本申請根據(jù)35U.S.C.§119，要求2014年6月30日提交的美國臨時申請系列第62/018936號的優(yōu)先權，本文以該申請為基礎并將其全文通過引用結合于此。

技術領域

本文涉及可結晶玻璃(前體玻璃可結晶成玻璃-陶瓷)、玻璃-陶瓷、可離子交換(“可IX”)玻璃-陶瓷和/或經(jīng)離子交換的(“IX”)玻璃-陶瓷；其制造工藝；以及包含其的制品。具體來說，本文涉及可結晶玻璃(前體玻璃，其配制成可結晶成白色、不透明玻璃-陶瓷，其包含β-鋰輝石固溶體作為主晶相)，白色、不透明β-鋰輝石玻璃-陶瓷，可IX的白色、不透明β-鋰輝石玻璃-陶瓷；和/或IX的白色、不透明β-鋰輝石玻璃-陶瓷；其制造工藝；以及包含其的制品。

背景

在過去十年，多種電子設備[例如筆記本電腦、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式導航儀(PND)、媒體播放器、移動電話、便攜式存儲裝置(PID)等(通常稱作“便攜式計算裝置”)]已經(jīng)融為一體，同時它們變得小而輕，并且功能更強大。促進此類較小裝置的發(fā)展和可用性的一個因素是通過不斷地降低電子組件尺寸來增加計算密度和運行速度的能力。但是，電子設備變得更小、更輕和功能更強大的趨勢給便攜式計算裝置的某些組件的設計不斷帶來挑戰(zhàn)。

與便攜式計算裝置相關的遭遇特別的設計挑戰(zhàn)的組件包括用于罩住各種內部/電子組件的包封或外殼。該設計挑戰(zhàn)通常來自兩個相互沖突的設計目標：希望制造更輕和更薄的包封或外殼，以及希望制造更堅固和更剛性的包封或外殼。更輕的包封或外殼(通常是具有較少緊固件的薄的塑料結構)傾向于更具撓性，同時具有變彎和彎曲的趨勢，這與更堅固和更剛性的包封或外殼(通常是重量較重的具有更多緊固件的較厚的塑料結構)相反。不幸的是，更堅固和更剛性的塑料結構的重量增加可能導致用戶的不滿意，然而，較輕結構的變彎和彎曲可能損害便攜式計算裝置的內部/電子組件，這幾乎肯定會導致用戶的不滿意。

在已知的材料分類中，玻璃-陶瓷廣泛地用于各種其他應用。例如，玻璃-陶瓷廣泛地用于廚房如爐灶、烹飪用具以及餐具，例如碗和餐盤等。透明的玻璃-陶瓷用于生產(chǎn)烤箱和/或爐窗、光學元件以及鏡面基材等。通常，通過在特定的溫度下對可結晶玻璃進行特定時間段的結晶化，使得玻璃基質中的晶體相成核和生長，來制造玻璃-陶瓷?；赟iO₂-Al₂O₃-Li₂O玻璃體系的兩種玻璃-陶瓷包括具有β-石英固溶體(“β-石英ss”或“β-石英”)作為主晶相或者β-鋰輝石固溶體(“β-鋰輝石ss”或“β-鋰輝石)作為主晶相的那些。

如所述，由于現(xiàn)有的外殼或外罩的上述問題，存在對于如下材料的需求，例如，可結晶玻璃(前體玻璃，其配制成可結晶成為玻璃-陶瓷)和/或β-鋰輝石玻璃-陶瓷和/或可IX的β-鋰輝石玻璃-陶瓷和/或IX的β-鋰輝石玻璃陶瓷，它們以更為成本節(jié)約的方式潛在提供了用于便攜式計算裝置的改善的外殼或外罩。此外，還存在對于如下材料的需求，其提供了改善的白度水平和/或不透明顏色，同時以美觀的方式解決了產(chǎn)生輕量化、牢固和剛性外殼或外罩的設計挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本文的實施方式的一些方面和/或實施方式(“方面和/或實施方式”)涉及可結晶玻璃，其配制成可結晶成為白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷，其具有β-鋰輝石作為主晶相。以摩爾百分比(摩爾％)計，此類可結晶玻璃包含：約為60-75的SiO₂；約為10-18的Al₂O₃；約為5-14的Li₂O；以及約為4.5-20的B₂O₃；而在替代方面，以摩爾％計，其包含：約為60-75的SiO₂；約為10-18的Al₂O₃；約為5-14的Li₂O；約為4.5-20的B₂O₃；0至約8的MgO；0至約4的ZnO；約為2-5的TiO₂；0至約5的Na₂O；0至約4的K₂O；以及約為0.05-0.5的SnO₂；而在其他替代方面，以摩爾％計，其包含：約為60-70的SiO₂；約為10-16的Al₂O₃；約為7-10的Li₂O；約為6-8的B₂O₃；2至約5的MgO；約為1-2的ZnO；約為3-4的TiO₂；約為0.2-0.5的Na₂O；以及約為0.2-0.5的SnO₂。

本文的一些其他方面和/或實施方式涉及白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷，其具有β-鋰輝石作為主晶相。以摩爾百分比(摩爾％)計，此類白色、不透明β-鋰輝石玻璃-陶瓷包含：約為60-75的SiO₂；約為10-18的Al₂O₃；約為5-14的Li₂O；約為4.5-20的B₂O₃；而在替代方面，以摩爾％計，其包含：約為60-75的SiO₂；約為10-18的Al₂O₃；約為5-14的Li₂O；約為4.5-20的B₂O₃；0至約8的MgO；0至約4的ZnO；約為2-5的TiO₂；0至約5的Na₂O；0至約4的K₂O；以及約為0.05-0.5的SnO₂；而在其他替代方面，以摩爾％計，其包含：約為60-70的SiO₂；約為10-16的Al₂O₃；約為7-10的Li₂O；約為6-8的B₂O₃；2至約5的MgO；約為1-2的ZnO；約為3-4的TiO₂；約為0.2-0.5的Na₂O；以及約為0.2-0.5的SnO₂。

在本文的一些方面和/或實施方式中，此類玻璃-陶瓷可具有固有抗破壞性，其維氏裂紋引發(fā)閾值至少約為25kgf、至少約為30kgf、至少約為35kgf、至少約為40kgf、至少約為45kgf、或者至少約為50kgf。

本文的其他方面和/或實施方式涉及形成可結晶玻璃的方法，所述可結晶玻璃配制成可結晶成為白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷，還涉及用于形成白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷的方法，所述白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷具有β-鋰輝石作為主晶相。在一些方面，一些方法包括熔化配制成在熔化之后產(chǎn)生可結晶玻璃的原材料的混合物，以摩爾百分比(摩爾％)計，該混合物包含：約為60-75的SiO₂；約為10-18的Al₂O₃；約為5-14的Li₂O；約為4.5-20的B₂O₃；而在替代方面，以摩爾％計，其包含：約為60-75的SiO₂；約為10-18的Al₂O₃；約為5-14的Li₂O；約為4.5-20的B₂O₃；0至約8的MgO；0至約4的ZnO；約為2-5的TiO₂；0至約5的Na₂O；0至約4的K₂O；以及約為0.05-0.5的SnO₂；而在其他替代方面，以摩爾％計，其包含：約為60-70的SiO₂；約為10-16的Al₂O₃；約為7-10的Li₂O；約為6-8的B₂O₃；2至約5的MgO；約為1-2的ZnO；約為3-4的TiO₂；約為0.2-0.5的Na₂O；以及約為0.2-0.5的SnO₂。在本文的一些方面和/或實施方式中，此類玻璃-陶瓷可具有固有抗破壞性，其維氏裂紋引發(fā)閾值至少約為25kgf、至少約為30kgf、至少約為35kgf、至少約為40kgf、至少約為45kgf、或者至少約為50kgf。

在其他方面，一些其他方法包括通過可結晶玻璃的轉變來形成具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷的方法。此類其他方法包括：(i)以1-10℃/分鐘的速率將可結晶玻璃加熱至700-810℃的成核溫度(Tn)，所述可結晶玻璃配制成可結晶成為具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷；(ii)將可結晶玻璃維持在成核溫度，以產(chǎn)生包括經(jīng)成核的可結晶玻璃的玻璃制品和/或經(jīng)成核的可結晶玻璃；(iii)以1-10℃/分鐘的速率將經(jīng)合成的可結晶玻璃加熱至850-1200℃的結晶溫度(Tc)；(iv)將經(jīng)成核的可結晶玻璃維持在結晶溫度，以產(chǎn)生具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷。

