CN111954647A - 化学强化用玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种化学强化后的强度高、不易失透的化学强化用玻璃。本发明涉及一种化学强化用玻璃，以氧化物基准的摩尔百分率表示，所述化学强化用玻璃含有：55％～70％的SiO2、10％～25％的Al2O3、1％～20％的Li2O、0～8％的CaO、0～8％的SrO和0～5％的ZrO2，并且CaO和SrO的含量的合计为1.5％～10％，Na2O和K2O的含量的合计为3％～11％，且由式([Li2O]+[K2O])/[Al2O3]表示的值X为0.1～1.1。
Description
技术领域
本发明涉及化学强化用玻璃。
背景技术
近年来，为了手机、智能手机、便携信息终端(PDA)、平板终端等移动设备的显示装置的保护以及提高美观，使用包含化学强化玻璃的保护玻璃。
在化学强化玻璃中，具有表面压应力(值)(CS)、压应力层深度(DOC)越大，则强度越高的倾向。另一方面，为了保持与表面压应力的平衡，在玻璃内部产生内部拉应力(CT)，因此CS、DOC越大，则CT越大。在CT大的玻璃破裂时，碎片数量增多，碎片容易飞散。
在专利文献1中记载了通过两步化学强化处理而形成由弯曲的线表示的应力分布，由此能够在抑制内部拉应力的同时增大表面压应力。具体而言，提出了将钾盐浓度较低的KNO3/NaNO3混合盐用于第一步化学强化、将钾盐浓度较高的KNO3/NaNO3混合盐用于第二步化学强化的方法等。
另外，在专利文献2中公开了通过两步化学强化处理而得到较大的表面压应力和压应力层深度的锂铝硅玻璃。锂铝硅玻璃通过在第一步化学强化处理中使用钠盐、并且在第二步化学强化处理中使用钾盐的两步化学强化处理，能够同时增大CS和DOC。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2015/259244号说明书
专利文献2：日本特表2013-520388号公报
发明内容
发明所要解决的问题
最近，更薄且轻的保护玻璃、加工成曲面状等的保护玻璃的需求增加，能够同时增大表面压应力值(CS)和压应力层深度(DOC)的锂铝硅玻璃受到关注。
但是，锂铝硅玻璃在玻璃的制造工序中或者在对所得到的玻璃进行弯曲加工等的工序中具有容易失透的倾向。
本发明的目的在于提供一种不易失透并且能够实现大的CS和大的DOC的化学强化用玻璃。
用于解决问题的手段
本发明提供一种化学强化用玻璃，其中，以氧化物基准的摩尔百分率表示，所述化学强化用玻璃含有：
55％～70％的SiO2、
10％～25％的Al2O3、
1％～20％的Li2O、
0～8％的CaO、
0～8％的SrO、和
0～5％的ZrO2，并且
CaO和SrO的含量的合计为1.5％～10％，
Na2O和K2O的含量的合计为3％～11％，且
由下式表示的值X为0.1～1.1，
X＝([Li2O]+[K2O])/[Al2O3]
其中，[Al2O3]、[Li2O]、[K2O]为各成分的以摩尔百分率表示的含量。
所述化学强化用玻璃的MgO、BaO和ZnO的含量的合计优选为0～5％。另外，B2O3的含量优选为0～10％。
另外，粘度达到104dPa·s时的温度(T4)优选为1050℃～1300℃。
另外，失透温度优选为比粘度达到104dPa·s时的温度(T4)高120℃的温度(T4+120℃)以下。
另外，失透温度优选为粘度达到105.5dPa·s时的温度(T5.5)以上。
另外，粘度达到102dPa·s时的温度(T2)优选为1400℃～1800℃。
另外，在将所述化学强化用玻璃制成厚度为0.8mm的玻璃板并且通过将所述玻璃板在450℃的硝酸钠中浸渍3小时、然后在450℃的硝酸钾中浸渍1.5小时而进行了两步化学强化的情况下，表面压应力(后述的CS2)优选为950MPa以上，表面压应力层深度(后述的DOC3)优选为100μm以上。
发明效果
根据本发明，能够提供不易失透并且具有大的表面压应力值(CS)和大的压应力层深度(DOC)的化学强化玻璃。
附图说明
图1为表示假想温度与折射率的关系的图的一例。
图2为用于失透生长速度测定的铂容器的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的化学强化用玻璃详细地进行说明，但是本发明不限于以下的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够任意地变形而实施。
在本说明书中，“化学强化玻璃”指实施化学强化处理后的玻璃。另外，“化学强化用玻璃”指实施化学强化处理前的玻璃。
在本说明书中，有时将化学强化用玻璃的玻璃组成称为化学强化玻璃的基本组成。在化学强化玻璃中，通常在玻璃表面部分通过离子交换而形成压应力层，因此未进行离子交换的部分的玻璃组成与化学强化玻璃的基本组成一致。
在本说明书中，玻璃组成以氧化物基准的摩尔百分率表示，有时将摩尔％简写为％。另外，表示数值范围的“～”以包含在其前后记载的数值作为下限值和上限值的含义使用。
在玻璃组成中，“实质上不含有”是指，除了在原材料等中包含的不可避免的杂质以外不含有、即不有意地含有。具体而言，例如，在过渡金属氧化物等着色成分的情况下，玻璃组成中的含量小于0.01摩尔％。另外，在除上述着色成分以外的氧化物的情况下，玻璃组成中的含量小于0.1摩尔％。
在本说明书中，“应力分布”是指以从玻璃表面起算的深度作为变量表示压应力值的图形。负的压应力值表示拉应力。
