Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃

文档序号:1894552 发布日期:2021-11-26 浏览:17次 >En<

阅读说明:本技术 Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃 (Li2O-Al2O3-SiO2Crystallized glass of system ) 是由 横田裕基 平野翔太郎 东条真 于 2020-03-18 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种紫外~红外域的透光性高且不易破裂的Li-(2)O-Al-(2)O-(3)-SiO-(2)系结晶化玻璃。该Li-(2)O-Al-(2)O-(3)-SiO-(2)系结晶化玻璃的特征在于,以质量%计含有40~90%的SiO-(2)、5~30%的Al-(2)O-(3)、1~10%的Li-(2)O、0~20%的SnO-(2)、0~5%的ZrO-(2)、0~10%的MgO、0~10%的P-(2)O-(5)、0~4%的TiO-(2),以质量比计,Li-(2)O/(MgO+CaO+SrO+BaO+Na-(2)O+K-(2)O)为3以下。(The invention provides Li with high light transmittance in ultraviolet-infrared region and difficult cracking 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 A crystallized glass. The Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 The crystallized glass is characterized by containing 40-90% by mass of SiO 2 5 to 30% of Al 2 O 3 1 to 10% of Li 2 O, 0-20% SnO 2 0 to 5% of ZrO 2 0 to 10% of MgO and 0 to 10% of P 2 O 5 0 to 4% of TiO 2 In terms of mass ratio, Li 2 O/(MgO&#43;CaO&#43;SrO&#43;BaO&#43;Na 2 O&#43;K 2 O) is 3 or less.)

Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃

技术领域

本发明涉及Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃。

背景技术

近年来,对于便携式电话、笔记本型个人电脑、PDA(Personal Data Assistance,个人数字助理)等便携式电子设备要求小型化和轻量化。伴随于此,用于这些电子设备的半导体芯片的安装空间也受到苛刻的限制,半导体芯片的高密度安装成为课题。于是,通过三维安装技术,即,将半导体芯片彼此叠层,在各半导体芯片之间进行布线连接,由此谋求半导体封装体的高密度安装。

如专利文献1所述,在扇出(fan out)型晶圆级封装(WLP)中,包括:将多个半导体芯片利用树脂的密封材料进行塑封(molding),形成加工基板后,在加工基板的一侧表面进行布线的工序;形成焊料凸点的工序等。这些工序伴随大约200℃的热处理,因此,存在密封材料发生变形、加工基板发生尺寸变化的担忧。为了抑制加工基板的尺寸变化,使用用于支撑加工基板的支撑基板是有效的,为了有效地抑制相对低膨胀的加工基板的尺寸变化,有时对支撑基板要求低膨胀特性。

由此,探讨将作为主结晶析出属于低膨胀结晶的β-石英固溶体(Li2O·Al2O3·nSiO2[其中2≤n≤4])或β-锂辉石固溶体(Li2O·Al2O3·nSiO2[其中n≥4])等Li2O-Al2O3-SiO2系结晶而成的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃用作支撑基板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特愿2014-255236号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而,使β―锂辉石固溶体作为主结晶析出的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在紫外~红外域透光性低,因此存在难以透过将加工基板与玻璃基板固定、分离时使用的激光(紫外光~红外光)的问题。并且,关于使β―石英固溶体作为主结晶析出的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃,从母玻璃析出结晶时的体积收缩量大,存在容易发生表面剥离、龟裂等破裂的问题。

本发明的目的在于提供一种紫外~红外域的透光性高且不易破裂的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的特征在于,以质量%计含有40~90%的SiO2、5~30%的Al2O3、1~10%的Li2O、0~20%的SnO2、0~5%的ZrO2、0~10%的MgO、0~10%的CaO、0~10%的SrO、0~10%的BaO、0~10%的Na2O、0~10%的K2O、0~10%的P2O5、0~4%的TiO2,以质量比计,Li2O/(MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O)为3以下。其中,“Li2O/(MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O)”是Li2O的含量除以MgO、CaO、SrO、BaO,Na2O和K2O的合计量而得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量%计含有0~10%的ZnO、0~10%的B2O3

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量%计还含有0.10%以下的Fe2O3

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,MgO/(Li2O+MgO)为0.15以上。其中,“MgO/(Li2O+MgO)”是MgO的含量除以Li2O和MgO的合计量而得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量%计含有2%以上的MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O。其中,“MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O”是MgO、CaO、SrO、BaO、Na2O和K2O的合计量。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量%计含有1.5~6.7%的ZrO2+TiO2。其中,“ZrO2+TiO2”是ZrO2和TiO2的合计量。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,(SiO2+Al2O3+Li2O)/SiO2低于1.553。其中,“(SiO2+Al2O3+Li2O)/SiO2”是SiO2、Al2O3和Li2O的合计量除以SiO2的含量而得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,(SiO2+Al2O3+Li2O)/Al2O3超过3.251。其中,“(SiO2+Al2O3+Li2O)/Al2O3”是SiO2、Al2O3和Li2O的合计量除以Al2O3的含量而得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,ZrO2/Li2O为0.4以上。其中,“ZrO2/Li2O”是ZrO2的含量除以Li2O的含量而得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,ZrO2/(SnO2+TiO2)为0.092以上。其中,“ZrO2/(SnO2+TiO2)”是ZrO2的含量除以SnO2和TiO2的合计量而得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,ZnO/(ZnO+MgO)为0.9以下。其中,“ZnO/(ZnO+MgO)”是ZnO的含量除以ZnO和MgO的合计量而得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,(Li2O+Na2O+K2O)/ZrO2为3.0以下。其中,“(Li2O+Na2O+K2O)/ZrO2”是Li2O、Na2O和K2O的合计量除以ZrO2的含量而得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,TiO2/ZrO2为0.0001~5.0。其中,“TiO2/ZrO2”是TiO2的含量除以ZrO2的含量而得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,TiO2/TiO2+Fe2O3为0.001~0.999。其中,“TiO2/(TiO2+Fe2O3)”是TiO2的含量除以TiO2和Fe2O3的合计量而得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量%计含有低于0.05%的HfO2+Ta2O5。其中,“HfO2+Ta2O5”是HfO2和Ta2O5的合计量。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量%计含有7ppm%以下的Pt。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量%计含有7ppm%以下的Rh。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量%计含有9ppm%以下的Pt+Rh。其中,“Pt+Rh”是Pt和Rh的合计量。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选作为主结晶析出有β-石英固溶体。由此,容易得到紫外~红外域的透光性高、且热膨胀系数低的结晶化玻璃。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在20~200℃的热膨胀系数优选为-20×10-7/℃~30×10-7/℃。由此,能够适合用于要求低膨胀性的各种用途。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在20~380℃的热膨胀系数优选为-20×10-7/℃~30×10-7/℃。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在20~750℃的热膨胀系数优选为-20×10-7/℃~30×10-7/℃。由此,能够适合用于在宽的温度范围内要求低膨胀性的各种用途。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选外观透明。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm、波长360nm时的透射率优选为1%以上。由此,能够适合用于要求紫外透光性的各种用途。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm、波长555nm时的透射率优选为10%以上。由此,能够适合用于要求可见光透光性的各种用途。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm、波长1200nm时的透射率优选为35%以上。由此,能够适合用于要求红外透光性的各种用途。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的液相温度优选为1500℃以下。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的结晶化前后的密度变化率优选为1.1~10%。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的特征在于,在厚度2mm、波长360nm时的透射率为1%以上,在20~200℃的热膨胀系数为-10×10-7/℃~30×10-7/℃。

发明的效果

根据本发明,能够提供紫外~红外域的透光性高且不易破裂的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃。

