KR20150105320A

KR20150105320A - 고온 기질 부착 유리

Info

Publication number: KR20150105320A
Application number: KR1020157017882A
Authority: KR
Inventors: 모하매드 마시우드 악타르; 사무엘 비. 샤비츠; 마이클 씨. 브래드포드; 자차리 비야르스; 조셉 씨. 턱커
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2014-01-04
Publication date: 2015-09-16
Also published as: CN104918894B; US20140193643A1; EP2941405A4; EP2941405A1; WO2014107631A1; US9415569B2; EP2941405B1; CN104918894A

Abstract

제 1 기질을 제 2 기질에 접합시키는 방법은 유리를 제공하는 단계, 조립체를 형성하기 위하여 상기 제 1 기질과 상기 제 2 기질 사이의 층에 상기 유리를 도포하는 단계, 그리고 상기 유리가 상기 제 1 기질을 상기 제 2 기질에 접합시키게 하도록 선택된 불투명 유리의 유리 변이 온도 초과의 접합 온도로 상기 조립체를 가열하는 단계를 포함한다. 불투명 유리는 70-95%의 몰 농도의 그룹 A, 5-20%의 몰 농도의 그룹 B, 1-20%의 몰 농도의 그룹 C, 0-6%의 몰 농도의 그룹 D; 및 0-10%의 몰 농도의 그룹 E의 다양한 양들을 포함하는 구성성분들을 가진다. 상기 그룹 A, B, C, D 및 E는 본원에 개시된다.

Description

고온 기질 부착 유리{HIGH TEMPERATURE SUBSTRATE ATTACHMENT GLASS}

관련 출원들의 교차 참조

본원은 본원에서 참고로 전체적으로 합체된 2013년 1월 4일자 출원된 미국 가출원 제 61/749,255 호의 유익을 청구한다.

기술분야

본원은 유리 조성물의 군(family), 특히 2개 이상의 기질들을 부착하기 위하여 중간층을 형성하는 유리를 사용하는 접합 조립체들, 더욱 특히 연료 전지에서 사용하기 위한 기질 적층물의 형성 방법에 관한 것이다.

연료 전지들은 화학 반응으로부터 전기를 생산한다. 화학 반응은 통상적으로 수소와 같은 연료가 산소와 반응하여 1차 부산물로서 수증기를 생산한다. 수소는 수소 가스 또는 액체 형태로 직접 제공될 수 있거나 또는 탄화수소 액체들 또는 가스들과 같은 다른 재료로부터 생산될 수 있다. 연료 전지 조립체들은 수소 및/또는 탄화수소를 함유하는 연료 용기(fuel canister)와 결합되는 연료 전지 하우징 내의 하나 이상의 연료 전지들을 포함할 수 있다. 휴대용, 교체형 및 재충전형일 수 있는 연료 용기와 결합된 휴대가능한 연료 하우징들은 셀 폰 및 개인용 디지털 보조기기와 같은 광범위한 휴대용 소비자 전자 제품에 전력을 공급하는 양호한 전원으로서 배터리와 경쟁한다. 배터리와 비교할 때 상기 연료 전지 조립체들의 경쟁력은 크기, 효율 및 신뢰성을 포함하는 다수의 요소들에 따라 좌우된다.

고체 산화물 연료 전지(SOFC) 시스템과 같은 고온 연료 전지 시스템에서, 산화 유동은 연료 전지의 음극측을 통과하고, 환원 유동은 연료 전지의 양극측을 통과한다. 산화 유동은 통상적으로 공기이고, 환원 유동은 통상적으로 공기, 수증기 또는 이산화탄소와 같은 산소 소스에 의해서 탄화수소 연료 소스를 개질함으로써 생성된 수소 농후 가스의 혼합물을 포함한다. 연료 전지는 또한 한 전극에서 다른 전극으로 전기 충전 입자들을 지탱하는 전해질과, 전극들에서 반응을 촉진시키는 촉매를 가진다. 전해질은 핵심 역할을 한다. 이는 단지 적당한 이온들만 양극과 음극 사이를 통과하게 허용해야 한다. 통상적으로, 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 시스템은 고체 산화물 또는 세라믹 전해질을 사용한다. 통상적으로 500℃ 내지 1000℃의 온도에서 작동하는 연료 전지는 음극 유동 스트림으로부터 양극 유동 스트림으로 음전하 산소 이온들의 수송을 가능하게 하고, 상기 양극 유동 스트림에서 이온들은 탄화수소 분자 내의 수소 또는 자유 수소와 조합하여 수증기를 형성하거나 그리고/또는 일산화탄소와 조합하여 이산화탄소를 형성한다. 음전하 이온들로부터의 잉여 전자들은 양극과 음극 사이에서 완성된 전기 회로를 통해서 연료 전지의 음극측으로 다시 발송되어서, 결과적으로 회로를 통한 전류 유동이 얻어진다.

평면형 연료 전지 디자인 기하학적 형태는 연료 전지들에서 사용된 통상적인 기하학적 형태들 중 하나이다. 다른 통상적인 기하학적 형태는 관형 디자인이다. 평면형 개재 디자인은 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 시스템을 포함하는 대부분의 유형의 연료 전지들에 의해서 이행되고, 전해질은 양극과 음극 사이에서 개재되고, 그에 의해서 소위 멤브레인 전극 적층물을 형성한다. 고체 산화물 연료 전지들에서 사용된 세라믹 멤브레인은 매우 높은 온도에 도달할 때까지 전기적 및 이온적으로 불활성이고 따라서 적층물들은 상술한 바와 같이 500℃ 내지 1000℃의 온도에서 운영되어야 한다. 이러한 높은 작동 온도들은 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 기술을 방해하는 일부 도전들에 직면한다. 높은 온도의 연료 전지들에서의 부품들과 상호접속부들은 열-기계적 호환성을 나타내어야 하고, 그들의 열 팽창율은 정합되어야 하고, 재료들은 충분히 강인해야 하고 유사하게 충분한 열-기계적 특성들을 가져서 열팽창 차이로 인한 기계적 응력들을 견디어야 한다. 또한, 적층물들 내의 층들 사이에 접합부를 형성하는 재료는 또한 응력, 온도 및 연료 전지에 제공된 화학물을 견딜 수 있어야 한다. 추가적으로, 이러한 적층물을 생성하기 위한 프로세스는 신뢰성이 있고 높은 용적의 제조 기술들과 혼환성이 있어야 한다. 종래 기술의 연료 전지 시스템들은 열적 순환으로 인해 크랙 전개되기 쉽고 결합 부품들의 상호접속시에 열적 응력 유도 파손을 나타내는 적층물들을 통합한다. 따라서, 결과적으로 열적 순환 시에 기계적 응력을 견딜 수 있고 따라서 고품질, 장기간 지속성 및 신뢰성있는 전력 공급을 필요로 하는 휴대용 연료 전지에서 효과적으로 사용될 수 있는 연료 전지 적층물들을 얻을 수 있는, 연료 전지 부품들을 접합하기 위한 방법을 제공할 필요가 있다.

