JPS5815067A - 常温においてδ相を主体とするBi↓2O↓3組成物特定用途とその製造法 - Google Patents
常温においてδ相を主体とするBi↓2O↓3組成物特定用途とその製造法Info
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- JPS5815067A JPS5815067A JP56108248A JP10824881A JPS5815067A JP S5815067 A JPS5815067 A JP S5815067A JP 56108248 A JP56108248 A JP 56108248A JP 10824881 A JP10824881 A JP 10824881A JP S5815067 A JPS5815067 A JP S5815067A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は常温においてδ相を主体とするBi20g組成
物、特定用途とその製造法並びにその製造装置に関する
。
物、特定用途とその製造法並びにその製造装置に関する
。
酸化ビスマスBi2O3は多形を有し、通常α、β、γ
、δの4種の相が存在するとされている。このうちδ相
は欠陥蛍石構造をとり、その酸素空格子が存在するため
酸素イオン伝導性がある。一般に酸素イオン伝導体とし
て知られているZrO□−CaO系、Z r 02−Y
2O3系あるいはZrO2−8c+OJの固体電解質と
比較するとJ −B 120sはイオン伝導性が高く、
したがってより低温域での酸素センサーなどに応用でき
ると考えられるが、無添加のδ−BizOsはその安定
に存在する範囲が730℃からB l 20sの融点で
ある825℃ときわめて狭く、低温域での実用化は不可
能であった。
、δの4種の相が存在するとされている。このうちδ相
は欠陥蛍石構造をとり、その酸素空格子が存在するため
酸素イオン伝導性がある。一般に酸素イオン伝導体とし
て知られているZrO□−CaO系、Z r 02−Y
2O3系あるいはZrO2−8c+OJの固体電解質と
比較するとJ −B 120sはイオン伝導性が高く、
したがってより低温域での酸素センサーなどに応用でき
ると考えられるが、無添加のδ−BizOsはその安定
に存在する範囲が730℃からB l 20sの融点で
ある825℃ときわめて狭く、低温域での実用化は不可
能であった。
従来、Bi2O3のδ相を安定化させ、低温(300〜
500℃)の範囲で固体電解質として利用する試みがな
されてきた。すなわち、添加物としてY、03、La2
O3、Gd2O3、N b20.、MoO3、wo、等
を加えて、プレスし加熱して焼結したものを常温まで放
冷して試料を作成し、その試料の相の同定とイオン伝導
度の測定がなされた。しかし、安定化に要する最小の添
加量はY2O,の場合で20モル%、WO,で22モル
%であり、イオン伝導度はδ相のイオン伝導度を低温ま
で補外した値と比較すると大@(2桁程度)に低下して
しまうという欠点があった。
500℃)の範囲で固体電解質として利用する試みがな
されてきた。すなわち、添加物としてY、03、La2
O3、Gd2O3、N b20.、MoO3、wo、等
を加えて、プレスし加熱して焼結したものを常温まで放
冷して試料を作成し、その試料の相の同定とイオン伝導
度の測定がなされた。しかし、安定化に要する最小の添
加量はY2O,の場合で20モル%、WO,で22モル
%であり、イオン伝導度はδ相のイオン伝導度を低温ま
で補外した値と比較すると大@(2桁程度)に低下して
しまうという欠点があった。
本発明は前記のごとき欠点を解消したものであって、比
較的低い温度(350’C以下)においてイオン伝導性
の高いδ相を主体とするBi2O3組成物を提供するも
のである。
較的低い温度(350’C以下)においてイオン伝導性
の高いδ相を主体とするBi2O3組成物を提供するも
のである。
即ち、本発明の要旨は、(1) B12o3を主成分
とし添加物としてB2O3,5i02、wo3、Ge0
t、p、o、 、 Mo5s、V、O,、TeO2、N
b2O5、Ta2Q5、TiO□、Y2O3およびAt
203のうち少なくとも一種を2〜15モル%含有し、
常温でδ相を主体とする組成物。(2) BizOsを
主成分とし、添加物としてB2O3、S ioz 、
WO3、G e 0H1P20.、MoO3、■、03
、Te01、Nb、O,、T at OH、T i O
x、Y、O,およびA42Q、のうち少なくとも一種を