包含白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷，可IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷，和/或IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷的制品，和/或白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷，可IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷，和/或IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷可用于各種電子器件或便攜式計算裝置，其可配制用于無線通訊，例如，計算機和計算機附件，例如“鼠標”、鍵盤、監(jiān)視器(例如，液晶顯示器(LCD)，其可以是任意冷陰極熒光燈(CCFL-背光LCD)、發(fā)光二極管(LED-背光LCD)等以及等離子體顯示器面板(PDP)等)，游戲控制器、平板、拇指驅動器、外部驅動器、白板等；個人數(shù)字輔助設備(PDA)；便攜式導航裝置(PND)；便攜式庫存裝置(PID)；娛樂裝置和/或娛樂中心，裝置和/或中心附件，例如，調節(jié)器、媒體播放器(例如，唱片、卡帶、碟片、固態(tài)存儲等)，光纜和/或衛(wèi)星接收器，鍵盤、監(jiān)視器(例如，液晶顯示器(LCD)，其可以是任意冷陰極熒光燈(CCFL-背光LCD)、發(fā)光二極管(LED-背光LCD)等以及等離子體顯示器面板(PDP)等；游戲控制器等；電子閱讀裝置或者電子書；手機或者智能手機等。作為替代例子，白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷，可IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷，和/或IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷可用于汽車、電器以及甚至用于建筑應用。

由下文和附圖揭示本文的實施方式的許多其他方面、特征和優(yōu)點。在說明書和/或附圖中，對本文的實施方式的示例性方面和/或實施方式進行參考，它們可單獨應用或者以任意方式相互結合。此類方面和/或實施方式不代表本文的全部范圍。因此，應該參考本文的權利要求來解釋本文的全部范圍。出于簡短和簡明的目的，本說明書所述的數(shù)值的任意范圍預期了該范圍內的所有值，并且理解為支持敘述了具有被懷疑的具體范圍內的實際數(shù)值的終端的任意子范圍的權利要求。舉例一個假定的示例性例子，本發(fā)明的約1-5的范圍的陳述應該理解為支持任意如下范圍的權利要求：1-5；1-4；1-3；1-2；2-5；2-4；2-3；3-5；3-4；和4-5。同樣出于簡短和簡明的目的，應理解的是，諸如“是”、“為”、“包括”、“具有”以及“包含”等術語是方便用詞，不理解為限制性術語，并且只要合適的話，包括術語“包括”、“基本由……組成”以及“由……組成”等。

從以下描述、附圖和所附權利要求書能明顯地看出本發(fā)明的上述及其他方面、優(yōu)點和顯著特征。

附圖說明

圖1顯示氧化硼濃度(單位，重量％)與應變溫度(℃)的關系圖；

圖2顯示氧化硼濃度(單位，重量％)與退火溫度(℃)的關系圖；

圖3顯示散射角與強度的關系圖；

圖4顯示示例性玻璃-陶瓷的硼(¹¹B)核磁共振(NMR)譜圖；

圖5顯示氧化硼的配料摩爾％與(1)剩余玻璃中作為BO₃存在的硼的百分比的關系；以及氧化硼的配料摩爾％與(2)剩余玻璃中BO₃的摩爾數(shù)的關系。

圖6顯示Na₂O離子交換層深度(單位，μm)與Na₂O的重量％的關系圖；

圖7顯示示例性玻璃-陶瓷的維氏壓痕開裂閾值(單位，kgf)；

圖8顯示示例性玻璃-陶瓷的B₂O₃(單位，重量％)與表面雙折射率(x 10⁴)的關系圖；

圖9顯示示例性玻璃-陶瓷的維氏壓痕開裂閾值(單位，kgf)；

圖10顯示示例性玻璃-陶瓷的維氏壓痕開裂閾值(單位，kgf)；以及

圖11顯示示例性玻璃-陶瓷的維氏壓痕開裂閾值(單位，kgf)。

具體實施方式

在本發(fā)明的示例性方面和/或實施方式的以下詳述中，參照構成說明書的一部分的附圖，圖中通過示意性方式顯示了可實踐本發(fā)明的具體方面和/或實施方式。雖然以充分的細節(jié)描述了這些方面和/或實施方式以使得本領域技術人員能夠實踐本發(fā)明，但是不應理解為由此對本發(fā)明的范圍構成了限制。任何本領域和相關領域技術人員基于本文能夠想到，對本文所描述的本發(fā)明特征的替代和進一步改進，以及本文所描述的本發(fā)明原理的任何其它應用，都認為在本發(fā)明的范圍內。具體來說，其他方面和/或實施方式可以采用邏輯變化(例如但不限于，以下任意一種或多種化學、組成{例如但不限于，化學品以及材料等的任意一種或多種}，電子、電化學、電機械、電光學、機械、光學、物理以及物理化學等)以及其他變化，而不背離本發(fā)明的精神或范圍。因此，以下描述并不旨起限制作用，并且本文的方面和/或實施方式的范圍由所附權利要求所限定。還應理解的是，術語，例如“頂部”、“底部”、“向外”以及“向內”等是方便用語，不理解為限制性術語。此外，除非另外說明，否則，列舉的數(shù)值范圍同時包括所述范圍的上限和下限。例如，約為1-10摩爾％的范圍包括數(shù)值1摩爾％和10摩爾％。此外，如本文所用修飾數(shù)值的術語“約”表示在所記錄的數(shù)值的10％之內。

注意到的是，本文的各個方面和/或實施方式涉及制品和/或機器和/或設備，其是由如下一種或多種形成的和/或包括如下一種或多種：本文的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷；可IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷；和/或IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷。作為一個例子，白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷，可IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷，和/或IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷可用于各種電子器件或便攜式計算裝置，其可配制用于無線通訊，例如，計算機和計算機附件，例如“鼠標”、鍵盤、監(jiān)視器(例如，液晶顯示器(LCD)，其可以是任意冷陰極熒光燈(CCFL-背光LCD)、發(fā)光二極管(LED-背光LCD)等以及等離子體顯示器面板(PDP)等)，游戲控制器、平板、拇指驅動器、外部驅動器、白板等；個人數(shù)字輔助設備(PDA)；便攜式導航裝置(PND)；便攜式庫存裝置(PID)；娛樂裝置和/或娛樂中心，裝置和/或中心附件，例如，調節(jié)器、媒體播放器(例如，唱片、卡帶、碟片、固態(tài)存儲等)，光纜和/或衛(wèi)星接收器，鍵盤、監(jiān)視器(例如，液晶顯示器(LCD)，其可以是任意冷陰極熒光燈(CCFL-背光LCD)、發(fā)光二極管(LED-背光LCD)等以及等離子體顯示器面板(PDP)等；游戲控制器等；電子閱讀裝置或者電子書；手機或者智能手機等。作為替代例子，白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷，可IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷，和/或IX的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃陶瓷可用于汽車、電器以及甚至用于建筑應用。為此，希望將其可結晶玻璃配制成具有足夠低的軟化點和/或足夠低的熱膨脹系數(shù)，從而與處理成復雜形狀相容。

