JP7149595B2 - glass and crystallized glass - Google Patents

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Description

本発明は、ガラス及び結晶化ガラスに関する。 The present invention relates to glass and crystallized glass.

近年、スマートフォン及びタブレット端末などのモバイル機器においては、非接触充電への対応の観点及び/又は意匠性の観点から、ガラスを、前面ディスプレーだけでなく、裏面カバーや筐体そのものに使用することが一般的になってきている。また、そのような用途のガラス材料に対しては特に、高強度で、形状自由度が高い(複雑な形状への成形が可能である)ことの要望が高まっている。 In recent years, in mobile devices such as smartphones and tablet terminals, glass has been used not only for the front display but also for the back cover and housing itself from the viewpoint of compatibility with contactless charging and/or from the viewpoint of design. It's becoming commonplace. In addition, there is an increasing demand for glass materials for such applications to have high strength and a high degree of freedom in shape (can be molded into complicated shapes).

ここで、ガラス材料を用い、モバイル機器の筐体などの複雑な形状を有する部材を作製する方法として、ダイレクトプレス法(以下、「DP」と称することがある。)が挙げられる。このDPは、低粘度のガラス融液を金型に直接受け、プレスを行う方法であり、比較的低コストでガラス部材を作製できるという利点がある。 Here, as a method of manufacturing a member having a complicated shape such as a housing of a mobile device using a glass material, there is a direct press method (hereinafter sometimes referred to as “DP”). This DP is a method in which a low-viscosity glass melt is directly received in a mold and pressed, and has the advantage of being able to produce a glass member at a relatively low cost.

一方、高強度のガラスについては、これまで種々の報告がされている。
例えば、特許文献1は、成分組成の適正化が図られた、表面圧縮応力が300MPa以上の強化ガラスを開示している。
また、特許文献2は、二ケイ酸リチウムの結晶相及びβ-スポジュメンの結晶相を所定比で含むガラスセラミックが、高い機械的強度を有することができることを開示している。
更に、特許文献3は、成分組成の適正化が図られた、主結晶としてメタケイ酸リチウム(LiSiO)を含むガラスセラミック材料を開示している。このガラスセラミック材料は、そのままでは機械加工し易いが、熱処理により、機械的特性に優れるガラスセラミック製品へと変換され得る材料であることが報告されている。
On the other hand, various reports have so far been made on high-strength glass.
For example, Patent Literature 1 discloses tempered glass having a surface compressive stress of 300 MPa or more, in which the component composition is optimized.
Further, Patent Document 2 discloses that a glass-ceramic containing a lithium disilicate crystalline phase and a β-spodumene crystalline phase in a predetermined ratio can have high mechanical strength.
Furthermore, Patent Literature 3 discloses a glass-ceramic material containing lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) as a main crystal, with an optimized component composition. It is reported that this glass-ceramic material is easy to machine as it is, but can be converted into a glass-ceramic product with excellent mechanical properties by heat treatment.

特開2018-104285号公報JP 2018-104285 A 特表2016-529201号公報Japanese Patent Publication No. 2016-529201 特開2005-053776号公報JP-A-2005-053776

しかしながら、特許文献1に記載の強化ガラス及び特許文献2に記載のガラスセラミックは、融液の粘度が高い傾向にある。そのため、これらの材料についてDPにより部材を作製するためには、極めて高温に加熱する必要が生じるので、生産コスト及び成形装置の耐久性の点で不利である。特許文献3に記載の材料も、融液にしたときの粘度が十分に低いとはいえず、融液の粘度をより一層低減するという点で、改良の余地がある。
また、特許文献3に記載の材料は、イオン交換(化学強化)による圧縮応力層の形成を考慮していないため、イオン交換性が低く、強度の点で不十分である。
However, the tempered glass described in Patent Document 1 and the glass ceramic described in Patent Document 2 tend to have a high melt viscosity. Therefore, in order to fabricate a member from these materials by DP, it is necessary to heat them to an extremely high temperature, which is disadvantageous in terms of production cost and durability of molding equipment. The material described in Patent Document 3 also cannot be said to have a sufficiently low viscosity when converted into a melt, and there is room for improvement in terms of further reducing the viscosity of the melt.
In addition, the material described in Patent Document 3 does not take into consideration the formation of a compressive stress layer by ion exchange (chemical strengthening), so the ion exchangeability is low and the strength is insufficient.

また、モバイル機器の裏面カバーや筐体などの部材は、内部の構造が見えないよう、均質に不透明であることが求められる。この点、特許文献1に記載の強化ガラスは、透明体であるため、上述した部材に用いるためには、表面コーティングなどの不透明化処理を別途施さなければならず、製造工程及び製造コストの増加をもたらす。その一方で、モバイル機器の前面ディスプレーなどの部材は、透明であることが求められるが、特許文献2及び特許文献3に記載のガラスセラミックは、結晶を析出させており透明ではないため、上述した部材に使用することはできない。 In addition, members such as back covers and housings of mobile devices are required to be uniformly opaque so that the internal structure cannot be seen. In this regard, since the tempered glass described in Patent Document 1 is a transparent body, in order to use it for the above-mentioned member, it is necessary to separately perform opacification treatment such as surface coating, which increases the manufacturing process and manufacturing cost. bring. On the other hand, members such as front displays of mobile devices are required to be transparent. Cannot be used for parts.

このような現状の下、結晶化させたガラスへと容易に変換できるとともに、そのまま(未結晶化状態)でも結晶化させてもそれぞれ所望の特性を具備させることが可能な、順応性の高いガラス材料の開発が望まれる。 Under these circumstances, a highly adaptable glass that can be easily converted into a crystallized glass and that can be provided with desired properties as it is (in an uncrystallized state) or crystallized. Material development is desired.

そこで、本発明は、融液にしたときの粘度が十分に低く、結晶化処理によって高強度で且つ均質な結晶化ガラスを形成可能である上、そのまま(未結晶化ガラスの状態)でも結晶化ガラスの状態にしてもイオン交換(化学強化)により効果的に高い強度を発揮するガラスを提供することを目的とする。また、本発明は、上述したガラスから形成可能であり、高い強度を有する均質な結晶化ガラスを提供することを目的とする。 Therefore, according to the present invention, the viscosity of the melt is sufficiently low, and high-strength and uniform crystallized glass can be formed by crystallization treatment. To provide glass which effectively exhibits high strength by ion exchange (chemical strengthening) even in the state of glass. Another object of the present invention is to provide a homogeneous, high-strength crystallized glass that can be formed from the glass described above.

本発明者は、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、ケイ酸リチウム系ガラスにB、P及びNaOを所定量含有させ、また、Alを微量含有させ、更にSiO及びLiOの合計量を所定範囲内とすることにより、上記目的に適うガラスが得られることを見出した。このようなガラスは、結晶化処理を施すことにより、高強度を発揮するLiSi結晶を均質に析出させることができる。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the lithium silicate-based glass contains predetermined amounts of B 2 O 3 , P 2 O 5 and Na 2 O, and also contains Al 2 O 3 . It has been found that a glass that satisfies the above purpose can be obtained by containing a small amount of SiO 2 and Li 2 O within a predetermined range. By subjecting such glass to a crystallization treatment, Li 2 Si 2 O 5 crystals exhibiting high strength can be homogeneously precipitated.

即ち、本発明のガラスは、
酸化物換算のモル%で、
SiO:50%以上70%以下、
:0%超15%以下、
:0%超2%以下、
Al:0%超0.5%以下、
LiO:25%以上35%以下、
NaO:0%超10%以下、
O:0%以上5%以下、
TiO:0%以上10%以下、及び
ZrO:0%以上10%以下
であり、SiO及びLiOの合計が95%以下である組成を有する、ことを特徴とする。かかるガラスは、融液にしたときの粘度が十分に低く、結晶化処理によって高強度で且つ均質な結晶化ガラスを形成可能である上、そのまま(未結晶化ガラスの状態)でも結晶化ガラスの状態にしてもイオン交換(化学強化)により効果的に高い強度を発揮する。
That is, the glass of the present invention is
In mol% of oxide conversion,
SiO 2 : 50% or more and 70% or less,
B 2 O 3 : more than 0% and 15% or less,
P 2 O 5 : more than 0% and 2% or less,
Al 2 O 3 : more than 0% and 0.5% or less,
Li 2 O: 25% or more and 35% or less,
Na 2 O: more than 0% and 10% or less,
K 2 O: 0% or more and 5% or less,
TiO 2 : 0% or more and 10% or less, ZrO 2 : 0% or more and 10% or less, and having a composition in which the total of SiO 2 and Li 2 O is 95% or less. Such glass has a sufficiently low viscosity when melted, and can form a high-strength and uniform crystallized glass by crystallization treatment. Even in a state, it effectively exhibits high strength by ion exchange (chemical strengthening).

