SE528970C2 - Nitridglas samt förfarande för framställning av nitridglas - Google Patents

Description

528 970 2 Genom att jämiöra Y-sialonglas med SiO2-Y2O3-A12O3-glas kimde en ökning i hårdhet pekas ut genom att introducera kväve i kiselglaset, där syreatomer delvis ersätts av N32 Hårdheten av glasen ökade med en ökning av kväveinnehållet.

R.E. Loehman, J. Non-Crys. Solids 56 (1983) 123-124 beskrev att blandningar av oxider och nitxider kunde smältas och släckas ut för att bilda glas. Genom att introducera kväve i oxosilikatglaset, förbättrades flera materialegenskaper, såsom ökning i glasövergângs- temperaturen, hårdhet, brottseghet, elastisk modul och kemisk beständighet.

Upplösningen av kväve i oxosilikatsmältor studerades vidare av E.A. Dancy och D. Jans- sen, Canadian Metallurgical Quarter 15[2] (1976) 103-110, vilka omsatte CaO-AlzOg- SiOz vid 1 550°C i l atm. Nz-gas. Mängden av 0,25-2,5 vikt-% kväve kunde inkorporeras genom denna teknik emedan så mycket som 4 vikt-% kväve kunde inkorporeras genom att lösa upp fast Si3N4 i smältan. Kvävekoncentrationen i smältan beror troligtvis på den starka och mycket gynnsamma trippelbindningen i Nz-molekylen.

Jack et al. beskrev bulkprover av oxinitridglas som erhålls genom tryckfri värmebehand- ling av en blandning av l4Y2O3-59SiO2-27AlN i en bomitriddegel vid 1 700°C i kväve- atmosfär. Detta prov fanns ha ett refiaktivt index av 1,76 och en kvävekoncentration av 9 vikt-% vilket motsvarar en OzN-halt av 86: 14.

Silikatglas tillverkas vanligtvis fiån oxosilikater. Den högsta möjliga kondenseringsgra- den i rena oxosilikater hittas för SiOz, vari varje syreatom koordineras av två kiselatomer.

Det är möjligt att bilda glas från ren SiOZ.

Denna glasforrn har visat sig ha många utmärkta fysiska egenskaper, såsom en hög smältpunkt, goda mekaniska egenskaper och transparens för UV-fotoner. Emellertid krävs en hög syntestemperatur för bildande av SiOZ-glas. Glasmodifierare såsom Na+, Kl' och Bal* sätts till SiOZ i olika koncentrationer fór att sänka smälttemperattnrerna och till- verkningskostnaden. Genom att introducera glasmodifierare bryts nätverksstrukturen av S102 delvis och en del av syreatomerna binds därför endast till en kiselatom. Syreatomer 528 970 3 som endast binds till en kiselatom kallas apexatomer och syreatomer som binds i två ki- selatomer benämns bryggatomer. De tredimensionella Si-O-nätverket i glaset kan bibe- hållas när endast en av fyra syreatomer av SiO4-tetrahedren är apex. Åtminstone tre sy- reatomer måste vara bryggor mellan två kiselatomer for att ge ett tredimensionellt nät- verk.

Denna restriktion av kondenseringsgraden gör det möjligt att bilda oxosilikatglas endast i kompositionsintervallet SiOz - MXSiOLS. Den högsta koncentrationen av glasmodifierare kan därför endast vara x = 1,0 monovalenta katjoner såsom Na* och KJ", x = 0,5 för diva- lenta katjoner såsom Ba2+ och Pbzi", x = 0,333 för trivalenta katjoner såsom La3+ och Y3+ och x = 0,25 för den fyrvalenta Th4+.

Konceptet av att introducera kväve i glaskemin har tidigare använts i sialonglas. Genom att släcka ut smältor av M-Si-Al-O-N från höga temperaturer erhölls glasfaser av sialoner med glasmodifierare såsom La3+ och Y”. Kompositionsgränsen med avseende på Ln (lantanid) innehållet, vilket användes som glasmodifierare, och kväveinnehållet uppnåd- des med kompositionen La5Si1OAI5O2-L5N5, som beskrevs av N.K. Schneider, H. Lemerci- er och S. Hampshire, Materials Science Forum, 325-326 (2000) 265-270. Denna kompo- sition ger det högsta lantan- och kväveinnehållet som hittills uppnåtts i ett nitridbaserat glas vid omgivningstryck. Den katj oniska kompositionen som ges i atom-% är då La: 25%, Si: 50% och Al: 25% och den anj oniska kompositionen som ges på samma sätt är O: 84,2% och N: 15,8%. Syntestekniken som används för framställning av sådana glas har begränsat kväveinnehållet såväl som glasmodifierarinnehållet (lantan i exemplet som närrms ovan).

Följaktligen har glasmaterialen som är tillgängliga i dag ett kväveinnehåll som motsvarar OzN-halten av 84,2: 15,8. Emellertid eftersom behov av nya glasmaterial med högre styr- ka och förbättrade fysiska egenskaper i andra avseenden, inte minst för olika optiska, ke- ramiska och beläggningsteknologiska applikationer, fortsätter att stiga, skulle det vara en stor fördel att tillhandahålla nya material med ännu bättre egenskaper. 528 970 4 Ett oxonitridglas med högre lantan- och kväveinnehåll har beskrivits av A. Makishima, M. Mitomo, H. Tanaka, N. Ii och M. Tsutsumi, Yogyo-Kyokai-Shi 88[l1] (1980) 701, vilket är möjligt att syntetisera endast vid högt kvävetryck (30 atm.). Kompositionen av detta glas har rapporterats som La19,3Si20,0O42,5N18,2, vilket motsvarar en La:Si-halt av 49:51 och en O:N-halt av 70:30.

W. Schnick et al. Chem., 9 (1999) 289 introducerade en väg att introducera kväve i sili- katkemi på annat sätt än den uppenbara reaktionen av silikatsmälta med Nz-gas för syntes av kristallina nitridosilikater, oxonitridosilikater och oxonitridoaluminosilikater, d v s ej glasmaterial, genom att använda elektropositiva metaller tillsammans med kiseldiimid (Si(NH)2) i en radiofrekvensugn. Den ovan närrmda syntesvägen användes följ aktligen endast för att producera kristallina faser.

Glasmaterialen som beskrivs ovan har vissa begränsningar i kemisk komposition med avseende på såväl kväveinnehåll som koncentration av glasmodifierare. Den kemiska kompositionen av sådana material är en viktig parameter för att definiera de fysiska egen- skaperna och av det skälet även för olika möjligheter i applikationer.

