JP2004075491A - 耐フッ酸性ガラス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】P2O5を55〜70mol%、Al2O3を5〜15mol%、ZnOを20〜35mol%含有するものとすることで、耐フッ酸性が格段に向上する。また、P2O5を55〜70mol%、Al2O3を5〜15mol%、ZnOを15〜25mol%、SrO、Li2O又はNa2Oを0.5〜12mol%含有するものとすることで、耐フッ酸性が格段に向上すると共に、熱膨張係数を大きくし、屈服点を低くすることができる。
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ酸(フッ化水素酸)に侵されにくいガラスに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年フッ素工業の進歩につれて耐フッ酸性のガラスが必要とされている。また、半導体やガラス基板の洗浄にはフッ酸が使用されるため、洗浄装置のフッ酸と接触する部材として耐フッ酸性のガラスの用途がある。また、実験用の容器、分光光度計のサファイアセルの接着剤としても、耐フッ酸性ガラスが必要とされる。
【0003】
従来の耐フッ酸性のガラスとしては、P2O5が62.88mol%、Al2O3が21.88mol%、ZnOが15.23mol%の組成からなるものが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の耐フッ酸性ガラスは、耐フッ酸性が不十分で、フッ酸と接触する部材として用いた場合、浸食されるのが早く、早期に交換しなければならなかった。本発明は、従来の耐フッ酸性ガラスよりも耐フッ酸性を格段に向上させることを課題としてなされたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、P2O5を55〜70mol%、Al2O3を5〜15mol%、ZnOを20〜35mol%含有することを特徴とする耐フッ酸性ガラスである。すなわち、従来知られている耐フッ酸性ガラスに対して、Al2O3の割合を減らしてZnOの割合を増やすことで、耐フッ酸性が著しく向上することを発見したのである。P2O5は55mol%よりも少ないと耐フッ酸性が悪くなり、70mol%よりも多いと耐水性が悪くなる。Al2O3は5mol%よりも少ないと耐水性が悪くなり、15mol%よりも多いと耐フッ酸性が悪くなる。ZnOは20mol%よりも少ないと耐フッ酸性が悪くなり、35mol%よりも多いと耐水性が悪くなる。
【0006】
また本発明は、P2O5を55〜70mol%、Al2O3を5〜15mol%、ZnOを15〜25mol%、SrO、Li2O又はNa2Oを0.5〜12mol%含有することを特徴とする耐フッ酸性ガラスである。これは、請求項1のガラス組成に対して、ZnOをやや減らすかわりにSrO、Li2O又はNa2Oを添加したものである。これによって、熱膨張係数を大きくし、屈服点を低くすることができる。ガラスを接着剤として用いる場合は被接着物の熱膨張率に近くするために熱膨張係数を調整する必要があり、また屈服点は600℃以下とすることが望ましいが、SrO、Li2O又はNa2Oを適宜量添加することで、熱膨張係数を調整し、屈服点を低下することが可能となる。
【0007】
【発明の実施の形態】
ガラス原料として関東化学株式会社製のリン酸(特級)、リン酸アルミニウム(鹿1級)及びリン酸亜鉛四水和物(鹿1級)を使用し、ガラス原料調合後、100℃で2時間以上乾燥させた後、電気炉で1350〜1450℃の温度で1時間溶融し、徐冷して次の実施例1〜4及び比較例のガラスを作成した。実施例1から実施例4にかけては次第にAl2O3の割合を減少させてZnOの割合を増加させている。比較例は従来知られている耐フッ酸性ガラスである。
実施例1: P2O5=62.88mol%、Al2O3=18.50mol%、ZnO=18.62mol%
実施例2: P2O5=62.88mol%、Al2O3=15.00mol%、ZnO=22.12mol%
実施例3: P2O5=62.88mol%、Al2O3=10.00mol%、ZnO=27.12mol%
実施例4: P2O5=62.88mol%、Al2O3=5.00mol%、ZnO=32.12mol%
比較例1: P2O5=62.88mol%、Al2O3=21.88mol%、ZnO=15.23mol%
【0008】
各実施例及び比較例について耐フッ酸性試験、実施例3、4及び比較例1について耐水性試験を行った。
