JP4647256B2 - Glass ceramics - Google Patents

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Description

本発明は、情報通信分野、エネルギー関連分野、エレクトロニクス分野等の幅広い用途に使用でき、特に光通信分野に使用される光学素子、特に合分波器を構成する部材の一つであり、負の平均線膨張係数を有しかつ透過率が高い結晶化ガラスに関するものである。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a wide range of applications such as the information communication field, energy related field, and electronics field, and is an optical element used in the field of optical communication, in particular, one of members constituting a multiplexer / demultiplexer. The present invention relates to a crystallized glass having an average linear expansion coefficient and high transmittance.

現在、光通信分野において大量の信号を一本のファイバーにて同時に、かつ高速に伝送するための各種デバイスの研究、開発が盛んに行われている。その中の一つとして波長分割多重方式が多様化されてきている。   Currently, in the field of optical communication, various devices for transmitting a large amount of signals simultaneously with a single fiber at high speed are being actively researched and developed. As one of them, the wavelength division multiplexing system has been diversified.

この波長分割多重方式では、送受信する情報量の密度を高める、すなわち信号密度を高密度化すべく、隣接する各チャンネルの波長は互いに非常に接近したものとなっている。このため、環境状況によって目的信号の波長がシフトすると、隣接する波長との区別ができなくなり、これが誤信号となって、正確な信号の送受信ができなくなるという問題を生じやすくなる。そのため、送受信を正確に行うため、さまざまな研究開発が行われている。   In this wavelength division multiplexing system, the wavelengths of adjacent channels are very close to each other in order to increase the density of information to be transmitted and received, that is, to increase the signal density. For this reason, if the wavelength of the target signal shifts depending on the environmental conditions, it becomes impossible to distinguish between adjacent wavelengths, and this becomes an erroneous signal, and it becomes easy to cause a problem that accurate signal transmission and reception cannot be performed. For this reason, various research and development have been conducted in order to perform transmission and reception accurately.

特に、波長分割多重方式における合分波器等にて波長を合波、分波する際は、合分波器の温度依存性により、環境温度による波長シフトを生じるため、正確な送受信をするための温度補償部材や環境温度による波長シフトを生じないフィルターが必要となる。   In particular, when wavelength is multiplexed and demultiplexed by a wavelength division multiplexing multiplexer / demultiplexer, etc., because of the wavelength shift due to the environmental temperature due to the temperature dependence of the multiplexer / demultiplexer, in order to perform accurate transmission / reception Therefore, a temperature compensation member and a filter that does not cause a wavelength shift due to environmental temperature are required.

更に、光ファイバー関連の分野だけでなく、エネルギー関連分野や情報分野等で使用される各種装置、機器等においても、使用環境の温度差から発生する歪みや内部応力の発生を防止するために、構成するデバイスや精密部品の平均線膨張係数を適切な値に調整することができ、さらに、寸法精度や寸法安定性、強度、熱的安定性なども満足させることができる材料が必要とされる。   Furthermore, not only in the field related to optical fibers but also in various devices and equipment used in energy-related fields and information fields, etc., in order to prevent the occurrence of distortion and internal stress caused by temperature differences in the usage environment There is a need for a material that can adjust the average linear expansion coefficient of a device or precision component to an appropriate value, and that can satisfy dimensional accuracy, dimensional stability, strength, thermal stability, and the like.

従来においては、前記で述べたような温度変化の点で各種デバイスに適した材料としては、耐熱性が高いという点から、セラミックス、ガラスセラミックス、ガラスおよび金属等が使用されてきた。   Conventionally, ceramics, glass ceramics, glass, metals, and the like have been used as materials suitable for various devices in terms of temperature changes as described above because of their high heat resistance.

しかしこれらの材料は、平均線膨張係数が大きい、すなわち温度が上昇すると膨張する性質を有し、これらの材料と共にデバイスに使用される他の材料の多くも正の平均線膨張係数を有することから、デバイス全体から見て、温度変化による影響を防ぐ最適な材料であるとは言い難い。また従来の負の膨張特性を有するガラスセラミックス、セラミックスやポリマーなどは、セラミックス材料に特有の気孔が存在するため、低強度、環境状況による信頼性低下等の問題を生じやすく、製品化されていないのが現状である。したがって、温度変化に耐えうる材料として、他の部材が有する正の大きな平均線膨張係数を打ち消すための負の平均線膨張係数を有し、しかも環境変化に耐えうる高強度を有する材料が望まれている。   However, these materials have a high average coefficient of linear expansion, i.e. they expand as the temperature increases, and many other materials used in devices with these materials also have a positive average coefficient of linear expansion. From the perspective of the entire device, it is hard to say that it is the optimal material to prevent the effects of temperature changes. In addition, conventional glass ceramics, ceramics, polymers, etc. having negative expansion characteristics are not commercialized because there are pores peculiar to ceramic materials, which are likely to cause problems such as low strength and reduced reliability due to environmental conditions. is the current situation. Therefore, as a material that can withstand temperature changes, a material that has a negative average linear expansion coefficient for canceling out a large positive average linear expansion coefficient of other members and that has high strength to withstand environmental changes is desired. ing.

従来、これら合分波の用途に用いられるフィルターとして、ソリッドエタロンフィルターがある。現在、このフィルターは温度コントロールが必要なため、ペルチェ素子等を使用しているが、低コスト化、軽量化を図るため、温度コントローラーを使用しない技術が近年研究されている。特に温度による光路長変化の少ないフィルター用材料、すなわち下記式(1)の値が0に近い材料は、ソリッドエタロンフィルター用材料として非常に有用である。
nα+dn/dt≒0 (1)
ここでnは使用波長における屈折率、αは平均線膨張係数、dn/dtは温度による屈折率変化率である。
Conventionally, there is a solid etalon filter as a filter used for these multiplexing / demultiplexing applications. Currently, this filter uses a Peltier element or the like because temperature control is required, but in order to reduce cost and weight, a technique that does not use a temperature controller has recently been studied. In particular, a filter material having a small change in optical path length due to temperature, that is, a material having a value of the following formula (1) close to 0 is very useful as a solid etalon filter material.
nα + dn / dt≈0 (1)
Here, n is the refractive index at the wavelength used, α is the average linear expansion coefficient, and dn / dt is the refractive index change rate with temperature.

しかし、式(1)=0を満たす材料は現在まで見つかっておらず、各分野の研究が続いている。しかし平均線膨張係数が負を示す材料を用いることにより、前記式(1)の値を0に近くできる可能性があり、更に式(1)の値を負とするような材料設計も可能となる。   However, no material satisfying the formula (1) = 0 has been found so far, and research in each field is continuing. However, by using a material whose average linear expansion coefficient is negative, there is a possibility that the value of the equation (1) can be close to 0, and further, a material design that makes the value of the equation (1) negative is possible. Become.

また、式(1)の値が負になるように設計した基板と式(1)が正の値を有する基板を、最適な板厚となるように計算し、これら計算値による厚さを有する前記各基板をオプティカルコンタクトまたは屈折率等が近似している接着剤等を用いて張り合わせることにより、式(1)の値を限りなく0に近いものとする基板材料を作成することも可能となる。   In addition, a substrate designed so that the value of the expression (1) is negative and a substrate having a positive value of the expression (1) are calculated so as to obtain an optimum plate thickness, and have a thickness based on these calculated values. By laminating each of the substrates with an optical contact or an adhesive having an approximate refractive index, it is possible to create a substrate material that makes the value of equation (1) as close to 0 as possible. Become.

特許文献1には、結晶粉末、ガラス粉末等を焼成し、結晶粒界中にマイクロクラックを多数発生させることにより、−30〜−85(10-7・K-1)という負の平均線膨張係数を有するセラミック焼成体からなる温度補償用部材が開示されている。 In Patent Document 1, a negative average linear expansion of −30 to −85 (10 −7 · K −1 ) is obtained by firing a crystal powder, a glass powder or the like and generating a large number of microcracks in the crystal grain boundary. A temperature compensating member made of a ceramic fired body having a coefficient is disclosed.

特許文献2には、負膨張性透明ガラスセラミックスが開示されている。   Patent Document 2 discloses negatively expandable transparent glass ceramics.

特許文献3には、主結晶相がβ―石英固溶体および/または亜鉛ペタライト固溶体である、ZnO−Al23−SiO2系の低熱膨張性セラミックスが開示されている。 Patent Document 3 discloses a ZnO—Al 2 O 3 —SiO 2 based low thermal expansion ceramic whose main crystal phase is β-quartz solid solution and / or zinc petalite solid solution.

特許文献4には、屈折率グレーティングを具備した光ファイバーを負の平均線膨張係数を有する支持部材に取り付けたパッケージが提案されている。負膨張材料としては、Zr−タングステン酸塩(例えばZrW28)またはHf−タングステン酸塩(例えばHfW28)ベースの組成物を使用しており、例えば−47〜−94(10-7・K-1)という平均線膨張係数を有するZrW28結晶を用い、製造条件を調整することにより、非常に大きな負の平均線膨張係数を持つ材料を得ている。この材料を支持部材としその上に適切な応力をかけた状態で光ファイバーを固定することにより、温度変化による波長の変化をなくすことができるとしている。 Patent Document 4 proposes a package in which an optical fiber having a refractive index grating is attached to a support member having a negative average linear expansion coefficient. As the negative expansion material, a composition based on Zr-tungstate (for example, ZrW 2 O 8 ) or Hf-tungstate (for example, HfW 2 O 8 ) is used. For example, −47 to −94 (10 By using a ZrW 2 O 8 crystal having an average linear expansion coefficient of 7 · K −1 ) and adjusting the manufacturing conditions, a material having a very large negative average linear expansion coefficient is obtained. By using this material as a support member and fixing the optical fiber in a state where an appropriate stress is applied thereto, the change in wavelength due to a temperature change can be eliminated.

