JPH09255360A - 結晶性ガラス組成物 - Google Patents

結晶性ガラス組成物

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JPH09255360A
JPH09255360A JP9004396A JP9004396A JPH09255360A JP H09255360 A JPH09255360 A JP H09255360A JP 9004396 A JP9004396 A JP 9004396A JP 9004396 A JP9004396 A JP 9004396A JP H09255360 A JPH09255360 A JP H09255360A
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JP
Japan
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crystalline glass
glass
powder
composition
zirconia
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JP9004396A
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English (en)
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Hiroyuki Oshita
浩之 大下
Kazuo Hatano
和夫 波多野
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Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
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Publication date
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C8/00Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/24Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions, i.e. for use as seals between dissimilar materials, e.g. glass and metal; Glass solders
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/062Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
    • C03C3/064Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
    • C03C3/066Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing zinc
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    • C03C8/08Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form containing phosphorus
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ジルコニアセラミックスに近い熱膨張係数を
有するとともに、被覆、接着又は封着に適した流動性を
示す結晶性ガラス組成物を提供する。 【解決手段】 重量百分率でZnO 40〜60%、B
23 15〜35%、SiO2 5〜20%、MgO
4〜20%、P25 0.2〜8%の組成を有する
結晶性ガラス粉末80〜100%と、フィラー粉末0〜
20%とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は結晶性ガラス組成物に関
し、より具体的にはジルコニアセラミックスの被覆、接
着又は封着に用いられる結晶性ガラス組成物に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、ジルコニアセラミックスを使用し
た電子部品が種々開発されている。例えば素子や部品に
ジルコニアセラミックスを使用したものとして、公害計
測や燃焼管理用、或いは自動車の排気ガスセンサーとし
て利用される酸素センサーが知られている。
【0003】ジルコニアセラミックスには、CaO、M
gO等を添加した安定化ジルコニアが使用されるが、こ
れは室温では絶縁体であり、センサーとして機能する半
導性を示すのは通常約600℃以上の高温域である。従
って酸素センサーを作製する場合、素子上に形成された
回路を被覆したり、部品を接着又は封着する材料として
耐熱性のある結晶性ガラスが使用されることが多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ジルコニアセラミック
