solubility, but nitrate is generally a polar solvent such as water or alcohol. It has a high solubility in, and even in ethanol near 0 ° C, it still has a solubility of about 1g / 100ml as a nitrate, and it is difficult to completely fix the metal in the porous body, and it dissolves in the fixing solution. Since the metal salt which is moved moves during the drying process, it is not possible to give a concentration distribution with sufficient accuracy, and it is difficult to give a large difference in refractive index.
【0020】これらはいずれも、金属塩を多孔質体中に
固定する際に生じた課題であり、本発明は、金属塩を用
いて金属種を多孔質体中に導入する方法において、多孔
質体細孔中に溶解状態で存在する金属塩を確実に多孔質
体細孔中に固定し得る方法を提供することを目的とす
る。All of these are problems that occur when the metal salt is fixed in the porous body, and the present invention provides a method of introducing a metal species into the porous body by using the metal salt. An object of the present invention is to provide a method capable of reliably fixing a metal salt existing in a dissolved state in body pores in the pores of a porous body.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため[Means for Solving the Problems] To solve the above problems
に、本発明のガラスの製造方法は、(1)金属アルコキThe method for producing glass according to the present invention includes (1) metal alkoxide
シドを用いて作製した多孔質体である湿潤ゲルを経由しVia a wet gel, which is a porous body made with sid
て多成分系のガラスを製造するにあたり、金属成分を湿When manufacturing multi-component glass,
潤ゲル中に固定する工程において、有機酸または有機酸In the process of fixing the gel in a wet gel, an organic acid or an organic acid
塩から選ばれた化合物を少なくとも1種類を含んだ溶液Solution containing at least one compound selected from salts
に、細孔中において金属塩を溶媒に溶解した状態で含有Contains the metal salt dissolved in the solvent in the pores
した湿潤ゲルを浸漬し、前記金属塩を有機金属塩の微結Immerse the wet gel in the solution, and set the metal salt to
晶として細孔中に析出させて湿潤ゲル中に固定することCrystallized in pores and fixed in wet gel
とした。また、(2)金属アルコキシドを用いて作製しAnd In addition, (2) was prepared using a metal alkoxide
た多孔質体である湿潤ゲルを経由して多成分系のガラスMulti-component glass via wet gel, which is a porous body
を製造するにあたり、金属成分を湿潤ゲル中に固定するIn manufacturing, the metal component is fixed in the wet gel.
工程において、有機酸または有機酸塩から選ばれた化合In the process, a compound selected from organic acid or organic acid salt.
物を少なくとも1種類を含んだ溶液に、細孔中においてA solution containing at least one substance in the pores
金属塩を溶媒に溶解した状態で含有した湿潤ゲルをWet gel containing metal salt dissolved in solvent
浸漬Soaking
して、前記金属塩を有機金属塩の微結晶として細孔中にThen, the metal salt as fine crystals of an organic metal salt in the pores.
析出させ、次に該湿潤ゲルを前記金属成分の溶解度が低Then the wet gel has a low solubility of the metal components.
く且つ水と混和する溶媒に浸漬して前記有機金属塩の微And dip it in a solvent that is miscible with water.
結晶を多湿潤ゲル中に固定することとした。また、It was decided to fix the crystals in a multi-wetting gel. Also,
(3)金属アルコキシドを用いて作製した多孔質体であ(3) A porous body prepared by using a metal alkoxide
る湿潤ゲルを経由して屈折率分布を有したガラスを製造Manufacturing glass with refractive index distribution via wet gel
するにあたり、金属成分に濃度分布を付与した後、そのIn doing so, after giving the metal component a concentration distribution,
濃度分布を固定する行程において、前記金属成分の溶解In the process of fixing the concentration distribution, dissolution of the metal components
度が低く且つ水と混和する溶媒にさらに有機酸または有A solvent that is less soluble and miscible with water may have an organic acid or
機酸塩から選ばれた化合物を少なくとも1種類を含んだContains at least one compound selected from organic acid salts
溶液に、前記濃度分布を付与し且つ細孔中において金属The solution is provided with the above concentration distribution and metal
塩を細孔内の溶媒に溶解した状態で含有した湿潤ゲルをWet gel containing salt dissolved in the solvent in the pores
浸漬し、前記金属塩を有機金属塩の微結晶として細孔中Immerse the metal salt in the pores as organic metal salt microcrystals
に析出させて湿潤ゲル中に固定することとした。また、It was made to precipitate in and fixed in a wet gel. Also,
(4)金属アルコキシドを用いて作製した多孔質体であ(4) A porous body produced using a metal alkoxide
る湿潤ゲルを経由して屈折率分布を有したガラスを製造Manufacturing glass with refractive index distribution via wet gel
するにあたり、金属成分に濃度分布を付与した後、そのIn doing so, after giving the metal component a concentration distribution,
濃度分布を固定する工程において、前記金属成分の溶解Dissolution of the metal components in the process of fixing the concentration distribution
度が低く且つ水と混和する溶媒にさらに有機酸または有A solvent that is less soluble and miscible with water may have an organic acid or
機酸塩から選ばれた化合物を少なくとも1種類を含んだContains at least one compound selected from organic acid salts
溶液に、前記濃度分布を付与し且つ細孔中において金属The solution is provided with the above concentration distribution and metal
塩を細孔内の溶媒に溶解した状態で含有した湿潤ゲルをWet gel containing salt dissolved in the solvent in the pores
浸漬し、前記金属塩を有機金属塩の微結晶として細孔中Immerse the metal salt in the pores as organic metal salt microcrystals
に析出させ、次に該湿潤ゲルを前記金属成分の溶解度がThe wet gel, and then the solubility of the metal component is increased.
