JP6962512B1 - 結晶化ガラスおよび化学強化ガラス - Google Patents
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Abstract
Description
SiO2を65〜75%、
Al2O3を3〜6%、
Li2Oを15〜25%、
HfO2を0.01〜0.5%含有し、
結晶を含有する結晶化ガラスに関する。
SiO2を65〜73%、
Al2O3を3〜6%、
Li2Oを17〜23%、
HfO2を0.015〜0.3%含有することが好ましい。
本発明の結晶化ガラスにおいて、前記結晶がβスポジュメン結晶、ペタライト結晶及びユークリプタイト結晶からなる群から選ばれる1以上の結晶を含有することが好ましい。
本発明の結晶化ガラスにおいて、厚さ0.7mm換算の光透過率が、波長380nmから780nmの範囲において85%以上であることが好ましい。
本発明の結晶化ガラスにおいて、ヤング率が85GPa以上であることが好ましい。
SiO2を65〜75%、
Al2O3を3〜6%、
Li2Oを15〜25%、
HfO2を0.01〜0.5%含有し、
結晶を含有する化学強化ガラスに関する。
SiO2を65〜73%、
Al2O3を3〜6%、
Li2Oを17〜23%、
HfO2を0.015〜0.3%含有することが好ましい。
本発明の化学強化ガラスにおいて、前記結晶がβスポジュメン結晶、ペタライト結晶及びユークリプタイト結晶からなる群から選ばれる1以上の結晶を含有することが好ましい。
本発明の化学強化ガラスにおいて、厚さ0.7mm換算の光透過率が、波長380nmから780nmの範囲において85%以上であることが好ましい。
本発明の化学強化ガラスにおいて、表面圧縮応力値が100MPa以上であり、圧縮応力層深さが100μm以上であり、かつ中央引張応力値が130MPa以下であることが好ましい。
本明細書において「UV耐性」が優れるとは、低圧水銀ランプを用いた主波長185nmおよび254nmの短波長UV照射前後における透過率変化が小さいことをいう。
Δα=−ln(T1/T0)
本実施形態に係る結晶化ガラス(以下、「本結晶化ガラス」ともいう。)は、HfO2を0.01〜0.5%含有することを特徴とする。本実施形態の化学組成を有する結晶化ガラスは、HfO2を含有することでUV耐性が良好となる。
HfO2の含有量は、UV耐性をよくするために0.015%以上が好ましく、0.02%以上がさらに好ましい。
また、ガラスの成形過程における失透抑制の観点から、HfO2の含有量は0.4%以下が好ましく、0.3%以下がより好ましい。
図1からHfO2を含有する結晶化ガラスは、UV誘導吸収が小さく透過率の低下が抑えられ、UV耐性に優れることがわかる。
本結晶化ガラスはSiO2を65〜73%、Al2O3を3〜6%、Li2Oを17〜23%含有することがより好ましい。
LAS結晶以外の結晶としては、例えば、リチウムメタシリケート、リチウムダイシリケート及びリチウムフォスフェートなどが挙げられる。
SiO2の含有量は、LAS結晶を形成しやすいために65%以上であり、66%以上が好ましく、67%以上がより好ましい。また、ガラスの溶融性を高くするためにSiO2の含有量は75%以下であり、73%以下が好ましい。
Al2O3の含有量は、化学強化しやすいために3%以上であり、4%以上が好ましい。また、Al2O3の含有量は、ガラスの溶融性を高くするために、6%以下であり、5%以下が好ましい。
本結晶化ガラスが板状の場合の厚さ(t)は、3mm以下が好ましく、より好ましくは、以下段階的に、2mm以下、1.6mm以下、1.1mm以下、0.9mm以下、0.8mm以下、0.7mm以下である。また、当該厚さ(t)は、化学強化処理による十分な強度を得る観点から、好ましくは0.3mm以上であり、より好ましくは0.4mm以上であり、さらに好ましくは0.5mm以上である。また、本結晶化ガラスは、部分によって厚さの異なる構成を含んでもよい。
本実施形態に係る化学強化ガラス(以下、「本化学強化ガラス」ともいう。)は、本結晶化ガラスをイオン交換処理して得られる。
本化学強化ガラスの組成は、表面付近のアルカリ金属イオンがイオン交換されていることを除いて、本結晶化ガラスと同じである。
