CN112839909A - 可离子交换的硼硅酸盐玻璃组合物和由此形成的玻璃制品 - Google Patents

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Abstract

玻璃制品可以包含：SiO2，Al2O3，B2O3，至少一种碱性氧化物，以及至少一种碱土氧化物。玻璃制品可以是能够通过离子交换进行强化的。玻璃制品具有厚度t。玻璃的构成组分的浓度可以使得：13≤0.0308543*(188.5+((23.84*Al2O3)+(‑16.97*B2O3)+(69.10*Na2O)+(‑213.3*K2O))+((Na2O‑7.274)2*(‑7.3628)+(Al2O3‑2.863)*(K2O‑0.520)*(321.5)+(B2O3‑9.668)*(K2O‑0.520)*(‑39.74)))/t。

Description

可离子交换的硼硅酸盐玻璃组合物和由此形成的玻璃制品
相关申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§120，要求2018年8月13日提交的美国临时申请系列第62/718213号的优先权，本文以其作为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域
本说明书一般地涉及玻璃组合物，更具体地，涉及可离子交换的硼硅酸盐玻璃组合物和由此形成的玻璃制品(例如，玻璃药物包装)。
背景技术
历史上，因为玻璃具有相对于其它材料的气密性、光学清晰度、和优异的化学耐久性，已将其用作药物包装的优选材料。具体来说，在药物包装中使用的玻璃必须具有足够的化学耐久性，从而不会影响药物包装中容纳的药物组合物的稳定性。具有合适的化学耐久性的玻璃包括ASTM标准“1A型”和“1B”型玻璃组合物中的那些玻璃组合物，它们具有久经考验的化学耐久性。
药物制造商的一个考虑是从填充到运输和储存直到使用，维持包装内含物的无菌性。虽然玻璃容器优于许多替代材料，但是它们不是牢不可破的，并且有时在处理和运输时遭到损坏。由于此类破坏所导致的裂纹可能有损气密性以及内含物的无菌性，但是没有导致包装的灾难性失效。当被健康护理专业或患者在使用时检测到的话，此类裂纹可能导致召回，并且对于药物制造商会是昂贵成本。
因此，存在对于用于玻璃制品(例如，玻璃药物包装和类似应用)的替代性玻璃组合物的需求。
发明内容
根据一个实施方式，玻璃制品可以包含：SiO2，Al2O3，B2O3，至少一种碱性氧化物，以及至少一种碱土氧化物。玻璃制品可以是能够通过离子交换进行强化的。玻璃制品具有厚度t。玻璃的构成组分的浓度可以使得：13≤0.0308543*(188.5+((23.84*Al2O3)+(-16.97*B2O3)+(69.10*Na2O)+(-213.3*K2O))+((Na2O-7.274)2*(-7.3628)+(Al2O3-2.863)*(K2O-0.520)*(321.5)+(B2O3-9.668)*(K2O-0.520)*(-39.74)))/T。
根据另一个实施方式，玻璃制品可以包含：大于或等于72摩尔％且小于或等于82摩尔％SiO2，大于或等于1摩尔％且小于或等于6摩尔％Al2O3，大于或等于3摩尔％且小于或等于16摩尔％B2O3，大于或等于5摩尔％且小于或等于12摩尔％Na2O，大于或等于0.30摩尔％且小于或等于1.5摩尔％K2O，大于或等于0.10摩尔％且小于或等于6.00摩尔％MgO，以及大于或等于0.50摩尔％且小于或等于4.0摩尔％CaO。玻璃制品可以是能够通过离子交换强化的，并且可以具有厚度t。玻璃的构成组分的浓度可以使得：13≤0.0308543*(188.5+((23.84*Al2O3)+(-16.97*B2O3)+(69.10*Na2O)+(-213.3*K2O))+((Na2O-7.274)2*(-7.3628)+(Al2O3-2.863)*(K2O-0.520)*(321.5)+(B2O3-9.668)*(K2O-0.520)*(-39.74)))/t。
在以下详细描述中给出了硼硅酸盐玻璃组合物和由此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的照片显示在玻璃药物包装没有发生灾难性失效情况下的现有技术玻璃药物包装中的裂纹；
图2图示性显示在没有灾难性失效的情况下，具有裂纹的容器百分比(y轴)与中心张力(x轴)的函数关系；以及
图3图示性显示在标称1mm(或1.1mm)壁厚情况下，现有技术铝硅酸盐玻璃组合物和两种现有技术硼硅酸盐玻璃组合物的压缩应力(y轴)、中心张力(轮廓线)和层深度(x轴)。
具体实施方式
现将具体参考硼硅酸盐玻璃组合物和由此形成的玻璃制品的实施方式，它们能够进行离子交换强化并且适合用作药物包装。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。根据一个实施方式，玻璃制品可以包含：SiO2，Al2O3，B2O3，至少一种碱性氧化物，以及至少一种碱土氧化物。玻璃制品可以是能够通过离子交换进行强化的。玻璃制品具有厚度t。玻璃的构成组分的浓度可以使得：13≤0.0308543*(188.5+((23.84*Al2O3)+(-16.97*B2O3)+(69.10*Na2O)+(-213.3*K2O))+((Na2O-7.274)2*(-7.3628)+(Al2O3-2.863)*(K2O-0.520)*(321.5)+(B2O3-9.668)*(K2O-0.520)*(-39.74)))/t。下面将具体结合附图更详细地描述硼硅酸盐玻璃组合物和由此形成的玻璃制品(例如，玻璃药物包装)的各种实施方式。
本文中，范围可以表示为从“约”另一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这样的范围时，另一个实施方式包括自所述一个具体数值始和/或至所述另一具体数值止。类似地，当用先行词“约”将数值表示为近似值时，应理解具体数值构成了另一个实施方式。还会理解的是，每个范围的端点在与另一个端点有关及独立于另一个端点时都是重要的。
本文所用的方向术语，例如上、下、右、左、前、后、顶、底，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来暗示绝对的取向。
除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法不应理解为其步骤需要按具体顺序进行，或者要求使任何设备具有特定取向。因此，如果方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序，或者任何设备权利要求没有实际叙述各组件的顺序或取向，或者权利要求书或说明书中没有另外具体陈述步骤限于具体顺序，或者没有叙述设备组件的具体顺序或取向，那么在任何方面都不应推断顺序或取向。这同样适用于任何可能的未明确表述的解释依据，包括：关于设置步骤、操作流程、组件顺序或组件取向的逻辑；由语法结构或标点获得的一般含义；以及说明书所述的实施方式的数量或种类。
除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数指代。因此，例如，提到的“一种”部件包括具有两种或更多种这类部件的方面，除非文本中有另外的明确表示。
如本文所用，术语“软化点”指的是玻璃组合物的粘度为1x107.6泊时的温度。
如本文所用，术语“退火点”指的是玻璃组合物的粘度为1x1013泊时的温度。
如本文所用，术语“应变点”和“T应变”指的是玻璃组合物的粘度为3x1014泊时的温度。
如本文所使用，术语“CTE”指玻璃组合物在从约为室温(RT)到约300℃温度范围的热膨胀系数。
