具二硅酸锂及贝塔锂辉石结构的高强度玻璃陶瓷制造技术

兹描述具有二硅酸锂与贝塔锂辉石结晶相组合的玻璃和玻璃陶瓷组成物以及制造所述玻璃和玻璃陶瓷组成物的方法。所述组成物与现有的滚轧和漂浮工艺兼容并具有高的机械强度和耐断裂性。另外，所述组成物能够被化学回火成为甚至更高强度的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷在多种应用中可用来作为大的基板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉引用本专利申请案根据专利法主张于2014年3月26日提出申请的美国临时专利申请案序号第61/970566号及主张于2013年9月6日提出申请的美国临时专利申请案序号第61/874870号的优先权权益，所述申请案的内容为本案所依据且所述申请案的内容通过引用全部并入本文中。背景领域实施例涉及玻璃及玻璃陶瓷组成物，而且尤其涉及具有二硅酸锂与贝塔锂辉石结晶相的组合的玻璃陶瓷组成物，所述玻璃陶瓷组成物与现有的滚轧、漂浮，和吹塑工艺相容。技术背景SiO2-Li2O-K2O-ZnO-P2O5-Al2O3-ZrO2系统的二硅酸锂玻璃陶瓷已被开发出并被贩卖用作牙冠、桥，和外罩。所述玻璃陶瓷的互锁板状晶体微结构提供高的机械强度和断裂韧性和优异的化学耐久性。这方面的组成物在康宁公司被专利技术出并由Beall等人取得US5,219,799(“‘799专利”)的专利保护。‘799专利的实例3组成物列于表1中作为组成物A。表1Wt％ASiO274.3Al2O33.6Li2O15.4K2O3.3P2O53.4虽然诸如组成物A的二硅酸锂玻璃陶瓷提供了优异的机械性质，但它们的前驱物玻璃是非常流体的，而且难以适用于铸造以外的许多成形工艺。这种玻璃会具有500-750泊的液相线黏度。为了进行比较，典型的漂浮、滚轧、按压，或吹塑成型钠钙玻璃，以及滚轧的贝塔石英系玻璃陶瓷(用于炉具)具有接近10,000泊的液相线黏度。在保持以二硅酸锂作为主要相的玻璃陶瓷的良好机械性质的同时提高前驱物玻璃的黏度将是非常理想的。此外，已知的玻璃系材料往往表现出固有的脆性或低的抗裂纹扩展性。举例来说，固有的低断裂韧性(例如，对于氧化物玻璃和玻璃陶瓷为0.5-1.0MPa·m1/2)使得氧化物玻璃对于小缺陷和瑕疵的存在敏感。作为比较的点，市售的单晶基板表现出的断裂韧性值在从约2.4至约4.5MPa·m1/2的范围中。通过例如离子交换工艺进行的化学强化可以通过在玻璃或玻璃陶瓷中施加从表面往内一个深度(例如50-100μm)的压缩应力层而在玻璃或玻璃陶瓷的表面提供一些抗裂纹穿透性；然而，一旦裂纹扩展穿过压缩应力层进入玻璃或玻璃陶瓷的块体时，则抗裂纹穿透性可能是有限的而且不再有效。玻璃系材料的机械性质改进，特别是有关耐损伤性和断裂韧性的改进是持续的焦点。因此，提供具有改进的耐损伤性和断裂韧性的玻璃陶瓷也将是非常理想的。
技术实现思路
第一方面包含一种玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷包含30-65wt％的二硅酸锂第一结晶相，以及20-60wt％的贝塔锂辉石第二结晶相。在一些实施例中，所述玻璃陶瓷包含40-55wt％的二硅酸锂第一结晶相，以及25-45wt％的贝塔锂辉石第二结晶相。在一些实施例中，所述玻璃陶瓷中包含少于25wt％的残余玻璃相。在一些实施例中，所述玻璃陶瓷具有一组成物，所述组成物以wt％计包含：SiO2：68-82％Al2O3：5-12.5％Li2O：8-15％Na2O：0-5％K2O：0-5％(Na2O+K2O)：0-5％P2O5：>0-4％ZrO2：0-10％TiO2：0-4％。在一些实施例中，所述玻璃陶瓷具有一组成物，所述组成物以wt％计包含：SiO2：75-80％Al2O3：6-9％Li2O：10-13％Na2O：0-2.5％K2O：0-3％(Na2O+K2O)：1-3％P2O5：1-3％ZrO2：0-5％。在一些实施例中，所述玻璃陶瓷具有一组成物，所述组成物以wt％计包含：SiO2：68-82％Al2O3：5-12.5％Li2O：8-15％B2O3：2-12％Na2O：0-5％K2O：0-5％(Na2O+K2O)：0-5％P2O5：>0-4％ZrO2：0-10％。在一些实施例中，所述玻璃陶瓷具有一组成物，所述组成物以wt％计包含：SiO2：70-80％Al2O3：6-9％Li2O：10-13％B2O3：2.5-7.5％Na2O：0-2.5％K2O：0-3％(Na2O+K2O)：1-3％P2O5：1-3％ZrO2：0-5％。在一些实施例中，上述玻璃陶瓷组成物进一步包括从约2％至约12％的B2O3。在一些实施例中，上述玻璃陶瓷组成物具有大于5ppm/℃的热膨胀系数。在一些实施例中，上述玻璃陶瓷具有约2MPa·m1/2或更大的断裂韧性。