ガラスセラミック複合構造物の生成方法
【課題】高強度で耐久性のある構成部品の接着を達成でき、構成部品間の接着部の密閉性をできるだけ高い程度まで到達できるガラスセラミック複合構造物を生成する方法を提供する。
【解決手段】第１（１６）および少なくとも１つの第２（１８）のガラス構成部品を、ガラスからなる接合材（２０）の中間層をその間に挟んで組み立てて被接合複合構造物を形成し、前記接合材（２０）は接合する前記構成部品（１６，１８）よりも高い放射線吸収能を有し、前記被接合複合構造物は少なくとも前記接合材（２０）の領域に、前記接合材（２０）が前記構成部品（１６，１８）と前記接合材（２０）とを接着させるのに十分軟化するまで、例えばＩＲエネルギーで照射することによって、複合ガラス状構造物を作製し、その後セラミック化処理を行う。
【解決手段】第１（１６）および少なくとも１つの第２（１８）のガラス構成部品を、ガラスからなる接合材（２０）の中間層をその間に挟んで組み立てて被接合複合構造物を形成し、前記接合材（２０）は接合する前記構成部品（１６，１８）よりも高い放射線吸収能を有し、前記被接合複合構造物は少なくとも前記接合材（２０）の領域に、前記接合材（２０）が前記構成部品（１６，１８）と前記接合材（２０）とを接着させるのに十分軟化するまで、例えばＩＲエネルギーで照射することによって、複合ガラス状構造物を作製し、その後セラミック化処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスセラミック複合構造物を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼロ膨張材料からなる複合構造物を作製する方法、およびそれを作製する方法は特許文献１により公知である。
この公報は、ゼロ膨張材料、すなわち例えばＬＡＳガラスセラミックからなり、少なくとも１つの接着層で接着する様々な構成部品を記述している。できるだけ薄い接着層を使用することにより欠点をできるだけ少なくしている。しかし、当然このような接着部は高温に耐えられないことに加え、比較的安定性も低い。また、ゼロ膨張材料の有利な特性に悪影響を及ぼす。
【０００３】
特許文献２は、繊維強化ガラスまたはガラスセラミック材料をセラミック材料などの他の材料と接合する方法を開示しており、ガラスまたはガラスセラミック材料と他の材料を２つの材料の界面で高温で圧着することによって熱融着接合を形成する。ホットプレス操作は接合の向上を目的としている。
この方法の欠点はホットプレス操作に伴う比較的高い費用にある。また、プレス加工は大型構成部品の場合には必ず困難を伴う。最後に、このように作製した接合部の強度は限定される。
【０００４】
特許文献３によると、ガラスまたはガラスセラミック製の構成部品の接合に使用する接着材料は、低軟化点のガラス粉末と高軟化点のガラス粉末との混合粉末からなり、混合粉末は構成部品の接着剤としてその後焼結および結晶化処理を施して一体化するようにしたものである。
このプロセスは比較的高価で、それでも焼結プロセスのために高強度の接合部とはならない。
【０００５】
特許文献４によると、接着するガラス製の複数の構成部品を炉内で軟化させ、熔着し、互いに接着する。このようにして得られた構造物をその後熱処理して結晶化する。
同様に、特許文献５は、接着するガラス製の複数の構成部品を、まず緑色ガラスの状態で溶接接合してからセラミック化する。
そうするためには、２つの構成部品の端部を軟化点をはるかに超える温度まで加熱しなければならず、２つの端部を圧着するときに強力な接着部を確実に得るためには、これを意図的に同時にかつ全長にわたり均質にすることが重要である。これは極めて難しく、接合する端部が長い場合は特にそうなる。さらに、緑色ガラス成分の望ましくないセラミック化プロセスが始まる前に接合操作を完了するのに利用できる時間はわずかしかない（数秒台）。
【０００６】
ガラスセラミックの接合に関して、例えば特許文献６に記述される種類のセラミック化プロセスも公知である。
この場合、接着部の強度はセメントの粘着性とその機械的特性による。しかもゼロ膨張特徴をもつ２つのガラスセラミック材料を接着できる真のゼロ膨張セメントはない。また、このような接着部は原則として、ガラスセラミック材料が通常耐える高熱応力に耐えられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／０３４７７５ Ａ１号
【特許文献２】独国特許出願公開第１９８ ２１ ６７９ Ａ１号
【特許文献３】特開昭６３−３１９２３０号
【特許文献４】特開２００５−０６１７４７号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／００１４００８ Ａ１号
【特許文献６】米国特許第３，７１５，１９６号
【特許文献７】米国特許第７，０００，４３０ Ｂ１号
【特許文献８】米国特許第７，０１７，３７０ Ｂ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、高強度で耐久性のある構成部品の接着を達成でき、構成部品間の接着部の密閉性をできるだけ高い程度まで到達できるガラスセラミック複合構造物を生成する方法を提供することである。
さらに、接着部はできるだけ高温耐熱であるのが望ましく、作製される複合構造物は本質的にモノリシック部品が有するのと同じ材料特性をもつのが望ましい。そこで本発明の目的は、これらの有利な特徴を持つガラスセラミック複合構造物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のガラス系材料製の構成部品を接合する方法は、第１および少なくとも１つの第２の構成部品を、接合材の中間層をその間に挟んで組み立てて被接合複合構造物を形成し、前記接合材は接合する構成部品よりも高い放射線吸収能を有し、前記被接合複合構造物は少なくとも前記接合材の領域に、前記接合材が前記構成部品と前記接合材とを接着するのに十分軟化されるまで放射エネルギーで照射されて複合構造物を作製し、前記構成部品と前記接合材は熱処理することによってガラスセラミックに転移できるガラスからできており、前記複合構造物は前記ベースガラス構成部品と前記ガラス接合材とからガラス状複合構造体に形成されて、その後セラミック化される。
【００１０】
本発明はさらに、ガラスセラミック、好ましくはＬＡＳガラスセラミック製の少なくとも１つの第１および１つの第２構成部品を含み、これらを、前記第１および前記第２構成部品よりも高い放射線吸収能を有するガラスセラミックからなる接合材で互いに接着してなる複合構造物により達成される。
本発明は高強度で耐久性のある接着部をガラスまたはガラスセラミック製の複数の構成部品間で簡単に達成でき、作製される接着部の特性は様々な構成部品の特性とほぼ一致することから、特に、例えばゼロ膨張材料を使用する場合に、全体として高い強度が得られ、熱膨張係数を損なわずにすむ。
【００１１】
また、接着した構成部品の最高適用温度に一致する最高適用温度におおむね合わせた高温耐熱性の接着部を得ることが可能である。
本発明によると、接着する構成部品および接合材はその緑色ガラスの状態で使用して、その後セラミック化する複合構造物を得るため、構成部 品の一または複数を接合前にセラミック化する場合に進展する亀裂を防止できる。
【００１２】
接合材を使用して作製する接着部は放射エネルギーおよび局所的な軟化の適用および／または接合材の溶融により得られるため、そのように実現される方法は非常に効率的で、省エネである。接着する構成部品の放射線吸収能に比べて、接合材の放射線吸収能が高いため、接合材の軟化または溶融中に接着する構成部品の軟化を防止できる。その結果、高強度で寸法の安定した複合構造物を作製できる。
【００１３】
また、本方法は一般的に比較的大型の構成部品を接着するのにも適する。
最後に、本発明によると、ガラスセラミック構成部品同士の効率的な接着も可能になる。複合構造物は個々の構成部品がもっていた同じ特性をもってもよい。
例えば、接着する構成部品は、Ｚｅｒｏｄｕｒ（登録商標）（ドイツのＳｃｈｏｔｔ ＡＧ社が製造するＬＡＳガラスセラミック）などのゼロ膨張材料から構成してもよい。この適用では、ゼロ膨張材料は、例えば０℃から５０℃の適用範囲でゼロに近い（±１・１０−６／Ｋ未満）ＣＴＥ（熱膨張係数）を有する材料と見なされる。より具体的には、ＣＴＥは±０．５・１０−６／Ｋ未満であり、特に±０．１・１０−６／Ｋ未満であり、特に±０．０５・１０−６／Ｋ未満であり、より具体的には±０．０２・１０−６／Ｋ未満である。また、複合セラミック構造は本質的に同じＣＴＥを有していてもよい。
【００１４】