本発明のガラスは、1200℃における粘度が100dPa・s以下であることが好ましい。 The glass of the present invention preferably has a viscosity of 100 dPa·s or less at 1200°C.

本発明のガラスは、表面に圧縮応力層を備えることが好ましい。 The glass of the present invention preferably has a compressive stress layer on its surface.

本発明のガラスは、JIS R1601:2008に準拠して測定される3点曲げ強さが400MPa以上であることが好ましい。 The glass of the present invention preferably has a three-point bending strength of 400 MPa or more as measured according to JIS R1601:2008.

また、本発明の結晶化ガラスは、
酸化物換算のモル%で、
SiO:50%以上70%以下、
:0%超15%以下、
:0%超2%以下、
Al:0%超0.5%以下、
LiO:25%以上35%以下、
NaO:0%超10%以下、
O:0%以上5%以下、
TiO:0%以上10%以下、及び
ZrO:0%以上10%以下
であり、SiO及びLiOの合計が95%以下である組成を有し、且つ、
LiSi結晶を含む、ことを特徴とする。かかる結晶化ガラスは、上述したガラスから形成可能であり、高い強度を有し、且つ均質である。
Further, the crystallized glass of the present invention is
In mol% of oxide conversion,
SiO 2 : 50% or more and 70% or less,
B 2 O 3 : more than 0% and 15% or less,
P 2 O 5 : more than 0% and 2% or less,
Al 2 O 3 : more than 0% and 0.5% or less,
Li 2 O: 25% or more and 35% or less,
Na 2 O: more than 0% and 10% or less,
K 2 O: 0% or more and 5% or less,
TiO 2 : 0% or more and 10% or less, ZrO 2 : 0% or more and 10% or less, and having a composition in which the total of SiO 2 and Li 2 O is 95% or less, and
It is characterized by containing Li 2 Si 2 O 5 crystals. Such crystallized glasses can be formed from the glasses described above, have high strength, and are homogeneous.

本発明の結晶化ガラスは、JIS R1601:2008に準拠して測定される3点曲げ強さが200MPa以上であることが好ましい。 The crystallized glass of the present invention preferably has a 3-point bending strength of 200 MPa or more measured according to JIS R1601:2008.

本発明の結晶化ガラスは、表面に圧縮応力層を備えることが好ましい。 The crystallized glass of the present invention preferably has a compressive stress layer on its surface.

本発明の結晶化ガラスは、表面に圧縮応力層を備えるとともに、JIS R1601:2008に準拠して測定される3点曲げ強さが400MPa以上であることが好ましい。 The crystallized glass of the present invention preferably has a compressive stress layer on its surface and preferably has a three-point bending strength of 400 MPa or more measured according to JIS R1601:2008.

本発明によれば、融液にしたときの粘度が十分に低く、結晶化処理によって高強度で且つ均質な結晶化ガラスを形成可能である上、そのまま(未結晶化ガラスの状態)でも結晶化ガラスの状態にしてもイオン交換(化学強化)により効果的に高い強度を発揮するガラスを提供することができる。また、本発明によれば、上述したガラスから形成可能であり、高い強度を有する均質な結晶化ガラスを提供することができる。 According to the present invention, the melt viscosity is sufficiently low, and high-strength and uniform crystallized glass can be formed by crystallization treatment, and the melt can be crystallized as it is (in the state of uncrystallized glass). Even in the state of glass, it is possible to provide glass that effectively exhibits high strength through ion exchange (chemical strengthening). Further, according to the present invention, it is possible to provide homogeneous crystallized glass having high strength, which can be formed from the glass described above.

本発明の一実施形態に係る結晶化ガラスの、走査電子顕微鏡(SEM)による画像図(5000倍)である。1 is a scanning electron microscope (SEM) image (5000×) of crystallized glass according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態に係る結晶化ガラスの外観を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the external appearance of the crystallized glass which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る結晶化ガラスの顕微鏡による画像図(50倍)である。1 is a microscopic image (50 times) of crystallized glass according to an embodiment of the present invention. FIG. 一比較例に係る結晶化ガラスの顕微鏡による画像図(50倍)である。FIG. 10 is a microscopic image (50 times) of crystallized glass according to a comparative example. 本発明の一実施形態に係る結晶化ガラスのX線回折(XRD)パターンを示す図である。FIG. 2 shows an X-ray diffraction (XRD) pattern of crystallized glass according to one embodiment of the present invention;

(ガラス)
以下、本発明の一実施形態のガラス(「本実施形態のガラス」と称することがある。)を具体的に説明する。本実施形態のガラスは、酸化物換算のモル%で、
酸化物換算のモル%で、
SiO:50%以上70%以下、
:0%超15%以下、
:0%超2%以下、
Al:0%超0.5%以下、
LiO:25%以上35%以下、
NaO:0%超10%以下、
O:0%以上5%以下、
TiO:0%以上10%以下、及び
ZrO:0%以上10%以下
であり、SiO及びLiOの合計が95%以下である組成を有する、ことを特徴とする。なお、本明細書において単に「ガラス」と称するものは、別で説明がない限り、後述する「結晶化ガラス」との対比としての「結晶化されていないガラス」又は「未結晶化ガラス」を指すものとする。
(glass)
Hereinafter, the glass of one embodiment of the present invention (sometimes referred to as "the glass of the present embodiment") will be specifically described. The glass of the present embodiment has, in mol% in terms of oxide,
In mol% of oxide conversion,
SiO 2 : 50% or more and 70% or less,
B 2 O 3 : more than 0% and 15% or less,
P 2 O 5 : more than 0% and 2% or less,
Al 2 O 3 : more than 0% and 0.5% or less,
Li 2 O: 25% or more and 35% or less,
Na 2 O: more than 0% and 10% or less,
K 2 O: 0% or more and 5% or less,
TiO 2 : 0% or more and 10% or less, ZrO 2 : 0% or more and 10% or less, and having a composition in which the total of SiO 2 and Li 2 O is 95% or less. In this specification, unless otherwise specified, what is simply referred to as "glass" is "non-crystallized glass" or "non-crystallized glass" as opposed to "crystallized glass" described later. shall point to

本実施形態のガラスは、上述した所定組成を有するため、融液にしたときの粘度が十分に低い。そのため、本実施形態のガラスを用いれば、DPにより複雑な形状を有する部材を作製することができ、また、低コスト化及び大量生産が可能となる。また、本実施形態のガラスは、上述した所定組成を有するため、結晶化処理によって高強度で且つ均質な結晶化ガラスに変換することができる。更に、本実施形態のガラスは、上述した所定組成に起因して、イオン交換性が高い。そのため、そのまま(未結晶化ガラスの状態)でも結晶化ガラスの状態にしても、イオン交換(化学強化)により効果的に高い強度を発揮することができる。即ち、本実施形態のガラスは、ガラス材料としての順応性が高い。 Since the glass of the present embodiment has the predetermined composition described above, the viscosity of the melted glass is sufficiently low. Therefore, if the glass of this embodiment is used, a member having a complicated shape can be produced by DP, and cost reduction and mass production become possible. Further, since the glass of the present embodiment has the above-described predetermined composition, it can be converted into high-strength and homogeneous crystallized glass by crystallization treatment. Furthermore, the glass of this embodiment has a high ion-exchangeability due to the predetermined composition described above. Therefore, high strength can be effectively exhibited by ion exchange (chemical strengthening), either as it is (in the state of uncrystallized glass) or in the state of crystallized glass. That is, the glass of this embodiment has high adaptability as a glass material.

