着色玻璃及其制造方法
阅读说明:本技术 着色玻璃及其制造方法 (Colored glass and method for producing same ) 是由 池西干男 丹野义刚 金子将士 广川奈绪美 于 2019-01-31 设计创作,主要内容包括:本发明的课题在于,提供一种折射率大的着色玻璃及其制造方法。本发明提供一种玻璃,其折射率nd为1.75以上,该玻璃包含以厚度1.0mm计可见光的透射率的最大值为50%以下的部分。(The present invention addresses the problem of providing a colored glass having a high refractive index and a method for producing the same. The present invention provides a glass having a refractive index nd of 1.75 or more, the glass including a portion in which the maximum value of visible light transmittance is 50% or less in a thickness of 1.0 mm.)
技术领域
本发明涉及着色玻璃及其制造方法。
背景技术
自古以来,像宝石那样具有强光泽的材料被广泛用作装饰品。具有强光泽的材料由于表面大量反射光,所以看起来闪亮。即,具有强光泽的材料的表面的反射率大。在此,表面的反射率越大,折射率也越大。因此,折射率大的材料可以具有像宝石那样的强光泽。
在宝石中,以金刚石为代表存在大量具有强光泽的透明性高的宝石。另一方面,着色而透明性低的宝石较少具有强的光泽。然而,即使是透明性低的材料,如果具有强的光泽,则装饰性高,是有用的。此外,如果是与宝石相比加工性更优异且能以低价获得的材料,则有用性进一步提高。
作为折射率大、加工性比宝石更优异、能以低价获得、进而可以着色的材料,可举出玻璃。对玻璃进行着色而降低透射率的方法在专利文献1中有公开。在专利文献1中公开了以下内容:对于P2O5-WO3类玻璃、P2O5-Nb2O5类玻璃、P2O5-TiO2类玻璃,通过在高温下将其暴露于非氧化性气氛而使玻璃着色。然而,在专利文献1中,即使在厚度2mm下,玻璃的透射率也较低、为60%左右。因此,要求进一步着色的玻璃、即要求透射率更低的玻璃。现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-201041号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明鉴于这样的情况而成,其目的在于,提供折射率大的着色玻璃及其制造方法。
解决问题的方法
本发明的要点如下所述。
(1)一种玻璃,其折射率nd为1.75以上,
上述玻璃包含换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为50%以下的部分。
(2)一种玻璃,其折射率nd为1.75以上,
上述玻璃包含Ti3+的含量为0.1质量ppm以上的部分。
(3)一种玻璃,其折射率nd为1.75以上,
上述玻璃包含电导率为10-8S/cm以上的部分。
(4)根据(1)~(3)中任一项所述的玻璃,其为磷酸盐玻璃。
(5)根据(1)~(4)中任一项所述的玻璃,所述玻璃含有作为玻璃成分的Nb离子,其含量为1阳离子%以上。
(6)根据(1)~(5)中任一项所述的玻璃,所述玻璃含有作为玻璃成分的Ti离子,其含量为0.5阳离子%以上。
(7)根据(1)~(6)中任一项所述的玻璃,所述玻璃含有作为玻璃成分的Li+及Na+,其合计含量为0.1阳离子%以上。
(8)根据(1)~(7)中任一项所述的玻璃,其平均线膨胀系数为50×10-7K-1以上。
(9)根据(1)~(8)中任一项所述的玻璃,其中,
上述玻璃基于JOGIS的耐酸性为1级。
(10)根据(1)~(9)中任一项所述的玻璃,其包含结晶化的部分。
(11)根据(1)~(10)中任一项所述的玻璃,其包含经化学增强的部分。
(12)一种复合玻璃,其包含:
金属材料及陶瓷中的任一者或两者、和
(1)~(11)中任一项所述的玻璃。
(13)一种玻璃的制造方法,上述玻璃的折射率nd为1.75以上,且包含换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为50%以下的部分,
该方法包括:
在还原性气氛中对成型后的玻璃进行热处理的工序。
(14)一种玻璃的制造方法,上述玻璃的折射率nd为1.75以上,且包含换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为50%以下的部分,
该方法包括:
在还原性气氛中得到熔融玻璃的工序。
(15)一种玻璃的制造方法,上述玻璃的折射率nd为1.75以上,且包含换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为50%以下的部分,
该方法包括:
在熔融气氛中附加水蒸气的工序。
附图说明
图1示出本发明的实施方式的玻璃在波长400~760nm的透射率的一例。
图2示出本发明的实施方式的玻璃在波长400~760nm的透射率的一例。
图3示出本发明的实施方式的玻璃在波长400~760nm的透射率的一例。
图4示出本发明的实施方式的玻璃在波长400~760nm的透射率的一例。
图5示出本发明的实施方式的玻璃在波长400~2500nm的透射率的一例。曲线图从上起依次表示在熔融工序中未进行气氛控制(比较例4-1)、添加0.1wt%的醇(实施例4-1)、添加0.3wt%的醇(实施例4-2)、添加0.5wt%的醇(实施例4-3)、添加5wt%的醇(实施例4-4)的情况。
图6用示意图示出在本发明的实施方式中用于对玻璃施加电压的装置的一例。
图7示出在本发明的实施方式的玻璃中局部脱色的情况的一例。
图8示出本发明的实施方式的玻璃中的脱色部分及非脱色部分的透射率的一例。实线的曲线图从上起依次表示脱色后(脱色部分)、脱色前(非脱色部分)。
图9用照片示出本发明的实施方式的玻璃中的脱色部分与非脱色部分的边界的截面的一例。
图10是本发明的实施方式的玻璃在可见光区域中的透射率曲线。
图11是本发明的实施方式的玻璃在可见光区域中的透射率曲线。
图12是本发明的实施方式的玻璃在可见光区域中的透射率曲线。
图13是本发明的实施方式的玻璃在可见光区域中的透射率曲线。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式详细地进行说明。在本实施方式中,基于阳离子%表示的各成分的含有比率对本发明的玻璃进行说明。因此,以下只要没有特别记载,各含量中的“%”表示“阳离子%”。
阳离子%表示是指,将全部阳离子成分的含量的合计设为100%时的摩尔百分率。另外,合计含量是指,多种阳离子成分的含量(也包括含量为0%的情况)的合计量。另外,阳离子比是指,在阳离子%表示中,阳离子成分彼此间的含量(也包括多种阳离子成分的合计含量)的比例(比)。
玻璃成分的含量可以通过公知的方法、例如电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱分析法(ICP-MS)等方法进行定量。另外,在本说明书及本发明中,构成成分的含量为0%是指,实质上不含该构成成分,允许以不可避免的杂质水平含有该成分。
另外,在本说明书中,只要没有特别记载,折射率是指在氦的d射线(波长587.56nm)下的折射率nd。
以下,以第1实施方式、第2实施方式、第3实施方式、及第4实施方式的形式对本发明进行说明。需要说明的是,第2实施方式、第3实施方式、第4实施方式中的玻璃的特性与第1实施方式中的玻璃的特性是共同的。另外,第2实施方式、第3实施方式、第4实施方式中的各玻璃成分的作用、效果也与第1实施方式中的各玻璃成分的作用、效果同样。因此,在第2实施方式、第3实施方式、第4实施方式中,对于与与第1实施方式相关的说明重复的事项适宜省略。
第1实施方式
第1实施方式的玻璃的折射率nd为1.75以上,
该玻璃包含换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为50%以下的部分。
(折射率)
在第1实施方式的玻璃中,折射率nd为1.75以上、优选为1.76以上,进一步按照下述顺序更优选为1.77以上、1.78以上、1.79以上、1.80以上。折射率nd的上限没有特别限定,通常为2.50、优选为2.30。在本实施方式中,折射率nd可以直接测定,也可以降低玻璃的着色后测定。作为降低着色的方法,可列举例如后面叙述的施加电压的方法、及热处理。作为通过热处理降低玻璃的着色的方法,可列举在大气气氛中于Tg附近对玻璃加热数小时~数十小时的方法。
(透射率)
第1实施方式的玻璃包含着色的部分,具体而言,包含换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为50%以下的部分。本实施方式的玻璃包含换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值优选为40%以下的部分,另外,也可以包含透射率的最大值为30%以下、20%以下、15%以下、10%以下、5%以下、2%以下、或1%以下的部分。可见光的透射率的最大值可以为0%。换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。需要说明的是,可见光是指波长400~760nm范围的光。
另外,第1实施方式的玻璃包含换算成厚度1.0mm时在波长1100nm下的透射率优选为80%以下的部分,另外,可以包含在波长1100nm下的透射率为70%以下、60%以下、50%以下、45%以下、40%以下、35%以下、30%以下、25%以下、20%以下、15%以下、10%以下、5%以下、3%以下、1%以下、0.5%以下、0.3%以下、0.1%以下、0.05%以下、或0.03%以下的部分。换算成厚度1.0mm时在波长1100nm下的透射率为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。
在第1实施方式的玻璃中,在着色部分即换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为50%以下的部分、和除此以外的部分,其玻璃成分组成相同。另外,在着色部分、和通过后面叙述的方法施加电压而进行了脱色后的部分,其玻璃成分组成也相同。然而,在着色部分与除此以外的部分,存在玻璃成分(阳离子)的价数不同的情况。在着色部分和脱色后的部分也同样存在玻璃成分(阳离子)的价数不同的情况。对于换算成厚度1.0mm时在波长1100nm下的透射率为80%以下的部分、和除此以外的部分也同样。
以下,对第1实施方式的玻璃详细地进行说明。
