JP6497918B2 - 低温適用のためのコンポーネント - Google Patents
低温適用のためのコンポーネント Download PDFInfo
- Publication number
- JP6497918B2 JP6497918B2 JP2014249267A JP2014249267A JP6497918B2 JP 6497918 B2 JP6497918 B2 JP 6497918B2 JP 2014249267 A JP2014249267 A JP 2014249267A JP 2014249267 A JP2014249267 A JP 2014249267A JP 6497918 B2 JP6497918 B2 JP 6497918B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- component
- cte
- weight
- ppm
- range
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 claims description 47
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 2
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 claims description 2
- 239000005398 lithium aluminium silicate glass-ceramic Substances 0.000 claims 1
- 239000006094 Zerodur Substances 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910000502 Li-aluminosilicate Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000003279 ceramming Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004643 cyanate ester Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007572 expansion measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 about -196 ° C Chemical compound 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000007571 dilatometry Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000006025 fining agent Substances 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hcl hcl Chemical compound Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- KSEOCVXHTQESHA-UHFFFAOYSA-N tricyanatomethyl cyanate Chemical compound N#COC(OC#N)(OC#N)OC#N KSEOCVXHTQESHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
- C03C10/0018—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents
- C03C10/0027—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3, Li2O as main constituents
-
- 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
- C03B32/02—Thermal crystallisation, e.g. for crystallising glass bodies into glass-ceramic articles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/097—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing phosphorus, niobium or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K13/00—Use of mixtures of ingredients not covered by one single of the preceding main groups, each of these compounds being essential
- C08K13/04—Ingredients characterised by their shape and organic or inorganic ingredients
