JPH05201734A - オキシナイトライドガラスの製造法 - Google Patents
オキシナイトライドガラスの製造法Info
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- JPH05201734A JPH05201734A JP3701292A JP3701292A JPH05201734A JP H05201734 A JPH05201734 A JP H05201734A JP 3701292 A JP3701292 A JP 3701292A JP 3701292 A JP3701292 A JP 3701292A JP H05201734 A JPH05201734 A JP H05201734A
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- Japan
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- glass
- oxynitride
- raw material
- nitrogen
- melting
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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
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/045—Silicon oxycarbide, oxynitride or oxycarbonitride glasses
-
- 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
- C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
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- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 本発明は酸化物および含窒素化合物を含む原
料を溶融してオキシナイトライドガラスを製造する方法
であって、ガラス原料として酸窒化物を用いる。 【効果】 低温、短時間にて容易にオキシナイトライド
ガラスを製造することができる。
料を溶融してオキシナイトライドガラスを製造する方法
であって、ガラス原料として酸窒化物を用いる。 【効果】 低温、短時間にて容易にオキシナイトライド
ガラスを製造することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は短時間に窒素含有量の高
いオキシナイトライドガラスを製造する方法に関する。
いオキシナイトライドガラスを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および課題】オキシナイトライドガラス
は、酸化物ガラス中の酸素の一部が結合原子価三価の窒
素により置換された構造を有する。このため、酸化物ガ
ラスより数多くの化学結合が形成されてガラスのネット
ワークが強固になり、透明性が高く高弾性率および高強
度を示すなど優れた物理的性質を有する。
は、酸化物ガラス中の酸素の一部が結合原子価三価の窒
素により置換された構造を有する。このため、酸化物ガ
ラスより数多くの化学結合が形成されてガラスのネット
ワークが強固になり、透明性が高く高弾性率および高強
度を示すなど優れた物理的性質を有する。
【０００３】このようなオキシナイトライドガラスは一
般に溶融法によって製造され、ＳiＯ2並びにＳi3Ｎ4お
よびＡＩＮなどの窒化物原料を、金属酸化物などの他の
ガラス原料と混合して不活性ガス中にて長時間溶融す
る。このような溶融法では、まず原料であるＳi3Ｎ4な
どの金属窒化物の原子間結合を解き、窒素原子をガラス
構造中に充分に拡散してガラス化反応を起こす必要があ
るため、ガラス原料は高温下で長時間溶融しなければな
らない。
般に溶融法によって製造され、ＳiＯ2並びにＳi3Ｎ4お
よびＡＩＮなどの窒化物原料を、金属酸化物などの他の
ガラス原料と混合して不活性ガス中にて長時間溶融す
る。このような溶融法では、まず原料であるＳi3Ｎ4な
どの金属窒化物の原子間結合を解き、窒素原子をガラス
構造中に充分に拡散してガラス化反応を起こす必要があ
