JP2016047795A - Beta-quartz glass ceramics and related precursor glasses - Google Patents

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Jacqueline Monique Comte Marie
ジャックリン モニーク コムト マリー
メルスコエ−コーヴェル イザベル
Melscoet-Chauvel Isabelle
メルスコエ−コーヴェル イザベル
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Ovono Ovono Delavand
オヴォノ オヴォノ デラヴァン
プラデオ フィリプ
Pradeo Philip
プラデオ フィリプ
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide precursor glasses of β-quartz glass ceramics used as cooktops or fire-resistant window panes.SOLUTION: The composition of a glass-ceramic expressed in mass percentages of oxides is free of CeO, MnO, F, Br, arsenic oxide and antimony oxide except for inevitable traces and comprises, for at least 98% of its mass: SiOof 66-70%; AlOof 18-20% (excluding 20%); LiO of 3-4%; MgO of 0.5-1.5%; ZnO of 1-2.2%; TiOof 2.5-3.2%; ZrOof 1.2-1.8%; SnOof 0.2-0.45%; BaO of 1-3% and SrO of 0-2% provided that BaO+SrO is of 1-3%; CaO of 0-0.3% (excluding 0.3%), NaO of 0-0.3% (excluding 0.3%), and KO of 0-0.3% (excluding 0.3%) provided that NaO+KO+CaO is of 0-0.6% (excluding 0.6%); POof 0-2%; FeOof 0-0.12%; and at least one dye of 0-2%.SELECTED DRAWING: None

Description

関連出願の説明Explanation of related applications

本出願は、その全ての内容をここに引用する、2010年1月22日に出願された仏国特許出願第1050413号の優先権を主張するものである。   This application claims the priority of French patent application No. 1050413 filed on Jan. 22, 2010, the entire contents of which are hereby incorporated by reference.

本開示は、主結晶相としてβ石英の固溶体(ここでは、β石英と称する)を含有し、高温での使用に適したガラスセラミックの分野に関する。これらのガラスセラミックは、大抵、透明でありかつ着色されている。   The present disclosure relates to the field of glass ceramics containing a solid solution of β quartz (herein referred to as β quartz) as the main crystalline phase and suitable for use at high temperatures. These glass ceramics are usually transparent and colored.

本開示の実施の形態は、新規のβ石英ガラスセラミックであって、その組成が、それらを得る方法に含まれる清澄(どのような標準的な清澄剤も含有しない(As23もSb23も含まない)ガラス溶融物に標準的な清澄温度で適用される清澄)、その前駆体ガラスの良好な耐失透性、および温度エージングに関して、最も特別に最適化されている新規のβ石英ガラスセラミック;その新規のガラスセラミックを含有する物品;そのような新規のガラスセラミックの前駆体であるリチウムアルミノケイ酸塩ガラス;並びにその新規のガラスセラミックおよび物品を調製する方法に関する。 Embodiments of the present disclosure are novel β quartz glass ceramics whose composition includes fining (not containing any standard fining agent (As 2 O 3 or Sb 2) included in the method of obtaining them. (Not including O 3 ) (fine fining applied to the glass melt at standard fining temperature), good devitrification resistance of the precursor glass, and new β that is most specifically optimized for temperature aging The present invention relates to quartz glass ceramics; articles containing the novel glass ceramics; lithium aluminosilicate glasses that are precursors of such novel glass ceramics; and methods for preparing the novel glass ceramics and articles.

主結晶相としてβ石英の固溶体を含有するβ石英ガラスセラミックは、ガラスの熱処理により得られる公知の材料である。β石英ガラスセラミックの物品の製造は、従来、3つの主要な連続工程を含む。   Β-quartz glass ceramic containing a solid solution of β-quartz as the main crystal phase is a known material obtained by heat treatment of glass. The manufacture of an article of β-quartz glass ceramic conventionally involves three main continuous processes.

第1の工程は、通常、1,550℃と1,750℃の間で行われる、鉱物原材料のバッチ混合物((既存の)鉱物ガラスおよび/またはそのようなガラスである鉱物原材料の混合物(次には、そのガラスが生成され、その場で溶融される))の前駆体の溶融と清澄(清澄は、得られるガラス溶融物からガス状内包物をできるだけ効率的に除去するのに実際に適している)を含む。   The first step is usually performed between 1,550 ° C. and 1,750 ° C., a batch mixture of mineral raw materials ((existing) mineral glass and / or a mixture of mineral raw materials that are such glasses (next The glass is produced and melted in-situ)) precursor melting and clarification (clarification is practically suitable for removing gaseous inclusions from the resulting glass melt as efficiently as possible Included).

第2の工程は、その得られたガラス溶融物の冷却(その際中に全ての失透が適切に避けられる)および成形を含む。   The second step involves cooling and shaping of the resulting glass melt, during which all devitrification is suitably avoided.

第3の結晶化またはセラミック化工程は、適切な熱処理(核形成および結晶の成長の連続段階を含む)により、成形された冷却済みガラスの処理を含む。   The third crystallization or ceramization process involves the treatment of the shaped cooled glass by a suitable heat treatment (including successive stages of nucleation and crystal growth).

β石英ガラスセラミックは、様々な背景で、特に、調理用コンロの天板として、また耐火性ドアおよび窓に、すなわち、特に、高温に曝される状況で、使用される。そのような用途に使用されるこれらのガラスセラミックは、低い熱膨張係数(25℃と700℃の間でのほぼ±3×10-7/K程度)により特徴付けられる。 β-quartz glass ceramic is used in various backgrounds, especially as a cooking stove top and to refractory doors and windows, ie, particularly in situations where it is exposed to high temperatures. These glass ceramics used in such applications are characterized by a low coefficient of thermal expansion (on the order of approximately ± 3 × 10 −7 / K between 25 ° C. and 700 ° C.).

β石英ガラスセラミックの微細構造は、主に、残留するガラス相中に埋め込まれたβ石英晶子からなる。TiZrO4などの核形成剤を含有する結晶相、またはβスポジュメンなどの他の結晶相(β石英以外の)が少量(結晶化分画の20質量%未満)存在するであろう。 The microstructure of β-quartz glass ceramic mainly consists of β-quartz crystallites embedded in the remaining glass phase. There will be small amounts (less than 20% by weight of the crystallization fraction) of crystalline phases containing nucleating agents such as TiZrO 4 or other crystalline phases such as β-spodumene (other than β-quartz).

そのβ石英ガラスセラミックが透明であるために、晶子のサイズが約70nm未満であるべきであることが知られている。   It is known that the crystallite size should be less than about 70 nm because the beta quartz glass ceramic is transparent.

そのβ石英ガラスセラミックが、高温に曝されたときに、変形に対して耐性であるために、全結晶含有量が、都合よくは、70質量%と95質量%の間にあるべきであることが知られている。   In order for the β-quartz glass ceramic to be resistant to deformation when exposed to high temperatures, the total crystal content should conveniently be between 70% and 95% by weight. It has been known.