スの被覆、接着又は封着に用いられる結晶性ガラスに
は、良好な流動性を示すことや、熱膨張係数がジルコニ
アセラミックスのそれ(約90〜100×10-7/℃)
に近いことが要求される。また酸素センサー用途の場合
は、さらに耐熱性や、電気絶縁性、即ち高い体積抵抗率
を有することも必要である。
【0005】しかしながら従来の結晶性ガラスにおい
て、ジルコニアセラミックスに近い熱膨張係数を有し、
且つ、被覆、接着又は封着に適した流動性を示すものは
ないのが現状である。
【0006】本発明の目的は、ジルコニアセラミックス
に近い熱膨張係数を有するとともに、被覆、接着又は封
着に適した流動性を示す結晶性ガラス組成物を提供する
ことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は種々の実験を
行った結果、ZnO−B23 −SiO2 系の組成を有
し、2ZnO・SiO2 結晶やZnO・B23 系結晶
を析出する性質を有する結晶性ガラスに、ガラス成分と
してMgOとP25 を所定量含有させることによっ
て、上記目的が達成できることを見いだし、本発明とし
て提案するものである。
【0008】即ち、本発明の結晶性ガラス組成物は、重
量百分率でZnO 40〜60%、B23 15〜3
5%、SiO2 5〜20%、MgO 4〜20%、P
25 0.2〜8%の組成を有する結晶性ガラス粉末
80〜100%と、フィラー粉末0〜20%とからなる
ことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明の結晶性ガラス組成物は、焼成すると2
ZnO・SiO2 結晶やZnO・B23 系結晶に加
え、高膨張のMgO・2B23 結晶やMg3 (PO
4 2 結晶が析出するため、ジルコニアセラミックスの
被覆、接着又は接着に必要な70〜90×10-7/℃程
度の熱膨張係数を示す。しかもP25 を含有するた
め、焼成中に適当な流動性が得られる。さらに結晶化が
十分に進むため、焼成後に再加熱を行っても流動するこ
とがなく高い耐熱性が得られ、またセンサー素子の絶縁
に必要な十分に高い体積抵抗率を示す。
【0010】結晶性ガラス粉末の組成を上記のように限
定した理由を述べる。
【0011】ZnOはガラスの構成成分であるととも
に、析出結晶の1種である2ZnO・SiO2 結晶の構
成成分となり、その含有量は40〜60%である。Zn
Oが40%より少ないとガラスの溶解が困難となり、6
0%より多いと2ZnO・SiO2 結晶の析出量が多く
なり過ぎて熱膨張係数が低下し、ジルコニアセラミック
スの膨張と適合しなくなる。
【0012】B23 はガラスの構成成分であるととも
に、ZnO・B23 系結晶やMgO・2B23 結晶
の構成成分となり、その含有量は15〜35%、好まし
くは20〜30%である。B23 が15%より少ない
とガラス化が困難となり、35%を超えると結晶化が不
十分となって耐熱性が低下する。
【0013】SiO2 はガラスの構成成分であるととも
に、2ZnO・SiO2 結晶の構成成分となり、その含
有量は5〜20%、好ましくは6〜15%である。Si
2が5%より少ないとガラスが不安定となり、20%
を超えると溶解性が悪くなる。
【0014】MgOはMgO・2B23 結晶やMg3
(PO42 結晶の構成成分となり、その含有量は4〜
20%、好ましくは4〜15%である。MgOが4%よ
り少ないと結晶量が少なくなって所望の熱膨張係数が得
られず、20%を超えると結晶化が進み過ぎてガラスの
流動性が悪くなる。
【0015】P25 はMg3 (PO42 結晶の構成
成分となるとともにガラスの流動性を向上させる成分で
あり、その含有量は0.2〜8%、好ましくは0.4〜
8%である。P25 を含有させることにより、結晶化
する過程で十分な流動性が得られるが、0.2%より少
ないとその効果がなく、8%を超えるとガラスが不安定
になり易く、またガラスの電気絶縁性が劣化するため好
ましくない。
【0016】なお結晶性ガラス粉末は、上記成分以外に
も特性を損なわない範囲で他の成分を含有させてもよい
が、酸素センサーのような電気絶縁性が要求される用途
に用いる場合、本質的にアルカリ金属酸化物を含有しな
いようにする必要がある。
【0017】また本発明の結晶性ガラス組成物は、熱膨
張係数を微調整するためにジルコニア(ZrO2 )、ア
ルミナ(Al23 )、ジルコン(ZrO2 ・SiO
2 )等のフィラー粉末を20重量%まで添加してもよ
い。なおフィラー粉末が20重量%を超えるとガラスが
相対的に少なくなるため、流動性が損なわれて好ましく
ない。また使用するフィラー粉末は、平均粒径が1〜5
μmのものを使用することが望ましい。
【0018】次に、本発明の結晶性ガラス組成物を用い
たジルコニア基板の被覆、接着又は封着方法について説
明する。
【0019】まず上記組成を有するように調合したガラ
ス原料を1300〜1400℃で約1時間溶融してガラ
ス化する。次いで溶融ガラスをフィルム状等に成形した
後、粉砕、分級してガラス粉末を作製する。ガラス粉末
は平均粒径は2〜5μm程度のものを使用する。また必
要に応じてフィラー粉末を添加し、混合する。なお被
覆、接着又封着時に生じるガラスの収縮を防止したい場
