JP5692463B2 - ガラス強化用溶融塩 - Google Patents
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Description
<1>
イオン交換によりガラス表面に圧縮応力層を形成するために用いるガラス強化用溶融塩であって、
硝酸カリウムを含有し、さらに炭酸アニオン(ただし、固相を除く)及びリン酸アニオン(ただし、固相を除く)のうち少なくとも一方を含有するガラス強化用溶融塩。
<2>
硝酸カリウム、炭酸アニオン及びリン酸アニオンを含有する上記<1>に記載のガラス強化用溶融塩。
<3>
前記炭酸アニオンが、炭酸カリウムのアニオン種であり、前記リン酸アニオンが、オルトリン酸カリウム及びピロリン酸カリウムのうち少なくとも一方のアニオン種である上記<1>または<2>に記載のガラス強化用溶融塩。
<4>
前記炭酸カリウムの含有量が前記硝酸カリウムに対し3.5モル%以上である上記<3>に記載のガラス強化用溶融塩。
<5>
前記オルトリン酸カリウムの含有量が前記硝酸カリウムに対し0.8モル%以上である上記<3>または<4>に記載のガラス強化用溶融塩。
<6>
前記ピロリン酸カリウムの含有量が前記硝酸カリウムに対し1モル%以上である上記<3>〜<5>のいずれか1に記載のガラス強化用溶融塩。
なお本明細書において“質量%”と“重量%”とは同義である。
本発明のガラス強化用溶融塩(以下、本発明の溶融塩とも称する。)は、無機カリウム塩を含有する。無機カリウム塩としては化学強化を行うガラスの歪点(通常500〜600℃)以下に融点を有するものが好ましく、本発明においては硝酸カリウム(融点330℃)を主成分として含有する。硝酸カリウムが主成分であれば、ガラスの歪点以下で溶融状態であり、かつ使用温度領域においてハンドリングが容易な点から、好ましい。ここで主成分とは50質量%以上含有することを意味する。
本発明では、化学強化処理を行う前の溶融塩に、炭酸アニオン及びリン酸アニオンのうち少なくとも一方を含むように、予め炭酸カリウム及びリン酸カリウムのうち1以上を混合し、化学強化処理を行うことで、ナトリウム溶出初期ではあらかじめ溶融塩中に存在する炭酸アニオン、リン酸アニオンによりナトリウムがトラップされ、ガラス表面近傍のナトリウムイオン濃度が低下する。さらに炭酸アニオン、リン酸アニオンのナトリウム塩は飽和溶解度分を超えると析出するため、溶融塩中のナトリウムイオン濃度の上昇を抑制する。このような作用によって、溶融塩の寿命の延長が可能となると考えられる。
オルトリン酸カリウムには1価のカチオンK+が3つあるが、リン酸の酸解離定数(pKa1=1.83、pka2=6.43、pka3=11.46)より、溶融塩中でNaイオンと交換されるのは3つのカリウムのうち1つと考えると、オルトリン酸カリウム1モルあたりの潜在的なNa−Kイオン交換能力は、
潜在的なNa−Kイオン交換能力=(アニオン種の価数)×(交換可能なKイオン量)=3×1=3
と評価できる。これより、溶融塩へ添加したオルトリン酸カリウムの全イオン交換能力は、
全イオン交換能力=(オルトリン酸カリウム添加量)×(潜在的なNa―Kイオン交換能力)
により求めることができる。
この全イオン交換能力が高いほど、ガラスとイオン交換した溶融塩中のNaイオンがさらに、添加した無機カリウム塩のKイオンとイオン交換される確率が高くなり、溶融塩中のナトリウムによるイオン交換阻害を緩和し、溶融塩の寿命延長に貢献すると考えられる。
なお、溶融塩の寿命は次のように評価することができる。まず、化学強化処理を繰返し行った後の状態を疑似的に作るため、Naイオン源として所定量の硝酸ナトリウムを溶融塩に意図的に添加する。そしてNaイオン源が添加された溶融塩でガラスを化学強化処理し、処理後のガラスのCS値が所望のCS値を下回ったとき、硝酸ナトリウムの添加量からNaイオン濃度を算出して、これを溶融塩の寿命の指標とすることができる。
硝酸カリウムに対する炭酸カリウムの添加量が30質量%以下であれば、融点が高い炭酸カリウムによる溶融塩中の固相量増加のおそれがなく、ハンドリングが良好である。また、イオン交換処理中に温度ムラが生じるおそれがなく、ガラス全体を均一にイオン交換できる。
また、ピロリン酸カリウムもオルトリン酸カリウムと同様に、過剰量の添加により粉末が化学強化用ガラスに接触するとガラス表面を腐食するおそれがあるため、ピロリン酸カリウムの含有量の上限は25質量%とすることが好ましい。
