JPH11292556A - 低脆性ガラスおよびその製造方法 - Google Patents

低脆性ガラスおよびその製造方法

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JPH11292556A
JPH11292556A JP11025444A JP2544499A JPH11292556A JP H11292556 A JPH11292556 A JP H11292556A JP 11025444 A JP11025444 A JP 11025444A JP 2544499 A JP2544499 A JP 2544499A JP H11292556 A JPH11292556 A JP H11292556A
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JP
Japan
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glass
brittleness
temperature
pressure
treatment
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Application number
JP11025444A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoyuki Kitamura
直之 北村
Masaki Makihara
正記 牧原
Sagal Jitendra
セーガル ジテンドラ
Setsuo Ito
節郎 伊藤
Osamu Yanagisawa
修 柳沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
AGC Inc
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Asahi Glass Co Ltd filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
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Publication of JPH11292556A publication Critical patent/JPH11292556A/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00Tempering or quenching glass products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B32/00Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガラスの組成を変えることなく脆性を低下させ
る。 【解決手段】ガラスの歪点をT(℃)とするとき、該ガ
ラスに20℃から(T+300)℃までの範囲の温度に
おいて1GPa以上の圧力を印加する処理を施すことに
よって、ガラスの脆性をその処理前より低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低脆性ガラスおよ
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ガラスの脆性を低下させるた
めに、ガラスに要求される諸特性を維持しつつ組成を設
計することは行われている。しかし、組成を変えること
によってガラスの低脆性化を行うと、連続量産窯で生産
する際に、組成変更が必要になるので、組成変更中のガ
ラスは損失になる。
【0003】また、ガラスに高い圧力を印加するとガラ
スの脆性が変化するという報告がある(Zuyi Zhang et
al.,J.Am.Ceram.Soc.,30,6359-6362(1995))。同報告で
は、ビッカース圧子を打ち込んで圧力印加前後での傷の
大きさの変化を調べているが、圧力印加後の傷の大きさ
は印加前よりも大きくなっており、脆性がより高くなっ
ている。この高脆性化のメカニズムは明らかではない
が、圧力印加によりガラスが緻密化するため、脆性が高
くなると考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、組成
変更によることなく、ガラスの低脆性化を達成しようと
するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、ガラスに圧力を印加す
ると、ある圧力まではガラスが緻密化し高脆性化する
が、驚くべきことにさらに高い圧力を印加するとガラス
は緻密化するものの低脆性化するという発見に基づいて
なされたものである。
【0006】すなわち、本発明は、ガラスの歪点をT
(℃)とするとき、該ガラスに20℃から(T+30
0)℃までの範囲の温度において1GPa以上の圧力を
印加する処理を施すことによって、ガラスの脆性をその
処理前より低下させることを特徴とする低脆性ガラスの
製造方法を提供する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明においては、20℃から
(T+300)℃までの範囲の温度においてガラスに1
GPa以上の圧力が印加される。ここでいう温度は、前
記圧力が印加される処理における最高温度である。以
下、この温度を加圧温度という。加圧温度を前記範囲に
限定することにより低脆性化を達成できる。
【0008】加圧温度は、好ましくは(T+200)℃
以下、より好ましくは(T+50)℃以下である。ま
た、T>320℃のとき、加圧温度は好ましくは(T−
300)℃以上である。T>220℃のとき、加圧温度
は好ましくは(T−200)℃以上である。
【0009】ガラスを加圧温度にするために加熱するこ
とが必要な場合の加熱装置としては、電気加熱装置、ガ
ス加熱装置、重油加熱装置などが使用できる。この場
合、本発明では、加圧操作を同時に行うため、安全性の
点で電気加熱装置の使用が好ましいが、これに限定され
ない。
【0010】本発明では、上記加圧温度で、所定の高い
圧力、すなわち、1GPa以上の圧力を印加する。加圧