具体实施方式

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃中,以质量%计含有40~90%的SiO2、5~30%的Al2O3、1~10%的Li2O、0~20%的SnO2、0~5%的ZrO2、0~10%的MgO、0~10%的CaO、0~10%的SrO、0~10%的BaO、0~10%的Na2O、0~10%的K2O、0~10%的P2O5、0~4%的TiO2,以质量比计,Li2O/(MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O)为3以下。下面示出如上述那样限定玻璃组成的理由。并且,以下的关于各成分的含量的说明中,只要没有特别说明,“%”为“质量%”。

SiO2是形成玻璃的骨架、并且构成Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的成分。SiO2的含量为40~90%、50~85%、52~83%、55~80%、55~75%、55~73%、55~71%、56~70%、57~70%、58~70%、59~70%,特别优选为60~70%。SiO2的含量过少时,存在热膨胀系数变高的倾向,难以得到耐热冲击性优异的结晶化玻璃。并且,存在化学耐久性降低的倾向。另一方面。SiO2的含量过多时,玻璃的熔融性降低,或玻璃熔液的粘度变高而难以澄清,使玻璃的成型变的困难,生产率容易降低。并且,存在析出方石英、鳞石英的结晶而使玻璃失透的倾向,结晶化玻璃变得容易破损。而且,结晶化所需的时间变长,生产率容易降低。

Al2O3是形成玻璃的骨架、并且构成Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的成分。Al2O3的含量为5~30%、7~30%、8~29%、10~28%、13~27%、15~26%、16~26%、17~26%、17~25%、17~24%、18~24%、18.1~24%、19~24%,特别优选为20~23%。Al2O3的含量过少时,存在热膨胀系数变高的倾向,难以得到耐热冲击性优异的结晶化玻璃。并且,存在化学耐久性降低的倾向。另一方面。Al2O3的含量过多时,玻璃的熔融性降低,或玻璃熔液的粘度变高而难以澄清,使玻璃的成型变得困难,生产率容易降低。并且,存在析出刚玉、莫来石的结晶而使玻璃失透的倾向,结晶化玻璃变得容易破损。

Li2O是构成Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的成分,且是对结晶性带来较大影响并且降低玻璃的粘度,使玻璃的熔融性和成型性提高的成分。Li2O的含量为1~10%、2~10%、2~9%、2~8%、2~7%、2.5~6%、2.5~5%、3~4.5%,特别优选为3~4%。Li2O的含量过少时,存在析出莫来石的结晶而使玻璃失透的倾向。并且,使玻璃结晶化时,难以析出Li2O-Al2O3-SiO2系结晶,难以得到耐热冲击性优异的结晶化玻璃。而且,玻璃的熔融性降低,或玻璃熔液的粘度变高而难以澄清,使玻璃的成型变得困难,生产率容易降低。另一方面。Li2O的含量过多时,结晶性变得过强,存在玻璃容易失透的倾向,结晶化玻璃变得容易破损。

通过调节SiO2、Al2O3和Li2O的比率((SiO2+Al2O3+Li2O)/SiO2和(SiO2+Al2O3+Li2O)/Al2O3),能够使上述方石英、鳞石英、刚玉、莫来石等结晶不易析出,抑制玻璃的失透。((SiO2+Al2O3+Li2O)/SiO2优选低于1.553、1.55以下、1.547以下、1.544以下、1.54以下、1.537以下、1.534以下、1.53以下、1.527以下、1.524以下、1.52以下、1.517以下、1.514以下、1.51以下、1.507以下、1.504以下、1.500以下、1.497以下、1.494以下、1.49以下、1.487以下、1.484以下、1.48以下、11.477以下、1.474以下、1.47以下、1.467以下、1.464以下、1.46以下、1.459以下、1.458以下、1.457以下、1.456以下、1.455以下、1.454以下、1.453以下、1.452以下、1.451以下,特别优选为1.45以下,(SiO2+Al2O3+Li2O)/Al2O3优选超过3.251、3.255以上、3.26以上、3.265以上、3.27以上、3.275以上、3.28以上、3.285以上、3.29以上、3.295以上、3.3以上、3.305以上、3.31以上、3.315以上、3.32以上、3.325以上、3.33以上、3.335以上、3.34以上、3.341以上、3.342以上、3.343以上、3.344以上、3.345以上、3.346以上、3.347以上、3.348以上、3.349以上,特别优选3.35以上。

SnO2是作为澄清剂发挥作用的成分。并且,也是在结晶化工序中用于使结晶析出的成核成分。另一方面,也是大量含有时使玻璃的着色显著增强的成分。SnO2的含量为0~20%、0~10%、0~8%、0.01~8%、0.01~5%、0.01~4%、0.05~3%、0.05~2.5%、0.05~2%、0.05~1.5%、0.05~1.3%、0.05~1.2%、0.05~1%、0.05~0.8%、0.05~0.6%,特别优选为0.05~0.5%。SnO2的含量过多时,结晶化玻璃的着色变强。

ZrO2是在结晶化工序中用于使结晶析出的成核成分。ZrO2的含量优选为0~5%、0~4.5%、0~4%、0~3.5%、0~3%、超过0且为3%以下、0.1~2.9%、0.2~2.9%、0.3~2.9%、0.4~2.9%、0.5~2.9%、0.6~2.9%、0.7~2.9%、0.8~2.9%、0.9~2.9%、1~2.9%、1.1~2.9%、1.2~2.9%、1.3~2.9%、1.4~2.9%、1.4~2.8%、1.4~2.7%、1.4~2.6%、1.5~2.6%,特别优选为1.6~2.6%。ZrO2的含量过多时,析出粗大的ZrO2结晶而使玻璃容易失透,或结晶化玻璃变得容易破损。

MgO是固溶于Li2O-Al2O3-SiO2系结晶,提高Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的热膨胀系数的成分。MgO的含量为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0~4%、0~3%、0~2%、0~1%、0~0.5%,特别优选超过0且为0.5%以下。MgO的含量过多时,结晶性变得过强而变得容易失透,或结晶化玻璃变得容易破损。并且,存在热膨胀系数变得过高的倾向。

CaO是使玻璃的粘度降低,使玻璃的熔融性和成型性提高的成分。并且,还是用于调节结晶化玻璃的热膨胀系数和折射率的成分。而且,是能够固溶于Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的成分。CaO的含量为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0~4%、0~3%、0~2%、0~1%,特别优选为0~0.5%。CaO的含量过多时,玻璃变得容易失透,结晶化玻璃变得容易破损。并且,Ca阳离子的离子半径大于作为主结晶的构成成分的Li阳离子、Mg阳离子等,不易进入结晶,因此结晶化后的Ca阳离子容易残留于残余玻璃中。因此,CaO的含量过多时,容易产生结晶相与残余玻璃的折射率差,存在结晶化玻璃容易发生白浊的倾向。但是,由于CaO容易作为杂质混入,想要完全去除CaO,会使原料配合料变得昂贵,存在制造成本增加的倾向。为了抑制制造成本增加,CaO的含量的下限优选为0.0001%以上、0.0003%以上,特别优选为0.0005%以上。

SrO是使玻璃的粘度降低,使玻璃的熔融性和成型性提高的成分。并且,是用于调节结晶化玻璃的热膨胀系数和折射率的成分。而且,还是能够固溶于Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的成分。SrO的含量优选为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0~4%、0~3%、0~2%、0~1%,特别优选为0~0.5%。SrO的含量过多时,玻璃变得容易失透,或结晶化玻璃变得容易破损。并且,Sr阳离子的离子半径大于作为主结晶的构成成分的Li阳离子、Mg阳离子等,不易进入结晶,因此结晶化后的Sr阳离子容易残留于残余玻璃中。因此,SrO的含量过多时,容易产生结晶相与残余玻璃的折射率差,存在结晶化玻璃容易发生白浊的倾向。但是,由于SrO容易作为杂质混入,想要完全去除SrO,会使原料配合料变得昂贵,存在制造成本增加的倾向。为了抑制制造成本增加,SrO的含量的下限优选为0.0001%以上、0.0003%以上,特别优选为0.0005%以上。

