DE60223550T2

DE60223550T2 - Verfahren zur herstellung von gegenständen aus glas sowie so hergestellte glaskeramikgegenstände

Info

Publication number: DE60223550T2
Application number: DE60223550T
Authority: DE
Inventors: Anatoly Z. Saint Paul ROSENFLANZ
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2022-08-03
Also published as: JP2009190967A; ES2295396T3; CN101538120A; JP2009179559A; CN101538119B; CN1714052A; EP1412295A1; JP5237026B2; WO2003011776A1; KR20080086542A; BR0211576A; JP2009221099A; CA2455953A1; JP2004536762A; CN101417860A; CN101538121B; CN101538120B; CN101538121A; US20070135290A1; EP1412295B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes durch Koaleszieren einer Mehrzahl von Glaspartikeln. Beispiele von Gegenständen sind u. a. Haushaltswaren (z. B. Teller), Zahnbrackets, verstärkende Fasern, Schneidwerkzeugeinsätze, Schleifmittel und Baugruppen von Gasmotoren (z. B. Ventile und Lager).
Es ist eine große Zahl von Glas- oder Glaskeramikzusammensetzungen bekannt. Die Mehrheit der Oxidglassysteme verwendet allgemein bekannte Glasbildner wie etwa SiO₂, B₂O₃, P₂O₅, GeO₂, TeO₂, As₂O₃ und V₂O₅ als Hilfe bei der Bildung des Glases. Einige der Glaszusammensetzungen, die mit diesen Glasbildnern gebildet werden, können wärmebehandelt werden, um Glaskeramiken zu bilden. Die obere Verwendungstemperatur von Glasen und Glaskeramiken, die aus solchen Glasbildnern gebildet werden, beträgt im Allgemeinen weniger als 1200°C, üblicherweise etwa 700–800°C. Die Glaskeramiken sind tendenziell hitzebeständiger als das Glas, aus dem sie gebildet werden.
Obschon durch Schmelzen und rasches Abschrecken eine große Anzahl von Metalloxiden in amorphem Zustand gewonnen werden kann, können diese wegen der Notwendigkeit sehr hoher Abschreckgeschwindigkeiten, um ein amorphes Material und kein kristallines bereitzustellen, nicht in großen oder komplexen Formen gebildet werden. Im Allgemeinen sind solche Systeme während des späteren erneuten Erhitzens sehr instabil in Bezug auf Kristallisation und weisen deshalb nicht die üblicherweisen Eigenschaften von Glas auf, wie etwa eine viskose Strömung. Andererseits sind Glase auf der Basis der bekannten netzbildenden Oxide (z. B. SiO₂ und B₂O₃) im Allgemeinen relativ stabil in Bezug auf Kristallisation während des erneuten Erhitzens und dementsprechend kann der „Arbeits"-Bereich, in dem viskose Strömung auftritt, leicht erschlossen werden. Die Bildung großer Gegenstände aus Pulvern bekannter Glase (z. B. SiO₂ und B₂O₃) durch viskoses Sintern bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur ist allgemein bekannt. Zum Beispiel werden in der Schleifmittelindustrie Schleifscheiben hergestellt, indem Keramikbindung zum Befestigen der Schleifpartikel aneinander verwendet wird.
WO 02/08146 A1 beschreibt verschmolzenes, kristallines Eutektikummaterial, das Al₂O₃-Seltenerdoxid–ZrO₂-Eutektikum umfasst. Beispiele verwendbarer Gegenstände, die das verschmolzene Eutektikummaterial umfassen, sind u. a. Fasern und Schleifpartikel. Die verschmolzenen Schleifpartikel können in Schleifprodukte wie z. B. beschichtete Schleifmittel, gebundene Schleifmittel, Vliesstoffschleifmittel und Schleifbürsten eingebunden sein. Das oben genannte Dokument fällt unter die Bestimmungen des Paragraphen 54(3) EPÜ.
Es ist wünschenswert, große Gegenstände und/oder komplexe Formen bereitzustellen, die nicht-herkömmliche Glas- und Glaskeramikzusammensetzungen umfassen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen gemäß Anspruch 1, 5 und 9 bereit. Optional können die Gegenstände ein Verbund aus zwei oder mehr verschiedenen Glaszusammensetzungen oder -rezepturen sein. In einigen Ausführungsformen wird das Glas optional wärmebehandelt, um das Glas mindestens teilweise zu kristallisieren. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4, 6 bis 8 und 10 definiert.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Glas bereit, das Folgendes umfasst:
Bereitstellen eines Substrates (z. B. Keramiken, Metalle, Intermetalle und Zusammensetzungen daraus), das eine äußere Oberfläche enthält,
Bereitstellen mindestens eines ersten Glases (z. B. Scheiben, Partikel (einschließlich Mikrokügelchen) und Fasern), wobei das erste Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide (d. h. die Metalloxide weisen nicht die gleichen Kationen auf) aufweist, wobei das erste Glas eine T_g und eine Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x aufweist und wobei die Differenz zwischen T_g und T_x des ersten Glases mindestens 5 K beträgt (oder sogar mindestens 10 K, mindestens 15 K, mindestens 20 K, mindestens 25 K, mindestens 30 K oder mindestens 35 K), wobei das erste Glas weniger als 20 Gew.-% SiO₂ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% SiO₂), weniger als 20 Gew.-% B₂O₃ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% B₂O₃) und weniger als 40 Gew.-% P₂O₅ (oder sogar weniger als 35 Gew.-%, weniger als 30 Gew.-%, weniger als 25 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-%, weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% P₂O₅) enthält,
Erhitzen des ersten Glases über die T_g hinaus auf solch eine Temperatur, dass mindestens ein Teil des Glases mindestens einen Abschnitt der äußeren Oberfläche des Substrates benetzt, wenn es mit dieser in Kontakt ist, und
Abkühlen des Glases, um einen Gegenstand bereitzustellen, der Keramik umfasst, welche das Glas umfasst, das an mindestens einem Teil der äußeren Oberfläche des Substrates befestigt ist. In einigen Ausführungsformen ist die Keramik Glas. Optional kann das Verfahren mit einem zweiten, einem dritten oder mehr verschiedenen Glasen ausgeführt werden, einschließlich Glasen, die jeweils eine T_g und eine T_x umfassen und wobei die Differenz zwischen jeder T_g und T_x eines Glases mindestens 5 K beträgt (oder sogar mindestens 10 K, mindestens 15 K, mindestens 20 K, mindestens 25 K, mindestens 30 K oder mindestens 35 K), wobei eines oder mehrere der zusätzlichen Glase optional weniger als 20 Gew.-% SiO₂ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% SiO₂), weniger als 20 Gew.-% B₂O₃ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% B₂O₃) und weniger als 40 Gew.-% P₂O₅ (oder sogar weniger als 35 Gew.-%, weniger als 30 Gew.-%, weniger als 25 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-%, weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% P₂O₅) enthalten. Bevorzugt umfasst das Glas, oder wenn mehr als ein Glas verwendet wird, mindestens eines der Glase weniger als insgesamt 40 Gew.-% (bevorzugt weniger als 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 oder sogar 0) SiO₂, B₂O₃ und P₂O₅, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases auf.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das erste Glas als mindestens eine erste Mehrzahl von Partikeln bereitgestellt, die Glas umfassen (einschließlich Glaspartikeln).
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes bereit, das Folgendes umfasst:
Bereitstellen mindestens eines ersten Glases und eines zweiten Glases (z. B. Scheiben, Partikel (einschließlich Mikrokügelchen) und Fasern), wobei das erste Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide aufweist, wobei das erste Glas eine T_g1 und eine T_x1 aufweist und wobei die Differenz zwischen T_g1 und T_x1 des ersten Glases mindestens 5 K beträgt (oder sogar mindestens 10 K, mindestens 15 K, mindestens 20 K, mindestens 25 K, mindestens 30 K oder mindestens 35 K), wobei das erste Glas weniger als 20 Gew.-% SiO₂ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-% weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% SiO₂), weniger als 20 Gew.-% B₂O₃ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% B₂O₃) und weniger als 40 Gew.-% P₂O₅ (oder sogar weniger als 35 Gew.-%, weniger als 30 Gew.-%, weniger als 25 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-% weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% P₂O₅) enthält,
Erhitzen des ersten und zweiten Glases mindestens über T_g1 hinaus und Koaleszieren mindestens des ersten Glases mit dem zweiten Glas, um den Gegenstand bereitzustellen. Optional weist das zweite Glas eine T_g2 und eine T_x2 auf, wobei die Differenz zwischen T_g2 und T_x2 mindestens 5 K beträgt (oder sogar mindestens 10 K, mindestens 15 K, mindestens 20 K, mindestens 25 K, mindestens 30 K oder mindestens 35 K). Optional enthält das zweite Glas weniger als 20 Gew.-% SiO₂ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% SiO₂), weniger als 20 Gew.-% B₂O₃ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% B₂O₃) und weniger als 40 Gew.-% P₂O₅ (oder sogar weniger als 35 Gew.-%, weniger als 30 Gew.-%, weniger als 25 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-%, weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% P₂O₅). Optional kann das Verfahren mit einem dritten, einem vierten Glas usw. ausgeführt werden, einschließlich mit Glasen, die jeweils eine T_g und eine T_x umfassen und wobei die Differenz zwischen jeder T_g und T_x eines Glases mindestens 5 K beträgt (oder sogar mindestens 10 K, mindestens 15 K, mindestens 20 K, mindestens 25 K, mindestens 30 K oder mindestens 35 K), eines oder mehrere der zusätzlichen Glase optional weniger als 20 Gew.-% SiO₂ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% SiO₂), weniger als 20 Gew.-% B₂O₃ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% B₂O₃) und weniger als 40 Gew.-% P₂O₅ (oder sogar weniger als 35 Gew.-%, weniger als 30 Gew.-%, weniger als 25 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-%, weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% P₂O₅) enthalten. Die Glase können die gleiche Zusammensetzung, unterschiedliche Zusammensetzungen oder Kombinationen daraus aufweisen. Bevorzugt umfasst mindestens eines der Glase weniger als insgesamt 40 Gew.-% (bevorzugt weniger als 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 oder sogar 0) SiO₂, B₂O₃ und P₂O₅, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes bereit, das Folgendes umfasst:
Bereitstellen mindestens eines ersten Glases und eines zweiten Glases (z. B. Scheiben, Partikel (einschließlich Mikrokügelchen) und Fasern), wobei das erste Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide aufweist, wobei das erste Glas eine T_g1 und eine T_x1 aufweist und wobei die Differenz zwischen T_g1 und T_x1 des ersten Glases mindestens 5 K beträgt (oder sogar mindestens 10 K, mindestens 15 K, mindestens 20 K, mindestens 25 K, mindestens 30 K oder mindestens 35 K), wobei das erste Glas weniger als 20 Gew.-% SiO₂ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% SiO₂), weniger als 20 Gew.-% B₂O₃ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% B₂O₃) und weniger als 40 Gew.-% P₂O₅ (oder sogar weniger als 35 Gew.-%, weniger als 30 Gew.-%, weniger als 25 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-%, weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% P₂O₅) enthält und wobei das zweite Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide aufweist, wobei das zweite Glas eine T_g2 und eine T_x2 aufweist und wobei die Differenz zwischen T_g2 und T_x2 des zweiten Glases mindestens 5 K beträgt (oder sogar mindestens 10 K, mindestens 15 K, mindestens 20 K, mindestens 25 K, mindestens 30 K oder mindestens 35 K), wobei das zweite Glas weniger als 20 Gew.-% SiO₂ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% SiO₂), weniger als 20 Gew.-% B₂O₃ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% B₂O₃) und weniger als 40 Gew.-% P₂O₅ (oder sogar weniger als 35 Gew.-%, weniger als 30 Gew.-%, weniger als 25 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-%, weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% P₂O₅) enthält,
Erhitzen der Glase über die höhere der Temperaturen T_g1 oder T_g2 hinaus und Koaleszieren des ersten und des zweiten Glases, um den Gegenstand bereitzustellen. Optional kann das Verfahren mit einem dritten, einem vierten Glas usw. ausgeführt werden, einschließlich mit Glasen, die jeweils eine T_g und eine T_x umfassen und wobei die Differenz zwischen jeder T_g und T_x eines Glases mindestens 5 K beträgt (oder sogar mindestens 10 K, mindestens 15 K, mindestens 20 K, mindestens 25 K, mindestens 30 K oder mindestens 35 K), eines oder mehrere der zusätzlichen Glase optional weniger als 20 Gew.-% SiO₂ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% SiO₂), weniger als 20 Gew.-% B₂O₃ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% B₂O₃) und weniger als 40 Gew.-% P₂O₅ (oder sogar weniger als 35 Gew.-%, weniger als 30 Gew.-%, weniger als 25 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-%, weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% P₂O₅) enthalten. Die Glase können die gleiche Zusammensetzung, unterschiedliche Zusammensetzungen oder Kombinationen daraus aufweisen. Bevorzugt umfasst mindestens eines der Glase weniger als insgesamt 40 Gew.-% (bevorzugt weniger als 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 oder sogar 0) SiO₂, B₂O₃ und P₂O₅, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes bereit, das Folgendes umfasst:
Bereitstellen mindestens einer ersten Mehrzahl von Partikeln, die Glas umfassen (einschließlich Glaspartikel), wobei das Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide aufweist, wobei das Glas eine T_g und eine T_x aufweist und wobei die Differenz zwischen der T_g und der T_x des Glases mindestens 5 K beträgt (oder sogar mindestens 10 K, mindestens 15 K, mindestens 20 K, mindestens 25 K, mindestens 30 K oder mindestens 35 K), wobei das Glas weniger als 20 Gew.-% SiO₂ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% SiO₂), weniger als 20 Gew.-% B₂O₃ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% B₂O₃) und weniger als 40 Gew.-% P₂O₅ (oder sogar weniger als 35 Gew.-%, weniger als 30 Gew.-%, weniger als 25 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-%, weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% P₂O₅) enthält,
Erhitzen des Glases über die T_g hinaus und Koaleszieren mindestens eines Teils der ersten Mehrzahl von Partikeln, um den Gegenstand bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen ist die Keramik Glas. Optional kann das Verfahren mit einer zweiten, einer dritten oder mehreren verschiedenen Mehrzahlen von Partikeln ausgeführt werden, die (verschiedene) Glase umfassen, einschließlich Glasen, die jeweils eine T_g und eine T_x umfassen und wobei die Differenz zwischen jeder T_g und T_x eines Glases mindestens 5 K beträgt (oder sogar mindestens 10 K, mindestens 15 K, mindestens 20 K, mindestens 25 K, mindestens 30 K oder mindestens 35 K), eines oder mehrere der zusätzlichen Glase optional weniger als 20 Gew.-% SiO₂ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% SiO₂), weniger als 20 Gew.-% B₂O₃ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% B₂O₃) und weniger als 40 Gew.-% P₂O₅ (oder sogar weniger als 35 Gew.-%, weniger als 30 Gew.-%, weniger als 25 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-%, weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% P₂O₅) enthalten. Bevorzugt umfasst das Glas, oder wenn mehr als ein Glas verwendet wird, mindestens eines der Glase weniger als insgesamt 40 Gew.-% (bevorzugt weniger als 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 oder sogar 0) SiO₂, B₂O₃ und P₂O₅, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
Wünschenswerterweise beträgt das Verhältnis zwischen T_g und T_x mindestens 0,5. Beispiele verwendbarer Glaspartikel sind u. a. jene, die REO–Al₂O₃-ZrO₂- und REO-Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂-Glase umfassen. Weitere verwendbare Glase können u. a. auch CaO-Al₂O₃-, CaO-Al₂O₃-ZrO₂-, BaO-TiO₂-, La₂O₃-TiO₂-, REO-Al₂O₃-Glase (d. h. Seltenerdoxid(e)-Al₂O₃-Glase) sein.
Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung, einschließlich derer für bestimmte Keramikzusammensetzungen, ermöglichen die Bildung von Formen und Größen von Gegenständen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht zu erhalten waren. Die Koaleszenz des Glases wird üblicherweise verbessert, wenn das Glas während des Erhitzens Druck ausgesetzt wird. In einer Ausführungsform wird eine Glascharge (z. B. Partikel (einschließlich Kügelchen), Fasern usw.) in eine Matrize gegeben, und bei Temperaturen über der Glasübergangstemperatur, bei der die viskose Strömung des Glases zum Koaleszieren zu einem Gegenstand führt, wird eine Heißpressung durchgeführt.
In der vorliegenden Anmeldung:
bezeichnet „amorphes Material" ein Material, das aus einer Schmelz- und/oder Dampfphase herrührt, in der laut Bestimmung mittels Röntgendiffraktion lange Kristallstrukturen fehlen und/oder die einen exothermen Peak aufweist, der der Kristallisation des amorphen Materials entspricht, ermittelt durch eine DTA (Differential-Thermoanalyse) gemäß dem Test, der hierin unter dem Titel „Differential-Thermoanalyse" beschrieben ist,
schließt „Keramik" amorphes Material, Glas, kristalline Keramik, Glaskeramik und Kombinationen daraus ein,
bezeichnet „Glas" ein amorphes Material, das eine Glasübergangstemperatur aufweist,
bezeichnet „Glaskeramik" eine Keramik, die Kristalle umfasst, die durch Wärmebehandeln eines amorphen Materials gebildet werden,
bezeichnet „Seltenerdoxide" Ceroxid (z. B. CeO₂), Dysprosiumoxid (z. B. DyO₂), Erbiumoxid (z. B. Er₂O₃), Gadoliniumoxid (z. B. Gd₂O₃), Holmiumoxid (z. B. Ho₂O₃), Lanthanoxid (z. B. La₂O₃), Lutetiumoxid (z. B. Lu₂O₃), Neodymoxid (z . B . Nd₂O₃) , Praseodymoxid (z. B. Pr₆O₁₁), Samariumoxid (z. B. Sm₂O₃), Terbiumoxid (z. B. Tb₂O₃), Thoriumoxid (z. B. Th₄O₇) , Thuliumoxid (z. B. Tm₂O₃) und Ytterbiumoxid (z. B. Yb₂O₃) und Kombinationen daraus,
bezeichnet „REO" Seltenerdoxid(e),
bezeichnet „T_g" die Glasübergangstemperatur wie in Beispiel 1 bestimmt,
bezeichnet „T_i" den Glasschmelzpunkt,
bezeichnet „T_x" die Temperatur des Kristallisationsbeginns wie in Beispiel 1 bestimmt.
