CN115244018A - 高性能强化玻璃 - Google Patents
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Abstract
公开了一种具有较高比强化性能因子(SSPF)的盖玻璃和玻璃组合物。所述SSPF定义为(杨氏模量)/(密度*线性热膨胀系数(CTE)*退火点)。所述SSPF是可离子交换的并且在6Gm2/s2到12Gm2/s2的范围内，使得所述玻璃通过进行单次和/或多次离子交换而相对较快地得到强化。在进行单次和/或多次离子交换后，在短时间内达到大于20微米的层深度(DOL)和大于600MPa的压缩应力(CS)(对于300微米及以上的盖玻璃厚度)，以及大于5微米的DOL和大于300MPa的所述CS(对于300微米及以下的盖玻璃厚度)。所述玻璃组合物非常适合单次和/或多次离子交换，从而具有更好的耐用性和高急剧冲击强度。
Description
技术领域
本公开的各个实施例总体上涉及玻璃盖。更具体地，本公开的各个实施例涉及一种具有较高比强化性能因子(SSPF)的可离子交换玻璃和所述可离子交换玻璃的玻璃组合物。
背景技术
通过对玻璃衬底进行化学强化而生产的强化玻璃已经常规地用作例如用于保护移动电话、数码相机等各种设备的显示屏的覆盖材料。用作此类装置的保护构件的玻璃衬底要求具有高机械强度、高杨氏模量和低密度。为了满足所述要求，玻璃衬底通常通过离子交换等方式进行强化。
用于电子装置中的显示器的玻璃通常经过化学或热回火以产生表面压缩层。此压缩层用于阻止可能引起玻璃失效的缺陷，包含低拉伸强度和导致脆性韧化的缓慢冷却。此外，常规工艺中的离子交换速度较慢，因此离子交换需要更多时间。鉴于前述内容，本公开提出了用于盖玻璃的可单次和/或多次离子交换玻璃组合物。更具体地，本公开涉及能够实现高离子交换速度、短离子交换时间、高层深度(DOL)、高拉伸强度和高表面压缩应力的可离子交换玻璃。
发明目的
本文描述了本公开的目的中的一些目的。本公开的目的是提供一种盖玻璃和玻璃组合物。另一个目的是提供用于触摸面板显示器的盖玻璃和玻璃组合物。
本公开的另一个目的是提供具有高比强化性能因子(SSPF)的盖玻璃和玻璃组合物。
本公开的另一个目的是提供通过借助于单次和/或多次离子交换进行化学强化处理而具有高强度的盖玻璃。
本公开的另一个目的是提供厚度为20微米到2mm的盖玻璃。
本公开的另一个目的是提供重量轻的盖玻璃。
本公开的其它目标和优点将从以下描述更显而易见，所述描述并不意图限制本发明的范围。
发明内容
在本公开的一实施例中，已经公开了一种盖玻璃和玻璃组合物。本公开公开了一种碱金属铝硅酸盐玻璃。比强化性能因子(SSPF)在6Gm2/s2到12Gm2/s2范围内的所述碱金属铝硅酸盐玻璃是可离子交换的。所述比强化性能因子(SSPF)通过以下等式获得：
SSPF＝(杨氏模量)/(密度*热膨胀系数(CTE)*退火点)。
在一实施例中，可以通过借助于单次和/或多次离子交换进行化学强化处理来为所述玻璃提供高强度。
当所述SSPF在6Gm2/s2到9Gm2/s2的范围内时，所述玻璃通过进行单次和/或多次离子交换而相对较快地得到强化。当盖玻璃经历单次和/或多次离子交换，例如，两步离子交换时，所述处理会在短时间内在所述盖玻璃中产生层深度(DOL)和压缩应力(CS)。对于厚度大于或等于300微米的经离子交换的盖玻璃，所述DOL大于20微米，并且所述CS大于600MPa。对于厚度小于或等于300微米的经离子交换的盖玻璃，所述DOL大于5微米，并且所述CS大于300MPa。在一实施例中，所述玻璃组合物非常适用于单次和/或多次离子交换，优选地两步离子交换。在一实施例中，所述玻璃组合物可以适用于所述两步离子交换而具有大于300MPa的压缩应力。在一实施例中，所述玻璃组合物适用于所述两步离子交换而具有大于5微米的DOL。结果，所述玻璃获得了更佳的耐用性、更高的抗裂性、更高的损伤后残留强度和高急剧冲击强度，并且所述玻璃在失效前可以承受更多的装置掉落次数。
