CN114981224A - 具有高中心张力的高断裂韧性玻璃 - Google Patents
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Abstract
一种组合物的基于玻璃的制品，所述组合物包含：48摩尔％至75摩尔％SiO2，8摩尔％至40摩尔％Al2O3，9摩尔％至40摩尔％Li2O，0摩尔％至3.5摩尔％Na2O，9摩尔％至28摩尔％R2O，其中R是碱金属以及R2O至少包括Li2O和Na2O，0摩尔％至10摩尔％Ta2O5，0摩尔％至4摩尔％ZrO2，0摩尔％至4摩尔％TiO2，0摩尔％至3.5摩尔％R’O，R’是选自Ca、Mg、Sr、Ba、Zn及其组合的金属，以及0摩尔％至8摩尔％RE2O3，RE是选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及其组合的稀土金属。玻璃是可离子交换的。R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围是‑8摩尔％至5摩尔％。ZrO2+TiO2+SnO2的范围是大于或等于0摩尔％至小于或等于2摩尔％。组合物不含As2O3、Sb2O3和PbO。
Description
背景技术
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119，要求2019年11月27日提交的美国临时申请系列第62/941375号的优先权权益，本申请以其内容作为基础并将其全文通过引用结合入本文。
技术领域
本说明书大体上涉及展现出改进的抗破坏性的基于玻璃的制品，更具体来说，涉及这样的玻璃和玻璃陶瓷制品，其具有高的断裂韧性和高的中心张力并且可以通过离子交换强化。
背景技术
玻璃被用于各种具有高概率发生损坏的产品中，例如：便携式电子装置、触摸屏、扫描仪、传感器、LIDAR设备和建筑材料。这些应用中的玻璃破裂是常见的。
因此，存在对于更耐受破裂的替代组合物的需求。
发明内容
根据第1方面A1，基于玻璃的制品包括：第一表面和与第一表面相反的第二表面，它们限定了厚度(t)，并且所述基于玻璃的制品是由组合物形成的。该组合物包含：大于或等于48摩尔％至小于或等于75摩尔％SiO2；大于或等于8摩尔％至小于或等于40摩尔％Al2O3；大于或等于9摩尔％至小于或等于40摩尔％Li2O；大于0摩尔％至小于或等于3.5摩尔％Na2O；大于或等于9摩尔％至小于或等于28摩尔％R2O，其中，R是碱金属以及R2O至少包括Li2O和Na2O；大于或等于0摩尔％至小于或等于10摩尔％Ta2O5；大于或等于0摩尔％至小于或等于4摩尔％ZrO2；大于或等于0摩尔％至小于或等于4摩尔％TiO2；大于或等于0摩尔％至小于或等于3摩尔％ZnO；大于或等于0摩尔％至小于或等于3.5摩尔％R’O，式中，R’是选自Ca、Mg、Sr、Ba、Zn及其组合的金属；以及大于或等于0摩尔％至小于或等于8摩尔％RE2O3，式中，RE是选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及其组合的稀土金属。玻璃能够离子交换进行强化。R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围是大于或等于-8摩尔％至小于或等于5摩尔％。ZrO2+TiO2+SnO2的范围是大于或等于0摩尔％至小于或等于2摩尔％。组合物不含As2O3、Sb2O3和PbO。
第2方面包括根据第1方面A1的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品通过离子交换进行强化，并且基于玻璃的制品包含从第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域和从压缩深度朝向第二表面延伸的拉伸应力区域，所述拉伸应力区域具有大于或等于175MPa的最大中心张力。
第3方面A3包括根据任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，拉伸应力区域具有大于或等于175MPa至小于或等于600MPa的最大中心张力区域。
第4方面A4包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其还包括大于0.7MPa√m的断裂韧性。
第5方面A5包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其还包括大于7J/m2的临界应变能释放率。
第6方面A6包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其还包括大于70GPa的杨氏模量。
第7方面A7包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其包含大于0摩尔％至小于或等于10摩尔％的Ta2O5。
第8方面A8包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其包含大于0摩尔％至小于或等于8摩尔％的RE2O3。
第9方面A9包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，RE2O3选自Y2O3、La2O3及其组合，以及其中，基于玻璃的制品包含大于或等于0摩尔％至小于或等于7摩尔％的Y2O3以及大于或等于0摩尔％至小于或等于5摩尔％的La2O3。
第10方面A10包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其包含大于0摩尔％至小于或等于4摩尔％的TiO2。
第11方面A11包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其包含大于0摩尔％至小于或等于4摩尔％的ZrO2。
第12方面A12包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其包含大于0摩尔％至小于或等于3.5摩尔％的R’O。
第13方面A13包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其包含大于0摩尔％至小于或等于3摩尔％MgO。
第14方面A14包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其包含大于0摩尔％至小于或等于3摩尔％CaO。
第15方面A15包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其包含大于或等于50摩尔％至小于或等于64摩尔％的SiO2。
第16方面A16包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其包含大于或等于16摩尔％至小于或等于24摩尔％的Al2O3。
第17方面A17包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其包含大于或等于12摩尔％至小于或等于18摩尔％的R2O。
第18方面A18包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，R2O还包含K2O。
第19方面A19包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其包含大于0摩尔％至小于或等于3摩尔％的K2O。
第20方面A20包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，R2O–Al2O3–Ta2O5的范围是大于或等于-12摩尔％至小于或等于6摩尔％。
第21方面A21包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5的范围是大于或等于-7摩尔％至小于或等于9摩尔％。
第22方面A22包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，Li2O/R2O的范围是大于或等于0.5至小于或等于1。
第23方面A23包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，Li2O/(Al2O3+Ta2O5)的范围是大于或等于0.4至小于或等于1.5。
第24方面A24包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其还包含大于或等于0摩尔％至小于或等于7摩尔％B2O3。
第25方面A25包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其还包含大于或等于0摩尔％至小于或等于5摩尔％P2O5。
第26方面A26包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其还包含：大于或等于0摩尔％至小于或等于3摩尔％MgO；大于或等于0摩尔％至小于或等于3摩尔％CaO；大于或等于0摩尔％至小于或等于3摩尔％SrO；以及大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％BaO。
第27方面A27包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品通过离子交换强化，以及基于玻璃的制品包括大于或等于20J/m2的储存应变能。
第28方面A28包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品通过离子交换进行强化，并且基于玻璃的制品包含从第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域和从压缩深度朝向第二表面延伸的拉伸应力区域，所述拉伸应力区域具有大于或等于175MPa的最大中心张力，以及所述基于玻璃的制品包括大于或等于7J/m2的临界应变能释放率。
第29方面A29包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，临界应变能释放率与最大中心张力的算术乘积值大于或等于2000MPa·J/m2。
第30方面A30包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品通过离子交换进行强化，并且基于玻璃的制品包含从第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域和从压缩深度朝向第二表面延伸的拉伸应力区域，所述拉伸应力区域具有大于或等于175MPa的最大中心张力，以及所述基于玻璃的制品包括大于0.7MPa√m的断裂韧性。
第31方面A31包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，断裂韧性与中心张力的算术乘积值大于或等于200MPa2√m。
第32方面A32包括任意前述方面的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品通过离子交换进行强化，并且基于玻璃的制品包含从第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域和从压缩深度朝向第二表面延伸的拉伸应力区域，所述拉伸应力区域具有大于或等于175MPa的最大中心张力，以及所述基于玻璃的制品包括：至少一种强化离子，其在430℃以扩散系数进入到基于玻璃的制品中，单位为微米2/小时，中心张力与扩散系数的算术乘积值大于或等于50000MPa·微米2/小时。
第33方面A33包括基于玻璃的制品，其包含如下组成，所述组成包含SiO2、Li2O、Ta2O5和Al2O3，Al2O3含量大于或等于12摩尔％。基于玻璃的制品通过离子交换进行强化，并且基于玻璃的制品包含从第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域和从压缩深度朝向与第一表面相反的第二表面延伸的拉伸应力区域，所述拉伸应力区域具有大于或等于160MPa的最大中心张力。
第34方面A34包括第33方面A33的基于玻璃的制品，其中，Al2O3含量大于或等于组合物的14摩尔％。
第35方面A35包括第33方面A33或第34方面A34的基于玻璃的制品，其中，Al2O3含量大于或等于组合物的16摩尔％。
在以下的具体实施方式中提出了本文所述的玻璃制品的其他特征和优点，其中的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具体实施方式、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1A是根据本文所述实施方式的示例性离子交换玻璃制品的横截面图；
图1B是根据本文所述实施方式的贯穿横截面的玻璃制品的应力分布与距离表面深度的函数关系；
图2对比了本文公开实施方式的跌落性能与其他基于玻璃的制品的跌落性能；
图3对比了根据本文所述实施方式的具有氧化钇(Y2O3)的基于玻璃的制品与不包含Y2O3的实施方式中获得的最大中心张力；
图4图示性显示实验所得断裂韧性和临界应变能释放率值与Y2O3含量的函数关系；
图5对比了本文公开实施方式的跌落性能与其他基于玻璃的制品的跌落性能；
图6显示根据本文所述实施方式的0.8mm厚的基于玻璃的制品的重复掉落直至失效存活率与中心张力的函数关系；
图7显示根据本文所述实施方式的通过离子交换替换Li2O和Na2O对于K1C和杨氏模量的影响；以及
图8显示根据本文所述实施方式的1mm厚的基于玻璃的制品的厚度上的应力分布。
具体实施方式
现将具体参照具有高断裂韧性和高中心张力的基于玻璃的制品的各种实施方式，其可以通过离子交换进行强化。根据一个实施方式，基于玻璃的制品包括：第一表面和与第一表面相反的第二表面，它们限定了厚度(t)，并且所述基于玻璃的制品是由组合物形成的。该组合物包含：大于或等于48摩尔％至小于或等于75摩尔％SiO2；大于或等于8摩尔％至小于或等于40摩尔％Al2O3；大于或等于9摩尔％至小于或等于40摩尔％Li2O；大于0摩尔％至小于或等于3.5摩尔％Na2O；大于或等于9摩尔％至小于或等于28摩尔％R2O，其中，R是碱金属以及R2O至少包括Li2O和Na2O；大于或等于0摩尔％至小于或等于10摩尔％Ta2O5；大于或等于0摩尔％至小于或等于4摩尔％ZrO2；大于或等于0摩尔％至小于或等于4摩尔％TiO2；大于或等于0摩尔％至小于或等于3摩尔％；大于或等于0摩尔％至小于或等于3.5摩尔％R’O，式中，R’是选自Ca、Mg、Zn及其组合的碱土金属；以及大于或等于0摩尔％至小于或等于8摩尔％RE2O3，式中，RE是选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及其组合的稀土金属。玻璃能够离子交换进行强化。R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的总和范围是大于或等于-8至小于或等于5。ZrO2+TiO2+SnO2的范围是大于或等于0摩尔％至小于或等于2摩尔％。组合物不含As2O3、Sb2O3和PbO。下面将具体结合附图描述基于玻璃的制品及其性质的各个实施方式。
如本文所用，术语“基于玻璃的制品”和“基于玻璃的基材”以它们最广泛的意义来使用，包括全部或部分由玻璃和/或玻璃陶瓷制成的任何物体。基于玻璃的制品包括玻璃与非玻璃材料的层叠体，玻璃与聚合物材料的层叠体，玻璃与晶体材料的层叠体，以及玻璃-陶瓷(包括无定形相和晶相)。
在本文所述的组合物的实施方式中，除非另有说明，否则构成组分成分(例如，SiO2和Al2O3等)的浓度规定为基于氧化物的摩尔百分数(摩尔％)。
当用于描述组合物中的特定构成组分成分的浓度和/或不存在该特定构成组分成分时，术语“不含”和“基本不含”表示没有故意向组合物中添加该构成组分成分。但是，组合物可能含有痕量的该构成组分成分作为污染物或含有不确定的量，它的量小于0.05摩尔％。
如上文所述的基于玻璃的制品可以通过例如离子交换进行化学强化，并且展现出的应力分布可以不同于已知的强化玻璃制品所展现出的那些。在本公开内容中，基于玻璃的基材是未经强化的，以及基于玻璃的制品指的是(例如通过离子交换)经过强化的基于玻璃的基材。在这个过程中，在低于玻璃转化温度的温度下，用具有相同价态或氧化态的较大离子代替或交换基于玻璃的制品的表面处或者靠近表面处的离子。不旨在受限于任何特定理论，相信在基于玻璃的制品包括碱性铝硅酸盐玻璃的那些实施方式中，玻璃的表面层中的离子以及较大离子是一价的碱金属阳离子，例如Li+(当存在于基于玻璃的制品中的时候)、Na+、K+、Rb+和Cs+。或者，表面层中的一价阳离子可以用除碱金属阳离子以外的一价阳离子，例如Ag+等替换。在此类实施方式中，被交换到基于玻璃的基材中的单价离子(或阳离子)在所得到的基于玻璃的制品中产生应力。
图1A显示示例性离子交换玻璃制品200的横截面图，以及图1B显示通过离子交换获得的典型应力分布。离子交换玻璃制品200包括：第一表面201A，第二表面201B，以及第一表面201A与第二表面201B之间的厚度t1。在一些实施方式中，离子交换玻璃制品200可以展现出压缩应力(该术语如下文所定义)，其从第一表面201A到压缩深度230A是减小的(该术语如下文所定义)，直到其抵达具有最大中心张力的中心张力区域220。因此，在一些实施方式中，中心张力区域220从压缩深度230A朝向玻璃制品200的第二表面201B延伸。类似地，离子交换玻璃制品200展现出压缩应力210B，其从第二表面201B到压缩深度230B是减小的，直到其抵达具有最大中心张力的中心张力区域220。因此，中心张力区域220从压缩深度230B朝向第一表面201A延伸从而使得中心张力区域220布置在压缩深度230B与压缩深度230A之间。离子交换玻璃制品200中的应力分布可以具有各种构造。例如，应力分布可以类似于误差函数(例如，图1B所示的应力分布)，但不限于此。然而，应理解的是，也考虑其他形状并且是可能的，包括抛物线应力分布(例如，如图8所示)或者类似情况。
离子交换工艺通常是通过将基于玻璃的基材浸入熔盐浴中(或者两个或更多个熔盐浴中)来进行的，所述熔盐浴包含要与基于玻璃的基材中的较小离子进行交换的较大离子。应注意的是，也可以使用水性盐浴。此外，浴的组成可以包含不止一种类型的较大离子(例如Na+和K+)或单种较大离子。本领域技术人员会理解的是，离子交换工艺的参数包括但不限于浴组成和温度、浸入时间、基于玻璃的制品在盐浴(或多个浴)中的浸入次数、多盐浴的使用、其它的步骤(例如退火和洗涤等)，它们通常是由以下的因素决定的：基于玻璃的制品的组成(包括制品的结构和存在的任意晶相)，以及由强化获得的基于玻璃的制品所需的压缩深度和压缩应力(这些术语如下文所定义)。例如，基于玻璃的制品的离子交换可以通过以下方式实现：将基于玻璃的制品浸泡在至少一种包含盐的熔浴中，所述盐是例如但不限于较大碱金属离子的硝酸盐、硫酸盐和氯化物。典型的硝酸盐包括KNO3、NaNO3、LiNO3，及其组合。在一个或多个实施方式中，也可以在具有或不具有硝酸盐的情况下使用NaSO4。熔盐浴的温度通常是约350℃至最高至约480℃，而浸入时间是约15分钟至最高至100小时，这取决于玻璃厚度、浴温和玻璃(或单价离子)扩散系数。然而，也可以采用与上述不同的温度和浸入时间。
在一个或多个实施方式中，可以将基于玻璃的制品浸入温度是约370℃至约480℃的100％NaNO3的熔盐浴中。在一些实施方式中，可以将基于玻璃的基材浸入包含约5％至约90％KNO3和约10％至约95％NaNO3的混合熔盐浴中。在一些实施方式中，可以将基于玻璃的基材浸入包含Na2SO4和NaNO3且具有更宽温度范围(例如，最高至约500℃)的混合熔盐浴中。在一个或多个实施方式中，在浸入第一浴之后，基于玻璃的制品可以浸入第二浴中。浸入第二浴中可以包括浸入包含100％KNO3的熔盐浴中持续15分钟至8小时。
