JP2008050182A - Glass composition and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス組成物およびその製造方法に関する。特に、ビスマスを発光種として含有するガラス組成物に関する。 The present invention relates to a glass composition and a method for producing the same. In particular, it relates to a glass composition containing bismuth as a luminescent species.
光通信分野において、赤外波長域の光線、特に1310nm帯の光線の利用が盛んである。1310nm帯に蛍光を発するガラスとして、酸化シリコンをガラス網目形成体の主成分とし、ビスマス酸化物および酸化アルミニウムを含むガラスが知られている(特開2003−283028号公報)。このガラスは、ビスマス酸化物に含まれるビスマスが発光種として機能する。 In the field of optical communication, the use of light in the infrared wavelength region, particularly light in the 1310 nm band, is active. As a glass emitting fluorescence in the 1310 nm band, a glass containing silicon oxide as a main component of a glass network former and containing bismuth oxide and aluminum oxide is known (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-283028). In this glass, bismuth contained in the bismuth oxide functions as a luminescent species.
このような組成のガラスは、一般に、原材料バッチを1600℃程度で長時間、より具体的には約18時間以上熔融することにより製造されていた。長時間熔融するのは、ガラス融液中の泡を除去しガラスの清澄性を高めるとともに、ガラスの均質性を高めるためである。
特開2003−283028号公報に開示されているような従来のガラス組成物は、ビスマスに由来する蛍光が得られる波長域における光の吸収について、未だ改善できる余地が残されている。このような波長域における光の吸収係数を低めると、ビスマス発光の効率が高まることとなる。 The conventional glass composition as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-283028 still has room for improvement in light absorption in a wavelength region where fluorescence derived from bismuth is obtained. If the light absorption coefficient in such a wavelength region is lowered, the efficiency of bismuth light emission is increased.
本発明は、ビスマス酸化物を含み、ビスマスに由来する発光の効率を高めることができるガラス組成物およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the glass composition which contains the bismuth oxide, and can improve the light emission efficiency derived from bismuth, and its manufacturing method.
本発明者は、酸化シリコンをガラス網目形成体の主成分とし、ビスマス酸化物および酸化アルミニウムを含むガラス組成物の製造時において、原材料の熔融時間を従来よりも大幅に短く設定すると、上記目的が達成されることを見出した。 The inventor of the present invention has the above object when the melting time of raw materials is set to be significantly shorter than that in the prior art when manufacturing a glass composition containing silicon oxide as a main component of a glass network former and containing bismuth oxide and aluminum oxide. I found it to be achieved.
本発明は、モル%で示して、SiO2:55〜75(ただし75を含まず)、Al2O3:5〜25、Li2O:0〜15、Na2O:0〜5、K2O:0〜5、MgO:0〜40、CaO:0〜30、SrO:0〜20、BaO:0〜15、ZnO:0〜25、TiO2:0〜10、ZrO2:0〜5、B2O3:0〜10、P2O5:0〜10、GeO2:0〜10で示される成分と、ビスマス酸化物とを含み、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOが0.1〜40モル%の範囲にあり、Bi2O3に換算した前記ビスマス酸化物の含有率が0.01〜5モル%の範囲にあり、波長1310nmの光線の吸収係数が0.078cm-1以下の範囲にあるガラス組成物を提供する。 The present invention is indicated by mol%, SiO 2: 55~75 (but 75 not including), Al 2 O 3: 5~25 , Li 2 O: 0~15, Na 2 O: 0~5, K 2 O: 0 to 5, MgO: 0 to 40, CaO: 0 to 30, SrO: 0 to 20, BaO: 0 to 15, ZnO: 0 to 25, TiO 2 : 0 to 10, ZrO 2 : 0 to 5 , B 2 O 3 : 0 to 10, P 2 O 5 : 0 to 10, GeO 2 : 0 to 10 and a bismuth oxide, and MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO is in the range of 0.1 to 40 mol%. Yes, a glass composition in which the content of the bismuth oxide converted to Bi 2 O 3 is in the range of 0.01 to 5 mol%, and the absorption coefficient of light having a wavelength of 1310 nm is in the range of 0.078 cm −1 or less. I will provide a.
本発明は、その別の側面から、上記ガラス組成物の製造方法であって、前記ガラス組成物の原材料を熔融する熔融工程と、熔融した前記原材料を冷却する冷却工程とを含み、前記熔融工程は、前記原材料を、1450℃を超える温度で6.5時間以下保持することにより実施する、ガラス組成物の製造方法を提供する。 Another aspect of the present invention is a method for producing the glass composition, comprising: a melting step for melting the raw material of the glass composition; and a cooling step for cooling the molten raw material, Provides a method for producing a glass composition, wherein the raw material is held at a temperature exceeding 1450 ° C. for 6.5 hours or less.
