JP2021091583A - Crystallized glass, crystalline glass, and production method of crystallized glass - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、結晶化ガラス、特に表面に金属光沢を有する結晶化ガラスに関する。 The present invention relates to crystallized glass, particularly crystallized glass having a metallic luster on its surface.
従来、金属光沢などの意匠性を有するガラス物品を得る方法としては、例えば、特許文献1及び2に記載のように、スパッタを用いてガラスに金属膜を被覆する方法が知られている。 Conventionally, as a method for obtaining a glass article having a design property such as metallic luster, for example, as described in Patent Documents 1 and 2, a method of coating glass with a metal film by using sputtering is known.
しかし、大面積のガラス板にスパッタ方式で金属膜を被覆する場合は、ムラや膜剥がれなどが生じやすい。また、スパッタのための大型装置が必要となり製造コストが高くなりやすいという問題がある。 However, when a large-area glass plate is coated with a metal film by a sputtering method, unevenness and film peeling are likely to occur. Further, there is a problem that a large-scale device for sputtering is required and the manufacturing cost tends to be high.
本発明は、金属膜を被覆させずとも金属光沢を有し、優れた意匠性を有する結晶化ガラスを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a crystallized glass having a metallic luster and excellent designability without coating with a metal film.
本発明者は、鋭意検討した結果、結晶化ガラスに第一遷移金属酸化物を所定量含有させ、更に、結晶化度を規制することにより、結晶化ガラスの表面に金属光沢を発現させることができることを突き止め、本発明を提案するに至った。 As a result of diligent studies, the present inventor has made it possible to develop a metallic luster on the surface of the crystallized glass by containing a predetermined amount of the first transition metal oxide in the crystallized glass and further restricting the degree of crystallinity. We found out what we could do and came to propose the present invention.
本発明者が見出した機構は以下の通りである。第一遷移金属酸化物を所定量含んだ結晶性ガラスを、一定結晶化度以上に結晶化させると、結晶化ガラス中の結晶に固溶しにくい第一遷移金属イオンは、結晶化ガラス中のガラスマトリックス中に濃縮されると考えられる。そして、濃縮された第一遷移金属イオンは、ガラスマトリックスとともに結晶化ガラスの表面に移行し、その結果、金属リッチな表面層が形成され、結晶化ガラスの表面に金属光沢が発現すると考えられる。 The mechanism found by the present inventor is as follows. When crystalline glass containing a predetermined amount of the first transition metal oxide is crystallized to a certain degree of crystallinity or higher, the first transition metal ions that are difficult to dissolve in the crystals in the crystallinized glass are present in the crystallized glass. It is believed to be concentrated in the glass matrix. Then, it is considered that the concentrated first transition metal ion is transferred to the surface of the crystallized glass together with the glass matrix, and as a result, a metal-rich surface layer is formed and metallic luster is developed on the surface of the crystallized glass.
なお、一般的に遷移金属元素とは、周期表で第3〜11族元素の間に存在する元素の総称のことであり、第4周期に存在する遷移金属元素を第一遷移金属元素という。また遷移金属元素の中でも第4族元素については、結晶に固溶したりして表面の金属光沢に寄与しにくい。そのため、本発明では、遷移金属元素として、これらの元素(具体的には、Ti、Zr、Hf、Rf)を除いた元素を対象とする。 In general, the transition metal element is a general term for the elements existing between the 3rd to 11th group elements in the periodic table, and the transition metal element existing in the 4th period is referred to as the first transition metal element. Further, among the transition metal elements, the Group 4 element is difficult to contribute to the metallic luster of the surface because it dissolves in the crystal. Therefore, in the present invention, as the transition metal element, an element excluding these elements (specifically, Ti, Zr, Hf, Rf) is targeted.
すなわち、本発明の結晶化ガラスは、外掛けの質量%で、第4族を除く第一遷移金属酸化物を1超〜10%含有し、結晶化度が70%以上であることを特徴とする。 That is, the crystallized glass of the present invention is characterized in that it contains more than 1 to 10% of the first transition metal oxide excluding Group 4 and has a crystallinity of 70% or more in mass% of the outer cover. To do.
また、本発明の結晶化ガラスは、アルミノシリケートガラスであることが好ましい。 Further, the crystallized glass of the present invention is preferably aluminosilicate glass.
また、本発明の結晶化ガラスは、質量%で、SiO2 50〜80%、Al2O3 10〜25%、Li2O 0.1〜20%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0〜10%であることが好ましい。 Further, the crystallized glass of the present invention is preferably SiO 2 50 to 80%, Al 2 O 3 10 to 25%, Li 2 O 0.1 to 20%, MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0 to 10% in mass%. ..
更に、本発明の結晶化ガラスは、質量%で、TiO2 0.1〜5%、ZrO2 0.1〜5%含有することが好ましい。 Further, the crystallized glass of the present invention preferably contains TiO 2 0.1 to 5% and ZrO 2 0.1 to 5% in mass%.
また、本発明の結晶化ガラスは、前記第一遷移金属酸化物が、Fe2O3、CoO、NiO、CuOから選択される一種類以上であることが好ましい。 Further, in the crystallized glass of the present invention, it is preferable that the first transition metal oxide is one or more selected from Fe 2 O 3 , CoO, NiO and CuO.
このようにすれば、金属光沢を有する結晶化ガラスを得やすくなる。 In this way, it becomes easy to obtain crystallized glass having a metallic luster.
また、本発明の結晶化ガラスは、主結晶が、βクォーツであることが好ましい。 Further, in the crystallized glass of the present invention, it is preferable that the main crystal is β-quartz.
このようにすれば、結晶化ガラス本体に透光性を付与することができる。その結果、金属光沢を有し且つガラスの透光性を併せ持つ意匠性の高いガラス物品を得ることが可能になる。 In this way, the crystallized glass body can be imparted with translucency. As a result, it becomes possible to obtain a highly designed glass article having a metallic luster and the translucency of glass.
また、本発明の結晶化ガラスは、金属光沢を有することが好ましい。 Further, the crystallized glass of the present invention preferably has a metallic luster.
