实施方式涉及玻璃和玻璃陶瓷组合物，具体来说，涉及具有透锂长石相和硅酸锂相组合的高强玻璃陶瓷组合物。
背景技术：
1、已开发和出售在sio2-li2o-k2o-zno-p2o5-al2o3-zro2系统中的焦硅酸锂玻璃-陶瓷，用作牙冠、牙科桥和牙科覆盖物。它们的互锁的扁平晶体的微观结构提供高机械强度和断裂韧度以及优异的化学耐久性。这个领域的组合物在康宁股份有限公司(corning,inc.)发明，且通过beall等在us 5,219,799(“‘799专利”)中进行专利保护。
2、此外，已知的玻璃基材料常常呈现固有的脆性或较低的耐裂纹扩展性。例如，固有的较低断裂韧度(例如，氧化物玻璃和玻璃陶瓷的0.5-1.0mpa·m1/2)使得氧化物玻璃对于存在较小的缺陷和瑕疵较敏感。作为比较点，市售的单晶基材呈现约2.4-约4.5mpa·m1/2的断裂韧度数值。通过例如离子交换过程的化学强化可通过下述在玻璃或玻璃陶瓷的表面处为裂纹穿透提供一些阻力：在玻璃或玻璃陶瓷中施加距离表面一定深度(例如，50-100微米)的压缩应力层；然而，裂纹穿透阻力可为有限的，且一旦裂纹扩展穿过压缩应力层进入玻璃或玻璃陶瓷的本体，就不再有效。虽然强化提供对裂纹穿透的一些阻力，但材料的固有性质(k1c)不受离子交换影响。改善玻璃基材料的机械性能，特别是耐损坏性和断裂韧度方面的机械性能，是持续关注的焦点。因此，本领域需要提供具有改善的耐损坏性和断裂韧度的材料。
3、已知β-锂辉石家族中可离子交换的含锂的铝硅酸盐玻璃-陶瓷制品提供耐损坏性和断裂韧度。然而，β-锂辉石基玻璃-陶瓷通常是不透明的，这限制了将它们用于显示器相关应用或需要透明度或半透明度的其它应用。因此，本领域需要具有快速离子交换能力和高断裂韧度的透明或半透明玻璃-陶瓷材料。
技术实现思路
1、第一方面包含玻璃-陶瓷制品，其具有透锂长石晶相和硅酸锂晶相,其中透锂长石晶相和硅酸锂晶相具有比在玻璃-陶瓷制品中存在的其它晶相更高的重量百分数。在一些实施方式中,透锂长石晶相占玻璃-陶瓷制品的20-70重量％，且硅酸锂晶相占玻璃陶瓷制品的20-60重量％。在一些实施方式中,透锂长石晶相占玻璃-陶瓷制品的45-70重量％，且硅酸锂晶相占玻璃陶瓷制品的20-50重量％。在一些实施方式中,透锂长石晶相占玻璃-陶瓷制品的40-60重量％，且硅酸锂晶相占玻璃陶瓷制品的20-50重量％。
2、在一些实施方式中,玻璃-陶瓷制品是透明的。在一些实施方式中,对于400nm-1,000nm波长范围的光，玻璃-陶瓷制品具有至少85％的透光率。在一些实施方式中,对于400nm-1,000nm波长范围的光，玻璃-陶瓷制品具有至少90％的透光率。在一些实施方式中,玻璃-陶瓷制品是透明的。在一些实施方式中,玻璃-陶瓷制品包含晶粒，所述晶粒具有500nm或更小或者100nm或更小的最长维度。
3、在一些实施方式中,以重量％计，玻璃-陶瓷具有下述组成:
4、sio2:55-80％；
5、al2o3:2-20％；
6、li2o:5-20％；
7、b2o3:0-10％；
8、na2o:0-5％；
9、zno:0-10％；
10、p2o5:0.5-6％；和
11、zro2:0.2-15％。
12、在一些实施方式中,以重量％计，玻璃-陶瓷制品具有还包括下述任选的额外组分的组成:
13、k2o:0-4％；
14、mgo:0-8％；
15、tio2:0-5％；
16、ceo2:0-0.4％和
17、sno2:0.05-0.5％。
18、在一些实施方式中,以重量％计，玻璃-陶瓷制品具有下述组成:
19、sio2:69-80％；
20、al2o3:6-9％；
21、li2o:10-14％；
22、b2o3:0-2％；
23、p2o5:1.5-2.5％；和
24、zro2:2-4％。
25、在一些实施方式中,以重量％计，玻璃-陶瓷制品具有下述组成:
26、sio2:69-80％；
27、al2o3:6-9％；
28、li2o:10-14％；
29、na2o:1-2％；
30、k2o:1-2％；
31、b2o3:0-12％；
32、p2o5:1.5-2.5％；和
33、zro2:2-4％。
34、在一些实施方式中,以重量％计，玻璃-陶瓷制品具有下述组成:
35、sio2:65-80％；
36、al2o3:5-16％；
37、li2o:8-15％；
38、na2o:0-3％；
39、k2o:0-3％；
40、b2o3:0-6％；
41、zno:0-2％；
42、p2o5:0.5-4％；和
43、zro2:0.2-6％。
44、在一些实施方式中,以重量％计，玻璃-陶瓷制品具有下述组成:
45、sio2:60-80％；
46、al2o3:5-20％；
47、li2o:5-20％；
48、na2o:0-3％；
49、k2o:0-3％；
50、b2o3:0-6％；
51、zno:0-4％；
52、p2o5:0.5-4％；和
53、zro2:0.2-8％。
54、在一些实施方式中,玻璃-陶瓷组成中p2o5和zro2的重量百分数之和大于3。
