(57)【要約】  ガラス組成物、マクロ複合材料、およびガラス中に金属を分散または浸漬させることを含むマクロ複合材料の形成方法。好ましくは、マクロ複合材料は、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１ｍｍ3より高いか、１ｍｍ3より高いか、１０ｍｍ3より高いか、１００ｍｍ3より高いか、１０００ｍｍ3より高いか、または１００００ｍｍ3より高い体積を有する金属をガラス中に分散させること、または浸漬させることを含む、マクロ複合材料の形成方法であって、
前記マクロ複合材料が、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まない方法。
【請求項２】
前記金属が、０．１ｍｍ3より高い、１ｍｍ3より高い、１０ｍｍ3より高い、１００ｍｍ3より高い、１０００ｍｍ3より高い、または１００００ｍｍ3より高い体積を有する複数の小片を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属が、プレート、ホイル、ストライプ、ワイヤ、繊維、ネット、メッシュ、チョップドストランド、ボウル、粒子、球体、小球体、布、フレークまたは不規則形状の少なくとも１つを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属が、前記ガラス中に完全に浸漬されるか、または部分的に浸漬される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ガラスが、ホスフェートガラスを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ガラスが、シリケートガラスを含まない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ガラスが、ＺｎＯおよびＰ2Ｏ5を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
ＺｎＯ：Ｐ2Ｏ5のモル比が２：１である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ＺｎＯおよびＰ2Ｏ5の組み合わせた質量パーセントが、少なくとも６０、少なくとも７０、少なくとも７５または少なくとも８０である、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガラスが、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯの少なくとも１種、ならびにＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＳｎＯ2の少なくとも１種を含み、
かつΣ（ＺｎＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ）：Σ（Ｐ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、Ｂｉ2Ｏ2、ＳｎＯ2）のモル比が２：１である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガラスが、表２または表３に提供される範囲で、ＺｎＯ、Ｐ2Ｏ5、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｅＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2およびＳｎＯ2を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガラスが、表２に提供される範囲で、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯの少なくとも１種をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属の温度が、ガラス中に前記金属を分散または浸漬させる時の前記ガラスの温度の１０℃以内、２０℃以内、３０℃以内、４０℃以内、５０℃以内、１００℃以内、２００℃以内、３００℃以内、４００℃以内、５００℃以内、６００℃以内、７００℃以内または８００℃以内である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属が、ガラス中に前記金属を分散または浸漬させる時に、室温である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属が、ガラス中に前記金属を分散または浸漬させる時に、溶融している、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属が、ガラス中に前記金属を分散または浸漬させる時のガラスの温度よりも、１００℃まで、２００℃まで、３００℃まで、４００℃まで、５００℃まで、６００℃まで、７００℃まで、または７５０℃まで高い温度を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガラス中に前記金属を分散または浸漬させる時の前記ガラスの温度が、前記ガラスのＴgよりも少なくとも２０℃高いか、前記ガラスのＴgよりも少なくとも３０℃高いか、または前記ガラスのＴgよりも少なくとも４０℃高い、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ガラス中に前記金属を分散または浸漬させる時の前記ガラスの温度が、少なくとも３９０℃、少なくとも４００℃または少なくとも４１０℃、少なくとも４５０℃、少なくとも５００℃、少なくとも５５０℃、少なくとも６００℃、少なくとも６５０℃、少なくとも７００℃、少なくとも７５０℃、少なくとも８００℃、少なくとも８５０℃または少なくとも９００℃である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガラス中に前記金属を分散または浸漬させた後、前記ガラスを焼鈍しすることをさらに含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記焼鈍し温度が、３３０℃、３４０℃、３５０℃、３６０℃、３７０℃、３８０℃または３９０℃である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ガラスの熱膨張率が、少なくとも少なくとも７０×１０-7Ｋ-1、少なくとも８０×１０-7Ｋ-1、少なくとも９０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１００×１０-7Ｋ-1、少なくとも１１０×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも１２０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１３０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１４０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１５０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１６０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１７０×１０-7Ｋ-1または少なくとも１８０×１０-7Ｋ-1でなければならない、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記マクロ複合材料が、第２のガラスを含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記ガラスがフロートガラスを含み、かつそのリトルトン（Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ）軟化点（ＴLit）における前記第２のガラスの温度が、前記フロートガラスのガラス転移点（Ｔg）未満である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
そのリトルトン（Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ）軟化点（ＴLit）における前記第２のガラスの温度が、５５０℃までである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記金属および前記ガラスの間の熱膨張率の差異が、３０×１０-7Ｋ-1未満、２５×１０-7Ｋ-1未満、２０×１０-7Ｋ-1未満、または１０×１０-7Ｋ-1未満である、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記金属が、銅、アルミニウム青銅合金または銅合金の少なくとも１つを含み、かつ前記ガラスが、１３０×１０-7Ｋ-1〜１８５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記ガラスが、次の範囲で次の成分：
【表１】
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を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記金属が、金および金合金の少なくとも１つを含み、かつ前記ガラスが、１２０×１０-7Ｋ-1〜１７５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記ガラスが、次の範囲で次の成分：
【表２】
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を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記金属が青銅を含み、かつ前記ガラスが、１６０×１０-7Ｋ-1〜１８５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記ガラスが、次の範囲で次の成分：
【表３】
2019514837.tif 000017
を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記金属が、鉄、鋳鉄、鉄鋼または炭素鋼の少なくとも１つを含み、かつ前記ガラスが、９０×１０-7Ｋ-1〜１４０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記ガラスが、次の範囲で次の成分：
【表４】
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を含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記金属がステンレス鋼を含み、かつ前記ガラスが、９０×１０-7Ｋ-1〜１８５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記金属がチタンを含み、かつ前記ガラスが、７５×１０-7Ｋ-1〜１０５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記ガラスが、次の範囲で次の成分：
【表５】
2019514837.tif 000019
を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記ガラスが、キャスティング、吹込み、圧押または回転によって形成される、請求項１〜３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記ガラスが、粉末または粉砕ガラスの焼結によって形成される、請求項１〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記ガラスが、可視スペクトルの範囲内で吸収ベルトを有する元素を含む、請求項１〜３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
金属およびガラスを含む組成物であって、
前記ガラスが、ＺｎＯおよびＰ2Ｏ5を含み、
かつ前記金属を前記ガラス中で分散または浸漬させ、かつ
前記金属が、０．１ｍｍ3より高いか、１ｍｍ3より高いか、１０ｍｍ3より高いか、１００ｍｍ3より高いか、１０００ｍｍ3より高いか、または１００００ｍｍ3より高い体積を有する、組成物。
【請求項４１】
前記金属が、０．１ｍｍ3より高いか、１ｍｍ3より高いか、１０ｍｍ3より高いか、１００ｍｍ3より高いか、１０００ｍｍ3より高いか、または１００００ｍｍ3より高い体積を有する複数の小片を含む、請求項４０に記載の組成物。
【請求項４２】
前記金属が、プレート、ホイル、ストライプ、ワイヤ、繊維、ネット、メッシュ、チョップドストランド、ボウル、粒子、球体、小球体、布、フレークまたは不規則形状の少なくとも１つを含む、請求項４０または請求項４１に記載の組成物。
【請求項４３】
前記金属が、前記ガラス中に完全に浸漬されるか、または部分的に浸漬される、請求項４０〜４２のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４４】
ＺｎＯ：Ｐ2Ｏ5のモル比が２：１である、請求項４０〜４３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４５】
ＺｎＯおよびＰ2Ｏ5の組合せた質量パーセントが、少なくとも６０、少なくとも７０、少なくとも７５または少なくとも８０である、請求項４０〜４４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４６】
前記ガラス組成物が、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯの少なくとも１種、ならびにＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＳｎＯ2の少なくとも１種を含み、Σ（ＺｎＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ）：Σ（Ｐ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、Ｂｉ2Ｏ2、ＳｎＯ2）のモル比が２：１である、請求項４０〜４４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４７】
前記ガラス組成物が、表２または表３に提供される範囲で、ＺｎＯ、Ｐ2Ｏ5、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｅＯ2、ＴｉＯ2およびＳｎＯ2を含む、請求項４０〜４４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４８】
