KR0179319B1 - 산화제2구리를 포함하는 알루미늄인산염 유리들 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우수한 화학 저항, 매우 우수한 실투안정성, 350에서 550㎚의 범위에 있는 파장에서의 높은 전송 그리고 1.52 내지 1.54의 내화 지수 nd를 가지는 산화 제2구리를 포함하는 알루미늄인산염 유리에 관련된다. 이 유리는 다음의 조성을 갖는다(중량%, 산화물 기준) : A12O34 -9 ; P2O567 -75 ; BaO 0.5 - 6 ; CaO 0.1 - 1 ; MgO 0 - 4 ; SrO 0 -1 ; ZnO 0.2 - 1 ; Σ BaO+CaO+MgO+SrO+ZnO 3.5 - 7 ; Na2O 1.5 - 5 ; K2O 2.5 - 3.5 ; Li2O 0.5 - 5 ; Σ Na2O+K2O+Li2O 5 - 13 ; SiO20 -1 ; B2O31 - 2.5 ; AS2O30.1 - 0.5 ; Cl-0 - 1.3 ; F-0 - 1.3 ; CeO20.2 -0.4 ; CuO 1 - 6 ; with KG = ΣA12O3+SiO2+CeO2/ΣP2O5+B2O30.06 - 0.125
Description
제1도, 제2도는 이 발명에 따라서 파장에 대한 분광전송을 보이는 전송곡선을 보이며,
제3도는 시차열 분석결과를 보이는 도표임.
본 발명은 350에서부터 550㎚ 까지의 범위에 있는 파장들에서 높은 전송과 우수한 화학적저항성 및 뛰어난 실투 안정성을 갖는 산화 제2구리를 포함하는 알루미늄인산염 유리들에 관련된다.
그 새로운 유리들은 광학대역필터들, 즉 두 개의 저-전송 영역들에 의하여 둘러 쌓인 고전송의 상당히 협소한 파장범위를 갖는 필터들이다. 이런 유형의 유리들은 광학유리필터들로서 예를들면, 컬러비디오카메라에서의 색필터들로서 사용되어 진다.
이 새로운 유리들은 350과 550㎚ 사이에서의 높은 투명도에 추가하여 전형적으로 인접한 자외선영역에서 가파른 경계 그리고 700㎚ 이상에서 매우 낮은 전송을 나타낸다. 예컨대 민감한 전자장치들의 고에너지 방사에 의한 파손을 피하기 위하여 이 자외선영역은 가능한 완전히 차단되어져야 하는 반면에, 700㎚를 넘어선 영역에서의 입사방사선 강도는 예컨대 비디오 카메라를 사용할 때 CCD에 의한 녹화의 적조가 보상되어지게 악화되어져야 한다.
필터유리들을 위하여 중요한 이 분광특성들 이외에, 단순하고 저렴한 생산 및 실질적 이용을 위하여 다른 유리성질들이 중요하다. 상세하게는 이러한 것들은 다음과 같다:
- 화학 저항성 : 이 것은 산저항성, 알카리저항성 그리고 오염저항성을 포함한다. 이러한 성질들은 다양한 재가공공정들을 위해 중요하다.
- 결정화 안정성 : 이 성질은 필터유리들의 산업적생산을 위하여 특히 나타내어져야 한다.
- 유리전이온도 Tg : Tg의 위치는 기계적 그리고 광학적성질들이 Tg 이상에서 비가역적으로 변화할 수 있기 때문에 중요하다.
- 열팽창 계수 a : 이것은 가공 및 표면의 가능한 열초기응력에 대하여 관련된다.
유사한 전송특성들을 갖는 다수의 CuO함유 유리들이 이미 알려져 왔다.
특허 제 DE 29 26 721 C2에 기술된 유리들은 저 알카리이고; 이들은 전체에서 단지 1.1 중량% 까지의 Na2O와 단지 6.5 중량% 까지의 알카리금속 산화물들을 포함한다. 적어도 71 중량%의 이들의 높은 P2O5함유량에도 불구하고, 이 유리들은 저 알카리 함유량과 적어도 8.6 중량%인 A12O3의 높은 비율 때문에 용융하기가 어렵다. 이 용융작업을 용이하게 하기 위하여, 이들은 적어도 2.4 중량%의 B2O3를 필요로 한다. CuO 이외에 CeO2가 착색제로서 사용된다. 이러한 유리들은 결정화제들과 유리형성제들 사이에 상대적으로 높은비율을 가지며, 이것은 실투 안정성에 역효과를 갖는다.
