DE60201559T2

DE60201559T2 - Glaskeramik und Substrat für Reflexionsspiegel

Info

Publication number: DE60201559T2
Application number: DE60201559T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ota; Atushi Watanabe; Kazuki Ohtoh
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Optoceramics Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Optoceramics Co Ltd
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: DE60201559D1; CN1400183A; JP2003112948A; EP1281688B1; EP1281688A1; JP4033665B2; CN1250474C

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Fachbereich, auf den sich die Erfindung bezieht
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glaskeramik und ein Substrat eines Reflektorspiegels (nachstehend als "Reflektorspiegelsubstrat" bezeichnet), wobei das Substrat aus der Glaskeramik gebildet ist.
2. Verwandte Gebiete
Glaskeramik, die ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aufweist, ist ein nützliches Material zur Bildung verschiedener Gerätebauteile, die bei hohen Temperaturen eingesetzt werden. Typische Beispiele für solche, bei hohen Temperaturen eingesetzte Gerätebauteile umfassen einen Reflektorspiegel. Zusammen mit einer Lichtquellenlampe, die darauf befestigt ist, stellt der Reflektorspiegel einen Beleuchtungskörper dar. Da die Temperatur des Reflektorspiegels durch die von der Lichtquellenlampe ausgestrahlten Hitze steigt, ist es erforderlich, dass der Reflektorspiegel eine hohe Hitzebeständigkeit aufweist. Daher muss ein Substrat des Reflektorspiegels hohe Hitzebeständigkeit aufweisen. Herkömmliche Reflektorspiegelsubstrate werden im Allgemeinen aus Pyrex-(eingetragene Marke)Glas mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit gebildet.
In den vergangenen Jahren wurden bei Beleuchtungskörpern und Kinoprojektoren Lichtquellenlampen mit hoher Leuchtdichte verwendet. Gemäß diesem Trend muss ein Reflektorspiegel, der einen Beleuchtungskörper mit einer Lichtquellenlampe mit hoher Leuchtdichte darstellt, erhöhte Hitzebeständigkeit aufweisen.
Um diesem Erfordernis gerecht zu werden, offenbart die japanische Patentanmeldung (kokoku) Nr. 7-92.527 ein Reflektorspiegelsubstrat, das aus Glaskeramik gebildet ist, die als Primärkomponente eine feste β-Spodumenlösung und eine feste β-Eukryptitlösung enthält. Da die Glaskeramik, die als Glaskeramik mit geringer Aus dehnung bekannt ist, ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aufweist, kann ein Reflektorspiegel mit hoher Hitzebeständigkeit aus dieser Glaskeramik gebildet werden.
Das US-Patent Nr. 5.786.286 offenbart ein Reflektorspiegelsubstrat, das aus einer anderen Art Glaskeramik gebildet ist. Anders als das zuvor genannte Reflektorspiegelsubstrat wird das in diesem Patent offenbarte Substrat nicht bei hohen Temperaturen verwendet. Das Substrat ist aus Glaskeramik gebildet, die Hexacelsian als eine primäre Kristallphase enthält, einen Kristallinitätsgrad von etwa 50% und einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten α (× 10^–7/°C) von 78 bis 88 aufweist.
Im Laufe der Bildung des zuvor genannten Substrats müssen Glasrohmaterialien der Glaskeramiken bei einer Temperatur von 1.500°C oder mehr geschmolzen werden, da die Glasrohmaterialien hohe Schmelzpunkte aufweisen. Die Substrate werden mittels eines Formverfahrens wie Pressformen, Walzformen, Gießen oder Blasformung gebildet. Bei solchen formgebenden Verfahren wird, da Glasrohmaterialien vor dem Formen des Substrats bei 1.500°C oder mehr geschmolzen werden, die Oberfläche einer einzusetzenden Formmatrize oxidiert und die Oberfläche bereits sehr früh aufgeraut, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Formmatrize führt.
Insbesondere wenn die Oberfläche einer Formmatrize aufgeraut wird, weist das resultierende Substrat nicht die erwünschte Oberflächenrauigkeit auf. Wird die Oberfläche der Formmatrize aufgeraut, um einem zu bildenden Substrat eine vorbestimmte Oberflächenrauigkeit zu verleihen, so muss die Formmatrize sehr bald gegen eine neue Formmatrize ausgetauscht werden, was zu einem starken Anstieg der für die Herstellung einer großen Anzahl an auszutauschenden Formmatrizen erforderlichen Kosten und der für die Durchführung des Formmatrizenaustauschs erforderlichen Kosten führt.
Die US 4.341.872 beschreibt eine Glaskeramik, die eine Nephelin-Kristallphase mit einer optionalen zweiten Celsian- oder Hexacelsian-Kristallphase aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
In der JP-A-2002-109.923 schlug der Anmelder dieser Patentanmeldung einen Reflektorspiegel mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit vor, worin das Substrat des Spiegels aus Glaskeramik gebildet ist, die Primärkomponenten enthält, die sich von jenen der Glaskeramik mit einer festen β-Spodumenlösung und einer festen β-Eukryptitlösung unterscheiden, und ähnliche Hitzebeständigkeit wie die Glaskeramik aufweist.
Der Reflektorspiegel umfasst ein Glaskeramiksubstrat und eine dünne Reflexionsfolie, die auf dem Substrat aufgebracht ist. Das Substrat ist aus Glaskeramik gebildet, die Celsian als eine primäre Kristallphase aufweist und SiO₂, Al₂O₃ und BaO als Primärkomponenten und TiO₂ als eine Kristallkeimkomponente und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α (× 10^–7/°C) von 30 bis 45 aufweist. Der Reflektorspiegel weist die obigen Probleme nicht auf, die im Zusammenhang mit der Bildung eines Reflektorspiegelsubstrats genannt wurden, und zeigt ausgezeichnete Hitzebeständigkeit.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten weitere Untersuchungen an der Glaskeramik, die Celsian als eine primäre Kristallphase aufweist und SiO₂, Al₂O₃ und BaO und TiO₂ als Primärkomponenten enthält, durch, wobei die Glaskeramik das zuvor erwähnte Reflektorspiegelsubstrat bildete, und fanden heraus, dass Li₂O, das als eine spezifische Modifikationskomponente dient, bei Glaskeramik stark zur Kristallbildung beiträgt und dass Glaskeramik, die keine Hexacelsiankristalle oder nur sehr geringe Mengen an Hexacelsiankristallen enthielt, d. h. Glaskeramik, deren Kristallphase im Wesentlichen aus Celsian alleine besteht, durch Variieren des Li₂O-Gehalts der Glaskeramik erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung baut auf diesem Ergebnis auf. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein sehr nützliches Glasmaterial zur Bildung von Gerätebauteilen bereitzustellen, das ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, mechanische Festigkeit und optische Eigenschaften aufweist; und ein Substrat bereitzustellen, das aus dem Glasmaterial gebildet ist und einen hochqualitativen Reflektorspiegel darstellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glaskeramik, und gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Glaskeramik nach Anspruch 1 bereitgestellt. K₂O kann als eine weitere Modifikationskomponente verwendet werden, wobei sich die Menge von K₂O auf 1,5 Gew.-% oder weniger beläuft.
Jede der Glaskeramiken der vorliegenden Erfindung kann auch eine oder mehrere Modifikationskomponenten, ausgewählt aus der aus Na₂O, P₂O₅, B₂O₃, Sb₂O₃, ZnO und Bi₂O₃ bestehenden Gruppe, umfassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Reflektorspiegelsubstrat. Das Reflektorspiegelsubstrat der vorliegenden Erfindung ist ein Substrat, auf das eine dünne Reflexionsfolie aufgetragen wird, um dadurch einen Reflektorspiegel zu bilden, wobei das Substrat aus der Glaskeramik der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Im Reflektorspiegelsubstrat der vorliegenden Erfindung weist die das Substrat darstellende Glaskeramik vorzugsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α (× 10^–7/°C) von 30 bis 45 und eine Kristallkorngröße von 0,1 bis 1 μm auf.
Das Reflektorspiegelsubstrat der vorliegenden Erfindung kann eine Biegefestigkeit von 125 bis 155 MPa bei Raumtemperatur, 145 bis 175 MPa bei 300°C und 180 bis 220 MPa bei 600°C sowie einen Elastizitätsmodul von 80 bis 85 GPa bei Raumtemperatur, 70 bis 75 GPa bei 300°C und 35 bis 40 GPa bei 600°C aufweisen.
Im Reflektorspiegelsubstrat der vorliegenden Erfindung beträgt die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik tritt, zumindest 800 nm, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist, und die Wellenlänge von Licht, das bei einer Durchlässigkeit von 50% durch die das Substrat darstel lende Glaskeramik durchtritt, beträgt zumindest 850 nm, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist.
