JP6523956B2 - 着色および不透明ガラスセラミック、関連する着色性のセラミック化可能ガラス、および関連方法 - Google Patents

着色および不透明ガラスセラミック、関連する着色性のセラミック化可能ガラス、および関連方法 Download PDF

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Description

優先権
本願は、米国特許法第１１９条の下、２０１２年８月２８日出願の米国仮特許出願第６１／６９３８７５号明細書に基づく優先権を主張する。なお、本願は上記米国仮特許出願の内容に依拠し、かつ上記米国仮特許出願は、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態の態様および／または実施形態は、概してガラス材料技術の分野、より具体的には不透明ガラスセラミック材料技術の分野に関する。また、本開示の実施形態の態様および／または実施形態は、β−リシア輝石固溶体（β−リシア輝石ｓｓ）および（ｉ）擬板チタン石または（ｉｉ）バナジウムもしくはバナジウム含有化合物のいずれかを含んでなる黒色または灰色および不透明ガラスセラミック（本明細書中、以下、「着色および不透明ガラスセラミック」という）にセラミック化可能な（ｃｅｒａｍａｂｌｅ）１種以上のガラス組成物（本明細書中、以下、「着色性のセラミック化可能ガラス」という）、着色および不透明ガラスセラミック、イオン交換表面処理を受ける着色および不透明ガラスセラミック、イオン交換された着色および不透明ガラスセラミック、着色および不透明ガラスセラミックを含む機械または装置、イオン交換された着色および不透明ガラスセラミックを含む機械または装置、着色および不透明ガラスセラミックにセラミック化可能な着色性のセラミック化可能ガラスを製造する方法、着色および不透明なガラスセラミックを製造する方法、イオン交換された着色および不透明ガラスセラミックを製造する方法、ならびにセラミック化可能な着色ガラス、着色および不透明ガラスセラミック、ならびにイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックのいずれか１種を使用する１種以上の方法に関する。
過去１０年間、ノートパソコン、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ポータブルナビゲーションデバイス（ＰＮＤ）、メディアプレーヤー、携帯電話、ポータブルインベントリーデバイス（ＰＩＤ）（しばしば「ポータブルコンピュータ」と呼ばれる）などの電子デバイスは、小型化、軽量化、および機能的によりパワフルになりながら、収束されてきた。そのようなより小型化されたデバイスの開発および可用性に寄付する１つのファクターは、縮小の一途をたどる電子部品サイズによって、計算密度および動作速度を増加する能力である。しかしながら、より小型化され、より軽量化され、機能的によりパワフルな電子デバイスへの傾向は、ポータブルコンピュータのいくつかの部品のデザインに関する継続的な課題を提示する。
特定のデザイン上の課題を生じるポータブルコンピュータと関連する部品には、様々な内部／電子部品を収納するために使用されるエンクロージャまたはハウジングが含まれる。このデザイン上の課題は、一般に、２つの矛盾するデザイン目標、すなわち、より軽量かつ薄型のエンクロージャまたはハウジングを製造することが望ましいこと、およびより強く、より剛性のエンクロージャまたはハウジングを製造することが望ましいことに起因する。軽量のエンクロージャまたはハウジング、典型的に締め具の少ないより薄型のプラスチック構造ほど、より可撓性となる傾向があるが、歪んで曲がる傾向を有し、これは、より強く、より剛性のエンクロージャまたはハウジング、典型的により重量が大きく、締め具がより多いより厚いプラスチック構造とは対照的である。都合の悪いことに、より強く、より剛性のプラスチック構造の増加した重量は、使用者の不満の原因となり、曲がって歪むより軽量の構造は、ポータブルコンピュータの内部／電子部品に損害を与えることがあり、ほぼ確実に使用者の不満の原因となる。
既知の種類の材料の中でも、様々な他の用途で広範囲に使用されるガラスセラミックが挙げられる。例えば、調理用レンジ、調理器具、およびボウル、ディナープレートなどの食器などとして、ガラスセラミックは台所で広範囲に使用される。透明ガラスセラミックは、オーブンおよび／または炉窓、光学エレメント、ミラー基板などの製造において使用される。ガラスセラミックは、典型的に、特定の温度で特定の時間、前駆体ガラス組成物をセラミック化して、ガラスマトリックス中で核形成し、結晶相を成長させることによって製造される。ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏガラス系に基づく２ガラスセラミックは、主な結晶相としてβ−石英固溶体（β−石英ｓｓ）または主な結晶相としてβ−リシア輝石固溶体（β−リシア輝石ｓｓ）のいずれかを有するものを含んでなる。ポータブルコンピュータのエンクロージャまたはハウジングに、改善された黒色または灰色を提供する着色性のセラミック化可能ガラス、ならびに／または着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換可能な着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックが必要とされている。また、軽量で強く剛性のエンクロージャまたはハウジングを作製することのデザインの課題に対処しながら、そのような改善された着色を提供するような材料が必要とされている。
本開示の実施形態のいくつかの態様および／または実施形態は、以下の範囲：Ｌ＊＝約２０〜約４５；ａ＊＝約−２〜約＋２；およびｂ＊＝約−１２〜約＋１のＣＩＥＬＡＢ色空間で鏡面反射を含む全反射測定から決定される座標を有する着色および不透明ガラスセラミックとなるように、β−リシア輝石ｓｓおよび（ｉ）擬板チタン石または（ｉｉ）バナジウムもしくはバナジウム含有化合物のいずれかを含む結晶相を有するガラスセラミックに関する。有利には、ＣＩＥＬＡＢ色空間におけるそのような座標は、着色および不透明なガラスセラミックを通して実質的に均一であることが可能である。一態様において、追加的な構成要素は、擬板チタン石を含む結晶相を含んでなる。別の態様において、追加的な構成要素は、バナジウムまたはバナジウム含有化合物、および任意選択で、スズまたはスズ含有化合物、硫黄または硫黄含有化合物のいずれか１種、ならびに上記の任意の２種以上を含んでなる。上記態様のそれぞれにおいて、β−石英ｓｓは、結晶相に実質的に存在しないことが可能であるが、存在する場合、β−石英ｓｓは、結晶相の約２０質量パーセント（質量％）未満、あるいは約１５質量％未満であることが可能である。また上記態様のそれぞれにおいて、さらなる結晶相は、尖晶石ｓｓ（例えば、ヘルシン石および／または亜鉛尖晶石−ヘルシン石ｓｓ）、金紅石、リン酸亜鉛マグネシウムまたは尖晶石ｓｓ（例えば、ヘルシン石および／または亜鉛尖晶石−ヘルシン石ｓｓ）および金紅石を含み得る。
本開示の実施形態の他の態様および／または実施形態は、前段落のイオン交換可能な着色および不透明ガラスセラミック、またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックに関する。一態様において、イオン交換可能な着色および不透明ガラスセラミックは、少なくとも約２００メガパスカル（ＭＰａ）の平均表面圧縮応力（ＣＳ）下で層を有するように処理することが可能である。そのような圧縮応力を受けた層は、ガラスセラミックの表面からガラスセラミックに向かって少なくとも約２０マイクロメートル（μｍ）の深さ（層の深さおよびＤＯＬとしても知られる）まで延在することができ、あるいはそのような圧縮応力を受けた層は、少なくとも約６０μｍのＤＯＬを有する。別の態様において、イオン交換された着色および不透明ガラスセラミックは、少なくとも約２０μｍのＤＯＬあるいは少なくとも約６０μｍのＤＯＬを有する圧縮応力を受けた層において、少なくとも約２００ＭＰａの平均表面圧縮応力（ＣＳ）を有するように処理することが可能である。厚さ約０．８ミリメートル（ｍｍ）のイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックに関する態様において、圧縮応力を受けた層は、少なくとも約２０μｍから約１５０μｍまでのＤＯＬ、あるいは少なくとも約４０μｍから約１５０μｍまでのＤＯＬ、その上さらに少なくとも約８０μｍから約１２０μｍまでのＤＯＬを有することができる。
本開示の実施形態のなお他の態様および／または実施形態は、黒色または灰色および不透明ガラスセラミックにセラミック化するために適切な着色性のセラミック化可能ガラスに関する。そのようなガラスの組成物は、酸化物に基づいて、約９５〜約９９．７質量％のベース組成物および残余の１種以上の着色剤を含んでなる。様々な態様において、１種以上の着色剤は、１種以上の鉄をベースとする材料；または１種以上の鉄をベースとする材料と、１種以上の追加的な遷移金属をベースとする材料；または１種以上の多価金属をベースとする材料であることが可能である。上記態様のそれぞれにおいて、着色性のセラミック化可能ガラスは、酸化物に基づく質量％で算出された組成で、ＳｉＯ２：約５３．５〜約７０；Ａｌ２Ｏ３：約１６．９〜約２４．５；Ｂ２Ｏ３：約０〜約２；Ｌｉ２Ｏ：約３．３〜約４．５；Ｎａ２Ｏ：約０．３〜約０．５；ＴｉＯ２：約２．５〜約６．２；ＭｇＯ：約１．５〜約３；ＺｎＯ：約０〜約２．２；Ｐ２Ｏ５：約０〜約７．７；ＳｎＯ２：約０〜約１；Ｆｅ２Ｏ３：約０〜約５；１種以上の追加的な遷移金属の１種以上の酸化物：約０〜約４；および１種以上の多価金属の１種以上の酸化物：約０〜約４を含んでなる。そのような着色性のセラミック化可能ガラスが、核形成および結晶相の成長のため、相当する予め選択された時間で、予め選択された温度におけるセラミック化時に、前段落に記載される不透明ガラスセラミックおよび／またはイオン交換可能なイオンと不透明なガラスセラミックを生じさせることができることは明らかである。また、そのような着色性のセラミック化可能ガラスが、相当する予め選択された時間で、相当する予め選択された温度において、１種以上の予め選択されたイオン交換技術を使用する処理時に、前段落に記載されるイオン交換された不透明ガラスセラミックを生じさせることができることも明らかである。
本開示の実施形態のなお追加的な態様および／または実施形態は、セラミック化可能な着色ガラス、着色および不透明ガラスセラミック、イオン交換可能な着色および不透明ガラスセラミック、ならびにイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックのいずれか１つの製造方法に関する。そのために、いくつかの態様は、黒色または灰色および不透明ガラスセラミックにセラミック化するために適切なセラミック化可能な着色ガラスを得るために、相当する予め選択された量で混合された、予め選択されたカラーパッケージを含む、予め選択された組成物の原材料を溶融することによるセラミック化可能な着色ガラスの製造方法に関する。１種以上の着色剤を着色および不透明ガラスセラミックおよび／またはセラミック化可能な着色ガラスに提供するために使用される特定のカラーパッケージの原材料または成分の構成要素が、それらの量および／または化学的特徴（例えば、化合物対元素および／またはその逆、カルボネート対酸化物、混合された酸化物対酸化物および／またはその逆、価電子状態など）、ならびに／または物理的特徴（例えば、結晶質対非晶質および／またはその逆、単相対多相および／またはその逆、沈殿対溶液および／またはその逆、存在する対変化するなど）が上記１種以上の着色剤とは異なる、相当する予め選択された量で混合された、予め選択された組成物を含み得るおよび含むことができることは明らかである。
