KR20150087264A - 3차원 유리 세라믹 제품의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

유리 세라믹 제품을 형성하는 방법. 상기 제품은, 몇몇 구현 예에 있어서, 3차원 모양을 갖는다. 프릿 형태의 유리 세라믹 및 유리 프릿을 함유하는 프릿 혼합물은, 몇몇 구현 예에 있어서, 비히클에 분산되어 슬러리를 생성하며, 그 다음 원하는 모양으로 형성되어 그린 몸체를 만든다. 형성 단계는 사출 성형, 소결 단조, 캐스팅, 캐스팅 및 프레싱, 등방가압 프레싱, 또는 이와 유사한 것에 의해 달성될 수 있다. 상기 그린 몸체는 그 다음 고온에서 소성되어 바이더를 태워서 제거하고 상기 유리 세라믹 및 유리 프릿을 고체 유리 세라믹 몸체로 융합시킨다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 세라믹 분말 및 유리 프릿 물질은 이온 교환될 수 있어 높은 압축 응력을 갖는 표면층을 달성하여, 제품의 높은 내손상성을 결과한다.

Description

3차원 유리 세라믹 제품의 제조방법 {METHOD OF MAKING THREE DIMENSIONAL GLASS CERAMIC ARTICLE}
본 출원은 2012년 11월 20일자에 출원한 미국 가 특허출원 제61/728,392호의 우선권을 주장하고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
본 개시는 소비자 전자 장치용 커버 플레이트 (cover plate)와 같은, 유리 세라믹 제품에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는, 본 개시는 이러한 유리 세라믹 제품을 만드는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 개시는 이러한 유리 세라믹을 포함하는 프릿 물질을 사용하여 이러한 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
모양진 유리 세라믹 제품은 휴대 전화 및 테블릿과 같은 소비자 전자장치에서 외부 커버 또는 엔클로저 소자 (enclosure elements)로서 사용되고 있다. 현재, 이들 제품은 먼저 "그린 (green)" 또는 미소성된 시트 (unfired sheet)를 형성하고, 상기 시트의 적어도 일부를 유리 세라믹이 형성되도록 결정화시키는 단계 ("세라믹화시키는 단계"), 상기 유리 세라믹을 이의 최종 또는 거의 최종적 모양으로 재형성시키는 단계, 및, 만약 필요하다면, 제품을 이의 최종 형태로 가공하는 단계에 의해 만들어진다.
복합 유리 세라믹 모양을 기계 가공하는 단계는 유리 세라믹 제품의 전체 강도를 감소시키는 흠 (flaws)을 도입하는 단점으로부터 고통을 받는다. 부가적으로, 몇몇 적용에 대한 허요 오차는 통상적으로 ± 100 microns (㎛) 범위 내로 엄격하다. 이러한 허용 오차의 충족은 세라믹화 공정 동안 일어나는 부피 변화에 기인하여 도전받는다. 더군다나, 세라믹화가 그린 유리 세라믹의 연화점보다 큰 온도에서 수행되기 때문에, 3차원 모양은, 만약 이들이 정밀한 몰드에서 보유되지 않는다면, 변형될 수 있다.
본 개시는 유리 세라믹 제품을 형성하는 방법을 제공한다. 상기 제품은, 몇몇 구현 예에 있어서, 3차원 모양을 갖는다. 상기 유리 세라믹은 프릿 분말의 형태이고, 낮은 용융점을 갖는 유리 프릿과 혼합된다. 상기 프릿 혼합물은, 몇몇 구현 예에 있어서, 비히클에 분산되어 슬러리를 생성하며, 그 다음 원하는 모양으로 형성되어 그린 몸체 (green body)를 만든다. 형성 단계는 사출 성형, 소결 단조 (sinter forging), 캐스팅, 캐스팅 및 프레싱 (pressing), 등방가압 (isostatically) 프레싱, 또는 이와 유사한 것에 의해 달성될 수 있다. 상기 그린 몸체는 그 다음 고온에서 소성되어 바이더를 태워서 제거하고 상기 유리 세라믹 및 유리 프릿을 고체 유리 세라믹 몸체로 융합시킨다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 세라믹 분말 및 유리 프릿 물질은 이온 교환가능한 알칼리를 포함하고, 따라서 높은 압축 응력을 갖는 표면층을 달성하도록 이온 교환될 수 있어, 제품의 높은 내손상성 (damage resistance)을 결과한다.
