JPH0623077B2 - 赤外領域において良好な熱安定性および可変透過性を有する透明有色ガラスセラミツク - Google Patents
赤外領域において良好な熱安定性および可変透過性を有する透明有色ガラスセラミツクInfo
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Description
し褐色から暗赤色を呈し、0.8〜2.6マイクロの赤
外領域において可変的に調整可能な透過性[a variably
adjustable transmission]を有し、さらにホットプレ
ート類の製造に関して好ましいガラスセラミックに関す
る。
類として使用されるガラスセラミックは、既知であり、
商業的に有益である。これらのすべてのプレート類は、
TiO2,MnO2,Fe2O3,NiO,CoO,C
r2O3,V2O5およびCuO,(TiO2はその核
生成反応のため常に使用される)のような着色性酸化物
によって着色された、耐熱性石英[high-temperature-q
uartz]固溶体が含まれるガラスセラミックに基づいて
いる。これらの着色性酸化物による着色効果は、言わば
可視波長領域における吸収であるが、十分に研究されて
いる。例えば、可視波長領域において、透過に対するC
oO,Cr2O3,NiOおよびFe2O3の個々のま
たCoOとMnO2およびCuOの結合による効果が西
ドイツ公開公報第 18 96 858号に記載されている。
00nmにおける光透過に関するCoO,NiO,Fe2
O3,Cr2O3,MnO2およびCuOからのそれぞ
れの有用な酸化物対の結合の効果が研究されている。加
えて、透過に関するV2O5の効果と同様に三つの酸化
物NiO,CoOおよびFe2O3の効果も記載されて
いる。そしてそれは測定結果はないが、V2O5含有ガ
ラスセラミックは赤外領域における良好な透過性を有す
ると言われる。
4つの酸化物CoO,NiO,Fe2O3およびMnO
2の結合効果が記載されている。そして、透過色相に対
する決定因子である70%以上の透過は、赤外線透過が
ときどき10%以下になるが、700〜800nmの波長
領域において観察される。
がTiO2にV2O5を加えることによって形成される
褐色のガラスセラミックが記載されている;そしてそれ
は存在する唯一の着色性酸化物は、低濃度のFe2O3
である。この透過は十分に特徴を表わされていない、そ
してそれはただ単に褐色は厚さ5mmの試料におけるラム
ダ=800nmの透過の測定によって特徴が表わされるべ
きであると仮定できる。赤外線領域における透過に関す
るデータは存在しない。
英固溶体含有ガラスセラミックの可視領域における、着
色性酸化物の透過に関する影響は十分に研究がなされて
いる、しかし、結果書類のいくつかは不十分である。こ
のように、反射において不透明(黒色)、しかし透過に
おいて紫ないしあるいは褐色から暗赤色を呈する約4mm
の厚さのホットプレート類を製造することは可能であ
る。料理用表面(cooking surface)あるいはそれと同
様な適用として使われる時、加熱要素は作用している間
はたやすく見ることができるが停止状態では料理用表面
によって隠される。
における透過に関する着色性酸化物の影響は、ただ非常
に不完全にしか研究されていない。コーニング カンパ
ニー[Corning Co.]より市販されているガラスセラミ
ック料理用表面(コーニング コード9632)に関し
て、V2O5で着色されたガラスセラミックは1から
2.6マイクロの赤外線領域において非常に高い透過を
有することが知られている、すなわち厚さ約4mmの試料
において約80%と言われている。反対に酸化物Co
O,NiO,MnO2およびFe2O3の結合によって
着色された、ショット カンパニー[Schott Co.]より
セラン[CERAN ]という名で売られているガラスセラミ
ック料理用表面は、厚さ4mm試料に対して1.6マイク
