JP2007518657A - ガラスとガラスセラミック材料、製品およびその調製方法 - Google Patents
ガラスとガラスセラミック材料、製品およびその調製方法 Download PDFInfo
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Abstract
本発明は、新規のガラスとガラスセラミック材料、その新規のガラスセラミックから製造された製品、およびその新規のガラスセラミックと製品の調製方法に関する。主結晶相としてβ−石英またはβ−スポジュメンの固溶体を含有する新規の透明、半透明または不透明なガラスセラミックは、酸化物の質量パーセントで表して、以下の組成：６５から７０％までのＳｉＯ2、１８から２３％までのＡｌ2Ｏ3、４より多く５％までのＬｉ2Ｏ、０から１％未満のＭｇＯ、１から３％までのＺｎＯ、０から２％までのＢａＯ、１．８から４％までのＴｉＯ2、１から２．５％までのＺｒＯ2、０．４から１％までのＫ2Ｏおよび／またはＮａ2Ｏを実質的に有し、効果的であり過剰ではない量の清澄剤を少なくとも一種類含有することが都合よい。このガラスセラミック材料は、０．２ｍｍ-1より多い、好ましくは０．４ｍｍ-1より多い含水量によっても特徴付けられる。
Description
本発明は、ガラスとガラスセラミック材料、製品およびその調製方法に関する。本発明は、特に、β−ＯＨレベルの高い主結晶相としてβ−石英またはβ−スポジュメンを有するガラスセラミック材料に関する。本発明は、例えば、レンジ台の上面、調理器具、レンジの窓などのガラスセラミック製品の製造に有用である。
従来技術において、レンジ台の上面、調理器具、レンジの窓などに使用するためのガラスセラミック材料および製品が数多く記載されてきた。
特許文献１に、透過性が改善されたガラスセラミックが記載されている。この透過性の技術的問題に関して、ガラスセラミックの含水量を調節しなければならないことが教示されている。実際に、その含水量は０．０３モル／ｌ未満でなければならない。さらに、この文献では、機械的強度および熱膨張の技術的問題には取り組んでいなかった。
特許文献２に、他のガラスセラミックが記載されている。ＭｇＯをほとんど含まないそれらの組成は、機械的強度および熱膨張の技術的問題に関して最適化されていない。
特許文献３では、ガラスセラミックの表面亀裂の問題が論じられており、その問題に関して、その組成と結晶化の状態のために独自な新規のガラスセラミックが提案されている。
特許文献４には、主結晶相としてβ−スポジュメンまたはβ−石英固溶体を有するガラスセラミック材料が記載されている。主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を含むガラスセラミック材料の外観は、不透明の白色であるか着色されている。それらの材料は、プレートの使用者が、そのプレートの下に配置された加熱要素で目が眩まないように、可視光では不透明であるが、プレート上に配置される調理器具の加熱を改善するように、赤外において高い透明性を維持する。それらの器具は、熱伝導だけでなく、輻射によっても加熱される。そのガラスセラミック材料は、約１，０７０℃から約１，０９０℃の温度での結晶化工程を含むガラス前駆体の熱処理によって得られる。この結晶化工程の温度が高いほど、材料がより不透明になる。
これらのガラスセラミックおよびそれらを得る方法が、特許文献５に具体的に記載されている。
米国特許第５４４６００８号明細書
米国特許第４４６１８３９号明細書
欧州特許出願公開第１１７０２６４号明細書
米国特許第５０７００４５号明細書
国際公開第９９／０６３３４号パンフレット
これらの材料は、広く商業化されたガラスセラミック製品に用いられているが、まだ改善の余地がある：
ａ） 前記β−スポジュメンのプレートは、機械的強度および熱膨張に関して、特許文献４にも記載されているβ−石英の対応物ほど効果的ではない。
