高强度透明玻璃陶瓷容器的制作方法

高强度透明玻璃陶瓷容器
[0001]
背景
技术领域
[0002]
实施方式涉及玻璃陶瓷容器。具体地，本公开涉及具有高透明度和断裂韧度的玻璃陶瓷容器，其适合用作例如饮料或食物容器，例如婴儿瓶子或个人水瓶。


背景技术：

[0003]
用于制造食物或饮料容器的常规材料包括塑料[例如tritan
tm
(一种共聚酯)和聚丙烯]和不锈钢。与这些塑料相关的一个问题在于，其可能将有害化学物质(例如，内分泌干扰物，例如bpa)泄漏到容器的内容物中。与不锈钢相关的一个问题在于其是不透明的，并且一些消费者告知他们不喜欢不锈钢中的饮料的味道。许多婴儿玻璃进食瓶由硼硅酸盐组合物制造。市场上的许多个人玻璃水瓶是钠钙玻璃。
[0004]
在许多情况中，由于玻璃容器的优异的化学性质，因此它们是优选的。与玻璃接触的食物和饮料通常被认为与金属或塑料容器接触的那些更安全及味道更佳。然而，玻璃容器在正常使用的条件下(掉落在地上，或经受热冲击)可能破裂。因此，强烈期望玻璃容器足够地牢固，以经受得住与金属和塑料容器相同种类的使用条件。
[0005]
目前，用于强化玻璃容器的技术包括：增加容器的壁厚度(这意味着更重的重量)，离子交换过程或回火过程。这些技术中的每一种均具有弊端。因此，仍然需要不涉及更重的重量和/或使用离子交换或回火来产生中心张力的强化玻璃瓶。
[0006]
概述
[0007]
本公开涉及由玻璃陶瓷材料组成的重量轻、高度透明和抗断裂的容器。该重量轻、透明和抗断裂的容器可以适合用作例如饮料或食物容器，例如婴儿瓶子或个人水瓶。
[0008]
一些实施方式涉及玻璃陶瓷容器，其包括：含有玻璃陶瓷材料的主体以及由周向侧壁、顶端和底端限定的中空内部，其中，周向侧壁的平均壁厚度在1mm至2.5mm的范围内，所述玻璃陶瓷材料是透明的，并且所述玻璃陶瓷材料的断裂韧度为1mpa*m^1/2或更大。
[0009]
在一些实施方式中，根据前述段落的实施方式所述的容器可以包括的平均壁厚度在1mm至2mm的范围内。
[0010]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括主体，其具有围绕中心垂直轴线的径向对称性，所述中心垂直轴线从容器的顶端延伸到容器的底端。
[0011]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括玻璃陶瓷材料，其在400nm至700nm的波长范围中的通过1.0mm厚的玻璃陶瓷材料片的平均透射率为70％或更大。
[0012]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括中空内部，其包括高度和平均直径，所述高度从容器主体的顶端到容器的底端来测量，所述平均直径由沿着容器主体的高度的周向侧壁的内直径限定，其中，所述主体的高度大于主体的平
均直径。
[0013]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括周向侧壁，其具有最大厚度和最小厚度，其中，最大厚度与最小厚度之间的差异为0.20mm或更小。
[0014]
在一些实施方式中，根据任何前述段落的实施方式所述的容器可以包括主体，其是玻璃陶瓷材料的单一整体件。在一些实施方式中，玻璃陶瓷材料的单一整体件可以限定玻璃陶瓷容器的最外表面和玻璃陶瓷容器的最内表面。
[0015]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括主体，其基本上由玻璃陶瓷材料组成。
[0016]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括周向侧壁，其具有不处于压缩应力下的外表面。在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括周向侧壁，其具有处于压缩应力下的外表面。
[0017]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括主体，其包括毗邻主体底端的基底部分，毗邻主体顶端的嘴口和颈部，以及设置在基底部分与嘴口和颈部之间的中间部分，其中，中间部分的平均壁厚度小于基底部分及嘴口和颈部的平均壁厚度。在一些实施方式中，所述容器可以包括2mm至1.2mm的中间部分的平均壁厚度，以及3mm至1.5mm的基底部分及嘴口和颈部的平均壁厚度。
[0018]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括玻璃陶瓷材料，其符合欧洲药典8.4耐水解性测试的3级的水解稳定性。
[0019]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括玻璃陶瓷材料，所述玻璃陶瓷材料在环上环测试中被136度金刚石用50克力静态压痕后，具有至少200mpa的残留强度。
[0020]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括玻璃陶瓷材料，所述玻璃陶瓷材料在环上环测试中用1公斤滑橇被110度金刚石以200mm/s动态压痕后，具有至少40mpa的残留强度。
[0021]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括玻璃陶瓷材料，其包括70体积％或更多的结晶材料。
[0022]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以是婴儿瓶子。
[0023]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括玻璃陶瓷材料，其包括透锂长石结晶相和锂硅酸盐结晶相，其中，透锂长石结晶相和锂硅酸盐结晶相相比于玻璃陶瓷材料中存在的其他结晶相具有更高的重量百分比。在一些实施方式中，所述透锂长石结晶相可以占玻璃陶瓷材料的20重量％至70重量％，并且所述锂硅酸盐结晶相可以占玻璃陶瓷材料的20重量％至60重量％。
[0024]
在一些实施方式中，根据前述任何段落的实施方式所述的容器可以包括玻璃陶瓷材料，其具有某种组合物，以重量％计，所述组合物包含以下物质：sio
2
：55-80％；al
2
o
3
：2-20％；li
2
o：5-20％；b
2
o
3
：0-10％；na
2
o：0-5％；zno：0-10％；p
2
o
5
：0.5-6％；mgo：0-5％；和zro
2
：0.2-15％。
[0025]
一些实施方式涉及一种制造玻璃陶瓷容器的方法，所述方法包括：将玻璃材料模制成玻璃容器，所述玻璃容器包括主体，所述主体具有由周向侧壁、顶端和底端限定的中空内部；以及使玻璃容器在500℃至900℃的温度下陶瓷化，以使玻璃材料结晶成玻璃陶瓷材
料，从而形成玻璃陶瓷容器，其中，周向侧壁的平均壁厚度在1mm至2.5mm的范围内，所述玻璃陶瓷材料是透明的，并且所述玻璃陶瓷材料的断裂韧度为1mpa*m^1/2或更高。
[0026]
在一些实施方式中，根据前述段落的实施方式所述的方法可以不具有离子交换过程、回火过程和层压过程。在一些实施方式中，根据前述段落的实施方式所述的方法可以包括离子交换过程，并且所述玻璃陶瓷材料可以具有离子交换过程之前的第一断裂韧度，以及离子交换过程之后的第二断裂韧度，所述第二断裂韧度大于所述第一断裂韧度。
[0027]
一些实施方式涉及一种由一种方法制造的玻璃陶瓷容器，所述方法包括以下步骤：将玻璃材料模制成玻璃容器，所述玻璃容器包括主体，所述主体具有由周向侧壁、顶端和底端限定的中空内部；以及使玻璃容器在500℃至900℃的温度下陶瓷化，以使玻璃材料结晶成玻璃陶瓷材料，从而形成玻璃陶瓷容器，其中，周向侧壁的平均壁厚度在1mm至2.5mm的范围内，所述玻璃陶瓷材料是透明的，并且所述玻璃陶瓷材料的断裂韧度为1mpa*m^1/2或更高，所述玻璃陶瓷材料是非回火的，所述玻璃陶瓷材料是玻璃陶瓷材料的单一整体件，并且周向侧壁的外表面不处于压缩应力下。
[0028]
附图简要说明
[0029]
并入本文的附图构成本说明书的一部分并例示了本公开的实施方式。附图与说明书一起还用于解释所公开的实施方式的原理并能够使相关领域的技术人员实施和利用所公开的实施方式。这些附图旨在说明并非限制。虽然在这些实施方式的上下文中一般地描述了本公开，但应理解，其并非旨在将本公开的范围限制在这些具体的实施方式中。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的要素。
[0030]
图1例示了根据一些实施方式所述的容器。
[0031]
图2例示了根据一些实施方式所述的容器的截面图。
[0032]
图3例示了根据一些实施方式所述的容器的截面图。
[0033]
图4是针对用不同的金刚石尖端以及用不同重物测试的不同组合物，在环上环(ror)测试中的静态压痕之后的残留强度的图。
[0034]
图5是针对用200mm/s的110度金刚石和1千克滑橇测试的不同组合物，在环上环(ror)测试中的动态冲击后的残留强度的图。
[0035]
图6是针对用高至400mm/s的110度金刚石和高至400mm/s的136度金刚石，用1kg滑橇测试的示例性玻璃陶瓷组合物，在环上环(ror)测试中的动态冲击测试结果的图。
[0036]
图7是针对用高至400mm/s的110度金刚石和高至400mm/s的136度金刚石，用1kg滑橇测试的硼硅酸盐玻璃，在环上环(ror)测试中的动态冲击测试结果的图。
[0037]
图8是针对用高至400mm/s的110度金刚石和高至400mm/s的136度金刚石，用1kg滑橇测试的钠钙硅酸盐玻璃，在环上环(ror)测试中的动态冲击测试结果的图。
[0038]
图9是针对不同的组合物的挠曲过应力失效，将试验测试数据转换成瓶落的图。
[0039]
图10是示例性玻璃陶瓷组合物的差示扫描量热(dsc)示踪的图。
[0040]
图11是对于波长为400nm至1,000nm的光，示例性玻璃陶瓷组合物在1mm的样品厚度时的透射率的图。
[0041]
图12a是示例性玻璃陶瓷组合物在200nm尺度上的扫描电子显微镜(sem)图像。
[0042]
图12b是示例性玻璃陶瓷组合物在100nm尺度上的扫描电子显微镜(sem)图像。
[0043]
图13示出了示例性非离子交换玻璃陶瓷组合物的环上环(ror)测试和环上环磨损
(aror)测试的结果。
[0044]
图14示出了示例性玻璃陶瓷组合物的na
2
o摩尔百分比浓度与样品厚度的关系的图。
[0045]
图15示出了离子交换之前和之后的示例性玻璃陶瓷组合物的ror测试结果。
[0046]
图16示出了经过了离子交换的示例性玻璃陶瓷组合物的aror测试结果。
[0047]
图17示出了示例性玻璃陶瓷组合物离子交换不同持续时间的ror测试结果。
[0048]
图18示出了经过了离子交换和不同压力下磨损的示例性玻璃陶瓷组合物的aror测试结果。
[0049]
图19是示出了具有不同破裂模式的离子交换后的玻璃陶瓷片的照片。
[0050]
图20是示例性玻璃陶瓷组合物的差示扫描量热(dsc)示踪的图。
[0051]
图21示出了示例性玻璃陶瓷组合物的结晶相的x射线衍射(xrd)光谱。
[0052]
图22示出了示例性玻璃陶瓷组合物的环上环(ror)测试的结果。
[0053]
图23示出了示例性玻璃陶瓷组合物的na
2
o重量百分比浓度与样品厚度的关系的图。
具体实施方式
[0054]
在以下具体实施方式中，为了提供对本文所述实施方式的透彻理解，可陈述许多具体的细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，可以在不具有一些或全部这些具体细节的情况下实施实施方式。在其他情况中，可能没有详细描述众所周知的特征或工艺以免不必要地使本公开含糊不清。此外，类似或相同的附图编号可用于标识相同或类似的元件。此外，除非另外定义，本文中所使用的所有技术和科学术语的含意与本公开所属领域普通技术人员通常所理解的相同。在抵触的情况下，以本说明书(包括其中的定义在内)为准。
[0055]
虽然在实施方式的实施或测试中可以采用其他方法和材料，但是本文描述了某些合适的方法和材料。
[0056]
公开的材料、化合物、组合物以及组分可用于所公开的方法和组合物，可与所公开的方法和组合物结合使用，可用于制备所公开的组合物，或者是所公开的方法和组合物的实施方式。在本文中公开了这些材料和其他材料，应理解的是，当公开了这些材料的组合、子集、相互作用、组等而未明确地具体公开这些化合物的每个不同的单独组合和共同组合以及排列时，在本文中具体设想和描述了它们中的每一种情况。
[0057]
因此，如果公开了一类取代物a、b和c且公开了一类取代物d、e和f以及组合实施方式a-d的实例，则单独和共同地构想了每一种组合实施方式。因此，在本例中，具体设想了以下组合中的每一种组合：a-e、a-f、b-d、b-e、b-f、c-d、c-e和c-f，并且应认为以上这些都是从a、b和/或c；d、e和/或f；以及实例组合a-d的内容公开的。同样，也具体设想并公开了上述的任何子集或这些子集的组合。因此，例如，具体设想了a-e、b-f和c-e的亚组，并应认为它们是从a、b和/或c；d、e和/或f；以及实例组合a-d的内容公开的。这种概念适用于本公开的所有方面，包括但不限于组合物的任何组分以及所公开的组合物的制备方法和使用方法中的各步骤。更具体地，本文给出的示例性组合物范围被认为是说明书的一部分，并且进一步被认为提供了示例数值范围端点，在所有方面均等同于它们被具体包括在文本中，以及具体考虑和公开了所有组合。因此，如果存在可进行的多个附加步骤，应当理解可通过所公开