さらに、ガラス相中のβ石英の晶子である、β石英ガラスセラミックの微細構造は、そのガラスセラミックの温度エージング中に変化するであろう。それゆえ、実施の形態において、β石英固溶体は、準安定性であり、高温(750℃と1,100℃の間)でβスポジュメンの固溶体に転移される。そのような転移は、ガラスセラミックの透明性およびその熱膨張係数にとって有害であり得る。それゆえ、その熱膨張係数は、0〜3から5〜15×10-7/Kに変化するであろう。転移(β石英→βスポジュメン)は、セラミック化熱処理中、またはガラスセラミックがその後の熱処理を受けているときに、生じそうである。それゆえ、その転移は、ガラスセラミックが高温に曝されている背景において、そのガラスセラミックの使用中に生じそうである。転移温度(β石英→βスポジュメン)は、前駆体ガラスの組成(そのガラスが、より少ない含有量のシリカおよびより多い含有量のアルカリ酸化物およびアルカリ土類酸化物を含有する場合、より低い)、および熱処理(ガラスのセラミック化のための、またはガラスセラミックのその後の熱処理)に依存する。それゆえ、転移温度は、加熱速度が遅ければ、低くなる。 Furthermore, the microstructure of β-quartz glass ceramic, which is a crystal of β-quartz in the glass phase, will change during temperature aging of the glass ceramic. Therefore, in embodiments, the β-quartz solid solution is metastable and is transferred to a β-spodumene solid solution at high temperatures (between 750 ° C. and 1,100 ° C.). Such a transition can be detrimental to the transparency of the glass ceramic and its coefficient of thermal expansion. Therefore, its coefficient of thermal expansion will vary from 0-3 to 5-15 × 10 −7 / K. The transition (β-quartz → β-spodumene) is likely to occur during the ceramization heat treatment or when the glass ceramic undergoes a subsequent heat treatment. Therefore, the transition is likely to occur during use of the glass ceramic in the background where the glass ceramic is exposed to high temperatures. The transition temperature (β quartz → β spodomen) is the composition of the precursor glass (lower if the glass contains a lower content of silica and a higher content of alkali and alkaline earth oxides) , And heat treatment (for glass ceramization or subsequent heat treatment of glass ceramic). Therefore, the transition temperature is lower when the heating rate is slower.

ガラス相自体が変化することもできる。ガラス相が結晶化してもよい。それゆえ、ルチル(TiO2)およびセルシアン(BaAl2Si28)などの他の結晶相が、β石英ガラスセラミックの微細構造中に現れ、高温で熱処理を経験するであろう。そのような他の結晶相は、大量にあると、透明性および/または熱膨張にとって有害でもあり得る。熱膨張に関して、セルシアンは、高い熱膨張係数(40×10-7/Kに近い)を有する。 The glass phase itself can also change. The glass phase may crystallize. Therefore, other crystalline phases such as rutile (TiO 2 ) and celsian (BaAl 2 Si 2 O 8 ) will appear in the microstructure of β-quartz glass ceramic and will experience heat treatment at high temperatures. Such other crystalline phases, when present in large quantities, can also be detrimental to transparency and / or thermal expansion. Regarding thermal expansion, Celsian has a high coefficient of thermal expansion (close to 40 × 10 −7 / K).

それゆえ、β石英ガラスセラミック、特に透明なガラスセラミックの微細構造の温度安定性の技術的問題は現実の技術的問題である。   Therefore, the technical problem of temperature stability of the microstructure of β-quartz glass ceramics, especially transparent glass ceramics, is a real technical problem.

さらに、β石英ガラスセラミックおよびそのようなβ石英ガラスセラミックの物品を得る範囲内で、前駆体ガラス溶融物からガス内包物が適切に除去される。この目的に関して、少なくとも1種類の清澄剤が、それ自体公知の様式で、その中で関与させられる。今まで、As23および/またはSb23が清澄剤として特に使用されてきた。これらの化合物の毒性と益々厳しくなっている施行済み規制のために、代わりの清澄剤が提案されてきた。とりわけ、SnO2が最も使用されてきた。しかしながら、この化合物は、従来の清澄剤であるAs23および/またはSb23ほど効率的ではない。この問題を緩和するために、以下のことが提案されてきた:
− SnO2を、CeO2、MnO2(特許文献1の教示を参照)、F(特許文献2の教示を参照)、Br(特許文献3の教示を参照)などの補助的清澄剤と関連付ける。そのような補助的清澄剤は、望ましくない着色の原因である、および/または高価である、および/または毒性である;
− As23および/またはSb23に使用した温度よりも高い温度で溶融および/または清澄を行う。このことは、特に経済的観点から、興味深くはない。◎
このような状況において、本発明者等が、ヒ素およびアンチモンを含まないが、As23および/またはSb23を含有する従来技術の組成物と同じ工業条件下で、特に温度(1,700℃未満、好ましくは1,680℃未満)の条件下で、清澄剤としてSnO2と共に溶融され、清澄されるβ石英ガラスセラミック、特に透明のβ石英ガラスセラミックの前駆体組成物(ガラス)を提案することが適していると思われた。このことは、経済的観点からも特に興味深い。これに関して、本発明者等は、ガラスが、1,700℃未満の、実際に、1,680℃未満の温度で、工業条件下で溶融されるように、ガラスは、1,650℃未満、実際に1,640℃未満の温度で300dPa・s(ポアズ)の粘度を有するべきであることを実験により示した。
Furthermore, gas inclusions are suitably removed from the precursor glass melt within the scope of obtaining β-quartz glass ceramic and articles of such β-quartz glass ceramic. For this purpose, at least one fining agent is involved therein in a manner known per se. To date, As 2 O 3 and / or Sb 2 O 3 have been particularly used as fining agents. Alternative fining agents have been proposed because of the toxicity and the increasingly stringent regulations of these compounds. In particular, SnO 2 has been most used. However, this compound is not as efficient as the conventional fining agents As 2 O 3 and / or Sb 2 O 3 . To alleviate this problem, the following has been proposed:
-Associate SnO 2 with supplemental fining agents such as CeO 2 , MnO 2 (see the teachings of US Pat. Such auxiliary fining agents are responsible for undesirable coloration and / or are expensive and / or toxic;
- performing melting and / or refining at a temperature higher than the temperature used in the As 2 O 3 and / or Sb 2 O 3. This is not interesting, especially from an economic point of view. ◎
In such a situation, the inventors have not included arsenic and antimony, but under the same industrial conditions as the prior art compositions containing As 2 O 3 and / or Sb 2 O 3 , especially at the temperature (1 , 700 ° C., preferably less than 1,680 ° C.) Precursor composition (glass) of β quartz glass ceramic, especially transparent β quartz glass ceramic, which is melted and clarified with SnO 2 as a fining agent Proposed to be suitable. This is particularly interesting from an economic point of view. In this regard, we believe that the glass is less than 1,650 ° C., so that the glass is melted under industrial conditions at a temperature of less than 1,700 ° C., in fact, less than 1,680 ° C. Experiments have shown that it should actually have a viscosity of 300 dPa · s (poise) at temperatures below 1,640 ° C.

欧州特許第1957421号明細書EP 1957421 欧州特許第1899276号明細書EP 1899276 欧州特許第1901999号明細書European Patent No. 1901999

コンロの天板または耐火性窓ガラスとして使用されるβ石英ガラスセラミックの前駆体ガラスはたいてい圧延により形成される。この種の成形中に失透を避けるために、液相線粘度が約5,000dPa・s(ポアズ)より大きいガラスがあることが都合よい。液相線において形成される結晶相の性質は、ガラスの組成に依存する。その組成は、例えば、ジルコンまたはムライトであろう。ムライトにおける失透は、この相の成長速度が非常に急速であるので、非常に不都合である。   The precursor glass of β-quartz glass ceramic used as the top plate of a stove or refractory window glass is usually formed by rolling. In order to avoid devitrification during this type of molding, it is advantageous to have a glass with a liquidus viscosity greater than about 5,000 dPa · s (Poise). The nature of the crystalline phase formed at the liquidus depends on the glass composition. Its composition would be, for example, zircon or mullite. Devitrification in mullite is very disadvantageous because the growth rate of this phase is very rapid.

