TWI656104B

TWI656104B - 具二矽酸鋰及貝塔鋰輝石結構的高強度玻璃陶瓷

Info

Publication number: TWI656104B
Application number: TW103130849A
Authority: TW
Inventors: 畢歐喬治哈爾西; 傅強; 摩爾麗莎安; 平克尼林達魯斯; 史密斯夏琳瑪莉
Original assignee: 美商康寧公司
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2019-04-11
Also published as: TW201512124A; JP2016529201A; KR102273284B1; KR20160048990A; CN105683109A; US20170334767A1; JP2021001116A; EP3041800A1; WO2015034860A1; JP2019081705A; CN113845309A; US20160152512A9; US10196301B2; US20150274581A1; JP2022125272A; JP6490692B2; US9701573B2; JP6778290B2

Abstract

茲描述具有二矽酸鋰與貝塔鋰輝石結晶相組合的玻璃和玻璃陶瓷組成物以及製造該玻璃和玻璃陶瓷組成物的方法。該組成物與現有的滾軋和漂浮製程相容並具有高的機械強度和耐斷裂性。另外，該組成物能夠被化學回火成為甚至更高強度的玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷在多種應用中可用來作為大的基板。

Description

具二矽酸鋰及貝塔鋰輝石結構的高強度玻璃陶瓷

【相關申請案的交叉引用】

本專利申請案根據專利法主張於2014年3月26日提出申請的美國臨時專利申請案序號第61/970566號及主張於2013年9月6日提出申請的美國臨時專利申請案序號第61/874870號的優先權權益，該申請案之內容為本案所依據且該申請案之內容以引用方式全部併入本文中。

實施例係關於玻璃及玻璃陶瓷組成物，而且特定言之係關於具有二矽酸鋰與貝塔鋰輝石結晶相之組合的玻璃陶瓷組成物，該玻璃陶瓷組成物與現有的滾軋、漂浮、及吹塑製程相容。

SiO₂-Li₂O-K₂O-ZnO-P₂O₅-Al₂O₃-ZrO₂系統的二矽酸鋰玻璃陶瓷已被開發出並被販售用作牙冠、橋、及外罩。該玻璃陶瓷的互鎖板狀晶體微結構提供高的機械強度和斷裂韌性及優異的化學耐久性。這方面的組成物在康寧公司被發明出並由Beall等人取得US 5,219,799(「‘799專利」)的專利保護。‘799專利的實例3組成物列於表1中作為組成物A。

雖然諸如組成物A的二矽酸鋰玻璃陶瓷提供了優異的機械性質，但它們的前驅物玻璃是非常流體的，而且難以適用於鑄造以外的許多成形製程。這種玻璃會具有500-750泊的液相線黏度。為了進行比較，典型的漂浮、滾軋、按壓、或吹塑成型鈉鈣玻璃、以及滾軋的貝塔石英系玻璃陶瓷(用於爐具)具有接近10,000泊的液相線黏度。在保持以二矽酸鋰作為主要相的玻璃陶瓷之良好機械性質的同時提高前驅物玻璃的黏度將是非常理想的。

此外，習知的玻璃系材料往往表現出固有的脆性或低的抗裂紋擴展性。舉例來說，固有的低斷裂韌性(例如，對於氧化物玻璃和玻璃陶瓷為0.5-1.0MPa˙m^1/2)使得氧化物玻璃對於小缺陷和瑕疵的存在敏感。作為比較的點，市售的單晶基板表現出的斷裂韌性值在從約2.4至約4.5MPa˙m^1/2的範圍中。藉由例如離子交換製程進行的化學強化可以藉由在玻璃或玻璃陶瓷中施加自表面往內一個深度(例如50-100μm)的壓縮應力層而在玻璃或玻璃陶瓷的表面提供一些抗裂紋穿透性；然而，一旦裂紋擴展穿過壓縮應力層進入玻璃或玻璃陶瓷的塊體時，則抗裂紋穿透性可能是有限的而且不再有效。玻璃系材料的機械性質改良，特別是有關耐損傷性和斷裂韌性的改良是持續的焦點。因此，提供具有改良的耐損傷性和斷裂韌性的玻璃陶瓷也將是非常理想的。

第一態樣包含一種玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷包含30-65wt%的二矽酸鋰第一結晶相，以及20-60wt%的貝塔鋰輝石第二結晶相。在一些實施例中，該玻璃陶瓷包含40-55wt%的二矽酸鋰第一結晶相，以及25-45wt%的貝塔鋰輝石第二結晶相。在一些實施例中，該玻璃陶瓷中包含少於25wt%的殘餘玻璃相。

在一些實施例中，該玻璃陶瓷具有一組成物，該組成物以wt%計包含：SiO₂：68-82%

Al₂O₃：5-12.5%

Li₂O：8-15%

Na₂O：0-5%

K₂O：0-5%

(Na₂O+K₂O)：0-5%

P₂O₅：>0-4%

ZrO₂：0-10%

TiO2：0-4%。

在一些實施例中，該玻璃陶瓷具有一組成物，該組成物以wt%計包含： SiO₂：75-80%

Al₂O₃：6-9%

Li₂O：10-13%

Na₂O：0-2.5%

K₂O：0-3%

(Na₂O+K₂O)：1-3%

P₂O₅：1-3%

ZrO₂：0-5%。

Al₂O₃：5-12.5%

Li₂O：8-15%

B₂O₃：2-12%

Na₂O：0-5%

K₂O：0-5%

(Na₂O+K₂O)：0-5%

P₂O₅：>0-4%

ZrO₂：0-10%。

在一些實施例中，該玻璃陶瓷具有一組成物，該組成物以wt%計包含：SiO₂：70-80%

Al₂O₃：6-9%

Li₂O：10-13%

B₂O₃：2.5-7.5%

Na₂O：0-2.5%

K₂O：0-3%

(Na₂O+K₂O)：1-3%

P₂O₅：1-3%

ZrO₂：0-5%。

在一些實施例中，上述玻璃陶瓷進一步包括從約2%至約12%的B₂O₃。

在一些實施例中，上述玻璃陶瓷組成物具有大於5ppm/℃的熱膨脹係數。在一些實施例中，上述玻璃陶瓷具有約2MPa˙m^1/2或更大的斷裂韌性。斷裂韌性通常是指材料對於裂紋擴展的抗性。在一些實施例中，該玻璃陶瓷具有約15kgf或更大的維氏(Vickers)壓痕裂紋萌生負荷。

在一些實施例中，上述玻璃陶瓷係由基本玻璃所形成，該基本玻璃具有大於1000P的液相線黏度。

在一些實施例中，上述玻璃陶瓷以wt%計進一步包含：TiO₂：>0-3%，以及ZrO₂：>0-4。

在一些實施例中，上述玻璃陶瓷進一步包含著色成分。該著色成分可以包含V₂O₅、Cr₂O₃、TiO₂、MnO₂、NiO、ZnO、CuO、NiO、Co₃O₄、稀土元素氧化物、及上述之組合。在一些案例中，著色成分之總wt%係從>0至約4wt%。

一個或更多個實施例的玻璃陶瓷可以表現出實質上白色的顏色或實質上黑色的顏色。在一些實施例中，該玻璃陶瓷表現出在CIELAB色彩空間座標中呈現的顏色，該顏色係使用分光光度計從鏡面反射量測所測定，並排除光源D65和鏡面反射，該顏色具有以下的範圍：a*=從約-1至約+3；b*=從約-7至約+3；以及L*>85。

第二態樣包含一種藉由形成玻璃組成物及陶瓷化該玻璃組成物來形成一個上述的玻璃陶瓷的方法。

玻璃陶瓷的實施例可以進行離子交換。在一些實施例中，玻璃陶瓷被離子交換到至少約10μm的層深。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷被離子交換到至少約20μm的層深。在其它的實施例中，玻璃陶瓷被離子交換到至少約40μm的層深。在一些實施例中，玻璃陶瓷具有從玻璃陶瓷的表面延伸到層深的壓縮應力層，並且其中該壓縮應力層是處在至少約100MPa、至少約200MPa或至少約300MPa的壓縮應力下。在其它的實施例中，玻璃陶瓷具有從玻璃陶瓷的表面延伸到層深的壓縮應力層，並且其中該壓縮應力層是處在高達約500MPa的壓縮應力之下。在其它的實施例中，玻璃陶瓷具有從玻璃陶瓷的表面延伸到層深的壓縮應力層，並且其中該壓縮應力層是處在高達約750MPa的壓縮應力之下。在一些實施例中，經離子交換的玻璃陶瓷具有至少約7kgf的維氏壓痕裂紋萌生負荷。如本文中使用的，維氏壓痕裂紋萌生負荷係指材料在某個負荷的維氏壓頭推擊下抵抗徑向裂紋萌生的能力。在仍其它的實施例中，經離子交換的玻璃陶瓷具有至少約15kgf的維氏壓痕裂紋萌生負荷。在其它的實施例中，經離子交換的玻璃陶瓷具有至少約20kgf的維氏壓痕裂紋萌生負荷。

從下面的實施方式、附圖、及所附的申請專利範圍，這些及其它的態樣、優點及顯著特徵將變得顯而易見。

第1A圖為Li₂O-Al₂O₃-SiO₂相圖。橢圓表示產出穩定的、包含二矽酸鋰和貝塔鋰輝石結晶相的玻璃和玻璃陶瓷之組成區域。三角形表示第1B圖中圖示的圖部分。

第1B圖為圖示偽三元的SiO₂-Li₂O￭SiO₂-Li₂O￭Al₂O₃￭4SiO₂的部分Li₂O-Al₂O₃-SiO₂相圖。陰影區域表示具有1150℃或更低的液相線溫度的穩定玻璃之組成區域，而且該組成區域產出包含二矽酸鋰和貝塔鋰輝石的玻璃陶瓷。