Ett problem med kväveinnehållande glas i dag är att det finns krav på ännu bättre fysiska egenskaper av glas än som de som är kända i dag. Det finns inga kända förfaranden for att öka kväveinnehållet av glas och därigenom försök att förbättra dess egenskaper. För- farandet av Makishima et al. har gett det högsta kända kväveinnehållet, men det förfaran- det har nackdelen av att kräva komplicerad utrustning och det är dyrt Sammanfattning av uppfinningen Det är ändamålet med föreliggande uppfinning att tillhandahålla ett nytt glasmaterial, och ett förfarande för dess tillverkning, för att därigenom lösa problemen som närrms ovan och för att möta behoven på denna punkt. 528 970 5 Föreliggande uppfinning riktar sig mot att lösa problemen som nämns ovan. Detta uppnås genom att producera nitridglas genom att använda elektropositiva element i deras metal- liska tillstånd, som nitrider eller andra föreningar som skulle transforrneras till metalliska tillstånd eller en nitrid, när de värms upp i kväveatmosfär, företrädesvis tillsammans med kiselnitrid och kiseloxid.

I en forsta aspekt avser föreliggande uppfmning ett nitridglas. Det nya glasmaterialet vi- sar klart överraskande och utmärkta egenskaper såsom extremt högt refraktionsindex och väldigt goda hårdhetsvärden.

I en andra aspekt avser föreliggande uppfinning ett forfarande för framställning av ett nitridglas, utan att använda högt kvävetryck under syntesen. Ett tillverkningsförfarande för nitridglas tillhandahålls, vari kväveinnehållet är möjligt att öka, jämfört med kända glasmaterialtillverkningsfórfaranden. Den atomiska halten av O:N är i intervallet från 65:35 till 0:l00.

Således, p g a det höga kväveinnehållet av glasen enligt uppfinningen, tillhandahålls uni- ka egenskaper eller förbättrade mekaniska egenskaper, såsom högt hârdhetsvärde, en hög smälta, och förbättrade fysiska egenskaper såsom ett högt refraktionsindex. Dessutom kan starka par av magnetiska glas erhållas genom att vända magnetiska f-element som glasmodifierare, varvid höga koncentrationer av de magnetiska jonema kan erhållas.

Detaljerad beskrivning av uppfmningen I en första aspekt avser föreliggande uppfmning ett nitridglas med den allmänna formeln axßyvz, vari a är åtminstone ett elektropositivt element som väljs från gruppen av alkalimetallema Na, K och Rb, de alkalina jordartsmetallema Be, Mg, Ca, Sr och Ba, övergångsmetallerna Zr, Hf, Nb, Ta, W, Mo, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Sc, Y, och La, huvudgruppelementen Pb, Bi, och f-elementen Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Pa och U; ß väljs från gruppen av Si, B, Ge, Ga och Al; och 528 970 6 y är N eller N tillsammans med O, varvid kväveinnehållet givet som atomhalt av O:N är högre än 65:35.

Atomhalten av O:N är företrädesvis högre än 65:35, mer föredraget högre än 41:59 och mest föredraget högre än 20:80.

En föredragen utföringsfonn är när ot är La och ß innefattar Si och atomhalten av 0:N är i intervallet från 65:35 till 0: 100.

I en andra aspekt avser föreliggande uppfinning ett förfarande för att framställa ett sådant nitridglas vilket innefattar stegen av att man: a) blandar kemikalier som motsvarar den önskade kompositionen genom att använda ot som en ren metall och/eller motsvarande metallnitrider eller metallhydrider eller någon annan förening som transformerar till motsvarande nitrid i kväveatmosfär under syntesen; b) värmer upp nämnda föreningar till åtminstone 1 00O°C i närvaro av kvävgas, för att därigenom erhålla en smälta; c) bibehåller temperaturen av steg b) tills att de blandade kemiska föreningarna har bildat en homogen smälta; och p d) kyler ner smältan till en temperatur under glasövergångstemperaturen och använder en kylningshastighet, som är tillräcklig för att erhålla en glasfas.

Kvävgasen är närvarande så länge som provet har en temperatur högre än l 00O°C för att undvika dissociering eller oxidation av glasprovet. Uppvärmningen i steg b) erhålls under 1 sekund till 60 timmar.

Temperaturen i steg c) tills att jämvikt uppnåtts, företrädesvis under 4-24 timmar. Tiden kommer att bero på olika parametrar, såsom ugnen som används i förfarandet och prov- kompositionen. 528 970 7 Syntestemperaturen eller smälttemperaturen av steg b) och c) är företrädesvis över 1 500°C och mer föredraget över 1 800°C, beroende på kompositionen av smältan. Ännu högre temperaturer kan användas.

Standardugnar kan användas i förfarandet för att framställa ett nitridglas enligt förelig- gande uppfinning. Emellertid är det viktigt att ugnen kan verka vid temperaturer från rumstemperatur till 2 000°C. I exemplen som presenteras nedan användes en grafitugn.

Andra ugnar som kan uppnå lika höga temperaturer, med möjligheten att släcka ut pro- vema, i kväveatrnosíär, kan också användas.

Fackmannen på området skulle känna till vilket slag av degelmaterial som kan väljas ef- tersom temperaturen av smältan kan vara över 1 500°C. Materialet som används i degeln bör vara icke reaktivt för smältan vid temperaturer åtminstone över syntestemperaturen som används beroende på glaset. Således bör fóreningama som används i förfarandet pla- ceras i en de gel som tillverkas av ett material såsom niobíum, tungsten, molybden, tantal eller bomitrid. Dessa material är möjliga att använda p g a deras höga smältpunkter såväl som att de är rätt icke reaktiva gentemot de smälta provema som bildas i syntesvägen.

Hittills har uppfinninarna undersökt niob, tungsten, molybden och tantal såväl som bor- nitrid. I fallet av BN kan en liten reaktion observeras mellan smältan och degeln. Detta visar samtidigt att BN kan introduceras i det nitridbaserade glaset. 528 970 8 Nya nitridglas kan framställas genom att använda detta nya syntestillvägagångssätt med ett stort antal kemiska kompositioner. ot är glasmodifieraren, eller elementet som inte är involverat i nätstrukturen, ß är katjonen som tillsammans med anjonen y bildar nätverks- strukturen. Halten otzß är i intervallet från 30:70 till 60:40, företrädesvis 51:49 till 60:40, beroende på kompositionen. Halten ßzy är i intervallet från 33:67 till 22:88. Den atomiska halten av O:N är i intervallet från 84:16 till 0: 100, företrädesvis i intervallet från 65:35 till 0:100. När ot är La och atornhalten av O:N är i intervallet från 65:35 till 0: 100.

Anjoner som kan fimgera som y-atomer är 02' och N31 Anjonen C4' kan också blandas med N3' eller med en blandning av 02' och N3' och fungerar som y-atomer.

Glaset enligt uppfinningen har ett hårdhetsvärde över 5 Gpa, företrädesvis över 9,9 Gpa och mer föredraget över 12,3 Gpa.