また、本発明の結晶化ガラスは、表面抵抗率が、8Ω・cm以下であることが好ましい。 Further, the crystallized glass of the present invention preferably has a surface resistivity of 8 Ω · cm or less.
このようにすれば、膜抵抗器として使用することができる。 In this way, it can be used as a membrane resistor.
本発明の結晶化ガラスは、結晶化ガラスが、ガラス本体とその表面に形成された金属光沢層を有し、金属光沢層の表面抵抗率が、ガラス本体の表面抵抗率と異なることが好ましい。なお、本発明においてガラス本体とは、少なくとも金属光沢層を完全に取り除いたガラスのことを指し、より具体的には、研磨等により表面から500μm(0.5mm)以上の厚みの層を除去したガラスを指す。 In the crystallized glass of the present invention, it is preferable that the crystallized glass has a glass body and a metallic luster layer formed on the surface thereof, and the surface resistivity of the metallic luster layer is different from the surface resistivity of the glass body. In the present invention, the glass body refers to glass from which at least the metallic luster layer has been completely removed, and more specifically, a layer having a thickness of 500 μm (0.5 mm) or more has been removed from the surface by polishing or the like. Refers to glass.
本発明の結晶化ガラスは、金属光沢層の表面抵抗率が、ガラス本体の表面抵抗率に比べて0.5Ω・cm以上低いことが好ましい。 In the crystallized glass of the present invention, the surface resistivity of the metallic luster layer is preferably 0.5 Ω · cm or more lower than the surface resistivity of the glass body.
本発明の結晶性ガラスは、前記結晶化ガラスの前駆体であって、外掛けの質量%で、第4族を除く第一遷移金属酸化物を1超〜10%含有することが好ましい。 The crystalline glass of the present invention is a precursor of the crystallized glass, and preferably contains 1 to 10% of the first transition metal oxide excluding Group 4 in mass% of the outer cover.
本発明の結晶化ガラスの製造方法は、前記結晶性ガラスを700〜1000℃の熱処理に供することにより結晶化させることを特徴とする。 The method for producing crystallized glass of the present invention is characterized in that the crystalline glass is crystallized by subjecting it to a heat treatment at 700 to 1000 ° C.
本発明によれば、スパッタ方式等で金属膜を被覆させずとも金属光沢を有し、優れた意匠性を有する結晶化ガラスを得ることが可能になる。また、スパッタ方式を用いないので、ムラや膜剥がれなどが生じにくい。更に、スパッタのために大型装置が必要ないため、製造コストや手間を低減できる。 According to the present invention, it is possible to obtain a crystallized glass having a metallic luster and excellent designability without coating a metal film by a sputtering method or the like. Moreover, since the sputtering method is not used, unevenness and film peeling are unlikely to occur. Further, since a large-scale device is not required for sputtering, manufacturing cost and labor can be reduced.
本発明の結晶化ガラスは、第4族を除く第一遷移金属酸化物を含有する。本発明において、第4族、すなわちTiO2を除く第一遷移金属酸化物(以降、第一遷移金属酸化物と称する)の含有量は、ベースガラスに対して、外掛けの質量%で、1超〜10%であり、1.2〜9%、1.4〜8.5%、1.6〜8%、1.8〜7.5%、1.9〜7%、2〜6%、特に2.2〜5%が好ましい。第一遷移金属酸化物の含有量が少なすぎると、結晶化ガラスの表面に金属光沢を発現させにくくなる。一方、第一遷移金属酸化物の含有量が多すぎると、結晶化ガラスの前駆体である結晶性ガラスが不均質になったり、ガラス化が困難になったりして、生産性が低下する虞がある。 The crystallized glass of the present invention contains a first transition metal oxide excluding Group 4. In the present invention, the content of the group 4 element, that is, the first transition metal oxide (hereinafter referred to as the first transition metal oxide) excluding TiO 2 is 1 by mass% of the outer cover with respect to the base glass. Super-10%, 1.2-9%, 1.4-8.5%, 1.6-8%, 1.8-7.5%, 1.9-7%, 2-6% , Especially preferably 2.2 to 5%. If the content of the first transition metal oxide is too small, it becomes difficult to develop metallic luster on the surface of the crystallized glass. On the other hand, if the content of the first transition metal oxide is too large, the crystalline glass, which is a precursor of the crystallized glass, may become inhomogeneous or vitrification may become difficult, resulting in a decrease in productivity. There is.
ところで、本発明の結晶化ガラスにおいて、第二〜四遷移金属元素は表面の金属光沢に影響しにくいため、第4族を除く第二〜四遷移金属酸化物(以降、第二〜四遷移金属酸化物と称する)の含有量は限定されない。ただし、遷移金属元素はガラスを着色し易い成分であるため、ガラスの着色を低減する観点では、第二〜四遷移金属酸化物の含有量を規制してもよい。その場合、第二〜四遷移金属酸化物の含有量は、ベースガラスに対して、外掛けの質量%で、好ましくは0〜10%であり、好ましくは0.1〜8%、より好ましくは0.5〜5%である。 By the way, in the crystallized glass of the present invention, since the second to fourth transition metal elements do not easily affect the metallic luster of the surface, the second to fourth transition metal oxides excluding Group 4 (hereinafter, the second to fourth transition metals). The content of (referred to as oxide) is not limited. However, since the transition metal element is a component that easily colors the glass, the content of the second to fourth transition metal oxides may be regulated from the viewpoint of reducing the coloring of the glass. In that case, the content of the second to fourth transition metal oxides is, preferably 0 to 10%, preferably 0.1 to 8%, more preferably 0.1 to 8% by mass of the outer glass with respect to the base glass. It is 0.5 to 5%.
