DE69308701T2 - Transparente kristallisierte Glaskeramik mit geringem Ausdehnungskoeffizienten - Google Patents
Transparente kristallisierte Glaskeramik mit geringem AusdehnungskoeffizientenInfo
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Description
- Diese Erfindung betrifft eine kristallisierte Glaskeramik mit einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten zur Verwendung als verschiedene Materialien, für die die Merkmale eines niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und Durchlässigkeit streng erforderlich sind, zum Beispiel als Materialien für optische Teile, Materialien für Rohlinge von Teleskopspiegeln einer großen Ausführung, Materialien für ein Ring-Lasergyroskop, Materialien für Präzisionsteile, wie Teile eines Referenz-Meßgerätes für die Präzisionsmessung, und verschiedene elektronische Materialien.
- Im Fachgebiet sind transparente, kristallisierte Glaskeramiken mit einer niedrigen Ausdehnung bekannt, die durch das Schmelzen eines einen Keimbildner enthaltenden Grundglases aus einem SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-Li&sub2;O-System und der Anwendung einer Wärmebehandlung darauf gebildet werden. Diese kristallisierten Glaskeramiken enthalten im allgemeinen eine feste β-Quarz-Lösung als kristalline Hauptphase und weisen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α x 10-&sup7;/ºC) im Bereich von -10 bis +10 auf.
- Neue Tendenzen in der Industrie bestehen darin, daß höhere und strengere, unten beschriebene Merkmale für die Materialien erforderlich sind, die für die oben beschriebenen Zwecke verwendet werden:
- (1) Die Glaskeramik ist einheitlich und stabil und weist trotz einer Variation der Wärmebehandlungsbedingungen eine niedrige Variation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf.
- (2) Das Grundglas kann leicht geschmolzen und geläutert werden, so daß die Glaskeramik im wesentlichen wenig oder gar nicht Schlieren, Schaum oder Einschlüsse aufweist und eine hochgradige optische Homogenität aufweist.
- (3) Der hergestellte Kristall ist fein, und die Glaskeramik weist eine hervorragende Durchlässigkeit, insbesondere eine hervorragende Lichtdurchlässigkeit im Bereich der sichtbaren Strahlung auf.
- (4) Die Glaskeramik enthält im wesentlichen wenige oder gar keine Na&sub2;O- und K&sub2;O-Bestandteile, da, wenn die Glaskeramik Na&sub2;C- und K&sub2;O-Bestandteile enthält, Ionen dieser Bestandteile im Verlauf der Verarbeitung der Glaskeramik diffundieren und so die Eigenschaften der Glaskeramik beeinträchtigen, was Schwierigkeiten nach sich zieht. Darüber hinaus wird durch diese Bestandteile der Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf ein nicht wünschenswertes Ausmaß erhöht.
- Als eine der oben beschriebenen transparenten, kristallisierten Glaskeramiken mit niedriger Expansion nach dem Stand der Technik offenbart das U.S.-Patent Nr. 3 499 773 ein transparentes, kristallisiertes, selektiv einen opaken Teil bildendes Glaskeramik-Produkt mit niedriger Expansion, das aus einem Grundglas aus einem SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-Li&sub2;C-System erhalten wird, das eines oder mehrere von TiO&sub2;, ZrO&sub2; und SnO&sub2; als Keimbildner enthält und gegebenenfalls eine kleine Menge anderer Bestandteile wie CaO, MgO und BaO enthält. Das U.S.-Patent Nr. 4 285 728 offenbart kristallisierte Glaskeramiken für Rohlinge von Teleskopspiegeln, die aus einem Grundglas aus einem SiO&sub2;- Al&sub2;O&sub3;-Li&sub2;O-(CaO- + MgO- + ZnO- + Na&sub2;O-)System, das TiO&sub2; und ZrO&sub2; als Keimbildner enthält, erhalten wird. Das U.S.-Patent Nr. 4 851 372 offenbart eine transparente, kristallisierte Glaskeramik für-Rohlinge von Teleskopspiegeln, das aus-einem Grundglas aus einem SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-Li&sub2;O-ZnO-BaO-System, das TiO&sub2; und ZrO&sub2; als Keimbildner enthält, erhalten wird, wobei der Wert von α im Temperaturbereich zwischen 0 ºC und 50 ºC im wesentlichen Null wird.
