JP6790100B2

JP6790100B2 - 熱膨張係数が高いガラス物品

Info

Publication number: JP6790100B2
Application number: JP2018536090A
Authority: JP
Inventors: トッドコーリ，ジェフリー; リロイスチュアート，ロナルド
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: EP3356302B1; US10676389B2; US20190039942A1; JP2018529624A; WO2017059001A1; EP3356302A1

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１５年９月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／２３４１１９号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。

本開示は、熱膨張係数（ＣＴＥ）が高いガラス物品に関し、より詳しくは、アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成を有する高ＣＴＥガラス物品に関する。

製造過程における、または様々な機器における部品として、ガラスの用途が拡大している。例えば、ガラスは、電子機器における表示パネルまたは保護カバーとしての機能を果たすことができる、もしくは製造過程中に担体基板としての機能を果たすことができる。ガラスは、例えば、制御環境を提供するために、機器を被包または封止するためのキャップまたは外囲器としての機能も果たすことができる。ガラスは、多くの場合、アセンブリまたは機器の一部であり、そのガラスは、別の材料に接着、結合または他の様式で取付けされている（永久的または一時的に）。ガラスを含むアセンブリまたは機器が、ガラスおよび／またはそのガラスが取り付けられる材料が膨張または収縮する温度変化に曝される場合、熱膨張係数（ＣＴＥ）は、大抵、重要である。そのような場合、ガラスのＣＴＥは、ガラスおよび／または他の材料への亀裂または損傷、並びにガラスと他の材料の分離を避けるために、ガラスが取り付けられる材料のＣＴＥにほぼ一致すべきである。

比較的高いＣＴＥ、例えば、０〜３００℃の範囲に亘り約１１０×１０^-7／℃以上のＣＴＥを有するガラスを、そのガラスが、そのような高いＣＴＥを有する物品を保護するまたはその物品に取り付けられるアセンブリまたは機器に使用する必要がある。しかしながら、この範囲のＣＴＥを有する既存のガラスは、毒性であるＢａ²⁺およびＰｂ²⁺などの大きい金属陽イオンを含有する。これらの毒性材料を含有しない、比較的高いＣＴＥを有するガラス物品が必要とされている。

第１の態様において、アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成を有し、０〜３００℃の温度範囲に亘り約１１０×１０^-7／℃から約１３０×１０^-7／℃の範囲にある熱膨張係数を有するガラス物品が提供される。

第１の態様による第２の態様において、前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成は、
約４７モル％から約５５モル％のＳｉＯ₂、
約５モル％から約１１モル％のＡｌ₂Ｏ₃、
約１２モル％から約１８モル％のＮａ₂Ｏ、
約５モル％から約１１モル％のＫ₂Ｏ、
約１３モル％から約２１モル％のＣａＯ、および
０モル％から約０．４モル％のＭｇＯ、
を含むことがある。

第１の態様による第３の態様において、前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成は、
約４８モル％から約５４モル％のＳｉＯ₂、
約６モル％から約１０モル％のＡｌ₂Ｏ₃、
約１３モル％から約１７モル％のＮａ₂Ｏ、
約６モル％から約１０モル％のＫ₂Ｏ、
約１５モル％から約１９モル％のＣａＯ、および
約０．０５モル％から約０．３モル％のＭｇＯ、
を含むことがある。

第１から第３の態様のいずれか１つによる第４の態様において、前記ＣＴＥは、０〜３００℃の温度範囲に亘り約１１５×１０^-7／℃から約１３０×１０^-7／℃の範囲にある。

第１から第３の態様のいずれか１つによる第５の態様において、前記ＣＴＥは、０〜３００℃の温度範囲に亘り約１２０×１０^-7／℃から約１３０×１０^-7／℃の範囲にある。

第１から第５の態様のいずれか１つによる第６の態様において、前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成は約１モル％未満のＳｎＯ₂を含む。

第１から第６の態様のいずれか１つによる第７の態様において、前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成のアルカリ成分は、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、またはそれらの組合せである。

