CN111936438A - 具有高断裂韧度的玻璃 - Google Patents

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Abstract

玻璃组合物包含：50摩尔％至69摩尔％SiO2，12.5摩尔％至25摩尔％Al2O3，0摩尔％至8摩尔％B2O3，大于0摩尔％至4摩尔％CaO，大于0摩尔％至17.5摩尔％MgO，0.5摩尔％至8摩尔％Na2O，0摩尔％至2.5摩尔％La2O3，和大于8摩尔％至18摩尔％Li2O，其中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3是0.9至小于1.3，以及Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3是大于23摩尔％至小于50摩尔％。玻璃组合物可以通过以下至少一种进行表征：通过臂章短杆方法测得的K1C值是至少0.75；以及通过双扭转法测得的K1C值是至少0.8。玻璃组合物是可化学强化的。玻璃组合物可以用于玻璃制品或者消费者电子产品。

Description

具有高断裂韧度的玻璃
相关申请交叉参考
本申请要求2018年5月11日提交的荷兰专利申请第2020914号的优先权权益，其要求2018年3月29日提交的美国临时申请系列第62/649,958号的优先权权益，本文以它们的内容作为基础并将其全文分别通过引用结合入本文。
背景技术
技术领域
本说明书一般地涉及适合用作电子装置的覆盖玻璃的玻璃组合物。更具体来说，本说明书涉及可以形成用于电子装置的覆盖玻璃的含锂铝硅酸盐玻璃。
技术背景
便携式装置(例如，智能手机、平板、便携式媒体播放器、个人电脑和照相机)的移动特性使得这些装置特别容易遭受意外掉落到硬表面(例如，地面)上。这些装置通常结合了覆盖玻璃，所述覆盖玻璃可能在受到硬表面冲击之后变得受损。在许多这些装置中，覆盖玻璃起到显示屏覆盖的作用，并且可能结合了触摸功能性，从而当覆盖玻璃受损时，装置的使用受到负面影响。
当相关的便携式装置掉落到硬表面上时，覆盖玻璃存在两种主要失效模式。一种模式是挠性失效，这是由于当装置受到来自硬表面的撞击时的动态负荷时，玻璃弯曲所导致的。另一种模式是锋利接触失效，这是由于向玻璃表面引入了破坏所导致的。粗糙硬表面(例如，沥青、花岗石等)撞击玻璃会导致玻璃表面中的锋利压痕。这些压痕变成玻璃表面中的失效点位，由此可能建立起裂纹并发生扩展。
通过涉及在玻璃表面中诱发压缩应力的离子交换技术可以使得玻璃对于挠性失效更具有抗性。但是，离子交换玻璃对于动态锋利接触仍然是易受损的，这是由于玻璃与锋利物体接触中的局部压痕所导致的高应力集中。
玻璃制造商以及手持式装置制造商持续地努力改善手持式装置对于锋利接触失效的抗性。解决方案从覆盖玻璃上的涂层到当装置掉落到硬表面上的时候防止覆盖玻璃受到硬表面直接撞击的斜面。但是，由于美观和功能性要求的限制，完全防止覆盖玻璃不受到硬表面的撞击是非常困难的。
还希望便携式装置尽可能得薄。因此，除了强度之外，还希望将用作便携式装置中的覆盖玻璃的玻璃制造得尽可能薄。因此，除了增加覆盖玻璃的强度之外，还希望玻璃的机械特性允许其通过能够制造薄玻璃制品(例如，薄玻璃片)的工艺形成。
因此，存在对于这样的玻璃的需求，所述玻璃可以通过例如离子交换进行强化，并且具有允许将它们形成为薄玻璃制品的机械性质。
发明内容
根据实施方式，提供了玻璃制品。玻璃制品包含：50摩尔％至69摩尔％SiO2，12.5摩尔％至25摩尔％Al2O3，0摩尔％至8摩尔％B2O3，大于0摩尔％至4摩尔％CaO，大于0摩尔％至17.5摩尔％MgO，0.5摩尔％至8摩尔％Na2O，0摩尔％至2.5摩尔％La2O3，以及大于8摩尔％至18摩尔％Li2O。玻璃组合物的特征在于：(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3是0.9至小于1.3；以及Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3是大于23摩尔％至小于50摩尔％。
根据实施方式，提供了玻璃制品。玻璃制品的中心处的组成包含：50摩尔％至69摩尔％SiO2，12.5摩尔％至25摩尔％Al2O3，0摩尔％至8摩尔％B2O3，大于0摩尔％至4摩尔％CaO，大于0摩尔％至17.5摩尔％MgO，0.5摩尔％至8摩尔％Na2O，0摩尔％至2.5摩尔％La2O3，和大于8摩尔％至18摩尔％Li2O，其中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3是0.9至小于1.3，以及Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3是大于23摩尔％至小于50摩尔％。玻璃制品包括从玻璃制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力区域。
根据实施方式，提供了玻璃制品。玻璃包含：SiO2、Al2O3和Li2O。玻璃的特征在于以下至少一种：通过臂章短杆方法(chevron short bar method)测得的K1C值是至少0.75；以及通过双扭转法测得的K1C值是至少0.8。
作为方面(1)，提供了玻璃制品。玻璃制品包含：50摩尔％至69摩尔％SiO2，12.5摩尔％至25摩尔％Al2O3，0摩尔％至8摩尔％B2O3，大于0摩尔％至4摩尔％CaO，大于0摩尔％至17.5摩尔％MgO，0.5摩尔％至8摩尔％Na2O，0摩尔％至2.5摩尔％La2O3，和大于8摩尔％至18摩尔％Li2O，其中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3是0.9至小于1.3，以及Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3是大于23摩尔％至小于50摩尔％。
作为方面(2)，提供了方面(1)的玻璃制品，玻璃制品包含大于8摩尔％至16摩尔％Li2O。
作为方面(3)，提供了方面(1)或(2)的玻璃制品，玻璃制品包含0摩尔％至2摩尔％TiO2。
作为方面(4)，提供了方面(1)至(2)中任一项的玻璃制品，玻璃制品包含0摩尔％至2.5摩尔％ZrO2。
作为方面(5)，提供了方面(1)至(4)中任一项的玻璃制品，玻璃制品包含0摩尔％至1摩尔％SrO。
作为方面(6)，提供了方面(1)至(5)中任一项的玻璃制品，玻璃制品包含0摩尔％至2摩尔％Y2O3。
作为方面(7)，提供了方面(1)至(6)中任一项的玻璃制品，玻璃制品还包含K2O。
作为方面(8)，提供了方面(1)至(6)中任一项的玻璃制品，玻璃制品其中的(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3是0.9至1.0。
作为方面(9)，提供了方面(1)至(8)中任一项的玻璃制品，玻璃制品其中的Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3是25摩尔％至46摩尔％。
作为方面(10)，提供了方面(1)至(9)中任一项的玻璃制品，玻璃制品包含大于0.5摩尔％至17.5摩尔％MgO。
作为方面(11)，提供了方面(1)至(10)中任一项的玻璃制品，玻璃制品包含大于0摩尔％至12摩尔％MgO。
作为方面(12)，提供了方面(1)至(11)中任一项的玻璃制品，玻璃制品包含14摩尔％至24摩尔％Al2O3。
作为方面(13)，提供了方面(1)至(12)中任一项的玻璃制品，玻璃制品其中的玻璃制品基本不含P2O5。
作为方面(14)，提供了方面(1)至(13)中任一项的玻璃制品，玻璃制品包含0.5摩尔％至8摩尔％B2O3。
作为方面(15)，提供了方面(1)至(14)中任一项的玻璃制品，玻璃制品其中的玻璃是可熔合成形的。
作为方面(16)，提供了方面(1)至(15)中任一项的玻璃制品，其中，玻璃的特征在于以下至少一种：通过臂章短杆方法(chevron short bar method)测得的K1C值是至少0.75；以及通过双扭转法测得的K1C值是至少0.8。
作为方面(17)，提供了方面(1)至(16)中任一项的玻璃制品，其中，5.631+0.148·Al2O3+0.142·B2O3-0.062·CaO-0.188·K2O+0.030·MgO-0.099·Na2O-0.043·Li2O-0.188·P2O5+0.020·ZnO-0.062·SrO+0.200·ZrO2≥6.5，其中，每种组分值的单位是摩尔％。
作为方面(18)，提供了玻璃制品。玻璃制品包括：玻璃制品的中心处的组成包含：50摩尔％至69摩尔％SiO2，12.5摩尔％至25摩尔％Al2O3，0摩尔％至8摩尔％B2O3，大于0摩尔％至4摩尔％CaO，大于0摩尔％至17.5摩尔％MgO，0.5摩尔％至8摩尔％Na2O，0摩尔％至2.5摩尔％La2O3，和大于8摩尔％至18摩尔％Li2O，其中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3是0.9至小于1.3，以及Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3是大于23摩尔％至小于50摩尔％；从玻璃制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力区域。
作为方面(19)，提供了方面(18)的玻璃制品，其中，玻璃制品包括至少400MPa的压缩应力。
作为方面(20)，提供了方面(18)或(19)的玻璃制品，其中，压缩深度至少是玻璃制品的厚度的20％。
作为方面(21)，提供了方面(18)至(20)中任一项的玻璃制品，其中，玻璃制品包括小于85MPa的最大中心张力。
作为方面(22)，提供了玻璃制品。玻璃制品包含：SiO2、Al2O3和Li2O，其中，玻璃的特征在于以下至少一种：通过臂章短杆方法(chevron short bar method)测得的K1C值是至少0.75；以及通过双扭转法测得的K1C值是至少0.8。
作为方面(23)，提供了方面(22)的玻璃制品，其还包含MgO。
作为方面(24)，提供了方面(22)或(23)的玻璃制品，其还包含CaO。
作为方面(25)，提供了方面(22)至(24)中任一项的玻璃制品，其还包含TiO2。
作为方面(26)，提供了方面(22)至(25)中任一项的玻璃制品，其还包含ZrO2。
在方面(27)中，提供了方面(22)至(26)中任一项的玻璃制品，其还包含SrO。
作为方面(28)，提供了方面(22)至(27)中任一项的玻璃制品，其还包含Y2O3。
作为方面(29)，提供了方面(22)至(28)中任一项的玻璃制品，其还包含K2O。
作为方面(30)，提供了方面(22)至(29)中任一项的玻璃制品，其还包含Na2O。
作为方面(31)，提供了方面(22)至(30)中任一项的玻璃制品，其中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3是0.9至小于1.3。
作为方面(32)，提供了方面(22)至(31)中任一项的玻璃制品，其中，Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3是大于23摩尔％至小于50摩尔％。
作为方面(33)，提供了方面(22)至(32)中任一项的玻璃制品，其还包含B2O3。
作为方面(34)，提供了方面(22)至(33)中任一项的玻璃制品，其中，玻璃制品是可熔合成形的。
作为方面(35)，提供了方面(22)至(33)中任一项的玻璃制品，其中，5.631+0.148·Al2O3+0.142·B2O3-0.062·CaO-0.188·K2O+0.030·MgO-0.099·Na2O-0.043·Li2O-0.188·P2O5+0.020·ZnO-0.062·SrO+0.200·ZrO2≥6.5，其中，每种组分值的单位是摩尔％。
作为方面(36)，提供了消费者电子产品。消费者电子产品包括：具有前表面、背表面和侧表面的外壳；提供成至少部分位于外壳内的电子组件，所述电子组件至少包括控制器、存储器和显示器，显示器提供成位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻；以及布置在显示器上方的覆盖玻璃，其中，外壳的一部分或覆盖玻璃的一部分中的至少一个包括任意前述要求的玻璃制品。
