JP2021501110A

JP2021501110A - ガラス組成物

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Publication number: JP2021501110A
Application number: JP2020524065A
Authority: JP
Inventors: 露路毛; 波匡; 小春李; 偉孫; 振禹劉; 良振 ▲ハオ▼
Original assignee: CHENGDU GUANG MING GUANG DIAN GLASS CO., LTD.
Current assignee: CHENGDU GUANG MING GUANG DIAN GLASS CO., LTD.
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2038-11-19
Also published as: CN114920453A; US20210179480A1; WO2019114499A1; JP7019040B2; CN109928616A; US11440835B2

Abstract

本発明は、高いヤング率及び比弾性率を有するガラス組成物を提供する。ガラス組成物であって、その組成を重量百分率で示すと、以下の成分を含有する特徴を有する；ＳｉＯ２：３０−４６％、Ｂ２Ｏ３：０−６％、Ａｌ２Ｏ３：１０−３０％、ＣａＯ：４−２０％、ＭｇＯ：２−１５％、Ｙ２Ｏ３：１３−３２％。本発明は、一般的な化学原料を使用しており、各成分の含有量を適切に調整することにより、本発明のガラスの比弾性率は３４より高く、ヤング率は１００ＧＰａ以上で、耐熱性に優れ、化学安定性が良く、プレス成型における耐失透性に優れ、高温粘度が小さく、気泡が容易に除去され、特にハードディスク基板の製造や半導体封止の分野に適する。

Description

本発明は、ガラス組成物であり、特にヤング率と比弾性率が高い、ハードディスク基板製造と半導体封止に用いられるガラス組成物に関する。

ハードディスクの読み取り速度はハードディスクの回転速度と関連しており、ハードディスクの回転速度が速ければ速いほど、読み取り速度も速い。現在、商用化されたハードディスクの一般的な回転速度は５２００ＲＰＭから１００００ＲＰＭの間であり、回転速度を上げるには、ハードディスク基板材料の比弾性率を向上させなければならない。なぜなら、基板を製作する材料の比弾性率が大きければ大きい程、ハードディスク基板の高速回転中の変形が小さくなり、ハードディスクの最も高い回転速度が得られるからである。比弾性率は、材料のヤング率／密度に比例し（比弾性率＝ヤング率／密度）、従って、比弾性率を上げるには、材料に最も大きいヤング率と小さい密度が求められる。回転速度が５２００ＲＰＭ〜１００００ＲＰＭのハードディスクに用いられる材料の比弾性率は基本的に２８〜３２であり、１２０００ＲＰＭ以上、又は１５０００ＲＰＭ以上のハードディスク回転速度を必要とする場合、用いられるガラス材料の比弾性率は３４以上であることが望まれる。

ハードディスクの回転速度を向上させると、モータースピンドルの消耗が一段と早くなるという問題が生じるため、高回転速度ハードディスクの基板を薄く製造することにより重量を減らして、モータースピンドルの消耗を低減し、ハードディスクの寿命を上げなければならなくなる。現在主流のハードディスク基板のヤング率は８０Ｇｐａ位で、設計厚さは０．６５ｍｍ位である。ハードディスク基板の厚さを０．４ｍｍ若しくはそれ以上に薄くしようとするには、基板材料のヤング率が１００ＧＰａ以上にならないといけない。

現在、ハードディスクのメモリの容量はますます高くなり、更に高い温度において、磁性材料を基板材料にスパッタリングコーティング出来ることが求められている。従って、ハードディスク基板材料に最も高い耐熱性が求められている。通常、ガラス材料の転移温度（Ｔｇ温度）は７５０℃以上でないと、次世代ハードディスクの技術を満たさないと考えられている。また、ハードディスクの高温制作工程において、特に将来的に更に高い温度プロセスにおいて、ガラス材料にＮａ^＋、Ｋ^＋、Ｌｉ^＋等のアルカリ金属イオンが含まれる場合、これらアルカリ金属イオンは、高温加工工程において、磁性材料を汚染しまいがちである。