ｂ） より不透明な製品が望ましい場合（例えば、誘導加熱の状況で使用するために）、より高い温度（＋２０℃以上）でガラス前駆体をセラミック化することが適している。その結果、ガラスセラミックの構造中に亀裂が生じ得る。過去において、セラミック化温度を上昇させたときに、より低い機械的強度および亀裂の存在が、ガラス前駆体中に含水量の存在に関連付けられることが観察された。水は、溶融中にガラス前駆体中に取り込まれ得ることが知られている。そのガラスの含水量は、実際に、使用される出発材料の状態および使用される溶融手段に依存する。それゆえ、ガラスセラミックの前駆体ガラスを、電気炉内で、ほとんど水を含まない出発材料から溶融する場合、それにより得られたガラスセラミックは、セラミック化が高温で行われても、高い機械的強度を有し、亀裂が生じる傾向がない。含水量の少ないガラスは、ハロゲンをその基礎組成中に加えることによって、同様に使用できる。このことが特許文献１に記載されている。しかしながら、産業上、ガラスの含水量の調節について心配する必要のないことが非常に望ましい。特に、空気−天然ガスタイプまたは酸素−天然ガスタイプのバーナを用いた溶融方法を実施できることが望ましい。当業者にとって、そのような溶融手段の使用によって、含水量がかなり増えることは無視できない。セラミック化温度を制限するのは、含水量である。
ａ） 前記β−スポジュメンのプレートは、機械的強度および熱膨張に関して、特許文献４にも記載されているβ−石英の対応物ほど効果的ではない。
ｂ） より不透明な製品が望ましい場合（例えば、誘導加熱の状況で使用するために）、より高い温度（＋２０℃以上）でガラス前駆体をセラミック化することが適している。その結果、ガラスセラミックの構造中に亀裂が生じ得る。過去において、セラミック化温度を上昇させたときに、より低い機械的強度および亀裂の存在が、ガラス前駆体中に含水量の存在に関連付けられることが観察された。水は、溶融中にガラス前駆体中に取り込まれ得ることが知られている。そのガラスの含水量は、実際に、使用される出発材料の状態および使用される溶融手段に依存する。それゆえ、ガラスセラミックの前駆体ガラスを、電気炉内で、ほとんど水を含まない出発材料から溶融する場合、それにより得られたガラスセラミックは、セラミック化が高温で行われても、高い機械的強度を有し、亀裂が生じる傾向がない。含水量の少ないガラスは、ハロゲンをその基礎組成中に加えることによって、同様に使用できる。このことが特許文献１に記載されている。しかしながら、産業上、ガラスの含水量の調節について心配する必要のないことが非常に望ましい。特に、空気−天然ガスタイプまたは酸素−天然ガスタイプのバーナを用いた溶融方法を実施できることが望ましい。当業者にとって、そのような溶融手段の使用によって、含水量がかなり増えることは無視できない。セラミック化温度を制限するのは、含水量である。
それゆえ、本発明によれば、前記β−スポジュメンのガラスセラミック材料に対して求められている改善は、２つの方針に沿っている。機械的強度を増加させ、亀裂の発生を避けること（水を多く含有するガラスの場合および／または高温でセラミック化するために）、および熱膨張を減少させることが望ましかった。
さらに、本発明のガラスセラミックのガラス前駆体は、β−石英の主結晶相の効果的なガラスセラミックを得るのにも適している。したがって、この前駆体により、同じガラス前駆体組成から様々な透明または不透明な製品を製造することができる。当該の方法のこの融通性は、当該技術分野において非常に望ましい。
したがって、当業者には、本発明の利益がすでに理解されている。その主題は、効果的なβ−石英およびβ−スポジュメン・ガラスセラミック、より具体的には、従来技術のもの（特許文献４および５）よりも効果的なβ−スポジュメン・ガラスセラミックに適した新規のガラスセラミック組成物からなる。
本発明の第１の態様によれば、主結晶相として、β−石英またはβ−スポジュメンの固溶体を含有する透明、半透明または不透明なガラスセラミック材料であって、
(i) 酸化物の質量パーセントで表して、以下の組成：６５から７０％までのＳｉＯ2、１８から２３％までのＡｌ2Ｏ3、４より多く５％までのＬｉ2Ｏ、０から１％未満のＭｇＯ、１から３％までのＺｎＯ、０から２％までのＢａＯ、１．８から４％までのＴｉＯ2、１から２．５％までのＺｒＯ2、０．４から１％までのＫ2Ｏおよび／またはＮａ2Ｏを実質的に有し、効果的であり過剰ではない量の清澄剤を少なくとも一種類含有することが都合よい、および
(ii) ０．２ｍｍ-1より大きい、好ましくは０．４ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有する、
ことを特徴とするガラスセラミック材料が提供される。本発明のガラスセラミック材料は、主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を含むことが好ましい。