合は、ガラス粉末の一部又は全部を平均粒径が5〜8μ
m程度のガラス粉末で置換すればよい。
【0020】続いてガラス粉末、或いはガラス粉末とフ
ィラー粉末の混合粉末を、有機ビークルと混練してペー
ストを作製し、ジルコニア基板の所望の箇所に塗布し、
乾燥後、焼成すればよい。なお有機ビークルとしては、
エチルセルロース樹脂やアクリル樹脂等をテルピネオー
ルやブチルカルビトール等の溶剤に溶解させたものを使
用する。
【0021】
【実施例】以下、実施例に基づいて、本発明の結晶性ガ
ラス組成物を説明する。
【0022】表1及び表2は本発明の実施例(試料N
o.1〜8)及び比較例(試料No.9、10)を示し
ている。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】各試料は次のようにして調製した。まず表
の組成を有するように調合したガラス原料を1350℃
で約1時間溶融してガラス化した。次いで溶融ガラスを
フィルム状に成形後、粉砕、分級し、平均粒径が4μm
のガラス粉末を得、試料No.1〜4及び試料No.7
〜10を得た。また試料No.5及び6については、さ
らにアルミナ(平均粒径2μm)やジルコン(平均粒径
2μm)を添加して試料とした。
【0026】このようにして得られた試料について、熱
膨張係数及び流動性を評価した。また50×50×1m
mの大きさのジルコニア基板(熱膨張係数 95×10
-7/℃)同士を接着し、接着性を評価した。また各試料
の550℃における体積抵抗率を測定した。結果を各表
に示す。
【0027】表から明らかなように、本発明の実施例で
ある試料No.1〜8は、30〜600℃における熱膨
張係数が75〜89×10-7/℃であり、また流動性、
接着性が良好であった。さらに何れの試料も体積抵抗率
が7.6Ω・cm以上と高かった。一方、比較例である
試料No.9は、熱膨張係数は本実施例と同等の76×
10-7/℃であり、また体積抵抗率も8.4Ω・cmと
高かったが、流動性が不足していた。このためジルコニ
ア基板を接着すると、基板とガラスとの界面に剥離が生
じ、接着できなかった。試料No.10は、流動性が良
好であり、また体積抵抗率も8.2Ω・cmと高かった
ものの、熱膨張係数が58×10-7/℃低く、このため
接着性が悪かった。
【0028】なお熱膨張係数は、試料を棒状にプレス成
形し、800℃で焼成した後、ディラトメーターにて測
定した熱膨張曲線から算出した。流動性は、ガラス比重
分の粉末を60kg/cm2 の圧力でプレスして20m
mφのボタンを作製し、これを800℃で焼成した後、
流動径が18mm以上のものを良、18mm未満のもの
を不良とした。接着性は次のようにして評価した。まず
各試料をエチルセルロースのテルピネオール溶液と混練
して粘度が500ps程度のペーストを作製した。次に
ジルコニア基板の表面にペーストを印刷して100℃で
乾燥させ、さらにその上に別のジルコニア基板を載せた
後、ベルト炉にて800℃で10分間焼成した。このよ
うにして得られた焼成体について、ジルコニア基板とガ
ラス層の界面に剥離がなく、2枚のジルコニア基板がガ
ラスによって接着されたものを良、接着できなかったも
の、或いは剥離等が生じたものを不良とした。体積抵抗
率の測定はJIS C2141に従って行い、焼結体を
2mmの厚みの試料に仕上げ、550℃にてメグオーム
メーターで測定した。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の結晶性ガ
ラス組成物は、ジルコニアセラミックスの被覆、接着又
は封着用ガラスに要求される諸特性を満足するものであ
り、ジルコニアセラミックスに適合した熱膨張係数を有
するとともに、良好な流動性を示す。それゆえ酸素セン
サー等の用途において、素子上に形成された回路の被覆
用、或いは部品の接着や封着用として使用される結晶性
ガラス組成物として好適である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量百分率でZnO 40〜60%、B
    23 15〜35%、SiO2 5〜20%、MgO
    4〜20%、P25 0.2〜8%の組成を有する
    結晶性ガラス粉末80〜100%と、フィラー粉末0〜
    20%とからなることを特徴とする結晶性ガラス組成
    物。
  2. 【請求項2】 結晶性ガラス粉末が、本質的にアルカリ
    金属酸化物を含有しないことを特徴とする請求項1の結
    晶性ガラス組成物。
JP9004396A 1996-03-18 1996-03-18 結晶性ガラス組成物 Pending JPH09255360A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4874492B2 (ja) * 2000-05-25 2012-02-15 株式会社ノリタケカンパニーリミテド ガラス組成物及び該組成物を含むガラス形成材料

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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