ロの波長で10%以下という、非常に低い赤外線透過を
用いている。
験は、赤外線透過が料理システムの高い効率、言わば短
かい料理時間および低エネルギー消費などに関する唯一
の決定因子ではないことを示す。加熱要素(温度リミッ
ター[temperature limiter]を有する)、料理用表面
および料理用具はユニットとして連体しているとみなさ
れなければならないということは西ドイツ特許第 24 37
026号で既に示されている。
料理される食物までの熱流出に対する決定因子はなべ底
の質、すなわち吸収および反射の特性、平面性および料
理過程の間の熱源に対する垂直的運動である。なべが有
効な熱エネルギーを吸収しくなくなればなる程(および
その反対に)、そのエネルギーは、特定要求温度に設定
された温度リミッターのスイッチが切れるまで加熱要素
にますます戻される。
動された熱エネルガーの比率は料理用表面の透過性特性
に依存する。なべ底も同様に熱上昇しながら熱伝導およ
び料理用表面の二次放射によって熱せられる。さらに、
反射するなべ底の場合は、逆エネルギー移動が料理表面
の関数として生じる。
ーション(Schott-Information )2/84の両者におい
て、このような料理システムの最適化は、特になべの性
質が違うために、非常に難かしく、そして料理用表面の
赤外線透過を変えることによって単に成し遂げられない
ことが論証された。例えば、加熱要素の放射の強さに依
存することは、過剰赤外線透過は確実に有害な条件にな
りえ、結果としてなべ底の運動は有害に影響を及ぼされ
るかあるいは、もしなべに吸収されない多量な熱エネル
ギーは、料理用表面を通して反射し、もどされるならそ
の結果料理中極めてしばしば温度リミッタースイッチが
切れた状態になる。
率に関してなべサブシステムの依存をなるべく除くため
に、それ故、西ドイツ特許第 24 37 026号は、ガラスセ
ラミックに放熱−吸収エナメル層を上側に被覆すること
が提唱されている。この処理に加えて、着色性酸化物に
おける加熱放射の最適吸収の選択的調整も可能である。
これは、エナメルがただ単に装飾の目的として使われる
だけでなく、もっと自由に選択されることができるとい
う利点を持っている。
は、完全とみなされることはできない。将来、現在の料
理用表面加熱要素の特性と異なる放射特性を有し、およ
び/または異なるラジエーター温度および特性のいくつ
かの加熱範囲よりなる加熱システムが明瞭に予期される
ことができる。
表面の開発について考慮すべきである。さらにまた、例
えば製造的理由により必要とされるような場合において
ホットプレートの異なる厚さを得るために、可視および
赤外領域における上記放射透過の調整可能性に関しとり
まとめることができるうことは有利なことであろう。
れると、たとえ低出力でも加熱要素は目に見ることがで
きるが目はくらまず、特に、有害な放射から保護され、
さらに、加熱要素へ通電を止めると、それは反射におい
て黒色を呈するプレートにより隠されるという可視領域
における光透過パターンを有するガラスセラミック組成
物を提供することにある。
理用表面およびなべにおける種々の特徴が異なる全体の
加熱システムを最適化するような着色性酸化物の異なる
含量によって、透過が可変的に調整可能であるガラスセ
ラミック組成物を提供することにある。
おいて生じる温度/時間応力に関して十分に安定性を有
する耐熱性石英固溶体含有ガラスセラミックを提供する
ことにある。
他の目的、本発明の特徴および利益は、本発明に属する
それらの功みな技術において、より十分に明白になるで
あろう。
および有利な点は、800nmから2.6マイクロの赤外
領域における透過が種々調整可能であり、その組成(重
量%)が62〜68%のSiO2、19.5〜22.5
%のAl2O3、3.0〜4.0%のLi2O、1.5
〜3.5%のBaO、0.5〜2.5%のZnOおよび
