JP6774339B2 - 透明ガラスセラミック物品、ガラスセラミック前駆体ガラス、およびその形成方法 - Google Patents

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関連出願の相互参照

本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１４年５月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／００３６３６号、および２０１４年５月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／９９２４９０号の優先権の利益を主張し、これらの内容が依拠され、それら全体が参照により本明細書に援用される。

本開示は、改善された機械的強度を有する透明ガラスセラミック物品、ならびにそのようなガラスセラミック物品の形成に使用される前駆体ガラスおよび方法に関し、特に、ネフェリン結晶相を含み可視スペクトルにわたって約７０％以上の透過率を有する透明ガラスセラミック物品に関する。

アルミノケイ酸ナトリウムガラスは、ガラス中に存在するナトリウム陽イオンがより大きなカリウム陽イオンと交換されるイオン交換法によって強化することができる。不透明のネフェリン含有ガラスセラミックも同じ方法で強化することができる。

ネフェリン含有ガラスセラミックは、典型的にはＴｉＯ_２核形成剤を用いて核形成される。典型的には、ネフェリン含有ガラスセラミック中での内部核形成のためにかなりの量のＴｉＯ_２核形成剤が必要であり（たとえば、約５〜１０重量％）、これは親ガラス（これよりガラスセラミック物品が形成される）中に黄色または琥珀色を生じさせるのに十分な量である。

したがって、改善された機械的強度を示し、既知のイオン交換方法によって強化可能な無色透明のネフェリン含有ガラスセラミック物品が必要とされている。

本開示の第１の態様は、改善された機械的強度を示す透明な高結晶性ナノ相ガラスセラミック物品に関する。１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品は、ガラスセラミック物品中に存在するナトリウム陽イオンをカリウム陽イオンと交換することによって実現または発生が可能な高い表面圧縮応力を示すことによって、このような改善された機械的強度を示す。１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品は、ネフェリンを含む主要相または主相を含む。このネフェリン相は固溶体を含むことができる。ある実施形態では、ガラスセラミック物品は、副相（ネフェリン相との比較で）として存在できるリン酸塩相、および場合により、副相（ネフェリン相との比較で）として存在できるアルミノケイ酸リチウム（「ＬＡＳ」）相を含む。

ある実施形態では、ネフェリン相およびリン酸塩相の少なくとも１つは、約１００ｎｍ以下の主要断面寸法を有する複数のナノ結晶を含む。場合によっては、複数のナノ結晶は、ネフェリン相、リン酸塩相、およびアルミノケイ酸リチウム相の少なくとも１つを形成し、このような複数のナノ結晶は約１００ｎｍ以下の主要断面寸法を有する。ある実施形態では、約１００ｎｍ以下の主要断面寸法を有する複数のナノ結晶は、ガラスセラミック物品中に存在するときにネフェリン相、リン酸塩相、およびアルミノケイ酸リチウム相の３つすべてを形成する。

１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品は、無色であり、約３９０ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲内の可視スペクトルにわたって約７０％以上の透過率を示す。

１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品は、モル％の単位で、約３５〜約６０の範囲内のＳｉＯ_２、約１０〜約３０の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３、約７〜約３１の範囲内のＮａ_２Ｏ、約０〜約２０の範囲内のＫ_２Ｏ、約０〜約２０の範囲内のＬｉ_２Ｏ、約１．５〜約８の範囲内のＰ_２Ｏ_５、および約０〜約６の範囲内の希土類酸化物を含む組成物を含む。ある特定の実施形態では、この組成物は、約４０〜約５５の範囲内のＳｉＯ_２、約１４〜約２１の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３、約１３〜約２９の範囲内のＮａ_２Ｏ、約２〜約１４の範囲内のＫ_２Ｏ、約０〜約１０の範囲内のＬｉ_２Ｏ、約２．５〜約５の範囲内のＰ_２Ｏ_５、ならびに約０〜約４の範囲内の量のＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、およびＬａ_２Ｏ_３の少なくとも１つを含むことができる。

ある実施形態では、ガラスセラミック物品の組成物は、場合により、０モル％〜約８モル％の範囲内の量の少なくとも１種類の酸化物を含むことができる。代表的な酸化物としては、Ｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｒＯ_２が挙げられる。ガラスセラミック物品（およびガラスセラミック物品の形成に使用される前駆体ガラス）の組成物は、約１モル％未満のＴｉＯ_２を含むことができる。

１つ以上の実施形態のガラスセラミックはカルシライト相を含むことができる。ある実施形態では、ガラスセラミック物品は圧縮応力層を含むことができ、カルシライトを場合により含む圧縮応力層を含むことができる。このカルシライト相は、圧縮応力層が形成されるイオン交換法によって形成することができる。ある実施形態では、ガラスセラミック物品は、約４００ＭＰａ以上（たとえば約４００ＭＰａ〜約２ＧＰａの範囲内）の平均表面圧縮応力を有することができる。

本開示の第２の態様は、ガラスセラミック物品の形成方法に関する。１つ以上の実施形態の方法は、前駆体ガラス物品を約１℃／分〜約１０℃／分の範囲内の速度で加熱することによって前駆体ガラス物品を熱処理して、ネフェリン相を有するガラスセラミック物品を形成するステップと、ガラスセラミック物品を室温付近まで冷却するステップとを含む。１つ以上の実施形態では、前駆体ガラスを加熱するステップは、約６００℃〜約１０００℃または約７２５℃〜約９００℃の範囲内の温度への１つの加熱ステップを含むことができる。場合によっては、前駆体ガラスを加熱するステップは２つ以上の熱処理を含むことができる。たとえば、ある実施形態では、前駆体ガラスを加熱するステップは、ａ）核形成可能な前駆体ガラスを、約１℃／分〜約１０℃／分の範囲内の速度で、約６００℃〜約９００℃（特に約７００℃〜約８５０℃）の範囲内の結晶化温度（Ｔｃ）まで加熱するステップと、ｂ）核形成可能な前駆体ガラスの物品をＴｃで維持するステップとのいずれか１つ以上を含むことができる。約９００℃を超えるＴｃにおいて、得られるガラスセラミックは半透明または不透明となりうる。場合により、前駆体ガラスをＴｃに加熱するステップの前に、本方法は、前駆体ガラスを約７００℃〜約９００℃の範囲内の温度（Ｔｎ）に加熱するステップと、前駆体ガラス物品をＴｎで維持して、核形成された前駆体ガラス物品を形成するステップとを含むことができる。ある実施形態では、前駆体ガラス物品をＴｎで維持して核形成された前駆体ガラス物品を形成するステップを省略することができる。

１つ以上の実施形態では、本方法は、ガラスセラミック物品をイオン交換して、少なくとも４００ＭＰａの圧縮応力を含む圧縮応力層を形成するステップを含む。ある実施形態では、本方法は、ガラスセラミック物品をイオン交換して、カルシライト表面層を形成するステップを含む。ある実施形態では、本方法は、約４００℃未満の温度を有する溶融塩浴にガラスセラミック物品を曝露することによってガラスセラミックをイオン交換するステップを含む。ある別の実施形態では、本方法は、約４００℃以上の温度を有する溶融塩浴にガラスセラミック物品を曝露することによってガラスセラミックをイオン交換するステップを含む。より高温の溶融塩浴が使用されるこのような実施形態では、結果として得られるガラスセラミック物品は、可視スペクトルにわたって約７０％以上の透過率を有し、約９００ＭＰａ以上の表面圧縮応力を含む。

この前駆体ガラス物品は、ガラス板であってよいが、他の形状も考慮される。１つ以上の実施形態では、ガラス板は圧延法によって形成することができ、そのガラス板は約５ｍｍ未満の厚さを有する。ガラス板は、フロート法、スピン法、またはさらにはプレス法（たとえば、十分な厚さを有する比較的小さな断片の場合）などの別の方法によって形成することができる。

本開示の別の一態様は、モル％の単位で、約３５〜約６０の範囲内のＳｉＯ_２、約１０〜約３０の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３、約７〜約３１の範囲内のＮａ_２Ｏ、約０〜約２０の範囲内のＫ_２Ｏ、約０〜約２０の範囲内のＬｉ_２Ｏ、約１．５〜約８の範囲内のＰ_２Ｏ_５、および約０〜約６の範囲内の希土類酸化物を含む組成物を含む前駆体ガラスに関する。この前駆体ガラスは、０モル％〜約８モル％の範囲内の量の少なくとも１種類の酸化物を含むことができ、少なくとも１種類の酸化物は、Ｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｒＯ_２の１つを含む。ある実施形態では、前駆体ガラスは、モル％の単位で、約４０〜約５５の範囲内のＳｉＯ_２、約１４〜約２１の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３、約１３〜約２９の範囲内のＮａ_２Ｏ、約２〜約１４の範囲内のＫ_２Ｏ、約０〜約１０の範囲内のＬｉ_２Ｏ、約２．５〜約５の範囲内のＰ_２Ｏ５、ならびに約０〜約４の範囲内の量のＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、およびＬａ_２Ｏ_３少なくとも１つを含む組成物を含む。ある実施形態では、前駆体ガラス組成物は約１モル％未満のＴｉＯ_２を含む。