低く且つ水と混和する溶媒に浸漬して前記濃度分布を付Dip in a solvent that is low and miscible with water to obtain the above concentration distribution.
与した有機金属塩の微結晶を湿潤ゲル中に固定することImmobilization of microcrystals of a given organometallic salt in a wet gel
とした。前記(1)から(4)の場合、前記有機酸またAnd In the case of (1) to (4), the organic acid or
は有機酸塩から選ばれた化合物を少なくとも1種類含むContains at least one compound selected from organic acid salts
溶液の濃度を時間とともに変化させることにより、よりBy changing the concentration of the solution over time,
高い効果が得られる。前記(1)から(4)において、High effect can be obtained. In the above (1) to (4),
前記有機酸または有機酸塩から選ばれた化合物として、As a compound selected from the organic acids or organic acid salts,
酢酸、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、シュウ酸、乳Acetic acid, citric acid, malic acid, maleic acid, oxalic acid, milk
酸、およびこれらの塩から選ばれた化合物を少なくともAt least a compound selected from acids and salts thereof.
1種類含む溶液を使用することにより、より高い効果がA higher effect can be obtained by using a solution containing one type
得られる。can get.
【0022】[0022]
【作用】ゾルゲル法により作製した多孔質体である湿潤[Function] Wet, which is a porous material produced by the sol-gel method
ゲル中に金属塩を含有させ、細孔中において金属塩が溶Incorporate a metal salt into the gel so that the metal salt dissolves in the pores.
媒に溶解した状態とする。この状態の湿潤ゲル体を溶解Dissolve in the medium. Dissolve the wet gel body in this state
度が低い溶媒に浸漬するが、さらに有機酸、有機酸塩かImmerse it in a low-grade solvent, but use an organic acid or organic acid salt.
ら選ばれた少なくとも1At least 1 selected from
つを含んだ溶液に浸漬すると、When immersed in a solution containing
以下に示したように、単に溶解度の低い溶媒に浸漬したAs shown below, simply soaked in a solvent with low solubility
場合と比較して、更に多くの微結晶を析出させることがCompared with the case, more crystallites can be precipitated.
できる。it can.
【0023】固定溶媒であるアルコール中で、有機酸H
aXは化1のように解離する。In the fixed solvent alcohol, the organic acid H
a X dissociates as shown in Chemical formula 1.
【0024】[0024]
【化1】 [Chemical 1]
【0025】また、有機酸イオンと金属イオンとの間に
は、化2の平衡が成り立つ。Further, the equilibrium of Chemical formula 2 is established between the organic acid ion and the metal ion.
【0026】[0026]
【化2】 [Chemical 2]
【0027】ここで、Meは金属元素、Xは有機酸イオ
ンである。化1よりXa−が有機酸または有機酸塩によ
り供給されるために、化2の平衡は左に移動し、沈澱が
生成する。このとき、溶解度積を考えると、化3に示す
ようになる。Here, Me is a metal element and X is an organic acid ion. Of 1 from X a- is to be supplied by the organic acid or organic acid salt, balance of 2 is moved to the left, a precipitate formed. At this time, considering the solubility product, it becomes as shown in Chemical formula 3.
【0028】[0028]
【化3】 [Chemical 3]
【0029】このときに用いることができる金属イオン
と有機酸、有機酸塩の組み合わせは、化3に示した溶解
度積が十分に小さい値であり、従来法と比較して、更に
多くの金属成分を十分に固定することができる。有機
酸、有機酸塩としては、例えば、酢酸、クエン酸、リン
ゴ酸、マレイン酸、シュウ酸、乳酸等およびこれらの塩
を用いることができ、これらを混合したものでもよく、
多孔質体を溶液に複数回浸漬してもよい。The combination of the metal ion, the organic acid and the organic acid salt that can be used at this time has a sufficiently small solubility product shown in Chemical formula 3, and more metal components than the conventional method can be used. Can be fixed sufficiently. As the organic acid and the organic acid salt, for example, acetic acid, citric acid, malic acid, maleic acid, oxalic acid, lactic acid or the like and salts thereof can be used, or a mixture thereof may be used.
The porous body may be dipped in the solution multiple times.
【0030】これらの有機酸または有機酸塩は、分解温
度、酸解離定数、これらの添加量等も加味して選ばれ
る。したがって、添加する有機酸等の種類や量によって
結晶析出速度をコントロールすることができる。These organic acids or organic acid salts are selected in consideration of the decomposition temperature, the acid dissociation constant, the addition amount of these, and the like. Therefore, the crystal precipitation rate can be controlled by the type and amount of the organic acid or the like added.