本発明は、あらゆる種類のガラスセラミック、またＣＥＲＡＮ（登録商標）、Ｃｌｅａｒｃｅｒａｍ（登録商標）およびＲＯＢＡＸ（登録商標）（すべてドイツのＳｃｈｏｔｔ ＡＧ社製）などの他の公知のゼロ膨張ＬＡＳガラスセラミックに適用できる。また、ＭＡＳ（マグネシウムアルミノケイ酸塩）ガラスセラミックも対象としてもよい。
本発明の別の実施形態によると、接合材は少なくともＵＶ範囲、可視光範囲、ＩＲ範囲、またはマイクロ波範囲で放射線吸収能が高い。したがって、ＵＶ放射、可視光、ＩＲ放射、マイクロ波放射またはレーザ放射を使って照射を行うことができる。
【００１５】
有利なことに、接合材は接着する構成部品の間に薄板または細棒の形態で配置する。
本発明の別の実施形態によると、使用する接合材は赤外線範囲で吸収するガラス、好ましくはＩＲ範囲で吸収する成分を含有するＬＡＳガラスセラミック（本質的に着色成分）であり、その緑色ガラスの状態で使用する。
吸収成分は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｖ，Ｎｂ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｄｙ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｍ，ＥｒおよびＹｂからなる群から、個別にまたは組み合わせて選択してもよい。
【００１６】
好ましくは、使用する接合材は、吸収成分の総含有量が少なくとも０．１重量％、好ましくは少なくとも０．２重量％、より好ましくは少なくとも０．３重量％、最も好ましくは少なくとも０．４重量％のものである。好ましくは、最大値は５重量％、または２重量％、または１重量％であってもよい。
このように、赤外線放射を使用した複合構造物の加熱中に接合材のみを軟化して構成部品を接着するが、接着する構成部品は軟化せず、本質的にその寸法が変化しないようにするのに十分高い接合材の赤外線吸収能を得ることができる。
【００１７】
赤外線エネルギーを生成するために、本発明の有利な更なる展開によるＩＲヒータユニットを使用する。
ヒータユニットは、特許文献７または特許文献８から一般的に公知なとおり、１５００Ｋ、好ましくは少なくとも２０００Ｋ、より好ましくは少なくとも２７００Ｋ、最も好ましくは少なくとも３０００Ｋの放射温度を発するＩＲ加熱素子を備えるヒータユニットでもよい。
【００１８】
指定のラジエータ温度を備えるヒータユニットを使用すると、接合材が特に効率的に結合して、できるだけ短い期間内に接合材の急速な加熱を確保する一方、接着する構成部品は過度に加熱されない短波赤外線放射を生成することができるので、軟化による寸法変化を防止することができる。
接合する構成部品は、例えば、以下の成分（酸化物基準の重量％）を有するベースガラスを含むＬＡＳ（リチウムアルミノケイ酸塩）ガラスセラミックから構成してもよく、
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
ＳｉＯ２： ５０〜７０
この場合、接合材は以下の成分（重量％）を含む。
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
ＳｉＯ２： ５０〜７０
吸収成分： ０．１〜５
より具体的には、構成部品は以下の成分（酸化物基準の重量％）を含むベースガラスから構成してもよい。
ＳｉＯ２： ５０〜７０
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ｎａ２Ｏ： ０〜３
Ｋ２Ｏ： ０〜３
ＭｇＯ： ０〜３
ＣａＯ： ０〜３
ＳｒＯ： ０〜３
ＢａＯ： ０〜４
ＺｎＯ： ０〜３
ＴｉＯ２： ０〜６
ＺｒＯ２： ０〜４
ＳｎＯ２： ０〜２
ΣＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＳｎＯ２： ２．５〜６
Ｐ２Ｏ５： ０〜８
Ｆ： ０〜１
Ｂ２Ｏ３： ０〜２
清澄剤： ０〜２
Ａｓ２Ｏ３，Ｓｂ２Ｏ３，ＳｎＯ２などの清澄剤は、通常少なくとも０．１重量％の量で存在してもよい。
【００１９】
接合材は好ましくは、さらに０．１〜２重量％の着色酸化物を添加した同じベースガラスを含んでもよい。
本発明の有利な更なる成果によると、被接合複合構造物を照射する前に、構成部品をガラス転移温度Ｔｇを超える温度まで予熱するのが好ましい。
比較的大型の構成部品を接合する場合、接合材を照射エネルギーで局所的に加熱するときに生じるおそれのある熱応力による悪影響をこのようにして防ぐことができる。
【００２０】
特に比較的大型の構成部品を接着する場合、このようにして熱応力を低減できる。
本発明による方法は、一連の連続工程により複数の個々の構成部品から組成されるより複雑な性質の構造体の作製にも適する。
例えば、少なくとも１つの第１構成部品および少なくとも１つの第２構成部品と接合材の中間層とからの照射により作製される第１複合構造物を、接合材の中間層を介して別の構成部品に接合して別の被接合複合構造物を形成してもよく、その後構成部品が接着するように十分軟化するまで接合材を照射してもよい。
【００２１】
このように、三次元構造体を形成するためにさらに複雑な構成部品の作製することも容易に可能である。これらはガラスセラミック製のオーブン、ミラーベース、暖炉用シールド、建築用パネル材等であってもよい。
本発明の有利な更なる成果によると、第１複合構造物をまずＴｇを超える温度まで予熱した後で、少なくとも１つの別の構成部品とともに接合材を赤外線エネルギーで照射する。
【００２２】
このようにして、特に比較的大型の構成部品で生じるおそれのある応力を防ぐ。
上記述べた本発明の特徴および以下にこれから説明する特徴は、明示するそれぞれの組み合わせだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく他の組み合わせまたは単独でも使用できることは了解される。
セラミック化は必ず接合材の接着後に行う。そのため、構成部品および接合材はその緑色ガラスの状態で使用して、接着プロセスの後でのみセラミック化する。
【００２３】
例えば、ＬＡＳベースガラスの接着を行うための典型的な加熱サイクルは以下のようになるであろう。
（a）少なくとも６００℃の予熱温度まで予熱する
（b）１分経たないうちに、好ましくは最長で３０秒以内に接合材を、接合材の接着温度、好ましくは１１００℃から１３５０℃までＩＲ放射により加熱する
（c）接着温度を最長１２０秒まで、好ましくは５〜６０秒間保持して、複合構造物の接着を行う、および
（d）その後冷却する
好ましくは、複合構造物は１０分経たないうちにセラミック化温度以下の温度まで冷却し、好ましくは１〜５分以内に７５０℃以下に冷却する。
【００２４】
その後、典型的なセラミック化サイクルを始めてもよい。これは、例えば、複合構造物を７５０℃の核形成温度に加熱するステップと、１時間保持するステップと、９００℃まで加熱するステップと、１時間保持するステップと、その後室温まで冷却するステップとを含んでもよい。
本発明の別の特徴および利点は、図面を参照して、以下の一定の好適な実施形態の説明から明らかになるであろう。図面において、
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】接着する２つの構成部品と、接合材の中間層とを赤外線エネルギーで照射できるＩＲヒータユニットを示す模式図である。
【図２】接着する２つの構成部品を予熱するローラ型の加熱炉と、その下に、その後赤外線エネルギーを使用して予熱した構成部品を接合材の中間層に接着するＩＲ加熱ステーションとを示す模式図である。
【図３】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図４】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図５】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図６】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図７】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図８】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図９】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１０】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１１】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１２】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１３】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１４】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１５】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１６】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、ガラスまたはガラスセラミック製の２つの構成部品１６，１８を、薄いガラス板の形態をした接合材２０の中間層で接着できる赤外線ヒータユニット（ＩＲヒータユニット）１０を示す模式図である。
