WO2022195958A1 - ガラス組成物、及びガラス組成物の製造方法 - Google Patents

ガラス組成物、及びガラス組成物の製造方法 Download PDF

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幸平 吉本
聖樹 藤原
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Definitions

  • the present invention relates to a glass composition and a method for producing the glass composition.
  • the present invention claims priority from International Application No. PCT/JP2021/011319 filed on March 19, 2021, and for designated countries where incorporation by reference of documents is permitted, the contents of that application are referred to is incorporated into this application by.
  • ICP inductively coupled plasma
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • XRF X-ray fluorescence spectrometry
  • the main ingredients are mass %, TeO 2 content: 50-80%, Bi 2 O 3 content: 0-30%, WO 3 content: 0-30%, ZnO Content rate: 0 to 30%, BaO content rate: 0 to 30%, GeO 2 content rate: 0 to 30%, Ga 2 O 3 content rate: 0 to 30%, and the following elements to be added, Si 4+ : 1 to 1500 mg/kg, B 3+ : 1 to 1500 mg/kg, P 5+ : 1 to 1500 mg/kg, Li + : 1 to 1500 mg/kg, Na + : 1 to 1500 mg/kg, K + : 1 to 1500 mg/kg , Mg 2+ : 1 to 1500 mg/kg, Ca 2+ : 1 to 1500 mg/kg, Al 3+ : 1 to 1500 mg/kg, and Sr 2+ : 1 to 1500 mg/kg.
  • the main components of the glass composition are expressed in mass %, TeO 2 content: 50 to 80%, Bi 2 O 3 content: 0 to 30%, WO 3 content: 0 to 30%, ZnO content. : 0-30%, BaO content: 0-30%, GeO 2 content: 0-30%, Ga 2 O 3 content: 0-30%, and the glass composition contains Te, Bi, W , Zn, Ba, Ge and Ga, and the glass composition contains 1 to 1500 mg/kg of the element to be added.
  • the main ingredients include the following elements to be added, Si 4+ : 1 to 1500 mg/kg, B 3+ : 1 to 1500 mg/kg, P 5+ : 1 to 1500 mg/kg, Li + : 1 to 1500 mg/kg, Na + : 1-1500 mg/kg, K + : 1-1500 mg/kg, Mg 2+ : 1-1500 mg/kg, Ca 2+ : 1-1500 mg/kg, Al 3+ : 1-1500 mg/kg, and Sr 2+ : 1-1500 mg/kg A glass composition into which 1500 mg/kg of at least one is introduced.
  • a second aspect of the present invention is a method for producing the glass composition described above.
  • this embodiment An embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment”) will be described below.
  • the following embodiments are examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention to the following contents.
  • the glass composition according to the present embodiment has main components in mass %, TeO 2 content: 50 to 80%, Bi 2 O 3 content: 0 to 30%, WO 3 content: 0 to 30%, ZnO content: 0 to 30%, BaO content: 0 to 30%, GeO 2 content: 0 to 30%, Ga 2 O 3 content: 0 to 30%.
  • the glass composition according to the present embodiment contains, in mass %, the main components of the glass composition, TeO 2 content: 50 to 80%, Bi 2 O 3 content: 0 to 30%, and WO 3 .
  • the glass composition contains an element to be added which is an element different from Te, Bi, W, Zn, Ba, Ge, and Ga, and the glass composition contains the element to be added in an amount of 1 to 1500 mg/kg per element. It is a glass composition containing
  • the glass composition according to the present embodiment includes, as main components, the following elements to be added, Si 4+ : 1 to 1500 mg/kg, B 3+ : 1 to 1500 mg/kg, P 5+ : 1 to 1500 mg/kg, Li + : 1 to 1500 mg/kg, Na + : 1 to 1500 mg/kg, K + : 1 to 1500 mg/kg, Mg 2+ : 1 to 1500 mg/kg, Ca 2+ : 1 to 1500 mg/kg, Al 3+ : 1 to 1500 mg/kg, and at least one of Sr 2+ : 1 to 1500 mg/kg is introduced into the glass composition.
  • the content of each main ingredient is mass% with respect to the total weight of the glass in terms of oxide composition.
  • the oxide conversion composition referred to here is the total mass of the oxides, assuming that the oxides, composite salts, etc. used as raw materials for the glass constituents are all decomposed during melting and changed to oxides. , is a composition that describes each component contained in the glass.
  • the content of the element to be added unless otherwise specified, the content in the cationic state is shown in "mg/kg". "mg/kg” is synonymous with mass ppm.
  • the expression that the Q content is "0 to N%" includes the case where the Q component is not included and the case where the Q component exceeds 0% and is equal to or less than N%.
  • the expression "stability against devitrification” means the resistance of glass to devitrification.
  • “devitrification” means that the glass loses its transparency due to crystallization or phase separation that occurs when the temperature of the glass is raised to the glass transition temperature or higher, or when the temperature is lowered from the molten state to the liquidus temperature or lower. It means phenomenon.
  • the glass composition according to this embodiment has a low melting temperature and high stability against devitrification. Glass compositions that have been conventionally produced contain trace amounts of unintended elements as “impurities”.
  • the glass composition according to the present embodiment is a glass composition containing a trace amount of intended elements while suppressing the content of unintended elements. Therefore, it can be used as a solid standard sample for mass spectrometry such as inductively coupled plasma (ICP) mass spectrometry, secondary ion mass spectrometry (SIMS), and X-ray fluorescence spectrometry (XRF).
  • ICP inductively coupled plasma
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • XRF X-ray fluorescence spectrometry
  • the component composition of the glass composition according to this embodiment will be described below.
