CN115836034A - 玻璃-陶瓷组合物、制品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了玻璃‑陶瓷组合物、由所公开的玻璃‑陶瓷组合物制成的制品及其制造方法。更具体地，本文公开了一种玻璃‑陶瓷组合物，其包含：a)约2mol％至约20mol％的Al2O3；b)约2mol％至约45mol％的Li2O；和c)约48mol％至约80mol％的SiO2；具有β‑锂辉石相和硅酸锂晶相以及任选的透锂长石相。

Description

玻璃-陶瓷组合物、制品及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年7月28日提交的美国临时申请号63/057,404的优先权权益，所述临时申请的内容以引用的方式整体并入本文。
技术领域
本发明一般涉及玻璃-陶瓷组合物、包含所述组合物的玻璃-陶瓷制品及其制造方法。
背景技术
由特定组成的玻璃成核和结晶的玻璃-陶瓷以其低热膨胀、高机械强度和良好的热稳定性而闻名。玻璃-陶瓷，诸如Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)系统，结合了近零热膨胀和良好透明度的优点，以及高断裂韧性和离子交换潜力。已知Li2O-Al2O3-SiO2玻璃-陶瓷可含有不同的相，诸如β-石英固溶体和β-锂辉石固溶体或透锂长石。还已知玻璃-陶瓷组合物的性质强烈依赖于它们的相组成。
过去已知，可通过平衡β-石英的负膨胀量和残余玻璃的正膨胀量来将玻璃-陶瓷设计成在较大温度范围内具有近零热膨胀。许多含有β-石英晶体的商业玻璃-陶瓷(Vision(Corning[11-12])、Zerodur和Ceran(Schott[13-17])、Narumi和NeoceramTM N＝0(NipponElectric[18-19]))已被用于制造辐射炉灶、透明炊具、木炉窗和防火门。
当β-石英在850℃加热八小时时形成β-锂辉石固溶体。Corning
Figure BDA0004009952060000011
9608，含有β-锂辉石主相和金红石次要相，是一种众所周知的用于低成本厨房应用的玻璃-陶瓷。然而，大多数β-锂辉石玻璃-陶瓷是不透明的，因为它们在相对较高的温度和低粘度下结晶。
因此，根据特定需要，需要具有改进的机械性质同时表现出透明、不透明或半透明性质的替代玻璃-陶瓷组合物。本公开至少部分地满足了这些需要和其他需要。
发明内容
本发明涉及一种玻璃-陶瓷组合物，其包含：a)约2mol％至约20mol％的Al2O3；b)约2mol％至约45mol％的Li2O；和c)约48mol％至约80mol％的SiO2；具有β-锂辉石相和硅酸锂晶相以及任选的透锂长石相。在更进一步的方面，当Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在时，玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的β-锂辉石相和约20％至约80％的透锂长石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的硅酸锂相。而在其他方面，当Al2O3以约7mol％至约12mol％存在时，玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的β-锂辉石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的硅酸锂相。
在更进一步的方面，所公开的玻璃-陶瓷组合物还可包含：a)0mol％至约8mol％的B2O3，b)0mol％至约8mol％的ZrO2，c)0mol％至约5mol％的P2O5，和d)0mol％至约5mol％的Na2O。
本文还公开了一种玻璃-陶瓷组合物，其包含：a)以约2mol％至约20mol％存在的Al2O3，b)以约48mol％至约80mol％存在的SiO2，c)以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；并且其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。在此类示例性方面，当Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在时，玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的β-锂辉石相和约20％至约80％的透锂长石相。而在又其他方面，当Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在且Li2O以20mol％至约25mol％存在时，玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的β-锂辉石相和约20％至约80％的透锂长石相；和次要相，所述次要相包含至多10mol％的硅酸锂相。在更进一步的方面，此类组合物还可包含：a)以约0mol％至约8mol％存在的B2O3，b)0mol％至约8mol％的ZrO2，和c)0mol％至约5mol％的P2O5。在更进一步的方面，本文所公开的组合物可包含压缩应力层。
本文还公开了一种玻璃-陶瓷制品，其包含任何前述组合物。在某些方面，还公开了一种玻璃-陶瓷制品，其包含具有压缩压力层的组合物。在此类示例性方面，公开了其中压缩压力层从制品的表面延伸至压缩压力层的深度的制品，并且其中深度为约1μm至约100μm。
还公开了一种玻璃-陶瓷制品，其包含：a)约2mol％至约20mol％的Al2O3，b)以约48mol％至约80mol％存在的SiO2；和以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。本文所公开的制品可包括中空器皿、餐具、容器、盘子、板、浮法/平板、炊具、粉末、纤维、锥体、球体、刀片或其任何组合。在更进一步的方面，本文所公开的制品可通过浮法或平板玻璃压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合形成。
本文还公开了包括以下步骤的方法：a)形成包含约2mol％至约20mol％的Al2O3、约2mol％至约45mol％的Li2O；和约48mol％至约80mol％的SiO2的混合物；b)形成均质组合物；以及c)将均质组合物陶瓷化以形成玻璃-陶瓷组合物。在更进一步的方面，本文所公开的方法还包括离子交换处理步骤，所述步骤包括在有效提供离子交换的玻璃-陶瓷组合物的条件下将玻璃-陶瓷组合物置于包含钠、钾、银或铜(I)离子或其组合的熔融盐浴中。在此类示例性方面，所形成的离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含：a)以约2mol％至约20mol％存在的Al2O3；b)以约48mol％至约80mol％存在的SiO2；c)以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；并且其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。
本文还公开了形成制品的方法，其包括形成任何以上公开的组合物以及接着形成制品，其中制品包括中空器皿、餐具、容器、盘子、板、浮法或平板、炊具、粉末、纤维、锥体、球体、刀片或其任何组合。在更进一步的方面，形成玻璃-陶瓷制品的步骤包括浮法或平板压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合。
本公开的另外的方面将部分地在详细描述、附图和随后的权利要求中列出，并且部分地将从详细描述中得出，或可通过实践本发明来学习。应理解，以上一般描述和以下详细描述都仅是示例性和解释性的，而不限制所公开的本发明。
附图说明
图1示出了Li2O-Al2O3-SiO2的相图(根据参考文献[6])。
图2A-图2B描绘了XRD图案：图2A示出了示例性玻璃-陶瓷的XRD图，其中透锂长石和LiAlSi3O8为主要两相，并且Li2SiO3为次要相；图2B示出了其他示例性玻璃-陶瓷的示例性XRD图案。当组合物中的Al2O3过高时，LiAlSi3O8相的形成是有利的。当组合物中的Al2O3过低时，Li2SiO3相的形成是有利的。当组合物中的SiO2过高时，SiO2相的形成是有利的。
图3A-图3B描绘了DSC图案：图3A示出了具有不同量的Li2O和Al2O3的样品的示例性DSC图案；图3B示出了玻璃化转变温度(Tg)随着Al2O3重量百分比的变化而变化。
图4示出了LiAlO2-SiO2的相图，表明了透锂长石和β-锂辉石相的范围(根据参考文献[25])。
图5A描绘了LAS10、LAS11和标准钠钙硅酸盐玻璃(SG80)的粘度-温度曲线；图5B描绘了LAS11样品的MYEGA拟合。
图6描绘了具有ZrO2量的示例性玻璃样品的密度。
图7描绘了不同示例性玻璃-陶瓷样品的透射率。
图8A-图8C描绘了来自SEM的不透明(图8A)、半透明(图8B)和透明(图8C)的示例性LAS玻璃-陶瓷的二次电子显微照片图像。
图9A-图9B描绘了不同示例性玻璃-陶瓷样品在不同载荷下的裂纹概率。
图10描绘了示例性LAS11玻璃和玻璃-陶瓷样品的CTE。
具体实施方式
通过参考以下详细描述、实施例、附图和权利要求以及它们的先前和以下描述，可更容易地理解本发明。然而，在公开并描述本发明制品、系统和/或方法之前应理解，除非另有说明，否则本发明并不限于所公开制品、系统和/或方法的特定或示例性方面，因此当然可发生变化。还应理解，本文所用的术语仅出于描述特定方面的目的且并不旨在具有限制性。
提供本发明的以下描述作为本发明的最好的、目前已知方面的授权教示。为此，相关领域的技术人员将意识到且了解，可对本文所述的本发明的各个方面作出许多变化，同时仍获得本发明的有益结果。还将显而易见的是，本发明的一些所需益处可通过选择本发明的一些特征而不使用其他特征来获得。因此，相关领域的普通技术人员将意识到，可对本发明进行许多修改和改编且可能甚至在某些情况下是需要的且是本发明的一部分。因此，再次提供以下描述作为本发明原理的说明且不对其进行限制。
定义
除非上下文中另外明确指明，否则如本文所用，单数形式“一种/一个(a)”、“一种/一个(an)”和“所述”包括复数个指示物。因此，例如，除非上下文另外明确指出，否则对一种“制品”的提及包括具有两种或更多种此类制品的方面。
应了解，为简洁起见在单独方面的上下文中描述的本公开的某些特征也可在单一方面中以组合提供。相反，为简便起见在单一方面的上下文中描述的本公开的多个特征也可单独或以任何合适的组合提供。
如本文所用，术语“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能或可能不发生，并且所述描述包括所述事件或情况发生的情况和不发生的情况。
还应理解，本文所用的术语仅出于描述特定方面的目的且并不旨在具有限制性。如本说明书和权利要求书中所用，术语“包含”可包括方面“由……组成”和“基本上由……组成”。除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语都具有与本发明所属领域中的普通技术人员通常所理解的相同含义。在本说明书和所附权利要求书中，将参考应在本文中定义的多个术语。
对于术语“例如”和“诸如”以及其语法等效形式，除非另有明确说明，否则短语“且不限于”应理解为遵循。
尽管阐述本公开的宽范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实例中阐述的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值都固有地含有一定的误差，所述误差必然由在它们的相应测试测量中发现的标准偏差引起。此外，当在本文中阐述变化范围的数值范围时，预期可使用包括所述值在内的这些值的任何组合。此外，范围可在本文中表示为从“约”一个特定值和/或至“约”另一特定值。当表示这样的范围时，另一方面包括从一个特定值和/或至另一特定值。
类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应理解，所述特定值形成另一方面。还应理解，每个范围的端点相对于另一端点和独立于另一端点都是重要的。除非另有说明，否则术语“约”意指在由术语“约”修饰的特定值的5％内(例如在2％或1％内)。
在本公开中，本发明的各个方面可以范围格式呈现。应理解，范围格式的描述仅仅是为了方便和简便，并且不应被理解为对本发明范围的不灵活限制。因此，范围的描述应被认为已经具体公开了所有可能的子范围以及所述范围内的各个数值。例如，对诸如1至6的范围的描述应被认为具有具体公开的子范围，诸如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等，以及所述范围内的单个数字，例如1、2、2.7、3、4、5、5.3、6以及它们之间的任何整体和部分增量。无论范围的广度如何，这都适用。
如本文所用，术语“组合物”旨在涵盖包含指定量的指定成分的产品，以及由指定量的指定成分的组合直接或间接产生的任何产品。
除非明确说明相反的情况，否则组分的重量百分比(wt.％)是基于包括所述组分的制剂或组合物的总重量。在描述玻璃组合物的方面中，除非另有说明，否则构成组分(例如，SiO2、Al2O3、B2O3等)的浓度基于氧化物以摩尔百分比(mol％)给出。
应理解，当元件称为“连接”或“耦合”至另一元件时，它可直接连接或耦合至另一元件，或可存在中间元件。相反，当元件称为“直接连接”或“直接耦合”至另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件或层之间的关系的其他词语应以类似方式解释(例如，“之间”对“直接在……之间”，“邻近”对“直接邻近”，“在……上”对“直接在……上”)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
应理解，尽管术语“第一”、“第二”等在本文中可用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分。这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分。因此，在不背离示例性实施方案的教示的情况下，下文讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可称为第二元件、组件、区域、层或部分。
可在本文使用空间相对术语(诸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等)以便于描述，从而描述一个元件或特征与另一元件或特征的关系，如图中所示。应理解，空间相对术语旨在涵盖除了图中所描绘的定向之外的在使用中或操作中的装置的不同定向。例如，如果图中的装置翻转，那么描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件接着被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，术语“下方”可涵盖上方和下方的定向两者。所述装置可以其它方式定向(旋转90度或在其他定向上)，并且相应解释本文所使用的空间相对描述符。
如本文所用，术语“基本上”意指，随后描述的事件或情况完全发生，或随后描述的事件或情况通常、典型地或大致发生。
此外，术语“基本上”在一些方面中可指至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约91％、至少约92％、至少约93％、至少约94％、至少约95％、至少约96％、至少约97％、至少约98％、至少约99％或约100％的基本上用于表征或以其他方式量化量的所述性质、组分、组合物或其他条件。
