專利名稱：包括Al的制作方法
背景多種無定形(包括玻璃)和玻璃-陶瓷組合物是公知的。多種氧化物玻璃體系使用公知的玻璃-形成體(如SiO2，B2O3，P2O5，GeO2，TeO2，As2O3和V2O5)以形成玻璃。一些玻璃可經(jīng)熱處理形成玻璃陶瓷。
概述在一個方面中，本發(fā)明提供玻璃和玻璃-陶瓷，它們包括(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。在一些實施方案中，玻璃存在于陶瓷中(即，陶瓷包括玻璃)。可選擇地，本發(fā)明實施方案的玻璃可經(jīng)熱處理使至少部分玻璃轉(zhuǎn)化成結(jié)晶陶瓷，從而提供玻璃-陶瓷。
本發(fā)明實施方案的玻璃可用于例如光學(xué)應(yīng)用(例如，透鏡，光學(xué)涂層，反光元件，窗口(例如，紅外(IR)窗口)和光波導(dǎo))。本發(fā)明一些實施方案的玻璃(例如，用于光波導(dǎo)中的那些)可用作稀土摻雜劑的主體材料，其中如果″稀土摻雜劑″和″REO″都存在于玻璃中，那么稀土摻雜劑和REO是不同的。
在一些實施方案中，本發(fā)明提供一種玻璃，按玻璃總重計，其總體上包括至少70(在一些實施方案中，至少75，80，85，90，95，97，98，99，或甚至100)wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，并總體上含有不超過30(在一些實施方案中，不超過25，20，15，10，9，8，7，6，5，4，3，2，1，0.5，0.1，或甚至0)wt.％的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5。在一些實施方案中，按玻璃總重計，玻璃包括至少1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，或甚至至少70wt.％的Al2O3，至少1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，或甚至至少70wt.％的Y2O3；至少1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，或甚至至少35wt.％的ZrO2(在一些實施方案中，ZrO2和/或(總體上包括)HfO2)；和/或至少1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，或甚至至少70wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。在一些實施方案中，按玻璃總重計，該玻璃包括至少1(在一些實施方案中，至少2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，或甚至至少80)wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。在一些實施方案中，本發(fā)明提供一種陶瓷，其包括所述玻璃(在一些實施方案中，至少1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，96，97，98，99，或甚至100vol.％的所述玻璃)。
在一些實施方案中，本發(fā)明提供一種玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，其總體上包括至少70(在一些實施方案中，至少75，80，85，90，95，97，98，99，或甚至100)wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，并總體上含有不超過30(在一些實施方案中，不超過25，20，15，10，9，8，7，6，5，4，3，2，1，0.5，0.1，或甚至0)wt.％的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5。在一些實施方案中，按玻璃-陶瓷總重計，該玻璃-陶瓷包括至少1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，或甚至至少70wt.％的Al2O3，至少1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，或甚至至少70wt.％的Y2O3；至少1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，或甚至至少35wt.％的ZrO2或HfO2中的至少一種；和/或至少1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，或甚至至少70wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。在一些實施方案中，按玻璃-陶瓷總重計，該玻璃-陶瓷包括至少1(在一些實施方案中，至少2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，或甚至至少80)wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
對于一些實施方案而言，本發(fā)明的玻璃，玻璃-陶瓷和結(jié)晶陶瓷還包括至少一種另外的金屬氧化物(例如，Y2O3，MgO，TiO2，Cr2O3，CuO，SrO，Li2O，NiO和/或Fe2O3)。對于一些實施方案而言，本發(fā)明的玻璃，玻璃-陶瓷和結(jié)晶陶瓷，分別按玻璃，玻璃-陶瓷和結(jié)晶陶瓷總重計，含有不超過20(在一些實施方案中，小于15，10，5，4，3，2，1，0.5，0.1，或甚至0)wt.％的SiO2和不超過20(在一些實施方案中，不超過15，10，5，4，3，2，1，0.5，0.1，或甚至0)wt.％的B2O3。
本發(fā)明一些實施方案的玻璃-陶瓷可以包括玻璃-陶瓷中的玻璃，按玻璃-陶瓷總體積計，其量例如為至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，或甚至95vol.％。本發(fā)明一些實施方案的玻璃-陶瓷可以包括玻璃-陶瓷中的結(jié)晶陶瓷，按玻璃-陶瓷總體積計，其量例如為至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99，或甚至100vol.％。
在一些實施方案中，本發(fā)明提供制造本發(fā)明的玻璃的方法，該方法包括熔融下述物質(zhì)來源(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，以提供熔融體；和冷卻熔融體，以提供所述玻璃。在一些實施方案中，玻璃存在于陶瓷中(即，陶瓷包括玻璃)。在一些實施方案中，玻璃可經(jīng)熱處理使至少部分玻璃轉(zhuǎn)化成結(jié)晶陶瓷，從而提供玻璃-陶瓷。
在一些實施方案中，本發(fā)明提供一種制造包括本發(fā)明玻璃的物品的方法，該方法包括提供包括本發(fā)明玻璃的玻璃珠(例如，根據(jù)應(yīng)用，熔融至少下述物質(zhì)來源(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，以提供熔融體；冷卻該熔融體，以提供所述玻璃珠)，其中玻璃具有Tg；和加熱玻璃珠高于Tg，使得玻璃珠聚結(jié)成形，從而提供所述物品。在一些實施方案中，物品中的玻璃可經(jīng)熱處理使至少部分玻璃轉(zhuǎn)化成結(jié)晶陶瓷，從而提供玻璃-陶瓷。
在一些實施方案中，本發(fā)明提供一種制造包括本發(fā)明玻璃的物品的方法，該方法包括提供包括本發(fā)明玻璃的玻璃珠(例如，根據(jù)應(yīng)用，熔融至少下述物質(zhì)來源(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，以提供熔融體；冷卻熔融體，以提供所述玻璃珠)，其中所述玻璃具有Tg；和加熱玻璃珠高于Tg，使得玻璃珠聚結(jié)成形，從而提供所述物品。在一些實施方案中，所述物品中的玻璃可經(jīng)熱處理使至少部分玻璃轉(zhuǎn)化成結(jié)晶陶瓷，從而提供玻璃-陶瓷。
在一些實施方案中，本發(fā)明提供一種制造包括本發(fā)明玻璃的物品的方法，該方法包括提供包括本發(fā)明玻璃的玻璃粉末(例如，使本發(fā)明的玻璃珠轉(zhuǎn)化提供該玻璃粉末)，其中所述玻璃具有Tg；和加熱所述玻璃粉末高于Tg，使得玻璃粉末聚結(jié)成形，從而提供所述物品。在一些實施方案中，所述物品中的玻璃可經(jīng)熱處理使至少部分玻璃轉(zhuǎn)化成結(jié)晶陶瓷，從而提供玻璃-陶瓷。可選擇地，通過使本發(fā)明的玻璃(例如，玻璃珠和/或大塊玻璃)轉(zhuǎn)化(例如，壓碎)成玻璃粉末，從而提供玻璃粉末。
在一些實施方案中，使本發(fā)明的玻璃-陶瓷轉(zhuǎn)化(例如，壓碎)，從而提供粒子(例如，研磨粒子)。
在本申請中″無定形材料″指衍生于熔融體和/或氣相的材料，其缺少根據(jù)X-射線衍射測定的任何長范圍晶體結(jié)構(gòu)和/或具有按稱為″差熱分析″的測試根據(jù)DTA(差熱分析)測定的相應(yīng)于無定形材料結(jié)晶的放熱峰；″陶瓷″包括玻璃，結(jié)晶陶瓷，玻璃-陶瓷和其組合；″復(fù)合金屬氧化物″指包括兩種或多種不同金屬元素和氧的金屬氧化物(例如，CeAl11O18，Dy3Al5O12，MgAl2O4和Y3Al5O12)；″復(fù)合Al2O3-金屬氧化物″指按理論氧化物計包括Al2O3和一種或多種除Al之外的金屬元素的復(fù)合金屬氧化物(例如，CeAl11O18，Dy3Al5O12，MgAl2O4和Y3Al5O12)；″復(fù)合Al2O3-Y2O3″指按理論氧化物計包括Al2O3和Y2O3的復(fù)合金屬氧化物(例如，Y3Al5O12)；″復(fù)合Al2O3-REO″指按理論氧化物計包括Al2O3和稀土氧化物的復(fù)合金屬氧化物(例如，CeAl11O18和Dy3Al5O12)；″玻璃″指具有玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的無定形材料；″玻璃-陶瓷″指包括經(jīng)加熱處理玻璃形成的晶體的陶瓷；″Tg″指按稱為″差熱分析″的測試測定的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度；″Tx″指按稱為″差熱分析″的測試測定的結(jié)晶溫度；″稀土氧化物″指鈰氧化物(例如，CeO2)，氧化鏑(例如，Dy2O3)，氧化鉺(例如，Er2O3)，氧化銪(例如，Eu2O3)，氧化釓(例如，Gd2O3)，氧化鈥(例如，Ho2O3)，氧化鑭(例如，La2O3)，氧化镥(例如，Lu2O3)，氧化釹(例如，Nd2O3)，氧化鐠(例如，Pr6O11)，氧化釤(例如，Sm2O3)，氧化鋱(例如，Tb2O3)，氧化釷(例如，Th4O7)，氧化銩(例如，Tm2O3)，和氧化鐿(例如，Yb2O3)，和其組合；″REO″指稀土氧化物；和″稀土摻雜劑″指響應(yīng)于電子激勵而發(fā)光的摻雜劑(即，鈰，鐠，釹，钷，釤，銪，釓，鋱，鏑，鈥，鉺，銩，鐿，或它們的其他化合物，和其混合物)，并且是不同于REO的材料。
