CN116348424A - 具有改善的机械耐久性的可调式玻璃组合物 - Google Patents

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Abstract

一种玻璃组合物，包括：大于或等于24摩尔％且小于或等于60摩尔％的SiO2；大于或等于23摩尔％且小于或等于35摩尔％的Al2O3；大于或等于3.5摩尔％且小于或等于35摩尔％的B2O3；大于0摩尔％且小于或等于20摩尔％的Li2O；大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％的Na2O；以及大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％的K2O。所述玻璃组合物中Li2O、Na2O及K2O的总和(即，R2O)可为大于或等于12摩尔％且小于或等于20摩尔％。

Description

具有改善的机械耐久性的可调式玻璃组合物
相关申请交叉引用
本申请主张2020年8月26日提交的美国临时专利申请第63/070462号的优先权，本申请基于该美国临时专利申请，且该美国临时专利申请的全文以引用方式并入本文。
技术领域
大体而言，本说明书涉及可离子交换玻璃组合物，且具体而言，本说明书涉及能提供具有改善的机械耐久性的透明、半透明或不透明的有色玻璃制品的可离子交换玻璃组合物。
背景技术
玻璃制品，如盖玻璃、玻璃背板等，被用于消费性电子装置及商用电子装置，如LCD及LED显示器、计算机屏幕、自动柜员机(ATMs)等。这些玻璃制品中的一些可能包括“触碰”功能，这使得玻璃制品必须与包括使用者的手指及/或触控装置在内的各种物体接触，因此，玻璃必须足够坚固以承受常规接触而不会损坏，如刮伤。实际上，引入玻璃制品的表面的刮痕可能会降低玻璃制品的强度，因为刮痕可能作为导致玻璃的灾难性故障的裂纹的起始点。
此外，可能希望对玻璃制品的至少一部分着色。举例而言，制造商可能希望将玻璃制品用在电子装置(如，电话)的背面的玻璃或用作工作台面(countertop)。
因此，需要替代玻璃，其具有改善的机械性质，同时也可调节来产生透明、半透明或不透明的有色玻璃制品。
发明内容
根据第一方面A1，玻璃组合物可包含：大于或等于24摩尔％且小于或等于60摩尔％的SiO2；大于或等于23摩尔％且小于或等于35摩尔％的Al2O3；大于或等于3.5摩尔％且小于或等于35摩尔％的B2O3；大于0摩尔％且小于或等于20摩尔％的Li2O；大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％的Na2O；及大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％的K2O，其中R2O大于或等于12摩尔％且小于或等于20摩尔％，R2O为Li2O、Na2O及K2O的总和。
第二方面A2包括根据第一方面A1的玻璃组合物，其中Al2O3+B2O3大于或等于28摩尔％且小于或等于60摩尔％。
第三方面A3包括根据第一方面A1或A2的玻璃组合物，其中玻璃组合物包含大于或等于24摩尔％且小于或等于34摩尔％的Al2O3。
第四方面A4包括根据方面A1至A3中任一者的玻璃组合物，其中玻璃组合物包含大于或等于5摩尔％且小于或等于30摩尔％的B2O3。
第五方面A5包括根据方面A1至A4中任一者的玻璃组合物，其中Al2O3–R2O–RO大于或等于-0.5摩尔％。
第六方面A6包括根据方面A1至A5中任一者的玻璃组合物，其中玻璃组合物包含大于或等于3摩尔％且小于或等于18摩尔％的Li2O。
第七方面A7包括根据第六方面A6的玻璃组合物，其中玻璃组合物包含大于或等于3摩尔％且小于或等于11摩尔％的Li2O。
第八方面A8包括根据第六方面A6的玻璃组合物，其中玻璃组合物包含大于或等于10摩尔％且小于或等于18摩尔％的Li2O。
第九方面A9包括根据第六方面A6的玻璃组合物，其中玻璃组合物包含：大于或等于25摩尔％且小于或等于35摩尔％的Al2O3；及大于或等于3摩尔％且小于或等于11摩尔％的Li2O。
第十方面A10包括根据第六方面A6的玻璃组合物，其中玻璃组合物包含：大于或等于24摩尔％且小于或等于30摩尔％的Al2O3；及大于或等于10摩尔％且小于或等于18摩尔％的Li2O。
第十一方面A11包括根据方面A1至A10中任一者的玻璃组合物，其中R2O大于或等于12.5摩尔％且小于或等于19摩尔％。
第十二方面A12包括根据方面A1至A11中任一者的玻璃组合物，其中RO大于或等于0摩尔％且小于或等于17.5摩尔％，RO为MgO、CaO、SrO、BaO及ZnO的总和。
第十三方面A13包括根据第十二方面A12的玻璃组合物，其中RO大于0摩尔％且小于或等于15摩尔％。
第十四方面A14包括根据方面A1至A13中任一者的玻璃组合物，其中玻璃组合物包含大于或等于0摩尔％且小于或等于15摩尔％的MgO。
第十五方面A15包括根据方面A1至A14中任一者的玻璃组合物，其中Al2O3+B2O3–R2O–RO大于2摩尔％。
第十六方面A16包括根据方面A1至A15中任一者的玻璃组合物，其中玻璃组合物具有由V形缺口短棒法(chevron notch short bar method)测量的大于或等于0.75MPa·m1/2的KIc断裂韧性。
第十七方面A17包括根据方面A1至A16中任一者的玻璃组合物，其中玻璃组合物具有大于或等于70MPa的杨氏模量。
第十八方面A18包括根据方面A1至A17中任一者的玻璃组合物，其中玻璃组合物的KIc断裂韧性与杨氏模量的比值大于或等于0.0095m1/2。
第十九方面A19包括根据第十八方面A18的玻璃组合物，其中玻璃组合物的KIc断裂韧性与杨氏模量的比值大于或等于0.01m1/2。
第二十方面A20包括根据方面A1至A19中任一者的玻璃组合物，其中玻璃组合物具有大于或等于0.21的泊松比。
在随后的详细描述中将阐述本文所述的玻璃组合物的额外特征及优势，且本领域技术人员将可根据该描述而部分理解额外特征及优势，或藉由实践本文中(包括随后的详细描述、权利要求及附图中)所描述的实施方式而了解额外特征及优势。
要了解到，上述的一般说明及以下的详细说明两者描述了各种实施方式，且意欲提供概观或架构以用于了解所请求保护的主题的本质及特性。包括了附图以提供对各种实施方式的进一步了解，且将这些附图并入此说明书且构成此说明书的一部分。这些附图绘示本文中所述的各种实施方式，且与说明书一起用来解释所请求保护的主题的原理及操作。
附图说明
图1为根据本文所述的一或多个实施方式，形成多相玻璃的示例性冷却进程的温度对时间的作图(x轴：时间；y轴：温度)；
图2为根据本文所述的一或多个实施方式，由示例性玻璃组合物制成并经受冷却进程的玻璃制品的照片；
图3为根据本文所述的一或多个实施方式，由玻璃组合物制成并经受冷却进程的样品玻璃制品的X射线衍射(“XRD”)光谱的作图(x轴：2θ；y轴：强度)；
图4为根据本文所述的一或多个实施方式，由样品玻璃组合物制成并经受冷却进程的玻璃制品的XRD光谱的作图(x轴：2θ；y轴：强度)；
图5为根据本文所述的一或多个实施方式，由示例性玻璃组合物制成并经受冷却进程的玻璃制品的照片；
图6为根据本文所述的一或多个实施方式，由玻璃组合物制成并经受冷却进程的玻璃制品的透射率百分比(y轴)对波长(x轴)的作图；及
图7为根据本文所述的一或多个实施方式，由玻璃组合物制成并经受冷却进程的玻璃制品的反射率百分比(y轴)对波长(x轴)的作图。
具体实施方式
现在将参考具有改善的机械耐久性的可调式玻璃组合物的各种实施方式的细节。根据实施方式，玻璃组合物包括：大于或等于24摩尔％且小于或等于60摩尔％的SiO2；大于或等于23摩尔％且小于或等于35摩尔％的Al2O3；大于或等于3.5摩尔％且小于或等于35摩尔％的B2O3；大于0摩尔％且小于或等于20摩尔％的Li2O；大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％的Na2O；及大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％的K2O。玻璃组合物中的Li2O、Na2O及K2O的总和(即，R2O)可为大于或等于12摩尔％且小于或等于20摩尔％。本文将具体参考附图描述可调式玻璃组合物及制造透明、半透明或有色玻璃制品的方法的各种实施方式。