なお、本実施形態のガラスは、上述した成分以外のその他の成分(後述)を含んでもよい。但し、本実施形態のガラスは、所望の特性をより確実に発現させる観点から、上述した成分のみからなる組成(SiO、B、P、Al、LiO及びNaOを必須成分とし、KO、TiO及びZrOのみを任意成分とする組成)を有することが好ましい。
ここで、「上述した成分のみからなる」とは、当該成分以外の不純物成分が不可避的に混入する、具体的には、不純物成分の割合が0.2モル%以下である場合を包含するものとする。
In addition, the glass of this embodiment may contain other components (described later) other than the components described above. However, the glass of the present embodiment has a composition (SiO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , Al 2 O 3 , Li 2 O and Na 2 O as essential components, and K 2 O, TiO 2 and ZrO 2 as optional components).
Here, "consisting only of the above-described components" includes cases in which impurity components other than the components are inevitably mixed, specifically, the ratio of the impurity components is 0.2 mol% or less. and

まず、本実施形態において、ガラスの組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
なお、成分に関する「%」表示は、特に断らない限り、酸化物換算のモル%を意味するものとする。
First, the reason for limiting the composition of the glass to the above range in the present embodiment will be described.
In addition, unless otherwise specified, "%" regarding components means mol% in terms of oxides.

<SiO
本実施形態のガラスにおいて、SiOは、ガラス形成を可能にする必須成分であり、また、結晶化させた際に主に析出するLiSi結晶を構成する重要な成分である。しかしながら、その含有量が70%を超えると、ガラス融液の粘度が著しく高くなる虞がある。一方、その含有量が50%未満であると、ガラス形成能が低下するか、或いは、結晶化させた際にLiSi結晶が析出しない虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、SiOの含有量を50%以上70%以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるSiOの含有量は、52%以上であることが好ましく、54%以上であることがより好ましく、56%以上であることが更に好ましく、また、68%以下であることが好ましく、66%以下であることがより好ましく、64%以下であることが更に好ましい。
< SiO2 >
In the glass of this embodiment, SiO 2 is an essential component that enables glass formation, and is an important component that constitutes Li 2 Si 2 O 5 crystals that mainly precipitate when crystallized. However, if the content exceeds 70%, the viscosity of the glass melt may be significantly increased. On the other hand, when the content is less than 50%, there is a possibility that the glass-forming ability may be lowered, or Li 2 Si 2 O 5 crystals may not be precipitated when crystallized. Therefore, in the glass of this embodiment, the content of SiO 2 is set in the range of 50% or more and 70% or less. From the same point of view, the content of SiO 2 in the glass of the present embodiment is preferably 52% or more, more preferably 54% or more, and still more preferably 56% or more. % or less, more preferably 66% or less, and even more preferably 64% or less.

<B
本実施形態のガラスにおいて、Bは、ガラス形成成分であるとともに、ガラス融液の粘度を低下させ、更にはNaNO熔融塩等を使用した化学強化処理(イオン交換処理)においてイオン交換性を高め、加えて均質な結晶化を促進する重要な必須成分である。また、本実施形態のガラスにおいて、Bは、ガラスを結晶化させた際の収縮(比重の増加)を抑制する成分でもある。しかしながら、その含有量が15%を超えると、均質な結晶化が進まない虞がある。一方、含有していないと、ガラス融液の粘度の低下が図れないか、或いは、均質な結晶化ガラスを得ることができない。よって、本実施形態のガラスにおいては、Bの含有量を0%超15%以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるBの含有量は、1%以上であることが好ましく、3%以上であることがより好ましく、また、12%以下であることが好ましい。
< B2O3 >
In the glass of the present embodiment, B 2 O 3 is a glass-forming component, lowers the viscosity of the glass melt, and further ion-exchanges in a chemical strengthening treatment (ion exchange treatment) using NaNO 3 molten salt or the like. It is an important essential component that enhances the properties and promotes uniform crystallization. In addition, in the glass of the present embodiment, B 2 O 3 is also a component that suppresses shrinkage (increase in specific gravity) when the glass is crystallized. However, if the content exceeds 15%, there is a risk that homogeneous crystallization will not proceed. On the other hand, if it is not contained, the viscosity of the glass melt cannot be lowered, or homogeneous crystallized glass cannot be obtained. Therefore, in the glass of the present embodiment, the content of B 2 O 3 is in the range of more than 0% and 15% or less. From the same viewpoint, the content of B 2 O 3 in the glass of the present embodiment is preferably 1% or more, more preferably 3% or more, and preferably 12% or less.

<P
本実施形態のガラスにおいて、Pは、均質な結晶化を促進する重要な必須成分である。しかしながら、その含有量が2%を超えると、ガラス形成能が低下する虞がある。一方、含有していないと、結晶化処理を施したときに均質に結晶を析出させることができない。よって、本実施形態のガラスにおいては、Pの含有量を0超~2%とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるPの含有量は、0.5%以上であることが好ましく、また、1.5%以下であることが好ましく、1%以下であることがより好ましい。
< P2O5 >
In the glass of this embodiment, P 2 O 5 is an important essential component that promotes homogeneous crystallization. However, if the content exceeds 2%, there is a possibility that the glass-forming ability may deteriorate. On the other hand, if it is not contained, crystals cannot be homogeneously precipitated when the crystallization treatment is performed. Therefore, in the glass of this embodiment, the content of P 2 O 5 is set to more than 0 to 2%. From the same point of view, the content of P 2 O 5 in the glass of the present embodiment is preferably 0.5% or more, preferably 1.5% or less, and 1% or less. is more preferred.

<Al
本実施形態のガラスにおいて、Alは、ガラス形成能を高め、更にはNaNO熔融塩等を使用した化学強化処理においてイオン交換性を高める重要な必須成分である。しかしながら、その含有量が0.5%を超えると、ガラス融液の粘度が著しく高くなる虞、及び、均質な結晶化ガラスを得ることができない虞がある。一方、含有していないと、化学強化処理による強度向上を十分に図ることができない虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、Alの含有量を0%超0.5%以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるAlの含有量は、0.4%以下であることが好ましく、0.3%以下であることがより好ましく、0.2%以下であることが更に好ましい。
< Al2O3 >
In the glass of the present embodiment, Al 2 O 3 is an important essential component that enhances the glass-forming ability and further enhances the ion-exchangeability in the chemical strengthening treatment using NaNO 3 molten salt or the like. However, if the content exceeds 0.5%, there is a risk that the viscosity of the glass melt will be significantly increased, and that homogeneous crystallized glass cannot be obtained. On the other hand, if it is not contained, there is a possibility that the strength cannot be sufficiently improved by the chemical strengthening treatment. Therefore, in the glass of this embodiment, the content of Al 2 O 3 is more than 0% and 0.5% or less. From the same viewpoint, the content of Al 2 O 3 in the glass of the present embodiment is preferably 0.4% or less, more preferably 0.3% or less, and 0.2% or less. is more preferred.

<LiO>
本実施形態のガラスにおいて、LiOは、ガラス融液の粘度を大幅に低下させる必須成分であり、また、結晶化させた際に主に析出するLiSi結晶を構成するとともに、NaNO熔融塩等を用いた化学強化処理においてNaイオンと交換されるLiイオン源となる重要な成分である。しかしながら、その含有量が35%を超えると、ガラス形成能が低下する虞、及び結晶化させた際の変形の度合いが大きくなる虞がある。一方、その含有量が25%未満であると、ガラス融液の粘度を低下させる効果が不十分であり、均質な結晶化が進まない虞があり、更には、化学強化処理による強度向上を十分に図ることができない虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、LiOの含有量を25%以上35%以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるLiOの含有量は、26%以上であることが好ましく、27%以上であることがより好ましく、28%以上であることが更に好ましく、また、34%以下であることが好ましく、33%以下であることがより好ましく、32%以下であることが更に好ましい。
< Li2O >
In the glass of the present embodiment, Li 2 O is an essential component that significantly reduces the viscosity of the glass melt, and constitutes Li 2 Si 2 O 5 crystals that mainly precipitate when crystallized. , NaNO3 is an important component that becomes a source of Li + ions that are exchanged with Na + ions in chemical strengthening treatment using molten salts such as NaNO 3 . However, if the content exceeds 35%, there is a risk that the glass-forming ability will decrease and the degree of deformation during crystallization will increase. On the other hand, if the content is less than 25%, the effect of reducing the viscosity of the glass melt is insufficient, and there is a risk that homogeneous crystallization will not proceed. There is a risk that it will not be possible to plan Therefore, in the glass of this embodiment, the content of Li 2 O is set to 25% or more and 35% or less. From the same point of view, the content of Li 2 O in the glass of the present embodiment is preferably 26% or more, more preferably 27% or more, further preferably 28% or more, and It is preferably 34% or less, more preferably 33% or less, even more preferably 32% or less.

