CN113891865A - 具有透锂长石和硅酸锂盐结构的有色玻璃陶瓷 - Google Patents
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Abstract
玻璃陶瓷制品包括透锂长石晶相和硅酸锂盐晶相。玻璃陶瓷制品中的透锂长石晶相和硅酸锂盐晶相各自的重量％分别大于玻璃陶瓷制品中存在的每一种其他晶相的重量％。对于SCI UVC条件下的CIE光源F02，玻璃陶瓷制品在CIELAB色空间中具有如下透射颜色坐标：L*＝20至90；a*＝‑20至40；以及b*＝‑60至60。在一些实施方式中，着色剂选自下组：TiO2、Fe2O3、NiO、Co3O4、MnO2、Cr2O3、CuO、Au、Ag和V2O5。
Description
相关申请交叉参考
本申请要求2019年5月29日提交的美国临时申请系列第62/853,953号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
背景技术
技术领域
本说明书大体上涉及玻璃和玻璃陶瓷组合物，并且具体来说，涉及具有透锂长石和硅酸锂盐相组合的有色玻璃陶瓷组合物。
技术背景
基于透锂长石/二硅酸锂盐结构的透明或白色半透明玻璃陶瓷可以展现出高强度和高断裂韧度的组合。各种行业(包括消费者电子行业)需要具有相同或相似强度和断裂韧度性质的有色材料。但是，在前体玻璃组合物中包含着色剂可能改变玻璃陶瓷的相集合，从而降低强度和断裂韧度。
因此，本领域存在对于具有高强度和断裂韧度的替代性有色玻璃陶瓷的需求。
发明内容
根据第1方面，玻璃陶瓷制品包括透锂长石晶相和硅酸锂盐晶相。玻璃陶瓷制品中的透锂长石晶相和硅酸锂盐晶相各自的重量％分别大于玻璃陶瓷制品中存在的每一种其他晶相的重量％。玻璃陶瓷制品在CIELAB色空间中具有如下透射颜色坐标：L*＝20至90；a*＝-20至40；以及b*＝-60至60。
根据第2方面，玻璃陶瓷制品包括：透锂长石晶相，硅酸锂盐晶相，以及包含着色剂的残留玻璃相。玻璃陶瓷制品具有1MPa·m1/2或更大的断裂韧度，并且对于SCI UVC条件下的CIE光源F02，玻璃陶瓷制品在CIELAB色空间中具有如下透射颜色坐标：L*＝20至90；a*＝-20至40；以及b*＝-60至60。
根据第3方面，玻璃陶瓷制品包括透锂长石晶相和硅酸锂盐晶相。玻璃陶瓷制品中的透锂长石晶相和硅酸锂盐晶相各自的重量％分别大于玻璃陶瓷制品中存在的其他晶相。玻璃陶瓷制品包含0.01重量％至5重量％的选自下组的着色剂：TiO2、Fe2O3、NiO、Co3O4、MnO2、Cr2O3、CuO、Au、Ag和V2O5。此外，对于SCI UVC条件下的CIE光源F02，玻璃陶瓷制品在CIELAB色空间中具有如下透射颜色坐标：L*＝50至90；a*＝-20至30；以及b*＝0至40。
根据另一个方面，玻璃陶瓷制品包括任意前述方面的玻璃陶瓷制品，其中，以重量％计，玻璃陶瓷制品具有如下组成，其包含：SiO2的量是55至80；Al2O3的量是2至20；Li2O的量是5至20；P2O5的量是0.5至6；以及ZrO2的量是0.2至15。
根据另一个方面，玻璃陶瓷制品包括任意前述方面的玻璃陶瓷制品，其中，以重量％计，组成还包含0.01至5的选择下组的着色剂：TiO2、Fe2O3、NiO、Co3O4、MnO2、Cr2O3、CuO、Au、Ag和V2O5。
根据另一个方面，玻璃陶瓷制品包括任意前述方面的玻璃陶瓷制品，其中，组合物中至少80重量％的着色剂存在于玻璃陶瓷制品的残留玻璃相中。
根据另一个方面，玻璃陶瓷制品包括任意前述方面的玻璃陶瓷制品，其中，组合物中至少95重量％的着色剂存在于玻璃陶瓷制品的残留玻璃相中。
根据另一个方面，玻璃陶瓷制品包括任意前述方面的玻璃陶瓷制品，其中，以重量％计，玻璃陶瓷制品具有如下组成，其还包含：Au的量是0.01至1.5；或者Ag的量是0.01至1.5；或者Cr2O3的量是0.05至1.0；或者CuO的量是0.1至1.5；或者NiO的量是0.1至1.5；或者V2O5的量是0.1至2.0；或者Co3O4的量是0.01至2.0.。
根据另一个方面，玻璃陶瓷制品包括任意前述方面的玻璃陶瓷制品，其中，对于SCI UVC条件下的CIE光源F02，玻璃陶瓷制品在CIELAB色空间中具有如下透射颜色坐标：L*＝50至90；a*＝-20至30；以及b*＝0至40。
根据另一个方面，玻璃陶瓷制品包括任意前述方面的玻璃陶瓷制品，其中，玻璃陶瓷制品中的透锂长石晶相和硅酸锂盐晶相各自的重量％分别大于玻璃陶瓷制品中存在的其他晶相的重量％。
根据另一个方面，玻璃陶瓷制品包括任意前述方面的玻璃陶瓷制品，其中，玻璃陶瓷制品具有1MPa·m1/2或更大的断裂韧度。
根据另一个方面，玻璃陶瓷制品包括任意前述方面的玻璃陶瓷制品，其中，玻璃陶瓷制品具有600kgf/mm2或更大的维氏硬度。
根据另一个方面，玻璃陶瓷制品包括任意前述方面的玻璃陶瓷制品，其中，玻璃陶瓷制品具有至少300MPa的环上环强度。
在以下的详细描述中给出了附加特征和优点，通过所作的描述，其中的部分特征和优点对于本领域的技术人员而言是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所描述的实施方式而被认识。
要理解的是，前述的一般性描述和下文的具体实施方式都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1是在易碎性测试之后的非易碎性样品的代表图；
图2是在易碎性测试之后的易碎性样品的代表图；
图3是在1mm样品厚度下，实施例玻璃陶瓷组合物1-4对于200nm至800nm波长的透射率图；
图4是在1mm样品厚度下，实施例玻璃陶瓷组合物5-8对于200nm至800nm波长的透射率图；
图5是在1mm样品厚度下，实施例玻璃陶瓷(实线)和前体玻璃(虚线)9对于200nm至1100nm波长的透射率图；
图6是在1mm样品厚度下，实施例玻璃陶瓷(实线)和前体玻璃(虚线)10对于200nm至1100nm波长的透射率图；
图7是在1mm样品厚度下，实施例玻璃陶瓷(实线)和前体玻璃(虚线)11对于200nm至1100nm波长的透射率图；
图8是在1mm样品厚度下，实施例玻璃陶瓷(实线)和前体玻璃(虚线)12对于200nm至1100nm波长的透射率图；以及
图9是在1mm样品厚度下，实施例玻璃陶瓷(实线)和前体玻璃(虚线)13对于200nm至1100nm波长的透射率图。
具体实施方式
下面详细参考各个实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。
本文中，范围可以表示为从“约”另一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这样的范围时，另一个实施方式包括自所述一个具体数值始和/或至所述另一具体数值止。类似地，当用先行词“约”将数值表示为近似值时，应理解具体数值构成了另一个实施方式。还会理解的是，每个范围的端点在与另一个端点有关及独立于另一个端点时都是重要的。
除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法不应理解为其步骤需要按具体顺序进行，或者要求使任何设备具有特定取向。因此，如果方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序，或者任何设备权利要求没有实际叙述各组件的顺序或取向，或者权利要求书或说明书中没有另外具体陈述步骤限于具体顺序，或者没有叙述设备组件的具体顺序或取向，那么在任何方面都不应推断顺序或取向。这同样适用于任何可能的未明确表述的解释依据，包括：关于设置步骤、操作流程、组件顺序或组件取向的逻辑；由语法结构或标点获得的一般含义；以及说明书所述的实施方式的数量或种类。
