具有透锂长石和硅酸锂结构的高强玻璃-陶瓷制造技术

描述了具有硅酸锂晶相和透锂长石晶相的组合的玻璃和玻璃陶瓷组合物，以及制备玻璃和玻璃陶瓷组合物的方法。组合物与常规的辊压和浮法工艺兼容，是透明或半透明的,且具有高机械强度和断裂耐受性。此外，组合物能化学钢化成甚至更高强度的玻璃陶瓷，其可在多种应用中用作大基材。用作大基材。用作大基材。

【技术实现步骤摘要】
具有透锂长石和硅酸锂结构的高强玻璃
‑
陶瓷
[0001]本专利技术专利申请是国际申请号为PCT/US2015/054615、国际申请日为2015年10月8日、进入中国国家阶段的申请号为201580065414.5、名称为“具有透锂长石和硅酸锂结构的高强玻璃
‑
陶瓷”的专利申请的申请号为201910849140.9分案申请的分案申请。
[0002]相关申请交叉参考
[0003]本申请根据35U.S.C.
§
119要求2014年10月08日提交的美国临时申请系列号62/061,385，以及2015年08月14日提交的美国临时申请系列号62/205,120的优先权，本文以这些申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。


[0004]实施方式涉及玻璃和玻璃陶瓷组合物，具体来说，涉及具有透锂长石相和硅酸锂相组合的高强玻璃陶瓷组合物。

技术介绍

[0005]已开发和出售在SiO2‑
Li2O
‑
K2O
‑
ZnO
‑
P2O5‑
Al2O3‑
ZrO2系统中的焦硅酸锂玻璃
‑
陶瓷，用作牙冠、牙科桥和牙科覆盖物。它们的互锁的扁平晶体的微观结构提供高机械强度和断裂韧度以及优异的化学耐久性。这个领域的组合物在康宁股份有限公司(Corning,Inc.)专利技术，且通过Beall等在US 5,219,799(
“‘
799专利”)中进行专利保护。/>[0006]此外，已知的玻璃基材料常常呈现固有的脆性或较低的耐裂纹扩展性。例如，固有的较低断裂韧度(例如，氧化物玻璃和玻璃陶瓷的0.5
‑
1.0MPa
·
m
1/2
)使得氧化物玻璃对于存在较小的缺陷和瑕疵较敏感。作为比较点，市售的单晶基材呈现约2.4
‑
约4.5MPa
·
m
1/2
的断裂韧度数值。通过例如离子交换过程的化学强化可通过下述在玻璃或玻璃陶瓷的表面处为裂纹穿透提供一些阻力：在玻璃或玻璃陶瓷中施加距离表面一定深度(例如，50
‑
100微米)的压缩应力层；然而，裂纹穿透阻力可为有限的，且一旦裂纹扩展穿过压缩应力层进入玻璃或玻璃陶瓷的本体，就不再有效。虽然强化提供对裂纹穿透的一些阻力，但材料的固有性质(k1c)不受离子交换影响。改善玻璃基材料的机械性能，特别是耐损坏性和断裂韧度方面的机械性能，是持续关注的焦点。因此，本领域需要提供具有改善的耐损坏性和断裂韧度的材料。
[0007]已知β
‑
锂辉石家族中可离子交换的含锂的铝硅酸盐玻璃
‑
陶瓷制品提供耐损坏性和断裂韧度。然而，β
‑
锂辉石基玻璃
‑
陶瓷通常是不透明的，这限制了将它们用于显示器相关应用或需要透明度或半透明度的其它应用。因此，本领域需要具有快速离子交换能力和高断裂韧度的透明或半透明玻璃
‑
陶瓷材料。