<SiO及びLiOの合計>
ここで、本実施形態のガラスは、SiO及びLiOの合計が95%を超えると、たとえSiO及びLiOそれぞれの含有量が上述した範囲内にあったとしても、結晶化させた際の体積(密度)変化量の増大の虞、均質な結晶化が進まない虞、及び化学強化処理におけるイオン交換性の低下の虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、SiO及びLiOの合計を95%以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるSiO及びLiOの合計は、92%以下であることが好ましく、90%以下であることがより好ましい。また、本実施形態のガラスにおけるSiO及びLiOの合計は、結晶化させた際に十分な量のLiSi結晶を析出させる観点から、80%以上であることが好ましい。
<Total of SiO 2 and Li 2 O>
Here, in the glass of the present embodiment, when the total content of SiO 2 and Li 2 O exceeds 95%, even if the content of each of SiO 2 and Li 2 O is within the range described above, the glass is crystallized. There is a risk of an increase in the amount of volume (density) change when the steel is reinforced, a risk that homogeneous crystallization does not proceed, and a risk of a decrease in ion exchangeability in the chemical strengthening treatment. Therefore, in the glass of this embodiment, the total content of SiO 2 and Li 2 O is made 95% or less. From the same point of view, the total content of SiO 2 and Li 2 O in the glass of the present embodiment is preferably 92% or less, more preferably 90% or less. Further, the total content of SiO 2 and Li 2 O in the glass of the present embodiment is preferably 80% or more from the viewpoint of precipitating a sufficient amount of Li 2 Si 2 O 5 crystals when crystallized.

<NaO>
本実施形態のガラスにおいて、NaOは、ガラス融液の粘度を低下させ、LiOとの併用によりガラス形成能を高める必須成分であり、また、NaNO熔融塩等を使用した化学強化処理においてNaイオンとLiイオンとのイオン交換性を高め、更にKNO熔融塩等を用いた化学強化処理においてKイオンと交換されるNaイオン源となる重要な成分である。また、本実施形態のガラスにおいて、NaOは、ガラスを結晶化させた際の収縮(比重の増加)を抑制する成分でもある。しかしながら、その含有量が10%を超えると、ガラス形成能が低下する虞、及び結晶化させた際の変形の度合いが大きくなる虞がある。一方、含有していないと、均質な結晶化が進まない虞、及び、化学強化処理による強度向上を図ることができない虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、NaOの含有量を0%超10%以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるNaOの含有量は、1%以上であることが好ましく、また、8%以下であることが好ましく、6%以下であることがより好ましい。
< Na2O >
In the glass of the present embodiment, Na 2 O is an essential component that reduces the viscosity of the glass melt and enhances the glass - forming ability when used in combination with Li 2 O. It is an important component that enhances ion exchange between Na + ions and Li + ions during treatment, and serves as a source of Na + ions that are exchanged with K + ions in chemical strengthening treatments using KNO 3 molten salt and the like. In addition, in the glass of the present embodiment, Na 2 O is also a component that suppresses shrinkage (increase in specific gravity) when the glass is crystallized. However, if the content exceeds 10%, there is a risk that the glass-forming ability will decrease and the degree of deformation during crystallization will increase. On the other hand, if it is not contained, there is a risk that homogeneous crystallization will not proceed and that strength cannot be improved by chemical strengthening treatment. Therefore, in the glass of this embodiment, the content of Na 2 O is set to more than 0% and 10% or less. From the same point of view, the content of Na 2 O in the glass of the present embodiment is preferably 1% or more, preferably 8% or less, and more preferably 6% or less.

<KO>
本実施形態のガラスにおいて、KOは、ガラス融液の粘度を低下させ、また、KNO熔融塩を用いた化学強化処理においてKイオンとNaイオンとの交換性を高める成分である。しかしながら、その含有量が5%を超えると、ガラス形成能が低下する虞、及び結晶化させた際の変形の度合いが大きくなる虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、KOの含有量を0%以上5%以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるKOの含有量は、4%以下であることが好ましく、3%以下であることがより好ましく、2%以下であることが更に好ましい。
< K2O >
In the glass of the present embodiment, K 2 O is a component that reduces the viscosity of the glass melt and increases the exchangeability between K + ions and Na + ions in chemical strengthening treatment using KNO 3 molten salt. . However, if the content exceeds 5%, there is a risk that the glass-forming ability will decrease and the degree of deformation during crystallization will increase. Therefore, in the glass of this embodiment, the content of K 2 O is set to 0% or more and 5% or less. From the same point of view, the K 2 O content in the glass of the present embodiment is preferably 4% or less, more preferably 3% or less, and even more preferably 2% or less.

<TiO
本実施形態のガラスにおいて、TiOは、結晶化ガラスの不透明性を高める成分である。しかしながら、その含有量が10%を超えると、化学強化処理におけるイオン交換性が低下する虞、及び、結晶化させた際の変形の度合いが大きくなる虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、TiOの含有量を0%以上10%以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるTiOの含有量は、8%以下であることが好ましく、6%以下であることがより好ましく、4%以下であることが更に好ましい。
< TiO2 >
In the glass of this embodiment, TiO 2 is a component that increases the opacity of the crystallized glass. However, if the content exceeds 10%, there is a risk that the ion exchangeability in the chemical strengthening treatment will be lowered, and that the degree of deformation during crystallization will increase. Therefore, in the glass of this embodiment, the content of TiO 2 is set to 0% or more and 10% or less. From the same point of view, the content of TiO 2 in the glass of the present embodiment is preferably 8% or less, more preferably 6% or less, and even more preferably 4% or less.

<ZrO
本実施形態のガラスにおいて、ZrOは、結晶化ガラスの不透明性を高める成分である。しかしながら、その含有量が10%を超えると、ガラス融液の粘度が高くなる虞、化学強化処理におけるイオン交換性が低下する虞、及び、結晶化させた際の変形の度合いが大きくなる虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、ZrOの含有量を0%以上10%以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるZrOの含有量は、8%以下であることが好ましく、6%以下であることがより好ましく、4%以下であることが更に好ましい。
< ZrO2 >
In the glass of this embodiment, ZrO 2 is a component that increases the opacity of the crystallized glass. However, if the content exceeds 10%, the viscosity of the glass melt may increase, the ion exchangeability in chemical strengthening treatment may decrease, and the degree of deformation during crystallization may increase. be. Therefore, in the glass of this embodiment, the content of ZrO 2 is set to 0% or more and 10% or less. From the same point of view, the content of ZrO 2 in the glass of the present embodiment is preferably 8% or less, more preferably 6% or less, and even more preferably 4% or less.

<その他の成分>
本実施形態のガラスには、目的を外れない限り、上述した成分以外のその他の成分、例えばV、Cr、MnO、MnO、FeO、Fe、Co、Co、NiO、CuO、MoO、CeO、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er及びTmから選択される1種以上の着色成分を少量(例えば、外割りで10モル%以下となるような量)含有させることができる。
なお、本実施形態のガラスにおける各成分(SiO、LiOなど)の組成の計算には、上記その他の成分を考慮しないものとする。
<Other ingredients>
The glass of the present embodiment may contain other components other than the components described above, such as V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , MnO, MnO 2 , FeO, Fe 2 O 3 , Co 2 O 3 , as long as the purpose is not lost. , Co3O4 , NiO, CuO , MoO3 , CeO2 , Pr2O3 , Nd2O3 , Sm2O3 , Eu2O3 , Tb2O3 , Dy2O3 , Ho2O3 , Er 2 O 3 and Tm 2 O 3 may be contained in a small amount (for example, in an amount of 10 mol % or less in terms of external ratio).
It should be noted that the calculation of the composition of each component (SiO 2 , Li 2 O, etc.) in the glass of the present embodiment does not consider the above other components.

次に、本実施形態のガラスの諸特性について説明する。 Next, various characteristics of the glass of this embodiment will be described.