本発明によれば、ビスマス発光の効率を高めたガラス組成物およびその製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the glass composition which improved the efficiency of bismuth light emission, and its manufacturing method can be provided.
ビスマス酸化物は、ガラス組成物が、赤外波長域での蛍光を発するための必須成分の一つである。ビスマス酸化物の含有率(Bi2O3換算)が0.01モル%未満であると、ビスマスに由来する蛍光(ビスマス発光)の強度が弱くなりすぎる場合がある。他方、その含有率が5モル%を超えると、ビスマス発光の励起波長域に光吸収ピークが現れにくくなり、発光強度が却って低下する場合がある。このためビスマス酸化物の含有率(Bi2O3換算)の範囲は0.01〜5モル%とする。 Bismuth oxide is one of the essential components for the glass composition to emit fluorescence in the infrared wavelength region. If the bismuth oxide content (in terms of Bi 2 O 3 ) is less than 0.01 mol%, the intensity of fluorescence derived from bismuth (bismuth emission) may be too weak. On the other hand, when the content exceeds 5 mol%, a light absorption peak hardly appears in the excitation wavelength region of bismuth emission, and the emission intensity may decrease instead. For this reason, the range of the bismuth oxide content (in terms of Bi 2 O 3 ) is set to 0.01 to 5 mol%.
SiO2は、ガラス網目形成体の主成分である。SiO2の含有率が高くなるとガラス融液の粘度が高くなりガラス組成物の製造が困難になる。他方、SiO2の含有率が低すぎるとビスマス発光の強度が低下し、さらには失透が生じやすくなる。このためSiO2の含有率の範囲は55モル%以上75モル%未満とする。 SiO 2 is the main component of the glass network former. When the content of SiO 2 increases, the viscosity of the glass melt increases and it becomes difficult to produce a glass composition. On the other hand, if the SiO 2 content is too low, the intensity of bismuth light emission is reduced, and devitrification is likely to occur. Thus the scope of the content of SiO 2 is less than less than 55 mol% 75 mol%.
Al2O3は、ガラス組成物においてビスマス酸化物がビスマス発光を示すために必須の成分である。その含有率が5モル%未満であると、ビスマス発光が生じにくくなる。この含有率が高くなるに従ってビスマス発光の強度は高くなるが、25モル%を超えると原材料バッチの熔解性が悪化しやすくなり、完全に熔解したとしても失透しやすくなる。このためAl2O3の含有率の範囲は5〜25モル%とする。 Al 2 O 3 is an essential component for the bismuth oxide to emit bismuth light in the glass composition. If the content is less than 5 mol%, bismuth light emission is less likely to occur. As the content increases, the intensity of bismuth light emission increases. However, if it exceeds 25 mol%, the meltability of the raw material batch tends to deteriorate, and even when completely melted, devitrification easily occurs. Thus the scope of the content of Al 2 O 3 is 5 to 25 mol%.
2価金属酸化物RO(RO=MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)は、ガラスの熔解性を向上させるために必須の成分である。ROの含有率が0.1モル%未満であると、ガラス融液の粘性が高くなり、ガラス組成物の製造が困難になる場合がある。この含有率が高くなるに従ってガラスの均質化は容易になるが、40モル%を超えると失透が生じやすくなる。このためROの含有率の範囲は0.1〜40モル%とする。 The divalent metal oxide RO (RO = MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) is an essential component for improving the meltability of the glass. When the content of RO is less than 0.1 mol%, the viscosity of the glass melt increases and it may be difficult to produce the glass composition. As the content increases, homogenization of the glass becomes easier, but when it exceeds 40 mol%, devitrification is likely to occur. For this reason, the range of the content rate of RO shall be 0.1-40 mol%.
MgOはガラス網目修飾体として寄与する任意の成分である。また、MgOは、原材料バッチの熔解性を高める。しかし、MgOの含有率が40モル%を超えると、ビスマス発光の励起波長域に光吸収ピークが現れにくくなり、発光強度が却って低下する場合がある。また、ガラス融液の粘度が低下し過ぎて失透が生じやすくなる。このためMgOの含有率の範囲は0〜40モル%とする。 MgO is an optional component that contributes as a glass network modifier. MgO also increases the meltability of the raw material batch. However, if the content of MgO exceeds 40 mol%, a light absorption peak hardly appears in the excitation wavelength region of bismuth emission, and the emission intensity may decrease instead. Further, the viscosity of the glass melt is too low and devitrification is likely to occur. For this reason, the range of the content rate of MgO shall be 0-40 mol%.