方法的任一特定实施方式或实施方式的组合来进行这些附加步骤中的每一个步骤，而且具体设想了每一个这样的组合且应当认为它是公开的。
[0058]
另外，如果本文中列出包含上限值和下限值的数值范围，则除非在特定情形下另外指出，否则该范围旨在包括范围的端点以及该范围之内的所有整数和分数。本公开的范围并不限于定义范围时所列举的具体值。另外，当数量、浓度或其他数值或参数以范围、一个或多个优选范围或优选上限值和优选下限值的列表的形式给出时，这应当被理解为明确公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任何配对形成的所有范围，而无论这些配对是否被单独公开。最后，当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本公开包括所参考的具体值或者端点。
[0059]
透明容器，例如，用于食物和饮料行业或医学和药物行业的容器，除了其他方面之外，还用于使容器的内容物能够被使用者容易地看到以及保护内容物不受污染。这些容器通常也经受严重的机械应力，例如，在容器的使用和/或清洁期间的热冲击或热循环以及容器掉落时的冲击应力。在严重的机械应力作用期间抗失效(例如，抗断裂)的具有优异机械应力的透明容器具有更强的耐久性。在一些情况中，这些容器的重量也是一个因素。这些容器可能被频繁地运输，例如，在旅行期间或实验室实验期间。因此，展现出优异的机械性质的轻量透明容器可能是期望的。
[0060]
本公开的容器由玻璃陶瓷材料制成，其具有增加的强度和断裂韧度，但是保持了透明性、化学耐久性、惰性以及使玻璃成为食物、饮料和医疗容器的理想材料的所有其他属性。增加的强度和断裂韧度使所述容器相比于由标准玻璃材料(例如，钠钙玻璃或硼硅酸盐玻璃)制造的容器具有更佳的机械性能(经受得住更多的机械损伤，例如掉落在硬质或尖锐表面上)。此外，增强的强度可允许在至少保留与由标准玻璃材料制造的容器相同的机械性能的同时，将容器制造成具有更薄的壁。
[0061]
根据本公开所述的容器可以是，但不限于婴儿瓶子、个人水瓶、药物小瓶、实验室容器等。通过用惰性、安全的材料替代塑料，并且所述惰性、安全的材料不将有害化学物质(例如内分泌干扰物)泄漏到容器的内容物中，所述容器改进了塑料容器。通过用可重复使用的玻璃陶瓷材料替代不可生物降解的塑料容器，所述容器还改进了环境影响。通过提供改进的机械性能，所述容器还改进了玻璃容器(如上所述，其自身是对塑料容器的改进)。所述容器的改进的机械性能提高了其抗失效(例如，断裂)性，并且促进了制造更薄且更轻的容器，这些容器表现得与它们的玻璃对应物一样好。
[0062]
在一些实施方式中，可以实现这些改进而无需使用对玻璃或玻璃陶瓷材料进行强化的以下方法中的一种或多种：离子交换过程、回火过程或层压过程。在一些实施方式中，可以实现这些改进而无需使用这三种强化方法中的任何一种。消除对这些方法中的一种或多种的需要可降低制造成本并消除与这些方法有关的弊端。
[0063]
离子交换将较大的离子注入到容器的表面中，从而产生压缩应力。在容器中使用离子交换的难处在于当制品的所有部分均具有均匀厚度时，其效果最好。通过例如压塑和吹塑制造的容器可能不具有优异的厚度均匀性。因此，离子交换可能产生一些区域具有高中心张力而一些区域具有低中心张力的容器。这往往产生更易失效的局部区域。离子交换还可产生极高的中心张力，其可提供延迟失效(裂纹生长直到其深到足以释放中心张力)的驱动力。如果打算在恶劣的环境中多次使用容器，则延迟失效的可能性是一个问题。
[0064]
回火是加热制品，然后对表面进行淬火的过程，其在表面处产生压缩应力并且在玻璃壁的中间产生中心张力。对容器使用回火的问题包括：a)其通常仅对厚壁(3mm或更大)有好的作用，这使得容器非常重，b)可能难以从容器的内表面提取热，因为从容器的内侧排出热空气需要对流，以及c)其可对容器造成一些设计限制。
[0065]
层压是使容器壁由多个层，例如多个不同玻璃层来制造的过程。例如，层压的玻璃材料可以包括用于包覆层的低热膨胀系数(cte)玻璃以及用于芯体层的高cte玻璃。这种方法的问题是在容器周围(包括底部)实现均匀的层厚度，而不暴露出芯体中的中心张力。
[0066]
在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷容器可以包括具有一致和高度受控厚度并且不具有中心张力的壁，并且用于生产所述容器的过程可以不产生任何种类的中心张力。移除中心张力减少了延迟或自发失效的可能性。进一步地，一致的壁厚度降低了由厚度的意外变化产生的高中心张力区域和一些低中心张力区域相关的机械失效的可能性。根据本公开所述的容器使得裂纹更难以在容器中扩展，这使得具有更佳的机械性能和/或能够将壁制造得更薄。
[0067]
在一些实施方式中，容器由展现出以下品质的玻璃陶瓷材料制造：(a)一般被视为对食物和饮料接触安全的化学惰性材料，(b)比其他玻璃材料更高的断裂韧度，但是在其他方面与玻璃无区别——其是透明、惰性的并且可用相同的玻璃制造方法成形，以及(c)相比于由标准玻璃材料(例如，钠钙玻璃材料和硼硅酸盐玻璃材料)制造的容器，所生产的容器具有更佳的机械性能和/或更薄的壁。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料可以符合欧洲药典8.4耐水解性测试的3级的水解稳定性。
[0068]
相比于常规玻璃容器，根据本公开所述的玻璃陶瓷容器具有增加的机械可靠性，同时还保留了常规玻璃容器的透明性、化学惰性和成形性。通常，优异的机械性质(例如，韧度)以透明性为代价。根据本公开所述的玻璃陶瓷容器不要求折衷耐久性或可制造性。
[0069]
在一些实施方式中，根据本公开所述的容器包括周向侧壁，其包括的平均壁厚度在1mm(毫米)至2.5mm的范围内。在一些实施方式中，所述平均壁厚度可以在1mm至2mm的范围内。在一些实施方式中，所述平均壁厚度可以在1mm至1.8mm的范围内。在一些实施方式中，所述平均壁厚度可以在1mm至1.5mm的范围内。在一些实施方式中，所述平均壁厚度可以为约1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm，或者是这些数值中的两个数值作为端点的任何范围。在一些实施方式中，内部体积在200ml至350ml(例如，200ml至350ml的婴儿瓶子)的容器可以具有具备所述平均厚度的侧壁。
[0070]
如本文所用的“平均壁厚度”意为在壁的外表面面积上的壁的厚度的积分除以壁的外表面面积。在平均壁厚度的计算中，不包括在壁的外表面或内表面上形成的表面特征，例如，附接机构(例如，在壁上形成的螺纹)或把手。在容器具有围绕中心垂直轴线的径向对称性，并且所述中心垂直轴线从容器的顶端延伸到容器的底端的实施方式中，所述平均壁厚度可以通过在垂直平面上测得的壁的厚度剖面的平均壁厚度来定义，所述垂直平面延伸通过中心垂直轴线并且从容器的顶端到容器的底端将容器对开。在这些实施方式中，平均壁厚度可以通过沿着垂直平面切割容器，并且对厚度剖面中的厚度进行平均来测得。除非另外规定，否则壁的厚度在垂直于壁的外表面的方向上测量。
[0071]
平均壁厚度可以通过以下两种方法中的任一种来测量。(1)磁性球测量方法。在该
方法中，厚度通过测量参照球到传感器尖端的距离来确定。磁体吸引参照球，将其精确地保持在探针尖端上方。探针内置的霍尔(hall)效应传感器测量探针尖端与参照球之间的距离。由奥林巴斯公司(olympus corporation)制造的麦格纳-麦克(magna-mike)8500是用于进行本文所述的容器的平均壁厚度的磁性球测量的一种示例性探针。当通过磁性球测量方法来测量时，下式可以用于表示平均壁厚度：
[0072][0073]
其中，t＝平均壁厚度，t＝厚度，a＝容器主体的外表面积。虽然对于缺少围绕容器中心轴线的径向对称性的容器来说，磁性测量方法是优选的方法，但是其也可以用于测量具有围绕中心轴线的径向对称性的容器的平均壁厚度。
[0074]
(2)沿着垂直平面切割容器，所述垂直平面延伸通过中心垂直轴线并且从容器的顶端到容器的底端对开容器，并且对垂直平面上的容器壁的厚度进行平均化。容器沿着垂直平面的截面形状可以被称为“厚度剖面”。在这种方法中，在合适数目的代表性点处测量容器的厚度剖面的厚度，并且对这些厚度值进行平均以确定容器的平均壁厚度。在一种优选的方法中，合适的厚度测量数目为20或更多。当测量平均厚度时，测量点优选沿着厚度剖面从剖面的一端到另一端均等地分布。该方法对围绕容器的中心轴线具有径向对称性的容器是优选的。在方法(1)和(2)两种方法中，在平均壁厚度的计算中，不包括在壁的外表面或内表面上形成的表面特征，例如，附接机构(例如，在壁上形成的螺纹)，把手，或其他抓握特征，例如隆起或凹槽。
[0075]
具有如本文所述的数值或范围的平均壁厚度可以通过减小制造具有合适机械特性的容器所需的材料体积来有利于制造轻量容器。而且，这些平均壁厚度或范围可以通过减小光为了行进通过容器壁而必需传输通过的材料厚度来促进透明容器的制造。
[0076]
在一些实施方式中，根据本公开所述的容器包括主体，其包括玻璃陶瓷材料，所述玻璃陶瓷材料的断裂韧度为1mpa*m^1/2或更高。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料的断裂韧度可以为1.1mpa*m^1/2或更高、1.2mpa*m^1/2或更高、1.3mpa*m^1/2或更高、1.4mpa*m^1/2或更高、1.5mpa*m^1/2或更高、1.6mpa*m^1/2或更高、1.7mpa*m^1/2或更高、1.8mpa*m^1/2或更高、1.9mpa*m^1/2或更高、或者2mpa*m^1/2或更高。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料的断裂韧度可以为1mpa*m^1/2、1.1mpa*m^1/2、1.2mpa*m^1/2、1.3mpa*m^1/2、1.4mpa*m^1/2、1.5mpa*m^1/2、1.6mpa*m^1/2、1.7mpa*m^1/2、1.8mpa*m^1/2、1.9mpa*m^1/2、2mpa*m^1/2，或者在具有这些数值中的任何两个数值作为端点的任何范围内。断裂韧度可以使用本领域已知的方法测量，例如，根据astm c1421
–
10的“standard test methods for determination of fracture toughness of advanced ceramics at ambient temperature”(室温下确定高级陶瓷的断裂韧度的标准测试方法)，使用v形缺口短棒来测量。
[0077]
在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料可以具有如本文所述的断裂韧度值而无需使玻璃陶瓷材料经受离子交换过程或回火过程。在这样的实施方式中，包括所述玻璃陶瓷材料的容器主体可以具有周向侧壁，所述周向侧壁具有相对于主体的中心区域而言不处于压缩应力下的外表面。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料可以经受离子交换过程或回火过程以改变玻璃陶瓷材料的性质，例如，玻璃陶瓷材料的强度。
[0078]
在一些实施方式中，离子交换过程或回火过程可以通过在容器侧壁的内表面和/或外表面上赋予压缩应力(即，通过产生表面压缩)来增加玻璃陶瓷材料的强度。在包括离子交换过程的实施方式中，所述离子交换过程可以在容器侧壁的内表面和/或外表面上注入产生压缩应力的离子。在一些实施方式中，表面压缩被玻璃陶瓷中的拉伸应力区域平衡。在这样的实施方式中，拉伸应力将在内表面与外表面之间的容器侧壁的中心区域中形成。
[0079]
在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷的表面压缩应力可以在约100mpa至约1000mpa之间，在约100mpa至约800mpa之间，在约100mpa至约500mpa之间，在约100mpa至约300mpa之间，或者在约100mpa至约150mpa之间。在一些实施方式中，doc(压缩深度)可以在0.05*t至约0.21*t之间(其中，t是玻璃陶瓷侧壁的厚度，以微米计)。在一些实施方式中，doc可以在以下范围内：约0.05*t至约0.2*t、约0.05*t至约0.18*t、约0.05*t至约0.16*t、约0.05*t至约0.15*t、约0.05*t至约0.12*t、约0.05*t至约0.1*t、约0.075*t至约0.21*t、约0.1*t至约0.21*t、约0.12*t至约0.21*t、约0.15*t至约0.21*t、约0.18*t至约0.21*t、或约0.1*t至约0.18*t。
[0080]
