JPH04219341A - 本質的に無色のアルカリ金属酸化物−Al2Oおよび/またはB2O3−SiO2ガラスおよびその作成方法 - Google Patents
本質的に無色のアルカリ金属酸化物−Al2Oおよび/またはB2O3−SiO2ガラスおよびその作成方法Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
- C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
- C03C21/005—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to introduce in the glass such metals or metallic ions as Ag, Cu
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
- C03C13/045—Silica-containing oxide glass compositions
- C03C13/046—Multicomponent glass compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
- C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
- C03C23/0055—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by ion implantation
Landscapes
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- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイオン交換技術を用いて
ガラス物品の屈折率に勾配をつけることを目的とするも
のであり、この発明は光技術分野、特に高性能ファイバ
オプティック部品の作成に適用し得るものである。
ガラス物品の屈折率に勾配をつけることを目的とするも
のであり、この発明は光技術分野、特に高性能ファイバ
オプティック部品の作成に適用し得るものである。
【0002】
【従来技術】高性能ファイバオプティック部品を作成し
ようとして光技術の追究がさらに行なわれている。その
ようにして開発された1つの技術はガラス基体に複数の
光導波路を集積するためにイオン交換技術とフォトリソ
グラフィとを組合せたものである。光導波路は種々の光
回路と、スプリッタ、スタ−、波長分割マルチプレクサ
および光パワ−タップのような装置のための受動的光学
機能を得るためにガラス基体内に埋設され得る。これら
の機能は部品の小型化と制御された性能の実現を容易に
するために単一のガラス基体内に容易に集積化される。
ようとして光技術の追究がさらに行なわれている。その
ようにして開発された1つの技術はガラス基体に複数の
光導波路を集積するためにイオン交換技術とフォトリソ
グラフィとを組合せたものである。光導波路は種々の光
回路と、スプリッタ、スタ−、波長分割マルチプレクサ
および光パワ−タップのような装置のための受動的光学
機能を得るためにガラス基体内に埋設され得る。これら
の機能は部品の小型化と制御された性能の実現を容易に
するために単一のガラス基体内に容易に集積化される。
【0003】このりょうな研究が1989年4月24〜
27日のピ−シ−オ− プロシ−ディングス、フラン
ス、パリ、Vol.1128における「オプトエレクト
ロニクス用ガラス」にカップス、カ−セ、ミュラ−、ポ
スナ、およびシュライラによって発表されており、銀・
ナトリウムイオン交換に適した特殊の種類のガラスにつ
いて説明されている。この特殊のガラスはチャンネル導
波路と導波路装置を作成するために用いられ、それによ
ってガラス基体が金属膜で覆われる。フォトリソグラフ
ィおよび電子ビ−ムで書かれたマスクを用いたウエット
エッチング技術によってパタ−ンが発生される。
27日のピ−シ−オ− プロシ−ディングス、フラン
ス、パリ、Vol.1128における「オプトエレクト
ロニクス用ガラス」にカップス、カ−セ、ミュラ−、ポ
スナ、およびシュライラによって発表されており、銀・
ナトリウムイオン交換に適した特殊の種類のガラスにつ
いて説明されている。この特殊のガラスはチャンネル導
波路と導波路装置を作成するために用いられ、それによ
ってガラス基体が金属膜で覆われる。フォトリソグラフ
ィおよび電子ビ−ムで書かれたマスクを用いたウエット
エッチング技術によってパタ−ンが発生される。
【0004】イオン交換、すなわちガラス物品の屈折率
に勾配を生じさせるための技術は、60年代の始めから
用いられている。この方法の要点は例えば1つのアルカ
リイオンを他のアルカリイオンと交換するというような
異なる分極率を有するイオンを交換する点にある。例え
ば米国特許第3524737号および第3615322
号にはガラス内のナトリウムイオンがカリウムおよび銅
イオンでそれぞれ置換されるガラス強化技術が記載され
ている。同様に、米国特許第3615323号には、ナ
トリウムイオンがリチウムイオンで置換される同様のガ
ラス強化技術が記載されている。このような交換によっ
て屈折率の適度の変化が得られる。
に勾配を生じさせるための技術は、60年代の始めから
用いられている。この方法の要点は例えば1つのアルカ
リイオンを他のアルカリイオンと交換するというような
異なる分極率を有するイオンを交換する点にある。例え
ば米国特許第3524737号および第3615322
号にはガラス内のナトリウムイオンがカリウムおよび銅
イオンでそれぞれ置換されるガラス強化技術が記載され
ている。同様に、米国特許第3615323号には、ナ
トリウムイオンがリチウムイオンで置換される同様のガ
ラス強化技術が記載されている。このような交換によっ
て屈折率の適度の変化が得られる。
【0005】より高い屈折率の領域を生ずるためのド−
ピングイオンとしては他の元素よりもタリウムが選ばれ
るのが普通である。タリウムのイオン交換によってガラ
スの屈折率の大きな変化が得られた。しかし、タリウム
を使用することは、その毒性のために程度まで制限され
る。それでも、そのように毒性の問題があるにもかかわ
らず、タリウムは現在のところイオン交換処理で最も多
く用いられているイオンである。
ピングイオンとしては他の元素よりもタリウムが選ばれ
るのが普通である。タリウムのイオン交換によってガラ
スの屈折率の大きな変化が得られた。しかし、タリウム
を使用することは、その毒性のために程度まで制限され
る。それでも、そのように毒性の問題があるにもかかわ
らず、タリウムは現在のところイオン交換処理で最も多
く用いられているイオンである。
【0006】種々のイオン交換技術が発表されている。
このような技術で利用される一般的な手法はあるサイズ
のアルカリイオンを他のサイズのそれと置換することを
含む。例えば、米国特許第3681041号および第3
533888号には、小さいイオンが大きいイオンと置
換されるイオン交換処理を用いてガラス物品を強化する
方法が開示されている。逆に、米国特許第379043
0号には、ガラス物品の1つの表面におけるアルカリ金
属イオンがそれより大きい一価金属イオンで置換される
イオン交換処理でガラス物品を強化するための方法が記
載されている。米国特許第3687649号、第362
8934号および第3615320号には、大きいアル
カリイオンが小さいアルカリイオンと置換される同様の
技術が開示されている。イオン交換についての多数のよ
り具体的な形式が米国特許第4053679号に開示さ
れており、そこではナトリウムイオンがオパ−ルガラス
内で交換される。米国特許第3524737号、第36
15322号、および第3615323号では、ソ−ダ
石灰型ガラス内のナトリウムイオンがカリウム、銅およ
びリチウムイオンでそれぞれ置換される。
のアルカリイオンを他のサイズのそれと置換することを