また、本発明に係る第一遷移金属酸化物は、V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、CuOから選択される一種類以上であることが好ましい。またこの場合、V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、CuOの含有量の合量は、好ましくは1超〜10%であり、1.2〜9%、1.4〜8.5%、1.6〜8%、1.8〜7.5%、1.9〜7%、2〜6%、特に2.2%〜5%が好ましい。このようにすると、更に本発明の効果を得やすい。 Further, the first transition metal oxide according to the present invention is preferably one or more selected from V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , MnO, Fe 2 O 3 , CoO, NiO, and CuO. In this case, the total content of V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , MnO, Fe 2 O 3 , CoO, NiO, and CuO is preferably more than 1 to 10%, and 1.2 to 9%. , 1.4 to 8.5%, 1.6 to 8%, 1.8 to 7.5%, 1.9 to 7%, 2 to 6%, particularly 2.2% to 5%. By doing so, it is easier to obtain the effect of the present invention.
また、本発明に係る第一遷移金属酸化物は、Fe2O3、CoO、NiO、CuOから選択される一種類以上であることがより好ましい。これらを第一遷移金属酸化物として用いると、本発明の効果を得やすい。またこの場合、Fe2O3、CoO、NiO、CuOの含有量の合量は、好ましくは1超〜10%であり、1.2〜9%、1.4〜8.5%、1.6〜8%、1.8〜7.5%、1.9〜7%、2〜6%、特に2.2〜5%が好ましい。このようにすると、特に本発明の効果を得やすい。 Further, the first transition metal oxide according to the present invention is more preferably one or more selected from Fe 2 O 3, CoO, NiO, and CuO. When these are used as the first transition metal oxide, the effect of the present invention can be easily obtained. In this case, the total content of Fe 2 O 3 , CoO, NiO, and CuO is preferably more than 1 to 10%, 1.2 to 9%, 1.4 to 8.5%, and 1. 6 to 8%, 1.8 to 7.5%, 1.9 to 7%, 2 to 6%, particularly 2.2 to 5% are preferable. In this way, the effect of the present invention is particularly easy to obtain.
また、V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、CuOの各々の含有量は、好ましくは0〜10%であり、0超〜10%、0.1〜9.6%、0.1超〜9.4%、0.2〜9%、0.5〜8.6%、0.8〜8.4%、1〜7.8%、1.2〜7.5%、1.4〜7%、1.7〜6.5%、1.8〜6%、1.9〜5.5%、特に2〜5%が好ましい。なお、上記した第一遷移金属酸化物は、それぞれ単独で使用しても良いし、任意の割合で混合して使用してもよい。なお、環境負荷や毒性の観点からは、CoOの含有量は、好ましくは0.04%以下であり、0.035%以下、0.03%以下、0.02%以下、0.01%以下、特に含有しないことが好ましい。 The content of each of V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , MnO, Fe 2 O 3 , CoO, NiO, and CuO is preferably 0 to 10%, and is more than 0 to 10%, 0.1 to 0. 9.6%, over 0.1 to 9.4%, 0.2 to 9%, 0.5 to 8.6%, 0.8 to 8.4%, 1 to 7.8%, 1.2 ~ 7.5%, 1.4-7%, 1.7-6.5%, 1.8-6%, 1.9-5.5%, particularly 2-5%. The above-mentioned first transition metal oxides may be used alone or mixed at an arbitrary ratio. From the viewpoint of environmental load and toxicity, the CoO content is preferably 0.04% or less, 0.035% or less, 0.03% or less, 0.02% or less, 0.01% or less. , Especially preferably not contained.
また、上記したように、遷移金属酸化物は、一般的に結晶化ガラスにおいて着色を強める成分であるが、Nd2O3については、ガラスの透明度を低下させる一方、着色を低減する効果を有する成分でもある。そのため、Nd2O3の含有量としては、好ましくは0〜0.2%、より好ましくは0〜0.1%、特に実質的に含有しない(具体的には、100ppm以下)ことが好ましいが、透明感の高さよりも着色の少なさを優先させる場合には、例えばNd2O3を500ppm程度添加しても構わない。 Further, as described above, the transition metal oxide is generally a component that enhances coloring in crystallized glass, but Nd 2 O 3 has an effect of reducing the transparency of the glass while reducing the coloring. It is also an ingredient. Therefore, the content of Nd 2 O 3 is preferably 0 to 0.2%, more preferably 0 to 0.1%, and particularly preferably not substantially (specifically, 100 ppm or less). When less coloring is prioritized over high transparency, for example, about 500 ppm of Nd 2 O 3 may be added.
また、本発明に係る遷移金属元素は、上記したとおり第4族を除いた、すなわち第3及び第5〜11族の遷移金属元素のことを指すが、遷移金属元素は、好ましくは第5〜11族、より好ましくは第6〜11族、更に好ましくは第7〜11族、特に好ましくは第8〜11族である。このようにすれば、遷移金属元素がイオン化しやすくなるため、金属光沢を有する結晶化ガラスを得やすくできる。 Further, the transition metal element according to the present invention refers to the transition metal element of the 3rd and 5th to 11th groups excluding the 4th group as described above, but the transition metal element is preferably the 5th to 5th. Group 11, more preferably groups 6 to 11, still more preferably groups 7 to 11, and particularly preferably groups 8 to 11. In this way, the transition metal element is easily ionized, so that it is possible to easily obtain a crystallized glass having a metallic luster.
本発明の結晶化ガラスは、結晶化度が70%以上であり、より好ましくは72%以上、更に好ましくは73%以上、75%以上、77%以上、特に好ましくは79%以上である。結晶化度が低すぎると、結晶化ガラス中のガラスマトリックスに遷移金属イオンが濃縮しにくくなるため、結晶化ガラスの表面に金属光沢を発現させにくくなる。一方、結晶化度の上限は特に限定されず、100%であっても良いが、現実的には、99%以下、95%以下、90%以下、特に89%以下が好ましい。 The crystallinity of the present invention has a crystallinity of 70% or more, more preferably 72% or more, still more preferably 73% or more, 75% or more, 77% or more, and particularly preferably 79% or more. If the degree of crystallinity is too low, transition metal ions are less likely to be concentrated in the glass matrix in the crystallized glass, and thus it is difficult to develop metallic luster on the surface of the crystallized glass. On the other hand, the upper limit of the crystallinity is not particularly limited and may be 100%, but in reality, 99% or less, 95% or less, 90% or less, particularly 89% or less is preferable.
