JPH09301737A - 単斜晶セルシアン含有結晶化ガラス及びその製造に好適な組成のガラスと製造方法 - Google Patents

単斜晶セルシアン含有結晶化ガラス及びその製造に好適な組成のガラスと製造方法

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JPH09301737A
JPH09301737A JP8119345A JP11934596A JPH09301737A JP H09301737 A JPH09301737 A JP H09301737A JP 8119345 A JP8119345 A JP 8119345A JP 11934596 A JP11934596 A JP 11934596A JP H09301737 A JPH09301737 A JP H09301737A
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03C10/00Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
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Abstract

(57)【要約】 【課題】1400〜1700℃で熔融でき、単斜晶のセ
ルシアンの結晶相が安定に析出するのに好適な組成を有
するガラスとその結晶化ガラス並びに製造方法の提供。 【解決手段】重量比でSrO:14〜45%、Al2
3 :10〜35%、SiO2 :37〜62%、MgO:
0.1〜10%から本質的になり、主結晶として単斜晶
セルシアンの結晶相を含有する結晶化ガラスとその製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温材料として各
種材料に使用できる、単斜晶セルシアンの結晶相を含有
する結晶化ガラス及び当該結晶化ガラスの製造に好適な
組成のガラスと製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】BaO−Al23 −2SiO2 組成の
セルシアンは融点が1760℃と高く、かつ、単斜晶セ
ルシアンの結晶は熱膨張係数が30×10-7/℃以下と
小さいため、当該結晶を含む結晶化ガラスは、耐熱性の
高いセラミックス材料として期待されている。
【0003】しかし、BaO−Al23 −2SiO2
組成のものは融点が高いために、熔融するには1800
℃以上の高温が必要である。この組成のガラスを熱処理
して結晶化させると、安定相にある六方晶セルシアンが
析出してしまう。六方晶セルシアンは熱膨張係数が約8
0×10-7/℃と大きく、さらに、300℃付近におい
て相転移による大きな体積変化が生じてしまう。
【0004】単斜晶結晶を安定にガラス中に析出させる
ために、様々な工夫が提案されている。BaOをSrO
に置換したSrO−Al23 −2SiO2 組成のガラ
スを熱処理すると、相変態をおこさない単斜晶セルシア
ン(Monoclinic Celsian)の結晶相(以下、単斜晶セル
シアンとも略称する。コージェライト(Cordierite)に
ついても同様である。)が析出することが報告(Narott
am P. et al.,Kineticsof Hexacelsian-to-Celsian Pha
se Transformation in SrAl2Si2O8 ,J.Am.Ceram.Soc.,7
6(5)1321(1993) )されているが、ガラスの熔融に18
00℃以上の高温が必要であることには変わりがない。
【0005】米国特許第3201266号には、Na2
O−BaO−Al23 −SiO2系でネフェリン(N
2 O・Al23 ・2SiO2 )を主結晶とし同時に
相当量のセルシアンを含む結晶化ガラスが開示されてい
る。このガラスはアルカリ金属酸化物を含むため、熔融
が容易ではあるが、結晶化物の耐熱性が低下する。
【0006】米国特許第3953220号には、重量比
でSiO2 :20〜40%、Al23 :20〜35
%、BaO:20〜35%、PbO:5〜15%、及び
/又はP25 :2〜15%、TiO2 :7〜12%か
らなる結晶化ガラスが開示されている。この結晶化ガラ
スはセルシアンとともに、ルチル(TiO2 )結晶を含
み、かつ、結晶相以外の、PbOやP25 などの成分
によるガラス相を含むため、耐熱性や低膨張性が不充分
である。
【0007】米国特許第5281559号には、単斜相
セルシアンを析出されるために、あらかじめ合成した単
斜晶セルシアンを種結晶として、熔融して作製したガラ
スフリットと混合した後に、結晶化させる方法が開示さ
れている。この方法は非常に手間がかかるとともに、種
結晶並びにガラスフリットを作製するためにはやはり高
い温度での熔融が必要になる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の課題を
解決すべくなされたものであり、通常のガラスの熔融条
件である1400〜1700℃で熔融でき、かつ、単斜
晶のセルシアンの結晶相が安定に析出するのに好適な組
成を有するガラスとその結晶化ガラス並びに製造方法を
提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、1)酸化物を
基準とした重量比でSrO:14〜45%、Al2
3 :10〜35%、SiO2 :37〜62%、MgO:
0.1〜10%から本質的になることを特徴とするガラ
ス、2)SrO:14〜45%に代えて、SrO+Ba
O:14〜45%(ただしBaO/(SrO+BaO)
の重量比は0.5以下)である上記ガラス、3)これら
のガラスを結晶化してなる結晶化ガラスであって、主結
晶として、単斜晶セルシアン(MgO・SrO・Al2
3 ・SiO2 )の結晶相、又は、単斜晶セルシアンと
コージェライト(2MgO・2Al23 ・5SiO
2 )の結晶相、を含有する結晶化ガラス、を提供する。
【0010】本発明は、所望の組成になるように調合さ
れた原料を1400〜1700℃の温度で熔融してガラ
スを得る工程、得られたガラスから所望の形状の成形体
を得る工程、得られた成形体を900〜1500℃の温
