CN111164055A - 具有高断裂韧度的透明的可离子交换硅酸盐玻璃 - Google Patents

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Abstract

本文提供的基于玻璃的制品包含：SiO2，其范围是约20摩尔％至约80摩尔％；Al2O3，其范围是约2摩尔％至约60摩尔％；MgO；La2O3，它的量是大于或等于约3摩尔％；碱金属氧化物(R2O)的总和大于或等于约6摩尔％；以及MgO和Al2O3的总和大于或等于约28摩尔％，其中，基于玻璃的制品不含BeO。

Description

具有高断裂韧度的透明的可离子交换硅酸盐玻璃
本申请根据35U.S.C.§119，要求2017年9月21日提交的美国临时申请系列第62/561399号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域和背景技术
本公开内容一般地涉及新的基于玻璃的制品。
玻璃是脆性材料，其在使用过程中有时会发生破裂。商用玻璃的断裂韧度通常接近或低于0.8MPa*m0.5。存在对于获得具有高断裂韧度的玻璃(例如透明玻璃)的不断需求，以改善抗破坏性和/或跌落性能。
发明内容
在各种实施方式中，本公开内容提供的基于玻璃的制品包含：SiO2，其范围是约20摩尔％至约80摩尔％；Al2O3，其范围是约2摩尔％至约60摩尔％；MgO；Li2O；La2O3，它的量是大于或等于约3摩尔％；碱金属氧化物(R2O)的总和大于或等于约6摩尔％；以及MgO和Al2O3的总和大于或等于约28摩尔％，其中，基于玻璃的制品不含BeO。
附图说明
结合附图进行阅读时将更好地理解上述内容和以下实施方式的具体描述。出于示意性目的，附图可以对具体实施方式的使用进行描述。但是，应理解的是，本文所述的组成和方法不限于附图中所讨论或描述的精确实施方式。
图1A是结合了任意本文所揭示的基于玻璃的制品的示例性电子装置的平面图。
图1B是图1A的示例性电子装置的透视图。
具体实施方式
定义
开放式术语，例如“包含”、“包含了”、“含有”、“含”等表示“包括”。这些开放式过渡用语用来引入开放式的元素列表，方法步骤等，这不排除其他未列举的元素或方法步骤。要理解的是，在用“包括”语言描述的实施方式的任何地方，还提供了以“由...组成”和/或“基本上由...组成”描述的其他类似实施方式。
过渡用语由“由...组成”及其变化形式排除了任何未陈述的元素、步骤或成分，除了通常与之相关的杂质之外。
过渡用语“基本上由...组成”或者诸如“基本上由......组成”或“基本上由......构成”的变化形式排除了未陈述的任何元素、步骤或成分，除了不会实质上改变指定方法、结构或组成的基本或新颖性质的那些之外。
此外，在本公开内容的元素或组分之前的不定冠词“一个”和“一种”旨在对于实例的数量，即元素或组分的出现是非限制性的。因此，“一个”或“一种”应理解为包括一个/一种或至少一个/一种，并且除非明确数量为单数，否则单数形式的所述元素或组分也包括复数的情况。
如本文所用，修饰本公开相关的值的术语“约”指的是数量的变化，其可能是由于如下情况发生的：常规测试和处理；此类测试和处理中的无意错误；本公开中使用的制造、来源或成分纯度的差异等。无论是否受术语“约”修饰，权利要求书都包括所陈述的量的等价形式。在一个实施方式中，术语“约”表示与所记录数值相差10％之内。
本文所用术语“本公开”或“本公开内容”是非限制性术语，并不旨在涉及特定公开内容的任何单个实施方式，而是包括了本申请中所述的所有可能的实施方式。
如本文所用，术语“基于玻璃的制品”和“玻璃基制品”以它们最广泛的意义来使用，包括全部或部分由玻璃制成的任何物体，并且包括玻璃陶瓷。如本文所用，玻璃陶瓷具有无定形相以及一个或多个晶相。
每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一个要素和它们的组合时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素，或者主要由它们组成，或者由它们组成。类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。除非另外说明，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限，以及所述范围之间的任意子范围。除非另有说明，否则本文所述的所有组成和包含组成组分的关系都表述为基于金属氧化物的摩尔百分比(摩尔％)。
