JPH0688807B2 - ガラス質焼結体及びその製造方法 - Google Patents

ガラス質焼結体及びその製造方法

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JPH0688807B2
JPH0688807B2 JP1190103A JP19010389A JPH0688807B2 JP H0688807 B2 JPH0688807 B2 JP H0688807B2 JP 1190103 A JP1190103 A JP 1190103A JP 19010389 A JP19010389 A JP 19010389A JP H0688807 B2 JPH0688807 B2 JP H0688807B2
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/06Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はガラス質焼結体及びその製造方法に係り、特に
焼成による寸法収縮などの問題のないガラス質焼結体及
びその製造方法に関する。
[従来の技術] 従来、平板ガラス質焼結体の製造技術において、ガラス
粉を成形して得られる成形体の焼成時の寸法収縮は焼結
理論からも実際の焼結過程からも不可避のものとされて
いる。ガラス粉に限らず、粘土類などの粉体の焼成に
も、寸法収縮の問題がある。因みに、フロートガラス組
成のガラス粉(平均粒径30μm)を成形して得られる成
形体を900℃で焼成した場合、15%もの焼成収縮が生じ
る。
従って、従来においては、焼成時の寸法収縮を前提とし
て、成形体の寸法をこの寸法収縮を見越した寸法に設定
している。
なお、焼結体の製造に際しては、製品に種々の特性を付
与する目的で、原料に各種の混和剤を添加するが、混和
剤の添加は、往々にして焼結を促進したり、焼結温度を
上げたりして、結果的に焼成時の寸法収縮を大きくする
という傾向がある。
[発明が解決しようとする課題] このような焼成時の寸法収縮は焼結体の亀裂(クラッ
ク)発生の大きな原因となる。即ち、焼成時の収縮に
は、重力や、原料粉体を載せる台、離型剤の影響及び原
料粒子の集合体の凝集力、粒子同士の結合力等がそれぞ
れ作用し、収縮時の原料粒子の集合方向が多岐にわたる
ものとなることから、収縮クラックの発生、その伝播が
起こる。特に大板のガラス質焼結体では、このクラック
の発生、伝播が大きいために、従来においては大寸法の
平板ガラス質焼結体を製造することが著しく困難であっ
た。
また、前述の如く、成形に際しては焼成収縮を見越して
焼成収縮の分だけ成形寸法を大きくとる必要があるが、
このように成形寸法を大きくとることは、焼成装置、焼
成治具等の大型化を招き、好ましいことではない。特
に、大寸法平板ガラス質焼結体を製造する場合に、より
大きな焼成治具や焼成装置、例えば大面積の棚板や大容
量の焼成炉を用いることは、設備コストの高騰、設置面
積の増大を招き、工業的に不利である。
本発明は上記従来の問題点を解決し、焼成時の寸法収縮
によるクラック発生等の問題がないガラス質焼結体及び
その製造方法を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 請求項(1)のガラス質焼結体は、三酸化アンチモンを
0.05〜1.5重量%含有する原料ガラス質粉末を乾式成形
し、得られた成形体を焼成してなることを特徴とする。
請求項(2)のガラス質焼結体の製造方法は、三酸化ア
ンチモンを0.05〜1.5重量%含有する原料ガラス質粉末
を乾式成形し、得られた成形体を5〜15℃/minの昇温速
度で750〜1050℃に昇温し、この温度で0.5〜4.0時間保
持して焼成することを特徴とする。
即ち、本発明者らは、ガラス質焼結体の焼成時の寸法収
縮によるクラック発生を防止するべく鋭意検討を重ねた
結果、焼成収縮防止剤として、特定量の三酸化アンチモ
ン(Sb2O3)を添加することにより、焼成時の平面方向
の寸法収縮が防止され、成形時の平面寸法(幅×長さ)
を維持して、大板のガラス質焼結体であっても工業的有
利に製造することができることを見出し、本発明を完成
させた。
なお、Sb2O3やその酸化物である五酸化アンチモン(Sb2
O5)は、清澄剤や白色顔料としてガラスや釉薬原料に溶
融して配合使用されることはある。本発明においては、
特定量のSb2O3をガラス質焼結体の乾式成形原料として
ガラス質粉末に混合して使用するものである。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明において、収縮防止剤として配合するSb2O3が焼
成原料に対して内割りで0.05重量%以下であると十分な
収縮防止効果が得られず、1.5重量%を超えると発泡す
る場合がある。従って、Sb2O3の配合量は内割りで0.05
