JPS623041A

JPS623041A - 希土類含有アルミノけい酸塩ガラスの製造法

Info

Publication number: JPS623041A
Application number: JP60023979A
Authority: JP
Inventors: Sukeo Makishima; 牧島　亮男; Hajime Kubo; 肇久保; Kojiro Shimodaira; 下平　高次郎
Original assignee: National Institute for Research in Inorganic Material
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 1985-02-09
Filing date: 1985-02-09
Publication date: 1987-01-09
Also published as: JPH0210777B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は１５５０’Ｃ以下の温度で浴融して製造し得ら
れる希土類含もアルミノけい酸塩ガラスの製造法に関す
る。

従来技術シリカとアルミナからなるアルミノけい酸塩ガ作ラスは、耐べが高く、機械的強度も良好であり、また耐
食性、耐風化性の優れたガラスである。しかし、この糸
のガラスを得るためには非常に高温を必要とする。

一般の炭化けい素発熱体を使用する電気炉では、１５５
０°Ｃ程度の温度までが限度であるために、この系のガ
ラスは一般の電気炉による溶融法では製造することがで
きなかった。

一般にアルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物を含有させ
ると、溶融温度が低下し、１５５０°Ｃ程度の温度で、
一般の炭化けい素を発熱体として使用した電気炉を使用
してガラスを製造することが可能となる。しかし、アル
カリ酸化物、アルカリ土類酸化物を含有させると、耐熱
性２機械的性質。

耐化学性、耐食性及び耐風化性の諸性質を低下させる問
題点がある。

本発明者らはさきに、Ｙ２Ｏ３を含有させろと、１５５
０℃程度の一般の電気炉を使用してガラスを製造し得ら
れると共に、得られるガラスは機械的に優れたものであ
ることを明らかにした。〔米国窯業協会誌６１巻２４７
〜２４９頁（１９７８年）〕シかし、分離Ｙ２Ｏ３は高
価であるため、それだけコスト高となる間重点があった
。

この問題点を解決するため、本発明者らはさきにＹ２Ｏ
３を製造する中間精製物であるイツトリウムコンセント
レートを利用すべく研究したところ、ＹｚＯｓの原鉱石
、例えば七ツタイムより１１ｔ＆’ｔ、て得られるイツ
トリウムコンセントレートは、数１０％のＹ２Ｏ３と、
残りはＤｙ２０．　、　Ｎｄ２Ｏ，ｒ　ＣｅＯ２＋Ｈｏ
　Ｏ＋　Ｙｂ　Ｏ、Ｓｍ２Ｏ３＋　Ｌａ２０．　＋　Ｇ
ｄ２Ｏ，、Ｅｒ２０゜等の希土類酸化物ニジなっている
が、これをＹ２Ｏ３に代え添加使用してアルミノけい酸
塩ガラスを製造したところ、＋１）Ｙ２Ｏ５のほかの他
の含有不純物はアルミノけい酸塩ガラスの特性、特に耐
アルカリ性などに悪影響がない。（２）これを使用する
と分離Ｙ２Ｏ３を使用した場合よシもガラスの溶融点を
約５０℃低下し得られ、しかもその価格も百であるため
、安価となることが分った。（特願昭５７−１８０４９
８号）本発明者らは史にコストダウンについて研究を重ねた結
果、光用に広く分散する火山灰のシラスは、その主成分
がアルミノけい酸塩のガラス賀のものであり、シラスの
二次堆稼物である二次シラスは、その化学組成がほぼ一
定であることに着目し、これを利用すべく検討を加えた
。二次シラスの化学組成を示すと次の通シである。

５ｉ０２　　８２．５９モル％　　　７５．８７重’Ｉ
ｔ％Ａｔ２０Ｓ９．１６　　＃　　　　１４．２８　　
＃Ｆｅ２Ｏ，０，９２＃　　　　２．２４　　ｇＣａＯ
１，５４＃　　　　１．３２　　＃ＪＯＯ，４９＃　　
　　０．３０　　ｚＮａ２０　　　３．３５　　ｔ　　
　　３．１８　　ｚＫ２０　　　１．９５　１　　　２
．８０　　＃このように、５ｉ０２とＡｌ２Ｏ，の成分
合計は約９２モル％で、大部分がアルミノけい酸塩であ
るので、Ｙ２Ｏ５コンセントレート、二次シラス及ヒＡ
ｌ２Ｏ３を原料としてガラスを製造することを試みたと
ころ、これらの成分のほかに上記二次シラスに含まれる
前記表にあるＦｅ２Ｏ３＋　ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎｄ２Ｏ
。