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2204/00—Glasses, glazes or enamels with special properties
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24479—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including variation in thickness
Description
本発明は、低温適用のためのコンポーネント、かかるコンポーネントの製造法及びその使用に関する。
低い熱膨張係数を有する透明なガラスセラミックは、先行技術において知られており、例えばＤＥ１９０２４３２Ｃ、ＵＳ４，８５１，３７２Ａ及びＵＳ５，５９１，６８２Ａに記載されている。特に低い熱膨張率を有するガラスセラミックの中では、リチウムアルミノケイ酸塩（ＬＡＳ）ガラスセラミックが“ゼロ膨張材料”として知られている。
例えば、ＺＥＲＯＤＵＲ（ゼロデュアー）(R)は、一定の範囲のＣＴＥ（０℃〜５０℃）によって定義された５つの熱膨張クラスで供給される。
ガラスセラミックは、通例０〜５０℃の温度範囲で測定された平均若しくは真ん中の熱膨張率（ＣＴＥ）（Ｔ0；Ｔ）に従って分類される。しかしながら、室温近傍の範囲で（０℃〜５０℃）ＣＴＥの低い値が得られることと、非常に低い温度でＣＴＥの低い値が得られることとは必ずしも連関していない。絶対零度（−２７３．１５℃＝０ケルビン）に近い適用温度での膨張クラスがより不十分であることに基づき、それゆえ、Ｚｅｒｏｄｕｒ(R)は、いくつかの適用においては、この範囲におけるＣＴＥがＺｅｒｏｄｕｒ(R)のＣＴＥより小さい炭化ケイ素ＳｉＣによって置き換えられる。
材料のＣＴＥの絶対値のほかに、同様に用いられる複合材、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）とのＣＴＥの互換性、すなわち、類似した熱膨張曲線も、適用の上で役目を果たす。ここで、ＳｉＣは、絶対零度付近でＣＦＲＰの熱膨張曲線に類似した熱膨張曲線を有しているとはいえ、より高い温度（＞−１２０℃）でのＳｉＣの熱膨張曲線はＣＦＲＰの熱膨張曲線から著しく外れるという欠点を有する。そのため、ＳｉＣとＣＦＲＰとから構成される複合材コンポーネントが冷却されると、それらに応力が生じ、かつ、これらの応力が複合材コンポーネントの耐久性を著しく低下させる。
それゆえ、本発明の目的は、上述の問題を解決することであった。特に、低温適用のために改善されたゼロ膨張ガラスセラミックが提供されるべきである。かかるコンポーネントのＣＴＥは、適用温度に対して最適化されるべきである。そのうえ、その熱膨張曲線がＣＦＲＰの熱膨張曲線と互換性がある（類似する）ゼロ膨張ガラスセラミックが提供されるべきである。
上記目的は、特許請求の範囲に示される本発明の実施態様によって達成される。
特に、本発明は、以下のコンポーネントを提供する：
− ガラスセラミックを有し、かつ０℃〜２５０℃の範囲において最大でも２０ｐｐｍ、好ましくは最大でも１５ｐｐｍ、さらに好ましくは最大でも１０ｐｐｍの熱膨張率を有する低温適用のためのコンポーネント。好ましくは、ガラスセラミックを有し、かつ５０℃〜−２７３℃の範囲において最大でも２０ｐｐｍ、好ましくは最大でも１５ｐｐｍ、さらに好ましくは最大でも１０ｐｐｍの熱膨張率を有する低温適用のためのコンポーネント。“最大でもｘｐｐｍの熱膨張率を有する”との表現は、規定される温度範囲内で、供試体の長さが出発温度ｔ0で測定された長さからｘｐｐｍ未満外れることを意味する。
− −２５０℃〜−２２５℃の範囲において最大でも＋／−０．６ｐｐｍ／Ｋ、好ましくは最大でも＋／−０．５ｐｐｍ／Ｋを有する低温適用のためのコンポーネント。
− −５０℃〜−１８０℃、好ましくは−２０℃〜−１９０℃の範囲において＋／−０．１ｐｐｍ／Ｋ未満のＣＴＥ、好ましくは＋／−０．０５ｐｐｍ／Ｋ未満のＣＴＥを有する低温適用のためのコンポーネント。
− ガラスセラミックを有し、かつ０℃〜２５０℃の範囲において最大でも２０ｐｐｍ、好ましくは最大でも１５ｐｐｍ、さらに好ましくは最大でも１０ｐｐｍの熱膨張率を有する低温適用のためのコンポーネント。好ましくは、ガラスセラミックを有し、かつ５０℃〜−２７３℃の範囲において最大でも２０ｐｐｍ、好ましくは最大でも１５ｐｐｍ、さらに好ましくは最大でも１０ｐｐｍの熱膨張率を有する低温適用のためのコンポーネント。“最大でもｘｐｐｍの熱膨張率を有する”との表現は、規定される温度範囲内で、供試体の長さが出発温度ｔ0で測定された長さからｘｐｐｍ未満外れることを意味する。
− −２５０℃〜−２２５℃の範囲において最大でも＋／−０．６ｐｐｍ／Ｋ、好ましくは最大でも＋／−０．５ｐｐｍ／Ｋを有する低温適用のためのコンポーネント。
− −５０℃〜−１８０℃、好ましくは−２０℃〜−１９０℃の範囲において＋／−０．１ｐｐｍ／Ｋ未満のＣＴＥ、好ましくは＋／−０．０５ｐｐｍ／Ｋ未満のＣＴＥを有する低温適用のためのコンポーネント。
一方で、例えば、最大でも＋／−０．６ｐｐｂ／ＫのＣＴＥは、＋０．６ｐｐｂ／Ｋ〜−０．６ｐｐｂ／Ｋ及び同様に他の数値におけるＣＴＥの範囲を意味するものとする。
上述の特性の２つ以上（すなわち、ＣＴＥ及び熱膨張率）が、低温適用のためのコンポーネントにおいて組み合わさって存在していてもよい。
下記に、添付の図面１〜４について説明する。