55、在一些实施方式中,玻璃-陶瓷制品具有下述中的一种或多种:1mpa·m1/2或更大的断裂韧度,约600kgf/mm2或更大的维氏硬度,或至少300mpa的环叠环(ring-on-ring)强度。在一些实施方式中,玻璃-陶瓷制品具有通过离子交换形成的压缩应力层，其具有至少约30微米的层深度(dol)。在一些实施方式中,离子交换的玻璃-陶瓷制品不是易碎的。
56、第二方面包括一种形成玻璃-陶瓷制品的方法,所述方法包括形成玻璃组合物，以重量％计，所述玻璃组合物包含:
57、sio2:55-80％；
58、al2o3:2-20％；
59、li2o:5-20％；
60、b2o3:0-10％；
61、na2o:0-5％；
62、zno:0-10％；
63、p2o5:0.5-6％；和
64、zro2:0.2 2-15％；以及
65、对所述玻璃组合物进行陶瓷化来形成玻璃-陶瓷制品，其具有透锂长石晶相和硅酸锂晶相,其中透锂长石晶相和硅酸锂晶相具有比在玻璃-陶瓷制品中存在的其它晶相更高的重量百分数。
66、在一些实施方式中，所述方法还包括形成以重量％计还包含下述组分的玻璃组合物:
67、k2o:0-4％；
68、mgo:0-8％；
69、tio2:0-5％；
70、ceo2:0-0.4％和
71、sno2:0.05-0.5％。
72、在一些实施方式中，所述方法还包括形成以重量％计包含下述组分的玻璃组合物:
73、sio2:69-80％；
74、al2o3:6-9％；
75、li2o:10-14％；
76、b2o3:0-2％；
77、p2o5:1.5-2.5％；和
78、zro2:2-4％。
79、在一些实施方式中，所述方法还包括形成以重量％计包含下述组分的玻璃组合物:
80、sio2:69-80％；
81、al2o3:6-9％；
82、li2o:10-14％；
83、na2o:1-2％；
84、k2o:1-2％；
85、b2o3:0-12％；
86、p2o5:1.5-2.5％；和
87、zro2:2-4％。
88、在一些实施方式中，所述方法还包括形成以重量％计包含下述组分的玻璃组合物:
89、sio2:65-80％；
90、al2o3:5-16％；
91、li2o:8-15％；
92、na2o:0-3％；
93、k2o:0-3％；
94、b2o3:0-6％；
95、zno:0-2％；
96、p2o5:0.5-4％；和
97、zro2:0.2-6％。
98、在一些实施方式中，所述方法还包括形成以重量％计包含下述组分的玻璃组合物:
99、sio2:60-80％；
100、al2o3:5-20％；
101、li2o:5-20％；
102、na2o:0-3％；
103、k2o:0-3％；
104、b2o3:0-6％；
105、zno:0-4％；
106、p2o5:0.5-4％；和
107、zro2:0.2-8％。
108、在一些实施方式中,玻璃组合物中p2o5和zro2的重量百分数之和大于3。
109、在一些实施方式中,所述方法还包括对玻璃-陶瓷制品进行离子交换，以形成具有至少30微米层深度的压缩应力层。在一些实施方式中,离子交换的玻璃-陶瓷制品不是易碎的。
110、在一些实施方式中,陶瓷化包括下述顺序步骤:将玻璃组合物加热到玻璃预成核温度；将玻璃预成核温度保持预定时间；将组合物加热到成核温度；将成核温度保持预定时间；将组合物加热到结晶温度；和将结晶温度保持预定时间。
111、在一些实施方式中,陶瓷化包括下述顺序步骤:将组合物加热到成核温度；将成核温度保持预定时间；将组合物加热到结晶温度；和将结晶温度保持预定时间。
112、在一些实施方式中,所述方法形成玻璃-陶瓷制品，其中透锂长石晶相占玻璃-陶瓷制品的20-70重量％，且硅酸锂晶相占玻璃陶瓷制品的20-60重量％。
113、从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出本发明的上述及其他方面、优点和显著特征。
1.一种玻璃-陶瓷制品，基于氧化物以重量％计，包含：
2.根据权利要求1所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述焦硅酸锂的晶粒是无规取向的互锁的，并且所述玻璃-陶瓷制品具有大于1mpa·m1/2的断裂韧度。
3.根据权利要求2所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述玻璃-陶瓷制品具有大于100mpa的压缩应力，并且所述玻璃-陶瓷制品具有大于或等于30μm的层深度。
4.根据权利要求3所述的玻璃-陶瓷制品，其中，na2o大于2重量％且小于或等于5重量％。
5.根据权利要求4所述的玻璃-陶瓷制品，其中，li2o大于12重量％且小于或等于20重量％。
6.根据权利要求5所述的玻璃-陶瓷制品，其中，p2o5大于或等于3重量％且小于或等于6重量％。
7.根据权利要求6所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述玻璃-陶瓷制品还包括透锂长石(lialsi4o10)晶相，并且其中所述透锂长石和焦硅酸锂是所述玻璃-陶瓷制品的主要晶相。
8.一种玻璃-陶瓷制品，以氧化物重量％计，包含：