Alla erhållna glas uppvisade hårdhetsvärden över 5,0 Gpa och det högsta erhållna hård- hetsvärdet var 13,0 Gpa. Som ett exempel visade ett material med kompositionen LargSiizüióNgo, ett hårdhetsvärde över 10,6 Gpa. Hårdheten kan ytterligare förbättras genom värmebehandling, för att frigöra inre spärmingar av det utsläckta glaset, och ge- nom att optimera de kemiska kompositionema.

Glaset enligt uppfmningen har ett refiaktionsindex över 1,4, företrädesvis 1,9 och mer föredraget över 2,2. Det högsta refraktionsindex som hittills beskrivits för ett silikatglas, observerades på glasmaterialet enligt uppfinningen. De erhållna glasen enligt uppfinning- en har ett refraktionsindex över 1,4 och åtminstone en av glasen, med kompositionen LargSiizOióNgo, uppvisade ett refraktionsindex av 2,20. Genom att optimera den kemis- ka kompositionen, speciellt med avseende på glasmodifierama kan ytterligare förbättring av refiaktionsindexet förväntas.

Glas med magnetiska eller magnetooptiska egenskaper kan erhållas vari glasmodifiera- ren, ot, är ett magnetiskt element såsom Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Pa, U och Mn. Genom att använda dessa element i syntesen introduceras element 52.8 970 9 med kända starka paramagnetiska fält i glaset enligt uppfinningen. Syntesen och analysen av ett av dessa oxonitridglas som innehåller ett magnetiskt element beskrivs i Exempel 3 för provet med kompositionen Sm5,gSi4,2O6,0N7,4.

Element såsom kisel, aluminium och bor, tillsammans med syre och kväve, bildar nät- verksstrukturen av glaset. Andra element som vanligtvis har en högre jonisk radie och högre koordinationstal benämns glasmodifierare. Elementen som vanligtvis används som glasmodifierare i oxosilikatglas är natrium, litium, kalium, kalcium, strontium, barium, lantanider, bly, vismut och tenn. Element som är mest lämpliga som glasmodifierare i nitridbaserade glas är alkalimetaller, alkalina jordartsmetaller, sällsynta jordartsmetaller och i vissa fall övergångsmetaller.

Ett atmat skäl som gör vissa glasmodifierare mer lämpliga än andra är deras ângtryck vid högre temperaturer. Om alkalimetaller såsom Na, K och Rb används som glasmodifierare är det föredraget att använda glasmodifieraren i överskott, efiersom indunstning av alka- limetallen kan förekomma, och/eller att applicera högre kvävetryck för att förhindra möj- lig indunstning av alkalimetallen. Ångtrycket av alkalimetallen minskar med minskande atomtal.

Ytterligare en aspekt av föreliggande uppfixming är ett nitridglas som innehar magnetiska och/eller magnetooptiska egenskaper enligt den andra aspekten av föreliggande uppfin- ning, vari glasmodifieraren, ot, är åtminstone ett magnetiskt element såsom Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Pa och U.

Syntesen av kväverika silikatglas genomfördes genom att använda blandningar av ot- metaller, Si3N4, SiOz, AlN och BN. Metallema som användes i syntesförfarandet är elek- tropositiva och reagerar med Nz-gas som används för att bilda nitrider. Element såsom Ba transformeras troligtvis till olika nitrider och subnitrider och de mesta av de sällsynta jordartsmetallerna transformeras till LnN-stökiometriska föreningar. 528 970 10 ß-atomerna sätts in i blandningen i steg a) som en kemisk förening i formen av nitrider och oxider såsom Si3N4, SiOz, AlN och BN. Si-'basen kan vara Si3N4, Si(NH)2, Si, SiOz , och andra Si-baserade föreningar som transformerar till Si3N4 i Nz-atmosfár vid tempera- turer under 1 600°C. Al-basen kan vara AlN, Al2O3, Al, och andra Al-baserade förening- ar som reagerar för att bilda AIN i NZ-atmosfär vid temperaturer under 1 600°C. B-basen kan vara BN, element-B, 8203, H2B2O3 och andra B-baserade föreningar som transfor- merar till BN vid temperaturer under l 600°C. y-atomema skulle också sättas till bland- ningen som nitrider och/eller oxider av föreningarna som nämnts ovan. Dessutom kan y även sättas till blandningen i form av Nz-gas.

Alla elektropositiva element kan användas som glasmodifierare, ot är företrädesvis valt från gruppen av Be, Na, K, Rb, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Mo, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Pb, Bi, Lu, Mg, Y, Sc, Nd, Gd, Eu, Er, Tb, Tm, Dy, Yb, Th, Pa, U, Ca, Sr, Ba, La, Pr, Ce, Sm, Mn och Ho. Vidare är ot mer föredraget valt från gruppen av Lu, Mg, Y, Sc, Nd, Gd, Eu, Er, Tb, Tm, Dy, Yb, Th, Pa, U, Ca, Sr, Ba, La, Pr, Ce, Sm, Mn och Ho. Dessutom är u mest föredraget valt från gruppen av Ca, Sr, Ba, La, Pr, Ce, Sm, Mn och Ho.

De ovan nämnda elementen kan användas i syntesen som en elektropositiv metall, eller nitrid som innefattar en elektropositiv metall, eller en förening som innefattar ett elektro- positivt element som kan transformera till metalliskt tillstånd eller en nitrid när det värms upp i kväveatrnosfar. Detta betyder att när La kan inkorporeras i LaN. Exempel på sådana prekursonnetaller är La-metall, Ba-metall, NdN, CaHZ, etc. ot-atomerna introduceras vanligtvis i deras metalliska form vilken ombildas till nitrider i Nz-atrnosfären. y är anj onema i glasnätverket och är kväve eller kväve tillsarrnnans med syre med en komposition som beror på den ursprungliga kemiska kompositionen som används.

Genom att värma upp en komposition som innefattar de elektropositiva metallema, hu- vudgruppelementnitriderna, och/eller oxiderna, i kväveatmosfár och vid höga temperatu- 528 970 ll rer, kan en smälta med en specifik kemisk komposition erhållas, d v s den elektropositiva metallen oxideras av Nz-molekylen och omsätts med huvudgruppelementnitridema och/eller oxidema och en nitrid- eller oxonitridsmälta bildas slutligen. Denna smälta in- nehåller sedan katjoner av glasmodifierarna, t ex Bah, La3+, Sm3+, Gd3+, Dy3+ och en nätverksstruktur som består av Si(O,N)4 tetrahedrala, Al(O,N)4 tetrahedrala och B(O,N)3 trigonala bildningsblock i olika halter beroende på den ursprungliga kompositionen av blandningen som används. Det är rimligt att anta att anjonerna (O,N) är apexatomer Xm (bundet med en Si-atom) eller bryggatomer Xm (bundet två Si-atomer) och i vissa är de isolerade joner med kemiska bindningar endast till glasmodifierarjonerna som XW] (ingen bunden Si-atom).

