KR20220108061A - 광 필터용 유리 세라믹 및 광 필터 - Google Patents

광 필터용 유리 세라믹 및 광 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필터 부재의 사용 온도에 있어서의 굴절률 변동을 회피하기 위한 열팽창 특성과 내구성을 고려한 기계적 특성을 겸비하고, 또한 가공성이 우수한 광 필터용 유리 세라믹 및 광 필터를 얻는 것에 관한 것이다. 파장 1550 nm의 광에 대한 두께 1 mm일 때의 내부 투과율이 0.970 이상이고, 산화물 환산 질량%로, SiO2 성분을 40.0% 내지 70.0%로, Al2O3 성분을 11.0% 내지 25.0%로, Na2O 성분을 5.0% 내지 19.0%로, K2O 성분을 0% 내지 9.0%로, MgO 성분 및 ZnO 성분으로부터 선택되는 하나 이상을 1.0% 내지 18.0%로, CaO 성분을 0% 내지 3.0%로, 그리고 TiO2 성분을 0.5% 내지 12.0%로 함유하는 광 필터용 유리 세라믹이 제공된다.

Description

광 필터용 유리 세라믹 및 광 필터
본 발명은 광 필터용 유리 세라믹 및 상기 유리 세라믹을 사용한 광 필터에 관한 것이다.
광 필터에는 특정한 파장을 커트하거나 투과하는 것, 파장에 상관없이 광 강도를 떨어뜨리는 것 등이 있다. 전자의 광 필터에는 특정한 파장만을 투과하는 밴드 패스 필터, 특정한 파장만을 커트하는 노치 패스 필터, 특정한 파장보다 단파장이나 장파장만을 투과하는 하이 패스 필터, 로우 패스 필터 등이 있고, 후자의 광 필터에는 ND 필터가 있다.
또한, 광 필터에는 흡수형, 간섭형 등이 있다. 흡수형 광 필터에는 대표적인 것으로서 ND 필터 등이 있고, 간섭형 광 필터에는 대표적인 것으로서 밴드 패스 필터를 들 수 있다. 사진용 등의 흡수형 광 필터에는 기재로서 플라스틱이 사용되고 있지만, 강한 레이저가 사용되는 광 필터의 기판에는 내구성·내열성이 요구되므로 유리가 사용되고 있다.
밴드 패스 필터는 유리 등의 기판재 상에 예를 들어, 높은 굴절률을 갖는 유전체 박막(H층)과 낮은 굴절률을 갖는 유전체 박막(L층)을 교대로 적층한 구조의 유전체 다층막을 형성한 것이 사용된다.
WDM(Wavelength Division Multiplexing: 파장 분할 다중 방식) 광통신 시스템에 사용되는 밴드 패스 필터에서는, 통과 파장의 대역폭을 좁게 설정하여, 보다 고밀도 파장에 적용하고자 하는 경우, 밴드의 중심 파장의 온도 안정성이 문제가 되고 있다. 즉, 약간의 온도 변화에 대해서도 밴드의 중심 파장이 변동해 버리는 민감한 소자이므로, 그 사용 시에는 온도 컨트롤러로 온도 보상을 행해야만 하는데, 사용 시의 공간적인 문제로 인해 사실상 온도 컨트롤러를 부착할 수가 없다. 이 중심 파장의 온도 안정성은 광 정보량이 증가함에 따라 대역폭을 좁게 할 필요가 있기 때문에, 그 중요성이 더욱 높아지고 있다.
통상의 광학 유리는 내열성이 떨어지므로 밴드 패스 필터의 기판재에 적합하지 않다. 특허문헌 1에는 밴드 패스 필터의 기판재로서, 유리 세라믹이 개시되어 있다. 이 유리 세라믹은 열팽창 특성, 기계적 강도는 우수하지만, 경도가 높고, 가공성이 떨어진다.
일본 특허 공개 2001-318222
본 발명의 목적은, 상기 종래 기술에서 나타나는 모든 단점을 해소하고, 필터 부재의 사용 온도에 있어서의 굴절률 변동을 회피하기 위한 열팽창 특성과 내구성을 고려한 기계적 특성을 겸비하고, 또한 가공성이 우수한 광 필터용 유리 세라믹 및 광 필터를 제공하는 데 있다.
