【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔産業上の利用分野〕
本発明は低膨張ガラスに関し、特に、デイスプ
レイ用ガラスシート、各種基板等のエレクトロニ
クス向け材料として、さらに高温炉の窓材などに
用いられる低膨張ガラスに関する。
〔従来の技術〕
膨張係数が30×10-7／℃以下の低膨張ガラスに
ついては、各種文献において、いくつかの組成が
知られている。例えば、ガラスハンドブツク（朝
倉書店1982年出版）には、膨張係数が21×10-7／
℃の低膨張ガラスに関する記載がある。その組成
は、重量％（wt％）でSiO283.6、B2O38.8、
Al2O35.0、Na21.4およびBaO1.2である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、実際に上述した組成のガラスを溶解し
ようとすると、1700℃以上の温度が必要となる。
この1700℃以下という高温を得るためには、溶融
炉の材質および構造、加熱方式あるいは成形装置
など、製造システムのいずれについてもきわめて
特殊なものとなり、量産は非常に困難である。ま
して、脈も泡もない低膨張ガラスの量産となる
と、きわめて困難であるという問題点があつた。
更に、従来この溶解性を改良するためにガラス組
成を多成分系にしたり、アルカリ成分を導入した
りして来たが、特に電気的絶縁性を必要とするエ
レクトロニクス用材料についてはアルカリ成分を
導入することは好ましくないという問題点があつ
た。
本発明はこのような問題点を除去するためにな
されたものであり、第１の目的は量産の容易な低
膨張ガラスを提供することであり、第２の目的は
電気的絶縁性の高い低膨張ガラスを提供すること
である。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の低膨張ガラスは、wt％でSiO247〜68、
P2O5〜10（ただしSiO2＋P2O5の合計量48〜68）、
B2O35〜23、Al2O310〜30（ただしB2O3＋Al2O3の
合計量25〜40）およびRO（ＲはMg、Ca、Sr、
Ba、Znの少なくとも１つ）０〜15を含み、かつ
上記成分の合計量を95wt％以上とし、膨張係数
を30×10-7／℃以下としたものである。
〔作用〕
SiO2はガラスの膨張係数を低下させる。SiO2
の含有率を47wt％未満にすると、ガラスの安定
性が悪くなるばかりでなく、膨張係数が30×
10-7／℃よりも大きくなつてしまう。逆に68wt
％を越えた場合も、ガラスの安定性が悪くなると
ともに、1600℃以下の温度の溶解が困難になる。
従来、30×10-7／℃以下の膨張係数のガラスを
得るためには、必然的にSiO2の含有率を高める
方法が採られた。しかし、その方法では必然的に
溶融温度の上昇を伴う。また、ガラスの電気的絶
縁性を高めるためには、無アルカリガラスとすれ
ばよいが、融剤としての機能をもつアルカリ成分
を除去することは、必然的にガラスの溶融温度を
高めることになる。そこで、本発明者は、溶融温
度を下げるために、予めSiO2の含有率を70wt％
以下とする制約条件を設定し、その条件下で30×
10-7／℃以下の膨張係数を有するガラス組成を調
べていつた結果、従来の組成とは明らかに異なる
組成領域で30×10-7／℃以下の膨張係数を有し、
アルカリ成分を含まず、しかも量産可能な低膨張
系ガラスが得られることを見出し、本発明をした
ものである。
次にP2O5は、ガラスの溶解性と安定性を改良
するが、1wt％未満ではガラスの液相温度が高く
なりすぎて失透しやすく、逆に10wt％を越える
と、溶融温度がきわめて高くなる。また、SiO2
とP2O5との合計量を48wt％未満にすると、ガラ
スが失透しやすく、逆に68wt％を越えると溶解
温度が高くなりすぎる
B2O3とAl2O3のそれぞれの含有率および両者の
合計量は、膨張係数が30×10-7／℃以下のガラス
を1600℃以下の温度で製造できるようにするため
に非常に重要な意味をもつている。B2O3の含有
率を5wt％未満とすると、膨張係数を30×10-7／
℃以下にするためにはAl2O3の含有量を大きくし
なければならないが、そうするとガラスの安定性
が損われる。B2O3の含有率が23wt％以上では、
ガラス化しない。Al2O3の含有率を10wt％未満と
すると、目的とする低膨張ガラスが得られない。
30wt％を越えると、液相温度が高くなりすぎる。
そしてB2O3＋Al2O3の合計量が25wt％未満では、
目的する低膨張ガラスが得られない。逆に40wt
％を越えると、ガラス化しない。なお、ガラスの
化学的耐久性という観点からは、B2O3の上限は
15wt％程度にすることが好ましい。
２価の金属酸化物であるRO成分は、ガラスの
耐失透性を向上させ、ガラスの溶融温度を下げ
る。しかし、これらのROは、含有率が15wt％以
上となるとガラスが失透しやすくなる。
〔実施例〕
本発明の実施例のガラス組成を、転移点
（Tg）、屈服点Tsおよび膨張係数ａとともに下の
表に示した。
[Industrial Application Field] The present invention relates to low expansion glass, and in particular to low expansion glass used as a material for electronics such as display glass sheets and various substrates, and also as window materials for high temperature furnaces. [Prior Art] Several compositions of low-expansion glasses having an expansion coefficient of 30×10 −7 /° C. or less are known in various literatures. For example, a glass handbook (published by Asakura Shoten in 1982) has an expansion coefficient of 21×10 -7 /