本発明者等は、前述のことに鑑みて、以下を満たすβ石英ガラスセラミック、特に、透明なβ石英ガラスセラミックを開示する:
1) 温度エージングに対する耐性に関して最適化されている(要件の第1条項)。開示されたガラスセラミックは、β石英結晶以外の結晶(特にβスポジュメンおよびセルシアンの)を感知できる量(都合よくは、全結晶相の20質量%未満)で形成せずに、830℃で100時間のエージング熱処理に耐えることができるのが実証された(明らかに、830℃で100時間に亘り耐える材料は、それより低い温度ではより長く耐える。本発明者等は、例えば、この処理(830℃での100時間)が、少なくとも、775℃での1,000時間の熱処理と同じほど厳しいことに気付いた);
2) ヒ素も、アンチモンも含有せず、1650℃未満、都合よくは1640℃未満の温度で、300dPa・s(ポアズ)の粘度を有する溶融ガラスから得られる(要件の第2条項の第1部分);このガラスは、5,000dPa・s超の液相線粘度も有する(要件の第2条項の第2部分)。
In view of the foregoing, the inventors disclose a β-quartz glass ceramic that satisfies the following, in particular, a transparent β-quartz glass ceramic:
1) Optimized for resistance to temperature aging (first requirement). The disclosed glass-ceramics do not form crystals (especially those of β-spodumene and celsian) other than β-quartz crystals (conveniently less than 20% by weight of the total crystal phase) at 830 ° C. for 100 hours. (Obviously, a material that can withstand 100 hours at 830 ° C. lasts longer at lower temperatures. We have for example treated this process (830 ° C.). Was found to be at least as severe as a 1,000 hour heat treatment at 775 ° C.);
2) Obtained from molten glass that contains neither arsenic nor antimony and has a viscosity of 300 dPa · s (poise) at a temperature below 1650 ° C., conveniently below 1640 ° C. (first part of the second clause of the requirements) ); The glass also has a liquidus viscosity greater than 5,000 dPa · s (second part of the second clause of the requirement).

当業者は、開示されたβ石英ガラスセラミックは、先の2つの条項が相反しているので、明白ではないことを今既に理解している。実際に、1,700℃未満で、容易に溶融できる前駆体ガラスから、特にβスポジュメンへの転移に対して耐性であるβ石英ガラスセラミックを得ることは非常に難しい。そのようなガラスセラミック(特にβスポジュメンへの転移に対して耐性である、β石英の)を得るのに適したガラスの一群(シリカ含有量が多く、かつアルカリとアルカリ土類含有量が少ないガラス)は、ガラス包有物の排出を遅くする高粘度である、特に1,700℃未満の温度での、高い粘度のために、清澄するのが難しい。そのようなガラスの溶融、したがって、清澄を促進するために、アルカリおよびアルカリ土類含有量を増加させることが適しているであろう。ここで、このことにより、β石英以外の結晶相の発生が容赦なく促進される。   Those skilled in the art already understand that the disclosed β-quartz glass ceramic is not obvious because the previous two provisions conflict. In fact, it is very difficult to obtain β-quartz glass ceramics that are resistant to the transition to β-spodumene from precursor glasses that can be easily melted below 1,700 ° C. A group of glasses suitable for obtaining such glass ceramics (especially β-quartz which is resistant to transition to β-spodumene) (glasses with high silica content and low alkali and alkaline earth content) ) Is difficult to clarify due to the high viscosity that slows the discharge of glass inclusions, especially at temperatures below 1,700 ° C. It would be appropriate to increase the alkali and alkaline earth content in order to promote melting of such glass and thus fining. Here, this relentlessly promotes the generation of crystal phases other than β-quartz.

欧州特許出願公開第1313675号明細書には、その組成にヒ素もアンチモンも含まずに、V25の還元によって暗くなる、透明なβ石英ガラスセラミックが記載されている。これには、失透(前駆体ガラスの)に対する高い耐性により特徴付けられたそのようなガラスセラミックが記載されている。これには、そのβ石英ガラスセラミックを得る方法も記載されている。 EP 1133675 describes a transparent β-quartz glass ceramic that does not contain arsenic or antimony in its composition and darkens upon reduction of V 2 O 5 . This describes such glass ceramics characterized by a high resistance to devitrification (of the precursor glass). This also describes a method for obtaining the β quartz glass ceramic.

この欧州特許出願公開第1313675号明細書の教示により、先の要件の両方の条項の相反する特徴が確認される。アルカリのNa2OとK2O、およびアルカリ土類のCaOとSrOとBaOにより、ガラスの溶融が改善される。これらのアルカリおよびアルカリ土類酸化物の含有量を減少させることによって、温度エージングに対してより耐性であるガラスセラミックを得ることが可能になる。 The teachings of this EP-A-1313675 confirm the conflicting features of both provisions of the previous requirement. Alkali Na 2 O and K 2 O and alkaline earth CaO, SrO and BaO improve the melting of the glass. By reducing the content of these alkali and alkaline earth oxides, it becomes possible to obtain glass ceramics that are more resistant to temperature aging.

この欧州特許出願公開第1313675号明細書には、清澄剤としてのSnO2およびV25の還元剤の使用も記載されている。清澄は、実施例において、1,640℃または1,975℃で行われる。化学的(SnO2による)および物理的(1時間に亘り1,975℃の温度で行われる)清澄の両方を含む「複合」清澄の実施が、最も詳しく説明されている。 EP-A-1313675 also describes the use of SnO 2 and V 2 O 5 reducing agents as fining agents. Clarification is performed at 1,640 ° C. or 1,975 ° C. in the examples. The implementation of “composite” fining, including both chemical (with SnO 2 ) and physical (performed for 1 hour at a temperature of 1,975 ° C.) fining, is best described.

ある実施の形態によれば、本開示は、その組成が上述した要件の相反する条項両方を好都合に満たす、主結晶相としてβ石英の固溶体(β石英の固溶体は、全結晶相(結晶化分画の)の80質量%超を占める)を含有するガラスセラミックに関する。避けられない微量を除いて、酸化ヒ素および酸化アンチモンを含まない前記組成は、酸化物の質量パーセントで表して、その質量の少なくとも98%について、66〜70%のSiO2、18〜<20%のAl23、3〜4%のLi2O、0.5〜1.5%のMgO、1〜2.2%のZnO、2.5〜3.2%のTiO2、1.2〜1.8%のZrO2、0.2〜0.45%のSnO2、1〜3%のBaO、0〜2%のSrO、1〜3%のBaO+SrO、0〜<0.3%のCaO、0〜<0.3%のNa2O、0〜<0.3%のK2O、0〜<0.6%のNa2O+K2O+CaO、0〜2%のP25、0〜0.12%のFe23、0〜2%の少なくとも1種類の染料(すなわち、少なくとも1種類の染料が、2質量%まで必要に応じて存在する)を含有する。 According to certain embodiments, the present disclosure provides a solid solution of β-quartz as the main crystalline phase (β-quartz solid solution is the total crystalline phase (crystallized fraction), the composition of which advantageously satisfies both conflicting provisions of the requirements described above. It relates to glass ceramics comprising more than 80% by weight of the paint). Except for the inevitable traces, the said composition containing no arsenic oxide and antimony oxide, expressed in weight percent on the oxide, for at least 98% of its mass, 66-70% of SiO 2, 18~ <20% Al 2 O 3 , 3-4% Li 2 O, 0.5-1.5% MgO, 1-2.2% ZnO, 2.5-3.2% TiO 2 , 1.2 1.8% of ZrO 2, 0.2 to .45% of SnO 2, 1 to 3% of BaO, 0 to 2% of SrO, 1 to 3% of BaO + SrO, 0~ <0.3% of CaO, 0- <0.3% Na 2 O, 0- <0.3% K 2 O, 0- <0.6% Na 2 O + K 2 O + CaO, 0-2% P 2 O 5 , from 0 to 0.12% of Fe 2 O 3, 0 to 2% of at least one dye (i.e., at least one dye, respond as required up to 2 wt% Exist Te) containing.