Das Reflektorspiegelsubstrat der vorliegenden Erfindung kann eine Biegefestigkeit von 125 bis 155 MPa bei Raumtemperatur, 145 bis 175 MPa bei 300°C und 180 bis 220 MPa bei 600°C sowie einen Elastizitätsmodul von 80 bis 85 GPa bei Raumtemperatur, 70 bis 75 GPa bei 300°C und 35 bis 40 GPa bei 600°C aufweisen, worin die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik tritt, zumindest 800 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist, und die Wellenlänge von Licht, das bei einer Durchlässigkeit von 50 durch die das Substrat darstellende Glaskeramik durchtritt, zumindest 850 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist.
Im Reflektorspiegelsubstrat der vorliegenden Erfindung, das die zuvor genannten Eigenschaften und weiters das eine Dicke von 3 bis 6 mm aufweist, beträgt die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik durchtritt, zumindest 850 nm, und vorzugsweise beträgt die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik durchtritt, zumindest 1.000 nm.
In der Glaskeramik der vorliegenden Erfindung unterstützen geringe Mengen an Li₂O, das als eine wesentliche Modifikationskomponente dient, die Schmelzbarkeit des Glases, fördern Ausfällung von Celsiankristallen und steigern die Wachstumsgeschwindigkeit der Celsiankristalle. Daher sinkt durch die synergistischen Effekte der Primärkomponenten und der Modifikationskomponente der Schmelzpunkt des Glasrohmaterials der Glaskeramik auf 1.450°C oder weniger, was erheblich niedriger ist als der Schmelzpunkt des Glasrohmaterials der zuvor erwähnten, herkömmlichen Glaskeramik, d. h. 1.500°C oder mehr. Die Glaskeramik besteht im Wesentlichen aus einer Celsiankristallphase alleine, sofern sie eine Kristallisationstemperatur von zumindest nur 800°C aufweist. Die Glaskeramik der vorliegenden Erfindung kann eine geringe Menge an K₂O umfassen, das als eine Modifikationskomponente zusammen mit Li₂O zugesetzt wird, um die Wirkung von Li₂O zu unterstützen.
Daher ist die Glaskeramik der vorliegenden Erfindung ein äußerst nützliches Glasmaterial zur Bildung verschiedener Gerätebauteile, die ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, mechanische Festigkeit und optische Eigenschaften aufweisen, und ist ein geeignetes Material zur Bildung solcher Gerätebauteile. Die Glaskeramik ist ein geeignetes Material zur Bildung beispielsweise eines Reflektorspiegelsubstrats, das im Allgemeinen aus einem Glasmaterial gebildet wird.
Wenn die Glaskeramik zu einem Gerätebauteil geformt wird, so kann die Schmelztemperatur des Glasrohmaterials der Glaskeramik auf 1.450°C oder darunter bestimmt werden, was erheblich weniger ist als jene für herkömmliches Glasrohmaterial (d. h. 1.500°C oder höher). Daher kann Oxidation der Oberfläche einer einzusetzenden Formmatrize im Laufe des Formens des Gerätebauteils, die auf das Erhitzen auf hohe Temperaturen zurückzuführen ist, sowie frühzeitiges Aufrauen der Oberfläche der Matrize vermieden werden, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Formmatrize führt. Durch dieses Verlängern der Lebensdauer der Formmatrize kann die Häufigkeit des Austauschens von Formmatrizen reduziert und die Anzahl an Formmatrizen, die als Ersatzmatrizen hergestellt werden, sogar extrem reduziert werden, was zu einer Kostenreduktion im Bereich der Herstellung der Formmatrizen und der Durchführung des Matrizenaustausches führt.
Da das Aufrauen der Oberfläche der Formmatrize vermieden werden kann, sind weiters folgende Vorteile zu verzeichnen: die Rauigkeit der Oberfläche der Formmatrize, die gemäß der für den zu formenden Gerätebauteil erwünschten Oberflächenrauigkeit festgelegt wird, kann über eine lange Zeitspanne hinweg aufrechterhalten werden; ein Gerätebauteil mit einer erwünschten Oberflächenrauigkeit kann leicht gebildet werden; und Gerätebauteile mit einer geeigneten Oberflächenrauigkeit können über eine lange Zeitspanne hinweg zuverlässig gebildet werden.
Die Glaskeramik der vorliegenden Erfindung ist ein geeignetes Material zur Bildung eines Substrats, auf das eine dünne Reflexionsfolie aufgetragen wird, um dadurch einen Reflektorspiegel (d. h. ein Reflektorspiegelsubstrat) zu bilden. Der Wärmeaus dehnungskoeffizient α (× 10^–7/°C) der Glaskeramik zur Bildung des Reflektorspiegelsubstrats kann auf einen Wert von 30 bis 45 bestimmt werden, und die Kristallkorngröße der Glaskeramik auf 0,1 bis 1 μm. Daher weist das Reflektorspiegelsubstrat weiters ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, thermische Eigenschaften und optische Eigenschaften auf. Ein Reflektorspiegel, der das Substrat umfasst, wird geeigneterweise für eine hochfunktionelle Lichtquellenlampe mit hoher Leuchtdichte eingesetzt, die eine erhebliche Wärmemenge erzeugt, und der Reflektorspiegel kann über eine lange Zeitspanne verwendet werden.
In der vorliegenden Erfindung können, wenn Zusammensetzungen aus Glasrohmaterialien variiert und Kristallisationstemperatur usw. reguliert werden, verschiedene Glaskeramiken mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie beispielsweise mit unterschiedlichen Werten für Biegefestigkeit, Elastizitätsmodul und Lichtdurchlässigkeit, gebildet werden. Durch Auswahl einer außergewöhnlich hochwertigen Glaskeramik aus Glaskeramiken unterschiedlicher Eigenschaften kann ein hochqualitatives Reflektorspiegelsubstrat mit den nachstehend beschriebenen Eigenschaften bereitgestellt werden.
Es kann ein Reflektorspiegelsubstrat mit hoher Beständigkeit und ausgezeichneten mechanischen und thermischen Eigenschaften gebildet werden, das eine Biegefestigkeit von 125 bis 155 MPa bei Raumtemperatur, 145 bis 175 MPa bei 300°C und 180 bis 220 MPa bei 600°C sowie einen Elastizitätsmodul von 80 bis 85 GPa bei Raumtemperatur, 70 bis 75 GPa bei 300°C und 35 bis 40 GPa bei 600°C aufweist.
Auch kann ein Reflektorspiegelsubstrat gebildet werden, das außergewöhnliche optische Eigenschaften aufweist, worin die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik tritt, zumindest 800 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist, und die Wellenlänge von Licht, das bei einer Durchlässigkeit von 50% durch die das Substrat darstellende Glaskeramik durchtritt, zumindest 850 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist.
Auch kann ein Reflektorspiegelsubstrat gebildet werden, das alle zuvor genannten Eigenschaften aufweist; d. h. ein Reflektorspiegelsubstrat, das ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, thermische Eigenschaften und optische Eigenschaften aufweist, das eine Biegefestigkeit von 125 bis 155 MPa bei Raumtemperatur, 145 bis 175 MPa bei 300°C und 180 bis 220 MPa bei 600°C sowie einen Elastizitätsmodul von 80 bis 85 GPa bei Raumtemperatur, 70 bis 75 GPa bei 300°C und 35 bis 40 GPa bei 600°C aufweist, worin die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik tritt, zumindest 800 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist, und die Wellenlänge von Licht, das bei einer Durchlässigkeit von 50% durch die das Substrat darstellende Glaskeramik durchtritt, zumindest 850 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist.
In Anbetracht der Merkmale des zuvor erwähnten Reflektorspiegelsubstrats weist ein am meisten bevorzugtes Reflektorspiegelsubstrat alle zuvor erwähnten Eigenschaften auf und hat eine Dicke von 3 bis 6 mm, worin die kürzeste Wellenlänge von Licht, die durch die das Substrat darstellende Glaskeramik durchtritt, zumindest 850 nm, vorzugsweise zumindest 1.000 nm, beträgt. Das Reflektorspiegelsubstrat weist weiters ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, thermische Eigenschaften und optische Eigenschaften auf.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das die Anteile der Komponenten von Glasrohmaterialien sowie die Schmelzbarkeit und Kristallisationseigenschaft der Glasrohmaterialien zeigt, wenn sie bei 1.500°C geschmolzen werden.
2 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Untersuchung hinsichtlich der Anteile der Komponenten der Glasrohmaterialien in der ersten Zone (1) und der zweiten Zone (2), gezeigt in der graphischen Darstellung aus 1, zeigt.
