CN104364213A - 高cte钾硼硅酸盐芯体玻璃和包括该芯体玻璃的玻璃制品 - Google Patents

高cte钾硼硅酸盐芯体玻璃和包括该芯体玻璃的玻璃制品 Download PDF

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Abstract

本发明描述了高CTE玻璃组合物和由该玻璃组合物形成的层压玻璃制品。在一种实施方式中，玻璃组合物可包括约70摩尔％-约80摩尔％SiO2；约0摩尔％-约8摩尔％Al2O3；和约3摩尔％-约10摩尔％B2O3作为玻璃形成剂。玻璃组合物还可包括碱金属氧化物，例如约0摩尔％-约2摩尔％Na2O和约10摩尔％-约15摩尔％K2O。此外，玻璃组合物可包括约5摩尔％-约6摩尔％的碱土金属氧化物。碱土金属氧化物可包括CaO，SrO和BaO中的至少一种。但是，玻璃组合物可基本上不含MgO。玻璃组合物可用于层压玻璃制品，例如由熔合层压法形成的层压玻璃制品。

Description

高CTE钾硼硅酸盐芯体玻璃和包括该芯体玻璃的玻璃制品
背景
相关申请的交叉参考
本申请根据35 U.S.C.§119要求2012年2月29日提交的美国临时申请系列号61/604,869的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。
领域
本发明总体涉及玻璃组合物，且具体来说，涉及高CTE钾硼硅酸盐玻璃组合物，和涉及包括该玻璃组合物的玻璃制品。
技术背景
玻璃制品如盖板玻璃、玻璃背板等，已经同时在消费者和商业电子器件如LCD和LED显示器、计算机显示器、自动柜员机等中使用。有些玻璃制品可包括“触摸”功能，这使得玻璃制品必须与各种物体包括用户的手指和/或手写笔装置接触，这样，玻璃必须足够的牢固，以经受频繁的接触且不损坏。此外，这种玻璃制品还可结合到可携带电子器件如手机、个人媒体播放器和平版电脑。在相关器件的运输和使用中，结合到这些器件的玻璃制品容易损坏。因此，在电子器件使用的玻璃制品需要有增强的强度，从而不仅能耐受来自实际应用的常规的“触摸”，还能耐受在运输器件时可能发生的偶然接触和冲击。
通常通过热学钢化和/或通过离子交换处理来强化玻璃制品。不管哪种情况，都在形成玻璃制品之后，对玻璃制品进行额外的加工步骤。这些额外的加工步骤可增加玻璃制品的总体成本。此外，实施这些加工步骤的额外处理增加了损坏玻璃制品的风险，这降低了制造产率并进一步增加了生产成本和玻璃制品的最终成本。
因此，本领域需要可用来制造强化的玻璃制品而无需额外的加工步骤的替代玻璃组合物，以及从这种组合物制造的玻璃制品。
概述
根据一种实施方式，玻璃组合物可包括：从约70摩尔％到约80摩尔％SiO2；从约0摩尔％到约8摩尔％Al2O3；和从约3摩尔％到约10摩尔％B2O3作为玻璃网络形成剂。玻璃组合物还可包括碱金属氧化物，例如约0摩尔％-约2摩尔％Na2O和约10摩尔％-约15摩尔％K2O。此外，玻璃组合物可包括约5摩尔％-约6摩尔％碱土金属氧化物。所述碱土金属氧化物可包括CaO、SrO和BaO中的至少一种。但是，玻璃组合物可基本上不含MgO。玻璃组合物包括的在20-300℃的范围内平均的热膨胀系数大于或等于75x10-7/℃，且包括的液相线粘度大于或等于250千泊。玻璃组合物特别适于用作层压玻璃制品的玻璃芯体层，例如通过熔合层压法形成的层压玻璃制品。
在一组实施方式中，玻璃制品包括设置在第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层之间的玻璃芯体层。在这些实施方式中的一些中，芯体玻璃可具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面，其中第一玻璃包覆层可与玻璃芯体层的第一表面融合，且第二玻璃包覆层可与玻璃芯体层的第二表面融合。在其他实施方式中，可在玻璃芯体层和第一玻璃包覆层之间设置第一扩散层；此外，可在玻璃芯体层和第二玻璃包覆层之间设置第二扩散层；这些扩散层可在例如熔合成形法中形成。玻璃芯体层由玻璃组合物形成，该玻璃组合物包括约70摩尔％-约80摩尔％SiO2；约0摩尔％-约8摩尔％Al2O3；和约3摩尔％-约10摩尔％B2O3作为玻璃网络成形剂。玻璃组合物还可包括碱金属氧化物，例如约0摩尔％-约2摩尔％Na2O和约10摩尔％-约15摩尔％K2O。玻璃组合物包括的在20-300℃的温度范围内平均的热膨胀系数大于或等于75x10-7/℃。
在以下的详细描述中提出了本发明所述玻璃组合物和由该玻璃组合物形成的玻璃制品的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
附图简要说明
图1示意性绘出了根据本说明书所显示和描述的一个或多个实施方式形成的层压玻璃制品的横截面；和
图2示意性显示了用于制备图1所示的玻璃制品的熔合拉制法。
详细描述
