堀 絹枝
酸化銅-リン酸塩系低融点ガラスの結晶化
松下 和正
低融点ガラスは主にエレクトロニクス分野で電子部品の封着や接着等に用いられているガラスで、従来の低融点ガラスは酸化鉛を多量に含んでいる。鉛は環境や人体に悪影響を及ぼす有害物質であることが知られている。近年、環境に対する配慮から世界的に鉛、および鉛化合物の使用が規制されたため、酸化鉛を含まない新しい低融点ガラスの開発が急務となっている。新規低融点ガラスとして、酸化銅−リン酸塩系ガラスが着目されている。この系での熱的性質、化学的耐久性、機械的性質は低融点ガラスとして実用化できる可能性があると報告されている。本研究では、P2O5-CuO-ZnO系ガラスを大気雰囲気および還元雰囲気で作製し、結晶化について調査することで新規低融点ガラスとしての可能性および使用時の問題点について検討した。
その結果、大気雰囲気溶融ガラスでは結晶化が起こったのに対し、還元雰囲気で溶融したガラスは還元雰囲気で熱処理することによって、結晶化が起こりにくくなることがわかった。これはCu2+イオンが還元されガラス中の銅イオンが、結合強度の強いCu+イオンになったことよって、ガラス全体の結合が強くなり熱的安定性が向上したためであると考えられる。よって、Cu+イオンが多く存在するガラスは熱的に安定なガラスであることを示し、低融点ガラスとして使用する上で非常に良いと言える。ガラス転移温度の低い還元雰囲気溶融ガラスの方が大気雰囲気溶融ガラスよりも結晶化が起こりにくいという結果は、一般的なガラスと異なる点である。銅を含むガラスは一般的なガラスとは異なる独特な性質を示すという報告がいくつかあるが、P2O5-CuO-ZnO系ガラスにおいても、一般的なガラスとは異なるということが言える。また、還元雰囲気溶融ガラスの熱処理を大気雰囲気で行うと高温域で酸化し、銅イオンの価数が1価から2価に変わることが確認されたため、低融点ガラスとして実際に使用する際には、不活性雰囲気下や酸素遮断下で使用する必要がある。
以上の結果から、P2O5-CuO-ZnO系ガラスは新しい低融点ガラスとして実用化できることが示唆された�
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