본 발명자는 예의 시험 연구를 거듭한 결과, 상기 과제를 해결하기 위해서는 소정의 조성을 갖는 유리 세라믹이, 광선 투과율, 열팽창 특성, 기계적 특성이 우수하여 광 필터로서 적절하게 사용될 수 있고, 또한 적당한 경도를 가져 가공성도 우수한 것을 발견하여 본 발명에 이르렀다.
본 발명은 이하를 제공한다.
(구성 1)
파장 1550 nm의 광에 대한 두께 1 mm일 때의 내부 투과율이 0.970 이상이고,
산화물 환산 질량%로,
SiO2 성분을 40.0% 내지 70.0%로,
Al2O3 성분을 11.0% 내지 25.0%로,
Na2O 성분을 5.0% 내지 19.0%로,
K2O 성분을 0% 내지 9.0%로,
MgO 성분 및 ZnO 성분으로부터 선택되는 하나 이상을 1.0% 내지 18.0%로,
CaO 성분을 0% 내지 3.0%로, 그리고
TiO2 성분을 0.5% 내지 12.0%로
함유하는 광 필터용 유리 세라믹.
(구성 2)
-30 내지 +70℃에 있어서의 열팽창 계수가 70×10-7/℃ 내지 95×10-7/℃인 구성 1에 기재된 광 필터용 유리 세라믹.
(구성 3)
영률이 78 GPa 이상인 구성 1 또는 2에 기재된 광 필터용 유리 세라믹.
(구성 4)
주 결정상으로서, MgAl2O4, MgTi2O4, MgTi2O5, Mg2TiO4, Mg2SiO4, MgAl2Si2O8, Mg2Al4Si5O18, Mg2TiO5, MgSiO3, NaAlSiO4, FeAl2O4 및 이들의 고용체로부터 선택되는 하나 이상을 함유하는 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 광 필터용 유리 세라믹.
(구성 5)
구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 유리 세라믹 상에 유전체를 성막하여 이루어지는 광 필터.
(구성 6)
구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 유리 세라믹 상에 유전체를 성막하여 이루어지는 밴드 패스 필터.
본 발명에 따르면, 필터 부재의 사용 온도에 있어서의 굴절률 변동을 회피하기 위한 열팽창 특성과 내구성을 고려한 기계적 특성을 겸비하고, 또한 가공성이 우수한 광 필터용 유리 세라믹 및 광 필터를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시 형태 및 실시예에 전혀 한정되지 않으며, 본 발명의 목적 범위 내에서, 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 각 성분의 함유량은 특별히 언급하지 않는 경우, 모두 산화물 환산 질량%로 표시한다. 여기서, "산화물 환산"이란, 유리 세라믹 구성 성분이 모두 분해되어 산화물로 변화한다고 가정했을 경우에, 당해 산화물의 총 질량을 100질량%로 했을 때의 유리 세라믹 중에 함유된 각 성분의 산화물의 양을 질량%로 표기한 것이다. 본 명세서에 있어서, A 내지 B%는 A% 이상 B% 이하를 나타낸다. 또한, 0% 내지 C%의 0%는 함유량이 0%인 것을 의미한다.
본 발명의 유리 세라믹은 산화물 환산 질량%로,
SiO2 성분을 40.0% 내지 70.0%로,
Al2O3 성분을 11.0% 내지 25.0%로,
Na2O 성분을 5.0% 내지 19.0%로,
K2O 성분을 0% 내지 9.0%로,
MgO 성분 및 ZnO 성분으로부터 선택되는 하나 이상을 1.0% 내지 18.0%로,
CaO 성분을 0% 내지 3.0%로, 그리고
TiO2 성분을 0.5% 내지 12.0%로
함유한다.
SiO2 성분은 유리의 메쉬 구조를 형성하는 유리 형성 성분이다. SiO2 성분은 바람직하게는 45.0% 내지 65.0%, 보다 바람직하게는 50.0% 내지 60.0%로 포함된다.
Al2O3 성분은 기계적 강도를 향상시키기에 적합한 성분이다. Al2O3 성분은 바람직하게는 13.0% 내지 23.0%로 포함된다.
Na2O 성분과 K2O 성분은 화학 강화 시 이온 교환에 관여하는 성분이다. Na2O 성분은 바람직하게는 8.0% 내지 16.0%로 포함된다. 9.0% 이상 또는 10.5% 이상으로 포함될 수도 있다. K2O 성분은 바람직하게는 0.1% 내지 7.0%, 보다 바람직하게는 1.0% 내지 5.0%로 포함된다.