特許文献5および特許文献6には、その他の負の平均線膨張係数を有する物質として、液晶ポリマーが記載されている。
特開2000−313654号公報 米国特許4507392号明細書 特開平2−208256号公報 米国特許5694503号明細書 WO97/14983号公報 特開平10−90555号公報
Patent Document 5 and Patent Document 6 describe liquid crystal polymers as other substances having a negative average linear expansion coefficient.
JP 2000-313654 A US Pat. No. 4,507,392 JP-A-2-208256 US Pat. No. 5,694,503 WO 97/14983 Japanese Patent Laid-Open No. 10-90555

ところで、負の平均線膨張係数を有する材料としては、一般にβ−ユークリプタイト、β−ユークリプタイト固溶体、β−石英およびβ−石英固溶体、あるいはこれらの中から選ばれる2種以上の結晶を含むLi2O−Al23−SiO2系セラミックス、ZnO−Al23−SiO2系セラミックス、チタン酸鉛、チタン酸ハフニウム、タングステン酸ジルコニウム、タングステン酸タンタルなどの無機材料が知られている。 By the way, as a material having a negative average linear expansion coefficient, β-eucryptite, β-eucryptite solid solution, β-quartz and β-quartz solid solution, or two or more kinds of crystals selected from these are generally used. Inorganic materials such as Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based ceramics, ZnO—Al 2 O 3 —SiO 2 based ceramics, lead titanate, hafnium titanate, zirconium tungstate, tantalum tungstate are known. Yes.

前記結晶からなる一般的な焼成セラミックスは、ガラスセラミックスと比較するとポーラスな状態であり、このセラミックス材料に低粘性で正の平均線膨張特性を有する物質を含浸させると、温度変化や湿度変化等の環境変化に起因する含浸材料の膨張の影響により、この材料の膨張特性は、焼成セラミックスが本来有する膨張特性と異なったものとなり、更に含浸させた材料の経時変化により、この材料の膨張特性も経時変化してしまうため、長期的な安定性の面において問題を生じ易い。   General fired ceramics made of the above crystals are in a porous state compared to glass ceramics. When this ceramic material is impregnated with a substance having a low average viscosity and a positive average linear expansion characteristic, temperature change, humidity change, etc. Due to the effect of expansion of the impregnated material due to environmental changes, the expansion characteristics of this material differ from the inherent expansion characteristics of fired ceramics. Since it changes, problems are likely to occur in terms of long-term stability.

しかしながら、特許文献1に開示されている焼成セラミックスは、比較的粒子径が大きいため光透過性を有しておらず、またマイクロクラックを多数生じているので、これに研削液が浸透したり接着剤等が含浸すると、平均線膨張係数が大きく変化してしまうため、実用化は困難である。   However, since the fired ceramic disclosed in Patent Document 1 has a relatively large particle size, it does not have optical transparency and has a large number of microcracks. When the agent or the like is impregnated, the average linear expansion coefficient is greatly changed, so that practical application is difficult.

また、特許文献2に開示されているガラスセラミックスは、結晶核生成材としてTiO2、ZrO2が多量に含有されている。核生成材料としてTiO2、ZrO2を多量に含有すると、原ガラスを溶融するときの温度を高温としなければならず、また均質な原ガラスを得ることはできない。更にガラス成形の際に失透を生じやすくなり、生産性、実用性の点で問題を生じる。 Further, the glass ceramic disclosed in Patent Document 2 contains a large amount of TiO 2 and ZrO 2 as crystal nucleation materials. If a large amount of TiO 2 or ZrO 2 is contained as a nucleation material, the temperature at which the raw glass is melted must be increased, and a homogeneous raw glass cannot be obtained. Further, devitrification is likely to occur during glass forming, which causes problems in terms of productivity and practicality.

また、特許文献3に開示されているセラミックスは、高温で昇華しやすいZnO成分を多量に含有しているため、原ガラス(親ガラス)を形成する際の長時間溶融は好ましくないと記載されており、実施例においてもその溶融時間は10分と極端に短いものである。しかしこのような短時間では、高温であってもSiO2およびAl23成分が充分に溶融せず溶け残るため、均質な原ガラスを得ることができず、このように不均質な原ガラスを結晶化しても均質なセラミックスを得ることはできない。 Moreover, since the ceramic disclosed in Patent Document 3 contains a large amount of ZnO component that easily sublimes at high temperatures, it is described that long-time melting when forming the original glass (parent glass) is not preferable. In the examples, the melting time is as extremely short as 10 minutes. However, in such a short time, the SiO 2 and Al 2 O 3 components are not sufficiently melted and remain at a high temperature, so that a homogeneous raw glass cannot be obtained. Even if it is crystallized, homogeneous ceramics cannot be obtained.

仮にガラスを溶融する際、通常行われるように数時間溶融すれば、溶け残りについては解消できるが、ZnO成分が昇華して原ガラスの組成が変動してしまい、均質なセラミックスを安定して得ることができない。また実施例の溶融温度は1620℃と高温であり、製造コストが高くなる。   If the glass is melted for several hours as usual, the remaining melt can be eliminated, but the composition of the original glass fluctuates due to sublimation of the ZnO component, and a homogeneous ceramic is stably obtained. I can't. In addition, the melting temperature of the example is as high as 1620 ° C., which increases the manufacturing cost.

また、特許文献4に開示されているパッケージで用いられる負膨張材料では、平均線膨張係数を調整するために、粉末状態のAl23、SiO2、ZrO2、MgO、CaO、Y23などの正の平均線膨張係数を有する材料を適宜に加えて、その混合物を焼結体とするという煩雑な手順を踏まなければならならず、量産に適していない。また異なる材料を混合しなければならないため、相応の技術や設備を必要とし、また均質な材料を得難い。これに加えてZrW28やHfW28は157℃付近で相転移がおきるため、平均線膨張曲線に屈曲がみられ、したがって広範な温度域において熱的に安定であるとは言えない。 Further, in the negative expansion material used in the package disclosed in Patent Document 4, Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , MgO, CaO, Y 2 O in powder state is used in order to adjust the average linear expansion coefficient. A complicated procedure in which a material having a positive average linear expansion coefficient such as 3 is appropriately added and the mixture is made into a sintered body must be taken, which is not suitable for mass production. Moreover, since different materials must be mixed, it requires appropriate technology and equipment, and it is difficult to obtain a homogeneous material. In addition to this, ZrW 2 O 8 and HfW 2 O 8 undergo a phase transition around 157 ° C., so that the average linear expansion curve is bent, and therefore cannot be said to be thermally stable in a wide temperature range. .

さらに、特許文献5および特許文献6に開示されているような液晶ポリマーは、結晶性樹脂であることから結晶の配向性が強く、例えば射出成形品ではソリなどの問題を生じる。また配向方向の平均線膨張係数が−100(10-7・K-1)程度という非常に大きい負の値を持つものは、配向方向以外の平均線膨張係数は大きな正の値を有するという欠点があり、曲げ強度や弾性率などの物性値も方向により大きく異なり、デバイスには実用化しにくい材料である。 Furthermore, since the liquid crystal polymer as disclosed in Patent Document 5 and Patent Document 6 is a crystalline resin, it has a strong crystal orientation. For example, an injection molded product causes problems such as warping. In addition, when the average linear expansion coefficient in the orientation direction has a very large negative value of about −100 (10 −7 · K −1 ), the average linear expansion coefficient other than the orientation direction has a large positive value. Therefore, physical properties such as bending strength and elastic modulus vary greatly depending on the direction, and are difficult to put into practical use for devices.

以上のように、従来の負の平均線膨張係数を有する材料は、いくつかの問題点を有しているため、光通信分野、エネルギー関連分野、情報分野、その他の各種分野であまり使用されていないのが実状である。   As described above, conventional materials having a negative average linear expansion coefficient have some problems, so they are not widely used in the optical communication field, energy-related field, information field, and other various fields. There is no actual situation.

本発明の目的は、前記実状を鑑み、光通信分野・エネルギー関連分野や情報分野等で使用される際の一般的な環境温度範囲である−40℃〜+80℃において、その緻密性、すなわち細孔(pore)や空隙(void)やクラック(crack)のない非常に高い緻密性を有することにより、研削液、接着剤等を含浸せず、しかも高い光線透過率、所望の負の平均線膨張係数を有し、低コストで得られ、組成・物性の点で安定的に生産できるガラスセラミックスを提供することにある。   In view of the above situation, the object of the present invention is to achieve its denseness, i.e., in a general environmental temperature range of −40 ° C. to + 80 ° C. when used in the fields of optical communication, energy, and information. By having very high density without pores, voids or cracks, it is not impregnated with grinding fluid, adhesives, etc., yet has high light transmittance and desired negative average linear expansion. An object of the present invention is to provide a glass ceramic having a coefficient, obtained at low cost, and capable of being stably produced in terms of composition and physical properties.

本発明者等は、前記目的を達成するため種々の試験研究を重ねた結果、特定組成範囲のLi2O−Al23−SiO2系ガラスを熱処理して、微細な結晶粒子を析出させることにより、高透過率で、かつ異方性を持たないガラスセラミックスを得ることに成功し、これが本発明をなすに至った。 As a result of repeating various test studies to achieve the above object, the present inventors heat-treat Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 glass having a specific composition range to precipitate fine crystal particles. As a result, a glass ceramic having high transmittance and no anisotropy was successfully obtained, and this led to the present invention.