通过基础应力计(FSM)仪器(例如，(日本东京)折原有限公司制造的FSM-6000)来确定压缩应力，压缩应力值是基于测得的应力光学系数(SOC)。FSM仪器使光耦合进入和离开双折射玻璃表面。然后经由材料常数(应力-光学系数或光弹性系数(SOC或PEC))将测得的双折射率与应力相关联，并获得两个参数：最大表面压缩应力(CS)和交换层深度(DOL)。
可以通过它们的共有组分将玻璃组合物分组成类。更具体来说，玻璃中最丰富的2种或3种成分的名称通常按升序排列成玻璃分类名称。例如，含有显著浓度的钠、铝、硼和硅的玻璃可以被称作：硼硅酸钠盐、硼硅酸盐或铝硼硅酸盐。但是，分类名称不限制到一种或两种特定玻璃组合物，而是含有那些元素作为主要组分的任何玻璃。因此，含有硼和硅的许多玻璃都可以被称作硼硅酸盐，但是并非所有硼硅酸盐都必然符合I型玻璃的ASTM E438要求。如本文所用，术语“硼硅酸盐玻璃”和“硼硅酸盐玻璃组合物”指的是包含的硼浓度超过玻璃组合物的1重量％的玻璃组合物。
在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，除非另有说明，否则构成组分(例如，SiO2和Al2O3等)的浓度规定为基于氧化物的摩尔百分比(摩尔％)。
当用于描述玻璃组合物中的特定组成组分的浓度和/或不存在该特定组成组分时，术语“不含”和“基本不含”表示没有故意向玻璃组合物中添加组成组分。但是，玻璃组合物可能含有量小于0.01摩尔％的该组成组分作为污染物或痕量。
如本文所使用，术语“化学耐久性”指的是当暴露于特定化学条件之后，玻璃组分抵抗降解的能力。具体来说，本文所述的玻璃组合物的化学耐久性根据三种建立的材料测试标准进行评估：DIN 12116(日期为2001年3月，题为“Testing of glass-Resistance toattack by a boiling aqueous solution of hydrochloric acid-Method of test andclassification(玻璃对于沸腾的盐酸水性溶液侵袭的抗性测试-测试方法和评级)”)；ISO695:1911(题为“Glass--Resistance to attack by aboiling aqueous solution ofmixed alkali--Method of test and classification(玻璃对于沸腾的混合碱性物质的水性溶液侵袭的抗性--测试方法和评级)”；以及ISO720:1985(题为“Glass--Hydrolyticresistance of glass grains at 121degrees C--Method of test and classification(在121摄氏度下玻璃对于玻璃颗粒的水解抗性-测试方法和评级)”)。除了上文所涉及的标准之外，还可以根据ISO 719:1985“Glass--Hydrolytic resistance of glass grains at98degrees C--Method of test and classification(玻璃--98摄氏度下玻璃颗粒的耐水解--测试方法和分类)”对玻璃的化学耐久性进行评估。ISO 719标准是ISO 720标准的侵蚀性较低的版本，因而相信符合ISO 720标准的规定分类的玻璃也会符合ISO 719标准的对应分类。
对于经过强化(例如，化学强化或者通过离子交换的化学回火)的玻璃样品，通过基础应力计(FSM)仪器来确定玻璃中的压缩应力，压缩应力值是基于测得的应力光学系数(SOC)。FSM仪器使得光耦合进入和离开折射率高于空气的玻璃表面。然后经由材料常数(应力-光学系数或光弹性系数(SOC或PEC))将测得的双折射率与应力相关联，并获得两个参数：最大表面压缩应力(CS)和交换层深度(DOL)。还测定了玻璃中碱性离子的扩散系数和每时间的平方根的应力变化。根据关系式：DOL＝～1.4*根号(4*D*t)，由测得的层深度(DOL)和离子交换时间(t)来计算得到玻璃的扩散系数(D)。扩散系数随着温度根据阿伦尼斯关系增加，并且由此在特定温度下对其进行记录。
出于以下数种原因，玻璃是用于药物封装的优选材料，包括：光学透澈性、气密性和化学惰性。但是，对于玻璃包装，可能展现出裂纹，这会导致在没有有损玻璃包装装纳和保留其内含物的能力的情况下破坏玻璃包装的气密性(并进而破坏玻璃包装内含物的无菌性)。也就是说，尽管由于裂纹使得玻璃包装的气密性受损，但是玻璃包装及其内含物保持完好。
例如，图1是玻璃药物包装(具体来说，玻璃瓶)的底部照片。如照片所示，玻璃药物包装包括穿越了药物包装底部直径的裂纹。裂纹的存在使得玻璃药物包装的气密性受损。但是，尽管存在裂纹，但是包装本身保持完好且能够保留其内含物。也就是说，裂纹没有导致玻璃药物包装的灾难性失效及其内含物的相应释放，这呈现出尽管玻璃药物包装的气密性受损，但是仍然可能使用了包装内含物的风险。
当裂纹使得包装的气密性受损时，防止使用玻璃药物包装的内含物的一种方式是确保玻璃药物包装在形成裂纹之后发生灾难性失效。这种现象称作玻璃包装的“自我毁灭”。可以通过如下方式实现玻璃包装的自我毁灭：对玻璃包装进行强化，从而使得玻璃容器的壁表面处于压缩应力，其延伸进入到壁厚度中达到层深度DOL，从而在玻璃中产生压缩区域。可以通过例如：经由离子交换对玻璃进行化学强化，对玻璃进行热回火，和/或对玻璃进行层叠，从而在玻璃包装中形成压缩应力。通过如下方式实现在玻璃包装的壁中引入压缩应力：在壁的中心区域中对应地建立起中心张力CT(即，位于玻璃的壁表面之间的厚度中的区域)。中心张力平衡了压缩应力。
当在玻璃表面中形成瑕疵但是没有延迟穿过压缩应力的层深度时，在没有引入足以克服压缩应力的外部能量的情况下，玻璃壁中的压缩应力防止瑕疵进一步扩展。
但是，当中心张力大于足以使得玻璃包装发生自我毁灭的阈值中心张力以及瑕疵的瑕疵前端延伸穿过压缩应力的层深度并进入中心张力时，中心张力可能导致瑕疵进一步扩展穿过玻璃，包括潜在的瑕疵分叉(也被称作多分支)，导致玻璃包装破裂成多片。这种破裂类型使得现有的CCI检测方法(例如，高压检漏或顶空分析等)能够更容易地检测到容器中的裂口。在一些实施方式中，这种破裂类型有效地破坏了玻璃包装且导致玻璃包装内含物的释放，从而确保了当包装的气密性受损时，玻璃包装的内含物不会被使用。
因此，在玻璃包装中引入压缩应力一方面可以强化玻璃包装并改善玻璃包装对于由于机械侵入所导致的失效的抗性。另一方面，当伴随着超过足以发生自我毁灭的阈值中心张力时，在玻璃包装中引入压缩应力确保了在瑕疵或机械侵入延伸穿过压缩应力的层深度并进入中心张力的状态下玻璃包装的自我毁灭，否则的话，在不存在足以发生自我毁灭的阈值中心张力的情况下，这会使得玻璃包装的气密性受损而没有使得玻璃包装毁灭掉。
已经确定的是，足以发生自我毁灭的阈值中心张力低至13MPa(即，大于或等于13MPa的阈值中心张力)。也就是说，当玻璃包装中的中心张力大于或等于13MPa且瑕疵或机械侵入延伸穿过压缩应力的层深度并进入中心张力时，中心张力使得瑕疵或机械侵入扩展导致玻璃包装的灾难性失效。对壁厚为1.1毫米(mm)的玻璃容器确定了阈值中心张力的这个值。虽然推测这个值会对于壁厚具有一定的依赖性，但是本申请的数据表明阈值中心张力对于壁厚没有强依赖性。
例如，图2图示性显示在没有灾难性失效的情况下，具有裂纹的容器百分比(y轴)与中心张力(x轴)的函数关系。容器的壁厚是1.1mm。如图2所示，存在中心张力小于13MPa的玻璃包装会耐受住裂纹的形成而没有使得玻璃包装发生灾难性失效的可能性。在这些情况下，裂纹有效地使得玻璃包装的气密性受损而没有破坏掉玻璃包装，因为在缺乏引入外部能量使得裂纹扩展的情况下，裂纹是基本上稳定的。
但是，如图2所示，当瑕疵或者其他机械侵入延伸进入中心张力时，中心张力大于或等于13MPa的玻璃包装发生灾难性失效(即，自我毁灭)。
