WO2021251247A1 - 積層部材 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a laminated member.
- a work table, a cooking device, etc. are connected by a worktop.
- the worktop material include stainless steel, artificial marble, and ceramics.
- the cooker is installed in the opening provided in the worktop.
- the cooking device is provided with a top plate on which a heated body (pot or the like) is placed.
- a heated body pot or the like
- Examples of the material of the top plate include crystallized glass (see Patent Document 1) and ceramics.
- the heating member used for the top plate is required to have excellent temperature rise resistance and impact resistance.
- the present inventors evaluated a laminated member having a glass member, a bonding layer which is a resin, and a Si—SiC member as the heating member. We found that there was room for improvement.
- the present inventors have obtained a laminated member having a glass member having a predetermined linear transmittance, a bonding layer containing a resin, and a SiC-SiC member, which is the SiC-SiC member.
- a glass member having a predetermined linear transmittance a bonding layer containing a resin
- SiC-SiC member which is the SiC-SiC member.
- the laminated member according to [1], wherein the average linear expansion coefficient ⁇ of the glass member at 20 to 200 ° C. is 1.50 to 5.00 ppm / ° C.
- the glass member has 55.0 to 85.0 mol% SiO 2 and 1.5 to 14.5 mol% Al 2 O 3 and 3.0 in an oxide-based molar percentage display. Includes ⁇ 14.0 mol% B 2 O 3 and 0 ⁇ 3.5 mol% P 2 O 5.
- the total content of the SiO 2 , the Al 2 O 3 , the B 2 O 3, and the P 2 O 5 in the glass member is 70.0 to 97.0% in terms of oxide-based molar percentage.
- the meanings of the terms in the present invention are as follows.
- the numerical range represented by using “-” means a range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value.
- the laminated member of the present disclosure includes a glass member having a linear transmittance of 80% or more at a wavelength of 850 nm, a bonding layer containing a resin on the glass member, and a SiC-SiC member on the bonding layer.
- the average linear expansion coefficient ⁇ of the Si—SiC member at 20 to 200 ° C. is 2.85 to 4.00 ppm / ° C.
- the laminated member of the present disclosure is excellent in temperature rise resistance, impact resistance and heat impact resistance. The details of this reason have not been clarified yet, but it is presumed that it is due to the following reasons.
- the bonding layer containing the resin functions as a cushioning material and the impact resistance is improved.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a laminated member according to one aspect of the present invention.
- the laminated member 100 has a glass member 101, a bonding layer 103 arranged on the glass member 101, and a SiC—SiC member 105 arranged on the bonding layer 103.
- the laminated member 100 has a laminated structure in which a glass member 101, a bonding layer 103, and a SiC-SiC member 105 are laminated in this order.
- the Si—SiC member means a sintered member composed of a composite material containing silicon carbide (SiC) and silicon (Si) (metal Si).
- the Si-SiC member 105 is preferably a ceramic containing 40 to 92% by mass of SiC and 8 to 60% by mass of Si with respect to the total mass of the SiC-SiC member, preferably 50 to 87% by mass of SiC. It is more preferable that the ceramic contains 13 to 50% by mass of Si, and more preferably the ceramic contains 55 to 82% by mass of SiC and 18 to 45% by mass of Si. Ceramics containing% by mass of SiC and 23 to 40% by mass are particularly preferable, and ceramics containing 65 to 72% by mass of SiC and 28 to 35% by mass of Si are most preferable. ..
- the SiC-SiC member 105 has an excellent balance between thermal characteristics and mechanical characteristics.
- the composition of the Si—SiC member 105 is not particularly limited as long as it contains SiC and Si, and may contain a component derived from a sintering aid, a trace amount of impurities (Fe, etc.) and the like.
- the sintering aid is not particularly limited, for example BeO, B 4 C, BN, Al, and AlN and the like.
- the thickness of the Si—SiC member 105 is preferably 0.5 to 15 mm.
- the thickness of the Si—SiC member 105 is more preferably 1.5 mm or more, further preferably 2.0 mm or more, and particularly preferably 2.5 mm or more.
- the thickness of the Si—SiC member 105 is more preferably 10.0 mm or less, further preferably 7.5 mm or less, and particularly preferably 5.5 mm or less.
- the Si-SiC member 105 can be made thinner by being supported by the glass member 101. Since the Si—SiC member 105 can be made thin, it is possible to quickly raise and lower the temperature.
- the thickness of the Si-SiC member 105 can be measured with, for example, a caliper or a digital measure.
- the average linear expansion coefficient ⁇ of the Si—SiC member 105 at 20 to 200 ° C. is 2.85 to 4.00 ppm / ° C.
- the average linear expansion coefficient ⁇ of the Si—SiC member 105 at 20 to 200 ° C. is also simply referred to as an average linear expansion coefficient ⁇ .
- the average coefficient of linear expansion ⁇ is preferably 2.90 ppm / ° C. or higher, more preferably 2.95 ppm / ° C. or higher, and particularly preferably 3.00 ppm / ° C. or higher.
- the average coefficient of linear expansion ⁇ is preferably 3.40 ppm / ° C. or lower, more preferably 3.20 ppm / ° C. or lower, and particularly preferably 3.10 ppm / ° C. or lower.
- the average linear expansion coefficient ⁇ of the Si—SiC member 105 is within the above range, it is easy to match the average linear expansion coefficient ⁇ between the Si—SiC member 105 and the glass member 101. Further, since the thermal conductivity and strength of the Si—SiC member 105 can be increased, the impact resistance can be improved while increasing the temperature rise rate.
- the coefficient of linear expansion ⁇ can be measured by a thermomechanical analyzer (TMA) or a thermomechanical analyzer (TMA) whose temperature range is 20 ° C to 200 ° C.
- the thermal conductivity of the Si—SiC member 105 at 20 ° C. is preferably 130 to 300 W / m ⁇ K.
- the thermal conductivity of the Si—SiC member 105 at 20 ° C. is more preferably 190 W / m ⁇ K or more, further preferably 210 W / m ⁇ K or more, and particularly preferably 225 W / m ⁇ K or more.
- the thermal conductivity of the Si—SiC member 105 at 20 ° C. is more preferably 270 W / m ⁇ K or less, further preferably 260 W / m ⁇ K or less, and particularly preferably 250 W / m ⁇ K or less.
- the thermal conductivity of the Si—SiC member 105 is within the above range, the heat soaking property is improved as a heating member. Further, if the thermal conductivity of the SiC-SiC member 105 is within the above range, it is possible to prevent a decrease in yield due to variations in the thermal conductivity during the manufacture of the SiC-SiC member 105, and the quality of the SiC-SiC member 105 can be prevented. Is easy to stabilize.
- Thermal conductivity can be measured by the laser flash method.
- the Young's modulus of the Si—SiC member 105 is preferably 300 to 420 GPa.
- the Young's modulus of the Si—SiC member 105 is more preferably 320 GPa or more, further preferably 350 GPa or more, and particularly preferably 370 GPa or more.
- the Young's modulus of the Si—SiC member 105 is more preferably 410 GPa or less, further preferably 400 GPa or less, and particularly preferably 390 GPa or less.
- the Si—SiC member 105 is preferable because the Young's modulus satisfies the above range and the thermal impact resistance is improved. Further, since the Si—SiC member 105 has a lower Young's modulus than other silicon carbide ceramics, it has high thermal shock resistance and is preferable.
- Young's modulus can be measured at 20 ° C. by the elastic modulus test method (ultrasonic pulse method: dynamic elastic modulus) described in Japanese Industrial Standards (JIS R1602: 1995).
- the bending strength of the Si—SiC member 105 is preferably 130 to 300 MPa.
- the bending strength of the Si—SiC member 105 is more preferably 200 MPa or more, further preferably 220 MPa or more, and particularly preferably 230 MPa or more.
- the bending strength of the Si—SiC member 105 is more preferably 260 MPa or less, further preferably 250 MPa or less, and particularly preferably 240 MPa or less.
- the bending strength can be measured at 20 ° C. by the bending strength test method (4-point bending strength) described in Japanese Industrial Standards (JIS R1601: 2008).
- the Vickers hardness (Hv) of the Si—SiC member 105 is preferably 20 to 27 GPa.
- the Vickers hardness is more preferably 21 GPa or more, further preferably 22 GPa or more, and particularly preferably 23 GPa or more.
- the Vickers hardness is more preferably 26 GPa or less, further preferably 25 GPa or less, and particularly preferably 24 GPa or less.
- the scratch resistance of the Si-SiC member 105 and the laminated member 100 is improved.
- Vickers hardness can be measured at 20 ° C by the Vickers hardness tester system.
- the glass composition of the glass member 101 is not particularly limited.
- the glass member 101 include soda lime glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, and non-alkali glass.
- the glass member 101 may be chemically strengthened glass (chemically strengthened glass), physically strengthened glass by air cooling or the like (physically strengthened glass), or crystallized glass (crystallized glass). ..
- the preferable glass composition of the glass member 101 will be described.
- the glass composition (content of the target component of the glass member) in the present specification is shown by an oxide-based molar percentage display (mol%).
- the glass member 101 contains SiO 2.
- SiO 2 is the main component of glass.
- the content of SiO 2 is preferably 55.0 mol% or more, more preferably 57.0 mol% or more, further preferably 60.0 mol% or more, still more preferably 62.0 mol%, from the viewpoint of enhancing the weather resistance of the glass.
- the above is particularly preferable.
- the content of SiO 2 is preferably 85.0 mol% or less, more preferably 83.0 mol% or less, still more preferably 80.0 mol% or less, from the viewpoint of lowering the melting temperature of the glass and improving the manufacturability. , 78.0 mol% or less is particularly preferable.
- the glass member 101 may or may not contain Al 2 O 3 , but it is contained because it is useful for increasing the weather resistance of the glass and lowering the coefficient of linear expansion. preferable.
- the content of Al 2 O 3 is preferably 1.5 mol% or more, more preferably 3.0 mol% or more, further preferably 5.0 mol% or more, and further preferably 5.0 mol% or more, from the viewpoint of increasing the Young's modulus of the glass. 0 mol% or more is particularly preferable.
- the content of Al 2 O 3 is preferably 14.5 mol% or less from the viewpoint of increasing the acid resistance of the glass. Further, 14.0 mol% or less is more preferable, and 13 It is more preferably 5.5 mol% or less, and particularly preferably 13.0 mol% or less.
- the glass member 101 may or may not contain B 2 O 3 , but is preferably contained because it is useful for adjusting the linear expansion coefficient of the glass.
- the content of B 2 O 3 is preferably 3.0 mol% or more, more preferably 4.0 mol% or more, still more preferably 4.5 mol% or more, from the viewpoint of suppressing the coefficient of linear expansion of the glass. 9.0 mol% or more is particularly preferable.
- the content of B 2 O 3 is preferably 14.0 mol% or less from the viewpoint of improving the weather resistance of the glass. Further, from the viewpoint that the Young's modulus of the glass can be increased, 11.5 mol% or less is preferable, 10.0 mol% or less is more preferable, 8.5 mol% or less is further preferable, and 7.5 mol% or less is particularly preferable. ..
- the glass member 101 may or may not contain RO.
- RO means at least one of MgO, CaO, SrO, and BaO.
- the RO content represents the total amount of MgO, CaO, SrO, and BaO.
- the RO content is preferably 2.0 mol% or more, more preferably 3.0 mol% or more, and 4.0, from the viewpoint of lowering the melting temperature of the glass to increase the solubility and controlling the linear expansion coefficient. More preferably mol% or more, and particularly preferably 5.0 mol% or more.
- the RO content is preferably 25.0 mol% or less, more preferably 20.0 mol% or less, and 16. It is more preferably 0 mol% or less, and particularly preferably 15.0 mol% or less.
- MgO may be contained in order to lower the melting temperature of the glass, increase the solubility, and control the coefficient of linear expansion.
- the content of MgO is preferably 1.0 mol% or more, more preferably 2.0 mol% or more, further preferably 2.5 mol% or more, and particularly preferably 3.0 mol% or more.
- the MgO content is preferably 15.0 mol% or less, more preferably 12.0 mol% or less, from the viewpoint of lowering the devitrification temperature of the glass to improve manufacturability and controlling the linear expansion coefficient. It is more preferably 0 mol% or less, and particularly preferably 9.0 mol% or less.
- CaO may be contained in order to lower the melting temperature of the glass, increase the solubility, and control the coefficient of linear expansion.
- the CaO content is preferably 0.5 mol% or more, more preferably 1.0 mol% or more.
- the CaO content is preferably 10.0 mol% or less, more preferably 8.0 mol% or less.
- SrO may be contained in order to lower the melting temperature of the glass to increase the solubility and control the coefficient of linear expansion.
- the content of SrO is preferably 0 mol% or more, more preferably 0.01 mol% or more, still more preferably 0.1 mol% or more.
- the content of SrO is preferably 5.0 mol% or less, more preferably 3.0 mol% or less, still more preferably 2.0 mol% or less.
- BaO may be contained in order to lower the melting temperature of the glass to increase productivity and control the coefficient of linear expansion.
- the BaO content is preferably 0 mol% or more, more preferably 0.01 mol% or more.
- the BaO content is preferably 3.0 mol% or less, more preferably 2.0 mol% or less.
- BaO may be mixed as a raw material such as limestone, dromite, strontium carbonate, or an impurity derived from the manufacturing process even if it is not intentionally contained.
- Glass member 101 may contain R 2 O, it may not be contained.
- R 2 O means at least one of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O.
- the content of R 2 O represents the total amount of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O.
- R 2 O facilitates melting of the glass raw material, the linear expansion coefficient, which is a useful component for adjusting the melting temperature.
- the content of R 2 O in order to satisfactorily exhibit the above effect, preferably at least 0 mol%, more preferably not less than 0.01 mol%.
- the content of R 2 O is to reduce the linear expansion coefficient of the glass, from the viewpoint of reducing the stress generated during the temperature change is preferably 15.0 mol% or less, more preferably 10.0 mol% or less , 6.0 mol% or less is more preferable, and 5.0 mol% or less is particularly preferable.
- the total amount of R 2 O, that is, Na 2 O and K 2 O is preferably 0 mol% or more, more preferably 0.01 mol% or more.
- the total amount of R 2 O is preferably 13.0 mol% or less, preferably 10.0 mol% or less, from the viewpoint of reducing the linear expansion coefficient. More preferably, 5.0 mol% or less is further preferable, and 3.0 mol% or less is particularly preferable.
- Li 2 O is a component useful for promoting melting of the glass raw material and adjusting the coefficient of linear expansion, melting temperature and the like.
- the content of Li 2 O is preferably 0 mol% or more, more preferably 0.01 mol% or more.
- the Li 2 O content is preferably 10.0 mol% or less, more preferably 7.0 mol% or less, from the viewpoint of reducing the coefficient of linear expansion of the glass and reducing the stress generated when the temperature changes. , 5.0 mol% or less is more preferable.
- Na 2 O is a useful component for promoting melting of the glass raw material and adjusting the coefficient of linear expansion, melting temperature and the like.
- the Na 2 O content is preferably 0 to 13.0 mol%.
- the Na 2 O content is more preferably 0.01 mol% or more.
- the content of Na 2 O is more preferably 10.0 mol% or less, further preferably 5.0 mol% or less, and particularly preferably 3.0 mol% or less.