유리 프릿 재료는 2개의 기질들을 함께 접합하는데 일반적으로 사용된다. 불행하게도, 많은 유리들은 바람직한 접합 온도에서 매우 높은 점성을 가지며, 이는 중간 프릿 재료를 변형시키기 위하여 과도한 힘을 요구하고 기질의 일부를 손상시킬 수 있다. 또한, 이전에 제시된 재료는 필요한 재유동 온도, 화학적 호환성, 용융 온도, 열팽창율 및 강도의 조합을 나타내지 않았다. 개시된 조립체의 개발 이전에, 구조체들은 종종 낮은 강도, 누설, 다공성 및 낮은 생산 접합을 가진다.

본 발명의 목적은 개선된 조립체와 중간 유리 접합층에 기계적으로 부착된 기질들의 조립체를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

이전 실시예들의 형태들은 첨부된 도면을 참조하여 기술된 하기 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 용이하게 이해될 것이다.

도 1은 구체적으로 고온 환경에서 사용하기 위해, 기질들에 대한 부착의 필요성을 충족시키도록 제시된 기본 조성물의 범위들의 그래프.
도 2는 예시적인 유리 G013-G016에 있는 유리 조성물에서 B₂0₃ 대 Si0₂의 비의 효과의 예를 도시한다. 유리 GO14는 Si0₂ 대 B₂0₃ 몰비 1.32를 갖는 623℃의 유리 변이 온도를 가진다. 유리 GO13 내지 14.4의 Si0₂ 대 B₂0₃의 비를 증가시킴으로써, 유리 변이 온도는 707℃로 증가한다. 예 GO15 및 GO16의 중간비는 중간 유리 변이 온도를 제공한다.
도 3a는 유리 예들 G001 및 G002의 T_g에서 Ti0₂의 첨가 효과를 나타낸다. 도 3b는 예들의 제 1 및 제 2 결정화 온도들에서 동일한 변화 효과를 나타낸다.
도 4는 650℃ 초과의 온도에서 허메틱 시일의 수명에 대한 중량당 ppm(part per million)에서 유리에서의 알카리성 산화물들의 효과를 나타낸다. 2개의 기질들의 접합이 실행되어서 허메틱 경계를 이루는 예시적인 적용에서, 알카리의 감소는 동일 온도에서 시일 수명을 증가시킨다.

특정 실시예들의 상세한 설명

규정들, 본 설명 및 첨부된 도면에 사용되는 바와 같이, 하기 용어들은 본문에서 다르게 요구하지 않는다면 지시된 의미를 가진다.

유리에서 구성요소들의 "퍼센트"는 단위 전지에서 개별 산화물의 몰 기여도의 관점에서 기술된다. 예를 들어, 개별 성분요소 재료들의 전체 몰들의 비율로서 ZnO 또는 Al₂O₃의 몰들을 기재한다.

"기질"은 플레이트형, 입방형, 직사각형 또는 세라믹, 금속, 반도체 재료 또는 그 조합물들로 조성된 하나 이상의 실질적인 평면을 수용하는 임의의 다른 형태를 갖는 대상물을 포함할 수 있다.

"유리 프릿(glass frit)"은 분말형 유리 재료를 지칭한다.

유리의 "제 1 결정화 온도"는 유리가 실질적인 결정화의 시작을 경험하는 최하 온도이다.

우리는 고온 환경에 대해서 서로에 대하여 기질들을 접합시키도록 제시된 재료의 종래 개시된 조성물들이 개시된 조립체 의해서 특정 및 요구 조건들을 충족시키도록 유리 조성물을 설계함으로써 극적으로 개선될 수 있다는 것을 발견하였다.

특히, 우리는 불투명 유리들이 이러한 접합 적용에 대해서 특히 유리하다는 것을 발견하였다. 불투명 유리들은 유리 상태로 알려져 있지만 적어도 부분적으로 적당한 온도에서 결정화되는 주로 무정질 상태에서 시작되는 것들이다. 결정화 프로세스는 주어진 온도에서 유리의 점도를 증가시킬 뿐 아니라 강도 및 파괴 인성과 같은 다른 기계적 특성들을 증가시키도록 작용한다. 증가된 점도로 인하여, 불투명 유리와 적절하게 결정화된 구성요소들과 함께 접합된 구성요소들은 기계적 고장없이 최대 본래 접합 온도에서 그리고 그 위의 온도에서도 작동할 수 있다.

접합층에서 사용된 무정질 유리 개시 재료는 재료들의 개시된 조성물을 용융시킴으로써 생성된다. 용융 프로세스는 재료가 액체 상태로 있는 동안 구성요소들이 균일하게 분포되게 한다. 액체는 급속하게 냉각되어서 대부분 무정질 고체를 형성한다. [액체 재료의 느린 냉각은 결정화를 허용할 수 있고, 이는 점도를 미리 증가시키기 때문에 접합 전에는 바람직하지 않을 수 있다.] 이 고체는 그 다음 프릿 유리로서 공지된 분말로 연마될 수 있다. 일부 실시예들에서, 특정 입자 크기 분포는 일부 기질들을 함께 접합하기 위해 유리할 수 있다. 일부 경우에, 프릿 유리는 입자 크기에 의해서 분류되어서, 선택된 범위의 입자만이 기질 중간층으로서 사용될 수 있게 한다. 작은 입자들은 표면적 대 질량 비를 증가시킨다; 많은 경우에, 이는 결정화 및 계면 접합과 같은 고체 상태 반응들의 속도를 증가시키는 효과를 가진다. 큰 입자들에 의해서, 표면적 대 질량 비는 감소하여서 반응들을 감소시킨다.

용융 유리 재료를 냉각시키는 것은 많은 방식들로 달성될 수 있다. 일반적으로, 용융 유리는 냉각 재료와 접촉하게 배치된다. 일 실시예에서, 용융 유리는 예를 들어 버킷에 부어서 액체 상태의 물 안에 놓여진다. 다른 실시예에서, 물은 용융 유리의 결정화 온도 미만의 끓는점을 갖는 다른 액체로 교체될 수 있다. 다른 경우에, 액체를 사용하는 것을 회피하는 것이 바람직할 수 있다. 임의의 실시예에 있어서, 용융 유리는 용융 유리의 결정화 온도 미만에서 유지되는 고체 냉각 기질과 접촉하게 배치된다. 일 실시예에서, 고체 냉각 기질에서, 냉각 기질은 또한 냉각 액체의 유동과 접촉하여서 용융 유리의 결정화 온도 미만의 온도를 유지한다.