可在本文中将范围表示为从“约”一个特定值及/或至“约”另一个特定值。当表示这样的范围时，另一个实施方式包括从一个特定值及/或至另一特定值。类似地，当藉由使用先行词“约”将值表示为近似值时，将理解到特定值形成另一个实施方式。还将理解的是，每个范围的端点与另一个端点的关为且独立于另一个端点都是重要的。
本文所使用之方向性术语，例如上、下、右、左、前、后、顶部、底部，仅参考所绘示的附图进行，且不欲暗示绝对取向。
除非另有明确说明，否则不要将本文中所阐述的任何方法解读为需要其步骤用特定的顺序执行，也不要在使用任何装置的情况下需要特定的取向。因此，若一个方法权利要求实际上并未记载要由其步骤依循的顺序，或任何装置权利要求实际上并未记载个别部件的顺序或取向，或在权利要求或说明书中未另有具体表明步骤要受限于特定的顺序，或未记载装置的部件的特定顺序或取向，则绝不要在任何方面推断顺序或取向。这对于用于解释的任何可能的非明示基础都是如此，包括：针对步骤、操作流程、部件顺序、或部件取向的布置的逻辑事项；推导自文法组织或标点符号的一般意义，及说明书中所述的实施方式的数量或类型。
如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”及“该”包括了复数的指涉对象，除非上下文另有清楚指示。例如，因此对于“一部件”的指称包括了具有两个或更多个此类部件的方面，除非上下文另有清楚指示。
在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，除非另有指明，否则以氧化物的摩尔百分比(摩尔％)指定构成组分(例如SiO2、Al2O3等)的浓度。
当用于描述玻璃组合物中特定构成组分的浓度及/或不存在时，术语“0摩尔％”和“实质上不含(substantially free)”是指所述构成组分并非故意添加到玻璃组合物中。然而，作为污染物或杂质，玻璃组合物可含有小于0.1摩尔％的痕量构成组分。
如本文所用，术语“断裂韧性(fracture toughness)”指的是KIc值，且由V形缺口短棒(chevron notched short bar)法测量。V形缺口短棒(chevron notched short bar；CNSB)法揭示于Reddy,K.P.R等人的“使用V形缺口样品的玻璃及陶瓷材料的断裂韧性测量(Fracture Toughness Measurement of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-Notched Specimens)”，J.Am.Ceram.Soc.，71[6]，C-310-C-313(1988)中，不同之处在于使用Bubsey,R.T.等人的“基于实验顺应性测量的V型缺口短棒和短杆试样的裂纹口位移和应力强度因子的闭式表达式(Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacementand Stress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short RodSpecimens Based on Experimental Compliance Measurements)”，NASA TechnicalMemorandum 83796，pp.1-30(October 1992)的公式5来计算Y*m。
如本文所用，术语“可调式(tunable)”用于描述玻璃组合物，指的是玻璃组合物的性质是可调整的。举例而言，本文所述的玻璃组合物可从成形工艺温度(即，熔体)经受各种冷却进程，以产生透明或半透明玻璃制品，或不透明、有色的玻璃陶瓷制品。
以布鲁克公司(Bruker Corporation)[马萨诸塞州比勒利卡(Billerica,MA)]制造的带有LYNXEYE XE-T探测器的D8 ENDEAVOR X射线衍射系统来测量如本文所述的X射线衍射(XRD)光谱。玻璃组合物样品的扫描时间设定为15分钟。
以珀金埃尔默公司(PerkinElmer Inc.)[美国马萨诸塞州沃尔瑟姆(Waltham,Massachusetts USA)]制造的Lambda 950UV/Vis光谱仪来测量如本文所述的透射数据(即，总透射)。Lambda 950设备装设有150mm积分球(integrating sphere)。使用开放光束基线(open beam baseline)及
Figure BDA0004190950360000071
参考反射盘(reference reflectance disk)来收集数据。针对总透射率(总Tx)，将样品固定在积分球入口点。针对扩散透射率(扩散Tx)，移除球出口上方的/>
Figure BDA0004190950360000072
参考反射盘，以允许同轴光离开球并进入光阱(light trap)。在没有样品的情况下对漫射部分进行零偏移测量(zero offset measurement)，以确定光阱的效率。为了校正漫透射率测量值，使用以下公式从样本测量值减去零偏移贡献：扩散Tx＝扩散测得值-(零偏移*(总Tx/100))。就所有波长测量反射的百分比(即，％反射率)为：(％扩散Tx/％总Tx)*100。
如本文所用的术语“平均透射率(average transmission)”指的是在给定的波长范围内完成的平均透射率，其中各整数波长(whole numbered wavelength)的权重相等。在本文所描述的实施方式中，在从400nm至800nm的波长范围内(包括端点)报导“平均透射率”。
当在本文中用来描述由玻璃组合物形成的制品时，术语“透明”意指当在0.6mm厚的制品上沿垂直入射方向测量波长范围从400nm至800nm(包括端点)的光时，玻璃组合物具有大于或等于75％的平均透射率。
当在本文中用来描述由玻璃组合物形成的制品时，术语“半透明”意指当在0.6mm厚的制品上沿垂直入射下方向测量波长范围从400nm至800nm(包括端点)的光时，玻璃组合物具有大于或等于20％且小于75％的平均透射率。
当在本文中用来描述由玻璃组合物形成之制品时，术语“不透明”意指当在0.6mm厚的制品上沿垂直入射下方向测量波长范围从400nm至800nm(包括端点)的光时，玻璃组合物具有小于20％的平均透射。
当在本文中用来描述由玻璃组合物形成的制品时，术语“白色”意指玻璃组合物在CIELAB颜色空间中具有以下透射色坐标：L*大于或等于80；|a*|小于或等于2；且|b*|小于或等于3。使用标准光源D65测量CIELAB颜色空间。
当在本文中用来描述由玻璃组合物形成的制品时，术语“图案化的(patterned)”意指玻璃组合物在白色CIELAB颜色空间中具有第一透射色坐标，且在不同于白色CIELAB颜色空间的相异CIELAB颜色空间中具有第二透射色坐标。
如本文所用的术语“弗格-富尔彻-塔曼(Vogel-Fulcher-Tamman)(‘VFT’)”描述了黏度的温度依赖性，且由下方程式表示：
Figure BDA0004190950360000081
其中η为黏度。为了确定VFT A、VFT B及VFT To，在给定的温度范围内测量玻璃组合物的黏度。接着藉由最小二乘拟合(least-squares fitting)使黏度对温度的原始数据与VFT方程式拟合，以获得A、B及To。利用这些值，可计算软化点以上的任何温度处的黏度点(如，200P温度、35000P温度及200000P温度)。
如本文所用的术语“熔点”指的是当依据ASTM C338测量时，玻璃组合物的黏度为200泊的温度。