특허 제 DE 34 14 682 C2는 CuO에 추가하여 값비싼 원재료인 CeO2를 상대적으로 높은비율 즉, 0.45에서 2.0 중량%까지 포함하는 유리들은 기술한다. 17중량%까지의 상당히 높은 알카리 금속산화물의 함유량은 화학저항성에 역효과를 갖는다.
특허 제 DE 40 31 469 C1는 주요 착색제로서 CuO 이외에 추가적으로 V2O5를 포함하고 (만약 3.0 중량% 까지 요구되어지면) CeO2및 또다른 선택적인 염료들을 포함하는 유리들을 기술한다. 결정화 안정성에 영향을 주는 결정화제들 및 유리형성제들 사이의 비율이 이러한 유리들에 있어서 불리하게 높다.
상기 필터성질들을 얻기 위하여 SnO2Nd2O3그리고 Fe2O3와 같은 또다른 성분들을 포함하는 아주 다양한 유리들이 상기 조성들에 추가하여 공지되어 있다. 비록, 알 수 있는 바와같이 여러가지 CuO 함유하는 인산염 유리들이 이미 존재하지만 개선된 유리들을 위한 요구가 계속되며, 본 발명의 목적은 가변성의 성질들을 갖는 개별적인 유리형태들의 전체족을 간단히 생산하는 것이다.
광역분광영역에서 윤곽이 정해진 극단의 필터성질들을 갖는 광범위의 유리들을 얻기 위하여 현행의 선행기술은 여러 가지 농도들의 수많은 염료들뿐만 아니라 염기 유리들을 형성하기 위한 많은 다른 성분들을 사용한다.
생산지에 있어서 이것은 방대한 저장비용(원재료의 다양한 형태들), 부품들과 원재료들 사이의 가능한 혼돈 그리고 이에따른 유리생산중의 중단을 초래한다.
더구나 염기유리들은 다른것과 양립할 수 없기 때문에 직접 연이어 유리들을 용융시키는 것이 불가능하다. 따라서 플러싱 용융이 필요하며, 이것은 첫 번째로 생산성을 낮추며 두 번째로는 비용이 비싸다.
본 발명의 목적은 어떤 합성범위에 의하여 각각의 개별적인 유리종류에 대하여 상기한 물리적 성질들을 최적화시키는 것이 가능하 그러한 합성범위를 갖는 유리족을 얻는 것이다. 유리족 내의 합성에 있어서의 변동은 유리의 개별적인 종류들의 다양한 전송성질들이 단지 색성분들의 상이한 농도를 통하여 이루하지고 염기유리 내에서의 변동에 의하지는 더 이상 이루어지지 않는 그러한 것이어야 한다.
따라서 필요조건은 이들 유리들이
- 다른것에 직접 용융되어 질 수 있고,
- 우수한 화학저항성을 가지며,
- 매우 우수한 실투안정성, 그리고
- 염기유리의 합성에 관계없이 일정한 영역에 걸쳐 확실한 전송 및 흡수거동을 하는, 유리족을 위한 것이다. 다음의 세부사항들은 세부사항들은 전송에 적용한다 : 즉,
- 분광역역 λ ≤ 350㎚ 내에서의 최대 가능한 방사 차단.
- 가시 및 비적색 분광영역 즉, 380㎚와 약 570㎚ 사이에서의 최고로 가능한 전송.
전송 최대량은 가능한 인간의 최대감도(약 540㎚)와 일치하여야 한다.
- 분광역 λ ≤ 700㎚ 내에서의 가장좋은 가능한 방사차단.
- 이 창(window)의 폭은 자외선 및 가시영역에서의 전송이 분광영역 λ ≤ 700㎚ 에서의 차단과 무관하게 다양한 규격에 부합되어 질 수 있도록 변화가능 하여야 된다. 이것의 결과는 착색은 CuO에 의하여 단독으로 행하여 질 수 없다는 것이다. 이상적으로는(본 발명에서 성취되는), 그 이상의 염료의 추가로 충분하다.
이러한 목적은 청구범위 제1항에 따르는 유리에 의하여 달성된다. 그러므로 이 새로운 유리는 다음과 같이 구성된다.(산화물을 기준으로한 중량%)
결정화제들과 유리형성제들 사이의 상기 비율 K의 크기는 본 발명에서 필수적이다. 인산염 유리들에서 높은 비율의 AO는 AlPO결정들의 석출로 인한 결정화를 초래한다는 것이 알려져 있다. 마찬가지로 SiO와 CeO는 인산염 유리격자와 양립될 수 없다. 다른 한편으로 최소량인 4중량%의 AO은 적합한 화학저항성을 보증하기 위하여 필요하다. 놀랍게도, AO함량에 따른 결정화의 선형적인 증가는 이 새로운 유리에서는 발생하지 않지만, 대신에 위에서 한정된 K는 결정화 안정성의 한계를 나타내는 것이 발견되어 왔다. 그러므로 K는 0.125 값을 넘어서지 말아야 한다. 다른 한편으로, 적어도 0.06의 K치가 필요한 화학저항을 위하여 요구된다.