度範囲で10分〜24時間の範囲内の時間で熱処理して
結晶化させる工程、を含むことを特徴とする上記結晶化
ガラスの製造方法をも提供する。
【0011】なお、所望の組成になるように調合された
原料とは、1400〜1700℃の温度で熔融後に得ら
れるガラスが、酸化物を基準とした重量比でSrO:1
4〜45%、Al23 :10〜35%、SiO2 :3
7〜62%、MgO:0.1〜10%から本質的になる
ように調合された原料を意味する。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明は、六方晶セルシアンの析
出を抑制し、単斜晶セルシアンを析出させるために、B
aOに代えてSrOを主たる構成成分とし、しかも、ガ
ラスの熔融を容易にするために、少量のMgOを含むこ
とに特徴がある。
【0013】少量のMgOは結晶化ガラスの耐熱性を大
きく損なわないだけでなく、適切な結晶化処理を行うこ
とによって、SiO2 及びAl23 と結合して低膨張
で耐熱性のあるコージェライト結晶を生成する。
【0014】MgOはガラスの熔融温度を下げる効果も
有するので、本発明におけるMgOを含むガラス原料は
1400〜1700℃の通常のガラスの熔融条件下で熔
融でき、単斜晶セルシアン結晶及び/又はコージェライ
ト結晶が析出した、低膨張で耐熱性のある結晶化ガラス
が得られる。
【0015】結晶化ガラスの組成範囲を上記のように限
定した理由を以下に述べる。SrOは14%未満でも4
5%超でも単斜晶のセルシアンが析出しなくなり、本発
明の目的とする結晶化ガラスが得られない。
【0016】Al23 は10%未満では単斜晶のセル
シアンが析出しなくなり、代わりに、融点の低いSrA
24 などの結晶が析出するようになる。35%超で
は、ガラスの熔融温度が高くなり、1700℃以下の温
度での熔融が困難になる。
【0017】SiO2 は37%未満では単斜晶のセルシ
アンもコージェライト結晶も析出しにくくなり、62%
超では1700℃以下の温度での熔融が困難になる。
【0018】MgOは、1700℃以下の温度でガラス
を熔融するためには必要な成分であるが、10%超では
単斜晶のセルシアンが主結晶ではなくなり、耐熱性が低
下し、熱膨張係数が大きくなる。0.1%未満ではガラ
スの熔融が困難になる。
【0019】SrOの一部をBaOに置換しても本発明
の目的は達せられるが、BaO/(SrO+BaO)の
重量比が0.5超では、主結晶が単斜晶セルシアンでは
なくバリウムオオスミライトなどが析出するようになる
ため、耐熱性が低下し好ましくない。
【0020】なお、上記成分のほかに、アルカリ金属以
外の他の金属酸化物を5%まで含むことができる。
【0021】
【実施例】表1に示す組成のガラスが得られるように調
合した原料を混合し白金坩堝に入れ、温度1600℃の
電気炉に入れて熔融後、得られたガラスメルトを水冷し
てガラスフレークを作製した。このガラスフレークをボ
ールミルで粉砕後、150メッシュの篩いを通して、ガ
ラス粉末を得た。
【0022】ガラス粉末をプレス成形し、電気炉に入
れ、毎分10℃で昇温し、1300℃に達した後にその
温度で4時間保持して結晶化処理を行った。しかる後に
室温まで炉冷して、結晶化ガラス試料を得た。
【0023】得られた結晶化ガラス試料を目視観察後、
粉砕し、X線回折分析にて析出結晶(M:単斜晶セルシ
アン、C:コージェライト)を同定した。いくつかの試
料については、熱膨張係数(単位:10-7/℃)も測定
し、表1にこれらの測定結果も併記した。図1は、試料
5についての、結晶化後のX線回折チャートであり、単
斜晶セルシアンとコージェライト結晶とを含んでいるこ
とがわかる。
【0024】
【表1】
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明は、高温材料とし
て各種材料に使用できる結晶化ガラスを提供できる。
【0026】請求項1又は2の発明によれば、1400
〜1700℃の通常のガラスの熔融条件下で熔融でき
る。単斜晶セルシアンを含有する結晶化ガラスの製造に
好適な組成のガラスが得られる。
【0027】請求項3又は4の発明によれば、低膨張で
耐熱性を有する単斜晶セルシアンを含有する結晶化ガラ
スが得られる。
【0028】請求項4の発明によれば、単斜晶セルシア
ンとともにコージェライトを含有することによって、結
晶化ガラスの熱膨張率がさらに小さくなり、高温用材料
としてより好ましい耐熱性の高い結晶化ガラスが得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】試料5のX線回折チャート。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化物を基準とした重量比でSrO:14
    〜45%、Al23 :10〜35%、SiO2 :37
    〜62%、MgO:0.1〜10%から本質的になるこ
    とを特徴とするガラス。
  2. 【請求項2】酸化物を基準とした重量比でSrO+Ba
    O:14〜45%、Al23 :10〜35%、SiO
    2 :37〜62%、MgO:0.1〜10%から本質的
    になり、BaO/(SrO+BaO)の重量比は0.5
    以下であることを特徴とするガラス。
  3. 【請求項3】主結晶として単斜晶セルシアンの結晶相を
    含有する、請求項1又は2のガラスを結晶化してなる結
    晶化ガラス。
  4. 【請求項4】主結晶として単斜晶セルシアン及びコージ
    ェライトの結晶相を含有する、請求項1又は2のガラス
    を結晶化してなる結晶化ガラス。
  5. 【請求項5】所望の組成になるように調合された原料を
    1400〜1700℃の温度で熔融してガラスを得る工
    程、得られたガラスから所望の形状の成形体を得る工
    程、得られた成形体を900〜1500℃の温度範囲で
    10分〜24時間の範囲内の時間で熱処理して結晶化さ
    せる工程、を含むことを特徴とする、請求項3又は4の
    結晶化ガラスの製造方法。
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