CaOは、原材料バッチの熔解性を高める任意の成分である。また、ガラスの耐失透性を高める。この側面においてCaOはMgOよりも優れている。しかし、その含有率が30モル%を超えると、ビスマス発光の強度が却って低下する場合がある。このためCaOの含有率の範囲は0〜30モル%とする。ガラス組成物がMgOおよびCaOを含有する場合は、後述する実施例で示すように、CaOに対するMgOの含有比が1.5以上の範囲となるように、それぞれの添加量を調整することが好ましい。 CaO is an optional component that enhances the meltability of the raw material batch. It also increases the devitrification resistance of the glass. In this aspect, CaO is superior to MgO. However, if the content exceeds 30 mol%, the intensity of bismuth emission may decrease on the contrary. For this reason, the range of the content rate of CaO shall be 0-30 mol%. When the glass composition contains MgO and CaO, as shown in Examples described later, it is preferable to adjust the respective addition amounts so that the content ratio of MgO to CaO is in the range of 1.5 or more. .
SrOは、MgOやCaOと同様、原材料バッチの熔解性を高める任意の成分である。SrOは少量(例えば0.1モル%)であってもガラスの耐失透性を大幅に改善する。しかし、SrOの含有率が20モル%を超えると、ビスマス発光の強度が急激に低下する場合がある。このためSrOの含有率の範囲は0〜20モル%とする。 SrO is an optional component that enhances the meltability of the raw material batch, like MgO and CaO. Even in a small amount (for example, 0.1 mol%) of SrO, the devitrification resistance of the glass is greatly improved. However, if the SrO content exceeds 20 mol%, the intensity of bismuth emission may decrease rapidly. For this reason, the range of the content rate of SrO shall be 0-20 mol%.
BaOも、MgOやCaO、SrOと同様、原材料バッチの熔解性を高める任意の成分である。BaOは他の2価金属酸化物よりも屈折率を高める効果が高い。屈折率が高くなるとビスマス発光の強度が高まる。したがって、この観点からは、BaOを例えば0.1モル%以上の範囲で添加するとよい。しかし、BaOの含有率が15モル%を超えると、ビスマス発光の強度が急激に低下する場合がある。このためBaOの含有率の範囲は0〜15モル%とする。 BaO, as well as MgO, CaO, and SrO, is an optional component that enhances the meltability of the raw material batch. BaO has a higher effect of increasing the refractive index than other divalent metal oxides. As the refractive index increases, the intensity of bismuth emission increases. Therefore, from this viewpoint, BaO may be added in a range of, for example, 0.1 mol% or more. However, if the BaO content exceeds 15 mol%, the intensity of bismuth emission may decrease rapidly. For this reason, the range of the content rate of BaO shall be 0-15 mol%.
ZnOもまた原材料バッチの熔解性を高める任意の成分である。ZnOは、CaOやSrO、BaOと比較して、ガラスを赤色または赤褐色に発色させる効果が高い。ZnOは、MgOと比較して、ガラスの屈折率を高める作用にも優れている。これを考慮して少量(例えば0.1モル%以上)のZnOを添加してもよい。しかし、ZnOの含有率が25モル%を超えると、ビスマス発光の強度が低下することがある。また、含有率が25モル%を超えると、ガラスが分相して乳濁し透明なガラスが得られなくなることもある。このためZnOの含有率の範囲は0〜25モル%とする。 ZnO is also an optional component that enhances the meltability of the raw material batch. ZnO has a higher effect of coloring the glass red or reddish brown than CaO, SrO, or BaO. ZnO is superior in action to increase the refractive index of glass as compared with MgO. Considering this, a small amount (for example, 0.1 mol% or more) of ZnO may be added. However, when the ZnO content exceeds 25 mol%, the intensity of bismuth emission may be reduced. On the other hand, if the content exceeds 25 mol%, the glass may be phase-divided to become milky and a transparent glass may not be obtained. For this reason, the range of the content rate of ZnO shall be 0-25 mol%.