ＩＲヒータユニット１０は特許文献７または特許文献８で公知の種類のＩＲヒータユニットであってもよく、両特許は参照により完全にこれに組み込む。
【００２７】
使用するヒータは、例えば、色温度が３０００Ｋで放射最大値が約９６０ｎｍの範囲である石英ラジエータであってもよい。放出される放射線の最大の部分は５００ｎｍから５０００ｎｍの範囲である。
接着する構成部品、例えばＬＡＳガラスセラミック製の２枚の板１６，１８を、好ましくは緑色ガラスの状態で、薄板の形態をした接合材の中間層２０とともにＩＲヒータユニット１０の内部１４に載置する。接合材２０は、例えば、高い赤外線吸収が得られる高吸収成分を含有するＬＡＳガラスセラミック材料から構成してもよい。
【００２８】
そのように形成された被接合複合構造物はさらに、ＩＲユニットの石英ラジエータ２２により放出される赤外線エネルギーを使って、２枚の構成部品１６，１８を接着するのに十分に接合材２０が軟化するまで照射する。２枚の構成部品１６，１８はその界面で接合材２０に溶融し、後者がより高い温度まで加熱されたら、重力の影響で物質結合になる。
加熱は例えば３０秒の短時間内で行ってもよく、その後は、加熱素子のスイッチを切ることによって生じるクールダウン段階にしても、または応力を減らすために、きちんと定めたクールダウンプロセスにしてもよい。
【００２９】
好ましくは、接合する構成部品１６，１８および接合材２０は緑色ガラスの状態で使用し、そのように作製された複合構造物をその後、例えばローラコンベア炉でセラミック化する。
特に比較的大型の構成部品を接着する場合、図２を参照してこれ以降説明する方法が選択できる。
【００３０】
この場合、接着する構成部品１６，１８は炉３０、例えばローラコンベア炉で、ガラス転移温度Ｔｇより明らかに高い温度まで加熱でき、さらに局所的に、実質的には接合材２０の領域をＩＲ加熱ステーション３２のＩＲヒータユニットによって、接合材２０が構成部品１６，１８を接着するのに十分に軟化されるまで加熱できる。
このようにした構成部品１６，１８の加熱は、接合材２０を局所的に加熱するときに生じるおそれのある高い応力を防ぐために推奨できる。
【００３１】
ガラスは熱伝導率が低いため、最初の加熱をＴｇを明らかに超える温度、例えば７５０℃まで行えば、その後赤外線エネルギーを使った接着操作中に過度に高い応力を防ぐのに十分である。
必要なら、従来の炉でＩＲ加熱ステーション３２を付加的に格納すると、より均一な加熱がおおむね保証されるとともに、接着操作中に構成部品をＴｇを超える温度に維持できるであろう。
【００３２】
本発明はさらに、複雑な構造体向けの三次元構成部品を、これも複数の連続ステップで作製するのに適する。
これ以降、図３から図１６を参照して、さまざまなアプリケーションを説明する。
図３による複合構造物２４ｂまたは図４による２４ｃは、例えば、異なる色合いのガラスセラミック製の第１構成部品１６と第２構成部品１８とを含み、これらを接合材２０を使って接着する。
【００３３】
図５によると、複合構造物２４ｄは、ガラスセラミック板の第１構成部品と、その上にそれぞれ接合材２０の中間層を使って載せる円形の第２ガラスセラミック構成部品１８と、六角形の第３構成部品１９とを含む。
図６によると、複合構造物２４ｅは、ガラスセラミック製の第１構成部品１６と、ガラスセラミック製の第２構成部品１８とを含み、これらを接合材２０の中間層を介してフレームとして接着する。
【００３４】
図７から図１０によると、パネルの形の複合構造物２４ｆを、構造化された底面を有する第１ガラスセラミック構成部品１６と、滑らかな底面を有する第２構成部品１８とから、接合材２０の中間層を使って形成し、および／またはパネルの形の複合構造物２４ｇはどちらも滑らかな底面を有するが厚さの異なる２枚のガラスセラミック構成部品１６，１８を含んで、および／または溝の形の複合構造物２４ｈはどれも滑らかな底面を有するが厚さの異なる３枚のガラスセラミック構成部品１６，１８，１９から、および／またはトレイの形の複合構造物２４ｉはどれも滑らかな底面を有する３枚のガラスセラミック構成部品１６，１８，１９から、いずれも接合材２０の中間層を使って形成する。
【００３５】
図１１は網の形の複合構造物２４ｊを示し、図１２は鍋つかみの形の複合構造物２４ｋを示す。第１構成部品１６は２枚の円板１８，１９を接合材２０の中間層を介して載せるガラスセラミック板の形をとる。
図１３は構成部品１６，１８，１９，２１からなる囲い形の複合構造物２４ｌを示しており、接合材２０の各中間層とともに、合わせて断面が四角形または長方形の構造を形成するように互いに補い合う。作製は複数の連続ステップで行う。第１被接合複合構造物は構成部品１６，１８と接合材２０の中間層とから形成し、第２被接合複合構造物は構成部品１９，２１と接合材２０の中間層とから形成する。２つの被接合複合構造物はさらに、接合材２０の中間層で接着すると、複合構造物２４ｌが形成される。
【００３６】
全体としての複合構造物は、例えば、ガラスセラミック製のオーブン用の管またはガラスセラミック製の閉鎖型暖炉インサートであってもよい。
図１４は、Ｕ字形構成部品１６と板状構成部品１８とから接合材の中間層を使用して作製する囲い形の長方形の複合構造物２４ｍによる別のアプリケーションを示す。
図１５および図１６は、それぞれ円筒形または半円筒形の複合構造物２４ｎまたは２４ｏを示しており、平らな縁部１８，１９を装着している。
【００３７】
接着する構成部品は重力の影響で接着するのが好ましい。
【実施例】
【００３８】
〈実施例１〉
接着する構成部品は、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社が商品番号８７２１で販売するＬＡＳガラスセラミック材料であるＲｏｂａｘ（登録商標）の２枚の長方形板からなる。使用する接合材は、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社がＣｅｒａｎ‐Ｃｏｌｏｒ（登録商標）の商品名で商品番号８５５７で販売する高ＩＲ吸収ガラスセラミック材料である。
【００３９】
２５０×１５０ｍｍの寸法の板として接着する構成部品を、１ｍｍ厚さの板としてＣｅｒａｎ‐Ｃｏｌｏｒ（登録商標）からなる接合材の中間層とともに、ＩＲヒータユニットに重ねて置き、その後４０秒間加熱する。
Ｃｅｒａｎ‐Ｃｏｌｏｒ（登録商標）はＣｏ，Ｆｅ，ＭｎおよびＮｉをそれぞれ０．１重量％から０．３重量％の濃度で含有するＬＡＳガラスセラミック材料であり、すなわち着色成分の総含有量が０．４重量％から１．２重量％である。
【００４０】
クールダウンした後、２つの構成部品を接合材で生成される物質結合を介して複合構造物に接合する。
接着する構成部品と接合材はどちらも緑色ガラスの状態で使用し、その後作製された複合構造物を適切な温度処理で、例えば、７５０℃に加熱し、１時間保持し、９００℃まで加熱し、１時間保持し、さらに室温まで冷却してセラミック化した。
【００４１】
このように作製された複合構造物は、例えば、暖炉用シールドとして利用してもよい。
〈実施例２〉
Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社が商品番号８７２４で販売している材料のＣｌｅｒｔｒａｎｓ（登録商標）製の、接着する２つの構成部品を、接合材としてＣｅｒａｎ‐Ｃｏｌｏｒ（登録商標）を使用し、他は実施例１と同じ条件で接合した。
〈実施例３〉
Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社が商品番号８７０１で販売している材料のＳｕｐｒｅｍａ（登録商標）ＬＡＳガラスセラミック製の２つの構成部品を、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社が商品番号８５７５で販売している材料のＣｅｒａｎ‐Ｈｉｇｈｔｒａｎｓ（登録商標）からなる接合材の中間層を使用して、他は実施例１と同じ条件で接着した。