玻璃组合物
在各种实施方式中，本公开内容提供了包含La2O3的基于玻璃的制品。在一些实施方式中，基于玻璃的制品包含SiO2、Al2O3、La2O3、MgO、Li2O，并且不含BeO。在一些实施方式中，基于玻璃的制品由SiO2、Al2O3、La2O3、MgO、Li2O构成，或者基本由它们构成。
本文所述的基于玻璃的制品可以包含各种二氧化硅(或SiO2)量。虽然不希望受限于理论，但是相信SiO2是主要的形成玻璃的氧化物，其形成了玻璃的网络骨架。由于其极高的熔化温度，纯SiO2与大多数制造工艺是不兼容的。因为在熔化区域中纯SiO2或高SiO2玻璃粘度过高，可能出现缺陷，例如澄清气泡，并且难熔物质的腐蚀和铂的劣化可能变得过于极端，难以在连续过程中进行长期制造。此外，随着二氧化硅浓度的增加，由于方石英的稳定性增加可能导致液相线温度增加，所述方石英是SiO2的晶体多形体，它是连续工艺中的不合乎希望的失透相。但是，需要最低水平的SiO2来确保良好的化学耐用性以及与用于制造的耐火材料的相容性。本领域技术人员可以基于本公开内容调节SiO2的量。
在本公开内容的基于玻璃的制品中，SiO2的浓度范围可以是约20摩尔％至约80摩尔％(例如，约25摩尔％、约30摩尔％、约35摩尔％、约40摩尔％、约45摩尔％、约50摩尔％、约55摩尔％、约60摩尔％、约65摩尔％、约70摩尔％、约75摩尔％、约80摩尔％，或者具体值之间的任意范围)。例如，在一些实施方式中，SiO2的浓度范围是约20摩尔％至约75摩尔％、约20摩尔％至约70摩尔％、约20摩尔％至约65摩尔％、约20摩尔％至约60摩尔％、约25摩尔％至约80摩尔％、约25摩尔％至约75摩尔％、约25摩尔％至约70摩尔％、约25摩尔％至约65摩尔％、约25摩尔％至约60摩尔％、约30摩尔％至约80摩尔％、约30摩尔％至约75摩尔％、约30摩尔％至约70摩尔％、约30摩尔％至约65摩尔％、约30摩尔％至约60摩尔％、约35摩尔％至约80摩尔％、约35摩尔％至约75摩尔％、约35摩尔％至约70摩尔％、约35摩尔％至约65摩尔％、约35摩尔％至约60摩尔％、约40摩尔％至约80摩尔％、约40摩尔％至约75摩尔％、约40摩尔％至约70摩尔％、约40摩尔％至约65摩尔％、约40摩尔％至约60摩尔％、约45摩尔％至约80摩尔％、约45摩尔％至约75摩尔％、约45摩尔％至约70摩尔％、约45摩尔％至约65摩尔％、约45摩尔％至约60摩尔％、约50摩尔％至约80摩尔％、约50摩尔％至约75摩尔％、约50摩尔％至约70摩尔％、约50摩尔％至约65摩尔％、约50摩尔％至约60摩尔％、约60摩尔％至约80摩尔％、约70摩尔％至约80摩尔％，或者其间的所有范围和子范围。
本文所述的基于玻璃的制品通常包含氧化铝(或Al2O3)。虽然不希望受限于理论，但是相信Al2O3也可作为玻璃成形剂。类似于SiO2，由于其四面体配位，Al2O3也会对玻璃网络的刚度做出贡献。类似地，Al2O3含量相对于其他玻璃改性剂氧化物的增加通常导致密度下降，热膨胀系数下降，并改善了耐用性。但是，Al2O3的浓度不能太高。例如，当浓度太高时，Al2O3会促进锆石耐火材料的溶解，这会导致熔合线氧化锆缺陷，并且会导致对于3D玻璃成形而言不利的高软化点。因此，调节Al2O3的量以平衡这些各种性质。
在本公开内容的基于玻璃的制品中，Al2O3的浓度范围可以是约2摩尔％至约60摩尔％(例如，约1摩尔％、约2摩尔％、约3摩尔％、约4摩尔％、约5摩尔％、约6摩尔％、约7摩尔％、约8摩尔％、约9摩尔％、约10摩尔％、约11摩尔％、约12摩尔％、约13摩尔％、约14摩尔％、约15摩尔％、约20摩尔％、约25摩尔％、约30摩尔％、约35摩尔％、约40摩尔％、约45摩尔％、约50摩尔％、约60摩尔％，或者具体值之间的任意范围)。