この前駆体ガラスは、約２００ＭＰａ〜約１０００ＭＰａの範囲内の表面圧縮応力および約５０μｍ〜約１５０μｍの範囲内の層深さを有する圧縮応力層を含むことができる。

本開示の別の一態様は、ガラス物品の形成に関する。１つ以上の実施形態では、その方法は、本明細書に記載のガラス組成物を提供するステップと、その組成物からガラス物品を形成するステップと、得られたガラス物品をイオン交換して、少なくとも２００ＭＰａの圧縮応力および約５０μｍ〜約１５０μｍの範囲内の層深さを含む圧縮応力層を形成するステップとを含む。

さらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、部分的にはその説明から当業者には容易に明らかとなるであろうし、または以下の詳細な説明、請求項、および添付の図面を含む本明細書に記載の実施形態を実施することによって認識されるであろう。

以上の概要および以下の詳細な説明の両方は、単なる例であり、請求項の性質および特性の理解のための概要または構造の提供を意図していることを理解されたい。添付の図面は、さらなる理解を得るために含まれ、本明細書に含まれ本明細書の一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を例示しており、本明細書の説明とともに、種々の実施形態の原理および操作を説明する機能を果たす。

ＥＭＰＡによって測定される、イオン交換前後の、実施例５の前駆体ガラスから形成されたガラスセラミック中の深さの関数としてのＫ_２Ｏの濃度を示すグラフである。 イオン交換後の、実施例５の前駆体ガラスから形成されたガラスセラミックの深さの関数としての圧縮応力プロファイルを示すグラフである。 実施例５の前駆体ガラスから形成されたガラスセラミックの深さの関数としてのＫ_２Ｏ濃度を示すグラフである。 イオン交換前の、実施例５の前駆体ガラスから形成されたガラスセラミックの全透過率および拡散透過率を示すグラフである。 イオン交換後の、図４Ａに示すガラスセラミックの全透過率および拡散透過率を示すグラフである。 イオン交換後の実施例５の前駆体ガラス、およびそれより形成されたイオン交換前後のガラスセラミックの１／λ^４の関数としてのｌｎ（Ｔ_{ｔｏｔａｌ}）／１ｍｍ厚さを示すグラフである。

これより種々の実施形態に詳細に言及し、それらの例が添付の図面に示される。

本開示の第１の態様は、ガラスセラミック物品、およびそのような物品の形成に使用される前駆体ガラスに関する。１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品は、透明であり、優れた機械的強度を示す。１つ以上の実施形態のガラスセラミック物品は、ネフェリン相およびリン酸塩結晶相などの１つ以上の結晶相を含む。ある実施形態では、ネフェリン相は主要相または主相であり、一方、リン酸塩結晶相は副相を構成する。ある実施形態では２つ以上の副相が存在することができる。たとえばガラスセラミック物品はＬＡＳの副相を含むことができる。

１つ以上の実施形態では、ネフェリン相は、固溶体（ｓｓ）として存在することができ、場合により六方晶構造を有することができる。ネフェリン相の代表的な組成としては、ＮａＡｌＳｉＯ_４、ＮａＡｌＳｉＯ_４−ＳｉＯ_２固溶体、（Ｎａ，Ｋ）ＡｌＳｉＯ_４固溶体、および／または（Ｎａ，Ｋ）ＡｌＳｉＯ_４−ＳｉＯ_２）固溶体が挙げられ、この場合ＮａはＫよりも多い。場合によっては、ネフェリン固溶体無機化合物は、その構造がシリカのβ−トリジマイト形態の「スタッフド」誘導体である六方晶（Ｐ６_３）テクトケイ酸塩である。このような六方晶（Ｐ６_３）テクトケイ酸塩の一般式はＲ（Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｏ_４であり、式中、Ｒ＝Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、または空格子点である。固溶体端成分に関してはＮｅ_ｘＫｓ_ｙＡｎ_ｚＱ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}、の式で示すことができ、ここでＮｅ＝ＮａＡｌＳｉＯ_４（ソーダネフェリン）、Ｋｓ＝ＫＡｌＳｉＯ_４（カルシライト）、Ａｎ＝ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８（アノーサイト）、およびＱ＝ＳｉＯ_２（石英）である。ある実施形態では、ある程度ＣａＯが存在することができる。１つ以上の特定の実施形態では、ネフェリン組成物は、主成分として（Ｋ，Ｎａ）ＳｉＯ_４を含むことができ、場合によってはある程度過剰のＳｉＯ_２を含むことができる。

１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品は、ネフェリン相に対して副相を形成しうるリン酸塩結晶相を含む。場合によっては、リン酸塩結晶は、ネフェリン結晶よりも低温で形成されうる。ある実施形態では、リン酸塩結晶は、微細な規模（たとえば、約数十ナノメートルの規模）でネフェリン結晶化の核形成をすることができる。これらのリン酸塩核形成結晶は、非晶質相分離による熱処理中に先に形成されることがあり、Ｘ線回折によってオルトリン酸塩を含むことが見出されている。代表的なオルトリン酸塩としては、Ｎａ_３ＰＯ_４、または（Ｎａ，Ｋ）_３ＰＯ_４、ＮａＢａＰＯ_４、ＮａＣａＰＯ_４（レナナイト）、Ｌｉ_３ＰＯ_４（リチオホスフェート）、ＹＰＯ_４（ゼノタイム）、ＬａＰＯ_４（モナザイト）、ＲＥ（ＰＯ_４）、ＮａＭｇＰＯ_４、ＮａＳｒＰＯ_４、ＮａＢａＰＯ_４、およびそれらの組合せが挙げられる。ガラスセラミック物品の形成に使用される前駆体ガラスがＬｉ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏに加えて、またはその代わりのいずれか）を含む実施形態では、リチオホスフェート（Ｌｉ_３ＰＯ_４）が存在してよい。別の実施形態では、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３および／またはＲＥ_２Ｏ_３（ＲＥ＝希土類）が、ガラスセラミック物品の形成に使用される前駆体ガラス中に含まれる場合、これらの元素のオルトリン酸塩が、結果として得られるガラスセラミック物品中に存在する。ある実施形態では、これらのオルトリン酸塩によるネフェリン相の核形成によって、約２５ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲内の主要寸法を有する結晶が形成され、それによってガラスセラミック物品の透明度が向上する。場合によっては、得られるガラスセラミック物品の透明度は、ガラスセラミック物品が、そのガラスセラミック物品の形成に使用される前駆体ガラスと肉眼では区別できないような透明度となりうる。

このガラスセラミック物品の結晶相は、核形成剤としてＰ_２Ｏ_５を使用して形成することができる。ある実施形態では、Ｐ_２Ｏ_５は、前述のようなネフェリンｓｓの化学量論またはその付近の量で前駆体ガラス中に加えられる、または含まれる。本明細書でさらに詳細に記載されるように、このような前駆体ガラスの熱処理によって、本明細書に記載のネフェリンおよびリン酸塩の結晶相を有する無色透明で高結晶性の透明ガラスセラミック物品を得ることができる。本明細書において使用される場合、用語「無色」は、ＣＩＥ Ｌ^＊、ａ^＊、ｂ^＊表色系における透過または反射の色座標で、Ｌ^＊が約８０〜約１００（たとえば、約８５〜１００、約９０〜１００、または約９５〜１００）の範囲内、ａ^＊が約−５〜約５（たとえば、約−３〜３、約−２〜２、または約−１〜１）の範囲内、ｂ^＊が約−５〜約５（たとえば、約−３〜３、約−２〜２、または約−１〜１）の範囲内であることを意味する。

１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品はカルシライトの副相を含むことができ、これは熱処理後に形成することができる。少量のカルシライト結晶相の混入が、得られるガラスセラミックの透明度を変化させることはない。以下により詳細に議論されるように、カルシライトの存在によって、ガラスセラミック物品の機械的強度（たとえば、表面圧縮応力に関して）を改善することができる。

１つ以上の実施形態では、本明細書に記載の結晶相の相対量は、所望の性質を得るために調整することができる。たとえば、ネフェリンは典型的には高い熱膨張係数（たとえば、約１０×１０^−６Ｋ^−１を超える）を有する。より低い熱膨張係数を有するＬＡＳ相を加えることで、付随するネフェリン相およびオルトリン酸塩相は、ガラスセラミック物品の耐熱衝撃性の増加に有用となり得る。ＬＡＳ相の一例としては、ガンマ（γ）ユークリプタイトが挙げられる。

１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品は、最大約１０ｍｍ（たとえば、０．１ｍｍ〜約１０ｍｍ、０．３ｍｍ〜約１０ｍｍ、０．４ｍｍ〜約１０ｍｍ、０．５ｍｍ〜約１０ｍｍ，または１ｍｍ〜約１０ｍｍ）の厚さでさえも、高い透過率および低い反射率を示す。本明細書において使用される場合、用語「透過率」は、材料（たとえば、ガラスセラミック物品、または前駆体ガラス）を透過する特定の波長範囲内の入射光強度のパーセント値として定義される。用語「反射率」は、同様に、材料（たとえば、物品、基材、もしくは光学フィルム、またはそれらの一部）から反射される特定の波長範囲内の入射光強度のパーセント値として定義される。透過率および反射率は、特定の線幅を用いて測定される。１つ以上の実施形態では、透過率および反射率の特性決定のスペクトル分解能は、５ｎｍ未満または０．０２ｅＶ未満である。本明細書に示される透過率および／または反射率の値は、可視スペクトルにわたる値である。本明細書において使用される場合、可視スペクトルは約３９０ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲内の波長を含む。

