[發明專利]具有透鋰長石和硅酸鋰結構的高強玻璃-陶瓷

在審

• 申請號: 202010092940.3
• 申請日: 2015-10-08
• 公開（公告）號: CN111285609A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: G·H·比爾;付強;C·M·史密斯
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: C03C10/04
• 分類號: C03C10/04;C03C10/12;C03B32/02;C03C3/097;C03C21/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 項丹

描述了具有硅酸鋰晶相和透鋰長石晶相的組合的玻璃和玻璃陶瓷組合物，以及制備玻璃和玻璃陶瓷組合物的方法。組合物與常規的輥壓和浮法工藝兼容，是透明或半透明的,且具有高機械強度和斷裂耐受性。此外，組合物能化學鋼化成甚至更高強度的玻璃陶瓷，其可在多種應用中用作大基材。

本發明專利申請是國際申請號為PCT/US2015/054615，國際申請日為2015年10月8日，進入中國國家階段的申請號為201580065414.5，發明名稱為“具有透鋰長石和硅酸鋰結構的高強玻璃-陶瓷”的發明專利申請的分案申請。

相關申請交叉參考

本申請根據35U.S.C.§119要求2014年10月08日提交的美國臨時申請系列號62/061,385，以及2015年08月14日提交的美國臨時申請系列號62/205,120的優先權，本文以這些申請的內容為基礎并通過參考將其完整地結合于此。

背景

領域

實施方式涉及玻璃和玻璃陶瓷組合物，具體來說，涉及具有透鋰長石相和硅酸鋰相組合的高強玻璃陶瓷組合物。

背景技術

已開發和出售在SiO₂-Li₂O-K₂O-ZnO-P₂O₅-Al₂O₃-ZrO₂系統中的焦硅酸鋰玻璃-陶瓷，用作牙冠、牙科橋和牙科覆蓋物。它們的互鎖的扁平晶體的微觀結構提供高機械強度和斷裂韌度以及優異的化學耐久性。這個領域的組合物在康寧股份有限公司(Corning,Inc.)發明，且通過Beall等在US5,219,799(“‘799專利”)中進行專利保護。

此外，已知的玻璃基材料常常呈現固有的脆性或較低的耐裂紋擴展性。例如，固有的較低斷裂韌度(例如，氧化物玻璃和玻璃陶瓷的0.5-1.0MPa·m^1/2)使得氧化物玻璃對于存在較小的缺陷和瑕疵較敏感。作為比較點，市售的單晶基材呈現約2.4-約4.5MPa·m^1/2的斷裂韌度數值。通過例如離子交換過程的化學強化可通過下述在玻璃或玻璃陶瓷的表面處為裂紋穿透提供一些阻力：在玻璃或玻璃陶瓷中施加距離表面一定深度(例如，50-100微米)的壓縮應力層；然而，裂紋穿透阻力可為有限的，且一旦裂紋擴展穿過壓縮應力層進入玻璃或玻璃陶瓷的本體，就不再有效。雖然強化提供對裂紋穿透的一些阻力，但材料的固有性質(k1c)不受離子交換影響。改善玻璃基材料的機械性能，特別是耐損壞性和斷裂韌度方面的機械性能，是持續關注的焦點。因此，本領域需要提供具有改善的耐損壞性和斷裂韌度的材料。

已知β-鋰輝石家族中可離子交換的含鋰的鋁硅酸鹽玻璃-陶瓷制品提供耐損壞性和斷裂韌度。然而，β-鋰輝石基玻璃-陶瓷通常是不透明的，這限制了將它們用于顯示器相關應用或需要透明度或半透明度的其它應用。因此，本領域需要具有快速離子交換能力和高斷裂韌度的透明或半透明玻璃-陶瓷材料。

概述

第一方面包含玻璃-陶瓷制品，其具有透鋰長石晶相和硅酸鋰晶相,其中透鋰長石晶相和硅酸鋰晶相具有比在玻璃-陶瓷制品中存在的其它晶相更高的重量百分數。在一些實施方式中,透鋰長石晶相占玻璃-陶瓷制品的20-70重量％，且硅酸鋰晶相占玻璃陶瓷制品的20-60重量％。在一些實施方式中,透鋰長石晶相占玻璃-陶瓷制品的45-70重量％，且硅酸鋰晶相占玻璃陶瓷制品的20-50重量％。在一些實施方式中,透鋰長石晶相占玻璃-陶瓷制品的40-60重量％，且硅酸鋰晶相占玻璃陶瓷制品的20-50重量％。