JPH05178640A - ガラスセラミックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械加工性に優れ、かつ高い機械的強度を有
する失透に対して安定なガラスセラミックスを提供す
る。 【構成】 カチオニック％で、 Ｓｉ⁴⁺ ３０ 〜５５％ Ａｌ³⁺ ８ 〜２０％ Ｍｇ²⁺ ２５ 〜５０％ Ｎａ⁺ １ 〜１０％ Ｃａ²⁺ ０．１〜１０％ Ｚｎ²⁺ ０．１〜 ７％ の範囲にある上記カチオン成分と、フッ素及び酸素から
なるアニオン成分とを含有するガラスから、主結晶相と
してナトリウム−カルシウム雲母を析出させてなること
を特徴とするガラスセラミックス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械加工性、機械的強
度（曲げ強度）に優れたガラスセラミックスに関する。
本発明のガラスセラミックスは構造材料や、電気絶縁材
料、断熱部材として有用である。

【０００２】

【従来の技術】主結晶相としてフッ素金雲母（ＫＭｇ₃
（Ｓｉ₃ Ａｌ₁₀）Ｆ₂ ）を析出させた市販ガラスセラミ
ックスは、雲母が壁開することによってクラックの進展
を止め、微細な切り粉を発生することから、機械加工性
に優れた材料（マシナブルセラミックス）として広く知
られている。

【０００３】また、特開昭５８−１９９７４２号公報に
は、ＳｉＯ₂ −ＭｇＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＣａＯ−ＭＯ（Ｍ
Ｏ₂ ）−Ｆ（Ｍ：Ｓｒ²⁺，Ｂａ²⁺；Ｔｉ⁴⁺）系ガラスセ
ラミックスが記載されている。

【０００４】また、特開昭５９−２０７８５０号公報に
は、カリウムフロロリヒテライトを析出させたガラスセ
ラミックスが記載されている。

【０００５】さらに、特開平３−８８７４４号公報には
Ｂａ−Ｃａ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｆよりなるバリウ
ム−カルシウム雲母結晶と、エンスタタイト結晶、フォ
ルステライト結晶、ジオプサイト結晶及び正方晶ジルコ
ニア結晶からなる群から選ばれる少なくとも１種の結晶
とを析出させたガラスセラミックスが記載されている。

【０００６】また、特開平３−１７４３４０号公報には
Ｃａ−Ｋ（−Ｎａ）−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｆよりな
るカルシウム−カリウム（−ナトリウム）雲母結晶と、
エンスタタイト結晶、オケルマナイト結晶、ジオプサイ
ト結晶からなる群から選ばれる少なくとも１種の結晶と
を析出させたガラスセラミックスが記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】機械加工性のよい材料
として現在市販されているフッ素金雲母を析出させたガ
ラスセラミックスの曲げ強度は、８００〜１２００kgf/
cm² 程度である。

【０００８】また、特開昭５８−１９９７４２号公報に
記載されているＳｉＯ₂ −ＭｇＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＣａＯ
−ＭＯ（ＭＯ₂ ）−Ｆ（Ｍ：Ｓｒ²⁺，Ｂａ²⁺；Ｔｉ⁴⁺）
系ガラスセラミックスの曲げ強度は、８００〜１３００
kgf/cm² 程度である。そのため、これらのガラスセラミ
ックスはすべて機械加工性には優れているものの、その
機械的強度の低さから用途に制約がある。

【０００９】また特開昭５９−２０７８５０号公報に記
載されているカリウムフロロリヒテライトを析出させた
ガラスセラミックスは、雲母結晶が熱処理過程中に準安
定相としてのみ析出するので、優れた機械加工性を得る
のが困難である。

【００１０】さらに、特開平３−８８７４４号公報に記
載されているＢａ−Ｃａ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｆよ
りなるバリウム−カルシウム雲母結晶と、エンスタタイ
ト結晶、フォルステライト結晶、ジオプサイト結晶及び
正方晶ジルコニア結晶からなる群から選ばれる少なくと
も１種の結晶とを析出させたガラスセラミックスは、エ
ンスタタイト結晶、フォルステライト結晶、ジオプサイ
ト結晶及び正方晶ジルコニア結晶などを析出させている
ので機械加工性に問題がある。

