KR0175317B1 - 전기 장치용 무산화납 유리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 SiO₂40∼60%, Al₂O₃2∼5%, CaO 5∼10%, BaO 20∼30%, V₂O₅2∼5%, K₂O 5∼7%의 조성을 가지는 산화납이 없는 유리를 게시한다. 이 유리는 250℃에서 특히 10¹²오옴.cm의 고전기저항으로 특징지어진다.

Description

전기 장치용 무산화납 유리

도면은 자동형 브레이크 광전구의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 필라멘트 2 : 전구

3 : 전류 공급납 4 : 연결요소(유리 링, 유리 비드)

본 발명은 전기 장치용 무산화납 유리에 관한 것이다.

이러한 형태의 유리는 전기 및 진공 기술분야, 예를 들어 전등에 사용된다.

이러한 형태의 유리중 널리 사용되는 것중의 하나는 유리 분말을 가압하고 소결하여 제조한 유리이다. 이러한 형태의 유리는 기계적 진공 및 전기적 안정성이 특히 중요한 전류공급납의 밀봉부로서 사용된다.

경질 유리 뿐만 아니라 연질 유리가 각각의 물품의 요건 및 성형방법, 유리내로 용융되는 금속성분의 형태 및 조성, 및 요구되는 유리의 절연 저항에 따라 사용될 수 있다.

고절연 유리는, 예를 들어, 파이렉스형(Pyrextype)의 경질 유리이다. 이러한 유리는 약 4×10^-6/K의 열팽창계수를 지니고 있으며 산화납을 적게 함유한다. 다른 형태의 유리로는 9 내지 10×10^-6/K의 열팽창계수를 갖는 연질 유리가 있다. 연질 유리는 보통 40% 이하의 산화납을 함유한다.

미합중국 특허 제 4,089,694 호에는 65 내지 75중량%의 SiO₂, 9 내지 13중량%의 Na₂O, 3 내지 6중량% K₂O, 1 내지 4중량% Al₂O₃, 4 내지 8중량% CaO, 0 내지 4중량% BaO, 0 내지 6중량% PbO, 0 내지 2중량% Li₂O 및 0 내지 1중량% F의 조성을 가지는, 전기 장치용 저산화납 연질 유리가 개시되어 있다. Na₂O와 K₂O 사이의 상대적인 비는 CaO의 양에 좌우될 것이다. 이러한 비는 저산화납 유리의 본질적 특징이고 주의깊게 선택되어져야 한다. 이 유리에서, CaO는 부분적으로 PbO를 대체하는데 사용된다. 상기 특허는 가능한 한 PbO를 대체하는 이유를 상세히 기술하고 있고, 또한 사용되는 독성 산화납의 비가 높으면 건강상의 위험이 있다는 것을 강조하고 있다.

공지된 종래의 저산화납의 유리의 사용은 제한되고 있는데, 그 이유는 많은 사용에 있어서 전기 저항이 매우 낮기 때문이다. 250℃에서 저산화납 유리의 전기저항은 통상적으로 10⁷내지 10^8.5오옴.cm이다. 이러한 유리가 유리를 분쇄하고 소결하여 제조되는 성형된 유리로서 사용되는 경우, 유리 분말의 압축시에, 유리의 연마특성이 압축 다이를 마멸시키는 경향이 있어서, 성형 모올드 또는 성형 다이를 자주 재생하거나, 표면을 다시 갈아 붙이거나 보충시켜야 한다. 이 문제는 산화납의 함량을 상승시킴으로써 해결될 수 있지만 환경상 바람직하지 못하다.

따라서, 본 발명의 목적은 고속기계에 의해 저온에서 높은 고유 전기 저항을 유지하면서 용이하게 가공될 수 있는 저산화납 유리, 바람직하게는 산화납이 전혀없는 유리를 제공함에 있다.

이러한 목적은 40 내지 60중량%의 SiO₂, 2 내지 5중량%의 Al₂O₃, 5 내지 10중량% CaO, 20 내지 30중량% BaO, 2 내지 5중량% V₂O₅및 5 내지 7중량% K₂O의 유리 조성을 이용함으로써 달성된다.

본 발명의 바람직한 구체예와 적용예는 청구범위에 게재되어 있다.