在一些实施方式中，根据本公开所述的玻璃陶瓷容器包括主体，其是玻璃陶瓷材料的单一整体件。如本文所用的“单一整体件”意为在其整体体积上具有一般一致组成的制品。通过使一种或多种材料分层，或者通过机械附接不同部件来制造的制品不被认为是单一整体件。换言之，作为单一整体件的玻璃陶瓷材料的主体不使用层压过程和/或机械附接过程来制造。在这样的实施方式中，玻璃陶瓷材料的单一整体件可以限定玻璃陶瓷容器的最外表面(即，与大气接触的容器表面)和玻璃陶瓷容器的最内表面(即，与容器的内容物接触的容器表面)。
[0081]
在一些实施方式中，根据本公开所述的容器包括基本上由本文所述的玻璃陶瓷材料构成的主体。在一些实施方式中，根据本公开所述的容器包括由本文所述的玻璃陶瓷材料构成的主体。
[0082]
图1例示了根据一些实施方式所述的玻璃陶瓷容器100。玻璃陶瓷容器100包括主体101，其具有顶端102、底端104和周向侧壁108。顶端102和/或底端104可以是开放端，所述开放端可以被例如盖子或盖可移除地覆盖和/或密封。在一些实施方式中，顶端102或底端104可以是闭合端。顶端102、底端104和周向侧壁108一起限定了主体101的中空内部106。在操作时，中空内部106容纳容器100的内容物(例如，一种或多种流体)。如本文所用的术语“周向”不仅适用于圆形或圆柱形横截面形状，还适用于任何横截面形状。
[0083]
在一些实施方式中，中空内部106可以具有约280毫升(ml)的内部体积。在一些实施方式中，中空内部106可以具有250ml至350ml的内部体积。在一些实施方式中，中空内部106可以具有400ml至1000ml的内部体积。在一些实施方式中，主体101的重量可以是每280ml的中空内部106的内部体积为150克或更小。在一些实施方式中，对于内部体积为280ml+/-30％的主体101，主体101的重量可以是150克或更小。
[0084]
同样如图1所示，容器100包括嘴口和颈部130、中间部分132和基底部分134。基底部分134毗邻主体101的底端104并与其附接。嘴口和颈部130毗邻主体101的顶端102并与其附接。而且中间部分132被设置在基底部分134与嘴口和颈部130之间。部分130、132和134不旨在划分容器100的精确区域。更确切地说，部分130、132和134旨在表示容器100的一般区域以提供参照系。在一些实施方式中，嘴口和颈部130可以包括螺纹120，其与盖子或盖配合
以用于覆盖和/或密封主体101的顶端102。在这样的实施方式中，螺纹120可以位于嘴口和颈部130的嘴口部上。在一些实施方式中，部分130可以不包括颈部，因此，部分130可以被称为嘴口部、或开放端部。
[0085]
周向侧壁108具有外表面110、内表面112和壁厚度114，所述壁厚度114在外表面110与内表面112之间测量。在一些实施方式中，外表面110可以限定玻璃陶瓷容器100的全部、或者至少一部分的最外表面(即，与大气接触的容器100的表面)。在一些实施方式中，内表面112可以限定玻璃陶瓷容器100的全部、或者至少一部分的最内表面(即，与容器100的内容物接触的容器100的表面)。
[0086]
在一些实施方式中，玻璃陶瓷容器100和/或主体101可以具有围绕中心垂直轴线140的径向对称性，所述中心垂直轴线140从主体101的顶端102延伸到主体101的底端104。中心垂直轴线140可以是在顶端102与底端104之间的穿过主体101的重心的假想线。
[0087]
中空内部106具有高度和平均直径，所述高度从主体101的顶端102到底端104测量，所述平均直径由沿着主体101的高度的周向侧壁108的内直径限定。在一些实施方式中，主体101的高度可以大于主体101的平均直径。在一些实施方式中，主体101的高度可以小于主体101的平均直径。在一些实施方式中，主体101的高度与主体101的平均直径大致相同。
[0088]
在一些实施方式中，主体101可以具有均匀的壁厚度114。图2根据一个实施方式示出了具有均匀壁厚度114的主体101。在具有均匀壁厚度114的实施方式中，周向侧壁108的最大厚度与最小厚度之间的差异可以是0.20mm或更小、0.15mm或更小、0.10mm或更小、或者0.05mm或更小。
[0089]
具有均匀壁厚度的容器可以增加制造具有期望的机械性质和光学性质的容器的容易度和重复性。均匀的壁厚度可以降低由于周向侧壁108壁厚度改变而导致的机械或光学缺陷的可能性。例如，壁厚度的改变——无论是有意或无意的——可以与应力集中相关，而应力集中促进了裂纹的形成和生长。又例如，壁厚度的改变——无论是有意或无意的——可以导致不期望的光学性质，例如光学畸变或不美观的特征。
[0090]
在一些实施方式中，主体101可以具有非均匀的壁厚度114。在这样的实施方式中，可以定制主体的壁厚度114以在维持容器强度的同时减小容器的重量。在一些实施方式中，当容器掉落时经受最高应力水平(例如，由容器100接触表面时的冲击力而赋予的应力)的周向侧壁108的区域/区的壁厚度114相对于周向侧壁108的其他区域/区可以具有局部增加的厚度。
[0091]
在一些实施方式中，中间部132的平均壁厚度可以小于基底部分134和/或嘴口和颈部130的平均壁厚度。在一些实施方式中，中间部分132的平均壁厚度可以在2mm至1.2mm的范围内。在一些实施方式中，中间部分132的平均壁厚度可以在1.8mm至1.2mm的范围内。在一些实施方式中，中间部分132的平均壁厚度可以在1.6mm至1.2mm的范围内。在一些实施方式中，中间部分132的平均壁厚度可以在1.4mm至1.2mm的范围内。在一些实施方式中，基底部分134和/或嘴口和颈部130的平均壁厚度可以在3mm至1.5mm的范围内。在一些实施方式中，基底部分134和/或嘴口和颈部130的平均壁厚度可以在2.5mm至1.5mm的范围内。在一些实施方式中，基底部分134和/或嘴口和颈部130的平均壁厚度可以在2.1mm至1.5mm的范围内。在一些实施方式中，内部体积在250ml至350ml(例如，280ml的婴儿瓶子)的容器的侧壁可以具有这样的平均厚度。
[0092]
在一些实施方式中，中间部132的平均壁厚度可以大于基底部分134和/或嘴口和颈部130的平均壁厚度。在一些实施方式中，基底部分134和/或嘴口和颈部130的平均壁厚度可以在2mm至1.2mm的范围内。在一些实施方式中，基底部分134和/或嘴口和颈部130的平均壁厚度可以在1.8mm至1.2mm的范围内。在一些实施方式中，基底部分134和/或嘴口和颈部130的平均壁厚度可以在1.6mm至1.2mm的范围内。在一些实施方式中，基底部分134和/或嘴口和颈部130的平均壁厚度可以在1.4mm至1.2mm的范围内。在一些实施方式中，中间部分132的平均壁厚度可以在3mm至1.5mm的范围内。在一些实施方式中，中间部分132的平均壁厚度可以在2.5mm至1.5mm的范围内。在一些实施方式中，中间部分132的平均壁厚度可以在2.1mm至1.5mm的范围内。在一些实施方式中，内部体积在200ml至350ml(例如，280ml的婴儿瓶子)的容器的侧壁可以具有这样的平均厚度。
[0093]
主体101的玻璃陶瓷材料具有优于传统玻璃材料的各种机械属性，其使得玻璃陶瓷材料胜过玻璃材料。图4示出了针对用不同的金刚石尖端以及用不同重物测试的不同组合物，在环上环(ror)测试中的静态压痕之后的残留强度的图。对于图4所示的ror测试，采用维氏(vickers)硬度测试2.0mm厚度的2英寸
×
2英寸玻璃试样。在每次测试中，用具有规定角度的维氏硬度尖端对试样压痕并保持24小时。在静态压痕期间，通过用重矿物油覆盖试样的表面来保持无活动性的测试条件。接着，在从静态压头移除试样后，使用astm c1499-15的“standard test method for monotonic equibiaxial flexural strength of advanced ceramics at ambient temperature”(环境温度下高级陶瓷单调等双轴挠性强度的标准试验方法)的测试程序来测量它们的强度。
[0094]
如图4所示，相比于传统的钠钙和硼硅酸盐玻璃材料，在静态压痕后，所述玻璃陶瓷材料(表2中的组合物2)展现出优异的残留强度。这意味着玻璃陶瓷材料更加耐久并且能够更好地承受多次应力事件(例如，热循环或机械冲击)而不失效。
[0095]
如图4的图表中的柱1所示，在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料在环上环测试中被136度金刚石用50克力静态压痕后，具有至少200mpa的残留强度。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料在环上环测试中被136度金刚石用50克力静态压痕后，具有至少250mpa的残留强度。
[0096]
如图4的图表中的柱2所示，在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料在环上环测试中被136度金刚石用500克力静态压痕后，具有至少100mpa的残留强度。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料在环上环测试中被136度金刚石用500克力静态压痕后，具有至少120mpa的残留强度。
[0097]
如图4的图表中的柱3所示，在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料在环上环测试中被120度金刚石用20克力静态压痕后，具有至少250mpa的残留强度。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料在环上环测试中被120度金刚石用20克力静态压痕后，具有至少275mpa的残留强度。
[0098]
如图4的图表中的柱4所示，在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料在环上环测试中被120度金刚石用500克力静态压痕后，具有至少100mpa的残留强度。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料在环上环测试中被120度金刚石用500克力静态压痕后，具有至少110mpa的残留强度。如图4的图表中的柱5所示，在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料在环上环测试中被120度金刚石用1000克力静态压痕后，具有至少100mpa的残留强度。
[0099]
图5示出了针对用200mm/s的110度金刚石和1千克物质冲击来测试的不同组合物，在环上环(ror)测试中的动态冲击后的残留强度的图。对于图5所示的ror测试，采用动态冲击测试2.0mm厚度的2英寸
×
2英寸玻璃试样，所述动态冲击持续0.001秒，其类似于玻璃瓶的响应。接着，在从动态压头移除试样后，基于astm c1499-15的“standard test method for monotonic equibiaxial flexural strength of advanced ceramics at ambient temperature(环境温度下高级陶瓷单调等双轴挠性强度的标准试验方法)”的测试程序，使用ror来测量它们的强度。
[0100]
类似于图4所示的静态压痕测试，玻璃陶瓷组合物(组合物2)胜过传统的钠钙和硼硅酸盐玻璃材料。如图5所示，所述玻璃陶瓷材料在动态环上环测试中被110度金刚石用1千克力压痕后，具有至少40mpa的残留强度。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷材料在动态环上环测试中被110度金刚石用1千克力压痕后，具有至少50mpa的残留强度。
[0101]
图6-8示出了针对用高至400mm/s的110度金刚石和高至400mm/s的136度金刚石，用1kg滑橇测试的示例性玻璃陶瓷材料(组合物2)、硼硅酸盐玻璃和钠钙硅酸盐玻璃，在环上环(ror)测试中的动态冲击测试结果的图。对于图6-8所示的ror测试，采用动态维氏(vickers)硬度测量来测试2.0mm厚度的2英寸
×
2英寸玻璃试样。
[0102]
如图6-8所示，具体实施的组合物(如通过组合物2显示)具有最高的在测试中完好的样品百分比。传统的硼硅酸盐和钠钙硅酸盐玻璃在超过300mm/s(毫米/秒)的速度下往往失效，但是组合物2显示出在高至400mm/s或更高的速度下能够完好。这些测试显示出当经受动态载荷时，玻璃陶瓷材料抵抗贯穿裂纹的形成，所述贯穿裂纹造成材料完全失效。在一些情况中，在测试中完好的样品可能具有形成的表面裂纹(即，在材料表面上的裂纹，其不延伸穿过材料的厚度)，但是不会发生因贯穿裂纹的形成导致的失效。
[0103]
图4-8所示的材料的冲击测试用于对由这些材料制造的容器的性能进行建模。图9示出了针对不同的组合物的挠曲过应力失效，将试验测试数据(图4所示的数据)转换成瓶落的图。具体地，材料的残留强度用于估计具体实施的玻璃陶瓷材料(如通过组合物2示出)和传统的钠钙和硼硅酸盐玻璃材料的失效掉落高度(以米计)。
[0104]