무정질 프릿 유리는 그 다음 조립체를 형성하기 위하여 제 1 기질 및 제 2 기질 사이에 도포될 수 있고, 그 다음 상기 조립체는 프릿 유리가 함께 유동하고 기질들에 접합되기에 충분히 낮은 점도를 갖는 접합 온도로 가열되어서, 접합 조립체를 형성한다. 다양한 기술들이 유리를 도포하기 위해 사용될 수 있으며, 이들은 스크린 프린팅, 테입 주조, 바늘 분배 및 당기술에 공지된 다른 기술을 포함한다. 일 실시예에서, 유리는 결합 재료 및 용제와 유리 프릿의 혼합물이 있는 프릿 페이스트로서 도포된다. 다른 실시예에서, 유리 프릿은 5 내지 80 마이크로미터의 평균 입자 크기와, 0.5 내지 100 마이크로미터의 입자 크기 분포를 가진다. 대안으로, 불투명 유리는 고체 재료로 주조되고 기질들 사이에 놓여질 수 있다. 접합 온도는 불투명 유리의 유리 변이 온도 위로 선택된다. 양호하게는, 접합 온도는 유리의 제 1 결정화 온도 미만으로 선택되어야 한다. 그러나, 급속 가열에 의해서, 결정화 속도가 충분히 느리다면, 제 1 결정화 온도에서 또는 그 초과 온도에서 접합이 이루어질 수 있다. 양호하게는, 제 1 기질을 제 2 기질을 향하여 압축하고 그에 의해서 프릿 유리를 압축 상태로 놓기 위해서 상당한 힘이 인가된다. 압축력은 유동 속도를 증가시키고 프릿 유리의 조밀화를 촉진시키고 기질들과 밀착 접촉하게 한다.

불투명 산화 유리는 통상적으로 3등급의 구성요소들 즉, 형성요소(former), 변형요소(modifier), 중간요소(intermediate)로 조성된다. 형성요소들은 통상적으로 고도의 가교 네트워크들을 생성하여 유리에 대한 대부분의 구조들을 제공한다. 제시된 유리의 형성요소들은 규소 산화물 및 붕소 산화물이지만; 다른 분자들도 역시 조성물의 잔여량에 따라서 형성요소로서 작용할 수 있다. 변형요소들은 형성요소들에 의해서 생성된 네트워크 구조를 변경한다. 유리를 변경할 수 있는 변형요소들의 완성 목록에는 없는 일부 예들은 망간 산화물, 바륨, 리튬 산화물, 나트륨 산화물 및 칼륨 산화물이다. 변형요소들은 통상적으로 이온의 제공을 보충하기 위해 공유결합 대신에 음전하를 유지하도록 산소 원자를 압송함으로써 유리 네트워크에서 공유 결합을 묶는 이온들이다. 마그네슘 산화물, 아연 산화물 및 알루미늄 산화물과 같은 중간 구성요소들은 형성요소 또는 변형요소 모두로서 작용하여서, 네트워크 구조를 생성하거나 또는 1차 형성요소 사슬을 끊을 수 있다.

최종 재료에서 높은 수준의 결정화가 바람직한, 불투명 유리의 일부 실시예들에서, 제 4 구성요소인, 시드(seed)가 부가될 수 있다. 이 시드는 균일한 비율의 결정화를 도모하는데 사용된다. 시드의 하나의 비제한성 예는 티타늄 산화물이다. 유리에서 티타늄 산화물은 종종 분포된 결정화 위치들을 형성한다. 결정화 촉매기로서 작용하는 다른 요소들은 지르코늄, 니오븀, 망강 및 세륨의 산화물들을 포함한다. 추가로, 백금과 같은 금속은 결정화를 도모하는데 사용될 수 있다.

유리에서 요소들의 몰 농도를 변화시키면 유리의 많은 물리적 및 화학적 특성들에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 특성들 전부가 아닌 일부 특성들은 유리 변이 온도, 제 1 결정화 온도, 열팽창 계수 및 영율이다.

유리 형성요소들, 예를 들어 규소 이산화물 및 붕소 산화물의 비율을 조정함으로써, 유리의 용융 온도가 조정될 수 있다. 규소 대 붕소 산화물의 비를 증가시키면, 용융 온도를 증가시킬 수 있다. 규소 대 붕소 산화물의 비를 감소시키면, 유리의 용융 온도를 낮출 수 있다. 일 실시예에서, 유리는 15% 내지 65%의 규소 산화물과 0% 내지 20%의 붕소 산화물을 가질 수 있다. 양호한 실시예에서, 유리는 30% 내지 50%의 규소 산화물과 0% 내지 10%의 붕소 산화물을 가질 수 있다. 더욱 양호한 실시예에서, 유리는 42% 내지 43%의 규소 산화물과 4% 내지 5%의 붕소 산화물을 가질 수 있다.

알루미늄 산화물은 유리 조성물의 영율을 증가시키도록 제시되었다. 영율에서의 이러한 증가는 크랙현상에 대한 유리의 내구성을 증가시킨다. 또한, Al₂O₃는 큰 작동 온도 범위를 갖는 조립체에 대해서 열적 충격, 급속 가열 또는 냉각, 핵심사항들을 처리하는 유리의 능력을 개선한다. 잉여 알루미늄 산화물은 유리 변이 온도를 증가시키고 점도를 과도하게 증가시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 요소들이 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 이트륨 또는 그 조합물과 조합하거나 또는 대체하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 알루미늄 산화물은 유리의 3% 내지 20%으로 사용된다. 양호한 실시예에서, 알루미늄 산화물은 유리의 3% 내지 9%이다. 또다른 양호한 실시예에서, 알루미늄 산화물은 유리 조성물의 5%-6%이다.

일부 실시예에서, 아연 산화물은 유리의 점도를 감소시켜서, 유리의 재유동을 증가시키고, 일부 경우에는 2 기질들 사이에 배치될 때 시일을 만드는 유리의 기능을 증가시킨다. 그러나, 잉여 아연 산화물은 결정화 속도를 과도하게 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 유리의 아연 산화물의 몰 농도는 15% 내지 55%, 양호하게는 25% 내지 45%, 더욱 양호하게는 33% 내지 35%이다.

