(57)【要約】  ガラスから物品を製造するための本発明の方法は、外側表面を備える基材を供給する工程と、少なくとも２種の異なる金属酸化物を含む、少なくとも第１のガラスを供給する工程であって、第１のガラスがＴｇ及びＴｘを有し、第１のガラスのＴｇとＴｘとの間の差異が少なくとも５Ｋであり、第１のガラスが２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、４０重量％未満のＰ２Ｏ５、及び５０重量％未満のＰｂＯを含有する、少なくとも第１のガラスを供給する工程と、ガラスの少なくとも一部が基材の外側表面の少なくとも一部を濡らすように、第１のガラスを周囲気圧以下でそのＴｇ超まで加熱する工程と、ガラスを冷却して、基材の外側表面の少なくとも一部に付着したガラスを含むセラミックを含む物品を供給する工程と、を含む。このセラミックの気孔率は、２０体積％未満である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスから物品を製造する方法であって、
外側表面を備える基材を供給する工程と、
少なくとも２種の異なる金属酸化物を含む少なくとも第１のガラスを供給する工程であって、前記第１のガラスがＴｇ及びＴｘを有し、前記第１のガラスの前記Ｔｇと前記Ｔｘとの間の差異が少なくとも５Ｋであり、前記第１のガラスが２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、４０重量％未満のＰ２Ｏ５、及び５０重量％未満のＰｂＯを含有する、少なくとも第１のガラスを供給する工程と、
前記ガラスの少なくとも一部が前記基材の前記外側表面の少なくとも一部を濡らすように、前記第１のガラスを周囲気圧以下でそのＴｇ超まで加熱する工程と、
前記ガラスを冷却して、前記基材の前記外側表面の前記少なくとも一部に付着した前記ガラスを含むセラミックを含む物品を供給する工程と、を含み、前記セラミックの気孔率が２０体積％未満である、方法。
【請求項２】
前記第１のガラスがＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のガラスが、
３０重量％〜７０重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３、
０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３、及び
１５重量％〜４０重量％のＡｌ２Ｏ３、を含み、
式中、Ｒｅ（Ｉ）＝Ｌａ若しくはＧｄ又はこれらの組み合わせ、及び、
Ｒｅ（ＩＩ）＝Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｙ、若しくはＹｂ、又はこれらの組み合わせである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のガラスが５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、遷移金属酸化物、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のガラスが０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のガラスが、総じて７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、並びに、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、及びアルカリ土類金属酸化物のうちの少なくとも１つ、を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のガラスが、総じて７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のガラスが（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）未満の重量％でＡｌ２Ｏ３を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のガラスが３０重量％〜６５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のガラスが３５重量％〜５５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のガラスが５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のガラスが１５重量％〜３５重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のガラスが２０重量％〜３５重量％のＡｌ２Ｏ３を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のガラスが、
３５重量％〜５５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３、
０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３、
１５重量％〜４０重量％のＡｌ２Ｏ３、
５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つ、
０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２、並びに、
７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及び、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、又はＴｉＯ２のうちの少なくとも１つ、を含み、
Ａｌ２Ｏ３の重量％が（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）未満である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のガラスが、
２０重量％〜３５重量％のＡｌ２Ｏ３、及び、
５重量％〜３５重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のガラスの前記Ｔｇと前記Ｔｘとの間の前記差異が少なくとも２５Ｋである、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のガラスの前記Ｔｇと前記Ｔｘとの間の前記差異が少なくとも５０Ｋである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のガラスの前記Ｔｇと前記Ｔｘとの間の前記差異が少なくとも１００Ｋである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記セラミックの前記気孔率が１５体積％未満である、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記セラミックの前記気孔率が１０体積％未満である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記セラミックの前記気孔率が５体積％未満である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のガラスを加熱処理してガラス−セラミックを供給する工程を更に含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
第２のガラスを供給する工程と、前記第１のガラス及び前記第２のガラスを少なくとも前記第１のガラスのＴｇを超えて加熱する工程とを更に含み、少なくとも前記第１のガラスが前記第２のガラスと合体して、前記物品を供給する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のガラスを粉砕する工程を更に含む、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ガラスを含むセラミックを含む１ミリメートル厚物品を通過する光透過率が少なくとも約２５％である、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
ガラスから物品を製造する方法であって、
外側表面を備える基材を供給する工程と、
ガラスを含む少なくとも第１の複数の粒子を供給する工程であって、前記ガラスが少なくとも２種の異なる金属酸化物を含み、前記ガラスがＴｇ及びＴｘを有し、前記ガラスの前記Ｔｇと前記Ｔｘとの間の差異が少なくとも５Ｋであり、前記ガラスが２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、４０重量％未満のＰ２Ｏ５、及び５０重量％未満のＰｂＯを含有する、少なくとも第１の複数の粒子を供給する工程と、
前記ガラスの少なくとも一部が前記基材の前記外側表面の少なくとも一部を濡らすように、前記ガラスを周囲気圧以下でそのＴｇ超まで加熱する工程と、
前記ガラスを冷却して、前記基材の前記外側表面の前記少なくとも一部に付着した前記ガラスを含むセラミックを含む物品を供給する工程と、を含み、前記セラミックの気孔率が２０体積％未満である、方法。
【請求項２７】
ガラスから物品を製造する方法であって、
外側表面を備える基材を供給する工程と、
少なくとも第１のガラス及び第２のガラスを供給する工程であって、前記第１のガラスが少なくとも２種の異なる金属酸化物を含み、前記第１のガラスがＴｇ１とＴｘ１を有し、前記第１のガラスの前記Ｔｇ１と前記Ｔｘ１との間の差異が少なくとも５Ｋであり、前記第１のガラスが２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、４０重量％未満のＰ２Ｏ５、及び５０重量％未満のＰｂＯを含有し、前記第２のガラスが少なくとも２種の異なる金属酸化物を含み、前記第２のガラスがＴｇ２及びＴｘ２を有し、前記第２のガラスの前記Ｔｇ２と前記Ｔｘ２との間の差異が少なくとも５Ｋであり、前記第２のガラスが２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、及び４０重量％未満のＰ２Ｏ５を含有する、少なくとも第１のガラス及び第２のガラスを供給する工程と、
前記ガラスを周囲気圧以下で前記Ｔｇ１と前記Ｔｇ２のうちのより高い方を超えるまで加熱し、前記第１及び第２のガラスを合体させて、前記物品を供給する工程と、を含み、
前記物品の気孔率が２０体積％未満である、方法。
【請求項２８】
ガラスから物品を製造する方法であって、
ガラスを含む少なくとも第１の複数の粒子を供給する工程であって、前記ガラスが少なくとも２種の異なる金属酸化物を含み、前記ガラスがＴｇ及びＴｘを有し、前記ガラスの前記Ｔｇと前記Ｔｘとの間の差異が少なくとも５Ｋであり、前記ガラスが２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、４０重量％未満のＰ２Ｏ５、及び５０重量％未満のＰｂＯを含有する、少なくとも第１の複数の粒子を供給する工程と、
前記ガラスを周囲気圧以下で前記Ｔｇ超まで加熱し、前記第１の複数の粒子の一部に合体させて、前記物品を供給する工程と、を含み、
前記セラミックの気孔率が２０体積％未満である、方法。
【請求項２９】
前記ガラスがＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ガラスが、
３０重量％〜７０重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３、
０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３、及び
１５重量％〜４０重量％のＡｌ２Ｏ３、を含み、
式中、Ｒｅ（Ｉ）＝Ｌａ若しくはＧｄ又はこれらの組み合わせ、及び、
Ｒｅ（ＩＩ）＝Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｙ、若しくはＹｂ、又はこれらの組み合わせである、請求項２９又は請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１のものが５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、遷移金属酸化物、又はこれらの組み合わせを含む、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記ガラスが０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２を含む、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記ガラスが、総じて７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、並びに、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、及びアルカリ土類金属酸化物のうちの少なくとも１つ、を含む、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記ガラスが、総じて７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記ガラスが（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）未満の重量％でＡｌ２Ｏ３を含む、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記ガラスが３０重量％〜６５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３を含む、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記ガラスが３５重量％〜５５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記ガラスが５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３９】