根據(jù)本文的方面和/或實施方式，以摩爾％計，具有β-鋰輝石作為主晶相的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷以及配制成結晶成為具有β-鋰輝石作為主晶相的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷的可結晶玻璃包含：約為60-75的SiO₂；約為10-18的Al₂O₃；約為5-14的Li₂O；約為4.5-20的B₂O₃；而在替代方面，以摩爾％計，其包含:約為60-75的SiO₂；約為10-18的Al₂O₃；約為5-14的Li₂O；約為4.5-20的B₂O₃；0至約8的MgO；0至約4的ZnO；約為2-5的TiO₂；0至約5的Na₂O；0至約4的K₂O；以及約為0.05-0.5的SnO₂。在替代方面，以摩爾％計，B₂O₃的范圍是：約為4-20、約為4-18、約為4-16、約為4-14、約為4-12、約為4-10、約為4-8、約為4.1-20、約為4.1-18、約為4.1-16、約為4.1-14、約為4.1-12、約為4.1-10、約為4.1-8、約為4.2-20、約為4.2-18、約為4.2-16、約為4.2-14、約為4.2-12、約為4.2-10、約為4.2-8、約為4.3-20、約為4.3-18、約為4.3-16、約為4.3-14、約為4.3-12、約為4.3-10、約為4.3-8、約為4.4-20、約為4.4-18、約為4.4-16、約為4.4-14、約為4.4-12、約為4.4-10、約為4.4-8、約為4.5-20、約為4.3-18、約為4.5-16、約為4.5-14、約為4.5-12、約為4.5-10、約為4.5-8、約為4.6-20、約為4.6-18、約為4.6-16、約為4.6-14、約為4.6-12、約為4.6-10、約為4.6-8、約為4.7-20、約為4.7-18、約為4.7-16、約為4.7-14、約為4.7-12、約為4.7-10、約為4.7-8、約為4.8-20、約為4.8-18、約為4.8-16、約為4.8-14、約為4.8-12、約為4.8-10、約為4.8-8、約為4.9-20、約為4.9-18、約為4.9-16、約為4.9-14、約為4.9-12、約為4.9-10、約為4.9-8、約為5-20、約為5-18、約為5-16、約為5-14、約為5-12、約為5-10、約為5-8、約為5.1-20、約為5.1-18、約為5.1-16、約為5.1-14、約為5.1-12、約為5.1-10、約為5.1-8、約為5.2-20、約為5.2-18、約為5.2-16、約為5.2-14、約為5.2-12、約為5.2-10、約為5.2-8、約為5.3-20、約為5.3-18、約為5.3-16、約為5.3-14、約為5.3-12、約為5.3-10、約為5.3-8、約為5.4-20、約為5.4-18、約為5.4-16、約為5.4-14、約為5.4-12、約為5.4-10、約為5.4-8、約為5.5-20、約為5.5-18、約為5.5-16、約為5.5-14、約為5.5-12、約為5.5-10、約為5.5-8、約為5.6-20、約為5.6-18、約為5.6-16、約為5.6-14、約為5.6-12、約為5.6-10、約為5.6-8、約為5.7-20、約為5.7-18、約為5.7-16、約為5.7-14、約為5.7-12、約為5.7-10、約為5.7-8、約為5.8-20、約為5.8-18、約為5.8-16、約為5.8-14、約為5.8-12、約為5.8-10、約為5.8-8、約為5.9-20、約為5.9-18、約為5.9-16、約為5.9-14、約為5.9-12、約為5.9-10、約為5.9-8、約為6-18、約為6-16、約為6-14、約為6-12、約為6-10、約為6-8、約為6.5-20、約為6.5-18、約為6.5-16、約為6.5-14、約為6.5-12、約為6.5-10、約為6.5-8、約為7-20、約為7-18、約為7-16、約為7-14、約為7-12、約為7-10、約為8-20、約為8-18、約為8-16、約為8-14、約為8-12、約為8-10、約為10-20、或者約為10-15。

在替代方面，根據(jù)本文的方面和/或實施方式，以摩爾％計，具有β-鋰輝石作為主晶相的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷以及配制成結晶成為具有β-鋰輝石作為主晶相的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷的可結晶玻璃包含：約為60-70的SiO₂；約為10-16的Al₂O₃；約為7-10的Li₂O；約為6-8的B₂O₃；約為2-5的MgO；約為1-2的ZnO；約為3-4的TiO₂；約為0.4-0.6的Na₂O；以及約為0.2-0.5的SnO₂。在額外替代方面，Li₂O約為9-11摩爾％。在其他額外替代方面，具有β-鋰輝石作為主晶相的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷，以及配制成待結晶成為具有β-鋰輝石作為主晶相的白色、不透明的β-鋰輝石玻璃-陶瓷的可結晶玻璃還可包含0至約3摩爾％的ZrO₂。

在一些方面，具有上述組成的玻璃-陶瓷可具有固有抗破壞性，其維氏裂紋引發(fā)閾值至少約為25千克力(kgf)、至少約為30kgf、至少約為35kgf、至少約為40kgf、至少約為45kgf、或者至少約為50kgf。術語維氏裂紋引發(fā)閾值和維氏壓痕開裂閾值在本文可互換使用。相信高含量的B₂O₃(例如，高于6摩爾％)增加了抗破壞性，因為剩余玻璃中的硼沒有被堿性氧化物或者二價陽離子氧化物電荷平衡。作為結果，硼會主要是三重配位狀態(tài)(硼陽離子被3個陰離子圍繞)而不是四重配位狀態(tài)(硼陽離子被4個陰離子圍繞)。三重配位硼的連通性低于四重配位硼狀態(tài)，使得當受到壓縮時，三重配位硼可以更容易地發(fā)生變形，從而提供更好的固有或內在抗破壞性。因此，在一些方面，B₂O₃含有三重配位硼陽離子。在一些方面中，剩余玻璃中存在的至少50％的B₂O₃，剩余玻璃中存在的至少65％的B₂O₃，剩余玻璃中存在的至少70％的B₂O₃可以是三重配位的硼陽離子。

在一些方面，此類玻璃-陶瓷和可結晶玻璃展現(xiàn)出如下組成標準：

[Li₂O+Na₂O+K₂O+MgO+ZnO]的總摩爾數(shù)與[Al₂O₃]的摩爾數(shù)之比可以約為0.8-1.5。

通過將可結晶玻璃配制成具有該比例的預定值，可以使得采用此類可結晶玻璃制造的玻璃-陶瓷中的β-鋰輝石最大化。

在一些額外方面，此類玻璃-陶瓷展現(xiàn)出如下晶相集合：

(1)β-鋰輝石固溶體，其展現(xiàn)出1:1:4.5-1:1:8或者1:1:4.5-1:1:7的Li₂O:Al₂O₃:SiO₂比例；并且占至少70重量％的晶相；

(2)至少一個含Ti晶相，其包括：

a.約占玻璃-陶瓷的2.5-8重量％的晶相，

b.展現(xiàn)出長度≥約50nm的針狀形態(tài)，以及

c.金紅石；和任選的，

(3)一個或多個展現(xiàn)出尖晶石結構的晶相，其占晶相的1-10重量％。

在其他方面，對于0.8mm的厚度，此類玻璃-陶瓷在400-700nm的波長范圍展現(xiàn)出不透明性和/或不透明度≥85％。

在其他方面，對于CIE光源F02，當在CIELAB色空間坐標中表達在約為350-800nm之間獲得的測量結果時，此類玻璃-陶瓷展現(xiàn)出約為80-98或者約為91-94的亮度(L*)水平。在其他方面，并且同樣是表達在CIE光源F02的CIELAB色空間坐標中的結果，此類玻璃陶瓷制品展現(xiàn)出約為-2至1或者約為-0.5至-0.2的a*值，以及約為-5至-2或者約為-2.5至-1的b*值。

注意到的是，根據(jù)本文的方面和/實施方式的玻璃-陶瓷展現(xiàn)出或者具有“β-鋰輝石固溶體作為主晶相”(或者表述為“β-鋰輝石ss”作為主晶相或“β-鋰輝石作為主晶相”)指的是β-鋰輝石固溶體(或者表述為“β-鋰輝石ss”或“β-鋰輝石”)占了根據(jù)本文的方面和/或實施方式的玻璃-陶瓷的所有晶相的大于約70重量百分比(重量％)。根據(jù)本文的方面和/實施方式的玻璃-陶瓷的其他可能的晶相的非限制性例子包括：β-石英固溶體(“β-石英ss”或“β-石英”)；β-鋰霞石固溶體(“β-鋰霞石ss”或“β-鋰霞石”)；尖晶石固溶體(“尖晶石ss”或“尖晶石”，例如鋅尖晶石等)；含Ti晶相(例如，金紅石、銳鈦礦、鈦酸鎂(例如板鈦鎂礦(MgTi₂O₅)等)、鈦酸鋁(例如，鋁假板鈦礦(Al₂TiO₅)等))；以及堇青石(例如，{Mg,Fe}₂Al₃{Si₅AlO₁₈}至{Fe,Mg}₂Al₃{Si₅AlO₁₈})等。

