JP7429189B2 - ガラスセラミックおよびガラス - Google Patents
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Description
Fmax=7.854*D*h
を使用して計算され、式中、Fmaxは最大力(N)であり、Dはディスクの直径(mm)であり、hは、光路の厚さ(mm)である。印加された各力について、応力は、式:
σ(MPa)=8F/(π*D*h)
を使用して計算され、式中、Fは力(N)であり、Dはディスクの直径(mm)であり、hは光路の厚さ(mm)である。
背景に関して言えば、カドミウムおよびセレンを含有するガラス(「CdSeガラス」)は、かなりの量のカドミウムおよびセレンを有するので、その毒性により特徴付けられることがある。CdSeガラスの非毒性または毒性の低い代替品を開発するために、ある労力が払われてきた。例えば、従来の代替物に、無Cdガラス組成物がある。それにもかかわらず、これらの組成物はまだ、セレンと、インジウムおよびガリウムなどの他の高価なドーパントとを含有している。さらに、従来の無Cdのセレン含有ガラスは、CdSeガラスに対して劣ったカットオフ波長および/または視角依存性により特徴付けられてきた。したがって、出願人等は、従来のCdSeガラスに対して匹敵するまたは改善された光学的性質を有する、カドミウムおよびセレンを含まない材料が必要とされていると考えている。これらの材料が、CdSeガラスの非毒性代替物として、調整可能なバンドギャップおよび急なカットオフを有することが好ましい。これらの材料の目的とする用途に鑑みて、低い熱膨張係数(CTE)、耐久性、熱応力抵抗性および/または比較的簡単かつ低コストの製造および加工要件により特徴付けられる非毒性のCdSeガラス代替物も必要とされている。
以下の実施例は、本開示のガラスセラミック材料および物品の、それらを製造する方法を含む特定の非限定例を示す。
ここで図8Aおよび8Bを参照すると、チタンを含む物品の例示のガラスセラミック組成物のリストが与えられている。
ガラスセラミックにおいて、
非晶相、および
式MxWO3および/またはMxMoO3を有する複数の析出物を含む結晶相であって、式中、0<x<1であり、Mはドーパント陽イオンである、結晶相、
を含むガラスセラミック。
前記析出物が、電子顕微鏡法で測定して、約1nmから約200nmの長さを有する、実施形態1に記載のガラスセラミック。
前記結晶相の析出物が、前記ガラスセラミック内に実質的に均一に分布している、実施形態1または2に記載のガラスセラミック。
ガラスセラミックにおいて、
ケイ酸塩ガラス、および
前記ケイ酸塩ガラス内に均一に分布した結晶であって、非化学量論的タングステンおよび/またはモリブデン亜酸化物を含み、 ドーパント陽イオンが挿入された結晶、
を含むガラスセラミック。
前記ガラスセラミックが、約400nmから約700nmの範囲の光の少なくとも1つの50nm幅の波長域に亘り約5%/mm以上の透過率を有する、実施形態4に記載のガラスセラミック。
前記ドーパント陽イオンが、H、Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Zn、Ag、Au、Cu、Sn、Cd、In、Tl、Pb、Bi、Th、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、U、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Pd、Se、Ta、Bi、およびCeの少なくとも1つを含む、実施形態4に記載のガラスセラミック。
前記結晶が棒状形態を有する、実施形態4に記載のガラスセラミック。
前記結晶の一部が、前記ガラスセラミックの外面から約10μm超の深さにある、実施形態4に記載のガラスセラミック。
ガラスセラミックにおいて、
ガラス相、および
タングステンおよび/またはモリブデンの亜酸化物を含む結晶相であって、該タングステンおよび/またはモリブデンの亜酸化物が、正孔がドーパント陽イオンで占められた固体欠陥構造を有する、結晶相、
を含むガラスセラミック。
前記結晶相が、約0.001%から約20%の前記ガラスセラミック中の体積分率を有する、実施形態9に記載のガラスセラミック。
物品において、
少なくとも1つの非晶相および1つの結晶相と、
約1モル%から約95モル%のSiO2と、
を含み、
前記結晶相は、該結晶相の約0.1モル%から約100モル%の酸化物を含み、該酸化物は、(i)W、(ii)Mo、(iii)Vとアルカリ金属陽イオン、および(iv)Tiとアルカリ金属陽イオン:の内の少なくとも1つを含む、物品。
前記結晶相が、複数の析出物として、前記物品内に実質的に均一に分布している、実施形態11に記載の物品。
前記析出物の少なくとも一部が、前記物品の外面から約10μm超の深さに位置している、実施形態12に記載の物品。