図１は、サンプル１、２及び３に相当する２つの各様にセラミック化されたＺｅｒｏｄｕｒ(R)バッチの熱膨張曲線（ｄｌ／ｌ−Ｔ曲線又はΔｌ／ｌ0−Ｔ曲線）を示す。
図２は、サンプル１及び３に相当する２つの各様にセラミック化されたＺｅｒｏｄｕｒ(R)バッチの熱膨張係数ＣＴＥの変化を示す。
図３は、低温用に最適化されたＺｅｒｏｄｕｒ(R)バッチ（実施例のサンプル３）の熱膨張曲線とＳｉＣ及びＣＦＲＰの熱膨張曲線との比較を示す。示されるＣＦＲＰは、ＣＦＲＰ Ｍ５５Ｊ／９５４−３、つまり、カーボン−シアネートエステル複合材（Ｈｅｘｅｌ Ｃｏｒｐによって供給される）である。室温〜１０ＫのＺｅｒｏｄｕｒ(R)の全体の長さ変化は５０ｐｐｍ未満である。他方で、ＳｉＣの全体の長さ変化は約２３０ｐｐｍである。そのため、低温に対して最適化されたＺｅｒｏｄｕｒ(R)は、ＣＦＲＰと類似した低温での線膨張を示す。
図４は、軽量加工に基づき、加工が施されていない出発コンポーネントの重さの８８％未満であるミラー基材を示す。
本発明は、低い熱膨張率又はＣＴＥ（“熱膨張係数”）を有するガラスセラミックコンポーネントに関する。
０〜５０℃（ＣＴＥ（０；５０）又はＣＴＥ（０℃；５０℃））の温度範囲のＣＴＥが、通常出される。しかしながら、ＣＴＥは、他の温度範囲でも規定されることができる。ある温度範囲のＣＴＥは、以下の等式（１）
によって決定されることができ、ここで、ｔ0は初期温度であり、ｔは測定温度であり、ｌOは初期温度ｔ0での試験体長さであり、ｌtは測定温度ｔでの試験体長さであり、かつΔｌは温度変化Δｔでの試験体の補正された長さ変化である。
ＣＴＥを測定するために、ガラスセラミックの試験体の長さは、初期温度ｔ0で測定され、試験体は第２の温度ｔに加熱され、そしてこの温度での長さｌtが測定される。ｔ0〜ｔの温度範囲のＣＴＥ（ｔ0；ｔ）は上記式（１）から得られる。温度に対する熱膨張率の測定、すなわち、温度を関数とした試験体の長さ変化の測定は、膨張率測定によって実施されることができる。ＣＴＥを測定するための計測器が、例えば、Ｒ．Ｍｕｅｌｌｅｒ，Ｋ．Ｅｒｂ，Ｒ．Ｈａｕｇ，Ａ．Ｋｌａａｓ，Ｏ．Ｌｉｎｄｉｇ，Ｇ．Ｗｅｔｚｉｇ：“Ｕｌｔｒａｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｎ Ｌｏｗ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｇｌａｓｓｅｓ”，１２th Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ／ＰＡ，Ｐ．Ｓ．Ｇａａｌ及びＤ．Ｅ．Ａｐｏｓｔｏｌｅｓｃｕ Ｅｄｓ．，１９９７に記載されており、その記載内容は参照をもって全体が本出願に組み込まれる。
ＣＴＥは、［ｔ0；ｔ］又は（ｔ0；ｔ）の温度範囲だけでなく、特に適用温度ＴAでも出されることができる。この場合、ＣＴＥは、この測定法において温度を関数として測定される。次いで、ＣＴＥは、以下の式（２）
に従って定義される。
熱膨張曲線若しくはΔｌ／ｌ0−Ｔ曲線又は温度に対する試験体の長さ変化Δｌ／ｌ0のグラフを作成するために、初期温度ｔ0での初期長さ〜温度ｔでの長さｌtの試験体の長さの温度に依存した長さ変化が測定されることができる。この場合、例えば５℃又は３℃の小さい温度間隔が、測定点を測定するために好ましくは用いられる。膨張曲線は、図１及び図３に示される。
このような測定は、例えば、膨張率測定法、干渉計測法、例えばファブリーペロー法、すなわち、材料中に投射されたレーザービームの共鳴ピークのシフトの評価、又は他の適した方法によって実施されることができる。
好ましくは、Δｌ／ｌ0−Ｔ測定点を測定するために選択された方法は、好ましくは少なくとも±０．１０ｐｐｍ、より好ましくは±０．０５ｐｐｍ、最も好ましくは±０．０１ｐｐｍの精度を有する。
そのうえ、ガラスセラミックは、通常、ＣＴＥ平均値から場合により外れるとも定義され、これは意図された適用への利用をいっそう可能にする。ＣＴＥからのこのずれは、（“０±×１０-6／Ｋ”又は“０±×ｐｐｂ／Ｋ”）の範囲として出される。“平均ＣＴＥ値”は、ガラスセラミックコンポーネント上の様々な箇所で又は１個のブロックからカットされた様々な供試体上で実施された全てのＣＴＥ測定値の平均である。本発明において、“低い平均ＣＴＥ値”は、最大でも０±２０ｐｐｂ／Ｋ、より好ましくは最大でも０±１０ｐｐｂ／Ｋ、最も好ましくは最大でも０±７ｐｐｂ／Ｋの値である。
コンポーネント全体にわたるＣＴＥの均質性は、好ましくは最大でも１０ｐｐｂ／Ｋである。ＣＴＥ均質性（“ＣＴＥの全体の空間的変動”）の値は、ｐｅａｋ−ｔｏ−ｖａｌｌｅｙ値、すなわち、ガラスセラミックから採取されたサンプルの各々の最も高いＣＴＥ値と各々の最も低いＣＴＥ値との間の差である。本発明において、この値はｐｐｂ／Ｋ単位で出され、ここで、１ｐｐｂ／Ｋ＝０．００１×１０-6／Ｋである。
正確な適用におけるコンポーネントは、良好な内部品質も有するべきである。コンポーネントは、好ましくは、１００ｃｍ3当たり最大でも５つのインクルージョン、より好ましくは１００ｃｍ3当たり最大でも３つのインクルージョン、最も好ましくは１００ｃｍ3当たり最大でも１つのインクルージョンを有する。本発明において、インクルージョンは０．３ｍｍ超の直径を有する気泡と微結晶の両方を包含する。