Li2Oは、ガラス網目修飾体として寄与する任意の成分である。Li2Oは、熔解温度を下げて熔解性を高め、ガラスの屈折率を高める。Li2Oの適量の添加(例えば、0.1モル%以上)は光吸収を高めてビスマス発光の強度を高める。Li2Oの含有率は多いほどよいが、15モル%を超えると、ビスマス発光の強度が却って低下する場合がある。また、含有率が15モル%を超えると、ガラス融液の粘度が低下して失透が生じやすくなる。このためLi2Oの含有率の範囲は0〜15モル%とする。 Li 2 O is an optional component that contributes as a glass network modifier. Li 2 O lowers the melting temperature to increase the melting property and increase the refractive index of the glass. Addition of an appropriate amount of Li 2 O (for example, 0.1 mol% or more) enhances light absorption and enhances the intensity of bismuth emission. The higher the content of Li 2 O, the better. However, if it exceeds 15 mol%, the intensity of bismuth emission may decrease on the contrary. Moreover, when content rate exceeds 15 mol%, the viscosity of a glass melt will fall and it will become easy to produce devitrification. Therefore the range of the content of Li 2 O is a 15 mol%.
Na2Oは、熔融温度とともに液相温度を低下させガラスの失透を抑制する任意の成分である。しかし、Na2Oは、ガラスを濃褐色としてビスマス発光を弱める作用を有する。このためNa2Oの含有率の範囲は0〜5モル%とする。 Na 2 O is an optional component that reduces the liquidus temperature and the devitrification of the glass together with the melting temperature. However, Na 2 O has the effect of weakening bismuth emission by making the glass dark brown. Thus the scope of the content of Na 2 O is 0 to 5 mol%.
K2Oは、液相温度を低下させガラスの失透を抑制する。しかし、K2Oは、ガラスを濃褐色としてビスマス発光を弱めるガラスの赤外域での発光を弱める作用を有する。このためK2Oの含有率の範囲は0〜5モル%とする。 K 2 O reduces the liquidus temperature and suppresses the devitrification of the glass. However, K 2 O has the effect of weakening the emission in the infrared region of the glass, which darkens the bismuth emission by making the glass dark brown. Thus the scope of the content of K 2 O is 0 to 5 mol%.
MgOに代表される2価金属酸化物およびLi2Oに代表されるアルカリ金属酸化物の原料の一部として、硫酸塩(例えば、MgSO4、Li2SO4)や硝酸塩(例えば、Mg(NO3)2、LiNO3)などの酸化性の高い塩を用いるとよい。熔融中に酸化性の高い化合物が生じ、ビスマスの還元を抑制できるからである。還元性を抑制すると、白金または白金系合金製のルツボなどの熔融容器の侵食も抑制できる。 As a part of raw materials of divalent metal oxide typified by MgO and alkali metal oxide typified by Li 2 O, sulfate (eg, MgSO 4 , Li 2 SO 4 ) or nitrate (eg, Mg (NO 3 ) It is good to use highly oxidizable salts such as 2 and LiNO 3 ). This is because a highly oxidizable compound is produced during melting and the reduction of bismuth can be suppressed. When the reducing property is suppressed, erosion of a melting vessel such as a crucible made of platinum or a platinum-based alloy can also be suppressed.
TiO2は、ガラスの屈折率を高めビスマス発光の強度を高める任意の成分である。TiO2は、BaOと比較して、ビスマス発光の強度を高める作用が強い。しかし、TiO2にはガラスを乳濁させる作用がある。このためTiO2の含有率の範囲は0〜10モル%とする。 TiO 2 is an optional component that increases the refractive index of glass and increases the intensity of bismuth emission. TiO 2 has a stronger effect of increasing the intensity of bismuth light emission than BaO. However, TiO 2 has the effect of making the glass milky. Thus the scope of the content of TiO 2 is 0 to 10 mol%.
ZrO2は、TiO2と同様、ガラスの屈折率を高め、ビスマス発光の強度を高める任意の成分である。しかし、ZrO2は、ガラスの結晶化を促しガラスの密度を高める作用を有する。それゆえ、失透および過度の密度上昇を避けるため、ZrO2の含有率の範囲は0〜5モル%とする。 ZrO 2 is an optional component that increases the refractive index of glass and increases the intensity of bismuth light emission, like TiO 2 . However, ZrO 2 has an action of promoting crystallization of the glass and increasing the density of the glass. Therefore, in order to avoid devitrification and excessive density increase, the content range of ZrO 2 is set to 0 to 5 mol%.
B2O3は、ガラス融液の粘性を下げ、ガラスを均質化する任意の成分である。しかし、B2O3にはガラスを乳濁させる作用がある。このためB2O3の含有率の範囲は0〜10モル%とする。 B 2 O 3 is an optional component that lowers the viscosity of the glass melt and homogenizes the glass. However, B 2 O 3 has the effect of making the glass milky. Thus the scope of the content of B 2 O 3 is 0 to 10 mol%.