現在、従来技術では、通常ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＲＯ（ＲＯとは、アルカリ土類金属酸化物を指す）アルカリフリーガラスシステムを採用している。中国特許出願公開第１２０７０８６号明細書が開示したガラスシステムは３．００以下の密度及び３６程度の比弾性率を達成することはできるが、この体系のガラスの高温粘度は非常に高く、温度１４００℃における粘度は通常４００ポアズ〜６００ポアズで、生産工程においては１５５０℃〜１６００℃の高いプロセス温度と長時間の澄清工程を経て気泡を排除することが求められる。そのため、良品率がより低くなり、炉体寿命の低下及び電力消耗の増加に繋がる。更に重要なのは、これらガラスに優れた気泡の程度を得るためにはＡｓ_２Ｏ_３を澄清剤として使う必要があるが、これは環境問題を引き起こすため、認められていない。ハードディスク基板に気泡があると、回転速度が高い５２００ＲＰＭ〜１５０００ＲＰＭでの読み取りでは重心が偏ってしまい、致命的な問題が起きる。そのため、ハードディスク基板ガラスにおける気泡の程度に対する要求も高く、一般的にはガラスブランク中の気泡の程度はＡ０クラス及びそれ以上にならないといけない。上記文献に開示されたガラスの実際の生産においてＡ０クラスの気泡の程度を達成することは非常に難しい。

中国特許出願公開第１２０７０８６号明細書

本発明が解決しようとする課題は、ヤング率と比弾性率が高いガラス組成物を提供することである。

本発明に係るガラス組成物は、その組成を重量百分率で示すと、：ＳｉＯ_２：３０−４６％、Ｂ_２Ｏ_３：０−６％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０−３０％、ＣａＯ：４−２０％、ＭｇＯ：２−１５％、Ｙ_２Ｏ_３：１３−３２％を含有する。

上記ガラス組成物は、その組成を重量百分率で示すと、更に、ＴｉＯ_２：０−７％、ＺｒＯ_２：０−５％、ＳｒＯ：０−５％、ＢａＯ：０−５％、ＺｎＯ：０−５％、Ｌａ_２Ｏ_３：０−１５％、Ｓｂ_２Ｏ_３：０−２％、ＣｅＯ_２：０−２％、ＳｎＯ_２：０−２％を含有する。

本発明に係るガラス組成物は、その組成を重量百分率で示すと、ＳｉＯ_２：３０−４６％、Ｂ_２Ｏ_３：０−６％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０−３０％、ＣａＯ：４−２０％、ＭｇＯ：２−１５％、Ｙ_２Ｏ_３：１３−３２％、ＴｉＯ_２：０−７％、ＺｒＯ_２：０−５％、ＳｒＯ：０−５％、ＢａＯ：０−５％、ＺｎＯ：０−５％、Ｌａ_２Ｏ_３：０−１５％、Ｓｂ_２Ｏ_３：０−２％、ＣｅＯ_２：０−２％、ＳｎＯ_２：０−２％を含有する。

上記ガラス組成物の何れかは、その組成を重量百分率で示すと、各成分の含有量は以下の８つの条件のうち１つ又は１以上を満たす。
（１）（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｂ_２Ｏ_３は１０−８０；
（２）Ａｌ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３は４−３６；
（３）Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２は３−４１；
（４）ＣａＯ＋ＭｇＯは２１％を超えない；
（５）ＣａＯ／ＭｇＯは０．８−８．０；
（６）（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／Ｙ_２Ｏ_３は０．２−１．０；
（７）（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｙ_２Ｏ_３）／ＳｉＯ_２は０．５−１．５；
（８）Ｌａ_２Ｏ_３／Ｙ_２Ｏ_３は０．８より大きくない。

上記ガラス組成物の何れかは、ＳｉＯ_２：３２−４２％、及び／又はＢ_２Ｏ_３：０．５−６％、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３：１５−２８％、及び／又はＣａＯ：５−１５％、及び／又はＭｇＯ：３−１０％、及び／又はＹ_２Ｏ_３：１５−３０％、及び／又はＴｉＯ_２：０．５−７％、及び／又はＺｒＯ_２：０−３％、及び／又はＳｒＯ：０−３％、及び／又はＢａＯ：０−３％、及び／又はＺｎＯ：０−３％、及び／又はＬａ_２Ｏ_３：０−９％、及び／又はＳｂ_２Ｏ_３：０−１％、及び／又はＣｅＯ_２：０−１％、及び／又はＳｎＯ_２：０−１％を含有する。

上記ガラス組成物の何れかは、その組成を重量百分率で示すと、各成分の含有量は以下の８つの条件のうち１つ又は１以上を満たす。
（１）（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｂ_２Ｏ_３は１５−７０；
（２）Ａｌ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３は６−３０；
（３）Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２は６−３０；
（４）ＣａＯ＋ＭｇＯは１９％を超えない；
（５）ＣａＯ／ＭｇＯは０．９−５．０；
（６）（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／Ｙ_２Ｏ_３は０．３−０．９；
（７）（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｙ_２Ｏ_３）／ＳｉＯ_２は０．７−１．４；
（８）Ｌａ_２Ｏ_３／Ｙ_２Ｏ_３は０．４より大きくない。