在一个或多个实施方式中，可以将基于玻璃的基材浸入混合熔盐浴中，其包含NaNO3和KNO3(例如，49％/51％、50％/50％、51％/49％)，温度小于约420℃(例如，约400℃或约380℃)，持续小于约5小时或者甚至约4小时或更短。
可以对离子交换条件进行调节，以提供“尖峰”或者以增加所得到的玻璃基制品的表面处或者靠近表面处的应力分布的斜率。由于本文所述的基于玻璃的制品所用的玻璃组合物的独特性质，可以通过单离子交换浴或多浴实现这种尖峰，浴具有单种组成或者混合组成。
如本文所用，“DOC”或“压缩深度”指的是基于玻璃的制品内的应力从压缩变化为拉伸应力的深度。在DOC处，应力从负(压缩)应力转化为正(拉伸)应力。
如本文所用，术语“化学深度”、“化学层的深度”和“化学层深度”可以互换使用，并且指的是金属氧化物或者碱金属氧化物的离子(例如，金属离子或者碱金属离子)扩散进入到基于玻璃的制品中的深度，并且在该深度，离子的浓度到达最小值，这是通过电子探针微分析(EPMA)或辉光放电-光学发射光谱(GD-OES)确定的。具体来说，可以采用EPMA或GD-OES确定Na2O扩散深度或Na+离子浓度或者K2O扩散深度或K+离子浓度。
除非另有说明，否则根据本领域常用习惯，压缩表示为负应力(<0)以及拉伸表示为正应力(>0)。然而，在本说明书全文中，当描述术语压缩应力CS时，这不考虑正负值，即如本文所述，CS＝|CS|。
通过表面应力计(FSM)，采用例如日本折原实业有限公司(Orihara IndustrialCo.,Ltd.(Japan))制造的商业仪器如FSM-6000，来测量CS。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的测量，其与玻璃的双折射相关。可以采用根据ASTM标准C770-16中(2016)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)”的碟式方法来测量SOC，其全文通过引用结合入本文。改进包括使用玻璃碟作为试样，厚度为5-10mm、直径为12.7mm，其中，碟是各向同性且均匀的，并且芯钻孔，两面抛光和平行。
采用折射近场(RNF)方法或者散射光偏光器(SCALP)来测量DOC值或最大中心张力(或者“最大CT”)值。任一种可以被用于测量应力分布。当采用RNF方法时，采用通过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 and methods for measuring a profilecharacteristic 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方法包括将玻璃基制品靠近参照块放置，产生偏振切换光束(其以1-50Hz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。然后对RNF分布进行平滑化处理。如上文所述，FSM技术用于表面CS和靠近表面的CS区域中的应力分布的斜率。
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 notchedshort bar)(CNSB)方法测得的值，该方法公开于Reddy,K.P.R.等人的“FractureToughness Measuremetn of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-NotchedSpecimens(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-FormExpressions for Crack-Mouth Displacement and Stress Intensity Factors forChevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on ExperimentalCompliance 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。
通过根据ASTM C693-93(2019)的浮力法来确定密度。
本公开内容所陈述的杨氏模量E、泊松比和剪切模量值指的是通过ASTM C623-92(2015)中题为“Standard Test Method for Young’s Modulus,Shear Modulus,andPoisson’s Ratio for Glass and Glass-Ceramics(玻璃和玻璃陶瓷的杨氏模量、剪切模量和泊松比的标准测试方法)”所述的共振超声波谱技术测得的值。
如本文所用，术语“比模量”表示杨氏模量除以密度所得到的值。
如本文所用，术语“泊松比”表示在如本文所述的弹性拉伸的基于玻璃的制品的样品中，横向测量中的成比例减小与长度的成比例增加的比值。
可以根据如下等式(I)计算储存应变能Σ0：
式中，ν是泊松比，Emod是杨氏模量(单位为MPa)，σ是应力(单位为MPa)，z*＝0.5t′，z是深度而t’是厚度(单位为微米)(仅拉伸区域而言)(即，图1B中的压缩深度230A与压缩深度230B之间的区域厚度)。
根据如下等式(II)计算临界应变能释放率G1C：
式中，K1C是断裂韧度以及E是杨氏模量。G1C通常记录的单位是J/m2。
除非另有说明，否则热膨胀系数(CTE)的单位是10-7/℃，并且表示的是在约20℃至约300℃的温度范围上测得的平均值。
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。
如本文所用，术语“退火点”指的是玻璃组合物的粘度为1x1013.2泊时的温度。
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。
根据梁弯曲粘度法测量应变点和退火点，其根据ASTM C598-93(2019)(题为“Standard Test Method for Annealing Point and Strain Point of Glass by BeamBending(通过梁弯曲的玻璃的退火点和应变点的标准测试方法)”)测量了无机玻璃从1012至1014泊的粘度与温度的函数关系，其全文通过引用结合入本文。
根据平行板粘度法测量软化点，其测量了无机玻璃从107至109泊的粘度与温度的函数关系，类似于ASTM C1351M-96(2017)(题为“Standard Test Method for Measurementof Viscosity of Glass Between 104Pa·s and 108Pa·s by Viscous Compression ofa Solid Right Cylinder(通过实心正圆柱体的粘性压缩测量104至108Pa·s之间的玻璃粘度的标准测试方法)”)，其全文通过引用结合入本文。
如本文所用，术语“液相线粘度”指的是熔融玻璃在液相线温度的粘度，其中，术语“液相线温度”指的是如下温度：随着熔融玻璃从熔化温度开始冷却晶体第一次出现的温度，或者随着温度从室温开始增加，最后一点晶体熔化时的温度。通常来说，本文所述的基于玻璃的制品(或者用于形成此类制品的组合物)的液相线粘度小于约100千泊(kP)。在一些实施方式中，基于玻璃的制品(或者用于形成此类制品的组合物)展现出如下液相线粘度：小于约80kP，小于约60kP，小于约40kP，小于约30kP，小于约20kP，或者甚至小于约10kP(例如，约0.5kP至约10kP范围内)。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 for Measurement ofLiquidus 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(2017)来测量玻璃在液相线温度的粘度，题为“Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above theSoftening Point(测量高于软化点的玻璃粘度的标准实践)”，其全文通过引用结合入本文。
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、左、右、前、后、顶、底，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来表示绝对的取向。
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，否则如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”组分包括具有两种或更多种这类组分的方面，除非文本中有另外的明确表示。
在破坏表面上重复掉落中存活下来的玻璃制品良好地适用于要求高低不平(rug)组件(例如用于电子装置触摸屏)的应用。制造成具有优异的抗破裂性的一些玻璃基材或玻璃制品形成为避免在破裂之后形成大量碎片。例如，形成的玻璃制品可以展现出当以足够的作用力被物体进行点撞击或者掉落到固体表面上从而使得玻璃制品破裂成多个小片之后，玻璃制品的碎片密度大于约5个碎片/cm2。储存应变能(SSE)可以是具有所需碎片式样的玻璃基材或玻璃制品的指示。例如，储存应变能大于约20J/m2或者甚至大于约24J/m2的玻璃基材或玻璃制品可以展现出大于约5个碎片/cm2的碎片密度。
然而，高度可碎片化玻璃现在可能被用于具有高概率发生破裂的一些应用(例如，安装在装置显示器上的触摸屏)，因为许多触摸屏现如今被直接层叠到显示器而没有空气间隙。由此，由于层叠，发生颗粒弹射的可能性较小。因此，如下文更详细描述的那样，高度可碎片化玻璃相比于非易碎性玻璃可以提供甚至更好的跌落性能和具有较少弹射颗粒的更合乎希望的破裂式样。
本文公开了包含玻璃组合物的基于玻璃的制品，其缓解了上述问题。具体来说，玻璃组合物实现的应力分布以及较高的中心张力、储存应变能、断裂韧性和临界应变能释放率使得由组合物制得的基于玻璃的制品提供了相比于先前已知的制品而言增强的跌落性能。
在一个或多个实施方式中，SiO2是玻璃组合物的最大组分，因而是所得到的玻璃网络的主要构成组分。也就是说，SiO2是主要的形成玻璃的氧化物。SiO2增强了玻璃的粘度(应变点、退火点和软化点，以及液相线温度的粘度)，这进而增强了成形并且还可以降低CTE。因此，通常希望高的SiO2浓度。但是，如果SiO2的含量太高，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、软化和进行模制的难度，这进而对玻璃的可成形性造成负面影响。如果SiO2含量太高或太低，则液相线温度可能增加，这还可能降低可成形性。
在实施方式中，组合物包含的SiO2的量可以大于或等于48摩尔％。SiO2的量可以小于或等于77摩尔％。因此，在组合物的实施方式中，组合物包含的SiO2的量可以大于或等于48摩尔％且小于或等于77摩尔％。在实施方式中，组合物中的SiO2的量的下限可以是：大于或等于48摩尔％，大于或等于49摩尔％，大于或等于50摩尔％，大于或等于51摩尔％，大于或等于52摩尔％，大于或等于53摩尔％，大于或等于54摩尔％，大于或等于55摩尔％，大于或等于56摩尔％，大于或等于57摩尔％，大于或等于58摩尔％，大于或等于59摩尔％，或者甚至大于或等于60摩尔％。在实施方式中，组合物中的SiO2的量的上限可以是：小于或等于77摩尔％，小于或等于76摩尔％，小于或等于75摩尔％，小于或等于74摩尔％，小于或等于73摩尔％，小于或等于72摩尔％，小于或等于71摩尔％，小于或等于70摩尔％，小于或等于69摩尔％，小于或等于68摩尔％，小于或等于67摩尔％，小于或等于66摩尔％，小于或等于65摩尔％，小于或等于64摩尔％，小于或等于63摩尔％，小于或等于62摩尔％，或者甚至小于或等于61摩尔％。应理解的是，组合物中的SiO2的量可以是在由本文所述的SiO2的下限中的任一个和SiO2的上限中的任一个所形成范围内。
例如，在实施方式中，组合物可以包含大于或等于48摩尔％且小于或等于77摩尔％SiO2，但不限于此。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于49摩尔％且小于或等于77摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于50摩尔％且小于或等于77摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于51摩尔％且小于或等于77摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于52摩尔％且小于或等于77摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于53摩尔％且小于或等于77摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于48摩尔％且小于或等于75摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于49摩尔％且小于或等于75摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于50摩尔％且小于或等于75摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于51摩尔％且小于或等于75摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于52摩尔％且小于或等于75摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于53摩尔％且小于或等于75摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于50摩尔％且小于或等于64摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于48摩尔％且小于或等于64摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于49摩尔％且小于或等于63摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于50摩尔％且小于或等于62摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于51摩尔％且小于或等于61摩尔％SiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于58摩尔％且小于或等于65摩尔％SiO2。
在一个或多个实施方式中，组合物包含Al2O3。Al2O3可以同时起到条件网络形成剂和改性剂这两种作用。虽然不旨在受限于任何特定理论，但是相信Al2O3粘结了玻璃网络中的碱性氧化物，增加了玻璃的粘度。Al2O3可以影响所得到的玻璃的碱性扩散系数、杨氏模量和断裂韧度。当Al2O3含量接近碱性氧化物总含量时，可以使得离子交换速率和最大离子交换应力最大化。还相信Al2O3可以对具有低CTE和改进的刚性的稳定制品做出贡献。但是，向组合物过度添加Al2O3也可能增加玻璃的软化点和提升液相线温度，这可能对组合物的可成形性造成负面影响。
在实施方式中，组合物包含的Al2O3的量可以大于或等于5摩尔％。Al2O3的量可以小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物包含的Al2O3的量可以大于或等于8摩尔％。Al2O3的量可以小于或等于40摩尔％。如果Al2O3含量太低，则离子交换应力、粘度和断裂韧性全都可能太低。然而，如果Al2O3含量太高，则液相线温度可能太高并且玻璃可能结晶。因此，在组合物的实施方式中，组合物包含的Al2O3的量可以大于或等于5摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物包含的Al2O3的量可以大于或等于8摩尔％且小于或等于40摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量的下限可以是：大于或等于5摩尔％，大于或等于6摩尔％，大于或等于7摩尔％，大于或等于8摩尔％，大于或等于9摩尔％，大于或等于10摩尔％，大于或等于11摩尔％，大于或等于12摩尔％，大于或等于13摩尔％，大于或等于14摩尔％，大于或等于15摩尔％，大于或等于16摩尔％，大于或等于17摩尔％，大于或等于18摩尔％，大于或等于19摩尔％，或者甚至大于或等于20摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量的上限可以是：小于或等于40摩尔％，小于或等于35摩尔％，小于或等于30摩尔％，小于或等于28摩尔％，小于或等于27摩尔％，小于或等于26摩尔％，小于或等于25摩尔％，小于或等于24摩尔％，小于或等于23摩尔％，小于或等于22摩尔％，小于或等于21摩尔％，小于或等于19摩尔％，小于或等于18摩尔％，小于或等于17摩尔％，或者甚至小于或等于16摩尔％。应理解的是，组合物中的Al2O3的量可以是在由本文所述的Al2O3的下限中的任一个和Al2O3的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的Al2O3的量可以大于或等于5摩尔％且小于或等于28摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于5摩尔％且小于或等于27摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于5摩尔％且小于或等于26摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于5摩尔％且小于或等于25摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于6摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于7摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于8摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于9摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于10摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于10摩尔％且小于或等于27摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于16摩尔％且小于或等于24摩尔％。在实施方式中，组合物包含的Al2O3的量可以是大于或等于8摩尔％且小于或等于40摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于8摩尔％且小于或等于35摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于8摩尔％且小于或等于30摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于8摩尔％且小于或等于25摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于9摩尔％且小于或等于40摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于10摩尔％且小于或等于40摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于11摩尔％且小于或等于40摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于12摩尔％且小于或等于40摩尔％。在实施方式中，组合物中的Al2O3的量大于或等于13摩尔％且小于或等于40摩尔％。