在以下的详细描述中给出了附加特征和优点，通过所作的描述，其中的部分特征和优点对于本领域的技术人员而言是显而易见的，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描述的实施方式而被认识。
要理解的是，前述的一般性描述和下文的具体实施方式都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所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个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1示意性显示根据本文所揭示和所述实施方式的在其表面上具有压缩应力层的玻璃的横截面；
图2A是结合了任意本文所揭示的玻璃制品的示例性电子装置的平面图；
图2B是图2A的示例性电子装置的透视图；
图3是根据实施方式的玻璃制品的压缩应力和压缩深度与离子交换时间的函数关系图；
图4是根据实施方式的玻璃制品的中心张力和增重与离子交换时间的函数关系图；
图5是根据实施方式的应力与离子交换玻璃制品的表面下深度的函数关系图；
图6是根据实施方式的应力与离子交换玻璃制品的表面下深度的函数关系图；以及
图7是图6的一部分的细节图。
具体实施方式
现在将具体参考根据各种实施方式的碱性铝硅酸盐玻璃。碱性铝硅酸盐玻璃具有良好的可离子交换性，并且已经使用化学强化工艺在碱性铝硅酸盐玻璃中实现高强度和高韧性性能。铝硅酸钠玻璃是具有高的玻璃可成形性和质量的高度可离子交换玻璃。铝硅酸锂玻璃是具有高的玻璃质量的高度可离子交换玻璃。使得Al2O3取代进入硅酸盐玻璃网络，这增加了离子交换过程中的单价阳离子的互扩散系数。通过熔盐浴(例如，KNO3或NaNO3)中的化学强化，可以实现具有高强度、高韧性和高的抗压痕开裂性的玻璃。通过化学强化实现的应力分布可以具有增加了玻璃制品的掉落性能、强度、韧性和其他属性的各种形状。
因此，已经关注将具有良好的物理性质、化学耐久性和可离子交换性的碱性铝硅酸盐玻璃用作覆盖玻璃。具体来说，本文提供了具有更高的断裂韧度和快速离子交换能力的含锂铝硅酸盐玻璃。通过不同离子交换工艺，可以实现更大的中心张力(CT)、压缩深度(DOC)和高的压缩应力(CS)。但是，在碱性铝硅酸盐玻璃中加入锂可能降低玻璃的熔化点、软化点或者液相线粘度。
用于形成玻璃制品(例如，玻璃片)的拉制工艺是合乎希望的，因为它们实现了形成几乎不具有缺陷的薄玻璃制品。之前认为为了通过拉制工艺(例如，熔合拉制或狭缝拉制)进行成形，玻璃组合物要求具有较高的液相线粘度，例如液相线粘度大于1000kP、大于1100kP或者大于1200kP。但是，拉制工艺的发展可以实现在拉制工艺中使用具有较低液相线粘度的玻璃。
在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，除非另有说明，否则组成组分(例如SiO2、Al2O3以及LiO2等)的浓度是基于氧化物的摩尔百分数(摩尔％)。下面单独讨论根据实施方式的碱性铝硅酸盐玻璃组合物的组分。应理解的是，一种组分的各种所陈述的任意范围可以与任意其他组分的各种所陈述的任意范围单独地结合。如本文所用，数字结尾的0旨在表示对于该数字的有效位数。例如，数字“1.0”包括两个有效位数，而数字“1.00”包括三个有效位数。
本文所揭示的铝硅酸锂玻璃组合物展现出高的断裂韧度(K1C)同时还展现出能够对具有该组成的玻璃制品进行高效生产的可制造性程度。在一些实施方式中，铝硅酸锂玻璃组合物的特征在于以下至少一种：通过臂章短杆方法测得的K1C断裂韧度值是至少0.75，以及通过双扭转法测得的K1C断裂韧度值是至少0.8。不希望受限于任何特定理论，相信本文所述的铝硅酸锂玻璃的高断裂韧度至少部分是由于玻璃组合物中所含的高场强度组分的浓度所导致的。
在本文所揭示的碱性铝硅酸盐玻璃组合物的实施方式中，SiO2是最大组分，并且因此SiO2是由玻璃组合物形成的玻璃网络的主要组分。纯SiO2具有较低的CTE并且是不含碱性的。但是，纯SiO2具有高熔点。因此，如果玻璃组合物中SiO2的浓度过高，则玻璃组合物的可成形性可能下降，因为较高的SiO2浓度增加了使得玻璃熔化的难度，这进而对玻璃的可成形性造成负面影响。在实施方式中，玻璃组合物通常包含的SiO2的量是大于或等于50.0摩尔％至小于或等于69.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的SiO2的量是大于或等于51.0摩尔％，例如：大于或等于52.0摩尔％、大于或等于53.0摩尔％、大于或等于54.0摩尔％、大于或等于55.0摩尔％、大于或等于56.0摩尔％、大于或等于57.0摩尔％、大于或等于58.0摩尔％、大于或等于59.0摩尔％、大于或等于60.0摩尔％、大于或等于61.0摩尔％、大于或等于62.0摩尔％、大于或等于63.0摩尔％、大于或等于64.0摩尔％、大于或等于65.0摩尔％、大于或等于66.0摩尔％、大于或等于67.0摩尔％、或者大于或等于68.0摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的SiO2的量是小于或等于68.0摩尔％，例如：小于或等于67.0摩尔％、小于或等于66.0摩尔％、小于或等于65.0摩尔％、小于或等于64.0摩尔％、小于或等于63.0摩尔％、小于或等于62.0摩尔％、小于或等于61.0摩尔％、小于或等于60.0摩尔％、小于或等于59.0摩尔％、小于或等于58.0摩尔％、小于或等于57.0摩尔％、小于或等于56.0摩尔％、小于或等于55.0摩尔％、小于或等于54.0摩尔％、小于或等于53.0摩尔％、小于或等于52.0摩尔％、或者小于或等于51.0摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃组合物包含的SiO2的量是大于或等于51.0摩尔％至小于或等于68.0摩尔％，例如：大于或等于52.0摩尔％至小于或等于67.0摩尔％、大于或等于53.0摩尔％至小于或等于66.0摩尔％、大于或等于54.0摩尔％至小于或等于65.0摩尔％、大于或等于55.0摩尔％至小于或等于64.0摩尔％、大于或等于56.0摩尔％至小于或等于63.0摩尔％、大于或等于57.0摩尔％至小于或等于62.0摩尔％、大于或等于58.0摩尔％至小于或等于61.0摩尔％、或者大于或等于60.0摩尔％至小于或等于61.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。
实施方式的玻璃组合物还可以包含Al2O3。类似于SiO2，Al2O3可以具有玻璃网络成形剂的作用。Al2O3可以增加玻璃组合物的粘度，因为它在由玻璃组合物形成的玻璃熔体中是四面体配位的，当Al2O3的量太高时，降低了玻璃组合物的可成形性。但是，当Al2O3的浓度与玻璃组合物中SiO2的浓度以及碱性氧化物的浓度平衡时，Al2O3会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与某些成形工艺(例如熔合成形工艺)的相容性。在实施方式中，玻璃组合物通常包含的Al2O3的量是大于或等于12.5摩尔％至小于或等于25.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的量是大于或等于13.0摩尔％，例如：大于或等于13.5摩尔％、大于或等于14.0摩尔％、大于或等于14.5摩尔％、大于或等于15.0摩尔％、大于或等于15.5摩尔％、大于或等于16.0摩尔％、大于或等于16.5摩尔％、大于或等于17.0摩尔％、大于或等于17.5摩尔％、大于或等于18.0摩尔％、大于或等于18.5摩尔％、大于或等于19.0摩尔％、大于或等于19.5摩尔％、大于或等于20.0摩尔％、大于或等于20.5摩尔％、大于或等于21.0摩尔％、大于或等于21.5摩尔％、大于或等于22.0摩尔％、大于或等于22.5摩尔％、大于或等于23.0摩尔％、大于或等于23.5摩尔％、大于或等于24.0摩尔％、或者大于或等于24.5摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的量小于或等于24.5摩尔％，例如：小于或等于24.0摩尔％、小于或等于23.5摩尔％、小于或等于23.0摩尔％、小于或等于22.5摩尔％、小于或等于22.0摩尔％、小于或等于21.5摩尔％、小于或等于21.0摩尔％、小于或等于20.5摩尔％、小于或等于20.0摩尔％、小于或等于19.5摩尔％、小于或等于19.0摩尔％、小于或等于18.5摩尔％、小于或等于18.0摩尔％、小于或等于17.5摩尔％、小于或等于17.0摩尔％、小于或等于16.5摩尔％、小于或等于16.0摩尔％、小于或等于15.5摩尔％、小于或等于15.0摩尔％、小于或等于14.5摩尔％、小于或等于14.0摩尔％、小于或等于13.5摩尔％、或者小于或等于13.0摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的量是大于或等于13.0摩尔％至小于或等于24.5摩尔％，例如：大于或等于13.5摩尔％至小于或等于24.0摩尔％、大于或等于14.0摩尔％至小于或等于23.5摩尔％、大于或等于14.5摩尔％至小于或等于23.0摩尔％、大于或等于15.0摩尔％至小于或等于22.5摩尔％、大于或等于15.5摩尔％至小于或等于22.0摩尔％、大于或等于16.0摩尔％至小于或等于21.5摩尔％、大于或等于16.5摩尔％至小于或等于21.0摩尔％、大于或等于17.0摩尔％至小于或等于20.5摩尔％、大于或等于17.5摩尔％至小于或等于20.0摩尔％、大于或等于18.0摩尔％至小于或等于19.5摩尔％、或者大于或等于18.5摩尔％至小于或等于19.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的量是大于或等于14.0摩尔％至小于或等于24.0摩尔％。
类似于SiO2和Al2O3，可以向玻璃组合物添加B2O3作为网络成形剂，从而降低玻璃组合物的可熔化性和可成形性。因此，B2O3的添加量可以是没有过度降低这些性质。在实施方式中，玻璃组合物包含的B2O3的量可以是大于或等于0摩尔％B2O3至小于或等于8.0摩尔％B2O3，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的B2O3的量可以是大于或等于0.5摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％、大于或等于1.5摩尔％、大于或等于2.0摩尔％、大于或等于2.5摩尔％、大于或等于3.0摩尔％、大于或等于3.5摩尔％、大于或等于4.0摩尔％、大于或等于4.5摩尔％、大于或等于5.0摩尔％、大于或等于5.5摩尔％、大于或等于6.0摩尔％、大于或等于6.5摩尔％、大于或等于7.0摩尔％、或者大于或等于7.5摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的B2O3的量可以是小于或等于7.5摩尔％，例如：小于或等于7.0摩尔％、小于或等于6.5摩尔％、小于或等于6.0摩尔％、小于或等于5.5摩尔％、小于或等于5.0摩尔％、小于或等于4.5摩尔％、小于或等于4.0摩尔％、小于或等于3.5摩尔％、小于或等于3.0摩尔％、小于或等于2.5摩尔％、小于或等于2.0摩尔％、小于或等于1.5摩尔％、小于或等于1.0摩尔％、或者小于或等于0.5摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃组合物包含的B2O3的量是大于或等于0.5摩尔％至小于或等于7.5摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％至小于或等于7.0摩尔％、大于或等于1.5摩尔％至小于或等于6.5摩尔％、大于或等于2.0摩尔％至小于或等于6.0摩尔％、大于或等于2.5摩尔％至小于或等于5.5摩尔％、大于或等于3.0摩尔％至小于或等于5.0摩尔％、大于或等于3.5摩尔％至小于或等于4.5摩尔％、或者大于或等于5.0摩尔％至小于或等于7.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。