１つ以上の実施形態のガラスセラミック物品は、約５０％〜約９３％の範囲内の透過率を示すことができる。ある実施形態では、透過率は、約５５％〜約９３％、約６０％〜約９３％、約６５％〜約９３％、約７０％〜約９３％、約７５％〜約９３％、約８５％〜約９３％、約９０％〜約９３％、約５０％〜約９０％、約５０％〜約８５％、約５０％〜約８０％、約５０％〜約７５％、約５０％〜約７０％、約９０％〜約９３％、または約９０％〜約９２％の範囲内、ならびにそれらの間の全ての範囲内および部分的範囲内となりうる。

１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品は、両方の表面上で測定して約１０％以下の反射率を示すことができる。場合によっては、反射率は約９％以下、約８％以下、または約７％以下となりうる。

１つ以上の実施形態のガラスセラミック物品は、低いヘイズおよび／または透過ヘイズを示すことができる。場合によっては、「ヘイズ」および「透過ヘイズ」は、ＡＳＴＭ手順Ｄ１００３（その内容全体が、以下に十分に説明されるかのように参照により本明細書に援用される）に準拠して±４．０°の角円錐の外側に散乱する透過光のパーセント値を意味する。１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品は、約５％以下、または特に約１％以下のヘイズを有することができる。

ガラスセラミック物品中の結晶サイズは、改善された機械的強度および／または光学性能（たとえば、透明度）を得るために調整される。１つ以上の実施形態では、結晶相中の結晶が約１００ｎｍ以下の主要寸法を有するようなナノ相として結晶相を説明することができる。場合によっては、結晶は主要寸法が約９０ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下、約７０ｎｍ以下、約６０ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、または約２０ｎｍ以下である。ある実施形態では、任意の１つ以上の結晶相（たとえば、ネフェリン相、リン酸塩結晶相、および／またはＬＡＳ相）中の結晶の約５０％以上が本明細書に記載の主要寸法を有する。たとえば、任意の１つ以上の結晶相中の結晶の約５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、または１００％が約１００ｎｍ以下の主要寸法を有する。場合によっては、任意の１つ以上の結晶相中の結晶の約９５％または１００％が約５０ｎｍ以下の主要寸法を有する。たとえば、ガラスセラミック物品中のすべての結晶が１００ｎｍ以下の主要寸法を有することができる。ある実施形態では、ガラスセラミック物品の所望の屈折率を考慮しながら、１つ以上の結晶相の結晶サイズを調整することができる。たとえば、前述の結晶サイズは、高透明度および低光散乱を得るために好適となる場合があり、得られるガラスセラミック物品は約１．３〜約１．７の範囲内の屈折率を有する。

ある実施形態では、ガラスセラミック物品は、高結晶性と記載することができる。このような実施形態では、結晶相は、ガラスセラミック物品の約５０重量％以上を含みうる。場合によっては、結晶相は、ガラスセラミック物品の約５０重量％〜約１００重量％を含みうる。ある実施形態では、結晶相は、ガラスセラミック物品の約６０重量％〜約１００重量％、約７０重量％〜約１００重量％、約８０重量％〜約１００重量％、または約８５重量％〜約９０重量％を含みうる。

本明細書に記載のガラスセラミック物品およびそのような物品の形成に使用される前駆体ガラスは、モル％の単位で、約３５〜約６０の範囲内のＳｉＯ_２、約１０〜約３０の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３、約７〜約３１の範囲内のＮａ_２Ｏ、約０〜約２０の範囲内のＫ_２Ｏ、約０〜約２０の範囲内のＬｉ_２Ｏ、約１．５〜約８の範囲内のＰ_２Ｏ_５、および約０〜約６の範囲内の希土類酸化物を含む組成物を含むことができる。１つ以上の実施形態では、この組成物は、Ｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｒＯ_２などの１種類以上の酸化物を０モル％〜約８モル％の範囲内の量で含むことができる。

１つ以上の実施形態では、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック物品の組成物中のＳｉＯ_２の量は、モル％の単位で、約３５〜約６０、約３５〜約５８、約３５〜約５６、約３５〜約５５、約３５〜約５４、約３５〜約５２、約３５〜約５０、約３５〜約４５、約３６〜約６０、約３８〜約６０、約４０〜約６０、約４２〜約６０、約４４〜約６０、約４５〜約６０、約４０〜約５５、約４５〜約５５、約４５〜約５０、約５０〜約６０、または約４７〜約５３の範囲内、ならびにそれらの間の範囲内および部分的範囲内であってよい。ＳｉＯ_２は、組成物の主要成分となることができ、そのようなものであるので、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック中のガラスのマトリックスを構成することができる。また、ＳｉＯ_２は、ガラスの成形性に有用な増粘剤として機能しながら、ガラスに化学的耐久性を付与することができる。

ある実施形態では、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの組成物中のＡｌ_２Ｏ_３の量は、モル％の単位で、約１０〜約３０、約１２〜約３０、約１４〜約３０、約１６〜約３０、約１８〜約３０、約２０〜約３０、約１０〜約２８、約１０〜約２６、約１０〜約２５、約１０〜約２４、約１０〜約２２、約１０〜約２０、約１０〜約１５、約１４〜約２５、約１４〜約２１、約１５〜約２５，または約１６〜約２４、約１７〜約２３、または約１８〜約２２の範囲内、ならびにそれらの間の範囲内および部分的範囲内であってよい。

ある実施形態では、Ｎａ_２Ｏは、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの組成物中、モル％の単位で、約７〜約３１、約７〜約３０、約７〜約２８、約７〜約２６、約７〜約２４、約７〜約２２、約７〜約２０、約８〜約３１、約１０〜約３１、約１２〜約３１、約１３〜約３１、約１３〜約２９、約１３〜約２５、または約１３〜約２４の範囲内、ならびにそれらの間の範囲内および部分的範囲内で存在することができる。

ある実施形態では、Ｋ_２Ｏは、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの組成物中、モル％の単位で、約０〜約２０、約０〜約１８、約０〜約１６、約０〜約１４、約０〜約１２、約０．１〜約２０、約０．１〜約１８、約０．１〜約１６、約０．１〜約１４、約０．１〜約１２、２〜約２０、約４〜約２０、約６〜約２０、約８〜約２０、約１０〜約２０、約２〜約１８、約２〜約１６、約２〜約１２、または約２〜約１０の範囲内、ならびにそれらの間の範囲内および部分的範囲内で存在することができる。

ある実施形態では、Ｌｉ_２Ｏは、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの組成物中、モル％の単位で、約０〜約２０、約０〜約１８、約０〜約１６、約０〜約１４、約０〜約１２、約０〜約１０、約０．１〜約２０、約０．１〜約１８、約０．１〜約１６、約０．１〜約１４、約０．１〜約１２、約０．１〜約１０、約２〜約２０、約４〜約２０、約６〜約２０、約８〜約２０、約１０〜約２０、約２〜約１８、約２〜約１６、約２〜約１２、または約２〜約１０の範囲内、ならびにそれらの間の範囲内および部分的範囲内で存在することができる。

ある実施形態では、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックは、Ｙ_２Ｏ_３およびＬａ_２Ｏ_３などの１種類以上の希土類酸化物を含む組成物を有することができる。１つ以上の実施形態では、そのような酸化物は、モル％の単位で、約０〜約６、約０〜約５、約０〜約４、約０〜約３、約０〜約２、約０〜約１、約０．１〜約６、約０．１〜約５、約０．１〜約４、約０．１〜約３、約０．１〜約２、または約０．１〜約１の範囲内、ならびにそれらの間の範囲内および部分的範囲内で存在する。

ある実施形態では、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックは、Ｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｒＯ_２の任意の１つから選択される１種類以上の酸化物を含む組成物を有することができる。任意の１種類以上のこのような酸化物は、モル％の単位で、約０〜約８、約０〜約６、約０〜約５、約０〜約４、約０〜約３、約０〜約２、約０〜約１、約０．１〜約８、約０．１〜約６、約０．１〜約５、約０．１〜約４、約０．１〜約３、約０．１〜約２、または約０．１〜約１の範囲内、ならびにそれらの間の範囲内および部分的範囲内の量で存在することができる。

この前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの組成物は、１種類以上の核形成剤をも含むことができる。１つ以上の核形成剤は、本明細書に記載の前駆体ガラスの熱処理中に（たとえば、核形成および／または結晶化）、核形成、および／または少なくとも結晶相および任意の所望の１つ以上の副結晶相の成長を促進するために混入される。

ある実施形態では、１種類以上の核形成剤は、Ｐ_２Ｏ_５および／またはＺｒＯ_２を含むことができる。Ｐ_２Ｏ_５は、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの組成物中に、約１．５〜約８、約２〜約８、約２．５〜約８、約３〜約８、約３．５〜約８、約１．５〜約７．５、約１．５〜約７、約１．５〜約６．５、約１．５〜約６、約１．５〜約５．５、約１．５〜約５、約２．５〜約６、約２．５〜約５、または約２．２〜約４、ならびにそれらの間の範囲および部分的範囲の量で存在することができる。ＺｒＯ_２は、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの組成物中に、約０〜約６、約０〜約５、約０〜約４、約０〜約３、約０〜約２、約０〜約１、約０．１〜約６、約０．１〜約５、約０．１〜約４、約０．１〜約３、約０．１〜約２、または約０．１〜約１、ならびにそれらの間の範囲および部分的範囲の量で含まれうる。