前記結晶相が、電子顕微鏡法で測定して、約1nmから約500nmの長さを有する複数の析出物を含む、実施形態11に記載の物品。
前記物品が、CdおよびSeを実質的に含まない、実施形態11に記載の物品。
ガラスであって、バッチ成分中に、
約25モル%から約99モル%のSiO2、
約0モル%から約50モル%のAl2O3、
約0.35モル%から約30モル%のWO3+MoO3、
約0.1モル%から約50モル%のR2O、ここで、R2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Rb2OおよびCs2Oの1つ以上であり、R2O-Al2O3は、約-35モル%から約7モル%である、および
(i)約0.02モル%から約50モル%のRO、および(ii)約0.01モル%から約5モル%のSnO2、の少なくとも一方であり、ここで、ROは、MgO、CaO、SrO、BaOおよびZnOの1つ以上である、
を含み、
WO3が約1モル%から約30モル%である場合、ひいては、前記ガラスは、約0.9モル%以下のFe2O3を含むか、またはひいては、SiO2は約60モル%から約99モル%であり、
WO3が約0.35モル%から約1モル%である場合、ひいては、前記ガラスは、約0.01モル%から約5.0モル%のSnO2を含み、
MoO3が約1モル%から約30モル%である場合、ひいては、SiO2は、約61モル%から約99モル%であるか、またはひいては、Fe2O3は、約0.4モル%以下であり、R2OはROより多く、
MoO3が約0.9モル%から約30モル%であり、SiO2が、約30モル%から約99モル%である場合、ひいては、前記ガラスは、約0.01モル%から約5モル%のSnO2をさらに含む、ガラス。
約2.0モル%から約40モル%のB2O3をさらに含み、SiO2は約45モル%から約80モル%であり、Al2O3は約0.5モル%から約15モル%であり、R2Oは、約0モル%から約14モル%であり、ROは約0モル%から約1モル%であり、並びに(1)MoO3は約0モル%であり、かつWO3は約1.0モル%から約17モル%である、(2)SnO2は約0.01モル%から約0.4モル%である、および/または(3)Fe2O3は約0モル%から約0.2モル%である、の少なくともひとつである、実施形態16に記載のガラス。
約5モル%から約20モル%のB2O3をさらに含み、SiO2は約55モル%から約75モル%であり、Al2O3は約8モル%から約12モル%であり、R2Oは、約3モル%から約14モル%であり、ROは約0.5モル%から約4.5モル%であり、WO3は約1.9モル%から約10モル%であり、MoO3は約0モル%から約1.0モル%である、実施形態16に記載のガラス。
約4モル%から約35モル%のB2O3をさらに含み、SiO2は約55モル%から約75モル%であり、Al2O3は約9モル%から約14モル%であり、R2Oは、約2.9モル%から約12.2モル%であり、ROは約0.01モル%から約0.5モル%であり、MoO3は約0モル%から約8.2モル%であり、WO3は約0モル%から約9モル%であり、並びに(1)SnO2は約0.04モル%から約0.4モル%である、(2)Fe2O3は約0モル%から約0.2モル%である、および/または(3)V2O5は約0モル%から約0.4モル%である、の少なくともひとつである、実施形態16に記載のガラス。
約5モル%から約25モル%のB2O3をさらに含み、SiO2は約50モル%から約75モル%であり、Al2O3は約7モル%から約14モル%であり、R2Oは、約5モル%から約14モル%であり、ROは約0.02モル%から約0.5モル%であり、MoO3は約1.9モル%から約12.1モル%であり、WO3は約1.7モル%から約12モル%であり、並びに(1)前記ガラスは、約0.01モル%から約0.75モル%のAg、約0.01モル%から約0.5モル%のAu、約0.01モル%から約0.03モル%のV2O5、および約0.01モル%から約0.75モル%のCuOの少なくとも1つをさらに含む、および/または(2)SnO2は約0.01モル%から約0.5モル%である、の少なくともひとつである、実施形態16に記載のガラス。
約10モル%から約20モル%のB2O3をさらに含み、SiO2は約60モル%から約78モル%であり、Al2O3は約0.3モル%から約10モル%であり、R2Oは、約0.6モル%から約10モル%であり、ROは約0.02モル%であり、MoO3は約0モル%であり、WO3は約1.0モル%から約7.0モル%である、実施形態16に記載のガラス。
ガラスセラミック物品を形成する方法において、
(1)束縛アルカリ、(2)SiO2、および(3)タングステンおよび/またはモリブデンを含む成分を一緒に溶融して、ガラス溶融物を形成する工程、
前記ガラス溶融物をガラスに固化させる工程、および
前記ガラス内に結晶相を析出させて、前記ガラスセラミック物品を形成する工程、
を有してなる方法。
前記ガラスが、単一の均一相である、実施形態22に記載の方法。
前記結晶相が、タングステンおよび/またはモリブデンを含む、実施形態22または23に記載の方法。