  • the major components include various oxides generally employed in glass compositions such as TeO2 , Bi2O3 , WO3 , ZnO, BaO, GeO2 , Ga2O3 , and the like. In other words, it refers to a component constituting the glass composition in which the element to be added according to the present invention is not introduced.
  • TeO 2 is a component that lowers the melting temperature of the glass and improves the stability against devitrification, and is an essential component in the present invention. However, if this content is too high, the stability against devitrification will decrease. From this point of view, the TeO 2 content is 50% or more and 80% or less. The lower limit of this content is preferably 55%, more preferably 60%. The upper limit of this content is preferably 75%, more preferably 70%.
  • Bi 2 O 3 is a component capable of lowering the melting temperature of the glass and increasing the devitrification resistance stability of the glass by coexisting with TeO 2 .
  • the content of Bi 2 O 3 is 0% or more and 30% or less.
  • the lower limit of this content is preferably 5%, more preferably 10%.
  • the upper limit of this content is 25%, more preferably 20%.
  • WO3 is a component that lowers the melting temperature of the glass and increases the devitrification resistance stability of the glass by coexisting with TeO2 . However, if this content is too high, the content of TeO 2 will be relatively low and the stability against devitrification will rather deteriorate. From this point of view , the content of WO3 is 0% or more and 30% or less. The lower limit of this content is preferably 5%, more preferably 10%. The upper limit of this content is 25%, more preferably 20%.
  • ZnO is a component that improves the stability against devitrification of the glass, and can improve the stability against devitrification of the glass by coexisting with TeO2 . However, when it is introduced excessively, the melting temperature of the glass rises. From this point of view, the content of ZnO is 0% or more and 30% or less. The lower limit of this content is preferably 7%, more preferably 15%. The upper limit of this content is preferably 26%, more preferably 22%.
  • BaO is a component that improves the stability against devitrification of the glass and can improve the stability against devitrification of the glass by coexisting with TeO 2 . However, when it is introduced excessively, the melting temperature of the glass rises. From this point of view, the content of BaO is 0% or more and 30% or less. The lower limit of this content is preferably 7%, more preferably 15%. The upper limit of this content is preferably 26%, more preferably 22%.
  • GeO 2 is a component that improves the stability against devitrification of the glass, but if it is too large, the melting temperature of the glass rises. GeO2 is also an expensive raw material. From this point of view, the content of GeO 2 is 0% or more and 30% or less. The lower limit of this content is preferably 5%, more preferably 10%. The upper limit of this content is preferably 25%, more preferably 20%.
  • Ga 2 O 3 is a component that improves the stability against devitrification of the glass, but if it is too large, the melting temperature of the glass rises. Ga 2 O 3 is also an expensive raw material. From this point of view, the content of Ga 2 O 3 is 0% or more and 30% or less. The lower limit of this content is preferably 5%, more preferably 10%. The upper limit of this content is preferably 25%, more preferably 20%.
  • TeO2 alone can not form a stable glass . You can get glass. Therefore, the total content of Bi2O3 , WO3 , ZnO , BaO , GeO2 and Ga2O3 ( Bi2O3 + WO3+ZnO + BaO+ GeO2 + Ga2O3) is 15% or more and 50% or less.
  • the lower limit of this total content is preferably 25%, more preferably 30%.
  • the upper limit of this total content is preferably 40%, more preferably 35%.
  • the content of the first oxide of the main ingredients is 50% or more and 80% or less.
  • the lower limit of this content is preferably 55%, more preferably 60%.
  • the upper limit of this content is preferably 75%, more preferably 70%.
  • oxides containing cations Si 4+ , B 3+ , P 5+ , Li + , Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Al 3+ and/or Sr 2+ ) that can be added as elements to be added, such as It is preferable not to contain oxides such as SiO 2 , B 2 O 3 and P 2 O 5 .
  • the first oxide is TeO 2 .
  • the content of the second oxide which is the main ingredient, is 0% or more and 30% or less.
  • the lower limit of this content is preferably 5%, more preferably 10%.
  • the upper limit of this content is preferably 25%, more preferably 20%.
  • the second oxide is at least one of Bi 2 O 3 , WO 3 , ZnO, BaO, GeO 2 and Ga 2 O 3 .
  • the content of each oxide is 0% or more and 30% or less, as in the case where the second oxide is one kind.
  • the second oxide is one or more of Bi2O3 , WO3 , ZnO, BaO, GeO2 , Ga2O3 , Bi2O3 , WO3 , ZnO , BaO, GeO2 , Ga 2 O 3 (Bi 2 O 3 +WO 3 +ZnO+BaO+GeO 2 +Ga 2 O 3 ) is preferably 15 to 50%.
  • the content of the third oxide which is the main ingredient, is 0% or more and 1% or less.
  • the upper limit of this content is preferably 0.5%.
  • the third oxide is preferably at least one of BeO, PbO, As2O3 , Tl2O , CdO, UO2 and Th2O3 .
  • the content of each oxide is 0% or more and 1% or less, as in the case where the third oxide is one kind.
  • the third oxide is one or more of BeO, PbO, As2O3 , Tl2O , CdO, UO2 , Th2O3 , BeO, PbO, As2O3 , Tl2O , CdO, UO 2 and Th 2 O 3 (BeO+PbO+As 2 O 3 +Tl 2 O+CdO+UO 2 +Th 2 O 3 ) is more preferably 1% or less.
  • cations that can be added as elements to be added 1 to 10 kinds of additive elements can be appropriately selected in one glass and added to the glass composition.
  • BeO, PbO, As 2 O 3 , Tl 2 O, CdO, UO 2 and Th 2 O 3 are components that adversely affect the human body and the environment. Therefore, the content of BeO, PbO, As 2 O 3 , Tl 2 O, CdO, UO 2 and Th 2 O 3 is preferably 1% or less.