【0031】特に、従来、多量に導入することが困難で
あった希土類元素は、塩化物あるいは硝酸塩を用いる
か、または、水やアルコールに対する溶解度が低い塩を
用いる場合は、例えば、酢酸塩、アセチルアセトン塩、
金属アルコキシドを塩酸に溶解して溶解度を高くして作
製したゲルを、有機酸または有機酸塩を含む溶液中に浸
漬することにより、有機酸イオンと金属イオンの反応に
より有機金属塩の微結晶として析出する。このため、ゲ
ル中には多くの微結晶を析出させることができる。この
ようにして、結晶が析出したり、溶解度が低いためにガ
ラス中に大量にドープできなかった金属を、均一にガラ
ス中に大量にドープすることができる。Particularly, rare earth elements, which have been difficult to be introduced in large amounts in the past, are chlorides or nitrates, or when salts having low solubility in water or alcohol are used, for example, acetates and acetylacetones are used. salt,
A gel prepared by dissolving a metal alkoxide in hydrochloric acid to increase its solubility is immersed in a solution containing an organic acid or an organic acid salt to produce organic metal salt microcrystals by the reaction of the organic acid ion and the metal ion. To deposit. Therefore, many fine crystals can be precipitated in the gel. In this way, it is possible to uniformly dope a large amount of metal into a glass, which cannot be doped into the glass in a large amount due to crystal precipitation or low solubility.
【0032】また、屈折率分布を有したガラスを作製す
る場合にも同様の原理で有機酸を作用させ、固定処理を
行うことができる。分布付与工程の後の固定工程(図1
中の固定工程2)において、固定が速やかに進むこと
は、前述したような分布の崩れを大幅に軽減することが
できる。したがって、この後に続く乾燥工程中にも、多
孔質体中の金属塩はしっかりと固定されており、多孔質
体中を移動して分布形状を崩したりすることがなく、金
属の濃度分布形状に十分な精度を有した多孔質体を作製
することができる。そして、引き続きこの多孔質体を焼
成することにより、細孔中に析出した金属塩の微結晶
は、容易に分解して多孔質体内に取り込まれ、無孔化し
て目的のガラスを作製することができる。Further, also when producing glass having a refractive index distribution, fixing treatment can be carried out by causing an organic acid to act on the same principle. Fixing process after the distribution process (Fig. 1
In the fixing step 2) in the inside, the rapid fixing can significantly reduce the above-mentioned collapse of the distribution. Therefore, even during the subsequent drying step, the metal salt in the porous body is firmly fixed and does not move in the porous body to destroy the distribution shape, and the metal concentration distribution shape is formed. It is possible to produce a porous body having sufficient accuracy. Then, by subsequently calcining this porous body, the fine crystals of the metal salt precipitated in the pores are easily decomposed and taken into the porous body, and the target glass can be produced by making it non-porous. it can.
【0033】有機酸または有機酸塩は、分布固定液に初
めから加えた場合だけでなく、浸漬途中に加えることに
よっても効果的に働く。なぜならば、金属塩、溶媒、有
機酸等の選択方法によっては、一度に有機酸または有機
酸塩を加えた場合に、結晶析出作用が強すぎて多孔質体
を破損することにもなりかねない。このような場合に
は、溶液中の有機酸または有機酸イオンの濃度を時間と
ともに変化させることにより、固定を行えば高い効果が
得られる。The organic acid or the organic acid salt works effectively not only when it is added to the distribution fixing solution from the beginning, but also when it is added during the immersion. Because, depending on the selection method of the metal salt, the solvent, the organic acid, etc., when the organic acid or the organic acid salt is added at one time, the crystal precipitation action may be too strong and the porous body may be damaged. . In such a case, a high effect can be obtained by fixing the organic acid or the organic acid ion in the solution by changing the concentration thereof with time.
【0034】方法としては、例えば有機酸または有機酸
塩等の滴下により行い、ここで添加する有機酸または有
機酸塩の濃度は、加える有機酸または有機酸塩の種類に
より異なるので、有機酸の解離定数等を考慮して決定す
ればよい。これにより、溶媒交換のステップ数を減らす
ことができ、工程全体の時間を減らすことが可能とな
る。さらに、特にこの屈折率等の特性が分布したガラス
を作製する場合には、有機酸または有機酸塩を含む溶液
の有機酸または有機酸塩の濃度は、数百分の一規定から
数分の一規定でも効果を有し、多孔質体中へ金属塩の微
結晶としての固定が十分になされるため、多量の溶媒を
使用する従来法と比較して、溶媒量を格段に減らすこと
が可能となる。As a method, for example, an organic acid or an organic acid salt is dropped, and the concentration of the organic acid or the organic acid salt added here varies depending on the kind of the organic acid or the organic acid salt to be added. It may be determined in consideration of the dissociation constant and the like. As a result, the number of steps for solvent exchange can be reduced, and the time required for the entire process can be reduced. Furthermore, in particular, when producing glass in which the characteristics such as the refractive index are distributed, the concentration of the organic acid or the organic acid salt in the solution containing the organic acid or the organic acid salt is several hundreds of normal to several minutes. Even with one regulation, it has an effect and the metal salt is fixed as fine crystals in the porous body sufficiently, so the amount of solvent can be significantly reduced compared to the conventional method using a large amount of solvent. Becomes
【0035】また、金属元素を含有している多孔質体
は、どのような方法により作製されたものでもよく、ゾ
ルゲル法により予め希土類元素の塩等を水などに溶解し
てゾルを調製した後にゲル化させて多孔質体ゲルを作製
してもよいし、金属元素の溶液に多孔質体ゲルを浸漬し
て作製してもよい。また、このようにして作製したゲル
を乾燥または焼成して多孔質体を作製してもよい。さら
に、用いる多孔質体は、CVD法により作製した多孔質
体でもガラスを分相させて作製した多孔質体でもよい。The porous body containing the metal element may be prepared by any method, and after preparing a sol by previously dissolving a salt of a rare earth element or the like in water by the sol-gel method. The porous body gel may be produced by gelling, or the porous body gel may be produced by immersing the porous body gel in a solution of a metal element. Further, the gel thus produced may be dried or fired to produce a porous body. Further, the porous body used may be a porous body produced by a CVD method or a porous body produced by phase-separating glass.