除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数指代。因此，例如，提到的“一种”部件包括具有两种或更多种这类部件的方面，除非文本中有另外的明确表示。
作为用于生产各个实施方式的玻璃或玻璃陶瓷组合物的原材料和/或设备的结果，可能在最终的玻璃或玻璃陶瓷组合物中存在某些不是故意添加的杂质或组分。此类材料会在玻璃或玻璃陶瓷组合物中以少量存在，并且本文称作“杂物”。如本文所用，“杂物”可能以小于1000ppm的量存在。
如本文所使用，玻璃或玻璃陶瓷组合物具有0重量％的化合物合物定义为没有故意将该化合物、分子或元素添加到组合物中，但是组合物可能仍然包括该化合物，通常是杂物或痕量。类似地，“不含铁”、“不含钠”、“不含锂”、“不含锆”、“不含碱土金属”、或者“不含重金属”等定义为表示组合物没有故意添加该化合物、分子或元素，但是组合物仍然可能包含铁、钠、锂、锆、碱土金属或者重金属等，但是是近似杂物或者痕量(例如，小于约1000ppm)。
除非另有说明，否则本文所引用的所有组分的浓度是以重量百分比(重量％)表示。
在各种实施方式中，玻璃陶瓷制品包括透锂长石和硅酸锂盐作为主晶相。锂硅酸盐晶相可以是二硅酸锂盐或者偏硅酸锂盐。在各种实施方式中，玻璃保留低的熔化温度(例如，低于1500℃)，且保留与常规辊制、模制和浮法工艺的相容性。此外，保留硅酸锂盐作为主晶相，为玻璃陶瓷提供了固有的高机械强度和断裂韧度。透锂长石(玻璃陶瓷的第二主晶相)具有细晶粒，这对玻璃陶瓷的透明性或者半透明性具有贡献作用，并且可以进行离子交换得到额外的机械强度。
如本文所用，术语“基于玻璃的”和/或“基于玻璃的制品”表示至少部分由玻璃制得的任何材料或制品，包括玻璃和玻璃陶瓷材料。
透锂长石(LiAlSi4O10)是具有三维框架结构的单斜晶体，具有层状结构，折叠的Si2O5层被Li和Al的四面体连接。Li与氧四面体配位。透锂长石是锂源并且用作低热膨胀相，来改善玻璃陶瓷或陶瓷部件的抗向下热冲击性(thermal downshock resistance)。
在一些实施方式中，本文所述的玻璃陶瓷组合物中的透锂长石晶相的重量％可以是如下范围：20至70重量％，20至65重量％，20至60重量％，20至55重量％，20至50重量％，20至45重量％，20至40重量％，20至35重量％，20至30重量％，20至25重量％，25至70重量％，25至65重量％，25至60重量％，25至55重量％，25至50重量％，25至45重量％，25至40重量％，25至35重量％，25至30重量％，30至70重量％，30至65重量％，30至60重量％，30至55重量％，30至50重量％，30至45重量％，30至40重量％，30至35重量％，35至70重量％，35至65重量％，35至60重量％，35至55重量％，35至50重量％，35至45重量％，35至40重量％，40至70重量％，40至65重量％，40至60重量％，40至55重量％，40至70重量％，40至45重量％，45至70重量％，45至65重量％，45至60重量％，45至55重量％，45至50重量％，50至70重量％，50至65重量％，50至60重量％，50至55重量％，55至70重量％，55至65重量％，55至60重量％，60至70重量％，60至65重量％，或者65至70重量％，或者由任意这些端点形成的任意和全部子范围。
如上文所述，锂硅酸盐晶相可以是二硅酸锂盐或者偏硅酸锂盐。二硅酸锂盐(Li2Si2O5)是基于{Si2O5}四面体阵列的波纹片的正交晶体。晶体的形状通常是板状或板条状，具有明显的分裂面。由于它们具有随机取向的互锁晶体微结构，基于二硅酸锂盐的玻璃陶瓷具有高度所需的机械性质，包括高的主体强度和断裂韧度。这种晶体结构迫使裂纹经由绕着互锁晶体的曲折路径传播穿过材料，从而改善了强度和断裂韧度。偏硅酸锂(Li2SiO3)具有斜方晶对称性，(Si2O6)链平行于c轴并且通过锂离子连接到一起。在一些实施方式中，玻璃陶瓷组合物中的硅酸锂盐晶相的重量％可以是如下范围：20至60重量％，20至55重量％，20至50重量％，20至45重量％，20至40重量％，20至35重量％，20至30重量％，20至25重量％，25至60重量％，25至55重量％，25至50重量％，25至45重量％，25至40重量％，25至35重量％，25至30重量％，30至60重量％，30至55重量％，30至50重量％，30至45重量％，30至40重量％，30至35重量％，35至60重量％，35至55重量％，35至50重量％，35至45重量％，35至40重量％，40至60重量％，40至55重量％，40至50重量％，40至45重量％，45至60重量％，45至55重量％，45至50重量％，50至60重量％，50至55重量％，或者55至60重量％，或者由任意这些端点形成的任意和全部子范围。
存在两大类二硅酸锂盐玻璃陶瓷。第一类包括掺杂了二氧化铈和贵金属(例如银)的那些。这些可以经由UV光光敏化成核，以及后续进行热处理以产生牢固的玻璃陶瓷，例如
第二类二硅酸锂盐玻璃陶瓷通过添加P2O5成核，其中，成核相是Li3PO4。P2O5成核的二硅酸锂盐玻璃陶瓷已经被开发用于如下应用：高温密封材料、用于计算机硬盘的碟片、透明盔甲和牙科应用。
本文所述的玻璃和玻璃陶瓷可以被一般性地描述为含锂铝硅酸盐玻璃或者玻璃陶瓷，并且包含SiO2、Al2O3和Li2O。除了SiO2、Al2O3和Li2O之外，本文所实践的玻璃和玻璃陶瓷还可以含有碱性氧化物(例如Na2O、K2O、Rb2O或Cs2O)以及P2O5和ZrO2，以及下文所述的许多其他组分。在一个或多个实施方式中，主微晶相包括透锂长石和硅酸锂盐，但是取决于前体玻璃陶瓷的组成，也可能存在β-锂辉石固溶体、β-石英固溶体、磷酸锂盐、方石英和金红石作为次相。在一些实施方式中，玻璃陶瓷组合物具有如下残留玻璃含量：5至30重量％，5至25重量％，5至20重量％，5至15重量％，5至10重量％，10至30重量％，10至25重量％，10至20重量％，10至15重量％，15至30重量％，15至25重量％，15至20重量％，20至30重量％，20至25重量％，或者25至30重量％，这是通过XRD光谱的里特沃德分析确定的。应理解的是，残留玻璃含量可以落在由任意和全部前述端点形成的子范围内。
SiO2是主要的玻璃成形剂，并且可以起到使玻璃和玻璃陶瓷的网络结构稳定化的作用。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物包含55至80重量％SiO2。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物包含69至80重量％SiO2。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含如下SiO2：55至80重量％，55至77重量％，55至75重量％，55至73重量％，60至80重量％，60至77重量％，60至75重量％，60至73重量％，65至80重量％，65至77重量％，65至75重量％，65至73重量％，69至80重量％，69至77重量％，69至75重量％，69至73重量％，70至80重量％，70至77重量％，70至75重量％，70至73重量％，73至80重量％，73至77重量％，73至75重量％，75至80重量％，75至77重量％，或者77至80重量％，或者由任意这些端点形成的任意和全部子范围。
