Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃

文档序号:1894553 发布日期:2021-11-26 浏览:14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 于 2020-03-18 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种紫外~红外域的透过性高且不易破裂的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)、1~10%的Li-(2)O、5~30%的Al-(2)O-(3)、0~20%的SnO-(2)、超过0%且为20%以下的ZrO-(2)、0%以上且低于2%的TiO-(2)、0~10%的MgO、0~10%的P-(2)O-(5),作为主结晶析出有β-锂辉石固溶体。(The invention provides Li with high permeability 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 1 to 10% of Li 2 O, 5-30% of Al 2 O 3 0 to 20 percent of SnO 2 ZrO in an amount of more than 0% and not more than 20% 2 TiO of 0% or more and less than 2% 2 0 to 10% of MgO and 0 to 10% of P 2 O 5 A β -spodumene solid solution precipitates as a main crystal.)

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所示,在扇出(fan out)型晶圆级封装(WLP)中,包括:将多个半导体芯片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。

于是,探讨了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])、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:日本特开2016-113341号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而,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。另外,使β―锂辉石固溶体作为主结晶析出的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃虽然结晶化时的体积收缩量小,不易发生破裂,但是由于紫外~红外域的透过性低,存在将加工基板与玻璃基板进行固定、分离时所使用的激光(紫外光~红外光)难以透过的问题。

本发明的目的在于,提供一种紫外~红外域的透过性高且不易破裂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、1~10%的Li2O、5~30%的Al2O3、0~20%的SnO2、超过0%且为20%以下的ZrO2、0%以上且低于2%的TiO2、0~10%的MgO、0~10%的P2O5,作为主结晶析出有β-锂辉石固溶体。析出有β-锂辉石固溶体的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃中,β-锂辉石固溶体的结晶粒径大,大约是500nm,容易发生光的散射,因此存在紫外光~红外光的透过性降低的倾向。但是,发现了通过使TiO2的含量降低到低于2质量%,能够充分地补偿由光的散射导致的透光性的降低。而且,关于使β-锂辉石固溶体作为主结晶析出的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃,从母玻璃析出结晶时的体积收缩量小,不易发生破裂。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量%计还含有0~10%的Na2O、0~10%的K2O、0~10%的CaO、0~10%的SrO、0~10%的BaO、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%计含有0~2%的SnO2

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量%计含有1.5~20%的ZrO2、超过0%且为10%以下的MgO。

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0.0001以上。其中,“MgO/(Li2O+MgO)”是指MgO的含量除以Li2O和MgO的合计量得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,Al2O3/(SnO2+ZrO2)为9以下。其中,“Al2O3/(SnO2+ZrO2)”是指Al2O3的含量除以SnO2和ZrO2的合计量得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,SnO2/(SnO2+ZrO2+TiO2+P2O5+B2O3)为0.01以上。其中,“SnO2/(SnO2+ZrO2+TiO2+P2O5+B2O3)”是指SnO2的含量除以SnO2、TiO2、ZrO2、P2O5和B2O3的合计量得到的值。

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”是指ZrO2的含量除以Li2O的含量得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,(SnO2+ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+Li2O+Na2O+K2O+MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+B2O3+P2O5)为0.03以上。其中,“(SnO2+ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+Li2O+Na2O+K2O+MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+B2O3+P2O5)”是指SnO2、ZrO2和TiO2的合计量除以SiO2、Al2O3、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、B2O3和P2O5的合计量得到的值。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃优选以质量比计,(SiO2+Al2O3)/Li2O为20以上。其中,“(SiO2+Al2O3)/Li2O”是指SiO2和Al2O3的合计量除以Li2O的含量得到的值。

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”是指Li2O、Na2O和K2O的合计量除以ZrO2的含量得到的值。

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”是指TiO2的含量除以ZrO2的含量得到的值。

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)”是指TiO2的含量除以TiO2和Fe2O3的含量得到的值。

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”是指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”是指Pt和Rh的合计量。

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无色。

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过性的各种用途。

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过性的各种用途。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃在厚度2mm、波长1070nm时的透射率优选为35%以上。由此,能够适合用于要求红外透过性的各种用途。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的特征在于,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-20×10-7/℃~30×10-7/℃,作为主结晶析出有β-锂辉石固溶体。

