JPH0269335A - アルカリ土類金属アルミノホウ酸塩ガラスセラミックおよびその製造方法 - Google Patents
アルカリ土類金属アルミノホウ酸塩ガラスセラミックおよびその製造方法Info
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- JPH0269335A JPH0269335A JP1190394A JP19039489A JPH0269335A JP H0269335 A JPH0269335 A JP H0269335A JP 1190394 A JP1190394 A JP 1190394A JP 19039489 A JP19039489 A JP 19039489A JP H0269335 A JPH0269335 A JP H0269335A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
- C03C10/0054—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing PbO, SnO2, B2O3
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
- C03C10/0009—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing silica as main constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、アルカリ土類金属アルミノホウ酸塩を主要結
晶相として含むガラスセラミック体、およびその製造方
法に関する。
晶相として含むガラスセラミック体、およびその製造方
法に関する。
(従来技術)
伝統的なガラスセラミックは、米国特許箱2,920.
971号にその起源を見い出すことができる。そこに述
べられているように、ガラスセラミックの製造には、先
駆体ガラス体の現場での制御された結晶化を必要とし、
次の3つの一般的工程を含む。
971号にその起源を見い出すことができる。そこに述
べられているように、ガラスセラミックの製造には、先
駆体ガラス体の現場での制御された結晶化を必要とし、
次の3つの一般的工程を含む。
(1)慣習上核剤を含むガラス成形用バッチを溶融する
。
。
(2)その溶融物を冷却し、同時に所望の形状のガラス
体をその溶融物から成形する。
体をその溶融物から成形する。
(3)そのガラス体に、まずガラス中に核を形成させ、
その核によって結晶が成長するような予め決められた加
熱処理を施す。
その核によって結晶が成長するような予め決められた加
熱処理を施す。
ガラスセラミック品は通常結晶性が高いので(すなわち
約50容積%を越える結晶質を有する)、そのガラスセ
ラミック品の示す特性は、基礎ガラスの特性よりも結晶
相の特性に近いものである。更に、伝統的なガラスセラ
ミック品はガラス品の現場での制御された結晶化によっ
て製造されるので、それらは非多孔性であり、空隙を有
さない。
約50容積%を越える結晶質を有する)、そのガラスセ
ラミック品の示す特性は、基礎ガラスの特性よりも結晶
相の特性に近いものである。更に、伝統的なガラスセラ
ミック品はガラス品の現場での制御された結晶化によっ
て製造されるので、それらは非多孔性であり、空隙を有
さない。
伝統的なガラスセラミック品は核剤、例えば前記特許節
2.920.971号に開示されているTlO2などを
含んでいる。こういった核剤を含むことによって、最終
製品の全体に亘って均一に分配された高度の結晶化を確
実にするが、望ましくない効果も発揮する。例えば、T
lO2はガラスセラミックの耐火性を低下させる高温フ
ラックスである。
2.920.971号に開示されているTlO2などを
含んでいる。こういった核剤を含むことによって、最終
製品の全体に亘って均一に分配された高度の結晶化を確
実にするが、望ましくない効果も発揮する。例えば、T
lO2はガラスセラミックの耐火性を低下させる高温フ
ラックスである。
また、核剤の結晶、例えばルチル、がガラスセラミック
中で形成され、そのガラスセラミックの特性を変化させ
る。更に、核剤を加えることによって、好ましくない結
晶相の成長を起こす。
中で形成され、そのガラスセラミックの特性を変化させ
る。更に、核剤を加えることによって、好ましくない結
晶相の成長を起こす。
これらの点を考慮して、大変細かく分割されたガラス粒
子からの表面核形成に頼るのではなく、核剤を含まない
ガラス粉末を一体物に焼結することによってガラスセラ
ミック品が製造された。通常、このガラス粉末は魚32
5米国標準篩(44ミクロン)を通過し、最も好ましく