例如，在一些实施方式中Al2O3的浓度范围是：约2摩尔％至约55摩尔％、约2摩尔％至约50摩尔％、约2摩尔％至约45摩尔％、约2摩尔％至约40摩尔％、约2摩尔％至约35摩尔％、约2摩尔％至约30摩尔％、约2摩尔％至约25摩尔％、约2摩尔％至约20摩尔％、约2摩尔％至约15摩尔％、约2摩尔％至约10摩尔％、约4摩尔％至约60摩尔％、约4摩尔％至约55摩尔％、约4摩尔％至约50摩尔％、约4摩尔％至约45摩尔％、约4摩尔％至约40摩尔％、约4摩尔％至约35摩尔％、约4摩尔％至约30摩尔％、约4摩尔％至约25摩尔％、约4摩尔％至约20摩尔％、约4摩尔％至约15摩尔％、约4摩尔％至约10摩尔％、约8摩尔％至约60摩尔％、约8摩尔％至约55摩尔％、约8摩尔％至约50摩尔％、约8摩尔％至约45摩尔％、约8摩尔％至约40摩尔％、约8摩尔％至约35摩尔％、约8摩尔％至约30摩尔％、约8摩尔％至约25摩尔％、约8摩尔％至约20摩尔％、约8摩尔％至约15摩尔％、约10摩尔％至约60摩尔％、约10摩尔％至约55摩尔％、约10摩尔％至约50摩尔％、约10摩尔％至约45摩尔％、约10摩尔％至约40摩尔％、约10摩尔％至约35摩尔％、约10摩尔％至约30摩尔％、约10摩尔％至约25摩尔％、约10摩尔％至约20摩尔％、约10摩尔％至约15摩尔％、约15摩尔％至约60摩尔％、约15摩尔％至约55摩尔％、约15摩尔％至约50摩尔％、约15摩尔％至约45摩尔％、约15摩尔％至约40摩尔％、约15摩尔％至约35摩尔％、约15摩尔％至约30摩尔％、约15摩尔％至约25摩尔％、约15摩尔％至约20摩尔％、约20摩尔％至约60摩尔％、约20摩尔％至约55摩尔％、约20摩尔％至约50摩尔％、约20摩尔％至约45摩尔％、约20摩尔％至约40摩尔％、约20摩尔％至约35摩尔％、约20摩尔％至约30摩尔％、约20摩尔％至约25摩尔％，或者其间的所有范围和子范围。
在一些实施方式中，本文所述的基于玻璃的制品包含氧化镧(或者La2O3)。虽然不希望受限于理论，但是相信La2O3对于增加结合强度和减小角度约束是重要的。但是，过高浓度的La2O3会增加熔化温度，以及使得组合物与大多数制造工艺是不兼容的并且会促进结晶。在本公开内容的基于玻璃的制品中，La2O3的浓度可以是大于或等于约3摩尔％，约4摩尔％、约5摩尔％、约6摩尔％、约7摩尔％、约8摩尔％、约9摩尔％、约10摩尔％、约11摩尔％、约12摩尔％、约13摩尔％、约14摩尔％、约15摩尔％、约16摩尔％、约17摩尔％、约18摩尔％，或者具体值之间的任意范围)。在一些实施方式中，La2O3的浓度范围是约3摩尔％至约18摩尔％、约3摩尔％至约15摩尔％、约3摩尔％至约10摩尔％、约5摩尔％至约18摩尔％、约5摩尔％至约15摩尔％、约5摩尔％至约10摩尔％、约10摩尔％至约18摩尔％、约10摩尔％至约15摩尔％，或者其间的任意范围和子范围。
在一些实施方式中，本文所述的基于玻璃的制品包含氧化镁(或者MgO)。虽然不希望受限于理论，但是相信MgO具有高场强度，这增加了基于玻璃的制品的杨氏模量。但是，MgO浓度太高会促进结晶。在本公开内容的基于玻璃的制品中，MgO的浓度范围是约1摩尔％至约42摩尔％(例如，约1摩尔％、约2摩尔％、约3摩尔％、约4摩尔％、约5摩尔％、约6摩尔％、约7摩尔％、约8摩尔％、约9摩尔％、约10摩尔％、约15摩尔％、约20摩尔％、约25摩尔％、约30摩尔％、约32摩尔％、约35摩尔％、约37摩尔％、约40摩尔％、约42摩尔％，或者具体值之间的任意范围)。在一些实施方式中，MgO的浓度范围是：约1摩尔％至约42摩尔％、约1摩尔％至约40摩尔％、约1摩尔％至约37摩尔％、约1摩尔％至约35摩尔％、约1摩尔％至约32摩尔％、约1摩尔％至约30摩尔％、约1摩尔％至约25摩尔％、约1摩尔％至约20摩尔％、约1摩尔％至约15摩尔％、约1摩尔％至约10摩尔％、约2摩尔％至约42摩尔％、约2摩尔％至约40摩尔％、约2摩尔％至约37摩尔％、约2摩尔％至约35摩尔％、约2摩尔％至约32摩尔％、约2摩尔％至约30摩尔％、约2摩尔％至约25摩尔％、约2摩尔％至约20摩尔％、约2摩尔％至约15摩尔％、约2摩尔％至约10摩尔％、约3摩尔％至约42摩尔％、约3摩尔％至约40摩尔％、约3摩尔％至约37摩尔％、约3摩尔％至约35摩尔％、约3摩尔％至约32摩尔％、约3摩尔％至约30摩尔％、约3摩尔％至约25摩尔％、约3摩尔％至约20摩尔％、约3摩尔％至约15摩尔％、约3摩尔％至约10摩尔％、约5摩尔％至约42摩尔％、约5摩尔％至约40摩尔％、约5摩尔％至约37摩尔％、约5摩尔％至约35摩尔％、约5摩尔％至约32摩尔％、约5摩尔％至约30摩尔％、约5摩尔％至约25摩尔％、约5摩尔％至约20摩尔％、约5摩尔％至约15摩尔％、约5摩尔％至约10摩尔％、约10摩尔％至约42摩尔％、约10摩尔％至约40摩尔％、约10摩尔％至约37摩尔％、约10摩尔％至约35摩尔％、约10摩尔％至约32摩尔％、约10摩尔％至约30摩尔％、约10摩尔％至约25摩尔％、约10摩尔％至约20摩尔％、约10摩尔％至约15摩尔％，或者其间的任意范围和子范围。