(Ti3+的含量)
第1实施方式的玻璃优选包含Ti3+的含量为0.1质量ppm以上的部分,另外,也可以包含Ti3+的含量为0.3质量ppm以上、0.5质量ppm以上、1质量ppm以上、5质量ppm以上、15质量ppm以上、25质量ppm以上、50质量ppm以上、70质量ppm以上、或90质量ppm以上的部分。Ti3+的上限没有特别限定,通常为10000质量ppm、优选为5000质量ppm。Ti3+的含量为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。Ti3+的含量可以通过ESR(电子自旋共振法)来测定。
在第1实施方式的玻璃中,着色优选为起因于玻璃成分的还原色,更优选为起因于过渡金属的还原色。作为过渡金属,可列举例如Ti、Nb、Bi及W。
玻璃对应于这些过渡金属的价数而显色。例如,在作为玻璃成分而含有的Ti中,4价Ti4+被还原成3价Ti3+时,玻璃被着色。关于Nb、Bi及W也同样地,被还原而价数变化时,玻璃被着色。
因此,在本实施方式的玻璃中,4价Ti4+的一部分被还原而成为3价Ti3+的部分被着色,即,换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值可以成为50%以下。而且,通过将Ti3+的含量设为上述范围,可以提高该部分的着色程度。
(电导率)
第1实施方式的玻璃包含具有导电性的部分,优选包含电导率为10-8S/cm以上的部分,另外,可以含有电导率为10-7S/cm以上、10-6S/cm以上、10-5S/cm以上、5×10-5S/cm以上、10-4S/cm以上、5×10-4S/cm以上、10-3S/cm以上、5×10-3S/cm以上、或10-2S/cm以上的部分。电导率的上限没有特别限定,通常为102S/cm、优选为1S/cm。电导率为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。电导率可以通过例如交流阻抗法来测定。另外,将电导率的测定温度设为比玻璃化转变温度Tg低200℃的温度(Tg-200℃)以上且低于玻璃化转变温度Tg的温度。
在第1实施方式的玻璃中,对具有导电性的部分进行着色,即,换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值可以成为50%以下。降低玻璃的着色时,电导率减少,增大着色时,电导率增加。因此,对玻璃的着色或电导率中的任一者进行调整时,另一者也被调整。例如,可以调整玻璃的着色,使电导率为上述范围。
另外,在第1实施方式的玻璃中,通过在一定条件下对玻璃施加电压并通过离子传导使玻璃成分氧化,从而可以降低着色。即,通过在一定条件下对玻璃的着色部分施加电压,可以增加该部分的可见光的透射率。
具体而言,通过将第1实施方式的玻璃在加热至玻璃软化温度Ts以下的状态下实施电压,可以增加着色部分的透射率。
特别地,对于第1实施方式的玻璃的着色部分,在比玻璃化转变温度Tg低200℃的温度(Tg-200℃)以上且软化点以下的温度范围内,在大气气氛中使电极与研磨至厚度1.0mm的玻璃的厚度方向接触,在电压20kv以下、处理时间5小时以内的条件下施加电压,此时,可以使在波长400~760nm下的透射率的最大值在施加电压前后的变化量为10%以上。
在上述的处理中,也可以通过局部地施加电压而脱色成图案状。
需要说明的是,在本实施方式的玻璃中,玻璃化转变温度Tg的范围优选为350~850℃,进一步按照下述顺序更优选为370~830℃、380~800℃、400~770℃、420~740℃、440~710℃、440~680℃。
(平均线膨胀系数)
在第1实施方式的玻璃中,平均线膨胀系数优选为50×10-7K-1以上,进一步按照下述顺序更优选为60×10-7K-1以上、70×10-7K-1以上、75×10-7K-1以上、80×10-7K-1以上、85×10-7K-1以上、90×10-7K-1以上。平均线膨胀系数的上限没有特别限定,通常为200×10-7K-1、优选为150×10-7K-1。通过将平均线膨胀系数设为上述范围,在实施了后面叙述的化学增强的情况下,可以提高玻璃的强度。
平均线膨胀系数的测定方法按照日本光学玻璃(硝子)工业会标准JOGIS08-2003“光学玻璃的热膨胀的测定法”。其中,将圆棒状的试样的直径设为5mm。
(耐酸性减重率Da)
在第1实施方式的玻璃中,耐酸性减重率Da的等级优选为1~2级,更优选为1级。
耐酸性减重率Da按照日本光学玻璃工业会标准JOGIS06-2009的规定来测定。具体而言,将与比重相当的重量的粉末玻璃(粒度425~600μm)放入铂笼,并将其浸渍于加入有0.01mol/L硝酸水溶液的石英玻璃制圆底烧瓶内,在沸腾水浴中进行60分钟的处理,测定其在处理前后的减重率(%)。将基于耐酸性减重率Da的等级示于表A。
[表A]
级
减重率(%)
1
小于0.20
2
0.20以上且小于0.35
3
0.35以上且小于0.65
4
0.65以上且小于1.20
5
1.20以上且小于2.20
6
2.20以上
(βOH)
在第1实施方式的玻璃中,下述式(1)表示的βOH的值的下限优选为0.3mm-1,进一步按照下述顺序更优选为0.4mm-1、0.5mm-1、0.6mm-1、0.7mm-1、O.8mm-1、0.9mm-1、1.0mm-1、1.05mm-1、1.1mm-1、1.15mm-1。另外,βOH的值的上限优选为4.5mm-1,进一步按照下述顺序更优选为4.0mm-1、3.8mm-1、3.5mm-1、3.0mm-1、2.5mm-1、2.3mm-1、2.2mm-1、2.1mm-1、2.0mm-1。
βOH=-[ln(B/A)]/t···(1)
这里,在上述式(1)中,t表示在外部透射率的测定中使用的上述玻璃的厚度(mm),A表示对上述玻璃与其厚度方向平行地入射光时在波长2500nm下的外部透射率(%),B表示对上述玻璃与其厚度方向平行地入射光时在波长2900nm下的外部透射率(%)。另外,ln为自然对数,βOH的单位为mm-1。
需要说明的是,“外部透射率”是指,透过玻璃的透射光的强度Iout相对于入射到玻璃的入射光的强度Iin之比(Iout/Iin)、也就是还考虑了玻璃表面的表面反射后的透射率。透射率通过使用分光光度计测定透射光谱而得到。作为分光装置,可以使用“UV-3100(岛津)”。外部透射率可以直接测定,也可以降低玻璃的着色后测定。作为降低着色的方法,可列举例如后面叙述的施加电压的方法、及热处理。作为通过热处理降低玻璃的着色的方法,可列举将玻璃在大气气氛中于Tg附近加热数小时~数十小时的方法。
上述式(1)表示的βOH基于以下事实而规定:透射率根据起因于羟基的光的吸收而变化。因此,通过评价βOH,可以评价玻璃中所含的水(和/或氢氧化物离子)的浓度。即,βOH高的玻璃意味着玻璃中所含的水(和/或氢氧化物离子)的浓度高。
为了降低玻璃的着色而对玻璃施加电压、或对玻璃进行热处理的情况下,通过将βOH的值设为上述范围,可以缩短其施加时间或热处理时间。另一方面,βOH的值过大时,玻璃中所含的过渡金属离子成分容易以金属的形式析出。另外,玻璃熔解时,存在来自熔融玻璃的挥发物量增加的担忧。
(色调)
通过调整第1实施方式的玻璃在可见光区域(波长400~760nm)中的外部透射率,可以使玻璃的色调变化。具体而言,通过将玻璃的透射率曲线(将横轴设为可见光区域的波长(波长400~760nm)、将纵轴设为外部透射率)调整为具有给定特征的形状,可以使玻璃的色调变化。
例如,为了得到具有蓝色的玻璃、或带有蓝色的黑色玻璃,使可见光区域(波长400~760nm)中的透射率曲线具有下述特征即可。即,1)在波长400~450nm范围具有极大值并且在波长400nm下的透射率大于在波长760nm下的透射率;或者2)不具有极大值及极小值而在波长400~450nm范围具有透射率的最大值。
另外,为了得到具有红色的玻璃、或者带有红色的黑色玻璃,使可见光区域(波长400~760nm)中的透射率曲线不具有极大值及极小值而在波长700~760nm范围具有透射率的最大值即可。
此外,为了得到具有红紫色的玻璃、或带有红紫色的黑色玻璃,使可见光区域(波长400~760nm)中的透射率曲线在波长450~550nm范围具有极小值、并且使在波长400nm下的透射率小于在波长760nm下的透射率即可。
这里,极大值是指,在透射率曲线中外部透射率从增加转变至减少的点,极小值是指,在透射率曲线中外部透射率从减少转变至增加的点。透射率的最大值是指,可见光区域(波长400~760nm)中的外部透射率的最大值。
(玻璃组成)
关于第1实施方式的玻璃的玻璃组成,以下示出非限定性的实例。
第1实施方式的玻璃优选为磷酸盐玻璃。磷酸盐玻璃是指,主要含有P5+作为玻璃的网络形成成分的玻璃。作为玻璃的网络形成成分,已知有P5+、B3+、Si4+、Al3+等。这里,主要含有磷酸盐作为玻璃的网络形成成分是指,P5+的含量多于B3+、Si4+、Al3+中的任一者的含量。通过为磷酸盐玻璃,可以提高玻璃的着色程度。
在第1实施方式的玻璃中,P5+的含量的下限优选为10%,进一步按照下述顺序更优选为13%、15%、17%、20%。另外,P5+的含量的上限优选为50%,进一步按照下述顺序更优选为45%、43%、40%、38%、35%。
P5+是玻璃的网络形成成分,具有保持玻璃的热稳定性的作用。另一方面,过量含有P5+时,熔融性恶化。因此,P5+的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,B3+的含量的上限优选为35%,进一步按照下述顺序更优选为30%、25%、20%、15%、13%、10%。另外,B3+的含量的下限优选为0%,进一步按照下述顺序更优选为0.1%、0.3%、0.5%、1%、3%、5%。B3+的含量也可以为0%。
B3+是玻璃的网络形成成分,具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面,B3+的含量过多时,存在化学耐久性降低的倾向。因此,B3+的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,B3+的含量相对于P5+的含量的阳离子比[B3+/P5+]的上限优选为0.95,进一步按照下述顺序更优选为0.93、0.9、0.8、0.7、0.6、0.55、0.5。阳离子比[B3+/P5+]也可以为0。
在第1实施方式的玻璃中,Si4+的含量的上限优选为10%,进一步按照下述顺序更优选为7%、5%、3%、2%、1%。Si4+的含量也可以为0%。
Si4+是玻璃的网络形成成分,具有改善玻璃的热稳定性、化学耐久性、耐候性的作用。另一方面,Si4+的含量过多时,玻璃的熔融性降低,存在玻璃原料残留有未熔融部分的倾向。因此,Si4+的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,Al3+的含量的上限优选为10%,进一步按照下述顺序更优选为7%、5%、3%、1%。Al3+的含量也可以为0%。