(i) 酸化物の質量パーセントで表して、以下の組成：６５から７０％までのＳｉＯ2、１８から２３％までのＡｌ2Ｏ3、４より多く５％までのＬｉ2Ｏ、０から１％未満のＭｇＯ、１から３％までのＺｎＯ、０から２％までのＢａＯ、１．８から４％までのＴｉＯ2、１から２．５％までのＺｒＯ2、０．４から１％までのＫ2Ｏおよび／またはＮａ2Ｏを実質的に有し、効果的であり過剰ではない量の清澄剤を少なくとも一種類含有することが都合よい、および
(ii) ０．２ｍｍ-1より大きい、好ましくは０．４ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有する、
ことを特徴とするガラスセラミック材料が提供される。本発明のガラスセラミック材料は、主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を含むことが好ましい。
本発明のガラスセラミック材料の好ましい実施の形態において、ガラスセラミックの組成が、清澄剤として、以下の質量パーセントで、Ａｓ2Ｏ3および／またはＳｂ2Ｏ3を含有する：０〜１．５％のＡｓ2Ｏ3、０〜１．５％のＳｂ2Ｏ3、０．５〜１．５％のＡｓ2Ｏ3＋Ｓｂ2Ｏ3。
本発明のガラスセラミック材料の別の好ましい実施の形態によれば、そのガラスセラミック材料の組成はさらに、ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ2、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＣｅＯ2およびそれらの混合物から好ましくは選択される、少なくとも一種類の着色剤を効果的な量で含む。
本発明の第２の態様によれば、上述した本発明のガラスセラミック材料から製造された製品が提供される。その製品は、レンジ台の上面、調理器具、電子レンジのプレート、暖炉の窓、防火扉または防火窓、熱分解炉の窓および触媒反応炉の窓からなる群より選択されることが好ましい。
本発明の第３の態様は、本発明によるガラスセラミック材料の前駆体である無機ガラスであって、
(i) 酸化物の質量パーセントで表して、以下の組成：６５から７０％までのＳｉＯ2、１８から２３％までのＡｌ2Ｏ3、４より多く５％までのＬｉ2Ｏ、０から１％未満のＭｇＯ、１から３％までのＺｎＯ、０から２％までのＢａＯ、１．８から４％までのＴｉＯ2、１から２．５％までのＺｒＯ2、０．４から１％までのＫ2Ｏおよび／またはＮａ2Ｏを実質的に有し、効果的であり過剰ではない量の清澄剤を少なくとも一種類含有することが都合よい、および
(ii) ０．２ｍｍ-1より大きい、好ましくは０．４ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有する、
ことを特徴とする無機ガラスを含む。
(i) 酸化物の質量パーセントで表して、以下の組成：６５から７０％までのＳｉＯ2、１８から２３％までのＡｌ2Ｏ3、４より多く５％までのＬｉ2Ｏ、０から１％未満のＭｇＯ、１から３％までのＺｎＯ、０から２％までのＢａＯ、１．８から４％までのＴｉＯ2、１から２．５％までのＺｒＯ2、０．４から１％までのＫ2Ｏおよび／またはＮａ2Ｏを実質的に有し、効果的であり過剰ではない量の清澄剤を少なくとも一種類含有することが都合よい、および
(ii) ０．２ｍｍ-1より大きい、好ましくは０．４ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有する、
ことを特徴とする無機ガラスを含む。
本発明の第４の態様は、上述した本発明のガラスセラミック材料または製品を調製する方法であって、セラミック化を確実にする条件下で上述したガラスセラミックの結晶化可能な無機ガラス前駆体を熱処理する工程を有してなる方法である。主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を含有するガラスセラミック材料および／または製品を調製するためには、この熱処理は、１，０５０℃から１，２００℃の温度での結晶化の工程を含むことが好ましい。主結晶相としてβ−石英固溶体を有するガラスセラミック材料および／または製品を製造するためには、前記熱処理は、８４０℃から９００℃の温度での結晶化の工程を含むことが好ましい。
本発明には、組成の選択のために、前駆体ガラスにおける少なくとも０．２ｍｍ-1の、好ましくは少なくとも０．４ｍｍ-1の高い含水量にもかかわらず、主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を含むガラスセラミック組成物が、亀裂を生じず、機械的強度を減少させずに、高いセラミック化温度で得られるという意外な利点がある。さらに、セラミック化材料および／または製品は、低い熱膨張を有する。さらに、主結晶相としてβ−石英固溶体を含む効果的なガラスセラミック材料および／または製品が、本発明の前駆体ガラスから、同様に製造できる。