3 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Menge von Li₂O, das ein Glasprodukt darstellt, und der Kristallisationstemperatur und der Kristallphase des Glasprodukts zeigt, wenn die Menge von K₂O, das das Glasprodukt darstellt, 0,5 Gew.-% oder weniger beträgt.
4 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Menge von K₂O, das ein Glasprodukt darstellt, und der Kristallisationstemperatur und der Kristallphase des Glasprodukts zeigt, wenn die Menge von Li₂O, das das Glasprodukt darstellt, konstant ist (0,4 Gew.-%).
5 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen der inneren Oberfläche eines aus einer Glaskeramik gebildeten Produkts.
6 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen der inneren Oberfläche des Produkts, das bei einer anderen Temperatur kristallisiert worden ist als in 5.
7 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen der inneren Oberfläche des Produkts, das bei einer anderen Temperatur kristallisiert worden ist als in den 5 und 6.
8 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen der inneren Oberfläche eines anderen Produkts, das aus einer Glaskeramik einer anderen Zusammensetzung gebildet ist.
9 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen der inneren Oberfläche des anderen Produkts, wobei die mikroskopischen Aufnahmen unter einer anderen Vergrößerung aufgenommen wurden.
10 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der kürzesten Wellenlänge von Licht, das durch ein aus einer Glaskeramik gebildetes Produkt tritt, und der Dicke dieses Produkts zeigt.
11 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Wellenlänge und der Durchlässigkeit von Licht, das durch ein aus einer Glaskeramik gebildetes Produkt tritt, zeigt.
12 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Wellenlänge und der Durchlässigkeit von Licht, das durch ein aus einer Glaskeramik gebildetes Produkt tritt, zeigt.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Glaskeramik der vorliegenden Erfindung weist ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, mechanische Festigkeit und optische Eigenschaften auf und ist ein äußerst nützliches Glasmaterial zur Bildung eines Gerätebauteils, der solche Eigenschaften aufzuweisen hat.
Das Reflektorspiegelsubstrat der vorliegenden Erfindung wird aus der Glaskeramik der vorliegenden Erfindung gebildet, weist ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, mechanische Festigkeit und optische Eigenschaften auf und ist als ein Substrat eines Reflektorspiegels, der diese Eigenschaften aufzuweisen hat, äußerst nützlich.
Die Erfinder der vorliegenden Beschreibung konzentrierten sich auf das Erfordernis, dass, um einem Reflektorspiegel, der zusammen mit einer Lichtquellenlampe, die auf den Spiegel montiert ist, einen Beleuchtungskörper darstellt, ausgezeichnete Eigenschaften zu verleihen, der Reflektorspiegel aus einem Substrat gebildet werden muss, das ausgezeichnete Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, mechanische Festigkeit und optische Eigenschaften aufweist, und das Substrat selbst aus einem Material gebildet werden muss, das ausgezeichnete Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, mechanische Festigkeit und optische Eigenschaften aufweist. In Anbe tracht des Gesagten führten die Erfinder der vorliegenden Beschreibung Untersuchungen an einem Material durch, das zur Bildung des Reflektorspiegelsubstrat geeignet ist.
Auf Grundlage der Erkenntnis, dass eine Glaskeramik ein geeignetes Material zur Bildung eines Reflektorspiegelsubstrats ist, konzentrierten sich die Erfinder der vorliegenden Beschreibung auf ein Glasmaterial auf SiO₂-Al₂O₃-BaO-Basis, das eine Celsian-Kristallphase enthaltende Glaskeramik darstellt, und führten Tests durch, um den Zusammenhang zwischen den Komponenten des Glasmaterials, der Kristallphase und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten α zu untersuchen.
1 zeigt die Ergebnisse der Tests und ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen den Anteilen der Komponenten von Glasrohmaterialien und der Schmelzbarkeit und Kristallisationseigenschaft der Glasrohmaterialien zeigt. Das Diagramm zeigt die Resultate der Tests, in denen Glasrohmaterialien, die SiO₂, Al₂O₃ und BaO als Primärkomponenten (Gesamtmenge: 100 Gew.-%) und TiO₂ als eine Kristallkeimkomponente (14 Gew.-%: aus der oben genannten Gesamtmenge ausgeschlossen) enthalten, bei 1.500°C geschmolzen werden. Das Diagramm zeigt sieben spezifische Zonen, d. h. eine erste Zone (1), eine zweite Zone (2), eine dritte Zone (3), eine vierte Zone (4), eine fünfte Zone (5), eine sechste Zone (6) und eine siebente Zone (7), wobei die sieben Zonen den bei 1.450°C bis 1.500°C geschmolzenen Glasrohmaterialien entsprechen.
Obwohl Glasrohmaterialien in der ersten Zone (1) bei 1.450°C geringfügig schlechtere Schmelzbarkeit aufweisen, werden sie eingestuft als Materialien mit ausgezeichneter Kristallisationseigenschaft und Hitzebeständigkeit. Glasmaterialien der zweiten Zone (2) weisen gute Schmelzbarkeit auf. Obwohl ein Glasrohmaterial in der dritten Zone (3) gute Schmelzbarkeit aufweist, zerstreut es sich im Laufe des Schmelzvorgangs. Obwohl Glasrohmaterialien in der vierten Zone (4) gute Schmelzbarkeit aufweisen, kristallisieren sie unverzüglich, wenn sie zu Produkten geformt werden. Obwohl Glasrohmaterialien der fünften Zone (5) gute Schmelzbarkeit auf weisen, kristallisieren Produkte, die aus diesen Materialien gebildet werden, beim schrittweisen Abkühlen aus. Glasmaterialien in der sechsten Zone (6) weisen bei 1.450°C schlechte Schmelzbarkeit auf. Ein Glasrohmaterial in der siebenten Zone (7) weist schwache Schmelzbarkeit auf und schmilzt bei 1.450°C nicht.
Weitere detaillierte Untersuchungen wurden an Glasrohmaterialien in der ersten Zone (1) und der zweiten Zone (2) durchgeführt, von denen angenommen wird, dass sie ausgezeichnete Eigenschaften aufweisen. 2 ist ein Diagramm der Ergebnisse dieser Untersuchungen. 2 zeigt die Ergebnisse dieser Untersuchungen in Bezug auf die Anteile der Komponenten der Glasrohmaterialien in der ersten Zone (1) und der zweiten Zone (2), die auch im Diagramm von 1 gezeigt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass, obwohl alle Glasrohmaterialien in der zweiten Zone (2) bei 1.450°C gute Schmelzbarkeit aufweisen, das Produkt weich und verformt wird und der dicke zentrale Teil des Produkts nur unzureichend kristallisiert, wenn dieses Produkt (d. h. ein Substrat), das aus dem Material gebildet wird, Kristallisationsbehandlung (Wärmebehandlung) bei 900°C unterzogen wird.
Die Ergebnisse zeigen auch, dass, obwohl die Glasrohmaterialien der ersten Zone (1) bei 1.450°C geringfügig schlechtere Schmelzbarkeit aufweisen, diese Materialien gute Schmelzbarkeit bei 1.500°C und ausgezeichnete Kristallisationseigenschaft und Hitzebeständigkeit aufweisen. Wird die Gesamtmenge von SiO₂, Al₂O₃ und BaO der Glasrohmaterialien in der ersten Zone (1) als 100 Gew.-% angenommen, so belaufen sich die Anteile dieser Komponenten auf die folgenden Werte: SiO₂: 50 bis 55 Gew.-%, Al₂O₃: 15 bis 20 Gew.-%, und BaO: 30 bis 35 Gew.-%
Auf Grundlage der zuvor erwähnten Testergebnisse konzentrierten sich die Erfinder der vorliegenden Erfindung auf ein Glasmaterial auf SiO₂-Al₂O₃-BaO-Basis und führten weitere Untersuchungen in Bezug auf eine Reduktion des Schmelzpunktes eines Glasrohmaterials, das SiO₂, Al₂O₃, BaO und TiO₂ als Primärkomponenten enthielt, in Bezug auf die Kristallisationseigenschaft eines Produkts, das aus diesem Glasrohmaterial gebildet wurde, und in Bezug auf die Hitzebeständigkeit des Pro dukts nach Kristallisation durch. Als Ergebnis der Untersuchungen konnten die Erfinder die nachstehend beschriebenen Vorteile erkennen.