本発明の結晶化ガラスは、第一遷移金属酸化物を所定量含有し且つ結晶化度が70%以上のものであれば、ガラス組成を問わない。結晶化ガラスのガラス組成としては、例えば、アルミノシリケートガラスであることが好ましく、特にリチウムアルミノシリケートガラスであることが好ましい。 The crystallized glass of the present invention may have any glass composition as long as it contains a predetermined amount of the first transition metal oxide and has a crystallinity of 70% or more. As the glass composition of the crystallized glass, for example, aluminosilicate glass is preferable, and lithium aluminosilicate glass is particularly preferable.
本発明の結晶化ガラスは、結晶としてβクォーツ、βスポジュメンから選択される一種類以上を含むことが好ましく、特に、主結晶がβクォーツであることが好ましい。特に、主結晶がβクォーツの固溶体を含む結晶化ガラスは、透光性を有する。そのため、主結晶がβクォーツの固溶体を含む結晶性ガラスに第一遷移金属酸化物を所定量含有させると、金属光沢を有し且つガラスの透光性を併せ持つ意匠性の高いガラス物品を得ることができる。 The crystallized glass of the present invention preferably contains one or more kinds selected from β-quartz and β-spodium as crystals, and it is particularly preferable that the main crystal is β-quartz. In particular, crystallized glass containing a solid solution whose main crystal is β-quartz has translucency. Therefore, when a predetermined amount of the first transition metal oxide is contained in the crystalline glass whose main crystal contains a solid solution of β-quartz, a highly designed glass article having metallic luster and translucency of the glass can be obtained. Can be done.
本発明の結晶化ガラスは、表面抵抗率(logρ)が、好ましくは8Ω・cm以下であり、より好ましくは7.5Ω・cm以下、更に好ましくは7Ω・cm以下である。このようにすると、電荷移動速度を大きくでき、導電性を向上させやすくできる。 The crystallized glass of the present invention has a surface resistivity (logρ) of preferably 8 Ω · cm or less, more preferably 7.5 Ω · cm or less, and further preferably 7 Ω · cm or less. In this way, the charge transfer rate can be increased, and the conductivity can be easily improved.
また、本発明の結晶化ガラスは、ガラス本体とその表面に形成された金属光沢層を有し、金属光沢層の表面抵抗率が、ガラス本体の表面抵抗率と異なることが好ましい。また、金属光沢層の表面抵抗率が、ガラス本体の表面抵抗率よりも低いことが好ましい。更に、金属光沢層の表面抵抗率が、ガラス本体の表面抵抗率に比べて、好ましくは0.5Ω・cm以上低く、より好ましくは1Ω・cm以上低く、更に好ましくは1.5Ω・cm以上低いことが好ましい。金属光沢層の表面抵抗率とガラス本体の表面抵抗率の差が大きいほど、膜抵抗器として用いた際に性能が高くなる。 Further, it is preferable that the crystallized glass of the present invention has a glass body and a metallic luster layer formed on the surface thereof, and the surface resistivity of the metallic luster layer is different from the surface resistivity of the glass body. Further, it is preferable that the surface resistivity of the metallic luster layer is lower than the surface resistivity of the glass body. Further, the surface resistivity of the metallic luster layer is preferably 0.5 Ω · cm or more lower, more preferably 1 Ω · cm or more lower, and further preferably 1.5 Ω · cm or more lower than the surface resistivity of the glass body. Is preferable. The larger the difference between the surface resistivity of the metallic luster layer and the surface resistivity of the glass body, the higher the performance when used as a film resistor.
また、本発明の結晶化ガラスにおいて、金属光沢層の厚みは、好ましくは10〜500μmであり、30〜300μm、50〜100μmである。金属光沢層の厚みが薄いほど、精密な部品を作製しやすい。一方、金属光沢層の厚みが厚いほど、膜抵抗器として用いた際に性能が安定しやすい。 Further, in the crystallized glass of the present invention, the thickness of the metallic luster layer is preferably 10 to 500 μm, 30 to 300 μm, and 50 to 100 μm. The thinner the metallic luster layer, the easier it is to manufacture precise parts. On the other hand, the thicker the metallic luster layer, the more stable the performance is when used as a film resistor.
以下に、本発明の結晶化ガラスのベースガラスのガラス組成について詳述する。以下の説明において、特段の断りがない限り、「%」は質量%を示す。また、「含有する」という用語に関し、「0〜」と規定された成分については、「0%」、すなわち、全く含まない場合もあり得ることを意味する。 The glass composition of the base glass of the crystallized glass of the present invention will be described in detail below. In the following description, "%" indicates mass% unless otherwise specified. Further, regarding the term "containing", it means that the component defined as "0 to" may be "0%", that is, may not be contained at all.
本発明の結晶化ガラスは、上述したとおりガラス組成を問わないが、例えば、質量%で、SiO2 50〜80%、Al2O3 10〜25%、Li2O 0.1〜20%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0〜10%を含有することが好ましい。このようにすると、結晶化ガラスを容易に得ることができる。本発明の結晶化ガラスは、結晶化工程において、結晶化ガラス中のガラスマトリックスに遷移金属イオンが濃縮することで金属光沢が発現すると考えられる。そのため、前駆体である結晶性ガラスを容易に結晶化ガラスにできることが重要である。 As described above, the crystallized glass of the present invention may have any glass composition, but for example, in terms of mass%, SiO 2 50 to 80%, Al 2 O 3 10 to 25%, Li 2 O 0.1 to 20%, etc. It is preferable to contain MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0 to 10%. In this way, crystallized glass can be easily obtained. It is considered that the crystallized glass of the present invention develops metallic luster by concentrating transition metal ions in the glass matrix in the crystallized glass in the crystallization step. Therefore, it is important that the precursor crystalline glass can be easily made into crystallized glass.
