(57)【要約】  本発明は、ガラス−セラミック材料を含み、電子装置ハウジングまたはエンクロージャとしての使用に適切なガラスセラミック物品に関する。特に、ガラス−セラミック物品ハウジング／エンクロージャは、１５ＭＨｚから３．０ＧＨｚまでの周波数範囲において０．５未満の損失正接により定められるラジオおよびマイクロ波周波数に対する透明性、１．５ＭＰａ・ｍ１／２より大きい破壊靭性、１００ＭＰａより大きい等二軸曲げ強度（ＲＯＲ強度）、少なくとも４００ｋｇ／ｍｍ２のヌープ硬さ、４Ｗ／ｍ℃未満の熱伝導率および０．１％未満の気孔率を示すガラス−セラミック材料を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポータブル電子装置の部品を収納するまたは囲むのに適切な物品であって、１５ＭＨｚから３．０ＧＨｚまでの周波数範囲において０．５未満の損失正接により定められるラジオおよびマイクロ波周波数に対する透明性、１．０ＭＰａ・ｍ１／２より大きい破壊靭性、１３５ＭＰａより大きいＭＯＲ、少なくとも４００ｋｇ／ｍｍ２のヌープ硬さ、４Ｗ／ｍ℃未満の熱伝導率および０．１％未満の気孔率を示すガラス−セラミック材料を含むことを特徴とする物品。
【請求項２】
前記ガラス−セラミックが、スチール、カーバイドおよび／またはダイアモンド工具で機械加工される場合に良好な機械加工性を示すことを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項３】
前記ガラス−セラミックが、１５ＭＨｚから３．０ＧＨｚまでの周波数範囲において０．０３未満の損失正接により定められるラジオおよびマイクロ波周波数に対する透明性を示すことを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項４】
前記ガラス−セラミックが、透明ガラス−セラミックについて１．２ＭＰａ・ｍ１／２より大きく、不透明ガラスセラミックについて５．０ＭＰａ・ｍ１／２より大きい破壊靭性を示すことを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項５】
前記ガラス−セラミックが、２７５ＭＰａより大きいＭＯＲを示すことを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項６】
前記ガラス−セラミックが、３Ｗ／ｍ℃未満の熱伝導率を示すことを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項７】
前記ガラス−セラミックが、１ｍｍ厚を通して５０％より大きい透過性を有し４００−７００ｎｍの可視スペクトルにおいて透明であることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項８】
前記ガラス−セラミック物品の少なくとも１つの表面がイオン交換処理を受け、該イオン交換された表面の１つが全物品厚さの２％以上の層深さ（ＤＯＬ）を有し、少なくとも３００ＭＰａの圧縮応力を示すことを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項９】
前記物品が、２ｍｍの全体厚さおよび４０μｍのＤＯＬを示す圧縮層を示すことを特徴とする請求項８記載の物品。
【請求項１０】
前記ガラス−セラミックが、１２７５℃より低い温度で５０ポアズ（５Ｐａ・ｓ）より大きい液相粘度を示すことを特徴とする請求項１記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００８年７月３日に出願された米国仮特許出願第６１／０７７９７６号に米国法典第３５編第１１０条第（ｅ）の下で優先権を主張する、２００８年１１月２６日に出願された米国仮特許出願第６１／１１８０４９号に米国法典第３５編第１１０条第（ｅ）の下で優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、電子装置のための耐久性ハウジングまたはエンクロージャとして使用できるガラス−セラミックに関する。詳細には、本発明は、ガラスにより示されるよりも高い破壊靭性および硬さ、低熱伝導率、ラジオおよびマイクロ波周波数に対する透明性を示し、特に電子装置のための耐久性ハウジングまたはエンクロージャとしての使用に適切なガラス−セラミックに関する。