以下，只要没有特别说明，玻璃的“表面压应力值”是使用将厚度0.8mm的玻璃板在比玻璃化转变温度Tg高50℃的温度下保持1小时以上、然后以0.5℃/分钟的冷却速度缓慢冷却后的玻璃板进行了化学强化处理时的表面压应力值。通过化学强化处理产生的表面压应力具有该玻璃的假想温度越低越大的倾向，玻璃的假想温度受到该玻璃所受到的热历史(例如冷却速度)的影响。因此，通过热处理和缓慢冷却消除假想温度的影响而进行评价。
另外，“β-OH值”由通过FT-IR法测定的波数4000cm-1下的透射率X1(％)、作为羟基的吸收波数的3570cm-1附近的最小透射率X2(％)和玻璃板的厚度t(单位：mm)根据式(1)求出。
β-OH值＝(1/t)log10(X1/X2)·····(1)
需要说明的是，β-OH值可以通过玻璃原料中所含有的水分量、熔化条件来调节。
＜化学强化用玻璃＞
以氧化物基准的摩尔百分率表示，本发明的化学强化用玻璃(以下有时称为“本玻璃”)优选含有：
55％～70％的SiO2、
10％～25％的Al2O3、
1％～20％的Li2O、
0～8％的CaO、
0～8％的SrO、和
0～5％的ZrO2，并且
CaO和SrO的含量的合计优选为1.5％～10％，且
Na2O和K2O的含量的合计优选为3％～11％。
本玻璃的由下式表示的值X优选为0.1～1.1。
X＝([Li2O]+[K2O])/[Al2O3]
其中，[Al2O3]、[Li2O]、[K2O]为各成分的以摩尔百分率表示的含量。
本发明人等对化学强化用玻璃的玻璃组成与化学强化后的压应力值的关系以及化学强化特性的关系进行了研究，发现了能够通过化学强化处理引入大的压应力值并且不易发生失透的玻璃组成。
以下，对优选的玻璃组成进行说明。
SiO2是构成玻璃的网络的成分，并且是提高化学耐久性的成分。为了减少在玻璃表面上形成划痕时的裂纹的产生，SiO2的含量优选为55％以上，更优选为58％以上，进一步优选为61％以上，特别优选为64％以上。另一方面，为了使熔融性变得良好，SiO2的含量为70％以下，优选为68％以下，进一步优选为66％以下。
为了提高化学强化时的离子交换性能、增大强化后的表面压应力，Al2O3的含量优选为10％以上，更优选为12％以上，进一步优选为14％以上。另一方面，为了抑制失透，Al2O3的含量优选为25％以下，更优选为20％以下，进一步优选为18％以下，特别优选为16％以下。
Li2O是通过离子交换形成表面压应力的成分，并且是提高玻璃的熔融性的成分。通过化学强化用玻璃含有Li2O，利用将玻璃表面的Li离子离子交换为Na离子，进一步将Na离子离子交换为K离子的方法，能够得到表面压应力和压应力层深度都大的应力分布。为了容易地得到优选的应力分布，Li2O的含量为1％以上，优选为4％以上，更优选为7％以上，特别优选为9％以上。
另一方面，Li2O的含量过多时，玻璃熔融时的失透生长速度增大，由失透导致的成品率降低的问题变大。因此，Li2O的含量为20％以下，优选为18％以下，更优选为15％以下，进一步优选为13％以下。
Na2O和K2O均不是必要成分，但是它们是提高玻璃的熔融性、减小玻璃的失透生长速度的成分，为了提高离子交换性能可以添加Na2O和K2O。
Na2O和K2O的含量的合计([Na2O]+[K2O])优选为0～11％，更优选为3％以上，进一步优选为5％以上。另一方面，该含量的合计更优选为8％以下，特别优选为7％以下。
为了减小失透的生长速度，由[Li2O]/([Na2O]+[K2O])表示的含量的比优选为3以下，更优选为2.5以下，进一步优选为2以下。另一方面，为了增大使用钠的化学强化处理中的表面压应力，[Li2O]/([Na2O]+[K2O])优选为0.5以上，更优选为0.9以上，进一步优选为1.3以上。
另外，为了提高由化学强化处理得到的表面压应力，由([Li2O]+[K2O])/[Al2O3]表示的含量的比优选为1.1以下，更优选为1.0以下，进一步优选为0.8以下。为了降低玻璃的熔融温度并且抑制失透，([Li2O]+[K2O])/[Al2O3]优选为0.1以上，更优选为0.3以上，进一步优选为0.5以上。
Na2O是在使用钾盐的化学强化处理中形成表面压应力层的成分，并且是能够提高玻璃的熔融性的成分。
为了得到该效果，Na2O的含量优选为1％以上，更优选为2％以上，进一步优选为3％以上，特别优选为4％以上。另一方面，为了避免由使用钠盐的化学强化处理产生的表面压应力降低，其含量优选为10％以下，更优选为8％以下，进一步优选为6％以下，特别优选为5％以下。
为了提高离子交换性能等，可以含有K2O。在含有K2O的情况下其含量优选为0.5％以上，更优选为1％以上，进一步优选为1.5％以上，特别优选为2％以上，典型地为3％以上。另一方面，为了避免由于钾盐而造成表面压应力(CS)降低，其含量优选为10％以下，更优选为5％以下，进一步优选为3％以下，特别优选为2％以下。
MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO(以下，有时总称为“碱土类金属氧化物等”)均不是必要成分，但是为了提高玻璃的稳定性，优选含有任意一种以上。
本玻璃为通过离子交换处理而能够得到高表面压应力的锂铝硅玻璃，以比较高的浓度含有SiO2、Al2O3和Li2O。结果，在玻璃板的制造时、玻璃板的热成形时，容易析出铝硅酸锂晶体。铝硅酸锂晶体的晶体生长速度大、晶体在短时间内生长，因此容易使玻璃板等产品的品质降低。通过在玻璃组成中包含碱土类金属氧化物等，具有抑制铝硅酸锂晶体的析出、生长的效果。碱土类金属氧化物等的含量的合计([MgO]+[CaO]+[SrO]+[BaO]+[ZnO])优选为1％以上，更优选为2％以上，进一步优选为3％以上，特别优选为4％以上。另一方面，从通过化学强化提高离子交换能力的观点考虑，该含量的合计优选为20％以下，更优选为15％以下，进一步优选为10％以下，更进一步优选为8％以下。
