特許 6376566 相分離したクラッド層を有する積層化ガラス物品およびその形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6376566

(24)【登録日】2018年8月3日

(45)【発行日】2018年8月22日

(54)【発明の名称】相分離したクラッド層を有する積層化ガラス物品およびその形成方法

(51)【国際特許分類】

   C03C 27/06 20060101AFI20180813BHJP

   C03C 3/091 20060101ALI20180813BHJP

【ＦＩ】

   C03C27/06

   C03C3/091

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-560261(P2015-560261)

(86)(22)【出願日】2014年2月26日

(65)【公表番号】特表2016-513068(P2016-513068A)

(43)【公表日】2016年5月12日

(86)【国際出願番号】US2014018492

(87)【国際公開番号】WO2014134097

(87)【国際公開日】20140904

【審査請求日】2017年2月1日

(31)【優先権主張番号】61/770,447

(32)【優先日】2013年2月28日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/795,925

(32)【優先日】2013年3月12日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】マウロ，ジョン クリストファー

(72)【発明者】

【氏名】パリセク，ロナルド ジョン

(72)【発明者】

【氏名】ヴェンカタラマン，ナテサン

(72)【発明者】

【氏名】ハァ，ミンチエン

【審査官】 永田 史泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−３３１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４６３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５５−４７０２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１３−２４６１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−１７２８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２０４８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５２０３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２９８４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３６９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１１６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１６８５９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｃ１５／００−２３／００

Ｃ０３Ｃ２７／００−２９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガラスコア層と；
該ガラスコア層に融着した少なくとも１つのガラスクラッド層であって、
該少なくとも１つのガラスクラッド層が、第一相と、異なる組成を有する少なくとも１つの第二相とに相分離し、
該第一相が、相互接続されたマトリックスを含み、ならびに
該少なくとも１つの第二相が、該相互接続されたマトリックス全体に分散されている、
少なくとも１つのガラスクラッド層と、
を含み、
前記少なくとも１つのガラスクラッド層が、
６０ｍｏｌ％から６６ｍｏｌ％のＳｉＯ_２と；
７ｍｏｌ％から１０ｍｏｌ％のＡｌ_２Ｏ_３と；
１４ｍｏｌ％から１８ｍｏｌ％のＢ_２Ｏ_３と；
９ｍｏｌ％から１６ｍｏｌのアルカリ土類酸化物と、
を含むガラス組成物であって、該アルカリ土類酸化物が少なくともＣａＯを含み、該ＣａＯが、３ｍｏｌ％から１２ｍｏｌ％の濃度において存在するガラス組成物から形成されている、
積層化ガラス物品。

【請求項2】

前記第一相および前記少なくとも１つの第二相が、水、アルカリ溶液、または酸性溶液に対して異なる溶解率を有し、
前記第一相および前記少なくとも１つの第二相が、異なる弾性率および損失正接を有する、請求項１記載の積層化ガラス物品。

【請求項3】

前記少なくとも１つの第二相が、前記第一相による相互接続されたマトリックス内において相互接続されている、請求項１または２記載の積層化ガラス物品。

【請求項4】

前記少なくとも１つのガラスクラッド層がアルカリイオンを不含である、請求項１から３のいずれか一項記載の積層化ガラス物品。

【請求項5】

ガラスコア層と；
該ガラスコア層に融着した少なくとも１つのガラスクラッド層であって、相分離したガラス組成物の第一相から形成される多孔質の相互接続されたマトリックスを有する該相分離したガラス組成物を含む、少なくとも１つのガラスクラッド層と、
を含み、
前記少なくとも１つのガラスクラッド層が、
６０ｍｏｌ％から６６ｍｏｌ％のＳｉＯ_２と；
７ｍｏｌ％から１０ｍｏｌ％のＡｌ_２Ｏ_３と；
１４ｍｏｌ％から１８ｍｏｌ％のＢ_２Ｏ_３と；
９ｍｏｌ％から１６ｍｏｌのアルカリ土類酸化物と、
を含むガラス組成物であって、該アルカリ土類酸化物が少なくともＣａＯを含み、該ＣａＯが、３ｍｏｌ％から１２ｍｏｌ％の濃度において存在するガラス組成物から形成されている、
積層化ガラス物品。

【請求項6】

前記少なくとも１つのガラスクラッド層の前記多孔質の相互接続されたマトリックスが、二次材料でコーティングされるかまたは満たされる、請求項５記載の積層化ガラス物品。

【請求項7】

少なくとも１つのガラスクラッド層をガラスコア層の少なくとも一部に融着させるステップであって、該少なくとも１つのガラスクラッド層が、
６０ｍｏｌ％から６６ｍｏｌ％のＳｉＯ_２と；
７ｍｏｌ％から１０ｍｏｌ％のＡｌ_２Ｏ_３と；
１４ｍｏｌ％から１８ｍｏｌ％のＢ_２Ｏ_３と；
９ｍｏｌ％から１６ｍｏｌのアルカリ土類酸化物と、
を含むガラス組成物であって、該アルカリ土類酸化物が少なくともＣａＯを含み、該ＣａＯが、３ｍｏｌ％から１２ｍｏｌ％の濃度において存在するガラス組成物である、相分離可能なガラス組成物を含む、ステップと、
加熱後に、該少なくとも１つのガラスクラッド層が第一相と少なくとも１つの第二相とを含み、該第一相および該少なくとも１つの第二相のそれぞれが異なる組成を有するものとなるように、該ガラスコア層に融着した該少なくとも１つのガラスクラッド層を、該少なくとも１つのガラスクラッド層の相分離を起こすのに十分な温度に加熱するステップと、
を含む、積層化ガラス物品を形成する方法。

【請求項8】

前記第一相が、相互接続されたマトリックスを含み、前記少なくとも１つの第二相が、該相互接続されたマトリックス全体に分散される、請求項７記載の方法。

【請求項9】

前記少なくとも１つのガラスクラッド層が、前記相分離可能な組成物の前記第一相から形成される多孔質の相互接続されたマトリックスを含むように、前記少なくとも１つの第二相を、該少なくとも１つのガラスクラッド層から選択的に除去するステップをさらに含む、請求項７または８記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０１３年３月１２日に出願された米国特許出願第１３／７９５９２５号および２０１３年２月２８日に出願された米国特許仮出願第６１／７７０４４７号に対する優先権の恩典を主張するものであり、なお、本出願は当該文献の内容に依拠し、ならびに参照により当該文献の内容全体が本明細書に組み入れられる。

【技術分野】

【0002】

本明細書は、概して、積層化ガラス物品、より詳細には、相分離したクラッドを有する積層化ガラス物品に関する。

【背景技術】

【0003】

ガラスは、その多くの属性から、種々の商業的用途および消費者用途における使用にとって望ましい。例えば、ガラスの光学特性は、ガラスをフィルターなどの様々な光学用途にとって好適にする。同様に、ガラスの相対的な化学的不活性も、ガラスを、化学的に侵食性の環境での使用にとって魅力的な基材にする。