发明的效果

根据本发明,能够提供紫外~红外域的透过性高且不易破裂的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、1~10%的Li2O、5~30%的Al2O3、0~20%的SnO2、超过0%且为20%以下的ZrO2、0%以上且低于2%的TiO2、0~10%的MgO、0~10%的P2O5,作为主结晶析出有β-锂辉石固溶体。

首先,将如上述限定玻璃组成的理由示于以下。并且,在以下关于各成分的含量的说明中,只要没有特别说明,“%”意指“质量%”。

SiO2是形成玻璃的骨架、并且形成Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的成分。SiO2的含量优选为40~90%、45~85%、50~85%、51~84%、52~83%、53~82%、54~81%、55~80%、55~78%、55~75%、55~73%、55~72%、55~71%、55~70%、56~70%、57~70%、58~70%、59~70%、60~70%、61~69%、62~68%、63~67%,特别优选为64~66%。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,玻璃熔液的粘度变高,从而变得难以澄清,玻璃的成型变难,生产率容易降低。另外,结晶化所需的时间变长,生产率容易降低。

Li2O是构成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。Li2O的含量优选为1~10%、2~10%、2~9%、2~8%、2~7%、2~6%、2.1~6%、2.2~6%、2.3~6%、2.4~6%、2.5~6%、2.5~5%、2.5~4.9%、2.5~4.8%、2.5~4.7%、2.5~4.6%、2.5~4.5%、2.6~4.4%、2.7~4.3%、2.8~4.2%、2.9~4.1%、3~4%、3.1~3.9%,特别优选为3.2~3.8%。Li2O的含量过少时,存在析出莫来石的结晶,使玻璃失透的倾向。并且,使玻璃结晶化时,Li2O-Al2O3-SiO2系结晶变得难以析出,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,玻璃熔液的粘度变高,从而变得难以澄清,玻璃的成型变难,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。

Al2O3是形成玻璃的骨架、并且形成Li2O-Al2O3-SiO2系结晶的成分。并且,Al2O3还是配位于晶核的周围,形成芯-壳结构的成分。通过存在芯-壳结构,从壳外部不易供给晶核成分,晶核不易肥大化,容易形成多个微小的晶核。Al2O3的含量优选为5~30%、6~30%、7~30%、7~29%、8~29%、9~29%、9~28%、10~28%、11~28%、12~28%、12~27%、13~27%、14~27%、14~26%、15~26%、16~26%、16.5~26%、16.5~25.5%、17~25.5%、17~25%、17.5~25%、18~24.5%、18~24%、18.5~24%、19~24%、19.5~24%、19.5~23.5%、20~23.5%、20.5~23%,特别优选为21~22.5%。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。而且,晶核变大,结晶化玻璃容易发生白浊。另一方面。Al2O3的含量过多时,玻璃的熔融性降低,玻璃熔液的粘度变高,从而变得难以澄清,玻璃的成型变难,生产率容易降低。并且,存在析出莫来石的结晶,使玻璃失透的倾向,结晶化玻璃变得容易破损。

SiO2、Al2O3、Li2O是作为主结晶的β-锂辉石固溶体和作为其前体的β-石英固溶体的主要构成成分,Li2O和Al2O3通过相互补偿电荷,固溶于SiO2骨架。通过以适当比例含有上述的三成分,结晶化高效地进行,能够以低成本制造。因此,(SiO2+Al2O3)/Li2O优选为20以上、20.2以上、20.4以上、20.6以上、20.8以上,特别优选21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,还是在大量含有时使玻璃的着色显著增强的成分。SnO2的含量优选为0~20%、0~18%、0~16%、0~14%、0~12%、0~10%、0~8%、超过0%且为8%以下、0.01~8%、0.01~7%、0.01~6%、0.01~5%、0.01~4%、0.05~4%、0.05~3.9%、0.05~3.8%、0.05~3.7%、0.05~3.6%、0.05~3.5%、0.05~3.4%、0.05~3.3%、0.05~3.2%、0.05~3.1%、0.05~3%、0.05~2.9%、0.05~2.8%、0.05~2.7%、0.05~2.6%、0.05~2.5%、0.05~2.4%、0.05~2.3%、0.05~2.2%、0.05~2.1%,特别优选为0.05~2%。SnO2的含量过多时,结晶化玻璃的着色变强。另外,原料配合料变得昂贵,作为结果,制造成本变高。

