JPH05294669A - 機械加工可能な結晶化ガラス及びその製造方法 - Google Patents

機械加工可能な結晶化ガラス及びその製造方法

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JPH05294669A
JPH05294669A JP9801092A JP9801092A JPH05294669A JP H05294669 A JPH05294669 A JP H05294669A JP 9801092 A JP9801092 A JP 9801092A JP 9801092 A JP9801092 A JP 9801092A JP H05294669 A JPH05294669 A JP H05294669A
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JP
Japan
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glass
crystal
crystallized glass
rare earth
composition
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JP9801092A
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English (en)
Inventor
Takashi Sunada
貴 砂田
Kunio Nakaguchi
國雄 中口
Yasukimi Nagashima
廉仁 長嶋
Hiroyuki Tanaka
弘之 田中
Sukeo Makishima
亮男 牧島
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/16Halogen containing crystalline phase

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁性(特に高温域での絶縁性)、耐摩耗性
に優れ、一般の超硬工具で機械加工することのできる結
晶化ガラス及びその製造方法を提供する。 【構成】 重量%で表示して、30.0%のSi
2、5.8%のAl23、37.5%の低純度酸化ラ
ンタン、13.8%のMgO、3.0%のCaO、5.
4%のK2O及び4.6%のFの製品組成になるように
調合した原料を1500℃で4時間溶融し、徐冷してガ
ラスを得る。このガラスを700℃で熱処理し、さらに
950℃で再び熱処理し結晶化ガラスを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高い絶縁性と硬度を有
し、機械加工性にすぐれた結晶化ガラス及びその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】真空機器部品、熱処理用治具等各種絶縁
材料あるいは耐熱性断熱材料として、セラミックス材料
が用いられている。但し、一般にセラミックスは非常に
加工し難く、この点を改善したものとしてマシナブルセ
ラミックスが開発されている。これは、へき開性の結晶
を含有させたり、あるいは微細クラックを含有させるこ
とによって、材料の破壊につながるクラックの進展を食
い止め、精密加工を可能にしているものである。
【0003】これらマシナブルセラミックスの中でへき
開性結晶を含有するタイプの最も代表的なものが雲母を
含有するマシナブルセラミックスで、例えば特公昭54
−34775号にはSiO2−B23−Al23−Mg
O−R2O−F(R:K,Na,Rb,Cs)系の結晶
化ガラスが機械加工可能な耐熱絶縁材料として提案され
ている。また、微細クラックを含有するタイプの最も代
表的なものがアルミニウムチタネート結晶を含むマシナ
ブルセラミックスで、例えば特開昭57−135774
号には機械加工可能で非常に耐熱性に優れるセラミック
スが提案されている。
【0004】また、近年、従来とは全く異なった新しい
タイプの結晶を含有するマシナブルセラミックスが提案
されている。特開昭63−45148号、特開平3−2
05324号、特願平3−58185号は特徴的な希土
類系の結晶を含有する結晶化ガラスが機械加工可能なセ
ラミックスになることを示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、雲母に
代表されるようなへき開性を有する結晶を含有するタイ
プ、微細クラックを含有するタイプ、希土類系の結晶を
含有するタイプのいずれの場合も、絶縁性(特に高温域
での絶縁性)、耐摩耗性、耐熱性、強度、化学的耐久性
等について改善を求められていた。
【0006】特公昭54−34775号における雲母含
有系の結晶化ガラスは、高温域での絶縁性がやや低いと
いう問題があった。また、近年絶縁性を改善したタイプ
のものが提案されている(例えば、特公平2−4742
0号、特開平3−88744号等)が、これらも耐摩耗
