JP2023543452A - 機械的耐久性が改善された透明ガラスセラミック物品 - Google Patents

Abstract

ガラスセラミック物品は、４０質量％から６０質量％のＳｉＯ２、１８質量％から３５質量％のＡｌ２Ｏ３、１２質量％から１６質量％のＢ２Ｏ３、０質量％から４質量％のＬｉ２Ｏ、０質量％から５質量％のＮａ２Ｏ、０質量％から５質量％のＫ２Ｏ、０質量％から１５質量％のＺｎＯ、および０質量％から８質量％のＭｇＯを含む。このガラスセラミック物品中のＬｉ２ＯとＮａ２Ｏの合計は、１質量％から８質量％であることがある。このガラスセラミック物品中のＭｇＯとＺｎＯの合計は、３質量％から２０質量％であることがある。このガラスセラミック物品の主結晶相は、ムライト型構造を有することがある。

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０２０年９月２５日に出願された米国仮特許出願第６３／０８３２３８号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。

本明細書は、ガラスセラミック組成物に関し、より詳しくは、イオン交換可能なガラスセラミック組成物に関する。

ＬＣＤおよびＬＥＤディスプレイ、コンピュータ用モニタ、現金自動預払機（ＡＴＭ）などの消費者向けおよび商業用電子機器の両方に、カバーガラス、ガラスバックプレーンなどのガラス物品が利用されている。これらのガラス物品の内のいくつかは、ガラス物品に、利用者の指および／またはスタイラス器具を含む様々な物体が触れる必要のある「タッチ」可能を備えることがあり、それゆえ、ガラスは、引っ掻き傷などの損傷を受けずに、頻繁な接触に耐えるのに十分に頑丈でなければならない。実際に、ガラス物品の表面に導入される引っ掻き傷は、ガラスの壊滅的な破壊をもたらす亀裂の開始点の働きをし得るので、その引っ掻き傷により、ガラス物品の強度が低下することがある。

さらに、そのようなガラス物品は、携帯電話、個人用メディアプレーヤー、ラップトップコンピュータ、およびタブレットコンピュータなどの携帯型電子機器に組み込まれることもある。それゆえ、ガラス物品の透過率など、ガラス物品の光学的特徴が重要な検討事項となることがある。

したがって、ガラスと比べて改善された機械的性質を有しつつ、ガラスと類似の光学的特徴も有する代替材料が必要とされている。

第１の態様Ａ１によれば、ガラスセラミック物品は、４０質量％以上かつ６０質量％以下のＳｉＯ_２、１８質量％以上かつ３５質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３、１２質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３、０質量％以上かつ４質量％以下のＬｉ_２Ｏ、０質量％以上かつ５質量％以下のＮａ_２Ｏ、０質量％以上かつ５質量％以下のＫ_２Ｏ、０質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯ、および０質量％以上かつ８質量％以下のＭｇＯを含むことがあり、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏは、１質量％以上かつ８質量％以下であり、ＭｇＯ＋ＺｎＯは、３質量％以上かつ２０質量％以下であり、このガラスセラミック物品の主結晶相はムライト型構造を有する。

第２の態様Ａ２は、ガラスセラミック物品が、１２．５質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３を含む、第１の態様Ａ１によるガラスセラミック物品を含む。

第３の態様Ａ３は、ガラスセラミック物品が、１３質量％以上かつ１５．５質量％以下のＢ_２Ｏ_３を含む、第２の態様Ａ２によるガラスセラミック物品を含む。

第４の態様Ａ４は、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏが、１．２質量％以上かつ６質量％以下である、第１から第３の態様Ａ１～Ａ３のいずれかによるガラスセラミック物品を含む。

第５の態様Ａ５は、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏが、１．４質量％以上かつ５質量％以下である、第４の態様Ａ４によるガラスセラミック物品を含む。

第６の態様Ａ６は、ＭｇＯ＋ＺｎＯが、５質量％以上かつ１８質量％以下である、第１から第５の態様Ａ１～Ａ５のいずれかによるガラスセラミック物品を含む。

第７の態様Ａ７は、ＭｇＯ＋ＺｎＯが、７質量％以上かつ１５質量％以下である、第６の態様Ａ６によるガラスセラミック物品を含む。

第８の態様Ａ８は、ガラスセラミック物品が、２０質量％以上かつ３０質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３を含む、第１から第７の態様Ａ１～Ａ７のいずれかによるガラスセラミック物品を含む。

第９の態様Ａ９は、ガラスセラミック物品が、８質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯを含む、第１から第８の態様Ａ１～Ａ８によるガラスセラミック物品を含む。

第１０の態様Ａ１０は、（Ｒ_２Ｏ＋ＲＯ）／Ａｌ_２Ｏ_３が１未満である、第１から第９の態様Ａ１～Ａ９によるガラスセラミック物品を含む。

第１１の態様Ａ１１は、ガラスセラミック物品がＺｒＯ_２を含まない、第１から第１０の態様Ａ１～Ａ１０によるガラスセラミック物品を含む。

第１２の態様Ａ１２は、ガラスセラミック物品がＡｓ_２Ｏ_３を含まない、第１から第１１の態様Ａ１～Ａ１１によるガラスセラミック物品を含む。

第１３の態様Ａ１３は、ガラスセラミック物品が、４０質量％以上かつ５５質量％以下のＳｉＯ_２を含む、第１から第１２の態様Ａ１～Ａ１２によるガラスセラミック物品を含む。

第１４の態様Ａ１４は、ガラスセラミック物品が、４３質量％以上かつ５０質量％以下のＳｉＯ_２を含む、第１３の態様Ａ１３によるガラスセラミック物品を含む。

第１５の態様Ａ１５は、ダブルトーション法で測定したガラスセラミック物品の破壊靱性Ｋ_ＩＣが、０．９０ＭＰａ・ｍ^１／２以上である、第１から第１４の態様Ａ１～Ａ１４によるガラスセラミック物品を含む。

第１６の態様Ａ１６は、ガラスセラミック物品の弾性率が、５０ＧＰａ以上かつ１００ＧＰａ以下である、第１から第１５の態様Ａ１～Ａ１５によるガラスセラミック物品を含む。

第１７の態様Ａ１７は、ガラスセラミック物品の平均透過率が、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の７０％以上かつ９５％以下である、第１から第１６の態様Ａ１～Ａ１６によるガラスセラミック物品を含む。

第１８の態様Ａ１８は、ガラスセラミック物品の熱膨張係数（ＣＴＥ）が、５０×１０^－７／℃以下である、第１から第１７の態様Ａ１～Ａ１７によるガラスセラミック物品を含む。

第１９の態様Ａ１９によれば、ガラスセラミック物品を形成する方法は、炉内でガラスセラミック組成物を１℃／分以上かつ１０℃／分以下の速度で核形成温度に加熱する工程であって、このガラスセラミック組成物は、４０質量％以上かつ６０質量％以下のＳｉＯ_２、１８質量％以上かつ３５質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３、１２質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３、０質量％以上かつ４質量％以下のＬｉ_２Ｏ、０質量％以上かつ５質量％以下のＮａ_２Ｏ、０質量％以上かつ５質量％以下のＫ_２Ｏ、０質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯ、および０質量％以上かつ８質量％以下のＭｇＯを含み、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏは、１質量％以上かつ８質量％以下であり、ＭｇＯ＋ＺｎＯは、３質量％以上かつ２０質量％以下である、工程；０．２５時間以上かつ４時間以下の時間に亘り炉内でガラスセラミック組成物を核形成温度に維持して、核形成された結晶化可能なガラスを生成する工程；炉内で核形成された結晶化可能なガラスを１℃／分以上かつ１０℃／分以下の速度で結晶化温度に加熱する工程；０．２５時間以上かつ４時間以下の時間に亘り炉内で核形成された結晶化可能なガラスを結晶化温度に維持して、ガラスセラミック物品を製造する工程であって、そのガラスセラミック物品の主結晶相がムライト型構造を有する、工程；およびガラスセラミック物品を室温に冷却する工程を含むことがある。

第２０の態様Ａ２０は、核形成温度が６００℃以上かつ９００℃以下である、第１９の態様Ａ１９による方法を含む。

第２１の態様Ａ２１は、結晶化温度が７００℃以上かつ１０００℃以下である、第１９の態様Ａ１９による方法を含む。

第２２の態様Ａ２２は、イオン交換浴内でガラスセラミック物品を強化する工程をさらに含む、第１９の態様Ａ１９による方法を含む。

第２３の態様Ａ２３は、ガラスセラミック物品が、ダブルトーション法で測定して０．９０ＭＰａ・ｍ^１／２以上の破壊靱性Ｋ_ＩＣを有する、第１９の態様Ａ１９による方法を含む。

第２４の態様Ａ２４は、ガラスセラミック物品が、５０ＧＰａ以上かつ１００ＧＰａ以下の弾性率を有する、第１９の態様Ａ１９による方法を含む。

第２５の態様Ａ２５は、ガラスセラミック物品が、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の７０％以上かつ９５％以下の平均透過率を有する、第１９の態様Ａ１９による方法を含む。

第２６の態様Ａ２６は、前面、背面、および側面を有する筐体；その筐体の少なくとも部分的に内部に設けられ、少なくとも制御装置、メモリ、および筐体の前面に、またはその近くに設けられたディスプレイを含む電気部品；およびそのディスプレイを覆って配置された第１の態様Ａ１によるガラスセラミック物品を備えた、消費者向け電子機器を含む。

ここに記載されたガラスセラミック組成物の追加の特徴と利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって、認識されるであろう。

先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、様々な実施の形態を記述しており、請求項の主題の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する意図があることが理解されよう。添付図面は、様々な実施の形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、ここに記載された様々な実施の形態を図解しており、説明と共に、請求項の主題の原理および作動を説明する働きをする。