根據(jù)本文的方面和/實施方式，在β-鋰輝石玻璃-陶瓷中的β-鋰輝石固溶體的優(yōu)勢地位在當此類玻璃-陶瓷經(jīng)受一個或多個IX處理以產(chǎn)生IX玻璃-陶瓷時會是有益的。例如，當用各種陽離子(例如，Na、K、Rb等的離子)交換Li離子時，β-鋰輝石的結構會展現(xiàn)出撓性，而不發(fā)生結構的破裂。

根據(jù)本文的一些方面和/或實施方式，β-鋰輝石玻璃-陶瓷可表征為不透明和/或白色。在該情況下，申請人發(fā)現(xiàn)為了實現(xiàn)所需的不透明性和/或所需的白度水平時，此類β-鋰輝石玻璃-陶瓷包含一個或多個含Ti晶相(其包括金紅石)作為次晶相。此類一個或多個含Ti晶相的例子包括任意的金紅石(TiO₂)，并且任選地，可以包括銳鈦礦(TiO₂)、板鈦鎂礦(MgTi₂O₅)、鋁假板鈦礦(Al₂TiO₅)等中的一個或多個，或其混合物。當希望實現(xiàn)所需的不透明性和所需的白度水平時，申請人發(fā)現(xiàn)，為了實現(xiàn)所需的不透明度和白度，此類β-鋰輝石玻璃-陶瓷包含一個或多個含Ti晶相(其包括金紅石)，可以是針狀晶體，其在一些方面展現(xiàn)出長度≥50nm，在其他方面，長度≥110nm，以及在其他方面，長度≥1μm，而在一些情況下，高至2μm。

尖晶石是具有通式AB₂O₄的晶體氧化物，并且尖晶石基本結構是立方體。原型尖晶石結構是鋁酸鎂(MgAl₂O₄)。在尖晶石基本結構中，O原子填充了面心立方(FCC)陣列的位點；A原子占據(jù)FCC結構中的部分四面體位點(A位點)；以及B原子占據(jù)FCC結構中的八面體位點(B位點)。在標準尖晶石中，A和B原子是不同的，A是+2離子而B是+3離子。在無序尖晶石中，+2離子和+3離子無規(guī)分布在A位點和B位點。在反尖晶石中，A位點被+3離子占據(jù)，導致B位點具有+2離子與+3離子的等量混合物，并且A和B原子可以是相同的。在一些情況下，部分A位點可以被+2離子、+3離子和/或+4離子占據(jù)，而在相同或其他情況下，B位點可以被+2離子、+3離子和/或+4離子占據(jù)。A原子的一些例子包括鋅、鎳、錳、鎂、鐵、銅、鈷等。此外，B原子的一些例子包括鋁、銻、鉻、鐵、錳、鈦、釩等。尖晶石中常見許多固溶體，并且可表示為通式(A_x¹A_1-x²)[B_y¹B_2-y²]O₄。例如，在ZnAl₂O₄與MgAl₂O₄之間獲得完整的固溶體，其可以表示為化學式(Znx¹Mg_1-x²)Al₂O₄。根據(jù)本文的一些方面和/或實施方式，β-鋰輝石玻璃-陶瓷包括一個或多個展現(xiàn)出尖晶石結構的晶相，其在一些方面具有接近鋅尖晶石(ZnAl₂O₄)的組成。還發(fā)現(xiàn)隨著ZnO或ZnO或Al₂O₃量的增加，此類β-鋰輝石玻璃-陶瓷可具有的鋅尖晶石的量增加。鋅尖晶石的折射率(n)可以是1.79-1.82，其可以高于β-鋰輝石的折射率(n＝1.53-1.57)但是明顯低于金紅石的折射率(n＝2.61-2.89)。此外，不同于四方晶系的β-鋰輝石和金紅石，立方尖晶石不會展現(xiàn)出雙折射。因此，申請人相信，總的來說，尖晶石(以及具體的，含Zn尖晶石)對于β-鋰輝石玻璃-陶瓷的顏色的影響會小于金紅石所會具有的情況。

在本文實施方式的方面，當β-鋰輝石玻璃-陶瓷包括含Ti晶相(其包含金紅石)時，其可以占晶相的2.5-6重量％。申請人發(fā)現(xiàn)，通過將金紅石維持在至少2.5重量％的晶相時，可以確保最小所需不透明度水平，同時，通過將金紅石維持在小于或等于6重量％的晶相時，可以維持所需的不透明度水平同時還可確保所需的白度水平。換言之，β-鋰輝石玻璃-陶瓷的TiO₂含量可以是2-5摩爾％，并且通過維持至少2摩爾％可以確保最小所需不透明度水平，同時，通過維持小于或等于5摩爾％，可以維持所需的不透明度水平同時還可確保所需的白度水平。

作為對比，按降序排列，數(shù)種材料的折射率(n)如下：金紅石(n＝2.61-2.89)；銳鈦礦(n＝2.48-2.56)；金剛石(n＝2.41-2.43)；鋅尖晶石(n＝1.79-1.82)；藍寶石(n＝1.75-1.78)；堇青石(n＝1.52-1.58)；β-鋰輝石(n＝1.53-1.57)；以及剩余玻璃(n＝1.45-1.49)。再次進行對比，按降序排列，部分相同材料的雙折射率(Δn)如下：金紅石(Δn＝0.25-0.29)；銳鈦礦(Δn＝0.073)；藍寶石(Δn＝0.008)；堇青石(Δn＝0.005-0.017)；金剛石(Δn＝0)；以及鋅尖晶石(Δn＝0)?；谏鲜鰯?shù)據(jù)，可以看出，部分含Ti晶相(特別是金紅石)是展現(xiàn)出部分最高折射率的材料。此外，可以看出，部分含Ti晶相(特別是金紅石)，展現(xiàn)出較高的雙折射率(Δn)，這是它們的四方晶體結構的各向異性特性的結果。隨著玻璃-陶瓷的主晶相(例如，β-鋰輝石(n＝1.53-1.57))和/或任意剩余玻璃(n＝1.45-1.49)以及任意次晶相的折射率或雙折射的差異的增加，可見光波長的散射會增加，這進而增加了不透明度。單獨的每種特性差異會是有益的，而兩種甚至更多種之間的差異更是如此。由于部分含Ti晶相(特別是金紅石)之間的差異以及與基礎相(β-鋰輝石和任意剩余玻璃)之間的差異，本文的β-鋰輝石玻璃-陶瓷展現(xiàn)出合乎希望的散射水平，這會是較高的，從而所需和所希望的不透明度會類似地是高的。

Al₂O₃對于展現(xiàn)出β-鋰輝石作為主晶相的本文的β-鋰輝石玻璃-陶瓷具有貢獻。因此，希望最少約10摩爾％的Al₂O₃。當高于約18摩爾％時，Al₂O₃是不合乎希望的，因為得到的多鋁紅柱石液相線使其難以熔化和形成可結晶玻璃。

包含Na₂O和K₂O可以降低可結晶玻璃的熔化溫度，和/或實現(xiàn)了較短的結晶循環(huán)。

本文的可結晶玻璃和/或β-鋰輝石玻璃-陶瓷含有6-20摩爾％的B₂O₃。本文的可結晶玻璃通?？梢栽诘陀?600℃的溫度下熔化，在某些方面/實施方式中，低于約1580℃，而某些其他方面和/或實施方式中，低于約1550℃，使其能夠在較小的商用玻璃容器中熔化。由于包含B₂O₃，使其傾向于具有低的熔融溫度。此外，添加B₂O₃可改善玻璃-陶瓷的抗破壞性。如上文所述，相信添加B₂O₃增加了抗破壞性，因為剩余玻璃中的硼沒有被堿性氧化物或者二價陽離子氧化物電荷平衡。作為結果，硼會主要是三重配位狀態(tài)(硼陽離子被3個陰離子圍繞)而不是四重配位狀態(tài)(硼陽離子被4個陰離子圍繞)。三重配位硼的連通性低于四重配位硼狀態(tài)，使得當受到壓縮時，三重配位硼可以更容易地發(fā)生變形，從而提供更好的固有或內在抗破壞性，如維氏裂紋引發(fā)閾值所測得的那樣。