すなわち、請求項1に記載の発明は、
質量%で、
SiO 2 40〜59%
Al 2 3 10〜30%
Li 2 O 1〜5.4%
ZnO 3〜10%
TiO 2 +ZrO 2 1.0〜5.0%
2 5 4%未満
を含有し、
主結晶相が、β−ユークリプタイト(β−Li2O・Al23・2SiO2)、β−ユークリプタイト固溶体(β−Li2O・Al23・2SiO2固溶体)、β−石英(β−SiO2)およびβ−石英固溶体(β−SiO2固溶体)の中から選ばれる少なくとも1種以上であり、−40℃〜+80℃の温度範囲における平均線膨張係数が−25を超え〜−15未満(10-7・K-1)であり、かつ1000〜1700nm波長帯における分光透過率が85.0%以上であることを特徴とするガラスセラミックスである。
That is, the invention described in claim 1
% By mass
SiO 2 40~59%
Al 2 O 3 10-30%
Li 2 O 1-5.4%
ZnO 3-10%
TiO 2 + ZrO 2 1.0-5.0%
P 2 O 5 less than 4%
Containing
The main crystal phase, beta-eucryptite (β-Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2), β- eucryptite solid solution (β-Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2 solid solution), beta -At least one selected from quartz (β-SiO 2 ) and β-quartz solid solution (β-SiO 2 solid solution), and an average linear expansion coefficient in the temperature range of -40 ° C to + 80 ° C is -25. less than exceeded ~-15 (10 -7 · K -1), and the spectral transmittance in 1000~1700nm wavelength band is a glass ceramic, characterized in that at least 85.0%.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のガラスセラミックスにおいて、
iO2/(Al23+Li2O)≧1.5
であることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the glass ceramic according to claim 1,
S iO 2 / (Al 2 O 3 + Li 2 O) ≧ 1.5
It is characterized by being.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のガラスセラミックスにおいて、mol%で、Li2O成分の含有量が12.0%以下であることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is characterized in that, in the glass ceramic according to claim 1 or 2, the content of the Li 2 O component is 12.0% or less in mol%.

請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載のガラスセラミックスにおいて、
質量%で、
aO+SrO 0.5〜6%
を含有することを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the glass ceramic according to any one of claims 1 to 3,
% By mass
B aO + SrO 0.5~6%
It is characterized by containing.

請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のガラスセラミックスにおいて、
質量%で、
23 0〜5%
aO 0〜4%
rO 0〜4%
aO 0〜2%
rO2 0.5〜3%
iO2 0.5〜3%
fO2 0〜3%
23+Sb23 0〜2%
を含有することを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the glass ceramic according to any one of claims 1 to 4,
% By mass
B 2 O 3 0-5%
B aO 0-4%
S rO 0~4%
C aO 0-2%
Z rO 2 0.5~3%
T iO 2 0.5~3%
H fO 2 0-3%
As 2 O 3 + Sb 2 O 3 0 to 2%
It is characterized by containing.

請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載のガラスセラミックスにおいて、MgOを実質的に含有しないことを特徴とする。 The invention according to claim 6 is characterized in that the glass ceramic according to any one of claims 1 to 5 does not substantially contain MgO.

請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載のガラスセラミックスにおいて、PbO、Na2OおよびK2Oを実質的に含有しないことを特徴とする。 The invention described in claim 7 is characterized in that the glass ceramic according to any one of claims 1 to 6 does not substantially contain PbO, Na 2 O and K 2 O.

請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか一項に記載のガラスセラミックスにおいて、ヤング率が60GPa以上であることを特徴とする。 The invention described in claim 8 is characterized in that the Young's modulus is 60 GPa or more in the glass ceramic according to any one of claims 1 to 7 .

請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のいずれか一項に記載のガラスセラミックスにおいて、熱膨張曲線のヒステリシスが15ppm以下であることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is characterized in that, in the glass ceramic according to any one of claims 1 to 8 , the hysteresis of the thermal expansion curve is 15 ppm or less.

請求項10に記載の発明は、請求項1〜9のいずれか一項に記載のガラスセラミックスにおいて、結晶相は、Al2TiO5結晶を含有しないことを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the glass ceramic according to any one of the first to ninth aspects, wherein the crystal phase does not contain Al 2 TiO 5 crystals.

請求項11に記載の発明は、請求項1〜10のいずれか一項に記載のガラスセラミックスにおいて、原ガラスを溶融、成形、徐冷後、650〜750℃で0.5〜50時間、第1の熱処理を行い、次いで、700〜850℃で0.5〜100時間、第2の熱処理を行って得られることを特徴とする。 The invention according to claim 11 is the glass ceramic according to any one of claims 1 to 10 , wherein the original glass is melted, molded, and slowly cooled, then at 650 to 750 ° C. for 0.5 to 50 hours, It is obtained by performing the first heat treatment and then performing the second heat treatment at 700 to 850 ° C. for 0.5 to 100 hours.

本発明のガラスセラミックスは、特定組成範囲のLi2O−Al23−SiO2系ガラスを熱処理して、結晶化することにより、−40℃〜+80℃の温度範囲において−25を超え〜−15未満(10-7・K-1)の負の平均線膨張係数をもち、かつ1000〜1700nm波長における分光透過率が85.0%以上である材料が安定して生産できる。また機械的強度が良好なため、化学強化等のような強度向上のための工程を必要とせず、それ故にアルカリイオンの溶出というような問題を生じることのない、耐久性に優れたガラスセラミックスである。したがって光通信分野における光デバイスにおいて、平均線膨張係数が正である材料と組み合わせたりして使用することなどが応用とした可能となる。 The glass ceramic of the present invention exceeds -25 in a temperature range of -40 ° C to + 80 ° C by heat-treating and crystallizing Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 glass having a specific composition range. A material having a negative average linear expansion coefficient of less than −15 (10 −7 · K −1 ) and having a spectral transmittance of 85.0% or more at a wavelength of 1000 to 1700 nm can be stably produced. In addition, because it has good mechanical strength, it does not require a step for strength improvement such as chemical strengthening, and therefore it does not cause problems such as elution of alkali ions. is there. Therefore, the optical device in the optical communication field can be applied in combination with a material having a positive average linear expansion coefficient.

光通信分野の他にもエネルギー関連分野、情報通信分野、エレクトロニクス分野など、幅広い用途に使用できる。   In addition to the optical communication field, it can be used in a wide range of applications such as energy-related fields, information communication fields, and electronics fields.

また従来に比較して本発明のガラスセラミックスは、比較的低温で原ガラスを溶融して製造することができ、さらに結晶化の熱処理温度も低いため、低コストで生産できる。しかも、組成中に不安定な成分を含まず、組成比を容易に制御できる成分であることから、組成・物性の点においても安定的に生産できる。   In addition, the glass ceramic of the present invention can be produced by melting the original glass at a relatively low temperature as compared with the prior art, and can be produced at a low cost because the heat treatment temperature for crystallization is low. In addition, since the composition does not contain unstable components and the composition ratio can be easily controlled, it can be stably produced in terms of composition and physical properties.

以下、本発明の負熱膨張性ガラスセラミックスについて、詳細を説明する。
尚、本発明において、ガラスセラミックスとは、ガラスを熱処理することによりガラス相中に結晶相を析出させて得られる材料であり、ガラス相および結晶相から成る材料のみならず、ガラス相すべてを結晶相に相転移させた材料、すなわち、材料中の結晶量(結晶化度)が100質量%のものも含む。また構成成分の組成については特に明記しない限り全て質量%である。また本明細書中において「実質的には含有しない」とは、少なくとも「本発明の特徴を本質的に変化させることのない程度の量は含んでも良い」ということを現している。但し、この様に記載している場合においては、「不純物として混入してしまうような量は含まれても良いが、意識的に添加される様な量まで含むべきではない。」ということが好ましい。
Hereinafter, the negative thermal expansion glass ceramic of the present invention will be described in detail.
In the present invention, the glass ceramic is a material obtained by precipitating a crystal phase in a glass phase by heat-treating the glass, and crystallizes not only the glass phase and the crystal phase but also all the glass phase. It includes a material that has undergone a phase transition into a phase, that is, a material whose crystal content (crystallinity) in the material is 100% by mass. Further, the composition of the constituent components is all by mass unless otherwise specified. Further, in the present specification, “substantially does not contain” means that at least “an amount that does not substantially change the characteristics of the present invention may be included”. However, in the case described in this way, “an amount that may be mixed as an impurity may be included, but it should not be included up to an amount that is intentionally added”. preferable.

本明細書において、主結晶相とは、析出比が比較的大きい結晶相全てを指す。すなわち、X線回折におけるX線チャート(縦軸はX線回折強度、横軸は回折角度)において、もっとも析出割合の多い結晶相のメインピーク(最も高いピーク)のX線回折強度を100とした場合、各析出結晶相のメインピーク(各結晶相における最も高いピーク)のX線回折強度の比(以下、X線強度比という)が、30以上あるもの全てを主結晶相という。ここで、主結晶相以外の結晶のX線強度比は20未満が好ましく、更に好ましくは10未満、最も好ましくは5未満である。   In this specification, the main crystal phase refers to all crystal phases having a relatively large precipitation ratio. That is, in the X-ray chart in X-ray diffraction (the vertical axis is the X-ray diffraction intensity, the horizontal axis is the diffraction angle), the X-ray diffraction intensity of the main peak (highest peak) of the crystal phase with the highest precipitation ratio is 100. In this case, all the crystals having a ratio of X-ray diffraction intensities (hereinafter referred to as X-ray intensity ratios) of the main peaks (the highest peaks in the respective crystal phases) of the respective precipitated crystal phases are referred to as main crystal phases. Here, the X-ray intensity ratio of the crystals other than the main crystal phase is preferably less than 20, more preferably less than 10, and most preferably less than 5.