第2圖呈現組成物A(表1)、組成物MX(表3)、及代表性鈉鈣玻璃之高溫黏度曲線。圓圈表示每個玻璃的液相線溫度。

第3圖為組成物MX(表3)之微差掃描熱量法(DSC)圖形。

第4圖圖示在650℃熱處理2小時及在850℃熱處理4小時的組成物MX之X射線粉末繞射圖案。相組合係由二矽酸鋰、貝塔鋰輝石固溶體、Li₃PO₄、及少量的殘餘玻璃所組成。

第5圖圖示玻璃陶瓷組成物之掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。第5A圖為在750℃熱處理2小時及在850℃ 熱處理4小時並具有二矽酸鋰結晶相的組成物A。第5B圖為在750℃熱處理2小時及在850℃熱處理4小時並具有二矽酸鋰和貝塔鋰輝石結晶相的組成物KN(表3)。

第6A圖和第6B圖圖示經拋光和蝕刻的玻璃陶瓷表面之SEM圖像。第6A圖為在750℃熱處理2小時及在850℃熱處理4小時並具有二矽酸鋰結晶相的組成物A。第6B圖為在750℃熱處理2小時及在850℃熱處理4小時並具有二矽酸鋰和貝塔鋰輝石結晶相的組成物KN(表3)。

第7圖圖示依據實例24-29(表3)的玻璃陶瓷中結晶相之X射線繞射(XRD)光譜。

第8A-8D圖圖示依據實例24-27(表3)的玻璃陶瓷在1%的HF溶液中蝕刻1分鐘之後的SEM圖像。

第9圖圖示從實例24-33(表3)形成的選定玻璃陶瓷之¹¹硼NMR光譜。

第10圖圖示依據實例24(表3)的玻璃陶瓷之剖面在3-kgf的負荷下使用維氏壓頭壓入之後的光學顯微鏡圖像。

第11圖圖示依據實例25(表3)的玻璃陶瓷之剖面在3-kgf的負荷下使用維氏壓頭壓入之後的光學顯微鏡圖像。

第12圖圖示依據實例26(表3)的玻璃陶瓷之剖面在3-kgf的負荷下使用維氏壓頭壓入之後的光學顯微鏡圖像。

第13圖為圖示依據實例26(表3)的玻璃陶瓷及依據實例B(表3)的玻璃陶瓷在進行化學強化之後從表面的Na離子濃度分佈之電子探針微分析(EPMA)的圖。

第14圖為圖示依據實例24-26(表3)的玻璃陶瓷在進行化學強化之後的維氏壓痕裂紋萌生臨界值之圖。

第15A-15F圖圖示在依據實例24-26(表3)、進行化學強化之後的玻璃陶瓷上使用維氏壓頭，在各種負荷之下的壓痕之光學顯微鏡圖像。

在下面的實施方式中，可以提出許多的具體細節，以對本文中描述的實施例提供全面的瞭解。然而，精熟本技藝者將明瞭何時可在沒有這些具體細節中的一些或全部之下實施實施例。在其它的實例中，眾所周知的特徵或製程可以不作詳細的描述，以免不必要地混淆本發明。此外，相似或相同的元件符號可被用來標識共同的或類似的元件。此外，除非另有定義，否則本文中使用的所有技術和科學術語皆具有與本發明所屬技術領域中具有通常知識者一般瞭解的相同的含義。在衝突的情況下，以本說明書(包括本文中的定義)為準。

儘管其它的方法和材料可被用於實施或測試實施例，但本文中僅描述某些適當的方法和材料。

所揭示的是可被用於揭示的方法和組成物、可與揭示的方法和組成物結合使用、可被用於準備揭示的方法和組成物、或者是揭示的方法和組成物之實施例的材料、化合物、組成物及成分。這些和其它的材料在本文中被揭示出，而且應當瞭解的是，當這些材料的組合、子集、相互作用、群組等被揭示出時，雖然這些化合物的每個不同的個別和集體組合及變更之具體引述可能沒有被明確地揭示出，但每個都是本文中具體構思和描述的。

因此，假使一類的取代基A、B及C以及一類的取代基D、E及F被揭示出，並且組合實施例的實例AD被揭示出，則每個皆是被個別和集體構思的。因此，在此實例中，組合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E及C-F中的每個都是被具體構思的，而且應被視為從A、B、及/或C；D、E、及/或F；以及實例組合A-D的揭示中被揭示出。同樣地，該等組合的任何子集或組合也被具體構思和揭示出。因此，舉例來說，A-E、B-F、及C-E的子群組是被具體構思的，並應被視為從A、B、及/或C；D、E、及/或F；以及實例組合A-D的揭示中被揭示出。這個概念適用於本揭示的所有態樣，包括但不限於組成物的任何成分以及製造和使用所揭示組成物的方法中的步驟。更具體來說，本文中給出的實例組成範圍被視為說明書的一部分，而且被進一步視為用以提供實例數值範圍的端點，在各方面都等同於該等實例數值端點被具體納入內文中，而且所有的組合都被具體構思和揭示。此外，假使有各式各樣可被執行的額外步驟，則應當瞭解的是，這些額外步驟中的每個步驟皆可與揭示方法的任何特定實施例或實施例的組合一起進行，而且每個這樣的組合被具體構思並且應被視為已揭示。

此外，當本文中敘述包含上限和下限值的數值範圍時，除非在特定情況下另有說明，否則該範圍意圖包括該範圍的端點以及該範圍內的所有整數和分數。當定義一個範圍時，並無意圖將本發明的範圍限制於列舉的具體數值。此外，當數量、濃度或其它值或參數被以範圍、一個或更多個較佳的範圍、或較佳上限值和較佳下限值的列表給出時，這應被理解為具體揭示了由任意範圍上限或較佳值與任意範圍下限或較佳值的任意配對形成的所有範圍，不管這種配對是否被個別揭示。最後，當使用術語「約」來描述一個值或一個範圍的端點時，本揭示應被理解為包括提及的具體值或端點。

本文中使用的術語「約」意指數量、尺寸、配方、參數、以及其它的量，而且首數不是也不需要是精確的，但可以視需要為近似的及/或更大的或更小的，以反映公差、轉換因子、四捨五入、量測誤差及類似者、以及精熟本技藝者習知的其它因素。一般來說，數量、尺寸、配方、參數或者其它的量或首數為「大約的」或「近似的」，無論是否被明確陳述為如此。

本文中使用的術語「或」為包含性的；更具體來說，片語「A或B」意指「A、B、或A和B兩者」。排除性的「或」在本文中藉由諸如「不是A就是B」及「A或B中之一者」等術語來表明。

不定冠詞「一」被用來描述發明的元件和成分。這些冠詞的使用意味著存在這些元件或成分中之一者或至少一者。雖然這些冠詞慣例上被用來表示所修飾的名詞是單數的名詞，但如本文中所使用的，冠詞「一」也包括複數，除非在特定情況下另有說明。類似地，本文中使用的定冠詞「該」也表示所修飾的名詞可以是單數或複數，再次地除非在特定情況下另有說明。

為了描述實施例的目的，應注意的是，本文中提及一變數為一參數或另一變數的「函數」並非意圖表示該變數僅排除性地為所列參數或變數的函數。相反地，本文中提及一變數為所列參數的「函數」意圖為開放式的，使得該變數可以是單個參數或複數個參數的函數。

應注意的是，術語像是「較佳地」、「一般地」及「典型地」當被用於本文中時並不被用於限制發明要求保護的範圍或是暗示某些特徵對於所要求保護的發明之結構或功能是關鍵的、必要的、或甚至是重要的。相反地，這些術語僅意圖區別本揭示之實施例的特定態樣或強調可能會或可能不會被用於本揭示之特定實施例的替代或附加特徵。

應注意的是，一個或更多個請求項可以使用術語「其中」作為轉折詞。為了界定本發明的目的，應注意的是，此術語是作為開放性的轉折詞被引入請求項中，並被用來引入一連串結構特徵的敘述，而且應被以類似於較常使用的開放性前文術語「包含」的方式解釋。

由於用以生產本發明的玻璃或玻璃陶瓷組成物的原料及/或設備，某些並非有意添加的雜質或成分會存在於最終的玻璃或玻璃陶瓷組成物中。這樣的材料以較少的量存在於玻璃或玻璃陶瓷組成物中，並在本文中被稱為「不定物質」。

如本文中使用的，具有0wt%的某一化合物的玻璃或玻璃陶瓷組成物被定義為表示該化合物、分子或元素未被故意添加到該組成物中，但該組成物仍可以包含該化合物，典型上是以不定的量或微量包含。類似地，「不含鐵」、「不含鈉」、「不含鋰」、「不含鋯」、「不含鹼土金屬」、「不含重金屬」或類似者被定義為表示該化合物、分子或元素未被故意添加到該組成物中，但該組成物仍可以包含鐵、鈉、鋰、鋯、鹼土金屬、或重金屬等，但是以約略不定的量或微量包含。

