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公開番号2025168540
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-07
出願番号2025147479,2024044706
出願日2025-09-05,2015-10-08
発明の名称ペタライト及びリチウムシリケート構造を有する高強度ガラスセラミック
出願人コーニングインコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人
主分類C03C 10/04 20060101AFI20251030BHJP(ガラス;鉱物またはスラグウール)
要約【課題】迅速なイオン交換可能性、及び高い破壊靭性を有する、透明又は半透明ガラスセラミック材料を提供する。
【解決手段】
約55重量%から約80重量%のSiO₂;
約5重量%から約20重量%のAl₂O₃;
約5重量%から約20重量%のLi₂O;
約2重量%から約4重量%のP₂O₅;及び
約0.2重量%から約15重量%のZrO₂を含む前駆体ガラス。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
５５重量％から８０重量％までのＳｉＯ
２
；
２重量％から２０重量％までのＡｌ
２
Ｏ
３
；
５重量％から２０重量％までのＬｉ
２
Ｏ；
０重量％から５重量％までのＮａ
２
Ｏ；
０重量％より多く６重量％までのＰ
２
Ｏ
５
；及び
０．２重量％から１５重量％までのＺｒＯ
２
を含むガラスセラミック物品であって、
ＺｒＯ
２
とＰ
２
Ｏ
５
の合計が、３重量％以上であって、
前記ガラスセラミック物品は、リチウムジシリケート（Ｌｉ
２
ＳｉＯ
５
）の結晶相を含み、
前記リチウムジシリケートは、前記ガラスセラミック物品の４０重量％から６０重量％まで含まれ、
前記ガラスセラミックの粒子は、１００ｎｍ未満の最長寸法を有し、
厚さ１ｍｍのガラスセラミック物品において、４００ｎｍ～１０００ｎｍの波長範囲の光に対して８５％以上の平均透過率を有する、ガラスセラミック物品。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記リチウムジシリケートの粒子は、ランダムに配向されて相互に連結しており、前記ガラスセラミック物品は、１ＭＰａ・ｍ
１／２
より大きな破壊靭性を有する、請求項１記載のガラスセラミック物品。
【請求項３】
０重量％から２重量％までのＫ
２
Ｏを含む、請求項１～２のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。
【請求項４】
１重量％より多く５重量％までのＮａ
２
Ｏを含む、請求項１～２のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。
【請求項５】
前記ガラスセラミック物品は、１００ＭＰａより大きな圧縮応力を有し、３０μｍ以上の層深さを有する、請求項１～２のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。
【請求項６】
８重量％から１５重量％までのＬｉ
２
Ｏを含む、請求項１～２のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。
【請求項７】
３重量％から６重量％までのＰ
２
Ｏ
５
を含む、請求項６記載のガラスセラミック物品。
【請求項８】
前記ガラスセラミック物品が、更に、ペタライト（ＬｉＡｌＳｉ
４
Ｏ
１０
）の結晶相を含み、前記ペタライトおよび前記リチウムジシリケートは、前記ガラスセラミック物品の主要な結晶相である、請求項１～２のいずれか一項に記載のガラスセラミック物品。

発明の詳細な説明【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１４年１０月８日出願の米国仮特許出願第６２／０６１３８５号、及び２０１５年８月１４日出願の米国仮特許出願第６２／２０５１２０号の優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願それぞれの内容は信頼できるものであり、またその全体が参照によって本出願に援用される。
続きを表示（約 2,400 文字）【技術分野】
【０００２】
実施形態は、ガラス及びガラスセラミック組成物に関し、特にペタライト相とリチウムシリケート相との組み合わせを有する高強度ガラスセラミック組成物に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＳｉＯ
２
‐Ｌｉ
２
Ｏ‐Ｋ
２
Ｏ‐ＺｎＯ‐Ｐ
２
Ｏ
５
‐Ａｌ
２
Ｏ
３
‐ＺｒＯ
２