【００４２】
Ｃｅｒａｎ‐Ｈｉｇｈｔｒａｎｓ（登録商標）は、着色成分としてバナジウムを０．４重量％から１．２重量％の割合で含有するＬＡＳガラスセラミック材料である。
そのように作製された複合構造物は特にセラミックトッププレートに採用してもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスセラミック複合構造物を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼロ膨張材料からなる複合構造物を作製する方法、およびそれを作製する方法は特許文献１により公知である。
この公報は、ゼロ膨張材料、すなわち例えばＬＡＳガラスセラミックからなり、少なくとも１つの接着層で接着する様々な構成部品を記述している。できるだけ薄い接着層を使用することにより欠点をできるだけ少なくしている。しかし、当然このような接着部は高温に耐えられないことに加え、比較的安定性も低い。また、ゼロ膨張材料の有利な特性に悪影響を及ぼす。
【０００３】
特許文献２は、繊維強化ガラスまたはガラスセラミック材料をセラミック材料などの他の材料と接合する方法を開示しており、ガラスまたはガラスセラミック材料と他の材料を２つの材料の界面で高温で圧着することによって熱融着接合を形成する。ホットプレス操作は接合の向上を目的としている。
この方法の欠点はホットプレス操作に伴う比較的高い費用にある。また、プレス加工は大型構成部品の場合には必ず困難を伴う。最後に、このように作製した接合部の強度は限定される。
【０００４】
特許文献３によると、ガラスまたはガラスセラミック製の構成部品の接合に使用する接着材料は、低軟化点のガラス粉末と高軟化点のガラス粉末との混合粉末からなり、混合粉末は構成部品の接着剤としてその後焼結および結晶化処理を施して一体化するようにしたものである。
このプロセスは比較的高価で、それでも焼結プロセスのために高強度の接合部とはならない。
【０００５】
特許文献４によると、接着するガラス製の複数の構成部品を炉内で軟化させ、熔着し、互いに接着する。このようにして得られた構造物をその後熱処理して結晶化する。
同様に、特許文献５は、接着するガラス製の複数の構成部品を、まず緑色ガラスの状態で溶接接合してからセラミック化する。
そうするためには、２つの構成部品の端部を軟化点をはるかに超える温度まで加熱しなければならず、２つの端部を圧着するときに強力な接着部を確実に得るためには、これを意図的に同時にかつ全長にわたり均質にすることが重要である。これは極めて難しく、接合する端部が長い場合は特にそうなる。さらに、緑色ガラス成分の望ましくないセラミック化プロセスが始まる前に接合操作を完了するのに利用できる時間はわずかしかない（数秒台）。
【０００６】
ガラスセラミックの接合に関して、例えば特許文献６に記述される種類のセラミック化プロセスも公知である。
この場合、接着部の強度はセメントの粘着性とその機械的特性による。しかもゼロ膨張特徴をもつ２つのガラスセラミック材料を接着できる真のゼロ膨張セメントはない。また、このような接着部は原則として、ガラスセラミック材料が通常耐える高熱応力に耐えられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／０３４７７５ Ａ１号
【特許文献２】独国特許出願公開第１９８ ２１ ６７９ Ａ１号
【特許文献３】特開昭６３−３１９２３０号
【特許文献４】特開２００５−０６１７４７号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／００１４００８ Ａ１号
【特許文献６】米国特許第３，７１５，１９６号
【特許文献７】米国特許第７，０００，４３０ Ｂ１号
【特許文献８】米国特許第７，０１７，３７０ Ｂ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、高強度で耐久性のある構成部品の接着を達成でき、構成部品間の接着部の密閉性をできるだけ高い程度まで到達できるガラスセラミック複合構造物を生成する方法を提供することである。
さらに、接着部はできるだけ高温耐熱であるのが望ましく、作製される複合構造物は本質的にモノリシック部品が有するのと同じ材料特性をもつのが望ましい。そこで本発明の目的は、これらの有利な特徴を持つガラスセラミック複合構造物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のガラス系材料製の構成部品を接合する方法は、第１および少なくとも１つの第２の構成部品を、接合材の中間層をその間に挟んで組み立てて被接合複合構造物を形成し、前記接合材は接合する構成部品よりも高い放射線吸収能を有し、前記被接合複合構造物は少なくとも前記接合材の領域に、前記接合材が前記構成部品と前記接合材とを接着するのに十分軟化されるまで放射エネルギーで照射されて複合構造物を作製し、前記構成部品と前記接合材は熱処理することによってガラスセラミックに転移できるガラスからできており、前記複合構造物は前記ベースガラス構成部品と前記ガラス接合材とからガラス状複合構造体に形成されて、その後セラミック化される。
【００１０】
本発明はさらに、ガラスセラミック、好ましくはＬＡＳガラスセラミック製の少なくとも１つの第１および１つの第２構成部品を含み、これらを、前記第１および前記第２構成部品よりも高い放射線吸収能を有するガラスセラミックからなる接合材で互いに接着してなる複合構造物により達成される。
本発明は高強度で耐久性のある接着部をガラスまたはガラスセラミック製の複数の構成部品間で簡単に達成でき、作製される接着部の特性は様々な構成部品の特性とほぼ一致することから、特に、例えばゼロ膨張材料を使用する場合に、全体として高い強度が得られ、熱膨張係数を損なわずにすむ。
【００１１】
また、接着した構成部品の最高適用温度に一致する最高適用温度におおむね合わせた高温耐熱性の接着部を得ることが可能である。
本発明によると、接着する構成部品および接合材はその緑色ガラスの状態で使用して、その後セラミック化する複合構造物を得るため、構成部 品の一または複数を接合前にセラミック化する場合に進展する亀裂を防止できる。
【００１２】
接合材を使用して作製する接着部は放射エネルギーおよび局所的な軟化の適用および／または接合材の溶融により得られるため、そのように実現される方法は非常に効率的で、省エネである。接着する構成部品の放射線吸収能に比べて、接合材の放射線吸収能が高いため、接合材の軟化または溶融中に接着する構成部品の軟化を防止できる。その結果、高強度で寸法の安定した複合構造物を作製できる。
【００１３】
また、本方法は一般的に比較的大型の構成部品を接着するのにも適する。
最後に、本発明によると、ガラスセラミック構成部品同士の効率的な接着も可能になる。複合構造物は個々の構成部品がもっていた同じ特性をもってもよい。
例えば、接着する構成部品は、Ｚｅｒｏｄｕｒ（登録商標）（ドイツのＳｃｈｏｔｔ ＡＧ社が製造するＬＡＳガラスセラミック）などのゼロ膨張材料から構成してもよい。この適用では、ゼロ膨張材料は、例えば０℃から５０℃の適用範囲でゼロに近い（±１・１０−６／Ｋ未満）ＣＴＥ（熱膨張係数）を有する材料と見なされる。より具体的には、ＣＴＥは±０．５・１０−６／Ｋ未満であり、特に±０．１・１０−６／Ｋ未満であり、特に±０．０５・１０−６／Ｋ未満であり、より具体的には±０．０２・１０−６／Ｋ未満である。また、複合セラミック構造は本質的に同じＣＴＥを有していてもよい。
【００１４】
本発明は、あらゆる種類のガラスセラミック、またＣＥＲＡＮ（登録商標）、Ｃｌｅａｒｃｅｒａｍ（登録商標）およびＲＯＢＡＸ（登録商標）（すべてドイツのＳｃｈｏｔｔ ＡＧ社製）などの他の公知のゼロ膨張ＬＡＳガラスセラミックに適用できる。また、ＭＡＳ（マグネシウムアルミノケイ酸塩）ガラスセラミックも対象としてもよい。
本発明の別の実施形態によると、接合材は少なくともＵＶ範囲、可視光範囲、ＩＲ範囲、またはマイクロ波範囲で放射線吸収能が高い。したがって、ＵＶ放射、可視光、ＩＲ放射、マイクロ波放射またはレーザ放射を使って照射を行うことができる。
【００１５】
有利なことに、接合材は接着する構成部品の間に薄板または細棒の形態で配置する。
本発明の別の実施形態によると、使用する接合材は赤外線範囲で吸収するガラス、好ましくはＩＲ範囲で吸収する成分を含有するＬＡＳガラスセラミック（本質的に着色成分）であり、その緑色ガラスの状態で使用する。
吸収成分は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｖ，Ｎｂ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｄｙ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｍ，ＥｒおよびＹｂからなる群から、個別にまたは組み合わせて選択してもよい。