在其他方面，如本文所用，当在基本上不存在的组合物或组合物的组分的上下文中使用时，术语“基本上不含”旨在表示所述组分不是有意配合并添加到组合物中，但可作为杂质与添加到组合物中的其他组分一起存在。在此类方面，术语“基本上不含”旨在是指可存在于配合组分中的痕量，例如，基于组合物的总重量，它可以小于约1重量％，例如小于约0.5重量％、小于约0.1重量％、小于约0.05重量％或小于约0.01重量％的所述材料的量存在。
在其他方面，如本文所用，当在基本上不含缺陷的表面的上下文中使用时，术语“基本上不含”例如旨在是指具有总表面的小于约5％的缺陷、小于约4.5％的缺陷、小于约4％的缺陷、小于约3.5％的缺陷、小于约3％的缺陷、小于约2.5％的缺陷、小于约2％的缺陷、小于约1.5％的缺陷、小于约1％的缺陷、小于约0.5％的缺陷、小于约0.1％的缺陷、小于约0.05％的缺陷或小于约0.01％的缺陷的表面。
如本文所用，术语“基本上”在例如上下文“基本上相同”或“基本上相似”中是指与所比较的方法、系统或组件至少约90％、至少约91％、至少约92％、至少约93％、至少约94％、至少约95％、至少约96％、至少约97％、至少约98％、至少约99％或约100％相似的方法、系统或组件。
如本文所用，术语玻璃化转变温度或Tg可互换使用，并且定义为第二加热期间差示扫描量热法(DSC)曲线的拐点，其中样品的冷却和加热以10℃/min的速率发生，并绘制为以mW为单位的热流与以℃为单位的温度。
如本文所用，术语“液相线粘度”是指玻璃组合物在其液相线温度下的剪切粘度。
如本文所用，术语“液相线温度”是指在玻璃组合物中发生失透的最高温度。
如本文所用，术语“CTE”是指玻璃组合物在约25℃至约300℃的温度范围内平均的热膨胀系数。
如本文所用，术语“离子交换的”是指通过离子交换工艺化学强化的玻璃-陶瓷，在所述离子交换工艺中，用含有离子的加热的盐浴、喷雾或糊剂对玻璃-陶瓷组合物进行处理，所述离子具有与玻璃-陶瓷表面和/或块体中存在的离子不同的离子半径。浴(或喷雾或糊剂)中的离子取代了玻璃-陶瓷中的离子，它们的半径可更小(反之亦然，具体取决于温度条件)。经受这种离子交换处理的玻璃-陶瓷在本文中称为“离子交换的玻璃-陶瓷组合物(或制品)”。还应理解，如本文所述的离子交换工艺不限于盐浴、喷雾或糊剂，并且还可包括可确保玻璃-陶瓷内的离子交换的任何其他工艺，例如但不限于蒸汽辅助、等离子体辅助或溶胶-凝胶工艺。此外，在一些示例性和非限制性方面，例如，当在离子交换工艺中使用加热的盐浴时，可通过对浴施加电场来进一步加速此类工艺。
尽管本发明的各方面可在特定的法定类别(诸如系统法定类别)中描述和要求保护，但这仅出于方便，且本领域普通技术人员应理解，本发明的每个方面可在任何法定类别中描述和要求保护。除非另有明确说明，否则决不意味着本文阐述的任何方法或方面都被解释为要求它的步骤以特定顺序执行。因此，在权利要求书或说明书中，当方法权利要求没有特别地说明步骤是限于特定顺序时，在任何方面决非意图推断顺序。这适用于任何可能的非表达解释基础，包括关于步骤或操作流程的安排的逻辑问题、从语法组织或标点符号得出的简单含义、或本说明书中描述的方面的数量或类型。
通过参考本发明的各个方面的以下详细描述和其中包括的实例以及参考附图及它们之前和之后的描述，可更容易地理解本发明。
通过参考本发明的各个方面的以下详细描述和其中包括的实例以及参考附图及它们之前和之后的描述，可更容易地理解本发明。
组合物
在一些方面，本文描述了一种玻璃-陶瓷组合物，其包含：a)约2mol％至约20mol％的Al2O3；b)约2mol％至约45mol％的Li2O；和c)约48mol％至约80mol％的SiO2；具有β-锂辉石相和硅酸锂晶相以及任选的透锂长石相。在更进一步的方面，公开一种玻璃-陶瓷组合物，其包含：a)约3mol％至约12mol％的Al2O3；b)约13mol％至约45mol％的Li2O；和c)约48mol％至约75mol％的SiO2；具有β-锂辉石相和硅酸锂晶相以及任选的透锂长石相。
应理解，SiO2代表所公开的玻璃组合物的最大组分。SiO2是最常研究的玻璃形成氧化物之一。不希望受任何理论束缚，应理解高百分比的SiO2可导致组合物的高机械强度，因为SiO2可稳定玻璃和玻璃-陶瓷的网络结构。在某个方面，当SiO2的量不够高时，可优选地形成β-锂辉石(Li2O·Al2O3·4SiO2)和β-锂辉石固溶体(Li2O·Al2O3·nSiO2，4≤n≤10)，而不是透锂长石(Li2O·Al2O3·8SiO2)晶体。然而，在SiO2的量过高的方面，结晶与非晶的比率可能相对较低，从而导致玻璃的高熔融温度。
在本文所公开的方面，SiO2可以约48mol％至约80mol％的任何量，包括约50mol％、约51mol％、约52mol％、约53mol％、约54mol％、约55mol％、约56mol％、约57mol％、约58mol％、约59mol％、约60mol％、约61mol％、约62mol％、约63mol％、约64mol％、约65mol％、约66mol％、约67mol％、约68mol％、约69mol％、约70mol％、约71mol％、约72mol％、约73mol％、约74mol％、约75mol％、约76mol％、约77mol％、约78mol％和约79mol％的示例性值存在。应理解，SiO2可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如约45mol％至约75mol％、或约55mol％至约80mol％、或约65mol％至约80mol％、或约65mol％至约75mol％存在。
在更进一步的方面，应理解Al2O3也可以是玻璃网络结构的稳定组分。Al2O3的存在还可改进玻璃(或玻璃-陶瓷)组合物的机械性质。在某些方面，当Al2O3的量过高时，根据相图，透锂长石相分数减少。然而，当Al2O3的量过低时，可形成硅酸锂相而不是β-锂辉石固溶体。在本文所公开的方面，Al2O3可以约2mol％至约20mol％的任何量，包括约3mol％、约4mol％、约5mol％、约6mol％、约7mol％、约8mol％、约9mol％、约10mol％、约11mol％、约12mol％、约13mol％、约14mol％、约15mol％、约16mol％、约17mol％、约18mol％和约19mol％的示例性值存在。应理解，Al2O3可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如约3mol％至约12mol％、或约5mol％至约15mol％、或约6mol％至约14mol％存在。
在玻璃和玻璃-陶瓷中，可添加Li2O以形成透锂长石和β-锂辉石固溶体晶体。不希望受任何理论束缚，假定高百分比的Li2O增加玻璃陶瓷的离子交换电势，因为与可用于离子交换的Na和K相比，Li原子相对较小。然而，如果Li2O的量过高，则组合物会变得非常流动，从而影响生产成本。在本文所公开的方面，Li2O可以约2mol％至约45mol％的任何量，包括约3mol％、约4mol％、约5mol％、约6mol％、约7mol％、约8mol％、约9mol％、约10mol％、约11mol％、约12mol％、约13mol％、约14mol％、约15mol％、约16mol％、约17mol％、约18mol％、约19mol％、约20mol％、约21mol％、约22mol％、约23mol％、约24mol％、约25mol％、约26mol％、约27mol％、约28mol％、约29mol％、约30mol％、约31mol％、约32mol％、约33mol％、约34mol％、约35mol％、约36mol％、约37mol％、约38mol％、约39mol％、约40mol％、约41mol％、约42mol％、约43mol％和约44mol％的示例性值存在。应理解，Li2O可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如约13mol％至约45mol％、或约5mol％至约15mol％、或约8mol％至约12mol％存在。
在更进一步的方面，当Al2O3以约5mol％至约7.5mol％，包括约5.1mol％、约5.2mol％、约5.3mol％、约5.4mol％、约5.5mol％、约5.6mol％、约5.7mol％、约5.8mol％、约5.9mol％、约6.0mol％、约6.1mol％、约6.2mol％、约6.3mol％、约6.4mol％、约6.5mol％、约6.6mol％、约6.7mol％、约6.8mol％、约6.9mol％、约6.9mol％、约7.0mol％、约7.1mol％、约7.2mol％、约7.3mol％和约7.4mol％的示例性值存在时，玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的β-锂辉石相和约20％至约80％的透锂长石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的硅酸锂相。
在此类示例性方面，主晶相可包含约20％至约80％的β-锂辉石相，包括约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％和约75％的示例性值的β-锂辉石相。在此类示例性方面，主要相还可包含约20％至约80％的β-锂辉石相，包括约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％和约75％的示例性值的透锂长石相。而在更进一步的方面，次晶相可包含至多约10％(包括约0.01％、约0.05％、约0.1％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％、约9.5和约9.99％的示例性值)的硅酸锂相。
在更进一步的示例性方面，当Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在时，Li2O可以约20mol％至约25mol％，包括约21mol％、约21.5mol％、约22mol％、约22.5mol％、约23mol％、约23.5mol％、约24mol％和约24.5mol％的示例性值存在。
在更进一步的方面，当Al2O3以约7mol％至约12mol％，包括约7.1mol％、约7.2mol％、约7.3mol％、约7.4mol％、约7.5mol％、约7.6mol％、约7.7mol％、约7.8mol％、约7.9mol％、约8.0mol％、约8.1mol％、约8.2mol％、约8.3mol％、约8.4mol％、约8.5mol％、约8.6mol％、约8.7mol％、约8.8mol％、约8.9mol％、约9.0mol％、约9.1mol％、约9.2mol％、约9.3mol％、和约9.4mol％、约9.5mol％、约9.6mol％、约9.7mol％、约9.8mol％、约9.9mol％、约10.0mol％、约10.1mol％、约10.2mol％、约10.3mol％、约10.4mol％、约10.5mol％、约10.6mol％、约10.7mol％、约10.8mol％、约10.9mol％、约11.00mol％、约11.1mol％、约11.2mol％、约11.3mol％、约11.4mol％、约11.5mol％、约11.6mol％、约11.7mol％、约11.8mol％和约11.9mol％的示例性值存在时，玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的β-锂辉石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的硅酸锂相。在此类方面，主晶相可包含约60％至约90％的β-锂辉石相，包括约65％、约70％、约75％、约80％和约85％的示例性值的β-锂辉石相。而在其他方面，次晶相包含至多约10％(包括大于0％、约0.01％、约0.05％、约0.1％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％、约9.5％、约9.9％和约9.99％的示例性值)的硅酸锂相。
在更进一步的示例性和非限制性方面，当存在硅酸锂晶相时，这种相可包括偏硅酸锂晶相。
在更进一步的方面，β-锂辉石固溶体Li2O:Al2O3:SiO2的摩尔比可在约1:1:4与1:1:8之间的范围内，包括约1:1:5、约1:1:6和约1:1:7的示例性值。
在一些示例性方面，如本文所公开的玻璃-陶瓷组合物还可包含a)0mol％至约8mol％的B2O3，b)0mol％至约8mol％的ZrO2，c)0mol％至约5mol％的P2O5，和d)0mol％至约5mol％的Na2O。而在其他方面，如本文所公开的玻璃-陶瓷组合物还可包含a)0mol％至约5mol％的B2O3，b)0mol％至约3mol％的ZrO2，c)0mol％至约3mol％的P2O5，和d)0mol％至约3mol％的Na2O。
在此类示例性方面，B2O3可以约0mol％至约8mol％的任何量，包括约0.01mol％、约0.05mol％、约0.1mol％、约0.5mol％、约1mol％、约2mol％、约3mol％、约4mol％、约5mol％、约6mol％和约7mol％的示例性值存在。应理解，B2O3可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如约0.1mol％至约5mol％、约0.1mol％至约3mol％、或约0.1mol％至约2mol％存在。应理解，在一些方面，B2O3可降低组合物在晶体生长温度下的粘度，并在硼未被碱金属氧化物电荷平衡时提供三配位网络。不希望受任何理论束缚，假定这种示例性结构可降低原子从液体到晶体的运动的活化势垒，并且因此降低晶体生长温度并增加晶体与非晶的比率。在更进一步的方面，B2O3可增加组合物的化学耐久性和玻璃形成能力。
在进一步的方面，ZrO2可以0mol％至约8mol％的任何量，包括约0.01mol％、约0.05mol％、约0.1mol％、约0.5mol％、约1mol％、约2mol％、约3mol％、约4mol％、约5mol％、约6mol％和约7mol％的示例性值存在。应理解，ZrO2可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如0mol％至约3mol％、或约0.1mol％至约6mol％、或约2mol％至约6mol％存在。再次，不希望受任何理论束缚，假定ZrO2可增加LAS玻璃-陶瓷的透明度。不希望受任何理论束缚，假设由于较大的Zr原子，可增加活化势垒，从而导致原子从液体成功跃迁到晶体的频率降低。假设高浓度的ZrO2会降低晶体生长温度。然而，在又其他方面，较大量ZrO2的存在可提高玻璃的熔化温度。
在进一步的方面，P2O5可以0mol％至约5mol％的任何量，包括约0.01mol％、约0.05mol％、约0.1mol％、约0.5mol％、约1mol％、约2mol％、约3mol％和约4mol％的示例性值存在。应理解，P2O5可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如0mol％至约3mol％、或约0.1mol％至约5mol％、或约1mol％至约5mol％存在。在更进一步的方面，P2O5可以是产生块体成核的成核剂。不希望受任何理论束缚，假设如果P2O5的浓度低，则晶体可在表面而不是块体上生长。在此类方面，还假定晶体生长速率低。不希望受理论束缚，进一步假设如果P2O5的浓度高，则透明度会受到影响，因为晶体生长速度可能很快且难以控制。
在进一步的方面，Na2O可以0mol％至约5mol％的任何量，包括约0.01mol％、约0.05mol％、约0.1mol％、约0.5mol％、约1mol％、约2mol％、约3mol％和约4mol％的示例性值存在。应理解，Na2O可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如0mol％至约3mol％、或约0.1mol％至约2mol％、或约1mol％至约5mol％存在。不希望受任何理论束缚，假设Na2O可降低玻璃的粘度并增加玻璃形成能力。然而，在其他方面，大量的Na2O可降低结晶与非晶的比率，并且因此影响玻璃-陶瓷的韧性。