除非另有明確說明，否則本文中敘述的所有組分之濃度皆以重量百分比(wt%)表示。

玻璃和玻璃陶瓷

如前面所提到的，獲得具有二矽酸鋰玻璃陶瓷的機械性能、但可使用傳統的玻璃成形技術(例如滾軋、模塑及漂浮製程)輕易成形的玻璃陶瓷組成物是非常理想的。本文所述的組成物的一個優點是，添加鋰鋁矽酸鹽成分到玻璃中(此舉增加整體的氧化鋁成分並減少氧化鋰)為前驅物玻璃和最終的玻璃陶瓷性質兩者提供了重要的效益。出乎意料的改良性質包括：1)玻璃保持低的熔化溫度(低於1500℃)，但仍提供較高的液相線黏度(>2000泊)及與現有的滾軋、模塑及漂浮製程相容的長工作範圍；2)廉價的鋰輝石可被用作批料，從而降低所需的昂貴碳酸鋰之量；3)二矽酸鋰被保留作為主要結晶相，從而提供玻璃陶瓷固有的高機械強度和斷裂韌性；以及4)貝塔鋰輝石固溶體(下文簡稱為貝塔鋰輝石)被加入作為第二主要結晶相，此舉降低了玻璃陶瓷的塊體熱膨脹，從而提高了玻璃陶瓷的耐熱衝擊性，而且玻璃陶瓷也可以為了額外的機械強度而進行離子交換。此外，該材料可被陶瓷化成為具有最少形變的形狀、立即被加工成精確的形狀、被切割、被鑽孔、被去角、被鑽螺孔、被使用現有的陶瓷加工工具拋光成具有高光澤、甚至取決於組成和熱處理表現出各種半透明度。由於尚未十分瞭解的原因，當被以聲波頻率機械驅動時，這個家族的玻璃陶瓷也表現出產生優異的聲音重現的能力。這些性質使得該玻璃陶瓷可用於數量廣泛的應用，例如檯面和其它的表面、手持式、桌上型、及壁掛式消費電子裝置的覆蓋物、器具的門和外牆、地磚、壁板、天花板貼磚、白板、材料儲存容器(凹型器皿)例如飲料瓶、食品銷售和儲存容器、要求重量輕、良好耐磨性及精確尺寸的機械零件、以及諸如音響揚聲器的聲音元件。由於玻璃陶瓷的較低黏度，可以使用各種的方法將玻璃陶瓷成形為三維的物件。

二矽酸鋰Li₂Si₂O₅是以{Si₂O₅}四面體陣列波紋片為基礎的斜方晶體。該晶體的形狀通常是具有顯著解理面的片狀或板條狀。由於方向隨機的互鎖晶體之微結構(一種迫使裂紋經由圍繞這些晶體的曲折路徑擴展通過材料的晶體結構)，以二矽酸鋰為基礎的玻璃陶瓷提供了高度理想的機械性質，包括高的主體強度和斷裂韌性。

有兩大家族的二矽酸鋰玻璃陶瓷。第一族包含那些摻雜氧化鈰和諸如銀的貴金屬者。第一族的這些可以經由UV光被感光性地成核，並於隨後進行熱處理以產生強固的玻璃陶瓷，例如Fotoceram^®。第二家族的二矽酸鋰玻璃陶瓷藉由加入P₂O₅來成核，其中成核相為Li₃PO₄。P₂O₅成核的二矽酸鋰玻璃陶瓷已被開發用於各種應用，例如高溫密封材料、用於電腦硬碟的磁碟、透明盔甲、以及牙科用途。

貝塔鋰輝石，也稱為釀正方矽石，具有形成互連環的共角連接SiO₄和AlO₄四面體之框架結構，從而形成含有Li離子的通道。雖然貝塔鋰輝石的分子式時常被寫為LiAlSi₂O₆，但此晶體可以提供趨向二氧化矽的寬範圍固溶體，包含n從4至9或從少於60wt%至約80wt% SiO₂的Li₂O￭Al₂O₃￭nSiO₂。貝塔鋰輝石晶體具有非常低的熱膨脹，因為隨著溫度升高，貝塔鋰輝石晶體在c軸方向膨脹，而在a和b軸方向收縮。結果，以貝塔鋰輝石固溶體為基礎的玻璃陶瓷技術上可用於需要良好的耐熱衝擊性的應用，例如炊具。此外，以貝塔鋰輝石相為基礎的玻璃陶瓷物件可以在鹽浴中進行化學強化，在該化學強化期間Na⁺(及/或K⁺)取代貝塔鋰輝石結構中的Li⁺，從而導致表面壓縮和強化。

本文所述的玻璃和玻璃陶瓷可以被一般地描述為含鋰的鋁矽酸鹽玻璃或玻璃陶瓷，並包含SiO₂、Al₂O₃、及Li₂O。將Li₂O-Al₂O₃-SiO₂的三相圖圖示在第1A圖中。橢圓大致圖示出本揭示中體現的玻璃組成物之區域，該區域產出穩定的、包含二矽酸鋰和貝塔鋰輝石結晶相的玻璃和玻璃陶瓷。將第1A圖中的三角形放大成第1B圖並圖示偽三元的SiO₂-Li₂O￭SiO₂-Li₂O￭Al₂O₃￭4SiO₂。陰影區域表示具有1150℃或更低的液相線溫度的穩定玻璃之一個組成區域，該組成區域產出包含二矽酸鋰和貝塔鋰輝石結晶相的玻璃陶瓷。除了SiO₂、Al₂O₃、及Li₂Om之外，本文中體現的玻璃和玻璃陶瓷可以進一步含有鹼金屬鹽，例如Na₂O、K₂O、Rb₂O或Cs₂O 以及P₂O₅和ZrO₂及數種如下所述的其它成分。在一個或更多個實施例中，該主要結晶相包括二矽酸鋰和貝塔鋰輝石，但貝塔石英固溶體和磷酸鋰也可以作為次要相存在，取決於前驅物玻璃的組成。

SiO₂(一種牽涉到玻璃形成的氧化物)可以發揮穩定玻璃和玻璃陶瓷之網絡結構的功能。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物包含從68wt%至約82wt%的SiO₂。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物包含從75wt%至約80wt%的SiO₂。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含從約68wt%至約82wt%、約68wt%至約80wt%、約68wt%至約77wt%、約68wt%至約75wt%、約68wt%至約73wt%、69wt%至約82wt%、約69wt%至約80wt%、約69wt%至約77wt%、約69wt%至約75wt%、約69wt%至約73wt%、約70wt%至約82wt%、約70wt%至約80wt%、約70wt%至約77wt%、約70wt%至約75wt%、約70wt%至約73wt%、約73wt%至約82wt%、約73wt%至約80wt%、約73wt%至約77wt%、約73wt%至約75wt%、約75wt%至約82wt%、約75wt%至約80wt%、約75wt%至約77wt%、約77wt%至約82wt%、約77wt%至約80wt%、或約80wt%至約82wt%的SiO₂。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物包含約68wt%、69wt%、70wt%、71wt%、72wt%、73wt%、74wt%、75wt%、76wt%、77wt%、78wt%、79wt%、80wt%、81wt%、或82wt%的SiO₂。

至於黏度和機械性能，黏度和機械性能是受玻璃組成所影響。在玻璃和玻璃陶瓷中，SiO₂適用於作為前驅物玻璃的主要玻璃成形氧化物，而且可以發揮穩定玻璃和玻璃陶瓷之網絡結構的功能。SiO₂的濃度應該足夠高，以在前驅物玻璃被熱處理而轉化成玻璃陶瓷時形成二矽酸鋰和貝塔鋰輝石晶相。可以限制SiO₂的量，以控制熔化溫度(200泊的溫度)，因為純SiO₂或高SiO₂玻璃的熔化溫度會不期望地高。

Al₂O₃也可以提供網絡穩定性，而且是貝塔鋰輝石晶相中的基本組分。然而，假使Al₂O₃的量太高，則二矽酸鋰晶體的分率可能會減少，有可能到互鎖結構無法形成的程度。可以修改Al₂O₃的量來控制黏度。此外，假使Al₂O₃的量太高，則熔化物的黏度通常也會增加。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含從約5wt%至約12.5wt%的Al₂O₃。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含從約6wt%至約9wt%的Al₂O₃。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含從約5wt%至約12.5wt%、約5wt%至約10wt%、約5wt%至約9wt%、約5wt%至約8wt%、約6wt%至約12.5wt%、約6wt%至約10wt%、約6wt%至約9wt%、約6wt%至約8wt%、約8wt%至約12.5wt%、約8wt%至約10wt%、約8wt%至約9wt%、約9wt%至約12.5wt%、約9wt%至約10wt%、或約10wt%至約12.5wt%的Al₂O₃。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含約5wt%、5.5wt%、6wt%、6.5wt%、7wt%、8wt%、9wt%、9.5wt%、10wt%、10.5wt%、11wt%、11.5wt%、12wt%、或12.5wt%的Al₂O₃。

在本文的玻璃和玻璃陶瓷中，通常發現的是，Li₂O 有利於形成二矽酸鋰和貝塔鋰輝石晶相兩者。事實上，為了獲得二矽酸鋰和貝塔鋰輝石作為主要晶相，理想的是在組成物中具有至少約8wt%的Li₂O。此外，已經發現的是，一旦Li₂O變得過多(多於約15wt%)，則組成物會變得非常流體且具有低的電阻率，使得該組成物難以熔化或成形。在一些體現的組成物中，玻璃或玻璃陶瓷可以包含從約8wt%至約15wt%的Li₂O。在其它的實施例中，玻璃或玻璃陶瓷可以包含從約10wt%至約13wt%的Li₂O。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含從約8wt%至約15wt%、約8wt%至約14wt%、約8wt%至約13wt%、約8wt%至約12wt%、約8wt%至約11wt%、約9wt%至約15wt%、約9wt%至約14wt%、約9wt%至約13wt%、約9wt%至約12wt%、約9wt%至約11wt%、約9wt%至約10wt%、約10wt%至約15wt%、約10wt%至約14wt%、約10wt%至約13wt%、約10wt%至約12wt%、或約10wt%至約11wt%的Li₂O。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含約8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、或15wt%的Li₂O。