본 발명이 유리 조성물은 종래 유리보다 매우 낮은 함량의 SiO₂를 가지고 Na₂O는 전혀 함유하고 있지 않다. 본 발명의 유리에는 SiO₂가 약 40 내지 60중량% 함유되어 있다. 사용되는 알루미늄 및 칼슘의 산화물의 비는 낮고; BaO(20 내지 30중량%) 및 K₂O(5 내지 7중량%)의 비는 높고, V₂O₅(2 내지 5중량%)의 비는 상당히 높다. 본 발명에 따른 조성물의 특히 바람직한 특징에 의하면, BaO와 V₂O₅를 합한 양이 25 내지 35중량%이다.

산화바나듐은 독성이 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 산화바나듐의 증기압은 산화납의 증기압보다 10배 내지 100 정도로 낮아서, 제조 위치에서의 V₂O₅의 농도는 사실상 안전한 작업 환경에 대한 허용한계의 10배 이상 낮다.

알칼리토금속, Ba, Ca 및 5중량% 이하의 Mg의 산화물이 산화바나듐의 함량을 8 내지 12배 초과하는 유리는 특히 우수한 특징을 가진다. 열팽창계수를 조절하기 위해 5 내지 7중량%의 산화칼륨을 이용한다. CaO와 MgO의 합한 비율은 바람직하게는 약 5 내지 15중량%이다.

유리의 점성을 미조정하기 위해서 약 5중량% 이하로 소정의 산화붕소가 첨가할 수 있다.

이러한 유리는 다른 특성에 해를 주지 않으면서 우수한 물리적 특성을 가진다. 이 특성은 유리가 2개의 전류 공급납 사이의 연결요소를 형성하는 물체와 같은 소결체에 사용될 때 특히 두드러지게 나타난다. 이 연결요소는 유리분말을 압축함으로써 제조된다. 본 발명의 유리는 개선된 마멸 경도를 가진다는 것이 밝혀졌다. 즉, 연마물질로서의 유리의 경도는 종래 유리의 마멸경도 보다 작다. 유리의 마멸성을 보다 낮게 하기 위해서는, 산화납의 함량을 증가시켜야 함이 명백하다. 본 발명은 이러한 공지된 방법과는 다르게, 산화납을 완전히 제거하는 방향으로 수행되고 있다. 본 발명의 유리는 전형적으로 20 내지 40%의 산화납을 함유하는 공지된 납결정 유리와 유사하게 낮은 마멸경도를 가진다. 공지된 저산화납 파이렉스형(Pyrextype) 유리의 마멸경도는 2 내지 3배 더 높아서 유리분말을 모울딩하거나 압착하기 위한 주형 다이가 심하게 마모되게 한다.

유리의 마멸경도가 낮은 이유는 비교적 높은 K₂O 및 BaO 비율과 저 SiO₂및 B₂O₃비율이 함께 하기 때문이다. SiO₂의 대체물로서 상당량의 V₂O₅는 유리의 전기 저항에 바람직하지 않은 영향을 주지 않으면서 마멸경도에 바람직하게 영향을 준다.

중량%로 하기 나타낸 조성이 유리의 특히 바람직한 조성인 것으로 나타났다:

본 발명의 유리는 좁은 온도 범위내에서 용이하게 처리되는 부가적인 장점을 가지고 있다. 최저 온도는 압축체를 형성하는데 필요한 결합제의 증발 속도에 의해 결정된다. 결합제는 소결 온도에 이르기 전에 압축될 블랭크로부터 완전히 제거되어야 한다. 최고 허용 소결온도는 블랭크의 추가 작업 온도와 소결로의 특징에 의해 결정된다. 특징에 영향을 주는 전형적인 소결로는 소결체가 유착되지 않아야 되는 노를 연속적으로 통과하는 지지벨트를 지닌 연속 소결로이다. 추가 작업 온도는 일차적으로 소결체에 용융되는 재료에 좌우된다.

무산화납 유리는 250℃에서 약 10¹²오옴.cm의 매우 높은 전기 저항을 가진다. 이러한 높은 전기 저항은 본 발명 이전에는 저알칼리 산화납 함유 경질유리에서만 얻어질 수 있었다.

본 발명의 유리는 놀랍고도 우수한 낮은 전기저항 온도계수 특지을 지니고 있으며, 이렇게 낮은 전기저항 온도계수는 산화납 함유 유리의 ½이하이다. 온도가 증가함에 따라 전기 저항은 현저하게 감소한다. 높은 온도, 예를 들어 600℃ 이상의 고온에서, 연질의 납 함유 유리는 완전히 고형화되는 경우에는 양호하게 절연성을 나타내지만, 액체 상태로 연화된 경우에는 충분한 절연성을 나타내지 않는다.