在一些实施方式中，本文所述的基于玻璃的制品包含一种或多种碱金属氧化物(或者R2O)，其中，R是碱金属，例如锂、钠、钾、铷或铯。在一些实施方式中，基于玻璃的制品包含：Li2O、Na2O、K2O、Rb2O或CS2O中的一种或多种；Li2O、Na2O、K2O、Rb2O或CS2O中的两种或更多种；Li2O、Na2O、K2O、Rb2O或CS2O中的三种或更多种；或者Li2O、Na2O、K2O、Rb2O或CS2O中的四种或更多种。因此，在一些实施方式中，基于玻璃的制品可以仅包含Li2O、仅包含Na2O或者仅包含K2O。在其他实施方式中，基于玻璃的制品可以仅包含Li2O和Na2O、仅包含Li2O和K2O或者仅包含K2O和Na2O。碱金属氧化物实现了对基于玻璃的制品进行离子交换，从而对基于玻璃的制品进行化学强化。具有较小离子半径的碱金属(例如，锂或钠)的碱金属氧化物还具有高场强度，这增加了基于玻璃的制品的杨氏模量。但是，碱金属氧化物的浓度太高会增加结晶的趋势。在本公开内容的基于玻璃的制品中，碱金属氧化物的总浓度可以是大于或等于约5摩尔％、约6摩尔％、约7摩尔％、约8摩尔％、约9摩尔％、约10摩尔％、约11摩尔％、约12摩尔％、约13摩尔％、约14摩尔％、约15摩尔％、约16摩尔％、约17摩尔％、约18摩尔％、约19摩尔％、约20摩尔％，或者具体值之间的任意范围。在一些实施方式中，碱金属氧化物的总浓度范围可以是：约6摩尔％至约20摩尔％、约6摩尔％至约18摩尔％、约6摩尔％至约15摩尔％、约6摩尔％至约12摩尔％、约6摩尔％至约10摩尔％、约8摩尔％至约20摩尔％、约8摩尔％至约18摩尔％、约8摩尔％至约15摩尔％、约8摩尔％至约12摩尔％、约8摩尔％至约10摩尔％、约10摩尔％至约20摩尔％、约10摩尔％至约18摩尔％、约10摩尔％至约15摩尔％、约10摩尔％至约12摩尔％，或者其间的任意范围和子范围。
在一些实施方式中，单个碱金属氧化物的浓度范围可以是：约4摩尔％至约18摩尔％、约4摩尔％至约15摩尔％、约4摩尔％至约12摩尔％、约4摩尔％至约10摩尔％、约5摩尔％至约18摩尔％、约5摩尔％至约15摩尔％、约5摩尔％至约12摩尔％、约5摩尔％至约10摩尔％、6摩尔％至约20摩尔％、约6摩尔％至约18摩尔％、约6摩尔％至约15摩尔％、约6摩尔％至约12摩尔％、约6摩尔％至约10摩尔％、约8摩尔％至约20摩尔％、约8摩尔％至约18摩尔％、约8摩尔％至约15摩尔％、约8摩尔％至约12摩尔％、约8摩尔％至约10摩尔％、约10摩尔％至约20摩尔％、约10摩尔％至约18摩尔％、约10摩尔％至约15摩尔％、约10摩尔％至约12摩尔％，或者其间的任意范围和子范围。
在一些实施方式中，MgO和Al2O3的浓度总和可以是大于约28摩尔％、约29摩尔％、约30摩尔％、约31摩尔％、约32摩尔％、约33摩尔％、约34摩尔％、约35摩尔％、约36摩尔％、约37摩尔％、约38摩尔％、约39摩尔％、约40摩尔％、约41摩尔％、约42摩尔％或者约43摩尔％。在一些实施方式中，MgO和Al2O3的浓度总和可以是：大于约28摩尔％至约43摩尔％，大于约28摩尔％至约41摩尔％，大于约28摩尔％至约37摩尔％，大于约28摩尔％至约35摩尔％，大于约28摩尔％至约33摩尔％，大于约28摩尔％至约30摩尔％，大于约30摩尔％至约43摩尔％，约30摩尔％至约41摩尔％，约30摩尔％至约37摩尔％，约30摩尔％至约35摩尔％，约30摩尔％至约33摩尔％，大于约33摩尔％至约43摩尔％，约33摩尔％至约41摩尔％，约33摩尔％至约37摩尔％，约33摩尔％至约35摩尔％，大于约35摩尔％至约43摩尔％，约35摩尔％至约41摩尔％，约35摩尔％至约37摩尔％，或者其间的任意范围和子范围。
在一些实施方式中，基于玻璃的制品不含BeO、As2O3、Sb2O3中的一种或多种。如本文所用，术语“不含”指的是尽管在最终的基于玻璃的制品中可能作为污染物存在非常少量的该组分(例如，小于0.1摩尔％)，但是该组分没有作为批料材料的组分添加。
基于玻璃的制品的性质
在一些实施方式中，本文所述的基于玻璃的制品可以具有以下一种或多种性质。例如，在各种实施方式中，基于玻璃的制品展现出高断裂韧度。在一些实施方式中，基于玻璃的制品展现出高杨氏模量值，这会导致高硬度。在一些实施方式中，基于玻璃的制品展现出低的应力光学系数(SOC)。在本文所述的任意实施方式中，基于玻璃的制品在可见光谱中会是基本透明的。