【背景技術】
【０００３】
過去１０年において、ラップトップ、ＰＤＡ、メディアプレイヤー、携帯電話等のようなポータブル電子装置（しばしば「ポータブルコンピュータ装置」と称される）は、小さく、軽く、強力になってきた。これらの小さい装置の開発および有用性に寄与する１つの要因は、装置の電子部品をできるだけ小さいサイズに縮小しながら同時にそのような部品の出力および／または作業速度を増加する製造メーカの能力である。しかしながら、より小さく、より軽く、より強力な装置への傾向は、ポータブルコンピュータ装置のいくつかの部品のデザインに関して継続的課題を提示する。
【０００４】
ポータブルコンピュータ装置のデザインに関する１つの特有の課題は、装置の様々の内部部品を収納するために使用されるエンクロージャである。このデザインの課題は通常、２つの相反するデザインの目的−エンクロージャをより軽くより薄くする好ましさ、およびエンクロージャをより強く、より硬く破壊靭性にする好ましさ−から生じる。通常はより厚くより重いより厚いプラスチック構造およびより多くの留め具を使用するより強くより硬いエンクロージャと対照的に、通常は薄いプラスチック構造を使用し留め具をほとんど使用しない、より軽いエンクロージャは、より柔軟である傾向があり、曲がるおよびたわむ傾向がより大きい。残念ながら、より強くより硬い構造の重量の増加により、ユーザの不満が生じるかもしれず、より軽い構造の曲がり／たわみによりポータブルコンピュータ装置の内部パーツに損傷が生じるかもしれない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既存のエンクロージャまたはハウジングに伴う上記の問題に鑑みて、ポータブルコンピュータ装置のための改良されたエンクロージャまたはハウジングが必要とされる。特に、既存のエンクロージャデザインよりも、より小さく、より軽く、より強く、より破壊靭性であり、より美的に魅力的なエンクロージャが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示されるある実施の形態は、無線通信が可能なポータブル電子装置に関する。このポータブル電子装置は、電子装置の内部の演算部品を囲み保護するエンクロージャまたはハウジング（以下単に「エンクロージャ」と称する）を含む。エンクロージャは、それを通して無線通信を可能にするガラス−セラミック物質から成る。無線通信は、例えばＲＦ通信に対応してもよく、それによりガラス−セラミック材料を電磁波に対して透明にできる。
【０００７】
本発明はさらに、ポータブル電子装置の部品を収納するまたは囲むのに適切な物品に関し、この物品は、１５ＭＨｚから３．０ＧＨｚまでの周波数範囲において０．５未満の損失正接により定められるラジオおよびマイクロ波周波数に対する透明性、１．０ＭＰａ・ｍ１／２より大きい破壊靭性、１００ＭＰａより大きい等二軸曲げ強度（ＲＯＲ強度）、少なくとも４００ｋｇ／ｍｍ２のヌープ硬さ、４Ｗ／ｍ℃未満の熱伝導率および０．１％未満の気孔率を示すガラス−セラミック材料を含む。
【０００８】
本発明のガラス−セラミック物品エンクロージャは、例えば携帯電話および他の無線通信可能な電子装置、音楽プレイヤー、ノートブックコンピュータ、ゲームコントローラ、コンピュータ「マウス」、電子ブックリーダおよび他の装置のような様々の家庭用電子物品に使用できる。本発明のガラス−セラミック物品エンクロージャは、手に取ると「心地よい感じ」を有することが発見された。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に記載されるように、より費用効率が良く、より小さく、より軽く、より強く、より破壊靭性で美的により魅力的な電子装置エンクロージャの生産の必要性は、外殻またはエンクロージャとしての耐久性ガラス−セラミック物品の使用により達成される。これらのガラス−セラミックエンクロージャは、携帯電話、音楽プレイヤー、ノートブックコンピュータ、ゲームコントローラ、コンピュータ「マウス」、電子ブックリーダおよび他の装置のような上記の電子装置での使用に特に適切である。