包含霞石晶相的不透明彩色玻璃-陶瓷制造技术

本文所述的是包含至少一种霞石晶相的不透明玻璃‑陶瓷，且所述不透明玻璃‑陶瓷包含约30摩尔％‑约65摩尔％SiO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请交叉参考本申请根据35U.S.C.§119要求2014年04月04日提交的美国临时申请系列第61/975322号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。
本专利技术总体涉及包含至少一种霞石晶相的不透明玻璃-陶瓷,具体来说，涉及不透明、彩色霞石-锌尖晶石玻璃-陶瓷及其制备方法。背景最近，高强度不透明材料已经变得理想地用于电子包装和其它封装应用中，例如化妆品封装。例如，不透明白色和黑色玻璃-陶瓷例如白色β-锂辉石玻璃-陶瓷目前用于智能手机壳中。虽然白色和黑色包装较流行，但日益增多的消费者要求全部调色的具有改善强度的用于电子包装和其它应用的不透明彩色玻璃-陶瓷。具有各种颜色图谱的乳白色玻璃是市售的。但是，乳白玻璃趋于在透明度和耐久性之间抵销。乳白化相在玻璃中的沉淀可制备具有较大沉淀物的非均相分布的微观结构，这不利于韧度或光滑的表面。不透明玻璃-陶瓷例如二硅酸锂堇青石(天线罩(radomes)),霞石β-锂辉石(康宁),和β-石英也是本
所公知的。但是，就它们的颜色调色，特别是就获得亮色而言，这些玻璃-陶瓷目前受到限制。传统地通过釉料(glaze)将颜色赋予到玻璃-陶瓷，其一般来说是设计成在低温下在一步中烧结、流动和结晶以在玻璃陶瓷上形成均匀涂层的玻璃料材料。与通过采用釉料获得的颜色相反，玻璃和玻璃-陶瓷中的颜色通常通过将过渡金属或稀土氧化物添加到批料组合物来获得。使用这种氧化物获得的颜色取决于各种因素，例如离子的氧化状态、离子的配位和/或周围离子的性质。在玻璃-陶瓷中,过渡金属或稀土离子可分配进入主晶体相,残留玻璃相(不同于起始玻璃),或次要(辅助)无定形相或晶体相。因此，陶瓷化材料(玻璃-陶瓷)的颜色可不同于未陶瓷化材料(玻璃)的颜色，且可根据陶瓷化方案进行变化。已将着色剂结合进入β-锂辉石(不透明)玻璃-陶瓷来制备褐土色产品(例如，米色康宁),但难以获得具有亮色的不透明玻璃陶瓷。因此，提供可用着色剂掺杂来形成亮色且还可通过离子交换来化学强化的不透明玻璃-陶瓷将是有优势的。此外，还可优选地在霞石玻璃-陶瓷中提供掺杂的尖晶石-类晶体相来制备高强度、不透明、彩色产品，所述产品可用于各种封装应用，例如电子包装和化妆品封装。概述在各种实施方式中,本专利技术涉及包含至少一种霞石晶相的不透明玻璃-陶瓷，所述不透明玻璃-陶瓷包含约30摩尔％-约65摩尔％SiO2,约15摩尔％-约40摩尔％Al2O3,约10摩尔％-约20摩尔％量的组合量的Na2O和K2O(Na2O+K2O),约0摩尔％-约10摩尔％ZnO,和约0摩尔％-约10摩尔％MgO,其中ZnO和MgO的总量(ZnO+MgO)是约0.5摩尔％-约10摩尔％。在一些实施方式中,所述玻璃-陶瓷还包含用选自过渡金属和稀土元素中的至少一种着色剂掺杂的至少一种尖晶石-结构相。尖晶石-结构相可包括但不限于锌尖晶石,铝酸镁,和镁-锌尖晶石等等。根据各种实施方式,所述不透明玻璃-陶瓷可通过离子交换来化学强化。本专利技术还涉及一种用于制备包含至少一种霞石晶相的不透明玻璃-陶瓷的方法，所述方法包括在一温度下加热前体玻璃且加热足以将前体玻璃转化成玻璃-陶瓷的时间,其中所述前体玻璃包含约30摩尔％-约65摩尔％SiO2,约15摩尔％-约40摩尔％Al2O3,约10摩尔％-约20摩尔％组合总量的Na2O和K2O(Na2O+K2O),约0摩尔％-约10摩尔％ZnO,和约0摩尔％-约10摩尔％MgO,其中ZnO和MgO的总量(ZnO+MgO)是约0.5摩尔％-约10摩尔％。