1.5〜5.0%のTiO、加えて小量存在する他の可
能な酸化物を有し、そして色がMnO2,Fe2O3,
CoO,NiO,V2O5およびCr2O3によって生
じる、耐熱性石英固溶体含有の透明な有色ガラスセラミ
ックを提供することによりひとつの見地において達成さ
れる。このガラスセラミックは、680℃から920℃
の間の熱処理により出発ガラスより変化させられる。
方法で600nm付近までの可視領域における強力な吸収
および赤外領域における可変吸収が同時に達成され得な
いから、以前に使用された着色性酸化物の結合を拡大さ
せなければならない。耐熱性石英固溶体含有ガラスセラ
ミック中の2つの着色性酸化物については、600nm付
近まで強く吸収し、かつ1000nm付近からは非常に透
明であり、その酸化物Cr2O3は失透温度を生じさせ
かつ連合されたガラスが処理され得ない故にCr2O3
は非常に低濃度でのみ使用され得る。
題が残っている、すなわち、より低い赤外透過を有する
組成物がNiO2・CoOおよびFe2O3のような他
の酸化物を加えることによって調整されうるのに反し
て、V2O5のみ含有の組成は高い赤外透過としての適
用として使用され得る。
原子価をいくつかの酸化物を形成し、そしてある酸化状
態から他の状態へ遷移は、還元−酸化平衡のほんのわず
かな変化によって生じ得る。このように、V2O5と他
の多価陽イオンとの結合において、バナジウムの原子価
およびそれによる色変化は、酸化−還元平衡における少
しの変化においてさえも予期される。さらに、V2O5
含有ガラスセラミックの研究は、耐熱性石英固溶体安定
性に関し有害な効果をおよぼすことを示している。例え
ば、米国特許第 4,211,820号は、逆反応は考えられない
が、V2O5は耐熱性石英固溶体相からカータイト[Ke
atite]固溶体相(同様に耐熱性黒幼輝石[high-temper
ature-spodumene]固溶体として知られている)の変化
を促進するらしいという事実を具申している。パンフォ
ルスト[Panhorst]とヴィッシェルハウス[Wichelhau
s](グラステケン.ビア.の[Glastechn.Ber.,]56K
(1983),Vol.1, pp. 572 〜 577)の論評において、無色
ガラスセラミックと比較すれば、一般にNiO,CoO
およびFe2O3の着色性酸化内と結合したV2O5は
変化を促進することも示されている。
膨張係数の増加および色の変化に附随する。使用中に熱
膨張係数および色の変化は非常に狭い限定の中において
のみ耐え得るので、耐熱性石英含有ガラスセラミックか
らキータイト固溶体含有ガラスセラミックへの変化のよ
り速い開始は、料理用表面としてV2O5含有組成物の
適用が損なわれることを意味する。
る;すなわち西ドイツ特許第 24 29 563号において明確
化されたセラミック形成プログラムが何回か行なわれ
た、そして20℃から700℃の間の一次熱膨張係数の
変化、α20/700′は、いくつかの変化過程の関数として
決定された。他の基準は、ショットインフォメーション
2/84[Schtt-Information 2/84 ]に指示されている;
すなわちこれによると、ガラスセラミックは特性の顕著
な変化なしに825℃において35時間の間温度−時間
処理に耐えるべきである。
iO,CoO,MnO2およびFe2O3の結合によっ
て可能である。組成範囲を見つけ出すことが今可能とな
る。本発明における組成を次の範囲に示す: 本発明は、次の様に特徴づけられる。
熱膨張係数および温度応力により透過の変化が少なく、
800nmから2.6マイクロの赤外領域における透過が
可変的に調整可能であり、本質的に次の組成(重量%)
により、そして680℃から920℃の間の熱処理によ
って本ガラスセラミック出発ガラスから変化した耐熱性