これらのガラス−セラミック材料は、プラスチックおよび金属のような既存の材料に対して、軽量および／または衝撃損傷（例えばへこみ）への抵抗性のような特定の利点を有する。さらに、ここに記載されるガラス−セラミック材料は、耐久性であるだけでなく、様々の色で作製することができ、これは末端消費者の欲求および要求を満たすのに非常に好ましい特徴である。最後に、エンクロージャ、特に金属性のエンクロージャに現在使用される材料の多くと異なり、ガラス−セラミック材料の使用は、無線通信を妨害またはブロックしない。ここで用いたように、「エンクロージャ」および「ハウジング」という用語は、交換可能に使用される。
【００１０】
ポータブル電子装置の部品を収納するまたは囲むための使用に適切なガラス−セラミック材料は、様々のガラス−セラミック材料から形成してもよい。特に、多くのガラス−セラミック組成ファミリーをこの用途に使用してもよい。ホウ酸塩、リン酸塩、およびカルコゲニドに基づくガラス−セラミックが存在し本発明の実施に使用できる一方で、この用途に好ましい材料は、ケイ酸塩材料により通常は優れた化学的耐久性および機械的特性を有するケイ酸塩ベースの組成を含む。
【００１１】
選択される材料は通常、ラジオおよびマイクロ波周波数に対する透明性、破壊靭性、強さ、硬さ、熱伝導率および気孔率を含むがこれに限定されない多くの要因に依存する。ガラス−セラミック材料に関する成形性（および再成形性）、機械加工性、最終加工性、デザイン柔軟性、および製造コストはまた、どの特定のガラス−セラミック材料が電子装置ハウジングまたはエンクロージャとしての使用に適切かを決定するのに考慮されなければならない要因である。さらに、選択される材料は、以下に検討されるように、数ある特性の中で、色を含む美しさ、表面仕上げ、重量、密度に依存してもよい。
【００１２】
ある特定の実施の形態において、電子装置エンクロージャとしての使用に適切な物品は、１５ＭＨｚから３．０ＧＨｚまでの周波数範囲において０．５未満の損失正接により定められるラジオおよびマイクロ波周波数に対する透明性、１．０ＭＰａ・ｍ１／２より大きい破壊靭性、１００ＭＰａより大きい等二軸曲げ強度（以下ring-on-ringまたはＲＯＲ強度）、少なくとも４００ｋｇ／ｍｍ２のヌープ硬さ、４Ｗ／ｍ℃未満の熱伝導率および０．１％未満の気孔率を示すガラス−セラミック材料を含む。このＲＯＲ強度はＡＳＴＭ：Ｃ１４９９−０５に示される手順に従って測定される。
【００１３】
好ましい実施の形態における破壊靭性は、使用されるガラス−セラミック材料が透明エンクロージャのためである場合１．２ＭＰａ・ｍ１／２まで高くなってもよく、ガラス−セラミック材料が不透明である場合５．０ＭＰａ・ｍ１／２まで高くなってもよい。
【００１４】
ポータブル電子装置エンクロージャとしての使用を意図される任意のガラス−セラミック材料についての重要な基準は、材料が、３次元形状（すなわち非平坦物品）に容易に加工できるということである。３次元ガラス−セラミックパーツが、以下の３つの方法の１つで加工できることが知られている；ガラス−セラミック材料を、最終形状に直接成形してもよい（例えばモールディング）またはまず中間形状に成形しその後所望の最終形状に機械加工または再成形してもよい。
【００１５】
上記のように、３次元成形における効率を達成するための１つの方法は、良好な機械加工性を示すガラス−セラミック材料を選択することである。したがって、工具を過度に磨耗することなく、スチール、カーバイドおよび／またはダイアモンド工具のような従来の／標準的な高速金属加工工具を使用して、所望のエンクロージャ形状に、高い耐性で容易に機械加工できることが必要である。さらに、良好な機械加工性を示すガラス−セラミックは、上記の工具を使用する高速機械加工の後に最小限の穴、欠けおよび破損を示すであろう。雲母結晶相を含むガラス−セラミックは、優れた機械加工性を示すガラス−セラミック材料の１つの例である。
【００１６】