2〜15モル%含有し、常温でδ相を主体とする組成物
より成る酸素センサー。(3) BizOsと添加物と
してのB2O3,5i01、WO,、GeO2、p、o
、、MoO3、P2O3、TeO2、Nb、0.、Ta
2O,、TiO2、Y、O,およびAt、O,の・うち
少なくとも一種を添加した混合物を溶融させ、その溶融
物を急冷させるようにしたことを特徴とする常温でδ相
を主体とする組成物の製造法。(41Bi、03と添加
物とし”てのB2O3、Sin、、WO,、GeO2、
P2O3、MoO3、P2O3、TeO2、N b、O
,、Ta205、TiO2、Y、03およびAtto、
のうち少なくきも一種を添加した混合物を溶融させる溶
融炉と、その溶融物を圧延しながら急冷させる一対の冷
却されたあるいは室温に放置されたローラより成ること
を特徴とする常温でδ相を主体とする組成物の製造装置
に関する。
とし添加物としてB2O3,5i02、wo3、Ge0
t、p、o、 、 Mo5s、V、O,、TeO2、N
b2O5、Ta2Q5、TiO□、Y2O3およびAt
203のうち少なくとも一種を2〜15モル%含有し、
常温でδ相を主体とする組成物。(2) BizOsを
主成分とし、添加物としてB2O3、S ioz 、
WO3、G e 0H1P20.、MoO3、■、03
、Te01、Nb、O,、T at OH、T i O
x、Y、O,およびA42Q、のうち少なくとも一種を
2〜15モル%含有し、常温でδ相を主体とする組成物
より成る酸素センサー。(3) BizOsと添加物と
してのB2O3,5i01、WO,、GeO2、p、o
、、MoO3、P2O3、TeO2、Nb、0.、Ta
2O,、TiO2、Y、O,およびAt、O,の・うち
少なくとも一種を添加した混合物を溶融させ、その溶融
物を急冷させるようにしたことを特徴とする常温でδ相
を主体とする組成物の製造法。(41Bi、03と添加
物とし”てのB2O3、Sin、、WO,、GeO2、
P2O3、MoO3、P2O3、TeO2、N b、O
,、Ta205、TiO2、Y、03およびAtto、
のうち少なくきも一種を添加した混合物を溶融させる溶
融炉と、その溶融物を圧延しながら急冷させる一対の冷
却されたあるいは室温に放置されたローラより成ること
を特徴とする常温でδ相を主体とする組成物の製造装置
に関する。
ここでBttO3への添加物としてはB、03、SiO
++、WO8、GeO2、P2O3、MoO3、P2O
3、TeO2、Nb、O,、Ta205 、 Ti1t
、Y2O3およびAj20.のうち一種のみであっても
、またこれらから選ばれた二種以上のものであってもよ
い。Bi2O,への添加物の割合としては、2〜15モ
ル%含有されていることが好ましく、2モル%以下では
常温でB 1203のδ相が得られなく、15モル%以
上ではBi□Osのδ相は得られるがイオン伝導度が低
くなり好ましくない。
++、WO8、GeO2、P2O3、MoO3、P2O
3、TeO2、Nb、O,、Ta205 、 Ti1t
、Y2O3およびAj20.のうち一種のみであっても
、またこれらから選ばれた二種以上のものであってもよ
い。Bi2O,への添加物の割合としては、2〜15モ
ル%含有されていることが好ましく、2モル%以下では
常温でB 1203のδ相が得られなく、15モル%以
上ではBi□Osのδ相は得られるがイオン伝導度が低
くなり好ましくない。
常温においてδ相を主体とするBi2O3組成物を製造
する装置としては例えば第1図に示すように、原料を溶
融するるつぼ1、電気炉4、および水冷等により冷却さ
れたあるいは室温に放置された一対のローラ3等より構
成されている。
する装置としては例えば第1図に示すように、原料を溶
融するるつぼ1、電気炉4、および水冷等により冷却さ
れたあるいは室温に放置された一対のローラ3等より構
成されている。
前記のような装置において予めBi2O5とB、O,、
S i 02、wo、、GeO2等より選ばれた添加物
を混合し、溶融し小片状にした原料をるっぽ1に供給し
、電気炉4により例えば800〜900 ’Cに溶融し
、溶融物2とし、シャッター5を開き、例えば3000
〜5000rpmで回転する室温に放置されたローラ3
に供給し、圧延しながら急冷してδ相を主体とする組成
物を製造し、ガイド6に沿ってコレクター7に集める。
S i 02、wo、、GeO2等より選ばれた添加物
を混合し、溶融し小片状にした原料をるっぽ1に供給し
、電気炉4により例えば800〜900 ’Cに溶融し