在玻璃组合物中包含Li2O实现了对于离子交换过程的更好的控制，并且还降低了玻璃的软化点，从而增加了玻璃的可制造性。在实施方式中，玻璃组合物通常包含的Li2O的量是大于8.0摩尔％至小于或等于18.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Li2O的量是大于或等于8.5摩尔％，例如：大于或等于8.0摩尔％、大于或等于8.5摩尔％、大于或等于9.0摩尔％、大于或等于9.5摩尔％、大于或等于10.0摩尔％、大于或等于10.5摩尔％、大于或等于11.0摩尔％、大于或等于11.5摩尔％、大于或等于12.0摩尔％、大于或等于12.5摩尔％、大于或等于13.0摩尔％、大于或等于13.5摩尔％、大于或等于14.0摩尔％、大于或等于14.5摩尔％、大于或等于15.0摩尔％、大于或等于15.5摩尔％、大于或等于16.0摩尔％、大于或等于16.5摩尔％、大于或等于17.0摩尔％、或者大于或等于17.5摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Li2O的量是小于或等于17.5摩尔％，例如：小于或等于17.0摩尔％、小于或等于16.5摩尔％、小于或等于16.0摩尔％、小于或等于15.5摩尔％、小于或等于15.0摩尔％、小于或等于14.5摩尔％、小于或等于14.0摩尔％、小于或等于13.5摩尔％、小于或等于13.0摩尔％、小于或等于12.5摩尔％、小于或等于12.0摩尔％、小于或等于11.5摩尔％、小于或等于11.0摩尔％、小于或等于10.5摩尔％、小于或等于10.0摩尔％、小于或等于9.5摩尔％、小于或等于9.0摩尔％、或者小于或等于8.5摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在实施方式中，玻璃组合物包含的Li2O的量是大于或等于8.5摩尔％至小于或等于约17.5摩尔％，例如：大于或等于9.0摩尔％至小于或等于17.0摩尔％、大于或等于9.5摩尔％至小于或等于16.5摩尔％、大于或等于10.0摩尔％至小于或等于16.0摩尔％、大于或等于10.5摩尔％至小于或等于15.5摩尔％、大于或等于11.0摩尔％至小于或等于15.0摩尔％、大于或等于11.5摩尔％至小于或等于14.5摩尔％、大于或等于12.0摩尔％至小于或等于14.0摩尔％、或者大于或等于12.5摩尔％至小于或等于13.5摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Li2O的量是大于8.0摩尔％至小于或等于16.0摩尔％。
根据实施方式，玻璃组合物还可以包含除了Li2O之外的碱金属氧化物，例如Na2O。Na2O有助于玻璃组合物的可离子交换性，并且还改善了可成形性，从而改善了玻璃组合物的可制造性。但是，如果向玻璃组合物添加太多Na2O的话，则CTE可能太低，而熔化点可能太高。在实施方式中，玻璃组合物通常包含的Na2O的量是大于或等于0.5摩尔％Na2O至小于或等于8.0摩尔％Na2O，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Na2O的量是大于或等于1.0摩尔％，例如：大于或等于1.5摩尔％、大于或等于2.0摩尔％、大于或等于2.5摩尔％、大于或等于3.0摩尔％、大于或等于3.5摩尔％、大于或等于4.0摩尔％、大于或等于4.5摩尔％、大于或等于5.0摩尔％、大于或等于5.5摩尔％、大于或等于6.0摩尔％、大于或等于6.5摩尔％、大于或等于7.0摩尔％、或者大于或等于7.5摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Na2O的量是小于或等于7.5摩尔％，例如：小于或等于7.0摩尔％、小于或等于6.5摩尔％、小于或等于6.0摩尔％、小于或等于5.5摩尔％、小于或等于5.0摩尔％、或者小于或等于4.5摩尔％、小于或等于4.0摩尔％、小于或等于3.5摩尔％、小于或等于3.0摩尔％、小于或等于2.5摩尔％、小于或等于2.0摩尔％、小于或等于1.5摩尔％、或者小于或等于1.0摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃组合物包含的Na2O的量是大于或等于1.0摩尔％至小于或等于7.5摩尔％，例如：大于或等于1.5摩尔％至小于或等于7.0摩尔％、大于或等于2.0摩尔％至小于或等于6.5摩尔％、大于或等于2.5摩尔％至小于或等于6.0摩尔％、大于或等于3.0摩尔％至小于或等于5.5摩尔％、大于或等于3.5摩尔％至小于或等于5.0摩尔％、或者大于或等于4.0摩尔％至小于或等于4.5摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。
类似于Na2O，K2O也促进了离子交换和增加了压缩应力层的DOC。但是，增加K2O可能导致CTE太低，以及熔化点可能太高。在一些实施方式中，玻璃组合物可以包含K2O。在实施方式中，玻璃组合物基本不含钾。如本文所用，术语“基本不含”指的是尽管在最终玻璃中可能作为污染物存在非常少量的该组分(例如，小于0.01摩尔％)，但是该组分没有作为批料材料的组分添加。在其他实施方式中，玻璃组合物中K2O的存在量可以小于1摩尔％。
MgO降低了玻璃粘度，这增强了玻璃的可成形性和可制造性。在玻璃组合物中包含MgO还改善了玻璃组合物的应变点和杨氏模量，并且还可以改善玻璃的离子交换能力。但是，当玻璃组合物添加了太多MgO时，玻璃组合物的密度和CTE以不合乎希望的方式增加。在实施方式中，玻璃组合物通常包含的MgO的浓度是大于0摩尔％至小于或等于17.5摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的MgO的量是大于或等于0.5摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％、大于或等于1.5摩尔％、大于或等于2.0摩尔％、大于或等于2.5摩尔％、大于或等于3.0摩尔％、大于或等于3.5摩尔％、大于或等于4.0摩尔％、大于或等于4.5摩尔％、大于或等于5.0摩尔％、大于或等于5.5摩尔％、大于或等于6.0摩尔％、大于或等于6.5摩尔％、大于或等于7.0摩尔％、大于或等于7.5摩尔％、大于或等于8.0摩尔％、大于或等于8.5摩尔％、大于或等于9.0摩尔％、大于或等于9.5摩尔％、大于或等于10.0摩尔％、大于或等于10.5摩尔％、大于或等于11.0摩尔％、大于或等于11.5摩尔％、大于或等于12.0摩尔％、大于或等于12.5摩尔％、大于或等于13.0摩尔％、大于或等于13.5摩尔％、大于或等于14.0摩尔％、大于或等于14.5摩尔％、大于或等于15.0摩尔％、大于或等于15.5摩尔％、大于或等于16.0摩尔％、大于或等于16.5摩尔％、或者大于或等于17.0摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的MgO的量是小于或等于17.0摩尔％，例如：小于或等于16.5摩尔％、小于或等于16.0摩尔％、小于或等于15.5摩尔％、小于或等于15.0摩尔％、小于或等于14.5摩尔％、小于或等于14.0摩尔％、小于或等于13.5摩尔％、小于或等于13.0摩尔％、小于或等于12.5摩尔％、小于或等于12.0摩尔％、小于或等于11.5摩尔％、小于或等于11.0摩尔％、小于或等于10.5摩尔％、小于或等于10.0摩尔％、小于或等于9.5摩尔％、小于或等于9.0摩尔％、小于或等于8.5摩尔％、小于或等于8.0摩尔％、小于或等于7.5摩尔％、小于或等于7.0摩尔％、小于或等于6.5摩尔％、小于或等于6.0摩尔％、小于或等于5.5摩尔％、小于或等于5.0摩尔％、小于或等于4.5摩尔％、小于或等于4.0摩尔％、小于或等于3.5摩尔％、小于或等于3.0摩尔％、小于或等于2.5摩尔％、小于或等于2.0摩尔％、小于或等于1.5摩尔％、小于或等于1.0摩尔％、或者小于或等于0.5摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃组合物包含的MgO的量是大于或等于0.5摩尔％至小于或等于17.0摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％至小于或等于16.5摩尔％、大于或等于1.5摩尔％至小于或等于16.0摩尔％、大于或等于2.0摩尔％至小于或等于15.5摩尔％、大于或等于2.5摩尔％至小于或等于15.0摩尔％、大于或等于3.0摩尔％至小于或等于14.5摩尔％、大于或等于3.5摩尔％至小于或等于14.0摩尔％、大于或等于4.0摩尔％至小于或等于13.5摩尔％、大于或等于4.5摩尔％至小于或等于13.0摩尔％、大于或等于5.0摩尔％至小于或等于12.5摩尔％、大于或等于5.5摩尔％至小于或等于12.0摩尔％、大于或等于6.0摩尔％至小于或等于11.5摩尔％、大于或等于6.5摩尔％至小于或等于11.0摩尔％、大于或等于7.0摩尔％至小于或等于10.5摩尔％、大于或等于7.5摩尔％至小于或等于10.0摩尔％、大于或等于8.0摩尔％至小于或等于9.5摩尔％、或者大于或等于8.5摩尔％至小于或等于9.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的MgO的量是大于或等于0.5摩尔％至小于或等于17.5摩尔％或者大于或等于0摩尔％至小于或等于12.0摩尔％。
CaO降低了玻璃的粘度，这增强了可成形性、应变点和杨氏模量，并且可以改善离子交换能力。但是，当玻璃组合物添加了太多CaO时，玻璃组合物的密度和CTE增加。在实施方式中，玻璃组合物通常包含的CaO的浓度是大于0摩尔％至小于或等于4.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的CaO的量是大于或等于0.5摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％、大于或等于1.5摩尔％、大于或等于2.0摩尔％、大于或等于2.5摩尔％、大于或等于3.0摩尔％、或者大于或等于3.5摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的CaO的量是小于或等于3.5摩尔％，例如：小于或等于3.0摩尔％、小于或等于2.5摩尔％、小于或等于2.0摩尔％、小于或等于1.5摩尔％、小于或等于1.0摩尔％、或者小于或等于0.5摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃组合物包含的CaO的量是大于或等于0.5摩尔％至小于或等于3.5摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％至小于或等于3.0摩尔％、或者大于或等于1.5摩尔％至小于或等于2.5摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。
La2O3增加了玻璃的韧性，并且还增加了玻璃的杨氏模量和硬度。但是，当玻璃组合物添加了太多La2O3时，玻璃变得易于发生失透并且降低了玻璃的可制造性。在实施方式中，玻璃组合物通常包含的La2O3的浓度是大于或等于0摩尔％至小于或等于2.5摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的La2O3的量是大于或等于0.5摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％、大于或等于1.5摩尔％、或者大于或等于2.0摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的La2O3的量是小于或等于2.0摩尔％，例如：小于或等于1.5摩尔％、小于或等于1.0摩尔％、或者小于或等于0.5摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃组合物包含的La2O3的量是大于或等于0.5摩尔％至小于或等于2.0摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％至小于或等于1.5摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物基本不含La2O3。
