JP2016501810A - 不透明材料、着色材料および半透明材料をテクスチャー処理する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ガラスセラミック製品を準備する実施形態を開示する。米国特許第5,491,115号明細書(この内容全体が参照により本明細書に組み込まれる)に記載されているように、ガラスセラミックは、ガラス前駆体の少なくとも一部全体が、実質的に一様なパターンで熱的に発達した、少なくとも1つの結晶相を有する材料である。少なくとも1つの結晶相を有することに加えて、ガラスセラミックはまた非晶質相も有する。ガラスセラミックは、食物の調理や給仕で、また電子デバイスで使用される製品の製造を含む様々な領域で使用されている。ガラスセラミック材料は、1)一般に核化剤を含む原料混合物を溶融してガラスを製造する工程、2)ガラスから製品を形成し、ガラスをその転移範囲未満の温度に冷却する工程、および3)適切な処理によりガラス製品を結晶化(すなわち、「セラミック化」)させる工程により、一般に製造される。ガラスセラミックは、無孔性、高強度性、半透明性、強靭性、不透明性、着色性および乳白色性などの多様な特性を有する一連の材料を提供する。そのような特性は、基材ガラス組成の選択、ならびに基材ガラスの熱処理および結晶化の制御により提供され得る。好適なガラスセラミック製品の例としては、次のガラスセラミック系、1)Li2O−Al2O3−SiO2系(すなわち、LAS系)、2)MgO−Al2O3−SiO2系(すなわち、MAS系)、および3)ZnO−Al2O3−SiO2系(すなわち、ZAS系)から形成されたものが挙げられる。
ガラスセラミック製品の未損傷表面へ化学エッチング液を塗布する実施形態を開示する。結晶相および非晶質相の両方を有するというガラスセラミックの特有性のために、化学エッチング剤、例えば化学エッチング液により、それぞれの相で異なるエッチングおよび/または異なる改質が可能になる。異なるエッチングとは、ガラスセラミック製品の結晶相および非晶質相が、同一の化学エッチング剤および/または化学エッチング液により、異なる速度でエッチングされ、かつ/または改質される特質のことをいう。主結晶相を有するガラスセラミック製品と主非晶質相を有するガラスセラミック製品に共に適した化学エッチング液に関しては、いくつかの実施形態では、化学エッチング液はフッ化水素酸(すなわち、HF)と無機フッ化物塩(すなわち、無機カチオンのX+およびF−)を混合することによって調製される。
一実施形態では、化学エッチング剤は、エッチング時間の終了時にガラスセラミック製品の粗化表面から除去される。粗化表面から化学エッチング液を除去する方法の適切な例は、脱イオン水による粗化表面の洗浄である。脱イオン水は、未損傷表面の改質および/またはエッチング反応を停止させるように機能する。あるいは、一実施形態では、第2の化学エッチング液を、ガラスセラミック製品の粗化表面に塗布してもよい。第2の化学エッチング液の適切な例としては、上述したような鉱酸が挙げられる。そのような第2の化学エッチング液は、フッ化水素酸を含まなくてもよい。そのような酸はガラスセラミック製品の粗化表面の改質および/またはエッチングを継続し、表面粗さを減少させ続け得るからである。第2の化学エッチング液は、粗化表面を脱イオン水で洗浄することにより粗化表面から除去し得る。
主結晶相を有する白色ガラスセラミック製品の光沢度とDORの関係
実験手順。主結晶相を有する白色ガラスセラミック製品の、60°における光沢度とDORの関係を調べた。一般に、化学エッチング液を、主結晶相を有するガラスセラミック製品の未損傷表面に1〜16分間塗布した。より具体的には、0.8%〜2.5%(重量/重量)のHFと5%(重量/重量)のH2SO4の化学エッチング液を、約90体積%の結晶化度を有する、より明確には、主のスポジュメン結晶相と従のルチル結晶相を有する、白色ガラスセラミック製品の未損傷表面に塗布した。そのような白色ガラスセラミック製品は、単純なナトリウムアルミノシリケートガラスについて前に記載したものであり、次のバッチ組成、すなわち、重量パーセントで58.8%のSiO2、21.5%のAl2O3、13.6%のNa2O、0.3%のSnO2および4.3%のTiO2を有するものであった。
異なる光沢度を有する白色ガラスセラミック製品の外観
実験手順。60°の種々の光沢度(90、70、50、40、30、20および10)を有するガラスセラミック製品の画像を撮影した。そのような光沢度は、0.8%〜2.5%(重量/重量)のHFと5%(重量/重量)のH2SO4の化学エッチング液を、実施例1で記載した、約90体積%の結晶化度を有する白色ガラスセラミック製品の未損傷表面にワンステッププロセスで塗布することにより得られた。光沢度を、ASTM手順D523などにより決定した。
主結晶相を有する白色ガラスセラミック製品おける、光沢度、フッ化水素酸濃度およびエッチング時間の関係
実験手順。主結晶相を有する白色ガラスセラミック製品について、60°の光沢度、フッ化水素酸(すなわち、HF)濃度、およびエッチング時間の関係を調べた。主結晶相を有する白色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、フッ化水素酸を含む化学エッチング液を塗布した。各種濃度(1.5M、1Mおよび0.5M)のフッ化水素酸と硫酸(0.9M)の化学エッチング液を調製した。その後、化学エッチング液をそれぞれ、5秒〜16分のエッチング時間の間、白色ガラスセラミック製品の未損傷表面に塗布した。白色ガラスセラミック製品は、実施例1で記載したものであった。60°の光沢度を、ASTM手順D523などにより決定した。
光沢度と化学エッチング液濃度の関係