ZrO2是在结晶化工序中用于使结晶析出的成核成分。ZrO2的含量优选超过0%且为20%以下、超过0%且为18%以下、超过0%且为16%以下、超过0%且为14%以下、超过0%且为12%以下、超过0%且为10%以下、超过0%且为9%以下、超过0%且为8%以下、超过0%且为7%以下、超过0%且为6%以下、超过0%且为5.5%以下、超过0%且为5%以下、超过0%且为4.9%以下、0.1~4.9%、0.2~4.9%、0.3~4.9%、0.4~4.9%、0.5~4.9%、0.6~4.9%、0.7~4.9%、0.8~4.9%、0.9~4.9%、1~4.9%、1.1~4.9%、1.2~4.9%、1.3~4.9%、1.4~4.9%、1.5~4.9%、1.6~4.9%、1.7~4.9%、1.8~4.9%、1.9~4.9%、2~4.9%、2.1~4.9%、2.2~4.9%、2.3~4.9%、2.4~4.9%、2.5~4.9%、2.6~4.9%、2.7~4.9%、超过2.7%且为4.9%以下、2.8~4.9%、3.0~4.8%、3.1~4.7%、3.2~4.6%、3.3~4.5%、3.4~4.4%、3.5~4.3%,特别优选3.6~4.2%。ZrO2的含量过少时,不能充分地形成晶核,析出粗大的结晶,存在玻璃发生白浊、破损的担忧。另一方面。ZrO2的含量过多时,析出粗大的ZrO2结晶,玻璃变得容易失透,结晶化玻璃变得容易破损。并且,原料配合料变得昂贵,作为结果,制造成本变高。

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,在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。在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。

SnO2+ZrO2优选超过0%且为30%以下、0.5~25%、1~20%、1.2~17.5%、1.8~15%、2~12.5%、2.1~10%、2.2~10%、2.3~9.5%、2.4~9%、2.5~8.5%、2.7~8%、2.9~7.5%、3.1~7.5%、3.2~7.5%、3.3~7.5%、3.4~7.5%,特别优选为3.5~7.5%。在SnO2+ZrO2过少时,变得难以析出晶核,结晶化变得困难。另一方面,在SnO2+ZrO2过多时,晶核变大,结晶化玻璃容易白浊。

另外,Al2O3/(SnO2+ZrO2)优选为9以下、8.9以下、8.8以下、8.7以下、8.6以下、8.5以下、8.4以下、8.3以下、8.2以下、8.1以下、8以下、7.9以下、7.8以下、7.7以下、7.6以下、7.5以下、7.4以下、7.3以下、7.2以下、7.1以下、7以下、6.9以下、6.8以下、6.7以下、6.6以下、6.5以下、6.4以下、6.3以下、6.2以下、6.1以下、6以下、5.9以下、5.8以下、5.7以下、5.6以下,特别优选为5.5以下。在Al2O3/(SnO2+ZrO2)过大时,晶核变大,结晶化玻璃容易白浊。

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,在大量含有时,显著增强玻璃的着色,使透光性降低。特别是含有ZrO2和TiO2的二氧化锆钛酸盐系的结晶作为晶核发挥作用,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。另外,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,已知在钛和铁共存的情况下,会出现钛铁矿(FeTiO3)样的着色;在钛和锡共存的情况下,黄色增强,存在特别是紫外域的透光性显著降低的倾向。因此,TiO2的含量优选为0%以上且低于2%、0~1.95%、0~1.9%、0~1.8%、0~1.7%、0~1.6%、0~1.5%、0~1.4%、0~1.3%、0~1.2%、0~1.1%、0~1.05%、0~1%、0~0.95%、0~0.9%、0~0.85%、0~0.8%、0~0.75%、0~0.7%、0~0.65%、0~0.6%、0~0.55%、0~0.5%、0~0.48%、0~0.46%、0~0.44%、0~0.42%、0~0.4%、0~0.38%、0~0.36%、0~0.34%、0~0.32%、0~0.3%、0~0.28%、0~0.26%、0~0.24%、0~0.22%、0~0.2%、0~0.2%、0~0.18%、0~0.16%、0~0.14%、0~0.12%,特别优选为0~0.1%。但是,由于TiO2容易作为杂质混入,如要完全去除TiO2,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,TiO2的含量的下限优选为0.0003%以上、0.0005%以上、0.001%以上、0.005%以上、0.01%以上,特别优选为0.02%以上。