组合物还包含一种或多种碱性氧化物。在本文中，将所有碱性氧化物的总和(单位是摩尔％)表述为R2O。具体来说，R2O是组合物中存在的Li2O(摩尔％)、Na2O(摩尔％)、K2O(摩尔％)、Rb2O(摩尔％)和Cs2O(摩尔％)的总和。虽然不旨在受限于任何特定理论，但是相信碱性氧化物有助于软化点的下降，从而弥补由于组合物中的SiO2的量所导致的组合物的软化点增加。还可以通过在组合物中包含碱性氧化物的组合(例如，两种或更多种碱性氧化物)来进一步增强软化点的下降，称作“混合碱性效果”的现象。此外，存在R2O可以实现通过离子交换进行化学强化。因为最大CT取决于可以被离子交换进入到玻璃中的碱性物质的量，所以在一些实施方式中，组合物可以具有至少10摩尔％R2O。
在实施方式中，组合物中的碱性氧化物的量(即，R2O的量)可以大于或等于5摩尔％且小于或等于28摩尔％。如果R2O含量太低，则存在太少的离子发生交换并且在离子交换之后得到的应力太低。然而，如果R2O含量太高，则玻璃可能变得不稳定，可能失透，并且可能展现出差的化学耐久性。在实施方式中，组合物中的R2O的量的下限可以是：大于或等于5摩尔％，大于或等于6摩尔％，大于或等于7摩尔％，大于或等于8摩尔％，大于或等于9摩尔％，大于或等于10摩尔％，大于或等于11摩尔％，大于或等于12摩尔％，大于或等于13摩尔％，大于或等于14摩尔％，大于或等于15摩尔％，或者甚至大于或等于16摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量的上限可以是：小于或等于28摩尔％，小于或等于27摩尔％，小于或等于26摩尔％，小于或等于25摩尔％，小于或等于24摩尔％，小于或等于23摩尔％，小于或等于22摩尔％，小于或等于21摩尔％，小于或等于20摩尔％，小于或等于19摩尔％，小于或等于18摩尔％，或者甚至小于或等于17摩尔％。应理解的是，组合物中的R2O的量可以是在由本文所述的R2O的下限中的任一个和R2O的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的R2O的量可以大于或等于5摩尔％且小于或等于28摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于5摩尔％且小于或等于27摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于5摩尔％且小于或等于26摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于5摩尔％且小于或等于25摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于6摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于7摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于7摩尔％且小于或等于25摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于8摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于9摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于10摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于11摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于12摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于13摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的R2O的量大于或等于12摩尔％且小于或等于18摩尔％。
在实施方式中，R2O至少包括Li2O。不旨在受限于任何特定理论，但是相信Li2O对于基于玻璃的制品的增强的刚度、断裂韧性、临界应变能释放率和杨氏模量具有贡献作用。此外，Li+具有穿过玻璃基质的高扩散系数，当用Na+离子交换玻璃中的Li+时，这对于薄于1mm的样品实现了少于24小时的离子交换时间。
在组合物的实施方式中，组合物中存在的Li2O的量可以大于或等于5摩尔％。组合物中的Li2O的量可以小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中存在的Li2O的量可以大于或等于9摩尔％。组合物中的Li2O的量可以小于或等于40摩尔％。如果Li2O太低，则可用于离子交换的离子太少并且在离子交换之后得到的应力太低。然而，如果Li2O含量太高，则玻璃可能是不稳定的，可能展现出太低的液相线粘度，并且可能具有差的化学耐久性。因此，组合物中的Li2O的量可以大于或等于5摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量可以大于或等于9摩尔％且小于或等于40摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量的下限可以是：大于或等于5摩尔％，大于或等于6摩尔％，大于或等于7摩尔％，大于或等于8摩尔％，大于或等于9摩尔％，大于或等于10摩尔％，大于或等于11摩尔％，大于或等于12摩尔％，大于或等于13摩尔％，大于或等于14摩尔％，或者大于或等于15摩尔％，大于或等于16摩尔％，或者甚至大于或等于17摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量的上限可以是：小于或等于40摩尔％，小于或等于35摩尔％，小于或等于30摩尔％，小于或等于28摩尔％，小于或等于27摩尔％，小于或等于26摩尔％，小于或等于25摩尔％，小于或等于24摩尔％，小于或等于23摩尔％，小于或等于22摩尔％，小于或等于21摩尔％，小于或等于20摩尔％，小于或等于19摩尔％，或者甚至小于或等于18摩尔％。应理解的是，组合物中Li2O的量可以是在由本文所述的Li2O的下限中的任一个和Li2O的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的Li2O的量可以大于或等于5摩尔％且小于或等于28摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于5摩尔％且小于或等于27摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于5摩尔％且小于或等于26摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于5摩尔％且小于或等于25摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于5摩尔％且小于或等于24摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于6摩尔％且小于或等于28摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于6摩尔％且小于或等于27摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于6摩尔％且小于或等于26摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于7摩尔％且小于或等于26摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于8摩尔％且小于或等于25摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于9摩尔％且小于或等于24摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于10摩尔％且小于或等于23摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于11摩尔％且小于或等于22摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于12摩尔％且小于或等于21摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于13摩尔％且小于或等于20摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于14摩尔％且小于或等于19摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于15摩尔％且小于或等于18摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于12摩尔％且小于或等于17摩尔％。在实施方式中，组合物包含的Li2O的量可以大于或等于9摩尔％且小于或等于40摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于9摩尔％且小于或等于35摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于9摩尔％且小于或等于30摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于10摩尔％且小于或等于40摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于10摩尔％且小于或等于35摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于10摩尔％且小于或等于30摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于11摩尔％且小于或等于40摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于12摩尔％且小于或等于35摩尔％。在实施方式中，组合物中的Li2O的量大于或等于13摩尔％且小于或等于30摩尔％。
为了进行离子交换，至少一种较小的碱性氧化物离子(例如，Li+或Na+)与来自离子交换介质的较大碱性离子(例如，K+)发生交换。总的来说，三种最常见的离子交换类型是Na+交换Li+，K+交换Li+，以及K+交换Na+。第一种类型(Na+交换Li+)所产生的制品具有较大的层深度但是小的压缩应力。第二种类型(K+交换Li+)所产生的制品具有小的层深度但是大的压缩应力。第三种类型(K+交换Na+)产生具有中等层深度和压缩应力的制品。
在组合物的实施方式中，碱性氧化物(R2O)包括Na2O。如本文所注意的，添加碱性氧化物(例如，Na2O)降低了软化点，从而弥补由于组合物中的SiO2所导致的组合物的软化点增加。少量Na2O和K2O还可以帮助降低玻璃的液相线温度。然而，如果Na2O的量太高，则组合物的热膨胀系数变得太高，这是不合乎希望的。如果Na2O或K2O含量太高，则可实现的最大应力可能太低，因为应力随着玻璃中能够与玻璃外部的较大离子发生交换的小离子的数量变化。
在实施方式中，组合物可以基本不含Na2O。在实施方式中，组合物可以不含Na2O。在组合物包含Na2O的实施方式中，组合物中存在的Na2O的量可以大于0摩尔％从而改善组合物的可成形性和增加离子交换速率。组合物中的Na2O的量可以小于或等于7摩尔％从而热膨胀系数没有高到不合乎希望。因此，组合物包含Na2O的实施方式中的Na2O的量大于0摩尔％且小于或等于7摩尔％。在此类实施方式中，组合物中的Na2O的量的下限可以是：大于0摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于2摩尔％，大于或等于2.5摩尔％，大于或等于3摩尔％，或者甚至大于或等于3.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Na2O的量的上限可以是：小于或等于7摩尔％，小于或等于6.5摩尔％，小于或等于6摩尔％，小于或等于5.5摩尔％，小于或等于5摩尔％，小于或等于4.5摩尔％，小于或等于4摩尔％，或者甚至小于或等于3.5摩尔％。应理解的是，组合物中的Na2O的量可以是在由本文所述的Na2O的下限中的任一个和Na2O的上限中的任一个所形成范围内。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3.5摩尔％。
例如，包含Na2O的组合物所包含的Na2O的量可以大于0摩尔％且小于或等于7摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于0摩尔％且小于或等于6.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于0摩尔％且小于或等于6摩尔％。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于0摩尔％且小于或等于5.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于6.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于6摩尔％。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于0摩尔％且小于或等于3.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于0.5摩尔％且小于或等于3.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于或等于1摩尔％且小于或等于3.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Na2O的量大于或等于1.5摩尔％且小于或等于3.5摩尔％。
组合物中的碱性氧化物还可以任选地包括K2O。类似于Na2O，添加K2O降低了组合物的软化点，从而弥补由于组合物中的SiO2所导致的组合物的软化点增加。然而，如果K2O的量太高，则离子交换应力会是低的，并且组合物的热膨胀系数变得太高，这是不合乎希望的。因此，希望限制组合物中K2O的存在量。
在实施方式中，组合物可以基本不含K2O。在实施方式中，组合物可以不含K2O。在碱性氧化物包括K2O的实施方式中，组合物中存在的K2O的量可以大于0摩尔％，例如：大于或等于0.5或者甚至1摩尔％，从而有助于改善组合物的可成形性。当存在时，K2O的量小于或等于3摩尔％或者甚至小于或等于2摩尔％，从而热膨胀系数没有高到不合乎希望。因此，在组合物包含K2O的实施方式中，K2O的量可以是大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％，或者甚至大于或等于0摩尔％且小于或等于2摩尔％。在此类实施方式中，组合物中的K2O的量的下限可以是：大于0摩尔％，大于或等于0.25摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于0.75摩尔％，或者甚至大于或等于1摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量的上限可以是：小于或等于3摩尔％，小于或等于2.5摩尔％，小于或等于2摩尔％，小于或等于1.75摩尔％，小于或等于1.5摩尔％，小于或等于1.25摩尔％，或者甚至小于或等于1摩尔％。应理解的是，组合物中K2O的量可以是在由本文所述的K2O的下限中的任一个和K2O的上限中的任一个所形成范围内。
例如，具有K2O的组合物所包含的K2O的量可以大于0摩尔％至小于或等于2摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.25摩尔％且小于或等于1.75摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于1.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.75摩尔％且小于或等于1.25摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量约为1摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.25摩尔％且小于或等于1.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.25摩尔％且小于或等于1.25摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.25摩尔％且小于或等于1摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于1.75摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于1.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于1.25摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于1摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0摩尔％且小于或等于1摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于0摩尔％至小于或等于3摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.25摩尔％且小于或等于2.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.75摩尔％且小于或等于1.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量约为1摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.25摩尔％且小于或等于2摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.25摩尔％且小于或等于1.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.25摩尔％且小于或等于1摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2摩尔％。在实施方式中，组合物中的K2O的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于1.5摩尔％。