前記束縛アルカリが、(A)長石、(B)霞石、(C)ホウ酸ナトリウム、(D)スポジュメン、(E)曹長石、(F)カリ長石、(G)アルカリアルミノケイ酸塩、(H)アルカリケイ酸塩、および/または(I)(I-i)アルミナ、(I-ii)ボリアおよび/または(I-iii)シリカに結合したアルカリを含む、実施形態22から24のいずれか1つに記載の方法。
ガラスセラミックを形成する方法において、
シリカおよびタングステンおよび/またはモリブデンを含む成分を一緒に溶融して、ガラス溶融物を形成する工程、
前記ガラス溶融物を固化して、ガラスを形成する工程、および
前記ガラス内に、タングステンおよび/またはモリブデンを含む複数のブロンズタイプの結晶を析出させる工程、
を有してなる方法。
前記複数のブロンズタイプの結晶を析出させる工程が、前記ガラスを熱加工する工程を含む、実施形態26に記載の方法。
複数のブロンズタイプの結晶を、少なくとも約1nmかつ約500nm以下の長さに成長させる工程をさらに含む、実施形態26または27に記載の方法。
ガラスセラミックにおいて、
非晶相、および
式MxTiO2の析出物を含む結晶相であって、式中、0<x<1であり、Mはドーパント陽イオンである、結晶相、
を含むガラスセラミック。
前記ガラスセラミックが、約400nmから約700nmの範囲の光の少なくとも1つの50nm幅の波長域に亘り約1%/mm以上の透過率を示す、実施形態29に記載のガラスセラミック。
前記析出物の少なくともいくらかが、少なくとも1nm長かつ300nm長以下である、実施形態29に記載のガラスセラミック。
前記結晶相の析出物が、前記ガラスセラミック内に均一に分布している、実施形態31に記載のガラスセラミック。
式MxTiO2の析出物が、前記ガラスセラミック中に少なくとも0.001%かつ20%以下の体積分率で含まれる、実施形態31に記載のガラスセラミック。
式MxTiO2の析出物が、前記ガラスセラミック中に少なくとも5%の体積分率で含まれる、実施形態33に記載のガラスセラミック。
前記ドーパント陽イオンが、H、Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Zn、Ag、Au、Cu、Sn、Cd、In、Tl、Pb、Bi、Th、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、U、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Pd、Se、Ta、Bi、および/またはCeを含む、実施形態34に記載のガラスセラミック。
ガラスセラミックにおいて、
ケイ酸塩ガラス、および
前記ケイ酸塩ガラス内に均一に分布した結晶であって、ドーパント陽イオンが挿入された亜酸化チタンを含む結晶、
を含むガラスセラミック。
前記ガラスセラミックが、約400nmから約700nmの範囲の光の少なくとも1つの50nm幅の波長域に亘り約1%/mm以上の透過率を示す、実施形態36に記載のガラスセラミック。
前記結晶が、少なくとも1nm長かつ300nm長以下である、実施形態36に記載のガラスセラミック。
前記結晶が、前記ガラスセラミック内に均一に分布している、実施形態38に記載のガラスセラミック。
前記結晶が、前記ガラスセラミック中に少なくとも0.001%かつ20%以下の体積分率で含まれる、実施形態38に記載のガラスセラミック。
前記結晶が、前記ガラスセラミック中に少なくとも5%の体積分率で含まれる、実施形態40に記載のガラスセラミック。
前記ドーパント陽イオンが、H、Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Zn、Ag、Au、Cu、Sn、Cd、In、Tl、Pb、Bi、Th、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、U、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Pd、Se、Ta、Bi、および/またはCeを含む、実施形態41に記載のガラスセラミック。
ガラスセラミックにおいて、
ガラス相、および
正孔がドーパント陽イオンで占められた固体欠陥構造を形成する、チタンの亜酸化物を含む結晶相、
を含むガラスセラミック。
前記ガラスセラミックが、約400nmから約700nmの範囲の光の少なくとも1つの50nm幅の波長域に亘り約1%/mm以上の透過率を示す、実施形態43に記載のガラスセラミック。
ガラスセラミック物品において、
少なくとも1つの非晶相および1つの結晶相と、
約1モル%から約95モル%のSiO2と、
を含み、
前記結晶相は、該結晶相の約0.1モル%から約100モル%の非化学量論的亜酸化チタンを含み、該亜酸化物は、(i)Ti、(ii)Vとアルカリ金属陽イオン:の内の少なくとも1つを含む、ガラスセラミック物品。