Y2O3也增加了玻璃的韧性，并且增加了玻璃的杨氏模量和硬度。但是，当玻璃组合物添加了太多Y2O3时，玻璃变得易于发生失透并且降低了玻璃的可制造性。在实施方式中，玻璃组合物包含的Y2O3的浓度是例如：大于或等于0摩尔％至小于或等于2.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Y2O3的量是大于或等于0.5摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％、或者大于或等于1.5摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Y2O3的量是小于或等于1.5摩尔％，例如：小于或等于1.0摩尔％、或者小于或等于0.5摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃组合物包含的Y2O3的量是大于或等于0.5摩尔％至小于或等于1.5摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物基本不含Y2O3。
TiO2也对增加玻璃的韧性做出贡献，同时还软化了玻璃。但是，当玻璃组合物添加了太多TiO2时，玻璃变得易于发生失透并且展现出不合乎希望的着色。在实施方式中，玻璃组合物包含的TiO2的浓度是例如：大于或等于0摩尔％至小于或等于2.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的TiO2的量是大于或等于0.5摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％、或者大于或等于1.5摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的TiO2的量是小于或等于1.5摩尔％，例如：小于或等于1.0摩尔％、或者小于或等于0.5摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃组合物包含的TiO2的量是大于或等于0.5摩尔％至小于或等于1.5摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物不含或者基本不含TiO2。
ZrO2对玻璃的韧性做出贡献。但是，当玻璃组合物添加了太多ZrO2时，只是部分由于ZrO2在玻璃中的低溶解度，可能在玻璃中形成不合乎希望的氧化锆内含物。在实施方式中，玻璃组合物包含的ZrO2的浓度是例如：大于或等于0摩尔％至小于或等于2.5摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的ZrO2的量是大于或等于0.5摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％、大于或等于1.5摩尔％、或者大于或等于2.0摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的La2O3的量是小于或等于2.0摩尔％，例如：小于或等于1.5摩尔％、小于或等于1.0摩尔％、或者小于或等于0.5摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃组合物中包含的ZrO2的量是大于或等于0.5摩尔％至小于或等于2.0摩尔％，例如：大于或等于1.0摩尔％至小于或等于1.5摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物不含或者基本不含ZrO2。
SrO降低了本文所揭示的玻璃组合物的液相线温度。在实施方式中，玻璃组合物包含的SrO的量是大于或等于0摩尔％至小于或等于1.0摩尔％，例如：大于或等于0.2摩尔％至小于或等于0.8摩尔％、或者大于或等于0.4摩尔％至小于或等于0.6摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的SrO的量可以是大于或等于0.2摩尔％，例如：大于或等于0.4摩尔％、大于或等于0.6摩尔％、或者大于或等于0.8摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的SrO的量可以是小于或等于0.8摩尔％，例如：小于或等于0.6摩尔％、小于或等于0.4摩尔％、或者小于或等于0.2摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物可以基本不含或者不含SrO。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。
在实施方式中，玻璃组合物可以基本不含或者不含P2O5。在玻璃组合物中包含P2O5可能不合乎希望地降低了玻璃组合物的可熔化性和可成形性，从而削弱了玻璃组合物的可制造性。旨在用于离子交换强化的玻璃组合物可以包含P2O5以增加离子交换处理的速度，例如通过降低产生所需的压缩应力或者压缩深度所需要的离子交换处理时间。不一定在本文所述的玻璃组合物中包含P2O5来实现所需的离子交换性能。出于这个原因，可以从玻璃组合物排除P2O5以避免对于玻璃组合物的可制造性的负面影响，同时维持所需的离子交换性能。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的P2O5的量可以是例如大于或等于0摩尔％至小于或等于5摩尔％。
在实施方式中，玻璃组合物可以任选地包含一种或多种澄清剂。在一些实施方式中，澄清剂可以包括例如SnO2。在此类实施方式中，玻璃组合物中存在的SnO2的量可以是小于或等于0.2摩尔％，例如：大于或等于0摩尔％至小于或等于0.1摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在其他实施方式中，玻璃组合物中存在的SnO2的量可以是：大于或等于0摩尔％至小于或等于0.2摩尔％、或者大于或等于0.1摩尔％至小于或等于0.2摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物可以基本不含或者不含SnO2。
在实施方式中，玻璃组合物可以基本不含砷和锑中的一种或两种。在其他实施方式中，玻璃组合物可以不含砷和锑中的一种或两种。
除了上述单独组分之外，根据本文所揭示的实施方式的玻璃组合物可以通过其中所含的高场强度组分的浓度进行表征。这些高场强度组分对玻璃的韧性做出贡献并且还增加了玻璃的硬度。如本文所用，术语“高场强度组分”指的是下组，包括：Al2O3、MgO、Li2O、ZrO2、La2O3、和Y2O3。如果玻璃中的高场强度组分的浓度太低，则玻璃的韧性发生不合乎希望的下降，并且可能无法实现所需的断裂韧度。此外，当玻璃中的高场强度组分的浓度太高时，则可能不合乎希望地降低玻璃的可制造性。在实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3的浓度可以是大于23.0摩尔％至小于50.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3的浓度可以是大于或等于23.5摩尔％，例如：大于或等于24.0摩尔％、大于或等于25.0摩尔％、大于或等于26.0摩尔％、大于或等于27.0摩尔％、大于或等于28.0摩尔％、大于或等于29.0摩尔％、大于或等于30.0摩尔％、大于或等于31.0摩尔％、大于或等于32.0摩尔％、大于或等于33.0摩尔％、大于或等于34.0摩尔％、大于或等于35.0摩尔％、大于或等于36.0摩尔％、大于或等于37.0摩尔％、大于或等于38.0摩尔％、大于或等于39.0摩尔％、大于或等于40.0摩尔％、大于或等于41.0摩尔％、大于或等于42.0摩尔％、大于或等于43.0摩尔％、大于或等于44.0摩尔％、大于或等于45.0摩尔％、大于或等于46.0摩尔％、大于或等于47.0摩尔％、大于或等于48.0摩尔％、或者大于或等于49.0摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3的浓度可以是小于或等于49.5摩尔％，例如：小于或等于49.0摩尔％、小于或等于48.0摩尔％、小于或等于47.0摩尔％、小于或等于46.0摩尔％、小于或等于45.0摩尔％、小于或等于44.0摩尔％、小于或等于43.0摩尔％、小于或等于42.0摩尔％、小于或等于41.0摩尔％、小于或等于40.0摩尔％、小于或等于39.0摩尔％、小于或等于38.0摩尔％、小于或等于37.0摩尔％、小于或等于36.0摩尔％、小于或等于35.0摩尔％、小于或等于34.0摩尔％、小于或等于33.0摩尔％、小于或等于32.0摩尔％、小于或等于31.0摩尔％、小于或等于30.0摩尔％、小于或等于29.0摩尔％、小于或等于28.0摩尔％、小于或等于27.0摩尔％、小于或等于26.0摩尔％、小于或等于25.0摩尔％、或者小于或等于24.0摩尔％。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3的浓度是大于或等于23.5摩尔％至小于或等于49.5摩尔％，例如：大于或等于24.0摩尔％至小于或等于49.0摩尔％、大于或等于25.0摩尔％至小于或等于48.0摩尔％、大于或等于26.0摩尔％至小于或等于47.0摩尔％、大于或等于27.0摩尔％至小于或等于46.0摩尔％、大于或等于28.0摩尔％至小于或等于45.0摩尔％、大于或等于29.0摩尔％至小于或等于44.0摩尔％、大于或等于30.0摩尔％至小于或等于43.0摩尔％、大于或等于31.0摩尔％至小于或等于42.0摩尔％、大于或等于32.0摩尔％至小于或等于41.0摩尔％、大于或等于33.0摩尔％至小于或等于40.0摩尔％、大于或等于34.0摩尔％至小于或等于39.0摩尔％、大于或等于35.0摩尔％至小于或等于38.0摩尔％、或者大于或等于36.0摩尔％至小于或等于37.0摩尔％，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3的浓度是大于或等于25.0摩尔％至小于或等于46.0摩尔％。
在实施方式中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3的关系式是大于或等于0.90至小于1.30，式中，每个组分浓度的单位是摩尔％。这个关系式维持了玻璃组合物的可熔性，实现了可制造性的改善。在这个关系式中，玻璃组合物的Al2O3浓度与改善了玻璃的可制造性的组分相平衡抵消。Al2O3是对于玻璃的韧性最强的贡献者之一，但是也降低了玻璃的可制造性。通过使得Al2O3的影响与Li2O+Na2O+MgO的总含量(它们中的每一个改善了玻璃的可制造性)相平衡，玻璃组合物提供了高的断裂韧度和所希望的可制造性。在一些实施方式中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3之比大于或等于0.95，例如：大于或等于1.00、大于或等于1.05、大于或等于1.10、大于或等于1.15、大于或等于1.20、或者大于或等于1.25。在一些实施方式中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3之比小于或等于1.25，例如：小于或等于1.20、小于或等于1.15、小于或等于1.10、小于或等于1.05、小于或等于1.00、或者小于或等于0.95。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3之比大于或等于0.95至小于或等于1.25，例如：大于或等于1.00至小于或等于1.20、或者大于或等于1.05至小于或等于1.15，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3之比大于或等于0.90至小于或等于1.00。
在实施方式中，本文所述的玻璃还可以通过下式I的值进行表征：
式