前記ガラスが、次の範囲で次の成分：
【表６】
2019514837.tif 000020
を含む、請求項４０〜４４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４９】
前記ガラスが、次の範囲で次の成分：
【表７】
2019514837.tif 000021
を含む、請求項４０〜４４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５０】
前記ガラスが、次の範囲で次の成分：
【表８】
2019514837.tif 000022
を含む、請求項４０〜４４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５１】
前記ガラスが、次の範囲で次の成分：
【表９】
2019514837.tif 000023
を含む、請求項４０〜４４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５２】
前記ガラスが、次の範囲で次の成分：
【表１０】
2019514837.tif 000024
を含む、請求項４０〜４４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５３】
表１のガラス組成物のいずれか１つを含む組成物。
【請求項５４】
０．１ｍｍ3より高いか、１ｍｍ3より高いか、１０ｍｍ3より高いか、１００ｍｍ3より高いか、１０００ｍｍ3より高いか、または１００００ｍｍ3より高い体積を有する金属をガラス中に分散させること、または浸漬させることと、
前記ガラス中で前記金属を分散または浸漬させた後に前記ガラスを焼鈍しすることと
を含む方法によって調製された、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まないマクロ複合材料。
【請求項５５】
前記ガラス中で前記金属を分散または浸漬させた時の前記ガラスの温度が、前記ガラスのＴgより少なくとも２０℃高いか、前記ガラスのＴgより少なくとも３０℃高いか、または前記ガラスのＴgより少なくとも４０℃高い、請求項５４に記載のマクロ複合材料。
【請求項５６】
前記ガラス中に前記金属を分散または浸漬させる時の前記ガラスの温度が、少なくとも３９０℃、少なくとも４００℃または少なくとも４１０℃、少なくとも４５０℃、少なくとも５００℃、少なくとも５５０℃、少なくとも６００℃または少なくとも６５０℃である、請求項５４または５５に記載のマクロ複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
継続的出願データ
本出願は、参照によって本明細書中に組み込まれる、２０１６年４月２０日出願の米国仮特許出願第６２／３２５，１３７号明細書の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスおよび金属の組合せは、多くの芸術家、デザイナーおよび建築家にとって魅力的であると考えられる。しかしながら、一般的な商業的に入手可能なシリケートガラスと、ほとんどの金属との間の熱的および機械的特の不適合のため、有機樹脂またはポリマーが、しばしば、ガラス−金属ラミネートまたは芸術的特徴の他の視覚的構造中で材料を結合させるために使用される。そのような樹脂またはポリマーは、サンドイッチ構造の厚さおよび構造内での金属の位置の両方を制限する。マクロ複合材料の場合、有機樹脂またはポリマーは、それらの光学的外観、特に、マクロ複合材料の色および光反射または屈折を変更し得る。さらに、ポリマーは、ガラスよりもはるかに低い硬度、化学的および熱的耐久性を有する物質であるため、ガラス−金属マクロ複合材料の引っ掻き傷および液体または熱による望ましくない反応の傾向をより高め得、これは、ポリマーが表面にある２相構造の透明度または表面完全性を損なう可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本開示は、ガラス中に分散または浸漬された金属を含むマクロ複合材料、およびマクロ複合材料の形成方法を記載する。好ましくは、マクロ複合材料は、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
いくつかの実施形態において、金属は、ガラス中に分散されるか、または完全に、もしくは部分的に浸漬される。いくつかの実施形態において、金属はガラス中に均一に分散され、いくつかの実施形態において、金属は、ガラス中に不均一に分散される。
【０００５】
一態様において、本開示は、ガラス中に金属を分散させるか、または浸漬させることを含む、マクロ複合材料の形成方法を記載する。金属は、０．１立方ミリメートル（ｍｍ3）より高いか、１ｍｍ3より高いか、１０ｍｍ3より高いか、１００ｍｍ3より高いか、１０００ｍｍ3より高いか、または１００００ｍｍ3より高い体積を有する。マクロ複合材料は、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まない。
【０００６】
別の態様において、本開示は、金属およびガラスを含む組成物を記載する。ガラスは、ＺｎＯおよびＰ2Ｏ5を含む。金属は、ガラス中に分散または浸漬されており、かつ金属は、０．１ｍｍ3より高いか、１ｍｍ3より高いか、１０ｍｍ3より高いか、１００ｍｍ3より高いか、１０００ｍｍ3より高いか、または１００００ｍｍ3より高い体積を有する。
【０００７】
さらなる態様において、本開示は、ガラス中に金属を分散させるか、または浸漬させることと、金属がガラス中に分散または浸漬された後、ガラスを焼鈍しすることとを含む方法によって調製されたマクロ複合材料を記載する。金属は、０．１ｍｍ3より高いか、１ｍｍ3より高いか、１０ｍｍ3より高いか、１００ｍｍ3より高いか、１０００ｍｍ3より高いか、または１００００ｍｍ3より高い体積を有する。マクロ複合材料は、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まない。
【０００８】
本明細書で使用される場合、「熱膨張率」（「熱膨張係数」とも記載される）は線膨脹率を示す。いくつかの実施形態において、ガラスの熱膨張率は、室温で算出されてよい。いくつかの実施形態において、ガラスの熱膨張率は、好ましくは、膨張計測曲線から算出される。いくつかの実施形態において、ガラスの熱膨張率は、展示または貯蔵が意図されるマクロ複合材料における温度を含む温度範囲（例えば、１０セ氏温度（℃）〜４０℃（２８３．１５ケルビン（Ｋ）〜３１３．１５Ｋ）の温度範囲）を使用して算出されてもよい。いくつかの実施形態において、ガラスの熱膨張率は、室温から、ガラス転移温度（Ｔg）より１００℃（３７３．１５Ｋ）低い温度までの温度範囲を使用して算出されてもよい。いくつかの実施形態において、ガラスの熱膨張率は、室温からＴgまで、ガラス転移温度（Ｔg）までの範囲の温度で算出されてもよい。いくつかの実施形態において、金属の熱膨張率は、好ましくは、室温で算出される。いくつかの実施形態において、金属の熱膨張率は、好ましくは、膨張計測曲線から算出される。いくつかの実施形態において、金属の熱膨張率は、展示または貯蔵が意図されるマクロ複合材料における温度を含む温度範囲（例えば、１０℃〜４０℃（２８３．１５Ｋ〜３１３．１５Ｋ）の温度範囲）を使用して算出されてもよい。いくつかの実施形態において、金属の熱膨張率は、室温から３００℃（５７３．１５Ｋ）までの温度範囲を使用して算出されてもよい。いくつかの実施形態において、金属の熱膨張率は、室温からマクロ複合材料中に存在するガラスのＴgまでの範囲の温度で算出されてもよい。
【０００９】
本明細書で使用される場合、「マクロ複合材料」は、第１の材料が、第２の材料中に分散されたか、または完全に、もしくは部分的に浸漬され、かつ第１の材料が、補助を用いないヒトの眼によって見られ得る、２種の異なる材料の組合せを意味する。いくつかの実施形態において、第１の材料は、０．１ミリメートル立方体（ｍｍ3）より高いか、１ｍｍ3より高いか、１０ｍｍ3より高いか、１００ｍｍ3より高いか、１０００ｍｍ3より高いか、または１００００ｍｍ3より高い体積を有する。いくつかの実施形態において、第１の材料は、０．１ｍｍ3より高いか、１ｍｍ3より高いか、１０ｍｍ3より高いか、１００ｍｍ3より高いか、１０００ｍｍ3より高いか、または１００００ｍｍ3より高い体積を有する複数の小片を含む。
【００１０】
本明細書で使用される場合、使用される粘度値は、動粘度値である。
【００１１】
本明細書で使用される場合、ガラス転移温度（Ｔgとも記載される）は、ガラスの粘度が１０13デシパスカル−秒（ｄＰａ・ｓ）である温度である。
【００１２】
本明細書で使用される場合、「リトルトン（Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ）軟化点」は、ガラスの粘度が１０7.65ｄＰａ・ｓである温度である。
【００１３】
本明細書で使用される場合、「室温」は、１６℃〜２６℃、または、より好ましくは、１８℃〜２４℃である。いくつかの実施形態において、「室温」は２０℃である。
【００１４】
「連結された」または「固定された」という用語は、互いに直接（互いに直接的に接触して）付着したマクロ複合材料の要素を意味する。
【００１５】
「好ましい」および「好ましくは」という用語は、特定の状況下、特定の利益を与え得る本発明の実施形態を意味する。しかしながら、他の実施形態も、同一または他の状況下、好ましくなり得る。さらに、１つまたはそれ以上の好ましい実施形態の記載は、他の実施形態が有用ではないことを意味せず、かつ本発明の範囲から他の実施形態を除外するように意図されない。
【００１６】
「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語およびその変形は、これらの用語が明細書および請求項に出現する制限的意味を有さない。
【００１７】
他に明記されない限り、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」および「少なくとも１つ」は、互換的に使用され、かつ１または２以上を意味する。
【００１８】
同じく、本明細書中、終点による数値範囲の記載は、その範囲内に包括される全ての数を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などを含む）。
【００１９】
別々のステップを含む本明細書に開示されるいずれの方法に関しても、ステップは、いずれかの実行可能な順序で実行されてもよい。そして、適切であれば、２以上のステップのいずれの組合せも同時に実行されてもよい。適切であれば、ステップが除かれてもよい。
【００２０】
他に明記されない限り、明細書および請求項において使用される、成分の量、分子量などを表す全ての数値は、全ての例において、「約」という用語によって修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、それとは反対であることが明記されない限り、明細書および請求項において明記される数値パラメーターは、本発明によって得られることが求められる所望の特性に非常に依存し得る近似である。少なくとも、そして同等物の教義を請求項の範囲に限定する試みとしてではなく、それぞれの数値パラメーターは、少なくとも、報告された有効数字の数値の観点から、そして通常の切上げ機能技術を適用することによって解釈されるべきである。
【００２１】
本発明の上記要約は、本発明のそれぞれの開示された実施形態また全ての実施を説明するように意図されない。以下の説明は、例示的な実施形態を、より特に実証する。本出願を通して、いくつかの位置において、ガイダンスが例のリストを通して提供されており、そのような例は、種々の組合せで使用されてよい。それぞれの例において、列挙されたリストは、単なる代表群としてのみ機能し、かつ排他的なリストとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１に記載の通りに製造された、キャストガラス中に完全に浸漬され、かつ浮かせられた、青銅ディスクの斜視図を示す。
【図２】実施例２に記載の通りに製造された、キャストガラス中に完全に浸漬され、かつ浮かせられた、長方形金プレートの上面図を示す。
【図３】実施例３に記載の通りに製造された、キャストガラス中に完全に浸漬され、かつ浮かせられた、２つの切断された、さび鋼ロッドの斜視図を示す。
【図４】実施例４に記載の通りに製造された、キャストガラス中に完全に浸漬され、かつ浮かせられた、チタンスパイラルの上面図を示す。
【図５】実施例５に記載の通りに製造された、着色（黄色）キャストガラス中に完全に浸漬され、かつ浮かせられた、銅チューブの上面図を示す。
【図６】実施例６に記載の通りに製造された、キャストガラス中に部分的に浸漬された、不規則キャスト銅形状の上面図を示す。
【図７】実施例７に記載の通りに製造された、キャストガラス中に完全に浸漬された、不規則キャスト金形状の上面図を示す。
【図８】実施例８に記載の通りに製造された、キャストガラス中に完全に浸漬された、銅メッシュの上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本開示は、金属およびガラスを含むマクロ複合材料、ならびにマクロ複合材料の製造方法を記載する。金属は、ガラス中に分散されるか、または完全に、もしくは部分的に浸漬される。金属は、補助を用いないヒトの眼によって見られ得る体積を有する。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料は、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まない。
【００２４】
いくつかの実施形態において、金属は、ガラス中に均一に分散され、いくつかの実施形態において、金属は、ガラス中に不均一に分散される。いくつかの実施形態において、金属は、複数の小片を含んでもよい。いくつかの実施形態において、金属は、好ましくは、可視である。例えば、金属は、ガラス全体で、ヒトの眼で明らかに可視であり得る。
【００２５】
いくつかの実施形態において、金属およびガラスは、化学結合によって結合されてもよい。いくつかの実施形態において、金属およびガラスは、連結されてもよい。いくつかの実施形態において、金属は、ガラスによって画定された空間に物理的に収容されてもよい。いくつかの実施形態において、金属がガラス中に収容される場合、金属およびガラスは、例えば、気体または空気に含まれて、分離されていてもよい。いくつかの実施形態において、金属の表面の少なくとも一部は、ガラスと密接に接触し、かつ／またはガラスに固定されていてもよい。いくつかの実施形態において、金属の全表面は、ガラスと密接に接触し、かつ／またはガラスに固定されていてもよい。
【００２６】