耐フッ酸性試験は次のように行った。粉砕して300〜500μmに粒度調整した試料のガラス1gに46%フッ酸溶液25mlを加え、常温で1時間36〜40rpmの往復運動を与え、その後濾過、水洗、乾燥したガラスの重量を測定し、ガラス重量減少率を求めた。
耐水性試験は次のように行った。粉砕して300〜500μmに粒度調整した試料のガラス1gに蒸留水50mlを加え、煮沸状態で1時間36〜40rpmの往復運動を与え、その後濾過、水洗、乾燥したガラスの重量を測定し、ガラス重量減少率を求めた。
耐フッ酸性試験及び耐水性試験の結果を表1に示す。
【表1】
【0009】
表1から明らかなように、実施例はいずれも比較例に比べて格段に耐フッ酸性に優れたものとなっているが、実施例3が最もよい結果を示し、比較例1に比べて7倍以上の耐フッ酸性の向上が見られる。また、実施例3が耐水性が高いことから、実施例1、2もほぼ同じ耐水性を有するものと推定できる。実施例4はやや耐水性が悪くなっている。
【0010】
次に、最も結果のよかった実施例3の組成で、Al2O3の割合を固定とし、P2O5の割合を減少させると共にZnOの割合を増加させるような実施例5及び比較例2を作成し、耐フッ酸性の試験を行った。実施例5、比較例2の組成は次の通りとした。
実施例5: P2O5=55.00mol%、Al2O3=10.0mol%、ZnO=35.00mol%
比較例2: P2O5=50.00mol%、Al2O3=10.0mol%、ZnO=40.00mol%
【0011】
ここでの耐フッ酸性試験は常温で3時間36〜40rpmの往復運動を与えた以外(前記の試験では1時間)は、前記の耐フッ酸性試験と同じである。結果は以下の通りである。
実施例5: ガラス重量減少率=18%
比較例2: ガラス重量減少率=87%
P2O5の割合が55mol%よりも少なくなると、耐フッ酸性は急激に悪化することがわかる。
【0012】
次に、最も結果のよかった実施例3の組成で、P2O5及びAl2O3の割合を固定とし、ZnOの割合を減少させると共にSrO、Li2O又はNa2Oを添加した実施例6〜10を作成した。その組成は次の通りである。
実施例6: P2O5=62.88mol%、Al2O3=10.00mol%、ZnO=22.12mol%、SrO=5%
実施例7: P2O5=62.88mol%、Al2O3=10.00mol%、ZnO=17.12mol%、SrO=10%
実施例8:P2O5=62.88mol%、Al2O3=10.00mol%、ZnO=15.62mol%、SrO=11.5%
実施例9: P2O5=62.88mol%、Al2O3=10.00mol%、ZnO=17.12mol%、Li2O=10%
実施例10: P2O5=62.88mol%、Al2O3=10.00mol%、ZnO=17.12mol%、Na2O=10%
【0013】
実施例3、6〜10について耐フッ酸性試験(3時間)、熱膨張係数測定、屈服点測定を行った。その結果を表2に示す。
【表2】
【0014】
表2に示されるように、SrOの添加量を増やしていくと、熱膨張係数は次第に大きくなり、屈服点は次第に低くなるが、耐フッ酸性は悪化する。また、添加量が0.5mol%未満では添加効果は小さい。したがって、添加量は0.5〜12mol%程度が好ましい。Li2O又はNa2Oのようなアルカリ成分を添加したときも、熱膨張係数は大きくなり、屈服点は低くなる。このように、SrO、Li2O又はNa2Oを適宜量添加することで、熱膨張係数及び屈服点を調整することができる。サファイアの接着剤として用いる場合には、サファイアの熱膨張係数が83.3であるので、これに近い実施例8が適当である。
【0015】
【発明の効果】
本発明の耐フッ酸性ガラスは、従来の耐フッ酸性ガラスに比べて格段の耐フッ酸性能を有するので、フッ素工業界等においてフッ酸と接触する部材として用いた場合、浸食されにくく耐久性が格段に向上する。また、SrOやLi2O、Na2Oのようなアルカリ成分を添加することで、熱膨張係数と屈服点を調整できるので、特に接着剤として用いる場合に所望の熱膨張係数や屈服点を有する耐フッ酸性ガラスを得ることができる。
Claims (2)
- P2O5を55〜70mol%、Al2O3を5〜15mol%、ZnOを20〜35mol%含有することを特徴とする耐フッ酸性ガラス
- P2O5を55〜70mol%、Al2O3を5〜15mol%、ZnOを15〜25mol%、SrO、Li2O又はNa2Oを0.5〜12mol%含有することを特徴とする耐フッ酸性ガラス
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