- the coefficient of linear expansion of the glass can be reduced to reduce the stress generated when the temperature changes.
- K 2 O is to promote melting of glass raw materials, the linear expansion coefficient, which is a useful component for adjusting the melting temperature.
- the K 2 O content is preferably not less than 0 mol%, more preferably not less than 0.01 mol%.
- the content of K 2 O is preferably 3.0 mol% or less, preferably 1.0 mol% or less, from the viewpoint of reducing the coefficient of linear expansion of the glass and reducing the stress generated when exposed to high temperature. More preferably, 0.1 mol% or less is further preferable.
- the glass member 101 may or may not contain ZrO 2. When ZrO 2 is contained, the chemical resistance of the glass can be improved.
- the content of ZrO 2 is preferably 0 mol% or more, more preferably 0.01 mol% or more, still more preferably 0.1 mol% or more, from the viewpoint that the above effects can be satisfactorily exhibited.
- the content of ZrO 2 is preferably 5.0 mol% or less, more preferably 3.0 mol% or less, and further preferably 2.0 mol% or less, from the viewpoint of lowering the devitrification temperature of the glass and increasing the productivity. preferable.
- the glass member 101 may or may not contain P 2 O 5. When P 2 O 5 is contained, crystallization of the glass can be suppressed and the glass can be stabilized.
- the content of P 2 O 5 is preferably 0 mol% or more. Further, from the viewpoint that the above effects can be satisfactorily exhibited, 0.05 mol% or more is more preferable, and 0.1 mol% or more is further preferable.
- the content of P 2 O 5 is 3.5 mol% from the viewpoint that the glass can be stabilized without raising the melting temperature of the glass too high and the phase separation of the glass can be suppressed to improve the transparency.
- the following is preferable, 3.0 mol% or less is more preferable, and 2.0 mol% or less is further preferable.
- the glass member 101 may or may not contain Fe 2 O 3.
- Fe 2 O 3 When Fe 2 O 3 is contained, the clarity of the glass can be improved and the temperature of the bottom substrate of the melting furnace can be controlled without impairing the color of the glass. Further, the linear transmittance of the glass member 101 at a wavelength of 850 nm can be easily adjusted within the range described later, and a stable product can be obtained.
- the content of Fe 2 O 3 is preferably 0.0001 mol% or more, more preferably 0.0005 mol% or more, still more preferably 0.0010 mol% or more, from the viewpoint that the above effects can be satisfactorily exhibited.
- the content of Fe 2 O 3 is preferably 0.0115 mol% or less, more preferably 0.0100 mol% or less, further preferably 0.0080 mol% or less, and 0. 0050 mol% or less is particularly preferable.
- the glass member 101 may or may not contain ZnO.
- the ZnO content is preferably 0 mol% or more, more preferably 0.01 mol% or more, further preferably 0.1 mol% or more, and particularly preferably 0.5 mol% or more.
- the ZnO content is preferably 15.0 mol% or less, more preferably 12.0 mol% or less, still more preferably 10.0 mol% or less, from the viewpoint of lowering the devitrification temperature of the glass and increasing productivity. , 8.0 mol% or less is particularly preferable.
- the glass member 101 may contain components other than the above (for example, TiO 2 , Y 2 O 3 , Gd 2 O 3, etc.) as long as the effects of the present invention are not impaired.
- the total content of the other components is preferably 10.0 mol% or less.
- the glass member 101 may appropriately contain sulfate, chloride, fluoride, halide, hydroxide, SnO 2 , Sb 2 O 3 , As 2 O 3, and the like as a clarifying agent when the glass is melted. good.
- coloring components such as Ni, Co, Cr, Mn, V, Se, Au, Ag, and Cd.
- coloring components such as Fe, Ni, Co, Cr, Mn, V, Se, Au, Ag, and Cd may be contained in the range of 0.0001 mol% or more. ..
- At least one selected from the group consisting of sulfates, chlorides, fluorides, halides, hydroxides, SnO 2 , Sb 2 O 3 and As 2 O 3 is contained. If so, the total content of these groups is preferably 0.01 mol% or more, more preferably 0.02 mol% or more, still more preferably 0.05 mol% or more from the viewpoint of clarity.
- the total content of these groups is preferably 5.0 mol% or less, more preferably 2.0 mol% or less, still more preferably 1.0 mol% or less, because it does not affect the glass properties.
- SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 and P 2 O 5 are network forming components (network formers) of glass.
- the total content of SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 and P 2 O 5 in the glass member 101 is 70.0 mol% or more from the viewpoint of improving the stability and chemical durability of the glass structure. Is more preferable, 75.0 mol% or more is more preferable, 78.0 mol% or more is further preferable, and 80.0 mol% or more is particularly preferable.
- the total content of SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 and P 2 O 5 is preferably 97.0 mol% or less from the viewpoint of suppressing an increase in the melting temperature of the glass and improving the clarity. , 95.0 mol% or less is more preferable, 93.0 mol% or less is further preferable, and 90.0 mol% or less is particularly preferable.
- Preferred embodiments of the glass composition of the glass member 101 include 55.0 to 85.0 mol% SiO 2 , 1.5 to 14.5 mol% Al 2 O 3 , and 3.0 to 14.0 mol. % B 2 O 3 , 0 to 3.5 mol% P 2 O 5 , and 70.0 to 97.0% SiO 2 + Al 2 O 3 + B 2 O 3 + P 2 O 5 .
- the total content of SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 and P 2 O 5 in the glass member 101 is 70.0 to 97.0% in terms of oxide-based molar percentage. Can be mentioned. As a result, the glass characteristics are more excellent.
- the thickness of the glass member 101 is not particularly limited as long as it can support the Si—SiC member 105. Specifically, the thickness of the glass member 101 is preferably 2 to 40 mm.
- the thickness of the glass member 101 is more preferably 3 mm or more, further preferably 5 mm or more, particularly preferably 10 mm or more, and most preferably 15 mm or more.
- the thickness of the glass member 101 is more preferably 35 mm or less, further preferably 30 mm or less, and particularly preferably 25 mm or less.
- the thickness of the glass member 101 is within the above range, sufficient strength can be maintained as a support member.
- the thickness of the glass member 101 can be measured with, for example, a caliper or a digital measure.
- the average linear expansion coefficient ⁇ of the glass member 101 at 20 to 200 ° C. is preferably 1.50 to 5.00 ppm / ° C.
- the average linear expansion coefficient ⁇ of the glass member 101 at 20 to 200 ° C. is also simply referred to as an average linear expansion coefficient ⁇ .
- the average coefficient of linear expansion ⁇ is more preferably 2.00 ppm / ° C. or higher, further preferably 2.50 ppm / ° C. or higher, and particularly preferably 2.60 ppm / ° C. or higher.
- the average coefficient of linear expansion ⁇ is more preferably 4.50 ppm / ° C. or lower, further preferably 4.00 ppm / ° C. or lower, and particularly preferably 3.50 ppm / ° C. or lower.
- the average linear expansion coefficient ⁇ of the glass member 101 is within the above range, the average linear expansion coefficient ⁇ of the glass member 101 and the Si—SiC member 105 can be easily matched.
- the coefficient of linear expansion ⁇ can be measured by a thermomechanical analyzer (TMA) or a thermomechanical analyzer (TMA) whose temperature range is 20 ° C to 200 ° C.
- of the value obtained by subtracting the average linear expansion coefficient ⁇ of the glass member 101 from the average linear expansion coefficient ⁇ of the Si—SiC member 105 is preferably 2.00 ppm / ° C. or less.
- is more preferably 1.00 ppm / ° C. or lower, further preferably 0.50 ppm / ° C. or lower, and particularly preferably 0.30 ppm / ° C. or lower.
- the linear transmittance of the glass member 101 at a wavelength of 850 nm is 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 92% or more.
- the amount of infrared rays transmitted can be sufficient for heating and utilization.
- the upper limit of the linear transmittance of the glass member 101 is 100%.
- the linear transmittance is the transmittance of light that is linearly transmitted through the glass member 101 in the thickness direction, with the incident angle of the incident light being 0 °, and can be measured at 20 ° C by a spectrophotometer.
- a method of setting the linear transmittance of the glass member 101 to the above range a method of adjusting the content of Fe 2 O 3 in the glass member 101 to the above range, or a method of suppressing surface reflection of the glass member 101 is reflected.
- Examples thereof include a method of forming a protective film.
- a method for forming the antireflection film a generally known method such as wet coating by spray coating, spin coating, flow coating or the like, or dry coating by sputtering or vapor deposition can be used.
- the Young's modulus of the glass member 101 is preferably 40 to 120 GPa.
- the Young's modulus of the glass member 101 is more preferably 45 GPa or more, further preferably 50 GPa or more, and particularly preferably 65 GPa or more.
- the Young's modulus of the glass member 101 is more preferably 100 GPa or less, further preferably 95 GPa or less, and particularly preferably 90 GPa or less.
- the Young's modulus of the glass member 101 is within the above range, sufficient strength as a support member can be maintained and the amount of warpage can be reduced.
- the Young's modulus of the glass member 101 can be measured at 20 ° C. by the ultrasonic pulse method described in Japanese Industrial Standards (JIS R1602: 1995).
- the melting temperature of the glass member 101 is preferably 1000 to 2000 ° C.
- the melting temperature of the glass member 101 is more preferably 1300 ° C. or higher, further preferably 1400 ° C. or higher, and particularly preferably 1500 ° C. or higher.
- the melting temperature of the glass member 101 is more preferably 1900 ° C or lower, further preferably 1800 ° C or lower, and particularly preferably 1700 ° C or lower.
- the melting temperature of the glass member 101 is within the above range, the clarity of the glass and the solubility of the raw material are excellent, and the defects in the glass can be suppressed.
- the devitrification temperature of the glass member 101 is preferably 800 to 1600 ° C.
- the devitrification temperature of the glass member 101 is more preferably 900 ° C. or higher, further preferably 1000 ° C. or higher, and particularly preferably 1100 ° C. or higher.
- the devitrification temperature of the glass member 101 is more preferably 1500 ° C. or lower, further preferably 1400 ° C. or lower, and particularly preferably 1350 ° C. or lower.
- the devitrification temperature of the glass member 101 is within the above range, the defects that occur during the manufacture of glass are reduced.
- the devitrification temperature of the glass member 101 is such that crushed glass particles are placed in a platinum dish and heat-treated in an electric furnace controlled to a constant temperature for 17 hours, and the glass surface and the inside are observed by an optical microscope after the heat treatment. This is the maximum value of the temperature at which crystals do not precipitate.
- the joining layer 103 is a member that joins the glass member 101 and the SiC—SiC member 105.
- Examples of the resin contained in the bonding layer 103 include epoxy resin, silicone resin, fluororesin, and polyimide resin. Epoxy resin, silicone resin, and fluororesin are preferable because they have more excellent heat resistance. The resin may be used alone or in combination of two or more.
- the resin content is preferably 40 to 100% by mass, more preferably 50 to 90% by mass, still more preferably 60 to 80% by mass, based on the total mass of the bonding layer 103.
- the adhesion between the glass member 101 and the Si—SiC member 105 via the bonding layer 103 is more excellent, and the difference in expansion coefficient from the Si—SiC member can be reduced.
- the bonding layer 103 may or may not contain a component other than the resin (hereinafter, also referred to as “other component”). Specific examples of other components include plasticizers and fillers.
- the content of the other components is preferably 10 to 50% by mass, more preferably 20 to 40% by mass, and 25 to 35% by mass with respect to the total mass of the bonding layer 103. % Is more preferable.
- the content of other components is 40% by mass or less, the adhesion between the glass member 101 and the Si—SiC member 105 via the bonding layer 103 is more excellent.
- the bonding layer 103 can be produced using, for example, a heating press device.
- a resin film constituting the bonding layer 103 is sandwiched between the glass member 101 and the Si—SiC member 105 (this configuration is referred to as a temporary laminate).
- the temporary laminate is heated to a temperature equal to or higher than the softening point of the resin film, and the temporary laminate is pressed by applying pressure to join the glass member 101 and the SiC-SiC member 105. It is preferable to press the temporary laminate in a vacuum atmosphere in order to prevent bubbles from being entrained during joining.
- the contact surface of the glass member 101 with the resin film (bonding layer 103) and the contact surface of the SiC-SiC member 105 with the resin film (bonding layer 103) are appropriately roughened by blasting or the like. You may leave it.
- the thickness of the bonding layer 103 is preferably 0.001 to 0.300 mm.
- the thickness of the bonding layer 103 may be 0.005 mm or more, 0.008 mm or more, or 0.010 mm or more.
- the thickness of the bonding layer 103 may be 0.150 mm or less, 0.050 mm or less, or 0.030 mm or less.
- the thickness of the bonding layer 103 can be calculated using digital data taken by SEM cross-section observation and image processing software.
- the linear transmittance of the bonding layer 103 at a wavelength of 850 nm is preferably 88% or more, more preferably 91% or more, further preferably 93% or more, and particularly preferably 95% or more.
- the upper limit of the linear transmittance of the bonding layer 103 is 100%.
- the linear transmittance is the transmittance of light that is linearly transmitted through the bonding layer 103 in the thickness direction, with the incident angle of the incident light being 0 °, and can be measured at 20 ° C by a spectrophotometer.
- the heat resistant temperature of the resin contained in the bonding layer 103 is preferably 120 to 420 ° C. Further, 120 to 300 ° C. is more preferable from the viewpoint of stress relaxation during high temperature use.
- the heat resistant temperature of the resin contained in the bonding layer 103 is more preferably 140 ° C. or higher, particularly preferably 160 ° C. or higher, and most preferably 180 ° C. or higher.
- the heat resistant temperature of the resin contained in the bonding layer 103 may be 280 ° C. or lower, 260 ° C. or lower, or 240 ° C. or lower.
- the heat resistant temperature of the resin contained in the bonding layer 103 is set to a temperature at which the mass of the object to be measured is reduced by 1% by mass by thermogravimetric analysis (TGA) in an atmospheric atmosphere.
- TGA thermogravimetric analysis
- the average linear expansion coefficient ⁇ of the bonding layer 103 at 20 to 200 ° C. is preferably 2 to 200 ppm / ° C.
- the average linear expansion coefficient ⁇ of the bonding layer 103 at 20 to 200 ° C. is also simply referred to as an average linear expansion coefficient ⁇ .
- the average coefficient of linear expansion ⁇ is more preferably 4 ppm / ° C. or higher, further preferably 7 ppm / ° C. or higher, and particularly preferably 10 ppm / ° C. or higher.
- the average linear expansion coefficient ⁇ is more preferably 100 ppm / ° C. or lower, further preferably 50 ppm / ° C. or lower, particularly preferably 30 ppm / ° C. or lower, and most preferably 20 ppm / ° C. or lower.
- the average linear expansion coefficient ⁇ of the bonding layer 103 is within the above range, the adhesion is excellent and the difference in expansion coefficient from the Si—SiC member can be reduced, so that the heat-resistant impact resistance of the laminated member 100 is excellent.
- the coefficient of linear expansion ⁇ can be measured by a thermomechanical analyzer (TMA) or a thermomechanical analyzer (TMA) whose temperature range is 20 ° C to 200 ° C.
- the Young's modulus of the resin film is preferably 0.05 GPa or more in terms of improving the adhesion between the SiC-SiC member 105 and the glass member 101 and maintaining the shape of the entire member. , 0.10 GPa or more is more preferable, and 0.15 GPa or more is further preferable.