本発明において、低温適用は、零度に近い温度〜絶対零度での、例えば空間におけるコンポーネントの使用である。そのうえ、低温適用は、液体窒素の温度、すなわち、約−１９６℃、特に−２７３．１５〜−１５０℃の温度範囲でのコンポーネントの使用であってもよい。
低温適用のための本発明によるコンポーネントにおいては、以下の組成（酸化物ベースで質量％において）：
を有するリチウムアルミノケイ酸塩（ＬＡＳ）系のガラスセラミックが好ましい。
を有するリチウムアルミノケイ酸塩（ＬＡＳ）系のガラスセラミックが好ましい。
さらに、ガラスセラミックは、表示される範囲で以下の成分（酸化物ベースで質量％において）：
の１つ以上を含有してよい。
の１つ以上を含有してよい。
低い熱膨張係数を有する透明なガラスセラミックの具体的な例が、ＤＥ１９０２４３２Ｃ、ＤＥ１５９６８６０、ＵＳ４，８５１，３７２及びＵＳ５，５９１，６８２に記載される。
好ましくは、コンポーネントは、以下の組成（酸化物ベースで質量％において）：
を有するガラスセラミックを有する。
を有するガラスセラミックを有する。
好ましくは、ガラスセラミックは、５０〜７０質量％のＳｉＯ2の割合を有する。ＳｉＯ2の割合は、より好ましくは最大でも６２質量％、よりいっそう好ましくは最大でも６０質量％である。ＳｉＯ2の割合は、より好ましくは少なくとも５２質量％であり、よりいっそう好ましくは少なくとも５４質量％である。
好ましくは、Ａｌ2Ｏ3の割合は１７〜３２質量％である。より好ましくは、ガラスセラミックは、少なくとも２０質量％、よりいっそう好ましくは少なくとも２２質量％のＡｌ2Ｏ3を含有する。より好ましくは、Ａｌ2Ｏ3の割合は、最大でも３０質量％であり、より好ましくは最大でも２８質量％である。
好ましくは、ガラスセラミックのリン酸塩Ｐ2Ｏ5の含有率は３〜１２質量％である。より好ましくは、ガラスセラミックは、少なくとも４質量％、よりいっそう好ましくは少なくとも５質量％のＰ2Ｏ5を含有する。好ましくは、Ｐ2Ｏ5の割合は、最大でも１０質量％、より好ましくは最大でも８質量％に制限される。
好ましくは、ガラスセラミックは、ＴｉＯ2も１〜５質量％の割合で含有し、好ましくは少なくとも１．５質量％のＴｉＯ2が存在する。しかしながら、好ましくは、この割合は最大でも４質量％であり、より好ましくは最大でも３質量％である。
ガラスセラミックは、ＺｒＯ2も最大でも５質量％の割合で、好ましくは最大でも４質量％の割合で含有してよい。好ましくは、ＺｒＯ2は、少なくとも０．５質量％、より好ましくは少なくとも１質量％の割合で存在する。
そのうえ、ガラスセラミックは、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏといったアルカリ金属酸化物を含有してよい。好ましくは、Ｌｉ2Ｏは、少なくとも２質量％、好ましくは少なくとも３質量％の割合で存在する。Ｌｉ2Ｏの割合は、好ましくは最大でも５質量％、より好ましくは最大でも４質量％に制限される。Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏは、ガラスセラミック中に任意に存在する。Ｎａ2Ｏ及び／又はＫ2Ｏの割合は、そのつど互いに無関係に、最大でも２質量％、好ましくは最大でも１質量％、最も好ましくは最大でも０．５質量％であってよい。Ｎａ2Ｏ及び／又はＫ2Ｏは、そのつど互いに無関係に、少なくとも０．０１質量％、好ましくは少なくとも０．０２質量％、より好ましくは少なくとも０．０５質量％の割合でガラスセラミック中に存在してよい。
ガラスセラミックは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ及び／又はＳｒＯといったアルカリ土類金属酸化物も、並びにＺｎＯといった更なる二価金属も含有してよい。好ましくは、ＣａＯの割合は、最大でも４質量％、より好ましくは最大でも３質量％、よりいっそう好ましくは最大でも２質量％である。好ましくは、ガラスセラミックは、少なくとも０．１質量％、より好ましくは少なくとも０．５質量％のＣａＯを含有する。ＭｇＯは、ガラスセラミック中に最大でも２質量％、好ましくは最大でも１．５質量％、かつ／又は好ましくは少なくとも０．１質量％の割合で存在してよい。ガラスセラミックは、ＢａＯを５質量％未満、好ましくは最大でも４質量％、かつ／又は好ましくは少なくとも０．１質量％の割合で存在してよい。個々の実施形態においては、ガラスセラミックはＢａＯ不含である。ガラスセラミックは、ＳｒＯを最大でも２質量％かつ／又は好ましくは少なくとも０．１質量％の割合で含有してよい。個々の実施形態においては、ガラスセラミックはＳｒＯ不含である。更なる金属酸化物として、好ましくは、ガラスセラミックは、ＺｎＯを好ましくは少なくとも１質量％、より好ましくは少なくとも１．５質量％の割合で含有する。ＺｎＯの割合は、最大でも４質量％、好ましくは最大でも３質量％に制限される。
ガラスセラミックは、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ、ＳＯ4 2-、Ｆ-、Ｃｌ-、Ｂｒ-といった１つ以上の慣用の清澄剤又はこれらの混合物を最大でも１質量％の割合で含有してもよい。