本実施形態のガラスは、通常は透明である。そのため、本実施形態のガラスは、例えばモバイル機器の前面ディスプレーなどといった、透明性が求められる部材の作製に適している。
なお、本明細書において、ガラスに関して「透明」とは、厚み2.0mmの当該ガラスにおいて、可視光(波長380~780nm)における任意の波長の透過率が80%以上であることを指すものとする。
The glass of this embodiment is normally transparent. Therefore, the glass of this embodiment is suitable for producing members that require transparency, such as front displays of mobile devices.
In this specification, “transparent” with respect to glass means that the transmittance of any wavelength in visible light (wavelength 380 to 780 nm) is 80% or more in the glass with a thickness of 2.0 mm. do.

本実施形態のガラスは、上述した通り、融液にしたときの粘度が十分に低い。より具体的に、本実施形態のガラスは、1200℃における粘度が100dPa・s以下とすることができる。また、本実施形態のガラスの1200℃における粘度は、90dPa・s以下であることがより好ましく、80dPa・s以下であることが更に好ましい。また、本実施形態のガラスの1200℃における粘度は、特に制限されないが、DP等におけるプレスをより確実に行う観点から、5dPa・s以上であることが好ましい。
なお、ガラスの1200℃における粘度は、例えばガラス組成を適宜調節することにより、調整することができる。
As described above, the glass of this embodiment has a sufficiently low viscosity when melted. More specifically, the glass of this embodiment can have a viscosity of 100 dPa·s or less at 1200°C. Further, the viscosity of the glass of the present embodiment at 1200° C. is more preferably 90 dPa·s or less, and even more preferably 80 dPa·s or less. Also, the viscosity of the glass of the present embodiment at 1200° C. is not particularly limited, but is preferably 5 dPa·s or more from the viewpoint of more reliable pressing in DP or the like.
The viscosity of the glass at 1200° C. can be adjusted, for example, by appropriately adjusting the composition of the glass.

本実施形態のガラスは、表面に圧縮応力層を備えることが好ましい。上述の通り、本実施形態のガラスは、イオン交換性が高いため、イオン交換(化学強化)等によりガラス表面に圧縮応力層を形成することで、効果的により高い強度をガラスに発現させることができる。
なお、ガラス表面への圧縮応力層の形成は、例えば、ガラスに対し、化学強化処理(イオン交換処理)を施す、急冷させて表面に歪みを加える等により、達成することができる。
The glass of this embodiment preferably has a compressive stress layer on its surface. As described above, since the glass of the present embodiment has high ion exchangeability, forming a compressive stress layer on the surface of the glass by ion exchange (chemical strengthening) or the like can effectively make the glass exhibit higher strength. can.
Formation of a compressive stress layer on the glass surface can be achieved, for example, by subjecting the glass to chemical strengthening treatment (ion exchange treatment), rapidly cooling the glass to strain the surface, or the like.

そして、本実施形態のガラスが表面に圧縮応力層を備える場合、当該ガラスは、3点曲げ強さが400MPa以上とすることができる。また、本実施形態のガラスの3点曲げ強さは、420MPa以上であることがより好ましく、440MPa以上であることが更に好ましい。
なお、本明細書において、ガラスの3点曲げ強さは、JIS R1601:2008「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」に準拠して測定される。
When the glass of this embodiment has a compressive stress layer on its surface, the glass can have a three-point bending strength of 400 MPa or more. Further, the three-point bending strength of the glass of the present embodiment is more preferably 420 MPa or more, and even more preferably 440 MPa or more.
In this specification, the three-point bending strength of glass is measured in accordance with JIS R1601:2008 "Room temperature bending strength test method for fine ceramics".

<ガラスの製造方法>
次に、本実施形態のガラスの製造方法について説明する。
ここで、本実施形態のガラスは、各成分の組成が上述した範囲を満足していればよく、その製造方法については特に限定されることなく、従来の製造方法に従って製造することができる。
例えば、まず、本実施形態のガラスに含まれ得る各成分の原料として、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩などを所定の割合で秤量し、十分混合したものをガラス調合原料とする。次いで、このガラス調合原料を、ガラス原料等と反応性のない熔融容器(例えば貴金属坩堝)に投入して、電気炉にて1200~1500℃に加熱して熔融し、適時撹拌する。次いで、電気炉で清澄、均質化してから、適当な温度に予熱した金型内に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、本実施形態のガラスを得ることができる。なお、ガラスの着色改善や脱泡のため、Sbを少量(例えば、外割りで0.5モル%以下となるような量)加えることができる。
なお、本実施形態のガラスにおける各成分(SiO、LiOなど)の組成の計算には、上記Sbを考慮しないものとする。
<Glass manufacturing method>
Next, a method for manufacturing glass according to the present embodiment will be described.
Here, the glass of the present embodiment may be manufactured according to a conventional manufacturing method without any particular limitation as long as the composition of each component satisfies the above-described range.
For example, first, as raw materials for each component that can be contained in the glass of the present embodiment, oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, phosphates, and the like are weighed in predetermined proportions and thoroughly mixed to prepare a glass. raw material. Next, the raw materials for glass preparation are charged into a melting vessel (for example, a precious metal crucible) that does not react with glass raw materials, etc., heated to 1200 to 1500° C. in an electric furnace to melt, and stirred as appropriate. Next, the glass is clarified and homogenized in an electric furnace, cast into a mold preheated to an appropriate temperature, and then slowly cooled in an electric furnace to remove distortion, thereby obtaining the glass of the present embodiment. can. In addition, a small amount of Sb 2 O 3 (for example, an amount of 0.5 mol % or less in terms of outside ratio) can be added to improve the coloration of the glass and deaerate the glass.
Note that the above Sb 2 O 3 is not taken into account in the calculation of the composition of each component (SiO 2 , Li 2 O, etc.) in the glass of this embodiment.

或いは、本実施形態のガラスは、ダイレクトプレス法(DP)により所定形状を有する部材に成形することで製造することもできる。より具体的に、上述したようなガラス調合原料を、電気炉にて1200~1500℃に加熱して熔融する。次いで、得られたガラス融液を1200℃以下とした後、所定形状を有する金型に対し、流出パイプ等により流下させる。そして、シャー刃により、或いは金型を真下に急降下させることにより、表面張力でくびれ部を形成させてガラス融液流を分離し、所望質量のガラス融液塊とする。その後、金型内で冷却されつつ、このガラス融液塊をプレスして、所定形状を有するガラス部材(本実施形態のガラス)を得ることができる。
このようなDPによる成形は、特に、モバイル機器の筐体などといった、比較的大きく複雑な形状を有する部材を作製するのに好適である。
Alternatively, the glass of this embodiment can also be produced by molding into a member having a predetermined shape by a direct press method (DP). More specifically, the raw materials for glass preparation as described above are heated to 1200 to 1500° C. in an electric furnace and melted. Next, after the obtained glass melt is heated to 1200° C. or lower, it is allowed to flow down to a mold having a predetermined shape through an outflow pipe or the like. Then, the glass melt flow is separated by forming a constricted portion by surface tension by using a shear blade or by rapidly lowering the mold directly below, and a glass melt lump having a desired mass is obtained. After that, the glass melt mass is pressed while being cooled in the mold to obtain a glass member having a predetermined shape (the glass of the present embodiment).
Molding by such DP is particularly suitable for manufacturing members having relatively large and complicated shapes, such as housings of mobile devices.

また、得られたガラスは、例えば化学強化処理を施すことにより、表面に圧縮応力層を形成することができる。より具体的に、加熱されたNaNO又はKNOの熔融塩に上記ガラスを浸漬させることにより、当該ガラスの表面付近のLiイオンやNaイオンがよりイオン半径の大きなイオンと入れ替わり、こうしてガラス表面に圧縮応力層を形成することができる。 Moreover, the obtained glass can form a compressive stress layer on the surface by, for example, chemically strengthening treatment. More specifically, by immersing the glass in a heated molten salt of NaNO 3 or KNO 3 , Li + ions and Na + ions near the surface of the glass are replaced with ions having larger ionic radii, thus forming the glass. A compressive stress layer can be formed on the surface.