为了抑制铝硅酸锂晶体的析出，更优选含有选自MgO、CaO、SrO和BaO中的一种以上。
在含有MgO以及CaO、SrO、BaO和ZnO中的一种以上的情况下，为了降低玻璃的表面反射率，由[MgO]/([CaO]+[SrO]+[BaO]+[ZnO])表示的含量的比优选为10以上，更优选为15以上，进一步优选为20以上，特别优选为25以上。与MgO相比，CaO、SrO、BaO和ZnO增大折射率，因此通过相对多地含有MgO，能够降低折射率。通过抑制折射率，玻璃的表面反射率降低。
为了降低失透温度，[MgO]/([CaO]+[SrO]+[BaO]+[ZnO])优选为60以下，更优选为55以下，进一步优选为50以下，特别优选为45以下。MgO的降低失透温度的效果不太大，因此相对含量过多时，失透温度容易变高。
为了在增大化学强化用玻璃的熔融性的同时减小失透生长速度，含有MgO的情况下MgO的含量优选为0.5％以上，更优选为1％以上。另一方面，为了增大由化学强化得到的表面压应力，MgO的含量优选为5％以下，更优选为3％以下，优选为1％以下。
CaO是次于MgO的能够提高由化学强化得到的强度的碱土类金属氧化物，并且与MgO相比抑制失透的效果大。因此，为了在抑制失透的同时提高由化学强化得到的强度，优选含有CaO。含有CaO的情况下其含量优选为0.1％以上，更优选为0.15％以上，进一步优选为0.5％以上。为了在化学强化处理时增大压应力值，CaO的含量优选为8％以下，更优选为5％以下，更进一步优选为3％以下，特别优选为1％以下。
与BaO类似，SrO也是抑制晶体析出的效果大的成分，但是与BaO相比，提高表面反射率等问题少。因此，在重视抑制失透的情况下，优选含有SrO。在该情况下的SrO含量优选为0.1％以上，更优选为0.5％以上，进一步优选为1％以上。为了增大化学强化处理时的压应力值，SrO含量优选为8％以下，更优选为5％以下，更进一步优选为4％以下，特别优选为3％以下，典型地为2％以下。
碱土类金属氧化物等具有提高玻璃的熔融性、抑制失透的效果，另一方面，当过量含有时，有时阻碍由化学强化得到的强度提高。在碱土类金属氧化物等中，CaO和SrO的抑制失透的效果比较高、使化学强化特性变差的倾向比较低，因此为了得到各特性综合良好的玻璃，优选含有CaO和SrO中的任意一者。在该情况下，CaO和SrO的合计的含量的合计([CaO]+[SrO])优选为1.5％以上，更优选为2.0％以上，进一步优选为2.5％以上。另外，为了增大由化学强化处理得到的表面压应力层，([CaO]+[SrO])优选为10％以下，更优选为7％以下，进一步优选为5％以下。
BaO是提高化学强化用玻璃的熔融性的成分，可以含有BaO。在含有BaO的情况下其含量优选为0.1％以上，更优选为0.15％以上，进一步优选为0.5％以上。另一方面，BaO的含量过量时，在化学强化处理时难以增大表面压应力层。另外，BaO显著地增大折射率，因此为了抑制折射率来降低表面反射率、提高透射率，BaO的含量优选为3％以下，更优选为2％以下，进一步优选为1％以下，特别优选为0.5％以下。
ZnO是提高化学强化用玻璃的熔融性的成分，可以含有ZnO。含有ZnO的情况下其含量优选为0.1％以上，更优选为0.15％以上，进一步优选为0.5％以上。另一方面，ZnO的含量过量时，在化学强化处理时难以增大表面压应力层。ZnO的含量优选为3％以下，更优选为2％以下，进一步优选为1％以下，典型地为0.5％以下。
为了增大由化学强化得到的表面压应力，MgO、BaO和ZnO的含量的合计([MgO]+[BaO]+[ZnO])优选为5％以下，更优选为3％以下，进一步优选为1％以下。
可以不含有ZrO2，但是为了增大化学强化玻璃的表面压应力，优选含有ZrO2。ZrO2的含量优选为0.1％以上，更优选为0.2％以上，进一步优选为0.5％以上，特别优选为0.8％以上，典型地为1％以上。另一方面，ZrO2的含量过多时，在化学强化处理时难以增大表面压应力层。ZrO2的含量优选为5％以下，更优选为3％以下，进一步优选为2％以下，特别优选为1.5％以下。
已知在对通常的玻璃照射光时产生日晒(ソラリゼーション)，所述日晒(ソラリゼーション)是由于玻璃中少量含有的过渡金属离子的价数发生变化等而产生颜色的变化、透射率的降低。TiO2不是必要成分，但是为了抑制日晒可以含有TiO2。在含有TiO2的情况下其含量优选为0.02％以上，更优选为0.05％以上，进一步优选为0.1％以上，特别优选为0.12％以上，典型地为0.15％以上。另一方面，TiO2的含量大于1％时，容易发生失透，化学强化玻璃的品质有可能降低。TiO2的含量优选为1％以下，更优选为0.5％以下，进一步优选为0.25％以下。
B2O3不是必要成分，但是为了减小玻璃的脆性、提高耐崩裂性，另外为了提高玻璃的熔融性，可以含有B2O3。在含有B2O3的情况下其含量优选为0.5％以上，更优选为1％以上，进一步优选为2％以上。另一方面，当B2O3的含量过多时，耐酸性容易变差，因此优选为10％以下。B2O3的含量更优选为6％以下，进一步优选为4％以下，典型地为2％以下。
P2O5不是必要成分，但是为了增大化学强化时的表面压应力层可以含有P2O5。在含有P2O5的情况下其含量优选为0.5％以上，更优选为1％以上，进一步优选为2％以上。另一方面，为了提高耐酸性，P2O5的含量优选为6％以下，更优选为4％以下，进一步优选为2％以下。为了防止在熔融时产生波筋，更优选实质上不含有P2O5。