性がやや低いという問題があった。
【0007】特開昭57−135774号におけるアル
ミニウムチタネート結晶含有のセラミックスは、耐熱性
は高いものの強度が低いという問題があった。
【0008】特開昭63−45148号等における希土
類系の結晶を含有する結晶化ガラスは、絶縁性は優れて
いるものの、やや機械加工性が悪いという問題があっ
た。
【0009】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであって、絶縁性(特に高温域での絶縁
性)、耐摩耗性に優れ、一般の超硬工具で機械加工する
ことのできる結晶化ガラス及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の機械加工可能
な結晶化ガラスは、雲母結晶及びカルシウム希土類系珪
酸塩結晶を主結晶相とすることを特徴とする。
【0011】請求項2の機械加工可能な結晶化ガラス
は、重量%で表示して30〜60%のSiO2、0〜1
0%のB23、5〜20%のAl23、5〜40%のR
23、ここでRはY、La、Pr、Nd、Dy、Er、
Ybのいずれかの元素あるいはそれらの混合物を示す、
5〜30%のMgO、0.5〜10%のCaO、0〜1
0%のSrO、0〜10%のBaO、2〜10%のK2
O、3〜15%のFの組成から成り、雲母結晶及びカル
シウム希土類珪酸塩結晶を主結晶とすることを特徴とす
る。
【0012】請求項3の機械加工可能な結晶化ガラスの
製造方法は、重量%で表示して30〜60%のSi
2、0〜10%のB23、5〜20%のAl23、5
〜40%のR23、ここでRはY、La、Pr、Nd、
Dy、Er、Ybのいずれかの元素あるいはそれらの混
合物を示す、5〜30%のMgO、0.5〜10%のC
aO、0〜10%のSrO、0〜10%のBaO、2〜
10%のK2O、3〜15%のFの組成のガラスになる
ように原料組成物を高温で溶融した後、700〜900
℃で熱処理し、更に900〜1100℃で再び熱処理し
て結晶化ガラスとすることを特徴とする。
【0013】
【作用】以下に、本発明の結晶化ガラスの組成限定理由
および熱処理条件限定理由について説明する。
【0014】SiO2は上限量より高いと、溶融が困難
になる、あるいは目的とする雲母、希土類系結晶の析出
量が少なくなり、機械加工性が悪くなる。下限量より低
いと、ガラスが失透しやすくなる。
【0015】B23はガラスの溶解性向上、失透性抑制
に有効な成分である。上限量より高いと、希土類系結晶
が析出しなくなる。
【0016】Al23は上限量より高いと、結晶化物の
均質性が悪くなり、機械加工することができない。下限
量より低いと、雲母、希土類系結晶の析出量が少なくな
り、機械加工性が悪くなる。
【0017】R23(R:Y、La、Pr、Nd、D
y、Er、Ybのいずれかの元素あるいはそれらの混合
物を示す)は上限量より高いと、1600℃以下ではガ
ラス化しないか、あるいはガラス化したとしてもそのガ
ラスが失透しやすい。下限量より低いと、希土類系結晶
の析出量が少なくなり、耐摩耗性が低下する。
【0018】MgOは上限量より高いと、雲母結晶の析
出量が少なくなり、同時にガラスが失透し易くなる。下
限量より低いと、雲母結晶の析出量が少なくなり、機械
加工性が悪くなる。
【0019】CaOは上限量より高いと、結晶化物の均
質性が悪くなり、機械加工することができない。下限量
より低いと、希土類系結晶の析出量が少なくなり、耐摩
耗性が低下する。
【0020】SrO、BaOは希土類系結晶を析出しや
すくするのに有効な成分である。上限量より高いと、ガ
ラスが失透しやすくなる。
【0021】K2Oは上限量より高いと、絶縁性が著し
く低下する。下限量より低いと、雲母結晶の析出量が少
なくなり、機械加工性が悪くなる。
【0022】Fは上限量より高いと、ガラスが失透しや
すい。下限量より低いと、雲母結晶の析出量が少なくな
り、機械加工性が悪くなる。
【0023】さらに、これらの成分の他に、ZnO、P
25、TiO2、ZrO2、As23、Sb23等を最終
製品の性質を損なわない範囲で10重量%まで添加する
ことができる。
【0024】本発明に関わる機械加工可能な結晶化ガラ
スは、請求項2に記載のガラス組成となるような原料組
成物を高温で溶融した後、700〜900℃で熱処理
し、更に900〜1100℃で再び熱処理することによ
って得られる。
【0025】第一段目の熱処理温度が700℃より低い
かもしくは900℃より高いと、十分な核生成が行われ
ず、均質な結晶化物を得ることができない。第二段目の
熱処理温度が900℃より低いと、結晶が十分に成長せ
ず機械加工性の良好な結晶化物を得ることができない。
第二段目の熱処理温度が1100℃より高いと、結晶化
物の軟化が著しくなり、好ましくない。
【0026】
【実施例】以下に本発明を表を参照して詳細に説明す
る。表1と表2に本発明に関わる実施組成例を、表3と
表4にその特性を示す。表1と表2でYC、LCはそれ
ぞれイットリアコンセントレート、低純度酸化ランタン