- the Young's modulus of the resin film is preferably 3.5 GPa or less, preferably 3.0 GPa or less, in terms of reducing the stress generated from the difference in expansion coefficient from the Si—SiC member. More preferably, 2.0 GPa or less is further preferable, 1.0 GPa or less is particularly preferable, and 0.5 GPa or less is most preferable.
- the stress generated from the difference in expansion coefficient from the Si-SiC member increases as the Young's modulus of the resin layer increases, and decreases as the Young's modulus decreases.
- Young's modulus can be measured at 25 ° C. by the elastic modulus test method described in Japanese Industrial Standards (JIS K7171).
- the amount of warpage of the laminated member 100 is preferably 0.25 mm or less, more preferably 0.20 mm or less, further preferably 0.10 mm or less, and particularly preferably 0.05 mm or less.
- the amount of warpage of the laminated member 100 is not more than the above value, stress concentration can be prevented at a specific place when stress is generated, so that the impact resistance can be further improved. Further, when the laminated member 100 is installed for a kitchen, it is possible to prevent the periphery of the laminated member 100 from being distorted due to the warp of the laminated member 100 and being reflected on the laminated member 100 to deteriorate the design. Further, when the heated body is placed on the laminated member 100, it is possible to prevent the heated body from wobbling.
- the lower limit of the amount of warpage of the laminated member 100 is 0 mm.
- the amount of warpage of the laminated member 100 can be measured by a non-contact three-dimensional shape measuring device.
- the thickness of the glass member 101, the bonding layer 103 and the SiC-SiC member 105, the type and content of the components constituting each member (layer), and the like are described above. There is a way to do it.
- the density of the laminated member 100 is preferably 2.40 to 2.85 g / cm 3.
- the density of the laminated member 100 is more preferably 2.45 g / cm 3 or more, more preferably 2.50 g / cm 3 or more, 2.55 g / cm 3 or more is particularly preferable.
- the density of the laminated member 100 is more preferably 2.80 g / cm 3 or less, more preferably 2.75 g / cm 3 or less, 2.70 g / cm 3 or less is particularly preferred.
- the density is within the above range, the workability when incorporating the laminated member into the housing as a heating member is improved.
- the density is a value obtained by dividing the total mass of the laminated member 100 by the total volume of the laminated member 100.
- the total mass of the laminated member 100 can be measured by a mass measuring device.
- the total volume of the laminated member 100 can be measured by a digital measure.
- the thickness of the glass member 101, the bonding layer 103 and the SiC-SiC member 105, the type and content of the components constituting each member (layer), and the like are described above. There is a way to do it.
- the area of the uppermost surface of the laminated member 100 on the Si—SiC member 105 side (the main surface of the laminated member 100 on the Si—SiC member 105 side) is preferably 0.01 to 10 m 2.
- the top surface area of the laminated member 100 is more preferably 0.07 m 2 or more, more preferably 0.15 m 2 or more, particularly preferably 0.30 m 2 or more, 0.60 m 2 or more is most preferred.
- the area of the top surface of the laminated member 100 is more preferably 8m 2 or less, more preferably 4m 2 or less, particularly preferably 2m 2 or less, 1 m 2 or less is most preferred.
- the area of the uppermost surface of the laminated member 100 is within the above range, the workability when incorporating it into the housing as a heating member is improved.
- the area of the uppermost surface is calculated by measuring the dimensions of the laminated member 100 with a digital measure.
- the bonding layer 103 is arranged between the glass member 101 and the SiC-SiC member 105, and the glass member 101 and the SiC-SiC member 105 are attached via the bonding layer 103. There is a method of matching.
- a method in which a glass member 101, a bonding layer 103, and a SiC-SiC member 105 are laminated in this order and then bonded at a temperature of 150 to 380 ° C. can be mentioned.
- laminated member of the present invention which is different from the above-mentioned laminated member 100, will be described with respect to a laminated member of another aspect (hereinafter, also referred to as “laminated member of another aspect”).
- the laminated member of another aspect is a second SiC-SiC bonded to the SiC-SiC member 105 via a second bonding layer provided on the SiC-SiC member 105 and a second bonding layer. Further has a member. Since the second SiC-SiC member is configured in the same manner as the above-mentioned SiC-SiC member 105, the description thereof will be omitted.
- Si-SiC member 105 and the second SiC-SiC member are laminated, it becomes easy to manufacture a laminated member having a complicated shape. For example, when providing a space for inserting a sensor for temperature measurement in a laminated member, one of the SiC-SiC member 105 and the second SiC-SiC member is grooved in advance, and the other is bonded together. This makes it easy to provide a space in the laminated member.
- the method of joining the Si-SiC member 105 and the second Si-SiC member by the second joining layer is not particularly limited, but for example, joining using a resin such as an epoxy resin or a fluororesin, tin, indium, or the like. Examples thereof include joining using a molten metal and joining using a glass frit. Assuming that the laminated member is used as a heating member, joining using a metal is preferable from the viewpoint of heat resistance and thermal conductivity.
- glass frit has high heat resistance but low thermal conductivity, and resin has low heat resistance and thermal conductivity, so bonding using metal is preferable.
- the metal include indium, tin, tin-based alloys, and lead-based alloys. Of these, tin metals and tin-based alloys are preferable from the viewpoints of thermal conductivity, heat resistance and environmental load.
- the Si—SiC member 105 and the second SiC—SiC member are heated to a desired temperature, for example 250 ° C. to 270 ° C.
- a desired temperature for example 250 ° C. to 270 ° C.
- the metal melted at a temperature near a desired temperature for example, 250 ° C to 270 ° C
- the joint surfaces may be overlapped with each other.
- the laminated member of another aspect is a third Si bonded to the second Si—SiC member via the third bonding layer provided on the second Si—SiC member and the third bonding layer.
- -A SiC member may be further provided.
- the third bonding layer is configured in the same manner as the second bonding layer.
- the third Si—SiC member is configured in the same manner as the Si—SiC member 105.
- the laminated member of another aspect does not have the third bonding layer and the third ceramic member in terms of thickness.
- the laminated member of the present invention may have a structure capable of rapidly cooling the laminated member.
- the laminated member 100 may be provided with a flow path in at least one of the space between the glass member 101 and the bonding layer 103 and the space between the Si—SiC member 105 and the bonding layer 103.
- the laminated member 100 may be processed so that at least one of the glass member 101 and the SiC-SiC member 105 becomes a flow path.
- the laminated member of another aspect is between the glass member 101 and the bonding layer 103, between the SiC-SiC member 105 and the bonding layer 103, between the SiC-SiC member 105 and the second bonding layer, and. , At least one of between the second Si—SiC member and the second bonding layer may be provided with a flow path.
- the laminated member of another aspect may be processed so that at least one of the glass member 101, the SiC-SiC member 105, and the second SiC-SiC member becomes a flow path. The laminated member can be cooled by flowing water through the flow path.
- the laminated member of the present invention may be provided with an antireflection film that enhances transmittance and irradiation efficiency.
- the laminated member 100 may be provided with an antireflection film on the main surface of the glass member 101 on the side opposite to the bonding layer 103 side and / or on the main surface of the glass member 101 on the bonding layer 103 side.
- the laminated member of another aspect may be provided with an antireflection film on the main surface of the Si—SiC member 105 on the bonding layer 103 side or the main surface of the second SiC member on the second bonding layer side. ..
- the irradiation efficiency (heating efficiency) can be improved.
- the laminated member of the present invention may include a temperature sensor.
- the laminated member 100 may have a temperature sensor inside the SiC-SiC member 105.
- the laminated member of another aspect may have a temperature sensor inside the SiC-SiC member 105 or inside the second SiC-SiC member.
- the configuration having the temperature sensor include a configuration in which the temperature sensor is inserted into a hole made in the side surface of the SiC-SiC member 105 or the second SiC-SiC member.
- the temperature sensor is directly under the main surface of the Si—SiC member 105 on the side opposite to the bonding layer 103 side, or on the main surface of the second SiC member 105 on the side opposite to the second bonding layer. Place it directly below.
- the temperature sensor is arranged so as not to be in contact with the bonding layer 103 or the second bonding layer and to prevent the temperature sensor from being exposed.
- the temperature sensor can measure the main surface temperature of the Si—SiC member 105 on the side opposite to the bonding layer 103 side, or the main surface temperature of the second SiC member 105 on the side opposite to the second bonding layer.
- the laminated member of the present invention can be suitably used as a heating member.
- the laminated member of the present invention can be suitably used, for example, as a heating member of a cooking device.
- the laminated member of the present invention may be used as a worktop (top plate) of a kitchen.
- the laminated member of the present invention may have a function as a top plate of a cooking device and a worktop of a kitchen.
- the glasses (ia) to (v) and (vii) to (xi) in Table 1 were prepared as follows so as to have the respective glass compositions of the oxide-based molar percentages shown in Table 1. did. Commonly used glass raw materials such as oxides, hydroxides, carbonates, sulfates, halides or nitrates were appropriately selected and weighed to 10000 g as glass. Next, the mixed raw materials were placed in a platinum crucible, placed in a resistance heating electric furnace at 1500 to 1700 ° C., melted for about 12 hours, defoamed and homogenized. The obtained molten glass was poured into a mold, held at a temperature of + 50 ° C. for 1 hour, and then cooled to room temperature at a rate of 0.5 ° C./min to obtain a glass block.
- Commonly used glass raw materials such as oxides, hydroxides, carbonates, sulfates, halides or nitrates were appropriately selected and weighed to 10000 g as glass
- Each obtained glass block was cut, ground, and polished to obtain a glass member (length 300 mm, width 300 mm).
- the thickness was measured at 20 ° C using a digital measure.
- the average coefficient of linear expansion ⁇ was measured in the temperature range of 20 ° C to 200 ° C using a high-precision thermal expansion meter “DIL402 Expedis” manufactured by Netch Co., Ltd.
- the linear transmittance was measured with a spectrophotometer at 20 ° C. and a wavelength of 850 nm. Since it is clear that the glass of (xi) in Table 1 is cloudy and the linear transmittance is less than 80%, the linear transmittance was not measured.
- Young's modulus was measured at 20 ° C. by the ultrasonic pulse method described in Japanese Industrial Standards (JIS R1602: 1995).
- T2 Melting temperature (T2) is the viscosity using a rotational viscometer was measured, showing a temperature T2 (° C.) at which the 10 2 dPa ⁇ s. Since the melting temperature (T2) of the glass (iv) and the glass (v) in Table 1 could not be actually measured, they were calculated by extrapolation.
- crushed glass particles are placed in a platinum dish and heat-treated in an electric furnace controlled to a constant temperature for 17 hours, and crystals do not precipitate on the glass surface and inside by observation with an optical microscope after the heat treatment.
- the maximum value (° C) of the temperature is the maximum value (° C) of the temperature.
- phase separation was evaluated by observing the glass member with an SEM (scanning electron microscope), and the case where the phase separation was not confirmed was evaluated as " ⁇ ", and the case where the phase separation was confirmed was evaluated as "x".
- Si-SiC member The manufactured Si—SiC member is shown in Table 2.
- the Si—SiC members (a-1) to (a-3) were produced as follows.
- the ⁇ -SiC powder A1 was classified with a 325 mesh sieve to obtain ⁇ -SiC powder A2 (maximum particle diameter 44 ⁇ m, average particle diameter 8 ⁇ m).
- ⁇ -SiC powder A3, pure water, and an acrylic resin emulsion (binder) were mixed to obtain a slurry (solid content concentration of about 75% by mass).
- the slurry was poured into a gypsum mold to obtain a molded product (size: 320 mm ⁇ 320 mm ⁇ 16 mm).
- the obtained molded product was dried at 50 ° C. for 14 days and then fired at 1900 ° C. in an electric furnace having an inert atmosphere of argon to obtain a sintered body.
- the porosity of the sintered body was 18.2%.
- the sintered body A1 was transferred to another electric furnace, and under the condition of 1500 ° C. in vacuum, the sintered body A1 was melt-impregnated with high-purity silicon, and all the pores were filled with high-purity silicon.
- -A SiC member was obtained.
- the iron content in the Si—SiC member was 2.2 ppm.
- the SiC-SiC member was processed so as to have a length of 30 cm, a width of 30 cm, and a thickness shown in Table 2 to obtain SiC-SiC members (a-1) to (a-3).
- the Si-SiC member (b) was produced in the same manner as the Si-SiC member (a-1) except that the solid content concentration of the slurry was changed to about 79% by mass.
- the Si-SiC member (c) was produced in the same manner as the Si-SiC member (a-1) except that the solid content concentration of the slurry was changed to about 61% by mass.
- the Si—SiC member (d) was produced as follows. A kneader (Miyazaki Iron Works Co., Ltd., model number: MP100), SiC powder (Pacific Random Co., Ltd., model number: GMF-12S (average particle size 0.7 ⁇ m)) 48.2 mass% and silicon powder (Yamaishi) Metal Co., Ltd., model number: No. 700 (average particle size 2.5 ⁇ m)) 25.0 mass%, Metrose (Shinetsu Chemical Co., Ltd., model number SM8000) 5.5 mass% as a binder, and pure water 21. 5% by mass was added and kneaded for 6 hours to obtain clay.
- a kneader Miyazaki Iron Works Co., Ltd., model number: MP100
- SiC powder Pacific Random Co., Ltd., model number: GMF-12S (average particle size 0.7 ⁇ m)
- silicon powder Yamaishi) Metal Co., Ltd., model number: No. 700 (average particle size 2.5
- the obtained clay was put into an extrusion molding machine (manufactured by Miyazaki Iron Works Co., Ltd., model number: FM100) and extruded under the conditions of a head pressure of 1.0 MPa and a discharge rate of 1200 g / min to obtain a molded product.
- the obtained molded product was dried at 50 ° C. for 14 days and then heated in an air atmosphere at 450 ° C. for 3 hours to degreas it to obtain a degreased product.
- the obtained degreased body was fired in a carbon firing furnace under a vacuum atmosphere of 10 -3 Pa at 1700 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body.
- the obtained sintered body was impregnated with Si under the condition of 1500 ° C.
- Si—SiC member under an argon atmosphere to obtain a Si—SiC member.
- the obtained Si—SiC member was processed to have a length of 30 cm, a width of 30 cm, and a thickness shown in Table 2 to obtain a SiC—SiC member (d).
- the Si-SiC member (e) was produced in the same manner as the Si-SiC member (a-1) except that the solid content concentration of the slurry was changed to about 77% by mass.
- the Si-SiC member (f) was produced in the same manner as the Si-SiC member (a-1) except that the solid content concentration of the slurry was changed to about 58% by mass.
- the amount (composition) of each component of the Si-SiC member was measured by an inductively coupled plasma mass spectrometer ICP-MS (manufactured by Shimadzu Corporation).
- the thickness was measured at 20 ° C. using a caliper (AD-5764A) manufactured by A & D Co., Ltd.
- the average coefficient of linear expansion ⁇ was measured in the temperature range of 20 ° C to 200 ° C using a differential thermal expansion meter (TMA) “TMA4000SA” manufactured by Bruker AXS.
- TMA differential thermal expansion meter
- the thermal conductivity was measured at a temperature of 20 ° C. using a laser flash method thermal property measuring device "MODEL LFA-502" manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.