含む。例えば、米国特許第3681041号および第3
533888号には、小さいイオンが大きいイオンと置
換されるイオン交換処理を用いてガラス物品を強化する
方法が開示されている。逆に、米国特許第379043
0号には、ガラス物品の1つの表面におけるアルカリ金
属イオンがそれより大きい一価金属イオンで置換される
イオン交換処理でガラス物品を強化するための方法が記
載されている。米国特許第3687649号、第362
8934号および第3615320号には、大きいアル
カリイオンが小さいアルカリイオンと置換される同様の
技術が開示されている。イオン交換についての多数のよ
り具体的な形式が米国特許第4053679号に開示さ
れており、そこではナトリウムイオンがオパ−ルガラス
内で交換される。米国特許第3524737号、第36
15322号、および第3615323号では、ソ−ダ
石灰型ガラス内のナトリウムイオンがカリウム、銅およ
びリチウムイオンでそれぞれ置換される。
【0007】しかし、これらの文献のいずれにも、銀の
イオン交換については記載されていない。非架橋酸素の
留分を操作することについても述べられていない。
イオン交換については記載されていない。非架橋酸素の
留分を操作することについても述べられていない。
【0008】本発明の焦点は、ガラスに着色することな
しに銀イオンをガラス内に取込まれ得るようにガラス内
の非架橋酸素を操作することである。イオン交換に銀を
用いることについては多くの文献があるが、着色の殆ど
無いガラス物品を作成するに当っては成功例は少ない。 しかし、それらの文献では銀がイオン交換される場合に
無着色ガラス物品を作成するために非架橋酸素の数を操
作することについては論述されていない。
しに銀イオンをガラス内に取込まれ得るようにガラス内
の非架橋酸素を操作することである。イオン交換に銀を
用いることについては多くの文献があるが、着色の殆ど
無いガラス物品を作成するに当っては成功例は少ない。 しかし、それらの文献では銀がイオン交換される場合に
無着色ガラス物品を作成するために非架橋酸素の数を操
作することについては論述されていない。
【0009】例えば、前述したカップス外による技術論
文では、銀・ナトリウムイオン交換に適した特殊な種類
のガラスについて記述されており、このアルミノホウケ
イ酸塩ガラスは25モル%NaO2、25モル%Al2
O3、37.5モル%SiO2、および12.5モル%
B2O3で構成されている。交換の実験は純粋な硝酸銀
塩溶融物および他の幾つかの希釈された塩溶融物内で4
00℃の温度で1時間行なわれた。非架橋酸素原子の留
分の操作については述べられていない。
文では、銀・ナトリウムイオン交換に適した特殊な種類
のガラスについて記述されており、このアルミノホウケ
イ酸塩ガラスは25モル%NaO2、25モル%Al2
O3、37.5モル%SiO2、および12.5モル%
B2O3で構成されている。交換の実験は純粋な硝酸銀
塩溶融物および他の幾つかの希釈された塩溶融物内で4
00℃の温度で1時間行なわれた。非架橋酸素原子の留
分の操作については述べられていない。
【0010】米国特許第3425816号には溶融アル
カリ金属塩の浴を用いたイオン交換反応により、その浴
内に存在する銀イオンによるガラスの着色を回避するた
めにアルカリ金属ケイ酸塩ガラスを化学的に強化する方
法が記載されおり、そこでは、銀イオンはマイグレ−シ
ョンを禁止するためにその浴に塩化物、臭化物、ヨウ化
物、シアン化物、リン酸塩およびクロム酸塩よりなるグ
ル−プから選択されたイオンを加えることができる材料
を約0.5〜25重量パ−セント加えることによって錯
化合される。非架橋酸素の数の操作については述べられ
ていない。
カリ金属塩の浴を用いたイオン交換反応により、その浴
内に存在する銀イオンによるガラスの着色を回避するた
めにアルカリ金属ケイ酸塩ガラスを化学的に強化する方
法が記載されおり、そこでは、銀イオンはマイグレ−シ
ョンを禁止するためにその浴に塩化物、臭化物、ヨウ化
物、シアン化物、リン酸塩およびクロム酸塩よりなるグ
ル−プから選択されたイオンを加えることができる材料
を約0.5〜25重量パ−セント加えることによって錯
化合される。非架橋酸素の数の操作については述べられ
ていない。
【0011】米国特許第3484224号には、溶融物
系内でのエッチングおよび陽イオン交換の処理により、
黄色の発生を伴うことなしに、ガラス、特にソ−ダ石灰
ガラスを強化する方法が開示されており、その銀とナト
リウムとの陽イオン交換は銀イオンと、全陽イオンの少
なくとも90パ−セントがナトリウムイオンである他の
陽イオンとを含んだ系で生ずる。非架橋酸素の数の操作
については述べられていない。
系内でのエッチングおよび陽イオン交換の処理により、
黄色の発生を伴うことなしに、ガラス、特にソ−ダ石灰
ガラスを強化する方法が開示されており、その銀とナト
リウムとの陽イオン交換は銀イオンと、全陽イオンの少
なくとも90パ−セントがナトリウムイオンである他の
陽イオンとを含んだ系で生ずる。非架橋酸素の数の操作
については述べられていない。
【0012】米国特許第3495963号には、ベ−ス
ガラスに着色しかつそれを強化するために同じ処理浴か
らの多数のイオン交換を同時に行なってガラスを処理す
る方法であって、ナトリウムおよびカリウム塩よりなる
クラスから選択されたアルカリ金属塩約50〜約99.
5重量%と、銀金属塩約0.5〜約50重量%よりなる
溶融混合物に上記ガラスを接触させることを含む方法が
詳細に記述されている。非架橋酸素原子の留分を操作す
ることについては述べられていない。
ガラスに着色しかつそれを強化するために同じ処理浴か
らの多数のイオン交換を同時に行なってガラスを処理す
る方法であって、ナトリウムおよびカリウム塩よりなる
クラスから選択されたアルカリ金属塩約50〜約99.
5重量%と、銀金属塩約0.5〜約50重量%よりなる
溶融混合物に上記ガラスを接触させることを含む方法が
詳細に記述されている。非架橋酸素原子の留分を操作す
ることについては述べられていない。
【0013】米国特許第3287201号には、アルカ
リ金属を含有したガラスを強化する方法であって、その
ガラスの表面におけるアルカリ金属イオンを、アルカリ
金属、銅、銀および水素のイオンよりなるグル−プから
選択されたより小さい陽電性の金属イオンで置換するこ
とを含む方法が開示されている。非架橋酸素原子の数を
操作することについては記述されていない。
リ金属を含有したガラスを強化する方法であって、その
ガラスの表面におけるアルカリ金属イオンを、アルカリ
金属、銅、銀および水素のイオンよりなるグル−プから
選択されたより小さい陽電性の金属イオンで置換するこ
とを含む方法が開示されている。非架橋酸素原子の数を
操作することについては記述されていない。
【0014】米国特許第4108621号には、ソフト
・アパ−チャ・フィルタの作成方法であって、SiO2
55〜72モル%、Na2O15〜35モル%、ZnO
以外の二価酸化物0〜5モル%、ZnO4〜15モル%
、Al2O30〜5モル%にSb2O3および/または
As2O3を伴うベ−ス組成を有するガラスを、銀塩1
4〜60モル%および任意であるがNaNO3および/
またはNa2SO4を含有した溶融浴中で加熱すること
を含む方法が開示されている。
・アパ−チャ・フィルタの作成方法であって、SiO2
55〜72モル%、Na2O15〜35モル%、ZnO
以外の二価酸化物0〜5モル%、ZnO4〜15モル%
、Al2O30〜5モル%にSb2O3および/または
As2O3を伴うベ−ス組成を有するガラスを、銀塩1
4〜60モル%および任意であるがNaNO3および/
またはNa2SO4を含有した溶融浴中で加熱すること
を含む方法が開示されている。
【0015】米国特許第4022628号には、イオン
交換により強化されたケイ酸塩ガラス・フィルタと、そ
のガラスに酸化セリウムを混入させ、そしてその後でカ
リウム塩と硝酸銀の混合物を用いてイオン交換による強
化を行なうことによってそのようなフィルタを作成する
