DE1596855C - Zusammensetzungen zum Herstellen von undurchsichtigen Glaskeramiken mit gezielt einstellbaren, zwischen 9 und 75.10 hoch - 7 /Grad C liegenden Ausdehnungskoeffizienten - Google Patents

Zusammensetzungen zum Herstellen von undurchsichtigen Glaskeramiken mit gezielt einstellbaren, zwischen 9 und 75.10 hoch - 7 /Grad C liegenden Ausdehnungskoeffizienten

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DE1596855C
DE1596855C DE1596855C DE 1596855 C DE1596855 C DE 1596855C DE 1596855 C DE1596855 C DE 1596855C
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Germany
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glass ceramics
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English (en)
Inventor
Werner Dr.; Scheidler Herwig Dipl.-Ing.; Petzoldt Jürgen Dipl.-Chem. Dr.; 6500 Mainz Sack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Jenaer Glaswerk Schott and Gen
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Zusammensetzungen zum Herstellen von undurchsichtiger Glaskeramik, vielfach auch als Glas-Kristall-Mischkörper bezeichnet,welche durch eine Wärmebehandlung der aus den Zusammensetzungen erschmolzenen Glasgegenstände oberhalb der Transformationstemperatur (Zähigkeit // < 10135 Poise) durch eine gesteuerte Kristallisation erhalten werden, und welche Wärmedehnungskoeffizienten zwischen 75 und 9 · 10~7/°C im Temperaturbereich von 20 bis 3000C haben. Diese Glaskeramiken werden aus Gläsern hergestellt, welche aus SiO2, B2O3, Li2O, CaO, BaO, MgO, ZnO, P2O5, TiO2, ZrO2 und As2O3 bestehen. P2O5, TiO2 und ZrO2 wirken als Keimbildner und dienen zur Einleituiig und damit zur Förderung der Kristallisation. As2O3 dient zur Läuterung der Glasschmelzen. Die übrigen Komponenten bestimmen durch das jeweilige Mischungsverhältnis die während des Keramisierungsprozesses sich ausscheidenden Kristallphasen und damit die Eigenschaften der so entstandenen Glaskeramiken.
Derartige Glaskeramiken sind im allgemeinen durch eine höhere mechanische Festigkeit, durch höhere Gebrauchstemperaturen und durch höhere oder niedrigere Wärmedehnungskoeffizienten als die ursprünglichen Gläser gekennzeichnet und sind beispielsweise beschrieben in der deutschen Patentschrift 1 045 056 (transparente und undurchsichtige Glaskeramiken), deutsche Patentschrift 1 159 142 (transparente Glaskeramik), deutsche Auslegeschrift 1 090 397 (transparente Glaskeramik), französische Patentschrift 1 300 614 (transparente und undurchsichtige Glaskeramiken) und USA.-Patentschrift 3 241 985 (transparente Glaskeramik).
Zur Herstellung dieser bekannten Glaskeramiken waren sowohl hohe Schmelz- wie Verarbeitungstemperaturen erforderlich. Ferner lagen die Umwandlungstemperaturen ebenfalls sehr hoch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind Zusammensetzungen zum Herstellen von undurchsichtigen, neben Beta-Eukryptit-Mischkristallen als weitere Kristallphasen mindestens noch Zinkspinell und/oder Celsian und/oder ZrO2-Keimphase enthaltenden Glaskeramiken mit gezielt einstellbaren, zwischen 9 und 75 · 10~7°C (20 bis 3000C) liegenden Ausdehnungskoeffizienten durch eine Wärmebehandlung zwischen 720 und 820° C der aus den Zusammensetzungen erschmolzenen Glasgegenstände.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch folgenden Zusammensetzungsbereich in Gewichtsprozent :
SiO2 54,0 bis 62,0,
B2O3 0 bis 6,4,
Al2O3.
Li2O .
CaO..
BaO..
mindestens eines der Oxide
MgO
ZnO.
P2O5
TiO2
ZrO2
14,5 bis 22,0,
1,5 bis 2,8,
O bis 1,9,
O bis 7,0,
O bis 7,5 und
O bis 12,0 sowie
O bis 8,0,
0,6 bis 1,8,
1,8 bis 4,0,
0,15 bis 0,30,
As2O3 0,15 bis
wobei folgende Summen einzuhalten sind
CaO + BaO + MgO + ZnO
= 7,5 bis 19 Gewichtsprozent,
P2O5 + TiO2 + ZrO2
= 3,6 bis 11,6 Gewichtsprozent.
Von den bekannten Glaskeramiken unterscheiden sich die Glaskeramiken gemäß der Erfindung durch andere Zusammensetzungen mit einem deutlich höheren Gehalt an den zweiwertigen Metalloxiden CaO, BaO, MgO, ZnO und durch einen niedrigen