〜1.5重量%、好ましくは0.1〜1.0重量%とする。
本発明で対象とするガラス質粉末としてはガラス粉末に
限らず、乾式で成形焼成する各種の粉末を用いることが
できる。例えば、フロート板ガラス組成、普通板ガラ
ス、型板ガラス、ビンガラス、鉛ガラス等のガラス粉
末、その他高炉水砕スラグ、シラス粉、フライアッシ
ュ、真珠岩、黒曜石等を用いることができる。
また、乾式成形及び焼成に供する原料ガラス質粉末の粒
径にも特に制限はないが、通常の場合平均粒径20〜60μ
m程度であることが好ましい。
本発明の方法に従って、ガラス質焼結体を製造するに
は、まず、ガラス質粉末又はガラス質塊と所望量のSb2O
3とを配合し、必要に応じてボールミル等で十分に粉砕
して平均粒径30〜50μmの原料ガラス質粉末を調製す
る。なお、この原料ガラス質粉末は酸化アルミニウム
(アルミナ;Al2O3)等の光沢調整剤や、通常のガラス質
焼結体に用いられる各種添加剤を含んでいても良い。
次いで、原料ガラス質粉末を離型剤を散布した棚板等に
散布充填して成形し、成形体を焼成する。焼成は5〜15
℃/min昇温速度で750〜1050℃に上げ、この温度で0.5〜
4.0時間保持することにより行なう。その後、好ましく
は0.5〜20℃/minの徐冷速度で常温まで冷却する。
なお、この場合、焼成条件を原料に酸化アルミニウム
(アルミナ)を10〜20%とするか、又は水分を1%前後
添加するか、或は焼成条件の内徐冷速度を最高温度から
700℃までを1〜7℃/minとゆるやかにすること等に設
定することにより、光沢のないガラス質焼結体を得るこ
とができ、上記徐冷速度を7〜15℃/minに設定すること
により光沢を有するガラス質焼結体を得ることができ
る。
このようにして得られるガラス質焼結体は、表面平滑
で、その幅方向、長さ方向の収縮は通常0.5〜5.0%と非
常に小さく、一方、厚み方向の収縮は通常45〜55%で、
十分に焼結されている。しかして、このように幅方向及
び長さ方向の収縮が著しく小さく、収縮は殆ど厚さ方向
のみで起こるため、クラックは殆ど発生することがな
い。
本発明のガラス質焼結体及びその製造方法は、特に、大
寸法の平板ガラス質焼結体に有効である。
[作用] 本発明においては、特定量のSb2O3の添加により、焼成
時に生じる収縮を平面方向(幅方向及び長さ方向)に生
起させることなく、厚さ方向のみとすることにより、焼
成収縮によるクラック発生を防止する。このSb2O3の添
加による効果は、主に次の,の作用によるものと考
えられる。
Sb2O3の液化に伴う原料ガラス粉末成形体の厚味方
向の収縮: これは現象的には平らな容器に入れた砂や粉末の上から
水を注ぐと高さが減少し、体積が減少する現象と類似し
ている。即ち、Sb2O3の融点は656℃付近とされており、
これは例えば、後述の実施例で使用したフロート板ガラ
ス組成のガラス粉末の焼結開始温度(屈伏点)575℃よ
り上ではあるが、最も短時間で焼結を完了する温度の最
低温度650℃付近にある。従って、ガラスが焼結によっ
て収縮する時に溶融したSb2O3の液体が注がれる形で、
厚み方向の収縮が進行するものと考えられる。
Sb2O3の少量の発泡現象による焼成収縮の防止: Sb2O3は融点以上の温度から酸化によってSb2O5になるま
で、分解を伴わないいわゆる蒸気圧を有する「揮散(又
は揮発)」によって原料ガラスの軟化点(フロート板ガ
ラス組成の場合721℃付近)以上で極めて少量の発泡現
象を生じる。これは、通常、板ガラス製造における清澄
剤としてのSb2O3の酸化還元による発泡とは発泡温度域
が大幅に下まわっており、異なる現象と考えることがで
きる。
この極めて少量の発泡現象は、焼結を阻害することな
く、焼結軟化の過程で収縮を防止する。
なお、因みにSb2O3の蒸気圧は下記第1表の如くであ
る。
ところで、Sb2O3は上記,の作用を兼備するもので
あるが、Sb2O3の酸化形であるSb2O5は,の現象を生
じないため、ガラス粉末に対する有効な収縮防止剤とは
なり得ない。
また、Sb2O3と同じ温度領域に融点を持つものとして、
リン酸ナトリウム(NaPO4)n(n>3)(融点628℃付
近)、トリポリリン酸ナトリウム(Na5P3O10)(融点62
2℃)、亜ヒ酸(As2O3)(融点315℃)、三酸化ホウ素
(B2O3)(融点460℃)及び金属ハロゲン化物(例えばC
uCl;融点430℃)等があり、これらはいずれも上記,
の作用を奏し、収縮防止効果を有するものであるが、
Sb2O3に比べて蒸気圧が高過ぎて発泡過剰となったり(A
s2O3,B2O3等)、着色したり(CaCl等)等の不具合があ
り、目的とする平滑で光沢の有無の選択の自由なガラス
質焼結体を得ることは難しい。
[実施例] 以下に実施例、比較例及び参考例を挙げて、本発明をよ
り具体的に説明する。
実施例1 下記組成のフロート板ガラス組成のカレット(軟化点72
1℃)にSb2O3(平均粒径10μm)を0.4重量%、光沢調