上記ガラス組成物の何れかは、ＳｉＯ_２：３４−４０％、及び／又はＢ_２Ｏ_３：１−５％、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３：１９−２５％、及び／又はＣａＯ：６−１０％、及び／又はＭｇＯ：４−８％、及び／又はＹ_２Ｏ_３：１８−２６％、及び／又はＴｉＯ_２：１−６％、及び／又はＺｒＯ_２：０−２％、及び／又はＺｎＯ：０−２％、及び／又はＬａ_２Ｏ_３：０−５％、及び／又はＳｂ_２Ｏ_３：０−０．５％、及び／又はＣｅＯ_２：０−０．５％、及び／又はＳｎＯ_２：０−０．５％を含有する。

上記ガラス組成物の何れかは、その組成を重量百分率で示すと、各成分の含有量は以下の８つの条件のうち１つ又は１以上を満たす。
（１）（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｂ_２Ｏ_３は２０−６０；
（２）Ａｌ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３は８−２０；
（３）Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２は８−２０；
（４）ＣａＯ＋ＭｇＯは１８％を超えない；
（５）ＣａＯ／ＭｇＯは１−２．５；
（６）（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／Ｙ_２Ｏ_３は０．４−０．８；
（７）（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｙ_２Ｏ_３）／ＳｉＯ_２は０．８−１．３；
（８）Ｌａ_２Ｏ_３／Ｙ_２Ｏ_３は０．１５より大きくない。

上記ガラス組成物の何れかにおいて、ガラスの比弾性率は、３４以上、好ましくは３５以上、より好ましくは３６以上であり；ヤング率は、１００−１３０Ｇｐａ、好ましくは１０５−１２５Ｇｐａ、より好ましくは１１０−１２０Ｇｐａである。

上記ガラス組成物の何れかにおいて、ガラスのＴｇ温度は７４０℃以上、好ましくは７５０℃以上、更に好ましくは７６０℃以上であり；耐失透性は、グレードＢ以上であり、好ましくはグレードＡ以上である。

上記ガラス組成物の何れかにおいて、ガラスの１４００℃における粘度は、１５０ポアズ以下、好ましくは１３０ポアズ以下、より好ましくは１１０ポアズ以下であり；ガラスの気泡の程度は、Ａ０クラス以上、好ましくはＡ００クラス以上である。

本発明に係るハードディスク基板は、上記のガラス組成物から成る。

上記ガラス組成物の何れかの、半導体封止への使用。

一般的な化学原料を使用し、各成分の含有量を適切に調整することにより、本発明により提供されるガラスは、比弾性率が３４以上、ヤング率が１００ＧＰａ以上であり、耐熱性に優れ、化学安定性が良好で、プレス成型における耐失透性に優れ、高温粘度が小さく、気泡が容易に排除され、特にハードディスク基板の製造及び半導体封止の分野に適する。

以下、本発明に係るガラスの各組成について説明するが、別途説明のない限り、各成分の含有量は重量％（重量百分率）で表す。

ＳｉＯ_２はガラスの主要なネットワーク形成体であり、ガラスを構成する骨組みである。本発明に係るガラスにおいて、ＳｉＯ_２の含有量が４６％より高い場合、ガラスの溶融性能やヤング率が低下し、高温粘度が急激に上昇する。ＳｉＯ_２の含有量が３０％未満の場合、ガラスの化学的安定性が低下し、ガラスの耐失透性（devitrification resistance performance）が急激に低下し、ガラスの密度が急激に上昇し、ガラスの比弾性率が低下してしまう。したがって、本発明におけるＳｉＯ_２の含有量は３０−４６％、好ましくは３２−４２％、より好ましくは３４−４０％に制限される。

本発明に係るガラスは、アルカリフリーガラスであって、原料の溶融温度が高い。ガラス原料の溶融の初期段階では、ケミカルタンク内に大量の気泡の蓄積が発生しやすく、気泡の蓄積が激しい場合、ガラス液が供給タンクからオーバーフローし、供給プロセスが停止され、以降の連続精錬工程の均質化、清澄化及び成形工程が停止してしまう。鋭意研究により、発明者は、特定の量のＢ_２Ｏ_３を追加すると、原料の初期溶融段階での気泡の蓄積を減少させ、特にＢ_２Ｏ_３の含有量が０．５％を超える場合に、供給工程の円滑な進行につながることを見出した。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が６％を超えてしまうと、ガラスの比弾性率やヤング率が低下してしまい、ガラスの化学的安定性が低下する。したがって、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は０−６％、好ましくは０．５−６％、より好ましくは１−５％である。