I＝5.631+0.148·Al2O3+0.142·B2O3-0.062·CaO-0.188·K2O+0.030·MgO-0.099·Na2O-0.043·Li2O-0.188·P2O5+0.020·ZnO-0.062·SrO+0.200·ZrO2，其中，每个组分的量的单位是摩尔％。式I的值与断裂韧度正相关。在实施方式中，展现出所需的断裂韧度的本文所述的玻璃具有大于或等于6.5的式I值，例如：大于或等于7.0、大于或等于7.5、大于或等于8.0、大于或等于8.5、或者大于或等于9.0。在实施方式中，玻璃可以具有大于或等于6.5至小于或等于9.5的式I值，例如：大于或等于7.0至小于或等于9.0、大于或等于7.5至小于或等于8.5、等于8.0，或者由任意这些端点形成的任意和全部的子范围。
现在将讨论上文所揭示的碱性铝硅酸盐玻璃组合物的物理性质。可以通过对碱性铝硅酸盐玻璃组合物的组分量进行改性来实现这些物理性质，会参照实施例进行更详细讨论。
根据实施方式的玻璃组合物具有高的断裂韧度。不希望受限于任何特定理论，高的断裂韧度可以赋予玻璃组合物改进的掉落性能。断裂韧度称作K1C值，并且是通过臂章缺口短杆或者双扭转方法测得的。用于测量K1C值的臂章缺口短杆(CNSB)方法公开于Reddy,K.P.R.等人的“Fracture Toughness Measuremetn of Glass and Ceramic MaterialsUsing 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 and StressIntensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Basedon 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。用于测量K1C值的双扭转法和固定装置参见Shyam,A.和Lara-Curzio,E.的“The double-torsion testing technique for determination offracture toughness and slow crack growth of materials:Areview(用于确定材料的断裂韧度和缓慢裂纹生长的双扭转测试技术：A回顾)”，J.Mater.Sci.，41，第4093-4104页，(2006)所述。双扭转测量方法产生的K1C值通常略高于臂章缺口短杆方法。此外，在未强化的玻璃制品上测量K1C值，例如在对玻璃制品进行离子交换之前测量K1C值。
在一些实施方式中，玻璃组合物所展现的通过CNSB方法测得的K1C值是至少0.75，例如：至少0.76、至少0.77、至少0.78、至少0.79、至少0.80、至少0.81、至少0.82、至少0.83、至少0.84、至少0.85、至少0.86、至少0.87、至少0.88、至少0.89、至少0.90、至少0.91、至少0.92、至少0.93、至少0.94、至少0.95、或者至少0.96。在一些实施方式中，玻璃组合物所展现的通过CNSB方法测得的K1C值是大于或等于0.75至小于或等于1.00，例如：大于或等于0.76至小于或等于0.99、大于或等于0.77至小于或等于0.98、大于或等于0.78至小于或等于0.97、大于或等于0.79至小于或等于0.96、大于或等于0.80至小于或等于0.95、大于或等于0.81至小于或等于0.94、大于或等于0.82至小于或等于0.93、大于或等于0.83至小于或等于0.92、大于或等于0.84至小于或等于0.91、大于或等于0.85至小于或等于0.90、大于或等于0.86至小于或等于0.89、或者大于或等于0.87至小于或等于0.88，以及上述值之间的所有范围和子范围。
在一些实施方式中，玻璃组合物所展现的通过双扭转法测得的K1C值是至少0.80，例如：至少0.81、至少0.82、至少0.83、至少0.84、至少0.85、至少0.86、至少0.87、至少0.88、至少0.89、至少0.90、至少0.91、至少0.92、至少0.93、至少0.94、至少0.95、至少0.96、至少0.97、至少0.98、至少0.99、至少1.00、至少1.01、至少1.02、至少1.03、至少1.04、至少1.05、至少1.06、至少1.07、至少1.08、至少1.09、至少1.10、至少1.11、至少1.12、至少1.13、至少1.14、或者至少1.15。在一些实施方式中，玻璃组合物所展现的通过双扭转法测得的K1C值是大于或等于0.8至小于或等于1.20，例如：大于或等于0.81至小于或等于1.19、大于或等于0.82至小于或等于1.18、大于或等于0.83至小于或等于1.17、大于或等于0.84至小于或等于1.16、大于或等于0.85至小于或等于1.15、大于或等于0.86至小于或等于1.14、大于或等于0.87至小于或等于1.13、大于或等于0.88至小于或等于1.12、大于或等于0.89至小于或等于1.11、大于或等于0.90至小于或等于1.10、大于或等于0.91至小于或等于1.09、大于或等于0.92至小于或等于1.08、大于或等于0.93至小于或等于1.07、大于或等于0.94至小于或等于1.06、大于或等于0.95至小于或等于1.05、大于或等于0.96至小于或等于1.04、大于或等于0.97至小于或等于1.03、大于或等于0.98至小于或等于1.02、大于或等于0.99至小于或等于1.01，以及上述值之间的所有范围和子范围。
在实施方式中，液相线粘度小于或等于1000kP，例如：小于或等于800kP、小于或等于600kP、小于或等于400kP、小于或等于200kP、小于或等于100kP、或者小于或等于75kP。在其他实施方式中，液相线粘度大于或等于20kP，例如：大于或等于40kP、大于或等于60kP、大于或等于80kP、大于或等于100kP、大于或等于120kP、大于或等于140kP、或者大于或等于160kP。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，液相线粘度是大于或等于20kP至小于或等于1000kP，例如：大于或等于40kP至小于或等于900kP、大于或等于60kP至小于或等于800kP、或者大于或等于80kP至小于或等于700kP，以及上述值之间的所有范围和子范围。通过如下方法确定液相线粘度。首先根据ASTM C829-81(2015)来测量玻璃的液相线温度，题为“Standard Practice forMeasurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method(通过梯度炉方法测量玻璃的液相线温度的标准实践)”。接着，根据ASTM C965-96(2012)来测量玻璃在液相线温度的粘度，题为“Standard Practice for Measuring Viscosity ofGlass Above the Softening Point(测量高于软化点的玻璃粘度的标准实践)”。
向玻璃组合物添加锂还影响了玻璃组合物的杨氏模量(E)、剪切模量(G)和泊松比(ν)。在实施方式中，玻璃组合物的杨氏模量(E)可以是大于或等于75GPa至小于或等于100GPa，例如：大于或等于76GPa至小于或等于99GPa、大于或等于77GPa至小于或等于98GPa、大于或等于78GPa至小于或等于97GPa、大于或等于79GPa至小于或等于96GPa、大于或等于80GPa至小于或等于95GPa、大于或等于81GPa至小于或等于94GPa、大于或等于82GPa至小于或等于93GPa、大于或等于83GPa至小于或等于92GPa、大于或等于84GPa至小于或等于91GPa、大于或等于85GPa至小于或等于90GPa、大于或等于86GPa至小于或等于89GPa、或者大于或等于87GPa至小于或等于88GPa，以及上述值之间的所有范围和子范围。本公开内容所陈述的杨氏模量值指的是通过ASTM E2001-13中，题为“Standard Guide forResonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic andNon-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。
根据一些实施方式，玻璃组合物的剪切模量(G)可以是大于或等于30GPa至小于或等于40GPa，例如：大于或等于31GPa至小于或等于39GPa、大于或等于32GPa至小于或等于38GPa、大于或等于33GPa至小于或等于37GPa、或者大于或等于34GPa至小于或等于36GPa，以及上述值之间的所有范围和子范围。本公开内容所陈述的剪切模量值指的是通过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。
根据一些实施方式，玻璃组合物的泊松比(ν)可以是大于或等于0.20至小于或等于0.26，例如：大于或等于0.21至小于或等于0.25、大于或等于0.22至小于或等于0.24、约0.23，以及上述值之间的所有范围和子范围。本公开内容所陈述的泊松比值指的是通过ASTM E2001-13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。
根据实施方式的玻璃制品可以通过任意合适的方法由上文所述的组合物形成，例如：狭缝成形、浮法成形、辊制工艺、熔合成形工艺等。
玻璃组合物以及由此制备的制品可以通过其形成的方法进行表征。例如，玻璃组合物可以表征为可浮法成形(即，通过浮法工艺形成)、可下拉成形，具体地，可熔合成形或者可狭缝拉制(即，通过下拉工艺例如熔合拉制工艺或者狭缝拉制工艺形成)。
本文所述的玻璃制品的一些实施方式可以通过下拉工艺形成。下拉工艺生产具有均匀厚度的玻璃制品，其具有较原始的表面。因为玻璃制品的平均挠曲强度受到表面瑕疵的量和尺寸的控制，因此接触程度最小的原始表面具有较高的初始强度。此外，下拉玻璃制品具有非常平坦、光滑的表面，其可以不经高成本的研磨和抛光就用于最终应用。
玻璃制品的一些实施方式可以描述为可熔合成形(即，可以采用熔合拉制工艺成形)。熔合工艺使用拉制罐，其具有用来接受熔融玻璃原料的通道。通道具有堰，其沿着通道的长度在通道两侧的顶部开放。当用熔融材料填充通道时，熔融玻璃从堰溢流。在重力的作用下，熔融玻璃从拉制罐的外表面作为两个流动玻璃膜流下。这些拉制罐的外表面向下和向内延伸，使得它们在拉制罐下方的边缘处接合。两个流动玻璃膜在该边缘处结合以熔合并形成单个流动玻璃制品。熔合拉制法的优点在于：由于从通道溢流的两个玻璃膜熔合在一起，因此所得到的玻璃制品的任一外表面都没有与设备的任意部件相接触。因此，熔合拉制玻璃制品的表面性质不受到此类接触的影响。
本文所述的玻璃制品的一些实施方式可以通过狭缝拉制工艺形成。狭缝拉制工艺与熔合拉制方法不同。在狭缝拉制工艺中，向拉制罐提供熔融原材料玻璃。拉制容器的底部具有开放狭缝，其具有沿着狭缝的长度延伸的喷嘴。熔融玻璃流过狭缝/喷嘴，以连续的玻璃制品下拉并进入退火区。
在一个或多个实施方式中，本文所述的玻璃制品可以展现出无定形微结构，以及可以基本不含晶体或微晶。换言之，在一些实施方式中，玻璃制品排除了玻璃陶瓷材料。
如上文所述，在实施方式中，可以通过例如离子交换对含碱性铝硅酸盐玻璃组合物进行强化，制造得到的玻璃对于诸如显示器覆盖玻璃之类的应用(但不限于此)具有抗破坏性。参见图1，玻璃具有处于压缩应力的第一区域(例如，图1中的第一和第二压缩层120、122)以及处于拉伸应力或中心张力(CT)的第二区域(例如，图1中的中心区域130)，所述第一区域从表面延伸到玻璃的压缩深度(DOC)，所述第二区域从DOC延伸进入玻璃的中心或内部区域。如本文所用，DOC指的是玻璃制品内的应力从压缩变化为拉伸的深度。在DOC处，应力从正(压缩)应力转变为负(拉伸)应力，因而展现出零应力值。