Al3+具有改善玻璃的化学耐久性、耐候性的作用。另一方面,Al3+的含量过多时,折射率降低,玻璃的热稳定性降低,玻璃化转变温度Tg上升,熔融性容易降低。因此,Al3+的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,P5+、B3+、Si4+及Al3+的合计含量[P5++B3++Si4++Al3+]的下限优选为10%,进一步按照下述顺序更优选为15%、18%、20%、23%、25%。另外,合计含量[P5++B3++Si4++Al3+]的上限优选为60%,进一步按照下述顺序更优选为55%、53%、50%、45%、40%、37%。
在第1实施方式的玻璃中,作为玻璃成分,优选具有过渡金属,更优选具有用阳离子表示的选自Ti4+、Nb5+、Bi3+及W6+中的至少1种玻璃成分,进一步优选含有Ti4+。
在第1实施方式的玻璃中,Ti离子的含量的下限优选为0.1%,进一步按照下述顺序更优选为0.5%、1%、1.5%、2%、3%。另外,Ti离子的含量的上限优选为45%,进一步按照下述顺序更优选为40%、38%、35%、33%、30%。这里,Ti离子包含Ti4+、Ti3+等价数不同的全部Ti离子。
Ti离子与Nb离子、W离子及Bi离子同样,明显有助于高折射率化,而且具有增大玻璃的着色的作用。另一方面,Ti离子的含量过多时,玻璃的熔融性降低,存在玻璃原料残留有未熔融部分的倾向。因此,Ti离子的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,Nb离子的含量的下限优选为0.1%,进一步按照下述顺序更优选为0.5%、1%、5%、10%、13%、15%、17%。另外,Nb离子的含量的上限优选为50%,进一步按照下述顺序更优选为45%、43%、40%、38%。Nb离子包含Nb5+等价数不同的全部Nb离子。
Nb离子有助于高折射率化,是增大玻璃的着色的成分。另外,具有改善玻璃的热稳定性及化学耐久性的作用。另一方面,Nb离子的含量过多时,存在玻璃的热稳定性降低的倾向。因此,Nb离子的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,W离子的含量的上限优选为30%,进一步按照下述顺序更优选为25%、20%、15%、13%。W离子的含量也可以为0%。W离子包含W6+等价数不同的全部W离子。
W离子有助于高折射率化,而且具有增大玻璃的着色的作用。另一方面,W离子的含量过多时,存在玻璃的热稳定性降低的倾向。因此,W离子的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,Bi离子的含量的上限优选为35%,进一步按照下述顺序更优选为30%、28%、25%。Bi离子的含量也可以为0%。Bi离子包含Bi3+等价数不同的全部Bi离子。
Bi离子有助于高折射率化,而且具有增大玻璃的着色的作用。另外,Bi离子具有提高玻璃的膨胀的效果。另一方面,Bi离子的含量过多时,存在玻璃的热稳定性降低的倾向。因此,Bi离子的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,Ti离子、Nb离子、W离子的合计含量[Ti+Nb+W]的下限优选为0.1%,进一步按照下述顺序更优选为0.5%、1%、3%、5%、10%、15%、20%、22%。另外,合计含量[Ti+Nb+W]的上限优选为75%,进一步按照下述顺序更优选为70%、65%、63%、60%、58%。
在第1实施方式的玻璃中,Ti离子、Nb离子、W离子及Bi离子的合计含量[Ti+Nb+W+Bi]的下限优选为0.1%,进一步按照下述顺序更优选为0.5%、1%、3%、5%、10%、15%、20%、22%、25%。另外,合计含量[Ti+Nb+W+Bi]的上限优选为80%,进一步按照下述顺序更优选为75%、73%、70%、67%。
在第1实施方式的玻璃中,Ta5+的含量的上限优选为5%,进一步按照下述顺序更优选为3%、2%、1%。Ta5+的含量也可以为0%。
Ta5+具有改善玻璃的热稳定性的作用。另一方面,Ta5+的含量过多时,玻璃低折射率化,而且存在熔融性降低的倾向。因此,Ta5+的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,Ti离子、Nb离子、W离子及Bi离子的合计含量相对于P5+、B3+及Si4+的合计含量的阳离子比[(Ti+Nb+W+Bi)/(P5++B3++Si4+)]的下限优选为0.1,进一步按照下述顺序更优选为0.3、0.4、0.5、0.55、0.6、0.7。另外,阳离子比[(Ti+Nb+W+Bi)/(P5++B3++Si4+)]的上限优选为8,进一步按照下述顺序更优选为5、4、3、2.7、2.5。
在第1实施方式的玻璃中,作为玻璃成分,优选含有Li+及Na+中的任一者或两者,更优选含有Li+及Na+合计0.1%以上。通过使玻璃含有Li+或Na+,可以实施后面叙述的化学增强。
在第1实施方式的玻璃中,Li+的含量的上限优选为35%,进一步按照下述顺序更优选为30%、27%、25%、22%、20%。另外,Li+的含量的下限优选为0.1%,进一步按照下述顺序更优选为0.5%、1%、3%、5%、10%、15%。Li+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Na+的含量的上限优选为45%,进一步按照下述顺序更优选为40%、38%、35%、33%。另外,Na+的含量的下限优选为0.1%,进一步按照下述顺序更优选为0.5%、1%、3%、5%、10%、13%、15%、17%。Na+的含量也可以为0%。
通过使玻璃含有Li+或Na+,可以对玻璃实施后面叙述的化学增强。另一方面,Li+或Na+的含量过多时,存在玻璃的热稳定性降低的担忧。因此,Li+及Na+的各含量分别优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,K+的含量的上限优选为30%,进一步按照下述顺序更优选为25%、23%、20%、17%、15%。另外,K+的含量的下限优选为0.1%,进一步按照下述顺序更优选为0.3%、0.5%、1%。K+的含量也可以为0%。
K+具有改善玻璃的热稳定性的作用。另一方面,K+的含量过多时,存在热稳定性降低的倾向。因此,K+的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,Li+及Na+的合计含量[Li++Na+]的上限优选为50%,进一步按照下述顺序更优选为45%、43%、40%、38%。另外,合计含量[Li++Na+]的下限优选为0.1%、0.5%,进一步按照下述顺序更优选为1%、5%、10%、13%、15%。
在第1实施方式的玻璃中,Rb+的含量的上限优选为5%,进一步按照下述顺序更优选为3%、1%、0.5%。Rb+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Cs+的含量的上限优选为5%,进一步按照下述顺序更优选为3%、1%、0.5%。Cs+的含量也可以为0%。
Rb+及Cs+具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面,它们的含量过多时,折射率nd降低,而且存在熔解中玻璃成分的挥发增加的担忧。因此,Rb+及Cs+的各含量分别优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,Mg2+的含量的上限优选为15%,进一步按照下述顺序更优选为10%、5%、3%、1%。Mg2+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Ca2+的含量的上限优选为15%,进一步按照下述顺序更优选为10%、5%、3%、1%。Ca2+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Sr2+的含量的上限优选为15%,进一步按照下述顺序更优选为10%、5%、3%、1%。Sr2+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Ba2+的含量的上限优选为20%,进一步按照下述顺序更优选为15%、10%、5%。Ba2+的含量也可以为0%。
Mg2+、Ca2+、Sr2+及Ba2+均具有改善玻璃的热稳定性、熔融性的作用。另外,Ba2+具有提高玻璃的膨胀的效果。另一方面,它们的含量过多时,高折射率性受损,而且存在玻璃的热稳定性降低的担忧。因此,这些玻璃成分的各含量分别优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,Mg2+、Ca2+、Sr2+及Ba2+的合计含量[Mg2++Ca2++Sr2++Ba2+]的上限优选为30%,进一步按照下述顺序更优选为25%、20%、18%、15%、10%、5%、3%、1%。合计含量[Mg2++Ca2++Sr2++Ba2+]也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Zn2+的含量的上限优选为15%,进一步按照下述顺序更优选为10%、8%、5%、3%、1.5%。Zn2+的含量也可以为0%。
Zn2+具有改善玻璃的热稳定性的作用。另一方面,Zn2+的含量过多时,存在熔融性变差的担忧。因此,Zn2+的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,Zr4+的含量的上限优选为5%,进一步按照下述顺序更优选为3%、2%、1%。Zr4+的含量也可以为0%。