如本文所用的术语“软化点”指的是玻璃组合物的黏度为1x107.6泊的温度。根据平行板黏度法(parallel plate viscosity method)来测量软化点，类似ASTM C1351M，平行板黏度法测量从107至109泊的无机玻璃的黏度作为温度的函数。
如本文所用的术语“退火点”或“有效退火温度”指的是依据ASTM C598测量时，玻璃组合物的黏度为1x1013.18泊的温度。
如本文所用的术语“应变点”指的是依据ASTM C598测量时，玻璃组合物的黏度为1x1014.68泊的温度。
藉由ASTM C693-93的浮力法(buoyancy method)测量如本文所述的密度。
如本文所用的术语“CTE”指的是玻璃组合物在300℃冷却的瞬间热膨胀系数(即，在300℃的瞬间CTE，冷却时测量)或在50℃冷却的瞬间热膨胀系数(即，在50℃的瞬间CTE，冷却时测量)，如文中所指定。
如本文所用的术语“液相线黏度(liquidus viscosity)”是指玻璃组合物在失透开始时(即，在以ASTM C829-81的梯度炉法(gradient furnace method)测定的液相线温度下)的黏度。
如本文所用的术语“液相线温度”指的是根据ASTM C829-81的梯度炉法(gradientfurnace method)测量的玻璃组合物开始失透(devitrify)的温度。
如本文所述，以吉帕斯卡(GPa)为单位提供并根据ASTM C623测量玻璃组合物的弹性模量(也称为杨氏模量)。
如本文所述，以吉帕斯卡(GPa)为单位提供玻璃组合物的剪切模量。依据ASTMC623测量玻璃组合物的剪切模量。
依据ASTM C623来测量如本文所述的泊松比。
依据ASTM E1967来测量如本文所述的折射率。
可用表面应力计(surface stress meter；FSM)测量表面压缩应力，表面应力计(FSM)可如由折原工业有限公司(Orihara Industrial Co.，Ltd.)(日本)制造的FSM-6000等市售仪器。表面应力测量依赖于与玻璃-陶瓷的双折射有关的应力光学系数(SOC)的精确测量。根据ASTM标准C770-16中描述的标题为“测量玻璃应力-光学系数的标准试验方法(Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient)”的程序C(玻璃盘法(Glass Disc Method))来测量SOC，所述程序C的内容以全文引用方式并入本文。以FSM结合本领域所知的散射光偏振镜(scatter light polariscope；SCALP)技术来测量压缩深度(DOC)。FSM就钾离子交换测量压缩深度，且SCALP就钠离子交换测量压缩深度。使用本领域已知的SCALP技术测量最大中心张力(CT)值。
如本文所用的短语“压缩深度”(DOC)指的是制品中压缩应力转变为拉伸应力的位置。
化学强化工艺已用于在碱金属硅酸盐玻璃中实现高强度和高韧性。通常由玻璃组成分的断裂韧性来控制经化学强化的玻璃的脆性极限。二氧化硅具有约0.75MPa·m1/2的相对低的KIc断裂韧性，这将硅酸盐玻璃的KIc断裂韧性限制在约0.75MPa·m1/2的值。特定的氧化物可提升断裂韧性(如，ZrO2、Ta2O5、TiO2、HfO2、La2O3、Ya2O3)。然而，这样的氧化物可能较昂贵，从而增加了由玻璃组合物形成的玻璃制品的成本。
添加Al2O3可提升玻璃组合物的断裂韧性，但可导致液相线黏度降低，使玻璃组合物难以成形。添加B2O3也可增进玻璃组合物的断裂韧性。然而，B2O3的存在可降低玻璃组合物在离子交换强化后可达到的玻璃组合物的中心张力，且可能导致熔融及成形工艺中的挥发性问题。
本文揭示了能减轻上述问题的玻璃组合物。具体而言，本文揭示的玻璃组合物包含相对高浓度的Al2O3，这导致可调式玻璃组合物，其可经受各种冷却进程，以产生具有改善的断裂韧性的透明或半透明玻璃制品，或不透明、有色的玻璃陶瓷制品。
可将本文描述的玻璃组合物描述为铝硼硅酸盐玻璃组合物，且包含SiO2、Al2O3及B2O3。本文描述的玻璃组合物也包括碱金属氧化物，如Li2O及Na2O，以实现玻璃组合物的离子交换性。
SiO2是本文描述的玻璃组合物中的主要玻璃形成剂，并可发挥稳定玻璃组合物的网络结构的作用。玻璃组合物中的SiO2的浓度应该足够高(如，大于或等于24摩尔％)，以提供基本的玻璃成形能力。SiO2的量可受到限制(如，限制在小于或等于60摩尔％)，以控制玻璃组合物的熔点，因为纯SiO2或高SiO2玻璃的熔融温度会不理想地过高。因此，限制SiO2的浓度可有助于增进玻璃组合物的可熔性和成形性。
因此，在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于24摩尔％且小于或等于60摩尔％的SiO2。在实施方式中，玻璃组合物中的SiO2的浓度可为大于或等于24摩尔％、大于或等于28摩尔％，或甚至大于或等于32摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的SiO2的浓度可为小于或等于60摩尔％、小于或等于55摩尔％、小于或等于50摩尔％，或甚至小于或等于45摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的SiO2的浓度可为大于或等于24摩尔％且小于或等于60摩尔％、大于或等于24摩尔％且小于或等于55摩尔％、大于或等于24摩尔％且小于或等于50摩尔％、大于或等于24摩尔％且小于或等于45摩尔％、大于或等于28摩尔％且小于或等于60摩尔％、大于或等于28摩尔％且小于或等于55摩尔％、大于或等于28摩尔％且小于或等于50摩尔％、大于或等于28摩尔％且小于或等于45摩尔％、大于或等于32摩尔％且小于或等于60摩尔％、大于或等于32摩尔％且小于或等于55摩尔％、大于或等于32摩尔％且小于或等于50摩尔％，或甚至大于或等于32摩尔％且小于或等于45摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
类似SiO2，Al2O3也可稳定玻璃网络，并额外对玻璃组合物提供改善的机械性质及化学耐久性。也可调整Al2O3的量以控制玻璃组合物的黏度。Al2O3的浓度应足够高(如，大于或等于23摩尔％)，使所得玻璃组合物具有期望的断裂韧性(如，大于或等于0.75MPa·m1 /2)。然而，若Al2O3的量过高(如，大于35摩尔％)，则熔体的黏度可能增加，从而使玻璃组合物的成形性降低。在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于23摩尔％且小于或等于35摩尔％的Al2O3。在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于24摩尔％且小于或等于34摩尔％的Al2O3。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3的浓度可为大于或等于23摩尔％、大于或等于24摩尔％、大于或等于25摩尔％，或甚至大于或等于26摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3的浓度可为小于或等于35摩尔％、小于或等于34摩尔％、小于或等于32摩尔％，或甚至小于或等于30摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3的浓度可为大于或等于23摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于23摩尔％且小于或等于34摩尔％、大于或等于23摩尔％且小于或等于32摩尔％、大于或等于23摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于24摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于24摩尔％且小于或等于34摩尔％、大于或等于24摩尔％且小于或等于32摩尔％、大于或等于24摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于25摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于25摩尔％且小于或等于34摩尔％、大于或等于25摩尔％且小于或等于32摩尔％、大于或等于25摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于26摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于26摩尔％且小于或等于34摩尔％、大于或等于26摩尔％且小于或等于32摩尔％，或甚至大于或等于26摩尔％且小于或等于30摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