B2O3和P2O5的含量的合计([B2O3]+[P2O5])优选为0～10％，更优选为1％以上，进一步优选为2％以上。另外，更优选为6％以下，进一步优选为4％以下。
La2O3、Nb2O5、Ta2O5、Gd2O3是减小玻璃的失透生长速度、改善熔融性的成分，可以含有La2O3、Nb2O5、Ta2O5、Gd2O3。在含有这些成分的情况下各自的含量优选为0.1％以上，更优选为0.2％以上，进一步优选为0.5％以上，特别优选为0.8％以上，典型地为1％以上。另一方面，当这些成分的含量过多时，在化学强化处理时难以增大表面压应力层，因此各自的含量优选为3％以下，更优选为2％以下，进一步优选为1％以下，特别优选为0.5％以下。
Fe2O3吸收热射线，因此具有提高玻璃的熔化性的效果，在使用大型的熔化窑大量生产玻璃的情况下，优选含有Fe2O3。以氧化物基准的重量％计，在该情况下的Fe2O3含量优选为0.002％以上，更优选为0.005％以上，进一步优选为0.007％以上，特别优选为0.01％以上。另一方面，当过量含有Fe2O3时，产生着色，因此为了提高玻璃的透明性，以氧化物基准的重量％计，其含量优选为0.3％以下，更优选为0.04％以下，进一步优选为0.025％以下，特别优选为0.015％以下。
需要说明的是，此处将玻璃中的铁氧化物全部以Fe2O3的形式进行了说明，但是实际上，通常氧化态的Fe(III)与还原态的Fe(II)混合存在。其中，Fe(III)产生黄色的着色，Fe(II)产生蓝色的着色，在两者的平衡下玻璃产生绿色的着色。
此外，可以在不妨碍达成所期望的化学强化特性的范围内添加着色成分。作为着色成分，例如可以列举Co3O4、MnO2、NiO、CuO、Cr2O3、V2O5、Bi2O3、SeO2、CeO2、Er2O3、Nd2O3等作为适合的成分。
这些着色成分的含量优选合计为5％以下。当大于5％时，有时玻璃容易失透。该含量更优选为3％以下，进一步优选为1％以下。在想要提高玻璃的透射率的情况下，优选实质上不含有这些成分。
可以适当含有SO3、氯化物、氟化物等作为玻璃的熔融时的澄清剂。优选不含有As2O3。在含有Sb2O3的情况下，其含量优选为0.3％以下，更优选为0.1％以下，最优选不含有Sb2O3。
作为玻璃中的水分量的指标的β-OH值优选为0.1mm-1以上，更优选为0.15mm-1以上，进一步优选为0.2mm-1以上，特别优选为0.22mm-1以上，最优选为0.25mm-1以上。
β-OH值大的玻璃具有软化点降低、容易进行弯曲成形的倾向。另一方面，当玻璃的β-OH值变大时，化学强化处理后的表面压应力(CS)的值变小，难以提高强度。因此，β-OH值优选为0.5mm-1以下，更优选为0.4mm-1以下，进一步优选为0.3mm-1以下。
粘度达到104dPa·s时的温度(T4)优选为1300℃以下，更优选为1250℃以下，进一步优选为1200℃以下，特别优选为1150℃以下。温度(T4)是作为将玻璃成形为板状的成形温度的标准的温度，T4高的玻璃具有对成形设备的负荷增加的倾向。T4低的玻璃有时缺乏玻璃的稳定性，T4通常为900℃以上，优选为950℃以上，更优选为1000℃以上，进一步优选为1050℃以上。
另外，粘度达到102dPa·s时的温度(T2)优选为1800℃以下，更优选为1750℃以下，进一步优选为1700℃以下，特别优选为1650℃以下，典型地为1600℃以下。温度(T2)是作为玻璃的熔化温度的标准的温度，T2越低，越容易制造玻璃。T2低的玻璃有时缺乏稳定性。本玻璃的T2通常为1400℃以上，优选为1450℃以上。
当本玻璃的失透温度为比粘度达到104dPa·s时的温度(T4)高120℃的温度(T4+120℃)以下时，在浮法成形时不易发生失透，因此是优选的。失透温度更优选为比T4高100℃的温度以下，进一步优选为比T4高50℃的温度以下，特别优选为T4以下。
当本玻璃的失透温度为比粘度达到102dPa·s时的温度(T2)低350℃的温度(T2-350℃)以下时，在玻璃的熔融时不易发生失透，因此是优选的。失透温度进一步优选为(T2-400℃)以下。
对于即使在粘度高的状态下也不易失透的玻璃而言，即使进行化学强化处理有时也难以将其强化。因此，失透温度优选为粘度达到105.5dPa·s时的温度(T5.5)以上，更优选为粘度达到105.2dPa·s时的温度(T5.2)以上，进一步优选为粘度达到105dPa·s时的温度(T5)以上。
当本玻璃的850℃～1200℃下的失透生长速度为600μm/小时以下时，即使发生失透，失透也不变大，因此是优选的。850℃～1200℃下的失透生长速度更优选为500μm/小时以下，进一步优选为400μm/小时以下，特别优选为300μm/小时。另外，700℃～1200℃下的最大失透生长速度优选为600μm/小时以下。
另外，本玻璃的950℃下的失透生长速度优选为600μm/小时以下，更优选为500μm/小时以下，进一步优选为400μm/小时以下，特别优选为300μm/小时以下。
为了减少化学强化后的翘曲，玻璃化转变温度(Tg)优选为500℃以上，更优选为520℃以上，进一步优选为540℃以上。从容易进行浮法成形的观点考虑，优选为750℃以下，更优选为700℃以下，进一步优选为650℃以下，特别优选为600℃以下，最优选为580℃以下。
本玻璃的软化点优选为900℃以下，更优选为850℃以下，进一步优选为820℃以下，特别优选为790℃以下。玻璃的软化点越低，则弯曲成形时的热处理温度越低，因此除了弯曲成形工序中的能量消耗变小以外，设备的负荷也变小。为了降低弯曲成形温度，软化点越低越优选，但是在通常的化学强化用玻璃中软化点为700℃以上。为了防止在化学强化处理时引入的应力松弛的现象，软化点优选为700℃以上，更优选为720℃以上，进一步优选为740℃以上。