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和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,特别优选为0.0001~0.5。TiO2/ZrO2过小时,存在原料配合料变得昂贵,使制造成本增加的倾向。另一方面,TiO2/ZrO2过大时,结晶成核速度变慢,制造成本有可能增加。

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的含量优选为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、超过0%且为5%以下、超过0%且为4.9%以下、0.1~4%、0.2~3%、0.3~2%、0.4~1.5%、0.5~1%,特别优选为0.6~0.9%。MgO的含量过多时,容易析出含有Mg的结晶,使玻璃失透,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。

Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃中,结晶化完成后的结晶相与残余玻璃相的热膨胀系数产生较大差异的情况下,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0.0001以上、0.0005以上、0.001以上、0.005以上、0.01以上、0.012以上、0.014以上、0.016以上、0.018以上、0.02以上、0.022以上、0.024以上、0.026以上、0.028以上、0.03以上、0.032以上、0.034以上、0.036以上、0.038以上、0.04以上、0.041以上、0.042以上、0.043以上、0.044以上、0.045以上,特别是0.046以上、0.047以上、0.048以上、0.049以上,特别优选为0.05以上。另外,MgO/(Li2O+MgO)的上限优选为0.9以下。

P2O5是抑制粗大的结晶和失透的析出的成分。并且,是能够干预形成晶核时发生相分离的容易程度的成分。P2O5的含量优选为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0~4.5%、0~4%、0~3.9%、0~3.8%、0.1~3.5%、0.2~3.2%、0.3~2.9%、0.6~2.6%、0.9~2.3%、1.1~2%、1.2~1.7%,特别优选为1.3~1.5%。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。另外,P2O5的含量过多时,原料配合料变得昂贵,作为结果,制造成本变高。

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的成分。

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%、0.1~4%、0.2~2%,特别优选为0.3~1%。Na2O的含量过多时,容易析出含有Na的结晶而使玻璃失透,结晶化玻璃变得容易破损。而且,存在热膨胀系数变得过高的倾向。

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%、0~3%、0~2%、0.1~1.5%、0.2~1%,特别优选为0.3~0.5%。K2O的含量过多时,容易析出含有K的结晶而使玻璃失透,结晶化玻璃变得容易破损。而且,存在热膨胀系数变得过高的倾向。

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、2.48以下、2.46以下,特别优选为2.45以下。

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,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。CaO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%。CaO的含量过多时,容易析出含有Ca的结晶而使玻璃失透,结晶化玻璃变得容易破损。而且,存在热膨胀系数变得过高的倾向。

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,容易析出含有Sr的结晶而使玻璃失透,结晶化玻璃变得容易破损。而且,存在热膨胀系数变得过高的倾向。

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的含量优选为0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0~4%、0.3~3%、0.6~2.5%、0.9~2%,特别优选为1.1~1.5%。BaO的含量过多时,容易析出含有Ba的结晶而使玻璃失透,结晶化玻璃变得容易破损。而且,存在热膨胀系数变得过高的倾向。

ZnO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。ZnO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%。ZnO的含量过多时,容易析出含有Zn的结晶而使玻璃失透,结晶化玻璃变得容易破损。而且,存在热膨胀系数变得过高的倾向。

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,是能够干预形成晶核时发生相分离的容易程度的成分。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。而且,B2O3的含量过多时,原料配合料变得昂贵,作为结果,制造成本变高。

CaO、SrO、BaO、ZnO、B2O3有时作为杂质混入,如要完全去除它们,原料配合料变得昂贵,存在制造成本增加的倾向。在透光性没有问题的情况下,为了抑制制造成本增加,CaO、SrO、BaO、ZnO、B2O3的含量的下限分别优选为0.0001%以上、0.0003%以上,特别优选为0.0005%以上。

Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃中,已知在形成晶核前的玻璃内形成相分离区域后,在该相分离区域内形成由ZrO2、TiO2等构成的晶核。在形成相分离时,SnO2、ZrO2、TiO2、P2O5、B2O3干预较强,因此,SnO2+ZrO2+TiO2+P2O5+B2O3优选超过0%且为30%以下、0.5~25%、1~20%、1.2~17.5%、1.8~15%、2~12.5%、2.1~10%、2.2~10%、2.3~9.5%、2.4~9%、2.5~8.5%、2.7~8%、2.9~7.5%、3.1~7.5%、3.2~7.5%、3.3~7.5%、3.4~7.5%,SnO2/(SnO2+ZrO2+TiO2+P2O5+B2O3)优选为0.01以上、0.015以上、0.02以上、0.025以上、0.03以上、0.035以上、0.04以上、0.045以上、0.05以上、0.055以上、0.06以上、0.065以上、0.07以上、0.085以上、0.09以上、0.095以上、0.1以上、0.105以上、0.11以上、0.115以上、0.12以上、0.125以上,特别优选为0.13以上。SnO2+ZrO2+TiO2+P2O5+B2O3过少时,变得难以形成相分离区域,变得难以结晶化。另一方面,SnO2+ZrO2+TiO2+P2O5+B2O3过多,和/或,SnO2/(SnO2+ZrO2+TiO2+P2O5+B2O3)过小时,相分离区域变大,结晶化玻璃容易白浊。另外,SnO2/(SnO2+ZrO2+TiO2+P2O5+B2O3)的上限没有特别限定,现实上为0.9以下。

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,如要完全去除Fe2O3,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,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。

钛和铁共存的情况下,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、主结晶析出的钛和铁的成分残留于残余玻璃,上述着色的出现可能被促进。设计上,可以对这些成分进行减量,但是,由于TiO2和Fe2O3容易作为杂质混入,如要完全去除,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,含有两者成分。这种情况下,TiO2/(TiO2+Fe2O3)优选为0.001~0.999、0.001~0.998、0.001~0.997、0.001~0.9996,特别优选0.001~0.995。

一般而言,作为本发明的主结晶的β-锂辉石固溶体和作为其前体的β-石英固溶体由SiO2、Al2O3、Li2O等构成,但β-锂辉石固溶体的结晶中的空隙面积更大,碱金属和碱土金属容易固溶。因此,β-锂辉石固溶体以含有SiO2、Al2O3、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、B2O3、P2O5中的任一种或全部的形式构成。SnO2、ZrO2、TiO2从离子半径的观点来看也能够固溶于β-锂辉石固溶体,但这些成分在结晶化初期引起相分离,大多情况下作为晶核析出。因此,与SiO2、Al2O3等相比,固溶的概率低,存在于与主结晶不同的相(晶核、残余玻璃等)的可能性高。主结晶与其以外的相的折射率差大时,容易折射短波长光,存在得不到所期望的透光性的担忧。因此,(SnO2+ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+Li2O+Na2O+K2O+MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+B2O3+P2O5)优选为0.03以上、0.035以上、0.04以上、0.045以上,特别优选0.05以上。(SnO2+ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+Li2O+Na2O+K2O+MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+B2O3+P2O5)过大时,容易析出ZrO2、SnO2等的失透麻点。(SnO2+ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+Li2O+Na2O+K2O+MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+B2O3+P2O5)的上限没有特别限定,现实上为0.1以上。

Pt是可能以离子或胶体、金属等状态混入玻璃的成分,出现黄色~茶褐色的着色。并且,该倾向在结晶化后变得显著。而且,经过锐意探讨发现,混入有Pt时,结晶化玻璃的成核和结晶化举动受到影响,有时容易白浊。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、0.55ppm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。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,如要完全去除Pt,存在制造成本增加的倾向。在对着色不带来不良影响的情况下,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,在着色为可允许的程度的情况下,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单独用作成核剂,也可以与其他成分复合而作为成核剂。另外,在将Pt用作成核剂的情况下,其形态没有特别限定(胶体、金属结晶等)。

Rh是可能以离子或胶体、金属等状态混入玻璃的成分,与Pt同样出现黄色~茶褐色的着色,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、0.55ppm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。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,如要完全去除Rh,存在制造成本增加的倾向。在对着色不带来不良影响的情况下,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单独用作成核剂,也可以与其他成分复合而作为成核剂。另外,在将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、金属结晶等)。

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、0.65ppm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。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,如要完全去除Pt和Rh,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,通常利用各式各样的坩埚来制造各式各样的组成的玻璃。因此,用于熔融的电炉内部大多存在从坩埚蒸发的铂和铑。已经确认了存在于电炉内部的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,还在坩埚上安装石英制的盖子,而且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,优选本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃实质上不含有这些成分(具体而言低于0.1质量%)。