중간 유리 재료의 유동을 촉진하기 위하여 유리의 화학적 조성을 변경하는 것에 추가하여, 압력이 기질들의 외면 상에 반대 방향으로 인가될 수 있다. 일부 경우에, 중간층이 그 접합 온도로 가열되어서 유리가 유동하게 할 때 상기 압력이 인가될 수 있다. 압력은 기질 표면들과 유리 사이의 물리적인 접촉을 보조하여서, 화학적 상호작용 뿐 아니라 물리적 접촉을 도모할 수 있다.

요소의 농도를 변경하는 방법의 또다른 예는 유리의 특성들을 조율할 수 있고, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물 및 바륨 산화물이 재료의 유리 변이 온도를 조정하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 그룹의 요소들의 비를 증가 또는 감소시키면 유리 변이 온도를 증가 또는 감소시킬 수 있다. 양호한 실시예에서, 유리의 몰 농도에서 사용될 수 있는 마그네슘 산화물은 1% 내지 20%, 양호하게는 10% 내지 20%이고 더욱 양호하게는 12% 내지 13%이다. 대안 실시예에서, 마그네슘 산화물의 농도는 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물 및 바륨 산화물 또는 그 조합물들의 유사 몰 농도에 의해서 교체될 수 있다.

불투명 유리에서, 일부 실시예에서, 티타늄 산화물은 제 1 결정화 온도에서 균일한 결정화를 도모하는데 사용될 수 있다. 유리 재료에서 결정화를 도모하기 위하여, 지르코늄 산화물, 니오븀 산화물, 백금, 망간 산화물, 세륨 산화물 및 그 조합물들이 사용될 수 있다는 것은 당업자에게는 공지된 사실이다. 양호한 실시예에서, 티타늄 산화물은 0% 내지 6%, 양호하게는 0% 내지 3%, 및 더욱 양호하게는 0.5% 내지 1%의 유리의 몰 농도로 사용된다. 대안 실시예에서, 티타늄 산화물의 농도는 지르코늄 산화물, 니오븀 산화물, 백금, 망간 산화물, 세륨 산화물 및 그 조합물들의 유사 몰 농도에 의해서 교체될 수 있다.

리튬 산화물, 나트륨 산화물 및 칼륨 산화물과 같은 알카리 산화물 변형요소들은 일부 실시예에서 유리의 용융 온도를 조정하는데 사용될 수 있다. 최대 10%의 몰 농도는 네트워크 형성요소들의 용융 온도를 적용의 온도와 균형을 맞추는데 사용될 수 있다. 그러나, 일부 가능한 실시예들에서 상기 요소들의 높은 이동성 및 화학적 호환성 문제로 인하여, 유리에서 알카리 산화물 몰 농도는 10%미만, 양호하게는 3% 미만, 더욱 양호하게는 1% 미만인 것이 바람직하다.

일부 적용에 대해서, 비록 1% 농도의 알카리 산화물들도 작동 온도에서 과도한 반응성 및 이동성을 제공할 수 있다. 이들 적용을 위하여, 선택된 실시예들은 알카리 산화물들의 중량당 1000 ppm 미만으로 성분요소들 순도의 조합물을 포함한다. 더욱 양호하게는, 사용된 성분요소들의 순도는 알카리 산화물들의 중량당 100 ppm 미만이다. 가장 양호하게는, 사용된 성분요소들의 순도는 알카리 산화물들의 중량당 10 ppm 미만이다. 낮은 수준의 오염물들을 정량화할 때, 오염물의 질량을 전체 질량 또는 중량의 분율로서 측정하는 것이 더욱 실용적이다.

표 1은 기질들에 접합되는 유리의 특수한 필요성을 충족시키는 조성물의 범위를 제시하도록 만들어져서 시험된 예시적인 유리들의 몰 비 조성을 제시한다. 구체적으로, 개시된 조성물은 고온 환경에서 사용된 기질들을 접합할 때 사용하기에 매우 적합하다. 표는 유리 변이 온도(Tg)와, 제 1 및 제 2 결정화 온도를 나타낸다.

2개의 기질들이 유리 접합층에 의해서 부착되는 일부 적용들에서, 온도 효과는 기질의 열 팽창 시에 변화되고 유리는 영향을 받을 수 있다. 넓은 작동 범위가 바람직한 일부 적용에서, 재료의 열팽창 계수(CTE)의 오정합은 재료들에서 큰 응력의 전개를 유도할 수 있고, 이는 일부 경우에 결과적으로 결합 실패를 유도해서, 기질과 유리 사이의 접착 실패 또는 재료에서의 분열 및 취약성을 유발하며, 이는 일부 경우에 결과적으로 조립된 적층물의 층분리를 유도할 수 있다. 따라서, 많은 경우에, 개시된 유리 조성물이 부착될 기질과 유사한 열팽창 계수(CTE)를 갖는 것이 중요하다.

양호하지만 비제한적인 실시예에서, 규소는 기질을 위한 재료로서 사용된다[규소는 0℃ 내지 800℃에서 2.5×10^-6/K 내지 4×10^-6/K의 열팽창 계수(CTE)를 가진다]. 많은 개시된 실시예에서, 유리의 열팽창 계수(CTE)는 개시된 조립체에 대해서 목표된 광범위한 작동 온도 범위로 인하여 기질의 5×10^-6/K 내에 있다. 추가로, 무정질 유리의 열팽창 계수(CTE)는 통상적으로 유리를 불투명하게 할 때 감소한다. 이는 많은 경우에 시간에 대해, 특히 상승 온도에서 유리의 결정 구조의 전개에 기인한다. 다른 비제한성 실시예에서, 기질은 낮은 열팽창 계수(CTE) 재료이다[열팽창 계수(CTE)는 0℃ 내지 800℃에서 -1×10^-6/K 내지 3×10^-6/K에 있다]. 하나의 예를 제공하기 위하여, 코닝 빅코르(Corning Vycor)는 0℃ 내지 800℃에서 0에서 0.75×10^-6/K로 변화되는 열팽창 계수(CTE)를 가진다. 또다른 비제한성 실시예에서, 기질은 0℃ 내지 800℃에서 4×10^-6/K 내지 8×10^-6/K의 열팽창 계수(CTE)를 갖는 알루미나 규산염일 수 있다. 결과적으로, 결정 상태의 범위에 대해서 유리에 의해서 나타나는 열팽창 계수(CTE) 범위는 기질에 적절하게 정합되는 것이 중요하다.

모든 실시예들에서, 유리는 기질에 접착되는 것이 중요하다. 기질에 대한 유리 조성물의 접착은 유리가 기질의 계면 미세구조와 반응할 때 이루어진다. 이러한 접합 프로세스는 유리 변이 온도에서 또는 그 위에서 더욱 신속하게 일어난다. 상술한 바와 같이, 유리의 조성물은 유리 변이 온도 및 그에 따른 유리가 부착되는 온도에 영향을 미치고, 기질에 부착 상태로 잔류할 것이다.