如图9所示，基于上文关于图4所述的压痕金刚石和力的条件，估计组合物2的失效时的掉落高度高于传统的硼硅酸盐和钠钙硅酸盐玻璃。建模结果显示，由本文所述的玻璃陶瓷材料制造的容器能够更好地抵抗掉落时在容器上赋予的冲击力所导致的失效。
[0105]
本文所述的ror残留强度测试用于评价所测试的试样的挠曲过应力失效模式，而本文所述的动态冲击测试用于评价所测试的试样的损伤引入失效模式。对于挠曲过应力失效模式，具体实施的组合物(如通过组合物2示出)可经受得住比传统硼硅酸盐玻璃材料高1.6倍的拉伸应力值，以及比传统钠钙玻璃材料高1.84倍的拉伸应力值。对于损伤引入失效模式，具体实施的组合物(如通过组合物2示出)可经受得住比传统硼硅酸盐玻璃材料高1.65倍的冲击力值，以及比传统钠钙玻璃材料高1.58倍的冲击力值。
[0106]
基于测试试样的挠曲过应力失效模式数据和损伤引入失效模式数据，建立用具体实施的组合物、传统硼硅酸盐玻璃和传统钠钙玻璃制造的瓶子的瓶落损伤模型。对于每种模型，瓶落高度为1米。并且所述模型计算如下数据：具体实施的组合物瓶子(组合物2)的根据壁厚度而变化的最大拉伸应力值，具体实施的组合物瓶子的根据壁厚度而变化的接触力，以及壁厚度为2.72mm(传统的婴儿瓶子的壁厚度)的硼硅酸盐和钠钙瓶子的最大拉伸应
力和接触力值。
[0107]
接着，基于该计算的数据，针对挠曲过应力失效模式和损伤引入失效模式二者，计算表现出与壁厚度为2.72mm的硼硅酸盐和钠钙瓶子一样好所需的组合物2的瓶子的壁厚度。下表1示出了在挠曲过应力失效模式中表现为相同水平的瓶子的壁厚度值。
[0108]
表1
[0109][0110][0111]
如表1的第2和3行所示，在挠曲过应力失效模式中具有与硼硅酸盐瓶子相同的掉落性能并且包含具体实施的组合物的瓶子可具有小0.52mm(2.72mm
–
2.2mm)的壁厚度，小44克(185g
–
141g)的重量，并且在损伤引入失效模式中具有2.85倍的优势。而且如表1的第4和5行所示，在挠曲过应力失效模式中具有与钠钙瓶子相同的掉落性能并且包含具体实施的组合物的瓶子可具有小1.02mm(2.72mm
–
1.7mm)的壁厚度，小77克(197g
–
120g)的重量，并且在损伤引入失效模式中具有4.17倍的优势。表1所示的结果说明了相比于常规玻璃容器，在更薄的壁厚度和更轻的重量下，根据本公开所述的玻璃陶瓷容器具有增加的机械可靠性。
[0112]
玻璃和玻璃陶瓷
[0113]
适于制造本文所述的容器的玻璃陶瓷材料如下。合适的玻璃陶瓷材料包括透明或半透明的含锂硅铝酸盐玻璃陶瓷组合物，其具有透锂长石和锂硅酸盐作为主晶相。锂硅酸盐晶相可以是二硅酸锂或偏硅酸锂。本文所述的玻璃和玻璃陶瓷组合物的改进性质包括：1)玻璃保留低的熔化温度(在1500℃以下)，但是提供更高的液相线粘度(>2000泊)以及可与常规辊轧、模制和浮法过程相容的长的工作范围；2)锂硅酸盐保留为主晶相，并且向玻璃陶瓷提供固有的高机械强度和断裂韧度；以及3)透锂长石是第二主晶相并且具有细晶粒尺寸，这促进玻璃陶瓷具有透明性或半透明性，以及还可进行离子交换以具有额外的机械强度。另外，所述材料可被陶瓷化成一定的形状，其具有最小的变形，易于加工成精确形状，易于用常规陶瓷加工工具进行切割、钻孔、斜切、攻螺纹、抛光成高光泽，甚至根据组成和热处理而展现出各种半透明度。由于其较低的粘度，所述玻璃陶瓷可使用各种方法在三维容器中成形。在一些实施方式中，玻璃陶瓷组合物可以包含70体积％或更多的晶体材料。在一些实施方式中，玻璃陶瓷组合物可以包含75体积％或更多、85体积％或更多、90体积％或更多、95体积％或更多、或者98体积％或更多的晶体材料。
[0114]
透锂长石是lialsi
4
o
10
，其是具有三维框架结构并且具有层状结构的单斜晶体，所述层状结构具有通过li和al四面体连接的折叠的si
2
o
5
层。li与氧呈四面体配位。矿物透锂长石是锂源并且用作低热膨胀相以改进玻璃陶瓷或陶瓷部件的耐热冲击性。在一些实施方式中，基于透锂长石相的玻璃陶瓷容器可以在盐浴中进行化学强化，在此期间，na
+
(和/或k
+
)替代透锂长石结构中的li
+
，这造成了表面压缩和强化。在一些实施方式中，透锂长石结晶
相在玻璃陶瓷组合物中的重量百分比可以在以下范围内：约20重量％至约70重量％、约20重量％至约65重量％、约20重量％至约60重量％、约20重量％至约55重量％、约20重量％至约50重量％、约20重量％至约45重量％、约20重量％至约40重量％、约20重量％至约35重量％、约20重量％至约30重量％、约20重量％至约25重量％、约25重量％至约70重量％、约25重量％至约65重量％、约25重量％至约60重量％、约25重量％至约55重量％、约25重量％至约50重量％、约25重量％至约45重量％、约25重量％至约40重量％、约25重量％至约35重量％、约25重量％至约30重量％、约30重量％至约70重量％、约30重量％至约65重量％、约30重量％至约60重量％、约30重量％至约55重量％、约30重量％至约50重量％、约30重量％至约45重量％、约30重量％至约40重量％、约30重量％至约35重量％、约35重量％至约70重量％、约35重量％至约65重量％、约35重量％至约60重量％、约35重量％至约55重量％、约35重量％至约50重量％、约35重量％至约45重量％、约35重量％至约40重量％、约40重量％至约70重量％、约40重量％至约65重量％、约40重量％至约60重量％、约40重量％至约55重量％、约40重量％至约50重量％、约40重量％至约45重量％、约45重量％至约70重量％、约45重量％至约65重量％、约45重量％至约60重量％、约45重量％至约55重量％、约45重量％至约50重量％、约50重量％至约70重量％、约50重量％至约65重量％、约50重量％至约60重量％、约50重量％至约55重量％、约55重量％至约70重量％、约55重量％至约65重量％、约55重量％至约60重量％、约60重量％至约70重量％、约60重量％至约65重量％、或者约65重量％至约70重量％。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷具有约20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、36重量％、37重量％、38重量％、39重量％、40重量％、41重量％、42重量％、43重量％、44重量％、45重量％、46重量％、47重量％、48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、56重量％、57重量％、58重量％、59重量％、60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、66重量％、67重量％、68重量％、69重量％、或70重量％的透锂长石结晶相。
[0115]
锂硅酸盐结晶相可以是二硅酸锂或偏硅酸锂。二硅酸锂li
2
si
2
o
5
是基于{si
2
o
5
}四面体阵列的波形片的斜方晶体。所述晶体的形状通常为板状或板条状，具有明显的解理面。由于随机取向的联锁晶体的微结构，基于二硅酸锂的玻璃陶瓷提供高度理想的机械性质，包括高的主体强度和断裂韧度，所述随机取向的联锁晶体是迫使裂纹经由这些晶体周围的曲折路径扩展通过材料的晶体结构。偏硅酸锂li
2
sio
3
具有斜方对称性，其中(si
2
o
6
)链平行于c轴并且通过锂离子连接在一起。在稀氢氟酸中，偏硅酸锂晶体易于从玻璃陶瓷溶解出。在一些实施方式中，锂硅酸盐结晶相在玻璃陶瓷组合物中的重量百分比可以在以下范围内：约20重量％至约60重量％、约20重量％至约55重量％、约20重量％至约50重量％、约20重量％至约45重量％、约20重量％至约40重量％、约20重量％至约35重量％、约20重量％至约30重量％、约20重量％至约25重量％、约25重量％至约60重量％、约25重量％至约55重量％、约25重量％至约50重量％、约25重量％至约45重量％、约25重量％至约40重量％、约25重量％至约35重量％、约25重量％至约30重量％、约30重量％至约60重量％、约30重量％至约55重量％、约30重量％至约50重量％、约30重量％至约45重量％、约30重量％至约40重量％、约30重量％至约35重量％、约35重量％至约60重量％、约35重量％至约55重量％、约35重量％至约50重量％、约35重量％至约45重量％、约35重量％至约40重量％、约40重量％
至约60重量％、约40重量％至约55重量％、约40重量％至约50重量％、约40重量％至约45重量％、约45重量％至约60重量％、约45重量％至约55重量％、约45重量％至约50重量％、约50重量％至约60重量％、约50重量％至约55重量％、或者约55重量％至约60重量％。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷具有20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、36重量％、37重量％、38重量％、39重量％、40重量％、41重量％、42重量％、43重量％、44重量％、45重量％、46重量％、47重量％、48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、56重量％、57重量％、58重量％、59重量％、或60重量％的锂硅酸盐结晶相。
[0116]
存在两个二硅酸锂玻璃陶瓷的大家族。第一组包括掺杂有二氧化铈和贵金属，例如银的那些。它们可以通过紫外光来光敏成核，随后进行热处理以生产坚固的玻璃陶瓷，例如二硅酸锂玻璃陶瓷的第二家族通过加入p
2
o
5
成核，其中，成核相是li
3
po
4
。已经开发了p
2
o
5
成核的二硅酸锂玻璃陶瓷用于诸如高温密封材料，计算机硬盘驱动器的磁盘，透明装甲和牙科应用之类的各式各样应用。
[0117]
本文所述的玻璃和玻璃陶瓷可以一般地描述成含锂硅铝酸盐玻璃或玻璃陶瓷，并且包括sio
2
、al
2
o
3
和li
2
o。除了sio
2
、al
2
o
3
和li
2
o之外，本文具体实施的玻璃和玻璃陶瓷可以进一步含有碱金属盐，例如，na
2
o、k
2
o、rb
2
o或cs
2
o，以及p
2
o
5
和zro
2
及如下所述的多种其他组分。在一个或多个实施方式中，主结晶相包括透锂长石和锂硅酸盐，但是取决于前体玻璃的组成，β-锂辉石ss、β-石英ss、磷酸锂、方石英和金红石也可以作为次相存在。在一些实施方式中，所述玻璃陶瓷组合物的残余玻璃含量为约5重量％至约30重量％、约5重量％至约25重量％、约5重量％至约20重量％、约5重量％至约15重量％、约5重量％至约10重量％、约10重量％至约30重量％、约10重量％至约25重量％、约10重量％至约20重量％、约10重量％至约15重量％、约15重量％至约30重量％、约15重量％至约25重量％、约15重量％至约20重量％、约20重量％至约30重量％、约20重量％至约25重量％、或者约25重量％至约30重量％。在一些实施方式中，残余的玻璃含量可以是5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、或30重量％。
[0118]
sio
2
是玻璃成形中涉及的氧化物，其可起到稳定玻璃和玻璃陶瓷的网络结构的作用。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物包含约55重量％至约80重量％的sio
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物包含69重量％至约80重量％的sio
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约55重量％至约80重量％、约55重量％至约77重量％、约55重量％至约75重量％、约55重量％至约73重量％、60重量％至约80重量％、约60重量％至约77重量％、约60重量％至约75重量％、约60重量％至约73重量％、65重量％至约80重量％、约65重量％至约77重量％、约65重量％至约75重量％、约65重量％至约73重量％、69重量％至约80重量％、约69重量％至约77重量％、约69重量％至约75重量％、约69重量％至约73重量％、约70重量％至约80重量％、约70重量％至约77重量％、约70重量％至约75重量％、约70重量％至约73重量％、约73重量％至约80重量％、约73重量％至约77重量％、约73重量％至约75重量％、约75重量％至约80重量％、约75重量％至约77重量％、或约77重
量％至约80重量％的sio
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物包含约55重量％、56重量％、57重量％、58重量％、59重量％、60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、66重量％、67重量％、68重量％、69重量％、70重量％、71重量％、72重量％、73重量％、74重量％、75重量％、76重量％、77重量％、78重量％、79重量％、或80重量％的sio
2
。
[0119]