在一实施例中，在进行所述两步离子交换的工艺期间，首先交换一个离子对，接着进行另一离子交换，所述另一离子交换在最外表面层中再引入初始离子或引入另一离子。在一实施例中，所述离子交换工艺可以是基于所述玻璃中存在的离子由不同大小的离子交换的原理。当较大离子交换所述玻璃中的较小离子时，所述较大离子实际上会填满表面，使其处于压缩状态，其中在内部具有平衡的拉伸应力。据报道，所产生的压缩应力与已发生离子交换的玻璃体积成正比。
在一实施例中，所述玻璃组合物包含约50摩尔％到约80摩尔％的SiO2、约5摩尔％到约25摩尔％的Al2O3和约0摩尔％到约15摩尔％的B2O3。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含碱金属氧化物，其中存在于所述玻璃组合物中的总碱金属氧化物的总和R2O为约5摩尔％到30摩尔％。在一实施例中，所述碱金属氧化物选自由Li2O、Na2O和K2O组成的群组。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含碱性氧化物，其中存在于所述玻璃组合物中的总碱土金属氧化物的总和RO为约0摩尔％到约15摩尔％。在一实施例中，所述碱土金属氧化物选自由MgO、CaO、SrO和BaO组成的群组。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含约0摩尔％到约10摩尔％的P2O5、约0摩尔％到约10摩尔％的ZnO和约0摩尔％到约10摩尔％的ZrO2。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含一或多种澄清剂，如约0摩尔％到约2.5摩尔％的SnO2和约0摩尔％到约2.5摩尔％的Fe2O3。进一步地，所述玻璃组合物还可以包含其它澄清剂，如CeO2、氯化物、硫酸盐等。
在一实施例中，所述盖玻璃的厚度在20微米到2mm的范围内。在一实施例中，所述玻璃可以用作触摸面板显示器的衬底和这些显示器的后盖，所述显示器如液晶显示器(LCD)、场发射显示器(FED)、等离子体显示器(PD)、电致发光显示器(ELD)、有机发光二极管(OLED)显示器、微型LED等。所述玻璃还可以用作太阳能电池的盖玻璃的衬底、磁盘的衬底和窗玻璃。
根据以下详细描述，本公开的这些和其它方面、优点和显著特征将变得显而易见。
具体实施方式
在下面的描述中，贯穿附图中所示的若干个视图，相似的参考字符指代相似或对应的部分。还应理解，除非另有指定，否则如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等术语是出于方便而使用的词语，并且不应解释为限制性术语。另外，每当组被描述为包括要素和其组合的组中的至少一个时，应当理解的是，所述组可以包括单独或彼此组合的任意数量的所陈述的那些要素、基本上由其组成或由其组成。类似地，每当组被描述为由要素或其组合的组中的至少一个组成时，应当理解的是，所述组可以由单独或彼此组合的任意数量的所陈述的那些要素组成。除非另有指定，否则在陈述时，值的范围包含所述范围的上限和下限以及其间的任何范围。如本文所使用的，除非另有指定，否则不定冠词“一个”、“一种”和对应的定冠词“所述”意指“至少一个/种”或“一或多个/种”。还应理解，说明书和附图中公开的各种特征可以以任何和所有组合使用。
如本文所使用的，术语“一或多种玻璃制品”以其最广泛的意义使用，以包含完全或部分由玻璃制成的任何物体。除非另有指定，否则所有组成均以摩尔百分比(mol％)的形式表示。除非另有指定，否则热膨胀系数(CTE)以10-7/℃的形式表示并且表示在约30℃到约300℃的温度范围内测得的值。