１つ以上の実施形態では、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック物品の組成物は、約１モル％以下のＴｉＯ_２を含む。ある実施形態では、ＴｉＯ_２の量は約０．５モル％以下に制限される。場合によっては、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック物品の組成物はＴｉＯ_２を実質的に含まない。本明細書において使用される場合、「実質的に含まない」という語句は、ある成分が組成物中に意図的には含まれず、存在する量は約０．０１モル％以下の微量に制限されることを意味する。

ある実施形態では、ガラス形成中の清澄パッケージの一部としてＣｅ、Ｆｅ、および／またはＳｎが前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック物品の組成物中に含まれうる。塩化物および／または硫酸塩などの別の清澄剤を使用することもできる。

このガラスセラミック物品、およびそのような物品の形成に使用される前駆体ガラスは、ガラスセラミック物品および／または前駆体ガラスの表面から、ガラスセラミック物品および／または前駆体ガラス中のある深さまで延在する圧縮応力層を含むことができる。以下により詳細に記載されるように、このような圧縮応力層は、種々の方法によってガラスセラミック物品および／または前駆体ガラスの中に形成または導入することができる。このような方法の１つとしては、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック物品を、特定の組成および温度を有するイオン交換浴に、特定の時間、浸漬または曝露して、１つ以上の表面に圧縮応力（σｓ）を付与するイオン交換方法が挙げられる。圧縮応力は、１つ以上の平均表面圧縮応力（ＣＳ）、および／または１つ以上の圧縮応力深さ（これは１つ以上の層深さ（ＤＯＬ）と記載することもできる）を含むことができる。

本明細書に記載のガラスセラミックおよび前駆体ガラスの表面圧縮応力層の圧縮応力（σ_ｓ）、平均表面圧縮（ＣＳ）は、従来の光学技術と、どちらも日本の東京の株式会社ルケオおよび／または有限会社折原製作所より入手可能な市販の表面応力計のモデルＦＳＭ−３０、ＦＳＭ−６０、ＦＳＭ−６０００ＬＥ、ＦＳＭ−７０００Ｈなどの装置とを使用して好都合に測定することができる。場合によっては、正確な応力プロファイルを求めるために、さらなる分析が必要となりうる。たとえば、カルシライトが存在する実施形態では、さらなる分析が必要となりうる。米国特許第８，８５４，６２３号明細書により十分に記載されるように、ＣＳ、ＤＯＬ、および応力プロファイルは、屈折近視野（ｒｅｆｒａｃｔｅｄ ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ）（ＲＮＦ）によって測定することができる。

本明細書に記載の前駆体ガラスおよびガラスセラミック物品は、同じまたは重なり合う圧縮応力プロファイル（たとえば、平均表面圧縮応力値および／またはＤＯＬ）を有することができる。ある別の場合には、前駆体ガラスおよびガラスセラミック物品は異なる圧縮応力プロファイルを示すことができる。

１つ以上の実施形態では、前駆体ガラス（熱処理前）は、最大約１２００ＭＰａの平均表面圧縮応力を示すことができる。場合によっては、平均表面圧縮応力は約２００ＭＰａ〜約１２００ＭＰａの範囲内である。一部の特定の場合では、平均表面圧縮応力は、ＦＳＭによって測定して、約２００ＭＰａ〜約５００ＭＰａ、約２００ＭＰａ〜約４００ＭＰａ、または約３００ＭＰａ〜約５００ＭＰａの範囲内となりうる。１つ以上の実施形態の前駆体ガラス（熱処理前）は、最大約１５０μｍのＤＯＬを有することができる。場合によっては、前駆体ガラスのＤＯＬは、ＦＳＭまたは同等の方法によって測定して、約５０μｍ〜約１５０μｍ、約６０μｍ〜約１５０μｍ、約７０μｍ〜約１５０μｍ、約８０μｍ〜約１５０μｍ、約９０μｍ〜約１５０μｍ、約７０μｍ〜約１２０μｍ、約７０μｍ〜約１１０μｍ、約７０μｍ〜約１００μｍ、または約７０μｍ〜約９０μｍの範囲内となりうる。

１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品は、約２００ＭＰａ以上の平均表面圧縮応力を示すことができる。場合によっては、平均表面圧縮応力は、約２００ＭＰａ〜約１６００ＭＰａの範囲内である。一部の特定の場合では、平均表面圧縮応力は、ＦＳＭによって測定して、約４００ＭＰａ〜約１６００ＭＰａ、約６００ＭＰａ〜約１６００ＭＰａ、約７００ＭＰａ〜約１６００ＭＰａ、約８００ＭＰａ〜約１６００ＭＰａ、約９００ＭＰａ〜約１６００ＭＰａ、約２００ＭＰａ〜約１４００ＭＰａ、約４００ＭＰａ〜約１４００ＭＰａ、約６００ＭＰａ〜約１４００ＭＰａ、約７００ＭＰａ〜約１４００ＭＰａ、約８００ＭＰａ〜約１４００ＭＰａ、約９００ＭＰａ〜約１４００ＭＰａの範囲内となりうる。１つ以上の実施形態のガラスセラミック物品は、最大約１００μｍのＤＯＬを有することができる。場合によっては、ガラスセラミック物品のＤＯＬは、ＦＳＭによって測定して、約１０μｍ〜約１００μｍ、約２０μｍ〜約１００μｍ、約３０μｍ〜約１００μｍ、約４０μｍ〜約１００μｍ、約５０μｍ〜約１００μｍ、または約６０μｍ〜約１００μｍの範囲内となりうる。

場合によっては、このガラスセラミック物品中の圧縮応力は、カリウム陽イオンのガラスセラミック物品中、特にネフェリン結晶中への交換、ならびにガラスセラミック物品から出るナトリウムまたはより小さな陽イオンの交換の結果である。カリウムイオンは、ネフェリン結晶の単位格子を膨張させ、ガラスセラミック物品の表面中の圧縮を増加させる。

ある実施形態では、ネフェリン（Ｎａ，Ｋ）ＡｌＳｉＯ_４からカルシライト（ＫＡｌＳｉＯ_４）への相変態も起こることがあり、それによって表面圧縮がさらに大きくなりうる。１つ以上の実施形態では、ガラスセラミック物品はカルシライトを含むことができ、これはガラスセラミック物品中に存在するナトリウム陽イオンがカリウム陽イオンと交換されるときに圧縮応力層中に存在しうる。１つ以上の実施形態では、イオン交換プロセスによって形成されたカルシライトが圧縮応力層中に存在すると、表面圧縮応力が増加する（たとえば、約１０００ＭＰａを超える表面ＣＳ）。ある実施形態では、カルシライトは、圧縮応力層の一部（たとえば、ガラスセラミック物品の表面から、ＤＯＬ未満のある深さまで）の中に存在する。ある実施形態では、カルシライトはガラスセラミック物品の表面の層として存在する（すなわち、これが表面層を形成する）。本明細書に記載のガラスセラミック物品は、イオン交換プロセスによって、ガラス中で実現できるよりも高いレベルで強化することができるが、その理由は、より大きなイオンがネフェリン結晶中に詰め込まれることと、ネフェリンからカルシライトへの部分的または完全な変換を伴うイオン交換で誘発される相変態とによって、より大きな表面圧縮が得られるからである。さらに、このガラスセラミックは、ガラスよりも高い歪み点を有し、したがってより高温の塩浴を使用してイオン交換プロセスを加速することができる。さらに、このガラスセラミックのより高い破壊靱性（ガラスとの比較）によって、望ましくない破砕性のレベルに到達する前に、より大きな表面圧縮および内部張力を発生させることができる。

ある実施形態では、ＳｉＣ粒子を用いて５ｐｓｉ（３４．５ｋＰａ）で研磨した後で、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックは、最大約１０００ＭＰａの摩耗リングオンリング（ＲＯＲ）値を示すことができるが、ガラスセラミックは、最大３０００ＭＰａの摩耗ＲＯＲ値を示すことができる。ある実施形態では、摩耗リングオンリング値は、約４００ＭＰａ〜約１０００ＭＰａ、約５００ＭＰａ〜約１０００ＭＰａ、約６００ＭＰａ〜約１０００ＭＰａ、約７００ＭＰａ〜約１０００ＭＰａ、または約８００ＭＰａ〜約１０００ＭＰａの範囲内となりうる。

ある実施形態では、ガラスセラミックは、（Ｒ−３Ｐ）／Ａｌが、約０．５〜約１．５、約０．６〜約１．１、または約０．６５〜約１．１の範囲内となるような結晶性を示すことができる。

１つ以上の実施形態では、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックは約１０ｍｍの厚さを有することができる。場合によっては、厚さは、約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．３ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．７ｍｍ〜約１０ｍｍ、約１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．７ｍｍ〜約５ｍｍ、約０．７ｍｍ〜約２ｍｍ，または約０．７ｍｍ〜約１．３ｍｍの範囲内となりうる。