向组合物添加Ta2O5可以降低液相线温度以及增加断裂韧性、杨氏模量、密度、折射率、离子交换速率和离子交换应力。在实施方式中，组合物可以基本不含Ta2O5。在实施方式中，组合物可以不含Ta2O5。在组合物包含Ta2O5的实施方式中，组合物中存在的Ta2O5的量的下限可以是：大于0摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于2摩尔％，大于或等于2.5摩尔％，大于或等于3摩尔％，大于或等于3.5摩尔％，大于或等于4摩尔％，大于或等于4.5摩尔％，或者甚至大于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Ta2O5的量的上限可以是：小于或等于10摩尔％，小于或等于9.5摩尔％，小于或等于9摩尔％，小于或等于8.5摩尔％，小于或等于8摩尔％，小于或等于7.5摩尔％，小于或等于7摩尔％，小于或等于6.5摩尔％，小于或等于6摩尔％，或者甚至小于或等于5.5摩尔％。应理解的是，组合物中的Ta2O5的量可以是在由本文所述的Ta2O5的下限中的任一个和Ta2O5的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的Ta2O5的量可以大于0摩尔％且小于或等于10摩尔％，但不限于此。如果Ta2O5含量太高，则液相线温度可能增加并且玻璃可能变得不稳定和结晶。Ta2O5还可能增加组合物的成本。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于9.5摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于9摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于8.5摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于8摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于7.5摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于7摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于6.5摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于6摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于5.5摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于10摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于10摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1.5摩尔％且小于或等于10摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2摩尔％且小于或等于10摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2.5摩尔％且小于或等于10摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于3摩尔％且小于或等于10摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于3.5摩尔％且小于或等于10摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于4摩尔％且小于或等于10摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于4.5摩尔％且小于或等于10摩尔％Ta2O5。在实施方式中，组合物可以包含大于5摩尔％且小于或等于10摩尔％Ta2O5。
组合物还可以包含一种或多种额外的金属氧化物来进一步改善本文所述的基于玻璃的制品的各种性质。具体来说，发现添加TiO2和ZrO2中的至少一种可以进一步增加杨氏模量、断裂韧度和离子交换应力。然而，一旦TiO2+ZrO2含量超过6摩尔％，液相线温度可能增加，并且玻璃可能变得不稳定和易于发生结晶。还发现添加TiO2和ZrO2中的至少一种有利地降低了组合物的平均热膨胀系数。不希望受限于理论，相信添加TiO2和ZrO2中的至少一种通过增强Al2O3在组合物中的功能性从而改善了玻璃的性质。例如，对于化学耐久性，相信向组合物添加Al2O3降低了组合物中非桥接氧的量，这进而改善了玻璃的化学耐久性。然而，发现如果组合物中Al2O3的量太高，则减弱了组合物对于酸攻击的抗性。现在发现，除了Al2O3之外包含TiO2和ZrO2中的至少一种进一步降低了组合物中的非桥接氧的量，这进而进一步改善了玻璃的化学耐久性，超过了仅添加Al2O3所能实现的情况。
向组合物添加ZrO2可以改善杨氏模量、断裂韧性和离子交换应力。在实施方式中，组合物可以基本不含ZrO2。在实施方式中，组合物可以不含ZrO2。在组合物包含ZrO2的实施方式中，组合物中存在的ZrO2的量的下限可以是：大于0摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于2摩尔％，大于或等于2.5摩尔％，或者甚至大于或等于3摩尔％。在实施方式中，组合物中的ZrO2的量的上限可以是：小于或等于6摩尔％，小于或等于5.5摩尔％，小于或等于5摩尔％，小于或等于4.5摩尔％，小于或等于4摩尔％，或者甚至小于或等于3.5摩尔％。应理解的是，组合物中的ZrO2的量可以是在由本文所述的ZrO2的下限中的任一个和ZrO2的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的ZrO2的量可以大于0摩尔％且小于或等于6摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于5.5摩尔％ZrO2。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于5摩尔％ZrO2。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.5摩尔％ZrO2。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4摩尔％ZrO2。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.5摩尔％ZrO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于6摩尔％ZrO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于6摩尔％ZrO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1.5摩尔％且小于或等于6摩尔％ZrO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2摩尔％且小于或等于6摩尔％ZrO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2.5摩尔％且小于或等于6摩尔％ZrO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于3摩尔％且小于或等于6摩尔％ZrO2。
在实施方式中，组合物可以任选地包含TiO2。不旨在受限于任何特定理论，相信向组合物添加TiO2改善了杨氏模量、断裂韧性和离子交换应力。
在实施方式中，组合物可以基本不含TiO2。在实施方式中，组合物可以不含TiO2。在组合物包含TiO2的实施方式中，组合物中存在的TiO2的量的下限可以是：大于0摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于2摩尔％，大于或等于2.5摩尔％，或者甚至大于或等于3摩尔％。在实施方式中，组合物中的TiO2的量的上限可以是：小于或等于6摩尔％，小于或等于5.5摩尔％，小于或等于5摩尔％，小于或等于4.5摩尔％，小于或等于4摩尔％，或者甚至小于或等于3.5摩尔％。应理解的是，组合物中的TiO2的量可以是在由本文所述的TiO2的下限中的任一个和TiO2的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的TiO2的量可以大于0摩尔％且小于或等于6摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于5.5摩尔％TiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于5摩尔％TiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.5摩尔％TiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4摩尔％TiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.5摩尔％TiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于6摩尔％TiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于6摩尔％TiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1.5摩尔％且小于或等于6摩尔％TiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2摩尔％且小于或等于6摩尔％TiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2.5摩尔％且小于或等于6摩尔％TiO2。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于3摩尔％且小于或等于6摩尔％TiO2。
组合物还可以包含一种或多种碱土氧化物或ZnO。碱土氧化物和ZnO的总和(单位为摩尔％)在本文中表述为R’O。具体来说，R’O是组合物中存在的MgO(摩尔％)、CaO(摩尔％)、SrO(摩尔％)、BaO(摩尔％)和ZnO(摩尔％)的总和。不旨在受限于任何特定理论，相信可以在玻璃中结合碱土氧化物以增强各种性质。例如，添加某些碱土氧化物可以增加离子交换应力但是可能降低碱性物质扩散系数。R’O还可以在低浓度时帮助降低液相线温度。R’O还可以有助于降低组合物的软化点和模制温度，从而补偿由于组合物中的SiO2所导致的组合物的软化点和模制温度的增加。添加某些碱土氧化物还可以有助于降低玻璃发生结晶的趋势。通常来说，添加碱土氧化物对于组合物在20℃至300℃温度范围上的平均热膨胀系数的增加没有替代改性剂(例如，碱性氧化物)那么多。此外，发现较小的碱土氧化物对于组合物在20℃至300℃温度范围上的平均热膨胀系数的增加没有较大的碱土氧化物那么多。例如，MgO对于组合物的平均热膨胀系数的增加小于BaO对于组合物的平均热膨胀系数的增加。
在实施方式中，组合物可以基本不含碱土氧化物。在实施方式中，组合物可以不含碱土氧化物。在组合物包含碱土氧化物的实施方式中，碱土氧化物存在的量可以大于0摩尔％，例如：大于或等于0.5摩尔％且小于或等于8摩尔％。不旨在受限于任何特定理论，相信碱土氧化物和ZnO降低了碱性物质扩散系数和减缓了离子交换。因此，可以使得碱土氧化物和ZnO的含量最小化从而防止厚度大于0.5mm的玻璃的过度离子交换时长。在包含碱土氧化物的实施方式中，组合物中的碱土氧化物的量的下限可以是：大于0摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于2摩尔％，大于或等于2.5摩尔％，大于或等于3摩尔％，大于或等于3.5摩尔％，以及甚至大于或等于4摩尔％。在此类实施方式中，组合物中的碱土氧化物的量的上限可以是：小于或等于8摩尔％，小于或等于7.5摩尔％，小于或等于7摩尔％，小于或等于6.5摩尔％，小于或等于6摩尔％，小于或等于5.5摩尔％，小于或等于5摩尔％，小于或等于4.5摩尔％，小于或等于4摩尔％，或者甚至小于或等于3.5摩尔％。应理解的是，组合物中碱土氧化物的量可以是在由本文所述的碱土氧化物的下限中的任一个和碱土氧化物的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的碱土氧化物的量可以大于0摩尔％且小于或等于8摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于7.5摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于7摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于6.5摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于6摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于5.5摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于5摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.5摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.5摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于8摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1.0摩尔％且小于或等于8摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1.5摩尔％且小于或等于8摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于2摩尔％且小于或等于8摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于2.5摩尔％且小于或等于8摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于3摩尔％且小于或等于8摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于3.5摩尔％且小于或等于8摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于4摩尔％且小于或等于8摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3.5摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2.5摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于1.5摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于3.5摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于3摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于2.5摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于2摩尔％的碱土氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于1.5摩尔％的碱土氧化物。
在本文所述的组合物的实施方式中，组合物中的碱土氧化物可以任选地包括MgO。不旨在受限于任何特定理论，相信除了改善组合物的可成形性和可熔融性之外，MgO还可以增加玻璃的粘度以及降低玻璃发生结晶的趋势。太多的MgO倾向于导致玻璃中发生结晶，降低液相线粘度和降低可成形性。
在实施方式中，组合物可以基本不含MgO。在实施方式中，组合物可以不含MgO。在玻璃组合物包含MgO的实施方式中，MgO存在的量可以大于0摩尔％，例如：大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％。在包含MgO的实施方式中，组合物中的MgO的量的下限可以是：大于或等于0.25摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于0.75摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.25摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于1.75摩尔％，大于或等于2.0摩尔％，大于或等于2.25摩尔％，或者甚至大于或等于2.5摩尔％。在此类实施方式中，组合物中的MgO的量的上限可以是：小于或等于5摩尔％，小于或等于4.75摩尔％，小于或等于4.5摩尔％，小于或等于4.25摩尔％，小于或等于4摩尔％，小于或等于3.75摩尔％，小于或等于3.5摩尔％，小于或等于3.25摩尔％，小于或等于3摩尔％，或者甚至小于或等于2.75摩尔％。应理解的是，组合物中MgO的量可以是在由本文所述的MgO的下限中的任一个和MgO的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的MgO的量可以大于0摩尔％且小于或等于5摩尔％MgO，但不限于此。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.75摩尔％MgO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.5摩尔％MgO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.25摩尔％MgO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4摩尔％MgO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.75摩尔％MgO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.5摩尔％MgO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.25摩尔％MgO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3摩尔％MgO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于2.75摩尔％MgO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.25摩尔％且小于或等于5摩尔％MgO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％MgO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.75摩尔％且小于或等于5摩尔％MgO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％MgO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1.25摩尔％且小于或等于5摩尔％MgO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1.5摩尔％且小于或等于5摩尔％MgO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1.75摩尔％且小于或等于5摩尔％MgO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于2摩尔％且小于或等于5摩尔％MgO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于2.25摩尔％且小于或等于5摩尔％MgO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于2.5摩尔％且小于或等于5摩尔％MgO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2.5摩尔％MgO。