根据美国药典(USP<660>)分类为I型容器的玻璃药物包装通常由硼硅酸盐玻璃形成。根据USP<660>，分类为I型容器的容器具有高的抗水解性，这使得它们适用于装纳大部分的肠外和非肠外组合物。但是，已经确定的是，目前用于玻璃药物包装的I型硼硅酸盐玻璃组合物(如ASTM E438所述)无法被强化至实现大于或等于13MPa的中心张力。由此，由此类玻璃组合物形成的玻璃药物包装容易受到形成使得玻璃包装的气密性受损的裂纹的影响，但是没有导致玻璃包装的自我毁灭。
例如，图3图示性显示现有技术铝硅酸盐玻璃组合物和两种现有技术硼硅酸盐玻璃组合物的压缩应力(y轴)、中心张力(轮廓线)和层深度(x轴)。标记为“玻璃A”的玻璃是康宁玻璃编号2345，这是现有技术铝硅酸盐玻璃组合物，其不含硼以及含硼化合物。标记为“玻璃B1”的玻璃是用于玻璃药物包装的市售可得硼硅酸盐玻璃组合物，以摩尔％计，其具有如下组成：77.9SiO2，3.4Al2O3，9.8B2O3，7.0Na2O，0.1K2O，0.1MgO，1.7CaO，和0.1As2O5。标记为“玻璃B2”的玻璃是用于玻璃药物包装的市售可得硼硅酸盐玻璃组合物，以摩尔％计，其具有如下组成：76.0SiO2，4.2Al2O3，10.5B2O3，6.6Na2O，1.6K2O，0.5MgO，0.6CaO，和0.1Cl-。玻璃组合物的样品在温度是约410℃至约500℃的包含100％KNO3的熔盐浴中离子交换持续2小时至最高至约88小时。在离子交换强化之后，如本文所述确定压缩应力和DOL。作为DOL、压缩应力(CS)和壁厚t的函数计算中心张力(CT)。具体来说：
Figure BDA0003013320610000071
仍然参见图3，确定对于玻璃A、玻璃B1和玻璃B2，DOL随着离子交换时间和/或离子交换温度的增加而增加，而压缩应力随着离子交换时间和/或离子交换温度的增加而减小。对于玻璃A，数据表明中心张力随着离子交换时间和/或离子交换温度的增加而增加，以及通过离子交换强化能够容易地实现大于或等于13MPa的中心张力。
但是，对于玻璃B1和玻璃B2(市售可得的硼硅酸盐玻璃组合物)，随着离子交换时间和/或离子交换温度的增加，仅观察到中心张力的略微增加。基于这个数据，还确定的是，无论离子交换时间和/或离子交换温度如何，玻璃B1或玻璃B2都无法实现13MPa的中心张力。由此，由这些市售可得玻璃组合物形成的玻璃药物包装容易受到形成使得玻璃包装的气密性受损的裂纹的影响，但是没有导致玻璃包装的自我毁灭。
本文所述的玻璃组合物解决了上文的硼硅酸盐玻璃组合物的缺点。具体来说，本文描述的硼硅酸盐玻璃组合物易于通过离子交换进行强化，并且能够实现大于或等于13MPa的中心张力。本文所述的硼硅酸盐玻璃组合物还可以适合用作药物包装。由此，由本文所述的硼硅酸盐玻璃组合物形成的玻璃药物包装在玻璃药物包装的气密性受损时能够自我毁灭。
已经确定的是，对于硼硅酸盐玻璃组合物和由此形成的玻璃制品，某些构成组分的浓度(摩尔％)影响玻璃组合物的离子交换性能，并进而影响在离子交换强化之后玻璃所能够实现的中心张力的大小。
具体来说，现在确定的是，硼硅酸盐玻璃组合物的某些构成组分(具体来说，B2O3、Na2O和MgO)的浓度(摩尔％)之间的关系可以用于确定在离子交换强化之后硼硅酸盐玻璃中可以实现的中心张力的大小。具体来说，确定的是，由硼硅酸盐玻璃组合物形成的玻璃制品所能够实现的中心张力可以表述为：
等式1：
CT＝0.0308543*(188.5+((23.84*Al2O3)+(-16.97*B2O3)+(69.10*Na2O)+(-213.3*K2O))+((Na2O-7.274)2*(-7.3628)+(Al2O3-2.863)*(K2O-0.520)*(321.5)+(B2O3-9.668)*(K2O-0.520)*(-39.74)))/t
式中，CT是中心张力，Al2O3是玻璃组合物中Al2O3的浓度(摩尔％)，B2O3是玻璃组合物中B2O3的浓度(摩尔％)，Na2O是玻璃组合物中Na2O的浓度(摩尔％)，K2O是玻璃组合物中K2O的浓度(摩尔％)，以及t是玻璃厚度。例如，当将玻璃组合物形成为玻璃制品(例如，玻璃板)时，t是玻璃板的厚度；当将玻璃组合物形成为玻璃药物包装(例如，玻璃瓶)时，t是玻璃制品在测量位置的标称厚度。能够在24小时离子交换时间内获得这些中心张力值，例如：小于或等于12小时交换时间或者甚至小于或等于6小时交换时间。
如上文所述，当玻璃组合物形成为玻璃制品(例如，玻璃药物包装)且玻璃药物包装的侧壁中的中心张力大于或等于13MPa时(即，当CT≥13MPa时)，当由于建立起延伸进入中心张力导致包装发生自我毁灭的瑕疵使得玻璃药物包装的气密性受损时，玻璃药物包装发生自我毁灭，该瑕疵会产生裂纹，但是是对于中心张力而言。
虽然等式1包括了涉及玻璃中的Al2O3、B2O3、K2O和Na2O的浓度的项，但是应理解的是，通过等式1表征的硼硅酸盐玻璃组合物可以包含其他构成组分，包括但不限于：SiO2、其他碱性氧化物和其他碱土氧化物等。此外，虽然等式1包括了涉及Al2O3、B2O3、K2O和Na2O的浓度的项，但是应理解的是，等式1也可以用于对不包含Al2O3和/或K2O的硼硅酸盐玻璃中所能够获得的中心张力进行估算。
本文所述的玻璃组合物是能够进行离子交换强化的硼硅酸盐玻璃组合物，从而使得在离子交换强化之后，玻璃具有大于或等于13MPa的中心张力，并且当例如用作玻璃药物包装时，玻璃组合物能够自我毁灭。因此，对于本文所述的玻璃组合物，通过等式1限定的CT大于或等于13MPa。
本文所述的玻璃组合物通常包含SiO2、B2O3以及至少一种碱性氧化物(例如，Na2O和/或K2O)的组合。玻璃组合物还可以包含Al2O3和/或至少一种碱土氧化物。玻璃组合物可以是耐化学降解的，并且还适合通过离子交换进行化学强化。在一些实施方式中，玻璃组合物还可以包含一种或多种额外氧化物，例如SnO2、Fe2O3、ZrO2、TiO2、As2O3或Sb2O3等。可以添加这些组分作为澄清剂和/或用来进一步增强玻璃组合物的化学耐用性。在一些实施方式中，玻璃组合物还可以包含Cl、F和/或Br，其可以添加到玻璃作为澄清剂。
在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，SiO2是组合物的最大组分，因而SiO2是所得到的玻璃网络的主要组分。SiO2增强了玻璃的化学耐用性，并且具体来说，增强了玻璃组合物对于酸中分解的抗性和玻璃组合物在水中分解的抗性。因此，通常希望高的SiO2浓度。但是，如果SiO2的含量过高，则玻璃的可成形性可能下降，因为较高的SiO2浓度增加了使得玻璃组合物熔化的难度，这进而对玻璃的可成形性造成负面影响。在本文所述的实施方式中，玻璃组合物通常包含大于或等于70摩尔％SiO2，例如大于或等于约72摩尔％SiO2或者甚至大于或等于约74摩尔％SiO2。例如，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72摩尔％且小于或等于约82摩尔％，小于或等于81摩尔％，或者甚至小于或等于80摩尔％。在这些实施方式的一些中，玻璃组合物中的SiO2的量可以是：大于或等于约72.5摩尔％，大于或等于约73摩尔％，大于或等于约74摩尔％，或者甚至大于或等于75摩尔％。在一些其他实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于约73摩尔％且小于或等于约80摩尔％或者甚至小于或等于约78摩尔％SiO2。