ここに記載された１つ以上の実施の形態によるガラスセラミック物品のいずれかを組み込んだ例示の電子機器の平面図 図１の例示の電子機器の斜視図 ここに記載された１つ以上の実施の形態による、ガラスセラミック組成物から製造され、熱処理が施された例示のガラスセラミック物品のＸ線回折（ＸＲＤ）スペクトルのプロット（Ｘ軸：２θ角度；Ｙ軸：強度） ここに記載された１つ以上の実施の形態による、ガラスセラミック組成物から製造され、熱処理が施された例示のガラスセラミック物品の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像 ここに記載された１つ以上の実施の形態による、ガラスセラミック組成物から製造され、熱処理が施された例示のガラスセラミック物品の全透過率のプロット（Ｘ軸：波長；Ｙ軸：全透過率％） ここに記載された１つ以上の実施の形態による、ガラスセラミック組成物から製造され、熱処理が施された例示のガラスセラミック物品の拡散透過率のプロット（Ｘ軸：波長；Ｙ軸：拡散透過率％） ここに記載された１つ以上の実施の形態による、ガラスセラミック組成物から製造され、熱処理が施された例示のガラスセラミック物品の散乱比のプロット（Ｘ軸：波長；Ｙ軸：散乱比） ここに記載された１つ以上の実施の形態による、ガラスセラミック組成物から製造され、熱処理が施された例示のガラスセラミック物品のナトリウム濃度のプロット（Ｘ軸：深さ；Ｙ軸：Ｎａ_２Ｏ濃度） ここに記載された１つ以上の実施の形態による、ガラスセラミック組成物から製造され、熱処理が施された例示のガラスセラミック物品の応力のプロット（Ｘ軸：深さ；Ｙ軸：応力） ここに記載された１つ以上の実施の形態による、ガラスセラミック組成物から製造され、熱処理が施された例示のガラスセラミック物品の中央張力のプロット（Ｘ軸：深さ；Ｙ軸：中央張力）

これから、機械的耐久性が改善された透明ガラスセラミック物品の様々な実施の形態を詳しく参照する。実施の形態によれば、ガラスセラミック物品は、４０質量％以上かつ６０質量％以下のＳｉＯ_２、１８質量％以上かつ３５質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３、１２質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３、０質量％以上かつ４質量％以下のＬｉ_２Ｏ、０質量％以上かつ５質量％以下のＮａ_２Ｏ、０質量％以上かつ５質量％以下のＫ_２Ｏ、０質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯ、および０質量％以上かつ８質量％以下のＭｇＯを含む。このガラスセラミック物品中のＬｉ_２ＯとＮａ_２Ｏの合計は、１質量％以上かつ８質量％以下であることがある。このガラスセラミック物品中のＭｇＯとＺｎＯの合計は、３質量％以上かつ２０質量％以下であることがある。このガラスセラミック物品の主結晶相はムライト型構造を有することがある。イオン交換可能なガラスセラミック組成物およびそれからガラスセラミック物品を形成する方法の様々な実施の形態が、添付図面を具体的に参照して、ここに言及される。

範囲は、「約」ある特定値から、および／または「約」別の特定値まで、とここに表現されることがある。そのような範囲が表現された場合、別の実施の形態は、そのある特定値から、および／または他方の特定値まで、を含む。同様に、値が、「約」という先行詞を使用して、近似として表現されている場合、その特定値が別の実施の形態を形成することが理解されよう。範囲の各々の端点が、他方の端点に関してと、他方の端点とは関係なくの両方で有意であることがさらに理解されよう。

ここに用いられている方向を示す用語－例えば、上、下、右、左、前、後、上部、底部－は、描かれた図面に関してのみ使用され、絶対的な向きを暗示する意図はない。

特に明記のない限り、ここに述べられたどの方法も、その工程を特定の順序で行うことを必要とすると解釈されることも、またはどの装置についても、特定の向きが要求されていることも決して意図されていない。したがって、方法の請求項が、その工程がしたがうべき順序を実際に挙げていない場合、または装置の請求項が、個々の構成部材に対する順序または向きを実際に列挙していない場合、もしくはそれらの工程が特定の順序に限定されるべきことが、請求項または説明において他に具体的に述べられていない場合、もしくは装置の構成部材に対する特定の順序または向きが列挙されていない場合、順序または向きがいかようにも暗示されることは決して意図されていない。このことは、工程の配列、操作の流れ、構成部材の順序、または構成部材の向き；文法構成または句読法に由来する明白な意味；および明細書に記載された実施の形態の数またはタイプに関する論理事項を含む、解釈に関するどの可能性のある非表現基準にも適用される。

ここに用いられているように、名詞は、文脈上明白に他の意味に解釈すべき場合を除いて、複数の対象を含む。それゆえ、例えば、構成部材に対する言及は、文脈上明白に他の意味に解釈すべき場合を除いて、そのような構成部材を２つ以上有する態様を含む。

「０質量％」および「含まない(free)」という用語は、ガラスセラミック組成物中の特定の構成成分の濃度および／または不在を記載するために使用される場合、その構成成分が、ガラスセラミック組成物に意図的に加えられていないことを意味する。しかしながら、そのガラスセラミック組成物は、０．１質量％未満の量の汚染物質または混入物としてその構成成分を微量で含むことがある。

ここに記載されたガラスセラミック組成物またはガラスセラミック物品の実施の形態において、構成成分（例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３など）の濃度は、特に明記のない限り、酸化物基準の質量パーセント（質量％）で指定される。

破壊靱性は、その内容がここに全て引用される、「Double Torsion Technique as a Universal Fracture Toughness Test Method」と題する、ＡＳＴＭ ＳＴＰ ５５９に記載されたダブルトーション技術を使用して測定される。

ここに記載されたような、Ｘ線回折（ＸＲＤ）スペクトルは、Ｂｒｕｋｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（マサチューセッツ州、ビルリカ）により製造されたＬＹＮＸＥＹＥ ＸＥ－Ｔ検出器を備えたＤ８ ＥＮＤＥＡＶＯＲ Ｘ線回折システムで測定される。

透過率データ（全透過率および拡散透過率）は、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｉｎｃ．（米国、マサチューセッツ州、ウォルサム）により製造されたＬａｍｂｄａ ９５０ ＵＶ／Ｖｉｓ分光光度計で測定される。このＬａｍｂｄａ ９５０装置は、１５０ｍｍの線分球を備えていた。データは、試料位置に何も置かない状態をベースライン(open bema baseline)とし、Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）基準反射率ディスクを使用して収集した。全透過率（Ｔｏｔａｌ Ｔｘ）について、試料は、積分球のエントリーポイントに固定される。拡散透過率（Ｄｉｆｆｕｓｅ Ｔｘ）について、球の出口ポートの上にある「Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ」基準反射率ディスクを取り除いて、軸上光を球から出し、ライトトラップに入れることができる。試料が置かれていない状態で、拡散部分のゼロオフセット測定を行って、ライトトラップの効率を決定する。拡散透過率測定値を補正するために、式：Ｄｉｆｆｕｓｅ Ｔｘ＝Ｄｉｆｆｕｓｅ_測定－（Ｚｅｒｏ Ｏｆｆｓｅｔ^＊（Ｔｏｔａｌ Ｔｘ／１００））を使用して、試料測定値からゼロオフセット寄与を差し引く。（％Ｄｉｆｆｕｓｅ Ｔｘ／％Ｔｏｔａｌ Ｔｘ）として、全波長について、散乱比を測定する。

ここに用いられているような「平均透過率」という用語は、各整数の波長が等しく重み付けられた、所定の波長範囲内で行われた透過率測定値の平均を称する。ここに記載された実施の形態において、「平均透過率」は、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲（端点を含む）に亘り報告される。

「透明」という用語は、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されたガラスセラミック物品を記載するために使用される場合、そのガラスセラミック物品が、０．８ｍｍの物品厚で４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲（端点を含む）の光の垂直入射で測定したときに、８５％以上の平均透過率を有することを意味する。

「透明ヘイズ(transparent haze)」という用語は、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されたガラスセラミック物品を記載するために使用される場合、そのガラスセラミック物品が、０．８ｍｍの物品厚で４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲（端点を含む）の光の垂直入射で測定したときに、７０％以上かつ８５％未満の平均透過率を有することを意味する。

「半透明」という用語は、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されたガラスセラミック物品を記載するために使用される場合、そのガラスセラミック物品が、０．８ｍｍの物品厚で４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲（端点を含む）の光の垂直入射で測定したときに、２０％以上かつ７０％未満の平均透過率を有することを意味する。

「不透明」という用語は、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されたガラスセラミック物品を記載するために使用される場合、そのガラスセラミック物品が、０．８ｍｍの物品厚で４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲（端点を含む）の光の垂直入射で測定したときに、２０％未満の平均透過率を有することを意味する。

ここに図示され、記載された、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用した電子線回折画像は、４．７ｍｍの作動距離（ＷＤ）、３．００のＥＨＴ(electron high tension)、および高真空モードで、ＺＥＩＳＳ ＧｅｍｉｎｉＳＥＭ ５００走査型電子顕微鏡により撮影される。

ここに用いられているような「融点」という用語は、ガラスセラミック組成物の粘度が２００ポアズである温度を称する。

ここに用いられているような「軟化点」という用語は、ガラスセラミック組成物の粘度が１×１０^７．６ポアズである温度を称する。軟化点は、ＡＳＴＭ Ｃ１３５１Ｍに似た、温度の関数として１０^７から１０^９ポアズの無機ガラスの粘度を測定する平行板粘度測定法にしたがって測定される。

ここに用いられているような「液相粘度」という用語は、失透の発現時（すなわち、ＡＳＴＭ Ｃ８２９－８１による勾配炉測定法で決定されるような液相温度）でのガラスセラミック組成物の粘度を称する。

ここに記載されたような、ガラスセラミック物品の弾性率（ヤング率とも称される）は、ギガパスカル（ＧＰａ）の単位で与えられ、ＡＳＴＭ Ｃ６２３にしたがって測定される。

ここに用いられているような「ＣＴＥ」という用語は、各整数の波長が等しく重み付けられた、０℃と３００℃の間（端点を含む）でのガラスセラミック物品の平均熱膨張係数を称する。

ここに用いられているような「ガラスセラミック物品」という用語は、ガラスの制御された結晶化により製造された材料を称する。実施の形態において、ガラスセラミックは、約１％から約９９％の結晶化度を有する。

表面圧縮応力は、有限会社折原製作所（日本国）により製造されたＦＳＭ－６０００のような市販の機器などの表面応力計（ＦＳＭ）で測定される。表面応力測定は、応力光学係数（ＳＯＣ）の測定に依存し、応力光学係数はガラスセラミック物品の複屈折に関連付けられる。次に、ＳＯＣは、その内容がここに全て引用される、「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」と題するＡＳＴＭ規格Ｃ７７０－１６に記載された手順Ｃ（ガラスディスク法）にしたがって測定される。圧縮深さ（ＤＯＣ）は、当該技術分野で公知の散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）と連動したＦＳＭで測定される。ＦＳＭは、カリウムイオン交換に関する圧縮深さを測定し、ＳＣＡＬＰは、ナトリウムイオン交換の圧縮深さを測定する。最大中央張力（ＣＴ）値は、当該技術分野で公知のＳＣＡＬＰ技術を使用して測定される。

