JP2015536297A5

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Publication number: JP2015536297A5
Application number: JP2015542862A
Authority: JP
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2033-11-18

Description

従って、本開示の一態様は、ガラス‐セラミック本体の作製方法を提供することである。本方法は：スラリーを提供するステップであって、該スラリーは、媒体と、ガラスフリット材料と、ガラス‐セラミック粉末及びセラミック粉末のうち少なくとも１つとを含む、ステップ；該スラリーを本体素地へと形成するステップ；及び該本体素地を焼成してガラスセラミック本体を形成するステップ、を含む。

本明細書で使用する用語「ガラスセラミック粉末（ｇｌａｓｓｃｅｒａｍｉｃｐｏｗｄｅｒ）」又は「ガラスセラミックフリット（ｇｌａｓｓｃｅｒａｍｉｃｆｒｉｔ）」は、粉砕又は当該技術で既知の他の手段により、微粉末又は「フリット」へと形成されたガラスセラミックを指す。用語「ガラスフリット（ｇｌａｓｓｆｒｉｔ）」は、ガラス粉砕により又は当該技術で既知の他の手段により形成された、ガラスの微粉末を指す。用語「本体素地（ｇｒｅｅｎｂｏｄｙ）」は、ガラスフリットとガラスセラミック粉末及びセラミック粉末のうち少なくとも１つとを含む、焼成されていないスラリーを指す。いくつかの実施形態では、本体素地を最終物品の形状へと形成してよい。用語「ガラスセラミック本体（ｇｌａｓｓｃｅｒａｍｉｃｂｏｄｙ）」は、本体素地の焼成後に得られる、中実の、連続的なガラスセラミック本体又はガラスセラミック付形物を指す。

本明細書で使用する用語「ガラスセラミック（ｇｌａｓｓｃｅｒａｍｉｃ）」は、ガラス前駆体の少なくとも一部に亘って実質的に均一なパターンで熱的に成長させた少なくとも１つの結晶相を有する材料を指す。ガラスセラミックは、ＲｏｂｅｒｔＷ．Ｐｆｉｔｚｅｎｍａｉｅｒ等による「ＣｏｌｏｒｅｄＧｌａｓｓ‐ＣｅｒａｍｉｃｓａｎｄＭｅｔｈｏｄ」という題の１９９６年２月１３日に発行された米国特許第５４９１１１５号明細書に記載されており、上記出願の内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。ガラスセラミックは、結晶相に加えて非晶相も含む。ガラスセラミック材料は典型的には、まず原材料の混合物（一般的には核生成剤を含む）を溶解させてガラスを形成し；該ガラスから物品を形成し；該物品をガラスの転移温度より低い温度まで冷却し；適切な処理によりガラス物品の少なくとも一部を結晶化（「セラミック化」とも呼ぶ）させることにより生成される。ガラスセラミックは、体積比で約３０％〜約９０％の結晶性材料を含んでよく、低多孔率又はゼロの多孔率、高強度、半透明性、不透明性、色素沈着性及び乳白色等の様々な特性を有してよい。ガラスセラミックの非限定的な例としては、Ｌｉ_２Ｏ‐Ａｌ_２Ｏ‐ＳｉＯ_２系（「ＬＡＳ系」とも呼ばれる）、ＭｇＯ‐Ａｌ_２Ｏ_３‐ＳｉＯ_２系（「ＭＡＳ系」とも呼ばれる）及びＺｎＯ‐Ａｌ_２Ｏ_３‐ＳｉＯ_２系（「ＺＡＳ系」とも呼ばれる）の化合物が挙げられる。

本体素地が形成されると、続いてこれを十分に高い温度で焼成又は加熱し、本体から媒体／バインダを「焼き切る（ｂｕｒｎｏｕｔ）」又は除去し、ガラスフリット、ガラスセラミック及び／又はセラミックを中実のガラスセラミック本体へと融合する（図１のステップ１３０）。ガラス及びガラスセラミック（又はセラミック）を融合する焼成ステップは、本体素地を「セラミック化する」ステップと呼んでもよい。本体素地の焼成を実施する際の実際の温度及び条件（例えば、加熱ステップの数及び焼成を実施する際の雰囲気）は、スラリー及び本体素地を含む、媒体／バインダ、ガラスフリット、ガラスセラミック粉末及び／又はセラミック粉末の性質に左右される。いくつかの実施形態では例えば、ガラスセラミック本体は、約８８０℃〜約１１５０℃の範囲の温度で本体素地を加熱することにより、他の実施形態では、約９３０℃〜約１０５０℃の範囲の温度で本体素地を加熱することにより形成される。

他の実施形態では、ガラスセラミックは、約２０体積％未満の１つ又は複数の酸化物結晶相を含み、約５０モル％〜約７６モル％のＳｉＯ_２、約４モル％〜約２５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、約０モル％〜約１４モル％のＰ_２Ｏ_５＋Ｂ_２Ｏ_３、約０モル％〜約２２モル％のＲ_２Ｏ（ここでＲ_２Ｏは少なくとも１つのアルカリ金属酸化物である）、及び約０モル％〜約５モル％の少なくとも１つの核生成剤を含む。いくつかの実施形態では、ガラスセラミックは色調整可能である。このようなガラスセラミックは、ＭａｔｔｈｅｗＪ．Ｄｅｊｎｅｋａ等による「Ｇｌａｓｓ‐Ｃｅｒａｍｉｃ（ｓ）；Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ，Ｃｏｌｏｒａｂｌｅａｎｄ／ｏｒＦｏｒｍａｂｌｅＣｅｒａｍａｂｌｅＧｌａｓｓ（ｅｓ），ａｎｄＡｓｓｏｃｉａｔｅｄＰｒｏｃｅｓｓ（ｅｓ）」という題の２０１２年９月２７日出願の米国仮特許出願第６１／７０６７３３号明細書に記載されており、上記出願の内容は参照によりその全体を本明細書に組み込まれる。

Claims

ａ．媒体と、ガラスフリットと、ガラス‐セラミック粉末とを含むスラリーを提供するステップであって、前記ガラスフリットおよび前記ガラス‐セラミック粉末が前記媒体に分散しており、前記ガラス‐セラミック粉末の前記フリットに対する質量比が０．０５〜０．９０の範囲にある、スラリーを提供するステップ；
ｂ．前記スラリーを本体素地へと形成するステップ；及び
ｃ．前記本体素地を焼成して、イオン交換可能なガラスセラミック本体を形成するステップ、
を含む、ガラス‐セラミック本体を作製する方法。
前記ガラスセラミック粉末は、Ｌｉ_２Ｏ‐Ａｌ_２Ｏ‐ＳｉＯ_２系、ＭｇＯ‐Ａｌ_２Ｏ_３‐ＳｉＯ_２系及びＺｎＯ‐Ａｌ_２Ｏ_３‐ＳｉＯ_２系のうち少なくとも１つの化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ガラスセラミック粉末は、ゼロ未満の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
前記ガラスフリットは、アルカリアルミノシリケートガラスを含むことを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の方法。
前記媒体は有機バインダを含み、該有機バインダは、マルトデキストリン、ポリビニルアルコール、コーンスターチ、セルロース誘導体又はこれらの組合せを含むことを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の方法。
前記本体素地の形成は、射出成形、焼結鍛造、鋳造及び加圧のうち少なくとも１つにより前記スラリーをある形状にするステップを含むことを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の方法。
前記ガラスセラミック本体をイオン交換するステップを更に含み、
イオン交換されたガラスセラミック本体は、少なくとも３００ＭＰａの圧縮応力下の層を有し、該層は前記ガラスセラミック本体の表面から少なくとも４０マイクロメートルの層深さまで延在することを特徴とする請求項１から６いずれか１項に記載の方法。
前記ガラスセラミック本体は、湾曲表面部分、凹状表面部分、凸状表面部分のうち少なくとも１つを含む三次元形状を有することを特徴とする請求項１から７いずれか１項に記載の方法。
前記本体素地の焼成を８８０℃〜１１５０℃の範囲の温度で行うことを特徴とする、請求項１から８いずれか１項に記載の方法。