JP2022041894A - 高熱膨張係数の無機組成物 - Google Patents
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- Glass Compositions (AREA)
Abstract
【課題】
本発明は、様々な用途、例えば、金属被覆材、水晶振動子向けパッケージ、半導体支持基板、ＨＤＤ用基板、磁気ヘッド等の分野において使用される複合材に用いられる無機組成物が、素材の熱による変化によって生じる体積変化に対応可能な熱膨張係数を有する無機組成物を得ることにある。
【解決手段】
酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ２成分を３５．０％～６０．０％、Ｋ２Ｏ成分を１０．０％～３０．０％、Ａｌ２Ｏ３成分を５．０％～２５．０％、ＺｒＯ２成分を０％～１０．０％、ＴｉＯ２成分を０％～１５．０％、ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計量が０％超～１５．０％、を含有し、－３０～７０℃における熱膨張係数が１２５～１５５（×１０－７／℃）であることを特徴とする無機組成物。
【選択図】なし
本発明は、様々な用途、例えば、金属被覆材、水晶振動子向けパッケージ、半導体支持基板、ＨＤＤ用基板、磁気ヘッド等の分野において使用される複合材に用いられる無機組成物が、素材の熱による変化によって生じる体積変化に対応可能な熱膨張係数を有する無機組成物を得ることにある。
【解決手段】
酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ２成分を３５．０％～６０．０％、Ｋ２Ｏ成分を１０．０％～３０．０％、Ａｌ２Ｏ３成分を５．０％～２５．０％、ＺｒＯ２成分を０％～１０．０％、ＴｉＯ２成分を０％～１５．０％、ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計量が０％超～１５．０％、を含有し、－３０～７０℃における熱膨張係数が１２５～１５５（×１０－７／℃）であることを特徴とする無機組成物。
【選択図】なし
Description
本発明は高熱膨張係数の無機組成物に関する。
近年、様々な用途、例えば、金属被覆材、水晶振動子向けパッケージ、半導体支持基板、ＨＤＤ用基板、磁気ヘッド、光フィルター等の分野において無機組成物同士あるいは金属-無機組成物、有機組成物-無機組成物による複合材が使用されているが、素材の熱による体積変化に伴う応力に対応できる熱膨張係数が高い材料が求められている。
特許文献１には、磁気記録媒体用ガラス基板、磁気記録媒体、および磁気記録媒体用ガラス基板ブランクとして、１００℃～３００℃における熱膨張係数が７０×１０－７／℃～９８×１０－７／℃の無機組成物が開示されているが、磁気記録媒体のスピンドル材として用いられる金属材の熱膨張係数に対して無機組成物の熱膨張係数が小さいという課題が達成されていなかった。
したがって、本発明は、様々な用途、例えば、金属被覆材、水晶振動子向けパッケージ、半導体支持基板、ＨＤＤ用基板、磁気ヘッド等の分野において使用される複合材の熱による体積変化に対応可能な熱膨張係数を有する無機組成物を得ることにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、アルカリ金属酸化物成分、アルカリ土類酸化物成分およびガラスネットワークフォーマー成分の調整およびガラスを結晶化することにより、高い熱膨張係数を有する無機組成物の配合を見出し、本発明を完成するに至った。
具体的には、本発明は以下を提供する。
具体的には、本発明は以下を提供する。
（１）酸化物換算の質量％で、
ＳｉＯ２成分を３５．０％～６０．０％、
Ｋ２Ｏ成分を１０．０％～３０．０％、
Ａｌ２Ｏ３成分を５．０％～２５．０％、
ＺｒＯ２成分を０％～１０．０％、
ＴｉＯ２成分を０％～１５．０％、
ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計量が０％超～１５．０％、を含有し、
－３０～７０℃における熱膨張係数が１２５～１５５（×１０－７／℃）であることを特徴とする無機組成物。
ＳｉＯ２成分を３５．０％～６０．０％、
Ｋ２Ｏ成分を１０．０％～３０．０％、
Ａｌ２Ｏ３成分を５．０％～２５．０％、
ＺｒＯ２成分を０％～１０．０％、
ＴｉＯ２成分を０％～１５．０％、
ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計量が０％超～１５．０％、を含有し、
－３０～７０℃における熱膨張係数が１２５～１５５（×１０－７／℃）であることを特徴とする無機組成物。
（２）酸化物換算の質量％で、
Ｌｉ２Ｏ成分を０％～７．０％、
Ｎａ２Ｏ成分を０％～７．０％、
Ｐ２Ｏ５成分を０％～５．０％、
Ｂ２Ｏ３成分を０％～５．０％、
ＭｇＯ成分を０％～１５．０％、
ＺｎＯ成分を０％～２５．０％、
ＳｒＯ成分を０％～７．０％、
を含有することを特徴とする（１）に記載の無機組成物。
Ｌｉ２Ｏ成分を０％～７．０％、
Ｎａ２Ｏ成分を０％～７．０％、