本明細書に記載のガラスセラミック物品および／または前駆体ガラスは、追加の機能性を得ることができるコーティングを含むことができる。たとえば、このようなコーティングとしては、指紋防止コーティング、反射防止コーティング、防汚コーティング、易洗浄コーティング、傷防止コーティングなどを挙げることができる。このようなコーティングは、化学蒸着（ＣＶＤ）（たとえば、プラズマ強化ＣＶＤ、エアロゾル支援ＣＶＤ、金属有機ＣＶＤなど）、物理蒸着（ＰＶＤ）の任意の変形（たとえば、イオンアシストＰＶＤ、パルスレーザー堆積、陰極アーク堆積、スパッタリングなど）、スプレーコーティング、スピンコーティング、浸漬コーティング、インクジェット、ゾルゲル処理などの種々の方法によって、ガラスセラミック物品の表面上に堆積することができる。このような方法は、本開示が関係する当業者には知られている。

種々の物品に、本明細書に記載の前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックを組み込んだり利用したりすることができる。たとえば、電子デバイス中に使用されるカバーおよび／または筐体は、この前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックを用いて形成することができる。さらに別の実施形態では、前駆体ガラスおよびガラスセラミックは、無線通信用に構成できる種々の電子デバイスまたは携帯型コンピュータデバイス、たとえば、コンピュータおよびコンピュータの付属品、たとえば「マウス」、キーボード、モニタ（たとえば、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬバックライト付きＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤバックライト付きＬＣＤ）など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、タブレット、サムドライブ、外部ドライブ、ホワイトボードなど；携帯情報端末（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）；娯楽用のデバイスおよび／またはセンター、デバイスおよび／またはセンターの付属品、たとえばチューナー、メディアプレイヤー（たとえば、レコード、カセット、ディスク、ソリッドステートなど）、ケーブルおよび／または衛星レシーバー、キーボード、モニタ（たとえば、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬバックライト付きＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤバックライト付きＬＣＤ）など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など；電子リーダーデバイスまたはｅ−リーダー；携帯電話またはスマートフォンなどに使用することができる。別の例として、この前駆体ガラスおよびガラスセラミックは、自動車（コンソール、自動車車体部品）、電気機器、およびさらには建築用途（たとえば、流し台、蛇口、シャワーの壁、浴槽、コンセントカバー、カウンタートップ、汚れ止め板、エレベーター室など）、エネルギー生産用途（たとえば、太陽熱部品）に使用することができる。

本開示の第２の態様は、前駆体ガラス、ガラスセラミック物品、または前駆体ガラスおよびガラスセラミックの両方の形成方法に関する。

前駆体ガラス（本明細書に記載のガラスセラミックの前駆体となるように配合される）の形成方法は、溶融させて前駆体ガラスを製造するために配合された原材料混合物を約１６００℃未満の温度で溶融させるステップを含む。この方法は、前駆体ガラスを形成するために、約１６００℃未満の温度で原材料の溶融混合物の清澄ステップおよび均一化ステップの任意の１つ以上を含むことができる。前駆体ガラスは、圧延、薄い圧延、プレス成形、鋳造、およびフロート法などの当技術分野において既知の方法を用いて形成することができる。１つ以上の実施形態では前駆体ガラスは、平坦で平面上の板に成形することができるし、または三次元形状（たとえば、金型中への鋳造または他の既知の方法による）に成形することもできる。

１つ以上の実施形態では、ガラスセラミックの形成方法は、１つ以上の結晶相（たとえば、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、核形成および成長）を誘導するために、１つ以上のあらかじめ選択された温度で、１つ以上のあらかじめ選択された時間、本明細書に記載の前駆体ガラスを熱処理するステップを含む。この方法は、形成されたガラスセラミックを室温まで冷却するステップを含む。１つ以上の特定の実施形態では、前駆体ガラスを熱処理するステップは、１〜１０℃／分の速度で、約６００℃〜約１０００℃（たとえば、約７２５℃〜約９００℃または約７５０℃〜約９００℃）の範囲内の最高温度まで前駆体ガラスを加熱するステップを含むことができる。ある実施形態では、前駆体ガラスを熱処理するステップは２つ以上の熱処理を含むことができる。たとえば、ある実施形態では、前駆体ガラスを熱処理するステップは、（ｉ）１〜１０℃／分の速度で約６００℃〜約７５０℃の範囲内の核形成温度（Ｔｎ）まで前駆体ガラスを加熱するステップ；（ｉｉ）約１／４時間〜約４時間の間の範囲内の時間、前駆体ガラスを核形成温度で維持して、核形成された前駆体ガラスを形成するステップ；（ｉｉｉ）約１℃／分〜約１０℃／分の範囲内の速度で約７００℃〜約１０００℃の範囲内の結晶化温度（Ｔｃ）に、核形成可能な前駆体ガラスを加熱するステップ；および（ｉｖ）約１／４時間〜約４時間の間の範囲内の時間、核形成可能な前駆体ガラスを結晶化温度で維持して、本明細書に記載のガラスセラミックを形成するステップの任意の１つ以上を含むことができる。

前駆体ガラス組成物に加えて、熱処理ステップの温度−時間プロファイルが、所望の属性である、ガラスセラミックの結晶相、１つ以上の主要結晶相および／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の結晶相集合、ならびに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粒度または粒度分布の１つ以上が得られるように思慮深く規定され、これらは結果として形成されるガラスセラミックの最終的な結合性、品質、色、および／または透明度に影響を与えうる。ある実施形態では、前駆体ガラスの核形成に関連する熱処理（たとえば、ステップ（ｉ）および（ｉｉ））を省略することができ、前駆体ガラスを設定温度で（他の箇所で本明細書に開示される速度で）単に熱処理して、１つ以上の結晶相を形成することができる。たとえば、前駆体ガラスは、約１℃／分〜約１０℃／分の範囲内の速度で、７２５℃、７５０℃、７７５℃、８００℃、８２５℃、８５０℃、８７５℃、または９００℃に、設定された時間（たとえば、最大約６時間、最大約４時間、または最大約２時間）の間加熱することができる。

得られたガラスセラミック板は、次に、プレス加工、ブロー成形、曲げ、サギング、真空成形、またはその他の手段によって、均一な厚さの湾曲または屈曲した断片に再成形することができる。再成形は、熱処理前に行うことができ、成形ステップが、成形および熱処理の両方が実質的に同時に行われる熱処理ステップとして機能することもできる。ある実施形態では、成形は、変態の前に行うことができるし、または変態を成形の前に行うことができるし、または変態を成形と実質的に同時に行うこともできる。

ある実施形態では、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの形成方法は、本明細書に記載の前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック中に圧縮応力層を形成するステップを含む。１つ以上の実施形態では、この方法は特に、このような前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの１つ以上の表面を、特定の組成および温度を有する１つ以上のイオン交換浴に、指定の時間曝露することによって、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック物品をイオン交換して、１つ以上の表面に圧縮応力（σｓ）を付与するステップを含む。これらの圧縮応力は、１つ以上の平均表面圧縮応力（ＣＳ）、および／または１つ以上のＤＯＬを含むことができる。

イオン交換プロセスに使用される浴は、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック中に存在する１種類以上のイオン（特に前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの少なくとも１つの表面中に存在するイオン）のイオン半径よりも大きいイオン半径を有する１種類以上のイオンを有するイオン源である。前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックを浴中に浸漬する間、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック中のより小さな半径を有するイオンは、より大きな半径を有するイオンと置換または交換が可能となる。この交換は、イオンの相互拡散（たとえば、浴とガラスセラミックとの間のイオンの移動）が妥当な時間内で十分に速くなる温度範囲内（たとえば、約１時間〜６４時間の間、または４〜１６時間で約３００℃〜５００℃の間または３６０℃〜４６０℃の範囲）に浴および／または前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの温度を制御することによって促進または実現することができる。また、典型的にはこのような温度は、ガラスセラミック中の任意のガラスのガラス転移温度（Ｔｇ）よりも低い。浴と前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックとの間で交換可能な一部の代表的なイオンとしては、ナトリウム（Ｎａ^＋）、リチウム（Ｌｉ^＋）、カリウム（Ｋ^＋）、ルビジウム（Ｒｂ^＋）、および／またはセシウム（Ｃｓ^＋）のイオンが挙げられる。計画の１つでは、浴は、ナトリウム（Ｎａ^＋）、カリウム（Ｋ^＋）、ルビジウム（Ｒｂ^＋）、および／またはセシウム（Ｃｓ^＋）のイオンを含むことができ、これらを前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック中のリチウム（Ｌｉ^＋）イオンと交換することができる。あるいは、浴中のカリウム（Ｋ^＋）、ルビジウム（Ｒｂ^＋）、および／またはセシウム（Ｃｓ^＋）のイオンを、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック中のナトリウム（Ｎａ^＋）イオンと交換することができる。別の計画の１つでは、浴中のルビジウム（Ｒｂ^＋）および／またはセシウム（Ｃｓ^＋）のイオンを、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック中のカリウム（Ｋ^＋）イオンと交換することができる。