软化点可以通过JIS R3103-1:2001中记载的纤维伸长法进行测定。
本玻璃的结晶峰温度优选高于软化点。另外，更优选未观察到结晶峰。
结晶峰温度可以通过将约70mg的玻璃粉碎，在玛瑙研钵中研磨，将升温速度设定为10℃/分钟，使用差示扫描量热计从室温至1000℃(DSC)进行测定。
为了使在玻璃破裂时碎片不易飞散，本玻璃的杨氏模量优选为80GPa以上，更优选为82GPa以上，进一步优选为84GPa以上，特别优选为85GPa以上。杨氏模量高的玻璃存在耐酸性降低的情况。本玻璃的杨氏模量例如为110GPa以下，优选为100GPa以下，更优选为90GPa以下。杨氏模量可以通过例如超声脉冲法进行测定。
为了减轻产品重量，本玻璃的密度优选为3.0g/cm3以下，更优选为2.8g/cm3以下，进一步优选为2.6g/cm3以下，特别优选为2.55g/cm3以下。密度小的玻璃具有耐酸性等低的倾向。本玻璃的密度例如为2.3g/cm3以上，优选为2.4g/cm3以上，特别优选为2.45g/cm3以上。
为了降低可见光的表面反射，本玻璃的折射率优选为1.6以下，更优选为1.58以下，进一步优选为1.56以下，特别优选为1.54以下。折射率小的玻璃具有耐酸性低的倾向。本玻璃的折射率例如为1.5以上，优选为1.51以上，更优选为1.52以上。
为了减少光学畸变，本玻璃的光弹性常数优选为33nm/cm/MPa以下，更优选为32nm/cm/MPa以下，进一步优选为31nm/cm/MPa以下，特别优选为30nm/cm/MPa以下。另外，光弹性常数小的玻璃具有耐酸性低的倾向，因此本玻璃的光弹性常数例如优选为24nm/cm/MPa以上，更优选为25nm/cm/MPa以上，进一步优选为26nm/cm/MPa以上。
为了减少化学强化后的翘曲，本玻璃的50℃～350℃的平均线性热膨胀系数(热膨胀系数)优选为95×10-7/℃以下，更优选为90×10-7/℃以下，进一步优选为88×10-7/℃以下，特别优选为86×10-7/℃以下，最优选为84×10-7/℃以下。热膨胀系数小的玻璃有时难以熔融。本玻璃的热膨胀系数例如为60×10-7/℃以上，优选为70×10-7/℃以上，更优选为74×10-7/℃以上，进一步优选为76×10-7/℃以上。
为了增大由化学强化得到的表面压应力，本玻璃的假想温度优选为比玻璃化转变温度(Tg)高80℃的温度(Tg+80℃)以下，更优选为(Tg+50℃)以下，进一步优选为(Tg+40℃)以下，更进一步优选为(Tg+30℃)以下，再进一步优选为(Tg+20℃)以下，特别优选为(Tg+10℃)以下。
在通过将玻璃原料在高温下熔融并冷却的方法得到玻璃的情况下，熔融后的冷却速度越小，则玻璃的假想温度越低。因此，为了得到假想温度非常低的玻璃，需要用长时间缓慢地进行冷却。在缓慢地冷却玻璃的情况下，根据玻璃组成，容易引起在冷却中晶体析出并生长为大晶体的失透现象。为了抑制冷却中的失透，假想温度优选为(Tg-30℃)以上，更优选为(Tg-10℃)以上，进一步优选为Tg以上，特别优选为(Tg+10℃)以上。
需要说明的是，玻璃的假想温度可以由玻璃的折射率实验性地求出。在将保持在恒定温度下的玻璃从该温度开始进行急冷的方法中，预先制作多张相同玻璃组成但假想温度不同的玻璃片。这些玻璃片的假想温度是在急冷前保持的温度，因此通过测定这些玻璃片的折射率，可以将折射率对假想温度作图而制作校准曲线。将一例示于图1中。即使是冷却速度等不清楚的玻璃，也可以通过测定折射率而由校准曲线求出假想温度。
然而，玻璃组成不同时，校准曲线也不同，因此需要使用利用与想要求出假想温度的玻璃相同组成的玻璃制作的校准曲线。
玻璃的假想温度依赖于将熔融后的玻璃冷却时的冷却速度，具有如果冷却速度快则假想温度变高、如果冷却速度慢则假想温度变低的倾向。另外，具有假想温度越低则化学强化后的表面压应力越大的倾向。
在将本玻璃制成厚度为0.8mm的玻璃板并且通过将所述玻璃板在450℃的硝酸钠中浸渍3小时、然后在450℃的硝酸钾中浸渍1.5小时而进行了两步化学强化的情况下，表面压应力优选为950MPa以上，并且表面压应力层深度优选为100μm以上。在此的表面压应力为后述的CS2、即由Na-K离子交换层产生的表面压应力，表面压应力层深度为后述的DOC3、即由Li-Na离子交换层产生的表面压应力层深度。
在将本玻璃在450℃的硝酸钠中浸渍1小时而进行了化学强化的情况下，表面压应力值(CS1)优选为100MPa以上，更优选为150MPa以上，进一步优选为200MPa以上，特别优选为250MPa以上，典型地为300MPa以上。为了提高强度，CS1越大越好，但是为了抑制化学强化处理工序中的强化破裂，CS1例如优选为600MPa以下，更优选为500MPa以下，进一步优选为400MPa以下。
另外，在该情况下的压应力层深度(DOC1)优选为70μm以上，更优选为80μm以上，进一步优选为90μm以上，特别优选为100μm以上。另一方面，为了防止由化学强化处理工序中的强化破裂导致的成品率降低，DOC1例如优选为200μm以下，更优选为150μm以下，进一步优选为130μm以下，特别优选为120μm以下。
需要说明的是，CS1和DOC1可以使用散射光光弹性应力计(例如，折原制作所制造，SLP-1000)进行测定。另外，可以使用株式会社东京仪器制造的双折射成像系统Abrio-IM按照以下步骤进行测定。