方法が詳細に記述されている。非架橋酸素の留分を操作
することについては記述されていない。
交換により強化されたケイ酸塩ガラス・フィルタと、そ
のガラスに酸化セリウムを混入させ、そしてその後でカ
リウム塩と硝酸銀の混合物を用いてイオン交換による強
化を行なうことによってそのようなフィルタを作成する
方法が詳細に記述されている。非架橋酸素の留分を操作
することについては記述されていない。
【0016】米国特許第3508895号には、ソ−ダ
石灰ガラス体の表面に少なくとも2〜3ミクロンのオ−
ダの深さの圧縮層を形成することによってそのガラス体
を強化する方法であって、その圧縮層の粘度を、圧縮応
力層を形成するのに充分な厚みで粘性がより高いガラス
よりなる表面層を生ずるのに充分な深さにわたってフッ
素イオンを非架橋酸素イオンおよび/または水酸基イオ
ンと置換することによって変更させるようにする方法が
開示されている。銀の還元を回避する目的で非架橋酸素
原子の数を操作することについては記述されていない。
石灰ガラス体の表面に少なくとも2〜3ミクロンのオ−
ダの深さの圧縮層を形成することによってそのガラス体
を強化する方法であって、その圧縮層の粘度を、圧縮応
力層を形成するのに充分な厚みで粘性がより高いガラス
よりなる表面層を生ずるのに充分な深さにわたってフッ
素イオンを非架橋酸素イオンおよび/または水酸基イオ
ンと置換することによって変更させるようにする方法が
開示されている。銀の還元を回避する目的で非架橋酸素
原子の数を操作することについては記述されていない。
【0017】米国特許第3873408号には、ガラス
体の予め定められた深さの表面層の屈折率を増大させる
方法であって、そのガラス体を、800oFと1100
oFの間の温度で少なくとも1時間、溶融イオン源と接
触した状態に維持する工程を含んでおり、この場合、イ
オンは銀、タリウム、および銅イオン、ならびにそれら
の混合物よりなるグル−プから選択される。非架橋酸素
原子の留分の操作については記述されていない。
体の予め定められた深さの表面層の屈折率を増大させる
方法であって、そのガラス体を、800oFと1100
oFの間の温度で少なくとも1時間、溶融イオン源と接
触した状態に維持する工程を含んでおり、この場合、イ
オンは銀、タリウム、および銅イオン、ならびにそれら
の混合物よりなるグル−プから選択される。非架橋酸素
原子の留分の操作については記述されていない。
【0018】
【本発明が解決しようとする課題】本発明はシリカをベ
−スとしたガラスの屈折率に大きい勾配を生じさせるた
めのタリウムに代わる有望な代替物、すなわちAg+の
交換について開示している。銀をアルカリ金属と交換す
ることにより、タリウム交換によって生ずるのに匹敵す
る屈折率変化を、それに内在する毒性の問題を伴うこと
なしに、生ずる。イオン交換技術によって最小限の量よ
り多い銀をケイ酸塩ガラス中に導入すると、銀の大規模
な化学的還元を常に生じ、光通路における減衰の増加を
伴うことになるので、このような交換の潜在的な利点に
ついては従来認識されていなかった。従って、銀が還元
されたときにコロイドの形成を特徴付ける強烈な色は光
導波路の適用分野では許容できないものであり、事実、
殆ど光学的用途では、本質的に無色透明のガラスが必要
とされる。
−スとしたガラスの屈折率に大きい勾配を生じさせるた
めのタリウムに代わる有望な代替物、すなわちAg+の
交換について開示している。銀をアルカリ金属と交換す
ることにより、タリウム交換によって生ずるのに匹敵す
る屈折率変化を、それに内在する毒性の問題を伴うこと
なしに、生ずる。イオン交換技術によって最小限の量よ
り多い銀をケイ酸塩ガラス中に導入すると、銀の大規模
な化学的還元を常に生じ、光通路における減衰の増加を
伴うことになるので、このような交換の潜在的な利点に
ついては従来認識されていなかった。従って、銀が還元
されたときにコロイドの形成を特徴付ける強烈な色は光
導波路の適用分野では許容できないものであり、事実、
殆ど光学的用途では、本質的に無色透明のガラスが必要
とされる。
【0019】ホウケイ酸塩ガラス、特にフォトクロミッ
ク・ガラス中に溶解された銀についての研究から、銀イ
オンの還元はそのガラスネットワ−クに固有の電子抽出
から生じ得るものと推論される。さらに、この抽出の相
対的な生じ易さはガラスの組成のよって大きく異なる。 事実、還元がまったく生じないガラスもみられる。
ク・ガラス中に溶解された銀についての研究から、銀イ
オンの還元はそのガラスネットワ−クに固有の電子抽出
から生じ得るものと推論される。さらに、この抽出の相
対的な生じ易さはガラスの組成のよって大きく異なる。 事実、還元がまったく生じないガラスもみられる。
【0020】ヒ素やすずのような多価不純物はもちろん
少量の銀を還元する電子を与えることができ、従って少
量の着色を生じさせることができる。しかし、これらの
ガラスに通常みられる少レベルの不純物が適度な量の銀
を導入したときにアルカリケイ酸塩ガラスで観察される
相当な着色の原因であると考えるのは現実的でない。さ
らに、ガラスから多価イオンを排除するために慎重に努
力しても大規模な銀の酸化を防止することはできなかっ
た。従って、本発明のひとつの目的は、適度に広い範囲
内で物理的特性を変更することができるが、銀の還元の
程度が多価イオン不純物によって生ずる程度を超えない
ガラスを作成するための処方を提供することである。
少量の銀を還元する電子を与えることができ、従って少
量の着色を生じさせることができる。しかし、これらの
ガラスに通常みられる少レベルの不純物が適度な量の銀
を導入したときにアルカリケイ酸塩ガラスで観察される
相当な着色の原因であると考えるのは現実的でない。さ
らに、ガラスから多価イオンを排除するために慎重に努
力しても大規模な銀の酸化を防止することはできなかっ
た。従って、本発明のひとつの目的は、適度に広い範囲
内で物理的特性を変更することができるが、銀の還元の
程度が多価イオン不純物によって生ずる程度を超えない
ガラスを作成するための処方を提供することである。
【0021】
【課題を解決しようとする手段】本発明の基本的な生成
物は、非架橋酸素原子の留分が0.03より小さい原子
構造をガラスが有するような濃度でアルカリ金属酸化物
とAl2O3および/またはB2O3が存在するベ−ス
組成を有するガラスにおけるアルカリ金属イオンと外部
供給源からのAg+が交換されるイオン交換反応によっ
て生成された本質的に無色で、銀を含有しているアルカ
リ金属酸化物−Al2O3および/またはB2O3−S
iO2ガラスである。
物は、非架橋酸素原子の留分が0.03より小さい原子
構造をガラスが有するような濃度でアルカリ金属酸化物
とAl2O3および/またはB2O3が存在するベ−ス
組成を有するガラスにおけるアルカリ金属イオンと外部
供給源からのAg+が交換されるイオン交換反応によっ
て生成された本質的に無色で、銀を含有しているアルカ
リ金属酸化物−Al2O3および/またはB2O3−S
iO2ガラスである。
【0022】そのガラスを作成する方法は下記の工程よ
りなる。 a. 非架橋酸素原子の留分が0.03より小さい原
子構造をガラスが有するような濃度でアルカリ金属酸化
物とAl2O3および/またはB2O3が存在するアル
カリ気温属酸化物−Al2O3および/またはB2O3
−SiO2系のベ−ス組成を有するガラス物品を作成し
、そして、 b. アルカリ金属イオンの少なくとも一部分をひと
つづつAg+で置換させるのに充分な時間のあいだ約3
50〜750℃の温度でAg+イオンの外部発生源に対
して上記物品を接触させる。
りなる。 a. 非架橋酸素原子の留分が0.03より小さい原
子構造をガラスが有するような濃度でアルカリ金属酸化
物とAl2O3および/またはB2O3が存在するアル
カリ気温属酸化物−Al2O3および/またはB2O3
−SiO2系のベ−ス組成を有するガラス物品を作成し
、そして、 b. アルカリ金属イオンの少なくとも一部分をひと
つづつAg+で置換させるのに充分な時間のあいだ約3