따라서, 본 개시의 하나의 관점은 유리-세라믹 몸체 (glass-ceramic body)의 제조방법을 제공하는 데 있다. 상기 방법은: 비히클, 유리 프릿 물질, 및 유리-세라믹 분말 및 세라믹 분말 중 적어도 하나를 포함하는 슬러리를 제공하는 단계; 상기 슬러리를 그린 몸체로 형성시키는 단계; 및 상기 그린 몸체를 유리 세라믹 몸체를 형성하기 위해 소성시키는 단계를 포함한다.
본 개시의 이들 및 다른 관점들, 장점들, 및 두드러진 특색은 하기 상세한 설명, 수반되는 도면, 및 첨부된 청구항으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 유리 세라믹 몸체를 제조하는 방법에 대한 흐름도; 및
도 2는 접시-모양 유리 세라믹 제품의 두 개의 실시 예의 개략적인 단면도이다.
이하 상세한 설명에 있어서, 같은 참조 문자는 도면에 도시된 몇몇 도들을 통하여 같거나 대응하는 부분을 지목한다. 별도의 언급이 없는 한, 이것은 또한 "상부", "하부", "외부의" "내부의" 등과 같은 용어는 편리를 위한 단어이지, 제한하는 용어로서 해석되지 않는다. 부가적으로, 그룹 또는 군 (group)이 요소 및 이들의 조합의 군의 적어도 하나를 포함하는 것으로 기술되는 경우, 상기 군은 개별적으로, 또는 서로의 조합으로 인용된 이들 요소의 수로 이루어지거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 포함하는 것으로 이해된다. 유사하게, 군이 요소 또는 이들의 조합의 적어도 하나로 이루어지는 것으로 기술되는 경우, 상기 군은 개별적으로, 또는 서로의 조합으로 인용된 이들 요소의 수로 이루어지는 것으로 이해된다. 특별한 언급이 없는 한, 범위의 값이 인용된 경우, 상기 범위의 상한 및 하한 모두뿐만 아니라 이들 사이의 범위도 포함한다. 본 발명에 사용된 바와 같은, 별도의 구분없이 사용하는 어떤 물질의 "단수" 및 "복수"는, 별도의 언급이 없는 한, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다. 또한 본 명세서 및 도면들에 개시된 다양한 특색은 어느 하나 및 모든 조합으로 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
용어 "실질적으로" 및 "약"은 어떤 정량적 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 고유의 불확실성을 나타내는 것으로 여기에서 활용되는 점에 주의한다. 상기 용어들은 또한 정량적 표현이 문제된 주제의 기본적 기능에 변화를 결과하지 않고 명시된 기준으로부터 변할 수 있는 정도를 나타내는 것으로 여기에서 활용된다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "유리" 및 "유리들"은 유리들 및 유리 세라믹 모두를 포함한다. 상기 용어 "유리 제품" 및 "유리 제품들"은 유리 및/또는 유리 세라믹의 전체 또는 일부로 만들어진 어떤 사물을 포함하는 넓은 의미로 사용된다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "유리 세라믹 분말" 또는 "유리 세라믹 프릿"은 그라인딩 (grinding) 또는 기술분야에 공지된 다른 수단에 의해 미세 분말 또는 "프릿"으로 형성된 유리 세라믹을 의미한다. 용어 "유리 프릿"은 그라인딩 유리 또는 기술분야에 공지된 다른 수단에 의해 형성된 미세 유리 분말을 의미한다. 용어 "그린 몸체"는 소성되지 않는 유리 세라믹 분말 및 세라믹 분말 중 적어도 하나 및 유리 프릿을 포함하는 슬러리를 의미한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 그린 몸체는 최종 제품의 모양으로 형성될 수 있다. 