本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明らかであり、またはその説明および特許請求の範囲並びに添付の図面に記載されたように本発明を実施することによって認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明は、本発明の単なる例示であり、特許請求の範囲に記載された本発明の性質および特徴を理解する上での概要および構成を提供することを意図したものである。
透明、半透明（乳白色）または不透明の形態で存在し得る、すなわち、主結晶相としてβ−石英またはβ−スポジュメンを含有する本発明のガラスセラミック材料は、それらが、酸化物の質量パーセントで表して、以下の組成：６５から７０％までのＳｉＯ2、１８から２３％までのＡｌ2Ｏ3、４より多く５％までのＬｉ2Ｏ、０から１％未満のＭｇＯ、１から３％までのＺｎＯ、０から２％までのＢａＯ、１．８から４％までのＴｉＯ2、１から２．５％までのＺｒＯ2、０．４から１％までのＫ2Ｏおよび／またはＮａ2Ｏを実質的に有し、効果的であり過剰ではない量の清澄剤を少なくとも一種類含有することが都合よいこと、および０．２ｍｍ-1より大きい、好ましくは０．４ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有することにより特徴付けられる。
構成酸化物のそれぞれの相対的な含有量は比較的重要である。それゆえ、
Ａｌ2Ｏ3： Ａｌ2Ｏ3の含有量の増加は、機械的性質の改善にとって好ましいことが観察された。しかしながら、Ａｌ2Ｏ3の含有量が多過ぎると、ガラスセラミック材料の熱膨張が許容できないほど増加してしまう。
Ｌｉ2Ｏ： 低い熱膨張を得るために、この酸化物の４質量％より多く、好ましくは４．１質量％より多く含まれる。Ｌｉ2Ｏが５％を超えると、結晶化の調節が難しくなる。
ＭｇＯ： ＭｇＯが１％を超えると、熱膨張が許容できなくなってしまう。
ＺｎＯ： ＺｎＯは、Ｌｉ2Ｏと共に、ガラスセラミックの熱膨張係数を調節することができる。それゆえ、１％未満で含まれなければならない。含有量が多すぎると（＞３％）、高い熱膨張を有する、スピネルなどの他の結晶相を結晶化させる虞が生じる。
ＢａＯ： ＢａＯは、ガラス前駆体の粘度を調節できる随意的な要素である。これは、ガラスセラミックの非晶相を維持する。２％より多い量で含まれると、低い熱膨張を維持するのが難しくなる。
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2は、核形成剤として含まれる。含有量が少なすぎると、前駆体ガラスは結晶化せず、含有量が多すぎると、冷却の際に、失透を制御するのが難しくなり得る。
Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏは、機械的強度および表面亀裂の形成の問題を制限できる。これらの成分は、ガラスセラミックの非晶相中に残る。多すぎる量で含まれると、熱膨張の際に、有害な影響が生じてしまう。
Ａｌ2Ｏ3： Ａｌ2Ｏ3の含有量の増加は、機械的性質の改善にとって好ましいことが観察された。しかしながら、Ａｌ2Ｏ3の含有量が多過ぎると、ガラスセラミック材料の熱膨張が許容できないほど増加してしまう。
Ｌｉ2Ｏ： 低い熱膨張を得るために、この酸化物の４質量％より多く、好ましくは４．１質量％より多く含まれる。Ｌｉ2Ｏが５％を超えると、結晶化の調節が難しくなる。
ＭｇＯ： ＭｇＯが１％を超えると、熱膨張が許容できなくなってしまう。
ＺｎＯ： ＺｎＯは、Ｌｉ2Ｏと共に、ガラスセラミックの熱膨張係数を調節することができる。それゆえ、１％未満で含まれなければならない。含有量が多すぎると（＞３％）、高い熱膨張を有する、スピネルなどの他の結晶相を結晶化させる虞が生じる。
ＢａＯ： ＢａＯは、ガラス前駆体の粘度を調節できる随意的な要素である。これは、ガラスセラミックの非晶相を維持する。２％より多い量で含まれると、低い熱膨張を維持するのが難しくなる。
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2は、核形成剤として含まれる。含有量が少なすぎると、前駆体ガラスは結晶化せず、含有量が多すぎると、冷却の際に、失透を制御するのが難しくなり得る。
Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏは、機械的強度および表面亀裂の形成の問題を制限できる。これらの成分は、ガラスセラミックの非晶相中に残る。多すぎる量で含まれると、熱膨張の際に、有害な影響が生じてしまう。
上述した組成内で、自明ではない様式で、主にＬｉ2Ｏにより、熱膨張への有害な作用を制限する、さらには補うと同時には、機械的性質（亀裂のないことも）へのＡｌ2Ｏ3および／またはＫ2Ｏおよび／またはＮａ2Ｏの有益な作用をうまく利用することが可能であった。
随意的な成分であるＭｇＯおよびＢａＯは、存在する場合には、一般に、少なくとも０．１質量％で存在する。
上述した組成は、効果的な過剰ではない量で少なくとも一種類の清澄剤を含有することが有益である。当業者には、このタイプの化合物のガラス前駆体内の包含をどのようにうまくやりくりするかが分かっている。一般に、このタイプの化合物は、３質量％未満、より詳しくは２質量％未満で含まれる。
特許文献４に記載されているように、Ａｓ2Ｏ3および／またはＳｂ2Ｏ3は、一般に、以下の量で清澄剤として含まれる：０〜１．５のＡｓ2Ｏ3、０〜１．５のＳｂ2Ｏ3、０．５〜１．５のＡｓ2Ｏ3＋Ｓｂ2Ｏ3（質量％）。
同様に、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、フッ化物または硫酸塩などの他の清澄剤を、単独または組合せで含んでも差し支えない。
本発明のガラスセラミックは、着色されていてもいなくてもよい。実際に着色するためには、ガラスセラミックは、上述した構成要素に加えて、一般に２質量％を超えない効果的な量で少なくとも一種類の着色剤を含有する。そのような着色剤は、ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ2、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＣｅＯ2（およびそれらの混合物）から選択されることが有益である。
本発明の着色ガラスセラミック（黒色、透明）として、さらに、０．０３（好ましくは０．０５）から１質量％のＶ2Ｏ5、および以下の条件：３．８％≦ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2＋５Ｖ2Ｏ5≦６％；並びにβ−石英の主結晶相と共に、上述した質量の組成を有するのが特に好ましい。
意外なことに、０．２ｍｍ-1より多い、さらには０．４ｍｍ-1より多い、ガラスおよびガラスセラミック材料中のβ−ＯＨで表される含水量が、上述した従来技術における含水量に関する教示に反して、本発明のガラスセラミック材料の透過率、機械的強度および熱膨張に悪影響を及ぼさないことが分かった。そのような水レベルは従来のガラス溶融技術、特に酸素燃料または空気燃料バーナを用いたものには適合しないので、本発明のガラスおよびガラスセラミック材料は、工業製造にとって特に有益であり、好ましい。
特許文献１の教示によれば、特に透過率の問題に関して、許容される最大の含水量は０．０３モル／ｌ未満に定められた。さらに、このパラメータは、高温でのセラミック化中に、亀裂の発生への影響を有することが分かった。
本発明のガラスおよびガラスセラミック材料の組成中の含水量はβ−ＯＨ値により表される。この値は、透過率曲線から直接計算できる。この値は、特許文献１におけるようなモル／ｌの濃度により表されなかった。当業者には、実際に、β−ＯＨをモル／ｌで表された含水量に変換することが難しいことは無視できない。何故ならば、このために、２，８００ｎｍでの材料の屈折率とその材料中の水の減衰係数を知る必要があるからである。これら２つのパラメータは測定するのが難しい。
いずれにせよ、透過率、機械的強度および熱膨張に関して効果的な本発明のガラスセラミック材料は、比較的多い含水量（β−ＯＨ＞０．２ｍｍ-1、さらにはβ−ＯＨ＞０．４ｍｍ-1）を含有して差し支えない。これにより、調製プロセス中に、いかなる制約も課されない。特別な注意は要求されない。これらの判断は、以下の実施例により確認される。
本発明のガラスセラミック材料は、β−石英またはβ−スポジュメン固溶体の主結晶相と共存できることが先の記載から分かる。好ましい変形によれば、本発明のガラスセラミックは、β−スポジュメン固溶体の主結晶相を有するガラスセラミックである。そのようなガラスセラミックは、ＣｅＯ2、ＭｎＯ2およびＦｅ2Ｏ3から選択される少なくとも一種類の着色剤を効果的な量で含有する場合、ベージュ色を有する。
