[发明专利]富含Al2

说明书

本发明涉及具有各种功能应用所需的硬度和抗裂性的富含Al₂O₃的组合物。本发明还公开了一种在比传统方法低得多的温度下将所述组合物制造成各种尺寸和形状的方法。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2017年10月9日提交的美国专利申请序号为62/569,825的优先权，其全部内容在此通过引用并于本文作为参考。

技术领域

本文公开了新颖的玻璃组合物，其具有比其他市售常规玻璃更高的硬度和更高的抗裂性。

发明背景

玻璃的脆性被认为是其最大的障碍。几个世纪以来，接受了这一缺点并受益于光学性能和通用可加工性能，玻璃在具有低水平拉伸应力的应用中发挥着它们的作用。

高度抗裂的玻璃在各个领域都有应用。通常认为，硬度和抗裂性彼此成反比。换句话说，难以获得“硬”且“抗裂”的玻璃。但是，最近的研究证明了这一假设是不正确的，因为他们表明可以在Al₂O₃-SiO₂二元体系中获得具有高硬度(～8GPa)和抗裂性的玻璃组合物(Rosales-Sosa et al.，Sci.Rep.， 6(2016)23620)。尽管有趣，但是由于合成这些玻璃组合物需要高温(＞ 1800℃)，所以该研究中的二元体系几乎没有实际意义。由于这种限制，合成后的玻璃只能以较小的形状和尺寸生产(例如，直径为几毫米的圆盘)。

因此，希望鉴定出本质上能够抵抗裂纹形成而不损失硬度的组合物。还期望以成本有效的方式来制造这种玻璃。

发明内容

该文献公开了对于各种应用具有期望的硬度和抗裂性的新型玻璃组合物。本公开的一个方面提供了包含镧系元素、铝和硼的氧化物的玻璃组合物，其中氧化铝以约20mol％至约60mol％范围内的量存在。在一些实施方案中，氧化铝以约30mol％至约45mol％范围内的量存在。

在一些实施方案中，组合物还包含碱土金属氧化物。在一些实施方案中，碱土金属氧化物选自氧化镁、氧化钙、氧化锶和氧化钡或其组合。在一些实施方案中，碱土金属氧化物是约2mol％至约25mol％的MgO。在一些实施方案中，碱土金属氧化物选自氧化镁、氧化钙和两者的组合。

在一些实施方案中，镧系元素氧化物选自氧化镧、氧化钇和氧化钕。在一些实施方案中，镧系元素氧化物的存在量为约5mol％至约30mol％。在一些实施方案中，镧系元素氧化物为约5mol％至约25mol％的La₂O₃。在一些实施方案中，镧系元素氧化物为约5mol％至约20mol％的Y₂O₃。

在一些实施方案中，氧化硼以约30mol％至约70mol％范围内的量存在。在一些实施方案中，组合物包含约1mol％至约5mol％的P₂O₅。在一些实施方案中，组合物包含1mol％至10mol％的TiO₂。在一些实施方案中，所述组合物还包含约1mol％至约10mol％的Nb₂O₅或Ta₂O₅或两者的混合物。

在一些实施方案中，组合物的密度小于约3.5g/cm³。在一些实施方案中，组合物的密度为约2.0至约3.0g/cm³。在一些实施方案中，所述组合物在约200g载荷下具有大于约7GPa的维氏硬度。在一些实施方案中，该组合物不发生开裂，直到载荷约为大于2000gf。在一些实施方案中，该组合物基本上不含SiO₂。在一些实施方案中，该组合物还包含约1mol％至约5mol％的SiO₂。

本公开的另一方面提供了一种包含本文所述的组合物的制品。