ガラス組成物は、さらに、P2O5、GeO2等を含有しても構わない。より具体的には、P2O5を0〜10%の範囲で、GeO2を0〜10%の範囲で含有していてもよい。 The glass composition may further contain P 2 O 5 , GeO 2 or the like. More specifically, P 2 O 5 may be contained in a range of 0 to 10% and GeO 2 may be contained in a range of 0 to 10%.
ガラス組成物は、モル%で示して、ビスマス酸化物(Bi2O3換算):0.01〜5、SiO2:55〜75(ただし75を含まず)、Al2O3:5〜25、Li2O:0〜15、Na2O:0〜5、K2O:0〜5、MgO:0〜40、CaO:0〜30、SrO:0〜20、BaO:0〜15、ZnO:0〜25、TiO2:0〜10、ZrO2:0〜5、B2O3:0〜10、P2O5:0〜10、GeO2:0〜10で示される成分を含み、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOが0.1〜40モル%の範囲にある。 The glass composition is expressed in mol%, bismuth oxide (in terms of Bi 2 O 3 ): 0.01 to 5, SiO 2 : 55 to 75 (but not including 75), Al 2 O 3 : 5 to 25 , Li 2 O: 0 to 15, Na 2 O: 0 to 5, K 2 O: 0 to 5, MgO: 0 to 40, CaO: 0 to 30, SrO: 0 to 20, BaO: 0 to 15, ZnO : 0 to 25, TiO 2 : 0 to 10, ZrO 2 : 0 to 5, B 2 O 3 : 0 to 10, P 2 O 5 : 0 to 10, GeO 2 : 0 to 10 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO is in the range of 0.1 to 40 mol%.
ガラス組成物は、これらの成分群に加えて、屈折率の制御、温度粘性特性の制御、失透の抑制などを目的として、Y2O3、La2O3、Ta2O5、Nb2O5およびIn2O3を、合計で5モル%を上限として含有していてもよい。また、ガラス組成物は、熔解時の清澄、ビスマス酸化物の還元防止などを目的として、As2O3、Sb2O3、SO3、SnO2、Fe2O3、ClおよびFを、合計で1モル%を上限として含有していてもよい。 In addition to these component groups, the glass composition is Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Nb 2 for the purpose of controlling the refractive index, controlling the temperature viscosity characteristics, suppressing devitrification, and the like. O 5 and In 2 O 3 may be contained up to 5 mol% in total. Further, the glass composition is a total of As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , SO 3 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , Cl and F for the purpose of fining during melting, prevention of reduction of bismuth oxide, and the like. And 1 mol% may be contained as an upper limit.
ガラス組成物は、実質的に上記の成分群(上記2つの段落に列記したビスマス酸化物からFまでの成分群)からなる組成物、換言すれば、上記の成分群を合計で99.9モル%以上含有した組成物であってよい。この場合、合計で0.1モル%未満の範囲であれば、上記の成分群以外の成分を含有していても構わない。 The glass composition is substantially composed of the above component group (component group from bismuth oxide to F listed in the above two paragraphs), in other words, the above component group is a total of 99.9 mol. % Or more of the composition. In this case, as long as the total is less than 0.1 mol%, components other than the above component groups may be contained.
本発明の製造方法では、1450℃を超える温度で原材料を熔融する。この「温度」は、厳密には雰囲気温度を指す。ビスマスの還元を防止し、発光に寄与しない吸収の増加を抑制する観点から、原材料の熔融温度および時間は、ガラスの泡品質および均質性が極端に低下しない範囲でなるべく低くかつ短くするとよい。例えば、原材料を熔融する温度の上限は、1650℃、さらには1620℃、特に1600℃とするとよい。この温度の下限は、1500℃、さらには1550℃であってもよい。また、1450℃を超える温度で原材料を熔融する時間の上限は、6.25時間、さらには4.5時間とするとよい。この時間の下限は4.0時間、さらには3.5時間であってよい。この程度にまで熔融温度を低く、また熔融時間を短くしても、例えば、熔融前の原料の混合攪拌の強化、原料投入回数の増加、ガラス融液の攪拌強化、るつぼ形状選択によるるつぼ内ガラス熔融素地高さの低減などにより、ガラスの泡品質および均質性が低下することを防止できる。 In the production method of the present invention, the raw material is melted at a temperature exceeding 1450 ° C. Strictly speaking, this “temperature” refers to the ambient temperature. From the viewpoint of preventing reduction of bismuth and suppressing an increase in absorption that does not contribute to light emission, the melting temperature and time of the raw material are preferably as low and short as possible within a range in which the bubble quality and homogeneity of the glass are not extremely lowered. For example, the upper limit of the temperature at which the raw material is melted is preferably 1650 ° C., more preferably 1620 ° C., particularly 1600 ° C. The lower limit of this temperature may be 1500 ° C., further 1550 ° C. Moreover, the upper limit of the time for melting the raw material at a temperature exceeding 1450 ° C. is preferably 6.25 hours, and further 4.5 hours. The lower limit of this time may be 4.0 hours or even 3.5 hours. Even if the melting temperature is lowered to this level and the melting time is shortened, for example, strengthening mixing and stirring of raw materials before melting, increasing the number of raw material additions, strengthening stirring of glass melt, and crucible glass by selecting a crucible shape It is possible to prevent the foam quality and homogeneity of the glass from being lowered by reducing the melt base height.
