JP6694399B2 - 色調整可能な白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック物品及びその製造方法 - Google Patents

色調整可能な白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック物品及びその製造方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって援用される、2014年6月30日出願の米国仮特許出願第62/018921号の米国法典第35編第119条に基づく優先権の利益を主張する。
本開示は、結晶性ガラス(ガラスセラミックへと結晶化可能な前駆体ガラス)、ガラスセラミック、イオン交換可能な(「IX可能な」)ガラスセラミック、及び/又はイオン交換した(「IXした」)ガラスセラミック;その製造方法;その色を調整する方法;及びそれを含む物品に関する。特に、本開示は、結晶性ガラス(主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を含む、白色不透明のガラスセラミックへと結晶化可能なように配合された前駆体ガラス);白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック;イオン交換可能な白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック;及び/又はイオン交換した白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック;その製造方法;その色を調整する方法;及びそれを含む物品に関する。
過去10年間に、ノートパソコン、携帯情報端末(PDA)、携帯用ナビゲーション装置(PND)、メディアプレーヤー、携帯電話、携帯用棚卸装置(PID)等(「携帯用コンピュータ装置」と呼ばれることが多い)の電子装置は収束してきており、それと同時に、小型化、軽量化、かつより高性能化されてきている。このようなより小型化した装置の開発及び利用可能性に寄与する要因の一つは、電子部品の寸法をさらに縮小することにより演算密度(computational density)及び動作速度を向上させる能力である。しかしながら、電子装置のより小型化、より軽量化、及びより高性能化の傾向は、携帯用コンピュータ装置の一部の部品の設計に関して継続的な課題を提示している。
特定の設計課題に遭遇する携帯用コンピュータ装置に関連する部品には、さまざまな内部/電子部品を収容するために用いられる筐体又はハウジングが含まれる。この設計課題は、一般に、2つの相反する設計目標、すなわち筐体又はハウジングをより軽くより薄く製造することの望ましさと、筐体又はハウジングをより強靱かつより剛性に作製することの望ましさとから生じる。より強靱かつより剛性の筐体又はハウジング、典型的にはより重量のある、より多くの締め具を有する、より厚いプラスチック構造体とは対照的に、より軽い筐体又はハウジング、典型的には締め具をあまり有しない薄いプラスチック構造体は、湾曲及び座屈する傾向を有するとともに、より可撓性になる傾向にある。残念ながら、より強靱な、より剛性のプラスチック構造体の重量増加は利用者の不満につながりかねないが、一方、より軽量な構造の湾曲及び座屈は携帯用コンピュータ装置の内部/電子部品に損傷を与えかねず、ほぼ確実に利用者の不満につながる。
既知の種類の材料の中でも、さまざまな他の用途に幅広く用いられるガラスセラミックが挙げられる。例えば、ガラスセラミックは、レンジ台上面、調理器具、及び、ボウル、ディナープレートなどの食器としてキッチンで幅広く用いられる。透明なガラスセラミックは、オーブン及び/又は炉の窓、光学用素子、ミラー基板などの生産に用いられる。ガラスセラミックは、典型的には、結晶性ガラスを所定の温度で所定の時間、結晶化し、ガラスマトリクス中で核形成し、結晶相を成長させることによって作製される。SiO−Al−LiOガラス系をベースとした2つのガラスセラミックには、主結晶相としてβ−石英固溶体(「β−石英ss」又は「β−石英」)又は、主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体(「β−スポジュメンss」又は「β−スポジュメン」)を有するものが含まれる。
前述したように、筐体又はハウジングの存在に伴う前述の問題を考慮して、潜在的に費用効率がより高い方式で、携帯用コンピュータ装置用の改良された筐体又はハウジングを提供する、結晶性ガラス(ガラスセラミックへと結晶化可能なように配合された前駆体ガラス)、及び/又はβ−スポジュメンガラスセラミック、及び/又はイオン交換可能なβ−スポジュメンガラスセラミック、及び/又はイオン交換したβ−スポジュメンガラスセラミックなどの材料が必要とされている。また、軽量、強靱、かつ剛性の筐体又はハウジングを製造する設計課題に美学的に見て美しい態様で対処しつつ、改善された白色度及び/又は不透明色をもたらすこのような材料が必要とされている。
本開示の実施形態の一部の態様及び/又は実施形態(「態様及び/又は実施形態」)は、主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックへと結晶化可能なように配合された結晶性ガラスに関する。このような結晶性ガラスは、モル百分率(モル%)で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;及び約0.4から約2の範囲のFeを含み、また代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;0から約8の範囲のMgO;0から約4の範囲のZnO;約2から約5の範囲のTiO;0から約5の範囲のNaO;0から約4の範囲のKO;約0.05から約0.5の範囲のSnO;及び約0.4から約2の範囲のFeを含み、また他の代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;並びに、約0.01から約2の範囲のCoO、Cr、CuO、Sb、In、Bi、NiO、V、Ta及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物を含み、またさらなる代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;0から約8の範囲のMgO;0から約4の範囲のZnO;約2から約5の範囲のTiO;0から約5の範囲のNaO;0から約4の範囲のKO;約0.05から約0.5の範囲のSnO;並びに、約0.01から約2の範囲のCoO、Cr、CuO、Sb、In、Bi、NiO、V、Ta及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物を含む。
さらには、一部の実施形態では、結晶性ガラスは以下の組成基準を示すことができる:
[Al]のモルに対する[LiO+NaO+KO+MgO+ZnO]のモル合計の比は、約0.8から約1.5の範囲内でありうる。
本開示の他の態様及び/又は実施形態は、主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックに関する。このような白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックは、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;及び約0.4から約2の範囲のFeを含み、また代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;0から約8の範囲のMgO;0から約4の範囲のZnO;約2から約5の範囲のTiO;0から約5の範囲のNaO;0から約4の範囲のKO;約0.05から約0.5の範囲のSnO;及び約0.4から約2の範囲のFeを含み、またさらなる代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;並びに、約0.01から約2の範囲のCoO、Cr、CuO、Sb、In、Bi、NiO、V、Ta及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物を含み、またさらなる代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;0から約8の範囲のMgO;0から約4の範囲のZnO;約2から約5の範囲のTiO;0から約5の範囲のNaO;0から約4の範囲のKO;約0.05から約0.5の範囲のSnO;並びに、約0.01から約2の範囲のCoO、Cr、CuO、Sb、In、Bi、NiO、V、Ta及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物を含む。
さらには、一部の実施形態では、このような白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックは、以下の組成基準を示すことができる:
[Al]のモルに対する[LiO+NaO+KO+MgO+ZnO]のモル合計の比は、約0.8から約1.5の範囲でありうる。
本開示のさらなる他の態様及び/又は実施形態は、白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックへと結晶化可能なように配合された結晶性ガラスの形成方法、及び主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックの形成方法に関する。ある態様では、一部の方法は、溶融する際に、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;及び約0.4から約2の範囲のFeを含み、また代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;0から約8の範囲のMgO;0から約4の範囲のZnO;約2から約5の範囲のTiO;0から約5の範囲のNaO;0から約4の範囲のKO;約0.05から約0.5の範囲のSnO;及び約0.4から約2の範囲のFeを含み、またさらなる代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;並びに、約0.01から約2の範囲のCoO、Cr、CuO、Sb、In、Bi、NiO、V、Ta及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物を含み、またさらなる代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;0から約8の範囲のMgO;0から約4の範囲のZnO;約2から約5の範囲のTiO;0から約5の範囲のNaO;0から約4の範囲のKO;約0.05から約0.5の範囲のSnO;並びに、約0.01から約2の範囲のCoO、Cr、CuO、Sb、In、Bi、NiO、V、Ta及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物を含む、結晶性ガラスを生成するように配合された原材料の混合物を溶融する工程を含んだ。
