[发明专利]高性能玻璃陶瓷和用于制备高性能玻璃陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃陶瓷、及其制备和用途，并且特别涉及具有明显改善的物理和化学特性的高性能玻璃陶瓷。

背景技术

由现有技术公知用于制备玻璃陶瓷的不同方法，所述方法特别是对玻璃陶瓷制品的机械产品特性或产品特性加以优化。所述优化方案的基本出发点在于：改变初始玻璃的组成或改变可更快或更慢进行的加热速率。

当改变坯料玻璃的组成时，优化方案的难点通常在于玻璃陶瓷的可加工性，其中，例如寻求低加工温度。但是，组成也对玻璃陶瓷的特性产生影响，因为组成也影响系统的转变焓，并因此影响转变速度。

在制备玻璃陶瓷时，一个挑战是生产大尺寸或极薄壁的玻璃陶瓷制品。在转变为玻璃陶瓷时产生新晶相。这种转变也通常伴随陶瓷制品的体积变化。由于在制品的不同区域内的转变进而还有体积变化在不同时间而且以不同速度发生进行，在制品的不同区域之间引起应力。特别是在大尺寸制品(其中，必须转变很大的玻璃体积)或极薄壁制品(其机械耐受性已由于其薄壁而变差)的情况下，所述应力可呈现出几乎不可控制的程度。因此其生产极为困难而且通常不经济。

在上述产品的情况下，产品相对差的抗冲击性通常是不利的。特别是在不透明玻璃陶瓷的情况下，所述抗冲击性通常不足以满足产品特定需求。当例如应当制备具有高白度(在实验室系统中L*＞90)的玻璃陶瓷时，需要大于1000℃，通常甚至大于1080℃的陶瓷化温度。然而，许多在大于1080℃的温度下所转变的白色不透明玻璃陶瓷在转变后立即具有极为严重的裂缝网，并因此仅具有极小的抗冲击性或几乎不具有抗冲击性。

EP 1170264B1教导了具有相对高抗冲击性的半透明玻璃陶瓷的制备方案，所述高抗冲击性归因于表面中所产生的压应力。所述压应力通过玻璃陶瓷表面的高温石英混晶相和玻璃陶瓷内部的热液石英混晶相产生。由于高温石英混晶相具有比热液石英混晶相更低的热膨胀率，在冷却时在表面区域内的相变之后引发压应力。

然而，高温石英混晶相一方面在其耐酸性方面成问题，并且另一方面仅能通过极精确的过程进展中获得。在此必须例如保证表面附近区域内获得的高温石英在冷却时不变为低温石英结构。过高的SiO₂含量也会导致转变为低温石英结构。

DE 102005019247B4介绍了能够制备具有很高的抗温差性(TUF)的玻璃陶瓷的陶瓷化方法。所述高TUF通过特定的陶瓷化方法达到，该方法的特征在于高的加热速率。然而未给出制备的玻璃陶瓷的抗冲击性数据。也未公开耐酸性。

此外，如DE 102005019247B4中介绍地，已证明非常难的是，玻璃陶瓷严格保持其形状地转变。所述文献教导了：在高的加热速率相结合的相对高的温度下，将高温石英混晶相转变为热液石英混晶相的方案。这种方法可例如在使平坦片状制品的陶瓷化时，快速导致变形和平坦度偏差。为了保持尽可能少量的形变或扭曲，通常需要最大温度下一定的保持时间，所述保持时间减少衬底的平坦度偏差。

然而，当需要板的少量翘曲或高平坦度时，通常的做法是通过机械后处理或甚至是通过从更大的板上剪出平坦区域来补偿或修正所述板。

从更大的板上剪出平坦区域不仅出于成本原因是不利的。

在玻璃陶瓷制品内形成一定的微观结构次序，所述微观结构次序有助于玻璃陶瓷良好的机械特性。当所述次序通过后处理例如通过剪切或打磨而被中断或改变时，该区域内可存在薄弱部位。因此例如经处理的玻璃陶瓷的机械和化学耐受性比未处理的玻璃陶瓷明显更差。然后，内部玻璃陶瓷微观结构敞开，并且在暴露的表面上部分地显露出微裂纹，并且不再通过较具抵抗性的表面微观结构而受到保护免于裂纹增长或耐腐蚀性化学药品的侵蚀。

发明内容

因此，本发明所基于的任务在于，提供具有改善的机械和化学特性的、特别是更高抗冲击性或改善的耐酸性的玻璃陶瓷。此外研发出凭借其能制备根据本发明的产品的方法。

通过独立权利要求的主题解决所述任务。从属权利要求中实施了优选的实施方案和改进方案。

根据本发明的一体式非后处理或深加工的包含玻璃陶瓷的制品可凭借如下方法制备，其中，将至少一个前体制品至少部分地转变为包含玻璃陶瓷的制品。所述包含玻璃陶瓷的制品可为半透明或优选为不透明的。

包含玻璃陶瓷的制品为一体式非后处理或深加工的特征基本上使得根据本发明的包含玻璃陶瓷的制品的特性区别于现有技术。在此应特别阐明的是，所介绍的特性不通过任一类型的后续处理步骤(例如通过打磨或涂覆涂层等)而产生，而是对于所述制品而言，所介绍的特性在通过陶瓷化制备的状态下是内在固有的。