- Die Beschreibungen dieser Veröffentlichungen beschreiben jedoch im besonderen nicht die speziellen Probleme, die durch die vorliegende Erfindung zu lösen sind, insbesondere die oben in (1), (2) und (3) beschriebenen neuen Anforderungen der Industrie. In der Tat sind diese kristallisierten Glaskeramiken nach dem Stand der Technik dahingehend nachteilig, daß die Variation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, die von einer Variation der Wärmebehandlungsbedingungen begleitet wird, groß ist, und daß hohe Temperaturen von 1500 ºC und darüber zum Schmelzen der Grundgläser erforderlich sind, und es folglich schwierig ist, Produkte mit einer hervorragenden optischen Homogenität herzustellen.
- Das U.S.-Patent Nr. 3 380 818 offenbart eine transparente, kristallisierte Glaskeramik mit einer niedrigen Ausdehnung mit einem Liguiduspunkt unterhalb von 2460 ºF und einer Verformbarkeit, die für eine Produktion im großen Maßstab geeignet ist und aus einem Grundglas aus einem SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-Li&sub2;O-Mgo- System, das TiO&sub2; und ZrO&sub2; als Keimbildner enthält, erhalten wird. Das U.S.-Patent Nr. 4 018 612 offenbart eine transparente, kristallisierte, für Kochzwecke verwendete Glaskeramik mit einer hervorragenden Korrosionsschutz-Eigenschaft gegenüber Reinigungsmitteln und einer hervorragenden Infrarot- Durchlässigkeit, die aus einem Grundglas aus einem SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;- Li&sub2;O-MgO-ZnO-System, das TiO&sub2; und ZrO&sub2; als Keimbildner enthält, erhalten wird. Das U.S.-Patent Nr. 4 707 458 offenbart eine transparente, kristallisierte Glaskeramik für ein Ring-Lasergyroskop mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen Null ist und aus einem Grundglas aus einem SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-Li&sub2;O-MgO-ZnO-System, das TiO&sub2; und ZrO&sub2; als Keim bildner enthält, erhalten wird. Weiterhin offenbart die europäische Patentanmeldung Nr. EP-A-0 437 228 eine kristallisierte Glaskeramik, die zur Verwendung als Kochplattenfläche geeignet ist, die sogar bei einer Schnellheiz-Behandlung mit Hinsicht auf eine effiziente Produktion ein im wesentlichen geringfügiges oder gar kein Verziehen aufweist und aus einem Grundglas aus einem SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-Li&sub2;O-MgO-ZnO-BaO- und/oder Sr-O- System, das TiO&sub2; und ZrO&sub2; als Keimbildner enthält, erhalten wird.
- Diese kristallisierten Glaskeramiken lassen jedoch nicht auf eine Verbesserung mit Hinsicht auf die oben in (1), (2) oder (3) beschriebenen, erforderlichen Eigenschaften schließen. Tatsächlich sind diese kristallisierten Gläser dahingehend nachteilig, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient dazu neigt, mit der Variation der Wärmebehandlungsbedingungen in weitem Umfang zu variieren und es somit schwierig ist, betreffenden, aus den Glaskeramiken hergestellten Teilen der Produkte und darüber hinaus betreffenden Herstellungschargen der Glaskeramiken einen gleichmäßigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu verleihen. Darüber hinaus sind zum Schmelzen und Läutern des Grundglases hohe Temperaturen von etwa 1550 ºC und darüber erforderlich, und dies erschwert die Herstellung von Produkten mit einer hervorragenden Homogenität in großem Maßstab.
- Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine transparente, kristallisierte Glaskeramik mit niedriger Ausdehnung mit verbesserten Eigenschaften, nämlich einer verminderten Variation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (a), verbunden mit der Variation der Wärmebehandlungs-Bedingungen und mit einer noch hervorragenderen optischen Homogenität aufgrund verbesserter Schmelz- und Läuterungseigenschaften des Grundglases, bereitzustellen.