MgO和ZnO可作為可結晶玻璃的助熔劑。因此，2摩爾％的[MgO+ZnO]最小總和摩爾％對于獲得低于1600℃的玻璃熔化溫度是合乎希望的。Mg離子和Zn離子可以參與β-鋰輝石玻璃-陶瓷的β-鋰輝石，或者可以與Al₂O₃反應形成尖晶石晶相(Zn離子的參與程度較小)。

在可結晶玻璃中，將Li₂O維持在5-14摩爾％有助于形成β-鋰輝石固溶體晶相。此外，Li₂O作為助熔劑降低了可結晶玻璃的熔點。因此，希望最小5摩爾％的Li₂O，從而獲得所需的β-鋰輝石相。高于14摩爾％的Li₂O會是不合乎希望的，因為可能在形成玻璃-陶瓷的過程中導致不受歡迎的相(例如，硅酸鋰等)。

在可結晶玻璃中包含合適類型和量的一種或多種成核劑以至少促進作為主晶相的β-鋰輝石以及任意所需的一種或多種次晶相在成核和/或結晶熱處理過程中的成核和/或生長。合適類型的一種或多種成核劑是TiO₂、ZrO₂等，對于合適的量而言，TiO₂高至6摩爾％，和/或ZrO₂高至2摩爾％等?？瓷先ド倭縎nO₂在固溶體中進入金紅石相，因而，對于成核可能有貢獻。在本文的方面和/或實施方式中，申請人發(fā)現(xiàn)，當希望形成一個或多個含Ti相以實現(xiàn)所需的預定程度的不透明性和白度水平時，包含TiO₂作為成核劑是合乎希望的。在其他方面和/或實施方式中，包含ZrO₂作為成核劑可增加成核效率。因此，小心地規(guī)定一種或多種成核劑的類型和量。注意到的是，在涉及β-鋰輝石玻璃-陶瓷(任選地展現(xiàn)出β-石英固溶體)的某些方面和/或實施方式中，希望超過2.5摩爾％的[TiO₂+SnO₂]的最小總和摩爾％作為可結晶玻璃的成分。換言之，配制有效量的[TiO₂+SnO₂]的該總和摩爾％作為可結晶玻璃的成分，從而以有效的方式進行成核并且生長成實現(xiàn)預定和合適的晶相集合。注意到的是，高于6摩爾％的TiO₂是不合乎希望的，因為所得到的高金紅石液相線具有增加可結晶玻璃的形狀成形過程中的難度的潛在可能性。此外，還注意到，除了可能的對于成核的小貢獻之外，包含SnO₂可部分作為可結晶玻璃制造過程中的澄清劑，對其質量和完整性具有貢獻。

在一些方面，將的比例維持在大于0.04，以及在一些替代方面，維持在大于0.05，可有助于實現(xiàn)預定和合適的晶相集合，這進而有助于實現(xiàn)預定程度的不透明性和/或白度水平。

此外，在根據(jù)本文的方面和/或實施方式的β-鋰輝石玻璃-陶瓷和/或它們的可結晶玻璃中，申請人發(fā)現(xiàn)，β-鋰輝石晶相展現(xiàn)出1:1:4.5-1:1:8的Li₂O:Al₂O₃:SiO₂比例是合乎希望的。因此，希望1:1:4.5的最小比例以避免在得到的β-鋰輝石玻璃-陶瓷中形成過高水平的不穩(wěn)定剩余玻璃。高于1:1:8的比例是不合乎希望的，因為會產(chǎn)生可結晶玻璃的可熔性的問題。在一些實施方式中，MgO可以取代Li₂O，從而MgO的摩爾數(shù)除以[MgO+Li₂O]的摩爾數(shù)總和可以高至約30％。

根據(jù)本文的方面和/或實施方式的β-鋰輝石玻璃-陶瓷可展現(xiàn)出的其他性質包括如下一種或多種：

(1)無線電和微波頻率透過率(通過損耗角正切定義且是在15MHz至3.0GHz頻率范圍)小于0.03；

(2)大于0.8MPa·m^1/2的斷裂韌度；

(3)大于20000psi的斷裂模量(MOR)；

(4)至少400kg/mm²的努氏硬度；

(5)小于4W/m℃的導熱性；以及

(6)小于0.1體積％的孔隙度。

在涉及一般制品和具體電子器件外殼或外罩(各自部分或完全包括β-鋰輝石玻璃-陶瓷)的方面和/或實施方式中，此類制品和/或β-鋰輝石玻璃-陶瓷展現(xiàn)出如下無線電和微波頻率透過率：在一些方面，通過損耗角正切定義，其小于0.02；在替代方面，小于0.01；以及在其他方面，小于0.005，損耗角正切是在約25℃的15MHz至3.0GHz頻率范圍上確定的。該無線電和微波頻率透過率特征對于包括天線在外罩內部的無線手持式裝置是特別有利的。該無線電和微波透過率允許無線信號通過外殼或外罩，并且在一些情況下，增強了它們的傳輸。結合上文所述的損耗角正切值時，當此類制品和/或β-鋰輝石玻璃-陶瓷展現(xiàn)出如下介電常數(shù)時，可以實現(xiàn)額外益處：在約25℃的15MHz至3.0GHz頻率范圍上，介電常數(shù)小于約10，或者小于約8，或者小于約7。

在本文涉及經(jīng)過化學強化(例如IX)的β-鋰輝石玻璃-陶瓷的其他方面和/或實施方式中，β-鋰輝石玻璃-陶瓷展現(xiàn)出大于0.8MPa·m^1/2的斷裂韌度，或者大于0.85MPa·m^1/2，或者大于1MPa·m^1/2。不依賴于所述的斷裂韌度或者結合所述的斷裂韌度，此類經(jīng)IX的β-鋰輝石玻璃-陶瓷展現(xiàn)出大于40000psi的MOR，或者大于50000psi。

本文的其他方面和/或實施方式涉及形成可結晶玻璃的方法，所述可結晶玻璃配制成可結晶成為玻璃-陶瓷，還涉及用于形成具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷的方法。在一些方面，一些方法包括熔化原材料的混合物，所述原材料的混合物配制成在熔化之后產(chǎn)生可結晶玻璃，以摩爾％計，其包含：：約為60-75的SiO₂；約為10-18的Al₂O₃；約為5-14的Li₂O；約為6-20的B₂O₃；而在替代方面，以摩爾％計，其包含:約為60-75的SiO₂；約為10-18的Al₂O₃；約為5-14的Li₂O；約為6-20的B₂O₃；0至約8的MgO；0至約4的ZnO；約為2-5的TiO₂；0至約5的Na₂O；0至約4的K₂O；以及約為0.05-0.5的SnO₂。

在其他方面，此類原材料的混合物配制成在熔化之后產(chǎn)生可結晶玻璃，其展現(xiàn)出如下組成標準：

[Li₂O+Na₂O+K₂O+MgO+ZnO]的總摩爾數(shù)與[Al₂O₃]的摩爾數(shù)之比可以約為0.8-1.5。

在其他方面，此類原材料的混合物配制成在低于約1600℃的溫度澄清和均勻化熔融玻璃組合物之后，產(chǎn)生上文所述的可結晶玻璃。其他方面包括將熔融可結晶玻璃形成為玻璃制品。

在其他方面，一些其他方法包括通過可結晶玻璃的轉變來形成具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷的方法。此類其他方法包括：(i)以約為1-10℃/分鐘的速率，將包含可結晶玻璃的玻璃制品和/或可結晶玻璃加熱至約為700-810℃的成核溫度(Tn)，所述可結晶玻璃配制成可結晶成為具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷；(ii)將包含可結晶玻璃的玻璃制品和/或可結晶玻璃在成核溫度維持一段時間，例如1/4小時至2小時，以產(chǎn)生包含經(jīng)成核的可結晶玻璃的玻璃制品和/或經(jīng)成核的可結晶玻璃；(iii)以約為1-10℃/分鐘的速率，將包含經(jīng)成核的可結晶玻璃的玻璃制品和/或經(jīng)成核的可結晶玻璃加熱至約為850-1200℃的結晶溫度(Tc)；(iv)將包含經(jīng)成核的可結晶玻璃的玻璃制品和/或經(jīng)成核的可結晶玻璃在結晶溫度維持一段時間，例如1/4小時至4小時，以產(chǎn)生包含具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃陶瓷的制品和/或具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃陶瓷；以及(v)將包含具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷的制品和/或具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷冷卻至室溫。在一些實施方式中，冷卻可包括：一旦包含具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷的玻璃制品和/或具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷的溫度約為800-1100℃時，對其進行淬冷。在一些實施方式中，淬冷過程的冷卻速率可以是約為300-500℃/分鐘。可以持續(xù)淬冷直至包含具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷的玻璃制品和/或具有β-鋰輝石作為主晶相的玻璃-陶瓷的達到室溫。