对于粘度和机械性能，粘度和机械性能受玻璃组合物的影响。在玻璃和玻璃陶瓷中，sio
2
用作前体玻璃的主要的形成玻璃的氧化物，并且可用于稳定玻璃和玻璃陶瓷的网络结构。sio
2
的浓度应足够地高以在前体玻璃受到热处理而转化成玻璃陶瓷时，形成透锂长石晶相。可以限制sio
2
的量以控制熔化温度(200泊温度)，因为纯sio
2
或高sio
2
玻璃的熔化温度不合期望地高。
[0120]
al
2
o
3
也可以向网络提供稳定性并且还提供改进的机械性质和化学耐久性。但是，如果al
2
o
3
的量过高，则锂硅酸盐晶体的分数可能降低，这可能达到无法形成联锁结构的程度。可以定制al
2
o
3
的量以控制粘度。进一步地，如果al
2
o
3
的量过高，则熔体的粘度一般也升高。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约2重量％至约20重量％的al
2
o
3
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约6重量％至约9重量％的al
2
o
3
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约2重量％至约20重量％、约2重量％至约18重量％、约2重量％至约15重量％、约2重量％至约12重量％、约2重量％至约10重量％、约2重量％至约9重量％、约2重量％至约8重量％、约2重量％至约5重量％、约5重量％至约20重量％、约5重量％至约18重量％、约5重量％至约15重量％、约5重量％至约12重量％、约5重量％至约10重量％、约5重量％至约9重量％、约5重量％至约8重量％、约6重量％至约20重量％、约6重量％至约18重量％、约6重量％至约15重量％、约6重量％至约12重量％、约6重量％至约10重量％、约6重量％至约9重量％、约8重量％至约20重量％、约8重量％至约18重量％、约8重量％至约15重量％、约8重量％至约12重量％、约8重量％至约10重量％、约10重量％至约20重量％、约10重量％至约18重量％、约10重量％至约15重量％、约10重量％至约12重量％、约12重量％至约20重量％、约12重量％至约18重量％、或者约12重量％至约15重量％的al
2
o
3
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、或20重量％的al
2
o
3
。
[0121]
在本文的玻璃和玻璃陶瓷中，li
2
o有助于形成透锂长石和锂硅酸盐晶相二者。事实上，为了获得作为主晶相的透锂长石和锂硅酸盐，期望在组合物中具有至少约7重量％的li
2
o。另外，已经发现，一旦li
2
o过高——大于约15重量％——则组合物变成极具流动性。在一些具体实施的组合物中，玻璃或玻璃陶瓷可包含约5重量％至约20重量％的li
2
o。在另一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷可包含约10重量％至约14重量％的li
2
o。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约5重量％至约20重量％、约5重量％至约18重量％、约5重量％至约16重量％、约5重量％至约14重量％、约5重量％至约12重量％、约5重量％至约10重量％、约5重量％至约8重量％、7重量％至约20重量％、约7重量％至约18重量％、约7重量％至约16重量％、约7重量％至约14重量％、约7重量％至约12重量％、约7重量％至约10重量％、10重量％至约20重量％、约10重量％至约18重量％、约10重量％至约16重量％、约10重量％至约14重量％、约10重量％至约12重量％、12重量％至约20重量％、约12重量％至
约18重量％、约12重量％至约16重量％、约12重量％至约14重量％、14重量％至约20重量％、约14重量％至约18重量％、约14重量％至约16重量％、约16重量％至约20重量％、约16重量％至约18重量％、或约18重量％至约20重量％的li
2
o。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、或20重量％的li
2
o。
[0122]
如上所述，li
2
o一般用于形成具体实施的玻璃陶瓷，但是其他碱金属氧化物往往减少玻璃陶瓷的形成并且在玻璃陶瓷中形成硅铝酸盐残余玻璃。已经发现，超过约5重量％的na
2
o或k
2
o或者其组合导致具有不期望的残余玻璃的量，从机械性质的角度来看，这可能导致结晶期间的变形和不希望的微结构。可以调整残余玻璃的组成以控制结晶期间的粘度，最大程度地减少变形或不期望的热膨胀，或者控制微结构性质。因此，一般地，本文所述的组合物具有低量的非锂碱金属氧化物。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0至约5重量％的r
2
o，其中，r是碱金属阳离子na和k中的一种或多种。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约1重量％至约3重量％的r
2
o，其中r是碱金属阳离子na和k中的一种或多种。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含0至约5重量％、0至4重量％、0至3重量％、0至约2重量％、0至约1重量％、>0至约5重量％、>0至约4重量％、>0至约3重量％、>0至约2重量％、>0至约1重量％、约1重量％至约5重量％、约1重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％、约1重量％至约2重量％、约2重量％至约5重量％、约2重量％至约4重量％、约2重量％至约3重量％、约3重量％至约5重量％、约3重量％至约4重量％、或约4重量％至约5重量％的na
2
o或k
2
o，或者其组合。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0重量％、>0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、或5重量％的r
2
o。
[0123]
玻璃和玻璃陶瓷组合物可包含p
2
o
5
。p
2
o
5
可用作成核剂以产生本体成核。如果p
2
o
5
的浓度过低，则前体玻璃结晶，但是仅在较高温度下(由于较低的粘度)以及从表面向内结晶，并且得到弱的并且常是变形的主体；但是如果p
2
o
5
的浓度过高，则在前体玻璃成形期间冷却后，可能难以控制析晶。实施方式可包含>0至约6重量％的p
2
o
5
。其他实施方式可包含约2重量％至约4重量％的p
2
o
5
。其他实施方式可包含约1.5重量％至约2.5重量％的p
2
o
5
。具体实施的组合物可包含0至约6重量％、0至约5.5重量％、0至约5重量％、0至约4.5重量％、0至约4重量％、0至约3.5重量％、0至约3重量％、0至约2.5重量％、0至约2重量％、0至约1.5重量％、0至约1重量％、>0至约6重量％、>0至约5.5重量％、>0至约5重量％、>0至约4.5重量％、>0至约4重量％、>0至约3.5重量％、>0至约3重量％、>0至约2.5重量％、>0至约2重量％、>0至约1.5重量％、>0至约1重量％、约0.5重量％至约6重量％、约0.5重量％至约5.5重量％、约0.5重量％至约5重量％、约0.5重量％至约4.5重量％、约0.5重量％至约4重量％、约0.5重量％至约3.5重量％、约0.5重量％至约3重量％、约0.5重量％至约2.5重量％、约0.5重量％至约2重量％、约0.5重量％至约1.5重量％、约0.5重量％至约1重量％、约1重量％至约6重量％、约1重量％至约5.5重量％、约1重量％至约5重量％、约1重量％至约4.5重量％、约1重量％至约4重量％、约1重量％至约3.5重量％、约1重量％至约3重量％、约1重量％至约2.5重量％、约1重量％至约2重量％、约1重量％至约1.5重量％、约1.5重量％至约6重量％、约1.5重量％至约5.5重量％、约1.5重量％至约5重量％、约1.5重量％至约4.5重量％、约1.5重量％至约4重量％、约1.5重量％至约3.5重量％、约1.5重量％至约3
重量％、约1.5重量％至约2.5重量％、约1.5重量％至约2重量％、约2重量％至约6重量％、约2重量％至约5.5重量％、约2重量％至约5重量％、约2重量％至约4.5重量％、约2重量％至约4重量％、约2重量％至约3.5重量％、约2重量％至约3重量％、约2重量％至约2.5重量％、约2.5重量％至约6重量％、约2.5重量％至约5.5重量％、约2.5重量％至约5重量％、约2.5重量％至约4.5重量％、约2.5重量％至约4重量％、约2.5重量％至约3.5重量％、约2.5重量％至约3重量％、约3重量％至约6重量％、约3重量％至约5.5重量％、约3重量％至约5重量％、约3重量％至约4.5重量％、约3重量％至约4重量％、约3重量％至约3.5重量％、约3.5重量％至约6重量％、约3.5重量％至约5.5重量％、约3.5重量％至约5重量％、约3.5重量％至约4.5重量％、约3.5重量％至约4重量％、约4重量％至约6重量％、约4重量％至约5.5重量％、约4重量％至约5重量％、约4重量％至约4.5重量％、约4.5重量％至约6重量％、约4.5重量％至约5.5重量％、约4.5重量％至约5重量％、约5重量％至约6重量％、约5重量％至约5.5重量％、或约5.5重量％至约6重量％的p
2
o
5
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0重量％、>0重量％、0.5重量％、1重量％、1.5重量％、2重量％、2.5重量％、3重量％、3.5重量％、4重量％、4.5重量％、5重量％、5.5重量％、或6重量％的p
2
o
5
。
[0124]
在本文中的玻璃和玻璃陶瓷中，一般发现zro
2
通过显著地减少成形期间的玻璃析晶和降低液相线温度，可提高li
2
o-al
2
o
3-sio
2-p
2
o
5
玻璃的稳定性。在8重量％以上的浓度下，zrsio
4
可在高温下形成主液相线相，这显著降低了液相线粘度。当玻璃含有超过2重量％的zro
2
时，可形成透明玻璃。加入zro
2
还可有助于减小透锂长石晶粒尺寸，这有助于形成透明的玻璃陶瓷。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0.2重量％至约15重量％的zro
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可具有约2重量％至约4重量％的zro
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0.2重量％至约15重量％、约0.2重量％至约12重量％、约0.2重量％至约10重量％、约0.2重量％至约8重量％、约0.2重量％至6重量％、约0.2重量％至约4重量％、0.5重量％至约15重量％、约0.5重量％至约12重量％、约0.5重量％至约10重量％、约0.5重量％至约8重量％、约0.5重量％至6重量％、约0.5重量％至约4重量％、1重量％至约15重量％、约1重量％至约12重量％、约1重量％至约10重量％、约1重量％至约8重量％、约1重量％至6重量％、约1重量％至约4重量％、2重量％至约15重量％、约2重量％至约12重量％、约2重量％至约10重量％、约2重量％至约8重量％、约2重量％至6重量％、约2重量％至约4重量％、约3重量％至约15重量％、约3重量％至约12重量％、约3重量％至约10重量％、约3重量％至约8重量％、约3重量％至6重量％、约3重量％至约4重量％、约4重量％至约15重量％、约4重量％至约12重量％、约4重量％至约10重量％、约4重量％至约8重量％、约4重量％至6重量％、约8重量％至约15重量％、约8重量％至约12重量％、约8重量％至约10重量％、约10重量％至约15重量％、约10重量％至约12重量％、或约12重量％至约15重量％的zro
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0.2重量％、0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、或15重量％的zro
2
。
[0125]
b
2
o
3
有利于提供具有低熔化温度的前体玻璃。另外，在前体玻璃中加入b
2
o
3
并因此在玻璃陶瓷中加入b
2
o
3
有助于实现联锁的晶体微结构并且还可提高玻璃陶瓷的抗损伤性。当残余玻璃中的硼未被碱金属氧化物或二价阳离子氧化物电荷平衡时，其将处于三角配位
态(或者是三配位硼)，并使玻璃结构打开。在这些三配位硼周围的网络不像四面体配位(或四配位)硼那么坚硬。不囿于理论，认为包括三配位硼的前体玻璃和玻璃陶瓷可容许在裂纹形成之前有某种程度的变形。由于容许一定的变形，因此增加了维氏压痕裂纹引发值。包括三配位硼的前体玻璃和玻璃陶瓷的断裂韧度也可以有所增加。不囿于理论，认为玻璃陶瓷的残余玻璃(及前体玻璃)中的硼的存在降低了残余玻璃(或前体玻璃)的粘度，这促进了锂硅酸盐晶体的生长，尤其是促进了具有高纵横比的大晶体的生长。更大量的三配位硼(相对于四配位硼)被认为使得玻璃陶瓷展现出更大的维氏压痕裂纹引发载荷。在一些实施方式中，三配位硼的量(作为总b