- Gesammelte Untersuchungen und Experimente, die von den Erfindem der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, um die oben beschriebene Aufgabe der Erfindung zu lösen, haben zu dem Befund geführt, der zu der vorliegenden Erfindung geführt hat, daß eine erwünschte, kristallisierte Glaskeramik erhalten werden kann, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α x 10&supmin;&sup7;/ºC) im Bereich von -10 bis +10 aufweist, eine bemerkenswert reduzierte Variation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, verbunden mit einer Variation der Wärmebehandlungs-Bedingungen, aufweist, aufgrund einer verminderten Schmelztemperatur des Grundglases eine noch hervorragendere Homogenität aufweist und eine verbesserte Durchlässigkeit aufweist, indem das Gewichtsverhältnis von Al&sub2;O&sub3; zu (SiO&sub2; + P&sub2;O&sub5;) innerhalb eines speziellen Bereiches eingeschränkt wird und MgO, BaO und ZnO in speziellen Gehaltsbereichen als wesentliche Bestandteile zu einem aus einem SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-Li&sub2;O-System bestehenden Grundglas, das P&sub2;O&sub5; als optionalen Bestandteil und TiO&sub2; und ZrO&sub2; als Keimbildner enthält, zugegeben werden.
- Die transparente, kristallisierte Glaskeramik mit niedriger Ausdehnung, durch die die oben beschriebene Aufgabe der Erfindung gelöst wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Glaskeramik gebildet wird durch das Schmelzen und das Anwenden einer Wärmebehandlung auf ein Grundglas, umfassend in Gew.-%:
- SiO&sub2; 50 - 62,5 %
- P&sub2;O&sub5; 0 - 7%
- Al&sub2;O&sub3; 20 - 27 %
- Li&sub2;O 3 - 6%
- MgO + BaO + ZnO 3 - 10 %,
- wobei MgO 0,6 - 5 %
- BaO 0,5 - 5 %
- ZnO 0,3 - 5 %
- TiO&sub2; 1- 5%
- ZrO&sub2; 1 - 5 %
- As&sub2;O&sub3; und/oder Sb&sub2;O&sub3; 0 - 2 %,
- wobei das Gewichtsverhältnis von Al&sub2;O&sub3; zu (SiO&sub2; + P&sub2;O&sub5;) zwischen 0,38 und 0,50 liegt, wobei die kristallisierte Glaskeramik feste β-Quarz-Lösung als eine kristalline Hauptphase enthält und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α x 10&supmin;&sup7;/ºC) im Bereich von -10 bis +10 aufweist.
- Bei einem Aspekt der Erfindung ist eine transparente, kristallisierte, wie oben definierte Glaskeramik mit niedriger Ausdehnung dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen einer kristallisierten Glaskeramik, die gebildet wird, indem das Grundglas zur Kristallisierung einer lostündigen Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 780 ºC unterworfen wird, und einer kristallisierten Glaskeramik, die gebildet wird, indem das Grundglas zur Kristallisierung einer lostündigen Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 820 ºC unterworfen wird, innerhalb des Bereiches von 0,3 bis 1,2 liegt.
- Bei der obigen Beschreibung und in den angefügten Patentansprüchen wird der Begriff "β-Quarz" verwendet, um sowohl β- Quarz als auch β-Eukryptit (Li&sub2;O Al&sub2;O&sub3; 2 SiO&sub2; (wobei Li&sub2;O durch MgO oder ZnO substituiert sein kann)), dessen Struktur der von β-Quarz sehr ähnelt, umfassend zu bezeichnen.
- Die Zusammensetzung der Oxide der kristallisierten Glaskeramik mit niedriger Ausdehnung wird durch die Zusammensetzung der Oxide des Grundglases ausgedrückt. Die oben beschriebenen Gehaltsbereiche der jeweiligen Bestandteile sind aus den unten angegebenen Gründen ausgewählt worden. In der folgenden Beschreibung werden die Gehaltsbereiche der jeweiligen Bestandteile in Gew.-% ausgedrückt.