Ｋ２Ｏが全量で約５モル以下含有するガラスが得られる
こと、及びこれを原料とすると、５ｉｎ２＋Ａ！２０．
を原料とした場合に比べて、ガラス溶融特高が約し３に
短縮し得られることが分った。これらの知見に基いて本
発明を完成した。

本発明の要旨は二次シラス３０〜５３重量％。

Ａｊ２０５９〜３０］１−ｊｉ％、Ｙ２Ｏ３コンセント
レート２３〜５４ｉ−１１％を原料とし、これらの混合
物を加熱溶融してガラス化することを特徴とする希土類
含有アルミノけい酸塩ガラスの製造法にある。

本発明において言うＹ２Ｏ３コンセントレートとは、Ｙ
２Ｏ，の原鉱石、例えばゼノタイムを硫酸分解法または
アルカリ分解法によって得られる中間精製物である。ア
ルカリ分解法で示すと、ゼノタイムを徐々に、４００°
Ｃの浴融した苛性ソーダに加える。反応は発熱反応で反
応終了後冷却して反応物を水で抽出してリン酸ソーダ、
過剰のアルカリは除去される。得られた希土類水酸化物
を少量の塩酸に溶解し、この溶液にしゆう酸を加えて希
土しゆう酸塩とし、これを９００℃で焼成するイツトリ
ウムコンセントレートが得られる。その分析例を示すと
次の通りである。

イツトリウムコンセントレートの分析例（％）すなわち
、鉱石中の成分元素の！まで分離操作を行わないで含有
しているものである。

本発明のガラス原料において、二次シラスが：３０重量
％より少ないと溶融温度が高くなり、１５５０゛Ｃでは
ガラス化できない。また、５３劃ｉ％を超えると希土類
含有アルミノけい酸塩ガラスの特性が発揮できなくなる
。

Ａｊ！２０．が９重量％より少ないとガラス化しなく、
：３０重’ｉ％を超えると溶融温度が高くなり、ｌ５５
０°Ｃではガラスが得られない。

ｖ２０！Ｉコンセントレートが２３重量％より少ないと
希土類酸化物含有ガラスとしての特性が発揮できず、ま
た１５５０°Ｃではガラスが得られなく、５４’ｍｉｌ
！’％を超えると結晶化してしまいガラスが得られない
。

従って、二次シラスは３０〜５３重量％、Ａｌ２Ｏ。

は９〜３０重−！１％、Ｙ２Ｏ３コンセントレートは２
３〜５４重量％の範囲の量であることが必要である。

前記の原料のほかに、必要に応じＴｉｅ２．１３重量１
％、およびまたはＺｒ０□９重量％を超えない蓋添加し
てもよい。Ｔｉｅ２の添加は耐化学性、耐食性、耐風化
性を高める作用をするが、１３″ＩＬｆ［％を超えると
結晶化してしまいガラスが得られない。ＺｒＯ２の添加
は耐化学性、耐食性、耐風化性。

機械的性質、耐熱性を高める作用をするが９重量％を超
えると結晶化してしまいガラスが得られない０以上のような原料は１５５０”Ｃ以下の温度で溶解しガ
ラス化し、希土類含有アルミノけい酸塩ガラスが得られ
る。

実施例１゜二次シラス５１゜９３劃ｉ％、　Ａｌ２Ｏ，１２，６０
重量％。

Ｙ２Ｏ，コンセントレート３５．４７劃ｉ％の割合で混
合したものを白金るつほに入れ、電気炉中で１５００°
Ｃで２時間加熱溶融した後にアルミニウム板上に済し出
し放冷した。明るい薄褐色の泡のない透明なガラスが得
られた。

このガラスの熱膨張率は５３゜Ｉ　Ｘ　１０−”／’Ｃ
であり、一般の窓ガラスよりもはるかに低熱膨張率であ
る。そのために窓ガラスとして使用する際の耐熱衝撃性
は一般のソーダ石灰系のガラス（熱膨張率は約９０　ｘ
　ＩＦ’　１／’Ｃ）より高い。このガラスが溶融した
状態で炉外に白金るつぼを取シ出し、手引きによシガラ
ス繊維化を行ったところ、敷μｍ〜数簡の各極太さで１
ｍ以上の長さのガラス繊維を容易に得ることができた。