さらに、上記のように、使用されるガラス−セラミック材料は、所望の３次元形状エンクロージャに容易に成形または再成形できる。この成形または再成形処理は、通常、加圧成形、懸架成形（sagging）、吹込み成形、真空懸架成形、一体成型、シートコイン（sheet coin）および粉末焼結のような標準的な処理技術を使用して達成される。そのような成形および再成形は、その後必要とされる最終加工（例えば研磨加工）の量を最小限にする。
【００１７】
複雑な３次元形状（例えばハウジングまたはエンクロージャ）を加工する再成形方法に関して、この再成形工程は、まずガラス−セラミック材料を中間形状に加工し、その後、ガラス−セラミック微構造および特性に亘って変化なくガラス−セラミック部分が再成形（懸架、引伸し等）されるように、中間ガラス−セラミック物品を残りのガラスの作業温度より高くに再加熱する工程を含んでもよい。
【００１８】
別の実施の形態において、物品、特に電子装置エンクロージャは、１５ＭＨｚから３．０ＧＨｚまでの周波数範囲において０．０３未満の損失正接により定められる、ラジオおよびマイクロ波周波数に対する透明性を示す。さらなる実施の形態は、１５ＭＨｚから３．０ＧＨｚまでの周波数範囲において０．０１未満および０．００５未満の損失正接により定められる、ラジオおよびマイクロ波周波数に対する透明性を有するエンクロージャを含む。このラジオおよびマイクロ波周波数透明性の特徴は、エンクロージャ内部にアンテナを含む無線手持ち式装置に特に重要である。このラジオおよびマイクロ波透明性により、無線信号がエンクロージャを通過することが可能になり、ある場合にはこれらの通信が向上される。
【００１９】
さらなる実施の形態において、電子装置ハウジングまたはエンクロージャは、１．０ＭＰａ・ｍ１／２より大きい破壊靭性、１５０ＭＰａより大きい、好ましくは３００ＭＰａより大きいＲＯＲ強度を示すガラス−セラミックを含む。
【００２０】
特に熱伝導率寄与について言及すると、所望のレベル、特に４Ｗ／ｍ℃未満の熱伝導率により、１００℃まで達する高温でも触ってみると冷たいままのエンクロージャが生じ得ることに留意すべきである。好ましくは、３Ｗ／ｍ℃未満、および２Ｗ／ｍ℃未満の熱伝導率が所望である。ある適切なシリケートガラス−セラミック（以下に詳述される）についての代表的な熱伝導率＊（Ｗ／ｍ℃）は、以下を含む：
コージエライトガラス−セラミック            ３．６
ベータリシア輝石（Ｃｏｒｎｉｎｇｗａｒｅ）  ２．２
ベータ石英（Ｚｅｒｏｄｕｒ）                １．６
ウォラストナイト（以下の実施例９）          １．４
被削性雲母（Ｍａｃｏｒ）                    １．３
＊（A. McHale, Engineering properties of glass-ceramics, in Engineered Materials Handbook, Vol.4, Ceramics and Glasses, ASM International 1991参照。）
必要な熱伝導率特徴を示す他のガラス−セラミックは、いずれも４．０Ｗ／ｍ℃未満の熱伝導率を示すと思われる二ケイ酸リチウムベースのおよびカナサイト（canasite）ガラスセラミックを含む。比較のために、アルミナのようなセラミックは２９のように高い所望でない熱伝導率を示すかもしれないことに留意すべきである。
【００２１】
エンクロージャは、透明である、特に４００−７００ｎｍの可視スペクトルにおいて１ｍｍ厚を通して５０％より大きい透過性を有するガラス−セラミック材料であることが所望であるかもしれない。
【００２２】
別の態様において、ガラス−セラミック物品、特にエンクロージャは、イオン交換処理を受けてもよい。ガラス−セラミック物品の少なくとも１つの表面は、イオン交換処理を受け、１つのイオン交換された（「ＩＸ」）表面は、物品の厚さに亘って２％以上の層深さ（ＤＯＬ）を有し少なくとも３００ＭＰａの圧縮強度を示す圧縮層を示す。上記のＤＯＬおよび亜縮強度が達成される限りは、当業者に知られる任意のイオン交換処理が適切である。そのような処理は、ガラスセラミック物品を、リチウム、ナトリウム、カリウムおよび／またはセシウムの溶融した硝酸塩、硫酸塩、および／または塩化物、あるいはそれらの任意の混合物の槽中に浸漬することを含むがこれに限定されない。槽およびサンプルは、塩の溶融温度より高く分解温度よりも低い一定温度、通常は３５０から８００℃の間に維持される。標準的なガラスセラミックのイオン交換に必要な時間は、結晶およびガラス状の相に亘るイオンの拡散率に依存して、１５分間から４８時間の間でもよい。ある場合において、１つ以上のイオン交換処理を使用して、所定のガラスセラミック材料について特定の応力特性または表面圧縮応力を生じてもよい。