本発明の溶融塩は下記に示す工程により製造することができる。
工程1:硝酸カリウム溶融塩の調製
工程2:溶融塩への他の無機カリウム塩の添加
工程1では、硝酸カリウムを容器に投入し、融点以上の温度に加熱して溶融することで、溶融塩を調製する。硝酸カリウムは融点が330℃、沸点が500℃なので、その範囲内の温度で溶融を行う。特に溶融温度を350〜470℃とすることがガラスに付与できる表面圧縮応力と応力層深さのバランスおよび強化時間の点からより好ましい。
工程2では、工程1で調製した硝酸カリウム溶融塩中に、炭酸カリウム、リン酸カリウム等の、硝酸カリウム以外の無機カリウム塩を添加し、温度を一定範囲に保ちながら、攪拌翼などにより、全体が均一になるように混合する。炭酸カリウムとリン酸カリウムを併用する場合、添加順序は限定されず、いずれかを先に添加しても、同時に添加してもよい。温度は硝酸カリウムの融点以上、すなわち330℃以上が好ましく、350〜500℃がより好ましい。また、攪拌時間は1分〜10時間が好ましく、10分〜2時間がより好ましい。その後、析出物が沈殿するまで静置する。この析出物には、飽和溶解度を超えた炭酸カリウムやリン酸カリウム、また炭酸アニオンのナトリウム塩、リン酸アニオンのナトリウム塩が含まれる。
このように、本発明の溶融塩を製造することができる。
次に、本発明の溶融塩を用いた化学強化処理方法を説明する。
化学強化処理は、ガラスを溶融塩に浸漬し、ガラス中の金属イオンを、溶融塩中のイオン半径の大きな金属イオンと置換することで行われる。このイオン交換によってガラス表面の組成を変化させ、ガラス表面層に圧縮応力を発生させることで、ガラスを強化することができる。
本発明における化学強化処理は、上記の溶融塩の製造方法(工程1、工程2)に続く以下に示す工程によって行うことができる。
工程4:溶融塩の廃棄
工程3では、ガラスを予熱し、前記工程1及び工程2で調製した溶融塩を、化学強化を行う温度に調整する。次いで予熱したガラスを溶融塩中に所定の時間浸漬したのち、ガラスを溶融塩中から引き上げ、放冷する。なお、ガラスには、化学強化処理の前に、用途に応じた形状加工、例えば、切断、端面加工および穴あけ加工などの機械的加工を行うことが好ましい。
工程3を繰り返し行うと、溶融塩−ガラス間のイオン交換によって、溶融塩中のNaイオン濃度が高くなってくるために、ガラス処理面積が増えるに連れて溶融塩のイオン交換能力が低下し、所望のCS値が得られなくなる。そこで工程4では、溶融塩中のNaイオン濃度、又は化学強化後の表面圧縮応力(CS)値を測定することによって、溶融塩を継続使用して化学強化処理が可能であるか、溶融塩を廃棄するかを判断する。
本発明で使用されるガラスはナトリウムを含んでいればよく、成形、化学強化処理による強化が可能な組成を有するものである限り、種々の組成のものを使用することができる。具体的には、例えば、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、ホウ珪酸ガラス、鉛ガラス、アルカリバリウムガラス、アルミノホウ珪酸ガラス等が挙げられる。
(i)モル%で表示した組成で、SiO2を50〜80%、Al2O3を2〜25%、Li2Oを0〜10%、Na2Oを0〜18%、K2Oを0〜10%、MgOを0〜15%、CaOを0〜5%およびZrO2を0〜5%を含むガラス
(ii)モル%で表示した組成が、SiO2を50〜74%、Al2O3を1〜10%、Na2Oを6〜14%、K2Oを3〜11%、MgOを2〜15%、CaOを0〜6%およびZrO2を0〜5%含有し、SiO2およびAl2O3の含有量の合計が75%以下、Na2OおよびK2Oの含有量の合計が12〜25%、MgOおよびCaOの含有量の合計が7〜15%であるガラス
(iii)モル%で表示した組成が、SiO2を68〜80%、Al2O3を4〜10%、Na2Oを5〜15%、K2Oを0〜1%、MgOを4〜15%およびZrO2を0〜1%含有するガラス
(iv)モル%で表示した組成が、SiO2を67〜75%、Al2O3を0〜4%、Na2Oを7〜15%、K2Oを1〜9%、MgOを6〜14%およびZrO2を0〜1.5%含有し、SiO2およびAl2O3の含有量の合計が71〜75%、Na2OおよびK2Oの含有量の合計が12〜20%であり、CaOを含有する場合その含有量が1%未満であるガラス
化学強化するガラスには、ソーダライムガラス及びアルミノシリケートガラスの2種類のガラスを用いた。