根据本领域常用习惯，压缩或压缩应力表示为负应力(<0)以及张力或拉伸应力表示为正应力(>0)。但是，在本说明书全文中，CS表示为正值或者绝对值，即，本文所陈述的CS＝|CS|。压缩应力(CS)在玻璃表面处具有最大值，并且CS随着距离表面的距离d根据函数范围变化。再次参见图1，第一区段120从第一表面110延伸到深度d1，以及第二区段122从第二表面112延伸到深度d2。这些区段一起限定了玻璃100的压缩或者CS。通过表面应力计(FSM)，采用日本折原实业有限公司(Orihara Industrial Co.,Ltd.(Japan))制造的商业仪器如FSM-6000，来测量压缩应力(包括表面CS)。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，其与玻璃的双折射相关。进而根据ASTM标准C770-16中所述的方案C(玻璃碟的方法)来测量SOC，题为“Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient(测量玻璃应力-光学系数的标准测试方法)”，其全文通过引用结合入本文。
在一些实施方式中，玻璃制品的CS是大于或等于400MPa至小于或等于800MPa，例如：大于或等于425MPa至小于或等于775MPa、大于或等于450MPa至小于或等于750MPa、大于或等于475MPa至小于或等于725MPa、大于或等于500MPa至小于或等于700MPa、大于或等于525MPa至小于或等于675MPa、大于或等于550MPa至小于或等于650MPa、或者大于或等于575MPa至小于或等于625MPa，以及上述值之间的所有范围和子范围。
在一个或多个实施方式中，将Na+和K+离子交换到玻璃制品中，以及Na+离子扩散进入玻璃制品中的深度比K+离子更深。K+离子的渗透深度(“钾DOL”)不同于DOC，因为其表示的是作为离子交换过程结果的钾渗透深度。对于本文所述的制品，钾DOL通常小于DOC。采用表面应力计(例如，日本折原实业有限公司(Orihara Industrial Co.,Ltd.(Japan))制造的市售可得FSM-6000表面应力计)来测量钾DOL，其依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，如上文关于CS测量所述。第一和第二压缩应力层120、122的钾DOL分别是大于或等于5μm至小于或等于30μm，例如：大于或等于6μm至小于或等于25μm、大于或等于7μm至小于或等于20μm、大于或等于8μm至小于或等于15μm、或者大于或等于9μm至小于或等于10μm，以及上述值之间的所有范围和子范围。在其他实施方式中，第一和第二压缩应力层120、122的钾DOL分别是大于或等于6μm至小于或等于30μm，例如：大于或等于10μm至小于或等于30μm、大于或等于15μm至小于或等于30μm、大于或等于20μm至小于或等于30μm、或者大于或等于25μm至小于或等于30μm，以及上述值之间的所有范围和子范围。在其他实施方式中，第一和第二压缩应力层120、122的钾DOL分别是大于或等于5μm至小于或等于25μm，例如：大于或等于5μm至小于或等于20μm、大于或等于5μm至小于或等于15μm、或者大于或等于5μm至小于或等于10μm，以及上述值之间的所有范围和子范围。
两个主表面(图1中的110、112)的压缩应力都受到储存在玻璃的中心区域(130)中的张力所平衡。采用本领域已知的散射光偏光镜(SCALP)技术来测量最大中心张力(CT)和DOC值。可以使用折射近场(RNF)方法或者SCALP来测量应力分布。当采用RNF方法来测量应力分布时，在RNF方法中采用SCALP提供的最大CT值。具体来说，通过RNF测得的应力分布是作用力平衡的，并且用SCALP测量提供的最大CT值进行校准。RNF方法如题为“Systems andmethods for measuring a profile characteristic of a glass sample(用于测量玻璃样品的分布特性的系统和方法)”的美国专利第8,854,623号所述，其全文通过引用结合入本文。具体来说，RNF方法包括将玻璃制品靠近参照块放置，产生偏振切换光束(其以1Hz至50Hz的速率在正交偏振之间切换)，测量偏振切换光束中的功率量，以及产生偏振切换参比信号，其中，每个正交偏振中测得的功率量是在相互50％之内。方法还包括使偏振切换光束穿过玻璃样品和参照块，进入玻璃样品不同深度，然后采用延迟光学系统来延迟穿过的偏振切换光束到达信号光检测器，所述信号光检测器产生偏振切换的检测器信号。方法还包括：用参比信号除检测器信号以形成标准化检测器信号，以及从标准化检测器信号来确定玻璃样品的分布特性。
在实施方式中，玻璃制品可以具有大于或等于60MPa的最大CT，例如：大于或等于70MPa、大于或等于80MPa、大于或等于90MPa、大于或等于100MPa、大于或等于110MPa、大于或等于120MPa、大于或等于130MPa、大于或等于140MPa、或者大于或等于150MPa，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃制品可以具有小于或等于200MPa的最大CT，例如：小于或等于190MPa、小于或等于180MPa、小于或等于170MPa、小于或等于160MPa、小于或等于150MPa、小于或等于140MPa、小于或等于130MPa、小于或等于120MPa、小于或等于110MPa、小于或等于100MPa、小于或等于90MPa、小于或等于85MPa、或者小于或等于80MPa，以及上述值之间的所有范围和子范围。应理解的是，在实施方式中，任意上述范围可以与任意其他范围相结合。但是，在其他实施方式中，玻璃制品可以具有大于或等于60MPa至小于或等于200MPa的最大CT，例如：大于或等于70MPa至小于或等于190MPa、大于或等于80MPa至小于或等于180MPa、大于或等于90MPa至小于或等于170MPa、大于或等于100MPa至小于或等于160MPa、大于或等于110MPa至小于或等于150MPa、或者大于或等于120MPa至小于或等于140MPa，以及上述值之间的所有范围和子范围。
如上文所述，采用本领域已知的散射光偏光镜(SCALP)技术来测量DOC。在本文的一些实施方式中，提供的DOC是作为玻璃制品的厚度(t)的部分。在实施方式中，玻璃制品的压缩深度(DOC)可以是大于或等于0.15t至小于或等于0.25t，例如：大于或等于0.18t至小于或等于0.22t、或者大于或等于0.19t至小于或等于0.21t，以及上述值之间的所有范围和子范围。在其他实施方式中，玻璃制品的DOC可以是大于或等于0.16至小于或等于0.2t，例如：大于或等于0.17t至小于或等于0.25t、大于或等于0.18t至小于或等于0.25t、大于或等于0.19t至小于或等于0.25t、大于或等于0.20t至小于或等于0.25t、大于或等于0.21t至小于或等于0.25t、大于或等于0.22t至小于或等于0.25t、大于或等于0.23t至小于或等于0.25t、或者大于或等于0.24t至小于或等于0.25t，以及上述值之间的所有范围和子范围。在其他实施方式中，玻璃制品的DOC可以是大于或等于0.15t至小于或等于0.24t，例如：大于或等于0.15t至小于或等于0.23t、大于或等于0.15t至小于或等于0.22t、大于或等于0.15t至小于或等于0.21t、大于或等于0.15t至小于或等于0.20t、大于或等于0.15t至小于或等于0.19t、大于或等于0.15t至小于或等于0.18t、大于或等于0.15t至小于或等于0.17t、或者大于或等于0.15t至小于或等于0.16t，以及上述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃制品的DOC可以是至少0.20t。
可以通过将玻璃暴露于离子交换溶液，从而在玻璃中形成压缩应力层。在实施方式中，离子交换溶液可以是熔融硝酸盐。在一些实施方式中，离子交换溶液可以是熔融KNO3、熔融NaNO3，或其组合。在某些实施方式中，离子交换溶液可以包含少于约95％熔融KNO3，例如：少于约90％熔融KNO3、少于约80％熔融KNO3、少于约70％熔融KNO3、少于约60％熔融KNO3、或者少于约50％熔融KNO3。在某些实施方式中，离子交换溶液可以包含至少约5％熔融NaNO3，例如：至少约10％熔融NaNO3、至少约20％熔融NaNO3、至少约30％熔融NaNO3、或者至少约40％熔融NaNO3。在其他实施方式中，离子交换溶液可以包含：约95％熔融KNO3和约5％熔融NaNO3、约94％熔融KNO3和约6％熔融NaNO3、约93％熔融KNO3和约7％熔融NaNO3、约80％熔融KNO3和约20％熔融NaNO3、约75％熔融KNO3和约25％熔融NaNO3、约70％熔融KNO3和约30％熔融NaNO3、约65％熔融KNO3和约35％熔融NaNO3、或者约60％熔融KNO3和约40％熔融NaNO3,，以及上述值之间的所有范围和子范围。在实施方式中，在离子交换溶液中可以使用其他钠盐和钾盐，例如，亚硝酸钠或钾、磷酸钠或钾或者硫酸钠或钾。在一些实施方式中，离子交换溶液可以包含锂盐，例如LiNO3。
可以通过如下方式将玻璃组合物暴露于离子交换溶液：将由玻璃组合物制造的玻璃制品浸入离子交换溶液浴中，将离子交换溶液喷洒到由玻璃组合物制造的玻璃制品上，或者任意其他方式将离子交换溶液物理施加到由玻璃组合物制造的玻璃制品。根据实施方式，在暴露于玻璃组合物之后，离子交换溶液的温度可以是大于或等于400℃至小于或等于500℃，例如：大于或等于410℃至小于或等于490℃、大于或等于420℃至小于或等于480℃、大于或等于430℃至小于或等于470℃、或者大于或等于440℃至小于或等于460℃，以及上述值之间的所有范围和子范围。在实施方式中，玻璃组合物暴露于离子交换溶液可以持续大于或等于4小时至小于或等于48小时的持续时间，例如：大于或等于8小时至小于或等于44小时，大于或等于12小时至小于或等于40小时，大于或等于16小时至小于或等于36小时，大于或等于20小时至小于或等于32小时，或者大于或等于24小时至小于或等于28小时，以及上述值之间的所有范围和子范围。
可以在提供了所揭示的改善的压缩应力分布的加工条件下，在离子交换溶液中进行离子交换过程，例如美国专利申请公开第2016/0102011号，其全文通过引用结合入本文。在一些实施方式中，可以对离子交换工艺进行选择从而在玻璃制品中形成抛物线应力分布，例如美国专利申请公开第2016/0102014号所述的那些应力分布，其全文通过引用结合入本文。
在进行了离子交换过程之后，应理解的是，玻璃制品的表面处的组成可能不同于刚形成的玻璃制品(即，玻璃制品在其经过离子交换过程之前)的组成。这来源于刚形成的玻璃中的一种类型的碱金属离子(例如，Li+或Na+)分别被较大的碱金属离子(例如，Na+或K+)所替代。但是，在实施方式中，在玻璃制品的深度中心处或者靠近深度中心处的组成仍然会具有刚形成的玻璃制品的组成。
本文所揭示的玻璃制品可以被整合到另一制品中，例如具有显示屏的制品(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玻璃制品的示例性制品如图2A和2B所示。具体来说，图2A和2B显示消费者电子装置200，其包括：具有前表面204、背表面206和侧表面208的外壳202；(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210；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212，从而使其位于显示器上方。在一些实施方式中，覆盖基材212可以包括本文所揭示的任意玻璃制品。
实施例
通过以下的实施例对实施方式做进一步澄清。应理解的是，这些实施例不是对上文所述实施方式的限制。
通过常规玻璃成形方法来制备具有下表1所列出的组分的玻璃组合物。在表1中，所有组分的单位都是摩尔％，并且根据本说明书所公开的方法来测量玻璃组合物的K1C断裂韧度、泊松比(ν)、杨氏模量(E)、和剪切模量(G)。在表1中还记录了每个实施例的式I的值。
表1
Figure BDA0002706741010000271
Figure BDA0002706741010000281
表1(续)
Figure BDA0002706741010000282
Figure BDA0002706741010000291
表1(续)
Figure BDA0002706741010000292
Figure BDA0002706741010000301
表1(续)
组分(摩尔％) S T U V W X
