JP2008230885A - アンチモンリン酸塩系ガラス組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】P2O5:20〜50重量%、Sb2O3:20〜70重量%、Al2O3:0.3〜5重量%、MgO:0.5〜15重量%、ZrO2、TiO2の少なくとも1種:0.5〜5重量%、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2Oの少なくとも1種:2〜30重量%を含有するアンチモンリン酸塩系ガラス組成物である。
【選択図】 なし
Description
鉛を含まない低融点ガラスとしては、ビスマス系ガラス、リン酸系ガラス、硼珪酸塩ガラス、アルカリ珪酸塩ガラスなどが知られている。
前記ビスマス系ガラスは一般に耐候性がよいが、資源量に限りがあり、また原料費が高いという問題がある。
一方、前記硼珪酸塩ガラス、アルカリ珪酸塩ガラスは低融化させるためにアルカリ金属酸化物を多く含むため、耐候性が十分ではないという問題がある。
また上記特許文献3〜5に開示されたガラスは、ZnOを多く含んでいるため、軟化点を下げることができるが、耐候性が十分ではないという問題があった。
また上記特許文献6に開示されたガラスは、SnOを多く含み、耐候性に優れたものであるものの、このガラスはガラス成分のSnOがSnO2になると溶け残りが発生するため、還元性雰囲気で溶解を行わねばならないという問題があった。
即ち、本発明のアンチモンリン酸塩系ガラス組成物は、P2O5:20〜50重量%、Sb2O3:20〜70重量%、Al2O3:0.3〜5重量%、MgO:0.5〜15重量%、ZrO2、TiO2の少なくとも1種:0.5〜5重量%、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2Oの少なくとも1種:2〜30重量%を含有することを第1の特徴としている。
また本発明のアンチモンリン酸塩系ガラス組成物は、上記第1の特徴に加えて、P2O5:20〜40重量%、Sb2O3:40〜60重量%、Al2O3:0.3〜3重量%、MgO:0.5〜5重量%、ZrO2、TiO2の少なくとも1種:0.5〜3重量%、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2Oの少なくとも1種:5〜20重量%を含有することを第2の特徴としている。
また本発明のアンチモンリン酸塩系ガラス組成物は、上記第1又は第2の特徴に加えて、B2O3、Bi2O3、TeO2、V2O5の少なくとも1種を15重量%以下含有させることを第3の特徴としている。
また本発明のアンチモンリン酸塩系ガラス組成物は、上記第1〜第3の何れかに記載の特徴に加えて、WO3、SnO、Ag2O、In2O3、CuOの少なくとも1種を20重量%以下含有させることを第4の特徴としている。
また本発明のアンチモンリン酸塩系ガラス組成物は、上記第1〜第4の何れかに記載の特徴に加えて、封着用として、35重量%以下の耐火物フィラーを添加したことを第5の特徴としている。
成分P2O5は本発明の実施形態にかかるガラスの網目を形成する酸化物である。20〜50重量%の範囲で含有させるのが好ましい。
P2O5が20重量%未満の場合には、軟化点が高くなり過ぎる問題がある。またガラスが得られ難くなる問題が生じる。
一方、P2O5が50重量%を超える場合は、耐候性が悪くなる問題が生じる。
P2O5の含有量は、軟化点、耐候性等を考慮すると、20〜40重量%であることがより好ましい。
Sb2O3が20重量%未満の場合には、軟化点が高くなり過ぎる問題がある。またガラスが得られ難くなる問題が生じる。
一方、Sb2O3が70重量%を超えると、熱膨張係数が高くなり過ぎる問題が生じる。
Sb2O3の含有量は、ガラスの軟化点、熱膨張係数等を考慮すると、40〜60重量%がより好ましい。
0.3重量%未満の場合には、熱膨張係数が高くなる問題が生じ、或いは耐候性が悪くなる問題が生じる。
また5重量%を超える場合には、ガラスが得られなくなるおそれが生じる。
成分Al2O3の含有量は、熱膨張係数、耐候性を考慮すると、0.3〜3重量%であることがより好ましい。
MgOが0.5重量%未満の場合には、熱膨張係数が高くなり過ぎる問題が生じる。
またMgOが15重量%を超える場合には、軟化点が高くなり過ぎるおそれがある。
MgOの含有量は、熱膨張係数、ガラスの成形性等を考慮すると、0.5〜5重量%であることがより好ましい。
合計量で0.5重量%未満の場合には、ガラスの耐候性を向上させる効果がでない。
5重量%を超える場合には、溶液中で溶け残るおそれが生じる。
成分ZrO2、TiO2の含有量は、ガラスの耐候性、成形性等を考慮すると、0.5〜3重量%とすることがより好ましい。
これらCaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2Oは、少なくとも1種を2〜30重量%の範囲で含有させることが好ましい。
合計量が2重量%未満の場合には、ガラスの成形性を向上させる効果を奏さない。
また30重量%を超える場合には、軟化点が高くなり過ぎ、熱膨張係数が上がり過ぎ、耐候性が低下する問題が生じる。
成分CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2Oの含有量は、ガラスの成形性を考慮すると5〜20重量%であることがより好ましい。
これらの成分を合計量で15重量%以下含有させることにより、ガラスの安定性を向上させることができる。
より好ましくは10重量%以下で含有させるのがよい。
合計量で20重量%以下含有させることにより、ガラスの軟化点を低下させることができる。
より好ましくは10重量%以下含有させるのがよい。
前記耐火物フィラーは、セラミックフィラーと石英ガラスフィラーとの少なくとも1種を35重量%以下添加することで、基材との熱膨張係数を合わせる。35重量%を超えると接着がなされない問題が生じる。