本化学強化ガラスが板状の場合の厚さ(t)は、3mm以下が好ましく、より好ましくは、以下段階的に、2mm以下、1.6mm以下、1.1mm以下、0.9mm以下、0.8mm以下、0.7mm以下である。また、当該厚さ(t)は、化学強化処理による十分な強度を得る観点から、好ましくは0.3mm以上であり、より好ましくは0.4mm以上であり、さらに好ましくは0.5mm以上である。また、本化学強化ガラスは部分によって厚さの異なる構成を含んでもよい。
本結晶化ガラスは、非晶質ガラスを加熱処理して結晶化する方法で製造できる。本化学強化ガラスは、本結晶化ガラスに対し後述の化学強化処理を行う方法で製造できる。
本発明にかかる非晶質ガラスは、たとえば以下の方法で製造できる。なお、以下に記す製造方法は、板状のガラスを製造する場合の例である。
上記の手順で得られた非晶質ガラスを加熱処理することで結晶化ガラスが得られる。
また、第一の処理温度での保持時間は、充分な数の結晶核が生成するように長く保持することが好ましい。多数の結晶核が生成することで、各結晶の大きさが小さくなり、透明性の高い結晶化ガラスが得られる。
化学強化処理は、大きなイオン半径の金属イオン(典型的には、NaイオンまたはKイオン)を含む金属塩(例えば、硝酸カリウム)の融液に浸漬する等の方法で、ガラスを金属塩に接触させることにより、ガラス中の小さなイオン半径の金属イオン(典型的には、NaイオンまたはLiイオン)が大きなイオン半径の金属イオン(典型的には、Liイオンに対してはNaイオンまたはKイオンであり、Naイオンに対してはKイオン)と置換させる処理である。
(非晶質ガラスの作製)
表1に酸化物基準のモル%表示で示したガラス組成となるようにガラス原料を調合し、400gのガラスが得られるように秤量した。ついで、混合したガラス原料を白金るつぼに入れ、1600℃の電気炉に投入して3時間程度溶融し、脱泡し、均質化した。
得られたガラスを型に流し込み、ガラスAとガラスBは475℃で1時間保持した後、0.5℃/分の速度で室温まで冷却し、ガラスブロックを得た(非晶質ガラスA、非晶質ガラスB)。ガラスCは540℃で1時間保持した以外は、ガラスAやガラスBと同様にしてガラスブロックを得た(非晶質ガラスC)。
得られた非晶質ガラスAと非晶質ガラスBのブロックをそれぞれ50mm×50mm×1.5mmに加工してから、540℃で4時間保持した後、600℃で4時間保持し、その後さらに710℃で4時間保持した後、室温まで冷却し、結晶化ガラスA及び結晶化ガラスBを得た。また、非晶質ガラスCのブロックを50mm×50mm×1.5mmに加工してから、550℃で2時間保持した後、750℃で2時間保持し、室温まで冷却し、結晶化ガラスCを得た。各非晶質ガラスの結晶化処理において、それぞれの温度への昇温速度は5℃/分、降温速度は−5℃/分とした。
(透過率およびUV耐性)
透過率は株式会社日立ハイテク製の分光光度計(商品名U−4100)により測定した。
UV照射前の結晶化ガラスA及び結晶化ガラスBについて透過率を測定した結果を図3に示す。図3において、結晶化ガラスAのスペクトルは細線で、結晶化ガラスBのスペクトルは太線で示している。また、図4は非晶質ガラスA(細線)及び非晶質ガラスB(太線)のUV照射前の透過スペクトルを示している。図8は結晶化ガラスCのUV照射前の透過スペクトルを示している。
UV照射は、照射の対象とするガラスの板を台の上に水平に静置し、低圧水銀ランプ(セン特殊光源株式会社製の卓上型表面処理装置(型番:SSP16−110、主波長は185nmおよび254nm)の光をガラスの板の上方の5cm離れた位置から10分照射する方法で行った。照射後の各ガラスについて、透過率を測定した。なお、このときのガラスの設置場所における照度は19mW/cm2であった(株式会社オーク製作所製の照度計UV−M08−25による測定)。
UV照射後の結晶化ガラスA及び結晶化ガラスBの透過スペクトルを図5に示す。図5において、細線は結晶化ガラスA、太線は結晶化ガラスBの結果を示している。また、図6は非晶質ガラスA(細線)及び非晶質ガラスB(太線)のUV照射後の透過スペクトルである。図9は結晶化ガラスCのUV照射後の透過スペクトルである。