ソーダライムガラス(モル%で表示した組成):SiO2 72.0%、Al2O3 1.1%、Na2O3 12.6%、K2O 0.2%、MgO 5.5%、CaO 8.6%
アルミノシリケートガラス(モル%で表示した組成):SiO2 64.4%、Al2O3 8.0%、Na2O3 12.5%、K2O 4.0%、MgO 10.5%、CaO 0.1%、SrO 0.1%、BaO 0.1%、ZrO2 2.5%
ガラスの評価は、表面圧縮応力(CS)と圧縮応力層深さ(DOL)を測定することにより行った。CS及びDOLは、表面応力計(折原製作所製 FSM−6000LE)を用いガラス表面と内部の屈折率差を測定することで求めた。
(参考例1A−1〜1A−6)
(参考例1A−1)
SUS製のカップに硝酸カリウム250gを加え、マントルヒーターで430℃まで加熱して溶融塩を調製した。こうして調製した溶融塩にオルトリン酸カリウム三水和物を30.4g(硝酸カリウムに対するK3PO4含有量:4.4mol%)添加し、撹拌モーター、4枚プロペラ翼を用いて2時間撹拌し、2時間静置した。その後ソーダライムガラスを100℃に予熱し、430℃の溶融塩に4時間浸漬して化学強化処理を行った。その後ガラスを100℃のイオン交換水で洗浄し、60℃で2時間乾燥した。化学強化処理後の当該ガラスのCS、DOLを各々測定した。
参考例1A−1で化学強化処理を行った溶融塩に、硝酸ナトリウムを0.93g添加し、撹拌モーター、4枚プロペラ翼を用いて2時間撹拌し、2時間静置した。その後ソーダライムガラスを100℃に予熱し、430℃の溶融塩に4時間浸漬して化学強化処理を行った。ガラスを100℃のイオン交換水で洗浄し、60℃で2時間乾燥した。その後CS、DOLを各々測定した。
参考例1A−2で化学強化処理を行った溶融塩に、さらに硝酸ナトリウムを0.92g添加し(硝酸ナトリウムの添加量は合計で1.85g)、撹拌モーター、4枚プロペラ翼を用いて2時間撹拌し、2時間静置した。その後ソーダライムガラスを100℃に予熱し、430℃の溶融塩に4時間浸漬して化学強化処理を行った。ガラスを100℃のイオン交換水で洗浄し、60℃で2時間乾燥した。その後CS、DOLを各々測定した。
参考例1A−3で化学強化処理を行った溶融塩に、さらに硝酸ナトリウムを0.94g添加し(硝酸ナトリウムの添加量は合計で2.79g)、撹拌モーター、4枚プロペラ翼を用いて2時間撹拌し、2時間静置した。ソーダライムガラスを100℃に予熱し、430℃の溶融塩に4時間浸漬して化学強化処理を行った。ガラスを100℃のイオン交換水で洗浄し、60℃で2時間乾燥した。その後CS、DOLを各々測定した。
参考例1A−4で化学強化処理を行った溶融塩に、さらに硝酸ナトリウムを1.93g添加し(硝酸ナトリウムの添加量は合計で4.72g)、撹拌モーター、4枚プロペラ翼を用いて2時間撹拌し、2時間静置した。ソーダライムガラスを100℃に予熱し、430℃の溶融塩に4時間浸漬して化学強化処理を行った。ガラスを100℃のイオン交換水で洗浄し、60℃で2時間乾燥した。その後CS、DOLを各々測定した。
参考例1A−5で化学強化処理を行った溶融塩に、さらに硝酸ナトリウムを4.87g添加し(硝酸ナトリウムの添加量は合計で9.59g)、撹拌モーター、4枚プロペラ翼を用いて2時間撹拌し、2時間静置した。ソーダライムガラスを100℃に予熱し、430℃の溶融塩に4時間浸漬して化学強化処理を行った。ガラスを100℃のイオン交換水で洗浄し、60℃で2時間乾燥した。その後CS、DOLを各々測定した。
ガラスをアルミノシリケートガラスに換えた以外は参考例1A−1〜1A−6と同様に、溶融塩を調製して、化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(比較例1A−1〜1A−6)
オルトリン酸カリウム三水和物を添加せず硝酸カリウムのみの溶融塩を用いた以外は実施例1A−1〜1A−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。(比較例1B−1〜1B−6)
オルトリン酸カリウム三水和物を添加せず硝酸カリウムのみの溶融塩を用いた以外は実施例1B−1〜1B−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(実施例2A−1〜2A−6)
オルトリン酸カリウム三水和物の添加量を6.7g(硝酸カリウムに対するK3PO4含有量:1mol%)とした以外は実施例1A−1〜1A−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(実施例2B−1〜2B−6)