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃中,只要对着色没有不良影响,除上述成分以外,例如还可以将H2、CO2、CO、H2O、He、Ne、Ar、N2等微量成分分别含有至0.1%。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,将其作为起点能够促进结晶化。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。鉴于这些情况,在以促进结晶化、赋予其他的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,在上述目的之外,可以含有500ppm以下、300ppm以下、100ppm以下,特别优选为10ppm以下。

此外,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,还可以将SO3、MnO、Cl2、Y2O3、MoO3、La2O3、WO3、HfO2、Ta2O5、Nd2O3、Nb2O5、RfO2等以合计量含有至10%。但是,上述成分的原料配合料昂贵,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。

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成为无色。

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、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、46%以上、47%以上、48%以上、49%以上,特别优选为50%以上。在用于需要透过紫外光的用途的情况下,如果波长360nm时的透射率过低,则存在得不到所期望的透过能力的担忧。特别是在使用YAG激光等的情况下,优选波长360nm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。在用于需要透过可见光的用途的情况下,如果波长555nm时的透射率过低,则存在得不到所期望的透过能力的担忧。

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、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、80%以上、81%以上、82%以上、83%以上、84%以上,特别优选85%以上。如果波长1070nm时的透射率过低,则容易变成绿色。

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。通过减小结晶化前后的透射率变化率,能够在结晶化前预测结晶化后的透射率并进行控制,在结晶化后容易得到所期望的透过能力。另外,优选结晶化前后的透射率变化率不仅在波长360nm时小,在全部波长区域都小。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系结晶化玻璃中,作为主结晶析出有β-锂辉石固溶体,因此容易具有低热膨胀系数。

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/℃、-19×10-7/℃~30×10-7/℃、-18×10-7/℃~30×10-7/℃、-17×10-7/℃~30×10-7/℃、-16×10-7/℃~30×10-7/℃、-15×10-7/℃~30×10-7/℃、-15×10-7/℃~28×10-7/℃、-15×10-7/℃~26×10-7/℃、-14.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-13.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-12.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-11.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-10.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-10×10-7/℃~24.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~23.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~22.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~21.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~20.5×10-7/℃、-9.5×10-7/℃~20×10-7/℃、-9×10-7/℃~19.5×10-7/℃、-8.5×10-7/℃~19×10-7/℃、-8×10-7/℃~18.5×10-7/℃、-7.5×10-7/℃~18×10-7/℃、-7×10-7/℃~17.5×10-7/℃、-6.5×10-7/℃~17×10-7/℃、-6×10-7/℃~17×10-7/℃、-6×10-7/℃~16.5×10-7/℃、-6×10-7/℃~16×10-7/℃、-5.5×10-7/℃~16×10-7/℃、-5×10-7/℃~16×10-7/℃、-5×10-7/℃~15.5×10-7/℃,特别优选为-5×10-7/℃~15×10-7/℃。在20~200℃的热膨胀系数过低或过高,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℃的热膨胀系数优选为-20×10-7/℃~30×10-7/℃、-19×10-7/℃~30×10-7/℃、-18×10-7/℃~30×10-7/℃、-17×10-7/℃~30×10-7/℃、-16×10-7/℃~30×10-7/℃、-15×10-7/℃~30×10-7/℃、-15×10-7/℃~28×10-7/℃、-15×10-7/℃~26×10-7/℃、-14.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-13.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-12.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-11.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-10.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-10×10-7/℃~24.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~23.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~22.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~21.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~20.5×10-7/℃、-9.5×10-7/℃~20×10-7/℃、-9×10-7/℃~19.5×10-7/℃、-8.5×10-7/℃~19×10-7/℃、-8×10-7/℃~18.5×10-7/℃、-7.5×10-7/℃~18×10-7/℃、-7×10-7/℃~17.5×10-7/℃、-6.5×10-7/℃~17×10-7/℃、-6×10-7/℃~17×10-7/℃、-6×10-7/℃~16.5×10-7/℃、-6×10-7/℃~16×10-7/℃、-5.5×10-7/℃~16×10-7/℃、-5×10-7/℃~16×10-7/℃、-5×10-7/℃~15.5×10-7/℃,特别优选为-5×10-7/℃~15×10-7/℃。在20~380℃的热膨胀系数过低或过高,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℃的热膨胀系数优选为-20×10-7/℃~30×10-7/℃、-19×10-7/℃~30×10-7/℃、-18×10-7/℃~30×10-7/℃、-17×10-7/℃~30×10-7/℃、-16×10-7/℃~30×10-7/℃、-15×10-7/℃~30×10-7/℃、-15×10-7/℃~28×10-7/℃、-15×10-7/℃~26×10-7/℃、-14.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-13.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-12.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-11.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-10.5×10-7/℃~25×10-7/℃、-10×10-7/℃~24.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~23.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~22.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~21.5×10-7/℃、-10×10-7/℃~20.5×10-7/℃、-9.5×10-7/℃~20×10-7/℃、-9×10-7/℃~19.5×10-7/℃、-8.5×10-7/℃~19×10-7/℃、-8×10-7/℃~18.5×10-7/℃、-7.5×10-7/℃~18×10-7/℃、-7×10-7/℃~17.5×10-7/℃、-6.5×10-7/℃~17×10-7/℃、-6×10-7/℃~17×10-7/℃、-6×10-7/℃~16.5×10-7/℃、-6×10-7/℃~16×10-7/℃、-5.5×10-7/℃~16×10-7/℃、-5×10-7/℃~16×10-7/℃、-5×10-7/℃~15.5×10-7/℃,特别优选为-5×10-7/℃~15×10-7/℃。在20~750℃的热膨胀系数过低或过高,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。