カラーパッケージに関する上記の態様において、本開示は、酸化剤に基づき算出された質量％で、以下のいずれか１種を含んでなる、１種以上の着色剤レベルを得ることが可能である、相当する予め選択された量で混合される、予め選択された組成物の原材料または成分を使用することを考察する：
Ｆｅ２Ｏ３：約０．３〜約５；
Ｆｅ２Ｏ３：約０．３〜約５、および１種以上の追加的な遷移金属の１種以上の酸化物：約０〜約４；または
１種以上の多価金属の１種以上の酸化物：約０〜約４。
さらに他の態様は：
着色性のセラミック化可能ガラスに、予め選択された第１の速度で、予め選択された核形成温度（ＴＥＭＰｎ）まで加熱し、予め選択された第１の時間で、予め選択された核形成温度（ＴＥＭＰｎ）に保持することによって、核形成熱処理を受けさせる工程と；
熱処理されたガラスに、予め選択された第２の速度で、予め選択されたセラミック化温度（ＴＥＭＰｃ）まで加熱し、予め選択された第２の時間で、予め選択されたセラミック化温度（ＴＥＭＰｃ）に保持することによってセラミック化熱処理を受けさせる工程と；予め選択された第３の速度で、予め選択された収量温度（ＴＥＭＰｅ）まで冷却する工程と
による、β−リシア輝石固溶体（β−リシア輝石ｓｓ）および（ｉ）擬板チタン石または（ｉｉ）バナジウムもしくはバナジウム含有化合物のいずれかを含んでなる着色および不透明ガラスセラミックの製造方法に関する。
そのような予め選択された核形成温度（ＴＥＭＰｎ）は、約７００℃〜約８５０℃を含んでなることができ、相当する予め選択された第１の時間は、約１５分〜約４時間を含んでなることができる。また、そのような予め選択されたセラミック化温度（ＴＥＭＰｃ）は、約８５０℃〜約１１５０℃を含んでなることができ、相当する予め選択された第２の時間は、約１５分〜約１６時間を含んでなることができる。上記のそれぞれにおいて、そのような予め選択された第１の速度および第２の速度は、同一であることも異なることもでき、約１℃／分〜約１０℃／分を含むことができる。
美学的に適切な黒色または灰色を示すことに加えて、出願人らは、結果として生じる着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックは、例えば、以下などの有利な特性を有することができると考える：
約０．０５未満、あるいは約０．０３未満、ひいてはまた約０．０２未満の約２５℃での約０．５〜約３．０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲の周波数における損失正接；
約８未満、あるいは約７未満、またはひいてはまた約６未満の約２５℃での約０．５〜約３．０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲の周波数における比誘電率；
０．３ＭＰａ・ｍ１／２より高い、あるいは０．５ＭＰａ・ｍ１／２より高い、またはひいてはまた約１ＭＰａ・ｍ１／２より高い破壊靱性；ならびに
約１３５ＭＰａより高い、あるいは２７５ＭＰａより高い、またはひいてはまた約３４０ＭＰａより高い破断係数（ＭＯＲ）；
少なくとも約４００ｋｇ／ｍｍ２、あるいは少なくとも約５５０ｋｇ／ｍｍ２、またはひいてはまた少なくとも約７００ｋｇ／ｍｍ２のヌープ硬度；または
より多くの上記の組合せおよび２種。
そのため、着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックを、マウス、キーボード、モニター、ゲームコントローラー、タブレット、ホワイトボードなどのコンピュータおよびコンピュータアクセサリー；パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）；ポータブルナビゲーションデバイス（ＰＮＤ）；ポータブルインベントリーデバイス（ＰＩＤ）；チューナー、メディアプレーヤー（例えば、レコード、カセット、ディスクなど）、ケーブルおよび／またはサテライトレシーバー（キーボード）モニター、ゲームコントローラーなどのエンターテイメントセンターおよびセンターアクセサリー；電子リーダーデバイスまたはｅ−リーダー；携帯電話および／またはスマートフォンなどの無線通信用に構成することができる様々な電子デバイスまたはポータブルコンピュータにおいて使用することができる。
本開示の数多くの他の実施形態の態様、実施形態、特徴および利点は、以下の記載および添付の図面から明らかである。記載および／または添付の図面において、個々に、またはいずれかの形態で互いに組み合わせて適用することができる本開示の例示的な実施形態の態様および／または実施形態が参照される。そのような実施形態の態様および／または実施形態は、本開示の完全な範囲を表さない。したがって、本開示の完全な範囲を解釈するためには、本明細書の請求項が参照されなければならない。簡潔さのために、本明細書で定められるいずれの値の範囲も、範囲内の全ての値を考察し、当該の特定された範囲内の実際的な数値である、終点を有する任意の部分範囲を列挙する請求の範囲を支持するものとして解釈される。仮定的な実例として、約１〜５の範囲の本開示の説明は、以下の範囲のいずれかに請求の範囲を支持するように考えられるであろう：１〜５、１〜４、１〜３、１〜２、２〜５、２〜４、２〜３、３〜５、３〜４、および４〜５。また簡潔さのため、「である」、「含む」、「有する」、「含んでなる」などの用語は、便宜的な用語であって、用語を限定するものとしては解釈されず、適切に、「含でなる」、「から実質的になる」、「からなる」などの用語を包含してもよいことは理解されるであろう。
本開示のこれらおよび他の態様、利点および顕著な特徴は、以下の説明、添付の図面および添付の請求の範囲から明白になる。
本明細書で参照される図面は、本明細書の一部分を形成する。図面に示される特徴は、他に明示されない限り、また反対の意味が他に示されない限り、本開示の実施形態の、全てではないが、いくつかの実例となるように意図される。同様の参照番号は、図面中、簡潔さのために、必ずしも同一ではないが同様の構成要素および／または特徴に相当するが、前述した機能を有する参照番号または特徴は、そのような構成要素および／または特徴が現れる他の図面と関連して、必ずしも記載されなくてもよい。
図１は、本開示の実施形態の態様および／または実施形態に従って製造された着色および不透明ガラスセラミックに関して得られたＸ線（ＸＲＤ）回折パターンを示す（５℃／分のランプ速度で加熱され、７８０℃で２時間、９５０℃で４時間の熱処理を使用して実施された、表１Ａおよび１Ｂに記載される実施例３）。 図２は、本開示の他の実施形態の態様および／または実施形態に従って製造された着色および不透明ガラスセラミックに関して得られたＸＲＤパターンを示す（５℃／分のランプ速度で加熱され、７８０℃で２時間、９００℃で４時間の熱処理を使用した、表１に記載される実施例５）。 図３は、本開示のなお他の実施形態の態様および／または実施形態に従って製造された着色および不透明ガラスセラミックに関して得られたＸＲＤ回折パターンを示す（５℃／分のランプ速度で加熱され、７８０℃で２時間、１０００℃で４時間の熱処理を使用した、表１Ａおよび１Ｂに記載される実施例１３）。 図４は、４３０℃におけるＮａＮＯ３溶融塩浴のイオン交換後の、各試料が５℃／分で７８０℃で２時間、１０００℃で４時間熱処理された、本開示のなお他の実施形態の態様および／または実施形態に従って製造された黒色および不透明ガラスセラミック、ならびに類似の白色および不透明ガラスセラミックに関する電子マイクロプローブによって測定されたナトリウムプロフィールを示す。本開示の他の実施形態の態様および／または実施形態に従って製造された黒色および不透明ガラスセラミック、ならびに類似の白色および不透明ガラスセラミックに関して、同様のＮａ２Ｏ化学プロフィールが得られるため、同様の強度改善が予想される。 図５は、イオン交換された試料の概略断面図、ならびに特徴パラメーター：平均表面圧縮応力（ＣＳ）；平均中心張力（ＣＴ）；試料の厚さ（ｔ）；および試料の表面から、表面圧縮および中心張力から得られ、かつ図４のナトリウムプロフィールから決定できる応力がサインを変化する試料内の位置（すなわちゼロ）までの垂直な距離である層の深さ１２０（ＤＯＬ）を示す。 図６は、商業的に入手可能なＧＯＲＩＬＬＡ（登録商標）ガラス２３１７、ならびに類似の白色および不透明（無着色）ガラスセラミックと比較して、本開示の実施形態の態様および／または実施形態に従って製造されたいくつかの着色および不透明ガラスセラミックに関する周波数の関数としての損失正接を示す。 図７は、本開示の実施形態の態様および／または実施形態に従って製造された着色性のセラミック化可能ガラス、ならびに類似のセラミック化可能ガラスに関する温度の関数としての粘度を示す。これは、ＳｉＯ２量を減少させることによって粘度が低下し、それによって、本開示の着色性のセラミック化可能ガラスは溶融および形成がより容易となることを実証する。
本開示の例示的な実施形態の態様および／または実施形態の以下の記載において、本開示が実施されてもよい具体的な実施形態の態様および／または実施形態が例示される、その一部を形成する添付の図面が参照される。これらの実施形態の態様および／または実施形態は、当業者が本開示を実施することができように十分詳細に記載されるが、それにもかかわらず、本開示の範囲の限定がそれによって意図されないことは理解される。本開示の関連技術の当業者が思いつく、本明細書に例示される特徴の変更形態およびさらなる修正形態、ならびに本明細書に例示される原理の追加的な適用形態は、本開示の範囲内で考えられる。具体的には、他の実施形態の態様および／または実施形態が利用されてもよく、論理的変化（例えば、限定されずに、化学的、組成的｛例えば、限定されずに、化学物質、材料などのいずれか１つ以上｝、電気的、電気化学的、電気機械的、電気光学的、機械的、光学的、物理的、生理化学的などのいずれか１つ以上）および他の変化は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく製造されてもよい。したがって、以下の記載は限定的に解釈されず、本開示の実施形態の態様の範囲および／または実施形態は、添付された請求の範囲によって定義される。また、「上部」、「底部」、「外側」、「内側」などの用語は、便宜上の用語であり、限定的な用語として解釈されないことは理解されるべきである。
本開示の実施形態のいくつかの態様および／または実施形態は、以下の範囲：Ｌ＊＝約２０〜約４５；ａ＊＝約−２〜約＋２；およびｂ＊＝約−１２〜約＋１のＣＩＥＬＡＢ色空間で鏡面反射を含む全反射測定から決定される座標を有する着色および不透明ガラスセラミックとなるように、β−リシア輝石ｓｓおよび（ｉ）擬板チタン石または（ｉｉ）バナジウムもしくはバナジウム含有化合物のいずれかを含む結晶相を有するガラスセラミックに関する。有利には、ＣＩＥＬＡＢ色空間におけるそのような座標は、着色および不透明なガラスセラミックを通して実質的に均一であることが可能である。一態様において、追加的な構成要素は、擬板チタン石を含む結晶相を含んでなる。別の態様において、追加的な構成要素は、バナジウムまたはバナジウム含有化合物、および任意選択で、スズまたはスズ含有化合物、硫黄または硫黄含有化合物のいずれか１種、ならびに上記の２種以上を含んでなる。上記態様のそれぞれにおいて、β−石英ｓｓは、結晶相に実質的に存在しないことが可能であるが、存在する場合、β−石英ｓｓは、結晶相の約２０質量％未満、任意選択で約１５質量％未満であることが可能である。また上記態様のそれぞれにおいて、さらなる結晶相は、尖晶石ｓｓ（例えば、ヘルシン石および／または亜鉛尖晶石−ヘルシン石ｓｓ）、金紅石、リン酸亜鉛マグネシウムまたは尖晶石ｓｓ（例えば、ヘルシン石および／または亜鉛尖晶石−ヘルシン石ｓｓ）および金紅石を含み得る。