、溶融物2とし、シャッター5を開き、例えば3000
〜5000rpmで回転する室温に放置されたローラ3
に供給し、圧延しながら急冷してδ相を主体とする組成
物を製造し、ガイド6に沿ってコレクター7に集める。
実施例1
特級試薬Bi’203に特級試薬B 203を用い旧2
0395モル% B、0.5モ/I/%の試料およびB
i20g90モル%、B、0.10モル%の試料を作成
しそれぞれの試料をアルミするつぼにて約900”Cで
溶融し、グラファイト製の型に流し込んで直径5龍程度
の棒状の試料とした。これら試料を第1図に示すような
電気炉で溶融した。この際図面中1としては先端部に白
金の丙ばりのある石英チューブを用い、石英チューブ中
の溶融物を空気圧で押し出してローラに供給しながら急
冷した。ローラはステンレスに硬質クロムメッキをした
もので直径50關であり、3000〜5000rpmで
回転させた。液滴状でローラに供給した場合には、大き
さ10 X 10 mm程度で厚さ10〜40μの薄膜
が得られ、その厚さはローラの回転数によりこの範囲内
で制御できた。
0395モル% B、0.5モ/I/%の試料およびB
i20g90モル%、B、0.10モル%の試料を作成
しそれぞれの試料をアルミするつぼにて約900”Cで
溶融し、グラファイト製の型に流し込んで直径5龍程度
の棒状の試料とした。これら試料を第1図に示すような
電気炉で溶融した。この際図面中1としては先端部に白
金の丙ばりのある石英チューブを用い、石英チューブ中
の溶融物を空気圧で押し出してローラに供給しながら急
冷した。ローラはステンレスに硬質クロムメッキをした
もので直径50關であり、3000〜5000rpmで
回転させた。液滴状でローラに供給した場合には、大き
さ10 X 10 mm程度で厚さ10〜40μの薄膜
が得られ、その厚さはローラの回転数によりこの範囲内
で制御できた。
Bi2O3に5モル%の8203を添加した場合のX線
回折図形を第2図に示す。この回折図形はガラス製試料
ホルダに、得られた薄膜状試料をならべθ−θ型X線回
折計で測定したものである。この回折図形を指数付けし
てみるとδ相の(111)およびその高次の回折である
(222)、(333)のみが表われているこきが判明
し、薄膜の表面がほぼ(111)面に完全に配向してい
ることを示している。
回折図形を第2図に示す。この回折図形はガラス製試料
ホルダに、得られた薄膜状試料をならべθ−θ型X線回
折計で測定したものである。この回折図形を指数付けし
てみるとδ相の(111)およびその高次の回折である
(222)、(333)のみが表われているこきが判明
し、薄膜の表面がほぼ(111)面に完全に配向してい
ることを示している。
BizOsに10モル%のB2O3を添加した場合のX
線回折図形を第3図に示す。この回折図形には(333
)面に相当するピークが得られなかったが、はぼ完全に
配向していることがわかる。
線回折図形を第3図に示す。この回折図形には(333
)面に相当するピークが得られなかったが、はぼ完全に
配向していることがわかる。
この試料を実用に供する際、どのような温度範囲で使用
できるかを確認するため示差熱分析を行なった。第4図
にその結果を示す。335℃付近に大きな発熱ピーク、
さらに465℃付近に発熱ピークが得られた。これらの
ピークが何であるかを検討するために第4図中領域I、
■、璽においてそれぞれ290℃、390℃、480℃
の温度に各45分間保持し熱処理をした場合のX線回折
像を第5図(a、b、c)に示す。領域■では試料中に
含まれているガラス相部分が一部結晶化し試料の配向性
は改良された(第5図−a)。領域■ではガラス相の一
部がδ相とγ相とに変化しく第5図−b)、領域lでは
ほぼγ相となった(第5図−C)。したがって、試料の
実用範囲は335℃以下である。
できるかを確認するため示差熱分析を行なった。第4図
にその結果を示す。335℃付近に大きな発熱ピーク、
さらに465℃付近に発熱ピークが得られた。これらの
ピークが何であるかを検討するために第4図中領域I、
■、璽においてそれぞれ290℃、390℃、480℃
の温度に各45分間保持し熱処理をした場合のX線回折
像を第5図(a、b、c)に示す。領域■では試料中に
含まれているガラス相部分が一部結晶化し試料の配向性
は改良された(第5図−a)。領域■ではガラス相の一
部がδ相とγ相とに変化しく第5図−b)、領域lでは
ほぼγ相となった(第5図−C)。したがって、試料の
実用範囲は335℃以下である。