は10ミクロンを越えないサイズを有する。この製造法
は、ガラス組成を注意深くコントロールすることによっ
て、特に所望の結晶化を有するガラスセラミック品の製
造を可能にする。
子からの表面核形成に頼るのではなく、核剤を含まない
ガラス粉末を一体物に焼結することによってガラスセラ
ミック品が製造された。通常、このガラス粉末は魚32
5米国標準篩(44ミクロン)を通過し、最も好ましく
は10ミクロンを越えないサイズを有する。この製造法
は、ガラス組成を注意深くコントロールすることによっ
て、特に所望の結晶化を有するガラスセラミック品の製
造を可能にする。
ガラス粉末を焼結することによってガラスセラミック品
を製造する方法は、次の4つの一般的工程から成る。(
1)ガラス形成バッチを溶融する。(2その溶融物を冷
却し、得られたガラスを大変細かい粉末に微粉砕する(
通常フリットと称する)。
を製造する方法は、次の4つの一般的工程から成る。(
1)ガラス形成バッチを溶融する。(2その溶融物を冷
却し、得られたガラスを大変細かい粉末に微粉砕する(
通常フリットと称する)。
(3)その粉末を所望の付形物に成形する。(4)その
付形物を、ガラス粒子が互いに焼結して一体物をなし更
にその中で結晶の成長を生ずるのに十分な高温で焼成す
る。
付形物を、ガラス粒子が互いに焼結して一体物をなし更
にその中で結晶の成長を生ずるのに十分な高温で焼成す
る。
不都合にも微小亀裂のない、空隙を有さない非多孔性体
(すなわち、実質的に理論密度を示すボディ)を作るた
めに、上記最後の固化工程は、通常、極めて高温度の使
用を必要とする。例えば、β−ゆう輝石(キータイト固
溶体)材料は多量のL120を含み、大きな膨張ヒステ
リシスを示し1000℃付近かそれ以上の温度で焼結し
なければならない亜鉛β−石英組成のように高密度へ焼
結することが困難である。きん・・青石ガラス粉末は、
第2の結晶相またはガラス相も存在している場合でなけ
れば、理論密度近くまで焼結することが同じように困難
である。
(すなわち、実質的に理論密度を示すボディ)を作るた
めに、上記最後の固化工程は、通常、極めて高温度の使
用を必要とする。例えば、β−ゆう輝石(キータイト固
溶体)材料は多量のL120を含み、大きな膨張ヒステ
リシスを示し1000℃付近かそれ以上の温度で焼結し
なければならない亜鉛β−石英組成のように高密度へ焼
結することが困難である。きん・・青石ガラス粉末は、
第2の結晶相またはガラス相も存在している場合でなけ
れば、理論密度近くまで焼結することが同じように困難
である。
米国特許第3,899.340号は、5−25vt%の
Mg O。
Mg O。
10−45 vt%のA1203および2G−45wt
%のB2O3から実質的に構成され、そして0−10v
t%のTI oz ’+ 0−40vt%のTa 20
5 、0−50vt%のLaz 03 * 0−25w
t%のCe 02.0−10vt%のZnO2、0−3
5vt%のY2O3および(1−15vt%のBeOか
ら成る群より選択された大きい場の強度改質剤(hig
h f’1eld strength vodiHer
)の合計50vt%までを随意に含む、大きい弾性率を
示すガラスセラミック体の製造を開示している。核剤は
使用せず、形成される結晶相はアルミノホウ酸塩とホウ
酸マグネシウムの固溶体である。ガラス粉末を一体物に
焼結し、その中で結晶を成長させることについての開示
はない。同特許の方法において、バルク先駆体ガラス体
を形成し、それを加熱処理によって現場で結晶化する。
%のB2O3から実質的に構成され、そして0−10v
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5vt%のY2O3および(1−15vt%のBeOか
ら成る群より選択された大きい場の強度改質剤(hig
h f’1eld strength vodiHer
)の合計50vt%までを随意に含む、大きい弾性率を
示すガラスセラミック体の製造を開示している。核剤は
使用せず、形成される結晶相はアルミノホウ酸塩とホウ
酸マグネシウムの固溶体である。ガラス粉末を一体物に
焼結し、その中で結晶を成長させることについての開示
はない。同特許の方法において、バルク先駆体ガラス体
を形成し、それを加熱処理によって現場で結晶化する。
この結晶は、本発明の製品中の結晶とは異なる。製品の
弾性率を低下させるので、Mg O以外のアルカリ土類
金属酸化物の存在を明確に排除している。
弾性率を低下させるので、Mg O以外のアルカリ土類
金属酸化物の存在を明確に排除している。
米国特許第3.948.669号は、大きいアスペクト
比を示す単一結晶ルチル繊維とA1□B209の第2結