BaO是使玻璃的粘度降低,使玻璃的熔融性和成型性提高的成分。并且,是用于调节结晶化玻璃的热膨胀系数和折射率的成分。而且,还是能够固溶于Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的成分。BaO的含量为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0~4%、0~3%、0~2%、0~1%,特别优选为0~0.5%。BaO的含量过多时,析出含有Ba的结晶而使玻璃容易失透,或结晶化玻璃变得容易破损。并且,Ba阳离子的离子半径大于作为主结晶的构成成分的Li阳离子、Mg阳离子等,不易进入结晶,因此结晶化后的Ba阳离子容易残留于残余玻璃中。因此。BaO的含量过多时,容易产生结晶相与残余玻璃的折射率差,存在结晶化玻璃容易发生白浊的倾向。但是,由于BaO容易作为杂质混入,想要完全去除BaO,会使原料配合料变得昂贵,存在制造成本增加的倾向。为了抑制制造成本增加,BaO的含量的下限优选为0.0001%以上、0.0003%以上,特别优选为0.0005%以上。

Na2O是能够固溶于Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的成分,是对结晶性带来较大影响并且降低玻璃的粘度,使玻璃的熔融性和成型性提高的成分。并且,是用于调节结晶化玻璃的热膨胀系数和折射率的成分。Na2O的含量优选为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0~4%、0~3%、0~2%、0~1%,特别优选为0~0.5%。Na2O的含量过多时,结晶性变得过强,玻璃变得容易失透,或结晶化玻璃变得容易破损。但是,由于Na2O容易作为杂质混入,想要完全去除Na2O,会使原料配合料变得昂贵,存在制造成本增加的倾向。为了抑制制造成本增加,Na2O的含量的下限优选为0.0003%以上、0.0005%以上,特别优选为0.001%以上。

K2O是能够固溶于Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的成分,是对结晶性带来较大影响并且降低玻璃的粘度,使玻璃的熔融性和成型性提高的成分。并且,是用于调节结晶化玻璃的热膨胀系数和折射率的成分。K2O的含量优选为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0~4%、0~3%、0~2%、0~1%,特别优选为0~0.5%。K2O的含量过多时,结晶性变得过强,玻璃变得容易失透,结晶化玻璃变得容易破损。并且,K阳离子的离子半径大于作为主结晶的构成成分的Li阳离子、Mg阳离子等,不易进入结晶,因此结晶化后的K阳离子容易残留于残余玻璃中。因此。K2O的含量过多时,容易产生结晶相与残余玻璃的折射率差,存在结晶化玻璃容易发生白浊的倾向。但是,由于K2O容易作为杂质混入,想要完全去除K2O,会使原料配合料变得昂贵,存在制造成本增加的倾向。为了抑制制造成本增加,K2O的含量的下限优选为0.0003%以上、0.0005%以上,特别优选0.001%以上。

Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃中,在结晶化完成后的结晶相与残余玻璃相的热膨胀系数存在较大差异的情况下,存在发生表面剥离、来自样品内部的龟裂等破裂的担忧。Li向Li2O-Al2O3-SiO2系结晶中的固溶度过大时,结晶化时的体积收缩量变大,结晶化完成后的结晶相的热膨胀系数变得过低,结晶相与残余玻璃相的热膨胀系数容易产生较大差异。作为结果,结晶化玻璃容易发生表面剥离、龟裂等破裂。因此,MgO/(Li2O+MgO)优选为0.15以上、0.151以上、0.152以上、0.153以上、0.154以上、0.155以上、0.156以上、0.157以上、0.158以上、0.159以上、0.16以上、0.161以上、0.162以上、0.163以上、0.164以上、0.165以上、0.166以上、0.167以上、0.168以上、0.169以上,特别优选为0.170以上,Li2O/(MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O)优选为3以下、2.9以下、2.8以下、2.7以下、2.6以下、2.5以下、2.4以下、2.3以下、2.2以下、2.1以下、2以下、1.95以下、1.9以下、1.85以下、1.8以下、1.75以下、1.7以下、1.65以下、1.6以下、1.55以下、1.5以下、1.45以下、1.4以下、1.35以下、1.3以下、1.25以下、1.2以下、1.15以下、1.1以下、1.09以下、1.08以下、1.07以下、1.06以下、1.05以下、1.04以下、1.03以下、1.02以下、1.01以下,特别优选为1以下。另外,MgO/(Li2O+MgO)的上限优选为0.9以下,Li2O/(MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O)的下限优选为0.01以上。

Li2O、Na2O、K2O是使玻璃的熔融性和成型性提高的成分,但在这些成分的含量过多时,存在低温粘度过度降低,结晶化时玻璃过度流动的担忧。并且,Li2O、Na2O、K2O是可能使结晶化前的玻璃的耐候性、耐水性、耐药品性等变差的成分。结晶化前的玻璃因水分等而恶化时,存在得不到所期望的结晶化举动、进而无法得到所期望的特性的担忧。另一方面,ZrO2是作为成核剂发挥功能的成分,在结晶化初期优先发生结晶化,具有抑制残余玻璃的流动的效果。另外,ZrO2高效地填充以SiO2骨架为主的玻璃网络的空隙部分,具有阻碍质子和各种药品成分等在玻璃网络内扩散的效果,提高结晶化前的玻璃的耐候性、耐水性、耐药品性等。为了得到具有所期望的形状、特性的结晶化玻璃,应当适当控制(Li2O+Na2O+K2O)/ZrO2。(Li2O+Na2O+K2O)/ZrO2优选为3.0以下、2.8以下、2.6以下、2.5以下、2.45以下、2.4以下、2.3以下、2.2以下、2.1以下、2.05以下,特别优选为2以下。

另外,MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O优选为2.0以上、2.1以上、2.2以上、2.3以上、2.4以上、2.41以上、2.42以上、2.43以上、2.44以上、2.45以上、2.46以上、2.47以上、2.48以上、2.49以上,特别优选为2.5以上。MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O过少时,存在结晶化玻璃的热膨胀系数变得过高或变得过低的倾向。另外,MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O的上限优选为40%以下。

ZrO2作为难熔性的成核剂发挥功能,Li2O作为促进熔融的助熔剂发挥功能,因此在ZrO2/Li2O小时,能够高效地熔融ZrO2。另一方面,ZrO2/Li2O过小时,低温粘度过度降低,在以比较低的温度进行热处理的成核工序中玻璃变得容易流动,成为变形的原因。并且,由于低温粘度过度降低,成核速度变得过快,成核工序的控制有时变得困难。因此,ZrO2/Li2O优选为0.4以上、0.42以上、0.44以上、0.46以上、0.48以上、0.50以上、0.52以上、0.53以上、0.54以上、0.55以上、0.56以上,特别优选为0.57以上。ZrO2/Li2O过大时,难熔性的ZrO2无法充分熔融,存在作为失透麻点残留的倾向。因此,ZrO2/Li2O的上限优选为4以下。

另外,Al2O3/(SnO2+ZrO2)优选为超过7.1、7.2以上、7.3以上、7.4以上、7.5以上、7.6以上、7.7以上、7.8以上、7.9以上,特别优选为8.0以上。Al2O3/(SnO2+ZrO2)过小时,晶核变大,结晶化玻璃容易白浊。该倾向在含有0.2%以上的TiO2时容易出现。另一方面,Al2O3/(SnO2+ZrO2)过大时,成核不能高效地进行,有时不能高效地进行结晶化。因此,Al2O3/(SnO2+ZrO2)的上限优选为25以下。