  • the total content of BeO, PbO, As2O3 , Tl2O , CdO, UO2 , and Th2O3 (BeO+PbO + As2O3 + Tl2O + CdO+UO2 + Th2O3 ) is preferably 1% or less. .
  • the method for producing a glass composition includes i) a step of immersing the crucible and the equipment accompanying the melting in an acidic solution for 1 to 24 hours for cleaning; ii) rinsing the crucible and the melting equipment with purified water; iii) drying the crucible and the equipment associated with the melting; iv) major ingredients and Si 4+ : 1 to 1500 mg/kg, B 3+ : 1 to 1500 mg/kg, P 5+ : 1 to 1500 mg/kg, Li + : 1 to 1500 mg/kg, Na + : 1 to 1500 mg/kg, K + : 1 to 1500 mg/kg, Mg 2+ : 1 to 1500 mg/kg, Ca 2+ : 1-1500 mg/kg Al 3+ : 1 to 1500 mg/kg and/or Sr 2+ : 1 to 1500 mg/kg of the elements to be added are mixed in the crucible, and stirred at a temperature of 800 to 900° C. with the device for 30 minutes. melting for minutes to 8
  • Steps i) to iii) In order to prevent the contamination of impurities, it is preferable to immerse the crucible, lid, stirring blades, and other equipment associated with melting in advance in an acidic solution for about 1 to 24 hours, more preferably about 5 to 16 hours.
  • the acidic solution is preferably an acidic solution containing at least one of hydrofluoric acid, hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid, more preferably a hydrofluoric acid solution with a concentration of 30 to 50%.
  • the immersed crucible, lid, stirring blades, and other equipment associated with melting are washed, rinsed with purified water, and then dried.
  • Crucibles, lids, stirring blades, and other equipment that accompanies melting have low reactivity with the glass melt, suppressing corrosion of the crucible by the melt, and high acid resistance. contains at least one metal of
  • step iv) Main components such as oxides, hydroxides, carbonates, and nitrates are weighed so as to obtain the component composition (% by mass) of the glass composition according to the present embodiment described above.
  • a certain amount of the element to be added is added according to the purpose.
  • a method of directly adding raw materials such as oxides, hydroxides, carbonates and nitrates, or a method of dropping a certain amount of aqueous nitrate solution containing the element to be added is used.
  • the solution is not limited to the nitrate aqueous solution, and any solution in which the element to be added is stably dissolved may be used.
  • the element to be added is one or more cations selected from the group consisting of Si 4+ , B 3+ , P 5+ , Li + , Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Al 3+ and Sr 2+ , and It is added in a mass of 1-1500 mg/kg.
  • cations that can be added as elements to be added 1 to 10 kinds of additive elements can be appropriately selected in one glass and added to the glass composition.
  • the crucible is covered with a lid and melted at a temperature of 800 to 900°C, preferably 800 to 850°C for 30 minutes to 8 hours, preferably 1 to 5 hours, and stirred to homogenize.
  • step v) Each glass sample is obtained by lowering the temperature to an appropriate temperature, casting it into a mold or the like, and slowly cooling it. As a determination of vitrification, it is visually confirmed that crystallization does not occur.
  • the melting temperature of the glass composition according to the present embodiment is 900°C or less from the viewpoint of preventing volatilization of the element to be added during melting and fluctuation of the concentration level of the element to be added.
  • the upper limit of the melting temperature is preferably 850°C, more preferably 800°C.
  • the glass composition according to the present embodiment has stability against devitrification, and contains a trace amount of intended elements while suppressing the content of unintended elements.
  • the glass composition according to the present embodiment having properties as described above can be used, for example , as a solid standard sample in elemental analysis . It can be suitably used as a solid standard sample that enables analysis of Mg 2+ , Ca 2+ , Al 3+ , or Sr 2+ .
  • a glass composition according to each example and each comparative example was produced by the following procedure.
  • glass raw materials such as oxides, hydroxides, carbonates, and nitrates were weighed so that the total weight was 100 g so as to have the chemical compositions (% by mass) shown in Tables 1 to 8.
  • the raw material containing the element to be added is directly added, and in the case of low concentration addition (less than 200 ppm), the nitrate aqueous solution containing the element to be added is used. A method of dripping a constant amount was used.
  • the weighed glass raw materials were mixed and charged into a platinum crucible, melted at a temperature of 800 to 1100°C for 1 to 2 hours, and stirred and homogenized. Thereafter, the temperature was lowered to an appropriate temperature, cast into a mold or the like, and slowly cooled to obtain each glass sample. As a determination of vitrification, it was confirmed visually that crystallization had not occurred.
  • the platinum crucible, the platinum lid used during melting, and the platinum stirring blade used for stirring are all pre-immersed in a hydrofluoric acid solution with a concentration of 30 to 50% for about 5 to 16 hours.
  • the substrate was washed by immersion, rinsed with purified water, and then dried.
  • the above test solution was subjected to quantitative analysis of added elements using an ICP emission spectrometer (Shimadzu ICPS8100) or an ICP mass spectrometer (Agilent Agilent 7700x). At this time, using a liquid standard sample with a known concentration of the element to be added, a calibration curve of an appropriate concentration range was created to determine the amount of the element to be added in the glass to be analyzed.
  • Tables 1 to 8 show the component composition (by mass), melting temperature, and presence or absence of devitrification of each example and each comparative example.
  • the glass composition of each example has a low melting temperature and no devitrification.
  • the melting temperature was 900° C. or higher, and devitrification was confirmed in all of the Comparative Examples.