剪切和分裂之间的竞争决定了材料的延性/脆性行为。在裂纹尖端，如果剪切所需的能量或者应力低于分裂所需的情况，则裂纹尖端会被剪切钝化，并且材料会展现出延性或高断裂韧度。在原子水平，玻璃网络中的键合强度和角度约束之间的竞争决定了玻璃的脆性/延性行为。键合强度的相对增加或者角度约束的相对减小会通过防止分裂或者促进剪切变形增加延性。
虽然不希望受限于理论，但是相信本文所述的基于玻璃的制品可以通过存在镧(其与氧强烈键合并且同时通过降低了角度约束)来实现高断裂韧度。
在各种实施方式中，本公开内容提供了表征为高断裂韧度的基于玻璃的制品。例如，在本文所述的任意实施方式中，基于玻璃的制品的断裂韧度值可以是至少0.8MPa*m0.5(例如，至少0.85MPa*m0.5、至少0.9MPa*m0.5、至少0.95MPa*m0.5、至少1MPa*m0.5)。在一些实施方式中，基于玻璃的制品可以具有如下断裂韧度值：约0.8MPa*m0.5、约0.85MPa*m0.5、约0.9MPa*m0.5、约0.95MPa*m0.5、约1MPa*m0.5、约1.1MPa*m0.5、约1.2MPa*m0.5、约1.3MPa*m0.5，或者具体值之间的任意范围和子范围。例如，在一些实施方式中，基于玻璃的制品可以具有如下范围的断裂韧度值：约0.8MPa*m0.5至约1.3MPa*m0.5、约0.8MPa*m0.5至约1MPa*m0.5、约0.85MPa*m0.5至约1.3MPa*m0.5、约0.85MPa*m0.5至约1MPa*m0.5、约0.9MPa*m0.5至约1.3MPa*m0.5、约0.9MPa*m0.5至约1MPa*m0.5、约0.95MPa*m0.5至约1.3MPa*m0.5、约0.95MPa*m0.5至约1MPa*m0.5，或者其间的任意范围和子范围。本公开内容所陈述的断裂韧度值(K1C)指的是通过臂章缺口短杆(chevron notched short bar)(CNSB)方法测得的值，该方法公开于Reddy,K.P.R.等人的“Fracture Toughness Measurement of Glass and CeramicMaterials Using Chevron-Notched Specimens(采用臂章缺口试样对玻璃和陶瓷材料进行断裂韧度测量)”，J.Am.Ceram.Soc.，71[6]，C-310-C-313(1988)，不同之处在于，采用Bubsey,R.T.等人的“Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacement andStress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short RodSpecimens Based on Experimental Compliance Measurements(基于实验一致性测量的臂章缺口短杆和短杆试样的裂口位移和应力强度因子的闭式表达式)”，NASA技术备忘录83796，第1-30页(1992年10月)等式5来计算Y*m。
在各种实施方式中，本公开内容还提供了表征为高杨氏模量值的基于玻璃的制品。如本领域技术人员所理解的，杨氏模量值可以反映基于玻璃的制品的硬度。在本文所述的任意实施方式中，基于玻璃的制品的杨氏模量值可以是至少90GPa(例如，至少95GPa、至少100GPa、至少105GPa、至少110GPa、至少120GPa、至少130GPa、或者至少140GPa)。例如，基于玻璃的制品可以具有如下杨氏模量值：约90GPa、约95GPa、约100GPa、约105GPa、约110GPa、约120GPa、约130GPa、约140GPa，或者具体值之间的任意范围和子范围。