在本文所述的组合物的实施方式中，组合物中的碱土氧化物可以任选地包括CaO。不旨在受限于任何特定理论，相信除了改善组合物的可成形性和可熔融性之外，CaO还可以在少量的情况下降低液相线温度同时改善化学耐久性和降低CTE。如果CaO含量太高(或者如果MgO+CaO含量太高)，则液相线温度会增加并且使得液相线粘度劣化。
在实施方式中，组合物可以基本不含CaO。在实施方式中，组合物可以不含CaO。在组合物包含CaO的实施方式中，CaO存在的量可以大于0摩尔％，例如：大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％。在包含CaO的实施方式中，组合物中的CaO的量的下限可以是：大于或等于0.25摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于0.75摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.25摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于1.75摩尔％，大于或等于2.0摩尔％，大于或等于2.25摩尔％，或者甚至大于或等于2.5摩尔％。在此类实施方式中，组合物中的CaO的量的上限可以是：小于或等于5摩尔％，小于或等于4.75摩尔％，小于或等于4.5摩尔％，小于或等于4.25摩尔％，小于或等于4摩尔％，小于或等于3.75摩尔％，小于或等于3.5摩尔％，小于或等于3.25摩尔％，小于或等于3摩尔％，或者甚至小于或等于2.75摩尔％。应理解的是，组合物中CaO的量可以是在由本文所述的CaO的下限中的任一个和CaO的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的CaO的量可以大于0摩尔％且小于或等于5摩尔％CaO，但不限于此。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.75摩尔％CaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.5摩尔％CaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.25摩尔％CaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4摩尔％CaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.75摩尔％CaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.5摩尔％CaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.25摩尔％CaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3摩尔％CaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于2.75摩尔％CaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.25摩尔％且小于或等于5摩尔％CaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％CaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.75摩尔％且小于或等于5摩尔％CaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％CaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1.25摩尔％且小于或等于5摩尔％CaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1.5摩尔％且小于或等于5摩尔％CaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1.75摩尔％且小于或等于5摩尔％CaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于2摩尔％且小于或等于5摩尔％CaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于2.25摩尔％且小于或等于5摩尔％CaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于2.5摩尔％且小于或等于5摩尔％CaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2.5摩尔％CaO。
在本文所述的实施方式中，组合物中的碱土氧化物可以任选地包括SrO。不旨在受限于任何特定理论，相信除了改善组合物的可成形性和可熔融性之外，SrO还可以降低玻璃发生结晶的趋势。太多的SrO改变了液相线粘度并且可能增加玻璃的CTE。
在实施方式中，组合物可以基本不含SrO。在实施方式中，组合物可以不含SrO。在组合物包含SrO的实施方式中，SrO存在的量可以大于0摩尔％，例如：大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％。在包含SrO的实施方式中，组合物中的SrO的量的下限可以是：大于或等于0.25摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于0.75摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.25摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于1.75摩尔％，大于或等于2.0摩尔％，大于或等于2.25摩尔％，或者甚至大于或等于2.5摩尔％。在此类实施方式中，组合物中的SrO的量的上限可以是：小于或等于5摩尔％，小于或等于4.75摩尔％，小于或等于4.5摩尔％，小于或等于4.25摩尔％，小于或等于4摩尔％，小于或等于3.75摩尔％，小于或等于3.5摩尔％，小于或等于3.25摩尔％，小于或等于3摩尔％，或者甚至小于或等于2.75摩尔％。应理解的是，组合物中SrO的量可以是在由本文所述的SrO的下限中的任一个和SrO的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的SrO的量可以大于0摩尔％且小于或等于5摩尔％SrO，但不限于此。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.75摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4.25摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于4摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.75摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3.25摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于3摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于2.75摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.25摩尔％且小于或等于5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.75摩尔％且小于或等于5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1.25摩尔％且小于或等于5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1.5摩尔％且小于或等于5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1.75摩尔％且小于或等于5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2摩尔％且小于或等于5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2.25摩尔％且小于或等于5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2.5摩尔％且小于或等于5摩尔％SrO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2.5摩尔％SrO。
在实施方式中，组合物可以基本不含BaO。在实施方式中，组合物可以不含BaO。在组合物包含BaO的实施方式中，BaO存在的量可以大于0摩尔％，例如：大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3摩尔％。在包含BaO的实施方式中，组合物中的BaO的量的下限可以是：大于或等于0.25摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于0.75摩尔％，或者甚至大于或等于1摩尔％。在此类实施方式中，组合物中的BaO的量的上限可以是：小于或等于3摩尔％，小于或等于2.75摩尔％，小于或等于2.5摩尔％，小于或等于2.25摩尔％，小于或等于2摩尔％，小于或等于1.75摩尔％，或者甚至小于或等于1.5摩尔。应理解的是，组合物中BaO的量可以是在由本文所述的BaO的下限中的任一个和BaO的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的BaO的量可以大于0摩尔％且小于或等于3摩尔％BaO，但不限于此。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于2.75摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于2.5摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于2.25摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于2摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于1.75摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于0摩尔％且小于或等于1.5摩尔％BaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于0.25摩尔％且小于或等于3摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.25摩尔％且小于或等于2.75摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.25摩尔％且小于或等于2.5摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.25摩尔％且小于或等于2.25摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.25摩尔％且小于或等于2摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.25摩尔％且小于或等于1.75摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.25摩尔％且小于或等于1.5摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2.75摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2.5摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2.25摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于1.75摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于1.5摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.75摩尔％且小于或等于3摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.75摩尔％且小于或等于2.75摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.75摩尔％且小于或等于2.5摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.75摩尔％且小于或等于2.25摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.75摩尔％且小于或等于2摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.75摩尔％且小于或等于1.75摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.75摩尔％且小于或等于1.5摩尔％BaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于3摩尔％BaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于2.75摩尔％BaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于2.5摩尔％BaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于2.25摩尔％BaO。在实施方式中，玻璃组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于2摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于1.75摩尔％BaO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1摩尔％且小于或等于1.5摩尔％BaO。
组合物还可以包含ZnO作为组合物的改性剂。不旨在受限于任何特定理论，相信向组合物添加ZnO降低了组合物的软化点和模制温度，从而弥补了由于组合物中的SiO2所导致的组合物的软化点和模制温度的增加。ZnO还可以增加离子交换之后的应力，但是降低了碱性离子的扩散系数和减缓了离子交换。值得注意的是，添加ZnO对于组合物在20℃至300℃温度范围上的平均热膨胀系数的增加没有其他一些改性剂(例如，碱性氧化物和/或碱土氧化物CaO和SrO)那么多。由此，可以使得添加ZnO来降低软化点和模制温度的好处最大化，而没有明显地增加组合物的平均热膨胀系数。对此，ZnO对于组合物的影响与MgO相似(例如，其降低了组合物的软化点和模制温度而没有明显地增加平均热膨胀系数)。但是，添加ZnO来实现这些特性相比于添加MgO是有利的，因为ZnO对于软化点具有更明显的影响，并且ZnO对于玻璃中的成核和结晶的促进作用没有MgO那么高。
在实施方式中，组合物可以基本不含ZnO。在实施方式中，组合物可以不含ZnO。如果ZnO的浓度太高，则液相线温度可能增加并且离子交换速率可能下降。在组合物包含ZnO的实施方式中，ZnO存在的量可以大于0摩尔％，例如：大于或等于0.5摩尔％且小于或等于4摩尔％。在包含ZnO的实施方式中，组合物中ZnO的量的下限可以是：大于或等于0.25摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于0.75摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.25摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于1.75摩尔％，大于或等于2.0摩尔％，大于或等于2.25摩尔％，或者甚至大于或等于2.5摩尔％。在此类实施方式中，组合物中的ZnO的量的上限可以是：小于或等于4摩尔％，小于或等于3.75摩尔％，小于或等于3.5摩尔％，小于或等于3.25摩尔％，小于或等于3摩尔％.，或者甚至小于或等于2.75摩尔％。应理解的是，组合物中ZnO的量可以是在由本文所述的ZnO的下限中的任一个和ZnO的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物包含的ZnO的量可以大于或等于0.5摩尔％且小于或等于4摩尔％ZnO，但不限于此。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3.75摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3.5摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3.25摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2.75摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.75摩尔％且小于或等于4摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1.0摩尔％且小于或等于4摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1.25摩尔％且小于或等于4摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1.5摩尔％且小于或等于4摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于1.75摩尔％且小于或等于4摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2摩尔％且小于或等于4摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2.25摩尔％且小于或等于4摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于2.5摩尔％且小于或等于4摩尔％ZnO。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2.5摩尔％ZnO。
组合物还可以包含稀土金属氧化物(RE2O3)。稀土金属氧化物可以选自：Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，及其组合。RE2O3可以增加离子交换之后的杨氏模量和应力，以及增加断裂韧性和密度。然而，在高浓度时，RE2O3可能降低碱性离子扩散系数和增加液相线温度。