Ｐ２Ｏ５成分を０％～５．０％、
Ｂ２Ｏ３成分を０％～５．０％、
ＭｇＯ成分を０％～１５．０％、
ＺｎＯ成分を０％～２５．０％、
ＳｒＯ成分を０％～７．０％、
を含有することを特徴とする（１）に記載の無機組成物。
（３）結晶相として、
ＫＡｌＳｉＯ４またはＫＡｌＳｉＯ４固溶体を含むことを特徴とする（１）又は（２）に記載の無機組成物。
ＫＡｌＳｉＯ４またはＫＡｌＳｉＯ４固溶体を含むことを特徴とする（１）又は（２）に記載の無機組成物。
本発明によれば、素材の熱による変化によって生じる体積変化に対応可能な熱膨張係数を有する無機組成物を得られる。
本発明の無機組成物を構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有量は、特に断りがない限り、全て酸化物換算組成の全質量に対する質量％で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」は、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が熔融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総質量数を１００質量％として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。
［ガラス成分］
酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ２成分を３５．０％～６０．０％、Ｋ２Ｏ成分を１０．０％～３０．０％、Ａｌ２Ｏ３成分を５．０％～２５．０％、ＺｒＯ２成分を０％～１０．０％、ＴｉＯ２成分を０％～１５．０％、ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計量が０％超～１５．０％を含有する。
酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ２成分を３５．０％～６０．０％、Ｋ２Ｏ成分を１０．０％～３０．０％、Ａｌ２Ｏ３成分を５．０％～２５．０％、ＺｒＯ２成分を０％～１０．０％、ＴｉＯ２成分を０％～１５．０％、ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計量が０％超～１５．０％を含有する。
［必須成分、任意成分について］
ＳｉＯ２成分は、ガラスの骨格成分であると同時に、原ガラスの熱処理により析出する結晶を形成する必須成分である。特に、ＳｉＯ２成分の含有量を３５．０％以上にすることで、安定的に原ガラスを作製することができる。
従って、ＳｉＯ２成分の含有量は、好ましくは３５．０％以上、より好ましくは３５．５％以上、さらに好ましくは３６．０％以上を下限とする。
他方で、ＳｉＯ２成分の含有量を６０．０％以下にすることで、過剰な粘性の上昇や熔融性の悪化を抑えられるため、ＳｉＯ２成分の含有量は、好ましくは６０．０％以下、より好ましくは５７．０％以下、さらに好ましくは５５．０％以下を上限とする。
ＳｉＯ２成分は、ガラスの骨格成分であると同時に、原ガラスの熱処理により析出する結晶を形成する必須成分である。特に、ＳｉＯ２成分の含有量を３５．０％以上にすることで、安定的に原ガラスを作製することができる。
従って、ＳｉＯ２成分の含有量は、好ましくは３５．０％以上、より好ましくは３５．５％以上、さらに好ましくは３６．０％以上を下限とする。
他方で、ＳｉＯ２成分の含有量を６０．０％以下にすることで、過剰な粘性の上昇や熔融性の悪化を抑えられるため、ＳｉＯ２成分の含有量は、好ましくは６０．０％以下、より好ましくは５７．０％以下、さらに好ましくは５５．０％以下を上限とする。
Ｌｉ２Ｏ成分は、０％超含有する場合に、原料の熔融反応を助長し、ガラスの熔解温度を低下させ熔融性を向上する上で効果的な成分である一方、含有量が増加すると化学的耐久性の悪化や析出結晶相の変化を引き起こす。
従って、Ｌｉ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは０％超、より好ましくは０．５％以上、さらに好ましくは１．０％以上を下限とする。
他方で、Ｌｉ２Ｏ成分の含有量を７．０％以下にすることで過剰な含有による失透性の悪化や析出結晶相の変化、化学的耐久性の悪化を抑制することができる。
従って、Ｌｉ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは７．０％以下、より好ましくは６．０％以下、さらに好ましくは５．０％以下を上限とする。
従って、Ｌｉ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは０％超、より好ましくは０．５％以上、さらに好ましくは１．０％以上を下限とする。
他方で、Ｌｉ２Ｏ成分の含有量を７．０％以下にすることで過剰な含有による失透性の悪化や析出結晶相の変化、化学的耐久性の悪化を抑制することができる。
従って、Ｌｉ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは７．０％以下、より好ましくは６．０％以下、さらに好ましくは５．０％以下を上限とする。