本開示の実施形態のなお他の態様および／または実施形態は、前段落のイオン交換可能な着色および不透明ガラスセラミック、またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックに関する。一態様において、イオン交換可能な着色および不透明ガラスセラミックは、少なくとも約２００メガパスカル（ＭＰａ）の平均表面圧縮応力（ＣＳ）下で層を有するように処理することが可能である。そのような圧縮応力を受けた層は、ガラスセラミックの表面からガラスセラミックに向かって少なくとも約２０マイクロメートル（μｍ）の深さ（層の深さおよびＤＯＬとしても知られる）まで延在することができ、任意選択でそのような圧縮応力を受けた層は、少なくとも約６０μｍのＤＯＬを有する。別の態様において、イオン交換された着色および不透明ガラスセラミックは、少なくとも約２０μｍのＤＯＬ、および任意選択で少なくとも約６０μｍのＤＯＬを有する圧縮応力を受けた層において、少なくとも約２００ＭＰａの平均表面圧縮応力（ＣＳ）を有するように処理することが可能である。厚さ約０．８ミリメートル（ｍｍ）のイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックに関する態様において、圧縮応力を受けた層は、少なくとも約２０μｍから約１５０μｍまでのＤＯＬ、あるいは少なくとも約４０μｍから約１５０μｍまでのＤＯＬ、ひいてはまた少なくとも約８０μｍから約１２０μｍまでのＤＯＬを有することができる。
本開示の実施形態のさらになお他の態様および／または実施形態は、黒色または灰色および不透明ガラスセラミックにセラミック化するために適切な着色性のセラミック化可能ガラスに関する。そのようなガラスの組成物は、酸化物に基づいて、約９５〜約９９．７質量％のベース組成物および残余の１種以上の着色剤を含んでなる。様々な態様において、１種以上の着色剤は、１種以上の鉄をベースとする材料；または１種以上の鉄をベースとする材料と、１種以上の追加的な遷移金属をベースとする材料；または１種以上の多価金属をベースとする材料であることが可能である。上記態様のそれぞれにおいて、着色性のセラミック化可能ガラスは、酸化物に基づく質量％で算出された組成で、ＳｉＯ２：約５３．５〜約７０；Ａｌ２Ｏ３：約１６．９〜約２４．５；Ｂ２Ｏ３：約０〜約２；Ｌｉ２Ｏ：約３．３〜約４．５；Ｎａ２Ｏ：約０．３〜約０．５；ＴｉＯ２：約２．５〜約６．２；ＭｇＯ：約１．５〜約３；ＺｎＯ：約０〜約２．２；Ｐ２Ｏ５：約０〜約７．７；ＳｎＯ２：約０〜約１；Ｆｅ２Ｏ３：約０〜約５；１種以上の追加的な遷移金属の１種以上の酸化物：約０〜約４；および１種以上の多価金属の１種以上の酸化物：約０〜約４を含んでなる。そのような着色性のセラミック化可能ガラスが、核形成および結晶相の成長のため、相当する予め選択された時間で、予め選択された温度におけるセラミック化時に、前段落に記載される不透明ガラスセラミックおよび／またはイオン交換可能なイオンと不透明なガラスセラミックを生じさせることができることは明らかである。また、そのような着色性のセラミック化可能ガラスが、相当する予め選択された時間で、相当する予め選択された温度において、１種以上の予め選択されたイオン交換技術を使用する処理時に、前段落に記載されるイオン交換された不透明ガラスセラミックを生じさせることができることも明らかである。
１種以上の着色剤に関するいくつかの態様において、着色性のセラミック化可能ガラスの組成物は、Ｆｅ２Ｏ３：約０．３〜約５を有することができるが、１種以上の追加的な遷移金属の１種以上の酸化物、および１種以上の多価金属の１種以上の酸化物を実質的に含まない（例えば、実質的に約０）。これらの態様において、相当する予め選択された時間で、予め選択された温度においてセラミック化することによって、以下の範囲：Ｌ＊＝約２０〜約４５；ａ＊＝約−１．２〜約＋０．５；およびｂ＊＝約−６〜約＋１のＣＩＥＬＡＢ色空間の色座標を有する不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換可能な不透明ガラスセラミックを生じることができる。
１種以上の着色剤に関するいくつかの態様において、着色性のセラミック化可能ガラスの組成物は、Ｆｅ２Ｏ３：約０．３〜約２．５、および１種以上の追加的な遷移金属の１種以上の酸化物：約３．５までを有することができるが、１種以上の多価金属の１種以上の酸化物を実質的に含まない（例えば、実質的に約０）。さらなる態様において、１種以上の追加的な遷移金属は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕまたはそれらの組合せであることができる。これらの他の態様において、相当する予め選択された時間で、予め選択された温度においてセラミック化することによって、以下の範囲：Ｌ＊＝約２５〜約４０；ａ＊＝約−１．５〜約＋１；およびｂ＊＝約−３．５〜約−２のＣＩＥＬＡＢ色空間の色座標を有する不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換可能な不透明ガラスセラミックを生じることができる。
１種以上の着色剤に関するなお他の態様において、着色性のセラミック化可能ガラスの組成物は、Ｆｅ２Ｏ３：約０．３まで、および１種以上の多価金属の１種以上の酸化物：約３までを有することができるが、１種以上の追加的な遷移金属の１種以上の酸化物を実質的に含まない（例えば、実質的に約０）。さらなる態様において、１種以上の多価金属は、Ｂｉ、Ｖ、Ｓｎ、Ｔｉまたはそれらの組合せを含んでなる。また、なおさらなる態様において、１種以上の多価金属の少なくとも一部の１つまたは複数の原子価を低下させることが可能なより多くの構成要素の１種を含む１種以上の化合物からの１種以上の元素の痕跡が存在してもよい。これらのさらなる態様のいくつかにおいて、痕跡は、約２質量％までの量であってよい。１以上の原子価が低下した化合物がＣ、Ｓまたはそれらの組合せを含んでなる場合、１種以上の元素のいくつかまたは全てが変化可能であることは明らかである。これらのなお他の態様において、相当する予め選択された時間で、予め選択された温度においてセラミック化することによって、以下の範囲：Ｌ＊＝約２６〜約３３；ａ＊＝約−０．１〜約１；およびｂ＊＝約−１〜約−６．４のＣＩＥＬＡＢ色空間の色座標を有する不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換可能な不透明ガラスセラミックを生じることができる。
本開示の実施形態のなお追加的な態様および／または実施形態は、セラミック化可能な着色ガラス、着色および不透明ガラスセラミック、イオン交換可能な着色および不透明ガラスセラミック、ならびにイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックのいずれか１つの製造方法に関する。そのために、いくつかの態様は、黒色または灰色および不透明ガラスセラミックにセラミック化するために適切なセラミック化可能な着色ガラスを得るために、相当する予め選択された量で混合された、予め選択されたカラーパッケージを含む、予め選択された組成物の原材料を溶融することによるセラミック化可能な着色ガラスの製造方法に関する。１種以上の着色剤を着色および不透明ガラスセラミックおよび／またはセラミック化可能な着色ガラスに提供するために使用される特定のカラーパッケージの原材料または成分の構成要素が、それらの量および／もしくは化学的特徴（例えば、化合物対元素および／もしくはその逆、カルボネート対酸化物、混合された酸化物対酸化物および／もしくはその逆、価電子状態など）、ならびに／または物理的特徴（例えば、結晶質対非晶質および／もしくはその逆、単相対多相および／もしくはその逆、沈殿対溶液および／もしくはその逆、存在する対変化するなど）が上記１種以上の着色剤とは異なる、相当する予め選択された量で混合された、予め選択された組成物を含むことができることは明らかである。そのために、いくつかの態様は、予め選択されたカラーパッケージが得られるように、相当する予め選択された量で混合される、予め選択された組成物の原材料または成分を提供および／または溶融することによる、カラーパッケージの製造方法に関する。
他の態様は、１種以上の着色剤を含んでなる黒色または灰色および不透明ガラスセラミックへのセラミック化に適切なセラミック化可能な着色ガラスを得ることが可能な原材料の溶融による着色性のセラミック化可能ガラスの製造方法に関する。これらの他の態様において、原材料は、少なくともセラミック化可能ベースガラスまたはベースガラスが得られるように、相当する第１の群の予め選択された量で混合される、予め選択された組成物の原材料の第１の群、および相当する特定の量の特定のカラーパッケージ、または相当する特定の量の特定のカラーパッケージを得ることができる相当する第２の群の予め選択された量で混合される、予め選択された組成物の原材料または成分の第２の群を含むことができる。
上記態様のそれぞれにおいて、溶融によって、酸化物に基づく質量％で算出された組成で、約９５〜約９９．７のベースガラスおよび残余の１種以上の着色剤を含んでなる着色性のセラミック化可能ガラスが得られる。また、上記態様のそれぞれにおいて、着色性のセラミック化可能ガラスは、酸化物に基づく質量％で算出された組成で、ＳｉＯ２：約５３．５〜約７０；Ａｌ２Ｏ３：約１６．９〜約２４．５；Ｂ２Ｏ３：約０〜約２；Ｌｉ２Ｏ：約３．３〜約４．５；Ｎａ２Ｏ：約０．３〜約０．５；ＴｉＯ２：約２．５〜約６．２；ＭｇＯ：約１．５〜約３；ＺｎＯ：約０〜約２．２；Ｐ２Ｏ５：約０〜約７．７；ＳｎＯ２：約０〜約１；Ｆｅ２Ｏ３：約０〜約５；１種以上の追加的な遷移金属の１種以上の酸化物：約０〜約４；ならびに１種以上の多価金属の１種以上の酸化物：約０〜約４を含んでなる。
カラーパッケージに関する上記の態様において、本開示は、酸化剤に基づき算出された質量％で、以下のいずれか１種を含んでなる、１種以上の着色剤レベルを得ることが可能である、相当する予め選択された量で混合される、予め選択された組成物の原材料または成分を使用することを考察する：
Ｆｅ２Ｏ３：約０．３〜約５；
Ｆｅ２Ｏ３：約０．３〜約５、および１種以上の追加的な遷移金属の１種以上の酸化物：約０〜約４；ならびに
１種以上の多価金属の１種以上の酸化物：約０〜約４。
Ｆｅ２Ｏ３としての酸化物に基づく質量％で表される、１種以上の着色剤を生じる原材料または成分に関する態様において、予め選択された原材料または成分は、１種以上のＦｅ２＋供給源、１種以上のＦｅ３＋供給源、または１種以上のＦｅ２＋供給源および１種以上のＦｅ３＋供給源を含んでなる１種以上の鉄化合物を含んでなる。そのような１種以上の鉄化合物の例には、限定されないが、酸化物（例えば、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２＋Ａｌ２Ｏ４、（Ｆｅ３＋，Ｍｎ３＋）２Ｏ４など）、水酸化物（例えば、Ｆｅ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）３、ＦｅＯＯＨ、ＦｅＯＯＨ・０．４Ｈ２Ｏなど）、炭酸塩（例えば、ＦｅＣＯ３、ＦｅＣ２Ｏ４など）、硫酸塩（例えば、ＦｅＳＯ４、ＦｅＳＯ４・Ｈ２Ｏ、ＦｅＳＯ４・４Ｈ２Ｏ、ＦｅＳＯ４・５Ｈ２Ｏなど）、硫化物（例えば、Ｆｅ１−ｘＳ、ＦｅＳ、Ｆｅ１＋ｘＳ、Ｆｅ３Ｓ４、ＣｕＦｅＳ２など）など、またはそれらの組合せが含まれる。態様において、１種以上の鉄化合物を含んでなる、そのような予め選択された原材料または成分は、酸化物に基づく質量％で算出されたＦｅ２Ｏ３：約０．１〜約３．５を含んでなる量で提供される。