追加の態様では、原材料のこのような混合物は、溶融する際に、以下の組成基準を示す結晶性ガラスを生成するように配合される:
[Al]のモルに対する[LiO+NaO+KO+MgO+ZnO]のモル合計の比は、約0.8から約1.5の範囲内でありうる。
さらなる態様では、一部の他の方法は、結晶性ガラスを変換することによって、主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミックを形成する方法を含む。このような他の方法は、(i)主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミックへと結晶化可能なように配合された結晶性ガラスを1〜10℃/分の速度で700℃から810℃の範囲の核形成温度(Tn)まで加熱する工程;(ii)結晶性ガラスを核形成温度に維持して、核形成した結晶性ガラス及び/又はそれを含むガラス物品を生成する工程;(iii)核形成した結晶性ガラスを1〜10℃/分の速度で850℃から1200℃の範囲内の結晶化温度(Tc)まで加熱する工程;(iv)核形成した結晶性ガラスを結晶化温度に維持して主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミックを生成する工程、を含む。
さらなる態様では、ガラスセラミックを製造する他の方法は、(i)核形成した結晶性ガラスを、1〜10℃/分の速度で850℃から1200℃の範囲内の結晶化温度(Tc)まで加熱する工程;(ii)結晶化温度を選択して、aとbの間の相関に基づいて色を調整する工程であって、(a)色は、10°の観測者角度及びCIE発光F02で、分光光度計を用いた正反射を含めた反射スペクトル測定から決定して、(1)約−0.5から約0.5の範囲のCIE a;(2)約−2.5から約2の範囲のCIE b;及び(3)約90から約93の範囲のCIE Lを含むCIELAB色空間座標に存在し;かつ(b)aとbの間の相関に基づいて、aのbに対するプロットは約8から約22の間のデルタb/デルタaの傾斜を有する、工程;及び(iii)核形成した結晶性ガラスを結晶化温度に維持して、主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミックを生成する工程、を含む。
白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック、イオン交換可能な白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック、及び/又はイオン交換した白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック、及び/又はそれらを含む物品は、以下に用いることができる:無線通信用に構成されうるさまざまな電子装置又は携帯用コンピュータ装置、例えば、コンピュータ及びコンピュータ付属品、例えば、「マウス」、キーボード、モニター(例えば、冷陰極蛍光灯(CCFL−バックライトLCD)、発光ダイオード(LED−バックライトLCD)等のいずれかであってよい液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)など)、ゲームコントローラー、タブレット、サムドライブ、外付けドライブ、ホワイトボード等;携帯情報端末(PDA);携帯用ナビゲーション装置(PND);携帯用在庫管理装置(PID);娯楽機器及び/又は娯楽施設、機器及び/又は娯楽関連の付属品、例えば、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、ソリッドステート等)、ケーブル及び/又は衛星放送受信機、キーボード、モニター(例えば、冷陰極蛍光灯(CCFL−バックライトLCD)、発光ダイオード(LED−バックライトLCD)等のいずれかであってよい液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)など)、ゲームコントローラー等;電子読取装置又はeリーダー;携帯電話又はスマートフォン等。代替的な例として、白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック、イオン交換可能な白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック、及び/又はイオン交換した白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックは、自動車、電気機器、及び建築用途にも使用されうる。
本開示の実施形態、特徴、及び利点の多くの他の態様は、以下の説明及び添付の図面から明らかになるであろう。説明及び/又は添付の図面では、個別に又はいずれかの方法で互いに組み合わせて適用可能な本開示の例となる態様及び/又は実施形態について言及される。このような態様及び/又は実施形態は本開示の全範囲を表すものではない。したがって、本開示の全範囲を解釈するためには本願の特許請求の範囲を参照すべきである。簡潔性及び明解性の利益のため、本明細書に記載される値の任意の範囲は、その範囲内のすべての値を企図しており、対象とする特定の範囲内の実数値である端点を有するあらゆる部分的範囲を列挙する請求項を支持すると解釈されるべきである。仮定上の説明のための例として、本明細書の開示における1〜5の範囲の列挙は、次の範囲:1〜5;1〜4;1〜3;1〜2;2〜5;2〜4;2〜3;3〜5;3〜4;及び4〜5のいかなる範囲に対しても請求項を支持すると解釈されるべきである。また簡潔性及び明解性の利益のため、「〜である(is, are)」、「〜を含む(includes)」、「〜を有すること(having)」、「〜を含む(comprises)」などの用語は便宜上の言葉であり、限定的な用語と解釈されるべきではなく、適宜、用語「〜を含む(comprises)」、「〜から本質的になる(consists essentially of)」、「〜からなる(consists of)」なども包含しうることが理解されるべきである。
本開示のこれら及び他の態様、利点、及び顕著な特徴は、以下の説明、添付の図面、及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
色座標aのbに対するプロット 結晶化温度の色座標Lに対するプロット Fe濃度の色座標a、b、及びLに対するプロット 結晶化温度の関数としてaのbに対するプロット 結晶化温度の関数としてbのLに対するプロット ある範囲の波長にわたる%全反射のプロット ガラスセラミックをイオン交換する前及び後の色座標a、b、及びLにおける差異のプロット
本開示の例となる態様及び/又は実施形態の以下の説明では、その一部を形成し、例証として、本開示が実施されうる特定の態様及び/又は実施形態が示される添付の図面について述べる。これらの態様及び/又は実施形態は、当業者が本開示を実施可能にするのに十分詳細に説明されるが、本開示の範囲が限定されることは意図されていないことが理解されよう。本開示を入手する関連技術の当業者によって想起されるであろう本明細書に説明される特徴の改変及びさらなる修正、及び本明細書に説明される原理の追加的な応用は、本開示の範囲内にあると見なされるべきである。具体的には、他の態様及び/又は実施形態が用いられてもよく、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、論理変更(例えば、制限されることなく、化学的、組成的{例えば、制限されることなく、化学薬品、材料などのうち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、生理化学的などのうち1つ以上)及び他の変更がなされうる。したがって、以下の説明は限定的な意味に解釈されるべきではなく、本開示の態様及び/又は実施形態の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。「上部」、「底部」、「外部」、「内部」などの用語は利便上の言葉であって、限定する用語と解釈されるべきではないこともまた理解される。また、本明細書において他に別記されない限り、値の範囲は、その範囲の上限と下限の両方を含む。例えば、約1〜10モル%の範囲は、1モル%及び10モル%の値を含む。加えて、本明細書で用いられる場合、数を修飾する用語「約」は、報告される数値の10%以内を意味する。