「圧縮深さ」および「ＤＯＣ」という句は、圧縮応力が引張応力に移行するガラスセラミック物品中の位置を称する。

ここに記載されたような、組成プロファイルは、ＪＥＯＬ ８９００電子マイクロプローブを使用して測定される。

「ムライト型」という用語は、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されたガラスセラミック物品を記載するために使用される場合、ムライト、ホウ素ムライト(boron mullite)、および準安定亜鉛・マグネシウム含有ムライト固溶体を称する。

ガラスセラミック物品は、概して、結晶粒（亀裂成長を妨げる）が存在するために、ガラスから形成された物品と比べて改善された破壊靱性を有し、比較的高い弾性率を有する。しかしながら、ガラスセラミック物品に固有の微細構造のために、所望の透明性を達成することが難しいことがある。さらに、ガラスセラミック組成物中に存在するアルカリ酸化物が、熱処理後の結晶相に含まれることがあり、イオン交換に利用できないことがある。

上述した問題を軽減するガラスセラミック組成物およびそれから形成されたガラスセラミック物品が、ここに開示されている。詳しくは、ここに記載されたガラスセラミック組成物は、比較的多量のＡｌ_２Ｏ_３と、Ｌｉ_２ＯやＮａ_２Ｏなどのアルカリ酸化物を含み、結果として、残留ガラス相中に比較的多量のＬｉ_２Ｏおよび／またはＮａ_２Ｏが存在する透明なムライト型ガラスセラミック物品が得られる。それゆえ、Ａｌ_２Ｏ_３も比較的多量に含まれる、残留ガラス相は、容易にイオン交換できる。さらに、針状斜方晶系ムライト型ナノ結晶の異方性が、ガラスセラミック物品の破壊靱性の改善に役立つことがある。比較的多量のＡｌ_２Ｏ_３含有量並びに高弾性率のムライト型結晶相の存在により、ガラスのみから形成された物品と比べて、比較的高い弾性率がもたらされることがある。

ここに記載されたガラスセラミック組成物は、アルミノホウケイ酸塩ガラスセラミック組成物と記載されることがあり、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＢ_２Ｏ_３を含む。このガラスセラミック組成物は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＢ_２Ｏ_３に加え、Ｌｉ_２ＯやＮａ_２Ｏなどのアルカリ酸化物も含んで、このガラスセラミック組成物から形成されたガラスセラミック物品のイオン交換を可能にする。ここに記載されたガラスセラミック組成物は、ＺｎＯやＭｇＯなどの二価陽イオン酸化物をさらに含んで、組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の電荷平衡を支援し、それによって、得られたガラスセラミック物品中に所望の結晶相（および所望の量の結晶相）を達成する。

ＳｉＯ_２は、ここに記載されたガラスセラミック組成物における主要なガラス形成材であり、ガラスセラミック物品の網状構造を安定化させる機能を果たすことができる。ガラスセラミック組成物中のＳｉＯ_２の量は、ガラスセラミック組成物をガラスセラミック物品に転化させるためにガラスセラミック組成物に熱処理が施されたときに、結晶相を形成するのに十分に多い（例えば、４０質量％以上である）べきである。純粋なＳｉＯ_２または高ＳｉＯ_２ガラスの溶融温度は不要に高いので、ＳｉＯ_２の量は、ガラスセラミック組成物の融点を制御するために制限される（例えば、６０質量％以下に）ことがある。それゆえ、ＳｉＯ_２の量を限定すると、得られるガラスセラミック物品の溶けやすさおよび成形性の改善を支援することができる。

したがって、実施の形態において、前記ガラスセラミック組成物は、４０質量％以上かつ６０質量％以下のＳｉＯ_２を含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、４０質量％以上かつ５５質量％以下のＳｉＯ_２を含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、４３質量％以上かつ５０質量％以下のＳｉＯ_２を含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＳｉＯ_２の量は、４０質量％以上、４３質量％以上、またさらには４５質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＳｉＯ_２の量は、６０質量％以下、５５質量％以下、またさらには５０質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＳｉＯ_２の量は、４０質量％以上かつ６０質量％以下、４０質量％以上かつ５５質量％以下、４０質量％以上かつ５０質量％以下、４３質量％以上かつ６０質量％以下、４３質量％以上かつ５５質量％以下、４３質量％以上かつ５０質量％以下、４５質量％以上かつ６０質量％以下、４５質量％以上かつ５５質量％以下、またさらには４５質量％以上かつ５０質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

Ａｌ_２Ｏ_３も、ＳｉＯ_２のように、ガラス網状構造を安定化させることができ、それに加え、得られるガラスセラミック物品に改善された機械的性質および化学的耐久性を与える。Ａｌ_２Ｏ_３の量は、ガラスセラミック組成物の粘度を制御するように調整することもできる。しかしながら、Ａｌ_２Ｏ_３の量が多すぎると、溶融物の粘度が増すことがある。Ａｌ_２Ｏ_３の量は、得られるガラスセラミック物品が所望の破壊靱性（例えば、０．９０ＭＰａ・ｍ^１／２以上の）を有するように、十分に多い（例えば、１８質量％以上である）べきである。しかしながら、Ａｌ_２Ｏ_３の量が多すぎると（例えば、３５質量％を超えると）、溶融物の粘度が増し、それによって、得られるガラスセラミック物品の成形性が低下することがある。実施の形態において、そのガラスセラミック組成物は、１８質量％以上かつ３５質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３を含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、２０質量％以上かつ３０質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３を含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の量は、１８質量％以上、２０質量％以上、またさらには２２質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の量は、３５質量％以下、３０質量％以下、またさらには２８質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の量は、１８質量％以上かつ３５質量％以下、１８質量％以上かつ３０質量％以下、１８質量％以上かつ２８質量％以下、２０質量％以上かつ３５質量％以下、２０質量％以上かつ３０質量％以下、２０質量％以上かつ２８質量％以下、２２質量％以上かつ３５質量％以下、２２質量％以上かつ３０質量％以下、またさらには２２質量％以上かつ２８質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスセラミック組成物の溶融温度を低下させる。さらに、ガラスセラミック組成物にＢ_２Ｏ_３を添加することは、ガラスセラミック物品を形成するために、このガラスセラミック組成物に熱処理が施されたときに、絡み合った結晶微細構造を達成するのに役立つ。それに加え、Ｂ_２Ｏ_３は、得られるガラスセラミック物品の損傷抵抗も改善することができる。熱処理後に存在する残留ガラス相中のホウ素が、アルカリ酸化物または二価陽イオン酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｎＯなど）により電荷平衡されなければ、ホウ素は、三角形配位状態（または三配位ホウ素）になり、これにより、ガラスの構造が開かれてしまう。これらの三配位ホウ素原子の周りの網状構造は、四面体配位（または四配位）ホウ素ほど剛性ではない。理論で束縛されるものでもないが、三配位ホウ素を含むガラスセラミック物品は、四配位ホウ素と比べて、亀裂が形成される前にある程度の変形を許容できると考えられる。ある程度の変形を許容することによって、ビッカース圧痕亀裂発生閾値が増加する。三配位ホウ素を含むガラスセラミック物品の破壊靱性も増すことがある。Ｂ_２Ｏ_３の量は、得られるガラスセラミック物品の成形性を改善し、破壊靱性を改善するために、十分に多い（例えば、１２質量％以上である）べきである。しかしながら、Ｂ_２Ｏ_３が多すぎると、化学的耐久性と液相粘度が低下することがあり、溶融中のＢ_２Ｏ_３の揮発と蒸発が、制御するのが難しくなってしまう。したがって、Ｂ_２Ｏ_３の量は、ガラスセラミック組成物の化学的耐久性および製造可能性を維持するために制限（例えば、１６質量％以下に）されることがある。

実施の形態において、前記ガラスセラミック組成物は、１２質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３を含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、１２．５質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３を含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、１３質量％以上かつ１５．５質量％以下のＢ_２Ｏ_３を含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＢ_２Ｏ_３の量は、１２質量％以上、１２．５質量％以上、１３質量％以上、またさらには１３．５質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＢ_２Ｏ_３の量は、１６質量％以下、またさらには１５．５質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＢ_２Ｏ_３の量は、１２質量％以上かつ１６質量％以下、１２質量％以上かつ１５．５質量％以下、１２．５質量％以上かつ１６質量％以下、１２．５質量％以上かつ１５．５質量％以下、１３質量％以上かつ１６質量％以下、１３質量％以上かつ１５．５質量％以下、１３．５質量％以上かつ１６質量％以下、またさらには１３．５質量％以上かつ１５．５質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

上述したように、前記ガラスセラミック組成物は、ガラスセラミック組成物のイオン交換を可能にするために、Ｌｉ_２ＯやＮａ_２Ｏなどのアルカリ酸化物を含有することがある。Ｌｉ_２Ｏは、ガラスセラミック組成物のイオン交換可能性を支援し、ガラスセラミック組成物の軟化点を低下させ、それによって、得られるガラスセラミック物品の成形性を増す。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、０質量％以上かつ４質量％以下のＬｉ_２Ｏを含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＬｉ_２Ｏの量は、０質量％以上、０．５質量％以上、１質量％以上、１．２質量％以上、またさらには１．４質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＬｉ_２Ｏの量は、４質量％以下、３質量％以下、２．５質量％以下、またさらには２質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＬｉ_２Ｏの量は、０質量％以上かつ４質量％以下、０質量％以上かつ３質量％以下、０質量％以上かつ２．５質量％以下、０質量％以上かつ２質量％以下、０．５質量％以上かつ４質量％以下、０．５質量％以上かつ３質量％以下、０．５質量％以上かつ２．５質量％以下、０．５質量％以上かつ２質量％以下、１質量％以上かつ４質量％以下、１質量％以上かつ３質量％以下、１質量％以上かつ２．５質量％以下、１質量％以上かつ２量％以下、１．２質量％以上かつ４量％以下、１．２質量％以上かつ３量％以下、１．２質量％以上かつ２．５質量％以下、１．２質量％以上かつ２質量％以下、１．２質量％以上かつ４質量％以下、１．４質量％以上かつ３質量％以下、１．４質量％以上かつ２．５質量％以下、またさらには１．４質量％以上かつ２量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