本発明の１つの実施形態は、大きい体積を有するガラスセラミックコンポーネントに関する。本出願においては、この用語は、少なくとも５００ｋｇ、好ましくは少なくとも１トン（一方で、１トン＝１メートルトン＝１０００ｋｇ）、より好ましくは少なくとも２トン、本発明の１つの変形例においては少なくとも５トンの重さ、又は角形形状の場合には少なくとも０．５ｍ、より好ましくは少なくとも１ｍのエッジ長さ（幅及び／若しくは深さ）、並びに少なくとも５０ｍｍ、好ましくは１００ｍｍの厚さ（高さ）、又は円形形状の場合には少なくとも０．５ｍ、より好ましくは少なくとも１ｍ、より好ましくは少なくとも１．５ｍの直径及び／若しくは少なくとも５０ｍｍ、好ましくは１００ｍｍの厚さ（高さ）を有するガラスセラミックコンポーネントに関する。本発明の特定の実施形態においては、ガラスセラミックコンポーネントは、例えば、少なくとも３ｍ又は少なくとも４ｍ又はそれより大きい直径を有する、いっそう大きいガラスセラミックコンポーネントであってもよい。
本発明のコンポーネントは、軽量構造も有することができる。これは、重さを減らす空洞が、コンポーネントのいくつかの領域にもたらされることを意味する。コンポーネントの重さは、好ましくは、加工が施されていないコンポーネントと比べて少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも７０％、特別な実施形態においては、それどころか８０〜９０％の程度まで軽量加工することによって減らされる。
軽量構造である場合は特に、コンポーネントの表面が少なくとも部分的にエッチングされるか又は表面の少なくとも一部がエッチングされること、すなわち、その箇所／それらの箇所でコンポーネントの表面層がエッチング溶液を用いた化学反応によって除去していることが利点でありうる。表面のエッチングは、コンポーネントの強度、特に破壊強度を増大させる。
ガラスセラミックコンポーネントをエッチングするために、これは、研削プロセス後に、エッチング浴中に浸漬される。エッチング浴として、例えば、フッ化水素酸ＨＦ（３８％）と塩酸ＨＣｌ（３７％）及び水との２：１：１．５の比における混合物を使用することが可能である。好ましくは、コンポーネントは、材料が少なくとも５０μｍ、好ましくは少なくとも６０μｍ、又は最大でも１２０μｍ、好ましくは最大でも１００μｍの層厚で表面から除去されるまでエッチング浴に存置される。
そのうえ、コンポーネントは、ガラスセラミックに加えて少なくとも１つのＣＦＲＰを有してよい。熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂又はシアネートエステル樹脂を、炭素繊維強化プラスチックのポリマーマトリックスとして用いることが好ましい。
さらに、本発明は、
− ガラスセラミックのｄｌ／ｌ−Ｔ曲線を調整する工程
を有する、低温適用のための本発明のコンポーネントを製造する方法を提供する。
− ガラスセラミックのｄｌ／ｌ−Ｔ曲線を調整する工程
を有する、低温適用のための本発明のコンポーネントを製造する方法を提供する。
本発明による方法は、ｄｌ／ｌ−Ｔ曲線の分析によって得られたデータに従ってセラミック化時間を適合させる工程を有してもよい。特別な実施形態によれば、方法は、未加工ガラス又は予めセラミック化されたガラスセラミックを７７０℃から８００℃の間の温度にて少なくとも１００時間、好ましくは少なくとも２００時間、かつ本発明の特別な実施形態によれば、それどころか少なくとも５００時間の保持時間で保持する工程を有してもよい。好ましくは、この保持時間は、最大でも２０００時間、好ましくは最大でも１５００時間に制限される。保持時間は、単一のセラミック化工程の間に達してもよく、又は２つ又はさらに３つのセラミック化工程に分けられてもよい。
本発明の方法は、本発明によるコンポーネントの熱膨張特性を他の材料、例えばＣＦＲＰであって、ガラスセラミックコンポーネントに接合されて複合材コンポーネントを形成することになる材料に適合させることを可能にする。ｄｌ／ｌ−Ｔ曲線の調整は、例えば、ＥＰ１３２１４４０Ａ２に記載された方法によって行われることができ、これは参照をもって本出願に組み込まれる。
本発明は、−２７３．１５℃〜−１５０℃の範囲の適用温度での本発明の成分の使用も提供する。ガラスセラミックコンポーネントのＣＴＥは、好ましくは、適用温度に最適化され、すなわち、適用温度近傍で小さい温度変化が生じる場合に非常に低い熱膨張を示す。
特に、本発明のコンポーネントは、衛星技術において、宇宙望遠鏡のための基板として、又は測定技術において用いられることができる。
本発明は、天文用、好ましくは宇宙で使用するためのミラー基板及び反射コーティッドミラーも提供する。そのうえ、これは、好ましくは軽量構造を有するミラー基板又はミラーである。
当然のことながら、本発明の上記特徴及び以下でさらに説明を行う特徴は、そのつど示された組合せだけでなく、本発明の範囲を逸脱しない他の組合せにおいても用いられることができる。本発明を、以下の例によって説明するが、しかしながら、これらに限定されない。
表１で規定した出発化合物から成る組成物（酸化物ベースで質量％において表記）を、溶融槽内で数日にわたって溶融し、その後に１．３ｍのエッジ長さ及び３５０ｍｍの高さを有する鋳型に注いだ。
このように製造した未加工ガラスのブロックを、以下の条件下で外側領域の除去後にセラミック化した：未加工体を６３０℃から６６０℃の間の温度に０．５℃／ｈの加熱速度で加熱した。次いで、加熱速度を０．０１℃／ｈに低下させ、そして加熱を７７０℃から８００℃の間の温度になるまで続けて、この温度で、表２で規定した保持時間のあいだ保持した。セラミック化されたブロックを−１℃／ｈの冷却速度で室温になるまで冷却した。