在各种实施方式中,所述玻璃-陶瓷还包含至少一种尖晶石-结构相，且所述方法还包括用约0.05摩尔％-约5摩尔％选自过渡金属氧化物和稀土氧化物的至少一种着色剂掺杂前体玻璃。根据其它实施方式，可在约1400℃-约1800℃的温度下熔融批料组合物，且熔融约1小时-约20小时的时间，从而制备前体玻璃。在一些实施方式中,可将前体玻璃在约700℃-约1200℃的温度下加热约4小时-约20小时的时间。所述方法可还包括下述步骤：通过离子交换过程来化学强化不透明玻璃-陶瓷。在以下的详细描述中给出了本专利技术的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的方法而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述给出了本专利技术的各种实施方式，用来提供理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本专利技术的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本专利技术的各种实施方式，并与说明书一起用来解释本专利技术的原理和操作。附图简要说明结合以下附图阅读本专利技术，便可以最好地理解下文中的专利技术详述，图中相同的结构用相同的附图标记表示：图1是根据本专利技术的一种实施方式制备的不透明玻璃-陶瓷的XRD图案；图2是根据本专利技术的一种实施方式制备的不透明玻璃-陶瓷的XRD图案；图3是根据现有技术方法制备的比较性玻璃-陶瓷的XRD图案；图4A显示用于根据本专利技术的各种实施方式制备的不透明玻璃-陶瓷和通过现有技术方法制备的比较性玻璃-陶瓷的a*和b*坐标；图4B显示用于根据本专利技术的各种实施方式制备的不透明玻璃-陶瓷和通过现有技术方法制备的比较性玻璃-陶瓷的L*坐标；图5显示根据本专利技术的各种实施方式制备的不透明玻璃-陶瓷和通过现有技术方法制备的比较性玻璃-陶瓷的漫反射图谱,以及它们的前体玻璃的透射光谱；图6显示用于根据本专利技术的各种实施方式制备的不透明玻璃-陶瓷和通过现有技术方法制备的比较性玻璃-陶瓷的减免图谱(remissionspectra)；图7A是根据本专利技术的一种实施方式制备的不透明玻璃-陶瓷的背散射SEM图像；图7B是根据本专利技术的一种实施方式制备的不透明玻璃-陶瓷的背散射SEM图像；图7C是根据本专利技术的一种实施方式制备的不透明玻璃-陶瓷的背散射SEM图像；图8A是图7C的SEM图像中成像的深灰色、块状相的EDS图谱；图8B是图7C的SEM图像中成像的亮的圆相的EDS图谱；以及图8C是图7C的SEM图像中成像的亮的矩形相的EDS图谱。详细描述本文所述的是不透明玻璃-陶瓷，其包含至少一种霞石晶相且包含约30摩尔％-约65摩尔％SiO2,约15摩尔％-约40摩尔％Al2O3,约10摩尔％-约20摩尔％的组合量的Na2O和K2O(Na2O+K2O),约0摩尔％-约10摩尔％ZnO,和约0摩尔％-约10摩尔％MgO,其中ZnO和MgO的组合量(ZnO+MgO)是约0.5摩尔％-约10摩尔％。根据各种实施方式,所述玻璃-陶瓷还包含用选自过渡金属和稀土元素的至少一种着色剂掺杂的至少一种尖晶石-结构相。本文还披露用于制备本文所述的不透明玻璃-陶瓷的方法。下面将详细描述本专利技术的其它方面。玻璃-陶瓷根据本专利技术制备的玻璃-陶瓷是不透明的,即不是透明的。如本文所使用，术语“不透明”用于指当形成为具有约1毫米厚度的片材时，在光谱的可见光区域(约400nm-约700nm的波长范围)，玻璃陶瓷具有小于约85％的透射率。