桧山　登

還元雰囲気溶融により作製したP2O5-ZnOガラスの物性評価

松下　和正

近年の環境問題の高まりを受け、環境汚染物質に対する規制は厳しくなっている。この規制対象となる材料、工業製品等も多い。
ガラス材料分野において、Pbは多くの特性を持ち且つ安価であるため、様々な用途で用いられてきた。特にPbOを多量に含有したガラスは、非常に低いガラス転移温度を持つため、低融点ガラスとして使用されてきた。低融点ガラスは主にエレクトロニクス産業の電子基盤の封着材料として利用されている。最近では光学ガラス分野で光学的特性を維持している低融点ガラスが使用されている。しかし、従来の低融点ガラスは環境汚染物質であるPbOを多量に含有しているため規制対象材料となっている。
このような背景から、環境影響負荷の小さい低融点ガラスの開発が、産業技術・環境保全の両面で強く望まれている。以前、50P2O5-50CuOガラス中のCu2+イオンを還元すると、ガラス転移温度が非常に低下することが報告された。この報告より、P2O5-CuO組成系は低融点ガラスとして有望であると考えられる。
本研究では、新規低融点ガラスとして可能性を持つP2O5-CuO-ZnOガラスに還元剤グルコースを添加し、諸々の物性への影響を調べた。このガラスでは還元剤により銅イオンの原子価が変化することが知られているが、ガラス構造をさらに詳しく理解するためにP2O5-ZnO２成分系ガラスを還元雰囲気溶融により作製し、物性変化を研究した。
熱機械分析の結果、大気雰囲気溶融ガラスでは、ZnO含有率の増加に伴い熱物性値であるガラス転移温度（Ｔｇ）、軟化温度（Ｔｆ）、線熱膨張率（α）が上昇することがわかった。また、還元雰囲気ガラスではグルコース添加に伴いガラス転移温度（Ｔｇ）、軟化温度（Ｔｆ）が上昇することがわかった。
組成分析の結果、還元雰囲気ガラスでは、P2O5含有量が多い組成ほどP2O5成分の蒸発量が多く、グルコースの添加量を増加させるとP2O5成分は著しく減少した。またP2O5含有量が多い組成ほど、アルミナ坩堝からのAl2O3の溶解量が増加する傾向があった。
また密度測定の結果、Ｐ2Ｏ5−ＺｎＯガラスをグルコースにより還元すると、密度は上昇し、Ｐ2Ｏ5成分の蒸発による寄与がみられた。また同時にガラス構造の変化が示唆された。

　グルコース還元によりＰ2Ｏ5-ZnOガラス全体から酸素原子が奪われることにより、P2O5はP4として蒸発が進み、その結果ガラス組成に変化を生ずることがわかった。