Syntesmekanismen kan analyseras genom att pröva olika syntesparametrar såsom tid och temperatur. Den första delen av syntesfórfarandet är nitrideringen av den elektropositiva metallen, oc, vilken användes som glasmodifierare enligt formeln nedan, häri är a La: 2La(s) + N2(g) => 2LaN(s) Denna reaktion förekommer vid temperaturer långt under 1 0O0°C, och är i princip den enda reaktionen som äger rum vid dessa låga temperaturer. Vid högre temperaturer, van- ligtvis över 1 500°C, börjar LaN att reagera med Si3N4 och SiOZ och beroende på syntes- blandningen bildas en smälta vid en viss temperatur. Så fort som en partiell smälta bildas ökar kinetiken av reaktionen signifikant och smältan fortsätter att lösa upp rätt icke reak- tiva nitrider såsom Si3N4, AlN och BN. I detta skede har syntesblandningen bildat en full- ständig smälta och kompositionen av smältan definierar viskositeten och strukturen av smältan vilken är viktig för glasövergångstemperaturen och nedkylningshastigheten som krävs för att uppnå ett arnorft fast änme.

Smältan kan nu släckas ut till en temperatur under glasövergångstemperattiren. Utsläck- ningen kan genomföras på många olika sätt. Ett sätt är att överföra det smälta provet till en kallare kammare, emedan en mycket mer effektiv nedkylningshastighet kan erhållas genom att hälla det smälta provet på en kall metallyta, t ex vattenkyld kopparplatta. För 528 970 12 att frisätta de inre spänningama, som kan vara närvarande i ett utsläckt prov kan glaset värmebehandlas vid en temperatur under glasövergångstemperaturen. En sådan värmebe- handling kan ge bättre mekaniska egenskaper.

De erhållna glasmateríalen uppvisar väldigt låg värmestabilitet och är stabila vid tempe- raturer så höga som 1 000-1 500°C beroende på kompositionen av glaset. Kistalliserings- förfarandet av glasmaterialen börjar vanligtvis vid ca 1 200°C.

I föreliggande uppfimiing har kemikaliema lagrats och blandats tillsammans i en argon- fylld handskbox, för att undvika oxidering av lufi och fuktkänslika kemikalier såsom Ln- metaller. Kemikaliema för varje syntes vägs upp, blandas och mals i handskboxen och överförs sedan till en sj älvtillverkad niobdegel och försluts sedan med en lufttät plastpa- rafihn. Många andra deglar som är icke reaktiva till smältan som bildas och prekursonna- terialen som används kan också användas. Den fyllda niobdegeln transformeras till gra- fitugnen som används för dessa synteser. Grafitugnen har två kammare. Den övre kam- maren är den varma delen av ugnen där syntesen görs och den lägre delen av ugnen är den kallare delen där provet sänks ned för att släcka ut systemet till lägre temperaturer för snabb solidifering av oxonitridsmältan. Ugnen sköljs vanigtvis tre gånger med kvävgas före värmebehandlingsprogrammet sätts igång. Syntesema genomförs alltid i kvävgasat- mosfär. Provet värms upp till den önskade temperaturen, vilket kan ta från 1 sekund till 60 timmar, vanligtvis inom 2-4 timmar, det hålls vid en platå från 1 sekund till 60 tim- mar, vanligtvis under 4-24 timmar för att ge en fullständig reaktion och alla involverade kemikalier löses upp i smältan. Den korta tiden kan uppnås när provpulvret snabbt värms upp tills att en smälta erhålls, tex genom att hälla ett pulverprov med hög homogenitet genom en varm zon av en ugn varvid en smälta erhålls som snabbt kan kylas ned till en glasfas vid en kallare del av ugnen. Slutligen stängs ugnen av och provet sänks ned till den kallare delen av ugnen. Provet tas ut ur ugnen när den nått rumstemperatur. Niobde- geln tas bort från den solidifierade smältan och glasprovema kan användas för olika ana- lyser. Andra ugnar som kan ge temperaturer mellan rumstemperatur och omkring 2 000°C tillsammans med användningen av kvävgas kan också användas för ovanstående nämnda syntesändamål. Möjligheten av att släcka ut provet under glasövergångstempera- 528 970 13 turer är också en viktig egenskap för en ugn som skall kunna användas för syntesen av glaset enligt uppfinningen.

Kemikalierna som kan användas för syntesen av nitridglas är t ex Si3N4, SiOz, AIN, Al2O3, BN, B2O3 och metaller såsom sällsynta jordartsmetaller, alkalimetaller och alkali- na jordartsmetaller. Prekursormaterialen kan förändras på olika sätt. Det viktigaste är att erhålla nitriderna som behövs i reaktionen vid en högre temperatur när smältan bildas. , Målet är att få den rätta syre/kvävekompositionen i den slutliga smältan som släcks för att bilda glasfasen.

Ett speciellt föredraget är glas när ot innefattar La och ß innefattar Si.

I en tredje aspekt kan glasmaterialet enligt uppfinningen användas i ett antal applikatio- Iller.

En första utföringsforrn av den tredje aspekten av föreliggande uppfinning är en ytbe- läggning för att ge förbättringar i mekaniska egenskaper på ett objekt såsom glasögon, klockor och en glasyr, med önskad färg, på olika keramiska material.

En andra utföringsforrn av den tredje aspekten av föreliggande uppfinning är en syntetisk ädelsten. Kombinationen av högt refraktionsindex och möjligheten att färga glasmateria- let genom att använda olika f-element, tillsammans med goda mekaniska egenskaper gör detta nya glasslag till ett bra material för användning som syntetiska ädelstenar.

En tredje utföringsforrn av den tredje aspekten av föreliggande uppfinning är som magne- tooptiska anordningar vari A är åtminstone ett magnetiskt element såsom Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Pa, U och Mn. Höga koncentrationer av starkt mag- netiska element gör detta nya glasslag väldigt lämpligt som magnetooptiska komponenter för användning i CD- och/eller DVD-teknologi. Verdet-koefïicienten är parametem som definierar F araday-rotationen eller den magnetooptiska effekten, vilket är rotationen av planet av polariserat ljus som passerar genom ett material när det materialet exponeras för 528 970 14 ett externt magnetiskt fält. Verdet-koefficienten av ett glas varierar linjärt med koncentra- tionen för blandningen av olika sällsynta jordartsjoner och eftersom mycket högre kon- centrationer av sällsynta jordartsj oner kan inkorporeras i detta nya glasslag jämfört med traditionella oxosilikatglas, förväntas Verdet-koefficienten vara mycket högre för glaset enligt uppfinningen med magnetiska sällsynta jordartsjoner.

En fiärde utföringsfonn av den tredje aspekten av föreliggande uppfinning är som fiber- optisk såväl som andra optiska dataöverföringskomponenter. Detta kan uppnås genom det höga refraktionsindexet i det nya glaset, så högt som 2,20.