There is a description of low expansion glass at ℃. Its composition in weight percent (wt%) is SiO 2 83.6, B 2 O 3 8.8,
Al 2 O 3 5.0, Na 2 1.4 and BaO 1.2. [Problems to be Solved by the Invention] However, in order to actually melt glass having the above-mentioned composition, a temperature of 1700° C. or higher is required.
In order to achieve this high temperature of 1,700°C or less, the manufacturing system, including the material and structure of the melting furnace, the heating method, and the molding equipment, must be extremely special, making mass production extremely difficult. Moreover, mass production of low-expansion glass without veins or bubbles was extremely difficult.
Furthermore, conventionally, in order to improve this solubility, glass compositions have been made multi-component or alkaline components have been introduced, but alkali components have been introduced especially for electronics materials that require electrical insulation. There was a problem that it was not desirable to do so. The present invention was made to eliminate these problems, and the first purpose is to provide a low expansion glass that can be easily mass-produced, and the second purpose is to provide a low expansion glass with high electrical insulation. Our purpose is to provide expanded glass. [Means for solving the problem] The low expansion glass of the present invention contains SiO 2 47 to 68 wt%,
P 2 O 5 ~ 10 (however, the total amount of SiO 2 + P 2 O 5 48 ~ 68),
B 2 O 3 5 to 23, Al 2 O 3 10 to 30 (however, the total amount of B 2 O 3 + Al 2 O 3 is 25 to 40) and RO (R is Mg, Ca, Sr,
0 to 15 of at least one of Ba and Zn), the total amount of the above components is 95 wt% or more, and the expansion coefficient is 30 x 10 -7 /°C or less. [Function] SiO 2 lowers the expansion coefficient of glass. SiO2
If the content of
It becomes larger than 10 -7 /℃. On the contrary, 68wt
%, the stability of the glass deteriorates and it becomes difficult to melt at temperatures below 1600°C. Conventionally, in order to obtain a glass with an expansion coefficient of 30×10 -7 /°C or less, a method of increasing the SiO 2 content was inevitably adopted. However, this method inevitably involves an increase in the melting temperature. Additionally, in order to improve the electrical insulation of glass, it is possible to use alkali-free glass, but removing the alkali component that functions as a flux inevitably increases the melting temperature of the glass. . Therefore, in order to lower the melting temperature, the inventors decided to increase the SiO 2 content to 70wt% in advance.