此外，應(yīng)該理解，除非說明金屬氧化物(例如，Al2O3，復(fù)合Al2O3金屬氧化物等)是晶體，例如，在玻璃-陶瓷中，那么其可以是晶體，或部分玻璃和部分晶體。例如，如果玻璃-陶瓷包括Al2O3和ZrO2，那么Al2O3和ZrO2中每一個可以是玻璃態(tài)，結(jié)晶態(tài)，或部分是玻璃態(tài)和部分是結(jié)晶態(tài)，或甚至是與另一種金屬氧化物的反應(yīng)產(chǎn)物(例如，除非說明Al2O3是以結(jié)晶Al2O3或特定晶相Al2O3(例如，αAl2O3)存在，那么其可以結(jié)晶Al2O3和/或一種或多種結(jié)晶復(fù)合物Al2O3-金屬氧化物的一部分存在)。
本發(fā)明一些實施方案的陶瓷(例如，玻璃和玻璃-陶瓷)可以制造成、形成或轉(zhuǎn)化成珠粒(例如，珠粒的直徑至少1微米，5微米，10微米，25微米，50微米，100微米，150微米，250微米，500微米，750微米，1mm，5mm，或甚至至少10mm)，物品(例如，板)，纖維，粒子，和涂層(例如，薄涂層)。實施方案的珠粒例如可用于反射裝置中，如反光板，字母數(shù)字板和人行道標(biāo)記。實施方案的粒子和纖維例如用作，熱絕緣，填料，或復(fù)合體(例如，陶瓷，金屬或聚合基質(zhì)復(fù)合體)中的增強材料。實施方案的薄涂層例如可用作涉及磨損應(yīng)用和熱處理的保護涂層。本發(fā)明的實施例物品包括廚房用具(例如，板)，牙科支架，和增強纖維，切割工具插入物，研磨材料，和氣體發(fā)動機的結(jié)構(gòu)元件(例如，閥和軸承)。其他物品的示例性實施方案包括在身體或其他基底外表面上具有玻璃-陶瓷的保護涂層的那些。根據(jù)本發(fā)明制造的某些玻璃-陶瓷粒子尤其可用作研磨粒子。研磨粒子可加到研磨物品中，或以松散形式使用。
在一個方面中，本發(fā)明提供一種光波導(dǎo)，其包括基底(例如，硅或SiO2中的至少一種)；和在該基底表面上用稀土摻雜劑摻雜的本發(fā)明的玻璃。在一些實施方案中，所述基底是下部的低折射率層，且還包括上部的低折射率層。
在一個方面中，本發(fā)明提供一種光波導(dǎo)，其包括玻璃纖維，該玻璃纖維具有芯材料和包圍該芯材料的包層，其中該芯材料包括用稀土摻雜劑摻雜的本發(fā)明的玻璃。
在一個方面中，本發(fā)明提供一種光學(xué)放大器，其包括用于提供光學(xué)泵浦光的光泵浦源；和用于從光泵浦源接收光學(xué)泵浦光的耦合光波導(dǎo)，其中該光波導(dǎo)包括用稀土摻雜劑摻雜的本發(fā)明的玻璃。
在一個方面中，本發(fā)明提供一種放大光信號的方法，該方法包括將該光信號輸入至包括用稀土摻雜劑摻雜的本發(fā)明的玻璃的光波導(dǎo)；和施加泵浦光至所述光波導(dǎo)，使該波導(dǎo)對光學(xué)輸入信號提供光增益。
附圖簡要說明

圖1為本發(fā)明所述光波導(dǎo)示例性實施方案的截面圖。
圖2為本發(fā)明所述光波導(dǎo)另一個示例性實施方案的截面圖。
圖3為本發(fā)明所述光波導(dǎo)另一個示例性實施方案的截面圖。
圖4為本發(fā)明所述光波導(dǎo)另一個示例性實施方案的截面圖。
圖5為本發(fā)明所述光波導(dǎo)另一個示例性實施方案的截面圖。
圖6為本發(fā)明所述光波導(dǎo)另一個示例性實施方案的截面圖。
圖7是本發(fā)明光波導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)的示例性實施方案。
圖8和9分別是實施例15和16材料的掃描電子顯微鏡(SEM)的數(shù)碼相片。
詳細說明本發(fā)明實施方案的玻璃用于光波導(dǎo)中。參照圖1，表明本發(fā)明一個示例性實施方案的示例性光波導(dǎo)10的截面圖。光波導(dǎo)10沉積在硅基底12上，包括稀土摻雜層14。稀土摻雜層14夾在兩個包層之間，即下部的低折射率層16和上部的低折射率層18。圖1的光波導(dǎo)僅用于舉例。所述的玻璃可用于使用摻雜材料的任何波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中。
本發(fā)明的光波導(dǎo)也可以包括被稱為″通道″波導(dǎo)，″脊形″波導(dǎo)，″帶狀負載″波導(dǎo)，和″擴散″或″離子交換″波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)和纖維形式的波導(dǎo)。圖2-6表明這些實施方案的截面圖，記作波導(dǎo)100，200，300，400，和500。參照圖2-4，稀土摻雜的玻璃102，202，302，402與沉積在硅基底上的下部低折射率層104，204，304，404接近。在一些實施方案中，上部低折射率層206，306與稀土摻雜的玻璃202，302接觸。參照圖6，稀土摻雜的玻璃芯502被低折射率包層504包圍。用于本發(fā)明光波導(dǎo)中的低折射率材料的例子包括SiO2，SiON，和包括例如鑭，鋁，和/或氧化鋯的玻璃(未摻雜的)。在一些情況下，可能需要使用下面闡述的未摻雜的玻璃作為光波導(dǎo)的玻璃。
圖7表明包括光波導(dǎo)22的示例性標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)20。光信號通過光隔離器24和波導(dǎo)分復(fù)用(WDM)耦合器26輸入進光波導(dǎo)22。光泵浦源28的光泵浦信號也通過WDM耦合器26輸入進光波導(dǎo)22。光波導(dǎo)22的放大輸出信號通過第二光隔離器30輸出。光隔離器22，30分別用于避免從光波導(dǎo)22到輸入口和從輸出口的向后反射。上述波導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)僅用于舉例說明。關(guān)于波導(dǎo)放大器更詳細的信息可參見美國專利6,490,081 B1(Feillens等)。本發(fā)明的光波導(dǎo)可以任何結(jié)構(gòu)用在放大光信號中。
本發(fā)明的陶瓷(包括玻璃和玻璃-陶瓷)可通過選擇原料、所需的組成、和處理技術(shù)來制備。
(按理論氧化物計)Al2O3的來源(包括商業(yè)來源)包括礬土(包括天然礬土和合成礬土)，煅燒礬土，水合氧化鋁(例如，水軟鋁石和水鋁礦)，鋁，Bayer法氧化鋁，鋁礦石，γ氧化鋁，α氧化鋁，鋁鹽，硝酸鋁，和其組合。Al2O3來源可以含有或僅提供Al2O3?？蛇x擇地，Al2O3來源可以含有或提供Al2O3及一種或多種除Al2O3之外的金屬氧化物(包括復(fù)合Al2O3-金屬氧化物或含有復(fù)合Al2O3-金屬氧化物的材料(例如，Dy3Al5O12，Y3Al5O12，CeAl11O18等))。
Nb2O5的來源(包括商業(yè)來源)包括氧化鈮粉末，含鈮礦石(例如，鈮鐵礦，鉭鐵礦和黑稀金礦)，鈮鹽，鈮金屬和其組合。
Ta2O5的來源(包括商業(yè)來源)包括氧化鉭粉末，含鉭礦石(例如，鈮鐵礦，鉭鐵礦和黑稀金礦)，鉭鹽，鉭金屬和其組合。
(按理論氧化物計)Y2O3的來源(包括商業(yè)來源)包括氧化釔粉末，釔，含釔礦石和釔鹽(例如，碳酸釔，硝酸釔，氯化釔，氫氧化釔，和其組合)。Y2O3來源可以含有或僅提供Y2O3。可選擇地，Y2O3來源可以含有或提供Y2O3及一種或多種除Y2O3之外的金屬氧化物(包括復(fù)合Y2O3-金屬氧化物或含有復(fù)合Y2O3-金屬氧化物的材料(例如，Y3Al5O12))。
(按理論氧化物計)ZrO2的來源(包括商業(yè)來源)包括氧化鋯粉末，鋯砂，鋯，含鋯礦石，和鋯鹽(例如，碳酸鋯，醋酸鋯，硝酸鋯，氯化鋯，氫氧化鋯，和其組合)。此外，或可選擇地，ZrO2來源可以含有或提供ZrO2，及其他金屬氧化物(如二氧化鉿)。(按理論氧化物計)HfO2的來源(包括商業(yè)來源)包括氧化鉿粉末，鉿，含鉿礦石，和鉿鹽。此外，或可選擇地，HfO2來源可以含有或提供HfO2，及其他金屬氧化物如ZrO2。
對于包括ZrO2和HfO2的實施方案而言，ZrO2∶HfO2的重量比可以為1∶0(即，全部是ZrO2；沒有HfO2)～0∶1，及例如至少約99，98，97，96，95，90，85，80，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10和5(重量)份的ZrO2和相應(yīng)量的HfO2(例如，至少約99(重量)份的ZrO2和不大于約1份的HfO2)和至少約99，98，97，96，95，90，85，80，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10和5份的HfO2和相應(yīng)量的ZrO2。
按理論氧化物計，其他有用的金屬氧化物也可以包括BaO，CaO，Cr2O3，CoO，F(xiàn)e2O3，GeO2，Li2O，MgO，MnO，NiO，Na2O，REO，Sc2O3，SrO，TiO2，ZnO和其組合。來源(包括商業(yè)來源)包括氧化物本身，金屬粉末，復(fù)合氧化物，礦石，碳酸鹽，醋酸鹽，硝酸鹽，氯化物，氫氧化物等。例如，稀土氧化物的來源(包括商業(yè)來源)包括稀土氧化物粉末，稀土金屬，含稀土礦石(例如，bastnasite和獨居石)，稀土鹽，稀土硝酸鹽，和稀土碳酸鹽。稀土氧化物來源可以含有或僅提供稀土氧化物。可選擇地，稀土氧化物來源可以含有或提供稀土氧化物及一種或多種除稀土氧化物之外的金屬氧化物(包括復(fù)合稀土氧化物-其他金屬氧化物或含有復(fù)合稀土氧化物-其他金屬氧化物的材料(例如，Dy3Al5O12，CeAl11O18等))。