装置としてはホットプレスや、HIP(熱間等方圧加圧
装置)や、例えばダイヤモンド合成に使用されるような
超高圧発生装置などが使用でき、高い圧力を印加できる
という点で超高圧発生装置の使用が好ましい。
【0011】本発明において、低脆性化が達成できる圧
力は材料により異なり、適宜調整すればよい。例えば、
5GPa以上であれば、低脆性化が達成できるが、材料
によっては、これより低い圧力(3GPa以上)でも低
脆性化が達成できる。ガラスによっては、1GPa以上
であれば低脆性化が達成できると考えられる。ただし、
あまり圧力が低いと、ガラス構造が緻密化して高脆性化
するおそれがある。
【0012】本発明において、ガラスを加圧温度および
所定圧力下に保持する時間は、当該条件下でガラス構造
の緻密化が飽和するのに充分な時間であればよい。例え
ば2分以上であれば低脆性化が達成できると考えられる
が、材料や加圧温度によっては、これより短くても低脆
性化が達成できる場合がある。
【0013】本発明において、上記した加圧温度・所定
高圧での処理を行うために加熱した場合において、前記
処理後に温度を下げる速度としては、ガラスの内部と外
部の温度差によって生じる熱応力でガラスが破壊しない
速度であればよく、適宜調節できる。
【0014】本発明において、上記した加圧温度・所定
高圧での処理の後、圧力を解除する温度は、ガラスの構
造緩和が生じない温度以下であることが好ましい。その
ため、圧力を解除する温度は、ガラス転移点以下である
ことが好ましく、また、歪点以下であることが好まし
く、室温が最も好ましい。
【0015】本発明においてガラスの脆性の指標として
はローンらによって提案された脆性指標値Bを使用した
(B.R.Lawn et al.,J.Am.Ceram.Soc.,62[7-8],347-350(1
979)) 。ここで、脆性指標値Bは材料のビッカース硬さ
v と破壊靱性値Kc から下記式1により定義される。
【0016】この脆性指標値をガラスに適応する場合
に、問題となるのは破壊靱性値Kc が正確に評価しにく
いことである。この問題を解決するために、本発明者
は、ビッカース圧子を押し込み荷重Pで打ち込んだとき
にガラス表面に残る圧痕の対角長aと圧痕の4隅から発
生するクラック長さ(圧痕を含む2つのクラックの全
長)cとの間の下記式2の関係から脆性を定量的に評価
できることを見いだしている(図1参照)。すなわち、
各種ガラスの表面にビッカース圧子を打ち込み、ビッカ
ース圧子の押し込み荷重Pと圧痕の対角長aとクラック
長さcを測定し、式2を用いて計算すれば、容易にガラ
スの脆性を評価できる。 B=Hv /Kc ・・・式1 c/a=0.0056B2/31/6 ・・・式2
【0017】
【実施例】以下に本発明を、例を挙げてさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、ガ
ラス転移点はTMAで、比重はアルキメデス法で、歪点
はJIS R3103に従って、それぞれ測定した。例
1〜10は実施例、例11〜12は比較例である。
【0018】[例1]炭酸リチウムとケイ砂を、20モ
ル%のLi2 Oと80モル%のSiO2 からなるLi2
O・4SiO2 ガラスが得られるように50g調合し、
白金坩堝を用いて1500℃で1時間溶解後、その温度
で1時間ガラスを撹拌して均質化した後、 1時間放置し
て泡ぬきし、溶融ガラスを得た。さらに、この溶融ガラ
スを幅5cmの板上に流し出して板状にし、その後徐冷
してLi2 O・4SiO2 ガラスを得た。このガラスの
比重は2.27、ガラス転移点は447℃、歪点は39
5℃、脆性値は5400m-1/2であった。
【0019】直径約10mm、厚さ約5mmの円盤状試
料に加工したこのガラスを直径約15mmの円筒形ヒー
タにセットし、試料の周りに窒化ホウ素を充填し超高圧
発生装置に入れた。
【0020】6GPaの圧力を印加した後、約25℃/
分の速度で400℃まで昇温し、400℃で2分間保持
した後、降温し、室温で圧力を解放した。この場合の加
圧温度は400℃である。処理後のガラスの表面を鏡面
研磨し、比重と脆性値とを測定したところ、ガラスの比
重は2.68と加熱・加圧処理前よりも増大したが、脆
性値は5000m-1/2と加熱・加圧処理前よりも減少
し、ガラスが傷つきにくくなっており、脆性が低下して
いた。
【0021】[例2]炭酸リチウムとケイ砂を、25モ
ル%のLi2 Oと75モル%のSiO2 からなるLi2
O・3SiO2 ガラスが得られるように50g調合し、
例1と同様の方法で溶解成形した。このガラスの比重は
2.29、歪点は406℃、ガラス転移点は454℃、
脆性値は6000m-1/2であった。
【0022】例1と同様の方法で加熱・加圧処理をした
後のLi2 O・3SiO2 ガラスの比重は2.64であ
り、加熱・加圧処理前よりも増大したが、脆性値は45
00m-1/2と加熱・加圧処理前よりも減少し、ガラスが
傷つきにくくなっており、脆性が低下していた。
【0023】[例3]炭酸リチウムとケイ砂を、Li2
OとSiO2 からなりそのモル比が1:2であるLi2
O・2SiO2 ガラスが得られるように50g調合し、
例1と同様の方法で溶解成形した。このガラスの比重は
2.34、歪点は420℃、ガラス転移点は470℃、
軟化点は593℃、脆性値は5300m-1/2であった。
【0024】例1と同様の方法で加熱・加圧処理をした
後のLi2 O・SiO2 ガラスの比重は2.58であ
り、加熱・加圧処理前よりも増大したが、脆性値は38
00m-1/2と加熱・加圧処理前よりも減少し、ガラスが
傷つきにくくなっており、脆性が低下していた。
【0025】[例4]例3において、印加圧力だけを3
GPaに変更して得たLi2 O・2SiO2ガラスの比
重は2.49であり、加熱・加圧処理前よりも増大した
が、脆性値は5000m-1/2と加熱・加圧処理前よりも
減少し、ガラスが傷つきにくくなっており、脆性が低下
していた。
【0026】[例5]例3において、加圧温度だけを2
50℃に変更して得た、Li2 O・2SiO2 ガラスの
比重は2.47であり、加熱・加圧処理前よりも増大し
たが、脆性値は3300m-1/2と加熱・加圧処理前より