Zr4+具有改善玻璃的热稳定性的作用。另一方面,Zr4+的含量过多时,存在玻璃的热稳定性及熔融性降低的倾向。因此,Zr4+的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的玻璃中,Ga3+的含量的上限优选为3%,进一步按照下述顺序更优选为2%、1%。另外,Ga3+的含量的下限优选为0%。Ga3+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,In3+的含量的上限优选为3%,进一步按照下述顺序更优选为2%、1%。另外,In3+的含量的下限优选为0%。In3+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Sc3+的含量的上限优选为3%,进一步按照下述顺序更优选为2%、1%。另外,Sc3+的含量的下限优选为0%。Sc3+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Hf4+的含量的上限优选为3%,进一步按照下述顺序更优选为2%、1%。另外,Hf4+的含量的下限优选为0%。Hf4+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Lu3+的含量的上限优选为3%,进一步按照下述顺序更优选为2%、1%。另外,Lu3+的含量的下限优选为0%。Lu3+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Ge4+的含量的上限优选为3%,进一步按照下述顺序更优选为2%、1%。另外,Ge4+的含量的下限优选为0%。Ge4+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,La3+的含量的上限优选为5%,进一步按照下述顺序更优选为4%、3%、2%、1%。另外,La3+的含量的下限优选为0%。La3+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Gd3+的含量的上限优选为5%,进一步按照下述顺序更优选为4%、3%、2%、1%。另外,Gd3+的含量的下限优选为0%。Gd3+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Y3+的含量的上限优选为5%,进一步按照下述顺序更优选为4%、3%、2%、1%。另外,Y3+的含量的下限优选为0%。Y3+的含量也可以为0%。
在第1实施方式的玻璃中,Yb3+的含量的上限优选为5%,进一步按照下述顺序更优选为4%、3%、2%、1%。另外,Yb3+的含量的下限优选为0%。Yb3+的含量也可以为0%。
第1实施方式的玻璃的阳离子成分优选主要包含上述的成分、即P5+、B3+、Si4+、Al3+、Ti离子、Nb离子、W离子、Bi离子、Ta5+、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Zr4+、Ga3 +、In3+、Sc3+、Hf4+、Lu3+、Ge4+、La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+,上述的成分的合计含量优选为多于95%,更优选为多于98%,进一步优选为多于99%,更进一步优选为多于99.5%,
第1实施方式的玻璃可以含有除F-及O2-以外的成分作为阴离子成分。作为除F-及O2-以外的阴离子成分,可示例出Cl-、Br-、I-。然而,Cl-、Br-、I-均容易在玻璃的熔融中挥发。由于这些成分的挥发,会产生玻璃的特性变化、玻璃的均质性降低、熔融设备的消耗变得显著等问题。因此,Cl-的含量优选为小于5阴离子%、更优选为小于3阴离子%、进一步优选为小于1阴离子%、特别优选为小于0.5阴离子%、更进一步优选为小于0.25阴离子%。另外,Br-及I-的合计含量优选为小于5阴离子%、更优选为小于3阴离子%、进一步优选为小于1阴离子%、特别优选为小于0.5阴离子%、更进一步优选为小于0.1阴离子%、再进一步优选为0阴离子%。
需要说明的是,阴离子%是指,将全部阴离子成分的含量的合计设为100%时的摩尔百分率。
第1实施方式的玻璃优选基本上由上述成分构成,但在不妨碍本发明的作用效果的范围内,也可以含有其它成分。
例如,为了对玻璃赋予近红外光吸收特性,第1实施方式的玻璃也可以含有适量的铜(Cu)作为玻璃成分。此外,还可以含有V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ce等。它们可以增大玻璃的着色,成为荧光的发生源。
另外,在本发明中,并不排除含有不可避免的杂质。
<其它成分组成>
Pb、As、Cd、Tl、Be、Se均具有毒性。因此,第1实施方式的玻璃优选不含这些元素作为玻璃成分。
U、Th、Ra均为放射性元素。因此,第1实施方式的玻璃优选不含这些元素作为玻璃成分。
Sb2O3、SnO2及CeO2是作为澄清剂发挥功能而可以任意添加的玻璃成分。其中,Sb3+是澄清效果大的澄清剂。
Sb2O3的含量以外加比例表示。即,在用氧化物基准的表示中,将除Sb2O3、SnO2及CeO2以外的全部玻璃成分的合计含量设为100质量%时,Sb2O3的含量优选为小于2质量%、更优选为小于1质量%、进一步优选为小于0.5质量%、更进一步优选为小于0.3质量%、特别优选为小于0.2质量%。Sb2O3的含量也可以为0质量%。通过将Sb2O3的含量设为上述范围,可以改善玻璃的澄清性。
SnO2及CeO2的各含量也以外加比例表示。即,在用氧化物基准的表示中,将除Sb2O3、SnO2及CeO2以外的全部玻璃成分的合计含量设为100质量%时,SnO2及CeO2的各含量优选为小于2质量%、更优选为小于1质量%、进一步优选为小于0.5质量%、更进一步优选为小于0.1质量%。SnO2及CeO2的各含量可以为0质量%。通过将SnO2及CeO2的各含量分别设为上述范围,可以改善玻璃的澄清性。
(玻璃的制造)
第1实施方式的玻璃通过调配玻璃原料并按照公知的玻璃制造方法而制作即可。例如,调配多种化合物,充分混合作为批原料,将批原料放入熔融容器中,进行熔融、澄清、均质化后,成型为熔融玻璃,缓慢冷却,从而得到玻璃。或者也可以将批原料放入熔融容器中,进行粗熔解(rough melt)。对通过粗熔解得到的熔融物进行骤冷、粉碎,制作碎玻璃。进一步将碎玻璃放入熔融容器中,进行加热、再熔融(remelt),制成熔融玻璃,进一步进行了澄清、均质化后,将熔融玻璃成型,缓慢冷却,从而得到玻璃。熔融玻璃的成型、缓慢冷却应用公知的方法即可。
第1实施方式的玻璃的制造工序中可以包括在还原性气氛中对成型后的玻璃进行热处理的工序。通过将玻璃在还原性气氛中进行热处理,可以提高玻璃的着色程度。作为用作还原性气氛的还原性气体,可举出例如氢气。以下,对还原性气氛中的玻璃的热处理工序进行详细描述。
首先,将成型玻璃配置于真空·气体置换炉内,进行减压。接下来,向炉内导入还原性气体直到达到大气压。然而,将炉内升温至比玻璃化转变温度Tg低400℃的温度(Tg-400℃)以上且软化点以下,在该温度下保持数分钟~数小时左右,对玻璃进行热处理。
在上述还原性气氛中的热处理工序中,使用氢气作为还原性气体时,可以在用氢气对炉内的气氛进行置换前,用氮气对气氛进行置换。通过用氮气对炉内的气氛进行置换,排除炉内的氩气,提前防止之后导入氢气时的起火等,从而可以安全地对炉内进行加热。
另外,第1实施方式的玻璃的制造工序中也可以包括在还原性气氛中将玻璃熔解而得到熔融玻璃的工序。还原性气氛优选为强还原性气氛。另外,本实施方式的玻璃的制造工序中也可以包括在熔融时附加含碳化合物的工序。通过包括这样的工序,可以提高玻璃的着色程度。
此外,第1实施方式的玻璃的制造工序中可以包括提高熔融玻璃中的水分量的工序。作为提高熔融玻璃中的水分量的工序,可列举:在熔融气氛中附加水蒸气的工序;向熔融物内鼓气含有水蒸气的气体的工序。其中,优选包括在熔融气氛中附加水蒸气的工序。通过包含提高熔融玻璃中的水分量的工序,可以提高玻璃的βOH值。
(结晶化)
第1实施方式的玻璃可以通过热处理而结晶化。即,第1实施方式的玻璃可以包含结晶化了的部分。结晶化的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。需要说明的是,结晶化也包括晶核的形成。另外,优选第1实施方式的玻璃在实施了用于结晶化的热处理的情况下可以保持加热前的形状而不软化。作为通过热处理使玻璃结晶化的方法,可采用公知的方法。
在第1实施方式的玻璃中,结晶化的部分的结晶度可以设为50%以上,进而可以设为60%以上、70%以上、80%以上、90%以上。
结晶度可以如下所述地计算:根据通过X射线衍射测定而得到的X射线衍射图,将X射线散射强度分离成由结晶导致的散射强度(结晶散射强度)、和由非结晶导致的散射强度(非结晶散射强度),如下述的式(2)所示地以结晶散射强度相对于全部散射强度(结晶散射强度及非结晶散射强度)之比的形式算出。
结晶度(%)=100×(结晶散射强度)/(结晶散射强度+非结晶散射强度)···(2)
(化学增强)
对于第1实施方式的玻璃而言,可以使玻璃与熔融盐接触而进行化学增强。在对玻璃进行化学增强的情况下,玻璃优选含有Li+及Na+中的任一者或两者作为玻璃成分。
化学增强的方法没有特别限定,优选在不超过玻璃化转变温度的温度区域进行离子交换的低温型离子交换法。化学增强是指下述处理:通过使熔融后的化学增强盐与玻璃接触,对化学增强盐中具有相对大的原子半径的碱金属元素、与玻璃中具有相对小的原子半径的碱金属元素进行离子交换,原子半径大的碱金属元素浸透于玻璃的表层,从而在玻璃的表面产生抗压应力。
例如,将含有钠(Na)作为玻璃成分的玻璃浸渍于加热后的硝酸钾(KNO3)的熔融盐中时,会引起玻璃中所含的钠离子(Na+)与钾离子(K+)的离子交换。
钾离子(K+)的大小大于钠离子(Na+)的大小。因此,通过离子交换,在玻璃的表面附近形成施加抗压应力的抗压应力层。与此相对,玻璃的内部所含的钠离子(Na+)与化学增强前相比几乎无变化,因此,成为施加拉伸应力的拉伸应力层。这样一来,在表面附近形成抗压应力层,同时在内部形成拉伸应力层,其结果,玻璃的强度增加。
另外,例如,在含有锂(Li)作为玻璃成分的玻璃的情况下,可以将玻璃浸渍于由硝酸钠(NaNO3)与硝酸钾(KNO3)的混合盐构成的熔融盐中。另外,可以在将玻璃浸渍于硝酸钠(NaNO3)的熔融盐中进行了离子交换后,将其浸渍于硝酸钾(KNO3)的熔融盐中进行离子交换。也可以将玻璃浸渍于硝酸钠(NaNO3)单盐的熔融盐、或硝酸钾(KNO3)单盐的熔融盐中。可以用大小大于锂离子(Li+)的钠离子(Na+)及钾离子(K+)的中的任一者对玻璃的表面附近的锂离子(Li+)进行离子交换。
是否对玻璃进行了化学增强可以通过例如能量分散型X射线分析法(EDX)来调查。具体而言,通过EDX测定玻璃的表面附近及玻璃内部的碱金属、银等一价阳离子的含量。玻璃内部的组成通过将玻璃划破等、露出玻璃的截面而测定。在玻璃的表面附近的离子半径比较大的一价阳离子的含量比玻璃的内部多的情况下,视为该玻璃经过了化学增强。另外,可以利用玻璃的光弹性特性测定的失真仪来确认。
在本实施方式中,可以在上述的化学增强之前、或化学增强之后进行上述的还原性气氛中的热处理工序。另外,也可以通过在上述的化学增强之前、或化学增强之后对玻璃施加电压使玻璃成分氧化,提高可见光的透射率。
(复合玻璃)
可以将第1实施方式的玻璃与其它材料组合,制成复合玻璃。作为其它材料,可列举金属材料、及陶瓷等。即,本实施方式的复合玻璃可以包含金属材料及陶瓷中的任一者或两者,并包含第1实施方式的玻璃。
作为金属材料,没有特别限制,可列举例如,搪瓷用钢板、铸铁、不锈钢、铝、铝镀覆钢板、铝-锌合金镀覆钢板、铝、铜、电解铜、铜-锌合金、银、金等。
作为陶瓷,没有特别限制,可列举例如,陶磁器、耐火物、玻璃、水泥、精细陶瓷等。