【0004】

しかしながら、ガラス物品において所望の一連の属性、例えば、所望の屈折率など、を実現するには、ガラス組成に対する変更を必要とする場合があり、これは、商業的用途または消費者用途において実践するには高価で時間がかかり得る。さらに、いくつかの用途は、高靭性を有する材料を必要とし得るが、この特性は、概してガラスに欠けている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、ガラス物品における特定の機能上の特徴を達成するために容易に変更することができる特性を有する、代替のガラス物品が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態により、積層化ガラス物品は、ガラスコア層と、当該ガラスコア層に融着した少なくとも１つのガラスクラッド層とを含み得る。当該少なくとも１つのガラスクラッド層は、第一相と、異なる組成を有する少なくとも１つの第二相とに相分離され得る。当該少なくとも１つのガラスクラッド層の第一相は、相互接続されたマトリックスを有し得る。当該少なくとも１つのガラスクラッド層の当該少なくとも１つの第二相は、当該少なくとも１つのガラスクラッド層の第一相による相互接続されたマトリックス全体に分散され得る。

【0007】

別の実施形態において、積層化ガラス物品は、ガラスコア層と、当該ガラスコア層に融着した少なくとも１つのガラスクラッド層とを含み得る。当該少なくとも１つのガラスクラッド層は、相分離したガラス組成物を含み得る。当該少なくとも１つのガラスクラッド層は、相分離したガラス組成物の第一相から形成された多孔質の相互接続されたマトリックスを有し得る。

【0008】

さらなる別の実施形態において、積層化ガラス物品を形成する方法は、少なくとも１つのガラスクラッド層を、ガラスコア層の少なくとも一部に融着させる工程を含み得る。当該少なくとも１つのガラスクラッド層は、相分離可能なガラス組成物から形成され得る。ガラスコア層の表面に融着された当該少なくとも１つのガラスクラッド層は、加熱後に当該少なくとも１つのガラスクラッド層が第一相と少なくとも１つの第二相とを含むように、当該少なくとも１つのガラスクラッド層において相分離を起こすのに十分な温度に加熱され得る。第一相および少なくとも１つの第二相のそれぞれは、異なる組成を有し得る。いくつかの実施形態において、当該方法はさらに、第一相における相互接続されたマトリックスから、少なくとも１つの第二相を選択的に除去し、それにより当該少なくとも１つのガラスクラッド層に、第一相の多孔質の相互接続されたマトリックスを残すステップを含む。

【0009】

ガラス組成物および当該ガラス組成物から形成されたガラス物品のさらなる特徴および利点について、以下の詳細な説明において述べ、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかとなるであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付される図面も含め、本明細書において説明される実施形態を実施することによって認識されるであろう。

【0010】

上述の全般的説明および以下の詳細な説明は両方とも、様々な実施形態について説明し、特許請求される主題の本質および特質を理解するための概要または枠組みを提供することを意図していることは理解されたい。添付図面は、様々な実施形態のさらなる理解を提供することを意図しており、本明細書に組み入れられ、本明細書の一部を為す。図面は、本明細書において説明される様々な実施形態を例示し、説明と共に、特許請求される主題の原理および作動の説明に役立つ。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本明細書に示され説明される１つまたは複数の実施形態による積層化ガラス物品の断面を示した概略図

【図2】本明細書において示され説明される１つまたは複数の実施形態による、相分離後の積層化ガラス物品のガラスクラッド層のミクロ構造を表すＳＥＭ写真

【図3】本明細書において示され説明される１つまたは複数の実施形態による、少なくとも１つの第二相を除去した後の積層化ガラス物品のガラスクラッド層のミクロ構造を表すＳＥＭ写真

【図4】図１のガラス物品を製造するためのフュージョンドロープロセスを示した概略図

【発明を実施するための形態】

【0012】

相分離したガラスクラッド層を有する積層化ガラス物品およびその製造方法の実施形態について詳細に説明する。図１は、積層化ガラス物品の一実施形態の断面を概略的に表している。当該積層化ガラス物品は、概して、ガラスコア層と、当該ガラスコア層に融着した少なくとも１つのガラスクラッド層とを含む。当該少なくとも１つのガラスクラッド層は、第一相と、少なくとも１つの第二相とに相分離している。各相は、異なる組成を有する。第一相は、ガラスクラッド層において、相互接続されたマトリックスを形成する。第二相は、第一相における相互接続されたマトリックス全体に分散している。いくつかの実施形態において、第二相は、第一相による相互接続されたマトリックス内において、それ自体相互接続される。これらの実施形態のうちのいくつかにおいて、第二相は、少なくとも１つのガラスクラッド層が第一相から形成された多孔質の相互接続されたマトリックスを含むように、当該少なくとも１つのガラスクラッド層から除去され得る。添付の図面について具体的に言及しながら、積層化ガラス物品および積層化ガラス物品の製造方法の様々な実施形態について本明細書においてより詳細に説明する。

【0013】

用語「液相粘度」は、本明細書において使用される場合、その液相温度でのガラス組成物の剪断粘度を意味する。

【0014】

用語「液相温度」は、本明細書において使用される場合、ガラス組成物において失透が生じる最も高い温度を意味する。

【0015】

用語「ＣＴＥ」は、本明細書において使用される場合、約２０℃から約３００℃の範囲の温度にわたって平均したガラス組成物の熱膨張率を意味する。

【0016】

用語「実質的に不含」は、ガラス組成物中の特定の酸化物成分の不在を説明するために使用される場合、当該成分が、１ｍｏｌ％未満の痕跡量において不純物としてガラス組成物中に存在することを意味する。

【0017】

本明細書において説明されるガラス組成物の実施形態において、構成成分（例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３など）の濃度は、特に明記されない限り、酸化物ベースでのモルパーセント（ｍｏｌ％）において与えられる。

【0018】

ここで、図１を参照すると、積層化ガラス物品の断面が概略的に表されている。積層化ガラス物品１００は、概して、ガラスコア層１０２と、少なくとも１つのガラスクラッド層とを含む。図１に表された実施形態において、積層化ガラス物品は、ガラスクラッド層の対１０４ａ、１０４ｂを含む。ガラスコア層１０２は、概して、第一表面１０３ａと、第一表面１０３ａに対向する第二表面１０３ｂとを備える。図１に表された実施形態において、第一ガラスクラッド層１０４ａは、ガラスコア層１０２の第一表面１０３ａに融着しており、ならびに第二ガラスクラッド層１０４ｂは、ガラスコア層１０２の第二表面１０３ｂに融着している。ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、ガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂとの間に配置された任意の追加の材料、例えば、接着剤またはコーティング層など、を用いずに、ガラスコア層１０２に融着している。