前記結晶相が、複数の析出物として、前記ガラスセラミック物品内に実質的に均一に分布している、実施形態45に記載のガラスセラミック物品。
前記析出物の少なくともいくらかが、前記物品の外面から約10μm超の深さに位置している、実施形態46に記載の物品。
前記結晶相が、電子顕微鏡法で測定して、約1nmから約500nmの長さを有する複数の析出物を含む、実施形態45に記載の物品。
前記物品が、CdおよびSeを実質的に含まない、実施形態45に記載のガラスセラミック物品。
ガラスセラミックを形成する方法において、
シリカおよびチタンを含む成分を一緒に溶融して、ガラス溶融物を形成する工程、
前記ガラス溶融物を固化して、ガラスを形成する工程であって、該ガラスが第1の平均近赤外吸光度を含む、工程、および
前記ガラス内に、結晶相を析出させて、前記ガラスセラミックを形成する工程であって、該ガラスセラミックが、(a)第2の平均赤外吸光度、および(b)約1.69以下の平均光学密度毎mmを含み、前記第1の平均赤外吸光度に対する該第2の平均赤外吸光度の比が約1.5以上である、工程、
を有してなる方法。
前記結晶相を析出させる工程が、約450℃から約850℃の温度で行われる、実施形態50に記載の方法。
前記結晶相を析出させる工程が、約500℃から約700℃の温度で行われる、実施形態50に記載の方法。
前記結晶相を析出させる工程が、約15分から約240分の期間に亘り行われる、実施形態50に記載の方法。
前記結晶相を析出させる工程が、約60分から約90分の期間に亘り行われる、実施形態50に記載の方法。
ガラスにおいて、バッチ成分中に、
約1モル%から約90モル%のSiO2、
約0モル%から約30モル%のAl2O3、
約0.25モル%から約30モル%のTiO2、
約0.25モル%から約30モル%の金属硫化物、
約0モル%から約50モル%のR2O、および
約0モル%から約50モル%のRO、
を含み、ここで、R2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Rb2OおよびCs2Oの1つ以上であり、ROは、BeO、MgO、CaO、SrO、BaOおよびZnOの1つ以上であり、該ガラスはCdを実質的に含まない、ガラス。
TiO2が約1.0モル%から約15モル%である、実施形態55に記載のガラス。
TiO2が約2.0モル%から約10モル%である、実施形態55に記載のガラス。
前記金属硫化物が約1.0モル%から約15モル%である、実施形態55に記載のガラス。
前記金属硫化物が約1.5モル%から約5モル%である、実施形態58に記載のガラス。
前記金属硫化物が、MgS、Na2S、およびZnSの内の少なくとも1つを含む、実施形態55から59のいずれか1つに記載のガラス。
前記ガラスがLiを実質的に含まない、実施形態55に記載のガラス。
前記ガラスがZrを実質的に含まない、実施形態55に記載のガラス。
12、14 主面
50 圧縮応力領域
52 第1の選択深さ
100 物品
Claims (7)
- ガラスセラミックにおいて、
ケイ酸塩ガラス、および
前記ケイ酸塩ガラス内に均一に分布した結晶であって、非化学量論的タングステンおよび/またはモリブデン亜酸化物であって、タングステンおよび/またはモリブデンブロンズであるものを含み、ドーパント陽イオンが挿入された、結晶、
を含み、
前記ドーパント陽イオンが、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Pd、Se、Ta、Ce、または、Auを含み、
400nmから700nmの範囲の波長において、1%/mm以上の透過率を有し、370nm以下の波長を有する光に対して1%/mm未満の透過率を有する、ガラスセラミック。 - 前記ガラスセラミックが、400nmから700nmの範囲の光の少なくとも1つの50nm幅の波長域に亘り5%/mm以上の透過率を有する、請求項1記載のガラスセラミック。
- 前記結晶が棒状形態を有する、請求項1記載のガラスセラミック。
- 請求項1に記載のガラスセラミックを形成する方法であって、
(1)束縛アルカリ、(2)SiO2、および(3)タングステンおよび/またはモリブデンを含む成分を一緒に溶融して、ガラス溶融物を形成する工程、
前記ガラス溶融物をガラスに固化させる工程、および
前記ガラス内に結晶相を析出させて、前記ガラスセラミックを形成する工程、
を有してなる方法。 - 前記ガラスが、単一の均一相である、請求項4記載の方法。
- 前記結晶相が、タングステンおよび/またはモリブデンを含む、請求項4または5記載の方法。
- 前記束縛アルカリが、(A)長石、(B)霞石、(C)ホウ酸ナトリウム、(D)スポジュメン、(E)曹長石、(F)カリ長石、(G)アルカリアルミノケイ酸塩、(H)アルカリケイ酸塩、および/または(I)(I-i)アルミナ、(I-ii)ボリアおよび/または(I-iii)シリカに結合したアルカリを含む、請求項4から6いずれか1項記載の方法。
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