除非另有指定，否则所有温度均以摄氏度(℃)的形式表示。如本文所使用的，术语“软化点”是指玻璃的粘度为大约1×107.6泊(P)时的温度。如本文所使用的，术语“退火点(annealing point或anneal point)”是指玻璃的粘度为大约1×1013.2泊时的温度。如本文所使用的，术语“200泊温度(T200P)”是指玻璃的粘度为大约200泊时的温度，术语“1011泊温度”是指玻璃的粘度为大约1011泊时的温度，术语“35kP温度(T35kP)”是指玻璃的粘度为大约35千泊(kP)时的温度，并且术语“160kP温度(T160kP)”是指玻璃的粘度为大约160kP时的温度。
注意，术语“基本上”和“约”在本文中可以用于表示可以归因于任何定量比较、值、测量或其它表示的固有不确定性程度。本文中还利用这些术语来表示在不导致所关注的主题的基本功能改变的情况下，定量表示可以与所陈述的参考不同的程度。
下面将详细描述本公开的盖玻璃和用于产生所述盖玻璃的玻璃组合物。如下所述的盖玻璃用于保护如移动电话、智能电话、平板电脑、可穿戴装置、数码相机等电子装置的显示屏(例如，基于触摸的显示器)。除了为装置提供强度外，为了实现更好的电磁传输，还需要在背面上使用盖玻璃。然而，盖玻璃不限于上述应用，并且还可以用作例如触摸面板显示器的衬底、太阳能电池的盖玻璃、磁盘的衬底和窗玻璃。
本发明公开了一种具有较高比强化性能因子(SSPF)的盖玻璃和玻璃组合物。SSPF定义为第一值与第二值的比率。所述第一值由所述玻璃的杨氏模量定义，并且所述第二值由所述玻璃的密度、CTE和退火点的乘积定义。例如，SSPF由以下等式(1)表示：
在一实施例中，可以通过借助于单次和/或多次离子交换进行化学强化处理来为所述玻璃提供高强度。化学强化处理是在不高于所述玻璃的应变点的温度下通过单次和/或多次离子交换，使具有大离子半径的碱金属离子扩散到玻璃衬底表面中的方法。即使玻璃衬底具有较小厚度，也可满意地进行强化处理，从而可以获得期望的机械强度。此外，即使在对形成有压缩应力层的玻璃衬底进行切割时，此玻璃衬底也不像通过如空气冷却回火方法等物理强化方法强化的玻璃衬底那样易于破碎。
在一实施例中，所述玻璃可以经提供具有高离子交换速度，使得离子交换的时间较短。所述玻璃的离子交换性能和层深度(DOL)增加，使得所述盖玻璃的高表面压缩应力。此外，所述盖玻璃经过化学韧化/回火处理。
在一实施例中，用于获得所述盖玻璃的所述玻璃组合物包含各种组分，如SiO2、Al2O3和R2O。此处，所述盖玻璃是碱金属铝硅酸盐玻璃。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含其它组分，如B2O3、RO、P2O5、ZnO、ZrO2、SnO2、CeO2和Fe2O3中的至少一种。
在一实施例中，SiO2是形成玻璃网络的组分。在SiO2的含量过高的情况下，此玻璃难以熔融并成型，或者此玻璃的热膨胀系数太低并难以具有与周边材料相同的热膨胀系数。另一方面，在SiO2的含量过低的情况下，难以玻璃化。另外，这种玻璃具有增加的热膨胀系数，此倾向于降低耐热冲击性。因此，所述玻璃组合物需要最优的SiO2摩尔％。例如，所述玻璃组合物可以包含约50摩尔％到约80摩尔％的SiO2。
在一实施例中，Al2O3是增强对单次和/或多次离子交换的适用性的组分。Al2O3进一步具有提高所述玻璃的耐热性和杨氏模量的效果。在Al2O3的含量过高的情况下，脱玻化晶体容易析出所述玻璃中，使其难以通过溢流下拉工艺等形成所述玻璃。此外，此类玻璃在高温下粘度增加并且难以熔融。当Al2O3的含量过低时，所述玻璃可能不能具有足够的适用性用于进行单次和/或多次离子交换。从这些观点来看，所述玻璃组合物需要最优的Al2O3摩尔％。例如，所述玻璃组合物可以包含约5摩尔％到约25摩尔％的Al2O3。
在一实施例中，B2O3是具有降低所述玻璃的液相线温度、高温粘度和密度的效果并且进一步具有提高所述玻璃的单次和/或多次离子交换的适用性的效果的组分。其含量可以为约0摩尔％到约15摩尔％。另一方面，在B2O3的含量过高的情况下，存在离子交换可在表面上留下污渍，或者所述玻璃可能具有受损的耐水性或者具有降低的液相线粘度和降低的杨氏模量的可能性。