イオン源の一部の例としては、１種類以上の気体イオン源、１種類以上の液体イオン源、および／または１種類以上の固体イオン源が挙げられる。１種類以上の液体イオン源の中では、液体および液体溶液、たとえば溶融塩などが挙げられる。たとえば上記イオン交換の例の場合、このような溶融塩は、限定するものではないが、１種類以上のハロゲン化物、炭酸塩、塩素酸塩、硝酸塩、亜硫酸塩、硫酸塩、またはそれら２種類以上の組合せなどの１種類以上のアルカリ金属塩であってよい。一例では、好適なアルカリ金属塩としては、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）、およびそれらの組合せを挙げることができる。１ステップのイオン交換プロセスに加えて、複数ステップのイオン交換プロセスを使用して、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの表面に特定のＣＳを付与可能であり、したがって前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの性能を向上可能であることに留意されたい。ある実施形態では、１ステップのイオン交換プロセスは、約３００℃〜５００℃の間のＮａＮＯ_３浴中に、約１時間〜６４時間の間、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック物品を入れることによって、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの表面中でイオン交換（特にリチウムとナトリウムのイオン交換）を行うことによって実施することができる。別の実施形態では、１ステップのイオン交換プロセスは、約３００℃〜５００℃の間の混合カリウム／ナトリウム浴（たとえば、約０．１重量％〜約２５重量％のＮａＮＯ_３と残分のＫＮＯ_３との浴、８０／２０のＫＮＯ_３／ＮａＮＯ_３浴、６０／４０のＫＮＯ_３／ＮａＮＯ_３浴、またはさらには５０／５０のＫＮＯ_３／ＮａＮＯ_３浴など）中に、約１時間〜６４時間の間、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック物品を入れることによって行うことができる。さらに別の実施形態では、２ステップのイオン交換プロセスは、最初に、約３００℃〜５００℃の間のＬｉ含有塩浴（たとえば、溶融塩浴は、主成分としてＬｉ_２ＳＯ_４で構成されるが、溶融浴を形成するために十分な濃度にＮａ_２ＳＯ_４、Ｋ_２ＳＯ_４またはＣｓ_２ＳＯ_４で希釈された高温硫酸塩浴であってよい）中に約１時間および６４時間の間、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミック物品を入れ、次に、約３００℃〜５００℃の間のＮａ含有塩浴中に約１時間および６４時間の間、イオン交換された前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックを入れることによって行うことができる。２ステップのイオン交換プロセスの第１のステップは、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの少なくとも１つの表面中のより大きなナトリウムイオンをＬｉ含有塩浴中に見られるより小さなリチウムイオンと置換する機能を果たす。２ステップのイオン交換プロセスの第２のステップは、前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの少なくとも１つ表面中にＮａを交換する機能を果たす。

本明細書に記載の前駆体ガラスおよびガラスセラミックのイオン交換に使用できる別の浴組成物としては、７００℃以上の温度を有するＫＣｌ／Ｋ_２ＳＯ_４混合物が挙げられる。ＫＣｌ／Ｋ_２ＳＯ_４の比は、約６０：４０〜約４０：６０、特に５２：４８であってよい。このような浴組成物を使用して、本明細書に記載のように表面上にカルシライトを有するガラスセラミックを形成することができる。これらの別の組成物は、有害成分として使用されうるＮａＮＯ_３またはＫＮＯ_３と組み合わせることができる。このようなガラスセラミックの圧縮応力プロファイルは、これらの別の浴組成物を用いて調整することができる。たとえば、ある実施形態では、これらの別の浴組成物でイオン交換されたガラスセラミックは、表面からより大きい深さ（たとえば、約４０μｍ以上）までＣＳが高レベルで維持され、さらにより大きい深さで減衰する、層深さの関数として「段階的な」圧縮応力プロファイルを示すことがある。この「段階的」プロファイルは、表面にカルシライト層が存在することで生じると考えられる。比較として、圧縮応力プロファイルを有する大部分の既知のガラスは、表面の最高またはほぼ最高の圧縮応力レベルから始まり、深さに沿って連続的に減衰または減少する。別の実施形態では、この別の浴組成物でイオン交換されたガラスおよび／またはガラスセラミックは、ＣＳは表面から減少するが、次に表面からある深さで増加し、その後より大きい深さで減少するような埋もれたＣＳピークを示すことがある。

１つ以上の特定の実施形態では、本方法は、ガラスセラミック物品中にカルシライト表面層を形成するステップを含む。場合によっては、カルシライト層を形成するステップをネフェリン相の一部をカルシライトに変態させるステップを含むことができる。ある実施形態では、カルシライト層を形成するステップは、約４００℃以上（たとえば、約４５０℃）の温度を有するイオン交換浴中にガラスセラミック物品を浸漬するステップを含む。このイオン交換浴はＫＮＯ_３を含むことができる。得られるガラスセラミック物品は、約９００ＭＰａ以上の圧縮応力を示し、可視スペクトルにわたって約７０％以上の透過率をも示す。

以下の実施例によって種々の実施形態がさらに明らかとなるであろう。

実施例において、Ｐｈｉｌｉｐｓ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄ製造のＰＷ１８３０（ＣｕＫα放射線）回折計のモデルなどの市販の装置を使用して、当業者に知られているＸＲＤ分析技術によって、本明細書に記載の前駆体ガラスおよびガラスセラミックの相集合および／または結晶サイズを求めた、または求めることができた。スペクトルは、通常は５〜８０度の２θで取得した。本明細書に記載の前駆体ガラスおよび／またはガラスセラミックの表面の特性決定のために測定される元素プロファイルは、電子線マイクロプローブ分析（ＥＭＰＡ）、Ｘ線フォトルミネッセンス分光法（ＸＰＳ）、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）などの当業者に知られている分析技術によって求めた、または求めることができた。

実施例１
以下の実施例は、本開示の利点および特徴を説明するものであり、それらに本開示が限定されることを意図するものでは決してない。

個別の成分の合計は１００となる、または１００に非常に近づくが、あらゆる実際的な目的のため、報告される値はモル％を表すと考えることができる。実際の前駆体ガラスのバッチ成分は、酸化物か、他のバッチ成分と互いに溶融すると適切な比率の所望の酸化物に変換される別の化合物かのいずれかである任意の材料を含むことができる。

実施例１〜１６：表１に列挙する代表的な前駆体ガラスを、溶融および清澄の後に２０００ｇの前駆体ガラスが得られるように配合される原材料のバッチを使用して白金るつぼ中で作製した。配合した原材料のバッチが入った各るつぼを約１４５０℃〜約１６５０℃の範囲内の温度に予備加熱した炉に入れ、配合した原材料のバッチをこの炉の中で１６時間溶融および清澄を行って溶融前駆体ガラスを形成し、次にこれを長方形スラブに鋳造し、約６００℃〜約７００℃の範囲内の温度で約６時間アニールした。得られたガラススラブは無色透明であり、結晶を含有しなかった。

このようにして、代表的な前駆体ガラスの個別のスラブについて、そのような異なるまたは類似の温度−時間サイクルをプログラムした固定炉中に入れることによって、多数の異なるおよび／または類似の熱処理を行うことができた。表１に列挙される代表的な前駆体ガラスの多数のスラブに使用した温度−時間サイクルの一部の例を表２に示しており、これは、
室温から５００℃の間に設定した炉の中に前駆体ガラスを入れるステップと、
表２に示されるように前駆体ガラスを５℃／分（ｍｉｎ）で約７２５℃〜約９００℃の範囲内の温度まで加熱するステップと、
室温まで冷却するステップと
を含む。

熱処理後の前駆体ガラスの熱処理スラブの外観を表２に示している。熱処理を行った後の前駆体ガラスの長方形スラブは、熱処理前と比較して改善された透明度を示した。

Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析による測定も行うと、得られたガラスセラミックは、これも表２に示されるように、主結晶相としてのネフェリン相と、リン酸塩結晶相単独、またはリン酸塩結晶相およびＬＡＳ相の種々の組合せを含む１つ以上の副相とを含む結晶相集合を示した。

実施例５の前駆体ガラスおよびそれより形成したガラスセラミックのさらなる評価を行った。具体的には、実施例５の前駆体ガラス（Ｔ＝７７５℃で４時間の熱処理後）から形成したガラスセラミックの、４５０℃の温度を有する１００％ＫＮＯ_３の溶融浴中の２つの異なる時間：３．５時間（「試料５Ａ」）および７時間（「試料５Ｂ」）でのイオン交換の前および後での、深さの関数としてのＫ_２Ｏ濃度（モル％）のプロファイルである。ガラスセラミックのＫ_２Ｏ濃度をＥＭＰＡにより測定し、図１にプロットしている。図１中、破線は、イオン交換前のガラスセラミック中のＫ_２Ｏ量を示している。図１に示されるように、より長時間のイオン交換を行ったガラスセラミックは、より大きい深さでより高い濃度のＫ_２Ｏを有した（たとえば、７時間イオン交換した試料の場合の１８マイクロメートルの深さのＫ_２Ｏ濃度は、３．５時間イオン交換した試料の同じ深さのＫ_２Ｏ濃度の約２倍であった）。これも図１に示されるように、Ｋ_２Ｏ濃度のプロファイルは、同様にイオン交換した後の前駆体ガラスに見られるように、誤差関数状ではなかった。Ｋ_２Ｏ濃度の傾きの不連続性が、３．５時間および７時間でイオン交換した両方の試料で約８マイクロメートルおよび１３マイクロメートルにおいて見られた。表面ＸＲＤ分析によって、ガラスセラミック物品の表面にカルシライトの（層としての）存在が示され、これはネフェリンがカルシライトに変換されたと考えられる。本明細書で議論したように、このネフェリン相の一部のカルシライトへの変換によって、実質的に強度が増加する（圧縮応力の増加に関する）。