一般的な商業的に入手可能なシリケートガラスと金属との間の熱的および機械的特の不適合のため、有機樹脂またはポリマーが、しばしば、金属−ガラスラミネートまたは芸術的特徴の他の視覚的構造中で材料を結合させるために使用される。そのような樹脂またはポリマーは、複合材料の厚さおよび複合材料内での金属の位置の両方を制限する。加えて、樹脂またはポリマーは、マクロ複合材料の光学的外観、特に、マクロ複合材料の色および光反射または屈折を変更し得る。さらに、ポリマーは、ガラスよりもはるかに低い硬度、化学的および熱的耐久性を有する物質であるため、金属の添加によって得られた複合材料の引っ掻き傷および液体または熱による望ましくない反応の傾向をより高め、これは、複合材料の透明度または表面完全性を損なう可能性がある。本明細書に記載されるものは、有機樹脂、接着剤またはポリマーを使用することなく、金属−ガラスマクロ複合材料を製造するための高温法である。
【００２７】
いくつかの実施形態において、マクロ複合材料を含む組成物は、有機樹脂、接着剤またはポリマーをさらに含み得るが、マクロ複合材料は、好ましくは、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まない。例えば、有機樹脂、接着剤またはポリマーは、保護効果またはデザイン効果のためにマクロ複合材料に添加されてもよい。しかしながら、好ましい実施形態において、マクロ複合材料それ自体は、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まず、かつ有機樹脂、接着剤またはポリマーは、金属およびガラスを結合するために使用されず、かつ金属−ガラス境界面において見られない。
【００２８】
金属を構成し、かつガラスを構成する化学結合の異なる性質のため（例えば、ホスフェートガラスの共有結合−イオン特徴のリン−酸素−リン結合に対する金属−金属結合）、金属は、しばしば、溶融ガラスによって湿潤不可能であるか、または均一に湿潤可能ではない。このような湿潤性の減少に対処するために取られた従来のアプローチは、金属表面上に非常に薄い酸化物層を人工的に作成するか、または誘発することであった。
【００２９】
多くの実施形態において、本明細書に記載されるマクロ複合材料の製造において、ホスフェートガラスが好ましく使用される。いくつかの実施形態において、ホスフェートガラスが使用される場合、金属表面上のホスフェート薄層が金属湿潤性を改善し得る。多くの実施形態において、ホスフェート層は、酸化物層と比較して、改善された湿潤性を提供し得る。本明細書に記載されるように、いくつかの実施形態において、金属ホスフェート薄膜組成物などの薄膜組成物が、金属表面を調製するために使用されてもよい。例えば、蒸気または気体または電解析出、強制酸化、硫化などを含む、金属表面処理の他の既知の技術が、追加的に、または代わりに適用されてもよい。
【００３０】
ガラスおよび金属のマクロ複合材料の形成においてしばしば生じる別の課題は、ガラスに対して高い親和性を有する金属合金である（例えば、黄銅に見られる亜鉛が、そのような高親和性を有する）。ガラスに対する金属または金属合金の成分の強い親和性は、ガラス中での金属または金属合金の金属成分の少なくとも部分的な溶解をもたらし得る。この反応の結果として、ガラスの一部が結晶化し得、金属に隣接する領域における不透明性の出現をもたらし得る。加えて、または代わりに、周囲のガラスに溶解しない金属−ガラス反応の生成物は、反応の生成物が最初の金属よりも高い体積を有するため、金属挿入物を膨張させ得る。それとは対照的に、本明細書に記載されるように、いくつかの実施形態において、金属挿入物は、マクロ複合材料形成のために必要とされる時間で、ガラスとの反応に対して金属合金を保護する保護膜でコーティングされてもよい。
【００３１】
本明細書に記載されるマクロ複合材料は、いずれの適切な様式でも使用されてよい。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料は、次のインテリアおよび／またはエクステリア装飾品および／または例えば、家具、電灯、ランプ、間仕切壁および／またはスクリーン、タイル、花びん、コンテナ、反射面、芸術対象、窓ガラスおよび／または三次元硬質構造を含む装飾用および／または建築用構成部品において使用されてもよい。
【００３２】
金属の高い熱伝導率は、（粘着性状態、またはさらには溶融状態であり、かつ数百セ氏度の温度を有する）加熱ガラス中への、より冷たい（例えば、室温の）金属挿入物の組合せを可能にする。熱伝導率のため、ガラスおよび金属の温度は数秒内に等しくなる。プロセスの非常に短い時間で、非貴金属でさえも、金属の高温処理に特徴的な酸化を受けることを回避することが可能であり、したがって、ガラス中に浸漬後、金属は、何年もの間、それらの不変の表面を保持し得る。この様式において、銅、青銅および鉄さえも表面は光沢を有し得る。加えて、例えば、さび鋼を含む、表面変性を経験した金属は、ガラス中に浸漬後、さらなる腐食プロセスが停止されるか、または広範囲に遅くなるため、それらのユニークな特徴を維持する。したがって、いくつかの実施形態において、本明細書に記載される方法は、芸術家が表面処理を完了した瞬間に金属の外観を抑制する能力を提供し得る。金属を被覆するガラスマトリクスは、全ての周囲条件の影響から金属を完全に保護し得る。金属が部分的にガラスによって被覆され、かつ部分的に空気に曝露するマクロ複合材料は、非酸化状態における、および環境による緩やかな酸化状態における金属の同時保存を可能にし得る。
【００３３】
金属表面の保存、ならびに環境および温度の影響からの保護に加えて、高屈折率のガラスマトリックスと、（非常にしばしば、自然プロセス、例えば、繰り返された溶解および析出、局所的結晶化、緩慢酸化、緩慢腐食、加硫などで形成された）未処理表面を有する金属の挿入物を有するガラス−金属マクロ複合材料は、複数の光反射、分散および屈折を示す。ホスフェートガラスは、必要とされる特性の組合せ：低い変態温度、高い膨張係数、および特別な利点として、高い屈折率を示す。それらの特性のため、空気に曝露された時に無光沢および艶なし表面を示す酸化銅またはさびた鋼のような通常の金属は、ホスフェートガラスマトリクス中に挿入後に、光沢を得る。視覚的品質の変化は、界面ガラス−金属境界における大きい光学密度差の結果であり得る。
【００３４】
多くの実施形態において、通常の（無鉛）シリケートガラスは、例えば、熱膨張率が８５×１０-7逆数ケルビン（Ｋ-1）〜１００×１０-7Ｋ-1の範囲にある金、銅、青銅、銀または他の金属を含むマクロ複合材料を含む、本明細書に記載されるマクロ複合材料を形成するガラスでの使用のためには適切ではない。（例えば、金の熱膨張率は、１４２×１０-7Ｋ-1であり；銅の熱膨張率は、１６０×１０-7Ｋ-1〜１７７×１０-7Ｋ-1の範囲にあり；銀の熱膨張率は、１９６×１０-7Ｋ-1である。）他の特性は、金属と通常の（無鉛）シリケートガラスとの組合せをさらに限定し得る。例えば、銅、青銅および金を含むいくつかの金属は、低溶融温度を有する。
【００３５】
ガラスの特性
いずれの適切なガラスも、本明細書に記載のマクロ複合材料のために使用されてよい。いくつかの実施形態において、ガラスおよび金属は、好ましくは適合した熱膨張率を有する。いくつかの実施形態において、金属およびガラスの間の熱膨張率の差異は、好ましくは３０×１０-7Ｋ-1未満、２５×１０-7Ｋ-1未満、２０×１０-7Ｋ-1未満または１０×１０-7Ｋ-1未満である。熱膨張率の差異の範囲は、マクロ複合材料における亀裂または極小亀裂を防ぐことの願望に基づいて選択されてよい。ガラスおよび金属の間の熱膨張率の差異が増加すると、マクロ複合材料における亀裂または極小亀裂の可能性は増加する。
【００３６】
特定の実施形態において、ガラスの熱膨張率は、少なくとも少なくとも少なくとも７０×１０-7Ｋ-1、少なくとも８０×１０-7Ｋ-1、少なくとも９０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１００×１０-7Ｋ-1、少なくとも１１０×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも１２０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１３０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１４０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１５０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１６０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１７０×１０-7Ｋ-1または少なくとも１８０×１０-7Ｋ-1でなければならない。
【００３７】
いくつかの実施形態において、ガラスの熱膨張率は、好ましくは、金属の熱膨張率に基づいて選択されてもよい。
【００３８】
例えば、金属が、（１６０×１０-7Ｋ-1〜１７７×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する）銅、アルミニウム青銅合金および／または銅合金（例えば、アルパカ、銅、亜鉛およびニッケル、そして時々鉄を含む合金）を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも１２０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１２５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１３０×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも１３５×１０-7Ｋ-1および／または１７０×１０-7Ｋ-1まで、１７５×１０-7Ｋ-1まで、１８０×１０-7Ｋ-1まで、１８５×１０-7Ｋ-1まで、もしくは１９０×１０-7Ｋ-1までの熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、１３０×１０-7Ｋ-1〜１８５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第１列に示される成分を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第１列に示される成分の範囲を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第１列に示される組成物の１種を含み得る。
【００３９】
例えば、金属が、（１４２×１０-7Ｋ-1の熱膨張率を有する）金および／または金合金を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも１１０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１１５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１２０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１２５×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも１３０×１０-7Ｋ-1および／または１６５×１０-7Ｋ-1まで、１７０×１０-7Ｋ-1まで、１７５×１０-7Ｋ-1まで、もしくは１８０×１０-7Ｋ-1までの熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、１２０×１０-7Ｋ-1〜１７５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第２列に示される成分を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第２列に示される成分の範囲を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第２列に示される組成物の１種を含み得る。
【００４０】
例えば、金属が、（典型的に、１７８×１０-7Ｋ-1〜２１２×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する）青銅の選択された種類の少なくとも１種を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも１５０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１５５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１６０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１６５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１７０×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも１７５×１０-7Ｋ-1および／または１７５×１０-7Ｋ-1まで、１８０×１０-7Ｋ-1まで、１８５×１０-7Ｋ-1まで、もしくは１９０×１０-7Ｋ-1までの熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、１６０×１０-7Ｋ-1〜１８５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第３列に示される成分を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第３列に示される成分の範囲を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第３列に示される組成物の１種を含み得る。
【００４１】
例えば、金属が、（典型的に、純粋な鉄に関しては、１１７×１０-7Ｋ-1、１．４５重量パーセント（重量％）炭素〜０．０６重量％炭素の範囲の炭素濃度を有する炭素鋼に関しては、１０１×１０-7Ｋ-1〜１１７×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する）鉄、鋳鉄、鉄鋼および／または炭素鋼を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも７５×１０-7Ｋ-1、少なくとも８０×１０-7Ｋ-1、少なくとも８５×１０-7Ｋ-1、少なくとも９０×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも７５×１０-7Ｋ-1、および／または１２５×１０-7Ｋ-1まで、１３０×１０-7Ｋ-1まで、１３５×１０-7Ｋ-1まで、１４０×１０-7Ｋ-1まで、もしくは１４５×１０-7Ｋ-1までの熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、９０×１０-7Ｋ-1〜１４０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。