【００２３】
別の特定の実施の形態において、エンクロージャは、２ｍｍの全体厚さを示し、圧縮層は４０μｍのＤＯＬを示しこの圧縮層は少なくとも５００ＭＰａの圧縮応力を示す。この場合も、これらの特徴を達成する当業者に既知の任意のイオン交換処理が適切である。
【００２４】
単一工程イオン交換処理に加えて、性能を高めるために設計されたイオン交換特性を生じるために多重イオン交換処理を使用してもよいことに留意すべきである。すなわち、異なる濃度のイオンのイオン交換槽を使用することにより、または異なるイオン半径を有する異なるイオン種を使用する複数の槽を使用することにより、応力特性は選択された深さに生じた。さらに、１つ以上の熱処理を、圧縮特性を調整するためにイオン交換の前または後に使用してもよい。
【００２５】
上記のように、電子装置エンクロージャとして使用するための好ましいガラス−セラミック材料は、優れた化学的耐久性および機械的特性により、シリケート−ベースの組成を含む。多様な組成ファミリーは、シリケート材料ファミリー内に存在する（L.R. Pinckney, “Glass-Ceramics”, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th edition, Vol. 12, John Wiley and Sons, 627-644, 1994参照）。
【００２６】
ここでの使用に適切な特定のガラス−セラミックは、制限することなく、以下に基づくガラス−セラミックを含む：
（１）二ケイ酸リチウム（Li2Si2O5）、頑火輝石（MgSiO3）、およびウォラストナイト（CaSiO3）；
（２）スタッフド（stuffed）β−石英、β−リシア輝石、コージエライト、およびムライトを含む結晶相を有する、Li2O-Al2O3-SiO2、MgO-Al2O3-SiO2、およびAl2O3-SiO2系からのようなアルミノシリケート結晶；
（３）アルカリおよびアルカリ土類雲母のようなフルオロシリケート並びにカリウムリヒターライト（richterite）およびカナサイトのような鎖状（chain）シリケート；および
（４）スピネル固溶体（例えば(Zn,Mg)Al2O4）および石英（SiO2）に基づくガラス−セラミックのような、シリケートホストガラス内の酸化物結晶。
【００２７】
ハウジングに適切なガラス−セラミック材料の代表例が、表Ｉに与えられる。これらのガラス−セラミックの多くは、内側に核を成してもよく、一次結晶相は、最初の結晶相上にまたは相分離領域内に核を成す。あるガラス−セラミック材料について、例えばウォラストナイトに基づくものについて、標準的な粉末処理（フリット焼結）方法を使用することが好ましいかもしれない。遷移金属酸化物のような着色剤を、これらの材料の全てに加えてもよく、所望であれば全てにつやを付けてもよい。
【００２８】
最も広い実施の形態において、表Ｉの代表例は、バッチベースにおける酸化物としての質量パーセントで、４０−８０％ＳｉＯ２、０−２８％Ａｌ２Ｏ３、０−８％Ｂ２Ｏ３、０−１８％Ｌｉ２Ｏ、０−１０％Ｎａ２Ｏ、０−１１％Ｋ２Ｏ、０−１６％ＭｇＯ、０−１８％ＣａＯ、０−１０％Ｆ、０−２０％ＳｒＯ、０−１２％ＢａＯ、０−８％ＺｎＯ、０−８％Ｐ２Ｏ５、０−８％ＴｉＯ２、０−５％ＺｒＯ２、および０−１％ＳｎＯ２から実質的に成る本発明による組成物を含む。
【００２９】
さらに、表Ｉには、代表的な組成物のそれぞれについて達成／測定された特定の代表的な特性が開示される；歪み点、焼きなまし点、密度、液化温度、ring-on-ring等二軸曲げ強度（ＲＯＲ強度）、イオン交換ring-on-ring等二軸曲げ強度（ＩＸ ＲＯＲ強度）、破壊靭性、弾性率、剛性率、ポアソン比、ヌープ硬さ。