オルトリン酸カリウム三水和物の添加量を6.7g(硝酸カリウムに対するK3PO4含有量:1mol%)とした以外は実施例1B−1〜1B−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(参考例3A−1〜3A−6)
オルトリン酸カリウム三水和物の添加量を43.2g(硝酸カリウムに対するK3PO4含有量:6mol%)とした以外は参考例1A−1〜1A−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(参考例3B−1〜3B−6)
オルトリン酸カリウム三水和物の添加量を43.2g(硝酸カリウムに対するK3PO4含有量:6mol%)とした以外は参考例1B−1〜1B−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(実施例4A−1)
SUS製のカップに硝酸カリウム250gを加え、マントルヒーターで430℃まで加熱して溶融塩を調製した。こうして調製した溶融塩に炭酸カリウムを29.7g(硝酸カリウムに対するK2CO3含有量:8mol%)添加し、撹拌モーター、4枚プロペラ翼を用いて10時間撹拌し、2時間静置した。その後ソーダライムガラスを100℃に予熱し、430℃の溶融塩に4時間浸漬して化学強化処理を行った。その後ガラスを100℃のイオン交換水で洗浄し、60℃で2時間乾燥した。化学強化処理後の当該ガラスのCS、DOLを各々測定した。
実施例1A−2〜1A−6と同様に、化学強化処理を行った溶融塩に順次硝酸ナトリウムを添加し、化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
ガラスをアルミノシリケートガラスに換えた以外は実施例4A−1〜4A−6と同様に、溶融塩を調製して、化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(実施例5A−1〜5A−6)
炭酸カリウムの添加量を18.0g(硝酸カリウムに対するK2CO3含有量:5mol%)とした以外は実施例4A−1〜4A−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(実施例5B−1〜5B−6)
炭酸カリウムの添加量を18.0g(硝酸カリウムに対するK2CO3含有量:5mol%)とした以外は実施例4B−1〜4B−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(参考例6A−1〜6A−6)
炭酸カリウムの添加量を55.6g(硝酸カリウムに対するK2CO3含有量:14mol%)とした以外は実施例4A−1〜4A−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(参考例6B−1〜6B−6)
炭酸カリウムの添加量を55.6g(硝酸カリウムに対するK2CO3含有量:14mol%)とした以外は実施例4B−1〜4B−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(参考例7A−1〜7A−6)
(参考例7A−1)
SUS製のカップに硝酸カリウム250gを加え、マントルヒーターで430℃まで加熱して溶融塩を調製した。こうして調製した溶融塩にピロリン酸カリウム三水和物を30.4g(硝酸カリウムに対するK4P2O7含有量:4.4mol%)添加し、撹拌モーター、4枚プロペラ翼を用いて2時間撹拌し、2時間静置した。その後ソーダライムガラスを100℃に予熱し、430℃の溶融塩に4時間浸漬して化学強化処理を行った。その後ガラスを100℃のイオン交換水で洗浄し、60℃で2時間乾燥した。化学強化処理後の当該ガラスのCS、DOLを各々測定した。
参考例1A−2〜1A−6と同様に、化学強化処理を行った溶融塩に順次硝酸ナトリウムを添加し、化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
ガラスをアルミノシリケートガラスに換えた以外は参考例7A−1〜7A−6と同様に、溶融塩を調製して、化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(実施例8A−1〜8A−6)