在实施方式中，组合物可以基本不含RE2O3。在实施方式中，组合物可以不含RE2O3。在组合物包含RE2O3的实施方式中，组合物中存在的RE2O3的量可以大于0摩尔％。在此类实施方式中，组合物中存在的RE2O3的量可以小于或等于8摩尔％。因此，在存在RE2O3的实施方式中，组合物通常包含如下量的RE2O3：大于0摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于2摩尔％，大于或等于2.5摩尔％，大于或等于3摩尔％，大于或等于3.5摩尔％，或者甚至大于或等于4摩尔％。在实施方式中，RE2O3的量的上限可以是：小于或等于8摩尔％，小于或等于7.5摩尔％，小于或等于7摩尔％，小于或等于6.5摩尔％，小于或等于6摩尔％，小于或等于5.5摩尔％，小于或等于5摩尔％，或者甚至小于或等于4.5摩尔％。应理解的是，组合物中RE2O3的量可以是在由本文所述的RE2O3的下限中的任一个和RE2O3的上限中的任一个所形成范围内。
例如，具有RE2O3的组合物所包含的RE2O3的量可以大于0摩尔％至小于或等于8摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于0摩尔％且小于或等于8摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于0摩尔％且小于或等于7.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于0摩尔％且小于或等于6.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于0摩尔％且小于或等于6摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于0摩尔％且小于或等于5.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于0摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于0摩尔％且小于或等于4.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于8摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于或等于1摩尔％且小于或等于8摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于或等于1.5摩尔％且小于或等于8摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于或等于2摩尔％且小于或等于8摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于或等于2.5摩尔％且小于或等于8摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于或等于3摩尔％且小于或等于8摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于或等于3.5摩尔％且小于或等于8摩尔％。在实施方式中，组合物中的RE2O3的量大于或等于4摩尔％且小于或等于8摩尔％。
一种示例性RE2O3是Y2O3。在实施方式中，组合物可以基本不含Y2O3。在实施方式中，组合物可以不含Y2O3。在组合物包含Y2O3的实施方式中，组合物中存在的Y2O3的量可以大于0摩尔％。Y2O3是最轻的RE2O3氧化物(除了异常昂贵的Sc2O3之外)，并且因而对于比模量的增加可以大于任何其他RE2O3氧化物。Y2O3可以增加离子交换应力和断裂韧性。不同于Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er和Tm的氧化物，它还没有如同通常的那样向玻璃赋予任何颜色。Y2O3还可以降低碱性离子扩散系数从而可以减缓离子交换速率。它还在高浓度时提升了液相线温度并且增加了批料成本。在此类实施方式中，组合物中存在的Y2O3的量可以小于或等于7摩尔％。因此，在存在Y2O3的实施方式中，组合物通常包含如下量的Y2O3：大于0摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于2摩尔％，大于或等于2.5摩尔％，大于或等于3摩尔％，或者甚至大于或等于3.5摩尔％。在实施方式中，Y2O3的量的上限可以是：小于或等于7摩尔％，小于或等于6.5摩尔％，小于或等于6摩尔％，小于或等于5.5摩尔％，小于或等于5摩尔％，小于或等于4.5摩尔％，或者甚至小于或等于4摩尔％。应理解的是，组合物中Y2O3的量可以是在由本文所述的Y2O3的下限中的任一个和Y2O3的上限中的任一个所形成范围内。
例如，具有Y2O3的组合物所包含的Y2O3的量可以大于0摩尔％至小于或等于7摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于0摩尔％且小于或等于6.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于0摩尔％且小于或等于6摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于0摩尔％且小于或等于5.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于0摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于0摩尔％且小于或等于4.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于0摩尔％且小于或等于4摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于或等于1摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于或等于1.5摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于或等于2摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于或等于2.5摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于或等于3摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于或等于3.5摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的Y2O3的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于7摩尔％。
一种示例性RE2O3是La2O3。在实施方式中，组合物可以基本不含La2O3。在实施方式中，组合物可以不含La2O3。在组合物包含La2O3的实施方式中，组合物中存在的La2O3的量可以大于0摩尔％。在此类实施方式中，组合物中存在的La2O3的量可以小于或等于5摩尔％。La2O3可以增加离子交换应力和断裂韧性，并且其在低浓度时可以帮助抑制结晶。不同于Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er和Tm的氧化物，它还没有如同通常的那样向玻璃赋予任何颜色。La2O3还可以降低碱性离子扩散系数从而可以减缓离子交换速率。它还在高浓度时提升了液相线温度并且增加了批料成本。因此，在存在La2O3的实施方式中，组合物通常包含如下量的La2O3：大于0摩尔％，大于或等于0.25摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于0.75摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.25摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于1.75摩尔％，大于或等于2摩尔％，大于或等于2.25摩尔％，或者甚至大于或等于2.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量的上限可以是：小于或等于5摩尔％，小于或等于4.75摩尔％，小于或等于4.5摩尔％，小于或等于4.25摩尔％，小于或等于4摩尔％，小于或等于3.75摩尔％，小于或等于3.5摩尔％，小于或等于3.25摩尔％，小于或等于3摩尔％，或者甚至小于或等于2.75摩尔％。应理解的是，组合物中的La2O3的量可以是在由本文所述的La2O3的下限中的任一个和La2O3的上限中的任一个所形成范围内。
例如，具有La2O3的组合物所包含的La2O3的量可以大于0摩尔％至小于或等于5摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于0摩尔％且小于或等于4.75摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于0摩尔％且小于或等于4.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于0摩尔％且小于或等于4.25摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于0摩尔％且小于或等于4摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于0摩尔％且小于或等于3.75摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于0摩尔％且小于或等于3.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于0摩尔％且小于或等于3.25摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于0摩尔％且小于或等于3摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于0摩尔％且小于或等于2.75摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于或等于0.25摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于或等于0.75摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于或等于1.25摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于或等于1.5摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于或等于1.75摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于或等于2摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于或等于2.25摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于或等于2.5摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的La2O3的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于2.5摩尔％。
氧化硼(B2O3)是玻璃成形剂，其可以被添加到组合物来降低玻璃在给定温度下的粘度，从而改善玻璃的可成形性。换言之，向玻璃添加B2O3降低了组合物的应变、退火、软化和模制温度，从而改善了玻璃的可成形性。由此，可以采用添加B2O3来补偿具有较高的SiO2量的组合物的可成形性的下降。B2O3还帮助降低了液相线温度和抑制结晶。然而，发现如果组合物中的B2O3的量太高，则玻璃中的碱性离子的扩散系数是低的，降低了离子交换速率，并且降低了离子交换之后所实现的应力。
在实施方式中，组合物可以不含B2O3。在其他实施方式中，组合物可以基本不含B2O3。在其他实施方式中，当存在时，组合物包含的B2O3的浓度可以大于0摩尔％以增强组合物的可成形性。B2O3的浓度可以小于或等于7摩尔％从而可以实现合理的离子交换时间和离子交换之后令人满意的应力。因此，在存在B2O3的实施方式中，组合物通常包含的B2O3的量是大于0摩尔％且小于或等于7摩尔％。在此类实施方式中，组合物中的B2O3的量的下限可以是：大于0摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于2摩尔％，大于或等于2.5摩尔％，大于或等于3摩尔％，大于或等于3.5摩尔％，或者甚至大于或等于4摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量的上限可以是：小于或等于7摩尔％，小于或等于6.5摩尔％，小于或等于6摩尔％，小于或等于5.5摩尔％，小于或等于5摩尔％，或者甚至小于或等于4.5摩尔％。应理解的是，组合物中的B2O3的量可以是在由本文所述的B2O3的下限中的任一个和B2O3的上限中的任一个所形成范围内。
例如，组合物所包含的B2O3的量可以大于0摩尔％且小于或等于7摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于或等于1摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于或等于1.5摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于或等于2摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于或等于2.5摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于或等于3摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于或等于3.5摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于或等于4摩尔％且小于或等于7摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于0摩尔％且小于或等于6.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于0摩尔％且小于或等于6摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于0摩尔％且小于或等于5.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于0摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于0摩尔％且小于或等于4.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的B2O3的量大于或等于1.5摩尔％且小于或等于5摩尔％。
组合物还可以包含P2O5。不旨在受限于任何特定理论，相信P2O5改善了抗破坏性和增加了离子交换速率。P2O5还可以降低液相线温度，这改善了液相线粘度。在一些实施方式中，向玻璃添加磷产生了这样的结构，其中，SiO2被作为玻璃成形剂的四面体配位的铝和磷(AlPO4)所替代。
在实施方式中，组合物可以不含P2O5。在其他实施方式中，组合物可以基本不含P2O5。在其他实施方式中，组合物包含的P2O5的浓度可以大于0摩尔％。组合物包含的P2O5的浓度可以小于或等于5摩尔％，因为如果P2O5含量太高，则可能降低通过离子交换所实现的断裂韧性和应力。因此，在存在P2O5的实施方式中，组合物通常包含的P2O5的量是大于0摩尔％且小于或等于5摩尔％。在此类实施方式中，组合物中的P2O5的量的下限可以是：大于0摩尔％，大于或等于0.25摩尔％，大于或等于0.5摩尔％，大于或等于0.75摩尔％，大于或等于1摩尔％，大于或等于1.25摩尔％，大于或等于1.5摩尔％，大于或等于1.75摩尔％，或者甚至大于或等于2摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量的上限可以是：小于或等于4.75摩尔％，小于或等于4.5摩尔％，小于或等于4.25摩尔％，小于或等于4摩尔％，小于或等于3.75摩尔％，小于或等于3.5摩尔％，小于或等于3.25摩尔％，小于或等于3摩尔％，小于或等于2.75摩尔％，小于或等于2.5摩尔％，或者甚至小于或等于2.25摩尔％。应理解的是，组合物中P2O5的量可以是在由本文所述的P2O5的下限中的任一个和P2O5的上限中的任一个所形成范围内。
例如，包含P2O5的组合物所包含的P2O5的量可以大于0摩尔％且小于或等于5摩尔％，但不限于此。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于或等于0.25摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于或等于0.75摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于或等于1.25摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于或等于1.5摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于或等于1.75摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于或等于2摩尔％且小于或等于5摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于0摩尔％且小于或等于4.75摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于0摩尔％且小于或等于4.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于0摩尔％且小于或等于4.25摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于0摩尔％且小于或等于4摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于0摩尔％且小于或等于3.75摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于0摩尔％且小于或等于3.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于0摩尔％且小于或等于3.25摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于0摩尔％且小于或等于3摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于0摩尔％且小于或等于2.75摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于0摩尔％且小于或等于2.5摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于0摩尔％且小于或等于2.25摩尔％。在实施方式中，组合物中的P2O5的量大于1摩尔％且小于或等于3.5摩尔％。