En femte utföringsform av den tredje aspekten av föreliggande uppfinning är som optiska anordningar såsom optiska linser. En av de viktigaste fysiska egenskaperna som är önsk- värd för produktion av optiska linser är högt refralctionsindex. Den nya glasföreningen har det högsta refraktionsindexet som hittills har observerats för silikatglas (n = 2,20).

Typiska värden för refraktionsindex i vanliga oxosilikatglas är n z 1,4. Det extremt höga refiaktionsindexet av glaset enligt uppfinningen är troligtvis p g a de höga koncentratio- nema av högt polariserade joner såsom Lay' och/eller Bak, vilket enkelt kan erhållas ge- nom detta nya syntesförfarande.

En sjätte utföringsform av den tredje aspekten av föreliggande uppfinning är som sint- ringstillsatsmedel för keramisk sintring. Egenskapema av glaset som hittas i korngränser- na av sialoner är avgörande för de mekaniska egenskaperna av keramiska material. Efter- som detta nya glas innehar goda mekaniska egenskaper såsom hög hårdhet såväl som hög värmestabilitet skulle det vara gynnsamt att använda som sintringstillsatsmedel för sialo- ner såväl som andra nitrider och oxonitrider.

En sjunde utföringsforrn av den tredje aspekten av föreliggande uppfinning är dess an- vändning som biokeramiska material, såsom ett implantat. Detta nya glas kan användas i kompositmaterial, tillsammans med andra föreningar, för användning som biokeramiska material i olika implantat. Det är gynnsamt p g a låg kemisk reaktivitet i kombination med goda mekaniska egenskaper. 528 970 15 Exempel I det följ ande kommer uppfinningen att beskrivas i större detalj med hjälp av exempel som är avsedda att endast illustrera ändamålen med uppfinningen och är inte avsedda att begränsa uppfinningens skyddsomfång.

Proven granskades genom att använda scanningclektronmikroskopi i kombination med EDX-analys, röntgenpulverdiffïaktion för att bekräfia amorft tillstånd av proven, hård- hetsmätningar genom hårdhetsexperiment, bestämning av refiaktionsindex genom att mäta upp Brewstcr-vinkeln, kemiska analysera av syre- och kväveinnehållet, oxidations- uppträdande och magnetisk mottaglighet.

Provema som analyseras i elektronmikroskop monterades i bakelit, polerades och täcktes med kol för att undvika lokala laddningar. Mikrostrulcturema och metallkompositionema analyserades i en JEOL JSM 820 utrustad med ett LINK AN 1000 EDX-analyssystem.

En fokuserande Huber Guiníer 670 röntgenkamera med en CuKa-strålningskälla använ- des för att detektera förekomsten eller för att bevisa frånvaron av kristallina faser i glas- proverna. XRPD-mönstren samlades upp i ZG-intervall 4-100° med en stegstorlek av 0,005°. De pulverformade proverna monterades på en spinntejp.

Hårdhcten av de nya glasmaterialen analyserades genom att använda Vickers hårdhets- uppmätningar. En pyramidal diamanttand (indenter) med en applicerad laddning av l 000 g användes. 3-5 indragningar genomfördes för varje prov. Provema granskades efieråt med ljusmikroskopi och diagnollängderna av indragningarna mättes upp. Den ge- nomsnittliga diagonala genomsnittslängden av varje indragning användes för beräkning av Vickers-hårdheten genom att använda följande formel: Hv = (1 854 kgfinmZ/gfimHñF/d* 528 970 16 där F är törsöksladdningen I gram och d är den genomsnittliga diagonala längden av in- dragningen, uttryckt i mikroner. En forsöksladdning av 1 000 g och en genomsnittlig dia- gonallängd av indragningen av 40 um skulle ge ett hårdhetsvärde av Hv = 1 159 kgf/mmz. Vickers-hårdheten kan ombildas till Si-enheter genom följande formel: H = Hv kgf/mmz [(9307 Nmgn/(ioämz/mmö] där H är hårdheten i Pa.

Syre/kväveinnehâllet analyseras genom att använda en Leco Detector (TV-436DR) ke- misk analysutrustning. Glasproverna analyserades genom att använda en törbrännings- teknik. Genom att värma upp provet i en grafitdegel lämnade syre- och kväveatomer pro- vet som gasformiga ämnen. Syreatomema reagerar med grafitdegeln och bildar koldioxid och analyseras genom att mäta upp infiaröd absorption. Kväveatomen lämnar som N2- molekyler och analyseras genom att mäta upp värmekonduktiviteten.

En av de viktigaste egenskaperna av amorfa material är fortplantningen av ljus genom det fasta ämnet och förändringen av riktningen av ljus mellan två olika medium. Dessa egen- skaper kan definieras som refraktionsindex av materialet givet vid en viss våglängd. Re- fraktionsindexet kan mätas upp genom olika tekniker. Tekniken som används for dessa glas är uppmätningen av Brewster-vinkeln. Vinkeln mellan inkommande och reflekterat ljus där maximal polarisering förekommer kallas Brewster-vinkeln eller polariserande vinkel otB. Förhållandet mellan Brewster-vinkeln och refraktionsindex ges av ekvationen: llaflfllg) = Il där n är refralctionsindex. 528 970 17 Exempel 1, syntes av oxonitridglas med kompositionen La4,8Si5¿O5,6N8,0 och dess optiska och mekaniska egenskaper: En blandning av La-metall, SiOz och Si3N4 vägdes upp och maldes varsamt i en argon- fylld handskbox. Kompositionen av blandningen som användes var 615,4 mg La, 177,4 mg SiOz och 207,2 mg Si3N4. Den malda blandningen överfördes till ett niobrör där en ände var försluten. Niobröret täcktes sedan av parafilm för att undvika oxidering av La-metall av luft när det transporterades till grañtugnen. Ugnen skölj des med kvävgas tre gånger innan värrneprogrammet sattes igång. Provet värmdes upp till 1 75 0°C fi-ån rumstemperatur under 2 timmar, och hölls vid denna temperatur i 22 timmar och släcktes sedan slutligen ut genom att sänka provet till den kalla delen av ugnen. Efter att ugns- temperaturen hade sänkts till rumstempertur togs provet bort fiån ugnskarnmaren. 5 mm stora delar av det erhållna glasprovet användes för EDX-analys och uppmätningar av refraktionsindex såväl som hårdhetsuppmätningar. Metallkompositionen som erhölls från BDX-analys av en polerad och koltäckt yta fanns vara 48(il sdv) at% La och 52(i1 sdv) at% Si. Detta resultat indikerar en mindre förlust av kisel under syntesen p g a den relativt höga temperaturen och den långa tempereringstiden. 0:N-kompositionen fanns vara 41:59, vilket tillsammans med EDX-analysen ger den totala kemiska komposi- tionen av La4,8Si5,2O5,6N8,0. Båda scarmingelektronmilrrograferna såväl som röntgenpul- verdiffraktionsexperimenten avslöjade ett homogent glasprov, fritt från alla kristallina faser.