第２の態様によれば、本発明は、上述したガラスセラミックの前駆体である、結晶化可能な無機ガラスに関する。結晶化可能であり、上述したガラスセラミックの前駆体であるこの無機ガラスは、酸化物の質量パーセントで表して、以下の組成：６５から７０％までのＳｉＯ2、１８から２３％までのＡｌ2Ｏ3、４より多く５％までのＬｉ2Ｏ、０から１％未満のＭｇＯ、１から３％までのＺｎＯ、０から２％までのＢａＯ、１．８から４％までのＴｉＯ2、１から２．５％までのＺｒＯ2、０．４から１％までのＫ2Ｏおよび／またはＮａ2Ｏを実質的に有し、効果的であり過剰ではない量の清澄剤を少なくとも一種類含有することが好ましい。このガラスは、０．２ｍｍ-1より大きい、好ましくは０．４ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有することが有益である。
この無機ガラスは必要に応じて着色されている。先の記載から分かることによれば、それらのガラスは、特に、以下の着色剤：ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ2、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、およびＣｅＯ2の内の少なくとも一種類を効果的な量で含有して差し支えない。
第３の態様によれば、本発明は、上述したガラスセラミック材料から製造された製品に関する。問題の製品は、特に、レンジ台の上面、調理器具、電子レンジのプレート、暖炉の窓（ストーブ囲いのプレート）、防火扉または防火窓もくしは熱分解炉の窓や触媒反応炉の窓からなる群より選択することができる。それらはレンジ台の上面であることが好ましい。
第４の態様によれば、本発明は、ガラスセラミック材料および製品の調製方法に関する。
この方法は、上述した質量組成を持つ結晶化可能な無機ガラスに特徴的に実施される類似方法を構成する。
本発明のガラスセラミック材料および製品は、先に特徴付けられた結晶化可能な無機ガラス前駆体を熱処理することによって得られる。この熱処理は、前記ガラス前駆体のセラミック化を確実にする条件下で行われる。
本発明のガラスセラミック製品は、問題の結晶化可能な無機ガラス前駆体を成形した後、そのような熱処理によって得られる。成形は従来の工程である。その工程は、特に、加圧成形または圧延成形であって差し支えない。それは、特に、プレートの形状を与えることを意図した成形であって差し支えない。
問題の熱処理は、従来より、温度の上昇を含む。これは、一般に、適切な期間に亘り維持される結晶化温度まで段階的である。本発明の熱処理は、一般に、２時間未満に亘り続く。これは、本発明の別の有利な点である。
主結晶相がβ−スポジュメン固溶体であるガラスセラミックを得るためには、熱処理は、一般に、１，０５０から１，２００℃の温度での結晶化工程を含む。
主結晶相がβ−石英固溶体であるガラスセラミックを得るためには、熱処理は、一般に、８４０から９００℃の温度での結晶化工程を含む。
以下の非限定的実施例により本発明をさらに説明する。
より詳しくは、本発明は、それぞれ、
− 比較例１および２を考慮するとその重要性が特に明らかになる、実施例Ｉにより、
− 比較例３を考慮するとその重要性が特に明らかになる、実施例IIおよびIIIにより、
示される。
− 比較例１および２を考慮するとその重要性が特に明らかになる、実施例Ｉにより、
− 比較例３を考慮するとその重要性が特に明らかになる、実施例IIおよびIIIにより、
示される。
実施例Ｉ（本発明）および比較例１および２
比較例１および２は、従来技術を示す。
比較例１および２は、従来技術を示す。
これらは、問題のガラスセラミックのガラス前駆体の含水量により、互いに異なる。
以下の表１は、
− 第１部で、問題の前駆体ガラスの質量で表した組成、並びにその含水量（β−ＯＨ）、
− 第２部で、３つの異なるセラミック化スケジュール後の、前記ガラスから得られた３種類のガラスセラミックの特徴、
を示している。
− 第１部で、問題の前駆体ガラスの質量で表した組成、並びにその含水量（β−ＯＨ）、
− 第２部で、３つの異なるセラミック化スケジュール後の、前記ガラスから得られた３種類のガラスセラミックの特徴、
を示している。
これらのガラスは、硝酸塩や炭酸塩などの容易に分解できる化合物からおよび／または酸化物から通常の様式で調製した。均質な混合物を得るために、出発材料を混合した。１，０００ｇの出発材料を白金坩堝内に配置し、電気炉内において１２時間に亘り１，６５０℃で溶融した。