在一些实施方式中，基于玻璃的制品具有如下范围的杨氏模量值：约90GPa至约140GPa、约90GPa至约135GPa、约90GPa至约130GPa、约90GPa至约125GPa、约90GPa至约120GPa、约90GPa至约115GPa、约90GPa至约110GPa、约95GPa至约140GPa、约95GPa至约135GPa、约95GPa至约130GPa、约95GPa至约125GPa、约95GPa至约120GPa、约95GPa至约115GPa、约95GPa至约110GPa、约100GPa至约140GPa、约100GPa至约135GPa、约100GPa至约130GPa、约100GPa至约125GPa、约100GPa至约120GPa、约100GPa至约115GPa、约100GPa至约110GPa、约105GPa至约140GPa、约105GPa至约135GPa、约105GPa至约130GPa、约105GPa至约125GPa、约105GPa至约120GPa、约105GPa至约115GPa、约105GPa至约110GPa、约110GPa至约140GPa、约110GPa至约135GPa、约110GPa至约130GPa、约110GPa至约125GPa、约110GPa至约120GPa、约110GPa至约115GPa，或者其间的任意范围和子范围。本公开内容所陈述的杨氏模量值指的是通过ASTME2001-13中，题为“Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy forDefect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts(共振超声波光谱法用于金属和非金属部件缺陷检测的标准指南)”提出的一般类型的共振超声波谱技术的测量值(转换为GPa)。
在各种实施方式中，本公开内容还提供了表征为低的应力光学系数(SOC)的基于玻璃的制品。如本领域技术人员所理解的，SOC与玻璃的双折射相关。在本文所述的任意实施方式中，基于玻璃的制品可以具有不超过3布鲁斯特的SOC(例如，不超过2布鲁斯特、不超过1.5布鲁斯特或者不超过1布鲁斯特)。在一些实施方式中，基于玻璃的制品的SOC是：约1.3布鲁斯特、约1.5布鲁斯特、约1.7布鲁斯特、约1.9布鲁斯特、约2布鲁斯特，或者具体值之间的任意范围。在一些实施方式中，基于玻璃的制品的SOC是约1.3布鲁斯特至约2布鲁斯特。SOC值的测量可以如ASTM标准C770-16的方案C(玻璃碟方法)所述的题为“StandardTest Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient(用于测量玻璃应力光学系数的标准测试方法)”进行测量。
本文所述的基于玻璃的制品可以通过断裂韧度、杨氏模量和应力光学系数中的不止一种性质进行表征。例如，在一些实施方式中，本文所述的基于玻璃的制品可以表征为：(i)断裂韧度是至少0.8MPa*m0.5；(ii)杨氏模量值是至少90GPa；和/或(iii)应力光学系数(SOC)不超过3布鲁斯特。在本文所述的任意实施方式中，基于玻璃的制品是基本透明的。
装置
本文所述的基于玻璃的制品可以具有各种应用，例如，需要高断裂韧度的情况。本领域技术人员会理解的是，本文所述的基于玻璃的制品根据其具体应用可以具有各种形状、厚度等。
例如，本文所揭示的基于玻璃的制品可以被整合到另一制品中，例如具有显示器的制品(或显示器制品)(例如，消费者电子件，包括移动电话、平板、电脑、笔记本电脑和导航系统等)，建筑制品，运输制品(例如，车辆、火车、飞行器、航海器等)，电器制品，或者任意需要部分透明性、耐划痕性、耐磨性或其组合的制品。结合了如本文所揭示的任意基于玻璃的制品的示例性制品如图1A和1B所示。具体来说，图1A和1B显示消费者电子装置100，其包括：具有前表面104、后表面106和侧表面108的外壳102；(未示出的)电子组件，其至少部分位于或者完全位于外壳内并且至少包括控制器、存储器和位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻的显示器110；以及位于外壳的前表面或者在外壳的前表面上方的覆盖基材112，从而使其位于显示器上方。在一些实施方式中，外壳102或覆盖基材112的一部分中的至少一个可以包括本文所揭示的任意基于玻璃的制品。
实施例
下面的实施例进一步说明了本文的优点和特征，这些实施例不以任何方式构成对本文的限制。
因为单个组分的总和等于或者非常接近约100，出于所有实践目的，记录值视为表示摩尔％。实际的批料组分可能包含任何材料，或氧化物或其他化合物，当这些组分与其他批料组分熔融在一起时将以适当比例转化为所需的氧化物。
制备具有表I所列出的组成的玻璃，并且对表I所列出的各种性质进行测量。组成以氧化物计记录为摩尔％。
表I：实验中制造的实施例玻璃
Figure BDA0002418941030000111