晶相を含むガラスセラミック品の調製について記載して
いる。その組成は、45−65 vt%のB203 、
5−30vt%のAf’ z O3,5−30vt%の
TiO2および3−80vt%のRO(ここでROは、
MgO,Ca O,Sr OおよびBaOから成る群よ
り選択される)から構成されている。ここでも、ガラス
粉末を一体物に焼結し、その中の結晶の成長を起こさせ
ることについての記載がなく、形成される結晶相は本発
明の製品中の結晶相とは異なっている。
比を示す単一結晶ルチル繊維とA1□B209の第2結
晶相を含むガラスセラミック品の調製について記載して
いる。その組成は、45−65 vt%のB203 、
5−30vt%のAf’ z O3,5−30vt%の
TiO2および3−80vt%のRO(ここでROは、
MgO,Ca O,Sr OおよびBaOから成る群よ
り選択される)から構成されている。ここでも、ガラス
粉末を一体物に焼結し、その中の結晶の成長を起こさせ
ることについての記載がなく、形成される結晶相は本発
明の製品中の結晶相とは異なっている。
米国特許第4.049.872号は、10−20 wt
%のBaO,10−11vt%のLi z 0.2−7
vt%のAl2O3および6B−77vt%のB2O
3から成る失透するガラスシーリングフリットの調製に
関する。ここで、形成される結晶相はL120・2B2
0.である。この特許には、ガラス粉末(フリット)の
焼結について記載されているが、出発組成および最終製
品が本発明のものとは全く異なっている。
%のBaO,10−11vt%のLi z 0.2−7
vt%のAl2O3および6B−77vt%のB2O
3から成る失透するガラスシーリングフリットの調製に
関する。ここで、形成される結晶相はL120・2B2
0.である。この特許には、ガラス粉末(フリット)の
焼結について記載されているが、出発組成および最終製
品が本発明のものとは全く異なっている。
(発明の構成)
Ca 0−Alz 03−B203 、 Sr 0−
Aj!Z o3 B203およびBa 0−AJ!z
o3 B2O3系の組成を有する粉末状ガラスは、焼結
中に表面核形成して、極めて小さい線熱膨張率、大きい
強度と靭性および優れた電気絶縁特性を有するガラスセ
ラミック体を生じ得ることを発見した。
Aj!Z o3 B203およびBa 0−AJ!z
o3 B2O3系の組成を有する粉末状ガラスは、焼結
中に表面核形成して、極めて小さい線熱膨張率、大きい
強度と靭性および優れた電気絶縁特性を有するガラスセ
ラミック体を生じ得ることを発見した。
形成工程は、ガラス粉末を所望の付形物に圧縮し、その
付形物を、ガラス粉末が一体物に焼結しその中で結晶化
を起すのに十分な高温まで焼成して、変形したガラス粒
子の残存界面つほぼ全体に亘って結晶の核形成が起って
いる細かい粒状のガラスセラミックを得ることから成る
。
付形物を、ガラス粉末が一体物に焼結しその中で結晶化
を起すのに十分な高温まで焼成して、変形したガラス粒
子の残存界面つほぼ全体に亘って結晶の核形成が起って
いる細かい粒状のガラスセラミックを得ることから成る
。
最も好ましい物性は、1・1・lCaO/Sr0/Ba
O*AJ!203 ・B203の化学量付近の組成に
あることがわかった。これらのガラスの粉末圧縮物は、
約750℃−1000℃の温度で細かい粒状ガラスセラ
ミックへと現場で結晶化する前に、比較的低温(:85
0℃〜800℃)で高密度のボディへと容易に焼結でき
る。この粉末圧縮物中で形成される結晶化の速度と度合
は、加熱処理の温度を固相線温度まで上昇させるにつれ
て増加する。
O*AJ!203 ・B203の化学量付近の組成に
あることがわかった。これらのガラスの粉末圧縮物は、
約750℃−1000℃の温度で細かい粒状ガラスセラ
ミックへと現場で結晶化する前に、比較的低温(:85
0℃〜800℃)で高密度のボディへと容易に焼結でき
る。この粉末圧縮物中で形成される結晶化の速度と度合
は、加熱処理の温度を固相線温度まで上昇させるにつれ
て増加する。
しかしながら、加熱処理中にガラス体が熱変形する危険
をさけるため、固相線より低い温度が通常用いられる。
をさけるため、固相線より低い温度が通常用いられる。
Ba 0−Aji203 ・B2O3、Sr O・Aj
!z 03 ・Bz 03およびCaO−Al2O3・
Bz03化学量の固相線温度は、それぞれ約900℃、
975℃および1050℃である。
!z 03 ・Bz 03およびCaO−Al2O3・
Bz03化学量の固相線温度は、それぞれ約900℃、
975℃および1050℃である。
存在すると信じられている主要な結晶相は、1・1・1
の化学量のアルカリ土類金属アルミノホウ酸塩である。