在实施方式中，组合物可以基本不含或者不含其他构成组分，包括但不限于：Fe2O3、SnO2、As2O3、Sb2O3和PbO。在实施方式中，组合物可以包含少量的其他构成组分，包括但不限于Fe2O3和SnO2。例如，包含SnO2的组合物可以包含大于0摩尔％至0.2摩尔％SnO2。在相同或不同的实施方式中，包含Fe2O3的组合物可以包含大于0摩尔％至0.1摩尔％Fe2O3。Fe2O3和SnO2可以作为澄清剂并且帮助去除组合物的熔化和澄清过程中的气泡。因此，在玻璃中具有一种或多种多价澄清剂(例如，Fe2O3、SnO2、CeO2或MnO2)可能是有利的。在实施方式中，SnO2可以用作澄清剂，并且其可以不向玻璃赋予任何颜色。在实施方式中，组合物可以包含大于或等于0.05摩尔％且小于或等于0.15摩尔％SnO2。
在实施方式中，组合物可以包括各种组成关系。例如，R2O、R′O、Al2O3、Ta2O5、RE2O3、ZrO2和TiO2的浓度关系可以如关系式(III)所示：
-8摩尔％≤R2O+R’O-Al2O3-Ta2O5+1.5*RE2O3-ZrO2-TiO2≤8摩尔％(III)
不旨在受限于任何特定理论，相信虽然R2O、R′O和RE2O3会在玻璃网络中产生非桥接氧，但是Al2O3、Ta2O5、ZrO2以及一定程度上的TiO2会作为中间体并将这些非桥接氧转化回桥接氧并增加玻璃中的离子交换速率和应力水平，以及增加弹性模量和断裂韧性。然而，如果量变得太高，则玻璃可能经受低离子交换应力和断裂韧性问题。如果量变得太低，则玻璃的液相线温度会变得太高，并且可能遭受玻璃稳定性问题。因此，希望保持关系式(VI)的大小与0相差约8摩尔％之内。例如，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围可以是大于或等于-7摩尔％至小于或等于7摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围可以是大于或等于-6摩尔％至小于或等于6摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围可以是大于或等于-5摩尔％至小于或等于5摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围可以是大于或等于-4摩尔％至小于或等于4摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围可以是大于或等于-3摩尔％至小于或等于3摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围可以是大于或等于-2摩尔％至小于或等于2摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围可以是大于或等于-1摩尔％至小于或等于1摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围可以是大于或等于-8摩尔％至小于或等于5摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围可以是大于或等于-7摩尔％至小于或等于5摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围可以是大于或等于-6摩尔％至小于或等于5摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2可以约为0摩尔％。应理解的是，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2可以是在本文所述的由该关系式的下限中的任一个和该关系式的上限中的任一个所形成范围内。
在实施方式中，R2O、Al2O3和Ta2O5的浓度关系可以如关系式(IV)所示：
-12摩尔％≤R2O-Al2O3-Ta2O5≤6摩尔％(IV)
例如，R2O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-11摩尔％至小于或等于5摩尔％。在实施方式中，R2O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-10摩尔％至小于或等于4摩尔％。在实施方式中，R2O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-9摩尔％至小于或等于3摩尔％。在实施方式中，R2O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-8摩尔％至小于或等于2摩尔％。在实施方式中，R2O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-7摩尔％至小于或等于1摩尔％。在实施方式中，R2O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-6摩尔％至小于或等于0摩尔％。在实施方式中，R2O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-5摩尔％至小于或等于-1摩尔％。在实施方式中，R2O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-4摩尔％至小于或等于-2摩尔％。在实施方式中，R2O–Al2O3–Ta2O5可以约为-3摩尔％。应理解的是，R2O–Al2O3–Ta2O5可以是在本文所述的由该关系式的下限中的任一个和该关系式的上限中的任一个所形成范围内。不旨在受限于任何特定理论，相信Al2O3和Ta2O5可以与碱性氧化物协作提供这样的玻璃结构，其同时具有高的断裂韧性和高的碱性物质扩散速率用于快速离子交换和离子交换后的高应力。
在实施方式中，R2O、R′O、Al2O3和Ta2O5的浓度关系可以如关系式(V)所示：
-7摩尔％≤R2O+R’O-Al2O3-Ta2O5≤9摩尔％(V)
例如，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-6摩尔％至小于或等于8摩尔％。例如，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-5摩尔％至小于或等于7摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-4摩尔％至小于或等于6摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-3摩尔％至小于或等于5摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-2摩尔％至小于或等于4摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于-1摩尔％至小于或等于3摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5的范围可以是大于或等于0摩尔％至小于或等于2摩尔％。在实施方式中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5可以约为1摩尔％。应理解的是，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5可以是在本文所述的由该关系式的下限中的任一个和该关系式的上限中的任一个所形成范围内。不旨在受限于任何特定理论，相信通过保持R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5的大小接近约为0来平衡过量的改性剂，这可以改善离子交换速率、离子交换应力，并且还可以增加模量和临界能释放速率。
在实施方式中，ZrO2、TiO2和SnO2的总量(即，ZrO2(摩尔％)+TiO2(摩尔％)+SnO2(摩尔％))可以是如下范围：大于或等于0摩尔％至小于或等于2摩尔％，大于或等于0摩尔％至小于或等于1.75摩尔％，大于或等于0摩尔％至小于或等于1.5摩尔％，大于或等于0摩尔％至小于或等于1.25摩尔％，大于或等于0.25摩尔％至小于或等于2摩尔％，大于或等于0.25摩尔％至小于或等于1.75摩尔％，大于或等于0.25摩尔％至小于或等于1.5摩尔％，大于或等于0.25摩尔％至小于或等于1.25摩尔％，大于或等于0.5摩尔％至小于或等于2摩尔％，大于或等于0.5摩尔％至小于或等于1.75摩尔％，大于或等于0.5摩尔％至小于或等于1.5摩尔％，大于或等于0.5摩尔％至小于或等于1.25摩尔％，大于或等于0.75摩尔％至小于或等于2摩尔％，大于或等于0.75摩尔％至小于或等于1.75摩尔％，大于或等于0.75摩尔％至小于或等于1.5摩尔％，大于或等于0.75摩尔％至小于或等于1.25摩尔％，大于或等于1摩尔％至小于或等于2摩尔％，大于或等于1摩尔％至小于或等于1.75摩尔％，大于或等于1摩尔％至小于或等于1.5摩尔％，或者甚至大于或等于1摩尔％至小于或等于1.25摩尔％。应理解的是，ZrO2、TiO2和SnO2的总量(即，ZrO2(摩尔％)+TiO2(摩尔％)+SnO2(摩尔％))可以是在本文所述的由该量的下限中的任一个和该量的上限中的任一个所形成范围内。
在实施方式中，Li2O的量(摩尔％)与R2O的总量(摩尔％)之比可以是如下范围：大于或等于0.5至小于或等于1，大于或等于0.55至小于或等于1，大于或等于0.6至小于或等于1，大于或等于0.65至小于或等于1，大于或等于0.7至小于或等于1，大于或等于0.75至小于或等于1，大于或等于0.8至小于或等于1，大于或等于0.85至小于或等于1，大于或等于0.9至小于或等于1，或者甚至大于或等于0.95至小于或等于1。应理解的是，Li2O的量(摩尔％)与R2O的总量(摩尔％)之比可以是在本文所述的由该关系式的下限中的任一个和该关系式的上限中的任一个所形成范围内。不旨在受限于任何特定理论，相信高比例的Li2O/R2O可以增加弹性模量和可实现的离子交换应力。
在实施方式中，Li2O、Al2O3和Ta2O5的浓度关系可以如关系式(VI)所示：
例如，关系式(IX)之比可以是如下范围：大于或等于0.45至小于或等于1.45，大于或等于0.5至小于或等于1.4，大于或等于0.55至小于或等于1.35，大于或等于0.6至小于或等于1.3，大于或等于0.65至小于或等于1.25，大于或等于0.7至小于或等于1.2，大于或等于0.75至小于或等于1.15，大于或等于0.8至小于或等于1.1，大于或等于0.85至小于或等于1.05，大于或等于0.9至小于或等于1，或者甚至约0.95。应理解的是，关系式(IX)之比可以是在本文所述的由该关系式的下限中的任一个和该关系式的上限中的任一个所形成范围内。不旨在受限于任何特定理论，相信Li2O可以是所述玻璃中的用于化学强化的主要离子。当玻璃中具有最小量的Na2O时以及当Li2O含量近乎完全被Al2O3或Ta2O5补偿时(其中，Li2O与(Al2O3+Ta2O5)之比会接近1)，存在最高应力和最高的Na+交换Li+扩散系数。因此，使得Li2O与(Al2O3+Ta2O5)之比大于0.4且小于1.5或者甚至大于0.75且小于1.25可能是有利的。当该比例小于0.4或大于1.5时，相信离子交换应力和速率这两者都会遭遇问题。
通过如下方式来形成组合物：对玻璃原材料的批料(例如，SiO2、Al2O3、碱性碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐、碱土碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐或氧化物的粉末等)进行混合，从而使得玻璃原材料的批料具有所需的组成。常见矿物(例如，锂辉石和霞石正长岩)还可以是碱性物质、氧化铝和氧化硅的方便来源。还可以添加澄清剂(例如，CeO2、Fe2O3和/或SnO2)来帮助澄清(气泡去除)。还可以添加硝酸盐使得澄清剂完全氧化从而优化效率。然后，可以加热玻璃原料批料以形成熔融组合物，其后续冷却和固化以形成包含该组合物的玻璃。在冷却过程中(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包含该组合物的玻璃进行成形，从而将组合物成形为所需的最终形式，提供包含组合物的基于玻璃的制品。或者，可以将玻璃制品成形为储料形式，例如片材或者管材等，后续进行再加热并通过例如模制等方式成形为所需的最终形式。
根据实施方式的玻璃基材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、下拉工艺、熔合成形工艺或者上拉工艺。玻璃组合物以及由此生产的基材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，能够通过浮法工艺形成)、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)。
本文所述的玻璃基材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基材，所述玻璃基材具有较原始的表面。因为玻璃基材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，下拉玻璃基材具有非常平坦、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。
本文所述的玻璃基材制品的一些实施方式可以是可熔合成形(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接合以熔合并形成单个流动玻璃基材。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，因此所得到的玻璃基材的任一外表面都没有与设备的任意部件相接触。因此，熔合拉制玻璃基材的表面性质不受到此类接触的影响。
本文所述的玻璃基材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。拉制罐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，作为连续玻璃基材下拉，并进入退火区。
用于形成玻璃基材(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基材。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。然而，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。
本文所述的基于玻璃的制品具有较高的断裂韧性和临界应变能释放率，并且可以离子交换以实现具有较高中心张力的抛物线应力分布，从而由组合物制得的基于玻璃的制品相比于先前已知的制品具有增强的跌落性能。
在实施方式中，本文所述的基于玻璃的制品可以具有大于或等于0.72MPa√m的断裂韧性K1C。例如，断裂韧性可以是：大于或等于0.75MPa√m，大于或等于0.8MPa√m，或者甚至大于或等于0.85MPa√m。高的断裂韧性对于防止裂纹传播可能是有利的，并且还增加了储存应变能限值。高的Al2O3、Ta2O5和RE2O3含量全都对增加断裂韧性具有贡献作用，而P2O5降低了断裂韧性，如上文所述。
在实施方式中，本文所述的基于玻璃的制品可以具有大于7J/m2的临界应变能释放率G1C。例如，临界应变能释放率可以大于或等于7.5J/m2，大于或等于8J/m2，或者甚至大于或等于8.5J/m2。临界应变能释放率是产生新的裂纹表面所需要的能量，所以该能量越高则玻璃在产生裂纹之前能够经受住的冲击能越大。更高的临界应变能释放率还意味着每单位长度产生裂纹所消散的冲击能越多。因此，对于同样的应力分布，临界应变能释放率越高，跌落性能越好。
在实施方式中，本文所述的基于玻璃的制品可以具有大于70GPa的杨氏模量E。例如，杨氏模量可以大于或等于75GPa，大于或等于80GPa，或者甚至大于或等于85GPa。弹性模量越高，则通过离子交换产生的应力越大并且压缩层越牢固。
当通过离子交换进行强化时，本文所述的基于玻璃的制品可以具有从第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域。基于玻璃的制品可以具有从一侧的压缩深度延伸到另一侧的压缩深度的拉伸应力区域。拉伸应力区域可以具有大于或等于175MPa的最大CT。在实施方式中，这个最大CT可以是如下范围：大于或等于175MPa至小于或等于600MPa，大于或等于200MPa至小于或等于575MPa，大于或等于225MPa至小于或等于550MPa，大于或等于250MPa至小于或等于525MPa，大于或等于275MPa至小于或等于500MPa，大于或等于300MPa至小于或等于475MPa，大于或等于325MPa至小于或等于450MPa，大于或等于350MPa至小于或等于425MPa，大于或等于250MPa至小于或等于325MPa，或者甚至大于或等于375MPa至小于或等于400MPa。应理解的是，最大CT可以是在由本文所述的最大CT的下限中的任一个和最大CT的上限中的任一个所形成范围内。
当通过离子交换强化时，本文所述的基于玻璃的制品可以具有大于20J/m2的储存应变能。例如，储存应变能可以是：大于或等于30J/m2，大于或等于40J/m2，大于或等于50J/m2，大于或等于60J/m2，大于或等于70J/m2，大于或等于80J/m2，大于或等于90J/m2，大于或等于100J/m2，大于或等于200J/m2，大于或等于300J/m2，大于或等于400J/m2，或者甚至大于或等于500J/m2。
当通过离子交换进行强化时，拉伸应力区域可以具有大于或等于175MPa的最大CT，以及基于玻璃的制品可以包括大于或等于7J/m2的临界应变能释放率G1C。例如，最大CT可以是如下范围：大于或等于175MPa至小于或等于600MPa，大于或等于200MPa至小于或等于575MPa，大于或等于225MPa至小于或等于550MPa，大于或等于250MPa至小于或等于525MPa，大于或等于275MPa至小于或等于500MPa，大于或等于300MPa至小于或等于475MPa，大于或等于325MPa至小于或等于450MPa，大于或等于350MPa至小于或等于425MPa，或者甚至大于或等于375MPa至小于或等于400MPa。此外，临界应变能释放率可以大于或等于7.5J/m2或者甚至大于或等于8J/m2。
在相同或不同的实施方式中，临界应变能释放率与最大CT的算术乘积(G1C x CT)可以是：大于或等于1450MPa·J/m2，大于或等于2000MPa·J/m2，大于或等于2500MPa·J/m2，大于或等于3000MPa·J/m2，大于或等于3500MPa·J/m2，大于或等于4000MPa·J/m2，或者甚至大于或等于4100MPa·J/m2。
当通过离子交换进行强化时，拉伸应力区域可以具有大于或等于175MPa的最大CT，以及基于玻璃的制品可以包括大于或等于0.7MPa√m的断裂韧度K1C。例如，最大CT可以是如下范围：大于或等于175MPa至小于或等于600MPa，大于或等于200MPa至小于或等于575MPa，大于或等于225MPa至小于或等于550MPa，大于或等于250MPa至小于或等于525MPa，大于或等于275MPa至小于或等于500MPa，大于或等于300MPa至小于或等于475MPa，大于或等于325MPa至小于或等于450MPa，大于或等于350MPa至小于或等于425MPa，或者甚至大于或等于375MPa至小于或等于400MPa。此外，断裂韧度可以大于或等于0.75MPa√m或者甚至大于或等于0.8MPa√m。