Ｎａ_２Ｏは、ガラスセラミック組成物のイオン交換可能性を支援することに加え、得られるガラスセラミック物品の融点を低下させ、成形性を改善する。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、０質量％以上かつ５質量％以下のＮａ_２Ｏを含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＮａ_２Ｏの量は、０質量％以上、１質量％以上、１．５質量％以上、またさらには２質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＮａ_２Ｏの量は、５質量％以下、４．５質量％以下、またさらには４質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＮａ_２Ｏの量は、０質量％以上かつ５質量％以下、０質量％以上かつ４．５質量％以下、０質量％以上かつ４質量％以下、１質量％以上かつ５質量％以下、１質量％以上かつ４．５質量％以下、１質量％以上かつ４質量％以下、１．５質量％以上かつ５質量％以下、１．５質量％以上かつ４．５質量％以下、１．５質量％以上かつ４量％以下、２質量％以上かつ５質量％以下、２質量％以上かつ４．５質量％以下、またさらには２質量％以上かつ４質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

前記ガラスセラミック組成物中のＬｉ_２ＯとＮａ_２Ｏの総量は、イオン交換過程を調節するために制御されることがある。Ｌｉ_２ＯとＮａ_２Ｏの総量は、ガラスセラミック組成物のイオン交換を可能にするために十分に多い（例えば、１質量％以上である）べきである。しかしながら、ガラスセラミック組成物中のＬｉ_２ＯとＮａ_２Ｏの総量が多すぎると（例えば、８質量％を超えると）、透明ガラスセラミック物品が得られないであろう。したがって、実施の形態において、ガラスセラミック組成物中のＬｉ_２ＯとＮａ_２Ｏの総量（すなわち、Ｌｉ_２Ｏ（質量％）＋Ｎａ_２Ｏ（質量％））は、１質量％以上かつ８質量％以下であることがある。実施の形態において、ガラスセラミック組成物中のＬｉ_２ＯとＮａ_２Ｏの総量は、１．２質量％以上かつ６質量％以下であることがある。実施の形態において、ガラスセラミック組成物中のＬｉ_２ＯとＮａ_２Ｏの総量は、１．４質量％以上かつ５質量％以下であることがある。実施の形態において、ガラスセラミック組成物中のＬｉ_２ＯとＮａ_２Ｏの総量は、１質量％以上、１．２質量％以上、またさらには１．４質量％以上であることがある。実施の形態において、ガラスセラミック組成物中のＬｉ_２ＯとＮａ_２Ｏの総量は、８質量％以下、６質量％以下、５質量％以下、またさらには４質量％以下であることがある。実施の形態において、ガラスセラミック組成物中のＬｉ_２ＯとＮａ_２Ｏの総量は、１質量％以上かつ８質量％以下、１質量％以上かつ６質量％以下、１質量％以上かつ５質量％以下、１質量％以上かつ４質量％以下、１．２質量％以上かつ８質量％以下、１．２質量％以上かつ６質量％以下、１．２質量％以上かつ５質量％以下、１．２質量％以上かつ４質量％以下、１．４質量％以上かつ８質量％以下、１．４質量％以上かつ６質量％以下、１．４質量％以上かつ５質量％以下、またさらには１．４質量％以上かつ４質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

ここに記載されたガラスセラミック組成物は、Ｋ_２Ｏなど、Ｌｉ_２ＯとＮａ_２Ｏ以外のアルカリ金属酸化物をさらに含むことがある。Ｋ_２Ｏは、イオン交換を促進し、圧縮深さを増加させ、融点を低下させて、得られるガラスセラミック物品の成形性を改善する。しかしながら、Ｋ_２Ｏを添加すると、表面圧縮応力と融点を低すぎるようにすることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＫ_２Ｏの量は、０質量％以上、またさらには０．１質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＫ_２Ｏの量は、５質量％以下、３質量％以下、１質量％以下、またさらには０．５質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＫ_２Ｏの量は、０質量％以上かつ５質量％以下、０．１質量％以上かつ５質量％以下、０質量％以上かつ３質量％以下、０．１質量％以上かつ３質量％以下、０質量％以上かつ１質量％以下、０．１質量％以上かつ１質量％以下、０質量％以上かつ０．５質量％以下、またさらには０．１質量％以上かつ０．５質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

全てのアルカリ酸化物の合計は、ここではＲ_２Ｏと表される。具体的に、Ｒ_２Ｏは、ガラスセラミック組成物中に存在するＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、およびＫ_２Ｏの合計（質量％）（すなわち、Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ（質量％）＋Ｎａ_２Ｏ（質量％）＋Ｋ_２Ｏ（質量％））である。アルカリ酸化物は、Ｂ_２Ｏ_３のように、ガラスセラミック組成物の軟化点と成形温度を低下させ、それによって、ガラスセラミック組成物中の多量のＳｉＯ_２による、ガラスセラミック組成物の軟化点と成形温度の上昇を相殺する。軟化点と成形温度は、ガラスセラミック組成物中にアルカリ酸化物の組合せ（例えば、２種類以上のアルカリ酸化物）を含むことによって、さらに低下させることができ、この現象は「混合アルカリ効果」と称される。しかしながら、アルカリ酸化物の量が多すぎると、ガラスセラミック組成物の平均熱膨張係数が１００×１０^－７／℃超に増加し、このことは望ましくないであろう。

実施の形態において、前記ガラスセラミック組成物中のＲ_２Ｏの量は、１質量％以上、１．２質量％以上、またさらには１．４質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＲ_２Ｏの総量は、１０質量％以下、８質量％以下、またさらには５質量％以下であることがある。実施の形態において、ガラスセラミック組成物中のＲ_２Ｏの総量は、１質量％以上かつ１０質量％以下、１質量％以上かつ８質量％以下、１質量％以上かつ５質量％以下、１．２質量％以上かつ１０質量％以下、１．２質量％以上かつ８質量％以下、１．２質量％以上かつ５質量％以下、１．４質量％以上かつ１０質量％以下、１．４質量％以上かつ８質量％以下、またさらには１質量％以上かつ５質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

前記ガラスセラミック組成物中のＭｇＯは、ガラスセラミック組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の電荷平衡を支援することができる。Ａｌ_２Ｏ_３の電荷平衡は、ガラスセラミック物品中に所望の結晶相（および結晶相の量）を達成するのに役立つ。ＭｇＯは、ガラスセラミック組成物の粘度を低下させ、これにより、成形性、歪み点、および弾性率が向上し、得られるガラスセラミック物品のイオン交換可能性が改善されることがある。ＭｇＯは、Ａｌ_２Ｏ_３の電荷平衡およびガラスセラミック組成物の粘度の低下を支援するようにガラスセラミック組成物中に含まれる（例えば、０質量％以上の量で）。しかしながら、ガラスセラミック組成物に加えられるＭｇＯが多すぎると（例えば、８質量％を超えると）、ガラスセラミック組成物中のナトリウムイオンとカリウムイオンの拡散性が低下し、これにより、転じて、得られるガラスセラミック物品のイオン交換性能（すなわち、イオン交換能力）が悪影響を受ける。

実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、０質量％以上かつ８質量％以下のＭｇＯを含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＭｇＯの量は、０質量％以上、２質量％以上、またさらには４質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＭｇＯの量は、８質量％以下、またさらには６質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＭｇＯの量は、０質量％以上かつ８質量％以下、０質量％以上かつ６質量％以下、２質量％以上かつ８質量％以下、２質量％以上かつ６質量％以下、４質量％以上かつ８質量％以下、またさらには４質量％以上かつ６質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

ＺｎＯは、ＭｇＯと同様に、組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の電荷平衡においてＭｇＯを支援し、それによって、得られたガラスセラミック物品中に所望の結晶相（および結晶相の量）を達成することができる。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、０質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯを含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、８質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯを含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＺｎＯの量は、０質量％以上、２質量％以上、４質量％以上、６質量％以上、またさらには８質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＺｎＯの量は、１５質量％以下、１３質量％以下、またさらには１１質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＺｎＯの量は、０質量％以上かつ１５質量％以下、０質量％以上かつ１３質量％以下、０質量％以上かつ１１質量％以下、２質量％以上かつ１５質量％以下、２質量％以上かつ１３質量％以下、２質量％以上かつ１１質量％以下、４質量％以上かつ１５質量％以下、４質量％以上かつ１３質量％以下、４質量％以上かつ１１質量％以下、６質量％以上かつ１５質量％以下、６質量％以上かつ１３質量％以下、６質量％以上かつ１１質量％以下、８質量％以上かつ１５質量％以下、８質量％以上かつ１３質量％以下、またさらには８質量％以上かつ１１質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

前記ガラスセラミック組成物中のＭｇＯとＺｎＯの総量は、組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の電荷平衡を支援し、それによって、得られたガラスセラミック物品中に所望の結晶相（および結晶相の量）を達成するのを支援するために制御されることがある。このガラスセラミック組成物中のＭｇＯとＺｎＯの総量は、所望のムライト型結晶相を形成できるように十分に多い（例えば、３質量％以上である）べきである。しかしながら、ＭｇＯとＺｎＯの総量が多すぎると（例えば、２０質量％を超えると）、尖晶石やβ石英などの他の結晶相を選択して、所望のムライト型結晶相の形成が低下することがある。したがって、実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＭｇＯとＺｎＯの総量（すなわち、ＭｇＯ（質量％）＋ＺｎＯ（質量％））は、３質量％以上かつ２０質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＭｇＯとＺｎＯの総量は、５質量％以上かつ１８質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＭｇＯとＺｎＯの総量は、７質量％以上かつ１５質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＭｇＯとＺｎＯの総量は、３質量％以上、５質量％以上、またさらには７質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＭｇＯとＺｎＯの総量は、２０質量％以下、１８質量％以下、１５質量％以下、またさらには１３質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＭｇＯとＺｎＯの総量は、３質量％以上かつ２０質量％以下、３質量％以上かつ１８質量％以下、３質量％以上かつ１５質量％以下、３質量％以上かつ１３質量％以下、５質量％以上かつ２０質量％以下、５質量％以上かつ１８質量％以下、５質量％以上かつ１５質量％以下、５質量％以上かつ１３質量％以下、７質量％以上かつ２０質量％以下、７質量％以上かつ１８質量％以下、７質量％以上かつ１５質量％以下、７質量％以上かつ１３質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