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Abstract

ガラス組成物であって、主要含有成分が質量%で、TeO2含有率:50~80%、Bi2O3含有率:0~30%、WO3含有率:0~30%、ZnO含有率:0~30%、BaO含有率:0~30%、GeO2含有率:0~30%、Ga2O3含有率:0~30%であり、以下の添加対象元素、Si4+:1~1500mg/kg、B3+:1~1500mg/kg、P5+:1~1500mg/kg、Li+:1~1500mg/kg、Na+:1~1500mg/kg、K+:1~1500mg/kg、Mg2+:1~1500mg/kg、Ca2+:1~1500mg/kg、Al3+:1~1500mg/kg、及びSr2+:1~1500mg/kgの少なくともいずれか一種が導入される、ガラス組成物。

Description

ガラス組成物、及びガラス組成物の製造方法
 本発明は、ガラス組成物、及びガラス組成物の製造方法に関する。本発明は2021年3月19日に出願された国際出願番号PCT/JP2021/011319の優先権を主張し、文献の参照による織り込みが認められる指定国については、その出願に記載された内容は参照により本出願に織り込まれる。
 誘導結合プラズマ(ICP)質量分析や二次イオン質量分析(SIMS)、蛍光X線分析(XRF)における固形物の元素分析では、微量元素の分析を可能とする固体標準試料が求められている。
 本発明の第一の態様は、主要含有成分が質量%で、TeO含有率:50~80%、Bi含有率:0~30%、WO含有率:0~30%、ZnO含有率:0~30%、BaO含有率:0~30%、GeO含有率:0~30%、Ga含有率:0~30%であり、以下の添加対象元素、Si4+:1~1500mg/kg、B3+:1~1500mg/kg、P5+:1~1500mg/kg、Li:1~1500mg/kg、Na:1~1500mg/kg、K:1~1500mg/kg、Mg2+:1~1500mg/kg、Ca2+:1~1500mg/kg、Al3+:1~1500mg/kg、及びSr2+:1~1500mg/kgの少なくともいずれか一種が導入される、ガラス組成物である。また、前記ガラス組成物の主要含有成分が質量%で、TeO含有率:50~80%、Bi含有率:0~30%、WO含有率:0~30%、ZnO含有率:0~30%、BaO含有率:0~30%、GeO含有率:0~30%、Ga含有率:0~30%であり、前記ガラス組成物は、Te、Bi、W、Zn、Ba、Ge、Gaとは異なる元素である添加対象元素を含有し、前記ガラス組成物は、前記添加対象元素を1元素あたり1~1500mg/kg含有する、ガラス組成物である。また、主要含有成分に、以下の添加対象元素、Si4+:1~1500mg/kg、B3+:1~1500mg/kg、P5+:1~1500mg/kg、Li:1~1500mg/kg、Na:1~1500mg/kg、K:1~1500mg/kg、Mg2+:1~1500mg/kg、Ca2+:1~1500mg/kg、Al3+:1~1500mg/kg、及びSr2+:1~1500mg/kgの少なくともいずれか一種が導入される、ガラス組成物である。
 本発明の第二の態様は、上述のガラス組成物の製造方法である。
 以下、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」という。)について説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。
 本実施形態に係るガラス組成物は、主要含有成分が質量%で、TeO含有率:50~80%、Bi含有率:0~30%、WO含有率:0~30%、ZnO含有率:0~30%、BaO含有率:0~30%、GeO含有率:0~30%、Ga含有率:0~30%であり、以下の添加対象元素、Si4+:1~1500mg/kg、B3+:1~1500mg/kg、P5+:1~1500mg/kg、Li:1~1500mg/kg、Na:1~1500mg/kg、K:1~1500mg/kg、Mg2+:1~1500mg/kg、Ca2+:1~1500mg/kg、Al3+:1~1500mg/kg、及びSr2+:1~1500mg/kgの少なくともいずれか一種が導入される、ガラス組成物である。
 また、本実施形態に係るガラス組成物は、前記ガラス組成物の主要含有成分が質量%で、TeO含有率:50~80%、Bi含有率:0~30%、WO含有率:0~30%、ZnO含有率:0~30%、BaO含有率:0~30%、GeO含有率:0~30%、Ga含有率:0~30%であり、前記ガラス組成物は、Te、Bi、W、Zn、Ba、Ge、Gaとは異なる元素である添加対象元素を含有し、前記ガラス組成物は、前記添加対象元素を1元素あたり1~1500mg/kg含有する、ガラス組成物である。
 また、本実施形態に係るガラス組成物は、主要含有成分に、以下の添加対象元素、Si4+:1~1500mg/kg、B3+:1~1500mg/kg、P5+:1~1500mg/kg、Li:1~1500mg/kg、Na:1~1500mg/kg、K:1~1500mg/kg、Mg2+:1~1500mg/kg、Ca2+:1~1500mg/kg、Al3+:1~1500mg/kg、及びSr2+:1~1500mg/kgの少なくともいずれか一種が導入される、ガラス組成物である。
 本明細書中において、特に断りがない場合は、各主要含有成分の含有率は全て酸化物換算組成のガラス全重量に対する質量%であるものとする。ここでいう酸化物換算組成とは、ガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩等が熔融時に全て分解されて酸化物に変化すると仮定し、当該酸化物の総質量を100%として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。また、添加対象元素の含有率は、特に断りがない限り、陽イオン状態の含有量を「mg/kg」で示す。「mg/kg」は、質量ppmと同義である。
 Q含有率が「0~N%」という表現は、Q成分を含まない場合及び、Q成分が0%を超えてN%以下である場合を含む表現である。