熔融工程における温度および時間をこのように制御すると、後述する実施例に示すように、ビスマス発光が得られる波長域にある光の一例である波長1310nmの光線の吸収係数が0.078cm-1以下の範囲にあるガラス組成物を製造できる。また、後述する実施例に示すように、波長1310nmの光線の吸収係数が0.060cm-1以下の範囲にあるガラス組成物、さらには、波長1310nmの光線の吸収係数が0.040cm-1以下の範囲にあるガラス組成物を製造することもできる。 When the temperature and time in the melting step are controlled in this way, as shown in the examples described later, the absorption coefficient of light having a wavelength of 1310 nm, which is an example of light in the wavelength region where bismuth light emission is obtained, is 0.078 cm −1 or less. The glass composition which exists in the range of this can be manufactured. Moreover, as shown in the Example mentioned later, the glass composition in which the absorption coefficient of the light of wavelength 1310nm exists in the range of 0.060cm < -1 > or less, Furthermore, the absorption coefficient of the light of wavelength 1310nm is 0.040cm < -1 > or less. It is also possible to produce a glass composition in the range of
熔融工程における温度および時間を上記のように制御するとガラス組成物の光の吸収係数が小さくなる理由の詳細は、現時点では明らかではない。しかし、本発明者らは、ビスマスの還元が抑制されるためと考えている。 Details of the reason why the light absorption coefficient of the glass composition decreases when the temperature and time in the melting process are controlled as described above are not clear at this time. However, the present inventors believe that the reduction of bismuth is suppressed.
冷却工程は、例えば、熔融した原材料を鉄板上に流し出し得られたガラスを、ガラス転移点温度付近でアニーリングした後、徐々に温度を低下させるように行うとよい。 The cooling step may be performed, for example, so that the glass obtained by pouring the molten raw material onto the iron plate is annealed in the vicinity of the glass transition temperature, and then the temperature is gradually decreased.
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(実施例1)
モル%で示して、SiO2:65.3、Al2O3:14.6、Li2O:2.5、Na2O:2.5、MgO:9.7、CaO:2.5、SrO:2.5、ビスマス酸化物(Bi2O3換算):0.5のガラス組成物となるように、シリカ、アルミナ、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウムおよび三酸化ビスマスを秤量し、原材料バッチを調合した。
(Example 1)
In terms of mol%, SiO 2 : 65.3, Al 2 O 3 : 14.6, Li 2 O: 2.5, Na 2 O: 2.5, MgO: 9.7, CaO: 2.5, Silica, alumina, lithium carbonate, sodium carbonate, magnesium oxide, calcium carbonate, strontium carbonate, and trioxide so that a glass composition of SrO: 2.5 and bismuth oxide (in terms of Bi 2 O 3 ): 0.5 is obtained. Bismuth was weighed and a raw material batch was prepared.
調合したバッチ(350g)を白金ルツボに投入し、1550〜1590℃の雰囲気温度で、より具体的には1550〜1590℃に加熱した電気炉内に、6.25時間保持することにより熔融した。続いて、ガラス融液を鉄板上に流し出すことにより得られたガラスを、700℃の雰囲気温度で、より具体的には700℃に加熱した電気炉内に30分保持した。その後、18時間かけて20℃まで冷却することにより試料ガラスを得た。 The prepared batch (350 g) was put into a platinum crucible and melted by holding it in an electric furnace heated to an atmospheric temperature of 1550 to 1590 ° C., more specifically 1550 to 1590 ° C. for 6.25 hours. Subsequently, the glass obtained by pouring the glass melt onto the iron plate was held at an atmospheric temperature of 700 ° C., more specifically, in an electric furnace heated to 700 ° C. for 30 minutes. Then, the sample glass was obtained by cooling to 20 degreeC over 18 hours.