化学プロファイルは標準から外れていたので（たとえば、Ｋ_２Ｏ濃度は不連続であった）、そのデータに基づいて圧縮応力曲線を抽出した。実施例５の前駆体ガラスから作製した４つの試料（「試料５Ｃ〜５Ｆ」）のＤＯＬの関数としての圧縮応力プロファイルを、ＦＳＭを用いて測定し、図２に示した。図１に示す試料と同じ熱処理計画（すなわち、７７５℃で４時間の熱処理）を用いて４つの試料を形成すると、厚さは１ｍｍであった。これら４つの試料を表３に示すような異なる条件下でイオン交換した。

４５０℃の温度を有する１００％ＫＮＯ_３の溶融浴中で７時間イオン交換した試料５Ｆは、約１２００ＭＰａの表面圧縮応力を示し、約６０μｍを超えるＤＯＬまで延在する非単調な圧縮応力プロファイルを有した。実施例５の前駆体ガラスを試料５Ｆと同じ条件下でイオン交換すると、約４００ＭＰａの表面ＣＳおよび約１００μｍを超えるＤＯＬを示した。９５重量％ＫＮＯ_３／５重量％ＮａＮＯ_３で構成される溶融浴も試料５Ｃおよび５Ｄのイオン交換に使用し、これらは約６００ＭＰａを超える表面圧縮応力を示し、約６０μｍのＤＯＬが見られた。試料５Ｅは、より低温（たとえば、約３６０℃）で２．５時間（「試料５Ｅ−１」）、７時間（「試料５Ｅ−２」）、および１７時間（「試料５Ｅ−３」）のイオン交換を行った。試料５Ｅ−１および５Ｅ−２の圧縮応力プロファイルは図２に示していないが、約１２００ＭＰａの表面圧縮応力および約４０μｍのＤＯＬが、３６０℃で１７時間のイオン交換後の試料５Ｅ−３で観察された。

３６０℃で、それぞれ２．５時間、７時間、および１７時間のイオン交換後の試料５Ｅ−１、５Ｅ−２および５Ｅ−３のＥＭＰＡにより測定される深さの関数としてのＫ_２Ｏ濃度（モル％）のプロファイルを図３に示す。試料５Ｃおよび５Ｄの深さの関数としてのＫ_２Ｏ濃度（モル％）プロファイルも図３に示している。

試料５Ｃ〜５Ｅの全透過率および拡散透過率を分析し、図４Ａ（イオン交換前）および４Ｂ（表３に示す条件下でのイオン交換後）に示している。ガラスセラミックの厚さは１ｍｍであった。図４Ａおよび４Ｂに示されるように、透明度はイオン交換後に維持される。

拡散透過率よりヘイズの推定値が得られる。図４Ａに示されるように、約４５０ｎｍを超える波長で拡散透過率は低い。イオン交換前の全透過率は、可視スペクトルにわたって約８５％を超え、約５５０ｎｍを超える波長で約９２％〜９５％の間である。

図４Ｂ中、表３に示すイオン交換条件後で、実線は全透過率を示し、破線は拡散透過率を示す。イオン交換後の全透過率は、イオン交換前の試料の全透過率よりも改善された。拡散透過率は変化し、試料５Ｄは最低の拡散透過率を示しており、これはヘイズが非常に低レベルであることを示している。

図５は、図３に示される異なる条件のイオン交換前およびイオン交換後の試料５Ｄ〜５Ｅの１／λ^４の関数としてのｌｎ（Ｔ）／１ｍｍ厚さを示している。ガラスセラミックのデータを、イオン交換試料５Ｄに使用したものと同じ条件を用いてイオン交換した後の実施例５の前駆体ガラスと比較した。図５に示すデータは、直線によくフィットしており、レイリー散乱が主要な損失機構であることを示唆している。ガラスセラミックの散乱は前駆体ガラスの３〜４倍の大きさであり、これは約３０ｎｍの主要寸法を有する結晶の結果と一致する。図５に基づくと、散乱量は、イオン交換条件に依存しない。

実施例１７〜２５：表４に列挙する代表的な前駆体ガラスを、溶融および清澄の後に２０００ｇの前駆体ガラスが得られるように配合される原材料のバッチを使用して白金るつぼ中で作製した。配合した原材料のバッチが入った各るつぼを約１４５０℃〜約１６５０℃の範囲内の温度に予備加熱した炉に入れ、配合した原材料のバッチをこの炉の中で１６時間溶融および清澄を行って溶融前駆体ガラスを形成し、次にこれを長方形スラブに鋳造し、約６００℃〜約７００℃の範囲内の温度で約６時間アニールした。

個別のスラブについて、異なるまたは類似の温度−時間サイクルをプログラムした固定炉中にスラブを入れることによってガラスセラミックを形成するために、多数の異なるおよび／または類似の熱処理を行った。表４に列挙される代表的な前駆体ガラスの多数のスラブに使用した温度−時間サイクルを表５に示している。

得られたガラスセラミックをＸＲＤによって分析して、ネフェリンｓｓへの結晶化が起こる前にガラス中に存在する核形成剤を同定した。核形成剤は、表４に示すようにＮａ_３ＰＯ_４、ＮａＣａＰＯ_４（レナナイト）、およびＬｉ_３ＰＯ_４（リチオホスフェート）を含むオルトリン酸塩であった。

表４の組成において、Ｎａが除去されて核形成性リン酸塩（すなわちリン酸塩核形成剤）を形成した後のＮａ／（Ｎａ＋Ｋ）の有効比は、約０．４５〜約０．９の範囲内で変動しうることに留意されたい。

実施例１７のガラスセラミックは、層深さが大きい圧縮応力を示した。実施例１７のガラスセラミックは、低い結晶性（すなわち、（Ｒ−３Ｐ）／Ａｌ＝０．８０）も示した。

実施例１８のガラスセラミックは、化学量論的で、高い結晶性、および（Ｒ−３Ｐ）／Ａｌ＝１．０を示した。

実施例１９のガラスセラミックは、最も大きい層深さおよび最低の（Ｒ−３Ｐ）／Ａｌ＝０．７２を示した。

実施例２０のガラスセラミックは、（化学量論の（Ｒ−３Ｐ）／Ａｌ＝１．０）を示し、実施例１８（これも（Ｒ−３Ｐ）／Ａｌ＝１．０を示した）よりも多い量のＰ_２Ｏ_５を示した。

実施例２１のガラスセラミックはＢ_２Ｏ_３を含み、高い圧入破壊抵抗を示すと考えられる。

実施例２２の前駆体ガラスは、低い液相線粘度（１０５０℃における）示し、得られるガラスセラミックは約３ＧＰａを超える非摩耗ＭＯＲを示した。

実施例２３のガラスセラミックは、ネフェリン＋γ−ユークリプタイトの結晶相を示した。理論によって束縛しようとするものではないが、実施例２３はより低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を示すと考えられる。

実施例２５のガラスセラミックは、ＮａＣａＰＯ_４の存在のために、ＮａＰを含む実施例よりも高い化学的耐久性を示すと考えられる。

本発明の意図および範囲から逸脱することなく、種々の修正および変形が可能であることは当業者には明らかであろう。
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において、
ネフェリン相と、
リン酸塩相と
を含み、
前記ガラスセラミック物品は、無色であり、ＣＩＥ Ｌ^＊、ａ^＊、ｂ^＊表色系における透過および反射の色座標で、Ｌ^＊が約８０〜約１００の範囲内、ａ^＊が約−５〜約５の範囲内、およびｂ^＊が約−５〜約５の範囲内であり、約３９０ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲内の可視スペクトルにわたって約７０％以上の透過率を示すことを特徴とするガラスセラミック物品。

実施形態２
アルミノケイ酸リチウム相をさらに含むことを特徴とする実施形態１に記載のガラスセラミック物品。

実施形態３
前記ネフェリン相および前記リン酸塩相の少なくとも１つが、約１００ｎｍ以下の主要断面寸法を有する複数のナノ結晶を含むことを特徴とする実施形態１または２に記載のガラスセラミック物品。

実施形態４
複数のナノ結晶が、前記ネフェリン相、前記リン酸塩相、および前記アルミノケイ酸リチウム相の少なくとも１つを形成し、前記複数のナノ結晶が約１００ｎｍ以下の主要断面寸法を有することを特徴とする実施形態１〜３のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。

実施形態５
前記複数のナノ結晶が、前記ネフェリン相、前記リン酸塩相、および前記アルミノケイ酸リチウム相を形成することを特徴とする実施形態４に記載のガラスセラミック物品。

実施形態６
モル％の単位で、
約３５〜約６０の範囲内のＳｉＯ_２、
約１０〜約３０の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３、
約７〜約３１の範囲内のＮａ_２Ｏ、
約０〜約２０の範囲内のＫ_２Ｏ、
約０〜約２０の範囲内のＬｉ_２Ｏ、
約１．５〜約８の範囲内のＰ_２Ｏ_５、および
約０〜約６の範囲内の希土類酸化物
を含む組成物から作られることを特徴とする実施形態１〜５のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。

実施形態７
前記組成物が０モル％〜約８モル％の範囲内の量の少なくとも１種類の酸化物をさらに含み、前記少なくとも１種類の酸化物が、Ｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｒＯ_２の１つを含むことを特徴とする実施形態６に記載のガラスセラミック物品。