下面将详细参考具有高热膨胀系数的玻璃组合物和包括该玻璃组合物的玻璃制品的实施方式，它们的示例如附图所示。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。本文所述的玻璃组合物一般具有较高的热膨胀系数，因此可与具有较低热膨胀系数的包覆玻璃组合物联用，以制备层压玻璃制品，该制品具有压缩应力且没有进行离子交换或其它热学钢化。在一种实施方式中，玻璃组合物可包括约70摩尔％-约80摩尔％SiO2；约0摩尔％-约8摩尔％Al2O3；和约3摩尔％-约10摩尔％B2O3作为玻璃网络成形剂。玻璃组合物还可包括碱金属氧化物，例如约0摩尔％-约2摩尔％Na2O和约10摩尔％-约15摩尔％K2O。此外，玻璃组合物可包括约5摩尔％-约6摩尔％碱土金属氧化物。所述碱土金属氧化物可包括CaO、SrO和BaO中的至少一种。但是，玻璃组合物可基本上不含MgO。下面将结合附图更详细地描述玻璃组合物和由该玻璃组合物形成的玻璃制品。
如本文所使用，术语“液相线粘度”指玻璃组合物在其液相线温度下的剪切粘度。
如本文所使用，术语“液相线温度”指玻璃组合物发生失透的最高温度。
如本文所使用，术语“CTE”指玻璃组合物在约20℃-约300℃温度范围的平均热膨胀系数。
当使用术语“基本上不含”来描述玻璃组合物中不存在某种特定氧化物组分时，指该组分以小于1摩尔％的痕量作为污染物存在于玻璃组合物中。
在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，除非另有说明，组成成分(如SiO2、Al2O3、B2O3等)的浓度基于氧化物的摩尔百分数(摩尔％)来给出。
本文所述的玻璃组合物具有的性质例如液相线粘度和液相线温度，使得该玻璃组合物特别适用于熔合成形法，例如熔合下拉法和/或熔合层压法。如本文所进一步描述，这些性质归因于玻璃的具体组成。
在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，SiO2是该组合物的最大成分，因此SiO2是所得玻璃网络的主要成分。在本文所述的玻璃组合物中利用SiO2来获得所需的液相线粘度，同时抵销添加到该组合物的Al2O3的量，如下文所进一步描述。因此，通常期望高的SiO2浓度。但是，如果SiO2含量过高，可降低玻璃的成形性，因为更高的SiO2含量增加了熔融玻璃的难度，这依次不利地影响玻璃的成形性。在本文所述的实施方式中，所述玻璃组合物通常包括大于或等于约70摩尔％的量的SiO2。例如，在一些实施方式中，该玻璃组合物中SiO2的量大于或等于约70摩尔％且小于或等于约80摩尔％。在一些其它实施方式中，所述玻璃组合物存在大于或等于约73摩尔％且小于或等于约77摩尔％的量的SiO2。
在一些实施方式中，玻璃组合物还可包括Al2O3。与SiO2类似，Al2O3(当存在时)用作玻璃网络成形剂。与SiO2类似，Al2O3增加玻璃组合物的粘度，因为它在从玻璃组合物形成的玻璃熔体中是四面体配位的。但是，当Al2O3的浓度与玻璃组合物中SiO2的浓度和碱金属和/或碱土金属氧化物的浓度平衡时，Al2O3可降低玻璃熔体的液相线温度，由此增强液相线粘度并改善玻璃组合物和某些成形法例如熔合拉制法的相容性。但是，在玻璃组合物中存在Al2O3还增加碱金属成分在玻璃组分中的迁移，因为相对于用来为硼补偿电荷的碱金属成分，或者有助于在玻璃网络中形成非桥接氧的其它碱金属成分，用来为铝补偿电荷的碱金属成分更加松散地连接到玻璃网络。因此，可将玻璃组合物中的Al2O3的量降到最低。
在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3的浓度(当存在时)通常小于或等于约10摩尔％，从而取得具有所需液相线温度的玻璃组合物。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物中Al2O3的浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约8摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物中Al2O3的浓度小于或等于约6摩尔％.例如，在一些实施方式中，该玻璃组合物中Al2O3的浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约5摩尔％，或甚至大于或等于约0摩尔％且小于或等于约4摩尔％。在一些其它实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3的浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约3摩尔％。
在本文所述的实施方式中的玻璃组合物还包括B2O3。类似于SiO2和Al2O3,B2O3有助于形成玻璃网络。常规地，将B2O3添加到玻璃组合物来降低玻璃组合物的粘度。但是，在本文所述的实施方式中，B2O3和K2O和Al2O3(当存在时)的添加共同起作用，来增加玻璃组合物的退火点，增加液相线粘度和抑制碱金属迁移。和K2O以及任选地Al2O3之间的相互作用如下文所进一步描述。
在本文所述的实施方式中，玻璃组合物中存在的B2O3的量通常大于或等于约3摩尔％。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物中存在的B2O3的浓度大于或等于约3摩尔％且小于或等于约10摩尔％。在本文所述的其它实施方式中，玻璃组合物中存在的B2O3的浓度小于约8摩尔％。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物中的B2O3的浓度大于或等于约3摩尔％且小于或等于约8摩尔％,或甚至小于或等于约7摩尔％。在一些其它实施方式中，玻璃组合物中的B2O3的浓度大于或等于约4摩尔％且小于或等于约5摩尔％。