溶融後、ガラスを６ｍｍ厚のプレートに成形し、６５０℃でアニールした。最も多く水を含有するガラス（実施例Ｉと比較例１）について、出発材料として水和アルミナを用いた（無水アルミナは比較例２で用いた）。調製した（セラミック化前の）ガラスの含水量を比較した。
図１において、本発明の実施例Ｉによるガラスおよび従来技術の比較例１と２のガラスについて、透過率曲線が与えられている２，８００ｎｍ辺りのＯＨの吸収ピークは明らかに見える。それゆえ、比較例１および本発明の実施例Ｉによるガラスは、ほとんど同じ含水量を有する事実が容易に分かる（曲線は２，８００ｎｍ辺りで一緒である）。これらの含水量は、比較例２のガラスのものよりもずっと多い。
アニールしたプレートを、以下のセラミック化スケジュールのいずれか一方にしたがってセラミック化した。
セラミック化スケジュール１：
２６分で周囲温度から６６０℃まで
４０分で６６０℃から８３０℃まで
１１分で８３０℃から１，０００℃まで
９分で１，０００℃から１，０７０℃まで
１５分間１，０７０℃
周囲温度まで急冷
セラミック化スケジュール２：
２６分で周囲温度から６６０℃まで
４０分で６６０℃から８３０℃まで
１１分で８３０℃から１，０００℃まで
１１分で１，０００℃から１，０９０℃まで
１５分間１，０９０℃
周囲温度まで急冷
セラミック化スケジュール３：
２６分で周囲温度から６６０℃まで
５１分で６６０℃から８６０℃まで
１５分間８６０℃
周囲温度まで急冷
２６分で周囲温度から６６０℃まで
４０分で６６０℃から８３０℃まで
１１分で８３０℃から１，０００℃まで
９分で１，０００℃から１，０７０℃まで
１５分間１，０７０℃
周囲温度まで急冷
セラミック化スケジュール２：
２６分で周囲温度から６６０℃まで
４０分で６６０℃から８３０℃まで
１１分で８３０℃から１，０００℃まで
１１分で１，０００℃から１，０９０℃まで
１５分間１，０９０℃
周囲温度まで急冷
セラミック化スケジュール３：
２６分で周囲温度から６６０℃まで
５１分で６６０℃から８６０℃まで
１５分間８６０℃
周囲温度まで急冷
表１において、β−ＯＨ（ｍｍ-1）は以下のように計算した：
ここで、ｔはｍｍで表した試料の厚さであり、Ｔ最大は２，６００ｎｍでの透過率であり、Ｔ最小は２，８００ｎｍでの透過率である。ＭＯＲ値は、ＡＳＴＭ規格Ｆ３９４−７８にしたがって測定した。括弧内の数字は標準偏差である。
セラミック化後、得られたガラスセラミックの熱膨張、８００ｎｍと２，０００ｎｍでの透過率、並びに破壊係数を評価した。
比較例１のガラスは、相当な量のＯＨを含有している。このガラスから得られたガラスセラミック−色は白色でわずかに半透明の、主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を含むガラスセラミック（セラミック化スケジュール２の後に得られたものは、セラミック化スケジュール１の後に得られたものよりもわずかに不透明である）−には、亀裂が生じない。しかしながら、このガラスセラミックは、それぞれ、１４４ＭＰａおよび１２４ＭＰａの低いＭＯＲ値を有する。
比較例２のガラスは、ＯＨ含有量がずっと少ないことを除いて、比較例１のガラスと同じである。その結果、このガラスから得られたガラスセラミック−色は白色でわずかに半透明の、主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を含むガラスセラミック（セラミック化スケジュール２の後に得られたものは、セラミック化スケジュール１の後に得られたものよりもわずかに不透明である）−は、それぞれ、２０９ＭＰａおよび２９４ＭＰａの高いＭＯＲ値を有する。
実施例Ｉのガラスは本発明のガラス前駆体である。相当なＯＨ含有量（比較例１のガラスのものとほとんど同じである）にもかかわらず、以下の両項目に関して、効果的なガラスセラミックを得ることができる：
− 低い熱膨張値、および
− 高いＭＯＲ値（１９１ＭＰａおよび１９５ＭＰａ）。
− 低い熱膨張値、および
− 高いＭＯＲ値（１９１ＭＰａおよび１９５ＭＰａ）。
セラミック化スケジュール１および２により得られた本発明のガラスセラミックは、色が白色で、わずかに半透明のβ−スポジュメンを含むガラスセラミックである。セラミック化スケジュール３により得られた本発明のガラスセラミックは、β−石英のガラスセラミックである。これは透明である。
実施例IIおよびIII、並びに比較例３：
前駆体ガラスの含水量に関してより厳しい条件下でこれらの実施例と比較例を実施した。
前駆体ガラスの含水量に関してより厳しい条件下でこれらの実施例と比較例を実施した。