将10mm×10mm以上的尺寸且厚度为约0.2mm～约2mm的化学强化玻璃的截面研磨至150μm～250μm的范围内进行薄片化。对于这样得到的薄片化至150μm～250μm的样品，使用波长546nm的单色光作为光源，利用透射光进行测定，利用双折射成像系统测定化学强化玻璃所具有的相位差(延迟)，由所得到的值和下述式(2)计算出应力。
1.28×F＝δ/(C×t’)…式(2)
在式(2)中，F为应力[单位：MPa]、δ为相位差[单位：nm]、C为光弹性常数[单位：nm/cm/MPa]、t’为样品的厚度[单位：cm]。
在将本玻璃在450℃的硝酸钠中浸渍3小时、然后在450℃的硝酸钾中浸渍1.5小时而进行了化学强化的情况下，由Na-K离子交换层产生的表面压应力值CS2优选为950MPa以上，更优选为1000MPa以上，进一步优选为1050MPa以上，更进一步优选为1100MPa以上，特别优选为1150MPa以上。另一方面，CS2的上限没有特别限制，但是在想要极力减少由化学强化处理工序中的强化破裂导致的成品率降低的情况下，优选为1500MPa以下，更优选为1300MPa以下，进一步优选为1200MPa以下，特别优选为1100MPa以下。
另外，在将厚度0.8mm的本玻璃在450℃的硝酸钠中浸渍3小时、然后在450℃的硝酸钾中浸渍1.5小时而进行了强化的情况下，由Na-K离子交换层产生的表面压应力层深度DOC2优选为3μm以上，更优选为4μm以上，进一步优选为5μm以上，更进一步优选为7μm以上，特别优选为9μm以上。为了提高强化处理后的成品率，DOC2优选为20μm以下，更优选为15μm以下，进一步优选为8μm以下，特别优选为6μm以下。
CS2和DOC2例如可以利用折原制作所制造的表面应力计FSM-6000进行测定。
另外，在将本玻璃在450℃的硝酸钠中浸渍3小时、然后在450℃的硝酸钾中浸渍1.5小时而进行了化学强化的情况下，由Li-Na离子交换层产生的压应力层深度DOC3优选为100μm以上，更优选为110μm以上，进一步优选为120μm以上，特别优选为130μm以上。另一方面，DOC3的上限没有特别限制，但是在考虑在化学强化处理工序中由强化破裂导致的成品率降低的情况下，例如优选为200μm以下，更优选为180μm以下，进一步优选为170μm以下，特别优选为160μm以下。
在将厚度0.8mm的玻璃在450℃的硝酸钠中浸渍3小时、然后在450℃的硝酸钾中浸渍1.5小时的情况下，由Li-Na离子交换层产生的压应力值CS3优选为100MPa以上，更优选为150MPa以上，进一步优选为180MPa以上，特别优选为200MPa以上。为了防止由强化破裂导致的成品率降低，CS3优选为400MPa以下，更优选为350MPa以下，进一步优选为300MPa以下，特别优选为250MPa以下。
CS3和DOC3可以通过使用散射光光弹性应力计(例如，折原制作所制造，SLP-1000)或株式会社东京仪器制造的双折射成像系统Abrio-IM的前述方法进行测定。
本发明的化学强化用玻璃可以通过通常的方法制造。例如，调配玻璃的各成分的原料，并在玻璃熔化窑中加热熔融。然后，通过公知的方法对玻璃进行均质化，成形为玻璃板等所期望的形状，并进行缓慢冷却。
作为玻璃板的成形法，例如可以列举浮法、压制法、熔合法和下拉法。特别优选适于大量生产的浮法。另外，也优选除了浮法以外的连续成形法，例如熔合法和下拉法。
然后，根据需要对成形后的玻璃进行磨削和研磨处理，形成玻璃基板。需要说明的是，在将玻璃基板切割成规定的形状和尺寸、或者进行玻璃基板的倒角加工的情况下，如果在实施后述的化学强化处理之前进行玻璃基板的切割、倒角加工，则通过之后的化学强化处理在端面也形成压应力层，因此是优选的。
＜化学强化玻璃＞
本发明的化学强化玻璃的基本组成与前述的化学强化用玻璃的玻璃组成相同。本发明的化学强化玻璃的表面压应力优选为800MPa以上，更优选为950MPa以上，进一步优选为1000MPa以上，特别优选为1150MPa以上。
另外，压应力层深度优选为100μm以上，更优选为110μm以上，进一步优选为120μm以上，特别优选为130μm以上。
通过对包含本发明的化学强化用玻璃的玻璃板实施化学强化处理、然后进行清洗和干燥，能够制造本发明的化学强化玻璃。
化学强化处理可以通过公知的方法进行。在化学强化处理中，通过浸渍等使玻璃板与含有离子半径大的金属离子(典型地为K离子)的金属盐(例如，硝酸钾)的熔融液接触，从而将玻璃板中的离子半径小的金属离子(典型地为Na离子、Li离子)置换为离子半径大的金属离子(典型地，相对于Na离子而言为K离子，相对于Li离子而言为Na离子)。
化学强化处理(离子交换处理)例如可以通过如下方式进行：在加热至360℃～600℃的硝酸钾等熔融盐中将玻璃板浸渍0.1小时～500小时。需要说明的是，作为熔融盐的加热温度，更优选为375℃以上，更优选为500℃以下。另外，玻璃板在熔融盐中的浸渍时间更优选为0.3小时以上，更优选为200小时以下。
作为用于进行化学强化处理的熔融盐，可以列举硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氯化物等。其中，作为硝酸盐，可以列举硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铯、硝酸银等。作为硫酸盐，可以列举硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸铯、硫酸银等。作为碳酸盐，可以列举碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾等。作为氯化物，可以列举氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化铯、氯化银等。这些熔融盐可以单独使用，也可以组合使用多种。