【0019】

本明細書において説明される積層化ガラス物品の実施形態において、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、第一ガラス相と少なくとも１つの第二ガラス相とに相分離しており、それぞれのガラス相は、異なる組成を有する。したがって、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、相分離処理を施した際に相分離しやすいガラス組成物から形成される（すなわち、当該ガラス組成物は、「相分離可能な」ガラス組成物である）ことは理解されるべきである。語句「相分離可能な」ガラス組成物は、本明細書において使用される場合、熱処理などの相分離処理を施すことにより、２つ以上の異なる相へと相分離するガラス組成物を意味する。いくつかの実施形態において、相分離したガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、第一相から形成された、相互接続されたガラスのマトリックスを含み、第二相は、第二相の組成を有するガラスによる離散した接続していない領域として、当該相互接続されたマトリックス全体に分散している。第二相はある特定の量の光散乱を誘起し得るため、ガラスクラッド層における所望の屈折率を得るように第二相の領域のサイズおよび分散性を制御することができる。それに加えてあるいはそれに代えて、当該第二相は、第一相とは異なる弾性率および損失正接を有し得る。これらの特性の違いは、積層化ガラス物品の音響特性を制御するために利用することができる。具体的には、所望の音響特性を有する積層化ガラス物品を得るために、第二相の量、分散性、および領域のサイズが制御され得る。

【0020】

いくつかの他の実施形態において、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおける相分離したガラスは、スピノーダル相分離したガラスであり得る（すなわち、当該ガラスクラッド層は、スピノーダル分解を受けやすいガラス組成物から形成される）。これらの実施形態において、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、第一相から形成された相互接続したガラスのマトリックスと、当該第一相による相互接続したマトリックス全体に分散された第二相とを含む。ただし、これらの実施形態において、第二相は、第一相による相互接続されたマトリックス内において、それ自体相互接続されている。これらの実施形態において、第一相および少なくとも１つの第二相は、水、アルカリ溶液、および／または酸性溶液に対して異なる溶解率を有し得る。例えば、相分離したガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂ中に存在する少なくとも１つの第二相は、第一相よりもより容易に水および／または酸性溶液に溶解し得る。あるいは、相分離したガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂ中に存在する第一相は、当該少なくとも１つの第二相よりもより容易に水および／または酸性溶液に溶解し得る。この特徴は、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂが、相分離したガラス組成物による残された相から形成された多孔質の相互接続されたマトリックスとなるように、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂから第一相または第二相のいずれかを選択的に除去することを可能にする。

【0021】

いくつかの実施形態において、ガラスクラッド層における相分離したガラスは、相分離に起因して、オパレッセンスもしくはオパールタイプの外観を有し得る。オパレッセンスは、ガラスに白色オパールもしくは青色半透明のオパールのような外観を与え得るが、その他に、着色剤の添加により、他の色も想到されることは理解されるべきである。オパレッセンスは、積層化ガラス物品が物体の美観を高めるために使用されるような用途にとって望ましくあり得る。

【0022】

ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、ガラス組成物が、第一相と、異なる組成を有する少なくとも１つの第二相とへの相分離に対して従順である限り、様々なガラス組成物から形成することができる。一実施形態において、ガラスクラッド層は、２０１２年２月２９日に出願された「Ｌｏｗ ＣＴＥ Ａｌｋａｌｉ−Ｆｒｅｅ Ｂｏｒｏａｌｕｍｉｎｏｓｉｌｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｇｌａｓｓ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ（）」の名称の米国特許仮出願第６１／６０４８３９号において開示されたガラス組成物から形成され、なお、当該仮出願の全体は、参照により本明細書に組み入れられる。この実施形態において、当該ガラス組成物は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、およびアルカリ土類酸化物の組み合わせを含む。このガラスがスピノーダル温度未満の加熱温度において容易に相分離することを見出した。容易に相分離するガラス組成物中に一般的に存在するアルカリ成分が当該ガラス組成物中に不在であることから、この結果は予想外である。

【0023】

前述の例示的ガラス組成物において、ＳｉＯ_２は、最大の構成成分であり、そのため、ＳｉＯ_２は、当該ガラス組成物から形成されたガラスネットワークの主成分である。純粋なＳｉＯ_２は、比較的低いＣＴＥを有し、アルカリ不含である。しかしながら、純粋なＳｉＯ_２は、非常に高い融点を有する。したがって、ＳｉＯ_２の濃度が高いほど、ガラスを溶融させるのが困難になり、それは、ガラスの成形性に悪影響を及ぼすため、ガラス組成物中におけるＳｉＯ_２の濃度が高すぎる場合、ガラス組成物の成形性が低下し得る。この実施形態において、ガラス組成物のフュージョン成形を促進するために、当該ガラス組成物は、概して、約６６ｍｏｌ％以下の濃度においてＳｉＯ_２を含む。例えば、いくつかの実施形態において、ガラス組成物中のＳｉＯ_２の濃度は、約６０ｍｏｌ％以上かつ約６６ｍｏｌ％以下である。いくつかの他の実施形態において、ＳｉＯ_２は、約６３ｍｏｌ％以上かつ約６５ｍｏｌ％以下の濃度においてガラス組成物中に存在する。

【0024】

この実施形態のガラス組成物はさらに、Ａｌ_２Ｏ_３を含む。Ａｌ_２Ｏ_３は、ＳｉＯ_２と同様に、ガラスネットワーク形成体としての役割を果たす。ＳｉＯ_２のように、Ａｌ_２Ｏ_３は、当該ガラス組成物から形成されたガラス溶融物中でのその四面体配位に起因して、ガラス組成物の粘度を増加させる。しかしながら、Ａｌ_２Ｏ_３の濃度が、ガラス組成物中のＳｉＯ_２の濃度およびアルカリ土類酸化物の濃度とバランスを取る場合、Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラス溶融物の液相温度を低下させ得、それにより、液相粘度を増加させ、ある特定の成形プロセス、例えば、フュージョン成形プロセスなど、に対するガラス組成物の適合性を向上させる。

【0025】

フュージョン成形技術を使用した積層化ガラス物品の形成を促進する所望の液相温度を達成するために、ガラス組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の濃度は、通常、約１０ｍｏｌ％以下とされる。例えば、いくつかの実施形態において、ガラス組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の濃度は、約７ｍｏｌ％以上かつ約１０ｍｏｌ％以下である。これらの実施形態のいくつかにおいて、ガラス組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の濃度は、約９ｍｏｌ％以下、さらには約８ｍｏｌ％以下であり得る。例えば、いくつかの実施形態において、ガラス組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の濃度は、約７ｍｏｌ％以上かつ約９ｍｏｌ％以下であり、さらには約７ｍｏｌ％以上かつ約８ｍｏｌ％以下であってもよい。