Ferner versteht es sich im Vorliegenden, dass ein Metalloxid (z. B. Al₂O₃, komplexes Al₂O₃·Metalloxid usw.), sofern nicht angegeben ist, dass es kristallin ist, zum Beispiel in einer Glaskeramik, amorph, kristallin oder teilweise amorph und teilweise kristallin sein kann. Wenn zum Beispiel eine Glaskeramik Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, kann das Al₂O₃ und das ZrO₂ jeweils in amorphem Zustand, in kristallinem Zustand oder teilweise in amorphem Zustand und teilweise in kristallinem Zustand sein, oder selbst als Reaktionsprodukt mit (einem) anderen Metalloxid(en) (z. B. sofern nicht angegeben ist, dass beispielsweise das Al₂O₃ als kristallines Al₂O₃ oder als eine spezielle kristalline Phase von Al₂O₃ (z. B. Alpha-Al₂O₃) vorhanden ist) kann es als kristallines Al₂O₃ und/oder als Teil eines oder mehrerer kristalliner komplexer Al₂O₃·Metalloxide vorhanden sein. Des Weiteren versteht es sich, dass Glaskeramiken, die durch Erhitzen amorphen Materials gebildet werden, das keine T_g aufweist, möglicherweise nicht wirklich Glas umfassen, sondern vielmehr die Kristalle und das amorphe Material umfassen können, das keine T_g aufweist.
Optional können bestimmte Glasgegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, wärmebehandelt werden, um das Glas mindestens teilweise zu kristallisieren, um Glaskeramik bereitzustellen.
1 ist eine DTA-Kurve des Materials von Beispiel 1 und
2 bis 6 sind DTA-Kurven der Materialien der Beispiele 2, 5, 6, 7 beziehungsweise 9.
Allgemein können Keramiken gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden durch Erhitzen (einschließlich des Erhitzens in einer Flamme) der entsprechenden Metalloxidquellen zu einer Schmelze, wünschenswerterweise einer homogenen Schmelze, und anschließend schnelles Abkühlen der Schmelze, um amorphes Materialien oder Keramik, die amorphes Material umfasst, bereitzustellen. Erfindungsgemäße amorphe Materialien und Keramiken, die amorphes Material umfassen, können zum Beispiel hergestellt werden durch Erhitzen (einschließlich des Erhitzens in einer Flamme) der entsprechenden Metalloxidquellen zu einer Schmelze, wünschenswerterweise einer homogenen Schmelze, und anschließendes schnelles Abkühlen der Schmelze, um ein amorphes Material bereitzustellen. Ausführungsformen amorpher Materialien können zum Beispiel durch Schmelzen der Metalloxidquellen in einem beliebigen geeigneten Schmelzofen (z. B. in einem induktiv beheizten Schmelzofen, einem gasbeheizten Schmelzofen oder einem elektrischen Schmelzofen) oder zum Beispiel in einem Plasma hergestellt werden. Die entstandene Schmelze wird abgekühlt (z. B. Ableiten der Schmelze in ein Kühlmedium (z. B. Hochgeschwindigkeitsluftströme, Flüssigkeiten, Metallplatten (einschließlich gekühlter Metallplatten), Metallwalzen (einschließlich gekühlter Metallwalzen), Metallkugeln (einschließlich gekühlter Metallkugeln) und dergleichen)).
Ausführungsformen amorphen Materials können auch durch andere Techniken gewonnen werden, wie etwa: Laser-Spin-Schmelzen mit Kühlung im freien Fall, Taylor-Schweißtechnik, Plasmatron-Technik, Hammer-und-Amboss-Technik, Zentrifugen-Quenching, schnelles Abschrecken mit Druckluft, Einzelwalzen- und Doppelwalzen-Quenching, Walzplatten-Quenching und Hängetropfen-Schmelzextraktion (siehe z. B. Rapid Solidification of Ceramics, Brockway u. a., Metals And Ceramics Center, A Department of Defense Information Analysis Center, Columbus, OH, Januar 1984). Ausführungsformen amorphen Materials können auch durch andere Techniken gewonnen werden, wie etwa: thermische Zersetzung geeigneter Precursor (einschließlich der Pyrolyse durch Flamme oder Laser oder plasmagestützt), VPS (Physical Vapor Synthesis) von Metallprecursoren und mechanochemische Verarbeitung.
In einem Verfahren kann für die vorliegende Erfindung verwendbares Glas mit Hilfe des Flammenschmelzens hergestellt werden, wie es zum Beispiel in der US-Patentschrift 6,254,981 (Castle) offenbart ist. Bei diesem Verfahren werden die Metalloxidquellmaterialien direkt einem Brenner (z. B. einen Methan-Luft-Brenner, einen Acetylen-Sauerstoff-Brenner, einen Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner und dergleichen) zugeführt (z. B. in der Form von Partikeln, zuweilen als „Ausgangspartikel" bezeichnet) und danach abgeschreckt (gequencht), zum Beispiel in Wasser, Kühlöl, Luft oder dergleichen. Ausgangspartikel können zum Beispiel durch Vermahlen, Agglomerieren (z. B. Sprühtrocknen), Schmelzen oder Sintern der Metalloxidquellen gebildet werden. Die Größe der Ausgangspartikel, die der Flamme zugeführt werden, bestimmt im Allgemeinen die Größe der entstehenden Glaspartikel/-kügelchen.
Beispiele verwendbaren Glases zur Ausführung der vorliegenden Erfindung sind u. a. solche, die CaO-Al₂O₃-, CaO-Al₂O₃-ZrO₂-, BaO-TiO₂-, La₂O₃-TiO₂-, REO-Al₂O₃-, REO-Al₂O₃-ZrO₂-, REO-Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂- und SrO-Al₂O₃-ZrO₂-Glase umfassen. Verwendbare Glasrezepturen sind u. a. solche mit oder nahezu mit eutektischer Zusammensetzung. Neben den CaO-Al₂O₃-, CaO-Al₂O₃-ZrO₂-, BaO-TiO₂-, La2O₃-TiO₂-, REO-Al₂O₃-, REO-Al₂O₃-ZrO₂-, REO-Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂- und SrO-Al₂O₃-ZrO₂-Zusammensetzungen, die hierein offenbart sind, werden dem Fachmann nach Durchsicht der vorliegenden Offenbarung andere Zusammensetzungen, einschließlich eutektischer Zusammensetzungen, ersichtlich.
Es wurde überraschend festgestellt, dass Keramiken der vorliegenden Erfindung ohne Begrenzung in ihren Abmessungen gewonnen werden können. Es wurde festgestellt, dass dies durch einen Koaleszierungsschritt möglich ist, der bei Temperaturen über der Glasübergangstemperatur ausgeführt wird. Zum Beispiel durchläuft, wie aus 1 ersichtlich, ein zur Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendbares Glas den Glasübergang (T_g), bevor eine wesentliche Kristallisation auftritt (T_x), wie das Vorhandensein des Endotherms (T_g) bei niedrigerer Temperatur als das Exotherm (T_x) beweist. Dies ermöglicht eine Massenfertigung von Gegenständen beliebiger Abmessungen aus relativ kleinen Glasstücken. Insbesondere kann zum Beispiel ein Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden durch Erhitzen von beispielsweise Glaspartikeln (einschließlich Kügelchen und Mikrokügelchen), Fasern usw., die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, über die T_g hinaus, so dass die Glaspartikel usw. zu einer Form koaleszieren, und durch Abkühlen der koaleszierten Form, um den Gegenstand bereitzustellen. In bestimmten Ausführungsformen wird das Erhitzen bei mindestens einer Temperatur im Bereich von etwa 725°C bis etwa 1100°C ausgeführt.
Überrachenderweise kann in bestimmten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung das Koaleszieren bei Temperaturen ausgeführt werden, die wesentlich höher sind als die Kristallisationstemperatur (T_x). Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die relativ langsame Kinetik der Kristallisation den Zugang zu höheren Temperaturen zwecks viskosen Flusses ermöglicht. Üblicherweise wird das Glas während des Koaleszierens einem Druck ausgesetzt, um das Koaleszieren des Glases zu unterstützen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Charge der Glaspartikel usw. in eine Matrize gegeben und bei Temperaturen über der Glasübergangstemperatur wird eine Heißpressung ausgeführt, wobei der viskose Fluss des Glases zum Koaleszieren zu einem relativ großen Stück führt. Üblicherweise befindet sich das amorphe Material während des Koaleszierens unter Druck (z. B. größer als null bis zu 1 GPa oder mehr), um das Koaleszieren des amorphen Materials zu unterstützen. Ebenfalls im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung liegt das Ausführen zusätzlichen Koaleszierens, um wünschenswerte Eigenschaften des Gegenstandes weiter zu verbessern. Zum Beispiel kann heißisostatisches Pressen ausgeführt werden (z. B. bei Temperaturen von etwa 900°C bis etwa 1400°C), um Restporosität abzubauen und die Dichte des Materials zu erhöhen. Es liegt ebenfalls im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, Glas durch heißisostatisches Pressen, Heißextrusion oder andere druckgestützte Techniken zu koaleszieren.
Die Wärmebehandlung kann auf eine jede beliebige Weise unter einer Vielfalt von Arten und Weisen ausgeführt werden, einschließlich derer, die auf dem Fachgebiet zur Wärmebehandlung von Glas, um Glaskeramiken bereitzustellen, bekannt sind. Zum Beispiel kann die Wärmebehandlung chargenweise ausgeführt werden, zum Beispiel mit Hilfe von induktiv beheizten oder mit Gas beheizten Brennöfen. Alternativ kann die Wärmebehandlung zum Beispiel kontinuierlich ausgeführt werden, zum Beispiel mit Hilfe eines Drehofens. Im Fall eines Drehofens wird das Material direkt in einen Ofen eingeführt, der mit der erhöhten Temperatur betrieben wird. Die Zeit der erhöhten Temperatur kann von ein paar Sekunden (in einigen Ausführungsformen sogar weniger als 5 Sekunden) bis zu ein paar Minuten oder mehreren Stunden reichen. Die Temperatur kann beliebig zwischen 900°C und 1600°C betragen, üblicherweise zwischen 1200°C und 1500°C. Es liegt ebenfalls im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, einen Teil der Wärmebehandlung chargenweise (z. B. für den Keimbildungsschritt) und einen anderen Teil kontinuierlich (z. B. für den Kristallwachstumsschritt zum Erreichen der gewünschten Dichte) auszuführen. Beim Keimbildungsschritt liegt die Temperatur üblicherweise zwischen etwa 900°C und etwa 110°C, in einigen Ausführungsformen bevorzugt im Bereich zwischen etwa 925°C und 1050°C. Ebenso liegt die Temperatur beim Dichteschritt üblicherweise zwischen etwa 1100°C und etwa 1600°C, in einigen Ausführungsformen bevorzugt zwischen etwa 1200°C und 1500°C. Diese Wärmebehandlung kann zum Beispiel durch direktes Einführen des Materials in einen Brennofen mit der erhöhten Temperatur erfolgen. Alternativ kann das Material zum Beispiel in einen Brennofen mit viel niedrigerer Temperatur (z. B. Raumtemperatur) eingeführt werden und dann mit einer festgelegten Heizrate auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden. Es liegt im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, die Wärmebehandlung in einer anderen Atmosphäre auszuführen als in Luft. In einigen Fällen kann es sogar wünschenswert sein, die Wärmebehandlung in (einer) Reduktionsatmosphäre(n) auszuführen. Außerdem kann es zum Beispiel wünschenswert sein, die Wärmebehandlung unter Gasdruck, wie zum Beispiel in einer isostatischen Heißpresse oder in einem Gasdruckbrennofen auszuführen.
Quellen, einschließlich handelsüblicher Quellen, von Metalloxiden wie Al₂O₃, BaO, CaO, Seltenerdoxiden (z. B.
CeO₂, Dy₂O₃, Er₂O₃, Eu₂O₃, Gd₂O₃, Ho₂O₃, La₂O₃, Lu₂O₃, Nd₂O₃, Pr₆O₁₁, Sm₂O₃, Th₄O₇, Tm₂O₃ und Yb₂O₃ und Kombinationen daraus), TiO₂, ZrO₂ sind auf dem Fachgebiet bekannt. Zum Beispiel sind Quellen von Al₂O₃ (auf einer theoretischen Oxidbasis) u. a. Bauxit (einschließlich natürlich vorkommendes Bauxit wie auch synthetisch erzeugtes Bauxit), kalziniertes Bauxit, hydrierte Aluminiumoxide (z. B. Böhmit und Gibbsit), Aluminium, im Bayerverfahren hergestelltes Aluminiumoxid, Aluminiumerz, Gamma-Aluminiumoxide, Alpha-Aluminiumoxide, Aluminiumsalze, Aluminiumnitrate und Kombinationen daraus. Die Al₂O₃-Quelle kann Al₂O₃ enthalten oder lediglich Al₂O₃ bereitstellen. Alternativ kann die Al₂O₃-Quelle sowohl Al₂O₃ enthalten oder bereitstellen als auch ein oder mehrere andere Metalloxide als Al₂O₃ (einschließlich Materialien, die komplexe Al₂O₃·Metalloxide sind oder enthalten (z. B. Dy₃O₃Al₅O₁₂, Y₃Al₅O₁₂, CeAl₁₁O₁₈ usw.)).
Quellen von Seltenerdoxiden, einschließlich handelsüblicher Quellen, sind u. a. Seltenerdoxidpulver, Seltenerdmetalle, seltenerdhaltige Erze (z. B. Bastnäsit und Monazit), Seltenerdsalze, Seltenerdnitrate und Seltenerdcarbonate. Die Seltenerdoxid(e)-Quelle kann Seltenerdoxid(e) enthalten oder lediglich bereitstellen. Alternativ kann die Seltenerdoxid(e)-Quelle sowohl Seltenerdoxid(e) enthalten oder bereitstellen als auch ein oder mehrere andere Metalloxide als Seltenerdoxid(e) (einschließlich Materialien, die komplexe Seltenerdoxide andere Metalloxide sind oder enthalten (z. B. Dy₃O₃Al₅O₁₂, CeAl₁₁O₁₈ usw.)).
Quellen von ZrO₂ (auf einer theoretischen Oxidbasis), einschließlich handelsüblicher Quellen, sind u. a. Zirkoniumoxidpulver, Zirkonsand, Zirkonium, zirkoniumhaltige Erze und Zirkoniumsalze (z. B. Zirkoniumcarbonate, -acetate, -nitrate, -chloride, -hydroxide und Kombinationen daraus). Außerdem oder alternativ dazu kann die ZrO₂-Quelle sowohl ZrO₂ enthalten oder bereitstellen als auch andere Metalloxide wie etwa HfO₂. Quellen von HfO₂ (auf einer theoretischen Oxidbasis), einschließlich handelsüblicher Quellen, sind u. a. Hafniumoxidpulver, Hafnium, hafniumhaltige Erze und Hafniumsalze. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die HfO₂-Quelle sowohl HfO₂ enthalten oder bereitstellen als auch andere Metalloxide wie ZrO₂.
Quellen von BaO, einschließlich handelsüblicher Quellen, sind u. a. Bariumoxidpulver, bariumhaltige Erze, Bariumsalze, Bariumnitrate und Bariumcarbonate. Die Bariumoxidquelle kann Bariumoxid enthalten oder lediglich bereitstellen. Alternativ kann die Bariumoxidquelle sowohl Bariumoxid enthalten oder bereitstellen als auch ein oder mehrere andere Metalloxide als Bariumoxid (einschließlich Materialien, die komplexes Bariumoxid·andere Metalloxide sind oder enthalten).
Quellen von CaO, einschließlich handelsüblicher Quellen, sind u. a. Calciumoxidpulver und calciumhaltige Erze. Die Calciumoxid(e)-Quelle kann Calciumoxid enthalten oder lediglich bereitstellen. Alternativ kann die Calciumoxidquelle sowohl Calciumoxid enthalten oder bereitstellen als auch ein oder mehrere andere Metalloxide als Calciumoxid (einschließlich Materialien, die komplexes Calciumoxid·andere Metalloxide sind oder enthalten).
Quellen von SiO₂, einschließlich handelsüblicher Quellen, sind u. a. Siliciumoxidpulver, Siliciummetalle, siliciumhaltige Erze. Die Siliciumoxidquelle kann Siliciumoxid enthalten oder lediglich bereitstellen. Alternativ kann die Siliciumoxidquelle sowohl Siliciumoxid enthalten oder bereitstellen als auch ein oder mehrere andere Metalloxide als Siliciumoxid (einschließlich Materialien, die komplexes Siliciumoxid·andere Metalloxide sind oder enthalten).
Quellen von SrO, einschließlich handelsüblicher Quellen, sind u. a. Strontiumoxidpulver, Strontiumcarbonate und strontiumhaltige Erze. Die Strontiumoxidquelle kann Strontiumoxid enthalten oder lediglich bereitstellen. Alternativ kann die Strontiumoxidquelle sowohl Strontiumoxid enthalten oder bereitstellen als auch ein oder mehrere andere Metalloxide als Strontiumoxid (einschließlich Materialien, die komplexes Strontiumoxid·andere Metalloxide sind oder enthalten).
Quellen von TiO₂, einschließlich handelsüblicher Quellen, sind u. a. Titanoxidpulver, Titanmetalle und titanhaltige Erze. Die Titanoxidquelle kann Titanoxid enthalten oder lediglich bereitstellen. Alternativ kann die Titanoxidquelle sowohl Titanoxid enthalten oder bereitstellen als auch ein oder mehrere andere Metalloxide als Titanoxid (einschließlich Materialien, die komplexes Titanoxid·andere Metalloxide sind oder enthalten).
Optional weisen Keramiken gemäß der vorliegenden Erfindung ferner außer den für die allgemeine Zusammensetzung benötigten Metalloxiden zusätzliche Metalloxide auf. Die Zugabe von bestimmten Metalloxiden kann die Eigenschaften und/oder die kristalline Struktur oder Mikrostruktur der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Keramiken verändern sowie die Verarbeitung der Rohmaterialien und Zwischenprodukte bei der Herstellung der Keramik. Zum Beispiel wurde beobachtet, dass die Zugabe von Oxiden wie etwa MgO, CaO, Li₂O und Na₂O sowohl die T_g als auch die T_x von Glas ändert. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass solche Zusätze die Glasbildung beeinflussen. Des Weiteren können zum Beispiel solche Oxidzusätze die Schmelztemperatur des Gesamtsystems herabsetzen (d. h. das Sytem zu einer niedriger schmelzenden Eutektik bringen) und die Glasbildung erleichtern. Komplexe Eutektika in Systemen mit mehreren Komponenten (quaternär usw.) können ein besseres Glasbildungsvermögen ergeben. Die Viskosität der flüssigen Schmelze und die Viskosität des Glases in seinem „Arbeits"-Bereich können durch die Zugabe von Metalloxiden außer den für die allgemeine Zusammensetzung benötigten ebenfalls beeinflusst werden.
In einigen Fällen kann es bevorzugt sein, begrenzte Mengen von Metalloxiden einzuarbeiten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Na₂O, P₂O₅, SiO₂, TeO₂, V₂O₃, und Kombinationen daraus besteht. Quellen, einschließlich handelsüblicher Quellen sind u. a. die Oxide selbst, komplexe Oxide, Erze, Carbonate, Acetate, Nitrate, Chloride, Hydroxide usw. Diese Metalloxide können zum Beispiel zugesetzt werden, um eine physikalische Eigenschaft der entstehenden Schleifpartikel zu modifizieren und/oder die Verarbeitung zu verbessern. Werden diese Metalloxide verwendet, werden sie üblicherweise mit mehr als 0 bis 20 Gew.-% zugesetzt, bevorzugt mit mehr als 0 bis 5 Gew.-% und bevorzugter mit mehr als 0 bis 2 Gew.-% der Glaskeramik, zum Beispiel je nach der gewünschten Eigenschaft.
Ferner sind weitere Glasrezepturen, die in Verbindung mit dem/den zur Ausführung der vorliegenden Erfindung erforderlichen Glas(en) verwendet werden können, u. a. solche herkömmlichen Glase, die auf dem Fachgebiet allgemein bekannt sind, einschließlich ihrer Quellen.
Bei Glasen, die zu Glaskeramik devitrifizieren, kann die Kristallisation auch durch die Zugabe von Materialien außer den für die übliche Zusammensetzung benötigten Materialien beeinflusst werden. Zum Beispiel können bestimmte Metalle, Metalloxide (z. B. Titanate und Zirkonate) und Fluoride als Keimbildungsmittel dienen, die eine vorteilhafte heterogene Keimbildung von Kristallen ergeben. Außerdem kann die Zugabe von einigen Oxiden die Beschaffenheit metastabiler Phasen verändern, die bei erneutem Erhitzen aus dem Glas devitrifizieren. In einem anderen Aspekt kann es bei Keramiken gemäß der vorliegenden Erfindung, die kristallines ZrO₂ umfassen, wünschenswert sein, Metalloxide (z. B. Y₂O₃, TiO₂, CaO und MgO) zuzugeben, die dafür bekannt sind, die tetragonale/kubische Form von ZrO₂ stabilisieren.