Ｎａ２Ｏ成分は、０％超含有する場合に、ガラスの熔融性を調整すると同時に、原ガラスの熱処理により析出する結晶を構成する成分である。
従って、Ｎａ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは０．５％以上を下限とする。
他方で、Ｎａ２Ｏ成分の含有量を７．０％以下にすることで、化学的耐久性の悪化および析出結晶相の変化を抑制できる。
従って、Ｎａ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは７．０％以下、より好ましくは５．０％以下、さらに好ましくは４．０％以下を上限とする。
従って、Ｎａ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは０．５％以上を下限とする。
他方で、Ｎａ２Ｏ成分の含有量を７．０％以下にすることで、化学的耐久性の悪化および析出結晶相の変化を抑制できる。
従って、Ｎａ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは７．０％以下、より好ましくは５．０％以下、さらに好ましくは４．０％以下を上限とする。
Ｋ２Ｏ成分は、０％超含有する場合に、原ガラスの熱処理により析出する結晶を構成する成分の一つであると同時にガラスの熔解性向上に寄与する必須成分である。Ｋ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは１０．０％以上、より好ましくは１４．０％以上、さらに好ましくは１８．０％以上を下限とする。
他方で、Ｋ２Ｏ成分の含有量を３０．０％以下にすることで、化学的耐久性の悪化を抑制するため、Ｋ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは３０．０％以下、より好ましくは２８．０％以下、さらに好ましくは２６．０％以下を上限とする。
他方で、Ｋ２Ｏ成分の含有量を３０．０％以下にすることで、化学的耐久性の悪化を抑制するため、Ｋ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは３０．０％以下、より好ましくは２８．０％以下、さらに好ましくは２６．０％以下を上限とする。
Ａｌ２Ｏ３成分は、０％超含有する場合に、原ガラスの熱処理により析出する結晶を構成する成分の一つであると同時に、ガラスの化学的耐久性および機械的強度を高め、熔融ガラスの耐失透性を向上するのに有効な成分であり、本発明の無機組成物の必須成分である。
従って、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは５．０％以上、より好ましくは５．５％以上、さらに好ましくは６．０％以上を下限とする。
他方で、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量を２５．０％以下にすることで、過剰な含有による熔融性の悪化、失透を低減することができるため、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは２５．０％以下、より好ましくは２２．０％以下、さらに好ましくは１９．０％以下を上限とする。
従って、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは５．０％以上、より好ましくは５．５％以上、さらに好ましくは６．０％以上を下限とする。
他方で、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量を２５．０％以下にすることで、過剰な含有による熔融性の悪化、失透を低減することができるため、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは２５．０％以下、より好ましくは２２．０％以下、さらに好ましくは１９．０％以下を上限とする。
Ｐ２Ｏ５成分は、０％超含有する場合に、析出結晶の核形成剤として寄与し、融液を低粘性化させ、ガラスの安定性向上に寄与する任意成分であるが、過度に含有すると析出結晶相が変化したり、ガラスが失透しやすくなったり、ガラス化が困難となったりするため、好ましくは０％超、さらに好ましくは０．５％以上を下限とする。
また、好ましくは５．０％以下、より好ましくは３．０％以下、より好ましくは２．５％以下、さらに好ましくは２．０％以下を上限とする。
また、好ましくは５．０％以下、より好ましくは３．０％以下、より好ましくは２．５％以下、さらに好ましくは２．０％以下を上限とする。
Ｂ２Ｏ３成分は、０％超含有する場合に、融液の低粘性化に寄与し、ガラスの網目構造を形成しガラスの安定性に寄与する任意成分である。一方で、含有量の増加に伴い析出結晶相が変化したり、化学的耐久性の低下などを引き起こしたりするため、Ｂ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは０．１％以上を下限とする。
また、好ましくは５．０％以下、より好ましくは３．０％以下、より好ましくは２．５％以下、さらに好ましくは２．０％以下を上限とする。
