JP2702478B2 - 高硬度石英ガラスの製造方法 - Google Patents
高硬度石英ガラスの製造方法Info
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- JP2702478B2 JP2702478B2 JP62096167A JP9616787A JP2702478B2 JP 2702478 B2 JP2702478 B2 JP 2702478B2 JP 62096167 A JP62096167 A JP 62096167A JP 9616787 A JP9616787 A JP 9616787A JP 2702478 B2 JP2702478 B2 JP 2702478B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B32/00—Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、高硬度石英ガラスの製造方法に関するもの
であり、この方法で製造された高硬度石英ガラスは透明
性に優れ、かつ硬度が高く、光学部品（光学素子、光通
信用素子等），構造材（繊維化し、複合材料の素材等と
する），時計，航空機，高圧容器などの窓材などに使用
出来る。 ［従来の技術］ 純粋な石英ガラスは透光性に非常に優れておりかつ、
比較的硬度が高く、ビッカース硬度は5.8GPa〜6.9GPaで
ある。石英ガラスの硬度をさらに向上させるために添加
物を混入させたりするが、透光性が悪化するのが普通で
ある。 また、高硬度化を目的とした以下のようなガラスが報
告されている。 I.結晶化ガラス II.オキシナイトライトガラス III.化学強化ガラス これらの中で現在、硬度が最も高いガラスはオキシナ
イトライドガラスである。このガラスは窒素をガラス構
造中に取り入れ、硬度を向上させたものである。 オキシナイトライドガラスの製造方法には以下のよう
な方法がある。 （１）高温溶融体へのNH3ガス吹込み （２）多孔質ガラスのNH3ガス高温処理法 （３）窒化物原料使用の高温溶融法 （４）窒化物原料使用の高温高圧溶融法 しかし、以上のような方法によって製造されたオキシ
ナイトライドガラスは透光性に優れたものがなかなかで
きないのが現状である。現在報告されている中で透光性
を有し、かつ高い硬度を持つオキシナイトライドガラス
の硬度の値を表１に示す。 これらは、石英ガラスと比べてかなり硬度が向上して
いる。しかし、前述したような製造方法では、 （１）原材料が非常に高価である （２）製造工程が非常に複雑である （３）透光性に優れたものを製造するのに多くの専門的
技術が必要である などの問題点があり、オキシナイトライドガラスは市販
に至っていない。そこで、透光性を有した高硬度のガラ
スを容易に製造する方法への要望が極めて強くなってい
る。 ［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、これらの問題点を解決するための透光性に
優れた高硬度の石英ガラスを容易に製造する方法を提供
するものである。 ［問題点を解決するための手段および作用］ すなわち、本発明は、石英ガラスをあらかじめ製品に
近い形状に加工してから、カーボンパンチとカーボン押
し型の間にセットし、不活性ガス雰囲気内で、ホットプ
レスにより1000℃以上1500℃未満に加熱し、かつ10MPa
以上に加圧することによって石英ガラスの透光性を実質
的に劣化させずに、かつ、高硬度である石英ガラスを製
造する方法である。 純粋な石英ガラスは透光性に非常に優れておりかつ、
比較的硬度が高くビッカース硬度は5.8GPa〜6.9GPaであ
る。石英ガラスは一般に硬度の向上のために添加物を混
入させるが、透光性が悪化するのが普通である。本法は
透光性を実質的に劣化させることなく、高硬度化が実現
することから非常に有効な手段である。 ここで使用する石英ガラスはいかなる方法で製造した
ものでも良い。形状、大きさについては、操作性の点で
20cm程度のあらかじめほぼ製品寸法に加工されているこ
とが好ましいが特に制限はない。 雰囲気は、不活性ガスを使用する。これは石英ガラス
の表面に結晶相が析出しないようにするためである。 処理温度は、1000℃以上にすることによって、透光性
にすぐれた高硬度石英ガラスが得られる。また、ガラス
の流動性を防ぎ初期形状を保つことができる1500℃未満
でなければならない。 圧力は、ガラスの大きさにもよるが、ガラス内に圧縮
応力を残すために10MPa以上を必要とする。 本発明により透光性に優れた高硬度石英ガラスが製造
出来る理由は、石英ガラスを原料とし、不活性ガス雰囲
気内で、ホットプレスにより1000℃以上1500℃未満に加
熱し、かつ10MPa以上に加圧することによりガラス中に
圧縮応力が残り、それによって硬度があがると考えられ
る。また、ガラス中に入る圧縮応力は極微量にしか入ら
ない為その透光性に及ぼす影響は全くなく、石英ガラス
本来の非常に優れた透光性を保ったまま硬度を向上する
ことができるのである。 このようにして製造された透光性に優れた高硬度石英
ガラスは圧縮応力が入っているため加工性は比較的とぼ
しく、また硬度測定の際にもクラックが入ってしまい正
確な測定は不可能である。そこで、このガラスを通常の
ガラスの熱処理と同様な方法により処理すると圧縮応力
が多少緩和され、加工性が良好となり、かつ残存する圧
縮応力によって高硬度な石英ガラスが得られる。熱処理
は大気雰囲気中で1000℃〜1200℃の温度で行えばよい。
しかし、この熱処理は必ずしも必要ということではな
く、初期形状において製品寸法に加工しておけば省略す
ることができる。 次に、本発明を図面にもとづき説明するが、一例を示
すものであり本発明はこれになんら限定されるものでは
ない。 第１図は本発明の高硬度石英ガラスの製造方法の実施
状況の一例を示す概念図である。石英ガラスをあらか