【0036】[0036]
【実施例1】15.5mlのSi(OC2H5)4と4
3.1mlの1−プロパノールを混合し、次に1.25
mlの1/100規定HCl水溶液を加えて、60分間
攪拌し、部分加水分解した後に、9.0gのAl(Os
ec−C4H9)2(C6H8O3)を添加して60分
間攪拌した。次に、10.2gのLa(CH3COO)
3・1.5H2Oを溶解した16.3mlの3N−HC
lを添加して攪拌した後、ポリプロピレンビーカーに流
し込んでゲル化させ、湿潤ゲルを得た。この湿潤ゲルを
60℃で7日間熟成して、4N酢酸水溶液、エタノール
に順次浸漬した。このゲルを100℃で乾燥して140
0℃まで焼成したところ、70SiO2・15Al2O
3・15La2O3(mol%)組成の脈理および不純
物のない均質な目的組成のガラスが得られた。Example 1 15.5 ml of Si (OC 2 H 5 ) 4 and 4
Mix 3.1 ml 1-propanol, then 1.25
After adding 1 ml of 1/100 N HCl aqueous solution and stirring for 60 minutes to partially hydrolyze the mixture, 9.0 g of Al (Os) was added.
was stirred ec-C 4 H 9) 2 (C 6 H 8 O 3) was added for 60 minutes. Next, 10.2 g of La (CH 3 COO)
3 of 16.3ml was dissolved · 1.5H 2 O 3N-HC
After adding 1 and stirring, it was poured into a polypropylene beaker and gelled to obtain a wet gel. The wet gel was aged at 60 ° C. for 7 days, and successively dipped in a 4N acetic acid aqueous solution and ethanol. The gel is dried at 100 ° C and 140
When fired to 0 ° C, 70SiO 2 · 15Al 2 O
3 · 15La 2 O 3 (mol %) Glass homogeneous target composition without striae and impurities composition was obtained.
【0037】[比較例1]
実施例1と同様にしてゾルを調製し、ゲルを得た。この
ゲルをエタノールに浸漬した後、100℃で乾燥して1
400℃まで焼成したところ、78SiO2・15Al
2O3・7La2O3(mol%)組成となり、目的組
成のガラスを得ることはできなかった。Comparative Example 1 A sol was prepared in the same manner as in Example 1 to obtain a gel. Soak this gel in ethanol and dry at 100 ° C to
When fired up to 400 ℃, 78SiO 2 · 15Al
2 O 3 · 7La 2 O 3 (mol%) becomes the composition, it was not possible to obtain a glass of the target composition.
【0038】[0038]
【実施例2】88.1mlのSi(OCH3)4に、1
51.8mlのイソプロパノール、10.7mlの1/
100規定HCl水溶液を加え、30分間攪拌し、部分
加水分解した後に、42.64gのTi(OiC
3H7)4を添加して、更に30分間攪拌した。次に、
15.3gのシリカ粉(Aerosil(Aerosi
l社))を108.0mlのイソプロパノールに分散し
た溶液と混合した。その後に、26.8gのY(OCH
3)3を溶解した200mlの塩酸水溶液を滴下し、攪
拌して加水分解し、ゾルを調製した。このゾルをポリプ
ロピレン容器に入れて密封し、ゲル化させ、湿潤ゲルを
得た。この湿潤ゲルを0.2mol/lのクエン酸水溶
液に12時間浸漬した後、イソプロパノールとアセトン
の混合液に24時間浸漬した。このゲルを60℃で乾燥
を行い、1400℃まで昇温したところ、脈理は全く見
られず、均質で透明な74SiO2・13TiO2・1
3Y2O3(mol%)組成の仕込組成どおりのガラス
が得られた。Example 2 To 88.1 ml of Si (OCH 3 ) 4
51.8 ml isopropanol, 10.7 ml 1 /
After adding 100 N HCl aqueous solution and stirring for 30 minutes to partially hydrolyze, 42.64 g of Ti (OiC
3 H 7 ) 4 was added and stirred for another 30 minutes. next,
15.3 g of silica powder (Aerosil (Aerosi
(Company 1)) was mixed with a solution dispersed in 108.0 ml of isopropanol. After that, 26.8 g of Y (OCH
3 ) 200 ml of a hydrochloric acid aqueous solution in which 3 was dissolved was added dropwise, and the mixture was stirred and hydrolyzed to prepare a sol. This sol was placed in a polypropylene container, sealed, and gelled to obtain a wet gel. The wet gel was immersed in a 0.2 mol / l citric acid aqueous solution for 12 hours, and then immersed in a mixed solution of isopropanol and acetone for 24 hours. When this gel was dried at 60 ° C and the temperature was raised to 1400 ° C, no striae were observed and a homogeneous and transparent 74SiO 2 · 13TiO 2 · 1.
Glass having the composition of 3Y 2 O 3 (mol%) was obtained.