在本文所述的实施方式中，玻璃组合物还包括碱金属氧化物。具体来说，本文所述的玻璃组合物至少包括K2O。将碱金属氧化物如K2O添加到玻璃组合物，从而增加所得玻璃的平均热膨胀系数，并还降低玻璃的液相线温度。将K2O用作主要碱金属氧化物成分，因为K2O的较大离子半径(相对于其它碱金属氧化物如Na2O和Li2O而言)降低K2O在玻璃中的扩散率。当使用玻璃组合物来形成用于显示器的背板时，低K2O扩散率特别重要，K2O从玻璃扩散到沉积在玻璃上的薄膜晶体管损坏晶体管。但是，在使用玻璃组合物来形成层压玻璃制品的玻璃芯体层的实施方式中，在组合物中存在K2O可促进在玻璃芯体层和熔合到该玻璃芯体层的玻璃包覆层之间的界面处玻璃包覆层的离子交换强化。
在本文所述的实施方式中，玻璃组合物中的K2O浓度通常小于约15摩尔％。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物中的K2O浓度大于或等于约10摩尔％且小于或等于约15摩尔％。在一些其它实施方式中，K2O的浓度大于或等于约11.5摩尔％且小于或等于约12.5摩尔％。
如上所述，玻璃组合物中的K2O和B2O3共同作用，以增加玻璃的粘度和抑制碱金属扩散率。具体来说，在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，K2O的浓度大于B2O3的浓度和Al2O3浓度之和(即，K2O(摩尔％)>B2O3(摩尔％)+Al2O3(摩尔％))。这种过量的碱金属氧化物改变了所得玻璃的多种特征。具体来说，Al2O3利用碱金属例如来自K2O的钾，来稳定电荷。一旦铝被电荷稳定，玻璃组合物中过量的钾和玻璃组合物中的硼相互作用，并将硼从其标准的三方(三重配位)构造转化成四面体(四重配位)构造。硼的配位从三方改变到四面体，增加了玻璃的退火点和液相线粘度，同时抑制了碱金属扩散率，因为过量的碱金属(即，钾)结合到硼。
在本文所述的玻璃组合物的一些实施方式中，玻璃组合物可包括其它的碱金属氧化物如Na2O。在玻璃组合物中存在Na2O的实施方式中，可在当利用含钠碎玻璃例如回收的碎玻璃来制造玻璃组合物时，将Na2O引入组合物中。在本文所述的实施方式中，Na2O的浓度可大于或等于约0摩尔％且小于或等于约2摩尔％。在一些其它实施方式中，玻璃组合物中的Na2O的浓度可大于或等于约0摩尔％且小于或等于约1摩尔％。在玻璃组合物中存在Na2O的一些实施方式中，存在的Na2O的浓度可大于或等于约0.1摩尔％。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物中的Na2O的浓度可大于或等于约0.1摩尔％且小于或等于约2摩尔％。在一些其它实施方式中，玻璃组合物中的Na2O的浓度可大于或等于约0.1摩尔％且小于或等于约1摩尔％。
本文所述的玻璃组合物还可包括一种或更多种碱土金属氧化物。碱土金属氧化物改善玻璃组合物的熔融性能，降低玻璃组合物的熔融温度，并抑制玻璃组合物中碱金属成分的扩散。在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，碱土金属氧化物包括CaO,SrO,BaO或其组合中的至少一种。在一些实施方式中，玻璃组合物中存在的主要碱土金属氧化物是BaO，其用来最小化碱金属扩散率。但是，在其他实施方式中，碱土金属氧化物主要包括SrO和/或CaO，以降低玻璃组合物的密度。还在其他实施方式中，玻璃组合物基本上不含BaO，例如当玻璃组合物是“超级绿色(SuperGreen)”或环境友好的玻璃组合物时。
在本文所述的实施方式中，玻璃组合物通常包括小于约6摩尔％的碱土金属氧化物。例如，玻璃组合物可包括大于约5摩尔％且小于或等于约6摩尔％的碱土金属氧化物.在一些具体实施方式中，碱土金属氧化物包括浓度大于或等于约1.5摩尔％的SrO和浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约2摩尔％的BaO。如上所述，在一些实施方式中，玻璃组合物基本上不含BaO。
本文所述的玻璃组合物的实施方式包括一种或更多种碱土金属氧化物。但是，在本文所述的所有实施方式中，玻璃组合物基本上不含MgO。因此，在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，玻璃组合物中存在的MgO的浓度小于1摩尔％。可在当利用含镁碎玻璃例如回收的碎玻璃来制造玻璃组合物时，将MgO引入组合物中。
本文所述的玻璃组合物任选地还可包括一种或更多种澄清剂。澄清剂可包括例如SnO2,As2O3,Sb2O3或其组合。玻璃组合物中存在的澄清剂的量可大于或等于约0摩尔％且小于或等于约0.5摩尔％。在一示例实施方式中，澄清剂是SnO2，玻璃组合物中的SnO2可以大于约0摩尔％且小于或等于约0.2摩尔％的量存在。