じめ製品に近い形状に加工しておきセットする。これを
カーボンパンチとカーボン押し型により不活性ガス
雰囲気下、高温、高圧処理をして高硬度石英ガラスを製
造する。 以上のような方法により容易に透光性に優れた高硬度
石英ガラスを製造することが出来る。 ［実施例］ 次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、
一例を示すものであり、本発明はこれらの実施例になん
ら限定されるものではない。 （実施例１〜５） 直径70mm、高さ70mm、ビッカース硬度6.88GPaの石英
ガラスを第１図に示すようにホットプレス用カーボン押
し型にセットした。ホットプレスの圧力、雰囲気、時間
はそれぞれ10MPa、Ar雰囲気、１時間とし、温度を変化
させ、得られた石英ガラスを大気中,1150℃,1時間の熱
処理を行った後の石英ガラスの硬度を表２に示した。ガ
ラスの硬度はビッカース硬度計を用いて荷重25gで測定
した。なお、ホットプレスの昇温、降温の速度は200℃/
hrとした。 以上のガラスはすべて波長が016μｍ〜4.8μｍの光を
透過し、通常の石英ガラスの透光性と比べて遜色なかっ
た。 ［発明の効果］ 本発明のように石英ガラスを不活性ガス雰囲気内で高
温、高圧でホットプレス処理することにより、 （１）初期形状をほぼ保ったまま （２）安い製造コストで （３）短時間で （４）容易に （５）透光性に優れた高硬度の石英ガラスが製造出来
る。
であり、この方法で製造された高硬度石英ガラスは透明
性に優れ、かつ硬度が高く、光学部品（光学素子、光通
信用素子等），構造材（繊維化し、複合材料の素材等と
する），時計，航空機，高圧容器などの窓材などに使用
出来る。 ［従来の技術］ 純粋な石英ガラスは透光性に非常に優れておりかつ、
比較的硬度が高く、ビッカース硬度は5.8GPa〜6.9GPaで
ある。石英ガラスの硬度をさらに向上させるために添加
物を混入させたりするが、透光性が悪化するのが普通で
ある。 また、高硬度化を目的とした以下のようなガラスが報
告されている。 I.結晶化ガラス II.オキシナイトライトガラス III.化学強化ガラス これらの中で現在、硬度が最も高いガラスはオキシナ
イトライドガラスである。このガラスは窒素をガラス構
造中に取り入れ、硬度を向上させたものである。 オキシナイトライドガラスの製造方法には以下のよう
な方法がある。 （１）高温溶融体へのNH3ガス吹込み （２）多孔質ガラスのNH3ガス高温処理法 （３）窒化物原料使用の高温溶融法 （４）窒化物原料使用の高温高圧溶融法 しかし、以上のような方法によって製造されたオキシ
ナイトライドガラスは透光性に優れたものがなかなかで
きないのが現状である。現在報告されている中で透光性
を有し、かつ高い硬度を持つオキシナイトライドガラス
の硬度の値を表１に示す。 これらは、石英ガラスと比べてかなり硬度が向上して
いる。しかし、前述したような製造方法では、 （１）原材料が非常に高価である （２）製造工程が非常に複雑である （３）透光性に優れたものを製造するのに多くの専門的
技術が必要である などの問題点があり、オキシナイトライドガラスは市販
に至っていない。そこで、透光性を有した高硬度のガラ
スを容易に製造する方法への要望が極めて強くなってい
る。 ［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、これらの問題点を解決するための透光性に
優れた高硬度の石英ガラスを容易に製造する方法を提供
するものである。 ［問題点を解決するための手段および作用］ すなわち、本発明は、石英ガラスをあらかじめ製品に
近い形状に加工してから、カーボンパンチとカーボン押
し型の間にセットし、不活性ガス雰囲気内で、ホットプ
レスにより1000℃以上1500℃未満に加熱し、かつ10MPa
以上に加圧することによって石英ガラスの透光性を実質
的に劣化させずに、かつ、高硬度である石英ガラスを製
造する方法である。 純粋な石英ガラスは透光性に非常に優れておりかつ、
比較的硬度が高くビッカース硬度は5.8GPa〜6.9GPaであ
る。石英ガラスは一般に硬度の向上のために添加物を混
入させるが、透光性が悪化するのが普通である。本法は
透光性を実質的に劣化させることなく、高硬度化が実現
することから非常に有効な手段である。 ここで使用する石英ガラスはいかなる方法で製造した
ものでも良い。形状、大きさについては、操作性の点で
20cm程度のあらかじめほぼ製品寸法に加工されているこ
とが好ましいが特に制限はない。 雰囲気は、不活性ガスを使用する。これは石英ガラス
の表面に結晶相が析出しないようにするためである。 処理温度は、1000℃以上にすることによって、透光性
にすぐれた高硬度石英ガラスが得られる。また、ガラス
の流動性を防ぎ初期形状を保つことができる1500℃未満
でなければならない。 圧力は、ガラスの大きさにもよるが、ガラス内に圧縮
応力を残すために10MPa以上を必要とする。 本発明により透光性に優れた高硬度石英ガラスが製造
出来る理由は、石英ガラスを原料とし、不活性ガス雰囲
気内で、ホットプレスにより1000℃以上1500℃未満に加
熱し、かつ10MPa以上に加圧することによりガラス中に
圧縮応力が残り、それによって硬度があがると考えられ
る。また、ガラス中に入る圧縮応力は極微量にしか入ら
ない為その透光性に及ぼす影響は全くなく、石英ガラス
本来の非常に優れた透光性を保ったまま硬度を向上する
ことができるのである。 このようにして製造された透光性に優れた高硬度石英
ガラスは圧縮応力が入っているため加工性は比較的とぼ
しく、また硬度測定の際にもクラックが入ってしまい正
確な測定は不可能である。そこで、このガラスを通常の
ガラスの熱処理と同様な方法により処理すると圧縮応力
が多少緩和され、加工性が良好となり、かつ残存する圧
縮応力によって高硬度な石英ガラスが得られる。熱処理