50〜750℃の温度でAg+イオンの外部発生源に対
して上記物品を接触させる。
【0023】イオン交換反応にかけられるガラス物品の
領域では、屈折率が変化する。従って、露呈されるガラ
スの面積と、イオン交換反応に対する露呈の時間とを変
化させることにより、ガラスに屈折率の変化を与えるこ
とができる。
領域では、屈折率が変化する。従って、露呈されるガラ
スの面積と、イオン交換反応に対する露呈の時間とを変
化させることにより、ガラスに屈折率の変化を与えるこ
とができる。
【0024】
【実施例】本発明のひとつの特定の実施例は、ガラス物
品と、(a)非架橋酸素原子の留分を0.03以下に維
持しながら、BeO、CaO、MgO、ZnO、Ga2
O3、La2O3、Nb2O5、Ta2O5、Yb2O
3およびZrO2よりなるグル−プから選択された少な
くとも1つの金属酸化物で7.5陽イオンパ−セントま
でのAl2O3および/またはB2O3が置換され、か
つ(b)前記ガラス物品が2時間と24時間との間の時
間のあいだ400℃と600℃との間の温度でAg+の
供給源と接触されるようになされたそのガラス物品の作
成方法である。
品と、(a)非架橋酸素原子の留分を0.03以下に維
持しながら、BeO、CaO、MgO、ZnO、Ga2
O3、La2O3、Nb2O5、Ta2O5、Yb2O
3およびZrO2よりなるグル−プから選択された少な
くとも1つの金属酸化物で7.5陽イオンパ−セントま
でのAl2O3および/またはB2O3が置換され、か
つ(b)前記ガラス物品が2時間と24時間との間の時
間のあいだ400℃と600℃との間の温度でAg+の
供給源と接触されるようになされたそのガラス物品の作
成方法である。
【0025】本発明の性質は、ガラス内の結合について
の幾つかの事実が理解されればより容易に理解されるで
あろう。アモルファス・シリカでは、各酸素原子が2つ
のケイ素原子と共有結合されるので、架橋酸素原子と呼
ばれる。アルカリ金属酸化物のようなイオン酸化物がシ
リカに添加されると、幾つかの非架橋酸素原子が形成さ
れる。これらは1つのケイ素原子だけと共有結合される
酸素原子であり、従ってアルカリイオンのような近傍の
正に帯電したイオンによって補償されなければならない
負の電荷(電子)を担持している。本発明者は銀コロイ
ドを生成するために銀イオンによって抽出され得るのは
非架橋酸素原子に観察される負の電荷の原因であるこの
電子であることを見出した。
の幾つかの事実が理解されればより容易に理解されるで
あろう。アモルファス・シリカでは、各酸素原子が2つ
のケイ素原子と共有結合されるので、架橋酸素原子と呼
ばれる。アルカリ金属酸化物のようなイオン酸化物がシ
リカに添加されると、幾つかの非架橋酸素原子が形成さ
れる。これらは1つのケイ素原子だけと共有結合される
酸素原子であり、従ってアルカリイオンのような近傍の
正に帯電したイオンによって補償されなければならない
負の電荷(電子)を担持している。本発明者は銀コロイ
ドを生成するために銀イオンによって抽出され得るのは
非架橋酸素原子に観察される負の電荷の原因であるこの
電子であることを見出した。
【0026】ある種の小さくて顕著に帯電した正のイオ
ン(それらのうち最も注目すべきものはアルミニウムイ
オンである)は、4つの酸素原子によって囲まれて正四
面体対称性を有する環境を生じた場合に、ガラス内で最
も安定している。高電界強度イオン、すなわち顕著に帯
電した正イオンとそれの近傍の4つの酸素との間の結合
は非常に共有結合性が強い。高電界強度イオンのZとい
う文字で表される形式電荷が4より小さい場合には、近
傍の4つの酸素原子上に4−Zの負の電荷が分布されな
ければならない。このような結合状態は事実上系から非
架橋酸素原子を除去する。アルカリケイ酸塩ガラスにア
ルミナが添加された場合には、非架橋酸素原子の除去と
四面体状に配位されたアルミニウムイオンの形成とが多
年にわたって普遍的に認識されてきた。本発明者は、銀
イオンはアルミニウムと結合した酸素原子からは電子を
抽出することができないことを発見した。その理由は多
分、四面体状に結合されたアルミニウム原子に伴った電
子は非架橋酸素に伴うそれよりはるかに非局在化してお
り、従ってより安定しているということであろう。アル
ミニウムのほかにも、三価のガリウムとイッテリビウム
が、大量のアルカリを含んだケイ酸塩ガラスに適度な量
(ほぼ7.5カチオン%に等しい)で導入された場合に
、このような現象を呈する。後述のように、三価のラン
タンでさえ、その大きいサイズにもかかわらず、このよ
うな現象を呈するように思われる。
ン(それらのうち最も注目すべきものはアルミニウムイ
オンである)は、4つの酸素原子によって囲まれて正四
面体対称性を有する環境を生じた場合に、ガラス内で最
も安定している。高電界強度イオン、すなわち顕著に帯
電した正イオンとそれの近傍の4つの酸素との間の結合
は非常に共有結合性が強い。高電界強度イオンのZとい
う文字で表される形式電荷が4より小さい場合には、近
傍の4つの酸素原子上に4−Zの負の電荷が分布されな
ければならない。このような結合状態は事実上系から非
架橋酸素原子を除去する。アルカリケイ酸塩ガラスにア
ルミナが添加された場合には、非架橋酸素原子の除去と
四面体状に配位されたアルミニウムイオンの形成とが多
年にわたって普遍的に認識されてきた。本発明者は、銀
イオンはアルミニウムと結合した酸素原子からは電子を
抽出することができないことを発見した。その理由は多
分、四面体状に結合されたアルミニウム原子に伴った電
子は非架橋酸素に伴うそれよりはるかに非局在化してお
り、従ってより安定しているということであろう。アル
ミニウムのほかにも、三価のガリウムとイッテリビウム
が、大量のアルカリを含んだケイ酸塩ガラスに適度な量
(ほぼ7.5カチオン%に等しい)で導入された場合に
、このような現象を呈する。後述のように、三価のラン
タンでさえ、その大きいサイズにもかかわらず、このよ
うな現象を呈するように思われる。
【0027】ニオブとタンタルも同様の現象を呈する。
これらのイオンはケイ酸塩ガラスにおける四面体対称性
を有する環境には存在しないが、それらの高電界強度が
実際上その系から非架橋酸素原子を除去する。従って、
これらのイオンのいずれかをまたはそれらのイオンのう
ちの幾つかを組合せて用いると、非架橋酸素原子の数を
減少させる作用が得られる。
を有する環境には存在しないが、それらの高電界強度が
実際上その系から非架橋酸素原子を除去する。従って、
これらのイオンのいずれかをまたはそれらのイオンのう
ちの幾つかを組合せて用いると、非架橋酸素原子の数を
減少させる作用が得られる。
【0028】本発明の効果を示すために、種々の比でア
ルミナとアルカリを含有した幾種類かのガラス内にイオ
ン交換によって銀が導入された。上述したガラス構造の
原理によれば、非架橋酸素(NBO)原子としてその構
造内に結合されるアルカリ性のアルカリ土類アルミノケ
イ酸塩ガラス内の酸素原子の留分は、NBO = (M
2O + 2MO − Al2O3)/(2SiO2
+ 1.5Al2O3 + 0.5M2O)という式で
与えられる。ただし、この場合、すべての濃度はカチオ
ンパ−セントで表される。(M2Oは一価の金属の酸化
物を表し、そしてMOは二価の金属の酸化物を表してい
る。)この式はケイ酸塩における非架橋酸素原子の留分
を正確に記述しており、この場合、ランタン、イッテル
ビウム、ジルコン、ハフニウム、ニオブ、またはタンタ
ルがアルミナのうちのある部分と置換するために用いる
ことができ、またマグネシウム、カルシウムまたは亜鉛
が用いられる場合には、アルカリ土類の係数に負の符号
を掛ける。
ルミナとアルカリを含有した幾種類かのガラス内にイオ
ン交換によって銀が導入された。上述したガラス構造の
原理によれば、非架橋酸素(NBO)原子としてその構
造内に結合されるアルカリ性のアルカリ土類アルミノケ
イ酸塩ガラス内の酸素原子の留分は、NBO = (M
2O + 2MO − Al2O3)/(2SiO2
+ 1.5Al2O3 + 0.5M2O)という式で