【００４２】
例えば、金属が、（典型的に、９９×１０-7Ｋ-1〜１７３×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する）ステンレス鋼を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも７５×１０-7Ｋ-1、少なくとも８０×１０-7Ｋ-1、少なくとも８５×１０-7Ｋ-1、少なくとも９０×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも９５×１０-7Ｋ-1、および／または１７０×１０-7Ｋ-1まで、１７５×１０-7Ｋ-1まで、１８０×１０-7Ｋ-1まで、１８５×１０-7Ｋ-1まで、もしくは１９０×１０-7Ｋ-1までの熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、９０×１０-7Ｋ-1〜１８５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第４列に示される成分を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第４列に示される成分の範囲を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第４列に示される組成物の１種を含み得る。
【００４３】
例えば、金属が、（典型的に、９９．９パーセント（％）のＴｉに関しては８４×１０-7Ｋ-1、および９９％のＴｉに関しては８５×１０-7Ｋ-1の熱膨張率を有する）チタンおよび／または（典型的に、Ｔｉ−８Ｍｎに関しては８６．４×１０-7Ｋ-1、Ｔｉ−５Ａｌ２，５Ｓｎに関しては９３．６×１０-7Ｋ-1の熱膨張率を有する）チタン合金を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも６５×１０-7Ｋ-1、少なくとも７０×１０-7Ｋ-1、少なくとも７５×１０-7Ｋ-1、少なくとも８０×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも８５×１０-7Ｋ-1、および／または９０×１０-7Ｋ-1まで、９５×１０-7Ｋ-1まで、１００×１０-7Ｋ-1まで、１０５×１０-7Ｋ-1まで、もしくは１１０×１０-7Ｋ-1までの熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、７５×１０-7Ｋ-1〜１０５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第５列に示される成分を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第５列に示される成分の範囲を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、表１の第５列に示される組成物の１種を含み得る。
【００４４】
いくつかの実施形態において、マクロ複合材料は、ガラスと、２種以上の金属とを含み得る。そのような実施形態において、マクロ複合材料中の金属間の熱膨張率の差異は、好ましくは、小さい。例えば、第１の金属および第２の金属の間の熱膨張率の差異は、１０×１０-7Ｋ-1まで、１５×１０-7Ｋ-1まで、２０×１０-7Ｋ-1まで、または２５×１０-7Ｋ-1までであり得る。そのような実施形態において、ガラスは、好ましくは、第１の金属の熱膨張率および第２の金属の熱膨張率の間の範囲の熱膨張率を有する。
【００４５】
例えば、金属が、（典型的に、１６０×１０-7Ｋ-1〜１７７×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する）銅および（１４２×１０-7Ｋ-1の熱膨張率を有する）金を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも１１０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１１５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１２０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１２５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１３０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１３５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１４０×１０-7Ｋ-1、少なくとも１４２×１０-7Ｋ-1、少なくとも１４５×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも１５０×１０-7Ｋ-1、および／または１５５×１０-7Ｋ-1まで、１６０×１０-7Ｋ-1まで、１６５×１０-7Ｋ-1まで、１６７×１０-7Ｋ-1まで、１７０×１０-7Ｋ-1まで、１７５×１０-7Ｋ-1まで、もしくは１８０×１０-7Ｋ-1までの熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、好ましくは、金の熱膨張率および銅の熱膨張率の間の熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、１４２×１０-7Ｋ-1〜１６７×１０-7Ｋ-1の範囲、１４５×１０-7Ｋ-1〜１５５×１０-7Ｋ-1の範囲または１５０×１０-7Ｋ-1〜１５５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。
【００４６】
【表１】
2019514837.tif 000003
2019514837.tif 000004
【００４７】
適切な熱膨張率を有するガラスの中で、より低い転移温度を有するガラスは、いくつかの実施形態において、好ましくなり得る。すなわち、ガラスは、（１）熱膨張率、（２）ガラス転移温度（Ｔg）および／または（３）ガラスの屈折率に基づいて選択されてよい。好ましい実施形態において、マクロ複合材料（金属）中の他の材料の完全性が損なわれ得る温度より低い温度で、ガラスが低粘性状態にシフトするようにガラスが選択される。さらに下記で議論されるように、いくつかの実施形態において、マクロ複合材料の形成の間に、金属およびガラスが同一温度にあり、かつガラスが、ガラスの融点温度およびガラスのガラス転移温度（Ｔg）の間の温度にあるため、金属の完全性を保護するために、低Ｔgおよび低融点を有するガラスを選択することが好ましくなり得る。いくつかの実施形態において、選択されたガラスのＴgは、５５０℃まで、５００℃まで、４５０℃まで、４００℃まで、３５０℃まで、または３００℃までであろう。いくつかの実施形態において、比較的高い屈折率を有するガラスを選択することが好ましい。
【００４８】
ガラスおよび金属を含等方性材料に関して、体積係数は、線係数のほぼ３倍に等しい。ガラス中に金属を分散または浸漬させる時に金属が固体である実施形態において、（冷却の作用としての）その収縮は、その領域へのガラスフローによって即座に補償され得る。ガラス中に金属を分散または浸漬させる時に金属が液体である実施形態において、粘着性ガラスへのキャスト金属の注入後数秒以内に金属は固体へと転移し、そして再び、（冷却の作用としての）いずれの収縮も、その領域へのガラスフローによって即座に補償され得る。ガラスがガラス転移温度まで冷却されるまで、ガラスは、金属収縮によって生じるいずれの領域中に流入し続けるであろう。ガラスおよび金属は、ガラスがそのＴgに達する時、ほぼ同じ温度にある（金属のより高い熱伝導率のため、金属の体積およびその熱容量がガラスより小さい限り、ガラス／金属境界を通る熱移動が短期間で均衡に達する）。熱が、ガラス層を通ってマクロ複合材料中の金属に移動する限り、両材料は、室温までの全冷却期間（適切に設定された冷却速度を仮定する）の間に同一温度を有するであろう。したがって、ガラスのＴgから室温までのガラスおよび金属の（温度の作用としての熱膨張率の変化を含む）膨張計測特徴のアイデンティティは、ガラス−金属マクロ複合材料の生成において重要である。いくつかの実施形態において、金属の熱膨張率およびガラスの熱膨張率の差異は、ガラスのＴgから室温まで決定されることが好ましい。いくつかの実施形態において、金属の熱膨張率およびガラスの熱膨張率の差異は、室温において、および／または作業温度範囲（すなわち、マクロ複合材料が貯蔵および／または展示されるように意図される温度）において決定されてもよい。
【００４９】
いくつかの実施形態において、ガラスの成分は、上記特徴を満たす熱膨張率およびガラス転移温度を達成するために種々である。いくつかの実施形態において、ガラスとしては、例えば、亜鉛ホスフェートガラス、ボロホスフェートガラス、スルホホスフェートガラス、鉄ホスフェートガラスなどを含むホスフェートガラスが含まれる。いくつかの実施形態において、ガラスは、例えば、鉛シリケートガラスを含むシリケートガラスを含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、シリケートガラスを含まない。いくつかの実施形態において、ガラスは、主成分として、亜鉛ホスフェートガラスを含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、主成分として、ボロホスフェートガラスを含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、主成分として、スルホホスフェートガラスを含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、主成分として、鉄ホスフェートガラスを含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、主成分として、鉛シリケートガラスを含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、高濃度鉛シリケートガラス、アルミノシリケートガラス、シリケート−ボレートガラス、ボロシリケートガラスまたはボロアルミネートガラスを含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、カルシウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチウム、スズ、ビスマス、チタン、ジルコニウム、エルビウム、ネオジム、セリウム、ゲルマニウム、アルミニウム、ナトリウム、カリウムおよびリチウムの少なくとも１種を含む。
【００５０】
いくつかの実施形態において、ガラスは、好ましくは、ホスフェートガラスを含む。ほとんどの金属に典型的な高い熱膨張率値および高温でのそれらの酸化傾向のため、ホスフェートガラスは、いくつかの実施形態において、金属ガラスマクロ複合材料のために最も適切であり得る。いくつかの実施形態において、ホスフェートガラスは、例えば、低いガラス転移温度、高い膨張係数、および／または高い屈折率を含む所望の特性の組合せを示し得る。いくつかの実施形態において、高い屈折率は、屈折率（Ｎｄ）が１．５１〜１．５２の範囲にある一般的なソーダライムガラス（例えば、フロートガラス）の屈折率より高い屈折率として定義され得る。いくつかの実施形態において、ホスフェートガラスの熱膨張率は、好ましくは、室温から３００℃の温度範囲を使用して算出されてよい。いくつかの実施形態において、ホスフェートガラスの熱膨張率は、９０×１０-7Ｋ-1〜１８５×１０-7Ｋ-1の範囲、１３０×１０-7Ｋ-1〜１８５×１０-7Ｋ-1の範囲、１２０×１０-7Ｋ-1〜１７５×１０-7Ｋ-1の範囲、１６０×１０-7Ｋ-1〜１８５×１０-7Ｋ-1の範囲、９０×１０-7Ｋ-1〜１４０×１０-7Ｋ-1の範囲、または７５×１０-7Ｋ-1〜１０５×１０-7Ｋ-1の範囲であり得る。
【００５１】
いくつかの実施形態において、ガラスは、モルパーセントで表される、０％〜２０％の範囲のＮａ2Ｏ、０％〜２０％の範囲のＫ2Ｏ、０％〜２０％の範囲のＬｉ2Ｏ、０％〜７％の範囲のＣａＯ、２９．５０％〜３４％の範囲のＰ2Ｏ5、３８％〜５０％の範囲のＺｎＯ、０％〜３％の範囲のＡｌ2Ｏ3、０％〜３％の範囲のＢｉ2Ｏ3、０％〜２％の範囲のＣｅＯ2、０％〜５％の範囲のＢａＯ、０％〜５％の範囲のＭｇＯ、０．１％〜３％の範囲のＴｉＯ2、０％〜２％の範囲のＺｒＯ2、および／または０〜２％の範囲のＳｎＯ2を含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、１１％〜２５％の範囲のＮａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ＋Ｌｉ2Ｏをさらに含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、０％〜８％の範囲のＣａＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯをさらに含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、３８％〜５５％の範囲のＣａＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯをさらに含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、０．１％〜６％の範囲のＡｌ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋ＣｅＯ2＋ＴｉＯ2＋ＳｎＯ2をさらに含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、２９．６％〜３６％の範囲のＡｌ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋ＣｅＯ2＋ＴｉＯ2＋ＳｎＯ2＋Ｐ2Ｏ5をさらに含む。
【００５２】