本文所述的玻璃组合物还可以包含Al2O3。Al2O3，与玻璃组合物中存在的碱性氧化物(例如，Na2O等)联用，改善了玻璃对于离子交换强化的易感性。但是，如果玻璃组合物中Al2O3的量太高，则减弱了玻璃组合物对于酸攻击的抗性。因此，本文所述的玻璃组合物通常包含的Al2O3的量大于或等于约1摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的量可以是大于或等于约1摩尔％且小于或等于约6摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物中Al2O3的量是大于或等于约1摩尔％且小于或等于约5摩尔％或者甚至小于或等于4.5摩尔％。在一些其他实施方式中，玻璃组合物中Al2O3的量大于或等于约2摩尔％至小于或等于约6摩尔％。在一些其他实施方式中，玻璃组合物中Al2O3的量大于或等于约3摩尔％至小于或等于约6摩尔％。在一些其他实施方式中，玻璃组合物中Al2O3的量大于或等于约3摩尔％至小于或等于约5摩尔％。总的来说，随着玻璃中Al2O3的浓度增加，玻璃中的中心张力(CT)也增加。
氧化硼(B2O3)是助熔剂，可以将其添加到玻璃组合物以降低给定温度(例如，应变温度、退火温度和软化温度)的粘度，从而改善玻璃的可成形性。在本文所述的实施方式中，玻璃组合物中B2O3的浓度通常大于或等于约3摩尔％。例如，在实施方式中，B2O3的浓度可大于或等于约3摩尔％且小于或等于约16摩尔％。在这些实施方式的一些中，B2O3的浓度可以大于或等于约4摩尔％且小于或等于约12摩尔％，小于或等于约11摩尔％，或者甚至小于或等于10.5摩尔％。在这些实施方式的一些中，B2O3存在的量大于或等于约5摩尔％且小于或等于约12摩尔％，或者甚至小于或等于约11摩尔％。
在实施方式中，碱性氧化物总浓度(R2O，其中，R是K、Li和Na)(单位是摩尔％)与Al2O3浓度(单位是摩尔％)之差除以B2O3总浓度(单位是摩尔％)(即，(R2O-Al2O3)/B2O3)大于或等于0.7或者甚至大于或等于1.0。发现当这个值是至少0.7时，在离子交换之后，玻璃中的中心张力足以发生自我毁灭。
在实施方式中，玻璃组合物还包含一种或多种碱性氧化物(例如，Na2O和/或K2O)。碱金属氧化物促进玻璃组合物的离子交换能力，并因此促进玻璃的化学强化。在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，玻璃组合物包含大于或等于约6摩尔％且小于或等于约12摩尔％的碱性氧化物。在这些实施方式的一些中，玻璃组合物包含大于或等于约6摩尔％且小于或等于约11摩尔％的碱性氧化物。在这些实施方式的一些中，玻璃组合物可以包含大于或等于约9摩尔％且小于或等于约11摩尔％的碱性氧化物，或者，可以包含大于或等于约6摩尔％且小于或等于约9摩尔％的碱性氧化物。
玻璃组合物的可离子交换性主要是由于离子交换之前玻璃组合物中起始存在的碱性氧化物Na2O的量赋予玻璃组合物的。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碱性氧化物至少包括Na2O。具体来说，为了在离子交换强化之后在玻璃组合物中实现所需的压缩应力和层深度，玻璃组合物包含的Na2O量大于或等于约5摩尔％且小于或等于约12摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含大于或等于约8摩尔％Na2O且小于或等于约11摩尔％Na2O。在一些其他实施方式中，Na2O的浓度可以大于或等于约5摩尔％且小于或等于约10摩尔％。在其他实施方式中，Na2O的浓度可以大于或等于约6摩尔％且小于或等于约9.5摩尔％。
如上文所述，玻璃组合物中的碱性氧化物还可以包括K2O。玻璃组合物中存在的K2O的量也与玻璃组合物的可离子交换性相关。具体来说，随着玻璃组合物中存在的K2O的量增加，扩散速率增加，改善了离子交换过程的速率，但是作为钾和钠离子交换的结果，能够通过离子交换获得的压缩应力下降。因此，希望限制玻璃组合物中K2O的存在量。在一些实施方式中，K2O的量大于或等于约0.1摩尔％或者甚至大于或等于约0.3摩尔％且小于或等于约2.5摩尔％。在这些实施方式的一些中，K2O的量小于或等于约2摩尔％或者甚至小于或等于约1.5摩尔％。在一些实施方式中，K2O存在的浓度可以是大于或等于约0.3摩尔％且小于或等于约1.0摩尔％。
碱土氧化物可以存在于组合物中，来改善玻璃批料材料的熔融能力和增加玻璃组合物的化学耐久性。在本文所述的玻璃组合物中，玻璃组合物中存在的碱土氧化物的总摩尔％通常小于或等于玻璃组合物中存在的碱性氧化物的总摩尔％，从而改善玻璃组合物的可离子交换性。在本文所述的实施方式中，玻璃组合物通常包含大于或等于约0摩尔％且小于或等于约10摩尔％的碱土氧化物。在这些实施方式的一些中，玻璃组合物中的碱土氧化物的量可以大于或等于约0摩尔％且小于或等于约5摩尔％，或者甚至大于或等于约0摩尔％且小于或等于约3摩尔％。
玻璃组合物中的碱土氧化物可以包括MgO、CaO、BaO或其组合。在一些实施方式中，玻璃组合物可以同时包含MgO和CaO这两者。在这些实施方式中，CaO和MgO的总浓度可以大于或等于0.15摩尔％且小于或等于10摩尔％。
在本文所述的实施方式中，碱土氧化物包括MgO。MgO以大于或等于约0.1摩尔％且小于或等于约6摩尔％的量存在于玻璃组合物中。在一些实施方式中，玻璃组合物中存在的MgO的量可以是大于或等于约0.15摩尔％且小于或等于约6摩尔％。在这些实施方式的一些中，玻璃组合物中存在的MgO的量可以是：大于或等于约0.15摩尔％且小于或等于约5摩尔％，大于或等于约0.15摩尔％且小于或等于约4摩尔％，或者甚至大于或等于约0.2摩尔％且小于或等于约4摩尔％。
在一些实施方式中，碱土金属氧化物还可以包括CaO。在这些实施方式中，CaO以大于或等于0.1摩尔％或者甚至大于或等于0.15摩尔％的量存在于玻璃组合物中。例如，玻璃组合物中存在的CaO的量可以是大于或等于约0.5摩尔％且小于或等于约4摩尔％。在这些实施方式的一些中，玻璃组合物中存在的CaO的量可以大于或等于约0.5摩尔％且小于或等于约3.5摩尔％，或者甚至大于或等于约0.5摩尔％且小于或等于约3摩尔％。在一些其他实施方式中，玻璃组合物中存在的CaO的量可以大于或等于约0.5摩尔％且小于或等于约2.5摩尔％，或者甚至大于或等于约0.5摩尔％且小于或等于约2.0摩尔％。
在一些实施方式中，碱土金属氧化物还可以包括BaO。在这些实施方式中，玻璃组合物中存在的BaO的量大于或等于约0.0摩尔％。例如，玻璃组合物中存在的BaO的量可以是大于或等于约0.0摩尔％且小于或等于约1.5摩尔％。在这些实施方式的一些中，玻璃组合物中存在的BaO的量可以大于或等于约0.0摩尔％且小于或等于约1.0摩尔％，或者甚至大于或等于约0.5摩尔％且小于或等于约1.0摩尔％。在一些其他实施方式中，玻璃组合物中存在的BaO的量可以是大于或等于约0.5摩尔％且小于或等于约0.75摩尔％。
除了SiO2、Al2O3、B2O3、碱性氧化物和碱土氧化物之外，本文所述的玻璃组合物还可以任选地包含一种或多种澄清剂，例如SnO2、As2O3、F-、Br-和/或Cl-(来自NaCl等)。当玻璃组合物中存在澄清剂时，澄清剂可以以小于或等于约1摩尔％或者甚至小于或等于约0.4摩尔％的量存在。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物可以包含SnO2作为澄清剂。在这些实施方式中，SnO2可以以大于约0摩尔％且小于或等于约1摩尔％的量，或者甚至以大于或等于约0.01摩尔％且小于或等于约0.30摩尔％的量存在于玻璃组合物中。在其他实施方式中，澄清剂可以包括Cl-。在这些实施方式中，玻璃组合物中存在的Cl-的量可以大于或等于约0摩尔％且小于或等于约0.5摩尔％，或者甚至大于或等于约0.01摩尔％且小于或等于约0.30摩尔％。