Gehalt an Li2O und SiO2. Die Gläser sind aus. diesem Grunde in guter Qualität zwischen 1560 und 158O0C schmelzbar und lassen sich im Gegensatz zu den bekannten Glaskeramiken bei tieferen Temperaturen verarbeiten, weil sie im schmelzflüssigen Zustand weniger zäh sind. Ein weiterer Unterschied besteht im kristallinen Phasengehalt nach der Umwandlung (Keramisierung). Während die bisherigen Li2O-haltigen undurchsichtigen Glaskeramiken vorwiegend die Lithiumminerale/S-Eukryptit (Li2O Al2 O3:
SiO2 = 1:1:2) und h-Spodumen (Li2O : Al2O3: SiO2 = 1:1:4) als kristalline Phase enthalten, sind in den erfindungsgemäßen Glaskeramiken neben /S-Eukryptitmischkristallen noch Zinkspinell (ZnO · Al2O3) und/oder Celsian (BaO-Al2O3 · 2SiO2) und/oder ZrO2-Keimphase als Kristallphasen vorhanden. Als ein besonderer Vorteil ist schließlich die tiefe Umwandlungstemperatur zwischen 720 und 820° C anzusprechen, wodurch eine Deformation der Formkörper während der Keramisierung vermieden wird. Nach dem Stand der Technik mußten bisher dafür Temperaturen bis zu 1300° C angewendet werden, wobei für alle auf dem Markt bekannten Produkte die Endstufe der Umwandlung über 1000° C liegt.
In der Tabelle 1 sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung die Zusammensetzungen von 16 Glaskeramikgrundgläsern aufgeführt. Tabelle 2 enthält verschiedene Eigenschaftswerte der Gläser und der entsprechenden keramisierten Produkte zusammen mit den kristallinen Phasengehalten.
Tabelle 1
Gewichtsprozent-Zusammensetzungen der Glaskeramikgrundgläser 1 bis 16
Nr. SiO2 B2O3 AI2O3 Li2O BaO CaO MgO ZnO TiO2 ZrO2 P2O5 As2O3
1 54,0 6,4 17,0 2,8 4,2 12,0 1,8 1,8 0,15
2 54,0 0,6 17,0 2,0 4,0 3,0 12,0 0,6 4,0 2,8 0,30
3 54,0 0,6 17,0 2,8 7,0 12,0 1,0 3,6 2,0 0,30
4 54,7 1,1 22,0 Z,ö 7,5 1,8 1,8 8,0 0,30
5 54,7 22,0 2,0 7,5 1,9 1,8 1,8 8,0 0,30
6 ■ 60,5 14,5 2,0 3,0 12,0 1,0 2,8 4,2 0,30
Fortsetzung
Nr. SiO, B, O, Λ UO, Li,o BnO Ca O MgO ZnO TiO, ZrO, P, O5 /\s,O.,
7 54,7
22,0		 2,8 7,5 1,1 1,8 1,8 8,0 0,30
8 62,0 14,5 1,5 3,0 12,0 1,0 1,8 4,2 0,30
9 61,5 14,5 2,0 3,0 12,0 1,0 1,8 4,2 0,30
10 54,0 3,6 17,0 2,8 7,0 12,0 1,0 2,6 0,15
11 61,0 16,0 2,5 1,90 3,0 12,0 1,8 1,8 0,30
12 55,6 17,0 2,8 7,0 12,0 1,0 2,6 2,0 0,15
13 56,9 17,0 1,5 7,0 12,0 1,0 2,6 2,0 0,15
14 54,0 0,6 17,0 2,0 7,0 12,0 0,6 4,0 2,8 0,30
15 61,0 16,0 2,5 3,0 12,0 1,0 1,8 2,7 0,30
16 54,0 17,0 2,8 7,0 12,0 1,0 2,6 3,6 0,15
Tabelle 2
7 Eigenschaften der Zusammensetzungsbeispiele 1 bis 16 von Tabelle 1 im glasigen und keramisierten Zustand . nach einer Wärmebehandlung von 2 Stunden 72O0C + 3 Stunden 8200C
Aus Glas Dichte" Aus Dichte Keramisiertes Produkt * kristalline Phasen
dehnungs (g/ccm) dehnungs (g/ccm)
Nr. koeffizient koeffizient prozentuale
a ■ )0η T9(0C) 2,67 α · 107 2,88 Dichte ß-Eukryptitmischkristalle,
(20 bis 300° C) /;~ 10'"P (20 bis 300'C) änderung Zinkspinell, ZrO2-Keimphase
42 2,72 75 2,82 Quarz, Zinkspinell, Celsian,
1 600 7,87 Zr O2-Keimphase
37 2,77 75 2,86 /3-Eukryptitmischkristalle,
2 634 3,68 Celsian, ZrO2-Keimphase
43 2,48 67 2,53 /S-Eukryptitmischkristalle,
3 607 3,25 ZrO2-Keimphase
41 2,50 29 2,58 ß-Eukryptitmischkristalle,
4 670 2,02 ZrO2-Keimphase
37 2,62 24 2,73 ß-Eukryptitmischkristalle,
5 683 3,20 Zinkspinell, ZrO2-Keimphase
36 2,50 24 2,55 ß-Eukryptitmischkristalle,
6 629 4,20 ZrO2-Keimphase
41 2,60 23 2,69 ß-Eukryptitmischkristalle,
7 666 2,00 ZrO2-Keimphase
33 2,61 20 2,69 /S-Eukryptitmischkristalle,
8 650 3,46 Zinkspinell, ZrO2-Keimphase
35 2,47 18 2,86 iS-Eukryptitmischkristalle,
9 628 3,06 Celsian, Zinkspinell
43 2,66 16 2,74 ß-Eukryptitmischkristalle,
10 585 4,39 Zinkspinell
39 2,76 15 2,83 /J-Eukryptitmischkristalle,
11 634 3,02 ZrO2-Keimphase
45 2,75 13 2,83 /S-Eukryptitmischkristalle,
12 637 2,54 ZrO2-Keimphase
36 2,78 12 2,84 ß-Eukryptitmischkristalle,
13 662 2,90 ZrO2-Keimphase
40 2,62 10 2,67 /S-Eukryptitmischkristalle,
14 630 2,16 Zinkspinell, ZrO2-Keimphase
37 2,75 10 2,80 ^-Eukryptitmischkristalle,
15 632 1,92 Celsian, ZrO2-Keimphase
39 9
16 627 1,82