また、好ましくは５．０％以下、より好ましくは３．０％以下、より好ましくは２．５％以下、さらに好ましくは２．０％以下を上限とする。
ＭｇＯ成分は、０％超含有する場合に、ガラスの熔融性を向上させると同時に析出結晶の粗大化を防止することに加え、ガラスの熔解性向上に寄与する任意成分である。
従って、ＭｇＯ成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは１．０％以上を下限とする。
他方で、ＭｇＯ成分の含有量を１５．０％以下にすることで、過度な含有による失透を低減することができる。
従って、ＭｇＯ成分の含有量は、好ましくは１５．０％以下、より好ましくは１２．０％以下、さらに好ましくは１０．０％以下を上限とする。
従って、ＭｇＯ成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは１．０％以上を下限とする。
他方で、ＭｇＯ成分の含有量を１５．０％以下にすることで、過度な含有による失透を低減することができる。
従って、ＭｇＯ成分の含有量は、好ましくは１５．０％以下、より好ましくは１２．０％以下、さらに好ましくは１０．０％以下を上限とする。
ＺｎＯ成分は、０％超含有する場合にガラスの熔融性を向上させると同時に析出結晶の粗大化を防止し、ガラスの熔解性向上に寄与する任意成分である。
従って、ＺｎＯ成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは１．０％以上を下限とする。
他方で、ＺｎＯ成分の含有量を２５．０％以下にすることで、過度な含有による失透を低減することができる。
従って、ＺｎＯ成分の含有量は、好ましくは２５．０％以下、より好ましくは２３．０％以下、さらに好ましくは２０．０％以下を上限とする。
従って、ＺｎＯ成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは１．０％以上を下限とする。
他方で、ＺｎＯ成分の含有量を２５．０％以下にすることで、過度な含有による失透を低減することができる。
従って、ＺｎＯ成分の含有量は、好ましくは２５．０％以下、より好ましくは２３．０％以下、さらに好ましくは２０．０％以下を上限とする。
ＳｒＯ成分は、０％超含有する場合に、ガラスの熔融性向上およびガラスの安定性に寄与する任意成分である。一方で、含有量の増加に伴い失透しやすくなるため、ＳｒＯ成分の含有量は、好ましくは７．０％以下、より好ましくは５．０％以下、さらに好ましくは４．０％以下を上限とする。
また、ＳｒＯ成分を含有することでガラスの安定性が向上するため、好ましくは０％超、より好ましくは１．０％以上、さらに好ましくは１．５％以上を下限とする。
また、ＳｒＯ成分を含有することでガラスの安定性が向上するため、好ましくは０％超、より好ましくは１．０％以上、さらに好ましくは１．５％以上を下限とする。
ＺｒＯ２成分は、０％超含有する場合に、析出結晶の核形成剤として機能する上に、析出結晶の微細化と材料の機械的強度向上に寄与する成分である。特に本発明においては、結晶の粒径を調整できる成分である。
従って、ＺｒＯ２成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは１．０％以上を下限とする。
他方で、ＺｒＯ２成分の含有量を１０．０％以下にすることで、ＺｒＯ２成分の過剰な含有による失透および熔解性の悪化を低減することができる。
従って、ＺｒＯ２成分の含有量は、好ましくは１０．０％以下、より好ましくは８．０％以下、さらに好ましくは６．０％以下を上限とする。
従って、ＺｒＯ２成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは１．０％以上を下限とする。
他方で、ＺｒＯ２成分の含有量を１０．０％以下にすることで、ＺｒＯ２成分の過剰な含有による失透および熔解性の悪化を低減することができる。
従って、ＺｒＯ２成分の含有量は、好ましくは１０．０％以下、より好ましくは８．０％以下、さらに好ましくは６．０％以下を上限とする。
ＴｉＯ２成分は、０％超含有する場合に、析出結晶の核形成剤として機能する上に、析出結晶の微細化と材料の機械的強度向上に寄与する成分である。特に本発明においては、結晶の粒径を調整できる成分である。
従って、ＴｉＯ２成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは１．０％以上を下限とする。
他方で、ＴｉＯ２成分の含有量を１５．０％以下にすることで透過率の低下を抑えることができる。
従って、ＴｉＯ２成分の含有量は、好ましくは１５．０％以下、より好ましくは１２．０％以下、さらに好ましくは９．０％以下を上限とする。
従って、ＴｉＯ２成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは１．０％以上を下限とする。
他方で、ＴｉＯ２成分の含有量を１５．０％以下にすることで透過率の低下を抑えることができる。
従って、ＴｉＯ２成分の含有量は、好ましくは１５．０％以下、より好ましくは１２．０％以下、さらに好ましくは９．０％以下を上限とする。