与えられる。ただし、この場合、すべての濃度はカチオ
ンパ−セントで表される。(M2Oは一価の金属の酸化
物を表し、そしてMOは二価の金属の酸化物を表してい
る。)この式はケイ酸塩における非架橋酸素原子の留分
を正確に記述しており、この場合、ランタン、イッテル
ビウム、ジルコン、ハフニウム、ニオブ、またはタンタ
ルがアルミナのうちのある部分と置換するために用いる
ことができ、またマグネシウム、カルシウムまたは亜鉛
が用いられる場合には、アルカリ土類の係数に負の符号
を掛ける。
【0029】しかし、ホウケイ酸塩では、非架橋酸素原
子の留分はジャ−ナル、オブ、ノンクリスタル、ソリッ
ド (Journal of Non−Crystal
line Solids) 第27巻、第363−38
0頁 (1978)における「Na2O−B2O3−S
iO2系ガラスの核磁気共鳴の研究」というワイ.エイ
チ.ヤンおよびピ−.ジェイ.ブレイによる論文やフィ
ジックス、アンド、ケミストリ、オブ、グラスイズ (
Physics of Chemistry of G
lasses) 、第23巻、第108−109頁 (
1982)における「ナトリウムアルミノホウ酸塩ガラ
スにおける四面体ホウ素」というア−ル.ジェイ.アロ
ウジョおよびジェイ.ダブリュウ.エイチ.シュリュア
−スによる論文のような他のソ−スから補間されなけれ
ばならない。室温におけるホウ酸塩およびホウケイ酸塩
の構造は核磁気共鳴を用いて充分に研究されており、ホ
ウケイ酸塩における非架橋酸素原子の数はそのような研
究を参照して容易に決定される。これらの研究者は、非
架橋酸素原子の数がR=(M2O−Al2O3)/B2
O3という式によって定義される特別の比Rと明確に相
互に関係づけられていることを見出した。この場合、す
べの濃度がカチオンパ−セントで表されている。四面体
ホウ素原子とホウソ原子と結合された非架橋酸素原子と
の比は温度に依存するが、イオン交換で通常使用される
温度では、その依存度は非常に弱く、通常は無視しうる
。
子の留分はジャ−ナル、オブ、ノンクリスタル、ソリッ
ド (Journal of Non−Crystal
line Solids) 第27巻、第363−38
0頁 (1978)における「Na2O−B2O3−S
iO2系ガラスの核磁気共鳴の研究」というワイ.エイ
チ.ヤンおよびピ−.ジェイ.ブレイによる論文やフィ
ジックス、アンド、ケミストリ、オブ、グラスイズ (
Physics of Chemistry of G
lasses) 、第23巻、第108−109頁 (
1982)における「ナトリウムアルミノホウ酸塩ガラ
スにおける四面体ホウ素」というア−ル.ジェイ.アロ
ウジョおよびジェイ.ダブリュウ.エイチ.シュリュア
−スによる論文のような他のソ−スから補間されなけれ
ばならない。室温におけるホウ酸塩およびホウケイ酸塩
の構造は核磁気共鳴を用いて充分に研究されており、ホ
ウケイ酸塩における非架橋酸素原子の数はそのような研
究を参照して容易に決定される。これらの研究者は、非
架橋酸素原子の数がR=(M2O−Al2O3)/B2
O3という式によって定義される特別の比Rと明確に相
互に関係づけられていることを見出した。この場合、す
べの濃度がカチオンパ−セントで表されている。四面体
ホウ素原子とホウソ原子と結合された非架橋酸素原子と
の比は温度に依存するが、イオン交換で通常使用される
温度では、その依存度は非常に弱く、通常は無視しうる
。
【0030】表1に示されたガラスはすべて、500℃
の温度の溶融塩化銀に10日のあいだ浸漬された。試料
の厚み全体にわたる銀の拡散は完全であると予想され、
導入された銀の量がそれの平衡値を表す。このような長
期間の浸漬では濃度勾配は生じないので、導入された銀
の量の関数としての屈折率の変化は容易に決定される。 さらに、観察される着色は生じ得る最悪の場合を表す。 銀濃度の傾斜が所望される用途では、試料に導入された
全体の銀は現在の試料に見られるものより少ないであろ
う。
の温度の溶融塩化銀に10日のあいだ浸漬された。試料
の厚み全体にわたる銀の拡散は完全であると予想され、
導入された銀の量がそれの平衡値を表す。このような長
期間の浸漬では濃度勾配は生じないので、導入された銀
の量の関数としての屈折率の変化は容易に決定される。 さらに、観察される着色は生じ得る最悪の場合を表す。 銀濃度の傾斜が所望される用途では、試料に導入された
全体の銀は現在の試料に見られるものより少ないであろ
う。
【0031】実施例1
試料1のガラスにおける銀の顕著な還元は、その試料を
透過光で見た場合には深いマゼンタ色で表され、その試
料を反射光で見た場合にはグリ−ン色で表される。顕微
鏡検査ではガス状の包有物が過剰に存在していることを
示している。質量分析によればそのガス状包有物すなわ
ち泡が塩素を含んでいる証拠はない。従って、陽イオン
の交換と同時にガラス中に拡散する塩素イオンが銀を還
元するための電子を与える可能性を否定することができ
る。泡が主として酸素を含んでいることが観察されたと
いうことは、非架橋酸素原子が電子を供給するという命
題に合致した。泡の幾つかに少量の窒素が観察されたこ
とは説明されていない。
透過光で見た場合には深いマゼンタ色で表され、その試
料を反射光で見た場合にはグリ−ン色で表される。顕微
鏡検査ではガス状の包有物が過剰に存在していることを
示している。質量分析によればそのガス状包有物すなわ
ち泡が塩素を含んでいる証拠はない。従って、陽イオン
の交換と同時にガラス中に拡散する塩素イオンが銀を還
元するための電子を与える可能性を否定することができ
る。泡が主として酸素を含んでいることが観察されたと
いうことは、非架橋酸素原子が電子を供給するという命
題に合致した。泡の幾つかに少量の窒素が観察されたこ
とは説明されていない。
【0032】実施例2
試料2のガラスは、幾分少ないがそれでも多量の非架橋
酸素原子を有する試料を作成するために溶融された。イ
オン交換を行なわれた後では、その試料はブラックであ
り、メタリックシルバ−状の大きい光沢のある班点を含
んでいた。その試料は大規模に結晶化されているように
見えた。
酸素原子を有する試料を作成するために溶融された。イ
オン交換を行なわれた後では、その試料はブラックであ
り、メタリックシルバ−状の大きい光沢のある班点を含
んでいた。その試料は大規模に結晶化されているように
見えた。
【0033】実施例3
試料3のガラスは上述のガラスよりさらに非架橋酸素原
子が少ないガラスを作成するために溶融された。それで
も、銀の顕著な還元が観察された。
子が少ないガラスを作成するために溶融された。それで
も、銀の顕著な還元が観察された。
【0034】実施例4
試料4のガラスでは酸素原子のうち1%より若干多いぶ
んだけが非架橋型である。このガラスのイオン交換の結
果、試料1で見られたものよりはるかに薄い赤色を呈す
る幾つかの小さい領域が生じた。さらに散乱緑色光は観
察されず、ガスの泡も存在しなかった。このガラスの最
も大きい片は薄い黄色だけを表示した。マイクロプロ−
ブ検査により、アルカリの約18%がいずれかの領域に
おいて銀で置換されたことがわかった。
んだけが非架橋型である。このガラスのイオン交換の結
果、試料1で見られたものよりはるかに薄い赤色を呈す
る幾つかの小さい領域が生じた。さらに散乱緑色光は観
察されず、ガスの泡も存在しなかった。このガラスの最
も大きい片は薄い黄色だけを表示した。マイクロプロ−
ブ検査により、アルカリの約18%がいずれかの領域に
おいて銀で置換されたことがわかった。
【0035】実施例5
試料5のガラスは非架橋原子を完全に除去するために全
体のアルカリにちょうど等しい量のアルミナを含有する
ようになされた。イオン交換により、薄い黄色の領域と
、完全に無色の領域を生じた。この場合にも、マイクロ
プロ−ブ検査では異なる領域でイオン交換の程度が異な
ることを示すことはできなかった。このガラスでは、イ
オン交換の結果、ナトリウムイオンの23%が銀イオン
で置換された。このガラスにおける銀の量が多い(5.