Ｆｅ２Ｏ３および１種以上の追加的な遷移金属の１種以上の酸化物としての酸化物に基づく質量％で表される、１種以上の着色剤が生じる原材料または成分に関する態様において、Ｆｅ２Ｏ３としての酸化物に基づき生じる、予め選択された原材料または成分は、上記の１種以上の鉄化合物であることができるが、１種以上の追加的な遷移金属の１種以上の酸化物としての酸化物に基づき生じる、予め選択された原材料または成分は、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕまたはそれらの組合せを含んでなる１種以上の化合物などの１種以上の追加的な遷移金属の供給源であることができる。鉄化合物と同様に、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕまたはそれらの組合せを含んでなる１種以上のこれらの化合物には、限定されないが、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硫化物など、またはそれらの組合せが含まれる。態様において、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕまたはそれらの組合せを含んでなる１種以上の化合物を含んでなる、そのような予め選択された原材料または成分は：
酸化物に基づく質量％で算出されたＣｏ３Ｏ４：約０．７まで；
酸化物に基づく質量％で算出されたＣｒ２Ｏ３：約０．３まで；
酸化物に基づく質量％で算出されたＭｎＯ２：約２．４まで；
酸化物に基づく質量％で算出されたＣｕＯ：約０．５まで；
酸化物に基づく質量％で算出されたＮｉＯ：約０．６まで；
のいずれか１種、およびそれらの組合せを含んでなる量で提供される。
１種以上の多価金属の１種以上の酸化物としての酸化物に基づく質量％で表される、１種以上の着色剤が生じる原材料または成分に関する態様において、１種以上の多価金属の１種以上の酸化物としての酸化物に基づき生じる、予め選択された原材料または成分は、例えば、Ｂｉ、Ｖ、Ｓｎ、Ｔｉまたはそれらの組合せを含んでなる１種以上の化合物などの１種以上の多価金属の供給源であることができる。鉄化合物と同様に、Ｂｉ、Ｖ、Ｓｎ、Ｔｉまたはそれらの組合せを含んでなる１種以上のこれらの化合物には、限定されないが、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硫化物など、またはそれらの組合せが含まれる。１種以上の多価金属の１種以上の酸化物としての酸化物に基づく質量％で表される、１種以上の着色剤が生じる原材料または成分とともに、炭素含有化合物、硫黄含有化合物、または化合物含有炭素および硫黄含有化合物のいずれか１種などの、１種以上の多価金属の少なくとも一部の１つまたは複数の原子価を低下させることが可能なより多くの構成要素の１つを含む、１種以上の化合物が含まれる。態様において、Ｂｉ、Ｖ、Ｓｎ、Ｔｉまたはそれらの組合せを含んでなる１種以上の化合物を含んでなる、そのような予め選択された原材料または成分は、酸化物に基づく質量％で約０．１〜約３を含んでなる量で提供されるが、炭素含有化合物および／または硫黄含有化合物は：
質量％でＳ：約０〜約１；または
質量％でＣ；（Ｓの質量％およびＣの質量％の合計が約０．９〜約２を含んでなる）
を含んでなる量で提供される。
さらに他の態様は：
着色性のセラミック化可能ガラスに、予め選択された第１の速度で、予め選択された核形成温度（ＴＥＭＰｎ）まで加熱し、予め選択された第１の時間で、予め選択された核形成温度（ＴＥＭＰｎ）に保持することによって、核形成熱処理を受けさせる工程と；
熱処理されたガラスに、予め選択された第２の速度で、予め選択されたセラミック化温度（ＴＥＭＰｃ）まで加熱し、予め選択された第２の時間で、予め選択されたセラミック化温度（ＴＥＭＰｃ）に保持することによってセラミック化熱処理を受けさせる工程と；予め選択された第３の速度で、予め選択された収量温度（ＴＥＭＰｅ）まで冷却する工程と
による、β−リシア輝石固溶体（β−リシア輝石ｓｓ）および（ｉ）擬板チタン石または（ｉｉ）バナジウムもしくはバナジウム含有化合物のいずれかを含んでなる着色および不透明ガラスセラミックの製造方法に関する。
そのような予め選択された核形成温度（ＴＥＭＰｎ）は、約７００℃〜約８５０℃を含んでなることができ、相当する予め選択された第１の時間は、約１５分〜約４時間を含んでなることができる。また、そのような予め選択されたセラミック化温度（ＴＥＭＰｃ）は、約８５０℃〜約１１５０℃を含んでなるが、相当する予め選択された第２の時間は、約１５分〜約１６時間を含んでなることができる。上記のそれぞれにおいて、そのような予め選択された第１の速度および第２の速度は、同一であっても異なることもでき、約１℃／分〜約１０℃／分を含むことができる。
本開示の上記実施形態の態様および／または実施形態のそれぞれにおいて、以下の１つ以上が適用される：
適切な種類および量の１種以上の核形成剤が着色性のセラミック化可能ガラス組成物に含まれ、核形成および／またはセラミック化熱処理の間に、核形成および／または１つ以上のセラミック相の成長を促進する。１種以上の核形成剤の適切な種類は、中でも、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２などであるが、適切な量は、質量（質量％）で、ＴｉＯ２：約１〜約４以上；もしくはＺｒＯ２：約０．８〜約２．５以上；またはＴｉＯ２＋ＺｒＯ２：約０．８〜約４．５以上などである；
着色性のセラミック化可能ガラス組成物中の適切な量のＬｉ２Ｏは、β−リシア輝石ｓｓ結晶相の形成を促進する。中でも、適切な量は、質量（質量％）で、Ｌｉ２Ｏ：約３．３〜約４．５以上である；
β−リシア輝石ｓｓ結晶相は、望ましくは、１：１：５〜１：１：８のＬｉ２Ｏ：Ａｌ２Ｏ３：ｎＳｉＯ２のモル比を示す。そのようなモル比を維持することは、１：１：５のモル比未満で生じ得る不安定な残留相の過度のレベルの形成を回避するために、およびモル比が１：１：８を超える場合の起こり得る溶融性の問題を回避するために望ましい；
１種以上の着色剤が１種以上の鉄化合物を含み、１種以上の追加的な遷移金属がＭｎを含む場合、ガラスセラミック形成時に不透明材料が得られるように、Ｆｅ２Ｏ３対ＭｎＯ２は、質量（質量％）で、着色性のセラミック化可能ガラス組成物中、望ましくは約０．６〜約１に維持される；または
より多くの上記の組合せおよび２つ。
美学的に適切な黒色または灰色を示すことに加えて、結果として生じる着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックは、例えば、以下などの有利な特性を有することができる。
約０．０５未満、あるいは約０．０３未満、ひいてはまた約０．０２未満の約２５℃での約０．５〜約３．０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲の周波数における損失正接；
約８未満、あるいは約７未満、ひいてはまた約６未満の約２５℃での約０．５〜約３．０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲の周波数における比誘電率；
０．３ＭＰａ・ｍ１／２より高い、あるいは０．５ＭＰａ・ｍ１／２より高い、またはひいてはまた約１ＭＰａ・ｍ１／２より高い破壊靱性；ならびに
約１３５ＭＰａより高い、あるいは２７５ＭＰａより高い、ひいてはまた約３４０ＭＰａより高い破断係数（ＭＯＲ）；
少なくとも約４００ｋｇ／ｍｍ２、あるいは少なくとも約５５０ｋｇ／ｍｍ２、またはひいてはまた少なくとも約７００ｋｇ／ｍｍ２のヌープ硬度；または
より多くの上記の組合せおよび２種。
そのため、着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックを、ノートブックコンピュータ、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ポータブルナビゲーションデバイス（ＰＮＤ）、メディアプレーヤー、携帯電話、ポータブルインベントリーデバイス（ＰＩＤ）、ゲームコントローラー、コンピュータ「マウス」、コンピュータキーボード、電子ブックリーダーおよび他のデバイスなどの無線通信用に構成することができる様々な電子デバイスにおいて使用することができる。
本開示の着色および不透明ガラスセラミックは、その最終的な意図された使用の前にさらに加工されてもよい。そのような後処理の１つとしては、ガラスセラミック物品を形成するためのガラスセラミックのイオン交換が含まれる。ここで、１つのイオン交換された（「ＩＸ」）表面が、全体的な物品の厚さの２％以上の層の深さ（ＤＯＬ）を有し、かつ一態様において少なくとも約２００メガパスカル（ＭＰａ）および他の態様において少なくとも約３００ＭＰａの平均表面圧縮応力（ＣＳ）を示す圧縮層を示すように、ガラスセラミック物品の少なくとも１つの表面にイオン交換プロセスが施される。上記ＤＯＬおよび圧縮強度が達成される限り、当業者に既知のいずれのイオン交換プロセスも適切となる。いくつかの態様において、約２ミリメートル（ｍｍ）の全体的な厚さを有するハウジングまたはエンクロージャは、約４０μｍのＤＯＬを示し、かつ少なくとも５００ＭＰａの平均表面圧縮（ＣＳ）を示す圧縮層を示し得る。再び、これらの特徴を達成するいずれのイオン交換方法も適切である。
本開示の実施形態の他の態様および／または実施形態は、前段落のイオン交換可能な着色および不透明ガラスセラミック、またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックに関する。一態様において、イオン交換可能な着色および不透明ガラスセラミックは、少なくとも約２００メガパスカル（ＭＰａ）の平均表面圧縮応力（ＣＳ）下で層を有するように処理することが可能である。そのような圧縮応力を受けた層は、ガラスセラミックの表面からガラスセラミックに向かって少なくとも約２０マイクロメートル（μｍ）の深さ（層の深さおよびＤＯＬとしても知られる）まで延在することができ、任意選択でそのような圧縮応力を受けた層は、少なくとも約６０μｍのＤＯＬを有する。
別の態様において、イオン交換された着色および不透明ガラスセラミックは、少なくとも約２０μｍのＤＯＬ、および任意選択で少なくとも約６０μｍのＤＯＬを有する圧縮応力を受けた層において、少なくとも約２００ＭＰａの平均表面圧縮応力（ＣＳ）を有するように処理することが可能である。厚さ約０．８ミリメートル（ｍｍ）のイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックに関する態様において、圧縮応力を受けた層は、少なくとも約２０μｍから約１５０μｍまでのＤＯＬ、あるいは少なくとも約４０μｍから約１５０μｍまでのＤＯＬ、ひいてはまた少なくとも約８０μｍから約１２０μｍまでのＤＯＬを有することができる。