ピロリン酸カリウム三水和物の添加量を6.7g(硝酸カリウムに対するK4P2O7含有量:1mol%)とした以外は実施例7A−1〜7A−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(実施例8B−1〜8B−6)
ピロリン酸カリウム三水和物の添加量を6.7g(硝酸カリウムに対するK4P2O7含有量:1mol%)とした以外は実施例7B−1〜7B−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(参考例9A−1〜9A−6)
ピロリン酸カリウム三水和物の添加量を43.2g(硝酸カリウムに対するK4P2O7含有量:6mol%)とした以外は参考例7A−1〜7A−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(参考例9B−1〜9B−6)
ピロリン酸カリウム三水和物の添加量を43.2g(硝酸カリウムに対するK4P2O7含有量:6mol%)とした以外は参考例7B−1〜7B−6と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
比較例1の結果に基づき、硝酸カリウム溶融塩に他の無機カリウム塩を添加せずに化学強化処理を行った場合の、溶融塩中のNaイオン濃度(NaNO3をA(mol)、KNO3をB(mol)としたときのA/(A+B)の値)とCSとの関係を図1にまとめた。図1の結果から、化学強化ガラスのCSは、ソーダライムガラス(比較例1A)よりもアルミノシリケートガラス(比較例1B)の方が一様に高い値が得られたことが分かる。そこで、以下、無機カリウム塩の溶融塩への添加の効果を実証するために、アルミノシリケートガラスでの結果を用いて今後の考察を行う。
そして、比較例1Bにおいて、初期状態の溶融塩(比較例1B−1)により付与されたCS値が864MPaであったことから、これより約10%低下したCS値(800MPa)を劣化状態の基準とした。すなわち、CS値が800MPaとなるときの溶融塩中のNaイオン含有量(硝酸ナトリウムに対する添加量(mol%))を溶融塩の寿命の指標として、以後評価した。
参考例1B、実施例2B、及び参考例3Bの結果に基づき、硝酸カリウム溶融塩にオルトリン酸カリウムを添加して化学強化処理を行った場合の、硝酸カリウム(KNO3)に対するNa添加量(質量ppm)と、得られたCSとの関係を図2にまとめた。比較のために、硝酸カリウムのみ、すなわち無機カリウム塩が未添加の場合の関係についても併せて示す(比較例1B)。
また、先述した方法により、オルトリン酸カリウム添加量に対応する全イオン交換能力を算出した。オルトリン酸カリウムはアニオンの価数が3であるから、交換可能なカリウムイオン数を1とすると、潜在的なNa−Kイオン交換能力は3である。
全イオン交換能力=(オルトリン酸カリウム添加量)×(潜在的なNa―Kイオン交換能力)
さらに、硝酸カリウムに対するオルトリン酸カリウムの添加量(mol%)と、溶融塩の寿命比(硝酸カリウムのみの溶融塩の寿命を1.00倍としたときの比)の関係を図3に示す。
以上より、オルトリン酸カリウムの添加が溶融塩の長寿命化に著しい効果を奏することが分かった。
実施例4B、実施例5B、及び参考例6Bの結果に基づき、硝酸カリウム溶融塩に炭酸カリウムを添加して化学強化処理を行った場合の、硝酸カリウム(KNO3)に対するNa添加量(質量ppm)と、得られたCSとの関係を図4にまとめた。比較のために、硝酸カリウムのみ、すなわち無機カリウム塩が未添加の場合の関係についても併せて示す(比較例1B)。
また、先述した方法により、炭酸カリウム添加量に対応する全イオン交換能力を算出した。炭酸カリウムはアニオンの価数が2であるから、交換可能なカリウムイオン数を1とすると、潜在的なNa−Kイオン交換能力は2である。
全イオン交換能力=(炭酸カリウム添加量)×(潜在的なNa―Kイオン交換能力)
さらに、硝酸カリウム(KNO3)に対する炭酸カリウムの添加量(mol%)と溶融塩の寿命比(硝酸カリウムのみの溶融塩の寿命を1.00倍としたときの比)の関係を図5に示す。
以上より、炭酸カリウムの添加が溶融塩の長寿命化に著しい効果を奏することが分かった。
実施例4B、実施例5B、及び参考例6Bの結果に基づき、硝酸カリウム溶融塩にピロリン酸カリウムを添加して化学強化処理を行った場合の、硝酸カリウム(KNO3)に対するNa添加量(質量ppm)と、得られたCSとの関係を図6にまとめた。比較のために、硝酸カリウムのみ、すなわち無機カリウム塩が未添加の場合の関係についても併せて示す(比較例1B)。