本発明に係るガラスにＡｌ_２Ｏ_３を添加すると、ガラスのヤング率を向上させ、ガラスの密度を減少させ、ガラスの比弾性率を向上させることができる。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が１０％未満の場合、ガラスの比弾性率とヤング率は設計における予想よりも低くなり、ガラスの密度も増大してしまう。Ａｌ_２Ｏ_３は不溶性が高いため、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が３０％を超えると、ガラスの原料の溶融性能が急激に低下してしまい、ガラスの高温粘度が急激に上昇する。したがって、添加されるＡｌ_２Ｏ_３の量は、１０−３０％、好ましくは１５−２８％、より好ましくは１９−２５％に制限される。

本発明において、ＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３は、難溶性酸化物であり、ケミカルタンク内に気泡を蓄積させる主要な要因でもある。発明者は、実験によりＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３の合計量とＢ_２Ｏ_３の比率（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｂ_２Ｏ_３が１０−８０の範囲内である場合、ガラスの化合中における気泡の蓄積現象は基本的になくなり、ガラスは高い耐熱性を維持できることを発見した。（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｂ_２Ｏ_３は、好ましくは１５−７０、より好ましくは２０−６０である。

Ｂ_２Ｏ_３を添加すると、Ａｌ_２Ｏ_３の構造が変化するため、Ａｌ_２Ｏ_３とＢ_２Ｏ_３の相対含有量の選択は、ガラスの高温粘度及び比弾性率に大きく関係する。Ａｌ_２Ｏ_３とＢ_２Ｏ_３の比率Ａｌ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が３６を超えると、ガラスの高温粘度が急激に増加し、Ａｌ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３の比率が４未満になると、ガラスの比弾性率が急激に低下する。したがって、Ａｌ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３は好ましくは４−３６、より好ましくは６−３０、更に好ましくは８−２０である。

ガラスに少量のＴｉＯ_２を添加すると、ガラスの高温粘度を低下させ、ガラスの比弾性率とヤング率を向上させることができる。ただし、その含有量が７％を超えると、ガラスの耐失透性が急速に低下するため、本発明においてのＴｉＯ_２の含有量は７％未満に制限される。さらなる研究により、ＴｉＯ_２の含有量が０．５％未満の場合、ヤング率、比弾性率の向上、及び高温粘度の低下の効果は明らかではないことが分かった。したがって、その含有量は、好ましくは０．５−７％、より好ましくは１−６％である。

本発明に係るガラスでは、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が比較的多いため、ＴｉＯ_２の含有量がＡｌ_２Ｏ_３の構造変化を促進させることができ、それによりガラスの比弾性率や耐失透性を変化させる。Ａｌ_２Ｏ_３とＴｉＯ_２の比率Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２が４１を超えると、ガラスの耐失透性が低下し、ガラスの高温粘度が上昇する。Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２が３未満の場合、ガラスの比弾性率が急激に低下し、ガラスの耐失透性も著しく低下してしまう。したがって、Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２は３−４１、好ましくは６−３０、より好ましくは８−２０に制限される。

ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯはアルカリ土類金属酸化物であり、適切な量のアルカリ土類金属酸化物をガラスに追加すると、ガラスのヤング率が向上し、ガラスの高温粘度が低下され、ガラス成分のバランスが取れて、ガラスの溶融性能が改善される。但し、アルカリ土類金属酸化物が多すぎると、ガラスの耐失透性が低下してしまう。ハードディスク基板ガラスにとってガラスの耐失透性は非常に重要であり、ハードディスク基板用のガラスブランクを制作する過程において、ガラスの軟化点付近でガラスブロックを軟化させた後に、薄いブランクとなるようにプレスする必要が有り、耐失透性が悪いとガラス中に結晶化粒子が発生してしまう。結晶化粒子の硬度の物性はその周囲のガラスの物性と大きく異なるため、加工中に欠陥が発生し、基板の表面粗さが要件を満たさなくなってしまう。

上記の４つのアルカリ土類金属酸化物は、高温粘度を低下させてガラスの溶融性能を向上させるという共通点を持っているが、高温粘度を低下させる能力、ガラスの耐失透性、ガラス密度への影響の度合い、及びヤング率及びその耐熱性の改善には一貫性がなく、大きな違いがある。