對于原材料的選擇，推薦低鐵含量沙用作SiO₂源?？赡苄枰M行預先酸處理，以降低砂和其它批料中的鐵含量。重要的是確保對批料本身的處理不會引入鐵氧化物?？梢詫o水硼酸用作B₂O₃源?？梢詫囕x石、細氧化鋁和偏磷酸鋁用作起始材料。本領域技術人員可以根據(jù)玻璃-陶瓷的計劃最終組成計算批料材料的用量。如上文所述，發(fā)現(xiàn)有益的澄清劑是SnO₂，SnO₂的量約為0.05-0.15摩爾％。

然后將混合的批料加入玻璃罐中，根據(jù)常規(guī)的玻璃熔融工藝進行熔融。玻璃熔融領域的普通技術人員可以在上述組成范圍內調節(jié)批料的組成，以精細調節(jié)玻璃的熔融容易度，以便適應所述玻璃熔融罐的操作能力和溫度。熔融玻璃可以使用常規(guī)的方法均勻化和澄清。盡管一些熔融溫度高于1600℃的玻璃可以結晶形成β-石英和/或β-鋰輝石固溶體玻璃-陶瓷材料，但是這樣的高溫熔融通常不得不在特殊設計的昂貴熔融罐中進行。此外，這些高熔融溫度玻璃的液相線性質通常需要較高溫度的壓制和模塑。

然后對均勻化的澄清的熱均勻的熔融玻璃進行成形，使其形成所需的形狀?？梢圆捎酶鞣N成形操作，例如澆鑄、模塑、壓制、輥壓、浮法成形等。通常，所述玻璃應當在低于液相線粘度的粘度下傳遞(即溫度高于液相線溫度)。以壓制操作為例子。首先將玻璃輸送到高溫模具中，使用柱塞對其進行成形，制成具有所需形狀、表面結構和表面粗糙度的玻璃制品。為了得到低的表面粗糙度和精確的表面輪廓，需要使用精密柱塞對填充在模具中的玻璃粘塊進行壓制。如果需要高紅外透射性，還要求所述柱塞不會在玻璃制品的表面上引入紅外吸收氧化物或其它缺陷。然后將模塑品從所述模具中取出，轉移到玻璃退火爐中，以從模塑品中除去足夠的應力用于進一步加工(在必需和需要的情況下)。然后，為了質量控制，對冷卻的玻璃模塑品進行化學性質和物理性質的檢測和分析?？梢詼y量表面粗糙度和輪廓，使其符合產(chǎn)品規(guī)格。

為了生產(chǎn)本發(fā)明的玻璃-陶瓷制品，將由此制備的玻璃制品置于結晶窯中，進行結晶過程。需要對窯的溫度-時間曲線進行程序控制和優(yōu)化，以確保玻璃模塑品和其它玻璃制品(例如玻璃板等)形成包含β-鋰輝石作為主要晶相的玻璃-陶瓷制品。如上文所述，玻璃組成以及結晶工藝過程中的熱歷程決定了最終產(chǎn)品中的最終晶相、其聚集體和微晶大小。通常，首先將玻璃制品加熱至成核溫度(Tn)范圍，在此溫度下開始形成晶核。然后將它們加熱至甚至更高的最高結晶溫度Tc，以獲得β-鋰輝石結晶。經(jīng)常需要將制品在Tc保持一段時間，以使得結晶達到所需程度。為了制得本文的玻璃-陶瓷制品，成核溫度Tn為700-810℃，以及最高結晶溫度Tc為850-1250℃。結晶之后，使得制品離開結晶窯，并冷卻至室溫。本領域技術人員可以調節(jié)Tn、Tc以及結晶循環(huán)的溫度-時間曲線，以便適應上述范圍內的不同玻璃組成。本文的玻璃-陶瓷制品可有利地展現(xiàn)不透明白色色澤。

本文的玻璃-陶瓷制品可以在其最終預定應用之前進行進一步加工。一種此類后處理包括玻璃-陶瓷的IX處理，以形成至少一個表面的至少一部分經(jīng)受IX過程的IX玻璃-陶瓷制品，從而所述至少一個表面的IX部分展現(xiàn)出層深度(DOL)大于或等于整個制品厚度的2％的壓縮層，同時在表面中展現(xiàn)出至少80MPa或者至少300MPa的壓縮應力(σ_s)。本領域技術人員已知的任意IX工藝都是合適的，只要可以實現(xiàn)上文所述的DOL和壓縮強度(σ_s)即可。

在一個更具體實施方式中，外罩或外殼展現(xiàn)出2mm的總厚度，以及展現(xiàn)出40μm的DOL的壓縮層，并且該壓縮層展現(xiàn)出至少150MPa的壓縮應力(σ_s)。同樣地，實現(xiàn)這些特征的任意IX過程都是合適的。

應注意的是，除了單步驟離子交換過程，可采用多個離子交換過程來產(chǎn)生設計的IX曲線，以增強性能。也就是說，通過采用配制成具有不同離子濃度的離子交換浴或者通過采用配制成具有不同離子半徑的不同離子物質的多個離子交換浴，在選定的深度產(chǎn)生應力曲線。

如本文所用，術語“經(jīng)離子交換”理解為表示用含有離子的經(jīng)加熱的溶液對經(jīng)加熱的β-鋰輝石玻璃陶瓷或者可結晶玻璃組合物進行處理，其中所述離子的半徑不同于玻璃-陶瓷表面、可結晶玻璃和/或本體中存在的離子的離子半徑，從而用較大離子替換較小離子，或者反之亦然，這取決于離子交換(“IX”)溫度條件。例如，鉀(K)離子可以取代玻璃中的鈉離子(Na)，或者被玻璃中的鈉離子(Na)取代，這同樣取決于IX溫度條件?；蛘撸哂休^大原子半徑的其它堿金屬離子，例如，(Rb)銣或銫(Cs)可以替換玻璃-陶瓷或者可結晶玻璃中較小的堿金屬離子。類似地，其它堿金屬鹽，例如但不限于硫酸鹽以及鹵化物等，可以用于離子交換(“IX”)過程。

在本方法中，預期可以發(fā)生兩種類型的IX，即用較大離子替換較小離子和/或用較小離子替換較大離子。在一些方面和/或實施方式中，所述方法涉及通過放入溫度為310-490℃的NaNO₃浴中，持續(xù)高至20小時的時間，來對β-鋰輝石玻璃陶瓷或者可結晶玻璃進行離子交換(特別是用鈉離子交換鋰離子)。在一些實施方式中，在上述條件下的離子交換可以實現(xiàn)至少80微米的DOL。在其他方面和/或實施方式中，可以采用鉀/鈉混合浴，在類似的溫度和時間(例如，80/20的KNO₃/NaNO₃浴，或者60/40的KNO₃/NaNO₃，在相近的溫度下)，完成IX。在其他方面和/或實施方式中，考慮二步驟IX過程，其中，第一步驟在含Li的鹽浴中完成；例如，熔鹽浴可以是高溫硫酸鹽浴，其包括Li₂SO₄作為主要成分，但是用足夠濃度的Na₂SO₄、K₂SO₄或Cs₂SO₄進行稀釋，以產(chǎn)生熔浴。該IX步驟的功能是用含Li鹽浴中存在的較小的鋰離子替代β-鋰輝石玻璃-陶瓷中較大的鈉離子。第二IX步驟的功能是將Na交換到β-鋰輝石玻璃-陶瓷中，并且可以如上在310-490℃的NaNO₃浴中完成。