B2O3降低玻璃组合物的熔融温度。进一步，在玻璃组合物中添加B2O3有助于在玻璃组合物被陶瓷化时实现互锁的晶体微结构(interlocking crystal microstructure)。此外，B2O3也可改善玻璃组合物的损坏抗性。当陶瓷化后存在于残留玻璃中的硼不被碱金属氧化物或二价阳离子氧化物(如MgO、CaO、SrO、BaO及ZnO)电荷平衡时，硼将处于三角配位态(trigonal-coordination state)(或三配位硼)，从而打开玻璃的结构。这些三配位硼原子周围的网络不像四面配位(或四配位)硼那样坚硬。不受理论的束缚，据信与四配位硼相比，包括三配位硼的玻璃组合物可在裂纹形成之前容许某种程度的变形。藉由容许一些变形，可增加维氏压痕裂纹起始阈值。也可增加包括三配位硼的玻璃组合物的断裂韧性。B2O3的浓度应足够高(如，大于或等于3.5摩尔％)以改善成形性并提升玻璃组合物的断裂韧性。然而，若B2O3过高，则化学耐久性及液相线黏度可能降低，且熔融过程中的B2O3的挥发和蒸发变得难以控制。因此，可限制B2O3的量(如，小于或等于35摩尔％)以维持玻璃组合物的化学耐久性及可制造性。
在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于3.5摩尔％且小于或等于35摩尔％的B2O3。在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于5摩尔％且小于或等于30摩尔％的B2O3。在实施方式中，玻璃组合物中的B2O3的浓度可为大于或等于3.5摩尔％、大于或等于5摩尔％、大于或等于7.5摩尔％、大于或等于10摩尔％、大于或等于12.5摩尔％、大于或等于15摩尔％，或甚至大于或等于17.5摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的B2O3的浓度可为小于或等于35摩尔％、小于或等于30摩尔％、小于或等于25摩尔％，或甚至小于或等于20摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的B2O3的浓度可为大于或等于3.5摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于3.5摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于3.5摩尔％且小于或等于25摩尔％、大于或等于3.5摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于25摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于7.5摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于7.5摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于7.5摩尔％且小于或等于25摩尔％、大于或等于7.5摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于25摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于12.5摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于12.5摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于12.5摩尔％且小于或等于25摩尔％、大于或等于12.5摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于15摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于15摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于15摩尔％且小于或等于25摩尔％、大于或等于15摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于17.5摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于17.5摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于17.5摩尔％且小于或等于25摩尔％，或甚至大于或等于17.5摩尔％且小于或等于20摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
本文描述的玻璃组合物包括相对高浓度的Al2O3及B2O3，这可提升玻璃组合物的断裂韧性。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3及B2O3的总量(即，Al2O3(摩尔％)+B2O3(摩尔％))可为大于或等于28摩尔％，以提供增进的断裂韧性。玻璃组合物中的Al2O3及B2O3的总量可受到限制(如，小于或等于60摩尔％)，以控制玻璃组合物的液相线温度，因为Al2O3及B2O3的总量增加可提升液相线温度。升高的液相线温度降低了玻璃组合物的液相线黏度及稳定性，使得玻璃组合物可能不再适合下拉或熔合成形工艺。
在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3及B2O3的总量可为大于或等于28摩尔％且小于或等于60摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3及B2O3的总量可为大于或等于30摩尔％且小于或等于57摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3及B2O3的总量可为大于或等于28摩尔％、大于或等于30摩尔％、大于或等于32摩尔％，或甚至大于或等于34摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3及B2O3的总量可为小于或等于60摩尔％、小于或等于57摩尔％、小于或等于53摩尔％，或甚至小于或等于50摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3及B2O3的总量可为大于或等于28摩尔％且小于或等于60摩尔％、大于或等于28摩尔％且小于或等于57摩尔％、大于或等于28摩尔％且小于或等于55摩尔％、大于或等于28摩尔％且小于或等于53摩尔％、大于或等于28摩尔％且小于或等于50摩尔％、大于或等于30摩尔％且小于或等于60摩尔％、大于或等于30摩尔％且小于或等于57摩尔％、大于或等于30摩尔％且小于或等于55摩尔％、大于或等于30摩尔％且小于或等于53摩尔％、大于或等于30摩尔％且小于或等于50摩尔％、大于或等于32摩尔％且小于或等于60摩尔％、大于或等于32摩尔％且小于或等于57摩尔％、大于或等于32摩尔％且小于或等于55摩尔％、大于或等于32摩尔％且小于或等于53摩尔％、大于或等于32摩尔％且小于或等于50摩尔％、大于或等于34摩尔％且小于或等于60摩尔％、大于或等于34摩尔％且小于或等于57摩尔％、大于或等于34摩尔％且小于或等于55摩尔％、大于或等于34摩尔％且小于或等于53摩尔％，或甚至大于或等于34摩尔％且小于或等于50摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