在一些實施方案中，有利地是，通過將包括至少一種金屬M(例如，Al，Ca，Cu，Cr，F(xiàn)e，Li，Mg，Ni，Ag，Ti，Zr和其組合)的粒狀金屬性材料(具有氧化物形成時的負焓)或其合金加到熔融體中，或?qū)⑺鼈兣c其他原料混合，從而得到至少部分金屬氧化物來源(在一些實施方案中，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，或甚至100wt.％)。盡管不限于理論，但是可以認為金屬氧化放熱反應(yīng)中生成的熱量有益于形成均勻熔融體和得到玻璃。例如，可以認為，氧化反應(yīng)在原料中產(chǎn)生的額外熱量可以避免、最小化或至少減小不充分的熱傳遞，從而促進熔融體形成和均質(zhì)化，尤其是當(dāng)形成x，y，和z尺寸大于50(大于100，或甚至大于150)微米的玻璃粒子時。還可以認為，額外的熱量有助于驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)和物理過程(例如，致密化和球狀化)的完成。此外，可以認為，對于一些實施方案而言，存在氧化反應(yīng)生成的額外熱量實際上可以形成因材料熔點高而難于形成或不能形成熔融體。此外，存在氧化反應(yīng)生成的額外熱量實際上可以形成不能以其他方式制造或不能制成所需尺寸范圍的玻璃。本發(fā)明的另一個優(yōu)點包括在形成玻璃時，在短時間內(nèi)可以實現(xiàn)多個化學(xué)和物理過程，如熔融，致密化和球狀化，從而得到極高的淬火速率。其他細節(jié)請參見2002年8月2日提交的共同未決的美國申請10/211,639。
在本發(fā)明一個方面中，獨立地加入各原料以形成熔融混合物。在本發(fā)明另一個方面中，將某些原料混合在一起，而將其他原料獨立地加到熔融混合物中。在一些實施方案中，例如，在熔融前將各原料混合到一起?？梢匀魏芜m宜和公知的方式混合原料，以形成基本上均勻的混合物。這些混合技術(shù)包括球磨，混合，滾轉(zhuǎn)等。球磨中的研磨介質(zhì)可以是金屬球，陶瓷球等。陶瓷研磨介質(zhì)可以是例如氧化鋁，氧化鋯，氧化硅，氧化鎂等。球磨可以在干燥、水性環(huán)境或溶劑基(例如，異丙醇)環(huán)境中進行。如果原料含有金屬粉末，那么在研磨中通常需要使用溶劑。這種溶劑可以是具有適當(dāng)閃點并具有分散原料的能力的材料。研磨時間可以是幾分鐘到幾天，通常為幾小時到24小時。在濕潤或溶劑基研磨體系中，通常通過干燥除去液體介質(zhì)，從而得到的混合物通常是均勻的，且基本上沒有水和/或溶劑。如果使用溶劑基研磨體系，那么在干燥過程中，使用溶劑回收系統(tǒng)來回收溶劑。干燥后，得到的混合物可以是″干燥餅″形式。然后在熔融之前，可將餅狀混合物打碎或?qū)⑵鋲核槌伤枇Ｗ映叽?。可選擇地，例如，可以使用噴射干燥技術(shù)。后者通常提供所需氧化物混合物的球形顆粒。通過濕化學(xué)方法(包括沉淀和溶膠-凝膠)也可以制備前體材料。如果需要極高水平的均勻化，那么這種方法是有利的。
通常選擇粒狀原料的粒子尺寸，使得可以快速地形成均勻熔融體。通常，具有相對較小的平均粒子尺寸和較窄分布的原料適用于此。在一些方法中(例如，火焰成形和等離子體噴射)，特別需要的粒狀原料是平均粒子尺寸約5nm～約50微米的那些(在一些實施方案中，約10nm～約20微米，或甚至約15nm～約1微米)，其中至少90(在一些實施方案中95，或甚至100)wt.％的粒子是所述的原料，盡管可以使用這種尺寸和范圍外的尺寸。尺寸小于約5nm的粒子難于處理(例如，進料粒子的流動性能不是所需要的，因為它們的流動性能較差)。常用于火焰成形或等離子體噴射法中的粒子大于約50微米，它們更難得到均勻熔融體和玻璃和/或所需的組合物。
此外，在一些情況下，例如，當(dāng)將粒狀材料加到火焰或熱或等離子體噴射裝置中用于形成熔融體時，需要一定粒子尺寸范圍的粒狀原料。盡管不限于理論，但是可以認為這樣可最大化進料粒子的包裝密度和強度。如果原料粉末過于粗糙，物料和得到的熔融粒子可能不具有所需的組成或均勻性。通常，最粗糙的原料粒子應(yīng)該小于所需的熔融體或玻璃粒子尺寸。此外，過于粗糙的原料粒子在進料粒子中熱和機械壓力不足，例如，在火焰成形或等離子體噴射步驟中。這種情況下的最終結(jié)果通常是進料的粒子碎裂成小碎片，組成均勻性受損，所需玻璃的粒子尺寸受損，或甚至不完全熔融，因為碎片通常在熱源之外的多個方向改變它們的軌道。
玻璃和包括玻璃的陶瓷例如可通過如下步驟制造加熱(包括火焰或等離子體)適合的金屬氧化物來源以形成熔融體，(優(yōu)選均勻熔融體)，然后冷卻熔融體提供玻璃。一些實施方案的玻璃例如可通過在任何適合的爐子中(例如，感應(yīng)或電阻加熱爐，氣燃爐，或電弧爐)熔融金屬氧化物來源來制造。
通常通過相對快速地冷卻熔融材料(即，熔融體)得到玻璃?？傻玫讲ＡУ拇慊鹚俾?即，冷卻時間)取決于多種因素，包括熔融體的化學(xué)組成，組分形成玻璃的能力，熔融體和得到的玻璃的熱性能，處理技術(shù)，得到的玻璃的尺寸和質(zhì)量，和冷卻技術(shù)。通常，需要相對較高的淬火速率形成包括大量Al2O3(即，大于75wt.％的Al2O3)的玻璃，特別是在沒有公知的玻璃形成體(如SiO2，B2O3，P2O5，GeO2，TeO2，As2O3，和V2O5)時。相似地，更難于將熔融體冷卻成大尺寸玻璃，因為更難于足夠快地除去熱量。
在本發(fā)明一些實施方案中，原料加熱成粒狀的熔融態(tài)，然后冷卻成玻璃粒子。通常，粒子的粒子尺寸大于25微米(在一些實施方案中，大于50，100，150或甚至200微米)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法制造玻璃時的淬火速率應(yīng)高于102，103，104，105或甚至106℃/sec(即，即分別在小于10秒，小于1秒，小于0.1秒，小于0.01秒或甚至小于0.001秒的時間內(nèi)，溫度從熔融態(tài)下降1000℃)。冷卻熔融體的技術(shù)包括將熔融體注到冷卻介質(zhì)中(例如，高速空氣射流，液體(例如，冷水)，金屬板(包括冷凍的金屬板)，金屬輥(包括冷凍的金屬輥)，金屬球(包括冷凍的金屬球)等)。本領(lǐng)域中已知的其他冷卻技術(shù)包括冷軋。例如通常在20-200℃下(高于熔點)熔融金屬氧化物來源，和在高壓下(例如，使用氣體，如空氣，氬氣，氮氣等)將其噴射到高速旋轉(zhuǎn)輥上冷卻熔融體/使熔融體淬火，從而進行冷軋。通常，輥子由金屬制成，并用水冷卻。金屬疊箱鑄型也可用于冷卻熔融體/使熔融體淬火。
冷卻速率可以影響淬火的玻璃的性能。例如，玻璃的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，密度和其他性能通常會隨冷卻速率的變化而變化。
快速冷卻也可以在可控氣氛中進行，如還原、中性或氧化環(huán)境中，從而在冷卻過程中保持和/或影響所需的氧化態(tài)等。氣氛通過影響過冷卻液體的結(jié)晶動力學(xué)，也可以影響玻璃形成。例如，據(jù)報道，未結(jié)晶的過冷卻Al2O3熔融體存在于氬氣中，而不是空氣中。
在一個方法中，可以使用火焰熔化制造玻璃和包括玻璃的陶瓷，例如，公開在美國專利6,254,981(Castle)中。在此方法中，金屬氧化物來源(例如，粒子形式，有時稱作″進料粒子″)直接加到燃燒器(例如，甲烷-空氣燃燒器，乙炔-氧燃燒器，氫-氧燃燒器等)中，然后淬火，例如，在水、冷卻油、空氣中等。加到火焰中的進料粒子的尺寸通常決定了包括玻璃的生成粒子的尺寸。
一些實施方案的玻璃也可通過其他技術(shù)得到，如自由冷卻的激光旋轉(zhuǎn)熔融法，Taylor絲技術(shù)，等離子體發(fā)生器技術(shù)，鐵錘和鐵砧技術(shù)，離心淬火，空氣槍薄板冷卻，單輥和雙輥淬火，輥-板淬火，和下垂熔融體提取(參見，例如，Rapid Solidification of Ceramics，Brockway等，Metals And Ceramics Information Center，A Department of DefenseInformation Analysis Center，Columbus，OH，January，1984)。一些實施方案的玻璃也可通過其他技術(shù)得到，如熱解(包括火焰或激光或等離子體輔助)適合的前體，金屬前體的物理氣相合成(PVS)和機械化學(xué)處理法。
用于形成熔融體，冷卻熔融體/使熔融體淬火，和/或形成玻璃的其他技術(shù)包括氣相淬火，等離子體噴射，熔融體-提取，和氣體或離心霧化。例如可以通過噴射進行氣相淬火，其中金屬合金或金屬氧化物來源形成噴射靶。該靶固定在噴射裝置中的預(yù)定位置，待涂覆的基底置于相對靶的位置。在常用10-3torr的氧氣和Ar氣壓力下，在靶和基底間產(chǎn)生放電，Ar或氧離子撞擊靶，發(fā)生反應(yīng)噴射，從而在基底上沉積成組合物膜。關(guān)于等離子體噴射的其他細節(jié)，參見例如，2002年8月2日提交的共同未決的美國申請10/211,640。
氣體霧化包括加熱物料粒子，使其轉(zhuǎn)化成熔融體。通過與分裂性的空氣射流(即，氣流分成細滴)接觸，霧化這種熔融體。然后回收基本上分散并通常是橢圓形的玻璃粒子(例如，珠粒)。珠粒尺寸的實例包括直徑為約5微米～約3mm的那些。熔融體-提取例如可按美國專利5,605,870(Strom-Olsen等)所述的進行。使用激光束加熱的無模玻璃形成技術(shù)(Container-less glass forming techniques)例如公開在美國專利6,482,758(Weber)中，也可用于制造玻璃。
通常，本發(fā)明制造出的玻璃-陶瓷，和用于制造這種玻璃-陶瓷的一些玻璃和包括玻璃的陶瓷，具有相互垂直的x，y和z尺寸，其中x，y和z尺寸中的每一個為至少10微米。在一些實施方案中，如果聚結(jié)，x，y和z尺寸至少30微米，35微米，40微米，45微米，50微米，75微米，100微米，150微米，200微米，250微米，500微米，1000微米，2000微米，2500微米，5mm，或甚至至少10mm。取決于尺寸的數(shù)量級，通過目測或使用顯微鏡測定材料的x，y和z尺寸。所報道的z尺寸例如是球直徑、涂層厚度或棱形的最小尺寸。