本明細書において、熱膨張曲線のヒステリシスとは、平均線膨張係数の測定において、低温から高温へ、そして高温から低温への測定を行いΔL/L曲線を描いた場合、昇温時と降温時で最も曲線が離れている温度におけるΔL/L値の差(すなわち各温度における昇温および降温時の熱膨張率差の最大値)を指している。   In this specification, the hysteresis of the thermal expansion curve is the average linear expansion coefficient measured when the ΔL / L curve is drawn from low temperature to high temperature and from high temperature to low temperature. The difference in ΔL / L value at the temperature at which the curve is farthest (that is, the maximum value of the difference in thermal expansion coefficient during temperature rise and temperature drop).

本発明の負熱膨張性ガラスセラミックスの主結晶相は、β−ユークリプタイト(β−Li2O・Al23・2SiO2)、β−ユークリプタイト固溶体(β−Li2O・Al23・2SiO2固溶体)、β−石英(β−SiO2)、β−石英固溶体(β−SiO2固溶体)の中から選ばれる少なくとも1種以上からなる。ここで固溶体とは、β−ユークリプタイト、あるいはβ−石英それぞれの結晶において、一部が結晶を構成する元素以外の元素に置換されていたり、結晶間に原子が侵入しているものを言う。 The main crystal phase of the negative thermal expansion glass ceramics of the present invention, beta-eucryptite (β-Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2), β- eucryptite solid solution (β-Li 2 O · Al 2 O 3 .2SiO 2 solid solution), β-quartz (β-SiO 2 ), and β-quartz solid solution (β-SiO 2 solid solution). Here, the solid solution means that in each crystal of β-eucryptite or β-quartz, a part of the crystal is substituted with an element other than the element constituting the crystal, or an atom has entered between the crystals. .

これら主結晶相は、本発明のガラスセラミックスにおける負の平均線膨張係数に寄与する重要な要素である。特定組成を有する原ガラスを所定の条件で熱処理することにより、正の平均線膨張係数を有するガラス相中に、負の平均線膨張係数を有する前記主結晶相を析出させ、または、ガラス相すべてを前記主結晶相を含む結晶相に相転移させて、ガラスセラミックス全体として平均線膨張係数を所望の負の数値範囲内に制御する事が可能となる。   These main crystal phases are important elements contributing to the negative average linear expansion coefficient in the glass ceramics of the present invention. By heat-treating the original glass having a specific composition under predetermined conditions, the main crystal phase having a negative average linear expansion coefficient is precipitated in the glass phase having a positive average linear expansion coefficient, or all the glass phases Phase transition to a crystal phase including the main crystal phase, thereby making it possible to control the average linear expansion coefficient within a desired negative numerical range as a whole glass ceramic.

特に本願においては、その組成、析出結晶相の種類の選択,析出結晶相の析出割合=結晶化度、析出結晶粒径等を多角的に最適化することにより、従来、大きな負の平均線膨張係数しか得られなかったこれら析出結晶を用いて、従来よりも低い、所望の負の平均線膨張係数を有するガラスセラミックスを初めて得ることができたものである。   In particular, in the present application, a large negative average linear expansion has been conventionally achieved by diversifying the composition, selection of the type of precipitated crystal phase, precipitation ratio of the precipitated crystal phase = crystallinity, precipitated crystal grain size, etc. Using these precipitated crystals, for which only a coefficient was obtained, glass ceramics having a desired negative average linear expansion coefficient, which was lower than before, could be obtained for the first time.

尚、これらの主結晶相の種類およびガラスセラミックス全体に対する結晶化度は、特定組成範囲内におけるLi2O、Al23およびSiO2の含有量、および後述する結晶化のための全ての熱処理温度によって決定されるものである。 Note that the types of these main crystal phases and the crystallinity of the entire glass ceramic are the contents of Li 2 O, Al 2 O 3 and SiO 2 within a specific composition range, and all heat treatments for crystallization described later. It is determined by temperature.

本発明のガラスセラミックスにおいては、特定範囲の負の平均線膨張係数とする事が重要であり、これを実現するためには正の平均線膨張係数を有する結晶相、すなわち、二珪酸リチウム、珪酸リチウム、α−石英、α−クリストバライト、α−トリジマイト、Zn−ペタライトをはじめとするペタライト、Al2TiO5、β−スポジューメン、コージェライト、ガーナイトをはじめとするスピネル系結晶、ウォラストナイト、フォルステライト、ディオプサイト、ネフェリン、クリノエンスタタイト、アノーサイト、セルシアン、ゲーレナイト、フェルスパー、ウィレマイト、ムライト、コランダム、ランキナイト、ラルナイトおよびこれらの固溶体等を含まないことが好ましく、これらに加えて、良好な機械的強度を維持するためには、Hf−タングステン酸塩やZr−タングステン酸塩をはじめとするタングステン酸塩、チタン酸マグネシウムやチタン酸アルミニウムやチタン酸バリウムやチタン酸マンガンやチタン酸鉛をはじめとするチタン酸塩、ムライト、3ケイ酸2バリウム、Al23・5SiO2およびこれらの固溶体等も含まないことが好ましい。 In the glass ceramic of the present invention, it is important to set a negative average linear expansion coefficient within a specific range, and in order to realize this, a crystalline phase having a positive average linear expansion coefficient, that is, lithium disilicate, silicate Lithium, α-quartz, α-cristobalite, α-tridymite, petalite including Zn-petalite, Al 2 TiO 5 , β-spodumene, cordierite, spinel crystals including garnite, wollastonite, forsterite , Diopsite, nepheline, clinoenstatite, anorcite, celsian, gelenite, felsper, willemite, mullite, corundum, lanquinite, larnite and their solid solutions are preferably not included. To maintain mechanical strength, tungstates including f-tungstate and Zr-tungstate, titanates including magnesium titanate, aluminum titanate, barium titanate, manganese titanate and lead titanate, mullite, 3 It is preferable not to contain 2 barium acid, Al 2 O 3 .5SiO 2, or a solid solution thereof.

平均線膨張係数については、前述のように光デバイスにおいて、式(1)をほぼ0とすることが大きな目的であり、そのためには正の平均線膨張係数を有する材料による光路長変化を少なくする、すなわち温度補償すべく負の平均線膨張係数を有する材料を組み合わせる必要がある。   Regarding the average linear expansion coefficient, as described above, in the optical device, it is a major purpose to make the expression (1) substantially zero, and for this purpose, the change in the optical path length due to the material having the positive average linear expansion coefficient is reduced. That is, it is necessary to combine materials having a negative average linear expansion coefficient to compensate for temperature.

また、平均線膨張係数は、析出結晶の種類/結晶化度/結晶粒径/ガラスマットリックス部分の平均線膨張係数等、様々な要因に影響を受けるものであるが、これらの要因は機械的強度(例えば、ヤング率,剛性率、硬度等)にも密接に影響するものである。   The average linear expansion coefficient is affected by various factors such as the type of precipitated crystals / crystallinity / crystal grain size / average linear expansion coefficient of the glass matrix portion, and these factors are mechanical. The strength (for example, Young's modulus, rigidity, hardness, etc.) is also closely influenced.

光デバイス用部材として用いるガラスセラミックスにおいては、温度補償に関する性能も重要であるが、耐久性の面においては機械的強度も重要であり、デバイス製造においては特に加工性の要因となる硬度の選択も重要となる。   In glass ceramics used as optical device members, performance related to temperature compensation is important, but mechanical strength is also important in terms of durability. It becomes important.

これらをバランスよく満足させるべく、各種最適化の検討を行った結果、本発明のガラスセラミックスの負の平均線膨張係数については、−25を超え〜−15未満(10-7・K-1)が好適であることを見いだした。尚、より好ましくは、上限が−16(10-7・K-1)および/または下限が−24(10-7・K-1)であり、最も好ましくは、上限が−17(10-7・K-1)および/または下限が−23(10-7・K-1)である。 As a result of examining various optimizations in order to satisfy these in a balanced manner, the negative average linear expansion coefficient of the glass ceramic of the present invention is more than −25 and less than −15 (10 −7 · K −1 ). Has been found to be suitable. More preferably, the upper limit is −16 (10 −7 · K −1 ) and / or the lower limit is −24 (10 −7 · K −1 ), and most preferably the upper limit is −17 (10 −7). · K -1) and / or the lower limit is -23 (10 -7 · K -1) .

本発明での透過率または光線透過率とは、厚さ10mmの試料における、光線波長1000〜1700nmの分光透過率を示している。光通信分野では、一般的に使用される波長帯における透過率が高い程、フィルター材として使用した場合の損失が低くなる。透過率にて種々検討した結果、85%以上の透過率をもつことによりフィルター材としては適用しやすい。尚、より好ましい透過率は88%以上であり、最も好ましくは90%以上である。   The transmittance or light transmittance in the present invention indicates the spectral transmittance at a light wavelength of 1000 to 1700 nm in a sample having a thickness of 10 mm. In the optical communication field, the higher the transmittance in a generally used wavelength band, the lower the loss when used as a filter material. As a result of various examinations on the transmittance, it has a transmittance of 85% or more, so that it can be easily applied as a filter material. A more preferable transmittance is 88% or more, and most preferably 90% or more.

熱膨張曲線のヒステリシス(ΔL/L)についてであるが、本発明のガラスセラミックスによる部材は、正の部材と組み合わせて、光通信デバイスの温度補償効果を持たせるという目的があるため、熱膨張曲線のヒステリシスが大きいと、この温度補償効果が低下してしまう。したがって、熱膨張曲線のヒステリシスは低くあるべきであり、15ppm以下であることが好ましい。尚、より好ましくは10ppm以下であり、最も好ましくは8ppm以下である。   Regarding the hysteresis (ΔL / L) of the thermal expansion curve, the glass ceramic member of the present invention has a purpose of providing a temperature compensation effect of an optical communication device in combination with a positive member. If the hysteresis is large, the temperature compensation effect is lowered. Therefore, the hysteresis of the thermal expansion curve should be low and is preferably 15 ppm or less. In addition, More preferably, it is 10 ppm or less, Most preferably, it is 8 ppm or less.