如上文所述，玻璃组合物可含有碱金属氧化物，如Li2O及Na2O，以使玻璃组合物具有离子交换性(ion-exchangeability)。Li2O有助于玻璃组合物的离子交换性，并降低玻璃组合物的软化点，从而提高玻璃的成形性。在实施方式中，玻璃组合物可包含大于0摩尔％且小于或等于20摩尔％的Li2O。在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于3摩尔％且小于或等于18摩尔％的Li2O。在实施方式中，玻璃组合物中的Li2O的浓度可为大于0摩尔％、大于或等于3摩尔％、大于或等于5摩尔％、大于或等于7摩尔％，或甚至大于或等于10摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Li2O的浓度可为小于或等于20摩尔％、小于或等于18摩尔％、小于或等于15摩尔％、小于或等于13摩尔％，或甚至小于或等于11摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Li2O的浓度可为大于0摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于0摩尔％且小于或等于18摩尔％、大于0摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于0摩尔％且小于或等于13摩尔％、大于0摩尔％且小于或等于11摩尔％、大于或等于3摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于3摩尔％且小于或等于18摩尔％、大于或等于3摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于3摩尔％且小于或等于13摩尔％、大于或等于3摩尔％且小于或等于11摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于18摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于13摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于11摩尔％、大于或等于7摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于7摩尔％且小于或等于18摩尔％、大于或等于7摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于7摩尔％且小于或等于13摩尔％、大于或等于7摩尔％且小于或等于11摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于18摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于13摩尔％，或甚至大于或等于10摩尔％且小于或等于11摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，可以Li2O的量来平衡Al2O3的量。具体而言，在实施方式中，Al2O3的量可高于Li2O的量，导致处于五配位态的铝(或五配位铝)，这改善了玻璃组合物的断裂韧性。举例而言，在实施方式中，玻璃组合物可包含相对较高量的Al2O3(如，大于或等于25摩尔％且小于或等于35摩尔％)及相对较低量的Li2O(如，大于或等于3摩尔％且小于或等于11摩尔％)。在实施方式中，玻璃组合物可包含相对低量的Al2O3(如，大于或等于24摩尔％且小于或等于30摩尔％)及相对高量的Li2O(如，大于或等于10摩尔％且小于或等于18摩尔％)。
除了有助于玻璃组合物的离子交换性以外，Na2O可降低玻璃组合物的熔点并改善玻璃组合物的成形性。然而，若对玻璃组合物加入太多Na2O，则熔点可能太低。有鉴于此，在实施方式中，存在于玻璃组合物中的Li2O的浓度可大于玻璃组合物中的Na2O的浓度。在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％的Na2O。在实施方式中，玻璃组合物中的Na2O的浓度可为大于或等于0摩尔％、大于或等于0.5摩尔％、大于或等于1摩尔％，或甚至大于或等于1.5摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Na2O的浓度可为小于或等于10摩尔％、小于或等于9摩尔％、小于或等于7摩尔％，或甚至小于或等于5摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Na2O的浓度可为大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于9摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于7摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于9摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于7摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于9摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于7摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于1.5摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于1.5摩尔％且小于或等于9摩尔％、大于或等于1.5摩尔％且小于或等于7摩尔％，或甚至大于或等于1.5摩尔％且小于或等于5摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
本文所述的玻璃组合物可进一步包含Li2O及Na2O以外的碱金属氧化物，如K2O。当包括K2O时，可促进离子交换且可增加压缩深度并降低熔点，以改善玻璃组合物的成形性。然而，添加过多K2O可能造成表面压缩应力和熔点变得过低。因此，在实施方式中，可限制添加至玻璃组合物的K2O的量。在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％的K2O。在实施方式中，玻璃组合物中的K2O的浓度可为大于或等于0摩尔％或甚至大于或等于0.1摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的K2O的浓度可为小于或等于3摩尔％、小于或等于1摩尔％，或甚至小于或等于0.5摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的K2O的浓度可为大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于1摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于0.5摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于1摩尔％，或甚至大于或等于0.1摩尔％且小于或等于0.5摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在本文中将所有碱金属氧化物的总和表示为R2O。具体而言，R2O为存在于玻璃组合物中的Li2O、Na2O及K2O的总和(以摩尔％计)(即，R2O＝Li2O(摩尔％)+Na2O(摩尔％)+K2O(摩尔％))。举例而言，像B2O3，碱金属氧化物有助于降低玻璃组合物的软化点及塑造温度(molding temperature)，从而抵销因玻璃组合物中较高量的SiO2所导致的玻璃组合物的软化点及塑造温度的上升。藉由在玻璃组合物中包括碱金属氧化物的组合(如，两种或更多种碱金属氧化物)，可进一步降低软化点及塑造温度，一种称为“混合碱效应(mixed alkalieffect)”的现象。然而，已发现到，若碱金属氧化物的量过高，则会使玻璃组合物的平均热膨胀系数增加至大于100x 10-7/℃，这可能是不理想的。