在本文所述的一些实施方式中，玻璃组合物还可包括痕量的Fe2O3,ZrO2和/或TiO2。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物包括的Fe2O3的浓度可大于或等于0摩尔％且小于或等于0.2摩尔％。附加的或可选的，玻璃组合物包括的ZrO2的浓度可大于或等于0摩尔％且小于或等于约0.08摩尔％。此外，玻璃组合物包括的TiO2的浓度可大于或等于0摩尔％且小于或等于2摩尔％。
在本文所述的一些实施方式中，玻璃组合物基本上不含重金属和包括重金属的化合物。基本上不含重金属和包括重金属的化合物的玻璃组合物也可称为“超级绿色(SuperGreen)”玻璃组合物。如本文所使用，术语“重金属”指Ba,As,Sb,Cd和Pb。
本文所述的玻璃组合物在20-300℃的范围内平均的热膨胀系数(CTE)通常大于或等于约75x10-7/℃。在一些实施方式中，玻璃组合物在20-300℃的范围内平均的CTE可大于或等于约85x10-7/℃。又在其他实施方式中，玻璃组合物在20-300℃的范围内平均的CTE可大于或等于约95x10-7/℃。玻璃组合物的高CTE值至少部分地归因于玻璃组合物中的较高的碱金属浓度(即K2O和Na2O的浓度(当存在时))。因此，一般地，增加玻璃组合物中的碱金属氧化物的量，也会增加所得玻璃的CTE。这些较高CTE使得玻璃组合物特别适于用作熔合成形的层压玻璃制品的玻璃芯体层。具体来说，当在熔合层压法中将高CTE玻璃芯体层和具有较低CTE的玻璃包覆层配对时，冷却后玻璃芯体层和玻璃包覆层的CTE差异导致在玻璃包覆层中形成压缩应力。因此，本文所述的玻璃组合物可用来形成强化的层压玻璃制品，无需离子交换处理或热学钢化。
本文所述的玻璃组合物具有的液相线粘度，使它们适用于熔合拉制法，且特别适于用作熔合层压法中的玻璃芯体组合物。在一些实施方式中，液相线粘度大于或等于约250千泊。在一些其它实施方式中，液相线粘度可大于或等于350千泊或甚至大于或等于500千泊。本文所述的玻璃组合物的高液相线粘度值归因于高SiO2含量和高浓度四方硼的结合，这是因为玻璃组合物中存在过量的碱金属成分(即，M2O-Al2O3)。
本文所述的玻璃组合物具有低液相线温度，类似于液相线粘度，使玻璃组合物适用于熔合拉制法，且特别适于用作熔合层压法中的玻璃芯体层。低液相线温度防止在熔合拉制熔合时玻璃发生失透。这确保了高质量的均匀玻璃和一致的流动性能。在一些实施方式中，玻璃组合物的液相线温度小于或等于约1050℃。在一些实施方式中，玻璃组合物的液相线温度可小于或等于约1000℃或甚至小于或等于约950℃.在一些实施方式中，玻璃组合物的液相线温度可小于或等于900℃。玻璃组合物的液相线温度通常随着B2O3、碱金属氧化物和/或碱土金属氧化物的浓度的增加而降低。
基于上文所述，应理解本文公开了高CTE玻璃的不同实施方式。在具有高CTE的玻璃组合物的第一示例实施方式中，玻璃组合物包括浓度大于或等于约70摩尔％且小于或等于约80摩尔％的SiO2；浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约8摩尔％的Al2O3；和浓度大于或等于约3摩尔％且小于或等于约10摩尔％的B2O3作为玻璃网络成形剂。玻璃组合物还可包括碱金属氧化物。碱金属氧化物可包括浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约2摩尔％的Na2O和浓度大于或等于约10摩尔％且小于或等于约15摩尔％的K2O。玻璃组合物还可包括浓度大于或等于约5摩尔％且小于或等于约6摩尔％的碱土金属氧化物。碱土金属氧化物包括CaO,SrO和BaO中的至少一种。此外，玻璃组合物可基本上不含MgO。玻璃组合物包括的在20-300℃的范围内平均的热膨胀系数大于或等于75x10-7/℃，且包括的液相线粘度大于或等于250千泊。
在第二示例实施方式中，玻璃组合物包括浓度大于或等于约73摩尔％且小于或等于约77摩尔％的SiO2；浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约3摩尔％的Al2O3；和浓度大于或等于约4摩尔％且小于或等于约5摩尔％的B2O3作为玻璃网络成形剂。玻璃组合物还可包括碱金属氧化物。碱金属氧化物可包括浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约2摩尔％的Na2O和浓度大于或等于约11.5摩尔％且小于或等于约12.5摩尔％的K2O。玻璃组合物还可包括浓度大于或等于约5摩尔％且小于或等于约6摩尔％的碱土金属氧化物。碱土金属氧化物包括CaO,SrO和BaO中的至少一种。此外，玻璃组合物可基本上不含MgO。玻璃组合物包括的在20-300℃的范围内平均的热膨胀系数大于或等于75x10-7/℃，且包括的液相线粘度大于或等于250千泊。