本発明者による多数の実験研究によれば、ガラスへのＭｇＯの添加は、ガラスのヤング率及び比弾性率を引き上げ、ガラスの高温粘度を低下させることができるが、ＭｇＯの含有量が２％未満である場合は、密度の低下とヤング率及び比弾性率の引き上げ効果は明らかではない。ＭｇＯの含有量が１５％を超えると、ガラスの耐失透性が明らかに低下する。したがって、ＭｇＯの含有量は、２−１５％、好ましくは３−１０％、より好ましくは４−８％に制限される。

ＣａＯは、これらの４つのアルカリ土類金属酸化物の中で、高温粘度を低下させる効果が最も明らかであり、同時にガラスのヤング率を引き上げる効果も有する。本発明において、添加量が４％未満であると、ガラスの比弾性率及びヤング率が設計要件を満たすことはできず、ガラスの高温粘度を低減する効果も明らかではない。ＣａＯの含有量が２０％を超えると、ガラスの耐失透性が急激に低下し、ガラスの化学的安定性、特に耐水性が急速に低下する。したがって、ＣａＯの含有量は、４−２０％、好ましくは５−１５％、より好ましくは６−１０％に制限される。

多数の研究により、本発明のガラス組成物中のＭｇＯ及びＣａＯの合計含有量が２１％を超えると、ガラスの耐熱性及び耐失透性が急速に低下されてしまうため、１９％以下であることが好ましく、１８％を超えないことがさらに好ましいことが見出された。さらに、ＣａＯとＭｇＯの比率ＣａＯ／ＭｇＯが８．０より大きい場合、ガラスの比弾性率は急速に低下してしまう。ＣａＯ／ＭｇＯが０．８未満の場合、ガラスの耐失透性が急激に低減し、成形されたガラスの安定性に影響する。したがって、ＣａＯ／ＭｇＯは、０．８−８．０、好ましくは０．９−５．０、より好ましくは１．０−２．５に制限される。

ガラスのヤング率を改善し、ガラスの密度を低減するＳｒＯの能力は、ＣａＯやＭｇＯよりも低く、少量のＳｒＯ添加はガラスの耐失透性を向上することができる。ＳｒＯの含有量が５％を超えると、ガラスの耐失透性が低下し、化学安定性が低下し、ガラスのコストが大幅に増加する。したがって、ＳｒＯの含有量は、０−５％、好ましくは０−３％に制限され、さらに好ましくは添加しない。

他の３つのアルカリ土類金属酸化物と比較して、ＢａＯはガラスの密度を大幅に増加させる一方、ガラスの化学的安定性を大幅に低下させる。少量の添加でガラスのヤング率と耐失透性は向上するが、ＢａＯの含有量が５％を超えると、ガラスの密度が大幅に上がり、化学的安定性、特に耐水性が大幅に低下する。したがって、ＢａＯの含有量を０−５％、好ましくは０−３％に制限され、より好ましくは添加しない。

Ｙ_２Ｏ_３をガラスに添加すると、ガラスの比弾性率、ヤング率、及び耐熱性が大幅に向上すると同時に、ガラスの高温粘度が低下する。ただし、Ｙ_２Ｏ_３の含有量が３２％を超えると、ガラスの耐失透性が著しく低下し、密度も大幅に向上する。Ｙ_２Ｏ_３の含有量が１３％未満の場合、ガラスの高温粘度が大幅には低下せず、比弾性率、ヤング率、耐熱性が設計要件を満たさなくなる。したがって、Ｙ_２Ｏ_３の含有量は、１３−３２％、好ましくは１５−３０％、より好ましくは１８−２６％に制限される。

発明者らは、ＣａＯ及びＭｇＯの合計含有量とＹ_２Ｏ_３との相対含有量がガラスのＢ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２の構造変化を促進し、これにより、ガラスの比弾性率、耐熱性、及び耐失透性に大きな影響を与えることを発見した。ＣａＯ及びＭｇＯの合計含有量とＹ_２Ｏ_３との比率（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／Ｙ_２Ｏ_３が１．０より大きい場合、ガラスの比弾性率と耐熱性は急速に低下する。（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／Ｙ_２Ｏ_３が０．２未満の場合、ガラスの耐失透性は急速に低下する。従って、（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／Ｙ_２Ｏ_３は、０．２−１．０、好ましくは０．３−０．９、より好ましくは０．４−０．８に制限される。