石英固溶体含有透明有色ガラスセラミック: SiO2 62〜68 Al2O3 19.5〜22.5 Li2O 3.0〜4.0 Na2O 0.0〜1.0 K2O 0.0〜1.0 Na2O+K2O 0.5〜1.5 BaO 1.5〜3.5 CaO 0.0〜1.0 BaO+CaO 1.5〜4.0 MgO 0.0〜0.5 ZnO 0.5〜2.5 TiO2 1.5〜5.0 ZrO2 0.0〜3.0 TiO2+ZrO2 3.5〜5.5 MnO2 0.0〜0.40 Fe2O3 0.0〜0.20 CoO 0.0〜0.30 NiO 0.0〜0.30 V2O5 0.0〜0.80 Cr2O3 0.0〜0.20 F 0.0〜0.20 Sb2O3 0.0〜2.0 As2O3 0.0〜2.0 Sb2O3+As2O3 0.5〜2.5。
ラスセラミック: SiO2 64〜66 Al2O3 21〜22 Li2O 3.4〜3.8 Na2O 0.6〜0.8 K2O 0.0〜0.3 Na2O+K2O 0.7〜1.1 BaO 2.0〜2.8 CaO 0.0〜0.2 BaO+CaO 2.0〜3.0 MgO 0.0〜0.2 ZnO 1.0〜1.6 TiO2 2.0〜2.8 ZrO2 1.0〜1.8 TiO2+ZrO2 3.5〜5.5 MnO2 0.0〜0.15 Fe2O3 0.0〜0.15 CoO 0.0〜0.30 NiO 0.0〜0.30 V2O5 0.0〜0.60 Sb2O3 0.8〜1.6 As2O3 0.8〜1.6。
ラスセラミック: SiO2 64.50 Al2O3 21.40 Li2O 3.60 Na2O 0.60 K2O 0.15 BaO 2.30 ZnO 1.20 TiO2 2.30 ZrO2 1.60 MnO2 0.17 Fe2O3 0.18 CoO 0.23 NiO 0.29 Sb2O3 1.50。
ラスセラミック: SiO2 65.20 Al2O3 21.20 Li2O 3.70 Na2O 0.60 K2O 0.20 BaO 2.30 ZnO 1.50 TiO2 2.30 ZrO2 1.45 MnO2 0.15 Fe2O3 0.09 CoO 0.12 NiO 0.15 V2O5 0.15 Sb2O3 1.00。
ラスセラミック: SiO2 65.40 Al2O3 21.10 Li2O 3.50 Na2O 0.80 K2O 0.25 BaO 2.35 ZnO 1.30 TiO2 2.25 ZrO2 1.58 MnO2 0.08 Fe2O3 0.04 CoO 0.07 NiO 0.10 V2O5 0.45 Sb2O3 1.00。
ラスセラミック: SiO2 64.90 Al2O3 21.80 Li2O 3.50 Na2O 0.75 K2O 0.05 BaO 2.40 ZnO 1.20 TiO2 2.40 ZrO2 1.60 MnO2 0.08 Fe2O3 0.06 CoO 0.07 NiO 0.09 V2O5 0.25 Sb2O3 1.10。
ラスセラミック: SiO2 65.30 Al2O3 21.20 Li2O 3.70 Na2O 0.60 K2O 0.20 BaO 2.30 ZnO 1.45 TiO2 2.30 ZrO2 1.45 MnO2 0.03 Fe2O3 0.05 CoO 0.05 NiO 0.04 V2O5 0.30 Sb2O3 1.00。
ラスセラミック: SiO2 65.00 Al2O3 21.40 Li2O 3.60 Na2O 0.70 K2O 0.25 BaO 2.35 ZnO 1.30 TiO2 2.20 ZrO2 1.60 Fe2O3 0.03 V2O5 0.40 Sb2O3 1.20。
を有する料理用具において、料理用表面が本質に上記第
1項のガラスセラミックから成る改良。
の料理用具。
スの分析組成を示す。しかしながら、データは、ガラス
セラミッウ出発ガラスあるいはガラスセラミックにおけ
るこれらの酸化物の原子価表示を与えはしない。
スセラミックのいくつかの性質は第1表および第2表に
おいていくつかの実施態様として示される。ガラス工業
において標準化されている原料を使うことによって、出
発ガラスは1/2 リットル石英陶器るつぼ中1620℃で