1カチオン%)ことを考えると、着色の程度は小さい。 これらの観察は、非架橋酸素原子が先行実験で常に観察
された大規模な銀の還元を生ずる作用をするという命題
を強く支持するものとされる。ある領域で観察された無
視し得る黄色は多価イオンの痕跡による還元に基因する
ものであろう。スパ−クスペクトル分析は、0.003
重量%と0.01重量%の間の鉄のレベルを示した。
体のアルカリにちょうど等しい量のアルミナを含有する
ようになされた。イオン交換により、薄い黄色の領域と
、完全に無色の領域を生じた。この場合にも、マイクロ
プロ−ブ検査では異なる領域でイオン交換の程度が異な
ることを示すことはできなかった。このガラスでは、イ
オン交換の結果、ナトリウムイオンの23%が銀イオン
で置換された。このガラスにおける銀の量が多い(5.
1カチオン%)ことを考えると、着色の程度は小さい。 これらの観察は、非架橋酸素原子が先行実験で常に観察
された大規模な銀の還元を生ずる作用をするという命題
を強く支持するものとされる。ある領域で観察された無
視し得る黄色は多価イオンの痕跡による還元に基因する
ものであろう。スパ−クスペクトル分析は、0.003
重量%と0.01重量%の間の鉄のレベルを示した。
【0036】実施例6
どちらのアルカリが存在していようとも非架橋酸素原子
の留分が充分に低く抑えれていれば銀は還元されないと
いうことを示すために、試料6の酸素が溶融された。ア
ルカリの含有量がアルミナよりほんのわずかしか多くな
いにもかかわらず、このガラスはイオン交換の後では完
全に無色であった。銀の含有量は17重量%を超えてお
り、0.042の屈折率変化を生じた。アルカリは銀で
置換される傾向が異なっていた。リチウムの5%、ナト
リウムの8%、カリウムイオンの38%が置換された。
の留分が充分に低く抑えれていれば銀は還元されないと
いうことを示すために、試料6の酸素が溶融された。ア
ルカリの含有量がアルミナよりほんのわずかしか多くな
いにもかかわらず、このガラスはイオン交換の後では完
全に無色であった。銀の含有量は17重量%を超えてお
り、0.042の屈折率変化を生じた。アルカリは銀で
置換される傾向が異なっていた。リチウムの5%、ナト
リウムの8%、カリウムイオンの38%が置換された。
【0037】実施例7
このガラスの第2の試料は650℃でイオン交換された
。 その試料では、イオン交換後の銀の含有量は23重量%
を超えた。アルカリを銀で置換したことによる屈折率B
の変化は0.06であった。この実験では、ナトリウム
およびリチウム約15パ−セントと、カリウムイオン約
55パ−セントが置換された。これらの試料はいずれの
場合でも全体にわたって均一に交換されたから、もちろ
んこの増大した交換の程度は拡散係数が大きいことには
関係ない。 むしろ、それは溶融したハロゲン化塩におけるアルカリ
の化学的ポテンシアルが温度上昇に伴って低下すること
を示している。
。 その試料では、イオン交換後の銀の含有量は23重量%
を超えた。アルカリを銀で置換したことによる屈折率B
の変化は0.06であった。この実験では、ナトリウム
およびリチウム約15パ−セントと、カリウムイオン約
55パ−セントが置換された。これらの試料はいずれの
場合でも全体にわたって均一に交換されたから、もちろ
んこの増大した交換の程度は拡散係数が大きいことには
関係ない。 むしろ、それは溶融したハロゲン化塩におけるアルカリ
の化学的ポテンシアルが温度上昇に伴って低下すること
を示している。
【0038】実施例8
塩浴中の陰イオンの影響をテストするために、塩化銀7
0重量%および硫化銀30%よりなる塩浴中に第3の試
料が浸漬された。この場合には、アルカリの約90%が
置換された。0.032の屈折率変化が生じた。このガ
ラスの交換処理のすべてで事実上無色の試料を生じた。
0重量%および硫化銀30%よりなる塩浴中に第3の試
料が浸漬された。この場合には、アルカリの約90%が
置換された。0.032の屈折率変化が生じた。このガ
ラスの交換処理のすべてで事実上無色の試料を生じた。
【0039】実施例9
種々の非架橋酸素濃度によって特徴づけられる一連のナ
トリウム・アルミノケイ酸塩は溶融AgClの浴中にお
いて400℃で2時間イオン交換された。この処理でガ
ラス中に導入されたガラスの量はそのガラス厚み方向に
均一ではなく、表1に示されたガラスに導入された量よ
りはるかに少なかった。この実験は多くの用途に対する
屈折率勾配を発生するのに必要な典型的なレベルより多
いレベルの銀を含む。この実験は主としてほんのわずか
な程度の着色が生ずるにすぎないように行なわれ、可視
吸収スペクトルの測定を可能にする。表2では光の50
パ−セントが吸収される波長をひいてスペクトルの強度
が示されている。その波長が長ければ長いほど、吸収の
程度は強くなる。最初の2種類のガラスは短い波長カッ
トオフ[λ(0.5)]に合致した非常にわずかの黄色
の着色を示すにすぎない。試料10は著しく暗い黄色で
ある。試料11は非常に深い黄色であり、試料12はオ
レンジ、そして試料13はダ−クブラウンである。従っ
て、これらの試料ガラスにおける銀の還元の程度と非架
橋原子の数との間には極めて明瞭な関係が確立されてい
る。
トリウム・アルミノケイ酸塩は溶融AgClの浴中にお
いて400℃で2時間イオン交換された。この処理でガ
ラス中に導入されたガラスの量はそのガラス厚み方向に
均一ではなく、表1に示されたガラスに導入された量よ
りはるかに少なかった。この実験は多くの用途に対する
屈折率勾配を発生するのに必要な典型的なレベルより多
いレベルの銀を含む。この実験は主としてほんのわずか
な程度の着色が生ずるにすぎないように行なわれ、可視
吸収スペクトルの測定を可能にする。表2では光の50
パ−セントが吸収される波長をひいてスペクトルの強度
が示されている。その波長が長ければ長いほど、吸収の
程度は強くなる。最初の2種類のガラスは短い波長カッ
トオフ[λ(0.5)]に合致した非常にわずかの黄色
の着色を示すにすぎない。試料10は著しく暗い黄色で
ある。試料11は非常に深い黄色であり、試料12はオ
レンジ、そして試料13はダ−クブラウンである。従っ
て、これらの試料ガラスにおける銀の還元の程度と非架
橋原子の数との間には極めて明瞭な関係が確立されてい
る。
【表1】
【表2】
【0040】銀還元の程度と非架橋酸素原子の留分との
間の関係はホウケイ酸塩ガラスの場合にも等しく成立す
るが、非架橋酸素原子の数の計算はそれより幾分複雑で
ある。表3は400℃の温度の溶融AgCl浴内で2時
間行なわれるイオン交換を用いてホウケイ酸塩ガラスで
観察された関係を示している。試料14,15および1
6は本質的に無色で、銀を含有したアルカリ金属酸化物
−Al2O3およびホウケイ酸塩ガラスの例であり、そ
れらの特性は、1より大きくないR値を有するホウケイ
酸塩ガラスに銀をイオン交換することによって改善され
た。さらに詳細に述べると、それらのガラスの特性は少
なくとも45カチオンパ−セントのシリカと、多くても
15カチオンパ−セントのアルミナを含有しておりかつ
0.6より大きくないR値を有するホウケイ酸塩ガラス
内に銀イオンを導入することによって改善されうる。最
初の2つのガラスは肉眼では完全に無色に見えるが、試
料16では非常に薄い黄色が検知され得る。試料17で
は深いオレンジ色が観察される。試料15におけるλ(
0.5)のシフトが多価イオン不純物によるものなのか
、あるいはイオン交換の温度が低い温度限界の領域内に
あると仮定したことによって導入されたNBOの推定値
における小さい誤差によるものなのか判らない。
間の関係はホウケイ酸塩ガラスの場合にも等しく成立す
るが、非架橋酸素原子の数の計算はそれより幾分複雑で
ある。表3は400℃の温度の溶融AgCl浴内で2時
間行なわれるイオン交換を用いてホウケイ酸塩ガラスで
観察された関係を示している。試料14,15および1
6は本質的に無色で、銀を含有したアルカリ金属酸化物
−Al2O3およびホウケイ酸塩ガラスの例であり、そ
れらの特性は、1より大きくないR値を有するホウケイ