加入某些其他金屬氧化物可以改變本發(fā)明制備的玻璃-陶瓷的性能和/或結(jié)晶結(jié)構(gòu)或微結(jié)構(gòu)，以及在陶瓷制造中原料和中間體的處理。例如，氧化物加入物如CaO，Li2O，MgO和Na2O可以改變玻璃的Tg和Tx(其中Tx是結(jié)晶化溫度)。盡管不希望限于理論，但是可以認為，這種加入物影響玻璃形成。此外，例如，這種氧化物加入物可以降低整個體系的熔融溫度(即，驅(qū)動體系向低熔融共晶發(fā)展)，并易于形成玻璃。在多組分體系中(四元體系等)，基于復(fù)合共晶的組合物具有更好的玻璃形成能力。通過加入除了特別需要的氧化物之外的金屬氧化物，也可影響液態(tài)熔融體的粘度和在其工作范圍內(nèi)的玻璃粘度。
通過加入各種材料，也可影響玻璃和包括玻璃以形成玻璃-陶瓷的陶瓷的結(jié)晶化。例如，某些金屬，金屬氧化物(例如，鈦酸鹽和鋯酸鹽)，和氟化物可用作成核劑，從而使晶體異質(zhì)成核。此外，加入一些氧化物可以改變經(jīng)再加熱玻璃而失去光澤的亞穩(wěn)相的性質(zhì)。在另一個方面中，對于本發(fā)明制造的包括結(jié)晶ZrO2的玻璃-陶瓷而言，需要加入金屬氧化物(例如，Y2O3，TiO2，CeO2，CaO和MgO)，公知的是它們可以穩(wěn)定ZrO2的四方/立方形。
具體選擇用于制造本發(fā)明的玻璃-陶瓷的金屬氧化物來源和其他添加劑時，通常需要考慮例如所需的組成，微結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度，物理性能(例如，硬度或韌性)，不需的雜質(zhì)的存在，和用于制備陶瓷的特定方法的所需特征(包括設(shè)備，和在熔化和/或固化之前和/或熔化和/或固化過程中，原料的純化)。
在一些例子中，優(yōu)選加入有限量的選自B2O3，Na2O，P2O5，SiO2，TeO2，V2O5，和其組合的金屬氧化物。來源(包括商業(yè)來源)包括氧化物本身，復(fù)合氧化物，單質(zhì)(例如，Si)粉末，礦石，碳酸鹽，醋酸鹽，硝酸鹽，氯化物，氫氧化物等。這些金屬氧化物可被加入，例如，用于調(diào)節(jié)生成的玻璃-陶瓷的物理性能和/或提高處理。當(dāng)使用時，取決于例如所需性能，通?？傮w上加入占玻璃-陶瓷的大于0～20wt.％(在一些實施方案中，總體上大于0～5wt.％，或甚至總體上大于0～2wt.％)的這些金屬氧化物。
可以使用各種方式測定材料的微結(jié)構(gòu)或相組成(玻璃態(tài)/晶體)。例如可以使用光學(xué)顯微鏡法，電子顯微鏡法，差熱分析(DTA)和x-射線衍射(XRD)得到各種信息。
使用光學(xué)顯微鏡法，無定形材料通常大部分是透明的，因為沒有光散射中心，如晶界，而結(jié)晶材料表現(xiàn)出結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并且由于光散射作用是不透明的。
使用-100+120篩目的篩子(即，在150-微米篩孔和125-微米篩孔的篩子間收集的部分)，可以計算粒子(例如，珠粒)等的無定形(或玻璃)產(chǎn)物百分比。按下面的方式進行測量。將單層粒子、珠粒等鋪在載玻片上。使用光學(xué)顯微鏡觀察粒子、珠粒等。使用光學(xué)顯微鏡目鏡中的十字準(zhǔn)線作為向?qū)?，取決于光學(xué)透明度(即，如果是透明的，就是無定形)，將沿直線布置的粒子、珠粒等分成無定形或結(jié)晶。通常分類500個粒子、珠粒等，盡管可以使用更少的粒子、珠粒等，用無定形粒子、珠粒等的量除以總粒子、珠粒數(shù)，得到無定形百分比。本發(fā)明方法的實施方案中，無定形(或玻璃)百分比至少為50，60，70，75，80，85，90，95，或甚至100％。
如果需要所有的粒子是無定形(或玻璃)，并且產(chǎn)率小于100％，那么可以從非無定形(或非玻璃)粒子中分離出無定形(或玻璃)粒子。例如可以使用任何常規(guī)技術(shù)進行這種分離，包括基于密度或光學(xué)透明度進行的分離。
使用DTA，如果材料相應(yīng)的DTA曲線含有放熱結(jié)晶行為(Tx)，那么將材料分類為無定形。如果在低于Tx的溫度下，同一曲線也含有吸熱行為(Tg)，那么可以認為包括玻璃相。如果材料的DTA曲線不包括這些行為，那么認為其含有晶相。
使用下述方法進行差熱分析(DTA)。使用-140+170篩目的篩子(即，在105-微米篩孔和90-微米篩孔的篩子間收集的部分)，(使用儀器，如從Netzsch Instruments，Selb，Germany以商品名″NETZSCH STA 409DTA/TGA″得到的儀器)進行DTA實驗。將一定量每種過篩的樣品(通常約400毫克(mg))置于100微升Al2O3樣品固持器中。在靜態(tài)空氣中，以10℃/分鐘的速率將每種樣品從室溫(約25℃)加熱到1100℃。
使用粉末x-射線衍射，XRD，(使用x-射線衍射儀，如以商品名″PHILLIPS XRG 3100″從Phillips，Mahwah，NJ得到，用銅Kα1射線，1.54050埃)，通過比較結(jié)晶材料XRD曲線中存在的峰與JCPDS(JointCommittee on Powder Diffraction Standards)數(shù)據(jù)庫(由InternationalCenter for Diffraction Data公布)中提供的晶相XRD圖案相比，可以測定材料中存在的各相。此外，XRD可用于定量地測定各相種類。存在寬擴散強度峰被認為是表征材料的無定形性質(zhì)。存在寬峰和明確的峰被認為是在玻璃基質(zhì)內(nèi)存在結(jié)晶物質(zhì)的表征。
開始形成的玻璃或陶瓷(包括結(jié)晶化之前的玻璃)尺寸可以比所需要的大。如果玻璃是所需的幾何形狀和/或尺寸，那么通常不需要降低尺寸。使用本領(lǐng)域中公知的壓碎和/或粉碎技術(shù)，包括輥碎，鉗碎，鐵錘研磨，球磨，噴射研磨，撞碎等，可以將玻璃或陶瓷轉(zhuǎn)變成小片。在一些例子中，需要兩次或多次壓碎步驟。例如，在形成(固化)陶瓷后，可以是比所需要的形式大。第一次壓碎步驟包括壓碎這些相對大質(zhì)量或″大塊″，以形成小片。這些大塊的壓碎可以通過鐵錘研磨機、撞碎機或顎式粉碎機來完成。然后這些小片被壓碎，以達到所需的粒子尺寸分布。為達到所需的粒子尺寸分布(有時也稱作篩目尺寸或等級)，需要進行多次壓碎步驟。通常優(yōu)化壓碎條件，以達到所需的粒子形狀和粒子尺寸分布。如果不是所需尺寸的生成粒子過大，那么可以進行再壓碎，或者如果過小，那么″回收″并用作再熔融的原料。
粒子的形狀例如取決于陶瓷的組成和/或微結(jié)構(gòu)，所用冷卻器的幾何形狀和壓碎陶瓷的方式(即所用的壓碎技術(shù))。通常，如果優(yōu)選″塊狀″形狀，那么較大的能量可用于得到這種形狀。相反，如果優(yōu)選″尖銳″形狀，那么較小的能量可用于得到這種形狀。也可以改變壓碎技術(shù)來得到不同的所需形狀。對于一些粒子而言，通常需要平均縱橫比為1∶1～5∶1，在一些實施方案中，為1.25∶1～3∶1，或甚至1.5∶1～2.5∶1。
本發(fā)明也包括例如直接形成所需表狀的物品。例如，通過將熔融體倒入模具中或使其成型，可以形成(包括鑄型)所需的物品。參見，例如，2003年2月5日提交的美國申請10/358,772中所述的成形技術(shù)。
本發(fā)明實施方案制造的玻璃和玻璃-陶瓷沒有尺寸限制。這可通過在高于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的溫度下進行的聚結(jié)步驟來進行。聚結(jié)步驟的本質(zhì)是從兩種或多種小粒子形成大尺寸塊。例如，玻璃在明顯的結(jié)晶化(Tx)之前發(fā)生玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變(Tg)，這可由在低溫下存在吸熱(Tg)而不是放熱(Tx)來證實。例如，例如可通過將包括玻璃的粒子和/或纖維等加熱至高于Tg，使得粒子等聚結(jié)成形，從而也可得到陶瓷(括結(jié)晶化之前的玻璃)。聚結(jié)所用的溫度和壓力例如取決于玻璃的組成和生成材料的所需密度。溫度應(yīng)大于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度。在某些實施方案中，在約700℃～約1100℃(在一些實施方案中，725℃～850℃)范圍內(nèi)的至少一個溫度下進行加熱。通常，在聚結(jié)過程中，玻璃處于壓力下(例如，大于0～1GPa或更大)，從而有助于玻璃聚結(jié)。在一個實施方案中，粒子等被置于模具中，并在高于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度下進行熱壓，此時玻璃的粘性流導(dǎo)致聚結(jié)成相對較大的部分。常見聚結(jié)技術(shù)的實例包括熱壓，熱等靜壓，熱擠壓，熱鑄型等(例如，燒結(jié)，等離子體輔助燒結(jié))。例如，包括玻璃的粒子(例如，通過壓碎得到)(包括珠粒和微球)，纖維等可形成較大的粒子尺寸。聚結(jié)也可以得到具有所需形式的塊。在一些實施方案中，在進一步加熱處理之前，需要冷卻生成的聚結(jié)塊。如果需要，熱處理后，聚結(jié)塊被壓碎成更小的粒子尺寸或具有所需的粒度分布。