在第三示例实施方式中，玻璃组合物包括浓度大于或等于约70摩尔％且小于或等于约80摩尔％的SiO2；浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约8摩尔％的Al2O3；和浓度大于或等于约3摩尔％且小于或等于约10摩尔％的B2O3作为玻璃网络成形剂。玻璃组合物还可包括碱金属氧化物。碱金属氧化物可包括浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约2摩尔％的Na2O和浓度大于或等于约10摩尔％且小于或等于约15摩尔％的K2O。玻璃组合物还可包括浓度大于或等于约5摩尔％且小于或等于约6摩尔％的碱土金属氧化物。碱土金属氧化物包括浓度大于或等于约1.5摩尔％的SrO和浓度为约0摩尔％-约2摩尔％的BaO。此外，玻璃组合物可基本上不含MgO。玻璃组合物包括的在20-300℃的范围内平均的热膨胀系数大于或等于75x10-7/℃，且包括的液相线粘度大于或等于250千泊。
在第四示例实施方式中，玻璃组合物包括浓度大于或等于约70摩尔％且小于或等于约80摩尔％的SiO2；浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约8摩尔％的Al2O3；和浓度大于或等于约3摩尔％且小于或等于约10摩尔％的B2O3作为玻璃网络成形剂。玻璃组合物还可包括碱金属氧化物。碱金属氧化物可包括浓度大于或等于约0.1摩尔％且小于或等于约2摩尔％的Na2O和浓度大于或等于约10摩尔％且小于或等于约15摩尔％的K2O。玻璃组合物还可包括浓度大于或等于约5摩尔％且小于或等于约6摩尔％的碱土金属氧化物。碱土金属氧化物包括CaO,SrO和BaO中的至少一种。此外，玻璃组合物可基本上不含MgO。玻璃组合物包括的在20-300℃的范围内平均的热膨胀系数大于或等于75x10-7/℃，且包括的液相线粘度大于或等于250千泊。
在第五示例实施方式中，玻璃组合物包括浓度大于或等于约70摩尔％且小于或等于约80摩尔％的SiO2；浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约8摩尔％的Al2O3；和浓度大于或等于约3摩尔％且小于或等于约10摩尔％的B2O3作为玻璃网络成形剂。玻璃组合物还可包括碱金属氧化物。碱金属氧化物可包括浓度大于或等于约0摩尔％且小于或等于约2摩尔％的Na2O和浓度大于或等于约10摩尔％且小于或等于约15摩尔％的K2O。在本实施方式中，K2O的浓度大于B2O3的浓度和Al2O3浓度之和。玻璃组合物还可包括浓度大于或等于约5摩尔％且小于或等于约6摩尔％的碱土金属氧化物。碱土金属氧化物包括CaO,SrO和BaO中的至少一种。玻璃组合物包括的在20-300℃的范围内平均的热膨胀系数大于或等于75x10-7/℃，且包括的液相线粘度大于或等于250千泊。
虽然在上文中参考了用于每一玻璃组合物的组成组分的(如SiO2,Al2O3,B2O3等)各种具体的组成范围描述了示例性玻璃组合物，应理解每一组成组分的组成范围都可包括如上所述的、用于该组成组分的一种或更多种更窄的组成范围。此外，还应理解，为了制备具有所需性质的玻璃，本文所述的玻璃组合物的任意实施方式都可结合这些组成组分更窄的范围和/或各种组成组分之间的关系。
现在参考图1，本文所述的玻璃组合物可用来形成玻璃制品，例如在图1中以横截面示意性显示的层压玻璃制品100。层压玻璃制品100通常包括玻璃芯体层102和一对玻璃包覆层104a，104b。如下文更加详细描述，因为它们相对较高的热膨胀系数，本文所述的玻璃组合物特别适于用作玻璃芯体层。
图1显示的玻璃芯体层102包括第一表面103a和该第一表面103a相对的第二表面103b。第一玻璃包覆层104a和玻璃芯体层102的第一表面103a融合，且第二玻璃包覆层104b和玻璃芯体层102的第二表面103b融合。玻璃包覆层104a，104b融合到玻璃芯体层102，且在玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a，104b之间不设置任何其它材料例如粘合剂、涂层等。因此，玻璃芯体层的第一表面直接邻近第一玻璃包覆层，且玻璃芯体层的第二表面直接邻近第二玻璃包覆层。在一些实施方式中，通过熔合层压法来成形玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a，104b。可在玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a之间，或者在玻璃芯体层102和玻璃包覆层104b之间，或者上述两种情况下同时形成扩散层(未显示)。在这种情况下，第一扩散层的平均包覆热膨胀系数的值在芯体的平均包覆热膨胀系数的值和第一包覆层的平均包覆热膨胀系数的值之间，或者第二扩散层的平均包覆热膨胀系数的值在芯体的平均包覆热膨胀系数的值和第二包覆层的平均包覆热膨胀系数的值之间。
在本文所述的层压玻璃制品100的实施方式中，玻璃芯体层102由具有平均芯体热膨胀系数CTE芯体的第一玻璃组合物形成，且玻璃包覆层104a，104b由具有平均包覆热膨胀系数CTE包覆的不同的、第二玻璃组合物形成。CTE芯体大于CTE包覆，这使得玻璃包覆层104a，104b具有压缩应力，且无需进行离子交换或热学钢化。