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 16.51 17.03 17.48 18.17 18.44 18.93
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5.44 5.42 5.42 5.41 5.35 5.35
CaO 1.54 1.54 1.53 1.56 1.53 1.53
K<sub>2</sub>O 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
MgO 2.53 2.57 2.53 2.63 2.53 2.53
Na<sub>2</sub>O 2.87 2.88 2.88 2.87 2.86 2.85
SiO<sub>2</sub> 61.68 60.66 59.77 58.49 57.90 56.97
SnO<sub>2</sub> 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.06
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Li<sub>2</sub>O 9.34 9.81 10.30 10.78 11.29 11.75
ZrO<sub>2</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SrO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
(Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+MgO)/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.89 0.90 0.90 0.90 0.90 0.91
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+MgO+La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+ZrO<sub>2</sub> 28.38 29.41 30.31 31.57 32.26 33.21
式I 8.14 8.19 8.24 8.32 8.33 8.38
K<sub>1C</sub>(CNSB) 0.798 0.826 0.788 0.785 0.817 0.817
K<sub>1C</sub>(双扭转)
泊松比 0.222 0.227 0.23 0.226 0.23 0.23
E(GPa) 80.61 81.16 81.99 81.51 82.40 83.09
G(GPa) 33.00 33.07 33.35 33.21 33.49 33.76
表1(续)
组分(摩尔％) Y Z AA AB AC AD
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 23.97 19.99 23.98 23.97 22.17 22.15
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 1.98 1.94 1.97 2.02 2.00 1.95
CaO 0.05 0.04 0.06 0.06 0.05 0.06
K<sub>2</sub>O 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
MgO 5.84 1.97 9.73 11.65 7.96 9.80
Na<sub>2</sub>O 1.86 1.88 1.87 1.86 1.86 1.87
SiO<sub>2</sub> 50.32 58.20 50.35 50.33 53.89 54.05
SnO<sub>2</sub> 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Li<sub>2</sub>O 15.93 15.94 11.97 10.06 12.01 10.06
ZrO<sub>2</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SrO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
(Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+MgO)/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.99 0.99 0.98 0.98 0.98 0.98
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+MgO+La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+ZrO<sub>2</sub> 45.74 37.90 45.68 45.67 42.14 42.01
式I 8.76 8.05 9.05 9.19 8.73 8.86
K<sub>1C</sub>(CNSB)
K<sub>1C</sub>(双扭转) 1.150 1.000 1.020 1.010 1.010 1.040
泊松比 0.238 0.226 0.243 0.244 0.235 0.24
E(GPa) 92.19 85.64 95.22 96.67 91.84 93.70
G(GPa) 37.21 34.93 38.31 38.86 37.21 37.76
表1(续)
Figure BDA0002706741010000311
Figure BDA0002706741010000321
表1(续)
Figure BDA0002706741010000322
Figure BDA0002706741010000331
表1(续)
Figure BDA0002706741010000332
Figure BDA0002706741010000341
表1(续)
组分(摩尔％) AW AX AY AZ BA BB
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 18.08 16.00 15.99 14.01 22.10 22.25
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5.81 5.71 5.72 5.80 7.82 8.01
CaO 0.04 0.03 0.04 0.03 0.05 0.05
K<sub>2</sub>O 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
MgO 5.87 1.97 3.89 1.95 5.88 7.92
Na<sub>2</sub>O 1.85 1.84 1.85 1.85 1.82 1.85
SiO<sub>2</sub> 58.30 62.44 62.53 66.29 50.33 49.82
SnO<sub>2</sub> 0.00 0.00 0.00 0.03 0.03 0.03
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Li<sub>2</sub>O 9.94 11.90 9.90 10.01 11.94 10.03
ZrO<sub>2</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SrO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
(Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+MgO)/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.98 0.98 0.98 0.99 0.89 0.89
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+MgO+La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+ZrO<sub>2</sub> 33.90 29.87 29.78 25.97 39.92 40.20
式I 8.69 8.17 8.31 7.97 9.49 9.68
K<sub>1C</sub>(CNSB) 0.844 0.790 0.786
K<sub>1C</sub>(双扭转)
泊松比 0.232 0.226 0.224 0.216 0.245 0.246
E(GPa) 84.47 79.58 81.03 77.03 86.26 87.64
G(GPa) 34.31 32.45 33.07 31.69 34.66 35.14
表1(续)
组分(摩尔％) BC BD BE BF BG BH
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 20.10 19.69 18.05 18.10 16.07 14.00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 7.75 7.89 7.63 7.71 7.65 3.84
CaO 0.04 0.05 0.04 0.04 0.03 0.03
K<sub>2</sub>O 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
MgO 3.92 5.72 1.96 3.94 1.98 1.95
Na<sub>2</sub>O 1.84 1.86 1.85 1.87 1.85 1.87
SiO<sub>2</sub> 54.39 54.78 58.48 58.27 62.42 68.22
SnO<sub>2</sub> 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Li<sub>2</sub>O 11.90 9.95 11.95 10.01 9.95 10.04
ZrO<sub>2</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SrO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
(Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+MgO)/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.88 0.89 0.87 0.87 0.86 0.99
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+MgO+La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+ZrO<sub>2</sub> 35.92 35.36 31.96 32.05 28.00 25.98
式I 9.13 9.22 8.74 8.90 8.54 7.68
K<sub>1C</sub>(CNSB)
K<sub>1C</sub>(双扭转)
泊松比 0.236 0.242 0.23 0.244 0.218 0.228
E(GPa) 82.61 84.68 79.17 81.44 79.17 77.72
G(GPa) 33.42 34.11 32.18 32.73 32.52 31.63
表1(续)
Figure BDA0002706741010000351
Figure BDA0002706741010000361
表1(续)
Figure BDA0002706741010000362
Figure BDA0002706741010000371
表1(续)
Figure BDA0002706741010000372
Figure BDA0002706741010000381
表1(续)
组分(摩尔％) CA CB CC CD CE CF