此外，本文所述的玻璃组合物可以包括一种或更多种额外金属氧化物，来进一步改善玻璃组合物的化学耐久性。例如，玻璃组合物还可以包含TiO2或ZrO2，它们分别改善了玻璃组合物对于化学攻击的抗性。在这些实施方式中，所述额外金属氧化物可以以大于或等于约0摩尔％且小于或等于约2摩尔％的量存在。在这些实施方式的一些中，ZrO2或TiO2可以以小于或等于约1摩尔％的量存在。
应理解的是，考虑了硼硅酸盐玻璃组合物的各种实施方式并且是可能的，包括具有前述构成组分的各种浓度范围的硼硅酸盐玻璃组合物。因此，应理解的是，本文所述的氧化物构成组分的任意范围可以与一种或多种其他氧化物构成组分的任意其他范围结合以实现具有所需特性的硼硅酸盐玻璃组合物。
在具体实施方式中，硼硅酸盐玻璃组合物可以包含例如但不限于：大于或等于72摩尔％且小于或等于82摩尔％SiO2，大于或等于1摩尔％且小于或等于6摩尔％Al2O3，大于或等于3摩尔％且小于或等于16摩尔％B2O3，大于或等于5摩尔％且小于或等于12摩尔％Na2O，大于或等于0.30摩尔％且小于或等于1.5摩尔％K2O，大于或等于0.10摩尔％且小于或等于6.00摩尔％MgO，以及大于或等于0摩尔％或者甚至大于或等于0.5摩尔％且小于或等于4.0摩尔％CaO。
在那些实施方式的一些中，玻璃组合物可以包含：大于或等于73摩尔％且小于或等于80摩尔％SiO2，大于或等于1摩尔％且小于或等于6摩尔％Al2O3，大于或等于4摩尔％且小于或等于11摩尔％B2O3，大于或等于5摩尔％且小于或等于12摩尔％Na2O，大于或等于0.30摩尔％且小于或等于1.5摩尔％K2O，大于或等于0.15摩尔％且小于或等于6.00摩尔％MgO，以及大于或等于0摩尔％或者甚至大于或等于0.5摩尔％且小于或等于4.0摩尔％CaO。
在其他实施方式中，玻璃组合物可以包含：大于或等于73摩尔％且小于或等于75摩尔％SiO2，大于或等于3摩尔％且小于或等于6摩尔％Al2O3，大于或等于5摩尔％且小于或等于10摩尔％B2O3，大于或等于8摩尔％且小于或等于11摩尔％Na2O，大于或等于0.30摩尔％且小于或等于1.5摩尔％K2O，大于或等于0.15摩尔％且小于或等于4.00摩尔％MgO，以及大于或等于0摩尔％或者甚至大于或等于0.5摩尔％且小于或等于4.0摩尔％CaO。
在其他实施方式中，玻璃组合物可以包含：大于或等于73摩尔％且小于或等于80摩尔％SiO2，大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％Al2O3，大于或等于4摩尔％且小于或等于11摩尔％B2O3，大于或等于5摩尔％且小于或等于10摩尔％Na2O，大于或等于0.30摩尔％且小于或等于1.0摩尔％K2O，大于或等于0.15摩尔％且小于或等于6.00摩尔％MgO，以及大于或等于0摩尔％或者甚至大于或等于0.5摩尔％且小于或等于4.0摩尔％CaO。
在其他实施方式中，玻璃组合物可以包含：大于或等于74摩尔％且小于或等于81摩尔％SiO2，大于或等于1摩尔％且小于或等于4.5摩尔％Al2O3，大于或等于4摩尔％且小于或等于10.5摩尔％B2O3，大于或等于6摩尔％且小于或等于9.5摩尔％Na2O，大于或等于0.10摩尔％且小于或等于1.5摩尔％K2O，大于或等于0.2摩尔％且小于或等于4.00摩尔％MgO，以及大于或等于0摩尔％或者甚至大于或等于0.5摩尔％且小于或等于4.0摩尔％CaO。
如上所述，玻璃组合物存在碱性氧化物促进了通过离子交换对玻璃的化学强化。具体来说，碱性离子(例如，钾离子和钠离子等)，在玻璃中是足够可动的，从而促进离子交换。如本文所述，在强化之后，玻璃具有大于或等于13MPa的中心张力，这有助于当瑕疵和/或其他机械侵入渗透穿过压缩应力的层深度并进入中心张力时发生自我毁灭。在一些实施方式中，玻璃组合物是可离子交换的，从而形成层深度大于或等于10μm的压缩应力层。在一些实施方式中，层深度可以大于或等于约25μm或者甚至大于或等于约50μm。在一些其他实施方式中，层深度可以大于或等于60μm或者甚至大于或等于65μm。在其他实施方式中，层深度可以大于或等于10μm且小于或等于约100μm或者甚至大于或等于15μm且小于或等于70μm。玻璃组合物在100％熔融KNO3盐浴中于350℃至500℃的温度处理小于约30小时或者甚至约小于20小时的时段后，相关的表面压缩应力可以大于或等于约200MPa，大于或等于约250MPa，大于或等于约300MPa，或者甚至大于或等于约350MPa。
此外，在实施方式中，本文所述的玻璃组合物可以是化学耐久性的并且是抗降解性的，这是通过DIN 12116标准、ISO 695标准和ISO 720标准中的一种或多种所确定的。
具体来说，DIN 12116标准测量了当放入酸性溶液中时，玻璃的抗分解性。简而言之，DIN 12116标准采用具有已知表面积的经抛光或者熔融成形的玻璃样品，对其进行称重然后放置成与成比例量的沸腾的6M盐酸接触6小时。然后从溶液中取出样品，干燥并再次称重。在暴露于酸性溶液期间损失的玻璃质量是样品的酸耐久性测量，数值越小表明耐久性越好。测试结果记录的单位是半质量/表面积，具体为mg/dm2。DIN 12116标准分成单独等级。S1等级表明重量损失最高至0.7mg/dm2；S2等级表明重量损失从0.7mg/dm2至最高至1.5mg/dm2；S3等级表明重量损失从1.5mg/dm2至最高至15mg/dm2；以及S4等级表明重量损失大于15mg/dm2。
已经确定的是，对于硼硅酸盐玻璃组合物和由此形成的玻璃制品，某些构成组分的浓度(摩尔％)之间的关系影响了玻璃在酸性溶液中的抗分解性。具体来说，现确定的是，硼硅酸盐玻璃组合物的某些构成组分(具体来说，SiO2、Al2O3、B2O3、K2O和MgO)的浓度(摩尔％)之间的关系可以用来确定玻璃在酸性溶液中的抗分解性。具体来说，确定的是，硼硅酸盐玻璃组合物的抗酸性可以表述为：
等式2：
AR＝225.3+((-2.237*SiO2)+(-1.935*Al2O3)+(-2.577*B2O3)+(-2.032*Na2O)+(-10.52*K2O)+(-2.600*MgO)+(-1.2308*BaO))+((Al2O3-2.892)2*(-0.1001)+(B2O3-9.623)2*(-0.2122)+(Al2O3-2.892)*(Na2O-7.153)*(-0.08707)+(Al2O3-2.892)*(K2O-0.5214)*(6.898)+(Na2O-7.153)*(K2O-0.5214)*(3.7587))
式中，AR是玻璃的抗酸性，SiO2是玻璃组合物中SiO2的浓度(摩尔％)，Al2O3是玻璃组合物中Al2O3的浓度(摩尔％)，B2O3是玻璃组合物中B2O3的浓度(摩尔％)，Na2O是玻璃组合物中Na2O的浓度(摩尔％)，K2O是玻璃组合物中K2O的浓度(摩尔％)，BaO是玻璃组合物中BaO的浓度(摩尔％)，以及MgO是玻璃组合物中MgO的浓度(摩尔％)。
当经由等式2计算得到的玻璃组合物的AR值小于1.5时(即，AR<1.5)，由玻璃组合物形成的玻璃制品会具有根据DIN 12116为等级S1或等级S2的抗酸性。
虽然等式2包括了涉及玻璃中的SiO2、Al2O3、B2O3、K2O、Na2O、BaO和MgO的浓度的项，但是应理解的是，通过等式2表征的硼硅酸盐玻璃组合物可以包含其他构成组分，包括但不限于：其他碱性氧化物和其他碱土氧化物等。此外，虽然等式2包括了涉及SiO2、Al2O3、B2O3、K2O、Na2O、BaO和MgO的浓度的项，但是应理解的是，等式2也可以用于对不包含Al2O3、K2O、BaO和/或MgO的硼硅酸盐玻璃的抗酸性进行表征。