- the Young's modulus is the elastic modulus test method (dynamic elastic modulus) described in the Japanese Industrial Standards (JIS R1602: 1995) using the autocom universal testing machine "AC-300KN” manufactured by TSE Co., Ltd. The method was measured at 20 ° C.
- the bending strength is the bending strength test method (4-point bending) described in the Japanese Industrial Standards (JIS R1601: 2008) using the autocom universal testing machine "AC-300KN” manufactured by TSE Co., Ltd. Strength) was measured at 20 ° C.
- the Vickers hardness was measured at 20 ° C. by using a Vickers hardness meter system (manufactured by Nippon Steel & Sumitomo Metal Industries, Ltd.) and pushing in for 15 seconds with a pushing load of 10 kgf.
- the thickness was measured with a digital measure.
- the linear transmittance was measured at 20 ° C. and 850 nm with a spectrophotometer.
- the heat resistant temperature was set to a temperature at which the mass of the resin film was reduced by 1% by mass by thermogravimetric analysis (TGA) in an atmospheric atmosphere.
- TGA thermogravimetric analysis
- the average linear expansion coefficient ⁇ was measured in a temperature range of 20 ° C. to 200 ° C. using a differential thermal expansion meter (TMA) “TMA4000SA” manufactured by Bruker AXS.
- TMA differential thermal expansion meter
- TMA4000SA differential thermal expansion meter
- Young's modulus was measured at 25 ° C. using a universal testing machine (model 5966) manufactured by Instron by the elastic modulus test method described in Japanese Industrial Standards (JIS K7171).
- the resin film shown in Table 3 is sandwiched between the glass member and the SiC-SiC member, heated to a temperature of the softening point of the resin film + 20 degrees, and pressed at a pressure of 2 MPa for 5 minutes. The glass member and the Si—SiC member were joined via a joining layer. In this way, samples (laminated members) of Examples 1 to 14 and 18 to 25 were obtained.
- the sample of each example was irradiated with infrared rays (850 nm) for 2 minutes using nine 2 kW infrared lamps, and the temperature rise was evaluated.
- the evaluation criteria were 0 when the temperature of the outermost surface of the sample exceeded 200 ° C. and ⁇ when the temperature of the outermost surface of the sample did not exceed 200 ° C.
- the samples of Examples 1 to 14 and 18 to 25, which are laminated members, were evaluated by irradiating infrared rays from the glass member side and the outermost surface temperature on the SiC member side.
- the samples of Examples 15 to 17 were evaluated at the outermost surface temperature on the side opposite to the infrared irradiation side.
- Heat resistance evaluation The sample of each example was heated at a temperature of 230 ° C. for 24 hours, and the appearance change was visually evaluated.
- the evaluation criteria were 0 when there was no change in appearance (discoloration, bubbles, generation of foreign matter, exudation of the bonding layer, etc.), and ⁇ when there was a change in appearance.
- the heat resistance of the sample of Example 25 was not evaluated.
- the amount of warpage of the sample in each example is measured by measuring the three-dimensional properties of the sample surface in accordance with ISO25178-605 using the non-contact three-dimensional shape measuring device "NH-5Ns" manufactured by Mitaka Optical Co., Ltd. It was measured by determining the maximum tilted flatness of the surface. Specifically, the sample is placed on a precision surface plate, the height of each point on the upper surface of the sample is measured using a laser autofocus microscope, and the gap created when the upper surface of the sample is sandwiched between two parallel planes. The value, that is, the maximum tilted flatness, was obtained as the amount of warpage.
- the thickness of the bonding layer (resin) of the samples of Examples 1 to 14 and 18 to 25 was calculated by SEM cross-sectional observation.
- thermostable impact resistance evaluation Using the same combination as the samples of Examples 1 to 14 and 18 to 24, a laminated member having a width of 15 mm and a length of 100 mm was produced, and the Si—SiC member side was heated using a hot plate to cause a temperature difference between the glass and the glass. was given, and the thermal shock resistance was evaluated. Specifically, the surface of the SiC-SiC member was heated using a hot plate set at 220 ° C., and the glass member side was cooled by flowing cooling water and using a cooling plate cooled to 10 ° C. to give a temperature difference. It was held in the state for 1 hour. The evaluation criteria were x when cracks and cloudiness were visually observed in the adhesive layer, and 0 when no change was observed. The thermostable impact resistance was not evaluated for the samples of Examples 15 to 17 and Example 25.
- the laminated member of the present invention has a high temperature rise rate, high impact resistance and heat impact resistance, and is suitable as a heating member (Examples 1 to 5, 7, 9 to 14). , 20-24).
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Abstract
本発明は、波長850nmにおける直線透過率が80%以上であるガラス部材と、ガラス部材上に樹脂を含む接合層と、接合層上にSi-SiC部材と、を有し、Si-SiC部材の20~200℃における平均線膨張係数αが、2.85~4.00ppm/℃である、積層部材に関する。
Description
本発明は、積層部材に関する。
システムキッチンは、作業台、加熱調理器などがワークトップで繋がっている。ワークトップの素材としては、ステンレス、人工大理石、セラミックス等が挙げられる。
加熱調理器は、ワークトップに設けられた開口に組み込まれる。加熱調理器は、被加熱体(鍋等)を載置するトッププレートを備える。トッププレートの素材としては、結晶化ガラス(特許文献1参照)、セラミックス等が挙げられる。
近年、システムキッチンのデザイン性の点から、ワークトップとトッププレートとを同じ素材にすることの要望がある。そのため、加熱調理器のトッププレートに用いる加熱部材をワークトップに適用することが検討されている。
ここで、トッププレートに用いる加熱部材は、温度上昇性および耐衝撃性に優れることが求められる。本発明者らが、加熱部材として、ガラス部材、樹脂である接合層、および、Si-SiC部材を有する積層部材を評価したところ、温度上昇性および耐衝撃性に優れるものの、耐熱衝撃性については改善の余地があることを見出した。
そこで、本発明は、温度上昇性、耐衝撃性および耐熱衝撃性に優れる積層部材の提供を課題とする。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、所定の直線透過率のガラス部材と、樹脂を含む接合層と、Si-SiC部材と、を有する積層部材であって、上記Si-SiC部材の平均線膨張係数αが所定範囲内であれば、温度上昇性、耐衝撃性および耐熱衝撃性に優れることを見出し、本発明に至った。
すなわち、発明者らは、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
[1] 波長850nmにおける直線透過率が80%以上であるガラス部材と、
上記ガラス部材上に樹脂を含む接合層と、
上記接合層上にSi-SiC部材と、を有し、
上記Si-SiC部材の20~200℃における平均線膨張係数αが、2.85~4.00ppm/℃である、積層部材。
[2] 上記ガラス部材の20~200℃における平均線膨張係数βが、1.50~5.00ppm/℃である、[1]に記載の積層部材。
[3] 上記ガラス部材が、酸化物基準のモル百分率表示で、55.0~85.0モル%のSiO2と、1.5~14.5モル%のAl2O3と、3.0~14.0モル%のB2O3と、0~3.5モル%のP2O5と、を含み、
上記ガラス部材中の上記SiO2、上記Al2O3、上記B2O3および上記P2O5の含有量の合計が、酸化物基準のモル百分率表示で、70.0~97.0%である、[1]または[2]に記載の積層部材。
[4] 上記ガラス部材に含まれる上記B2O3の含有量が、8.5モル%以下である、[3]に記載の積層部材。
[5] 上記ガラス部材が、酸化物基準のモル百分率表示で、0~13.0モル%のNa2Oを含む、[1]~[4]のいずれかに記載の積層部材。
[6] 上記ガラス部材が、酸化物基準のモル百分率表示で、0.0001~0.0115モル%のFe2O3を含む、[1]~[5]のいずれかに記載の積層部材。
[7] 上記ガラス部材の波長850nmにおける直線透過率が90%以上である、[1]~[6]のいずれかに記載の積層部材。
[8] 上記ガラス部材の厚さが2~40mmであり、
上記Si-SiC部材の厚さが0.5~15mmである、[1]~[7]のいずれかに記載の積層部材。
[9] 上記Si-SiC部材の20℃における熱伝導率が190~300W/m・Kである、[1]~[8]のいずれかに記載の積層部材。
[10] 上記Si-SiC部材の20~200℃における平均線膨張係数αから上記ガラス部材の20~200℃における平均線膨張係数βを引いた値の絶対値|α-β|が2.00ppm/℃以下である、[1]~[9]のいずれかに記載の積層部材。
[11] 上記Si-SiC部材のヤング率が300~420GPaである、[1]~[10]のいずれかに記載の積層部材。
[12] 上記Si-SiC部材の金属Si含有比率が8~60質量%である、[1]~[11]のいずれかに記載の積層部材。
[13] 上記樹脂の耐熱温度が120~300℃である、[1]~[12]のいずれかに記載の積層部材。
[14] 上記接合層の20~200℃における平均線膨張係数γが2~200ppm/℃である、[1]~[13]のいずれかに記載の積層部材。
[15] 密度が2.40~2.85g/cm3である、[1]~[14]のいずれかに記載の積層部材。
[16] 反り量が0.25mm以下である、[1]~[15]のいずれかに記載の積層部材。
[17] 上記Si-SiC部材の上に設けられる第2の接合層と、
上記第2の接合層を介して上記Si-SiC部材と接合される第2のSi-SiC部材と、をさらに有する、[1]~[16]のいずれかに記載の積層部材。
[1] 波長850nmにおける直線透過率が80%以上であるガラス部材と、
上記ガラス部材上に樹脂を含む接合層と、
上記接合層上にSi-SiC部材と、を有し、
上記Si-SiC部材の20~200℃における平均線膨張係数αが、2.85~4.00ppm/℃である、積層部材。