【表１】
2011527105.tif 000002
【００３０】
表Ｉで上に挙げられるガラス−セラミック組成のそれぞれについて一次結晶相は以下のようである：
（１）β−リシア輝石またはβ−石英固溶体；
（２）二ケイ酸リチウム；
（３）二ケイ酸リチウム；
（４）三ケイ酸雲母ＧＣ；
（５）三ケイ酸雲母ＧＣ；
（６）四ケイ酸雲母ＧＣ；
（７）アルカリ土類雲母ＧＣ；
（８）アルカリ土類雲母ＧＣ；
（９）ウォラストナイト；
（１０）カナサイト；
（１１）スピネル、サファーリン、α−石英；
（１２）β−リシア輝石固溶体。
【００３１】
表Ｉに上記で詳述されるように、実施例１のβ−石英固溶体は、透明性の特徴を達成するように熱処理されて透明に作製できる。どの特定の熱処理によりこの透明性が達成できるかは当業者に明らかであろう。
【００３２】
通常、表Ｉで上記に詳述される任意の代表的なガラス−セラミック材料を形成するための方法は、バッチから計算される酸化物ベースの質量パーセントにおいて、上記の範囲内の組成から実質的に成るガラスのためのバッチを溶融する工程を含む。所望の組成を達成するために必要な原材料を選択することは、ガラス−セラミック分野の当業者の技術の範囲内である。バッチ材料が十分に混合され溶融されると、この処理は、少なくとも変態温度範囲より低い温度に溶融物を冷却し、そこからガラス物品を形成し、その後、原位置で所望の結晶体を得るために十分な長さの時間に亘って約６５０−１２００℃の温度でこのガラス物品を熱処理する工程を含む。変態温度範囲は、それを超えると液体溶融物が無定形固体に変化するとみなされる温度の範囲として定義され、通常はガラスの歪み点と焼きなまし点との間であると考えられる。
【００３３】
処理のために選択されるガラスバッチは、酸化物であろうと他の化合物であろうと、実質的に任意の成分を含んでもよく、ガラスを形成するための溶融により上記の範囲内で組成物を生じる。ここに記載される組成物に適合する、従来技術においてこの目的で使用される任意の既知のフッ素化合物を使用するバッチに、フッ素を入れてもよい。
【００３４】
本発明のガラスを主に結晶のガラス−セラミックに変化させるのに適切な熱処理は、通常、約６００−８５０℃の核生成範囲内の温度にガラス物品を加熱する初期段階、およびガラス全体に亘って結晶核を形成するのに十分な時間その範囲内にガラス物品を維持する工程を含む。これは通常、約１／４から１０時間を要する。その後、物品は約８００−１２００℃の結晶化範囲の温度に加熱され、所望の結晶化の程度を得るのに十分な時間、今回は通常約１−１００時間、その範囲内に維持される。原位置での核生成および結晶化は時間および温度依存性の処理なので、結晶化および核生成範囲の最高温度に近い温度において、短い保圧時間のみが必要であるのに対し、これらの範囲の最低の温度において、最大核生成および／または結晶化を得るために長い保圧時間が必要とされるということが容易に理解されるであろう。
【００３５】
結晶化処理において多くの改良が可能であることが評価されるであろう。例えば、元のバッチ溶融物が変態温度範囲より低く急冷されてガラス物品に成形される場合、この物品は次に、熱処理の開始前にガラスの外観検査をするために室温に冷却されるかもしれない。また、所望であれば約５５０−６５０℃の間の温度で焼きなましされるかもしれない。しかしながら、製造速度および燃料節約が求められる場合、バッチ溶融物は、変態温度範囲のすぐ下の温度でガラス物品に単に冷却されてもよく、その直後に結晶化処理が始まる。
【００３６】
ガラス−セラミックはまた、粉末処理方法として称されるガラスフリットの結晶化により調製してもよい。ガラスは、粉末状態に小さくされ、通常はバインダーと混合され、所望の形状に成形され、ガラス−セラミック状態に焼結および結晶化される。この処理において、ガラス粒の残存表面は、結晶相についての核生成部位として作用する。ガラス組成物、粒子サイズ、および処理条件は、ガラスが粘性焼結を受けて、結晶化処理が完了する直前に最大密度になるように選択される。形状形成方法は、押出し成形、加圧成形および鋳込み成形を含んでもよいがこれに限定されない。
【００３７】