前記組成は、その質量の少なくとも98%について、上述した酸化物を含有することが示される。これは、本開示のガラスセラミック内で、列記された(酸化物)化合物の合計が、少なくとも98質量%に相当することを意味する。この合計が、前記質量の少なくとも99質量%、またはさらには100%に相当することが好都合である。しかしながら、中立的であるか、またはそれらを生成する、少なくとも別の化合物の存在および注目すべきなのは、そのような有害ではない作用(求められている性質に対して)は、完全には排除できない。いずれにせよ、その少なくとも1種類の化合物は、もし存在すれば、少量:<2質量%、好都合には<1質量%で存在する。ある実施の形態において、本開示のガラスセラミックの組成は、列記された酸化物から実質的になる。   The composition is shown to contain the aforementioned oxides for at least 98% of its mass. This means that in the glass ceramic of the present disclosure, the sum of the listed (oxide) compounds corresponds to at least 98% by weight. Conveniently this sum corresponds to at least 99% or even 100% of said mass. However, the existence of at least another compound that is neutral or that produces them and, notably, such non-hazardous effects (for the property sought) cannot be completely ruled out. . In any case, the at least one compound, if present, is present in small amounts: <2% by weight, conveniently <1% by weight. In certain embodiments, the composition of the glass ceramic of the present disclosure consists essentially of the listed oxides.

前記組成が、避けられない微量を除いて、酸化ヒ素および酸化アンチモンを含まないことが指摘される。これは明らかに、As23および/またはSb23が、組成内に、著しい作用を及ぼさない量でしか存在し得ないことを意味する。そのような量は、一般に、250ppm未満である。当業者には、存在するAs23およびSb23が、例えば、カレットを使用することによって、もたらされ得ることが理解されよう。「避けられない微量を除いて、酸化ヒ素および酸化アンチモンを含まない」という表現に関する先の記述は、LAS前駆体ガラスに関して使用されている場合を含む本文に沿って適用される。 It is pointed out that the composition does not contain arsenic oxide and antimony oxide, except in unavoidable traces. This clearly means that As 2 O 3 and / or Sb 2 O 3 can only be present in the composition in an amount that does not have a significant effect. Such amount is generally less than 250 ppm. One skilled in the art will appreciate that the existing As 2 O 3 and Sb 2 O 3 can be provided, for example, by using cullet. The foregoing description of the expression “excluding unavoidable traces and is free of arsenic oxide and antimony oxide” applies along with the text, including when used with LAS precursor glasses.

開示されたガラスセラミックは、高温で使用するのに適した、好都合には透明な、β石英ガラスセラミックである。それらの微細構造は、先に述べたタイプ(小さいサイズ(透明性に関して、一般に、30と70nmの間)の晶子、高い全結晶含有量(好都合には70と95%の間)および大半がβ石英からなる結晶相)のものである。上述し、以下にコメントするその組成は、先に規定した要件に対して最適化される。   The disclosed glass ceramic is a beta quartz glass ceramic, conveniently transparent, suitable for use at high temperatures. Their microstructure is the previously mentioned type (small size (typically between 30 and 70 nm for transparency)), high total crystal content (conveniently between 70 and 95%) and mostly β Crystal phase made of quartz). The composition described above and commented below is optimized for the requirements defined above.

関与するガラスセラミックは、LASタイプのものである。それらは、β石英の個預貸の必須成分としてLiO2、Al23およびSiO2を含有する。狭い範囲に関連するその組成に関して、以下が指定されるであろう。 The glass ceramic involved is of the LAS type. They contain LiO 2 , Al 2 O 3 and SiO 2 as essential components for personal deposits of β-quartz. With regard to its composition relative to a narrow range, the following would be specified:

SiO2:SiO2含有量は、安定なβ石英構造を得るためには、少なくとも66%であり、前駆体ガラスの溶融に関して、70%以下である。 The SiO 2 : SiO 2 content is at least 66% in order to obtain a stable β-quartz structure and 70% or less with respect to the melting of the precursor glass.

Al23:アルミナ含有量は、十分な量のβ石英結晶を確実に形成するために、18%以上であるべきである。その含有量は、20%未満であるべきである。本発明者等は、これにより、温度エージング中のセルシアン(BaAl2Si28)の形成が制限されることを示した。これにより、ガラスの冷却中の失透によりムライトが形成されるのも避けられる。アルミナ含有量が18%と19.7%の間にあることが好都合である。 The Al 2 O 3 : alumina content should be at least 18% to ensure the formation of a sufficient amount of β-quartz crystals. Its content should be less than 20%. The inventors have shown that this limits the formation of celsian (BaAl 2 Si 2 O 8 ) during temperature aging. This avoids the formation of mullite due to devitrification during cooling of the glass. Conveniently, the alumina content is between 18% and 19.7%.

Li2O、MgOおよびZnO:これらの元素が結晶相に入る。それらの元素が少なすぎる量でしか含まれない場合、溶融ガラスが、粘性でありすぎ(清澄が難しく)、β石英結晶の量が少なすぎる。それらが過剰な量で含まれる場合、β石英のβスポジュメンへの転移が早まってしまう。溶融を促進するために、最小のMgO含有量を有することが重要である。この元素は、高温粘度を減少させ、ZrO2の溶解を促進させる。 Li 2 O, MgO and ZnO: These elements enter the crystalline phase. If these elements are included only in too small amounts, the molten glass is too viscous (difficult to clarify) and the amount of β quartz crystals is too small. If they are included in excessive amounts, the transition of β-quartz to β-spodumene will be accelerated. In order to promote melting, it is important to have a minimum MgO content. This element reduces the viscosity at high temperature to promote the dissolution of ZrO 2.

TiO2、ZrO2およびSnO2:これらの化合物は、核形成剤として含まれる。それらは、小さなサイズのβ石英結晶を多数得るために十分な量で含まれる。過剰な量のTiO2(>3.2%)は、βスポジュメンへの転移および/またはルチルの沈積を早めるので、許容できない(ZrO2の存在)。過剰な量のZrO2(>1.8%)またはSnO2(>0.45%)は、失透を生じるので許容できない。SnO2は、清澄剤としても含まれる(前述を参照)。これが、最小量の0.2%が必要とされる理由である。SnO2は、CeO2、MnO2、FおよびBrから選択される任意の補助清澄剤には関連しないことが好都合である。それゆえ、開示された組成は、避けられない微量を除いて、CeO2、MnO2、FおよびBrを含まないことが好都合である。 TiO 2 , ZrO 2 and SnO 2 : These compounds are included as nucleating agents. They are included in an amount sufficient to obtain a large number of small size β quartz crystals. Excessive amounts of TiO 2 (> 3.2%) are unacceptable (presence of ZrO 2 ) because they accelerate the transition to β-spodumene and / or the deposition of rutile. Excessive amounts of ZrO 2 (> 1.8%) or SnO 2 (> 0.45%) are unacceptable because they cause devitrification. SnO 2 is also included as a fining agent (see above). This is why a minimum amount of 0.2% is required. Conveniently, SnO 2 is not associated with any auxiliary fining agent selected from CeO 2 , MnO 2 , F and Br. Therefore, the disclosed composition is advantageously free of CeO 2 , MnO 2 , F and Br, except inevitable traces.