在实施方式中，玻璃组合物中的R2O的浓度可为大于或等于12摩尔％且小于或等于20摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的R2O的浓度可为大于或等于12.5摩尔％且小于或等于19摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的R2O的浓度可为大于或等于12摩尔％、大于或等于12.5摩尔％，或甚至大于或等于13摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的R2O的浓度可为小于或等于20摩尔％、小于或等于19摩尔％、小于或等于17摩尔％，或甚至小于或等于15摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的R2O的浓度可为大于或等于12摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于12摩尔％且小于或等于19摩尔％、大于或等于12摩尔％且小于或等于17摩尔％、大于或等于12摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于12.5摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于12.5摩尔％且小于或等于19摩尔％、大于或等于12.5摩尔％且小于或等于17摩尔％、大于或等于12.5摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于13摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于13摩尔％且小于或等于19摩尔％、大于或等于13摩尔％且小于或等于17摩尔％，或甚至大于或等于13摩尔％且小于或等于15摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
本文描述的玻璃组合物可进一步包含MgO。MgO降低玻璃组合物的黏度，而增进成形性、应变点及杨氏模量，且可改善离子交换性。然而，当将过多的MgO加入玻璃组合物时，玻璃组合物中的钠离子和钾离子的扩散率降低，从而不利地影响产物玻璃的离子交换表现(即，离子交换能力)。在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于0摩尔％且小于或等于15摩尔％的MgO。在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于0摩尔％且小于或等于13摩尔％的MgO。在实施方式中，玻璃组合物中的MgO的浓度可为大于或等于0摩尔％、大于或等于1摩尔％，或甚至大于或等于2摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的MgO的浓度可为小于或等于15摩尔％、小于或等于13摩尔％、小于或等于10摩尔％、小于或等于7摩尔％，或甚至小于或等于5摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的MgO的浓度可为大于或等于0摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于13摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于7摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于13摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于7摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于13摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于7摩尔％，或甚至大于或等于2摩尔％且小于或等于5摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
本文所述的玻璃组合物可进一步包含CaO。CaO降低玻璃组合物的黏度，这可增进成形性、应变点及杨氏模量，且可改善离子交换性。然而，当向玻璃组合物中加入过多的CaO时，玻璃组合物中钠离子和钾离子的扩散率降低，进而对所得玻璃的离子交换性能(即离子交换能力)产生不利影响。在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％的CaO。在实施方式中，玻璃组合物中的CaO的浓度可为大于或等于0摩尔％、大于或等于0.1摩尔％、大于或等于0.5摩尔％，或甚至大于或等于1摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的CaO的浓度可为小于或等于5摩尔％或甚至小于或等于3摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的CaO的浓度可为大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％，或甚至大于或等于1摩尔％且小于或等于3摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。在实施方式中，玻璃组合物可实质上不含CaO。
在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％的SrO。在实施方式中，玻璃组合物中的SrO的浓度可为大于或等于0摩尔％、大于或等于0.1摩尔％、大于或等于0.5摩尔％，或甚至大于或等于1摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的SrO的浓度可为小于或等于5摩尔％或甚至小于或等于3摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的SrO的浓度可为大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％，或甚至大于或等于1摩尔％且小于或等于3摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。在实施方式中，玻璃组合物可实质上不含SrO。