【0026】

この実施形態のガラス組成物はさらに、Ｂ_２Ｏ_３を含み得る。ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３のように、Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスネットワークの形成に貢献する。Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスの粘度および液相温度を下げるためにガラス組成物に加えられる。具体的には、Ｂ_２Ｏ_３の濃度の１ｍｏｌ％の増加は、ガラスの特定の組成に応じて、等価粘度を得るために必要な温度を１０℃から１４℃下げることができる。しかしながら、Ｂ_２Ｏ_３は、ガラス組成物の液相温度を、Ｂ_２Ｏ_３１ｍｏｌ％あたり１８℃から２２℃下げ得る。そのため、Ｂ_２Ｏ_３は、ガラス組成物の液相粘度を下げるよりもより急速にガラス組成物の液相温度を下げる。Ｂ_２Ｏ_３はさらに、ガラスネットワークを軟化させるためにもガラス組成物に加えられる。さらに、当該ガラス組成物が、フュージョン成形された積層化ガラス物品においてガラスクラッド層のために使用される場合、当該ガラスクラッド層中のＢ_２Ｏ_３は、特に、ガラスコア層がアルカリ含有ガラスコア層である場合にガラスクラッド層の粘度をガラスコア層の粘度に適合させるために用いられる。さらに、ガラス組成物にＢ_２Ｏ_３を添加することで、ガラス組成物のヤング率も低下し、ガラスの固有損傷抵抗性も向上する。さらに、ガラス組成物にＢ_２Ｏ_３を配合することにより、シリカリッチ相およびホウ素リッチ相へのガラス組成物の相分離も促進する。これらの実施形態において、シリカリッチ相は、ホウ素リッチ相よりも水および／または酸性溶液に対して溶解しにくくあり得、このことは、ホウ素リッチ相の選択的除去およびガラスクラッド層における多孔質のミクロ構造の形成を容易にする。

【0027】

この実施形態において、Ｂ_２Ｏ_３は、通常、約１４ｍｏｌ％以上の濃度においてガラス組成物中に存在する。例えば、いくつかの実施形態において、Ｂ_２Ｏ_３は、約１４ｍｏｌ％以上かつ約１８ｍｏｌ％以下の濃度においてガラス組成物中に存在する。これらの実施形態のいくつかにおいて、ガラス組成物中のＢ_２Ｏ_３の濃度は、約１７ｍｏｌ％以下、さらには約１６ｍｏｌ％以下であり得る。本明細書において説明される他の実施形態において、Ｂ_２Ｏ_３は、約１６ｍｏｌ％以上かつ約１７ｍｏｌ％以下の濃度においてガラス組成物中に存在する。

【0028】

ガラスクラッド層のために使用されるガラス組成物のこの実施形態はさらに、少なくとも１種のアルカリ土類酸化物も含み得る。当該アルカリ土類酸化物は、概して、溶融に必要な温度を下げることによって、ガラス組成物の溶融挙動を向上させる。さらに、いくつかの異なるアルカリ土類酸化物を組み合わせることで、ガラス組成物の液相温度の低下およびガラス組成物の液相粘度の増加が促進される。ガラス組成物中に含まれるアルカリ土類酸化物は、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、および／またはそれらの組み合わせである。

【0029】

当該アルカリ土類酸化物は、約９ｍｏｌ％以上かつ１６ｍｏｌ％以下の濃度においてガラス組成物中に存在する。いくつかの実施形態において、当該ガラス組成物は、約１１ｍｏｌ％から約１２ｍｏｌ％のアルカリ土類酸化物を含み得る。当該ガラス組成物は、約３ｍｏｌ％以上かつ約１２ｍｏｌ％以下の濃度において、アルカリ土類酸化物として少なくともＣａＯを含む。いくつかの実施形態において、ＣａＯの濃度は、約７ｍｏｌ％以上かつ約１２ｍｏｌ％以下であり得る。当該アルカリ土類酸化物はさらに、約０ｍｏｌ％以上かつ約６ｍｏｌ％以下の濃度においてＭｇＯを含み得る。いくつかの実施形態において、当該ガラス組成物中のＭｇＯの濃度は、約２ｍｏｌ％以上かつ約４ｍｏｌ％以下であり得る。当該ガラス組成物中のアルカリ土類酸化物はさらに、約０ｍｏｌ％以上かつ約６ｍｏｌ％以下の濃度においてＳｒＯも含み得る。いくつかの実施形態において、ＳｒＯは、約１ｍｏｌ％から約４ｍｏｌ％の濃度においてガラス組成物中に存在し得る。

【0030】

積層化ガラス物品のガラスクラッド層を形成するために使用されるこの特定のガラス組成物は、アルカリ金属およびアルカリ金属を含有する化合物を実質的に不含であり得る。したがって、当該ガラス組成物が、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、およびＬｉ_２Ｏなどのアルカリ酸化物を実質的に不含であることは、理解されるべきである。

【0031】

この例示的なガラス組成物は、任意により、１種または複数種の清澄剤を含んでいてもよい。当該清澄剤は、例えば、ＳｎＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、およびそれらの組み合わせを含み得る。当該清澄剤は、約０ｍｏｌ％以上かつ約０．５ｍｏｌ％以下の量においてガラス組成物中に存在し得る。例示的実施形態において、当該清澄剤はＳｎＯ_２である。これらの実施形態において、ＳｎＯ_２は、約０ｍｏｌ％以上かつ約０．２ｍｏｌ％以下、さらには約０．１５ｍｏｌ％以下、の濃度においてガラス組成物中に存在し得る。

【0032】

したがって、少なくとも１つの実施形態において、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、ガラスネットワーク形成体として、約６０ｍｏｌ％から約６６ｍｏｌ％のＳｉＯ_２；約７ｍｏｌ％から約１０ｍｏｌ％のＡｌ_２Ｏ_３；および約１４ｍｏｌ％から約１８ｍｏｌ％のＢ_２Ｏ_３、を含むガラス組成物から形成され得る。ガラスクラッド層を形成するガラス組成物はさらに、約９ｍｏｌ％から約１６ｍｏｌ％のアルカリ土類酸化物を含んでいてもよい。当該アルカリ土類酸化物は、少なくともＣａＯを含む。当該ＣａＯは、約３ｍｏｌ％から約１２ｍｏｌ％の濃度においてガラス組成物中に存在することができる。当該ガラス組成物は、アルカリ金属およびアルカリ金属含有化合物を実質的に不含であってもよい。

【0033】

本明細書において、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成するために使用される特定の相分離可能なガラス組成物について言及してきたが、ガラス組成物が相分離可能である限り、他のガラス組成物も、積層化ガラス物品１００のガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成するために使用することができることは理解されるべきである。

【0034】

いくつかの実施形態において、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成するガラス組成物は、任意により、着色剤を含んでいてもよい。当該着色剤は、ガラスクラッド層に色を付与するためにガラス組成物に加えられる。好適な着色剤としては、これらに限定されるわけではないが、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＣｕＯ、Ａｕ、Ａｇ、ＮｉＯ、ＭｎＯ_２、およびＶ_２Ｏ_５が挙げられ、これらのそれぞれは、ガラスクラッド層に対して、固有の色を付与し得る。いくつかの実施形態において、所望の色を達成するために、２種以上の着色剤の組み合わせを使用してもよい。