SiO2的浓度应该足够高(大于55重量％)从而当对前体玻璃进行热处理以转化为玻璃陶瓷时形成透锂长石晶相。换言之，SiO2的浓度应该高到足以同时得到硅酸锂盐和透锂长石相。可以对SiO2的量进行限制以控制熔融温度(200泊温度)，因为纯SiO2或高SiO2玻璃的熔化温度是不合乎希望地高的。
类似于SiO2，Al2O3也可以提供网络稳定化，以及也可以提供改善的机械性质和化学耐久性。但是，如果Al2O3的量太高，则硅酸锂晶体的比例可能下降，可能下降到无法形成互锁结构的程度。可以调节Al2O3的量以控制粘度。此外，如果Al2O3的量太高，则熔体的粘度通常也增加。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含2至20重量％Al2O3。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含6至9重量％Al2O3。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含如下Al2O3：2至20重量％，2至18重量％，2至15重量％，2至12重量％，2至10重量％，2至9重量％，2至8重量％，2至5重量％，5至20重量％，5至18重量％，5至15重量％，5至12重量％，5至10重量％，5至9重量％，5至8重量％，6至20重量％，6至18重量％，6至15重量％，6至12重量％，6至10重量％，6至9重量％，8至20重量％，8至18重量％，8至15重量％，8至12重量％，8至10重量％，10至20重量％，10至18重量％，10至15重量％，10至12重量％，12至20重量％，12至18重量％，或者12至15重量％，或者由任意这些端点形成的任意和全部子范围。
在本文所述的玻璃和玻璃陶瓷中，Li2O有助于形成透锂长石和硅酸锂这两个晶相。为了获得透锂长石和硅酸锂盐作为主晶相，希望组合物中具有至少7重量％Li2O。但是，如果Li2O的浓度太高(大于15重量％)，则组合物变得非常流体状，并且传递粘度低到足以使得无法形成片材。在一些实践的组成中，玻璃或玻璃陶瓷可以包含5重量％至20重量％Li2O。在其他实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷可以包含10重量％至14重量％Li2O。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含如下Li2O：5至20重量％，5至18重量％，5至16重量％，5至14重量％，5至12重量％，5至10重量％，5至8重量％，7至20重量％，7至18重量％，7至16重量％，7至14重量％，7至12重量％，7至10重量％，10至20重量％，10至18重量％，10至16重量％，10至14重量％，10至12重量％，12至20重量％，12至18重量％，12至16重量％，12至14重量％，14至20重量％，14至18重量％，14至16重量％，16至20重量％，16至18重量％，或者18至20重量％，或者由任意这些端点形成的任意和全部子范围。
如上文所述，Li2O通常可用于形成所实践的玻璃陶瓷，但是其他碱性氧化物(例如，K2O和Na2O)倾向于减少玻璃陶瓷的形成以及在玻璃陶瓷中形成铝硅酸盐残留玻璃而不是陶瓷相。已经发现超过5重量％的Na2O或K2O(或其组合)导致不合乎希望的残留玻璃量，这会导致结晶过程中的变形以及从机械性质来看不合乎希望的微结构。但是，低于5重量％的水平对于离子交换可能是有利的，实现了更高的表面压缩和/或度量。在本文所述的实施方式中，可以对残留玻璃的组成进行调节，从而：控制结晶过程中的粘度，使得变形或者不合乎希望的热膨胀最小化，或者控制微结构性质。总体上来说，本文所述的组合物具有少量的非锂碱性氧化物。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含0至5重量％R2O，其中，R是碱性阳离子Na和K中的一种或多种。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含1至3重量％R2O，其中，R是碱性阳离子Na和K中的一种或多种。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含如下Na2O、K2O或其组合：0至5重量％，0至4重量％，0至3重量％，0至2重量％，0至1重量％，>0至5重量％，>0至4重量％，>0至3重量％，>0至2重量％，>0至1重量％,至5重量％，0至4重量％，0至3重量％，0至2重量％，0至1重量％，1至5重量％，1至4重量％，1至3重量％，1至2重量％，2至5重量％，2至4重量％，2至3重量％，3至5重量％，3至4重量％，或者4至5重量％。应理解的是，R2O浓度可以落在由任意和全部前述端点形成的子范围内。
玻璃和玻璃陶瓷组合物可以包含P2O5。P2O5可以起到成核剂的作用，从而由玻璃和玻璃陶瓷组合物产生晶相的本体成核。如果P2O5的浓度太低，则前体玻璃确实发生结晶，但是仅在较高温度下进行(这是由于较低粘度所导致的)；但是，如果P2O5的浓度太高，则会难以控制在前体玻璃形成期间的冷却之后的失透。实施方式可以包含>0至6重量％P2O5。其他实施方式可以包含2至4重量％P2O5。其他实施方式可以包含1.5至2.5重量％P2O5。实施方式可以包含如下P2O5：0至6重量％，0至5.5重量％，0至5重量％，0至4.5重量％，0至4重量％，0至3.5重量％，0至3重量％，0至2.5重量％，0至2重量％，0至1.5重量％，0至1重量％，>0至6重量％，>0至5.5重量％，>0至5重量％，>0至4.5重量％，>0至4重量％，>0至3.5重量％，>0至3重量％，>0至2.5重量％，>0至2重量％，>0至1.5重量％，>0至1重量％，0.5至6重量％，0.5至5.5重量％，0.5至5重量％，0.5至4.5重量％，0.5至4重量％，0.5至3.5重量％，0.5至3重量％，0.5至2.5重量％，0.5至2重量％，0.5至1.5重量％，0.5至1重量％，1至6重量％，1至5.5重量％，1至5重量％，1至4.5重量％，1至4重量％，1至3.5重量％，1至3重量％，1至2.5重量％，1至2重量％，1至1.5重量％，1.5至6重量％，1.5至5.5重量％，1.5至5重量％，1.5至4.5重量％，1.5至4重量％，1.5至3.5重量％，1.5至3重量％，1.5至2.5重量％，1.5至2重量％，2至6重量％，2至5.5重量％，2至5重量％，2至4.5重量％，2至4重量％，2至3.5重量％，2至3重量％，2至2.5重量％，2.5至6重量％，2.5至5.5重量％，2.5至5重量％，2.5至4.5重量％，2.5至4重量％，2.5至3.5重量％，2.5至3重量％，3至6重量％，3至5.5重量％，3至5重量％，3至4.5重量％，3至4重量％，3至3.5重量％，3.5至6重量％，3.5至5.5重量％，3.5至5重量％，3.5至4.5重量％，3.5至4重量％，4至6重量％，4至5.5重量％，4至5重量％，4至4.5重量％，4.5至6重量％，4.5至5.5重量％，4.5至5重量％，5至6重量％，5至5.5重量％，或者5.5至6重量％P2O5，或者由任意这些端点形成的任意和全部子范围。