[2] 上記ガラス部材の20~200℃における平均線膨張係数βが、1.50~5.00ppm/℃である、[1]に記載の積層部材。
[3] 上記ガラス部材が、酸化物基準のモル百分率表示で、55.0~85.0モル%のSiO2と、1.5~14.5モル%のAl2O3と、3.0~14.0モル%のB2O3と、0~3.5モル%のP2O5と、を含み、
上記ガラス部材中の上記SiO2、上記Al2O3、上記B2O3および上記P2O5の含有量の合計が、酸化物基準のモル百分率表示で、70.0~97.0%である、[1]または[2]に記載の積層部材。
[4] 上記ガラス部材に含まれる上記B2O3の含有量が、8.5モル%以下である、[3]に記載の積層部材。
[5] 上記ガラス部材が、酸化物基準のモル百分率表示で、0~13.0モル%のNa2Oを含む、[1]~[4]のいずれかに記載の積層部材。
[6] 上記ガラス部材が、酸化物基準のモル百分率表示で、0.0001~0.0115モル%のFe2O3を含む、[1]~[5]のいずれかに記載の積層部材。
[7] 上記ガラス部材の波長850nmにおける直線透過率が90%以上である、[1]~[6]のいずれかに記載の積層部材。
[8] 上記ガラス部材の厚さが2~40mmであり、
上記Si-SiC部材の厚さが0.5~15mmである、[1]~[7]のいずれかに記載の積層部材。
[9] 上記Si-SiC部材の20℃における熱伝導率が190~300W/m・Kである、[1]~[8]のいずれかに記載の積層部材。
[10] 上記Si-SiC部材の20~200℃における平均線膨張係数αから上記ガラス部材の20~200℃における平均線膨張係数βを引いた値の絶対値|α-β|が2.00ppm/℃以下である、[1]~[9]のいずれかに記載の積層部材。
[11] 上記Si-SiC部材のヤング率が300~420GPaである、[1]~[10]のいずれかに記載の積層部材。
[12] 上記Si-SiC部材の金属Si含有比率が8~60質量%である、[1]~[11]のいずれかに記載の積層部材。
[13] 上記樹脂の耐熱温度が120~300℃である、[1]~[12]のいずれかに記載の積層部材。
[14] 上記接合層の20~200℃における平均線膨張係数γが2~200ppm/℃である、[1]~[13]のいずれかに記載の積層部材。
[15] 密度が2.40~2.85g/cm3である、[1]~[14]のいずれかに記載の積層部材。
[16] 反り量が0.25mm以下である、[1]~[15]のいずれかに記載の積層部材。
[17] 上記Si-SiC部材の上に設けられる第2の接合層と、
上記第2の接合層を介して上記Si-SiC部材と接合される第2のSi-SiC部材と、をさらに有する、[1]~[16]のいずれかに記載の積層部材。
本発明によれば、温度上昇性、耐衝撃性および耐熱衝撃性に優れる積層部材を提供できる。
本発明における用語の意味は以下の通りである。
「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
[積層部材]
本開示の積層部材は、波長850nmにおける直線透過率が80%以上であるガラス部材と、上記ガラス部材上に樹脂を含む接合層と、上記接合層上にSi-SiC部材と、を有し、上記Si-SiC部材の20~200℃における平均線膨張係数αが2.85~4.00ppm/℃である。
本開示の積層部材は、波長850nmにおける直線透過率が80%以上であるガラス部材と、上記ガラス部材上に樹脂を含む接合層と、上記接合層上にSi-SiC部材と、を有し、上記Si-SiC部材の20~200℃における平均線膨張係数αが2.85~4.00ppm/℃である。
本開示の積層部材は、温度上昇性、耐衝撃性および耐熱衝撃性に優れる。この理由の詳細は未だ明らかになっていないが、概ね以下の理由によるものと推測される。
すなわち、波長850nmにおける直線透過率が80%以上であるガラス部材を用いることで、加熱利用に十分な赤外線が透過して、積層部材が高速で昇温したと推測される。
また、樹脂を含む接合層を有することで、接合層が緩衝材として機能して、耐衝撃性が向上したと推測される。
また、Si-SiC部材の平均線膨張係数αが上記範囲にあることで、樹脂を含む接合層との膨張係数差が小さくなるので、発生する応力が小さくなり、耐熱衝撃性が向上したと推測される。
以下において、本発明の一態様の積層部材について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一態様の積層部材を模式的に示す断面図である。積層部材100は、ガラス部材101と、ガラス部材101上に配置された接合層103と、接合層103上に配置されたSi-SiC部材105と、を有する。積層部材100は、ガラス部材101と、接合層103と、Si-SiC部材105とが、この順に積層された積層構造を有する。
〔Si-SiC部材〕
本発明の一態様において、Si-SiC部材とは、炭化ケイ素(SiC)とケイ素(Si)(金属Si)とを含む複合材料で構成された焼結部材を意味する。
本発明の一態様において、Si-SiC部材とは、炭化ケイ素(SiC)とケイ素(Si)(金属Si)とを含む複合材料で構成された焼結部材を意味する。
Si-SiC部材105は、Si-SiC部材の全質量に対して、40~92質量%のSiCと、Siを8~60質量%と含むセラミックスであるのが好ましく、50~87質量%のSiCと、13~50質量%のSiとを含むセラミックスであるのがより好ましく、55~82質量%のSiCと、18~45質量%のSiとを含むセラミックスであるのがさらに好ましく、60~77質量%のSiCと、23~40質量%のSiとを含むセラミックスであるのが特に好ましく、65~72質量%のSiCと、28~35質量%のSiとを含むセラミックスであるのが最も好ましい。
Si-SiC部材105のSiおよびSiCの含有率が上述の範囲であれば、Si-SiC部材105は熱的特性と機械的特性のバランスが優れる。
Si-SiC部材105の組成は、SiCおよびSiを含んでいれば特に限定されず、焼結助剤を由来とする成分や微量の不純物(Fe等)等を含んでいてもよい。焼結助剤は、特に限定されないが、例えばBeO、B4C、BN、Al、及びAlNが挙げられる。
Si-SiC部材105の厚さは、0.5~15mmが好ましい。Si-SiC部材105の厚さは、1.5mm以上がより好ましく、2.0mm以上がさらに好ましく、2.5mm以上が特に好ましい。
Si-SiC部材105の厚さは、10.0mm以下がより好ましく、7.5mm以下がさらに好ましく、5.5mm以下が特に好ましい。
Si-SiC部材105は、ガラス部材101で支持されることで、薄くできる。Si-SiC部材105を薄くできるため、素早い昇降温が可能となる。
Si-SiC部材105の厚さは、例えばノギスやデジタルメジャー等により測定できる。
Si-SiC部材105の20~200℃における平均線膨張係数αは、2.85~4.00ppm/℃である。以下、Si-SiC部材105の20~200℃における平均線膨張係数αを、単に平均線膨張係数αとも呼ぶ。
平均線膨張係数αは、2.90ppm/℃以上が好ましく、2.95ppm/℃以上がより好ましく、3.00ppm/℃以上が特に好ましい。
平均線膨張係数αは、3.40ppm/℃以下が好ましく、3.20ppm/℃以下がより好ましく、3.10ppm/℃以下が特に好ましい。
Si-SiC部材105の平均線膨張係数αが上述の範囲であれば、Si-SiC部材105とガラス部材101との平均線膨張係数を一致させやすい。また、Si-SiC部材105の熱伝導率と強度を高くできるので、温度上昇速度を高めつつ、耐衝撃性も高めることができる。
中でも、平均線膨張係数αが3.00~3.10ppm/℃であれば、Si-SiC部材の熱伝導率と強度のバランスがより優れる。
平均線膨張係数αは、測定する温度範囲を20℃~200℃とした熱膨張計(Dilatometer)や、熱機械分析装置(TMA)により測定できる。
Si-SiC部材105の平均線膨張係数αを上記範囲にする方法としては、SiCとSiとの含有量を上述の範囲に調節する方法が挙げられる。
Si-SiC部材105の20℃における熱伝導率は、130~300W/m・Kが好ましい。
Si-SiC部材105の20℃における熱伝導率は、190W/m・K以上がより好ましく、210W/m・K以上がさらに好ましく、225W/m・K以上が特に好ましい。
Si-SiC部材105の20℃における熱伝導率は、270W/m・K以下がより好ましく、260W/m・K以下がさらに好ましく、250W/m・K以下が特に好ましい。
Si-SiC部材105の熱伝導率が上述の範囲であれば、加熱部材として均熱性が向上する。また、Si-SiC部材105の熱伝導率が上述の範囲であれば、Si-SiC部材105の製造時に熱伝導率がばらつくことによる歩留まりの低下を防ぐことができ、Si-SiC部材105の品質を安定させやすい。
熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定できる。
Si-SiC部材105の熱伝導率を上記範囲にする方法としては、SiCとSiとの含有量を上述の範囲に調節する方法が挙げられる。
Si-SiC部材105のヤング率は、300~420GPaが好ましい。Si-SiC部材105のヤング率は、320GPa以上がより好ましく、350GPa以上がさらに好ましく、370GPa以上が特に好ましい。
Si-SiC部材105のヤング率は、410GPa以下がより好ましく、400GPa以下がさらに好ましく、390GPa以下が特に好ましい。
ヤング率は、低い方が耐熱衝撃性が高い。Si-SiC部材105は、ヤング率が上述の範囲を満たすことで、耐熱衝撃性が向上するため好ましい。また、Si-SiC部材105は、他の炭化ケイ素質のセラミックスに比べてヤング率が低いため、耐熱衝撃性が高く好ましい。
ヤング率は、日本工業規格(JIS R1602:1995)に記載された弾性率試験方法(超音波パルス法:動的弾性率)により20℃で測定できる。
Si-SiC部材105のヤング率を上記範囲にする方法としては、SiCとSiとの含有量を上述の範囲に調節する方法が挙げられる。
Si-SiC部材105の曲げ強度は、130~300MPaが好ましい。Si-SiC部材105の曲げ強度は、200MPa以上がより好ましく、220MPa以上がさらに好ましく、230MPa以上が特に好ましい。
Si-SiC部材105の曲げ強度は260MPa以下がより好ましく、250MPa以下がさらに好ましく、240MPa以下が特に好ましい。
Si-SiC部材105の曲げ強度が上述の範囲を満たすことで、落下物によるSi-SiC部材105ひいては積層部材100の割れを防止でき、耐衝撃性を高めることができる。
曲げ強度は、日本工業規格(JIS R1601:2008)に記載された曲げ強さ試験方法(4点曲げ強さ)により20℃で測定できる。
Si-SiC部材105のビッカース硬さ(Hv)は、20~27GPaが好ましい。
ビッカース硬さは、21GPa以上がより好ましく、22GPa以上がさらに好ましく、23GPa以上が特に好ましい。
ビッカース硬さは、26GPa以下がより好ましく、25GPa以下がさらに好ましく、24GPa以下が特に好ましい。
Si-SiC部材105のビッカース硬さが上述の範囲を満たすことで、Si-SiC部材105ひいては積層部材100の耐擦傷性が向上する。
ビッカース硬さは、ビッカース硬さ計システムにより20℃で測定できる。
〔ガラス部材〕
ガラス部材101のガラス組成は、特に限定されない。ガラス部材101としては、例えば、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、無アルカリガラスが挙げられる。また、ガラス部材101は、化学強化されたガラス(化学強化ガラス)、風冷等により物理強化されたガラス(物理強化ガラス)、結晶化処理を施したガラス(結晶化ガラス)であってもよい。
ガラス部材101のガラス組成は、特に限定されない。ガラス部材101としては、例えば、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、無アルカリガラスが挙げられる。また、ガラス部材101は、化学強化されたガラス(化学強化ガラス)、風冷等により物理強化されたガラス(物理強化ガラス)、結晶化処理を施したガラス(結晶化ガラス)であってもよい。
ガラス部材101の好ましいガラス組成について説明する。なお、本明細書におけるガラス組成(ガラス部材の対象成分の含有量)は、酸化物基準のモル百分率表示(モル%)で示す。
ガラス部材101は、SiO2を含有する。SiO2は、ガラスの主成分である。
SiO2の含有量は、ガラスの耐候性を高める点から、55.0モル%以上が好ましく、57.0モル%以上がより好ましく、60.0モル%以上がさらに好ましく、62.0モル%以上が特に好ましい。
SiO2の含有量は、ガラスの熔解温度を低くして製造性を高める点から、85.0モル%以下が好ましく、83.0モル%以下がより好ましく、80.0モル%以下がさらに好ましく、78.0モル%以下が特に好ましい。
ガラス部材101は、Al2O3を含有してもよいし、含有しなくてもよいが、ガラスの耐候性を高め、線膨張係数を低くするのに有用である点から、含有するのが好ましい。
Al2O3の含有量は、ガラスのヤング率を高くできる点から、1.5モル%以上が好ましく、3.0モル%以上がより好ましく、5.0モル%以上がさらに好ましく、8.0モル%以上が特に好ましい。
Al2O3の含有量は、ガラスの耐酸性を高める点から、14.5モル%以下が好ましい。また、ガラスの失透を抑制する(失透温度を低くできる)点、および、ガラスの熔解温度の向上を抑制して清澄性を向上する点から、14.0モル%以下がより好ましく、13.5モル%以下がさらに好ましく、13.0モル%以下が特に好ましい。
ガラス部材101は、B2O3を含有してもよいし、含有しなくてもよいが、ガラスの線膨張係数を調整するのに有用である点から、含有するのが好ましい。
B2O3の含有量は、ガラスの線膨張係数を抑制する点から、3.0モル%以上が好ましく、4.0モル%以上がより好ましく、4.5モル%以上がさらに好ましく、5.0モル%以上が特に好ましい。
B2O3の含有量は、ガラスの耐候性を向上させる点から、14.0モル%以下が好ましい。また、ガラスのヤング率を高くできる点から、11.5モル%以下が好ましく、10.0モル%以下がより好ましく、8.5モル%以下がさらに好ましく、7.5モル%以下が特に好ましい。
ガラス部材101は、ROを含有してもよいし、含有しなくてもよい。ROは、MgO、CaO、SrO、および、BaOのうちの少なくとも1種を意味する。ROの含有量は、MgO、CaO、SrO、および、BaOの合計量を表す。
ROの含有量は、ガラスの熔解温度を低くして溶解性を高め、線膨張係数を制御する点から、2.0モル%以上が好ましく、3.0モル%以上がより好ましく、4.0モル%以上がさらに好ましく、5.0モル%以上が特に好ましい。
ROの含有量は、ガラスの失透温度を低くして製造性を高め、線膨張係数を制御する点から、25.0モル%以下が好ましく、20.0モル%以下がより好ましく、16.0モル%以下がさらに好ましく、15.0モル%以下が特に好ましい。
MgOは、ガラスの熔解温度を低くして溶解性を高め、線膨張係数を制御するために、含有させてもよい。
MgOの含有量は、1.0モル%以上が好ましく、2.0モル%以上がより好ましく、2.5モル%以上がさらに好ましく、3.0モル%以上が特に好ましい。
MgOの含有量は、ガラスの失透温度を低くして製造性を高め、線膨張係数を制御する点から、15.0モル%以下が好ましく、12.0モル%以下がより好ましく、10.0モル%以下がさらに好ましく、9.0モル%以下が特に好ましい。
CaOは、ガラスの熔解温度を低くして溶解性を高め、線膨張係数を制御するために、含有させてもよい。
CaOの含有量は、0.5モル%以上が好ましく、1.0モル%以上がより好ましい。
CaOの含有量は、10.0モル%以下が好ましく、8.0モル%以下がより好ましい。
SrOは、ガラスの熔解温度を低くして溶解性を高め、線膨張係数を制御するために含有させてもよい。
SrOの含有量は、0モル%以上が好ましく、0.01モル%以上がより好ましく、0.1モル%以上がさらに好ましい。
SrOの含有量は、5.0モル%以下が好ましく、3.0モル%以下がより好ましく、2.0モル%以下がさらに好ましい。
BaOは、ガラスの熔解温度を低くして生産性を高め、線膨張係数を制御するために含有させてもよい。
BaOの含有量は、0モル%以上が好ましく、0.01モル%以上がさらに好ましい。
BaOの含有量は、3.0モル%以下が好ましく、2.0モル%以下がより好ましい。
なお、BaOは、意図的に含有させなくても石灰石やドロマイト、炭酸ストロンチウム等の原料や製造工程由来の不純物として混入することがある。
ガラス部材101は、R2Oを含有してもよいし、含有しなくてもよい。R2Oは、Li2O、Na2O、および、K2Oのうちの少なくとも1種を意味する。R2Oの含有量は、Li2O、Na2O、および、K2Oの合計量を表す。