酸塩ガラスに銀をイオン交換することによって改善され
た。さらに詳細に述べると、それらのガラスの特性は少
なくとも45カチオンパ−セントのシリカと、多くても
15カチオンパ−セントのアルミナを含有しておりかつ
0.6より大きくないR値を有するホウケイ酸塩ガラス
内に銀イオンを導入することによって改善されうる。最
初の2つのガラスは肉眼では完全に無色に見えるが、試
料16では非常に薄い黄色が検知され得る。試料17で
は深いオレンジ色が観察される。試料15におけるλ(
0.5)のシフトが多価イオン不純物によるものなのか
、あるいはイオン交換の温度が低い温度限界の領域内に
あると仮定したことによって導入されたNBOの推定値
における小さい誤差によるものなのか判らない。
【表3】
【0041】非架橋酸素原子の留分に対する温度の影響
については、ジャ−ナル、オブ、ノンクリタリン、ソリ
ッズ (Journal of Non−Crysta
lline Solids) に発表された「スタティ
カル、メカニックス、オブ、ケミカル、ディスオ−ダ」
(StaticalMechanics of Ch
emical Disorder) 58、201−2
06頁 (1983) および「ザ、イフェクト、オブ
、クエンチング、オン、ザ、カラ−、オブ、グラスイズ
、オンテニング、カパ」 (The Effect o
f Quenching on the Color
of Glasses ContainingCopp
er) 71、227−230頁 (1985)の2つ
の論文でア−ル.ジェイ.アロウジョが論述している。
については、ジャ−ナル、オブ、ノンクリタリン、ソリ
ッズ (Journal of Non−Crysta
lline Solids) に発表された「スタティ
カル、メカニックス、オブ、ケミカル、ディスオ−ダ」
(StaticalMechanics of Ch
emical Disorder) 58、201−2
06頁 (1983) および「ザ、イフェクト、オブ
、クエンチング、オン、ザ、カラ−、オブ、グラスイズ
、オンテニング、カパ」 (The Effect o
f Quenching on the Color
of Glasses ContainingCopp
er) 71、227−230頁 (1985)の2つ
の論文でア−ル.ジェイ.アロウジョが論述している。
【0042】非架橋酸素原子の数が非常に小さいケイ酸
塩ガラスを溶融するためには非常に高い温度が必要とさ
れた。イオン交換の温度で非架橋酸素原子をほとんど有
していないさらに融点の低いガラスは、アルカリケイ酸
塩から非架橋酸素原子を除去する点でアルニナに似た働
きをすることが知られているイオンを用いて得られた。 それらのイオンとしてはハフニウム、タンタル、ニオブ
、ジルコンあり、これらは正の電荷が大きいため、高電
界強度を有しかつ大きいサイズにもかかわらず系から非
架橋原子を除去する。四面体配位を得るための処理で非
架橋酸素原子を除去する亜鉛、ベリリウム、マグネシウ
ム、またはカルシウムのような小さいイオンも含まれる
。ハフニウムとタンタルはコストの点で大規模に用いら
れることはないが、タンタルの効果が小さいイオンの効
果とともに表4に示されている。溶融AgCl浴中で2
時間のあいだ各イオン交換が行なわれた温度がこの表に
記録されている。
塩ガラスを溶融するためには非常に高い温度が必要とさ
れた。イオン交換の温度で非架橋酸素原子をほとんど有
していないさらに融点の低いガラスは、アルカリケイ酸
塩から非架橋酸素原子を除去する点でアルニナに似た働
きをすることが知られているイオンを用いて得られた。 それらのイオンとしてはハフニウム、タンタル、ニオブ
、ジルコンあり、これらは正の電荷が大きいため、高電
界強度を有しかつ大きいサイズにもかかわらず系から非
架橋原子を除去する。四面体配位を得るための処理で非
架橋酸素原子を除去する亜鉛、ベリリウム、マグネシウ
ム、またはカルシウムのような小さいイオンも含まれる
。ハフニウムとタンタルはコストの点で大規模に用いら
れることはないが、タンタルの効果が小さいイオンの効
果とともに表4に示されている。溶融AgCl浴中で2
時間のあいだ各イオン交換が行なわれた温度がこの表に
記録されている。
【表4】
【0043】低い温度領域でイオン交換されたガラスに
おけるマグネシウム、ガリウム、イットリウム、ランタ
ン、ハフニウム、およびニオブの効果が表5に示されて
いる。表4に示された高い温度領域とは対照的に、低い
温度領域におけるマグネシウムは非架橋酸素原子を除去
するのに極めて効果的である。驚くべきことには、バリ
ウムと同じくらいの大きさであるストロンチウムでさえ
、試料23のガラスに観察されるのより多い色彩に関連
した状態では、表2における試料9のガラスで観察され
たものより多い色を生ずる。従って、それはMgOのよ
うには系から非架橋酸素を除去しないが、BaOと同じ
ようには非架橋酸素を導入しない。表5における各イオ
ン交換反応は溶融AgCl浴中において400℃の温度
で2時間行なわれた。
おけるマグネシウム、ガリウム、イットリウム、ランタ
ン、ハフニウム、およびニオブの効果が表5に示されて
いる。表4に示された高い温度領域とは対照的に、低い
温度領域におけるマグネシウムは非架橋酸素原子を除去
するのに極めて効果的である。驚くべきことには、バリ
ウムと同じくらいの大きさであるストロンチウムでさえ
、試料23のガラスに観察されるのより多い色彩に関連
した状態では、表2における試料9のガラスで観察され
たものより多い色を生ずる。従って、それはMgOのよ
うには系から非架橋酸素を除去しないが、BaOと同じ
ようには非架橋酸素を導入しない。表5における各イオ
ン交換反応は溶融AgCl浴中において400℃の温度
で2時間行なわれた。
【表5】
【0044】上記の実施例では溶融AgCl浴がAg+
イオンの外部供給源として用いられたが、Ag+イオン
の外部供給源を与えるためにはイオン注入のような他の
手段を用いてもよい。
イオンの外部供給源として用いられたが、Ag+イオン
の外部供給源を与えるためにはイオン注入のような他の
手段を用いてもよい。
Claims (8)
- 【請求項1】本質的に無色のアルカリ金属酸化物−Al
2Oおよび/またはB2O3−SiO2ガラスであって
、外部供給源からのAg+イオンがガラス内のアルカリ
金属イオンと交換されるイオン交換反応によって生じた
銀イオンを少なくとも一部分が含んでおり、前記ガラス
は、アルカリ金属酸化物とAl2O3および/またはB
2O3とが非架橋酸素原子の留分が0.03より小さい
原子構造をガラスが有するような濃度で存在しかつ非架
橋酸素原子の留分を0.03より小さく維持しながら、
全体で7.5カチオン%までのAl2O3および/また
はB2O3が、BeO、CaO、Ca2O3、La2O
3、MgO、Nb2O5、Ta2O5、Yb2O3、Z
nO、およびZrO2よりなるグル−プから選択された
少なくとも1つの金属酸化物で置換され得るベ−ス組成
を有する、本質的に無色のアルカリ金属酸化物−Al2
Oおよび/またはB2O3−SiO2ガラス。 - 【請求項2】Ag+の濃度が前記ガラスの一部分を横切
る方向に変化されてその部分に屈折率勾配を生じている
請求項1のガラス。 - 【請求項3】本質的に無色のアルカリ金属酸化物−Al
2Oおよび/またはB2O3−SiO2ガラスを作成す
る方法であって、(a)アルカリ金属酸化物とAl2O
3および/またはB2O3とが非架橋酸素原子の留分が
0.03より小さい原子構造をガラスが有するような濃
度で存在しかつ非架橋酸素原子の留分を0.03より小
さく維持しながら、全体で7.5カチオン%までのAl
2O3および/またはB2O3が、BeO、CaO、C
a2O3、La2O3、MgO、Nb2O5、Ta2O
5、Yb2O3、ZnO、およびZrO2よりなるグル
−プから選択された少なくとも1つの金属酸化物で置換
され得るアルカリ金属酸化物−Al2Oおよび/または
B2O3−SiO2系のベ−ス組成を有するガラス物品
を作成し、そして次に、(b)前記アルカリ金属イオン