P2O5是抑制粗大的ZrO2结晶的析出的成分。并且,能够干预晶核形成时的发生相分离的容易程度。P2O5的含量优选为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0.1~5%、0.2~4%、0.2~3%、0.3~3%、0.3~2.5%、0.4~2.5%、0.5~2%、1~2%,特别优选为1.2~1.8%。P2O5的含量过多时,Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的析出量变少,存在热膨胀系数变高的倾向。

TiO2是在结晶化工序中用于使结晶析出的成核成分。另一方面,大量含有时,显著增强玻璃的着色。特别是含有ZrO2和TiO2的二氧化锆钛酸盐系的结晶能够作为晶核发挥作用,但会从作为配体的氧的价带向作为中心金属的二氧化锆和钛的导带发生电子迁移(LMCT迁移),干预结晶化玻璃的着色。并且,在残余玻璃相中残留有钛的情况下,有可能从SiO2骨架的价带向残余玻璃相的4价钛的导带发生LMCT迁移。并且,残余玻璃相的3价钛会发生d-d迁移,干预结晶化玻璃的着色。而且,已知在钛与铁共存的情况下,会出现钛铁矿(FeTiO3)样的着色;在钛与锡共存的情况下,黄色增强。因此,TiO2的含量优选为0~4%、0~3.8%、0~3.6%、0~3.4%、0~3.2%、0~3%、超过0且为3%以下、0.01~3%、0.05~3%、0.07~3%、0.09~3%、0.1~3%、0.2~3%,特别优选为0.3~3%。

TiO2和ZrO2是分别能够作为晶核发挥功能的成分。Ti和Zr是同族元素,电负性、离子半径等相似。因此,作为氧化物容易成为相似的分子构象,已知在TiO2与ZrO2的共存下,容易发生结晶化初期的相分离。因此,在可允许的着色范围内,TiO2/ZrO2优选为0.0001~5.0、0.0001~4.0、0.0001~3.0、0.0001~2.5、0.0001~2.0、0.0001~1.5、0.0001~1.0、0.0001~0.97、0.0001~0.95,特别优选为0.0001~0.92。TiO2/ZrO2过小时,原料配合料变得昂贵,制造成本增加。另一方面,TiO2/ZrO2过大时,晶核形成速度变慢,制造成本有可能增加。

Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃中,在晶核形成前,在玻璃试样内形成相分离区域,在该相分离区域内形成由ZrO2、TiO2等构成的晶核。ZrO2+TiO2优选为1.5~6.7%、1.8~6.7%、2.1~6.7%、2.4~6.7%、2.8~6.7%、2.81~6.7%、2.81~6.6%、2.81~6.5%、2.81~6.4%、2.81~6.3%、2.82~6.2%、2.83~6.1%、2.84~6%、2.85~5.9%、2.86~5.8%、2.87~5.7%、2.88~5.6%、2.89~5.5%、2.9~5.4%、2.9~5.3%、2.9~5.2%,特别优选为2.9~5.1%。ZrO2+TiO2过少时,晶核不易形成,结晶化难以进行。另一方面,ZrO2+TiO2过多时,相分离区域变大,结晶化玻璃容易发生白浊。

SnO2、TiO2均能够干预成核。已知在体积结晶化玻璃的成核初期,在成为核的结晶析出之前,成核成分发生相分离。并且,与将有关相分离的成分分别单独含有时相比,含有多种时,更容易发生相分离。因此,SnO2/(SnO2+TiO2)优选为0.092以上、0.093以上、0.094以上、0.095以上、0.096以上、0.097以上、0.098以上、0.099以上,特别优选为0.100以上。由于含有多种成分更好,SnO2/(SnO2+TiO2)的上限优选低于1。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃中,除含有上述成分以外,还可以在玻璃组成中含有下述成分。

ZnO是固溶于Li2O-Al2O3-SiO2系结晶、且对结晶性带来较大影响的成分。并且,是用于调节结晶化玻璃的热膨胀系数和折射率的成分。ZnO的含量为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0~4%、0~3%、0~2%、0~1%,特别优选为0~0.5%。ZnO的含量过多时,结晶性变得过强而变得容易失透,结晶化玻璃变得容易破损。但是,由于ZnO容易作为杂质混入,想要完全去除ZnO,会使原料配合料变得昂贵,存在制造成本增加的倾向。为了抑制制造成本增加,ZnO的含量的下限优选为0.0001%以上、0.0003%以上,特别优选为0.0005%以上。

ZnO和MgO除了发挥形成玻璃熔液时的助熔剂的功能之外,还会固溶于可成为主结晶的β―石英固溶体而改变结晶化玻璃的热膨胀系数。如此,虽然对ZnO和MgO能够期待相似的效果,但与MgO相比,ZnO的原料成本容易变高。因此,ZnO/(MgO+ZnO)优选为0.9以下、0.8以下,特别优选为0.7以下,ZnO/MgO优选为0.5以下、0.49以下、0.48以下、0.47以下、0.46以下,特别优选为0.45以下。

B2O3是使玻璃的粘度降低,使玻璃的熔融性和成型性提高的成分。并且,能够干预晶核形成时发生相分离的容易程度。B2O3的含量优选为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0~4%、0~3%、0~2%、0~1%,特别优选为0~0.5%。B2O3的含量过多时,玻璃变得容易失透,结晶化玻璃变得容易破损。并且,熔融时的B2O3的蒸发量变多,环境负担变高。但是,由于B2O3容易作为杂质混入,想要完全去除B2O3,会使原料配合料变得昂贵,存在制造成本增加的倾向。为了抑制制造成本增加,B2O3可以含有0.0001%以上、0.0003%以上、特别是0.0005%以上。

Fe2O3是增强玻璃的着色的成分,特别是通过与TiO2、SnO2的相互作用而显著增强着色的成分。Fe2O3的含量优选为0.10%以下、0.08%以下、0.06%以下、0.05%以下、0.04%以下、0.035%以下、0.03%以下、0.02%以下、0.015%以下、0.013%以下、0.012%以下、0.011%以下、0.01%以下、0.009%以下、0.008%以下、0.007%以下、0.006%以下、0.005%以下、0.004%以下、0.003%以下,特别优选为0.002%以下。但是,由于Fe2O3容易作为杂质混入,想要完全去除Fe2O3,会使原料配合料变得昂贵,存在制造成本增加的倾向。为了抑制制造成本的增加,Fe2O3的含量的下限优选为0.0001%以上、0.0002%以上、0.0003%以上、0.0005%以上,特别优选为0.001%以上。

在钛与铁共存的情况下,有时出现钛铁矿(FeTiO3)样的着色。特别是在Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃中,在结晶化后,未作为晶核或主结晶析出的钛和铁成分残留于残余玻璃中,可能促进上述着色的出现。在设计上,能够减少这些成分的量,但由于TiO2和Fe2O3容易作为杂质混入,想要完全去除时,会使原料配合料变得昂贵,存在制造成本增加的倾向。因此,为了抑制制造成本,可以在前述范围内含有TiO2和Fe2O3,为了使制造成本更低廉,也可以在可允许的着色范围内含有双方成分。这种情况下,TiO2/(TiO2+Fe2O3)优选为0.001~0.999、0.001~0.998、0.003~0.997、0.005~0.995、0.007~0.993、0.009~0.991、0.01~0.99、0.01~0.95、0.01~0.92,特别优选为0.01~0.88。