MgO 성분과 ZnO 성분은 기계적 강도에 기여하는 성분이다. ZnO 성분은 유리의 저점성화에도 유효한 성분이다. MgO 성분 및 ZnO 성분으로부터 선택되는 하나 이상은 바람직하게는 2.0% 내지 15.0%, 보다 바람직하게는 3.0% 내지 13.0%, 특히 바람직하게는 5.0% 내지 11.0%로 포함된다. MgO 성분 및 ZnO 성분으로부터 선택되는 하나 이상은 MgO 성분 단독, ZnO 성분 단독 또는 둘 모두일 수 있지만, 바람직하게는 MgO 성분만이다.
CaO 성분은 유리의 안정화에 기여하는 성분이다. CaO 성분은 바람직하게는 0.01% 내지 3.0%, 보다 바람직하게는 0.1% 내지 2.0%로 포함된다.
TiO2 성분은 결정화의 핵제가 될 수 있는 성분이다. TiO2 성분은 바람직하게는 1.0% 내지 10.0%, 보다 바람직하게는 2.0% 내지 8.0%로 포함된다.
유리 세라믹은, 청징제로서, Sb2O3 성분, SnO2 성분 및 CeO2 성분으로부터 선택되는 하나 이상을 0.01% 내지 3.0%(바람직하게는 0.03% 내지 2.0%, 더욱 바람직하게는 0.05% 내지 1.0%)로 포함할 수 있다.
상기의 배합량은 적절히 조합할 수 있다.
SiO2 성분, Al2O3 성분, Na2O 성분, MgO 성분 및 ZnO 성분으로부터 선택되는 하나 이상, TiO2 성분을 합하여 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 보다 바람직하게는 98% 이상, 더욱 바람직하게는 98.5% 이상으로 할 수 있다.
SiO2 성분, Al2O3 성분, Na2O 성분, K2O 성분, MgO 성분 및 ZnO 성분으로부터 선택되는 하나 이상, CaO 성분, TiO2 성분, 및 Sb2O3 성분, SnO2 성분 및 CeO2 성분으로부터 선택되는 하나 이상을 합하여 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 보다 바람직하게는 98% 이상, 더욱 바람직하게는 99% 이상으로 할 수 있다. 이들 성분이 100%을 차지할 수도 있다.
유리 세라믹은 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, ZrO2 성분을 포함할 수도 있고, 포함하지 않을 수도 있다. 배합량은 0 내지 5.0%, 0 내지 3.0% 또는 0 내지 2.0%로 할 수 있다.
또한, 유리 세라믹은 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, B2O3 성분, P2O5 성분, BaO 성분, FeO 성분, Li2O 성분, SrO 성분, La2O3 성분, Y2O3 성분, Nb2O5 성분, Ta2O5 성분, WO3 성분, TeO2 성분, Bi2O3 성분을 각각 포함할 수 있고, 포함하지 않을 수도 있다. 배합량은 각각 0 내지 2.0%, 0 이상 2.0% 미만 또는 0 내지 1.0%로 할 수 있다.
본 발명의 유리 세라믹에는 상술되어 있지 않은 다른 성분을, 본 발명의 유리 세라믹의 특성을 손상시키지 않는 범위에서, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 유리 세라믹은 무색 투명할 수 있지만, 유리 세라믹의 특성을 손상시키지 않는 범위에서 유리를 착색할 수 있다.
또한, Pb, Th, Tl, Os, Be 및 Se의 각 성분은 최근에 유해한 화학 물질로서 사용을 삼가하는 경향에 있으므로, 이들을 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 유리 세라믹은 예를 들어 주 결정상으로서, ZnAl2O4, Zn2Ti3O8, Zn2SiO4, ZnTiO3, Mg2SiO4, Mg2Al4Si5O18, NaAlSiO4, Na2Zn3SiO4, Na4Al2Si2O9, LaTiO3 및 이들의 고용체로부터 선택되는 하나 이상을 함유한다.
본 명세서에 있어서 "주 결정상"은 X선 분석 다이어그램의 피크로부터 판정되는 유리 세라믹 중에 많이 함유되는 결정상에 해당한다.