単一工程イオン交換プロセスに加えて、向上された性能のために設計されたＩＸプロフィールを作製するために、複数のイオン交換手順を利用することができる。すなわち、異なる濃度のイオンのイオン交換浴を使用することによって、または異なるイオン半径を有する異なるイオン種を使用する複数の浴を使用することによって、応力プロフィールが選択された深さまで作製される。
本明細書で使用される場合、「イオンを交換された」という用語は、ガラスセラミック表面および／またはバルクに存在するイオンとは異なるイオン半径を有するイオンを含有する加熱された溶液によって、着色および不透明ガラスセラミックを処理すること、したがって、イオン交換温度条件次第で、より小さいイオンをより大きいイオンに置き換えるか、またはその逆を意味すると理解される。カリウムイオンは、例えば、イオン交換温度条件次第で、ガラス中のナトリウムイオンを置き換えること、またはガラス中のナトリウムイオンによって置き換えられることが可能である。あるいは、ルビジウムまたはセシウムなどのより大きい原子半径を有する他のアルカリ金属イオンは、開示されたガラスセラミック材料中で、より小さいアルカリ金属イオンを置き換えることができる。同様に、限定されないが、硫酸塩、ハロゲン化物などの他のアルカリ金属塩がイオン交換プロセスで使用されてもよい。
本方法において、両種のイオン交換が生じることができ、すなわち、より小さいイオンのためにより大きいイオンが置き換えられ、より大きいイオンのためにより小さいイオンが置き換えられると考えられる。一態様において、この方法は、１０時間までの時間で、３１０〜４３０℃の温度でＮａＮＯ３浴中にガラスセラミック物品を配置することによってガラス物品をイオン交換する工程と（特に、ナトリウムのためのリチウムイオン交換）を含む。別の態様において、ＩＯＸは、同様の温度および時間で、混合されたカリウム／ナトリウム浴、例えば、同様の温度で、８０／２０ ＫＮＯ３／ＮａＮＯ３浴またはあるいは６０／４０ ＫＮＯ３／ＮａＮＯ３を利用して達成することができる。なお別の態様において、第１の工程がＬｉ含有塩浴で達成される２工程ＩＯＸプロセスにおいて、例えば、溶融塩浴は、主成分としてＬｉ２ＳＯ４から構成されるが、溶融浴を作製するために十分な濃度でＮａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４またはＣｓ２ＳＯ４で希釈された高温硫酸塩塩浴であることができる。このイオン交換工程は、ガラス構造中のより大きいナトリウムイオンをＬｉ含有塩浴に見出されるより小さいリチウムイオンと置き換えるように機能する。第２のＩＯＸは、ガラスセラミックにＮａを交換するように機能し、かつ３１０℃〜４３０℃の温度で、ＮａＮＯ３浴によって上記の通りに達成することができる。
着色性のセラミック化可能ガラス、着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックの特徴決定
本開示の実施形態の態様および／または実施形態による着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックの色を記載するためのＣＩＥＬＡＢ色空間座標（例えば、ＣＩＥ Ｌ＊；ＣＩＥ ａ＊；およびＣＩＥ ｂ＊；またはＣＩＥ Ｌ＊、ａ＊およびｂ＊；またはＬ＊、ａ＊およびｂ＊）は、本明細書に参照によって組み込まれる、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｘｐｈｏｔｏｎｉｃｓ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈ／Ｃｏｌｏｒ％２０Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ／Ｃｕｒｒｅｎｔ％２０Ａｍｅｒｉｃａｎ％２０Ｐｒａｃｔｉｃｅ％２０ｉｎ％２０Ｃｏｌｏｒ％２０Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．ｐｄｆの、Ｆ．Ｗ．Ｂｉｌｌｍｅｙｅｒ，Ｊｒ．による、“Ｃｕｒｒｅｎｔ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｉｎ Ｃｏｌｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．４，ｐｐ．７３７−７５０（１９６９年４月）に記載の方法などの当業者に既知の方法によって、鏡面反射を含む全反射測定から決定される。すなわち、鏡面反射を含む全反射測定は、約３３ｍｍφ×厚さ８ｍｍの試料ディスクを使用して、光学磨きに調製された表面から実施された。鏡面反射を含む全反射測定を実施するため、ならびにＬ＊、ａ＊およびｂ＊色空間座標を得るために結果を変換するための装置および供給には、以下が含まれる：
２５０〜３３００ｎｍ（例えば、紫外（ＵＶ：３００〜４００ｎｍ）、可視（Ｖｉｓ：４００〜７００ｎｍ）および赤外（ＩＲ：７００〜２５００ｎｍ）の波長範囲での鏡面反射を含む全反射測定が可能であるように適切に備えられ、構成された、商業的に入手可能なＶａｒｉａｎ Ｃａｒｙ ５ＧまたはＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｌａｍｂｄａ ９５０ ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ分光光度計（例えば、参照によって本明細書に組み込まれる、それぞれ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｅｒｋｉｎｅｌｍｅｒ．ｃｏｍ．ｃｎ／ＣＭＳＲｅｓｏｕｒｃｅｓ／Ｉｍａｇｅｓ／４６−１３１７３２ＢＲＯ＿Ｌａｍｂｄａ９５０８５０６５０Ａｍｅｒｉｃａｓ．ｐｄｆ；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｅｒｋｉｎｅｌｍｅｒ．ｃｏｍ／ＣＭＳＲｅｓｏｕｒｃｅｓ／Ｉｍａｇｅｓ／４４−７４１９１ＡＰＰ＿ＬＡＭＢＤＡ６５０ＩｎｔｅｇｒａｔｉｎｇＳｐｈｅｒｅｓ．ｐｄｆ；およびｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌａｂｓｐｈｅｒｅ．ｃｏｍ／ｕｐｌｏａｄｓ／ＬａｍｂｄａＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙＢｒｏｃｈｕｒｅ．ｐｄｆの、ＬＡＭＢＤＡ（商標）ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲ ａｎｄ ＵＶ／Ｖｉｓ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒｓ−９５０，８５０，ａｎｄ ６５０；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｕｓｅ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ Ｓｐｈｅｒｅｓ；およびＨｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｌａｍｂｄａ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ Ａｃｃｅｓｓｏｒｉｅｓ ｂｒｏｃｈｕｒｅｓを参照のこと）などの積分球を備えた紫外−可視−近赤外（ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ）分光光度計；ならびに
Ｆ０２発光体および１０度標準観測者に基づく、ＣＩＥＬＡＢ色空間座標（Ｌ＊、ａ＊およびｂ＊）に測定結果を変換する、ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ分光光度計と組み合わせた比色測定のための分析ソフトウェア（Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｗｅｓｔ Ｐａｌｍ Ｂｅａｃｈ，ＦＬ，ＵＳから商業的に入手可能なＧＲＡＭＳ分光法ソフトウェアの組合せのＵＶ／ＶＩＳ／ＮＩＲアプリケーションパック；例えば、参照によって本明細書に組み込まれる、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｔｈｅｒｍｏ．ｃｏｍ／ｅＴｈｅｒｍｏ／ＣＭＡ／ＰＤＦｓ／Ｐｒｏｄｕｃｔ／ｐｒｏｄｕｃｔＰＤＦ＿２４１７９．ｐｄｆのＧＲＡＭＳ−ＵＧ１００９ ｂｒｏｃｈｕｒｅを参照のこと）。
本開示の実施形態の態様および／または実施形態による着色性のセラミック化可能ガラスの粘度は、ＡＳＴＭ Ｃ９６５−９６（およびその後継、全て参照によって本明細書に組み込まれる）“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ａｂｏｖｅ ｔｈｅ Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ Ｐｏｉｎｔ”；ＡＳＴＭ Ｃ１３５１Ｍ−９６（およびその後継、全て参照によって本明細書に組み込まれる）“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ １０Ｅ４ Ｐａ・ｓ ａｎｄ １０Ｅ８ Ｐａ・ｓ ｂｙ Ｖｉｓｃｏｕｓ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ａ Ｓｏｌｉｄ Ｒｉｇｈｔ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ”；ならびにＡＳＴＭ Ｃ１３５０Ｍ−９６（およびその後継、全て参照によって本明細書に組み込まれる）“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ Ｐｏｉｎｔ ａｎｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ Ｒａｎｇｅ（Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ １０Ｅ８ Ｐａ・ｓ ｔｏ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ １０Ｅ１３ Ｐａ・ｓ）”，ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ，ＵＳに記載の方法などの当業者に既知の方法によることが可能である。