용어 "유리 세라믹 몸체"는 고체, 연속성 유리 세라믹 몸체 또는 그린 몸체를 소성 후에 얻어진 모양을 의미한다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "유리 세라믹"은 유리 전구체의 적어도 일부 도처에 실질적으로 균일한 패턴으로 열적으로 성장된 적어도 하나 결정상 (crystalline phase)을 갖는 물질을 의미한다. 유리 세라믹은, Robert W. Pfitzenmaier 등에 의해, "Colored Glass-Ceramics and Method,"인 명칭으로 1996년, 2월, 13일자에 등록된, 미국 특허 제5,491,115호에 기재되고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다. 결정상에 부가하여, 유리 세라믹은 또한 비정질상 (amorphous phase)을 포함한다. 유리 세라믹 물질은 통상적으로, 유리를 형성하기 위해, 일반적으로 핵형성제 (nucleating agent)를 포함하는 원료 물질의 혼합물을 먼저 용융시키는 단계; 상기 유리로부터 제품을 형성시키는 단계; 상기 제품을 유리의 변형 온도 아래의 온도로 냉각시키는 단계, 및 적절한 처리에 의해 상기 유리 제품의 적어도 일부를 결정화시키는 단계 (또한 "세라믹화"라 한다)에 의해 생산된다. 유리 세라믹은 약 30% 내지 약 90 부피%의 결정질 물질을 포함할 수 있고, 낮거나 또는 제로 다공성, 고강도, 반투명도, 불투명도, 색소화 (pigmentation) 및 유백광 (opalescence)과 같은 다양한 특성을 보유할 수 있다. 유리 세라믹의 비-제한 실시 예들은 Li2O-Al2O-SiO2 시스템 (또한 "LAS 시스템"이라 한다), MgO-Al2O3-SiO2 시스템 (또한 "MAS 시스템"이라 한다), 및 ZnO-Al2O3-SiO2 시스템 (또한 "ZAS 시스템"이라 한다) 내의 화합물을 포함한다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 세라믹은 주 결정 또는 결정상을 갖는다; 즉, 상기 유리 세라믹은 적어도 약 30부피% (vol%)의 결정성 물질을 함유한다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 세라믹은 적어도 90 vol%의 결정성 물질을 함유한다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 세라믹은 주 또는 우세한 비정질 또는 유리상 (여기서 사용된 바와 같은, "비정질상" 및 "유리상"은 균등의 용어로 고려되고 서로 교환적으로 사용된다). 주 비정질상을 갖는 유리 세라믹은 약 30 vol% 미만의 결정성 물질을 함유한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 세라믹은 약 95 vol%까지의 비정질 물질 또는 비정질상을 포함한다.
일반적으로 도면, 특히, 도 1에 관련하여, 예시들은 특정 구현 예들을 설명하기 위한 목적을 위한 것이지, 이것이 본 개시 또는 첨부된 청구항을 제한하지 않는 것으로 의도된 것을 이해할 것이다. 도면은 스케일이 필요하지 않으며, 도면의 어떤 특색 및 어떤 도들은 명확성 및 간결성의 관점에서 개략적으로 또는 스케일적으로 확대되어 도시될 수 있다.
유리 세라믹 몸체를 제조하는 방법은 제공된다. 상기 방법 및 이의 다양한 구현 예에 포함된 다른 단계들을 나타내는 흐름도는 도 1에 나타낸다. 상기 방법 (100)은 슬러리를 제공하는 단계 및/또는 형성시키는 단계를 포함한다 (도 1에서 단계 (110)). 상기 슬러리는 유리 프릿 및 유리 세라믹 분말, 세라믹 분말, 또는 이의 조합을 포함하고, 혼합 및 블랜딩 기술을 포함하는, 기술분야의 공지의 수단에 의해 형성될 수 있다. 상기 슬러리는 상기 유리 프릿 및 유리 세라믹 분말 및/또는 세라믹 분말이 분산되는, 예를 들어, 바인더와 같은, 비히클을 더욱 포함한다.