Wird zumindest Li₂O als eine Modifikationskomponente in ein Glasrohmaterial eingebunden, das die zuvor erwähnten Komponenten als Primärkomponenten enthält, kann der Schmelzpunkt des Glasrohmaterials auf 1.450°C oder weniger gesenkt werden, was erheblich weniger als 1.500°C ist. Ein Glasprodukt, das aus dem Glasrohmaterial mit solch einem niedrigen Schmelzpunkt gebildet wird, kann durch Wärmebehandlung zu einer Glaskeramik umgesetzt werden, die Celsian als eine primäre Kristallphase enthält, und kann zu einem Produkt gebildet werden, das hohe Hitzebeständigkeit aufweist, d. h. zu einem Produkt mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α(× 10^–7/°C) von 30 bis 45. Wird darüber hinaus die Heiztemperatur, d. h. die Kristallisationstemperatur, reguliert, so kann das Glasprodukt zu einem Produkt gebildet werden, das weiters ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und optische Eigenschaften aufweist.
Ein sehr geringer Anteil an Li₂O (einer Modifikationskomponente), die in das Glasrohmaterial eingebunden ist, verbessert die Schmelzbarkeit des Glasrohmaterials, fördert das Ausfällen von Celsiankristallen und steigert die Wachstumsgeschwindigkeit der Celsiankristalle. Der Li₂O-Gehalt des Glasrohmaterials beträgt vorzugsweise 0,05 bis 1,0 Gew.-%. Beträgt der Li₂O-Gehalt weniger als 0,05 Gew.-%, so ist die Schmelzbarkeit des Glasrohmaterials beeinträchtigt, während ein Li₂O-Gehalt über 1,0 Gew.-% zu einer Beeinträchtigung der Entglasungseigenschaft (optischen Eigenschaft) während des Formens führt.
Werden zumindest Li₂O und K₂O, die als Modifikationskomponenten dienen, in ein Glasrohmaterial eingebunden, das die zuvor erwähnten Komponenten als Primärkomponenten enthält, so wirkt Li₂O im Glasrohmaterial wie zuvor erwähnt, und eine geringe Menge an K₂O unterstützt diese Wirkung von Li₂O. Der K₂O-Gehalt des Glasrohmaterials beträgt vorzugsweise 1,5 Gew.-% oder weniger. Ist der K₂O-Gehalt hoch, so wird die Ausfällung sowohl von Hexacelsiankristallen als auch von Celsian kristallen gefördert, was zu einer Beeinträchtigung von Hitzebeständigkeit und mechanischer Festigkeit führt. Daher beträgt der K₂O-Gehalt vorzugsweise 1,5 Gew.-% oder weniger, noch bevorzugter 0,0 bis 1,0 Gew.-%.
Ein Glasrohmaterial, das die zuvor erwähnten Komponenten enthält, hat einen Schmelzpunkt von 1.450°C, das erheblich niedriger als 1.500°C ist. Ein Glasprodukt, das aus dem Glasrohmaterial mit solch einem niedrigen Schmelzpunkt gebildet wird, kann durch Wärmebehandlung zu einer Glaskeramik umgesetzt werden, deren Kristallphase im Wesentlichen aus Celsian alleine besteht, und kann zu einem Produkt gebildet werden, das hohe Hitzebeständigkeit aufweist, d. h. zu einem Produkt mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α (× 10^–7/°C) von 30 bis 45. Da die Größe der Kristallkörner in der Glaskeramik des Glasprodukts auf 0,1 bis 1 μm reduziert werden kann, d. h. sehr feine Kristallkörner erhalten werden können, kann weiters die Reflexionseigenschaft des Glasprodukts beachtlich gesteigert werden.
Werden Zusammensetzungen von Glasrohmaterial variiert und ist die Kristallisationstemperatur etwa im Bereich von beispielsweise 800 bis 900°C geeignet reguliert, können in der vorliegenden Erfindung verschiedene Glaskeramiken mit unterschiedlichen Eigenschaften wie Biegefestigkeit, Elastizitätsmodul und Durchlässigkeit gebildet werden. Durch die Auswahl einer außergewöhnlich hochwertigen Glaskeramik für einen Reflektorspiegel aus den Glaskeramiken mit unterschiedlichen Eigenschaften ist das Bereitstellen eines hochqualitativen Reflektorspiegelsubstrats möglich. Solch ein Glasrohmaterial, das die zuvor erwähnten Komponenten enthält, kann zusätzlich zu Li₂O und K₂O eine oder mehrere aus der aus Na₂O, B₂O₃, Sb₂O₃, ZnO und Bi₂O₃ bestehenden Gruppe ausgewählten Modifikationskomponenten enthalten.
Auf ähnliche Weise wie im Fall der Bildung eines Glasprodukts aus einem typischen Glasrohmaterial wird ein Glasrohmaterial, das die zuvor erwähnten, spezifischen Komponenten enthält, geschmolzen und in eine Formmatrize gegeben, wonach es mittels eines formgebenden Verfahrens, wie Pressformen, Walzformen, Gießen oder Blasverformen, zu einem Glasprodukt mit derselben Form wie ein Substrat geformt wird. Ist das Glasprodukt geformt, kann in Anbetracht des Schmelzpunkts des Materials die Schmelztemperatur des Glasrohmaterials auf 1.450°C oder weniger eingestellt werden.
Da die Schmelztemperatur des Glasrohmaterials wie oben beschrieben reguliert werden kann, kann im Verlauf der Bildung des Glasprodukts das Oxidieren der Oberfläche der Matrize vermieden werden, wodurch ein Aufrauen der Oberfläche der Matrize in hohem Maße vermieden werden kann. Dadurch kann eine geeignete Oberflächenrauigkeit der Formmatrize, die an die Oberflächenrauigkeit des Glasprodukts geeignet angepasst ist, über eine lange Zeitspanne hinweg aufrechterhalten werden, und die Oberflächenrauigkeit des Glasprodukts kann auf einen erwünschten Wert, beispielsweise 0,03 μm oder weniger, reguliert werden, der für ein Reflektorspiegelsubstrat. erforderlich ist. Wie hierin verwendet bezieht sich die Bezeichnung "Oberflächenrauigkeit" auf die "durchschnittliche Mittellinien-Rauigkeit Ra", wie sie durch JIS B0601 spezifiziert ist.
Ein Reflektorspiegelsubstrat kann durch folgendes Verfahren gebildet werden: ein Glasrohmaterial, das die zuvor erwähnten Komponenten enthält, wird geschmolzen und zu einem Glasprodukt geformt; das resultierende Glasprodukt wird einer Wärmebehandlung unterzogen, um dadurch das das Produkt darstellende Glas zu kristallisieren. Die Kristallisationsbehandlung des Glasprodukts erfolgt in einem Heizofen. Typischerweise wird das Glasprodukt bei einer Geschwindigkeit von 100 bis 300°C/h auf eine Temperatur unter der Erweichungstemperatur von Glas (z. B. 600 bis 750°C) erhitzt, und die Wärmebehandlung erfolgt eine bis drei Stunden lang bei dieser Temperatur; anschließend wird das Glasprodukt weiter auf 800 bis 1.100°C erhitzt, und die Wärmebehandlung erfolgt eine bis drei Stunden bei dieser Temperatur. Die letztgenannte Wärmebehandlung ist die Hauptkristallisationsbehandlung, und die Temperatur, bei der die Kristallisationsbehandlung durchgeführt wird, wird als "Kristallisationstemperatur" bezeichnet.
Mittels dieser Wärmebehandlung werden feine, gleichförmige Kristalle in dem das Glasprodukt darstellenden Glas erzeugt, und das Glasprodukt wird zu einer Glaske ramik (d. h. einem Substrat) umgesetzt, die keine Hexacelsiankristalle oder nur sehr kleine Mengen an Hexacelsiankristallen enthält; d. h. zu einer Glaskeramik, deren Kristallphase im Wesentlichen aus Celsian alleine besteht. Wird die Menge von Li₂O oder werden die Mengen von Li₂O und K₂O im Glasprodukt geeignet variiert und wird die Wärmebehandlungstemperatur (Kristallisationstemperatur) geeignet bestimmt, so kann das Glasprodukt zu einer Glaskeramik umgesetzt werden, die aus einer Celsiankristallphase allein gebildet ist und die keine Hexacelsiankristallphase enthält.
Ein vielschichtiger dünner Reflexionsfilm wird auf der Oberfläche des Substrats (Reflektorspiegelsubstrats) mittels eines typischen Verfahrens aufgetragen, um so einen Reflektorspiegel zu bilden. Der so gebildete Reflektorspiegel reflektiert streuendes Licht mit hohem Reflexionsgrad und lässt Infrarotstrahlen durch. Die Infrarotstrahlen, die durch den Reflektorspiegel hindurchtreten, werden durch die Kristallstruktur der Glaskeramik gestreut, wodurch ein Ansteigen der Temperatur von Gerätebauteilen, die an der Rückseite des Reflektorspiegels angebracht sind, verhindert wird.