如上所述，Li₂O通常可用於形成具有形體的玻璃陶瓷，但其它的鹼金屬氧化物傾向於減少玻璃陶瓷形成並在玻璃陶瓷中形成鋁矽酸鹽殘餘玻璃。已經發現的是，超過約5wt%的Na₂O或K₂O、或上述之組合導致不期望量的殘餘玻璃形成，該殘餘玻璃會導致結晶期間發生形變及從機械特性觀點來看的不理想微結構。因此，一般來說，本文所述的組成物具有非常少量的非鋰鹼金屬氧化物。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含從約0wt%至約5wt%的R₂O，其中R為鹼金屬陽離子Na和K中之一者或更多者。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含從約1wt%至約3wt%的R₂O，其中R為鹼金屬陽離子Na和K中之一者或更多者。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含從0wt%至約5wt%、0wt%至4wt%、0wt%至3wt%、0wt%至約2wt%、0wt%至約1wt%、>0wt%至約5wt%、>0wt%至約4wt%、>0wt%至約3wt%、>0wt%至約2wt%、>0wt%至約1wt%、約1wt%至約5wt%、約1wt%至約4wt%、約1wt%至約3wt%、約1wt%至約2wt%、約2wt%至約5wt%、約2wt%至約4wt%、約2wt%至約3wt%、約3wt%至約5wt%、約3wt%至約4wt%、或約4wt%至約5wt%的Na₂O或K₂O、或上述之組合。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含約0wt%、>0wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、或5wt%的R₂O。

在一些實施例中，玻璃組成物可以包含從約8wt%至約25wt%的M₂O，其中M為Li及選擇性的鹼金屬陽離子Na、K、Rb、及Cs中之一者或更多者。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含從約9至約16wt%的M₂O，其中M為Li及選擇性的鹼金屬陽離子Na、K、Rb、及Cs中之一者或更多者。在一些實施例中，M₂O可以只包含微量的Na₂O或K₂O。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含從約8wt%至約25wt%、約8wt%至約20wt%、約8wt%至約17wt%、約8wt%至約13wt%、約8wt%至約10wt%、約 10wt%至約25wt%、約10wt%至約20wt%、約10wt%至約16wt%、約10wt%至約13wt%、約13wt%至約25wt%、約13wt%至約20wt%、約13wt%至約16wt%、約16wt%至約25wt%、約16wt%至約20wt%、或約20wt%至約25wt%的M2O。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含約8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、15wt%、16wt%、17wt%、18wt%、19wt%、20wt%、21wt%、22wt%、23wt%、24wt%、或25wt%的M₂O。

玻璃和玻璃陶瓷組成物包含P₂O₅。P₂O₅可以充當成核劑，以產生塊體的成核。假使P₂O₅的濃度太低，則前驅物玻璃不會結晶，但僅在較高的溫度下(由於較低的黏度)從表面往內部結晶，從而產出脆弱的和時常變形的主體；然而，假使P₂O₅的濃度太高，則在前驅物玻璃成形期間的冷卻中使玻璃不透明的結晶會難以控制。實施例可以包含從>0wt%至約5wt%的P₂O₅。其它的實施例可以包含約0.5wt%至約4wt%的P₂O₅。還有其它的實施例可以包含約1wt%至約3wt%或約1.5wt%至約2.5wt%的P₂O₅。體現的組成物可以包含從0wt%至約5wt%、0wt%至4wt%、0wt%至3wt%、0wt%至約2wt%、0wt%至約1wt%、>0wt%至約5wt%、>0wt%至約4wt%、>0wt%至約3wt%、>0wt%至約2wt%、>0wt%至約1wt%、約0.5wt%至約5wt%、約0.5wt%至約4wt%、約0.5wt%至約3wt%、約0.5wt%至約2wt%、約0.5wt%至約1wt%、約1wt%至約5wt%、約1wt%至約4wt%、約1wt%至約3wt%、約1wt%至約2wt%、約2wt%至約5wt%、約2wt% 至約4wt%、約2wt%至約3wt%、約3wt%至約5wt%、約3wt%至約4wt%、或約4wt%至約5wt%的P₂O₅。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含約0wt%、>0wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、或5wt%的P₂O₅。

本文中體現的玻璃或玻璃陶瓷可以包含0wt%至10wt%的ZrO₂。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含從0wt%至約10wt%的ZrO₂。在一些實施例中，玻璃組成物可以包含約從0wt%至約5wt%的ZrO₂。在一些實施例中，玻璃組成物可以包含從>0wt%至約5wt%的ZrO₂。在一些實施例中，玻璃組成物可以包含從0wt%至約10wt%、0wt%至約8wt%、0wt%至約6wt%、0wt%至約5wt%、0wt%至3wt%、0wt%至約1wt%、>0wt%至約10wt%、>0wt%至約8wt%、>0wt%至約6wt%、>0wt%至約5wt%、>0wt%至3wt%、>0wt%至約1wt%、1wt%至約10wt%、約1wt%至約8wt%、約1wt%至約6wt%、約1wt%至約5wt%、約1wt%至3wt%、約1wt%至2wt%、約2wt%至約10wt%、約2wt%至約8wt%、約2wt%至約6wt%、約2wt%至約5wt%、約2wt%至3wt%、約3wt%至約10wt%、約3wt%至約8wt%、約3wt%至約6wt%、約3wt%至約5wt%、約5wt%至約10wt%、約5wt%至約8wt%、約5wt%至約6wt%、約6wt%至約10wt%、約6wt%至約8wt%、或約8wt%至約10wt%的ZrO₂。在一些實施例中，玻璃組成物可以包含約0wt%、>0wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、或10wt%的ZrO₂。

B₂O₃有助於提供具有低熔化溫度的前驅物玻璃。例如，為了實現低於1600℃的玻璃熔化溫度，玻璃可以包括至少約2.5Wt%的B₂O₃。此外，在前驅物玻璃中添加B₂O₃並因此在玻璃陶瓷中添加B₂O₃有助於實現互鎖的晶體微結構，並改良玻璃陶瓷的耐損傷性。當殘餘玻璃中的硼未被鹼金屬氧化物或二價陽離子氧化物電荷平衡時，該硼將處於三方配位的狀態(或三配位的硼)(例如參見第3圖)，該三方配位的硼打開了玻璃和玻璃陶瓷的結構。圍繞這些三配位硼的網絡不如四面體配位的(或四配位的)硼堅固。不受理論所束縛，據信包括三配位硼的前驅物玻璃和玻璃陶瓷可以在裂紋形成之前容忍一定程度的形變。藉由容忍一些形變，維氏(Vickers)壓痕裂紋萌生值提高了。包括三配位硼的前驅物玻璃和玻璃陶瓷之斷裂韌性也可能增加。不受理論所束縛，據信玻璃陶瓷(和前驅物玻璃)的殘餘玻璃中存在硼降低了殘餘玻璃(或前驅物玻璃)的黏度，從而促進二矽酸鋰晶體的生長，尤其是促進具有高縱橫比的大晶體的生長。據信，較大量的三配位硼(與四配位的硼相比)將產生表現出較大維氏壓痕裂紋萌生負荷的玻璃陶瓷。在一些實施例中，三配位硼的量(作為總B₂O₃的百分比)可以為約40%或更高、50%或更高、75%或更高、約85%或更高、或甚至約95%或更高。一般應控制硼的量，以保持陶瓷化塊體玻璃陶瓷的化學耐受性和機械強度。

在一個或更多個實施例中，本文中的玻璃和玻璃陶瓷可以包含從0wt%至約12wt%、從約2wt%至約12wt%或從約2.5wt%至約7.5wt%的B₂O₃。在一些實施例中，玻璃或玻璃組成物可以包含從0wt%至約12wt%、0wt%至約11wt%、0wt%至約10wt%、0wt%至約9wt%、0wt%至約8wt%、0wt%至約7wt%、0wt%至約6wt%、0wt%至約5wt%、0wt%至約4wt%、0wt%至約3wt%、>0wt%至約12wt%、>0wt%至約10wt%、>0wt%至約8wt%、>0wt%至約6wt%、>0wt%至約5wt%、約1wt%至約12wt%、約1wt%至約10wt%、約1wt%至約8wt%、約1wt%至約6wt%、約1wt%至約5wt%、約2wt%至約12wt%、約2wt%至約10wt%、約2wt%至約8wt%、約2.5wt%至約12wt%、約2.5wt%至約10wt%、約2.5wt%至約8wt%、約2.5wt%至約6wt%、約5wt%至約7.5wt%、約3wt%至約6wt%、約3wt%至約5wt%、約4wt%至約5wt%、約5wt%至約8wt%、約5wt%至約7.5wt%、約5wt%至約6wt%、或約5wt%至約5.5wt%的B₂O₃。在一些實施例中，玻璃組成物可以包含約0wt%、>0wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%或12wt%的B₂O₃。