前述の通り、本開示のさまざまな態様及び/又は実施形態は、本開示の白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック;イオン交換可能な白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック;及び/又はイオン交換した白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックのうちの1つ以上から形成される及び/又はこれらの1つ以上を含む、物品及び/又は機器又は設備に関する。一例として、白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック;イオン交換可能な白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック;及び/又はイオン交換した白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックは、以下に用いることができる:無線通信用に構成されうるさまざまな電子装置又は携帯用コンピュータ装置、例えば、コンピュータ及びコンピュータ付属品、例えば、「マウス」、キーボード、モニター(例えば、冷陰極蛍光灯(CCFL−バックライトLCD)、発光ダイオード(LED−バックライトLCD)等であってよい、液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)など)、ゲームコントローラー、タブレット、サムドライブ、外付けドライブ、ホワイトボード等;携帯情報端末(PDA);携帯用ナビゲーション装置(PND);携帯用棚卸装置(PID);娯楽機器及び/又は娯楽施設、機器及び/又は娯楽関連の付属品、例えば、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、ソリッドステート等)、ケーブル及び/又は衛星放送受信機、キーボード、モニター(例えば、冷陰極蛍光灯(CCFL−バックライトLCD)、発光ダイオード(LED−バックライトLCD)等であってよい、液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)など)、ゲームコントローラー等;電子読取装置又はeリーダー;携帯電話又はスマートフォン等。代替的な例として、白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック;イオン交換可能な白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック;及び/又はイオン交換した白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックは、自動車、電気機器、及び建築用途にも使用されうる。そのような目的のためには、結晶性ガラスは、複雑な形状にするための操作と適合するように、十分に低い軟化点及び/又は十分に低い熱膨張係数を有するように配合されることが望ましい。
本開示の態様及び/又は実施形態に従った、主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック及び主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックへと結晶化可能なように配合された結晶性ガラスは、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;及び約0.4から約2の範囲のFeを含み、また代替的な態様では、モル%で、Feは、約0.5から約2;約0.6から約2、約0.7から約2、約0.8から約2、約0.9から約2、約1から約2、約1.5から約2、約0.4から約1.5、約0.5から約1.5、約0.6から約1.5、約1から約2、又は約1から約1.5の範囲である。代替的な態様では、本開示の態様及び/又は実施形態に従った、主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック及び、主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックへと結晶化可能なように配合された結晶性ガラスはまた、モル%で、0から約8の範囲のMgO;0から約4の範囲のZnO;約2から約5の範囲のTiO;0から約5の範囲のNaO;0から約4の範囲のKO;及び約0.05から約0.5の範囲のSnOを含みうる。
他の代替的な態様では、本開示の態様及び/又は実施形態に従った、主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック及び主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックへと結晶化可能なように配合された結晶性ガラスは、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;並びに、約0.01から約2の範囲のCoO、Cr、CuO、Sb、In、Bi、NiO、V、Ta及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物を含む。代替的な態様では、本開示の態様及び/又は実施形態に従った、主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミック及び主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色不透明のβ−スポジュメンガラスセラミックへと結晶化可能なように配合された結晶性ガラスはまた、モル%で、0から約8の範囲のMgO;0から約4の範囲のZnO;約2から約5の範囲のTiO;0から約5の範囲のNaO;0から約4の範囲のKO;及び約0.05から約0.5の範囲のSnOを含みうる。色及び不透明度はルチル結晶子の相によって制御されることから、主結晶相としてβ−スポジュメンを有する白色のβ−スポジュメンガラスセラミックの色座標を修正することは困難でありうる。しかしながら、白色のβ−スポジュメンガラスセラミックにおいて、上に列記したものなどの遷移金属酸化物(例えば、Fe、CoO、Cr、CuO、MnO、Sb、In、Bi、NiO、V、及びTa)を含有することにより、色調整が拡張される。
一部の態様では、このようなガラスセラミック及び結晶性ガラスは以下の組成基準を示す:
[Al]のモルに対する[LiO+NaO+KO+MgO+ZnO]のモル合計の比は、約0.8から約1.5の範囲内でありうる。
この比の予め設定された値を有するように結晶性ガラスを配合することにより、このような結晶性ガラスを使用して作製されたガラスセラミック中のβ−スポジュメンを最大限にすることが可能になる。
一部の追加の態様では、このようなガラスセラミックは以下の結晶相集合を示す:
(1)1:1:4.5〜1:1:8又は、代替的に1:1:4.5〜1:1:7の範囲のLiO:Al:SiO比を示し、結晶相の少なくとも70質量%を構成する、β−スポジュメン固溶体;
(2)少なくとも1つのTi含有結晶相であって、
a.ガラスセラミックの結晶相の約2.5〜8質量%、
b.≧約50nmの長さを示す針状の形態、及び
c.ルチル
を含む、Ti含有結晶相;及び、必要に応じて、
(3)スピネル構造を示し、結晶相の1〜10質量%を構成する、1つ以上の結晶相。
さらなる態様では、このようなガラスセラミックは、400nm〜700nmの波長範囲にわたり、0.8mmの厚さについて≧85%の不透明さ及び/又は不透明性を示す。
さらなる態様では、約350nm〜800nmで得られた測定結果がCIE発光F02についてのCIELAB色空間座標内に示される場合、このようなガラスセラミックは約90を上回る明度レベル(L)を示し、一部の代替的な態様では、約90から約93の範囲のLを示す。追加の態様においてもCIE発光F02についてのCIELAB色空間座標内に結果が示され、このようなガラスセラミック物品は、約−0.5から0.5の範囲のa値及び約−2.5から約2の範囲のb値を示す。
前述の通り、「主結晶相としてのβ−スポジュメン固溶体」(あるいは「主結晶相としてのβ−スポジュメンss」又は「主結晶相としてのβ−スポジュメン」ともいう)を示す又は有する本開示の態様及び/又は実施形態に従ったガラスセラミックは、β−スポジュメン固溶体(あるいは「β−スポジュメンss」又は「β−スポジュメン」ともいう)が、本開示の態様及び/又は実施形態に従ったガラスセラミックのすべての結晶相の約70質量パーセント(質量%)超を占めることを意味する。本開示の態様及び/又は実施形態に従ったガラスセラミックの他の可能性のある結晶相の非限定的な例としては以下のものが挙げられる:β−石英固溶体(「β−石英ss」又は「β−石英」);β−ユークリプタイト固溶体(「β−ユークリプタイトss」又は「β−ユークリプタイト」);スピネル固溶体(「スピネルss」又は「スピネル」{例えば、ガーナイト等});Ti含有結晶相(例えば、ルチル、アナターゼ、二チタン酸マグネシウム{例えば、カルーアイト(karrooite)(MgTi)等}、チタン酸アルミニウム{例えば、タイライト(tielite)(AlTiO)等}、等);コージエライト(例えば、{Mg,Fe}Al{SiAlO18}から{Fe,Mg}Al{SiAlO18})など。
本開示の態様及び/又は実施形態に従ったβ−スポジュメンガラスセラミックにおけるβ−スポジュメン固溶体の優位性は、このようなガラスセラミックを1つ以上のイオン交換処理に供してイオン交換ガラスセラミックを生成する場合に有益でありうる。例えば、β−スポジュメンの構造は、Liイオンがさまざまなカチオン(例えば、Na、K、Rb等のイオン)と交換されるときに骨格の分解なしに可撓性を示すことができる。
本開示の一部の態様及び/又は実施形態によれば、β−スポジュメンガラスセラミックは、不透明である及び/又は白色であるとして特徴付けることができる。このような事例では、本出願人は、所望の不透明性及び/又は所望の白色度を達成するためには、このようなβ−スポジュメンガラスセラミックに、微量の結晶相としてルチルを含む1つ以上のTi含有結晶相を含めることを見出した。このような1つ以上のTi含有結晶相の例としては任意のルチル(TiO)が挙げられ、必要に応じて、アナターゼ(TiO)、カルーアイト(karrooite)(MgTi)、タイライト(tielite)(AlTiO)等、及びそれらの混合物の1つ以上を含めてもよい。所望の不透明性及び所望の白色度を達成することが望ましい場合には、本出願人は、所望の程度の不透明性及び白色度を達成するために、このようなβ−スポジュメンガラスセラミックに1つ以上のTi含有結晶相を含めることを見出したが、このTi含有結晶相はルチルを含み、一部の態様では≧50nmの長さ、他の態様では≧110nmの長さ、及びさらに他の態様では≧1μmの長さを示し、場合によっては最長2μmを示す針状結晶でありうる。
