CN104955641A - 由光敏玻璃制成的压缩应力化层合玻璃制品及制备所述制品的方法 - Google Patents

由光敏玻璃制成的压缩应力化层合玻璃制品及制备所述制品的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及包含玻璃芯体和包覆层的层合制品，更具体地涉及包含夹在第一和第二包覆层之间的玻璃芯体的压缩应力化层合制品，所述包覆层由光敏玻璃形成。

Description

由光敏玻璃制成的压缩应力化层合玻璃制品及制备所述制品的方法
背景
本申请根据35U.S.C.§119要求2012年10月4日提交的美国临时申请系列第61/744854号的优先权，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。
技术领域
本申请总体涉及包含玻璃芯体和包覆层的制品，更具体地涉及包含夹在第一和第二玻璃包覆层之间的玻璃芯体的层合制品，所述包覆层由光敏玻璃形成。
技术背景
玻璃制品，例如覆盖玻璃和玻璃底板等，同时用于消费用和商用电子设备，例如LCD和LED显示器、电脑监视器以及自动柜员机(ATM)等。部分此类玻璃制品可包括“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，玻璃必须足够牢固，以经受频繁接触而不损坏。此外，此类玻璃制品还可结合到便携式电子设备中，如移动电话、个人媒体播放器和平板电脑。在相关设备的运输和/或使用过程中，结合到此类设备中玻璃制品容易损坏。因此，在电子设备中使用的玻璃制品可能需要有增强的强度，从而不仅能耐受来自实际应用的常规“触摸”接触，还能耐受在运输设备时可能发生的偶然接触和冲击。
发明内容
根据本发明内容，提供了一种由玻璃芯体层和直接邻接的玻璃包覆层形成层合玻璃制品的方法，所述玻璃包覆层由一种或多种光敏玻璃组合物形成。
在一些实施方式中，公开了一种方法，所述方法包括：通过熔合层压法形成具有至少一个包覆层的层合玻璃板，所述包覆层由光敏玻璃组合物形成并邻接由玻璃组合物形成的芯体层，所述玻璃组合物在一些实施方式中不是光敏玻璃组合物。在熔合拉制包含芯体和包覆层的层合结构之后，接着使层合结构暴露于UV光，该暴露于UV光的操作足以引起光敏组合物内的形核，从而在该包覆层内生长次晶体相，这导致包覆层压缩应力化(compressively stressed)，并强化层合玻璃结构。
在另一组实施方式中，本文还公开了由上述方法形成的层合玻璃制品。在一些实施方式中，芯体玻璃具有第一表面和与第一表面相背的第二表面，其中第一玻璃包覆层与玻璃芯体层的第一表面熔合，第二玻璃包覆层与玻璃芯体层的第二表面熔合。在其他实施方式中，在玻璃芯体层和第一玻璃包覆层之间设置第一扩散玻璃层；此外，在玻璃芯体层和第二玻璃包覆层之间设置第二扩散玻璃层；这些扩散层可在例如熔合成形过程中形成，或者在一个或多个熔合操作后的UV光处理步骤中形成。
在以下详细描述中给出了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。
应理解的是，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示意性显示根据本发明附图所示和说明书所述的一个或多个实施方式的层合玻璃制品的截面图；以及
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
下面详细参考本文所揭示的玻璃陶瓷组合物以及包含该玻璃陶瓷组合物的制品的实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。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。
本文所用术语“液相线粘度”指的是玻璃组合物在其液相线温度的剪切粘度。
本文所用术语“液相线温度”指的是玻璃组合物发生失透的最高温度。
本文所用术语“CTE”指的是玻璃组合物从约20℃到约300℃的温度范围的平均热膨胀系数。
当使用术语“基本不含”来描述玻璃组合物中不存在一种特定氧化物组分时，指的是该组分以小于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，组成组分(例如SiO2、Al2O3以及Na2O等)的浓度是基于氧化物的摩尔百分数(摩尔％)给出的，除非另有说明。
本文所述的玻璃组合物可任选地包含一种或多种澄清剂。澄清剂可包括例如SnO2,As2O3,Sb2O3及其组合。玻璃组合物中存在的澄清剂的量大于或等于约0摩尔％且小于或等于约0.5摩尔％。在示例性实施方式中，澄清剂是SnO2。在这些实施方式中，玻璃组合物中存在的SnO2的浓度大于约0摩尔％且小于或等于约0.2摩尔％，或者甚至小于或等于约0.15摩尔％。
在本文所述的一些实施方式中，玻璃组合物还可包含痕量的其他氧化物。
在本文所述的一些实施方式中，玻璃组合物基本不含重金属以及含有重金属的化合物。基本不含重金属以及含有重金属的化合物的玻璃组合物也可称为“超环保”(SuperGreen)玻璃组合物。本文所用术语“重金属”指的是Ba、As、Sb、Cd和Pb。
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包覆层组合物或玻璃芯体组合物。
现参见图1，本文所述的玻璃组合物可用于形成制品，例如图1的截面图中示意性所示的层合玻璃制品100。层合玻璃制品100通常包括玻璃芯体层102和一对玻璃包覆层104a、104b。本文所述的玻璃组合物特别适合用作玻璃包覆层，如下文更详细所述。