通常，可以任何方式進行熱處理，包括熱處理玻璃以提供玻璃-陶瓷領(lǐng)域中公知的那些。例如，使用電阻、感應(yīng)或氣體加熱爐可以批量地進行熱處理。可選擇地，例如，使用旋轉(zhuǎn)爐、流化床爐或擺式爐，可以連續(xù)地進行熱處理(或其部分)。在旋轉(zhuǎn)爐或擺式爐的情況下，通常在高溫下，將材料直接加到爐中。在流化床爐的情況下，待熱處理的玻璃通常懸浮在氣體中(例如，空氣，惰性或還原性氣體)。高溫下的時間為幾秒(在一些實施方案中，甚至小于5秒)至幾分鐘至幾小時。溫度通常從玻璃的Tx到1600℃，更通常800℃～1600℃，在一些實施方案中，1200℃～1500℃。本發(fā)明也包括在多個步驟中進行一些熱處理(例如，成核中一次，晶體生長中另一次；其中在晶體生長步驟中通常也發(fā)生致密化)。當(dāng)進行多步驟熱處理時，通常需要控制成核速率和/或晶體生成速率。通常，在大部分陶瓷處理操作中，需要得到最大的致密化，不需要有明顯的晶體生長。盡管不限于理論，但陶瓷領(lǐng)域中通常認為，較大的晶體尺寸會降低機械性能，而精細的平均微晶尺寸會提高機械性能(例如，高強度和高硬度)。特別地，極需要形成密度至少為理論密度的90，95，97，98，99，或甚至100％的陶瓷，其中平均晶體尺寸小于0.15微米，或甚至小于0.1微米。
在本發(fā)明的一些實施方案中，在熱處理之前，可以使玻璃或包括玻璃的陶瓷退火。在這種情況下，退火通常在小于玻璃Tx的溫度下進行幾秒到幾小時或甚至幾天。通常，退火小于3小時，或甚至小于1小時?？蛇x擇地，退火也可以在除空氣之外的氣氛中進行。此外，熱處理的不同階段(即，成核步驟和晶體生長步驟)可以在不同的氣氛中進行。可以認為，玻璃的Tg和Tx，及Tx-Tg可以隨熱處理過程中所用的氣氛而變化。
本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員使用本領(lǐng)域公知的技術(shù)，從玻璃的時間-溫度-轉(zhuǎn)變(TTT)研究中，可以決定適合的條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了本發(fā)明的公開內(nèi)容之后，應(yīng)該能夠提供用于制造本發(fā)明玻璃-陶瓷的玻璃TTT曲線，決定適當(dāng)?shù)某珊撕?或晶體生長條件，以提供本發(fā)明的玻璃-陶瓷。
例如通過將材料直接加到高溫下的爐子中可以進行熱處理?？蛇x擇地，例如，材料可以加到更低溫度(例如，室溫)下的爐子中，然后以預(yù)定的加熱速率加熱至所需溫度。本發(fā)明包括在除空氣之外的氣氛中進行熱處理。在一些情況下，可以需要在還原性氣氛中進行熱處理。此外，例如，需要在氣體壓力下進行熱處理，例如，在熱等靜壓，或在氣體壓力爐中。盡管不希望限于理論，但是可以認為，各種氣氛可能影響玻璃和玻璃-陶瓷中一些組分的氧化態(tài)。這種氧化態(tài)的變化引起玻璃和玻璃-陶瓷的顏色變化。此外，氣氛也可影響到成核和結(jié)晶化步驟(例如，氣氛可能影響玻璃中一些物質(zhì)的原子遷移率)。
本發(fā)明也包括進行另外的熱處理以進一步改進材料所需的性能。例如，可以進行熱等靜壓(例如，在約800℃～約1400℃的溫度下)，以除去殘余的孔，從而提高材料的密度。本發(fā)明包括使生成的物品或熱處理的物品轉(zhuǎn)化(例如，壓碎)，以提供本發(fā)明制造的粒子(例如，研磨粒子)。
通常，玻璃-陶瓷比形成它們的玻璃更強。因此，可以調(diào)節(jié)材料的強度，例如，通過調(diào)節(jié)玻璃轉(zhuǎn)化成結(jié)晶陶瓷相的程度?？蛇x擇地，或此外，例如產(chǎn)生的成核位置的數(shù)量也可影響材料的強度，強度又可影響成核位置的數(shù)量和晶相的尺寸。關(guān)于形成玻璃-陶瓷的其他細節(jié)，參見例如Glass-Ceramics，P.W.McMillan，Academic Press，Inc.，第二版，1979。
與多種其他類型的陶瓷處理相比(例如，將煅燒的材料燒結(jié)成致密燒結(jié)的陶瓷材料)，在玻璃結(jié)晶化過程中收縮相對較小(通常，小于30vol.％；在一些實施方案中，小于20％，10％，5％，或甚至小于3vol.％)，從而形成玻璃-陶瓷。收縮的實際量取決于例如玻璃組成，熱處理時間，熱處理溫度，熱處理壓力，結(jié)晶的玻璃的密度，形成的晶相的相對量和結(jié)晶化程度?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中公知的常規(guī)技術(shù)(包括熱膨脹測量法，Archimedes方法)，或測量熱處理之前和之后的材料尺寸，來測量收縮量。在一些情況下，在熱處理過程中會產(chǎn)生一些揮發(fā)性物質(zhì)。
在一些實施方案中，相對低收縮特性特別有利。例如，在玻璃相時形成的物品可以具有所需形狀和尺寸(即，近網(wǎng)絡(luò)形狀)，然后進行熱處理，從而至少部分結(jié)晶化玻璃。因此，可以使結(jié)晶化的材料的制造和加工方面的成本有明顯的降低。
在一些實施方案中，玻璃具有x，y，z方向，每一方向的長度至少1cm(在一些實施方案中，至少5cm，或甚至至少10cm)，其中玻璃具有一定體積，其中生成的玻璃-陶瓷具有x，y，z方向，每一方向長度至少1cm(在一些實施方案中，至少5cm，或甚至至少10cm)，其中玻璃-陶瓷其體積至少70(在一些實施方案中，至少75，80，85，90，95，96，或甚至至少97)％是玻璃體積。
本發(fā)明制造的玻璃-陶瓷中存在的晶相實例包括氧化鋁(例如，α和過渡態(tài)氧化鋁)，REO(例如，La2O3)，Y2O3，MgO，一種或多種其他金屬氧化物，如BaO，CaO，Cr2O3，CoO，F(xiàn)e2O3，GeO2，Li2O，MnO，NiO，Na2O，P2O5，Sc2O3，SiO2，SrO，TeO2，TiO2，V2O5，ZnO，HfO2，ZrO2(例如，立方ZrO2和四方ZrO2)，及″復(fù)合金屬氧化物″(包括復(fù)合Al2O3-金屬氧化物(例如，復(fù)合Al2O3-REO(例如，ReAlO3(例如，GdAlO3，LaAlO3)，ReAl11O18(例如，LaAl11O18)，和Re3Al5O12(例如，Dy3Al5O12))，和復(fù)合Al2O3-Y2O3(例如，Y3Al5O12))，復(fù)合ZrO2-REO(例如，La2Zr2O7))，復(fù)合ZrO2-Nb2O5，復(fù)合ZrO2-Ta2O5，復(fù)合Y2O3-Nb2O5，復(fù)合Y2O3-Ta2O5，復(fù)合Al2O3-Nb2O5，復(fù)合Al2O3-Ta2O5，和其組合。通常，本發(fā)明的陶瓷不含共晶微結(jié)構(gòu)特征。
本發(fā)明也包括用其他陽離子取代復(fù)合Al2O3金屬氧化物(例如，復(fù)合Al2O3-REO和/或復(fù)合Al2O3-Y2O3(例如，具有石榴石晶體結(jié)構(gòu)的鋁酸釔))中的部分鋁陽離子。例如，復(fù)合Al2O3-Y2O3中的部分Al陽離子可以被選自如下元素的至少一種陽離子所取代Cr，Ti，Sc，F(xiàn)e，Mg，Ca，Si，Co，和其組合。例如，復(fù)合Al2O3-Y2O3中的部分Y陽離子可以被選自如下元素的至少一種陽離子所取代Ce，Dy，Er，Eu，Gd，Ho，La，Lu，Nd，Pr，Sm，Th，Tm，Yb，F(xiàn)e，Ti，Mn，V，Cr，Co，Ni，Cu，Mg，Ca，Sr，和其組合。此外，例如，復(fù)合Al2O3-REO中的部分稀土陽離子可以被選自如下元素的至少一種陽離子所取代Y，F(xiàn)e，Ti，Mn，V，Cr，Co，Ni，Cu，Mg，Ca，Sr，和其組合。上述陽離子的取代可能影響陶瓷的性能(例如硬度，韌性，強度，導(dǎo)熱性等)。
通過熱處理無定形材料以提供本發(fā)明實施方案的玻璃-陶瓷而形成的晶體，可以具有針狀等軸，柱狀或扁平狀特征。
盡管玻璃或玻璃-陶瓷可以是大塊材料的形式，但是本發(fā)明也提供包括本發(fā)明制造的玻璃和/或玻璃-陶瓷的復(fù)合體。這種復(fù)合體可以包括例如分散在本發(fā)明的玻璃-陶瓷中的相或纖維(連續(xù)或不連續(xù))或粒子(包括須狀物)(例如，金屬氧化物粒子，硼化物粒子，碳化物粒子，氮化物粒子，金剛石粒子，金屬粒子，玻璃粒子，和其組合)，或?qū)訝顝?fù)合體結(jié)構(gòu)(例如，用于制造玻璃-陶瓷和/或不同組成的玻璃-陶瓷層的從玻璃-陶瓷到玻璃的梯度)。
用于制造玻璃-陶瓷的某些玻璃例如其Tg約700℃～約850℃，或甚至更高溫度。
在一些實施方案中，按玻璃或玻璃-陶瓷總重計，本發(fā)明的玻璃或玻璃-陶瓷不包括(在一些實施方案中，基本上不包括)35.73(在一些實施方案中，約35或36；在一些實施方案中，為35～36，34～36，或34～37)wt.％的Al2O3，42.17(在一些實施方案中，約42；在一些實施方案中，為42～43或41～43)wt.％的Y2O3(在一些實施方案中，Y2O3和/或(總體上包括)REO)，17.1(在一些實施方案中，約17；在一些實施方案中，為17～18或16～18)wt.％的ZrO2(在一些實施方案中，ZrO2和/或(總體上包括)HfO2)，和5(在一些實施方案中，約5；在一些實施方案中，為4～6)wt.％的Nb2O5和/或(總體上包括)Ta2O5。
在本發(fā)明的玻璃和玻璃-陶瓷的一些實施方案中，如果玻璃或玻璃-陶瓷包括Al2O3(在一些實施方案中，35.73wt.％的Al2O3；在一些實施方案中，約35或36wt.％的Al2O3；在一些實施方案中，為35～36，34～36，或34～37wt.％的Al2O3)，Y2O3(在一些實施方案中，Y2O3和/或(總體上包括)REO)(在一些實施方案中，42.17wt.％的Y2O3(在一些實施方案中，Y2O3和/或(總體上包括)REO)；在一些實施方案中，約42wt.％的La2O3(在一些實施方案中，Y2O3和/或(總體上包括)REO)；在一些實施方案中，為42～43或41～43)wt.％的La2O3(在一些實施方案中，Y2O3和/或(總體上包括)REO)，和ZrO2(在一些實施方案中，ZrO2和/或(總體上包括)HfO2)(在一些實施方案中，17.1wt.％的ZrO2(在一些實施方案中，ZrO2或HfO2中的至少一種)；在一些實施方案中，約17wt.％的ZrO2(在一些實施方案中，ZrO2或HfO2中的至少一種)；在一些實施方案中，為17～18或16～18)wt.％的ZrO2(在一些實施方案中，ZrO2或HfO2中的至少一種)，那么按玻璃或玻璃-陶瓷總重計，玻璃或玻璃-陶瓷分別包括小于或大于5(在一些實施方案中，不約為5，小于5，或大于5；在一些實施方案中，不大于4，3，2，或1或至少6，7，8，9，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，或甚至至少80)wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