【００１１】また、特開平３−１７４３４０号公報に記
載されているＣａ−Ｋ（−Ｎａ）−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−
Ｏ−Ｆよりなるカルシウム−カリウム（−ナトリウム）
雲母結晶と、エンスタタイト結晶、オケルマナイト結
晶、ジオプサイト結晶からなる群から選ばれる少なくと
も１種の結晶とを析出させたガラスセラミックスは、特
にカリウムを含有するので、溶融状態のガラスを冷却固
化させるとき失透しやすいという問題がある。ガラスが
失透すると大きい結晶が析出するため、機械的強度、機
械加工性が低下する。

【００１２】従って本発明の目的は、機械加工性に優
れ、かつ高い機械的強度を有する失透に対して安定なガ
ラスセラミックスを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、カチオ
ニック％で、 Ｓｉ⁴⁺ ３０ 〜５５％ Ａｌ³⁺ ８ 〜２０％ Ｍｇ²⁺ ２５ 〜５０％ Ｎａ⁺ １ 〜１０％ Ｃａ²⁺ ０．１〜１０％ Ｚｎ²⁺ ０．１〜 ７％ の範囲にある上記カチオン成分と、フッ素及び酸素から
なるアニオン成分を含有するガラスから、主結晶相とし
てナトリウム−カルシウム雲母を析出させてなることを
特徴とするガラスセラミックスによって達成された。

【００１４】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
ガラスセラミックスは、ナトリウム−カルシウム雲母を
析出させてなるものであり、これにより、機械加工性を
向上させることができる。また従来のフッ素金雲母、バ
リウム雲母の化学量論組成は非常に失透しやすいのに対
して、ナトリウム−カルシウム雲母を析出するガラスは
失透に対して安定であるので、ガラスを安定にしつつ、
機械的強度、機械加工性の優れたガラスセラミックスを
作製することができる。溶融状態のガラスを冷却固化す
る際に生じる失透は、その組成に加えて冷却速度にも依
存し、このとき生じる結晶の粒径は大きく、かつその粒
径を制御することは極めて困難である。また大きな結晶
は、本発明の目的である優れた機械加工性、機械的強度
を著しく損ねる。

【００１５】次に本発明のガラスセラミックスを得るた
めの出発指針であるガラスにおける必須カチオン成分の
組成範囲について述べる。カチオニック％でＳｉ⁴⁺が３
０％未満では、ガラスが失透しやすい上、雲母の析出量
が少なくなり、所望の強度が得られない。また５５％を
越えると、析出結晶に対するガラス相の割合が高くな
り、機械加工性、機械的強度が低下する。よってＳｉ⁴⁺
の含量は３０〜５５％に限定される。好ましくは３５〜
４５％である。Ａｌ³⁺が８％未満では、ガラスが失透し
やすく、２０％を越えると雲母の生成量が減少する。し
たがってＡｌ³⁺の含量は８〜２０％に限定される。好ま
しくは９〜１８％である。Ｍｇ²⁺が２５％未満では、雲
母の析出量が少なくなり、５０％を越えるとガラスが失
透しやすくなる。従って、Ｍｇ²⁺の含量は２５〜５０％
に限定される。好ましくは３０〜４５％である。Ｎａ⁺
が１％未満ではナトリウム雲母の生成量が少なく、高強
度が得られにくい。逆に１０％を越えると、結晶化過程
中にガラスセラミックスが割れたり、崩壊しやすくな
る。従って、Ｎａ⁺ の含量は１〜１０％に限定される。
好ましくは１．５〜８％である。Ｃａ²⁺が０．１％未満
では、結晶化過程中にガラスセラミックスが割れたり、
崩壊したりしやすくなる。また１０％を越えるとカルシ
ウム雲母の生成量が多くなり、高強度を付与できない。
従ってＣａ²⁺の含量は０．１〜１０％に限定される。好
ましくは０．１〜７％である。Ｚｎ²⁺が０．１％未満で
は、ガラスが失透しやすく、また７％を越えると雲母の
生成量が少なくなり高強度が得られにくい。よってＺｎ
²⁺の含量は０．１〜７％に限定される。好ましくは０．
１〜４％である。Ｐ⁵⁺は必須カチオン成分ではないが、
均一なガラスを作ることができるという理由から添加す
ることができる。ただしその量が４％を越えると、ガラ
スが分相しやすくなる。従ってＰ⁵⁺の含量は０〜４％に
限定される。好ましくは０〜２％である。

【００１６】本発明においては、任意のカチオン成分と
して、Ｋ⁺ ，Ｌｉ⁺ ，Ｂａ²⁺，Ｔｉ⁴⁺、Ｓｒ²⁺、Ｂ³⁺等
のカチオン成分を本発明の目的を損わない範囲では含有
することができる。