Beispiele optionaler Metalloxide (d. h. Metalloxide außer den für die allgemeine Zusammensetzung benötigten) können auf einer theoretischen Oxidbasis u. a. Al₂O₃, BaO, CaO, Cr₂O₃, CoO, Fe₂O₃, GeO₂, HfO₂, Li₂O, MgO, MnO, NiO, Na₂O, P₂O₅, Seltenerdoxide, Sc₂O₃, SiO₂, SrO, TeO₂, TiO₂, V₂O₃, Y₂O₃, ZnO, ZrO₂ und Kombinationen daraus sein. Quellen, einschließlich handelsüblicher Quellen sind u. a. die Oxide selbst, komplexe Oxide, Erze, Carbonate, Acetate, Nitrate, Chloride, Hydroxide usw. Des Weiteren sind beispielsweise in Bezug auf Y₂O₃ Quellen, einschließlich handelsüblicher Quellen, von Y₂O₃ (auf einer theoretischen Oxidbasis) u. a. Yttriumoxidpulver, Yttrium, yttriumhaltige Erze und Yttriumsalze (z. B. Yttriumcarbonate, -nitrate, -chloride, -hydroxide und Kombinationen daraus). Die Y₂O₃-Quelle kann Y₂O₃ enthalten oder lediglich bereitstellen. Alternativ kann die Y₂O₃-Quelle sowohl Y₂O₃ enthalten oder bereitstellen als auch ein oder mehrere andere Metalloxide als Y₂O₃ (einschließlich Materialien, die komplexes Y₂O₃·andere Metalloxide sind oder enthalten).
In einigen Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, dass mindestens ein Teil einer Metalloxidquelle (in einigen Ausführungsformen bevorzugt 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder sogar mindestens 95 Gew.-%) gewonnen wird durch Zugeben eines metallischen Materials in Partikelform, das mindestens eines der Metalle M (z. B. Al, Ca, Cu, Cr, Fe, Li, Mg, Ni, Ag, Ti, Zr und Kombinationen daraus) umfasst und das eine negative Enthalpie der Oxidbildung aufweist, oder einer Legierung davon zu der Schmelze oder anderenfalls durch Schmelzen des Metalls zusammen mit den anderen Rohmaterialien. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die Wärme, die durch die mit der Oxidation des Metalls einhergehende exotherme Reaktion entsteht, die Bildung einer homogenen Schmelze und des daraus entstehenden amorphen Materials fördert. Zum Beispiel wird angenommen, dass die zusätzliche Wärme, die durch die Oxidationsreaktion innerhalb des Rohmaterials erzeugt wird, eine ungenügende Wärmeübertragung beseitigt oder minimiert und somit die Bildung und Homogenität der Schmelze fördert, besonders wenn amorphe Partikel mit x-, y- und z-Abmessungen über 150 Mikron gebildet werden. Es wird ebenfalls angenommen, dass die Verfügbarkeit der zusätzlichen Wärme das Vorantreiben der verschiedenen chemischen Reaktionen und physikalischen Prozesse (z. B. Verdichtung und Einformung) bis zur Fertigstellung unterstützt. Des Weiteren wird bei einigen Ausführungsformen angenommen, dass die Gegenwart zusätzlicher Wärme, die durch die Oxidationsreaktion erzeugt wird, die Bildung einer Schmelze überhaupt erst ermöglicht, was auf andere Weise schwierig oder wegen des zu hohen Schmelzpunktes der Materialien nicht durchführbar ist. Weiterhin ermöglicht die Gegenwart zusätzlicher Wärme, die durch die Oxidationsreaktion erzeugt wird, überhaupt erst die Bildung eines amorphen Materials, was auf andere Weise nicht hergestellt werden könnte oder nicht in den erwünschten Größenordnungen hergestellt werden könnte. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass beim Bilden des amorphen Materials viele der chemischen und physikalischen Prozesse wie etwa Schmelzen, Verdichten und Einformen in kurzer Zeit ausgeführt werden können, so dass sehr hohe Abschreckraten erreicht werden können. Für zusätzliche Einzelheiten siehe die ebenfalls anhängige Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2003/0110 709 A1 , die an demselben Tag eingereicht wurde wie die vorliegende Anmeldung.
Die konkrete Auswahl der Metalloxidquellen und anderer Zusatzstoffe zur Herstellung von Keramiken gemäß der vorliegenden Erfindung berücksichtigt zum Beispiel üblicherweise die gewünschte Zusammensetzung und Mikrostruktur der entstehenden Keramiken, den gewünschten Kristallinitätsgrad, gegebenenfalls die gewünschten physikalischen Eigenschaften (z. B. Härte oder Zähigkeit) der entstehenden Keramiken, das Vermeiden oder Minimieren der Gegenwart unerwünschter Verunreinigungen, die gewünschten Charakteristiken der entstehenden Keramiken und/oder den konkreten Prozess (einschließlich der technischen Anlagen und einer eventuellen Reinigung des Rohmaterials vor und/oder während der Verschmelzung und/oder Verfestigung), der zur Herstellung der Keramiken angewandt wird.
Die Metalloxidquellen und weitere Zusatzstoffe können in jeder Form vorliegen, die für den Prozess und die technischen Anlagen, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden, geeignet ist. Das Rohmaterial kann mit Hilfe von auf dem Fachgebiet bekannten Techniken und technischen Anlagen zur Herstellung von Oxidglasen und amorphen Metallen geschmolzen und abgeschreckt werden. Wünschenswerte Abkühlungsraten betragen u. a. 50 K/s und mehr. Eine auf dem Fachgebiet bekannte Abkühltechnik ist u. a. die Walzenkühlung. Die Walzenkühlung kann zum Beispiel ausgeführt werden, indem die Metalloxidquellen bei einer Temperatur, die üblicherweise 20 bis 200°C über dem Schmelzpunkt liegt, geschmolzen werden und die Schmelze durch Aufsprühen unter Hochdruck (z. B. unter Verwendung eines Gases, wie etwa Luft, Argon, Stickstoff oder dergleichen) auf (eine) mit Hochgeschwindigkeit rotierende Walze(n) abgekühlt/abgeschreckt wird. Üblicherweise sind die Walzen aus Metall und wassergekühlt. Metallblockformen sind zum Kühlen/Abschrecken der Schmelze ebenfalls verwendbar.
Weitere Techniken zum Bilden von Schmelzen, zum Abkühlen/Abschrecken von Schmelzen und/oder zur anderweitigen Glasbildung sind u. a. Abschreckung aus der Dampfphase, Plasmasprühen, Schmelzextraktion und Gasatomisierung. Die Abschreckung aus der Dampfphase kann zum Beispiel durch Sputtern (Zerstäuben) ausgeführt werden, bei dem die Metalllegierungen oder die Metalloxidquellen zu (einem) Sputtertarget(s) geformt werden, die verwendet werden. Das Target wird an einer festgelegten Position in einer Sputtervorrichtung befestigt und (ein) zu beschichtende(s) Substrat(e) wird an einer Position gegenüber des/der Targets angeordnet. Bei üblichen Gasdrücken von 1,3 Pa (10^–3 torr) von Sauerstoff- und Argongas wird eine Entladung zwischen dem/den Target(s) und (einem) Substrat(en) erzeugt und Argon- oder Sauerstoffionen prallen auf das Target, um die Sputterreaktion zu starten, wodurch ein Film der Zusammensetzung auf dem Substrat abgeschieden wird. Für zusätzliche Einzelheiten zum Plasmasprühen siehe zum Beispiel die ebenfalls anhängige Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2004/0023 078 A1 , die an demselben Tag eingereicht wurde wie die vorliegende Anmeldung.
Die Gasatomisierung umfasst das Schmelzen von Ausgangspartikeln, um sie in eine Schmelze umzuwandeln. Ein dünner Strahl dieser Schmelze wird durch Berührung mit einem trennenden Luftstrahl atomisiert (d. h. der Schmelzstrahl wird in feine Tröpfchen geteilt). Die entstehenden, im Wesentlichen einzelnen, allgemein ellipsenförmigen Glaspartikel werden dann geborgen. Die Schmelzextraktion kann zum Beispiel ausgeführt werden wie in der US-Patentschrift 5,605,870 (Strom-Olsen u. a.) offenbart. Behälterlose Glasbildungstechniken unter Verwendung von Laserstrahlerhitzung, wie sie zum Beispiel in der PCT-Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 01/27046 A1 , veröffentlicht am 4. April 2001, offenbart ist, können ebenfalls zur Herstellung von Glas gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Es wird angenommen, dass die Kühlrate die Eigenschaften des abgeschreckten amorphen Materials beeinflusst. Zum Beispiel ändern sich die Glasübergangstemperatur, die Dichte und andere Eigenschaften des Glases üblicherweise mit den Abkühlraten.
Rasches Abkühlen kann auch in kontrollierten Atmosphären wie etwa einer reduzierenden, neutralen oder oxidierenden Umgebung durchgeführt werden, um während der Abkühlung die gewünschten Oxidationszustände usw. beizubehalten und/oder zu beeinflussen. Die Atmosphäre kann auch die Glasbildung beeinflussen, indem sie die Kristallisationskinetik aus unterkühlter Flüssigkeit beeinflusst. Zum Beispiel wurde in einer Argonatmosphäre eine größere Unterkühlung von Al₂O₃-Schmelzen ohne Kristallisation beobachtet als in Luft.
Hinsichtlich der Herstellung von Partikeln kann zum Beispiel die entstehende Keramik (z. B. das Glas oder die Keramik, die Glas umfasst) größer als erwünscht sein. Die Keramik kann durch Zerdrücken und/oder auf dem Fachgebiet bekannte Zerkleinerungstechniken, die u. a. Mahlen mit Walzenbrechern, Kettenmühlen, Backenbrechern, Hammermühlen, Kugelmühlen, Strahlmühlen, Prallmühlen und dergleichen umfassen, in kleinere Stücke umgewandelt werden, und wird es üblicherweise auch. In einigen Fällen ist es erwünscht, zwei oder mehr Zerkleinerungsschritte zu haben. Zum Beispiel kann die Keramik, nachdem sie gebildet (verfestigt) ist, größer sein als erwünscht. Der erste Zerkleinerungsschritt kann das Zerkleinern dieser relativ großen Massen oder „Brocken" zu kleineren Stücken beinhalten. Das Zerkleinern dieser Brocken kann mittels Hammerbrecher, Prallmühle oder Backenbrecher erfolgen. Diese kleineren Stücke können nachfolgend zerkleinert werden, um die gewünschte Partikelgrößenverteilung zu erzeugen. Um die gewünschte Partikelgrößenverteilung (manchmal als Korngröße oder Grad bezeichnet) herzustellen, kann es notwendig sein, mehrere Zerkleinerungsschritte auszuführen. Im Allgemeinen werden die Zerkleinerungsbedingungen optimiert, um die gewünschte Partikelform(en) und Partikelgrößenverteilung zu erreichen.
Die Form der Partikel kann zum Beispiel von der Zusammensetzung des Glases, von der Geometrie, in der es abgekühlt wird, und von der Art, in der das Glas zerkleinert wird (d. h. die verwendete Zerkleinerungstechnik) abhängen, falls die Partikel durch Zerkleinern gebildet wurden.
Bestimmte Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung, die Glas umfassen, können wärmebehandelt werden, um den Glasanteil zu erhöhen oder das Glas mindestens teilweise zu kristallisieren (einschließlich des Kristallisierens des gesamten Glases), um Glaskeramik bereitzustellen. Die Wärmebehandlung bestimmter Glase zum Bilden von Glaskeramik ist auf dem Fachgebiet bekannt. Die Erhitzungsbedingungen zur Keimbildung und zum Aufwachsen von Glaskeramiken sind für eine Vielzahl verschiedener Glase bekannt. Alternativ kann ein Fachmann die geeigneten Bedingungen aus einer Zeit-Temperatur-Umwandlungsstudie (ZTU-Diagramm) des Glases unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten Techniken bestimmen. Ein Fachmann sollte nach der Lektüre der Offenbarung der vorliegenden Erfindung in der Lage sein, die ZTU-Kurven für Glase gemäß der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, die geeigneten Keimbildungs- und/oder Kristallwachstumsbedingungen zum Bereitstellen von kristallinen Keramiken, Glaskeramiken und von Keramik, die Glas aufweist, gemäß der vorliegenden Erfindung zu bestimmen.
Glaskeramiken sind üblicherweise fester als die Glase, aus denen sie gebildet wird. Demnach kann die Festigkeit des Materials zum Beispiel durch den Grad eingestellt werden, zu dem das Glas in kristalline Keramikphase(n) umgewandelt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Festigkeit des Materials zum Beispiel auch durch die Anzahl der erzeugten Keimbildungsorte beeinflusst werden, die wiederum dazu verwendet werden, die Anzahl und damit wiederum die Größe der Kristalle der kristallinen Phase(en) zu beeinflussen. Für zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich der Bildung von Glaskeramik siehe zum Beispiel Glass-Ceramics, P W. McMillan, Academic Press, Inc., 2. Auflage, 1979.
Zum Beispiel wurde während der Wärmebehandlung eines Glases wie etwa eines Glases, das Al₂O₃, La₂O₃ und ZrO₂ umfasst, bei einer Temperatur von über etwa 900°C die Bildung von Phasen wie La₂Zr₂O₇ und, wenn ZrO₂ vorhanden ist, kubisches/tetragonales ZrO₂, in einigen Fällen monoklines ZrO₂, beobachtet. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass Phasen im Zusammenhang mit Zirkoniumoxid die ersten Phasen sind, die aus dem Glas heraus Keime bilden. Zum Beispiel wird angenommen, dass Phasen von Al₂O₃, ReAlO₃ (wobei Re mindestens ein Seltenerd-Kation ist), ReAl₁₁O₁₈, Re₃Al₅O₁₂, Y₃Al₅O₁₂ usw. gewöhnlich bei einer Temperatur über etwa 925°C entstehen. Die Kristallitgrößen während dieses Keimbildungsschrittes können im Größenbereich von Nanometern liegen. Zum Beispiel wurden Kristalle mit einer Größe von 10 bis 15 Nanometern beobachtet. Längere Wärmebehandlung führt üblicherweise zum Wachstum der Kristallite und zum Fortschreiten der Kristallisation. Bei mindestens einigen Ausführungsformen stellt eine Wärmebehandlung bei etwa 1300°C mit etwa einer Stunde Dauer eine volle Kristallisation bereit.
Bestimmte Keramikgegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, enthalten weniger als 20 Gew.-% SiO₂ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% SiO₂), weniger als 20 Gew.-% B₂O₃ (oder sogar weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.- %, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% B₂O₃) und weniger als 40 Gew.-% P₂O₅ (oder sogar weniger als 35 Gew.-%, weniger als 30 Gew.-%, weniger als 25 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-%, weniger als 15 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, weniger als 5 Gew.-% oder sogar null Gew.-% P₂O₅), basierend auf dem Gesamtgewicht der Metalloxide der Keramik.
Die Mikrostruktur oder Phasenzusammensetzung (glasartig/amorph/kristallin) eines Materials kann auf viele Arten bestimmt werden. Mit zum Beispiel optischer Mikroskopie, Elektronenmikroskopie, Differential-Thermoanalyse (DTA) und Röntgen-Diffraktometrie (XRD) können verschiedene Informationen gewonnen werden.
Unter optischer Mikroskopie ist amorphes Material üblicherweise überwiegend transparent aufgrund fehlender Lichtstreuungszentren wie etwa Kristallkanten, während kristallines Material eine kristalline Struktur zeigt und aufgrund von Lichtstreuungseffekten lichtundurchlässig ist.
Mit DTA wird das Material als amorph klassifiziert, wenn die entsprechende DTA-Spur des Materials ein exothermes Kristallisationsereignis (T_x) enthält. Wenn dieselbe Spur auch ein endothermes Ereignis (T_g) bei einer Temperatur unter T_x enthält, wird es als kristalline Phasen enthaltend betrachtet.
Eine Differential-Thermoanalyse (DTA) kann mit Hilfe des folgenden Verfahrens durchgeführt werden. DTA-Durchläufe können (mit einem Instrument wie jenem, das von Netzsch Gerätebau GmbH, Selb, Deutschland unter dem Handelsnamen „NETZSCH STA 409 DTA/TGA" erhältlich ist) mit einer Fraktion der Maschenweite von –140 + 170 (d. h. mit der Fraktion, die zwischen 105 Mikrometer Öffnungsgröße und 90 Mikrometer Öffnungsgröße erfasst wird) vorgenommen werden. Eine Menge jeder gesiebten Probe (üblicherweise etwa 400 Milligramm (mg)) wird in einen 100-Mikroliter-Al₂O₃-Probenhalter gegeben. Jede Probe wird in statischer Luft mit einer Rate von 10°C/Minute von Raumtemperatur (etwa 25°C) auf 1100°C erhitzt.
Mit Pulver-Röntgen-Diffraktometrie, XRD, (mit einem Röntgen-Diffraktometer wie jenes, das unter dem Handelsnamen „Phillips XRG 3100" von Phillips, Mahwah, NJ, erhältlich ist, mit einer Kupfer-K-α1-Strahlung von 1,54050 Angström) können die in einem Material vorhandenen Phasen bestimmt werden, indem die in der XRD-Spur des kristallisierten Materials vorhandenen Peaks mit XRD-Mustern kristalliner Phasen verglichen werden, die in Datenbanken des JCPDS (Joint Committee an Powder Diffraction Standards) bereitgestellt sind, welche vom International Center for Diffraction Data veröffentlicht werden. Ferner kann eine XRD qualitativ verwendet werden, um Arten von Phasen zu bestimmen. Das Vorhandensein eines breiten Peaks mit diffuser Intensität gilt als Anzeichen der amorphen Beschaffenheit eines Materials. Das Vorhandensein sowohl eines breiten Peaks als auch klar definierter Peaks gilt ein Anzeichen der Existenz kristalliner Substanz in einer amorphen Matrix. Das anfangs gebildete amorphe Material oder der die Keramik (einschließlich Glas vor der Kristallisation) kann größer als gewünscht sein. Das amorphe Material oder die Keramik kann durch Zerdrücken und/oder auf dem Fachgebiet bekannte Zerkleinerungstechniken, die u. a. Mahlen mit Walzenbrechern, Kettenmühlen, Backenbrechern, Hammermühlen, Kugelmühlen, Strahlmühlen, Prallmühlen und dergleichen umfassen, in kleinere Stücke umgewandelt werden. In einigen Fällen ist es erwünscht, zwei oder mehr Zerkleinerungsschritte zu haben. Zum Beispiel kann die Keramik, nachdem sie gebildet (verfestigt) ist, größer sein als erwünscht. Der erste Zerkleinerungsschritt kann das Zerkleinern dieser relativ großen Massen oder „Brocken" zu kleineren Stücken beinhalten. Das Zerkleinern dieser Brocken kann mittels Hammerbrecher, Prallmühle oder Backenbrecher erfolgen. Diese kleineren Stücke können nachfolgend zerkleinert werden, um die gewünschte Partikelgrößenverteilung zu erzeugen. Um die gewünschte Partikelgrößenverteilung (manchmal als Korngröße oder Grad bezeichnet) herzustellen, kann es notwendig sein, mehrere Zerkleinerungsschritte auszuführen. Im Allgemeinen werden die Zerkleinerungsbedingungen optimiert, um die gewünschten) Partikelform(en) und Partikelgrößenverteilung zu erreichen. Entstandene Partikel, die die gewünschte Größe aufweisen, können erneut zerkleinert werden, wenn sie zu groß sind, oder „wiederverwertet" und als Rohmaterial für das erneute Schmelzen verwendet werden, wenn sie zu klein sind.