2
o
3
的百分比)可以是约40％或更大、50％或更大、75％或更大、约85％或更大、或者甚至约95％或更大。一般需控制硼的量以维持陶瓷化的本体玻璃陶瓷的化学耐久性和机械强度。
[0126]
在一个或多个实施方式中，本文的玻璃和玻璃陶瓷可包含0至约10重量％或者0至约2重量％的b
2
o
3
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含0至约10重量％、0至约9重量％、0至约8重量％、0至约7重量％、0至约6重量％、0至约5重量％、0至约4重量％、0 0至约3重量％、0至约2重量％、0至约1重量％、>0至约10重量％、>0至约9重量％、>0至约8重量％、>0至约7重量％、>0至约6重量％、>0至约5重量％、>0至约4重量％、>0至约3重量％、>0至约2重量％、>0至约1重量％、约1重量％至约10重量％、约1重量％至约8重量％、约1重量％至约6重量％、约1重量％至约5重量％、约1重量％至约4重量％、约1重量％至约2重量％、约2重量％至约10重量％、约2重量％至约8重量％、约2重量％至约6重量％、约2重量％至约4重量％、约3重量％至约10重量％、约3重量％至约8重量％、约3重量％至约6重量％、约3重量％至约4重量％、约4重量％至约5重量％、约5重量％至约8重量％、约5重量％至约7.5重量％、约5重量％至约6重量％、或约5重量％至约5.5重量％的b
2
o
3
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0重量％、>0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、或10重量％的b
2
o
3
。
[0127]
mgo可以部分固溶体的形式进入透锂长石晶体。在一个或多个实施方式中，本文的玻璃和玻璃陶瓷可包含0至约8重量％的mgo。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含0至约8重量％、0至约7重量％、0至约6重量％、0至约5重量％、0至约4重量％、0至约3重量％、0至约2重量％、0至约1重量％、约1重量％至约8重量％、约1重量％至约7重量％、约1重量％至约6重量％、约1重量％至约5重量％、约1重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％、约1重量％至约2重量％、约2重量％至约8重量％、约2重量％至约7重量％、约2重量％至约6重量％、约2重量％至约5重量％、约2重量％至约4重量％、约2重量％至约3重量％、约3重量％至约8重量％、约3重量％至约7重量％、约3重量％至约6重量％、约3重量％至约5重量％、约3重量％至约4重量％、约4重量％至约8重量％、约4重量％至约7重量％、约4重量％至约6重量％、约4重量％至约5重量％、约5重量％至约8重量％、约5重量％至约7重量％、约5重量％至约6重量％、约6重量％至约8重量％、约6重量％至约7重量％、或约7重量％至约8重量％的mgo。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0重量％、>0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％或8重量％的mgo。
[0128]
zno可以部分固溶体的形式进入透锂长石晶体。在一个或多个实施方式中，本文的玻璃和玻璃陶瓷可包含0至约10重量％的zno。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含0至约10重量％、0至约9重量％、0至约8重量％、0至约7重量％、0至约6重量％、0至约
5重量％、0至约4重量％、0至约3重量％、0至约2重量％、0至约1重量％、约1重量％至约10重量％、约1重量％至约9重量％、约1重量％至约8重量％、约1重量％至约7重量％、约1重量％至约6重量％、约1重量％至约5重量％、约1重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％、约1重量％至约2重量％、约2重量％至约10重量％、约2重量％至约9重量％、约2重量％至约8重量％、约2重量％至约7重量％、约2重量％至约6重量％、约2重量％至约5重量％、约2重量％至约4重量％、约2重量％至约3重量％、约3重量％至约10重量％、约3重量％至约9重量％、约3重量％至约8重量％、约3重量％至约7重量％、约3重量％至约6重量％、约3重量％至约5重量％、约3重量％至约4重量％、约4重量％至约10重量％、约4重量％至约9重量％、约4重量％至约8重量％、约4重量％至约7重量％、约4重量％至约6重量％、约4重量％至约5重量％、约5重量％至约10重量％、约5重量％至约9重量％、约5重量％至约8重量％、约5重量％至约7重量％、约5重量％至约6重量％、约6重量％至约10重量％、约6重量％至约9重量％、约6重量％至约8重量％、约6重量％至约7重量％、约7重量％至约10重量％、约7重量％至约9重量％、约7重量％至约8重量％、约8重量％至约10重量％、约8重量％至约9重量％、或约9重量％至约10重量％的zno。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0重量％、>0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、或10重量％的zno。
[0129]
在一个或多个实施方式中，本文的玻璃和玻璃陶瓷可包含0至约5重量％的tio
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含0至约5重量％、0至约4重量％、0至约3重量％、0至约2重量％、0至约1重量％、约1重量％至约5重量％、约1重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％、约1重量％至约2重量％、约2重量％至约5重量％、约2重量％至约4重量％、约2重量％至约3重量％、约3重量％至约5重量％、约3重量％至约4重量％、或约4重量％至约5重量％的tio
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0重量％、>0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、或5重量％的tio
2
。
[0130]
在一个或多个实施方式中，本文的玻璃和玻璃陶瓷可包含0至约0.4重量％的ceo
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含0至约0.4重量％、0至约0.3重量％、0至约0.2重量％、0至约0.1重量％、约0.1重量％至约0.4重量％、约1重量％至约0.3重量％、约1重量％至约0.2重量％、约0.2重量％至约0.4重量％、约0.2重量％至约0.3重量％、或约0.3重量％至约0.4重量％的ceo
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0重量％、>0重量％、0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％或0.4重量％的ceo
2
。
[0131]
在一个或多个实施方式中，本文的玻璃和玻璃陶瓷可包含0至约0.5重量％的sno
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含0至约0.5重量％、0至约0.4重量％、0至约0.3重量％、0至约0.2重量％、0至约0.1重量％、约0.05重量％至约0.5重量％、0.05重量％至约0.4重量％、0.05重量％至约0.3重量％、0.05重量％至约0.2重量％、0.05重量％至约0.1重量％、约0.1重量％至约0.5重量％、约0.1重量％至约0.4重量％、约0.1重量％至约0.3重量％、约0.1重量％至约0.2重量％、约0.2重量％至约0.5重量％、约0.2重量％至约0.4重量％、约0.2重量％至约0.3重量％、约0.3重量％至约0.5重量％、约0.3重量％至约0.4重量％、或约0.4重量％至约0.5重量％的sno
2
。在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物可包含约0重量％、>0重量％、0.05重量％、0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％或0.5重量％的sno
2
。
[0132]
在一些实施方式中，在本文公开的玻璃和玻璃陶瓷中的p
2
o
5
和zro
2
的重量百分比之和可大于或等于约3重量％、4重量％或5重量％，以增加成核性。成核性的增加可产生更细的晶粒。
[0133]
在一些实施方式中，玻璃陶瓷在可见光范围内展现出透明性(即，玻璃陶瓷是透明的)。在一些实施方式中，玻璃陶瓷的透明性可通过产生比光的询问波长的波长更小的晶体，以及通过使残余玻璃的折射率与透锂长石(1.51)和二硅酸锂(1.55)的匹配来实现。
[0134]
在一些实施方式中，玻璃陶瓷材料在400nm至700nm的波长范围中的通过1.0mm厚的玻璃陶瓷材料片的平均透射率可以为70％或更大。在一些实施方式中，玻璃陶瓷材料在400nm至700nm的波长范围中的通过1.0mm厚的玻璃陶瓷材料片的平均透射率可以为75％或更大、80％或更大、85％或更大、或者90％或更大。400nm至700nm的波长范围中的平均透射率通过测量400nm至700nm之间的所有波长的透射率并对测量值进行平均来计算。
[0135]
在一些实施方式中，厚度为1mm的透明玻璃陶瓷在约400nm至约1,000nm的波长范围内可具有≥90％的光透射率(包括表面反射损失)。在一个或多个实施方式中，对于厚度为1mm的玻璃陶瓷制品，针对在约400nm至约1000nm的波长范围内的光，透明玻璃陶瓷制品的平均透射率为约85％或更大、约86％或更大、约87％或更大、约88％或更大、约89％或更大、约90％或更大、约91％或更大、约92％或更大、约93％或更大(包括表面反射损失)。在其他实施方式中，玻璃陶瓷在可见光范围内可以是半透明的。在一些实施方式中，对于厚度为1mm的玻璃陶瓷制品，半透明的玻璃陶瓷对于约400nm至约1000nm的波长范围内的光的平均透射率可在约20％至小于约85％的范围内。在玻璃陶瓷是半透明的实施方式中，所述玻璃陶瓷可具有白颜色。
[0136]
在一些实施方式中，玻璃陶瓷中的晶粒的尺寸可影响透明度或半透明度。在一些实施方式中，透明玻璃陶瓷的晶粒可以具有小于约100nm的最长尺寸。在一些实施方式中，半透明玻璃陶瓷的晶粒可以具有约100nm至约500nm的最长尺寸。在一些实施方式中，透明玻璃陶瓷的晶粒可以具有约2或更大的纵横比。在一些实施方式中，半透明玻璃陶瓷的晶粒可以具有约2或更小的纵横比。
[0137]
由于用于生产本公开的玻璃或玻璃陶瓷组合物的原料和/或设备，在最终的玻璃或玻璃陶瓷组合物中可存在无意加入的某些杂质或组分。这些物质可以小的量存在于玻璃或玻璃陶瓷组合物中，并且在本文中被称为“夹杂材料”。
[0138]
如本文所使用的，具有0重量％的化合物的玻璃或玻璃陶瓷组合物被定义为该化合物、分子或元素不是故意被加入到组合物中的，但是组合物仍可以包含该化合物，特别是夹杂量或痕量。类似地，“不含铁”、“不含钠”、“不含锂”、“不含锆”、“不含碱土金属”、“不含重金属”等被定义为该化合物、分子或元素不是故意被加入到组合物中的，但是组合物仍可以包含铁、钠、锂、锆、碱土金属或重金属等，但是以大致夹杂量或痕量被包含。在本文具体实施的玻璃或玻璃陶瓷中可以找到的夹杂化合物包括但不限于na
2
o、tio
2
、mno、zno、nb
2
o
5
、moo
3
、ta
2
o
5
、wo
3
、zro
2
、y
2
o
3
、la
2
o
3
、hfo
2
、cdo、sno
2
、fe
2
o
3
、ceo
2
、as
2
o
3
、sb
2
o
3
、基于硫的化合物(例如硫酸盐)、卤素或其组合。
[0139]
在一些实施方式中，可以向玻璃或玻璃陶瓷组合物中添加抗微生物组分。可以加入到玻璃或玻璃陶瓷中的抗微生物组分包括但不限于ag、ago、cu、cuo、cu
2
o等。在一些实施方式中，抗微生物组分的浓度保持在约3重量％、2重量％、1重量％或0.5重量、>0重量％的
10-7
/k或更大。
[0147]
在一些实施方式中，在1mm厚的玻璃陶瓷上，玻璃陶瓷的等双轴挠曲强度为约300mpa或更大、约325mpa或更大、约350mpa或更大、约375mpa或更大、约400mpa或更大、约425mpa或更大、或者约450mpa或更大。等双轴挠曲强度也可以被称为环上环(ror)强度，其根据astm:c1499-05中阐述的程序来测量，并且对第2013/0045375号美国专利公开第[0027]段中列出的测试固定架和测试条件稍作改变，所述美国专利公开通过引用纳入本文。如果玻璃陶瓷是第一次经受磨损(通常被碳化硅颗粒磨损)，则磨损环上环(aror)强度也可使用上述程序来测量。一些实施方式还包括可化学强化的玻璃陶瓷，其具有使挠性强度增加的透锂长石相。在这样的实施方式中，ror强度可以是约500mpa或更大、约550mpa或更大、约600mpa或更大、约650mpa或更大、约700mpa或更大、约750mpa或更大、或者约800mpa或更大。