상기 슬러리가 제공되자마자, 상기 슬러리는, 사출 성형, 소결 단조, 캐스팅, 캐스팅 및 캐스팅, 등방가압 프레싱, 또는 이의 조합과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 공지의 수단을 사용하여, 원하는 모양을 갖는 그린 몸체로 형성된다 (도 1에서 단계 (120)). 몇몇 구현 예에 있어서, 압축 또는 압력은 그린 몸체의 밀도를 증가시키고, 따라서 기공이 없는, 강한 그린 몸체를 형성시키기 위해 상기 그린 몸체의 형성 동안 적용된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 그린 몸체의 원하는 모양은 3차원 모양이다. 이러한 3차원 모양의 비-제한 실시 예들은 적어도 하나의 표면이 접시-모양, 곡면, 오목, 또는 볼록 프로파일을 갖는 제품을 포함한다. 접시-모양 제품은 곡면 부분에 의해 적어도 하나의 측면 상에 결합된 실질적으로 평탄한 부분을 가질 수 있다. 접시-모양 유리 세라믹 제품의 비-제한 실시 예들은 도 2에서 단면도로 개략적으로 나타낸다. 접시-모양 제품 (200)은, 접시-모양 프로파일 또는 외관을 제공하기 위해 곡면부 (220)에 의해 말단 (또는 선택적으로, 양 말단) 상에 결합된, 실질적으로 평탄 또는 평면부 (210)를 각각 갖는, 두 개의 주 표면 (202, 204)을 갖는다. 다른 구현 예에 있어서, 접시-모양 제품 (230)은 곡면부 (220)에 의해 말단 (또는 선택적으로, 양 말단) 상에 결합된, 실질적으로 평탄 또는 평면부 (210)를 갖는 하나의 주 표면 (234)을 오직 갖는다. 남은 주 표면 (232)은 실질적으로 평탄하거나 또는 평면이다.
형성시, 상기 그린 몸체는 그 다음 몸체로부터 비히클/바인더를 "태워 없애거나" 또는 제거하고, 상기 유리 프릿, 유리 세라믹 및/또는 세라믹을 고체 유리 세라믹 몸체로 융합하기 위해 충분히 높은 온도에서 소성되거나 또는 가열된다 (도 1에서 단계 (130)). 상기 유리 및 유리 세라믹 (또는 세라믹)이 융합되는 상기 소성 단계는 또한 상기 그린 몸체를 "세라믹화시키는 단계"로 언급될 수 있다. 상기 그린 몸체가 소성되는 실제 온도 및 조건 (예를 들어, 가열 단계의 수 및 소성이 발생하는 분위기)은 비히클/바인더, 슬러리 및 그린 몸체를 포함하는 유리 프릿, 유리 세라믹 분말, 및/또는 세라믹 분말의 성질에 의존한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 예를 들어, 상기 유리 세라믹 몸체는 약 880℃ 내지 약 1150℃ 범위의 온도에서 그린 몸체를 가열, 및 다른 구현 예에 있어서, 약 930℃ 내지 약 1050℃ 범위의 온도에서 그린 몸체를 가열하여 형성된다.
몇몇 구현 예에 있어서, 방법 (100)은 또한 유리 프릿, 유리 세라믹 분말, 및/또는 세라믹 분말 (도 1에서 단계 (105)) 중 적어도 하나를 제공하는 단계를 포함한다. 이들 물질을 제공하는 단계는 원료 물질로부터 물질 또는 물질들을 합성시키는 단계, 정제하는 단계 및 이들을 분말로 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. 이들 물질은 기술분야의 알려진 수단에 의해 형성 및/또는 분말화될 수 있다.
몇몇 구현 예에 있어서, 최종 유리 세라믹 몸체는 이온 교환가능하다. 이러한 구현 예에 있어서, 방법 (100)은 적어도 하나의 용융염 욕조에 유리 세라믹 몸체의 함침과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 기술분야에 알려진 수단을 사용하여 유리 세라믹 몸체 (도 1에서 단계 (140))를 이온 교환시키는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 단계 (140)는 단일 또는 다중 이온 교환 단계 및 각 이온 교환 전 또는 후에 부가적인 세척 및 어닐링 (annealing) 단계를 포함할 수 있다. 상기 이온 교환된 유리 세라믹 몸체는, 몇몇 구현 예에 있어서, 압축 응력 하의 층 (또한 "압축 층"이라 한다)을 가지며, 상기 층은 적어도 하나의 표면으로부터 상기 유리 세라믹 몸체의 대부분의 층의 깊이로 확장한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 층의 깊이는 상기 유리 세라믹 몸체의 전체 두께의 2% 이상이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 압축 응력은 적어도 300 MPa 및, 다른 구현 예에 있어서, 적어도 500 MPa이다. 하나의 특정 비-제한 실시 예에 있어서, 유리 세라믹 몸체는 2 mm의 전체 두께 및 40 ㎛의 층의 깊이를 갖는 압축 층 및 적어도 500 MPa의 압축 응력을 갖는다. 이러한 이온 교환은 증가된 내손상성을 갖는 유리 세라믹 몸체를 제공한다.