の少なくとも一部分をAg+イオンで1つずつ置換する
のに充分な時間のあいだ約350℃〜750℃の温度の
外部Ag+供給源に前記物品を接触させる工程よりなる
、本質的に無色のアルカリ金属酸化物−Al2Oおよび
/またはB2O3−SiO2ガラスを作成する方法。 - 【請求項4】前記接触が約2〜24時間の期間のあいだ
約400℃〜600℃の温度でなされる請求項3の方法
。 - 【請求項5】非架橋酸素原子の留分が0.03より小さ
い原子構造をガラスが有するような濃度でアルカリ金属
酸化物−Al2Oおよび/またはB2O3が存在するベ
−ス組成を有する本質的に無色のアルカリ金属酸化物−
Al2Oおよび/またはB2O3−SiO2ガラスに屈
折率勾配を生じさせる方法であって、 (a)アルカリ金属酸化物とAl2O3および/または
B2O3とが非架橋酸素原子の留分が0.03より小さ
い原子構造をガラスが有するような濃度で存在しかつ非
架橋酸素原子の留分を0.03より小さく維持しながら
、全体で7.5カチオン%までのAl2O3および/ま
たはB2O3が、BeO、CaO、Ca2O3、La2
O3、MgO、Nb2O5、Ta2O5、Yb2O3、
ZnO、およびZrO2よりなるグル−プから選択され
た少なくとも1つの金属酸化物で置換され得るアルカリ
金属酸化物−Al2Oおよび/またはB2O3−SiO
2系のベ−ス組成を有するガラス物品を作成し、そして
次に、 (b)前記アルカリ金属イオンの少なくとも一部分をA
g+イオンで1つずつ置換するのに充分な時間のあいだ
約350℃〜750℃の温度の外部Ag+供給源に前記
物品を接触させ、その接触の時間を前記部分を横切る方
向に変化させる工程よりなる、本質的に無色のアルカリ
金属酸化物−Al2Oおよび/またはB2O3−SiO
2ガラスに屈折率勾配を生じさせる方法。 - 【請求項6】前記外部供給源からのAg+が溶融銀塩の
浴によってまたはイオン注入によって与えられる請求項
5の方法。 - 【請求項7】外部供給源からのAg+イオンがガラス内
のアルカリ金属イオンと交換されるイオン交換反応によ
って生じた銀イオンを少なくとも一部分が有している本
質的に無色のアルカリ金属酸化物−Al2Oおよび/ま
たはB2O3−SiO2ガラスよりなる基体を利用した
ファイバオプティックデバイスに使用するための部品で
あって、前記ガラスが、アルカリ金属酸化物とAl2O
3および/またはB2O3とが非架橋酸素原子の留分が
0.03より小さい原子構造をガラスが有するような濃
度で存在しかつ非架橋酸素原子の留分を0.03より小
さく維持しながら、全体で7.5カチオン%までのAl
2O3および/またはB2O3が、BeO、CaO、C
a2O3、La2O3、MgO、Nb2O5、Ta2O
5、Yb2O3、ZnO、およびZrO2よりなるグル
−プから選択された少なくとも1つの金属酸化物で置換
され得るアルカリ金属酸化物−Al2Oおよび/または
B2O3−SiO2系のベ−ス組成を有いる、本質的に
無色のアルカリ金属酸化物−Al2Oおよび/またはB
2O3−SiO2ガラスよりなる基体を利用したファイ
バオプティックデバイスに使用するための部品。 - 【請求項8】Ag+の濃度が、前記ガラスの一部分に屈
折率勾配を生ずるように、その部分を横切る方向に変化
されている請求項7の部品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US495081 | 1990-03-19 | ||
| US07/495,081 US5007948A (en) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | Essentially colorless silver-containing glasses through ion exchange |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04219341A true JPH04219341A (ja) | 1992-08-10 |
Family
ID=23967201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3078234A Pending JPH04219341A (ja) | 1990-03-19 | 1991-03-19 | 本質的に無色のアルカリ金属酸化物−Al2Oおよび/またはB2O3−SiO2ガラスおよびその作成方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5007948A (ja) |
| EP (1) | EP0447678B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04219341A (ja) |
| KR (1) | KR910016640A (ja) |
| AU (1) | AU636016B2 (ja) |
| CA (1) | CA2033722A1 (ja) |
| DE (1) | DE69008337T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1106586A1 (en) | 1999-12-01 | 2001-06-13 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Graded index lens |
| JP2004505882A (ja) * | 2000-08-15 | 2004-02-26 | コーニング インコーポレイテッド | 高銀含有ホウケイ酸ガラス |
| JP2016513055A (ja) * | 2013-02-11 | 2016-05-12 | コーニング インコーポレイテッド | 抗菌ガラス物品およびその作製方法および使用方法 |
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- 1990-03-19 US US07/495,081 patent/US5007948A/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-12-24 DE DE69008337T patent/DE69008337T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-12-24 EP EP90125462A patent/EP0447678B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-01-07 CA CA002033722A patent/CA2033722A1/en not_active Abandoned
- 1991-03-15 AU AU72960/91A patent/AU636016B2/en not_active Ceased
- 1991-03-19 KR KR1019910004338A patent/KR910016640A/ko not_active Withdrawn
- 1991-03-19 JP JP3078234A patent/JPH04219341A/ja active Pending
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| CA2033722A1 (en) | 1991-09-20 |
| EP0447678A1 (en) | 1991-09-25 |
| DE69008337T2 (de) | 1994-11-17 |
| EP0447678B1 (en) | 1994-04-20 |
| AU7296091A (en) | 1991-09-19 |
| AU636016B2 (en) | 1993-04-08 |
| KR910016640A (ko) | 1991-11-05 |
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