Pt是可能以离子或胶体、金属等状态混入玻璃的成分,使黄色~茶褐色的着色出现。并且,该倾向在结晶化后变得显著。而且,经过深入研究发现,当Pt混入时,结晶化玻璃的成核和结晶化举动受到影响,有时容易发生白浊。因此,Pt的含量优选为7ppm以下、6ppm以下、5ppm以下、4ppm以下、3ppm以下、2ppm以下、1.6ppm以下、1.4ppm以下、1.2ppm以下、1ppm以下、0.9ppm以下、0.8ppm以下、0.7ppm以下、0.6ppm以下、0.5ppm以下、0.45ppm以下、0.4ppm以下、0.35ppm以下,特别优选为0.3ppm以下。虽然应当尽可能地避免Pt的混入,但在使用一般的熔融设备的情况下,为了得到均质的玻璃,有时需要使用Pt材料。因此,想要完全去除Pt时,存在制造成本增加的倾向。在着色可被允许的情况下,为了抑制制造成本增加,Pt的含量的下限优选为0.0001ppm以上、0.001ppm以上、0.005ppm以上、0.01ppm以上、0.02ppm以上、0.03ppm以上、0.04ppm以上、0.05ppm以上、0.06ppm以上,特别优选为0.07ppm以上。另外,在对着色不带来不良影响的情况下,也可以将Pt与ZrO2、TiO2同样地用作促进主结晶的析出的成核剂。此时,可以将Pt单独作为成核剂,也可以与其他成分复合作为成核剂。另外,将Pt用作成核剂的情况下,其形态没有特别限定(胶体、金属晶体等)。

Rh是可能以离子或胶体、金属等状态混入玻璃的成分,与Pt同样,使黄色~茶褐色的着色出现,存在使结晶化玻璃白浊的倾向。因此,Rh的含量优选为7ppm以下、6ppm以下、5ppm以下、4ppm以下、3ppm以下、2ppm以下、1.6ppm以下、1.4ppm以下、1.2ppm以下、1ppm以下、0.9ppm以下、0.8ppm以下、0.7ppm以下、0.6ppm以下、0.5ppm以下、0.45ppm以下、0.4ppm以下、0.35ppm以下,特别优选为0.3ppm以下。虽然应当尽可能地避免Rh的混入,但在使用一般的熔融设备的情况下,为了得到均质的玻璃,有时需要使用Rh材料。因此,想要完全去除Rh时,存在制造成本增加的倾向。在着色可被允许的情况下,为了抑制制造成本增加,Rh的含量的下限优选为0.0001ppm以上、0.001ppm以上、0.005ppm以上、0.01ppm以上、0.02ppm以上、0.03ppm以上、0.04ppm以上、0.05ppm以上、0.06ppm以上,特别优选为0.07ppm以上。另外,在着色为可允许的程度的情况下,可以将Rh与ZrO2、TiO2同样地用作成核剂。此时,可以将Rh单独作为成核剂,也可以与其他成分复合作为成核剂。另外,将Rh用作促进主结晶的析出的成核剂的情况下,其形态没有特别限定(胶体、金属晶体等)。

另外,Pt+Rh优选为9ppm以下、8ppm以下、7ppm以下、6ppm以下、5ppm以下、4.75ppm以下、4.5ppm以下、4.25ppm以下、4ppm以下、3.75ppm以下、3.5ppm以下、3.25ppm以下、3ppm以下、2.75ppm以下、2.5ppm以下、2.25ppm以下、2ppm以下、1.75ppm以下、1.5ppm以下、1.25ppm以下、1ppm以下、0.95ppm以下、0.9ppm以下、0.85ppm以下、0.8ppm以下、0.75ppm以下、0.7ppm以下、0.65ppm以下、0.6ppm以下、0.55ppm以下、0.5ppm以下、0.45ppm以下、0.4ppm以下、0.35ppm以下,特别优选为0.3ppm以下。另外,虽然应当尽可能地避免Pt和Rh的混入,但在使用一般的熔融设备的情况下,为了得到均质的玻璃,有时需要使用Pt和Rh材料。因此,想要完全去除Pt和Rh时,存在制造成本增加的倾向。在着色为可允许的程度的情况下,为了抑制制造成本增加,Pt+Rh的下限优选为0.0001ppm以上、0.001ppm以上、0.005ppm以上、0.01ppm以上、0.02ppm以上、0.03ppm以上、0.04ppm以上、0.05ppm以上、0.06ppm以上,特别优选为0.07ppm以上。

另外,在开发玻璃原材料时,通常使用各种坩埚制作各种组成的玻璃。因此,用于熔融的电炉内部经常存在从坩埚蒸发的铂和铑。已经确认存在于电炉内部的Pt和Rh会混入玻璃,为了控制Pt和Rh的混入量,不仅选择所使用的原料和坩埚的材质,还要在坩埚上装备石英制的盖子,进而实施熔融温度的低温化、短时间化等,由此能够控制玻璃中的Pt、Rh的含量。

As2O3、Sb2O3的毒性强,在玻璃的制造工序、废玻璃的处理时等有可能污染环境。因此,本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选实质上不含这些成分(具体而言,低于0.1质量%)。

只要对着色没有不良影响,本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃中,除上述成分以外,还可以将例如H2、CO2、CO、H2O、He、Ne、Ar、N2等微量成分分别含有至0.1%为止。另外,向玻璃中有意地添加Ag、Au、Pd、Ir、V、Cr、Sc、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ac、Th、Pa、U等时,原料成本变高,存在制造成本变高的倾向。另一方面,对含有Ag、Au等的玻璃进行光照射、热处理时,会形成这些成分的聚集体,能够以此作为起点促进结晶化。另外,Pd等具有各种催化剂作用,通过含有这些,能够对玻璃或结晶化玻璃赋予特异的功能。鉴于这样的情况,在以促进结晶化、赋予其他功能为目的的情况下,可以将上述成分分别含有1%以下、0.5%以下、0.3%以下、0.1%以下,不是上述目的的情况下,优选含有500ppm以下、300ppm以下、100ppm以下,特别优选含有10ppm以下。

进而,只要对着色没有不良影响,本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃中,也可以将SO3、MnO、Cl2、Y2O3、MoO3、La2O3、WO3、HfO2、Ta2O5、Nd2O3、Nb2O5、RfO2等以合计量含有最多10%。但是,上述成分的原料配合料价格昂贵,存在制造成本增加的倾向,因此没有特殊情况可以不添加。特别是HfO2的原料费高,Ta2O5有时成为冲突矿产,因此这些成分的合计量优选为5%以下、4%以下、3%以下、2%以下、1%以下、0.5%以下、0.4%以下、0.3%以下、0.2%以下、0.1%以下、0.05%以下、低于0.05%、0.049%以下、0.048%以下、0.047%以下、0.046%以下,特别优选为0.045%以下。