実施の形態において、前記ガラスセラミック組成物は、０質量％以上かつ５質量％以下のＣａＯを含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＣａＯの量は、０質量％以上、０．１質量％以上、０．５質量％以上、またさらには１質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＣａＯの量は、５質量％以下、またさらには３質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＣａＯの量は、０質量％以上かつ５質量％以下、０質量％以上かつ３質量％以下、０．１質量％以上かつ５質量％以下、０．１質量％以上かつ３質量％以下、０．５質量％以上かつ５質量％以下、０．５質量％以上かつ３質量％以下、１質量％以上かつ５質量％以下、またさらには１質量％以上かつ３質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、ＣａＯを含まないことがある。

実施の形態において、前記ガラスセラミック組成物は、０質量％以上かつ５質量％以下のＳｒＯを含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＳｒＯの量は、０質量％以上、０．１質量％以上、０．５質量％以上、またさらには１質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＳｒＯの量は、５質量％以下、またさらには３質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＳｒＯの量は、０質量％以上かつ５質量％以下、０質量％以上かつ３質量％以下、０．１質量％以上かつ５質量％以下、０．１質量％以上かつ３質量％以下、０．５質量％以上かつ５質量％以下、０．５質量％以上かつ３質量％以下、１質量％以上かつ５質量％以下、またさらには１質量％以上かつ３質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、ＳｒＯを含まないことがある。

実施の形態において、前記ガラスセラミック組成物は、０質量％以上かつ５質量％以下のＢａＯを含むことがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＢａＯの量は、０質量％以上、０．１質量％以上、０．５質量％以上、またさらには１質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＢａＯの量は、５質量％以下、またさらには３質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＢａＯの量は、０質量％以上かつ５質量％以下、０質量％以上かつ３質量％以下、０．１質量％以上かつ５質量％以下、０．１質量％以上かつ３質量％以下、０．５質量％以上かつ５質量％以下、０．５質量％以上かつ３質量％以下、１質量％以上かつ５質量％以下、またさらには１質量％以上かつ３質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、ＢａＯを含まないことがある。

全ての二価陽イオン酸化物の合計は、ここではＲＯと表される。具体的に、ＲＯは、前記ガラスセラミック組成物中に存在するＭｇＯ、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの合計（質量％）（すなわち、ＲＯ＝ＭｇＯ（質量％）＋ＺｎＯ（質量％）＋ＣａＯ（質量％）＋ＳｒＯ（質量％）＋ＢａＯ（質量％））である。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＲＯの量は、３質量％以上、５質量％以上、７質量％以上、またさらには１０質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＲＯの量は、２０質量％以下、１８質量％以下、またさらには１５質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＲＯの量は、３質量％以上かつ２０質量％以下、３質量％以上かつ１８質量％以下、３質量％以上かつ１５質量％以下、５質量％以上かつ２０質量％以下、５質量％以上かつ１８質量％以下、５質量％以上かつ１５質量％以下、７質量％以上かつ２０質量％以下、７質量％以上かつ１８質量％以下、７質量％以上かつ１５質量％以下、１０質量％以上かつ２０質量％以下、１０質量％以上かつ１８質量％以下、またさらには１０質量％以上かつ１５質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＲ_２ＯとＲＯの総量（すなわち、Ｒ_２Ｏ（質量％）＋ＲＯ（質量％））は、４質量％以上、７質量％以上、またさらには１０質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＲ_２ＯとＲＯの総量は、３０質量％以下、２５質量％以下、２０質量％以下、またさらには１５質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＲ_２ＯとＲＯの総量は、４質量％以上かつ３０質量％以下、４質量％以上かつ２５質量％以下、４質量％以上かつ２０質量％以下、４質量％以上かつ１５質量％以下、７質量％以上かつ３０質量％以下、７質量％以上かつ２５質量％以下、７質量％以上かつ２０質量％以下、７質量％以上かつ１５質量％以下、１０質量％以上かつ３０質量％以下、１０質量％以上かつ２５質量％以下、１０質量％以上かつ２０質量％以下、またさらには１０質量％以上かつ１５質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

実施の形態において、ここに記載されたガラスセラミック組成物は、過アルミニウム(peraluminous)（すなわち、Ａｌ_２Ｏ_３に対するＲ_２ＯとＲＯの合計の質量比が１未満である）であることがあり、このことは、スピネルやβ石英などの他の結晶相とは対照的に、所望のムライト型結晶相を形成するのに役立つであろう。実施の形態において、Ａｌ_２Ｏ_３に対するＲ_２ＯとＲＯの合計の質量比（すなわち、（Ｒ_２Ｏ＋ＲＯ）／Ａｌ_２Ｏ_３）は、１未満である。

実施の形態において、ここに記載されたガラスセラミック組成物は、結晶相と残留ガラス相の屈折率を等しくするのを支援する改質剤をさらに含むことがある。実施の形態において、その改質剤としては、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、またはその組合せが挙げられるであろう。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中の改質剤の量は、０質量％以上、０．１質量％以上、０．５質量％以上、またさらには１質量％以上であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中の改質剤の量は、５質量％以下、またさらには３質量％以下であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物中の改質剤の量は、０質量％以上かつ５質量％以下、０質量％以上かつ３質量％以下、０．１質量％以上かつ５質量％以下、０．１質量％以上かつ３質量％以下、０．５質量％以上かつ５質量％以下、０．５質量％以上かつ３質量％以下、１質量％以上かつ５質量％以下、またさらには１質量％以上かつ３質量％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

実施の形態において、ここに記載されたガラスセラミック組成物は、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ、ＭｏＯ_３、ＷＯ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｄＯ、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、硫酸塩などの硫黄系化合物、ハロゲン、またはその組合せなど、混入物をさらに含むことがある。実施の形態において、抗菌成分、化学的清澄剤、または他の追加の成分が、このガラスセラミック組成物中に含まれることがある。

実施の形態において、このガラスセラミック組成物は、ＺｒＯ_２を含まないことがある。例えば、実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＺｒＯ_２が、０質量％であることがある。実施の形態において、このガラスセラミック組成物が、Ａｓ_２Ｏ_３を含まないことが望ましいであろう。例えば、実施の形態において、このガラスセラミック組成物中のＡｓ_２Ｏ_３が、０質量％であることがある。理論で束縛する意図はないが、Ａｓ_２Ｏ_３は、毒素であると考えられることがあり、ガラスセラミック組成物からＡｓ_２Ｏ_３をなくすと、環境にやさしい（すなわち、「グリーンな」）ガラスセラミック物品が得られるであろう。

ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されるガラスセラミック物品は、どの適切な厚さであってもよく、その厚さは、ガラスセラミック物品の特定の使途に応じて様々であろう。実施の形態において、ガラスセラミックシートの実施の形態は、２５０μｍ以上かつ６ｍｍ以下、２５０μｍ以上かつ４ｍｍ以下、２５０μｍ以上かつ２ｍｍ以下、２５０μｍ以上かつ１ｍｍ以下、２５０μｍ以上かつ７５０μｍ以下、２５０μｍ以上かつ５００μｍ以下、５００μｍ以上かつ６ｍｍ以下、５００μｍ以上かつ４ｍｍ以下、５００μｍ以上かつ２ｍｍ以下、５００μｍ以上かつ１ｍｍ以下、５００μｍ以上かつ７５０μｍ以下、７５０μｍ以上かつ６ｍｍ以下、７５０μｍ以上かつ４ｍｍ以下、７５０μｍ以上かつ２ｍｍ以下、７５０μｍ以上かつ１ｍｍ以下、１ｍｍ以上かつ６ｍｍ以下、１ｍｍ以上かつ４ｍｍ以下、１ｍｍ以上かつ２ｍｍ以下、２ｍｍ以上かつ６ｍｍ以下、２ｍｍ以上かつ４ｍｍ以下、またさらには４ｍｍ以上かつ６ｍｍ以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にある厚さを有することがある。

先に述べたように、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されるガラスセラミック物品は、そのガラスセラミック物品がより耐損傷性であるように、増加した破壊靱性を有することがある。実施の形態において、このガラスセラミック物品は、ダブルトーション法で測定して、０．９０ＭＰａ・ｍ^１／２以上の破壊靱性Ｋ_ＩＣを有することがある。実施の形態において、このガラスセラミック物品は、ダブルトーション法で測定して、０．９０ＭＰａ・ｍ^１／２以上、１ＭＰａ・ｍ^１／２以上、またさらには１．１ＭＰａ・ｍ^１／２以上の破壊靱性Ｋ_ＩＣを有することがある。

実施の形態において、ガラスセラミック物品は、５０ＭＰａ以上かつ１００ＭＰａ以下の弾性率を有することがある。実施の形態において、このガラスセラミック物品は、５０ＭＰａ以上、６０ＭＰａ以上、７０ＭＰａ以上、またさらには８０ＭＰａ以上の弾性率を有することがある。実施の形態において、このガラスセラミック物品は、１００ＭＰａ以下、またさらには９５ＭＰａ以下の弾性率を有することがある。実施の形態において、このガラスセラミック物品は、５０ＭＰａ以上かつ１００ＭＰａ以下、５０ＭＰａ以上かつ９５ＭＰａ以下、６０ＭＰａ以上かつ１００ＭＰａ以下、６０ＭＰａ以上かつ９５ＭＰａ以下、７０ＭＰａ以上かつ１００ＭＰａ以下、７０ＭＰａ以上かつ９５ＭＰａ以下、８０ＭＰａ以上かつ１００ＭＰａ以下、またさらには８００ＭＰａ以上かつ９５ＭＰａ以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にある弾性率を有することがある。

実施の形態において、ガラスセラミック物品は、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の７０％以上かつ９５％以下の平均透過率を有することがある。実施の形態において、そのガラスセラミック物品は、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の７０％以上、７５％以上、８０％以上、またさらには８５％以上の平均透過率を有することがある。実施の形態において、そのガラスセラミック物品は、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の９５％以下、またさらには９０％以下の平均透過率を有することがある。実施の形態において、そのガラスセラミック物品は、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の７０％以上かつ９５％以下、７０％以上かつ９０％以下、７５％以上かつ９５％以下、７５％以上かつ９０％以下、８０％以上かつ９５％以下、８０％以上かつ９０％以下、８５％以上かつ９５％以下、またさらには８５％以上かつ９０％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲の平均透過率を有することがある。実施の形態において、そのガラスセラミック物品は、透明または透明ヘイズであることがある。

実施の形態において、そのガラスセラミック物品は、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の０．５％以上かつ１％以下の平均拡散透過率を有することがある。実施の形態において、そのガラスセラミック物品は、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の１０％以下、またはさらには５％以下の平均拡散透過率を有することがある。実施の形態において、そのガラスセラミック物品は、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の０．５％以上かつ１０％以下、０．５％以上かつ５％以下、１％以上かつ１０％以下、またさらには１％以上かつ５％以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲の平均拡散透過率を有することがある。