在本文所述的玻璃和玻璃陶瓷中，添加ZrO2可以通过显著降低成形期间的玻璃失透和降低液相线温度来改善Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃的稳定性。在浓度高于8重量％时，ZrO2会在高温形成主液相线相，这明显降低了液相线粘度。当玻璃含有超过2重量％ZrO2时，会形成透明玻璃。添加ZrO2还可以降低透锂长石的晶粒尺寸，这有助于形成透明的玻璃陶瓷。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含0.2至15重量％ZrO2。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含2至4重量％ZrO2。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含如下ZrO2：0.2至15重量％，0.2至12重量％，0.2至10重量％，0.2至8重量％，0.2至6重量％，0.2至4重量％，0.5至15重量％，0.5至12重量％，0.5至10重量％，0.5至8重量％，0.5至6重量％，0.5至4重量％，1至15重量％，1至12重量％，1至10重量％，1至8重量％，1至6重量％，1至4重量％，2至15重量％，2至12重量％，2至10重量％，2至8重量％，2至6重量％，2至4重量％，3至15重量％，3至12重量％，3至10重量％，3至8重量％，3至6重量％，3至4重量％，4至15重量％，4至12重量％，4至10重量％，4至8重量％，4至6重量％，8至15重量％，8至12重量％，8至10重量％，10至15重量％，10至12重量％，或者12至15重量％，或者由任意这些端点形成的任意和全部子范围。
B2O3降低了玻璃前体的熔化温度。此外，在前体玻璃中添加B2O3(进而在玻璃陶瓷中添加B2O3)帮助实现了互锁晶体微结构，并且还可以改善玻璃陶瓷的抗破坏性。当残留玻璃中的硼没有被碱性氧化物或者二价阳离子氧化物(例如，MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO)电荷平衡时，它会处于三角配位态(或者，三配位硼)，这打开了玻璃的结构。绕着这些三配位硼原子的网络不如四面体配位(或四配位)硼那么刚性。不受限于理论，相信相比于四配位硼，包含三配位硼的前体玻璃和玻璃陶瓷可以在形成裂纹之前容忍一定程度的变形。由于容忍了一些变形，增加了维氏压痕裂纹引发阈值。还可以增加包含三配位硼的前体玻璃和玻璃陶瓷的断裂韧性。不受限于理论，相信在玻璃陶瓷的残留玻璃(以及前体玻璃)中存在硼，这降低了残留玻璃(或前体玻璃)的粘度，这有助于硅酸锂盐晶体(特别是具有高纵横比的大晶体)的生长。相信更大量的三配位硼(相对于四配位硼而言)导致玻璃陶瓷展现出更大的维氏压痕裂纹引发负荷。在一些实施方式中，三配位硼的量(以所有B2O3的百分比计)可以是40％或更大、50％或更大、75％或更大、85％或更大、或者甚至95％或更大。总的来说，应该控制硼的量以维持陶瓷化的本体玻璃陶瓷的化学耐久性和机械强度。换言之，应该将硼的量限制到小于10重量％从而获得化学耐用性和机械强度。
在一个或多个实施方式中，本文的玻璃和玻璃陶瓷可以包含0至10重量％或者0至2重量％B2O3。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷可以包含如下B2O3：0至10重量％，0至9重量％，0至8重量％，0至7重量％，0至6重量％，0至5重量％，0至4重量％，0至3重量％，0至2重量％，0至1重量％，>0至10重量％，>0至9重量％，>0至8重量％，>0至7重量％，>0至6重量％，>0至5重量％，>0至4重量％，>0至3重量％，>0至2重量％，>0至1重量％，1至10重量％，1至8重量％，1至6重量％，1至5重量％，1至4重量％，1至2重量％，2至10重量％，2至8重量％，2至6重量％，2至5重量％，2至4重量％，3至10重量％，3至8重量％，3至6重量％，3至5重量％，3至4重量％，4至10重量％，4至8重量％，4至6重量％，4至5重量％，5至10重量％，5至8重量％，5至7.5重量％，5至6重量％，或者5重量％至5.5重量％，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。
MgO可以在部分固溶体中进入透锂长石晶体。在一个或多个实施方式中，本文所述的玻璃和玻璃陶瓷可以包含0至8重量％MgO。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含如下MgO：0至8重量％，0至7重量％，0至6重量％，0至5重量％，0至4重量％，0至3重量％，0至2重量％，0至1重量％，>0至8重量％，>0至7重量％，>0至6重量％，>0至5重量％，>0至4重量％，>0至3重量％，>0至2重量％，>0至1重量％，1至8重量％，1至7重量％，1至6重量％，1至5重量％，1至4重量％，1至3重量％，1至2重量％，2至8重量％，2至7重量％，2至6重量％，2至5重量％，2至4重量％，2至3重量％，3至8重量％，3至7重量％，3至6重量％，3至5重量％，3至4重量％，4至8重量％，4至7重量％，4至6重量％，4至5重量％，5至8重量％，5至7重量％，5至6重量％，6至8重量％，6至7重量％，或者7重量％至8重量％，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。
ZnO可以在部分固溶体中进入透锂长石晶体。在一个或多个实施方式中，本文的玻璃和玻璃陶瓷可以包含0至10重量％ZnO。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含如下ZnO：0至10重量％，0至9重量％，0至8重量％，0至7重量％，0至6重量％，0至5重量％，0至4重量％，0至3重量％，0至2重量％，0至1重量％，1至10重量％，1至9重量％，1至8重量％，1至7重量％，1至6重量％，1至5重量％，1至4重量％，1至3重量％，1至2重量％，2至10重量％，2至9重量％，2至8重量％，2至7重量％，2至6重量％，2至5重量％，2至4重量％，2至3重量％，3至10重量％，3至9重量％，3至8重量％，3至7重量％，3至6重量％，3至5重量％，3至4重量％，4至10重量％，4至9重量％，4至8重量％，4至7重量％，4至6重量％，4至5重量％，5至10重量％，5至9重量％，5至8重量％，5至7重量％，5至6重量％，6至10重量％，6至9重量％，6至8重量％，6至7重量％，7至10重量％，7至9重量％，7至8重量％，8至10重量％，8至9重量％，或者9至10重量％，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。
可以向玻璃组合物添加TiO2从而为玻璃或玻璃陶瓷提供颜色。在一个或多个实施方式中，本文的玻璃和玻璃陶瓷可以包含0至5重量％TiO2。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含如下TiO2：0至5重量％，0至4重量％，0至3重量％，0至2重量％，0至1重量％，1至5重量％，1至4重量％，1至3重量％，1至2重量％，2至5重量％，2至4重量％，2至3重量％，3至5重量％，3至4重量％，或者4至5重量％，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。
可以向玻璃组合物添加CeO2作为澄清剂。在一个或多个实施方式中，本文的玻璃和玻璃陶瓷可以包含0至0.4重量％CeO2。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含如下CeO2：0至0.4重量％，0至0.3重量％，0至0.2重量％，0至0.1重量％，0.1至0.4重量％，0.1至0.3重量％，0.1至0.2重量％，0.2至0.4重量％，0.2至0.3重量％，或者0.3重量％至0.4重量％，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。
在一个或多个实施方式中，玻璃和玻璃陶瓷可以包含0至0.5重量％SnO2或者其他澄清剂。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含如下SnO2：0至0.5重量％，0至0.4重量％，0至0.3重量％，0至0.2重量％，0至0.1重量％，0.05至0.5重量％，0.05至0.4重量％，0.05至0.3重量％，0.05至0.2重量％，0.05至0.1重量％，0.1至0.5重量％，0.1至0.4重量％，0.1至0.3重量％，0.1至0.2重量％，0.2至0.5重量％，0.2至0.4重量％，0.2至0.3重量％，0.3至0.5重量％，0.3重量％至0.4重量％，或者0.4至0.5重量％，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。
在一些实施方式中，玻璃和玻璃陶瓷中的P2O5与ZrO2的重量百分比总和可以大于或等于3重量％、4重量％、或者5重量％从而增加成核。与更高浓度的这些组分相关的成核增加可以导致产生更细的晶粒。
在本文所述的各种实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷还包含0.01至5重量％的过渡金属氧化物形式的一种或多种着色剂。着色剂可以是：TiO2、Fe2O3、NiO、Co3O4、MnO2、Cr2O3、CuO、Au、Ag、V2O5，或其组合。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物包含的选自TiO2、Fe2O3、NiO、Co3O4、MnO2、Cr2O3、CuO、Au、Ag和V2O5的着色剂可以是：0.01至5重量％，0.01至4.5重量％，0.01至4重量％，0.01至3.5重量％，0.01至3重量％，0.01至2.5重量％，0.01至2重量％，0.01至1.5重量％，0.01至1重量％，0.1至5重量％，0.1至4.5重量％，0.1至4重量％，0.1至3.5重量％，0.1至3重量％，0.1至2.5重量％，0.1至2重量％，0.1至1.5重量％，0.1至1重量％，0.25至5重量％，0.25至4.5重量％，0.25至4重量％，0.25至3.5重量％，0.25至3重量％，0.25至2.5重量％，0.25至2重量％，0.25至1.5重量％，0.25至1重量％，0.5至5重量％，0.5至4.5重量％，0.5至4重量％，0.5至3.5重量％，0.5至3重量％，0.5至2.5重量％，0.5至2重量％，0.5至1.5重量％，0.5至1重量％，1至5重量％，1至4.5重量％，1至4重量％，1至3.5重量％，1至3重量％，1至2.5重量％，或者1至2重量％。应理解的是，着色剂浓度可以落在由任意和全部前述端点形成的子范围内。在一些实施方式中，当玻璃或玻璃陶瓷组合物包含Au时，组合物还包含0.05至0.5重量％SnO和/或SnO2。
在本文所述的实施方式中，可以对着色剂的具体量进行选择从而实现具体的预先确定的颜色的玻璃陶瓷。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以包含以下一种或多种情况：Au的量是0.01重量％至1.5重量％或者0.8重量％至1.25重量％；Ag的量是0.01重量％至1.5重量％或者0.8重量％至1.25重量％；Cr2O3的量是0.05重量％至1.0重量％或者0.22重量％至0.26重量％；CuO的量是0.1重量％至1.5重量％或者0.8重量％至1.25重量％；NiO的量是0.1重量％至2.0重量％或者0.8重量％至1.25重量％；V2O5的量是0.1重量％至2.0重量％或者0.8重量％至1.25重量％；和/或Co3O4的量是0.01重量％至2.0重量％。在实施方式中，对于SCI UVC条件下的CIE光源F02，玻璃陶瓷在CIELAB色空间中具有如下范围的透射颜色坐标：L*＝20至90；a*＝-20至40；以及b*＝-60至60。在一些实施方式中，对于SCI UVC条件下的CIE光源F02，玻璃陶瓷制品在CIELAB色空间中具有如下范围的透射颜色坐标：L*＝50至90；a*＝-20至30；以及b*＝0至40。
在本文所述的各种实施方式中，大部分的着色剂留在玻璃陶瓷的残留玻璃相中。因此，可以在没有改变玻璃陶瓷的相集合的情况下加入着色剂。作为补充或替代，着色剂为玻璃或玻璃陶瓷增加了颜色而没有明显改变熔融或成形粘度，这是相比于不包含着色剂的其他方面一致的玻璃或玻璃陶瓷而言。在一个或多个实施方式中，至少80重量％的着色剂存在于玻璃陶瓷的残留玻璃相中。在实施方式中，至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％、至少95重量％或者至少99重量％的着色剂存在于玻璃陶瓷的残留玻璃相中。
在一些实施方式中，玻璃陶瓷在可见光范围(约390nm至约700nm波长)上是吸收性的。在一些实施方式中，对于厚度为1mm的玻璃陶瓷制品，玻璃陶瓷在400nm至1000nm的波长范围光上可以具有20％至小于90％的平均光透射率。
在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物还可以包含杂物，例如：TiO2、MnO、ZnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、Y2O3、La2O3、HfO2、CdO、As2O3、Sb2O3、硫基化合物(例如硫酸盐)、卤素，或其组合。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物中可以包含抗微生物组分、化学澄清剂或者其他额外组分。
在一些实施方式中，可以通过如下工艺将本文所述的玻璃和/或玻璃陶瓷制造成片材，包括但不限于：熔合成形、狭缝拉制、浮法、辊制以及本领域技术人员已知的其他片材成形工艺。
由本文所述的玻璃陶瓷形成的制品可以是任何合适的厚度，这可以取决于玻璃陶瓷用途的具体应用发生变化。玻璃片和或玻璃陶瓷实施方式可以具有0.4mm至10mm的厚度。一些实施方式可以具有如下厚度：6mm或更小，5mm或更小，3mm或更小，2mm或更小，1.0mm或更小，750μm或更小，500μm或更小，或者250μm或更小。一些玻璃或玻璃陶瓷片实施方式可以具有如下厚度：200μm至5mm，500μm至5mm，200μm至4mm，200μm至2mm，400μm至5mm，或者400μm至2mm。在一些实施方式中，厚度可以是3mm至6mm或者0.8mm至3mm。应理解的是，制品的厚度可以落在由任意和全部前述端点形成的子范围内。
在一些实施方式中，由本文所述的玻璃陶瓷形成的制品对于1mm厚的玻璃陶瓷具有如下等双轴挠曲强度：300MPa或更大，325MPa或更大，350MPa或更大，400MPa或更大，425MPa或更大，或者450MPa或更大。等双轴挠曲强度也可以被称作环上环(RoR)强度，这是根据ASTM C1499-05所述方案进行测量的，对于测试装置和测试条件根据美国专利申请公开第2013/0045375号的[0027]段落进行一些修改，其全文通过引用结合入本文。如果玻璃陶瓷首先经过磨损的话(通常是通过碳化硅颗粒进行的)，也可以采用上文所述的方案测量磨损环上环(aRoR)强度。一些实施方式还包括具有透锂长石相的可化学强化的玻璃陶瓷，这导致挠曲强度增加。在此类实施方式中，RoR强度可以是：500MPa或更大，550MPa或更大，600MPa或更大，650MPa或更大，700MPa或更大，750MPa或更大，或者800MPa或更大。
玻璃陶瓷的一些实施方式展现出高的断裂韧度(KIC)和固有抗破坏性。如上文所述，玻璃陶瓷的一些实施方式包含互锁硅酸锂盐晶体，这导致高的断裂韧度。一个或多个实施方式的玻璃陶瓷可以包含硼，这可以作为玻璃陶瓷的残留玻璃相中的三配位硼存在，如本文所述的那样。在此类实施方式中，通过在前体玻璃中包含B2O3提供了三配位硼。
在一个或多个实施方式中，玻璃陶瓷展现出如下断裂韧度：1.0MPa·m1/2或更大，1.1MPa·m1/2或更大，1.2MPa·m1/2或更大，1.3MPa·m1/2或更大，1.4MPa·m1/2或更大，1.5MPa·m1/2或更大，1.6MPa·m1/2或更大，1.7MPa·m1/2或更大，1.8MPa·m1/2或更大，1.9MPa·m1/2或更大，或者2.0MPa·m1/2或更大。在一些实施方式中，断裂韧度的范围是1至2MPa·m1/2。应理解的是，玻璃陶瓷的断裂韧度可以落在由任意和全部前述端点形成的子范围内。可以采用本领域已知的方法来测量断裂韧度，例如，根据ASTM C1421-10，“StandardTest Methods for Determination of Fracture Toughness of Advanced Ceramics atAmbient Temperature(用于确定先进陶瓷在环境温度下的断裂韧性的标准测试方法)”，使用臂章凹口短梁测试。
在一个或多个实施方式中，玻璃陶瓷具有高的抗开裂和划痕性，表现为维氏硬度是至少600kgf/mm2。在一些实施方式中，非离子交换玻璃陶瓷展现出如下维氏硬度范围：600至900kgf/mm2，600至875kgf/mm2，600至850kgf/mm2，600至825kgf/mm2，600至800kgf/mm2，600至775kgf/mm2，600至750kgf/mm2，600至725kgf/mm2，600至700kgf/mm2，700至900kgf/mm2，700至875kgf/mm2，700至850kgf/mm2，700至825kgf/mm2，700至800kgf/mm2。在一些实施方式中，玻璃陶瓷具有如下维氏硬度：600kgf/mm2或更大，625kgf/mm2或更大，650kgf/mm2或更大，675kgf/mm2或更大，700kgf/mm2或更大，725kgf/mm2或更大，750kgf/mm2或更大，775kgf/mm2或更大，800kgf/mm2或更大，825kgf/mm2或更大，850kgf/mm2或更大，875kgf/mm2或更大，或者900kgf/mm2或更大。应理解的是，玻璃陶瓷的维氏硬度可以落在由任意和全部前述端点形成的子范围内。可以根据ASTM C1326和C1327(“Standard TestMethods for Vickers Indentation Hardness of Advanced Ceramics(先进陶瓷的维氏压痕硬度的标准测试方法)”)(及其后续版本，全都通过引用结合入本文)来测量维氏硬度。在一些实施方式中，玻璃陶瓷在通过离子交换进行化学强化之后展现出此类维氏硬度值。
在一些实施方式中，本文公开的玻璃陶瓷在离子交换之后不是易碎性的。易碎性行为指的是当基于玻璃的制品经受冲击或撞击之后的特定碎裂行为。如本文所用，作为易碎性测试的结果，当其在测试区域中展现出以下至少一种时，将基于玻璃的制品视为非易碎性的：(1)4片或更少的最大尺寸为至少1mm的碎片；和/或(2)分歧点数量小于或等于裂纹分支数量。以基于撞击点为中心的任意2英寸乘2英寸正方形来对碎片、分歧点和裂纹分支进行计数。因此，对于以下文所述方案产生破裂的撞击点为中心的任意2英寸乘2英寸的正方形，如果其满足测试(1)和(2)中的一个或两个，则将基于玻璃的制品视为是非易碎性的。在易碎性测试中，使得撞击探针与基于玻璃的制品接触，在连续接触迭代中，撞击探针进入基于玻璃的制品的深度增加。撞击探针深度的步进式增加使得通过撞击探针产生的瑕疵能够抵达张力区域，同时防止了会妨碍对基于玻璃的制品的易碎性行为进行精确确定的外部作用力的过度施加。在一个实施方式中，撞击探针在基于玻璃的制品中的深度可以是在每次迭代中增加约5μm，在每次迭代之间，使得撞击探针脱离与基于玻璃的制品的接触。测试区域是以撞击点为中心的任意2英寸乘2英寸正方形。图1显示非易碎性测试结果。如图1所示，测试区域是正方形，其以撞击点130为中心，正方形的边长a是2英寸。如图1所示的非易碎性样品包括三个碎片142，以及两个裂纹分支140和单个分歧点150。因此，如图1所示的非易碎性样品含有少于4个最大尺寸为至少1mm的碎片，并且分歧点的数量小于或等于裂纹分支的数量。如本文所用，裂纹分支源自撞击点，并且如果碎片的任何部分延伸到测试区域中，则将该碎片视为在测试区域内。虽然涂层以及粘合剂层等可结合本文所述的基于强化玻璃的制品使用，但是此类外部抑制不用于确定基于玻璃的制品的易碎性或易碎性行为。在一些实施方式中，可以在易碎性测试之前向基于玻璃的制品施加不影响基于玻璃的制品的破裂行为的膜，从而防止碎片从基于玻璃的制品弹射出来，增加了测试执行人员的安全性。
如图2所示是易碎性样品。易碎性样品包括最大尺寸是至少1mm的5个碎片142。图2所示的样品包括2个裂纹分支140和3个分歧点150，产生了比裂纹分支更多的分歧点。因此，图2所示的样品没有展现出4个或更少的碎片，或者小于或等于裂纹分支数量的分歧点数量。
在本文所述的易碎性测试中，以恰好足以释放基于强化玻璃的制品内存在的内部储存能的作用力，将撞击传递到基于玻璃的制品的表面。也就是说，点冲击作用力足以在基于强化玻璃的制品的表面上产生至少一个新裂纹，并且使得裂纹延伸通过压缩应力CS区域(即，压缩深度)进入处于中心张力CT的区域。如本文所用，“压缩深度”(DOC)表示本文所述的化学强化的制品中的应力从压缩变化至拉伸的深度。
因此，本文所述的化学强化玻璃是“非易碎性的”，即，当经受锋利物体撞击时，它们没有展现出如上文所述的易碎性行为。
此外，能够通过本领域众所周知的那些方法来对玻璃和玻璃陶瓷组合物的各种实施方式进行离子交换。在典型的离子交换过程中，在靠近玻璃和/或玻璃陶瓷的外表面的层中，玻璃中较小的金属离子被同样价态的较大金属离子所替换或者“交换”。较小离子被较大离子替换，这在玻璃和/或玻璃陶瓷的层内产生压缩应力。在一个实施方式中，金属离子是单价金属离子(例如，Na+和K+等)，以及通过将玻璃和/或玻璃陶瓷浸入浴中来完成离子交换，所述浴包含要替换玻璃或玻璃陶瓷中的较小金属离子的较大金属离子的至少一种熔盐。或者，其他单价离子(例如，Ag+、Tl+和Cu+等)可以与单价离子发生交换。用来强化玻璃和/或玻璃陶瓷的一种或更多种离子交换过程可以包括，但不限于：将玻璃浸没在单一浴中，或者将玻璃浸没在具有相似或不同组成的多个浴中，在浸没之间有洗涤和/或退火步骤。在一个或多个实施方式中，可以通过暴露于温度为430℃的熔融NaNO3来对玻璃和/或玻璃陶瓷进行离子交换。在此类实施方式中，Na+离子替换了玻璃陶瓷中的一些Li离子部分，从而建立起表面压缩层和展现出高的抗裂纹性。在2小时内，所得到的压缩应力层可以具有玻璃陶瓷表面上至少100μm的深度(也称作“压缩深度”)。在此类实施方式中，可以从Na2O浓度分布确定压缩深度。在其他例子中，可以通过如下方式对实施方式进行离子交换：暴露于温度为410℃的熔融KNO3持续2小时从而产生至少10μm的压缩深度。在一些实施方式中，可以对玻璃陶瓷进行离子交换以实现如下压缩深度：10μm或更大，20μm或更大，30μm或更大，40μm或更大，50μm或更大，60μm或更大，70μm或更大，80μm或更大，90μm或更大，或者100μm或更大。在其他实施方式中，对玻璃陶瓷进行离子交换以实现至少10MPa的中心张力。这种表面压缩层的建立对于实现相比于未经离子交换的材料更好的抗裂纹性和更高的挠曲强度是有利的。表面压缩层的离子交换进入到玻璃陶瓷制品中的浓度相比于玻璃陶瓷制品的主体(即，不包括表面压缩的区域)的离子交换进入到玻璃陶瓷制品中的浓度更高。
在一些实施方式中，玻璃陶瓷可以具有如下表面压缩应力范围：100MPa至500MPa，100MPa至450MPa，100MPa至400MPa，100MPa至350MPa，100MPa至300MPa，100MPa至250MPa，100MPa至200MPa，100MPa至150MPa，150MPa至500MPa，150MPa至450MPa，150MPa至400MPa，150MPa至350MPa，150MPa至300MPa，150MPa至250MPa，150MPa至200MPa，200MPa至500MPa，200MPa至450MPa，200MPa至400MPa，200MPa至350MPa，200MPa至300MPa，200MPa至250MPa，250MPa至500MPa，250MPa至450MPa，250MPa至400MPa，250MPa至350MPa，250MPa至300MPa，300MPa至500MPa，300MPa至450MPa，300MPa至400MPa，300MPa至350MPa，350MPa至500MPa，350MPa至450MPa，350MPa至400MPa，400MPa至500MPa，400MPa至450MPa，或者450MPa至500MPa，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。在一些实施方式中，玻璃陶瓷可以具有如下表面压缩应力：100MPa或更大，150MPa或更大，200MPa或更大，250MPa或更大，300MPa或更大，350MPa或更大，400MPa或更大，450MPa或更大，或者500MPa或更大。通过表面应力计(FSM)，例如日本折原实业有限公司(Orihara Industrial Co.,Ltd.(Japan))制造的商业仪器如FSM-6000，来测量压缩应力(包括表面压缩应力)。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，其与玻璃陶瓷的双折射相关。进而根据ASTM标准C770-16中所述的方案C(玻璃碟的方法)来测量SOC，题为“Standard Test Method for Measurement of GlassStress-Optical Coefficient(测量玻璃应力-光学系数的标准测试方法)”，其全文通过引用结合入本文。也通过FSM测量压缩深度(DOC)。采用本领域已知的散射光偏光镜(SCALP)技术来测量最大中心张力(CT)值。
在一个或多个实施方式中，用于制造玻璃陶瓷的工艺包括：在一个或多个预定温度下对前体玻璃热处理一段或多段预定时间，以诱发玻璃均质化和一个或多个晶相的结晶(即，成核和生长)(例如，具有一种或多种组成、量、几何形貌、尺寸或尺寸分布等)。在一些实施方式中，热处理可以包括：(i)以1-10℃/分钟的速率将前体玻璃加热到玻璃成核前温度；(ii)将可结晶玻璃在玻璃成核前温度维持约1/4小时至约4小时的时间，以产生成核前可结晶玻璃；(iii)以1-10℃/分钟的速率将成核前可结晶玻璃加热到成核温度(Tn)；(iv)将可结晶玻璃在成核温度维持1/4小时至4小时的时间，以产生成核的可结晶玻璃；(v)以1℃/分钟至10℃/分钟的速率将成核的可结晶玻璃加热到结晶温度(Tc)；(vi)将成核的可结晶玻璃在结晶温度维持1/4小时至4小时的时间，以产生本文所述的玻璃陶瓷；以及(vii)将形成的玻璃陶瓷冷却至室温。
如本文所用，术语“结晶温度”可以与“陶瓷化温度”或者“进行陶瓷化的温度”互换使用。此外，在这些实施方式中的术语“陶瓷化”或者“进行陶瓷化”可以共同用于表示步骤(v)、(vi)和任选的(vii)。在一些实施方式中，玻璃成核前温度可以是540℃，成核温度可以是600℃，以及结晶温度可以是630°至730℃的范围。在其他实施方式中，热处理不包括将可结晶玻璃维持在玻璃成核前温度。因此，热处理可以包括：(i)以1-10℃/分钟的速率将成核前的可结晶玻璃加热到成核温度(Tn)；(ii)将可结晶玻璃在成核温度维持1/4小时至4小时的时间，以产生成核的可结晶玻璃；(iii)以1℃/分钟至10℃/分钟的速率将成核的可结晶玻璃加热到结晶温度(Tc)；(iv)将成核的可结晶玻璃在结晶温度维持1/4小时至4小时的时间，以产生本文所述的玻璃陶瓷；以及(v)将形成的玻璃陶瓷冷却至室温。在前述实施方式中，术语“陶瓷化”和“进行陶瓷化”可以用于表示步骤(iii)、(iv)和任选的(v)的统称。在一些实施方式中，成核温度可以是700℃，以及结晶温度可以是800℃。在一些实施方式中，成核温度越高，产生越多的β-锂辉石固溶体作为次晶相。
除了可结晶玻璃组成之外，对加热到结晶温度和温度维持在结晶温度的热处理步骤的温度-时间曲线进行谨慎选择，从而产生如下一种或多种所需属性：玻璃-陶瓷的晶相，一个或多个主晶相和/或一个或多个次晶相与残留玻璃的比例，一个或多个主晶相和/或一个或多个次晶相与残留玻璃的晶相集合，以及一个或多个主晶相和/或一个或多个次晶相之间的晶粒尺寸或晶粒尺寸分布，其进而可以影响所得到的玻璃陶瓷的最终完整性、质量、颜色和/或不透明度。
可以作为片材提供所得到的玻璃陶瓷，然后可以通过压制、吹塑、弯曲、弯垂、真空成形或者其他方式将其再成形为均匀厚度的曲面或弯曲片。可以在热处理处理之前进行再成形，或者成形步骤也可作为热处理步骤，从而基本同时进行成形处理和热处理。
本文所述的玻璃陶瓷和玻璃陶瓷制品可用于各种应用，包括例如，消费者或商用电子器件中的覆盖玻璃或玻璃背板应用，包括例如LCD和LED显示器、计算机监视器和自动取款机(ATM)；触摸屏或触摸传感器应用；便携式电子器件，包括例如移动电话、个人媒体播放器和平板电脑；集成电路应用，包括例如半导体晶片；光伏应用；建筑玻璃应用；汽车或车辆玻璃应用；或者商用或家用电器应用。在各种实施方式中，消费者电子装置(例如，智能手机、平板电脑、个人电脑、超极本、电视机和照相机)、建筑玻璃和/或汽车玻璃包括如本文所述的玻璃制品。结合了本文所揭示的任意玻璃陶瓷制品的示例性制品可以是消费者电子装置，其包括：外壳；电子组件，其至少部分位于或者完全位于外壳内并且至少包括控制器、存储器和位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻的显示器；以及位于外壳的前表面或者在外壳的前表面上方的覆盖基材，从而使其位于显示器上方。在一些实施方式中，覆盖基材和/或外壳中的至少一个的至少一部分可以包括本文所揭示的任意玻璃陶瓷制品。
实施例
为了更容易地理解各种实施方式，参考以下实施例，它们旨在阐述各种实施方式。
实施例1
表1描述了用于实现有色玻璃陶瓷的实施例玻璃和玻璃陶瓷组成(以重量％计)和性质。形成具有表1列出的组成1-9的前体玻璃。表1中的前体玻璃A不包含过渡金属氧化物着色剂。然后，前体玻璃经受陶瓷化循环，其具有：玻璃均质化保持在540℃持续4小时，成核保持在600℃持续4小时，以及结晶保持在710℃的温度持续4小时。
表1：
如表1所示，包含过渡金属氧化物着色剂有效地改变了由前体玻璃1-9制造的玻璃陶瓷的颜色，而没有改变玻璃陶瓷的相集合或断裂韧度(KIC)。具体来说，每种玻璃陶瓷的相集合仍然是透锂长石和二硅酸锂盐。此外，每种实施例玻璃陶瓷对于SCI UVC条件下的光源F02，采用PerkinElmer Lambda 950光谱仪测得的CIELAB色空间中的透射颜色坐标是如下范围：L*＝20至90；a*＝-20至40；以及b*＝-60至60。
测量由前体玻璃1-9制造的厚度为1mm的玻璃陶瓷对于波长为200nm至800nm的光的透射率。如图3和4所示，每种实施例玻璃陶瓷的平均透射率小于90％。
实施例2
表1描述了用于实现有色玻璃陶瓷的实施例玻璃和玻璃陶瓷组成(以重量％计)和性质。形成具有表2列出的组成10-14的前体玻璃。然后，前体玻璃经受如下陶瓷化循环，其具有：560℃成核保持4小时，以及760℃的温度结晶保持1小时。表2还记录了前体玻璃以及所得到的玻璃陶瓷的透射颜色坐标。
表2：
测量由前体玻璃1-9制造的厚度为1mm的玻璃陶瓷对于波长为200nm至800nm的光的透射率。如图3和4所示，对于400nm至800nm的点，每种实施例玻璃陶瓷的透射率小于90％。
测量厚度为1mm的玻璃陶瓷(实线)和对应的前体玻璃(虚线)10-14的对于波长为200nm至1100nm的光的透射率。如图5-9所示，对于400nm至1100nm的点，每种实施例玻璃陶瓷的透射率小于90％。不希望受限于理论，相信图5-9所示的数据显示了可以基于所采用的陶瓷化条件来调节玻璃陶瓷的透射率。具体来说，相信使得玻璃进行更长时间段的陶瓷化(从而在玻璃陶瓷中产生更大百分比的陶瓷相)可以降低玻璃陶瓷的透射率。由此，可以采用对陶瓷化条件的控制来调节玻璃陶瓷的透射率。
因此，本文所述的各种实施方式提供了具有高强度和断裂韧度的有色玻璃陶瓷。具体来说，各种实施方式包括过渡金属氧化物形式的一种或多种着色剂，其在没有改变玻璃陶瓷的相集合或对玻璃陶瓷的强度和/或断裂韧度造成负面影响的情况下为玻璃陶瓷赋予了颜色。
对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各个实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。
Claims (20)
1.一种玻璃陶瓷制品，其包括：
透锂长石晶相；和
硅酸锂盐晶相；
其中，玻璃陶瓷制品中的透锂长石晶相和硅酸锂盐晶相各自的重量％分别大于玻璃陶瓷制品中存在的每一种其他晶相的重量％；以及
其中，玻璃陶瓷在CIELAB色空间中具有如下透射颜色坐标：
L*＝20至90；
a*＝-20至40；和
b*＝-60至60；
这是对于SCIUVC条件下的CIE光源F02而言。
2.如权利要求1所述的玻璃陶瓷制品，其中，以重量％计，玻璃陶瓷制品具有如下组成，其包含：
SiO2的量是55至80；
Al2O3的量是2至20；
Li2O的量是5至20；
P2O5的量是0.5至6；以及
ZrO2的量是0.2至15。
3.如权利要求2所述的玻璃陶瓷制品，其中，以重量％计，所述组成还包含0.01至5的选自下组的着色剂：TiO2、Fe2O3、NiO、Co3O4、MnO2、Cr2O3、CuO、Au、Ag和V2O5。
4.如权利要求3所述的玻璃陶瓷制品，其中，组成中至少80重量％的着色剂存在于玻璃陶瓷制品的残留玻璃相中。
5.如权利要求3所述的玻璃陶瓷制品，其中，组成中至少95重量％的着色剂存在于玻璃陶瓷制品的残留玻璃相中。
6.如权利要求2所述的玻璃陶瓷制品，其中，以重量％计，所述组成还包含：
Au的量是0.1至1.5；或者
Ag的量是0.1至1.5；或者
Cr2O3的量是0.05至1.0；或者
CuO的量是0.1至1.5；或者
NiO的量是0.1至2.0；或者
V2O5的量是0.1至2.0；或者
Co3O4的量是0.01至2.0。
7.如权利要求1至6中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，玻璃陶瓷制品在CIELAB色空间中具有如下透射颜色坐标：
L*＝50至90；
a*＝-20至30；和
b*＝0至40；
这是对于SCIUVC条件下的CIE光源F02而言。
8.一种玻璃陶瓷制品，其包括：
透锂长石晶相；
硅酸锂盐晶相；和
包含着色剂的残留玻璃相；
其中，
玻璃陶瓷制品具有1MPa·m1/2或更大的断裂韧度；以及
玻璃陶瓷在CIELAB色空间中具有如下透射颜色坐标：
L*＝20至90；
a*＝-20至40；和
b*＝-60至60；
这是对于SCIUVC条件下的CIE光源F02而言。
9.如权利要求8所述的玻璃陶瓷制品，其中，以重量％计，玻璃陶瓷制品具有如下组成，其包含：
SiO2的量是55至80；
Al2O3的量是2至20；
Li2O的量是5至20；
P2O5的量是0.5至6；以及
ZrO2的量是0.2至15。
10.如权利要求9所述的玻璃陶瓷制品，其中，以重量％计，所述组成还包含0.01至5的着色剂，其中，所述着色剂选自下组：TiO2、Fe2O3、NiO、Co3O4、MnO2、Cr2O3、CuO、Au、Ag和V2O5。
11.如权利要求8至10中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，至少80重量％的着色剂存在于玻璃陶瓷制品的残留玻璃相中。
12.如权利要求8至10中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，至少95重量％的着色剂存在于玻璃陶瓷制品的残留玻璃相中。
13.如权利要求9所述的玻璃陶瓷制品，其中，以重量％计，所述组成还包含：
Au的量是0.01至1.5；或者
Ag的量是0.01至1.5；或者
Cr2O3的量是0.05至1.0；或者
CuO的量是0.1至1.5；或者
NiO的量是0.1至2.0；或者
V2O5的量是0.1至2.0；或者
Co3O4的量是0.01至2.0。
14.如权利要求8至13中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，玻璃陶瓷制品在CIELAB色空间中具有如下透射颜色坐标：
L*＝50至90；
a*＝-20至30；和
b*＝0至40；
这是对于SCIUVC条件下的CIE光源F02而言。
15.如权利要求8至10中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，玻璃陶瓷制品中的透锂长石晶相和硅酸锂盐晶相各自的重量％分别大于玻璃陶瓷制品中存在的其他晶相。
16.一种玻璃陶瓷制品，其包括：
透锂长石晶相；和
硅酸锂盐晶相；
其中，
玻璃陶瓷制品中的透锂长石晶相和硅酸锂盐晶相各自的重量％分别大于玻璃陶瓷制品中存在的其他晶相；
玻璃陶瓷制品包含0.01重量％至5重量％的选自下组的着色剂：TiO2、Fe2O3、NiO、Co3O4、MnO2、Cr2O3、CuO、Au、Ag和V2O5；以及
玻璃陶瓷在CIELAB色空间中具有如下透射颜色坐标：
L*＝50至90；
a*＝-20至30；和
b*＝0至40；
这是对于SCIUVC条件下的CIE光源F02而言。
17.如权利要求16所述的玻璃陶瓷，以重量％计，其还包含：
SiO2的量是55至80；
Al2O3的量是2至20；
Li2O的量是5至20；
P2O5的量是0.5至6；以及
ZrO2的量是0.2至15。
18.如权利要求16或17所述的玻璃陶瓷制品，其中，玻璃陶瓷制品具有1MPa·m1/2或更大的断裂韧度。
19.如权利要求16至18中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，玻璃陶瓷制品具有600kgf/mm2或更大的维氏硬度。
20.如权利要求16至19中任一项所述的玻璃陶瓷，其中，玻璃陶瓷具有至少300MPa的环上环强度。
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