融解し、1620℃で2時間清澄化し、白金るつぼ中1
550℃付近で3時間均質化することによって融解され
る;その後約120×80×20mmのキャスティング
は、調整され、660℃付近で開始し、焼鈍炉において
室温に冷却される。ガラスセラミックの性質を研究する
ために、試料は毎分4℃で720℃まで加熱され、72
0℃において1時間一定に保持される、毎分2℃で88
0℃まで加熱され、880℃において90分一定に保持
されそして、最後に炉のスイッチを切って室温まで冷却
された。
を用いることによって本発明を最も広い範囲まで利用す
ることができると信じられる。それ故、以下の好ましい
実施態様は、単に例示として構成されてものであって、
本発明の他の部分を何ら限定するものでない。以下の例
において、温度は今後セ氏度に訂正されないで示されて
いる;すなわちもし他に表示されていなければ、すべて
の部およびパーセンデージは重量によるものである。
撃に対する抵抗の点から選ばれ、これらはホットプレー
ト類および料理用表面として使い得ることを示す。実施
例1および2の組成物は、本発明における、組成範囲外
にあるが、実施例3から8までは本発明を示す。
範囲内にあり、そして料理様表面として使われかつ市販
されているガラスセラミッウに相当する。このガラスセ
ラミックは標準放射加熱要素として使われる時、効果的
であることが実証されている、しかし、相対的に強力な
加熱要素の開発に関し、このガラスセラミックの長期安
定性において改善の余地がある;すなわちこれは、一次
膨張係数α200/700′における変化、および前記セラミ
ック形成プログラムに附随し、825℃で35時間二次
焼戻しに4つの変化過程における透過の変化のためであ
る。
る。すなわち、我々の試験はこのガラスセラミックが、
長期間応力の条件下における色の不変性および一次膨張
係数の不変性に関し重要な問題に直面したことを示して
いる。これは第2表に示されている結果より確められ
る。すなわち、4つの変化過程後および825℃で35
時間焼戻し後の両方で、α200/700′および透過相当が
変化している。
よび付加的な焼戻し後の一次膨張係数の良好な不変性お
よび透過の少ない変化を示す。加えてこれらの例は16
00nmの波長における透過が可変的に調整可能である;
すなわち、赤外透過が実施例の系において、実施例3の
7%から実施例8の80%まで一様に増加することを示
す。
よび/または例の中でこれらの特別に用いられた作用す
る条件を変えることによって同様に成功を繰り返すこと
ができる。先に記述から当業者は、根本的特有なそれ
を、本発明の精神および範囲から離れることなしに容易
に確かめることができる、そして多用な使用および条件
を応用することによって多様な変化と加減を作り出すこ
とができる。
ラミックホットプレート製造における使用に適合した工
場的に有益な組成を供給するものである。
Claims (10)
- 【請求項1】特にホットプレート製造に対して、その中
に一時熱膨張係数および温度応力により透過の変化が少
なく、800nmから2.6マイクロの赤外領域における
透過が可変的に調整可能であり、本質的に次の組成(重
量%)により、そして680℃から920℃の間の熱処
理によって本ガラスセラミック出発ガラスから変化した
耐熱性石英固溶体含有透明有色ガラスセラミック: SiO2 62〜68 Al2O3 19.5〜22.5 Li2O 3.0〜4.0 Na2O 0.0〜1.0 K2O 0.0〜1.0 Na2O+K2O 0.5〜1.5 BaO 1.5〜3.5 CaO 0.0〜1.0 BaO+CaO 1.5〜4.0 MgO 0.0〜0.5 ZnO 0.5〜2.5 TiO2 1.5〜5.0 ZrO2 0.0〜3.0 TiO2+ZrO2 3.5〜5.5 MnO2 0.0〜0.40 Fe2O3 0.0〜0.20 CoO 0.0〜0.30 NiO 0.0〜0.30 V2O5 0.0〜0.80 Cr2O3 0.0〜0.20 F 0.0〜0.20 Sb2O3 0.0〜2.0 As2O3 0.0〜2.0 Sb2O3+As2O3 0.5〜2.5。 - 【請求項2】本質的に次の組成から成る特許請求の範囲