Set the following constraint conditions, and under those conditions, 30 ×
As a result of investigating glass compositions that have an expansion coefficient of 10 -7 /℃ or less, we found that they have an expansion coefficient of 30 × 10 -7 /℃ or less in a composition range that is clearly different from conventional compositions.
The present invention was based on the discovery that a low-expansion glass that does not contain alkali components and can be mass-produced can be obtained. Next, P 2 O 5 improves the solubility and stability of glass, but if it is less than 1wt%, the liquidus temperature of the glass becomes too high and devitrification is likely to occur, while if it exceeds 10wt%, the melting temperature decreases. It becomes extremely expensive. Also, SiO2
If the total amount of B 2 O 3 and P 2 O 5 is less than 48 wt%, the glass will easily devitrify, and if it exceeds 68 wt %, the melting temperature will become too high.The respective contents of B 2 O 3 and Al 2 O 3 And the total amount of both has a very important meaning in order to be able to manufacture glass with an expansion coefficient of 30×10 -7 /°C or less at a temperature of 1600°C or less. When the B 2 O 3 content is less than 5wt%, the expansion coefficient is 30×10 -7 /
In order to keep the temperature below ℃, the content of Al 2 O 3 must be increased, but this will impair the stability of the glass. When the content of B 2 O 3 is 23wt% or more,
Does not vitrify. If the content of Al 2 O 3 is less than 10 wt%, the desired low expansion glass cannot be obtained.
If it exceeds 30wt%, the liquidus temperature will become too high.
And if the total amount of B 2 O 3 + Al 2 O 3 is less than 25wt%,
The desired low expansion glass cannot be obtained. On the contrary, 40wt
%, no vitrification occurs. In addition, from the viewpoint of chemical durability of glass, the upper limit of B 2 O 3 is
It is preferable to make it about 15wt%. The RO component, which is a divalent metal oxide, improves the devitrification resistance of glass and lowers the melting temperature of glass. However, when the content of these ROs exceeds 15 wt%, the glass tends to devitrify. [Example] Glass compositions of Examples of the present invention are shown in the table below along with the transition point (Tg), yield point Ts, and expansion coefficient a.
〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕
以上説明したように、本発明によれば、wt％
でSiO247〜68、P2O51〜10（ただしSiO2＋P2O5の
合計量48〜68）、B2O35〜23、Al2O310〜30（ただ
しB2O3＋Al2O3の合計量25〜40）およびRO（Ｒは
Mg、Ca、Sr、Ba、Znの少なくとも１つ）０〜
15を含み、かつその合計量を95wt％以上とした
ことにより、従来量産が困難とされてきた膨張係
数が30×10-7／℃以下のガラスを無アルカリにも
かかわらず、1600℃程度の比較的低い温度で安価
に量産できるようになり、低膨張でかつ電気的絶
縁性の高いガラスが実現できる。したがつて本発
明のガラスは、デイスプレイ用ガラスシート、各
種基板等のエレクトロニクス向け材料、さらに高
温炉の窓材など幅広い分野に利用してきわめて有
用である。
As explained above, according to the present invention, wt%
SiO 2 47-68, P 2 O 5 1-10 (however, the total amount of SiO 2 + P 2 O 5 is 48-68), B 2 O 3 5-23, Al 2 O 3 10-30 (however, B 2 O 3 + total amount of Al 2 O 3 25~40) and RO (R is
At least one of Mg, Ca, Sr, Ba, Zn) 0~
15, and the total amount is 95wt% or more, glass with an expansion coefficient of 30×10 -7 /℃ or less, which was traditionally difficult to mass-produce, can be produced at temperatures of about 1600℃ without alkali. This enables mass production at relatively low temperatures and low cost, making it possible to create glass with low expansion and high electrical insulation. Therefore, the glass of the present invention is extremely useful in a wide range of fields, including display glass sheets, materials for electronics such as various substrates, and window materials for high-temperature furnaces.