るため、ガラス原料は高温下で長時間溶融しなければな
らない。
【０００４】本発明の目的は、オキシナイトライドガラ
スの製造にあたりガラス化時間を短縮して容易にガラス
化を行うことにある。
スの製造にあたりガラス化時間を短縮して容易にガラス
化を行うことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ガラス化
時間の短縮について種々検討を行ったところ、窒素供給
源として酸窒化物を用いることにより短時間に良好なオ
キシナイトライドガラスが得られるとの知見を得て本発
明を完成するに至った。
時間の短縮について種々検討を行ったところ、窒素供給
源として酸窒化物を用いることにより短時間に良好なオ
キシナイトライドガラスが得られるとの知見を得て本発
明を完成するに至った。
【０００６】すなわち、本発明は、酸化物および含窒素
化合物を含む原料を溶融してオキシナイトライドガラス
を製造するにあたり、ガラス原料として酸窒化物を用い
るオキシナイトライドガラスの製造法を提供するもので
ある。このような酸窒化物としてはＳi2Ｎ2Ｏが特に好
ましい。
化合物を含む原料を溶融してオキシナイトライドガラス
を製造するにあたり、ガラス原料として酸窒化物を用い
るオキシナイトライドガラスの製造法を提供するもので
ある。このような酸窒化物としてはＳi2Ｎ2Ｏが特に好
ましい。
【０００７】従来、オキシナイトライドガラスの窒素源
として用いられているＳi3Ｎ4や金属窒化物の場合は、
原子間結合を解いてガラス構造中に窒素原子を分散させ
るために高いエネルギーが必要であり、このためガラス
化に高温、長時間加熱が必要になると考えられる。これ
に対して、Ｓi2Ｎ2Ｏなどの酸窒化物は、その構造がケ
イ酸ガラスの主原料であるＳiＯ2の酸素原子を窒素原子
により置き換えた構造に類似している。このように窒素
原子が予め分散していてＳi3Ｎ4や金属窒化物を用いた
場合に比べてガラス構造中への分散が容易であるものと
推定される。
として用いられているＳi3Ｎ4や金属窒化物の場合は、
原子間結合を解いてガラス構造中に窒素原子を分散させ
るために高いエネルギーが必要であり、このためガラス
化に高温、長時間加熱が必要になると考えられる。これ
に対して、Ｓi2Ｎ2Ｏなどの酸窒化物は、その構造がケ
イ酸ガラスの主原料であるＳiＯ2の酸素原子を窒素原子
により置き換えた構造に類似している。このように窒素
原子が予め分散していてＳi3Ｎ4や金属窒化物を用いた
場合に比べてガラス構造中への分散が容易であるものと
推定される。
【０００８】前記の方法による代表的なオキシナイトラ
イドガラスの製造法では、まず（i）ＳiＯ2、（ii）Ｓi
2Ｎ2Ｏ、または他の金属酸窒化物、（iii）少なくとも
１種の金属酸化物、（iv）ＣaＯまたはＣaＯ＋ＭgＯを
混合する。
イドガラスの製造法では、まず（i）ＳiＯ2、（ii）Ｓi
2Ｎ2Ｏ、または他の金属酸窒化物、（iii）少なくとも
１種の金属酸化物、（iv）ＣaＯまたはＣaＯ＋ＭgＯを
混合する。
【０００９】前記（ii）のＳi2Ｎ2Ｏ以外の酸窒化ケイ
素としてはＳi5Ｎ6Ｏなどが挙げられる。その他の酸窒
化物としては、例えば金属酸窒化物（Ａl2n+1Ｏ3nＮ
等）、サイアロン（Ｓi6-xＡlxＯxＮ8-x等）、酸窒化珪
素と金属との化合物（Ｌa4Ｓi2Ｏ7Ｎ2等）などが挙げら
れる。これらはいずれもオキシナイトライドガラスのＳ
i、Ｏ、Ｎ間の結合を最初から有しガラス化に好都合で
あり、高い窒素含有量の実現が可能である。
素としてはＳi5Ｎ6Ｏなどが挙げられる。その他の酸窒
化物としては、例えば金属酸窒化物（Ａl2n+1Ｏ3nＮ
等）、サイアロン（Ｓi6-xＡlxＯxＮ8-x等）、酸窒化珪
素と金属との化合物（Ｌa4Ｓi2Ｏ7Ｎ2等）などが挙げら
れる。これらはいずれもオキシナイトライドガラスのＳ
i、Ｏ、Ｎ間の結合を最初から有しガラス化に好都合で
あり、高い窒素含有量の実現が可能である。
【００１０】また、窒素源としては前記酸窒化物以外に
従来より用いられているＳi3Ｎ4、ＡｌＮ、ＢＮ等を併
用してもよい。
従来より用いられているＳi3Ｎ4、ＡｌＮ、ＢＮ等を併
用してもよい。
【００１１】（iii）の金属酸化物としてはＡｌ2Ｏ3、
ＢaＯ、Ｓb2Ｏ3、ＳrＯ、Ｎa2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌa2Ｏ3、Ｃe