技术实现思路

[0008]第一方面包含玻璃
‑
陶瓷制品，其具有透锂长石晶相和硅酸锂晶相,其中透锂长石晶相和硅酸锂晶相具有比在玻璃
‑
陶瓷制品中存在的其它晶相更高的重量百分数。在一些实施方式中,透锂长石晶相占玻璃
‑
陶瓷制品的20
‑
70重量％，且硅酸锂晶相占玻璃陶瓷制
品的20
‑
60重量％。在一些实施方式中,透锂长石晶相占玻璃
‑
陶瓷制品的45
‑
70重量％，且硅酸锂晶相占玻璃陶瓷制品的20
‑
50重量％。在一些实施方式中,透锂长石晶相占玻璃
‑
陶瓷制品的40
‑
60重量％，且硅酸锂晶相占玻璃陶瓷制品的20
‑
50重量％。
[0009]在一些实施方式中,玻璃
‑
陶瓷制品是透明的。在一些实施方式中,对于400nm
‑
1,000nm波长范围的光，玻璃
‑
陶瓷制品具有至少85％的透光率。在一些实施方式中,对于400nm
‑
1,000nm波长范围的光，玻璃
‑
陶瓷制品具有至少90％的透光率。在一些实施方式中,玻璃
‑
陶瓷制品是透明的。在一些实施方式中,玻璃
‑
陶瓷制品包含晶粒，所述晶粒具有500nm或更小或者100nm或更小的最长维度。
[0010]在一些实施方式中,以重量％计，玻璃
‑
陶瓷具有下述组成:
[0011]SiO2:55
‑
80％；
[0012]Al2O3:2
‑
20％；
[0013]Li2O:5
‑
20％；
[0014]B2O3:0
‑
10％；
[0015]Na2O:0
‑
5％；
[0016]ZnO:0
‑
10％；
[0017]P2O5:0.5
‑
6％；和
[0018]ZrO2:0.2
‑
15％。
[0019]在一些实施方式中,以重量％计，玻璃
‑
陶瓷制品具有还包括下述任选的额外组分的组成:
[0020]K2O:0
‑
4％；
[0021]MgO:0
‑
8％；
[0022]TiO2:0
‑
5％；
[0023]CeO2:0
‑
0.4％和
[0024]SnO2:0.05
‑
0.5％。
[0025]在一些实施方式中,以重量％计，玻璃
‑
陶瓷制品具有下述组成:
[0026]SiO2:69
‑
80％；
[0027]Al2O3:6
‑
9％；
[0028]Li2O:10
‑
14％；
[0029]B2O3:0
‑
2％；
[0030]P2O5:1.5
‑
2.5％；和
[0031]ZrO2:2
‑
4％。
[0032]在一些实施方式中,以重量％计，玻璃
‑
陶瓷制品具有下述组成:
[0033]SiO2:69
‑
80％；
[0034]Al2O3:6
‑
9％；
[0035]Li2O:10
‑
14％；
[0036]Na2O:1
‑
2％；
[0037]K2O:1
‑
2％；
[0038]B2O3:0
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玻璃
‑
陶瓷制品，其包含：55重量％至80重量％的SiO2；6重量％至20重量％的Al2O3；大于10重量％至20重量％的Li2O；2重量％至4重量％的P2O5；以及0.2重量％至15重量％的ZrO2，其中：所述玻璃陶瓷制品包含晶粒，并且所述晶粒的最长维度小于100nm；所述玻璃
‑
陶瓷制品包含5重量％至30重量％的残留玻璃；以及所述玻璃
‑
陶瓷制品在制品厚度为1mm时，在400nm至1,000nm的波长范围内，具有大于或等于90％的平均透光率。2.一种玻璃
‑
陶瓷制品，其包含：55重量％至80重量％的SiO2；6重量％至20重量％的Al2O3；大于10重量％至20重量％的Li2O；量不为零、且小于或等于4重量％的P2O5；以及ZrO2，其中：ZrO2(重量％)+P2O5(重量％)大于5；所述玻璃陶
‑
瓷制品包含晶粒，并且所述晶粒的最长维度小于100nm；所述玻璃
‑
陶瓷制品包含5重量％至30重量％的残留玻璃；以及所述玻璃
‑
陶瓷制品在制品厚度为1mm时，在400nm至1,000nm的波长范围内，具有大于或等于90％的平均透光率。3.一种玻璃
‑
陶瓷制品，其包含：55重量％至80重量％的SiO2；6重量％至20重量％的Al2O3；大于10重量％至20重量％的Li2O；0重量％至1重量％的Na2O+K2O；量不为零、且小于或等于4重量％的P2O5；0.2重量％至15重量％的ZrO2，其中：所述玻璃陶
‑
瓷制品包含晶粒，并且所述晶粒的最长维度小于100nm；所述玻璃
‑
陶瓷制品包含5重量％至30重量％的残留玻璃；以及所述玻璃
‑
陶瓷制品在制品厚度为1mm时，在400nm至1,000nm的波长范围内，具有大于或等于90％的平均透光率。4.一种玻璃
‑
陶瓷制品，其包含：55重量％至80重量％的SiO2；6重量％至20重量％的Al2O3；大于10重量％至20重量％的Li2O；量不为零、且小于或等于6重量％的P2O5；以及3重量％至小于8重量％的ZrO2，其中：所述玻璃
‑
陶瓷制品包含晶粒，并且所述晶粒的最长维度小于100nm；
所述玻璃
‑
陶瓷制品包含5重量％至30重量％的残留玻璃；以及所述玻璃
‑
陶瓷制品在制品厚度为1mm时，在400nm至1,000nm的波长范围内，具有大于或等于90％的平均透光率。5.一种玻璃
‑
陶瓷制品，其包含：70重量％至75重量％的SiO2；大于6重量％至9重量％的Al2O3；大于10重量％至20重量％的Li2O；1重量％至3重量％的Na2O；量不为零、且小于或等于4重量％的P2O5；以及0.2重量％至15重量％的ZrO2，其中：ZrO2(重量％)+P2O5(重量％)大于3；所述玻璃
‑
陶瓷制品包含晶粒，并且所述晶粒的最长维度小于100nm；以及所述玻璃
‑
陶瓷制品在制品厚度为1mm时，在400nm至1,000nm的波长范围内，具有大于或等于90％的平均透光率。6.权利要求1
‑
5中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其具有0.8mm至10mm的厚度。7.权利要求1
‑
5中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其具有小于或等于6mm的厚度。8.权利要求1
‑
5中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其具有以下相组成：35重量％至45重量％的透锂长石；40重量％至50重量％的焦硅酸锂；和5重量％至20重量％的残留玻璃。9.权利要求1
‑
5中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其具有600至900kgf/mm2的非离子交换维氏硬度。10.权利要求1
‑
5中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其具有大于或等于1.0MPa
·
m
1/2
的断裂韧度。11.权利要求1
‑
4中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其包含70至80重量％的SiO2。12.权利要求1
‑
4中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其包含6至18重量％的Al2O3。13.权利要求1
‑
5中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其包含大于10至18重量％的Li2O。14.权利要求1
‑
5中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其包含大于10至16重量％的Li2O。15.权利要求1
‑
3和5中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其包含0.5至8重量％的ZrO2。16.权利要求2所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其包含0.2至15重量％的ZrO2。17.权利要求2
‑
5中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其包含1至4重量％的P2O5。18.权利要求1和3
‑
5中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其包含2至3.5重量％的P2O5。19.权利要求1和3中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其中ZrO2(重量％)+P2O5(重量％)大于3。20.权利要求1
‑
4中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其包含大于0重量％的Na2O。21.权利要求1
‑
4中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其中Na2O(重量％)+K2O(重量％)大于0。22.权利要求1
‑
5中任一项所述的玻璃
‑
陶瓷制品，其包含小于或等于3重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：