- Wenn die Menge des SiO&sub2;-Bestandteils weniger als-SO % beträgt, wird der Korndurchmesser des Kristalls in der hergestellten kristallisierten Glaskeramik zu groß, was in einer Verschlechterung der Durchlässigkeit resultiert. Wenn die Menge des SiO&sub2;- Bestandteils 62,5 % überschreitet, wird das Schmelzen und Läutern des Grundglases schwierig, was in einer Verschlechterung der optischen Homogenität des Glaskeramik-Produkts resultiert.
- Der P&sub2;O&sub5;-Bestandteil ist ein Bestandteil, der es, indem ein Teil des SiO&sub2;-Bestandteils dadurch substituiert wird, ermöglicht, daß die Kurve der thermischen Ausdehnung der kristallisierten Glaskeramik flacher wird und der darüber hinaus die Schmelzeigenschaft des Grundglases verbessert. Falls jedoch die Menge des P&sub2;O&sub5;-Bestandteils 7 % übersteigt, wird der Korndurchmesser des Kristalls zu groß, was zu einer Verschlechterung der Durchlässigkeit in einem signifikanten Ausmaß führt.
- Wenn die Menge des Al&sub2;O&sub3;-Bestandteils weniger als 20 % beträgt, entsteht eine Schwierigkeit beim Schmelzen des Grundglases, was in einer Schwierigkeit resultiert, ein Produkt zu erhalten, das homogen und frei von Opazität ist. Wenn die Menge dieses Bestandteus 27 % überschreitet, entsteht darüber hinaus eine Schwierigkeit beim Schmelzen des Grundglases, was in der Schwierigkeit resultiert, ein homogenes Produkt zu erhalten. Um eine Variation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des kristallisierten Glaskeramik-Produkts in Verbindung mit einer Variation der Wärmebehandlungs-Bedingungen einzuschränken, ist es zusammen mit der Zugabe der drei Bestandteile MgO, BaO und ZnO von wesentlicher Bedeutung, daß das Gewichtsverhältnis des Al&sub2;O&sub3;-Bestandteils zur Gesamtmenge der SiO&sub2;- und P&sub2;O&sub5;-Bestandteile zwischen 0,38 und 0,50 beträgt. Falls dieses Verhältnis kleiner als 0,38 ist, wird die Schmelzeigenschaft des Grundglases verschlechtert, wogegen, wenn dieses Verhältnis 0,50 überschreitet, die Stabilität des Grundglases verschlechtert wird, und als Folge davon die Tendenz zu einer Beeinträchtigung der Homogenität des Produkts besteht.
- Der Li&sub2;O-Bestandteil ist zusammen mit den SiO&sub2;- und Al&sub2;O&sub3;-Bestandteilen ein wichtiger Bestandteil für die Bildung von β- Quarz. Falls die Menge des Li&sub2;O-Bestandteils weniger als 3 % beträgt, wird die Schmelzeigenschaft des Grundglases verschlechtert, was in einer Verschlechterung der Homogenität des Produkts und der Schwierigkeit, einen feinkörnigen Kristall abzutrennen, resultiert. Falls die Menge des Li&sub2;O-Bestandteils 6 % überschreitet, wird der Korndurchmesser des Kristalls zu groß, was in einer Verschlechterung der Durchlässigkeit des Produkts resultiert.
- Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verhältnis von Al&sub2;O&sub3; zu (SiO&sub2; + P&sub2;O&sub5;) sind die drei Bestandteile MgO, BaO und ZnO wichtige Bestandteile, die durch ihre Koexistenz im Grundglas die Variation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, verbunden mit einer Variation der Wärmebehandlungs-Bedingungen, wirksam einschränken und dadurch die Merkmale einer niedrigen Ausdehnung des Glaskeramik-Produkts aufrecht erhalten und, ohne die Durchlässigkeit des Produkts zu beeinträchtigen, die Schmelzeigenschaft des Grundglases verbessern und dadurch die Homogenität der Produkte außerordentlich verbessern. Falls jedoch die Menge des MgO-Bestandteils niedriger als 0,6 % ist, können die oben beschriebenen Vorteile nicht erhalten werden, wogegen es aber, wenn die Menge des MgO-Bestandteils 5 % überschreitet, schwierig wird, die Erzeugung einer erwünschten Kristallphase in der Glaskeramik zu bewirken und darüber hinaus eine Verschlechterung der Durchlässigkeit auftritt. Wenn die Menge des BaO-Bestandteils weniger als 0,5 % beträgt, können die oben beschriebenen Vorteile nicht erhalten werden, wogegen, wenn die Menge des BaO-Bestandteils 5 % überschreitet, die Schmelzeigenschaft und Stabilität gegenüber der Entglasung beide verschlechtert werden, was in einer Verschlechterung der Homogenität des Produkts resultiert. Wenn die Menge des ZnO-Bestandteils weniger als 0,3 % beträgt, können die oben beschriebenen Vorteile nicht erhalten werden, wogegen, wenn die Menge des ZnO-Bestandteils 5 % überschreitet, die Stabilität des Grundglases gegenüber der Entglasung verschlechtert wird, was in einer Verschlechterung der Homogenität des Produkts resultiert, und darüber hinaus wird die Kristallphase des Produkts verschlechtert, und die Durchlässigkeit des Produkts wird beeinträchtigt. Wenn die Gesamtmenge dieser drei Bestandteile weniger als 3 % beträgt, können die oben beschriebenen Vorteile nicht erhalten werden, wogegen, wenn die Gesamtmenge 10 % überschreitet, die Kristallphase des Produkts geändert wird, was in einer nicht wünschenswerten Erhöhung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten resultiert.
- Die TiO&sub2;- und ZrO&sub2;-Bestandteile sind als Keimbildner unverzichtbar. Wenn die Menge jedes dieser Bestandteile weniger als 1 % beträgt, kann ein erwünschter Kristall nicht hergestellt werden, wogegen, wenn die Menge jedes dieser Bestandteile 5 % überschreitet, die Durchlässigkeit des Produkts verschlechtert wird, die Stabilität gegenüber der Entglasung verschlechtert wird und die Homogenität des Produkts beeinträchtigt wird.
- Die As&sub2;O&sub3;- und/oder Sb&sub2;O&sub3;-Bestandteile können beim Schmelzen des Grundglases gegebenenfalls als Läuterungsmittel zugegeben werden, um ein homogenes Produkt zu erhalten. Die Gesamtmenge von 2 % oder darunter für einen oder beide dieser Bestandteile ist für das Erreichen dieses Zwecks ausreichend.
- Zusätzlich zu den oben beschriebenen Bestandteilen kann einer oder mehrere der PbO-, SrO-, CaO-, B&sub2;O&sub3;-, F&sub2;-, La&sub2;O&sub3;-, Bi&sub2;O&sub3;-, WO&sub3;-, Y&sub2;O&sub3;-, Gd&sub2;O&sub3;- und SnO&sub2;-Bestandteile bis zur Menge von insgesamt 2 % und ein oder mehrere farbgebende Mittel wie Fe&sub2;O&sub3;, Cr&sub2;O&sub3;, NiO und MnO&sub2; bis zur Menge von insgesamt 2 % jeweils in dem Bereich zugegeben werden, in dem die erwünschten Eigenschaften der kristallisierten, erfindungsgemäßen Glaskeramik nicht beeinträchtigt werden.