Ｏ2、Ｙ2Ｏ3、ＺrＯ2、ＴiＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｃr2Ｏ3、Ｐb
Ｏ、Ｖ2Ｏ5、ＳnＯ2など、あるいは熱分解によりこれら
の金属酸化物となる炭酸塩、水酸化物、シュウ酸塩を配
合してもよい。また、ＣaＯおよびＭgＯの代わりに熱分
解によりＣaＯまたはＭgＯとなる化合物、例えば炭酸
塩、水酸化物、シュウ酸塩などを用いてもよい。
ＢaＯ、Ｓb2Ｏ3、ＳrＯ、Ｎa2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌa2Ｏ3、Ｃe
Ｏ2、Ｙ2Ｏ3、ＺrＯ2、ＴiＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｃr2Ｏ3、Ｐb
Ｏ、Ｖ2Ｏ5、ＳnＯ2など、あるいは熱分解によりこれら
の金属酸化物となる炭酸塩、水酸化物、シュウ酸塩を配
合してもよい。また、ＣaＯおよびＭgＯの代わりに熱分
解によりＣaＯまたはＭgＯとなる化合物、例えば炭酸
塩、水酸化物、シュウ酸塩などを用いてもよい。
【００１２】これらの原料は、充分に混合され、加熱、
溶融してオキシナイトライドガラスを得る。該混合物の
溶融は１４００〜１９００℃にて３〜１００時間、加熱
速度１０〜８００℃／分にて窒素、アルゴンなどの不活
性ガスの雰囲気下にて行いガラス化するのが好ましい。
溶融してオキシナイトライドガラスを得る。該混合物の
溶融は１４００〜１９００℃にて３〜１００時間、加熱
速度１０〜８００℃／分にて窒素、アルゴンなどの不活
性ガスの雰囲気下にて行いガラス化するのが好ましい。
【００１３】本発明の製造法にて得られる好ましいオキ
シナイトライドガラスはＳi−Ｃa−Ｍ−Ｏ−ＮまたはＳ
i−Ｃa−Ｍg−Ｍ−Ｏ−Ｎガラス系を有する。金属Ｍは
Ａｌ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｂａ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｓｂ、Ｂ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｖ、Ｓｎなどの少なく
とも１種である。また、このオキシナイトライドガラス
はＳiＯ2 ０〜４０モル％、ＣaＯ ２６〜７０モル％、
ＭgＯ ０〜２０モル％および Ｍ2２２原子％以下を含む
のが好ましく、５原子％以上の窒素を含有し、Ｓi−Ｎ
結合に基づく緊密な架橋構造を有するのが好ましい。得
られた好ましいガラスは窒素含有量５〜３０原子％、弾
性率１００〜２２０ＧＰａ、引張強度１.０〜７ＧＰａ
を有する。なお、窒素含有量の調整は原料中の酸窒化物
また窒化物の量により行うことができる。
シナイトライドガラスはＳi−Ｃa−Ｍ−Ｏ−ＮまたはＳ
i−Ｃa−Ｍg−Ｍ−Ｏ−Ｎガラス系を有する。金属Ｍは
Ａｌ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｂａ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｓｂ、Ｂ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｖ、Ｓｎなどの少なく
とも１種である。また、このオキシナイトライドガラス
はＳiＯ2 ０〜４０モル％、ＣaＯ ２６〜７０モル％、
ＭgＯ ０〜２０モル％および Ｍ2２２原子％以下を含む
のが好ましく、５原子％以上の窒素を含有し、Ｓi−Ｎ
結合に基づく緊密な架橋構造を有するのが好ましい。得
られた好ましいガラスは窒素含有量５〜３０原子％、弾
性率１００〜２２０ＧＰａ、引張強度１.０〜７ＧＰａ
を有する。なお、窒素含有量の調整は原料中の酸窒化物
また窒化物の量により行うことができる。
【００１４】
【実施例】つぎに本発明を実施例に基づきさらに具体的
に説明する。実施例中、％はモル％を意味する。
に説明する。実施例中、％はモル％を意味する。
【００１５】［実施例１］ガラス原料としてＳiＯ
2（０.７％）、Ｓi2Ｎ2Ｏ（３５.６％）、ＣaＯ（５５.
５％）、ＭｇＯ（６.３％）、Ａｌ2Ｏ3（１.９％）［窒
素含有量２２.７原子％］の各粉末を用いた。このガラ
ス原料を混合して加熱装置内の溶融ルツボ（内径５０ｍ
ｍ、高さ２００ｍｍ）に供給した。ルツボ内の混合物を
窒素雰囲気下、１７７０℃にて溶融した。溶融１時間で
完全にガラス化した。
2（０.７％）、Ｓi2Ｎ2Ｏ（３５.６％）、ＣaＯ（５５.