复合玻璃的制造方法没有特别限制。例如,可列举在金属材料、陶瓷上涂布、熔射玻璃材料等的方法。更具体而言,可应用例如作为搪瓷的制造方法或景泰蓝的制造方法而公知的方法。用于制造釉料的玻璃料可以使用第1实施方式的玻璃而制造。根据需要,釉料中可以含有着色剂、添加剂等。
复合玻璃中所含的玻璃部分可以具有上述的第1实施方式的玻璃的特性。即,复合玻璃中的玻璃部分可以含有着色部分,另外,可以含有结晶化的部分,也可以含有经过了化学增强的部分。
第2实施方式
第2实施方式的玻璃的折射率nd为1.750以上,
该玻璃包含Ti3+的含量为0.1质量ppm以上的部分。
(折射率)
在第2实施方式的玻璃中,折射率nd为1.75以上,进一步按照下述顺序更优选为1.76以上、1.77以上、1.78以上、1.79以上、1.80以上。折射率nd的上限没有特别限定,通常为2.50、优选为2.30。在本实施方式中,折射率nd可以直接测定,也可以降低玻璃的着色后测定。作为降低着色的方法,可列举例如后面叙述的施加电压的方法、及热处理。作为通过热处理降低玻璃的着色的方法,可列举将玻璃在大气气氛中于Tg附近加热数小时~数十小时的方法。
(Ti3+的含量)
第2实施方式的玻璃包含Ti3+的含量为0.1质量ppm以上的部分。本实施方式的玻璃包含Ti3+的含量优选为0.3质量ppm以上的部分,另外,也可以包含Ti3+的含量为0.5质量ppm以上、1质量ppm以上、5质量ppm以上、10质量ppm以上、20质量ppm以上、30质量ppm以上、40质量ppm以上、45质量ppm以上、50质量ppm以上、60质量ppm以上、70质量ppm以上、80质量ppm以上、85质量ppm以上、或90质量ppm以上的部分。Ti3+的上限没有特别限定,通常为10000质量ppm、优选为5000质量ppm。Ti3+的含量为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。Ti3+的含量可以通过ESR(电子自旋共振法)来测定。
在第2实施方式的玻璃中,着色优选为起因于玻璃成分的还原色,更优选为起因于过渡金属的还原色。作为过渡金属,可列举例如Ti、Nb、Bi及W。
玻璃根据这些过渡金属的价数而显色。例如,在作为玻璃成分而含有的Ti中,4价Ti4+被还原成3价Ti3+时,玻璃被着色。关于Nb、Bi及W也同样,被还原而价数变化时,玻璃被着色。
因此,本实施方式的玻璃中,4价Ti4+的一部分被还原成3价Ti3+的部分被着色,即,换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值可以成为50%以下。而且,通过将Ti3+的含量设为上述范围,可以提高该部分的着色程度。
以下,对第2实施方式的玻璃详细地进行说明。
(Ti离子的含量)
在第2实施方式的玻璃中,Ti离子的含量的下限优选为0.1%,进一步按照下述顺序更优选为0.5%、1%、1.5%、2%、3%、5%、10%、15%、20%、25%。另外,Ti离子的含量的上限优选为45%,进一步按照下述顺序更优选为40%、38%、35%、33%、30%。这里,Ti离子包含Ti4+、Ti3+等价数不同的全部Ti离子。
(透射率)
第2实施方式的玻璃包含换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值优选为50%以下的部分,另外,可以包含透射率的最大值为40%以下、30%以下、20%以下、15%以下、10%以下、5%以下、2%以下、或1%以下的部分。可见光的透射率的最大值也可以为0%。换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。需要说明的是,可见光是指波长400~760nm范围的光。
另外,第2实施方式的玻璃包含换算成厚度1.0mm时在波长1100nm下的透射率优选为80%以下的部分,另外,也可以包含在波长1100nm下的透射率为70%以下、60%以下、50%以下、45%以下、40%以下、35%以下、30%以下、25%以下、20%以下、15%以下、10%以下、5%以下、3%以下、1%以下、0.5%以下、0.3%以下、0.1%以下、0.05%以下、或0.03%以下的部分。换算成厚度1.0mm时在波长1100nm下的透射率为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。
在第2实施方式的玻璃中,在着色部分、即换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为50%以下的部分、和除此以外的部分,其玻璃成分组成相同。另外,在着色部分、和通过后面叙述的方法施加电压而进行了脱色后的部分,也玻璃成分组成也相同。然而,在着色部分与除此以外的部分,存在玻璃成分(阳离子)的价数不同的情况。在着色部分和脱色后的部分也同样,存在玻璃成分(阳离子)的价数不同的情况。关于换算成厚度1.0mm时在波长1100nm下的透射率为80%以下的部分、和除此以外的部分也同样。
(电导率)
第2实施方式的玻璃包含具有导电性的部分,优选包含电导率为10-8S/cm以上的部分,另外,也可以包含电导率为10-7S/cm以上、10-6S/cm以上、10-5S/cm以上、5×10-5S/cm以上、10-4S/cm以上、5×10-4S/cm以上、10-3S/cm以上、5×10-3S/cm以上、或10-2S/cm以上的部分。电导率的上限没有特别限定,通常为102S/cm、优选为1S/cm。电导率为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。电导率可以通过例如交流阻抗法来测定。另外,将电导率的测定温度设为比玻璃化转变温度Tg低200℃的温度(Tg-200℃)以上且低于玻璃化转变温度Tg的温度。
在第2实施方式的玻璃中,具有导电性的部分被着色,即,换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值可以成为50%以下。而且,通过调整玻璃的着色,可以使电导率为上述范围。
另外,在第2实施方式的玻璃中,通过在一定条件下对玻璃施加电压并通过离子传导使玻璃成分氧化,可以降低着色。即,通过在一定条件下对玻璃的着色部分施加电压,可以增加该部分的可见光的透射率。
具体而言,通过将第2实施方式的玻璃在加热至玻璃软化温度Ts以下的温度的状态下施加电压,可以增加着色部分的透射率。
特别地,对于第2实施方式的玻璃的着色部分,在比玻璃化转变温度Tg低400℃的温度(Tg-400℃)以上且软化点以下的温度范围内,在大气气氛中,使电极与研磨至厚度1.0mm的玻璃的厚度方向接触,在电压20kv以下、处理时间5小时以内的条件下施加电压时,可以使在波长400~760nm的透射率的最大值在施加电压前后的变化量为10%以上。
在上述的处理中,通过局部施加电压,也可以脱色成图案状。
需要说明的是,在本实施方式的玻璃中,玻璃化转变温度Tg的范围优选为350~850℃,进一步按照下述顺序更优选为370~830℃、380~800℃、400~770℃、420~740℃、440~710℃、440~680℃。
在第2实施方式的玻璃中,平均线膨胀系数、耐酸性减重率Da、βOH、色调及除Ti离子含量以外的玻璃组成可以与第1实施方式同样。另外,第2实施方式的玻璃可以与第1实施方式同样地进行制造、结晶化及化学增强,另外,可以制成复合玻璃。
第3实施方式
第3实施方式的玻璃的折射率nd为1.75以上,
该玻璃包含电导率为10-8S/cm以上的部分。
(折射率)
在第3实施方式的玻璃中,折射率nd为1.75以上。优选为1.76以上,进一步按照下述顺序更优选为1.77以上、1.78以上、1.79以上、1.80以上。折射率nd的上限没有特别限定,通常为2.50、优选为2.30。在本实施方式中,折射率nd可以直接测定,也可以降低玻璃的着色后测定。作为降低着色的方法,可列举例如后面叙述的施加电压的方法、及热处理。作为通过热处理降低玻璃的着色的方法,可列举将玻璃在大气气氛中于Tg附近加热数小时~数十小时的方法。
(电导率)
第3实施方式的玻璃包含具有导电性的部分,具体而言,包含电导率为10-8S/cm以上的部分。本实施方式的玻璃包含电导率优选为10-7S/cm以上的部分,另外,可以包含电导率为10-6S/cm以上、10-5S/cm以上、5×10-5S/cm以上、10-4S/cm以上、5×10-4S/cm以上、10-3S/cm以上、5×10-3S/cm以上、或10-2S/cm以上的部分。电导率的上限没有特别限定,通常为102S/cm、优选为1S/cm。电导率为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。电导率可以通过交流阻抗法来测定。另外,将电导率的测定温度设为比玻璃化转变温度Tg低200℃的温度(Tg-200℃)以上且低于玻璃化转变温度Tg的温度。
在第3实施方式的玻璃中,具有导电性的部分被着色,即,厚度1.0mm下的可见光的透射率的最大值可以成为50%以下。而且,通过调整玻璃的着色,可以使电导率为上述范围。
另外,在第3实施方式的玻璃中,通过在一定条件下对玻璃施加电压并通过离子传导使玻璃成分氧化,可以降低着色。即,通过在一定条件下对玻璃的着色部分施加电压,可以增加该部分的可见光的透射率。
具体而言,通过将第3实施方式的玻璃在加热至玻璃软化温度Ts以下的温度的状态下施加电压,可以增加着色部分的透射率。
特别地,对于第3实施方式的玻璃的着色部分,在比玻璃化转变温度Tg低400℃的温度(Tg-400℃)以上且软化点以下的温度范围内,在大气气氛中,使电极与研磨至厚度1.0mm的玻璃的厚度方向接触,在电压20kv以下、处理时间5小时以内的条件下施加电压时,可以使在波长400~760nm的透射率的最大值在施加电压前后的变化量为10%以上。
在上述的处理中,通过局部施加电压,也可以脱色成图案状。
需要说明的是,在本实施方式的玻璃中,玻璃化转变温度Tg的范围优选为350~850℃,进一步按照下述顺序更优选为370~830℃、380~800℃、400~770℃、420~740℃、440~710℃、440~680℃。
以下,对第3实施方式的玻璃详细地进行说明。
(透射率)
第3实施方式的玻璃包含换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值优选为50%以下的部分,另外,可以包含透射率的最大值为40%以下、30%以下、20%以下、15%以下、10%以下、5%以下、2%以下、或1%以下的部分。可见光的透射率的最大值也可以为0%。换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。需要说明的是,可见光是指波长400~760nm范围的光。