断裂韧性通常是指材料对于裂纹扩展的抗性。在一些实施例中，所述玻璃陶瓷具有约15kgf或更大的维氏(Vickers)压痕裂纹萌生负荷。在一些实施例中，上述玻璃陶瓷是由基本玻璃所形成，所述基本玻璃具有大于1000P的液相线黏度。在一些实施例中，上述玻璃陶瓷以wt％计进一步包含：TiO2：>0-3％，以及ZrO2：>0-4。在一些实施例中，上述玻璃陶瓷进一步包含着色成分。所述着色成分可以包含V2O5、Cr2O3、TiO2、MnO2、NiO、ZnO、CuO、NiO、Co3O4、稀土元素氧化物，和上述成分的组合。在一些案例中，着色成分的总wt％是从>0至约4wt％。一或更多个实施例的玻璃陶瓷可以表现出实质上白色的颜色或实质上黑色的颜色。在一些实施例中，所述玻璃陶瓷表现出在CIELAB色彩空间坐标中呈现的颜色，所述颜色是使用分光光度计从镜面反射测量所测定，并排除光源D65和镜面反射，所述颜色具有以下的范围：a*＝从约-1至约+3；b*＝从约-7至约+3；以及L*>85。第二方面包含一种通过形成玻璃组成物和陶瓷化所述玻璃组成物来形成一个上述的玻璃陶瓷的方法。玻璃陶瓷的实施例可以进行离子交换。在一些实施例中，玻璃陶瓷被离子交换到至少约10μm的层深。在一些实施例中，玻璃或玻璃陶瓷被离子交换到至少约20μm的层深。在其它的实施例中，玻璃陶瓷被离子交换到至少约40μm的层深。在一些实施例中，玻璃陶瓷具有从玻璃陶瓷的表面延伸到层深的压缩应力层，并且其中所述压缩应力层是处在至少约100MPa、至少约200MPa或至少约300MPa的压缩应力下。在其它的实施例中，玻璃陶瓷具有从玻璃陶瓷的表面延伸到层深的压缩应力层，并且其中所述压缩应力层是处在高达约500MPa的压缩应力之下。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃陶瓷，包含：30‑65wt％的二硅酸锂第一结晶相；以及20‑60wt％的贝塔锂辉石第二结晶相。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.06 US 61/874,870;2014.03.26 US 61/970,5661.一种玻璃陶瓷，包含：
30-65wt％的二硅酸锂第一结晶相；以及
20-60wt％的贝塔锂辉石第二结晶相。
2.如权利要求1所述的玻璃陶瓷，包含：
40-55wt％的二硅酸锂第一结晶相；以及
25-45wt％的贝塔锂辉石第二结晶相。
3.如权利要求1所述的玻璃陶瓷，其中包含少于25wt％的残余玻璃相。
4.如权利要求1所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷具有组成物，所述组
成物以wt％计包含：
SiO2：68-82％；
Al2O3：5-12.5％；
Li2O：8-15％；
Na2O：0-5％；
K2O：0-5％；
(Na2O+K2O)：0-5％；
P2O5：>0-4％；
ZrO2：0-10％；以及
TiO2：0-4％。
5.如权利要求4所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷具有组成物，所述组
成物以wt％计包含：
SiO2：70-80％；
Al2O3：6-9％；
Li2O：10-13％；
Na2O：0-2.5％；
K2O：0-3％；
(Na2O+K2O)：1-3％；
P2O5：1-3％；
ZrO2：0-5％；以及
TiO2：0-4％。
6.如权利要求1所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷具有大于5ppm/℃的
热膨胀系数。
7.如权利要求1所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷具有约2MPa·m1/2或更大的断裂韧性。
8.如权利要求1所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷具有约15kgf或更大
的维氏(Vickers)压痕裂纹萌生负荷。
9.如权利要求4、5、6或7的任一项所述的玻璃陶瓷，进一步包含约2-12％
的B2O3。
10.如权利要求1所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷包含在CIELAB
色彩空间坐标中呈现的颜色，所述颜色是使用分光光度计从镜面反射测量所测
定，并排除光源D65和镜面反射，所述颜色具有以下的范围：
a*＝从约-1至约...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·哈尔西·北奥，付强，莉萨·安·穆尔，琳达·露丝·平克尼，查伦·玛丽·史密斯，
申请(专利权)人：康宁公司，
类型：发明
国别省市：美国;US