ISO 695标准测量了当放入碱性溶液时，玻璃的抗分解性。简而言之，ISO695标准采用抛光玻璃样品，对其进行称重然后放入沸腾的1M NaOH+0.5MNa2CO3的溶液中持续3小时。然后从溶液中取出样品，干燥并再次称重。在暴露于碱性溶液期间损失的玻璃质量是样品的碱耐久性测量，数值越小表明耐久性越好。如同DIN 12116标准那样，ISO 695标准的结果记录单位是质量/表面积，具体为mg/dm2。ISO 695标准分成单独等级。A1等级表明重量损失最高至75mg/dm2；A2等级表明重量损失从75mg/dm2至最高至175mg/dm2；以及A3等级表明重量损失超过175mg/dm2。
已经确定的是，对于硼硅酸盐玻璃组合物和由此形成的玻璃制品，某些构成组分的浓度(摩尔％)之间的关系影响了玻璃在碱性溶液中的抗分解性。具体来说，现确定的是，硼硅酸盐玻璃组合物的某些构成组分(具体来说，SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O、K2O和MgO)的浓度(摩尔％)之间的关系可以用来确定玻璃在碱性溶液中的抗分解性。具体来说，确定的是，硼硅酸盐玻璃组合物的抗碱性可以表述为：
等式3：
BR＝-91.26+((1.049*SiO2)+(-8.270*Al2O3)+(-10.18*B2O3)+(4.745*Na2O)+(-3.051*MgO)+(SiO2-77.59)2*(-0.8365)+(Al2O3-2.912)*(B2O3-9.617)*(1.649)+(Al2O3-2.912)*(Na2O-7.294)*(3.573)+(B2O3-9.617)*(Na2O-7.294)*(2.789)+(Na2O-7.294)*(MgO-0.6991)*(2.294))
式中，BR是玻璃的抗碱性，SiO2是玻璃组合物中SiO2的浓度(摩尔％)，Al2O3是玻璃组合物中Al2O3的浓度(摩尔％)，B2O3是玻璃组合物中B2O3的浓度(摩尔％)，Na2O是玻璃组合物中Na2O的浓度(摩尔％)，以及MgO是玻璃组合物中MgO的浓度(摩尔％)。
当经由等式3计算得到的玻璃组合物的BR值小于175时(即，BR<175)，由玻璃组合物形成的玻璃制品会具有根据ISO 695为等级A1或等级A2的抗碱性。
虽然等式3包括了涉及玻璃中的SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O和MgO的浓度的项，但是应理解的是，通过等式3表征的硼硅酸盐玻璃组合物可以包含其他构成组分，包括但不限于：其他碱性氧化物和其他碱土氧化物等。此外，虽然等式3包括了涉及SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O和MgO的浓度的项，但是应理解的是，等式3也可以用于对不包含Al2O3、Na2O、K2O和/或MgO的硼硅酸盐玻璃的抗酸性进行表征。
ISO 720标准测量了玻璃在纯的不含CO2的水中的抗分解性。简而言之，ISO 720标准规程采用碾碎的玻璃颗粒，其放置成与高压锅条件(121℃，2atm)下的纯的不含CO2的水接触30分钟。然后用稀HCl比色滴定溶液至中性pH。然后将滴定至中性溶液所需的HCl量转换成等量的从玻璃提取的Na2O，并记录为μg Na2O每玻璃重量，值越小表明玻璃的耐久性越好。ISO 720标准分成单独类型。类型HGA1表示最高至62μg的Na2O提取当量每克测试玻璃；类型HGA2表示超过62μg且最高至527μg的Na2O提取当量每克测试玻璃；以及类型HGA3表示超过527μg且最高至930μg的Na2O提取当量每克测试玻璃。
已经确定的是，对于硼硅酸盐玻璃组合物和由此形成的玻璃制品，某些构成组分的浓度(摩尔％)之间的关系影响了玻璃在水中的抗分解性。具体来说，现确定的是，硼硅酸盐玻璃组合物的某些构成组分(具体来说，SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O、K2O、CaO和MgO)的浓度(摩尔％)之间的关系可以用来确定玻璃在水中的抗分解性(即，玻璃的抗水解性)。具体来说，确定的是，硼硅酸盐玻璃组合物的抗水解性可以表述为：
等式4：
HR＝-0.5963+((-0.1996*Al2O3)+(0.06393*B2O3)+(0.9536*K2O)+(0.1498*CaO))+((Al2O3-2.953)2*(0.03741))+((Al2O3-2.953)*(B2O3-9.653)*(-0.04407))+((Al2O3-2.953)*(K2O-0.5185)*(-1.547))+((Al2O3-2.953)*(CaO-1.078)*(-0.7488))
式中，HR是玻璃的抗水解性，Al2O3是玻璃组合物中Al2O3的浓度(摩尔％)，B2O3是玻璃组合物中B2O3的浓度(摩尔％)，K2O是玻璃组合物中K2O的浓度(摩尔％)，以及CaO是玻璃组合物中CaO的浓度(摩尔％)。
当经由等式4计算得到的玻璃组合物的HR值小于或等于0.10时(即，HR≤0.10)，由玻璃组合物形成的玻璃制品会具有根据ISO 720为类型HGA1的抗水解性。
虽然等式4包括了涉及玻璃中的Al2O3、B2O3、K2O和CaO的浓度的项，但是应理解的是，通过等式4表征的硼硅酸盐玻璃组合物可以包含其他构成组分，包括但不限于：其他碱性氧化物和其他碱土氧化物等。此外，虽然等式4包括了涉及Al2O3、B2O3、K2O和CaO的浓度的项，但是应理解的是，等式4也可以用于对不包含Al2O3、K2O和/或CaO的硼硅酸盐玻璃的抗酸性进行表征。
ISO 719标准测量了玻璃在纯的不含CO2的水中的抗分解性。简而言之，ISO 719标准规程采用碾碎的玻璃颗粒，其放置成与1个大气压下温度为98℃的纯的不含CO2的水接触30分钟。然后用稀HCl比色滴定溶液至中性pH。然后将滴定至中性溶液所需的HCl量转换成等量的从玻璃提取的Na2O，并记录为μg Na2O每玻璃重量，值越小表明玻璃的耐久性越好。ISO 719标准分成单独类型。ISO 719标准分成单独类型。类型HGB1表示最高至31μg的Na2O提取当量；类型HGB2表示超过31μg且最高至62μg的Na2O提取当量；类型HGB3表示超过62μg且最高至264μg的Na2O提取当量；类型HGB4表示超过264μg且最高至620μg的Na2O提取当量；以及类型HGB5表示超过620μg且最高至1085μg的Na2O提取当量。本文所述的玻璃组合物具有类型HGB2或更好的ISO 719抗水解性，一些实施方式具有类型HGB1抗水解性。
在一些实施方式中，在离子交换强化之前和之后，玻璃组合物都具有根据DIN12116为等级S1或等级S2的抗酸性，一些实施方式在离子交换强化之后具有等级S1抗酸性。在一些其他实施方式中，在离子交换强化之前和之后，玻璃组合物都可以具有至少等级S2的抗酸性，一些实施方式在离子交换强化之后具有等级S1的抗酸性。此外，在一些实施方式中，在离子交换强化之前和之后，玻璃组合物具有根据ISO 695为等级A1或等级A2的抗碱性，一些实施方式至少在离子交换强化之后具有等级A1抗碱性。在一些实施方式中，在离子交换强化之前和之后，玻璃组合物都还具有ISO 720类型HGA1的抗水解性，一些实施方式在离子交换强化之后具有类型HGA1抗水解性，以及一些其他实施方式在离子交换强化之前和之后都具有类型HGA1抗水解性。本文所述的玻璃组合物具有类型HGB2的ISO 719抗水解性，一些实施方式具有类型HGB1抗水解性。
应理解的是，当涉及上文根据DIN 12116、ISO 695、ISO 720和ISO 719的评级时，“至少”具有特定评级的玻璃组合物或玻璃制品表示玻璃组合物的性能如该特定评级那样好或者更好。例如，“至少具有等级S2”的DIN 12116抗酸性的玻璃制品可以具有S1或S2的DIN 12116分级。