在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％的BaO。在实施方式中，玻璃组合物中的BaO的浓度可为大于或等于0摩尔％、大于或等于0.1摩尔％、大于或等于0.5摩尔％，或甚至大于或等于1摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的BaO的浓度可为小于或等于5摩尔％或甚至小于或等于3摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的BaO的浓度可为大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％，或甚至大于或等于1摩尔％且小于或等于3摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。在实施方式中，玻璃组合物可实质上不含BaO。
在实施方式中，玻璃组合物可包含大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％的ZnO。在实施方式中，玻璃组合物中的ZnO的浓度可为大于或等于0摩尔％、大于或等于0.1摩尔％、大于或等于0.5摩尔％，或甚至大于或等于1摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的ZnO的浓度可为小于或等于5摩尔％或甚至小于或等于3摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的ZnO的浓度可为大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0.5摩尔％且小于或等于3摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于5摩尔％，或甚至大于或等于1摩尔％且小于或等于3摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。在实施方式中，玻璃组合物可实质上不含ZnO。
在本文中将所有二价阳离子的总和表示为RO。具体而言，RO为MgO、CaO、SrO、BaO及ZnO的总和(以摩尔％计)(即，RO＝MgO(摩尔％)+CaO(摩尔％)+SrO(摩尔％)+BaO(摩尔％)+ZnO(摩尔％))。可限制玻璃组合物中的RO的浓度(如，限制在小于或等于17.5摩尔％)以允许相对较快的离子交换。在实施方式中，玻璃组合物中的RO的浓度可为大于或等于0摩尔％且小于或等于17.5摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的RO的浓度可为大于0摩尔％且小于或等于15摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的RO的浓度可为大于或等于0摩尔％、大于0摩尔％、大于或等于0.1摩尔％、大于或等于1摩尔％，或甚至大于或等于2摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的RO的浓度可为小于或等于17.5摩尔％、小于或等于15摩尔％、小于或等于12.5摩尔、小于或等于10摩尔％，或甚至小于或等于7.5摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的RO的浓度可为大于或等于0摩尔％且小于或等于17.5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于12.5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于7.5摩尔％、大于0摩尔％且小于或等于17.5摩尔％、大于0摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于0摩尔％且小于或等于12.5摩尔％、大于0摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于0摩尔％且小于或等于7.5摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于17.5摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于12.5摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于7.5摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于17.5摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于12.5摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于7.5摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于17.5摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于12.5摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于10摩尔％，或甚至大于或等于2摩尔％且小于或等于7.5摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
可限制玻璃组合物中的R2O及RO的总量(即，小于或等于30摩尔％)，以避免玻璃组合物的失透。在实施方式中，玻璃组合物中的R2O及RO的总量(即，R2O(摩尔％)+RO(摩尔％))可为大于或等于10摩尔％、大于或等于12摩尔％、大于或等于14摩尔％，或甚至大于或等于16摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的R2O及RO的总量可为小于或等于30摩尔％、小于或等于25摩尔％，或甚至小于或等于20摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的R2O及RO的总量可为大于或等于10摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于25摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于12摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于12摩尔％且小于或等于25摩尔％、大于或等于12摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于14摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于14摩尔％且小于或等于25摩尔％、大于或等于14摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于16摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于16摩尔％且小于或等于25摩尔％，或甚至大于或等于16摩尔％且小于或等于20摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物是过铝的(peraluminous)(即，玻璃组合物中的Al2O3的量大于R2O及RO的总和)，这可提升玻璃组合物的断裂韧性，使得玻璃组合物更能抗损坏及/或失效。