유리 세라믹을 광 필터에 사용할 때, 광선 투과율이 낮으면 당연히 신호 취출에 문제(S/N비의 저하)를 일으키므로, 그 값은 큰 것이 바람직하고, 최저라도 60% 이상일 필요가 있다. 본 발명의 유리 세라믹은 파장 1550 nm의 광에 대한 시료 두께 1 mm에서의 내부 투과율이 0.970 이상이다. 바람직하게는 0.980 이상이고, 보다 바람직하게는 0.985 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.990 이상이고, 특히 바람직하게는 0.995 이상이다. 상한은 통상 1.000 미만이며, 예를 들어 0.999 이하이다. 광선 투과율은 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.
또한, 광 필터용 유리 세라믹은 전술한 바와 같이 밴드의 중심 파장의 온도 안정성이 요구되고, 막 구성 물질의 열팽창 계수보다 큰 것이 바람직하다. 본 발명의 유리 세라믹은 -30 내지 +70℃에 있어서의 열팽창 계수가, 통상 70×10-7/℃ 내지 95×10-7/℃이며, 예를 들어 73×10-7/℃ 내지 93×10-7/℃ 또는 75×10-7/℃ 내지 90×10-7/℃이다. 열팽창 계수는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.
또한, 광 필터용 유리 세라믹은 가혹한 사용 조건을 고려하여 기계적인 변형 등에 대한 강도가 요망되고, 또한, 기판재로서 성막 후에 미소한 칩 형상으로 가공하기 위해 높은 영률이 요구된다. 본 발명의 유리 세라믹은 영률이 78 GPa 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 79 GPa 이상, 더욱 바람직하게는 80 GPa 이상이다. 상한은 통상 95 GPa 이하이며, 예를 들어 90 GPa 이하이다. 영률은 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.
본 발명의 유리 세라믹은 비커스 경도(200 g중)가, 550 내지 700인 것이 바람직하다. 예를 들어, 580 내지 650이다. 마모도는 50 내지 100인 것이 바람직하다. 예를 들어, 70 내지 95이다. 본 발명의 유리 세라믹은 경도가 지나치게 높지 않고, 또한 마모도가 지나치게 낮지 않으며, 가공성이 우수하다. 비커스 경도 및 마모도는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.
본 발명의 유리 세라믹은 이하의 방법으로 제작할 수 있다. 즉, 원료를 균일하게 혼합하고, 용해 성형하여 원유리를 제조한다. 다음으로, 이 원유리를 결정화하여 유리 세라믹을 제작한다. 또한 유리 세라믹을 모재로 하여 압축응력층을 형성하여 강화할 수도 있다.
원유리는 열처리하여 유리 내부에 결정을 석출시킨다. 이 열처리는 1단계 또는 2단계의 온도에서 이루어질 수 있다.
2단계 열처리에서는, 먼저 제1 온도에서 열처리함으로써 핵형성 공정을 행하고, 이 핵형성 공정 후에, 핵형성 공정보다 높은 제2 온도에서 열처리함으로써 결정 성장 공정을 행한다.
1단계 열처리에서는, 1단계의 온도에서 핵형성 공정과 결정 성장 공정을 연속적으로 행한다. 통상, 소정의 열 처리 온도까지 승온하고, 당해 열 처리 온도에 도달한 후에 일정 시간 그 온도를 유지하고, 그 후, 강온한다.
2단계 열처리의 제1 온도는 600℃ 내지 750℃가 바람직하다. 제1 온도에서의 유지 시간은 30분 내지 2000분이 바람직하고, 180분 내지 1440분이 보다 바람직하다.
2단계 열처리의 제2 온도는 650℃ 내지 850℃가 바람직하다. 제2 온도에서의 유지 시간은 30분 내지 600분이 바람직하고, 60분 내지 300분이 보다 바람직하다.
1단계의 온도에서 열처리하는 경우, 열처리 온도는 600℃ 내지 800℃가 바람직하고, 630℃ 내지 770℃가 보다 바람직하다. 또한, 열처리 온도에서의 유지 시간은 30분 내지 500분이 바람직하고, 120분 내지 400분이 보다 바람직하다.
기판에 압축응력층을 형성하여 강화할 때는 통상, 유리 세라믹으로부터, 예를 들어 연삭 및 연마 가공 수단 등을 이용하여, 박판 형상의 유리 세라믹을 제작한다. 이 후, 유리 세라믹 기판에 압축응력층을 형성한다.