图1显示的玻璃芯体层102包括第一表面103a和与该第一表面103a相背的第二表面103b。第一玻璃包覆层104a与玻璃芯体层102的第一表面103a直接熔合，第二玻璃包覆层104b与玻璃芯体层102的第二表面103b直接熔合。陶瓷化后，玻璃包覆层104a、104b与玻璃芯体层102熔合，且在玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a、104b之间不设置任何其他材料(例如粘合剂、聚合物层或者涂层等)。因此，玻璃芯体层的第一表面直接邻接第一玻璃包覆层，玻璃芯体层的第二表面直接邻接第二玻璃包覆层。在一些实施方式中，通过熔合层压法来形成玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a、104b。可在玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a之间形成扩散层，或者在玻璃芯体层102和玻璃包覆层104b之间形成扩散层，或者在玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a之间以及玻璃芯体层102和玻璃包覆层104b之间均形成扩散层(未显示)。
在本文所述的层合玻璃制品100的至少一些实施方式中，玻璃包覆层104a、104b是由具有平均包覆层热膨胀系数CTE包覆层的第一玻璃陶瓷组合物形成的，并且玻璃芯体层102是由具有平均热膨胀系数CTE芯体的不同的第二玻璃组合物形成的。
具体地，本文所述的玻璃制品100可由熔合层压法形成，例如美国专利第4,214,886号所述的方法，其通过引用结合入本文。例如，参见图2，用于形成层合玻璃制品的层合物熔合拉制设备200包括上溢流槽202，其位于下溢流槽204的上方。上溢流槽202包括槽210，将熔融的玻璃包覆层组合物206从熔融器(未显示)进料到其中。类似地，下溢流槽204包括槽212，将熔融的玻璃芯体组合物208从熔融器(未显示)进料到其中。在本文所述的实施方式中，熔融玻璃芯体组合物208可以具有合适的高液相线粘度，以溢出下溢流槽204。
随着熔融玻璃芯体组合物208填充槽212，其溢流过槽212并流过下溢流槽204的成形外表面216、218。下溢流槽204的成形外表面216、218在根部220处汇聚。因此，流过成形外表面216、218的熔融玻璃芯体组合物208在下溢流槽204的根部220再次结合，由此形成层合玻璃结构的玻璃芯体层102。
同时，熔融玻璃陶瓷包覆层组合物206溢流过上溢流槽202中形成的槽210，并流过上溢流槽202的成形外表面222、224。熔融玻璃陶瓷包覆层组合物206具有较低的液相线粘度要求，以在上溢流槽202上流动，并且当作为玻璃存在时，会具有等于或小于玻璃芯体组合物208的CTE(例如，约5x 10-7以内)。通过上溢流槽202使熔融玻璃陶瓷包覆层组合物206向外偏转，从而使熔融玻璃包覆层组合物206绕着下溢流槽204流动，并与流过下溢流槽的成形外表面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上，形成绕着玻璃芯体层102的陶瓷化之前的玻璃包覆层104a、104b。
在一些实施方式中，在如此形成的层合板中，包覆层厚度也会明显薄于芯体玻璃厚度，从而使包覆层处于压缩，芯体处于拉伸。但是，由于CTE差别小，芯体中拉伸应力的量值会非常低(例如，小于或等于约10MPa)，这将使层合板在生产时因芯体拉伸水平低而较容易地在拉制过程中切断。因此，可从熔合拉制装置拉制的层合结构或层合制品上切割层合板，并且在切割层合板之后，可接下来对切割的产品进行合适的UUV光处理，从而形成最终的层合制品。
在一些实施方式中，光敏玻璃的液相线粘度约为200kP或更低；在一些这样的实施方式中，光敏玻璃是高碱性(主要是Li)铝硅酸盐玻璃。液相线粘度会随着玻璃组成变化，例如改变氧化铝与碱金属或碱金属的组合的比例；此外，可通过例如所用方法改变光敏性。
例如，在一些实施方式中，使玻璃暴露于UV光，这导致通过Ag形核；并且通过热处理生长锂硅酸盐，如偏硅酸锂(Li2SiO3)和/或二硅酸锂(Li2Si2O5)。在一些实施方式中，这样制成的玻璃的CTE在70-80x10-7/℃的范围内。将此玻璃置于更高的第二温度下，发生再结晶，形成β锂辉石，导致CTE降低至约60x10-7/℃。在Li2Si2O5继续存在并加上二氧化硅(低T鳞石英)的实施方式中，CTE更高，例如高达约100x10-7/℃。这样制成的玻璃的CTE可与形成时的内层(芯体)玻璃的CTE相匹配，但随后可因压敏驱动的结晶而改变，形成压缩(包覆)层。
表1列出了示例性光敏玻璃。
表1
表1中的示例性玻璃即使因为高Li含量的原因不用作光敏材料，它们也是离子交换的候选对象。Li可与富钠或富钾内玻璃交换，形成强化层合物。这种碱迁移也能发生在拉制过程中。因此，在本文公开的一些实施方式中，层合玻璃制品包含玻璃芯体层和一个或多个直接邻接的玻璃包覆层，所述玻璃包覆层由一种或多种光敏玻璃组合物或可离子交换的玻璃组合物形成。然后，可对包覆层进行加工，使其包含经过光敏化或经过离子交换的包覆层组合物，得到强化层合制品。
在一些实施方式中，包覆层包含约70.0-77.0摩尔％SiO2；约2.5-5.0摩尔％Al2O3；约12.0-18.0摩尔％Li2O。在一些实施方式中，包覆层还包含约1.0-3.0摩尔％Na2O。在一些这样的实施方式中，包覆层还包含约1.0-5.0摩尔％K2O。在一些这样的实施方式中，包覆层还包含约0-2.5摩尔％BaO。在一些这样的实施方式中，包覆层还包含约0.1-1.3摩尔％K2O。