【００１６】
好ましくは、使用する接合材は、吸収成分の総含有量が少なくとも０．１重量％、好ましくは少なくとも０．２重量％、より好ましくは少なくとも０．３重量％、最も好ましくは少なくとも０．４重量％のものである。好ましくは、最大値は５重量％、または２重量％、または１重量％であってもよい。
このように、赤外線放射を使用した複合構造物の加熱中に接合材のみを軟化して構成部品を接着するが、接着する構成部品は軟化せず、本質的にその寸法が変化しないようにするのに十分高い接合材の赤外線吸収能を得ることができる。
【００１７】
赤外線エネルギーを生成するために、本発明の有利な更なる展開によるＩＲヒータユニットを使用する。
ヒータユニットは、特許文献７または特許文献８から一般的に公知なとおり、１５００Ｋ、好ましくは少なくとも２０００Ｋ、より好ましくは少なくとも２７００Ｋ、最も好ましくは少なくとも３０００Ｋの放射温度を発するＩＲ加熱素子を備えるヒータユニットでもよい。
【００１８】
指定のラジエータ温度を備えるヒータユニットを使用すると、接合材が特に効率的に結合して、できるだけ短い期間内に接合材の急速な加熱を確保する一方、接着する構成部品は過度に加熱されない短波赤外線放射を生成することができるので、軟化による寸法変化を防止することができる。
接合する構成部品は、例えば、以下の成分（酸化物基準の重量％）を有するベースガラスを含むＬＡＳ（リチウムアルミノケイ酸塩）ガラスセラミックから構成してもよく、
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
ＳｉＯ２： ５０〜７０
この場合、接合材は以下の成分（重量％）を含む。
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
ＳｉＯ２： ５０〜７０
吸収成分： ０．１〜５
より具体的には、構成部品は以下の成分（酸化物基準の重量％）を含むベースガラスから構成してもよい。
ＳｉＯ２： ５０〜７０
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ｎａ２Ｏ： ０〜３
Ｋ２Ｏ： ０〜３
ＭｇＯ： ０〜３
ＣａＯ： ０〜３
ＳｒＯ： ０〜３
ＢａＯ： ０〜４
ＺｎＯ： ０〜３
ＴｉＯ２： ０〜６
ＺｒＯ２： ０〜４
ＳｎＯ２： ０〜２
ΣＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＳｎＯ２： ２．５〜６
Ｐ２Ｏ５： ０〜８
Ｆ： ０〜１
Ｂ２Ｏ３： ０〜２
清澄剤： ０〜２
Ａｓ２Ｏ３，Ｓｂ２Ｏ３，ＳｎＯ２などの清澄剤は、通常少なくとも０．１重量％の量で存在してもよい。
【００１９】
接合材は好ましくは、さらに０．１〜２重量％の着色酸化物を添加した同じベースガラスを含んでもよい。
本発明の有利な更なる成果によると、被接合複合構造物を照射する前に、構成部品をガラス転移温度Ｔｇを超える温度まで予熱するのが好ましい。
比較的大型の構成部品を接合する場合、接合材を照射エネルギーで局所的に加熱するときに生じるおそれのある熱応力による悪影響をこのようにして防ぐことができる。
【００２０】
特に比較的大型の構成部品を接着する場合、このようにして熱応力を低減できる。
本発明による方法は、一連の連続工程により複数の個々の構成部品から組成されるより複雑な性質の構造体の作製にも適する。
例えば、少なくとも１つの第１構成部品および少なくとも１つの第２構成部品と接合材の中間層とからの照射により作製される第１複合構造物を、接合材の中間層を介して別の構成部品に接合して別の被接合複合構造物を形成してもよく、その後構成部品が接着するように十分軟化するまで接合材を照射してもよい。
【００２１】
このように、三次元構造体を形成するためにさらに複雑な構成部品の作製することも容易に可能である。これらはガラスセラミック製のオーブン、ミラーベース、暖炉用シールド、建築用パネル材等であってもよい。
本発明の有利な更なる成果によると、第１複合構造物をまずＴｇを超える温度まで予熱した後で、少なくとも１つの別の構成部品とともに接合材を赤外線エネルギーで照射する。
【００２２】
このようにして、特に比較的大型の構成部品で生じるおそれのある応力を防ぐ。
上記述べた本発明の特徴および以下にこれから説明する特徴は、明示するそれぞれの組み合わせだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく他の組み合わせまたは単独でも使用できることは了解される。
セラミック化は必ず接合材の接着後に行う。そのため、構成部品および接合材はその緑色ガラスの状態で使用して、接着プロセスの後でのみセラミック化する。
【００２３】
例えば、ＬＡＳベースガラスの接着を行うための典型的な加熱サイクルは以下のようになるであろう。
（a）少なくとも６００℃の予熱温度まで予熱する
（b）１分経たないうちに、好ましくは最長で３０秒以内に接合材を、接合材の接着温度、好ましくは１１００℃から１３５０℃までＩＲ放射により加熱する
（c）接着温度を最長１２０秒まで、好ましくは５〜６０秒間保持して、複合構造物の接着を行う、および
（d）その後冷却する
好ましくは、複合構造物は１０分経たないうちにセラミック化温度以下の温度まで冷却し、好ましくは１〜５分以内に７５０℃以下に冷却する。
【００２４】
その後、典型的なセラミック化サイクルを始めてもよい。これは、例えば、複合構造物を７５０℃の核形成温度に加熱するステップと、１時間保持するステップと、９００℃まで加熱するステップと、１時間保持するステップと、その後室温まで冷却するステップとを含んでもよい。
本発明の別の特徴および利点は、図面を参照して、以下の一定の好適な実施形態の説明から明らかになるであろう。図面において、
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】接着する２つの構成部品と、接合材の中間層とを赤外線エネルギーで照射できるＩＲヒータユニットを示す模式図である。
【図２】接着する２つの構成部品を予熱するローラ型の加熱炉と、その下に、その後赤外線エネルギーを使用して予熱した構成部品を接合材の中間層に接着するＩＲ加熱ステーションとを示す模式図である。
【図３】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図４】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図５】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図６】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図７】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図８】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図９】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１０】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１１】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１２】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１３】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１４】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１５】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【図１６】それぞれ接合材で接合するさまざまなガラスセラミック構成部品のためのアプリケーションを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、ガラスまたはガラスセラミック製の２つの構成部品１６，１８を、薄いガラス板の形態をした接合材２０の中間層で接着できる赤外線ヒータユニット（ＩＲヒータユニット）１０を示す模式図である。
ＩＲヒータユニット１０は特許文献７または特許文献８で公知の種類のＩＲヒータユニットであってもよく、両特許は参照により完全にこれに組み込む。
【００２７】