実施の形態において、このガラスセラミック物品は、５０×１０^－７／℃以下の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有することがある。実施の形態において、このガラスセラミック物品は、５０×１０^－７／℃以下、４７×１０^－７／℃以下、４５×１０^－７／℃以下、またさらには４３×１０^－７／℃以下の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有することがある。

実施の形態において、このガラスセラミック物品は、１００Ｐ以上、２５０Ｐ以上、５００Ｐ以上、１ｋＰ以上、１０ｋＰ以上、またさらには２５ｋＰ以上の液相粘度を有することがある。実施の形態において、このガラスセラミック物品は、１００Ｐ以上かつ２５ｋＰ以下、１００Ｐ以上かつ１０ｋＰ以下、１００Ｐ以上かつ１ｋＰ以下、１００Ｐ以上かつ５００Ｐ以下、１００Ｐ以上かつ２５０Ｐ以下、２５０Ｐ以上かつ２５ｋＰ以下、２５０Ｐ以上かつ１０ｋＰ以下、２５０Ｐ以上かつ１ｋＰ以下、２５０Ｐ以上かつ５００Ｐ以下、５００Ｐ以上かつ２５ｋＰ以下、５００Ｐ以上かつ１０ｋＰ以下、５００Ｐ以上かつ１ｋＰ以下、１ｋＰ以上かつ２５ｋＰ以下、１ｋＰ以上かつ１０ｋＰ以下、またさらには１０ｋＰ以上かつ２５ｋＰ以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にある液相粘度を有することがある。この範囲の粘度により、ガラスセラミック物品を、制限なく、フュージョン成形、スロットドロー法、フロート法、圧延法、および当業者に公知の他のシート成形法を含む、様々な異なる技術によってシートに成形することができる。しかしながら、他の物品（すなわち、シート以外の）を形成するために、他のプロセスを使用してもよいことを理解すべきである。

実施の形態において、ここに記載されたガラスセラミック組成物は、ガラスセラミック物品の強化を促進するために、イオン交換可能である。典型的なイオン交換過程において、ガラスセラミック物品中のより小さい金属イオンが、ガラスセラミック物品の外面に近い層内の同じ価数のより大きい金属イオンと置換される、すなわち「交換」される。大きい方のイオンによる小さい方のイオンの置換で、ガラスセラミック物品の層内に圧縮応力が生じる。実施の形態において、金属イオンは一価の金属イオン（例えば、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋など）であり、イオン交換は、ガラスセラミック物品中のより小さい金属イオンを交換すべきより大きい金属イオンの少なくとも１種類の溶融塩を含む浴中にガラスセラミック物品を浸すことによって行われる。あるいは、Ａｇ^＋、Ｔｌ^＋、Ｃｕ^＋などの他の一価イオンを、一価イオンと交換してもよい。ガラスセラミック物品を強化するために使用されるイオン交換過程は、以下に限られないが、単一浴または浸漬の間に洗浄および／または徐冷工程が行われる、同じまたは異なる組成の多数の浴中の浸漬を含むことがある。

ガラスセラミック物品に曝露される際に、イオン交換溶液（例えば、ＫＮＯ_３および／またはＮａＮＯ_３溶融塩浴）は、実施の形態によれば、３５０℃以上かつ５００℃以下、３６０℃以上かつ４５０℃以下、３７０℃以上かつ４４０℃以下、３６０℃以上かつ４２０℃以下、３７０℃以上かつ４００℃以下、３７５℃以上かつ４７５℃以下、４００℃以上かつ５００℃以下、４１０℃以上かつ４９０℃以下、４２０℃以上かつ４８０℃以下、４３０℃以上かつ４７０℃以下、またさらには４４０℃以上かつ４６０℃以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にある温度であることがある。実施の形態において、ガラスセラミック物品は、２時間以上かつ４８時間以下、２時間以上かつ２４時間以下、２時間以上かつ１２時間以下、２時間以上かつ６時間以下、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、またさらには２４時間以上かつ２８時間以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にある期間に亘りイオン交換溶液に曝露されることがある。

結果として生じる圧縮応力層は、２時間のイオン交換時間でガラスセラミック物品の表面に１００μｍ以上の深さ（「圧縮深さ」または「ＤＯＣ」とも称される）を有することがある。実施の形態において、ガラスセラミック物品は、１０μｍ以上、２０μｍ以上、３０μｍ以上、４０μｍ以上、５０μｍ以上、６０μｍ以上、７０μｍ以上、８０μｍ以上、９０μｍ以上、またさらには１００μｍ以上の圧縮深さを達成するためにイオン交換されることがある。実施の形態において、そのガラスセラミック物品は、厚さ「ｔ」を有し、０．１ｔ以上、０．１３ｔ以上、またさらには０．１５ｔ以上の圧縮深さを達成するためにイオン交換されることがある。

この表面圧縮層の発生は、イオン交換されていない材料と比べて、より良好な亀裂抵抗およびより高い曲げ強度にとって有益である。表面圧縮層は、ガラスセラミック物品の本体（すなわち、表面圧縮を含まない区域）に関するガラスセラミック物品に交換されるイオンの濃度と比べて、より高い濃度のガラスセラミック物品中に交換されるイオンを有する。

実施の形態において、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されるガラスセラミック物品は、イオン交換による強化後に、２０ＭＰａ以上、５０ＭＰａ以上、７５ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、２５０ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以上、７５０ＭＰａ以上、またさらには１ＧＰａ以上の表面圧縮応力を有することがある。実施の形態において、そのガラスセラミック物品は、イオン交換による強化後に、２０ＭＰａ以上かつ１ＧＰａ以下、２０ＭＰａ以上かつ７５０ＭＰａ以下、２０ＭＰａ以上かつ５００ＭＰａ以下、２０ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａ以下、５０ＭＰａ以上かつ１ＧＰａ以下、５０ＭＰａ以上かつ７５０ＭＰａ以下、５０ＭＰａ以上かつ５００ＭＰａ以下、５０ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａ以下、７５ＭＰａ以上かつ１ＧＰａ以下、７５ＭＰａ以上かつ７５０ＭＰａ以下、７５ＭＰａ以上かつ５００ＭＰａ以下、７５ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａ以下、１００ＭＰａ以上かつ１ＧＰａ以下、１００ＭＰａ以上かつ７５０ＭＰａ以下、１００ＭＰａ以上かつ５００ＭＰａ以下、１００ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａ以下、２５０ＭＰａ以上かつ１ＧＰａ以下、２５０ＭＰａ以上かつ７５０ＭＰａ以下、２５０ＭＰａ以上かつ５００ＭＰａ以下、５００ＭＰａ以上かつ１ＧＰａ以下、５００ＭＰａ以上かつ７５０ＭＰａ以下、またさらには７５０ＭＰａ以上かつ１ＧＰａ以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲の表面圧縮応力を有することがある。

実施の形態において、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されるガラスセラミック物品は、イオン交換による強化後に、１０ＭＰａ以上、２５ＭＰａ以上、またさらには５０ＭＰａ以上の中央張力を有することがある。実施の形態において、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されるガラスセラミック物品は、イオン交換による強化後に、２５０ＭＰａ以下、２００ＭＰａ以下、またさらには１５０ＭＰａ以下の中央張力を有することがある。実施の形態において、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されるガラスセラミック物品は、イオン交換による強化後に、１０ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａ以下、２５ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａ以下、５０ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａ以下、１０ＭＰａ以上かつ２００ＭＰａ以下、２５ＭＰａ以上かつ２００ＭＰａ以下、５０ＭＰａ以上かつ２００ＭＰａ以下、１０ＭＰａ以上かつ１５０ＭＰａ以下、２５ＭＰａ以上かつ１５０ＭＰａ以下、またさらには５０ＭＰａ以上かつ１５０ＭＰａ以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にある中央張力を有することがある。

実施の形態において、ガラスセラミック物品を製造する過程は、ガラスの均質化および１つ以上の結晶相（例えば、１つ以上の組成、量、形態、サイズまたはサイズ分布などを有する）の結晶化（すなわち、核形成と成長）を誘発するために１つ以上の事前に選択された時間に亘り１つ以上の事前に選択された温度で炉内のガラスセラミック組成物を熱処理する工程を含む。実施の形態において、熱処理は、（ｉ）１℃／分以上かつ１０℃／分以下の速度で炉内のガラスセラミック組成物を核形成温度に加熱すること、（ｉｉ）０．２５時間以上かつ４時間以下の時間に亘り炉内で核形成温度にガラスセラミック組成物を維持して、核形成された結晶化可能なガラスを生成すること、（ｉｉｉ）１℃／分以上かつ１０℃／分以下の速度で炉内の核形成された結晶化可能なガラスを結晶化温度に加熱すること、（ｉｖ）０．２５時間以上かつ４時間以下の時間に亘り炉内で結晶化温度に核形成された結晶化可能なガラスを維持して、ガラスセラミック物品を生成すること、および（ｖ）ガラスセラミック物品を室温に冷却することを含むことがある。

実施の形態において、核形成温度は、６００℃以上かつ９００℃以下であることがある。実施の形態において、核形成温度は、６００℃以上、またさらには６５０℃以上であることがある。実施の形態において、核形成温度は、９００℃以下、またさらには８００℃以下であることがある。実施の形態において、核形成温度は、６００℃以上かつ９００℃以下、６００℃以上かつ８００℃以下、６５０℃以上かつ９００℃以下、またさらには６５０℃以上かつ８００℃以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

実施の形態において、結晶化温度は、７００℃以上かつ１０００℃以下であることがある。実施の形態において、結晶化温度は、７００℃以上、またさらには７５０℃以上であることがある。実施の形態において、結晶化温度は、１０００℃以下、またさらには９００℃以下であることがある。実施の形態において、結晶化温度は、７００℃以上かつ１０００℃以下、７００℃以上かつ９００℃以下、７５０℃以上かつ１０００℃以下、またさらには７５０℃以上かつ９００℃以下、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にあることがある。

当業者は、ここに記載された加熱速度、核形成温度、および結晶化温度は、ガラスセラミック組成物が中で熱処理されている炉の加熱速度と温度を称することを理解するであろう。