[0148]
玻璃陶瓷的一些实施方式展现出高的断裂韧度和固有的抗损坏性。如上所述，玻璃陶瓷的一些实施方式包括联锁的锂硅酸盐晶体，其导致具有高的断裂韧度。一个或多个实施方式的玻璃陶瓷可以包括硼，其可以三配位硼存在于玻璃陶瓷的残余玻璃相中。在这样的实施方式中，通过在前体玻璃中包含b
2
o
3
来提供三配位硼。当玻璃或玻璃陶瓷受到压痕载荷时，三配位硼提供了致密化机制。
[0149]
在一个或多个实施方式中，玻璃陶瓷展现出以下断裂韧度：约1.0mpa
·
m
1/2
或更大、约1.1mpa
·
m
1/2
或更大、1.2mpa
·
m
1/2
或更大、1.3mpa
·
m
1/2
或更大、1.4mpa
·
m
1/2
或更大、1.5mpa
·
m
1/2
或更大、1.6mpa
·
m
1/2
或更大、1.7mpa
·
m
1/2
或更大、1.8mpa
·
m
1/2
或更大、1.9mpa
·
m
1/2
或更大、或者约2.0mpa
·
m
1/2
。在一些实施方式中，断裂韧度在约1mpa
·
m
1/2
至约2mpa
·
m
1/2
的范围内。断裂韧度可以使用本领域已知的方法测量，例如，根据astm c1421
–
10的“standard test methods for determination of fracture toughness of advanced ceramics at ambient temperature”(室温下确定高级陶瓷的断裂韧度的标准测试方法)，使用v形缺口短棒来测量。
[0150]
在一个或多个实施方式中，玻璃陶瓷通过展现出维氏硬度而具有高的抗裂纹和刮擦性。在一些实施方式中，非离子交换的玻璃陶瓷展现出的维氏硬度在以下范围内：约600至约900kgf/mm
2
、约600至约875kgf/mm
2
、约600至约850kgf/mm
2
、约600至约825kgf/mm
2
、约600至约800kgf/mm
2
、约600至约775kgf/mm
2
、约600至约750kgf/mm
2
、约600至约725kgf/mm
2
、约600至约700kgf/mm
2
、约700至约900kgf/mm
2
、约700至约875kgf/mm
2
、约700至约850kgf/mm
2
、约700至约825kgf/mm
2
、或约700至约800kgf/mm
2
。在一些实施方式中，维氏硬度为600kgf/mm
2
或更大、625kgf/mm
2
或更大、650kgf/mm
2
或更大、675kgf/mm
2
或更大、700kgf/mm
2
或更大、725kgf/mm
2
或更大、750kgf/mm
2
或更大、775kgf/mm
2
或更大、800kgf/mm
2
或更大、825kgf/mm
2
或更大、850kgf/mm
2
或更大、875kgf/mm
2
或更大、或者900kgf/mm
2
或更大。维氏硬度可以使用美国宾夕法尼亚州康舍霍肯市astm国际协会(astm international)的astm c1326和c1327(及其子项形式，它们全部通过引用纳入本文)的“standard test methods for vickers indentation hardness of advanced ceramics”(高级陶瓷的维氏压痕硬度的标准测试方法)来测量。在一些实施方式中，在通过离子交换化学强化后，玻璃陶瓷展现出所述维氏压痕裂纹引发载荷值。
[0151]
在一些实施方式中，本文公开的玻璃陶瓷在离子交换后不易碎。如本文所用的术
语“易碎”和“易碎性”是指玻璃陶瓷板或片材在受到物体的点冲击或掉落到固体表面上时的能量断裂，所述点冲击或掉落具有足够的力以将玻璃陶瓷板破碎成多个小片，并且在玻璃中具有多个裂纹分支(即，从初始裂纹中分支出大于5个多重裂纹)；小片从其原始位置喷出至少2英寸(约5cm)，碎片化密度大于约5个碎片/cm
2
的板；或这三种状况的任何组合。相反，当玻璃陶瓷板受到物体的点冲击或掉落到固体表面上，并且所述点冲击或掉落具有足够的力以使玻璃陶瓷板碎裂时，如果玻璃陶瓷板不碎裂或者破裂时从初始裂纹分支出小于5个多重裂纹，并且小片从其原始位置喷出小于2英寸，则玻璃陶瓷板被视为不易碎。
[0152]
图19示出了对5cm x 5cm玻璃陶瓷板观察到的易碎和非易碎性质的实例，每个玻璃陶瓷板具有0.5mm的厚度。玻璃陶瓷板a展现出易碎性质，这通过多个喷出超过2英寸的小片，以及从初始裂纹分支出大程度裂纹而产生小片所证实。与玻璃陶瓷板a相反，玻璃陶瓷板b、c和d不展现出易碎性质。在这些情况中，玻璃陶瓷板破碎成少数的大片，它们未被迫使从其原始位置喷出2英寸(“x”是断裂前玻璃板a的大致中心)。玻璃陶瓷板b破裂成了两个大片，并且无裂纹分支；玻璃陶瓷板c破裂成了四个片并且从初始裂纹分支出两个裂纹；并且玻璃陶瓷板d破碎成了四个片并且从初始裂纹分支出两个裂纹。
[0153]
另外，所有的组合物和玻璃和/或玻璃陶瓷组合物可通过本领域公知的那些方法进行离子交换。在典型的离子交换过程中，玻璃中的较小的金属离子被靠近玻璃和/或玻璃陶瓷的外表面的层中的相同价的较大金属离子替代或“交换”。用较大离子替代较小离子在玻璃和/或玻璃陶瓷的层中产生了压缩应力。在一个实施方式中，所述金属离子是单价碱金属离子(例如，na
+
、k
+
、rb
+
、cs
+
等)，并且离子交换通过将玻璃和/或玻璃陶瓷浸没在包含要替代玻璃中的较小金属离子的至少一种较大金属离子的熔融盐的浴中来完成。替代性地，其他单价离子，例如ag
+
、tl
+
、cu
+
等可交换单价离子。用于强化玻璃和/或玻璃陶瓷的一种或多种离子交换过程可包括但不限于浸没在单个浴或者具有相同或不同组合物的多个浴中，并且在各次浸没之间进行洗涤和/或退火步骤。在一个或多个实施方式中，玻璃和/或玻璃陶瓷可以通过暴露于温度为约430℃的熔融nano
3
来进行离子交换。在这样的实施方式中，na
+
离子替代玻璃陶瓷中的一定部分的li离子，以形成表面压缩层并展现出高的抗裂纹性。在约2小时内，在玻璃表面上的所得压缩应力层的深度(也被称为“层深度”)为至少100μm。在这样的实施方式中，层深度可以根据na
2
o浓度分布来确定。在其他实例中，实施方式可以通过在410℃下暴露于熔融kno
3
持续2小时来进行离子交换，以产生层深度为至少约100μm的压缩应力层。在一些实施方式中，玻璃陶瓷可以经过离子交换以实现约30μm或更大、约40μm或更大、约50μm或更大、约60μm或更大、约70μm或更大、约80μm或更大、约90μm或更大、或者约100μm或更大的层深度。在其他实施方式中，玻璃经过离子交换以实现至少10mpa的中心张力。该表面压缩层的形成对实现比未经离子交换的材料更好的抗裂纹性和更高的挠曲强度是有益的。相比于玻璃陶瓷制品的主体(即，不包括表面压缩的区域)的离子交换到玻璃陶瓷制品中的浓度，表面压缩层具有更高的离子交换到玻璃陶瓷制品中的浓度。
[0154]
在一些实施方式中，玻璃陶瓷的表面压缩应力可以在以下范围内：约100mpa至约500mpa、约100mpa至约450mpa、约100mpa至约400mpa、约100mpa至约350mpa、约100mpa至约300mpa、约100mpa至约250mpa、约100mpa至约200mpa、约100mpa至约150mpa、150mpa至约500mpa、约150mpa至约450mpa、约150mpa至约400mpa、约150mpa至约350mpa、约150mpa至约300mpa、约150mpa至约250mpa、约150mpa至约200mpa,200mpa至约500mpa、约200mpa至约
450mpa、约200mpa至约400mpa、约200mpa至约350mpa、约200mpa至约300mpa、约200mpa至约250mpa,250mpa至约500mpa、约250mpa至约450mpa、约250mpa至约400mpa、约250mpa至约350mpa、约250mpa至约300mpa,300mpa至约500mpa、约300mpa至约450mpa、约300mpa至约400mpa、约300mpa至约350mpa,350mpa至约500mpa、约350mpa至约450mpa、约350mpa至约400mpa、400mpa至约500mpa、约400mpa至约450mpa、或约450mpa至约500mpa。在一些实施方式中，玻璃陶瓷的表面压缩应力可以为约100mpa或更大、约150mpa或更大、约200mpa或更大、约250mpa或更大、约300mpa或更大、约350mpa或更大、约400mpa或更大、约450mpa或更大、或者约500mpa或更大。使用本领域已知的那些手段来测量压缩应力和压缩应力层深度(“dol”)。使用商购仪器，例如鲁机欧有限公司(luceo co.,ltd.，日本东京)制造的fsm-6000等，通过表面应力计(fsm)来确定dol，测量cs和层深度的方法描述于题为“standard specification for chemically strengthened flat glass”(用于化学强化平坦玻璃的标准规格)的astm1422c-99和astm 1279.19779(1979)的“standard test method for non-destructive photoelastic measurement of edge and surface stresses in annealed,heat-strengthened,and fully-tempered flat glass”(用于退火的、加热强化的、及完全回火的平坦玻璃中的边缘和表面应力的非破坏性光弹性测量的标准测试方法)，其内容通过引用全文纳入本文。表面应力测量依赖于应力光学系数(soc)的精确测量，其与玻璃的双折射相关。soc则使用本领域已知的那些方法来进行测量，例如纤维和四点弯曲法，以及大圆柱体法，所述纤维和四点弯曲法均描述于题为“standard test method for measurement of glass stress-optical coefficient”(玻璃应力光学系数的测量的标准试验方法)的astm标准c770-98(2008)中，其全文通过引用结合入本文。
[0155]
在一个或多个实施方式中，用于制造玻璃陶瓷的方法包括：在一种或多种预选温度下热处理前体玻璃并且持续一种或多种预选时间，以诱导玻璃均质化以及一个或多个结晶相(例如，具有一种或多种组合物、量、形态、尺寸或尺寸分布等)结晶(即，成核和生长)。在一些实施方式中，所述热处理可包括(i)以1-10℃/分钟的速率将前体玻璃加热到玻璃预成核温度；(ii)将可结晶玻璃维持在玻璃预成核温度下约1/4小时至约4小时的时间，以产生预成核的可结晶玻璃；(iii)以1-10℃/分钟的速率将预成核的可结晶玻璃加热到成核温度(tn)；(iv)将可结晶玻璃维持在成核温度约1/4小时至约4小时的时间，以产生成核的可结晶玻璃；(v)以约1℃/分钟至约10℃/分钟的速率将成核的可结晶玻璃加热到结晶温度(tc)；(vi)将成核的可结晶玻璃维持在结晶温度下约1/4小时至约4小时的时间，以产生本文所述的玻璃陶瓷；和(vii)将成形的玻璃陶瓷冷却到室温。如本文所用，术语结晶温度可以与陶瓷化或进行陶瓷化温度互换使用。此外，在这些实施方式中，术语“陶瓷化”或“进行陶瓷化”可以统指步骤(v)、(vi)和任选的(vii)。在一些实施方式中，玻璃预成核温度可以是540℃，成核温度可以是600℃，并且结晶温度可以在630℃至730℃的范围内。在另一些实施方式中，热处理不包括将可结晶玻璃维持在玻璃预成核温度下。因此，热处理可包括(i)以1-10℃/分钟的速率将前体玻璃加热到成核温度(tn)；(ii)将可结晶玻璃维持在成核温度下约1/4小时至约4小时的时间，以产生成核的可结晶玻璃；(iii)以约1℃/分钟至约10℃/分钟的速率将成核的可结晶玻璃加热到结晶温度(tc)；(iv)将成核的可结晶玻璃维持在结晶温度下约1/4小时至约4小时的时间，以产生本文所述的玻璃陶瓷；和(v)将成形的玻璃陶瓷冷却到室温。在前述实施方式中，术语“陶瓷化”或“进行陶瓷化”可以统指步骤
(iii)、(iv)和任选的(v)。在一些实施方式中，成核温度可以为约700℃，结晶温度可以为约800℃。在一些实施方式中，结晶温度越高，作为次结晶相产生的β-锂辉石ss越多。
[0156]
除前体玻璃组合物之外，慎重地规定了加热到结晶温度并将温度维持在该结晶温度下的热处理步骤的温度-时间分布曲线，以便产生以下一种或多种期望属性：玻璃陶瓷的结晶相，一个或多个主结晶相和/或一个或多个次结晶相和残余玻璃的比例，一个或多个主结晶相和/或一个或多个次结晶相和残余玻璃的晶相集合体，以及一个或多个主结晶相和/或一个或多个次结晶相之间的晶粒尺寸或晶粒尺寸分布，其进而可以影响所得到的成形的玻璃陶瓷的最终完整性、品质、颜色和/或不透明度。
[0157]
所得到的玻璃陶瓷可作为片材来提供，其接着可通过压制、吹塑、弯曲、下垂、真空成形或其他方式再成形成具有均匀厚度的弯曲或弯折件。再成形可在热处理之前进行，或者在成形和热处理基本上同时进行的情况中，成形步骤也可用作热处理步骤。