密度は３．２５８　ｆ／Ｃｍ５、ビイカース硬度は８６
０　Ｋｙ／　ｗｓで、硬いガラスである。

その化学組成は、原料割合から計算すると、ＳｉＯ□３
９．４０重重量′％、（以下％は重量）　、　Ａｌ２Ｏ
。

２０．０２％、　Ｆｅ、、０３１．１６％、　ＣａＯ０
，６９％、　Ｍｇ００．１６％、　Ｎａ２Ｏ１，６５％
、　Ｋ２Ｏ１，４５％、イツトリアコンセントレー）　
３５．４７％でアル。

実施例２゜二次シラス３６．０８重量％、　Ａｌ２Ｏ，２６，０３
劃ｉ。

イツトリアコンセントレート３７．８９　Ｘｉ％の割合
で混合したものを白金るつほに入れ、電気炉中で１４５
０°Ｃで１．５時間、続いて電気炉の温度を１５００℃
にあけ２０分間加熱溶融した後、アルミニウム板上に流
し出し放冷しだ。明るい薄褐色の透明なガラスが得られ
た。このガラスの熱膨張率は５３．０ＸＩＯ−’　　し
・ｃ、密度は３　、４５６　？／ｃｍ’であった。

実施例３゜二次シラス４０．２８劃ｉ１％、　Ａｌ２Ｏ，１７，５
３重量％。

イツトリアコンセントレート４２．１９ｉ１１％の割合
で混合したものを白金るつぼに入れ、電気炉中で１５０
０°Ｃで１．５時間加熱溶融した後、アルミニウム板上
に流し出し放冷した。明るい薄褐色の泡のない透明なガ
ラスが得られた。このガラスの熱膨張率は５９．２　Ｘ
　１０−’　し°ｃ、密度は：３．５２１　？　／Ｃａ
１１’であった。また、このガラスも実施例１と同様に
容易に繊維化することができた。

実施例４゜二次シラス３０．１９重量％、　Ａ４２０．１８．２６
重量％。

イツトリアコンセントレート４０．００重量％、　Ｔｉ
ｅ、。

１１．５５重量％の割合で混合したものを白金るつぼに
入れ、これを電気炉中で１５５０°Ｃで１．５時間加熱
溶融した。この溶融物をアルミニウム板上に流し出し放
冷した。

赤味を帯びた茶褐色の泡のない透明なガラスが得られた
。このガラスの熱膨張率は５６　Ｘ　１０−　’　１／
”Ｃ１密度は３．６１２１７ｃｍ５であった。

実施例５゜二次シラス３５．１２ｆｆｋ：量％、　Ａ１２０３１７
．０６重量％。

イツトリアコンセントレート３９．１１　ｆ（匍％、Ｚ
ｒ０２８．７１　重量％の割合で混合したものを白金る
つぼに入れ、これを電気炉中で１５５０°Ｃで１．５時
間加熱溶融した。この溶融物をアルミニウム板上に流し
出し放冷した。明るい薄褐色の泡のない透明なガラスが
得られた。このガラスの熱膨張率は５３．ＯＸ　１０−
’　１／’（、密度は：う、６２１９／ｃｍ５であった
。

発明の効果本発明の方法によると、二次シラス及びイツトリアコン
セントレートを使用するため、Ｙ２Ｏ３金含有するアル
ミノけい酸塩が安価に得られ、且つ溶融温度も低いので
一般の電気炉で溶融し得られ、また加熱時間も短かくて
すみ、得られるガラスはアルミノけい酸塩ガラスの特性
をそのまま保有する優れた効果を有する。また得られる
ガラスは高弾性率を有し、耐アルカリ性が高いのでセメ
ントと抄合して使用することができる。そして、Ｆｅ２
ｏ５とＣｅＯ２を含有するため紫外線吸取特性を有し、
紫外線吸収着色透明ガラスとしてサンルームの窓。

自動車用ルーフ窓、その他各種の理化学用の紫外線吸収
容器、窓材としても有効に使用し得られる。

特許出願人　科学技術庁無機材質研究所長　　扁［（後　　藤　　　　　優 −−ｊ：

Claims

【特許請求の範囲】１）二次シラス　３０〜５３重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３　
９〜３０重量％、Ｙ＿２Ｏ＿３コンセントレート　２３
〜５４重量％を原料とし、これらの混合物を加熱溶融し
てガラス化することを特徴とする希土類含有アルミノけ
い酸塩ガラスの製造法。２）二次シラス　３０〜５３重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３　
９〜３０重量％、Ｙ＿２Ｏ＿３コンセントレート　２３
〜５４重量％のほか、更にＴｉＯ＿２　１３重量％また
は及びＺｒＯ＿２　９重量％を超えない量添加し、これ
を加熱溶融してガラス化することを特徴とする希土類含
有アルミノけい酸塩ガラスの製造法。