JP2905549B2 - 結晶化ガラス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は結晶化ガラスに関し、より詳しくは建築材料
として好適な結晶化ガラスに関するものである。

［従来の技術］ 近年、建物の外装材や内装材に結晶化ガラスが広く使
われるようになってきている。この用途に用いられる結
晶化ガラスには、機械的強度や化学耐久性等の特性が優
れていること、美しい外観を呈すること、さらに安価で
あることが要求され、これら諸条件を満足するものとし
て種々の結晶化ガラスが提案されている。本出願人の発
明になる特公昭60−49145号に開示の結晶化ガラスはそ
の代表的例であり、ZnO−MgO−Al₂O₃−SiO₂系のガラス
に核形成剤としてTiO,ZrO₂を添加し、フォルステライト
（2MgO・SiO₂）やガーナイト（ZnO・Al₂O₃）を析出させ
てなるものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 一般にフォルステライトはTiO₂によって析出する結晶
であるが、この結晶は化学耐久性がやや低い。それゆえ
前記特許では、さらに３％以下のZrO₂を添加して化学耐
久性に優れたガーナイトを析出させることで結晶化ガラ
スの化学耐久性を高めている。

しかしながらZrO₂を添加すると液相温度が高くなり、
原ガラスの成形時に失透しやすくなるという問題が生じ
る。

本発明の目的は、化学耐久性が良好で、しかも液相温
度が低いために失透しにくく、建築材料として好適な結
晶化ガラスを提供することである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者等は種々の研究を行った結果、ZnO−MgO−Al
₂O₃−SiO₂系の本質的にZrO₂を含有しないガラスにおい
て、Cr₂O₃を核形成剤として添加することによって上記
目的を達成することのできる結晶化ガラスが得られるこ
とを見い出し、本発明として提案するものである。

即ち本発明の結晶化ガラスは重量百分率でSiO₂40.0〜
60.0％、Al₂O₃14.0〜25.0％、ZnO0.2〜15.0％、MgO0〜1
2.0％、B₂O₃2.0〜15.0％、Na₂O＋K₂O2.0〜20.0％、CaO0
〜4.0％、BaO0〜4.0％、TiO₂0〜0.5％、As₂O₃0〜1.0
％、Sb₂O₃0〜1.0％からなり、本質的にZrO₂を含有しな
い基礎ガラス100重量部に対してCr₂O₃を0.0005〜0.4％
添加してなることを特徴とする。

［作用］ 本発明の結晶化ガラスは、ZnO−MgO−Al₂O₃−SiO₂系
の基礎ガラスに核形成剤としてCr₂O₃を添加すること
で、主結晶としてスピネル系のガーナイトが析出する
他、スピネル（MgO・Al₂O₃）やフォルステライトが析出
する。主結晶として析出するガーナイトは化学耐久性や
機械的強度に優れた結晶であるため、本発明の結晶化ガ
ラスはこれらの特性に優れている。また結晶化工程にお
いて、ガラスマトリックス相が軟化流動するため、得ら
れる結晶化ガラスは良好な表面品位を有している。

なお本発明において析出するガーナイトやスピネルは
Cr³⁺イオンを固溶してピンクに発色し、またフォルステ
ライトは白色の結晶であるため、得られる結晶化ガラス
はCr₂O₃の添加量及びフォルステライトの析出量により
白乃至ピンク系の色調を呈する。

次に各組成を上記のように限定した理由を以下に述べ
る。

SiO₂は化学耐久性を高める働きをするとともにフォル
ステライトの構成成分であり、その含有量は40.0〜60.0
％である。SiO₂が40.0％より少ないと耐候性が著しく悪
くなり、60.0％より多いとガラスの溶融が困難になる。

Al₂O₃はガーナイトの構成成分であり、その含有量は1
4.0〜25.0％である。Al₂O₃が14.0％より少ないと結晶化
しにくくなり、250％より多いとガラス溶融性が悪くな
る。

ZnOはガーナイトの構成成分であり、その含有量は0.2
〜15.0％である。ZnOが0.2％より少ないと結晶化しにく
くなり、15.0％より多いと失透が著しくなる。

MgOはスピネルやフォルステライトの構成成分であ
り、その含有量は０〜12.0％である。MgOが12.0％より
多いと失透及び分相が著しい。

B₂O₃はフラックス剤であり、その含有量は2.0〜15.0
％である。B₂O₃が2.0％より少ないとガラスの溶融性が
劣り、15.0％より多いと結晶化しにくくなる。

Na₂OとK₂Oは合量で2.0〜20.0％含有する。Na₂OとK₂O
の合量が2.0％より少ないとガラスの溶融性が劣り、20.
0％より多いと結晶化しにくくなる。