Ｓｂ２Ｏ３成分は、０％超含有する場合に、熔融ガラスを脱泡できる任意成分である。
従って、Ｓｂ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは０．０３％以上を下限としてもよい。
他方で、Ｓｂ２Ｏ３成分の含有量を１．０％以下にすることで、透過率の低下を抑えられる。
従って、Ｓｂ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは１．０％以下、より好ましくは０．５％以下、さらに好ましくは０．２％以下を上限としてもよい。
従って、Ｓｂ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは０％超、さらに好ましくは０．０３％以上を下限としてもよい。
他方で、Ｓｂ２Ｏ３成分の含有量を１．０％以下にすることで、透過率の低下を抑えられる。
従って、Ｓｂ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは１．０％以下、より好ましくは０．５％以下、さらに好ましくは０．２％以下を上限としてもよい。
Ｇｄ２Ｏ３成分は、３．０％以上含有する場合に、熔融ガラスの成形性及び失透性を低下させる成分である。
従って、Ｇｄ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは３．０％未満を上限とし、含まなくてもよい。
従って、Ｇｄ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは３．０％未満を上限とし、含まなくてもよい。
また、素材の物性を損なわない範囲でＬａ２Ｏ３成分、Ｙ２Ｏ３成分、Ｙｂ２Ｏ３成分、Ｅｕ２Ｏ３成分、Ｄｙ２Ｏ３成分、Ｅｒ２Ｏ３成分、Ｔｂ２Ｏ３成分、Ｐｒ６Ｏ１１成分、Ｎｄ２Ｏ３成分、Ｔｍ２Ｏ３成分、Ｓｍ２Ｏ３成分、Ｈｏ２Ｏ３成分、ＣｅＯ２成分、ＣａＯ成分、ＢａＯ成分、ＣｏＯ成分、Ｃｏ２Ｏ３成分、Ｔａ２Ｏ５成分、Ｎｂ２Ｏ５成分、ＷＯ３成分、ＴｅＯ２成分、Ｂｉ２Ｏ３成分、ＦｅＯ成分、Ｆｅ２Ｏ３成分、ＭｎＯ２成分、Ｃｒ２Ｏ３成分、ＧｅＯ２成分、Ｇａ２Ｏ３成分、ＣｕＯ成分、ＮｉＯ成分、Ｖ２Ｏ５成分、及びＳｎＯ２成分をそれぞれ含んでもよいし、含まなくてもよい。含有量は、各々、０％～３．０％未満とすることができる。
ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分は、合計含有量が０％超含有する場合に、析出結晶の核形成剤として機能する上に、析出結晶の微細化と材料の機械的強度向上に寄与する成分である。特に本発明においては、結晶の粒径を調整できる成分である。
従って、ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計含有量は、好ましくは０％超、より好ましくは１．０％以上、より好ましくは１．５％以上、より好ましくは３．５％以上を下限とする。
他方で、ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計含有量を１５．０％以下にすることで析出結晶相の変化に伴う熱膨張係数の低下や結晶化時における急激な物性変化を抑えることができる。
従って、ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計含有量は、好ましくは１５．０％以下、さらに好ましくは１２．０％以下を上限とする。
従って、ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計含有量は、好ましくは０％超、より好ましくは１．０％以上、より好ましくは１．５％以上、より好ましくは３．５％以上を下限とする。
他方で、ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計含有量を１５．０％以下にすることで析出結晶相の変化に伴う熱膨張係数の低下や結晶化時における急激な物性変化を抑えることができる。
従って、ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計含有量は、好ましくは１５．０％以下、さらに好ましくは１２．０％以下を上限とする。
ＳｉＯ２成分の含有量に対する、Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分とＭｇＯ成分との合計含有量の比[（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２]は、０．４０以上とすることで、結晶化ガラスの熱膨張特性を向上することができる。
従って、ＳｉＯ２成分の含有量に対する、Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分とＭｇＯ成分との合計含有量の比[（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２]の上限値は、好ましくは１．２０以下、より好ましくは１．００以下、さらに好ましくは０．９５以下とする。他方で、下限値は、好ましくは０．４０以上、さらに好ましくは０．４５以上とする。