このセラミック化されたブロックから、３つのサンプルをカットし、かつ、これらの２つを後セラミック化工程にかけた。
図１は、絶対零度付近〜２５℃でのサンプル１〜３の熱膨張曲線を示す。サンプル３の熱膨張率は、幅広い温度範囲（室温〜−２７０℃）にわたって＋／−２０ｐｐｍ未満であり、それゆえサンプル１及び２と比べて著しく改善されている。室温〜−２８０℃の範囲においては、熱膨張率はそれどころか＋／−１０ｐｐｍ未満の範囲にあり、このことは、サンプルの長さのずれが測定の出発温度ｔ0で測定された長さの１０ｐｐｍ未満であることを意味する。
１０Ｋにまで下げたＺＥＲＯＤＵＲの熱膨張率の測定を、サンプル１及びサンプル３で実施した。測定は、Ｒ．Ｓｃｈｏｅｄｅｌ，Ａ．Ｗａｌｋｏｖ，Ｍ．Ｚｅｎｋｅｒ，Ｇ．Ｂａｒｔｌ，Ｒ．Ｍｅｅｓｓ，Ｄ．Ｈａｇｅｄｏｒｎ，Ｃ．Ｇａｉｓｅｒ，Ｇ．Ｔｈｕｍｍｅｓ ａｎｄ Ｓ．Ｈｅｌｔｚｅｌ．Ａ ｎｅｗ Ｕｌｔｒａ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｌｅｎｇｔｈ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｄｏｗｎ ｔｏ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２３（２０１２）に記載の通り実施し、これは参照をもって本出願に組み込む。結果は、図１及び図２に示す。図２は、室温で約＋０．１ｐｐｍ／Ｋのはっきりと正のＣＴＥ（０；５０）を有するサンプル３が、室温でより低いＣＴＥ（０；５０）を有するサンプル１より低い膨張率を低い温度で有することを示す。
Claims (13)
- ０℃〜−２５０℃の範囲で最大でも２０ｐｐｍの熱膨張率を有し、
−２５０℃〜−２２５℃の範囲で最大でも ＋ ／ − ０．６ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有し、
−５０℃〜−１８０℃の範囲で ＋ ／ − ０．１ｐｐｍ／Ｋ未満のＣＴＥを有し、
以下の組成（酸化物ベースで質量％において）：
ＳｉＯ 2 ３５〜７０
Ａｌ 2 Ｏ 3 １７〜３５
Ｌｉ 2 Ｏ ２〜６
ＴｉＯ 2 ０〜６
ＺｒＯ 2 ０〜６
ＴｉＯ 2 ＋ＺｒＯ 2 ０．５〜９
ＺｎＯ ０．５〜５
を有するリチウムアルミノケイ酸塩ガラスセラミックを有する、低温適用のためのコンポーネント。 - −２５０℃〜−２２５℃の範囲で最大でも ＋ ／ − ０．５ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有する、請求項１に記載のコンポーネント。
- −５０℃〜−１８０℃の範囲で ＋ ／ − ０．０５ｐｐｍ／Ｋ未満のＣＴＥを有する、請求項１または２に記載のコンポーネント。
- −２０℃〜−１９０℃の範囲で ＋ ／ − ０．１ｐｐｍ／Ｋ未満のＣＴＥを有する、請求項１または２に記載のコンポーネント。
- 前記コンポーネント全体にわたるＣＴＥの均質性が１０ｐｐｂ／Ｋ ｐｖ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｖａｌｌｅｙ）である、請求項１から４までのいずれか１項記載のコンポーネント。
- 軽量構造を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のコンポーネント。
- 表面が少なくとも部分的にエッチングされている、請求項１から６までのいずれか１項記載のコンポーネント。
- 前記少なくとも部分的にエッチングされている表面が、少なくとも５０μｍ、及び／又は、最大でも１２０μｍの除去される層厚を有する、請求項７に記載のコンポーネント。
- 前記ガラスセラミックコンポーネントが、１００ｃｍ 3 当たり最大でも５つのインクルージョンを有する、請求項１から８までのいずれか１項記載のコンポーネント。
- 前記インクルージョンが、０．３ｍｍ超の直径を有する気泡と微結晶の両方を包含する、請求項９に記載のコンポーネント。
- 前記ガラスセラミックに加えて少なくとも１つのＣＦＲＰを有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載のコンポーネント。
- 前記ガラスセラミックのｄｌ／ｌ−Ｔ曲線を調整する工程を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のコンポーネントの製造法。
- 衛星技術における、宇宙望遠鏡のための基板として、及び／又は測定技術における、−２７３．１５℃〜−１５０℃の範囲の周囲温度での、請求項１から１１までのいずれか１項記載のコンポーネントの使用。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102013225281.1 | 2013-12-09 | ||
| DE102013225281 | 2013-12-09 | ||
| DE102014212062 | 2014-06-24 | ||
| DE102014212062.4 | 2014-06-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015113280A JP2015113280A (ja) | 2015-06-22 |
| JP6497918B2 true JP6497918B2 (ja) | 2019-04-10 |