使用するヒータは、例えば、色温度が３０００Ｋで放射最大値が約９６０ｎｍの範囲である石英ラジエータであってもよい。放出される放射線の最大の部分は５００ｎｍから５０００ｎｍの範囲である。
接着する構成部品、例えばＬＡＳガラスセラミック製の２枚の板１６，１８を、好ましくは緑色ガラスの状態で、薄板の形態をした接合材の中間層２０とともにＩＲヒータユニット１０の内部１４に載置する。接合材２０は、例えば、高い赤外線吸収が得られる高吸収成分を含有するＬＡＳガラスセラミック材料から構成してもよい。
【００２８】
そのように形成された被接合複合構造物はさらに、ＩＲユニットの石英ラジエータ２２により放出される赤外線エネルギーを使って、２枚の構成部品１６，１８を接着するのに十分に接合材２０が軟化するまで照射する。２枚の構成部品１６，１８はその界面で接合材２０に溶融し、後者がより高い温度まで加熱されたら、重力の影響で物質結合になる。
加熱は例えば３０秒の短時間内で行ってもよく、その後は、加熱素子のスイッチを切ることによって生じるクールダウン段階にしても、または応力を減らすために、きちんと定めたクールダウンプロセスにしてもよい。
【００２９】
好ましくは、接合する構成部品１６，１８および接合材２０は緑色ガラスの状態で使用し、そのように作製された複合構造物をその後、例えばローラコンベア炉でセラミック化する。
特に比較的大型の構成部品を接着する場合、図２を参照してこれ以降説明する方法が選択できる。
【００３０】
この場合、接着する構成部品１６，１８は炉３０、例えばローラコンベア炉で、ガラス転移温度Ｔｇより明らかに高い温度まで加熱でき、さらに局所的に、実質的には接合材２０の領域をＩＲ加熱ステーション３２のＩＲヒータユニットによって、接合材２０が構成部品１６，１８を接着するのに十分に軟化されるまで加熱できる。
このようにした構成部品１６，１８の加熱は、接合材２０を局所的に加熱するときに生じるおそれのある高い応力を防ぐために推奨できる。
【００３１】
ガラスは熱伝導率が低いため、最初の加熱をＴｇを明らかに超える温度、例えば７５０℃まで行えば、その後赤外線エネルギーを使った接着操作中に過度に高い応力を防ぐのに十分である。
必要なら、従来の炉でＩＲ加熱ステーション３２を付加的に格納すると、より均一な加熱がおおむね保証されるとともに、接着操作中に構成部品をＴｇを超える温度に維持できるであろう。
【００３２】
本発明はさらに、複雑な構造体向けの三次元構成部品を、これも複数の連続ステップで作製するのに適する。
これ以降、図３から図１６を参照して、さまざまなアプリケーションを説明する。
図３による複合構造物２４ｂまたは図４による２４ｃは、例えば、異なる色合いのガラスセラミック製の第１構成部品１６と第２構成部品１８とを含み、これらを接合材２０を使って接着する。
【００３３】
図５によると、複合構造物２４ｄは、ガラスセラミック板の第１構成部品と、その上にそれぞれ接合材２０の中間層を使って載せる円形の第２ガラスセラミック構成部品１８と、六角形の第３構成部品１９とを含む。
図６によると、複合構造物２４ｅは、ガラスセラミック製の第１構成部品１６と、ガラスセラミック製の第２構成部品１８とを含み、これらを接合材２０の中間層を介してフレームとして接着する。
【００３４】
図７から図１０によると、パネルの形の複合構造物２４ｆを、構造化された底面を有する第１ガラスセラミック構成部品１６と、滑らかな底面を有する第２構成部品１８とから、接合材２０の中間層を使って形成し、および／またはパネルの形の複合構造物２４ｇはどちらも滑らかな底面を有するが厚さの異なる２枚のガラスセラミック構成部品１６，１８を含んで、および／または溝の形の複合構造物２４ｈはどれも滑らかな底面を有するが厚さの異なる３枚のガラスセラミック構成部品１６，１８，１９から、および／またはトレイの形の複合構造物２４ｉはどれも滑らかな底面を有する３枚のガラスセラミック構成部品１６，１８，１９から、いずれも接合材２０の中間層を使って形成する。
【００３５】
図１１は網の形の複合構造物２４ｊを示し、図１２は鍋つかみの形の複合構造物２４ｋを示す。第１構成部品１６は２枚の円板１８，１９を接合材２０の中間層を介して載せるガラスセラミック板の形をとる。
図１３は構成部品１６，１８，１９，２１からなる囲い形の複合構造物２４ｌを示しており、接合材２０の各中間層とともに、合わせて断面が四角形または長方形の構造を形成するように互いに補い合う。作製は複数の連続ステップで行う。第１被接合複合構造物は構成部品１６，１８と接合材２０の中間層とから形成し、第２被接合複合構造物は構成部品１９，２１と接合材２０の中間層とから形成する。２つの被接合複合構造物はさらに、接合材２０の中間層で接着すると、複合構造物２４ｌが形成される。
【００３６】
全体としての複合構造物は、例えば、ガラスセラミック製のオーブン用の管またはガラスセラミック製の閉鎖型暖炉インサートであってもよい。
図１４は、Ｕ字形構成部品１６と板状構成部品１８とから接合材の中間層を使用して作製する囲い形の長方形の複合構造物２４ｍによる別のアプリケーションを示す。
図１５および図１６は、それぞれ円筒形または半円筒形の複合構造物２４ｎまたは２４ｏを示しており、平らな縁部１８，１９を装着している。
【００３７】
接着する構成部品は重力の影響で接着するのが好ましい。
【実施例】
【００３８】
〈実施例１〉
接着する構成部品は、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社が商品番号８７２１で販売するＬＡＳガラスセラミック材料であるＲｏｂａｘ（登録商標）の２枚の長方形板からなる。使用する接合材は、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社がＣｅｒａｎ‐Ｃｏｌｏｒ（登録商標）の商品名で商品番号８５５７で販売する高ＩＲ吸収ガラスセラミック材料である。
【００３９】
２５０×１５０ｍｍの寸法の板として接着する構成部品を、１ｍｍ厚さの板としてＣｅｒａｎ‐Ｃｏｌｏｒ（登録商標）からなる接合材の中間層とともに、ＩＲヒータユニットに重ねて置き、その後４０秒間加熱する。
Ｃｅｒａｎ‐Ｃｏｌｏｒ（登録商標）はＣｏ，Ｆｅ，ＭｎおよびＮｉをそれぞれ０．１重量％から０．３重量％の濃度で含有するＬＡＳガラスセラミック材料であり、すなわち着色成分の総含有量が０．４重量％から１．２重量％である。
【００４０】
クールダウンした後、２つの構成部品を接合材で生成される物質結合を介して複合構造物に接合する。
接着する構成部品と接合材はどちらも緑色ガラスの状態で使用し、その後作製された複合構造物を適切な温度処理で、例えば、７５０℃に加熱し、１時間保持し、９００℃まで加熱し、１時間保持し、さらに室温まで冷却してセラミック化した。
【００４１】
このように作製された複合構造物は、例えば、暖炉用シールドとして利用してもよい。
〈実施例２〉
Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社が商品番号８７２４で販売している材料のＣｌｅｒｔｒａｎｓ（登録商標）製の、接着する２つの構成部品を、接合材としてＣｅｒａｎ‐Ｃｏｌｏｒ（登録商標）を使用し、他は実施例１と同じ条件で接合した。
〈実施例３〉
Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社が商品番号８７０１で販売している材料のＳｕｐｒｅｍａ（登録商標）ＬＡＳガラスセラミック製の２つの構成部品を、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社が商品番号８５７５で販売している材料のＣｅｒａｎ‐Ｈｉｇｈｔｒａｎｓ（登録商標）からなる接合材の中間層を使用して、他は実施例１と同じ条件で接着した。
【００４２】
Ｃｅｒａｎ‐Ｈｉｇｈｔｒａｎｓ（登録商標）は、着色成分としてバナジウムを０．４重量％から１．２重量％の割合で含有するＬＡＳガラスセラミック材料である。
そのように作製された複合構造物は特にセラミックトッププレートに採用してもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス系材料製構成部品（１６，１８）を接合する方法であって、
第１（１６）構成部品および少なくとも１つの第２（１８）構成部品を、接合材（２０）の中間層をその間に挟んで組み立てることによって被接合複合構造物を形成し、前記接合材（２０）は接合する前記構成部品（２０）よりも高い放射線吸収能を有し、前記被接合複合構造物の少なくとも前記接合材（２０）の領域に、前記接合材（２０）が前記構成部品（１６，１８）と前記接合材（２０）とを接着して複合構造物を作製するのに十分軟化されるまで、放射エネルギーを照射し、