５％）、ＭｇＯ（６.３％）、Ａｌ2Ｏ3（１.９％）［窒
素含有量２２.７原子％］の各粉末を用いた。このガラ
ス原料を混合して加熱装置内の溶融ルツボ（内径５０ｍ
ｍ、高さ２００ｍｍ）に供給した。ルツボ内の混合物を
窒素雰囲気下、１７７０℃にて溶融した。溶融１時間で
完全にガラス化した。
【００１６】［実施例２］溶融温度を１７２０℃とした
以外は、実施例１と同様にしてオキシナイトライドガラ
スを製造した。溶融５時間で原料は完全にガラス化し
た。
以外は、実施例１と同様にしてオキシナイトライドガラ
スを製造した。溶融５時間で原料は完全にガラス化し
た。
【００１７】［実施例３］ガラス原料としてＳiＯ2（１
９.２％）、Ｓi2Ａl4Ｏ4Ｎ4（１６.７％）、ＣaＯ（４
１.２％）、Ａl2Ｏ3（２２.９％）［窒素含有量１３.７
原子％］の各粉末を用いた。このガラス原料を混合し実
施例１と同様にしてルツボに供給し、窒素雰囲気下、１
７４０℃にて溶融した。溶融３時間で完全にガラス化し
た。
９.２％）、Ｓi2Ａl4Ｏ4Ｎ4（１６.７％）、ＣaＯ（４
１.２％）、Ａl2Ｏ3（２２.９％）［窒素含有量１３.７
原子％］の各粉末を用いた。このガラス原料を混合し実
施例１と同様にしてルツボに供給し、窒素雰囲気下、１
７４０℃にて溶融した。溶融３時間で完全にガラス化し
た。
【００１８】［比較例１］実施例１と同様にしてオキシ
ナイトライドガラスを製造した。ガラス原料としてＳi
Ｏ2（１８.５％）、Ｓi3Ｎ4（１７.８％）、ＣaＯ（５
５.５％）、ＭｇＯ（６.３％）、Ａｌ2Ｏ3（１.９％）
［窒素含有量２２.７原子％］の各粉末を用いた。この
ガラス原料を混合して溶融ルツボ中、窒素雰囲気下、１
７７０℃にて溶融した。溶融１時間では未溶融物が存在
し均一なガラスは得られず、５時間の溶融で均一なガラ
スが得られた。
ナイトライドガラスを製造した。ガラス原料としてＳi
Ｏ2（１８.５％）、Ｓi3Ｎ4（１７.８％）、ＣaＯ（５
５.５％）、ＭｇＯ（６.３％）、Ａｌ2Ｏ3（１.９％）
［窒素含有量２２.７原子％］の各粉末を用いた。この
ガラス原料を混合して溶融ルツボ中、窒素雰囲気下、１
７７０℃にて溶融した。溶融１時間では未溶融物が存在
し均一なガラスは得られず、５時間の溶融で均一なガラ
スが得られた。
【００１９】［比較例２］比較例１と同様にして、ただ
し溶融温度を１７２０℃にして溶融を行ったところ５時
間後においても未溶融物が非常に多くガラス化を行うこ
とはできなかった。
し溶融温度を１７２０℃にして溶融を行ったところ５時
間後においても未溶融物が非常に多くガラス化を行うこ
とはできなかった。
【００２０】［比較例３］ガラス原料としてＳiＯ
2（２.２％）、Ｓi3Ｎ4（１４.３％）、ＣaＯ（３５.５
％）、Ａｌ2Ｏ3（４８.２％）［窒素含有量１３.７原子
％］の各粉末を用いた。このガラス原料を混合し、実施
例１と同様にして溶融ルツボ中、窒素雰囲気下、１７６
０℃にて溶融したところ、溶融５時間でガラス化した。
2（２.２％）、Ｓi3Ｎ4（１４.３％）、ＣaＯ（３５.５
％）、Ａｌ2Ｏ3（４８.２％）［窒素含有量１３.７原子
％］の各粉末を用いた。このガラス原料を混合し、実施
例１と同様にして溶融ルツボ中、窒素雰囲気下、１７６
０℃にて溶融したところ、溶融５時間でガラス化した。
【００２１】
【発明の効果】本発明の方法によれば低温、短時間にて
容易にオキシナイトライドガラスを製造することができ
る。
容易にオキシナイトライドガラスを製造することができ
る。
Claims (1)
- 【請求項１】 酸化物および含窒素化合物を含む原料を
溶融してオキシナイトライドガラスを製造するにあた
り、ガラス原料として酸窒化物を用いるオキシナイトラ
イドガラスの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3701292A JPH05201734A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | オキシナイトライドガラスの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3701292A JPH05201734A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | オキシナイトライドガラスの製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05201734A true JPH05201734A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=12485769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3701292A Pending JPH05201734A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | オキシナイトライドガラスの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05201734A (ja) |
-
1992
- 1992-01-27 JP JP3701292A patent/JPH05201734A/ja active Pending
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