スピネルは、一般式AB及び立方体である基本的なスピネル構造を有する結晶性酸化物である。スピネル構造の原型は、アルミン酸マグネシウム(MgAl)のものである。基本的なスピネル構造では、O原子は面心立方(FCC)の配列の位置を満たし;A原子はFCC構造内の四面体位置(A位置)の一部を占め;B原子はFCC構造内の八面体位置(B位置)を占める。通常のスピネルでは、A原子とB原子は異なっており、Aは+2イオンであり、Bは+3イオンである。不規則なスピネルでは、+2イオン及び+3イオンはA位置及びB位置にランダムに分布される。逆スピネルでは、A位置は+3イオンによって占められ、結果としてB位置は+2イオンと+3イオンの等量混合を有し、A原子とB原子は同一であってもよい。場合によっては、一部のA位置は+2イオン、+3イオン、及び/又は+4イオンで占めることができ、一方、同一又は他の場合では、B位置は+2イオン、+3イオン、及び/又は+4イオンで占めることができる。A原子の一部の例としては、亜鉛、ニッケル、マンガン、マグネシウム、鉄、銅、コバルト等が挙げられる。またB原子の一部の例としては、アルミニウム、アンチモン、クロム、鉄、マンガン、チタン、バナジウム等が挙げられる。幅広い範囲の固溶体はスピネルにおいてよく見られ、一般式
Figure 0006694399
によって表すことができる。例えば、完全な固溶体はZnAlとMgAlとの間で得られ、これは式
Figure 0006694399
で表すことができる。本開示の一部の態様及び/又は実施形態によれば、β−スポジュメンガラスセラミックは、スピネル構造を示す1つ以上の結晶相を含み、これはある態様ではガーナイト、ZnAlの組成に近い組成を有する。ZnO又はZnO及びAlの量が増加すると、このようなβ−スポジュメンガラスセラミックはガーナイトの量が増加しうることもまた見出された。ガーナイトの屈折率(n)は1.79〜1.82の範囲でありうるが、これはβ−スポジュメンの屈折率(n=1.53〜1.57)よりも高くなりうるものの、ルチルの屈折率(n=2.61〜2.89)よりも顕著に低い。また、正方晶のβ−スポジュメン及びルチルとは対照的に、立方晶であるスピネルは複屈折を示さない。したがって、本出願人は、一般にはスピネル、具体的にはZn含有スピネルは、ルチルよりも、β−スポジュメンガラスセラミックの色における影響が少ないであろうと考えている。
β−スポジュメンガラスセラミックがルチルを含むTi含有結晶相を含む場合の本開示の実施形態の態様では、ルチルは結晶相の2.5質量%から6質量%の範囲でありうる。本出願人は、ルチルを結晶相の少なくとも2.5質量%に維持することにより、最低限の所望の不透明性のレベルを確保できるとともに、ルチルを結晶相の6質量%以下に維持することにより、所望の不透明性レベルを維持できると同時に所望の白色度レベルを確保できることを見出した。言い換えれば、β−スポジュメンガラスセラミックのTiO含量は2〜5モル%の範囲とすることができ、少なくとも2モル%を維持することにより最低限の所望の不透明性のレベルを確保できるとともに、5モル%以下に維持することによって所望の不透明性のレベルを維持できると同時に所望の白色度レベルを確保できる。
比較のため、幾つかの材料についての降順の屈折率(n)は次の通りである:ルチル(n=2.61〜2.89);アナターゼ(n=2.48〜2.56);ダイヤモンド(n=2.41〜2.43);ガーナイト(n=1.79〜1.82);サファイア(n=1.75〜1.78);コージエライト(n=1.52〜1.58);β−スポジュメン(n=1.53〜1.57);及び残留ガラス(n=1.45〜1.49)。また比較のため、同一の材料の一部についての降順の複屈折(Δn)は次の通りである:ルチル(Δn=0.25〜0.29);アナターゼ(Δn=0.073);サファイア(Δn=0.008);コージエライト(Δn=0.005〜0.017);ダイヤモンド(Δn=0);及びガーナイト(Δn=0)。上記データに基づいて、Ti含有結晶相の一部、特にルチルは、材料の中でもとりわけ、最も高い屈折率の幾つかを示すことが分かる。加えて、Ti含有結晶相の一部、特にルチルは、それらの正方晶の結晶構造の異方性の性質の結果、比較的高い複屈折(Δn)を示すことも分かる。屈折率又は複屈折のいずれかにおける差異が、ガラスセラミックの主結晶相(例えば、β−スポジュメン{n=1.53〜1.57の間})及び/又は任意の残留ガラス(n=1.45〜1.49)及び任意の微量の結晶相の間で大きくなるにつれて、可視波長の散乱が増大し、よって不透明性も増大しうる。各特性単独での差異も有益でありうるが、両方における差異はより一層有益である。Ti含有結晶相の一部、特にルチルと基相(β−スポジュメン及び任意の残留ガラス)との間の両方における差異を所与として、本開示のβ−スポジュメンガラスセラミックは、比較的高度でありうる望ましいレベルの散乱を示し、よって、同様に高度でありうる必要かつ所望の不透明性を示す。
Alは、主結晶相としてβ−スポジュメンを示す本開示のβ−スポジュメンガラスセラミックに寄与する。そのようなものとして、最低限で約10モル%のAlが望ましい。約18モル%を超えるAlは、結果として得られるムライト液相線が結晶性ガラスの溶融及び形成を困難にすることから、望ましくない。
NaO及びKOを含有することにより、結晶性ガラスの溶融温度を低下させることができ、及び/又は結晶化サイクルをより短くすることができる。
本開示の結晶性ガラス及び/又はβ−スポジュメンガラスセラミックは、2〜12モル%のBを含む。本開示の結晶性ガラスは、典型的には1600℃未満の温度で溶融させることができ、ある特定の態様及び/又は実施形態では約1580℃未満であり、またある特定の他の態様及び/又は実施形態では約1550℃未満であり、比較的小さい市販のガラス槽内での溶融を可能にする。Bを含むことにより低い溶融温度につながる。さらには、Bの添加によりガラスセラミックの耐損傷性が向上しうる。例えば、Bの添加によりビッカース亀裂開始閾値を増加することができる。
MgO及びZnOは結晶性ガラスの融剤として作用しうる。そのようなものとして、2モル%の[MgO+ZnO]最小合計モル%が、1600℃未満のガラス溶融温度を得るためには望ましい。Mgイオン及び、それより少ない程度のZnイオンは、β−スポジュメンガラスセラミックのβ−スポジュメンに関与することができ又はAlと反応してスピネル結晶相を形成することができる。
結晶性ガラス中に5〜14モル%のLiOを維持することにより、β−スポジュメン固溶体結晶相の形成が促進される。また、LiOは融剤として作用して結晶性ガラスの融点を低下させる。そのようなものとして、最低限で5モル%のLiOが所望のβ−スポジュメン相を得るためには望ましい。14モル%を超えるLiOは、例えばケイ酸リチウム等の望ましくない相がガラスセラミックの形成中に生じうることから、望ましくない場合がある。
適切な種類及び量の1種以上の核生成剤が結晶性ガラス中に含まれ、核生成及び/又は結晶化の熱処理の間に、少なくとも主結晶相としてのβ−スポジュメン及び任意の所望の1つ以上の微量の結晶相の核生成及び/又は成長を促進する。中でも適切な1種以上の核生成剤としてTiO、ZrO等が挙げられ、一方、中でも適切な量はTiO:最大6モル%;及び/又はZrO:最大2モル%等である。少量のSnOは固溶体中のルチル相に入るように見え、そのようにして核生成に寄与しうる。ある態様及び/又は実施形態では、本出願人は、1つ以上のTi含有相の形成が所定の程度の不透明性及び白色度を達成するために望ましい場合には、核生成剤としてTiOを含むことが望ましいことを見出した。他の態様及び/又は実施形態では、核生成剤としてZrOを含むことにより、核生成の効率を増加することができる。よって、1つ以上の核生成剤の種類及び量は慎重に定められる。β−スポジュメンガラスセラミック(必要に応じてβ−石英固溶体を示す)に関するある特定の態様及び/又は実施形態では、2.5モル%を超える[TiO+SnO]の最小合計モル%が、結晶性ガラスの成分として望ましいことに留意されたい。言い換えれば、有効量のこの[TiO+SnO]の合計モル%は、有効な方法での核生成が生じ、成長が事前に選択した適切な結晶相集合に達するように、結晶性ガラスの成分として配合される。6モル%を超えるTiOは、結果として得られる高いルチル液相線が結晶性ガラスの成形中の困難性を増大させる可能性があることから、望ましくないことに留意されたい。また、SnOを含むことにより、核生成へのわずかな寄与の可能性に加えて、結晶性ガラスの製造中に清澄剤として部分的に機能して、それらの品質及び完全性に寄与できることに留意されたい。
[TiO+SnO]/[SiO+B]の比を、一部の態様では0.04を超え、一部の代替的な態様では0.05を超えで維持することにより、事前に選択した適切な結晶相集合の達成に寄与でき、したがって、所定の程度の不透明性及び/又は白色度の達成に寄与する。
また、ある態様及び/又は実施形態に従ったβ−スポジュメンガラスセラミック及び/又はそれらの結晶性ガラスにおいて、本出願人は、1:1:4.5〜1:1:8の間のLiO:Al:nSiO比を示すβ−スポジュメン結晶相が望ましいことを見出した。そのようなものとして、1:1:4.5の最小比は、結果として得られるβ−スポジュメンガラスセラミックにおける過剰レベルの不安定な残留ガラスの形成を防ぐために望ましい。1:1:8を超える比は、結晶性ガラスの溶融性に伴う問題が生じることから望ましくない。一部の実施形態では、MgOは、[MgO+LiO]のモルの合計で割ったMgOのモルが最大で約30%になりうるように、LiOで置き換えることができる。
本開示の態様及び/又は実施形態に従ったβ−スポジュメンガラスセラミックによって示されうる他の特性は、次のうちの1つ以上を含む:
(1)15MHzから3.0GHzの周波数範囲で0.03未満の誘電正接によって定められる、無線及びマイクロ波周波数透過性;
(2)0.8MPa・m1/2超の破壊靭性;
(3)約138MPa(20,000psi)超の破壊係数(MOR);
(4)少なくとも400kg/mmのヌープ硬さ;
(5)4W/m℃未満の熱伝導率;及び
(6)0.1体積%未満の細孔率。
一般的には物品、具体的には電子装置のハウジング又は筐体(各々部分的に又は完全にβ−スポジュメンガラスセラミックで構成される)に関する態様及び/又は実施形態では、このような物品及び/又はβ−スポジュメンガラスセラミックは、一部の態様では0.02未満;代替的な態様では0.01未満;及びさらなる態様では0.005未満の誘電正接によって定められる無線及びマイクロ波周波数透過性を示し、誘電正接は、15MHzから3.0GHzの範囲の周波数にわたり約25℃で決定した。この無線及びマイクロ波周波数透過性の特徴は、筐体の内部にアンテナを備えた無線手持ち式機器にとって特に有用でありうる。この無線及びマイクロ波透過性は、無線信号がハウジング又は筐体を通過することを可能にし、一部の事例では、これらの伝達を促進することができる。さらなる利益は、このような物品及び/又はβ−スポジュメンガラスセラミックが、上記誘電正接の値と組み合わせて、15MHzから3.0GHzの範囲の周波数にわたり、約25℃で決定して、約10未満;あるいは、約8未満;又は約7未満の誘電率を示す場合に、実現できる。