第１から第７の態様のいずれか１つによる第８の態様において、前記物品は基板である。

第１から第７の態様のいずれか１つによる第９の態様において、前記物品はキャップである。

追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載されたような実施の形態を実施することによって認識されるであろう。

先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、例示に過ぎず、請求項の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する目的であることが理解されよう。添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施の形態を示しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。

以下の記載は、実現できる教示として与えられている。その目的のために、当業者は、有益な結果を得ながら、ここに記載された様々な実施の形態に多くの変更を行えることを認識し、理解するであろう。特徴のいくつかを選択し、他の特徴の利用せずに、所望の利益のいくつかが得られることも明白であろう。したがって、当業者は、本実施の形態に対する多くの改変および適用が、可能であり、特定の状況においては望ましくさえあり得、本記載の一部であることを認識するであろう。それゆえ、以下の記載は、説明として与えられ、制限と考えるべきではない。

ＣＴＥが０〜３００℃の温度範囲に亘り約１１０×１０^-7／℃以上である、アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成を有するガラス物品がここに開示されている。

いくつかの実施の形態において、そのガラスは、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＣａＯ、およびＭｇＯを含むことがある。その組成における異なる酸化物の量の間の相互作用は、以下に限られないが、ＣＴＥ、化学的耐久性、溶融温度、成形温度、誘電的挙動および耐候特性を含むガラス物品の性質に影響を与える。いくつかの実施の形態において、そのガラスは、酸化物基準で、
約４７モル％から約５５モル％のＳｉＯ₂、
約５モル％から約１１モル％のＡｌ₂Ｏ₃、
約１２モル％から約１８モル％のＮａ₂Ｏ、
約５モル％から約１１モル％のＫ₂Ｏ、
約１３モル％から約２１モル％のＣａＯ、および
０モル％から約０．４モル％のＭｇＯ、
を含むことがある。

他の実施の形態において、そのガラスは、酸化物基準で、
約４８モル％から約５４モル％のＳｉＯ₂、
約６モル％から約１０モル％のＡｌ₂Ｏ₃、
約１３モル％から約１７モル％のＮａ₂Ｏ、
約６モル％から約１０モル％のＫ₂Ｏ、
約１５モル％から約１９モル％のＣａＯ、および
約０．０５モル％から約０．３モル％のＭｇＯ、
を含むことがある。

いくつかの実施の形態において、ＳｉＯ₂は主要ガラス形成剤として使用されることがある。ＳｉＯ₂の含有量を増加させると、一般に、化学的耐久性が改善されるが、ガラスの溶融温度と成形温度が上昇してしまう。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品の組成は、約４７モル％から約５５モル％または約４８モル％から約５４モル％のＳｉＯ₂を有することがある。

Ａｌ₂Ｏ₃の含有量は、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量を増加させると、化学的耐久性が増すが、ＣＴＥが低下し、溶融温度と成形温度が上昇するという点で、ガラスの性質に影響を与え得る。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品の組成は、約５モル％から約１１モル％または約６モル％から約１０モル％のＡｌ₂Ｏ₃を有することがある。

Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏなどからのアルカリ金属含有量は、そのアルカリ金属含有量が増加すると、ＣＴＥが上昇するという点で、ガラスのＣＴＥに影響を与える。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品の組成は、約１２モル％から約１８モル％または約１３モル％から約１７モル％のＮａ₂Ｏを有することがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品の組成は、約５モル％から約１１モル％または約６モル％から約１０モル％のＫ₂Ｏを有することがある。いくつかの実施の形態において、バリウムなどの毒性アルカリは、そのガラスに含まれない。このように、いくつかの実施の形態において、前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成のアルカリ成分は、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、またはその組合せである。

ＣａＯおよびＭｇＯなどからのアルカリ土類金属が、アルカリ移動度を制限し、高温でガラス溶融物を溶かして、化学的耐久性を向上させるために添加されることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品の組成は、約１３モル％から約２１モル％または約１５モル％から約１９モル％のＣａＯを有することがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品の組成は、０モル％から約０．４モル％または約０．０５モル％から約０．３モル％のＭｇＯを有することがある。