 また、「耐失透安定性」という表現は、ガラスの失透に対する耐性のことを意味する。ここで「失透」とは、ガラスをガラス転移温度以上に昇温した際、あるいは融液状態から液相温度以下に降温した際に生じる結晶化又は分相等により、ガラスの透明性が失われる現象のことを意味する。
 本実施形態に係るガラス組成物は、熔融温度が低く、かつ、高い耐失透安定性を有する。従来製造されてきたガラス組成物には、意図していない元素が「不純物」として、微量に含まれている。本実施形態に係るガラス組成物は、意図していない元素の含有を抑えつつ、意図した元素を微量に含むガラス組成物である。したがって、誘導結合プラズマ(ICP)質量分析、二次イオン質量分析(SIMS)、蛍光X線分析(XRF)などの質量分析の固体標準試料として利用することができる。
 以下に、本実施形態に係るガラス組成物の成分組成を説明する。
 本明細書中において、主要含有成分とは、TeO、Bi、WO、ZnO、BaO、GeO、Ga等の一般にガラス組成物に採用される多様な酸化物等を言い、本発明に係る添加対象元素が導入されていない状態のガラス組成物を構成する成分を言う。
 TeOはガラスの熔融温度を下げ、耐失透安定性を向上させる成分であり、本発明における必須成分である。しかしながら、この含有率が多すぎると、耐失透安定性が低下する。かかる観点から、TeOの含有率は、50%以上80%以下である。この含有率の下限は、好ましくは55%であり、より好ましくは60%である。この含有率の上限は、好ましくは75%であり、より好ましくは70%である。
 Biは、ガラスの熔融温度を下げ、TeOと共存させることでガラス耐失透安定性を高めることができる成分である。しかしながら、この含有率が多すぎると、TeOの含有率が相対的に低下し、かえって耐失透安定性が悪化する。かかる観点から、Biの含有率は、0%以上30%以下である。この含有率の下限は、好ましくは5%であり、より好ましくは10%である。この含有率の上限は25%であり、より好ましくは20%である。
 WOは、ガラスの熔融温度を下げ、TeOと共存させることでガラス耐失透安定性を高めることができる成分である。しかしながら、この含有率が多すぎると、TeOの含有率が相対的に低下し、かえって耐失透安定性が悪化する。かかる観点から、WOの含有率は、0%以上30%以下である。この含有率の下限は、好ましくは5%であり、より好ましくは10%である。この含有率の上限は25%であり、より好ましくは20%である。
 ZnOはガラスの耐失透安定性を向上させ、TeOと共存させることでガラス耐失透安定性を高めることができる成分である。しかしながら、過剰に導入するとガラスの熔融温度が上昇してしまう。かかる観点から、ZnOの含有率は、0%以上30%以下である。この含有率の下限は、好ましくは7%であり、より好ましくは15%である。この含有率の上限は、好ましくは26%であり、より好ましくは22%である。
 BaOはガラスの耐失透安定性を向上させ、TeOと共存させることでガラス耐失透安定性を高めることができる成分である。しかしながら、過剰に導入するとガラスの熔融温度が上昇してしまう。かかる観点から、BaOの含有率は、0%以上30%以下である。この含有率の下限は、好ましくは7%であり、より好ましくは15%である。この含有率の上限は、好ましくは26%であり、より好ましくは22%である。
 GeOはガラスの耐失透安定性を向上させる成分であるが、多すぎるとガラスの熔融温度が上昇してしまう。また、GeOは高価な原料でもある。かかる観点から、GeOの含有率は、0%以上30%以下である。この含有率の下限は、好ましくは5%であり、より好ましくは10%である。この含有率の上限は、好ましくは25%であり、より好ましくは20%である。
 Ga、はガラスの耐失透安定性を向上させる成分であるが、多すぎるとガラスの熔融温度が上昇してしまう。また、Gaは高価な原料でもある。かかる観点から、Gaの含有率は、0%以上30%以下である。この含有率の下限は、好ましくは5%であり、より好ましくは10%である。この含有率の上限は、好ましくは25%であり、より好ましくは20%である。
 TeOは単独では安定なガラスを形成できないが、一定量のBi、WO、ZnO、BaO、GeO、Gaなどと共存させることによって耐失透安定性が高い安定なガラスを得ることができる。したがって、Bi、WO、ZnO、BaO、GeO、Gaの総含有率(Bi+WO+ZnO+BaO+GeO+Ga)は、15%以上50%以下である。この総含有率の下限は、好ましくは25%、より好ましくは30%である。この総含有率の上限は、好ましくは40%、より好ましくは35%である。
 主要含有成分の第一の酸化物の含有率は、50%以上80%以下である。この含有率の下限は、好ましくは55%であり、より好ましくは60%である。この含有率の上限は、好ましくは75%であり、より好ましくは70%である。また、添加対象元素として添加され得る陽イオン(Si4+、B3+、P5+、Li、Na、K、Mg2+、Ca2+、Al3+及び/又はSr2+)を含む酸化物、例えばSiO、B、P等の酸化物、を含有しないことが好ましい。また、第一の酸化物がTeOであることが更に好ましい。
 主要含有成分の第二の酸化物の含有率は、0%以上30%以下である。この含有率の下限は、好ましくは5%であり、より好ましくは10%である。この含有率の上限は、好ましくは25%であり、より好ましくは20%である。なお、第二の酸化物は、Bi、WO、ZnO、BaO、GeO、Gaの少なくともいずれか一種である。なお、第二の酸化物となる酸化物が二種以上の場合、第二の酸化物が一種の場合と同様に、それぞれの酸化物の含有率も0%以上30%以下である。
 また、第二の酸化物がBi、WO、ZnO、BaO、GeO、Gaのいずれか一種以上である場合、Bi、WO、ZnO、BaO、GeO、Gaの総含有率(Bi+WO+ZnO+BaO+GeO+Ga)が15~50%であることが好ましい。
 主要含有成分の第三の酸化物の含有率は、0%以上1%以下である。この含有率の上限は、好ましくは0.5%である。第三の酸化物は、BeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Thの少なくともいずれか一種であることが好ましい。なお、第三の酸化物となる酸化物が二種以上の場合、第三の酸化物が一種の場合と同様に、それぞれの酸化物の含有率も0%以上1%以下である。