在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含碱金属氧化物，其中碱金属氧化物的总和R2O在约5摩尔％到30摩尔％的范围内。在一实施例中，所述碱金属氧化物选自由Li2O、Na2O和K2O组成的群组。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含碱土金属氧化物，其中碱土金属氧化物的总和RO在约0摩尔％到约15摩尔％的范围内。在一实施例中，所述碱土金属氧化物选自由MgO、CaO、SrO和BaO组成的群组。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含约0摩尔％到约10摩尔％的P2O5。P2O5是提高所述玻璃的离子交换适用性的成分，特别是在增加压缩应力层的深度方面非常有效。由于高P2O5含量可能引起所述玻璃中的相分离或损害耐水性，因此P2O5的含量可以在0-10摩尔％的范围内。
在示范性实施例中，所述玻璃可以包含约0摩尔％到约10摩尔％的ZnO。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含一或多种澄清剂，如约0摩尔％到约2.5摩尔％的SnO2和约0摩尔％到约2.5摩尔％的Fe2O3。进一步地，所述玻璃组合物还可以包含其它澄清剂，如CeO2、氯化物、硫酸盐等。在一实施例中，由上述玻璃组合物获得的玻璃的厚度在20微米到2mm的范围内。
在一实施例中，所述玻璃组合物可以包含或不包含ZrO2。在一个示范性实施例中，所述玻璃可以不含ZrO2。在另一个示范性实施例中，所述玻璃可以包含约0摩尔％到约10摩尔％的ZrO2。
在一实施例中，所述玻璃的SSPF可以在6Gm2/s2到12Gm2/s2的范围内。当所述SSPF在6Gm2/s2到9Gm2/s2的范围内时，所述玻璃通过进行单次和/或多次离子交换而相对较快地得到强化。当盖玻璃经历单次和/或多次离子交换，例如，两步离子交换时，所述处理会在短时间内在所述盖玻璃中产生层深度(DOL)和压缩应力(CS)。对于厚度大于或等于300微米的经离子交换的盖玻璃，层深度(DOL)大于20微米，并且压缩应力(CS)大于600MPa。对于厚度小于或等于300微米的经离子交换的盖玻璃，所述DOL大于5微米，并且所述CS大于300MPa。压缩层从表面延伸到DOL或所述玻璃内的压缩。所述玻璃的热膨胀系数在49×10-7/℃到95.9×10-7/℃的范围内。所述玻璃的杨氏模量在60到95GPa的范围内。在一实施例中，所述玻璃的杨氏模量越高，玻璃衬底弯曲越小。结果，当玻璃衬底用于触摸面板显示器并使用笔等按压显示器时，安置于装置内部的液晶元件较不易被按压，并且不易发生显示器故障。当要提高杨氏模量时，可以通过增加Al2O3、Li2O、ZnO、MgO和ZrO2中的至少一种的含量或者通过减少B2O3的含量来实现。
表-1展示了非限制性示范性玻璃组合物和其对应的物理性质，所述物理性质包含玻璃化转变温度(Tg)、密度、杨氏模量(YM)、热膨胀系数(CTE)、退火点和SSPF。
表-1：玻璃的示范性组合物和物理性质
表-2展示了非限制性示范性玻璃组合物和其对应的物理性质，所述物理性质包含玻璃化转变温度(Tg)、密度、杨氏模量(YM)、热膨胀系数(CTE)、退火点和SSPF。
表-2：玻璃的示范性组合物和物理性质
表-3展示了非限制性示范性玻璃组合物和其对应的物理性质，所述物理性质包含玻璃化转变温度(Tg)、密度、杨氏模量(YM)、热膨胀系数(CTE)、退火点和SSPF。
表-3：玻璃的示范性组合物和物理性质
表-4展示了非限制性示范性玻璃组合物和其对应的物理性质，所述物理性质包含玻璃化转变温度(Tg)、密度、杨氏模量(YM)、热膨胀系数(CTE)、退火点和SSPF。