ガラスを得るためのプロセスは、先の実施例において行ったものに匹敵した（溶融）。しかしながら、溶融中ずっと、ガラスの表面に水蒸気流を流した。その結果、ガラス中の含水量は、実施例Ｉ、比較例１または２のガラスのものよりもずっと多かった。
上述した表１と同じタイプの表２を以下に示す。
表２において、亀裂の存在または不在は、光学顕微鏡により観察した。実施例IIのガラスセラミックの透過率曲線も図１に示されている。
本発明のガラスから、その多い含水量（０．０５モル／ｌよりも大きいと推測できる）にもかかわらず、亀裂の生じないガラスセラミックを得ることができる。
同じく多い含水量の従来技術のガラスセラミックは、表面に亀裂が生じた。
本発明のβ−スポジュメンのガラスセラミックは、水分が豊富なおよび／または高いセラミック化温度でセラミック化されたガラス前駆体から得ることができる。
Claims (10)
- 主結晶相として、β−石英またはβ−スポジュメンの固溶体を含有する透明、半透明または不透明なガラスセラミック材料であって、
(i) 効果的であり過剰ではない量の少なくとも一種類の清澄剤と共に、酸化物の質量パーセントで表して、以下の組成：６５から７０％までのＳｉＯ2、１８から２３％までのＡｌ2Ｏ3、４より多く５％までのＬｉ2Ｏ、０から１％未満のＭｇＯ、１から３％までのＺｎＯ、０から２％までのＢａＯ、１．８から４％までのＴｉＯ2、１から２．５％までのＺｒＯ2、０．４から１％までのＫ2Ｏおよび／またはＮａ2Ｏを実質的に有し、
(ii) ０．２ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有する、
ことを特徴とするガラスセラミック材料。 - ０．４ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有することを特徴とする請求項１記載のガラスセラミック材料。
- 主結晶相として、β−スポジュメンの固溶体を含有することを特徴とする請求項１または２記載のガラスセラミック材料。
- 請求項１から３いずれか１項記載のガラスセラミック材料から製造された製品。
- レンジ台の上面、調理器具、電子レンジのプレート、暖炉の窓、防火扉または防火窓、熱分解炉の窓および触媒反応炉の窓からなる群より選択されることを特徴とする請求項４記載の製品。
- 請求項１記載のガラスセラミック材料の前駆体である結晶化可能な無機ガラスであって、
(i) 効果的であり過剰ではない量の少なくとも一種類の清澄剤と共に、酸化物の質量パーセントで表して、以下の組成：６５から７０％までのＳｉＯ2、１８から２３％までのＡｌ2Ｏ3、４より多く５％までのＬｉ2Ｏ、０から１％未満のＭｇＯ、１から３％までのＺｎＯ、０から２％までのＢａＯ、１．８から４％までのＴｉＯ2、１から２．５％までのＺｒＯ2、０．４から１％までのＫ2Ｏおよび／またはＮａ2Ｏを実質的に有し、
(ii) ０．２ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有する、
ことを特徴とするガラス - ０．４ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有することを特徴とする請求項６記載のガラス。
- 請求項１記載のガラスセラミック材料または製品を調製する方法であって、セラミック化を確実にする条件下で前記ガラスセラミックの結晶化可能な無機ガラス前駆体を熱処理する工程を有してなり、
(i) 前記無機ガラス前駆体が、効果的であり過剰ではない量の少なくとも一種類の清澄剤と共に、酸化物の質量パーセントで表して、以下の組成：６５から７０％までのＳｉＯ2、１８から２３％までのＡｌ2Ｏ3、４より多く５％までのＬｉ2Ｏ、０から１％未満のＭｇＯ、１から３％までのＺｎＯ、０から２％までのＢａＯ、１．８から４％までのＴｉＯ2、１から２．５％までのＺｒＯ2、０．４から１％までのＫ2Ｏおよび／またはＮａ2Ｏを実質的に有し、
(ii) 該ガラス前駆体が０．２ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有する、
ことを特徴とする方法。 - 前記ガラス前駆体が０．４ｍｍ-1より大きいβ−ＯＨ値を有することを特徴とする請求項８記載の方法。
- 前記熱処理が、１，０５０℃から１，２００℃の温度でのセラミック化の工程を含むことを特徴とする請求項８または９記載の方法。
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