の化学量のアルカリ土類金属アルミノホウ酸塩である。
カルシウムおよびバリウムアルミノホウ酸塩相は、X線
粉末回折ファイルを参照することによって容易に認識で
きる。CaAj!zBZ 07のα型およびβ型(それ
ぞれ六方晶系型および単斜晶系型)が見られ、α型が主
流である。
粉末回折ファイルを参照することによって容易に認識で
きる。CaAj!zBZ 07のα型およびβ型(それ
ぞれ六方晶系型および単斜晶系型)が見られ、α型が主
流である。
Ba Aj!□B207については単斜晶系型のみが見
られる。ストロンチウムアルミノホウ酸塩ガラスセラミ
ック中に存在する結晶が示すX線回折パターンについて
書かれた文献は見つからなかった。しかしながら、カル
シウムおよびバリウムアルミノホウ酸塩とストロンチウ
ムアルミノホウ酸塩のパターンが類似しているので、同
様の相(2つの異ったセットの反射がある)はどちらも
5rAJ!z B20Tの同質異像であると考えられる
。
られる。ストロンチウムアルミノホウ酸塩ガラスセラミ
ック中に存在する結晶が示すX線回折パターンについて
書かれた文献は見つからなかった。しかしながら、カル
シウムおよびバリウムアルミノホウ酸塩とストロンチウ
ムアルミノホウ酸塩のパターンが類似しているので、同
様の相(2つの異ったセットの反射がある)はどちらも
5rAJ!z B20Tの同質異像であると考えられる
。
更に、Ca Afz B20.のパターンとSr AJ
2 B2 o、のパターンを比較する結晶分析により、
Sr AJ!2 B207の立方(β)型が最も優勢で
あるが六方晶系(α)型構造を有する結晶もいくらか存
在することが結論付けられた。しかし、950℃にこの
結晶体を長時間さらすと、結晶がβ型からα型にほぼ完
全に変換する。その結果、六方晶系は固相線温度より低
い温度において安定であり、立方相は本発明のガラスセ
ラミック中において準安定であると考えられる。
2 B2 o、のパターンを比較する結晶分析により、
Sr AJ!2 B207の立方(β)型が最も優勢で
あるが六方晶系(α)型構造を有する結晶もいくらか存
在することが結論付けられた。しかし、950℃にこの
結晶体を長時間さらすと、結晶がβ型からα型にほぼ完
全に変換する。その結果、六方晶系は固相線温度より低
い温度において安定であり、立方相は本発明のガラスセ
ラミック中において準安定であると考えられる。
本発明のガラスセラミックは、破壊係数が通常15.0
00psl (1,055K’j/cM)以上、しば
しば20,000psi (1,406h/ci)を
超えることでわかるように、比較的大きい機械的強度を
示す。こういった大きい強度は、製品中に高い割合で結
晶化が起った結果であり(すなわち、50容積%を越え
、通常約60−80容積%、時々80容積%を越える結
晶化)、更に六万晶系同質異像結晶のブレードインター
ロック微小構造(bladed interlocki
ng mjcrostructure)によるものであ
ると考えられる。
00psl (1,055K’j/cM)以上、しば
しば20,000psi (1,406h/ci)を
超えることでわかるように、比較的大きい機械的強度を
示す。こういった大きい強度は、製品中に高い割合で結
晶化が起った結果であり(すなわち、50容積%を越え
、通常約60−80容積%、時々80容積%を越える結
晶化)、更に六万晶系同質異像結晶のブレードインター
ロック微小構造(bladed interlocki
ng mjcrostructure)によるものであ
ると考えられる。
本発明のガラスセラミックは小さい線熱膨張率を示す。
例えば、Ba o−A12o3 eB203化学量付近
の組成を有するガラス粉末を焼成して作った製品は約2
0−35 XIO°T/’Cの線熱膨張率(25℃−3
00℃)を示し、Ca0−A1□03B203化学量付
近の組成を有するガラス粉末を焼結して作った製品は約
IQ−25xlO−” /’C(25℃−300℃)の
線熱膨張率を示し、SrO・A1□03 ・B2O3化
学量付近の組成を有するガラス粉末を焼結して作った製
品は約5−15 X 10°7/℃の線熱膨張率(25
℃−300℃)を示す。
の組成を有するガラス粉末を焼成して作った製品は約2
0−35 XIO°T/’Cの線熱膨張率(25℃−3
00℃)を示し、Ca0−A1□03B203化学量付
近の組成を有するガラス粉末を焼結して作った製品は約
IQ−25xlO−” /’C(25℃−300℃)の
線熱膨張率を示し、SrO・A1□03 ・B2O3化
学量付近の組成を有するガラス粉末を焼結して作った製
品は約5−15 X 10°7/℃の線熱膨張率(25
℃−300℃)を示す。
先駆体ガラス体に施す加熱処理をより厳しくすることに