表-4：玻璃的示范性组合物和物理性质
表-5展示了非限制性示范性玻璃组合物和其对应的物理性质，所述物理性质包含玻璃化转变温度(Tg)、密度、杨氏模量(YM)、热膨胀系数(CTE)、退火点和SSPF。
表-5：玻璃的示范性组合物和物理性质
表-6展示了非限制性示范性玻璃组合物和其对应的物理性质，所述物理性质包含密度、杨氏模量(YM)、热膨胀系数(CTE)、退火点和SSPF。
表-6：玻璃的示范性组合物和物理性质
表-7展示了非限制性示范性玻璃组合物和其对应的物理性质，所述物理性质包含密度、杨氏模量(YM)、热膨胀系数(CTE)、退火点和SSPF。
表-7：玻璃的示范性组合物和物理性质
表-8展示了非限制性示范性玻璃组合物和其对应的物理性质，所述物理性质包含密度、杨氏模量(YM)、热膨胀系数(CTE)、退火点和SSPF。
表-8：玻璃的示范性组合物和物理性质
在一实施例中，所述玻璃组合物包含约50摩尔％到约80摩尔％的SiO2、约5摩尔％到约25摩尔％的Al2O3和约0摩尔％到约15摩尔％的B2O3。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含约5摩尔％到30摩尔％的总碱性氧化物R2O，其中R是Li、Na和K中的至少一种。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含约0摩尔％到约15摩尔％的碱性氧化物RO，其中R是Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含约0摩尔％到约10摩尔％的P2O5、约0摩尔％到约10摩尔％的ZnO和约0摩尔％到约10摩尔％的ZrO2。在一实施例中，所述玻璃组合物进一步包含一或多种澄清剂，如约0摩尔％到约2.5摩尔％的SnO2和约0摩尔％到约2.5摩尔％的Fe2O3。进一步地，所述玻璃组合物还可以包含其它澄清剂，如CeO2、氯化物、硫酸盐等。
在一个示范性实施例中，所述玻璃优选地为碱金属铝硅酸盐玻璃。在另一个示范性实施例中，所述玻璃更优选地为铝硅酸锂玻璃。在一个示范性实施例中，所述玻璃组合物包含约60摩尔％到约72.2摩尔％的SiO2、约8.5摩尔％到约16.6摩尔％的Al2O3、0摩尔％到约4.3摩尔％的B2O3、约8.8摩尔％到约30摩尔％的R2O(其中R是Li、Na和K中的至少一种)、0摩尔％到约7.7摩尔％的RO(其中R是Mg、Ca和Sr中的至少一种)以及约0摩尔％到约3.2摩尔％的P2O5。所述玻璃组合物可以进一步包含约0摩尔％到约3.5摩尔％的ZnO和约0摩尔％到约3摩尔％的ZrO2。所述玻璃组合物可以进一步包含澄清剂，如约0摩尔％到约0.2摩尔％的SnO2。具有上述组合物的所述玻璃的SSPF在6Gm2/s2到9Gm2/s2的范围内。所述SSPF是比强化性能因子并且定义为(杨氏模量)/(密度*CTE*退火点)的比率。在示范性实施例中，用于所述盖玻璃的所述玻璃组合物进一步基本上由5.3摩尔％到16.4摩尔％的Li2O组成。在示范性实施例中，用于所述盖玻璃的所述玻璃组合物进一步基本上由3.5摩尔％到11.9摩尔％的Na2O组成。在示范性实施例中，用于所述盖玻璃的所述玻璃组合物进一步基本上由比率范围为0.3到1.3的Al2O3/R2O组成。在一实施例中，所述玻璃组合物的热膨胀系数的范围为约49×10-7/℃到约95.9×10-7/℃。在一实施例中，所述玻璃组合物的杨氏模量的范围为大于或等于60GPa到小于或等于95GPa(即，60GPa≤杨氏模量≤95GPa)。在一实施例中，所述玻璃组合物的密度的范围为2.30到2.55g/cc。
表-9展示了非限制性实验示范性玻璃组合物和其对应的物理性质，所述物理性质包含玻璃化转变温度(Tg)、密度、杨氏模量(YM)、热膨胀系数(CTE)、退火点和脱玻化温度。此外，其还描述了所述玻璃是否经历相分离。
表-9：玻璃的示范性组合物和物理性质