在相同或不同的实施方式中，断裂韧度与最大CT的算术乘积(K1C x CT)可以是：大于或等于150MPa2√m，大于或等于200MPa2√m，大于或等于250MPa2√m，大于或等于300MPa2√m，大于或等于350MPa2√m，大于或等于400MPa2√m，或者甚至大于或等于450MPa2√m。通常来说，随着K1C x CT增加，基于玻璃的制品会展现出更好的抗断裂性和跌落性能。
在实施方式中，基于玻璃的制品通过离子交换进行强化，以及基于玻璃的制品包括从第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域和中部平衡张力的区域。拉伸应力区域可以具有大于或等于175MPa的最大CT，以及基于玻璃的制品可以具有在390℃温度下具有300μm2/小时至1500μm2/小时或者甚至100μm2/小时至3000μm2/小时的进入基于玻璃的制品中的互扩散系数D的至少一种离子强化离子。拉伸应力区域可以具有大于或等于175MPa的最大CT，以及基于玻璃的制品可以具有在430℃温度下具有800μm2/小时至3500μm2/小时或者甚至100μm2/小时至3000μm2/小时的进入基于玻璃的制品中的互扩散系数D的至少一种强化离子。例如，扩散系数D的范围可以是：大于或等于300μm2/小时至小于或等于3500μm2/小时，大于或等于400μm2/小时至小于或等于3000μm2/小时，大于或等于500μm2/小时至小于或等于2500μm2/小时，大于或等于600μm2/小时至小于或等于2000μm2/小时，大于或等于700μm2/小时至小于或等于1800μm2/小时，大于或等于800μm2/小时至小于或等于1600μm2/小时，大于或等于900μm2/小时至小于或等于1600μm2/小时，大于或等于1000μm2/小时至小于或等于2000μm2/小时，大于或等于500μm2/小时至小于或等于1500μm2/小时，大于或等于100μm2/小时至小于或等于5000μm2/小时，大于或等于100μm2/小时至小于或等于4000μm2/小时，大于或等于100μm2/小时至小于或等于3000μm2/小时，大于或等于100μm2/小时至小于或等于2000μm2/小时，大于或等于100μm2/小时至小于或等于1500μm2/小时，大于或等于200μm2/小时至小于或等于5000μm2/小时，大于或等于200μm2/小时至小于或等于4000μm2/小时，大于或等于200μm2/小时至小于或等于3000μm2/小时，大于或等于200μm2/小时至小于或等于2000μm2/小时，大于或等于200μm2/小时至小于或等于1500μm2/小时，大于或等于500μm2/小时至小于或等于5000μm2/小时，大于或等于500μm2/小时至小于或等于4000μm2/小时，大于或等于500μm2/小时至小于或等于3000μm2/小时，大于或等于500μm2/小时至小于或等于2000μm2/小时，大于或等于500μm2/小时至小于或等于1500μm2/小时，大于或等于1000μm2/小时至小于或等于5000μm2/小时，大于或等于1000μm2/小时至小于或等于4000μm2/小时，大于或等于1000μm2/小时至小于或等于3000μm2/小时，大于或等于1000μm2/小时至小于或等于2000μm2/小时，或者甚至大于或等于1000μm2/小时至小于或等于1500μm2/小时。应理解的是，扩散系数可以是在由本文所述的扩散系数的下限中的任一个和扩散系数的上限中的任一个所形成范围内。
在相同或不同实施方式中，最大CT与扩散系数的算术乘积可以是：大于或等于50,000MPa·μm2/小时，或者大于或等于60,000MPa·μm2/小时，或者大于或等于70,000MPa·μm2/小时，或者大于或等于80,000MPa·μm2/小时，或者大于或等于90,000MPa·μm2/小时，或者大于或等于100,000MPa·μm2/小时，或者大于或等于200,000MPa·μm2/小时，或者大于或等于400,000MPa·μm2/小时，或者大于或等于600,000MPa·μm2/小时，或者大于或等于800,000MPa·μm2/小时，或者大于或等于1,000,000MPa·μm2/小时，或者大于或等于1,200,000MPa·μm2/小时，或者甚至大于或等于1,400,000MPa·μm2/小时。不旨在受限于任何特定理论，相信高的扩散系数对于更快的离子交换和更大产率可能是合乎希望的。然而，高的扩散系数可能与较低的CT具有潜在相关性。因此，相信最大CT与扩散系数的算术乘积提供了对于成本和性能的品质指标。
在实施方式中，基于玻璃的制品可以包含组合物，所述组合物包含SiO2、Li2O、Ta2O5和Al2O3。Al2O3含量可以大于或等于16摩尔％。基于玻璃的制品可以通过离子交换进行强化，以及基于玻璃的制品可以包括从基于玻璃的制品的第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域和从压缩应力区域朝向与第一表面相反的第二表面延伸的拉伸应力区域。这个拉伸应力区域可以具有大于或等于160MPa的最大中心张力。例如，Al2O3含量可以大于或等于18摩尔％或者甚至大于或等于20摩尔％。
实施例
通过以下实施例进一步阐述本文所述的实施方式。
通过如下方式来形成组合物：对玻璃原材料的批料(例如，SiO2、Al2O3、碱性碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐、碱土碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐或氧化物的粉末等，如表1A-1U中所提供的那样)进行混合，从而使得玻璃原材料的批料具有所需的组成。之后，对玻璃原材料批料进行加热以形成熔融组合物，然后倒到水桶中以产生碎玻璃料。然后，这个碎玻璃料在略微更高的温度重新熔融以去除气泡。对于实验室规格熔融，这种双熔融过程改善了所得到的玻璃的质量和均质性。然后，将熔融玻璃倒到钢台上自然凝固，之后将其放入近似为玻璃的退火点的退火炉中以去除应力。然后玻璃冷却至室温并切割和抛光成样品进行测量。
表1A
表1B
表1C
表1D
表1E
表1F
表1G
表1H
表1I
表1J
表1K
表1L
表1M
表1N
表1O
表1P
表1Q
表1R
表1S
表1T
表1U
通过上文所讨论的方法对组合物的性质进行研究，在表2A-2U对结果进行制表。记录的应变点、退火点、软化点和液相线温度的单位是℃。CTE值记录的单位是x10-7/℃。密度记录的单位是g/cm3。液相线粘度记录的单位是kP。K1C记录的单位是MPa√m。剪切模量和杨氏模量记录的单位是GPa，而比模量(杨氏模量与密度之比)记录的单位是GPa·cm·g-1。泊松比是没有单位的。G1C记录的单位是J/m2。SOC记录的单位是nm/cm/MPa。退火玻璃和假想玻璃这两者的最大CT值记录的单位都是MPa。此外，记录获得这些最大CT值所需的离子交换时长的单位为小时。
表2A
表2B
表2C
表2D
表2E
表2F
表2G
表2H
表2I
表2J
表2K
表2L
表2M
表2N
表2O
表2P
表2Q
表2R
表2S
表2T
表2U
对上文制备得到的基于玻璃的制品的破坏表面上的重复掉落的存活能力进行研究。出于均质性，玻璃进行双熔融，然后切割成手机尺寸的基于玻璃的基材，抛光至110mm x56mm x 0.8mm的尺度。基于玻璃的基材离子交换持续各种时间以寻求最大CT，提供基于玻璃的制品。然后将基于玻璃的制品安装到掉落装置中(例如，一致的手机装置，例如
3GS，或者模拟了手机装置的尺寸和重量的吸盘，其中，吸盘的重量为135g)，并以从20cm开始的增量高度掉落到180目砂纸上。如果基于玻璃的制品经受住了从一个高度(例如，20cm)开始的跌落，则将基于玻璃的制品再次从高了10cm的高度(例如，30cm、40cm、50cm等)跌落，直至220cm的最大高度。如果没有肉眼可见的裂纹，则认为基于玻璃的制品存活下来。然后使得存活品掉落到30目砂纸上。图2对比了由组成145制造的基于玻璃的制品与先前技术的跌落性能的对比。CE1是由如下玻璃组合物制造的玻璃制品，所述玻璃组合物包含：57.43摩尔％SiO2、16.1摩尔％Al2O3、17.05摩尔％Na2O、2.81摩尔％MgO、0.003摩尔％TiO2、0.07摩尔％SnO2和6.54摩尔％P2O5。CE2是由如下玻璃组合物制造的玻璃制品，所述玻璃组合物包含：63.60摩尔％SiO2、15.67摩尔％Al2O3、10.81摩尔％Na2O、6.24摩尔％Li2O、1.16摩尔％ZnO、0.04摩尔％SnO2和2.48摩尔％P2O5。CE3是由如下玻璃组合物制造的玻璃制品，所述玻璃组合物包含：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、0.022摩尔％Fe2O3和0.06摩尔％SnO2。CE4是由如下玻璃组合物制造的玻璃制品，所述玻璃组合物包含：69.26摩尔％SiO2、1.83摩尔％B2O3、12.58摩尔％Al2O3、0.41摩尔％Na2O、7.69摩尔％Li2O、2.85摩尔％MgO、1.73摩尔％ZnO、3.52摩尔％TiO2和0.13摩尔％SnO2。虽然CE1在35cm的平均掉落高度失效，但是其他玻璃(CE2、CE3和CE4)分别可以使得平均失效掉落高度增加到66、115cm和149cm。通过增加CT、模量和断裂韧性，由组合物145制造的基于玻璃的制品在最大220cm掉落高度不展现出失效并且是测试中的最佳情况。
不旨在受限于任何特定理论，相信为了使得CT最大化，应该具有大量的碱性离子可用于交换。因为与玻璃结构中的Al2O3具有相关性的碱性物质是最具有可移动性的，玻璃应该具有8摩尔％或更大的高含量的碱性铝酸盐(R2O·Al2O3)(式中，R是Li或Na)，从而具有足够的应力和离子交换速率。图3显示接近电荷平衡的锂铝硅酸盐的最大中心张力CT(显示为菱形)。为了实现超过175MPa的CT，对于简单的三元玻璃，玻璃应该具有至少10摩尔％Li2O·Al2O3。
然而，通过增加玻璃的弹性模量，每个离子的应力量可以增加，并且可以使用较低的Li2O·Al2O3量来实现相同的最大CT。出于这个目的，可以使用具有高场强的小的阳离子(例如，MgO和Y2O3)。在图3中显示为正方形的数据点代表了采用基于Y2O3—Li2O3—Al2O3—SiO2的玻璃制品的数据。从图3可以看出，对于含Y2O3的锂铝硅酸盐，可以获得更高的最大CT值。事实上，为了获得175MPa的最大CT，仅需要约5摩尔％的Li2O(或者5摩尔％Li2O·Al2O3)。Y2O3还可以增加K1C和G1C，如图4所示。还相信Y2O3还可以帮助改善液相线粘度直到二硅酸钇或硅钙石(Keivyite)中的一个变成液相。Ta2O5具有类似效果(未示出)。
如图5所示，由组合物17制造的基于玻璃的制品在掉落到30目砂纸上三十次之后具有92％的存活率，而经离子交换至略微更高的CT的CE1(CE1为285MPa，对比组合物17制品为280MPa)仅具有15％的存活率。不旨在受限于任何特定理论，相信差异是由于由组合物17制造的基于玻璃的制品的更高的断裂韧度K1C，更具体来说，更高的临界应变能释放率G1C所导致的。虽然CE1仅具有6.82J/m2的G1C，但是组合物17制品具有高了20％的G1C(8.24J/m2)。类似地，由组合物81制造的基于玻璃的制品具有60％的存活率，以及由组合物79制造的基于玻璃的制品具有约50％的存活率。这两个基于玻璃的制品均具有高于CE1的K1C(因而具有更高的G1C)。
图6显示对于0.8mm厚试样的重复掉落失效存活情况与中心张力的函数关系。不旨在受限于任何特定理论，相信尽管CT对于存活率具有显著影响，但是本发明的玻璃(呈现为点状)具有优于CE1(显示为方块，CT为285MPa以及20％存活)的存活率的原因在于它们具有更大的断裂韧性、弹性模量和临界应变能释放率。该CE1的存活率明显低于CT＝285MPa的趋势线暗示了从本发明组合物获得的存活率值涉及除了CT之外的性质。
图7显示通过离子交换替换Li2O和Na2O对于K1C和杨氏模量的影响。随着Na2O的量增加，杨氏模量和断裂韧性减小，作为结果，高Na2O含量的基于玻璃的制品没有展现出好的跌落性能。
图8显示由组合物62制造的1mm厚的基于玻璃的制品的应力分布。应注意的是，在高于0.85mm至1mm的局部最小值和低于0.05mm至0.15mm的局部最小值的应力值是测量伪影。基于玻璃的制品在430℃的100％NaNO3浴离子交换16小时。最大CT为442.7MPa，以及储存应变能为459.6J/m2。相反地，CE1中获得的最高的最大CT为285MPa，并且这是在离子交换之后仅4天的情况。不旨在受限于任何特定理论，相信高含量的Li2O·Al2O3能够实现如此高的应力，同时Na+交换Li+的更高的互扩散系数能够在数小时内实现这个结果而不是数天。相信相比于K+交换Na+的互扩散系数，Na+交换Li+的互扩散系数要高得多，这是对于这种行为的贡献因子。
回到表2A-2U，随着温度从390℃增加到430℃，互扩散系数D增加，表明可以在较高的离子交换温度实现更高的扩散系数。然而，随着温度增加，发生应力松弛。因而，高的扩散系数可能与较低的CT具有潜在相关性。因此，最大CT与扩散系数的算术乘积可以提供对于成本和性能的品质指标。
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 (19)
1.一种基于玻璃的制品，其包括第一表面和与第一表面相反的第二表面，它们限定了厚度(t)，其中，基于玻璃的制品由如下组合物形成，所述组合物包含：
大于或等于48摩尔％至小于或等于75摩尔％SiO2；
大于或等于8摩尔％至小于或等于40摩尔％Al2O3；
大于或等于9摩尔％至小于或等于40摩尔％Li2O；
大于0摩尔％至小于或等于3.5摩尔％Na2O；
大于或等于9摩尔％至小于或等于28摩尔％R2O，其中，R是碱金属以及R2O至少包括Li2O和Na2O；
大于或等于0摩尔％至小于或等于10摩尔％Ta2O5；
大于或等于0摩尔％至小于或等于4摩尔％ZrO2；
大于或等于0摩尔％至小于或等于4摩尔％TiO2；
大于或等于0摩尔％至小于或等于3摩尔％ZnO；
大于或等于0摩尔％至小于或等于3.5摩尔％R’O，式中，R’是选自Ca、Mg、Sr、Ba、Zn及其组合的金属；以及
大于或等于0摩尔％至小于或等于8摩尔％RE2O3，式中，RE是选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及其组合的稀土金属，其中
玻璃能够离子交换进行强化；
R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5+1.5*RE2O3–ZrO2–TiO2的范围是大于或等于-8摩尔％至小于或等于5摩尔％；
ZrO2+TiO2+SnO2的范围是大于或等于0摩尔％至小于或等于2摩尔％；以及
组合物不含As2O3、Sb2O3和PbO。
2.如权利要求1所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品通过离子交换进行强化，并且基于玻璃的制品包含从第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域和从压缩深度朝向第二表面延伸的拉伸应力区域，所述拉伸应力区域具有大于或等于175MPa至小于或等于600MPa的最大中心张力。
3.如权利要求1或2所述的基于玻璃的制品，其还包括以下至少一种：大于0.7MPa√m的断裂韧性；或者大于7J/m2的临界应变能释放率。
4.如权利要求1-3中任一项所述的基于玻璃的制品，其还包括大于70GPa的杨氏模量。
5.如权利要求1-4中任一项所述的基于玻璃的制品，其包含大于0摩尔％至小于或等于8摩尔％的RE2O3，以及其中，RE2O3选自Y2O3、La2O3及其组合，以及其中，基于玻璃的制品包含大于或等于0摩尔％至小于或等于7摩尔％的Y2O3和大于或等于0摩尔％至小于或等于5摩尔％的La2O3。
6.如权利要求1-5中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，R2O还包括K2O，并且其还包含大于0摩尔％至小于或等于3摩尔％的K2O。
7.如权利要求1-6中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，R2O–Al2O3–Ta2O5的范围是大于或等于-12摩尔％至小于或等于6摩尔％。
8.如权利要求1-7中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，R2O+R′O–Al2O3–Ta2O5的范围是大于或等于-7摩尔％至小于或等于9摩尔％。
9.如权利要求1-8中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，Li2O/R2O的范围是大于或等于0.5至小于或等于1。
10.如权利要求1-9中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，Li2O/(Al2O3+Ta2O5)的范围是大于或等于0.4至小于或等于1.5。
11.如权利要求1-10中任一项所述的基于玻璃的制品，其还包含大于或等于0摩尔％至小于或等于7摩尔％B2O3。
12.如权利要求1-11中任一项所述的基于玻璃的制品，其还包含大于或等于0摩尔％至小于或等于5摩尔％P2O5。
13.如权利要求1-12中任一项所述的基于玻璃的制品，其还包含：
大于或等于0摩尔％至小于或等于3摩尔％MgO；
大于或等于0摩尔％至小于或等于3摩尔％CaO；
大于或等于0摩尔％至小于或等于3摩尔％SrO；以及
大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％BaO。
14.如权利要求1-13中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品通过离子交换进行强化，以及基于玻璃的制品包括大于或等于20J/m2的储存应变能。
15.如权利要求1-14中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品通过离子交换进行强化，并且基于玻璃的制品包含从第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域和从压缩深度朝向第二表面延伸的拉伸应力区域，所述拉伸应力区域具有大于或等于175MPa的最大中心张力，以及所述基于玻璃的制品包括大于或等于7J/m2的临界应变能释放率。
16.如权利要求15所述的基于玻璃的制品，其中，临界应变能释放率与最大中心张力的算术乘积大于或等于2000MPa·J/m2。
17.如权利要求1-14中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品通过离子交换进行强化，并且基于玻璃的制品包含从第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域和从压缩深度朝向第二表面延伸的拉伸应力区域，所述拉伸应力区域具有大于或等于175MPa的最大中心张力，以及所述基于玻璃的制品包括大于0.7MPa√m的断裂韧度。
18.如权利要求17所述的基于玻璃的制品，其中，断裂韧度与中心张力的算术乘积值大于或等于200MPa2√m。
19.如权利要求1-14中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品通过离子交换进行强化，并且基于玻璃的制品包含从第一表面延伸到压缩深度的压缩应力区域和从压缩深度朝向第二表面延伸的拉伸应力区域，所述拉伸应力区域具有大于或等于175MPa的最大中心张力，以及所述基于玻璃的制品包括：至少一种强化离子，其在430℃以扩散系数进入到基于玻璃的制品中，单位为微米2/小时，中心张力与扩散系数的算术乘积值大于或等于50000MPa·微米2/小时。
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