本文所述的玻璃和玻璃陶瓷組成物往往具有有限的鹼土金屬氧化物MgO、CaO、SrO、及BaO，因為這些成分，特別是CaO、SrO及BaO很可能會進入殘餘玻璃相或者促成替代的、不想要的結晶相。MgO可以進入貝塔鋰輝石結晶相中，所以比較不可能有其它的鹼土金屬氧化物的不良問題。組成物可以包含一種或更多種鹼土金屬氧化物MgO、CaO、SrO、及BaO。一些實施例可以包含量從0wt%至約15wt%的一種或更多種鹼土金屬氧化物MgO、CaO、SrO、及BaO。其它的實施例可以包含從約0wt%至約8wt%的一種或更多種鹼土金屬氧化物MgO、CaO、SrO、及BaO。在一些存在鹼土金屬氧化物的實例中，該鹼土金屬氧化物是MgO。在存在超過一種鹼土金屬氧化物的其它實例中，該鹼土金屬氧化物主要是MgO。本文中體現的玻璃和玻璃陶瓷組成物可以包含從0wt%至約15wt%、0wt%至約10wt%、0wt%至約8wt%、0wt%至約5wt%、0wt%至約3wt%、>0wt%至約15wt%、>0wt%至約10wt%、>0wt%至約8wt%、>0wt%至約5wt%、>0wt%至約3wt%、>0wt%至約1wt%、約1wt%至約15wt%、約1wt%至約10wt%、約1wt%至約8wt%、約1wt%至約5wt%、約1wt%至約3wt%、約3wt%至約15wt%、約3wt%至約10wt%，約3wt%至約8wt%、約3wt%至約5wt%、約5wt%至約15wt%、約5wt%至約10wt%、約5wt%至約8wt%、約8wt%至約15wt%、約8wt%至約8wt%、或約10wt%至約15wt% R'O的一種或更多種鹼土金屬氧化物MgO、CaO、SrO、及BaO。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷包含量為0wt%、>0wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、或15wt%的一種或更多種鹼土金屬氧化物MgO、CaO、SrO、及BaO。

本文所定義的R'O包含MgO、CaO、SrO、及BaO的wt%。在一些實施例中，玻璃組成物可以包含從0wt%至約15wt%的R'O。在一些實施例中，玻璃組成物可以包含從約0 wt%至約8wt%的R'O。本文所體現的玻璃和玻璃陶瓷組成物可以包含從0wt%至約15wt%、0wt%至約10wt%、0wt%至約8wt%、0wt%至約5wt%、0wt%至約3wt%、>0wt%至約15wt%、>0wt%至約10wt%、>0wt%至約8wt%、>0wt%至約5wt%、>0wt%至約3wt%、>0wt%至約1wt%、約1wt%至約15wt%、約1wt%至約10wt%、約1wt%至約8wt%、約1wt%至約5wt%、約1wt%至約3wt%、約3wt%至約15wt%、約3wt%至約10wt%、約3wt%至約8wt%、約3wt%至約5wt%、約5wt%至約15wt%、約5wt%至約10wt%、約5wt%至約8wt%、約8wt%至約15wt%、約8wt%至約8wt%、或約10wt%至約15wt%的R'O。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷組成物可以包含約0wt%、>0wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、或15wt%的R'O。

在一些實施例中，玻璃和玻璃陶瓷組成物可以包含另外的成分如著色劑。在一些實施例中，玻璃或玻璃陶瓷包含從0wt%至約4wt%、0wt%至約3wt%、0wt%至約2wt%、0wt%至約1wt%、0wt%至0.5wt%、>0wt%至約4wt%、>0wt%至約3wt%、>0wt%至約2wt%、>0wt%至約1wt%、>0wt%至0.5wt%、約0.5wt%至約4wt%、約0.5wt%至約3wt%、約0.5wt%至約2wt%、約0.5wt%至約1wt%、約1wt%至約4wt%、約1wt%至約3wt%、約1wt%至約2wt%、約2wt%至約4wt%、約2wt%至約3wt%、或約3wt%至約4wt% 著色劑。著色劑可以包括、但不限於FeO、Fe₂O₃、SnO、SnO₂、V₂O₅、Cr₂O₃、TiO₂、MnO₂、NiO、ZnO、CuO、NiO、Co₃O₄及上述之組合。例如，表2顯示玻璃和玻璃陶瓷中著色劑的實例及拋光後的表面產生的顏色。所使用的組成物是KY(表3)，其中玻璃陶瓷在650℃下陶瓷化2小時及在825℃下陶瓷化4小時。

在一些實施例中，前驅物玻璃和玻璃陶瓷可以包括一種或更多種著色劑，以提供所需的顏色及/或不透明度。在一些實施例中，可以添加TiO₂，以提供玻璃陶瓷緻密的白色或乳白色及特定的不透明度。TiO₂的量可以多達約4wt%(例如0.1-4wt%、0.5-4wt%、1-4wt%、2-4wt%、或3-4wt%)。當使用TiO₂時，所產生的玻璃陶瓷也可以包括少量的金紅石晶相。在一些實施例中，以所述量存在的TiO₂可以產出更不透明的玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷將表現出與不包括任何TiO₂或包括的TiO₂量落在本文敘述的範圍之外的玻璃陶瓷不同的白色。在其它的實施例中，可以包括Nio、Co₃O₄、及/或Fe₂O₃，以提供玻璃陶瓷黑色的顏色及可能的特定不透明度。NiO、Co₃O₄、及/或Fe₂O₃的加總存在量可以多達約3wt%(例如0.1-3wt%、0.5-3wt%、1-3wt%、1.5-3wt%、或2-3wt%)。當使用這樣的著色劑來提供黑色的顏色時，這樣的試劑通常是存在於所產生的玻璃陶瓷之玻璃相中，但Fe₂O₃例外，Fe₂O₃可能存在於貝塔鋰輝石相中。

在一些實施例中，玻璃陶瓷在0.8mm的厚度對於範圍從約380nm至約780nm的波長表現出不透明性和85%的平均不透明度%。在一些情況下，玻璃陶瓷在0.8mm的厚度對於範圍從約380nm至約780nm的波長可以表現出約100%的平均不透明度%。在一個或更多個實施例中，0.8mm的厚度對於範圍在380nm至約780nm間的波長，該平均不透明度為86%或更高、87%或更高、88%或更高、89%或更高、大於約90%、大於約91%、大於約92%、大於約93%、大於約94%、大於約95%、大於約96%、大於約97%、大於約98%、大於約99%、或甚至100%。

在一個或更多個實施例中，玻璃陶瓷可以表現出白色的顏色或可以被特徵化為實質上白色的。本文中使用的術語「實質上白色的」意指該玻璃陶瓷具有在CIELAB色彩空間座標中呈現的顏色，該顏色係使用分光光度計從鏡面反射量測所測定，並排除光源D65和鏡面反射，包括範圍從約-2至約8的CIE a*；範圍從約-7至約30的CIE b*；以及範圍從約85至約100的CIE L*。此外，即使當用以形成玻璃陶瓷的處理條件改變時，玻璃陶瓷仍表現出實質上的白色。例如，即使當熱處理溫度的變化多達100℃時，玻璃陶瓷仍表現出實質上的白色。在一個變型中，當熱處理溫度的變化超過5℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、及95℃時，玻璃陶瓷表現出實質上白色的顏色。

在一個或更多個實施例中，玻璃陶瓷表現出實質上黑色的顏色。本文中使用的術語「實質上黑色的」意指該玻璃陶瓷具有在CIELAB色彩空間座標中呈現的顏色，該顏色係使用分光光度計從鏡面反射量測所測定，並排除光源D65和鏡面反射，包括範圍從約-1.0至約1.5(例如從約-0.2至約1.0)的CIE a*；範圍從約-3.5至約1.5(例如從約-2.5至約1.0)的CIE b*；以及範圍從約0至約18(例如從約0至約16或從約0至約14)的CIE L*。此外，即使當用以形成玻璃陶瓷的處理條件改變時，玻璃陶瓷仍表現出實質上黑色的顏色。例如，即使當熱處理溫度的變化多達100℃時，玻璃陶瓷仍表現出實質上黑色的顏色。在一個變型中，當熱處理溫度的變化超過5℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、及95℃時，玻璃陶瓷表現出實質上黑色的顏色。

由於用以生產本發明的玻璃或玻璃陶瓷組成物的原料及/或設備，某些並非有意添加的雜質或成分會存在於最終的玻璃或玻璃陶瓷組成物中。這樣的材料以少量存在於玻璃或玻璃陶瓷組成物中，並在本文中被稱為「不定物質」。

如本文中使用的，具有0wt%的某一化合物的玻璃或玻璃陶瓷組成物被定義為表示該化合物、分子或元素未被故意添加到該組成物中，但該組成物仍可以包含該化合物，通常是包含不定量或微量的該化合物。類似地，「不含鐵」、「不含鈉」、「不含鋰」、「不含鋯」、「不含鹼土金屬」、「不含重金屬」或類似者被定義為表示該化合物、分子或元素未被故意添加到該組成物中，但該組成物仍可包含鐵、鈉、鋰、鋯、鹼土金屬、或重金屬等，但是包含約略不定的量或微量。可以在本文體現的玻璃或玻璃陶瓷中找到的不定化合物包括、但不限於Na₂O、TiO₂、MnO、ZnO、Nb₂O₅、MoO₃、Ta₂O₅、WO₃、ZrO₂、Y₂O₃、La₂O₃、HfO₂、CdO、SnO₂、Fe₂O₃、CeO₂、As₂O₃、Sb₂O₃、諸如硫酸鹽的硫類化合物、鹵素、或上述之組合。