よって、すなわちより高い温度および/またはより長い
焼成時間を用いることによって、ボディの機械的強度を
いくらか向上させることができ、熱膨張率を下げること
ができると思われる。
よって、すなわちより高い温度および/またはより長い
焼成時間を用いることによって、ボディの機械的強度を
いくらか向上させることができ、熱膨張率を下げること
ができると思われる。
これらの向上は、ガラスセラミック中の結晶がより高密
度に形成されることに起因すると考えられる。
度に形成されることに起因すると考えられる。
本発明のガラスセラミックは、室温において、全ての周
波数で0.01未満の誘電正接と約4.0−8.0の誘
電率を示す。従って、熱膨張率がシリコンと適合し、細
かく分割されたガラス粒子からテープキャスティング工
程を利用して調製される多層集積回路パッケージの支持
体として有用である。
波数で0.01未満の誘電正接と約4.0−8.0の誘
電率を示す。従って、熱膨張率がシリコンと適合し、細
かく分割されたガラス粒子からテープキャスティング工
程を利用して調製される多層集積回路パッケージの支持
体として有用である。
本発明のガラスセラミックに見られる最も優れたそして
潜在的に極めて有用な特性は、疎水性であり、特にCa
OおよびSrO含有材料において顕著である。例えば、
水とのぬれ角(wetting angle )が60
°を越えることはあたりまえであり、75″ もの高い
値がいくつかの試料において測定された。この特性は、
消費者用製品のコーティングとして有用であることを示
している。
潜在的に極めて有用な特性は、疎水性であり、特にCa
OおよびSrO含有材料において顕著である。例えば、
水とのぬれ角(wetting angle )が60
°を越えることはあたりまえであり、75″ もの高い
値がいくつかの試料において測定された。この特性は、
消費者用製品のコーティングとして有用であることを示
している。
3つの組成系における線熱膨張率の範囲が広いので、溶
融シリカ(:;5X10°T /”C)から台所製品用
にコーニンググラスワークス社が開発したコニングコー
ド9607および9608のような小さい膨張率のガラ
スセラミック、焼結きん青石体(z15XIO°”/”
C)、モしてシリ:I > (=35x io−’ /
”C)までの熱膨張率に適合できる。この特性により
、シーリングフリットまたは小さい膨張率の材料用の高
温接着剤として有用である。
融シリカ(:;5X10°T /”C)から台所製品用
にコーニンググラスワークス社が開発したコニングコー
ド9607および9608のような小さい膨張率のガラ
スセラミック、焼結きん青石体(z15XIO°”/”
C)、モしてシリ:I > (=35x io−’ /
”C)までの熱膨張率に適合できる。この特性により
、シーリングフリットまたは小さい膨張率の材料用の高
温接着剤として有用である。
通常、最も多くの結晶化と最も小さい熱膨張率を有する
ガラスセラミック品を作るために最も好ましい先駆体ガ
ラスは、それぞれのアルカリ土類アルミノホウ酸塩の1
:1:1化学量付近の組成を有するものである。望まし
い焼結性と物性を有するマトリックスとするために、そ
れぞれのアルカリ土類酸化物+ Aj!z 03および
B2O3の量は1:1:1化学量の±0.25モル範囲
内に維持される。化学量論的Ca0−AJ1203 ・
B2O3において、CaOは24.6wt%+ AJl
z 03は44,8vt%、そしてB2O3は30.6
vt%の値を有している。化学量論的Sr 0−AJl
z 03 ’ B203において、SrOは37.8v
t%* AJlz 03は37.1%。
ガラスセラミック品を作るために最も好ましい先駆体ガ
ラスは、それぞれのアルカリ土類アルミノホウ酸塩の1
:1:1化学量付近の組成を有するものである。望まし
い焼結性と物性を有するマトリックスとするために、そ
れぞれのアルカリ土類酸化物+ Aj!z 03および
B2O3の量は1:1:1化学量の±0.25モル範囲
内に維持される。化学量論的Ca0−AJ1203 ・
B2O3において、CaOは24.6wt%+ AJl
z 03は44,8vt%、そしてB2O3は30.6
vt%の値を有している。化学量論的Sr 0−AJl
z 03 ’ B203において、SrOは37.8v
t%* AJlz 03は37.1%。
そしてB2O3は25.3νt%の値を有する。化学量
論的Ba 0−AJlz 03 @Bz 03において
、BaOは47.2vt%+ Af’z 03は31.
4%、そしてB2O3は21.4vt%の値を有する。
論的Ba 0−AJlz 03 @Bz 03において
、BaOは47.2vt%+ Af’z 03は31.