SiO2はガラスの骨格成分であり、結晶化ガラス中の結晶を構成する成分である。SiO2の含有量は、好ましくは50〜80%であり、より好ましくは55〜73%、更に好ましくは63〜70%である。SiO2の含有量が少なすぎると、結晶析出量が少なくなり、金属光沢を有する結晶化ガラスを得にくくなる。一方、多すぎるとガラスの溶融性が低下したり、成形が困難になったりする。 SiO 2 is a skeleton component of glass and is a component constituting crystals in crystallized glass. The content of SiO 2 is preferably 50 to 80%, more preferably 55 to 73%, and even more preferably 63 to 70%. If the content of SiO 2 is too small, the amount of crystal precipitation is small, and it becomes difficult to obtain crystallized glass having a metallic luster. On the other hand, if the amount is too large, the meltability of the glass is lowered and molding becomes difficult.
Al2O3はガラスの骨格成分であり、結晶化ガラス中の結晶を構成する成分でもある。Al2O3の含有量は、好ましくは10〜25%であり、より好ましくは17〜24%、更に好ましくは18〜22.5%である。Al2O3の含有量が少なすぎると、結晶析出量が少なくなり、金属光沢を有する結晶化ガラスを得にくくなる。一方、多すぎるとガラスの溶融性が低下したり、成形が困難になったりする。 Al 2 O 3 is a skeleton component of glass and is also a component constituting crystals in crystallized glass. The content of Al 2 O 3 is preferably 10 to 25%, more preferably 17 to 24%, and even more preferably 18 to 22.5%. If the content of Al 2 O 3 is too small, the amount of crystal precipitation is small, and it becomes difficult to obtain crystallized glass having a metallic luster. On the other hand, if the amount is too large, the meltability of the glass is lowered and molding becomes difficult.
Li2Oはガラスの結晶性に大きな影響を与える。Li2Oは、結晶化ガラスの結晶を構成する成分である。Li2Oの含有量は、好ましくは0.1〜20%であり、より好ましくは2〜10%、更に好ましくは3〜5%である。Li2Oの含有量が少なすぎると結晶析出量が少なくなり、金属光沢を有する結晶化ガラスを得にくくなる。一方、多すぎると結晶性が過剰に強くなり、ガラスの成形が困難になりやすい。 Li 2 O has a great influence on the crystallinity of glass. Li 2 O is a component that constitutes crystals of crystallized glass. The content of Li 2 O is preferably 0.1 to 20%, more preferably 2 to 10%, still more preferably 3 to 5%. If the content of Li 2 O is too small, the amount of crystal precipitation will be small, and it will be difficult to obtain crystallized glass with metallic luster. On the other hand, if the amount is too large, the crystallinity becomes excessively strong, and it tends to be difficult to mold the glass.
MgO、CaO、SrO、BaO及びZnOは、Li2Oの替わりにβクォーツに固溶する成分である。また、ガラスの粘性を低下させて溶融性及び成形性を向上させる成分でもある。MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量は、好ましくは0〜10%であり、より好ましくは0〜5%、更に好ましくは0.1〜2%である。MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量が多すぎると結晶性が過剰に強くなり失透する傾向にあり、ガラスの成形が困難になりやすい。また、ガラスが破損しやすくなる。なお、「MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO」とは、MgO、CaO、SrO、BaO及びZnOの含有量の合量を指す。 MgO, CaO, SrO, BaO and ZnO is a component that dissolves in β quartz instead of Li 2 O. It is also a component that reduces the viscosity of glass and improves meltability and moldability. The content of MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 5%, still more preferably 0.1 to 2%. If the content of MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO is too large, the crystallinity tends to be excessively strong and the glass tends to be devitrified, which makes it difficult to mold the glass. In addition, the glass is easily broken. In addition, "MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO" refers to the total amount of the contents of MgO, CaO, SrO, BaO and ZnO.
また、MgO、CaO、SrO、BaO及びZnOの各々の含有量は、好ましくは0〜2%であり、より好ましくは0〜1.5%、更に好ましくは0.1〜1.2%である。MgO、CaO、SrO、BaO及びZnOの各々の含有量が多すぎると結晶性が過剰に強くなり失透する傾向にあり、ガラスの成形が困難になりやすい。また、ガラスが破損しやすくなる。 The content of each of MgO, CaO, SrO, BaO and ZnO is preferably 0 to 2%, more preferably 0 to 1.5%, and further preferably 0.1 to 1.2%. .. If the contents of each of MgO, CaO, SrO, BaO and ZnO are too large, the crystallinity tends to be excessively strong and the glass tends to be devitrified, which makes it difficult to mold the glass. In addition, the glass is easily broken.
また、上記成分以外にも、ベースガラスの成分として、TiO2、ZrO2を含有させることができる。 In addition to the above components, TiO 2 and ZrO 2 can be contained as components of the base glass.
TiO2は結晶化工程で結晶を析出させるための核形成成分である。TiO2の含有量は、好ましくは0.1〜5%であり、より好ましくは0.1〜4%、0.2〜3.5%、0.5〜3%、0.8〜2.8%、1〜2.6%、1超〜2.5%、特に好ましくは1.2〜2.3%である。TiO2の含有量が多すぎると、ガラスが失透する傾向にあり、破損しやすくなる。一方、少なすぎると、結晶核が十分に形成されず、粗大な結晶が析出して破損するおそれがある。 TiO 2 is a nucleation component for precipitating crystals in the crystallization step. The content of TiO 2 is preferably 0.1 to 5%, more preferably 0.1 to 4%, 0.2 to 3.5%, 0.5 to 3%, 0.8 to 2. It is 8%, 1 to 2.6%, more than 1 to 2.5%, and particularly preferably 1.2 to 2.3%. If the content of TiO 2 is too high, the glass tends to be devitrified and easily broken. On the other hand, if the amount is too small, crystal nuclei may not be sufficiently formed, and coarse crystals may precipitate and be damaged.