ガラスセラミック組成物に加え、結晶化温度に加熱し、温度をその結晶化温度に維持する熱処理工程の温度－時間的プロファイルは、以下の所望の属性の内の１つ以上を生じるように思慮深く定められている：ガラスセラミック物品の結晶相、１つ以上の主結晶相および／または１つ以上の副結晶相および残留ガラス相の比率、１つ以上の主結晶相および／または１つ以上の副結晶相および残留ガラス相の結晶相集合体、および１つ以上の主結晶相および／または１つ以上の副結晶相の中での粒径または粒径分布。これらは、転じて、結果として得られるガラスセラミック物品の最終的な完全性、品質、色、および／または不透明度に影響することがある。

ここに記載されたガラスセラミック物品は、結晶相と残留ガラス相を含むことがある。実施の形態において、そのガラスセラミック物品の主結晶相（すなわち、結晶相の５０％以上）は、ムライト型構造を有する。実施の形態において、結晶相は、ムライト、ヴラナイト(vranaite)、またはその組合せを含むことがある。

実施の形態において、このガラスセラミック物品は、ＸＲＤスペクトルのリートベルト解析にしたがって決定して、ガラスセラミック物品の質量で（すなわち、質量％）５０質量％以上の結晶相と５０質量％以下の残留ガラス相、６０質量％以上の結晶相と４０質量％以下の残留ガラス相、７０質量％以上の結晶相と３０質量％以下の残留ガラス相、８０質量％以上の結晶相と２０質量％以下の残留ガラス相、またさらには９０質量％以上の結晶相と１０質量％以下の残留ガラス相、もしくはこれらの端点のいずれかから形成された任意と全ての部分的範囲にある結晶相と残留ガラス相を含むことがある。

得られたガラスセラミック物品は、シートとして提供されることがあり、そのシートは、次に、加圧成形、吹き込み成形、曲げ加工、垂れ加工、真空成形、または他の手段によって、均一な厚さの湾曲片または曲げ片に再成形されることがある。再成形は、熱処理前に行われてもよい、または成形工程が、成形と熱処理の両方が実質的に同時に行われる熱処理工程の働きをしてもよい。

ここに記載されたガラスセラミック物品は、例えば、ＬＣＤおよびＬＥＤディスプレイ、コンピュータ用モニタ、および現金自動預払機（ＡＴＭ）を含む消費者向けまたは商業用電子機器におけるカバーガラスまたはガラスバックプレーン用途；例えば、携帯電話、パーソナルメディアプレーヤー、腕時計、およびタブレット型コンピュータを含む携帯型電子機器のための、タッチスクリーンまたはタッチセンサ用途；例えば、半導体ウエハを含む集積回路用途；太陽光発電用途；建築用ガラス用途；自動車または車両用ガラス用途；もしくは商業用または家庭用電化製品用途を含む様々な用途に使用されることがある。実施の形態において、消費者向け電子機器（例えば、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、腕時計、パーソナルコンピュータ、ウルトラブック、テレビ、およびカメラ）、建築用ガラス、および／または自動車用ガラスは、ここに記載されたようなガラスセラミック物品を含むことがある。

ここに開示されたガラスセラミック物品のいずれかを組み込んだ例示の物品が、図１および図２に示されている。詳しくは、図１および２は、前面１０４、背面１０６、および側面１０８を有する筐体１０２；筐体の少なくとも部分的に内部または完全に内部にあり、少なくとも、制御装置、メモリ、および筐体の前面にあるまたはそれに隣接するディスプレイ１１０を含む電気部品（図示せず）；およびディスプレイを覆うように筐体の前面にあるまたはそれを覆うカバー基板１１２を備えた消費者向け電子機器１００を示す。実施の形態において、カバー基板１１２および筐体１０２の一部の少なくとも一方は、ここに開示されたガラスセラミック物品のいずれかを含むことがある。

様々な実施の形態がより容易に理解されるように、ここに記載されたガラスセラミック物品の様々な実施の形態を説明することを意図した以下の実施例を参照する。

表１は、例示のガラスセラミック組成物（質量％）を示している。表２は、例示のガラスセラミック物品を得るための熱処理スケジュール、並びにガラスセラミック物品のそれぞれの性質を示している。表１に列挙された例示のガラスセラミック組成１～６を有するガラスセラミック物品を形成した。

ここで図３を参照すると、４時間に亘り６７５℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り７７５℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５から形成された例示のガラスセラミック物品に関するＸＲＤスペクトルは、ホウ素ムライト結晶相およびヴラナイト結晶相の存在を証明するピークを含む。ホウ素ムライト結晶相およびヴラナイト結晶相は、アルカリを含有しない。ここで図４を参照すると、４時間に亘り６７５℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り７７５℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５から形成された例示のガラスセラミック物品のＳＥＭ画像が、残留ガラス基質中にホウ素ムライト結晶およびヴラナイト結晶を示している。これらの結晶は針状であり、このことは、ガラスセラミック物品の機械的耐久性の増加に寄与するであろう。図３および４に示されるように、ここに記載されたガラスセラミック組成物は、そのガラスセラミック組成物中に存在するアルカリが、結晶化後に残留ガラス相中に残って、イオン交換されるように、１つ以上の非アルカリ含有結晶相を有するガラスセラミック物品を形成するための熱処理することができる。

ここで図５～７を参照すると、４時間に亘り６７５℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り７７５℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５、並びに４時間に亘り７５０℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り８５０℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５から形成された、厚さ０．８ｍｍのガラスセラミック物品の全透過率、拡散透過率、および散乱比が、４００ｎｍから８００ｎｍの波長を有する光について測定される。

図５に示されるように、４時間に亘り６７５℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り７７５℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５から形成された例示のガラスセラミック物品は、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘り８７．９％の平均全透過率を有し、例示のガラスセラミック組成物５の特定の熱処理により、透明ガラスセラミック物品が得られることを示している。４時間に亘り７５０℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り８５０℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５から形成された例示のガラスセラミック物品は、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘り８６．７０％の平均全透過率を有し、例示のガラスセラミック組成物５の特定の熱処理により、透明ガラスセラミック物品が得られることを示している。図５に示されるように、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されたガラスセラミック物品は、所望の透過率（すなわち、外観）を達成するために、所定のイオン交換条件に施すことができる。すなわち、より詳しくは、結果として生じる透過率を変えるために、イオン交換の温度を使用することができる。

図６に示されるように、４時間に亘り６７５℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り７７５℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５から形成された例示のガラスセラミック物品は、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘り１．５６の平均拡散透過率を有する。４時間に亘り７５０℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り８５０℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５から形成された例示のガラスセラミック物品は、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘り１．６８の平均拡散透過率を有する。

図７に示されるように、４時間に亘り６７５℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り７７５℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５から形成された例示のガラスセラミック物品は、４００ｎｍから８００ｍｍの波長範囲に亘り０．００８５の平均散乱比を有する。４時間に亘り７５０℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り８５０℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５から形成された例示のガラスセラミック物品は、４００ｎｍから８００ｍｍの波長範囲に亘り０．０１９９の平均散乱比を有する。

図６および７に示されるように、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されるガラスセラミック物品に、比較的低い拡散透過率および散乱比（光の散乱が少ないことを意味する）を達成するための特定のイオン交換条件を施すことができる。理論で束縛する意図はないが、比較的低い拡散透過率および散乱比は、結晶相の屈折率の類似性および／またはより小さい結晶サイズによるものであろう。

ここで図８を参照すると、４時間に亘り７５０℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り８５０℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５から形成された、厚さ０．８ｍｍの例示のガラスセラミック物品をイオン交換した。この例示のガラスセラミック物品は、それぞれ、４時間および１７．５時間に亘り、１００％のＮａＮＯ_３の溶融塩浴中でイオン交換した。図８に示されるように、１７．５時間に亘りイオン交換した例示のガラスセラミック物品は、その物品中にイオン交換されたナトリウムの放物線に近いプロファイルを示す。

ここで図９および１０並びに表３を参照すると、４時間に亘り６７５℃で炉内に保持される核形成および２時間に亘り７７５℃で炉内に保持される結晶化が施された例示のガラスセラミック組成物５から形成された、厚さ０．８ｍｍの例示のガラスセラミック物品をイオン交換した。図９に示されるように、これらの物品は、それぞれ、２時間、７時間、１５時間、２２．５時間に亘り、１００％のＮａＮＯ_３の溶融塩浴中でイオン交換し、ＳＣＡＬＰを使用して測定して、様々な厚さ応力プロファイルを達成した。図１０に示されるように、これらのガラスセラミック物品の中央張力は、イオン交換時間と共に増加する。表３に示されるように、圧縮深さ（イオン交換済みガラスセラミック物品の厚さの百分率（「％ｔ」）で表される）は、イオン交換時間と共に増加する。

図８～１０および表３で示されるように、ここに記載されたガラスセラミック組成物から形成されるガラスセラミック物品を、所望の組成／応力プロファイルおよび中央張力を達成するために特定のイオン交換条件に施すことができる。

請求項の主題の精神および範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に、様々な改変および変更を行われてもよいことが、当業者に明白であろう。それゆえ、本明細書は、ここに記載された様々な実施の形態の改変および変更を、そのような改変および変更が特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に入るという前提で、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
ガラスセラミック物品であって、
４０質量％以上かつ６０質量％以下のＳｉＯ_２、
１８質量％以上かつ３５質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３、
１２質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３、
０質量％以上かつ４質量％以下のＬｉ_２Ｏ、
０質量％以上かつ５質量％以下のＮａ_２Ｏ、
０質量％以上かつ５質量％以下のＫ_２Ｏ、
０質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯ、および
０質量％以上かつ８質量％以下のＭｇＯ、
を含み、
Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏは、１質量％以上かつ８質量％以下であり、
ＭｇＯ＋ＺｎＯは、３質量％以上かつ２０質量％以下であり、
該ガラスセラミック物品の主結晶相はムライト型構造を有する、ガラスセラミック物品。

実施形態２
前記ガラスセラミック物品が、１２．５質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３を含む、実施形態１に記載のガラスセラミック物品。

実施形態３
前記ガラスセラミック物品が、１３質量％以上かつ１５．５質量％以下のＢ_２Ｏ_３を含む、実施形態２に記載のガラスセラミック物品。

実施形態４
Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏが、１．２質量％以上かつ６質量％以下である、実施形態１から３のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態５
Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏが、１．４質量％以上かつ５質量％以下である、実施形態４に記載のガラスセラミック物品。

実施形態６
ＭｇＯ＋ＺｎＯが、５質量％以上かつ１８質量％以下である、実施形態１から５のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態７
ＭｇＯ＋ＺｎＯが、７質量％以上かつ１５質量％以下である、実施形態６に記載のガラスセラミック物品。