R2Oは、ガラス原料の溶融を促進し、線膨張係数、熔解温度等を調整するのに有用な成分である。
R2Oの含有量は、上記効果を良好に発揮するために、0モル%以上が好ましく、0.01モル%以上がより好ましい。
R2Oの含有量は、ガラスの線膨張係数を小さくして、温度変化の際に発生する応力を小さくできる点から、15.0モル%以下が好ましく、10.0モル%以下がより好ましく、6.0モル%以下がさらに好ましく、5.0モル%以下が特に好ましい。
なお、Li2Oを含有しない場合のR2O、すなわちNa2OおよびK2Oの合計量は、0モル%以上が好ましく、0.01モル%以上がより好ましい。
Li2Oを含有しない場合のR2O、すなわちNa2OおよびK2Oの合計量は、線膨張係数を小さくする点から、13.0モル%以下が好ましく、10.0モル%以下がより好ましく、5.0モル%以下がさらに好ましく、3.0モル%以下が特に好ましい。
Li2Oは、ガラス原料の溶融を促進し、線膨張係数、熔解温度等を調整するのに有用な成分である。
Li2Oの含有量は、0モル%以上が好ましく、0.01モル%以上がより好ましい。
Li2Oの含有量は、ガラスの線膨張係数を小さくして、温度変化の際に発生する応力を小さくする点から、10.0モル%以下が好ましく、7.0モル%以下がより好ましく、5.0モル%以下がさらに好ましい。
Na2Oは、ガラス原料の溶融を促進し、線膨張係数、熔解温度等を調整するのに有用な成分である。
Na2Oの含有量は、0~13.0モル%が好ましい。
Na2Oの含有量は、0.01モル%以上がより好ましい。
Na2Oの含有量は、10.0モル%以下がより好ましく、5.0モル%以下がさらに好ましく、3.0モル%以下が特に好ましい。
Na2Oの含有量が13.0モル%以下であれば、ガラスの線膨張係数を小さくして、温度変化の際に発生する応力を小さくできる。
Na2Oの含有量は、0.01モル%以上がより好ましい。
Na2Oの含有量は、10.0モル%以下がより好ましく、5.0モル%以下がさらに好ましく、3.0モル%以下が特に好ましい。
Na2Oの含有量が13.0モル%以下であれば、ガラスの線膨張係数を小さくして、温度変化の際に発生する応力を小さくできる。
K2Oは、ガラス原料の溶融を促進し、線膨張係数、熔解温度等を調整するのに有用な成分である。
K2Oの含有量は、0モル%以上が好ましく、0.01モル%以上がより好ましい。
K2Oの含有量は、ガラスの線膨張係数を小さくして、高温に曝された際に発生する応力を小さくする点から、3.0モル%以下が好ましく、1.0モル%以下がより好ましく、0.1モル%以下がさらに好ましい。
ガラス部材101は、ZrO2を含有してもよいし、含有しなくてもよい。ZrO2を含有する場合、ガラスの耐薬品性を向上できる。
ZrO2の含有量は、上記効果を良好に発揮できる点から、0モル%以上が好ましく、0.01モル%以上がより好ましく、0.1モル%以上がさらに好ましい。
ZrO2の含有量は、ガラスの失透温度を低くして生産性を高める点から、5.0モル%以下が好ましく、3.0モル%以下がより好ましく、2.0モル%以下がさらに好ましい。
ガラス部材101は、P2O5を含有してもよいし、含有しなくてもよい。P2O5を含有する場合、ガラスの結晶化を抑制し、ガラスを安定化できる。
P2O5の含有量は、0モル%以上が好ましい。また、上記効果を良好に発揮できる点から、0.05モル%以上がより好ましく、0.1モル%以上がさらに好ましい。
P2O5の含有量は、ガラスの熔解温度を高くしすぎることなくガラスを安定化できる点、および、ガラスの分相を抑制して、透明性を向上できる点から、3.5モル%以下が好ましく、3.0モル%以下がより好ましく、2.0モル%以下がさらに好ましい。
ガラス部材101は、Fe2O3を含有してもよいし、含有しなくてもよい。Fe2O3を含有する場合、ガラスの色味を損なうことなく、ガラスの清澄性を改善させ、溶融炉の底素地の温度制御ができる。また、ガラス部材101の波長850nmにおける直線透過率を後述の範囲に調節することが容易になり、安定した製品を得ることができる。
Fe2O3の含有量は、上記効果を良好に発揮できる点から、0.0001モル%以上が好ましく、0.0005モル%以上がより好ましく、0.0010モル%以上がさらに好ましい。
Fe2O3の含有量は、ガラスの色味を維持させる点から、0.0115モル%以下が好ましく、0.0100モル%以下がより好ましく、0.0080モル%以下がさらに好ましく、0.0050モル%以下が特に好ましい。
ガラス部材101は、ZnOを含有してもよいし、含有しなくてもよい。
ZnOの含有量は、0モル%以上が好ましく、0.01モル%以上がより好ましく、0.1モル%以上がさらに好ましく、0.5モル%以上が特に好ましい。
ZnOの含有量は、0モル%以上が好ましく、0.01モル%以上がより好ましく、0.1モル%以上がさらに好ましく、0.5モル%以上が特に好ましい。
ZnOの含有量は、ガラスの失透温度を低くして生産性を高める点から、15.0モル%以下が好ましく、12.0モル%以下がより好ましく、10.0モル%以下がさらに好ましく、8.0モル%以下が特に好ましい。
ガラス部材101は、本発明の効果を損なわない限り、上記以外の他の成分(例えば、TiO2、Y2O3、Gd2O3等)を含有してもよい。
他の成分の含有量の合計は、10.0モル%以下が好ましい。
他の成分の含有量の合計は、10.0モル%以下が好ましい。
ガラス部材101は、ガラスの溶融の際の清澄剤として、硫酸塩、塩化物、フッ化物、ハロゲン化物、水酸化物、SnO2、Sb2O3、As2O3などを適宜含有してもよい。
さらに、色味の調整のため、Ni、Co、Cr、Mn、V、Se、Au、Ag、Cdなどの着色成分を含有してもよい。
また、積極的に着色させたい場合は、0.0001モル%以上の範囲で、Fe、Ni、Co、Cr、Mn、V、Se、Au、Ag、Cdなどの着色成分を含有してもよい。
なお、上記他の成分のうち、硫酸塩、塩化物、フッ化物、ハロゲン化物、水酸化物、SnO2、Sb2O3、およびAs2O3からなる群から選択される少なくとも1種を含有する場合、これらの群の含有量の合計は、清澄性の点から、0.01モル%以上が好ましく、0.02モル%以上がより好ましく、0.05モル%以上がさらに好ましい。
これら群の含有量の合計は、ガラス特性に影響を与えない点から、5.0モル%以下が好ましく、2.0モル%以下がより好ましく、1.0モル%以下がさらに好ましくい。
SiO2、Al2O3、B2O3およびP2O5は、ガラスの網目形成成分(ネットワークフォーマー)である。
ガラス部材101中のSiO2、Al2O3、B2O3およびP2O5の含有量の合計は、ガラス構造の安定性、化学的耐久性を高める点から、70.0モル%以上が好ましく、75.0モル%以上がより好ましく、78.0モル%以上がさらに好ましく、80.0モル%以上が特に好ましい。
SiO2、Al2O3、B2O3およびP2O5の含有量の合計は、ガラスの熔解温度の向上を抑制して清澄性を向上する点から、97.0モル%以下が好ましく、95.0モル%以下がより好ましく、93.0モル%以下がさらに好ましく、90.0モル%以下が特に好ましい。
ガラス部材101のガラス組成の好適態様としては、55.0~85.0モル%のSiO2と、1.5~14.5モル%のAl2O3と、3.0~14.0モル%のB2O3と、0~3.5モル%のP2O5と、70.0~97.0%のSiO2+Al2O3+B2O3+P2O5と、を含み、ガラス部材101中のSiO2、Al2O3、B2O3およびP2O5の含有量の合計が、酸化物基準のモル百分率表示で、70.0~97.0%である態様が挙げられる。これにより、ガラス特性がより優れる。
ガラス部材101の厚さは、特に制限されず、Si-SiC部材105を支持できる厚さであればよい。ガラス部材101の厚さは、具体的には、2~40mmが好ましい。
ガラス部材101の厚さは、3mm以上がより好ましく、5mm以上がさらに好ましく、10mm以上が特に好ましく、15mm以上が最も好ましい。
ガラス部材101の厚さは、35mm以下がより好ましく、30mm以下がさらに好ましく、25mm以下が特に好ましい。
ガラス部材101の厚さが上述の範囲であれば、支持部材として十分な強度を維持できる。
ガラス部材101の厚さは、例えば、ノギスやデジタルメジャー等により測定できる。
ガラス部材101の20~200℃における平均線膨張係数βは、1.50~5.00ppm/℃が好ましい。以下、ガラス部材101の20~200℃における平均線膨張係数βを、単に平均線膨張係数βとも呼ぶ。
平均線膨張係数βは、2.00ppm/℃以上がより好ましく、2.50ppm/℃以上がさらに好ましく、2.60ppm/℃以上が特に好ましい。
平均線膨張係数βは、4.50ppm/℃以下がより好ましく、4.00ppm/℃以下がさらに好ましく、3.50ppm/℃以下が特に好ましい。
ガラス部材101の平均線膨張係数βが上述の範囲であれば、ガラス部材101とSi-SiC部材105との平均線膨張係数を一致させやすくできる。
平均線膨張係数βは、測定する温度範囲を20℃~200℃とした熱膨張計(Dilatometer)や、熱機械分析装置(TMA)により測定できる。
Si-SiC部材105の平均線膨張係数αからガラス部材101の平均線膨張係数βを引いた値の絶対値|α-β|は、2.00ppm/℃以下が好ましい。絶対値|α-β|は、1.00ppm/℃以下がより好ましく、0.50ppm/℃以下がさらに好ましく、0.30ppm/℃以下が特に好ましい。
絶対値|α-β|を上述の値以下とすることで、得られる積層部材100の反りを防止できる。
波長850nmにおけるガラス部材101の直線透過率は、80%以上であり、85%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、92%以上がさらに好ましい。波長850nmにおけるガラス部材101の直線透過率が80%以上であれば、加熱利用に十分な赤外線の透過量とできる。
ガラス部材101の直線透過率の上限は、100%である。
ガラス部材101の直線透過率の上限は、100%である。
直線透過率は、入射光の入射角を0°とし、ガラス部材101をその厚さ方向に直線的に透過する光の透過率であって、分光光度計により20℃で測定できる。
ガラス部材101の直線透過率を上記範囲にする方法としては、ガラス部材101中のFe2O3の含有量を上述の範囲に調節する方法や、ガラス部材101の表面反射を抑制するために反射防止膜を成膜する方法が挙げられる。反射防止膜の成膜方法としては、スプレーコート、スピンコート、フローコートなどによるウェットコーティングや、スパッタリングや蒸着などによるドライコーティングなど、一般的に知られている手法を用いることができる。
ガラス部材101のヤング率は、40~120GPaが好ましい。
ガラス部材101のヤング率は、45GPa以上がより好ましく、50GPa以上がさらに好ましく、65GPa以上が特に好ましい。
ガラス部材101のヤング率は、100GPa以下がより好ましく、95GPa以下がさらに好ましく、90GPa以下が特に好ましい。
ガラス部材101のヤング率が上述の範囲であれば、支持部材として十分な強度を保ち、反り量を低減することができる。
ガラス部材101のヤング率は、日本工業規格(JIS R1602:1995)に記載された超音波パルス法により20℃で測定できる。
ガラス部材101の熔解温度は、1000~2000℃が好ましい。
ガラス部材101の熔解温度は、1300℃以上がより好ましく、1400℃以上がさらに好ましく、1500℃以上が特に好ましい。
ガラス部材101の熔解温度は、1900℃以下がより好ましく、1800℃以下がさらに好ましく、1700℃以下が特に好ましい。
ガラス部材101の熔解温度が上述の範囲であれば、ガラスの清澄性、原料の溶解性が優れ、ガラス中の欠点を抑制することができる。
ガラス部材101の熔解温度は、回転粘度計を用いて粘度を測定し、102dPa・sとなるときの温度T2(℃)を示す。
ガラス部材101の失透温度は、800~1600℃が好ましい。
ガラス部材101の失透温度は、900℃以上がより好ましく、1000℃以上がさらに好ましく、1100℃以上が特に好ましい。
ガラス部材101の失透温度は、1500℃以下がより好ましく、1400℃以下がさらに好ましく、1350℃以下が特に好ましい。
ガラス部材101の失透温度が上述の範囲であれば、ガラスの製造時に発生する欠点が少なくなる。
ガラス部材101の失透温度は、白金製皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で17時間熱処理を行い、熱処理後の光学顕微鏡観察によって、ガラス表面および内部に結晶が析出しない温度の最大値である。
〔接合層〕
接合層103は、ガラス部材101とSi-SiC部材105とを接合する部材である。
接合層103は、ガラス部材101とSi-SiC部材105とを接合する部材である。
接合層103に含まれる樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、及びポリイミド樹脂が挙げられる。耐熱性がより優れる点から、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、及びフッ素樹脂が好ましい。
樹脂は、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
樹脂は、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
樹脂の含有量は、接合層103の全質量に対して、40~100質量%が好ましく、50~90質量%がより好ましく、60~80質量%がさらに好ましい。
樹脂の含有量が上記範囲であれば、接合層103を介したガラス部材101とSi-SiC部材105との密着性がより優れ、Si-SiC部材との膨張係数差を小さくすることができる。
接合層103は、樹脂以外の成分(以下、「他の成分」ともいう。)を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。他の成分の具体例としては、可塑剤、フィラーが挙げられる。
接合層103が他の成分を含む場合、他の成分の含有量は、接合層103の全質量に対して、10~50質量%が好ましく、20~40質量%がより好ましく、25~35質量%がさらに好ましい。他の成分の含有量が40質量%以下であれば、接合層103を介したガラス部材101とSi-SiC部材105との密着性がより優れる。
接合層103は、例えば加熱プレス装置を用いて作製できる。ガラス部材101とSi-SiC部材105との間に、接合層103を構成する樹脂フィルムを挟み込む(この構成を仮積層体とする)。仮積層体を樹脂フィルムの軟化点以上の温度に加熱し、仮積層体に圧力をかけてプレスし、ガラス部材101とSi-SiC部材105とを接合する。接合時に泡の巻き込みを防ぐために、仮積層体は真空雰囲気下でプレスすることが好ましい。
アンカー効果を高めるために、ガラス部材101の樹脂フィルム(接合層103)との接触面およびSi-SiC部材105の樹脂フィルム(接合層103)との接触面は、ブラスト処理などで適度に荒らしておいてもよい。
接合層103の厚さは、0.001~0.300mmが好ましい。
接合層103の厚さは、0.005mm以上であってもよく、0.008mm以上であってもよく、0.010mm以上であってもよい。
接合層103の厚さは、0.150mm以下であってもよく、0.050mm以下であってもよく、0.030mm以下であってもよい。
接合層103の厚さは、SEM断面観察による撮影のデジタルデータや画像処理ソフトを用いて算出できる。
波長850nmにおける接合層103の直線透過率は、88%以上が好ましく、91%以上がより好ましく、93%以上がさらに好ましく、95%以上が特に好ましい。接合層103の直線透過率が88%以上であれば、加熱利用に十分な赤外線の透過量とできる。
接合層103の直線透過率の上限は、100%である。
接合層103の直線透過率の上限は、100%である。
直線透過率は、入射光の入射角を0°とし、接合層103をその厚さ方向に直線的に透過する光の透過率であって、分光光度計により20℃で測定できる。
接合層103に含まれる樹脂の耐熱温度は、120~420℃が好ましい。また、高温使用時の応力緩和の点から、120~300℃がより好ましい。
接合層103に含まれる樹脂の耐熱温度は、140℃以上がさらに好ましく、160℃以上が特に好ましく、180℃以上が最も好ましい。
接合層103に含まれる樹脂の耐熱温度は、280℃以下であってもよく、260℃以下であってもよく、240℃以下であってもよい。
接合層103に含まれる樹脂の耐熱温度は、大気雰囲気下で熱重量測定(TGA)を行い、測定対象物の質量が1質量%減少した温度とする。
接合層103の20~200℃における平均線膨張係数γは、2~200ppm/℃が好ましい。以下、接合層103の20~200℃における平均線膨張係数γを、単に平均線膨張係数γとも呼ぶ。