即,在实施本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃时,优选的组成范围为:50~70%的SiO2、20~25%的Al2O3、1~6%的Li2O、0~1.5%的SnO2、0~5%的ZrO2、0~5%的MgO、0~5%的CaO、0~5%的SrO、0~5%的BaO、0~5%的Na2O、0~5%的K2O、0~5%的P2O5、0~4%的TiO2、Li2O/(MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O)为3以下、(Li2O+Na2O+K2O)/ZrO2为0~2、TiO2/ZrO2为0.0001~0.92、TiO2/(TiO2+Fe2O3)为0.01~0.99;优选为50~70%的SiO2、20~25%的Al2O3、1~6%的Li2O、0~0.5%的SnO2、0~5%的ZrO2、0~5%的MgO、0~5%的CaO、0~5%的SrO、0~5%的BaO、0~5%的Na2O、0~5%的K2O、0~5%的P2O5、0~4%的TiO2、0~0.1%的Fe2O3、Li2O/(MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O)为3以下、(Li2O+Na2O+K2O)/ZrO2为0~1.8、TiO2/ZrO2为0.0001~0.92、TiO2/(TiO2+Fe2O3)0.01~0.99;更优选为50~70%的SiO2、20~25%的Al2O3、1~6%的Li2O、0~0.5%的SnO2、0~5%的ZrO2、0~5%的MgO、0~5%的CaO、0~5%的SrO、0~5%的BaO、0~5%的Na2O、0~5%的K2O、0~5%的P2O5、0~4%的TiO2、0~0.1%的Fe2O3、Li2O/(MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O)为3以下、(Li2O+Na2O+K2O)/ZrO2为0~1.560、TiO2/ZrO2为0.0001~0.92、TiO2/(TiO2+Fe2O3)为0.01~0.99、Pt+Rh为0~5ppm;更加优选为50~70%的SiO2、20~25%的Al2O3、0~3%的B2O3、1~6%的Li2O、0~0.5%的SnO2、0~5%的ZrO2、0~5%的MgO、0~2.5%的CaO、0~5%的SrO、0~5%的BaO、0~5%的Na2O、0~5%的K2O、0~5%的P2O5、0~4%的TiO2、0~0.1%的Fe2O3、Li2O/(MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O)为3以下、(Li2O+Na2O+K2O)/ZrO2为0~1.5、TiO2/ZrO2为0.0001~0.92、TiO2/(TiO2+Fe2O3)为0.01~0.99、Pt+Rh为0~5ppm;最优选为50~70%的SiO2、20~23%的Al2O3、0~3%的B2O3、1~6%的Li2O、0~0.5%的SnO2、0~5%的ZrO2、0~5%的MgO、0~2.5%的CaO、0~5%的SrO、0~5%的BaO、0~5%的Na2O、0~5%的K2O、0~2%的P2O5、0~4%的TiO2、0~0.1%的Fe2O3、Li2O/(MgO+CaO+SrO+BaO+Na2O+K2O)为3以下、(Li2O+Na2O+K2O)/ZrO2为0~1.5、TiO2/ZrO2为0.0001~0.92、TiO2/(TiO2+Fe2O3)为0.01~0.99、Pt+Rh为0~5ppm、HfO2+Ta2O5为0以上且低于0.05%。

具有上述组成的本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的外观容易达到透明。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm、波长350nm时的透射率优选为1%以上、2%以上、3%以上、4%以上、5%以上、6%以上、7%以上、8%以上、9%以上,特别优选为10%以上,在厚度2mm、波长360nm时的透射率优选为1%以上、5%以上、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、35%以上、36%以上、37%以上、38%以上、39%以上,特别优选为40%以上,在厚度2mm、波长370nm时的透射率优选为1%以上、5%以上、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、35%以上、40%以上、41%以上、42%以上、43%以上、44%以上、45%以上、46%以上、47%以上、48%以上、49%以上,特别优选为50%以上。在需要透过紫外光的用途中,波长350nm、360nm和370nm时的透射率过低时,存在得不到所期望的透光能力的担忧。特别是在使用YAG激光等的情况下,优选波长350nm、360nm和370nm时的透射率高。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm、波长380nm时的透射率优选为1%以上、5%以上、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、55%以上、56%以上、57%以上、58%以上、59%以上,特别优选为60%以上。波长380nm时的透射率过低时,由于光的吸收或散射的影响,玻璃的黄色着色变得过强,并且结晶化玻璃的透明性降低,存在得不到所期望的透光能力的担忧。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm、波长555nm时的透射率优选为10%以上、15%以上、20%以上、30%以上、35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、55%以上、60%以上、61%以上、62%以上、63%以上、64%以上、65%以上、66%以上、67%以上、68%以上、69%以上,特别优选为70%以上。波长555nm时的透射率过低时,透明性容易变低。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm、波长800nm时的透射率优选为35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、71%以上、72%以上、73%以上、74%以上、75%以上、76%以上、77%以上、78%以上、79%以上,特别优选为80%以上。波长800nm时的透射率过低时,透明性容易变低。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm、波长1070nm时的透射率优选为35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、76%以上、77%以上、78%以上、79%以上,特别优选为80%以上,厚度2mm、波长1200nm时的透射率优选为35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、76%以上、77%以上、78%以上、79%以上,特别优选为80%以上。波长1070nm和1200nm时的透射率过低时,容易变成绿色。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm、波长360nm时的结晶化前后的透射率变化率优选为95%以下、92.5%以下、90%以下、87.5%以下、85%以下、82.5%以下、80%以下、77.5%以下、75%以下、72.5%以下、70%以下、68.5%以下,特别优选为68%以下。减小结晶化前后的透射率变化率时,能够在结晶化前预测结晶化后的透射率并进行控制,容易在结晶化后得到所期望的透光能力。并且,结晶化前后的透射率变化率不仅优选在波长360nm时小,还优选在全波长区域小。其中,“结晶化前后的透射率变化率”是指{(结晶化前的透射率(%)-结晶化后的透射率(%))/结晶化前的透射率(%)}×100(%)。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm时的明度L*优选为50以上、60以上、65以上、70%以上、75以上、80以上、85以上、90以上、91以上、92以上、93以上,特别优选为94以上。明度L*过小时,无论色度的大小,都存在看上去发灰、显得较暗的倾向。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm时的色度a*优选在±7.0以内、±6.0以内、±5.0以内、±4.0以内、±3.0以内、±2.8以内、±2.4以内,特别优选在±2以内。存在明度a*在负方向过大时看着偏绿,正方向过大时看着偏红的倾向。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm时的色度b*优选在±7.0以内、±6.0以内、±5.0以内、±4.0以内、±3.0以内、±2.8以内、±2.4以内,特别优选在±2以内。存在明度b*在负方向过大时看着偏蓝,在正方向过大时看着偏黄的倾向。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在为结晶化前的玻璃的状态下,应变点(相当于玻璃的粘度约为1014.5dPa·s的温度)优选为600℃以上、605℃以上、610℃以上、615℃以上、620℃以上、630℃以上、635℃以上、640℃以上、645℃以上、650℃以上,特别优选为655℃以上。应变点温度过低时,将结晶化前的玻璃成型时容易破裂。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在为结晶化前的玻璃的状态下,退火点(相当于玻璃的粘度约为1013dPa·s的温度)优选为680℃以上、685℃以上、690℃以上、695℃以上、700℃以上、705℃以上、710℃以上、715℃以上、720℃以上,特别优选为725℃以上。退火点温度过低时,将结晶化前的玻璃成型时容易破裂。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选析出有β-石英固溶体作为主结晶。使β─石英固溶体作为主结晶析出时,结晶粒径容易达到100nm以下,紫外~红外域的透光性容易变高。并且容易降低结晶化玻璃的热膨胀系数。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在20~200℃时的热膨胀系数优选为-20×10-7/℃~30×10-7/℃、-10×10-7/℃~30×10-7/℃、-9×10-7/℃~30×10-7/℃、-8×10-7/℃~30×10-7/℃、-7×10-7/℃~30×10-7/℃、-6×10-7/℃~30×10-7/℃、-5×10-7/℃~30×10-7/℃、-5×10-7/℃~28×10-7/℃、-5×10-7/℃~26×10-7/℃、-4×10-7/℃~25×10-7/℃,特别优选为-3×10-7/℃~25×10-7/℃。20~200℃时的热膨胀系数过低或过高时,都会使加工基板的尺寸变化容易变大。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在20~380℃时的热膨胀系数优选为-20×10-7/℃~30×10-7/℃、-10×10-7/℃~30×10-7/℃、-9×10-7/℃~30×10-7/℃、-8×10-7/℃~30×10-7/℃、-7×10-7/℃~30×10-7/℃、-6×10-7/℃~30×10-7/℃、-5×10-7/℃~30×10-7/℃、-5×10-7/℃~28×10-7/℃、-5×10-7/℃~26×10-7/℃、-4×10-7/℃~25×10-7/℃、特别是-3×10-7/℃~25×10-7/℃、2×10-7/℃~25×10-7/℃、-1.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-1×10-7/℃~25×10-7/℃、-0.5×10-7/℃~25×10-7/℃、0~25×10-7/℃、0.5×10-7/℃~25×10-7/℃、1×10-7/℃~25×10-7/℃、1.5×10-7/℃~25×10-7/℃、2×10-7/℃~25×10-7/℃、2.5×10-7/℃~25×10-7/℃、2.5×10-7/℃~24×10-7/℃、2.5×10-7/℃~23×10-7/℃、2.5×10-7/℃~22×10-7/℃、2.5×10-7/℃~21×10-7/℃,特别优选为2.5×10-7/℃~20×10-7/℃。20~380℃时的热膨胀系数过低或过高时,都会使加工基板的尺寸变化容易变大。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在20~750℃时的热膨胀系数优选为-20×10-7/℃~30×10-7/℃、-10×10-7/℃~30×10-7/℃、-9×10-7/℃~30×10-7/℃、-8×10-7/℃~30×10-7/℃、-7×10-7/℃~30×10-7/℃、-6×10-7/℃~30×10-7/℃、-5×10-7/℃~30×10-7/℃、-5×10-7/℃~28×10-7/℃、-5×10-7/℃~26×10-7/℃、-4×10-7/℃~25×10-7/℃、特别是-3×10-7/℃~25×10-7/℃、2×10-7/℃~25×10-7/℃、-1.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-1×10-7/℃~25×10-7/℃、-0.5×10-7/℃~25×10-7/℃、0~25×10-7/℃、0.5×10-7/℃~25×10-7/℃、1×10-7/℃~25×10-7/℃、1.5×10-7/℃~25×10-7/℃、2×10-7/℃~25×10-7/℃、2.5×10-7/℃~25×10-7/℃、2.5×10-7/℃~24×10-7/℃、2.5×10-7/℃~23×10-7/℃、2.5×10-7/℃~22×10-7/℃、2.5×10-7/℃~21×10-7/℃,特别优选为2.5×10-7/℃~20×10-7/℃。20~750℃时的热膨胀系数过低或过高时,都会使加工基板的尺寸变化容易变大。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的液相温度优选低于1500℃、1495℃以下、1490℃以下、1485℃以下、1480℃以下、1475℃以下、1470℃以下、1465℃以下、1460℃以下、1455℃以下、1450℃以下、1445℃以下、1444℃以下、1443℃以下、1442℃以下、1441℃以下,特别优选为1440℃以下。液相温度过高时,熔融玻璃中容易产生失透物。另一方面,只要在1480℃以下,通过辊法等的制造变得容易,只要在1450℃以下,通过浇铸法等的制造变得容易。另外,液相温度可以通过在大约120×20×10mm的铂船中填充粉碎的试样后,投入具有线性的温度梯度的电炉中20小时,从电炉的温度梯度曲线图算出利用显微镜判定的结晶析出部位的温度的方法求得。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的结晶化前后的密度变化率优选为1.1~10%、1.1~9%、1.1~8%、1.1~7%、1.1~5.5%、1.1~5.4%、1.1~5.3%、1.1~5.2%、1.1~5.1%、1.1~5%、1.2~5%,特别优选为1.3~5%。结晶化前后的密度变化率过小时,玻璃不能充分结晶化,难以得到所期望的热膨胀系数。另一方面,结晶化前后的密度变化率过大时,结晶化时的体积收缩量大,容易发生破裂。其中,“结晶化前后的密度变化率”是指{(结晶化后的密度(g/cm3)-结晶化前的密度(g/cm3))/结晶化前的密度(g/cm3)}×100(%)。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的杨氏模量优选为60~120GPa、70~110GPa、75~110GPa、75~105GPa、80~105GPa,特别优选为80~100GPa。杨氏模量过低或过高都会使结晶化玻璃变得容易破损。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的刚性模量优选为25~50GPa、27~48GPa、29~46GPa,特别优选为30~45GPa。刚性模量过低或过高都会使结晶化玻璃变得容易破损。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的泊松比优选为0.35以下、0.32以下、0.3以下、0.28以下、0.26以下,特别优选为0.25以下。泊松比过大时,结晶化玻璃变得容易破损。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃也可以实施化学强化等。关于化学强化处理的处理条件,考虑玻璃组成、结晶度、熔融盐的种类等而适当选择处理时间和处理温度即可。例如,为了在结晶化后容易化学强化,可以选择大量含有能够包含在残余玻璃中的Na2O的玻璃组成,也可以有意地降低结晶度。另外,熔融盐可以单独含有Li、Na、K等碱金属,也可以含有多种。而且,不仅可以选择通常的一阶段强化,也可以选择多阶段的化学强化。除此之外,通过在结晶化前利用化学强化等对本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃进行处理,能够相比于试样内部减少试样表面的Li2O含量。通过将这样的玻璃结晶化,试样表面的结晶度低于试样内部,试样表面的热膨胀系数相对变高,能够将由热膨胀差导致的压缩应力导入试样表面。另外,试样表面的结晶度低时,在表面,玻璃相变多,通过选择玻璃组成,能够提高耐药品性、阻气性。