Die Form der Partikel kann zum Beispiel von der Zusammensetzung und/oder der Mikrostruktur der Keramik, von der Geometrie, in der sie abgekühlt wird, und von der Art, in der die Keramik zerkleinert wird (d. h. die verwendete Zerkleinerungstechnik) abhängen. Im Allgemeinen kann, wenn eine „Block"-Form bevorzugt wird, mehr Energie eingesetzt werden, um diese Form zu erreichen. Umgekehrt kann, wenn eine „scharfe" Form bevorzugt wird, weniger Energie eingesetzt werden, um diese Form zu erreichen. Die Zerkleinerungstechnik kann auch gewechselt werden, um verschiedene gewünschte Formen zu erreichen. Für einige Partikel ist üblicherweise ein durchschnittliches Seitenverhältnis von 1:1 bis 5:1 erwünscht, in einigen Ausführungsformen 1,25:1 bis 3:1 oder sogar 1,5:1 bis 2,5:1.
Keramikgegenstände (einschließlich Glaskeramiken), die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, können mindestens 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 oder sogar 100 Volumenprozent Kristallite umfassen, wobei die Kristallite eine durchschnittliche Größe von weniger als 1 Mikrometer aufweisen. In einem weiteren Aspekt umfassen die Keramikgegenstände (einschließlich Glaskeramiken), die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, mindestens 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 oder sogar 100 Volumenprozent Kristallite, wobei die Kristallite eine durchschnittliche Größe von weniger als 0,5 Mikrometer aufweisen. In einem weiteren Aspekt umfassen die Keramikgegenstände (einschließlich Glaskeramiken), die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, mindestens 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 oder sogar 100 Volumenprozent Kristallite, wobei die Kristallite eine durchschnittliche Größe von weniger als 0,3 Mikrometer aufweisen. In einem weiteren Aspekt umfassen die Keramikgegenstände (einschließlich Glaskeramiken), die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, mindestens 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 oder sogar 100 Volumenprozent Kristallite, wobei die Kristallite eine durchschnittliche Größe von weniger als 0,15 Mikrometer aufweisen. In einem weiteren Aspekt können die Keramikgegenstände (einschließlich Glaskeramiken), die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, frei von mindestens entweder eutektischen Mikrostrukturmerkmalen (d. h. frei von Kolonien und Lamellenstruktur) oder einer nicht zellulären Mikrostruktur sein.
In einem weiteren Aspekt können bestimmte Keramikgegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, zum Beispiel mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 oder sogar 100 Volumenprozent Glas umfassen. In einem weiteren Aspekt können bestimmte Keramikgegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, zum Beispiel 100 oder mindestens 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 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik umfassen.
Bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, umfassen Glas, das CaO und Al₂O₃ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen CaO und Al₂O₃ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die Glas umfasst (z. B. mindestens 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent Glas), wobei das Glas CaO und Al₂O₃ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen CaO und Al₂O₃ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Glaskeramik bereit, die CaO und Al₂O₃ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Glaskeramik zusammen CaO und Al₂O₃ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Glaskeramik. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Volumenprozent Glas umfassen. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 54, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Volumenprozent kristalline Keramik umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 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 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die kristalline Keramik CaO und Al₂O₃ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der kristallinen Keramik zusammen CaO und Al₂O₃ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der kristallinen Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50‚ 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die Keramik CaO und Al₂O₃ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Keramik zusammen CaO und Al₂O₃ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
Bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, umfassen Glas, das CaO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen CaO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die Glas umfasst (z. B. mindestens 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent Glas), wobei das Glas CaO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen CaO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, Glaskeramik bereit, die CaO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Glaskeramik zusammen CaO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Glaskeramik. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Volumenprozent Glas umfassen. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50 ,45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Volumenprozent kristalline Keramik umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die kristalline Keramik CaO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der kristallinen Keramik zusammen CaO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der kristallinen Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50‚ 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die Keramik CaO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Keramik zusammen CaO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50 ,45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
Bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, umfassen Glas, das BaO und TiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen BaO und TiO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die Glas umfasst (z. B. mindestens 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent Glas), wobei das Glas BaO und TiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen BaO und TiO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Glaskeramik bereit, die BaO, und TiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Glaskeramik zusammen BaO und TiO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Glaskeramik. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Volumenprozent Glas umfassen. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50 ,45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5, Volumenprozent kristalline Keramik umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 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 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die kristallin Keramik BaO und TiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der kristallinen Keramik zusammen BaO und TiO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der kristallinen Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50‚ 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die Keramik BaO und TiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Keramik zusammen BaO und TiO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50‚ 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
Bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, umfassen Glas, das La₂O₃ und TiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen La₂O₃ und TiO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die Glas umfasst (z. B. mindestens 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent Glas), wobei das Glas La₂O₃ und TiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen La₂O₃ und TiO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Glaskeramik bereit, die La₂O₃ und TiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Glaskeramik zusammen La₂O₃ und TiO₂ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht der Glaskeramik. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Volumenprozent Glas umfassen. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50 ,45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Volumenprozent kristalline Keramik umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 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 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die kristalline Keramik La₂O₃ und TiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der kristallinen Keramik zusammen La₂O₃ und TiO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der kristallinen Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die Keramik La₂O₃ und TiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Keramik zusammen La₂O₃ und TiO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50‚ 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
Bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, umfassen Glas, das REO und Al₂O₃ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen REO und Al₂O₃ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die Glas umfasst (z. B. mindestens 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent Glas), wobei das Glas REO und Al₂O₃ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen REO und Al₂O₃ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Glaskeramik bereit, die REO und Al₂O₃ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Glaskeramik zusammen REO und Al₂O₃ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Glaskeramik. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Volumenprozent Glas umfassen. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Volumenprozent kristalline Keramik umfassen.
In einem anderen Aspekt stellt die vorliegenden Erfindung eine Glaskeramik bereit, REO und Al₂O₃ umfasst, wobei die Glaskeramik zum Beispiel eine Mikrostruktur umfasst, die Kristallite mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von weniger als 1 Mikrometer umfasst (üblicherweise weniger als 500 Nanometer, sogar weniger als 300, 200 oder 150 Nanometer und in einigen Ausführungsformen weniger als 100, 75, 50, 25 oder 20 Nanometer) und frei von mindestens entweder eutektischen Mikrostrukturmerkmalen oder einer nicht zellulären Mikrostruktur ist. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Volumenprozent Glas umfassen. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Volumenprozent kristalline Keramik umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die kristalline Keramik REO und Al₂O₃ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der kristallinen Keramik zusammen REO und Al₂O₃ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der kristallinen Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50‚ 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die Keramik REO und Al₂O₃ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Keramik zusammen REO und Al₂O₃ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50 ,45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
Bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, umfassen Glas, das REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die Glas umfasst (z. B. mindestens 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent Glas), wobei das Glas REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Glaskeramik bereit, die REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Glaskeramik zusammen REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Glaskeramik. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Volumenprozent Glas umfassen. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Volumenprozent kristalline Keramik umfassen.
In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Glaskeramik bereit, die REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, wobei die Glaskeramik (a) eine Mikrostruktur aufweist, die Kristallite mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von weniger als 1 Mikrometer (üblicherweise weniger als 500 Nanometer, sogar weniger als 300, 200 oder 150 Nanometer und in einigen Ausführungsformen weniger als 100, 75, 50, 25 oder 20 Nanometer) umfasst und (b) frei von mindestens entweder eutektischen Mikrostrukturmerkmalen oder einer nicht zellulären Mikrostruktur ist. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Volumenprozent Glas umfassen. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Volumenprozent kristalline Keramik umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die kristalline Keramik REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der kristallinen Keramik zusammen REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der kristallinen Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die Keramik REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Keramik zusammen REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50 ,45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die Glas umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent Glas), wobei das Glas REO, Al₂O₃, ZrO₂ und SiO₂ umfasst und wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent des Glases zusammen REO, Al₂O₃ und ZrO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Glaskeramik bereit, die REO, Al₂O₃, ZrO₂ und SiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der Glaskeramik REO, Al₂O₃, ZrO₂ und SiO₂ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht der Glaskeramik. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Volumenprozent Glas umfassen. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Volumenprozent kristalline Keramik umfassen.
In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung Glaskeramik bereit, die REO, Al₂O₃, ZrO₂ und SiO₂ umfasst, wobei die Glaskeramik (a) eine Mikrostruktur aufweist, die Kristallite mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von weniger als 1 Mikrometer (üblicherweise weniger als 500 Nanometer, sogar weniger als 300, 200 oder 150 Nanometer und in einigen Ausführungsformen weniger als 100, 75, 50, 25 oder 20 Nanometer) umfasst und (b) frei von mindestens entweder eutektischen Mikrostrukturmerkmalen oder einer nicht zellulären Mikrostruktur ist. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Volumenprozent Glas umfassen. Die Glaskeramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50‚ 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Volumenprozent kristalline Keramik umfassen
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Keramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die kristalline Keramik REO, Al₂O₃, ZrO₂ und SiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der kristallinen Keramik zusammen REO, Al₂O₃, ZrO₂ und SiO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der kristallinen Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellen bestimmte Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine Glaskeramik bereit, die kristalline Keramik umfasst (z. B. mindestens 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 oder sogar 100 Volumenprozent kristalline Keramik), wobei die kristalline Keramik REO, Al₂O₃, ZrO₂ und SiO₂ umfasst, wobei mindestens 80 (85, 90, 95, 97, 98, 99 oder sogar 100) Gewichtsprozent der kristallinen Keramik zusammen REO, Al₂O₃, ZrO₂ und SiO₂ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Keramik. Die Keramik kann zum Beispiel mindestens 99, 98, 97, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 3, 2 oder 1 Volumenprozent Glas umfassen.
Kristalline Phasen, die in Keramiken gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden sein können, sind u. a. Aluminiumoxid (z. B. Alpha- und Übergangsaluminiumoxide) , BaO, CaO, Cr₂O₃, CoO, Fe₂O₃, GeO₂, HfO₂, Li₂O, MgO, MnO, NiO, Na₂O, P₂O₅, REO, Sc₂O₃, SiO₂, SrO, TeO₂, TiO₂, V₂O₃, Y₂O₃, ZnO, ZrO₂, „komplexe Metalloxide" (einschließlich komplexem Al₂O₃·Metalloxid (z. B. komplexes Al₂O₃·REO)) und Kombinationen daraus.
Zusätzliche Einzelheiten bezüglich Keramiken, die Al₂O₃, mindestens entweder REO oder Y₂O₃ und mindestens entweder ZrO₂ oder HfO₂ umfassen, einschließlich ihrer Herstellung, Verwendung und Eigenschaften sind in der US-Patentanmeldung mit den Seriennummern 09/922,527, 09/922,528 und 09/922,530, eingereicht am 2. August 2001, und in den US-Patentveröffentlichungen Nr. 2003-0115805-A1 , 2003-0110707-A1 , 2003-0110709-A1 , 2003-0126802-A1 , 2003-0145525-A1 , 2003-0126804-A1 , 2004-0023078-A1 und 2004-0020245-A1 (Docketnr. 56931US005, 56931US006, 56931US007, 56931US008, 56931US00, 56931US010, 57980US002 und 57981US002, eingereicht an demselben Tag wie die vorliegende Anmeldung).
Üblicherweise und wünschenswerterweise beträgt die (wahre) Dichte der Keramik gemäß der vorliegenden Erfindung, manchmal auch als spezifisches Gewicht bezeichnet, üblicherweise mindestens 70% der theoretischen Dichte. Noch wünschenswerter beträgt die (wahre) Dichte der Keramik gemäß der vorliegenden Erfindung üblicherweise mindestens 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99,5% oder 100% der theoretischen Dichte.
Beispiele von Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung sind u. a. Haushaltswaren (z. B. Teller), Zahnbrackets, verstärkende Fasern, Schneidwerkzeugeinsätze, Schleifmittel und Baugruppen von Gasmotoren (z. B. Ventile und Lager). Weitere Gegenstände sind u. a. solche, die eine Schutzschicht aus Keramik auf der äußeren Oberfläche eines Körpers oder anderen Substrates umfassen. Des Weiteren kann die Keramik gemäß der vorliegenden Erfindung zum Beispiel als Matrixmaterial verwendet werden. Zum Beispiel können Keramiken gemäß der vorliegenden Erfindung als Bindemittel für keramische Materialien und dergleichen verwendet werden, wie etwa für Diamant, kubisches BN, Al₂O₃, ZrO₂, Si₃N₄ und SiC. Beispiele verwendbarer Gegenstände, die solche Materialien umfassen, sind u. a. Substrat-Verbundbeschichtungen, Schneidwerkzeugeinsätze, Schleifmittel-Agglomerate und gebundene Schleifgegenstände wie keramische Schleifscheiben. Keramiken gemäß der vorliegenden Erfindung können als Bindemittel verwendet werden und können zum Beispiel den Modul, die Hitzebeständigkeit, die Verschleißfestigkeit und/oder die Festigkeit des Verbundgegenstandes verbessern.
Die Erfindung ist in den folgenden Punkten zusammengefasst