4%、そしてB2O3は21.4vt%の値を有する。
所望の焼結挙動を与える際に使用できるCa0−Afl
□05−B2O3系の組成を有し、優れた物性を示す、
酸化物基準の重量%で約20−30%のCa 0.35
−55%のAJz 03および20−40%の8203
から成るガラスを発見した。5rO−Al2O2B2
o3系に関しては、使用できるガラスは酸化物基準の重
量%で約30−45%のSr0゜30−45%のAJl
z 03および20−35%の8203から成る。Ba
0−Aflz 03−B203系に関しては、使用で
きるガラスは酸化物基準のTf1=%で約40−55%
のBa 0.25−40%のAJlz 03および15
−30%の8203から成る。
□05−B2O3系の組成を有し、優れた物性を示す、
酸化物基準の重量%で約20−30%のCa 0.35
−55%のAJz 03および20−40%の8203
から成るガラスを発見した。5rO−Al2O2B2
o3系に関しては、使用できるガラスは酸化物基準の重
量%で約30−45%のSr0゜30−45%のAJl
z 03および20−35%の8203から成る。Ba
0−Aflz 03−B203系に関しては、使用で
きるガラスは酸化物基準のTf1=%で約40−55%
のBa 0.25−40%のAJlz 03および15
−30%の8203から成る。
一般に、最も好ましい物性は、CaOおよび/またはS
rOおよび/またはBa O,AJz 03およびB2
O3のみから成る組成によって示される。しかしながら
、少量の相溶性金属酸化物、全量で約15wt%以下、
好ましくは1ovt%以下を加えても良い。例えば、M
g O,Si 02 、 Zr 02 。
rOおよび/またはBa O,AJz 03およびB2
O3のみから成る組成によって示される。しかしながら
、少量の相溶性金属酸化物、全量で約15wt%以下、
好ましくは1ovt%以下を加えても良い。例えば、M
g O,Si 02 、 Zr 02 。
TlO2およびZnOの添加は、製品の特性を改質でき
る。しかし、望ましい結晶相に加えて更なる結晶相の形
成および/または低融ガラス質相の形成が起るので、か
なりの量の随意成分添加はさけなければならない。Ll
0!、Nag Oおよびに20などのアルカリ金属酸
化物の添加はガラスセラミック体の電気的特性に逆効果
を与えるので、電気的用途に用いる製品の場合はこれら
の成分を添加しないようにすることが極めて好ましい。
る。しかし、望ましい結晶相に加えて更なる結晶相の形
成および/または低融ガラス質相の形成が起るので、か
なりの量の随意成分添加はさけなければならない。Ll
0!、Nag Oおよびに20などのアルカリ金属酸
化物の添加はガラスセラミック体の電気的特性に逆効果
を与えるので、電気的用途に用いる製品の場合はこれら
の成分を添加しないようにすることが極めて好ましい。
上記の説明は、3つの別々の系にある組成について述べ
てきたが、アルカリ土類金属酸化物の2種または3種の
混合物も使用できる。このような混合物は、特定の用途
に使用する製品の化学的および物理的特性を注文通りに
作ることを可能にする。
てきたが、アルカリ土類金属酸化物の2種または3種の
混合物も使用できる。このような混合物は、特定の用途
に使用する製品の化学的および物理的特性を注文通りに
作ることを可能にする。
粉末を焼結することによってガラスセラミック体を形成
することに関する上記の手順に従って、本発明の製品は
次の4つの一般的工程から製造される。
することに関する上記の手順に従って、本発明の製品は
次の4つの一般的工程から製造される。
(1)予め定められた組成のガラス形成バッチを溶融す
る。
る。
(2)その溶融物をガラスに冷却し、そのガラス体を大
変細かい粉末に微粉砕する。
変細かい粉末に微粉砕する。
(3)そのガラス粉末を所望の形状のボディに成形する
。
。
(4) そのボディを、ガラス粒子が互いに焼結して
一体物となりその中に結晶を形成するのに十分な温度ま
で十分時間加熱する。
一体物となりその中に結晶を形成するのに十分な温度ま
で十分時間加熱する。
本発明の組成は一体物に焼結し、はぼ同時に現場で結晶
化する。すなわち、ガラス粉末が堅固なボディに焼結さ
れた時にはそのボディはほぼ完全に結晶化されている。
化する。すなわち、ガラス粉末が堅固なボディに焼結さ
れた時にはそのボディはほぼ完全に結晶化されている。
いくつかの組成が700℃という低い温度で焼結および
結晶化できるが、この作業はより高温においてはもっと
迅速に行なえることは当業者にとって明らかである。約
700℃−1000℃の間の焼成温度が都合良いであろ
う。自明なように、焼結および結晶化に要する時間は焼
成温度によって決まる。一般に、約0.5−4時間の範
囲で十分である。しかしながら、前述したように、より
長い焼成時間、例えば16−24時間は、より高度の結
晶化を可能にし、製品の物性をいくらか向上させる。
結晶化できるが、この作業はより高温においてはもっと
迅速に行なえることは当業者にとって明らかである。約
700℃−1000℃の間の焼成温度が都合良いであろ
う。自明なように、焼結および結晶化に要する時間は焼