ＣａＯ、ＭｇＯ、及びＹ_２Ｏ_３の３つの酸化物は、比弾性率、ヤング率を向上させ、ガラスの高温粘度を低下させる能力がある。発明者らは、上記３つの酸化物の合計値とガラスの高温粘度に対するＳｉＯ_２の相対含有量がガラスの高温粘度とガラスの耐熱性に強く関係することを見出した。ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３の合計量とＳｉＯ_２との比率（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｙ_２Ｏ_３）／ＳｉＯ_２が１．５を超えると、ガラスの耐熱性が急速に低下する。（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｙ_２Ｏ_３）／ＳｉＯ_２が０．５未満の場合、ガラスの高温粘度が設計要件を満たさない。したがって、（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｙ_２Ｏ_３）／ＳｉＯ_２は、０．５−１．５、好ましくは０．７−１．４、より好ましくは０．８−１．３に制限される。

ガラスに少量のＺｒＯ_２を追加すると、ガラスの耐失透性が向上し、ガラスの化学的安定性が向上する。ただし、ＺｒＯ_２の含有量が５％を超えると、ガラスの溶融性が著しく低下するとともに、ガラスの高温粘度が著しく上昇し、ガラス中に不溶物が現れやすくなる。したがって、ＺｒＯ_２の含有量は、０−５％、好ましくは０−３％、より好ましくは０−２％に制限され、更に好ましくは添加しない。

ガラスに少量のＺｎＯを追加すると、ガラスの高温粘度が低下し、ガラスの化学的安定性が向上するが、ＺｎＯの添加量が５％を超えると、ガラスのヤング率が低下し、ガラスの密度が上がり、ガラスの比弾性率は急激に下がり、ガラスの耐熱性は低下してしまう。したがって、ＺｎＯの含有量は、０−５％、好ましくは０−３％、より好ましくは０−２％に制限され、更に好ましくは添加しない。

ガラスに適切な量のＬａ_２Ｏ_３を追加すると、ガラスのヤング率を高めると同時に、ガラスのＴｇ温度を上げ、ガラスの耐熱性を高め、ガラスの高温粘度を下げることができる。ただし、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量が１５％を超えると、ガラスの密度が大幅に増加するため、ガラスの比弾性率が設計要件を満たさなくなり、ガラスの耐失透性が大幅に低下してしまう。したがって、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は、０−１５％、好ましくは０−９％、より好ましくは０−５％に制限され、更に好ましくは添加しない。

Ｌａ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３の両方でガラスのヤング率を向上することができるが、Ｌａ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３との比率Ｌａ_２Ｏ_３／Ｙ_２Ｏ_３が０．８を超えると、ガラスの密度が急速に増加し、ガラスの比弾性率が急速に減少し、耐失透性も急速に低下してしまう。したがって、Ｌａ_２Ｏ_３／Ｙ_２Ｏ_３は、０．８以下、好ましくは０．４以下、より好ましくは０．１５以下である。

さらに、総量０−２％、好ましくは０−１％、より好ましくは０−０．５％の清澄剤が本発明に係るガラスに導入されてもよい。清澄剤は、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＳｎＯ_２の１つまたは複数を使用することができる。

次に、本発明の光学ガラスの性能について説明する。
ガラスのヤング率Ｅは、Ｐ波及びＳ波の速度を超音波で測定し、次の式に従って計算される。

ここで、

式において：
Ｅはヤング率，Ｐａであり；
Ｇはせん断弾性率，Ｐａであり；
Ｖ_ＴはＰ波の速度，ｍ／ｓであり；
Ｖ_ＳはＳ波の速度，ｍ／ｓであり；
ρはガラスの密度，ｇ／ｃｍ^３であり；
ガラスの密度はＧＢ／Ｔ７９６２．２０−２０１０に規定される方法により測定する。
ガラスの比弾性率＝ヤング率／密度。
ガラスのＴｇ温度はＧＢ／Ｔ７９６２．１６−２０１０に規定される方法により測定する。
ガラスの高温粘度は、ＴＨＥＴＡＲｈｅｏｔｒｏｎｉｃＩＩ高温粘度計により回転法で測定され、数値の単位はｄＰａＳ（ポアズ）で表示し、数値が小さいほど粘度は小さくなる。
ガラスの耐失透性は、次の方法によりテストする。
実験試料を２０＊２０＊１０ｍｍのサイズに加工し、両面を研磨し、当該試料を、Ｔｇ＋２００℃の結晶化炉に３０分間入れて、取り出して冷却後、２つの大きな表面を研磨し、次の表に従ってガラスの耐失透性を判断するが、グレードＡは最高であり、グレードＥは最悪である。