(A) Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Glas, umfassend: Bereitstellen eines Substrates, das eine äußere Oberfläche enthält, das Bereitstellen mindestens eines ersten Glases, wobei das erste Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide umfasst, wobei das erste Glas eine T_g und T_x umfasst und wobei die Differenz zwischen der T_g und der T_x des ersten Glases mindestens 5 K beträgt, wobei das Glas weniger als 20 Gewichts-% SiO₂, weniger als 20 Gewichts-% B₂O₃ und weniger als 40 Gewichts-% P₂O₅ enthält, Erhitzen des ersten Glases über die T_g hinaus auf eine solche Temperatur, dass mindestens ein Teil des Glases mindestens einen Teil der äußeren Oberfläche des Substrats benetzt, wenn es mit dieser in Kontakt ist, und Abkühlen des Glases, um einen Gegenstand bereitzustellen, der Keramik umfasst, welche das Glas umfasst, das an mindestens einem Teil der äußeren Oberfläche des Substrates befestigt ist.
(B) Verfahren nach Punkt (A), wobei die Differenz zwischen der T_g und der T_x mindestens 25 K beträgt.
(C) Verfahren nach Punkt (B), wobei das Glas eine T₁ aufweist und wobei das Verhältnis der T_g zur T₁ mindestens 0,5 beträgt.
(D) Verfahren nach Punkt (C), wobei das erste Glas insgesamt weniger als 40 Gewichts-% SiO₃, B₂O₃ und P₂O₅ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(E) Verfahren nach Punkt (C), wobei das Glas ein REO-Al₂O₃-Glas ist.
(F) Verfahren nach Punkt (E), wobei das Glas insgesamt mindestens 80 Gewichtsprozent Al₂O₃ und REO umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(G) Verfahren nach Punkt (A), wobei das Glas ein REO-Al₂O₃-ZrO₂-Glas ist.
(H) Verfahren nach Punkt (G), wobei das Glas insgesamt mindestens 80 Gewichtsprozent Al₂O₃, REO und ZrO₂ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(I) Verfahren nach Punkt (A), wobei der Artikel Glas umfasst und wobei das Verfahren ferner die Wärmebehandlung des Glases umfasst, um Glaskeramik bereitzustellen.
(J) Gegenstand, der gemäß dem Verfahren von Punkt (I) hergestellt ist.
(K) Verfahren nach Punkt (A), wobei die Differenz zwischen der T_g und der T_x mindestens 35 K beträgt.
(L) Gegenstand, der gemäß dem Verfahren von Punkt (A) hergestellt ist.
(M) Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Glas, umfassend: Bereitstellen eines Substrates mit einer äußeren Oberfläche, Bereitstellen mindestens einer ersten Vielzahl von Partikeln, die Glas umfassen, wobei das Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide umfasst, wobei das Glas eine T_g und eine T_x umfasst und wobei die Differenz zwischen der T_g und der T_x des Glases mindestens 5 K beträgt und das Glas weniger als 20 Gewichts-% SiO₂, weniger als 20 Gewichts-% B₂O₃ und weniger als 40 Gewichts-% P₂O₅ umfasst, Erhitzen des Glases über die T_g hinaus auf eine solche Temperatur, dass mindestens ein Teil des Glases der ersten Vielzahl von Partikeln einen ersten Abschnitt der äußeren Oberfläche des Substrates benetzt, und Abkühlen des Glases, um einen Gegenstand bereitzustellen, der Keramik umfasst, die das Glas umfasst, das an dem mindestens einen Abschnitt der äußeren Oberfläche des Substrats befestigt ist.
(N) Verfahren nach Punkt (M), wobei die Differenz zwischen der T_g und der T_x mindestens 25 K beträgt.
(O) Verfahren nach Punkt (N), wobei das Glas eine T₁ aufweist und wobei das Verhältnis der T_g zur T₁ mindestens 0,5 beträgt.
(P) Verfahren nach Punkt (O), wobei das Glas insgesamt weniger als 40 Gewichts-% SiO₂, P₂O₃ und P₂O₅ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(Q) Verfahren nach Punkt (O), wobei das Glas ein REO-Al₂O₃-Glas ist.
(R) Verfahren nach Punkt (Q), wobei das Glas insgesamt mindestens 80 Gewichtsprozent Al₂O₃ und REO umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(S) Verfahren nach Punkt (M), wobei das Glas ein REO-Al₂O₃-ZrO₂-Glas ist.
(T) Verfahren nach Punkt (S), wobei das Glas insgesamt mindestens 80 Gewichtsprozent Al₂O₃, REO und ZrO₂ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(U) Verfahren nach Punkt (M), wobei der Artikel Glas umfasst und wobei das Verfahren ferner die Wärmebehandlung des Glases umfasst, um Glaskeramik bereitzustellen.
(V) Gegenstand, der gemäß dem Verfahren von Punkt (U) hergestellt ist.
(W) Verfahren nach Punkt (M), wobei die Differenz zwischen der T_g und der T_x mindestens 35 K beträgt.
(X) Gegenstand, der gemäß dem Verfahren von Punkt (M) hergestellt ist.
(Aa) Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, umfassend: das Bereitstellen mindestens eines ersten Glases und zweiten Glases, wobei das erste Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide umfasst, wobei das erste Glas eine T_g1 und T_x1 aufweist und wobei die Differenz zwischen der T_g1 und der T_x1 mindestens 5 K beträgt, wobei das erste Glas weniger als 20 Gewichts-% SiO₂, weniger als 20 Gewichts-% B₂O₃ und weniger als 40 Gewichts-% P₂O₅ enthält, Erhitzen des ersten und zweiten Glases über mindestens T_g1 hinaus und Koaleszieren mindestens des ersten Glases mit dem zweiten Glas, um den Gegenstand bereitzustellen.
(Ab) Verfahren nach Punkt (Aa), wobei die Differenz zwischen der T_g und der T₁ mindestens 25 K beträgt.
(Ac) Verfahren nach Punkt (Ab), wobei das Glas eine T₁₁ aufweist und wobei das Verhältnis der T_g1 zur T₁₁ mindestens 0,5 beträgt.
(Ad) Verfahren nach Punkt (Ac), wobei das erste Glas insgesamt weniger als 40 Gewichts-% SiO₃, B₂O₃ und P₂O₅ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(Ae) Verfahren nach Punkt (Ad), wobei das Glas ein REO-Al₂O₃-Glas ist.
(Af) Verfahren nach Punkt (Ae), wobei das Glas insgesamt mindestens 80 Gewichtsprozent Al₂O₃ und REO umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(Ag) Verfahren nach Punkt (Aa), wobei das Glas ein REO-Al₂O₃-ZrO₂-Glas ist.
(Ah) Verfahren nach Punkt (Ag), wobei das Glas insgesamt mindestens 80 Gewichtsprozent Al₂O₃, REO und ZrO₂ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(Ai) Verfahren nach Punkt (Aa), wobei der Gegenstand Glas umfasst und wobei das Verfahren ferner die Wärmebehandlung des Glases umfasst, um Glaskeramik bereitzustellen.
(Aj) Gegenstand, der gemäß dem Verfahren von Punkt (Ai) hergestellt ist.
(Ak) Verfahren nach Punkt (Aa), wobei die Differenz zwischen der T_g1 und der T_x1 mindestens 35 K beträgt.
(Al) Gegenstand, der gemäß dem Verfahren von Punkt (Aa) hergestellt ist.
(Am) Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, umfassend: Bereitstellen mindestens eines ersten Glases und eines zweiten Glases, wobei das erste Glas eine T_g1 und eine T_x1 aufweist und wobei die Differenz zwischen der T_g1 und der T_x1 mindestens 5 K beträgt, das erste Glas weniger als 20 Gewichts-% SiO₂, weniger als 20 Gewichts-% B₂O₃ und weniger als 40 Gewichts-% P₂O₅ umfasst und wobei das zweite Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide umfasst, wobei das zweite Glas eine T_g2 und eine T_x2 aufweist und wobei die Differenz zwischen der T_g2 und der T_x2 mindestens 5 K beträgt und das zweite Glas weniger als 20 Gewichts-% SiO₂, weniger als 20 Gewichts-% B₂O₃ und weniger als 40 Gewichts-% P₂O₅ umfasst. Erhitzen des Glases über die T_g1 oder T_g2 hinaus und Koaleszieren des ersten und zweiten Glases, um den Gegenstand bereitzustellen.
(An) Verfahren nach Punkt (Am), wobei die Differenz zwischen der T_g1 und der T_x1 sowie zwischen der T_g2 und der T_x2 jeweils mindestens 25 K beträgt.
(Ao) Verfahren nach Punkt (An), wobei das Verhältnis von T_g1 zu T_x1 sowie von T_g2 zu T_x2 jeweils mindestens 0,5 beträgt.
(Ap) Verfahren nach Punkt (Ao), wobei das erste Glas und das zweite Glas jeweils insgesamt weniger als 40 Gewichtsprozent SiO₂, B₂O₃ und P₂O₅ umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(Aq) Verfahren nach Punkt (Ao), wobei das Glas ein REO-Al₂O₃-Glas ist.
(Ar) Verfahren nach Punkt (Aq), wobei das Glas insgesamt mindestens 80 Gewichtsprozent Al₂O₃ und REO umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(As) Verfahren nach Punkt (Am), wobei das Glas ein REO-Al₂O₃-ZrO₂-Glas ist.
(At) Verfahren nach Punkt (As), wobei das Glas insgesamt mindestens 80 Gewichtsprozent Al₂O₃, REO und ZrO₂ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(Au) Verfahren nach Punkt (Am), wobei der Artikel Glas umfasst und wobei das Verfahren ferner die Wärmebehandlung des Glases umfasst, um Glaskeramik bereitzustellen.
(Av) Gegenstand, der gemäß dem Verfahren von Punkt (Au) hergestellt ist.
(Aw) Verfahren nach Punkt (Am), wobei die Differenz zwischen der T_g und der T_x mindestens 35 K beträgt.
(Ax) Verfahren nach Punkt (Am), wobei das erste Glas und das zweite Glas die gleiche Zusammensetzung aufweisen.
(Ay) Verfahren nach Punkt (Am), wobei das erste Glas und das zweite Glas eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen.
(Ba) Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, umfassend: Bereitstellen mindestens einer ersten Vielzahl von Partikeln, die Glas umfassen, wobei das Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide umfasst, wobei das erste Glas eine T_g und eine T_x umfasst und wobei die Differenz zwischen der T_g und der T_x des Glases mindestens 5 K beträgt und das Glas weniger als 20 Gewichts-% SiO₂, weniger als 20 Gewichts-% B₂O₃ und weniger als 40 Gewichts-% P₂O₅ enthält, Erhitzen des Glases über die T_g hinaus und Koaleszieren mindestens eines Teils der ersten Vielzahl von Partikeln, um den Gegenstand bereitzustellen.
(Bb) Verfahren nach Punkt (Ba), wobei die Differenz zwischen der T_g und der T₁ mindestens 25 K beträgt.
(Bc) Verfahren nach Punkt (Bb), wobei das Glas eine T₁ umfasst und wobei das Verhältnis der T_g zur T₁ mindestens 0,5 beträgt.
(Bd) Verfahren nach Punkt (Bc), wobei das Glas insgesamt weniger als 40 Gewichts-% SiO₃, B₂O₃ und P₂O₅ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(Be) Verfahren nach Punkt (Bc), wobei das Glas ein REO-Al₂O₃-Glas ist.
(Bf) Verfahren nach Punkt (Be), wobei das Glas insgesamt mindestens 80 Gewichtsprozent Al₂O₃ und REO umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(Bg) Verfahren nach Punkt (Bc), wobei das Glas ein REO-Al₂O₃-ZrO₂-Glas ist.
(Bh) Verfahren nach Punkt (Bg), wobei das Glas insgesamt mindestens 80 Gewichtsprozent Al₂O₃, REO und ZrO₂ umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des Glases.
(Bi) Verfahren nach Punkt (Bc), wobei der Artikel Glas umfasst und wobei das Verfahren ferner die Wärmebehandlung des Glases umfasst, um Glaskeramik bereitzustellen.
(Bj) Gegenstand, der gemäß dem Verfahren von Punkt (Bi) hergestellt ist.
(Bk) Verfahren nach Punkt (Bc), wobei die Differenz zwischen der T_g und der T_x mindestens 35 K beträgt.
(Bl) Gegenstand, der gemäß dem Verfahren von Begriff (Bc) hergestellt ist.