いくつかの実施の形態において、そのガラス物品は、清澄剤、例えば、ＳｎＯ₂も含むことがある。そのような実施の形態において、そのガラス物品の組成は、約１モル％未満または約０．５モル％未満のＳｎＯ₂を有することがある。

いくつかの実施の形態において、そのガラス物品のＣＴＥは、０〜３００℃の温度範囲に亘り、約１１０×１０^-7／℃から約１３０×１０^-7／℃、約１１０×１０^-7／℃から約１２５×１０^-7／℃、約１１０×１０^-7／℃から約１２０×１０^-7／℃、約１１０×１０^-7／℃から約１１５×１０^-7／℃、約１１５×１０^-7／℃から約１３０×１０^-7／℃、約１１５×１０^-7／℃から約１２５×１０^-7／℃、約１１５×１０^-7／℃から約１２０×１０^-7／℃、約１２０×１０^-7／℃から約１３０×１０^-7／℃、約１２０×１０^-7／℃から約１２５×１０^-7／℃、または約１２５×１０^-7／℃から約１３０×１０^-7／℃の範囲にあることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラスのＣＴＥは、０〜３００℃の温度範囲に亘り、約１１０×１０^-7／℃以上、約１１５×１０^-7／℃以上、約１２０×１０^-7／℃以上、または約１２５×１０^-7／℃以上であることがある。そのＣＴＥは、ＡＳＴＭＥ２２８−１１にしたがってプッシュ・ロッド膨脹計を使用して測定することができる。

いくつかの実施の形態において、そのガラス物品は化学的耐久性である。化学的耐久性は、酸耐久性または塩基耐久性について測定することができる。酸耐久性は、２４時間に亘り９５℃で５質量％のＨＣｌ溶液に曝されたガラス物品に対する質量損失の測定に関して測定されることがある。塩基耐久性は、６時間に亘り９５℃で５質量％のＮａＯＨに曝されたガラス物品に対する質量損失の測定に関して測定されることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品の酸耐久性は、約０．０２ｍｇ／ｃｍ²未満の質量損失である。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品の塩基耐久性は、約０．３ｍｇ／ｃｍ²未満の質量損失である。

いくつかの実施の形態において、そのガラス物品は、許容できる耐候特性を有する。耐候特性は、７２時間に亘り６０℃および９０％の相対湿度に保持された湿度室内でガラス物品を暴露することによって決定されることがある。許容できる耐候特性を有するガラスは、比較的少ない汚点および最小のヘイズを有する。

そのガラス物品は様々な形態に製造できる。例えば、そのガラス物品は、正方形、矩形、またはウェハーの形状の平らな基板であることがある。また、例えば、そのガラス物品は、所望の形状、例えば、キャップまたは湾曲形状に、成形、機械加工、または研磨されることがある。

様々な組成の９つのガラス試料を形成し、各試料のＣＴＥを測定した。各試料の組成およびＣＴＥが、下記の表１に列挙されている。

表１は、０〜３００℃の温度範囲に亘り約１１０×１０^-7／℃から約１３０×１０^-7／℃の範囲にあるＣＴＥを有するガラス物品が、
約４７モル％から約５５モル％のＳｉＯ₂、
約５モル％から約１１モル％のＡｌ₂Ｏ₃、
約１２モル％から約１８モル％のＮａ₂Ｏ、
約５モル％から約１１モル％のＫ₂Ｏ、
約１３モル％から約２１モル％のＣａＯ、および
０モル％から約０．４モル％のＭｇＯ、
の組成により達成できることを示している。

ここで留意すべきは、「約」という用語は、どの定量比較、値、測定、または他の表現にも起因することがある固有の不確実性の度合いを表すためにここに使用されることがあることである。これらの用語は、問題の主題の基本機能に変化をもたらさずに、定量的表現が規定の基準から変動するかもしれない程度を表すためにもここに使用されている。

請求項の主題の範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に様々な改変および変更を行うことができる。それゆえ、本明細書は、ここに記載された様々な実施の形態の改変および変更を、そのような改変および変更が付随の特許請求の範囲およびその等価物の範囲に入るという条件で網羅することが意図されている。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成を有し、０〜３００℃の温度範囲に亘り約１１０×１０^-7／℃から約１３０×１０^-7／℃の範囲にある熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するガラス物品。