ガラスの気泡の程度は、ＧＢ／Ｔ７９６２．８−２０１０に規定される方法に従って測定及び格付けされる。

試験後、本発明に係るガラスの比弾性率は３４以上、好ましくは３５以上、より好ましくは３６以上であり、ヤング率は１００〜１３０ＧＰａ、好ましくは１０５〜１２５ＧＰａ、より好ましくは１１０〜１２０ＧＰａであり、Ｔｇ温度は７４０℃以上、好ましくは７５０℃以上、より好ましくは７６０℃以上；粘度は１４００℃において１５０ポアズ以下、好ましくは１３０ポアズ以下、さらに好ましくは１１０ポアズ以下であり；プレス成型における耐失透性はグレードＢ以上、好ましくはグレードＡ以上であり、気泡の程度は、Ａ０クラス以上、好ましくはＡ００クラス以上である。

本発明に係るガラスは上記の特性を有するため、ハードディスク基板を構成する用途や半導体封止に特に適している。

実施例
本発明の技術的解決策をさらに理解するために、本発明に係るガラス組成物の実施例を以下に説明する。これらの実施例は、本発明の範囲を限定しないことに留意されたい。

表１−５に示すガラス組成（実施例１−５０）は、表に示す、それぞれの実施例の比率に基づいて計量されて、ガラスの一般原料（酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等）に混合される。混合した原料を白金るつぼに入れ、１４００〜１４５０℃で６−８時間溶融し、清澄化、攪拌、均質化することにより、泡や溶け残りのない均質な溶融ガラスが得られる。溶融ガラスを型に流し込み、アニールする。

表１−５は、本発明の実施例１−５０の組成（Ｗｔ％）、ヤング率（Ｅ）、比弾性率（Ｅ／ρ）、Ｔｇ温度（Ｔｇ）、及び１４００℃の温度における高温粘度（Ｋ）、耐失透性グレード（Ｎ）、気泡の程度（Ｑ）を示し、（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｂ_２Ｏ_３の値はＡで表され、Ａｌ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３の値はＢで表され、Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２の値はＣで表され、ＣａＯ＋ＭｇＯの値はＤで表され、ＣａＯ／ＭｇＯの値はＦで表され、（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／Ｙ_２Ｏ_３の値はＧで表され、（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｙ_２Ｏ_３）／ＳｉＯ_２の値はＭで表され、Ｌａ_２Ｏ_３／Ｙ_２Ｏ_３の値はＨで表される。