반면, 비율 K가 0.125보다 큰 유리들은 상당한 결정화를 나타낸다. 이러한 것을 설명하기 위하여, 제3도는 DTA 분석결과들을 보여준다. 점선은 0.124의 K를 갖는 예 5로부터의 유리의 DTA 곡선을 나타낸다. 상기의 비교는 특허 제 40 31 469 C1(여기서는 예 6),(실선)로 부터의 유리의 재용융을 위한 곡선이다. 이러한 비교의 유리는 다음 조성을 갖는다. (산화물기준, 중량%) : AO7.7 ; PO76.4 ; BaO 0.6 ; CaO 0.2 ; MgO 2.7 ; ZnO 0.6 ; NaO 2.8 ; KO 0.2 ; SiO1.2 ; AsO0.14 ; F 0.14 ; CeO1.8 ; CuO 5.5 ; VO0.025 비율 K는 0.14에서 이루어 진다.
두 곡선의 각각은 대략 Tg에 상응하는 흡열피크 Tw를 갖는다. 그러나, 중요한 인자는 연속되는 곡선에서의 두 개의 발열피크들 이다. 이들은 결정상의 형성영역에 상응한다. 즉, 결정화는 유리에서 이들 두 피크들 사이에서 발생한다. 더 낮은 온도에서의 최대피크의 위치는 대략적으로 최대 핵 생성온도(KGmax)에 상응하고, 피크영역은 형성된 결정들의 수에 상응한다. 상당히 확장된 결정화가 특허 제 DE 40 31 469 C1의 유리에서 약 904℃의 온도에 발생한다는 것을 알 수 있다. 이 온도 이상에서는 형성된 결정들이 재용해된다. 이러한 실투 상한은 주조 온도가 인산염 유리에 대하여 매우 높은 값으로 설정되어져야 하며 이것은 공지되는 바와같이 줄무늬 품질에 역효과를 준다는 것을 의미한다. 더욱이, 높은 열함량은 임계온도영역이 충분히 빠르게 통과되어 질 수 없다는 것을 의미하기 때문에 이러한 유리로 부터는 대형 주조품들이 생산되어 질 수 없다.
어떠한 결정화도 여기서는 발생되지 않기 때문에(발열 DTA 피크가 없음), 이러한 문제점들은 이 새로운 유리에서는 일어나지 않는다. 이 원인은 다른 K값들이다.
DTA 분석을 근거로한 거술은 용융체들의 관찰로써 확인 된다.
새로운 유리들에서 CuO의 함유량은 상대적으로 넓은 영역 즉, 1 과 6중량% 사이 내에서 변화될 수 있다. 이러한 방법으로 전송영역의 대역폭은 일정한 Cu 농도를 통하여 조정되어 질 수 있다. 그래서 착색이온들의 종류 그리고 역시 염기성 유리의 조성에 의하여 결정된 대역 중심에서의 Cu 이온농도증가는 UV 그리고 IR 에서의 흡수밴드들을 더욱 강하게하여, 각각의 단부들을 가지영역으로 이동시키고 대역폭을 감소시킨다.
대역폭의 변동은 상대적으로 농도의 큰변화들을 필요로 한다. 반대로 CeO의 경우에 있어서, 심지어 농도에서의 소량 및 극히 작은 변화까지도 영향을 이르킨다. 발명에 따른 유리의 조성에서는 특허 제 DE 34 14 682 C2와는 대조적으로 심지어 0.1 내지 0.4 중량%의 CeO함유량으로도 충분하다. 이 CeO는 값비싼 원재료이기 때문에 이러한 면은 저가 생산ㅇ르 위하여 중요하다.
특허 제 DE 29 26 721 C2와 비교하여 이 새로운 유리는 알카리 금속 산화물들(13 중량% 이상) 및 특히 NaO(1.5∼5중량%)의 높은 함량을 갖는다. 이는 용융점을 낮추며, 이것은 생산을 상당히 단순화한다. 다른 한편으로, 알카리 함량은 우수한 화학저항성을 보증하기 위하여 충분히 낮아진다.