압축응력층의 형성 방법으로서는, 예를 들어 유리 세라믹의 표면층에 존재하는 알칼리 성분을, 그보다 이온 반경이 큰 알칼리 성분과 교환 반응시켜, 표면층에 압축응력층을 형성하는 화학 강화법이 있다. 또한, 유리 세라믹을 가열하고, 그 후 급냉하는 열 강화법, 유리 세라믹의 표면층에 이온을 주입하는 이온 주입법이 있다.
화학 강화법은 예를 들어 다음과 같은 공정으로 실시할 수 있다. 유리 세라믹 모재를, 칼륨 또는 나트륨을 함유하는 염, 예를 들어 질산칼륨(KNO3), 질산나트륨(NaNO3) 또는 그 혼합 염이나 복합 염의 용융염에 접촉 또는 침지시킨다. 이 용융염에 접촉 또는 침지시키는 처리(화학 강화 처리)는 1단계 또는 2단계로 이루어질 수 있다.
예를 들어 2단계 화학 강화 처리의 경우, 제1 공정에서 350℃ 내지 550℃로 가열한 나트륨염 또는 칼륨과 나트륨의 혼합 염에 1 내지 1440분, 바람직하게는 90 내지 800분 접촉 또는 침지시킨다. 이어서, 제2공정에서 350℃ 내지 550℃로 가열한 칼륨염 또는 칼륨과 나트륨의 혼합 염에 1 내지 1440분, 바람직하게는 60 내지 800분 접촉 또는 침지시킨다.
1단계 화학 강화 처리의 경우, 350℃ 내지 550℃로 가열한 칼륨 또는 나트륨을 함유하는 염, 또는 그 혼합 염에 1 내지 1440분, 바람직하게는 60 내지 800분 접촉 또는 침지시킨다.
열 강화법에 대해서는, 예를 들어 유리 세라믹 모재를, 300℃ 내지 600℃로 가열한 후에, 수냉 및/또는 공냉 등의 급속 냉각을 실시함으로써, 유리기판의 표면과 내부의 온도 차에 의해 압축응력층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 화학 처리법과 조합함으로써 압축응력층을 더 효과적으로 형성할 수도 있다.
이온 주입법에 대해서는, 예를 들어 유리 세라믹 모재 표면에 임의의 이온을 모재 표면이 파괴되지 않을 정도의 가속 에너지, 가속 전압으로 충돌시킴으로써 모재 표면에 이온을 주입한다. 그 후 필요에 따라 열처리를 행함으로써, 다른 방법과 마찬가지로 표면에 압축응력층을 형성할 수 있다.
본 발명의 유리 세라믹은 광 필터에 사용할 수 있고, 기판 표면에 유전체 다층막을 성막한 간섭형 광 필터용에 적합하며, 특히, 유전체 다층막으로서, 높은 굴절률을 갖는 유전체 박막(H층)과 낮은 굴절률을 갖는 유전체 박막(L층)을 교대로 적층한 구조의 밴드 패스 필터용으로 적합하다.
상기 유전체로서는 TiO2, Ta2O2, Nb2O5, SiO2 등의 무기 산화물이 바람직하다. 또한, 파장 범위 950 nm 내지 1600 nm에 사용하는 밴드 패스 필터에서는 유전체층으로서 H층/L층의 조합으로서, TiO2/SiO2, Ta2O2/SiO2, Nb2O5/SiO2가 바람직하다. 본 발명의 광 필터는 유리 세라믹 기판의 표면에 유전체 박막을 성막하여 얻을 수 있다. 성막 방법으로서는 증착법, RF 이온 플레이팅법, 마그네트론 스퍼터링법, 플라즈마 이온 플레이팅법 등이 있다. 그 중에서도 증착법이 적합하다.
실시예
실시예 1 내지 5
1. 유리 세라믹의 제조
유리 세라믹의 각 성분의 원료로서 각각 상당하는 산화물, 수산화물, 탄산염, 질산염, 불화물, 염화물, 메타 인산 화합물 등의 원료를 선정하고, 이들 원료를 이하의 조성 비율이 되도록 칭량하여 균일하게 혼합하였다.
(산화물 환산 질량%)
SiO2 성분 54%, Al2O3 성분 18%, Na2O 성분 12%, K2O 성분 2%, MgO 성분 8%, CaO 성분 1%, TiO2 성분 5%, Sb2O3 성분 0.1%
이어서, 혼합한 원료를 백금 도가니에 투입하여 용융하였다. 그 후, 용융한 유리를 교반하여 균질화한 후 금형에 주입하고, 서냉하여 원유리를 제작하였다.