BaOおよびSrO:開示された組成内で、BaOおよび/またはSrOは、β石英がβスポジュメンの結晶に転移される温度の低下に著しい影響を与えずに、高温粘度を減少させ、原材料、ガラスおよび/または酸化物の混合物の溶融を改善する(それゆえ、清澄を促進する)のに非常に効率的であることが実証された。BaOは、SrOの価格のために、SrOよりも好ましい。前記ガラスセラミックの質量組成は、1.2から3%のBaOおよび0から1.8%のSrOを含むことが好都合である(常に、BaO+SrOは1から3%である)。前記ガラスセラミックの質量組成がSrOを含まないことが非常に好都合である。これらの酸化物(BaOおよびSrO)は、残留ガラス中に残る。これが、それらの含有量が3%を超えるべきではない理由である;これを超えると、形成されるβ石英の量が少なすぎ、セルシアンが、温度エージング中に形成されるかもしれない。   BaO and SrO: Within the disclosed composition, BaO and / or SrO reduces the high temperature viscosity without significantly affecting the decrease in temperature at which β-quartz is transformed into β-spodumene crystals, and the raw materials, glass and It has been demonstrated to be very efficient in improving the melting of the oxide mixture (and thus promoting fining). BaO is preferred over SrO because of the price of SrO. Conveniently, the mass composition of the glass ceramic comprises 1.2 to 3% BaO and 0 to 1.8% SrO (always BaO + SrO is 1 to 3%). It is very advantageous that the mass composition of the glass ceramic does not contain SrO. These oxides (BaO and SrO) remain in the residual glass. This is why their content should not exceed 3%; beyond this, too little beta quartz is formed and celsian may be formed during temperature aging.

Na2O、K2OおよびCaO:これらの酸化物は、β石英結晶中に入らない。それらは、残留ガラス相中に残る。本発明者等は、それらの含有量(CaO:1〜<0.3、好都合に0〜<0.1;Na2O:0〜<0.3;K2O:0〜<0.3、好都合に0〜<0.2)は、それらが結晶の急激な転移(β石英からβスポジュメンへ)を促進するので、少ないままであるべぎてある:Na2O+K2O+CaO<0.6。さらに、Na2O+K2Oは、溶融を改善し、高温粘度を低下させるのに、MgO、BaOおよびSrOほど効率的ではないことが実証された。 Na 2 O, K 2 O and CaO: These oxides do not enter the β quartz crystal. They remain in the residual glass phase. The inventors have their content (CaO: 1~ <0.3, advantageously 0~ <0.1; Na 2 O: 0~ <0.3; K 2 O: 0~ <0.3 , Conveniently 0- <0.2) should remain low because they promote a sharp transition of crystals (from β-quartz to β-spodumene): Na 2 O + K 2 O + CaO <0.6 . Furthermore, Na 2 O + K 2 O has been demonstrated to be less efficient than MgO, BaO and SrO in improving melting and reducing high temperature viscosity.

実際に、上述した要件に関して、MgO、BaOおよびSrOの作用が、Na2O、K2OおよびCaOの作用よりもずっと好都合であることを示したのは、本発明者等にとって大きな利点である:これらの元素(MgO、BaOおよびSrO)は、結晶の転移をそれほど生じない一方で、粘度を低下させるのにより効率的である。 In fact, it is a great advantage for the inventors to show that the action of MgO, BaO and SrO is much more favorable than the action of Na 2 O, K 2 O and CaO with respect to the requirements mentioned above. : These elements (MgO, BaO and SrO) are less efficient in reducing viscosity while producing less crystal transition.

25:この酸化物には、高温粘度を減少させるという利点がある。しかしながら、これは高価である。 P 2 O 5 : This oxide has the advantage of reducing the high temperature viscosity. However, this is expensive.

Fe23:鉄含有量は、ことによると存在する鉄(先験的に、不純物の状態で常に存在する)がガラスセラミックの着色を乱さないように、表示した範囲内に留まるべきである。 Fe 2 O 3 : Iron content should stay within the indicated range so that possibly iron present (already a priori always present in an impurity state) does not disturb the color of the glass ceramic. .

先にその組成が規定されたガラスセラミックは、60nm以下、好都合には55nm以下のサイズを持つβ石英晶子の微細構造、および70と95%の間の全結晶含有量を有し、全結晶含有量の85%超、好都合には少なくとも90%がβ石英晶子からなる。   The glass ceramic whose composition has been previously defined has a microstructure of β-quartz crystallites with a size of 60 nm or less, conveniently 55 nm or less, and a total crystal content between 70 and 95%, More than 85% of the amount, advantageously at least 90%, consists of β-quartz crystallites.

そのようなガラスセラミックは、透明性および温度エージングに対する耐性に関して特に性能を発揮する。それらは、先に述べた質量組成を有し、従来のセラミック化処理の終わりに得られる。   Such glass ceramics perform particularly well with regard to transparency and resistance to temperature aging. They have the mass composition described above and are obtained at the end of the conventional ceramization treatment.

前記ガラスセラミックは、必ずしも着色されていない。特定の状況で、特に調理用コンロの天板としての使用については、それらは一般に着色されている。その結果、そのガラスセラミックは、少なくとも1種類の染料を効率的な量、含有する。V25は、染料として極めてよく使用される。本出願人は、長年、この染料を含有する、特にKerablack(登録商標)の取引名の、ダークカラーの調理用コンロを市販してきた。本出願人は、ごく最近、ブルーライトに相当する、450と480nm(範囲を含む)の間の波長の可視光を透過させる能力がゼロではない、ダークカラーの他の調理用コンロを開発した。そのような調理コンロは、ブルーの範囲で発光するディスプレイに使用するのに適している。それらが、同一出願人の仏国特許第2946041号明細書に記載されている。 The glass ceramic is not necessarily colored. In certain situations, especially for use as a cooking stove top, they are generally colored. As a result, the glass-ceramic contains an effective amount of at least one dye. V 2 O 5 is very often used as a dye. The Applicant has for many years marketed dark-colored cooking stoves containing this dye, in particular under the trade name Kerackack®. Applicants have recently developed other cooking stoves with dark colors that have a non-zero ability to transmit visible light at wavelengths between 450 and 480 nm (including range), which corresponds to blue light. Such cooking stoves are suitable for use in displays that emit light in the blue range. They are described in French patent 2946041 of the same applicant.

そのようなコンロの天板に関して、より一般には、ブルーカラーの透過の技術的問題に関して、ここに開示されたガラスセラミックは、染料として、ある実施の形態によれば、0.01から0.2の、好都合には、0.01から0.05質量%のV25、および0.01から0.1の、好都合には、0.01から0.03質量%のCoOを含有する。 With respect to such a stove top, and more generally with respect to the technical problem of blue color transmission, the glass ceramic disclosed herein may be used as a dye, according to one embodiment, from 0.01 to 0.2. Conveniently, 0.01 to 0.05% by weight of V 2 O 5 and 0.01 to 0.1, conveniently 0.01 to 0.03% by weight of CoO.

この代わりの例の範囲内で、前記ガラスセラミックは、低い積算透過率(Y)(ダークカラーについて)でブルーの透過の求められている効果に関して、酸化ニッケルを含有しないか、またはどうあろうと多くは含有しない(NiO≦0.02質量%)ことが好都合である。   Within this alternative example, the glass ceramic does not contain nickel oxide, or much more, with respect to the desired effect of blue transmission with low integrated transmission (Y) (for dark colors). Is not contained (NiO ≦ 0.02 mass%).

第2の実施の形態によれば、本開示は、開示のガラスセラミックを含む物品に関する。その物品は、好都合には完全にそのようなガラスセラミックからなる。   According to a second embodiment, the present disclosure relates to an article comprising the disclosed glass ceramic. The article advantageously consists entirely of such glass ceramic.