第1項に記載のガラスセラミック: SiO2 64〜66 Al2O3 21〜22 Li2O 3.4〜3.8 Na2O 0.6〜0.8 K2O 0.0〜0.3 Na2O+K2O 0.7〜1.1 BaO 2.0〜2.8 CaO 0.0〜0.2 BaO+CaO 2.0〜3.0 MgO 0.0〜0.2 ZnO 1.0〜1.6 TiO2 2.0〜2.8 ZrO2 1.0〜1.8 TiO2+ZrO2 3.5〜5.5 MnO2 0.0〜0.15 Fe2O3 0.0〜0.15 CoO 0.0〜0.30 NiO 0.0〜0.30 V2O5 0.0〜0.60 Sb2O3 0.8〜1.6 As2O3 0.8〜1.6。 - 【請求項3】本質的に次の組成から成る特許請求の範囲
第1項に記載のガラスセラミック: SiO2 64.50 Al2O3 21.40 Li2O 3.60 Na2O 0.60 K2O 0.15 BaO 2.30 ZnO 1.20 TiO2 2.30 ZrO2 1.60 MnO2 0.17 Fe2O3 0.18 CoO 0.23 NiO 0.29 Sb2O3 1.50。 - 【請求項4】本質的に次の組成から成る特許請求の範囲
第1項に記載のガラスセラミック: SiO2 65.20 Al2O3 21.20 Li2O 3.70 Na2O 0.60 K2O 0.20 BaO 2.30 ZnO 1.50 TiO2 2.30 ZrO2 1.45 MnO2 0.15 Fe2O3 0.09 CoO 0.12 NiO 0.15 V2O5 0.15 Sb2O3 1.00。 - 【請求項5】本質的に次の組成から成る特許請求の範囲
第1項に記載のガラスセラミック: SiO2 65.40 Al2O3 21.10 Li2O 3.50 Na2O 0.80 K2O 0.25 BaO 2.35 ZnO 1.30 TiO2 2.25 ZrO2 1.58 MnO2 0.08 Fe2O3 0.04 CoO 0.07 NiO 0.10 V2O5 0.45 Sb2O3 1.00。 - 【請求項6】本質的に次の組成から成る特許請求の範囲
第1項に記載のガラスセラミック: SiO2 64.90 Al2O3 21.80 Li2O 3.50 Na2O 0.75 K2O 0.05 BaO 2.40 ZnO 1.20 TiO2 2.40 ZrO2 1.60 MnO2 0.08 Fe2O3 0.06 CoO 0.07 NiO 0.09 V2O5 0.25 Sb2O3 1.10。 - 【請求項7】本質的に次の組成から成る特許請求の範囲
第1項に記載のガラスセラミック: SiO2 65.30 Al2O3 21.20 Li2O 3.70 Na2O 0.60 K2O 0.20 BaO 2.30 ZnO 1.45 TiO2 2.30 ZrO2 1.45 MnO2 0.03 Fe2O3 0.05 CoO 0.05 NiO 0.04 V2O5 0.30 Sb2O3 1.00。 - 【請求項8】本質的に次の組成から成る特許請求の範囲
第1項に記載のガラスセラミック: SiO2 65.00 Al2O3 21.40 Li2O 3.60 Na2O 0.70 K2O 0.25 BaO 2.35 ZnO 1.30 TiO2 2.20 ZrO2 1.60 Fe2O3 0.03 V2O5 0.40 Sb2O3 1.20。 - 【請求項9】熱源と料理される物質間の熱交換用の料理
用表面を有する料理用具において、料理用表面が本質的
に特許請求の範囲第1項のガラスセラミックから成る改
良。 - 【請求項10】ホットプレートの形態である特許請求の
範囲第9項に記載の料理用具。
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