具体来说，本文所述的玻璃制品100可用熔合层压法来形成，例如美国专利号4214886所述的方法，该文通过引用纳入本文。例如参考图2，用于成形层压玻璃制品的层压熔合拉制设备200包括上部等压槽202，其位于下部等压槽204之上。上部等压槽202包括凹槽210，将熔融的玻璃包覆组合物206从熔融器(未显示)加入该凹槽210。类似低，下部等压槽204包括凹槽212，将熔融的玻璃芯体组合物208从熔融器(未显示)加入该凹槽212。在本文所述的一些实施方式中，熔融的玻璃芯体组合物208的平均包覆热膨胀系数CTE芯体大于熔融的玻璃包覆组合物206的平均包覆热膨胀系数CTE包覆。
当熔融的玻璃芯体组合物208充满凹槽212时，它从凹槽212溢出，并流经下部等压槽204的外部成形表面216,218。下部等压槽204的外部成形表面216,218在根部220处汇聚。因此，流经外部成形表面216,218的熔融的玻璃芯体组合物208在下部等压槽204的根部220再次结合，由此形成层压玻璃制品的玻璃芯体层102。
同时，熔融的玻璃包覆组合物206从在上部等压槽202中形成的凹槽210溢流，并流经上部等压槽202的外部成形表面222,224。通过上部等压槽202使熔融的玻璃包覆组合物206向外挠曲，从而熔融的玻璃包覆组合物206绕着下部等压槽204流动，并与流经下部等压槽外部成形表面216,218的玻璃芯体组合物208接触，熔合到熔融的玻璃芯体组合物，形成绕着玻璃芯体层102的玻璃包覆层104a，104b。
如上所述，熔融的玻璃芯体组合物208的平均热膨胀系数CTE芯体通常大于熔融的玻璃包覆组合物206的平均包覆热膨胀系数CTE包覆。因此，当玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a，104b冷却时，玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a，104b的热膨胀系数的差异，导致在玻璃包覆层104a，104b中形成压缩应力。压缩应力增加了所得层压玻璃制品的强度，无需进行离子交换处理或热学钢化处理。
再次参考图1所示的层压玻璃制品100，层压玻璃制品的玻璃芯体层102由具有较高平均热膨胀系数的玻璃组合物形成，例如本文所述的玻璃组合物，该玻璃组合物的热膨胀系数大于或等于75x10-7/℃。
例如，在一种实施方式中，玻璃芯体层由具有高CTE的玻璃组合物形成，例如本文所述的玻璃组合物，该玻璃组合物包括约70摩尔％-约80摩尔％SiO2；约0摩尔％-约8摩尔％Al2O3；和约3摩尔％-约10摩尔％B2O3作为玻璃网络成形剂。玻璃组合物还可包括约0摩尔％-约2摩尔％Na2O；和约10摩尔％-约15摩尔％K2O。在一些实施方式中，玻璃组合物还可包括约5摩尔％-约6摩尔％的碱土金属氧化物。组合物中的碱土金属氧化物包括CaO,SrO和BaO中的至少一种。但是，玻璃组合物可基本上不含MgO。
在另一种实施方式中，玻璃芯体层由具有高CTE的玻璃组合物形成，该玻璃组合物包括约73摩尔％-约77摩尔％SiO2；约0摩尔％-约3摩尔％Al2O3；和约4摩尔％-约5摩尔％B2O3作为玻璃网络成形剂。玻璃组合物还可包括约0摩尔％-约2摩尔％Na2O和约11.5摩尔％-约12.5摩尔％K2O。
虽然本文描述了用作玻璃芯体层102的具体玻璃组合物，应理解本文所述的任意玻璃组合物可用于形成层压玻璃制品100的玻璃芯体层102。
虽然描述了玻璃层压结构的玻璃芯体层102由具有高平均CTE的玻璃组合物形成，玻璃包覆层104a，104b由具有低平均CTE的玻璃组合物形成，从而促进在熔合成形之后冷却层压玻璃制品时在包覆层中形成压缩应力。例如，玻璃包覆层可由一种玻璃组合物形成，例如转让给康宁有限公司(Corning Incorporated)的、共同待审的题为“不含碱金属的低CTE硼铝硅酸盐玻璃组合物和包括该玻璃组合物的玻璃制品(Low CTEAlkali-Free BoroAluminosilcate Glass Compositions and GlassArticles Comprising the Same)”的美国专利申请号61/XXX,XXX(代理人卷号[SP12-049P])所述的组合物，该组合物在20-300℃的范围内的平均热膨胀系数小于或等于40x10-7/℃。例如，玻璃包覆层可由一种玻璃组合物形成，所述玻璃组合物包括：约60摩尔％-约66摩尔％SiO2；约7摩尔％-约10摩尔％Al2O3；约14摩尔％-约18摩尔％B2O3；和约9摩尔％-约16摩尔％碱土金属氧化物，其中碱土金属氧化物至少包括CaO，且玻璃组合物中存在的CaO的浓度为约3摩尔％-约12摩尔％，且玻璃组合物基本上不含碱金属和包括碱金属的化合物。但是，应理解其它玻璃组合物也可用来成形层叠玻璃制品100的玻璃包覆层104a，104b，只要玻璃包覆层104a，104b的热膨胀系数小于玻璃芯体层102的平均热膨胀系数。
实施例
通过以下实施例进一步阐述本文所述的玻璃组合物。
根据下文表1-3所列的批料组成制备多个示例玻璃组合物。将氧化物成分组分的批料混合、熔融并成形为玻璃板。测量玻璃熔体和所得玻璃制品的性质(即，液相线温度、退火点等)，结果见表1-3。
参考表1-3，提供了发明性玻璃组合物(即，实施例A1-A12)和比较性玻璃组合物(即，实施例C1-C13)的组成和性质。如表所示，实施例A1-A12各自呈现较高的液相线粘度(大于约250千泊)和较高的热膨胀系数(大于或等于约75x10-7/℃)，这使得该玻璃组合物非常适用于熔合成形法，且特别适于用作熔合成形的层压玻璃制品中的玻璃芯体层。