実験手順。主結晶相を有する白色ガラスセラミック製品について、60°の光沢度と化学エッチング液濃度の関係を調べた。主結晶相を有する白色ガラスセラミック製品の未損傷表面に化学エッチング液を塗布した。より具体的には、白色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、各種濃度比のバッファードフッ化水素酸(すなわち、1〜6重量%のフッ化水素酸と5〜30重量%のアンモニウム)を含む化学エッチング液をそれぞれ、約8分のエッチング時間の間、塗布した。白色ガラスセラミック製品は、実施例1に記載したものであった。60°の光沢度を、ASTM手順D523などにより決定した。
化学エッチング液およびエッチング時間による60°の光沢度の制御
実験手順。様々な入射角での光沢度と、化学エッチング液の化学組成およびエッチング時間との関係を調べた。主結晶相を有する白色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、化学エッチング液を塗布した。より具体的には、下記の表1に示すように、白色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、約1〜約16分のエッチング時間の間、様々な濃度のフッ化水素酸(1重量%〜9重量%)を含む化学エッチング液を塗布した。さらに、下記の表2に示すように、白色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、約1〜約16分のエッチング時間の間、約1重量%〜約6重量%のフッ化水素酸および約5重量%〜30重量%のフッ化アンモニウムからなる、様々な濃度比のBHFを含む化学エッチング液を塗布した。最後に、下記の表3に示すように、白色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、約1分〜約16分のエッチング時間の間、様々な濃度のフッ化水素酸(1.5M、1M、および0.5M)と硫酸(0.9M)を含む化学エッチング液を塗布した。白色ガラスセラミック製品は、実施例1に記載したものであった。20°、60°および/または85°の光沢度を、ASTM手順D523などにより決定した。
主非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品の光沢度、化学エッチング液の濃度およびエッチング時間の関係
実験手順。主非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品について、60°の光沢度、化学エッチング液の濃度およびエッチング時間の関係を調べた。主非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、化学エッチング液を塗布した。より具体的には、約95体積%の非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、約15秒〜約5分のエッチング時間の間、各種濃度のフッ化水素アンモニウム(10重量%または15重量%)およびプロピレングリコール(10重量%)を含む化学エッチング液を塗布した。そのような黒色ガラスセラミック製品は、黒色を得るために着色添加剤を含むCorning(登録商標)Gorilla(登録商標)Glass(Corning Incorporated)であった。適当なエッチング時間、化学エッチング液を塗布した後、前の工程で生成した結晶を除去するために、黒色ガラスセラミック製品を硫酸(1M)に約5分間浸漬した。60°の光沢度を、ASTM手順D523などにより決定した。
主非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品の光沢度と化学エッチング液濃度の関係
実験手順。主結晶相を有する黒色ガラスセラミック製品について、60°の光沢度と化学エッチング液濃度の関係を調べた。主非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、化学エッチング液を約8分間塗布した。より具体的には、黒色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、約8分のエッチング時間の間、各種濃度比のバッファードフッ化水素酸(すなわち、2〜6重量%のフッ化水素酸と10〜25重量%のフッ化アンモニウム)を含む化学エッチング液をそれぞれ塗布した。黒色ガラスセラミック製品は、実施例6に記載したものであった。60°の光沢度を、ASTM手順D523などにより決定した。
主非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品の光沢度とDORの関係
実験手順。主非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品について、60°の光沢度とDORの関係を調べた。主非晶質相を有するガラスセラミック製品の未損傷表面に、1〜5分間、化学エッチング液を塗布した。より具体的には、実施例6で記載した黒色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、15%〜25%(重量/重量)のABFと10%〜15%(重量/重量)のプロピレングリコールを含む化学エッチング液を塗布した。
主非晶質相を有するガラスセラミック製品の光沢度と表面粗さRMSの関係