Refraktionsindex farms vara n = 2,20(7) beräknat från den uppmätta Brewster-vinkeln 65,6°. Detta extremt höga värde av refraktionsindex är det högsta värdet som hittills har furmits för ett silikatbaserat glas. Indragningsexperimenten som användes för hårdhets- undersökning resulterade i ett hårdhetsvärde av 10,6 Gpa för det ovan nämnda provet. 528 970 18 Exempel 2, syntes av oxonitridaluminosilikatglas med kompositionen Q4,,;§Å3,3A¿ZQQ,3N_S,O och dess optiska och mekaniska egenskaper: Glasprovet med kompositionen La4,6Si3,3Al2,2O9,3N5,0 syntetiserades genom att blanda 787,6 mg La-metall 360,5 mg SiOz, 122,9 mg AIN och 46,8 mg Si3N4 noggrant i en ar- gonfylld handskbox. Reaktionsblandningen överfördes sedan till ett niobrör med ena än- den fórsluten, vilket täcktes med parafilm för att undvika oxidering av La-metall av luft under det att man transporterade den till grafitugnen för värmebehandling.

Grafitugnen sköljdes med kvävgas tre gånger före att man satte igång värmebehandling- en. Provet värmdes upp till 1 750°C från rumstemperatur under 2 timmar, hölls vid denna temperatur i 30 timmar och släcktes ut genom att sänka provet till den kallare kammaren av grafitugnen. Det erhållna glasprovet togs bort från grafitugnen när den nått rumstem- peratur, och klyvdes till ~ 5 mm stora delar fór ytterligare polering och användning för olika analysändamâl.

Scanningelektronmikrografer såväl som röntgenpulverdiffraktionsmönster visade otvety- digt ett homogent glasprov med inga spår av kristallina faser. EDX-analys av en koltäckt polerad yta var följande metallkomposition: 46(i1 sdv) at% Si och 22(:L-1 sdv) at% Al.

O:N-kompositionen farms vara 65:35, vilket tillsammans med metallkompositionen ger en kemisk stökiometri av La4,6Si3,3Al2,2O9,3N5,0. Refraktionsindex som beräknas fiån den uppmätta Brewster-vinkeln fanns vara 1,95(2), vilket motsvarar en Brewster-vinkel av 62,8°. Hårdhetsvärdet som erhölls fi-ån indragningsexperimenten var 10,3 Gpa.

Exempel 3, syntes av oxonitridglaset med kompositionen Sm5,8Si4,2O6,0N7,4 och dess optiska, mekaniska och magetiska egenskaper: En sats av 1,0 g blandning innehållande Sm, Si3N4 (SiN4ß) och SiOz med den molara hal- ten av Sm:SiN4,3:SiO2 motsvarande 7,33:5,5. Blandningen maldes noggrant i en argon- fylld handskbox och överfördes till ett niobrör med ena änden fórsluten och värmebe- handlades i en grafitugn i kväveatmosfär. Blandningen värms upp till 1 750°C under 2 528 970 19 timmar, hölls vid denna temperatur i 22 timmar och släcktes sedan till en temperatur un- der glasövergångstemperaturen genom att sänka ned provet till den kallare kammaren av grafitugrien. Provet togs bort fiån ugnen när det hade kylts ner till rumstemperatur och 5 mm stora delar skars ut för olika analyser.

Scanningelektronmikrografer såväl som röntgenpulverdifíraktionsmönster visade otvety- digt ett homogent glasprov med inga spår av kristallina faser. EDX-analysen av en kol- täckt polerad yta gav följande metallkomposition: 58(il sdv) at% Sm och 42(il sdv) at% Si. O:N-kompositionen antogs vara densamma som hittades för motsvarande lantan- innehållande glas, vilket skulle ge en O:N-halt av 45:55. 0:N-kompositionen tillsammans med metallkompositionen ger en kemisk stökiometri av Sm5,;Si4,2O6,0N7,4. Refraktionsin- dex beräknat från den uppmätta Brewster-vinkeln fanns vara 2,03(2), vilket motsvarade en Brewster-vinkel av 63,8°. Hårdhetsvärdet som erhölls från indragningsexperimenten var 11,4 Gpa. Uppmätningarna av magnetisk mottaglighet gav en paramagrretisk signal och temperaturberoende som var typisk fór Smæ-innehållande prover. Sm3+ är en magne- tisk jon, och visade därigenom att höga koncentrationer av de magnetiska jonema kan erhållas. Mottaglighetskurvan stämde väl med den temperaturberoende mottagligheten som farms för Sm2O3.

Exempel 4, syntes av oxonitridborsilikat med den nominala kompositionen IÅs,1_S_i6,s1_3.1,sQ1LNv,a En blandning av 1,5752 g La-metall, 0,721 g SiO2, 0,0468 g Si3N4 och 0,075 g BN mal- des varsamt i en argonfylld handskbox. Den malda blandningen överfördes till en själv- tillverkad niobdegel. Degeln täcktcs med parafilm och transporterades till en grafitugn för värmebehandling. Grañtugnen sköljdes med kvävgas tre gånger före att man satte igång värmebehandlingsprograrnrnet. Provet värmdes sedan till 1 600°C i 2 timmar, hölls vid denna temperatur i 30 timmar, temperaturen höjdes sedan till 1 7 50°C och hölls vid denna nivå i 1 timme innan utsläckning till en temperatur under glasövergångstemperatu- ren genom att sänka ned provet till den kallare ugnskamrnaren. Provet togs bort från ug- nen när rumstemperatur hade uppnåtts och 5 mm' stora delar skars ut för olika analyser. 528 970 20 Scanningelektronmikrografiskt såväl som röntgenpulverdiffraktionsmönster visade otve- tydigt ett homogent glasprov med inga spår av kristallina faser. Den ovan nämnda analy- sen visade tydligt att BN-pulvret även hade lösts upp i glasprovet och därför integrerats i den amorfa glasstrukturen.

Resultaten visar tydligt att de fysiska och mekaniska egenskaperna av oxidglas såsom hårdhet, elastisk modul, brottseghet, och glasövergångstemperatur förbättras/höjs, när den atomiska strukturen av nätverket förstärks genom att ersätta syreatomen med kväve- atomen. Dessutom visar resultaten att ett väldigt högt refraktionsindex kan uppnås.

Ytterligare exempel Kemisk komposition av undersökta glas visas nedan. Alla kompositioner smältes vid 1 750°C i 22 timmar. G indikerar att glaset bildas och C indikerar att även en kristallin fas är närvarande.