通过如下方式来形成本文所述的玻璃组合物：对玻璃原材料的批料(例如，SiO2、Al2O3、碱性氧化物和碱土氧化物等的粉末)进行混合，从而使得玻璃原材料的批料具有所需的组成。然后，加热玻璃原料批料以形成熔融的玻璃组合物，并后续地冷却和固化以形成玻璃组合物。在固化过程中(即，当玻璃组合物是可塑性变形时)，可以使用标准成形技术对玻璃组合物进行成形，从而将玻璃组合物成形为所需的最终形式。或者，可以将玻璃制品成形为储备形式，例如片材或者管材等，后续进行再加热并成形为所需的最终形式。
可把本文所述的玻璃组合物成形成具有各种形式如板、管等的玻璃制品。但是，由于玻璃组合物的化学耐久性，本文所述的玻璃组合物特别好地适用于用作玻璃药物包装或者药物容器的玻璃制品的形成，用于装纳药物组合物(例如，液体和粉末等)。例如，本文所述的玻璃组合物可以用于形成具有各种形状形式的玻璃容器，包括但不限于
Figure BDA0003013320610000191
药筒、注射器、安瓿、瓶子、烧瓶、药瓶、试管、烧杯或者小瓶等。此外，可以利用通过离子交换化学强化玻璃组合物的能力，来改善此类由玻璃组合物成形的药物封装或玻璃制品的机械耐久性。因此，应理解的是，在至少一个实施方式中，将玻璃组合物结合到药物包装中从而改善药物封装的化学耐久性和/或机械耐久性。
实施例
通过以下实施例进一步阐述本文所述的实施方式。
具有表1所列组成(摩尔％)的玻璃熔化并退火。之后，确定玻璃的性质，包括：CTE(x10-7K-1)，根据ISO 720的抗水解性(μg Na2O的提取当量每克测试玻璃)，根据DIN 12116的抗酸性(mg/dm2)，以及根据ISO 695的抗碱性(mg/dm2)。在表2中记录了这些性质中的每一种的值。此外，通过如下方式使得近似1mm厚的玻璃板经受离子交换强化：将玻璃放入熔融硝酸钾(KNO3)的浴中，温度450℃持续16小时，500℃持续8小时，和500持续16小时。如本文所述测量最大表面压缩应力(CS0，单位是MPa)，以及层深度(DOL，单位是μm)。要注意的是，最大中心张力(CT最大值)是Cs0与玻璃样品厚度的商。表2中记录了表面压缩应力。然后使用表2中的数据作为上文等式1-4中的模型的基础。
Figure BDA0003013320610000201
Figure BDA0003013320610000211
Figure BDA0003013320610000212
Figure BDA0003013320610000221
作为确认，之后对于实施例1-36的组合物单独地根据等式1-4进行评估，从而确定每个玻璃样品对于ISO 720、DIN 12116和ISO 695的值。还计算了每个玻璃样品的最大中心张力。通过这些计算，确定了测量值与计算值之间具有合理的相关性。因此，等式1-4可以被用于预测玻璃组合物的最大中心张力以及ISO 720、DIN 12116和ISO 695的值。通过这种方式，可以对玻璃组合物进行具体调节来符合所需的性能标准，例如最大中心张力大于13MPa的玻璃组合物。
现应理解的是，本文所述的硼硅酸盐玻璃组合物和由此形成的玻璃制品是化学耐久性的，并且还能够通过离子交换进行强化。考虑到玻璃的化学耐久性，本文所述的玻璃组合物特别好地适合用作药物包装。此外，由于玻璃能够实现大于或等于13MPa的中心张力，由本文所述的硼硅酸盐玻璃组合物形成的玻璃药物包装能够当玻璃药物包装的气密性裂口时发生自我毁灭，从而减轻了如果无菌性潜在受损的情况下使用或消费玻璃药物包装内含物的风险。
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 (34)

1.一种玻璃制品，其包括：
SiO2，Al2O3，B2O3，至少一种碱性氧化物，以及至少一种碱土氧化物，其中：
玻璃制品能够通过离子交换进行强化；
玻璃制品具有厚度t；以及
13≤0.0308543*(188.5+((23.84*Al2O3)+(-16.97*B2O3)+(69.10*Na2O)+(-213.3*K2O))+((Na2O-7.274)2*(-7.3628)+(Al2O3-2.863)*(K2O-0.520)*(321.5)+(B2O3-9.668)*(K2O-0.520)*(-39.74)))/t。
2.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，SiO2大于或等于72摩尔％且小于或等于82摩尔％。
3.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，SiO2大于或等于73摩尔％且小于或等于81摩尔％。
4.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，SiO2大于或等于74摩尔％且小于或等于81摩尔％。
5.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，Na2O大于或等于5摩尔％且小于或等于12摩尔％。
6.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，Na2O大于或等于8摩尔％且小于或等于11摩尔％。
7.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，Na2O大于或等于5摩尔％且小于或等于10摩尔％。
8.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，K2O大于或等于0.3摩尔％且小于或等于1.5摩尔％。
9.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，K2O大于或等于0.3摩尔％且小于或等于1.0摩尔％。
10.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，Al2O3大于或等于1摩尔％且小于或等于6摩尔％。
11.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，Al2O3大于或等于3摩尔％且小于或等于6摩尔％。
12.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，Al2O3大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％。
13.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，B2O3大于或等于3摩尔％且小于或等于16摩尔％。
14.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，B2O3大于或等于4摩尔％且小于或等于11摩尔％。
15.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，B2O3大于或等于5摩尔％且小于或等于10摩尔％。
16.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，MgO大于或等于0.1摩尔％且小于或等于6.0摩尔％。
17.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，MgO大于或等于0.15摩尔％且小于或等于6.0摩尔％。
18.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，MgO大于或等于0.15摩尔％且小于或等于4.0摩尔％。
19.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，CaO大于或等于0摩尔％且小于或等于4摩尔％。
20.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，CaO大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2摩尔％。