前記構成部品（１６，１８）および前記接合材（２０）は熱処理によりガラスセラミックに転移できるガラスからできており、さらに前記複合構造物は前記ベースガラス構成部品（１６，１８）および前記ガラス接合材からガラス状複合構造物に形成されて、その後セラミック化されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記接合材（２０）は、少なくともＵＲ範囲、可視範囲、ＩＲ範囲またはマイクロ波範囲でより高い放射線吸収能を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記照射は、ＩＲ放射、ＵＶ放射、可視光、マイクロ波放射またはレーザ放射を使って行うことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
接着する前記構成部品（１６，１８）は、緑色ガラスの状態のリチウムアルミノケイ酸塩ガラスセラミック（ＬＡＳガラスセラミック）からなることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記赤外線範囲で吸収するガラスであり、好ましくは接合する前記構成部品と同じガラス成分を実質的に含むとともに、さらに前記ＩＲ範囲での吸収力が強い成分を含む接合材（２０）を使用することを特徴とする、前述の請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｖ，Ｎｂ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｄｙ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｍ，ＥｒおよびＹｂの酸化物からなる群から選択される少なくとも１つの吸収成分を含む接合材（２０）を使用することを特徴とする、前述の請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
吸収成分の総含有量が少なくとも０．１重量％、好ましくは少なくとも０．２重量％、さらに好ましくは少なくとも０．３重量％、最も好ましくは少なくとも０．４重量％である接合材（２０）を使用することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
吸収成分の最高総含有量が、１重量％、または２重量％、または５重量％である接合材（２０）を使用することを特徴とする、前述の請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記構成部品は以下の成分（酸化物基準の重量％）
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
ＳｉＯ２： ５０〜７０
を含むベースガラスからなり、前記接合材は（重量％で）
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
ＳｉＯ２： ５０〜７０
吸収成分： ０．１〜５
を含むことを特徴とする、前述の請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記構成部品は以下の成分（酸化物基準の重量％）
ＳｉＯ２： ５０〜７０
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ｎａ２Ｏ： ０〜３
Ｋ２Ｏ： ０〜３
ＭｇＯ： ０〜３
ＣａＯ： ０〜３
ＳｒＯ： ０〜３
ＢａＯ： ０〜４
ＺｎＯ： ０〜３
ＴｉＯ２： ０〜６
ＺｒＯ２： ０〜４
ＳｎＯ２： ０〜２
ΣＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＳｎＯ２： ２．５〜６
Ｐ２Ｏ５： ０〜８
Ｆ： ０〜１
Ｂ２Ｏ３： ０〜２
清澄剤： ０〜２
を含むベースガラスからなり、前記接合材は０．１〜２重量％の着色酸化物をさらに含むことを特徴とする、前述の請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記赤外線エネルギーを生成するために、放射温度が少なくとも１５００Ｋ、好ましくは少なくとも２０００Ｋ、より好ましくは少なくとも２７００Ｋ、最も好ましくは少なくとも３０００ＫのＩＲヒータユニット（１０）を使用することを特徴とする、前述の請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記構成部品（１６，１８）を、好ましくは前記被接合複合構造物を照射する前に前記ガラス転移温度Ｔｇを超える温度まで予熱することを特徴とする、前述の請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
好ましくはＬＡＳガラスからなる前記構成部品を少なくとも６００℃の予熱温度まで予熱し、前記接合材は１分経たないうちに、好ましくは最長で３０秒以内に前記接合材の接着温度、好ましくは１１００℃から１３５０℃までＩＲ放射により加熱して、最長で１２０秒まで、好ましくは５〜６０秒間前記接着温度で保持することによって前記複合構造物の接着を行い、その後冷却することを特徴とする、前述の請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記複合構造物を１０分経たないうちにセラミック化温度未満の温度に冷却し、好ましくは１〜５秒以内に７５０℃未満まで冷却することを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記複合構造物は接着後に、セラミック化サイクルを開始する前に、前記構成部品の前記ガラス転移温度Ｔｇ以下まで冷却することを特徴とする、前述の請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの第１（１６）構成部品および１つの第２（１８）構成部品と、接合材（２０）の中間層とから照射により作製された第１複合構造物を、接合材の中間層を介して別の構成部品と接合して別の被接合複合構造物を形成し、その後前記接合材（２０）を、前記接合材（２０）が前記構成部品を接着するのに十分に軟化するまで照射することを特徴とする、前述の請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
接着する前記構成部品（１６，１８）はゼロ膨張材料からなることを特徴とする、前述の請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
ガラスセラミック製、好ましくはＬＡＳガラスセラミック製の少なくとも１つの第１および１つの第２構成部品（１６，１８）からなり、ガラスセラミックからなるとともに、前記第１および第２構成部品より高い放射線吸収能を有する接合材（２０）を介して互いに接着する複合構造物。
【請求項１９】
前記接合材（２０）は、赤外線範囲で吸収するガラスセラミック、好ましくはＬＡＳガラスセラミックからなることを特徴とする、請求項１８に記載の複合構造物。
【請求項２０】
使用される前記接合材（２０）は、少なくとも０．１重量％、好ましくは少なくとも０．２重量％、さらに好ましくは少なくとも０．３重量％、最も好ましくは少なくとも０．４重量％で、最高で５重量％、好ましくは最高で１重量％までの吸収成分の総含有量を含むＬＡＳガラスセラミックであることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の複合構造物。
【請求項１】
ガラス系材料製構成部品（１６，１８）を接合する方法であって、
第１（１６）構成部品および少なくとも１つの第２（１８）構成部品を、接合材（２０）の中間層をその間に挟んで組み立てることによって被接合複合構造物を形成し、前記接合材（２０）は接合する前記構成部品（２０）よりも高い放射線吸収能を有し、前記被接合複合構造物の少なくとも前記接合材（２０）の領域に、前記接合材（２０）が前記構成部品（１６，１８）と前記接合材（２０）とを接着して複合構造物を作製するのに十分軟化されるまで、放射エネルギーを照射し、
前記構成部品（１６，１８）および前記接合材（２０）は熱処理によりガラスセラミックに転移できるガラスからできており、さらに前記複合構造物は前記ベースガラス構成部品（１６，１８）および前記ガラス接合材からガラス状複合構造物に形成されて、その後セラミック化されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記接合材（２０）は、少なくともＵＲ範囲、可視範囲、ＩＲ範囲またはマイクロ波範囲でより高い放射線吸収能を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記照射は、ＩＲ放射、ＵＶ放射、可視光、マイクロ波放射またはレーザ放射を使って行うことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
