[发明专利]玻璃与玻璃陶瓷复合物及方法

说明书

玻璃‑玻璃陶瓷复合物，其包括基材，所述基材包括含碱性物的玻璃本体以及玻璃陶瓷表面层，所述本体包含Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和SiOsubgt;2/subgt;及碱性物，所述表面层包含碱性物贫化的玻璃陶瓷，其包含Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和SiOsubgt;2/subgt;并且具有至少5体积％的结晶相，其中，碱性物贫化的玻璃陶瓷表面层包含的Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;的摩尔％为至少51％。还公开了制备复合物的方法。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119，要求2018年11月30日提交的第62/773,447号美国临时申请的优先权权益，其内容通过引用全文纳入本文。

背景

本公开涉及具有玻璃陶瓷表面层的玻璃基材，更具体地，涉及的玻璃基材具有含二氧化硅和氧化铝及碱性物的本体，以及碱性物贫化的玻璃陶瓷表面层，所述碱性物贫化的玻璃陶瓷表面层包含二氧化硅和氧化铝，并且具有至少51摩尔％的氧化铝。

Al₂O₃-SiO₂二元玻璃的某些高Al₂O₃组合物展现出极高的抗断裂性，尤其是Al₂O₃大于或等于51摩尔％的组合物，但是由于高的熔化温度和强烈地趋向于不混溶和快速结晶，它们极难由熔体制造。由于这些组合物的快速结晶的趋势，难以生产具有至少51摩尔％氧化铝的Al₂O₃-SiO₂二元组合物的玻璃陶瓷，特别是在莫来石的化学计量比附近时(约57％至60％Al₂O₃的摩尔比，其余为SiO₂)，这是因为强烈有利于形成莫来石。

对于涉及在该一般组成范围中的玻璃的研究，空气动力学悬浮已被用于代替传统的熔化。期望确立更实用的制造途径，其可潜在地以工业规模用于生产包含大于或等于51摩尔％的Al₂O₃，特别是Al₂O₃含量接近57-60％的Al₂O₃-SiO₂二元玻璃，使得从玻璃开始，可以通过受控的再加热/退火来实现选定的结晶水平，从而得到具有高耐久性的莫来石组成或接近莫来石组成的玻璃陶瓷层。

发明内容

本文公开了玻璃-玻璃陶瓷复合物，其包括基材，所述基材包括含碱性物的玻璃本体以及玻璃陶瓷表面层，所述本体包含Al₂O₃和SiO₂及碱性物，所述表面层包含碱性物贫化的玻璃陶瓷，其包含Al₂O₃和SiO₂并且具有至少5体积％的结晶相，其中，碱性物贫化的玻璃陶瓷表面层包含至少51％的Al₂O₃的摩尔％。

还公开了形成具有改性表面层的玻璃-玻璃陶瓷复合物的方法，所述方法包括：提供玻璃基材前体，其包含Al₂O₃和SiO₂以及一定浓度的碱性物，Al₂O₃与SiO₂的摩尔比大于1:1，所述玻璃基材具有玻璃化转变温度(Tg)；以及降低表面层中的碱性物浓度，这通过下述进行：使玻璃基材在低于Tg的温度时经受热极化处理，然后加热或维持玻璃基材的温度以使表面层部分结晶。特别感兴趣的玻璃-玻璃陶瓷复合物是组成比对应于莫来石的复合物，即，Al₂O₃与SiO₂的摩尔％比为约3:2，或者在二元组合物中，具有约57％至60％的Al₂O₃，剩余为SiO₂。在这种类型的无定形组合物中已经显示出了增强的抗裂性。部分结晶是期望的，以增加韧度和抗损伤性。