下面,对制造本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的方法进行说明。

首先,以成为上述组成的玻璃的方式调制原料配合料,将该原料配合料投入玻璃熔融炉,在1500~1750℃熔融后成型。另外,玻璃熔融时,可以采用使用燃烧器等的火焰熔融法、使用电加热的电熔融法等。另外,还能够采用利用激光照射的熔融或利用等离子体的熔融。另外,试样形状可以是板状、纤维状、膜状、粉末状、球状、中空状等,没有特别限制。

之后,对所得到的结晶性玻璃(能够结晶化的玻璃)进行热处理,使其结晶化。作为结晶化条件,首先在700~950℃(优选750~900℃)进行0.1~100小时(优选1~60小时)的成核,之后在800~1050℃(优选800~1000℃)进行0.1~50小时(优选0.2~10小时)的结晶生长。这样,β-石英固溶体结晶作为主结晶析出,能够得到透明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃。并且,热处理可以仅在某一特定的温度进行,也可以在二个以上层次的温度下保持而阶段性地进行热处理,也可以一边赋予温度梯度一边加热。

另外,也可以通过施加声波或照射电磁波来促进结晶化。而且,关于达到高温的结晶化玻璃的冷却速度,可以以某种特定的温度梯度进行冷却,也可以以二个以上层次的温度梯度进行冷却。想要得到充分的耐热冲击性的情况下,希望控制冷却速度,充分进行残余玻璃相的结构松弛。关于从800℃到25℃的平均冷却速度,在距离结晶化玻璃的表面最远的厚壁内部的部分优选为3000℃/分钟、1000℃/分钟以下、500℃/分钟以下、400℃/分钟以下、300℃/分钟以下、200℃/分钟以下、100℃/分钟以下、50℃/分钟以下、25℃/分钟以下、10℃/分钟以下,特别优选为5℃/分钟以下。另外,想要获得长期的尺寸稳定性的情况下,更优选为2.5℃/分钟以下、1℃/分钟以下、0.5℃/分钟以下、0.1℃以下/分钟以下、0.05℃/分钟以下、0.01℃/分钟以下、0.005℃/分钟以下、0.001℃/分钟以下、0.0005℃/分钟以下,特别优选为0.0001℃/分钟以下。除了进行利用风冷、水冷等的物理强化处理的情况之外,关于结晶化玻璃的冷却速度,优选表面~离表面最远的厚壁内部部分的冷却速度相近。离表面最远的厚壁内部部分的冷却速度除以表面的冷却速度得到的值优选为0.0001~1、0.001~1、0.01~1、0.1~1、0.5~1、0.8~1、0.9~1,特别优选为1。通过使其接近1,在结晶化玻璃试样的全部位置,不易产生残余变形,容易获得长期的尺寸稳定性。另外,表面的冷却速度能够利用接触式测温、辐射温度计来估算,内部的温度能够通过将高温状态的结晶化玻璃置于冷却介质中,测量冷却介质的热量和热量变化率,从该数值数据、结晶化玻璃和冷却介质的比热、导热率等来估算。