Das Reflektorspiegelsubstrat der vorliegenden Erfindung ist aus einer Glaskeramik gebildet, die im Wesentlichen eine Kristallphase aus Celsian alleine enthält, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α (× 10^–7/°C) von nur 30 bis 45 hat und ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aufweist. Daher zeigt der Reflektorspiegel ausgezeichnete Temperaturschockresistenz und kann bei hohen Temperaturen eingesetzt werden. Da die Größe der Kristallkörner in der Glaskeramik, die das Substrat darstellt, auf 0,1 bis 1,0 μm reduziert werden kann, d. h. da sehr feine Kristallkörner erhalten werden können, kann darüber hinaus der Reflexionsgrad des Reflektorspiegel noch weiter verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein erstes hochqualitatives Reflektorspiegelsubstrat von hoher Beständigkeit bereit, das ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und thermische Eigenschaften hat und eine Biegefestigkeit von 125 bis 155 MPa bei Raumtemperatur, von 145 bis 175 MPa bei 300°C und von 180 bis 220 MPa bei 600°C und einen Elastizitätsmodul von 80 bis 85 GPa bei Raumtemperatur, 70 bis 75 GPa bei 300°C und 35 bis 40 GPa bei 600°C aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt weiters ein zweites hochqualitatives Reflektorspiegelsubstrat bereit, das ausgezeichnete optische Eigenschaften aufweist, worin die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch eine das Substrat darstellende Glaskeramik durchtritt, zumindest 800 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist, und die Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik bei einer Durchlässigkeit von 50% durchtritt, zumindest 850 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein drittes hochqualitatives Reflektorspiegelsubstrat bereit, das ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, thermische Eigenschaften und optische Eigenschaften aufweist und eine Biegefestigkeit von 125 bis 155 MPa bei Raumtemperatur, von 145 bis 175 MPa bei 300°C und von 180 bis 220 MPa bei 600°C und einen Elastizitätsmodul von 80 bis 85 GPa bei Raumtemperatur, 70 bis 75 GPa bei 300°C und 35 bis 40 GPa bei 600°C aufweist, worin die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch eine das Substrat darstellende Glaskeramik durchtritt, zumindest 800 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist, und die Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik bei einer Durchlässigkeit von 50% durchtritt, zumindest 850 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Reflektorspiegelsubstrats der vorliegenden Erfindung weist zuvor genannte Biegefestigkeit und Elastizitätsmodul auf und hat eine Dicke von 3 bis 6 mm, und die kürzeste Wellenlänge von Licht, die durch eine das Substrat darstellende Glaskeramik tritt, beträgt 850 nm, vorzugsweise 1.000 nm. Gemäß der vorliegenden Erfindung, sofern die Anteile der Komponenten eines Glasrohmaterials geeignet variiert werden und die Kristallisationstemperatur geeignet bestimmt ist, kann solch ein bevorzugtes Reflektorspiegelsubstrat leicht gebildet werden.
Ein Glasrohmaterial mit einem Schmelzpunkt von 1.450°C oder darunter kann zur Bildung des Reflektorspiegelsubstrats eingesetzt werden. Wird solch ein Glasrohmaterial eingesetzt, so kann im Laufe der Bildung eines Glasprodukts die Schmelztemperatur des Glasmaterials auf 1.450°C oder darunter herabgesetzt werden, was beträchtlich geringer ist als die Schmelztemperatur eines typischen Glasrohmaterials (d. h. 1.500°C).
Da eine Formmatrize, die zum Formen des Substrats eingesetzt wird, nicht bei einer so hohen Temperatur wie zumindest 1.500°C verwendet wird, kann daher die Oxidation an der Oberfläche der Matrize, die dem Erhitzen auf hohe Temperaturen zugeschrieben wird, vermieden werden, was das Aufrauen der Oberfläche unterbindet. Dadurch wird die Lebensdauer der Formmatrize verlängert, was zu einer maßgeblichen Reduktion der Kosten führt, die durch die Herstellung zahlreicher Formmatrizen, die auszutauschen sind, und die Durchführung des Austauschens der Formmatrizen entstehen. Darüber hinaus, da das Aufrauen der Oberfläche der Formmatrize vermieden werden kann, kann die Rauigkeit der Oberfläche der Formmatrize, die gemäß der erwünschten Oberflächenrauigkeit (0,03 μm oder weniger) des Substrats festgelegt wird, über eine lange Zeitspanne hinweg aufrechterhalten werden, und Substrate mit einer Oberflächenrauigkeit von 0,03 μm oder weniger können über eine längere Zeitspanne zuverlässig gebildet werden.
Die das Substrat darstellende Glaskeramik enthält SiO₂, Al₂O₃, BaO und TiO₂, die die Grundstruktur der Glaskeramik bilden. Die Mengen an SiO₂, Al₂O₃, BaO und TiO₂ liegen vorzugsweise innerhalb der Bereiche von 35 bis 55 Gew.-%, 7 bis 25 Gew.-%, 18 bis 38 Gew.-% bzw. 8 bis 15 Gew.-%. Die Menge an Li₂O (eine wesentliche Modifikationskomponente), das in der Glaskeramik enthalten ist, beträgt 0,05 bis 1,0 Gew.-%. K₂O (eine andere Modifikationskomponente) ist vorzugsweise in der Glaskeramik vorhanden.
In der Glaskeramik wirkt K₂O als eine Kristallisationshilfe, doch können je nach K₂O-Gehalt auch Hexacelsiankristalle zusammen mit Celsiankristallen ausfallen. Um daher dafür zu sorgen, dass die das Substrat bildende Glaskeramik im Wesentlichen eine Celsiankristallphase alleine enthält, muss der K₂O-Gehalt der Glaskeramik geeignet festgelegt werden.
Um das Ausfällen von Hexacelsiankristallen auf ein Minimum zu reduzieren, wird der K₂O-Gehalt der Glaskeramik auf 1,5 Gew.-% oder weniger festgelegt, vorzugsweise auf 1 Gew.-% oder weniger, und noch bevorzugter auf 0,5 Gew.-% oder weniger. Da jedoch K₂O die Fähigkeit besitzt, Celsiankristalle bei niedrigen Temperaturen auszufällen, enthält die Glaskeramik vorzugsweise K₂O in einer Menge von zumindest 50 ppm.
Bevorzugte Beispiele zusätzlicher Modifikationskomponenten umfassen ZnO, Bi₂O₃, Na₂O und Sb₂O₃. ZnO reduziert den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glas und steigert die chemische Beständigkeit von Glas. Der ZnO-Gehalt im Glas beträgt vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-%. Bi₂O₃ erleichtert das Schmelzen und Reinigen von Glas und reduziert die Viskosität des Glases, ohne den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu beeinflussen. Der Bi₂O₃-Gehalt im Glas beträgt vorzugsweise 0,5 bis 7 Gew.-%.
Na₂O erleichtert das Schmelzen und Reinigen von Glas, reduziert jedoch die chemische Beständigkeit des Glases und erhöht den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases. Der Na₂O-Gehalt im Glas beträgt vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-%. Sb₂O₃ reagiert mit Sauerstoff aus einem Nitrat bei niedrigen Temperaturen, wodurch Sb₂O₅ gebildet wird, und das resultierende Sb₂O₅ setzt O₂ in geschmolzenem Glas frei, um so das Glas zu reinigen. Der Sb₂O₃-Gehalt im Glas beträgt vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.-%.
Die das Substrat darstellende Glaskeramik enthält eine im Wesentlichen aus Celsiankristallen alleine gebildete Kristallphase. Die Korngröße der Kristalle (Kristallkorngröße) beträgt vorzugsweise 0,1 bis 1 μm, noch bevorzugter 0,1 bis 0,5 μm. Beträgt die Kristallkorngröße weniger als 0,1 μm, so wird die Festigkeit des Substrats, das den Reflektorspiegel darstellt, herabgesetzt, während bei einer Kristallkorngröße über 1 μm ein das Substrat umfassender Reflektorspiegel zur Reduktion der Intensität des durch den Spiegel reflektierten Lichts führt. Beträgt die Kristallkorngröße 0,5 μm, so wird blaues Licht (d. h. Licht mit kurzer Wellenlänge) des reflektierten Lichts gestreut.
In einem das Substrat umfassenden Reflektorspiegel der vorliegenden Erfindung enthält eine das Substrat darstellende Glaskeramik die zuvor erwähnten Komponenten und ist im Wesentlichen aus einer Celsiankristallphase allein gebildet. Der Wärmeausdehnungskoeftizient α (× 10^–7/°C) der Glaskeramik kann 30 bis 45 betragen, und die Kristallkorngröße der Glaskeramik kann sich auf 0,1 bis 1,0 μm belaufen.