いくつかの実施形態において、ガラスは、モルパーセントで表される、０％〜５％の範囲のＮａ2Ｏ、０％〜５％の範囲のＫ2Ｏ、０％〜５％の範囲のＬｉ2Ｏ、３８％〜４２％の範囲のＰ2Ｏ5、４５％〜５２％の範囲のＺｎＯ、０％〜２％の範囲のＡｌ2Ｏ3、０％〜３％の範囲のＢｉ2Ｏ3、０％〜２％の範囲のＣｅＯ2、３％〜１０％の範囲のＴｉＯ2、０％〜１％の範囲のＺｒＯ2および／または０〜２％の範囲のＳｎＯ2を含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、１％〜６％の範囲のＮａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ＋Ｌｉ2Ｏをさらに含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、３％〜１０％の範囲のＡｌ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋ＣｅＯ2＋ＴｉＯ2＋ＳｎＯ2をさらに含む。
【００５３】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、表１、表２または表３に示された成分および／または量を含む。
【００５４】
例えば、マクロ複合材料が、金、銅および／または青銅ならびにガラスを含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、表２に示された成分および／または量を含み得る。
【００５５】
例えば、マクロ複合材料が、チタンおよびチタン合金ならびにガラスを含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、表２に示された成分および／または量を含み得る。
【００５６】
例えば、マクロ複合材料が、タングステンを含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、表３に示された成分および／または量を含み得る。
【００５７】
いくつかの実施形態において、マクロ複合材料において使用するためのガラス組成物は、次の指針に従って選択されてもよい。
【００５８】
上記でさらに議論されるように、ガラス組成物の成分は、ガラス組成物の熱膨張率および／またはガラス組成物のＴgを変更するために選択および調整されてよい。いくつかの実施形態において、ガラス組成物の熱膨張率および／またはガラス組成物のＴgは、膨張計測分析によって決定されてよい。
【００５９】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、２：１のモル比でＺｎＯ：Ｐ2Ｏ5を含む亜鉛ホスフェートガラスを含む。いくつかの実施形態において、例えば、ガラスは、６６．６モル％のＺｎＯおよび３３．４モル％のＰ2Ｏ5を含み得る。いくつかの実施形態において、示されたモル比を有する亜鉛ホスフェートガラスは、２成分ｘＺｎＯ（１−ｘ）Ｐ2Ｏ5ガラスの結晶化傾向の減少を示す。Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯは、モル基準でＺｎＯに対して置換されてもよく、かつＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、ＳｎＯ2は、合計の（Σ）（ＺｎＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ）：Σ（Ｐ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、Ｂｉ2Ｏ2、ＳｎＯ2）のモル比が２：１に維持される限り、モル基準でＰ2Ｏ5に対して置換されてもよい。
【００６０】
ガラス組成物がＺｎＯおよびＰ2Ｏ5を含む、いくつかの実施形態において、ＺｎＯおよびＰ2Ｏ5の組み合わせた質量パーセント（本明細書中、重量パーセントとも記載される）は、少なくとも６０、少なくとも７０、少なくとも７５、または少なくとも８０である。
【００６１】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物のＯ／Ｐ原子比は、３．５〜４．０の範囲にあり得る。いくつかの実施形態において、ピロリン酸塩が含まれる場合、Ｏ／Ｐ原子比は、３．５付近に保持されるべきである。いくつかの実施形態において、オルトリン酸塩が含まれる場合、Ｏ／Ｐ原子比は、４．０付近に保持されるべきである。
【００６２】
いくつかの実施形態において、混合酸化物が使用されてもよい。例えば、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏが、類似の濃度で使用されてもよい。理論によって拘束されることを望まないが、混合酸化物を使用することによって、ガラス結晶化が阻害され得ると考えられる。
【００６３】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物の熱膨張率を増加させるために、Ｎａ2Ｏの代わりにＫ2Ｏが使用されてもよい。
【００６４】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物の熱膨張率を減少させるために、ＴｉＯ2がガラス組成物に含まれていてもよい。
【００６５】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物にＡｌ2Ｏ3および／またはＴｉＯ2が含まれていてもよい。理論によって拘束されることを望まないが、Ａｌ2Ｏ3および／またはＴｉＯ2は、（例えば、水および／または湿分に対する耐性を含む）ガラス組成物の耐化学性を増加させ得ると考えられる。
【００６６】
いくつかの実施形態において、ＣａＯ、ＢａＯおよび／またはＭｇＯは、ガラス組成物中のＺｎＯの一部に対して置換されていてもよい。理論によって拘束されることを望まないが、そのような置換は、（例えば、水および／または湿分に対する耐性を含む）ガラス組成物の耐化学性を増加させ得ると考えられる。
【００６７】
いくつかの実施形態において、（シードまたは気泡を有するガラスの代わりに）透明ガラスが好ましい。シード形成および／または気泡形成が好ましくない実施形態において、ガラスは、好ましくは、例えば、ＣＯ2またはＳＯ2を含む溶解ガスを含み得ない。したがって、いくつかの実施形態において、カーボネートまたはスルフェートはガラス中に含まれない。いくつかの実施形態において、ガラスは、金属が可視であるほど十分に透明である。
【００６８】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、好ましくは、カーボネートを含まない。いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、好ましくは、スルフェートを含まない。いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、好ましくは、（ＮＨ4）3ＰＯ4を含まない。
【００６９】
【表２】
2019514837.tif 000005
【００７０】
【表３】
2019514837.tif 000006
【００７１】
いくつかの実施形態において、銅または他の金属上で審美的に望ましい表面相互作用を生じるように、ＳｎＯ、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2などの、ガラス中で２つ以上の酸化状態で存在し得る元素の化合物が添加される。金属表面変性は、合金を形成するために使用される金属と元素との反応の結果としても得られ得る。例えば、銅表面修飾は、銅の合金を形成するために使用される銅と元素との反応の結果として得られ得る。いくつかの実施形態において、このような効果を得るために、亜鉛、スズ、チタン、ビスマスおよび／またはアルミニウムがガラス組成物に添加されてよい。
【００７２】
いくつかの実施形態において、ガラスは、マクロ複合材料中のガラスの屈折率を増加させる化合物を含む。高い屈折率は、マクロ複合材料中のガラスの所望の特性であると考えられ得る。いくつかの実施形態において、屈折率を増加させるために、酸化ビスマス、酸化チタンまたは酸化鉛が添加されてよい。いくつかの実施形態において、好ましくは、酸化ビスマスまたは酸化チタンが添加される。いくつかの実施形態において、ガラスは、マクロ複合材料中のガラスの光学的特性を変化させ、例えば、二色性効果を得るために、ネオジム、プラセオジム、エルビウム、セリウム、チタン、またはその混合物で強化されてもよい。
【００７３】
いくつかの実施形態において、可視スペクトル内に吸収バンドを有する元素が、スペクトルのいくつかの範囲における選択吸収によって、ガラスを通しての光の透過率を変化させるために、ガラスに添加されてもよい。例えば、ガラスは、鉄、銅、クロム、コバルト、ニッケル、カドミウム、セレン、マンガン、ランタン、ネオジム、プラセオジム、エルビウム、バナジウム、ウランまたはその混合物の酸化物または他の化合物を含み得る。可視スペクトル内に吸収バンドを有する元素は、マクロ複合材料内の金属およびガラスの望ましい彩色次第で、当業者によって選択され得る。
【００７４】
いくつかの実施形態において、ガラスは、いくらかの程度の乳光を含み得る。そのような乳光は、例えば、制御された結晶化または相分離によって得られ得る。例えば、ガラスは、ガラスの飽和溶解性以上の量で、フッ化物、ジルコニウム、酸化チタン、酸化スズまたは酸化カルシウムを含み得る。相分離効果は、異なるガラス形成剤酸化物の導入、例えば、ホスフェートガラス中への二酸化ケイ素または適切なシリケート、シリケートガラス中への五酸化リンまたは適切なホスフェート、ホスフェートガラス中への三酸化ホウ素または適切なボレート、あるいはボレートガラス中への五酸化リンあるいは適切なホスフェートの結果として生じる。
【００７５】
いくつかの実施形態において、金属−ガラスマクロ複合材料は、１種またはそれ以上の追加のガラスに収容されてもよい。例えば、第２のガラス、第３のガラス、第４のガラスなどは、金属ガラスマクロ複合材料上に追加の層を形成し得る。いくつかの実施形態において、ガラスの層は、増加したか、または減少した熱膨張率を有し得る。
【００７６】
金属の特性
金属は、いずれの適切な金属および／または合金、あるいは金属および／または合金の組合せも含み得る。いくつかの実施形態において、金属は、銅；自然銅；例えば、黄銅、青銅、アルミニウム青銅、アルパカおよび白銅を含む銅合金；鉄；例えば、鋳鉄および鋼板を含む鉄合金；チタン；チタン合金；例えば、ニッケル、タングステン、金、銀、ネオジムおよびプラチナを含む他の元素金属；ならびに、例えば、金合金、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケルシルバーおよびインコネルを含む他の合金の少なくとも１種を含み得る。
【００７７】
マクロ複合材料の金属は、ガラス中に包埋され得るいずれかの適切な形態であってもよい。金属は、ガラス中に完全に包埋され、金属がガラス内部で自由に動くように、ゆるく封入されてもよく、または金属の一部がガラス中に封入され、かつ金属の一部がガラスから突出するように、部分的に包埋されてもよい。金属は、例えば、プレート、ホイル、ストライプ、ワイヤ、繊維、ネット、メッシュ、チョップドストランド、ボウル、粒子、球体、小球体、布、フレークおよび／または不規則形状を含む、いずれかの人工形態であってもよい。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料中の金属は、金属が溶融している時の金属の挙動のため、例えば、マクロ複合材料中に組み込まれる時の溶融金属の挙動のため、不規則形状であり得る。金属は、自然銅などの自然条件で得られる形状であってもよい。金属は、例えば、硫酸銅溶液中での銅塩の電気分解などの化学的方法によって得られる形状であってもよい。金属は、電気分解および／または電解抽出によって得られる形状であってもよい。金属は、溶融時のその挙動のため、非晶質形状であってもよい。金属は、ガラスのＴgより高い温度における溶融金属とガラスとの相互作用の結果として得られるフィラメントまたはバンドの形状であってもよい。金属は、連続的な小片であるか、または切断されていてもよい。
【００７８】
いくつかの実施形態において、金属挿入物は、必要とされる厚さおよび表面組織まで粉砕および／または研磨されてもよい。いくつかの実施形態において、金属成分は、ガラスとの接合の前に、必要とされる厚さおよび表面組織まで粉砕および／または研磨されてもよい。
【００７９】
マクロ複合材料の形成
完全に、または部分的に、ガラス中に金属を分散または浸漬させることを含む、いずれの適切な形成技術も、本明細書に記載のマクロ複合材料を形成するために使用されてよい。いくつかの実施形態において、方法は、高温方法、すなわち、ガラス製造業および処理の範囲内で温度を使用する方法である。
【００８０】
マクロ複合材料調製のプロセスは、化学的および物理的特性のため、ならびに含まれる成分の制限のため、複雑である。典型的に、金属−ガラスマクロ複合材料形成プロセスは、少なくとも１種の液体状態の成分から出発し、そして１つの固体最終完成品が得られる。マクロ複合材料形成が、溶融ガラスと溶融金属との間の接触を伴う場合を含む、いくつかの実施形態に関して、接触時間および温度における溶融ガラスの粘度は、溶融金属の粘度より高い規模であり得る。さらに、正確に定義された温度において、液体から固体への金属変換が生じるが（金属結晶化は、一次熱力学的転移である）、ガラスは、温度の減少とともに粘度が連続的に増加して、非常に異なる挙動を示す。
【００８１】
金属−ガラスマクロ複合材料の形成は、ガラスおよび金属の熱伝導率の差が大きいため、問題となり得る。マクロ複合材料形成の間に選択される温度において、ホスフェートガラスが使用される場合、伝導による熱伝達は、放射の作用を占める。冷金属を溶融ガラス中に入れる場合、それは、周囲のガラスから熱を迅速に吸収する。したがって、以下にさらに説明されるように、いくつかの実施形態において、金属および／またはマクロ複合材料が形成される型は、熱的に前処理されてもよい。
【００８２】
さらに、ガラス−金属境界の周囲のガラスの温度が、（金属をガラス中に分散または浸漬させることから焼鈍しプロセスの開始までを含む）マクロ複合材料処理のいずれのステップの間にでもガラス転移温度未満まで低下する場合、ガラスは破損するか、または微小亀裂を生じ得、ガラスの熱膨張率の増加によって危険が増加する。
【００８３】
いくつかの実施形態において、金属は、ガラス中に金属を分散または浸漬させる直前に、酸、水酸化物、塩、溶融塩および／または溶融塩混合物を含む溶液中で前処理されてよい。いくつかの実施形態において、金属は、低温ガラス溶融物中で前処理されてよい。いくつかの実施形態において、金属は、ガラス中に金属を分散または浸漬させる直前に、ホスフェート溶液中で処理されてよい。いくつかの実施形態において、ホスフェート溶液は、リン酸亜鉛溶液またはリン酸アルミニウム溶液である。いくつかの実施形態において、亜鉛溶液は、例えば、Ｚｎ（Ｈ2ＰＯ4）2水溶液であってよい。溶液のｐＨは、Ｈ3ＰＯ4の添加によって調整されてよい。いくつかの実施形態において、ｐＨは、最高塩濃度を達成するように調節される。いくつかの実施形態において、リン酸アルミニウム溶液は、例えば、Ａｌ（Ｈ2ＰＯ4）3水溶液、または別の極性溶媒を含む溶液であってもよい。いくつかの実施形態において、溶媒は、高塩濃度を促進するように選択される。