前記セラミックフィラーとしては、コージェライト、β−ユークリプタイト、チタン酸アルミニウム、ジルコン、ムライト、β−スポジュメン、アルミナ、ウィレマイト、リン酸ジルコニウム、ニオブリン酸ジルコニウム、α−クォーツのうちの少なくとも1種を用いることが好ましい。
これらのフィラーを用いることにより、種々の基材に対して十分な封着を行うことができる。
先ず所定の成分組成となるように各成分原料を混合してバッチ原料とする。
次にこれを1000〜1100℃で、白金ルツボ内で1時間溶融し、その後、双ロール法で急冷してガラスフレークを得る。得られたフレークをアルミナ製ボールミルで粉砕して粉末とする。
粉末となったガラスは封着材料として単独でも使用できるが、基材との熱膨張係数を合わせる場合には、耐火物フィラーを添加する。
作製した封着材料は有機系ビヒクル等でペースト化して、基材の接着表面に塗布し、ガラスが軟化する温度まで加熱して使用する。
前記基材はガラス板、ステンレス、アルミナ基板等である。
下記表1〜表6に示す成分組成となるように、実施例1〜41について原料を調合して混合し、これを白金ルツボに入れて、電気炉中で1000℃、1時間溶融する。その後、双ロール法で急冷してガラスフレークを得ると共に、予め加熱しておいた鉄板に流し出してガラスブロックを作製した。
前記ガラスブロックは予想されるガラス転移温度より約50℃高い温度に設定した電気炉に入れ、徐冷を行った後、切り出して研磨し、熱膨張係数、軟化点を測定するサンプルとした。また別のガラスブロックを切り出し、0.3〜0.5mmの厚さになるまで鏡面研磨し、その試料を使用して耐候性試験のサンプルとした。
また前記ガラスフレークを用いて、これをアルミナ製ボールミルで粉砕して粉末とし、ガラス転移温度の測定、フロー試験のサンプルとした。
同様にして、Sb2O5、MgO等、本発明の成分組成を含有しない、P2O5−ZnO系ガラスである比較例1、2について上記と同様の測定、試験のサンプルとした。
(1)ガラス転移温度(Tg)
100メッシュを通過したガラス粉末、約50mgを白金セルに入れ、示差熱分析装置(DTA、理学電機製TG8110)を用いて、アルミナ粉末を標準試料として室温から20K/minで昇温して得られたDTA曲線より、最初の吸熱の開始点(外挿点)の温度をガラス転移温度とした。
(2)熱膨張係数(α)、軟化点(Td)
ガラス或いはフロー後の試料を用い、直径約5mm、長さ15〜20mmのロッド状に加工し、熱機械分析装置(TMA、理学電機製TM8140)を用い、荷重を10g、石英ガラスを標準試料とし、室温から10K/minで昇温して得られた熱膨張曲線より50〜250℃の平均値の線熱膨張係数を求めた。またガラス単独の場合、熱膨張曲線の最大長さとなったときの温度を軟化点(Td)とした。
(3)耐候性(時間)
得られたガラスブロックを0.3〜0.5mmの厚さになるまで鏡面研磨した試料を約60℃、95%相対湿度の恒温恒湿機内で保持し、一定時間毎にその表面状態を観察し、ガラス表面が曇り、斑点が観察される時間により評価した。
(4)フロー温度(℃)
ガラス粉末と耐火物フィラーを所定の割合で混合し、その混合粉末を直径約10mm、長さ12〜15mmのロッドになるようにプレス成形する。このロッドをアルミナ板上にのせ、所定温度へ上昇させる。ロッドが変形、屈曲してアルミナ板上に倒れたときの温度をフロー温度とした。
なお表1に示すように、耐候性(時間)は実施例1と比較例1、2において測定した。
また表5〜表6に示すように、実施例27〜29は実施例1のガラス粉末に、実施例30〜41は実施例13のガラス粉末に、それぞれ耐火物フィラーを混合した例で、フロー試験を行い、封着材料としてのフロー温度(℃)及び熱膨張係数(α)を測定している。
また本発明の実施例では、転移温度(Tg)、軟化点(Td)が低く、熱膨張係数(α50−250)が小さくて低く、比較例1、2のP2O5−ZnO系ガラスと同程度であることが判る。
また耐火物フィラーを混合した実施例27〜41において、フロー温度が低く、熱膨張係数が小さく、封着材料に適していることが判る。
Claims (5)
- P2O5 :20〜50重量%
Sb2O3 :20〜70重量%
Al2O3 :0.3〜5重量%
MgO :0.5〜15重量%
ZrO2、TiO2の少なくとも1種:0.5〜5重量%
CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2Oの少なくとも1種
:2〜30重量%
を含有することを特徴とするアンチモンリン酸塩系ガラス組成物。 - P2O5 :20〜40重量%
Sb2O3 :40〜60重量%
Al2O3 :0.3〜3重量%
MgO :0.5〜5重量%
ZrO2、TiO2の少なくとも1種:0.5〜3重量%
CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2Oの少なくとも1種
:5〜20重量%
を含有することを特徴とする請求項1に記載のアンチモンリン酸塩系ガラス組成物。 - B2O3、Bi2O3、TeO2、V2O5の少なくとも1種を15重量%以下含有させることを特徴とする請求項1又は2に記載のアンチモンリン酸塩系ガラス組成物。
- WO3、SnO、Ag2O、In2O3、CuOの少なくとも1種を20重量%以下含有させることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のアンチモンリン酸塩系ガラス組成物。
- 封着用として、35重量%以下の耐火物フィラーを添加したことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のアンチモンリン酸塩系ガラス組成物。
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