ZrO2はTiO2と同様に、結晶化工程で結晶を析出させるための結晶核を構成する成分である。ZrO2の含有量は、好ましくは0.1〜5%であり、より好ましくは0.1〜4%、更に好ましくは0.5〜3%である。ZrO2の含有量が多すぎると、ガラスを溶融する際に失透する傾向にあり、ガラスの成形が困難になりやすい。一方、少なすぎると、結晶核が十分に形成されず、粗大な結晶が析出して破損するおそれがある。 Like TiO 2 , ZrO 2 is a component that constitutes a crystal nucleus for precipitating crystals in the crystallization step. The content of ZrO 2 is preferably 0.1 to 5%, more preferably 0.1 to 4%, and even more preferably 0.5 to 3%. If the content of ZrO 2 is too large, the glass tends to be devitrified when it is melted, and it tends to be difficult to mold the glass. On the other hand, if the amount is too small, crystal nuclei may not be sufficiently formed, and coarse crystals may precipitate and be damaged.
さらに、上記成分以外にも要求される特性を損なわない範囲で種々の成分を添加することができる。 Further, in addition to the above components, various components can be added as long as the required properties are not impaired.
P2O5はガラスの分相を促進し、結晶核を形成しやすくする成分である。P2O5の含有量は、好ましくは0〜5%であり、より好ましくは0〜3%、更に好ましくは0.1〜2%である。P2O5の含有量が多すぎると、溶融工程においてガラスが過剰に分相し、所望の組成を有するガラスが得にくくなるとともに、不透明となる傾向がある。 P 2 O 5 is a component that promotes phase separation of glass and facilitates the formation of crystal nuclei. The content of P 2 O 5 is preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 3%, still more preferably 0.1 to 2%. If the content of P 2 O 5 is too large, the glass tends to be excessively phase-separated in the melting step, making it difficult to obtain a glass having a desired composition and making it opaque.
Na2OやK2Oはガラスの粘性を低下させて、ガラスの溶融及び成形性を向上させる成分である。Na2Oの含有量は、好ましくは0〜3%であり、より好ましくは0〜2%、更に好ましくは0.3〜0.7%である。また、K2Oの含有量は、好ましくは0〜3%であり、より好ましくは0〜2%、更に好ましくは0.3〜0.7%である。Na2OやK2Oの含有量が多すぎると、ガラスが失透しやすくなる。 Na 2 O and K 2 O are components that reduce the viscosity of glass and improve the melting and moldability of glass. The content of Na 2 O is preferably 0 to 3%, more preferably 0 to 2%, and even more preferably 0.3 to 0.7%. The K 2 O content is preferably 0 to 3%, more preferably 0 to 2%, and even more preferably 0.3 to 0.7%. If the content of Na 2 O or K 2 O is too high, the glass tends to be devitrified.
B2O3はβ−スポジュメンの析出を抑制する効果がある成分である。また、ガラス溶融工程においてSiO2原料の溶解を促進する効果もある。B2O3の含有量は、好ましくは0.05〜1.5%であり、より好ましくは0.1〜1%である。B2O3の含有量が少なすぎると、前述した効果が得にくくなる。一方、B2O3の含有量が多すぎると、ガラスが白濁しやすくなり、透明感の高いガラスが得にくくなる。また、B2O3は結晶化により残存ガラス相に濃縮され、残存ガラス相の粘性を低下させる。そのため、結晶化ガラスを高温で使用した際に軟化変形しやすくなる。 B 2 O 3 is a component having an effect of suppressing the precipitation of β-spodium. It also has the effect of promoting the melting of the SiO 2 raw material in the glass melting step. The content of B 2 O 3 is preferably 0.05 to 1.5%, more preferably 0.1 to 1%. If the content of B 2 O 3 is too small, it becomes difficult to obtain the above-mentioned effects. On the other hand, if the content of B 2 O 3 is too large, the glass tends to become cloudy, and it becomes difficult to obtain a glass having a high transparency. Further, B 2 O 3 is concentrated in the residual glass phase by crystallization, and the viscosity of the residual glass phase is reduced. Therefore, when the crystallized glass is used at a high temperature, it is easily softened and deformed.
SnO2はガラスを清澄し、均質なガラスを得るために有効な成分である。SnO2の含有量は、好ましくは0.1〜2%であり、より好ましくは0.1〜1%、さらに好ましくは0.2〜0.8%である。SnO2の含有量が少なすぎると、清澄剤としての効果が得にくくなる。一方、SnO2の含有量が多すぎると、結晶化ガラスが黄色味を帯びやすくなる。また、メカニズムの詳細は不明であるが、SnO2はβ−スポジュメンの失透速度を上げる働きがあるため、添加量が多すぎると失透が生じやすくなる。 SnO 2 is an effective component for clarifying glass and obtaining a homogeneous glass. The SnO 2 content is preferably 0.1 to 2%, more preferably 0.1 to 1%, and even more preferably 0.2 to 0.8%. If the content of SnO 2 is too small, it becomes difficult to obtain the effect as a fining agent. On the other hand, if the content of SnO 2 is too large, the crystallized glass tends to be yellowish. Further, although the details of the mechanism are unknown, since SnO 2 has a function of increasing the devitrification rate of β-spodium, devitrification is likely to occur if the amount added is too large.
また、清澄剤として、SO2やClを必要に応じて単独で又は組み合わせて添加してもよい。これらの成分の合量は0.5%以下とすることが望ましい。なおSb2O3も清澄成分であり、含有させることができるが、環境負荷が大きく含有しないことが好ましい。 Further, SO 2 or Cl may be added alone or in combination as a fining agent, if necessary. The total amount of these components is preferably 0.5% or less. It should be noted that Sb 2 O 3 is also a clarification component and can be contained, but it is preferable that it does not contain a large environmental load.
また、本発明においては、環境負荷が大きい酸化ヒ素、酸化鉛を実質的に含まないことが好ましい。なお、本発明において、「実質的に含まない」とは、意図的にガラスに添加しないという意味であり、不可避不純物まで完全に排除するものではない。より客観的には、不純物を含めた含有量が0.01%以下であるということを意味する。 Further, in the present invention, it is preferable that arsenic oxide and lead oxide, which have a large environmental load, are not substantially contained. In the present invention, "substantially free" means that the glass is not intentionally added, and does not completely eliminate unavoidable impurities. More objectively, it means that the content including impurities is 0.01% or less.