実験手順。主非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品について、60°の光沢度と表面粗さRMS(nm)の関係を調べた。主非晶質相を有するガラスセラミック製品の未損傷表面に、1〜5分間、化学エッチング液を塗布した。より具体的には、実施例6に記載した黒色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、15%〜25%(重量/重量)のABFと10%〜15%(重量/重量)のプロピレングリコールを含む化学エッチング液を塗布した。光沢度は、ASTM手順D523などにより決定した。表面粗さは、Newview(商標)7300(Zygo Corporation、Middlefield、CT)により決定した。
主非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品の光沢度と化学エッチング液濃度の関係
実験手順。主非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品について、60°の光沢度と化学エッチング液濃度の関係を調べた。主非晶質相を有する黒色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、化学エッチング液を約8分間塗布した。より具体的には、黒色ガラスセラミック製品の未損傷表面に、約8分のエッチング時間の間、各種濃度比のバッファードフッ化水素酸(すなわち、2〜6重量%のフッ化水素酸と10〜25重量%のフッ化アンモニウム)を含む化学エッチング液をそれぞれ塗布した。黒色ガラスセラミック製品は、実施例6に記載したものであった。60°の光沢度を、ASTM手順D523などにより決定した。
Claims (10)
- ガラスセラミック製品の未損傷表面を改質する方法において、
a)未損傷表面と初期光沢度を有するガラスセラミック製品を提供する工程、
b)前記ガラスセラミック製品の前記未損傷表面に化学エッチング液を、約5秒から15分未満のエッチング時間塗布する工程であって、前記化学エッチング液が、フッ化水素酸と無機フッ化物塩とを混合することによって調製され、前記化学エッチング液が、前記ガラスセラミック製品の約0.01μmから約20μmの深さが除去されるように前記未損傷表面を改質し、かつ前記化学エッチング液が前記ガラスセラミック製品の前記未損傷表面を改質して、低下光沢度および目標粗さを有する粗化表面を形成する工程、および
c)前記粗化表面から前記化学エッチング液を除去する工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記無機フッ化物塩が、フッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウム、バッファードフッ化水素酸、フッ化ナトリウム、フッ化水素ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化水素カリウム、およびこれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記化学エッチング液が、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ホウ酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、およびこれらの組合せからなる群から選択される鉱酸をさらに含み、かつ任意選択により有機酸をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記化学エッチング液が、グリコール、グリセロール、アルコール、界面活性剤、およびこれらの組合せからなる群から選択される湿潤剤をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記化学エッチング液が増粘剤をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記エッチング時間が約1分から約8分であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記化学エッチング液が、前記ガラスセラミック製品の約0.25μm〜約1μmの深さが除去されるように、前記未損傷表面を改質することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 60°の前記低下光沢度が約0.1%〜約75%であり、かつ前記ガラスセラミック製品がイオン交換に供された後に、前記化学エッチング液が前記未損傷表面に塗布されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ガラスセラミック製品が主結晶層を含み、
前記化学エッチング液が、
約0.2重量%〜約10重量%のフッ化水素酸、および
前記無機フッ化物塩として約1重量%〜約30重量%のフッ化アンモニウムも
を含み、
60°の前記低下光沢度が約1%〜約30%であり、
前記目標粗さが約10RMS(nm)〜約800RMS(nm)であり、かつ
前記化学エッチング液が、前記ガラスセラミック製品の約0.1μm〜約2μmの深さが除去されるように、前記未損傷表面を改質することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ガラスセラミック製品が主非晶質層を含み、
前記化学エッチング液が、フッ化水素酸と前記無機フッ化物塩の前記混合物として、約5%〜約25%のフッ化水素アンモニウムを含み、
前記化学エッチング液が、約5%〜約25%の湿潤剤をさらに含み、
60°の前記低下光沢度が約0.1%〜約30%であり、かつ
前記エッチング時間が約1分〜約4分であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
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