在本发明中，化学强化处理的处理条件没有特别限制，考虑玻璃的特性、组成、熔融盐的种类以及最终得到的化学强化玻璃所期望的表面压应力、压应力层的深度等化学强化特性等选择适当的条件即可。
另外，在本发明中，可以仅进行一次化学强化处理或者也可以在两种以上不同的条件下进行多次化学强化处理(多步强化)。在此，例如，在DOC大且CS相对小的条件下进行化学强化处理作为第一步化学强化处理、然后在DOC小且CS相对高的条件下进行化学强化处理作为第二步化学强化处理时，能够在提高化学强化玻璃的最外表面的CS的同时抑制内部拉应力面积(St)，结果，能够将内部拉应力(CT)抑制得低。
在本发明的化学强化用玻璃为板状(玻璃板)的情况下，为了提高化学强化的效果，其板厚(t)例如为2mm以下，优选为1.5mm以下，更优选为1mm以下。另外，为了通过加快玻璃板成形时的冷却速度来抑制失透，板厚(t)进一步优选为0.9mm以下，特别优选为0.8mm以下，最优选为0.7mm以下。另外，从利用化学强化处理得到充分的强度提高的效果的观点考虑，该板厚例如为0.1mm以上，优选为0.2mm以上，更优选为0.4mm以上，进一步优选为0.5mm以上。
本玻璃的形状根据所应用的产品、用途等也可以是除板状以外的形状。另外，玻璃板可以具有外周的厚度不同的边框形状等。玻璃板的形态不限于此，例如两个主面可以不互相平行，另外，两个主面中的一方或双方的全部或一部分可以是曲面。更具体而言，玻璃板例如可以是无翘曲的平板状玻璃板，另外，也可以是具有弯曲表面的曲面玻璃板。
本玻璃作为在手机、智能手机、便携信息终端(PDA)、平板终端等移动设备等中使用的保护玻璃特别有用。此外，作为不以携带为目的的电视机(TV)、个人电脑(PC)、触控面板等显示装置的保护玻璃、电梯壁面、房屋或大厦等建筑物的壁面(全屏显示器)、窗玻璃等建筑用材料、桌面、汽车或飞机等的内装等或它们的保护玻璃，以及具有曲面形状的壳体等用途中是有用的。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行说明，但是本发明不限于此。例1～3为比较例，例4～11为实施例。需要说明的是，关于表中的各测定结果，空栏表示未测定。
(化学强化用玻璃的制作)
以成为表1和2中所示的以氧化物基准的摩尔百分率表示的各玻璃组成的方式，利用铂坩埚熔融而制作玻璃板。适当选择氧化物、氢氧化物、碳酸盐或硝酸盐等通常使用的玻璃原料，以使得以玻璃计达到1000g的方式进行了称量。接着，将混合后的原料放入铂坩埚中，并放入1500℃～1700℃的电阻加热型电炉中，熔融约3小时，脱泡并均质化。将所得到的熔融玻璃倒入模具材料，在玻璃化转变温度+50℃的温度下保持1小时，然后以0.5℃/分钟的速度冷却至室温，从而得到了玻璃块。将所得到的玻璃块进行切割、磨削，最后对两面进行镜面研磨，从而得到了纵50mm×横50mm×板厚0.8mm的板状玻璃。
以如下的方式评价该玻璃的物性。将结果示于表1和2中。
＜密度＞
密度(d)通过阿基米德法测定。单位为g/cm3。
＜杨氏模量＞
对于化学强化前的玻璃，通过超声脉冲法(JIS R1602：1995)测定杨氏模量(E)(单位；GPa)。
＜平均线性膨胀系数和玻璃化转变温度(Tg)＞
温度50℃～350℃下的平均线性膨胀系数(α)(单位；10-7/℃)和玻璃化转变温度(Tg)(单位；℃)根据JIS R3102：1995《玻璃的平均线性膨胀系数的试验方法》的方法进行测定。
＜T2、T4＞
对于化学强化前的玻璃，利用旋转粘度计(根据ASTM C 965-96)测定粘度达到102dPa·s时的温度T2(Tlogη＝2，单位；℃)和粘度达到104dPa·s时的温度T4(Tlogη＝4，单位；℃)。
＜失透生长速度＞
按照以下的步骤测定了失透生长速度。
将玻璃片在研钵中粉碎并分级，将通过了3.35mm筛孔尺寸的筛但是未通过2.36mm筛孔尺寸的筛的玻璃颗粒用离子交换水清洗并干燥后用于试验。
使用如图2所示的具有多个直径约3mm的凹部的细长的铂容器(失透评价用铂容器1)，在各个凹部2中各放置一个玻璃颗粒3，在1000℃～1100℃的电炉内加热至玻璃颗粒的表面熔化并变得平滑。
接着，将该玻璃投入到保持在规定的温度下的温度梯度炉中，进行恒定时间(设为T)的热处理，然后取出至室温中进行急冷。根据该方法，能够在温度梯度炉内设置细长的容器而同时对多个玻璃颗粒进行加热处理，因此能够测定规定的温度范围内的最大失透生长速度。
利用偏光显微镜(尼康公司制造：ECLIPSE LV100ND)观察热处理后的玻璃，测定所观察到的晶体内的最大尺寸的晶体的直径(设为Lμm)。在目镜10倍、物镜5倍～100倍、透射光、偏振光观察的条件下进行观察。可以认为因失透产生的晶体各向同性地生长，因此失透生长速度为L/(2T)[单位：μm/小时]。
然而，作为待测定的晶体，选择没有从与容器的界面析出的晶体。金属界面处的晶体生长与在玻璃内部、玻璃-气氛界面处发生的失透生长行为具有不同的倾向。
＜失透试验＞
在直径为15mm～30mm、深度为约4mm的铂皿中放入适量的玻璃颗粒，在控制为恒定温度的电炉中，在比T4低20℃的温度下进行17小时的热处理。利用偏光显微镜观察热处理后的玻璃，观察有无失透。
＜折射率＞
使用精密折射率计(岛津制作所制造，KPR-2000)测定d射线(He光源，波长587.6nm)下的折射率nd。