実施形態８
前記組成物が、モル％の単位で、
約４０〜約５５の範囲内のＳｉＯ_２、
約１４〜約２１の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３、
約１３〜約２９の範囲内のＮａ_２Ｏ、
約２〜約１４の範囲内のＫ_２Ｏ、
約０〜約１０の範囲内のＬｉ_２Ｏ、
約２．５〜約５の範囲内のＰ_２Ｏ_５、ならびに
約０〜約４の範囲内の量のＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、およびＬａ_２Ｏ_３の少なくとも１つ
をさらに含むことを特徴とする実施形態１〜７のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。

実施形態９
前記組成物が約１モル％未満のＴｉＯ_２を含むことを特徴とする実施形態６〜８のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。

実施形態１０
前記ネフェリン相が固溶体を含むことを特徴とする実施形態１〜９のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。

実施形態１１
前記ネフェリン相が主相を構成し、前記リン酸塩相が副相を構成することを特徴とする実施形態１〜１０のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。

実施形態１２
圧縮応力層をさらに含み、前記圧縮応力層が場合によりカルシライトを含むことを特徴とする実施形態１〜１１のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。

実施形態１３
約４００ＭＰａ以上の平均表面圧縮応力を含むことを特徴とする実施形態１〜１２のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。

実施形態１４
モル％の単位で、
約３５〜約６０の範囲内のＳｉＯ_２、
約１０〜約３０の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３、
約７〜約３１の範囲内のＮａ_２Ｏ、
約０〜約２０の範囲内のＫ_２Ｏ、
約０〜約２０の範囲内のＬｉ_２Ｏ、
約１．５〜約８の範囲内のＰ_２Ｏ_５、および
約０〜約６の範囲内の希土類酸化物
を含む組成物から作られることを特徴とする前駆体ガラス。

実施形態１５
前記組成物が０モル％〜約８モル％の範囲内の量の少なくとも１種類の酸化物をさらに含み、前記少なくとも１種類の酸化物が、Ｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｒＯ_２の１つを含むことを特徴とする実施形態１４に記載の前駆体ガラス。

実施形態１６
前記組成物が、モル％の単位で、
約４０〜約５５の範囲内のＳｉＯ_２、
約１４〜約２１の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３、
約１３〜約２９の範囲内のＮａ_２Ｏ、
約２〜約１４の範囲内のＫ_２Ｏ、
約０〜約１０の範囲内のＬｉ_２Ｏ、
約２．５〜約５の範囲内のＰ_２Ｏ_５、ならびに
約０〜約４の範囲内の量のＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、およびＬａ_２Ｏ_３の少なくとも１つ
をさらに含むことを特徴とする実施形態１４または１５に記載の前駆体ガラス。

実施形態１７
約２００ＭＰａ〜約６００ＭＰａの範囲内の表面圧縮応力と、約５０μｍ〜約１５０μｍの範囲内の層深さとを有する圧縮応力層をさらに含むことを特徴とする実施形態１４〜１６のいずれか一項に記載の前駆体ガラス。

実施形態１８
ガラスセラミックの形成方法において、
約１℃／分〜約１０℃／分の範囲内の速度で、約６００℃〜約１０００℃の範囲内の温度に加熱することによって前駆体ガラス物品を熱処理するステップと、前記ガラスセラミック物品を室温付近まで冷却するステップとを含み、
前記前駆体ガラス物品を熱処理するステップが、
ａ）前記前駆体ガラス物品を約７００℃〜約９００℃の範囲内の核形成温度（Ｔｎ）まで加熱するステップ、
ｂ）前記前駆体ガラス物品を前記Ｔｎで維持して、核形成された前駆体ガラス物品を形成するステップ、
ｃ）前記核形成された前駆体ガラス物品を約１℃／分〜約１０℃／分の範囲内の速度で約６００℃〜約１０００℃の範囲内の結晶化温度（Ｔｃ）まで加熱するステップ、および
ｄ）前記核形成された前駆体ガラス物品を前記Ｔｃで維持して、ネフェリン結晶相を有するガラスセラミック物品を形成するステップ
のいずれか１つ以上を含むことを特徴とする方法。

実施形態１９
前記ガラスセラミック物品をイオン交換して、少なくとも４００ＭＰａの圧縮応力を含む圧縮応力層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態１８に記載の方法。

実施形態２０
前記ガラスセラミック物品をイオン交換して、カルシライト表面層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態１８または１９に記載の方法。

Claims (14)

1. ガラスセラミック物品において、
   ネフェリン相と、
   リン酸塩相と、
   モル％の単位で、
   ３５〜６０の範囲内のＳｉＯ _２ 、
   １０〜３０の範囲内のＡｌ _２ Ｏ _３ 、
   ７〜３１の範囲内のＮａ _２ Ｏ、および
   １．５〜８の範囲内のＰ _２ Ｏ _５ を含む組成物とを含み、前記ガラスセラミック物品は、無色であり、ＣＩＥ Ｌ^＊、ａ^＊、ｂ^＊表色系における透
   過および反射の色座標で、Ｌ^＊が８０〜１００の範囲内、ａ^＊が−５〜５の範囲内、およびｂ^＊が−５〜５の範囲内であり、３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の可視スペクトルにわたって７０％以上の透過率を示すことを特徴とするガラスセラミック物品。
2. アルミノケイ酸リチウム相をさらに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. 前記ネフェリン相および前記リン酸塩相の少なくとも１つが、１００ｎｍ以下の主要断面寸法を有する複数のナノ結晶を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のガラスセラミック物品。
4. 複数のナノ結晶が、前記ネフェリン相、前記リン酸塩相、および前記アルミノケイ酸リチウム相の少なくとも１つを形成し、前記複数のナノ結晶が１００ｎｍ以下の主要断面寸法を有することを特徴とする請求項２記載のガラスセラミック物品。
5. 前記組成物は、モル％の単位で、
   ０〜２０の範囲内のＫ_２Ｏ、
   ０〜２０の範囲内のＬｉ_２Ｏ、および
   ０モル％〜８モル％の範囲内の量の少なくとも１種類の酸化物をさらに含み、前記少なくとも１種類の酸化物が、Ｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｒＯ_２の１つを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。
6. 前記組成物が、０モル％〜８モル％の範囲内の量の少なくとも１種類の酸化物を含み、前記少なくとも１種類の酸化物が、Ｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｒＯ_２の１つを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。
7. 前記ネフェリン相が固溶体であるか、
   および／または、
   前記ネフェリン相が主相であって、前記リン酸塩相が副相を構成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。
8. ４００ＭＰａ以上の表面圧縮応力を含む圧縮応力層をさらに含み、前記圧縮応力層がカルシライトを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。
9. 前記圧縮応力層がカルシライトを含むことを特徴とする請求項８に記載のガラスセラミック物品。
10. モル％の単位で、
    ３５〜５５の範囲内のＳｉＯ_２、
    １０〜３０の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３、
    ７〜３１の範囲内のＮａ_２Ｏ、
    ０〜２０の範囲内のＫ_２Ｏ、
    ０〜２０の範囲内のＬｉ_２Ｏ、
    ３〜８の範囲内のＰ_２Ｏ_５、
    １以下のＴｉＯ ₂ 、および
    ０よりも多く６以下の範囲内の希土類酸化物を含む組成物から作られることを特徴とする前駆体ガラス。
11. 前記組成物が、０モル％〜８モル％の範囲内の量の少なくとも１種類の酸化物を含み、前記少なくとも１種類の酸化物が、Ｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｒＯ_２の１つを含むことを特徴とする請求項１０に記載の前駆体ガラス。
12. 前記前駆体ガラスが、２００ＭＰａ〜６００ＭＰａの範囲内の表面圧縮応力と、５０μｍ〜１５０μｍの範囲内の層深さとを有する圧縮応力層を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の前駆体ガラス。
13. モル％の単位で、
    ３５〜６０の範囲内のＳｉＯ _２ 、
    １０〜３０の範囲内のＡｌ _２ Ｏ _３ 、
    ７〜３１の範囲内のＮａ _２ Ｏ、および
    １．５〜８の範囲内のＰ _２ Ｏ _５ の組成を有するガラスセラミックの形成方法において、
    １℃／分〜１０℃／分の範囲内の速度で、６００℃〜１０００℃の範囲内の温度に加熱することによって前駆体ガラス物品を熱処理するステップと、その後、室温付近まで冷却するステップとを含み、
    前記前駆体ガラス物品を熱処理するステップが、
    ａ）前記前駆体ガラス物品を７００℃〜９００℃の範囲内の核形成温度（Ｔｎ）まで加熱するステップ、
    ｂ）前記前駆体ガラス物品を前記Ｔｎで維持して、核形成された前駆体ガラス物品を形成するステップ、
    ｃ）前記核形成された前駆体ガラス物品を１℃／分〜１０℃／分の範囲内の速度で６００℃〜１０００℃の範囲内の結晶化温度（Ｔｃ）まで加熱するステップ、および
    ｄ）前記核形成された前駆体ガラス物品を前記Ｔｃで維持して、ネフェリン結晶相を有するガラスセラミック物品を形成するステップを含むことを特徴とする方法。
14. 前記ガラスセラミック物品をイオン交換するステップをさらに含み、イオン交換するステップが、少なくとも４００ＭＰａの圧縮応力を含む圧縮応力層を形成するステップと、カルシライト表面層を形成するステップとのいずれか一方または両方を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。

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