或者，或除了著色劑之外，可以將抗微生物成分添加到玻璃或玻璃陶瓷組成物中。這是特別有利的，因為本文中體現的玻璃陶瓷可被用於諸如可能曝露於有害細菌的廚房或餐廳檯面的應用。可被添加到玻璃或玻璃陶瓷的抗微生物成分包括、但不限於Ag、AgO、Cu、CuO、Cu₂O及類似者。在一些實施例中，抗微生物成分的濃度被保持在約3wt%、2wt%、1wt%、或0.5wt%、>0wt%的水平。在一些實施例中，抗微生物成分是從>0wt%至約3wt%。在一些實施例中，抗微生物成分是從>0wt%至約1wt%。

一般來說，本文所述的玻璃不需要澄清劑。然而，玻璃或玻璃陶瓷可以進一步包括化學澄清劑。這樣的澄清劑包括、但不限於SnO₂、As₂O₃、Sb₂O₃、F、Cl、及Br。在一些實施例中，化學澄清劑的濃度被保持在3wt%、2wt%、1wt%、或0.5wt%、>0wt%的水平。在一些實施例中，澄清劑的量是從>0wt%至約3wt%。化學澄清劑也可以包括CeO₂、Fe₂O₃、及其它的過渡金屬氧化物，例如MnO₂。這些氧化物可能會經由它們在玻璃中的最終價態的可見吸收引入不想要的顏色到玻璃或玻璃陶瓷中，因此，當這些氧化物存在時，這些氧化物的濃度通常被保持在0.5wt%、0.4wt%、0.3wt%、0.2wt%、0.1wt%或>0wt%的水平。

玻璃或玻璃陶瓷還可以由於使用錫氧化物電極的焦耳熔化、通過含錫材料(例如SnO₂、SnO、SnCO₃、SnC₂O₂等)的批次處理、或通過添加SnO₂作為調整各種物理、熔化、顏色、或成形特性的試劑而含有SnO₂。玻璃可以包含從0wt%至約3wt%、0wt%至約2wt%、0wt%至約1wt%、0wt%至0.5wt%、或0wt%至0.1wt%的SnO₂。

在一些實施例中，玻璃可以實質上不含Sb₂O₃、As₂O₃、或上述之組合。例如，玻璃可以包含0.05重量百分比或更少的Sb₂O₃或As₂O₃或上述之組合，玻璃可以包含0wt%的Sb₂O₃或As₂O₃或上述之組合，或是玻璃可以例如不含任何有意添加的Sb₂O₃、As₂O₃、或上述之組合。

可以摻入其它的成分到玻璃組成物中，以提供另外的效益，或者，玻璃組成物可以進一步包含通常存在於商業製備的玻璃中的污染物。例如，可以添加另外的成分來調整各種物理、熔化、及成形特性。依據一些實施例的玻璃還可以包括各種與批次材料相關的及/或藉由用於生產玻璃的熔化、精煉及/或成形設備引入玻璃的污染物(例如ZrO₂)。在一些實施例中，玻璃可以包含一種或更多種可用於作為紫外線輻射吸收劑的化合物。在一些實施例中，玻璃可以包含3wt%或更少的TiO₂、MnO、ZnO、Nb₂O₅、MoO₃、Ta₂O₅、WO₃、ZrO₂、Y₂O₃、La₂O₃、HfO₂、CdO、Fe₂O₃、CeO₂、或上述之組合。在一些實施例中，玻璃可以包含從0wt%至約3wt%、0wt%至約2wt%、0wt%至約1wt%、0wt%至0.5wt%、0wt%至0.1wt%、0wt%至0.05wt%、或0wt%至0.01wt%的TiO₂、MnO、ZnO、Nb₂O₅、MoO₃、Ta₂O₅、WO₃、ZrO₂、Y₂O₃、La₂O₃、HfO₂、CdO、SnO₂、Fe₂O₃、CeO₂、As₂O₃、Sb₂O₃、或上述之組合。

在一些實施例中，本文中描述的玻璃可以經由製程加工成片材，該製程包括但不限於狹縫拉伸、漂浮、滾軋、及精熟本技藝者習知的其它片材成形製程。或者，玻璃組成物可以經由本技術領域中習知的漂浮或滾軋製程成形。

為了與漂浮型成形製程相容，本文所述的玻璃組成物可以具有高的液相線黏度。在一些實施例中，玻璃組成物可以具有從約1500P至約3000P的液相線黏度。在一些實施例中，玻璃組成物可以具有約1000P、1200P、1500P、2000P、2500P、或3000P的液相線黏度。

在一些實施例中，玻璃可以具有約50×10^-7或更大、約50×10^-7或更大、約60×10^-7或更大、約61×10^-7或更大、約 62×10^-7或更大、約63×10^-7或更大、約64×10^-7或更大、約65×10^-7或更大、約66×10^-7或更大、約67×10^-7或更大、約68×10^-7或更大、約69×10^-7或更大、約70×10^-7或更大、約71×10^-7或更大、約72×10^-7或更大、約73×10^-7或更大、約74×10^-7或更大、約75×10^-7或更大、約76×10^-7或更大、約77×10^-7或更大、約78×10^-7或更大、約79×10^-7或更大、或約80×10^-7或更大的熱膨脹係數。

從本文描述的玻璃和玻璃陶瓷形成的玻璃可以具有任何可合理使用的厚度。玻璃片及/或玻璃陶瓷的實施例可以具有從約0.8mm至約10mm間的任意厚度。一些實施例具有約6mm或更小、約5mm或更小、約3mm或更小、約1.0mm或更小、約750μm或更小、約500μm或更小、或約250μm或更小的厚度。一些玻璃片的實施例可以具有從約200μm至約5mm、約500μm至約5mm、約200μm至約4mm、約200μm至約2mm、約400μm至約5mm、或約400μm至約2mm的厚度。在一些實施例中，該厚度可以從約3mm至約6mm或從約0.8mm至約3mm。

在一些實施例中，玻璃陶瓷具有大於100MPa的等雙軸彎曲強度。此ROR強度係依據ASTM：C1499-05中闡述的程序量測。一些實施例還包括導致彎曲強度提高的可化學強化貝塔鋰輝石相。

玻璃陶瓷的一些實施例表現出高的斷裂韌性和固有耐損傷性。如上面所提到的，玻璃陶瓷的一些實施例包括產生高斷裂韌性的互鎖二矽酸鋰晶體。一個或更多個實施例的玻璃陶瓷可以包括硼，硼可以作為三配位的硼存在於玻璃陶瓷的殘餘玻璃相中。在這樣的實施例中，該三配位的硼是藉由在前驅物玻璃中包含B₂O₃來提供。該三配位的硼在玻璃或玻璃陶瓷進行壓入負荷時提供緻密化機制。

在一個或更多個實施例中，含B₂O₃殘餘玻璃的存在降低了前驅物玻璃的黏度(在成形期間並在熱處理製程期間)，從而允許二矽酸鋰晶體生長。在其它的實施例中，含B₂O₃殘餘玻璃的存在也縮小了貝塔鋰輝石晶體的尺寸。二矽酸鋰晶體的生長和貝塔鋰輝石晶體的尺寸縮小提供了增強的機械性能，在斷裂韌性值及/或維氏壓痕裂紋萌生值方面都被殘餘的玻璃組成物(特別是組成物和玻璃相中存在的三配位硼)提高了。

在一個或更多個實施例中，玻璃陶瓷表現出約2.0MPa˙m^1/2或更大、約2.1MPa˙m^1/2或更大、2.2MPa˙m^1/2或更大、2.3MPa˙m^1/2或更大、2.4MPa˙m^1/2或更大的斷裂韌性。在一些實施例中，斷裂韌性是在從約2.2MPa˙m^1/2至約3.5MPa˙m^1/2、從約2.4MPa˙m^1/2至約3.5MPa˙m^1/2、從約2.4MPa˙m^1/2至約3.4MPa˙m^1/2、從約2.4MPa˙m^1/2至約3.3MPa˙m^1/2、從約2.4MPa˙m^1/2至約3.2MPa˙m^1/2、從約2.4MPa˙m^1/2至約3.1MPa˙m^1/2、從約2.4MPa˙m^1/2至約3.0MPa˙m^1/2、從約2.6MPa˙m^1/2至約3.5MPa˙m^1/2、從約2.8MPa˙m^1/2至約3.5MPa˙m^1/2、從約3.0MPa˙m^1/2至約3.5MPa˙m^1/2、從約2.4MPa˙m^1/2至約2.6MPa˙m^1/2、從約2.6MPa˙m^1/2至約3.0MPa˙m^1/2、或從約3.2MPa˙m^1/2至約3.5 MPa˙m^1/2的範圍中。玻璃陶瓷的斷裂韌性值是由於形成了二矽酸鋰晶體和不規則貝塔鋰輝石晶體的獨特互鎖片(或桿)微結構。斷裂韌性可以使用本技術領域中習知的方法量測，例如依據ASTM C1421-10「在環境溫度下測定先進陶瓷之斷裂韌性的標準測試方法(Standard Test Methods for Determination of Fracture Toughness of Advanced Ceramics at Ambient Temperature)」使用雪佛龍刻痕、短桿、缺口樑及類似者進行量測。