 また、第三の酸化物が、BeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Thの一種以上である場合、BeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Thの総含有率(BeO+PbO+As+TlO+CdO+UO+Th)が1%以下であることが更に好ましい。
 本実施形態に係るガラス組成物は、元素分析等の目的に応じて、添加対象元素としてSi4+、B3+、P5+、Li、Na、K、Mg2+、Ca2+、Al3+及び/又はSr2+の陽イオンが、それぞれ1~1500mg/kg(=質量ppm)の質量で導入される。添加対象元素として添加され得る陽イオンは、1つのガラスの中に適宜1~10種類の添加元素を選択してガラス組成物の中に添加することができる。
 BeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Thは、人体や環境へ悪影響を及ぼす成分である。したがって、BeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Thの各成分の含有率は、それぞれ1%以下であることが好ましい。またBeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Th総含有率(BeO+PbO+As+TlO+CdO+UO+Th)は、1%以下であることが好ましい。
 上述した各成分に限らず、本実施形態において目的とするガラス組成物の達成に支障のない範囲で、その他の任意成分を添加することもできる。
 以下に、本実施形態に係るガラス組成物の製造方法を説明する。
 本実施形態に係るガラス組成物の製造方法は、
 i)ルツボと熔融に伴う器具とを、酸性溶液に、1~24時間浸漬して洗浄する工程と、
 ii)前記ルツボと前記熔融に伴う器具とを精製水ですすぐ工程と、
 iii)前記ルツボと前記熔融に伴う器具とを乾燥させる工程と、
 iv)主要含有成分と、
 Si4+:1~1500mg/kg、
 B3+:1~1500mg/kg、
 P5+:1~1500mg/kg、
 Li:1~1500mg/kg、
 Na:1~1500mg/kg、
 K:1~1500mg/kg、
 Mg2+:1~1500mg/kg、
 Ca2+:1~1500mg/kg
 Al3+:1~1500mg/kg、及び/又は
 Sr2+:1~1500mg/kgの添加対象元素とを、前記ルツボの中で混合し、800~900℃の温度で、前記器具で攪拌しながら30分~8時間熔融し、混合物を得る工程と、
 v)前記混合物を型に鋳込み、徐冷する工程とを含む。
 工程i)~iii)
 不純物の混入を防ぐため、ルツボ、フタ、攪拌羽等の熔融に伴う器具は、いずれも事前に酸性溶液に、1~24時間程度浸漬することが好ましく、5~16時間程度浸漬することがより好ましい。酸性溶液は、フッ酸、塩酸、硝酸、硫酸の少なくともいずれか一種を含む酸性溶液が好ましく、濃度30~50%のフッ酸溶液がより好ましい。浸漬されたルツボ、フタ、攪拌羽等の熔融に伴う器具を洗浄し、精製水ですすいだ後に乾燥させる。
 ルツボ、フタ、攪拌羽等の溶融に伴う器具は、ガラス融液との反応性が低く、融液によるルツボの侵食が抑えられる点、また酸への耐性が高い点から、白金、金、イリジウムの少なくともいずれか一種の金属を含む。
 工程iv)
 上述の本実施形態に係るガラス組成物の成分組成(質量%)となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、及び硝酸塩等の主要含有成分を秤量する。
 秤量した主要含有成分を混合してルツボに投入した後、目的に応じて添加対象元素を一定量添加する。添加対象元素の導入には、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を直接投入する方法、あるいは添加対象元素を含有した硝酸塩水溶液を一定量滴下する方法を用いる。一定量滴下する方法を用いる際、硝酸塩水溶液には限られず、添加対象元素が安定して溶解した溶液であればよい。
 添加対象元素は、Si4+、B3+、P5+、Li、Na、K、Mg2+、Ca2+、Al3+、及びSr2+からなる群より選ばれる一種以上の陽イオンであり、それぞれ1~1500mg/kgの質量で添加される。添加対象元素として添加され得る陽イオンは、1つのガラスの中に適宜1~10種類の添加元素を選択してガラス組成物の中に添加することができる。
 ルツボにフタを被せて、800~900℃の温度、好ましくは800~850℃の温度で、30分~8時間、好ましくは1~5時間熔融し、攪拌して均質化する。
 工程v)
 適当な温度に下げてから金型等に鋳込み、徐冷することにより、各ガラス試料を得る。ガラス化の判定として、目視で結晶化が生じていないことを確認する。
 以下に、本実施形態におけるガラス組成物が持つ好適な特性を説明する。
 本実施形態に係るガラス組成物の熔融温度は、熔融中に添加対象元素が揮発し、添加対象元素の濃度水準が変動することを防ぐ観点から、900℃以下である。熔融温度の上限は、好ましくは850℃であり、より好ましくは800℃である。
 本実施形態に係るガラス組成物は、耐失透安定性を有し、さらに意図していない元素の含有を抑えつつ、意図した元素を微量に含むものである。
 上述したような特性を有する本実施形態に係るガラス組成物は、例えば元素分析における固体標準試料として用いることができ、特に、Si4+、B3+、P5+、Li、Na、K、Mg2+、Ca2+、Al3+、又はSr2+の分析を可能とする固体標準試料として好適に用いることができる。
 次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
<ガラス組成物の作製>
 各実施例及び各比較例に係るガラス組成物は、以下の手順で作製した。
 まず、表1~表8に記載の化学組成(質量%)となるよう、酸化物、水酸化物、炭酸塩、及び硝酸塩等のガラス原料を総重量が100gとなるよう秤量した。