Claims

ガラス組成物であって、その組成を重量百分率で示すと、以下の成分を含有する特徴を有する；ＳｉＯ_２：３０−４６％、Ｂ_２Ｏ_３：０−６％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０−３０％、ＣａＯ：４−２０％、ＭｇＯ：２−１５％、Ｙ_２Ｏ_３：１３−３２％。
請求項１に記載のガラス組成物であって、その組成を重量百分率で示すと、更に以下の成分を含有する特徴を有する；ＴｉＯ_２：０−７％、ＺｒＯ_２：０−５％、ＳｒＯ：０−５％、ＢａＯ：０−５％、ＺｎＯ：０−５％、Ｌａ_２Ｏ_３：０−１５％、Ｓｂ_２Ｏ_３：０−２％、ＣｅＯ_２：０−２％、ＳｎＯ_２：０−２％。
ガラス組成物であって、その組成を重量百分率で示すと、以下の成分を含有する特徴を有する；ＳｉＯ_２：３０−４６％、Ｂ_２Ｏ_３：０−６％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０−３０％、ＣａＯ：４−２０％、ＭｇＯ：２−１５％、Ｙ_２Ｏ_３：１３−３２％、ＴｉＯ_２：０−７％、ＺｒＯ_２：０−５％、ＳｒＯ：０−５％、ＢａＯ：０−５％、ＺｎＯ：０−５％、Ｌａ_２Ｏ_３：０−１５％、Ｓｂ_２Ｏ_３：０−２％、ＣｅＯ_２：０−２％、ＳｎＯ_２：０−２％。
請求項１乃至３の何れかに記載のガラス組成物であって、その組成を重量百分率で示すと、各成分の含有量は以下の８つの条件のうち１つ又は１以上を満たす特徴を有する。
（１）（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｂ_２Ｏ_３は１０−８０；
（２）Ａｌ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３は４−３６；
（３）Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２は３−４１；
（４）ＣａＯ＋ＭｇＯは２１％を超えない；
（５）ＣａＯ／ＭｇＯは０．８−８．０；
（６）（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／Ｙ_２Ｏ_３は０．２−１．０；
（７）（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｙ_２Ｏ_３）／ＳｉＯ_２は０．５−１．５；
（８）Ｌａ_２Ｏ_３／Ｙ_２Ｏ_３は０．８より大きくない。
請求項１乃至３の何れかに記載のガラス組成物であって；ＳｉＯ_２：３２−４２％、及び／又はＢ_２Ｏ_３：０．５−６％、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３：１５−２８％、及び／又はＣａＯ：５−１５％、及び／又はＭｇＯ：３−１０％、及び／又はＹ_２Ｏ_３：１５−３０％、及び／又はＴｉＯ_２：０．５−７％、及び／又はＺｒＯ_２：０−３％、及び／又はＳｒＯ：０−３％、及び／又はＢａＯ：０−３％、及び／又はＺｎＯ：０−３％、及び／又はＬａ_２Ｏ_３：０−９％、及び／又はＳｂ_２Ｏ_３：０−１％、及び／又はＣｅＯ_２：０−１％、及び／又はＳｎＯ_２：０−１％を含有する特徴を有する。
請求項１乃至３の何れかに記載のガラス組成物であって、その組成を重量百分率で示すと、各成分の含有量は以下の８つの条件のうち１つ又は１以上を満たす特徴を有する。
（１）（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｂ_２Ｏ_３は１５−７０；
（２）Ａｌ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３は６−３０；
（３）Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２は６−３０；
（４）ＣａＯ＋ＭｇＯは１９％を超えない；
（５）ＣａＯ／ＭｇＯは０．９−５．０；
（６）（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／Ｙ_２Ｏ_３は０．３−０．９；
（７）（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｙ_２Ｏ_３）／ＳｉＯ_２は０．７−１．４；
（８）Ｌａ_２Ｏ_３／Ｙ_２Ｏ_３は０．４より大きくない。
請求項１乃至３の何れかに記載のガラス組成物であって；ＳｉＯ_２：３４−４０％、及び／又はＢ_２Ｏ_３：１−５％、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３：１９−２５％、及び／又はＣａＯ：６−１０％、及び／又はＭｇＯ：４−８％、及び／又はＹ_２Ｏ_３：１８−２６％、及び／又はＴｉＯ_２：１−６％、及び／又はＺｒＯ_２：０−２％、及び／又はＺｎＯ：０−２％、及び／又はＬａ_２Ｏ_３：０−５％、及び／又はＳｂ_２Ｏ_３：０−０．５％、及び／又はＣｅＯ_２：０−０．５％、及び／又はＳｎＯ_２：０−０．５％を含有する特徴を有する。
請求項１乃至３の何れかに記載のガラス組成物であって、その組成を重量百分率で示すと、各成分の含有量は以下の８つの条件のうち１つ又は１以上を満たす特徴を有する。
（１）（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｂ_２Ｏ_３は２０−６０；
（２）Ａｌ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３は８−２０；
（３）Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２は８−２０；
（４）ＣａＯ＋ＭｇＯは１８％を超えない；
（５）ＣａＯ／ＭｇＯは１−２．５；
（６）（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／Ｙ_２Ｏ_３は０．４−０．８；
（７）（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｙ_２Ｏ_３）／ＳｉＯ_２は０．８−１．３；
（８）Ｌａ_２Ｏ_３／Ｙ_２Ｏ_３は０．１５より大きくない。
請求項１乃至３の何れかに記載のガラス組成物であって、ガラスの比弾性率は、３４以上、好ましくは３５以上、より好ましくは３６以上であり；ヤング率は、１００−１３０Ｇｐａ、好ましくは１０５−１２５Ｇｐａ、より好ましくは１１０−１２０Ｇｐａである特徴を有する。
請求項１乃至３の何れかに記載のガラス組成物であって、ガラスのＴｇ温度は７４０℃以上、好ましくは７５０℃以上、更に好ましくは７６０℃以上であり；耐失透性は、グレードＢ以上であり、好ましくはグレードＡ以上であるという特徴を有する。
請求項１乃至３の何れかに記載のガラス組成物であって、ガラスの１４００℃における粘度は、１５０ポアズ以下、好ましくは１３０ポアズ以下、より好ましくは１１０ポアズ以下であり；ガラスの気泡の程度は、Ａ０クラス以上、好ましくはＡ００クラス以上であるという特徴を有する。
請求項１乃至１１の何れかに記載のガラス組成物から成る、ハードディスク基板。
請求項１乃至１１の何れかに記載のガラス組成物の半導体封止への使用。