本開示の実施形態の態様および／または実施形態による着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックの誘電パラメーター（例えば、損失正接、比誘電率など）、色は、参照によって本明細書に組み込まれる、ｈｔｔｐ：／／ｗｈｉｔｅｓ．ｓｄｓｍｔ．ｅｄｕ／ｃｌａｓｓｅｓ／ｅｅ６９２ｇｗｍｍ／ｎｏｔｅｓ／Ｂａｋｅｒ−Ｊａｒｖｉｓ＿ＩＭＭ＿２０１０．ｐｄｆ；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｅｅｌ．ｎｉｓｔ．ｇｏｖ／ａｄｖａｎｃｅｄ＿ｍａｔｅｒｉａｌｓ＿ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／Ｂａｋｅｒ−Ｊａｒｖｉｓ％２０ＩＭ％２０９４．ｐｄｆ；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｅｅｌ．ｎｉｓｔ．ｇｏｖ／ａｄｖａｎｃｅｄ＿ｍａｔｅｒｉａｌｓ＿ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／Ｂａｋｅｒ−Ｊａｒｖｉｓ％２０ＴＮ％２０１３５５−Ｒ．ｐｄｆおよびｈｔｔｐ：／／ｗｈｉｔｅｓ．ｓｄｓｍｔ．ｅｄｕ／ｃｌａｓｓｅｓ／ｅｅ６９２ｇｗｍｍ／ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ／ＮＩＳＴ＿Ｔｅｃｈ＿Ｎｏｔｅ＿１５２０．ｐｄｆの、Ｊ．Ｂａｋｅｒ−Ｊａｒｖｉｓ ｅｔ ａｌ．，“Ｈｉｇｈ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，”ＩＥＥＥ Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｍｅａｓ．Ｍａｇ．，ｐｐ．２４−３１，２０１０年４月；Ｊ．Ｂａｋｅｒ−Ｊａｒｖｉｓ ｅｔ ａｌ．，“Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎ Ｏｐｅｎ−Ｅｎｄｅｄ Ｃｏａｘｉａｌ Ｐｒｏｂｅ，”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｍｅａｓ．，ｖｏｌ．４３．ｎｏ．５，ｐｐ．７１１−７１８（１９９４年１１月）；Ｊ．Ｂａｋｅｒ−Ｊａｒｖｉｓ ｅｔ ａｌ．，“Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ／Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｈｏｒｔ−Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｌｉｎｅ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，”Ｎａｔｌ．Ｉｎｓｔ．Ｓｔａｎｄ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｔｅｃｈ．Ｎｏｔｅ １３５５−Ｒ，２３６ページ（１９９３年１２月）；およびＪ．Ｂａｋｅｒ−Ｊａｒｖｉｓ ｅｔ ａｌ．，“Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｌｏｓｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，”Ｎａｔｌ．Ｉｎｓｔ．Ｓｔａｎｄ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｔｅｃｈ．Ｎｏｔｅ １５２０，１５６ページ（２００１年７月）に概説される方法と類似の開放終端同軸プローブによって実施される方法などの当業者に既知の方法によって、室温で特徴付けられる。当業者は、実験室で、誘電パラメーターは、様々な試料サイズおよび形状を利用して、様々な方法で測定することができることを認識するであろう（例えば、参照によって本明細書に組み込まれる、Ｊ．Ｂａｋｅｒ−Ｊａｒｖｉｓ ｅｔ ａｌ．，“Ｈｉｇｈ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，”ＩＥＥＥ Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｍｅａｓ．Ｍａｇ．，ｐｐ．２４−３１，２０１０年４月；Ａｇｉｌｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏｔｅ：“Ｂａｓｉｃｓ ｏｆ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，”Ｂｒｏｃｈｕｒｅ Ｎｏ：５９８９−２５８９ＥＮ，Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．， ２８，２００５（ｈｔｔｐ：／／ｗｈｉｔｅｓ．ｓｄｓｍｔ．ｅｄｕ／ｃｌａｓｓｅｓ／ｅｅ６９２ｇｗｍｍ／ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ／Ａｇｉｌｅｎｔ＿Ｂａｓｉｃｓ＿ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ＿ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．ｐｄｆ）；Ｈ．Ｅ．Ｂｕｓｓｅｙ，“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ＲＦ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ａ Ｓｕｒｖｅｙ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．５５，ｐｐ．１０４６−１０５３，１９６７（ｈｔｔｐ：／／ｉｅｅｅｘｐｌｏｒｅ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｘｐｌ／ｌｏｇｉｎ．ｊｓｐ？ｒｅｌｏａｄ＝ｔｒｕｅ＆ｔｐ＝＆ａｒｎｕｍｂｅｒ＝１４４７６４９＆ｕｒｌ＝ｈｔｔｐ％３Ａ％２Ｆ％２Ｆ）；Ｊ．Ｂａｋｅｒ−Ｊａｒｖｉｓ ｅｔ ａｌ．，“Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｌｏｓｓｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｓｏｌｉｄｓ，Ｌｉｑｕｉｄｓ，Ｍｅｔａｌｓ，Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｎｄ Ｎｅｇａｔｉｖｅ−ｉｎｄｅｘ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，Ｎａｔｌ．Ｉｎｓｔ．Ｓｔａｎｄ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｔｅｃｈ．Ｎｏｔｅ １５３６，２００４（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｅｅｌ．ｎｉｓｔ．ｇｏｖ／ａｄｖａｎｃｅｄ＿ｍａｔｅｒｉａｌｓ＿ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／Ｂａｋｅｒ−Ｊａｒｖｉｓ％２０ＴＮ１５３６．ｐｄｆ）を参照のこと）。測定技術は、目的とする周波数次第である。数ＭＨｚまでの周波数で、容量性技術が典型的に利用される。材料は蓄電器のプレートの間に配置され、静電容量の測定から、比誘電率を算出することができる。波長が導体分離より非常に長い場合、静電容量モデルは良好に作用する。
本開示の実施形態の態様および／または実施形態による着色性のセラミック化可能ガラス、着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックに関する相集合および／または結晶径の同一性は、Ｐｈｉｌｉｐｓ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓによって製造されたＰＷ１８３０（Ｃｕ Ｋα放射線）回折計などの商業的に入手可能な装置を使用して、当該技術において既知のＸ線回折（ＸＲＤ）分析技術によって決定された。スペクトルは、典型的に２θで５〜８０度から得た。
本開示の実施形態の態様および／または実施形態による着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックの表面の特徴決定のために測定される元素プロフィールは、電子マイクロプローブ（ＥＭＰ）；ｘ光線光ルミネセンス分光法（ＸＰＳ）；二次イオン質量分光法（ＳＩＭＳ）などの当業者に既知の分析技術によって決定された。
透明なイオン交換された材料の平均表面圧縮応力（ＣＳ）および層の深さ（ＤＯＬ）は、株式会社ルケオおよび／または折原製作所（両方とも日本、東京）から入手可能な、商業的に入手可能な表面応力メーターモデル、ＦＳＭ−３０、ＦＳＭ−６０、ＦＳＭ−６０００ＬＥ、ＦＳＭ−７０００Ｈなどの従来の光学的技術および機器類を使用して都合よく測定することができる（例えば、全て参照によって本明細書に組み込まれる、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｒｉｈａｒａ−ｓｓ．ｃｏ．ｊｐ／ｃａｔａｌｏｇ／ｆｓｍ／ｆｓｍ−３０−Ｅｃａｔ．ｐｄｆのＦＳＭ−３０ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｍｅｔｅｒ Ｂｒｏｃｈｕｒｅ，Ｃａｔ ｎｏ．ＦＳ−００１３Ｅ；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｕｃｅｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｅｎｇｌｉｓｈ／ｐｄｆ／ＦＳＭ−６０ＬＥ％２０Ｅｃａｔ．ｐｄｆのＦＳＭ−６０ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｍｅｔｅｒ Ｂｒｏｃｈｕｒｅ，Ｃａｔ ｎｏ．ＦＳ−００１３Ｅ；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｕｃｅｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｅｎｇｌｉｓｈ／ｐｄｆ／ＦＳＭ−６０００ＬＥ％２０Ｅｃａｔ．ｐｄｆのＦＳＭ−６０００ＬＥ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｍｅｔｅｒ Ｂｒｏｃｈｕｒｅ，Ｒｅｖｉｓｉｏｎ ２００９．０４；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｕｃｅｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｃａｔａｌｏｇ／ｃａｔａｌｏｇ−ｐｄｆ／ＦＳＭ−７０００Ｈ＿ｃａｔ．ｐｄｆのＦＳＭ−７０００Ｈ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｍｅｔｅｒ Ｂｒｏｃｈｕｒｅ，Ｃａｔ ｎｏ．ＦＳ−００２４ ２００９．０８；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｒｉｈａｒａ−ｓｓ．ｃｏ．ｊｐ／ｄａｔａ／ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ０１／Ａ０３４．ｐｄｆのＴ．Ｋｉｓｈｉｉ，“Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｍｅｔｅｒｓ Ｕｔｉｌｉｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ｔｅｍｐｅｒｅｄ Ｇｌａｓｓｅｓ，”Ｏｐｔｉｃｓ ＆ Ｌａｓｅｒｓ ｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ４（１９８３） ｐｐ．２５−３８；およびｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｒｉｈａｒａ−ｓｓ．ｃｏ．ｊｐ／ｄａｔａ／ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ０１／Ａ００１．ｐｄｆのＫ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｏｆ Ｇｌａｓｓ ａｎｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，”昭和５２年（１９９７）［５２（１９７７）］，ｐｐ．１０９−１１２を参照のこと）。