Die Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ferner durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, doch sollten die konkreten Materialien und deren Mengen, sowie andere Bedingungen und Einzelheiten, die in diesen Beispielen aufgeführt sind, nicht als unzulässige Begrenzung dieser Erfindung ausgelegt werden.
Beispiele
Beispiel 1
Eine Polyethylenflasche wurde mit 27,5 Gramm Aluminiumoxidpartikeln (erhältlich unter der Handelsbezeichnung „APA-0.5" von Condes Vista, Tucson, AZ), 22,5 Gramm Calciumoxidpartikeln (erhältlich von Alfa Aesar, Ward Hill, MA) und 90 Gramm Isopropylalkohol befüllt. Der Flasche wurden etwa 200 Gramm Zirkoniumoxid-Mahlmedium (erhältlich von Tosoh Ceramics, Division of Bound Brook, NJ, unter der Handelsbezeichnung „YTZ") zugesetzt und die Mischung wurde 24 Stunden lang mit 120 Umdrehungen pro Minute (rpm) gemahlen. Nach dem Mahlen wurde dass Mahlmedium entfernt und die Aufschlämmung wurde in einen Glastiegel („PYREX") gegossen, wo sie mit Hilfe einer Heißluftpistole getrocknet wurde. Die getrocknete Mischung wurde mit Mörser und Stößel zerrieben und durch ein 70-Maschen-Sieb (212 Mikrometer Öffnungsgröße) gesiebt.
Nach dem Zerreiben und Sieben wurden einige der Partikel einer Wasserstoff/Sauerstoff-Schweißbrennerflamme zugeführt. Der Schweißbrenner, der zum Schmelzen der Partikel verwendet wurde, wodurch geschmolzene Glaskügelchen erzeugt wurden, war ein Bethlehem-Tischbrenner PM2D Modell B, erhältlich von Bethlehem Apparatus Co., Hellertown, PA, der Wasserstoff und Sauerstoff mit den folgenden Raten zuführte. Für den inneren Ring betrug die Wasserstoffflussrate 8 Standerdliter pro Minute (SLPM) und die Sauerstoffflussrate 3 SLPM. Für den äußeren Ring betrug die Wasserstofffussrate 23 (SLPM) und die Sauerstoffflussrate 9,8 SLPM. Die getrockneten und sortierten Partikel wurden direkt in die Schweißbrennerflamme geführt, wo sie geschmolzen wurden und zu einer geneigten Edelstahloberfläche (etwa 51 Zentimeter (cm) (20 Inch) breit mit einem Neigungswinkel von 45 Grad), über deren Oberfläche kaltes Wasser lief (etwa 8 Liter/Minute), um Kügelchen zu bilden.
Beispiele 2 bis 9