実施例2
添加物としてWO5を用い、Bi2O395モル%、W
O35モル%とし実施例1と同様にして薄膜状の試料を
作成した。そのX線回折図形を第6図に示す。この回折
図形よりほぼ完全に配向したδ相の薄膜状試料が得られ
たことがわかる。Bi20390モル%、wos 10
モル%においても同様のものが得られた。
O35モル%とし実施例1と同様にして薄膜状の試料を
作成した。そのX線回折図形を第6図に示す。この回折
図形よりほぼ完全に配向したδ相の薄膜状試料が得られ
たことがわかる。Bi20390モル%、wos 10
モル%においても同様のものが得られた。
実施例3
添加物としてS i Ozを用い、Bi20390モル
%、5i0210モル%とし実施例1と一様にして薄膜
状の試料を作成した。そのX線回折図形を第7図に示す
。この回折図形よりほぼ完全に配向したδ相の薄膜状試
料が得られたことがわかる。Bi20B95モル%、5
i025モル%のものについても同様のものが得られた
。
%、5i0210モル%とし実施例1と一様にして薄膜
状の試料を作成した。そのX線回折図形を第7図に示す
。この回折図形よりほぼ完全に配向したδ相の薄膜状試
料が得られたことがわかる。Bi20B95モル%、5
i025モル%のものについても同様のものが得られた
。
実施例1〜3において、各試料の300℃におけるイオ
ン伝導度はlXl0−I〜lXl0−”Ω−’ cm−
’の範囲に入り、これらは実用化されている酸素センサ
ー用固体電解質である( Z rO□)o、o (Y2
O3)0.1の300℃におけるイオン伝導度的2×1
O−IlΩ−’ 6n−’よりも1000倍程良い値で
ある。その他派加物としてGeへ、P、05、Y0O8
、■、04、TeO2、Nb2O,、Ta10B、T
i 02、Y2O3、A4.Osを2〜15モル%含有
させたものについても同様の結果が得られた。
ン伝導度はlXl0−I〜lXl0−”Ω−’ cm−
’の範囲に入り、これらは実用化されている酸素センサ
ー用固体電解質である( Z rO□)o、o (Y2
O3)0.1の300℃におけるイオン伝導度的2×1
O−IlΩ−’ 6n−’よりも1000倍程良い値で
ある。その他派加物としてGeへ、P、05、Y0O8
、■、04、TeO2、Nb2O,、Ta10B、T
i 02、Y2O3、A4.Osを2〜15モル%含有
させたものについても同様の結果が得られた。
以上のとおり、本発明のBi20Bを主成分とするδ相
主体の組成物はイオン伝導性が高く、ローラにより薄膜
形状に成形することによりその表面はδ相の(111)
面に配向し、酸素センサー等として優れているという著
効を有するものである。
主体の組成物はイオン伝導性が高く、ローラにより薄膜
形状に成形することによりその表面はδ相の(111)
面に配向し、酸素センサー等として優れているという著
効を有するものである。
第1図は本発明の製造装置の1例である。
第2図および第3図は実施例1の820.を5モル%お
よび10モル%添加した場合のXa回折図、第4図は第
3図の試料の示差熱分析図、第5図−a、第5図−b、
第5図−Cは第3図の試料を夫々290’C1390℃
、480℃に45分間熱処理した結果を示すX線回折図
、 第6図は実施例2のWO3を添加した場合のX線回折図
、 第7図は実施例3の5iOzを添加した場合のX線回折
図である。 第1図中、 1・・る゛つぼ 5・・シャッター2・・・
溶融物 6・・ガイド3・・ローラ
7・・コレクター4・・・電気炉 であ
る。 第1図 第3121 第4回 2/70 DTA C71n’e Of ft1enched Y
()Bt203−IO3f竿5 m −(1
よび10モル%添加した場合のXa回折図、第4図は第
3図の試料の示差熱分析図、第5図−a、第5図−b、
第5図−Cは第3図の試料を夫々290’C1390℃
、480℃に45分間熱処理した結果を示すX線回折図
、 第6図は実施例2のWO3を添加した場合のX線回折図
、 第7図は実施例3の5iOzを添加した場合のX線回折
図である。 第1図中、 1・・る゛つぼ 5・・シャッター2・・・
溶融物 6・・ガイド3・・ローラ
7・・コレクター4・・・電気炉 であ
る。 第1図 第3121 第4回 2/70 DTA C71n’e Of ft1enched Y
()Bt203−IO3f竿5 m −(1
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 旧203を主成分とし、添加物きしてB209.