平均線膨張係数γは、4ppm/℃以上がより好ましく、7ppm/℃以上がさらに好ましく、10ppm/℃以上が特に好ましい。
平均線膨張係数γは、100ppm/℃以下がより好ましく、50ppm/℃以下がさらに好ましく、30ppm/℃以下が特に好ましく、20ppm/℃以下が最も好ましい。
接合層103の平均線膨張係数γが上述の範囲であれば、密着性に優れ、かつSi-SiC部材との膨張係数差を小さくすることができるので、積層部材100の耐熱衝撃性が優れる。
平均線膨張係数γは、測定する温度範囲を20℃~200℃とした熱膨張計(Dilatometer)や、熱機械分析装置(TMA)により測定できる。
接合層103の平均線膨張係数γを上記範囲にする方法としては、上述の種類の樹脂を使用しカーボンやシリカなどのフィラーを配合する方法が挙げられる。
接合層103の作製に樹脂フィルムを用いる場合、樹脂フィルムのヤング率は、Si-SiC部材105とガラス部材101の密着性を上げ、部材全体の形状を維持する点で、0.05GPa以上が好ましく、0.10GPa以上がより好ましく、0.15GPa以上がさらに好ましい。
接合層103の作製に樹脂フィルムを用いる場合、樹脂フィルムのヤング率は、Si-SiC部材との膨張係数差から発生する応力を低減する点で、3.5GPa以下が好ましく、3.0GPa以下がより好ましく、2.0GPa以下がさらに好ましく、1.0GPa以下が特に好ましく、0.5GPa以下が最も好ましい。
Si-SiC部材との膨張係数差から発生する応力は、樹脂層のヤング率が大きいほど応力は高くなり、ヤング率が小さければ発生する応力は小さくなる。
ヤング率は、日本工業規格(JIS K7171)に記載された弾性率試験方法により25℃で測定できる。
〔積層部材の物性等〕
積層部材100の反り量は、0.25mm以下が好ましく、0.20mm以下がより好ましく、0.10mm以下がさらに好ましく、0.05mm以下が特に好ましい。
積層部材100の反り量は、0.25mm以下が好ましく、0.20mm以下がより好ましく、0.10mm以下がさらに好ましく、0.05mm以下が特に好ましい。
積層部材100の反り量が上述の値以下であれば、応力発生時に、特定の箇所への応力集中を防止できるので、耐衝撃性をより向上できる。また、積層部材100をキッチン用に施工した際に、積層部材100の反りにより周囲が歪んで積層部材100に映り込みデザイン性が低くなるのを避けることができる。また、積層部材100上に被加熱体を載置した際に、被加熱体のぐらつきを防止できる。
積層部材100の反り量の下限は、0mmである。
積層部材100の反り量は、非接触の3次元形状測定装置により測定できる。
積層部材100の反り量を上記範囲にする方法としては、ガラス部材101、接合層103およびSi-SiC部材105の厚さや、各部材(層)を構成する成分の種類および含有量等を、上述の通りにする方法が挙げられる。
積層部材100の密度は、2.40~2.85g/cm3が好ましい。
積層部材100の密度は、2.45g/cm3以上がより好ましく、2.50g/cm3以上がさらに好ましく、2.55g/cm3以上が特に好ましい。
積層部材100の密度は、2.80g/cm3以下がより好ましく、2.75g/cm3以下がさらに好ましく、2.70g/cm3以下が特に好ましい。
密度が上述の範囲であれば、積層部材を加熱部材として筐体に組み込む際の施工性が向上する。
密度は、積層部材100の総質量を、積層部材100の総体積で除した値である。積層部材100の総質量は、質量測定器により測定できる。積層部材100の総体積は、デジタルメジャーにより測定できる。
積層部材100の密度を上記範囲にする方法としては、ガラス部材101、接合層103およびSi-SiC部材105の厚さや、各部材(層)を構成する成分の種類および含有量等を、上述の通りにする方法が挙げられる。
積層部材100のSi-SiC部材105側の最上面の面積(積層部材100のSi-SiC部材105側の主表面)は、0.01~10m2が好ましい。
積層部材100の最上面の面積は、0.07m2以上がより好ましく、0.15m2以上がさらに好ましく、0.30m2以上が特に好ましく、0.60m2以上が最も好ましい。
積層部材100の最上面の面積は、8m2以下がより好ましく、4m2以下がさらに好ましく、2m2以下が特に好ましく、1m2以下が最も好ましい。
積層部材100の最上面の面積が上述の範囲であれば、加熱部材として筐体に組み込む際の施工性が向上する。
最上面の面積は、積層部材100の寸法をデジタルメジャーで測定して算出する。
〔積層部材の製造方法〕
積層部材100の製造方法の一例としては、ガラス部材101とSi-SiC部材105との間に接合層103を配置して、ガラス部材101とSi-SiC部材105とを接合層103を介して貼り合わせる方法が挙げられる。
積層部材100の製造方法の一例としては、ガラス部材101とSi-SiC部材105との間に接合層103を配置して、ガラス部材101とSi-SiC部材105とを接合層103を介して貼り合わせる方法が挙げられる。
積層部材100のより詳細な製造方法の一例としては、ガラス部材101と、接合層103と、Si-SiC部材105とがこの順になるように積層した後、150~380℃の温度で貼り合わせる方法が挙げられる。
〔他の態様〕
本発明の積層部材の一例であって、上述の積層部材100とは異なる他の態様の積層部材(以下、「他の態様の積層部材」ともいう。)について説明する。
本発明の積層部材の一例であって、上述の積層部材100とは異なる他の態様の積層部材(以下、「他の態様の積層部材」ともいう。)について説明する。
他の態様の積層部材は、上記Si-SiC部材105の上に設けられる第2の接合層と、第2の接合層を介して上記Si-SiC部材105と接合される第2のSi-SiC部材と、をさらに有する。
第2のSi-SiC部材は、上記Si-SiC部材105と同様に構成されるので、説明を省略する。
第2のSi-SiC部材は、上記Si-SiC部材105と同様に構成されるので、説明を省略する。
Si-SiC部材105と第2のSi-SiC部材とを積層させた構造とすることで、複雑な形状の積層部材を作製しやすくなる。例えば、積層部材中に温度測定用のセンサーを差し込むための空間を設ける場合には、予めSi-SiC部材105と第2のSi-SiC部材の一方に溝加工を施しておき、他方を貼り合わせることで積層部材中に空間を設けることが容易となる。
第2の接合層によってSi-SiC部材105と第2のSi-SiC部材とを接合する方法は、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂やフッ素樹脂などの樹脂を用いた接合、スズやインジウムなどの溶融金属を用いた接合、ガラスフリットを用いた接合が挙げられる。積層部材を加熱部材として用いることを想定すると、耐熱性および熱伝導率の点から、金属を用いた接合が好ましい。
耐熱性および熱伝導率の点から、ガラスフリットは耐熱性が高いが熱伝導率が低く、樹脂は耐熱性および熱伝導率どちらも低いため、金属を用いた接合が好ましい。金属の具体例としては、インジウム、スズ、スズ系合金、鉛系合金が挙げられる。中でも、熱伝導率、耐熱性および環境負荷の点からは、スズ金属、スズ系合金が好ましい。
溶融金属を用いて接合する例を説明する。Si-SiC部材105と第2のSi-SiC部材を所望の温度、例えば250℃~270℃に加熱する。加熱したSi-SiC部材と第2のSi-SiC部材の接合面に超音波を当てながら、所望の温度(例えば250℃~270℃)近傍の温度で溶融しておいた金属を塗り込んだ後、接合面同士を重ね合わせればよい。
他の態様の積層部材は、第2のSi-SiC部材の上に設けられる第3の接合層と、第3の接合層を介して第2のSi-SiC部材と接合される第3のSi-SiC部材と、をさらに有してもよい。第3の接合層は、第2の接合層と同様に構成される。また、第3のSi-SiC部材は、Si-SiC部材105と同様に構成される。ただし、他の態様の積層部材は、厚さの点では、第3の接合層および第3のセラミックス部材を有しないことが好ましい。
本発明の積層部材は、積層部材を急速に冷却できる構成を有していてもよい。
例えば、積層部材100は、ガラス部材101と接合層103との間、および、Si-SiC部材105と接合層103との間、の少なくとも1つに流路を備えていてもよい。あるいは、積層部材100は、ガラス部材101、および、Si-SiC部材105、の少なくとも1つが流路になるように加工されていてもよい。
また、他の態様の積層部材は、ガラス部材101と接合層103との間、Si-SiC部材105と接合層103との間、Si-SiC部材105と第2の接合層との間、および、第2のSi-SiC部材と第2の接合層との間、の少なくとも1つに流路を備えてもよい。あるいは、他の態様の積層部材は、ガラス部材101、Si-SiC部材105、および、第2のSi-SiC部材、の少なくとも1つが流路になるように加工されていてもよい。
積層部材は、流路に水を流して冷却できる。
積層部材は、流路に水を流して冷却できる。
本発明の積層部材は、透過率および照射効率を高める反射防止膜を備えてもよい。
例えば、積層部材100は、ガラス部材101の接合層103側とは反対側の主表面および/またはガラス部材101の接合層103側の主表面に反射防止膜を備えてもよい。
また、他の態様の積層部材は、Si-SiC部材105の接合層103側の主表面または第2のSi-SiC部材の第2の接合層側の主表面に反射防止膜を備えてもよい。
反射防止膜は、赤外線を透過させる面に設けることで、照射効率(加熱効率)を高めることができる。
本発明の積層部材は、温度センサーを備えていてもよい。
例えば、積層部材100は、温度センサーをSi-SiC部材105の内側に備えてもよい。また、他の態様の積層部材は、温度センサーをSi-SiC部材105の内側、または、第2のSi-SiC部材の内側に備えてもよい。
温度センサーを有する構成の具体例としては、Si-SiC部材105、または、第2のSi-SiC部材の側面に開けた穴に、温度センサーを差し込んだ構成が挙げられる。この場合、温度センサーは、Si-SiC部材105の接合層103側とは反対側の主表面の直下、または、第2のSi-SiC部材の第2の接合層とは反対側の主表面の直下に配置する。温度センサーは、接合層103または第2の接合層とは接しないように、かつ、温度センサーが露出しないように配置する。温度センサーにより、Si-SiC部材105の接合層103側とは反対側の主表面温度、または、第2のSi-SiC部材の第2の接合層とは反対側の主表面温度を測定できる。
本発明の積層部材は、加熱部材として好適に使用できる。本発明の積層部材は、例えば、加熱調理器の加熱部材として好適に使用できる。
また、本発明の積層部材は、キッチンのワークトップ(天板)として用いてもよい。
また、本発明の積層部材は、加熱調理器のトッププレートとキッチンのワークトップとしての機能を兼ね備えてもよい。
以下、本発明の一態様を実施例によって説明するが、本発明の一態様はこれらにより限定されるものではない。
[ガラス部材]
作製したガラスを表1に示す。
作製したガラスを表1に示す。
〔ガラスの作製手順〕
表1の(i-A)~(v)および(vii)~(xi)のガラスは、表1に示される酸化物基準のモル百分率表示の各ガラス組成となるように、次のように作製した。酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物または硝酸塩等、一般に使用されているガラス原料を適宜選択し、ガラスとして10000gになるように秤量した。次に、混合した原料を白金るつぼに入れ、1500~1700℃の抵抗加熱式電気炉に投入して12時間程度溶融し、脱泡、均質化した。得られた溶融ガラスを型材に流し込み、ガラス転移点+50℃の温度において1時間保持した後、0.5℃/分の速度で室温まで冷却し、ガラスブロックを得た。
表1の(i-A)~(v)および(vii)~(xi)のガラスは、表1に示される酸化物基準のモル百分率表示の各ガラス組成となるように、次のように作製した。酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物または硝酸塩等、一般に使用されているガラス原料を適宜選択し、ガラスとして10000gになるように秤量した。次に、混合した原料を白金るつぼに入れ、1500~1700℃の抵抗加熱式電気炉に投入して12時間程度溶融し、脱泡、均質化した。得られた溶融ガラスを型材に流し込み、ガラス転移点+50℃の温度において1時間保持した後、0.5℃/分の速度で室温まで冷却し、ガラスブロックを得た。
表1の(vi)のガラスは、AGC株式会社製の合成石英ガラス(製品名:AQ)を用いた。
得られた各ガラスブロックを切断、研削、研磨加工し、ガラス部材(縦300mm、横300mm)を得た。
〔ガラス部材の物性〕
得られたガラス部材について、以下の測定を行った。測定結果を表1に示す。
得られたガラス部材について、以下の測定を行った。測定結果を表1に示す。
厚さは、デジタルメジャーを用いて20℃で測定した。
平均線膨張係数βは、ネッチ社製の高精度熱膨張計「DIL402 Expedis」を用いて、20℃~200℃の温度範囲で測定した。
直線透過率は、分光光度計により20℃、波長850nmで測定した。
なお、表1の(xi)のガラスは白濁しており、直線透過率が80%未満になることが明らかであるので、直線透過率を測定しなかった。
なお、表1の(xi)のガラスは白濁しており、直線透過率が80%未満になることが明らかであるので、直線透過率を測定しなかった。
ヤング率は、日本工業規格(JIS R1602:1995)に記載された超音波パルス法により20℃で測定した。
熔解温度(T2)は、回転粘度計を用いて粘度を測定し、102dPa・sとなるときの温度T2(℃)を示す。
なお、表1の(iv)のガラスおよび(v)のガラスの熔解温度(T2)は、実測できなかったため、外挿により算出した。
なお、表1の(iv)のガラスおよび(v)のガラスの熔解温度(T2)は、実測できなかったため、外挿により算出した。
失透温度は、白金製皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で17時間熱処理を行い、熱処理後の光学顕微鏡観察によって、ガラス表面および内部に結晶が析出しない温度の最大値(℃)である。
分相は、SEM(走査型電子顕微鏡)によってガラス部材を観察して評価し、分相が確認されなかった場合を「○」、分相が確認された場合を「×」とした。
[Si-SiC部材]
作製したSi-SiC部材を表2に示す。
作製したSi-SiC部材を表2に示す。
〔Si-SiC部材の作製手順〕
Si-SiC部材(a-1)~(a-3)は、次のように作製した。
α-SiC粉末A1を325メッシュの篩で分級して、α-SiC粉末A2(最大粒子径44μm、平均粒子径8μm)を得た。α-SiC粉末A2を、混酸(フッ酸:硝酸=2:1(質量比))および純水で洗浄して、α-SiC粉末A3(鉄の含有量2.1質量ppm)を得た。α-SiC粉末A3と、純水と、アクリル樹脂エマルジョン(結合剤)と、を混合して、泥漿(固形分濃度約75質量%)を得た。
Si-SiC部材(a-1)~(a-3)は、次のように作製した。
α-SiC粉末A1を325メッシュの篩で分級して、α-SiC粉末A2(最大粒子径44μm、平均粒子径8μm)を得た。α-SiC粉末A2を、混酸(フッ酸:硝酸=2:1(質量比))および純水で洗浄して、α-SiC粉末A3(鉄の含有量2.1質量ppm)を得た。α-SiC粉末A3と、純水と、アクリル樹脂エマルジョン(結合剤)と、を混合して、泥漿(固形分濃度約75質量%)を得た。
次に、泥漿を石膏型中に流し込んで成形体(サイズ:320mm×320mm×16mm)を得た。得られた成形体を50℃で14日間乾燥した後に、アルゴンの不活性雰囲気とした電気炉中において1900℃で焼成して、焼結体を得た。焼結体の気孔率は18.2%であった。
次いで、焼結体A1を別の電気炉に移し、真空中1500℃の条件下で、焼結体A1に高純度シリコンを溶融含浸して、すべての気孔が高純度シリコンで充たされたSi-SiC部材を得た。Si-SiC部材中に含まれる鉄の含有量は、2.2ppmであった。
次いで、焼結体A1を別の電気炉に移し、真空中1500℃の条件下で、焼結体A1に高純度シリコンを溶融含浸して、すべての気孔が高純度シリコンで充たされたSi-SiC部材を得た。Si-SiC部材中に含まれる鉄の含有量は、2.2ppmであった。
次に、Si-SiC部材を縦30cm、横30cm、表2に示す厚さになるように加工して、Si-SiC部材(a-1)~(a-3)を得た。
Si-SiC部材(b)は、泥漿の固形分濃度を約79質量%に変更した以外はSi-SiC部材(a-1)と同様に作製した。
Si-SiC部材(c)は、泥漿の固形分濃度を約61質量%に変更した以外はSi-SiC部材(a-1)と同様に作製した。
Si-SiC部材(d)は、次のように作製した。