另外,第3实施方式的玻璃包含换算成厚度1.0mm时在波长1100nm下的透射率优选为80%以下的部分,另外,可以包含在波长1100nm下的透射率为70%以下、60%以下、50%以下、45%以下、40%以下、35%以下、30%以下、25%以下、20%以下、15%以下、10%以下、5%以下、3%以下、1%以下、0.5%以下、0.3%以下、0.1%以下、0.05%以下、或0.03%以下的部分。换算成厚度1.0mm时在波长1100nm下的透射率为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。
在第3实施方式的玻璃中,在着色部分、即换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值为50%以下的部分、和除此以外的部分,其玻璃成分组成相同。另外,在着色部分、和通过上述的方法施加电压而进行了脱色后的部分,其玻璃成分组成也相同。然而,在着色部分与除此以外的部分,存在玻璃成分(阳离子)的价数不同的情况。在着色部分和脱色后的部分也同样,存在玻璃成分(阳离子)的价数不同的情况。关于换算成厚度1.0mm时在波长1100nm下的透射率为80%以下的部分、和除此以外的部分也同样。
(Ti3+的含量)
第3实施方式的玻璃优选包含Ti3+的含量为0.5质量ppm以上的部分,另外,可以包含Ti3+的含量が1质量ppm以上、5质量ppm以上、15质量ppm以上、25质量ppm以上、50质量ppm以上、70质量ppm以上、或90质量ppm以上的部分。Ti3+的上限没有特别限定,通常为10000质量ppm、优选为5000质量ppm。Ti3+的含量为上述范围的区域可以为玻璃的一部分,也可以为其全部。Ti3+的含量可以通过ESR(电子自旋共振法)来测定。
在第3实施方式的玻璃中,着色优选为起因于玻璃成分的还原色,更优选为起因于过渡金属的还原色。作为过渡金属,可列举例如Ti、Nb、Bi及W。
玻璃根据这些过渡金属的价数而显色。例如,在作为玻璃成分而含有的Ti中,4价Ti4+被还原成3价Ti3+时,玻璃被着色。关于Nb、Bi及W也同样,被还原而价数变化时,玻璃被着色。
因此,在本实施方式的玻璃中,4价Ti4+的一部分被还原成3价Ti3+的部分被着色,即,换算成厚度1.0mm时可见光的透射率的最大值可以成为50%以下。而且,通过将Ti3+的含量设为上述范围,可以提高该部分的着色程度。
(Ti离子的含量)
在第3实施方式的玻璃中,Ti离子的含量的下限优选为0.1%,进一步按照下述顺序更优选为0.5%、1%、1.5%、2%、3%、5%、10%、15%、20%、25%。另外,Ti离子的含量的上限优选为45%,进一步按照下述顺序更优选为40%、38%、35%、33%、30%。这里,Ti离子包含Ti4+、Ti3+等价数不同的全部Ti离子。
在第3实施方式的玻璃中,平均线膨胀系数、耐酸性减重率Da、βOH、色调及除Ti离子的含量以外的玻璃组成可以与第1实施方式同样。另外,第3实施方式的玻璃可以与第1实施方式同样地进行制造、结晶化及化学增强,另外,可以制成复合玻璃。
第4实施方式
第4实施方式的玻璃的要点如下所述。
〔1〕一种可电脱色的着色玻璃,其具有换算成厚度1.0mm时在波长500~1000nm范围的透射率的最大值为0.102%以下的透射率特性。
〔2〕根据〔1〕所述的着色玻璃,其中,
通过在比玻璃化转变温度Tg低20℃的温度以下施加电压,该着色玻璃的透射率增加。
〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的着色玻璃,其中,
在比玻璃化转变温度Tg低400℃的温度以上、且比玻璃化转变温度Tg低20℃的温度以下的温度范围内,在大气气氛中使电极与研磨至厚度1.0mm的玻璃的厚度方向电极接触,在电压1~20kv、处理时间5小时的条件下施加电压时,该着色玻璃在波长500~1000nm的透射率的最小值为65%以上。
〔4〕根据〔1〕~〔3〕中任一项所述的着色玻璃,其中,
作为玻璃成分,包含:
P2O5、
Li2O或Na2O中的任一者,
并且包含选自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中的至少1种氧化物。
〔5〕一种玻璃成型体,其具有:
在波长500~1000nm范围的透射率的最大值为0.232%以下的部分、以及
在波长500~1000nm范围的透射率的最小值为69.59%以上的部分,
这些部分的玻璃成分组成相同。
〔6〕一种着色玻璃的制造方法,该着色玻璃含有Li2O或Na2O中的任一者作为玻璃成分,该方法包括:
在熔融时附加水及含碳化合物的工序。
〔7〕一种着色玻璃的制造方法,该着色玻璃包含脱色成图案状的部分,该方法包括:
局部地施加电压的工序。
〔8〕一种着色玻璃的脱色方法,该方法包括:
对含有Li2O或Na2O中的任一者作为玻璃成分的着色玻璃施加电压的工序。
〔9〕根据〔8〕所述的脱色方法,其中,
作为玻璃成分,上述着色玻璃含有P2O5,并且包含选自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中的至少1种氧化物。
以下,对第4实施方式的玻璃详细地进行说明。
第4实施方式的玻璃是具有换算成厚度1.0mm时在波长500~1000nm范围的透射率的最大值为0.102%以下的透射率特性的着色玻璃。透射率的最大值也可以为0%。另外,第4实施方式的玻璃可以通过例如下述的方法进行电脱色。
即,第4实施方式的玻璃可以通过对玻璃施加电压并通过离子传导使玻璃成分氧化而脱色。具体而言,通过在比玻璃化转变温度Tg低20℃的温度以下施加电压,可以增加透射率,进行电脱色。作为对玻璃施加电压的方法,可举出例如使电极与玻璃接触、并流通电流的方法。
特别地,对于第4实施方式的玻璃而言,在比玻璃化转变温度Tg低400℃的温度以上且比玻璃化转变温度Tg低20℃的温度以下的温度范围内,在大气气氛中,使电极与研磨至厚度1.0mm的玻璃的厚度方向接触,在电压1~20kv、处理时间5小时的条件下施加电压时,可以使在波长500~1000nm的透射率的最小值为65%以上。
第4实施方式的玻璃优选含有P2O5作为玻璃成分。另外,作为玻璃成分,可以含有Li2O或Na2O中的任一者,也可以含有选自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中的至少1种氧化物。即,作为玻璃成分,含有P2O5,含有选自Li2O或Na2O中的一者,还可以含有选自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中的至少1种氧化物。另外,更优选含有Li2O及Na2O这两者。第4实施方式的玻璃可以具有WO 2017/006998A1中公开的玻璃组成,也可以具有与第1~3实施方式的玻璃同样的组成。为了对玻璃材料赋予近红外光吸收特性,可以添加适量的铜作为玻璃成分。
由第4实施方式的玻璃制成的玻璃成型体可以脱色成图案状,也可以具有着色程度高的部分和低的部分。即,第4实施方式的玻璃成型体具有在波长500~1000nm范围的透射率的最大值为0.232%以下的部分、及在波长500~1000nm范围的透射率的最小值为69.59%以上的部分,这些部分的玻璃成分组成可以相同。
为了将玻璃脱色成图案状,例如对玻璃局部地施加电压即可。
第4实施方式的玻璃通过调配玻璃原料并按照公知的玻璃制造方法而制作即可。第4实施方式的玻璃的制造也可以与第1实施方式同样。另外,在第4实施方式的玻璃的制造中,也可以包括在熔融时附加含碳化合物的工序。通过包括这样的工序,可以得到着色成深色的玻璃。此外,第4实施方式的玻璃的制造中,也可以包括在熔融时附加水的工序。通过包括这样的工序,可以得到具有高的βOH值的玻璃。
在第4实施方式的玻璃中,平均线膨胀系数、耐酸性减重率Da、βOH可以与第1实施方式同样。另外,第4实施方式的玻璃可以与第1实施方式同样地进行结晶化及化学增强,另外,可以制成复合玻璃。
实施例
以下,通过实施例对本发明更详细地进行说明,但本发明不限于这些实施例。
作为可应用于本发明中的玻璃材料的玻璃组成,除了以下的实施例所示的玻璃组成以外,还可以列举在WO 2017/006998A1、日本特开2014-185075、日本特开2015-067522、日本特开2012-091989、日本特开2006-111499、日本特开2005-206433、日本特开2005-075665、日本特开2002-173336、日本特开2018-002520、日本特开2018-002521中公开的玻璃组成。
(实施例1)
按照以下的顺序制作了具有表1~3中示出的玻璃组成的玻璃样品,并进行了各种评价。需要说明的是,表1、2、3中,对于No.1-1~1-4的玻璃样品,分别用阳离子%表示、摩尔%表示、质量%表示的方式来进行了表示。在摩尔%表示及质量%表示中,玻璃组成以氧化物基准来表示。这里,“氧化物基准的玻璃组成”是指,按照玻璃原料在熔融时全部被分解而在玻璃中以氧化物的形式存在的物质进行换算而得到的玻璃组成,各玻璃成分的表述按照习惯记载为SiO2、TiO2等。而且,摩尔%表示是指,将全部玻璃成分的含量的合计设为100%时的摩尔百分率。另外,质量%表示是指,将全部玻璃成分的含量的合计设为100%时的质量百分率。
[表1]
[表2]
[表3]
[玻璃的制造]
准备与玻璃的构成成分对应的氧化物、氢氧化物、偏磷酸盐、碳酸盐、及硝酸盐作为原材料,按照使得到的玻璃的组成为表1~3中示出的各个组成的方式称量上述原材料并进行调配,将原材料充分混合。将得到的调配原料(批原料)投入铂坩埚,在1100~1450℃下加热2~3小时,制成熔融玻璃。对熔融玻璃进行搅拌以谋求均质化,澄清后,将熔融玻璃浇铸至预热到适当温度的模具中。将浇铸后的玻璃在玻璃化转变温度Tg附近进行1小时左右的热处理,在炉内自然冷却至室温。加工成长20mm、宽10mm、厚1.0mm的大小,对成为20mm×10mm的两个面进行精密研磨,得到了玻璃样品。
[还原性气氛中的热处理]
使用真空·气体置换炉对上述玻璃样品进行了热处理。首先,将玻璃样品配置于炉内。将炉内减压至-100kPa左右,向炉内导入氮气直至达到大气压。再次将炉内加压至-100kPa左右,向炉内导入氢气直至达到大气压。以升温速度50~400℃/h使炉内升温。在No.1-1中升温至650℃,在No.1-2中升温至470℃,在No.1-3中升温至560℃,在No.1-4中升温至630℃,并在该温度下保持5小时,对玻璃在氢气气氛中进行了热处理,得到了着色的玻璃样品。
[玻璃成分组成的确认]
对于得到的玻璃样品,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定各玻璃成分的含量,确认了与表1~3中示出的各组成一致。
[折射率nd]
对于上述玻璃样品,通过JIS标准JIS B 7071-1的折射率测定法测定了折射率nd。对透射率低的玻璃样品在Tg附近进行数小时~数十小时的热处理,提高透射率后进行测定,将结果示于表4。需要说明的是,在表4中,将折射率的值的小数点后第三位四舍五入,表示至小数点后两位。
[表4]
No.
