[发明专利]透明的着色的LAS玻璃陶瓷制成的玻璃陶瓷衬底及制造方法

说明书

本发明涉及一种由透明的着色的LAS玻璃陶瓷构成的玻璃陶瓷衬底，其具有以下组分(重量％)：该玻璃陶瓷还具有带有热液石英混晶作为主导晶相的梯度层和位于其下的带有高石英混晶作为主导晶相的芯部，其中，热液石英混晶在10μm的深度中或者超过高石英混晶含量和热液石英混晶含量总和的50％。为此，陶瓷化包括晶体转变步骤，其中高石英混晶在910°至980°的范围中的最大温度下并且在1和25分钟之间的持续时间下部分地转变为热液石英混晶。

技术领域

本发明涉及一种由透明的着色的LAS玻璃陶瓷制成的玻璃陶瓷衬底，其具有梯度层和位于其下的芯部。在芯部中存在有热液石英混晶(KSS)作为主导晶相并且在梯度层中存在有高石英混晶(HQSS)作为主导晶相。本发明还涉及玻璃陶瓷衬底的制造方法及其应用。

背景技术

一般LAS玻璃陶瓷的制造通过数个阶段来进行。已知的是，在其大规模制造中，首先在通常1500℃和1650℃之间的温度下由混合物熔融的系统Li₂O-Al₂O₃-SiO₂的可结晶的原始玻璃，混合物由碎玻璃和粉末形式的散装原料构成。在熔体中通常加入例如氧化砷、氧化锑和/或氧化锡这样的精炼剂。例如在DE 199 39 787 C2中描述了SnO₂结合高于1700℃的高温精炼的应用。

在熔融和精炼之后，玻璃通常进行通过轧制或浮动的热成型，以制造玻璃板。为了实现经济制造，一方面，低熔融温度和低加工温度PT是期望的，另一方面，玻璃在成型过程中不可呈现任何失透。即，不可形成干扰晶体，该晶体在原料玻璃和由其制造的玻璃陶瓷中会损害强度和美观。因为成型是在玻璃的加工温度PT(黏度10⁴dPas)附近进行，所以必须确保，熔体的最高失透温度在加工温度附近并且有利地位于加工温度以下，以避免干扰晶体的形成。

随后，将原料玻璃以已知的方式通过控制的结晶转化成玻璃陶瓷制品。该陶瓷化通常在两个阶段处理中进行，在其中，首先通过在680℃和800℃之间的温度下的晶核形成过程通过由ZrO₂/TiO₂混晶形成晶核。SnO₂也可参与晶核形成过程。当温度随后升高时，首先高石英混晶在该晶核上生长。对于大多数组成成分来说，根据结构类型在850℃和1200℃之间的温度中获得高晶体生长速度，如为了经济、快速的陶瓷化而期望的那样。在此最高的制造温度下，玻璃陶瓷的内部结构均匀化并且调整玻璃陶瓷的光学、物理和化学性质。在该文献中，高石英混晶也近义地称为“β-石英”或“β-锂霞石”。

还已知的是，通过进一步的陶瓷化过程可使在Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系统中的高石英混晶转变成热液石英混晶。热液石英混晶也称为“β-锂辉石”。对于大多数组成成分，在高达1200℃的温度下通过重建的不可逆的相变进行到热液石英混晶的转变。已知，微晶在该相变过程中显著生长并且由此形成导致玻璃陶瓷半透明或不透明的散射中心。此外，高石英混晶转变到热液石英混晶伴随着玻璃陶瓷的热膨胀系数提高。

“透明”在本文中理解为这样的玻璃陶瓷，区别于“半透明”或“不透明”的玻璃陶瓷，其在可见的波长范围中仅具有可忽略的散射光部分。因此，透明度是玻璃陶瓷的与其“雾度”相反的“清晰度”。在此方面的透射损耗归因于晶体、相界或夹杂物的折射并且因此是与波长相关的体积效应。而“半透明的”LAS玻璃陶瓷是指具有在波长为470nm下根据国际标准ISO 14782:1999(E)测量的大于20％的散射光比例(“雾度”)的、标准化为4mm厚的玻璃陶瓷，而“透明的”LAS玻璃陶瓷具有不大于20％的散射光比例。

“着色的”在本文中表示是这样的LAS玻璃陶瓷，由于组成成分中一种或多种着色金属氧化物或胶体，其在可见光波长范围中由于吸收显示透射损失。在此也涉及与波长相关的体积效应。着色可特别是如此暗，以至于用肉眼通过LAS玻璃陶瓷不能看到不发光的物体，而可以看到发光的物体。因此，着色的玻璃陶瓷可以指的是不透明的并且根据前述定义同时称为“透明的”。