本開示の着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックの不透明度のため、上記のような表面応力メーターを使用してＣＳを測定するための技術は、現在は利用可能ではないが、将来は可能となるであろう。したがって、試料に湾曲が誘導されるように、イオン交換されたガラスセラミックの試料を選択的にエッチングすることによって、ＣＳを得ることができる。エッチングされた試料によって表される誘導された湾曲の範囲は、応力に関する。連続的に試料を選択的にエッチングすること、誘導された湾曲を測定すること、および相当する応力を決定することによって、試料の応力プロフィールを作成することができる。ＤＯＬもこのように得ることができる（例えば、参照によって本明細書に組み込まれる、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｉｅｎｃｅｄｉｒｅｃｔ．ｃｏｍ／で入手可能なＶ．Ｍ．Ｓｇｌａｖｏ ｅｔ ａｌ．，“Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｔｒｅｓｓ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｂｙ Ｃｕｒｖａｔｕｒｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，”Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，３７（２００５）ｐｐ．８８７−８９８を参照のこと）。同時に、試料中の化学組成と応力との関係を得るために濃度プロフィールを作成するため、それぞれの連続エッチング後の試料の化学組成を測定することができる。高結晶質材料の応力緩和は、ガラス質材料と比較して微小であるため、単純な比例定数は、濃度プロフィールおよび応力プロフィールに連結することができる。特定のイオン交換処理を受けた、特定の出発組成および形状（例えば、厚さなど）のイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックの試料に関して、繰り返されたエッチング／湾曲方法を使用してＣＳが決定されたら、推定ＣＳおよびＤＯＬを得るため、相当するイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックの試料の濃度プロフィール（すなわち、深さの関数としての組成）を測定することができる。そのために、本開示の実施形態の態様および／または実施形態によるイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックの試料表面の平均表面圧縮応力（ＣＳ）、釣合引張応力の結果として試料の中央における平均中心張力（ＣＴ）、および層の深さ（ＤＯＬ）は、ＥＭＰ、ＸＰＳ、ＳＩＭＳなどの当業者に既知の分析技術を使用して、置換するイオンおよび／または置換されるイオンの濃度プロフィールから決定することができる。上記のようなイオン交換プロセスの間、ガラスセラミック表面および／またはバルクに存在するより小さいイオン半径を有するイオンを、より大きいイオン半径を有するイオンと交換することができる。図５に概略的に例示されるように、これが試料１００の表面１１０において圧縮応力をもたらす場合、釣合引張応力は試料１００の中心領域１３０で誘導され、試料１００を通して釣合いがとられる。平均表面圧縮応力（ＣＳ）は、以下の関係によって平均中心張力（ＣＴ）と関連する。
ＣＳ＝ＣＴ×（ｔ−２ＤＯＬ）／ＤＯＬ
式中、ｔは着色および不透明ガラスセラミック試料１００の厚さであり、かつ
ＤＯＬ（層の深さ１２０）は、試料１００の表面１１０から、表面１１０への垂線に沿って、試料１００内の応力がサインを変化する位置（すなわちゼロ）までの距離である。
試料１００に関して、積分された中心張力（ＩＣＴ）は、応力プロフィールの引張部分（すなわち、試料１００の中心領域１３０）全体の応力の積分によって与えられる。ＩＣＴは、以下の関係：ＩＣＴ＝ＣＴ×（ｔ−２ＤＯＬ）によって、試料１００の完全な厚さ（ｔ）、圧縮応力層の層の深さ（ＤＯＬ）１２０、平均中心張力（ＣＴ）、および圧縮応力層の形状またはプロフィールと関連する。なお、式中、中心領域１３０の厚さ（ｔ−２ＤＯＬ）は、表面に対して垂直方向である。試料１００内で力の釣合いをとるため、積分された表面圧縮応力（ＩＣＳ）はＩＣＴと同じ大きさを有するが、試料の全体的な積分された応力がゼロとならなければならないため、反対側の（負の）サインを有する：−ＩＣ＋ＩＣＴ＝０。ＩＣＳは、以下の関係：ＩＣＳ＝ＣＳ×ＤＯＬによって、圧縮応力層の層の深さ（ＤＯＬ）１２０、平均表面圧縮応力（ＣＳ）、および圧縮応力層の形状またはプロフィールと関連する。なお、式中の圧縮応力領域の層の深さ（ＤＯＬ）は、上記に定義されている（すなわち、試料１００の表面１１０から、表面１１０への垂線に沿って、試料１００内の応力がサインを変化する位置（すなわちゼロ）までの距離である）。適切な置換をすること、および平均表面圧縮応力（ＣＳ）に関して解析することによって、上記の関係が与えられる。拡散および応力の標準的な記載を使用し、様々なプロセス条件機能モデル（例えば、温度、時間、置換するイオン、置換されるイオンなど）を作成することができ、作成されている。相互拡散率（すなわち、反対方向の置換するイオンおよび置換されるイオンの移動と関連する有効な拡散率または拡散係数）は、既知のプロセス条件からそれらの測定された濃度プロフィールに適合される。これらの相互拡散率は、当業者に既知であるように、逆数温度に対する指数関数的依存を有するアレニウスの関係に従う（相互拡散率の対数は、１／Ｔと比例している）。拡散計算のための境界条件は、イオン交換浴組成および試料の出発組成に基づく。所与の拡散率、試料の形状（例えばプレート）、試料またはプレートの厚さ、およびイオン交換浴組成（例えば塩浴組成）に関して、得られた一次元拡散方程式の解は、例えば、Ｊ．Ｃｒａｎｋによる“Ｔｈｅ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ｏｆ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ，”第２版，１９７５に与えられた線に沿って進展する。次いで、例えば、Ａ．Ｋ．Ｖａｒｓｈｎｅｙａによる“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｇｌａｓｓｅｓ，”第２版，２００６に記載される通り、応力は、イオン交換処理工程が完了した後、試料中の置換するイオンまたは置換されるイオンの濃度と比例する。力平衡に従うために、得られた応力曲線がゼロまで積分するように、定数を差し引くことが必要となり得る。より高い温度では、応力緩和の影響がガラスにおいて重要となり得るが、ガラスセラミックにおいては重要ではないように見える。上記の繰り返されたエッチング／湾曲法からのようなＣＳの推定値とともに、ＥＭＰ、ＸＰ、ＳＩＭＳなどの当業者に既知の分析技術を使用する濃度プロフィールの知識によって、２つの測定間の相関が得られる。ＣＳ決定のための繰り返されたエッチング／湾曲法は労働集約型であり、かつイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックに破壊的であることを認識して、この相関は、イオン交換された着色および不透明ガラスセラミックの濃度プロフィールの測定によってＣＳを推定するために使用することができる。これは、予測された濃度プロフィールを測定された濃度プロフィールと比較することによって試験され、利用可能な場合は、圧縮応力および層の深さ（ＤＯＬ）の測定によって、平均表面圧縮応力（ＣＳ）との比較が決定された。
本開示の実施形態の態様および／または実施形態による着色性のセラミック化可能ガラス、着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックの表面において亀裂が開始する閾値を識別するために実施されるビッカーズ押込み亀裂閾値測定は当該技術において既知であり、例えば、参照によって本明細書に組み込まれるＷｉｌｌｉａｍ Ｄ．Ｃａｌｌｉｓｔｅｒによる“Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（第４版）”（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９９７）の第１３０〜１３４ページに記載されている。他に明記されない限り、本明細書に記載のビッカーズ押込み亀裂閾値測定は、０．２ｍｍ／分でガラス表面にビッカーズインデンター（ａ＝６８．００°）を使用して押込み負荷を適用し、次いで、除去することによって実施される。押込み最大負荷は、１０秒間保持される。押込み亀裂閾値は、１０個の押込みのうちの５０％より多くが、押込みの角から放射するいずれかの数のラジアル／メディアン亀裂を示す押込み負荷として定義される。そのような閾値が所与のガラス組成に適合するまで、最大負荷は増やされる。ビッカーズ押込み亀裂閾値測定は、５０％の相対湿度で室温で実施される。
本開示の実施形態の態様および／または実施形態による着色性のセラミック化可能ガラス、着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックの曲げ強度は、ＡＳＴＭ Ｃ１４９９（およびその後継、全て参照によって本明細書に組み込まれる）“Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｎｏｔｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｂｉａｘｉａｌ Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ，”ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ，ＵＳに記載の方法などの当業者に既知の方法によって特徴付けることが可能である。
本開示の実施形態の態様および／または実施形態による着色性のセラミック化可能ガラス、着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックのヤング率、剪断弾性率およびポアソン比は、ＡＳＴＭ Ｃ１２５９（およびその後継、全て参照によって本明細書に組み込まれる）“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｙｏｕｎｇ’ｓ Ｍｏｄｕｌｕｓ，Ｓｈｅａｒ Ｍｏｄｕｌｕｓ，ａｎｄ Ｐｏｉｓｓｏｎ’ｓ Ｒａｔｉｏ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ｂｙ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，”ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ，ＵＳに記載の方法などの当業者に既知の方法によって特徴付けることが可能である。
本開示の実施形態の態様および／または実施形態による着色性のセラミック化可能ガラス、着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックのヌープ硬度は、ＡＳＴＭ Ｃ１３２６（およびその後継、全て参照によって本明細書に組み込まれる）“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｖｉｃｋｅｒｓ Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ Ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ，”ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ，ＵＳに記載の方法などの当業者に既知の方法によって特徴付けることが可能である。