在更进一步的方面，本文公开了玻璃-陶瓷组合物，其包含：a)以约2mol％至约20mol％存在的Al2O3，b)以约48mol％至约80mol％存在的SiO2，c)以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；并且其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。而在其他方面，本文公开了玻璃-陶瓷组合物，其包含：a)以约3mol％至约12mol％存在的Al2O3，b)以约48mol％至约75mol％存在的SiO2，c)以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；并且其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。在某些方面，此类玻璃-陶瓷组合物可定义为离子交换的玻璃-陶瓷组合物。
在更进一步的方面，当R'2O包含Li2O时，组合物可包含有包含硅酸锂相的次晶相。
在更进一步的方面，在此类离子交换的组合物中，SiO2可以约48mol％至约80mol％的任何量，包括约50mol％、约51mol％、约52mol％、约53mol％、约54mol％、约55mol％、约56mol％、约57mol％、约58mol％、约59mol％、约60mol％、约61mol％、约62mol％、约63mol％、约64mol％、约65mol％、约66mol％、约67mol％、约68mol％、约69mol％、约70mol％、约71mol％、约72mol％、约73mol％、约74mol％、约75mol％、约76mol％、约77mol％、约78mol％和约79mol％的示例性值存在。应理解，SiO2可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如约45mol％至约75mol％、或约55mol％至约80mol％、或约65mol％至约80mol％、或约65mol％至约75mol％存在。
在又其他方面，在此类离子交换的组合物中，Al2O3可以约2mol％至约20mol％的任何量，包括约3mol％、约4mol％、约5mol％、约6mol％、约7mol％、约8mol％、约9mol％、约10mol％、约11mol％、约12mol％、约13mol％、约14mol％、约15mol％、约16mol％、约17mol％、约18mol％和约19mol％的示例性值存在。应理解，Al2O3可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如约3mol％至约12mol％、或约5mol％至约15mol％、或约6mol％至约14mol％存在。
在其他方面，在此类离子交换的组合物中，R’2O可以0mol％至约45mol％的任何量，包括约0.1mol％、约0.5mol％、约1mol％、约2mol％、约3mol％、约4mol％、约5mol％、约6mol％、约7mol％、约8mol％、约9mol％、约10mol％、约11mol％、约12mol％、约13mol％、约14mol％、约15mol％、约16mol％、约17mol％、约18mol％、约19mol％、约20mol％、约21mol％、约22mol％、约23mol％、约24mol％、约25mol％、约26mol％、约27mol％、约28mol％、约29mol％、约30mol％、约31mol％、约32mol％、约33mol％、约34mol％、约35mol％、约36mol％、约37mol％、约38mol％、约39mol％、约40mol％、约41mol％、约42mol％、约43mol％和约44mol％的示例性值存在。应理解，R’2O可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如约13mol％至约45mol％、或约5mol％至约15mol％、或约8mol％至约12mol％存在。
与所公开的上述组合物类似，其中Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在，玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的β-锂辉石相和约20％至约80％的透锂长石相。而在其他方面，当Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在且Li2O以20mol％至约25mol％存在时，玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的β-锂辉石相和约20％至约80％的透锂长石相；和次要相，所述次要相包含至多10mol％的硅酸锂相。在更进一步的方面，如果当Al2O3以约7mol％至约12mol％存在时，玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的β-锂辉石相；和次晶相(如果R’2O包含Li2O)，所述次晶相包含至多约10％的硅酸锂相。
在更进一步的方面，可调节R'2O的量以提供表现出所需熔化温度和/或液相线温度的玻璃组合物。不受理论束缚，例如，添加碱金属氧化物可增加包括此类前体玻璃组合物的玻璃和/或玻璃-陶瓷的热膨胀系数(CTE)和/或降低所述玻璃和/或玻璃-陶瓷的化学耐久性。玻璃组合物中过量碱的量也可确定用于形成玻璃-陶瓷的陶瓷化或热处理温度。
在更进一步的方面，此类离子交换的玻璃-陶瓷组合物还可包含：a)0mol％至约8mol％的B2O3，b)0mol％至约8mol％的ZrO2，c)0mol％至约5mol％的P2O5，和d)0mol％至约5mol％的Na2O。而在其他方面，如本文所公开的玻璃-陶瓷组合物还可包含a)0mol％至约5mol％的B2O3，b)0mol％至约3mol％的ZrO2，c)0mol％至约3mol％的P2O5，和d)0mol％至约3mol％的Na2O。
在此类示例性方面，B2O3可以约0mol％至约8mol％的任何量，包括约0.01mol％、约0.05mol％、约0.1mol％、约0.5mol％、约1mol％、约2mol％、约3mol％、约4mol％、约5mol％、约6mol％和约7mol％的示例性值存在。应理解，B2O3可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如约0.1mol％至约5mol％、约0.1mol％至约3mol％、或约0.1mol％至约2mol％存在。
在进一步的方面，ZrO2可以0mol％至约8mol％的任何量，包括约0.01mol％、约0.05mol％、约0.1mol％、约0.5mol％、约1mol％、约2mol％、约3mol％、约4mol％、约5mol％、约6mol％和约7mol％的示例性值存在。应理解，ZrO2可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如0mol％至约3mol％、或约0.1mol％至约6mol％、或约2mol％至约6mol％存在。
在进一步的方面，P2O5可以0mol％至约5mol％的任何量，包括约0.01mol％、约0.05mol％、约0.1mol％、约0.5mol％、约1mol％、约2mol％、约3mol％和约4mol％的示例性值存在。应理解，P2O5可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如0mol％至约3mol％、或约0.1mol％至约5mol％、或约1mol％至约5mol％存在。
在进一步的方面，Na2O可以0mol％至约5mol％的任何量，包括约0.01mol％、约0.05mol％、约0.1mol％、约0.5mol％、约1mol％、约2mol％、约3mol％和约4mol％的示例性值存在。应理解，Na2O可以具有任何两个前述值之间的值的任何量，例如0mol％至约3mol％、或约0.1mol％至约2mol％、或约1mol％至约5mol％存在。
在更进一步的方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)可表现出的密度为约2.00g/cm3至约2.6g/cm3，包括约2.01g/cm3、约2.02g/cm3、约2.03g/cm3、约2.04g/cm3、约2.05g/cm3、约2.06g/cm3、约2.07g/cm3、约2.08g/cm3、约2.09g/cm3、约2.1g/cm3、约2.11g/cm3、约2.12g/cm3、约2.13g/cm3、约2.14g/cm3、约2.15g/cm3、约2.16g/cm3、约2.17g/cm3、约2.18g/cm3、约2.19g/cm3、约2.20g/cm3、约2.21g/cm3、约2.22g/cm3、约2.23g/cm3、和约2.24g/cm3、约2.25g/cm3、约2.26g/cm3、约2.27g/cm3、约2.28g/cm3、约2.29g/cm3、约2.30g/cm3、约2.31g/cm3、约2.32g/cm3、约2.33g/cm3、和约2.34g/cm3、约2.35g/cm3、约2.36g/cm3、约2.37g/cm3、约2.38g/cm3、约2.39g/cm3、约2.4g/cm3、约2.41g/cm3、约2.42g/cm3、约2.43g/cm3、约2.44g/cm3、约2.45g/cm3、约2.46g/cm3、约2.47g/cm3、约2.48g/cm3、约2.49g/cm3、约2.5g/cm3、约2.51g/cm3、约2.52g/cm3、约2.53g/cm3、约2.54g/cm3、约2.55g/cm3、约2.56g/cm3、约2.57g/cm3、约2.58g/cm3和约2.59g/cm3的示例性值。
在更进一步的方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)可在约390nm至约700nm范围内的波长下表现出大于约80％的平均透射率，如对于由所述组合物制备且具有约2.00mm厚度的样品测量的。在此类示例性方面，平均透射率可大于约81％、约82％、约83％、约84％、约85％、约86％、约87％、约88％、约89％、约90％、约91％、约92％、约93％、约94％、约95％、约96％、约97％、约98％、约99％、约99.5％和约99.99％。在更进一步的方面，在约390nm至约700nm范围内(包括约400nm、约450nm、约500nm、约550nm、约600nm和约650nm的示例性值)的波长下测量平均透射率。应理解，在此类示例性方面，玻璃-陶瓷组合物基本上是透明的。在其他方面，玻璃-陶瓷组合物是透明的。在其他示例性方面，玻璃-陶瓷组合物包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为约20nm至约80nm，包括约25nm、约30nm、约35nm、约40nm、约45nm、约50nm、约55nm、约60nm、约65nm、约70nm和约75nm的示例性值。
在又其他方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)可在约390nm至约700nm范围内的波长下表现出在20％与80％之间的平均透射率，如对于由所述组合物制备且具有约2.00mm厚度的样品测量的。在此类示例性方面，平均透射率为约20％、约25％、约30％、约35、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％和约80％。在更进一步的方面，在约390nm至约700nm范围内(包括约400nm、约450nm、约500nm、约550nm、约600nm和约650nm的示例性值)的波长下测量平均透射率。应理解，在此类示例性方面，玻璃-陶瓷组合物基本上是半透明的。在又其他方面，玻璃-陶瓷组合物是半透明的。在更进一步的示例性方面，玻璃-陶瓷组合物包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为约80nm至约500nm，包括约100nm、约120nm、约150nm、约170nm、约200nm、约220nm、约250nm、约270nm、约300nm、约320nm、约350nm、约370nm、约400nm、约420nm、约450nm和约470nm的示例性值。
在又其他方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)可在约390nm至约700nm范围内的波长下表现出低于20％的平均透射率，如对于由所述组合物制备且具有约2.00mm厚度的样品测量的。在此类示例性方面，平均透射率为约20％、约19％、约18％、约17、约16％、约15％、约14％、约13％、约12％、约11％、约10％、约9％、约8％、约7、约6％、约5％、约4％、约3％、约2％和约1％。在更进一步的方面，在约390nm至约700nm范围内(包括约400nm、约450nm、约500nm、约550nm、约600nm和约650nm的示例性值)的波长下测量平均透射率。应理解，在此类示例性方面，玻璃-陶瓷组合物基本上是不透明的。在又其他方面，玻璃-陶瓷组合物是不透明的。在更进一步的示例性方面，玻璃-陶瓷组合物包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为大于约500nm、大于约550nm、大于约600nm、大于约650nm、大于约700nm、大于约750nm、大于约800nm、大于约850nm、大于约900nm、大于约950nm或大于约1,000nm。
在其他方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)可表现出等于或大于约6.0GPa、或大于约7GPa、或大于约8GPa、或大于约9GPa或大于约10GPa的维氏硬度。
在更进一步的方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)可表现出的维氏硬度比标准钠钙硅酸盐玻璃的维氏硬度高至少约5％，或比标准钠钙硅酸盐玻璃的维氏硬度大至少约7％、大至少约10％、大至少约15％、大至少约20％、大至少约25％或大至少约50％。
在其他方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)可表现出大于约0.2kgf、约0.4kgf、约0.6kgf、约0.8kgf、或大于约1kgf、或大于约1.5kgf、大于约2kgf、大于约5kgf或大于约10kgf的抗裂性。在更进一步的示例性方面，本文所公开的玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)可表现出比标准钠钙硅酸盐玻璃的抗裂性高至少4倍、高至少5倍、高至少6倍、高至少7倍、高至少8倍、高至少9倍或高至少10倍的抗裂性。
在更进一步的方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)可表现出的热膨胀系数为约40x10-7℃至约90x10-7/℃，包括约41x10-7/℃、约42x10-7/℃、约43x10-7/℃、约44x10-7/℃、约45x10-7/℃、约46x10-7/℃、约47x10-7/℃、约48x10-7/℃、约49x10-7/℃、约50x10-7/℃、约51x10-7/℃、约52x10-7/℃、约53x10-7/℃、约54x10-7/℃、约55x10-7/℃、约56x10-7/℃、约57x10-7/℃、约58x10-7/℃、约59x10-7/℃、约60x10-7/℃、约61x10-7/℃、约62x10-7/℃、约63x10-7/℃、约64x10-7/℃、约65x10-7/℃、约66x10-7/℃、约67x10-7/℃、约68x10-7/℃、约69x10-7/℃、约70x10-7/℃、约71x10-7/℃、约72x10-7/℃、约73x10-7/℃、约74x10-7/℃、约75x10-7/℃、约76x10-7/℃、约77x10-7/℃、约78x10-7/℃、约79x10-7/℃、约80x10-7/℃、约81x10-7/℃、约82x10-7/℃、约83x10-7/℃、约84x10-7/℃、约85x10-7/℃、约86x10-7/℃、约87x10-7/℃、约88x10-7/℃和约89x10-7/℃的示例性值。应理解，在此类方面，℃在约25℃至约300℃的范围内取平均的。应理解，玻璃-陶瓷组合物可包含任何两个前述值之间的任何热膨胀值。