比较例C1-C13由非发明性组合物形成，且在这里提供只是为了比较之目的。利用比较例C1和C2来探索在钾-钡-硅酸盐三元空间中的低液相线区域。比较例C4-C6、C9和C11包括高浓度的K2O，其将组合物的液相线粘度降低到小于250千泊。比较例C7和C8包括高浓度的B2O3，其也有将组合物的液相线粘度降低到小于250千泊的效果。比较例C10包括高浓度的Na2O，其也有降低组合物的液相线粘度的效果。比较例12和13各自分别具有较低浓度的SiO2和高浓度的K2O，相互联用时，显著降低玻璃组合物的液相线粘度。
表1：示例玻璃组合物
表2：示例玻璃组合物
表3：示例玻璃组合物
现应理解，本文所述的玻璃组合物具有较高平均热膨胀系数。这样，本文所述的玻璃组合物特别适于与具有较低热膨胀系数的玻璃组合物联用，从而通过熔合层压法来形成具有压缩应力的层压玻璃制品。这些玻璃制品可用于各自消费者电子器件包括，但不限于：移动电话、个人音乐播放器、平板电脑、LCD和LED显示器,自动柜员机等。
应理解，本文所述的玻璃组合物的性质(例如液相线粘度、液相线温度等)使得该玻璃组合物非常适用于熔合拉制法，例如熔合下拉法或熔合层压法。
此外，因为玻璃组合物中低浓度的Al2O3和较高浓度的B2O3，玻璃组合物中的碱金属迁移显著降低。因此，本文所述的玻璃组合物可特别适于用作LCD,LED和OLED显示器中的背板基片，其中在背板基片中存在高度迁移碱金属离子可能损坏在背板基片上的薄膜晶体管。本文所述的玻璃组合物可用来形成整个背板基片，或者可用作层压玻璃制品中用不含碱金属玻璃包覆层包封的玻璃芯体层。
此外，虽然这里具体指出了将玻璃组合物用作层压玻璃制品的玻璃芯体层，应理解玻璃组合物还可用于独立地形成玻璃制品(即，不是层压结构的一部分)，例如用于电子器件的盖板玻璃，和其它类似的玻璃制品。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (35)

1.一种玻璃组合物，其包括：
约70摩尔％-约80摩尔％SiO2；
约0摩尔％-约8摩尔％Al2O3；
约3摩尔％-约10摩尔％B2O3；
约0摩尔％-约2摩尔％Na2O；
约10摩尔％-约15摩尔％K2O；和
约5摩尔％-约6摩尔％的碱土金属氧化物,其中：
碱土金属氧化物是CaO,SrO和BaO中的至少一种；
玻璃组合物在20-300℃的温度范围内平均的热膨胀系数大于或等于75x10-7/℃；
玻璃组合物包括的液相线粘度大于或等于250千泊；和
玻璃组合物基本上不含MgO。
2.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，所述玻璃组合物包括：
约73摩尔％-约77摩尔％SiO2；
约0摩尔％-约3摩尔％Al2O3；
约4摩尔％-约5摩尔％B2O3；和
约11.5摩尔％-约12.5摩尔％K2O。
3.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，所述碱土金属氧化物包括：
约1.5摩尔％SrO；和
约0摩尔％-约2摩尔％BaO。
4.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，Na2O的浓度是大于或等于约0.1摩尔％。
5.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，K2O的浓度(摩尔％)大于B2O3的浓度(摩尔％)和Al2O3浓度(摩尔％)之和。
6.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，所述玻璃组合物基本不含BaO。
7.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，所述玻璃组合物还包括SnO2,As2O3和Sb2O3中的至少一种作为澄清剂。
8.如权利要求7所述的玻璃组合物，其特征在于，所述澄清剂以大于0摩尔％且小于或等于约0.5摩尔％的浓度存在于所述玻璃组合物中。
9.如权利要求7所述的玻璃组合物，其特征在于，所述澄清剂是SnO2且以大于0摩尔％且小于或等于约0.2摩尔％的浓度存在于所述玻璃组合物中。
10.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，所述玻璃组合物在20-300℃的温度范围内平均的热膨胀系数大于或等于85x10-7/℃。
11.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，所述玻璃组合物在20-300℃的温度范围内平均的热膨胀系数大于或等于95x10-7/℃。
12.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，所述玻璃组合物包括的液相线粘度大于或等于约350千泊。
13.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，所述玻璃组合物基本上不含重金属。
14.一种玻璃制品，其包括：