Im Vergleich mit dem Reflektorspiegel, der in der zuvor erwähnten Veröffentlichung offenbart ist, die vom Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung davor eingereicht wurde, weist daher der obige Reflektorspiegel verbesserte mechanische Festigkeit auf. Darüber hinaus ist die Oberflächenrauigkeit des Reflektorspiegels durch feine Kristallkörner und gleichförmige Kristallkorngröße weiter verbessert, um dadurch das Polieren der Oberfläche zu reduzieren, und die Hitzebeständigkeit und hitzebeständigen Eigenschaften des Reflektorspiegels sind durch die Glaskeramik verbessert, die im Wesentlichen aus einer Celsiankristallphase allein gebildet ist. Insbesondere ist der Reflektorspiegel hinsichtlich der Schlagfestigkeit unter thermischen Belastungen verbessert, und geeignete optische Eigenschaften wie Reduktion der Durchlässigkeit von sichtbarem Licht kann erreicht werden.
Die Diagramme der 3 und 4 zeigen die Resultate aus Test 3 bzw. Test 4 der nachstehend beschriebenen Beispiele. Das Diagramm von 3 zeigt den Zusammenhang zwischen der Menge an ein Glasprodukt darstellendem Li₂O und der Kristallisationstemperatur und der Kristallphase des Glasprodukts, wenn die Menge von das Glasprodukt darstellendem K₂O 0,5 Gew.-% oder weniger beträgt. Das Diagramm von 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Menge an ein Glasprodukt darstellendem K₂O und der Kristallisationstemperatur und der Kristallphase des Glasprodukts, wenn die Menge von das Glasprodukt darstellendem Li₂O konstant (auf 0,4 Gew.-%) gehalten wird.
Jede dieser Diagramme ist in vier Regionen unterteilt: Region a, Region b, Region C und Region d. In Region a ist eine Celsiankristallphase alleine vorhanden. In Region b sind eine Celsiankristallphase und eine Hexacelsiankristallphase vorhanden, und die Menge an Celsiankristallen ist größer als jene an Hexacelsiankristallen. In Region c sind eine Celsiankristallphase und eine Hexacelsiankristallphase vorhanden, und die Menge an Celsiankristallen ist geringer als jene an Hexacelsiankristallen. In Region d ist eine Hexacelsiankristallphase alleine vorhanden.
Wie in der graphischen Darstellung in 3 gezeigt ist, kann das Glasprodukt durch geeignetes Variieren der Menge an das Glasprodukt darstellendem Li₂O und durch geeignetes Festlegen der Kristallisationstemperatur zu einer Glaskeramik, die nur eine Celsiankristallphase alleine enthält, umgesetzt werden, sofern die Menge an ein Glasprodukt darstellendem K₂O in den Bereich von 0 bis 0,5 Gew.-% fällt. Wie im Diagramm in 4 gezeigt ist, kann das Glasprodukt durch geeignetes Variieren der Menge an das Glasprodukt darstellendem K₂O und durch geeignetes Festlegen der Kristallisationstemperatur zu einer Glaskeramik, die nur eine Celsiankristallphase alleine enthält, umgesetzt werden, sofern die Menge an ein Glasprodukt darstellendem Li₂O konstant gehalten wird. Im Rahmen der Festlegung der Mengen an Li₂O und K₂O und der Kristallisationstemperatur muss die Schmelzbarkeit eines Glasrohmaterials berücksichtigt werden.
Die 5, 6 und 7 zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen der inneren Oberflächen von aus der in Test 3 hergestellten Glaskeramik gebildeten, wannenförmigen Produkten. Die 8 und 9 zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen der inneren Oberflächen anderer wannenförmiger Produkte, die aus in Test 3 hergestellten Glaskeramiken gebildet sind.
Die elektronenmikroskopischen Aufnahmen aus 5 zeigen die Konfiguration der inneren Oberfläche eines wannenförmigen Glasprodukts Nr. 20 (Li₂O-Gehalt: 0,41 Gew.-%, K₂O-Gehalt: 0,49 Gew.-%, Kristallisationstemperatur: 800°C) aus Test 3, an der Öffnung und dem Zentrum des wannenförmigen Produkts aufgenommen wurden. Die elektronenmikroskopischen Aufnahmen aus 6 zeigen die Konfiguration der inneren Oberfläche eines wannenförmigen Glasprodukts Nr. 21 (Li₂O-Gehalt: 0,41 Gew.-%, K₂O-Gehalt: 0,49 Gew.-%, Kristallisationstemperatur: 850°C) aus Test 3, die an der Öffnung und dem Zentrum des wannenförmigen Produkts aufgenommen wurden. Die elektronenmikroskopischen Aufnahmen aus 7 zeigen die Konfiguration der inneren Oberfläche eines wannenförmigen Glasprodukts Nr. 22 (Li₂O-Gehalt: 0,41 Gew.-%, K₂O-Gehalt: 0,49 Gew.-%, Kristallisationstemperatur: 900°C) aus Test 3, die an der Öffnung und dem Zentrum des wannenförmigen Produkts aufgenommen wurden.
Die elektronenmikroskopischen Aufnahmen aus den 8 und 9 zeigen die Konfiguration der inneren Oberfläche eines wannenförmigen Glasprodukts Nr. 25 (Li₂O-Gehalt: 0,00 Gew.-%, K₂O-Gehalt: 0,00 Gew.-%, Kristallisationstemperatur: 900°C) aus Test 3, die an der Öffnung und dem Zentrum des wannenförmigen Produkts aufgenommen wurden. Die elektronenmikroskopischen Aufnahmen aus den 8 und 9 sind mit einer Vergrößerung von 1.000 bzw. 3.000 aufgenommen worden.
In diesen elektronenmikroskopischen Aufnahmen beziehen sich die Ausdrücke "× 1,0 k", "× 3,0 k" und "× 5,0 k" auf eine 1.000fache Vergrößerung, eine 3.000fache Vergrößerung bzw. eine 5.000fache Vergrößerung; die Ausdrücke "20 kV" und "25 kV" beziehen sich auf Beschleunigungsspannungen; und die Ausdrücke "10 μm" und "50 μm" beziehen sich auf Längen der weißen Linien. Ein Vergleich der Kristallkorngrößen auf Grundlage dieser Skalen zeigt, dass die Größe von Kristallkörnern in der inneren Oberfläche des Glasprodukts, das die geeigneten Mengen an Li₂O und K₂O enthalten, wesentlich geringer ist als jene von Kristallkörnern in der inneren Oberfläche des Glasprodukts, das kein Li₂O und K₂O enthält. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kristallkorngröße im ersten Glasprodukt in den Bereich von 0,1 bis 1,0 μm fällt und die Kristallkorngröße im zweiten Glasprodukt 1,0 μm übersteigt.
10 ist ein Diagramm, das spektroskopische Eigenschaften von plattenförmigen Glasprodukten, die aus Glaskeramiken gebildet sind, zeigen. Das Diagramm zeigt den Zusammenhang zwischen der Dicke (mm) plattenförmiger Glasprodukte, den kürzesten Wellenlängen (nm) von Licht, das durch diese Produkte tritt, und Kristallisationstemperaturen, wobei die Produkte verschiedene Dicken aufweisen und unter denselben Bedingungen gebildet und kristallisiert wurden, die für das Glasprodukt Nr. 20 (Kristallisationstemperatur: 800°C), das Glasprodukt Nr. 21 (Kristallisationstemperatur: 850°C) und das Glasprodukt Nr. 22 (Kristallisationstemperatur: 900°C) in Test 3 eingesetzt wurden.
Wie im Diagramm in 10 gezeigt ist, ermöglicht das Regulieren der Kristallisationstemperatur das Bilden unterschiedlicher Glasprodukte, wobei sich die Produkte hinsichtlich der kürzesten Wellenlänge von Licht, das durch sie tritt, unterscheiden. Wird die Kristallisationstemperatur erhöht, so wird darüber hinaus die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch das resultierende Glasprodukt tritt, zu längeren Wellenlängen verschoben. Wird ein Glasprodukt aus Glaskeramik als ein Reflektorspiegelsubstrat eingesetzt, so lässt das Substrat vorzugsweise kein sichtbares Licht oder nur sehr wenig sichtbares Licht durch. In solch einem Reflektorspiegelsubstrat, das bevorzugte optische Eigenschaften aufweist, beträgt die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch eine das Substrat darstellende Glaskeramik tritt, zumindest 800 nm, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist. Die Glaskeramik kann leicht durch Regulieren der Kristallisationstemperatur eines Glasprodukts erhalten werden.