なお、より高強度の圧縮応力層を形成する観点から、化学強化処理における熔融塩の温度は、360~440℃であることが好ましい。また、より高強度の圧縮応力層を形成する観点から、化学強化処理における浸漬時間は、16時間以下であることが好ましい。 From the viewpoint of forming a compressive stress layer with higher strength, the temperature of the molten salt in the chemical strengthening treatment is preferably 360 to 440°C. Moreover, from the viewpoint of forming a compressive stress layer with higher strength, the immersion time in the chemical strengthening treatment is preferably 16 hours or less.

(結晶化ガラス)
以下、本発明の一実施形態の結晶化ガラス(「本実施形態の結晶化ガラス」と称することがある。)を具体的に説明する。本実施形態の結晶化ガラスは、酸化物換算のモル%で、
SiO:50%以上70%以下、
:0%超15%以下、
:0%超2%以下、
Al:0%超0.5%以下、
LiO:25%以上35%以下、
NaO:0%超10%以下、
O:0%以上5%以下、
TiO:0%以上10%以下、及び
ZrO:0%以上10%以下
であり、SiO及びLiOの合計が95%以下である組成を有し、且つ、
LiSi結晶を含む、ことを特徴とする。
なお、本明細書において「結晶化ガラス」とは、部分的に結晶を含むガラスを指すものとし、「ガラスセラミック」と概ね同義である。
(crystallized glass)
Hereinafter, the crystallized glass of one embodiment of the present invention (sometimes referred to as "the crystallized glass of the present embodiment") will be specifically described. The crystallized glass of the present embodiment has, in terms of mol% of oxide,
SiO 2 : 50% or more and 70% or less,
B 2 O 3 : more than 0% and 15% or less,
P 2 O 5 : more than 0% and 2% or less,
Al 2 O 3 : more than 0% and 0.5% or less,
Li 2 O: 25% or more and 35% or less,
Na 2 O: more than 0% and 10% or less,
K 2 O: 0% or more and 5% or less,
TiO 2 : 0% or more and 10% or less, ZrO 2 : 0% or more and 10% or less, and having a composition in which the total of SiO 2 and Li 2 O is 95% or less, and
It is characterized by containing Li 2 Si 2 O 5 crystals.
In this specification, the term "crystallized glass" refers to glass that partially contains crystals, and is generally synonymous with "glass ceramic".

本実施形態の結晶化ガラスは、上述した所定組成を有し、且つLiSi結晶を含むため、高い強度を有する上、均質である。なお、本実施形態の結晶化ガラスは、例えば、上述したガラスに結晶化処理を施すことにより得ることができる。また、LiSi結晶を含むか否かは、X線回折(XRD)パターンから判断することができる。また、本実施形態の結晶化ガラスは、上述した所定組成に起因して、イオン交換性が高い。そのため、イオン交換(化学強化)により効果的に高い強度を発揮することができる。 Since the crystallized glass of the present embodiment has the above-described predetermined composition and contains Li 2 Si 2 O 5 crystals, it has high strength and is homogeneous. The crystallized glass of the present embodiment can be obtained, for example, by subjecting the glass described above to a crystallization treatment. Also, it can be judged from the X-ray diffraction (XRD) pattern whether or not the Li 2 Si 2 O 5 crystal is included. Moreover, the crystallized glass of the present embodiment has a high ion-exchangeability due to the predetermined composition described above. Therefore, high strength can be effectively exhibited by ion exchange (chemical strengthening).

本実施形態の結晶化ガラスの組成(酸化物換算)の具体的な説明は、上述したガラスの組成の説明と同じであるため、省略する。 A specific description of the composition (in terms of oxide) of the crystallized glass of the present embodiment is the same as the description of the composition of the glass described above, and is therefore omitted.

ガラスの結晶化処理としては、例えば、熱処理、レーザアニール等が挙げられる。 Examples of glass crystallization treatment include heat treatment and laser annealing.

そして、本実施形態の結晶化ガラスは、3点曲げ強さが200MPa以上とすることができる。また、本実施形態の結晶化ガラスの3点曲げ強さは、220MPa以上であることがより好ましく、240MPa以上であることが更に好ましい。
なお、結晶化ガラスの3点曲げ強さは、JIS R1601:2008「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」に準拠して測定される。
The crystallized glass of the present embodiment can have a three-point bending strength of 200 MPa or more. Moreover, the three-point bending strength of the crystallized glass of the present embodiment is more preferably 220 MPa or more, and still more preferably 240 MPa or more.
The three-point bending strength of crystallized glass is measured in accordance with JIS R1601:2008 "Room temperature bending strength test method for fine ceramics".

本実施形態の結晶化ガラスは、表面に圧縮応力層を備えることが好ましい。上述の通り、本実施形態の結晶化ガラスは、イオン交換性が高いため、イオン交換(化学強化)等により結晶化ガラス表面に圧縮応力層を形成することで、効果的により高い強度を結晶化ガラスに発現させることができる。
なお、結晶化ガラス表面への圧縮応力層の形成は、例えば、結晶化ガラスに対し、化学強化処理(イオン交換処理)を施す、急冷させて表面に歪みを加える等により、達成することができる。
The crystallized glass of the present embodiment preferably has a compressive stress layer on its surface. As described above, since the crystallized glass of the present embodiment has a high ion exchange property, by forming a compressive stress layer on the surface of the crystallized glass by ion exchange (chemical strengthening) or the like, it is possible to effectively crystallize higher strength. It can be expressed in glass.
The formation of a compressive stress layer on the crystallized glass surface can be achieved, for example, by subjecting the crystallized glass to a chemical strengthening treatment (ion exchange treatment), rapidly cooling the crystallized glass to strain the surface, or the like. .

そして、本実施形態の結晶化ガラスが表面に圧縮応力層を備える場合、当該結晶化ガラスは、3点曲げ強さが400MPa以上とすることができる。また、本実施形態の結晶化ガラスが表面に圧縮応力層を備える場合、当該結晶化ガラスの3点曲げ強さは、420MPa以上であることがより好ましく、440MPa以上であることが更に好ましい。 When the crystallized glass of the present embodiment has a compressive stress layer on its surface, the crystallized glass can have a three-point bending strength of 400 MPa or more. Further, when the crystallized glass of the present embodiment has a compressive stress layer on its surface, the three-point bending strength of the crystallized glass is more preferably 420 MPa or more, further preferably 440 MPa or more.

<結晶化ガラスの製造方法>
本実施形態の結晶化ガラスは、各成分の組成が上述した範囲を満足し、且つLiSi結晶を含んでいればよく、その製造方法については特に限定されることなく、従来の製造方法に従って製造することができる。
例えば、上述したガラス(未結晶化ガラス)を、ガラス転移温度より高く且つガラスが熔融しない温度域で熱処理することで、LiSi結晶が析出し、本実施形態の結晶化ガラスを得ることができる。なお、熱処理の温度は、より確実に所望の結晶化ガラスを得る観点から、500~800℃であることが好ましい。また、熱処理の時間は、より確実に所望の結晶を析出させる観点から、1~10時間であることが好ましい。
<Method for producing crystallized glass>
The crystallized glass of the present embodiment is not particularly limited as long as the composition of each component satisfies the ranges described above and contains Li 2 Si 2 O 5 crystals. It can be manufactured according to the manufacturing method.
For example, by heat-treating the glass (uncrystallized glass) described above in a temperature range higher than the glass transition temperature and at which the glass does not melt, Li 2 Si 2 O 5 crystals are precipitated, and the crystallized glass of the present embodiment is obtained. Obtainable. The heat treatment temperature is preferably 500 to 800° C. from the viewpoint of obtaining the desired crystallized glass more reliably. Moreover, the heat treatment time is preferably 1 to 10 hours from the viewpoint of more reliably precipitating the desired crystals.

なお、本実施形態の結晶化ガラスは、ガラス調合原料を用いてダイレクトプレス法(DP)により成形する際に得られることもある。例えば、DPによる成形の際、500~800℃の温度域における冷却速度が緩やかである場合には、ガラス中で結晶が析出し得る。 In addition, the crystallized glass of the present embodiment may be obtained by molding by direct pressing (DP) using raw materials for glass preparation. For example, during molding by DP, if the cooling rate in the temperature range of 500 to 800° C. is slow, crystals may precipitate in the glass.