前記ガラスが１５重量％〜３５重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ガラスが２０重量％〜３５重量％のＡｌ２Ｏ３を含む、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項４１】
前記ガラスが、
３５重量％〜５５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３、
０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３、
１５重量％〜４０重量％のＡｌ２Ｏ３、
５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つ、
０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２、並びに、
７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及び、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、又はＴｉＯ２のうちの少なくとも１つ、を含み、
Ａｌ２Ｏ３の重量％が（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）未満である、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項４２】
前記ガラスが、
２０重量％〜３５重量％のＡｌ２Ｏ３、及び、
５重量％〜３５重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記ガラスの前記Ｔｇと前記Ｔｘとの間の前記差異が少なくとも２５Ｋである、請求項２９〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記ガラスの前記Ｔｇと前記Ｔｘとの間の前記差異が少なくとも５０Ｋである、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記ガラスの前記Ｔｇと前記Ｔｘとの間の前記差異が少なくとも１００Ｋである、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記セラミックの前記気孔率が１５体積％未満である、請求項２９〜４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記セラミックの前記気孔率が１０体積％未満である、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記セラミックの前記気孔率が５体積％未満である、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１のガラスを加熱処理してガラス−セラミックを供給する工程を更に含む、請求項２９〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記ガラスを含む１ミリメートル厚物品を通過する光透過率が少なくとも約２５％である、請求項２９〜４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
前記粒子の約５０体積％までが約１０マイクロメートル未満の平均粒子寸法を有する、請求項２９〜５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
ガラスを含むセラミック物品であって、前記ガラスが、
３０重量％〜５５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３、
０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３、
（式中、Ｒｅ（Ｉ）＝Ｌａ若しくはＧｄ又はこれらの組み合わせ、並びに、
Ｒｅ（ＩＩ）＝Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｙ、若しくはＹｂ、又はこれらの組み合わせである）、
５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、遷移金属酸化物又はこれらの組み合わせ、
０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２、並びに、
総じて７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、並びに、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、及びアルカリ土類金属酸化物のうちの少なくとも１つ、を含み、
Ａｌ２Ｏ３は、（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）から４０重量％までの量で存在し、
前記ガラスはＴｇ及びＴｘを有し、前記ガラスの前記Ｔｇと前記Ｔｘとの間の差異が少なくとも１００Ｋである、セラミック物品。
【請求項５３】
前記セラミック物品が少なくとも２つの、約５００マイクロメートルを超える寸法を有する、請求項５２に記載のセラミック物品。
【請求項５４】
前記セラミック物品が約５００マイクロメートルを超える、ｘ、ｙ、及びｚ寸法を有する、請求項５３に記載のセラミック物品。
【請求項５５】
前記セラミック物品の気孔率が２０体積％未満である、請求項５２〜５４のいずれか一項に記載のセラミック物品。
【請求項５６】
前記セラミック物品の前記気孔率が１５体積％未満である、請求項５５に記載のセラミック物品。
【請求項５７】
前記セラミック物品の前記気孔率が１０体積％未満である、請求項５６に記載のセラミック物品。
【請求項５８】
ダイヤモンド、立方晶ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣからなる群から選択されるセラミック材料を更に含む、請求項５２〜５７のいずれか一項に記載のセラミック物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許仮出願番号第６０／９１７５２０号（２００７年５月１１日出願）の優先権を主張し、この開示は本明細書にその全体が参照により組み込まれている。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、特殊加工（non-traditional）ガラスからセラミック物品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くのガラス及びガラス−セラミック組成物が既知である。例えば、ＰｂＯに基づくガラス、並びに、ＳｉＯ２及びＢ２Ｏ３などのガラス形成剤は、封止ガラスとして一般に使用されている。重量に基づいて、これらの封止ガラスは典型的に、多量の高分子量ＰｂＯ並びに相対的に少量のＳｉＯ２及びＢ２Ｏ３を有する。典型的には、これらのガラスは、効率的な封止を促進するために、封止プロセスの間に結晶化しない（すなわち、これらはＴｘを有さない）ように設計されている。
【０００４】
大多数の酸化物ガラス系は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＴｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、及びＶ２Ｏ５などの周知のガラス形成剤を相対的に多量に使用して、ガラスの形成を助けている。これらのガラス形成剤で形成されるガラス組成物の中には、加熱処理してガラス−セラミックスを形成できるものがある。ガラスの、及びこのようなガラス形成剤から形成されるガラス−セラミックスの上限使用温度は、通常１２００℃未満であり、典型的には約７００〜８００℃である。ガラス−セラミックスは、これらが形成されるガラスよりも優れた温度耐性である傾向を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多くの金属酸化物は溶融して高速急冷することにより非晶質状態で得ることができるが、ほとんどは、結晶質材料よりも非晶質を供給するためのきわめて迅速な急冷速度に対する必要から、バルク又は複雑な形状に形成することができない。通常、このような系は、後に続く再加熱の間、結晶化に対して非常に不安定であり、それゆえに粘性流動などのガラスの典型的な特性を呈さない。一方で、既知の網目形成酸化物に基づくガラス（例えば、ＳｉＯ２及びＢ２Ｏ３）は通常、再加熱の間、結晶化に対して相対的に安定であり、これに対応して、粘性流動が生じる「機能」範囲に容易に到達することができる。ガラス転移温度を超える温度での粘稠焼結（viscoussintering）を介して既知のガラス（例えば、ＳｉＯ２及びＢ２Ｏ３）の粉末から大きな物品を形成することは周知である。例えば、研磨産業では、研磨剤粒子を共に固着させるために、陶化結合剤を使用して研削砥石を製造する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述のことを考慮し、我々は、大きな物品、並びに／又は、特殊加工ガラス及びガラス−セラミック組成物を含む複雑な形状を供給することが望ましいことを認識している。
【０００７】
本発明は、特殊加工ガラスから物品を製造する方法を提供する。物品は相対的に大きなものであることができる（例えば、約５００マイクロメートルを超えるｘ、ｙ、及びｚ寸法を有する）。
【０００８】
ガラスから物品を製造するための本発明の方法は、外側表面を備える基材を供給する工程と、少なくとも２種の異なる金属酸化物（すなわち、これらの金属酸化物は同一のカチオンを有さない）を含む少なくとも第１のガラス（例えば、ガラスシート、粒子（微小球など）、又は繊維）を供給する工程であって、第１のガラスがＴｇ及びＴｘを有し、第１のガラスのＴｇとＴｘとの間の差異が少なくとも５Ｋであり、第１のガラスが２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、４０重量％未満のＰ２Ｏ５、及び５０重量％未満のＰｂＯを含有する、少なくとも第１のガラスを供給する工程と、ガラスの少なくとも一部が基材の外側表面の少なくとも一部を濡らすように、第１のガラスを周囲気圧以下でそのＴｇ超まで加熱する工程と、ガラスを冷却して、基材の外側表面の少なくとも一部に付着したガラスを含むセラミックを含む物品を供給する工程と、を含む。このセラミックの気孔率は、２０体積％未満である。
【０００９】
ガラスから物品を製造するための本発明の別の方法は、外側表面を備える基材を供給する工程と、ガラス（ガラス粒子など）を含む少なくとも第１の複数の粒子を供給する工程であって、ガラスが少なくとも２種の異なる金属酸化物を含み、ガラスがＴｇ及びＴｘを有し、ガラスのＴｇとＴｘとの間の差異が少なくとも５Ｋであり、ガラスが２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、４０重量％未満のＰ２Ｏ５、及び５０重量％未満のＰｂＯを含有する、少なくとも第１の複数の粒子を供給する工程と、ガラスの少なくとも一部が基材の外側表面の少なくとも一部を濡らすように、ガラスを周囲気圧以下でそのＴｇ超まで加熱する工程と、ガラスを冷却して、基材の外側表面の少なくとも一部に付着したガラスを含むセラミックを含む物品を供給する工程と、を含む。このセラミックの気孔率は、２０体積％未満である。
【００１０】
ガラスから物品を製造するための本発明の更に別の方法は、外側表面を備える基材を供給する工程と、少なくとも第１のガラス及び第２のガラスを供給する工程であって、第１のガラスが少なくとも２種の異なる金属酸化物を含み、第１のガラスがＴｇ１及びＴｘ１を有し、第１のガラスのＴｇ１とＴｘ１との間の差異が少なくとも５Ｋであり、第１のガラスが２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、４０重量％未満のＰ２Ｏ５、及び５０重量％未満のＰｂＯを含有し、第２のガラスが少なくとも２種の異なる金属酸化物を含み、第２のガラスがＴｇ２及びＴｘ２を有し、第２のガラスのＴｇ２とＴｘ２との間の差異が少なくとも５Ｋであり、第２のガラスが２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、及び４０重量％未満のＰ２Ｏ５を含有する、少なくとも第１のガラス及び第２のガラスを供給する工程と、ガラスを周囲気圧以下でＴｇ１とＴｇ２のうちのより高い方を超えるまで加熱し、第１及び第２のガラスを合体させて、物品を供給する工程と、を含む。この物品の気孔率は、２０体積％未満である。
【００１１】
ガラスから物品を製造するための本発明の更に別の方法は、ガラスを含む少なくとも第１の複数の粒子を供給する工程であって、ガラスが少なくとも２種の異なる金属酸化物を含み、ガラスがＴｇ及びＴｘを有し、ガラスのＴｇとＴｘとの間の差異が少なくとも５Ｋであり、ガラスが２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、４０重量％未満のＰ２Ｏ５、及び５０重量％未満のＰｂＯを含有する、少なくとも第１の複数の粒子を供給する工程と、ガラスを周囲気圧以下でそのＴｇ超まで加熱し、第１の複数の粒子の一部に合体させて、物品を供給する工程と、を含む。このセラミックの気孔率は、２０体積％未満である。
【００１２】
典型的には、特殊加工バルクガラスは、例えば、加熱プレス又は高温静水圧プレス（hipping）によるなどの、単軸又は多軸荷重により生じる圧力下でガラスの粒子を合体又は焼結することによって調製されてきた。しかし、驚くことに、本発明の方法は、周囲気圧以下で行われながら、特殊加工ガラスからのセラミック物品を供給する。それゆえに本発明の方法は、圧力下で行われなければならない方法よりも費用効果的であり、大量生産に向けてより好適であることができる。
【００１３】
別の態様では、本発明は、特殊加工ガラスを含むセラミック物品を提供する。セラミック物品はガラスを含み、このガラスは
３５重量％〜５５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３、
０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３、
５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、遷移金属酸化物又はこれらの組み合わせ、