Family
ID=52002843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014249267A Active JP6497918B2 (ja) | 2013-12-09 | 2014-12-09 | 低温適用のためのコンポーネント |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10202304B2 (ja) |
| EP (1) | EP2881374B1 (ja) |
| JP (1) | JP6497918B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7038473B2 (ja) | 2014-02-21 | 2022-03-18 | ショット アクチエンゲゼルシャフト | 高均一性ガラスセラミック素子 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1902432U (de) | 1963-11-12 | 1964-10-15 | Everhard Bauer Spezialmaschine | Maschine zum verschliessen von beuteln aus papier, zellglas od. dgl. material. |
| DE1902432B2 (de) | 1967-07-01 | 1976-10-14 | Jenaer Glaswerk Schott & Gen., 6500 Mainz | Transparente glaskeramiken mit einem thermischen ausdehnungskoeffizienten von 0 + 1,5 mal 10 hoch -7 /grad c der im bereich von -30 bis + 70 grad c wenig temperaturabhaengig ist |
| NL6808826A (ja) | 1967-07-01 | 1969-01-03 | ||
| FR2564823B1 (fr) | 1984-05-23 | 1991-08-23 | Schott Glaswerke | Materiau vitroceramique ayant un comportement specifique en dilatation thermique |
| JP2668057B2 (ja) | 1994-09-13 | 1997-10-27 | 株式会社オハラ | 低膨張透明ガラスセラミックス |
| US20030125184A1 (en) | 2001-12-21 | 2003-07-03 | Schott Glas | Glass ceramic product with variably adjustable zero crossing of the CTE-T curve |
| DE10238608A1 (de) * | 2002-08-16 | 2004-03-04 | Schott Glas | Bauteil aus einer Lithiumaluminosilikat-Glaskeramik |
| DE10238607B4 (de) * | 2002-08-16 | 2006-04-27 | Schott Ag | Verfahren zur Formung von Glas oder Glaskeramik und dessen Verwendung |
| US20060135341A1 (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-22 | Ellison Adam J | B-quartz glass-ceramic extreme ultraviolet optical elements and a method of making them |
| JP4933863B2 (ja) * | 2005-10-25 | 2012-05-16 | 株式会社オハラ | 結晶化ガラスおよび結晶化ガラスの製造方法 |
| EP2343586A1 (en) * | 2009-12-30 | 2011-07-13 | Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Shape stabilized mirror module and method to stabilize a reflective element. |
| DE102010002188B4 (de) * | 2010-02-22 | 2018-11-08 | Schott Ag | Transparente LAS-Glaskeramik hergestellt mit alternativen umweltfreundlichen Läutermitteln |
| DE102010032113B9 (de) * | 2010-07-23 | 2017-06-22 | Schott Ag | Transparente oder transparente eingefärbte Lithiumaluminiumsilikat-Glaskeramik mit einstellbarer thermischer Ausdehnung und deren Verwendung |