さらなるガラス−セラミックが、表Ｉに上記で開示される特定の代表的組成に基づいて生成され、これは以下にさらに詳細に記載される。
【００３８】
第１の例示的なガラス−セラミックは、β−リシア輝石構造を有する結晶に基づく（表１の実施例１）。Duke et al. (Chemical strengthening of glass-ceramics, Proc. XXXVI International Congress in Industrial Chemistry, Brussels, Belgium, 1-5, 1966)により言及されるように、β−リシア輝石組成物は、基本的にＬｉＡｌＳｉ２Ｏ６であり、ＳｉＯ２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびＺｎＡｌ２Ｏ４に関する固溶体を有する。その結晶構造は、上昇した温度でＬｉ＋イオン移動についての経路を提供してもよく、それにより、これらの結晶が化学的強化（すなわちイオン交換）を非常に受けやすくなる。Duke et al.は、５８０℃で８５％ＮａＮＯ３−１５％Ｎａ２ＳＯ４の混合塩浴において、単純なＬｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＴｉＯ２のＬｉ＋についてＮａ＋イオン交換を示した。この強化された材料は、６３ｋｇ／ｍｍ２（９００００ｐｓｉ、６２０ＭＰａ）の等二軸曲げ強度（ＲＯＲ強度）を提供した。実施例１の組成を使用するイオン交換実験により、１０００００ｐｓｉ（６９０ＭＰａ）を超えるＲＯＲ強度が生じたことに留意すべきである。この第１の実施例についてのマイクロ波周波数誘電特性は非常に良好であり、１５ＭＨｚから３．０ＧＨｚの周波数範囲において７の誘電定数および約０．００３−０．００５の範囲の損失正接を有した。
【００３９】
第２の例示的なガラス−セラミックは、表１の実施例７の組成物を含み形成された。この雲母ベースのガラス−セラミックは、標準的なカーバイドまたはダイアモンド工具により容易に機械加工できた。この非アルカリ材料は容易にイオン交換可能でなく、約２０−２５０００ｐｓｉ（１４０−１７０ＭＰａ）の範囲のＲＯＲ強度、約１．７−１．８ＭＰａ．ｍ１／２の範囲の破壊靭性、および良好な誘電特性（誘電定数＝６．９５、１５ＭＨｚから３．０ＧＨｚの周波数範囲に亘って損失正接＝０．００２）を提供した。
【００４０】
第３の実施例である、二ケイ酸リチウムガラスセラミックを、表１における実施例２の組成から成るガラスから調製した。原材料は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、炭酸リチウム、硝酸カリウム、およびリン酸アルミニウムで構成された。これらを、１４５０℃で一晩白金るつぼで溶融する前に、６０分間ボールミル粉砕により混合した。溶融物を型に注ぎ込み、４５０℃で焼きなましオーブンに移し、室温にゆっくりと冷却した。次にガラスパティを熱処理して、ガラスセラミック物品を形成した。熱処理は、１５０Ｋ／ｈｒで室温から７００℃までの傾斜で構成され、その後クリスタライトの核生成のために２時間保持した。次に、サンプルを１５０Ｋ／ｈｒで８５０℃まで加熱し、核を成長させるために２時間保持した。ガラスセラミックを、自然の炉中冷却速度で室温まで冷却した。ring-on-ring等二軸曲げ強度測定のためにこれらのセラミック化されたパティからサンプルを切断した。熱処理をこれらのサンプルで繰り返し、機械加工中に生じた任意の表面傷を直した。次に、２４時間４１０℃で純粋な硝酸カリウムの溶融塩浴中でイオン交換した。この処理により、ring-on-ring等二軸曲げ強度（ＲＯＲ強度）により測定して７５７ＭＰａの平均強度が生じた。
【００４１】
ここに記載される材料、方法、および物品に様々の変更および変化が可能である。ここに記載される材料、方法、および物品の他の態様が、明細書の検討およびここに開示される材料、方法、および物品の実施から明らかであろう。本明細書および実施例は、例示的なものとして考慮されることが意図される。
【国際調査報告】
2011527105.tif 000003
2011527105.tif 000004
2011527105.tif 000005