[0158]
在其他实施方式中，可对用于形成玻璃陶瓷的前体玻璃组合物进行配制，从而例如使玻璃陶瓷能够利用一种或多种离子交换技术得到化学强化。在这些实施方式中，离子交换可通过使所述玻璃陶瓷的一个或多个表面经受一个或多个具有规定组成和温度的离子交换浴，并且持续规定的时间来发生，从而使所述一个或多个表面具有压缩应力层。压缩应力层可包括一个或多个平均表面压缩应力(cs)和/或一个或多个层深度。
[0159]
制造本文所述的容器的方法可以包括：对玻璃材料进行成形并且陶瓷化玻璃材料，从而实现所需的机械性质并同时维持玻璃材料的光学性质。在一些实施方式中，所述方法可以包括：将玻璃材料模制成玻璃容器，以及在陶瓷化温度下对玻璃容器进行陶瓷化，以将玻璃材料结晶成玻璃陶瓷材料，从而形成玻璃陶瓷容器。在一些实施方式中，所述方法可以不具有离子交换过程、回火过程和层压过程。在一些实施方式中，所述方法可以包括离子交换过程。在这样的实施方式中，玻璃陶瓷材料在离子交换过程之前具有第一断裂韧度，并且在离子交换过程之后具有第二断裂韧度，所述第二断裂韧度大于所述第一断裂韧度。
[0160]
在一些实施方式中，陶瓷化温度可以在500℃至900℃的范围内。在一些实施方式中，陶瓷化温度可以为约500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃，或者在这些数值中的两个数值作为端点的任何范围内。在一些实施方式中，可以将玻璃容器保持在陶瓷化温度下约4小时，以实现所需的机械性质同时维持玻璃材料的光学性质。
[0161]
在一些实施方式中，玻璃陶瓷容器可以通过某种方法制造，所述方法包括：将玻璃材料模制成单一整体玻璃容器，以及在陶瓷化温度下对玻璃容器进行陶瓷化，以将玻璃材料结晶成玻璃陶瓷材料，从而形成玻璃陶瓷容器，其具有以下特性中的至少一个或全部的特性：(a)在可见光谱(400nm至700nm)中透明，(b)断裂韧度为1mpa*m^1/2或更大，以及(c)周向侧壁的外表面不处于压缩应力下。在一些实施方式中，所述方法可以不具有回火过程，因此，所述玻璃陶瓷容器包括非回火的玻璃陶瓷材料。
[0162]
实施例
[0163]
已经进行了诸多努力，以确保数值(例如数量、温度等)的精确性，但是必须考虑到存在一些误差和偏差。除非另外指出，否则，温度以℃为单位或是环境温度，并且压力为大气压或接近大气压。组合物自身基于氧化物以重量％给出，并且归一化到100％。对反应条件，例如组分浓度、温度、压力和使由所述方法得到的产物纯度和产率最佳化的其他反应范围和条件，可以有许多的变化和组合。只需要合理的常规实验来优化这些工艺条件。
[0164]
实施例1
[0165]
表2列出了为了实现透明玻璃陶瓷的示例性玻璃和玻璃陶瓷组合物(以重量％计)和性质，并且它们根据玻璃领域常规的技术来确定。形成具有表2所列的组合物1-16的前体玻璃。接着使前体玻璃经受陶瓷化周期，所述陶瓷化周期使玻璃保持在540℃下4小时以进行均质化，保持在600℃下4小时以进行成核，以及保持在630至730℃的温度下4小时以进行结晶。在表2中使用以下术语来描述陶瓷化周期：玻璃均质化温度——保持时间/成核温度——保持时间/结晶温度——保持时间。
[0166]
液相线温度是在标准梯度舟液相线测量(astm c829-81及其子项形式)中观察到第一个晶体时的温度。这包括将经过粉碎的玻璃颗粒置于铂舟内，将该舟放入具有梯度温度区域的炉子中，将该舟在适当的温度区域中加热24或72小时，并且通过显微检查确定玻璃内部中出现晶体时的最高温度。更具体而言，将玻璃样品从pt舟中整片取出，使用偏振光显微镜法进行检查以确定在pt与空气界面处以及在样品内部中形成的晶体的位置和性质。由于炉子的梯度是充分已知的，因此可以很好地估计温度与位置的关系，偏差在5-10℃内。在样品的内部中观察到晶体时的温度代表玻璃的液相线温度(针对对应的测试时期的)。测试有时进行较长的时间(例如72小时)，以观察较慢生长相。以泊为单位的液相线粘度根据液相线温度和富尔彻(fulcher)方程的系数来确定。
[0167]
表2
[0168]
[0169][0170]
表2续
[0171]
[0172][0173]
在陶瓷化之后对组合物2进行几项测试以确定玻璃陶瓷的各种性质。如图10所示，进行差示扫描量热法(dsc)示踪，以绘制dsc/(mw/mg)与温度(以℃计)的关系。使用该示踪显示出，通过在相对于结晶温度的低温度下陶瓷化可实现细晶粒的微结构。
[0174]
针对波长为400nm至1,000nm的光，测量厚度为1mm的组合物2的玻璃陶瓷切片的透射率。如图11所示，玻璃陶瓷在可见光波长中的平均透射率大于90％。
[0175]
使用扫描电子显微镜(sem)来观察玻璃陶瓷组合物2的样品，以确定透锂长石的晶粒尺寸。图12a示出了200nm尺度的sem，并且图12b示出了100nm尺度的sem。透锂长石晶粒为约50nm至100nm。晶粒的细度被认为有助于图11所示的玻璃陶瓷的透明性。
[0176]
使玻璃陶瓷组合物2的两个50mm
×
50mm
×
1mm样品经受如上所述的环上环测试，以确定样品的强度。一个样品经受磨损(15psi)，而一个样品不经受磨损。图13显示了环上环测试的结果。对于环上环测试，实现了514mpa的强度。
[0177]
使用v形缺口短棒测量来测量玻璃陶瓷组合物2的样品的断裂韧度。发现断裂韧度为1.13mpa
·
m
1/2
。
[0178]
使用购自英斯特朗公司(instron)的型号为5948的微测试机(microtester)测量具体实施的玻璃陶瓷组合物样品的硬度，以确定如上所述的维氏硬度。发现维氏硬度为约750kgf/mm
2
。
[0179]
使具体实施的组合物2的玻璃陶瓷经受离子交换过程，其中，将样品放置在430℃的熔融nano
3
浴中2小时、4小时、8小时和16小时。如图14所示，实现了超过100μm的层深度。图14还示出了每次离子交换处理的na
2
o摩尔百分比浓度与样品厚度的关系的图。如可见到的，层深度随着离子交换处理的持续时间增加而增加。并且，在离子交换16小时后，实现了抛物线na
2
o浓度。
[0180]
使具有组合物2的具体实施的玻璃陶瓷的两个50mm
×
50mm
×
1mm样品进行离子交换。一个样品在430℃的熔融nano
3
浴中离子交换2小时，而另一个样品在430℃的熔融kno
3
浴中离子交换2小时。使这两个离子交换样品和未经离子交换的具有组合物2的玻璃陶瓷的50mm
×
50mm
×
1mm样品经受如上所述的环上环测试。结果示于图15。在用nano
3
离子交换后，玻璃陶瓷的强度有约30％的增加，而用kno
3
离子交换之后，所述强度有约双倍的增加。对于在离子交换期间在样品表面上形成的压缩应力层，认为用kno
3
浴的离子交换得到了更大的层深度(dol)。
[0181]
使具有组合物2的玻璃陶瓷的50mm
×
50mm
×
1mm样品在430℃的熔融nano
3
浴中离子交换2小时。使玻璃a的50mm
×
50mm
×
1mm样品在420℃的熔融kno
3
浴中离子交换5.5小时。使玻璃b的50mm
×
50mm
×
1mm样品在540℃的32％kno
3
熔融盐中离子交换8小时，随后在390
℃的100％kno
3
熔融浴中离子交换15分钟。使样品全部在15psi下磨损，并经受如上所述的环上环磨损测试。结果示于图16。玻璃陶瓷具有比玻璃a更高的强度，并且具有接近玻璃b的强度。因此，本文具体实施的经离子交换的玻璃陶瓷可刚好如离子交换玻璃那么坚固，或者比其更坚固。
[0182]
使具有组合物2的玻璃陶瓷的50mm
×
50mm
×
1mm样品在430℃的熔融nano
3
浴中离子交换2小时、4小时、8小时和16小时。接着使经过离子交换的样品经受如上所述的环上环测试，并且具有组合物2的未经离子交换的玻璃陶瓷样品也经受如上所述的环上环测试。结果示于图17。玻璃陶瓷的强度基于离子交换的持续时间而增加。
[0183]
使具有组合物2的玻璃陶瓷的50mm
×
50mm
×
1mm样品在430℃的熔融nano
3
浴中离子交换16小时。使样品在15psi、25psi或45psi下磨损，并经受如上所述的环上环磨损测试。结果示于图18。在15psi下磨损的样品具有约253mpa的失效载荷，在25psi下磨损的样品具有约240mpa的失效载荷，并且在45psi下磨损的样品具有约201mpa的失效载荷。
[0184]
实施例2
[0185]
表3列出了为了实现半透明玻璃陶瓷的示例性玻璃和玻璃陶瓷组合物(以重量％计)和性质，并且它们根据玻璃领域常规的技术来确定。形成具有表3所列的组合物17-29的前体玻璃。接着使前体玻璃经受下表3指示的陶瓷化周期。
[0186]
表3
[0187][0188][0189]
表3续
[0190]
[0191][0192]
使用v形缺口短棒测量来测量玻璃陶瓷组合物17、18和22的样品的断裂韧度。断裂韧度分别是1.2mpa
·
m
1/2
、1.13mpa
·
m
1/2
和1.2mpa
·
m
1/2
。
[0193]
如图20所示，对组合物18进行差示扫描量热法(dsc)示踪，以绘制dsc/(mw/mg)与温度(以℃计)的关系图。图21是在组合物18中形成的结晶相的x射线衍射(xrd)光谱。从xrd光谱可见到，透锂长石和二硅酸锂是主结晶相。
[0194]
使玻璃陶瓷组合物19、20和21的50mm
×
50mm
×
1mm样品经受如上所述的环上环测试，以确定样品的强度。图22显示了环上环测试的结果。对于环上环测试，分别实现了352mpa、304mpa和313mpa的强度。因此，对于本文公开的半透明玻璃陶瓷，可实现超过300mpa的强度。
[0195]
使通过将1.4摩尔％的na
2
o浓度分批加入到本体玻璃中形成的组合物18的玻璃陶瓷经受离子交换过程，其中，将样品置于430℃的熔融nano
3
浴中4小时。如图23所示，实现了超过100μm的层深度。图23还示出了na
2
o重量百分比浓度与样品厚度的关系的图。
[0196]
如本文所用，术语“约”指量、尺寸、公式、参数以及其他数量和特征不是精确的且无需精确的，而是可按照要求是近似的和/或更大或者更小，从而反映公差、换算因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员所知的其他因子。一般来说，无论是否明确指出，量、尺寸、公式、参数或其他数量或特征为“大约”或“近似”。
[0197]
如本文所用，术语“或”是包含性的；更具体来说，短语“a或b”意为“a、b或者既有a又有b”。排他性的“或”例如在本文中通过术语如“a或b中的任一种”和“a或b中的一种”来表示。
[0198]
使用不定冠词“一个”和“一种”来描述本公开的元件和组分。这些冠词的使用意为存在这些元件或组分中的一种或至少一种。虽然这些冠词常规用于表示所修饰的名词是单数名词，但是如本文所使用的，冠词“一个”和“一种”还包括复数形式，在特定情况中另有说明的除外。类似地，如本文所用的定冠词“所述/该”还表示所修饰的名词可以为单数或复数形式，同样地，在特定情况中另有说明的除外。
[0199]
为了描述实施方式，应注意，本文提到的变量是参数或另一变量的“函数”并不意味着该变量仅是所列参数或变量的函数。更确切地说，本文提到的变量是所列参数的“函数”旨在开放式的，因此变量可以是单个参数或多个参数的函数。
[0200]
应注意，当本文中使用术语如“优选”、“通常”和“典型”时，其不用于限制本公开的范围或暗示某些特征对于本公开的结构或功能是关键、必需或者甚至重要的。更确切地说，这些术语仅旨在识别本公开的一个实施方式的具体方面，或者强调在本公开的具体实施方式中可以使用或不可以使用的替代或附加的特征。
[0201]
应注意，一项或多项权利要求使用术语“其中”作为连接词。出于限定本公开的目的，应注意，该术语是作为开放式连接词被引入到权利要求中，其用于引出对结构的一系列
特征的描述，并且应以更常用的开放式引导术语“包括”类似的方式来理解。
[0202]
由于用于生产本公开的玻璃或玻璃陶瓷组合物的原料和/或设备，在最终的玻璃或玻璃陶瓷组合物中可存在无意加入的某些杂质或组分。这些物质可以小的量存在于玻璃或玻璃陶瓷组合物中，并且在本文中被称为“夹杂材料”。
[0203]
如本文所使用的，具有0重量％的化合物的玻璃或玻璃陶瓷组合物被定义为该化合物、分子或元素不是故意被加入到组合物中的，但是组合物仍可以包含该化合物，特别是夹杂量或痕量。类似地，“不含铁”、“不含钠”、“不含锂”、“不含锆”、“不含碱土金属”、“不含重金属”等被定义为该化合物、分子或元素不是故意被加入到组合物中的，但是组合物仍可以包含铁、钠、锂、锆、碱土金属或重金属等，但是以大致夹杂量或痕量被包含。
[0204]
除非另有说明，否则本文所述的所有成分的浓度均以重量百分数(重量％)表示。
[0205]
尽管为了说明给出了实施方式和实施例，但是前面的描述不应被认为是对本公开或所附权利要求书的范围的限制。因此，本领域的技术人员可想到各种改进、修改和替换形式而不会偏离本公开或者所附权利要求书的精神和范围。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除