０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２、及び
総じて７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、並びに、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、及びアルカリ土類金属酸化物のうちの少なくとも１つ、を含み、
Ａｌ２Ｏ３は、（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）から４０重量％までの量で存在し、
ガラスはＴｇ及びＴｘを有し、ガラスのＴｇとＴｘとの間の差異が少なくとも１００Ｋである。
【００１４】
本発明のセラミック物品は、少なくとも２つの、約５００マイクロメートルを超える寸法（好ましくは、ｘ、ｙ、及びｚ寸法）を有することができる。これらはまた、２０体積％（又は更には１５体積％）未満の気孔率を有することができる。
【００１５】
これらのガラスが、周囲気圧以下で行われる本発明の方法を使用してセラミック物品を製造するのに特によく適していることが判明している。
【００１６】
本明細書で使用する場合：
「アルカリ金属酸化物」は、酸化リチウム（例えば、Ｌｉ２Ｏ）、酸化ナトリウム（例えば、Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（例えば、Ｋ２Ｏ）、及びこれらの組み合わせを指す；
「アルカリ土類金属酸化物」は、酸化ベリリウム（例えば、ＢｅＯ）、酸化マグネシウム（例えば、ＭｇＯ）、酸化カルシウム（例えば、ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（例えば、ＳｒＯ）、酸化バリウム（例えば、ＢａＯ）、及びこれらの組み合わせを指す；
「セラミック」には、ガラス、結晶性セラミック、ガラス−セラミック、及びこれらの組み合わせが挙げられる；
「ガラス」は、Ｘ線回折によって測定されるいかなる長い結晶構造も含有せず、及び／又はＤＴＡ（示差熱分析）によって測定される、すなわち「示差熱分析」という名称で本明細書に記述されている試験によって測定される、ガラスの結晶化に対応する発熱ピークを有する溶融相及び／又は気相から得られた材料を指す；
「ガラス−セラミック」は、ガラスを加熱処理することによって形成された結晶を含んだセラミックを指す；
「気孔率」は、材料の総体積に対する非固体体積の比率を指し、下記の比により定義される：
【００１７】
【数１】
2011502089.tif 000002
【００１８】
式中、Ｖｐはボイド体積であり、Ｖｍは固体及び非固体部分を含む材料の総体積である；
「希土類酸化物」は酸化セリウム（例えば、ＣｅＯ２）、酸化ジスプロシウム（例えば、Ｄｙ２Ｏ３）、酸化エルビウム（例えば、Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（例えば、Ｅｕ２Ｏ３）、ガドリニウム（例えば、Ｇｄ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（例えば、Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ランタン（例えば、Ｌａ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（例えば、Ｌｕ２Ｏ３）、酸化ネオジム（例えば、Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（例えば、Ｐｒ６Ｏ１１）、酸化サマリウム（例えば、Ｓｍ２Ｏ３）、酸化テルビウム（例えば、Ｔｂ２Ｏ３）、酸化トリウム（例えば、Ｔｈ４Ｏ７）、ツリウム（例えば、Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イットリウム（例えば、Ｙ２Ｏ３）及び酸化イッテルビウム（例えば、Ｙｂ２Ｏ３）、及びこれらの組み合わせを指す；
「ＲＥＯ」は、希土類酸化物を指す；
「基材」は、ガラスが濡らす任意の材料（例えば、ガラス（焼結されているものと同一のガラス又は他のガラス）、セラミックス、金属、合金、及びこれらの複合材料）を指し、バルク材料、粒子、ワイヤ、繊維、シート、又は成形物品であることができる；
「Ｔｇ」は、示差熱分析（ＤＴＡ）により測定されるガラス転移温度を指す；並びに
「Ｔｘ」はＤＴＡにより測定される結晶化開始温度を指す。いくつかの実施形態では、典型的なＤＴＡスキャンの間に１つ以上の結晶化開始温度（すなわち、Ｔｘ１、Ｔｘ２、など）が存在する。
【００１９】
更に、金属酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３、錯体Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物など）は、例えばガラス−セラミック中で結晶質である、との指定がない限り、それは、非晶質、結晶質、及び部分結晶質であってもよいことが本明細書において理解される。例えば、ガラス−セラミックがＡｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２を含む場合、Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２は、それぞれ非晶質状態、結晶質状態、又は非晶質状態部分、及び結晶質状態部分であってもよく、あるいは、更には別の金属酸化物（単数又は複数）との反応生成物であってもよい（例えば、Ａｌ２Ｏ３が、結晶質のＡｌ２Ｏ３又はＡｌ２Ｏ３の特定の結晶相（例えば、αＡｌ２Ｏ３）として存在しているとの指定がない限り、それは結晶質のＡｌ２Ｏ３及び／又は１つ以上の結晶質の錯体Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物の部分として存在してもよい）。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
通常、本発明によるセラミックスは、適切な金属酸化物供給源を加熱（火炎の中で、など）して、溶融物、望ましくは均質な溶融物を形成し、次に溶融物を急冷して、ガラス又はガラスを含むセラミックを供給することによって製造することができる。本発明によるガラス又はガラスを含むセラミックスは、例えば、適切な金属酸化物供給源を加熱（火炎の中で、など）して、溶融物、望ましくは均質な溶融物を形成し、次に溶融物を急冷して、ガラスを供給することによって製造することができる。ガラスの実施形態は、任意の好適な炉（例えば、誘導加熱炉、ガス燃焼炉、若しくは電気炉）の中で、又は、例えば、プラズマの中で、例えば、金属酸化物供給源を溶融することによって製造することができる。生じた溶融物は冷却される（例えば、溶融物を冷却媒体（例えば、高速のエアジェット、液体（水など）、金属プレート（冷却した金属ロールなど）、金属ボール（冷却した金属ボールなど）、及びこれらに類するもの）の中に注ぐ）。
【００２１】
ガラスの実施形態はまた、例えば、自由落下冷却を用いるレーザースピン溶融法、テイラーワイヤ法（Taylor wire technique）、プラズマトロン法、ハンマーアンビル法（hammer and anvil technique）、遠心急冷法、エアガンスプラット冷却法、シングルローラー及びツインローラー急冷法（single roller and twin roller quenching）、ローラープレート急冷法（roller-plate quenching）、及びペンダントドロップ溶融引出法（pendant drop melt extraction）などの、他の技術によって得ることもできる（例えば、ブロックウェイ（Brockway）らの「セラミックスの急速凝固（Rapid Solidification of Ceramics）」（金属及びセラミック情報センター（Metals And Ceramics Information Center）、国防総省情報分析センター（A Department of Defense Information Analysis Center）、オハイオ州コロンバス（Columbus）、１９８４年１月）を参照されたい）。ガラスの実施形態はまた、好適な前駆体の加熱式（火炎又はレーザー又はプラズマ支援など）高温分解、金属前駆体の物理蒸着合成法（ＰＶＳ）、及びメカノケミカル処理などの、他の技術によって得てもよい。
【００２２】
１つの方法では、本発明に有用なガラスは、米国特許第６，２５４，９８１号（キャッスル（Castle））に記載の炎融を利用して製造することができる。この方法では、金属酸化物供給源を（例えば、時に「供給粒子（feed particles）」とも称される粒子の形態で）バーナー（例えば、メタン・エアバーナー、アセチレン−酸素バーナー、水素−酸素バーナー及びこれらに類するもの）に直接供給し、次いで、例えば、水、冷却油、空気、又はこれらに類するもので急冷する。供給粒子は、例えば、金属酸化物供給源を研削、凝集（例えば、粉霧乾燥）、溶融、又は焼結することによって形成することができる。一般に、火炎の中へと供給される供給粒子の寸法が、生じるガラス粒子／ビーズの寸法を決定する。
【００２３】
本発明の方法に有用であるガラスには、少なくとも２種の異なる金属酸化物を含み、２０重量％未満のＳｉＯ２、２０重量％未満のＢ２Ｏ３、４０重量％未満のＰ２Ｏ５、及び５０重量％未満のＰｂＯを含有するものが挙げられる。有用なガラスはＴｇ及びＴｘを有し、ＴｇとＴｘとの間の差異は少なくとも５Ｋ（好ましくは少なくとも２５Ｋ又は少なくとも５０Ｋ）である。
【００２４】
好ましくは、ガラスはＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスである。特定の有用なＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、３０重量％〜７０重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３、０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３、及び１５重量％〜４０重量％のＡｌ２Ｏ３（好ましくは、２０重量％〜３５重量％のＡｌ２Ｏ３）を含み、式中、Ｒｅ（Ｉ）はＬａ若しくはＧｄ又はこれらの組み合わせであり、Ｒ（ＩＩ）はＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｙ、若しくはＹｂ、又はこれらの組み合わせである。
【００２５】
いくつかの実施形態では、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物（alkaline metal oxide）、遷移金属酸化物、又はこれらの組み合わせを含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２を含む。
【００２７】
いくつかの実施形態では、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、総じて７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、並びに、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、及びアルカリ土類金属酸化物のうちの少なくとも１つ（好ましくは、総じて７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及び、ＺｒＯ２）を含む。他の実施形態では、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、並びに、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。
【００２８】
いくつかの実施形態では、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）未満の重量％でＡｌ２Ｏ３を含む。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、４０重量％〜６５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３（好ましくは、４５重量％〜６０重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３）を含む。他の実施形態では、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、３０重量％〜６５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３（好ましくは、３５重量％〜５５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３）を含む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、総じて５重量％〜２５重量％の、ＺｒＯ２及びＨｆＯ２（好ましくは、５重量％〜２５重量％のＺｒＯ２及びＨｆＯ２）を含む。他の実施形態では、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つ（好ましくは、５重量％〜３５重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つ；より好ましくは、１５重量％〜３５重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つ）を含む。
【００３１】
好ましいＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、３０重量％〜７０重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３；０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３；１５重量％〜４０重量％のＡｌ２Ｏ３；５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物（alkaline metal oxide）、遷移金属酸化物、又はこれらの組み合わせ；０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２；総じて７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、並びに、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物、及びアルカリ土類金属酸化物のうちの少なくとも１つ、を含み；（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）未満の重量％でＡｌ２Ｏ３を有する。
【００３２】
別の好ましいＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、４０重量％〜６５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３；０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３；１５重量％〜４０重量％のＡｌ２Ｏ３；総じて５重量％〜２５重量％の、ＺｒＯ２とＨｆＯ２；０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２；総じて７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２、を含み；（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）未満の重量％でＡｌ２Ｏ３を有する。
【００３３】
更に別の好ましいＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、３５重量％〜５５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３；０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３；１５重量％〜４０重量％のＡｌ２Ｏ３；５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２のうちの１つ、又はこれらの組み合わせ；０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２；７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及び、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、又はＴｉＯ２のうちの少なくとも１つ、を含み；（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）未満の重量％でＡｌ２Ｏ３を有する。
【００３４】
更に別の好ましいＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、４５重量％〜６０重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３；０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３；２０重量％〜３５重量％のＡｌ２Ｏ３；総じて５重量％〜２０重量％の、ＺｒＯ２及びＨｆＯ２；０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２；総じて７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２、を含み；（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）未満の重量％でＡｌ２Ｏ３を有する。
【００３５】
本発明にしたがって製造される特定のセラミック物品は、セラミックの総金属酸化物の重量に基づき、２０重量％未満のＳｉＯ２（又は更には１５重量％未満、１０重量％未満、５重量％未満、又は更には０重量パーセントの、ＳｉＯ２）、２０重量％未満のＢ２Ｏ３（又は更には１５重量％未満、１０重量％未満、５重量％未満、又は更には０重量％の、Ｂ２Ｏ３）、４０重量％未満のＰ２Ｏ５（又は更には３５重量％未満、３０重量％未満、２５重量％未満、２０重量％未満、１５重量％未満、１０重量％未満、５重量％未満、又は更には０重量パーセントの、Ｐ２Ｏ５）、及び５０重量％未満のＰｂＯ（又は更には２５重量％未満、１０重量％未満、又は更には０重量パーセントの、ＰｂＯ）を含有する。
【００３６】
本発明を行うために有用なガラスの例には、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２、ＢａＯ−ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３−ＴｉＯ２、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＳｉＯ２、及びＳｒＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２ガラスを含むものが挙げられる。有用なガラス形成には、共晶組成物又はそれに近いものが挙げられる。ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３に加えて、本明細書に開示されているＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２、ＢａＯ−ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３−ＴｉＯ２、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２、ＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＳｉＯ２、及びＳｒＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２組成物、他の組成物、共晶組成物など、が本開示を精査したのち、当業者には明白になるであろう。例えば、共晶組成物などの種々の組成物を表す相ダイアグラムが当該技術分野において既知である。
【００３７】
驚くことに、本発明のセラミックスを寸法の制限なく得ることができることが判明した。これは、周囲気圧以下でガラス転移温度を超える温度での合体工程を通して可能であることが判明した。本明細書で使用する時、「周囲気圧」は約３気圧までの圧力を含む。これは、焼結／合体の間にわずかな背圧が利用される状況を除外するものではない。合体は、ガラスを加熱処理してガラス−セラミックスを供給するための、当技術分野で既知の方法を含む種々の方法のいずれかで行うことができる。例えば、合体は、例えば抵抗、誘導又はガス加熱炉を使用して、数回に分けて実行することができる。あるいは、例えば、合体は、例えば、回転窯を使用して連続的に実行することができる。回転窯の場合、材料は、高温で動作する窯の中に直接供給される。高温にある時間は、数秒間（いくつかの実施形態においては５秒未満）から、数分間、数時間の範囲に及び得る。この場合の温度は、７００℃〜１１００℃の範囲のいずれか、典型的には８００℃〜１０００℃にしてよい。合体の一部を（例えば核生成工程のために）数回に分けて行い、別の合体を（例えば、結晶成長工程のために、及び所望される密度を実現させるために）連続して行うことも本発明の範囲内である。核生成工程では、温度は典型的には約８００℃〜約１０００℃の範囲であり、いくつかの実施形態では、好ましくは約８５０℃〜約１０００℃の範囲内にある。この合体は、例えば、高温の炉の中に材料を直接送り込むことによって、発生し得る。あるいは、例えば、材料を、はるかに低い温度（例えば、室温）の炉の中に送り込み、次に、所定の加熱速度で所定の温度まで加熱することができる。空気以外の雰囲気の中で合体を実行することも、本発明の範囲内である。いくつかの場合、還元性雰囲気中で加熱処理することが、一層望ましいことがある。
【００３８】
本発明を行うのに有用なガラスは、有意な結晶化が生じる（Ｔｘ）前に、ガラス転移（Ｔｇ）を経る。これは、相対的に小さなガラス片からいずれかの寸法の物品をバルク製造することを可能にする。より具体的には、例えば、本発明による物品は、ガラス粒子などが合体してある形状を形成し、合体した形状を冷却して物品を供給するように、本発明を周囲気圧以下でＴｇ超の温度まで行うのに有用な、例えば、ガラス粒子（ビーズ及び微小球など）、繊維などを加熱することにより、供給することができる。生じる物品は５００マイクロメートルを超える寸法（例えば、５００マイクロメートルを超える、少なくとも１つの寸法、又は少なくとも２つの寸法、又は更には３つの寸法（すなわち、ｘ、ｙ、及びｚ寸法））を有することができる。特定の実施形態では、加熱は約７２５℃〜約１１００℃の範囲の少なくとも１つの温度で行われる。
【００３９】
驚くことに、本発明による特定の実施形態では、合体は、結晶化温度（Ｔｘ）よりも有意に高い温度で実行してもよい。これは多くの場合、材料が加熱の間に多結晶化発生を呈する時の事例である。例えば、Ｔｘ１及びＴｘ２結晶化温度が典型的なＤＴＡスキャンの間に観察されるならば、Ｔｘ１についての合体を容易に実行することができ、高密度を達成することができる。理論に束縛されるものではないが、結晶化の相対的に緩慢な動態により、粘性流動が、より高い温度で利用可能になると考えられる。物品の望ましい特性を更に改善するために追加的な合体を実行することもまた本発明の範囲内である。
【００４０】
Ａｌ２Ｏ３、ＢａＯ、ＣａＯ、希土類酸化物（例えば、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｐｒ６Ｏ１１、Ｓｍ２Ｏ３、Ｔｈ４Ｏ７、Ｔｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、及びＹｂ２Ｏ３、並びにこれらの組み合わせ）、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２などの金属酸化物の、市販の供給源などの供給源は当該技術分野において既知である。例えば、（理論上の酸化物ベースでの）Ａｌ２Ｏ３の供給源には、ボーキサイト（天然に生じるボーキサイトと合成的に製造されたボーキサイトの両方を含む）、焼成ボーキサイト、水和アルミナ（例えば、ベーマイトとギブサイト）、アルミニウム、バイエル（Bayer）法アルミナ、アルミニウム鉱石、ガンマアルミナ、アルファアルミナ、アルミニウム塩、硝酸アルミニウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。Ａｌ２Ｏ３供給源は、Ａｌ２Ｏ３を含有してもよく、又は供給のみ行ってもよい。あるいは、Ａｌ２Ｏ３供給源は、Ａｌ２Ｏ３、並びにＡｌ２Ｏ３以外の１つ以上の金属酸化物（錯体Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物（例えば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８など）からなるか又はこれを含有する材料など）を含有又は供給してもよい。
【００４１】
希土類酸化物の、市販の供給源などの供給源には、希土類酸化物粉末、希土類金属、希土類含有鉱石（例えばバストネサイト及びモナザイト）、希土類塩、希土類硝酸塩、及び希土類炭酸塩が挙げられる。希土類酸化物（単数又は複数）の供給源は、希土類酸化物（単数又は複数）を含有してもよく、又は供給のみ行ってもよい。あるいは、希土類酸化物（単数又は複数）の供給源は、希土類酸化物（単数又は複数）、並びに、希土類酸化物（単数又は複数）以外の１つ以上の金属酸化物（錯体希土類金属酸化物・他の金属酸化物（例えば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８など）からなるか又はこれを含有する材料など）を含有又は供給してもよい。
【００４２】
（理論上の酸化物ベースでの）ＺｒＯ２の、市販の供給源などの供給源には、酸化ジルコニウム粉末、ジルコンサンド、ジルコニウム、ジルコニウム含有鉱石、及びジルコニウム塩（例えば、炭酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、及びこれらの組み合わせ）が挙げられる。それに加えて又はそれに代わって、ＺｒＯ２供給源はＺｒＯ２を含有又は供給してもよく、並びに、ハフニアなどの他の金属酸化物を含有又は供給してもよい。（理論上の酸化物ベースでの）ＨｆＯ２の、市販の供給源などの供給源には、酸化ハフニウム粉末、ハフニウム、ハフニウム含有鉱石、及びハフニウム塩が挙げられる。それに加えて又はそれに代わって、ＨｆＯ２供給源は、ＨｆＯ２及びＺｒＯ２などの他の金属酸化物を含有又は供給してもよい。
【００４３】
ＢａＯの、市販の供給源などの供給源には、酸化バリウム粉末、バリウム含有鉱石、バリウム塩、硝酸バリウム、及び炭酸バリウムが挙げられる。酸化バリウム供給源は、酸化バリウムを含有してもよく、又は供給のみ行ってもよい。あるいは、酸化バリウム供給源は、酸化バリウム、並びに、酸化バリウム以外の１つ以上の金属酸化物（錯体酸化バリウム・他の金属酸化物からなるか又はこれを含有する材料など）を含有又は供給してもよい。
【００４４】
ＣａＯの、市販の供給源などの供給源には、酸化カルシウム粉末及びカルシウム含有鉱石が挙げられる。酸化カルシウム（単数又は複数）供給源は、酸化カルシウムを含有してもよく、又は供給のみ行ってもよい。あるいは、酸化カルシウム供給源は、酸化カルシウム、並びに、酸化カルシウム以外の１つ以上の金属酸化物（錯体酸化カルシウム・他の金属酸化物からなるか又はこれを含有する材料など）を含有又は供給してもよい。
【００４５】
希土類酸化物の、市販の供給源などの供給源には、希土類酸化物粉末、希土類金属、希土類含有鉱石（例えばバストネサイト及びモナザイト）、希土類塩、希土類硝酸塩、及び希土類炭酸塩が挙げられる。希土類酸化物（単数又は複数）の供給源は、希土類酸化物（単数又は複数）を含有してもよく、又は供給のみ行ってもよい。あるいは、希土類酸化物（単数又は複数）供給源は、希土類酸化物（単数又は複数）、並びに、希土類酸化物（単数又は複数）以外の１つ以上の金属酸化物（錯体希土類金属酸化物・他の金属酸化物（例えば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８など）からなるか又はこれを含有する材料など）を含有又は供給してもよい。