もちろん、そのガラスセラミックが、使用の際に、高温に曝される物品としてうまく使用されることが考えられる。それらの組成は、この目的のために最適化されている(先に説明した要件の第1条項を参照)。   Of course, it is conceivable that the glass ceramic is successfully used as an article that is exposed to high temperatures in use. Their composition has been optimized for this purpose (see the first clause of the requirements described above).

それゆえ、このガラスセラミック物品は、特に、調理用コンロ、調理器具、電子レンジの底部、煙突の窓ガラス、耐火性ドアまたは窓、もしくは熱分解炉または触媒炉の窓にある。   This glass-ceramic article is therefore in particular in cooking stoves, cooking utensils, microwave oven bottoms, chimney panes, refractory doors or windows, or pyrolysis or catalytic furnace windows.

第3の実施の形態によれば、本開示は、上述したような、開示のガラスセラミックの前駆体である、リチウムアルミノケイ酸塩ガラスに関する。そのガラスは、先に説明したような、前記ガラスセラミックの質量組成を有する。   According to a third embodiment, the present disclosure relates to a lithium aluminosilicate glass that is a precursor of the disclosed glass ceramic as described above. The glass has a mass composition of the glass ceramic as described above.

さらに別の実施の形態によれば、本開示は、先に記載したガラスセラミックを調製する方法、および先に記載したガラスセラミックから少なくとも部分的になる物品を調製する方法に関する。   According to yet another embodiment, the present disclosure is directed to a method of preparing a glass ceramic as described above and a method of preparing an article at least partially from the glass ceramic described above.

それらの方法は、類推による方法である。   Those methods are methods by analogy.

従来、ガラスセラミックを調製する方法は、清澄剤を含有する、鉱物原材料のバッチ混合物(リチウムアルミノケイ酸塩ガラスおよび/またはそのようなガラスの前駆体である鉱物原材料の混合物の)の溶融と清澄、およびセラミック化熱処理を含む。   Traditionally, methods for preparing glass ceramics include melting and fining a batch mixture of mineral raw materials (of lithium aluminosilicate glass and / or a mixture of mineral raw materials that are precursors of such glasses) containing a fining agent, And ceramicizing heat treatment.

物品を調製する前記方法は、連続して、清澄剤を含有する、鉱物原材料のバッチ混合物(リチウムアルミノケイ酸塩ガラスおよび/またはそのようなガラスの前駆体である鉱物原材料の混合物の)の溶融と清澄、得られた清澄された溶融ガラスの冷却、およびそれと同時の目的とする物品に求められている形状への形成、並びにその成形されたガラスのセラミック化熱処理を含む。   Said method of preparing the article comprises the continuous melting of a batch mixture of mineral raw materials (lithium aluminosilicate glass and / or a mixture of mineral raw materials that are precursors of such glasses) containing a fining agent. Clarification, cooling of the resulting clarified molten glass, and simultaneous formation to the desired shape of the desired article, and ceramization heat treatment of the molded glass.

特徴的な様式で、開示のガラスセラミックの質量組成(先に示され、説明された、狭い範囲の質量組成)に対応する質量組成を有する鉱物原材料のバッチ混合物(ガラスおよび/または鉱物原材料の混合物)から出発して、前記方法を適用する。そのような組成は、避けられない微量を除いて、どのような酸化ヒ素も、どのような酸化アンチモンも含有しない(先の[0025]参照)。清澄剤として、その組成は酸化スズを含有する(組成は、CeO2、MnO2、FおよびBrからなる群より選択される補助清澄剤を含有しないことが好都合である)。なお、ここで、その組成が、Al23、Li2O、MgOおよびZnO;BaOおよび/またはSrO;Na2O、K2OおよびCaOの絶対含有量と相対含有量により最も具体的に特徴付けられることが想起されよう。 In a characteristic manner, a batch mixture of mineral raw materials (a mixture of glass and / or mineral raw materials) having a mass composition corresponding to the mass composition of the disclosed glass ceramic (a narrow range of mass compositions as shown and described above) The method is applied starting from. Such a composition does not contain any arsenic oxide or any antimony oxide, except inevitable traces (see [0025] above). As a fining agent, the composition contains tin oxide (composition, it is advantageous that it does not contain an auxiliary refining agent selected from the group consisting of CeO 2, MnO 2, F and Br). Here, the composition is most specifically determined by the absolute content and the relative content of Al 2 O 3 , Li 2 O, MgO and ZnO; BaO and / or SrO; Na 2 O, K 2 O and CaO. Recall that it is characterized.

特徴的な様式で、前記方法は、1,700℃未満(実際に1,680℃未満)の温度で行われたときに、非常に満足な結果を与える溶融および清澄工程を含む。これにおいて、先に説明した要件の第2条項の第1部分が満たされる。それゆえ、ガラスセラミックの前駆体組成物の溶融および清澄は、1,700℃未満、実際に1,680℃未満の温度(すなわち、As23および/またはSb23による従来の清澄に関する標準的な温度)で行われることが好都合である。もちろん、より高温で溶融および清澄工程を行うことは、開示の方法の範囲から完全に排除され得るものではないが、このことは、求められている結果に関して要求されず、そのような実施は、先験的に、この方法の適用を複雑にするだけであり、余計なコストを与えるであろう。 In a characteristic manner, the method includes a melting and fining step that gives very satisfactory results when performed at temperatures below 1,700 ° C. (actually below 1,680 ° C.). In this, the first part of the second clause of the requirement explained above is satisfied. Therefore, melting and fining of the glass-ceramic precursor composition relates to conventional fining with temperatures below 1,700 ° C., indeed below 1,680 ° C. (ie As 2 O 3 and / or Sb 2 O 3). Conveniently at a standard temperature). Of course, performing melting and fining steps at higher temperatures may not be completely excluded from the scope of the disclosed method, but this is not required with respect to the results sought and such implementation is A priori will only complicate the application of this method and will add extra cost.

特に圧延による、清澄ガラスの成形は、ガラスの失透に対する良好な耐性により容易になる。   Forming clear glass, especially by rolling, is facilitated by good resistance to devitrification of the glass.

セラミック化処理は、従来、2つの工程:核形成工程(典型的に650と800℃の間で行われる)および結晶成長工程(典型的に880と1,000℃の間で行われる)を含む。各工程の各々に、10分間の期間が少なくとも必要である。当業者によく知られているように、これらの期間と温度は、最初のガラスの組成および温度の上昇速度に応じて適用されるであろう。それによって、セラミック化処理は、材料が70と95%の間の全結晶含有量を有し、β石英に実質的に結晶化され(この相は、結晶化材料の質量で、85%超、好都合には少なくとも90%に相当する)、β石英晶子が、60nm以下、好都合には55nm以下の平均サイズを有するように適用されることが好都合であろう。本発明者等は、最良の透明性(最低の拡散)が得られ、その材料がその後の熱処理中により安定であるのは、これらの条件が満たされた時であることを示した。   The ceramization process conventionally comprises two steps: a nucleation step (typically performed between 650 and 800 ° C.) and a crystal growth step (typically performed between 880 and 1,000 ° C.). . Each step requires at least a 10 minute period. As is well known to those skilled in the art, these periods and temperatures will be applied depending on the initial glass composition and the rate of temperature increase. Thereby, the ceramization process has a total crystal content of between 70 and 95% and is substantially crystallized into β-quartz (this phase is more than 85% by mass of the crystallized material, Conveniently corresponding to at least 90%), it will be expedient for the β-quartz crystallites to be applied to have an average size of 60 nm or less, conveniently 55 nm or less. The inventors have shown that the best transparency (lowest diffusion) is obtained and that the material is more stable during subsequent heat treatments when these conditions are met.