可結晶玻璃、玻璃-陶瓷、可IX的玻璃陶瓷和/或IX的玻璃-陶瓷的表征

用于描述根據(jù)本發(fā)明的方面和/或實施方式的β-鋰輝石玻璃陶瓷、可IX的β-鋰輝石玻璃陶瓷和/或經(jīng)IX的β-鋰輝石玻璃-陶瓷的CIELAB色空間坐標(例如，CIE L*；CIE a*；以及CIE b*；或者CIE L*、a*和b*；或者L*、a*和b*)是通過本領域技術人員已知的方法，由總反射率(包括鏡面反射)測量確定的，如F.W.Billmeyer,Jr所述，“Current American Practice in Color Measurement(顏色測量的現(xiàn)有美國實踐)”，Applied Optics(應用光學)，第8卷，第4期，第737-750頁，(1969年4月)，其通過引用結合入本文。即，采用測得約為厚的樣品碟制備為光學拋光的表面進行總反射率(包括鏡面反射)測量。用于進行該總反射率(包括鏡面反射)測量，以及將結果轉換獲得L*；a*；以及b*色空間坐標的設備和用品包括：

配有積分球的紫外-可見光-近紅外(UV-VIS-NIR)分光光度計，例如市售可得的Varian Cary 5G或者PerkinElmer Lambda 950UV-VIS-NIR分光光度計，其適當裝配和構造從而能夠在250-3300nm的波長范圍(例如，紫外(UV:300-400nm)、可見光(Vis:400-700nm)和紅外(IR:700-2500nm))進行總反射(包括鏡面反射)測量；以及

連接到UV-VIS-NIR分光光度計的用于色測量的分析軟件(購自美國佛羅里達州西棕櫚灘的賽默科學公司(Thermo Scientific West Palm Beach,FL,US)的GRAMS光譜軟件套裝的UV/VIS/NIR應用包)，其基于F02光源和10度標準觀測角將測量結果轉變?yōu)镃IELAB色空間坐標(L*；a*；以及b*)。

通過本領域技術人員已知的X射線衍射(XRD)分析技術，利用諸如荷蘭飛利浦公司(Philips,Netherlands)制造的型號為PW1830(Cu Kα輻射)衍射計之類的市售可得設備，來確定根據(jù)本文的方面和/或實施方式的可結晶玻璃、玻璃-陶瓷、可IX的玻璃-陶瓷和/或IX玻璃-陶瓷的晶相集合的晶相和/或晶相的晶體尺寸的特性。通常從5-80度的2θ獲得光譜。

通過本領域技術人員已知的分析技術，例如，電子微探針(EMP)、X射線光電子分光法(XPS)；二次離子質譜(SIMS)等，確定為表征根據(jù)本文的方面和/或實施方式的可結晶玻璃、玻璃-陶瓷、可IX的玻璃-陶瓷和/或IX玻璃-陶瓷的表面而測量的元素分布。

可以通過Sglavo,V.M.等人在“Procedure for residual stress profile determination by curvature measurements(通過曲率測量來確定殘留應力分布的方法)”，Mechanics of Materials(材料力學)，37:887-898(2005)中所述的方法來確定表面層中的壓縮應力(σ_s)，其全文通過引用結合入本文。

根據(jù)本文的方面和/或實施方式的可結晶玻璃、玻璃-陶瓷、可IX的玻璃-陶瓷和/或IX玻璃-陶瓷的撓曲強度可采用本領域技術人員已知的方法表征，例如ASTM C1499(及其后續(xù)版本，全部通過引用結合入本文)“Determination of Monotonic Equibiaxial Flexural Strength Advanced Ceramics(先進陶瓷的單調等雙軸抗彎強度的測定)”，ASTM國際，美國賓夕法尼亞州康斯霍肯(Conshohocken,PA,US)所述的那些。

根據(jù)本文的方面和/或實施方式的可結晶玻璃、玻璃-陶瓷、可IX的玻璃-陶瓷和/或IX玻璃-陶瓷的楊氏模量、剪切模量和泊松比可采用本領域技術人員已知的方法表征，例如ASTM C1259(及其后續(xù)版本，全部通過引用結合入本文)“Standard Test Method for Dynamic Young’s Modulus,Shear Modulus,and Poisson’s Ratio for Advanced Ceramics by Impulse Excitation of Vibration(通過振動脈沖刺激的用于先進陶瓷的動態(tài)楊氏模量、剪切模量和泊松比的標準測試方法)”，ASTM國際，美國賓夕法尼亞州康斯霍肯(Conshohocken,PA,US)所述的那些。

根據(jù)本文的方面和/或實施方式的可結晶玻璃、玻璃-陶瓷、可IX的玻璃-陶瓷和/或IX玻璃-陶瓷的努氏硬度可采用本領域技術人員已知的方法表征，例如ASTM C1326(及其后續(xù)版本，全部通過引用結合入本文)“Standard Test Methods for Vickers Indentation Hardness of Advanced Ceramics(用于先進陶瓷的維氏壓痕硬度的標準測試方法)”，ASTM國際，美國賓夕法尼亞州康斯霍肯(Conshohocken,PA,US)所述的那些。

根據(jù)本文的方面和/或實施方式的可結晶玻璃、玻璃-陶瓷、可IX的玻璃-陶瓷和/或IX玻璃-陶瓷的維氏硬度可采用本領域技術人員已知的方法表征，例如ASTM C1327(及其后續(xù)版本，全部通過引用結合入本文)“Standard Test Methods for Vickers Indentation Hardness of Advanced Ceramics(用于先進陶瓷的維氏壓痕硬度的標準測試方法)”，ASTM國際，美國賓夕法尼亞州康斯霍肯(Conshohocken,PA,US)所述的那些。

根據(jù)本文的方面和/或實施方式的可結晶玻璃、玻璃-陶瓷、可IX的玻璃-陶瓷和/或IX玻璃-陶瓷的維氏壓痕開裂閾值測量可采用本領域技術人員已知的方法表征，例如，如ASTM C1327所述，以0.2mm/分鐘的速率向待測試材料的表面用維氏壓痕計施加壓痕負荷然后撤除壓痕負荷。最大壓痕負荷保持10秒。壓痕裂紋閾值定義為10次壓痕中的50％顯示出任意數(shù)量的徑向/中間裂紋從凹痕印記角落延伸出來的壓痕負荷。增加最大負荷直至閾值符合給定的玻璃或玻璃-陶瓷組成。所有的壓痕測量都是在50％相對濕度和室溫下進行。

根據(jù)本文的方面和/或實施方式的可結晶玻璃、玻璃-陶瓷、可IX的玻璃-陶瓷和/或IX玻璃-陶瓷的熱膨脹系數(shù)(CTE)可采用本領域技術人員已知的方法表征，例如ASTM E228(及其后續(xù)版本，全部通過引用結合入本文)“Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials with a Push-Rod Dilatometer(利用推動桿膨脹計的固體材料的線性熱膨脹的標準測試方法)”，ASTM國際，美國賓夕法尼亞州康斯霍肯(Conshohocken,PA,US)所述的那些。

根據(jù)本文的方面和/或實施方式的可結晶玻璃、玻璃-陶瓷、可IX的玻璃-陶瓷和/或IX玻璃-陶瓷的斷裂韌度(K_1C)可采用本領域技術人員已知的方法表征，例如，ASTM C1421(及其后續(xù)版本，全部通過引用結合入本文)“在環(huán)境溫度下測定先進陶瓷的斷裂韌度的標準測試方法(Standard Test Methods for Determination of Fracture Toughness of Advanced Ceramics at Ambient Temperature)”ASTM國際，美國賓夕法尼亞州康斯霍肯(Conshohocken,PA,US)和/或采用人字形槽口短棒(CNSB)試樣和/或基本根據(jù)ASTM E1304C1421(及其后續(xù)，全部通過引用結合入本文)“金屬材料的平-直(人字形槽口)斷裂韌度的標準測試方法(Standard Test Method for Plane-Strain(Chevron-Notch)Fracture Toughness of Metallic Materials)”ASTM國際，美國賓夕法尼亞州康斯霍肯(Conshohocken,PA,US)所述的那些。