상기에서 기재된 LAS, MAS 및 ZAS 시스템을 포함하는, 기술분야에 알려진 어떤 유리 세라믹 조성물은, 상기 유리 세라믹 프릿 분말을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 세라믹은 불투명한 백색의 유리 세라믹이고, 여기서 우세한 결정상은 β-스포듀민 고용체 (spodumene solid solution)이고, 약 62.0 mol% 내지 약 72.0 mol% SiO2; 약 12.0 mol% 내지 약 17.0 mol% Al2O3; 약 5.0 mol% 내지 약 13.0 mol% Li2O; 0 mol% 내지 약 2.0 mol% ZnO; 0 mol% 내지 약 2.5 mol% MgO; 약 3 mol% 내지 약 6 mol% TiO2; 0 mol% 내지 약 2 mol% B2O3; 약 0.5 mol% 내지 약 5.0 mol% Na2O; 0-1 K2O mol%; 0 mol% 내지 약 1 mol% ZrO2; 0 mol% 내지 약 0.25 mol% Fe2O3; 및 약 0.05 mol% 내지 약 0.15 mol% SnO2를 포함하며, 여기서 몰 비 (Li2O + Na2O + K2O + MgO + ZnO)/(Al2O3 + B2O3)는 0.7 내지 1.5 사이이고, 몰 비 (TiO2 + SnO2)/(SiO2 + B2O3)는 0.04를 초과한다. 상기 유리 세라믹은 결정상 조립체 (crystal phase assemblage)를 가지며, 여기서 β-스포듀민 고용체는 1:1:5 - 1:1:8의 몰 비 Li2O:Al2O3:nSiO2를 갖고, 상기 결정상의 적어도 70 vol%를 포함한다. 더군다나, 상기 유리-세라믹 물질은 0.5㎛ 이상의 길이를 갖는 침상 결정 (acicular crystals)을 포함하는 작은 Ti-함유 결정상을 포함한다. 마지막으로, 상기 유리 세라믹은 불투명하고, 0.8 mm 두께에 대해 400-700 nm의 파장 범위에 걸쳐 불투명도 (opacity) ≥ 85%를 나타낸다. 상기 유리 세라믹 물질은 George H. Beall 등에 의해, "White, Opaque β-Spodumene/Rutile Glass-Ceramic Articles and Methods for Making the Same,"인 명칭으로 2012년 4월 13일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제61/623,905호에 기재되며, 이의 전체적인 내용을 여기에 참조로서 혼입된다.
다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 세라믹은 약 20 vol% 미만의 하나 이상의 산화물 결정상을 함유하고, 약 50 mol% 내지 약 76 mol% SiO2, 약 4 mol% 내지 약 25 mol% Al2O3, 약 0 mol% 내지 약 14 mol% P2O5 + B2O3, 약 0 mol% 내지 약 22 mol% R2O, 여기서 R2O는 적어도 하나 알칼리 금속 산화물이며, 및 약 0 mol% 내지 약 5 mol%의 적어도 하나 핵형성제 (nucleating agent)를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 세라믹은 색-조정이 가능하다. 상기 유리 세라믹은 Matthew J. Dejneka 등에 의해, "Glass-Ceramic(s); Associated, Colorable and/or Formable Ceramable Glass(es), and Associated Process(es),"인 명칭으로 2012년 9월 27일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제61/706,733호에 기재되며, 이의 전체적인 내용을 여기에 참조로서 혼입된다.