1kgの前駆体ガラスのバッチを製造するために、下記の表1の第1部分に清書された比率(酸化物として表された質量比)の原材料を注意深く混合した。   In order to produce a batch of 1 kg of precursor glass, the raw materials in the proportions (mass ratio expressed as oxide) written in the first part of Table 1 below were carefully mixed.

その混合物を溶融(および清澄)のために白金坩堝に入れた。充填された坩堝を、1,500℃に予熱された炉に入れた。   The mixture was placed in a platinum crucible for melting (and fining). The filled crucible was placed in a furnace preheated to 1500 ° C.

これらの混合物は、以下の溶融サイクルを経験した:2時間以内の1,500℃から1,650℃への温度上昇、および5時間30分間に亘る1,650℃での維持。   These mixtures experienced the following melting cycle: temperature increase from 1,500 ° C. to 1,650 ° C. within 2 hours, and maintenance at 1,650 ° C. for 5 hours 30 minutes.

次いで、坩堝を炉から取り出し、溶融ガラスを、加熱した鋼鉄プレート上に注いだ。このガラスをその上で6mmの厚さに圧延し、650℃で1時間に亘り焼き鈍した。   The crucible was then removed from the furnace and the molten glass was poured onto a heated steel plate. The glass was then rolled to a thickness of 6 mm and annealed at 650 ° C. for 1 hour.

ガラスに高温粘度を測定した。粘度が300dPa・sである温度(T(300dPa・s))が、表1の第2の部分に示されている。   High temperature viscosity was measured on the glass. The temperature at which the viscosity is 300 dPa · s (T (300 dPa · s)) is shown in the second part of Table 1.

失透特徴を以下のようにして決定した。ガラスサンプル(0.5cm3)に以下の熱処理を施した:1430℃で予熱した炉に入れ、30分間に亘りこの温度を維持し、10℃/分の速度で試験温度Tまで冷却し、17時間に亘りこの温度に維持し、サンプルを急冷した。 Devitrification characteristics were determined as follows. A glass sample (0.5 cm 3 ) was subjected to the following heat treatment: placed in a furnace preheated at 1430 ° C., maintained at this temperature for 30 minutes, cooled to test temperature T at a rate of 10 ° C./min, 17 The temperature was maintained over time and the sample was quenched.

結晶を光学顕微鏡により観察する。以下の表1の第2の部分において、液相線は、温度の範囲(および関連する粘度)で与えられている:最高の温度は、結晶が観察されない最小温度に相当し、最低温度は、結晶が観察される最高温度に相当する。この温度で形成される結晶の性質も示されている。   The crystals are observed with an optical microscope. In the second part of Table 1 below, the liquidus is given in the temperature range (and associated viscosity): the highest temperature corresponds to the lowest temperature at which no crystals are observed, and the lowest temperature is Corresponds to the highest temperature at which crystals are observed. The nature of the crystals formed at this temperature is also shown.

次いで、圧延したガラスプレートに以下のセラミック化処理を施す:500℃に予熱された炉にプレートを入れ、30分以内で500℃から820℃に炉の温度を上昇させ、10分以内で820℃から結晶成長のための最高温度T(max)まで温度を上昇させ、12分間に足りT(max)を維持し、炉の冷却速度で冷却する。   The rolled glass plate is then subjected to the following ceramization treatment: the plate is placed in a furnace preheated to 500 ° C., the furnace temperature is increased from 500 ° C. to 820 ° C. within 30 minutes, and 820 ° C. within 10 minutes. The temperature is raised to the maximum temperature T (max) for crystal growth, and T (max) is maintained for 12 minutes, and cooling is performed at the cooling rate of the furnace.

本発明者等は、サンプルに示差走査熱量分析(DSC)を行うことによって、得られたβ石英ガラスセラミックの微細構造の「安定性」に興味を持った。サンプルは、10℃/分の加熱速度(室温から1,200℃まで)で試験した。新たな結晶相の外観は、発熱ピークの発生により表される。第1の発熱ピークの発生温度T(DSC)が、以下の表1の第2の部分に示されている。固定炉(static oven)内において830℃で100時間のエージング後に、安定性も測定した。サンプルの微細構造を、X線回折によって、そのエージングの前後に分析した。X線回折分析について、Cuカソードを備えた、ラピッド・マルチチャンネル・リニア検出器(RTMS)を有する、単色光で動作する回折計を使用した。リートベルト法によるX線回折図の分析により、存在する結晶相の性質とパーセンテージ並びにβ石英固溶体晶子の平均サイズを得ることができた。各結晶相の(質量)パーセンテージは、全結晶化分画に対して与えられている。   The inventors were interested in the “stability” of the microstructure of the resulting β-quartz glass ceramic by performing differential scanning calorimetry (DSC) on the sample. Samples were tested at a heating rate of 10 ° C./min (from room temperature to 1200 ° C.). The appearance of the new crystal phase is represented by the occurrence of an exothermic peak. The temperature T (DSC) at which the first exothermic peak occurs is shown in the second part of Table 1 below. Stability was also measured after aging for 100 hours at 830 ° C. in a static oven. The microstructure of the sample was analyzed before and after aging by X-ray diffraction. For X-ray diffraction analysis, a diffractometer operating with monochromatic light with a rapid multichannel linear detector (RTMS) equipped with a Cu cathode was used. Analysis of the X-ray diffractogram by the Rietveld method has yielded the nature and percentage of the crystalline phase present and the average size of the β quartz solid solution crystallites. The (mass) percentage of each crystal phase is given for the total crystallized fraction.

得られた結果が、下記の表1の第2の部分に示されている(XRD:β石英結晶の%、(β石英結晶のサイズ)、βスポジュメンの%)。   The results obtained are shown in the second part of Table 1 below (XRD:% β quartz crystal, (β quartz crystal size), β spodumene%).

ガラスが1,700℃未満、実際に1,680℃未満の温度で工業条件下で溶融されるように、そのガラスは、1,650℃未満、実際に1,640℃未満の温度で300dPa・s(ポアズ)の粘度を有するべきであることが示された。ガラスを工業的に容易に成形できるようにするために、その液相線粘度が5,000dPa・s超であるべきである。β石英の微細構造に大きな変化がなく、ガラスセラミックがエージング試験(830℃での100時間)を経るように、第1のDSCピークが1,030℃未満では現れないべきである。   In order for the glass to melt under industrial conditions at temperatures below 1,700 ° C., indeed below 1,680 ° C., the glass is 300 dPa · s at temperatures below 1,650 ° C., actually below 1,640 ° C. It was shown to have a viscosity of s (poise). In order to be able to form the glass easily industrially, its liquidus viscosity should be greater than 5,000 dPa · s. The first DSC peak should not appear below 1,030 ° C. so that there is no significant change in the microstructure of β-quartz and the glass ceramic undergoes an aging test (100 hours at 830 ° C.).

特定のガラスセラミックの熱膨張係数(CTE)および透過特徴も測定した。透過測定は、積分球を備えた分光光度計によって、3mmの厚さを持つ研磨サンプルに行った。ASTM D1003−07基準にしたがって、ヘイズ値を計算した。D65光源による全可視光積分透過率およびヘイズ値(ヘイズ)が表1に記載されている(第2の部分)。   The coefficient of thermal expansion (CTE) and transmission characteristics of certain glass ceramics were also measured. The transmission measurement was performed on a polished sample having a thickness of 3 mm using a spectrophotometer equipped with an integrating sphere. Haze values were calculated according to ASTM D1003-07 standards. The total visible light integrated transmittance and haze value (haze) by the D65 light source are listed in Table 1 (second part).

例1〜7は比較例であり、例8〜16は様々な実施の形態を示している。   Examples 1 to 7 are comparative examples, and Examples 8 to 16 show various embodiments.