2개의 기질들의 부착을 위한 양호한 유리는:

30-50몰%의 규소 산화물들;

0-10몰%의 붕소 산화물들;

25-45몰%의 아연 산화물들;

3-15몰%의 알루미늄 산화물들;

0-3몰%의 티타늄 산화물들;

10-20몰%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소 및 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소이다. 붕소 및 마그네슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추는데 사용된다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다.

추가 양호한 실시예는 대략적으로

42-43%의 규소 산화물들;

33-35%의 아연 산화물들;

4-5%의 붕소 산화물들;

5-6%의 알루미늄 산화물들;

12-13%의 마그네슘 산화물들; 및

0.5-1%의 티타늄 산화물들을 함유한다.

붕소와 마그네슘의 이러한 특정 수준은 유리 변이 온도를 약 665℃로 낮추어서, 700 내지 800℃ 사이에서 접합이 이루어질 수 있게 한다. 티타늄 산화물들은 약 700℃에서 개시되는 결정화를 도모하여, 접합이 이루어질 때 동일 온도에서 높은 강도가 이루어질 수 있게 한다.

2개의 기질들의 부착을 위한 또다른 양호한 유리는:

37.5-50몰%의 규소 산화물들;

0-10몰%의 붕소 산화물들;

25-35몰%의 아연 산화물들;

3-15몰%의 알루미늄 산화물들;

0-3몰%의 티타늄 산화물들;

10-20몰%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소와 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들이다. 붕소와 마그네슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추는데 사용된다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다. 주요 구성요소로서 알칼리의 결핍은 상술한 밀봉 적용에서 사용의 중요성이다.

무정형 석영과 같은 규소보다 낮은 열팽창 계수(CTE)를 갖는 2개의 기질들의 부착을 위한 예시적인 유리는 대략적으로,

41-42%의 규소 산화물들;

32-34%의 아연 산화물들;

4-5%의 붕소 산화물들;

5-6%의 알루미늄 산화물들;

11.5-12.5%의 마그네슘 산화물들;

2-3%의 리튬 산화물들;

0.5-1%의 티타늄 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소와 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들이다. 붕소와 마그네슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 약 635℃로 낮추는데 사용된다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 약 700℃에서 결정화를 도모한다. 리튬 산화물들은 유리의 열팽창 계수(CTE)를 1-3×10^-6/K로 낮추고 또한 조성물의 유리 변이 온도를 하강시킨다.

알루미나 플레이트들과 같은 규소보다 큰 열팽창 계수(CTE)를 갖는 2개의 기질들의 부착을 위한 예시적인 유리는 대략적으로,

41-42%의 규소 산화물들;

32-34%의 아연 산화물들;

4-5%의 붕소 산화물들;

5-6%의 알루미늄 산화물들;

11.5-12.5%의 마그네슘 산화물들;

2-3%의 나트륨 산화물들;

0.5-1%의 티타늄 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소와 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들이다. 붕소와 마그네슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 낮춘다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 약 700℃에서 결정화를 도모한다. 나트륨은 유리의 열팽창 계수(CTE)를 5-8×10^-6/K로 증가시킨다.

알루미나 세라믹 플레이트들과 같은 규소보다 큰 열팽창 계수(CTE)를 갖는 2개의 기질들의 부착을 위한 예시적인 유리는 대략적으로,

41-42%의 규소 산화물들;

32-34%의 아연 산화물들;

4-5%의 붕소 산화물들;

5-6%의 알루미늄 산화물들;

11.5-12.5%의 마그네슘 산화물들;

2-3%의 칼륨;

0.5-1%의 티타늄 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소와 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들이다. 붕소와 마그네슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 낮춘다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 약 700℃에서 결정화를 도모한다. 칼륨은 유리의 열팽창 계수(CTE)를 5-8×10^-6/K로 증가시킨다.

느린 결정화를 나타내고 초기 작동 중에 연장된 접합 시간 및 가요성을 허용하는, 예시적인 유리는 대략적으로,

54-56%의 규소 산화물들;

32%의 아연 산화물들;

4-6%의 알루미늄 산화물들;

8-9%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소와 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들이다. 마그네슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 약 670℃로 낮춘다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 임의의 시드(seed)의 결핍은 850℃ 미만의 온도에서 결정화를 지연시킨다.

560℃ 초과의 온도에서 기질들의 접합을 허용하는 예시적인 유리는 700℃를 초과하는 적용에서 적합하고, 상기 유리는 대략적으로,

41%의 규소 산화물들;

20.5%의 아연 산화물들;

11%의 알루미늄 산화물들;

5%의 마그네슘 산화물들;

9%의 리튬 산화물들;

4%의 티타늄 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소와 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들이다. 마그네슘과 칼슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추고 리튬 산화물을 첨구하면 유리 변이 온도를 515℃로 이동시킨다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 시드들은 611℃에서 결정화를 도모한다.

2개의 기질들의 부착을 위한 또다른 양호한 유리는:

40-55몰%의 규소 산화물들;

0-10몰%의 붕소 산화물들;

30-40몰%의 아연 산화물들;

3-15몰%의 알루미늄 산화물들;

0-3몰%의 티타늄 산화물들;

10-20몰%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소와 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들이고 높은 수준의 규소 산화물들로 인하여 증가한 유리 변이 및 밀봉 온도를 가진다. 붕소와 마그네슘과 칼슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추는데 사용된다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다.

2개의 기질들의 부착을 위한 또다른 양호한 유리는 규소 산화물들의 개시된 범위들의 하단에서,

25-40몰%의 규소 산화물들;

0-10몰%의 붕소 산화물들;

25-45몰%의 아연 산화물들;

3-15몰%의 알루미늄 산화물들;

0-3몰%의 티타늄 산화물들;

10-20몰%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소와 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들이고 낮은 수준의 규소 산화물들로 인하여 감소한 유리 변이 및 밀봉 온도를 가진다. 붕소와 마그네슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추는데 사용된다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다.

매우 빠른 열적 충격을 겪는 2개의 기질들의 부착을 위한 또다른 양호한 유리는:

30-50몰%의 규소 산화물들;

0-10몰%의 붕소 산화물들;

25-45몰%의 아연 산화물들;

9-15몰%의 알루미늄 산화물들;

0-3몰%의 티타늄 산화물들;

10-20몰%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소와 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들이다. 붕소와 마그네슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추는데 사용된다. 개시된 범위의 상단에 있는 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 결정화를 도모한다.