 添加対象元素の導入には、高濃度の添加(200ppm以上)においては添加対象元素を含む原料を直接投入する方法を、低濃度の添加(200ppm未満)においては添加対象元素を含有した硝酸塩水溶液を一定量滴下する方法を用いた。
 次に、秤量したガラス原料を混合して白金ルツボに投入し、800~1100℃の温度で1~2時間熔融し、攪拌均質化した。その後、適当な温度に下げてから金型等に鋳込み、徐冷することにより、各ガラス試料を得た。ガラス化の判定として、目視で結晶化が生じていないことを確認した。
 不純物の混入を防ぐため、白金ルツボ、熔解中に使用した白金製のフタ、攪拌に使用した白金製の攪拌羽は、いずれも事前に濃度30~50%のフッ酸溶液に5~16時間程度浸漬して洗浄し、精製水でリンスした後乾燥させたものを用いた。
<ガラス組成物の定量分析>
 作成した各ガラス試料は、初めにガラス試料表面を希酸で洗浄してから粉砕し、粉砕したガラス試料を酸性溶液で溶解したのち、純水で定容した溶液を試験溶液とした。
 上記の試験溶液をICP発光分光分析装置(島津ICPS8100)又はICP質量分析装置(アジレントAgilent7700x)を用いて添加元素の定量分析を行った。この際、添加対象元素の濃度が既知の液体標準試料を用いて、適当な濃度範囲の検量線を作成し、分析対象のガラス中の添加対象元素の量を求めた。
 表1~8に、各実施例及び各比較例の成分組成(質量基準)、熔融温度、失透の有無、を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 以上より、各実施例のガラス組成物は、熔融温度が低く、かつ、失透がないことが確認された。一方、比較例2、3、6については、熔融温度が900℃以上であり、かつ全ての比較例において失透が確認された。
 また、各実施例のガラス組成物のICP定量値から、目的とする添加対象元素が目的とする量でガラス組成物中に導入されていることが確認された。

Claims (36)

  1.  ガラス組成物であって、
     主要含有成分が質量%で、
     TeO含有率:50~80%、
     Bi含有率:0~30%、
     WO含有率:0~30%、
     ZnO含有率:0~30%、
     BaO含有率:0~30%、
     GeO含有率:0~30%、
     Ga含有率:0~30%であり、
     以下の添加対象元素、
     Si4+:1~1500mg/kg、
     B3+:1~1500mg/kg、
     P5+:1~1500mg/kg、
     Li:1~1500mg/kg、
     Na:1~1500mg/kg、
     K:1~1500mg/kg、
     Mg2+:1~1500mg/kg、
     Ca2+:1~1500mg/kg、
     Al3+:1~1500mg/kg、及び
     Sr2+:1~1500mg/kgの少なくともいずれか一種が導入される、ガラス組成物。
  2.  ガラス組成物であって、
     主要含有成分が質量%で、
     TeO含有率:50~80%、
     Bi含有率:0~30%、
     WO含有率:0~30%、
     ZnO含有率:0~30%、
     BaO含有率:0~30%、
     GeO含有率:0~30%、
     Ga含有率:0~30%であり、
     前記ガラス組成物は、Te、Bi、W、Zn、Ba、Ge、Gaとは異なる元素である添加対象元素を含有し、前記添加対象元素を1元素あたり1~1500mg/kg含有する、ガラス組成物。
  3.  前記添加対象元素は、Si、B、P、Li、Na、K、Mg、Ca、Al、Srの少なくとも一つを含む、請求項2に記載のガラス組成物。
  4.  質量%で、
     Bi、WO、ZnO、BaO、GeO、Gaの総含有率(Bi+WO+ZnO+BaO+GeO+Ga)が15~50%である、請求項1~3のいずれか一項に記載のガラス組成物。
  5.  ガラス組成物であって、
     質量%で、
     BeO含有率:0~1%、
     PbO含有率:0~1%、
     As含有率:0~1%、
     TlO含有率:0~1%、
     CdO含有率:0~1%、
     UO含有率:0~1%、
     Th含有率:0~1%である、請求項1~4のいずれか一項に記載のガラス組成物。
  6.  質量%で、
     BeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Thの総含有率(BeO+PbO+As+TlO+CdO+UO+Th)が1%以下である、請求項5に記載のガラス組成物。
  7.  ガラス組成物であって、
     主要含有成分に、以下の添加対象元素、
     Si4+:1~1500mg/kg、
     B3+:1~1500mg/kg、
     P5+:1~1500mg/kg、
     Li:1~1500mg/kg、
     Na:1~1500mg/kg、
     K:1~1500mg/kg、
     Mg2+:1~1500mg/kg、
     Ca2+:1~1500mg/kg、
     Al3+:1~1500mg/kg、及び
     Sr2+:1~1500mg/kgの少なくともいずれか一種が導入される、ガラス組成物。
  8.  質量%で、
     前記主要含有成分である第一の酸化物の含有率が50~80%であり、
     ただし、前記第一の酸化物はSiO、B、P以外である、請求項7に記載のガラス組成物。
  9.  前記第一の酸化物は、TeOである、請求項8に記載のガラス組成物。
  10.  質量%で、
     前記主要含有成分である第二の酸化物の含有率が0~30%である、請求項8又は9に記載のガラス組成物。
  11.  前記第二の酸化物は、Bi、WO、ZnO、BaO、GeO、Gaの少なくともいずれか一種を含む、請求項10に記載のガラス組成物。
  12.  質量%で、
     Bi、WO、ZnO、BaO、GeO、Gaの総含有率(Bi+WO+ZnO+BaO+GeO+Ga)が15~50%である、請求項11に記載のガラス組成物。