【００４６】
ＳｉＯ２の、市販の供給源などの供給源には、シリカ粉末、シリコン金属及びシリコン含有鉱石が挙げられる。酸化ケイ素供給源は、酸化ケイ素を含有してもよく、又は供給のみ行ってもよい。あるいは、酸化ケイ素供給源は、酸化ケイ素、並びに、酸化ケイ素以外の１つ以上の金属酸化物（錯体酸化ケイ素・他の金属酸化物からなるか又はこれを含有する材料など）を含有又は供給してもよい。
【００４７】
ＳｒＯの、市販の供給源などの供給源には、酸化ストロンチウム粉末、炭酸ストロンチウム、及びストロンチウム含有鉱石が挙げられる。酸化ストロンチウム供給源は、酸化ストロンチウムを含有してもよく、又は供給のみ行ってもよい。あるいは、酸化ストロンチウム供給源は、酸化ストロンチウム、並びに、酸化ストロンチウム以外の１つ以上の金属酸化物（錯体酸化ストロンチウム・他の金属酸化物からなるか又はこれを含有する材料など）を含有又は供給してもよい。
【００４８】
ＴｉＯ２の、市販の供給源などの供給源には、酸化チタン粉末、チタン金属、及びチタン含有鉱石が挙げられる。酸化チタン供給源は、酸化チタンを含有してもよく、又は供給のみ行ってもよい。あるいは、酸化チタン供給源は、酸化チタン、並びに、酸化チタン以外の１つ以上の金属酸化物（錯体酸化チタン・他の金属酸化物からなるか又はこれを含有する材料など）を含有又は供給してもよい。
【００４９】
（理論上の酸化物ベースでの）ＺｒＯ２の、市販の供給源などの供給源には、酸化ジルコニウム粉末、ジルコンサンド、ジルコニウム、ジルコニウム含有鉱石、及びジルコニウム塩（例えば、炭酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、及びこれらの組み合わせ）が挙げられる。それに加えて又はそれに代わって、ＺｒＯ２供給源は、ＺｒＯ２、並びにハフニアなどの他の金属酸化物を含有又は供給してもよい。（理論上の酸化物ベースでの）ＨｆＯ２の、市販の供給源などの供給源には、酸化ハフニウム粉末、ハフニウム、ハフニウム含有鉱石、及びハフニウム塩が挙げられる。それに加えて又はそれに代わって、ＨｆＯ２供給源は、ＨｆＯ２及びＺｒＯ２などの他の金属酸化物を含有又は供給してもよい。
【００５０】
所望により、本発明によるセラミックスは、更に、通常組成物に対して必要とされるものを上回る追加的な金属酸化物を含む。特定の金属酸化物の添加は、本発明にしたがって製造されるセラミックスの特性及び／又は結晶構造若しくはミクロ構造、並びにセラミックを製造する際の原材料及び中間体の加工を変化させることがある。例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｌｉ２Ｏ、及びＮａ２Ｏなどの酸化物添加物は、ガラスのＴｇ及びＴｘの両方を変化させることが観察されている。理論に束縛されるものではないが、このような添加物がガラス構成に影響を与えると考えられている。更に、例えば、このような酸化物添加物は、系全体の溶融温度を低下させ（すなわち、系をより融点の低い共晶に近いものにし）、ガラス形成を容易にすることができる。多成分系（四元など）の中の錯体共晶によって、より良好なガラス形成能を生じることができる。液体溶融物の粘性及びその「機能」範囲内のガラスの粘性もまた、通常組成物に対して必要とされるものを上回る金属酸化物の添加によって、影響を受けることができる。
【００５１】
場合によっては、Ｎａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２、Ｖ２Ｏ３、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される限定量の金属酸化物を組み込むことが好ましいことがある。市販の供給源などの供給源には、酸化物それ自体、錯体酸化物、鉱石、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩化物、水酸化物などが挙げられる。これらの金属酸化物を、例えば、生じる研磨剤粒子の物理的特性を改変するために、及び／又は加工を改善するために、添加してもよい。これらの金属酸化物は、使用時に、典型的には、例えば、所望される特性に応じて、０重量％超〜２０重量％、好ましくは０重量％超〜５重量％、より好ましくは０重量％超〜２重量％の、ガラス−セラミックから添加される。
【００５２】
本発明を行うのに必要とされるガラスと共に使用してもよい更なる他のガラス組成物には、当該技術分野において周知の従来のガラスが挙げられ、これらの供給源も含む。
【００５３】
いくつかの実施形態では、本発明にしたがって製造されるセラミックスは、合体工程後に良好な光透過を呈する。光透過は、光学的半透明性が所望される用途に有用な特性である。これらの材料は、１ミリメートル厚試料を通して少なくとも約１０％、約２０％、又は更には約３０％の総光透過を呈することができる。良好な光透過は、例えば、ガラスから失透する結晶子の寸法を約２００ｎｍよりも低く（好ましくは約１５０ｎｍよりも低く、より好ましくは約１００ｎｍよりも低く）維持しながら、約１０体積％よりも低い（好ましくは約５体積％、４体積％、３体積％、２体積％、又は更には１体積％、よりも低い）気孔率レベルにガラス粒子を合体させることにより、得ることができる。更に、特定の実施形態では、初期ガラス粒子が数マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲にある粒子寸法の二峰性分布を少なくとも１つ含む時に、透過レベルは増加する。好ましい粒子集合は、約１０マイクロメートルよりも小さな平均寸法を有する粒子を５０体積％まで含み、残部は約２０マイクロメートルを超える平均寸法を有する粒子である。
【００５４】
更なる実施形態では、本発明にしたがって製造されるセラミックスは、約７０体積％よりも低い濃度で使用される場合でも、無機充填剤のための結合剤として有用である。このようなガラスマトリックス複合材料は、例えば、砥粒（super-abrasive）（ダイヤモンド及び立方晶ＢＮなど）及び／又は従来の研磨剤（例えば、溶融アルミナ、ゾル−ゲルアルミナ又は溶融アルミナ−ジルコニア）を有する種々の研削砥石のために有用である。無機充填剤のための結合剤として使用するのに好適である組成物は、典型的には、結晶化に先立って、低い粘性レベルを有する。研削砥石マトリックスのために好ましいＲＥＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラスは、３５重量％〜５５重量％のＲｅ（Ｉ）２Ｏ３；０重量％〜２０重量％のＲｅ（ＩＩ）２Ｏ３；１５重量％〜４０重量％のＡｌ２Ｏ３；５重量％〜４０重量％の、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、若しくはＴｉＯ２、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つ；０重量％〜１５重量％のＳｉＯ２；７０重量％を超える、Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及び、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、又はＨｆＯ２のうちの少なくとも１つ、を含み；（Ｒｅ（Ｉ）２Ｏ３の重量％−１０重量％）未満の重量％でＡｌ２Ｏ３を有する。アルカリ及びアルカリ土類酸化物もまた、液体の粘性を低減するために、及び、マトリックスへの充填剤の固着を改善するために、添加することができる。
【００５５】
失透してガラス−セラミックスを形成するガラスのために、結晶化もまた、通常組成物に対して必要とされるものを上回る材料の添加によって、影響を受けることができる。例えば、特定の金属、金属酸化物（例えば、チタネート及びジルコネート）及びフルオライドは、例えば、核生成剤として作用することができ、結晶の有益な不均質核形生成をもたらす。また、いくつかの酸化物の添加は、再加熱の際にガラスから失透する準安定相の性質を変えることができる。他の態様では、結晶質ＺｒＯ２を含む本発明によるセラミックスに関して、ＺｒＯ２の正方晶／立方体形状を安定化させることが知られている金属酸化物（例えば、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣａＯ、及びＭｇＯ）を添加するのが望ましいことがある。
【００５６】
任意の金属酸化物（すなわち、通常組成物に対して必要とされるものを上回る金属酸化物）の例には、理論上の酸化物ベースで、Ａｌ２Ｏ３、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＨｆＯ２、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、希土類酸化物、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｒＯ、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、及びこれらの組み合わせを挙げてもよい。市販の供給源などの供給源には、酸化物それ自体、錯体酸化物、鉱石、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩化物、水酸化物などが挙げられる。更に、例えば、Ｙ２Ｏ３に関して、（理論上の酸化物ベースでの）Ｙ２Ｏ３の、市販の供給源などの供給源には、酸化イットリウム粉末、イットリウム、イットリウム含有鉱石、及びイットリウム塩（例えば、炭酸イットリウム、硝酸イットリウム、塩化イットリウム、水酸化イットリウム、及びこれらの組み合わせ）が挙げられる。Ｙ２Ｏ３供給源は、Ｙ２Ｏ３を含有してもよく、又は供給のみ行ってもよい。あるいは、Ｙ２Ｏ３供給源は、Ｙ２Ｏ３、及びＹ２Ｏ３以外の１つ以上の金属酸化物（錯体Ｙ２Ｏ３・金属酸化物（例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）など）を含有又は供給してもよい。
【００５７】
いくつかの実施形態では、酸化物形成について負のエンタルピーを有する金属（例えば、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びこれらの組み合わせ）Ｍのうち少なくとも１つを含む粒子状の金属材料若しくはこれらの合金を溶融物に添加することによって、又は別の方法で他の原材料で被覆する（metal）ことによって、金属酸化物供給源の少なくとも一部分（いくつかの実施形態では、好ましくは、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は更には少なくとも９５重量パーセント）を得ることが有利となることもある。理論に束縛されるものではないが、金属の酸化に関連する発熱反応から生じる熱が、均質な溶融物及び生じるガラスの形成では有益であると考えられている。例えば、原料内での酸化反応により生じる追加的な熱は、特に１５０マイクロメートルを超えるｘ、ｙ、及びｚ寸法を有する非晶質粒子を形成する時に、不十分な熱移動をなくすか又は最小化し、それゆえに溶融物の形成及び均質性を促進すると考えられている。また、種々の化学的反応と物理的処理（例えば、高密度化及び球状化）を完了の段階まで進行させるために、追加的な熱は有用であると考えられている。更に、いくつかの実施形態では、酸化反応により生じた追加的な熱の存在によって、そうでなければ材料の高い融点のために困難であるか又は実用的ではない溶融物の形成を実際に可能にすると考えられる。更に、酸化反応によって生じた更なる熱が存在することで、そうでなければ成し得ない又は所望の寸法範囲では成し得ないガラスの形成が実際に可能となる。本発明の別の利点には、ガラス形成において、溶融、高密度化、及び球状化などの化学的及び物理的処理の多くを短時間に実行して、その結果、非常に高い急冷速度を達成できることが挙げられる。更なる詳細に関しては、米国シリアル番号第１０／２１１，６３９号を有する同時係属出願（２００２年８月２日出願）を参照されたい。
【００５８】
酸化物供給源及び本発明にしたがってセラミックスを製造するための他の添加剤の特定の選択は、典型的には、例えば、生じるセラミックスの所望される組成及びミクロ構造、結晶化度の所望される程度、もしあれば、生じるセラミックスの所望される物理的特性（例えば、硬さ若しくは強靭性）、望ましくない不純物の存在の防止若しくは最小化、生じるセラミックスの所望される性質、並びに／又はセラミックスを調製するために使用されている特定の方法（設備、並びに、溶融及び／若しくは凝固の、前及び／若しくは後での原料の任意の精製など）を考慮に入れる。
【００５９】
金属酸化物供給源及び他の添加剤は、本発明に利用される方法及び設備に好適な任意の形態であることができる。原料は、酸化物ガラス及び非晶質金属を製造するための、当該技術分野において既知の技術及び設備を使用して、溶融及び急冷することができる。望ましい冷却速度には、５０Ｋ／秒以上の速度が挙げられる。当技術分野において既知の冷却技術には、ロール冷却が挙げられる。ロール冷却は、例えば、金属酸化物供給源を、典型的には融点よりも２０℃〜２００℃高い温度で溶融させ、その溶融物を高圧下で（例えば、空気、アルゴン、窒素、又はこれらに類するガスを使用して）高速回転ロール（単数又は複数）上に噴射して冷却／急冷することによって行うことができる。典型的にはロールは金属製であり、水冷式である。金属製のブックモールドもまた、溶融物の冷却／急冷に有用であり得る。
【００６０】
溶融物を形成するための、溶融物を冷却／急冷するための、及び／又は別の方法でガラスを形成するための、他の技術には、気相急冷、プラズマ溶射、溶融抽出、及びガス噴霧法が挙げられる。気相急冷は、例えば、スパッタリングにより行うことができ、その場合、金属合金又は金属酸化物供給源は、使用されるスパッタリング標的（単数又は複数）の中に形成される。標的は、スパッタリング装置の中の所定の位置に固定され、コーティングされる基材（単数又は複数）は標的（単数又は複数）に対向する位置に配置される。０．１３Ｐａ（１０−３ｔｏｒｒ）という典型的な圧力の酸素ガス及びＡｒガスの吐出が標的（単数又は複数）と基材（単数又は複数）との間に生み出され、Ａｒ又は酸素イオンが標的に対して衝突して、反応スパッタリングを開始し、これにより基材上に組成物の被膜を付着させる。プラズマ溶射に関する更なる詳細は、例えば、米国シリアル番号第１０／２１１，６４０号を有する同時係属出願（２００２年８月２日出願）を参照されたい。