접합 시간을 연장시키는 느린 결정 속도를 갖는 2개의 기질들의 부착을 위한 또다른 양호한 유리는:

30-50몰%의 규소 산화물들;

0-10몰%의 붕소 산화물들;

25-45몰%의 아연 산화물들;

3-15몰%의 알루미늄 산화물들;

0-0.5몰%의 티타늄 산화물들;

10-20몰%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소와 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들이다. 붕소와 마그네슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추는데 사용된다. 알루미늄 산화물들은 극한의 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 개시된 범위의 하단에 있는 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다.

빠른 결정 시간을 갖는 2개의 기질들의 부착을 위한 개시된 범위에 있는 또다른 양호한 유리는:

30-50몰%의 규소 산화물들;

0-10몰%의 붕소 산화물들;

25-45몰%의 아연 산화물들;

3-15몰%의 알루미늄 산화물들;

2-3몰%의 티타늄 산화물들;

10-20몰%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소와 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들이다. 붕소와 마그네슘 산화물들은 형성요소의 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추는데 사용된다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 빠른 결정화를 도모한다.

2개의 기질들의 부착을 위한 개시된 범위에 있는 또다른 양호한 유리는:

45-60몰%의 규소 산화물들;

8-18몰%의 붕소 산화물들;

13-25몰%의 아연 산화물들;

6-15몰%의 알루미늄 산화물들;

0-3몰%의 티타늄 산화물들;

3-12몰%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소, 아연, 알루미늄 및 마그네슘 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들로서 균형을 이루고, 여기서 규소는 아연에 비례하여 증가한다. 붕소와 마그네슘 산화물들은 유리 변이 온도를 낮추는데 사용될 뿐 아니라 유리 네트워크의 형성요소로서 작용하도록 사용된다. 개시된 범위의 상단에 있는 알루미늄 산화물들은 극한의 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다.

11-25몰%의 규소 산화물들;

7-18몰%의 붕소 산화물들;

13-25몰%의 아연 산화물들;

10-20몰%의 알루미늄 산화물들;

0-3몰%의 티타늄 산화물들;

6-14몰%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소, 아연, 알루미늄 및 마그네슘 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들로서 균형을 이루고, 규소는 아연에 비례하여 개시된 범위의 하단에 있다. 붕소와 마그네슘 산화물들은 유리 변이 온도를 낮추는데 사용될 뿐 아니라 유리 네트워크의 형성요소로서 작용하도록 사용된다. 알루미늄 산화물들은 극한의 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다.

느린 결정화 비율을 갖는 리튬 산화물들의 사용없이 규소에 밀착 정합된 CTE를 갖는 2개의 규소 기질들의 부착을 위한 개시된 범위에 있는 또다른 양호한 유리는:

35-50몰%의 규소 산화물들;

25-38몰%의 아연 산화물들;

3-18몰%의 알루미늄 산화물들;

8-17몰%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 및 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들로서 균형을 이룬다. 마그네슘 및 알루미늄 산화물들은 유리 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추는데 사용된다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 증가시킨다. 느린 결정화 및 높은 규소 농도는 0℃ 내지 800℃의 약 3×10^-6K 내지 4×10^-6K의 열팽창 계수(CTE)를 상기 예시적인 혼합물에 제공한다.

개시된 특성들을 달성하기 위하여 붕소 산화물들을 갖는 2개의 기질들의 부착을 위한 개시된 범위에 있는 또다른 양호한 유리는:

32-39몰%의 규소 산화물들;

30-41몰%의 아연 산화물들;

8-19몰%의 알루미늄 산화물들;

1.5-4몰%의 티타늄 산화물들을 함유한다.

규소, 및 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들로서 균형을 이룬다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 증가시킨다. 개시된 범위는 0℃ 내지 800℃의 약 5×10^-6K 내지 6×10^-6K의 열팽창 계수(CTE)를 생성한다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다.

유리가 0℃ 내지 800℃의 약 6×10^-6K 내지 8×10^-6K의 열팽창 계수(CTE)를 갖는, 2개의 기질들의 부착을 위한 개시된 범위에 있는 또다른 양호한 유리는:

23-46몰%의 규소 산화물들;

22-35몰%의 아연 산화물들;

5-13몰%의 알루미늄 산화물들;

6-19몰%의 붕소 산화물들;

0.5-3몰%의 티타늄 산화물들을 함유한다.

규소, 및 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들로서 균형을 이룬다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 증가시킨다. 감소된 온도에서 티타늄 산화물들로부터의 결정화 및 붕소의 존재로 인하여 상기 범위는 0℃ 내지 800℃의 약 6×10^-6K 내지 8×10^-6K의 열팽창 계수(CTE)를 생성한다.

칼슘 산화물이 개시된 특성들을 달성하기 위하여 마그네슘을 교체하는데 사용되는, 2개의 기질들의 부착을 위한 개시된 범위에 있는 또다른 양호한 유리는:

25-45몰%의 규소 산화물들;

5-15몰%의 붕소 산화물들;

32-48몰%의 아연 산화물들;

1-12몰%의 알루미늄 산화물들;

0-2몰%의 티타늄 산화물들;

3-13몰%의 칼슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소 및 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들로서 균형을 이룬다. 붕소 및 칼슘 산화물들은 유리 변이 온도를 낮추는데 사용될 뿐 아니라 유리 네트워크에서 형성요소로서 작용하도록 사용된다. 개시된 범위의 상단에 있는 알루미늄 산화물들은 극한의 열적 충격에 대한 내구성을 제공한다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다.

스트론튬 산화물이 개시된 특성들을 달성하기 위하여 마그네슘을 교체하는데 사용되는, 2개의 기질들의 부착을 위한 개시된 범위에 있는 또다른 양호한 유리는:

35-45몰%의 규소 산화물들;

2-13몰%의 붕소 산화물들;

36-46몰%의 아연 산화물들;

1-11몰%의 알루미늄 산화물들;

0-4몰%의 티타늄 산화물들;

3-10몰%의 스트론튬 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소 및 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들로서 균형을 이룬다. 붕소 및 스트론튬 산화물들은 유리 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추는데 사용된다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 증가시킨다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다.

바륨 산화물이 개시된 특성들을 달성하기 위하여 마그네슘을 교체하는데 사용되는, 2개의 기질들의 부착을 위한 개시된 범위에 있는 또다른 양호한 유리는:

23-42몰%의 규소 산화물들;

2-11몰%의 붕소 산화물들;

32-46몰%의 아연 산화물들;

1-15몰%의 알루미늄 산화물들;

0-4몰%의 티타늄 산화물들;

6-16몰%의 바륨 산화물들;

0-5몰%의 마그네슘 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소 및 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들로서 균형을 이룬다. 붕소 및 바륨 산화물들은 유리 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추는데 사용된다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 증가시킨다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다.