通常和優(yōu)選地，本發(fā)明的玻璃-陶瓷和用于制造這種玻璃-陶瓷的玻璃的(真實)密度(有時稱作比重)，通常為理論密度的至少70％。更優(yōu)選地，本發(fā)明的玻璃-陶瓷和用于制造這種玻璃-陶瓷的玻璃的(真實)密度為理論密度的至少75％，80％，85％，90％，95％，96％，97％，98％，99％，99.5％，或甚至100％。本發(fā)明的研磨粒子其密度為理論密度的至少85％，90％，92％，95％，96％，97％，98％，99％，99.5％，或甚至100％。
使用本發(fā)明的玻璃-陶瓷可以制造各種物品，例如，填料，增強材料，和/或基質(zhì)材料。例如，本發(fā)明的玻璃-陶瓷可以是適于用作復(fù)合體(例如，陶瓷，金屬，或聚合物(熱固性或熱塑性))中增強材料的粒子和/或纖維形式。粒子和/或纖維例如可以提高基質(zhì)材料的模數(shù)、耐熱性、耐磨性和/或強度。盡管用于制造復(fù)合體的粒子和/或纖維的尺寸、形狀和量例如取決于特定的基質(zhì)材料和復(fù)合體的用途，但是增強粒子的尺寸通常約0.1～1500微米，更通常1～500微米，優(yōu)選2～100微米。聚合物應(yīng)用中的粒子量通常約0.5％～約75wt.％，更通常約1～約50wt.％。熱固性聚合物的實例包括酚醛樹脂，三聚氰胺，脲醛樹脂，丙烯酸酯，環(huán)氧樹脂，氨基甲酸酯聚合物等。熱塑性聚合物的實例包括尼龍，聚乙烯，聚丙烯，聚氨酯，聚酯，聚酰胺等。
用于增強的聚合材料的例子(即，分散在聚合物中的本發(fā)明的增強粒子)包括例如水泥、家具、地板、路面、木材、木材狀材料，陶瓷等用的保護涂層，及抗滑涂層和注射成型的塑料元件和組件。
此外，例如，本發(fā)明的玻璃-陶瓷可用作基質(zhì)材料。例如，本發(fā)明的玻璃-陶瓷可用作陶瓷材料等(如金剛石，立方-BN，Al2O3，ZrO2，Si3N4，和SiC)的粘合劑。包括這種材料的有用物品的實例包括復(fù)合體基底涂層，切割工具插入物研磨凝集塊，和粘合的研磨物品，如瓷質(zhì)輪。本發(fā)明的玻璃-陶瓷可用作粘合劑，例如，用于提高復(fù)合體物品的模數(shù)，耐熱性，耐磨性和/或強度。
通常使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的制造方法來制造本發(fā)明的光波導(dǎo)。例如，通過在低折射率包層上沉積摻雜的玻璃層，然后光刻出線，從而制造通道波導(dǎo)(參見圖2)。通常在沉積低折射率上部包層后進行光刻。脊形波導(dǎo)(參見圖3)與通道波導(dǎo)相似，除了摻雜的玻璃層未被完全蝕刻。通過將一條低折射率包層置于摻雜的玻璃的平面層上，來制造帶狀負載波導(dǎo)(參見圖4)。通過使摻雜的玻璃不擴散進低折射率基底，來制造擴散波導(dǎo)(參見圖5)?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域公知的方法(如濺射)將摻雜的玻璃沉積在低折射率層或包層上，然后光刻出線或脊。可選擇地，可以通過本領(lǐng)域公知的方法(如濺射)將摻雜的玻璃沉積在低折射率層或包層上，然后用低折射率層覆蓋摻雜的玻璃層(參見圖6)?？梢允褂霉姆椒?如″Rare earth doped fiber lasers and amplifiers″，Ed.，M.J.F.Digonnet，1993，Marcel Dekker，Inc.以及美國專利6,484,539B1(Nordine等)和6,490,081B1(Feillens等)中所報道的)來制造玻璃纖維，其中使用所述摻雜的玻璃作為纖維的芯。
某些本發(fā)明的玻璃-陶瓷粒子特別適于用作研磨粒子。研磨粒子可以加到研磨物品中，或以松散形式使用。本發(fā)明的研磨粒子通常包括結(jié)晶陶瓷(例如，至少75，80，85，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，99.5，或甚至100vol.％的結(jié)晶陶瓷)。在另一個方面中，本發(fā)明提供粒度尺寸分布從細到粗的大量粒子，其中至少部分粒子是本發(fā)明的研磨粒子。在另一個方面中，本發(fā)明實施方案的研磨粒子通常包括(例如，至少75，80，85，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，99.5，或甚至100vol.％)的本發(fā)明的玻璃-陶瓷。
在使用之前，通常將研磨粒子按給定粒子尺寸分布來分級。這種分布通常粒子尺寸從粗粒子到細粒子。在研磨領(lǐng)域中，這種范圍有時稱作″粗″，″對照(control)″和″細″部分。根據(jù)工業(yè)可接受的分級標(biāo)準(zhǔn)分級的研磨粒子被分在每一數(shù)值范圍內(nèi)的粒度分布標(biāo)稱等級內(nèi)。這種工業(yè)可接受的分級標(biāo)準(zhǔn)(即，指定標(biāo)稱等級)包括American NationalStandards Institute，Inc.(ANSI)標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)ederation of European Producers ofAbrasive Products(FEPA)標(biāo)準(zhǔn)，和Japanese Industrial Standard(JIS)標(biāo)準(zhǔn)。在一個方面中，本發(fā)明提供具有指定標(biāo)稱等級的大量研磨粒子，其中至少部分研磨粒子是本發(fā)明的研磨粒子。在一些實施方案中，按大量研磨粒子的總重計，至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，或甚至100wt.％的大量研磨粒子是本發(fā)明的研磨粒子。
在另一個方面中，本發(fā)明提供一種研磨物品(例如，粘合的研磨物品，非織物研磨物品，或涂覆的研磨物品)，其包括粘合劑和大量研磨粒子，其中至少部分研磨粒子是本發(fā)明的研磨粒子。
在一些實施方案中，本發(fā)明提供一種制造研磨粒子的方法，該方法包括熱處理玻璃粒子，使至少部分玻璃轉(zhuǎn)化成玻璃-陶瓷并提供研磨粒子。在一些實施方案中，該方法還包括對研磨粒子進行分級，以提供具有指定標(biāo)稱等級的大量粒子。在一些實施方案中，該方法還包括將研磨粒子加到研磨物品中。
研磨物品包括粘合劑和研磨粒子，其中至少部分研磨粒子是本發(fā)明的研磨粒子。示例性研磨產(chǎn)品包括涂覆的研磨物品，粘合的研磨物品(例如，車輪)，非織物研磨物品和研磨刷。涂覆的研磨物品通常包括具有第一和第二相對主表面的襯底，其中粘合劑和大量研磨粒子在第一主表面的至少一部分上形成研磨層。
在一些實施方案中，按研磨物品中研磨粒子的總重計，研磨物品中至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，或甚至100wt.％的研磨粒子是本發(fā)明的研磨粒子。
關(guān)于包括至少Al2O3，REO，和Nb2O5或Ta2O5中的至少一種的陶瓷(包括其制備和使用方法)的實施方案其他細節(jié)，公開在例如與本申請同日提交的美國申請10/666615中。關(guān)于包括(a)Al2O3，(b)REO，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種和Nb2O5或Ta2O5中的至少一種的陶瓷(包括其制備和使用方法)的實施方案其他細節(jié)，公開在例如與本申請同日提交的美國申請10/666212中。
在下面的非限制性實施例中進一步闡明了本發(fā)明的優(yōu)點和實施方案，但是在這些實施例中引述的特定材料和其量及其他條件和細節(jié)不應(yīng)該被解釋成是對本發(fā)明的限制。除非另有所指，所有的份數(shù)和百分比都是按重量計的。除非另有所指，所有實施例都不含有明顯量的SiO2，B2O3，P2O5，GeO2，TeO2，As2O3和V2O5。
實施例1-14向聚乙烯瓶中加入100克下表1所列的成份。所用原料的來源列于表2中。Er2O3的來源是Er(NO3)·5H2O，用量考慮了氧化物產(chǎn)量為約43wt.％。
表1
表2
對于每個實施例，將約400克氧化鋯研磨介質(zhì)(從Tosoh Ceramics，Division of Bound Brook，NJ以商品名″YTZ″得到)及100ml蒸餾和去離子水加到瓶中。以120rpm的速度研磨混合物24小時。研磨后，除去研磨介質(zhì)，將漿料倒在玻璃(″PYREX″)盤上，使用加熱槍進行干燥。在火焰中熔融之前，在空氣中，在電加熱爐內(nèi)(以商品名″ModelKKSK-666-3100″從Keith Furnaces of Pico Rivera，CA得到)，在1300℃下煅燒干燥的粒子1小時。用研缽和杵研磨后，將部分煅燒的粒子加到氫/氧噴火器火焰中。氫噴火器是Bethlehem長火爐(PM2D Model B，從Bethlehem Apparatus Co.，Hellertown，PA.得到)，用于熔融多相粒子，從而得到熔融的玻璃珠粒。在內(nèi)環(huán)中，氫流速是8公升/分鐘(SLPM)，氧流速是3SLPM。在外環(huán)中，氫流速是23公升/分鐘(SLPM)，氧流速是9.8SLPM。將干燥和分級后的粒子直接加到氫噴火器火焰中，在那里熔融，并輸送至傾斜的不銹鋼表面上(約20英寸寬，傾斜角度45度)，用冷水循環(huán)流動(約81/min.)。
將生成的熔融和淬火粒子收集在盤子中，并在110℃下干燥。粒子是球形，尺寸為幾十微米至250微米。
使用-100+120篩目的篩子(即，在150-微米篩孔和125-微米篩孔的篩子間收集的部分)，計算生成的火焰形成珠粒的無定形百分比。按下面的方式進行測量。將單層珠粒鋪在載玻片上。使用光學(xué)顯微鏡觀察珠粒。使用光學(xué)顯微鏡目鏡中的十字準(zhǔn)線作為向?qū)?，取決于光學(xué)透明度(即，如果是透明的，就是無定形)，將沿直線布置并與十字準(zhǔn)線水平的珠粒分成無定形或結(jié)晶?？偣灿嬎?00個珠粒，用無定形珠粒的量除以總珠粒數(shù)，得到無定形百分比。實施例1-14的火焰形成珠粒的無定形產(chǎn)率記錄在上面的表1中。