얻어진 원유리에 대하여, 핵형성 및 결정화를 위해, 1단계의 열처리(665 내지 760℃, 5시간)를 실시하여 유리 세라믹을 제작하였다. 실시예 1의 결정화 온도는 665℃이고, 실시예 2의 결정화 온도는 705℃이고, 실시예 3의 결정화 온도는 720℃이고, 실시예 4의 결정화 온도는 740℃이고, 실시예 5의 결정화 온도는 760℃이었다. 결정상은 X선 회절 분석 장치(브루커사제, D8Dsicover)를 이용한 X선 회절 다이어그램에 나타나는 피크의 각도로부터 판별하였다. MgAl2O4, MgTi2O4의 주 결정상이 확인되었다.
제작한 유리 세라믹을 절단 및 연삭하고, 또한 1 mm의 두께가 되도록 대면 평행 연마하여 유리 세라믹의 기판을 얻었다.
2. 유리 세라믹의 평가
얻어진 유리 세라믹에 대하여, 이하의 물성을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(1) 내부 투과율
일본 광학 유리 공업회 규격 JOGIS17-2012 "광학 유리의 내부 투과율 측정 방법"에 따라, 두께 1 mm 및 10 mm의 대면 평행 연마품의 반사 손실을 포함하는 분광 투과율을 측정하고, 1 mm 두께의 내부 투과율(반사 손실을 포함하지 않는 분광 투과율)을 계산에 의해 구하였다.
(2) 열팽창 계수
일본 광학 유리 공업회 규격 JOGIS16-2003 "광학 유리의 상온 부근의 평균 선팽창 계수의 측정 방법"에 따라, 온도와 시료의 신장과의 관계를 측정함으로써 얻어지는 열팽창 곡선에 의해 구하였다.
(3) 영률
초음파법에 의해 측정하였다.
(4) 비커스 경도
대면각이 136°인 다이아몬드 사각추 압자를 사용하여, 시험면에 피라미드 형상의 오목부를 형성했을 때의 하중을, 오목부의 길이로부터 산출한 표면적(mm2)으로 나눈 값으로 나타냈다. 아카시(明石) 세이사꾸쇼제 미소 경도계 MVK-E를 사용하여, 시험 하중 200 gf, 유지 시간 10초로 측정하였다.
(5) 마모도
일본 광학 유리 공업회 규격 JOGIS10-1994 "광학 유리의 마모도 측정 방법"에 준하여 측정하였다. 즉, 30×30×10 mm 크기의 유리 각판의 시료를 수평하게 매분 60회전하는 주철제 평면 접시(250 mmφ)의 중심으로부터 80 mm의 정위치에 올려, 9.8 N(1 kgf)의 하중을 수직으로 가하면서, 물 20 mL에 #800(평균 입경 20 μm)의 랩재(알루미나질 A 지립)를 10 g 첨가한 연마액을 5분간 균일하게 공급하여 마찰시키고, 랩 전후의 시료 질량을 측정하여 마모 질량을 구하였다. 마찬가지로, 일본 광학 유리 공업회에서 지정된 표준 시료의 마모 질량을 구하고,
마모도 = {(시료의 마모 질량/비중)/(표준 시료의 마모 질량/비중)}×100
에 의해 계산하였다.
비교예 1
유리 세라믹의 조성을 이하와 같이 바꾸고, 결정화 온도를 750℃로 한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 유리 세라믹을 제조하여 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(산화물 환산 질량%)
SiO2 성분 76.0%, Al2O3 성분 6.4%, P2O5 성분 2.0%, ZrO2 성분 3.0%, ZnO 성분 0.6%, MgO 성분 0.5%, CaO 성분 0.3%, Li2O 성분 10.0%, K2O 성분 1.0%, Sb2O3 성분 0.2%
비교예 2
유리의 조성을 이하와 같이 바꾸고, 결정화하지 않은 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 유리를 제조하여 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(산화물 환산 질량%)
SiO2 성분 65.0%, B2O3 성분 13.6%, Al2O3 성분 2.0%, ZnO 성분 1.5%, BaO 성분 3.0%, Na2O 성분 7.4%, K2O 성분 7.0%, Sb2O3 성분 0.5%
Figure pct00001
이 명세서에 기재된 문헌 및 본원의 파리조약 우선권의 기초가 되는 일본 출원 명세서의 개시(명세서, 도면, 청구범위를 포함함)를 모두 여기에 원용한다.