Die Glaskügelchen der Beispiele 2 bis 9 wurden hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, nur dass die verwendeten Rohmaterialien und Rohmaterialmengen unten in Tabelle 1 aufgelistet sind und dass das Mahlen des Rohmaterials in 90 ml (Milliliter) Isopropylalkohol mit 200 Gramm Zirkoniumoxidmedium (erhältlich von Tosoh Ceramics, Division of Bound Brook, NJ unter der Handelsbezeichnung „YTZ") 24 Stunden lang mit 120 rpm durchgeführt wurde. Die Quellen des verwendeten Rohmaterials sind unten in Tabelle 2 aufgelistet. Tabelle 1

Beispiel	Gewichtprozent der Komponenten	Chargenmengen in g
2	CaO:36 Al₂O₃:44 ZrO₂:20	CaO:18 Al₂O₃:22 ZrO₂:10
3	La₂O₃:45 TiO₂:55	La₂O₃:22,5 TiO₂:27,5
4	La₂O₃:36 T1O₂:44	La₂O₃:18 T1O₂:22
5	ZrO₂:20 BaC:47,5 TiO₂:52,5	ZrO₂:10 BaC:23,75 TiO₂:26,25
6	La₂O₃:48 Al₂O₃:52	La₂O₃:24 Al₂O₃:26
7	La₂O₃:40,9 Al₂O₃:40,98 ZrO₂:18,12	La₂O₃:20,45 Al₂O₃:20,49 ZrO₂:9,06
8	La₂O₃:43 Al₂O₃:32 ZrO₂:12 SiO₂:13	La₂O₃:21,5 Al₂O₃:16 ZrO₂:6 SiO2:6,5
9	SrO:22,95 Al₂O₃:62,05 ZrO₂:15	SrO:11,47 Al₂O₃:31,25 ZrO₂:7,5