지르코늄 산화물이 개시된 특성들을 달성하기 위하여 마그네슘을 교체하는데 사용되는, 2개의 기질들의 부착을 위한 개시된 범위에 있는 또다른 양호한 유리는:

25-45몰%의 규소 산화물들;

7-23몰%의 붕소 산화물들;

20-38몰%의 아연 산화물들;

1-12몰%의 알루미늄 산화물들;

0-2몰%의 티타늄 산화물들;

6-21몰%의 지르코늄 산화물들을 함유한다.

개시된 특성들을 달성하기 위하여 마그네슘이 제거되고 유리 시스템들이 변이 원소로서의 붕소, 아연 및 알루미늄 산화물들과 균형을 이루는, 2개의 기질들의 부착을 위한 개시된 범위에 있는 또다른 양호한 유리는:

28-55몰%의 규소 산화물들;

2-20몰%의 붕소 산화물들;

30-41몰%의 아연 산화물들;

3-21몰%의 알루미늄 산화물들;

0-4몰%의 티타늄 산화물들을 함유한다.

규소, 붕소 및 아연 산화물들은 주요 유리 구조를 위한 형성요소들로서 균형을 이룬다. 붕소 산화물들은 유리 네트워크의 유리 변이 온도를 낮추는데 사용된다. 알루미늄 산화물들은 열적 충격에 대한 내구성을 증가시킨다. 티타늄 산화물들은 감소된 온도에서 결정화를 도모한다.

도 1은 구체적으로 고온 환경에서 사용하기 위한 기질들에 부착의 필요성들을 충족시키도록 제시된 기본 조성물들의 범위들을 나타내는 그래프이다.

도 2는 B₂0₃ 대 Si0₂의 농도 효과의 예를 도시한다. 유리 GO14는 붕소 대 규소 비 1.32를 갖는 상태에서 623℃의 유리 변이 온도를 가진다. 유리 GO13에서 Si0₂ 대 B₂0₃의 농도를 14.5의 비로 변화시킴으로써, 유리 변이 온도는 707℃로 증가한다.

유리 변이 온도는 조성물에 소량의 알칼라이드를 첨가함으로써 크게 영향을 받을 수 있다. 표 1에서, G011 및 G012는 2% 리튬 산화물의 배제와 매우 유사하다. 본 실시예에서, 리튬 산화물의 첨가는 유리 변이 온도를 665℃에서 632℃로 낮춘다.

도 3a와 도 3b는 유리 조성물에 대한 티타늄 산화물과 같은 시드 요소의 첨가 효과를 나타낸다. G001에서, 조성물은 834℃의 제 1 결정화 온도를 가진다. G002에서 2% 티타늄 산화물의 첨가는 상기 결정화 온도를 805℃로 낮추고 유리 변이 온도를 최소 5℃ 낮춘다.

도 4는 650℃ 초과의 온도에서 허메틱 시일의 수명에 대한 중량당 ppm에서 유리에서의 알카리성 산화물들의 효과를 나타낸다. 2개의 기질들의 접합이 실행되어서 허메틱 경계를 이루도록 실행되는 예시적인 적용에서, 알카리의 감소는 동일 온도에서 시일 수명을 증가시킨다.

상술한 본 발명의 실시예들은 단지 예시적으로 의도된 것으로; 많은 변화 및 변형들은 당업자에게 명확한 것이다. 이러한 모든 변형 및 수정들은 첨부된 청구범위에 규정된 바와 같이 본 발명의 범주 내에 있도록 의도된 것이다. 예를 들어, 임의의 형태들이 임의의 실시예와 도면들에 포함되고 다른 실시예와 도면에는 포함되지 않을 수 있지만, 이들 형태들은 본원의 교시에 기초하여 당업자에게 명백한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 임의의 다른 형태들과 조합될 수 있다.