【００６１】
ガス噴霧法は、供給粒子を溶融して、それらを溶融物に変換することを必要とする。このような溶融物の細い流れは、破裂的な空気ジェットに接触して霧状になる（すなわち、細い流れは微細な液滴に分割される）。次いで、生じる相当に孤立した通常楕円体のガラス粒子が回収される。溶融抽出法を、例えば、米国特許第５，６０５，８７０号（ストロム−オルセン（Strom-Olsen）ら）に開示されているように、行うことができる。例えば、公開番号ＷＯ０１／２７０４６Ａ１号を有するＰＣＴ出願（２００１年４月４日公開）に開示されているレーザービーム加熱を利用する無容器ガラス形成技術もまた、本発明にしたがってガラスを製造するのに有用であり得る。
【００６２】
冷却速度は、急冷されたガラスの性質に影響を及ぼすと考えられる。例えば、ガラス転移温度、ガラスの密度、及び他の特性は、通常、冷却速度によって変化する。
【００６３】
また、急速な冷却を還元性、中性、又は酸化性環境などの制御雰囲気下で実施して、冷却中に、望ましい酸化状態などを維持及び／又は操作してもよい。また、雰囲気は過冷却液体から結晶化動力学に影響を与えることによって、ガラス形成に影響を与えることができる。例えば、空気中の事例と比較して、アルゴン雰囲気中の結晶化工程を除いたＡｌ２Ｏ３溶融物のより大規模な過冷却の事例が報告されている。
【００６４】
粒子の製造に関し、例えば、生じるセラミック（例えば、ガラス又は、ガラスを含むセラミック）は所望されるものよりも寸法が大きくてもよい。セラミックは、ロール粉砕、カナリーミリング（canary milling）、ジョー粉砕、ハンマーミリング、ボールミリング、ジェットミリング、衝撃粉砕、及びこれらに類するものなどの、当該技術分野で既知の粉砕及び／又は細かく粉砕する技術を使用することによって、より小さな片に変換することができ、典型的にそのようにされている。場合によっては、２つ以上の粉砕工程を有することが望ましい。例えば、セラミックは、形成（固化）された後に、所望されるよりも大きな形状であってもよい。第１の粉砕工程は、これらの比較的大きな集合体、すなわち「塊」を粉砕して、より小さな片を形成することを含んでいてもよい。これらの塊のこの粉砕は、ハンマーミル、衝撃粉砕機又はジョー粉砕機を用いて達成してもよい。次いで、これらのより小さな片は、望ましい粒径分布を生じるように、引き続き粉砕してもよい。望ましい粒径分布（ときにはグリットサイズ又は等級と呼ばれる）を生じるために、複数の粉砕工程を実施することが必要となる場合もある。一般に、粉砕条件は、望ましい粒形（単数又は複数）及び粒径分布を達成するように最適化される。
【００６５】
粒子の形状は、例えば、ガラスの組成、ガラスを冷却した幾何学的形状、及び、粒子が粉砕により形成された場合には、ガラスを粉砕する様式（すなわち、使用される粉砕法）に依存することがある。
【００６６】
ガラスを含む本発明による特定の物品は、加熱処理されて、ガラスを増加又は少なくとも部分的に結晶化（ガラスの結晶化を含む）して、ガラス−セラミックを供給することができる。ガラス−セラミックスを形成するための特定のガラスの加熱処理は当該技術分野において周知である。核形生成してガラス−セラミックスを成長させる加熱条件は、種々のガラスについて既知である。あるいは、当業者であれば、当該技術分野において既知の技法を使用して、ガラスの温度時間変態（ＴＴＴ）を検討することにより、適当な条件を求めることができる。当業者であれば、本発明の開示を読んだ後で、本発明によるガラスのためのＴＴＴ曲線を提供すること、本発明による結晶質セラミックス、ガラス−セラミックス、及びガラスを含むセラミックを供給するために適切な核生成及び／又は結晶成長条件を求めることができるべきである。いくつかの実施形態では、二段階結晶化が好ましいことがある。二段階結晶化では、少なくとも２つの異なる温度が結晶化に利用される。第１の結晶化工程はより低い温度で実行され、典型的には核形生成処理として示される。これは、例えば、セラミック機械的特性を増強すること、破損の可能性を低減すること、及び、光学特性を改善することができる。第２の結晶化工程はより高い温度で実行され、例えば、残留非晶質相を失透させて、セラミック特性を更に改善するために使用することができる。
【００６７】
加熱処理は、ガラスを加熱処理してガラス−セラミックスを供給するために当該技術分野において既知である方法などの種々の方法のいずれかで行うことができる。例えば、加熱処理は、数回に分けて、例えば、抵抗加熱、誘導加熱、又はガス加熱炉を使用して行うことができる。あるいは、例えば、加熱処理は、例えば、回転窯を使用して連続的に実行することができる。回転窯の場合、材料は、高温で動作する窯の中に直接供給される。高温にある時間は、数秒間（いくつかの実施形態においては５秒未満）から、数分間、数時間の範囲に及び得る。この場合の温度は、９００℃〜１６００℃の範囲のいずれか、典型的には１２００℃〜１５００℃にしてよい。また、加熱処理のうちのいくつかを数回に分けて（例えば、核生成工程用）及び他を連続的に（例えば、結晶成長工程用及び所望の密度を得るために）実施することも本発明の範囲に含まれる。核生成工程では、温度は典型的には約９００℃〜約１１００℃の範囲であり、いくつかの実施形態では、好ましくは約９２５℃〜約１０５０℃の範囲内にある。追加的な結晶化／密度工程についても同様に、温度は典型的には、約１１００℃〜約１６００℃の範囲内にあり、いくつかの実施形態では、好ましくは約１２００℃〜約１５００℃の範囲内にある。加熱処理は、例えば、材料を高温の炉に直接供給することによって発生させてもよい。あるいは、例えば、材料を、はるかに低い温度（例えば、室温）の炉の中に送り込み、次に、所定の加熱速度で所望の温度まで加熱することができる。空気以外の雰囲気の中で加熱処理を行うことは、本発明の範囲の中である。いくつかの場合、還元性雰囲気中で加熱処理することは、一層望ましいかもしれない。
【００６８】
通常、ガラス−セラミックスはそれらが形成されるガラスより高い強度である。したがって、材料の強度を、例えば、ガラスが結晶質セラミック相に変換される程度によって調節してもよい。それに代わって又はそれに加えて、材料の強度はまた、例えば、生成された核生成域の数によっても影響を受けることがあり、この核生成域の数は、順に結晶相（単数又は複数）の結晶の数に、次いで順にその結晶の寸法に影響を与えるために使用することができる。ガラス−セラミックスの形成についての更なる詳細に関しては、例えば、「ガラス−セラミックス（Glass-Ceramics）」（Ｐ．Ｗ．マクミラン（P.W. McMillan）、アカデミック・プレス社（Academic Press, Inc.）、第２版、１９７９年）を参照されたい。
【００６９】
例えば、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７などの、Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びＺｒＯ２の相形成を含むガラスなどのガラスの加熱処理の間、ＺｒＯ２が存在する場合には、立方体／正方晶ＺｒＯ２は、いくつかの場合は単斜ＺｒＯ２であり、約９００℃を超える温度で観察されている。理論に束縛されるものではないが、ジルコニア関連相は、ガラスから核生成する最初の相であると考えられている。例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＲｅＡｌＯ３（式中、Ｒｅは少なくとも１つの希土類カチオンである）、ＲｅＡｌ１１Ｏ１８、Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、などの相は、約９２５℃を超える温度で通常生じると考えられている。この核生成工程の間の結晶子寸法は、ナノメートルのオーダーであることができる。例えば、１０ナノメートル〜１５ナノメートルほどの小さな結晶が観測されている。より長い加熱処理の温度は典型的には結晶子の成長及び結晶化の進展を導く。少なくともいくつかの実施形態では、約１３００℃で約１時間の加熱処理は、完全な結晶化をもたらす。
【００７０】
材料のミクロ構造又は相組成（ガラス質／非晶質／結晶質）は、多くの方法で求めることができる。例えば、光学顕微鏡法、電子顕微鏡法、示差熱解析（ＤＴＡ）、及びＸ線回析（ＸＲＤ）を使用して、種々の情報を得ることができる。
【００７１】
光学顕微鏡法を使用すると、ガラスは、典型的には、結晶境界などの光の散乱中心がないために、主に透明であるが、一方、結晶質材料は結晶構造を示し、光の散乱効果のために、不透明である。
【００７２】
光透過は、例えば、マクベス（Macbeth）型式ＴＤ−５０４濃度計などの市販の器具を使用する従来の透過濃度計技術により測定することができる。
【００７３】
ＤＴＡを使用して、対応する材料のＤＴＡトレースが発熱性の結晶化現象（Ｔｘ）を含む場合、その材料を非晶質として分類する。また、同じトレースにＴｘより低い温度における吸熱現象（Ｔｇ）が含まれる場合、その材料はガラス相からなると考えられている。材料のＤＴＡトレースがそのような現象を含んでいない場合、その材料は、結晶相を含んでいるとみなされる。
【００７４】
示差熱分析法（ＤＴＡ）は、以下の方法を使用して実施することができる。ＤＴＡ試験は、（ドイツ、ゼルブ（Selb）のネッツインスツルメンツ社（Netzsch Instruments）から商品名「ネッツ（NETZSCH）ＳＴＡ４０９ＤＴＡ／ＴＧＡ」として入手されるものなどの計器を使用して）、−１４０＋１７０メッシュ寸法分画（すなわち、１０５−マイクロメートルの開口径と９０−マイクロメートルの開口径のスクリーンとの間で回収される分画）を使用して、実行することができる。スクリーニングされた試料（通常、約４００ミリグラム（ｍｇ））の総量を、１００−マイクロメートルＡｌ２Ｏ３試料ホルダーに置く。各試料を静止大気中で１０℃／分の割合で室温（約２５℃）〜１１００℃に加熱する。
【００７５】
粉末Ｘ線回折法、ＸＲＤを使用すると（１．５４０５０オングストロームの銅のＫα１線を用いた、ニュージャージー州モーウォー（Mahwah）のフィリップス社（Phillips）から商品名「ＰＨＩＬＬＩＰＳ  ＸＲＧ  ３１００」として入手されるものなどのＸ線回折計を使用して）、材料内に存在する相は、結晶化した材料のＸＲＤトレース内に存在するピークを、国際回折データセンター（International Center for Diffraction Data）によって公開されているＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）データベースに定められた結晶相のＸＲＤパターンと比較することによって判定することができる。更に、ＸＲＤは相の種類を判定するために定性的に使用することができる。広い拡散強度ピークの存在は、材料の非晶質性の表れとしてみなされる。広いピークと明確なピークの両方の存在は、非晶質マトリックス内に結晶質物質が存在することの表れとしてみなされる。最初に形成されたガラス又はセラミック（結晶化前のガラスを含む）は、所望のものよりも寸法が大きいことがある。ガラス又はセラミックは、ロール粉砕、カナリーミリング、ジョー粉砕、ハンマーミリング、ボールミリング、ジェットミリング、衝撃粉砕、及びこれらに類するものなどの、当該技術分野で既知の粉砕及び／又は細かく粉砕する技術を使用することによって、より小さい片に変換することができる。場合によっては、２つ以上の粉砕工程を有することが望ましい。例えば、セラミックは、形成（固化）された後に、所望されるよりも大きな形状であってもよい。第１の粉砕工程は、これらの比較的大きな集合体、すなわち「塊」を粉砕して、より小さな片を形成することを含んでいてもよい。これらの塊のこの粉砕は、ハンマーミル、衝撃粉砕機又はジョー粉砕機を用いて達成してもよい。次いで、これらのより小さな片は、望ましい粒径分布を生じるように、引き続き粉砕してもよい。望ましい粒径分布（ときにはグリットサイズ又は等級と呼ばれる）を生じるために、複数の粉砕工程を実施することが必要となる場合もある。一般に、粉砕条件は、望ましい粒形（単数又は複数）及び粒径分布を達成するように最適化される。所望される寸法である生じた粒子は、それらが大きすぎる場合には再粉砕するか、又は「再利用」してもよく、それらが小さすぎる場合には再溶融するための原材料として使用してもよい。
【００７６】
粒子の形状は、例えば、セラミックの組成及び／又はミクロ構造、セラミックを冷却された幾何学的形状、並びにセラミックを粉砕する様式（すなわち、使用する粉砕法）に依存することがある。一般に、「がっしりとした」形状が好ましい場合、より多くのエネルギーが、この形状を達成するのに用いられることがある。逆に、「とがった」形状が好ましい場合、より少ないエネルギーが、この形状を達成するのに用いられることがある。また、粉砕法は、様々な望ましい形状を達成するために変更してもよい。ある粒子に対し、１：１から５：１の範囲に及ぶ平均縦横比が典型的には望ましく、また、いくつかの実施形態においては、１．２５：１から３：１、又は１．５：１から２．５：１の範囲に及ぶ平均縦横比が望ましい。
【００７７】
本発明にしたがって製造されるセラミック物品（ガラス−セラミックスなど）は、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセントの結晶子を含んでもよく、ここで結晶子は１マイクロメートル未満の平均寸法を有する。別の態様では、本発明にしたがって製造されるセラミック物品（ガラス−セラミックスなど）は、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセント、未満の結晶子を含んでもよく、ここで結晶子は０．５マイクロメートル未満の平均寸法を有する。別の態様では、本発明によるセラミックス（ガラス−セラミックスなど）は、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセント、未満の結晶子を含み、ここで結晶子は０．３マイクロメートル未満の平均寸法を有する。別の態様では、本発明にしたがって製造されるセラミック物品（ガラス−セラミックスなど）は、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセント、未満の結晶子を含んでもよく、ここで結晶子は０．１５マイクロメートル未満の平均寸法を有する。別の態様では、本発明にしたがって製造されるセラミック物品（ガラス−セラミックスなど）は、共晶ミクロ構造の特徴（すなわち、コロニー及び層状構造を有さない）又は非セル状ミクロ構造の少なくとも１つを有さなくてもよい。