Claims (6)

  1. 파장 1550 nm의 광에 대한 두께 1 mm일 때의 내부 투과율이 0.970 이상이고,
    산화물 환산 질량%로,
    SiO2 성분을 40.0% 내지 70.0%로,
    Al2O3 성분을 11.0% 내지 25.0%로,
    Na2O 성분을 5.0% 내지 19.0%로,
    K2O 성분을 0% 내지 9.0%로,
    MgO 성분 및 ZnO 성분으로부터 선택되는 하나 이상을 1.0% 내지 18.0%로,
    CaO 성분을 0% 내지 3.0%로, 그리고
    TiO2 성분을 0.5% 내지 12.0%로
    함유하는 광 필터용 유리 세라믹.
  2. 제1항에 있어서,
    -30 내지 +70℃에서의 열팽창 계수가 70×10-7/℃ 내지 95×10-7/℃인, 광 필터용 유리 세라믹.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    영률이 78 GPa 이상인, 광 필터용 유리 세라믹.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    주 결정상으로서, MgAl2O4, MgTi2O4, MgTi2O5, Mg2TiO4, Mg2SiO4, MgAl2Si2O8, Mg2Al4Si5O18, Mg2TiO5, MgSiO3, NaAlSiO4, FeAl2O4 및 이들의 고용체로부터 선택되는 하나 이상을 함유하는, 광 필터용 유리 세라믹.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 유리 세라믹 상에 유전체를 성막하여 이루어지는, 광 필터.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 유리 세라믹 상에 유전체를 성막하여 이루어지는, 밴드 패스 필터.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023127306A1 (ja) * 2021-12-27 2023-07-06 日本電気硝子株式会社 結晶化ガラス及び結晶性ガラス
CN117361886A (zh) * 2023-11-17 2024-01-09 清远南玻节能新材料有限公司 微晶玻璃、强化微晶玻璃及其制备方法与应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001318222A (ja) 2001-04-26 2001-11-16 Ohara Inc 光フィルター用ガラスセラミックスおよび光フイルター

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3107304B1 (ja) * 1999-08-10 2000-11-06 株式会社オハラ 光フィルター用ガラスセラミックス及び光フィルター
JP4704585B2 (ja) * 2000-07-07 2011-06-15 株式会社オハラ 低膨張透明結晶化ガラス、結晶化ガラス基板及び光導波路素子
JP4736207B2 (ja) * 2001-03-08 2011-07-27 旭硝子株式会社 光フィルタ基板用結晶化ガラスおよび光フィルタ
JP4168931B2 (ja) * 2001-05-29 2008-10-22 旭硝子株式会社 光フィルタ基板用結晶化ガラスおよび光フィルタ
JP2003137598A (ja) * 2001-11-01 2003-05-14 Nippon Electric Glass Co Ltd 結晶化ガラス
JP2004053997A (ja) * 2002-07-22 2004-02-19 Nippon Electric Glass Co Ltd 誘電体多層膜フィルター用基板及び誘電体多層膜フィルター
JP5173123B2 (ja) * 2005-07-25 2013-03-27 株式会社オハラ 無機組成物
JP4815002B2 (ja) * 2009-06-04 2011-11-16 株式会社オハラ 情報記録媒体用結晶化ガラス基板およびその製造方法
JP4774466B1 (ja) * 2009-06-04 2011-09-14 株式会社オハラ 情報記録媒体用結晶化ガラス基板およびその製造方法
JP5510885B2 (ja) * 2009-07-30 2014-06-04 日本電気硝子株式会社 光反射基材
JP6026926B2 (ja) * 2012-11-16 2016-11-16 株式会社オハラ 結晶化ガラスおよび情報記録媒体用結晶化ガラス基板
JP6765748B2 (ja) * 2015-06-04 2020-10-07 株式会社オハラ 結晶化ガラス及び結晶化ガラス基板
JP6953101B2 (ja) * 2017-02-24 2021-10-27 株式会社オハラ 結晶化ガラス
US10450220B2 (en) * 2017-12-13 2019-10-22 Corning Incorporated Glass-ceramics and glasses

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001318222A (ja) 2001-04-26 2001-11-16 Ohara Inc 光フィルター用ガラスセラミックスおよび光フイルター

Also Published As

Publication number Publication date
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