Claims

유리 형성 방법에 있어서,
성분요소들을 제공하는 단계;
용융 유리를 형성하기 위하여 용융 온도 위에서 성분요소들을 함께 가열하는 단계;
상기 유리를 냉각시키는 단계를 포함하고,
상기 성분요소들은:
70-95%의 몰 농도의 그룹 A;
5-20%의 몰 농도의 그룹 B;
1-20%의 몰 농도의 그룹 C;
0-6%의 몰 농도의 그룹 D; 및
0-10%의 몰 농도의 그룹 E를 포함하는 구성성분들을 제공하도록 조합되고;
그룹 A는:
15-65몰%의 규소 산화물들;
0-20몰%의 붕소 산화물들;
15-55몰%의 아연 산화물들;
0-25몰%의 무기인 산화물들; 및
그 조합물들로 이루어지는 그룹에서 선택되고;
그룹 B는:
3-20몰%의 알루미늄 산화물들;
5-20몰%의 티타늄 산화물들;
5-20몰%의 지르코늄 산화물들;
5-20몰%의 이트륨 산화물; 및
그 조합물들로 이루어지는 그룹에서 선택되고;
그룹 C는:
1-20몰%의 마그네슘 산화물들;
1-20몰%의 칼슘 산화물들;
1-20몰%의 스트론튬 산화물들;
1-20몰%의 바륨 산화물들; 및
그 조합물들로 이루어지는 그룹에서 선택되고;
그룹 D는:
0-6몰%의 티타늄 산화물들;
0-6몰%의 지르코늄 산화물들;
0-6몰%의 니오븀 산화물들;
0-6몰%의 백금;
0-6몰%의 망간 산화물들;
0-6몰%의 세륨 산화물들; 및
그 조합물들로 이루어지는 그룹에서 선택되고;
그룹 E는:
0-10몰%의 리튬;
0-10몰%의 나트륨;
0-10몰%의 칼륨; 및
그 조합물들로 이루어지는 그룹에서 선택되고; 그리고
상기 퍼센트들은 전체 유리 조성물에 대해서 표현되는, 유리 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 유리를 냉각시키는 단계는 냉각 재료와 접촉하게 용융 유리를 배치하는 단계를 포함하고, 상기 냉각 재료는 물, 용융 유리의 결정화 온도 미만의 끓는점을 갖는 액체, 냉각 기질 및 그 조합물들의 목록 중에서 선택되는, 유리 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
성분요소들을 제공하는 단계는 100ppm 미만의 알카리 산화물들의 조합 농도를 갖는 성분요소들을 포함하는, 유리 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
제 1 기질 및 제 2 기질을 제공하는 단계;
조립체를 형성하기 위하여 상기 제 1 기질과 상기 제 2 기질 사이의 층에 상기 유리를 도포하는 단계; 그리고
상기 유리가 상기 제 1 기질을 상기 제 2 기질에 접합되게 하도록 선택된 불투명 유리(devitrifying glass)의 유리 변이 온도 초과의 접합 온도로 상기 조립체를 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 유리 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 유리는:
30-50몰%의 규소 산화물들;
0-10몰%의 붕소 산화물들;
25-45몰%의 아연 산화물들;
3-15몰%의 알루미늄 산화물들;
0-3몰%의 티타늄 산화물들;
10-20몰%의 마그네슘 산화물들; 및 그 조합물들을 포함하는 구성성분들을 가지며
상기 퍼센트들은 전체 유리 조성물에 대해서 표현되는, 유리 형성 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 유리는:
42-43몰%의 규소 산화물들;
4-5몰%의 붕소 산화물들;
33-35몰%의 아연 산화물들;
5-6몰%의 알루미늄 산화물들;
0.5-1몰%의 티타늄 산화물들;
12-13몰%의 마그네슘 산화물들; 및 그 조합물들을 포함하는 몰 퍼센트를 목표로 하는 구성성분들을 가지며
상기 퍼센트들은 전체 유리 조성물에 대해서 표현되는, 유리 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
하나 또는 양자 기질들은 규소인, 유리 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 유리는 불투명 유리인, 유리 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 유리의 구성성분들은 상기 유리 변이 온도가 550℃ 내지 800℃ 범위에 놓여지게 하도록 선택되는, 유리 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 조립체를 접합 온도로 가열하는 단계는 상기 유리의 실질적인 결정화를 유도하기 위하여 상기 불투명 유리의 제 1 결정화 온도 초과로 상기 조립체를 가열하는 단계를 포함하는, 유리 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 유리의 구성성분들은 상기 유리의 상기 제 1 결정화 온도가 700℃ 내지 1000℃ 범위에 놓여지게 하도록 선택되는, 유리 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 조립체를 가열하는 동안, 또한 불투명 유리 층의 밀도를 증가시키기 위하여 상기 조립체의 대향측들에 반대 힘들을 인가하는 단계를 추가로 포함하는, 유리 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 유리를 도포하는 단계는 프릿 페이스트(frit paste)의 프릿으로서 상기 유리를 도포하는 단계를 포함하는, 유리 형성 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 프릿은 약 5 내지 약 80 마이크로미터의 평균 입자 크기를 갖는, 유리 형성 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 프릿은 0.5um 내지 lOOum 범위에 있는 크기 분포를 갖는, 유리 형성 방법.
제 12 항에 있어서,
반대 힘들을 인가하는 단계는 적어도 약 90%의 층 밀도를 달성하도록 실행되는, 유리 형성 방법.
고온들을 지탱하는 접합 조립체에 있어서,
제 1 기질;
제 2 기질;
상기 2개의 기질들 사이에 배치되고 상기 기질들 사이에 접합부를 형성하는 유리를 포함하고, 상기 유리는:
70-95%의 몰 농도의 그룹 A;
5-20%의 몰 농도의 그룹 B;
1-20%의 몰 농도의 그룹 C;
0-6%의 몰 농도의 그룹 D; 및
0-10%의 몰 농도의 그룹 E를 포함하고;
그룹 A는:
15-65몰%의 규소 산화물들;
0-20몰%의 붕소 산화물들;
15-55몰%의 아연 산화물들; 및
그 조합물들로 이루어지는 그룹에서 선택되고;
그룹 B는:
3-20몰%의 알루미늄 산화물들;
5-20몰%의 티타늄 산화물들;
5-20몰%의 지르코늄 산화물들;
5-20몰%의 이트륨 산화물; 및
그 조합물들로 이루어지는 그룹에서 선택되고;
그룹 C는:
1-20몰%의 마그네슘 산화물들;
1-20몰%의 칼슘 산화물들;
1-20몰%의 스트론튬 산화물들;
1-20몰%의 바륨 산화물들; 및
그 조합물들로 이루어지는 그룹에서 선택되고;
그룹 D는:
0-6몰%의 티타늄 산화물들;
0-6몰%의 지르코늄 산화물들;
0-6몰%의 니오븀 산화물들;
0-6몰%의 백금;
0-6몰%의 망간 산화물들;
0-6몰%의 세륨 산화물들; 및
그 조합물들로 이루어지는 그룹에서 선택되고;
그룹 E는:
0-10몰%의 리튬;
0-10몰%의 나트륨;
0-10몰%의 칼륨으로 이루어지는 그룹에서 선택되고; 그리고
상기 퍼센트들은 전체 유리 조성물에 대해서 표현되는, 접합 조립체.
제 17 항에 있어서,
상기 유리는
30-50몰%의 규소 산화물들;
0-10몰%의 붕소 산화물들;
25-45몰%의 아연 산화물들;
3-15몰%의 알루미늄 산화물들;
0-3몰%의 티타늄 산화물들;
10-20몰%의 마그네슘 산화물들; 및 그 조합물들을 포함하는 구성성분들을 가지며;
상기 퍼센트들은 전체 유리 조성물에 대해서 표현되는, 접합 조립체.
제 17 항에 있어서,
상기 유리는:
42-43몰%의 규소 산화물들;
4-5몰%의 붕소 산화물들;
33-35몰%의 아연 산화물들;
5-6몰%의 알루미늄 산화물들;
0.5-1몰%의 티타늄 산화물들;
12-13몰%의 마그네슘 산화물들; 및 그 조합물들을 포함하는 몰 퍼센트를 목표로 하는 구성성분들을 가지며
상기 퍼센트들은 전체 유리 조성물에 대해서 표현되는, 접합 조립체.
제 17 항에 있어서,
하나 또는 양자 기질들은 규소인, 접합 조립체.
제 17 항에 있어서,
상기 유리는 불투명 유리인, 접합 조립체.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 기질과 상기 제 2 기질 사이의 접합부는 상기 기질들 사이의 허메틱 시일부(hermetic seal)인, 접합 조립체.
제 17 항에 있어서,
조성물은 프릿 페이스의 유리 구성요소인, 접합 조립체.
제 23 항에 있어서,
상기 평균 유리 입자 크기는 5um 내지 80um인, 접합 조립체.
제 24 항에 있어서,
상기 프릿은 0.5um 내지 lOOum 범위에 있는 크기 분포를 갖는, 접합 조립체.
제 17 항에 있어서,
상기 접합 유리는 550℃ 내지 800℃의 유리 변이 온도와, 상기 유리 변이 온도보다 50℃ 내지 200 ℃ 높은 결정화 온도를 갖는, 접합 조립체.