5i02、WOs、GeO2、P2O3、Mo5s 、
V2O5、TeO2、N b 20!l、Ta20
5、TiO2、Y2O5およびA403のうち少なくと
も一′種を2〜15モル%含有し、常温でδ相を主体と
する組成物。 2、 8izOaを主成分とし、添加物としてB2O5
、Sin、 、WO3、GeO2、P2O5、Mo0g
、 V20!I、TeO2、Nb2O5、Ta20
1、T i O2、Y2O,および120、のうち少な
くとも一種を2〜15モル%含有し、常温でδ相を主体
とする組成物より成る酸素センサー。 3、 Bi20aと添加物としてのBtOs、5iC
)+、WO,、GeO2、Pt0a 、 Mo5s、
P2O3、TeO2、Nb20B 、 Ta20B 、
T i02、Y2O,およびAt2o3のうち少な・
くとも一種を添加した混合物を溶融させ、その溶融物を
急冷させるようにしたことを特徴とする常温でδ相を主
体とする組成物の製造法。 4、 B 120sと添加物としての8203.5i
02、WO,、GeO2、P2O5、Mo0B、■、0
3、T e 02、Nb2O,、Ta206、TiO2
、Y2O3および120.のうち少なくとも一種を添加
した。混合物を溶融させる溶融炉と、その溶融物を圧延
しながら急冷させる一対の冷却されたあるいは室温に放
置されたローラより成ることを特徴とする常温でδ相を
主体とする組成物の製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56108248A JPS5815067A (ja) | 1981-07-13 | 1981-07-13 | 常温においてδ相を主体とするBi↓2O↓3組成物特定用途とその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56108248A JPS5815067A (ja) | 1981-07-13 | 1981-07-13 | 常温においてδ相を主体とするBi↓2O↓3組成物特定用途とその製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5815067A true JPS5815067A (ja) | 1983-01-28 |
JPS6159262B2 JPS6159262B2 (ja) | 1986-12-15 |
Family
ID=14479838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP56108248A Granted JPS5815067A (ja) | 1981-07-13 | 1981-07-13 | 常温においてδ相を主体とするBi↓2O↓3組成物特定用途とその製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5815067A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPS6175255A (ja) * | 1984-09-20 | 1986-04-17 | Nec Corp | 薄膜ガス検知素子 |
JPS6177658A (ja) * | 1984-09-20 | 1986-04-21 | 日本電気株式会社 | 薄膜ガス検知素子 |
JPH02183151A (ja) * | 1989-01-10 | 1990-07-17 | Nippon Pillar Packing Co Ltd | Phセンサー |
JPH0632354A (ja) * | 1992-07-06 | 1994-02-08 | Kazuhiko Ida | 飲料水用の缶容器 |
JP2006151716A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | National Institute For Materials Science | ビスマス・エルビウム・タングステン酸化物固溶体からなる酸化物イオン伝導材料及びその製造方法 |
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-
1981
- 1981-07-13 JP JP56108248A patent/JPS5815067A/ja active Granted
Cited By (9)
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