ヤング率については、光通信用のデバイスに使用するという目的からすると、一定の値以上を有していなければ、そのデバイスを使用する際のデバイスの耐久性を低下させることとなるためできるだけ高い方が好ましいが、あまり高くなりすぎると、ガラスセラミックス自体の硬度も高くなり過ぎ、加工性を著しく低下させ易い。また、あまりに高ヤング率であるガラスを得ようとすると原ガラスの溶融性も低下する傾向となり易く、これが均質なガラスセラミックスを得るための阻害要因となり易い。   The Young's modulus is as high as possible because it will reduce the durability of the device when it is used if it does not have a certain value for the purpose of using it for optical communication devices. However, if it is too high, the hardness of the glass ceramic itself is too high, and the workability is likely to be significantly reduced. In addition, if an attempt is made to obtain a glass having an excessively high Young's modulus, the meltability of the original glass tends to be lowered, and this tends to be an impediment to obtaining a homogeneous glass ceramic.

このため、これらを勘案すると、少なくともヤング率の下限は60GPaが好ましく、より好ましくは70GPa、さらに好ましくは80GPaであり、一方で上限は140Paが好ましく、より好ましくは125GPa、さらに好ましくは110GPaである。   For these reasons, at least the lower limit of the Young's modulus is preferably 60 GPa, more preferably 70 GPa, even more preferably 80 GPa, while the upper limit is preferably 140 Pa, more preferably 125 GPa, and even more preferably 110 GPa.

剛性率は、ヤング率と正の比例関係にあり、前述のように、光通信向けデバイス用部材として考えると高い方が好ましいが、良好な加工性を有し、且つ均質なガラスセラミックスを容易に得ようとするならば、ヤング率と同様に好ましい範囲が存在し、その範囲としては、下限が20GPa、より好ましくは25GPa、さらに好ましくは30GPaであり、一方で上限が50GPa、より好ましくは45GPa、さらに好ましくは40GPaである。   The rigidity is positively proportional to the Young's modulus, and as described above, it is preferable that the rigidity is high when considered as a device member for optical communication. However, it is easy to form a homogeneous glass ceramic with good workability. If it is going to obtain, there exists a preferable range like Young's modulus, and as the range, the lower limit is 20 GPa, more preferably 25 GPa, more preferably 30 GPa, while the upper limit is 50 GPa, more preferably 45 GPa, More preferably, it is 40 GPa.

SiO2成分は、負の平均線膨張係数をもつ前記主結晶の主成分であるが、その量が40%未満の場合には所望の主結晶相が十分に析出し難くなり、59%を超えると、ガラスの溶融清澄が困難になる上に、所望の主結晶相以外の結晶相が析出し易くなることから、SiO2成分量の好ましい範囲としては、下限が40%、より好ましくは45%、さらに好ましくは50%であり、一方で上限が59%、より好ましくは58.9%、さらに好ましくは58.8%である。 The SiO 2 component is the main component of the main crystal having a negative average linear expansion coefficient. However, when the amount is less than 40%, a desired main crystal phase is not easily precipitated, and exceeds 59%. In addition, since it becomes difficult to melt and clarify the glass, and a crystal phase other than the desired main crystal phase is likely to precipitate, the preferable lower limit of the SiO 2 component amount is 40%, more preferably 45%. More preferably, it is 50%, while the upper limit is 59%, more preferably 58.9%, still more preferably 58.8%.

Al23成分は、負の平均線膨張係数をもつ前記主結晶の中のβ−ユークリプタイトまたはその固溶体や、Al成分が置換および/または侵入したβ−石英固溶体を構成する重要な成分であるが、10%未満では、原ガラスの均質性低下を引き起こし、更に所望の主結晶相が必要な量まで生成し難くなり、ガラスの化学的耐久性も悪化する。一方、30%を超えると原ガラスの融点が高温になり過ぎ、ガラスの溶融清澄が困難になることから、Al23成分の好ましい範囲としては、下限が10%、より好ましくは13%、さらに好ましくは15%であり、一方で上限が30%、より好ましくは28.5%、さらに好ましくは27%である。 Al 2 O 3 component is an important component constituting β-eucryptite in the main crystal having a negative average linear expansion coefficient or a solid solution thereof, or a β-quartz solid solution in which the Al component is substituted and / or invaded. However, if it is less than 10%, the homogeneity of the original glass is lowered, and it becomes difficult to produce a desired main crystal phase up to a necessary amount, and the chemical durability of the glass is also deteriorated. On the other hand, if it exceeds 30%, the melting point of the original glass becomes too high, and it becomes difficult to melt and clarify the glass. Therefore, as a preferable range of the Al 2 O 3 component, the lower limit is 10%, more preferably 13%, More preferably, it is 15%, while the upper limit is 30%, more preferably 28.5%, still more preferably 27%.

Li2O成分は、負の平均線膨張係数をもつ前記主結晶の中のβ−ユークリプタイトまたはその固溶体や、Li成分が置換および/または侵入したβ−石英固溶体を構成する重要な成分であるが、1%未満であると原ガラスの熔融が困難となり、必要な量の所望の主結晶相を必要な量まで得難くなる。また、5.4%を超えると、ガラス化しにくくなり、熱処理後のガラスセラミックスの強度、透過率が低下する。好ましい範囲は1〜5%である。尚、より好ましくは、下限が2%であり、最も好ましくは、下限が3%である。ただし、Li2O成分は分子量が小さい為、mol比に換算すると多成分系では非常に大きな割合を示す。その為、ガラス全体におけるmol比を計算しておくことが好ましい。Li2O比率が12mol%を超えると、白金坩堝へのダメージや、また、所望の熱膨張係数が得られない為、12mol%以下とすることが好ましく、11.5mol%以下がより好ましく、11mol%以下が最も好ましい。 The Li 2 O component is an important component constituting β-eucryptite or a solid solution thereof in the main crystal having a negative average linear expansion coefficient, and a β-quartz solid solution in which the Li component is substituted and / or invaded. However, if it is less than 1%, it becomes difficult to melt the original glass, and it becomes difficult to obtain a required amount of a desired main crystal phase up to a required amount. Moreover, when it exceeds 5.4%, it will become difficult to vitrify and the intensity | strength and the transmittance | permeability of the glass ceramics after heat processing will fall. A preferred range is 1 to 5%. More preferably, the lower limit is 2%, and most preferably the lower limit is 3%. However, since the Li 2 O component has a small molecular weight, a very large proportion is shown in a multi-component system when converted to a molar ratio. Therefore, it is preferable to calculate the molar ratio in the whole glass. When the Li 2 O ratio exceeds 12 mol%, damage to the platinum crucible and a desired thermal expansion coefficient cannot be obtained. Therefore, the amount is preferably 12 mol% or less, more preferably 11.5 mol% or less, and 11 mol % Or less is most preferable.

またSiO2/(Al23+Li2O)が1.5未満であると、結晶化後に安定したSiO2フォーマーが少なくなることにより、結晶の異常成長によるガラスセラミックスの割れ、カンや低透過率化などが問題となる。そのためSiO2/(Al23+Li2O)は1.5以上とするのが望ましい。尚、より好ましくは1.6以上、最も好ましくは1.7以上である。 Further, when SiO 2 / (Al 2 O 3 + Li 2 O) is less than 1.5, the number of stable SiO 2 formers after crystallization is reduced, so that glass ceramic breaks due to abnormal crystal growth, cans and low transmission Increasing the rate is a problem. Therefore, it is desirable that SiO 2 / (Al 2 O 3 + Li 2 O) is 1.5 or more. In addition, More preferably, it is 1.6 or more, Most preferably, it is 1.7 or more.

ZnO成分は、Zn成分が置換および/または侵入したβ−ユークリプタイト固溶体(β−Li2O・Al23・2SiO2固溶体)およびβ−石英固溶体(β−SiO2固溶体)の構成要素となる重要な成分であるが、3%未満であると結晶化後の所望の平均線膨張係数が得ることが困難となる。また10%を超えると成形時に失透を生じる可能性が高く、生産性が困難となる。ZnO成分の含有量の範囲としては、下限が3%、より好ましくは3.5%、もっとも好ましくは4%であり、一方で上限が10%、より好ましくは8%、もっとも好ましくは7%である。 ZnO component, Zn component is replaced and / or intrusion β- Yuktobanian descriptor components tight solid solution (β-Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2 solid solution) and β- quartz solid solution (β-SiO 2 solid solution) However, if it is less than 3%, it is difficult to obtain a desired average linear expansion coefficient after crystallization. On the other hand, if it exceeds 10%, devitrification is likely to occur during molding, and productivity becomes difficult. As the range of the content of the ZnO component, the lower limit is 3%, more preferably 3.5%, most preferably 4%, while the upper limit is 10%, more preferably 8%, most preferably 7%. is there.

23成分は、原ガラスの溶融性改善等の目的で任意に添加でき、添加した場合、B23成分は本発明の負熱膨張性ガラスセラミックスのガラス相部分を構成する。その量が5%を超えると、所望の主結晶相の生成に支障をきたし、ガラスセラミックスの耐熱性が悪化する。尚、好ましくは3.5%以下であり、より好ましくは2%以下であり、最も好ましくは、実質的には含有しないことが好ましい。 The B 2 O 3 component can be arbitrarily added for the purpose of improving the meltability of the original glass, and when added, the B 2 O 3 component constitutes the glass phase portion of the negative thermal expansion glass ceramic of the present invention. When the amount exceeds 5%, the formation of a desired main crystal phase is hindered, and the heat resistance of the glass ceramic is deteriorated. In addition, Preferably it is 3.5% or less, More preferably, it is 2% or less, Most preferably, it is preferable not to contain substantially.