実施形態２
前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成が、
約４７モル％から約５５モル％のＳｉＯ₂、
約５モル％から約１１モル％のＡｌ₂Ｏ₃、
約１２モル％から約１８モル％のＮａ₂Ｏ、
約５モル％から約１１モル％のＫ₂Ｏ、
約１３モル％から約２１モル％のＣａＯ、および
０モル％から約０．４モル％のＭｇＯ、
を含む、実施形態１に記載のガラス物品。

実施形態３
前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成が、
約４８モル％から約５４モル％のＳｉＯ₂、
約６モル％から約１０モル％のＡｌ₂Ｏ₃、
約１３モル％から約１７モル％のＮａ₂Ｏ、
約６モル％から約１０モル％のＫ₂Ｏ、
約１５モル％から約１９モル％のＣａＯ、および
約０．０５モル％から約０．３モル％のＭｇＯ、
を含む、実施形態１に記載のガラス物品。

実施形態４
前記ＣＴＥが、０〜３００℃の温度範囲に亘り約１１５×１０^-7／℃から約１３０×１０^-7／℃の範囲にある、実施形態１から３いずれか１つに記載のガラス物品。

実施形態５
前記ＣＴＥが、０〜３００℃の温度範囲に亘り約１２０×１０^-7／℃から約１３０×１０^-7／℃の範囲にある、実施形態１から３いずれか１つに記載のガラス物品。

実施形態６
前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成が約１モル％未満のＳｎＯ₂を含む、実施形態１から５いずれか１つに記載のガラス物品。

実施形態７
前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成のアルカリ成分が、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、またはそれらの組合せである、実施形態１から６いずれか１つに記載のガラス物品。

実施形態８
前記物品が基板である、実施形態１から７いずれか１つに記載のガラス物品。

実施形態９
前記物品がキャップである、実施形態１から７いずれか１つに記載のガラス物品。

Claims

アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成を有し、０〜３００℃の温度範囲に亘り１１０×１０ ^-7 ／℃から１３０×１０ ^-7 ／℃の範囲にある熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するガラス物品であって、
前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成が、
４７モル％から５５モル％のＳｉＯ₂、
５モル％から１１モル％のＡｌ₂Ｏ₃、
１２モル％から１８モル％のＮａ₂Ｏ、
５モル％から１１モル％のＫ₂Ｏ、
１３モル％から２１モル％のＣａＯ、および
０モル％から０．４モル％のＭｇＯ、
を含む、ガラス物品。
アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成を有し、０〜３００℃の温度範囲に亘り１１０×１０ ^-7 ／℃から１３０×１０ ^-7 ／℃の範囲にある熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するガラス物品であって、
前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成が、
４８モル％から５４モル％のＳｉＯ₂、
６モル％から１０モル％のＡｌ₂Ｏ₃、
１３モル％から１７モル％のＮａ₂Ｏ、
６モル％から１０モル％のＫ₂Ｏ、
１５モル％から１９モル％のＣａＯ、および
０．０５モル％から０．３モル％のＭｇＯ、
を含む、ガラス物品。
前記ＣＴＥが、０〜３００℃の温度範囲に亘り１１５×１０^-7／℃から１３０×１０^-7／℃の範囲にある、請求項１または２記載のガラス物品。
前記ＣＴＥが、０〜３００℃の温度範囲に亘り１２０×１０^-7／℃から１３０×１０^-7／℃の範囲にある、請求項１または２記載のガラス物品。
前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成中のＳｎＯ ₂ が１モル％未満である、請求項１から４いずれか１項記載のガラス物品。
前記アルカリ・アルカリ土類・アルミノ・ケイ酸塩組成のアルカリ成分が、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、またはそれらの組合せである、請求項１から５いずれか１項記載のガラス物品。
前記物品が基板である、請求項１から６いずれか１項記載のガラス物品。
前記物品がキャップである、請求項１から６いずれか１項記載のガラス物品。