成温度によって決まる。一般に、約0.5−4時間の範
囲で十分である。しかしながら、前述したように、より
長い焼成時間、例えば16−24時間は、より高度の結
晶化を可能にし、製品の物性をいくらか向上させる。
ガラスを細かい粒子に微粉砕するのに要する時間とエネ
ルギーを低減するために、溶融物は、しばしば水浴への
比較的小さい流れとして注がれる。
ルギーを低減するために、溶融物は、しばしば水浴への
比較的小さい流れとして注がれる。
“トリゲージングと呼ばれるこの操作は、溶融ガラスの
流れを切断して小さい粒子とし、後にこの粒子は所望の
粒径へと微粉砕される。
流れを切断して小さい粒子とし、後にこの粒子は所望の
粒径へと微粉砕される。
(実 施 例)
本発明を以下の実施例に基づいて更に詳細に説明する。
表1は、本発明に係るガラス形成組成を酸化物基準の重
量%で表わしている。また、それぞれのガラスに存在す
る成分のモル比も示されている。
量%で表わしている。また、それぞれのガラスに存在す
る成分のモル比も示されている。
実際のバッチ成分は、酸化物あるいは他の化合物など、
互いに溶融した際に適切な割合の所望する酸化物に変換
するあらゆる材料から構成できる。
互いに溶融した際に適切な割合の所望する酸化物に変換
するあらゆる材料から構成できる。
例えば、Ca CO3、Sr CO3およびBaCO3
はそれぞれCaO,SrOおよびBaOの供給源となる
。
はそれぞれCaO,SrOおよびBaOの供給源となる
。
バッチ材料を混ぜ合わせ、互いにボールミル粉砕して均
一な溶融物を得られるようにし、500cm3容量のプ
ラナするつぼに充填した。そのるつぼにカバーを置き、
それを約1600℃で作動している炉に入れた。約2時
間後、得られた溶融物をトリゲージングかまたは水冷ス
チールローラーを通して溶融物を注ぎ込むことによって
急冷した。
一な溶融物を得られるようにし、500cm3容量のプ
ラナするつぼに充填した。そのるつぼにカバーを置き、
それを約1600℃で作動している炉に入れた。約2時
間後、得られた溶融物をトリゲージングかまたは水冷ス
チールローラーを通して溶融物を注ぎ込むことによって
急冷した。
急冷したガラスフラグメントを、更に磨砕媒体として0
.875 ’ (2,2cm> AJ!z 03シリ
ンダーおよび磨砕助剤としてメタノールを用いて微粉砕
して、約5−toミクロンの平均粒径を有する粉末とし
た。このガラス粉末の焼結特性および結晶化特性を調べ
るため、2000psi (140,8Kg/=>で
ドライブレスし、約700℃−1000℃の電気加熱炉
で0.5−96時間焼成して、0.5 ’ (1,2
7ca+)の直径と約2,5ヒの重さを有するディスク
とした。この時、炉内の温度は、1−5℃/分の割合で
上げていった。加熱処理後、炉への電流を切り、ディス
クを炉内で室温まで冷却した。この炉内での冷却は平均
的3−5℃/分の割合であった。良好な焼結挙動、すな
わち大きい密度と小さい空隙率を示すガラスを、線熱膨
張率および破壊係数測定用の寸法約3’ Xo、25’
Xo、25’ (7,6cm×O,f34cmXO
,64oy+)のバー、または電気的特性測定用の直径
約1.75’ (4,45ca+) 、厚さ0.12
5 ’ (0,32cm)の平らなディスクへとプレ
スした。
.875 ’ (2,2cm> AJ!z 03シリ
ンダーおよび磨砕助剤としてメタノールを用いて微粉砕
して、約5−toミクロンの平均粒径を有する粉末とし
た。このガラス粉末の焼結特性および結晶化特性を調べ
るため、2000psi (140,8Kg/=>で
ドライブレスし、約700℃−1000℃の電気加熱炉
で0.5−96時間焼成して、0.5 ’ (1,2
7ca+)の直径と約2,5ヒの重さを有するディスク
とした。この時、炉内の温度は、1−5℃/分の割合で
上げていった。加熱処理後、炉への電流を切り、ディス
クを炉内で室温まで冷却した。この炉内での冷却は平均
的3−5℃/分の割合であった。良好な焼結挙動、すな
わち大きい密度と小さい空隙率を示すガラスを、線熱膨
張率および破壊係数測定用の寸法約3’ Xo、25’
Xo、25’ (7,6cm×O,f34cmXO
,64oy+)のバー、または電気的特性測定用の直径
約1.75’ (4,45ca+) 、厚さ0.12
5 ’ (0,32cm)の平らなディスクへとプレ
スした。
表2は、前記バーおよびディスク試料に施した加熱処理
に用いられた温度とその温度での滞留時間、得られたガ
ラスセラミックの目視記述、X線回折法により測定した
存在する結晶相の識別結果。
に用いられた温度とその温度での滞留時間、得られたガ
ラスセラミックの目視記述、X線回折法により測定した
存在する結晶相の識別結果。
25℃−300℃の温度範囲に亘る線熱膨張率(XIO
°7/℃で表示)、破壊係数(Ksiで表示)、室温(
222℃) 、 1OKHzで測定した誘電率および誘
電正接を示している。前記の小さい調査用のディスクに
施した加熱処理と同様にして、電気炉内で平均的5℃/
分の割合で加熱し、炉の速度で冷却することによる手順
で行った。2つ以上の結晶相が認識された場合は、量の
多い方を最初に示した。
°7/℃で表示)、破壊係数(Ksiで表示)、室温(