24중량% 이상의 산화납을 지니는 납 결정상 유리로 제조된 소결된 비드는 유리의 저항이 10⁶오옴.cm인 경우에 캘빈온도 상승 당 저항이 약 3% 감소한다. 이와는 대조적으로, 본 발명의 유리는 캘빈온도 상승 당 저항이 약 1.5 내지 2% 감소된다. 저항의 감소는 유리가 1000℃의 온도에서 액상에 있을 때 측정하였다. 150오옴.cm에서의 점도는 10³d pas였다.

본 발명의 무산화납 유리는 1400 내지 1450℃의 보우트 내에서 조성물을 용융함으로써 제조된다. 유리 용융물은 프리트(frit)로 주입되거나 형성될 수 있다. 기본적으로 알칼리성 보우트가 적합하며, 이들은 산성인 보우트 보다 고알칼리성 용융물에 의해서 적게 부식된다. 점도를 제어 또는 조절하기 위해 붕산을 사용할 수 있다. SiO₂를 붕산으로 대체하는 경우, 유리의 마멸경도, 전기 저항 또는 열팽창 계수는 영향을 받지 않는다.

7가지의 원료로 제조한 특히 바람직한 유리 조성물을 중량%로 나타내면 다음과 같다:

상기 유리는 다음의 특징이 있다 :

다양한 온도(±10℃)에서의 고유저항은 다음과 같다 :

본 발명을 자동형 브레이크 광전구의 측면도로 설명하고자 한다. 텅스텐 필라멘트(1)는 전구(2)에서 2개의 전류 공급납(3)에 의해 지지된다. 전류공급납(3)은 철-니켈 합금으로 제조된다. 이러한 전류공급납(3)은 기계 및 전기적으로 안정되도록 연결요소(4)에 의해 연결된다. 연결요소(4)는 소결 유리로 제조된 유리 비드 또는 유리 링이고 상기한 유리조성을 가진다.

유리 링 또는 유리 비드(4)용으로 사용되는 특정의 유리 조성물은 열팽창계수가 전류 공급납의 열팽창계수와 이상적으로 조화하는 장점을 가진다. 그래서 전기 전도성부분이 용융된 진공 기밀 연결요소는 이 조성의 유리에 의해 용이하게 제조될 수 있다. 다른 금속 또는 금속 합금이 또한 본 발명에 따른 유리 조성물과 함께 사용될 수 있다.

본 발명 적용은 도시한 형태의 자동 전구에만 제한되지 않는다. 본 발명의 유리는 통상적인 전력-네트워크 전압으로 전력 네트워크에 연결되는 형광등과 소형 백열등에 특히 바람직하다.

Claims (9)

1. 전기 장치용 무산화납 유리에 있어서, 상기 유리가 SiO₂40 내지 60중량%, Al₂O₃2 내지 5중량%, CaO 5 내지 10중량%, BaO 20 내지 30중량%, V₂O₅2 내지 5중량%, K₂O 5 내지 7중량%의 조성으로 구성됨을 특징으로 하는 유리.
2. 제1항에 있어서, BaO와 V₂O₅를 합한 양이 25 내지 35중량%임을 특징으로 하는 유리.
3. 제1항에 있어서, 5중량% 이하의 MgO를 추가로 포함함을 특징으로 하는 유리.
4. 제3항에 있어서, CaO와 MgO를 합한 양이 5 내지 15중량%임을 특징으로 하는 유리.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, CaO와 BaO를 합한 양 또는 CaO, BaO 및 MgO를 합한 양과 V₂O₅의 양 사이의 중량비가 8 내지 12 대 1임을 특징으로 하는 유리.
6. 제1항에 있어서, 유리가 5중량% 이하의 B₂O₃를 추가로 함유하고, 추가로 함유된 B₂O₃에 상응하는 양의 SiO₂가 제거됨을 특징으로 하는 유리.
7. 제1항에 있어서, 유리가 SiO₂48 내지 52중량%, Al₂O₃3 내지 4중량%, CaO 5 내지 6중량%, BaO 26 내지 28중량%, V₂O₅3.5 내지 4.5중량%, K₂O 6 내지 7중량%를 함유하고, MgO 3 내지 4중량%를 추가로 함유함을 특징으로 하는 유리.
8. 제1항에 있어서, 전기 장치의 성형체에 사용됨을 특징으로 하는 유리.
9. 제8항에 있어서, 전기 전도성 부품 사이에 전기 절연 연결 요소로 사용됨을 특징으로 하는 유리.