化学的に強化されたβ−スポジュメンガラスセラミックに関する本開示のさらなる態様及び/又は実施形態では、このようなイオン交換したβ−スポジュメンガラスセラミックは、0.8MPa・m1/2を超える;あるいは、0.85MPa・m1/2を超える;又は、1MPa・m1/2を超える破壊靭性を示す。上述の破壊靭性とは無関係に、または組み合わせて、このようなイオン交換したβ−スポジュメンガラスセラミックは、約276MPa(40,000psi)を超える、又は、代替的に、約345MPa(50,000psi)を超えるMORを示す。
本開示の他の態様及び/又は実施形態は、ガラスセラミックへと結晶化可能なように配合された結晶性ガラスを形成する方法、及び主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミックを形成する方法に関する。ある態様では、一部の方法は、以下を含む結晶性ガラスを溶融して生成するように配合された原材料の混合物を溶融する工程を含む:モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;及び約0.4から約2の範囲のFe、また代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiOの範囲の;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;0から約8の範囲のMgO;0から約4の範囲のZnO;約2から約5の範囲のTiO;0から約5の範囲のNaO;0から約4の範囲のKO;約0.05から約0.5の範囲のSnO;及び約0.4から約2の範囲のFe、またさらなる代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;並びに、約0.01から約2の範囲のCoO、Cr、CuO、Sb、In、Bi、NiO、V、Ta及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物、またさらなる代替的な態様では、モル%で、約62から約75の範囲のSiO;約10から約18の範囲のAl;約5から約14の範囲のLiO;約2から約12の範囲のB;0から約8の範囲のMgO;0から約4の範囲のZnO;約2から約5の範囲のTiO;0から約5の範囲のNaO;0から約4の範囲のKO;約0.05から約0.5の範囲のSnO;並びに、約0.01から約2の範囲のCoO、Cr、CuO、Sb、In、Bi、NiO、V、Ta及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物。
追加の態様では、このような原材料の混合物は、溶融する際に、以下の組成基準を示す結晶性ガラスを生成するように配合される:
[Al]のモルに対する[LiO+NaO+KO+MgO+ZnO]のモル合計の比は、約0.8から約1.5の範囲内でありうる。
さらに他の態様では、原材料のこのような混合物は、溶融ガラス組成物を約1600℃未満の温度で清澄及び均質化する際に上述の結晶性ガラスを生成するように配合される。さらに別の態様は、溶融結晶性ガラスをガラス物品へと形成する工程を含んでいた。
さらなる態様では、一部の他の方法は、結晶性ガラスを変換することによって、主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミックを形成する方法を含む。このような他の方法は、以下を含む:(i)主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミックへと結晶化可能なように配合された結晶性ガラス及び/又はそれを含むガラス物品を、約1℃/分から約10℃/分の範囲の速度で約700℃から約810℃の範囲の核形成温度(Tn)まで加熱する工程;(ii)結晶性ガラス及び/又はそれを含むガラス物品を核形成温度で、ある期間、例えば0.25時間から2時間の範囲で維持して、核形成した結晶性ガラス及び/又はそれを含むガラス物品を生産する工程;(iii)核形成した結晶性ガラス及び/又はそれを含むガラス物品を、約1℃/分から約10℃/分の範囲の速度で約850℃から約1200℃の範囲の結晶化温度(Tc)まで加熱する工程;(iv)核形成した結晶性ガラス及び/又はそれを含むガラス物品を結晶化温度で、ある期間、例えば1/4時間から4時間の範囲で維持して、主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミック及び/又はそれを含む物品を生産する工程;及び(v)β−スポジュメンガラスセラミック及び/又はそれを含む物品を室温まで冷却する工程。
上述の通り、一部の態様では、ガラスセラミック物品は、約90から約93の範囲のL、約−0.5から約0.5の範囲のa値、及び/又は約−2.5から約2の範囲のb値のCIELAB色空間座標を示す。一部の態様では、aとbとの間の相関が結晶化温度の関数として存在してもよく、ここでaのbに対するプロットが、約8から約22の間のデルタb/デルタaの傾斜を有し、及び/又はLとbとの間の相関が、結晶化温度の関数として存在し、ここでbのLに対するプロットは約0.75から約1.25の間のデルタL/デルタbの傾斜を有する。また、一部の態様では、結晶化温度(Tc)は、aとbとの間の相関及び/又はLとbとの間の相関に基づいて前記色を調整するように選択することができる。
無水ホウ酸をB源として使用してもよい。スポジュメン、微粒アルミナ、及びAl−メタリン酸を出発物質として使用してもよい。当業者は、ガラスセラミックの計画された最終組成物に従って用いられるバッチ材料の量を計算することができる。上述の通り、有益であることが見出された清澄剤は、約0.05〜0.15モル%の量のSnOである。
混合バッチ材料は、次にガラス槽に入れられ、通常のガラス溶融プロセスに従って溶融される。ガラス溶融の当業者は、ガラス溶融槽の作動容量及び温度を適応させるために、バッチの組成を上記組成範囲内に調整してガラスの溶融容易性を微調整することができる。溶融ガラスは、通常の方法を使用して均質化及び微細化することができる。1600℃を超える溶融温度を有する一部のガラスは、β−石英及び/又はβ−スポジュメン固溶体ガラスセラミックを形成するために結晶化することができるが、このような高温溶融は、通常、特殊な設計を伴った高価な溶融槽内で行われなくてはならない。加えて、このような高い溶融温度のガラスの液相線挙動は、通常、より高温でのプレス及び成形を必要とする。
均質化され、微細化された、熱的に一様な溶融ガラスは、次に、所望の形状へと形成される。キャスティング、モールデング、加圧成形、ローリング成形、フローティングなど、さまざまな成形法が用いられうる。一般に、ガラスは、液相粘度よりも低い粘度(したがって液相温度よりも高い温度)で供給されるべきである。例えば加圧成形を挙げる。ガラスは、最初に高温金型へと供給され、プランジャを使用することによって所望の形状、表面テクスチャ及び表面粗さを有するガラス物品へと成形される。低い表面粗さ及び正確な表面輪郭をもたらすために、精密なプランジャが金型内に充填されたガラス塊をプレスすることを必要とする。高いIR透過性が必要とされる場合には、プランジャによってIR吸収酸化物又は他の欠陥がガラス物品の表面に取り込まれないこともまた必要とされる。次に、成形物は金型から取り出され、ガラスアニール装置へと移されて、必要かつ望ましい場合にはさらなる処理のために成形物から応力が十分に取り除かれる。その後、冷却されたガラス成形物は、検査され、品質管理の目的で化学的及び物理的特性について分析される。表面粗さ及び輪郭を、製品規格の遵守について試験してもよい。
本開示のガラスセラミック物品を生成するために、次に、調製されたガラス物品は結晶化用の窯の中に置かれ、結晶化プロセスに供される。窯の温度の経時的プロファイルは、望ましくは、プログラム制御され、かつ最適化され、ガラス成形物及びガラス板等の他のガラス物品が主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミック物品へと形成されることを確実にする。上述のように、ガラス組成及び結晶化プロセスの間の熱履歴は、最終的な製品における最終的な結晶相、それらの集合及び結晶子径を決定する。一般に、ガラス物品は、最初に、結晶核が形成し始める核形成温度(Tn)範囲まで加熱される。その後、それらは、β−スポジュメン結晶化をもたらすために、さらに高い最高結晶化温度Tcへと加熱される。結晶化が所望の程度に達するように、所定の時間、物品をTcで保持することがしばしば望ましい。本開示のガラスセラミック物品を得るためには、核形成温度Tnは700〜810℃であり、最大結晶化温度Tcは850℃〜1200℃である。結晶化後、物品は結晶化用の窯から出され、室温へと冷却される。当業者は、Tn、Tc及び結晶化サイクルの温度の経時的プロファイルを調整して、さまざまなガラス組成を上述の範囲内に適応させることができる。本開示のガラスセラミック物品は、有利に不透明な白色を示しうる。
本開示のガラスセラミック物品は、その最終的に意図される使用の前にさらに加工されてもよい。このような後処理の1つは、少なくとも1つの表面の少なくとも一部分がイオン交換プロセスに供されたイオン交換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プロセスを含み、少なくとも1つの表面のイオン交換部分は、少なくとも300MPaの表面における圧縮応力(σ)を示しつつ、物品の全体的な厚さの2%以上の層深さ(DOL)を有する圧縮層を示す。当該技術分野で知られているあらゆるイオン交換プロセスが、上記DOL及び圧縮応力(σ)が達成可能な限り適しているであろう。
より具体的な実施形態では、ハウジング又は筐体は、2mmの全体厚さ、及び、40μmのDOLを示し少なくとも150MPaの圧縮応力(σ)を示す圧縮層を示す。この場合も、これらの特徴を達成するあらゆるイオン交換プロセスが適している。