Tabelle 2

Rohmaterial	Quelle
Aluminiumoxidpartikel (Al₂O₃)	erhältlich von Condea Vista, Tucson, AZ, unter der Handelsbezeichnung „APA-0.5"
Calciumoxidpartikel (CaO)	erhältlich von Alfa Aesar, Ward Hill, MA
Lanthanoxidpartikel (La₂O₃)	erhältlich von Molycorp Inc., Mountain Pass, CA
Siliziumoxidpartikel (SiO₂)	erhältlich von Alfa Aesar
Bariumoxidpartikel (BaO)	erhältlich von Aldrich Chemical Co.
Titanoxidpartikel (TiO₂)	erhältlich von Kemira Inc., Savannah, GA
Strontiumoxidpartikel (SrO)	erhältlich von Alfa Aesar
mit Yttriumoxid stabilisierte Zirkoniumoxidpartikel (Y-PSZ)	erhältlich von Zirconia Sales, Inc. of Marietta, GA, unter der Handelsbezeichnung „HSY-3"

Verschiedene Eigenschaften/Charakteristiken einiger der Beispiele 1 bis 9 wurden wie folgt gemessen. Pulver-Röntgen-Diffraktometrie (mit Hilfe eines Röntgen-Diffraktometers (erhältlich von PHILLIPS, Mahwah, NJ, unter der Handelsbezeichnung „PHILLPS XRG 3100") mit Kupfer-K-α1-Strahlung von 1,54050 Angström)) wurde verwendet, um in den Beispielmaterialien vorhandene Phasen zu messen. Das Vorhandensein von breiten Peaks mit diffuser Intensität wurde als Anzeichen der amorphen Beschaffenheit eines Materials bewertet. Das Vorhandensein sowohl von breiten Peaks als auch von klar definierten Peaks wurde als Anzeichen des Vorhandenseins eines kristallinen Musters innerhalb einer amorphen Matrix bewertet. Die in verschiedenen Beispielen erkannten Phasen sind unten in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3

Beispiel	per Röntgen-Diffraktion erkannte Phasen	Farbe	T_g, °C	T_x, °C	Heißpresstemperatur, °C
1	amorph*	klar	850	987	985
2	amorph*	klar	851	977	975
3	amorph*	klar	799	875	880
4	amorph*	klar	821	876	880
5	amorph*	klar	724	760	815
6	amorph*	klar	855	920	970
7	amorph*	klar	839	932	965
8	amorph*	klar	836	1002	970
9	amorph*	klar	875	934	975

* Glas, das das Beispiel eine T_g aufweist

Für die Differential-Thermoanalyse (DTA) wurde ein Material gesiebt, um Glaskügelchen in einem Größenbereich von 90 bis 125 Mikrometer zu erhalten.
Die DTA-Durchläufe wurden (mit Hilfe eines Instruments, dass von Netzsch Gerätebau GmbH, Selb, Deutschland unter dem Handelsnamen „NETZSCH STA 409 DTA/TGA" erhältlich ist) vorgenommen. Die Menge jeder gesiebten Probe, die in einen 100-Mikroliter-Al2O3-Probenhalter gegeben wurde, betrug 400 Milligramm. Jede Probe wurde in statischer Luft mit einer Rate von 10°C/Minute von Raumtemperatur (etwa 25°C) auf 1200°C erhitzt.
In 1 stellt die Linie 345 die aufgezeichneten DTA-Daten für das Material von Beispiel 1 dar. In 1, Linie 345, wies das Material bei einer Temperatur um 799°C ein endothermes Ereignis auf, wie die abwärts gerichtete Kurve der Linie 345 beweist. Es wurde angenommen, dass dieses Ereignis aufgrund des Glasübergangs (T_g) des Materials auftrat. Bei etwa 875°C wurde ein exothermes Ereignis beobachtet, wie der scharfe Peak in Linie 345 beweist. Es wurde angenommen, dass dieses Ereignis aufgrund der Kristallisation (T_x) des Materials auftrat. Diese T_g- und T_x-Werte sind oben in Tabelle 3 für die anderen Beispiele angegeben.
2 bis 6 zeigen die aufgezeichneten DTA-Daten für die Beispiele 2, 5, 6, 7 beziehungsweise 9.
Für jedes der Beispiel 1 bis 9 wurden etwa 25 Gramm der Glaskügelchen in eine Graphit-Matrize gegeben und mit Hilfe einer einachsigen Pressvorrichtung (erhältlich von Thermal Technology Inc., Brea, CA, unter der Handelsbezeichnung „HP-50") heißgepresst. Das Heißpressen wurde in einer Argonumatmosphäre und unter einem Druck von 13,8 Megapascal (MPa) (2000 Pound/Quadratinch (2 psi)) ausgeführt. Die Heißpresstemperatur, bei der ein merklicher Glasfluss auftrat, wie er von der Verdrängungssteuereinheit der oben beschriebenen Heißpressanlage angezeigt wird, ist oben in Tabelle 3 für die Beispiele 1 bis 9 dargestellt. Wortliste Figuren

English Deutsch

Fig. 1 bis 6

Temperature Temperatur
Die Dezimalpunkte an den y-Achsen sind durch Kommata zu ersetzen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Glas, umfassend: Bereitstellen eines Substrates, das eine äußere Oberfläche enthält, das Bereitstellen mindestens eines ersten Glases, wobei das erste Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide umfasst, wobei das erste Glas eine T_g und eine Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x aufweist und wobei die Differenz zwischen der T_g und der Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x des ersten Glases mindestens 5 K beträgt, wobei das Glas weniger als 20 Gewichts-% SiO₂, weniger als 20 Gewichts-% B₂O₃ und weniger als 40 Gewichts-% P₂O₅ enthält, Erhitzen des ersten Glases über die T_g hinaus auf eine solche Temperatur, dass mindestens ein Teil des Glases mindestens einen Teil der äußeren Oberfläche des Substrats benetzt, wenn es mit dieser in Kontakt ist, und Abkühlen des Glases, um einen Gegenstand bereitzustellen, der Keramik umfasst, welche das Glas umfasst, das an mindestens einem Teil der äußeren Oberfläche des Substrates befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Differenz zwischen der T_g und der Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x mindestens 25 K beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine erste Mehrzahl von Partikeln das Glas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Differenz zwischen der T_g und der Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x mindestens 25 K beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, umfassend: Bereitstellen mindestens eines ersten Glases und zweiten Glases, wobei das erste Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide umfasst, wobei das erste Glas eine T_g1 und eine Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x1 aufweist und wobei die Differenz zwischen der T_g1 und der Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x1 mindestens 5 K beträgt, wobei das erste Glas weniger als 20 Gewichts-% SiO₂, weniger als 20 Gewichts-% B₂O₃ und weniger als 40 Gewichts-% P₂O₅ enthält, Erhitzen des ersten und zweiten Glases über mindestens T_g1 hinaus und Koaleszieren mindestens des ersten Glases mit dem zweiten Glas, um den Gegenstand bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Differenz zwischen der T_g1 und der Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x1 mindestens 25 K beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das zweite Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide umfasst, wobei das zweite Glas eine T_g2 und eine Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x2 aufweist und wobei die Differenz zwischen der T_g2 und der Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x2 mindestens 5 K beträgt, wobei das zweite Glas weniger als 20 Gewichts-% SiO₂, weniger als 20 Gewichts-% B₂O₃ und weniger als 40 Gewichts-% P₂O₅ enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Differenz zwischen der T_g1 und der Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x1 sowie zwischen der T_g2 und der Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x2 mindestens 25 K beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, umfassend: Bereitstellen mindestens einer ersten Mehrzahl von Partikeln, die Glas umfassen, wobei das Glas mindestens zwei verschiedene Metalloxide umfasst, wobei das Glas eine T_g und eine Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x aufweist und wobei die Differenz zwischen der T_g und der Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x des Glases mindestens 5 K beträgt, wobei das Glas weniger als 20 Gewichts-% SiO₂, weniger als 20 Gewichts-% B₂O₃ und weniger als 40 Gewichts-% P₂O₅ enthält, Erhitzen des Glases über die T_g hinaus und Koaleszieren mindestens eines Teils der ersten Mehrzahl von Partikeln, um den Gegenstand bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Differenz zwischen der T_g und der Temperatur des Kristallisationsbeginns T_x mindestens 25 K beträgt.