表-9侧重于化学强化的含锂和镁的玻璃组合物。其描述了镁对玻璃相分离的影响。所述玻璃组合物中的大量的镁导致玻璃在玻璃焊接或冷却过程期间发生相分离。镁量低的玻璃用于获得无相分离的玻璃。此类玻璃基本上不含As2O3和Sb2O3。
以下是适用于获得无相分离且脱玻化温度低的可离子交换玻璃的限制。
[{(MgO+K2O)/SiO2}*(Al2O3+Li2O+Na2O+P2O5)]≤0.70 (2)
(MgO+K2O)≤1.5 (3)
(Al2O3+Li2O+Na2O+P2O5)≤37 (4)
Al2O3/R2O≤1(R2O＝Li2O+Na2O+K2O) (5)
在一实施例中，在两步离子交换工艺期间，首先交换一个离子对，接着进行另一离子交换，所述另一离子交换在最外表面层中再引入初始离子或引入另一离子。在一实施例中，离子交换工艺是基于所述玻璃中存在的离子由不同大小的离子交换的原理。当较大离子交换所述玻璃中的较小离子时，所述较大离子实际上会填满表面，使其处于压缩状态，其中在内部具有平衡的拉伸应力。据报道，所产生的压缩应力，其与已发生离子交换的玻璃体积成正比。具有高CTE的可离子交换玻璃可以用作盖玻璃。一旦经离子交换，则所述玻璃表现出高抗裂性。
在一些实施例中，本文所述的玻璃是使用本领域已知技术进行离子交换的。在一个示范性实施例中，可以以单步工艺，通过在含有大于60重量％的KNO3和小于20重量％的NaNO3的熔融盐浴(其保持在介于300℃到500℃之间的温度下)中浸没持续固定的小时数如超过0.5小时来对一组每种组合物样品进行离子交换。两步离子交换工艺是通过在含有大于60重量％的KNO3和小于20重量％的NaNO3的熔融盐浴(其保持在介于300℃到500℃之间的温度下)中浸没持续固定的小时数如超过0.5小时，然后在KNO3熔融盐浴(其保持在介于300℃到500℃之间的温度下)中浸没持续固定的小时数如超过0.5小时来进行的。根据上文所描述的方法浸没在第二离子交换浴中增加所有样品的压缩应力。
表-10展示了在特定玻璃组合物的不同反应条件下，双次(两步)离子交换工艺的每个步骤的最大层深度(DOL_ZERO)和压缩应力(CS)。
表-10：示范性样品的双次离子交换工艺的每个步骤的DOL和CS
在示范性实施例中，此类阳离子源(例如，熔融盐或“离子交换”浴)内的碱金属阳离子与所述玻璃内较小的碱金属阳离子交换，以在所述玻璃的表面附近形成处于CS下的层。压缩层从表面延伸到DOL或所述玻璃内的压缩。每个压缩层在表面处具有至少300MPa的最大压缩应力(CS)。
本发明的SSPF有助于确定在单次和/或多次离子交换工艺期间具有高化学强化速率的玻璃组合物。SSPF允许确定所选的玻璃组合物是否可以具有高化学强化速率。使用SSPF来确定化学强化速率节省了时间和成本。
在具体实施例中，本公开进一步聚焦于背面盖玻璃，所述背面盖玻璃用于保护如移动电话、智能电话、平板电脑、可穿戴装置、数码相机等电子装置的背面。除了为装置提供强度外，为了实现更好的电磁传输，还需要在背面上使用盖玻璃。出于设计原因，不透明着色外观是可能的。实现这一点的一种方法是在玻璃熔体中包含一或多种过渡元素。所述一或多种过渡元素可以是Nb2O5、ZrO2、Fe2O3、V2O5、Y2O3、MnO2、NiO、CuO、Cr2O3、Co3O4、CoO、Co2O3等中的至少一种。
本公开提供了通过借助于单次和/或多次离子交换进行化学强化处理而具有高强度的盖玻璃。所述玻璃可以经提供具有高离子交换速度，使得离子交换的时间较短。所述玻璃的离子交换性能和DOL增加，使得所述玻璃盖的表面压缩应力较高。此外，提供具有强化学韧化的玻璃盖。所述盖玻璃不像通过物理强化方法强化的玻璃衬底那样容易破碎。除了强化盖玻璃之外，本发明还描述了基于玻璃的制品，如玻璃陶瓷。受控的脱玻化方法有助于将所述玻璃转化为主要为结晶态的玻璃陶瓷材料。此类玻璃陶瓷组合物包括约0摩尔％到约6摩尔％的TiO2。