【0039】[0039]
【実施例3】4.81mlのSi(OCH3)4と1
1.4mlのエタノールを混合し、次に0.6mlの1
/100規定HCl水溶液を加え、60分間攪拌し、部
分加水分解した後に、4.5gのAl(Osec−C4
H9)2(C6H8O3)を添加して60分間攪拌し
た。次に、2.5gのTi(OiC3H7)4を添加し
て更に30分間攪拌した。そこへ、8.7gのLa(N
O3)3・6H2Oを溶解した25.0mlの1N−H
Clを添加して攪拌した後、ポリプロピレンビーカーに
流し込んでゲル化させ、湿潤ゲルを得た。この湿潤ゲル
を60℃で3日間熟成して、0.3mol/lのEDT
Aに浸漬してLaを固定した。次に、メタノール:H2
O=6:4(体積比)の溶液に浸漬してLaに濃度分布
を付与した。この後、順次、エタノール、アセトンに浸
漬し、このゲルを100℃で乾燥して1380℃まで焼
成したところ、Laに濃度分布を持つ、屈折率分布を有
したガラスが得られた。このガラスを切断して光学特性
を測定したところ、図4に示すような光学特性を示し、
効果のある光学特性であることがわかった。Example 3 4.81 ml of Si (OCH 3 ) 4 and 1
Mix 1.4 ml ethanol, then 0.6 ml 1
/ 100N HCl aqueous solution was added, the mixture was stirred for 60 minutes, and after partially hydrolyzing, 4.5 g of Al (Osec-C 4
H 9) was stirred 2 (C 6 H 8 O 3 ) was added for 60 minutes. Next, 2.5 g of Ti (OiC 3 H 7 ) 4 was added and stirred for another 30 minutes. There, 8.7g of La (N
O 3) 3 · 6H 2 O was dissolved 25.0ml of 1N-H
After adding Cl and stirring, the mixture was poured into a polypropylene beaker and gelled to obtain a wet gel. The wet gel was aged at 60 ° C. for 3 days to give 0.3 mol / l EDT.
It was immersed in A and La was fixed. Next, methanol: H 2
It was immersed in a solution of O = 6: 4 (volume ratio) to give La a concentration distribution. Then, the gel was successively dipped in ethanol and acetone, and the gel was dried at 100 ° C. and baked to 1380 ° C., and glass having a refractive index distribution having a concentration distribution in La was obtained. When this glass was cut and the optical characteristics were measured, it showed the optical characteristics as shown in FIG.
It was found to have effective optical characteristics.
【0040】[0040]
【実施例4】106.9mlのSi(OC2H5)
4に、104.7mlの1−C3H7OHと6.3ml
の2規定HCl水溶液を加えて部分加水分解を行った。
その後に、67.6gのZr(OnC4H9)4と4
4.9mlの1−C3H7OHを添加し、更に1時間攪
拌して、Si−O−Zr結合を有する複合金属アルコキ
シドを形成させて、複合金属アルコキシド溶液を調製し
た。次に、115gのYbCl3・6H2Oを溶解した
塩酸を加えて湿潤ゲルを得た。この湿潤ゲルをシュウ酸
ナトリウム水溶液に浸漬した。80℃で乾燥後、145
0℃まで焼成して、55SiO2・17ZrO2・26
Yb2O3・2Na2O(mol%)組成の透明なガラ
スを得た。Example 4 106.9 ml of Si (OC 2 H 5 )
To 4, 1-C 3 H 7 OH and 6.3ml of 104.7ml
2N HCl aqueous solution was added for partial hydrolysis.
After that, 67.6 g of Zr (OnC 4 H 9 ) 4 and 4
A mixed metal alkoxide solution was prepared by adding 4.9 ml of 1-C 3 H 7 OH and further stirring for 1 hour to form a mixed metal alkoxide having a Si—O—Zr bond. Next, to obtain a wet gel by the addition of hydrochloric acid prepared by dissolving YbCl 3 · 6H 2 O in 115 g. This wet gel was immersed in an aqueous solution of sodium oxalate. After drying at 80 ° C, 145
Bake to 0 ° C, 55SiO 2 · 17ZrO 2 · 26
A transparent glass having a composition of Yb 2 O 3 · 2Na 2 O (mol%) was obtained.
【0041】[0041]
【実施例5】21.1mlのSi(OC2H5)4と4
3.1mlの1−プロパノールを混合し、次に1.7m
lの1/100規定HCl水溶液を加えて60分間攪拌
し、部分加水分解した後に、1.5gのAl(Osec
−C4H9)2(C6H8O3)を添加して60分間攪
拌した。次に、2.41gのNd(C5H7O2)3を
溶解した16.3mlの1N−HClを添加して攪拌し
た後、ポリプロピレンビーカーに流し込んでゲル化さ
せ、湿潤ゲルを得た。この湿潤ゲルを60℃で7日間熟
成して、乳酸に浸漬した後、メタノールに浸漬して40
℃で乾燥し、1400℃まで焼成したところ、透明な仕
込み組成どおりの95SiO2・2.5Al2O3・
2.5Nd2O5(mol%)組成のガラスが得られ
た。このガラスの蛍光特性を測定したところ、720〜
830μm付近の励起光に対してレーザー遷移を観測す
ることができた。さらに、1.06μmでレーザー発振
させたところ、発振することができた。Example 5 21.1 ml of Si (OC 2 H 5 ) 4 and 4
Mix 3.1 ml 1-propanol, then 1.7 m
1 / 100N HCl aqueous solution was added and stirred for 60 minutes to partially hydrolyze, and then 1.5 g of Al (Osec
-C 4 were H 9) and stirred 2 (C 6 H 8 O 3 ) 60 minutes added. Next, 16.3 ml of 1N-HCl in which 2.41 g of Nd (C 5 H 7 O 2 ) 3 was dissolved was added and stirred, and then the mixture was poured into a polypropylene beaker for gelation to obtain a wet gel. The wet gel was aged at 60 ° C for 7 days, immersed in lactic acid, and then immersed in methanol to 40
When dried at ℃ and baked to 1400 ℃, it was 95SiO 2 · 2.5Al 2 O 3 ·
A glass having a composition of 2.5 Nd 2 O 5 (mol%) was obtained. When the fluorescence characteristics of this glass were measured, it was 720
A laser transition could be observed for excitation light near 830 μm. Further, when laser oscillation was performed at 1.06 μm, oscillation was possible.