- Beispiele für die kristallisierten Glaskeramiken mit niedriger Ausdehnung der vorliegenden Erfindung werden jetzt im Vergleich mit Vergleichsbeispielen beschrieben. Tabelle 1 zeigt mit Bezug auf die Beispiele der Zusammensetzung der transparenten, kristallisierten Glaskeramik mit niedriger Ausdehnung der vorliegenden Erfindung (Beispiele Nr. 1 bis Nr. 15) und Vergleichsbeispiele von Zusammensetzungen von kristallisierter Glaskeramik mit niedriger Ausdehnung nach dem Stand der Technik (Vergleichsbeispiele Nr. 1 bis Nr. 3) Schmelztemperaturen und -dauern des Grundglases und thermische Ausdehnungskoeffizienten (α1 x 10-&sup7;/ºC) und (α2 x 10&supmin;&sup7;/ºC) von Glaskeramiken, die durch das Wiedererwärmen von geschmolzenem und getempertem Grundglas, das Einwirken einer Wärmebehandlung (10 h lang bei 700 ºC) auf das Grundglas zur Bildung von Keimen und danach das Einwirken einer Wärmebehandlung auf das Grundglas zur Kristallisation unter zwei verschiedenen Bedingungen (d.h. 10 h lang bei 780 ºC und 10 h lang bei 820 ºC) erhalten wurden, sowie die Differenz (Δα) zwischen diesen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. In Tabelle 1 sind darüber hinaus Wellenlängen (nm) von Licht angegeben, durch die in einem Probestück aus den kristallisierten, durch das Einwirken der oben beschriebenen, lostündigen, zur Kristallisation dienenden Wärmebehandlung bei 820 ºC erhaltenen Glaskeramiken mit zwei polierten Oberflächen mit einer Dicke von 5 mm eine Lichtdurchlässigkeit von 80 % erzeugt wird, sowie die Ergebnisse der Untersuchung des Innenteils der Glaskeramiken auf Homogenität. Tabelle 1 Tabelle 1 (Fortsetzung)
- Die Messung der Schmelzbedingungen wurde nach einem Meßverfahren durchgeführt, nach dem Materialien wie Oxide, Carbonate und Nitrate so gemessen und gemischt werden, daß 2500 g Glas erhalten werden, diese Materialien in einem Platintiegel in einen Ofen gestellt werden, dessen Heiztemperatur zuvor abhängig von der Leichtigkeit oder Schwierigkeit des Schmelzens dieser Materialien aufgrund der Zusammensetzung eingestellt worden war, unter Rühren geschmolzen werden und der Zustand des Glases bis zum Erreichen eines im wesentlichen entschäumten Zustandes mit dem bloßen Auge beobachtet wird. In Tabelle 1 ist der Wert von α in dem Fall einer lostündigen Wärmebehandlung zur Kristallisation unterhalb der Temperatur von 800 ºC nicht beschrieben. Dieser Wert lag zwischen α1 und α2. Die Messung der Homogenität des Produkts wurde durchgeführt, indem der Schlierentest nach dem Schlieren-Verfahren mit Bezug auf ein Probestück von etwa 80 mm x etwa 80 mm x etwa 10 mm durchgeführt wurde, das aus einem Block geschnitten wurde, der durch das Formen und Legieren des geschmolzenen und geläuterten Glases zu einer Platte mit einer Dicke von etwa 40 mm erhalten wurde. Ergebnisse dieser Messung sind durch die Markierungen , Δ und X in Tabelle 1 angegeben, die "hervorragend" bzw. "gut" bzw. "schlecht" bedeuten.
- Durch das Einwirken der 2- bis 10stündigen, keimbildenden Wärmebehandlung von 670 ºC bis 750 ºC auf die in Tabelle 1 angezeigten Grundgläser und das anschließende Einwirken der 2- bis lostündigen, zur Kristallisierung dienenden Wärmebehandlung von 770 ºC bis 850 ºC werden mehrere, von den oben beschriebenen verschiedene Werte für α im Bereich von -10 bis +10 erhalten. Als Ergebnis der Röntgenanalyse wurde gefunden, daß diese kristallisierten Glaskeramiken eine feste β-Quarz- Lösung als überwiegende Kristallphase enthalten.