  13.  質量%で、
     前記主要含有成分である第三の酸化物の含有率が0~1%である、請求項8~12のいずれか一項に記載のガラス組成物。
  14.  前記第三の酸化物は、BeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Thのいずれか一種を少なくとも含む、請求項13に記載のガラス組成物。
  15.  質量%で、
     BeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Thの総含有率(BeO+PbO+As+TlO+CdO+UO+Th)が1%以下である、請求項14に記載のガラス組成物。
  16.  熔融温度が900℃以下である、請求項1~15のいずれか一項に記載のガラス組成物。
  17.  前記ガラス組成物は、元素分析用の標準試料である、請求項1~16のいずれか一項に記載のガラス組成物。
  18.  前記元素分析用の標準試料は、誘導結合プラズマ(ICP)質量分析、二次イオン質量分析(SIMS)、及び/又は蛍光X線分析(XRF)用の標準試料である、請求項17に記載のガラス組成物。
  19.  i)ルツボと熔融に伴う器具とを、酸性溶液に、1~24時間浸漬して洗浄する工程と、
     ii)前記ルツボと前記熔融に伴う器具とを精製水ですすぐ工程と、
     iii)前記ルツボと前記熔融に伴う器具とを乾燥させる工程と、
     iv)主要含有成分と、
     Si4+:1~1500mg/kg、
     B3+:1~1500mg/kg、
     P5+:1~1500mg/kg、
     Li:1~1500mg/kg、
     Na:1~1500mg/kg、
     K:1~1500mg/kg、
     Mg2+:1~1500mg/kg、
     Ca2+:1~1500mg/kg
     Al3+:1~1500mg/kg、及び/又は
     Sr2+:1~1500mg/kgの添加対象元素とを、前記ルツボの中で混合し、800~900℃の温度で、前記器具で攪拌しながら30分~8時間熔融し、混合物を得る工程と、
     v)前記混合物を型に鋳込み、徐冷する工程とを含む、請求項1~18のいずれか一項に記載のガラス組成物の製造方法。
  20.  前記主要含有成分が、質量%で、
     TeO含有率:50~80%、
     Bi含有率:0~30%、
     WO含有率:0~30%、
     ZnO含有率:0~30%、
     BaO含有率:0~30%、
     GeO含有率:0~30%、
     Ga含有率:0~30%である、請求項19に記載のガラス組成物の製造方法。
  21.  Bi、WO、ZnO、BaO、GeO、Gaの総含有率(Bi+WO+ZnO+BaO+GeO+Ga)が15~50%である、請求項19又は20に記載のガラス組成物の製造方法。
  22.  質量%で、
     BeO含有率:0~1%、
     PbO含有率:0~1%、
     As含有率:0~1%、
     TlO含有率:0~1%、
     CdO含有率:0~1%、
     UO含有率:0~1%、
     Th含有率:0~1%である、請求項19~21のいずれか一項に記載のガラス組成物の製造方法。
  23.  BeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Thの総含有率(BeO+PbO+As+TlO+CdO+UO+Th)が1%以下である、請求項22に記載のガラス組成物の製造方法。
  24.  質量%で、
     前記主要含有成分である第一の酸化物の含有率が50~80%であり、
     ただし、前記第一の酸化物はSiO、B、P以外である、請求項19に記載のガラス組成物の製造方法。
  25.  前記第一の酸化物は、TeOである、請求項24に記載のガラス組成物の製造方法。
  26.  質量%で、
     前記主要含有成分である第二の酸化物の含有率が0~30%である、請求項24又は25に記載のガラス組成物の製造方法。
  27.  前記第二の酸化物はBi、WO、ZnO、BaO、GeO、Gaの少なくともいずれか一種を含む、請求項26に記載のガラス組成物の製造方法。
  28.  質量%で、
     Bi、WO、ZnO、BaO、GeO、Gaの総含有率(Bi+WO+ZnO+BaO+GeO+Ga)が15~50%である、請求項27に記載のガラス組成物の製造方法。
  29.  質量%で、
     前記主要含有成分である第三の酸化物の含有率が0~1%以下である、請求項24~28のいずれか一項に記載のガラス組成物の製造方法。
  30.  前記第三の酸化物は、BeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Thの少なくともいずれか一種を含む、請求項29に記載のガラス組成物の製造方法。
  31.  質量%で、
     BeO、PbO、As、TlO、CdO、UO、Thの総含有率(BeO+PbO+As+TlO+CdO+UO+Th)が1%以下である、請求項30に記載のガラス組成物の製造方法。
  32.  前記ルツボ、前記熔融に伴う器具は、白金、金、イリジウムの少なくともいずれか一種を含む、請求項19~31のいずれか一項にガラス組成物の製造方法。
  33.  前記酸性溶液は、フッ酸、塩酸、硝酸、硫酸の少なくともいずれか一種を含む、請求項19~32のいずれか一項に記載のガラス組成物の製造方法。
  34.  熔融温度が900℃以下である、請求項19~33のいずれか一項に記載のガラス組成物の製造方法。
  35.  前記ガラス組成物は、元素分析用の標準試料である、請求項19~34のいずれか一項に記載のガラス組成物の製造方法。
  36.  前記元素分析用の標準試料は、誘導結合プラズマ(ICP)質量分析、二次イオン質量分析(SIMS)、及び/又は蛍光X線分析(XRF)用の標準試料である、請求項35に記載のガラス組成物の製造方法。
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