【0042】[0042]
【実施例6】51.1gのTi(OnC4H9)4を含
有する125.7mlのSi(OCH3)4に、350
mlのエタノールおよび45.5gのAl(Osec−
C4H9)3に30.4gのTm(HCOO)3を溶解
した300mlの1/100規定のHCl水溶液を加え
て加水分解し、内径20mmのガラス容器内でゲル化さ
せて湿潤ゲルを作製した。この湿潤ゲルを40℃で熟成
して、クエン酸溶液に浸漬した後、100℃で乾燥さ
せ、酸素雰囲気中で400℃まで焼成して多孔質ガラス
を得た。さらに、この多孔質ガラスをTm(NO3)3
のエタノール溶液に浸漬し、細孔中に含浸した後に、マ
レイン酸の溶液に浸漬した。次に、このゲルを50℃で
乾燥し、1420℃まで焼成して56.5SiO2・1
5TiO2・18.5Al2O3・10Tm2O3(m
ol%)組成のガラスが得られた。このガラスの蛍光特
性を測定したところ、レーザー遷移を観測することがで
き、レーザー発振させたところ、発振することができ
た。EXAMPLE 6 125.7 ml of Si (OCH 3 ) 4 containing 51.1 g of Ti (OnC 4 H 9 ) 4 was added to 350
ml ethanol and 45.5 g Al (Osec-
300 ml of 1 / 100N HCl aqueous solution in which 30.4 g of Tm (HCOO) 3 was dissolved in C 4 H 9 ) 3 was added to hydrolyze, and gelled in a glass container having an inner diameter of 20 mm to prepare a wet gel. did. The wet gel was aged at 40 ° C., immersed in a citric acid solution, dried at 100 ° C., and fired at 400 ° C. in an oxygen atmosphere to obtain a porous glass. Further, this porous glass is treated with Tm (NO 3 ) 3
After being dipped in the ethanol solution described above to impregnate the pores, it was dipped in a solution of maleic acid. Then, the gel was dried at 50 ℃, 56.5SiO 2 · 1 and fired to 1420 ° C.
5TiO 2 · 18.5Al 2 O 3 · 10Tm 2 O 3 (m
ol%) composition glass was obtained. When the fluorescence characteristics of this glass were measured, laser transition could be observed, and when laser oscillation was performed, oscillation was possible.
【0043】[0043]
【実施例7】Si(OCH3)430ml、Si(OC
2H5)430mlおよびトリエチルボレート12.4
mlを混合し、ここへpH2の塩酸水溶液25mlを加
えて1時間攪拌し、部分加水分解反応を行った。ここ
に、1.25mol/lの酢酸鉛水溶液107.63m
lと酢酸15.35mlを混合したものを添加し、激し
く混合して得たゾルを分注した後、ゲル化させた。この
ゲルを酢酸鉛イソプロパノール−水混合溶液に浸漬し、
ゲルを強化した後に、イソプロパノール−アセトン溶液
に浸漬し、酢酸鉛の微結晶を析出し、固定した。その
後、酢酸鉛の微結晶を含むゲルを酢酸カリウムエタノー
ル溶液に6時間浸漬して、ゲル中に酢酸鉛濃度が中心部
で高く、周辺部で低くなるように分布させた。このゲル
を酢酸0.01N−イソプロパノール/アセトンの体積
比で5対5の混合溶液およびアセトンに順次浸漬して分
布の固定を行い、乾燥した後、620℃まで焼成して無
色透明のガラスを得た。得られたガラスの屈折率分布形
状は、図5に示すような変曲点を持たない応用範囲の広
いものであった。EXAMPLE 7 Si (OCH 3 ) 4 30 ml, Si (OC
2 H 5 ) 4 30 ml and triethyl borate 12.4
25 ml of an aqueous hydrochloric acid solution having a pH of 2 was added thereto and stirred for 1 hour to carry out a partial hydrolysis reaction. Here, 107.63 m of 1.25 mol / l lead acetate aqueous solution
1 and 15.35 ml of acetic acid were added, and the resulting sol was mixed vigorously and the resulting sol was dispensed and then gelled. This gel was immersed in a lead acetate isopropanol-water mixed solution,
After strengthening the gel, it was immersed in an isopropanol-acetone solution to precipitate and fix lead acetate microcrystals. Then, the gel containing lead acetate microcrystals was immersed in a potassium acetate ethanol solution for 6 hours to distribute the lead acetate concentration in the gel such that the lead acetate concentration was high in the central portion and low in the peripheral portion. This gel was sequentially dipped in a mixed solution of 5: 5 acetic acid 0.01N-isopropanol / acetone in a volume ratio of 5 and acetone to fix the distribution, dried and then fired to 620 ° C. to obtain a colorless transparent glass. It was The shape of the refractive index distribution of the obtained glass had a wide range of applications without having an inflection point as shown in FIG.