単一工程のイオン交換プロセスに加えて、性能を向上させるために設計されたイオン交換プロファイルを作出するために、複数のイオン交換手順が使用されうることに留意されたい。すなわち、さまざまなイオン濃度を用いて配合されたイオン交換浴を使用することによって、又はさまざまなイオン半径を有するさまざまなイオン種を用いて配合された複数のイオン交換浴を使用することによって、応力プロファイルを選択された深さに作出した。
本明細書で用いられる場合、用語「イオン交換」は、ガラスセラミック表面、結晶性ガラス、及び/又はバルク中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む加熱溶液で、加熱したβ−スポジュメンガラスセラミック又は結晶性ガラス組成物を処理し、それによって、イオン交換(「IX」)温度条件に応じて、より小さなイオンを有するそれらのイオンをより大きなイオンで置換する、又はその逆を行うことを意味すると解される。例えば、カリウム(K)イオンは、この場合もイオン交換温度条件に応じて、ガラスセラミック中のナトリウム(Na)イオンと置換すること、または置換されることができる。あるいは、ルビジウム(Rb)またはセシウム(Cs)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、ガラスセラミック又は結晶性ガラス中のより小さなアルカリ金属イオンと置換することができる。同様に、限定はしないが、硫酸塩、ハロゲン化物などの他のアルカリ金属塩をイオン交換(「IX」)プロセスに使用することができる。
本発明の方法において、両方の種類のイオン交換が起こりうることが企図されている;すなわち、より大きなイオンがより小さなイオンで置換される、及び/又はより小さなイオンがより大きなイオンで置換される。一部の態様及び/又は実施形態では、本方法は、310〜490℃の温度で最長20時間の間、NaNO浴中に置くことによるβ−スポジュメンガラスセラミック又は結晶性ガラスのイオン交換(特にリチウムからナトリウムへのイオン交換)を包含する。一部の実施形態では、上記条件下でのイオン交換は、少なくとも80μmのDOLを達成することができる。他の態様及び/又は実施形態では、イオン交換は、同様の温度及び時間での混合カリウム/ナトリウム浴を利用して行うことができる;例えば、同等の温度での80/20のKNO/NaNO浴又は代替的に60/40のKNO/NaNO浴など。さらなる他の態様及び/又は実施形態では、2段階のイオン交換プロセスが企図されており、その第1の段階はLi含有塩浴中で行われ;例えば溶融塩浴は、主成分としてLiSOで構成されるが、溶融浴を形成するのに十分な濃度のNaSO、KSO又はCsSOで希釈された、高温硫酸塩浴でありうる。このイオン交換段階は、β−スポジュメンガラスセラミック中のより大きいナトリウムイオンを、Li含有塩浴中に見られるより小さいリチウムイオンで置換する機能を果たす。第2のイオン交換段階は、Naをβ−スポジュメンガラスセラミック中へと交換する機能を果たし、310℃から490℃の温度でのNaNO浴によって上述のように行うことができる。
結晶性ガラス、ガラスセラミック、イオン交換可能なガラスセラミック、及び/又はイオン交換ガラスセラミックの特徴付け
本開示の態様及び/又は実施形態に従ったβ−スポジュメンガラスセラミック;イオン交換可能なβ−スポジュメンガラスセラミック;及び/又はイオン交換したβ−スポジュメンガラスセラミックの色を説明するためのCIELAB色空間座標(例えば、CIE L;CIE a;及びCIE b;又はCIE L、a、及びb;又はL、a、及びb)は、ここに参照することによってその記載が取り込まれる、F. W. Billmeyer, Jr., "Current American Practice in Color Measurement," Applied Optics, Vol. 8, No. 4, pp. 737-750 (April 1969)に記載されるものなど、全反射(正反射を含む)測定から当該技術分野で知られた方法によって決定された。すなわち、全反射(正反射を含む)測定は、約33mmΦ×0.8mmの厚さを測定する、試料ディスクを使用する光学研磨用に調製された表面で行われた。このような全反射(正反射を含む)測定を行うための器材、及びL;a;及びbの色空間座標を得るための変換結果は、以下を含んでいた:
波長範囲250〜3300nm(例えば、紫外線(UV:300〜400nm)、可視(Vis:400〜700nm)、及び赤外線(IR:700〜2500nm)において全反射(正反射を含む)に対して効力があるように適切に設けられ、かつ構成された、市販のVarian Cary 5G又はPerkinElmer Lambda 950 UV−VIS−NIR分光光度計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;及び
測定結果をF02光源及び10度の標準観測者に基づいてCIELAB色空間座標(L;a;及びb)に変換するUV−VIS−NIR分光光度計に結合された色測定のための解析ソフトウェア(米国フロリダ州ウエストパームビーチ所在のThermo Scientific社から市販されるGRAMS分光ソフトウェアスイートのUV/VIS/NIRアプリケーションパック)。
本開示の態様及び/又は実施形態に従った結晶性ガラス、ガラスセラミック、イオン交換可能なガラスセラミック、及び/又はイオン交換ガラスセラミックについての結晶相集合の結晶相及び/又は結晶相の結晶径の同定を、オランダ国所在のPhilips社製造のPW1830(CuKα線)回折計モデルなどの市販の装置を使用して、当技術分野で知られたX線回折(XRD)分析法によって行った。スペクトルは、典型的には5から80度の2θについて取得した。
本開示の態様及び/又は実施形態に従った結晶性ガラス、ガラスセラミック、イオン交換可能なガラスセラミック、及び/又はイオン交換ガラスセラミックの表面を特徴付けるために測定された元素プロファイルは、電子マイクロプローブ(EMP);x線フォトルミネッセンス分光法(XPS);二次イオン質量分光法(SIMS)等の当技術分野で知られた分析方法によって決定された。
表面層における圧縮応力(σ)は、Sglavo, V.M. et al., “Procedure for residual stress profile determination by curvature measurements,” Mechanics of Materials 37:887-898 (2005)に記載される方法によって決定することができ、その全体がここに参照することにより本明細書に組み込まれる。
本開示の態様及び/又は実施形態に従った結晶性ガラス、ガラスセラミック、イオン交換可能なガラスセラミック、及び/又はイオン交換ガラスセラミックの曲げ強度は、ASTM C1499(及びその後継、すべてがここに参照することにより本明細書に組み込まれる)“Determination of Monotonic Equibiaxial Flexural Strength Advanced Ceramics,” ASTM International, Conshohocken, PA, USに記載されるものなど、当技術分野で知られた方法によって特徴付けることができる。
本開示の態様及び/又は実施形態に従った結晶性ガラス、ガラスセラミック、イオン交換可能なガラスセラミック、及び/又はイオン交換ガラスセラミックのヤング率、ずり弾性率、及びポアソン比は、ASTM C1259(及びその後継、すべてがここに参照することにより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に記載されるものなど、当技術分野で知られた方法によって特徴付けることができる。
本開示の態様及び/又は実施形態に従った結晶性ガラス、ガラスセラミック、イオン交換可能なガラスセラミック、及び/又はイオン交換ガラスセラミックのヌープ硬さは、ASTM C1326(及びその後継、すべてがここに参照することにより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に記載されるものなど、当技術分野で知られた方法によって特徴付けることができる。
本開示の態様及び/又は実施形態に従った結晶性ガラス、ガラスセラミック、イオン交換可能なガラスセラミック、及び/又はイオン交換ガラスセラミックのビッカース硬さは、ASTM C1327(及びその後継、すべてがここに参照することにより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に記載されるものなど、当技術分野で知られた方法によって特徴付けることができる。
本開示の態様及び/又は実施形態に従った結晶性ガラス、ガラスセラミック、イオン交換可能なガラスセラミック及び/又はイオン交換ガラスセラミックのビッカース圧入亀裂閾値測定は、例えばASTM C1327に記載されるようにビッカース圧子への圧入荷重を0.2mm/分の速度で試験される材料表面に印加し、その後取り除くことによる、当技術分野で知られた方法によって特徴付けることができる。最大圧入荷重は10秒間、保持される。圧入亀裂閾値は、10回の圧入の50%が、圧痕の角から発生する任意の数の半径方向/中央の亀裂を示す圧入荷重で定められる。最大荷重は、閾値が所与のガラス又はガラスセラミック組成物に適合するまで増加させる。すべての圧入測定は、室温で50%の相対湿度において行われる。
本開示の態様及び/又は実施形態に従った結晶性ガラス、ガラスセラミック、イオン交換可能なガラスセラミック、及び/又はイオン交換ガラスセラミックの熱膨張係数(CTE)は、ASTM E228(及びその後継、すべてがここに参照することにより本明細書に組み込まれる)“Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials with a Push-Rod Dilatometer,” ASTM International, Conshohocken, PA, USに記載されるものなど、当技術分野で知られた方法によって特徴付けることができる。