実施形態８
前記ガラスセラミック物品が、２０質量％以上かつ３０質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３を含む、実施形態１から７のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態９
前記ガラスセラミック物品が、８質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯを含む、実施形態１から８のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態１０
（Ｒ_２Ｏ＋ＲＯ）／Ａｌ_２Ｏ_３が１未満である、実施形態１から９のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態１１
前記ガラスセラミック物品がＺｒＯ_２を含まない、実施形態１から１０のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態１２
前記ガラスセラミック物品がＡｓ_２Ｏ_３を含まない、実施形態１から１１のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態１３
前記ガラスセラミック物品が、４０質量％以上かつ５５質量％以下のＳｉＯ_２を含む、実施形態１から１２のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態１４
前記ガラスセラミック物品が、４３質量％以上かつ５０質量％以下のＳｉＯ_２を含む、実施形態１３に記載のガラスセラミック物品。

実施形態１５
ダブルトーション法で測定した前記ガラスセラミック物品の破壊靱性Ｋ_ＩＣが、０．９０ＭＰａ・ｍ^１／２以上である、実施形態１から１４のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態１６
前記ガラスセラミック物品の弾性率が、５０ＧＰａ以上かつ１００ＧＰａ以下である、実施形態１から１５のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態１７
前記ガラスセラミック物品の平均透過率が、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の７０％以上かつ９５％以下である、実施形態１から１６のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態１８
前記ガラスセラミック物品の熱膨張係数（ＣＴＥ）が、５０×１０^－７／℃以下である、実施形態１から１７のいずれか１つに記載のガラスセラミック物品。

実施形態１９
ガラスセラミック物品を形成する方法において、
炉内でガラスセラミック組成物を１℃／分以上かつ１０℃／分以下の速度で核形成温度に加熱する工程であって、該ガラスセラミック組成物は、
４０質量％以上かつ６０質量％以下のＳｉＯ_２、
１８質量％以上かつ３５質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３、
１２質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３、
０質量％以上かつ４質量％以下のＬｉ_２Ｏ、
０質量％以上かつ５質量％以下のＮａ_２Ｏ、
０質量％以上かつ５質量％以下のＫ_２Ｏ、
０質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯ、および
０質量％以上かつ８質量％以下のＭｇＯ、
を含み、
Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏは、１質量％以上かつ８質量％以下であり、
ＭｇＯ＋ＺｎＯは、３質量％以上かつ２０質量％以下である、工程、
０．２５時間以上かつ４時間以下の時間に亘り前記炉内で前記ガラスセラミック組成物を前記核形成温度に維持して、核形成された結晶化可能なガラスを生成する工程、
前記炉内で前記核形成された結晶化可能なガラスを１℃／分以上かつ１０℃／分以下の速度で結晶化温度に加熱する工程、
０．２５時間以上かつ４時間以下の時間に亘り前記炉内で前記核形成された結晶化可能なガラスを前記結晶化温度に維持して、ガラスセラミック物品を製造する工程であって、該ガラスセラミック物品の主結晶相がムライト型構造を有する、工程、および
前記ガラスセラミック物品を室温に冷却する工程、
を含む方法。

実施形態２０
前記核形成温度が６００℃以上かつ９００℃以下である、実施形態１９に記載の方法。

実施形態２１
前記結晶化温度が７００℃以上かつ１０００℃以下である、実施形態１９または２０に記載の方法。

実施形態２２
イオン交換浴内で前記ガラスセラミック物品を強化する工程をさらに含む、実施形態１９から２１のいずれか１つに記載の方法。

実施形態２３
前記ガラスセラミック物品が、ダブルトーション法で測定して０．９０ＭＰａ・ｍ^１／２以上の破壊靱性Ｋ_ＩＣを有する、実施形態１９から２２のいずれか１つに記載の方法。

実施形態２４
前記ガラスセラミック物品が、５０ＧＰａ以上かつ１００ＧＰａ以下の弾性率を有する、実施形態１９から２３のいずれか１つに記載の方法。

実施形態２５
前記ガラスセラミック物品が、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の７０％以上かつ９５％以下の平均透過率を有する、実施形態１９から２４のいずれか１つに記載の方法。

実施形態２６
前面、背面、および側面を有する筐体、
前記筐体の少なくとも部分的に内部に設けられ、少なくとも制御装置、メモリ、および前記筐体の前面に、またはその近くに設けられたディスプレイを含む電気部品、および
前記ディスプレイを覆って配置された実施形態１に記載のガラスセラミック物品、
を備えた、消費者向け電子機器。

１００ 消費者向け電子機器
１０２ 筐体
１０４ 前面
１０６ 背面
１０８ 側面
１１０ ディスプレイ
１１２ カバー基板

Claims (20)

1. ガラスセラミック物品であって、
   ４０質量％以上かつ６０質量％以下のＳｉＯ_２、
   １８質量％以上かつ３５質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３、
   １２質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３、
   ０質量％以上かつ４質量％以下のＬｉ_２Ｏ、
   ０質量％以上かつ５質量％以下のＮａ_２Ｏ、
   ０質量％以上かつ５質量％以下のＫ_２Ｏ、
   ０質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯ、および
   ０質量％以上かつ８質量％以下のＭｇＯ、
   を含み、
   Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏは、１質量％以上かつ８質量％以下であり、
   ＭｇＯ＋ＺｎＯは、３質量％以上かつ２０質量％以下であり、
   該ガラスセラミック物品の主結晶相はムライト型構造を有する、ガラスセラミック物品。
2. 前記ガラスセラミック物品が、１２．５質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３を含む、請求項１記載のガラスセラミック物品。
3. Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏが、１．２質量％以上かつ６質量％以下である、請求項１または２記載のガラスセラミック物品。
4. ＭｇＯ＋ＺｎＯが、５質量％以上かつ１８質量％以下である、請求項１から３いずれか１項記載のガラスセラミック物品。
5. 前記ガラスセラミック物品が、２０質量％以上かつ３０質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３を含む、請求項１から４いずれか１項記載のガラスセラミック物品。
6. 前記ガラスセラミック物品が、８質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯを含む、請求項１から５いずれか１項記載のガラスセラミック物品。
7. （Ｒ_２Ｏ＋ＲＯ）／Ａｌ_２Ｏ_３が１未満である、請求項１から６いずれか１項記載のガラスセラミック物品。
8. 前記ガラスセラミック物品がＺｒＯ_２を含まない、請求項１から７いずれか１項記載のガラスセラミック物品。
9. 前記ガラスセラミック物品がＡｓ_２Ｏ_３を含まない、請求項１から８いずれか１項記載のガラスセラミック物品。
10. 前記ガラスセラミック物品が、４０質量％以上かつ５５質量％以下のＳｉＯ_２を含む、請求項１から９いずれか１項記載のガラスセラミック物品。
11. ダブルトーション法で測定した前記ガラスセラミック物品の破壊靱性Ｋ_ＩＣが、０．９０ＭＰａ・ｍ^１／２以上である、請求項１から１０いずれか１項記載のガラスセラミック物品。
12. 前記ガラスセラミック物品の弾性率が、５０ＧＰａ以上かつ１００ＧＰａ以下である、請求項１から１１いずれか１項記載のガラスセラミック物品。
13. 前記ガラスセラミック物品の平均透過率が、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の７０％以上かつ９５％以下である、請求項１から１２いずれか１項記載のガラスセラミック物品。
14. 前記ガラスセラミック物品の熱膨張係数（ＣＴＥ）が、５０×１０^－７／℃以下である、請求項１から１３いずれか１項記載のガラスセラミック物品。
15. ガラスセラミック物品を形成する方法において、
    炉内でガラスセラミック組成物を１℃／分以上かつ１０℃／分以下の速度で核形成温度に加熱する工程であって、該ガラスセラミック組成物は、
    ４０質量％以上かつ６０質量％以下のＳｉＯ_２、
    １８質量％以上かつ３５質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３、
    １２質量％以上かつ１６質量％以下のＢ_２Ｏ_３、
    ０質量％以上かつ４質量％以下のＬｉ_２Ｏ、
    ０質量％以上かつ５質量％以下のＮａ_２Ｏ、
    ０質量％以上かつ５質量％以下のＫ_２Ｏ、
    ０質量％以上かつ１５質量％以下のＺｎＯ、および
    ０質量％以上かつ８質量％以下のＭｇＯ、
    を含み、
    Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏは、１質量％以上かつ８質量％以下であり、
    ＭｇＯ＋ＺｎＯは、３質量％以上かつ２０質量％以下である、工程、
    ０．２５時間以上かつ４時間以下の時間に亘り前記炉内で前記ガラスセラミック組成物を前記核形成温度に維持して、核形成された結晶化可能なガラスを生成する工程、
    前記炉内で前記核形成された結晶化可能なガラスを１℃／分以上かつ１０℃／分以下の速度で結晶化温度に加熱する工程、
    ０．２５時間以上かつ４時間以下の時間に亘り前記炉内で前記核形成された結晶化可能なガラスを前記結晶化温度に維持して、ガラスセラミック物品を製造する工程であって、該ガラスセラミック物品の主結晶相がムライト型構造を有する、工程、および
    前記ガラスセラミック物品を室温に冷却する工程、
    を含む方法。
16. 前記核形成温度が６００℃以上かつ９００℃以下である、請求項１５記載の方法。
17. 前記結晶化温度が７００℃以上かつ１０００℃以下である、請求項１５または１６記載の方法。
18. イオン交換浴内で前記ガラスセラミック物品を強化する工程をさらに含む、請求項１５から１７いずれか１項記載の方法。
19. 下記の１つ以上を特徴とする、請求項１５から１８いずれか１項記載の方法：
    前記ガラスセラミック物品が、ダブルトーション法で測定して０．９０ＭＰａ・ｍ^１／２以上の破壊靱性Ｋ_ＩＣを有する、
    前記ガラスセラミック物品が、５０ＧＰａ以上かつ１００ＧＰａ以下の弾性率を有する、または
    前記ガラスセラミック物品が、０．８ｍｍの物品厚で測定して、４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲に亘る光の７０％以上かつ９５％以下の平均透過率を有する。
20. 前面、背面、および側面を有する筐体、
    前記筐体の少なくとも部分的に内部に設けられ、少なくとも制御装置、メモリ、および前記筐体の前面に、またはその近くに設けられたディスプレイを含む電気部品、および
    前記ディスプレイを覆って配置された請求項１記載のガラスセラミック物品、
    を備えた、消費者向け電子機器。

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