も減少し、ガラスが傷つきにくくなっており、脆性が低
下していた。
【0027】[例6]例3において、加圧温度だけを3
70℃に変更して得た、Li2 O・2SiO2 ガラスの
比重は2.54であり、加熱・加圧処理前よりも増大し
たが、脆性値は3500m-1/2と加熱・加圧処理前より
も減少し、ガラスが傷つきにくくなっており、脆性が低
下していた。
【0028】[例7]例3において、加圧温度だけを4
30℃に変更して得たLi2 O・2SiO2ガラスの比
重は2.57であり、加熱・加圧処理前よりも増大した
が、脆性値は3300m-1/2と加熱・加圧処理前よりも
減少し、ガラスが傷つきにくくなっており、脆性が低下
していた。
【0029】[例8]例3において加圧温度だけを47
0℃に変更して得たLi2 O・2SiO2 ガラスの比重
は2.58であり、加熱・加圧処理前よりも増大した
が、脆性値は3400m-1/2と加熱・加圧処理前よりも
減少し、ガラスが傷つきにくくなっており、脆性が低下
していた。
【0030】[例9]例3において、加圧温度だけを5
80℃に変更して得たLi2 O・2SiO2ガラスの比
重は2.60であり、加熱・加圧処理前よりも増大した
が、脆性値は4300m-1/2と加熱・加圧処理前よりも
減少し、ガラスが傷つきにくくなっており、脆性が低下
していた。
【0031】[例10]例3において、加圧温度だけを
660℃に変更して得たLi2 O・2SiO2ガラスの
比重は2.60であり、加熱・加圧処理前よりも増大し
たが、脆性値は5200m-1/2と加熱・加圧処理前より
も減少し、ガラスが傷つきにくくなっており、脆性が低
下していた。
【0032】[例11]例1と同様の方法で溶解成形し
て得たLi2 O・4SiO2 ガラスに対して、0.1G
Paの圧力で加熱・加圧処理をした。加熱・加圧処理を
した後のLi2O・4SiO2 ガラスの比重は2.5
2、脆性値は7400m-1/2といずれの物性値も加熱・
加圧処理前よりも増大し、ガラスが傷つきやすくなって
おり、脆性が高くなっていた。このように、加圧する圧
力が不充分であるとガラスが緻密化して脆くなる場合が
ある。
【0033】[例12]例2と同様な方法で溶解成形し
て得たLi2 O・3SiO2 ガラスに対し、0.1GP
aの圧力で加熱・加圧処理をした。加熱・加圧処理をし
た後のリチウムトリシリケートガラスの比重は2.5
2、脆性値は6700m-1/2といずれの物性値も加熱・
加圧処理前よりも増大し、ガラスが傷つきやすくなって
おり、脆性が高くなっていた。このように、加圧する圧
力が不充分であるとガラスが緻密化して脆くなる場合が
ある。
【0034】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、ガラスの組
成を変えることなくガラスを低脆性化できる。このため
腕時計や液晶表示装置などのカバーガラス、眼鏡などの
レンズ、および磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディ
スクなどのメモリーディスク基板、その他ガラスメスシ
リンダやスポイト(特に医療用など)に広く応用でき
る。また、本発明の製造方法によればガラスの屈折率も
大きくなるので、眼鏡などのレンズの軽量化も同時に達
成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】脆性指標値の測定を説明する図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧原 正記 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内 (72)発明者 ジテンドラ セーガル 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内 (72)発明者 伊藤 節郎 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内 (72)発明者 柳沢 修 神奈川県横浜市鶴見区末広町1丁目1番地 旭硝子株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラスの歪点をT(℃)とするとき、該ガ
    ラスに20℃から(T+300)℃までの範囲の温度に
    おいて1GPa以上の圧力を印加する処理を施すことに
    よって、ガラスの脆性をその処理前より低下させること
    を特徴とする低脆性ガラスの製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の製造方法により製造されて
    なる低脆性ガラス。
JP11025444A 1998-02-10 1999-02-02 低脆性ガラスおよびその製造方法 Pending JPH11292556A (ja)

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JP11025444A JPH11292556A (ja) 1998-02-10 1999-02-02 低脆性ガラスおよびその製造方法

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JP10-28657 1998-02-10
JP2865798 1998-02-10
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04265240A (ja) * 1991-02-21 1992-09-21 Shinetsu Quartz Prod Co Ltd 光学用シリカガラスの製造方法
JPH07232930A (ja) * 1993-05-17 1995-09-05 Tdk Corp ガラス材、生体組織代替材、その製造方法および生体組織代替材成形装置
JPH0977565A (ja) * 1995-09-11 1997-03-25 Ngk Insulators Ltd ガラスセラミックス成形体の製造方法

Patent Citations (3)

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