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Zusammensetzungen zum Herstellen von undurchsichtigen, neben Beta-Eukryptit- Mischkristallen als weitere Kristallphasen mindestens noch Zinkspineil und/oder Celsian und/oder ZrO2-Keimphase enthaltenden Glaskeramiken mit gezielt einstellbaren, zwischen 9 und 75 · 10~7/°C (20 bis 300° C) liegenden Ausdehnungskoeffizienten, gekennzeichnet durch folgenden Bereich in Gewichtsprozent, berechnet auf Oxidbasis:
    SiO2..
    B2O3 .
    Al2O3.
    Li2O .
    54,0 bis 62,0, 0 bis 6,4, 14,5 bis 22,0, 1,5 bis 2,8,
    CaO
    BaO
    mindestens eines der Oxide
    MgO ZnO.
    P2O5 TiO2 ZrO2
    O bis 1,9, O bis 7,0, 1Q6
    O     bis 7,5 und     O bis 12,0 sowie O bis 8,0, 0,6 bis 1,8, 1,8 bis 4,0, 0,15 bis 0,30,
    As2O3 0,15 bis
    wobei folgende Summen einzuhalten sind:
    CaO + BaO + MgO + ZnO = 7,5 bis 19 Gewichtsprozent,
    P2O5 + TiO2 + ZrO2 = 3,6 bis 11,6 Gewichtsprozent.

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4300084A1 (de) * 1993-01-06 1994-07-07 Heraeus Sensor Gmbh Widerstandsthermometer mit einem Meßwiderstand

Cited By (1)

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