Figure BDA0002418941030000121
表I(续)：实验中制造的实施例玻璃
Figure BDA0002418941030000122
Figure BDA0002418941030000131
表I(续)：实验中制造的实施例玻璃
Figure BDA0002418941030000132
Figure BDA0002418941030000141
表I(续)：实验中制造的实施例玻璃
Figure BDA0002418941030000142
Figure BDA0002418941030000151
表I(续)：实验中制造的实施例玻璃
Figure BDA0002418941030000152
Figure BDA0002418941030000161
对于表I所列出的样品1-35，将含有每种个体氧化物的原材料混合并熔化以得到相应的组成。通过标准物理/化学方法获得组成和物理性质，如下文所述。
按照玻璃领域的常规技术确定表I列出的玻璃性质。因此，在0-300℃温度范围的线性热膨胀系数(CTE)表述为ppm/K，并且是通过纤维拉长技术(ASTM编号E228-11)确定的。采用ASTM C693-93(2013)的浮力法来确定密度。单位是GPa的杨氏模量值，单位是GPa的剪切模量值，以及泊松比是采用ASTM E2001-13所述的一般类型的共振超声谱技术确定的。采用ASTM C598-93(2013)的梁弯曲粘度法来确定退火点和应变点。采用ASTM C338-93(2013)的平行板粘度方法来确定软化点。可以通过ASTM标准C770-16的方案C(玻璃碟方法)来测量应力光学系数(SOC)值。采用上文所述的方法来确定断裂韧度(K1C[MPa*m0.5])。
在方面(1)中，基于玻璃的制品包含：
SiO2，其范围是约20摩尔％至约80摩尔％；
Al2O3，其范围是约2摩尔％至约60摩尔％；
MgO；
Li2O；
La2O3，它的量大于或等于约3摩尔％；
碱金属氧化物(R2O)的总和大于或等于约6摩尔％；以及
MgO和Al2O3的总和大于或等于约28摩尔％；
其中，基于玻璃的制品不含BeO。
根据方面(1)的方面(2)，其中：(i)断裂韧度是至少0.8MPa*m0.5；(ii)杨氏模量值是至少90GPa；和/或(iii)应力光学系数(SOC)不超过3布鲁斯特。
根据任意前述方面的方面(3)，其中，La2O3的范围是约3摩尔％至约18摩尔％。
根据任意前述方面的方面(4)，其中，La2O3的范围是约5摩尔％至约15摩尔％。
根据任意前述方面的方面(5)，其中，MgO的范围是约1摩尔％至约42摩尔％。
根据任意前述方面的方面(6)，其中，MgO的范围是约2摩尔％至约37摩尔％。
根据任意前述方面的方面(7)，其中，MgO的范围是约3摩尔％至约32摩尔％。
根据任意前述方面的方面(8)，其中，R2O的总和范围是约6摩尔％至约15摩尔％。
根据任意前述方面的方面(9)，其包含：
MgO，其范围是约1摩尔％至约42摩尔％；
La2O3，其范围是约3摩尔％至约18摩尔％；以及
R2O的总和范围是约6摩尔％至约15摩尔％。
根据任意前述方面的方面(10)，其包含：
SiO2，其范围是约25摩尔％至约70摩尔％；和
Al2O3，其范围是约4摩尔％至约50摩尔％。
根据方面(10)的方面(11)，其包含：
SiO2，其范围是约30摩尔％至约60摩尔％；和
Al2O3，其范围是约8摩尔％至约40摩尔％。
根据任意前述方面的方面(12)，其包含：
SiO2，其范围是约25摩尔％至约70摩尔％；
Al2O3，其范围是约4摩尔％至约50摩尔％；
MgO，其范围是约2摩尔％至约37摩尔％；
La2O3，其范围是约3摩尔％至约18摩尔％；以及
R2O的总和范围是约6摩尔％至约15摩尔％。
根据任意前述方面的方面(13)，其包含：
SiO2，其范围是约30摩尔％至约60摩尔％；
Al2O3，其范围是约8摩尔％至约40摩尔％；
MgO，其范围是约3摩尔％至约32摩尔％；
La2O3，其范围是约5摩尔％至约15摩尔％；以及
R2O的总和范围是约6摩尔％至约15摩尔％。
在方面(14)中，消费者电子装置包括：
包含前表面、背表面和侧表面的外壳；
至少部分位于所述外壳内的电子组件，所述电子组件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述外壳的前表面处或者与所述外壳的前表面相邻；以及