例如,在可见光范围中，示例性不透明玻璃-陶瓷可具有小于约80％透射比,例如小于约75％,小于约70％,小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不透明玻璃‑陶瓷，其包含:至少一种霞石晶相,和组合物，该组合物包含约30摩尔％‑约65摩尔％量的SiO2,约15摩尔％‑约40摩尔％量的Al2O3,以一量存在的Na2O和K2O，从而Na2O和K2O的总量(Na2O+K2O)是约10摩尔％‑约20摩尔％,约0摩尔％‑约10摩尔％量的ZnO,和约0摩尔％‑约10摩尔％量的MgO,其中ZnO和MgO的组合量(ZnO+MgO)是约1摩尔％‑约10摩尔％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.04 US 61/975,3221.一种不透明玻璃-陶瓷，其包含:至少一种霞石晶相,和组合物，该组合物包含约30摩尔％-约65摩尔％量的SiO2,约15摩尔％-约40摩尔％量的Al2O3,以一量存在的Na2O和K2O，从而Na2O和K2O的总量(Na2O+K2O)是约10摩尔％-约20摩尔％,约0摩尔％-约10摩尔％量的ZnO,和约0摩尔％-约10摩尔％量的MgO,其中ZnO和MgO的组合量(ZnO+MgO)是约1摩尔％-约10摩尔％。2.如权利要求1所述的不透明玻璃-陶瓷，其特征在于，还包含用选自过渡金属和稀土金属元素中的至少一种着色剂掺杂的尖晶石-结构相。3.如权利要求2所述的不透明玻璃-陶瓷，其特征在于，尖晶石-结构相包括锌尖晶石、镁-锌尖晶石、铝酸镁及其组合。4.如前述权利要求中任一项所述的不透明玻璃-陶瓷，其特征在于，所述组合物包含约45摩尔％-约65摩尔％量的SiO2,约20摩尔％-约30摩尔％量的Al2O3,约5摩尔％-约15摩尔％量的Na2O,约1摩尔％-约10摩尔％量的K2O,约1摩尔％-约5摩尔％量的ZnO,约0摩尔％-约5摩尔％量的MgO,并包含选自过渡金属和稀土元素中的至少一种着色剂。5.如前述权利要求中任一项所述的不透明玻璃-陶瓷，其特征在于，(Na2O+K2O)和Al2O3的摩尔比例小于约1。6.如前述权利要求中任一项所述的不透明玻璃-陶瓷，其特征在于，还包括下述中的一种或两种：约0摩尔％-约12摩尔％量的TiO2,和约0摩尔％-约12摩尔％量的ZrO2,其中TiO2和ZrO2的总量(TiO2+ZrO2)是约4摩尔％-约12摩尔％。7.如前述权利要求中任一项所述的不透明玻璃-陶瓷，其特征在于，所述玻璃-陶瓷包含选自过渡金属氧化物和稀土氧化物中的约至少一种氧化物,其中所述氧化物以约0.05摩尔％-约5摩尔％的量存在。8.如权利要求7所述的不透明玻璃-陶瓷，其特征在于，所述过渡金属氧化物选自锰、铁、钴、镍、铜、钒、铬的氧化物及其组合。9.如前述权利要求中任一项所述的不透明玻璃-陶瓷，其特征在于，所述玻璃-陶瓷是不含锂的。10.如前述权利要求中任一项所述的不透明玻璃-陶瓷，其特征在于，所述玻璃-陶瓷通过离子交换来化学强化。11.一种用于制备包含至少一种霞石晶相的不透明玻璃-陶瓷的方法,所述方法包括：在一温度下加热前体玻璃并加热足以将前体玻璃转化成玻璃-陶瓷的时间,其中所述前体玻璃包含约30摩尔％-约65摩尔％SiO2,约...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·J·埃利森，L·A·摩尔，T·L·维尔纳，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US