1-1
1-2
1-3
1-4
折射率nd
1.99
2.00
2.10
1.95
[Ti3+含量的测定]
对于上述着色的玻璃样品,通过ESR(电子自旋共振法)测定了Ti3+含量。
其结果,在样品No.1-1中,Ti3+的含量为98质量ppm。
[透射率]
对于上述着色的玻璃样品及还原性气氛中的热处理前的玻璃样品,测定了波长400~760nm下的外部透射率。外部透射率定义为:向样品的厚度方向入射光时的透射光强度相对于入射光强度的百分率[透射光强度/入射光强度×100]。需要说明的是,外部透射率中也包括在试样表面的光线的反射损失。将关于样品No.1-1~1-4的结果分别示于图1~4。
还原性气氛中的热处理后,具有No.1-1的组成的着色玻璃样品如图1所示,在波长400~760nm的透射率的最大值为0.00%。
还原性气氛中的热处理后,具有No.1-2的组成的着色玻璃样品如图2所示,在波长400~760nm的透射率的最大值为0.01%。
还原性气氛中的热处理后,具有No.1-3的组成的着色玻璃样品如图3所示,在波长400~760nm的透射率的最大值为0.02%。
还原性气氛中的热处理后,具有No.1-4的组成的着色玻璃样品如图4所示,在波长400~760nm的透射率的最大值为1.95%。
(实施例2)
按照以下的顺序制作了具有表5~7中示出的玻璃组成的玻璃样品,并进行了各种评价。需要说明的是,在表5、6、7中,对于No.2-1~2-50的玻璃样品,分别以阳离子%表示、摩尔%表示、质量%表示的方式进行了表示。关于摩尔%表示及质量%表示,与实施例1相同。
[玻璃的制造]
准备与玻璃的构成成分对应的氟化物、氧化物、氢氧化物、碳酸盐、及硝酸盐作为原材料,按照使得到的玻璃的玻璃组成为表5~7中示出的各个组成的方式称量上述原材料并进行调配,将原材料充分混合。将得到的调配原料(批原料)投入铂坩埚,在1300~1450℃下加热2~3小时,制成熔融玻璃。在将铂坩埚盖上盖的状态下,对熔融玻璃喷吹水或含碳化合物的水溶液、即0~1vol%的乙醇水溶液1.5~40cc而进行附加。然后,对熔融玻璃进行搅拌以谋求均质化,澄清后,将熔融玻璃浇铸至预热到适当温度的模具中。将浇铸后的玻璃在玻璃化转变温度Tg附近进行1小时左右的热处理,在炉内自然冷却至室温。加工成长40mm、宽10mm、厚1mm的大小,对成为40mm×10mm的面进行精密研磨,得到了玻璃样品。
[玻璃成分组成的确认]
对于得到的玻璃样品,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定各玻璃成分的含量,确认到与表5~7中示出的各组成一致。
[化学增强]
将上述玻璃样品浸渍于KNO3的单盐、或由KNO3及NaNO3的混合盐构成的熔融盐中,得到了化学增强样品。此时,熔融盐的温度设为380℃,浸渍时间设为4小时。
[折射率nd]
对于上述玻璃样品,通过JIS标准JIS B 7071-1的折射率测定法测定了折射率nd。将透射率低的玻璃样品在Tg附近进行数小时~数十小时的热处理,提高透射率后进行测定。在表8中,将折射率nd的值的小数点后第三位四舍五入,表示至小数点后两位。
在表8中记载的折射率nd的值中,除了通过测定得到的值以外,也包括通过计算求出的值。通过计算得到的值如下所述地求出。对于组成类似的玻璃的折射率,其加成性成立是广为人知的。因此,可以根据具有与想要预测折射率的玻璃(记载为玻璃A)的组成类似的组成、且折射率已知的玻璃B的组成及折射率来预测玻璃A的折射率。
以下,示出折射率的预测方法的一例。将玻璃B中所含的特定成分C(1)的一部分或全部分别替换成其它成分B(2)、B(3)····B(n)时,收集折射率的变化量的数据。用收集到的折射率变化量除以各成分的替换量,计算出各成分的平均每单位替换量的折射率的变化量,绘制成单轴状。在组成类似的范围,各成分的折射率变化量的位置关系不会大幅变化,因此,从折射率已知的玻璃C(具有与玻璃A、B类似的组成)替换成作为绘制的成分的B(x)和B(y)时,玻璃C‘的折射率可以使用玻璃C的折射率nd(C)和对B(x)和B(y)绘制的折射率变化量之差Δnd(y-x),以nd(C)+Δnd(y-x)的形式算出。
[透射率]
对于上述玻璃样品(增强前的玻璃样品)及化学增强样品,与实施例1同样地测定了波长400~760nm的外部透射率。
其结果,在具有No.2-1~2-50的组成的玻璃样品(增强前的玻璃样品)及化学增强样品中,波长400~760nm的透射率的最大值全部为5%以下。
[抗弯强度(弯曲强度)]
对于上述玻璃样品(增强前的玻璃样品)及化学增强样品,通过JIS R1601:2008中规定的3点弯曲试验法,测定了抗弯强度(弯曲强度),支点间距离设为30mm,将结果示于表8。
将检测物数设为5个以上。即,对于1个组成,准备玻璃样品及化学增强样品各5个以上,将得到的数值的最大值作为抗弯强度。
[比重]
对于上述化学增强样品,通过阿基米德法测定了比重,将结果示于表8。
[玻璃化转变温度Tg]
对于上述化学增强样品,使用Rigaku公司制造的示差扫描热量分析装置(DSC8270),以升温速度10℃/分测定了玻璃化转变温度Tg,将结果示于表8。
[表8]
(实施例3-1)
按照以下的顺序制作了具有表9中示出的玻璃组成的玻璃样品,并进行了各种评价。
[玻璃的制造]
准备与玻璃的构成成分对应的氧化物、氢氧化物、偏磷酸盐、碳酸盐、及硝酸盐作为原材料,按照使得到的玻璃的组成为表9中示出的各个组成的方式称量上述原材料并进行调配,将原材料充分混合。将得到的调配原料(批原料)投入铂坩埚,在1100~1450℃下加热2~3小时,制成熔融玻璃。对熔融玻璃进行搅拌以谋求均质化,澄清后,将熔融玻璃浇铸至预热到适当温度的模具中。将浇铸后的玻璃在玻璃化转变温度Tg附近进行1小时左右的热处理,在炉内自然冷却至室温。加工成长20mm、宽10mm、厚1.0mm的大小,对成为20mm×10mm的两个面进行精密研磨,得到了玻璃样品。
[玻璃成分组成的确认]
对于得到的玻璃样品,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定各玻璃成分的含量,确认了与表9中示出的各组成一致。
[折射率nd]
对于上述玻璃样品,通过JIS标准JIS B 7071-1的折射率测定法测定了折射率nd。对透射率低的玻璃样品在Tg附近进行数小时~数十小时的热处理,提高透射率后进行测定,将结果示于表9。需要说明的是,在表9中,将折射率nd的值的小数点后第三位四舍五入,表示至小数点后两位。
[比重]
比重通过阿基米德法来测定,将结果示于表9。
[玻璃化转变温度Tg]
玻璃化转变温度Tg使用MAC科学公司制造的热机械分析装置(TMA4000S),在升温速度4℃/分下进行了测定,将结果示于表9。
[平均线膨胀系数]
平均线膨胀系数的测定方法按照日本光学玻璃工业会标准JOGIS08-2003“光学玻璃的热膨胀的测定法”进行了测定,将圆棒状的试样的直径设为5mm,将结果示于表9。
[耐酸性减重率Da]
按照日本光学玻璃工业会标准JOGIS06-2009的规定,将得到的玻璃样品制成与比重相当的重量的粉末玻璃(粒度425~600μm),放入铂笼,将其浸渍于放入有0.01mol/L硝酸水溶液的石英玻璃制圆底烧瓶内,在沸腾水浴中进行60分钟的处理,测定了其在处理前后的减重率(%),用等级评价其减重率,将结果示于表9。
(实施例3-2)
[还原性气氛中的热处理]
对于表9中示出的试样No.3-4的玻璃样品,升温至450℃,在该温度下保持0~116小时,除此以外,与实施例1同样地在还原性气氛中进行了热处理。然后,与实施例1同样地测定了可见光区域(波长400~760nm)中的外部透射率。进而测定了波长1100nm下的外部透射率。
将处理时间、可见光区域中的透射率的最大值、波长1100nm下的透射率示于表10。
[βOH]
将上述玻璃样品加工成厚度1mm、具有相互平行且经过了光学研磨的平面的板状玻璃试样。使光从垂直方向入射该板状玻璃试样的研磨面,使用分光光度计分别测定了在波长2500nm下的外部透射率A及在波长2900nm下的外部透射率B,通过下述式(1)计算出βOH,将结果示于表10。
βOH=-[ln(B/A)]/t···(1)
在上述式(1)中,ln为自然对数,厚度t相当于上述2个平面的间隔。另外,外部透射率也包含玻璃试样表面的反射损失,是透射光的强度相对于入射玻璃试样的入射光的强度之比(透射光强度/入射光强度)。
(实施例3-3)
在表11中示出的熔融条件及还原性气氛中的热处理条件下制造了玻璃。
需要说明的是,表11的No.3-1、3-3、3-4、3-5分别具有与表9的No.3-1、3-3、3-4、3-5相同的玻璃组成及玻璃特性。
表11的No.3-2-A及3-2-B具有与表9的No.3-2相同的玻璃组成及玻璃特性。
同样地,No.3-6-A及3-6-B具有与表9的No.3-6相同的玻璃组成及玻璃特性。
No.3-7-A~3-7-H具有与表9的No.3-7相同的玻璃组成及玻璃特性。以下对熔融条件及还原性气氛中的热处理条件进行说明。
[熔融条件]
对于表11中示出的No.3-1、3-2-A、3-3、3-5、3-7-B、3-8、3-7-H,在玻璃的熔融工序中对熔融气氛附加水蒸气。
