[发明专利]硬化热液石英玻璃陶瓷

说明书

技术领域

本发明涉及制造由硬化热液石英玻璃-陶瓷构成的成型体的方法。本发明还涉及由热液石英玻璃-陶瓷构成的硬化成型体以及电器用外壳。

背景技术

已知体系Li₂O-Al₂O₃-SiO₂(LAS体系)的玻璃可转化成具有高-石英混合晶体和/或热液石英混合晶体作为主晶相的玻璃-陶瓷。除了一段时间以来这样的玻璃-陶瓷的已知应用领域，例如在玻璃-陶瓷蒸煮表面或者还在蒸煮器中的应用之外，近来已经发现热液石英玻璃-陶瓷特别受关注地可用于制造电器用外壳，该电器特别是设计成用于无线数据传输的电器，例如移动电话或便携式计算机例如笔记本或平板，这归因于热液石英玻璃-陶瓷的机械性质以及它们对在红外和射频范围内的辐射的透明性。然而，已经发现这样的热液石英玻璃-陶瓷的机械性质对于在上文提到的领域中由机械强度构成的高需求尚不足，特别是在抗冲击性以及抗弯强度、抗刮擦性和硬度方面情况如此。因此，目前需要用于热液石英玻璃-陶瓷硬化和用于制造由硬化热液石英陶瓷制成的成型体的方法。

从科学实验中已知，在表面区域中的Li⁺离子在第一步骤中可通过在300℃和更高的温度下用诸如H₂SO₄的浓无机酸进行处理而被H⁺离子替代，且在第二步骤中H⁺离子然后可通过在NaNO₃熔体中进行处理而被所期望的Na⁺离子替代(参见，例如，Müller等人，Eur.J.Mineral.(欧洲矿物期刊),1991,3,769～776)。然而，在相应的实验中，玻璃-陶瓷在已经陶瓷化之后转化成粉末，使该粉末经受酸处理。由于陶瓷必须被粉碎以进行所希望的离子交换，所以这样的方法显然不适合制造成型体。

此外，这样的多级式方法首先是复杂的，其次涉及在高温下使用浓无机酸，这从工业用途的观点来看同样是不合需要的。此外，在高温下用浓无机酸处理可导致不期望的表面侵蚀和表面粗糙度。

US 2011/092353 A1涉及如下的离子交换方法，以使热液石英玻璃-陶瓷硬化，特别是用于制造电器用外壳，可将该方法称为单级式方法且其可带来特定程度的硬化。然而，必须说明，该方法在显著高于在两级式方法中使用的那些温度的温度下进行实施。此外，可推定在该方法中需要在盐熔体中显著更久的停留时间。另外，在US 2011/092353 A1中提到的组合物实施例具有显著高于5.1重量％的Li₂O含量，从而能够借助于离子交换实现400MPa的抗弯拉强度(RoR)。在给出的实施例中，该含量高达15.4重量％。推定对于形成高的相含量的热液石英混合晶体需要高的锂含量，且所希望的硬度只有通过这种方式才可能达到。然而，在这样高范围内的锂含量由于高原料成本而在经济上对于在大量生产的制品中的用途并不可行。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于公开一种制造由硬化热液石英陶瓷构成的成型体的方法，该方法非常简单且适合工业用途。

本发明的另一目的在于描述由硬化热液石英玻璃-陶瓷构成的成型体，其满足由于在例如移动电话中使用而引起的机械强度构成的严格需求。

本申请人此时已经发现，热处理原料玻璃以形成由LAS体系组成的热液石英玻璃-陶瓷，通常引起在表面处形成玻璃质层，其下可形成高-石英混合晶体的层，高-石英混合晶体是二次改性的LAS玻璃-陶瓷。申请人特别认识到，在热液石英玻璃-陶瓷的表面处一起形成玻璃质区域的这些层充当阻止离子交换的阻挡层，因此可大幅阻碍、甚至完全抑制直接的离子交换。

还已经发现，可借助于简单的单级式离子交换法，例如使用用于对玻璃以化学方式预加应力的常规设备，来使没有上述玻璃质区域的热液石英玻璃-陶瓷硬化。是通过常规方法制造热液石英玻璃-陶瓷且然后除去玻璃质区域，还是在热液石英玻璃-陶瓷的制造中以定向方式扼制玻璃质区域的形成，在原则上并不重要。

在本发明的上下文中使用的表述热液石英玻璃-陶瓷是指如下玻璃-陶瓷，其由体系Li₂O-Al₂O₃-SiO₂的玻璃通过陶瓷化而制造，且具有超过70体积％、优选超过80体积％、特别优选超过85体积％的四方相热液石英混合晶体的相含量。这样的热液石英玻璃-陶瓷通常通过使生坯玻璃在约950℃和更高的温度下陶瓷化而获得。