在更进一步的方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)包括约450℃至约600℃(包括约460℃、约470℃、约480℃、约490℃、约500℃、约510℃、约520℃、约530℃、约540℃、约550℃、约560℃、约570℃、约580℃和约590℃的示例性值)的玻璃化转变温度(Tg)。
在更进一步的方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)可包含一种或多种澄清剂。在某些方面，组合物可包含大于0mol％至约1mol％(包括约0.1摩尔％、约0.2mol％、约0.3mol％、约0.4mol％、约0.5mol％、约0.6mol％、约0.7mol％、约0.8mol％和约0.9mol％的示例性值)的澄清剂。应理解，澄清剂可以具有任何两个前述值之间的值的任何量存在。
在更进一步的方面，澄清剂可包括本领域已知的任何澄清剂。在某些方面，澄清剂可包含盐、金属氧化物或其任何组合。在某些方面，当澄清剂包含盐时，此类盐可包括硫酸盐、氯化物、碘化物、溴化物或其组合。而在进一步的方面，当澄清剂包含金属氧化物时，金属氧化物可包括CeO2、SnO2、Fe2O3、As2O3、Sb2O3、MnO2或其组合。然而，在其他方面，玻璃组合物不包含任何重金属。在此类方面，玻璃组合物基本上不含重金属。
在某些方面，添加澄清剂可减少玻璃熔体中的气泡形成，以减少玻璃-陶瓷中的气泡数量。
应理解，在一些方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物(玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物)还可包含其他组分。例如但不限于，所公开的组合物可包含一种或多种着色组分。在此类方面，所述一种或多种着色组分选自过渡金属氧化物和/或稀土金属氧化物。例如但不限于，所述一种或多种着色组分可包括V2O5、Cr2O3、TiO2、MnO2、NiO、ZnO、CuO、Co3O4及其组合。在存在着色组分的方面，这些组分以等于或小于约1mol％、小于约0.9mol％、小于约0.8mol％、小于约0.7mol％、小于约0.6mol％、小于约0.5mol％、小于约0.4mol％、小于约0.3mol％、小于约0.2mol％、小于约0.1mol％的总量存在。应理解，着色组分可以具有任何两个前述值之间的值的任何量存在。
在更进一步的方面，为了避免对本文所公开的玻璃-陶瓷组合物产生可能的不希望的着色效果，可添加一些痕量的脱色剂。在此类方面，脱色剂可包括硫酸钠、硒化合物、氧化铒、氧化铈、氧化钴、氧化锰和其他多价元素中的一种或多种。在更进一步的方面，这些脱色剂可通过本领域已知的任何机制(包括化学和/或物理机制)减少着色。在更进一步的方面，这些剂可以等于或小于约1mol％、小于约0.9mol％、小于约0.8mol％、小于约0.7mol％、小于约0.6mol％、小于约0.5mol％、小于约0.4mol％、小于约0.3mol％、小于约0.2mol％、小于约0.1mol％、小于约0.05mol％或小于约0.01mol％的总量存在。应理解，脱色剂可以具有任何两个前述值之间的值的任何量存在。
在更进一步的方面，本文所公开的任何玻璃-陶瓷组合物可以是可离子交换的。
在更进一步的方面，此类离子交换的玻璃-陶瓷组合物也可以是基本上透明的。而在其他方面，此类离子交换的玻璃-陶瓷组合物是基本上半透明的。而在更进一步的方面，此类离子交换的玻璃-陶瓷组合物是基本上不透明的。
在更进一步的方面，这些离子交换的玻璃-陶瓷组合物可包含压缩应力层。应理解，这种层是通过离子交换工艺形成的。
在更进一步的方面，当玻璃-陶瓷组合物包含R'2O，并且当R'2O包括Ag2O和/或Cu2O和/或CuO时，此类组合物还可表现出抗微生物、抗病毒、抗细菌和/或抗真菌性质。
在更进一步的方面，本文所述的玻璃组合物在约400nm至约800nm范围内的波长下可以是基本上透明的。在一些示例性和非限制性方面，玻璃组合物在约400nm至约800nm范围内(包括约430nm、约450nm、约470nm、约500nm、约530nm、约550nm、约570nm、约600nm、约630nm、约650nm、约670nm、约700nm、约730nm、约750nm和约770nm的示例性值)的波长下表现出大于约87％、大于约88％、大于约89％、大于约90％、大于约91％、大于约92％、大于约93％、大于约94％、大于约95％、大于约96％、大于约97％、大于约98％、大于约99％的百分比透射率。
制品
在某些方面，本文公开了包含任何以上公开的组合物的制品。例如但不限于，本文公开了制品，其包含：a)约2mol％至约20mol％的Al2O3；b)约2mol％至约45mol％的Li2O；和约48mol％至约80mol％的SiO2；具有β-锂辉石相和硅酸锂晶相以及任选的透锂长石相。而在其他方面，本文公开了制品，其包含：a)约3mol％至约12mol％的Al2O3；b)约13mol％至约45mol％的Li2O；和约48mol％至约75mol％的SiO2；具有β-锂辉石相和硅酸锂晶相以及任选的透锂长石相。
而在其他方面，本文公开了制品，其包含：a)约2mol％至约20mol％的Al2O3，b)以约48mol％至约80mol％存在的SiO2；和以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。而在其他方面，本文公开了制品，其包含：a)约3mol％至约12mol％的Al2O3，b)以约48mol％至约75mol％存在的SiO2；和以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。
在某些方面，还公开了玻璃-陶瓷制品，其包含具有压缩压力层的组合物。在此类示例性方面，压缩压力层可从制品的表面延伸至压缩压力层的深度，其中深度为约1μm至约100μm，包括约2μm、约5μm、约10μm、约15μm、约20μm、约25μm、约30μm、约35μm、约40μm、约45μm、约50μm、约55μm、约60μm、约65μm、约70μm、约75μm、约80μm、约85μm、约90μm和约95μm的示例性值。在更进一步的方面，压缩层的深度可至多为玻璃-陶瓷制品厚度的约25％，包括玻璃-陶瓷制品厚度的约1％、约5％、约10％、约15％和约20％的示例性值。
在更进一步的方面，压缩压力层可表现出至少约10MPa、至少约20MPa、至少约50MPa、至少约80MPa、至少约100MPa、至少约120MPa、至少约150MPa、至少约180MPa、至少约200MPa、至少约210MPa或至少约250MPa的压缩应力。
在更进一步的方面，本文所公开的制品表现出比在类似条件下测试的标准钠钙硅酸盐玻璃高至少10％、或至少15％、或至少20％、或至少25％、或至少30％、或至少35％、或至少40％、或至少45％、或至少50％的环对环强度。
在更进一步的方面，制品可以是基本上透明的。而在其他方面，制品可以是基本上半透明的。而在其他方面，制品可以是基本上不透明的。在更进一步的方面，制品可包含有包含着色组分的组合物。在此类示例性方面，制品可具有颜色。
在更进一步的方面，制品可包括本领域已知的任何需要本文所公开的机械和光学性质的制品。而在其他方面，本文所公开的制品可包括中空器皿、餐具、容器、盘子、板(包括通过浮法工艺制备的板)、炊具、粉末、纤维、锥体、球体、刀片或其任何组合。在更进一步的方面，本文所公开的制品可通过任何工艺形成。例如，制品可通过浮法或平板压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合形成。而在更进一步的方面，本文所公开的制品也可用于各种电子装置或便携式计算装置、光漫射器、汽车、电器、医疗工业、食品工业和甚至建筑应用。在更进一步的方面，本文所公开的制品可具有本领域已知的形状或构造。
本文还公开了一种餐具，其包含任何以上公开的玻璃-陶瓷组合物。在某些方面但不限于，餐具可包括吹制和/或压制产品。在更进一步的示例性方面，餐具可通过压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合形成。在其他方面，本文公开了一种中空器皿，其包含任何以上公开的玻璃-陶瓷组合物。在某些方面但不限于，中空器皿可通过压吹工艺、吹吹工艺或其组合形成。本文还公开了一种炊具，其包含任何以上公开的玻璃-陶瓷组合物。在更进一步的方面，本文公开了一种粉末，其包含任何以上公开的玻璃-陶瓷组合物。在某些方面但不限于，炊具可通过压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合形成。而在其他方面，本文公开了一种纤维，其包含任何以上公开的玻璃-陶瓷组合物。在某些方面但不限于，纤维可包括连续或不连续的纤维产品或玻璃纤维增强复合材料。
方法
本文还公开了制备所公开的组合物和所公开的制品的方法。在某些方面，本文公开了一种包括以下步骤的方法：a)形成包含约2mol％至约20mol％的Al2O3、约2mol％至约45mol％的Li2O；和约48mol％至约80mol％的SiO2的混合物；b)形成均质组合物；以及c)将均质组合物陶瓷化以形成玻璃-陶瓷组合物。
在其他方面，本文公开了一种包括以下步骤的方法：a)形成包含约3mol％至约12mol％的Al2O3、约13mol％至约45mol％的Li2O；和约48mol％至约75mol％的SiO2的混合物；b)形成均质组合物；以及c)将均质组合物陶瓷化以形成玻璃-陶瓷组合物。
应理解，Al2O3、Li2O和SiO2可以如上述组合物中所公开的任何量存在。
在更进一步的方面，通过本文所公开的方法形成的混合物还可包含0mol％至约8mol％的ZrO2、或0mol％至约5mol％的P2O5或其组合。而在其他方面，通过本文所公开的方法形成的混合物还可包含0mol％至约3mol％的ZrO2、或0mol％至约3mol％的P2O5或其组合。应理解，ZrO2和P2O5可以如上述组合物中所公开的任何量存在。
在更进一步的方面，形成均质组合物的步骤包括在约1300℃至约1,700℃的温度下将混合物在炉中熔化持续第一预定时间。在此类温度下，炉中的温度可为在约1,300℃至约1,700℃范围内的任何温度，包括约1,310℃、约1,320℃、约1,330℃、约1,340℃、约1350℃、约1,360℃、约1,370℃、约1,380℃、约1,390℃、约1,400℃、约1,410℃、约1,420℃、约1,430℃、约1,440℃、约1,450℃、约1,460℃、约1,470℃、约1,480℃、约1,490℃、约1,500℃、约1,510℃、约1,520℃、约1,530℃、约1,540℃、约1,550℃、约1,560℃、约1,570℃、约1,580℃、约1,590℃、约1,600℃、约1,610℃、约1,620℃、约1,630℃、约1,640℃、约1,650℃、约1,660℃、约1,670℃、约1,680℃和约1,690℃的示例性值。
在更进一步的方面，本文所公开的方法还包括在约450℃至约700℃的温度下退火的步骤，所述温度包括约460℃、约470℃、约480℃、约490℃、约500℃、约510℃、约520℃、约530℃、约540℃、约550℃、约560℃、约570℃、约580℃、约590℃、约600℃、约610℃、约620℃、约630℃、约640℃、约650℃、约660℃、约670℃、约680℃和约690℃的示例性值。
在更进一步的方面，陶瓷化步骤包括将均质组合物在成核温度下加热持续第二预定时间。在此类示例性方面，成核温度为450℃至约700℃，包括约460℃、约470℃、约480℃、约490℃、约500℃、约510℃、约520℃、约530℃、约540℃、约550℃、约560℃、约570℃、约580℃、约590℃、约600℃、约620℃、约630℃、约640℃、约650℃、约660℃、约670℃、约680℃、约690℃的示例性值。
在更进一步的方面，在本文所公开的方法中，陶瓷化步骤还包括以约5℃/min至约15℃/min的速率将组合物加热至结晶温度并将组合物在结晶温度下保持持续第三预定时间的步骤。在此类示例性方面，加热以约5℃/min至约15℃/min的速率进行，包括约6℃/min、约7℃/min、约8℃/min、约9℃/min、约10℃/min、约11℃/min、约12℃/min、约13℃/min和约14℃/min的示例性方面。
在更进一步的方面，结晶温度为约580℃至约800℃，包括约590℃、约600℃、约610℃、约620℃、约630℃、约640℃、约650℃、约660℃、约670℃、约680℃、约690℃、约700℃、约710℃、约720℃、约730℃、约740℃、约750℃、约760℃、约770℃、约780℃和约790℃的示例性值。
应理解，本领域技术人员可调节成核和结晶温度以适应上述范围内的不同玻璃组合物。
在又其他方面，第一预定时间为约0.5小时至约20小时，包括约1小时、约1.5小时、约2小时、约2.5小时、约3小时、约3.5小时、约4小时、约4.5小时、约5小时、约5.5小时、约6小时、约6.5小时、约7小时、约7.5小时、约8小时、约9.5小时、约10小时、约10.5小时、约11小时、约11.5小时、约12小时、约12.5小时、约13小时、约13.5小时、约14小时、约14.5小时、约15小时、约15.5小时、约16小时、约16.5小时、约17小时、约17.5小时、约18小时、约18.5小时、约19小时和约19.5小时的示例性值。
在又其他方面，第一预定时间为约3小时至约5小时，包括约3.1小时、约3.2小时、约3.3小时、约3.4小时、约3.5小时、约3.6小时、约3.7小时、约3.8小时、约3.9小时、约4.0小时、约4.1小时、约4.2小时、约4.3小时、约4.4小时、约4.5小时、约4.6小时、约4.7小时、约4.8小时和约4.9小时的示例性值。
在又其他方面，第二预定时间为约0.5小时至约20小时，包括约1小时、约1.5小时、约2小时、约2.5小时、约3小时、约3.5小时、约4小时、约4.5小时、约5小时、约5.5小时、约6小时、约6.5小时、约7小时、约7.5小时、约8小时、约9.5小时、约10小时、约10.5小时、约11小时、约11.5小时、约12小时、约12.5小时、约13小时、约13.5小时、约14小时、约14.5小时、约15小时、约15.5小时、约16小时、约16.5小时、约17小时、约17.5小时、约18小时、约18.5小时、约19小时和约19.5小时的示例性值。
在又其他方面，第二预定时间为约3小时至约5小时，包括约3.1小时、约3.2小时、约3.3小时、约3.4小时、约3.5小时、约3.6小时、约3.7小时、约3.8小时、约3.9小时、约4.0小时、约4.1小时、约4.2小时、约4.3小时、约4.4小时、约4.5小时、约4.6小时、约4.7小时、约4.8小时和约4.9小时的示例性值。
在又其他方面，第三预定时间为约0.5小时至约20小时，包括约1小时、约1.5小时、约2小时、约2.5小时、约3小时、约3.5小时、约4小时、约4.5小时、约5小时、约5.5小时、约6小时、约6.5小时、约7小时、约7.5小时、约8小时、约9.5小时、约10小时、约10.5小时、约11小时、约11.5小时、约12小时、约12.5小时、约13小时、约13.5小时、约14小时、约14.5小时、约15小时、约15.5小时、约16小时、约16.5小时、约17小时、约17.5小时、约18小时、约18.5小时、约19小时和约19.5小时的示例性值。
在又其他方面，第三预定时间为约3小时至约5小时，包括约3.1小时、约3.2小时、约3.3小时、约3.4小时、约3.5小时、约3.6小时、约3.7小时、约3.8小时、约3.9小时、约4.0小时、约4.1小时、约4.2小时、约4.3小时、约4.4小时、约4.5小时、约4.6小时、约4.7小时、约4.8小时和约4.9小时的示例性值。
在又其他方面，第一预定时间、第二预定时间和/或第三预定时间可相同或不同。
在某些方面，在本文所公开的方法中，P2O5可作为成核剂。如本文所用，术语“成核剂”是指玻璃-陶瓷(和/或前体玻璃组合物和/或包括这种组合物的玻璃)中用作核本身起点的组分(即，是产生晶相的均质或非晶相中的不连续或缺陷)，并且不需要其他组分来促进成核。应理解，在其他示例性方面，TiO2和/或ZrO2也可用作成核剂。
而在其他方面，ZrO2可以是晶体大小生长限制剂。
本文还公开了这样的方面，其中通过本文所公开的方法形成的玻璃-陶瓷组合物可包含β-锂辉石相、任选的透锂长石相和硅酸锂晶相。
在更进一步的方面，通过所公开的方法形成的玻璃-陶瓷组合物可包含约5mol％至约7.5mol％量的Al2O3，所述量包括约5.1mol％、约5.2mol％、约5.3mol％、约5.4mol％、约5.5mol％、约5.6mol％、约5.7mol％、约5.8mol％、约5.9mol％、约6.0mol％、约6.1mol％、约6.2mol％、约6.3mol％、约6.4mol％、约6.5mol％、约6.6mol％、约6.7mol％、约6.8mol％、约6.9mol％、约6.9mol％、约7.0mol％、约7.1mol％、约7.2mol％、约7.3mol％和约7.4mol％的示例性值。在此类示例性值中，玻璃-陶瓷制品包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的β-锂辉石相，包括25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％和约75％的示例性值的β-锂辉石相。在更进一步的方面，主要相可包含约20％至约80％的透锂长石相，25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％和约75％的β-锂辉石相。在更进一步的方面，此类组合物可包含次晶相，所述次晶相包含至多约10％(包括约0.01％、约0.05％、约0.1％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％、约9.5和约9.99％的示例性值)的硅酸锂相。
在更进一步的示例性方面，当Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在时，Li2O可以约20mol％至约25mol％，包括约21mol％、约21.5mol％、约22mol％、约22.5mol％、约23mol％、约23.5mol％、约24mol％和约24.5mol％的示例性值存在。
在更进一步的方面，通过所公开的方法形成的玻璃-陶瓷组合物可包含约7mol％至约12mol％量的Al2O3，所述量包括约7.1mol％、约7.2mol％、约7.3mol％、约7.4mol％、约7.5mol％、约7.6mol％、约7.7mol％、约7.8mol％、约7.9mol％、约8.0mol％、约8.1mol％、约8.2mol％、约8.3mol％、约8.4mol％、约8.5mol％、约8.6mol％、约8.7mol％、约8.8mol％、约8.9mol％、约9.0mol％、约9.1mol％、约9.2mol％、约9.3mol％、和约9.4mol％、约9.5mol％、约9.6mol％、约9.7mol％、约9.8mol％、约9.9mol％、约10.0mol％、约10.1mol％、约10.2mol％、约10.3mol％、约10.4mol％、约10.5mol％、约10.6mol％、约10.7mol％、约10.8mol％、约10.9mol％、约11.00mol％、约11.1mol％、约11.2mol％、约11.3mol％、约11.4mol％、约11.5mol％、约11.6mol％、约11.7mol％、约11.8mol％和约11.9mol％的示例性值。在此类示例性方面，玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的β-锂辉石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的硅酸锂相。在此类方面，主晶相可包含约60％至约90％的β-锂辉石相，包括约65％、约70％、约75％、约80％和约85％的示例性值的β-锂辉石相。而在其他方面，次晶相包含至多约10％(包括大于0％、约0.01％、约0.05％、约0.1％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％、约9.5％、约9.9％和约9.99％的示例性值)的硅酸锂相。在更进一步的方面，当存在硅酸锂晶相时，所述相可包括偏硅酸锂晶相。
在更进一步的方面，由本文所公开的组合物形成的混合物还可包含约0mol％至约8mol％的B2O3和0mol％至约8mol％的Na2O。而在更进一步的方面，由本文所公开的组合物形成的混合物还可包含约0mol％至约5mol％的B2O3和0mol％至约3mol％的Na2O。应理解，B2O3和Na2O可以如上述组合物中所公开的任何量存在。
在更进一步的方面，本文所公开的方法可包括离子交换处理步骤，所述步骤包括将玻璃-陶瓷组合物置于熔融盐浴中。在此类方面，熔融盐浴可包含可用于玻璃-陶瓷组合物的离子交换的任何离子。在某些方面，熔融浴可包含钠、钾、银或铜(I)离子或其组合。在其他方面，离子交换处理可在有效提供离子交换的玻璃-陶瓷组合物的条件下进行。
在更进一步的方面，熔融浴可包含任何公开的离子或其混合物。在某些方面，有效提供离子交换的玻璃-陶瓷组合物的条件包括将玻璃-陶瓷组合物暴露于约380℃至约500℃的温度下的熔融盐，所述温度包括约390℃、约400℃、约410℃、约420℃、约430℃、约440℃、约450℃、约460℃、约470℃、约480℃和约490℃的示例性值，并且持续约4小时至约20小时的时间段，包括约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时、约10小时、约11小时、约12小时、约13小时、约14小时、约15小时、约16小时、约17小时、约18小时和约19小时的示例性值。
在一些进一步的示例性和非限制性方面，离子交换处理步骤可在陶瓷化步骤之后进行。
还应理解，在本文所公开的方面，离子交换处理步骤可包括将本文所公开的组合物置于包含一种或多种熔融氧化物的第一熔融浴中以及形成第一离子交换的组合物。而在其他方面，所述方法还可包括将第一离子交换的组合物置于包含一种或多种熔融氧化物的第二浴中以及形成第二离子交换的组合物，并且以此类推，直到形成所需的离子交换组合物。应理解，在这些示例性和非限制性方面，第一熔融浴组合物和第二熔融浴组合物可包含相同或不同的熔融氧化物。在其他方面，所需的离子交换组合物可在一个步骤中形成。在一些示例性方面，包含钾(K)离子(或银(Ag)或铜(Cu)(I))或Cu(II)的熔融浴可替代玻璃-陶瓷组合物中的钠(Na)离子或锂(Li)离子，具体取决于温度条件。在又其他示例性方面，包含钠(Na)离子的熔融浴可进一步替代玻璃-陶瓷组合物中的锂(Li)离子，具体取决于温度条件。在更进一步的方面，还可存在其他碱金属离子，诸如铯或铷。在又其他示例性和非限制性方面，如果需要，也可用二价金属离子诸如钙、钡或镁进行离子交换。还应理解，熔融浴可包含本领域已知的任何所需金属离子的盐，例如，所述盐可包括硝酸盐、硫酸盐、卤化物等。
还应理解，可考虑本领域已知的任何离子交换机制。在某些方面，组合物中的较大离子可被浴中的较小离子替代。然而，在进一步的方面，组合物中的较小离子被浴中的较大离子替代。此类离子交换工艺可通过调整温度和暴露时间来控制。
在更进一步的方面，当浴包含银或铜离子时，所形成的离子交换组合物可对材料表现出抗微生物、抗细菌、抗真菌或抗病毒性质。
在更进一步的方面，离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含：a)以约2mol％至约20mol％存在的Al2O3；b)以约48mol％至约80mol％存在的SiO2；c)以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；并且其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。而在其他方面，离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含：a)以约3mol％至约12mol％存在的Al2O3；b)以约48mol％至约75mol％存在的SiO2；c)以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；并且其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。应理解，本文所公开的任何组分可包含如上述组合物中公开的任何量。
在更进一步的方面，本文所公开的方法提供包含压缩应力层的离子交换的玻璃-陶瓷组合物。应理解，通过所公开的方法形成的压缩压力层可表现出上述的任何性质，并且具有如上所述的任何厚度或深度。在更进一步的方面，压缩应力层的性质可通过各种离子交换处理步骤来调整，所述离子交换处理步骤诸如单个离子交换步骤或多个离子交换程序，如上所述。
还应理解，在某些方面，通过离子交换添加的离子的量和类型可影响组合物的透明度。然而，在其他方面，通过离子交换添加的离子的量和类型可影响组合物的热膨胀系数(CTE)。不受理论束缚，例如，添加碱金属氧化物可增加玻璃和/或玻璃-陶瓷的热膨胀系数(CTE)和/或降低所述玻璃和/或玻璃-陶瓷的化学耐久性。
在更进一步的方面，玻璃-陶瓷组合物和离子交换的玻璃-陶瓷组合物可表现出任何以上公开的特性和性质。在此类示例性方面，这些组合物可以是透明的、半透明的或不透明的，并且具有任何以上公开的中等粒度。
在更进一步的方面，本文所公开的方法包括形成玻璃-陶瓷制品的步骤。可使用本领域已知的任何形成或成型制品的方法。例如但不限于，形成玻璃-陶瓷制品的方法可包括对玻璃进行下拉(通过狭槽拉制或熔合拉制工艺)、浮法加工或薄轧制。在又其他方面，所述方法可包括将玻璃或玻璃-陶瓷成型为任何所需形状。还可使用各种成型方法，诸如铸造、模制、压制、轧制、浮法等。在更进一步的方面，本文所公开的制品可通过浮法/平板玻璃压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合形成。
在更进一步的方面，通过本文所公开的方法形成的制品可包括中空器皿、餐具、容器、盘子、板、浮法/平板、炊具、粉末、纤维、锥体、球体、刀片或其任何组合。
实施例
提出以下实施例是为向本领域普通技术人员提供如何制造和评价本文所要求保护的化合物、组合物、制品、装置和/或方法的完整公开和描述，并且旨在仅为示例性的而不旨在限制本公开。已努力确保关于数字(例如，量、温度等)的准确性，但应考虑到一些误差和偏差。
LAS玻璃-陶瓷样品是使用Li2CO3(Alfa Aesar，USA，99％)、SiO2(Alfa Aesar，USA，99.5％)、Al2O3(Alfa Aesar，USA，99.5％)、H3BO3(Acros Organics，USA，99+％)、Na2CO3(J.T.Baker，USA)、Al(PO3)3(Alfa Aesar，USA)、ZrO2(Fisher Chemical，USA)的粉末制备的。Li2CO3、SiO2和Al2O3的组成主要基于SiO2-Al2O3-Li2O的相图(如图1所示，M.KrishnaMurthy等人,Phase equilibria in the system lithium metasilicate–β-eucryptite,J.Am.Ceram.Soc.37(1)(1954)14-17)。由于残余玻璃的组成与晶体的组成不同，因此研究了Li2O和Al2O3的梯度，以最大化最终玻璃-陶瓷中透锂长石和β-锂辉石晶体的百分比。使用P2O5作为成核剂以引入块体成核，并加快晶相的成核速率，并且使用ZrO2限制晶体大小以获得透明度。研究了不同量的P2O3和ZrO2以改变晶体的数量和大小，以优化透明度并提高机械强度。B2O3和Na2O用于促进玻璃形成能力。如本文所制备的各种玻璃-陶瓷样品的组成示于表1中。
在本实施例中，将200g粉末的混合物在1,550℃的铂坩埚中双重熔化，并保持3h和5h以进行均质化和澄清化。将熔融玻璃倒在不锈钢板上，在520℃下退火多于8h，并且在炉中缓慢冷却至室温以释放热应力。使用Polariscope验证均质性以避免玻璃-陶瓷中不必要的成核和晶体生长。
将玻璃样品切成小片并准备用于陶瓷化。选择不同的温度作为成核温度，在通过差示扫描量热法(DSC)测得的玻璃化转变温度(Tg)以上的小范围内。根据通过DSC测得的结晶温度选择不同的晶体生长。将小玻璃片在成核温度下保持4h，以10℃/min升高至晶体生长温度，保持4h以进行晶体生长，并且在炉中缓慢冷却至室温。
将玻璃样品研磨成粉末并通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(InductivelyCoupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy，ICP-AES)进行测量，以研究玻璃样品与配合料之间的组成差异。DSC测量使用TA公司的SDT 600以10℃/min进行加热-冷却-加热实验，以了解玻璃化转变温度和结晶温度。冷却工艺提供了已知的热历史，并且Tg被记录为玻璃化转变区域中的起始温度。使用旋转粘度计(VIS403，TA Instruments)在100.7-106.6Pa·s范围内以20K/min的冷却速率测量粘度-温度参数。观察到的高冷却速率被认为是由于锂铝硅酸盐玻璃的过冷液体的结晶导致的。
玻璃和玻璃-陶瓷的密度均使用阿基米德方法在室温下以蒸馏水作为液体介质进行测量。使用具有Cu Kα辐射(40kV和40mA)源的PANalytical Empryean X射线衍射仪获得X射线衍射(XRD)图案(2θ，10°至70°)以鉴定晶相并计算不同晶体的百分比。
使用Perkin-Elmer Lambda 950 UV-VIS-NIR分光光度计获得250nm至800nm范围内的紫外-可见(UV-VIS)透射光谱。将用于UV-VIS光谱的玻璃-陶瓷样品光学抛光至等厚(2.0±0.1mm)。
表1.LAS玻璃-陶瓷配合料的组成.
Figure BDA0004009952060000371
维氏硬度和韧性是通过使用Mitutoyo HM-200显微硬度测试计测定的。在136°金刚石压头下，在每个样品的抛光表面上测量至少10个压痕。在0.1kgf(1kgf＝9.8N)下测量硬度，并按下面的方程(1)计算：
Figure BDA0004009952060000372
其中HV是维氏硬度，单位为GPa，F是载荷，单位为kgf，并且d1和d2是压头留下的两条对角线的长度，单位为mm。在0.8kgf下测量维氏韧性，并使用方程(2)计算：
Figure BDA0004009952060000381
其中KIC是压痕断裂韧性，单位为MPa·m0.5，E是弹性杨氏模量，单位为GPa，H是硬度，单位为GPa，P是载荷，单位为N，c0是对角线裂纹长度的一半，单位为m。使用纳米压痕测量弹性模量。对于断裂韧性，使用压痕试验，而不是目前研究中的三点弯曲试验，原因是尺寸要求低且样品数量少。
发现压痕试验中的裂纹数量随着负荷的增加而增加，呈类似S形的形状。Yoshida等人使用Weibull方程拟合钠铝硅酸盐玻璃的曲线，并且
Figure BDA0004009952060000382
等人使用Weibull方程拟合钙铝硅酸盐玻璃的曲线(Yoshida,A.等人,Crack initiation behavior of sodiumaluminosilicate glasses.J.of Non-Cryst.Solids 344(1-2)(2004)37-43；A.
Figure BDA0004009952060000383
等人,Bulk elastic properties,hardness,and fatigue of calcium aluminosilicateglasses in the intermediate-silica range.J.of Non-Cryst.Solids 434(2016)1-12)。
Weibull方程在方程(3)中示出：
Figure BDA0004009952060000384
其中F(P)是裂纹概率(理想裂纹数除以四)，P是载荷，β是尺度参数，并且m是Weibull模量。抗裂性定义为F(P)＝0.5，即产生四分之二的裂纹所需的载荷。
使用TA公司的热机械分析仪(Thermomechanical Analyzer，TMA)Q400在0.0500N的力下获得玻璃-陶瓷样品的线性热膨胀系数(CTE)。将样品研磨至6×6×20mm，并以5℃/min的加热速率从室温加热至300℃。
实施例2
玻璃组成
发现来自ICP数据的组成与配合料的组成非常接近，其中主要氧化物的误差小于0.5mol％，并且次要氧化物的误差小于0.2mol％。由于蒸发损失，发现P2O5、Li2O、B2O3的量低于配合料的量，导致玻璃组合物中SiO2和Al2O3的百分比增加。由于大原子质量和高熔点，发现玻璃中ZrO2的量略低于配合料中的量。
晶相
进一步发现，当Li2O保持过量时，来自XRD图案的晶相类型主要随着Al2O3和SiO2的量而变化。当Al2O3:Li2O:SiO2的摩尔百分比为5.4:22.5:68.3至7.4:20.5:68.3时，主晶相为透锂长石和LiAlSi3O8，且Li2SiO3为次要相(图2A)。
不希望受任何理论束缚，基于XRD图案，由于相似的峰位置，LiAlSi3O8被认为是β-锂辉石的固溶体。当Al2O3的量大于7.4mol％时，XRD显示仅存在β-锂辉石固溶体，因为在XRD图案中没有出现透锂长石相(图2B)。再次，不希望受任何理论束缚，假设LiAlSi3O8比透锂长石(LiAlSi4O10)更优选进行结晶，因为LiAlSi3O8中的LiAlO2:SiO2比率更高。
还发现当Al2O3低于5.4mol％时，2θ≈38.4°处的晶峰变得强烈(图2B)。当Al2O3的量减少到3.4mol％时，此峰比其他峰高几倍。再次，不希望受任何理论束缚，此强峰(Li2SiO3的平面(002))被认为是由于玻璃-陶瓷中偏硅酸锂晶体的各向异性生长导致的。当SiO2的量与Al2O3相比太高时，SiO2的晶体可存在于XRD图案中(图2B)。此外，不希望受任何理论束缚，发现成核和晶体生长温度不影响晶相的类型，但影响不同晶体的比率。发现β-锂辉石固溶体的峰更加强烈，而偏硅酸锂峰在高温下已经消失。
由于透明玻璃-陶瓷的晶体生长速率远低于最大生长速率，因此晶体与非晶的比率随着晶体生长温度的升高而不断增加。此比率还可能受到P2O5、B2O3和ZrO2的量的影响。再次，不希望受任何理论束缚，假定大的Zr原子增加活化势垒，并因此导致原子从液体成功跃迁到晶体的频率降低。结果，随着ZrO2量的增加，结晶与非晶比大大降低。P2O5作为成核剂，可降低成核温度并提高成核速率，并从而导致结晶与非晶比的增加。B2O3对比率的影响小于ZrO2和P2O5。但是大量的B2O3会导致在晶体生长温度下的粘度降低，这会略微降低原子从液体移动到晶体的活化势垒，并因此导致结晶与非晶比的增加。
实施例3
DSC图案和粘度
研究了玻璃化转变温度、熔点(Tm)和结晶温度随Li2O和Al2O3量的变化(图3A-3B)。发现Tg随着Al2O3的量增加和Li2O的量减少而线性增加(图3B)。发现对于具有3.4mol％Al2O3和24.5mol％Li2O的样品12，Tg为484℃，对于具有11.4mol％Al2O3和16.5mol％Li2O的样品13，Tg增加了大约60℃。进一步发现Tm随着Al2O3量的增加和Li2O的量减少而降低。
不希望被任何理论束缚，根据LiAlO2-SiO2的相图，750℃附近的结晶峰被认为是β-锂辉石固溶体的峰(图4)。此峰的深度随着Al2O3量的减少而减少，这表明在Al2O3的低浓度下β-锂辉石固溶体不太优选。进一步发现在具有3.4mol％Al2O3的样品LAS12中，在723℃处出现负峰，这可能对应于Li2SiO3的熔点。对此样品的分析还显示在大约860℃出现了另一个结晶峰。希望受任何理论束缚，根据相图，此峰归因于β-锂辉石。在DSC图案中没有观察到透锂长石峰。再次，不希望受任何理论束缚，假设这种现象是由于与DSC中10℃/min的加热速率相比，透锂长石可能生长缓慢。再次，不希望受任何理论束缚，进一步假设这种缓慢生长是玻璃-陶瓷样品在炉中数小时保持透明的原因。
如图5A-图5B所示，还将LAS10和LAS11的粘度-温度曲线与标准钠钙硅酸盐玻璃(SG80(a))进行了比较。发现LAS10和LAS11以20K/min的冷却速率下在大约950℃下结晶。发现锂铝硅酸盐玻璃的粘度在高温下小于SG80。然后用Yue-Ellison-Gupta-Allan(MYEGA)方程拟合LAS11的数据，对于log10η∞使用-2.93。MYEGA方程中拟合的Tg为451℃，比来自DSC的Tg低61℃。不希望受任何理论束缚，假定此误差可能是由于高温下的粘度数据范围有限导致的。脆性(m)，是可用于理解液体动力学和玻璃化转变行为的参数，也可从MYEGA方程中预测。发现LAS11的脆性为27。
实施例4
玻璃样品和玻璃-陶瓷样品的密度
测量玻璃样品的密度，并且发现其在2.38g/cm3至2.47g/cm3的范围内，主要受ZrO2量的影响。图6示出玻璃的密度随着ZrO2的量而增加。使用多元线性回归方程来预测不同氧化物对玻璃密度的影响(方程4)：
ρ(g/cm3)＝2.37745+0.00027[Al2O3]+0.00003[Li2O]+0.00078[B2O3]+0.00000[Na2O]+0.02481[ZrO2]+0.00000[P2O5] (4)
其中ρ是密度，2.37745g/cm3是从多元线性回归方程预测的纯硅酸盐玻璃的密度，其中与实验数据(2.20g/cm3)相比，百分比误差为8.1％。再次，不希望受任何理论束缚，假定此百分比误差主要是由于简化的线性模型。发现拟合模型的R2为0.92，这表明92％的变异性可通过不同氧化物的线性回归来解释。根据拟合数据，玻璃样品的密度主要随着ZrO2的量而增加。
结果表明，玻璃-陶瓷样品的密度略高于其母玻璃。不希望受任何理论束缚，假定这是由于玻璃-陶瓷中的晶体具有有序结构和较少的开放空间。然而，还发现玻璃-陶瓷的密度比其母玻璃的密度高不到约2％。
实施例5
透射率
图7示出了本文制备的不同玻璃-陶瓷样品的透射率。如图7所示，玻璃-陶瓷中的第一个数字是指成核温度和成核时间，并且第二个数字是指晶体生长温度和晶体生长时间。发现除了样品LAS 26之外，大多数样品在可见光区域(390-700nm)中的平均透射率高于约80％(表2)。
表2.示例性玻璃-陶瓷样品的透射率.
Figure BDA0004009952060000421
进一步发现，大多数研究的样品在低晶体生长温度下是透明的，并且在较高的晶体生长温度下趋于半透明和不透明。此外，发现含有大量偏硅酸锂的样品在低晶体生长温度下趋于半透明或不透明。不希望受任何理论束缚，假定玻璃-陶瓷组合物的透明度与偏硅酸锂的各向异性生长相关，对应于XRD图案中的强峰。
此外，发现含有大量β-锂辉石固溶体的样品在高晶体生长温度下是透明的。发现，如DSC图案所示，虽然β-锂辉石在较高温度下结晶，但与透锂长石和偏硅酸锂结晶相比，在相同晶体生长温度下，β-锂辉石晶体小于透锂长石和偏硅酸锂晶体。
实施例6
微结构
图8A-图8C示出了来自SEM的不透明、半透明和透明LAS玻璃-陶瓷的微结构的二次电子图像。由于晶体和玻璃对氢氟酸的化学耐久性不同，因此在电子显微镜下观察晶体。结果表明，晶体大小随着晶体生长温度和暴露时间而增大。在SEM下直接测量的透明玻璃陶瓷的晶体大小在20nm与40nm之间。由于氢氟酸通过晶体位错的蚀刻，在晶体表面观察到一些小坑。
实施例7
维氏硬度和抗裂性
本文所公开的示例性样品的压痕硬度和韧性在表3中示出。在相同条件下测量了PPG，PPG是一种标准钠钙硅酸盐玻璃，其含有74mol％SiO2、13.3mol％Na2O、8.3mol％CaO、0.06mol％Al2O3和3.7mol％MgO[43]。玻璃-陶瓷样品的压痕硬度随着晶体生长温度的升高而增加，其远高于PPG的压痕硬度。玻璃-陶瓷样品的压痕韧性高于钠钙硅酸盐玻璃的压痕硬度(0.75MPa·m1/2)和Pyrex(0.70MPa·m1/2)。发现Al2O3的量较高的样品具有较高的压痕硬度和韧性。
图9A-图9B示出了具有不同压头载荷的玻璃-陶瓷样品与PPG相比的裂纹概率。不同样品的Weibull分布的R2大于0.87。发现样品的平均抗裂性为0.56kgf，或比PPG高4倍。不希望受任何理论束缚，假定此高抗裂性是陶瓷化工艺的结果。由玻璃-陶瓷中的晶粒形成的互锁微结构可促进裂纹桥接和偏转，并从而导致抗裂性增加。
实施例8
热膨胀系数
图10示出了对于LAS10和LAS11玻璃和玻璃-陶瓷，由TMA在25℃至300℃范围内获得的线性热膨胀系数(CTE)。发现玻璃-陶瓷的热膨胀系数在40-90×10-7/℃的范围内，其显著高于SiO2玻璃的热膨胀系数(5.5×10-7/℃)。发现玻璃-陶瓷的CTE低于相应的玻璃，这表明透锂长石和β-锂辉石晶体的CTE低于玻璃基体。Li2O量较高的样品的CTE较高。
权利要求不旨在包括，并且不应解释为包括手段加功能或步骤加功能的限制，除非这种限制在给定权利要求中分别使用短语“用于......的手段”或“用于......的步骤”的明确描述。
鉴于所描述的工艺和组合物，下文描述了本发明的某些更具体描述的方面。然而，这些特别列举的方面不应被解释为对含有本文所述的不同或更一般的教示的任何不同权利要求具有任何限制作用，或者“特定”方面以某种方式以某种方式受到限制，而不是语言的固有含义以及其中字面使用的公式。
表3.LAS玻璃-陶瓷的压痕硬度和韧性
Figure BDA0004009952060000441
Figure BDA0004009952060000451
方面：
方面1：一种玻璃-陶瓷组合物，其包含：约2mol％至约20mol％的Al2O3；约2mol％至约45mol％的Li2O；和约48mol％至约80mol％的SiO2；具有β-锂辉石相和硅酸锂晶相以及任选的透锂长石相。
方面2：如方面1所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的所述β-锂辉石相和约20％至约80％的所述透锂长石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的所述硅酸锂相。
方面3：如方面2所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Li2O以约20mol％至约25mol％存在。
方面4：如方面1所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约7mol％至约12mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的所述β-锂辉石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的所述硅酸锂相。
方面5：如方面1-4中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述硅酸锂晶相包括偏硅酸锂晶相。
方面6：如方面1-5中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其还包含0mol％至约8mol％的B2O3，0mol％至约8mol％的ZrO2，0mol％至约5mol％的P2O5，和0mol％至约5mol％的Na2O。
方面7：如方面1-6中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物表现出约2.00g/cm3至约2.6g/cm3的密度。
方面8：如方面1-7中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其在约390nm至约700nm范围内的波长下表现出大于约80％的平均透射率，如对于由所述组合物制备且具有约2.00mm厚度的样品测量的。
方面9：如方面1-7中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其在约390nm至约700nm范围内的波长下表现出在20％与80％之间的平均透射率，如对于由所述组合物制备且具有约2.00mm厚度的样品测量的。
方面10：如方面1-7中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其在约390nm至约700nm范围内的波长下表现出低于20％的平均透射率，如对于由所述组合物制备且具有约2.00mm厚度的样品测量的。
方面11：如方面8所述的玻璃-陶瓷组合物，其包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为约20nm至约80nm。
方面12：如方面9所述的玻璃-陶瓷组合物，其包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为大于约80nm至约500nm。
方面13：如方面10所述的玻璃-陶瓷组合物，其包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为大于约500nm。
方面14：如方面1-13中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出等于或大于约6.0GPa的维氏硬度。
方面15：如方面1-14中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出比标准钠钙硅酸盐玻璃的维氏硬度大至少约5％的维氏硬度。
方面16：如方面1-15中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出大于约0.2kgf的抗裂性。
方面17：如方面1-16中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出大于约0.4kgf的抗裂性。
方面18：如方面1-17中所述任一项的玻璃-陶瓷组合物，其表现出比标准钠钙硅酸盐玻璃的抗裂性高至少4倍的抗裂性。
方面19：如方面1-18中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出约40x10-7/℃至约90x10-7/℃的热膨胀系数。
方面20：如方面1-19中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物表现出约450℃至约600℃的玻璃化转变温度(Tg)。
方面21：如方面1-20中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物还包含一种或多种选自CeO2、SnO2、Fe2O3、As2O3、Sb2O3、MnO2或其组合的澄清剂，并且其中所述一种或多种澄清剂以等于或小于约1mol％的总量存在。
方面22：如方面1-21中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其还包含一种或多种选自过渡金属氧化物和/或稀土金属氧化物的着色组分，并且其中所述一种或多种着色组分以等于或小于约1mol％的总量存在。
方面23：如方面1-22中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其还包含脱色剂，所述脱色剂包括硫酸钠、硒化合物、氧化铒、氧化铈、氧化钴、氧化锰或其任何组合。
方面24：如方面1-23中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物是可离子交换的。
方面25：一种玻璃-陶瓷组合物，其包含：以约2mol％至约20mol％存在的Al2O3；以约48mol％至约80mol％存在的SiO2；以大于0mol％至约45mol％存在的R’2O；并且其中R’2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。
方面26：如方面25所述的玻璃-陶瓷组合物，其中当R'2O包含Li2O时，所述组合物包含有包含硅酸锂相的次晶相。
方面27：如方面25或26所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的所述β-锂辉石相和约20％至约80％的所述透锂长石相。
方面28：如方面26所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在且Li2O以20mol％至约25mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的所述β-锂辉石相和约20％至约80％的所述透锂长石相；和次要相，所述次要相包含至多10mol％的所述硅酸锂相。
方面29：如方面25或26所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约7mol％至约12mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的所述β-锂辉石相。
方面30：如方面26所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约7mol％至约12mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的所述β-锂辉石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的所述硅酸锂相。
方面31：如方面25-30中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物还包含：以0mol％至约8mol％存在的B2O3，0mol％至约8mol％的ZrO2，和0mol％至约5mol％的P2O5。
方面32：如方面25-31中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物是透明的、半透明的或不透明的。
方面33：如方面25-32中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其还包含压缩压力层。
方面34：如方面25-33中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物表现出约2.00g/cm3至约2.6g/cm3的密度。
方面35：如方面32-34中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物是透明的，并且包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为约20nm至约80nm。
方面36：如方面32-34中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物是半透明的，并且包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为大于约80nm至约500nm。
方面37：如方面32-34中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物是不透明的，并且包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为约大于500nm。
方面38：如方面25-37中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出等于或大于约6.0GPa的维氏硬度。
方面39：如方面25-38中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出比标准钠钙硅酸盐玻璃的维氏硬度大至少约5％的维氏硬度。
方面40：如方面25-39中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出大于约0.2kgf的抗裂性。
方面41：如方面25-40中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出大于约0.4kgf的抗裂性。
方面42：如方面25-41中所述任一项的玻璃-陶瓷组合物，其表现出比标准钠钙硅酸盐玻璃的抗裂性高至少4倍的抗裂性。
方面43：如方面25-42中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出约40x10-7/℃至约90x10-7/℃的热膨胀系数。
方面44：如方面25-43中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物表现出约450℃至约600℃的玻璃化转变温度(Tg)。
方面45：如方面25-44中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物还包含一种或多种选自CeO2、SnO2、Fe2O3、As2O3、Sb2O3、MnO2或其组合的澄清剂，并且其中所述一种或多种澄清剂以等于或小于约1mol％的总量存在。
方面46：如方面25-45中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物还包含脱色剂，所述脱色剂包括硫酸钠、硒化合物、氧化铒、氧化铈、氧化钴、氧化锰或其任何组合。
方面47：如方面25-46中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其还包含一种或多种选自过渡金属氧化物和/或稀土金属氧化物的着色组分，并且其中所述一种或多种着色组分以等于或小于约1mol％的总量存在。
方面48：如方面25-47中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中存在Ag2O和/或Cu2O和/或CuO，并且其中所述玻璃-陶瓷组合物表现出抗微生物、抗病毒、抗细菌和/或抗真菌性质。
方面49：一种玻璃-陶瓷制品，其包含如方面1-48中任一项所述的组合物。
方面50：一种玻璃-陶瓷制品，其包含如方面33-48中任一项所述的组合物，其中所述压缩压力层从所述制品的表面延伸至所述压缩压力层的深度，并且其中所述深度为约1μm至约100μm。
方面51：一种玻璃-陶瓷制品，其包含如方面33-48中任一项所述的组合物，其中所述压缩压力层从所述制品的表面延伸至所述压缩压力层的深度，并且其中所述深度至多为所述玻璃-陶瓷制品厚度的约25％。
方面52：一种玻璃-陶瓷制品，其包含：约2mol％至约20mol％的Al2O3；约2mol％至约45mol％的Li2O；和约48mol％至约80mol％的SiO2；具有β-锂辉石相和硅酸锂晶相以及任选的透锂长石相。
方面53：一种玻璃-陶瓷制品，其包含：以约2mol％至约20mol％存在的Al2O3；以约48mol％至约80mol％存在的SiO2；和以大于0mol％至约45mol％存在的R’2O；其中R’2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。
方面54：如方面49-53中任一项所述的制品，其中所述制品包括中空器皿、餐具、容器、盘子、板、浮法/平板、炊具、粉末、纤维、锥体、球体、刀片或其任何组合。
方面55：如方面49-54中任一项所述的制品，其中所述制品通过浮法/平板玻璃压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合形成。
方面56：一种餐具，其包含如方面1-48中任一项所述的组合物。
方面57：如方面56所述的餐具，其中所述餐具通过玻璃压制工艺、压吹工艺和/或吹吹工艺形成。
方面58：一种中空器皿，其包含如方面1-48中任一项所述的组合物。
方面59：如方面57所述的中空器皿，其中所述中空器皿通过玻璃压制工艺、压吹工艺和/或吹吹工艺形成。
方面60：一种粉末，其包含如方面1-48中任一项所述的组合物。
方面61：一种炊具，其包含如方面1-48中任一项所述的组合物。
方面62：如方面61所述的炊具，其中所述炊具通过玻璃压制工艺、压吹工艺和/或吹吹工艺形成。
方面63：一种纤维，其包含如方面1-48中任一项所述的组合物。
方面64：如方面63所述的纤维，其中所述纤维通过连续或不连续的纤维拉丝或纺丝工艺形成。
方面65：一种浮法或平板玻璃压制产品，其包含如方面1-48中任一项所述的组合物。
方面66：一种压吹工艺产品，其包含如方面1-48中任一项所述的组合物。
方面67：一种吹吹工艺产品，其包含如方面1-48中任一项所述的组合物。
方面68：一种方法，其包括：a)形成包含以下的混合物：约2mol％至约20mol％的Al2O3；约2mol％至约45mol％的Li2O；和约48mol％至约80mol％的SiO2；b)形成均质组合物；以及c)将所述均质组合物陶瓷化以形成玻璃-陶瓷组合物。
方面69：如方面68所述的方法，其中所述混合物还包含0mol％至约8mol％的ZrO2、或0mol％至约5mol％的P2O5或其组合。
方面70：如方面68或69所述的方法，其中所述形成所述均质组合物的步骤包括在约1,300℃至约1,700℃的温度下将所述混合物在炉中熔化持续第一预定时间。
方面71：如方面70所述的方法，其还包括在约450℃至约700℃的温度下退火的步骤。
方面72：如方面68-71中任一项所述的方法，其中所述陶瓷化步骤包括将所述均质组合物在成核温度下加热持续第二预定时间。
方面73：如方面72所述的方法，其中所述成核温度为约450℃至约650℃。
方面74：如方面71或72所述的方法，其中所述陶瓷化步骤还包括以约5℃/min至约15℃/min的速率将所述组合物加热至结晶温度并将所述组合物在所述结晶温度下保持持续第三预定时间的步骤。
方面75：如方面74所述的方法，其中所述结晶温度为约580℃至约800℃。
方面76：如方面74-75中任一项所述的方法，其中所述第一、所述第二预定时间和/或所述第三预定时间为约3至5小时。
方面77：如方面72-76中任一项所述的方法，其中P2O5是成核剂。
方面78：如方面74-77中任一项所述的方法，其中ZrO2是晶体大小生长限制剂。
方面79：如方面68-78中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物包含β-锂辉石相、任选的透锂长石相和硅酸锂晶相。
方面80：如方面79所述的方法，其中Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的所述β-锂辉石相和约20％至约80％的所述透锂长石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的所述硅酸锂相。
方面81：如方面80所述的方法，其中Li2O在所述组合物中以约20mol％至约25mol％存在。
方面82：如方面81所述的方法，其中Al2O3以约7mol％至约12mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的所述β-锂辉石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的所述硅酸锂相。
方面83：如方面80-82中任一项所述的方法，其中所述硅酸锂晶相包括偏硅酸锂晶相。
方面84：如权利要求68-83中任一项所述的方法，其中所述混合物还包含0mol％至约8mol％的B2O3和0mol％至约8mol％的Na2O。
方面85：如方面68-84中任一项所述的方法，其还包括离子交换处理步骤，所述步骤包括暴露于盐浴、喷雾、糊剂、蒸汽辅助离子交换、等离子体辅助离子交换或其任何组合。
方面86：如方面85所述的方法，其中所述离子交换处理是电加速的。
方面87：如方面85或86所述的方法，其中所述离子交换处理步骤包括在有效提供离子交换的玻璃-陶瓷组合物的条件下将所述玻璃-陶瓷组合物置于包含钠、钾、银或铜(I)离子或其组合的熔融盐浴中。
方面88：如方面87所述的方法，其中所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含：以约2mol％至约20mol％存在的Al2O3；以约48mol％至约80mol％存在的SiO2；以大于0mol％至约45mol％存在的R’2O；并且其中R’2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。
方面89：如方面87或88所述的方法，其中所述有效提供所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物的条件包括将所述玻璃-陶瓷组合物暴露于约380℃至约500℃的温度下的熔融盐约4小时至约20小时的时间段。
方面90：如方面87-89中任一项所述的方法，其中所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含压缩应力层。
方面91：如方面68-90中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出约2.00g/cm3至约2.6g/cm3的密度。
方面92：如方面68-91中任一项所述的方法，其中对于由所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物形成且具有约2.00mm厚度的样品，所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物在约390nm至约700nm范围内的波长下表现出大于约80％的平均透射率。
方面93：如方面68-92中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物在约390nm至约700nm范围内的波长下表现出在20％与80％之间的平均透射率，如对于由所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物形成且具有约2.00mm厚度的样品测量的。
方面94：如方面68-93中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物在约390nm至约700nm范围内的波长下表现出低于20％的平均透射率，如对于由所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物形成且具有约2.00mm厚度的样品测量的。
方面95：如方面94所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含多个晶粒，其中晶粒的大小为约20nm至约80nm。
方面96：如方面95所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为大于约80nm至约500nm。
方面97：如方面96所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为大于约500nm。
方面98：如方面68-97中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出等于或大于约6.0GPa的维氏硬度。
方面99：如方面68-98中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出比包含标准钠钙硅酸盐玻璃的组合物的维氏硬度大至少约5％的维氏硬度。
方面100：如方面68-99中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出大于约0.2kgf的抗裂性。
方面101：如方面68-100中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出大于约0.4kgf的抗裂性。
方面102：如方面68-101中所述任一项的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物表现出比包含标准钠钙硅酸盐玻璃的组合物的抗裂性高至少4倍的抗裂性。
方面103：如方面68-102中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出约40x10-7/℃至约90x10-7/℃的热膨胀系数。
方面104：如方面68-103中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出约450℃至约600℃的玻璃化转变温度Tg。
方面105：如方面68-104中任一项所述的方法，其还包括形成玻璃-陶瓷制品的步骤。
方面106：如方面105所述的方法，其中所述形成所述玻璃-陶瓷制品的步骤包括浮法或平板压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合。
方面107：如方面105或106所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷制品包含所述离子交换的组合物，并且其中所述压缩压力层从所述制品的表面延伸至所述压缩压力层的深度，其中所述深度为约1μm至约100μm。
方面108：如方面105-107中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷制品包含所述离子交换的组合物，并且其中所述压缩压力层从所述制品的表面延伸至所述压缩压力层的深度，并且其中所述深度至多为所述玻璃-陶瓷制品厚度的约25％。
方面109：如方面105-108中任一项所述的方法，其中所述制品包括中空器皿、餐具、容器、盘子、板、浮法/平板、炊具、粉末、纤维、锥体、球体、刀片或其任何组合。
方面110：一种形成制品的方法，其包括形成如方面1-48中任一项所述的组合物；以及接着形成所述制品，其中所述制品包括中空器皿、餐具、容器、盘子、板、浮法/平板、炊具、粉末、纤维、锥体、球体、刀片或其任何组合。
方面111：如方面110所述的方法，其中所述形成步骤包括浮法/平板压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合形成。
方面112：如方面110或111所述的方法，其中所述形成所述组合物的步骤包括如方面68-104中任一项所述的方法。
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Claims (112)

1.一种玻璃-陶瓷组合物，其包含：
a)约2mol％至约20mol％的Al2O3；
b)约2mol％至约45mol％的Li2O；和
c)约48mol％至约80mol％的SiO2；
具有β-锂辉石相和硅酸锂晶相以及任选的透锂长石相。
2.如权利要求1所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的所述β-锂辉石相和约20％至约80％的所述透锂长石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的所述硅酸锂相。
3.如权利要求2所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Li2O以约20mol％至约25mol％存在。
4.如权利要求1所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约7mol％至约12mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的所述β-锂辉石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的所述硅酸锂相。
5.如权利要求1-4中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述硅酸锂晶相包括偏硅酸锂晶相。
6.如权利要求1-5中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其还包含
a)0mol％至约8mol％的B2O3，
b)0mol％至约8mol％的ZrO2，
c)0mol％至约5mol％的P2O5，和
d)0mol％至约5mol％的Na2O。
7.如权利要求1-6中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物表现出约2.00g/cm3至约2.6g/cm3的密度。
8.如权利要求1-7中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其在约390nm至约700nm的波长范围下表现出大于约80％的平均透射率，如对于由所述组合物制备且具有约2.00mm厚度的样品测量的。
9.如权利要求1-7中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其在约390nm至约700nm的波长范围下表现出在20％与80％之间的平均透射率，如对于由所述组合物制备且具有约2.00mm厚度的样品测量的。
10.如权利要求1-7中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其在约390nm至约700nm的波长范围下表现出低于20％的平均透射率，如对于由所述组合物制备且具有约2.00mm厚度的样品测量的。
11.如权利要求8所述的玻璃-陶瓷组合物，其包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为约20nm至约80nm。
12.如权利要求9所述的玻璃-陶瓷组合物，其包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为大于约80nm至约500nm。
13.如权利要求10所述的玻璃-陶瓷组合物，其包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为大于约500nm。
14.如权利要求1-13中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出等于或大于约6.0GPa的维氏硬度。
15.如权利要求1-14中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出比标准钠钙硅酸盐玻璃的维氏硬度大至少约5％的维氏硬度。
16.如权利要求1-15中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出大于约0.2kgf的抗裂性。
17.如权利要求1-16中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出大于约0.4kgf的抗裂性。
18.如权利要求1-17中所述任一项的玻璃-陶瓷组合物，其表现出比标准钠钙硅酸盐玻璃的抗裂性高至少4倍的抗裂性。
19.如权利要求1-18中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出约40x10-7/℃至约90x10-7/℃的热膨胀系数。
20.如权利要求1-19中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物表现出约450℃至约600℃的玻璃化转变温度(Tg)。
21.如权利要求1-20中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物还包含一种或多种选自CeO2、SnO2、Fe2O3、As2O3、Sb2O3、MnO2或其组合的澄清剂，并且其中所述一种或多种澄清剂以等于或小于约1mol％的总量存在。
22.如权利要求1-21中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其还包含一种或多种选自过渡金属氧化物和/或稀土金属氧化物的着色组分，并且其中所述一种或多种着色组分以等于或小于约1mol％的总量存在。
23.如权利要求1-22中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其还包含脱色剂，所述脱色剂包括硫酸钠、硒化合物、氧化铒、氧化铈、氧化钴、氧化锰或其任何组合。
24.如权利要求1-23中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物是可离子交换的。
25.一种玻璃-陶瓷组合物，其包含：
a)以约2mol％至约20mol％存在的Al2O3，
b)以约48mol％至约80mol％存在的SiO2；
c)以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；并且
其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。
26.如权利要求25所述的玻璃-陶瓷组合物，其中当R'2O包含Li2O时，所述组合物包含含硅酸锂相的次晶相。
27.如权利要求25或26所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的所述β-锂辉石相和约20％至约80％的所述透锂长石相。
28.如权利要求26所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在且Li2O以20mol％至约25mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的所述β-锂辉石相和约20％至约80％的所述透锂长石相；和次要相，所述次要相包含至多10mol％的所述硅酸锂相。
29.如权利要求25或26所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约7mol％至约12mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的所述β-锂辉石相。
30.如权利要求26所述的玻璃-陶瓷组合物，其中Al2O3以约7mol％至约12mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的所述β-锂辉石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的所述硅酸锂相。
31.如权利要求25-30中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物还包含：
a)以0mol％至约8mol％存在的B2O3，
b)0mol％至约8mol％的ZrO2，和
c)0mol％至约5mol％的P2O5。
32.如权利要求25-31中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物是透明的、半透明的或不透明的。
33.如权利要求25-32中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其还包含压缩压力层。
34.如权利要求25-33中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物表现出约2.00g/cm3至约2.6g/cm3的密度。
35.如权利要求32-34中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物是透明的，并且包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为约20nm至约80nm。
36.如权利要求32-34中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物是半透明的，并且包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为大于约80nm至约500nm。
37.如权利要求32-34中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物是不透明的，并且包含多个晶粒，其中晶粒的中值大小为大于约500nm。
38.如权利要求25-37中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出等于或大于约6.0GPa的维氏硬度。
39.如权利要求25-38中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出比标准钠钙硅酸盐玻璃的维氏硬度大至少约5％的维氏硬度。
40.如权利要求25-39中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出大于约0.2kgf的抗裂性。
41.如权利要求25-40中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出大于约0.4kgf的抗裂性。
42.如权利要求25-41中所述任一项的玻璃-陶瓷组合物，其表现出比标准钠钙硅酸盐玻璃的抗裂性高至少4倍的抗裂性。
43.如权利要求25-42中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其表现出约40x10-7/℃至约90x10-7/℃的热膨胀系数。
44.如权利要求25-43中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物表现出约450℃至约600℃的玻璃化转变温度(Tg)。
45.如权利要求25-44中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物还包含一种或多种选自CeO2、SnO2、Fe2O3、As2O3、Sb2O3、MnO2或其组合的澄清剂，并且其中所述一种或多种澄清剂以等于或小于约1mol％的总量存在。
46.如权利要求25-45中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中所述组合物还包含脱色剂，所述脱色剂包括硫酸钠、硒化合物、氧化铒、氧化铈、氧化钴、氧化锰或其任何组合。
47.如权利要求25-46中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其还包含一种或多种选自过渡金属氧化物和/或稀土金属氧化物的着色组分，并且其中所述一种或多种着色组分以等于或小于约1mol％的总量存在。
48.如权利要求25-47中任一项所述的玻璃-陶瓷组合物，其中存在Ag2O和/或Cu2O和/或CuO，并且其中所述玻璃-陶瓷组合物表现出抗微生物、抗病毒、抗细菌和/或抗真菌性质。
49.一种玻璃-陶瓷制品，其包含如权利要求1-48中任一项所述的组合物。
50.一种玻璃-陶瓷制品，其包含如权利要求33-48中任一项所述的组合物，其中所述压缩压力层从所述制品的表面延伸至所述压缩压力层的深度，并且其中所述深度为约1μm至约100μm。
51.一种玻璃-陶瓷制品，其包含如权利要求33-48中任一项所述的组合物，其中所述压缩压力层从所述制品的表面延伸至所述压缩压力层的深度，并且其中所述深度至多为所述玻璃-陶瓷制品厚度的约25％。
52.一种玻璃-陶瓷制品，其包含：
a)约2mol％至约20mol％的Al2O3；
b)约2mol％至约45mol％的Li2O；和
c)约48mol％至约80mol％的SiO2；
具有β-锂辉石相和硅酸锂晶相以及任选的透锂长石相。
53.一种玻璃-陶瓷制品，其包含：
a)以约2mol％至约20mol％存在的Al2O3；
b)以约48mol％至约80mol％存在的SiO2；和
c)以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；
其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。
54.如权利要求49-53中任一项所述的制品，其中所述制品包括中空器皿、餐具、容器、盘子、板、浮法/平板、炊具、粉末、纤维、锥体、球体、刀片或其任何组合。
55.如权利要求49-54中任一项所述的制品，其中所述制品通过浮法或平板玻璃压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合形成。
56.一种餐具，其包含如权利要求1-48中任一项所述的组合物。
57.如权利要求56所述的餐具，其中所述餐具通过压制工艺、压吹工艺和/或吹吹工艺形成。
58.一种中空器皿，其包含如权利要求1-48中任一项所述的组合物。
59.如权利要求57所述的中空器皿，其中所述中空器皿通过压制工艺、压吹工艺和/或吹吹工艺形成。
60.一种粉末，其包含如权利要求1-48中任一项所述的组合物。
61.一种炊具，其包含如权利要求1-48中任一项所述的组合物。
62.如权利要求61所述的炊具，其中所述炊具通过压制工艺、压吹工艺和/或吹吹工艺形成。
63.一种纤维，其包含如权利要求1-48中任一项所述的组合物。
64.如权利要求63所述的纤维，其中所述纤维通过连续或不连续的纤维拉丝或纺丝工艺形成。
65.一种浮法/平板玻璃压制产品，其包含如权利要求1-48中任一项所述的组合物。
66.一种压吹产品，其包含如权利要求1-48中任一项所述的组合物。
67.一种吹吹产品，其包含如权利要求1-48中任一项所述的组合物。
68.一种方法，其包括：
a)形成包含以下的混合物：
约2mol％至约20mol％的Al2O3；
约2mol％至约45mol％的Li2O；和
约48mol％至约80mol％的SiO2；
b)形成均质组合物；以及
c)将所述均质组合物陶瓷化以形成玻璃-陶瓷组合物。
69.如权利要求68所述的方法，其中所述混合物还包含0mol％至约8mol％的ZrO2、或0mol％至约5mol％的P2O5或其组合。
70.如权利要求68或69所述的方法，其中所述形成所述均质组合物的步骤包括在约1,300℃至约1,700℃的温度下将所述混合物在炉中熔化持续第一预定时间。
71.如权利要求70所述的方法，其还包括在约450℃至约700℃的温度下退火的步骤。
72.如权利要求68-71中任一项所述的方法，其中所述陶瓷化步骤包括将所述均质组合物在成核温度下加热持续第二预定时间。
73.如权利要求72所述的方法，其中所述成核温度为约450℃至约650℃。
74.如权利要求71或72所述的方法，其中所述陶瓷化步骤还包括以约5℃/min至约15℃/min的速率将所述组合物加热至结晶温度并将所述组合物在所述结晶温度下保持持续第三预定时间的步骤。
75.如权利要求74所述的方法，其中所述结晶温度为约580℃至约800℃。
76.如权利要求74-75中任一项所述的方法，其中所述第一预定时间、所述第二预定时间和/或所述第三预定时间为约3至5小时。
77.如权利要求72-76中任一项所述的方法，其中P2O5是成核剂。
78.如权利要求74-77中任一项所述的方法，其中ZrO2是晶体大小生长限制剂。
79.如权利要求68-78中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物包含β-锂辉石相、任选的透锂长石相和硅酸锂晶相。
80.如权利要求79所述的方法，其中Al2O3以约5mol％至约7.5mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约20％至约80％的所述β-锂辉石相和约20％至约80％的所述透锂长石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的所述硅酸锂相。
81.如权利要求80所述的方法，其中Li2O在所述组合物中以约20mol％至约25mol％存在。
82.如权利要求81所述的方法，其中Al2O3以约7mol％至约12mol％存在，所述玻璃-陶瓷组合物包含主晶相，所述主晶相包含约60％至约90％的所述β-锂辉石相；和次晶相，所述次晶相包含至多约10％的所述硅酸锂相。
83.如权利要求80-82中任一项所述的方法，其中所述硅酸锂晶相包括偏硅酸锂晶相。
84.如权利要求68-83中任一项所述的方法，其中所述混合物还包含
a)0mol％至约8mol％的B2O3，和
b)0mol％至约8mol％的Na2O。
85.如权利要求68-84中任一项所述的方法，其还包括离子交换处理步骤，所述步骤包括暴露于盐浴、喷雾、糊剂、蒸汽辅助离子交换、等离子体辅助离子交换或其任何组合。
86.如权利要求85所述的方法，其中所述离子交换处理是电加速的。
87.如权利要求85或86所述的方法，其中所述离子交换处理步骤包括在有效提供离子交换的玻璃-陶瓷组合物的条件下将所述玻璃-陶瓷组合物置于包含钠、钾、银或铜(I)离子或其组合的熔融盐浴中。
88.如权利要求87所述的方法，其中所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含：
a)以约2mol％至约20mol％存在的Al2O3；
b)以约48mol％至约80mol％存在的SiO2；
c)以大于0mol％至约45mol％存在的R'2O；并且
其中R'2O包含Li2O、Na2O、K2O、Ag2O、Cu2O、CuO或其组合，其中所述组合物包含主晶相，所述主晶相包含β-锂辉石相和任选的透锂长石相。
89.如权利要求87或88所述的方法，其中所述有效提供所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物的条件包括将所述玻璃-陶瓷组合物暴露于约380℃至约500℃的温度下的熔融盐持续约4小时至约20小时的时间段。
90.如权利要求87-89中任一项所述的方法，其中所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含压缩应力层。
91.如权利要求68-90中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出约2.00g/cm3至约2.6g/cm3的密度。
92.如权利要求68-91中任一项所述的方法，其中对于由所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物形成且具有约2.00mm厚度的样品，所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物在约390nm至约700nm的波长范围下表现出大于约80％的平均透射率。
93.如权利要求68-92中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物在约390nm至约700nm的波长范围下表现出在20％与80％之间的平均透射率，如对于由所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物形成且具有约2.00mm厚度的样品测量的。
94.如权利要求68-93中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物在约390nm至约700nm的波长范围下表现出低于20％的平均透射率，如对于由所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物形成且具有约2.00mm厚度的样品测量的。
95.如权利要求94所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含多个晶粒，其中晶粒的大小为约20nm至约80nm。
96.如权利要求95所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含多个晶粒，其中所述晶粒的中值大小为大于约80nm至约500nm。
97.如权利要求96所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物包含多个晶粒，其中所述晶粒的中值大小为大于约500nm。
98.如权利要求68-97中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出等于或大于约6.0GPa的维氏硬度。
99.如权利要求68-98中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出比包含标准钠钙硅酸盐玻璃的组合物的维氏硬度大至少约5％的维氏硬度。
100.如权利要求68-99中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出大于约0.2kgf的抗裂性。
101.如权利要求68-100中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出大于约0.4kgf的抗裂性。
102.如权利要求68-101中所述任一项的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物表现出比包含标准钠钙硅酸盐玻璃的组合物的抗裂性高至少4倍的抗裂性。
103.如权利要求68-102中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出约40x10-7/℃至约90x10-7/℃的热膨胀系数。
104.如权利要求68-103中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷组合物和/或所述离子交换的玻璃-陶瓷组合物表现出约450℃至约600℃的玻璃化转变温度Tg。
105.如权利要求68-104中任一项所述的方法，其还包括形成玻璃-陶瓷制品的步骤。
106.如权利要求105所述的方法，其中所述形成所述玻璃-陶瓷制品的步骤包括浮法或平板压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合。
107.如权利要求105或106所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷制品包含所述离子交换的组合物，并且其中所述压缩压力层从所述制品的表面延伸至所述压缩压力层的深度，其中所述深度为约1μm至约100μm。
108.如权利要求105-107中任一项所述的方法，其中所述玻璃-陶瓷制品包含所述离子交换的组合物，并且其中所述压缩压力层从所述制品的表面延伸至所述压缩压力层的深度，并且其中所述深度为所述玻璃-陶瓷制品厚度的至多约25％。
109.如权利要求105-108中任一项所述的方法，其中所述制品包括中空器皿、餐具、容器、盘子、板、浮法/平板、炊具、粉末、纤维、锥体、球体、刀片或其任何组合。
110.一种形成制品的方法，其包括
形成如权利要求1-48中任一项所述的组合物；和然后
形成所述制品，其中所述制品包括中空器皿、餐具、容器、盘子、板、浮法/平板、炊具、粉末、纤维、锥体、球体、刀片或其任何组合。
111.如权利要求110所述的方法，其中所述形成步骤包括浮法/平板压制工艺、压吹工艺、吹吹工艺或其任何组合。
112.如权利要求110或111所述的方法，其中所述形成所述组合物的步骤包括如权利要求68-104中任一项所述的方法。
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