在一個或更多個實施例中，玻璃陶瓷藉由表現出範圍從約15kgf至約30kgf的維氏壓痕裂紋萌生負荷而具有高的抗裂性。在一些實施例中，玻璃陶瓷表現出範圍從約16kgf至約30kgf、從約18kgf至約30kgf、從約20kgf至約30kgf、從約22kgf至約30kgf、從約15kgf至約28kgf、從約15kgf至約26kgf、從約15kgf至約24kgf、從約15kgf至約22kgf、從約15kgf至約20kgf、或從約15kgf至約18kgf的維氏壓痕裂紋萌生負荷。維氏壓痕裂紋萌生負荷可以使用美國賓州康舍霍肯市ASTM國際組織的ASTM C1326和C1327(及其後續版本，全部皆以引用方式併入本文中)「先進陶瓷之維氏壓痕硬度的標準測試方法(Standard Test Methods for Vickers Indentation Hardness of Advanced Ceramics)」來量測。在一些實施例中，玻璃陶瓷在經由離子交換被化學強化之後表現出這樣的維氏壓痕裂紋萌生負荷值。在更特定的實施例中，玻璃陶瓷在NaNO3鹽浴中進行離子交換之後表現出範圍從約15kgf至約20kgf的維氏壓痕裂紋萌生負荷。如實例中將說明的，玻璃陶瓷表現出的高維氏壓痕裂紋萌生負荷值可能是由於將維氏壓頭施加於玻璃陶瓷時的緻密化(或壓縮)機制。

此外，所有的組成物和玻璃及/或玻璃陶瓷，這樣的組成物是可以藉由本技術領域中眾所周知的方法進行離子交換的。在典型的離子交換製程中，在靠近玻璃及/或玻璃陶瓷的外表面的層內，玻璃中較小的金屬離子被相同價數的較大金屬離子取代或「交換」。使用較大的離子取代較小的離子在玻璃及/或玻璃陶瓷的層內形成壓縮應力。在一個實施例中，該金屬離子是單價的鹼金屬離子(例如Na⁺、K⁺、Rb⁺、及類似者)，並且離子交換是藉由將玻璃及/或玻璃陶瓷浸沒在包含較大金屬離子之至少一種熔融鹽的浴中來完成，該較大金屬離子將取代玻璃中的較小金屬離子。或者，其它的單價離子，例如Ag⁺、Tl⁺、Cu⁺及類似者可以被換成單價離子。用於強化玻璃及/或玻璃陶瓷的離子交換製程可以包括、但不限於浸沒在單個浴中、或類似或不同組成物的多個浴中並在浸沒之間進行洗滌及/或退火步驟。在一個或更多個實施例中，玻璃及/或玻璃陶瓷可以藉由曝露於熔融的NaNO₃進行離子交換。在這樣的實施例中，Na+離子取代玻璃陶瓷中某些部分的Li離子，以發展出表面壓縮應力層並表現出高的耐裂性。所產生的壓縮應力層可以在玻璃的表面上具有至少20μm的深度(也稱為「層深」)及至少約100MPa、至少約200MPa、至少約300MPa、或至少約350MPa的最大壓縮應力。在其它的實例中，實施例可以藉由在410℃的溫度下曝露於熔融的KNO₃ 8小時來進行離子交換，以產生層深為至少約20μm的壓縮應力層。在其它的實施例中，玻璃可被離子交換，以實現至少10MPa的中央張力。一些實施例的化學強化玻璃陶瓷包括藉由使用離子半徑較大的Na取代玻璃表面中所含的Li所形成的表面壓縮應力層。在這樣的實施例中，玻璃陶瓷可以表現出範圍在60-100μm的層深，該層深係由Na₂O的濃度分佈所決定。在一個實施例中，熔融鹽浴的溫度為約390℃，並且預定期間為約1至4小時。與非離子交換材料相比，這種表面壓縮層的開發有利於實現較好的抗裂性及較高的彎曲強度。

在一個或更多個實施例中，用於製造玻璃陶瓷的製程包括在一個或更多個預選溫度下熱處理前驅物玻璃持續一個或更多個預選的時間，以誘導一個或更多個結晶相(例如具有一種或更多種組成物、量、形態、尺寸或尺寸分佈等)結晶(即成核和生長)。在一個或更多個具體的實施例中，該熱處理可以包括(i)以1-10℃/min的速率將前驅物玻璃加熱到範圍從約600℃至約810℃(例如630℃至725℃)的成核溫度(Tn)；(ii)將可結晶玻璃保持在成核溫度下持續範圍從約¼hr至約4hr的時間，以產生成核的可結晶玻璃；(iii)以範圍從約1℃/min至約10℃/min的速率將該成核的可結晶玻璃加熱到範圍從約675℃至約1000℃(例如從約700℃至約850℃)的結晶溫度(Tc)；(iv)將該成核的可結晶玻璃保持在該結晶溫度下持續範圍從約¼hr至約4hr的時間，以產生本文所述的玻璃陶瓷；以及(v)將形成的玻璃陶瓷冷卻至室溫。如本文中使用的，術語結晶溫度可以與陶瓷或陶瓷化溫度互換使用。此外，術語「陶瓷」或「陶瓷化」可被用來統稱步驟(iii)、(iv)及選擇性的(v)。

除了前驅物玻璃的組成之外，熱處理步驟(iii)和(iv)的溫度-時間曲線被明智地指定，以便產生一種或更多種以下的所需特性：波璃陶瓷的結晶相、一個或更多個主要結晶相及/或一個或更多個次要結晶相與殘餘玻璃的比例、一個或更多個主要結晶相及/或一個或更多個次要結晶相與殘餘玻璃的晶相組合、以及一個或更多個主要結晶相及/或一個或更多個次要結晶相的粒度或粒度分佈，上述特性可能進而影響產生的成形玻璃陶瓷之最終完整性、品質、顏色及/或不透明度。

產生的玻璃陶瓷可以作為片材提供，然後該片材可以藉由壓製、吹製、彎曲、下垂、真空成形、或其它的工具再成形為厚度均勻的弧形或彎曲片。再成形可以在熱處理之前完成，或是成形步驟也可以作為熱處理步驟，其中成形和熱處理兩者大致上同時進行。

在又其它的實施例中，例如可以配製用於形成玻璃陶瓷的前驅物玻璃組成物，使得玻璃陶瓷能夠被使用一種或更多種離子交換技術化學強化。在這些實施例中，離子交換可以藉由使這樣的玻璃陶瓷之一個或更多個表面浸沒在一個或更多個具有特定組成和溫度的離子交換浴中持續指定的期間而發生，以賦予該一個或更多個表面壓縮應力層。該壓縮應力層可以包括一個或更多個平均表面壓縮應力(CS)、及/ 或一個或更多個層深。

實例

已作出努力來確保數字(例如量、溫度等)的準確性，但仍應考慮到一些誤差和偏差。除非另有說明，否則溫度的單位是℃或是處於環境溫度，而壓力為大氣壓或接近大氣壓。組成物本身給出的wt%是在氧化物的基礎上且已被標準化到100%。有許多反應條件的變化和組合，例如成分濃度、溫度、壓力及其它可被用於最佳化從所述製程獲得的產物純度和產率的反應範圍和條件。將只需要合理的和例行的實驗來最佳化這樣的製程條件。

將實例的玻璃和玻璃陶瓷組成物(以wt%計)及性質列在表3中，並按照玻璃技術領域中現有的技術進行測定。玻璃在1400-1500℃的溫度下熔化，並在450-500℃的溫度下退火。使用ASTM E228-85完成在溫度範圍25-300℃間的線性熱膨脹係數(CTE)並以×10^-7/℃表示。以克/cm³表示的密度是經由阿基米德法量測(ASTM C693)。以℃表示的熔化溫度(定義為玻璃熔化物表現400泊的黏度時的溫度)是採用富爾徹(Fulcher)方程式適配經由旋轉圓柱黏度計測量的高溫黏度數據來計算(ASTM C965-81)。

T_liq(℃)是液相線溫度-其中在標準梯度舟液相線量測(ASTM C829-81)中觀察到第一晶體的溫度。這牽涉到將壓碎的玻璃顆粒放在鉑舟中、將該舟放在具有梯度溫度範圍的爐中、在適當的溫度範圍中將該舟加熱24小時、以及藉由顯微鏡檢查玻璃內部出現晶體的最高溫度來測定。更具體來說，從Pt舟中移出一塊玻璃樣品，並使用偏光顯微鏡檢查，以確認在對著Pt和空氣的界面以及在樣品內部形成的晶體之位置和性質。因為爐的梯度是非常熟知的，所以可以在5-10℃內良好地評估溫度對比位置。將在樣本的內部部分中觀察到晶體的溫度視為表示玻璃的液相線溫度(持續相應的測試期間)。測試有時進行較長的時間(例如72小時)，以觀察較緩慢的生長階段。以泊為單位的液相線黏度是從液相線溫度和富爾徹方程式的係數來決定。

熱處理方案通常包含在溫度600-780℃下的成核持溫或緩慢升溫及725-975℃的結晶溫度。除非另有指明，否則該升溫速率為約5℃/分鐘。在實例1-23中，名稱「650-2」表示在650℃下成核持溫2小時，並且名稱「725-4」、「825-4」及「850-4」表示分別在725℃、825℃或850℃下結晶4小時。在實例B中，名稱「780-2」表示在780℃下成核持溫2小時，並且名稱「975-4」表示在975℃下結晶4小時。在實例24-33中，名稱「700-2」表示在700℃下成核持溫2小時，並且名稱「825-4」表示在825℃下結晶4小時。隨著溫度升高，結晶的第一相為成核劑偏磷酸鋰Li₃PO₄，Li₃PO₄之後成為偏矽酸鋰Li₂SiO₃的核心(第4圖)。

將組成物11的X射線繞射圖案圖示在第4圖中。玻璃陶瓷含有二矽酸鋰、貝塔鋰輝石、偏磷酸鋰、及鹼金屬鋁矽酸鹽殘餘玻璃。組成物11的標準計算表示會產生以下的相組合：二矽酸鋰：47wt%