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 18.17 18.16 17.20 16.13 18.03 18.16
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 6.20 6.16 6.01 6.08 6.10 6.20
CaO 0.05 0.05 0.05 0.05 0.04 0.04
K<sub>2</sub>O 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
MgO 4.10 3.04 4.09 4.06 2.99 2.06
Na<sub>2</sub>O 2.01 2.01 2.01 2.03 2.02 2.02
SiO<sub>2</sub> 57.37 57.46 57.71 57.65 57.86 57.49
SnO<sub>2</sub> 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Li<sub>2</sub>O 11.05 11.04 11.88 11.92 11.92 11.96
ZrO<sub>2</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SrO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.98 2.01 0.99 2.01 0.98 2.01
(Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+MgO)/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.94 0.89 1.05 1.12 0.94 0.00
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+MgO+La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+ZrO<sub>2</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
式I 8.64 8.61 8.44 8.28 8.54 8.54
K<sub>1C</sub>(CNSB)
K<sub>1C</sub>(双扭转)
泊松比 0.232 0.231 0.232 0.236 0.234 0.233
E(GPa) 84.50 85.50 84.10 85.80 84.70 84.90
G(GPa) 34.30 34.80 34.10 34.70 34.30 34.40
以样品W的组成形成厚度为0.8mm的玻璃制品。玻璃制品在浴温为430℃的含有95重量％KNO3和5重量％NaNO3的浴中离子交换持续8小时、10小时、12小时、和12.5小时。出于进行讨论的缘故，会将这些经过强化的玻璃制品称作玻璃制品W。如本文所述测量所得到的压缩应力(CS)和钾层深度(钾DOL)，并且如图3所示。还采用本文所述的SCALP测量了中心张力(CT)，并且计算了由于离子交换所导致的增重，结果如图4所示。
以样品BI的组成形成厚度为0.8mm的玻璃制品。玻璃制品在浴温为450℃的含有95重量％KNO3和5重量％NaNO3的浴中离子交换持续16小时。出于进行讨论的缘故，会将这些经过强化的玻璃制品称作玻璃制品BI。采用如本文所述的SACLP测量玻璃制品BI的应力分布，并且如图5所示。如上文所述的离子交换12.5小时的玻璃制品W的应力分布也用SCALP进行测量，并且如图5所示。在图5中，压缩应力显示为负值，不同于上文常规所描述的那样。
形成具有如下组成的厚度为0.8mm的对比玻璃制品：70.94摩尔％SiO2、1.86摩尔％B2O3、12.83摩尔％Al2O3、2.36摩尔％Na2O、8.22摩尔％Li2O、2.87摩尔％MgO、0.83摩尔％ZnO、和0.06摩尔％SnO2。玻璃制品在浴温为430℃的含有93.5重量％KNO3和6.5重量％NaNO3的浴中离子交换持续4.5小时。出于进行讨论的缘故，会将这个经过强化的玻璃制品称作对比制品1。采用本文所述的SCALP测量对比制品1的应力分布。如图6和7所示是所测得的对比制品1、离子交换了12小时的玻璃制品W、和离子交换了16小时的玻璃制品BI的应力分布，图7显示0μm至200μm深度区域中的强化细节。如图3-7所示，本文所述的玻璃组合物能够经过离子交换产生所需的应力分布。
除非另有说明，否则本说明书中提供的所有组成组分、关系和比例都是摩尔％。无论是否在公开了范围之前或之后进行明确陈述，本说明书中公开的所有范围都包括被广泛公开的范围所包含的任意和全部范围与子范围。
对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各个实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (36)

1.一种玻璃制品，其包含：
50摩尔％至69摩尔％SiO2；
12.5至25摩尔％Al2O3；
0摩尔％至8摩尔％B2O3；
大于0摩尔％至4摩尔％CaO；
大于0摩尔％至17.5摩尔％MgO；
0.5摩尔％至8摩尔％Na2O；
0摩尔％至2.5摩尔％La2O3；和
大于8摩尔％至18摩尔％Li2O；
其中，
(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3是0.9至小于1.3；以及
Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3是大于23摩尔％至小于50摩尔％。
2.如权利要求1所述的玻璃制品，其包含大于8摩尔％至16摩尔％Li2O。
3.如权利要求1或2所述的玻璃制品，其包含0摩尔％至2摩尔％TiO2。
4.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其包含0摩尔％至2.5摩尔％ZrO2。
5.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其包含0摩尔％至1摩尔％SrO。
6.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其包含0摩尔％至2摩尔％Y2O3。
7.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其还包含K2O。
8.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3是0.9至1.0。
9.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3是25摩尔％至46摩尔％。
10.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其包含大于0.5摩尔％至17.5摩尔％MgO。
11.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其包含大于0摩尔％至12摩尔％MgO。
12.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其包含14摩尔％至24摩尔％Al2O3。
13.如前述权利要求任一项所述的玻璃制品，其中，玻璃制品基本不含P2O5。
14.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其包含0.5摩尔％至8摩尔％B2O3。
15.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，玻璃是可熔融成形的。
16.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，玻璃制品的特征在于以下至少一种：
通过臂章短杆方法测得的K1C值是至少0.75；以及
通过双扭转法测得的K1C值是至少0.8。
17.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，5.631+0.148·Al2O3+0.142·B2O3-0.062·CaO-0.188·K2O+0.030·MgO-0.099·Na2O-0.043·Li2O-0.188·P2O5+0.020·ZnO-0.062·SrO+0.200·ZrO2≥6.5，其中，每种组分值的单位是摩尔％。
18.一种玻璃制品，其包括：
在玻璃制品的中心处的组成包含：
50摩尔％至69摩尔％SiO2；
12.5至25摩尔％Al2O3；
0摩尔％至8摩尔％B2O3；
大于0摩尔％至4摩尔％CaO；
大于0摩尔％至17.5摩尔％MgO；
0.5摩尔％至8摩尔％Na2O；
0摩尔％至2.5摩尔％La2O3；和
大于8摩尔％至18摩尔％Li2O；
其中，
(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3是0.9至小于1.3；
Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3是大于23摩尔％至小于50摩尔％，
从玻璃制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力区域。
19.如权利要求18所述的玻璃制品，其中，玻璃制品包括至少400MPa的压缩应力。
20.如权利要求18或19所述的玻璃制品，其中，压缩深度是玻璃制品的厚度的至少20％。
21.如权利要求18至20中任一项所述的玻璃制品，其中，玻璃制品包括小于85MPa的最大中心张力。
22.一种玻璃制品，其包含：
SiO2；
Al2O3；和
Li2O；
其中，玻璃的特征在于以下至少一种：
通过臂章短杆方法测得的K1C值是至少0.75；以及
通过双扭转法测得的K1C值是至少0.8。
23.如权利要求22所述的玻璃制品，其还包含MgO。
24.如权利要求22或23所述的玻璃制品，其还包含CaO。
25.如权利要求22至24中任一项所述的玻璃制品，其还包含TiO2。
26.如权利要求22至25中任一项所述的玻璃制品，其还包含ZrO2。
27.如权利要求22至26中任一项所述的玻璃制品，其还包含SrO。
28.如权利要求22至27中任一项所述的玻璃制品，其还包含Y2O3。
29.如权利要求22至28中任一项所述的玻璃制品，其还包含K2O。
30.如权利要求22至29中任一项所述的玻璃制品，其还包含Na2O。
31.如权利要求22至30中任一项所述的玻璃制品，其中，(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3是0.9至小于1.3。
32.如权利要求22至31中任一项所述的玻璃制品，其中，Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3是大于23摩尔％至小于50摩尔％。
33.如权利要求22至32中任一项所述的玻璃制品，其还包含B2O3。
34.如权利要求28至33中任一项所述的玻璃制品，其中，玻璃是可熔融成形的。
35.如权利要求22至34中任一项所述的玻璃制品，其中，5.631+0.148·Al2O3+0.142·B2O3-0.062·CaO-0.188·K2O+0.030·MgO-0.099·Na2O-0.043·Li2O-0.188·P2O5+0.020·ZnO-0.062·SrO+0.200·ZrO2≥6.5，其中，每种组分值的单位是摩尔％。
36.一种消费电子产品，其包括：
具有前表面、背表面和侧表面的外壳；
至少部分提供在外壳内的电子组件，所述电子组件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器提供在外壳的前表面处或者与外壳的前表面相邻；和
布置在所述显示器上的覆盖玻璃，
其中，一部分的外壳或者一部分的覆盖玻璃中的至少一个包括如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品。
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