9.根据权利要求8所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述玻璃-陶瓷制品包括至少10mpa的中央张力。
10.根据权利要求8所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述焦硅酸锂的晶体是无规取向的和互锁的。
11.根据权利要求10所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述玻璃-陶瓷制品具有1mpa·m1/2或更大的韧度。
12.根据权利要求8所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述玻璃-陶瓷制品中的晶粒具有小于100nm的长度。
13.一种玻璃-陶瓷制品，以氧化物重量％计，包含：
14.根据权利要求13所述的玻璃-陶瓷制品，其还包含氧化铝(al2o3)。
15.根据权利要求13所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述焦硅酸锂的晶体是无规取向的和互锁的。
16.根据权利要求13所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述玻璃-陶瓷制品中的晶粒具有小于100nm的长度。
17.根据权利要求16所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述玻璃-陶瓷制品是透明的，使得所述玻璃-陶瓷制品沿1mm路径长度对400nm至1000nm之间的光的平均透光率为85％或更高。
18.一种玻璃-陶瓷制品，以氧化物重量％计，包含：
19.根据权利要求18所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述玻璃-陶瓷制品包括小于或等于5mm且至少为200μm的厚度。
20.根据权利要求18所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述玻璃-陶瓷制品包括至少10mpa的中央张力。
21.根据权利要求18所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述玻璃-陶瓷制品包含至少10重量％且不超过30重量％的所述玻璃相。
22.根据权利要求18所述的玻璃-陶瓷制品，其中，所述晶相还包括磷酸锂(li3po4)。
23.根据权利要求18所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述氧化锆为至少4重量％。
24.根据权利要求18所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述二氧化硅为至少65重量％。
25.根据权利要求18所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述玻璃-陶瓷制品包含至少40重量％且不超过60重量％的焦硅酸锂。
26.根据权利要求18所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述玻璃-陶瓷制品具有1.2mpa·m1/2或更大的断裂韧度。
27.根据权利要求18所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述玻璃-陶瓷制品具有至少600kgf/mm2且不大于900kgf/mm2的维氏硬度。
28.一种玻璃-陶瓷制品，包含基于氧化物的：
29.根据权利要求28所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述透锂长石的晶体具有小于100nm的最长维度。
30.根据权利要求28所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述玻璃-陶瓷制品包括大于或等于200μm且小于或等于5mm的厚度。
31.根据权利要求30所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述玻璃-陶瓷具有表面压缩应力。
32.根据权利要求31所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述压缩应力大于或等于100mpa。
33.根据权利要求32所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述压缩应力具有大于30μm的层深度。
34.一种玻璃-陶瓷制品，包含基于氧化物的：
35.根据权利要求34所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述玻璃-陶瓷具有表面压缩应力，其中所述压缩应力具有大于30μm的层深度。
36.根据权利要求34所述的玻璃-陶瓷制品，其中所述玻璃-陶瓷具有大于1mpa·m1/2的断裂韧度。