Ex. Prov Kemisk Pr SiOg Si3N4 B nr. formel (Amorf) 5 Paf” PfggsiwmNß 0,6343 g 0,1495 g 0,2162 g ------- -- 38,76 viki-% 21,43 vila-tu, 39,80 vikt-fn) 6 Pr3<°*°> Pfwsiloom” 0,6953 0,1246 0,1801 ------- -- 45,44 19,09 35,46 7 Pr4<°> Pf,,,,simo10N1., 0,4676 0,2994 02330 ------- -- 24,98 37,51 37,51 8 Prsw) rrzgsiwowNl, 0,6591 0,1917 0,1492 ----- 42,30 28,85 28,85 9 Pfsßw) Pr7,,,siwowN,, 0,6591 0,1917 0,1492 00150 vikt- +B 42,30 28,85 28,85 % medei 1,5 10 Prswc) Prwsiwo,N,, 0,6719 01681 0,1599 ------- -- 43,41 25,47 31,13 11 Pr10<°> Pfgsilgosm, 06839 01458 01703 ------- -- 44,44 22,22 33,33 12 PI14 Prgmsiloomm 0,6493 01245 02262 ------- -- 40,01 18,00 41,99 13 Pf15<°> Pfzgsiwomh, 06676 01359 01965 ------- -- 42,30 20,20 37,50 528 970 21 Exempel nr. Prov Kemisk formel 14 GlaS La4,33Sl10Û7N13 15 GlflS La5,33Sl10O7N13 16 La4S110OgN12 17 Glas La5S11003N12 18 La7,57S11QO9N15 Exempel Prov Kemisk formel La S102 Si3N4 III. 19 P06, vikt-w, 46,43 30,13 37,45 LalßsllgomNlo IIlO1-% 20 Pzm, vikt-In. 58,09 23,57 13,35 La5,33S110O10N]2 IIIO1-% 21 P3(G) vila-vf, 65,59 19,35 15,06 La7,33Si10O10N14 mol-% 42,30 28,85 28,85 mol-% 16,21 59,46 24,32 22 Psw, vikt-v., 56,22 26,75 17,07 L85S1]0011N11 mO1-% 23 Pas, vua-% 64,25 21,34 13,91 La7S110OUN13 m01-% 31,1 1 mol-% 21,07 47,36 31,57 24 Pam, v11a-% 54,23 30,14 15,64 1.3.4,57S110012N10 m01-% 3 25 P9(G) vikt-% 62,85 24,45 12,69 La6,67Si10O|2N12 mol-% 40,01 35,99 24,00 mol-% 20,79 62,41 16,80 26 Q3(G,c) vikt-% 61,34 27,24 1 1,42 LB6S33Sl1OO13NU m01-% Kemisk komposition av undersökta glas visas nedan. Alla kompositioner smältes vid 1 500°C i 18 timmar, och sedan ökades temperaturen till 1 750°C i 30 minuter, och hölls vid denna temperatur i 30 minuter, och släcktes till rumstemperatur i en kall kammare av ugnen under flöde av kvävgas. 528 970 22 Exempel Prov Kemisk formel La SiOz Si3N4 III”. III. 27 vikt-% 53,90 18,85 27,24 EISO1 (G) La4,33Si10O-;N13 mol-% 24,12 39,26 36,45 28 vikt-% 63,10 15,09 21,80 EISOZ La6,33S11007N15 lIlO1-% 31,94 35,3Û 32,78 29 vikt-% 66,88 16,97 16,14 EISO5 (G) LauySimOgNß mol-% 34,60 40,59 24,81 30 vikt-% 59,83 09,77 30,41 L35,33S110O4N16 mO1-% 31 vikt-% 65,59 19,35 15,06 PISOl (G) LalßSimOmN 14 mol-% 42,30 28,85 28,85 Kemisk komposition av undersökta glas visas nedan. Alla kompositioner smältes vid l 700°C och 1 200°C i 19,5 timmar (kompositionerna smältes vid 1 700°C i (2 + 12) timmar och sedan vid 1 200°C i 4 timmar och den sista kömingen gjordes vid 1 700°C i 1,5 timmar). Detta baserat på ett gram. Partiellt glas indikeras när en glasfas bildas och en del av det resulterande materialet är laistallint. Kristallema inkorporeras i glasmassan.

Det fmns omkring 30-80 volym-% glas i de nedan nänmda syntesexemplen.

Ex. Prov nr. vikt-% nr. Kemisk fonnel Ca S102 Si3N4 Resultat 32 Ca Ca9S110O14N10 39, 33 Ca 2B CagßSiwOßNn 40,74 41,79 17,48 35 Ca4B Ca10,5Si10O11N13 43,77 34,38 21,85 G G 34 Ca3B CawSiwOlzNlz 42,28 38,03 19,69 G G G 36 Ca Ca12S110O10N14 37 Ca 6B CaSSiIOONNw 27,30 40,91 31,79 G+C 38 Ca 7B Ca4,5Si10O11N9 25,02 45,85 29,13 G+C 39 Ca 8B Ca4Si10O12Ng 22,66 50,95 26,38 G+C 40 Ca 9B Ca3,5Si10O13N-; 20,21 56,26 23,53 G 41 Ca 10B Ca3SimO14N6 18,14 63,46 21,12 G+C 528 970 23 Proverna smältes vid 1 7 50°C i 30 timmar och kyldes därefier ned till rumstemperatur (inuti ugnen under flöde av NZ).

Ex Prov Kemisk formel La SiO; AlN Si3N4 nr. nr. 42 vikt (gm) 0,7876 0,3605 0, 1229 0,0468 A2 La5_67Sl7Al3O12N10 mOl-% 36,1 8 3 19, 8 NB. Alla ovanstående kompositioner smältes i grafithållaren (liten i storlek) och proverna var inuti Nb-röret, och dessutom under nedkylning sattes N; in genom lägre/kall kamma- re i stället för varm kammare.

Prov SmE3, SmP9, GdE3 och GdP9 smältes vid 1 750°C i 22 timmar och SmA2 och GdA2 smältes vid 1 750°C i 30 timmar, kyldes därefier till rumstemperatur (inuti ugnen under flöde av N2) Se notering.

Ex. Prov Kemisk formel Sm Gd SiOz AlN Si3N4 m. nr. 43 SmP9 vikt (gm) 1,5036 ----- 0,3605 ----- 0,1871 SmmSiwOlzNn mol-% 50,00 ----- 30,00 ----- 20,00 44 GdP9 vikt (gm) ----- 1,0483 0,3605 ----- 0,187 1 (G+C) Gd6_67Si10012N12 mol-% ----- 40,01 35,99 ----- 23,99 NB. Alla ovanstående kompositioner smältes i grafithållaren (liten i storlek) och prover fanns inuti Nb-röret, dessutom under nedkylning sattes N; in genom lägre/kall kammare i stället för varm kammare.