従って、ＳｉＯ２成分の含有量に対する、Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分とＭｇＯ成分との合計含有量の比[（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２]の上限値は、好ましくは１．２０以下、より好ましくは１．００以下、さらに好ましくは０．９５以下とする。他方で、下限値は、好ましくは０．４０以上、さらに好ましくは０．４５以上とする。
ＳｉＯ２成分の含有量に対する、Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分との合計含有量の比[（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／ＳｉＯ２]は、０．３０以上とすることで、結晶化ガラスの熱膨張特性を向上することができる。
従って、ＳｉＯ２成分の含有量に対する、Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分との合計含有量の比[（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／ＳｉＯ２]の上限値は、好ましくは０．８０以下、より好ましくは０．７８以下、さらに好ましくは０．７５以下とする。他方で、下限値は、好ましくは０．３０以上、より好ましくは０．３２以上、さらに好ましくは０．３５以上とする。
従って、ＳｉＯ２成分の含有量に対する、Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分との合計含有量の比[（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／ＳｉＯ２]の上限値は、好ましくは０．８０以下、より好ましくは０．７８以下、さらに好ましくは０．７５以下とする。他方で、下限値は、好ましくは０．３０以上、より好ましくは０．３２以上、さらに好ましくは０．３５以上とする。
Ａｌ２Ｏ３成分の含有量に対する、Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分との合計含有量の比[（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３]は、１．００以上とすることで、結晶化ガラスの熱膨張特性を向上することができる。
従って、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量に対する、Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分との合計含有量の比[（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３]の上限値は、好ましくは３．８０以下、より好ましくは３．７５以下、さらに好ましくは３．７０以下とする。他方で、下限値は、好ましくは１．００以上、より好ましくは１．０５以上、さらに好ましくは１．１０以上とする。
従って、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量に対する、Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分との合計含有量の比[（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３]の上限値は、好ましくは３．８０以下、より好ましくは３．７５以下、さらに好ましくは３．７０以下とする。他方で、下限値は、好ましくは１．００以上、より好ましくは１．０５以上、さらに好ましくは１．１０以上とする。
［製造方法］
本発明の無機組成物は、例えば以下のように作製される。すなわち、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、塩化物、メタ燐酸化合物などの原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で１３００～１６００℃の温度範囲で熔融し、攪拌均質化した後、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷することによりガラス母材を作製した。
本発明の無機組成物は、例えば以下のように作製される。すなわち、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、塩化物、メタ燐酸化合物などの原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で１３００～１６００℃の温度範囲で熔融し、攪拌均質化した後、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷することによりガラス母材を作製した。