BaO成分は、Ba成分が置換および/または侵入したβ−ユークリプタイト固溶体(β−Li2O・Al23・2SiO2固溶体)およびβ−石英固溶体(β−SiO2固溶体)の構成要素となる、任意に添加し得る成分である。この成分は、原ガラスの溶解時にるつぼの白金と原ガラス中の他の金属元素とが合金化するのを防ぐとともに、原ガラスの耐失透性を維持する効果があり、ガラスセラミックスの組成によってはこの効果を活用した方が好ましい場合がある。その効果を得たい場合は0.5%以上であることが好ましい。しかし、4%を超えるとガラスの平均線膨張係数が大きくなり過ぎ、結果的にガラスセラミックスとしての平均線膨張係数が大きくなり易く、所望の平均線膨張係数を得難くなる。より好ましい上限は2.5%、最も好ましい上限は2.0%である。 BaO component, Ba component is replaced and / or intrusion β- Yuktobanian descriptor components tight solid solution (β-Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2 solid solution) and β- quartz solid solution (β-SiO 2 solid solution) It is a component which can be added arbitrarily. This component has the effect of preventing the platinum of the crucible and other metal elements in the raw glass from alloying when the raw glass is melted, and maintaining the devitrification resistance of the raw glass. It may be preferable to utilize this effect. When it is desired to obtain the effect, it is preferably 0.5% or more. However, if it exceeds 4%, the average linear expansion coefficient of the glass becomes too large, and as a result, the average linear expansion coefficient as glass ceramics tends to increase, making it difficult to obtain the desired average linear expansion coefficient. A more preferred upper limit is 2.5%, and a most preferred upper limit is 2.0%.

SrO成分は、Sr成分が置換および/または侵入したβ−ユークリプタイト固溶体(β−Li2O・Al23・2SiO2固溶体)およびβ−石英固溶体(β−SiO2固溶体)の構成要素となる、任意に添加し得る成分である。この成分は他のRO(金属酸化物)成分と組み合わせることにより平均線膨張係数のヒステリシスを小さくする効果があり、ガラスセラミックスの組成によってはこの効果を活用した方が好ましい場合がある。その効果を得たい場合は0.5%以上であることが好ましい。しかし、4%を超えると、主結晶相の構成成分となる以外に、ガラスマトリックスにも多く存在するようになり、これが原因でガラスマトリックスの平均線膨張係数が大きくなってしまい、結果的にガラスセラミックスとしての平均線膨張係数が大きくなり易く、所望の平均線膨張係数を有するガラスセラミックスを得難くなる。好ましい上限は3.0%であり、より好ましい上限は2.5%であり、最も好ましい上限は2.0%である。 SrO component, Sr component is replaced and / or intrusion β- Yuktobanian descriptor components tight solid solution (β-Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2 solid solution) and β- quartz solid solution (β-SiO 2 solid solution) It is a component which can be added arbitrarily. This component has the effect of reducing the hysteresis of the average linear expansion coefficient by combining with other RO (metal oxide) components, and it may be preferable to utilize this effect depending on the composition of the glass ceramic. When it is desired to obtain the effect, it is preferably 0.5% or more. However, if it exceeds 4%, in addition to being a constituent component of the main crystal phase, it will also be present in the glass matrix a lot, and this will increase the average linear expansion coefficient of the glass matrix, resulting in glass The average linear expansion coefficient as ceramics tends to be large, and it becomes difficult to obtain glass ceramics having a desired average linear expansion coefficient. A preferred upper limit is 3.0%, a more preferred upper limit is 2.5%, and a most preferred upper limit is 2.0%.

BaO成分およびSrO成分は、前記のようにガラスセラミックスにとって、前記記載にあるより好ましい効果を有するため、これら成分の合計量で0.5%以上とすることが好ましい。しかし多量に含有すると平均線膨張係数が所望の範囲から外れてしまうという前記記載の問題を生じやすくなるため、その合計量は6%以下とすることが好ましい。尚、より好ましい上限は5.5%、最も好ましい上限は4.5%である。   Since the BaO component and the SrO component have a more preferable effect as described above for the glass ceramic as described above, the total amount of these components is preferably 0.5% or more. However, if it is contained in a large amount, the above-described problem that the average linear expansion coefficient falls outside the desired range is likely to occur. Therefore, the total amount is preferably 6% or less. A more preferred upper limit is 5.5%, and a most preferred upper limit is 4.5%.

CaO成分はガラスの溶融清澄を向上させる効果を有するが、2%を越えると十分な負の平均線膨張係数が得られなくなるため、2%以下が好ましい。尚、より好ましい上限は1.8%であり、最も好ましい上限は1.5%である。   The CaO component has an effect of improving the melting and clarifying of the glass, but if it exceeds 2%, a sufficient negative average linear expansion coefficient cannot be obtained, so 2% or less is preferable. A more preferable upper limit is 1.8%, and a most preferable upper limit is 1.5%.

ZrO2成分は、結晶核形成剤として作用するため、0.5%以上の添加が好ましい。しかし3%を超えると原ガラスの溶融清澄が困難となり易く、その結果、未溶融物の発生を引き起こし易くなるため、3%以下が好ましい。尚、より好ましい上限は2.8%であり、最も好ましい上限は2.5%である。 Since the ZrO 2 component acts as a crystal nucleating agent, addition of 0.5% or more is preferable. However, if it exceeds 3%, melting and refining of the original glass tends to be difficult, and as a result, unmelted products are likely to be generated. A more preferable upper limit is 2.8%, and a most preferable upper limit is 2.5%.

TiO2成分も結晶核形成剤として作用するため、0.5%以上の添加が好ましい。3%を超えると、ガラス成形時に失透し易くなるため、3%以下が好ましい。尚、より好ましい上限は2.8%であり、最も好ましい上限は2.5%である。 Since the TiO 2 component also acts as a crystal nucleating agent, addition of 0.5% or more is preferable. If it exceeds 3%, it tends to be devitrified at the time of glass molding, so 3% or less is preferable. A more preferable upper limit is 2.8%, and a most preferable upper limit is 2.5%.

またTiO2成分とZrO2成分の合計量については、両成分を併用して添加することにより、ヤング率を向上させ、かつ主結晶相の結晶粒径を所望の粒径に制御し易くなり、その結果、高い光線透過率を容易に実現できることから、TiO2成分とZrO2成分の合計量は1.0%以上とすることが好ましい。しかし、5.0%をこえると所望の平均線膨張係数が得られ難くなるため、これら成分の合計量は5.0%以下とするのが好ましい。尚、より好ましい下限は1.5%、最も好ましい下限は2.0%である。 Further, for the total amount of the TiO 2 component and the ZrO 2 component, by adding both components in combination, the Young's modulus is improved, and the crystal grain size of the main crystal phase can be easily controlled to a desired particle size, As a result, since high light transmittance can be easily realized, the total amount of the TiO 2 component and the ZrO 2 component is preferably 1.0% or more. However, if it exceeds 5.0%, it becomes difficult to obtain a desired average linear expansion coefficient. Therefore, the total amount of these components is preferably 5.0% or less. A more preferred lower limit is 1.5%, and a most preferred lower limit is 2.0%.

HfO2成分は、原ガラスの平均線膨張係数を小さくする成分であるが、3%を超えると溶融性が悪化し易くなるため、3%以下が好ましい。尚、より好ましい上限は2%であり、実質的に含まないことが最も好ましい。 The HfO 2 component is a component that reduces the average linear expansion coefficient of the original glass, but if it exceeds 3%, the meltability tends to deteriorate, so 3% or less is preferable. In addition, a more preferable upper limit is 2%, and it is most preferable not to contain substantially.

As23およびSb23成分は、均質な製品を得るためガラス溶融の際の清澄剤として添加し得るが、これらの成分の量は、合計2%までで十分である。 The As 2 O 3 and Sb 2 O 3 components can be added as fining agents during glass melting to obtain a homogeneous product, but a total amount of these components up to 2% is sufficient.

なお前記成分の他に、本発明ガラスセラミックスの所望特性を損なわない範囲で、F2、La23、Ta25、GeO2、Bi23、WO3、Y23、Gd23、SnO2、TeO2、CoO、NiO、CuO、AgO、MoO、MnO2、Fe23、Cr23、Nb25、V25、Yb23、CeO2、Cs2O、その前記以外の希土類元素等を各々3%まで添加することができる。ただし結晶化促進への影響、あるいは透過率の低下傾向を生じやすくなる傾向があるため、出来れば実質的に含まないことが好ましい。 In addition to the above components, F 2 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , GeO 2 , Bi 2 O 3 , WO 3 , Y 2 O 3 , Gd can be used as long as the desired characteristics of the glass ceramics of the present invention are not impaired. 2 O 3 , SnO 2 , TeO 2 , CoO, NiO, CuO, AgO, MoO, MnO 2 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , V 2 O 5 , Yb 2 O 3 , CeO 2 , Cs 2 O, rare earth elements other than the above, and the like can be added up to 3% each. However, since it tends to cause an influence on crystallization promotion or a tendency to decrease the transmittance, it is preferably not substantially contained if possible.

