JP2019081705A - 二ケイ酸リチウム及びβ‐スポジュメン構造を有する高強度ガラスセラミック - Google Patents
二ケイ酸リチウム及びβ‐スポジュメン構造を有する高強度ガラスセラミック Download PDFInfo
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Abstract
Description
SiO2:68〜82%
Al2O3:5〜12.5%
Li2O:8〜15%
Na2O:0〜5%
K2O:0〜5%
(Na2O+K2O):0〜5%
P2O5:>0〜4%
ZrO2:0〜10%
TiO2:0〜4%
を含む組成物を有する。
SiO2:75〜80%
Al2O3:6〜9%
Li2O:10〜13%
Na2O:0〜2.5%
K2O:0〜3%
(Na2O+K2O):1〜3%
P2O5:1〜3%
ZrO2:0〜5%
を含む組成物を有する。
SiO2:68〜82%
Al2O3:5〜12.5%
Li2O:8〜15%
B2O3:2〜12%
Na2O:0〜5%
K2O:0〜5%
(Na2O+K2O):0〜5%
P2O5:>0〜4%
ZrO2:0〜10%
を含む組成物を有する。
SiO2:70〜80%
Al2O3:6〜9%
Li2O:10〜13%
B2O3:2.5〜7.5%
Na2O:0〜2.5%
K2O:0〜3%
(Na2O+K2O):1〜3%
P2O5:1〜3%
ZrO2:0〜5%
を含む組成物を有する。
TiO2:>0〜3%、及び
ZrO2:>0〜4%
を含む。
上述のように、二ケイ酸リチウムガラスセラミックの機械的特性を有しながら、圧延、鋳造及びフロートプロセスといった従来のガラス形成技術を用いて容易に形成される、ガラスセラミック組成物を得ることが極めて望ましい。本明細書に記載の組成物の1つの利点は、ガラスにリチウムアルミノシリケートを添加すること(これにより全体としてアルミナ成分が増大し、酸化リチウムが減少する)によって、前駆体ガラス及び最終的なガラスセラミックの特性に重要な利益がもたらされることである。思いがけず改善された特性としては、以下が挙げられる:1)ガラスは低融点(1500℃未満)を保持したまま、高い液相粘度(>2000ポアズ(200Pa・s))並びに従来の圧延、鋳造及びフロートプロセスに適合する広い作業範囲を提供する;2)バッチ材料として安価なスポジュメンを使用でき、高価なリチウムカーボネートの必要量が低減される;3)二ケイ酸リチウムが主要な結晶相として保持され、これによりガラスセラミックに、本来的な高い機械的強度及び破壊靭性がもたらされる;並びに4)β‐スポジュメン固溶体(これ以降は単にβ‐スポジュメンと呼ぶ)が第2の主要な結晶相として添加され、これによりガラスセラミックのバルク熱膨張が低下し、熱衝撃耐性が上昇し、またβ‐スポジュメンは更なる機械的強度のためにイオン交換できる。更に上記材料は、最小の変形で複数の形状へとセラミック化でき、従来のセラミック機械加工用工具を用いて、正確な形状への機械加工、切断、穿孔、面取り、分注、良好な光沢への研磨を容易に行うことができ、更には組成及び熱処理に応じて様々な度合いの透光性を呈することができる。また、未だによく分かっていない理由により、この種類のガラスセラミックは、音声周波数で機械的に駆動した場合に、優れた音声再生を生成する能力を呈する。これらの特性により、上記ガラスセラミックは:カウンタトップ及びその他の表面;ハンドヘルド型、デスクトップ型及び壁面設置型消費者向け電子デバイスの外被;機器用扉及び外装;床面タイル;壁面パネル;屋根タイル;ホワイトボード;飲料用ボトル、食品販売用及び保存用容器といった材料保存用コンテナ(中空容器);軽量性、良好な耐摩耗性及び正確な寸法が必要な機械部品;並びにオーディオスピーカといった音響素子等の、多数の用途に関して有用となる。ガラスセラミックは、粘度が比較的低いため、様々な方法を用いて3次元物品に形成できる。
二ケイ酸リチウム:47重量%
β‐スポジュメン:34%
Li3PO4:3.3%
ナトリウムアルミノシリケート残部ガラス:15.7%
の相集合をもたらすことを示唆する。この値は、XRDパターンにおいて観察される相集合と一致する。
Claims (16)
- 30〜65重量%の二ケイ酸リチウムの第1の結晶相;及び
20〜60重量%のβ‐スポジュメンの第2の結晶相
を含み
重量%で:
SiO2:73〜82%;
Al2O3:5〜12.5%;
Li2O:8〜15%;
Na2O:>0〜5%;
K2O:0〜2%;
(Na2O+K2O):>0〜5%;
P2O5:>0〜4%;
ZrO2:0〜10%;および
TiO2:0〜4%;
を含む組成を有する、
ガラスセラミック。 - イオン交換により化学強化されている、請求項1記載のガラスセラミック。
- 塩浴中で化学強化されている、請求項2記載のガラスセラミック。
- β‐スポジュメン構造中のNa+及び/又はK+がLi+を置換している、請求項3記載のガラスセラミック。
- 40〜55重量%の前記二ケイ酸リチウムの第1の結晶相;及び
25〜45重量%の前記β‐スポジュメンの第2の結晶相
を含む、請求項1から4いずれか1項記載のガラスセラミック。 - 残部ガラス相が25重量%未満である、請求項1から5いずれか1項記載のガラスセラミック。
- 重量%で:
SiO2:75〜80%;
Al2O3:6〜9%;
Li2O:10〜13%;
Na2O:>0〜2.5%;
K2O:0〜2%;
(Na2O+K2O):1〜3%;
P2O5:1〜3%;
ZrO2:0〜5%;
TiO2:0〜4%;および
B2O3:2.5〜12%
を含む組成を有する、請求項1から6いずれか1項記載のガラスセラミック。 - 5ppm/℃超の、25〜300℃の温度範囲に亘る熱膨張係数を有する、請求項1から7いずれか1項記載のガラスセラミック。
- 2Mpa・m1/2以上の破壊靭性を有する、請求項1から8いずれか1項記載のガラスセラミック。
- 15kgf(約147.1N)以上のビッカース押込み割れ開始荷重を有する、請求項1から9いずれか1項記載のガラスセラミック。
- 前記ガラスセラミックが、イルミナントD65を用い、正反射率を除く、分光光度計を使用した分光反射率測定から決定された、以下の範囲:
a*=‐1〜+3;
b*=‐7〜+3;及び
L*>85
の、CIELAB色空間座標内で表される色を有する、請求項1〜10のいずれか1項記載のガラスセラミック。 - 前記ガラスセラミックが、1000P(100Pa・s)超の液相粘度を有するベースガラスから形成されている、請求項1〜11いずれか1項記載のガラスセラミック。
- 重量%で:
TiO2:>0〜3%、及び
ZrO2:>0〜4%
を更に含む、請求項7記載のガラスセラミック。 - 着色成分を更に含む、請求項7項記載のガラスセラミック。
- 前記着色成分が、V2O5、Cr2O3、TiO2、MnO2、NiO、ZnO、CuO、NiO、Co3O4及びこれらの組合せを含む、請求項14記載のガラスセラミック。
- 前記着色成分の合計重量%が、>0〜4重量%である、請求項14または15記載のガラスセラミック。
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