結晶化工程は、特に限定されないが、例えばガラス母材を、５００℃～５６０℃の温度範囲にて５時間加熱し、結晶核形成を行った後に、５７０℃～８００℃の温度範囲にて３時間加熱して結晶化を行った。析出した結晶相は、Ｂｒｕｋｅｒ社製Ｘ線回折装置Ｄ８ ＤＩＳＣＯＶＥＲによって解析して特定された。
本発明の無機組成物の析出結晶相は、熱膨張係数を向上させるため、ＫＡｌＳｉＯ４またはＫＡｌＳｉＯ４固溶体であることが望ましい。その他、析出結晶相として、Ｒｎ２ＭｇＳｉＯ４（ただし、ＲｎはＬｉ、Ｎａ、Ｋから選択される１種類以上）、Ｒｎ２ＺｎＳｉＯ４（ただし、ＲｎはＬｉ、Ｎａ、Ｋから選択される１種類以上）、Ｒｎ２ＳｉＯ３（ただし、ＲｎはＬｉ、Ｎａ、Ｋから選択される１種類以上）、ＭｇＳｉＯ３、Ｒ２ＳｉＯ４(ただし、ＲはＭｇ、Ｚｎから選択される１種類以上)、Ｌｉ２ＴｉＯ３、Ｋ２ＺｒＳｉ２Ｏ７等を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。
この結晶化ガラスをラッピングした後、ポリシングすることにより無機組成物基板が得られた。また、金属、無機化合物、あるいは有機化合物と複合化させるために粉砕し無機組成物粉末が得られた。なお、これらの無機組成物基板および粉末は金属被覆材、水晶振動子向けパッケージ、半導体支持基板、ＨＤＤ用基板、磁気ヘッド、ＤＷＤＭ向け光フィルター等の分野において用いることができる。
［熱膨張係数］
日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ-１６（２０１９）「光学ガラスの常温付近の平均線膨張係数の測定方法」を参考に、マックサイエンス社製ＴＤ５０００Ｓを用いて－３０℃～７０℃の温度範囲における線膨張係数を測定した。いずれも試料を直径４ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状に加工し、－３０℃～７０℃の温度範囲において、温度と材料の伸びの関係を示す膨張曲線の傾きから線膨張係数を算出した。
本発明の無機組成物の－３０℃～７０℃における熱膨張係数の下限値は、好ましくは１２５（×１０－７／℃）以上、より好ましくは１２６（×１０－７／℃）以上、最も好ましくは１２７（×１０－７／℃）以上であることが望ましい。また、上限値は、好ましくは１５５（×１０－７／℃）以下、より好ましくは１５４（×１０－７／℃）以下、さらに好ましくは１５３（×１０－７／℃）以下であることが望ましい。
日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ-１６（２０１９）「光学ガラスの常温付近の平均線膨張係数の測定方法」を参考に、マックサイエンス社製ＴＤ５０００Ｓを用いて－３０℃～７０℃の温度範囲における線膨張係数を測定した。いずれも試料を直径４ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状に加工し、－３０℃～７０℃の温度範囲において、温度と材料の伸びの関係を示す膨張曲線の傾きから線膨張係数を算出した。
本発明の無機組成物の－３０℃～７０℃における熱膨張係数の下限値は、好ましくは１２５（×１０－７／℃）以上、より好ましくは１２６（×１０－７／℃）以上、最も好ましくは１２７（×１０－７／℃）以上であることが望ましい。また、上限値は、好ましくは１５５（×１０－７／℃）以下、より好ましくは１５４（×１０－７／℃）以下、さらに好ましくは１５３（×１０－７／℃）以下であることが望ましい。
［比重］
日本工業規格ＪＩＳ Ｚ ８８０７（２０１２）「固体の密度及び比重の測定方法」に則り、無機組成物の比重を測定した。
本発明の無機組成物の比重は、好ましくは４．０以下、より好ましくは３．８以下、さらに好ましくは３．５以下とする。
日本工業規格ＪＩＳ Ｚ ８８０７（２０１２）「固体の密度及び比重の測定方法」に則り、無機組成物の比重を測定した。
本発明の無機組成物の比重は、好ましくは４．０以下、より好ましくは３．８以下、さらに好ましくは３．５以下とする。
［内部透過率］
日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ－１７（２０１９）「光学ガラスの内部透過率の測定方法」を参考に、１０ｍｍおよび１ｍｍ厚の対面平行研磨試料の反射損失を含む分光透過率を測定し、これらの分光透過率から１ｍｍ厚の内部透過率（反射損失を含まない分光透過率）を算出した。
本発明の内部透過率は、好ましくは１５５０ｎｍにおける内部透過率が好ましくは６０．０％以上、より好ましくは６５．０％以上、さらに好ましくは７０．０％以上であることが望ましい。
日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ－１７（２０１９）「光学ガラスの内部透過率の測定方法」を参考に、１０ｍｍおよび１ｍｍ厚の対面平行研磨試料の反射損失を含む分光透過率を測定し、これらの分光透過率から１ｍｍ厚の内部透過率（反射損失を含まない分光透過率）を算出した。
本発明の内部透過率は、好ましくは１５５０ｎｍにおける内部透過率が好ましくは６０．０％以上、より好ましくは６５．０％以上、さらに好ましくは７０．０％以上であることが望ましい。
［透過率］