【0035】

本明細書において説明されるいくつかの実施形態において、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成するために使用されるガラス組成物は、フュージョンドロープロセスでの使用にとって、特に融着積層化プロセスにおけるガラスクラッド組成物としての使用にとって、好適となるような液相粘度を有する。例えば、いくつかの実施形態において、当該液相粘度は、約５０キロポアズ（約５ｋＰａ・ｓ）以上である。いくつかの他の実施形態において、当該液相粘度は、１００キロポアズ（約１０ｋＰａ・ｓ）以上、さらには２５０キロポアズ（約２５ｋＰａ・ｓ）以上であり得る。

【0036】

本明細書において説明される積層化ガラス物品１００は、積層化することにより、結果として、向上した強度を有することができる。例えば、いくつかの実施形態において、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、ガラスコア層１０２より低い平均熱膨張率（ＣＴＥ）を有するガラス組成物から形成される。例えば、比較的低い平均ＣＴＥを有するガラス組成物から形成されたガラスクラッド層が、積層化プロセスの際に、より高い平均ＣＴＥを有するガラス組成物から形成されるガラスコア層と対にされた場合、ガラスコア層のＣＴＥとガラスクラッド層のＣＴＥとの差により、結果として、冷却の際にガラスクラッド層に圧縮応力が生じる。本明細書において説明されるいくつかの実施形態において、ガラスクラッド層は、２０℃から３００℃の範囲にわたって平均したときに約４０×１０^−７℃以下の平均ＣＴＥを有するガラス組成物から形成される。いくつかの実施形態において、当該ガラス組成物の平均ＣＴＥは、２０℃から３００℃の範囲にわたって平均したときに約３７×１０^−７℃以下であり得る。さらなる他の実施形態において、当該ガラス組成物の平均ＣＴＥは、２０℃から３００℃の範囲にわたって平均したときに約３５×１０^−７℃以下であり得る。

【0037】

上記において述べたように、いくつかの実施形態において、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、アルカリ金属およびアルカリ金属含有化合物（これらに限定されるわけではないが、アルカリ酸化物など）を実質的に不含のガラス組成物から形成される。アルカリ酸化物、例えば、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、およびＬｉ_２Ｏなど、を不含のガラス組成物からガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成することは、積層化後にガラスクラッド層において実現される圧縮応力の大きさに影響を及ぼし得るガラスクラッド層のＣＴＥを下げることの役に立ち得る。さらに、ある特定の用途、例えば、エレクトロニクス基材など、では、いわゆる「アルカリ汚染」によってエレクトロニクスデバイスの性能を低下させ得る、ガラスから当該ガラス上に被着されたエレクトロニクスデバイスへの高移動性のアルカリイオンの移行を防ぐために、積層化ガラス物品の表面がアルカリイオン不含であることを必要とする場合がある。

【0038】

しかしながら、いくつかの他の実施形態では、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、アルカリイオンを含有するガラス組成物から形成され得る。これらの実施形態において、アルカリイオンの存在は、イオン交換によるガラスの化学的強化を促進することができ、それにより、積層化ガラス物品の強度を向上させる。

【0039】

ここで、図３を参照すると、相分離可能なガラス組成物からガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成することにより、その後の、当該ガラスから少なくとも１つの相を除去することによるガラスクラッド層におけるミクロ構造の形成が容易になり得る。例えば、いくつかの実施形態において、ガラスクラッド層は、スピノーダル分解によって相分離するガラス組成物から形成することができる。これらの実施形態において、ガラスクラッド層は、第一相から形成された相互接続されたマトリックスを、第一相内部に分散された少なくとも１つの第２層と共に含む。これらの実施形態において、当該少なくとも１つの第二相は、第一相によって形成された相互接続されたマトリックス内において、それ自体が相互接続されている。当該相のうちの一方は、もう一方の相よりも、水、アルカリ溶液、および／または酸性溶液に溶解し難くあり得る。例えば、いくつかの実施形態において、第二相は、第一相よりもより溶解し易くあり得る。したがって、当該少なくとも１つの第二相は、水および／または酸性溶液に溶解させることによって、第一相によって形成された相互接続されたマトリックスから選択的に除去することができる。当該少なくとも１つの第二相がガラスから除去された後、ガラスクラッド層は、図３に表されるように、第一相によって形成された多孔質の相互接続されたマトリックスを有する。図３における明るい領域は、第一相によって形成された相互接続されたマトリックスを示しており、その一方で、暗い領域は、前に少なくとも１つの第二相によって占められていた空間に対応する、相互接続されたマトリックスの孔隙である。

【0040】

ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂが、相分離したガラスの第一相によって形成された多孔質の相互接続されたマトリックスを有する実施形態において、当該多孔質の相互接続されたマトリックスは、積層化ガラス物品に対して所望の機能を付与する二次材料でコーティングすることができる。好適な材料としては、これらに限定されるわけではないが、無機材料、例えば、金属、合金、および／またはセラミックなど、または有機材料、例えば、ポリマーおよび生物学的活性材料が挙げられる。例えば、いくつかの実施形態において、当該多孔質の相互接続されたマトリックスは、触媒活性材料によってコーティングされ得るかまたは少なくとも部分的に満たされ得る。そのような材料は、これらに限定されるわけではないが、触媒活性な貴金属および合金、例えば、白金、パラジウム、およびロジウムなど、ゼオライト、金属酸化物などを含み得る。いくつかの他の実施形態において、当該多孔質の相互接続されたマトリックスは、生物学的に活性な材料によってコーティングされ得るかまたは少なくとも部分的に満たされ得る。そのような材料は、これらに限定されるわけではないが、生物学的に活性なガラス材料、例えば、ホウ酸塩ガラスおよびリン酸塩ガラスなど、を含み得る。他の好適な生物学的に活性なガラスとしては、これらに限定されるわけではないが、Ｂｉｏ−Ｇｌａｓｓｅｓ：Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｊｏｎｅｓ ａｎｄ Ｃｌａｒｅ，ｅｄｓ．（Ｊｏｈｎ ＷｉｌｅｙおよびＳｏｎｓ，２０１２）に一覧されるガラス材料が挙げられる。

【0041】

あるいは、当該多孔質の相互接続されたマトリックスは、積層化ガラス物品の１つまたは複数の物理特性を高めるために、二次材料によって部分的にもしくは完全に満たすことができる。いくつかの実施形態において、当該二次材料は、ガラスクラッド層の屈折率を変えるため、ガラスクラッド層の音響特性を変えるため、ガラスクラッド層の強度を向上させるため、ガラスクラッド層に特定の光学特性もしくは電子特性を付与するため、またはガラスクラッド層に表面改質を提供するために使用されるポリマー材料であり得る。例えば、いくつかの実施形態において、当該多孔質の相互接続されたマトリックスは、積層化ガラス物品の靱性を高めるために、ポリマー材料によって部分的もしくは完全に満たすことができる。ガラスは一般的に高い強度を有するが、靱性は低く、一方で、ポリマーは、低い強度と高い靱性とを有する。したがって、ガラスクラッド層の多孔質の相互接続された空隙をポリマー材料で部分的にもしくは完全に満たすことによって、積層化ガラス物品の靱性が向上し得る。当該多孔質の相互接続されたマトリックスを部分的にもしくは完全に満たすために使用されるポリマー材料は、反応性材料もしくは非反応性材料であり得る。反応性ポリマー材料は、ガラス表面と反応して化学的に結合したネットワークを形成する官能基を有する。これらの反応は、これらに限定されるわけではないが、熱、ＵＶ照射、電子ビームなどを含む様々な異なる方法において開始することができる。非反応性ポリマー材料は、ガラスとポリマーとの間にいかなる化学反応も生じることなく、ガラスの多孔質表面を受動的に満たす。好適なポリマー材料としては、これらに限定されるわけではないが、ポリエポキシ、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリシロキサン、ポリビニル、ポリ無水物、ポリ尿素、ポリカーボネート、ポリスルフィド、およびポリスルホンが挙げられる。