【００７８】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定のセラミック物品は、例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、又は更には１００体積パーセントのガラスを含んでもよい。別の態様では、本発明にしたがって製造される特定のセラミック物品は、例えば、１００又は、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセントの結晶質セラミックを含んでもよい。
【００７９】
本発明にしたがって製造される特定の物品は、ＣａＯ及びＡｌ２Ｏ３を含むガラスを含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＣａＯ及びＡｌ２Ｏ３を含む。
【００８０】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ガラス（例えば、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセントのガラス）を含むセラミックを供給し、このガラスはＣａＯ及びＡｌ２Ｏ３を含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＣａＯ及びＡｌ２Ｏ３を含む。
【００８１】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ＣａＯ及びＡｌ２Ｏ３を含むガラス−セラミックを供給し、ここで、ガラス−セラミックの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラス−セラミックがＣａＯ及びＡｌ２Ｏ３を含む。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５体積パーセントのガラスを含んでもよい。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも９９、９８、９７、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、又は５体積パーセントの結晶質セラミックを含んでもよい。
【００８２】
本発明にしたがって製造される特定の物品は、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含むガラスを含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含む。
【００８３】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ガラス（例えば、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセントのガラス）を含むセラミックを供給し、このガラスはＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含む。
【００８４】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含むガラス−セラミックを供給し、ここで、ガラス−セラミックの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラス−セラミックがＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含む。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５体積パーセントのガラスを含んでもよい。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも９９、９８、９７、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、又は５体積パーセントの結晶質セラミックを含んでもよい。
【００８５】
本発明にしたがって製造される特定の物品は、ＢａＯ及びＴｉＯ２を含むガラスを含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＢａＯ及びＴｉＯ２を含む。
【００８６】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ガラス（例えば、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセントのガラス）を含むセラミックを供給し、このガラスはＢａＯ及びＴｉＯ２を含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＢａＯ及びＴｉＯ２を含む。
【００８７】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ＢａＯ及びＴｉＯ２を含むガラス−セラミックを供給し、ここで、ガラス−セラミックの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラス−セラミックがＢａＯ及びＴｉＯ２を含む。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５体積パーセントのガラスを含んでもよい。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも９９、９８、９７、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、又は５体積パーセントの結晶質セラミックを含んでもよい。
【００８８】
本発明にしたがって製造される特定の物品は、Ｌａ２Ｏ３及びＴｉＯ２を含むガラスを含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＬａ２Ｏ３及びＴｉＯ２を含む。
【００８９】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ガラス（例えば、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセントのガラス）を含むセラミックを供給し、このガラスはＬａ２Ｏ３及びＴｉＯ２を含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＬａ２Ｏ３及びＴｉＯ２を含む。
【００９０】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、Ｌａ２Ｏ３及びＴｉＯ２を含むガラス−セラミックを供給し、ここで、ガラス−セラミックの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラス−セラミックがＬａ２Ｏ３及びＴｉＯ２を含む。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５体積パーセントのガラスを含んでもよい。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも９９、９８、９７、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、又は５体積パーセントの結晶質セラミックを含んでもよい。
【００９１】
本発明にしたがって製造される特定の物品は、ＲＥＯ及びＡｌ２Ｏ３を含むガラスを含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＲＥＯ及びＡｌ２Ｏ３を含む。
【００９２】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ガラス（例えば、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセントのガラス）を含むセラミックを供給し、このガラスはＲＥＯ及びＡｌ２Ｏ３を含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＲＥＯ及びＡｌ２Ｏ３を含む。
【００９３】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ＲＥＯ及びＡｌ２Ｏ３を含むガラス−セラミックを供給し、ここで、ガラス−セラミックの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラス−セラミックがＲＥＯ及びＡｌ２Ｏ３を含む。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５体積パーセントのガラスを含んでもよい。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも９９、９８、９７、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、又は５体積パーセントの結晶質セラミックを含んでもよい。
【００９４】
別の態様では、本発明は、ＲＥＯ及びＡｌ２Ｏ３を含むガラス−セラミックを供給し、ここで、例えば、ガラス−セラミックは、１マイクロメートル未満（典型的には、５００ナノメートル未満、更には３００、２００、又は１５０ナノメートル未満；及びいくつかの実施形態では、１００、７５、５０、２５、又は２０ナノメートル未満）の平均結晶子寸法を有する結晶子を含むミクロ構造を呈し、（ｂ）共晶ミクロ構造の特徴又は非セル状ミクロ構造の少なくとも１つを有さない。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５体積パーセントのガラスを含んでもよい。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも９９、９８、９７、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、又は５体積パーセントの結晶質セラミックを含んでもよい。
【００９５】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ガラス（例えば、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセントのガラス）を含むセラミックを供給し、このガラスはＲＥＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＲＥＯ及びＡｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２を含む。
【００９６】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ＲＥＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含むガラス−セラミックを供給し、ここで、ガラス−セラミックの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラス−セラミックがＲＥＯ及びＡｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２を含む。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５体積パーセントのガラスを含んでもよい。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも９９、９８、９７、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、又は５体積パーセントの結晶質セラミックを含んでもよい。
【００９７】
別の態様では、本発明は、ＲＥＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含むガラス−セラミックを供給し、ここで、ガラス−セラミックは、（ａ）１マイクロメートル未満（典型的には、５００ナノメートル未満、更には３００、２００、又は１５０ナノメートル未満；及びいくつかの実施形態では、１００、７５、５０、２５、又は２０ナノメートル未満）の平均結晶子寸法を有する結晶子を含むミクロ構造を呈し、（ｂ）共晶ミクロ構造の特徴又は非セル状ミクロ構造の少なくとも１つを有さない。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５体積パーセントのガラスを含んでもよい。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも９９、９８、９７、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、又は５体積パーセントの結晶質セラミックを含んでもよい。
【００９８】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ガラス（例えば、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００体積パーセントのガラス）を含むセラミックを供給し、このガラスはＲＥＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、及びＳｉＯ２を含み、ここで、ガラスの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラスがＲＥＯ及びＡｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２を含む。
【００９９】