Δα=−ln(T1/T0)
結果を図1、図2及び図7に示す。図1は、結晶化ガラスA(細線)及び結晶化ガラスB(太線)のUV誘導吸収Δαを示す図である。図2は、非晶質ガラスA(細線)及び非晶質ガラスB(太線)のUV誘導吸収Δαを示す図である。図7は、結晶化ガラスCのUV誘導吸収Δαを示す図である。
波長380nmにおけるUV誘導吸収Δαは、結晶化ガラスAが0.017であり、結晶化ガラスBが0.008であり、非晶質ガラスAが0.022であり、非晶質ガラスBが0.021であり、結晶化ガラスCが0.029であった。
実施例である結晶化ガラスBについて、厚さtが0.7mmの結晶化ガラス板を作製し、主面を鏡面研磨した。得られた結晶化ガラス板を用いて以下の物性値を評価した。
ヘーズメーター(スガ試験機株式会社製;HZ−V3)を用いて、ハロゲンランプC光源でのヘーズ値を測定した。ヘーズ値は0.11%であった。
超音波法でヤング率を測定した。ヤング率は105GPaであった。
またビッカース硬度を測定した。ビッカース硬度は800GPaであった。
破壊靱性値はDCDC法で測定した。破壊靱性値は1.17MPa・m1/2であった。
結晶化ガラスA、BおよびCについて、一部をメノウ乳鉢ですりつぶし、以下の条件で粉末X線回折測定を行い、析出結晶を同定した。
測定装置:株式会社リガク製 Smart Lab
使用X線:CuKα線
測定範囲:2θ=10°〜80°
スピード:1°/分
ステップ:0.01°
検出された結晶は、結晶化ガラスAと結晶化ガラスBではペタライトとリチウムダイシリケートであった。結晶化ガラスCでは検出された結晶はリン酸リチウムであった。
結晶化ガラスBからなる結晶化ガラスB−1及び結晶化ガラスB−2の2つのサンプルについて、それぞれ以下の条件で化学強化処理及び化学強化特性の評価を行った。
一方で、HfO2を含有しない結晶化ガラスAは、UV耐性が劣る結果となった。また、LAS結晶が析出せず、リン酸リチウム結晶が析出した結晶化ガラスCはUV耐性が劣る結果となった。
Claims (8)
- 酸化物基準のmol%表示で、
SiO2を65〜75%、
Al2O3を3〜6%、
Li2Oを15〜25%、
P 2 O 5 を0.2〜4%、
ZrO 2 を0.5〜5%、
HfO2を0.01〜0.5%含有し、
βスポジュメン結晶、ペタライト結晶及びユークリプタイト結晶からなる群から選ばれる1以上の結晶を含有する結晶化ガラス。 - 酸化物基準のmol%表示で、
SiO2を65〜73%、
Al2O3を3〜6%、
Li2Oを17〜23%、
P 2 O 5 を0.2〜4%、
ZrO 2 を0.5〜5%、
HfO2を0.015〜0.3%含有する請求項1に記載の結晶化ガラス。 - 厚さ0.7mm換算の光透過率が、波長380nmから780nmの範囲において85%以上である請求項1または2に記載の結晶化ガラス。
- ヤング率が85GPa以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の結晶化ガラス。
- 酸化物基準のmol%表示で、
SiO2を65〜75%、
Al2O3を3〜6%、
Li2Oを15〜25%、
P 2 O 5 を0.2〜4%、
ZrO 2 を0.5〜5%、
HfO2を0.01〜0.5%含有し、
βスポジュメン結晶、ペタライト結晶及びユークリプタイト結晶からなる群から選ばれる1以上の結晶を含有する化学強化ガラス。 - 酸化物基準のmol%表示で、
SiO2を65〜73%、
Al2O3を3〜6%、
Li2Oを17〜23%、
P 2 O 5 を0.2〜4%、
ZrO 2 を0.5〜5%、
HfO2を0.015〜0.3%含有する請求項5に記載の化学強化ガラス。 - 厚さ0.7mm換算の光透過率が、波長380nmから780nmの範囲において85%以上である請求項5または6に記載の化学強化ガラス。
- 表面圧縮応力値が100MPa以上であり、圧縮応力層深さが100μm以上であり、かつ中央引張応力値が130MPa以下である請求項5〜7のいずれか1項に記載の化学強化ガラス。
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