實施例15和16在爐子中(電加熱爐(以商品名″Model KKSK-666-3100″從KeithFurnaces of Pico Rivera，CA得到))熱處理實施例1和4的部分珠粒，分別提供實施例15和16。以約10℃/min的速率將珠粒從室溫(約25℃)加熱到約1300℃，然后在1300℃下保持約1小時。接下來，通過關(guān)閉爐子將珠粒冷卻回到室溫。
圖8和9分別是在15,000X和20,000X下熱處理的實施例1和4材料拋光部分的掃描電子顯微鏡(SEM)數(shù)碼相片，表明材料的結(jié)晶性質(zhì)。使用常規(guī)制作和拋光技術(shù)制備拋光部分。使用拋光儀(從Buehler ofLake Bluff，IL以商品名″ECOMET 3 TYPE POLISHER-GRINDER″得到)進行拋光。用帶有125-微米金剛石的金剛石輪使樣品拋光約3分鐘，然后用45，30，15，9，和3微米的金剛石漿料使樣品拋光3分鐘。用一薄層金-鈀層涂覆拋光的樣品，使用JEOL SEM(Model JSM 840A)觀察。
很顯然，本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)可以對本發(fā)明作出各種修改和變化，還應(yīng)該理解，本發(fā)明不應(yīng)被不適當(dāng)?shù)叵拗圃谒龅膶嵤┓桨竷?nèi)。
權(quán)利要求
1.一種玻璃，按玻璃總重計，其總體上包括至少70wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，并總體上含有不超過30wt.％的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5。
2.如權(quán)利要求1所述的玻璃，其中如果存在Al2O3，Y2O3或REO中的至少一種，和ZrO2或HfO2中的至少一種，那么按玻璃總重計，該玻璃包括不大于4或至少6wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的玻璃，其中如果存在Al2O3，Y2O3或REO中的至少一種，和ZrO2或HfO2中的至少一種，那么按玻璃總重計，該玻璃包括至少6wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
4.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，總體上包括至少75wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
5.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，總體上包括至少80wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
6.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，總體上包括至少85wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
7.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，總體上包括至少90wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
8.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，總體上包括至少99wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
9.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，總體上包括100wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
10.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，總體上包括至少70wt.％的Al2O3，ZrO2或HfO2中的至少一種，和Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
11.如權(quán)利要求10所述的玻璃，其中按玻璃總重計，ZrO2或HfO2中的至少一種存在量為至少5wt.％。
12.如權(quán)利要求10所述的玻璃，其中按玻璃總重計，ZrO2或HfO2中的至少一種存在量為至少10wt.％。
13.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，總體上包括至少70wt.％的Al2O3，Y2O3，和Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
14.如權(quán)利要求3所述的玻璃，其中按玻璃總重計，Nb2O5或Ta2O5中的至少一種存在量為至少10wt.％。
15.如權(quán)利要求3所述的玻璃，總體上包括至少70wt.％的Y2O3，ZrO2或HfO2中的至少一種，和Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
16.如權(quán)利要求15所述的玻璃，其中按玻璃總重計，Nb2O5或Ta2O5中的至少一種存在量為大于5wt.％。
17.如權(quán)利要求15所述的玻璃，其中按玻璃總重計，Nb2O5或Ta2O5中的至少一種存在量為至少10wt.％。
18.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，包括大于5wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
19.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，包括至少10wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
20.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，包括至少15wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
21.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，包括至少20wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
22.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，包括至少25wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
23.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，包括10～40wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
24.如權(quán)利要求3所述的玻璃，按玻璃總重計，總體上包括至少70wt.％的Al2O3，Y2O3，ZrO2或HfO2中的至少一種，和Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
25.如權(quán)利要求24所述的玻璃，其中按玻璃總重計，ZrO2或HfO2中的至少一種存在量為至少5wt.％。
26.如權(quán)利要求24所述的玻璃，其中按玻璃總重計，ZrO2或HfO2中的至少一種存在量為至少10wt.％。
27.一種陶瓷，包括如權(quán)利要求3所述的玻璃。
28.一種制造如權(quán)利要求3所述的玻璃的方法，該方法包括熔融下述物質(zhì)來源(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，以提供熔融體；和冷卻熔融體，以得到所述玻璃。
29.一種制造包括如權(quán)利要求3所述的玻璃的陶瓷的方法，該方法包括熔融下述物質(zhì)來源(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，以提供熔融體；和冷卻熔融體，以得到所述陶瓷。
30.一種制造包括如權(quán)利要求3所述的玻璃的物品的方法，該方法包括提供包括玻璃的玻璃粉末，該玻璃總體上包括至少70wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，并總體上含有不超過30wt.％的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5，其中如果存在Al2O3，Y2O3或REO中的至少一種，和ZrO2或HfO2中的至少一種，那么按玻璃總重計，該玻璃包括至少6wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種，其中所述玻璃具有Tg；和加熱所述玻璃粉末高于Tg，使得玻璃珠粒聚結(jié)成形，從而得到所述物品。
31.一種光波導(dǎo)，其包括基底；和在該基底表面上的如權(quán)利要求3所述的玻璃。
32.如權(quán)利要求31所述的光波導(dǎo)，其中所述的玻璃用稀土摻雜劑摻雜。
33.如權(quán)利要求32所述的光波導(dǎo)，其中所述的稀土摻雜劑選自鈰，鐠，釹，钷，釤，銪，釓，鋱，鏑，鈥，鉺，銩，鐿，或它們的其他化合物和其混合物。
34.一種光波導(dǎo)，其包括玻璃纖維，該玻璃纖維具有芯材料和包圍該芯材料的包層，其中所述芯材料包括如權(quán)利要求3所述的玻璃。
35.如權(quán)利要求34所述的光波導(dǎo)，其中所述玻璃用稀土摻雜劑摻雜。
36.如權(quán)利要求35所述的光波導(dǎo)，其中所述的稀土摻雜劑選自鈰，鐠，釹，钷，釤，銪，釓，鋱，鏑，鈥，鉺，銩，鐿，或它們的其他化合物，和其混合物。