25成分は結晶化後のガラスセラミックスの平均線膨張係数をプラスの方向に持っていく傾向があり、かつ溶融性が悪化する傾向もあるため、4%未満であることが好ましい。より好ましくは3%以下であり、最も好ましくは実質的に含まないことが好ましい。 The P 2 O 5 component is preferably less than 4% because it tends to bring the average linear expansion coefficient of the glass ceramic after crystallization in a positive direction and the meltability tends to deteriorate. More preferably, it is 3% or less, and most preferably it is not substantially contained.

MgO成分は、結晶粒径を粗大化させる傾向を生じやすくなるため、実質的に含まないことが好ましい。   It is preferable that the MgO component is not substantially contained since it tends to cause a tendency to increase the crystal grain size.

PbO成分は環境上好ましくない成分であり、また、Na2OおよびK2O成分は、成膜や洗浄などの後工程において、これらのイオンが拡散して本発明の負熱膨張性ガラスセラミックスの物性が変化し易くなるため、PbO、Na2OおよびK2O成分を実質的に含まないことが好ましい。 The PbO component is an environmentally unfavorable component, and the Na 2 O and K 2 O components are diffused in the negative thermal expansible glass ceramics of the present invention by diffusing these ions in subsequent processes such as film formation and cleaning. It is preferable that the PbO, Na 2 O and K 2 O components are not substantially contained because the physical properties are easily changed.

ガラスセラミックスの析出結晶粒径については、ガラスマトリックス部分と析出結晶相の屈折率の差および/または析出結晶粒径が大きいと、光線透過性が低下する。この点、本願のガラスセラミックスは全てその平均結晶粒径が0.3μm以下と非常に微粒子であるため、光線透過率が良好である。好ましい平均結晶粒径は0.2μm以下であり、より好ましい平均結晶粒径は0.15μm以下であり、最も好ましい平均結晶粒径は0.1μm以下である。   Regarding the precipitated crystal grain size of the glass ceramic, if the difference in the refractive index between the glass matrix portion and the precipitated crystal phase and / or the precipitated crystal grain size is large, the light transmittance decreases. In this respect, the glass ceramics of the present application are all very fine particles having an average crystal grain size of 0.3 μm or less, and therefore have good light transmittance. A preferred average crystal grain size is 0.2 μm or less, a more preferred average crystal grain size is 0.15 μm or less, and a most preferred average crystal grain size is 0.1 μm or less.

本願により得られるガラスセラミックスは均質であり、例えば、Li、Na、K等の各種アルカリ成分(イオン)については、表面相と内部の濃度差がないものである。またクラックの発生も著しく少なく、5μmを越える大きさのクラックの発生は皆無であり、更に言えば、1μmを越えるクラックも皆無である。最も好ましいガラスセラミックスは全くクラックがないものである。   The glass ceramics obtained by the present application are homogeneous. For example, various alkali components (ions) such as Li, Na, and K have no difference in concentration between the surface phase and the inside. Further, the occurrence of cracks is extremely small, and there are no cracks having a size exceeding 5 μm, and moreover, there are no cracks exceeding 1 μm. The most preferred glass ceramics are those without any cracks.

前記の組成を含有する本発明のガラスセラミックスは、以下の方法により製造する。
まず、上述した組成になるように酸化物、炭酸塩、水酸化物、硝酸塩などのガラス原料を秤量、調合し、坩堝などに入れ、約1300〜1550℃で約6時間〜8時間、撹拌しながら溶融し、清澄な状態の原ガラスを得る。
The glass ceramic of the present invention containing the above composition is produced by the following method.
First, glass materials such as oxides, carbonates, hydroxides, and nitrates are weighed and prepared so as to have the above-described composition, put in a crucible, and stirred at about 1300 to 1550 ° C. for about 6 to 8 hours. While melting, a clear original glass is obtained.

前述のように原ガラスを溶融した後、金型に鋳込む等の操作により、板状に成形し徐冷する。   After the raw glass is melted as described above, it is formed into a plate shape and slowly cooled by an operation such as casting into a mold.

次に、ガラスセラミックスとするための熱処理を行う。一般的に負の膨張特性性を有するガラスセラミックスは、残存マトリックスガラスと析出結晶相の界面に歪み大きなクラックが発生し易い。これは正の熱膨張特性を有する残存ガラスマトリックスと負の熱膨張特性を有する析出結晶相の間に、大きな熱膨張差に起因する応力を生じるためであり、従来はこれが原因で大きなサイズの製品が生産できないという問題点があった。しかし、本出願では結晶化条件により結晶粒径をコントロールし、安定した生産が可能な材料を作成することに成功した。まず、650〜750℃の温度で保持し、核形成を促す(第1の熱処理)。この核形成温度は650℃より低い場合、結晶核形成が不可能である。逆に750℃より高い場合は、核が早期に生成し成長する。そのため、第2の熱処理段階で結晶が大きく成長してしまい、材料にクラックを生じる原因となる。   Next, heat treatment for forming glass ceramics is performed. In general, glass ceramics having negative expansion characteristics tend to generate large cracks at the interface between the residual matrix glass and the precipitated crystal phase. This is because a stress caused by a large difference in thermal expansion occurs between the residual glass matrix having positive thermal expansion characteristics and the precipitated crystal phase having negative thermal expansion characteristics. There was a problem that could not be produced. However, in this application, the crystal grain size was controlled by the crystallization conditions, and a material capable of stable production was successfully created. First, the temperature is maintained at 650 to 750 ° C. to promote nucleation (first heat treatment). When this nucleation temperature is lower than 650 ° C., crystal nucleation is impossible. Conversely, when the temperature is higher than 750 ° C., nuclei are generated and grown early. Therefore, the crystal grows greatly in the second heat treatment stage, causing cracks in the material.

また熱処理時間については、所望の特性を得るためには、0.5〜50時間に設定することが望ましく、より好ましい特性および生産性・コストの点からすると、下限が1時間および/または上限が30時間であれば更に好ましい。   The heat treatment time is preferably set to 0.5 to 50 hours in order to obtain desired characteristics. From the viewpoint of more preferable characteristics and productivity / cost, the lower limit is 1 hour and / or the upper limit is More preferably, it is 30 hours.

核形成後、核成長温度までの昇温プロセスの最適化により、結晶粒径をコントロールする。大きいサイズの製品の場合、昇温速度が速いと、この時点ではまだ析出結晶相の結晶化度合が低く正の平均線膨張係数を有するガラスマトリックス部分が多い状態にある製品の内外の温度差により歪みが発生し、製品が割れる場合がある。このため、速度をできるだけ遅くするという温度コントロールが重要となる。所望の特性を得るためには10℃/Hr.以下であることが好ましい。   After nucleation, the crystal grain size is controlled by optimizing the heating process up to the nucleus growth temperature. In the case of a large size product, if the rate of temperature rise is fast, at this point, the crystallinity degree of the precipitated crystal phase is still low and there is a large number of glass matrix parts having a positive average linear expansion coefficient. Distortion may occur and the product may break. For this reason, temperature control to make the speed as slow as possible becomes important. In order to obtain the desired characteristics, 10 ° C./Hr. The following is preferable.

核形成後、700〜850℃の温度で結晶化する(第2の熱処理)において、結晶化温度が700℃より低いと主結晶相が十分に成長し難く、850℃より高いと原ガラスが軟化変形もしくは再溶解し易くなるため望ましくない。好ましくは下限が750および/または上限が850℃である。結晶化後は、50℃/Hr.以下、さらに好ましくは25℃/Hr.以下の速度で徐冷することが望ましい。   After nucleation, crystallization is performed at a temperature of 700 to 850 ° C. (second heat treatment). When the crystallization temperature is lower than 700 ° C., the main crystal phase is difficult to grow sufficiently, and when higher than 850 ° C., the original glass is softened. This is not desirable because it easily deforms or re-dissolves. Preferably, the lower limit is 750 and / or the upper limit is 850 ° C. After crystallization, 50 ° C./Hr. Hereinafter, more preferably 25 ° C./Hr. It is desirable to slowly cool at the following rate.

核成長の熱処理時間についても、0.5〜100時間に設定することが望ましく、第1の熱処理と同様の理由から、下限が1時間および/または上限が30時間であれば更に好ましいが、前記昇温速度が遅い場合は、生産性の観点から、これより短い時間でも可能である。   The heat treatment time for the nucleus growth is preferably set to 0.5 to 100 hours, and for the same reason as the first heat treatment, it is more preferable that the lower limit is 1 hour and / or the upper limit is 30 hours. When the temperature raising rate is slow, a shorter time is possible from the viewpoint of productivity.

次に本発明の負熱膨張性ガラスセラミックスの実施例を説明する。なお、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。   Next, examples of the negative thermal expansion glass ceramic of the present invention will be described. The present invention is not limited to these examples.

表1および表2には、本発明のガラスセラミックスの実施例No.1〜No.6について、組成比、溶解温度、核形成温度、核形成時間、核成長温度、核成長時間、平均線膨張係数、比重、平均結晶粒子径,熱膨張ヒステリシス、ヤング率、剛性率、透過率を示した。   Tables 1 and 2 show Example Nos. Of glass ceramics of the present invention. 1-No. For 6, the composition ratio, dissolution temperature, nucleation temperature, nucleation time, nucleation growth temperature, nucleation growth time, average linear expansion coefficient, specific gravity, average crystal particle diameter, thermal expansion hysteresis, Young's modulus, rigidity, transmittance Indicated.

[実施例1〜6]
実施例1〜6のガラスセラミックスは、次のように製造した。まず、表1および表2の組成となるように酸化物、炭酸塩、水酸化物、硝酸塩等のガラス原料を秤量、調合し白金ルツボに入れ、これを通常の溶解装置を用いて表1および表2に記した溶解温度で6〜8時間溶融、撹拌した。
[Examples 1 to 6]
The glass ceramics of Examples 1 to 6 were manufactured as follows. First, glass raw materials such as oxides, carbonates, hydroxides, and nitrates are weighed and prepared so as to have the compositions shown in Tables 1 and 2, and placed in a platinum crucible. The mixture was melted and stirred at the dissolution temperature shown in Table 2 for 6 to 8 hours.