實施例

下面的實施例說明了本文的優(yōu)點和特征，這些實施例不以任何方式構成對本文的限制。

因為單個組分的總和等于或者非常接近約100，出于所有實踐目的，記錄值視為表示摩爾％。實際的可結晶玻璃批料成分可能包含任何材料，其為氧化物或其他化合物，當與其他批料組分熔融在一起時將以適當比例轉化為所需的氧化物。

*還含有0.06％的Fe₂O₃

在以下實施例中使用表I所列的可結晶玻璃。組合物1-10的B₂O₃的量發(fā)生變化，以顯示B₂O₃對于各種性質(包括維氏裂紋引發(fā)閾值)的影響。

實施例1：通過將組合物加熱至780℃的成核溫度，并將組合物在成核溫度維持2小時，來形成可結晶玻璃組合物2-7。然后組合物2-7分別以5℃/分鐘的速率加熱至900-1000℃的結晶溫度，并在結晶溫度保持4小時，并冷卻。通過梁彎曲粘度計(BBV)來測定每種玻璃-陶瓷的應變溫度。應變點(η＝10^14.5泊)指的是應力在數(shù)小時內松弛的溫度。圖1顯示氧化硼濃度(單位，重量％)與應變溫度(℃)的關系圖。該圖顯示，應變溫度隨著氧化硼濃度變化，其符合如下關系：應變溫度＝-6.4557*(B₂O₃，重量％)+611.49。該關系式的R²擬合值是0.9661。通過梁彎曲粘度計(BBV)來分別測定退火溫度。退火點(η＝10¹³泊)指的是應力在數(shù)分鐘內松弛的溫度。圖2顯示氧化硼濃度(單位，重量％)與退火溫度(℃)的關系圖。該圖顯示，退火溫度隨著氧化硼濃度變化，其符合如下關系：退火溫度＝-6.4414*(B₂O₃，重量％)+657.07。該關系式的R²擬合值是0.9693。圖1和圖2的附圖表明，隨著氧化硼濃度增加，應變溫度和退火溫度降低。添加氧化硼使得玻璃軟化，這使其易于形成為3D形狀。

實施例2：將組合物2-7加熱至780℃的成核溫度，并在成核溫度維持2小時。然后組合物2-7分別以5℃/分鐘的速率加熱至900℃的結晶溫度，并在結晶溫度保持4小時，并冷卻。然后對玻璃-陶瓷進行X射線衍射光譜分析，以確定玻璃-陶瓷中存在的晶相。圖3顯示散射角與強度的關系圖。

實施例3：將組合物2-7加熱至780℃的成核溫度，并在成核溫度維持2小時。然后組合物2-7分別以5℃/分鐘的速率加熱至900℃的結晶溫度，并在結晶溫度保持4小時，并冷卻。對玻璃-陶瓷進行核磁共振(NMR)光譜分析。圖4顯示¹¹B NMR譜圖，其表明剩余玻璃中的硼主要作為BO₃(三重配位狀態(tài)的硼)存在而不是作為BO₄(四重配位狀態(tài)的硼)存在。圖5顯示氧化硼的配料摩爾％與(1)剩余玻璃中作為BO₃存在的硼的百分比的關系；以及氧化硼的配料摩爾％與(2)剩余玻璃中BO₃的摩爾數(shù)的關系。從圖5可以看出，隨著批料的B₂O₃的摩爾％增加，剩余玻璃中的BO₃摩爾數(shù)增加。如上文所述，發(fā)現(xiàn)BO₃(三重配位狀態(tài)的硼)的增加使維氏裂紋引發(fā)閾值增加。

實施例4：將組合物1-7加熱至780℃的成核溫度，并在成核溫度維持2小時。然后組合物1-7分別以5℃/分鐘的速率加熱至900℃的結晶溫度，并在結晶溫度保持4小時，并冷卻。然后，玻璃-陶瓷在390℃的含NaNO₃的熔鹽浴中進行3.5小時的離子交換，以形成壓縮應力層。圖6顯示壓縮應力層深度(單位，μm)與Na₂O的重量％的關系圖。

實施例5：將組合物2-7加熱至780℃的成核溫度，并在成核溫度維持2小時。然后組合物2-7分別以5℃/分鐘的速率加熱至900℃的結晶溫度，并在結晶溫度保持4小時，并冷卻。組合物1加熱至780℃的成核溫度，并在成核溫度維持2小時。然后以5℃/分鐘的速率將組合物1加熱至975℃的結晶溫度，并在結晶溫度保持4小時，并冷卻。然后，玻璃-陶瓷在390℃的含NaNO₃的熔鹽浴中進行3.5小時的離子交換，以形成壓縮應力層。圖7顯示組合物1-7各自的維氏壓痕開裂閾值(單位，kgf)?？梢钥闯?，對于含6-8摩爾％的B₂O₃的玻璃-陶瓷制品，觀察到高至25-30kgf的閾值。更好的抗開裂性可歸因于由于存在大量三重配位狀態(tài)的硼所導致的致密化機制，如圖4和5所示。含超過10摩爾％的B₂O₃的玻璃-陶瓷的閾值下降可能歸因于它們在表面處低濃度的Na(參見圖6)，形成粗顆粒，在離子交換之后存在靠近表面的裂紋，以及通過雙折射測得的低表面壓縮應力(參見圖8)。圖8顯示玻璃-陶瓷的B₂O₃(單位，重量％)與表面雙折射率(x 10⁴)的關系圖?？梢钥闯?，雙折射與B₂O₃濃度具有如下相關性：雙折射(x 10⁴)＝17.723-1.0669*(B₂O₃濃度)。關系式的R²擬合值是0.96。雙折射值的下降表明與氧化硼濃度具有關系的表面壓縮應力的下降。

實施例6：將組合物4加熱至780℃的成核溫度，并在成核溫度維持2小時。然后以5℃/分鐘的速率將組合物4加熱至900℃、950℃和1000℃的結晶溫度，并且，對于900℃的結晶溫度保持4小時，以及對于950℃和1000℃的結晶溫度保持2小時。然后，玻璃-陶瓷在390℃的含NaNO₃的熔鹽浴中進行3.5小時的離子交換，以形成壓縮應力層。圖9顯示每種玻璃-陶瓷的維氏壓痕開裂閾值(單位，kgf)?？梢钥闯?，實現(xiàn)了高至約40kgf的維氏壓痕開裂閾值。

實施例7：將組合物8和9加熱至780℃的成核溫度，并在成核溫度維持2小時。然后組合物8和9分別以5℃/分鐘的速率加熱至975℃的結晶溫度，并在結晶溫度保持4小時。然后，玻璃-陶瓷在390℃的含NaNO₃的熔鹽浴中進行3.5小時的離子交換，以形成壓縮應力層。圖10顯示每種玻璃-陶瓷的維氏壓痕開裂閾值(單位，kgf)?？梢钥闯觯瑢崿F(xiàn)了高至約50kgf的維氏壓痕開裂閾值。

實施例8：將組合物1和10(每種3個樣品)加熱至780℃的成核溫度，并在成核溫度維持2小時。然后組合物以5℃/分鐘的速率加熱至975℃的結晶溫度，并在結晶溫度保持4小時。組合物1和10中的每一種的一個玻璃-陶瓷樣品以受控速率在爐中冷卻，組合物1和10中的每一種的一個玻璃-陶瓷樣品通過淬冷從800℃冷卻至室溫，以及組合物1和10中的每一種的一個玻璃-陶瓷樣品通過淬冷從850℃冷卻至室溫。在淬冷過程中使用電扇，平均冷卻速率為300-500℃/分鐘。所有的玻璃-陶瓷在390℃的含NaNO₃的熔鹽浴中進行3.5小時的離子交換，以形成壓縮應力層。圖11顯示每種玻璃-陶瓷的維氏壓痕開裂閾值(單位，kgf)?？梢钥闯?，通過冷卻的淬冷導致更高的維氏壓痕開裂閾值(高至約35kgf)。相信快速冷卻速率導致剩余玻璃中更高的假想溫度，從而導致更高的維氏裂紋開裂閾值。

可對本文所述的材料、方法和制品作出各種改進和變化。考慮到本文揭示的材料、方法和制品的說明和實施，本文所述的材料、方法和制品的其它方面將是顯而易見的。本說明書和實施例應視為示例。