【0042】

他の実施形態において、当該多孔質の相互接続されたマトリックスは、材料の熱膨張率を変える二次材料で満たしてもよい。例えば、ガラスクラッド層の多孔質の相互接続されたマトリックスは、第一ガラス相よりも低い膨張係数を有する二次材料で満たしてもよく、それにより、ガラスクラッド層全体の熱膨張率を下げることができる。一実施形態において、このことは、多孔質の相互接続されたマトリックスをシリカのコロイド溶液で満たすことによって達成することができ、その場合、当該シリカのコロイド溶液は、乾燥および焼成された後、当該相互接続されたマトリックスをガラスクラッド層の第一相に接着したシリカで満たし、それにより、ガラスクラッド層の熱膨張率を低下させる。

【0043】

さらなる他の実施形態において、当該多孔質の相互接続されたマトリックスは、積層化ガラス物品の屈折率を変える二次材料によって部分的にまたは完全に満たしてもよい。積層化ガラス物品の屈折率を変更するための好適な材料としては、これらに限定されるわけではないが、ポリマー材料、例えば、ポリエポキシ、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリシロキサン、ポリビニル、ポリ無水物、ポリ尿素、ポリカーボネート、ポリスルフィド、およびポリスルホンなど、が挙げられる。しかしながら、これらに限定されるわけではないが、ポリマー材料とセラミック材料および／または金属材料との組み合わせなど、他のタイプの材料も使用することができることは理解されるべきである。

【0044】

同様に、ガラスクラッド層の多孔質の相互接続されたマトリックスを部分的にもしくは完全に満たすポリマー材料は、積層化ガラス物品の音響特性を変えることができ、音響的に絶縁された積層化ガラス物品を提供することができる。例えば、積層化ガラス物品の音響特性は、一般的に、物品の剛性（モジュラス）および減衰（損失正接）に依存する。ガラスクラッド層の多孔質の相互接続されたマトリックスをポリマー材料で満たすことにより（または部分的に満たすことにより）、積層化ガラス物品の音響特性が変更され、その一方で、コア層は、積層化ガラス物品に所望の全体的剛性を与える。

【0045】

本明細書において説明されるいくつかの実施形態において、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成するガラス組成物は、１種または複数種の金属成分、例えば、金、銀、銅、白金など、を含有し得る。これらの実施形態において、積層化ガラス物品は、ガラス組成物の第一相において金属成分の沈降を生じさせるために熱処理してもよい。相分離したガラス組成物の第一相によって形成された多孔質の相互接続されたマトリックスをガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂが有するような実施形態において、当該金属成分の沈降は、当該多孔質の相互接続されたマトリックスの表面もしくは表面付近に金属成分を蓄積させ得る。

【0046】

再び図１を参照して、ガラスコア層１０２は、ガラスコア層１０２の組成物がガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂに融着することができる限り、様々な異なるガラス組成物から形成することができる。いくつかの実施形態において、ガラスコア層は、アルカリ金属および／またはアルカリ金属を含有する化合物を含んでもよく、その一方で、他の実施形態において、ガラスコア層は、アルカリ金属および／またはアルカリ金属を含有する化合物を実質的に不含であってもよい。

【0047】

積層化プロセスの結果として積層化ガラス物品１００のガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂが圧縮応力を受けるような実施形態において、ガラスコア層１０２は、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂと比べて高い平均熱膨張率を有するガラス組成物から形成される。本明細書において説明されるように、融着積層化プロセスの際に、低い平均ＣＴＥを有するガラス組成物から形成されたガラスクラッド層が、比較的高い平均ＣＴＥを有するガラス組成物から形成されたガラスコア層と対にされる場合、積層化された構造体をイオン交換または熱強化しなくても、ガラスコア層の平均ＣＴＥとガラスクラッド層の平均ＣＴＥとの差により、結果として、それらが冷却するときにガラスクラッド層において圧縮応力が生じる。いくつかの実施形態において、ガラスコア層は、２０℃から３００℃の範囲において約４０×１０^−７／℃以上の平均熱膨張率（ＣＴＥ）を有するガラス組成物から形成することができる。これらの実施形態のうちのいくつかにおいて、ガラスコア層のガラス組成物の平均ＣＴＥは、２０℃から３００℃の範囲において約６０×１０^−７／℃以上であり得る。さらなる他の実施形態において、ガラスコア層のガラス組成物の平均ＣＴＥは、２０℃から３００℃の範囲にわたる平均において約８０×１０^−７／℃以上であり得る。

【0048】

本明細書において説明される積層化ガラス物品１００のいくつかの実施形態において、ガラスコア層１０２を形成するガラス組成物は、フュージョン成形にとって好適な液相粘度および液相温度を有する。例えば、ガラスコア層１０２を形成するガラス組成物は、約３５キロポアズ（約３．５ｋＰａ・ｓ）以上の液相粘度を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスコア層１０２を形成するガラス組成物の液相粘度は、１００キロポアズ（約１０ｋＰａ・ｓ）以上、さらには２００キロポアズ（約２０ｋＰａ・ｓ）以上である。ガラスコア層を形成するガラス組成物の液相温度は、約１４００℃以下であり得る。いくつかの実施形態において、液相温度は、１３５０℃以下、さらには１３００℃以下である。

【0049】

本明細書において説明される実施形態において、ガラスコア層１０２は、相分離可能でないガラス組成物から形成される。このことは、特に、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂが、多孔質の相互接続されたマトリックスを有するように形成される場合に、積層化ガラス物品１００の機械的一体性を向上させる。