더 큰 강도를 제공하기 위하여, 상기 유리 세라믹 분말은 이온 교환가능한 유리 세라믹을 포함할 수 있어, 최종 세라믹화된 유리 세라믹 몸체는 높은 압축 응력 (CS)을 갖는 표면층을 형성하기 위해 이온 교환된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 세라믹 분말 또는 프릿은 알루미나, 지르코니아-강화 알루미나, 실리카, 뮬라이트, 이의 조합, 또는 이와 유사한 것과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 세라믹 물질 분말 또는 나노분말에 의해 완전하게 또는 부분적으로 대체될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 세라믹 분말은 소성 공정 동안 상기 유리 프릿과 강한 결합을 형성할 수 있는 유리-형성 세라믹을 포함한다. 그러나, 지르콘, 산화이트륨, 산화 아연, 또는 이와 유사한 것과 같은 다른 세라믹 분말은 또한 상기 유리 세라믹 몸체의 밀도, 색상, 또는 이와 유사한 것과 같은 특성을 조정하기 위해 첨가될 수 있다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 프릿은, 소듐-디실리케이트-앨바이트 (albite) 시스템에서 높은 알칼리 함량을 갖는 (특히, 높은 농도의 나트륨 및 리튬을 갖는), 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함한다. 그러나, 우수한 이온 교환 특성을 갖는 다른 조성물 (즉, 허용가능한 압축 응력 및 층의 깊이를 갖는 표면층을 달성할 수 있는 유리)는 또한 상기 유리 프릿 물질로 사용될 수 있다. 이러한 유리의 비 제한 실시 예들은 하기 특허들에 기재된 유리들을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니며: 2007년 5월 18일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제60/930,808호의 우선권을 주장하여, Adam J. Ellison 등에 의해, "Down-Drawable, Chemically Strengthened Glass for Cover Plate,"인 명칭으로 2007년 7월 27일자에 출원된, 미국특허 제7,666,511호; 2008년 11월 29일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제61/004,677호의 우선권을 주장하여, Matthew J. Dejneka 등에 의해, "Glasses Having Improved Toughness And Scratch Resistance,"인 명칭으로 2008년 11월 25일자에 출원된, 미국 특허출원 제12/277,573호; 2008년 2월 26일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제61/067,130호의 우선권을 주장하여, Sinue Gomez 등에 의해, "Fining Agents for Silicate Glasses,"인 명칭으로 2009년 2월 25일자에 출원된, 미국 특허출원 제12/392,577호; 2009년 8월 29일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제61/235,762호의 우선권을 주장하여, Matthew J. Dejneka 등에 의해, "Zircon Compatible Glasses for Down Draw,"인 명칭으로 2010년 8월 10일자에 출원된, 미국 특허출원 제12/856,840호; 미국 가 특허출원 제61/235,767호의 우선권을 주장하여, Kristen L. Barefoot 등에 의해, "Crack And Scratch Resistant Glass and Enclosures Made Therefrom,"인 명칭으로 2010년 8월 18일자에 출원된, 미국 특허출원 제12/858,490호; 2010년 11월 30일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제61/417,941호의 우선권을 주장하여, Bookbinder 등에 의해, "Ion Exchangeable Glass with Deep Compressive Layer and High Damage Threshold,"인 명칭으로 2011년 11월 28일자에 출원된, 미국 특허출원 제13/305,271호; 2011년 11월 16일자에 출원된, Timothy M. Gross의, 명칭이 "Ion Exchangeable Glass with High Crack Initiation Threshold,"인 미국 가 특허출원 제61/560,434호; 2011년 7월 1일자에 출원된, Matthew J. Dejneka 등의, 명칭이 "Ion Exchangeable Glass with High Compressive Stress,"인 미국 가 특허출원 제61/503,734호; 이들의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기에서 기재된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 리튬, 붕소, 바륨, 스트론튬, 비스무스, 안티몬, 및 비소 중 적어도 하나가 실질적으로 없다 (즉, 0 mol% 함유).
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 프릿은 낮은 액상 온도 (예를 들어 소듐-디실리케이트-앨바이트는 767℃의 액상선 (liquidus)을 갖는다)를 갖는 유리를 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 특성은 상기 그린 몸체가 낮은 온도에서 소성 및 융합되게 함에 따라, 따라서 증가된 비용 효율성 및 처리량을 제공한다.
상기 유리 세라믹 몸체의 색상 및 불투명 요구조건은 출발 슬러리에서 유리 세라믹 대 유리 프릿의 비를 결정할 수 있다. 상기 유리 세라믹 대 유리 프릿의 비는, 몇몇 구현 예에 있어서, 5 wt% 내지 90 wt% 범위이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 세라믹 분말은 낮거나 또는 음 (< 0)인 열팽창계수 (CTE)를 가지며, 따라서 상기 세라믹 프릿/유리 프릿 혼합물을 0에 가까운 CTE를 제공하고, 소성 및 냉각의 최종 단계 동안에 소성된 유리 세라믹 몸체의 변형을 최소화한다.