＜光弹性常数(光弹性系数＞
使用日本窑业协会志第87卷(1979)第1010号，第519页中记载的圆板压缩法，使用钠灯作为光源进行测定。单位为nm/cm/MPa。
＜化学强化特性＞
表面压应力CS1和CS3(单位：MPa)、压应力层深度DOC1和DOC3(单位：μm)使用折原制作所制造的测定机SLP1000进行测定。表面压应力(CS2)(单位：MPa)、压应力层深度(DOC2)(单位：μm)使用折原制作所制造的表面应力计FSM-6000进行测定。
需要说明的是，表中CS1和DOC1各自表示将所得到的化学强化用玻璃在450℃的硝酸钠中浸渍1小时而进行了化学强化的一步强化后的表面压应力和压应力层深度。CS2和DOC2各自表示将所得到的化学强化用玻璃在450℃的硝酸钠中浸渍3小时、然后在450℃的硝酸钾中浸渍1.5小时而进行了化学强化的两步强化后的、由Na-K离子交换层产生的表面压应力和压应力层深度。另外，CS3和DOC3各自表示将所得到的化学强化用玻璃在450℃的硝酸钠中浸渍3小时，然后在450℃的硝酸钾中浸渍1.5小时而进行了化学强化的两步强化后的、由Li-Na离子交换层产生的表面压应力和压应力层深度。CS3表示用误差函数拟合在比50μm深的区域中测定的Li-Na离子交换层的应力分布而求出的曲线的深度为0μm处的值。
将结果示于表3和4中。
表1
表2
表3
| 例1 | 例2 | 例3 | 例4 | 例5 | 例6 | |
| CS1 | 203 | 301 | 230 | 207 | 139 | 173 |
| DOC1 | 97 | 100 | 107 | 120 | 100 | 110 |
| CS2 | 904 | 902 | 1057 | 1057 | 1041 | 1074 |
| DOC2 | 9 | 9 | 15 | 11 | 10 | 11 |
| CS3 | 193 | 228 | 232 | 181 | 175 | 180 |
| DOC3 | 155 | 158 | 146 | 131 | 120 | 125 |
表4
| 例7 | 例8 | 例9 | 例10 | 例11 | |
| CS1 | 200 | 523 | 450 | 372 | 198 |
| DOC1 | 106 | 100 | 138 | 135 | 164 |
| CS2 | 1031 | 962 | 1064 | 992 | 1245 |
| DOC2 | 11 | 10 | 7 | 7 | 11 |
| CS3 | 232 | 371 | 271 | 230 | 169 |
| DOC3 | 124 | 120 | 157 | 167 | 183 |
根据表1～4，与X＝([Li2O]+[K2O])/[Al2O3]大的例1和例2相比，X＝([Li2O]+[K2O])/[Al2O3]为1.1以下的例3～11的表面压应力(CS2)大至950MPa以上。
另外，可以看出，与CaO和SrO的合计的含量小于1.5摩尔％的例3相比，CaO和SrO的合计的含量为1.5摩尔％以上的例4～7不易发生失透。
详细并且参照特定的实施方式说明了本发明，但是可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下各种变更或修正，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。本申请基于2018年4月4日申请的日本专利申请(日本特愿2018-072487)，其内容作为参照并入本申请中。
符号说明
1 失透评价用铂容器
2 凹部
3 玻璃颗粒
Claims (8)
1.一种化学强化用玻璃，其中，以氧化物基准的摩尔百分率表示，所述化学强化用玻璃含有：
55％～70％的SiO2、
10％～25％的Al2O3、
1％～20％的Li2O、
0～8％的CaO、
0～8％的SrO、和
0～5％的ZrO2，并且
CaO和SrO的含量的合计为1.5％～10％，
Na2O和K2O的含量的合计为3％～11％，且
由下式表示的值X为0.1～1.1，
X＝([Li2O]+[K2O])/[Al2O3]
其中，[Al2O3]、[Li2O]、[K2O]为各成分的以摩尔百分率表示的含量。
2.如权利要求1所述的化学强化用玻璃，其中，MgO、BaO和ZnO的含量的合计为0～5％。
3.如权利要求1或2所述的化学强化用玻璃，其中，B2O3的含量为0～10％。
4.如权利要求1～3中任一项所述的化学强化用玻璃，其中，所述化学强化用玻璃的粘度达到104dPa·s时的温度(T4)为1050℃～1300℃。
5.如权利要求1～4中任一项所述的化学强化用玻璃，其中，所述化学强化用玻璃的失透温度为比粘度达到104dPa·s时的温度(T4)高120℃的温度(T4+120℃)以下。
6.如权利要求1～5中任一项所述的化学强化用玻璃，其中，所述化学强化用玻璃的失透温度为粘度达到105.5dPa·s时的温度(T5.5)以上。
7.如权利要求1～6中任一项所述的化学强化用玻璃，其中，所述化学强化用玻璃的粘度达到102dPa·s时的温度(T2)为1400℃～1800℃。
8.如权利要求1～7中任一项所述的化学强化用玻璃，其中，在将所述化学强化用玻璃制成厚度为0.8mm的玻璃板并且通过将所述玻璃板在450℃的硝酸钠中浸渍3小时、然后在450℃的硝酸钾中浸渍1.5小时而进行了两步化学强化的情况下，表面压应力为950MPa以上、并且表面压应力层深度为100μm以上。
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