次に、溶融した原ガラスを金型にキャストして成形、徐冷し、それぞれガラス成形体を得た。この後、ガラス成形体をそのまま結晶化炉に入れて、加熱、昇温し、表1および表2に示した核形成温度、核形成時間にて結晶核を形成した。続いて加熱、昇温して、同じく表1および表2で示した核成長温度、核成長時間にて結晶化した後、50℃/Hr.以下の速度で徐冷してガラスセラミックスを得た。   Next, the melted original glass was cast into a mold and molded and slowly cooled to obtain glass molded bodies, respectively. Thereafter, the glass molded body was directly put into a crystallization furnace, heated and heated, and crystal nuclei were formed at the nucleation temperatures and nucleation times shown in Tables 1 and 2. Subsequently, the mixture was heated and heated, and crystallized at the same nucleus growth temperature and nucleus growth time as shown in Tables 1 and 2, followed by 50 ° C./Hr. The glass ceramic was obtained by slow cooling at the following rate.

以上のようにして得られた各実施例のガラスセラミックスから、直径5mm、長さ20mmの試料を切り取り、(株)リガク製TAS200熱機械分析装置により、温度範囲−40℃〜+80℃における平均線膨張係数、熱膨張ヒステリシスを測定した。   Samples having a diameter of 5 mm and a length of 20 mm were cut out from the glass ceramics of each example obtained as described above, and average lines in a temperature range of −40 ° C. to + 80 ° C. were measured with a TAS200 thermomechanical analyzer manufactured by Rigaku Corporation. The expansion coefficient and thermal expansion hysteresis were measured.

また前記のように得られたガラスセラミックスをCeO2にて研磨し、比重、ヤング率、剛性率、透過率を測定した。 Further, the glass ceramic obtained as described above was polished with CeO 2 and the specific gravity, Young's modulus, rigidity, and transmittance were measured.

更に平均結晶粒径の測定はTEM写真により行った。TEM写真の撮影については、イオンミリングにて数μmの薄片試料を取得し、同試料を加速電圧75kV、倍率50,000倍で観察した。同観察から、実施例1、4に関しては約0.1μm未満、実施例3に関しては0.05μm未満の平均結晶粒子径であることが認められた。   Furthermore, the average crystal grain size was measured by a TEM photograph. For taking a TEM photograph, a thin sample of several μm was obtained by ion milling, and the sample was observed at an acceleration voltage of 75 kV and a magnification of 50,000 times. From this observation, it was confirmed that the average crystal particle size was less than about 0.1 μm for Examples 1 and 4 and less than 0.05 μm for Example 3.

[比較例1〜3]
比較例1〜3のガラスセラミックスは、表3の組成となるように酸化物、炭酸塩、水酸化物、硝酸塩等のガラス原料を秤量、調合し白金ルツボに入れて、通常の溶解装置を用いて1400〜1550℃で6〜8時間攪拌して、表3に示した核形成温度および核形成時間にて結晶核を形成し、表3に示した核成長温度および核成長時間にて結晶化した以外は、実施例1〜6と同様の方法で得られた。
[Comparative Examples 1-3]
In the glass ceramics of Comparative Examples 1 to 3, glass raw materials such as oxides, carbonates, hydroxides, and nitrates are weighed and prepared so as to have the composition shown in Table 3, and put in a platinum crucible, and a normal melting apparatus is used. The mixture is stirred at 1400 to 1550 ° C. for 6 to 8 hours to form crystal nuclei at the nucleation temperature and nucleation time shown in Table 3, and crystallized at the nucleation temperature and nucleation time shown in Table 3. Except that, it was obtained in the same manner as in Examples 1-6.

比較例1では、Li2OやAl23成分の量が非常に多い。結晶成長の早いβ―ユークリプタイト固溶体は、結晶核から結晶成長後、各々が互いに結合してさらに成長する。この現象が繰り返しおきることにより、析出結晶粒径は大きく結晶化度も高くなるため、所望の波長における光線透過率が低くなる。 In Comparative Example 1, the amount of Li 2 O or Al 2 O 3 component is very large. The β-eucryptite solid solution with fast crystal growth grows further by bonding to each other after crystal growth from the crystal nucleus. By repeating this phenomenon, the precipitated crystal grain size is large and the crystallinity is high, so that the light transmittance at a desired wavelength is low.

比較例2では、本発明の実施例と比較してLi2O成分が多いため、比較例1と同様に結晶化度が高くなり、所望の平均線膨張係数を得難い。 In Comparative Example 2, since Li 2 O component as compared with the embodiment in the present invention is large, is increased crystallinity in the same manner as in Comparative Example 1, it is difficult to obtain the desired average linear thermal expansion coefficient.

比較例3では、SiO2の量が本発明で限定している量より多いため、比較例1と同様に結晶化度が高くなり、所望の平均線膨張率を得難い。 In Comparative Example 3, since the amount of SiO 2 is larger than the amount limited in the present invention, the degree of crystallinity becomes high as in Comparative Example 1, and it is difficult to obtain a desired average linear expansion coefficient.

実施例1のTEM写真である。2 is a TEM photograph of Example 1. 実施例3のTEM写真である。4 is a TEM photograph of Example 3. 実施例4のTEM写真である。4 is a TEM photograph of Example 4.

Claims (11)

質量%で、
SiO 2 40〜59%
Al 2 3 10〜30%
Li 2 O 1〜5.4%
ZnO 3〜10%
TiO 2 +ZrO 2 1.0〜5.0%
2 5 4%未満
を含有し、
主結晶相が、β−ユークリプタイト(β−Li2O・Al23・2SiO2)、β−ユークリプタイト固溶体(β−Li2O・Al23・2SiO2固溶体)、β−石英(β−SiO2)およびβ−石英固溶体(β−SiO2固溶体)の中から選ばれる少なくとも1種以上であり、−40℃〜+80℃の温度範囲における平均線膨張係数が−25を超え〜−15未満(10-7・K-1)であり、かつ1000〜1700nm波長帯における分光透過率が85.0%以上であることを特徴とするガラスセラミックス。
% By mass
SiO 2 40~59%
Al 2 O 3 10-30%
Li 2 O 1-5.4%
ZnO 3-10%
TiO 2 + ZrO 2 1.0-5.0%
P 2 O 5 less than 4%
Containing
The main crystal phase, beta-eucryptite (β-Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2), β- eucryptite solid solution (β-Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2 solid solution), beta -At least one selected from quartz (β-SiO 2 ) and β-quartz solid solution (β-SiO 2 solid solution), and an average linear expansion coefficient in the temperature range of -40 ° C to + 80 ° C is -25. Glass ceramics characterized by having a spectral transmittance of 85.0% or more in a wavelength range of 1000 to 1700 nm and exceeding to less than −15 (10 −7 · K −1 ).
iO2/(Al23+Li2O)≧1.5
であることを特徴とする、請求項1に記載のガラスセラミックス。
S iO 2 / (Al 2 O 3 + Li 2 O) ≧ 1.5
The glass ceramic according to claim 1, wherein:
mol%で、Li2O成分の含有量が12.0%以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載のガラスセラミックス。 The glass ceramic according to claim 1, wherein the content of the Li 2 O component is 12.0% or less in terms of mol%. 質量%で、
aO+SrO 0.5〜6%
含有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のガラスセラミックス。
% By mass
B aO + SrO 0.5~6%
The characterized in that it contains a glass ceramic according to any one of claims 1 to 3.
質量%で、
23 0〜5%
aO 0〜4%
rO 0〜4%
aO 0〜2%
rO2 0.5〜3%
iO2 0.5〜3%
fO2 0〜3%
23+Sb23 0〜2%
を含有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のガラスセラミックス。
% By mass
B 2 O 3 0-5%
B aO 0-4%
S rO 0~4%
C aO 0-2%
Z rO 2 0.5~3%
T iO 2 0.5~3%
H fO 2 0-3%
As 2 O 3 + Sb 2 O 3 0 to 2%
The glass ceramic according to claim 1, comprising:
MgOを実質的に含有しないことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のガラスセラミックス。 The glass ceramic according to any one of claims 1 to 5 , which is substantially free of MgO. PbO、Na2OおよびK2Oを実質的に含有しないことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のガラスセラミックス。 PbO, glass ceramic according to any one of claims 1 to 6, characterized in that does not substantially contain Na 2 O and K 2 O. ヤング率が60GPa以上であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のガラスセラミックス。 The glass ceramic according to any one of claims 1 to 7 , wherein Young's modulus is 60 GPa or more. 熱膨張曲線のヒステリシスが15ppm以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のガラスセラミックス。 The glass ceramics according to any one of claims 1 to 8 , wherein the hysteresis of the thermal expansion curve is 15 ppm or less. 結晶相は、Al2TiO5結晶を含有しないことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のガラスセラミックス。 Crystal phase, glass ceramic according to any one of claims 1-9, characterized in that it does not contain the Al 2 TiO 5 crystal. 原ガラスを溶融、成形、徐冷後、650〜750℃で0.5〜50時間、第1の熱処理を行い、次いで、700〜850℃で0.5〜100時間、第2の熱処理を行って得られることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のガラスセラミックス。 After melting, forming, and slowly cooling the original glass, the first heat treatment is performed at 650 to 750 ° C. for 0.5 to 50 hours, and then the second heat treatment is performed at 700 to 850 ° C. for 0.5 to 100 hours. The glass ceramic according to claim 1 , wherein the glass ceramic is obtained.
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