222℃) 、 1OKHzで測定した誘電率および誘
電正接を示している。前記の小さい調査用のディスクに
施した加熱処理と同様にして、電気炉内で平均的5℃/
分の割合で加熱し、炉の速度で冷却することによる手順
で行った。2つ以上の結晶相が認識された場合は、量の
多い方を最初に示した。
表1および2の結果から明らかなように、最も小さい熱
膨張率を示すガラスセラミックは、実質的に1:1:1
のモル比でアルカリ土類酸化物。
膨張率を示すガラスセラミックは、実質的に1:1:1
のモル比でアルカリ土類酸化物。
A1□03およびB2O3のみから本質的に構成される
組成を有している。その化学量からはずれるとより大き
い熱膨張率の製品となる。同様に、追加的材料を少量で
も加えると熱膨張率を上げる即時効果を発揮する傾向が
ある。しかしながら、異った膨張率を有する種々の材料
にシールすることが望まれる場合に、広い範囲に亘る膨
張率の値に容易に調整できることは大変有益である。
組成を有している。その化学量からはずれるとより大き
い熱膨張率の製品となる。同様に、追加的材料を少量で
も加えると熱膨張率を上げる即時効果を発揮する傾向が
ある。しかしながら、異った膨張率を有する種々の材料
にシールすることが望まれる場合に、広い範囲に亘る膨
張率の値に容易に調整できることは大変有益である。
Claims (5)
- (1)酸化物基準の重量%で、 (a)20−30%のCaO、35−55%のAl_2
O_3、および20−40%のB_2O_3、 (b)30−45%のSrO、30−45%のAl_2
O_3、および20−35%のB_2O_3、 (c)40−55%のBaO、25−40%のAl_2
O_3、および15−30%のB_2O_3、および(
d)それらの混合物 から成る群より選択されたものから成る組成を有する熱
失透性ガラス。 - (2)アルカリ土類金属アルミノホウ酸塩を主要結晶相
として含むガラスセラミック品であって、そのアルカリ
土類金属がカルシウム、ストロンチウム、バリウム、お
よびそれらの混合物から成る群より選択され、 酸化物基準の重量%で、 (a)20−30%のCaO、35−55%のAl_O
_3、および20−40%のB_2O_3、 (b)30−45%のSrO、30−45%のAl_2
O_3、および20−35%のB_2O_3、 (c)40−55%のBaO、25−40%のAl_2
O_3、および15−30%のB_2O_3、および(
d)それらの混合物 から成る群より選択されたものから成る組成を有するガ
ラスセラミック品。 - (3)アルカリ土類金属アルミノホウ酸塩を主要結晶相
として含むガラスセラミック品の製造方法であって、そ
のアルカリ土類金属がカルシウム、ストロンチウム、バ
リウム、およびそれらの混合物から成る群より選択され
、 (A)酸化物基準の重量%で、 (a)20−30%のCaO、35−55%のAl_2
O_3、および20−40%のB_2O_3、 (b)30−45%のSrO、30−45%のAl_2
O_3、および20−35%のB_2O_3、 (c)40−55%のBaO、25−40%のAl_2
O_3、および15−30%のB_2O_3、および(
d)それらの混合物 から成る群より選択されたものから成る組成を有するガ
ラスのバッチを溶融し、 (B)その溶融物をガラス体に冷却し、 (C)そのガラス体を大変細かく分割された粒子に微粉
砕し、 (D)そのガラス粒子を所望の形状のボディに成形し、 (E)そのガラス粒子を一体物に焼結しその中に結晶を
発生させるのに十分な温度まで、十分な時間、前記ガラ
ス粒子のボディを加熱する、 各工程から成るガラスセラミック品の製造方法。 - (4)前記ガラス粒子のボディを約700℃−950℃
の範囲の温度まで加熱することを特徴とする請求項3記
載のガラスセラミック品の製造方法。 - (5)前記ガラス粒子のボディを約0.5−4時間の範
囲の時間加熱することを特徴とする請求項4記載のガラ
スセラミック品の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/226,773 US4861734A (en) | 1988-08-01 | 1988-08-01 | Alkaline earth aluminoborate glass-ceramics |
US226773 | 1988-08-01 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0269335A true JPH0269335A (ja) | 1990-03-08 |
Family
ID=22850342
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1190394A Pending JPH0269335A (ja) | 1988-08-01 | 1989-07-21 | アルカリ土類金属アルミノホウ酸塩ガラスセラミックおよびその製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
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