측허 제 DE 40 31 469 C1에서의 유리들과 달리 이 새로운 유리는 VO를 필요로 하지 않는다. 즉, 특허 제 DE 40 31 469 C1에서 기술된 것과는 다르게 VO의 첨가에 의하여 IR 단부의 가파름이 더 이상 향상되지 않는다; 즉 실제로 VO는 바나듐의 낮은 산화상태로 인하여 450 과 500㎚ 사이의 영역에서 전송을 조금 감소시킨다. 다원자가 원소들의 경우에 있어서 다양한 산화상태를 형성의 결과로서 산화화원반응 과정들이 통상적으로 상기 유리에서 항상 일어나기 때문에 바나듐의 상기 단점들이 수용되어 지거나, 또는 용융과정이 상당히 높은 산화조건들에서 수행되어져야만 한다. 하지만 이것은 결국 Pt(용융도가니)상에 원치 않는 증가된 침식을 초래하며 Pt 입자들이 유리로 들어갈 것이다. 이것은 예를들어 레이저 응용들로부터 이러한 유리들을 배제 시킨다.
VO의 첨가가 전적으로 불필요한 성과는 아주 가치있는 것이다. 배치(batch)방식의 조제 작업이 결과적으로 역시 단순하여 진다.
만약 어떠한 영역에서 전송특성들이 염기성 유리합성(일정한 염료농도에 대하여)에 무관하다면 또다른 특성들은 전송에서 또다른 심각한 변화를 걱정하지 않고 염기성 유리합성을 변화시킴으로써 이 영역내에서 수정되어 질 수 있다. 이러한 종류의 목적은 한편으로는 일부 특성들이 가능한한 조성에 단지 조금 의존되어야 하고 반면 다른 특성들은 가능한 크게 변화되어져야 하기 때문에 중요하다. 이 새로운 유리는 이러한 요구들을 가능하게 한다.
이러한 방식에 부합되어져야 하는 특성들 중 하나는 유리전이 온도 Tg이다 :
1. 늘어짐에 의하여 성형되어져서 그래서 용융체로부터 직접은 또는 그라인딩(grinding) 및 연마(polishing)에 의한 또한 전혀 불가능하거나 비용에서만 가능한 상대적으로 복잡한 기하학적 형태를 주는 유리들은 가장 낮은 가능한 Tg를 가져야만 하며, 이것은 역시 결정화온도로부터 멀리 떨어져야 한다.
2. 발광장비에 사용되어지거나 또는 다른 방식으로 고온에 노출되어지는 유리들은 가능한한 높은 Tg를 가져야 한다. 이것은 첫 번째로는 변형을 막고 두 번째로는 필요시 수행되어지는 열처리(강화)가 그래서 가능한한 가장 긴 시간동안 유지된다.
이것은 새로운 유리(중량%, 산화물기준)을 위한 즉 상대적으로 낮은 전이온도의 유리를 위한 2개의 바람직한 조성범위를 제공한다 :
그리고 상대적으로 높은 전이온도의 유리를 위한 바람직한 조성범위를 준다.
예들 :
여섯 개의 새로운 유리예들이 종래의 원재료들로부터 생산된다. 표4은 이들의 조성들 및 일부 본질적인 성질들을 나타낸다. 예 1과 2는 예를 들에 다음의 열 성형을 위하여 요구되는 낮은 전이 온도의 유리들에 상응하고, 반면 예 3 내지 4는 예를들어 발광 응용들에서의 사용을 위하여 적합한 높은 전이 온도의 유리들을 나타낸다.
다음의 약어가 사용된다 :
KΣAO+SiO+CeO/Σ PO+BO
n587.56㎚에서의 내화 지수
Tg 유리 전이 온도
a 열팽창 계수
300에서부터 800㎚의 범위에 대한 여섯 예들의 전송 곡선들(파장에 대한 분광 전송)이 제1도(예 1과 2)와 제2도(예 1 내지 6)에 나타난다. 전송 특성들은 1㎜ ± 0.02㎜의 시편 두께에 관련이 있다.
Claims (3)
1.52 내지 1.54의 내화 지수 nd, 우수한 화학 저항, 매우 우수한 실투안정성 그리고 350에서 550㎚사이에서의 높은 전송을 나타내는 산화 제2구리를 포함하는 알루미늄인산염 유리에 있어서, 다음의 조성,(중량%, 산화물 기준)
을 특징으로 하는 알루미늄 인산염 유리.
제1항에 있어서, 다음의 조성,(중량%, 산화물 기준) :
을 가지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 인산염 유리.
제1항에 있어서, 다음의 조성,(중량%, 산화물 기준) :
을 가지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 인산염 유리.
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