实施例

以下,基于实施例对本发明进行说明,但本发明不限定于以下的实施例。表1~8表示本发明的实施例(试样No.1~16)。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

[表8]

首先,以成为具有表1、3、5、7所记载的组成的玻璃的方式,将各原料以氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐等的形态进行调合,得到玻璃配合料。将所得到的玻璃配合料放入含有铂和铑的坩埚、不含铑的强化铂坩埚、耐火物坩埚或石英坩埚中,在1600℃熔融4~100小时后,升温至1650~1680℃熔融0.5~20小时,辊成型成5mm的厚度,再使用退火炉在700℃热处理30分钟,将退火炉以100℃/h降温至室温,由此得到结晶性玻璃。并且,上述熔融采用在玻璃原材料开发中广泛使用的电熔融法进行。

并且,使用试样No.11的玻璃组合物,确认了能够通过燃烧器加热、通电加热、激光照射等使玻璃熔融,之后还确认了能够通过压制法、再拉伸(redraw)法、喷雾法、辊法、膜法、溢流(融合)法、吹制法等,将玻璃试样成型成半球状、球状、纤维状、粉末状、薄板状、管状、阀状。另外,使用试样No.13的玻璃组合物,确认了通过将玻璃熔液倒入比重大于试样No.13的液体上,接着进行冷却,能够将玻璃组合物固化成板状。并且,无论是使用何种方法制作的玻璃,都能够在表中记载的条件下进行结晶化。

制作试样的Pt、Rh含量使用ICP-MS装置(AGILEINT TECHNOLOGY制Agilent8800)进行分析。首先,将所制作的玻璃试样粉碎,用纯水湿润后,添加高氯酸、硝酸、硫酸、氢氟酸等将其溶解。之后,利用ICP-MS测定试样的Pt、Rh含量。基于利用预先准备好的浓度已知的Pt、Rh溶液制作的校正曲线,求得各测定试样的Pt、Rh含量。测定模式为Pt:He气体/HMI(低模式),Rh:HEHe气体/HMI(中模式),质量数使用Pt:198、Rh:103。并且,制作试样的Li2O含量使用原子吸光分析装置(ANALYTIK JENA制ContrAA600)进行分析。玻璃试样的溶解的流程、使用校正曲线等方面基本上与Pt、Rh分析同样。另外,关于其他成分,可以与Pt、Rh、Li2O同样地利用ICP-MS或原子吸光分析进行测定,或者将预先利用ICP-MS或原子吸光分析装置进行了研究的浓度已知的玻璃试样作为校正曲线用试样,利用XRF分析装置(RIGAKU制ZSXPrimusIV)制作校正曲线后,基于该校正曲线,从测定试样的XRF分析值求得实际的各成分的含量。XRF分析时,管电压和管电流、露光时间等依照分析成分随时调节。

对于所制作的玻璃,以表中记载的热处理条件进行成核后,进行结晶生长使其结晶化。对于所得到的结晶化玻璃,评价透射率、明度、色度、析出结晶、热膨胀系数、液相温度、密度、杨氏模量、刚性模量、泊松比、破裂和透明性。并且,通过与结晶化玻璃同样的方法,测定结晶化前的结晶性玻璃的透射率、明度、色度等。另外,对于结晶性玻璃测定粘度、液相温度。

关于透射率,对进行两面光学研磨至壁厚2mm的结晶化玻璃板,使用分光光度计测定来进行评价。测定中使用日本分光制分光光度计V-670。并且,在V-670上安装有积分球单元“ISN-723”,所测定的透射率相当于全光透射率。另外,测定波长区域为200~1500nm,扫描速度为200nm/分钟,采样间距为1nm,带宽在200~800nm的波长区域为5nm,在其以外的波长区域为20nm。测定前进行基线校正(对100%)和黑暗测定(对0%)。黑暗测定时,在将附带于ISN-723的硫酸钡板拆卸后的状态下进行。使用所测定的透射率,基于JISZ8781-42013和与其对应的国际标准算出三刺激值XYZ,从各刺激值算出明度和色度(光源C/10°)。

析出结晶使用X射线衍射装置(RIGAKU制全自动多目的水平型X射线衍射装置Smart Lab)进行评价。扫描模式为2θ/θ测定,扫描类型为连续扫描,散射和发散狭缝宽度为1°,受光狭缝宽度为0.2°,测定范围为10~60°,测定步进为0.1°,扫描速度为5°/分钟,利用搭载于该型号组件的解析软件进行主结晶和结晶粒径的评价。

热膨胀系数使用加工成的结晶化玻璃试样,通过在20~200℃、20~380℃、20~750℃的温度域测定的平均线热膨胀系数进行评价。测定使用NETZSCH制Dilatometer。

液相温度通过以下方法评价。首先,在大约120×20×10mm的铂船中填充凑齐至300~500微米的玻璃粉末,投入电炉中,在1600℃熔融30分钟。之后,转移至具有线性的温度梯度的电炉,投入20小时,使失透析出。将测定试样空冷至室温后,观察析出在铂船与玻璃的界面的失透,从电炉的温度梯度曲线图算出失透析出处的温度,作为液相温度。另外,将所得到的液相温度内插至玻璃的高温粘度曲线,将相当于液相温度的粘度作为液相粘度。并且,对各表记载的玻璃的初相利用X射线衍射、组成分析等(日立制扫描电子显微镜日立制S3400N TyPE2,堀场制EMAX ENERGY EX250X)等进行分析。

密度通过阿基米德法进行测定。

应变点、退火点通过纤维拉伸法进行评价。其中,结晶性玻璃通过手拉法制作纤维试样。

高温粘度通过铂球提拉法进行评价。评价时,将块状的玻璃试样破碎成适当的尺寸,以尽可能不带入气泡的方式投入氧化铝制坩埚。之后加热氧化铝坩埚,使试样成为熔液状态,求出多个温度下的玻璃的粘度的测量值,算出Vogel-Fulcher式的常数并制作粘度曲线,算出各粘度时的温度。

关于杨氏模量、刚性模量和泊松比,对使用分散有1200号氧化铝粉末的研磨液研磨表面后的板状试样(40mm×20mm×2mm),使用自由共振式弹性模量测定装置(日本TECHNO-PLUS制JE-RT3)在室温环境下进行测定。

关于破裂,将通过目视未确认到结晶化玻璃破裂的评价为“○”,将确认到破裂的评价为“×”。

关于透明性,将目视时结晶化玻璃透明的评价为“○”,将不透明的评价为“×”。

如从表1~8可明确,试样No.1~16的结晶化玻璃中析出有β-石英固溶体作为主结晶,紫外~红外域的透射率高,热膨胀系数低。并且,未确认到破裂,是透明的。

产业上的可利用性

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的紫外~红外域的透光性高,且为低热膨胀,因此特别适合用于半导体用基板。并且,还适合用于石油炉、柴火炉等的前面窗、滤色器和图像传感器用基板等高科技产品用基板、电子部件烧制用固定器、光扩散板、半导体制造用炉芯管、半导体制造用掩模、光学透镜、尺寸测定用部件、通信用部件、建筑用部件、化学反应用容器、电磁烹调用顶板、耐热餐具、耐热罩、防火门用窗玻璃、天体望远镜用部件、宇宙光学用部件等。

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