【0044】[比較例2]
実施例7と同様にして、分布付与までの操作を行って作
製したゲルを、その後の固定時に酢酸を含有していない
イソプロパノール/アセトンの体積比で5対5の混合溶
液およびアセトンの順に浸漬し、乾燥、焼結することに
よりガラスを得た。そのガラス中の酢酸鉛の分布形状は
くずれていたため、屈折率分布形状も周辺部がくずれた
分布をしており、このガラス素子は、光学設計上、その
特性に問題のあるものであった。[Comparative Example 2] A gel prepared by carrying out the procedure up to the step of imparting distribution in the same manner as in Example 7 had a volume ratio of acetic acid-free isopropanol / acetone of 5: 5 at the time of subsequent fixation. A glass was obtained by immersing the mixed solution and acetone in that order, drying and sintering. Since the distribution shape of lead acetate in the glass was distorted, the refractive index distribution shape was also distorted at the peripheral portion, and this glass element had a problem in its characteristics in optical design.
【0045】[0045]
【実施例8】実施例7と同様にして作製したゲルを、酢
酸鉛イソプロパノール−水混合溶液に浸漬し、ゲルを強
化した後に、イソプロパノール/アセトン混合溶液に浸
漬して、酢酸鉛の微結晶を析出し、固定した。酢酸鉛の
微結晶を含むゲルを酢酸カリウムエタノール溶液に2時
間浸漬して、ゲル中に酢酸鉛濃度が中心部で高く、周辺
部で低くなるように分布させた。このゲルをイソプロパ
ノール/アセトン混合溶液に浸漬し、1時間後より1m
ol/l酢酸−アセトン溶液を1.2ml/hずつ滴下
した。このように分布を固定したゲルを乾燥した後、6
20℃まで焼成して無色透明のガラスを得た。得られた
ガラスの屈折率分布形状は、変曲点を持たない応用範囲
の広いものであった。Example 8 A gel prepared in the same manner as in Example 7 was dipped in a lead acetate isopropanol-water mixed solution to strengthen the gel, and then dipped in an isopropanol / acetone mixed solution to obtain lead acetate microcrystals. Precipitated and fixed. A gel containing fine crystals of lead acetate was immersed in a potassium acetate ethanol solution for 2 hours to distribute the lead acetate concentration in the gel such that the lead acetate concentration was high in the central part and low in the peripheral part. Immerse this gel in isopropanol / acetone mixed solution, and after 1 hour,
An ol / l acetic acid-acetone solution was added dropwise at 1.2 ml / h. After drying the thus fixed distribution gel, 6
The transparent and colorless glass was obtained by baking to 20 ° C. The refractive index distribution shape of the obtained glass has a wide range of applications without having an inflection point.
【0046】なお、多成分系のガラスの製造方法につい
て、上記では焼成してガラスとしているが、用途により
必ずしも無孔化する必要はなく、多孔質ガラスを製造す
ることも何等原理的に制限されるものではない。また、
適用できる元素は実施例中に示したものに限られている
わけではなく、金属イオンの有機酸または有機酸塩との
酸解離定数が十分に小さいものであれば、原理的に何等
制限されるものではない。Regarding the method for producing a multi-component glass, the glass has been fired in the above, but it is not always necessary to make it non-porous depending on the application, and the production of porous glass is also limited in principle. Not something. Also,
Applicable elements are not limited to those shown in the examples, and if the acid dissociation constant of a metal ion with an organic acid or an organic acid salt is sufficiently small, there is no limitation in principle. Not a thing.
【0047】[0047]
【発明の効果】【The invention's effect】
以上のように、本発明のガラスの製造方As described above, the method for producing the glass of the present invention
法によれば、多孔質体である湿潤ゲルの細孔中に溶解状According to the method, it is dissolved in the pores of the wet gel, which is a porous body.
態で存在する金属塩を、有機金属塩の微結晶として前記The metal salt present in the form of a crystalline organic metal salt
細孔中に均一にして多く析出させて確実に湿潤ゲル中にUniformly deposit in the pores and deposit a large amount to ensure that
固定することができ、種々の元素を含む多成分系のガラA multi-component glass that can be fixed and contains various elements
スおよび濃度分布が付与された屈折率分布を有したガラGlass having a refractive index profile with a specific density and concentration profile
スを容易に製造することができる。Can be easily manufactured.
【図1】多孔質体を経由してガラスを製造する製造方法
の工程を示す工程図である。FIG. 1 is a process drawing showing steps of a manufacturing method for manufacturing glass via a porous body.
【図2】金属成分に濃度分布を付与した直後のゲル中の
金属成分の濃度分布を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the concentration distribution of the metal component in the gel immediately after giving the concentration distribution to the metal component.
【図3】金属成分に濃度分布を付与し、従来法により固
定した場合のゲル中の金属成分の濃度分布を示すグラフ
である。FIG. 3 is a graph showing a concentration distribution of a metal component in a gel when a concentration distribution is given to the metal component and fixed by a conventional method.
【図4】本発明の実施例3により得られた屈折率分布を
有するガラスの光学特性を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing optical characteristics of glass having a refractive index distribution obtained in Example 3 of the present invention.