몇몇 구현 예에 있어서, 유리 세라믹 프릿 및 연질의 유리 프릿의 혼합물은 충분한 양의 유리상 (glass phase)을 함유하는 부분적으로 세라믹화된 유리 세라믹 프릿으로 대체될 수 있어, 상기 혼합물은, 예를 들어, 사출 성형에 의해 그린 몸체를 형성한 후에 함께 융합된다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 비히클 바인더는 말토덱스트린, 폴리비닐 알코올, 옥수수 전분, 셀룰로오스 유도체, 이의 조합, 또는 이와 유사한 것과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 유기 바인더를 포함한다. 상기 유기 바인더 양은, 몇몇 구현 예에 있어서, 상대적으로 작고, 약 5% 내지 약 30중량% 범위일 수 있어, 소성 또는 소결 동안 공극 형성을 방지하며, 치밀한 유리 세라믹 몸체의 형성을 가능하게 한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 물유리 (소듐 실리케이트)는 필요한 유기 바인더의 양을 최소화하면서 가소성 (plasticity)을 갖는 그린 몸체를 제공하기 위해 형성 단계 동안 슬러리에 첨가될 수 있다. 선택적으로, 젖은 경우 가소성 거동 (plastic behavior)을 나타내는 카올리나이트 (kaolinite), 몬모릴로나이트 (montmorillonite) 또는 다른 유사한 무기 물질은 유기 바인더의 양을 최소화하기 위하여 슬러리에 첨가될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 비히클/바인더는 UV 경화성이고, 소성/소결 전에 상기 그린 몸체의 스킨을 UV 방사선에 노출에 의해 강화시킨다.
통상적인 구현 예가 예시의 목적을 위해 서술되는 동안, 전술한 상세한 설명은 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 따라서, 다양한 변형, 채택, 및 변경은 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 당업자에게 일어날 수 있다.

Claims (21)

  1. a. 비히클, 유리 프릿 물질, 및 유리-세라믹 분말 및 세라믹 분말 중 적어도 하나를 포함하는 슬러리를 제공하는 단계;
    b. 상기 슬러리를 그린 몸체로 형성시키는 단계; 및
    c. 상기 그린 몸체를 유리 세라믹 몸체를 형성하기 위해 소성시키는 단계를 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은 유리-세라믹 분말을 제공하는 단계를 더욱 포함하고, 상기 유리 세라믹 분말을 제공하는 단계는 유리 세라믹 물질을 분말로 그라인딩 (grinding)시키는 단계를 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 유리 세라믹 분말은 Li2O-Al2O-SiO2 시스템, MgO-Al2O3-SiO2 시스템, 및 ZnO-Al2O3-SiO2 시스템 내의 적어도 하나의 화합물을 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  4. 청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 세라믹 분말은 이온 교환가능한 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  5. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 세라믹 분말은 0 미만인 열팽창계수를 갖는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 분말은 알루미나, 지르코니아 강화 알루미나, 실리카, 뮬라이트, 지르콘, 산화이트륨, 및 산화 아연 중 적어도 하나를 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유리 세라믹 분말 및 세라믹 분말은 약 0.5 내지 약 0.90 범위의 유리 프릿에 대한 비율로 슬러리에 존재하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비히클은 유기 바인더를 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 유기 바인더는 말토덱스트린, 폴리비닐 알코올, 옥수수 전분, 셀룰로오스 유도체, 또는 이의 조합을 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  11. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비히클은 슬러리의 약 5% 내지 약 30중량%를 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  12. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-세라믹 몸체는 이온 교환가능한 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  13. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그린 몸체를 형성시키는 단계는 상기 슬러리를 모양로 사출 성형, 소결 단조, 캐스팅, 및 프레싱 중 적어도 하나를 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  14. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그린 몸체를 소성시키는 단계는 약 880℃ 내지 약 1150℃ 범위의 온도에서 상기 그린 몸체를 가열시키는 단계를 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  15. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 유리 세라믹 몸체를 이온 교환시키는 단계를 더욱 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 이온 교환된 유리 세라믹 몸체는 유리 세라믹 몸체의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축 응력 하의 층을 갖는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 압축 응력은 적어도 300 MPa인 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  18. 청구항 16 또는 17에 있어서,
    상기 층의 깊이는 적어도 약 40㎛인 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  19. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 세라믹 몸체는 3차원 모양을 갖는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 3차원 모양은 곡면 부분, 오목면 부분, 볼록면 부분 중 적어도 하나를 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
  21. 청구항 19 또는 20에 있어서,
    상기 3차원 모양은 접시 모양을 포함하는 포함하는 유리-세라믹 몸체의 제조방법.
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