设置在第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层之间的玻璃芯体层，其中所述玻璃芯体层由一种玻璃组合物形成，该玻璃组合物包括：
约70摩尔％-约80摩尔％SiO2；
约0摩尔％-约8摩尔％Al2O3；
约3摩尔％-约10摩尔％B2O3；
约0摩尔％-约2摩尔％Na2O；和
约10摩尔％-约15摩尔％K2O,其中玻璃组合物在20-300℃的温度范围内平均的热膨胀系数大于或等于75x10-7/℃。
15.如权利要求14所述的玻璃制品，其特征在于，玻璃芯体层还包括约5摩尔％-约6摩尔％的碱土金属氧化物,其中：
碱土金属氧化物是CaO,SrO和BaO中的至少一种；和
玻璃组合物基本上不含MgO。
16.如权利要求15所述的玻璃制品，其特征在于，所述碱土金属氧化物包括：
约1.5摩尔％SrO；和
约0摩尔％-约2摩尔％BaO。
17.如权利要求14所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃芯体层包括：
约73摩尔％-约77摩尔％SiO2；
约0摩尔％-约3摩尔％Al2O3；
约4摩尔％-约5摩尔％B2O3；
约0摩尔％-约2摩尔％Na2O；和
约11.5摩尔％-约12.5摩尔％K2O。
18.如权利要求14所述的玻璃制品，其特征在于，Na2O以大于或等于约0.1摩尔％的浓度存在于玻璃芯体层中。
19.如权利要求14所述的玻璃制品，其特征在于，玻璃芯体层中K2O的浓度(摩尔％)大于玻璃芯体层中B2O3的浓度(摩尔％)和玻璃芯体层中Al2O3浓度(摩尔％)之和。
20.如权利要求14所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃芯体层基本不含BaO。
21.如权利要求14所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃芯体层还包括SnO2,As2O3和Sb2O3中的至少一种作为澄清剂。
22.如权利要求21所述的玻璃制品，其特征在于，所述澄清剂以大于0摩尔％且小于或等于约0.5摩尔％的浓度存在于所述玻璃芯体层中。
23.如权利要求21所述的玻璃制品，其特征在于，所述澄清剂是SnO2且以大于0摩尔％且小于或等于约0.2摩尔％的浓度存在于所述玻璃芯体层中。
24.如权利要求14所述的玻璃制品，其特征在于:
玻璃芯体层具有平均芯体热膨胀系数CTE芯体；和
第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层具有平均包覆热膨胀系数CTE包覆，其小于平均芯体热膨胀系数CTE芯体。
25.如权利要求24所述的玻璃制品，其特征在于，在20-300℃的温度范围内的平均芯体热膨胀系数CTE芯体大于或等于85x10-7/℃。
26.如权利要求24所述的玻璃制品，其特征在于，在20-300℃的温度范围内的平均芯体热膨胀系数CTE芯体大于或等于95x10-7/℃。
27.如权利要求14所述的玻璃制品，其特征在于，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层具有压缩应力。
28.如权利要求14所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃芯体层基本不含重金属。
29.如权利要求14-28中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，玻璃芯体层的第一表面直接邻近第一玻璃包覆层，且玻璃芯体层的第二表面直接邻近第二玻璃包覆层。
30.如权利要求14-28中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，第一扩散层设置在第一玻璃包覆层和玻璃芯体层之间。
31.如权利要求30所述的玻璃制品，其特征在于，第一扩散层的平均包覆热膨胀系数的值在芯体的平均包覆热膨胀系数的值和第一包覆层的平均包覆热膨胀系数的值之间。
32.如权利要求30所述的玻璃制品，其特征在于，第二扩散层设置在第二玻璃包覆层和玻璃芯体层之间。
33.如权利要求32所述的玻璃制品，其特征在于，第二扩散层的平均包覆热膨胀系数的值在芯体的平均包覆热膨胀系数的值和第二包覆层的平均包覆热膨胀系数的值之间。
34.如权利要求1-13中任一项所述的玻璃组合物的应用，用于包括LCD和LED显示器、计算机显示器、自动柜员机(ATM)的消费或商用电子装置中的玻璃盖片或玻璃背板应用，用于触摸屏或触摸传感器应用，用于包括移动电话、个人媒体播放器和平板电脑的便携式电子装置，用于光伏应用，用于建筑玻璃应用，用于汽车或车辆玻璃应用，或者用于商用或家用电器应用。
35.如权利要求14-33中任一项所述的玻璃制品的应用，用于包括LCD和LED显示器、计算机显示器、自动柜员机(ATM)的消费或商用电子装置中的玻璃盖片或玻璃背板应用，用于触摸屏或触摸传感器应用，用于包括移动电话、个人媒体播放器和平板电脑的便携式电子装置，用于光伏应用，用于建筑玻璃应用，用于汽车或车辆玻璃应用，或者用于商用或家用电器应用。
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