【００８４】
いくつかの実施形態において、リン酸亜鉛溶液またはリン酸アルミニウム溶液に浸漬されている間の金属の温度は、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスの温度よりも、２５℃まで、５０℃まで、７５℃まで、１００℃まで、１１０℃まで、１２０℃まで、１３０℃まで、１４０℃まで、または１５０℃まで低くなり得る。
【００８５】
いくつかの実施形態において、金属は、０．５秒まで、１秒まで、２秒まで、３秒まで、４秒まで、５秒まで、６秒まで、７秒まで、８秒まで、９秒まで、１０秒まで、２０秒まで、３０秒まで、または１分までの間、ホスフェート溶液に曝露されてよい。いくつかの実施形態において、金属は、少なくとも０．１秒、少なくとも１秒、少なくとも２秒間または少なくとも５秒間、ホスフェート溶液に曝露されてよい。
【００８６】
いくつかの実施形態において、リン酸亜鉛溶液またはリン酸アルミニウム溶液中の金属の処理は、金属およびホスフェートガラスの間の結合の増加をもたらし得る。
【００８７】
ガラス中に金属を分散または浸漬させる時の金属および溶融ガラスの間の温度差は、金属およびガラスの熱特性、ならびに所与の温度において金属が表面外観を変化させる傾向に基づき選択され得る。
【００８８】
いくつかの実施形態において、金属は、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時に室温であってもよい。
【００８９】
いくつかの実施形態において、金属は、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスの温度の１０℃以内、２０℃以内、３０℃以内、４０℃以内、５０℃以内、１００℃以内、２００℃以内、３００℃以内、４００℃以内、５００℃以内、６００℃以内、７００℃以内または８００℃以内の温度まで加熱されてよい。いくつかの実施形態において、温度は、ガラスの温度より低くてもよい。いくつかの実施形態において、金属の温度は、ガラスの温度より高くてもよい。
【００９０】
いくつかの実施形態において、金属は、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時に溶融状態であってよい。
【００９１】
いくつかの実施形態において、この方法は、ガラス中の金属と接触する前に、金属を前処理することを含む。いくつかの実施形態において、金属は、５０℃まで、１００℃まで、１５０℃まで、または２００℃までの温度に予熱されてよい。しかしながら、いくつかの実施形態において、金属を予熱することは、望ましい視覚的品質に及ぼす金属酸化の影響のため、有利ではなくなり得る。いくつかの実施形態において、金属予熱の最大温度は、（例えば、酸化を含む）雰囲気との望ましくない表面反応を防ぐよう選択されなければならない。温度上限は、当業者に既知の金属−酸素反応の熱力学データに基づいて選択されてよい。
【００９２】
いくつかの実施形態において、ガラスは、ガラス中に金属を分散または浸漬させる前に、加熱されてよい。いくつかの実施形態において、ガラスは、例えば、ガラスを形成するために必要な温度を保持または再確立するために、ガラス中に金属を分散または浸漬させる前に、加熱されてよい。いくつかの実施形態において、ガラスは、予備の炉中で予熱されてもよい。いくつかの実施形態において、ガラスは、グレーズ磁製るつぼまたは溶融石英るつぼ中で予熱されてもよい。
【００９３】
いくつかの実施形態において、ガラス中に金属を分散または浸漬させる直前、あるいはガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスの温度は、１０3ｄＰａｓまで、１０4ｄＰａｓまで、１０5ｄＰａｓまで、または１０6ｄＰａｓまでのガラス粘度を得るために十分である。例えば、圧押または回転の間に１０3ｄＰａｓの粘度が使用される場合、ガラスは、金属との接触の前に、１０3ｄＰａｓまでのガラス粘度を得るために十分な温度まで加熱されてよい。例えば、圧押または回転の間に１０5ｄＰａｓの粘度が使用される場合、ガラスは、金属との接触の前に、１０5Ｐａｓまでのガラス粘度を得るために十分な温度まで加熱されてよい。
【００９４】
いくつかの実施形態において、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時、マクロ複合材料中に使用されるガラスは、好ましくは、ガラスの融点とガラスのガラス転移温度（Ｔg）の間の温度にあり得る。
【００９５】
いくつかの実施形態において、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時（または金属との接触の直前）のガラスの温度は、ガラスのＴgよりも少なくとも２０℃高いか、ガラスのＴgよりも少なくとも３０℃高いか、またはガラスのＴgよりも少なくとも４０℃高い。いくつかの実施形態において、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスの温度は、少なくとも３９０℃、少なくとも４００℃または少なくとも４１０℃、少なくとも４５０℃、少なくとも５００℃、少なくとも５５０℃、少なくとも６００℃、少なくとも６５０℃、少なくとも７００℃、少なくとも７５０℃、少なくとも８００℃、少なくとも８５０℃または少なくとも９００℃である。
【００９６】
いくつかの実施形態において、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスおよび金属の間の温度差は、好ましくは、最小であり得る。いくつかの実施形態において、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスおよび金属の間の温度は、等しいか、または３℃以内、５℃以内、１０℃以内、１５℃であり得る。ガラス中に金属を分散または浸漬させる時の金属およびガラスの間の温度差を減少させるために、金属は、いくつかの実施形態において、予熱されていてもよい。
【００９７】
例えば、金属の表面酸化の危険が高い場合を含む、いくつかの実施形態において、金属の温度は、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスの温度より低くてもよい。いくつかの実施形態において、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時の金属およびガラス金属の間の温度差は、９００℃まで、８００℃まで、６００℃まで、４００℃まで、または２００℃までであってよい。いくつかの実施形態において、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時の金属およびガラス金属の間の温度差は、少なくとも１００℃、少なくとも２００℃、少なくとも３００℃、少なくとも４００℃、少なくとも５００℃、少なくとも６００℃、少なくとも７００℃または少なくとも８００℃であってよい。
【００９８】
いくつかの実施形態において、熱伝導架橋（例えば、熱伝導支持体、型およびツールを含む）は、製造間にマクロ複合材料の金属含有領域間で回避されてよい。
【００９９】
金属およびガラスが有意に異なる熱伝導性を有し得るため、いくつかの実施形態において、そのような差異は、周囲温度であっても、金属がガラス中に部分的にのみ収容されるガラス−金属マクロ複合材料の熱衝撃の結果として、温度勾配および亀裂を生じ得る。したがって、金属およびガラスが有意に異なる熱伝導性を有するか、または金属が、ガラスの体積と比較して、高い体積を有する場合を含む、いくつかの実施形態において、金属挿入物をガラス中に完全に収容し、金属を包囲するガラスマトリックスのため、熱がよりゆっくり金属に移動することが可能となることが好ましくなり得る。金属がより速い速度でより高いか、またはより低い温度に達するようにさせ得る空気から金属への直接的な熱の移動とは対照的に、ガラスを通しての金属への熱の間接的な移動は、マクロ複合材料の熱衝撃および破損を防ぎ得る。
【０１００】
形成技術は、マクロ複合材料の形状および／または表面外観もしくは仕上がりの必要とされる特徴に基づいて選択されてよい。例えば、キャスティングまたはフリーブロー成形（型は使用されない）の間、マクロ複合材料のガラス表面は、液体ガラスの表面張力によって形成され得る。ガラス表面が特別な表面組織またはパターンを必要とする場合、回転または圧押、吹込み、キャスティング、または型への融合が使用されてよい。ガラスおよび金属の織り交ぜられた三次元構造の形成のためなど、より複雑な結果を得るために、プロセスの組合せまたは多段階プロセスが適用されてもよい。いくつかの実施形態において、ガラス−金属マクロ複合材料形状を得るために、粉砕または粉末ガラスの焼結プロセスが使用されてもよい。いくつかの実施形態において、粉砕または粉末ガラスは、その軟化点からその融点までの温度に加熱されてよく、粉砕または粉末ガラスの粘度が減少し、かつそれが型の形状をとることが可能となる。いくつかの実施形態において、フリット、繊維または帯状のガラスが、粉砕または粉末ガラスに置き換えられてもよい。粉末、フリット、繊維または帯状のガラスは、金属の内部の天然または人工空間を充てんするために、あるいは１つの硬質物品へと別個の金属要素を組合せる使用されてもよい。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、金属−ガラスマクロ複合材料は、ガラスのキャスティング、吹込み、圧押、回転または融合によって製造されてよい。いくつかの実施形態において、ガラス金属シールの形成時のガラスの温度は、好ましくは、選択された形成技術に対して十分な粘度値に対応する。例えば、ガラス金属シールの形成時のガラスの温度は、少なくとも１０2ｄＰａｓ、少なくとも１０3ｄＰａｓ、少なくとも１０4ｄＰａｓ、少なくとも１０5ｄＰａｓ、もしくは少なくとも１０6ｄＰａｓ、および／または１０4ｄＰａｓまで、１０5ｄＰａｓまで、１０6ｄＰａｓまで、１０7ｄＰａｓまで、１０8ｄＰａｓまで、もしくは１０9ｄＰａｓまでの粘度値に対応し得る。例えば、キャスティングに関しては、１０2ｄＰａｓ〜１０8ｄＰａｓの範囲；吹込みに関しては、１０3ｄＰａｓ〜１０5ｄＰａｓの範囲；ならびに圧押または回転に関しては、１０3ｄＰａｓ〜１０8ｄＰａｓの範囲である。いくつかの実施形態において、キャスティングための適切な粘度値は、型体積および／または望ましいフォーム断片を充てんするために十分な溶融ガラス流動性を維持することによって定義される。いくつかの実施形態において、圧押および回転のために適切な粘度値は、回転または圧押デバイスとの接触直後の形状を維持するためのガラスの能力によって定義される。いくつかの実施形態において、ガラスが、回転もしくは圧押デバイスまたは型表面に付着する傾向が増加する場合、粘度値が非常に低いと考えられる。
【０１０２】
いくつかの実施形態において、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスの温度および粘度は、好ましくは、選択された成形技術のために適切な粘度値に対応する。例えば、キャスティングに関して、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスの温度は、１０2ｄＰａｓ〜１０8ｄＰａｓの範囲の粘度値に対応し得；吹込みに関して、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスの温度は、１０3ｄＰａｓ〜１０5ｄＰａｓの範囲の粘度値に対応し得；圧押または回転に関して、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスの温度は、１０3ｄＰａｓ〜１０8ｄＰａｓの範囲の粘度値に対応し得る。いくつかの実施形態において、例えば、ガラスの粘度は、少なくとも１０2ｄＰａｓ、少なくとも１０3ｄＰａｓまたは少なくとも１０4ｄＰａｓであってよい。いくつかの実施形態において、ガラスの粘度は、１０3ｄＰａｓまで、１０4ｄＰａｓまで、１０5ｄＰａｓまで、１０6ｄＰａｓまで、１０7ｄＰａｓまで、または１０8ｄＰａｓまでであってよい。いくつかの実施形態において、例えば、ガラスが圧押されるか、または回転される場合、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時のガラスの温度は、１０3ｄＰａｓ〜１０8ｄＰａｓの範囲の粘度に対応する。
【０１０３】
金属−ガラスマクロ複合材料を形成するためにキャスティングが使用される場合、溶融ガラスは、それが固化される型に向けられてよく、かつ物品の最終形状は、型によって決定される。いくつかの実施形態において、型はグラファイトから製造されていてもよい。キャスティングに関して、ガラスは、溶融または低粘着性状態まで加熱されてもよい。キャスティングおよび／または型が使用される場合、分散または浸漬される金属は、ガラス成形温度までの温度、またはそれ以上の温度に加熱されてよく、そしてガラスキャスティングの前、間および／または後に、型の望ましい位置に配置されてよい。金属が冷たいほど、金属はガラスからより多くの熱を受け取る。さらに、最初の接触時にガラスの温度よりも低い温度を有する型は、ガラスから熱を取り去る。いくつかの実施形態において、ガラス亀裂の危険を増加する可能性のあるマクロ複合材料処理の間および焼鈍しの前の転移温度未満へのガラス冷却を防ぐために必要とされる成分の温度を算出するために、熱平衡計算が実行されてよい。いくつかの実施形態において、上記でさらに説明されたように、金属は予熱されてもよい。いくつかの実施形態において、型が予熱されてもよい。いくつかの実施形態において、型は、少なくともガラスのＴgまで予熱されてもよい。
【０１０４】
金属−ガラスマクロ複合材料を形成するために圧押が使用される場合、金属挿入物は、ガラス流し込みの前、間および／または後に型中に導入されてよい。
【０１０５】
金属−ガラスマクロ複合材料を形成するために回転が使用される場合、ガラスは金属上に注ぎ込まれてよく、かつ／または形状へのガラスの初期回転後、金属挿入物は、ガラス表面上に導入され得るか、あるいはガラスのバルク中に入れられてもよい。
【０１０６】
金属−ガラスマクロ複合材料を形成するためにガラス吹込みが使用される場合、ガラスは、金属型中に吹き込まれて、金属形状の形態を取り得るか、または金属体に存在する送り穴から金属形状の境界の外に延在し得る。ガラスは、ガラス形状が吹込み圧力および時間によって決定されるか、または吹込みガラスの形状を画定する形態によって制御されるフリーフォーム様式で吹き込まれてもよい。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、金属の非溶融片は、１０3ｄＰａｓ〜１０8ｄＰａｓの粘度値を有するガラスに挿入されてよい。
【０１０８】