CaOとBaOの含有量はそれぞれ０〜4.0％である。CaO及
びBaOがそれぞれ4.0％より多いと結晶化しにくくなる。

As₂O₃及びSb₂O₃は清澄剤としてそれぞれ０〜1.0％含
有する。

上記成分からなる基礎ガラス100重量部に対して、核
形成剤としてCr₂O₃を0.0005〜0.4％添加する。Cr₂O₃は
一般に着色酸化物として知られているが、ZnO−MgO−Al
₂O₃−SiO₂系のガラスにおいては核形成剤としても機能
する。なおその添加量が0.0005％より少ないと核形成剤
として十分に働かず、0.4％より多いと失透が著しくな
る。

また先記した通り、本発明の結晶化ガラスは白乃至ピ
ンク系の色調を呈するが、これ以外にも10％以下のCo
O、NiO、Fe₂O₃、MnO₂等の着色酸化物を添加することで
種々の色調を得ることができる。

さらに本発明の結晶化ガラスは0.5％以下のTiO₂を添
加することが可能である。TiO₂の添加はコスト高になる
ためあまり好ましいものではないが、0.5％以下の添加
は結晶化ガラスに微妙な色合いを与えるのに有効であ
る。

なお、本発明の結晶化ガラスは、本質的にZrO₂を含有
しないことを特徴とするが、通常ガラス溶融炉の耐火物
にはZrO₂が含まれているため、工業的規模で製造する場
合、耐火物からのZrO₂の溶出は避け難いものである。Zr
O₂の溶出は、極く微量であれば特に問題が生じるもので
はないが、その溶出量が0.5重量％を越えると原ガラス
の成形時に失透しやすくなる。それゆえ本発明の結晶化
ガラスを製造するに際しては、ZrO₂が溶出しにくい耐火
物からなるガラス溶融炉により、原ガラスを溶融するこ
とが重要である。

［実施例］ 以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

次表は本発明の実施例（試料No.1〜７）及び比較例
（試料No.8）を示している。

表のNo.1〜８の各試料は次のようにして調製した。表
中の組成になるように調合した原料バッチを白金坩堝を
使用して1500℃で12〜16時間溶融した後、溶融ガラスを
カーボン台上に流し出し、ローラーを用いて板状に成形
した。次に板状物を120℃/hの昇温速度で950℃〜1100℃
まで加熱し、１時間保持した後、試料を得た。このよう
にして得られた試料はすべて良好な表面品位を有してい
た。またその色調は表に示す通りであった。

表から明らかなように実施例であるNo.1〜７はすべて
ガーナイトを主結晶として析出したのに対して、比較例
であるNo.8の試料はフォルステライトが主結晶であっ
た。また実施例の試料は耐酸性が0.2〜0.9mg/cm²、耐ア
ルカリ性が0.1〜0.8mg/cm²、曲げ強度が1140〜1200kg/c
m²の値を示し、液相温度が950〜1100℃であったのに対
して比較例の試料は耐酸性が14.0mg/cm²、耐アルカリ性
が4.1mg/cm²、曲げ強度が700kgであり、液相温度が1200
℃であった。

これらの事実は本発明が、Cr₂O₃を核形成剤として添
加し、ガーナイトを主結晶として析出するため化学耐久
性や機械的強度に優れていること、ZrO₂を含まないため
液相温度が低いこと、及び美しい外観を呈することを示
している。

なお表中の析出結晶はＸ線回折により求め、また耐酸
性、耐アルカリ性はそれぞれ90℃、１％のH₂SO₄、NaOH
の水溶液中に25×25×5mmの試料（鏡面研磨品）を24時
間浸漬した後の重量減により評価した。曲げ強度は10×
70×8mmの試料を用いて三点荷重法により測定した。液
相温度は白金製ボートにガラスを入れて温度傾斜炉内で
一定時間保持した後、測定した。

［効果］ 本発明の結晶化ガラスは、液相温度が低いために原ガ
ラスの成形時に失透しにくいとともに、化学耐久性や機
械的強度に優れ、また美しい外観を呈するために建材と
して好適なものである。さらに核形成剤として高価なTi
O₂を必要としないので原料コストを大幅に低減すること
ができる。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量百分率で、SiO₂40.0〜60.0％、Al₂O₃1
   4.0〜25.0％、ZnO0.2〜15.0％、MgO0〜12.0％、B₂O₃2.0
   〜15.0％、Na₂O＋K₂O2.0〜20.0％、CaO0〜4.0％、BaO0
   〜4.0％、TiO₂0〜0.5％、As₂O₃0〜1.0％、Sb₂O₃0〜1.0
   ％からなり、本質的にZrO₂を含有しない基礎ガラス100
   重量部に対して、核形成剤としてCr₂O₃を0.0005〜0.4％
   添加してなることを特徴とする結晶化ガラス。