【0050】

特定の一実施形態において、積層化ガラス物品のガラスコア層１０２は、約６０から約７３ｍｏｌ％のＳｉＯ_２；約５から約１６ｍｏｌ％のＡｌ_２Ｏ_３；約０から１６ｍｏｌ％のＢ_２Ｏ_３；約０から１６ｍｏｌ％のＮａ_２Ｏ；約０から約１６ｍｏｌ％のＫ_２Ｏ（この場合、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの合計は、１６ｍｏｌ％以下である）；約０から約８ｍｏｌ％のＭｇＯ；約０から約１６ｍｏｌ％のＣａＯ；約０から約１６ｍｏｌ％のＳｒＯ；約０から約１６ｍｏｌ％のＢａＯ；約０から約８ｍｏｌ％のＺｎＯ（この場合、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯの合計は、約０から約２０ｍｏｌ％である）、を含むガラス組成物から形成される。当該ガラス組成物はさらに、ＳｎＯ_２などの清澄剤も含んでいてもよい。特定の一実施形態において、当該ガラス組成物は、６１．９７ｍｏｌ％のＳｉＯ_２；１０．８９ｍｏｌ％のＡｌ_２Ｏ_３；１０．０９ｍｏｌ％のＢ_２Ｏ_３；６．１６ｍｏｌ％のＭｇＯ；５．４５ｍｏｌ％のＣａＯ；３．０９ｍｏｌ％のＳｒＯ；２．１７ｍｏｌ％のＫ_２Ｏ；および０．０４ｍｏｌ％のＳｎＯ_２から形成される。しかしながら、ガラスコア層１０２のガラス組成物がガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂのガラス組成物に融着することができる限り、積層化ガラス物品１００のガラスコア層１０２を形成するために他のガラス組成物を使用することができることは理解されるべきである。

【0051】

本明細書において説明される積層化ガラス物品を形成するために、これらに限定されるわけではないが、融着積層化プロセス、スロットドロー積層化プロセス、フロートガラスプロセスなどの様々なプロセスを使用することができる。

【0052】

特定の一実施形態において、積層化ガラス物品１００は、米国特許第４，２１４，８８６号明細書に記載されているような融着積層化（フュージョンラミネーション）プロセスによって形成することができ、なお、当該文献は、参照により本明細書に組み入れられる。一例として図４を参照すると、積層化ガラス物品を形成するためのラミネートフュージョンドロー装置２００は、下部アイソパイプ２０４の上方に位置された上部アイソパイプ２０２を含む。上部アイソパイプ２０２は、相分離可能な溶融ガラスクラッド組成物２０６が溶融炉（図示されず）から供給されるトラフ２１０を含む。同様に、下部アイソパイプ２０４は、溶融ガラスコア組成物２０８が溶融炉（図示されず）から供給されるトラフ２１２を含む。

【0053】

溶融ガラスコア組成物２０８がトラフ２１２を満たすと、トラフ２１２からあふれ出し、下部アイソパイプ２０４の外側形成表面２１６、２１８を覆うように流れる。下部アイソパイプ２０４の外側形成表面２１６、２１８は、根本部分２２０に集まる。したがって、外側形成表面２１６、２１８を覆うように流れる溶融ガラスコア組成物２０８は、下部アイソパイプ２０４の根本部分２２０において再合流し、それにより、積層化ガラス物品のガラスコア層１０２を形成する。

【0054】

同時に、相分離可能な溶融ガラスクラッド組成物２０６が、上部アイソパイプ２０２に形成されたトラフ２１０からあふれ出し、上部アイソパイプ２０２の外側形成表面２２２、２２４を覆うように流れる。当該相分離可能な溶融ガラスクラッド組成物２０６は、上部アイソパイプ２０２によって外向きへと向きを変えられ、それにより、当該相分離可能な溶融ガラスクラッド組成物２０６は、下部アイソパイプ２０４の周りを流れ、下部アイソパイプの外側形成表面２１６、２１８を覆うように流れる溶融ガラスコア組成物２０８に接触し、当該溶融ガラスコア組成物に融着して、当該ガラスコア層１０２の周りにガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成する。

【0055】

上記において言及したように、いくつかの実施形態において、溶融ガラスコア組成物２０８は、相分離可能な溶融ガラスクラッド組成物２０６の平均熱膨張率ＣＴＥ_ｃｌａｄよりも大きい平均熱膨張率ＣＴＥ_ｃｏｒｅを有する。したがって、ガラスコア層１０２およびガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂが冷却する際に、ガラスコア層１０２の平均熱膨張率とガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂの平均熱膨張率との差により、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおいて圧縮応力が発生する。当該圧縮応力は、イオン交換処理または熱強化処理を用いずに、結果として得られる積層化ガラス物品の強度を増加させる。

【0056】

ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂがガラスコア層１０２に融着し、それにより積層化ガラス物品１００が形成されると、当該積層化ガラス物品は、任意により、例えば、真空成形または任意の他の従来のガラス成形プロセスなどによって、所望の三次元形態へと成形することができる。

【0057】

ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂをガラスコア層１０２に融着させることによって積層化ガラス物品１００が形成され、任意により成形されると、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおいて相分離を引き起こすために当該積層化ガラス物品１００は加熱処理され、それにより、少なくとも１つの第二相がガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂに分散されている、第一相による相互接続されたマトリックスが生成される。加熱処理プロセスは、概して、ガラスを、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成する相分離可能なガラス組成物の共溶温度またはスピノーダル温度に加熱する工程と、積層化ガラス物品１００を、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおいて所望の量の相分離を誘起するのに十分な期間においてこの温度に維持する工程とを含む。本明細書において説明されるいくつかの実施形態において、積層化ガラス物品１００は、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおいて相分離を誘起するために、相分離可能なガラス組成物のスピノーダル温度と温度差約６００℃以下の低温からスピノーダル温度までの範囲の温度に加熱される。いくつかの他の実施形態において、積層化ガラス物品１００は、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおいて相分離を誘起するために、相分離可能なガラス組成物のスピノーダル温度と温度差約３００℃以下の低温からスピノーダル温度までの範囲の温度に加熱される。さらなる他の実施形態において、積層化ガラス物品１００は、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおいて相分離を誘起するために、相分離可能なガラス組成物のスピノーダル温度と温度差約２００℃以下の低温からスピノーダル温度までの範囲の温度に加熱される。さらなる実施形態において、積層化ガラス物品１００は、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおいて相分離を誘起するために、相分離可能なガラス組成物のスピノーダル温度と温度差約１００℃以下の低温からスピノーダル温度までの範囲の温度に加熱される。

【0058】

積層化ガラス物品１００は、所望の量の相分離を当該積層化ガラス物品１００のガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂに付与するのに十分な期間において、加熱処理温度に維持され得る。概して、積層化ガラス物品１００を当該加熱処理温度に長く維持するほど、当該積層化ガラス物品のガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂに生じる相分離の量は多い。いくつかの実施形態において、積層化ガラス物品１００は、約１分以上かつ約１０時間以下の期間において、加熱処理温度に維持され得る。いくつかの他の実施形態において、積層化ガラス物品１００は、約３０分以上かつ約５時間以下、さらには約２．５時間以下、の期間において、加熱処理温度に維持され得る。しかしながら、ガラスクラッド層における相分離の所望の量に応じてより長い期間もしくはより短い期間も使用することができることは理解されるべきである。