また、本発明の結晶性ガラスは、上記した結晶化ガラスの前駆体、すなわち結晶化前のガラスであることが好ましい。なお、結晶性ガラスのガラス組成等については、上記した結晶化ガラスと同じであり、具体的な好ましい範囲については、説明を割愛する。 Further, the crystalline glass of the present invention is preferably a precursor of the above-mentioned crystallized glass, that is, glass before crystallization. The glass composition and the like of the crystalline glass are the same as those of the crystallized glass described above, and the specific preferable range is omitted from the description.
本発明の結晶化ガラスの製造方法は、前記した結晶性ガラスを結晶化させることにより製造することができる。例えば、前述した結晶性ガラスを700〜1000℃の熱処理に供することにより結晶化させることが好ましい。熱処理温度の下限を上記の通り規制すると、結晶化度が70%以上であり金属光沢を有する結晶化ガラスを得やすくなる。一方、熱処理温度の上限を上記の通り規制すると、βクォーツ及び/又はβスポジュメン結晶のみを析出させることができる。 The method for producing crystallized glass of the present invention can be produced by crystallizing the above-mentioned crystalline glass. For example, it is preferable to crystallize the above-mentioned crystalline glass by subjecting it to a heat treatment at 700 to 1000 ° C. If the lower limit of the heat treatment temperature is regulated as described above, it becomes easy to obtain crystallized glass having a crystallinity of 70% or more and a metallic luster. On the other hand, if the upper limit of the heat treatment temperature is regulated as described above, only β-quartz and / or β-spodium crystals can be precipitated.
なお、結晶化方法の一例としては、成形した結晶性ガラスを、例えば600〜800℃で1〜5時間熱処理して結晶核を形成した後、更に700〜1000℃で数分〜数時間熱処理を行い、主結晶としてβクォーツ及び/又はβスポジュメン結晶を析出させる方法が挙げられる。 As an example of the crystallization method, the formed crystalline glass is heat-treated at, for example, 600 to 800 ° C. for 1 to 5 hours to form crystal nuclei, and then further heat-treated at 700 to 1000 ° C. for several minutes to several hours. A method of precipitating β-quartz and / or β-spodium crystals as the main crystal can be mentioned.
本発明の結晶化ガラスは、内部(ガラス本体)において、CIE規格のL*a*b*表示のL*値が、4mm厚で、好ましくは45以上、50以上、55以上、特に60以上であることが好ましい。このようにすると外観が明るくなり、意匠性の高い結晶化ガラスを得ることができる。また、本発明の結晶化ガラスは、CIE規格のL*a*b*表示のb*値が、4mm厚で、好ましくは4.5以下、4以下、3以下、2以下、特に1.4以下であることが好ましい。このようにすると、黄色着色が少なくなり、意匠性に優れる。また、430nmの透過率が、4mm厚で、好ましくは7%以上、10%以上、15%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、82.5%以上、特に83%以上であることが好ましい。このようにすると、結晶化ガラスが透光性を有するため、意匠性の高い結晶化ガラスを得ることができる。 In the crystallized glass of the present invention, the L * value indicated by the CIE standard L * a * b * is 4 mm thick, preferably 45 or more, 50 or more, 55 or more, and particularly 60 or more. It is preferable to have. In this way, the appearance becomes bright and crystallized glass with high design can be obtained. Further, in the crystallized glass of the present invention, the b * value indicated by L * a * b * of the CIE standard is 4 mm thick, preferably 4.5 or less, 4 or less, 3 or less, 2 or less, particularly 1.4. The following is preferable. In this way, yellow coloring is reduced and the design is excellent. Further, the transmittance at 430 nm is 4 mm thick, preferably 7% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more. It is preferably 80% or more, 82.5% or more, and particularly preferably 83% or more. In this way, since the crystallized glass has translucency, it is possible to obtain a crystallized glass having a high design.
また、本発明の結晶化ガラスは、30〜380℃の温度範囲での熱膨張係数が、好ましくは−2.5×10−7〜2.5×10−7/℃であり、より好ましくは−1.5×10−7/℃〜1.5×10−7/℃である。熱膨張係数が小さくなりすぎる又は大きくなりすぎると、破損のリスクが高くなりやすい。 Further, the crystallized glass of the present invention has a coefficient of thermal expansion in the temperature range of 30 to 380 ° C., preferably −2.5 × 10-7 to 2.5 × 10-7 / ° C., more preferably. -1.5 is × 10 -7 /℃~1.5×10 -7 / ℃. If the coefficient of thermal expansion becomes too small or too large, the risk of breakage tends to increase.
本発明の結晶化ガラスは、切断、研磨、曲げ加工、強化等の加工を施してもよい。但し、金属光沢面が必要な部分には研磨を行わないことが好ましい。また、金属光沢が損なわれる虞がある場合には、熱強化や化学強化等の強化処理を行わないことが好ましい。 The crystallized glass of the present invention may be subjected to processing such as cutting, polishing, bending, and strengthening. However, it is preferable not to polish the portion requiring a metallic luster surface. Further, when there is a risk that the metallic luster is impaired, it is preferable not to perform strengthening treatment such as thermal strengthening or chemical strengthening.
以下、実施例に基づいて実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではないことは明らかである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but it is clear that the present invention is not limited to these Examples.
表1及び表2は、ベースガラスと、本発明の実施例(No.1〜8)及び比較例(No.9〜13)を示している。 Tables 1 and 2 show the base glass and Examples (No. 1 to 8) and Comparative Examples (No. 9 to 13) of the present invention.
各試料は次のようにして調整した。まず、表1に記載の組成となるように、ベースガラスバッチを作製した。更に、表2の割合になるように、外掛けの質量%で、表2に記載の遷移金属酸化物をベースガラスバッチに添加して、各バッチを作製した。次いで白金坩堝を用いて各バッチを1550〜1650℃で20時間溶融し、カーボン板の上に5mm厚の2本のスペーサーを載置し、スペーサーの間に溶融ガラスを流し出すとともにローラーにて均一の厚みの板状に成形した。更に、板状試料を650〜750℃に保持した電気炉に投入して、30分保持後に300℃まで約6時間かけて徐冷し、その後室温まで放冷して結晶性ガラスを作製した。 Each sample was prepared as follows. First, a base glass batch was prepared so as to have the composition shown in Table 1. Further, each batch was prepared by adding the transition metal oxides shown in Table 2 to the base glass batch in the mass% of the outer cover so as to have the ratio shown in Table 2. Next, each batch was melted at 1550 to 1650 ° C. for 20 hours using a platinum crucible, two spacers with a thickness of 5 mm were placed on a carbon plate, and molten glass was poured between the spacers and uniformed with a roller. It was formed into a plate with the thickness of. Further, the plate-shaped sample was put into an electric furnace held at 650 to 750 ° C., held for 30 minutes, slowly cooled to 300 ° C. for about 6 hours, and then allowed to cool to room temperature to prepare crystalline glass.