对于No.3-7-C,在玻璃的熔融工序中对熔融气氛附加水蒸气,进而对熔融玻璃附加乙醇。
对于No.3-7-D,在玻璃的熔融工序中对熔融气氛附加氮气。
对于No.3-7-F,对熔融玻璃附加甘露醇。
[还原性气氛中的热处理条件]
对于No.3-1、3-2-A、3-2-B、3-3、3-5、3-6-A、3-6-B、3-7-G、3-8、3-7-H、3-4,升温至表11中示出的温度,在该温度下保持表11中示出的时间,除此以外,与实施例1同样地在还原性气氛中进行了热处理。
[表11]
[Ti3+含量]
对于表11中示出的No.3-2-A、3-6-A、3-7-A~3-7-C、3-7-H、3-4的玻璃样品,通过ESR(电子自旋共振法)测定了Ti3+含量。通过与实施例3-1同样的方法测定了可见光区域中的透射率的最大值及在波长1100nm下的透射率,将结果示于表12。
[电导率]
对于表11中示出的No.3-1、3-2-B、3-3、3-5、3-6-B、3-7-A~3-7-G、3-8的玻璃样品,通过交流阻抗法测定了表13中示出的测定温度下的电导率。另外,通过与实施例3-1同样的方法测定了可见光区域中的透射率的最大值及在波长1100nm下的透射率,将结果示于表13。
(实施例3-4)
[化学增强]
将表10中示出的在还原性气氛中进行了8h热处理后的No.3-4的玻璃样品浸渍于如表14所示的由KNO3与NaNO3的摩尔比为5:5的混合盐构成的熔融盐中,得到了化学增强样品。此时,熔融盐的温度设为340℃,浸渍时间设为2小时。
将表11中示出的No.3-5的玻璃样品浸渍于KNO3的单盐的熔融盐中,得到了化学增强样品。此时,熔融盐的温度设为420℃,浸渍时间设为4小时。
将表11中示出的No.3-8的玻璃样品浸渍于KNO3的单盐的熔融盐中,得到了化学增强样品。此时,熔融盐的温度设为420℃,浸渍时间设为4小时。
将表11中示出的No.3-2的玻璃样品浸渍于NaNO3的单盐的熔融盐中,然后浸渍于KNO3的单盐的熔融盐中,得到了化学增强样品。此时,熔融盐的温度均设为420℃,浸渍时间的合计设为4小时。
[抗弯强度(弯曲强度)]
对于上述化学增强样品,通过JIS R 1601:2008中规定的3点弯曲试验法测定了抗弯强度(弯曲强度)。将测定样品的尺寸设为40mm×10mm×1mm,将支点间距离设为30mm。需要说明的是,将检测物数设为5个以上,将得到的数值的平均值、最大值、最小值示于表14。
(实施例4-1)
按照以下的顺序制作了具有表15中示出的玻璃组成的玻璃样品,并进行了各种评价。
[玻璃的制造]
准备与玻璃的构成成分对应的氟化物、氧化物、氢氧化物、碳酸盐、及硝酸盐作为原材料,按照使得到的玻璃的玻璃组成为表15中示出的各个组成的方式称量上述原材料并进行调配,将原材料充分混合。将得到的调配原料(批原料)投入铂坩埚,在1300℃下加热2~3小时,制成熔融玻璃。在将铂坩埚盖上盖的状态下,对熔融玻璃喷吹水及含碳化合物、即0.1wt%乙醇水溶液,进行了附加。然后、对熔融玻璃进行搅拌以谋求均质化,澄清后,将熔融玻璃浇铸至预热到适当温度的模具。将浇铸后的玻璃在玻璃化转变温度Tg附近进行1小时左右的热处理,在炉内自然冷却至室温,由此得到了玻璃样品。
[玻璃成分组成的确认]
对于得到的玻璃样品,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定各玻璃成分的含量,确认了与表15中示出的各组成一致。
[光学特性的测定]
对于得到的玻璃样品,测定了折射率nd、阿贝数νd、比重及玻璃化转变温度Tg,将结果示于表16。
(i)折射率nd及阿贝数νd
通过JIS标准JIS B 7071-1的折射率测定法测定了折射率nd、ng、nF、nC,基于下式算出阿贝数νd。
νd=(nd-1)/(nF-nC)
需要说明的是,在表16中,将折射率nd的值的小数点后第六位四舍五入,表示至小数点后五位。
(ii)比重
比重通过阿基米德法来测定。
(iii)玻璃化转变温度Tg
使用MAC Science公司制造的热机械分析装置(TMA4000S),在升温速度4℃/分下进行了测定。
[表16]
比重
折射率nd
阿贝数νd
玻璃化转变温度Tg(℃)
3.54
1.98612
16.48
658
[透射率的测定]
将上述玻璃样品加工成厚度1mm、具有相互平行且经光学研磨的平面,测定了波长300~2500nm的外部透射率。外部透射率由向玻璃样品的厚度方向入射光时的透射光强度相对于入射光强度的百分率[透射光强度/入射光强度×100]来定义。需要说明的是,外部透射率中也包含试样表面的光线的反射损失,将结果示于图5。
(实施例4-2)
在玻璃的制造中,向熔融玻璃喷吹0.3wt%乙醇水溶液来代替0.1wt%乙醇水溶液,进行了附加,除此以外,与实施例4-1同样地得到了玻璃样品。对于得到的玻璃样品,与实施例4-1同样地进行了透射率的测定,将结果示于图5。
(实施例4-3)
在玻璃的制造中,向熔融玻璃喷吹0.5wt%乙醇水溶液来代替0.1wt%乙醇水溶液,进行了附加,除此以外,与实施例4-1同样地得到了玻璃样品。对于得到的玻璃样品,与实施例4-1同样地进行了透射率的测定,将结果示于图5。
(实施例4-4)
在玻璃的制造中,向熔融玻璃喷吹5wt%乙醇水溶液来代替0.1wt%乙醇水溶液,进行了附加,除此以外,与实施例4-1同样地得到了玻璃样品。对于得到的玻璃样品,与实施例4-1同样地进行了透射率的测定,将结果示于图5。
(比较例4-1)
在玻璃的制造中,未对熔融玻璃进行水及含碳化合物的附加,除此以外,与实施例4-1同样地得到了玻璃样品(未进行气氛控制)。对于得到的玻璃样品,与实施例4-1同样地进行了透射率的测定,将结果示于图5。
(实施例4-5)
对于实施例4-2中得到的玻璃样品,在以下的条件下施加电压,进行了图案状的电脱色。将用于电压施加的装置的示意图示于图6。
如图6所示地对玻璃样品配置导线,在热处理炉(KDF-75、Denken Highdental株式会社制)内,使用施加装置(GC-90、株式会社green technology制)施加电压,进行了脱色。在大气气氛中,处理时间设为3小时、热处理炉的温度设为400℃、电压设为9kv、电流设为55μA。
作为电极,使用了铂制、碳制、SUS304制造的电极。作为导线,在炉外使用铜线,在炉内使用铂线(线径0.8mm)。在玻璃的接触部分,以使铂线直接与玻璃接触的方式配置铂线,在其它部分,用中空的石英管进行包覆。热处理炉的开放部用绝热材料(陶瓷纤维、耐火砖)进行了密闭。
将脱色后的玻璃样品的照片示于图7。
另外,将玻璃样品的脱色部分及非脱色部分的透射率示于图8。
此外,将脱色部分与非脱色部分的边界的截面照片示于图9。
(实施例5-1)
按照与实施例3-1的玻璃的制造同样的顺序制作了具有表17中示出的玻璃组成的玻璃样品。
「表17]
与实施例3-1同样地确认了玻璃成分组成。另外,与实施例3-1同样地测定了折射率nd、比重、玻璃化转变温度Tg、平均膨胀系数、及耐酸性减重率Da,将结果示于表17。需要说明的是,在表17中,将折射率nd的值的小数点后第三位四舍五入,表示至小数点后第二位。
(实施例5-2)
在表18中示出的熔融条件及还原性气氛中的热处理条件下制造了玻璃。
需要说明的是,表18的No.5-1、5-4、5-5分别具有与表17的No.5-1、5-4、5-5相同的玻璃组成及玻璃特性。
表18的No.5-2-A及5-2-B具有与表17的No.5-2相同的玻璃组成及玻璃特性。
同样地,No.5-3-A、5-3-B、及5-3-C具有与表17的No.5-3相同的玻璃组成及玻璃特性。
以下对熔融条件及还原性气氛中的热处理条件进行说明。
[熔融条件]
对于表18中示出的No.5-3-B,在玻璃的熔融工序中,对熔融气氛附加了水蒸气。
对于表18中示出的No.5-2-B,在玻璃的熔融工序中,对熔融气氛附加水蒸气,进而对熔融玻璃附加了醇。
[还原性气氛中的热处理条件]
对于No.5-1、5-2-A、5-2-B、5-3-C、5-4、5-5,升温至表18中示出的温度,并在该温度下保持表18中示出的时间,除此以外,与实施例1同样地在还原性气氛中进行了热处理。
[βOH]
对于得到的玻璃样品,通过与实施例3-2同样的方法测定了βOH,将结果示于表18。
[透射率]
对于表18中示出的No.5-1、5-2-A、5-2-B、5-3-A、5-3-B、5-3-C、5-4、5-5的玻璃样品,通过与实施例3-1同样的方法测定了可见光区域中的透射率的最大值及在波长1100nm下的透射率。
[色调和透射率曲线]
对于表18中示出的玻璃样品,观察了色调。另外,制作了可见光区域中的透射率曲线,示于图10~13。
No.5-3-A、5-3-B、5-4的玻璃样品具有蓝色。将它们的透射率曲线示于图10。
特别地,No.5-3-A、5-3-B的玻璃样品是带有蓝色的黑色。图11是图10的纵轴的放大图,其示出No.5-3-B的玻璃样品的透射率曲线。
No.5-1的玻璃样品为带有红色的黑色。将透射率曲线示于图12。
No.5-2-A、5-2-B为带有红紫色的黑色。将透射率曲线示于图13。
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