【0059】

いくつかの実施形態において、積層化ガラス物品１００の加熱処理は、少なくとも１つの第二相の離散領域を、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成するガラス組成物の第一相から形成された相互接続されたマトリックス内に分散させるために用いられる。この実施形態において、少なくとも１つの第二相による分散された離散領域のサイズおよび量は、加熱処理の時間および／または温度を制御することによって制御することができ、これは、結果として得られる積層化ガラス物品の光学特性を変える。例えば、少なくとも１つの第二相による分散された離散領域のサイズおよび量を制御することにより、積層化ガラス物品１００内において生じる光散乱の量および／または積層化ガラス物品１００の音響特性を制御することができる。このようにして形成された積層化ガラス物品１００は、照明用途、光フィルター用途、および同様の用途において利用することができる。あるいは、このようにして形成された積層化ガラス物品１００は、建築用および自動車用ガラスに用いることができる。

【0060】

いくつかの実施形態において、加熱処理の時間および温度は、後で少なくとも１つの第二相が第一相から除去される場合に結果として得られるガラスクラッド層の孔隙によってガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂが所望の屈折率を有するように、選択される。より詳細には、加熱処理の時間および温度は、少なくとも１つの第二相が第一相による相互接続されたマトリックスから除去されたときにガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおいて所望の屈折率を生じるような、所望の量および分配の少なくとも１つの第二相が第一相による相互接続されたマトリックス内に存在するように、選択される。

【0061】

いくつかの他の実施形態において、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおいて相分離を誘起するための加熱処理の後に、例えば、第一相の多孔質の相互接続されたマトリックスがガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおいて所望される場合などにおいて、積層化ガラス物品１００はさらに、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂの第一相による相互接続されたマトリックスから少なくとも１つの第二相を除去するために処理される。これらの実施形態において、当該少なくとも１つの第二相は、積層化ガラス物品をエッチングすることによって、第一相による相互接続されたマトリックスから除去することができる。上記において言及したように、いくつかの実施形態において、当該少なくとも１つの第二相は、水、アルカリ溶液、および／または酸性溶液に対して、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおける相分離したガラス組成物の第一相よりも大きい溶解率を有し、それにより、当該少なくとも１つの第二相は、第一相よりも溶解し易い。これらに限定されるわけではないが、フッ酸、塩酸、硝酸、硫酸、またはそれらの組み合わせを含む、様々なエッチング液またはエッチング液の組み合わせを使用することができる。積層化ガラス物品１００を、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおける第一相による相互接続されたマトリックスから少なくとも１つの第二相を完全に除去するのに十分な期間においてエッチング液に接触させ、それにより、第一相の多孔質の相互接続されたマトリックスが残される。

【0062】

いくつかの実施形態において、第一相による多孔質の相互接続されたマトリックスは、上記において説明されるように、二次材料でコーティングしてもよくまたは満たしてもよい。多孔質の相互接続されたマトリックスを、二次材料で満たすかまたはコーティングするために、これらに限定されるわけではないが、ディップコーティング、フローコーティング、真空コーティングなどの様々な技術を使用することができる。

【実施例】

【0063】

本明細書において説明される積層化ガラス物品の実施形態は、以下の実施例によってさらに明確となるであろう。

【0064】

積層化ガラス物品は、上記において説明されるラミネートフュージョンプロセスを使用して形成した。ガラスクラッド層は、６４．６２ｍｏｌ％のＳｉＯ_２；７．３８ｍｏｌ％のＡｌ_２Ｏ_３；１６．４６ｍｏｌ％のＢ_２Ｏ_３；２．２１ｍｏｌ％のＭｇＯ；８．１４ｍｏｌ％のＣａＯ；１．１２ｍｏｌ％のＳｒＯ；および０．０６ｍｏｌ％のＳｎＯ_２を含むガラス組成物から形成した。ガラスコア層は、６１．９７ｍｏｌ％のＳｉＯ_２；１０．８９ｍｏｌ％のＡｌ_２Ｏ_３；１０．０９ｍｏｌ％のＢ_２Ｏ_３；６．１６ｍｏｌ％のＭｇＯ；５．４５ｍｏｌ％のＣａＯ；３．０９ｍｏｌ％のＳｒＯ；２．１７ｍｏｌ％のＫ_２Ｏ；および０．０４ｍｏｌ％のＳｎＯ_２を含むガラス組成物から形成した。

【0065】

当該積層化ガラス物品を、９５０℃の温度で２時間加熱処理した。これにより、ガラスクラッド層のガラスは、第一相による相互接続されたマトリックスと、当該第一相による相互接続されたマトリックス内に分散され相互接続した第二相とにスピノーダル分解した。図２は、加熱処理後のガラスクラッド層のガラスを示すＳＥＭ顕微鏡写真である。第一相は、概して、シリカリッチ相からなり、その一方で、第二相は、概して、ホウ素リッチ相からなる。

【0066】

次いで、第一相から第二相を選択的に除去するために、当該積層化ガラス物品をフッ酸の１％溶液において１分間酸エッチングした。図３は、第一相による多孔質の相互接続されたマトリックスを残して、第一相による相互接続されたマトリックスから第二相を除去した後のガラスクラッド層のガラスを示すＳＥＭ顕微鏡写真である。

【0067】

ここで、本明細書において説明されるガラス物品が、相分離したガラスクラッド層で形成され得ることは理解されるべきである。いくつかの実施形態において、相分離の程度は、積層化ガラス物品に所望の光学特性、例えば、所望の屈折率など、を付与するために制御することができる。あるいは、第一相による相互接続されたマトリックスからの第二相の除去を容易にするために、ガラスクラッド層は相分離され得、それにより、第一相から形成された多孔質の相互接続されたマトリックスが作り出される。当該多孔質の相互接続されたマトリックスの孔隙は、所望の光学特性、例えば、所望の屈折率など、を達成するために特異的に適合させることができる。いくつかの実施形態において、当該多孔質の相互接続されたマトリックスは、積層化ガラス物品の物理特性を向上させるため、および／または、これらに限定されるわけではないが、触媒活性または生物活性などの特定の機能を積層化ガラス物品に付与するために、二次材料でコーティングされ得るかまたは少なくとも部分的に満たされ得る。ガラスクラッド層が多孔質の相互接続されたマトリックスを含む実施形態において、固体ガラスコア層は、積層化ガラス物品にさらなる機械的強度を提供する。

【0068】

権利請求される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において説明される実施形態に対して様々な変更および変形を為すことができることは、当業者に明らかであろう。したがって、本明細書は、記載した様々な実施形態の変更および変形が添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内であれば、そのような変更および変形を網羅することを意図している。

【符号の説明】

【0069】

１００ 積層化ガラス物品
１０２ ガラスコア層
１０４ａ ガラスクラッド層
１０４ｂ ガラスクラッド層
２００ ラミネートフュージョンドロー装置
２０２ 上部アイソパイプ
２０６ 溶融ガラスクラッド組成物
２０８ 溶融ガラスコア組成物
２１０ トラフ
２１２ トラフ
２１６ 外側形成表面
２１８ 外側形成表面
２２０ 根本部分
２２２ 外側形成表面
２２４ 外側形成表面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】