【図5】本発明の実施例7により得られた屈折率分布を
有するガラスの径方向屈折率分布を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a radial direction refractive index distribution of glass having a refractive index distribution obtained in Example 7 of the present invention.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03B 8/00 - 8/04 G03B 37/014 Front page continuation (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G03B 8/00-8/04 G03B 37/014
Claims (6)
質体である湿潤ゲルを経由して多成分系のガラスを製造
するにあたり、金属成分を湿潤ゲル中に固定する工程に
おいて、 有機酸または有機酸塩から選ばれた化合物を少なくとも
1種類を含んだ溶液に、細孔中において金属塩を溶媒に
溶解した状態で含有した湿潤ゲルを浸漬し、前記金属塩
を有機金属塩の微結晶として細孔中に析出させて湿潤ゲ
ル中に固定することを特徴とするガラスの製造方法。1. Pores formed by using a metal alkoxide
In producing a multi-component glass via a wet gel that is a substance, in the step of fixing the metal component in the wet gel, a compound selected from an organic acid or an organic acid salt is added. a solution containing at least one, the metal salt by immersing the wet gel containing in solution in a solvent in the pores, the wet gate said metal salt is precipitated in the pores as crystallites of organometallic salt
A method for producing glass, characterized in that the glass is fixed in the glass.
質体である湿潤ゲルを経由して多成分系のガラスを製造
するにあたり、金属成分を湿潤ゲル中に固定する工程に
おいて、 有機酸または有機酸塩から選ばれた化合物を少なくとも
1種類を含んだ溶液に、細孔中において金属塩を溶媒に
溶解した状態で含有した湿潤ゲルを浸漬して、前記金属
塩を有機金属塩の微結晶として細孔中に析出させ、次に
該湿潤ゲルを前記金属成分の溶解度が低く且つ水と混和
する溶媒に浸漬して前記有機金属塩の微結晶を湿潤ゲル
中に固定することを特徴とするガラスの製造方法。2. Pores formed by using a metal alkoxide
In producing a multi-component glass via a wet gel that is a substance, in the step of fixing the metal component in the wet gel, a compound selected from an organic acid or an organic acid salt is added. A wet gel containing a metal salt dissolved in a solvent in a pore is immersed in a solution containing at least one kind to precipitate the metal salt in the pore as a fine crystal of an organic metal salt. To
The wet microcrystalline the wet gel of the gel the solubility of the metal component is immersed in a solvent miscible with low and water the organic metal salt
A method for producing glass, characterized in that the glass is fixed inside .
質体である湿潤ゲルを経由して屈折率分布を有するガラ
スを製造するにあたり、金属成分に濃度分布を付与した
後、その濃度分布を固定する工程において、 前記金属成分の溶解度が低く且つ水と混和する溶媒にさ
らに有機酸または有機酸塩から選ばれた化合物を少なく
とも1種類含んだ溶液に、前記濃度分布を付与し且つ細
孔中において金属塩を細孔内の溶媒に溶解した状態で含
有した湿潤ゲルを浸漬し、前記金属塩を有機金属塩の微
結晶として細孔中に析出させて湿潤ゲル中に固定するこ
とを特徴とするガラスの製造方法。3. Pores formed by using a metal alkoxide
In producing a glass having a refractive index distribution via a wet gel that is a substance, after giving a concentration distribution to the metal component, in the step of fixing the concentration distribution, the solubility of the metal component is low and water and A solution containing at least one compound selected from an organic acid or an organic acid salt in a solvent to be miscible, containing the above-mentioned concentration distribution and containing a metal salt in the pores in a state of being dissolved in the solvent in the pores The method for producing glass, wherein the wet gel is dipped, and the metal salt is precipitated in the pores as fine crystals of an organic metal salt and fixed in the wet gel .
質体である湿潤ゲルを経由して屈折率分布を有するガラ
スを製造するにあたり、金属成分に濃度分布を付与した
後、その濃度分布を固定する工程において、 前記金属成分の溶解度が低く且つ水と混和する溶媒にさ
らに有機酸または有機酸塩から選ばれた化合物を少なく
とも1種類含んだ溶液に、前記濃度分布を付与し且つ細
孔中において金属塩を細孔内の溶媒に溶解した状態で含
有した湿潤ゲルを浸漬し、前記金属塩を有機金属塩の微
結晶として細孔中に析出させ、次に該湿潤ゲルを前記金
属成分の溶解度が低く且つ水と混和する溶媒に浸漬して
前記濃度分布を付与した有機金属塩の微結晶を湿潤ゲル
中に固定することを特徴とするガラスの製造方法。4. Pores formed by using a metal alkoxide
In producing a glass having a refractive index distribution via a wet gel that is a substance, after giving a concentration distribution to the metal component, in the step of fixing the concentration distribution, the solubility of the metal component is low and water and A solution containing at least one compound selected from an organic acid or an organic acid salt in a solvent to be miscible, containing the above-mentioned concentration distribution and containing a metal salt in the pores in a state of being dissolved in the solvent in the pores wet gel was immersed was, the metal salt is deposited in the pores as crystallites of organic metal salts, then the by immersing in a solvent the wet gel solubility of the metal component miscible with low and water concentration Wetting gel of fine crystals of organometallic salt with distribution
A method for producing glass, characterized in that the glass is fixed inside .
化合物を少なくとも1種類含む溶液の濃度を時間ととも
に変化させることを特徴とする請求項1乃至請求項4の
いずれか1項に記載のガラスの製造方法。5. The concentration of a solution containing at least one compound selected from the organic acids or organic acid salts is changed with time .
The method for producing glass according to any one of items .
化合物は、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、シCompounds include acetic acid, citric acid, malic acid, maleic acid,
ュウ酸、乳酸、およびこれらの塩のうち少なくとも1種At least one of oxalic acid, lactic acid, and salts thereof
であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれAny one of claims 1 to 4, characterized in that
か1項に記載のガラスの製造方法。The method for producing glass according to Item 1.
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