また、先述した方法により、ピロリン酸カリウム添加量に対応する全イオン交換能力を算出した。ピロリン酸カリウムはアニオンの価数が4であるから、交換可能なカリウムイオン数を1とすると、潜在的なNa−Kイオン交換能力は4である。
全イオン交換能力=(ピロリン酸カリウム添加量)×(潜在的なNa―Kイオン交換能力)
さらに、硝酸カリウム(KNO3)に対するピロリン酸カリウムの添加量(mol%)と溶融塩の寿命比(硝酸カリウムのみの溶融塩の寿命を1.00倍としたときの比)の関係を図7に示す。
以上より、ピロリン酸カリウムの添加が溶融塩の長寿命化に著しい効果を奏することが分かった。
図8より、硝酸カリウムを主成分とするガラス強化用溶融塩に対し、これら無機カリウム塩をあらかじめ添加することにより、寿命の長期化を実現することができる。中でも、オルトリン酸カリウムによる寿命延長効果は著しいことが分かる。
(比較例2A−1〜2A−4)
(比較例2A−1)
SUS製のカップに硝酸カリウム250gを加え、マントルヒーターで430℃まで加熱して溶融塩を調製した。こうして調製した溶融塩にシリカ粉末を0.2g(硝酸カリウムに対するSiO2含有量:0.1質量%)添加し、撹拌モーター、4枚プロペラ翼を用いて2時間撹拌し、2時間静置した。その後ソーダライムガラスを100℃に予熱し、430℃の溶融塩に4時間浸漬して化学強化処理を行った。その後ガラスを100℃のイオン交換水で洗浄し、60℃で2時間乾燥した。化学強化処理後の当該ガラスのCS、DOLを各々測定した。
実施例7A−2〜7A−4と同様に、化学強化処理を行った溶融塩に順次硝酸ナトリウムを添加し、化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
ガラスをアルミノシリケートガラスに換えた以外は比較例2A−1〜2A−4と同様に、溶融塩を調製して、化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
(比較例3A−1〜3A−4)
シリカ粉末の添加量を25.1g(硝酸カリウムに対するSiO2含有量:10質量%)とした以外は比較例2A−1〜2A−4と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
シリカ粉末の添加量を25.1g(硝酸カリウムに対するSiO2含有量:10質量%)とした以外は比較例2B−1〜2B−4と同様に化学強化処理を行い、CS、DOLを各々測定した。
比較例2B、3Bの結果に基づき、硝酸カリウム溶融塩にシリカを添加して化学強化処理を行った場合の、硝酸カリウム(KNO3)に対するNa添加量(質量ppm)と、得られたCSとの関係を図9にまとめた。比較のために、硝酸カリウムのみ、すなわち無機カリウム塩が未添加の場合の関係についても併せて示す(比較例1B)。
さらに、シリカの添加量(硝酸カリウムKNO3に対するシリカSiO2の添加量(質量%))と溶融塩の寿命比(硝酸カリウムのみの溶融塩の寿命を1.00倍としたときの比)の関係を図10に示す。
以上より、シリカの添加は溶融塩の長寿命化に効果を奏しないことが分かった。
Claims (6)
- 溶融塩中でイオン交換を行うことによりガラス表面に圧縮応力層を形成する、ガラス強化に用いる溶融塩であって、
硝酸カリウムを含有し、さらに炭酸アニオン及びリン酸アニオンのうち少なくとも一方を含有し、
溶融塩の温度が硝酸カリウムの融点以上かつ600℃以下である、ガラス強化用溶融塩。ただし、固相の炭酸塩を含有する溶融塩及び固相のリン酸塩を含有する溶融塩を除く。 - 硝酸カリウム、炭酸アニオン及びリン酸アニオンを含有する請求項1に記載のガラス強化用溶融塩。
- 前記炭酸アニオンが、炭酸カリウムのアニオン種であり、前記リン酸アニオンが、オルトリン酸カリウム及びピロリン酸カリウムのうち少なくとも一方のアニオン種である請求項1または2に記載のガラス強化用溶融塩。
- 前記炭酸カリウムの含有量が前記硝酸カリウムに対し3.5モル%以上である請求項3に記載のガラス強化用溶融塩。
- 前記オルトリン酸カリウムの含有量が前記硝酸カリウムに対し0.8モル%以上である請求項3または4に記載のガラス強化用溶融塩。
- 前記ピロリン酸カリウムの含有量が前記硝酸カリウムに対し1モル%以上である請求項3〜5のいずれか1項に記載のガラス強化用溶融塩。
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