接着する前記構成部品（１６，１８）は、緑色ガラスの状態のリチウムアルミノケイ酸塩ガラスセラミック（ＬＡＳガラスセラミック）からなることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記赤外線範囲で吸収するガラスであり、好ましくは接合する前記構成部品と同じガラス成分を実質的に含むとともに、さらに前記ＩＲ範囲での吸収力が強い成分を含む接合材（２０）を使用することを特徴とする、前述の請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｖ，Ｎｂ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｄｙ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｍ，ＥｒおよびＹｂの酸化物からなる群から選択される少なくとも１つの吸収成分を含む接合材（２０）を使用することを特徴とする、前述の請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
吸収成分の総含有量が少なくとも０．１重量％、好ましくは少なくとも０．２重量％、さらに好ましくは少なくとも０．３重量％、最も好ましくは少なくとも０．４重量％である接合材（２０）を使用することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
吸収成分の最高総含有量が、１重量％、または２重量％、または５重量％である接合材（２０）を使用することを特徴とする、前述の請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記構成部品は以下の成分（酸化物基準の重量％）
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
ＳｉＯ２： ５０〜７０
を含むベースガラスからなり、前記接合材は（重量％で）
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
ＳｉＯ２： ５０〜７０
吸収成分： ０．１〜５
を含むことを特徴とする、前述の請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記構成部品は以下の成分（酸化物基準の重量％）
ＳｉＯ２： ５０〜７０
Ａｌ２Ｏ３： １８〜２８
Ｌｉ２Ｏ： ２〜５
Ｎａ２Ｏ： ０〜３
Ｋ２Ｏ： ０〜３
ＭｇＯ： ０〜３
ＣａＯ： ０〜３
ＳｒＯ： ０〜３
ＢａＯ： ０〜４
ＺｎＯ： ０〜３
ＴｉＯ２： ０〜６
ＺｒＯ２： ０〜４
ＳｎＯ２： ０〜２
ΣＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＳｎＯ２： ２．５〜６
Ｐ２Ｏ５： ０〜８
Ｆ： ０〜１
Ｂ２Ｏ３： ０〜２
清澄剤： ０〜２
を含むベースガラスからなり、前記接合材は０．１〜２重量％の着色酸化物をさらに含むことを特徴とする、前述の請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記赤外線エネルギーを生成するために、放射温度が少なくとも１５００Ｋ、好ましくは少なくとも２０００Ｋ、より好ましくは少なくとも２７００Ｋ、最も好ましくは少なくとも３０００ＫのＩＲヒータユニット（１０）を使用することを特徴とする、前述の請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記構成部品（１６，１８）を、好ましくは前記被接合複合構造物を照射する前に前記ガラス転移温度Ｔｇを超える温度まで予熱することを特徴とする、前述の請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
好ましくはＬＡＳガラスからなる前記構成部品を少なくとも６００℃の予熱温度まで予熱し、前記接合材は１分経たないうちに、好ましくは最長で３０秒以内に前記接合材の接着温度、好ましくは１１００℃から１３５０℃までＩＲ放射により加熱して、最長で１２０秒まで、好ましくは５〜６０秒間前記接着温度で保持することによって前記複合構造物の接着を行い、その後冷却することを特徴とする、前述の請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記複合構造物を１０分経たないうちにセラミック化温度未満の温度に冷却し、好ましくは１〜５秒以内に７５０℃未満まで冷却することを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記複合構造物は接着後に、セラミック化サイクルを開始する前に、前記構成部品の前記ガラス転移温度Ｔｇ以下まで冷却することを特徴とする、前述の請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの第１（１６）構成部品および１つの第２（１８）構成部品と、接合材（２０）の中間層とから照射により作製された第１複合構造物を、接合材の中間層を介して別の構成部品と接合して別の被接合複合構造物を形成し、その後前記接合材（２０）を、前記接合材（２０）が前記構成部品を接着するのに十分に軟化するまで照射することを特徴とする、前述の請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
接着する前記構成部品（１６，１８）はゼロ膨張材料からなることを特徴とする、前述の請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
ガラスセラミック製、好ましくはＬＡＳガラスセラミック製の少なくとも１つの第１および１つの第２構成部品（１６，１８）からなり、ガラスセラミックからなるとともに、前記第１および第２構成部品より高い放射線吸収能を有する接合材（２０）を介して互いに接着する複合構造物。
【請求項１９】
前記接合材（２０）は、赤外線範囲で吸収するガラスセラミック、好ましくはＬＡＳガラスセラミックからなることを特徴とする、請求項１８に記載の複合構造物。
【請求項２０】
使用される前記接合材（２０）は、少なくとも０．１重量％、好ましくは少なくとも０．２重量％、さらに好ましくは少なくとも０．３重量％、最も好ましくは少なくとも０．４重量％で、最高で５重量％、好ましくは最高で１重量％までの吸収成分の総含有量を含むＬＡＳガラスセラミックであることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の複合構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公表番号】特表２０１１−５１９８１０（Ｐ２０１１−５１９８１０Ａ）
【公表日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０７８１９（Ｐ２０１１−５０７８１９）
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００３１４４
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３５６２２
【国際公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【出願人】（５０４２９９７８２）ショット アクチエンゲゼルシャフト (346)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒ．１０，Ｄ−５５１２２ Ｍａｉｎｚ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００３１４４
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３５６２２
【国際公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【出願人】（５０４２９９７８２）ショット アクチエンゲゼルシャフト (346)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒ．１０，Ｄ−５５１２２ Ｍａｉｎｚ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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