また、得られた結晶化ガラスは、例えば化学強化処理を施すことにより、表面に圧縮応力層を形成することができる。なお、結晶化ガラスの化学強化処理の具体的な説明は、ガラスの化学強化処理の説明と同様であるため、省略する。 In addition, the obtained crystallized glass can form a compressive stress layer on its surface by, for example, chemically strengthening treatment. A detailed description of the chemical strengthening treatment for crystallized glass is the same as the description for the chemical strengthening treatment for glass, and is therefore omitted.

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明のガラスを具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The glass of the present invention will be specifically described below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

表1,2に記載の各成分の原料としてそれぞれに相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩などを、ガラス化した後に100gとなるように秤量し、十分混合して、白金坩堝に投入し、電気炉にて1200~1500℃で1~2時間熔融した。その後、適時撹拌し、均質化を図り、清澄してから適当な温度に予熱した金型内に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、実施例1~10及び比較例1~10のガラス(未結晶化ガラス)を得た。なお、少なくとも実施例1~10のガラスは、透明であることを確認した。 As raw materials for each component shown in Tables 1 and 2, oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, phosphates, etc. corresponding to each are weighed so as to be 100 g after vitrification, and thoroughly mixed. , put into a platinum crucible, and melted in an electric furnace at 1200 to 1500° C. for 1 to 2 hours. After that, it was stirred as needed to homogenize it, clarified it, cast it in a mold preheated to an appropriate temperature, and then slowly cooled in an electric furnace to remove distortion, thereby performing Examples 1 to 10 and Glasses (uncrystallized glasses) of Comparative Examples 1 to 10 were obtained. It was confirmed that at least the glasses of Examples 1 to 10 were transparent.

また、それぞれのガラス(未結晶化ガラス)について、電気炉にて800℃以下、1~10時間の熱処理を行う(表1,2参照)ことで、結晶化ガラスを得た。 Further, each glass (uncrystallized glass) was heat-treated in an electric furnace at 800° C. or less for 1 to 10 hours (see Tables 1 and 2) to obtain crystallized glass.

更に、それぞれのガラス(未結晶化ガラス)及び結晶化ガラスについて、化学強化処理を施す、より具体的には、360~440℃に加熱されたNaNO又はKNOの熔融塩に16時間以下浸漬させる(表1,2参照)ことで、表面に圧縮応力層を形成した。 Furthermore, each glass (uncrystallized glass) and crystallized glass is subjected to chemical strengthening treatment, more specifically, immersed in a molten salt of NaNO 3 or KNO 3 heated to 360 to 440 ° C. for 16 hours or less. (see Tables 1 and 2) to form a compressive stress layer on the surface.

各実施例及び比較例において、以下に示す手順に従い、ガラスの1200℃における粘度の測定、結晶化ガラスの均質性の評価、及び、3点曲げ強さ(圧縮応力層が形成されたガラス、圧縮応力が形成されていない結晶化ガラス、及び、圧縮応力層が形成された結晶化ガラスに対して)の測定を行った。更に、各実施例及び比較例の結晶化ガラスにおいて、圧縮応力層の形成に伴う3点曲げ強さ増加率を算出した。結果を表1,2に示す。 In each example and comparative example, according to the procedure shown below, the viscosity of the glass at 1200 ° C. was measured, the homogeneity of the crystallized glass was evaluated, and the three-point bending strength (glass with a compressive stress layer formed, compression for crystallized glass in which no stress is formed and crystallized glass in which a compressive stress layer is formed). Furthermore, in the crystallized glass of each example and comparative example, the three-point bending strength increase rate associated with the formation of the compressive stress layer was calculated. Tables 1 and 2 show the results.

ガラスの1200℃における粘度の測定は、回転円筒法にて行った。具体的に、1200℃のガラス融液中に白金製の円筒を浸漬させ、円筒を回転させたときに当該円筒の受ける回転力(トルク)から粘度を求めた。 The viscosity of the glass at 1200°C was measured by the rotating cylinder method. Specifically, a platinum cylinder was immersed in a glass melt at 1200° C., and the viscosity was determined from the rotational force (torque) received by the cylinder when the cylinder was rotated.

結晶化ガラスの均質性の評価は、結晶化ガラス(圧縮応力層無し)の断面の外観を目視及び顕微鏡(50倍)で観察し、以下の基準に従って行った。
A:顕微鏡下でも結晶の析出に偏りが認められない
B:目視では偏りが認められないが、顕微鏡下にて偏りが認められる
C:目視にて結晶の析出に偏りが認められる、又は結晶が析出していない
参考までに、実施例1の結晶化ガラス(圧縮応力層無し)に関して、走査電子顕微鏡(SEM)による画像(5000倍)を図1に示し、外観を図2に示し、顕微鏡による画像(50倍)を図3に示す。また、比較例8の結晶化ガラス(圧縮応力層無し)に関して、顕微鏡による画像(50倍)を図4に示す。
図1の画像においては、比較的暗く見える領域がLiSi結晶であり、比較的明るく見える領域がガラス質である。
The homogeneity of the crystallized glass was evaluated by observing the appearance of the cross section of the crystallized glass (without compressive stress layer) visually and with a microscope (50x magnification) and according to the following criteria.
A: No bias in crystal precipitation is observed even under a microscope B: No bias is observed visually, but a bias is observed under a microscope C: A bias in crystal precipitation is observed visually, or crystals are For reference, regarding the crystallized glass of Example 1 (without compressive stress layer), an image (5000 times) by a scanning electron microscope (SEM) is shown in FIG. The image (50x magnification) is shown in FIG. Further, FIG. 4 shows a microscopic image (50 times) of the crystallized glass of Comparative Example 8 (without compressive stress layer).
In the image of FIG. 1, relatively dark regions are Li 2 Si 2 O 5 crystals, and relatively bright regions are vitreous.

3点曲げ強さの測定は、JIS R1601:2008「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」に準拠して行った。 The three-point bending strength was measured according to JIS R1601:2008 "Room temperature bending strength test method for fine ceramics".

なお、少なくとも実施例1~10の結晶化ガラスについては、XRDパターンから、LiSi結晶が析出していることを確認した。参考までに、実施例1の結晶化ガラスのXRDパターンを図5に示す。 It was confirmed from the XRD patterns that Li 2 Si 2 O 5 crystals were deposited in at least the crystallized glasses of Examples 1 to 10. For reference, the XRD pattern of the crystallized glass of Example 1 is shown in FIG.

また、実施例1及び比較例7のガラス(未結晶化ガラス)及び結晶化ガラスについて、JOGIS05-1975「光学ガラスの比重の測定方法」に準拠し、比重の測定を行った。その結果、実施例1の未結晶化ガラス及び結晶化ガラスの比重は、それぞれ2.405及び2.424であり、比較例7の未結晶化ガラス及び結晶化ガラスの比重は、それぞれ2.360及び2.479であった。 Further, the specific gravity of the glass (uncrystallized glass) and the crystallized glass of Example 1 and Comparative Example 7 was measured according to JOGIS05-1975 "Method for measuring specific gravity of optical glass". As a result, the specific gravities of the uncrystallized glass and crystallized glass of Example 1 were 2.405 and 2.424, respectively, and the specific gravities of the uncrystallized glass and crystallized glass of Comparative Example 7 were 2.360, respectively. and 2.479.

Figure 0007149595000001
Figure 0007149595000001

Figure 0007149595000002
Figure 0007149595000002

表1より、実施例1~10に係るガラスは、いずれも融液の粘度が十分に低いため、DPによる部材の作製に適していることが分かる。また、表1より、実施例1~10に係る圧縮応力層を表面に備えるガラスは、いずれも3点曲げ強さが400MPa以上であり、強度が高いことが分かる。 From Table 1, it can be seen that the glasses according to Examples 1 to 10 all have sufficiently low viscosities of melts, and are therefore suitable for producing members by DP. Further, from Table 1, it can be seen that the glasses provided with a compressive stress layer on the surface according to Examples 1 to 10 all have a three-point bending strength of 400 MPa or more, indicating high strength.