37.一種光學(xué)放大器，其包括用于提供光學(xué)泵浦光的光泵浦源；和用于從該光泵浦源接收光學(xué)泵浦光的耦合光波導(dǎo)，其中該光波導(dǎo)包括如權(quán)利要求3所述的玻璃。
38.如權(quán)利要求37所述的光學(xué)放大器，其中所述玻璃用稀土摻雜劑摻雜。
39.如權(quán)利要求38所述的光學(xué)放大器，其中所述的稀土摻雜劑選自鈰，鐠，釹，钷，釤，銪，釓，鋱，鏑，鈥，鉺，銩，鐿，或它們的其他化合物，和其混合物。
40.一種放大光信號的方法，該方法包括將所述光信號輸入至包括如權(quán)利要求3所述的玻璃的光波導(dǎo)；和應(yīng)用泵浦光至該光波導(dǎo)，使該波導(dǎo)對所述光學(xué)輸入信號提供光增益。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述玻璃用稀土摻雜劑摻雜。
42.一種陶瓷，包括至少75vol.％的玻璃，按玻璃總重計，該玻璃總體上包括至少70wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，并總體上含有不超過30wt.％的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2，和V2O5。
43.如權(quán)利要求42所述的陶瓷，其中如果存在Al2O3，Y2O3或REO中的至少一種，和ZrO2或HfO2中的至少一種，那么按玻璃總重計，所述玻璃包括不大于4或至少6wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
44.如權(quán)利要求42所述的陶瓷，其中如果存在Al2O3，Y2O3或REO中的至少一種，和ZrO2或HfO2中的至少一種，那么按玻璃總重計，所述玻璃包括至少6wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
45.一種玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，其總體上包括至少70wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，并總體上含有不超過30wt.％的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5。
46.如權(quán)利要求45所述的玻璃-陶瓷，其中如果存在Al2O3，Y2O3或REO中的至少一種，和ZrO2或HfO2中的至少一種，那么按玻璃-陶瓷總重計，所述玻璃-陶瓷包括不大于4或至少6wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
47.如權(quán)利要求45所述的玻璃-陶瓷，其中如果存在Al2O3，Y2O3或REO中的至少一種，和ZrO2或HfO2中的至少一種，那么按玻璃-陶瓷總重計，所述玻璃-陶瓷包括至少6wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
48.如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，總體上包括至少75wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
49.如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，總體上包括至少80wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
50.如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，總體上包括至少85wt.％的(i)至少一種Nb2O5或Ta2O5和(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
51.如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，總體上包括至少90wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
52.如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，總體上包括至少95wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
53.如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，總體上包括至少99wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
54.如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，總體上包括100wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種。
55.如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，總體上包括至少70wt.％的Al2O3，ZrO2或HfO2中的至少一種，和Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
56.如權(quán)利要求55所述的玻璃-陶瓷，其中按玻璃-陶瓷總重計，ZrO2或HfO2中的至少一種存在量為至少5wt.％。
57.如權(quán)利要求55所述的玻璃-陶瓷，其中按玻璃-陶瓷總重計，ZrO2或HfO2中的至少一種存在量為至少10wt.％。
58.如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，總體上包括至少70wt.％的Al2O3，Y2O3，和Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
59.如權(quán)利要求58所述的玻璃-陶瓷，其中按玻璃-陶瓷總重計，Nb2O5或Ta2O5中的至少一種存在量為至少10wt.％。
60.如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷，總體上包括至少70wt.％的Y2O3，ZrO2或HfO2中的至少一種，和Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
61.如權(quán)利要求50所述的玻璃-陶瓷，其中按玻璃-陶瓷總重計，Nb2O5或Ta2O5中的至少一種存在量為大于5wt.％。
62.如權(quán)利要求60所述的玻璃-陶瓷，其中按玻璃-陶瓷總重計，Nb2O5或Ta2O5中的至少一種存在量為至少10wt.％。
63.如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷，按玻璃-陶瓷總重計，總體上包括至少70wt.％的Al2O3，Y2O3，ZrO2或HfO2中的至少一種，和Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
64.如權(quán)利要求63所述的玻璃-陶瓷，其中按玻璃-陶瓷總重計，ZrO2或HfO2中的至少一種存在量為至少5wt.％。
65.如權(quán)利要求63所述的玻璃-陶瓷，其中按玻璃-陶瓷總重計，ZrO2或HfO2中的至少一種存在量為至少10wt.％。
66.一種制造如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷的方法，該方法包括熱處理玻璃，使至少部分玻璃轉(zhuǎn)化成結(jié)晶陶瓷，從而提供玻璃-陶瓷，所述玻璃總體上包括至少70wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，并總體上含有不超過30wt.％的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5。
67.一種制造如權(quán)利要求47所述的玻璃-陶瓷的方法，該方法包括熱處理包括玻璃的陶瓷，使至少部分玻璃轉(zhuǎn)化成結(jié)晶陶瓷，從而提供玻璃-陶瓷，所述玻璃總體上包括至少70wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，并總體上含有不超過30wt.％的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5。
68.一種制造玻璃-陶瓷物品的方法，該方法包括提供玻璃粉末，按玻璃總重計，該玻璃總體上包括至少70wt.％的(i)Nb2O5或Ta2O5中的至少一種以及(ii)(a)Al2O3，(b)Y2O3，或(c)ZrO2或HfO2中的至少一種中的至少兩種，并總體上含有不超過30wt.％的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5，其中該玻璃具有Tg；加熱所述玻璃粉末高于Tg，使得玻璃粉末聚結(jié)成形，從而提供玻璃物品；和熱處理玻璃物品，使至少部分玻璃轉(zhuǎn)化成結(jié)晶陶瓷，從而提供玻璃-陶瓷物品。
69.如權(quán)利要求68所述的方法，其中如果存在Al2O3，Y2O3或REO中的至少一種，和ZrO2或HfO2中的至少一種，那么按玻璃總重計，所述玻璃包括不大于4或至少6wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
70.如權(quán)利要求68所述的方法，其中如果存在Al2O3，Y2O3或REO中的至少一種，和ZrO2或HfO2中的至少一種，那么按玻璃總重計，所述玻璃包括至少6wt.％的Nb2O5或Ta2O5中的至少一種。
全文摘要
一種陶瓷，包括(i)Nb
文檔編號C03C3/12GK1852868SQ200480027050
公開日2006年10月25日 申請日期2004年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
發(fā)明者阿納托利·Z·羅森夫蘭茨, 克雷格·R·沙爾特 申請人:3M創(chuàng)新有限公司