本開示の態様及び/又は実施形態に従った結晶性ガラス、ガラスセラミック、イオン交換可能なガラスセラミック、及び/又はイオン交換ガラスセラミックの破壊靭性(K1C)は、ASTM C1421(及びその後継、すべてがここに参照することにより本明細書に組み込まれる)“Standard Test Methods for Determination of Fracture Toughness of Advanced Ceramics at Ambient Temperature,” ASTM International, Conshohocken, PA, USに記載されるもの及び/又はシェブロンノッチ付きショートバー(chevron notched short bar)(CNSB)試験片を使用するものなど、当技術分野で知られた及び/又はASTM E1304 C1421(及びその後継、すべてがここに参照することにより本明細書に組み込まれる)“Standard Test Method for Plane-Strain (Chevron-Notch) Fracture Toughness of Metallic Materials,” ASTM International, Conshohocken, PA, USに実質的に従った方法によって特徴付けることができる。
以下の実施例は、本開示の利点及び特徴を例証するものであって、本開示をそれらに限定することを意図するものでは決してない。
個別の構成成分の合計は100となる、又は100に極めて近づくため、すべての実際的な目的で、報告される値はモル%を表すと考えられうる。実際の結晶性ガラスのバッチ成分は、酸化物、又は他のバッチ成分と一緒に溶融すると適切な割合で所望の酸化物に変換される他の化合物のいずれかである、任意の材料を含みうる。
Figure 0006694399
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表Iに列挙される結晶性ガラスを以下の実施例に使用した。Feの量は、色座標におけるFeの影響を例証するために、組成物1〜12の中で変化させている。組成物1はまた、2モル%未満のB濃度を有し、2モル%以上のBを有する組成物の比較対照としての役割を果たす。
実施例1:組成物を780℃の核形成温度まで加熱し、組成物を核形成温度で2時間維持することによって、結晶性ガラス組成物1〜12を形成した。その後、組成物1〜12の各々を5℃/分の速度で900℃、925℃、又は950℃のいずれかの結晶化温度まで加熱し、結晶化温度で4時間保持し、冷却した。10°の観測者角度及びCIE発光F02でのCIELAB色座標L、a、及びbを、上述の分光光度計を用いた正反射を含めた反射スペクトル測定を利用して各組成物について決定した。
、a、及びb値は、ガラスセラミック組成物の色がFeに基づいて変化しうることを示している。図1に示すように、各組成についてのaのbに対するプロットは、Feの濃度が増大するにつれてbが増大することを例証している。また、図2に示すように、結晶化温度のLに対するプロットは、Lが、一般に、結晶化温度とともに増大し、Feの濃度の低下に伴って低下することを例証している。図3はさらに、Fe濃度の増加に基づいたガラスセラミックの調整性を例証している。図3は、aが以下の関係に従ってFe濃度によって変化することを示している:a=17.726[モル濃度Fe+4.847[モル濃度Fe]−0.2822;bは以下の関係に従ってFe濃度によって変化する:b=6.5303[モル濃度Fe]−0.8066;及びLは以下の関係に従ってFe濃度によって変化する:L=−19.135[モル濃度Fe]+94.435。aについての関係は0.9121のRフィット値を有し;b*についての関係は0.9813のRフィット値を有し;Lについての関係は0.8202のRフィット値を有する。
実施例2:組成物1及び7を、5℃/分の速度で、780℃の核形成温度から850℃、900℃、950℃、1,000℃、及び1,050℃の結晶化温度まで加熱した。組成物を結晶化温度で4時間、保持した。10°の観測者角度及びCIE発光F02でのCIELAB色座標L、a、及びbを、上述の分光光度計を用いた正反射を含めた反射スペクトル測定を利用して各組成物について決定した。図4は、組成物1及び組成物7についての結晶化温度の上昇の関数としてのaのbに対するプロットを例証している。2モル%未満のBを有する組成物1についてのaのbに対する関数は、b=6.6579a+1.7341である。この関係は0.9934のRフィット値を有する。組成物7についてのaのbに対する関数は、b=20.65a+7.1318である。この関係は0.994のRフィット値を有する。図5は、組成物1及び組成物7についての結晶化温度の上昇の関数としてのb*のLに対するプロットを例証している。2モル%未満のB及び0モル%のFeを有する組成物1のbのLに対する関数は、L=0.991b*+93.669である。この関係は0.9722のRフィット値を有する。組成物7のbのLに対する関数は、L=1.0389b*+9.749である。この関係は0.9742のRフィット値を有する。
実施例3:組成物1〜7を、780℃の核形成温度で2時間加熱し、5℃/分の速度で950℃の結晶化温度まで加熱し、その後、950℃で4時間、加熱した。各組成物の全反射を、ある範囲の波長にわたって測定した。図6は、反射率(%)の波長(nm)に対するプロットである。このプロットは、Feの増加に伴って反射率が低下することを例証している。吸収にもかかわらず、900℃から950℃の範囲の温度での実施例の組成物を結晶化することによって得られたガラスセラミックの色座標Lは90を超え、これはそれらの輝度の指標である。
実施例4:組成物2〜7を780℃の核形成温度で2時間加熱し、5℃/分の速度で950℃の結晶化温度まで加熱し、次に、950℃で4時間加熱した。10°の観測者角度及びCIE発光F02でのCIELAB色座標L、a、及びbを、上述の分光光度計を用いた正反射を含めた反射スペクトル測定を利用して各組成物について決定した。次に、試料をNaNO浴中、430℃で1時間、イオン交換した。10°の観測者角度についてのCIELAB色座標L、a、及びb及びCIE発光F02を、イオン交換工程の後に各試料について再び決定した。図7は、各試料のイオン交換工程の前又は後のL、a、及びbの変化を示している。L、a、及びbの少量の変化は、LiO+NaO+KO+MgO+ZnOのモルの合計のAlのモルに対する比を約1から約1.5の範囲に保持することを示し、安定な色がイオン交換の前又は後で維持される。
さまざまな修正及び変更が、本明細書に記載される材料、方法、及びを物品になされうる。本明細書に記載される材料、方法、及び物品の他の態様は、本明細書の検討及び本明細書に開示される材料、方法、及び物品の実施から明らかになるであろう。明細書及び実施例は典型例と見なされ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
モル%で、
i)約62から約75の範囲のSiO
ii)約10から約18の範囲のAl
iii)約5から約14の範囲のLiO、
iv)約2から約12の範囲のB、及び
v)約0.4から約2の範囲のFe
を含む組成物を含み、
β−スポジュメンが主結晶相である、ガラスセラミック物品。
実施形態2
ガラスセラミック物品が、10°の観測者角度及びCIE発光F02で、分光光度計を用いた正反射を含めた反射スペクトル測定から決定して、
a)約−0.5から約0.5の範囲のCIE a
b)約−2.5から約2の範囲のCIE b;及び
c)約90から約93の範囲のCIEL
を含むCIELAB色空間座標に存在する色を含む、実施形態1に記載のガラスセラミック物品。
実施形態3
前記組成物が、約0.5から約2モル%の範囲のFeを含む、実施形態1又は2に記載のガラスセラミック物品。
実施形態4
イオン交換によって形成された圧縮応力層をさらに備える、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
前記圧縮応力層が、少なくとも300MPaの圧縮応力、及び、前記物品の全厚の少なくとも約2%の層深さ(DOL)を有する、実施形態4に記載のガラスセラミック物品。
実施形態6
前記組成物が、
vi)0から約8の範囲のMgO、
vii)0から約4の範囲のZnO、
viii)約2から約5の範囲のTiO
ix)0から約5の範囲のNaO、
x)0から約4の範囲のKO、及び
xi)約0.05から約0.5の範囲のSnO
をさらに含み、かつ
前記ガラスセラミック物品がさらに、
約0.8から約1.5の範囲の[LiO+NaO+KO+MgO+ZnO]の合計モル/[Al]のモルの比を有する、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
a)結晶性ガラスを、約1℃/分から約10℃/分の範囲の速度で約700℃から810℃の範囲の核形成温度まで加熱する工程であって、前記結晶性ガラスが、モル%で、
i)約62から約75の範囲のSiO
ii)約10から約18の範囲のAl
iii)約5から約14の範囲のLiO、
iv)約2から約12の範囲のB、及び
v)約0.4から約2の範囲のFe
を含む工程、
b)前記結晶性ガラスを前記核形成温度に維持して、核形成した結晶性ガラスを生成する工程、
c)前記核形成した結晶性ガラスを、約1℃/分から約10℃/分の範囲の速度で約850℃から約1200℃の範囲の結晶化温度まで加熱する工程、及び
d)前記核形成した結晶性ガラスを前記結晶化温度に維持して、主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミックを生成する工程、
を含む、ガラスセラミックを製造する方法。
実施形態8
前記ガラスセラミック物品が、10°の観測者角度及びCIE発光F02で、分光光度計を用いた正反射を含めた反射スペクトル測定から決定して、
a)約−0.5から約0.5の範囲のCIE a
b)約−2.5から約2の範囲のCIE b;及び
c)約90から約93の範囲のCIEL
を含むCIELAB空間座標に存在する色を含む、実施形態7に記載の方法。
実施形態9
とbとの間の相関が結晶化温度の関数として存在し、aのbに対するプロットが約8から約22の間のデルタb/デルタaの傾斜を有する、実施形態8に記載の方法。
実施形態10
とLとの間の相関が結晶化温度の関数として存在し、bのLに対するプロットが約0.75から約1.25の間のデルタL/デルタbの傾斜を有する、実施形態9に記載の方法。
実施形態11
前記結晶化温度を選択してaとbとの間の前記相関に基づいて前記色を調整する工程をさらに含む、実施形態9に記載の方法。