いくつかの実施形態において、金属は、ガラス中に金属を分散または浸漬させる時に溶融されてもよい。例えば、溶融金属は、溶融ガラス中に注がれてもよい。ガラスとの初期接触時に金属が溶融している、いくつかの実施形態において、金属は、接触時のガラスの温度より２００℃まで、３００℃まで、４００℃まで、５００℃まで、６００℃まで、７００℃まで、または７５０℃まで高い温度を有し得る。いくつかの実施形態において、溶融金属は、接触時のガラスと同一温度を有していてもよい。いくつかの実施形態において、ガラスおよび溶融銅は、接触時に、例えば、１１００℃の同一温度を有していてもよい。いくつかの実施形態において、ガラスおよび溶融金は、接触時に、例えば、１０９０℃の同一温度を有していてもよい。
【０１０９】
例えば、一実施形態において、銅は、銅を酸化から保護する条件において、１１５０℃までの温度で溶融され得、かつガラスのＴgより高い温度でガラス中にキャストされてもよい。例えば、ガラスの温度は、ガラスのＴgより１００℃まで、２００℃まで、３００℃まで、４００℃まで、５００℃まで、６００℃まで、または７００℃まで高くてもよい。溶融ガラス−銅複合材料は、上記と同一様式で、キャスト、圧押、回転または吹込みされてよい。いくつかの実施形態において、溶融銅およびガラスが互いに接触した直後に、ガラスは、溶融銅をガラス中に部分的に溶融し得、マクロ複合材料中で酸化銅フィラメントおよびストランドを製造し得る。
【０１１０】
ガラスの密度および金属の密度の差異のため、ガラス−金属マクロ複合材料の固化は、ガラスマトリックス中の金属挿入物の未制御または制御が困難な沈下移動と関連し得る。いくつかの実施形態において、異なる粘度のガラスのいくつかの層は、最終マクロ複合材料における金属の位置を制御するために、金属の挿入の前にキャストされ得る。いくつかの実施形態において、型は、より粘着性のガラスが底部層にあり、それに続いて、粘着性の低いガラス層があるような、望ましい効果に適切な選択された温度において保持されてよい。いくつかの実施形態において、冷却水回路を有するコイルおよび／または電気加熱エレメントの環を外部型（例えば、るつぼ）表面に設置してもよく、かつ温度センサー（熱電対または抵抗温度計）を、制御される領域に配置してもよい。制御システムは、設定温度もしくは冷却曲線を維持するために、水フローレートおよび／または電流を調節してもよい。保持温度は、ガラスが結晶化する可能性のある温度の範囲外で選択されるべきである。
【０１１１】
いくつかの実施形態において、マクロ複合材料のガラスは、フロートガラスを含んでもよい。いくつかの実施形態において、フロートガラスは、例えば、溶融金属の床上に溶融ガラスをフローティングすることを含む、フロート法によって調製されたガラスのシートを含む。
【０１１２】
いくつかの実施形態において、金属は、フロートガラスに融合され得る。いくつかの実施形態において、金属は、フロートガラスと適合する熱膨張率を有し得る。８００℃〜８４０℃の範囲の温度における融合プロセスを使用して形成されたマクロ複合材料を含む、フロートガラスを含むそのようなマクロ複合材料において、光学的に平滑なフロートガラスの表面は、不可逆的に悪化し得る。
【０１１３】
マクロ複合材料がフロートガラスを含む場合を含む、いくつかの実施形態において、マクロ複合材料は、追加的なガラスをさらに含み得る。例えば、マクロ複合材料は、第２のガラス、第３のガラス、第４のガラスなどを含み得る。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの追加的なガラスは、ソルダーガラスであってもよい。追加的なガラスは、粉末、フリット、粒子、ロッド、繊維、ストライプ、薄プレートの形態、または用途のために適切な別の加工された形態であってよい。追加的なガラスは、金属およびフロートガラスを一緒に、密集した、かつ硬質の単位へと結合するために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、追加的なガラスは、金属およびフロートガラスの間に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、追加的なガラスは、着色ガラスを含んでもよい。
【０１１４】
いくつかの実施形態において、追加的なガラスは、フロートガラスのガラス転移温度（Ｔg）未満のリトルトン（Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ）軟化点（ＴLit）を有していてもよい。理論によって拘束されることを望まないが、フロートガラスのＴg未満のＴLitを有する第２のガラスは、ガラスの表面完全性の維持を促進すると考えられる。いくつかの実施形態において、第２のガラスのＴLitは、５５０℃までであってよい。いくつかの実施形態において、第２のガラスのＴgが４５０℃までであることが好ましい。いくつかの実施形態において、ガラスは、好ましくは、ＵＳ  Ｐｈａｒｍａｃｏｐｅｉａ  ＩＩＩ型ガラスの基準を満たす化学的耐久性を有する。
【０１１５】
光学的平滑面を維持するために、フロートガラスのＴgより低いＴgを有するホスフェートガラスが追加的なガラスとして使用されてもよい。理論によって拘束されることを望まないが、金属−フロートガラスマクロ複合材料中にホスフェートガラスを使用することによって、フロートガラスのＴgより有意に低い温度でのシーリングプロセスの実行が可能となり、フロートガラスの光学的に平滑なガラス表面が維持されると考えられる。
【０１１６】
例えば、金属要素は、フロートガラスプレート中に配置および／または分布されてもよい。いくつかの実施形態において、金属成分は、ソルダーガラスを使用してフロートガラスプレートとの接合の前に、必要とされる厚さおよび表面組織まで粉砕および／または研磨されてもよい。例えば、金属挿入の形態のガラスプレート中の正孔は、（例えば、ウォータジェットを使用して）切断され得る。挿入および正孔の端部の洗浄後、金属は、ガラス中の正孔中に配置され得、そしてガラスと挿入との間の間隙は、追加的なガラスで充てんされ得る。
【０１１７】
いくつかの実施形態において、金属挿入およびフロートガラスの間の間隙は、金属の熱膨張率とフロートガラスの熱膨張率との間の熱膨張率を有する１種またはそれ以上の追加的なガラス（例えば、ソルダーガラス）によって充てんされてもよい。いくつかの実施形態において、金属挿入およびフロートガラスの間の間隙は、金属の側面においては、金属の熱膨張率に近い熱膨張率を有する第２のガラスによって、そしてガラスの側面においては、フロートガラスの熱膨張率（例えば、８０×１０-7Ｋ-1〜９５×１０-7Ｋ-1）に近い熱膨張率を有する第３のガラスによって充てんされてもよい。
【０１１８】
マクロ複合材料のガラスの少なくとも一部が、金属との接触に配置される前に、固体状態である場合を含む、いくつかの実施形態において、マクロ複合材料は、追加的なガラスをさらに含んでもよい。例えば、マクロ複合材料は、第２のガラス、第３のガラス、第４のガラスなどを含み得る。いくつかの実施形態において、挿入される金属の大きさより広い切断が実行されてもよく、かつ金属挿入およびガラスの間の間隙は、１種またはそれ以上の追加的なガラスによって充てんされてもよい。１種またはそれ以上の追加的なガラスは、金属の熱膨張率とガラスの熱膨張率との間の熱膨張率を有し得る。金属の熱膨張率が、固体状態のガラスの熱膨張率より高い、いくつかの実施形態において、金属挿入側面においてより高い熱膨張率を有する第２のガラスおよびフロートガラス側面においてより低い熱膨張率を有する第３のガラスが、金属挿入とフロートガラスとの間の間隙を充てんしてもよい。金属の熱膨張率が、固体状態のガラスの熱膨張率より低い、いくつかの実施形態において、金属挿入側面においてより低い熱膨張率を有する第２のガラスおよびフロートガラス側面においてより高い熱膨張率を有する第３のガラスが、金属挿入とフロートガラスとの間の間隙を充てんしてもよい。
【０１１９】
ソルダーガラスを用いて接合された、金属挿入物を有するフロートガラスプレートが、従来の熱焼戻しに適切ではないため、いくつかの用途において、マクロ複合材料は、第２のガラス、第３のガラス、第４のガラスおよび／または第５のガラスを含み得、第２のガラス、第３のガラス、第４のガラスおよび／または第５のガラスは、金属の反対側のガラスの表面上に存在する。そのような追加的なガラスは、いくつかの実施形態において、金属−ガラスマクロ複合材料を収容し得る。マクロ複合材料を収容することによって、マクロ複合材料は、さらに、例えば、マクロ複合材料への熱衝撃に起因する機械的損傷に対して保護され得る。
【０１２０】
金属−ガラスマクロ複合材料の望ましい形状の加工および／または形成後、マクロ複合材料は、制御された様式で冷却されてもよい。いくつかの実施形態において、冷却速度は、マクロ複合材料の熱膨張率に基づいて選択されてもよい。例えば、熱膨張率の増加は、冷却速度における減少によって反映されてもよい。マクロ複合材料および／またはマクロ複合材料を含む炉の温度は、１時間あたり特定度数で冷却されてよい。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料および／またはマクロ複合材料を含む炉は、１時間あたり２０℃の割合で、および／または１時間あたり５０℃の割合で冷却されてよい。
【０１２１】
いくつかの実施形態において、マクロ複合材料は、焼鈍しされてもよい。いくつかの実施形態において、焼鈍し温度は、ガラスのＴgによって選択されてもよい。いくつかの実施形態において、焼鈍し温度は、３３０℃、３４０℃、３５０℃、３６０℃、３７０℃、３８０℃、３９０℃または４００℃であってよい。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料は、少なくとも２時間、少なくとも２．５時間、少なくとも３時間、少なくとも３．５時間、少なくとも４時間または少なくとも５時間焼鈍しされてよい。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料は、３時間まで、３．５時間まで、４時間まで、４．５時間まで、５時間まで、または６時間まで焼鈍しされてよい。いくつかの実施形態において、焼鈍し時間−温度曲線は、ガラス−金属対象の厚さおよび／または体積、ならびにガラスに対する金属の相対的厚さおよび／または体積次第で選択されてよい。焼鈍し条件の一般的なガイドラインは、例えば、Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｇｌａｓｓｅｓ：Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  Ｇｌａｓｓ  Ｆａｍｉｌｉｅｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｏｍａｓ  Ｐ．Ｓｅｗａｒｄ  ＩＩＩおよびＡｒｕｎ  Ｋ．Ｖａｒｓｈｎｅｙａ、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，Ｇｌａｓｓｅｓ，ａｎｄ  Ｄｉａｍｏｎｄｓの第６章、Ｃ．Ａ．Ｈａｒｐｅｒ編，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，２００１に記載されている。いくつかの実施形態において、焼鈍し時間−温度曲線の時間および温度は、ＡＳＴＭ  Ｃ３３６−７１（２０１５）に従って選択されてもよい。
【０１２２】
本発明は、次の実施例によって例証される。特定の実施例、材料、量および手順は、本明細書に明示される本発明の範囲および精神に従って概括的に解釈されることは理解されるべきである。
【実施例】
【０１２３】
以下の実施例においては、以下の実施例にて使用される全ての試薬、出発材料および溶媒は、商業的供給元（例えば、Ｓｔａｎｌａｂ  Ｓｐ．Ｊ．，Ｌｕｂｌｉｎ，Ｐｏｌａｎｄ）から購入され、そして他に明記されない限り、さらに精製することなく使用した。
【０１２４】
実施例１．青銅−ガラスマクロ複合材料
金属調製
ダイヤモンドディスクを有するアングルグラインダーを使用して、青銅を切断し、厚さ７ミリメートル（ｍｍ）、直径２０ｍｍのディスクにした。反射表面を確実にするために、金属やすりを用いて青銅の表面を研磨した。
【０１２５】
ガラス組成物調製
ガラス組成物の成分および割合を表４に示す。均一溶融を確実にするために２１０グラム（ｇ）バッチをモーターで手作業にて粉砕し、スプーンを用いて、これを２００ミリリットル（ｍｌ）のグレーズ磁製るつぼ中に室温で移し、そしてビスク磁器製の２つのより大きいるつぼの保護カバー中に包囲した。
【０１２６】
【表４】
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【０１２７】
溶融手順：
次のプロトコル：４０分間かけて室温から２００℃、４０分間かけて２００℃から４００℃、４０分間かけて４００℃から８００℃、６０分間かけて８００℃から１１５０℃に従ってガラスを加熱し、次いで、１２０分間１１５０℃に保持した。
【０１２８】
キャスティング手順：
閉鎖炉の自然冷却によって、溶融物は１１５０℃から８００℃に冷却された。８００℃において、４００℃に予熱された直径６センチメートル（ｃｍ）および高さ７ｃｍの円柱状の型中にガラスをキャストした。ガラスが７５０℃の温度に達した時、室温２０℃の青銅ディスクをガラス中に挿入した。金属がガラスに挿入された直後に、得られたマクロ複合材料を焼鈍し炉へと移し、そして下記のように処理した。
【０１２９】
焼鈍し手順：
４００℃において作動する焼鈍し炉中にマクロ複合材料を有する型を挿入し、そして３．５時間３５０℃で焼鈍した。１時間あたり２０℃の割合で３５０℃から３００℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の割合で３００℃から１００℃まで温度を減少させるように温度曲線を設定した。１００℃において炉の電源を消し、そして電力供給の介入のない炉中での自己冷却による冷却時間によって室温まで冷却させた。
【０１３０】
得られたマクロ複合材料の代表的な像は、図１中に見ることができる。
【０１３１】
実施例２．金−ガラスマクロ複合材料
金属調製
１グラム（ｇ）の金タブレットは、ほこりを除去するために布でその表面を拭くことによって調製された。
【０１３２】
ガラス組成物調製：
ガラス組成物の成分および割合を表５に示す。均一溶融を確実にするために、乳鉢中で２１０ｇバッチを手作業で粉砕し、そして室温で、これを、ビスク磁器製の２つのより大きいるつぼの保護カバー中に包囲された２００ｍｌのグレーズ磁製るつぼ中に装てんした。
【０１３３】
【表５】
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【０１３４】
溶融手順：
次のプロトコル：４０分間かけて室温から２００℃、４０分間かけて２００℃から４００℃、４０分間かけて４００℃から８００℃、６０分間かけて８００℃から１１００℃に従ってガラスを加熱し、次いで、６０分間１１００℃に保持した。
【０１３５】
キャスティング手順：
閉鎖炉の自然冷却によって、溶融物は１１００℃から８２０℃に冷却された。８００℃において、３００℃に予熱された直径６ｃｍおよび高さ７ｃｍの円柱状の型中に溶融ガラスをキャストした。ガラスが７６０℃の温度に達した時、室温の金タブレットをガラス中に挿入した。金属がガラスに挿入された直後に、得られたマクロ複合材料を焼鈍し炉へと移し、そして下記のように処理した。
【０１３６】
焼鈍し手順：
４００℃において作動する焼鈍し炉中に、マクロ複合材料を有する型を挿入し、そして３．５時間３６０℃で焼鈍した。１時間あたり２０℃の割合で３６０℃から３１０℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の割合で３１０℃から１００℃まで温度を減少させるように炉を設定した。１００℃において炉の電源を消し、そして電力供給の介入のない炉中での自己冷却による冷却時間によって室温まで冷却させた。
【０１３７】
結果として生じるマクロ複合材料の代表的な像は、図２中に見ることができる。
【０１３８】
実施例３．さび鋼−ガラスマクロ複合材料
金属調製：
ダイヤモンドディスクを使用して、直径５ｍｍの２つのさび鋼を長さ２５ｍｍに切断した。
【０１３９】
ガラス組成物調製：
ガラス組成物の成分および割合を表６に示す。均一溶融を確実にするために、乳鉢中で２１０ｇバッチを手作業で粉砕し、そして室温で、これを、ビスク磁器製の２つのより大きいるつぼの保護カバー中に包囲された２００ｍｌのグレーズ磁製るつぼ中に装てんした。
【０１４０】
【表６】
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【０１４１】
溶融手順：
次のプロトコル：４０分間かけて室温から２００℃、４０分間かけて２００℃から４００℃、４０分間かけて４００℃から８００℃、６０分間かけて８００℃から１１５０℃、に従ってガラスを加熱し、次いで、１２０分間１１５０℃に保持した。
【０１４２】
キャスティング手順：
閉鎖炉の自然冷却によって、溶融物は１１５０℃から８２０℃に冷却された。８２０℃にて、４００℃に予熱された直径６ｃｍおよび高さ７ｃｍの円柱状の型中に溶融ガラスをキャストした。ガラスが８００℃の温度に達した時、室温のさび鋼をガラス中に挿入した。気泡を除去するために、金属トングを用いて、マクロ複合材料を有する型を振とうした。振とうした後、得られた金属−ガラスマクロ複合材料を焼鈍し炉へと移し、そして下記のように処理した。
【０１４３】
焼鈍し手順：
４００℃において作動する焼鈍し炉中にマクロ複合材料を有する型を挿入し、そして３．５時間３５０℃で焼鈍した。１時間あたり２０℃の割合で３５０℃から３００℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の割合で３００℃から１００℃まで温度を減少させるように温度曲線を設定した。１００℃において炉の電源を消し、そして電力供給の介入のない炉の自己冷却による冷却時間によって室温まで冷却させた。
【０１４４】
得られたマクロ複合材料の代表的な像は、図３中に見ることができる。
【０１４５】
実施例４．チタン−ガラスマクロ複合材料
金属調製：
チタンワイヤ（直径２ｍｍ）を１６ｃｍに切断し、そして図４に示されるように、手作業で曲げてコイルにした。
【０１４６】
ガラス組成物調製：
ガラス組成物の成分および割合を表７に示す。均一溶融を確実にするために、乳鉢中で２１０ｇバッチを手作業で粉砕し、そして室温で、これを、ビスク磁器製の２つのより大きいるつぼの保護カバー中に包囲された２００ｍｌのグレーズ磁製るつぼ中に装てんした。
【０１４７】
【表７】
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【０１４８】
溶融手順：
次のプロトコル：４０分間かけて室温から２００℃、４０分間かけて２００℃から４００℃、４０分間かけて４００℃から８００℃、６０分間かけて８００℃から１１５０℃に従ってガラスを加熱し、次いで、１２０分間１１５０℃に保持した。
【０１４９】
キャスティング手順：
閉鎖炉の自然冷却によって、溶融物は１１５０℃から７９０℃に冷却された。７９０℃において、４１５℃に予熱された直径６ｃｍおよび高さ７ｃｍの円柱状の型中に溶融ガラスをキャストした。ガラスが７７０℃に達した時、室温チタンをガラス中に挿入した。金属がガラスに挿入された直後に、得られたマクロ複合材料を焼鈍し炉へと移し、そして下記のように処理した。
【０１５０】
焼鈍し手順：
４１５℃において作動する焼鈍し炉中にマクロ複合材料を有する型を挿入し、そして３．５時間３８０℃で焼鈍した。１時間あたり２０℃の割合で３８０℃から３３０℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の割合で３３０℃から１００℃まで温度を減少させるように温度曲線を設定した。１００℃において炉の電源を消し、そして電力供給の介入のない炉の自己冷却による冷却時間によって室温まで冷却させた。
【０１５１】
得られたマクロ複合材料の代表的な像は、図４中に見ることができる。
【０１５２】
実施例５．銅−ガラスマクロ複合材料
金属調製
ダイヤモンドディスクを有するアングルグラインダーを使用して、３０ｍｍの９９．９％銅金属チューブを長さ２５ｍｍに切断した。固定ボール盤を使用して、銅に穿孔した。孔の分布は、最終製品中の孔を通しての光の望ましい分散を最大化するように選択された。均一表面を確実にするために、金属やすりを用いて、鋭利な銅端部を研磨した。銅造形品に、所望の均一に研磨された表面を達成するための連続研磨ステップを行った。このステップは、段階的な微細粒子グリットの配列を伴う。次に、銅に、回転バイト上でフェルトディスクを使用して仕上げ磨きを行った。銅を蒸留水で洗浄し、そして残った印を消すために、アルコール中に浸漬した。銅を完全に乾燥させた。
【０１５３】
ガラス組成物調製：
ガラス組成物の成分および割合を表８に示す。均一溶融を確実にするために、２１０ｇバッチをボールミル加工し、そして室温で、これを、蓋付き２００ｍｌのグレーズ磁製るつぼ中に装てんした。
【０１５４】
【表８】
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【０１５５】
溶融手順：
次のプロトコル：４０分間かけて７０℃から２００℃、３０分間かけて２００℃から４００℃、４０分間かけて４００℃から８００℃、４０分間かけて８００℃から１１００℃に従ってガラスを加熱し、次いで、６０分間１１００℃に保持した。
【０１５６】
キャスティング手順：
閉鎖炉の自然冷却によって、溶融物は１１００℃から８５０℃に冷却された。８３０℃において、直径６ｃｍおよび高さ７ｃｍの円柱状の型中に溶融ガラスをキャストした。ガラスが７９０℃に達した時、室温の銅リングをガラス中に挿入した。残りの溶融ガラスを上部に注ぎ、金属構造を完全に被覆した。残りのガラスが注がれた直後に、得られたマクロ複合材料を焼鈍し炉へと移し、そして下記のように処理した。
【０１５７】
焼鈍し手順：
４００℃において作動する焼鈍し炉中にマクロ複合材料を有する型を挿入し、そして３時間３６０℃で焼鈍した。１時間あたり５０℃の割合で３６０℃から１００℃まで温度を減少させるように温度曲線を設定した。１００℃において炉の電源を消し、そして電力供給の介入のない炉の自己冷却による冷却時間によって室温まで冷却させた。
【０１５８】
得られたマクロ複合材料の代表的な像は、図５中に見ることができる。
【０１５９】
実施例６．キャスト銅−ガラスマクロ複合材料
金属調製：
２００ｍｍ×１０ｍｍ×１５ｍｍの２つの９９．９％銅チャンクを、室温で、２ｋｇ溶融炉（Ｍｏｄｅｌ  Ｓｃｈｍｅｌｚｏｆｅｎ  Ｇｏｌｄｂｒｕｎｎ  ２０００）内部に配置された２ｋｇのグラファイトるつぼ中に挿入した。３０分間かけて銅を室温から１０９５℃まで加熱し、次いで、４０分間、溶融炉中で１０９５℃に保持した。
【０１６０】
ガラス組成物調製：
ガラス組成物の成分および割合を表９に示す。均一溶融を確実にするために、それぞれ２１０ｇの２つのバッチを乳鉢中で手作業にて粉砕し、そして室温で、これを、それぞれ、ビスク磁器製の２つのより大きいるつぼの保護カバー中に包囲された２つの別個の２００ｍｌのグレーズ磁製るつぼ中に装てんした。
【０１６１】
【表９】
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【０１６２】
溶融手順：
次のプロトコル：４０分間かけて室温から２００℃、４０分間かけて２００℃から４００℃、４０分間かけて４００℃から８００℃、６０分間かけて８００℃から１１００℃に従ってガラスを加熱し、次いで、６０分間１１００℃に保持した。
【０１６３】
キャスティング手順：
閉鎖炉の自然冷却によって、溶融物は１１００℃から７６０℃に冷却された。７６０℃において、１００℃に予熱された直径１２ｃｍ、幅８ｃｍおよび高さ１１ｃｍの長方形のグラファイト製の型中に溶融ガラスの１つのバッチをキャストした。１０９５℃の溶融銅をガラス上に注いだ。次に、７３０℃のガラスの第２のバッチをガラス−銅マクロ複合材料上に注いだ。ガラスの第２のバッチが注がれた直後に、得られたマクロ複合材料を焼鈍し炉へと移し、そして下記のように処理した。
【０１６４】
焼鈍し手順：
４１５℃において作動する焼鈍し炉中にマクロ複合材料を有する型を挿入し、そして３時間３６０℃で焼鈍した。１時間あたり２０℃の割合で３６０℃から３１０℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の割合で３１０℃から１００℃まで温度を減少させるように温度曲線を設定した。１００℃において炉の電源を消し、そして電力供給の介入のない炉の自己冷却による冷却時間によって室温まで冷却させた。
【０１６５】
得られたマクロ複合材料の代表的な像は、図６中に見ることができる。
【０１６６】
実施例７．キャスト金−ガラスマクロ複合材料金属調製：
金属調製：
それぞれ１ｇの２つの金タブレットを、室温で、２ｋｇ溶融炉（Ｍｏｄｅｌ  Ｓｃｈｍｅｌｚｏｆｅｎ  Ｇｏｌｄｂｒｕｎｎ  ２０００）内部に配置された２ｋｇのグラファイトるつぼ中に挿入した。３０分間かけて金を室温から１０９０℃まで加熱し、次いで、３０分間、溶融炉中で１０９０℃に保持した。
【０１６７】
ガラス組成物調製：
ガラス組成物の成分および割合を表１０に示す。均一溶融を確実にするために、乳鉢中で２１０ｇバッチを手作業で粉砕し、そして室温で、これを、ビスク磁器製の２つのより大きいるつぼの保護カバー中に包囲された２００ｍｌのグレーズ磁製るつぼ中に装てんした。
【０１６８】
【表１０】
2019514837.tif 000013
【０１６９】
溶融手順：
次のプロトコル：４０分間かけて室温から２００℃、４０分間かけて２００℃から４００℃、４０分間かけて４００℃から８００℃、６０分間かけて８００℃から１１００℃、に従ってガラスを加熱し、次いで、６０分間１１００℃に保持した。
【０１７０】
キャスティング手順：
閉鎖炉の自然冷却によって、溶融物は１１００℃から７６０℃に冷却された。７６０℃において、４１５℃に予熱された直径６ｃｍおよび高さ７ｃｍの円柱状の型中に溶融ガラスをキャストした。１０９０℃の溶融金をガラス中に注いだ。金が注がれた直後に、得られたマクロ複合材料を焼鈍し炉へと移し、そして下記のように処理した。
【０１７１】
焼鈍し手順：
４１５℃において作動する焼鈍し炉中にマクロ複合材料を有する型を挿入し、そして３．５時間３６０℃で焼鈍した。１時間あたり２０℃の割合で３６０℃から３１０℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の割合で３１０℃から１００℃まで温度を減少させるように温度曲線を設定した。１００℃において炉の電源を消し、そして電力供給の介入のない炉の自己冷却による冷却時間によって室温まで冷却させた。
【０１７２】
得られたマクロ複合材料の代表的な像は、図７中に見ることができる。
【０１７３】
実施例８．銅−ガラスマクロ複合材料金属調製
金属調製：
はさみを使用して、０．３８ｍｍワイヤの銅メッシュを切断し、３０ｍｍ×５０ｍｍの径にした。このメッシュは、ほこりを除去するために布でその表面を拭くことによって調製された。
【０１７４】
ガラス組成物調製：
ガラス組成物の成分および割合を表１１に示す。均一溶融を確実にするために、乳鉢中で２１０ｇバッチを手作業で粉砕し、そして室温で、これを、ビスク磁器製の２つのより大きいるつぼの保護カバー中に包囲された２００ｍｌのグレーズ磁製るつぼ中に装てんした。
【０１７５】
【表１１】
2019514837.tif 000014
【０１７６】
溶融手順：
次のプロトコル：４０分間かけて室温から２００℃、４０分間かけて２００℃から４００℃、４０分間かけて４００℃から８００℃、６０分間かけて８００℃から１１００℃、に従ってガラスを加熱し、次いで、６０分間１１００℃に保持した。
【０１７７】
キャスティング手順：
閉鎖炉の自然冷却によって、溶融物は１１００℃から７９０℃に冷却された。７７０℃において、４１５℃に予熱された直径６ｃｍおよび高さ７ｃｍの円柱状の型中に溶融ガラスをキャストした。室温銅メッシュをガラス中に挿入した。残りの溶融ガラスを上部に注ぎ、金属メッシュを完全に被覆した。残りのガラスがキャストされた直後に、得られたマクロ複合材料を焼鈍し炉へと移し、そして下記のように処理した。
【０１７８】
焼鈍し手順：
４１５℃において作動する焼鈍し炉中にマクロ複合材料を有する型を挿入し、そして３．５時間３７０℃で焼鈍した。１時間あたり２０℃の割合で３７０℃から３２０℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の割合で３２０℃から１００℃まで温度を減少させるように温度曲線を設定した。１００℃において炉の電源を消し、そして電力供給の介入のない炉の自己冷却による冷却時間によって室温まで冷却させた。
【０１７９】
得られたマクロ複合材料の代表的な像は、図８中に見ることができる。
【０１８０】
本明細書に引用された全ての特許、特許出願および刊行物、ならびに電子的に入手可能な材料の全開示は、参照によって組み込まれる。本出願の開示と、参照によって本明細書に組み込まれるいずれの文献の開示との間にいずれかの不一致がある場合、本出願の開示が優先されるべきである。上記の詳細な説明および実施例は、理解を明らかにするためにのみ与えられた。それらから、不必要な制限は解釈されない。本発明は、示され、かつ記載された正確な詳細に制限されず、当業者に明らかな変形は、請求の範囲によって定義される本発明の範囲内に含まれるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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