混錬機(宮崎鉄工株式会社製、型番:MP100)に、SiC粉末(太平洋ランダム株式会社製、型番:GMF-12S(平均粒径0.7μm))48.2質量%と、シリコン粉末(山石金属株式会社製、型番:No.700(平均粒径2.5μm))25.0質量%と、バインダーとしてメトローズ(信越化学株式会社製、型番SM8000)5.5質量%と、純水21.5質量%と、を投入して、6時間混錬し坏土を得た。
混錬機(宮崎鉄工株式会社製、型番:MP100)に、SiC粉末(太平洋ランダム株式会社製、型番:GMF-12S(平均粒径0.7μm))48.2質量%と、シリコン粉末(山石金属株式会社製、型番:No.700(平均粒径2.5μm))25.0質量%と、バインダーとしてメトローズ(信越化学株式会社製、型番SM8000)5.5質量%と、純水21.5質量%と、を投入して、6時間混錬し坏土を得た。
得られた坏土を、押出成形機(宮崎鉄工株式会社製、型番:FM100)に投入し、ヘッド圧1.0MPa、吐出量1200g/分の条件で押出し成形して成形体を得た。得られた成形体を、50℃で14日間乾燥した後に、450℃の大気雰囲気下で3時間加熱し脱脂して脱脂体を得た。
得られた脱脂体を、カーボン焼成炉で10-3Paの真空雰囲気下1700℃の条件で2時間焼成して焼結体を得た。
得られた焼結体に、アルゴン雰囲気下1500℃の条件でSiを含侵させ、Si-SiC部材を得た。得られたSi-SiC部材を、縦30cm、横30cm、表2に示す厚みになるように加工して、Si-SiC部材(d)を得た。
得られた脱脂体を、カーボン焼成炉で10-3Paの真空雰囲気下1700℃の条件で2時間焼成して焼結体を得た。
得られた焼結体に、アルゴン雰囲気下1500℃の条件でSiを含侵させ、Si-SiC部材を得た。得られたSi-SiC部材を、縦30cm、横30cm、表2に示す厚みになるように加工して、Si-SiC部材(d)を得た。
Si-SiC部材(e)は、泥漿の固形分濃度を約77質量%に変更した以外はSi-SiC部材(a-1)と同様に作製した。
Si-SiC部材(f)は、泥漿の固形分濃度を約58質量%に変更した以外はSi-SiC部材(a-1)と同様に作製した。
〔Si-SiC部材の物性〕
得られたSi-SiC部材(a-1)~(f)について、以下の測定を行った。測定結果を表2に示す。
得られたSi-SiC部材(a-1)~(f)について、以下の測定を行った。測定結果を表2に示す。
Si-SiC部材の各成分量(組成)は、誘導結合プラズマ質量分析計ICP-MS(島津製作所社製)により測定した。
厚さは、株式会社エー・アンド・デイ社製のノギス(AD-5764A)を用いて20℃で測定した。
平均線膨張係数αは、ブルカー・エイエックスエス社製の示差熱膨張計(TMA)「TMA4000SA」を用いて、20℃~200℃の温度範囲で測定した。
熱伝導率は、京都電子工業社製のレーザーフラッシュ法熱物性測定装置「MODEL LFA-502」を用いて、20℃の温度下で測定した。
ヤング率は、株式会社ティー・エス・イー社製のオートコム万能試験機「AC-300KN」を用いて、日本工業規格(JIS R1602:1995)に記載された弾性率試験方法(動的弾性率法)により20℃で測定した。
曲げ強度は、株式会社ティー・エス・イー社製のオートコム万能試験機「AC-300KN」を用いて、日本工業規格(JIS R1601:2008)に記載された曲げ強さ試験方法(4点曲げ強さ)により20℃で測定した。
ビッカース硬さは、ビッカース硬さ計システム(日鉄住金テクノロジー社製)を用いて、10kgfの押し込み荷重で15秒間押し込むことにより20℃で測定した。
[接合層]
表3に示す樹脂フィルムについて、以下の測定を行った。測定結果を表3に示す。なお、表3に示す樹脂フィルムは、積層部材の接合層となる。
表3に示す樹脂フィルムについて、以下の測定を行った。測定結果を表3に示す。なお、表3に示す樹脂フィルムは、積層部材の接合層となる。
厚さは、デジタルメジャーで測定した。
直線透過率は、分光光度計により20℃、850nmで測定した。
耐熱温度は、大気雰囲気下で熱重量測定(TGA)を行い、樹脂フィルムの質量が1質量%減少した温度とした。
平均線膨張係数γは、ブルカー・エイエックスエス社製の示差熱膨張計(TMA)「TMA4000SA」を用いて、20℃~200℃の温度範囲で測定した。
なお、樹脂フィルムの平均線膨張係数γと、樹脂フィルムを用いて得られた後述の接合層の平均線膨張係数γとは、同じ値であった。
なお、樹脂フィルムの平均線膨張係数γと、樹脂フィルムを用いて得られた後述の接合層の平均線膨張係数γとは、同じ値であった。
ヤング率は、Instron社製の万能試験機(型式5966)を用いて、日本工業規格(JIS K7171)に記載された弾性率試験方法により25℃で測定した。
[積層部材]
作製した積層部材を表4に示す。
作製した積層部材を表4に示す。
〔作製手順〕
各部材が表4に記載の組み合わせになるように、例1~14、18~25のサンプル(積層部材)を以下のようにして作製した。また、例15~17のサンプルを準備した。
例1~5、7、9~14、20~24は実施例であり、例6、8、15~19、25は比較例である。
各部材が表4に記載の組み合わせになるように、例1~14、18~25のサンプル(積層部材)を以下のようにして作製した。また、例15~17のサンプルを準備した。
例1~5、7、9~14、20~24は実施例であり、例6、8、15~19、25は比較例である。
まず、SiC研磨紙を用いて、表1に示すガラス部材の樹脂フィルムと接触する側の表面を、Ra=0.2mmの面粗さに加工した。同様に、SiC研磨紙を用いて、表2に示すSi-SiC部材の樹脂フィルムと接触する側の表面を、Ra=0.2mmの面粗さに加工した。
次に、表3に示す樹脂フィルムを、ガラス部材とSi-SiC部材との間に挟み込み、樹脂フィルムの軟化点+20度の温度に加熱し、2MPaの圧力をかけて5分間プレスすることで、ガラス部材とSi-SiC部材とを接合層を介して接合した。このようにして、例1~14、18~25のサンプル(積層部材)を得た。
次に、表3に示す樹脂フィルムを、ガラス部材とSi-SiC部材との間に挟み込み、樹脂フィルムの軟化点+20度の温度に加熱し、2MPaの圧力をかけて5分間プレスすることで、ガラス部材とSi-SiC部材とを接合層を介して接合した。このようにして、例1~14、18~25のサンプル(積層部材)を得た。
〔積層部材の評価〕
各例のサンプルについて、以下の評価を行った。評価結果を上記表4に示す。
各例のサンプルについて、以下の評価を行った。評価結果を上記表4に示す。
(温度上昇評価)
各例のサンプルに、2kWの赤外線ランプ9個を用いて赤外線(850nm)を2分照射し、温度上昇の評価をした。
評価基準は、サンプルの最表面の温度が200℃を超える場合は〇、サンプルの最表面の温度が200℃を超えない場合は×とした。
積層部材である例1~14、18~25のサンプルは、ガラス部材側から赤外線を照射し、Si-SiC部材側の最表面温度で評価した。例15~17のサンプルは、赤外線照射側と反対側の最表面温度で評価した。
各例のサンプルに、2kWの赤外線ランプ9個を用いて赤外線(850nm)を2分照射し、温度上昇の評価をした。
評価基準は、サンプルの最表面の温度が200℃を超える場合は〇、サンプルの最表面の温度が200℃を超えない場合は×とした。
積層部材である例1~14、18~25のサンプルは、ガラス部材側から赤外線を照射し、Si-SiC部材側の最表面温度で評価した。例15~17のサンプルは、赤外線照射側と反対側の最表面温度で評価した。
(耐衝撃性評価)
各例のサンプルに、533gの鋼球を落下させ、耐衝撃性の評価をした。耐衝撃性評価は、各例についてサンプル数3つ(n=3)で行った。サンプルの外周部には、厚さ3mm、幅15mm、硬さA50のゴム板製の支持枠を設け、上下から挟み込み固定した。鋼球はサンプルの中心から距離25mm以内の範囲に入るように落下させた。
評価基準は、落球高さ20cmで、サンプル数3つのうち2つ以上が割れた場合は×、サンプル数3つのうち1つが割れた場合は△、サンプル3つが割れなかった場合は〇として、△以上を合格とした。
積層部材である例1~14、18~24のサンプルは、Si-SiC部材側から鋼球を落下させた。なお、例17、25のサンプルについては、耐衝撃性を評価しなかった。
各例のサンプルに、533gの鋼球を落下させ、耐衝撃性の評価をした。耐衝撃性評価は、各例についてサンプル数3つ(n=3)で行った。サンプルの外周部には、厚さ3mm、幅15mm、硬さA50のゴム板製の支持枠を設け、上下から挟み込み固定した。鋼球はサンプルの中心から距離25mm以内の範囲に入るように落下させた。
評価基準は、落球高さ20cmで、サンプル数3つのうち2つ以上が割れた場合は×、サンプル数3つのうち1つが割れた場合は△、サンプル3つが割れなかった場合は〇として、△以上を合格とした。
積層部材である例1~14、18~24のサンプルは、Si-SiC部材側から鋼球を落下させた。なお、例17、25のサンプルについては、耐衝撃性を評価しなかった。
(耐熱性評価)
各例のサンプルを230℃の温度で24時間加熱し、外観変化の目視評価をした。評価基準は、外観上の変化(変色、泡、異物の発生、接合層の滲みだしなど)が無かった場合は〇、外観上の変化が有った場合は×とした。なお、例25のサンプルについては、耐熱性を評価しなかった。
各例のサンプルを230℃の温度で24時間加熱し、外観変化の目視評価をした。評価基準は、外観上の変化(変色、泡、異物の発生、接合層の滲みだしなど)が無かった場合は〇、外観上の変化が有った場合は×とした。なお、例25のサンプルについては、耐熱性を評価しなかった。
(反り量)
各例のサンプルの反り量は、三鷹光機株式会社製の非接触三次元形状測定装置「NH-5Ns」を用いて、ISO25178-605に準拠してサンプル表面の三次元性状を測定し、サンプル表面の最大傾斜式平面度を求めることで測定した。
具体的には、精密定盤の上にサンプルを置き、レーザオートフォーカス顕微鏡を用いてサンプル上面の各点の高さを測定し、サンプル上面を平行な2つの平面で挟んだときにできる隙間の値、つまり、最大傾斜式平面度を反り量として求めた。
各例のサンプルの反り量は、三鷹光機株式会社製の非接触三次元形状測定装置「NH-5Ns」を用いて、ISO25178-605に準拠してサンプル表面の三次元性状を測定し、サンプル表面の最大傾斜式平面度を求めることで測定した。
具体的には、精密定盤の上にサンプルを置き、レーザオートフォーカス顕微鏡を用いてサンプル上面の各点の高さを測定し、サンプル上面を平行な2つの平面で挟んだときにできる隙間の値、つまり、最大傾斜式平面度を反り量として求めた。
(密度)
各例のサンプルの質量を、株式会社ディジ・テック社製のデジタルメジャーで測定した体積で除して求めた。
各例のサンプルの質量を、株式会社ディジ・テック社製のデジタルメジャーで測定した体積で除して求めた。
(面積)
各例のサンプルの最上面の面積(積層部材の場合はSi-SiC部材の露出している主表面、単部材の場合は一方の主表面)を、株式会社ディジ・テック社製のデジタルメジャーで測定した寸法から求めた。
各例のサンプルの最上面の面積(積層部材の場合はSi-SiC部材の露出している主表面、単部材の場合は一方の主表面)を、株式会社ディジ・テック社製のデジタルメジャーで測定した寸法から求めた。
(接合層の厚さ)
例1~14、18~25のサンプルの接合層(樹脂)の厚さを、SEM断面観察により算出した。
例1~14、18~25のサンプルの接合層(樹脂)の厚さを、SEM断面観察により算出した。
(耐熱衝撃性評価)
例1~14、18~24のサンプルと同じ組み合わせで、幅15mm、長さ100mmの積層部材を作製し、Si-SiC部材側をホットプレートを用いて加熱することでガラスとの間に温度差を与え、耐熱衝撃性の評価をした。具体的には、220℃にセットしたホットプレートを用いてSi-SiC部材表面を加熱し、ガラス部材側は冷却水を流し10℃に冷却した冷却板を用いて冷却し、温度差を与えた状態で1時間保持した。
評価基準は、目視にて接着層にクラックや白濁が見られた場合は×、変化が見られない場合は〇とした。なお、例15~17および例25のサンプルについては、耐熱衝撃性を評価しなかった。
例1~14、18~24のサンプルと同じ組み合わせで、幅15mm、長さ100mmの積層部材を作製し、Si-SiC部材側をホットプレートを用いて加熱することでガラスとの間に温度差を与え、耐熱衝撃性の評価をした。具体的には、220℃にセットしたホットプレートを用いてSi-SiC部材表面を加熱し、ガラス部材側は冷却水を流し10℃に冷却した冷却板を用いて冷却し、温度差を与えた状態で1時間保持した。
評価基準は、目視にて接着層にクラックや白濁が見られた場合は×、変化が見られない場合は〇とした。なお、例15~17および例25のサンプルについては、耐熱衝撃性を評価しなかった。
表4の結果より、本発明の積層部材は、温度上昇速度が速く、耐衝撃性および耐熱衝撃性が高く、加熱部材として好適であることがわかった(例1~5、7、9~14、20~24)。
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
なお、本出願は、2020年6月10日出願の日本特許出願(特願2020-101051)、2020年9月25日出願の日本特許出願(特願2020-161312)、及び、2021年1月20日出願の日本特許出願(特願2021-007287)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
100 積層部材
101 ガラス部材
103 接合層
105 Si-SiC部材
101 ガラス部材
103 接合層
105 Si-SiC部材
Claims (17)
- 波長850nmにおける直線透過率が80%以上であるガラス部材と、
前記ガラス部材上に樹脂を含む接合層と、
前記接合層上にSi-SiC部材と、を有し、
前記Si-SiC部材の20~200℃における平均線膨張係数αが、2.85~4.00ppm/℃である、積層部材。 - 前記ガラス部材の20~200℃における平均線膨張係数βが、1.50~5.00ppm/℃である、請求項1に記載の積層部材。
- 前記ガラス部材が、酸化物基準のモル百分率表示で、55.0~85.0モル%のSiO2と、1.5~14.5モル%のAl2O3と、3.0~14.0モル%のB2O3と、0~3.5モル%のP2O5と、を含み、
前記ガラス部材中の前記SiO2、前記Al2O3、前記B2O3および前記P2O5の含有量の合計が、酸化物基準のモル百分率表示で、70.0~97.0%である、請求項1または2に記載の積層部材。 - 前記ガラス部材に含まれる前記B2O3の含有量が、8.5モル%以下である、請求項3に記載の積層部材。
- 前記ガラス部材が、酸化物基準のモル百分率表示で、0~13.0モル%のNa2Oを含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の積層部材。
- 前記ガラス部材が、酸化物基準のモル百分率表示で、0.0001~0.0115モル%のFe2O3を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の積層部材。
- 前記ガラス部材の波長850nmにおける直線透過率が90%以上である、請求項1~6のいずれか1項に記載の積層部材。
- 前記ガラス部材の厚さが2~40mmであり、
前記Si-SiC部材の厚さが0.5~15mmである、請求項1~7のいずれか1項に記載の積層部材。 - 前記Si-SiC部材の20℃における熱伝導率が190~300W/m・Kである、請求項1~8のいずれか1項に記載の積層部材。
- 前記Si-SiC部材の20~200℃における平均線膨張係数αから前記ガラス部材の20~200℃における平均線膨張係数βを引いた値の絶対値|α-β|が2.00ppm/℃以下である、請求項1~9のいずれか1項に記載の積層部材。
- 前記Si-SiC部材のヤング率が300~420GPaである、請求項1~10のいずれか1項に記載の積層部材。
- 前記Si-SiC部材の金属Si含有比率が8~60質量%である、請求項1~11のいずれか1項に記載の積層部材。
- 前記樹脂の耐熱温度が120~300℃である、請求項1~12のいずれか1項に記載の積層部材。
- 前記接合層の20~200℃における平均線膨張係数γが2~200ppm/℃である、請求項1~13のいずれか1項に記載の積層部材。
- 密度が2.40~2.85g/cm3である、請求項1~14のいずれか1項に記載の積層部材。
- 反り量が0.25mm以下である、請求項1~15のいずれか1項に記載の積層部材。
- 前記Si-SiC部材の上に設けられる第2の接合層と、
前記第2の接合層を介して前記Si-SiC部材と接合される第2のSi-SiC部材と、をさらに有する、請求項1~16のいずれか1項に記載の積層部材。
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