Die 11 und 12 sind Diagramme, die spektroskopische Eigenschaften von plattenförmigen Glasprodukten, die aus Glaskeramik gebildet sind, zeigen. Die Diagramme zeigen den Zusammenhang zwischen den Wellenlängen (nm) von Licht, das durch die plattenförmigen Produkte tritt, und der Durchlässigkeit (%) von Licht, wenn die Produkte eine Dicke von 0,1 mm und 5,0 mm aufweisen und unter denselben Bedingungen gebildet und kristallisiert wurden, die für das Glasprodukt Nr. 21 (Kristallisationstemperatur: 850°C) und das Glasprodukt Nr. 22 (Kristallisationstemperatur: 900°C) in Test 3 eingesetzt wurden.
Wie in den Diagrammen aus den 11 und 12 dargestellt, ermöglicht die Regulierung der Kristallisationstemperatur das Bilden von Glasprodukten mit unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit. Je höher die Kristallisationstemperatur überdies ist, umso geringer fällt die Lichtdurchlässigkeit des resultierenden Produkts aus. Wird ein Glasprodukt aus Glaskeramik als ein Reflektorspiegelsubstrat eingesetzt, so lässt das Substrat vorzugsweise kein sichtbares Licht oder nur sehr wenig sichtbares Licht durch. In solch einem Reflektorspiegelsubstrat, das bevorzugte optische Eigenschaften aufweist, beträgt die Wellenlänge von Licht, das bei einer Durchlässigkeit von 50% durch eine das Substrat darstellende Glaskeramik tritt, zumindest 850 nm, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist. Die Glaskeramik kann leicht durch Regulieren der Kristallisationstemperatur eines Glasprodukts erhalten werden.
Wird die Kristallisationstemperatur von Glasprodukten reguliert, so können Glaskeramiken mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften erhalten werden. Über die Regulierung der Kristallisationstemperatur können Glaskeramikprodukte mit unterschiedlicher Biegefestigkeit (MPa) und unterschiedlichem Elastizitätsmodul (GPa) erhalten werden. Ein Reflektorspiegelsubstrat wird bei beträchtlich hohen Temperaturen, die der Hitze von Lichtquellenlampen zuzuschreiben sind, über eine lange Zeitspanne hinweg verwendet. Daher, wenn auch ein Glaskeramikprodukt als ein Reflektorspiegelsubstrat verwendet wird, hält das Substrat vorzugsweise hohe mechanische Festigkeit über eine lange Zeitspanne hinweg aufrecht. Solch ein Reflektorspiegelsubstrat, das die bevorzugten mechanischen Eigenschaften und thermischen Eigenschaften bereitstellt, weist Biegefestigkeit und Elastizitätsmodul auf, die den folgenden Bedingungen genügen.
Das Reflektorspiegelsubstrat weist eine Biegefestigkeit von 125 bis 155 MPa bei Raumtemperatur, 145 bis 175 MPa bei 300°C und 180 bis 220 MPa bei 600°C sowie einen Elastizitätsmodul von 80 bis 85 GPa bei Raumtemperatur, 70 bis 75 GPa bei 300°C und 35 bis 40 GPa bei 600°C auf. Solch ein bevorzugtes Reflektorspiegelsubstrat kann leicht durch Regulieren der Kristallisationstemperatur erhalten werden.
Beispiel
Im vorliegenden Beispiel wurden verschiedene Glasrohmaterialien, die SiO₂, Al₂O₃, BaO und TiO₂ als Primärkomponenten und Li₂O, K₂O usw. als Modifikationskomponenten enthalten, hergestellt. In den Tests 1, 2, 3 und 4 wurden Glaskeramiken aus Glasrohmaterialien gebildet; Glaseigenschaften der resultierenden Glasprodukte und Glaskeramiken wurden bewertet; und der Zusammenhang zwischen den Mengen an Li₂O und K₂O, der Kristallisationstemperatur und dem Verhältnis nach Menge von Celsiankristallen zu Hexacelsiankristallen wurde bestätigt. Glaskeramiken, die im Wesentlichen aus einer Celsiankristallphase alleine gebildet sind, und Glaskeramiken, die im Wesentlichen aus einer Hexacelsiankristallphase alleine gebildet sind, wurden aus den zuvor gebildeten Glaskeramiken ausgewählt; die Mikrostrukturen der Oberflächen (Reflexionsoberflächen) der ausgewählten Glaskeramiken wurden beobachtet; und die Glaskeramiken wurden einer Messung der mechanischen und optischen Eigenschaften unterzogen.
Test 1
In Test 1 wurden Glasrohmaterialien hergestellt, in denen die Mengen an SiO₂, Al₂O₃, BaO und TiO₂, die als Primärkomponenten dienten, im Wesentlichen konstant gehalten wurden, die Mengen an B₂O₃, ZnO und Li₂O, die als Modifikationskomponenten dienten, im Wesentlichen konstant gehalten wurden, die Menge an Sb₂O₃ gleich null war und die Mengen an K₂O und Na₂O, die als Modifikationskomponenten dienten, geeignet variiert wurden; aus den Glasrohmaterialien wurden Glasprodukte gebildet; und die resultierenden Glasprodukte wurden Wärmebehandlungen (Kristallisationsbehandlungen) bei 800°C, 850°C und 900°C unterzogen, um dadurch Glaskeramiken zu bilden. Die so gebildeten Glasprodukte wurden Messungen der Glaseigenschaften (Schmelzbarkeit, Tg, Td) und des Wärmeausdehnungskoeffizienten (α) unterzogen. Die Glaskeramiken wurden Messungen der Glaseigenschaften unterzogen; d. h. die Mengen an Celsian-(Ce-)Kristallen und Hexacelsian- (HCe-)Kristallen und der Wärmeausdehnungskoeffizient (α) wurden bei den obigen Kristallisationsbehandlungstemperaturen gemessen.
Tabelle 1 zeigt die Komponenten der Glasrohmaterialien, die in Test 1 verwendet wurden, und Tabelle 2 zeigt Eigenschaften der Glasprodukte, die aus den Glasrohmaterialien und den Glaskeramiken gebildet wurden. Die Schmelzbarkeit der Glasprodukte wurde auf Grundlage zweier Werte bewertet: O gute Schmelzbarkeit, x schlechte Schmelzbarkeit (d. h. dass eine geringe Menge einer nicht geschmolzener Substanz beobachtet wurde), und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Die Symbole "Tg" und "Td" in Bezug auf die Eigenschaften der Glasprodukte beziehen sich auf den Glaspunkt (°C) bzw. den Glaserweichungspunkt (°C). Die Symbole "Ce" und "HCe" in Bezug auf die Eigenschaften der Glaskeramiken beziehen sich auf die Intensität (cps) des ersten Reflexes an Celsian und Hexacelsian, der mittels Röntgenbeugung gemessen wurde. Das Verhältnis der höchsten Intensitäten von Celsian und Hexacelsian zeigt direkt das Verhältnis der Mengen an Celsiankristallen und Hexacelsiankristallen.
Tabelle 1 Glasrohmaterialien (Prozentsätze der Komponenten)
Tabelle 2 Glaseigenschaften
Test 2
In Test 2 wurden Glasrohmaterialien hergestellt, in denen die Mengen an SiO₂, Al₂O₃, BaO und TiO₂, die als Primärkomponenten dienten, im Wesentlichen konstant gehalten wurden, die Mengen an B₂O₃, ZnO, Li₂O und Sb₂O₃, die als Modifikationskomponenten dienten, im Wesentlichen konstant gehalten wurden und die Mengen an K₂O und Na₂O, die als Modifikationskomponenten dienten, geeignet variiert wurden; aus den Glasrohmaterialien wurden Glasprodukte gebildet; und die resultierenden Glasprodukte wurden Wärmebehandlungen (Kristallisationsbehandlungen) bei 800°C, 850°C und 900°C unterzogen, um dadurch Glaskeramiken zu bilden. Die so gebildeten Glasprodukte wurden Messungen der Glaseigenschaften (Schmelzbarkeit, Tg, Td) und des Wärmeausdehnungskoeffizienten (α) unterzogen. Die Glaskeramiken wurden Messungen der Glaseigenschaften unterzogen; d. h. die Mengen an Celsian-(Ce-)Kristallen und Hexacelsian-(HCe-)Kristallen und der Wärmeausdehnungskoeffizient (α) wurden bei den obigen Kristallisationsbehandlungstemperaturen gemessen.
Tabelle 3 zeigt die Komponenten der Glasrohmaterialien, die in Test 2 eingesetzt wurden, und Tabelle 4 zeigt die Eigenschaften der Glasprodukte, die aus den Glasrohmaterialien und den Glaskeramiken gebildet wurden. Die Bezeichnungen und Symbole in Tabelle 4 entsprechen jenen aus Tabelle 2.