その後、得られた結晶性ガラスを約30×30mmの板に切断し、研磨加工して鏡面研磨面を得た。 Then, the obtained crystalline glass was cut into a plate having a size of about 30 × 30 mm and polished to obtain a mirror-polished surface.
次いで、約30×30mmの結晶性ガラスを電気炉で下記STEP通り熱処理することによって結晶化ガラスを得た。
STEP1: 室温から660〜700℃の温度に昇温、20分〜5時間保持
STEP2: 660〜700℃から870〜910℃に昇温、10分〜2時間保持
STEP3: 870〜910℃から室温まで約10時間かけて室温まで降温
Next, crystallized glass having a size of about 30 × 30 mm was heat-treated in an electric furnace according to the following STEP to obtain crystallized glass.
STEP1: Raise the temperature from room temperature to 660 to 700 ° C and hold for 20 minutes to 5 hours STEP2: Raise the temperature from 660 to 700 ° C to 870 to 910 ° C and hold for 10 minutes to 2 hours STEP3: From 870 to 910 ° C to room temperature It takes about 10 hours to cool down to room temperature
上記のようにして得た各試料について、外観観察、XRDにより、結晶化ガラス中の結晶の同定及び結晶化度の測定を行った。 For each sample obtained as described above, the crystals in the crystallized glass were identified and the crystallinity was measured by appearance observation and XRD.
また、金属光沢層の有無は目視で判断し、金属光沢層の構成元素の同定はEDX(日立製S−3400N)で行った。 The presence or absence of the metallic luster layer was visually determined, and the constituent elements of the metallic luster layer were identified by EDX (S-3400N manufactured by Hitachi).
更に、ガラスの表面抵抗率(Surface resistivity)は、JIS6911(1995)に従い、内部電極直径50mm、外部電極直径57.2mmの二重リング法で、印加電圧1000V、抵抗補正係数100、測定温度25℃、測定湿度35%の大気雰囲気下にて計測を行った。計測は5回行い、その算術平均値を採用した。また金属光沢層の抵抗を測定した後に表面から500〜1000μm研磨して金属光沢層を完全に除去して結晶化ガラス本体を表面に露出させ、ガラス本体表面の表面抵抗率を測定した。なお、金属光沢層が形成されなかったガラスについては、研磨前のガラスの表面抵抗率と、研磨後のガラスの表面抵抗率をそれぞれ測定した。 Further, the surface resistivity of the glass is a double ring method having an internal electrode diameter of 50 mm and an external electrode diameter of 57.2 mm according to JIS6911 (1995), an applied voltage of 1000 V, a resistance correction coefficient of 100, and a measurement temperature of 25 ° C. The measurement was performed in an air atmosphere with a measurement humidity of 35%. The measurement was performed 5 times, and the arithmetic mean value was adopted. After measuring the resistance of the metallic luster layer, the surface was polished by 500 to 1000 μm to completely remove the metallic luster layer to expose the crystallized glass body to the surface, and the surface resistivity of the surface of the glass body was measured. For the glass on which the metallic luster layer was not formed, the surface resistivity of the glass before polishing and the surface resistivity of the glass after polishing were measured, respectively.
図1に、試料No.4の結晶化ガラスの外観写真を示し、図2に結晶化前の結晶性ガラスの外観写真を示す。図2より、結晶化前の結晶性ガラスは全体的に透光性を有していることが分かる。また、図1より、結晶化後の結晶化ガラス表面は金属光沢層を有していることが分かる。更に、図1の結晶化ガラスについて、金属光沢層を研磨除去して結晶化ガラス本体を確認したところ、ガラス本体は透光性を有していた。 In FIG. 1, the sample No. The external photograph of the crystallized glass of No. 4 is shown, and FIG. 2 shows the external photograph of the crystalline glass before crystallization. From FIG. 2, it can be seen that the crystalline glass before crystallization has translucency as a whole. Further, from FIG. 1, it can be seen that the surface of the crystallized glass after crystallization has a metallic luster layer. Further, when the crystallized glass body of FIG. 1 was confirmed by polishing and removing the metallic luster layer, the glass body had translucency.
また、表2から明らかなように、実施例である試料No.1〜8は結晶化ガラスの表面層に金属光沢を有していた。更に、試料No.2において、金属光沢層の表面抵抗率は、金属光沢層を除去した結晶化ガラス本体の表面抵抗率よりも低くなっていた。 Further, as is clear from Table 2, the sample No. which is an example. Nos. 1 to 8 had a metallic luster on the surface layer of the crystallized glass. Furthermore, the sample No. In No. 2, the surface resistivity of the metallic luster layer was lower than the surface resistivity of the crystallized glass body from which the metallic luster layer was removed.
本発明の結晶化ガラスは、光学部品のミラーや、意匠性に優れた調理器用のトッププレートとして使用可能である。また、本発明の結晶化ガラスの金属光沢層の表面抵抗率は、金属光沢層を除去した結晶化ガラス内部の表面抵抗率より低いことから、本発明の結晶化ガラスは、膜抵抗器としても利用可能である。 The crystallized glass of the present invention can be used as a mirror for optical parts and a top plate for a cooker having excellent design. Further, since the surface resistance of the metal gloss layer of the crystallized glass of the present invention is lower than the surface resistance inside the crystallized glass from which the metal gloss layer has been removed, the crystallized glass of the present invention can also be used as a film resistor. It is available.
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