[发明专利]具有透锂长石和硅酸锂结构的高强玻璃-陶瓷

说明书

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。

本发明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，发明名称为“具有透锂长石和硅酸锂结构的高强玻璃-陶瓷”的发明专利申请的分案申请。

相关申请交叉参考

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。

技术领域

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。

背景技术

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.)发明，且通过Beall等在US5,219,799(“‘799专利”)中进行专利保护。

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。

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。

发明内容

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％。

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。