Tabelle 3 Glasrohmaterialien (Prozentsätze der Komponenten)
Tabelle 4 Glaseigenschaften
Test 3
In Test 3 wurden Glasrohmaterialien hergestellt, in denen die Mengen an SiO₂, Al₂O₃ BaO, TiO₂, ZnO, B₂O₃ und Sb₂O₃ im Wesentlichen konstant gehalten wurden, die Mengen an P₂O₅ und Bi₂O₃ gleich null waren, die Menge an K₂O gleich null oder 0,49 Gew.-% war und die Mengen an Li₂O, K₂O und Na₂O geeignet variiert wurden; aus den Glasrohmaterialien wurden wannenförmige Glasprodukte gebildet, die als Reflektorspiegelsubstrat dienen sollten; und die resultierenden Glasprodukte wurden Wärmebehandlungen (Kristallisationsbehandlungen) bei unterschiedlichen Temperaturen unterzogen, um die die Produkte darstellenden Glassorten zu Glaskeramiken umzusetzen, wodurch Reflektorspiegelsubstrate (Glaskeramikprodukte) gebildet wurden.
Der Zusammenhang zwischen der Kristallisationstemperatur und dem Verhältnis der Kristallphasen der einzelnen resultierenden Glasprodukte wurde gefunden. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 5 und 6 gezeigt. Das Diagramm aus 3 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Li₂O-Gehalt, der Kristallisationstemperatur und dem Verhältnis der Kristallphasen, wenn der K₂O-Gehalt geringer als 0,5 Gew.-% ist. Es wurden elektronenmikroskopische Aufnahmen der inneren Oberflächen mancher Glasprodukte gemacht. Die 5 bis 9 zeigen die elektronenmikroskopischen Aufnahmen.
Tabelle 5 Eigenschaften der Glasprodukte
Tabelle 6 Eigenschaften der Glasprodukte
Test 4
In Test 4 wurden Glasrohmaterialien hergestellt, in denen die Mengen an SiO₂, Al₂O₃, BaO, TiO₂, ZnO, B₂O₃ und Sb₂O₃ im Wesentlichen konstant gehalten wurden, die Mengen an P₂O₅ Und Bi₂O₃ gleich null waren, die Menge an Li₂O konstant gehalten wurde (auf etwa 0,4 Gew.-%) und die Mengen an K₂O und Na₂O geeignet variiert wurden; aus den Glasrohmaterialien wurden wannenförmige Glasprodukte gebildet, die als Reflektorspiegelsubstrate dienen sollten; und die resultierenden Glasprodukte wurden Wärmebehandlungen (Kristallisationsbehandlungen) bei unterschiedlichen Temperaturen unterzogen, um die die Produkte darstellenden Glassorten zu Glaskeramik umzusetzen, wodurch Reflektorspiegelsubstrate (Glaskeramikprodukte) gebildet wurden. Der Zusammenhang zwischen der Kristallisationstemperatur und dem Verhältnis der Kristallphasen der einzelnen resultierenden Glasprodukte wurde gefunden. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 7 und 8 gezeigt. Das Diagramm aus 4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem K₂O-Gehalt, der Kristallisationstemperatur und dem Verhältnis der Kristallphasen, wenn der Li₂O-Gehalt konstant gehalten wird.
Tabelle 7 Eigenschaften der Glasprodukte
Tabelle 8 Eigenschaften der Glasprodukte
Test 5
In Test 5 wurden plattenförmige Glasprodukte (Breite: 4 mm, Länge: 40 mm) mit unterschiedlicher Dicke unter denselben Bedingungen gebildet und kristallisiert, die für die Glasprodukte Nr. 20 (Kristallisationstemperatur: 800°C), Nr. 21 (Kristallisationstemperatur: 850°C) und Nr. 22 (Kristallisationstemperatur: 900°C) in Test 3 eingesetzt wurden, und die mechanischen Eigenschaften, thermischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften der resultierenden Glasprodukte wurden bewertet. Um die mechanischen und thermischen Eigenschaften zu bewerten, wurde ein Glasprodukt (Dicke: 3 mm), das bei einer Kristallisationstemperatur von 850°C kristallisiert wurde, einer Vierpunkt-Biegeprobe (JIS 1601) unterzogen, und Biegefestigkeit und Elastizitätsmodul des Produkts wurden bei unterschiedlichen Temperaturen gemessen. Die Resultate sind in Tabelle 9 gezeigt.
Tabelle 9 Mechanische Eigenschaften
Um die optischen Eigenschaften zu bewerten, wurde für jedes Glasprodukt (Dicke: 0,15 bis 5 mm), das bei Kristallisationstemperaturen von 800°C, 850°C und 900°C kristallisiert worden war, der Zusammenhang zwischen den kürzesten Wellenlängen von Licht, das durch diese Produkte tritt, und der Dicke des Produkts (d. h. die erste optische Eigenschaft) sowie der Zusammenhang zwischen den Wellenlängen von Licht, das durch diese Produkte tritt, und die verschiedenen Grade an Durchlässigkeit von Licht (d. h. die zweite optische Eigenschaft) untersucht. Die Messergebnisse in Bezug auf die erste optische Eigenschaft sind in Tabelle 10 und im Diagramm der 10 gezeigt, und die Messergebnisse in Bezug auf die zweite optische Eigenschaft sind in den Diagrammen der 11 und 12 gezeigt.
Tabelle 10 Die kürzeste Wellenlänge (nm) von Licht, das durch das Glasprodukt tritt

Claims

Glaskeramik, deren Kristallphase aus Celsian alleine besteht, wobei die Glaskeramik die folgende Zusammensetzung aufweist: 35–55 Gew.-% SiO₂; 7–25 Gew.-% Al₂O₃; 18–38 Gew.-% BaO; 8–15 Gew.-% TiO₂; und eine Modifikationskomponente vorhanden ist, die Li₂O und gegebenenfalls K₂O umfasst, worin die Menge an Li₂O im Bereich von 0,05–1,0 Gew.-% und die Menge an K₂O, falls vorhanden, 1,5 Gew.-% oder weniger beträgt.
Glaskeramik nach Anspruch 1, worin die Modifikationskomponente außerdem eine oder mehrere aus Na₂O, P₂O₅, B₂O₃, Sb₂O₃, ZnO und Bi₂O₃ ausgewählte Komponente(n) umfasst.
Reflektorspiegelsubstrat, worauf eine dünne Reflexfolie aufgebracht ist, um so einen Reflektorspiegel herzustellen, wobei das Substrat aus einer Glaskeramik nach Anspruch 1 oder 2 gebildet ist.
Reflektorspiegelsubstrat nach Anspruch 3, worin die Glaskeramik, die das Substrat darstellt, eine Kristallkorngröße von 0,1 bis 1 μm aufweist.
Reflektorspiegelsubstrat nach Anspruch 3 oder 4, das eine Biegefestigkeit von 125 bis 155 MPa bei Raumtemperatur, 145 bis 175 MPa bei 300°C und 180 bis 220 MPa bei 600°C sowie einen Elastizitätsmodul von 80 bis 85 GPa bei Raumtemperatur, 70 bis 75 GPa bei 300°C und 35 bis 40 GPa bei 600°C aufweist.
Reflektorspiegelsubstrat nach Anspruch 4 oder 5, worin die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik tritt, zumindest 800 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist.
Reflektorspiegelsubstrat nach Anspruch 3 oder 4, worin die Wellenlänge von Licht, das bei einer Durchlässigkeit von 50% durch die das Substrat darstellende Glaskeramik durchtritt, zumindest 850 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist.
Reflektorspiegelsubstrat nach Anspruch 3 oder 4, das eine Biegefestigkeit von 125 bis 155 MPa bei Raumtemperatur, 145 bis 175 MPa bei 300°C und 180 bis 220 MPa bei 600°C sowie einen Elastizitätsmodul von 80 bis 85 GPa bei Raumtemperatur, 70 bis 75 GPa bei 300°C und 35 bis 40 GPa bei 600°C aufweist, worin die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik tritt, zumindest 800 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist, und die Wellenlänge von Licht, das bei einer Durchlässigkeit von 50% durch die das Substrat darstellende Glaskeramik durchtritt, zumindest 850 nm beträgt, wenn die Glaskeramik eine Dicke von 0,1 mm aufweist.
Reflektorspiegelsubstrat nach Anspruch 3 oder 4, das eine Dicke von 3 bis 6 mm aufweist, worin die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik tritt, zumindest 850 nm beträgt.
Reflektorspiegelsubstrat nach Anspruch 9, worin die kürzeste Wellenlänge von Licht, das durch die das Substrat darstellende Glaskeramik durchtritt, zumindest 1.000 nm beträgt.
Reflektorspiegelsubstrat nach einem der Ansprüche 3 bis 10, worin die das Substrat darstellende Glaskeramik einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α (× 10^–7/°C) von 30 bis 45 aufweist.