- Wie in Tabelle 1 angegeben ist, beträgt die Schmelzbedingung für die Grundgläser der dargestellten Beispiele 1500 ºC oder darunter für 8 bis 12 h. Diese Schmelzbedingung ist dahingehend vorteilhaft, daß eine geringfügige Dissipation von flüchtigen Bestandteilen wie Li&sub2;O auftritt, und ist gegenüber dem Schmelzzustand der Grundgläser der Vergleichsbeispiele, der 1600 ºC bis 1650 ºC für 10 bis 15 h beträgt, weitaus überlegen. Somit ist die Homogenität der Glaskeramik der vorliegenden Erfindung der der Glaskeramiken nach dem Stand der Technik überlegen. Mit Hinsicht auf den Wert von α weisen die Vergleichsbeispiele größere Werte, von 1,8 bis 3,0, auf, wogegen die Beispiele der vorliegenden Erfindung kleinere Werte, von 0,3 bis 1,2, aufweisen. Somit sollte Einvernehmen darüber bestehen, daß die Glaskeramik der vorliegenden Erfindung eine niedrige Variation des Wertes von α aufgrund der Wärmebehandlungs-Bedingungen aufweist und daher sehr viel stabiler als Glaskeramiken nach dem Stand der Technik ist. Auch bei der Lichtdurchlässigkeit (T80) weisen die Vergleichsbeispiele Werte von 450 nm oder darüber auf, während die Beispiele der vorliegenden Erfindung Werte im Bereich von 405 nm bis 442 nm aufweisen, und demgemäß tritt in den Glaskeramiken der vorliegenden Erfindung eine niedrige Färbung oder Opazität auf, und ihre Durchlässigkeit ist gegenüber den Keramiken nach dem Stand der Technik weit überlegen.
- Wie im Vorhergehenden beschrieben wurde, weist die erhaltene Glaskeramik gemäß der kristallisierten Glaskeramik mit niedriger Ausdehnung der vorliegenden Erfindung durch das Einschränken des Gewichtsverhältnisses von Al&sub2;O&sub3; zu (SiO&sub2; + P&sub2;O&sub5;) in einem speziellen Bereich und die Zugabe von MgO, BaO und ZnO mit speziellen Gehaltsbereichen und die Zugabe von MgO, BaO und ZnO mit speziellen Gehaltsbereichen zu einem Grundglas aus einem SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-Li&sub2;O-System, das P&sub2;O&sub5; als optionalen Bestandteil enthält und TiO&sub2; und ZrO&sub2; als Keimbildner enthält, die oben beschriebenen, niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, weist eine bemerkenswert verminderte Variation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, begleitet von einer Variation der Wärmebehandlungs-Bedingungen, auf und weist eine hervorragende Durchlässigkeit und optische Homogenität auf.
Claims (2)
1. Transparente, kristallisierte Glaskeramik mit niedriger
Ausdehnung, gebildet durch das Schmelzen und Anwenden
einer Wärmebehandlung auf ein Grundglas, umfassend in
Gew.-%:
SiO&sub2; 50 - 62,5 %
P&sub2;O&sub5; 0 - 7%
Al&sub2;O&sub3; 20 - 27 %
Li&sub2;O 3 - 6%
MgO + BaO + ZnO 3 - 10 %,
wobei Mgo 0,6 - 5 %
BaO 0,5 - 5 %
ZnO 0,3 - 5 %
TiO&sub2; 1- 5%
ZrO&sub2; 1- 5%
As&sub2;O&sub3; und/oder Sb&sub2;O&sub3; 0 - 2 %,
wobei das Gewichtsverhältnis von Al&sub2;O&sub3; zu (SiO&sub2; + P&sub2;O&sub5;)
zwischen 0,38 und 0,50 liegt, wobei die kristallisierte
Glaskeramik feste α-Quarz-Lösung als eine kristalline
Hauptphase enthält und einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten (α x 10&supmin;&sup7;/ºC) im Bereich von -10 bis +10
aufweist.
2. Transparente, kristallisierte Glaskeramik mit niedriger
Ausdehnung nach Anspruch 1, wobei die Differenz der
thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen einer
kristallisierten Glaskeramik, die gebildet wird, indem
das Grundglas zur Kristallisierung einer lostündigen
Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 780 ºC
unterworfen wird, und einer kristallisierten Glaskeramik, die
gebildet wird, indem das Grundglas zur Kristallisierung
einer lostündigen Wärmebehandlung bei einer Temperatur
von 820 ºC unterworfen wird, innerhalb des Bereiches von
0,3 bis 1,2 liegt.
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