(実施例2)
調合したバッチを1550〜1590℃に加熱した電気炉内に6.5時間保持することにより熔融したこと以外は、実施例1と同様にして試料ガラスを得た。
(Example 2)
A sample glass was obtained in the same manner as in Example 1 except that the prepared batch was melted by holding it in an electric furnace heated to 1550 to 1590 ° C. for 6.5 hours.
(比較例1)
調合したバッチを1600〜1650℃に加熱した電気炉内に25時間保持することにより熔融したこと以外は、実施例1と同様にして試料ガラスを得た。
(Comparative Example 1)
A sample glass was obtained in the same manner as in Example 1 except that the prepared batch was melted by holding it in an electric furnace heated to 1600 to 1650 ° C. for 25 hours.
(比較例2)
調合したバッチを1600〜1620℃に加熱した電気炉内に28時間保持することにより熔融したこと以外は、実施例1と同様にして試料ガラスを得た。
(Comparative Example 2)
A sample glass was obtained in the same manner as in Example 1 except that the prepared batch was melted by holding it in an electric furnace heated to 1600 to 1620 ° C. for 28 hours.
(比較例3)
調合したバッチを1550〜1650℃に加熱した電気炉内に27.5時間保持することにより熔融したこと以外は、実施例1と同様にして試料ガラスを得た。
(Comparative Example 3)
A sample glass was obtained in the same manner as in Example 1 except that the prepared batch was melted by holding it in an electric furnace heated to 1550 to 1650 ° C. for 27.5 hours.
(実施例3〜29)
表2〜5に示した各組成となるように原材料バッチを調合した。調合したバッチ(350g)を白金ルツボに投入し、1620℃の雰囲気温度で、より具体的には1620℃に加熱した電気炉内に、6.5時間保持することにより熔融した。ガラス融液を鉄板上に流し出すことにより得られたガラスは、700℃の雰囲気温度でアニーリングした後、より具体的には700℃に加熱した電気炉内に30分保持した後、6.5時間かけて50℃まで冷却することにより試料ガラスを得た。
(Examples 3 to 29)
Raw material batches were prepared so as to have the compositions shown in Tables 2 to 5. The prepared batch (350 g) was put into a platinum crucible and melted by holding it in an electric furnace heated to an atmospheric temperature of 1620 ° C., more specifically 1620 ° C., for 6.5 hours. The glass obtained by pouring the glass melt onto the iron plate was annealed at an ambient temperature of 700 ° C., and more specifically, held in an electric furnace heated to 700 ° C. for 30 minutes, and then 6.5. A sample glass was obtained by cooling to 50 ° C. over time.
分光光度計(日立製U4100)を用いて、実施例1〜29および比較例1〜3の試料ガラスにおける波長1310nmの光線の透過率を測定した。試料ガラスは厚さ3.0〜8.0mmに成形した。光線の吸収係数αは、厚さの異なる2つの試料ガラスに対する光線の透過率から、Lambert則に基づいて算出した。 Using a spectrophotometer (U4100 manufactured by Hitachi), the transmittance of light having a wavelength of 1310 nm in the sample glasses of Examples 1 to 29 and Comparative Examples 1 to 3 was measured. The sample glass was molded to a thickness of 3.0 to 8.0 mm. The light absorption coefficient α was calculated based on the Lambert law from the light transmittance of two sample glasses having different thicknesses.
このとき、光線の吸収係数αは、α=ln(T1/T2)/(d2−d1)である。
ただし、T1[%]:試料厚みd1[cm]時の透過率、T2[%]:試料厚みd2[cm]時の透過率であり、各単位は、それぞれ以下のようである。
α[1/cm],T1[%],T2[%],d1[cm],d2[cm]
At this time, the light absorption coefficient α is α = ln (T 1 / T 2 ) / (d 2 −d 1 ).
However, T 1 [%]: transmittance at the time of sample thickness d 1 [cm], T 2 [%]: transmittance at the time of sample thickness d 2 [cm], and each unit is as follows. .
α [1 / cm], T 1 [%], T 2 [%], d 1 [cm], d 2 [cm]
同様にして、波長800nmの光線の吸収係数についても解析した。結果を表1〜5に示す。 Similarly, the absorption coefficient of light having a wavelength of 800 nm was also analyzed. The results are shown in Tables 1-5.