系のリチウムジシリケートガラスセラミックは、歯科用クラウン、ブリッジ及びオーバレイとしての使用のために開発及び販売されている。上記ガラスセラミックの、相互に連結した平板状結晶の微細構造は、高い機械的強度及び破壊靭性、並びに優れた耐化学性を提供する。この分野の組成物は、コーニング社において発明され、Ｂｅａｌｌらによって特許文献１（「７９９特許」）として特許取得された。
【０００４】
更に、公知のガラス系材料は、固有の脆性、又は割れの伝播に対する低い耐性を示すことが多い。例えば固有の低い破壊靭性（例えば酸化物ガラス及びガラスセラミックに関して０．５～１．０ＭＰａ・ｍ
１／２
）により、酸化物ガラスは、小さな欠陥及び傷に対する感受性を有する。比較点として、市販の単結晶基材は、約２．４～約４．５ＭＰａ・ｍ
１／２
の破壊靭性値を示す。例えばイオン交換プロセスによる化学的強化は、ガラス又はガラスセラミックに、表面からある深さ（例えば５０～１００μｍ）まで、圧縮応力層を付与することにより、上記ガラス又はガラスセラミックの上記表面における割れの貫入に対するある程度の耐性を提供できるが、割れ貫入耐性は限定される場合があり、割れが上記圧縮応力層を通ってガラス又はガラスセラミックの体積内に貫入した後ではもはや有効でなくなる。上記強化は、割れの貫入に対するある程度の耐性を提供するものの、材料の固有の特性（ｋ１ｃ）はイオン交換によって影響を受けない。特に損傷耐性及び破壊靭性に関する、ガラス系材料の機械的特性の改善には、焦点が当てられ続けている。従って、改善された損傷耐性及び破壊靭性を材料に提供することが必要とされている。
【０００５】
イオン交換可能な、βスポジュメン類のリチウム含有アルミノシリケートガラスセラミック物品が公知であり、これらは損傷耐性及び破壊靭性を提供する。しかしながら、βスポジュメン系ガラスセラミックは一般に不透明であり、これにより、上記ガラスセラミックは、ディスプレイ関連用途、又は透明性若しくは半透明性を必要とするその他の用途について制約を有する。従って、迅速なイオン交換可能性、及び高い破壊靭性を有する、透明又は半透明ガラスセラミック材料に対する需要が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
米国特許第５２１９７９９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様は、ペタライト結晶質相及びリチウムシリケート結晶質相を有するガラスセラミック物品を含み、上記ペタライト結晶質相及び上記リチウムシリケート結晶質相は、上記ガラスセラミック物品中に存在する他の結晶質相よりも高い重量百分率を有する。いくつかの実施形態では、上記ペタライト結晶質相は、上記ガラスセラミック物品の２０～７０重量％を構成し、また上記リチウムシリケート結晶質相は、上記ガラスセラミック物品の２０～６０重量％を構成する。いくつかの実施形態では、上記ペタライト結晶質相は、上記ガラスセラミック物品の４５～７０重量％を構成し、また上記リチウムシリケート結晶質相は、上記ガラスセラミック物品の２０～５０重量％を構成する。いくつかの実施形態では、上記ペタライト結晶質相は、上記ガラスセラミック物品の４０～６０重量％を構成し、また上記リチウムシリケート結晶質相は、上記ガラスセラミック物品の２０～５０重量％を構成する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、上記ガラスセラミック物品は透明である。いくつかの実施形態では、上記ガラスセラミック物品は、４００ｎｍ～１０００ｎｍの波長範囲の光に関して少なくとも８５％の透過率を有する。いくつかの実施形態では、上記ガラスセラミック物品は、４００ｎｍ～１０００ｎｍの波長範囲の光に関して少なくとも９０％の透過率を有する。いくつかの実施形態では、上記ガラスセラミック物品は透明である。いくつかの実施形態では、上記ガラスセラミック物品は、５００ｎｍ以下又は１００ｎｍ以下の最長寸法を有する粒子を含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、上記ガラスセラミック物品は、重量％で以下を含む組成を有する：
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％；及び
ＺｒＯ
２
：０．２‐１５％。
【００１０】
いくつかの実施形態では、上記ガラスセラミック物品は、重量％で以下の任意の追加の成分を更に含む組成を有する：
Ｋ
２
Ｏ：０‐４％；
ＭｇＯ：０‐８％；
ＴｉＯ
２
：０‐５％；
ＣｅＯ
２
：０‐０．４％；及び
ＳｎＯ
２
：０．０５‐０．５％。
（【００１１】以降は省略されています）

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