Proverna smältes vid 1 750°C i 22 timmar, därefter kyldes de ned till rumstemperatur (inuti ugnen under flöde av NZ) Se notering. 528 970 24 Ex. Serie Kemisk formel Sm Gd La SiOz AlN Si3N4 III. III. 45 vikt ----- ----- 0,3004 ----- 0,2338 Sm1|S1100mN14 (G) mol-% ----- ----- 23,81 ----- 23,81 52,39 46 Vikt ----- 0,4l98 ----- 0,3605 ----- 0,187l Gdl GdzflSiwOlzNg (G+C) mol-v., 21,07 47,36 31,58 m<>1-% 44,44 33,33 16,22 22,22 47 vikt o,s793 O,4206 0,0409 o,o935 Lal La6,33S19A11Û14N]0 (G) mol-% ----- ----- 38,76 42,86 06,12 12,25 Ex Serie Kemisk Ho SiOz AlN Si3N4 nr. nr. formel 48 1,044 O,4206 0,0409 0,0935 H01 HO5,33S19A11O14N10 (G+C) 38,76 42,86 06,12 12,25 NB. Alla ovanstående kompositioner smältes i grafithållaren (liten i storlek) och provema var inuti Nb-röret, dessutom under nedkylning sattes N; in genom den lägre/kallare kam- mare i stället för varm kammare.

Ex Serie Kemisk formel La Gd SiOz AlN Si3N4 nr. nr. 49 La2 LagSigAlzOmNu vikt (gm) --- --- 0,3004 0,0819 O,1403 (G) ^ 1,1113 --- --- 27,78 11,11 16,67 mol (%) 44,44 50 Dy2 DyóSiwOmNlo vikt (gm) 1,1375 --- O,4206 --- O,1403 (6,0) 37,50 43,75 18,75 mol (%) 528 970 25 Ex Serie Kemisk formel La Sm SiOz AlN Si3N4 nr. nr. 5 1 E10 13315781 10O9N15 Vikt-yo --- 1 --- 16, (G) mol-% 34,60 40,59 20,81 52 A2 L85,57Si7Al3O12N10 Vikt '-" (G) mol-% 42,30 23,08 23,08 11,54 Ex Serie Kemisk formel La Sm SiOz AlN Si3N4 nr. nr. 53 E10 La-hóqSiwOgNß vikt-% 66,88 --- 16,97 --- 16,14 (G) m<>1-% 34,60 40,59 20,81 54 A2 La5,67Si7Al3O12N10 vikt (gm) 0,7876 --- 0,3605 0,1229 0,0468 (G) mol-% 42,30 23,08 23,08 11,54

Claims (12)

20 25 528 970 26 Patentkrav

1. Nitridglas med den allmänna formeln otxßyyz, kännetecknat av att ot är åtminstone ett elektropositivt element som väljs från gruppen av alkalimetaller Na, K och Rb, alkalina jordartsmetaller Be, Mg, Ca, Sr och Ba, övergångsmetaller Zr, Hf, Nb, Ta, W, Mo, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Sc, Y, Mn och La, huvudgruppelement Pb, Bi, och f-element Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, Pa och U; ß innefattar Si och eventuellt åtminstone ett av elementen av gruppen av B, Ge, Ga och Al; och y är N eller N tillsammans med O, varvid atomhalten av O:N är i intervallet från 65:35 till 0: 100.

2. Nitridglas enligt krav l, kännetecknat av att ot väljs från gruppen av Lu, Mg, Y, Sc, Nd, Gd, Eu, Er, Tb, Tm, Dy, Yb, Th, Pa, Ca, Sr, Ba, La, Pr, Ce, Sm, Mn Och H0-

3. Nitridglas enligt krav 1-2, kännetecknat av att ot väljs från gruppen av Ca, Sr, Ba, La, Pr, Ce, Sm, Mn och Ho.

4. Nitridglas enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att halten ouß är i intervallet från 30:70 till 60:40, företrädesvis i intervallet från 41:59 till 60:40.

5. Nitridglas enligt något av kraven 1-4, kännetecknat av att halten ßzy är i intervallet från 33:67 till 22:78.

6. Nitridglas enligt något av kraven 1-5, kännetecknat av att ß år Si.

7. Nitridglas enligt något av krav l-6, kännetecknat av att hårdhetsvärdet för glaset är över 5 Gpa, företrädesvis över 9,9 Gpa och mest föredraget över 12,3 Gpa. 10 15 20 25 30 528 970 27

8. Nitridglas enligt något av kraven 1-7, kännetecknat av att refraktionsindexet av glaset är över 1,4, företrädesvis över 1,9 och mest föredraget över 2,2.

9. Nitridglas enligt krav 1, kännetecknat av att glaset innehar magnetiska och/eller gnemagnetooptíska egenskaper och att ot innehåller åtminstone ett element som väljs fiån gruppen av Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Pa, U och Mn.

10. Förfarande för att framställa ett nitridglas enligt något av kraven l-9, kännetecknat av att det innefattar stegen av att man a) blandar kemikalier som motsvarar den önskade kompositionen genom att använda ot som en ren metall och/eller motsvarande metallnitríder eller metallhydrider eller någon annan förening som transfonnerar till motsvarande nitrid i kväveatmosfár under syntesen; b) värmer upp nämnda föreningar till åtminstone l 000°C i närvaro av kvävgas, för att därigenom erhålla en smälta; c) bibehåller temperaturen av steg b) tills att de blandade kemiska föreningarna har bildat en homogen smälta; och d) kyler ner smältan till en temperatur under glasövergångstemperaturen och använder en nedkylningshastighet som är tillräcklig för att erhålla en glasfas.

11. l 1. Förfarande enligt krav 10, kännetecknat av att temperaturen i steg b) och c) är över 1 500°C, och företrädesvis över 1 800°C.

12. Nitridglas med den allmänna formeln axßyyz, vari ot är åtminstone ett elektropositivt element valt från gruppen av alkalimetallerna Na, K och Rb, alkalina jordartsmetaller Be, Mg, Ca, Sr och Ba, övergångsmetallema Zr, Hf, Nb, Ta, W, Mo, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Sc, Y, och La, huvudgruppelementen Pb, Bi, och f-elementen Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, Pa och U; ß väljs från åtminstone ett av elementen av gruppen som innefattar Si, B, Ge, Ga och Al; och 10 15 528 970 22 y är N eller N tillsammans med O, varvid atomhalten av O:N är i intervallet från 65:35 till 02100, kännetecknat av att nitridglaset framställs med ett förfarande som innefattar stegen av att man: a) blandar kemikalier som motsvarar den önskade kompositionen genom att använda ot som en ren metall och/eller motsvarande metallnitrider eller metallhydrider eller någon annan förening som transformerar till motsvarande nitrid i kväveatmosfár under syntesen; b) värmer upp nämnda föreningar till åtminstone l 000°C, företrädesvis över 1 500°C, och mer föredraget över 1 800°C i närvaro av kvävgas, för att därigenom erhålla en smälta; c) bibehåller temperaturen av steg b) tills att de blandade kemiska föreningarna har bildat en homogen smälta; och d) kyler ner smältan till en temperatur under glasövergångstemperatiiren och använder en nedkylningshastighet som är tillräcklig for att erhålla en glasfas.