整剤としてAl2O3(平均粒径40μm)を5重量%加え、
全体を100重量%となるように調合し、ボールミルにて
粉砕混合して平均粒径43μmの原料ガラス粉末を得た。
フロート板ガラス組成(重量%) SiO2:71.2 Al2O3:1.5 Fe2O3:0.1 CaO:8.8 MgO:3.9 Na2O:13.3 K2O:0.8 その他:0.4 得られた原料ガラス粉末18.6kgを、離型剤(Al2O3;平均
粒径90μm)を散布したムライト製棚板(1100mm×1400
mm×25mm厚さ)の上に散布充填した。その後、充填した
ガラス粉末を1000mm×1300mm×13mm厚さとなるように成
形した。
得られた成形体を棚板のまま大型電気炉に入れ、昇温速
度8℃/minで900℃まで上げ、1時間保持した後、3℃/
minの降温速度で常温まで徐冷した。
得られたガラス質焼結体は、クラックの全くない990mm
×1290m×6mmの表面平滑な光沢のある平板で、焼成前の
成形体寸法に対し、短辺1%、長辺0.8%の寸法の収縮
率であった。因みに、この焼結体の裏面及び端部を観察
すると、ガラスの軟化によるダレはなかった。従って、
焼結体の寸法がわずか1%程度の収縮にとどまり、平面
形状を保持し得たことは、ガラスの軟化によるものでは
なく、Sb2O3の効果であることが確認された。
一方、得られたガラス焼結体は、厚さ方向で53.8%の収
縮を生じており、嵩比重も2.43で真比重に近く、十分に
焼結がなされている。
比較例1 Sb2O3を用いなかったこと以外は実施例1と全く同様に
してガラス質焼結体を得た。
得られた焼結体は、短辺14.5%、長辺15.5%、厚さ方向
38.5%寸法収縮率で、クラックの発生が認められた。
実施例2〜5,比較例2 Sb2O3の配合率(内割)を第2表に示す量としたこと以
外は、実施例1と同様にしてガラス質焼結体を得、その
平面方向の平均収縮率(短辺と長辺との平均)を求め、
結果を実施例1及び比較例1の結果と共に第2表に示し
た。
第1表より、0.05〜1.5重量%、好ましくは0.1〜1.0重
量%のSb2O3の配合により、良好な収縮防止効果がられ
ることが明らかである。
参考例1 Sb2O3に代えて、リン酸ナトリウム((NaPO4)n(n>
3))(融点628℃付近)を第3表に示す割合(内割)
で配合し、焼成温度を950℃としたこと以外は実施例1
と同様にして、ガラス質焼結体を得、その平面方向の平
均収縮率を第3表に示した。また、比較のため、(NaPO
4)nを配合しない場合の結果も併記した。
なお、得られた焼結体は(NaPO4)n配合量3重量%以
下では光沢はなく、5〜30重量%では光沢はあるが、表
面はザラザラしていた。
上記結果から明らかなように(NAPO4)nはSb2O3と同様
に0.1〜5重量%、特に0.5〜3重量%の配合範囲内で収
縮防止効果を示すが、光沢を出すためには(NaPO4)n
配合量5%以上必要とし、その場合にはムライト製棚板
への浸食があるという欠点があり、実用に至っていな
い。
なお、(NaPO4)nを高炉水砕スラグ又はムライト粉
(#200以下)に第4表に示す割合で配合し、同様にし
て1000℃で1時間保持した場合の平均収縮率は第4表に
示す通りであった。
参考例2 Sb2O3に代えて塩化第一銅(CuCl)(融点430℃)を0.2
重量%用い、1000℃で30分間保持して焼成したこと以外
は、実施例1と同様にしてガラス質焼結体を得た。
その結果、平均収縮率は0%であったが、青色の着色を
有するガラス質焼結体(光沢あり)となった。
[発明の効果] 以上詳述した通り、本発明のガラス質焼結体及びその製
造方法によれば、焼成による平面方向の寸法収縮を抑
え、平面寸法を成形時の平面付近に限りなく近くし、厚
さ方向の収縮により焼結を行なうことができる。従っ
て、本発明によれば、大寸法のガラス質焼結体であって
も、 焼成による収縮クラックを生じることがない。
成形時の平面寸法を維持して所望寸法の焼結体を得
ることができる。
焼成治具等を過度に大きく設定する必要がなく、焼
成設備の高効率利用を図ることができる。
等の効果が奏され、生産効率は大幅に向上する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三酸化アンチモンを0.05〜1.5重量%含有
    する原料ガラス質粉末を乾式成形し、得られた成形体を
    焼成してなることを特徴とするガラス質焼結体。
  2. 【請求項2】三酸化アンチモンを0.05〜1.5重量%含有
    する原料ガラス質粉末を乾式成形し、得られた成形体を
    5〜15℃/minの昇温速度で750〜1050℃に昇温し、この
    温度で0.5〜4.0時間保持して焼成することを特徴とする
    ガラス質焼結体の製造方法。
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