日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ－０２（２０１９）「光学ガラスの着色度測定方法」を参考に、厚さ１ｍｍの対面平行研磨試料の分光透過率を、日立製作所製
分光光度計Ｕ－４１００を用いて測定した。
本発明の透過率は、１５５０ｎｍの分光透過率が好ましくは５．０％以上、より好ましくは１０．０％以上、さらに好ましくは２０．０％以上であることが望ましい。
日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ－０２（２０１９）「光学ガラスの着色度測定方法」を参考に、厚さ１ｍｍの対面平行研磨試料の分光透過率を、日立製作所製
分光光度計Ｕ－４１００を用いて測定した。
本発明の透過率は、１５５０ｎｍの分光透過率が好ましくは５．０％以上、より好ましくは１０．０％以上、さらに好ましくは２０．０％以上であることが望ましい。
以下の実施例では、本発明を例示の目的で詳細に示す。しかしながらこれらの実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく多くの改変が当業者によってなされるであろうことに留意されたい。
実施例（Ｎｏ．１～Ｎｏ．３３）及び比較例１、２として、表１～表４に列挙されるような種々の組成の結晶化ガラスを作製した。いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、塩化物、メタ燐酸化合物などの通常の結晶化ガラスに使用される高純度原料を選定し、表１～表４に示した各実施例の組成の割合になるように秤量して混合した後、白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で１３００～１６００℃の温度範囲で熔解し、攪拌均質化した後、適当な温度に下げてから金型等に鋳込み、徐冷して得られたガラスをさらに所定温度で結晶化した。結晶化ガラスそれぞれについて、熱膨張係数、透過率、内部透過率及び比重を測定した結果を表１～表４に示す。
本発明の実施例の無機組成物は、様々な用途、例えば、金属被覆材、水晶振動子向けパッケージ、半導体支持基板、ＨＤＤ用基板、磁気ヘッド等の分野において使用される金属、有機化合物あるいは無機化合物との複合材に用いられる無機組成物が、素材の熱による変化によって生じる体積変化に対応可能な熱膨張係数を有する無機組成物として好適であることが明らかになった。
Claims (3)
- 酸化物換算の質量％で、
ＳｉＯ２成分を３５．０％～６０．０％、
Ｋ２Ｏ成分を１０．０％～３０．０％、
Ａｌ２Ｏ３成分を５．０％～２５．０％、
ＺｒＯ２成分を０％～１０．０％、
ＴｉＯ２成分を０％～１５．０％、
ＺｒＯ２成分とＴｉＯ２成分の合計量が０％超～１５．０％、を含有し、
－３０～７０℃における熱膨張係数が１２５～１５５（×１０－７／℃）である、ことを特徴とする無機組成物。 - 酸化物換算の質量％で、
Ｌｉ２Ｏ成分を０％～７．０％、
Ｎａ２Ｏ成分を０％～７．０％、
Ｐ２Ｏ５成分を０％～５．０％、
Ｂ２Ｏ３成分を０％～５．０％、
ＭｇＯ成分を０％～１５．０％、
ＺｎＯ成分を０％～２５．０％、
ＳｒＯ成分を０％～７．０％、
を含有することを特徴とする請求項１に記載の無機組成物。 - 結晶相として、
ＫＡｌＳｉＯ４またはＫＡｌＳｉＯ４固溶体、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の無機組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/030787 WO2022045062A1 (ja) | 2020-08-31 | 2021-08-23 | 高熱膨張係数の無機組成物、光フィルター用結晶化ガラスおよび光フィルター |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020146243 | 2020-08-31 | ||
| JP2020146243 | 2020-08-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022041894A true JP2022041894A (ja) | 2022-03-11 |
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ID=80500307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021116479A Pending JP2022041894A (ja) | 2020-08-31 | 2021-07-14 | 高熱膨張係数の無機組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022041894A (ja) |
-
2021
- 2021-07-14 JP JP2021116479A patent/JP2022041894A/ja active Pending
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