【００１７】次にアニオン成分について述べる。本発明
において、アニオン成分は、主としてフッ素および酸素
からなる。アニオニック％でフッ素は、７〜３０％であ
るのが好ましい。その理由は７％未満であると、雲母の
析出量が少なく、ガラスセラミックスに機械加工性を付
与することが難しく、一方３０％を越えるとガラスが失
透しやすくなるからである。特に好ましいフッ素の含量
は１０〜２５％である。

【００１８】他のアニオンである酸素の含量は、アニオ
ン成分が実質的にフッ素と酸素とからなる場合、全アニ
オン量からフッ素の含量を差し引いた残量である。

【００１９】本発明においては、本発明の目的を損わな
い範囲で、任意アニオン成分として、フッ素、酸素以外
のアニオン（例えば塩素など）を含有することができ、
この場合には、全アニオン量からフッ素と任意アニオン
の合計含量を差し引いた残量が酸素の含量となる。

【００２０】本発明のガラスセラミックスを得るための
ガラスは、カチオン成分およびアニオン成分が上述の組
成範囲となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、リン
酸塩、硝酸塩、フッ化物等を混合した後、溶融し、次い
で得られた溶融物を室温まで冷却することにより得るこ
とができる。

【００２１】本発明のガラスセラミックスは、カチオン
成分として、Ｓｉ⁴⁺，Ａｌ³⁺，Ｍｇ²⁺，Ｎａ⁺ ，Ｃ
ａ²⁺，Ｚｎ²⁺を上記組成範囲で含有し、アニオン成分と
してフッ素及び酸素を含有するガラスから、主結晶相と
してナトリウム−カルシウム雲母を析出させてなるもの
である。ナトリウム−カルシウム雲母の析出は、上記ガ
ラスをナトリウム−カルシウム雲母の生成温度域で熱処
理することにより行われる。なお、ナトリウム−カルシ
ウム雲母の生成は、Ｘ線回析により確認することができ
る。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００２３】実施例１〜１２ ＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，Ａｌ（ＯＨ）₃ ，ＭｇＯ，Ｍｇ
ＣＯ₃ ，ＭｇＦ₂ ，Ｎａ₂ ＣＯ₃ ，ＣａＣＯ₃ ，ＣａＦ
₂ ，Ａｌ（ＰＯ₃ ）₃ ，ＺｎＯ等の酸化物、炭酸塩、フ
ッ化物、リン酸塩などを原料に適宜用いて、表１および
表２に示す所定の組成となるようにバッチ原料を調製
し、これを白金ルツボに入れて１４００〜１５５０℃で
１〜２時間溶融した。ついで溶融状態のガラスをキャス
ト、冷却してガラス塊を得た。得られたガラスを電気炉
に入れ、室温から８００〜１２００℃の範囲の一定温度
まで一定の昇温速度３℃／分で加熱し、その一定温度で
０．５〜１０時間保持して結晶化を行った。しかる後、
炉内で室温まで冷却し、ガラスセラミックスを得た。

【００２４】こうして製造された各ガラスセラミックス
を粉砕し、Ｘ線回析により析出結晶を同定した。その結
果、すべてナトリウム−カルシウム雲母結晶が主結晶相
であった。また各ガラスセラミックスの機械的強度を評
価するために、三点曲げ強度試験法（ＪＩＳ Ｒ １６
０１）に基づく曲げ強度を測定した。さらに機械加工性
については、１．５mmφの工具鋼製ドリルで穴あけ切削
加工テストを行い、穴あけ可能か否か、または穴あけ速
度やチッピング（欠け）によって判定した。切削加工優
のものを◎、切削加工良のものを○、切削加工可のもの
を△で表示した。これらの結果を表１および表２にまと
めて示す。これらの表から明らかな通り、本実施例１〜
１２のガラスセラミックスは、曲げ強度２０００〜３０
００kgf/cm² という高い値を示し、また切削加工性も非
常に優れていた。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、機械加
工性に優れ、かつ高い機械的強度を有する失透に対して
安定なガラスセラミックスを得ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カチオニック％で、 Ｓｉ⁴⁺ ３０ 〜５５％ Ａｌ³⁺ ８ 〜２０％ Ｍｇ²⁺ ２５ 〜５０％ Ｎａ⁺ １ 〜１０％ Ｃａ²⁺ ０．１〜１０％ Ｚｎ²⁺ ０．１〜 ７％ の範囲にある上記カチオン成分と、フッ素及び酸素から
   なるアニオン成分を含有するガラスから、主結晶相とし
   てナトリウム−カルシウム雲母を析出させてなることを
   特徴とするガラスセラミックス。