別の態様では、本発明にしたがって製造される特定の物品は、ＲＥＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、及びＳｉＯ２を含むガラス−セラミックを供給し、ここで、ガラス−セラミックの総重量に基づいて、総じて少なくとも８０（８５、９０、９５、９７、９８、９９、又は更には１００）重量パーセントのガラス−セラミックがＲＥＯ及びＡｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２を含む。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５体積パーセントのガラスを含んでもよい。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも９９、９８、９７、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、又は５体積パーセントの結晶質セラミックを含んでもよい。
【０１００】
別の態様では、本発明は、ＲＥＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、及びＳｉＯ２を含むガラス−セラミックを供給し、ここで、ガラス−セラミックは、（ａ）１マイクロメートル未満（典型的には、５００ナノメートル未満、更には３００、２００、又は１５０ナノメートル未満；及びいくつかの実施形態では、１００、７５、５０、２５、又は２０ナノメートル未満）の平均結晶子寸法を有する結晶子を含むミクロ構造を呈し、（ｂ）共晶ミクロ構造の特徴又は非セル状ミクロ構造の少なくとも１つを有さない。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５体積パーセントのガラスを含んでもよい。ガラス−セラミックは、例えば、少なくとも９９、９８、９７、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、又は５体積パーセントの結晶質セラミックを含んでもよい。
【０１０１】
本発明によるセラミックスの中に存在してもよい結晶質相には、アルミナ（例えば、α及び遷移アルミナ）、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＨｆＯ２、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、ＲＥＯ、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｒＯ、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、「錯体金属酸化物」（「錯体Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物（例えば、錯体Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ）など）、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【０１０２】
製造、使用及び特性などの、Ａｌ２Ｏ３と、ＲＥＯ又はＹ２Ｏ３のうちの少なくとも１つと、ＺｒＯ２又はＨｆＯ２のうちの少なくとも１つとを含むセラミックスについての更なる詳細に関しては、米国シリアル番号第０９／９２２，５２７号、第０９／９２２，５２８号、及び第０９／９２２，５３０号（２００１年８月２日出願）並びに米国シリアル番号第１０／２１１，５９８号、第１０／２１１，６３０号、第１０／２１１，６３９号、第１０／２１１，６３４号、第１０／２１１，０４４号、第１０／２１１，６２８号、第１０／２１１，６４０号、及び第１０／２１１，６８４号（２００２年８月２日出願）を有する出願に見出すことができる。
【０１０３】
典型的には及び望ましくは、本発明によるセラミックの（真）密度は、比重として示されることもあり、理論上の密度の少なくとも７０％である。より望ましくは、本発明によるセラミックの（真）密度は、理論上の密度の少なくとも７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％又は１００％である。
【０１０４】
典型的には及び望ましくは、本発明によるセラミックの気孔率は、少なくとも２５体積％、２０体積％、１５体積％、１０体積％、５体積％、４体積％、３体積％、２体積％、１体積％、０．５体積％、未満、又は０体積％である。
【０１０５】
本発明によるセラミック物品の密度又は気孔率は、例えば、水銀ポロシメトリー、ガスピクノメトリーなどの既知の試験方法を使用して、又はアルキメデス法を使用することにより、測定することができる。
【０１０６】
本発明による物品の例には、キッチン用品（例えば、食器）、歯科材料、及び強化繊維、切削工具インサート、研磨材料、及びガスエンジンの構造部材（例えば、バルブ及びベアリング）が挙げられる。歯科材料などの物品の使用についての更なる情報は、米国特許第６，９８４，２６１号（カミングス（Cummings）ら）及び同第７，０２２，１７３号（カミングスら）、並びに、米国シリアル番号第１１／０１８５２０号及び同第１１／０１８１１７号（どちらも２００４年１２月２１日出願）に見出すことができる。他の物品には、本体又は他の基材の外側表面上にセラミックの保護コーティングを有するものが挙げられる。更に、例えば、本発明によるセラミックは、マトリックス材料として使用することができる。例えば、本発明によるセラミックスは、ダイヤモンド、立方晶ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣなどの、セラミック材料及びこれに類するもののための結合剤として使用することができる。このような材料を含む有用な物品の例には、複合基材コーティング、切削工具インサート研磨剤凝集体、及び結合された陶化砥石などの研磨物品が挙げられる。本発明によるセラミックスの使用は、結合剤が、例えば、複合物品の、弾性、耐熱性、耐磨耗性、及び／又は強度を高め得るように用いることができる。
【実施例】
【０１０７】
本発明の目的及び利点は、下記の実施例によって更に例示されるが、これらの実施例において列挙された特定の材料及びその量は、他の諸条件及び詳細と同様に本発明を過度に制限するものと解釈すべきではない。
【０１０８】
（実施例１）
実施例１の材料は、アルコア・インダストリアル・ケミカルズ（Alcoa Industrial Chemicals）（アーカンソー州ボーキサイト（Bauxite））から商品名「Ａｌ６ＳＧ」として入手された１０９０．４グラムのアルミナ粒子、２０９６グラムの酸化ランタン粒子（モリコープ社（Molycorp, Inc.）から入手された）、６００グラムのイットリア安定化酸化ジルコニア粒子（ＺｒＯ２（＋ＨｆＯ２）９４．６重量％とＹ２Ｏ３５．４重量％の公称組成を有する；ジルコニア・セールス社（Zirconia Sales, Inc.）（ジョージア州マリエッタ（Marietta））から商品名「ＨＳＹ−３」として入手された）、２４０グラムの二酸化ケイ素粉末、１６００グラムのイソプロピルアルコール、４０ｇの分散剤ゾルスパース（Solsperse）２０００、１２０ｇのＰＶＰ結合剤、及び３０００グラムのアルミナミリング媒体（円筒形、高さ及び直径のどちらも０．６３５ｃｍ；９９．９％アルミナ；クアーズ（Coors）（コロラド州ゴールデン（Golden））から入手された）で磁製ミルを充填することにより、調製された。
【０１０９】
磁製ミルの内容物を、１６時間にわたって、６０回転毎分（ｒｐｍ）でミル処理した。ミル処理後、ミリング媒体を取り出し、スラリーを温かい（約７５℃）ガラス（「パイレックス（登録商標）（PYREX（登録商標））」）受皿上に一層をなすように注ぎ、冷ましておき、オーブンの中で１１０℃で乾燥させた。乾燥した混合物は塗装刷毛を利用して３０メッシュスクリーン（６００マイクロメートル開口部寸法）を通してスクリーニングすることにより磨り潰され、電気加熱炉（ＣＭファーニシズ（CM Furnaces）（ニュージャージー州ブルームフィールド（Bloomfield））から商品名「ラピッド・テンプ・ファーニス（Rapid Temp Furnace）」として入手される）内で２時間にわたって空気中において１３２５℃で焼成した。
【０１１０】
焼結した混合物を選別して、−８０＋１００メッシュ分画（すなわち、１８０マイクロメートル開口部寸法と１５０マイクロメートル開口部寸法スクリーンとの間で回収され、約１６５マイクロメートルの平均粒径を有する分画）を保持した。５標準リットル毎分（ＳＬＰＭ）の窒素ガス雰囲気下において、生じたスクリーニング済み粒子を粉末供給装置に取り付けられた漏斗を通してゆっくりと（約０．５グラム／分）粒子が溶解する水素／酸素トーチ火炎に供給し、これを連続的に循環する乱流水（２０℃）の入った１９リットル（５ガロン）の矩形の容器（４１センチメートル（ｃｍ）×５３ｃｍ×１８ｃｍ高さ）に直接運び、溶融した液滴を迅速に急冷した。粉末供給装置は、底部に７０メッシュスクリーン（２１２マイクロメートル開口部寸法）があるキャニスター（８ｃｍ直径）を備えた。キャニスターの中に粉末を充填し、回転刷毛を使用してスクリーンの開口部を通過させた。トーチは、ペンシルバニア州ヘラータウン（Hellertown）のベスレヘムアパレイタス社（Bethlehem Apparatus Co.）から入手のベスレヘムベンチバーナー（Bethlehem bench burne）ＰＭ２ＤモデルＢであった。トーチは中央供給ポート（内径０．４７５ｃｍ（３／１６インチ））を有しており、この中央供給ポートを通じて、供給粒子を火炎の中に導いた。トーチにおける水素及び酸素流量は、次のとおりである。水素流量は４２標準リットル毎分（ＳＬＰＭ）、及び酸素流量は１８ＳＬＰＭ。火炎が水に当たる角度はおよそ９０°であり、バーナーから水表面までの火炎の長さはおよそ３８センチメートル（ｃｍ）であった。生じた（急冷された）粒子を受皿に回収し、乾燥するまで（約３０分間）電気加熱炉内で１１０℃で加熱した。粒子は透明なガラスで、形状は球体であり、５０マイクロメートルから１８０マイクロメートルまでの寸法の範囲にあり、約９０マイクロメートルの平均粒径を有した。
【０１１１】
示差熱分析（ＤＴＡ）について、粒子は９０〜１２５マイクロメートル寸法範囲内のビーズを保持するようにスクリーニングされた。ＤＴＡ試験は、（ドイツ、ゼルブ（Selb）のネッツインスツルメンツ社（Netzsch Instruments）から商品名「ネッツ（NETZSCH）ＳＴＡ４０９ＤＴＡ／ＴＧＡ」として入手されるものなどの計器を使用して）行われた。１００マイクロリットルＡｌ２Ｏ３試料ホルダーに置かれたスクリーニング済み試料の量は４００ミリグラムであった。試料は静的な空気中において１０℃／分の速度で室温（約２５℃）から１２００℃まで加熱された。
【０１１２】
このガラスのガラス転移温度を測定したところ８３０℃であり、結晶化温度は１０１０℃であった。
【０１１３】
約８グラムの５０〜１０６マイクロメートル寸法のビーズをアルミナるつぼの中に置き、軽くたたいて圧縮密度を高め、１０００℃に予め加熱された電気加熱炉（キース・ファーニシズ（Keith Furnaces）（カリフォルニア州ピコリベラ（Pico Rivera））から商品名「型式ＫＫＳＫ−６６６−３１００」として入手された）の中に挿入した。周囲気圧で８分間にわたって温度を保持した後、るつぼを炉から取り出した。驚くことに、ビーズは完全に合体して、外見が白い自立円筒体になった。焼結体の密度はアルキメデス法により測定され、９５．７％であった。
【０１１４】
（実施例２）
実施例１の調製されたビーズ５０グラムをサファイア乳鉢及び乳棒（pestel）を使用して２０〜５０マイクロメートルのおよその粒径まで粉砕した。保持時間が６分に短縮されたことを除き、約８グラムの粉砕されたビーズを実施例１に記載されているように焼結した。外見が半透明な自立黄色円筒体が得られた。焼結体の密度を測定したところ、９９．１％であった。
【０１１５】
材料の２ミリメートル厚ディスクを円筒ブロックから切り出し、「マクベス（Macbeth）ＴＤ５０４」不透明度計を使用して光透過率を測定した。透過率は２９％であると判明した。
【０１１６】
（実施例３）
実施例１で調製されたビーズ３００ｇを、セラミックライニングされたミルを使用してジェットミル処理し、５〜１２マイクロメートルの粒径を有するガラス粉末を生成させた。８グラムのミル処理された粉末を鋼製型の中に置き、６８４ｋＰａ（４５ｋｓｉ）で一軸プレスして、自立緑色体を形成した。保持時間が６分に短縮されたことを除き、緑色体を実施例２に記載されるように焼結した。高密度の黄色でほぼ不透明な自立円筒ブロックが得られた。この材料の密度を測定したところ、９９．５％であった。
【０１１７】
（実施例４）
実施例３のジェットミル処理されたガラス粒子４ｇをダイヤモンド粉末（３０マイクロメートル平均寸法）２ｇと混合した。混合物を鋼製型の中に装填し、１００ＭＰａで一軸圧縮して自立緑色体を形成した。続けて、複合体を実施例１に記載されているように焼結した。緑っぽい色（出発ダイヤモンド粉末の色であった）を有する不透明な自立円筒ブロックが得られた。
【０１１８】
（実施例５）
実施例３のジェットミル処理されたガラス粒子４ｇをアルミナるつぼの中に置き、軽くたたいた。Ｗ−Ｒｅ（６％）ワイヤをるつぼの中央に置き、次にこれを実施例１の加熱サイクルにかけた。ワイヤを完全に封入する不透明な自立円筒ブロックが得られた。
【０１１９】
（実施例６〜２１）
表１に報告されている組成であることを除き、実施例６〜２１を本質的に実施例１に記載されているように調製した。
【０１２０】
【表１】
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【０１２１】
本発明の範囲及び趣旨から逸脱しない本発明の様々な変更や改変は、当業者には明らかとなるであろう。本発明は、本明細書で述べる例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されるものではないこと、また、こうした実施例及び実施形態は、本明細書において以下に記述する特許請求の範囲によってのみ限定されると意図される、本発明の範囲に関する例示のためにのみ提示されることを理解すべきである。
【国際調査報告】
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2011502089.tif 000005
2011502089.tif 000006