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,将以成为上述组成的玻璃的方式制备的原料配合料投入玻璃熔融炉,在1500~1750℃熔融后成型。另外,熔融玻璃时可以采用使用燃烧器等的火焰熔融法、利用电加热的电熔融法等。并且,还可以是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。

然后,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。具体而言,在700~950℃(优选750~900℃)下0.1~100小时(优选1~60小时)的条件下进行热处理使其成核,接着在800~1050℃(优选800~1000℃)下0.1~50小时(优选0.2~10小时)的条件下进行热处理,之后,在900~1200℃(优选950~1100℃)下0.1~50小时(优选0.1~10小时)的条件下进行热处理使结晶生长。由此,能够得到作为主结晶析出有β-锂辉石固溶体结晶的无色的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃。

另外,也可以通过施加或照射声波、电磁波来促进结晶化。此外,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时,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。并且,想要获得长期的尺寸稳定性时,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。

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,可以考虑玻璃组成、结晶度、熔融盐的种类等来适当选择处理时间、处理温度。例如,为了在结晶化后容易进行化学强化,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。此外,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。

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。在表1~4中示出本发明的实施例(试样No.1~5、7~25)、比较例(试样No.6)。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

首先,以成为具有表1~4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,通过以100℃/h将退火炉降温至室温,得到结晶性玻璃。并且,上述熔融通过在玻璃原材料的开发中广泛采用的电熔融法进行。

并且,使用试样No.15的玻璃组合物,确认到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。并且,使用试样No.16的玻璃组合物,确认了通过将玻璃熔液倒出在比重大于试样No.16的液体上,接着进行冷却,能够将玻璃组合物固化成板状。而且,无论使用何种方法制作的玻璃,都在表中记载的条件下成功地进行了结晶化。

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。对所得到的结晶化玻璃评价透射率、析出结晶、热膨胀系数、杨氏模量、刚性模量、泊松比、破裂和色调。

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各波长下的透射率并进行评价。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”。另外,测定波长区域为200~1500nm,扫描速度为200nm/分钟,采样间隔为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。

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。作为此时确定的析出晶种,将β―锂辉石固溶体在表中示出为“β-S”。

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。

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,将目视时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“×”。

关于色调,将目视时结晶化玻璃为无色的评价为“○”,将不是无色的评价为“×”。

如从表1~4可明确,试样No.1~5、7~25的结晶化玻璃中,作为主结晶析出有β-锂辉石固溶体,紫外~红外域的透射率高,热膨胀系数低。并且,未确认到破裂,是无色的。作为比较例的No.6的结晶化玻璃的外观为黄色,紫外域的透射率低。

如从表2可明确,本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃能够在短时间内结晶化,能够得到高透射率。依照所要求的特性,可以变更结晶化条件,但能够以不逊色于目前使用的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的工艺速度进行结晶化,因此能够使用现有设备以低成本进行制造。

产业上的可利用性

本发明的Li2O-Al2O3-SiO2系结晶化玻璃的紫外~红外域的透过性高,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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