実施形態12
前記結晶化温度を選択してaとbとの間の前記相関及びbとLとの間の前記相関に基づいて前記色を調整する工程をさらに含む、実施形態10に記載の方法。
実施形態13
前記結晶性ガラスが、
vi)0から約8の範囲のMgO、
vii)0から約4の範囲のZnO、
viii)約2から約5の範囲のTiO
ix)0から約5の範囲のNaO、
x)0から約4の範囲のKO、及び
xi)約0.05から約0.5の範囲のSnO
をさらに含み、かつ
xii)約0.8から約1.5の範囲の[LiO+NaO+KO+MgO+ZnO]の合計モル/[Al]のモルの比を有する、
実施形態7〜12のいずれか1つに記載の方法。
実施形態14
a)核形成した結晶性ガラスを、約1℃/分から約10℃/分の範囲の速度で約850℃から約1200℃の範囲の結晶化温度まで加熱する工程であって、前記核形成した結晶性ガラスが、モル%で、
i)約62から約75の範囲のSiO
ii)約10から約18の範囲のAl
iii)約5から約14の範囲のLiO、
iv)約2から約12の範囲のB
v)約0.4から約2の範囲のFe
を含む工程、及び
b)前記結晶化温度を選択して、aとbの間の相関に基づいて色を調整する工程であって、
i)前記色が、10°の観測者角度及びCIE発光F02で、分光光度計を用いた正反射を含めた反射スペクトル測定から決定して、
(1)約−0.5から約0.5の範囲のCIE a
(2)約−2.5から約2の範囲のCIE b;及び
(3)約90から約93の範囲のCIE L
を含むCIELAB色空間座標に存在し、かつ
ii)aとbの間の前記相関に基づいて、結晶化温度の関数として、aのbに対するプロットが約8から約22の間のデルタb/デルタaの傾斜を有する、
工程;及び
c)前記核形成した結晶性ガラスを結晶化温度に維持して、主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミックを生成する工程、
を含む、ガラスセラミックを製造する方法。
実施形態15
とLとの間の相関に基づいて、結晶化温度の関数として、bのLに対するプロットが約0.75から約1.25の間のデルタL/デルタbの傾斜を有する、実施形態14に記載の方法。
実施形態16
前記結晶化温度を選択して、aとbとの間の前記相関及びbとLとの間の前記相関に基づいて前記色を調整する工程をさらに含む、実施形態15に記載の方法。
実施形態17
前記ガラスセラミックをイオン交換して圧縮応力層を形成する工程をさらに含む、実施形態14〜16のいずれか1つに記載の方法。
実施形態18
前記圧縮応力層が、少なくとも300MPaの圧縮応力及び、前記ガラスセラミックの全厚の少なくとも約2%の層深さ(DOL)を有する、実施形態17に記載の方法。
実施形態19
前記結晶性ガラスが、
vi)0から約8の範囲のMgO、
vii)0から約4の範囲のZnO、
viii)約2から約5の範囲のTiO
ix)0から約5の範囲のNaO、
x)0から約4の範囲のKO、及び
xi)約0.05から約0.5の範囲のSnO
をさらに含み、かつ
xii)約0.8から約1.5の範囲の[LiO+NaO+KO+MgO+ZnO]の合計モル/[Al]のモルの比を有する、
実施形態14〜18のいずれか1つに記載の方法。
実施形態20
a)組成物が、モル%で、
i)約62から約75の範囲のSiO
ii)約10から約18の範囲のAl
iii)約5から約14の範囲のLiO、
iv)約2から約12の範囲のB、及び
v)約0.01から約2の範囲の、CoO、Cr、CuO、MnO、Sb、In、Bi、NiO、V、Ta、及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物、
を含み、
β−スポジュメンが主結晶相である、ガラスセラミック物品。
実施形態21
前記ガラスセラミック物品が、10°の観測者角度及びCIE発光F02で、分光光度計を用いた正反射を含めた反射スペクトル測定から決定して、
a)約−0.5から約0.5の範囲のCIE a
b)約−2.5から約2の範囲のCIE b;及び
c)約90から約93の範囲のCIE L
を含むCIELAB色空間座標に存在する色を含む、実施形態20に記載のガラスセラミック物品。
実施形態22
イオン交換によって形成された圧縮応力層をさらに備える、実施形態20又は21に記載のガラスセラミック物品。
実施形態23
前記圧縮応力層が、少なくとも300MPaの圧縮応力及び、前記物品の全厚の少なくとも約2%の層深さ(DOL)を有する、実施形態22に記載のガラスセラミック物品。
実施形態24
前記組成物が、
vi)0から約8の範囲のMgO、
vii)0から約4の範囲のZnO、
viii)約2から約5の範囲のTiO
ix)0から約5の範囲のNaO、
x)0から約4の範囲のKO、及び
xi)約0.05から約0.5の範囲のSnO
をさらに含み、かつ
前記ガラスセラミック物品がさらに、
約0.8から約1.5の範囲の[LiO+NaO+KO+MgO+ZnO]の合計モル/[Al]のモルの比を有する、実施形態20〜23のいずれか1つに記載のガラスセラミック物品。

Claims (8)

  1. モル%で、
    i)約62から約75の範囲のSiO
    ii)約10から約18の範囲のAl
    iii)約5から約14の範囲のLiO、
    iv)2から約12の範囲のB
    v)約0.4の量のFe
    vi)0から8の範囲のMgO、
    vii)0から5の範囲のZnO、
    viii)2から5の範囲のTiO
    ix)0から5の範囲のNaO、及び
    x)0から4の範囲のK
    を含む組成物を含み、
    β−スポジュメンが主結晶相であり、
    [LiO+NaO+KO+MgO+ZnO]のモル合計/[Al]のモルの比が、0.8から1.5の範囲内である、
    ことを特徴と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、10°の観測者角度及びCIE発光F02で、分光光度計を用いた正反射を含めた反射スペクトル測定から決定して、
    a)約−0.5から約0.5の範囲のCIE a
    b)約−2.5から約2の範囲のCIE b;及び
    c)約90から約93の範囲のCIE L
    を含むCIELAB色空間座標に存在する色を含むことを特徴とする、請求項1に記載のガラスセラミック物品。
  3. a)結晶性ガラスを、約1℃/分から約10℃/分の範囲の速度で、約700℃から810℃の範囲の核形成温度まで加熱する工程であって、前記結晶性ガラスが、モル%で、
    i)約62から約75の範囲のSiO
    ii)約10から約18の範囲のAl
    iii)約5から約14の範囲のLiO、
    iv)2から約12の範囲のB
    v)約0.4の量のFe
    vi)0から8の範囲のMgO、
    vii)0から5の範囲のZnO、
    viii)2から5の範囲のTiO
    ix)0から5の範囲のNaO、及び
    x)0から4の範囲のK
    を含み、
    [LiO+NaO+KO+MgO+ZnO]のモル合計/[Al]のモルの比が、0.8から1.5の範囲内である、
    工程;
    b)前記結晶性ガラスを前記核形成温度に維持して、核形成した結晶性ガラスを生成する工程;
    c)前記核形成した結晶性ガラスを、約1℃/分から約10℃/分の範囲の速度で約850℃から約1200℃の範囲の結晶化温度まで加熱する工程;及び
    d)前記核形成した結晶性ガラスを結晶化温度に維持して、主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミックを生成する工程、
    を含むことを特徴とする、ガラスセラミックを製造する方法。
  4. 前記ガラスセラミックが、10°の観測者角度及びCIE発光F02で、分光光度計を用いた正反射を含めた反射スペクトル測定から決定して、
    a)約−0.5から約0.5の範囲のCIE a
    b)約−2.5から約2の範囲のCIE b;及び
    c)約90から約93の範囲のCIE L
    を含むCIELAB色空間座標に存在する
    色を含むことを特徴とする、請求項3に記載の方法。
  5. とbとの間の相関が結晶化温度の関数として存在し、aのbに対するプロットが約8から約22の間のデルタb/デルタaの傾斜を有することを特徴とする、請求項4に記載の方法。
  6. とLとの間の相関が結晶化温度の関数として存在し、bのLに対するプロットが約0.75から約1.25の間のデルタL/デルタbの傾斜を有することを特徴とする、請求項5に記載の方法。
  7. a)核形成した結晶性ガラスを、約1℃/分から約10℃/分の範囲の速度で約850℃から約1200℃の範囲の結晶化温度まで加熱する工程であって、前記核形成した結晶性ガラスが、モル%で、
    i)約62から約75の範囲のSiO
    ii)約10から約18の範囲のAl
    iii)約5から約14の範囲のLiO、
    iv)約2から約12の範囲のB
    v)約0.4の量のFe
    を含む工程;
    b)前記結晶化温度を選択して、aとbとの間の相関に基づいて色を調整する工程であって、
    i)前記色が、10°の観測者角度及びCIE発光F02で、分光光度計を用いた正反射を含めた反射スペクトル測定から決定して、
    (1)約−0.5から約0.5の範囲のCIE a
    (2)約−2.5から約2の範囲のCIE b;及び
    (3)約90から約93の範囲のCIE L
    を含むCIELAB色空間座標に存在し、かつ
    ii)aとbとの間の前記相関に基づいて、結晶化温度の関数として、aのbに対するプロットが約8から約22の間のデルタb/デルタaの傾斜を有する、
    工程;及び
    c)前記核形成した結晶性ガラスを結晶化温度に維持して、主結晶相としてβ−スポジュメンを有するガラスセラミックを生成する工程、
    を含むことを特徴とする、ガラスセラミックを製造する方法。
  8. とLとの間の相関に基づいて、結晶化温度の関数として、bのLに対するプロットが約0.75から約1.25の間のデルタL/デルタbの傾斜を有することを特徴とする、請求項7に記載の方法。
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