例1および2の組成は、Na2OおよびCaOの含有量が多すぎ、したがって、DSCより測定される新たな結晶相の発生温度が低すぎる。 The compositions of Examples 1 and 2 have too much Na 2 O and CaO content, and therefore the temperature at which new crystal phases are generated as measured by DSC is too low.

例3および4の組成は、MgO含有量が多すぎ、したがって、DSCより測定される新たな結晶相の発生温度が低すぎる。   The compositions of Examples 3 and 4 have too much MgO content, and therefore the temperature at which new crystal phases are generated as measured by DSC is too low.

例5の組成は、MgOを含有せず、したがって、高温粘度が高すぎる。   The composition of Example 5 does not contain MgO and therefore has a high temperature viscosity that is too high.

例6の組成は、Al23含有量が多すぎ、BaOを含有しない。その液相線粘度は低すぎ、液相線で形成される相がムライトであるので、なおさらそうである。 The composition of Example 6 has too much Al 2 O 3 content and does not contain BaO. This is even more so because the liquidus viscosity is too low and the phase formed by the liquidus is mullite.

例7の組成は、BaO含有量が少なすぎる。ガラスが300dPa・s(ポアズ)の粘度を有する温度が高すぎる。   The composition of Example 7 has too little BaO content. The temperature at which the glass has a viscosity of 300 dPa · s (Poise) is too high.

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ガラスの溶融および清澄の能力が、下記の例(Aおよび9’)にも示されている。   The ability to melt and clarify the glass is also shown in the examples below (A and 9 ').

1kgの前駆体ガラスのバッチを製造するために、下記の表2の第1の部分に記載された比率(酸化物として表された質量比)で表された原材料を注意深く混合した。   To produce a batch of 1 kg of precursor glass, the raw materials expressed in the proportions (mass ratio expressed as oxide) described in the first part of Table 2 below were carefully mixed.

その混合物を、溶融(および清澄)のために、白金坩堝内に入れた。充填された坩堝を、1,500℃に予熱された炉内に入れた。その混合物は、その後、その中で溶融サイクルを経た:2時間以内で1,500℃から1,650℃の温度上昇、および2時間に亘り1,650℃の維持。   The mixture was placed in a platinum crucible for melting (and fining). The filled crucible was placed in a furnace preheated to 1,500 ° C. The mixture then went through a melting cycle therein: a temperature increase from 1,500 ° C. to 1,650 ° C. within 2 hours, and a maintenance of 1,650 ° C. for 2 hours.

次いで、坩堝を炉から取り出し、溶融ガラスを、加熱した鋼鉄プレート上に注いだ。このガラスをその上で6mmの厚さに圧延し、650℃で1時間に亘り焼なましした。1,650℃での短い維持時間のために、清澄は不完全である。プレート内の気泡の数を、画像分析器に接続されたカメラで自動計数した。   The crucible was then removed from the furnace and the molten glass was poured onto a heated steel plate. The glass was then rolled to a thickness of 6 mm and annealed at 650 ° C. for 1 hour. Due to the short maintenance time at 1,650 ° C., fining is incomplete. The number of bubbles in the plate was automatically counted with a camera connected to the image analyzer.

例Aは比較例である。示された組成は、BaOを含有せず、Al23含有量は多すぎる。対応するガラス(清澄が不十分な)は、例9’のものの10倍超の数の気泡を有する(ガラス9’は、先の例9のガラス組成を有する。これには、異なる溶融サイクルを施した)。 Example A is a comparative example. The composition shown does not contain BaO and the Al 2 O 3 content is too high. The corresponding glass (insufficiently clear) has more than 10 times the number of bubbles as that of Example 9 ′ (Glass 9 ′ has the glass composition of Example 9 above. gave).

Figure 2016047795
Figure 2016047795

Claims (5)

主結晶相としてβ石英固溶体を含有するガラスセラミックにおいて、
酸化物の質量パーセントで表される、該ガラスセラミックの組成は、避けられない微量を除いて、CeO、MnO、F、Br、酸化ヒ素および酸化アンチモンを含まず、その質量の少なくとも98%について、66〜70%のSiO2、18〜<20%のAl23、3〜4%のLi2O、0.5〜1.5%のMgO、1〜2.2%のZnO、2.5〜3.2%のTiO2、1.2〜1.8%のZrO2、0.2〜0.45%のSnO2、1〜3%のBaO、0〜2%のSrO、1〜3%のBaO+SrO、0〜<0.3%のCaO、0〜<0.3%のNa2O、0〜<0.3%のK2O、0〜<0.6%のNa2O+K2O+CaO、0〜2%のP25、0〜0.12%のFe23、0〜2%の少なくとも1種類の染料を含有するガラスセラミックであって、
60nm以下のサイズを有するβ石英晶子を含み、全結晶含有量が70から95%であり、全結晶含有量の85質量%超が前記β石英晶子からなり、かつ
前記染料として0.01〜0.2質量%のVおよび0.01〜0.1質量%のCoOを含有する、
ガラスセラミック。
In a glass ceramic containing β quartz solid solution as the main crystal phase,
Represented in the mass percent of the oxides as the composition of the glass ceramic, with the exception of inevitable traces, CeO 2, MnO 2, F , Br, free of arsenic oxide and antimony oxide, the mass of at least 98% for, 66-70% of SiO 2,. 18 to <20% of the Al 2 O 3, 3 to 4 percent of Li 2 O, 0.5 to 1.5 percent of MgO, 1 to 2.2 percent of ZnO, 2.5 to 3.2% of TiO 2, 1.2 to 1.8 percent of ZrO 2, .2 to 0.45 percent SnO 2, 1 to 3 percent of BaO, 0 to 2 percent of SrO, 1-3% BaO + SrO, 0- <0.3% CaO, 0- <0.3% Na 2 O, 0- <0.3% K 2 O, 0- <0.6% Na Contains 2 O + K 2 O + CaO, 0-2% P 2 O 5 , 0-0.12% Fe 2 O 3 , 0-2% at least one dye. Glass ceramic
Β crystallites having a size of 60 nm or less are included, the total crystal content is 70 to 95%, more than 85% by mass of the total crystal content is the β crystallites, and 0.01 to 0 as the dye Containing 2 % by weight of V 2 O 5 and 0.01-0.1% by weight of CoO,
Glass ceramic.
前記組成が18から19.7%のAl23を含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。 The glass ceramic of claim 1 wherein the composition contains 18 to 19.7% Al 2 O 3 . 前記組成が、1.2から3%のBaOおよび0から1.8%のSrO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。   3. The glass ceramic according to claim 1, wherein the composition contains 1.2 to 3% BaO and 0 to 1.8% SrO. SrOを含有しないことを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載のガラスセラミック。   The glass ceramic according to any one of claims 1 to 3, which does not contain SrO. 前記組成が、67.97%のSiO2、18.9%のAl23、3.5%のLi2O、1.1%のMgO、1.6%のZnO、2.7%のTiO2、1.6%のZrO2、0.3%のSnO2、2.0%のBaO、0.1%のNa2O、0.1%のK2O、0.089%のFe23、0.025%のV,および0.016%のCoOを含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。 The composition is 67.97% SiO 2 , 18.9% Al 2 O 3 , 3.5% Li 2 O, 1.1% MgO, 1.6% ZnO, 2.7% TiO 2 , 1.6% ZrO 2 , 0.3% SnO 2 , 2.0% BaO, 0.1% Na 2 O, 0.1% K 2 O, 0.089% Fe The glass ceramic according to claim 1, comprising 2 O 3 , 0.025% V 2 O 5 , and 0.016% CoO.
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