は大気雰囲気中で1000℃〜1200℃の温度で行えばよい。
しかし、この熱処理は必ずしも必要ということではな
く、初期形状において製品寸法に加工しておけば省略す
ることができる。 次に、本発明を図面にもとづき説明するが、一例を示
すものであり本発明はこれになんら限定されるものでは
ない。 第１図は本発明の高硬度石英ガラスの製造方法の実施
状況の一例を示す概念図である。石英ガラスをあらか
じめ製品に近い形状に加工しておきセットする。これを
カーボンパンチとカーボン押し型により不活性ガス
雰囲気下、高温、高圧処理をして高硬度石英ガラスを製
造する。 以上のような方法により容易に透光性に優れた高硬度
石英ガラスを製造することが出来る。 ［実施例］ 次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、
一例を示すものであり、本発明はこれらの実施例になん
ら限定されるものではない。 （実施例１〜５） 直径70mm、高さ70mm、ビッカース硬度6.88GPaの石英
ガラスを第１図に示すようにホットプレス用カーボン押
し型にセットした。ホットプレスの圧力、雰囲気、時間
はそれぞれ10MPa、Ar雰囲気、１時間とし、温度を変化
させ、得られた石英ガラスを大気中,1150℃,1時間の熱
処理を行った後の石英ガラスの硬度を表２に示した。ガ
ラスの硬度はビッカース硬度計を用いて荷重25gで測定
した。なお、ホットプレスの昇温、降温の速度は200℃/
hrとした。 以上のガラスはすべて波長が016μｍ〜4.8μｍの光を
透過し、通常の石英ガラスの透光性と比べて遜色なかっ
た。 ［発明の効果］ 本発明のように石英ガラスを不活性ガス雰囲気内で高
温、高圧でホットプレス処理することにより、 （１）初期形状をほぼ保ったまま （２）安い製造コストで （３）短時間で （４）容易に （５）透光性に優れた高硬度の石英ガラスが製造出来
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の高硬度石英ガラスの製造方法の実施状
況の一例を示す概念図である。 ……石英ガラス ……カーボンパンチ ……カーボン押し型
況の一例を示す概念図である。 ……石英ガラス ……カーボンパンチ ……カーボン押し型
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．石英ガラスをあらかじめ製品に近い形状に加工して
から、カーボンパンチとカーボン押し型の間にセット
し、不活性ガス雰囲気内で、ホットプレスにより1000℃
以上1500℃未満に加熱し、かつ10MPa以上に加圧するこ
とを特徴とする高硬度石英ガラスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62096167A JP2702478B2 (ja) | 1987-04-21 | 1987-04-21 | 高硬度石英ガラスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62096167A JP2702478B2 (ja) | 1987-04-21 | 1987-04-21 | 高硬度石英ガラスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63265835A JPS63265835A (ja) | 1988-11-02 |
| JP2702478B2 true JP2702478B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=14157776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62096167A Expired - Fee Related JP2702478B2 (ja) | 1987-04-21 | 1987-04-21 | 高硬度石英ガラスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2702478B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1304313A1 (en) * | 2001-10-22 | 2003-04-23 | Degussa AG | Method for producing ultra-high purity, optical quality, glass articles |
| US7069746B2 (en) | 2001-10-22 | 2006-07-04 | Degussa Ag | Method for producing ultra-high purity, optical quality glass articles |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5734031A (en) * | 1980-08-07 | 1982-02-24 | Toshiba Ceramics Co Ltd | Method and apparatus for decreasing number of bubbles in formed quartz glass |
| JPS5934660A (ja) * | 1982-08-21 | 1984-02-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
-
1987
- 1987-04-21 JP JP62096167A patent/JP2702478B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63265835A (ja) | 1988-11-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |