JP2021505503A - 黒色ケイ酸リチウムガラスセラミック - Google Patents

黒色ケイ酸リチウムガラスセラミック Download PDF

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Abstract

黒色ケイ酸リチウムガラスセラミックが提供される。上記ガラスセラミックは:一次結晶相としてのケイ酸リチウム;並びに二次結晶相としての、ペタライト、β石英、βスポジュメン、クリストバライト、及びリン酸リチウムのうちの少なくとも1つを含む。上記ガラスセラミックは、色座標:L*:20.0〜40.0;a*:−1.0〜1.0;及びb*:−5.0〜2.0を特徴とする。上記ガラスセラミックはイオン交換されていてよい。上記ガラスセラミックの製造方法も開示される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2017年11月30日出願の米国仮特許出願第62/592,715号の優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は依拠され、参照によりその全体が本出願に援用される。
本明細書は概してガラスセラミック組成物に関する。より詳細には、本明細書は、電子デバイスのためのハウジングへと形成できる黒色ケイ酸リチウムガラスセラミックを対象とする。
スマートフォン、タブレット、並びにウェアラブルデバイス(例えば腕時計及びフィットネストラッカー等)といった携帯型電子デバイスは、小型化及び複雑化され続けている。従って、このような携帯型電子デバイスの少なくとも1つの外側表面に従来使用されている材料も、複雑化され続けている。例えば、消費者の要求を満たすために携帯型電子デバイスがより小さく薄くなるに従って、これらの携帯型電子デバイスに使用されるハウジングもより小さく薄くなり、従って、これらの構成部品を形成するために使用される材料に関する性能要件が高くなっている。
従って、損傷耐性等の性能がより高く、携帯型電子デバイスでの使用に関して良好な外観を呈する材料に対して、需要が存在する。
態様(1)によると、ガラスセラミックが提供される。上記ガラスセラミックは:一次結晶相としての少なくとも1つのケイ酸リチウム結晶相;並びに二次結晶相としての、ペタライト、β石英、βスポジュメン、クリストバライト、及びリン酸リチウムのうちの少なくとも1つを含む。上記ガラスセラミックは、以下の色座標:L*:20.0〜40.0;a*:−1.0〜1.0;及びb*:−5.0〜2.0を特徴とする。
態様(2)によると、上記一次結晶相がメタケイ酸リチウムである、態様(1)に記載のガラスセラミックが提供される。
態様(3)によると、上記一次結晶相が二ケイ酸リチウムである、態様(1)又は(2)に記載のガラスセラミックが提供される。
態様(4)によると、上記ガラスセラミックの透過率が可視光範囲において約1%未満である、態様(1)〜(3)のいずれか1つに記載のガラスセラミックが提供される。
態様(5)によると、上記ガラスセラミックのリング・オン・リング強度が少なくとも約290MPaである、態様(1)〜(4)のいずれか1つに記載のガラスセラミックが提供される。
態様(6)によると、上記ガラスセラミックの破壊じん性が約0.9MPa・m0.5〜約2.0MPa・m0.5である、態様(1)〜(5)のいずれか1つに記載のガラスセラミックが提供される。
態様(7)によると、上記ガラスセラミックの破壊じん性が約1.0MPa・m0.5〜約1.5MPa・m0.5である、態様(1)〜(6)のいずれか1つに記載のガラスセラミックが提供される。
態様(8)によると:約55.0重量%〜約75.0重量%のSiO;約2.0重量%〜約20.0重量%のAl;0重量%〜約5.0重量%B;約5.0重量%〜約15.0重量%のLiO;0重量%〜約5.0重量%のNaO;0重量%〜約4.0重量%のKO;0重量%〜約8.0重量%のMgO;0重量%〜約10.0重量%のZnO;約0.5重量%〜約5.0重量%のTiO;約1.0重量%〜約6.0重量%のP;約2.0重量%〜約10.0重量%のZrO;0重量%〜約0.4重量%のCeO;約0.05重量%〜約0.5重量%のSnO+SnO;約0.1重量%〜約5.0重量%のFeO+Fe;約0.1重量%〜約5.0重量%のNiO;約0.1重量%〜約5.0重量%のCo;0重量%〜約4.0重量%のMnO+MnO+Mn;0重量%〜約2.0重量%のCr;0重量%〜約2.0重量%のCuO;及び0重量%〜約2.0重量%のVを更に含む、態様(1)〜(7)のいずれか1つに記載のガラスセラミックが提供される。
態様(9)によると:約65.0重量%〜約75.0重量%のSiO;約7.0重量%〜約11.0重量%のAl;約6.0重量%〜約11.0重量%のLiO;約2.0重量%〜約4.0重量%のTiO;約1.5重量%〜約2.5重量%のP;約2.0重量%〜約4.0重量%のZrO;約1.0重量%〜約4.0重量%のFeO+Fe;約0.5重量%〜約1.5重量%のNiO;及び約0.1重量%〜約0.4重量%のCoを更に含む、態様(1)〜(8)のいずれか1つに記載のガラスセラミックが提供される。
態様(10)によると、上記ガラスセラミックの結晶化度が約50重量%超である、態様(1)〜(9)のいずれか1つに記載のガラスセラミックが提供される。
態様(11)によると、上記ガラスセラミックがイオン交換されており、上記ガラスセラミックの表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層を備える、態様(1)〜(10)のいずれか1つに記載のガラスセラミックが提供される。
態様(12)によると、上記ガラスセラミックの上記表面における圧縮応力が少なくとも約250MPaである、態様(11)に記載のガラスセラミックが提供される。
態様(13)によると、上記ガラスセラミックの上記表面における圧縮応力が約250MPa〜約650MPaである、態様(11)又は(12)に記載のガラスセラミックが提供される。
態様(14)によると、上記圧縮深さが少なくとも0.05tであり、tは上記ガラスセラミックの厚さである、態様(11)〜(13)のいずれか1つに記載のガラスセラミックが提供される。
態様(15)によると、上記ガラスセラミックのリング・オン・リング強度が少なくとも約900MPaである、態様(11)〜(14)のいずれか1つに記載のガラスセラミックが提供される。
態様(16)によると、消費者向け電子製品が提供される。上記消費者向け電子製品は:前面、背面、及び側面を備えるハウジング;少なくとも一部が上記ハウジング内にある電気部品であって、上記電気部品は少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを含み、上記ディスプレイは上記ハウジングの上記前面にあるか、又は上記前面に隣接する、電気部品;並びに上記ディスプレイを覆うように配置されたカバーガラスを備える。上記ハウジングの少なくとも一部分は、態様(1)〜(10)のいずれか1つに記載のガラスセラミックを含む。
態様(17)によると、消費者向け電子製品が提供される。上記消費者向け電子製品は:前面、背面、及び側面を備えるハウジング;少なくとも一部が上記ハウジング内にある電気部品であって、上記電気部品は少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを含み、上記ディスプレイは上記ハウジングの上記前面にあるか、又は上記前面に隣接する、電気部品;並びに上記ディスプレイを覆うように配置されたカバーガラスを備える。上記ハウジングの少なくとも一部分は、態様(11)〜(15)のいずれか1つに記載のガラスセラミックを含む。
態様(18)によると、方法が提供される。上記方法は、前駆ガラス系物品をセラミック化してガラスセラミックを形成するステップを含む。上記ガラスセラミックは:一次結晶相としての少なくとも1つのケイ酸リチウム結晶相;並びに二次結晶相としての、ペタライト、β石英、βスポジュメン、クリストバライト、及びリン酸リチウムのうちの少なくとも1つを含む。上記ガラスセラミックは、以下の色座標:L*:20.0〜40.0;a*:−1.0〜1.0;及びb*:−5.0〜2.0を特徴とする。
態様(19)によると、上記セラミック化するステップが約500℃〜約900℃の温度で実施される、態様(18)に記載の方法が提供される。
態様(20)によると、上記セラミック化するステップが約6時間〜約16時間の期間にわたって実施される、態様(18)又は(19)に記載の方法が提供される。
態様(21)によると、上記ガラスセラミックをイオン交換するステップを更に含む、態様(18)〜(20)のいずれか1つに記載の方法が提供される。
態様(22)によると、上記前駆ガラス系物品が:約55.0重量%〜約75.0重量%のSiO;約2.0重量%〜約20.0重量%のAl;0重量%〜約5.0重量%のB;約5.0重量%〜約15.0重量%のLiO;0重量%〜約5.0重量%のNaO;0重量%〜約4.0重量%のKO;0重量%〜約8.0重量%のMgO;0重量%〜約10.0重量%のZnO;約0.5重量%〜約5.0重量%のTiO;約1.0重量%〜約6.0重量%のP;約2.0重量%〜約10.0重量%のZrO;0重量%〜約0.4重量%のCeO;約0.05重量%〜約0.5重量%のSnO+SnO;約0.1重量%〜約5.0重量%のFeO+Fe;約0.1重量%〜約5.0重量%のNiO;約0.1重量%〜約5.0重量%のCo;0重量%〜約4.0重量%のMnO+MnO+Mn;0重量%〜約2.0重量%のCr;0重量%〜約2.0重量%のCuO;及び0重量%〜約2.0重量%のVを含む、態様(18)〜(21)のいずれか1つに記載の方法が提供される。
態様(23)によると、上記前駆ガラス系物品が:約65.0重量%〜約75.0重量%のSiO;約7.0重量%〜約11.0重量%のAl;約6.0重量%〜約11.0重量%のLiO;約2.0重量%〜約4.0重量%のTiO;約1.5重量%〜約2.5重量%のP;約2.0重量%〜約4.0重量%のZrO;約1.0重量%〜約4.0重量%のFeO+Fe;約0.5重量%〜約1.5重量%のNiO;及び約0.1重量%〜約0.4重量%のCoを含む、態様(18)〜(22)のいずれか1つに記載の方法が提供される。
態様(24)によると、ガラスが提供される。上記ガラスは:約55.0重量%〜約75.0重量%のSiO;約2.0重量%〜約20.0重量%のAl;0重量%〜約5.0重量%のB;約5.0重量%〜約15.0重量%のLiO;0重量%〜約5.0重量%のNaO;0重量%〜約4.0重量%のKO;0重量%〜約8.0重量%のMgO;0重量%〜約10.0重量%のZnO;約0.5重量%〜約5.0重量%のTiO;約1.0重量%〜約6.0重量%のP;約2.0重量%〜約10.0重量%のZrO;0重量%〜約0.4重量%のCeO;約0.05重量%〜約0.5重量%のSnO+SnO;約0.1重量%〜約5.0重量%のFeO+Fe;約0.1重量%〜約5.0重量%のNiO;約0.1重量%〜約5.0重量%のCo;0重量%〜約4.0重量%のMnO+MnO+Mn;0重量%〜約2.0重量%のCr;0重量%〜約2.0重量%のCuO;及び0重量%〜約2.0重量%のVを含む。
態様(25)によると:約65.0重量%〜約75.0重量%のSiO;約7.0重量%〜約11.0重量%のAl;約6.0重量%〜約11.0重量%のLiO;約2.0重量%〜約4.0重量%のTiO;約1.5重量%〜約2.5重量%のP;約2.0重量%〜約4.0重量%のZrO;約1.0重量%〜約4.0重量%のFeO+Fe;約0.5重量%〜約1.5重量%のNiO;及び約0.1重量%〜約0.4重量%のCoを含む、態様(24)に記載のガラスが提供される。
更なる特徴及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、またその一部は、「発明を実施するための形態」から、又は以下の「発明を実施するための形態」、特許請求の範囲及び添付の図面を含む本明細書に記載されている実施形態を実践することによって、当業者には容易に明らかとなるだろう。
上述の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」の両方は、様々な実施形態を説明しており、請求対象の主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、これらの様々な実施形態の更なる理解を提供するために含まれており、また本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。これらの図面は、本明細書に記載の様々な実施形態を図示しており、本説明と併せて、請求対象の主題の原理及び動作を説明する役割を果たす。
本明細書中で開示及び説明されている実施形態による、表面上に圧縮応力層を有するガラスセラミックの断面の概略図 本明細書中で開示されるガラス‐セラミックのうちのいずれを組み込んだ例示的な電子デバイスの平面図 図2Aの例示的な電子デバイスの斜視図 実施形態による厚さ0.8mmのガラスセラミック、及び比較例による厚さ0.8mmの2つのガラスセラミックの、透過率スペクトル イオン交換処理前及び後の、ある実施形態によるガラスセラミックに関するリング・オン・リング(RoR)強度試験の結果のワイブルプロット 電子マイクロプローブで測定された、ある実施形態によるイオン交換済みガラスセラミックの表面からの深さの関数としてのNaOの濃度(重量%)のプロット リング・オン・リング試験装置の概略図
これより、様々な実施形態による黒色ケイ酸リチウムガラスセラミックに関して詳細に言及する。特に、上記黒色ケイ酸リチウムガラスセラミックは、良好な外観を有し、高い強度及び破壊じん性を示す。従って上記黒色ケイ酸リチウムガラスセラミックは、携帯型電子デバイスのハウジングとしての使用に適している。
以下の記載では、同様の参照記号は、図面において示す複数の図を通して、同様の又は対応する部分を指す。特段明記されていない限り、「上部(top)」、「底部(bottom)」、「外向き(outward)」、「内向き(inward)」等の用語は、利便性のための単語であり、限定的な用語として解釈してはならないことも理解される。ある群が、複数の要素の少なくとも1つの群及びその組み合わせからなるものとして記載されている場合は常に、上記群は、列記されている要素のうちのいずれの個数のもの(個別に又は互いに組み合わせて)からなってよいことが理解される。特段明記されていない限り、値の範囲が記載されている場合、これは上記範囲の上限及び下限並びにその間のいずれの範囲を含む。本明細書中で使用される場合、不定冠詞「a」「an」及びこれに対応する定冠詞「the」は、特段明記されていない限り、「少なくとも1つの(at least one)」又は「1つ以上の(one or more)」を意味する。また、本明細書及び図面中で開示される様々な特徴は、いずれの、及びあらゆる組み合わせで使用できることも理解される。
特段の記載がない限り、本明細書に記載のガラスの全ての組成は重量パーセント(重量%)を単位として表され、これらの成分は酸化物ベースで与えられる。特段の記載がない限り、全ての温度はセルシウス度(℃)を単位として表される。
用語「略、実質的に(substantially)」及び「約(about)」は本明細書では、いずれの量的比較、値、測定値又は他の表現に付随し得る不可避的な不確実性を表すために使用される場合があることに留意されたい。これらの用語はまた、ある量的表現が、問題となっている主題の基本的な機能を変化させることなく、言明されている基準から変動できる程度を表すためにも使用される。例えば、「KOを実質的に含まない(substantially free of KO)」ガラスは、これらの酸化物がガラスに能動的に添加又は混入されないものの、汚染物質としてごく少量、例えば約0.01重量%未満の量で存在し得る、ガラスである。本明細書中で使用される場合、ある値を修飾するために用語「約(about)」が使用されていれば、その値自体も開示される。
ガラスセラミックは、一次結晶相、二次結晶相、及び残留ガラス相を内包する。一次結晶相は主要な結晶相であり、本明細書では、ガラスセラミックの最大画分(重量)を占める結晶相として定義される。従って二次結晶相は、ガラスセラミックの重量パーセントに関して、一次結晶相の重量パーセントより低い濃度で存在する。
実施形態では、一次結晶相はケイ酸リチウムを含む。ケイ酸リチウムは、メタケイ酸リチウム又は二ケイ酸リチウムであってよい。実施形態では、ケイ酸リチウムは唯一の一次結晶相である。
いくつかの実施形態では、ガラスセラミックは、ペタライト、β石英、βスポジュメン、クリストバライト、及びリン酸リチウムのうちの少なくとも1つを含む二次結晶相を含む。本明細書中で使用される場合、βスポジュメンは、βスポジュメン固溶体を指す場合がある。実施形態では、ガラスセラミックは2つ以上の二次結晶相を内包する。いくつかの実施形態では、追加の結晶相がガラスセラミック中に存在してよい。
実施形態では、ガラスセラミックの合計結晶化度は、硬度、ヤング率、及び耐ひっかき性といった機械的特性の強化を提供するために十分な高さである。本明細書中で使用される場合、「合計結晶化度(total crystallinity)」は重量%を単位として与えられ、ガラスセラミック中に存在する全ての結晶相の重量%の合計を指す。実施形態では、合計結晶化度は約50重量%以上、例えば約55重量%以上、約60重量%以上、約65重量%以上、約70重量%以上、約75重量%以上、又はそれ以上である。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラスセラミックの合計結晶化度は、約50重量%以上かつ約75重量%以下、例えば約55重量%以上かつ約70重量%以下、又は約60重量%以上かつ約65重量%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内である。ガラスセラミックの合計結晶化度は、X線回折(X‐ray diffraction:XRD)のリートベルト定量解析結果によって決定される。
ガラスセラミックは不透明又は半透明である。実施形態では、ガラスセラミックは、可視範囲(380nm〜760nm)において約10%未満、例えば約9%未満、約8%未満、約7%未満、約6%未満、約5%未満、約4%未満、約3%未満、約2%未満、約1%未満、又はそれ未満の透過率を示す。本明細書中で使用される場合、透過率は全透過率を指し、150mm積分球を備えたPerkin Elmer Lambda 950 UV/Vis/NIR分光計を用いて測定される。広角散乱光の収集を可能とする積分球の入口ポートに試料を設置し、スペクトラロン標準反射板ディスクを積分球の出口ポート上に置く。全透過率を、オープンビームベースライン測定値に対して生成する。
実施形態では、ガラスセラミックは黒色である。ガラスセラミックは、以下の色座標:L*20.0〜40.0、a*−1.0〜0.5、及びb*−5.0〜1.0を特徴としてよい。いくつかの実施形態では、ガラスセラミックのL*値は、20.0〜40.0、例えば21.0〜39.0、22.0〜38.0、23.0〜37.0、24.0〜36.0、23.0〜35.0、25.0〜34.0、26.0〜33.0、27.0〜32.0、28.0〜31.0、又は29.0〜30.0、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内であってよい。いくつかの実施形態では、ガラスセラミックのa*値は、−1.0〜1.0、例えば−0.9〜0.9、−0.8〜0.8、−0.7〜0.7、−0.6〜0.6、−0.5〜0.5、−0.4〜0.4、−0.3〜0.3、−0.2〜0.2、又は−0.1〜0.1、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内であってよい。いくつかの実施形態では、ガラスセラミックのb*値は、−5.0〜2.0、例えば−4.5〜1.5、−4.0〜1.0、−3.5〜0.5、−3.0〜0.0、−2.5〜−0.5、−2.0〜−1.0、又は−1.5、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内であってよい。本明細書中で使用される場合、色座標は、SCI UVC条件下で、X‐rite Ci7 F02光源を用いて測定される。
実施形態では、ガラスセラミックは高い破壊じん性を有してよい。この高い破壊じん性は、ガラスセラミックの結晶相の構成を少なくとも部分的な要因として達成される。いくつかの実施形態では、ガラスセラミックの破壊じん性は:約0.9MPa・m0.5以上かつ約2.0MPa・m0.5、例えば約1.0MPa・m0.5以上かつ約1.9MPa・m0.5以下、約1.1MPa・m0.5以上かつ約1.8MPa・m0.5以下、約1.2MPa・m0.5以上かつ約1.7MPa・m0.5以下、約1.3MPa・m0.5以上かつ約1.6MPa・m0.5以下、約1.4MPa・m0.5以上かつ約1.5MPa・m0.5以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内であってよい。いくつかの実施形態では、ガラスセラミックの破壊じん性は、約1.0MPa・m0.5以上かつ約1.5MPa・m0.5以下であってよい。破壊じん性は、以下で説明されるように、シェブロン切欠き付きショートバー(chevron notched short bar:CNSB)法で測定される。
実施形態では、ガラスセラミックは高い強度を有してよい。この高い強度は、ガラスセラミックの結晶相の構成を少なくとも部分的な要因として達成される。いくつかの実施形態では、ガラスセラミックの強度は、約290MPa以上、例えば約300MPa以上、約310MPa以上、約320MPa以上、約330MPa以上、約340MPa以上、約350MPa以上、約360MPa以上、約370MPa以上、約380MPa以上、約390MPa以上、又はそれ以上である。実施形態では、ガラスセラミックの強度は、約290MPa以上かつ約400MPa以下、例えば約300MPa以上かつ約390MPa以下、約310MPa以上かつ約380MPa以下、約320MPa以上かつ約370MPa以下、約330MPa以上かつ約360MPa以下、約340MPa以上かつ約350MPa以下、及びこれらの端点から形成されるあらゆる部分範囲内である。上記強度は、以下で説明されるリング・オン・リング試験によって測定される強度を指す。
これより、ケイ酸リチウムガラスセラミックの組成について説明する。本明細書に記載のガラスセラミックの実施形態では、構成成分(例えばSiO、Al、LiO、NaO等)の濃度は、特段の記載がない限り、酸化物ベースの重量パーセント(重量%)で与えられる。実施形態によるガラスセラミックの成分について、以下で個別に説明する。ある成分について様々に記載される範囲のうちのいずれを、他のいずれの成分に関して様々に記載される範囲のいずれと個別に組み合わせてよいことを理解されたい。
本明細書で開示されるガラスセラミックの実施形態では、SiOが最大の構成要素である。SiOは、一次ネットワーク形成剤として作用し、ネットワーク構造を安定させる。SiOは、所望のケイ酸リチウム結晶相の形成に必要である。純SiOはCTEが比較的低く、アルカリを含有しない。しかしながら、純SiOの融点は高い。従って、ガラスセラミック中のSiOの濃度が高すぎると、ガラスセラミックの形成に使用される前駆ガラス組成物の成形性が低下し得る。というのは、比較的高濃度のSiOによって、ガラスを溶融させるのがより困難になり、これが前駆ガラスの成形性に悪影響を与えるためである。実施形態では、ガラス組成物は一般に、約55.0重量%以上、例えば約56.0重量%以上、約57.0重量%以上、約58.0重量%以上、約59.0重量%以上、約60.0重量%以上、約61.0重量%以上、約62.0重量%以上、約63.0重量%以上、約64.0重量%以上、約65.0重量%以上、約66.0重量%以上、約67.0重量%以上、約68.0重量%以上、約69.0重量%以上、約70.0重量%以上、約71.0重量%以上、約72.0重量%以上、約73.0重量%以上、又は約74.0重量%以上の量のSiOを含む。実施形態では、ガラス組成物は、約75.0重量%以下、例えば約74.0重量%以下、約73.0重量%以下、約72.0重量%以下、約71.0重量%以下、約70.0重量%以下、約69.0重量%以下、約68.0重量%以下、約67.0重量%以下、約66.0重量%以下、約65.0重量%以下、約64.0重量%以下、約63.0重量%以下、約62.0重量%以下、約61.0重量%以下、約60.0重量%以下、約59.0重量%以下、約58.0重量%以下、約57.0重量%以下、又は約56.0重量%以下の量のSiOを含む。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラス組成物は、約55.0重量%以上かつ約75.0重量%以下、例えば約56.0重量%以上かつ約74.0重量%以下、約57.0重量%以上かつ約73.0重量%以下、約58.0重量%以上かつ約72.0重量%以下、約59.0重量%以上かつ約71.0重量%以下、約60.0重量%以上かつ約70.0重量%以下、約61.0重量%以上かつ約69.0重量%以下、約62.0重量%以上かつ約68.0重量%以下、約63.0重量%以上かつ約67.0重量%以下、約64.0重量%以上かつ約66.0重量%以下、又は約65.0重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量のSiOを含む。いくつかの実施形態では、ガラスセラミックは、約65重量%以上かつ約75重量%以下の量のSiOを含む。
実施形態のガラスセラミックは、Alを更に含んでよい。Alは、ガラス組成物から形成されるガラス溶融物中での四面体配位により、ガラスセラミックの形成に使用される前駆ガラス組成物の粘度を上昇させることができ、Alの量が多すぎるとガラス組成物の成形性が低下する。しかしながら、ガラス組成物中のAlの濃度とSiOの濃度及びアルカリ酸化物の濃度とのバランスを取ると、Alはガラス溶融物の液相線温度を低下させることができ、これにより、液相粘度を増大させて、フュージョン成形プロセスといった特定の成形プロセスに対するガラス組成物の適合性を改善できる。しかしながら、Al含量が多すぎると、ガラスセラミック中に形成される二ケイ酸リチウム結晶の量が望ましくなく減少する場合があり、これによりインターロック構造の形成が妨げられる。SiOと同様に、Alはネットワーク構造を安定させる。実施形態では、ガラス組成物は一般に、約2.0重量%以上、例えば約3.0重量%以上、約4.0重量%以上、約5.0重量%以上、約6.0重量%以上、約7.0重量%以上、約8.0重量%以上、約9.0重量%以上、約10.0重量%以上、約11.0重量%以上、約12.0重量%以上、約13.0重量%以上、約14.0重量%以上、約15.0重量%以上、約16.0重量%以上、約17.0重量%以上、約18.0重量%以上、又は約19.0重量%以上の濃度のAlを含む。実施形態では、ガラス組成物は、約20.0重量%以下、例えば約19.0重量%以下、約18.0重量%以下、約17.0重量%以下、約16.0重量%以下、約15.0重量%以下、約14.0重量%以下、約13.0重量%以下、約12.0重量%以下、約11.0重量%以下、約10.0重量%以下、約9.0重量%以下、約8.0重量%以下、約7.0重量%以下、約6.0重量%以下、約5.0重量%以下、約4.0重量%以下、又は約3.0重量%以下の量のAlを含む。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。他の実施形態では、ガラス組成物は、約2.0重量%以上かつ約20.0重量%以下、例えば約3.0重量%以上かつ約19.0重量%以下、約4.0重量%以上かつ約18.0重量%以下、約5.0重量%以上かつ約17.0重量%以下、約6.0重量%以上かつ約16.0重量%以下、約7.0重量%以上かつ約15.0重量%以下、約8.0重量%以上かつ約14.0重量%以下、約9.0重量%以上かつ約13.0重量%以下、約10.0重量%以上かつ約12.0重量%以下、又は約11重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量のAlを含む。実施形態では、ガラス組成物は、約7.0重量%以上かつ約11.0重量%以下の量のAlを含む。
実施形態のガラスセラミックは、Bを更に含んでよい。Bを含むことにより、ガラス組成物の融点が低下する。更に、三方配位状態のBの存在により、ガラス組成物の構造が開放状態となり、これによりガラスは、割れの形成が発生する前にある程度の変形に耐えられるようになる。実施形態では、ガラス組成物は、0重量%以上、例えば約0.5重量%以上、約1.0重量%以上、約1.5重量%以上、約2.0重量%以上、約2.5重量%以上、約3.0重量%以上、約3.5重量%以上、約4.0重量%以上、又は約4.5重量%以上の量のBを含有する。実施形態では、ガラス組成物は、約5.0重量%以下、例えば約4.5重量%以下、約4.0重量%以下、約3.5重量%以下、約3.0重量%以下、約2.5重量%以下、約2.0重量%以下、約1.5重量%以下、約1.0重量%以下、又は約0.5重量%以下の量のBを含有する。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラス組成物は、約0重量%以上かつ約5.0重量%以下、例えば約0.5重量%以上かつ約4.5重量%以下、約1.0重量%以上かつ約4.0重量%以下、約1.5重量%以上かつ約3.5重量%以下、約2.0重量%以上かつ約3.0重量%、又は約2.5重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量のBを含む。
実施形態のガラスセラミックは、LiOを更に含んでよい。ガラスセラミック中にリチウムを添加することにより、イオン交換プロセスが可能となり、前駆ガラス組成物の軟化点が更に低下する。LiOはまた、前駆ガラスをセラミック化してガラスセラミックを形成する際に、ケイ酸リチウム結晶相の形成に必要なリチウムを提供する。LiOの含量が多すぎると、前駆ガラスの成形が困難になる。実施形態では、ガラス組成物は一般に、5.0重量%以上、例えば約5.5重量%以上、約6.0重量%以上、約6.5重量%以上、約7.0重量%以上、約7.5重量%以上、約8.0重量%以上、約8.5重量%以上、約9.0重量%以上、約9.5重量%以上、約10.0重量%以上、約10.5重量%以上、約11.0重量%以上、約11.5重量%以上、約12.0重量%以上、約12.5重量%以上、約13.0重量%以上、約13.5重量%以上、約14.0重量%以上、又は約14.5重量%以上の量のLiOを含む。いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、約15.0重量%以下、例えば約14.5重量%以下、約14.0重量%以下、約13.5重量%以下、約13.0重量%以下、約12.5重量%以下、約12.0重量%以下、約11.5重量%以下、約11.0重量%以下、約10.5重量%以下、約10.0重量%以下、約9.5重量%以下、約9.0重量%以下、約8.5重量%以下、約8.0重量%以下、約7.5重量%以下、約7.0重量%以下、約6.5重量%以下、約6.0重量%以下、又は約5.5重量%以下の量のLiOを含む。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラス組成物は、5.0重量%以上かつ約15.0重量%以下、例えば約5.5重量%以上かつ約14.5重量%以下、約6.0重量%以上かつ約14.0重量%以下、約6.5重量%以上かつ約13.5重量%以下、約7.0重量%以上かつ約13.0重量%以下、約7.5重量%以上かつ約12.5重量%以下、約8.0重量%以上かつ約12.0重量%以下、約8.5重量%以上かつ約11.5重量%以下、約9.0重量%以上かつ約11.0重量%以下、約9.5重量%以上かつ約10.5重量%以下、又は約10重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量のLiOを含む。いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、約6.0重量%以上かつ約11.0重量%以下、又は約7重量%以上かつ約15重量%以下の量のLiOを含む。
ガラスセラミックはLiOに加えて、1つ以上のアルカリ金属酸化物を含んでよい。アルカリ金属酸化物は、イオン交換プロセス等によるガラスセラミックの化学強化を更に促進する。ガラスセラミック中のアルカリ金属酸化物(例えばLiO、NaO、及びKO、並びにCsO及びRbOを含む他のアルカリ金属酸化物)は「RO」と呼ぶことができ、ROの含量は重量%を単位として表現できる。いくつかの実施形態では、ガラスセラミックは、LiOとNaOとの組み合わせ、LiOとKOとの組み合わせ、又はLiOとNaOとKOとの組み合わせといった、アルカリ金属酸化物の混合物を含んでよい。ガラスセラミックがアルカリ金属酸化物の混合物を含むことにより、より迅速でより効率的なイオン交換を得ることができる。
ガラスセラミックは、追加のアルカリ金属酸化物として、NaOを含むことができる。NaOは、ガラスセラミックのイオン交換性を補助し、また前駆ガラス組成物の融点を低下させて、前駆ガラス組成物の成形性を改善する。また、NaOの存在により、必要なセラミック化処理の長さが短縮される。しかしながら、ガラス組成物に添加されるNaOが多すぎると、CTEが高くなりすぎる場合がある。NaOはまた、ガラスセラミック中の残留ガラスの粘度を低減でき、これにより、セラミック化処理中にガラスセラミックに形成される割れを低減できる。実施形態では、ガラス組成物は一般に、0.0重量%以上、例えば約0.5重量%以上、約1.0重量%以上、約1.5重量%以上、約2.0重量%以上、約2.5重量%以上、約3.0重量%以上、約3.5重量%以上、約4.0重量%以上、又は約4.5重量%以上の量のNaOを含む。いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、約5.0重量%以下、例えば約4.5重量%以下、約4.0重量%以下、約3.5重量%以下、約3.0重量%以下、約2.5重量%以下、約2.0重量%以下、約1.5重量%以下、約1.0重量%以下、又は約0.5重量%以下の量のNaOを含む。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラス組成物は、0.0重量%以上かつ約5.0重量%、例えば約0.5重量%以上かつ約4.5重量%以下、約1.0重量%以上かつ4.0重量%以下、約1.5重量%以上かつ約3.5重量%以下、約2.0重量%以上かつ約3.0重量%以下、又は約2.5重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量のNaOを含む。
実施形態では、ガラスセラミックはPを含んでよい。Pは、バルク核形成をもたらすための核形成剤として作用する。Pの濃度が低すぎると、前駆ガラスが結晶化しない場合があり、又は望ましい表面結晶化を受けない場合がある。Pの濃度が高すぎると、形成中の冷却時の前駆ガラスの失透の制御が困難になる場合がある。また、ガラスセラミック中にPが存在することにより、ガラスセラミック中での金属イオンの拡散性を向上させることができ、これにより、ガラスセラミックのイオン交換の効率を向上させることができる。実施形態では、ガラスセラミック中のPの量は、約1.0重量%以上、例えば約1.5重量%以上、約2.0重量%以上、約2.5重量%以上、約3.0重量%以上、約3.5重量%以上、約4.0重量%以上、約4.5重量%以上、約5.0重量%以上、又は約5.5重量%以上であってよい。実施形態では、ガラスセラミック中のPの量は、約6.0重量%以下、例えば約5.5重量%以下、約5.0重量%以下、約4.5重量%以下、約4.0重量%以下、約3.5重量%以下、約3.0重量%以下、約2.5重量%以下、約2.0重量%以下、又は約1.5重量%以下であってよい。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラス組成物は、約1.0重量%以上かつ約6.0重量%以下、例えば約1.5重量%以上かつ約5.5重量%以下、約2.0重量%以上かつ約5.0重量%以下、約2.5重量%以上かつ約4.5重量%以下、約3.0重量%以上かつ約4.0重量%以下、又は約4.0重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量のPを含む。
実施形態では、ガラスセラミックはZrOを含んでよい。ZrOは、前駆ガラス組成物中において、ネットワーク形成剤又は中間物質として作用する。ZrOは、形成中のガラス組成物の失透を低減することによって、ガラス組成物の安定性を向上させ、また液相線温度を低下させる。ZrOの添加はまた、ガラスセラミックの耐化学性を向上させ、残留ガラスの弾性率を向上させる。実施形態では、ガラスセラミック中のZrOの量は、約2.0重量%以上、例えば約2.5重量%以上、約3.0重量%以上、約3.5重量%以上、約4.0重量%以上、約4.5重量%以上、約5.0重量%以上、約5.5重量%以上、約6.0重量%以上、約6.5重量%以上、約7.0重量%以上、約7.5重量%以上、約8.0重量%以上、約8.5重量%以上、約9.0重量%以上、又は約9.5重量%以上である。実施形態では、ガラスセラミック中のZrOの量は、約10.0重量%以下、例えば約9.5重量%以下、約9.0重量%以下、約8.5重量%以下、約8.0重量%以下、約7.5重量%以下、約7.0重量%以下、約6.5重量%以下、約6.0重量%以下、約5.5重量%以下、約5.0重量%以下、約4.5重量%以下、約4.0重量%以下、約3.5重量%以下、約3.0重量%、又は約2.5重量%以下である。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラスセラミック中のZrOの量は、約2.0重量%以上かつ約10.0重量%以下、例えば約2.5重量%以上かつ約9.5重量%以下、約3.0重量%以上かつ約9.0重量%以下、約3.5重量%以上かつ約8.5重量%以下、約4.0重量%以上かつ約8.0重量%以下、約4.5重量%以上かつ約7.5重量%以下、約5.0重量%以上かつ約7.0重量%以下、約5.5重量%以上かつ約6.5重量%以下、又は約6.0重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内である。いくつかの実施形態では、ガラスセラミック中のZrOの量は、約2.0重量%以上かつ約4.0重量%以下である。
実施形態のガラスセラミックは、ZnOを更に含んでよい。前駆ガラス中のZnOは、前駆ガラスをセラミック化してガラスセラミックを形成する際に、ガーナイト結晶相の形成に必要な亜鉛を供給する。ZnOはまた、前駆ガラスの生成のコストを低減するフラックスとしても作用する。ガラスセラミック中では、ZnOはペタライト結晶中に固溶体として存在し得る。実施形態では、ガラス組成物は一般に、約0.0重量%以上、例えば約0.5重量%以上、約1.0重量%以上、約1.5重量%以上、約2.0重量%以上、約2.5重量%以上、約3.0重量%以上、約3.5重量%以上、約4.0重量%以上、約4.5重量%以上、約5.0重量%以上、約5.5重量%以上、約6.0重量%以上、約6.5重量%以上、約7.0重量%以上、約7.5重量%以上、約8.0重量%以上、約8.5重量%以上、約9.0重量%以上、又は約9.5重量%以上の濃度のZnOを含む。実施形態では、ガラス組成物は、約10.0重量%以下、例えば約9.5重量%以下、約9.0重量%以下、約8.5重量%以下、約8.0重量%以下、約7.5重量%以下、約7.0重量%以下、約6.5重量%以下、約6.0重量%以下、約5.5重量%以下、約5.0重量%以下、約4.5重量%以下、約4.0重量%以下、約3.5重量%以下、約3.0重量%以下、約2.5重量%以下、約2.0重量%以下、約1.5重量%以下、約1.0重量%以下、又は約0.5重量%以下のZnOを含む。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラス組成物は、約0.0重量%以上かつ約10.0重量%以下、例えば約0.5重量%以上かつ約9.5重量%以下、約1.0重量%以上かつ約9.0重量%以下、約1.5重量%以上かつ約8.5重量%以下、約2.0重量%以上かつ約8.0重量%以下、約2.5重量%以上かつ約7.5重量%以下、約3.0重量%以上かつ約7.0重量%以下、約3.5重量%以上かつ約6.5重量%以下、約4.0重量%以上かつ約6.0重量%以下、約4.5重量%以上かつ約5.5重量%以下、又は約5.0重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内のZnOを含む。実施形態では、ガラスセラミックはZnOを略含まないか、又は含まなくてよい。
実施形態のガラスセラミックは、MgOを更に含んでよい。ガラス中にMgOが存在することにより、弾性率を向上させることができる。MgOはまた、前駆ガラスの生成のコストを低減するフラックスとしても作用する。ガラスセラミック中では、MgOはペタライト結晶中に固溶体として存在し得る。実施形態では、ガラスセラミック中のMgOの量は、約0.0重量%以上、例えば約0.5重量%以上、約1.0重量%以上、約1.5重量%以上、約2.0重量%以上、約2.5重量%以上、約3.0重量%以上、約3.5重量%以上、約4.0重量%以上、約4.5重量%以上、約5.0重量%以上、約5.5重量%以上、約6.0重量%以上、約6.5重量%以上、約7.0重量%以上、又は約7.5重量%以上である。実施形態では、ガラスセラミック中のMgOの量は、約8.0重量%以下、例えば約7.5重量%以下、約7.0重量%以下、約6.5重量%以下、約6.0重量%以下、約5.5重量%以下、約5.0重量%以下、約4.5重量%以下、約4.0重量%以下、約3.5重量%以下、約3.0重量%以下、約2.5重量%以下、約2.0重量%以下、約1.5重量%以下、約1.0重量%以下、又は約0.5重量%以下である。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラスセラミック中のMgOの量は、約0.0重量%以上かつ約8.0重量%以下、例えば約0.5重量%以上かつ約7.5重量%以下、約1.0重量%以上かつ約7.0重量%以下、約1.5重量%以上かつ約6.5重量%以下、約2.0重量%以上かつ約6.0重量%以下、約2.5重量%以上かつ約5.5重量%以下、約3.0重量%以上かつ約5.0重量%以下、約3.5重量%以上かつ約4.5重量%以下、又は約4.0重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内である。
実施形態のガラスセラミックは、TiOを更に含んでよい。TiOは核形成剤として作用でき、また場合によっては着色剤として作用できる。実施形態では、ガラスは、約0.5重量%以上、例えば約1.0重量%以上、約1.5重量%以上、約2.0重量%以上、約2.5重量%以上、約3.0重量%以上、約3.5重量%以上、約4.0重量%以上、又は約4.5重量%の量のTiOを含んでよい。実施形態では、ガラスは、約5.0重量%以下、例えば約4.5重量%以下、約4.0重量%以下、約3.5重量%以下、約3.0重量%以下、又は約2.5重量%以下の量のTiOを含んでよい。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。他の実施形態では、ガラスは、約0.5重量%以上かつ約5.0重量%以下、例えば約1.0重量%以上かつ約4.5重量%以下、約1.5重量%以上かつ約4.0重量%以下、約2.0重量%以上かつ約3.5重量%以下、又は約2.5重量%以上かつ約3.0重量%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量のTiOを含んでよい。
実施形態では、ガラスセラミックは任意に、1つ以上の清澄剤を含んでよい。いくつかの実施形態では、清澄剤は例えば、SnO+SnO及び/又はAsを含んでよい。実施形態では、SnO+SnOはガラス組成物中に、0.5重量%以下、例えば0.05重量%以上かつ0.5重量%以下、0.1重量%以上かつ0.4重量%以下、又は0.2重量%以上かつ0.3重量%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で存在してよい。実施形態では、ガラスセラミックは、ヒ素及びアンチモンのうちの一方又は両方を、略含まないか、又は含まなくてよい。
ガラスセラミックは、所望の黒色及び不透明性を生成するために、着色剤を含む。着色剤は、FeO+Fe、NiO、Co、TiO、MnO+MnO+Mn、Cr、CuO、及び/又はVから選択してよい。いくつかの実施形態では、ガラスセラミックは、FeO+FeとNiOとCoとの混合物を含み、これにより所望の色空間を達成できる。
いくつかの実施形態では、ガラスは、FeO+Feが約0.1重量%以上、例えば約0.5重量%以上、約1.0重量%以上、約1.5重量%以上、約2.0重量%以上、約3.5重量%以上、約4.0重量%以上、又は約4.5重量%の量で含まれるように、FeO及び/又はFeを含む。いくつかの実施形態では、ガラスは、約5.0重量%以下、例えば約4.5重量%以下、約4.0重量%以下、約3.5重量%以下、約3.0重量%以下、約2.5重量%以下、約2.0重量%以下、約1.5重量%以下、約1.0重量%以下、又は約0.5重量%以下の量のFeO+Feを含む。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラスは、約0.1重量%以上かつ約5.0重量%以下、例えば約0.5重量%以上かつ約4.5重量%以下、約1.0重量%以上かつ約4.0重量%以下、約1.5重量%以上かつ約3.5重量%以下、約2.0重量%以上かつ約3.0重量%以下、又は約2.5重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量のFeO+Feを含んでよい。実施形態では、ガラスは、約1.0重量%以上かつ約4.0重量%以上の量のFeO+Feを含んでよい。
いくつかの実施形態では、ガラスは、約0.1重量%以上、例えば約0.5重量%以上、約1.0重量%以上、約1.5重量%以上、約2.0重量%以上、約3.5重量%以上、約4.0重量%以上、又は約4.5重量%以上の量のNiOを含む。いくつかの実施形態では、ガラスは、約5.0重量%以下、例えば約4.5重量%以下、約4.0重量%以下、約3.5重量%以下、約3.0重量%以下、約2.5重量%以下、約2.0重量%以下、約1.5重量%以下、約1.0重量%以下、又は約0.5重量%以下の量のNiOを含む。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラスは、約0.1重量%以上かつ約5.0重量%以下、例えば約0.5重量%以上かつ約4.5重量%以下、約1.0重量%以上かつ約4.0重量%以下、約1.5重量%以上かつ約3.5重量%以下、約2.0重量%以上かつ約3.0重量%以下、又は約2.5重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量のNiOを含んでよい。実施形態では、ガラスは、約0.5重量%以上かつ約1.5重量%以下の量のNiOを含んでよい。
いくつかの実施形態では、ガラスは、約0.1重量%以上、例えば約0.5重量%以上、約1.0重量%以上、約1.5重量%以上、約2.0重量%以上、約3.5重量%以上、約4.0重量%以上、又は約4.5重量%以上の量のCoを含む。いくつかの実施形態では、ガラスは、約5.0重量%以下、例えば約4.5重量%以下、約4.0重量%以下、約3.5重量%以下、約3.0重量%以下、約2.5重量%以下、約2.0重量%以下、約1.5重量%以下、約1.0重量%以下、又は約0.5重量%以下の量のCoを含む。実施形態では、上述の範囲のうちのいずれを、他のいずれの範囲と組み合わせてよいことを理解されたい。実施形態では、ガラスは、約0.1重量%以上かつ約5.0重量%以下、例えば約0.5重量%以上かつ約4.5重量%以下、約1.0重量%以上かつ約4.0重量%以下、約1.5重量%以上かつ約3.5重量%以下、約2.0重量%以上かつ約3.0重量%以下、又は約2.5重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量のCoを含んでよい。実施形態では、ガラスは、約0.1重量%以上かつ約0.4重量%の量のCoを含んでよい。
実施形態では、ガラスセラミックはMnO+MnO+Mnがガラスセラミック中に0重量%以上かつ約4.0重量%以下、例えば約0.5重量%以上かつ約3.5重量%以下、約1.0重量%以上かつ約3.0重量%以下、約1.5重量%以上かつ約2.5重量%以下、又は約2.0重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含まれ得るように、MnO、MnO、及び/又はMnを含んでよい。実施形態では、Crはガラスセラミック中に、0重量%以上かつ約2.0重量%以下、例えば約0.5重量%以上かつ約1.5重量%以下、又は約1.0重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含まれていてよい。実施形態では、CuOはガラスセラミック中に、0重量%以上かつ約2.0重量%以下、例えば約0.5重量%以上かつ約1.5重量%以下、又は約1.0重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含まれていてよい。実施形態では、Vはガラスセラミック中に、0重量%以上かつ約2.0重量%以下、例えば約0.5重量%以上かつ約1.5重量%以下、又は約1.0重量%、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含まれていてよい。
以上から、実施形態によるガラスセラミックは、スロット成形、フロート成形、圧延プロセス、フュージョン成形プロセス等といったいずれの好適な方法で成形された前駆ガラス物品から形成できる。前駆ガラス物品は、成形方法によって特性決定され得る。例えば前駆ガラス物品は、フロート成形可能である(即ちフロートプロセスによって成形される)こと、ダウンドロー可能であること、及び特にフュージョン成形可能であるか又はスロットドロー可能である(即ちフュージョンドロープロセス又はスロットドロープロセスによって成形される)ことを特徴としてよい。
本明細書に記載の前駆ガラス物品のいくつかの実施形態は、ダウンドロープロセスによって形成できる。ダウンドロープロセスは、傷が比較的少ない表面を有する、厚さが均一なガラス物品を形成する。ガラス物品の平均曲げ強度は表面の傷の量及びサイズによって制御されるため、接触が最小限に抑えられていた無傷の表面は、比較的高い初期強度を有する。更に、ダウンドロー加工されたガラス物品は、極めて平坦かつ平滑な表面を有し、これは、コストの掛かる研削及び研磨を行うことなく、その最終的な用途に使用できる。
本明細書に記載の前駆ガラス物品のいくつかの実施形態は、スロットドロープロセスで成形してよい。スロットドロープロセスは、フュージョンドロー法とは異なる。スロットドロープロセスでは、溶融した原材料ガラスをドロー加工用タンクに供給する。ドロー加工用タンクの底部は開放スロットを有し、これは、上記スロットの長さにわたるノズルを備える。溶融ガラスはこのスロット/ノズルを通って流れ、連続したガラス物品として、アニーリング領域内に向かって下方へとドロー加工される。
ガラスセラミックは、いずれの好適な条件下で前駆ガラスをセラミック化することによって形成できる。セラミック化サイクルは、核形成ステップ及び成長ステップを含む。いくつかの実施形態では、セラミック化サイクルは、3つの別個の温度での、3つの別個の熱処理ステップを含んでよい。
実施形態では、核形成ステップ及び成長ステップ(又はセラミック化ステップ)は、約500℃以上、例えば約525℃以上、約550℃以上、約575℃以上、約600℃以上、約625℃以上、約650℃以上、約675℃以上、約700℃以上、約725℃以上、約750℃以上、約775℃以上、約800℃以上、約825℃以上、約850℃以上、又は約875℃以上の温度で実施される。実施形態では、核形成ステップ及び成長ステップは、約500℃以上かつ約900℃以下、約525℃以上かつ約875℃以下、約550℃以上かつ約850℃以下、約575℃以上かつ約825℃以下、約600℃以上かつ約800℃以下、約625℃以上かつ約775℃以下、約650℃以上かつ約750℃以下、約675℃以上かつ約725℃以下、又は約700℃、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の温度で実施される。
実施形態では、セラミック化サイクルの個々のステップは、約1.0時間以上、例えば約1.5時間以上、約2.0時間以上、約2.5時間以上、約3.0時間以上、約3.5時間以上、約4.0時間以上、約4.5時間以上、約5.0時間以上、約5.5時間以上、約6.0時間以上、約6.5時間以上、約7.0時間以上、約7.5時間以上、又は約8.0時間以上の期間にわたる。実施形態では、セラミック化サイクルの個々のステップは、約1.0時間以上かつ約8.0時間以下、例えば約1.5時間以上かつ約7.5時間以下、約2.0時間以上かつ約7.0時間以下、約1.5時間以上かつ約6.5時間以下、約2.0時間以上かつ約6.0時間以下、約2.5時間以上かつ約5.5時間以下、約3.0時間以上かつ約5.0時間以下、約3.5時間以上かつ約4.5時間以下、又は約4.0時間、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の期間にわたる。
実施形態では、セラミック化サイクルの全期間は、約1.0時間以上、例えば約1.5時間以上、約2.0時間以上、約2.5時間以上、約3.0時間以上、約3.5時間以上、約4.0時間以上、約4.5時間以上、約5.0時間以上、約5.5時間以上、約6.0時間以上、約6.5時間以上、約7.0時間以上、約7.5時間以上、約8.0時間以上、約8.5時間以上、約9.0時間以上、約9.5時間以上、約10.0時間以上、約10.5時間以上、約11.0時間以上、約11.5時間以上、約12.0時間以上、約12.5時間以上、約13.0時間以上、約13.5時間以上、約14.0時間以上、約14.5時間以上、約15.0時間以上、又は約15.5時間以上にわたる。実施形態では、セラミック化サイクルの全期間は、約6時間以上かつ約16.0時間以下、例えば約6.5時間以上かつ約15.5時間以下、約7.0時間以上かつ約15.0時間以下、約7.5時間以上かつ約14.5時間以下、約8.0時間以上かつ約14.0時間以下、約8.5時間以上かつ約13.5時間以下、約9.0時間以上かつ約13.0時間以下、約9.5時間以上かつ約12.5時間以下、約10.0時間以上かつ約12.0時間以下、約10.5時間以上かつ約11.5時間以下、又は約11.0時間、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲にわたる。
実施形態では、前駆ガラス物品及び/又は核形成済みの物品を機械加工して、セラミック化の前に略最終的なジオメトリの部品を形成してよい。この機械加工は、スロット、孔、及び様々な厚さの領域の形成を含んでよい。実施形態では、ガラスは、加工された縁部プロファイル、及び/又は3次元形状を有してよい。
実施形態では、ガラスセラミックをイオン交換等によって化学強化して、限定するものではないが電子デバイスのハウジング等の用途のための、損傷耐性を有するガラスセラミックを製造する。図1を参照すると、ガラスセラミックは、ガラスセラミックの表面から圧縮深さ(DOC)まで延在する、圧縮応力下の第1の領域(例えば図1の第1の圧縮層120及び第2の圧縮層122)と、ガラスセラミックのDOCから中央又は内部領域まで延在する、引張応力又は中央張力(CT)下の第2の領域(例えば図1の中央領域130)とを有する。本明細書中で使用される場合、DOCは、ガラスセラミック内の応力が圧縮応力から引張応力に変化する深さを指す。DOCでは応力が正の(圧縮)応力から負の(引張)応力へと移行するため、応力値ゼロを示す。
当該技術分野において通常用いられてきた慣例によると、圧縮又は圧縮応力は負(<0)の応力として表され、張力又は引張応力は正(>0)の応力として表される。しかしながら本記載全体を通して、CSは正の値又は絶対値として表される。即ち本明細書中に記載される場合、特段の注記がない限りCS=|CS|である。圧縮応力(CS)は、ガラスの表面において最大値を有してよく、CSは、表面からの距離dと共に、ある関数に従って変動し得る。再び図1を参照すると、第1の圧縮層120は、第1の表面110から深さdまで延在し、第2の圧縮層122は、第2の表面112から深さdまで延在する。これらのセグメントが共に、ガラスセラミック100の圧縮又はCSを画定する。
両方の圧縮応力領域(図1の120、122)の圧縮応力は、ガラスセラミックの中央領域(130)の貯蔵張力によってバランスが取られる。DOC値は、イオン交換処理中にイオン交換されてガラスセラミック物品に入るイオンの濃度プロファイル、例えば、測定された濃度がイオン交換処理前のガラスセラミック中での濃度に略等しくなるような、ガラスセラミック物品の表面の下の深さに基づいて概算できる。
圧縮応力層は、ガラスをイオン交換溶液に曝露することによってガラスセラミック中に形成できる。実施形態では、イオン交換溶液は溶融硝酸塩を含有してよい。いくつかの実施形態では、イオン交換溶液は、溶融KNO、溶融NaNO、溶融LiNO、又はこれらの組み合わせであってよい。実施形態では、イオン交換溶液は、約100%以下の溶融KNO、例えば約95%以下の溶融KNO、約90%以下の溶融KNO、約85%以下の溶融KNO、約80%以下の溶融KNO、約75%以下の溶融KNO、約70%以下の溶融KNO、約65%以下の溶融KNO、約60%以下の溶融KNO、又はそれ以下の溶融KNOを含んでよい。特定の実施形態では、イオン交換溶液は、約20%以上の溶融NaNO、例えば約25%以上の溶融NaNO、約30%以上の溶融NaNO、約35%以上の溶融NaNO、約40%以上の溶融NaNO、又はそれ以上の溶融NaNOを含んでよい。実施形態では、イオン交換溶液は、約80%の溶融KNO及び約20%の溶融NaNO、約75%の溶融KNO及び約25%の溶融NaNO、約70%の溶融KNO及び約30%の溶融NaNO、約65%の溶融KNO及び約35%の溶融NaNO、又は約60%の溶融KNO及び約40%の溶融NaNO、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の溶融KNO及び溶融NaNOを含んでよい。実施形態では、イオン交換溶液は、KNO、NaNO、及びLiNOの混合物を含む溶融塩浴であってよい。実施形態では、例えば硝酸、リン酸、又は硫酸ナトリウム、あるいは硝酸、リン酸、又は硫酸カリウムといった他のナトリウム及びカリウム塩を、イオン交換溶液中で使用してよい。実施形態では、イオン交換溶液は、ケイ酸、例えば約1重量%以下のケイ酸を含有してよい。
ガラスセラミックは:ガラスセラミックをイオン交換溶液の浴に浸漬すること;イオン交換溶液をガラスセラミックに噴霧すること;又はその他の方法でイオン交換溶液をガラスセラミックに物理的に塗布することによって、イオン交換溶液に曝露できる。ガラスセラミックの曝露時、実施形態によると、イオン交換溶液の温度は400℃以上かつ500℃以下、例えば410℃以上かつ490℃以下、420℃以上かつ480℃以下、430℃以上かつ470℃以下、又は440℃以上かつ460℃以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内であってよい。実施形態では、ガラスセラミックを、4時間以上かつ48時間以下、例えば8時間以上かつ44時間以下、12時間以上かつ40時間以下、16時間以上かつ36時間以下、20時間以上かつ32時間以下、又は24時間以上かつ28時間以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の持続時間にわたって、イオン交換溶液に曝露してよい。
イオン交換プロセスは、例えば米国特許出願第2016/0102011号明細書(参照によりその全体が本出願に援用される)で開示されているような、改善された圧縮応力プロファイルを提供する加工条件下で、イオン交換溶液中で実施してよい。
イオン交換プロセスの実施後、ガラス‐セラミックの表面の組成は、形成時のままのガラス‐セラミック(即ちイオン交換プロセスを受ける前のガラス‐セラミック)の組成とは異なることを理解されたい。これは、形成時のままのガラス‐セラミックのガラス相中の、例えばLi又はNaといった1種類のアルカリ金属イオンが、例えばそれぞれNa又はKといった、比較的大きなアルカリ金属イオンと交換されたためである。しかしながら、実施形態では、ガラス物品の深さの中心又は中心付近におけるガラス‐セラミックの組成は、イオン交換処理による影響が最も少なく、形成時のままのガラス‐セラミックと略同一又は同一の組成を有し得る。
実施形態では、イオン交換済みガラスセラミック物品は、約250MPa以上、例えば約260MPa以上、約270MPa以上、約280MPa以上、約290MPa以上、約300MPa以上、約310MPa以上、約320MPa以上、約330MPa以上、約340MPa以上、約350MPa以上、約360MPa以上、約370MPa以上、約380MPa以上、約390MPa以上、約400MPa以上、約410MPa以上、約420MPa以上、約430MPa以上、約440MPa以上、約450MPa以上、約460MPa以上、約470MPa以上、約480MPa以上、約490MPa以上、約500MPa以上、約510MPa以上、約520MPa以上、約530MPa以上、約540MPa以上、約550MPa以上、約560MPa以上、約570MPa以上、約580MPa以上、約590MPa以上、約600MPa以上、約610MPa以上、約620MPa以上、約630MPa以上、又は約640MPa以上の表面圧縮応力を有してよい。実施形態では、イオン交換済みガラスセラミック物品は、約250MPa以上かつ約650MPa以下、例えば約260MPa以上かつ約640MPa以下、約270MPa以上かつ約630MPa以下、約280MPa以上かつ約620MPa以下、約290MPa以上かつ約610MPa以下、約300MPa以上かつ約600MPa以下、約310MPa以上かつ約590MPa以下、約320MPa以上かつ約580MPa以下、約330MPa以上かつ約570MPa以下、約340MPa以上かつ約560MPa以下、約350MPa以上かつ約550MPa以下、約360MPa以上かつ約540MPa以下、約370MPa以上かつ約530MPa以下、約380MPa以上かつ約520MPa以下、約390MPa以上かつ約510MPa以下、約400MPa以上かつ約500MPa以下、約410MPa以上かつ約490MPa以下、約420MPa以上かつ約480MPa以下、約430MPa以上かつ約470MPa以下、約440MPa以上かつ約460MPa以下、又は約450MPa、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の表面圧縮応力を有してよい。
実施形態では、イオン交換済みガラスセラミック物品は、約400μm以上、例えば約410μm以上、約420μm以上、約430μm以上、約440μm以上、約450μm以上、約460μm以上、約470μm以上、約480μm以上、約490μm以上、約500μm以上、又はそれ以上の、圧縮応力層の深さ(圧縮深さ)を有してよい。実施形態では、イオン交換済みガラスセラミック物品は、約40μm以上、例えば約50μm以上、約60μm以上、約70μm以上、約80μm以上、約90μm以上、約100μm以上、又はそれ以上の圧縮深さを有してよい。実施形態では、圧縮深さは、約40μm以上かつ500μm以下、例えば約50μm以上かつ約480μm以下、約60μm以上かつ約460μm以下、約70μm以上かつ約440μm以下、約80μm以上かつ約420μm以下、約90μm以上かつ約400μm以下、約100μm以上かつ約380μm以下、約120μm以上かつ約360μm以下、約140μm以上かつ約340μm以下、約160μm以上かつ約320μm以下、約180μm以上かつ約300μm以下、約200μm以上かつ約280μm以下、約220μm以上かつ約260μm以下、約240μm、及びこれらの端点から形成されるあらゆる部分範囲内であってよい。
実施形態では、イオン交換済みガラスセラミック物品は、約0.05t以上(ただしtはガラスセラミック物品の厚さである)、例えば約0.1t以上、約0.15t以上、約0.2t以上、又はそれ以上の、圧縮応力層の深さ(圧縮深さ)を有してよい。実施形態では、ガラスセラミック物品は、約0.05t以上かつ0.25t以下(ただしtはガラスセラミック物品の厚さである)、例えば約0.1t以上かつ0.2t以下、又は約0.05t、及びこれらの端点から形成されるあらゆる部分範囲内の圧縮深さを有してよい。
実施形態では、イオン交換済みガラスセラミックは、高い強度を有してよい。いくつかの実施形態では、イオン交換済みガラスセラミックは、約900MPa以上、例えば約910MPa以上、約920MPa以上、約930MPa以上、約940MPa以上、約950MPa以上、約960MPa以上、約970MPa以上、約980MPa以上、約990MPa以上、約1000MPa以上、又はそれ以上の強度を有する。強度とは、以下で説明されるリング・オン・リング試験で測定される強度を指す。実施形態では、イオン交換済みガラスセラミックは、約900MPa以上かつ約1000MPa以下、例えば約910MPa以上かつ約990MPa以下、約920MPa以上かつ約980MPa以下、約930MPa以上かつ約970MPa以下、約940MPa以上かつ約960MPa以下、又は約950MPa、及びこれらの端点から形成されるあらゆる部分範囲内の強度を有する。実施形態では、イオン交換済みガラスセラミックは、約700MPa以上の強度を有する。
ガラスセラミック物品は、いずれの適切なジオメトリを有してよい。実施形態では、ガラスセラミック物品の厚さは、約0.4mm以上、例えば約0.5mm以上、約0.6mm以上、約0.7mm以上、約0.8mm以上、約0.9mm以上、約1.0mm以上、約1.5mm以上、約2.0mm以上、又はそれ以上であってよい。実施形態では、ガラスセラミック物品の厚さは、約0.4mm以上かつ約2.0mm以下、例えば約0.5mm以上かつ約1.5mm以下、約0.6mm以上かつ約1.0mm以下、約0.7mm以上かつ約0.9mm以下、約0.8mm、及びこれらの端点から形成されるあらゆる部分範囲内であってよい。実施形態では、ガラスセラミック物品の厚さは約0.8mm以上かつ約1.0mm以下である。
本明細書中で開示されるガラス‐セラミック物品は、ディスプレイを有する物品(又はディスプレイ物品)(例えば携帯電話、タブレット、コンピュータ、ナビゲーションシステム等を含む消費者向け電子機器)、建築用物品、輸送物品(例えば自動車、鉄道、航空機、船舶等)、電気製品物品、又は多少の耐傷性、耐摩耗性若しくはこれらの組み合わせを必要とするいずれの物品といった別の物品に組み込んでよい。本明細書中で開示されるガラス‐セラミック物品のうちのいずれを組み込んだ例示的な物品は、図2A及び2Bに示されている。具体的には、図2A及び2Bは:前面204、後面206、及び側面208を有するハウジング202;少なくとも一部分又は全体がハウジング内にあり、少なくともコントローラ、メモリ、及びハウジングの前面にある又はその付近にあるディスプレイ210を含む、電気部品(図示せず);並びにディスプレイを覆うように、ハウジングの前面又は前面上にある、カバー基板212を含む、消費者向け電子デバイス200を示す。いくつかの実施形態では、ハウジング202の少なくとも一部分は、本明細書中で開示されるガラス‐セラミック物品のうちのいずれを含んでよい。
実施形態は、以下の実施例によって更に明らかになるだろう。これらの実施例は、上述の実施形態に対する限定ではないことを理解されたい。
以下の表1に列挙した成分(重量%)を有するガラスセラミックを調製し、示されているセラミック化サイクルに従ってセラミック化した。セラミック化サイクルは、室温から核形成温度への、5℃/分の昇温速度を含んでいた。表1では、セラミック化サイクルの個々のステップを、セラミック化サイクルのエントリの個々の行に温度及び保持時間として列挙し、各実施例に3つの別個のセラミック化サイクルステップが存在する。
Figure 2021505503
Figure 2021505503
ガラスセラミックの相構成を、セラミック化した試料のX線回折(XRD)分析を用いて決定した。ガラスセラミックの外観は、試料の観察に基づく印象である。色座標は、SCI UVC条件下でX‐rite Ci7 F02光源を用いて測定した。液相線温度は、前駆ガラスに関して、ASTM C829‐81(2015)、名称「Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method(勾配炉法によるガラスの液相線温度の測定のための標準的な実践)」に従って測定した。液相線温度におけるガラスの粘度を、ASTM C965‐96(2012)、名称「Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point(軟化点を超えるガラスの粘度を測定するための標準的な実践)」に従って測定して、液相粘度を決定する。破壊じん性値(K1C)は、Bubsey, R.T. et al., “Closed‐Form Expressions for Crack‐Mouth Displacement and Stress Intensity Factors for Chevron‐Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on Experimental Compliance Measurements,” NASA Technical Memorandum 83796, pp. 1‐30(1992年10月)の等式5を用いてY*を計算することを除いて、Reddy, K.P.R. et al, “Fracture Toughness Measurement of Glass and Ceramic Materials Using Chevron‐Notched Specimens,” J. Am. Ceram. Soc., 71 [6], C‐310‐C‐313 (1988)に開示されているシェブロン切欠き付きショートバー(chevron notched short bar:CNSB)法によって測定した。リング・オン・リング(RoR)強度は、以下で更に詳述するようにして測定した。
以下の表2に記載されている組成及びセラミック化サイクルを用いて、比較例1及び2を製造した。
Figure 2021505503
表1の実施例3並びに表2の比較例1及び2の透過率を、上述のように厚さ0.8mmの試料に関して測定した。図3に示すように、実施例3のガラスセラミックは、可視波長範囲において1%未満の透過率を有する。
厚さ1.0mmの実施例3の試料を、470℃の60重量%のKNO及び40重量%のNaNOの浴中で、4時間の期間にわたってイオン交換した。試料のリング・オン・リング強度を、以下に記載されているように、イオン交換処理の前後に測定した。リング・オン・リング試験の結果のワイブルプロットを図4に示す。
リング・オン・リング(RoR)試験は、平坦なガラス試験片を試験するための表面強度測定であり、ASTM C1499‐09(2013)、名称「Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature(周囲温度における先端セラミックの単調等二軸曲げ強度の標準試験方法)が、本明細書に記載のRoR試験法の基礎として役立つ。ASTM C1499‐09の内容は、参照によりその全体が本出願に援用される。リング・オン・リング試験前に試験片を摩耗させなかった。
RoR試験のために、図6に示すような試料を、サイズが異なる2つの同心リング間に配置し、等二軸曲げ強度(即ち2つの同心リング間での曲げに供した場合に材料が耐えることのできる最大応力)を決定する。RoR構成400では、ガラスセラミック物品410は、直径D2の支持リング420によって支持される。直径D1の荷重印加リング430によって、ガラスセラミック物品の表面に、荷重計(図示せず)によって力Fが印加される。
荷重印加リング及び支持リングの直径の比D1/D2は、0.2〜0.5であってよい。いくつかの実施形態では、D1/D2は0.5である。荷重印加リング430及び支持リング420は、同心となるよう、支持リングの直径D2の0.5%以内に位置合わせする必要がある。試験用のロードセルは、選択された範囲内のいずれの荷重において±1%以内となるよう正確でなければならない。試験は、温度23±2℃及び相対湿度40±10%で実施される。
器具の設計に関して、荷重印加リング430の突出表面の半径rは、h/2≦r≦3h/2であり、ここでhはガラスセラミック物品410の厚さである。荷重印加リング430及び支持リング420は、硬度HRc>40の硬化鋼製である。RoR器具は市販されている。
RoR試験のために意図される破損機構は、荷重印加リング430内の表面430aから開始するガラスセラミック物品410の破砕を観察するというものである。この領域以外、即ち荷重印加リング430と支持リング420との間から発生する破損は、データ分析から省略される。しかしながら、ガラスセラミック物品410の薄さ及び高い強度により、試験片厚さhの1/2を超える大きな偏向が観察されることがある。従って、荷重印加リング430の下側から発生する破損の高いパーセンテージが観察されることは珍しくない。リングの内側及びリングの下側の両方における応力の進展(歪みゲージの分析によって収集される)、並びに各試験片の破損の始点が分からなければ、応力を正確に算出することはできない。従ってRoR試験は、測定される応答として、破損時のピーク荷重に焦点を当てている。
ガラス系物品の強度は、表面の傷の存在に左右される。しかしながら、所与のサイズの傷が存在する可能性は正確に予測できない。というのは、ガラスの強度は統計的な性質のものであるためである。従って、得られたデータの統計的表現として、確率分布を使用できる。
実施例3の試料を、430℃のNaNO浴中で16時間にわたってイオン交換した。そして、電子マイクロプローブを用いて、表面下の深さの関数としてのイオン交換済み試料中のNaOの濃度を測定した。得られたNaO濃度プロファイル(モル%)を図5に示す。
本明細書に記載の全ての組成の成分、関係、及び比率は、特段の記載がない限り、重量%を単位として与えられる。本明細書で開示される全ての範囲は、ある範囲の開示の前又は後に明示的に言明されているかどうかにかかわらず、幅広いものとして開示されている範囲が包含するあらゆる範囲及び部分範囲を含む。
請求対象の主題の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態に対して様々な修正及び変更を行うことができることは、当業者には明らかであろう。よって、本明細書は、本明細書に記載の様々な実施形態の修正形態及び変更形態が、添付の請求項及びその均等物の範囲内にある限りにおいて、これらの修正形態及び変更形態を包含することが意図されている。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
ガラスセラミックであって:
一次結晶相としての少なくとも1つのケイ酸リチウム結晶相;並びに
二次結晶相としての、ペタライト、β石英、βスポジュメン、クリストバライト、及びリン酸リチウムのうちの少なくとも1つ
を含み、
上記ガラスセラミックは、以下の色座標:
L*:20.0〜40.0;
a*:−1.0〜1.0;及び
b*:−5.0〜2.0
を特徴とする、ガラスセラミック。
実施形態2
上記一次結晶相はメタケイ酸リチウムである、実施形態1に記載のガラスセラミック。
実施形態3
上記一次結晶相は二ケイ酸リチウムである、実施形態1に記載のガラスセラミック。
実施形態4
上記ガラスセラミックの透過率は可視光範囲において1%未満である、実施形態1〜3のいずれか1つに記載のガラスセラミック。
実施形態5
上記ガラスセラミックのリング・オン・リング強度は少なくとも290MPaである、実施形態1〜4のいずれか1つに記載のガラスセラミック。
実施形態6
上記ガラスセラミックの破壊じん性は0.9MPa・m0.5以上2.0MPa・m0.5以下である、実施形態1〜5のいずれか1つに記載のガラスセラミック。
実施形態7
上記ガラスセラミックの破壊じん性は1.0MPa・m0.5以上1.5MPa・m0.5以下である、実施形態1〜6のいずれか1つに記載のガラスセラミック。
実施形態8
55.0重量%〜75.0重量%のSiO
2.0重量%〜20.0重量%のAl
0重量%〜5.0重量%B
5.0重量%〜15.0重量%のLiO;
0重量%〜5.0重量%のNaO;
0重量%〜4.0重量%のKO;
0重量%〜8.0重量%のMgO;
0重量%〜10.0重量%のZnO;
0.5重量%〜5.0重量%のTiO
1.0重量%〜6.0重量%のP
2.0重量%〜10.0重量%のZrO
0重量%〜0.4重量%のCeO
0.05重量%〜0.5重量%のSnO+SnO
0.1重量%〜5.0重量%のFeO+Fe
0.1重量%〜5.0重量%のNiO;
0.1重量%〜5.0重量%のCo
0重量%〜4.0重量%のMnO+MnO+Mn
0重量%〜2.0重量%のCr
0重量%〜2.0重量%のCuO;及び
0重量%〜2.0重量%のV
を更に含む、実施形態1〜7のいずれか1つに記載のガラスセラミック。
実施形態9
65.0重量%〜75.0重量%のSiO
7.0重量%〜11.0重量%のAl
6.0重量%〜11.0重量%のLiO;
2.0重量%〜4.0重量%のTiO
1.5重量%〜2.5重量%のP
2.0重量%〜4.0重量%のZrO
1.0重量%〜4.0重量%のFeO+Fe
0.5重量%〜1.5重量%のNiO;及び
0.1重量%〜0.4重量%のCo
を更に含む、実施形態1〜8のいずれか1つに記載のガラスセラミック。
実施形態10
上記ガラスセラミックの結晶化度は50重量%超である、実施形態1〜9のいずれか1つに記載のガラスセラミック。
実施形態11
上記ガラスセラミックはイオン交換されており、上記ガラスセラミックの表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層を備える、実施形態1〜10のいずれか1つに記載のガラスセラミック。
実施形態12
上記ガラスセラミックの上記表面における圧縮応力は少なくとも250MPaである、実施形態11に記載のガラスセラミック。
実施形態13
上記ガラスセラミックの上記表面における圧縮応力は250MPa以上650MPa以下である、実施形態11又は12に記載のガラスセラミック。
実施形態14
上記圧縮深さは少なくとも0.05tであり、tは上記ガラスセラミックの厚さである、実施形態11〜13のいずれか1つに記載のガラスセラミック。
実施形態15
上記ガラスセラミックのリング・オン・リング強度は少なくとも900MPaである、実施形態11〜14のいずれか1つに記載のガラスセラミック。
実施形態16
消費者向け電子製品であって:
前面、背面、及び側面を備えるハウジング;
少なくとも一部が上記ハウジング内にある電気部品であって、上記電気部品は少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを含み、上記ディスプレイは上記ハウジングの上記前面にあるか、又は上記前面に隣接する、電気部品;並びに
上記ディスプレイを覆うように配置されたカバーガラス
を備え、
上記ハウジングの少なくとも一部分は、実施形態1〜10のいずれか1つに記載のガラスセラミックを含む、消費者向け電子製品。
実施形態17
消費者向け電子製品であって:
前面、背面、及び側面を備えるハウジング;
少なくとも一部が上記ハウジング内にある電気部品であって、上記電気部品は少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを含み、上記ディスプレイは上記ハウジングの上記前面にあるか、又は上記前面に隣接する、電気部品;並びに
上記ディスプレイを覆うように配置されたカバーガラス
を備え、
上記ハウジングの少なくとも一部分は、実施形態11〜15のいずれか1つに記載のガラスセラミックを含む、消費者向け電子製品。
実施形態18
前駆ガラス系物品をセラミック化してガラスセラミックを形成するステップを含む、方法であって、
上記ガラスセラミックは:
一次結晶相としての少なくとも1つのケイ酸リチウム結晶相;並びに
二次結晶相としての、ペタライト、β石英、βスポジュメン、クリストバライト、及びリン酸リチウムのうちの少なくとも1つ
を含み、
上記ガラスセラミックは、以下の色座標:
L*:20.0〜40.0;
a*:−1.0〜1.0;及び
b*:−5.0〜2.0
を特徴とする、方法。
実施形態19
上記セラミック化するステップは500℃以上900℃以下の温度で実施される、実施形態18に記載の方法。
実施形態20
上記セラミック化するステップは6時間以上16時間以下の期間にわたって実施される、実施形態18又は19に記載の方法。
実施形態21
上記ガラスセラミックをイオン交換するステップを更に含む、実施形態18〜20のいずれか1つに記載の方法。
実施形態22
上記前駆ガラス系物品は:
55.0重量%〜75.0重量%のSiO
2.0重量%〜20.0重量%のAl
0重量%〜5.0重量%のB
5.0重量%〜15.0重量%のLiO;
0重量%〜5.0重量%のNaO;
0重量%〜4.0重量%のKO;
0重量%〜8.0重量%のMgO;
0重量%〜10.0重量%のZnO;
0.5重量%〜5.0重量%のTiO
1.0重量%〜6.0重量%のP
2.0重量%〜10.0重量%のZrO
0重量%〜0.4重量%のCeO
0.05重量%〜0.5重量%のSnO+SnO
0.1重量%〜5.0重量%のFeO+Fe
0.1重量%〜5.0重量%のNiO;
0.1重量%〜5.0重量%のCo
0重量%〜4.0重量%のMnO+MnO+Mn
0重量%〜2.0重量%のCr
0重量%〜2.0重量%のCuO;及び
0重量%〜2.0重量%のV
を含む、実施形態18〜21のいずれか1つに記載の方法。
実施形態23
上記前駆ガラス系物品は:
65.0重量%〜75.0重量%のSiO
7.0重量%〜11.0重量%のAl
6.0重量%〜11.0重量%のLiO;
2.0重量%〜4.0重量%のTiO
1.5重量%〜2.5重量%のP
2.0重量%〜4.0重量%のZrO
1.0重量%〜4.0重量%のFeO+Fe
0.5重量%〜1.5重量%のNiO;及び
0.1重量%〜0.4重量%のCo
を含む、実施形態18〜22のいずれか1つに記載の方法。
実施形態24
55.0重量%〜75.0重量%のSiO
2.0重量%〜20.0重量%のAl
0重量%〜5.0重量%のB
5.0重量%〜15.0重量%のLiO;
0重量%〜5.0重量%のNaO;
0重量%〜4.0重量%のKO;
0重量%〜8.0重量%のMgO;
0重量%〜10.0重量%のZnO;
0.5重量%〜5.0重量%のTiO
1.0重量%〜6.0重量%のP
2.0重量%〜10.0重量%のZrO
0重量%〜0.4重量%のCeO
0.05重量%〜0.5重量%のSnO+SnO
0.1重量%〜5.0重量%のFeO+Fe
0.1重量%〜5.0重量%のNiO;
0.1重量%〜5.0重量%のCo
0重量%〜4.0重量%のMnO+MnO+Mn
0重量%〜2.0重量%のCr
0重量%〜2.0重量%のCuO;及び
0重量%〜2.0重量%のV
を含む、ガラス。
実施形態25
65.0重量%〜75.0重量%のSiO
7.0重量%〜11.0重量%のAl
6.0重量%〜11.0重量%のLiO;
2.0重量%〜4.0重量%のTiO
1.5重量%〜2.5重量%のP
2.0重量%〜4.0重量%のZrO
1.0重量%〜4.0重量%のFeO+Fe
0.5重量%〜1.5重量%のNiO;及び
0.1重量%〜0.4重量%のCo
を含む、実施形態24に記載のガラス。
100 ガラスセラミック
110 第1の表面
112 第2の表面
120 第1の圧縮層
122 第2の圧縮層
130 中央領域
200 消費者向け電子デバイス
202 ハウジング
204 前面
206 後面
208 側面
210 ディスプレイ
212 カバー基板
400 RoR構成
410 ガラスセラミック物品
420 支持リング
430 荷重印加リング
430a ガラス系物品410の、荷重印加リング430内の表面

Claims (11)

  1. ガラスセラミックであって:
    一次結晶相としての少なくとも1つのケイ酸リチウム結晶相;並びに
    二次結晶相としての、ペタライト、β石英、βスポジュメン、クリストバライト、及びリン酸リチウムのうちの少なくとも1つ
    を含み、
    前記ガラスセラミックは、以下の色座標:
    L*:20.0〜40.0;
    a*:−1.0〜1.0;及び
    b*:−5.0〜2.0
    を特徴とする、ガラスセラミック。
  2. 前記ガラスセラミックは:
    可視光範囲における1%未満の透過率;及び/又は
    50重量%超の結晶化度
    を有する、請求項1に記載のガラスセラミック。
  3. 前記ガラスセラミックは:
    少なくとも290MPaのリング・オン・リング強度;及び
    0.9MPa・m0.5以上2.0MPa・m0.5以下の破壊じん性
    のうちの少なくとも一方を有する、請求項1又は2に記載のガラスセラミック。
  4. 前記ガラスセラミックはイオン交換されており、前記ガラスセラミックの表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層を備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラスセラミック。
  5. 前記ガラスセラミックは:
    250MPa以上650MPa以下の、前記表面における圧縮応力;
    少なくとも0.05tの前記圧縮深さ(ここでtは前記ガラスセラミックの厚さである);及び
    少なくとも900MPaのリング・オン・リング強度
    のうちの少なくとも1つを有する、請求項4に記載のガラスセラミック。
  6. 消費者向け電子製品であって:
    前面、背面、及び側面を備えるハウジング;
    少なくとも一部が前記ハウジング内にある電気部品であって、前記電気部品は少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを含み、前記ディスプレイは前記ハウジングの前記前面にあるか、又は前記前面に隣接する、電気部品;並びに
    前記ディスプレイを覆うように配置されたカバーガラス
    を備え、
    前記ハウジングの少なくとも一部分は、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラスセラミックを含む、消費者向け電子製品。
  7. 前駆ガラス系物品をセラミック化してガラスセラミックを形成するステップを含む、方法であって、
    前記ガラスセラミックは:
    一次結晶相としての少なくとも1つのケイ酸リチウム結晶相;並びに
    二次結晶相としての、ペタライト、β石英、βスポジュメン、クリストバライト、及びリン酸リチウムのうちの少なくとも1つ
    を含み、
    前記ガラスセラミックは、以下の色座標:
    L*:20.0〜40.0;
    a*:−1.0〜1.0;及び
    b*:−5.0〜2.0
    を特徴とする、方法。
  8. 前記セラミック化するステップは500℃以上900℃以下の温度で実施され;及び/又は
    前記セラミック化するステップは6時間以上16時間以下の期間にわたって実施される、請求項7に記載の方法。
  9. 前記ガラスセラミックをイオン交換するステップを更に含む、請求項7又は8に記載の方法。
  10. 前記前駆ガラス系物品は:
    55.0重量%〜75.0重量%のSiO
    2.0重量%〜20.0重量%のAl
    0重量%〜5.0重量%のB
    5.0重量%〜15.0重量%のLiO;
    0重量%〜5.0重量%のNaO;
    0重量%〜4.0重量%のKO;
    0重量%〜8.0重量%のMgO;
    0重量%〜10.0重量%のZnO;
    0.5重量%〜5.0重量%のTiO
    1.0重量%〜6.0重量%のP
    2.0重量%〜10.0重量%のZrO
    0重量%〜0.4重量%のCeO
    0.05重量%〜0.5重量%のSnO+SnO
    0.1重量%〜5.0重量%のFeO+Fe
    0.1重量%〜5.0重量%のNiO;
    0.1重量%〜5.0重量%のCo
    0重量%〜4.0重量%のMnO+MnO+Mn
    0重量%〜2.0重量%のCr
    0重量%〜2.0重量%のCuO;及び
    0重量%〜2.0重量%のV
    を含む、請求項7〜9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 55.0重量%〜75.0重量%のSiO
    2.0重量%〜20.0重量%のAl
    0重量%〜5.0重量%のB
    5.0重量%〜15.0重量%のLiO;
    0重量%〜5.0重量%のNaO;
    0重量%〜4.0重量%のKO;
    0重量%〜8.0重量%のMgO;
    0重量%〜10.0重量%のZnO;
    0.5重量%〜5.0重量%のTiO
    1.0重量%〜6.0重量%のP
    2.0重量%〜10.0重量%のZrO
    0重量%〜0.4重量%のCeO
    0.05重量%〜0.5重量%のSnO+SnO
    0.1重量%〜5.0重量%のFeO+Fe
    0.1重量%〜5.0重量%のNiO;
    0.1重量%〜5.0重量%のCo
    0重量%〜4.0重量%のMnO+MnO+Mn
    0重量%〜2.0重量%のCr
    0重量%〜2.0重量%のCuO;及び
    0重量%〜2.0重量%のV
    を含む、ガラス。
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