貝塔鋰輝石：34%

Li₃PO₄：3.3%

鈉鋁矽酸鹽殘餘玻璃：15.7%。此值與在XRD圖案中觀察到的相組合一致。

玻璃陶瓷微結構-如在第5A圖和第5B圖中所見，組成物A(只有二矽酸鋰)和組成物7(二矽酸鋰和貝塔鋰輝石)的斷裂表面看起來非常相似，因為它們是以二矽酸鋰相的斷裂面為主。另一方面，第6A圖和第6B圖中看到的拋光和蝕刻表面彰顯組成物A和組成物7之間的明顯微結構差異。兩者都含有少量的Li₃PO₄成核相。

實例40-42和44包括NiO、Co₃O₄及/或Fe₂O₃並呈現黑色的顏色。實例37-39和43包括TiO₂並呈現白色的顏色。

實例24-29包括0至約10.9wt%的B₂O₃含量。在進行表3所示的成核持溫和結晶條件之後，將實例24-29的玻璃陶瓷之結晶相X射線繞射光譜圖示在第7圖中。不受理論所束縛，據信將本文所述的玻璃和玻璃陶瓷中的B₂O₃含量限制於約5wt%提供了耐用的玻璃陶瓷。

第8A-8D圖分別圖示實例24-27的玻璃陶瓷在1%的HF溶液中進行1分鐘的蝕刻之後的SEM圖像。第8A-8D圖中的黑色區域表示已被HF溶液蝕刻掉的殘餘玻璃(白色的部分是結晶相)。當與第8A圖相比時，可以在第8B-8D圖中看到玻璃陶瓷的互鎖二矽酸鋰和不規則貝塔鋰輝石晶體。據信所產生的二矽酸鋰微晶粒度為約1μm或更大，並具有高的縱橫比。這樣的微晶是在玻璃陶瓷(和前驅物玻璃)包括至少2wt%、或至少約2.4wt%的B₂O₃時形成的(如第2圖所圖示)。實例25-27包括互鎖的晶體，並因此表現出韌性提高的機制，包括裂紋偏轉和曲折的裂紋路徑，從而促成所觀察到的高斷裂韌性。相反地，實例24表現出相對低的斷裂韌度(約1.6MPa˙m^1/2)，據信這是由於缺乏互鎖的大晶體(亦如第8A圖所圖示)。觀察到添加硼到前驅物玻璃組成物中增加了二矽酸鋰晶體的生長，從而有利於互鎖結構的形成。

第9圖圖示從實例25-29形成的選定玻璃陶瓷之¹¹硼NMR光譜，其中在殘餘玻璃中皆檢測到三配位和四配位的硼。如第9圖所圖示，在約2.8ppm的尖銳峰表示形成結晶相的BO₄並表示BO₄的量在從約0.1wt%至約0.15wt%的範圍中。玻璃陶瓷中三配位硼的絕對量(為總硼量的約42wt%)隨著前驅物玻璃中的硼濃度增加而相應增加。所有的玻璃陶瓷樣品皆無可偵測的BO3/BO4比率變化。觀察到的是，維氏壓痕裂紋萌生負荷值由於三配位硼的存在而提高(三配位硼似乎促進了二矽酸鋰晶體的生長)。

第10-12圖分別圖示依據實例24-26的玻璃陶瓷之剖面光學圖像。這些圖像顯示在使用維氏壓頭的3kgf負荷下壓入之後的玻璃陶瓷。這些實例並未經過化學強化。第11-12圖圖示增加的壓實或緻密化，而不是龜裂，據信這是由於三配位硼的存在。具體來說，殘餘玻璃中的硼能夠引入在壓入下的固有抗損傷性。在第10-12圖圖示的剖面中可以看到，隨著玻璃陶瓷中的硼增加，有明顯減少的剪切斷裂和橫向龜裂以及較高度的緻密化/壓實。

實例B和26經由離子交換製程進行化學強化，其中每個實例的玻璃陶瓷被浸沒在溫度約390℃的熔融NaNO₃浴中持續3.5小時。第13圖圖示實例B和26的玻璃陶瓷從表面到塊體以Na₂O表示的Na+離子濃度。至少部分基於第13圖中圖示的曲線形狀，Na+離子被與貝塔鋰輝石相中的較小離子交換。實例26表現出較高濃度的Na+離子，這可能是由於前驅物組成物中存在Na₂O所致。可以藉由改變離子交換時間、浴的溫度及浴的組成來修改從離子交換製程產生的壓縮應力層深度，以提供較深或較淺的深度。

使用購自Instron的Model 5948 MicroTester測試實例24-26未經化學強化的玻璃陶瓷，以決定維氏壓痕裂紋萌生負荷值。第14圖圖示實例24-26中每一個的維氏壓痕裂紋萌生負荷值。如第14圖所示，包括4.7wt% B₂O₃的實例26(而實例24和25包括0wt%或2.4wt%的B₂O₃)表現出明顯較高的維氏壓痕裂紋萌生負荷值。

實例24和26的玻璃陶瓷藉由浸入溫度390℃的熔融NaNO₃浴中持續3.5小時來進行化學強化。使用維氏壓頭以2kgf、5kgf及10kgf的負荷壓入每個實例24和26的三個樣品。第15A-15F圖圖示實例24和26的維氏壓痕光學顯微圖像(比較0wt%的B₂O₃與4.7wt%的B₂O₃)。第15A-C圖圖示實例24分別在2kgf、5kgf及10kgf下的維氏壓痕。第15D-F圖圖示實例26在2kgf、5kgf及10kgf下的維氏壓痕。使用購自Instron的Model 5948 MicroTester量測每個樣品的維氏壓痕裂紋萌生負荷值。如第15A-15F圖所圖示，實例26表現出明顯高於實例24的維氏壓痕裂紋萌生負荷值。

雖然已經為了說明的目的對實施例和實例進行了闡述，但不應將前面的描述視為對本揭示或所附申請專利範圍之範疇的限制。因此，在不偏離本揭示或所附申請專利範圍之精神和範疇下，本技術領域中具有通常知識者可以想到各種的修改、調整及取代。

Claims

一種玻璃陶瓷，包含：30-65wt%的一二矽酸鋰第一結晶相；以及20-60wt%的一貝塔鋰輝石(β-spodumene)第二結晶相，其中該玻璃陶瓷具有一組成物，該組成物以wt%計包含：SiO₂：73-82%；Al₂O₃：5-12.5%；Li₂O：8-15%；Na₂O：>0-5%；K₂O：0-2%；(Na₂O+K₂O)：>0-5%；P₂O₅：>0-4%；ZrO₂：0-10%；以及TiO₂：0-4%。
如請求項1所述之玻璃陶瓷，包含：40-55wt%的一二矽酸鋰第一結晶相；以及25-45wt%的一貝塔鋰輝石第二結晶相。
如請求項1所述之玻璃陶瓷，其中包含少於25wt%的一殘餘玻璃相。
如請求項1所述之玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷具有一組成物，該組成物以wt%計包含： SiO₂：73-80%；Al₂O₃：6-9%；Li₂O：10-13%；Na₂O：>0-2.5%；K₂O：0-2%；(Na₂O+K₂O)：1-3%；P₂O₅：1-3%；ZrO₂：0-5%；以及TiO₂：0-4%。
如請求項1所述之玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷具有一大於5ppm/℃的熱膨脹係數。
如請求項1所述之玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷具有一約2MPa‧m^1/2或更大的斷裂韌性。
如請求項1所述之玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷具有一約15kgf或更大的維氏(Vickers)壓痕裂紋萌生負荷。
如請求項1所述之玻璃陶瓷，進一步包含2-12%的B₂O₃。
如請求項1所述之玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷包含一在CIELAB色彩空間座標中呈現的顏色，該顏色係使用一分光光度計從鏡面反射量測所測定，並排除光源D65和鏡面反射，該顏色具有以下的範圍：a*=從約-1至約+3；b*=從約-7至約+3；以及L*>85。
一種玻璃陶瓷，以wt%計包含：SiO₂：73-82%；Al₂O₃：5-12.5%；Li₂O：8-15%；Na₂O：>0-3.9%；K₂O：0-2%；(Na₂O+K₂O)：>0-5%；P₂O₅：>0-4%；ZrO₂：0-10%；以及TiO₂：0-4%。
如請求項10所述之玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷以wt%計包含：SiO₂：73-80%；Al₂O₃：6-9%；B₂O₃：2-12%；Li₂O：10-13%；Na₂O：>0-2.5%；K₂O：0-2%； (Na₂O+K₂O)：1-3%；P₂O₅：1-3%；ZrO₂：0-5%；以及TiO₂：0-4%。
如請求項10所述之玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷具有一大於5ppm/℃的熱膨脹係數。
如請求項10所述之玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷具有以下中之至少一者：一約2MPa‧m^1/2或更大的斷裂韌性；以及一約15kgf或更大的維氏(Vickers)壓痕裂紋萌生負荷。
如請求項1所述之玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷係由一基本玻璃所形成，該基本玻璃具有一大於1000P的液相線黏度。
如請求項1所述之玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷以wt%計包含：TiO₂：>0-3%；以及ZrO₂：>0-4。
如請求項1所述之玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷進一步包含一著色成分。
如請求項16所述之玻璃陶瓷，其中該著色成分包含V₂O₅、Cr₂O₃、TiO₂、MnO₂、NiO、ZnO、CuO、NiO、Co₃O₄、及上述之組合。
如請求項17所述之玻璃陶瓷，其中該著色成分之總wt%係從>0至4wt%。
一種形成請求項1之一玻璃的方法，其中該方法包含以下步驟：a.形成一玻璃組成物，b.陶瓷化該玻璃組成物。