| DE102011008953B4 (de) * | 2011-01-19 | 2020-08-20 | Schott Ag | Substrat mit Leichtgewichtsstruktur |
-
2014
- 2014-12-04 EP EP14196233.2A patent/EP2881374B1/en active Active
- 2014-12-09 JP JP2014249267A patent/JP6497918B2/ja active Active
- 2014-12-09 US US14/564,290 patent/US10202304B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2881374B1 (en) | 2017-09-27 |
| JP2015113280A (ja) | 2015-06-22 |
| US10202304B2 (en) | 2019-02-12 |
| EP2881374A1 (en) | 2015-06-10 |
| US20150158759A1 (en) | 2015-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI794347B (zh) | 具高硬度和模數之可離子交換透明鋅尖晶石-尖晶石玻璃陶瓷 | |
| KR102029948B1 (ko) | 금속 산화물 농도 구배를 포함하는 융합-형성가능한 유리계 제품 | |
| JP6945414B2 (ja) | コーディエライトガラスセラミック、その製造および使用 | |
| US9908809B2 (en) | Crystallized glass and crystallized glass substrate | |
| KR102511592B1 (ko) | 화학적으로 강화된 리튬 디실리케이트-페탈라이트 유리-세라믹 | |
| KR100792771B1 (ko) | 화학강화글래스 및 그 제조방법 | |
| JP2021525209A (ja) | 落下性能が改善されたガラス | |
| KR20170130498A (ko) | 고강도, 내스크래치성, 및 투명 유리-계 물질 | |
| US20040224834A1 (en) | Glass composition for display panels | |
| JP2023112151A (ja) | 結晶化ガラス、化学強化ガラスおよび半導体支持基板 | |
| JP7312756B2 (ja) | 深みでの応力の大きさが大きいガラス系物品 | |
| JP2021511273A (ja) | 接合可能なガラス、および低自家蛍光物品、およびその製造方法 | |
| TW202023987A (zh) | 製作三維玻璃陶瓷製品的方法 | |
| JP2023505906A (ja) | 低弾性率のイオン交換可能なガラス | |
| JP6497918B2 (ja) | 低温適用のためのコンポーネント | |
| US20060135341A1 (en) | B-quartz glass-ceramic extreme ultraviolet optical elements and a method of making them | |
| JP2023138610A (ja) | 化学強化ガラスおよび結晶化ガラス並びにそれらの製造方法 | |
| JP7189181B2 (ja) | ガラスおよび結晶化ガラス | |
| JP2018039701A (ja) | マイクロ流路デバイス用ガラス基板 | |
| JP2021138611A (ja) | 半導体パッケージの製造方法 | |
| JP2021178766A (ja) | ガラス板及びその製造方法 | |
| KR20210036138A (ko) | 플라즈마 내식성을 갖는 결정화 유리 및 이를 포함하는 건식식각 공정 부품 | |
| JPWO2019131528A1 (ja) | カバーガラス | |
| WO2022215717A1 (ja) | 化学強化ガラス及びその製造方法 | |
| KR102190448B1 (ko) | 개선된 취성 및 크랙 저항성을 나타내는 무알칼리 유리 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170911 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180608 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180723 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181018 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190304 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190312 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6497918 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |