(57)【要約】  第２の材料中に第１の材料を分散させるか、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。第１の材料は石を含み、かつ第２の材料はガラスを含むか；または第１の材料がガラスであってよく、かつ第２の材料が石であってもよい。マクロ複合材料は金属をさらに含み得る。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。
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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石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】
前記石が、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】
前記石が、グリット、砂利、粉末、チャンク、不規則形状または規則的幾何学形状の少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記石が、合成石、火成岩、堆積岩、変成岩、珪化木、化石、隕石、宝石用原石、貴石および半貴石の少なくとも１種を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記石が、砂岩、玄武岩、珪化木、珪岩、斑れい岩、花こう岩、片麻岩、粘板岩、赤鉄鉱、合成フッ素雲母、三葉虫、サファイヤおよびルビーの少なくとも１種を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記石が、前記ガラス全体に分散される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記石が、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１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ガラスが、ホスフェートガラスを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ガラスが、シリケートガラスを含まない、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガラスが、ＺｎＯおよびＰ2Ｏ5を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ＺｎＯ：Ｐ2Ｏ5のモル比が２：１である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
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１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
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１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガラスが、表１または表２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１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ガラスが、表１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１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガラスが、表３に提供される範囲で、ＺｎＯ、Ｐ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯおよびＦｅ2Ｏ3を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガラスとの接触時における前記石の温度が、ガラス中に前記石を分散または浸漬させる時の前記ガラスのＴgよりも高い、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
ガラス中に前記石を分散または浸漬させる時の前記ガラスの温度よりも高い温度まで前記石を予熱することをさらに含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記石および前記ガラスの間の熱膨張率の差異が、３５×１０-7Ｋ-1未満、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１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガラスの熱膨張率が、少なくとも３０×１０-7Ｋ-1、少なくとも４０×１０-7Ｋ-1、少なくとも５０×１０-7Ｋ-1、少なくとも６０×１０-7Ｋ-1、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、少なくとも１２０×１０-7Ｋ-1、または少なくとも１３０×１０-7Ｋ-1である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記石が砂岩を含み、かつ前記ガラスが、８５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
玄武岩および前記ガラスが、３０×１０-7Ｋ-1〜７５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記石が珪化木を含み、かつガラスが、８５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記石が三葉虫を含み、かつガラスが、８５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記石が珪岩を含み、かつガラスが、９０×１０-7Ｋ-1〜１４０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記珪岩がアベンチュリンを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記マクロ複合材料が、第２のガラスを含む、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
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２７に記載の方法。
【請求項２９】
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２８に記載の方法。
【請求項３０】
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１〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記ガラス中で前記石を分散または浸漬させる前に前記石を前処理することをさらに含み、前記前処理が、３００℃まで、４００℃まで、５００℃まで、５２０℃まで、５４０℃まで、５６０℃まで、５８０℃まで、６００℃まで、７００℃まで、８００℃まで、９００℃まで、１０００℃まで、または１１００℃までの温度に前記石を予熱することを含む、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記ガラス中で前記石を分散または浸漬させる直前に前記石を予熱する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
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１〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
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１〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記ガラス中で前記石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をさらに含む、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記焼鈍し温度が、３３０℃、３４０℃、３５０℃、３６０℃、３７０℃、３８０℃、３９０℃または４００℃である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記ガラス中で前記石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１〜３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
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ガラスを石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３９】
前記石が、ガラスで充てんされ得る空隙または凹形領域を含み、かつ石中にガラスを分散または浸漬させることが、前記空隙または凹形領域をガラスで充てんすることを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも１つの空隙または凹形領域が、少なくとも１ｍｍの直径を有する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
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１〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記石中で前記ガラス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をさらに含む、請求項３８〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記焼鈍し温度が、３３０℃、３４０℃、３５０℃、３６０℃、３７０℃、３８０℃、３９０℃または４００℃である、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
石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、
かつ前記石を前記ガラス中で分散または浸漬させ、かつ
前記石が、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４５】
前記石が、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４４に記載の組成物。
【請求項４６】
前記石が、グリット、砂利、粉末、チャンク、不規則形状または規則的幾何学形状の少なくとも１つを含む、請求項４４または４５に記載の組成物。
【請求項４７】
前記石が、合成石、火成岩、堆積岩、変成岩、珪化木、化石、隕石、宝石用原石、貴石および半貴石の少なくとも１種を含む、請求項４４〜４６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４８】
前記石が、前記ガラス全体に分散される、請求項４４〜４７のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４９】
前記石が、前記ガラス中に完全に浸漬される、請求項４４〜４８のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５０】
前記ガラスが、ホスフェートガラスを含む、請求項４４〜４９のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５１】
前記ガラスが、シリケートガラスを含まない、請求項４４〜５０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５２】
前記ガラスが、２：１のＺｎＯ：Ｐ2Ｏ5のモル比を有する、請求項４４〜５１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５３】
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４４〜５２のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５４】
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５３に記載の組成物。
【請求項５５】
前記ガラスが、表１または表２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４４〜５１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５６】
前記ガラスが、表１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５５に記載の組成物。
【請求項５７】
前記ガラスが、表３に提供される範囲で、ＺｎＯ、Ｐ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯおよびＦｅ2Ｏ3を含む、請求項４４〜５１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５８】
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石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石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５９】
前記ガラス中で前記石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５８に記載のマクロ複合材料。
【請求項６０】
前記ガラス中で前記石を分散または浸漬させる時の前記石の温度が、３００℃まで、４００℃まで、５００℃まで、５２０℃まで、５４０℃まで、５６０℃まで、５８０℃まで、６００℃まで、７００℃まで、８００℃まで、９００℃まで、１０００℃まで、または１１００℃までである、請求項５８または５９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】
ガラスおよび石の組合せは、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石との間の熱的および機械的特性の不適合のため、有機樹脂またはポリマーが、しばしば、石−ガラス複合材料中で材料を結合させるために使用される。さらに、それぞれの石の種類に特有な複雑な熱的特徴、および石試験片間に見出され得る差異のため、既存の溶液は、材料を結合するために有機樹脂またはポリマーを使用するはずである。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石の位置の両方を制限する。加えて、有機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、ガラス−石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、ポリマーが表面にある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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本開示は、ガラスおよび石を含むマクロ複合材料、およびガラスおよび石を含むマクロ複合材料の形成方法を記載する。いくつかの実施形態において、石−ガラスマクロ複合材料は、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、石は、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、石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、石は、ガラス中に不均一に分散される。
【０００５】
いくつかの実施形態において、ガラスは、石中に分散されるか、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、ガラスは、石中に均一に分散され、いくつかの実施形態において、ガラスは、石中に不均一に分散される。
【０００６】
一態様において、本開示は、ガラス中に石を分散させるか、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。石は、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より高い体積を有し、かつマクロ複合材料は、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まない。
【０００７】
別の態様において、本開示は、石中にガラスを分散させるか、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。ガラスは、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より高い体積を有し、かつマクロ複合材料は、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まない。
【０００８】
さらなる態様において、本開示は、石がガラス中に分散されているか、または浸漬されている、石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を含み、かつ石は、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。
【０００９】
追加的な態様において、本開示は、ガラス中に石を分散させるか、または浸漬させることと、石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。石は、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より高い体積を有し、かつマクロ複合材料は、有機樹脂、接着剤またはポリマーを含まない。
【００１０】
本明細書で使用される場合、「石」（本明細書中、「岩」とも記載される）は、固体単結晶、結晶の固体集合体、結晶の凝集体、１種またはそれ以上の鉱物または準鉱物の固体集合体、あるいは１種またはそれ以上の鉱物または準鉱物の凝集体を意味する。石は、天然由来であっても、または合成されたものでもよい。石には、火成岩、堆積岩、変成岩、珪化木、化石、隕石、宝石用原石、貴石および／または半貴石が含まれ得る。
【００１１】
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、石の熱膨張率は、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、石の熱膨張率は、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、石の熱膨張率は、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℃（２８３．１５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、石の熱膨張率は、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、石の熱膨張率は、室温から、金属−ガラスマクロ複合材料中に存在するガラスのＴgまで、室温までの範囲の温度で算出されてもよい。
【００１２】
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、０．１ｍｍ3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。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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
本明細書で使用される場合、「リトルトン（Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ）軟化点」（ＴLitとも記載される）は、ガラスの粘度が１０7.65ｄＰａ・ｓである温度である。
【００１６】
本明細書で使用される場合、「室温」は、１６℃〜２６℃の範囲、または、より好ましくは、１８℃〜２４℃の範囲である。いくつかの実施形態において、「室温」は２０℃である。
【００１７】
「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。
【００１８】
「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。
【００１９】
「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。
【００２０】
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。
【００２１】
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）。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明の広範囲を明示する数値範囲およびパラメーターが近似であるにもかかわらず、具体的な実施例において明示された数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、全ての数値は、本質的に、それらのそれぞれの試験測定に見られる標準偏差に由来する範囲を必ず含有する。
【００２５】
全ての見出しは、読者の便宜のためであり、かつ、そのように指定されない限り、見出しの後に続く本文の意味を制限するために使用されるべきではない。
【００２６】
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】
【００２７】
【図１】実施例１に記載の通りに製造された、キャストガラスシリンダー中に完全に浸漬され、かつ浮かせられた、不規則砂岩チャンクの上面図を示す。
【図２】実施例２に記載の通りに製造された、不規則キャストガラス形状中に部分的に浸漬され、かつ浮かせられた、不規則砂岩チャンクの斜視図を示す。
【図３】実施例３に記載の通りに製造された、上部に拡大ガラス気泡を有するキャストガラスシリンダー中に完全に浸漬され、かつ浮かせられた、珪化木断片の上面図を示す。
【図４】実施例４に記載の通りに製造された、キャストガラスシリンダー中に完全に浸漬され、かつ浮かせられた、不規則アベンチュリン石の上面図を示す。
【図５】実施例５に記載の通りに製造された、キャストガラス中に部分的に浸漬された、化石化三葉虫チャンクの透過図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本開示は、ガラスおよび石を含むマクロ複合材料、ならびにガラスおよび石を含むマクロ複合材料の形成方法を記載する。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。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料は、金属をさらに含んでもよい。
【００２９】
いくつかの実施形態において、石は、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、石は、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、石は、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、ガラスは、石中に分散されるか、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、ガラスは、石中に均一に分散され、いくつかの実施形態において、ガラスは、石中に不均一に分散される。
【００３０】
いくつかの実施形態において、石またはガラスの少なくとも１つは、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、石およびガラスの両方は、好ましくは、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、石は、好ましくは、可視である。例えば、石は、ガラスを通して、ヒトの眼にはっきりと見え得る。
【００３１】
いくつかの実施形態において、石およびガラスは、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、石およびガラスは、連結されてもよい。いくつかの実施形態において、石は、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、石がガラス中に収容される場合、石およびガラスは、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、石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、石の全表面は、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。
【００３２】
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、石およびガラスを結合するために使用されず、かつ石−ガラス境界面において見られない。
【００３３】
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、次のインテリア装飾品；エクステリア装飾品；例えば、家具、電灯、ランプ、間仕切壁またはスクリーン、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の１つまたはそれ以上において使用されてもよい。
【００３４】
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、ガラスおよび石は、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、石およびガラスの間の熱膨張率の差異は、３５×１０-7逆数ケルビン（Ｋ-1）未満、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未満であり得る。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。ガラスおよび石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し得る。
【００３５】
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３０×１０-7Ｋ-1、少なくとも４０×１０-7Ｋ-1、少なくとも５０×１０-7Ｋ-1、少なくとも６０×１０-7Ｋ-1、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、少なくとも１２０×１０-7Ｋ-1、または少なくとも１３０×１０-7Ｋ-1である。
【００３６】
いくつかの実施形態において、ガラスの熱膨張率は、石の熱膨張率に基づいて選択されてもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態において、ガラスが、６０×１０-7Ｋ-1より高い熱膨張率を有する場合、石およびガラスの間の熱膨張率の容認される差異は、５パーセント（％）〜１０％など、小さくあり得る。ガラスが６０×１０-7Ｋ-1までの低い熱膨張率を有する場合を含む、いくつかの実施形態において、石およびガラスの間の熱膨張率の容認される差異は、１０％〜１５％など、より大きくなり得る。
【００３８】
例えば、石が、９０×１０-7Ｋ-1〜１３０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る砂岩を含む場合を含む、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、少なくとも９５×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも１００×１０-7Ｋ-1、および／または１２０×１０-7Ｋ-1まで、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、８５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。
【００３９】
例えば、石が、３５×１０-7Ｋ-1〜７０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る玄武岩を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも２０×１０-7Ｋ-1、少なくとも２５×１０-7Ｋ-1、少なくとも３０×１０-7Ｋ-1、少なくとも３５×１０-7Ｋ-1、少なくとも４０×１０-7Ｋ-1、少なくとも４５×１０-7Ｋ-1、少なくとも５０×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも５５×１０-7Ｋ-1、および／または６５×１０-7Ｋ-1まで、７０×１０-7Ｋ-1まで、７５×１０-7Ｋ-1まで、８０×１０-7Ｋ-1まで、８５×１０-7Ｋ-1まで、もしくは９０×１０-7Ｋ-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、３０×１０-7Ｋ-1〜７５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。
【００４０】
例えば、石が、９０×１０-7Ｋ-1〜１３０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る珪化木を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも７０×１０-7Ｋ-1、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、少なくとも９５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１００×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも１０５×１０-7Ｋ-1、および／または１２０×１０-7Ｋ-1まで、１２５×１０-7Ｋ-1まで、１３０×１０-7Ｋ-1まで、１３５×１０-7Ｋ-1まで、１４０×１０-7Ｋ-1まで、１４５×１０-7Ｋ-1まで、もしくは１５０×１０-7Ｋ-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、８５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。
【００４１】
例えば、石が、９０×１０-7Ｋ-1〜１３０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る三葉虫を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも７０×１０-7Ｋ-1、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、少なくとも９５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１００×１０-7Ｋ-1、少なくとも１０５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１１０×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも１５５×１０-7Ｋ-1、および／または１２０×１０-7Ｋ-1まで、１２５×１０-7Ｋ-1まで、１３０×１０-7Ｋ-1まで、１３５×１０-7Ｋ-1まで、１４０×１０-7Ｋ-1まで、１４５×１０-7Ｋ-1まで、もしくは１５０×１０-7Ｋ-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、８５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。
【００４２】
例えば、石が、９５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る珪岩を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも８０×１０-7Ｋ-1、少なくとも８５×１０-7Ｋ-1、少なくとも９０×１０-7Ｋ-1、少なくとも９５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１００×１０-7Ｋ-1、少なくとも１０５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１１０×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも１１５×１０-7Ｋ-1、および／または１３０×１０-7Ｋ-1まで、１３５×１０-7Ｋ-1まで、１４０×１０-7Ｋ-1まで、１４５×１０-7Ｋ-1まで、もしくは１５０×１０-7Ｋ-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、珪岩は、アベンチュリンを含み得る。アベンチュリンは、９５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-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、９０×１０-7Ｋ-1〜１４０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。
【００４３】
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種以上の石とを含み得る。そのような実施形態において、マクロ複合材料中の石間の熱膨張率の差異は、好ましくは、小さい。例えば、第１の石および第２の石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の石の熱膨張率および第２の石の熱膨張率の間の範囲の熱膨張率を有する。
【００４４】
例えば、いくつかの実施形態において、石が、（９０×１０-7Ｋ-1〜１３０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する）砂岩および（９５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する）珪岩を含む場合を含む、いくつかの実施形態において、ガラスは、少なくとも８５×１０-7Ｋ-1、少なくとも９０×１０-7Ｋ-1、少なくとも９５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１００×１０-7Ｋ-1、少なくとも１０５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１１０×１０-7Ｋ-1、もしくは少なくとも１２５×１０-7Ｋ-1、および／または１１５×１０-7Ｋ-1まで、１２０×１０-7Ｋ-1まで、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、珪岩は、アベンチュリンを含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、砂岩の熱膨張率および珪岩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、砂岩の熱膨張率およびアベンチュリン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、９５×１０-7Ｋ-1〜１３０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。
【００４５】
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）熱膨張率および／または（２）ガラス転移温度（Ｔg）に基づいて選択されてよい。好ましい実施形態において、マクロ複合材料中の石の完全性が損なわれる可能性のあ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、石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、石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、ガラスは、９００℃まで、９５０℃まで、１０００℃まで、１１５０℃まで、１２００℃までの融解温度を有し得る。
【００４６】
石が、ガラスとの接触時に固体であるため、石がガラス中に浸漬される場合、（冷却の作用としての）その収縮は、石によって占領されない領域へのガラスフローによって補償され得る。ガラスがガラス転移温度まで冷却される（そしてガラスが固体に転移する）まで、ガラスは、石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。したがって、ガラスのＴgから室温までのガラスおよび石の（温度の作用としての熱膨張率の変化を含む）膨張計測特徴は、ガラス−石マクロ複合材料において使用される成分を選択することにおいて重要であり得る。いくつかの実施形態において、石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、石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。
【００４７】
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、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、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、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、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。
【００４８】
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。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℃までの温度範囲を使用して算出され得る。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、少なくとも２０×１０-7Ｋ-1、少なくとも２５×１０-7Ｋ-1、少なくとも３０×１０-7Ｋ-1、少なくとも３５×１０-7Ｋ-1、少なくとも４０×１０-7Ｋ-1、少なくとも４５×１０-7Ｋ-1、少なくとも５０×１０-7Ｋ-1、少なくとも５５×１０-7Ｋ-1、少なくとも６０×１０-7Ｋ-1、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、少なくとも８５×１０-7Ｋ-1、少なくとも９０×１０-7Ｋ-1、少なくとも９５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１００×１０-7Ｋ-1、少なくとも１０５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１１０×１０-7Ｋ-1、または少なくとも１１５×１０-7Ｋ-1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の熱膨張率は、６５×１０-7Ｋ-1まで、７０×１０-7Ｋ-1まで、７５×１０-7Ｋ-1まで、８０×１０-7Ｋ-1まで、８５×１０-7Ｋ-1まで、９０×１０-7Ｋ-1まで、９５×１０-7Ｋ-1まで、１００×１０-7Ｋ-1まで、１０５×１０-7Ｋ-1まで、１１０×１０-7Ｋ-1まで、１１５×１０-7Ｋ-1まで、１２０×１０-7Ｋ-1まで、１２５×１０-7Ｋ-1まで、１３０×１０-7Ｋ-1まで、１３５×１０-7Ｋ-1まで、１４０×１０-7Ｋ-1まで、１４５×１０-7Ｋ-1まで、または１５０×１０-7Ｋ-1までであり得る。例えば、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、３０×１０-7Ｋ-1〜７５×１０-7Ｋ-1の範囲、８５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-1の範囲、または９０×１０-7Ｋ-1〜１４０×１０-7Ｋ-1の範囲であり得る。
【００４９】
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、２９％〜３４％の範囲のＰ2Ｏ5、３８％〜５０％の範囲のＺｎＯ、０％〜５％の範囲のＣａＯ、０％〜５％の範囲のＭｇＯ、０％〜５％の範囲のＢａＯ、０％〜３％の範囲のＡｌ2Ｏ3、０％〜３％の範囲のＢｉ2Ｏ3、０％〜２％の範囲のＣｅＯ2、０．１％〜３％の範囲のＴｉＯ2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、１０％〜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＋ＭｇＯ＋ＢａＯ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％〜１０％の範囲のＡｌ2Ｏ3＋ＣｅＯ2＋ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2をさらに含む。
【００５０】
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＋ＣｅＯ2＋ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2をさらに含む。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物の成分は、石中の化合物との反応の結果として結晶するガラスの傾向を増加させる可能性のあるガラス中の成分を回避するように選択されてよい。
【００５４】
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および／または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および／または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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、石が可視であるほど十分に透明である。
【００６４】
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中に示される成分および／または量を含んでもよい。
【００６５】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、表１中に示される成分および／または量を含んでもよい。いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、マクロ複合材料が、９０×１０-7Ｋ-1〜１８０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する石を含む場合、表１中に示される成分および／または量を含み得る。９０×１０-7Ｋ-1〜１８０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する石としては、例えば、砂岩、珪化木および／または粘板岩が含まれ得る。
【００６６】
【表１】
2019515869.tif 000003
【００６７】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、表２中に示される成分および／または量を含んでもよい。いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、マクロ複合材料が、７０×１０-7Ｋ-1〜１００×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する石を含む場合、表２中に示される成分および／または量を含み得る。
【００６８】
【表２】
2019515869.tif 000004
【００６９】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、表３中に示される成分および／または量を含んでもよい。いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、マクロ複合材料が、５０×１０-7Ｋ-1〜８０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する石を含む場合、表３中に示される成分および／または量を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、暗色ガラス（例えば、茶色または黒色ガラス）であり得る。
【００７０】
【表３】
2019515869.tif 000005
【００７１】
いくつかの実施形態において、石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。石表面変性は、石の反応の結果としても得られ得る。いくつかの実施形態において、石上で表面相互作用を得るために、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、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、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ガラスに添加されてもよい。そのような元素は、例えば、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、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石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、ガラスは、石と適合する熱膨張率を有する。マクロ複合材料中の石と適合する熱膨張率を有するガラスは、いくつかの実施形態において、フロートガラスであり得る。いくつかの実施形態において、フロートガラスは、８０×１０-7Ｋ-1〜９５×１０-7Ｋ-1の熱膨張率を有する。
【００７６】
いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、ソーダライム−シリケートガラス（２０℃〜３００℃の温度範囲において８９×１０-7Ｋ-1の熱膨張率、５５０℃〜５５５℃の範囲のＴg、６１０℃〜６１５℃の範囲のＴLitを有する）を含み得る。いくつかの実施形態において、ガラス組成物は、ソーダライム−シリケートガラスと、例えば、特定の種類のサファイヤ、合成フッ素雲母および赤鉄鉱を含む、２０℃〜３００℃の温度範囲において８０×１０-7Ｋ-1〜９６×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する石とを含む。
【００７７】
いくつかの実施形態において、石−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、石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。
【００７８】
石の特性
石は、例えば、グリット、砂利、チャンク、不規則形状または規則的幾何学形状の少なくとも１つを含み得る。いくつかの実施形態において、石は、火成岩、堆積岩、変成岩、珪化木、化石、宝石用原石または隕石の少なくとも１種を含み得る。化石には、例えば、三葉虫が含まれてよい。いくつかの実施形態において、石は、砂岩、玄武岩、珪岩、斑れい岩、花こう岩、片麻岩、粘板岩および赤鉄鉱の少なくとも１種を含み得る。いくつかの実施形態において、石は、宝石用原石であってよい。いくつかの実施形態において、石は、貴石または半貴石であってよい。いくつかの実施形態において、例えば、石は、サファイヤまたはルビーであってよい。いくつかの実施形態において、石は、天然石であってよく、いくつかの実施形態において、石は、合成石であってよい。合成の石としては、例えば、合成フッ素雲母が含まれてよい。いくつかの実施形態において、石は、単結晶、結晶の凝集体または結晶の集合体の形態の鉱物相を含む。いくつかの実施形態において、石は、天然由来単結晶、結晶の固体集合体、結晶の凝集体、１種またはそれ以上の鉱物または準鉱物の固体集合体、あるいは１種またはそれ以上の鉱物または準鉱物の凝集体であってよい。
【００７９】
いくつかの実施形態において、石およびガラスの熱膨張率は適合しなければならない。しかしながら、いくつかの実施形態において、そして本明細書中にさらに議論されるように、石およびガラスの熱膨張率の差異によって、または加熱ガラス溶融物中の石の挙動によって生じる特定の課題を克服するために、石の前処理が使用されてもよい。
【００８０】
いくつかの実施形態において、石は、少なくとも２５×１０-7Ｋ-1、少なくとも３０×１０-7Ｋ-1、少なくとも３５×１０-7Ｋ-1、４０×１０-7Ｋ-1、少なくとも４５×１０-7Ｋ-1、少なくとも５０×１０-7Ｋ-1、少なくとも５５×１０-7Ｋ-1、少なくとも６０×１０-7Ｋ-1、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、少なくとも８５×１０-7Ｋ-1、少なくとも９０×１０-7Ｋ-1、少なくとも９５×１０-7Ｋ-1、または少なくとも１００×１０-7Ｋ-1の熱膨張率を有し得る。いくつかの実施形態において、石は、６０×１０-7Ｋ-1まで、少なくとも６５×１０-7Ｋ-1、少なくとも７０×１０-7Ｋ-1、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、少なくとも９５×１０-7Ｋ-1、少なくとも１００×１０-7Ｋ-1、少なくとも１０５×１０-7Ｋ-1、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１４５×１０-7Ｋ-1、または少なくとも１５０×１０-7Ｋ-1の熱膨張率を有し得る。
【００８１】
例えば、いくつかの実施形態において、石は、２５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。例示的な石および熱膨張率としては、以下が含まれ得る。砂岩は、９０×１０-7Ｋ-1〜１３０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得；玄武岩は、３５×１０-7Ｋ-1〜７０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得；珪化木は、９０×１０-7Ｋ-1〜１３０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得；珪岩は、９５×１０-7Ｋ-1〜１３５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得；三葉虫は、９０×１０-7Ｋ-1〜１３０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得；いくつかの種類の斑れい岩および／または花こう岩は、５０×１０-7Ｋ-1〜１００×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。
【００８２】
石−ガラスマクロ複合材料を形成する時、加熱ガラス溶融物中での石の熱膨張特徴または挙動に寄与する種々の石特性が考慮され得る。天然由来の石は、一般に、厳密に定義された組成および特性の化合物であると考えられるべきではなく、むしろ、例えば、主要鉱物相、気孔率、粒状化、極小亀裂などのいくつかの同一属性を共有する石の系統であると考えられるべきである。
【００８３】
いくつかの実施形態において、石−ガラスマクロ複合材料調製法および／またはガラス組成物の選択は、以下の少なくとも１つを基準にしてカスタマイズされ得る：（例えば、エックス線粉末回折（ＸＲＤ）分析から決定される）石の鉱物相組成、（例えば、示差熱分析（ＤＴＡ）、熱重量分析（ＴＧＡ）または示差走査熱量測定（ＤＳＣ）から決定される）石中の水および／またはガスの量、ならびに（例えば、膨張計測測定から温度の作用として決定される）石の熱膨張率。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料形成の間に観察される欠陥は、さらに、あるいは代わりに、石の情報を提供し得る。例えば、マクロ複合材料形成の間に気泡が観察される場合、それは、石が多孔性であるか、あるいは化学的に結合した水および／または水和した塩を含有することを示し得る。マクロ複合材料形成の間に気泡が観察される、いくつかの実施形態において、熱前処理および／またはＤＴＡもしくはＤＳＣ分析が示され得る。マクロ複合材料形成の間に亀裂が観察される場合、石が（例えば、特定の温度範囲または特定の限界以上の温度を含む）回避される特定の温度を示し得る鉱物相（例えば、石英、ヒドロキシ−金雲母、カオリン、方解石など）を含むかどうかを決定するために、膨張計測分析および／ＸＲＤ分析が実行されてもよい。
【００８４】
石を構成するそれぞれの鉱物は、異なる熱膨張率を有し得、そして存在する鉱物の結晶軸に依存するいくつかの鉱物における異方性膨張特徴の存在は、石内の熱膨張特徴における局在的差異の要因になり得る。熱膨張率におけるそのような差異は応力を引き起こし得、その熱膨張率が異方性を示す場合、異なる成分鉱物間、および選択された鉱物の個々の単結晶間の境界において蓄積するかもしれない。いくつかの実施形態において、そのような差異によって引き起こされる問題は、以下にさらに記載されるように、石を均一に加熱することによって克服され得るが、それとは対照的に、異なる成分が異なる温度を受けるため、石を均一に加熱することに関する失敗は、そのような差異を悪化させ得る。
【００８５】
いくつかの実施形態において、マクロ複合材料中で使用される石は、それが良好なマクロ複合材料を形成するために有用な特性を示すため、選択されてもよい。
【００８６】
例えば、いくつかの実施形態において、石は、閉鎖された石構造に収容された（化学的に結合した水を含む）水および／または有機残渣の最小の存在に基づき、溶融ガラスとの組合せのために選択され得る。理論によって拘束されることを望まないが、閉鎖された石構造に収容された水および／または有機残渣は、熱処理によって妥当なタイムフレームで除去することが困難であり得る。いくつかの実施形態において、特定の種類の砂岩、珪化木および粘板岩は、石構造に収容された水を含有しないか、または石構造中に収容された最小量の水を含有する。特定の実施形態において、例えば、いくつかの砂岩、珪化木および粘板岩を含む、特定の種類の石は、熱処理によって除去され得る有機堆積物を含有する。
【００８７】
いくつかの実施形態において、０．００５重量パーセント（重量％）まで、０．０１重量％まで、または０．１重量％までの濃度で化学的に結合した水の含有量を有する石が使用されてもよい。化学的に結合した水は、トパーズ、アメジストおよび天然雲母（例えば、ヒドロキシル金雲母を含む）などのいくつかの石において、石および加熱ガラスが接触する時に亀裂を生じ得るが、本明細書中にさらに記載されるような石の熱処理によって、水を含有する化合物の熱分解が促進され得、かつマクロ複合材料形成の間の加熱ガラスとの接触の前に、石からの水の蒸発を可能にさせ得る。しかしながら、いくつかの実施形態においては、石は、好ましくは、無水であり得る。
【００８８】
いくつかの実施形態において、石は、気孔率特徴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、開放しているが、狭い気孔を有する複雑な細孔系は、ガラスによる空気の迅速な置換を防ぎ、マクロ複合材料調製の間の気泡形成をもたらす。したがって、気孔が存在しない石は、いくつかの実施形態において、好ましい。いくつかの実施形態において、高い気孔率および／またはより大きい気孔を有する石が有利となり得る。いくつかの実施形態において、容易に溶融ガラスで充てんされ得る気孔を有する石が好ましい。例えば、石中の気孔が、石および加熱ガラスの接触時に、望ましくない亀裂および気泡形成を他の様式で引き起こし得る、いくつかの実施形態において、亀裂および気泡の形成を防止するために、本明細書中にさらに記載される石の熱前処理が使用されてもよい。
【００８９】
いくつかの実施形態において、大粒子形態（約１ミリメートル（ｍｍ））の石英相を有する石は回避され得る。そのような形態は、不均一の膨張または収縮の適用を受け得、したがって問題となり得る。いくつかの実施形態において、石は、微細粒子石英構造（すなわち、１ｍｍ未満の石英構造）を有し得る。そのような微細粒子石英構造を有する石としては、例えば、砂岩、化石、珪岩またはアベンチュリンが含まれ得る。いくつかの実施形態において、例えば、マクロ複合材料中の応力を最小化するために、微細結晶を有する石が好ましくなり得る。
【００９０】
いくつかの実施形態において、例えば、マクロ複合材料中の応力を最小化するために、等方性熱膨張を有する石が好ましくなり得る。等方性熱膨張を有する石は、ガラスの熱膨張特徴と適合性のある、各方向で同一である膨張係数を示す。いくつかの実施形態において、それらは等方性熱膨張を示すため、立方対称の鉱物の単結晶が選択され得る。そのような鉱物としては、例えば、黄鉄鉱、ガーネット、白雲母などが含まれ得る。
【００９１】
いくつかの実施形態において、例えば、マクロ複合材料中の応力を最小化するために、例えば、５％〜１０％の範囲の低レベルの熱膨張異方性を有する石が好ましくなり得る。低レベルの異方性を有する石は、軸間の熱膨張率における最小差異を有する。
【００９２】
いくつかの実施形態において、高い構造的均質性を有する石が好ましくなり得る。いくつかの実施形態において、高い構造的均種性を有する石として、例えば、微細結晶を含む、鉱物成分の均質分布を有する石が含まれ得る。高い構造的均種性を有する石において、熱膨張率は、異なる鉱物相が異なる熱膨張率を有する非均質性石におけるよりも均一である。いくつかの実施形態において、高い構造的均種性を有する石は、例えば、空隙の欠如、ガスによって充てんされた細孔の欠如、亀裂の欠如および／または汚染の欠如も含み得る。しかしながら、いくつかの実施形態において、石は、好ましくは類似の膨張特徴を示す相を有して、不均質であり得る。
【００９３】
マクロ複合材料の形成
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。例えば、マクロ複合材料および／またはマクロ複合材料中のガラスは、吹込み、圧押、回転、キャストおよび／または融合によって形成され得る。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料の形成方法は、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。
【００９４】
好ましい実施形態において、石との接触時、マクロ複合材料中で使用されるガラスは、ガラスの融点の温度およびガラスのガラス転移温度（Ｔg）の間の温度にあってよい。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料形成の間（例えば、第２の材料中での第１の材料の分散または浸漬時）のガラスおよび石の間の温度差は、好ましくは、小さい。例えば、マクロ複合材料形成の間のガラスおよび石の間の温度差は、３００℃未満、２００℃未満、１００℃未満、７５℃未満、５０℃未満、２５℃未満または１０℃未満であり得る。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料形成の間のガラスおよび石の温度は等しくてもよい。石およびガラスの間の温度差を減少させるために、石は、いくつかの実施形態において、予熱されてもよい。
【００９５】
いくつかの実施形態で、石は、炉中で、少なくとも２５０℃、少なくとも３００℃もしくは少なくとも３５０℃、および／または５００℃まで、５２０℃まで、５４０℃まで、５６０℃まで、５８０℃まで、６００℃まで、７００℃まで、８００℃まで、８５０℃まで、または９００℃までの温度まで予熱されてよい。いくつかの実施形態において、石およびガラスを組み合わせる直前に石を予熱することが好ましく、例えば、石およびガラスの接触から５時間以内、２時間以内、３０分以内または１０分以内に石の加熱を完了する。いくつかの実施形態において、石は、ガラス中に石を分散または含浸させる時のガラスの温度よりも高い温度まで予熱されてよい。
【００９６】
いくつかの実施形態において、石は、危険な相転移点（すなわち、径および／または体積変化に付随して生じる相転移）によって決定される温度まで予熱されてよい。例えば、砂岩、珪化木および粘板岩に関して、石は、α−β石英転移より低い温度（例えば、５７３℃）まで予熱されてよい。
【００９７】
マクロ複合材料中で使用されるガラスが、溶融によって入手される場合、溶融プロセス後、ガラス溶融物は、ガラス−石結合温度まで冷却されてよい。いくつかの実施形態において、ガラス−石結合温度は、ガラスのＴgおよびガラスの融点の間の範囲の温度である。石の１つまたはそれ以上の成分が、熱処理の間に対応する体積変化を伴って多形性変換を経験する場合、ガラス−石結合温度は、好ましくは、石の多形性変換温度未満であり得る。
【００９８】
いくつかの実施形態において、ガラスとの接触時の石の温度は、ガラスのＴgより高い。ガラス−石結合温度まで加熱される場合、石は、石の熱膨張特徴に適切な加熱速度で加熱される。いくつかの実施形態において、石−ガラスマクロ複合材料の温度は、好ましくは、焼鈍しの前にガラスのＴg未満まで低下しない。理論によって拘束されることを望まないが、そのような温度低下は、亀裂または微小亀裂を引き起こし得るガラスへの熱衝撃をもたらすと考えられる。したがって、いくつかの実施形態において、石の温度は、加熱ガラス中へのその挿入が、マクロ複合材料内のガラスをガラスのＴg未満まで冷却させないようなものでなければならない。
【００９９】
マクロ複合材料の成形技術は、マクロ複合材料の形状および／または外観もしくは仕上げの望ましい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。例えば、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を含む、いくつかの実施形態において、回転または圧押、吹込み、キャスティング、または型の融合が使用されてよい。ガラスおよび石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−石マクロ複合材料形状を得るために、ガラスカレットの焼結プロセスが使用されてもよい。本明細書で使用される場合、ガラスカレットは、例えば、すでに溶融され、かつ焼成プロセスの間に再び溶融および軟化され得る、壊れたガラスを含むガラスを意味する。
【０１００】
例えば、マクロ複合材料調製方法として焼結プロセスを使用する場合を含む、いくつかの実施形態において、半透明性の代わりに、透明性が最終生成物において好ましい。理論によって拘束されることを望まないが、不透明性または半透明性は、異なる光学濃度を有するマクロ複合材料内の内部境界に起因すると考えられる。いくつかの実施形態において、不透明性または半透明性を回避するために、焼結温度は、ガラスの結晶化範囲外で選択され得る。いくつかの実施形態において、不透明性または半透明性を回避するために、直径少なくとも３ｍｍ、少なくとも４ｍｍまたは少なくとも５ｍｍのカレット塊状物をマクロ複合材料前駆体として使用してもよい。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、ガラス（例えば、粉砕または粉末ガラスを含む）は、マクロ複合材料形成の間にガラスのリトルトン（Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ）軟化点およびガラスの融点の間の温度まで加熱されてよく、ガラス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の代わりに、またはそれに加えて使用されてもよい。粉末、フリット、繊維または帯状のガラスは、石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石要素を組み合わせるために使用されてもよい。
【０１０２】
いくつかの実施形態において、ガラスおよび石の接触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、ガラスと石との接触時のガラスの温度は、キャスティングに関して、１０2ｄＰａｓ〜１０8ｄＰａｓの範囲の粘度値に対応し得、ガラスと石との接触時のガラスの温度は、吹込みに関して、１０3ｄＰａｓ〜１０5ｄＰａｓの範囲の粘度値に対応し得、ガラスと石との接触時のガラスの温度は、圧押または回転に関して、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までであり得る。いくつかの実施形態において、例えば、石がガラス中に分散または浸漬され、かつガラスが圧押または回転される場合、ガラスと石との接触時のガラスの温度は、１０3ｄＰａｓ〜１０8ｄＰａｓの範囲の粘度値に対応する。
【０１０３】
以下にさらに議論される「ガラス中の石」マクロ複合材料を含む、いくつかの実施形態において、マクロ複合材料の形成方法は、ガラス中に石を分散または浸漬させる前に、ガラスを加熱することを含む。ガラスの加熱は、１０3ｄＰａｓまで、１０4ｄＰａｓまで、または１０5ｄＰａｓまでの粘度を達成するガラスをもたらし得る。そのような実施形態において、圧押または回転の間のガラスの粘度は、１０3ｄＰａｓ、１０4ｄＰａｓまたは１０5ｄＰａｓであり得る。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、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、ガラスを炉中で予熱してもよい。いくつかの実施形態において、例えば、ガラスは、石と接触する前に加熱されてもよい。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中で予熱されてもよい。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、石との接触の前のガラスの温度は、接触時に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、石との接触の前に、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、石との接触の前に、１０5ｄＰａｓ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。
【０１０６】
いくつかの実施形態において、ガラスおよび石は、融合プロセスを使用して、一緒に組み合わせられてもよい。いくつかの実施形態において、融合プロセスは、８００℃〜８５０℃の範囲の温度で生じ得る。
【０１０７】
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。焼鈍しは、後にガラスの強度および安定性に悪影響を与える可能性があるガラス内での不変応力の形成を防ぎ得る。いくつかの実施形態において、焼鈍し温度は、ガラスのＴgおよび／または厚さ、体積、ならびにマクロ複合材料の形状の複雑性によって選択されてよい。いくつかの実施形態において、焼鈍し温度は、ガラスのＴgの５℃以内、１０℃以内または１５℃以内であってよい。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。
【０１０８】
いくつかの実施形態において、焼鈍し時間は、ガラス体積および／または石体積に関して選択されてよい。例えば、石が、ガラスの体積に対してより大きい場合、冷却機のより遅い速度が示され得る。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、または少なくとも４時間焼鈍しされ得る。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、または５時間まで焼鈍しされ得る。
【０１０９】
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−石対象の厚さおよび／または体積、ならびにガラスに対する石の相対的厚さおよび／または体積次第で選択されてよい。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料の熱膨張率が高いほど、焼鈍しの時間が長くなる。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。焼鈍し温度におけるマクロ複合材料処理の継続時間は、マクロ複合材料中の対象の所与の熱膨張率次第で、数分から１５時間までの範囲であり得る。
【０１１０】
マクロ複合材料は、制御された様式で冷却されてよい。例えば、マクロ複合材料は、マクロ複合材料の熱膨張率、ガラスの体積および／または石の体積に依存する冷却速度において、焼鈍し温度から室温まで冷却されてよい。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の温度は、１時間あたり特定の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℃の速度および／または１時間あたり５０℃の速度で冷却されてよい。熱膨張率が高いほど、そしてマクロ複合材料の体積が大きいほど、冷却プロセスは遅くなる。いくつかの実施形態において、１分あたり０．５℃〜１分あたり５℃の速度で１５０℃までマクロ複合材料を冷却することが好ましい。いくつかの実施形態において、冷却速度は、１分あたり０．２℃程度の低さであってもよい。いくつかの実施形態において、１５０℃から室温までマクロ複合材料を冷却する速度が、電力供給の介入なしに炉の自己冷却によって実行されることが可能であることが好ましい。
【０１１１】
石−ガラスマクロ複合材料
一態様において、本開示は、ガラスおよび石の組合せを含み、ポリマー、樹脂または接着剤が境界面において使用されないマクロ複合材料を記載する。石−ガラスマクロ複合材料は、いくつかの実施形態において、金属をさらに含み得る。
【０１１２】
ガラス中の石
一態様において、本開示は、ガラスおよび石の組合せを含み、石が、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、マクロ複合材料を記載する。
【０１１３】
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石は、いずれの配置にあってもよい。石は、単一小片また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、石は、例えば、次の形態の１つまたはそれ以上を含み得る：グリット；砂利；粉末；繊維；スラブ；チャンクおよび／または球、六面体、円柱、ペイン（ｐａｎｅ）などの不規則または規則的幾何学形状。石または石の小片の少なくともいくつかは、特定の領域に濃縮されて、および／または所与のデザインによって指定された構造に従って配置されて、ガラス全体に分散されていてもよい。いくつかの実施形態において、石は、ガラス中に完全に浸漬される。いくつかの実施形態において、石の一部が、ガラス中に部分的に浸漬される。石が複数の小片を含む実施形態において、石の小片がガラス中に浸漬されてもよく、または石の小片がガラス中に部分的に浸漬されてもよく、または石の小片のいくつかがガラス中に部分的に浸漬され、かつ石の小片のいくつかがガラス中に完全に浸漬されてもよい。いくつかの実施形態において、石は、ガラスとの接触前に、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。
【０１１４】
いくつかの実施形態において、小粒子の石小片が使用されてよい。小粒子石小片は、例えば、直径が１ｍｍまで、２ｍｍまで、３ｍｍまで、または４ｍｍまでであってよい。小粒子石小片は、例えば、直径が少なくとも０．１ｍｍ、少なくとも０．５ｍｍ、少なくとも０．７ｍｍ、または少なくとも１．０ｍｍであってよい。いくつかの実施形態において、小粒子石小片は岩漿岩から調製されてもよい。
【０１１５】
いくつかの実施形態において、石は、例えば、Ｓ．Ｒ．  Ｓｃｈｏｌｅｓ，Ｍｏｄｅｒｎ  Ｇｌａｓｓ  Ｐｒａｃｔｉｃｅの第１４章、Ｔｈｅ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｇｌａｓｓｗｏｒｋｉｎｇ（１９７５）に記載されるような食器製造業の間で使用されるものと同様の様式で、ガラス中に分散されてもよい。いくつかの実施形態において、石−ガラスマクロ複合材料の製造業の間では、石グリットまたは粉末をスティール製板上に広げて、次いで、加熱ガラスの一部分の回転によって収集する。ガラスは、成形プロセスの間、１０3ｄＰａｓ〜１０8ｄＰａｓの粘度を有し得る。
【０１１６】
いくつかの実施形態において、石は、溶融ガラスキャスティングの間に型の中に添加されてもよい。
【０１１７】
いくつかの実施形態において、石−ガラスマクロ複合材料形成方法は、ガラス中での石の分散または浸漬前に、石を前処理することを含む。未処理の石は、典型的に、多くの実施形態において、溶融ガラスとの接触の用意ができていない。それらの構造の内部で結合した水、有機残渣および空気充てん細孔系は、溶融ガラス中で気泡を生じるガスの供給源となり得る。ガラス中の気泡が望まれない効果である場合、熱の前処理の使用は、気泡形成を阻止するために使用され得る。理論によって拘束されることを望まないが、空気または他のガスで充てんされた閉鎖細孔の場合、熱の前処理によって石中でのわずかな破壊がもたらされ、閉鎖細孔が、開放細孔系との連絡を確立することが可能となり、石がガラスに挿入された後の溶融ガラスによる充てんが可能となり、気泡を生じる不純物が、なお溶融しているガラスから除去されることが可能となると考えられる。
【０１１８】
前処理としては、例えば、熱の前処理を含む、本明細書に記載のいずれの前処理も含まれ得る。前処理としては、３００℃まで、４００℃まで、５００℃まで、５２０℃まで、５４０℃まで、５６０℃まで、５８０℃まで、６００℃まで、７００℃まで、８００℃まで、９００℃まで、１０００℃まで、または１１００℃までの温度に石を予熱することが含まれ得る。いくつかの実施形態において、石およびガラスを組み合わせる直前に、石は予熱され得る。
【０１１９】
いくつかの実施形態において、例えば、熱衝撃が石の損傷を引き起こし得る、数ミリメートルより大きい石の場合、石は、溶融ガラスの温度より５０℃まで、１００℃まで、１５０℃まで、２００℃まで、２５０℃まで、または３００℃まで低い温度まで予熱されてもよい。いくつかの実施形態において、石の温度は、ガラスが選択された成形技術のために適切な粘度に達する温度に関して選択され得る。
【０１２０】
いくつかの実施形態において、ホスフェート溶液で石を処理することは、リン酸ナトリウムまたはリン酸カリウムまたはリン酸リチウムを含む水溶液中で石を加熱することを含む。いくつかの実施形態において、ホスフェート溶液で石を処理することは、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛およびリン酸アルミニウムの少なくとも１種のオルトリン酸で酸性化した水溶液中で石を加熱することを含む。
【０１２１】
例えば、加熱ガラス溶融物との多孔性の石の接触に起因するマクロ複合材料形成の間のガス気泡生成のリスクを最小化することを含む、いくつかの実施形態において、石の細孔中に見られる空気を、リン酸塩またはホスフェートガラス堆積物と置換させることは好ましくなり得る。気泡生成を最小化するために、石は、ホスフェート溶液によって、および／または石を予熱することによって前処理されてもよい。
【０１２２】
いくつかの実施形態において、石は、次のようなホスフェート溶液で処理されてよい。石をリン酸ナトリウムおよび／またはリン酸カリウムおよび／またはリン酸リチウムを含む水溶液、あるいはリン酸二水素カルシウム、リン酸亜鉛および／またはリン酸アルミニウムのオルトリン酸で酸性化した水溶液中に配置する。その後、石が内部に存在する水溶液を、０．５時間〜１０時間沸騰させる。次いで、石を水溶液から取り出す。
【０１２３】
いくつかの実施形態において、石は、ガラス中に浸漬されてもよい。いくつかの実施形態において、石は、ガラス中での浸漬の前に、水溶液中で前処理されてもよい。いくつかの実施形態において、石は、水溶液中での前処理を行わずに、ガラス中に直接浸漬されてもよい。
【０１２４】
マクロ複合材料が、いくつかの実施形態において、シリケートガラスのために必要とされる温度より少なくとも２００℃低く、かつ４００℃まで低い温度までホスフェートガラスを加熱することによって形成され得るため、ホスフェートガラスの使用が好ましい。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料の形成時により低い温度の使用を可能にするホスフェートガラスなどの成分を含むガラスの使用は、亀裂を引き起こし得る石の高温処理の回避を可能にする。
【０１２５】
例えば、ガラスがキャスティングによって形成される場合、粘度範囲は、１０2ｄＰａｓ〜１０8ｄＰａｓであり得；ガラスが吹込みによって形成される場合、粘度範囲は、１０3ｄＰａｓ〜１０5ｄＰａｓであり得；ガラスが圧押または回転によって形成される場合、粘度範囲は、１０3ｄＰａｓ〜１０8ｄＰａｓであり得る。形成範囲に対応する粘度は、ガラスＴgにおけるガラスの粘度よりも１０5倍〜１０10倍低くなり得る。ガラスがそれらの粘度値を達成する温度は、ガラスの化学組成次第であろう。
【０１２６】
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。いくつかの実施形態において、石は、フロートガラスパネルの融合において使用されるものど同様の様式で、シートガラスプレート内で分散されてもよい。いくつかの実施形態において、融合は、Ｂｒａｄ  Ｗａｌｋｅｒによって、Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ  Ｆｕｓｅｄ  Ｇｌａｓｓにおいて記載されるように実行されてもよい。
【０１２７】
いくつかの実施形態において、石は、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、石は、フロートガラスと適合する熱膨張率を有し得る。マクロ複合材料中の石と適合する熱膨張率を有するガラスは、いくつかの実施形態において、例えば、ＢＯＲＯＦＬＯＡＴを含む、ボロシリケート型３．３シートガラスであり得る。いくつかの実施形態において、ガラスは、２０℃〜３００℃の範囲の温度において３３×１０-7Ｋ-1の熱膨張率、５２５℃のＴgおよび８２０℃のＴLitを有し得る。いくつかの実施形態において、ボロシリケートガラス型３．３を含むマクロ複合材料は、２０℃〜３００℃の範囲の温度において２８×１０-7Ｋ-1〜３８×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する石と組み合わされてもよい。２０℃〜３００℃の範囲の温度において２８×１０-7Ｋ-1〜３８×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有する石としては、例えば、輝緑岩、雲母および片麻岩が含まれ得る。
【０１２８】
いくつかの実施形態において、２０℃〜３００℃の範囲の温度において４６×１０-7Ｋ-1の熱膨張率、７１５℃のＴgおよび９１０℃のＴLitを有するアルミノシリケート平板ガラスでマクロ複合材料が形成されてもよい。アルミノシリケート平板ガラスを含むマクロ複合材料は、例えば、いくつかの種類の玄武岩、雲母および／または粘板岩を含む、２０℃〜３００℃の範囲の温度において４０×１０-7Ｋ-1〜５２×１０-7Ｋ-1の熱膨張率を有する石と組み合わされてもよい。いくつかの実施形態において、ガラスおよび石は、１０５０℃〜１２００℃の範囲の温度における融合プロセスを使用して、一緒に組み合わされてもよい。
【０１２９】
例えば、（例えば、いくつかの種類の玄武岩、斑れい岩、雲母、ルビー、サファイヤおよび／または花こう岩を含む）６０×１０-7Ｋ-1〜１００×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を示す石の場合、フロートガラスを挟むために、ソルダーホスフェートガラスが使用されてもよい。いくつかの実施形態において、ソルダーホスフェートガラスは、８０×１０-7Ｋ-1〜９５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率およびフロートガラスＴg未満のシール温度を有し得る。例えば、シール温度は、５５０℃未満、５００℃未満、または４５０℃未満であり得る。
【０１３０】
いくつかの実施形態において、装飾用着色ガラス−石組成物でコーティングされたガラスパネルを含む、ガラスパネルは、８００℃まで、８１０℃まで、８２０℃まで、８３０℃まで、８４０℃まで、８５０℃まで、９００℃まで、９５０℃まで、１０００℃まで、１０５０℃まで、または１１００℃までの温度に加熱されてもよい。いくつかの実施形態において、ガラスおよび石は、９００℃〜１０５０℃の範囲の温度における融着プロセスを使用して一緒に組み合わされてもよい。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。
【０１３１】
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、石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、石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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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、石−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。
【０１３４】
例えば、石要素は、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。例えば、石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、石は、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。
【０１３５】
いくつかの実施形態において、石およびフロートガラスの間の間隙は、石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、石およびフロートガラスの間の間隙は、石の側面においては、石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。
【０１３６】
マクロ複合材料のガラスの少なくとも一部が、石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、挿入される石の大きさより広い切断が実行されてもよく、かつ石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、石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。石の熱膨張率が、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、石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、石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。石の熱膨張率が、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、石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、石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。
【０１３７】
いくつかの実施形態において、マクロ複合材料は、石の反対側にガラスの表面上にある、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、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、例えば、マクロ複合材料の使用の間の熱衝撃に起因する損傷を含む、機械的損傷からさらに保護され得る。
【０１３８】
高屈折率のガラスマトリクスと、（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、氷河ひび割れ、水摩耗、局所的結晶化、緩慢酸化、緩慢腐食、加硫などで形成された）未加工表面を有する石の挿入断片を有する三次元マクロ複合材料は、複数の光反射、分散および屈折を示す。いくつかの実施形態において、記載された特性のため、空気に曝露された時に無光沢および艶なし表面を示す砂岩のような通常の石は、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−石境界における大きい光学密度差の結果であり得る。
【０１３９】
ガラス中の金属および石
さらなる態様において、本開示は、ガラス、石および金属の組合せを含み、石および金属が、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マクロ複合材料を記載する。石および金属の両方は、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。
【０１４０】
いずれの適切な石−金属−ガラスの組合せもマクロ複合材料に含まれてよい。いくつかの実施形態において、金属は、特許出願時に同一発明者を有し、かつ本出願と同日に出願された同時係属出願「ＭＥＴＡＬ−ＧＬＡＳＳ  ＭＡＣＲＯＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ  ＡＮＤ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＭＡＫＩＮＧ」に従って選択され、かつ／または複合材中に組み込まれてよい。
【０１４１】
いくつかの実施形態において、金属は、好ましくは、鉄および／または鋼を含み得る。いくつかの実施形態において、石は、好ましくは、砂岩、珪化木および粘板岩の少なくとも１種を含み得る。理論によって拘束されることを望まないが、砂岩、珪化木および粘板岩は、鉄およびいくつかの鋼に近い熱膨張率を有し、そして、いくつかの実施形態において、石−ガラスマクロ複合材料において使用される温度範囲において相当する膨張計測特徴を有し得、ガラス、石および金属を含むマクロ複合材料の形成を可能にする。
【０１４２】
いくつかの実施形態において、金属は、好ましくは、ｋｏｖａｒ合金を含み得る。いくつかの実施形態において、石はルビーを含み得、かつ／またはサファイヤが組み合わせられてもよい。ルビーおよび／またはサファイヤおよびｋｏｖａｒ合金を含む実施形態において、アルミノシリケートまたはボロ−アルミノシリケートガラスが使用されてもよい。いくつかの実施形態において、ガラスは、好ましくは、５０×１０-7Ｋ-1〜７５×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。理論によって拘束されることを望まないが、ルビーおよびサファイヤ、アルミナ貴石は、シリケートガラスが、マクロ複合材料形成のために十分低い粘度を得る温度に対して耐性を有すると考えられる。
【０１４３】
いくつかの実施形態において、石および金属は、溶融／粘着性ガラスに浸漬されてもよい。いくつかの実施形態において、金属および石は、ガラスマトリックス中に自由に分散または浸漬され得る。
【０１４４】
いくつかの実施形態において、ガラスは、事前に調製された石−金属構成上に、または組成物中で配列された石−金属要素上に直接キャストされてもよい。いくつかの実施形態において、石−金属構成または石−金属要素は、砂岩および鋼を含み得る。
【０１４５】
いくつかの実施形態において、石および／または金属は、粉砕、研磨、切断および切削の少なくとも１つがされていてもよい。金属が石に挿入されていても、または石が金属に挿入されていてもよい。石および金属は、表面によって対にされていてもよい。金属−石接合は、密接に、またはゆるく調整されていてもよい。金属−石接合がゆるく調整された実施形態において、石および金属の間のいずれの間隙も、金属−石−ガラスマクロ複合材料加工の間に粘着性ガラスで充てんされ得る。
【０１４６】
いくつかの実施形態において、金属または石または両方は、ガラスと接触する前に、前処理されてもよい。例えば砂岩を含む石は、熱衝撃に感応性であるが、酸化に対して耐性があるため、そして例えば鋼を含む金属は、より高い熱伝導率および酸化に対する妥当な感応性を示すため、石および金属の前処理は、多くの実施形態において、別々に実行され得る。マクロ複合材料が、腐食しているか、または酸化した鉄または鋼を含む場合、鋼および砂岩が一緒に予熱されてよいが、しかしそのような状況でさえ、石よりも金属におけるより速い温度拡散のため、加熱速度は小さいか（例えば、１分あたり１℃〜２℃）、または両方の材料の間の自由空間が、予熱の間に維持されるべきである。いくつかの実施形態において、金属の熱前処理のための温度上限は、金属表面の容認されるまたは望ましい外観によって定義され得る。
【０１４７】
いくつかの実施形態において、マクロ複合材料形成の時、石は、本明細書にさらに記載されるように予熱されてもよい。いくつかの実施形態において、マクロ複合材料形成の時、金属は、室温であってもよい。石が予熱され、そして金属が室温である実施形態において、間隙は、好ましくは、石および金属の間に維持される。
【０１４８】
いくつかの実施形態において、石−金属ガラスマクロ複合材料に関して、ホスフェートガラスが最も好ましい。いくつかの実施形態において、５００℃未満、好ましくは、４５０℃未満、より好ましくは、４００℃未満のガラス転移温度を有するホスフェートガラスが使用され得る。いくつかの実施形態において、ホスフェートガラスは、ガラスのＴgの２０℃以内の温度範囲において、８０×１０-7Ｋ-1〜１３０×１０-7Ｋ-1の範囲の熱膨張率を有し得る。
【０１４９】
石中ガラス
別の態様において、本開示は、ガラスおよび石の組合せを含み、ガラスが、石中に分散されるか、または完全に、もしくは部分的に浸漬されるマクロ複合材料を記載する。いくつかの実施形態において、石は、例えば、玄武岩、黒ヒン岩、黒曜石および／または斑れい岩を含む、岩漿岩であってよい。いくつかの実施形態において、石は、例えば、縞模様燧石を含む、堆積岩であってよい。いくつかの実施形態において、石は、変成岩であってよい。
【０１５０】
いくつかの実施形態において、自然に高多孔性の石は、石中ガラスのマクロ複合材料のための好ましい候補であり得る。いくつかの実施形態において、容易に浸出する相を有する石は、石中ガラスのマクロ複合材料のための好ましい候補であり得る。カオリン、イライトおよびモンモリロナイト（一般に粘土と呼ばれる）などの鉱物は、砂岩中でしばしばドーピング相である。カーボネート、典型的に石灰岩は、砂岩中でしばしば検出される。砂岩汚染物質の両群は、例えば、水での洗浄および／または酢酸中の溶解によって、容易に浸出し得る。例えば、砂岩中の二次細孔（マクロ細孔）を含む石中の空間は、処理がガラスで充てんされ得た後、明らかになった。
【０１５１】
粘土は、周囲温度で、または沸騰水中での遅い水洗によって砂岩から除去され得るが、粘土汚染物質からの砂岩の完全な洗浄のために、オートクレーブでの蒸気水熱処理が好まれ得る。いくつかの実施形態において、カーボネートの除去は、オートクレーブ中での酢酸蒸気水熱処理によって実行され得る。
【０１５２】
いくつかの実施形態において、粘土フリーおよびカーボネートフリーの石が、石中ガラスマクロ複合材料のために使用されてよく、そして自然に作成されたか、または人工的に作成された空隙およびいずれの凹形領域もガラスで充てんされ得る。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの空隙および／または凹形領域は、少なくとも１ｍｍの直径を有する。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの空隙および／または凹形領域は、少なくとも１ｍｍ3の体積を有する。
【０１５３】
本明細書に記載のいずれのガラス組成物も、石中ガラス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、ホスフェートガラスが好ましくなり得る。いくつかの実施形態において、ガラスの膨張計測特徴は、好ましくは、石と適合性があり得る。そのような適合性は、２種の材料の結合成功を強化し得る。
【０１５４】
いくつかの実施形態において、亀裂を引き起こし得る石の高温処理を回避することが可能であるように、最も低い可能な温度でマクロ複合材料の製造プロセスが実行されることが好ましくなり得る。
【０１５５】
いくつかの実施形態において、接触時のガラスおよび石の間の温度差は、石の熱膨張率およびガラスの熱膨張率に対して選択されてもよい。石およびガラスの熱膨張率の間の差がより低いほど、熱拡散率はより適合性があり、かつ可能な温度差はより大きい。いくつかの実施形態において、石−ガラス接触時における石およびガラスの間の温度差は、１００℃まで、２００℃まで、３００℃まで、４００℃まで、または５００℃までであり得る。
【０１５６】
いくつかの実施形態において、ガラスは、石内部の正孔および／または細孔中にキャスト、吹込み、または機械的に圧押されてよい。正孔および／または細孔をガラスによって充てんし、そしていくつかの実施形態において、再加熱した直後に、マクロ複合材料に冷却プロセスを受けさせてよい。
【実施例】
【０１５７】
以下の実施例におい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。
【０１５８】
実施例１．砂岩−ガラスマクロ複合材料
砂岩調製／前処理
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、ポーランド供給源の砂岩を切断し、２５ミリメートル（ｍｍ）×２０ｍｍ×１２ｍｍの小片とした。
【０１５９】
石を、３．５時間の期間で５４０℃まで徐々に加熱し、１０時間５４０℃に保持し、次いで、閉鎖された炉中での自然冷却によって、室温まで冷却した。
【０１６０】
マクロ複合材料形成の直前に、次のプロトコル：３時間かけて０℃から４００℃に従って石を加熱し、次いで、２時間４００℃に保持した。
【０１６１】
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。
【０１６２】
【表４】
2019515869.tif 000006
【０１６３】
溶融手順
次のプロトコル：４０分間かけて０℃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、炉（約５キロワット（ｋＷ）の電力を有する）中で１２０分間１１５０℃に保持した。
【０１６４】
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８５０℃に冷却された。８５０℃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６００℃まで冷却された時、４００℃まで予熱された石をガラス中に挿入した。石がガラスに挿入された直後に、５５０℃の観察された温度において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。
【０１６５】
焼鈍し手順
４００℃において作動する（約３キロワット（ｋＷ）電力を有する）焼鈍し炉中にマクロ複合材料を挿入し、そして３．５時間３７０℃で焼鈍した。１時間あたり２０℃の速度で３７０℃から３００℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の速度で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。パラメーターは、その強度および安定性に悪影響を与える可能性のあるマクロ複合材料内の応力の形成を防ぐように選択された。
【０１６６】
結果として生じる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。
【０１６７】
実施例２．砂岩−ガラスマクロ複合材料
砂岩調製／前処理：
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、インド供給源の砂岩を切断し、３０ｍｍ×２５ｍｍ×２５ｍｍの小片とした。
【０１６８】
石を、３．５時間の期間で５４０℃まで徐々に加熱し、１０時間５４０℃に保持し、次いで、閉鎖された炉中での自然冷却によって、室温まで冷却した。
【０１６９】
マクロ複合材料形成の直前に、次のプロトコル：３時間かけて０℃から４００℃に従って石を加熱し、次いで、２時間４００℃に保持した。
【０１７０】
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２１０ｇバッチを粉砕し、スプーンを用いて、これを２００ｍｌ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。
【０１７１】
溶融手順：
次のプロトコル：４０分間かけて０℃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。
【０１７２】
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８５０℃に冷却された。８５０℃において、４００℃に予熱された直径６ｃｍおよび高さ７ｃｍの円柱状の型中にガラスをキャストした。ガラスが６００℃まで冷却された時、４００℃まで予熱された石をガラス中に挿入した。次いで、５５０℃の観察された温度においてマクロ複合材料を円柱状の型から部分的に取り出し、ガラスに、片面から不規則な形状を形成させ、次いで、焼鈍し炉へと移し、そして下記のように処理した。
【０１７３】
焼鈍し手順：
４００℃において作動する焼鈍し炉中に、部分的に型の内部にあるマクロ複合材料を挿入し、そして３．５時間３７０℃で焼鈍した。１時間あたり２０℃の速度で３７０℃から３００℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の速度で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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
実施例３．珪化木−ガラスマクロ複合材料
珪化木調製および前処理
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、ポーランド供給源の珪化木試験片を切断し、３０ｍｍ×２０ｍｍ×１５ｍｍの小片とした。
【０１７６】
次いで、珪化木の小片を、３．５時間の期間で５２０℃まで徐々に加熱し、５時間５２０℃に保持し、次いで、閉鎖された炉中での自然冷却によって、室温まで冷却した。
【０１７７】
マクロ複合材料形成の直前に、次のプロトコル：３時間かけて０℃から４００℃に従って珪化木を再加熱し、次いで、２時間４００℃に保持した。
【０１７８】
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２１０ｇバッチを粉砕し、スプーンを用いて、これを２００ｍｌ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。
【０１７９】
【表５】
2019515869.tif 000007
【０１８０】
溶融手順：
次のプロトコル：４０分間かけて０℃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。
【０１８１】
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８４０℃に冷却された。８４０℃において、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物をキャストした。ガラスが１１５０℃から６００℃まで冷却された時、４００℃まで予熱された石をガラス中に挿入した。石がガラスに挿入された直後に、５５０℃の観察された温度において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。
【０１８２】
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℃の速度で３６０℃から３１０℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の速度で３７０℃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。パラメーターは、その強度および安定性に悪影響を与える可能性のあるマクロ複合材料内の応力の形成を防ぐように選択された。
【０１８３】
結果として生じる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。
【０１８４】
実施例４．アベンチュリン−ガラスマクロ複合材料
アベンチュリン調製および前処理
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、アベンチュリン試験片を切断し、１５ｍｍ×２０ｍｍ×１０ｍｍの不規則小片とした。
【０１８５】
石を、３．５時間の期間で５２０℃まで徐々に加熱し、５時間５２０℃に保持し、次いで、閉鎖された炉中での自然冷却によって、室温まで冷却した。
【０１８６】
マクロ複合材料形成の直前に、次のプロトコル：３時間かけて０℃から４００℃に従ってアベンチュリンを再加熱し、次いで、２時間４００℃に保持した。
【０１８７】
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２１０ｇバッチを粉砕し、スプーンを用いて、これを２００ｍｌ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。
【０１８８】
【表６】
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【０１８９】
溶融手順
次のプロトコル：４０分間かけて０℃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。
【０１９０】
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８４０℃に冷却された。８４０℃において、４００℃に予熱された直径６ｃｍおよび高さ７ｃｍの円柱状の型中にガラスをキャストした。ガラスが６２０℃まで冷却された時、４００℃まで予熱された石をガラス中に挿入した。石がガラスに挿入された直後に、６００℃の観察された温度において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。
【０１９１】
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３７０℃で焼鈍した。１時間あたり２０℃の速度で３７０℃から３２０℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の速度で３２０℃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。パラメーターは、その強度および安定性に悪影響を与える可能性のあるマクロ複合材料内の応力の形成を防ぐように選択された。
【０１９２】
結果として生じる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。
【０１９３】
実施例５．三葉虫化石−ガラスマクロ複合材料
三葉虫化石調製および前処理
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、三葉虫化石を切断し、３０ｍｍ×２５ｍｍ×１５ｍｍの不規則小片とした。
【０１９４】
次いで、三葉虫化石を、３．５時間の期間で５２０℃まで徐々に加熱し、５時間５２０℃に保持し、次いで、閉鎖された炉中での自然冷却によって、室温まで冷却した。
【０１９５】
マクロ複合材料形成の直前に、次のプロトコル：３時間かけて０℃から４００℃に従って三葉虫を再加熱し、次いで、２時間４００℃に保持した。
【０１９６】
ガラス組成物調製
ガラス組成物を表７に示す。均一溶融を確実にするために２１０ｇバッチを粉砕し、スプーンを用いて、これを２００ｍｌ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。
【０１９７】
【表７】
2019515869.tif 000009
【０１９８】
溶融手順
次のプロトコル：４０分間かけて０℃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。
【０１９９】
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８４０℃に冷却された。８４０℃において、４００℃に予熱された直径６ｃｍおよび高さ７ｃｍの円柱状の型中にガラスをキャストした。ガラスが６２０℃まで冷却された時、４００℃まで予熱された石をガラス中に挿入した。石がガラスに挿入された直後に、６００℃の観察された温度において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。
【０２００】
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３７０℃で焼鈍した。１時間あたり２０℃の速度で３７０℃から３２０℃まで、次いで、１時間あたり５０℃の速度で３２０℃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。パラメーターは、その強度および安定性に悪影響を与える可能性のあるマクロ複合材料内の応力の形成を防ぐように選択された。
【０２０１】
結果として生じる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。
【０２０２】
実施例６．砂岩中ガラスマクロ複合材料
砂岩調製および前処理
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、粘土（例えば、カオリナイト、モンモリロナイト、イライトなどの鉱物）汚染を有する砂岩を切断し、２３０ｍｍ×１３０ｍｍ×２０ｍｍの長方形小片とする。
【０２０３】
切断後、２４時間、４バールの圧力で、１４０℃の蒸気中、石を水熱処理し、粘土を除去して、そして砂岩中のいずれの細孔も明らかにする。室温まで冷却後、石を浴から取り出し、そして水で洗浄する。次いで、石を１２０℃において５時間乾燥させる。粘土除去後の石の構造完全性が実証され得る。
【０２０４】
ガラス組成物調製
ガラス組成物を表８に示す。均一溶融を確実にするために２１０ｇバッチを粉砕し、スプーンを用いて、これを２００ｍｌ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。
【０２０５】
溶融手順
次のプロトコル：４０分間かけて０℃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℃に従ってガラスを溶融し、次いで、１２０分間１１００℃に保持した。ガラスをグラファイト型中にキャストし、そして焼鈍しを行わずに冷却させる。
【０２０６】
溶融手順に続いて、セラミック乳棒および乳鉢を使用して、前溶融ガラスの一部分を微細粒子へと粉砕する。
【０２０７】
前溶融ガラスの別の一部分を、乳棒を用いて、３ｍｍ〜７ｍｍの小チャンクへと細砕する。
【０２０８】
【表８】
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【０２０９】
マクロ複合材料調製および焼鈍し手順
砂岩中の細孔を、細孔径次第で、粉砕ガラスまたはガラスチャンクで充てんする。次いで、砂岩およびガラスを、３．５時間の期間で５４０℃まで徐々に加熱し、５時間５４０℃に保持し、次いで、３７０℃まで冷却し、焼鈍しのために３時間３７０℃に保持し、次いで、次のプロトコル：４時間かけて３７０℃から３００℃、３時間かけて３００℃から２００℃、２時間かけて２００℃から１００℃に従って、室温まで冷却した。次いで、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。
【０２１０】
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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【国際調査報告】
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