本開示の実施形態の態様および／または実施形態による着色性のセラミック化可能ガラス、着色および不透明ガラスセラミック、ならびに／またはイオン交換された着色および不透明ガラスセラミックのビッカーズ硬度は、ＡＳＴＭ Ｃ１３２７（およびその後継、全て参照によって本明細書に組み込まれる）“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｖｉｃｋｅｒｓ Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ Ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ，”ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ，ＵＳに記載の方法などの当業者に既知の方法によって特徴付けることが可能である。
以下の実施例は、本開示の利点および特徴を例示するが、本開示を限定するように意図されない。
個々の成分の合計が１００になるか、１００に非常に近くなるため、実際上は、報告された値は、質量パーセント（質量％）を表すとみなされてもよい。実際の前駆体ガラスバッチ成分は、いずれかの材料、酸化物、または他のバッチ成分と一緒に溶融されたときに適切な割合で所望の酸化物へと変換される他の化合物のいずれかを含んでなってもよい。
実施例１〜４０
表Ｉ−Ａに列挙された例示的な前駆体ガラス（そのほとんどは、着色性のセラミック化可能ガラス組成物である）は、約２２００ｇの適切にバッチ処理された原材料を白金るつぼに導入して、溶融時に合計２０００ｇを得ることによって調製した。次いで、ほぼ室温から約１４００℃の温度を有する炉にるつぼを配置した。以下の溶融サイクルを使用した：
１６００℃まで１２０分；および
１６００℃で３００分。
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次いで、各ガラスを鋼シート上に注ぎ入れ、１つ以上のガラスのパティへと形成し、６００℃で１時間焼きなました。いくつかの着色性のセラミック化可能ガラス試料（すなわち、表１Ａおよび１Ｂの実施例３７、３９および４０）、ならびに比較試料（すなわち、表１Ａおよび１Ｂの比較例０３）に関して、温度の関数としての粘度を決定し、これを図７に示す。図７は、ＳｉＯ２量を減少させることによって、粘度が低下し、それによって、着色性のセラミック化可能ガラスが商業的溶融および／または形成技術に適合するものとなることを実証する。次いで、着色性のセラミック化可能ガラス組成物のパティまたはパティの一部分を、表Ｉ−Ｂに列挙したセラミック化サイクルに従って静的炉で熱処理した：
室温（ＲＴ）または５００℃までの温度で炉に導入；
ＴＥＭＰｎまで５℃／分；
ＴＩＭＥｎの間、ＴＥＭＰｎで保持；
５℃／分でＴＥＭＰｎからＴＥＭＰｃまで加熱；
ＴＩＭＥｃの間、ＴＥＭＰｃで保持；および
５℃／分でＴＥＭＰｃからほぼ室温まで冷却。その後、それぞれを取り出し、分析および／またはさらなる加工処理を行う。
分析は、中でも、表１Ｂ（例えば、実施例１〜２４）に要約される、ＣＩＥＬＡＢ色空間座標（例えば、ＣＩＥ Ｌ＊、ＣＩＥ ａ＊、およびＣＩＥ ｂ＊、またはＣＩＥ Ｌ＊、ａ＊およびｂ＊、またはＬ＊、ａ＊およびｂ＊）測定、ならびにＸ線回折による相識別であった。図１〜３は、表１Ａおよび１Ｂの実施例３、５および１３に関するＸ線回折パターンを示す。誘電パラメーター（例えば、損失正接、比誘電率など）は、図６に示すように、いくつかの着色および不透明ガラスセラミック（すなわち、表１Ａおよび１Ｂの実施例２１および２８〜３７）に関して、周波数の関数として損失正接によって決定し、商業的に入手可能なＧＯＲＩＬＬＡ（登録商標）ガラス２３１７、ならびに類似の白色および不透明（無着色）ガラスセラミック（すなわち、表１Ａおよび１Ｂの比較例０２）と比較した場合、それによって驚くべきことに適合性である。
さらなる加工処理は、中でも、イオン交換処理であった。ガラスセラミック材料は、イオン交換評価のために適切な形状に切断される。このイオン交換処理の目的のために、ガラスセラミック材料は、適切にサイズ設定された試料に切断された。各試料は適切な寸法に粉砕されて、次いで全ての表面で光学磨きが行われる。次いで、試料は、いずれの残留有機汚染物も排除するために、クリーニングされる。ガラスセラミックとホルダーまたは浴容器との間の接点を最小化するために、それぞれのクリーニングされた試料を溶融ＮａＮＯ３浴中に入れ、４３０℃で保持する。Ｋ、ＲｂおよびＣｓの硝酸塩およびハロゲン化物などの他のアルカリ塩が使用されてもよい。浴中、適切な時間後（例えば、約８時間）、試料を取り出し、冷却し、脱イオン水で洗浄して、いずれかの残留塩を除去する。イオン交換処理（すなわち、４３０℃でのＮａＮＯ３）の後、いくつかの試料（すなわち、表１Ａおよび１Ｂの実施例２５、２６および２７）、ならびに比較試料（すなわち、表１Ａおよび１Ｂの比較例０１）を、電子マイクロプローブを使用して分析して、図４で示すようにナトリウムプロフィールを得る。次いで、これを使用して、図５に概略的に例示されて、上記される特徴的なパラメーターの平均表面圧縮応力（ＣＳ）および層の深さ（ＤＯＬ）を決定することができる。
したがって、当業者は、本開示の精神および範囲を逸脱することなく、様々な修正形態、適応形態および代替形態を考えてもよい。全てのそのような修正形態および改良形態は、簡潔さおよび読みやすさのために本明細書から削除されているが、適切に以下の請求の範囲内であることは理解されるべきである。

Claims (12)

  1. ａ．β−リシア輝石固溶体および擬板チタン石
    を含んでなる結晶相を含み、
    ｂ．前記ガラスセラミックが、以下の範囲：
    ｉ．Ｌ＊＝２０〜４５；
    ｉｉ．ａ＊＝−２〜＋２；および
    ｉｉｉ．ｂ＊＝−１２〜＋１
    の、鏡面反射を含む分光光度計を使用した鏡面反射測定から決定されるＣＩＥＬＡＢ色空間の座標を有する不透明材料である、
    ガラスセラミック。
  2. ａ．β−石英固溶体が前記結晶相に実質的に存在しないか、または
    ｂ．前記結晶相が、該結晶相の２０質量％未満を構成するβ−石英固溶体をさらに含むか、
    のいずれかである、請求項１記載のガラスセラミック。
  3. 前記結晶相が、
    ａ．尖晶石固溶体、
    ｂ．金紅石、
    ｃ．リン酸亜鉛マグネシウム、ならびに
    ｄ．尖晶石固溶体および金紅石、
    のいずれかをさらに含んでなる、請求項１または２記載のガラスセラミック。
  4. ａ．前記ガラスセラミックが、少なくとも２０μｍのＤＯＬを有する圧縮応力層において、少なくとも２００ＭＰａの平均表面圧縮応力（ＣＳ）を有するようにイオン交換可能である、請求項１記載のガラスセラミック。
  5. ａ．２５℃において、０．５〜３．０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲の周波数にわたり、０．０５未満の損失正接
    をさらに有する、請求項１、２または４記載のガラスセラミック。
  6. セラミック化して請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラスセラミックを製造するに適した着色性のセラミック化可能ガラス組成物であって、酸化物に基づく質量％で、９５〜９９．７のベース組成物と、残余の１種以上の着色剤とを含み、酸化物に基づく質量％で算出された以下の組成：
    ａ．ＳｉＯ２：５３．５〜７０；
    ｂ．Ａｌ２Ｏ３：１６．９〜２４．５；
    ｃ．Ｂ２Ｏ３：０〜２；
    ｄ．Ｌｉ２Ｏ：３．３〜４．５；
    ｅ．Ｎａ２Ｏ：０．３〜０．５；
    ｆ．ＴｉＯ２：２．５〜６．２；
    ｇ．ＭｇＯ：１．５〜３；
    ｈ．ＺｎＯ：０〜２．２；
    ｉ．Ｐ２Ｏ５：０〜７．７；
    ｊ．ＳｎＯ２：０〜１；
    ｋ．Ｆｅ２Ｏ３：０．３〜５；
    ｌ．Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＣｕからなる群より選択される１種以上の追加の遷移金属の１種以上の酸化物：０〜３．５；および
    ｍ．Ｂｉ、ＶおよびＳｎからなる群より選択される１種以上の多価金属の１種以上の酸化物：０
    を有する、組成物。
  7. 前記ガラス組成物が、以下の範囲：
    ｉ．Ｌ＊＝２５〜４０；
    ｉｉ．ａ＊＝−１．５〜＋１；および
    ｉｉｉ．ｂ＊＝−３．５〜−２
    のＣＩＥＬＡＢ色空間の色座標を有する不透明材料にセラミック化可能である、
    請求項６記載の着色性のセラミック化可能ガラス組成物。
  8. 前記結晶相が、スズ、スズ含有化合物、硫黄、または硫黄含有化合物の１種以上を含む、請求項１記載のガラスセラミック。
  9. 前記ガラスセラミックが、
    ０．３〜２．５質量％のＦｅ２Ｏ３；
    ０超〜３．５質量％の、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＣｕからなる群より選択される１種以上の追加の遷移金属の１種以上の酸化物；および
    ０質量％の、Ｂｉ、ＶおよびＳｎからなる群より選択される１種以上の多価金属の１種以上の酸化物
    を有する、請求項１または８記載のガラスセラミック。
  10. 前記ガラスセラミックが、０．８ミリメートル（ｍｍ）の厚さを有し、かつ少なくとも２０μｍから１５０μｍまでのＤＯＬを有する圧縮応力層を有するようにイオン交換可能である、請求項１記載のガラスセラミック。
  11. ２５℃において、０．５〜３．０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲の周波数にわたり、８未満の比誘電率をさらに有する、請求項１、２、４、５または１０記載のガラスセラミック。
  12. セラミック化して請求項８または９記載のガラスセラミックを製造するに適した着色性のセラミック化可能ガラス組成物であって、酸化物に基づく質量％で、９５〜９９．７のベース組成物と、残余の１種以上の着色剤とを含み、酸化物に基づく質量％で算出された以下の組成：
    ａ．ＳｉＯ２：５３．５〜７０；
    ｂ．Ａｌ２Ｏ３：１６．９〜２４．５；
    ｃ．Ｂ２Ｏ３：０〜２；
    ｄ．Ｌｉ２Ｏ：３．３〜４．５；
    ｅ．Ｎａ２Ｏ：０．３〜０．５；
    ｆ．ＴｉＯ２：２．５〜６．２；
    ｇ．ＭｇＯ：１．５〜３；
    ｈ．ＺｎＯ：０〜２．２；
    ｉ．Ｐ２Ｏ５：０〜７．７；
    ｊ．ＳｎＯ２：０〜１；
    ｋ．Ｆｅ２Ｏ３：０．３〜５；
    ｌ．Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＣｕからなる群より選択される１種以上の追加の遷移金属の１種以上の酸化物：０〜３．５；および
    ｍ．Ｂｉ、ＶおよびＳｎからなる群より選択される１種以上の多価金属の１種以上の酸化物：０
    を有する、組成物。
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