を示す。これらの組成はロットによって多少ばらつく
が、本実施例で用いたものの組成を示すと、重量%で表
示してYCが67.91%のY23、15.24%のD
23、5.75%のEr23、3.91%のYb
23、7.19%のその他の希土類酸化物、LCが9
9.63%の希土類酸化物の合計(以下REOと略記す
る)、0.17%のig.loss、0.01%未満の
CaOであって、REOの内訳は、55.86%のLa
23、0.06%のCeO2、9.39%のPr611
34.62%のNd23、0.07%のSm23であ
る。
【0027】表1と表2に示した製品組成になるように
調合した原料を、Pt−Rh坩堝に入れ、蓋をして15
00℃で4時間溶憂し、型枠に鋳込み徐冷してガラスを
得た。このガラスを表3と表4に示した熱処理条件(昇
温速度は3℃/分)で熱処理した後、結晶化ガラスを得
た。
【0028】得られた結晶化ガラスについて以下のよう
な評価を行なった。結晶化ガラスに含まれる結晶相は、
粉末X線回折法により定性評価を行なった。
【0029】機械加工性は、超硬バイト(K−10種)
を用いた旋盤により円筒削りを行ない評価した。旋盤の
加工条件は種々であるが、例えば直径15mmの丸棒を
切削速度16.3m/分、送り0.07mm/回転、回
転数260rpm、切込み0.5mmの条件で容易に切
削できた。また、一部の試料についてはネジ切り加工も
行ない、次のような条件でネジ切り加工が可能であっ
た。ネジの外径12mm、ピッチ1.25mm、回転数
70rpm、切込み0.1mm。ビッカース硬度は荷重
100g、荷重保持時間15秒の条件で測定を行なっ
た。体積抵抗率はJISC−2141に準じた方法で求
めた。
【0030】表1、2、3および4に示すように、本発
明の結晶化ガラスは超硬工具を用いて容易に加工するこ
とが出来、ビッカース硬度が従来の雲母含有マシナブル
セラミックス(200〜230Kg/mm2)に比べ
て、約2倍以上の値を示し、このことは耐摩耗性に優れ
ていることを示す。また、300℃における体積抵抗率
も他のマシナブルセラミックス(107〜109 Ωc
m)に比べて高い値を示し、このことは高温における絶
縁性が優れていることを示す。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
【表3】
【0034】
【表4】
【0035】
【発明の効果】以上詳述の通り、本発明によれば、超硬
工具を用いて機械加工可能な結晶化ガラスを得ることが
でき、この結晶化ガラスは絶縁性(特に高温域での絶縁
性)並びに硬度が高く、各種絶縁用部品として好適であ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C03C 10/08 (72)発明者 長嶋 廉仁 大阪府大阪市中央区道修町3丁目5番11号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 田中 弘之 大阪府大阪市中央区道修町3丁目5番11号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 牧島 亮男 茨城県つくば市下広岡500−10

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 雲母結晶及びカルシウム希土類系珪酸塩
    結晶を主結晶相とすることを特徴とする機械加工可能な
    結晶化ガラス。
  2. 【請求項2】 重量%で表示して30〜60%のSiO
    2、0〜10%のB23、5〜20%のAl23、5〜
    40%のR23、ここでRはY、La、Pr、Nd、D
    y、Er、Ybのいずれかの元素あるいはそれらの混合
    物を示す、5〜30%のMgO、0.5〜10%のCa
    O、0〜10%のSrO、0〜10%のBaO、2〜1
    0%のK2O、3〜15%のFの組成から成り、雲母結
    晶及びカルシウム希土類珪酸塩結晶を主結晶とすること
    を特徴とする機械加工可能な結晶化ガラス。
  3. 【請求項3】 重量%で表示して30〜60%のSiO
    2、0〜10%のB23、5〜20%のAl23、5〜
    40%のR23、ここでRはY、La、Pr、Nd、D
    y、Er、Ybのいずれかの元素あるいはそれらの混合
    物を示す、5〜30%のMgO、0.5〜10%のCa
    O、0〜10%のSrO、0〜10%のBaO、2〜1
    0%のK2O、3〜15%のFの組成のガラスになるよ
    うに原料組成物を高温で溶融した後、700〜900℃
    で熱処理し、更に900〜1100℃で再び熱処理して
    結晶化ガラスとすることを特徴とする機械加工可能な結
    晶化ガラスの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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