また、表1より、熱処理を行うことで得られた実施例1~10の結晶化ガラスは、いずれも、均質性が高い上、3点曲げ強さが200MPa以上であり強度が高いことが分かる。特に、図3より、実施例1の結晶化ガラスは、50倍の顕微鏡画像で結晶の構造(模様)が確認されなかったことから、結晶の析出に偏りがなく、均質であることが明らかである。かかる均質性は、実施例1の結晶化ガラスの外観を示す図2からも明らかである。 Further, from Table 1, it can be seen that the crystallized glasses of Examples 1 to 10 obtained by heat treatment all have high homogeneity and high strength, with a three-point bending strength of 200 MPa or more. . In particular, as shown in FIG. 3, the crystal structure (pattern) of the crystallized glass of Example 1 was not confirmed in a 50-fold microscope image, so it is clear that the precipitation of crystals was uniform and uniform. be. Such homogeneity is also evident from FIG. 2 showing the appearance of the crystallized glass of Example 1. FIG.

更に、実施例1~10に係る圧縮応力層を表面に備える結晶化ガラスは、いずれも3点曲げ強さが400MPa以上であり、強度が高いことが分かる。特に、実施例1~10の結晶化ガラスにおいては、圧縮応力層の形成に伴う3点曲げ強さ増加率が大きく、イオン交換により強度が効果的に向上していることも分かる。 Further, all the crystallized glasses having a compressive stress layer on the surface according to Examples 1 to 10 had a three-point bending strength of 400 MPa or more, indicating high strength. In particular, in the crystallized glasses of Examples 1 to 10, the rate of increase in three-point bending strength due to the formation of the compressive stress layer was large, indicating that the ion exchange effectively improved the strength.

これに対し、表2より、比較例1~10においては、ガラス融液の粘度及び結晶化ガラスの均質性の一方又は両方の結果が良好でないことが分かる。なお、比較例9においては、ガラス化しなかった。これは、LiOが多すぎることに起因するものと考えられる。また、図4より、比較例8の結晶化ガラスは、50倍の顕微鏡画像で結晶の構造(模様)が確認されたことから、結晶の析出に偏りがあり、不均質であることが分かる。 On the other hand, Table 2 shows that in Comparative Examples 1 to 10, one or both of the viscosity of the glass melt and the homogeneity of the crystallized glass are not good. In addition, in Comparative Example 9, vitrification was not performed. This is probably due to too much Li2O . In addition, from FIG. 4, the crystal structure (pattern) of the crystallized glass of Comparative Example 8 was confirmed in a 50-fold microscope image, which indicates that the precipitation of crystals is biased and non-uniform.

また、比較例1~10においては、ガラス又は結晶化ガラスの3点曲げ強さが十分に高くないものが多いことも分かる。更に、比較例1~10の結晶化ガラスにおいては、圧縮応力層の形成に伴う3点曲げ強さ増加率が小さい、即ち、イオン交換による効果的な強度向上が図れていないものが多いことも分かる。 In addition, in Comparative Examples 1 to 10, many of the glass or crystallized glass do not have sufficiently high three-point bending strength. Furthermore, in the crystallized glasses of Comparative Examples 1 to 10, the three-point bending strength increase rate due to the formation of the compressive stress layer is small, that is, in many cases, effective strength improvement by ion exchange cannot be achieved. I understand.

更に、実施例1においては、ガラスを結晶化させることにより、比重が2.405から2.424に変化し、即ち比重の変化率は0.79%であった。これに対し、比較例7においては、ガラスを結晶化させることにより、比重が2.360から2.479に変化し、即ち比重の変化率は5.04%であった。このことから、実施例1のガラスは、比較例7のガラスに比べ、結晶化を行っても寸法の変化が少なく、DP等による成形の際に結晶化前の形状を維持し易いことが分かる。 Furthermore, in Example 1, by crystallizing the glass, the specific gravity changed from 2.405 to 2.424, that is, the rate of change in specific gravity was 0.79%. On the other hand, in Comparative Example 7, by crystallizing the glass, the specific gravity changed from 2.360 to 2.479, that is, the specific gravity change rate was 5.04%. From this, it can be seen that the glass of Example 1 undergoes less dimensional change even after crystallization than the glass of Comparative Example 7, and can easily maintain the shape before crystallization during molding by DP or the like. .

本発明によれば、融液にしたときの粘度が十分に低く、結晶化処理によって高強度で且つ均質な結晶化ガラスを形成可能である上、そのまま(未結晶化ガラスの状態)でも結晶化ガラスの状態にしてもイオン交換(化学強化)により効果的に高い強度を発揮するガラスを提供することができる。また、本発明によれば、上述したガラスから形成可能であり、高い強度を有する均質な結晶化ガラスを提供することができる。 According to the present invention, the melt viscosity is sufficiently low, and high-strength and uniform crystallized glass can be formed by crystallization treatment, and the melt can be crystallized as it is (in the state of uncrystallized glass). Even in the state of glass, it is possible to provide glass that effectively exhibits high strength through ion exchange (chemical strengthening). Further, according to the present invention, it is possible to provide homogeneous crystallized glass having high strength, which can be formed from the glass described above.

Claims (8)

酸化物換算のモル%で、
SiO:50%以上70%以下、
:0%超15%以下、
:0%超2%以下、
Al:0%超0.4%以下、
LiO:25%以上35%以下、
NaO:0%超10%以下、
O:0%以上5%以下、
TiO:0%以上10%以下、及び
ZrO:0%以上10%以下
であり、SiO及びLiOの合計が95%以下である組成を有する、ことを特徴とする、ガラス。
In mol% of oxide conversion,
SiO 2 : 50% or more and 70% or less,
B 2 O 3 : more than 0% and 15% or less,
P 2 O 5 : more than 0% and 2% or less,
Al 2 O 3 : more than 0% and 0.4 % or less,
Li 2 O: 25% or more and 35% or less,
Na 2 O: more than 0% and 10% or less,
K 2 O: 0% or more and 5% or less,
TiO 2 : 0% or more and 10% or less ZrO 2 : 0% or more and 10% or less, and having a composition in which the total of SiO 2 and Li 2 O is 95% or less.
1200℃における粘度が100dPa・s以下である、請求項1に記載のガラス。 2. The glass of claim 1, having a viscosity at 1200[deg.] C. of 100 dPa.s or less. 表面に圧縮応力層を備える、請求項1又は2に記載のガラス。 3. The glass according to claim 1 or 2, comprising a compressive stress layer on its surface. JIS R1601:2008に準拠して測定される3点曲げ強さが400MPa以上である、請求項3に記載のガラス。 4. The glass according to claim 3, which has a three-point bending strength of 400 MPa or more as measured according to JIS R1601:2008. 酸化物換算のモル%で、
SiO:50%以上70%以下、
:0%超15%以下、
:0%超2%以下、
Al:0%超0.4%以下、
LiO:25%以上35%以下、
NaO:0%超10%以下、
O:0%以上5%以下、
TiO:0%以上10%以下、及び
ZrO:0%以上10%以下
であり、SiO及びLiOの合計が95%以下である組成を有し、且つ、
LiSi結晶を含む、ことを特徴とする、結晶化ガラス。
In mol% of oxide conversion,
SiO 2 : 50% or more and 70% or less,
B 2 O 3 : more than 0% and 15% or less,
P 2 O 5 : more than 0% and 2% or less,
Al 2 O 3 : more than 0% and 0.4 % or less,
Li 2 O: 25% or more and 35% or less,
Na 2 O: more than 0% and 10% or less,
K 2 O: 0% or more and 5% or less,
TiO 2 : 0% or more and 10% or less, ZrO 2 : 0% or more and 10% or less, and having a composition in which the total of SiO 2 and Li 2 O is 95% or less, and
A crystallized glass comprising Li 2 Si 2 O 5 crystals.
JIS R1601:2008に準拠して測定される3点曲げ強さが200MPa以上である、請求項5に記載の結晶化ガラス。 6. The crystallized glass according to claim 5, which has a three-point bending strength of 200 MPa or more as measured according to JIS R1601:2008. 表面に圧縮応力層を備える、請求項5又は6に記載の結晶化ガラス。 Crystallized glass according to claim 5 or 6, having a compressive stress layer on its surface. JIS R1601:2008に準拠して測定される3点曲げ強さが400MPa以上である、請求項7に記載の結晶化ガラス。 The crystallized glass according to claim 7, which has a three-point bending strength of 400 MPa or more as measured according to JIS R1601:2008.
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