21.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，CaO大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3.5摩尔％。
22.如权利要求1所述的玻璃制品，其中：
1.5>225.3+((-2.237*SiO2)+(-1.935*Al2O3)+(-2.577*B2O3)+(-2.032*Na2O)+(-10.52*K2O)+(-2.600*MgO)+(-1.2308*BaO))+((Al2O3-2.892)2*(-0.1001)+(B2O3-9.623)2*(-0.2122)+(Al2O3-2.892)*(Na2O-7.153)*(-0.08707)+(Al2O3-2.892)*(K2O-0.5214)*(6.898)+(Na2O-7.153)*(K2O-0.5214)*(3.7587))。
23.如权利要求1所述的玻璃制品，其中：
0.7>225.3+((-2.237*SiO2)+(-1.935*Al2O3)+(-2.577*B2O3)+(-2.032*Na2O)+(-10.52*K2O)+(-2.600*MgO)+(-1.2308*BaO))+((Al2O3-2.892)2*(-0.1001)+(B2O3-9.623)2*(-0.2122)+(Al2O3-2.892)*(Na2O-7.153)*(-0.08707)+(Al2O3-2.892)*(K2O-0.5214)*(6.898)+(Na2O-7.153)*(K2O-0.5214)*(3.7587))。
24.如权利要求1所述的玻璃制品，其中：
175>-91.26+((1.049*SiO2)+(-8.270*Al2O3)+(-10.18*B2O3)+(4.745*Na2O)+(-3.051*MgO)+(SiO2-77.59)2*(-0.8365)+(Al2O3-2.912)*(B2O3-9.617)*(1.649)+(Al2O3-2.912)*(Na2O-7.294)*(3.573)+(B2O3-9.617)*(Na2O-7.294)*(2.789)+(Na2O-7.294)*(MgO-0.6991)*(2.294))。
25.如权利要求1所述的玻璃制品，其中：
0.10>-0.5963+((-0.1996*Al2O3)+(0.06393*B2O3)+(0.9536*K2O)+(0.1498*CaO))+((Al2O3-2.953)2*(0.03741))+((Al2O3-2.953)*(B2O3-9.653)*(-0.04407))+((Al2O3-2.953)*(K2O-0.5185)*(-1.547))+((Al2O3-2.953)*(CaO-1.078)*(-0.7488))。
26.如权利要求1所述的玻璃制品，其中：
SiO2大于或等于72摩尔％；
Al2O3大于或等于1摩尔％；
B2O3大于或等于3摩尔％；
Na2O大于或等于5摩尔％；
K2O大于或等于0.30摩尔％；以及
MgO大于或等于0.10摩尔％。
27.一种玻璃制品，其包括：
大于或等于72摩尔％且小于或等于82摩尔％SiO2；
大于或等于1摩尔％且小于或等于6摩尔％Al2O3；
大于或等于3摩尔％且小于或等于16摩尔％B2O3；
大于或等于5摩尔％且小于或等于12摩尔％Na2O；
大于或等于0.30摩尔％且小于或等于1.5摩尔％K2O；
大于或等于0.10摩尔％且小于或等于6.00摩尔％MgO；和
大于或等于0.50摩尔％且小于或等于4.0摩尔％CaO，其中：
玻璃制品能够通过离子交换进行强化；
玻璃制品具有厚度t；以及
13≤0.0308543*(188.5+((23.84*Al2O3)+(-16.97*B2O3)+(69.10*Na2O)+(-213.3*K2O))+((Na2O-7.274)2*(-7.3628)+(Al2O3-2.863)*(K2O-0.520)*(321.5)+(B2O3-9.668)*(K2O-0.520)*(-39.74)))/t。
28.如权利要求27所述的玻璃制品，其中：
SiO2大于或等于73摩尔％且小于或等于80摩尔％；
B2O3大于或等于4摩尔％且小于或等于11摩尔％；以及
MgO大于或等于0.15摩尔％且小于或等于6.00摩尔％。
29.如权利要求27所述的玻璃制品，其中：
SiO2大于或等于73摩尔％且小于或等于75摩尔％；
Al2O3大于或等于3摩尔％；
B2O3大于或等于5摩尔％且小于或等于10摩尔％；
Na2O大于或等于8摩尔％且小于或等于11摩尔％；
MgO大于或等于0.15摩尔％且小于或等于4.00摩尔％；以及
CaO小于或等于2摩尔％。
30.如权利要求27所述的玻璃制品，其中：
SiO2大于或等于73摩尔％且小于或等于80摩尔％；
Al2O3小于或等于5摩尔％；
B2O3大于或等于4摩尔％且小于或等于11摩尔％；
Na2O小于或等于10摩尔％；
K2O小于或等于1.0摩尔％；
MgO大于或等于0.15摩尔％；以及
CaO小于或等于3.5摩尔％。
31.如权利要求27所述的玻璃制品，其中：
1.5>225.3+((-2.237*SiO2)+(-1.935*Al2O3)+(-2.577*B2O3)+(-2.032*Na2O)+(-10.52*K2O)+(-2.600*MgO)+(-1.2308*BaO))+((Al2O3-2.892)2*(-0.1001)+(B2O3-9.623)2*(-0.2122)+(Al2O3-2.892)*(Na2O-7.153)*(-0.08707)+(Al2O3-2.892)*(K2O-0.5214)*(6.898)+(Na2O-7.153)*(K2O-0.5214)*(3.7587))。
32.如权利要求27所述的玻璃制品，其中：
0.7>225.3+((-2.237*SiO2)+(-1.935*Al2O3)+(-2.577*B2O3)+(-2.032*Na2O)+(-10.52*K2O)+(-2.600*MgO)+(-1.2308*BaO))+((Al2O3-2.892)2*(-0.1001)+(B2O3-9.623)2*(-0.2122)+(Al2O3-2.892)*(Na2O-7.153)*(-0.08707)+(Al2O3-2.892)*(K2O-0.5214)*(6.898)+(Na2O-7.153)*(K2O-0.5214)*(3.7587))。
33.如权利要求27所述的玻璃制品，其中：
175>-91.26+((1.049*SiO2)+(-8.270*Al2O3)+(-10.18*B2O3)+(4.745*Na2O)+(-3.051*MgO)+(SiO2-77.59)2*(-0.8365)+(Al2O3-2.912)*(B2O3-9.617)*(1.649)+(Al2O3-2.912)*(Na2O-7.294)*(3.573)+(B2O3-9.617)*(Na2O-7.294)*(2.789)+(Na2O-7.294)*(MgO-0.6991)*(2.294))。
34.如权利要求27所述的玻璃制品，其中：
0.10>-0.5963+((-0.1996*Al2O3)+(0.06393*B2O3)+(0.9536*K2O)+(0.1498*CaO))+((Al2O3-2.953)2*(0.03741))+((Al2O3-2.953)*(B2O3-9.653)*(-0.04407))+((Al2O3-2.953)*(K2O-0.5185)*(-1.547))+((Al2O3-2.953)*(CaO-1.078)*(-0.7488))。
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