本文所揭示的层合制品可用于各种消费电子设备，包括但不限于移动电话、个人音乐播放器、平板电脑、LCD和LED显示器以及自动柜员机等。
在一些实施方式中，层合制品可包括一个层或多个层，它们是不透明、透明或者半透明的，例如源自玻璃组合物的包覆层，其中包覆层在热处理之后是不透明、透明或者半透明的。此外，可以采用板形式的玻璃。
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 (17)

1.一种形成β锂辉石玻璃陶瓷板的方法，包括：
通过熔合拉制法形成层合玻璃板，该层合玻璃板具有由光敏组合物形成的包覆层和由非光敏玻璃组合物形成的芯体层；
使层合玻璃板暴露于UV光，足以导致光敏组合物内形核，从而在该包覆层内生长次晶体相，使包覆层压缩应力化，从而将玻璃板强化成压缩强化的层合玻璃结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在熔合拉制之后且在暴露于UV光之前切割层合玻璃板。
3.一种由权利要求1-2所述的压缩强化的层合玻璃结构形成的玻璃制品。
4.如权利要求1-3中任一项所述的压缩强化的层合玻璃结构或制品的用途，用于包括LCD和LED显示器、计算机监视器、自动柜员机(ATM)在内的消费用途或商用电子装置中的盖板玻璃或玻璃背板应用，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设备，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。
5.一种层合制品，包含：
位于第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层之间的玻璃芯体层，其中玻璃芯体层的组成不同于第一和第二玻璃层的组成，其中第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的至少一个玻璃包覆层包含约70.0-77.0摩尔％SiO2；约2.5-5.0摩尔％Al2O3；约12.0-18.0摩尔％Li2O。
6.如权利要求5所述的层合制品，其特征在于，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的至少一个玻璃包覆层还包含约1.0-3.0摩尔％Na2O。
7.如权利要求5所述的层合制品，其特征在于，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的至少一个玻璃包覆层还包含约1.0-5.0摩尔％K2O。
8.如权利要求5所述的层合制品，其特征在于，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的至少一个玻璃包覆层还包含约0-2.5摩尔％BaO。
9.如权利要求5所述的层合制品，其特征在于，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的至少一个玻璃包覆层还包含约0.1-1.3摩尔％K2O。
10.如权利要求5所述的层合制品，其特征在于，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的至少一个玻璃包覆层包含β锂辉石。
11.一种层合制品，包含：
位于第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层之间的玻璃芯体层，其中玻璃芯体层的组成不同于第一和第二玻璃层的组成，其中第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的至少一个玻璃包覆层包含锂硅酸盐晶体。
12.如权利要求11所述的层合制品，其特征在于，锂硅酸盐晶体是偏硅酸锂(Li2SiO3)、二硅酸锂(Li2Si2O5)或其组合。
13.如权利要求11所述的层合制品，其特征在于，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的至少一个玻璃包覆层的CTE在70-80x10-7/℃的范围内。
14.一种层合制品，包含：
位于第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层之间的玻璃芯体层，其中玻璃芯体层的组成不同于第一和第二玻璃层的组成，其中第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的至少一个玻璃包覆层包含β锂辉石。
15.如权利要求14所述的层合制品，其特征在于，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的至少一个玻璃包覆层的CTE最高达约60x10-7/℃。
16.如权利要求14所述的层合制品，其特征在于，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的至少一个玻璃包覆层的CTE最高达约100x10-7/℃。
17.如权利要求5-16中任一项所述的压缩强化的层合玻璃结构或制品的用途，用于包括LCD和LED显示器、计算机监视器、自动柜员机(ATM)在内的消费用途或商用电子装置中的盖板玻璃或玻璃背板应用，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设备，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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