布置在显示器上方的覆盖基材，
其中，一部分的外壳或者覆盖基材中的至少一个包括任意前述方面的基于玻璃的制品。
以上具体实施方式的描述会完全揭示了本公开内容的一般性质，通过应用本领域技术范围内的知识，他人无需过多实验即能很容易地就各种应用改良和/或修改这些具体实施方式而不背离本公开的总体理念。因此，基于本文所列出的教导和指导，这些调试和改良包括在所揭示的实施方式的含义和等价内容范围之内。要理解的是，本文中的措词和术语仅仅是描述性的而非限制性的，从而本说明书的术语或措辞将由技术人员根据这些教导和指导来解释。
本公开的宽度和范围不应受任何上述示例性实施方式的限制。
本文所述的所有不同方面、实施方式和选择可以任何和全部的变化形式组合。
将本说明书中提到的所有发表物、专利和专利申请以其全文形式纳入本文作为参考，就好像将各篇单独的发表物、专利或专利申请具体地和单独地通过引用纳入本文一样。

Claims (14)

1.一种基于玻璃的制品，其包含：
SiO2，其范围是约20摩尔％至约80摩尔％；
Al2O3，其范围是约2摩尔％至约60摩尔％；
MgO；
Li2O；
La2O3，它的量大于或等于约3摩尔％；
碱金属氧化物(R2O)的总和大于或等于约6摩尔％；以及
MgO和Al2O3的总和大于或等于约28摩尔％；
其中，基于玻璃的制品不含BeO。
2.如权利要求1所述的基于玻璃的制品，其中，(i)断裂韧度是至少0.8MPa*m0.5；(ii)杨氏模量值是至少90GPa；和/或(iii)应力光学系数(SOC)不超过3布鲁斯特。
3.如权利要求1或2所述的基于玻璃的制品，其中，La2O3的范围是约3摩尔％至约18摩尔％。
4.如权利要求1或2所述的基于玻璃的制品，其中，La2O3的范围是约5摩尔％至约15摩尔％。
5.如前述权利要求中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，MgO的范围是约1摩尔％至约42摩尔％。
6.如权利要求1-4中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，MgO的范围是约2摩尔％至约37摩尔％。
7.如权利要求1-4中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，MgO的范围是约3摩尔％至约32摩尔％。
8.如前述权利要求中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，R2O的总和范围是约6摩尔％至约15摩尔％。
9.如权利要求1或2所述的基于玻璃的制品，其包含：
MgO，其范围是约1摩尔％至约42摩尔％；
La2O3，其范围是约3摩尔％至约18摩尔％；以及
R2O的总和范围是约6摩尔％至约15摩尔％。
10.如权利要求9所述的基于玻璃的制品，其包含：
SiO2，其范围是约25摩尔％至约70摩尔％；和
Al2O3，其范围是约4摩尔％至约50摩尔％。
11.如权利要求10所述的基于玻璃的制品，其包含：
SiO2，其范围是约30摩尔％至约60摩尔％；和
Al2O3，其范围是约8摩尔％至约40摩尔％。
12.如权利要求1或2所述的基于玻璃的制品，其包含：
SiO2，其范围是约25摩尔％至约70摩尔％；
Al2O3，其范围是约4摩尔％至约50摩尔％；
MgO，其范围是约2摩尔％至约37摩尔％；
La2O3，其范围是约3摩尔％至约18摩尔％；以及
R2O的总和范围是约6摩尔％至约15摩尔％。
13.如权利要求1或2所述的基于玻璃的制品，其包含：
SiO2，其范围是约30摩尔％至约60摩尔％；
Al2O3，其范围是约8摩尔％至约40摩尔％；
MgO，其范围是约3摩尔％至约32摩尔％；
La2O3，其范围是约5摩尔％至约15摩尔％；以及
R2O的总和范围是约6摩尔％至约15摩尔％。
14.一种消费电子产品，其包括：
包含前表面、背表面和侧表面的外壳；
至少部分位于所述外壳内的电子组件，所述电子组件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述外壳的前表面处或者与所述外壳的前表面相邻；以及
布置在显示器上方的覆盖基材，
其中，一部分的外壳或者覆盖基材中的至少一个包括前述权利要求中任一项所述的基于玻璃的制品。
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