表1に示すように、実施例1および2のガラス組成物は、いずれも波長1310nmの光線の吸収係数が0.078cm-1以下の範囲にあった。他方、比較例1〜3のガラス組成物は、ガラス組成が同一であるものの、光線の吸収係数が実施例1および2と比べて大きいことが確認された。 As shown in Table 1, in each of the glass compositions of Examples 1 and 2, the absorption coefficient of light having a wavelength of 1310 nm was in the range of 0.078 cm −1 or less. On the other hand, although the glass compositions of Comparative Examples 1 to 3 had the same glass composition, it was confirmed that the light absorption coefficient was larger than those of Examples 1 and 2.
また、表2〜5に示すように、実施例3〜29のガラス組成物のいずれも、実施例1および2と同様に、波長1310nmの光線の吸収係数が0.078cm-1以下の範囲にあった。 Further, as shown in Tables 2 to 5, in any of the glass compositions of Examples 3 to 29, similarly to Examples 1 and 2, the absorption coefficient of light having a wavelength of 1310 nm is in a range of 0.078 cm −1 or less. there were.
実施例1、3〜21および23〜29のガラス組成物は、波長1310nmの光線の吸収係数が0.060cm-1以下の範囲にあり、吸収係数がさらに小さかった。なかでも、実施例3〜10、12〜15、17、20、23、24、26および28は、波長1310nmの光線の吸収係数が0.040cm-1以下の範囲にあり、吸収係数が特に小さかった。 In the glass compositions of Examples 1, 3 to 21, and 23 to 29, the absorption coefficient of light having a wavelength of 1310 nm was in the range of 0.060 cm −1 or less, and the absorption coefficient was even smaller. In particular, Examples 3 to 10, 12 to 15, 17, 20, 23, 24, 26 and 28 have a light absorption coefficient of 1310 nm in the range of 0.040 cm −1 or less, and the absorption coefficient is particularly small. It was.
実施例4と実施例5との比較、および実施例8と実施例9との比較から、ガラス組成物がMgOおよびCaOを含む場合は、ガラス組成物中のCaOに対するMgOの含有比が高い方が、光線の吸収係数をさらに低下できることがわかった。上記含有比は1.5以上とすることが好ましい。 From the comparison between Example 4 and Example 5 and the comparison between Example 8 and Example 9, when the glass composition contains MgO and CaO, the content ratio of MgO to CaO in the glass composition is higher. However, it has been found that the light absorption coefficient can be further reduced. The content ratio is preferably 1.5 or more.
本発明は、ビスマス発光の効率を高めたガラス組成物を提供するものとして、光通信に代表される、ビスマス発光を利用する各分野において多大な利用価値を有する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has a great utility value in each field using bismuth light emission, represented by optical communication, as providing a glass composition with improved bismuth light emission efficiency.
Claims (5)
SiO2 55〜75(ただし75を含まず)
Al2O3 5〜25
Li2O 0〜15
Na2O 0〜 5
K2O 0〜 5
MgO 0〜40
CaO 0〜30
SrO 0〜20
BaO 0〜15
ZnO 0〜25
TiO2 0〜10
ZrO2 0〜 5
B2O3 0〜10
P2O5 0〜10
GeO2 0〜10
で示される成分と、ビスマス酸化物とを含み、
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOが0.1〜40モル%の範囲にあり、Bi2O3に換算した前記ビスマス酸化物の含有率が0.01〜5モル%の範囲にあり、
波長1310nmの光線の吸収係数が0.078cm-1以下の範囲にあるガラス組成物。 Expressed in mole%
SiO 2 55 to 75 (excluding 75)
Al 2 O 3 5-25
Li 2 O 0-15
Na 2 O 0-5
K 2 O 0-5
MgO 0-40
CaO 0-30
SrO 0-20
BaO 0-15
ZnO 0-25
TiO 2 0-10
ZrO 2 0-5
B 2 O 3 0-10
P 2 O 5 0-10
GeO 2 0-10
And a bismuth oxide,
MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO is in the range of 0.1 to 40 mol%, and the content of the bismuth oxide converted to Bi 2 O 3 is in the range of 0.01 to 5 mol%.
A glass composition having an absorption coefficient of light having a wavelength of 1310 nm in a range of 0.078 cm −1 or less.
前記ガラス組成物の原材料を熔融する熔融工程と、熔融した前記原材料を冷却する冷却工程とを含み、前記熔融工程は、前記原材料を、1450℃を超える温度で6.5時間以下保持することにより実施する、ガラス組成物の製造方法。 It is a manufacturing method of the glass composition described in Claim 1, Comprising:
A melting step of melting the raw material of the glass composition; and a cooling step of cooling the molten raw material, wherein the melting step is performed by holding the raw material at a temperature exceeding 1450 ° C. for 6.5 hours or less. The manufacturing method of the glass composition implemented.
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