虽然已出于说明的目的阐述了典型实施例，但不应将前述描述视为对本公开或所附权利要求书的范围的限制。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以想到各种修改、调整和替代。
Claims (28)
1.一种碱金属铝硅酸盐玻璃，所述碱金属铝硅酸盐玻璃包括：
比强化性能因子(SSPF)在6Gm2/s2到12Gm2/s2范围内的所述碱金属铝硅酸盐玻璃是可离子交换的，并且其中所述比强化性能因子(SSPF)通过以下等式获得：
SSPF＝(杨氏模量)/(密度*热膨胀系数(CTE)*退火点)。
2.根据权利要求1所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中当所述SSPF在6Gm2/s2到9Gm2/s2的范围内时，所述碱金属铝硅酸盐玻璃在单次或多次离子交换期间具有高化学强化速率。
3.根据权利要求1所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐玻璃包括：
50摩尔％到80摩尔％的SiO2；
5摩尔％到25摩尔％的Al2O3；
0摩尔％到15摩尔％的B2O3；
约5摩尔％到30摩尔％的R2O，其中R2O表示所述碱金属铝硅酸盐玻璃中存在的碱金属氧化物的总和；
约0摩尔％到约15摩尔％的RO，其中RO表示所述碱金属铝硅酸盐玻璃中存在的碱土金属氧化物的总和；
0摩尔％到10摩尔％的ZnO；
0摩尔％到10摩尔％的ZrO2；以及
0摩尔％到10摩尔％的P2O5。
4.根据权利要求3所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中Al2O3与R2O的比率(Al2O3(摩尔％)/R2O(摩尔％))在0.3到1.3的范围内。
5.根据权利要求3所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属氧化物选自由Li2O、Na2O和K2O组成的群组。
6.根据权利要求3所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱土金属氧化物选自由MgO、CaO、SrO和BaO组成的群组。
7.根据权利要求5所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐玻璃是铝硅酸锂玻璃。
8.根据权利要求3所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐是经双次离子交换的。
9.根据权利要求3所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐玻璃基本上不含Sb2O3、As2O3或两者。
10.根据权利要求8所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中厚度小于或等于300微米的经离子交换的碱金属铝硅酸盐玻璃具有从所述碱金属铝硅酸盐玻璃的表面延伸到所述玻璃内大于5微米的层深度的压缩层，并且其中所述压缩层在所述表面处具有至少300MPa的最大压缩应力。
11.根据权利要求8所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中厚度大于或等于300微米的经离子交换的碱金属铝硅酸盐玻璃具有从所述碱金属铝硅酸盐玻璃的表面延伸到所述玻璃内大于20微米的层深度的压缩层，并且其中所述压缩层在所述表面处具有至少600MPa的最大压缩应力。
12.根据权利要求1所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐玻璃的杨氏模量在60到95GPa的范围内。
13.根据权利要求1所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐玻璃的密度在2.30到2.55g/cc的范围内。
14.根据权利要求1所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐玻璃的热膨胀系数在49×10-7/℃到95.9×10-7/℃的范围内。
15.根据权利要求1所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐玻璃的退火点在450℃到700℃的范围内。
16.根据权利要求1所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐玻璃的玻璃化转变温度大于或等于440℃。
17.一种化学强化玻璃，其是通过对根据权利要求1到4所述的碱金属铝硅酸盐玻璃进行化学强化来获得的。
18.一种碱金属铝硅酸盐玻璃，所述碱金属铝硅酸盐玻璃包括：
SiO2和Al2O3，其中Al2O3(mol％)/R2O(mol％)在0.3到1.3的范围内，其中R2O是所述碱金属铝硅酸盐玻璃中存在的碱金属氧化物的总和，其中比强化性能因子(SSPF)在6Gm2/s2到12Gm2/s2范围内的所述碱金属铝硅酸盐玻璃是可离子交换的，并且其中所述比强化性能因子(SSPF)通过以下等式获得：
SSPF＝(杨氏模量)/(密度*热膨胀系数(CTE)*退火点)。
19.根据权利要求18所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属氧化物选自由Li2O、Na2O和K2O组成的群组。
20.根据权利要求19所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐玻璃是铝硅酸锂玻璃。
21.根据权利要求18所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中当所述SSPF在6Gm2/s2到9Gm2/s2的范围内时，所述碱金属铝硅酸盐玻璃在单次或多次离子交换期间具有高化学强化速率。
22.根据权利要求19所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐玻璃包括：
50摩尔％到80摩尔％的SiO2；
5摩尔％到25摩尔％的Al2O3；
0摩尔％到15摩尔％的B2O3；
5摩尔％到30摩尔％的R2O；
约0摩尔％到约15摩尔％的RO，其中RO表示所述碱金属铝硅酸盐玻璃中存在的碱土金属氧化物的总和；
0摩尔％到10摩尔％的ZnO；
0摩尔％到10摩尔％的ZrO2；以及
0摩尔％到10摩尔％的P2O5。
23.根据权利要求22所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱土金属氧化物选自由MgO、CaO、SrO和BaO组成的群组。
24.根据权利要求23所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中，[{(MgO+K2O)/SiO2}*(Al2O3+Li2O+Na2O+P2O5)]≤0.70摩尔％。
25.根据权利要求23所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中(MgO+K2O)≤1.5摩尔％。
26.根据权利要求23所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中(Al2O3+Li2O+Na2O+P2O5)≤37摩尔％。
27.根据权利要求22所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述碱金属铝硅酸盐是经双次离子交换的。
28.根据权利要求22所述的碱金属铝硅酸盐玻璃，其中所述玻璃基本上不含Sb2O3、As2O3或两者。
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