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3的量减去R2O及RO的总和(即，Al2O3(摩尔％)–R2O(摩尔％)–RO(摩尔％))可为大于或等于-0.5摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3–R2O–RO可为大于或等于0摩尔％且小于或等于20摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3–R2O–RO可为大于或等于-0.5摩尔％、大于或等于0摩尔％、大于或等于0.1摩尔％、大于或等于1摩尔％，或甚至大于或等于2摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3–R2O–RO可为小于或等于20摩尔％、小于或等于18摩尔％、小于或等于16摩尔％，或甚至小于或等于14摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3–R2O–RO可为大于或等于-0.5摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于-0.5摩尔％且小于或等于18摩尔％、大于或等于-0.5摩尔％且小于或等于16摩尔％、大于或等于-0.5摩尔％且小于或等于14摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于18摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于16摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于14摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于18摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于16摩尔％、大于或等于0.1摩尔％且小于或等于14摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于18摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于16摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于14摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于18摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于16摩尔％，或甚至大于或等于2摩尔％且小于或等于14摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3及B2O3的总和大于R2O及RO的总和，这可提升玻璃组合物的断裂韧性，使得玻璃组合物更能抗损坏及/或失效。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3及B2O3的总和减去R2O及RO的总和(即，Al2O3(摩尔％)+B2O3(摩尔％)–R2O(摩尔％)–RO(摩尔％))可为大于或等于2摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3+B2O3–R2O–RO可为大于或等于4摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3+B2O3–R2O–RO可为大于或等于2摩尔％、大于或等于4摩尔％，或甚至大于或等于6摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3+B2O3–R2O–RO可为小于或等于45摩尔％、小于或等于40摩尔％、小于或等于35摩尔％，或甚至小于或等于30摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的Al2O3+B2O3–R2O–RO可为大于或等于2摩尔％且小于或等于45摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于40摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于2摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于4摩尔％且小于或等于45摩尔％、大于或等于4摩尔％且小于或等于40摩尔％、大于或等于4摩尔％且小于或等于35摩尔％、大于或等于4摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于6摩尔％且小于或等于45摩尔％、大于或等于6摩尔％且小于或等于40摩尔％、大于或等于6摩尔％且小于或等于35摩尔％，或甚至大于或等于6摩尔％且小于或等于30摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，本文描述的玻璃组合物可进一步包括一或多种澄清剂。在实施方式中，澄清剂可包括，例如，SnO2。在实施方式中，玻璃组合物中的SnO2的浓度可为大于或等于0摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的SnO2的浓度可为小于或等于1摩尔％、小于或等于0.5摩尔％、小于或等于0.4摩尔％、小于或等于0.3摩尔％、小于或等于0.2摩尔％，或甚至小于或等于0.1摩尔％。在实施方式中，玻璃组合物中的SnO2的浓度可为大于或等于0摩尔％且小于或等于1摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于0.5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于0.4摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于0.3摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于0.2摩尔％，或甚至大于或等于0摩尔％且小于或等于0.1摩尔％，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。在实施方式中，玻璃组合物可实质上不含SnO2。
在实施方式中，本文描述的玻璃组合物可进一步包括外来杂质，如FeO、Fe2O3、MnO、MoO3、La2O3、CdO、As2O3、Sb2O3、硫系化合物(如硫酸盐)、卤素或其组合。
在实施方式中，玻璃组合物可包含：大于或等于24摩尔％且小于或等于60摩尔％的SiO2；大于或等于23摩尔％且小于或等于35摩尔％的Al2O3；大于或等于3.5摩尔％且小于或等于35摩尔％的B2O3；大于0摩尔％且小于或等于20摩尔％的Li2O；大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％的Na2O；以及大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％的K2O，其中R2O为大于或等于12摩尔％且小于或等于20摩尔％，R2O为Li2O、Na2O及K2O的总和。
由本文描述的玻璃组合物形成的制品可为任何合适的形状或厚度，所述形状或厚度可取决于使用玻璃组合物的具体应用而变化。玻璃片实施方式可具有大于或等于30μm、大于或等于50μm、大于或等于100μm、大于或等于250μm、大于或等于500μm、大于或等于750μm，或甚至大于或等于1mm的厚度。在实施方式中，玻璃片实施方式可具有小于或等于6mm、小于或等于5mm、小于或等于4mm、小于或等于3mm，或甚至小于或等于2mm的厚度。在实施方式中，玻璃片实施方式可具有以下厚度：大于或等于30μm且小于或等于6mm、大于或等于30μm且小于或等于5mm、大于或等于30μm且小于或等于4mm、大于或等于30μm且小于或等于3mm、大于或等于30μm且小于或等于2mm、大于或等于50μm且小于或等于6mm、大于或等于50μm且小于或等于5mm、大于或等于50μm且小于或等于4mm、大于或等于50μm且小于或等于3mm、大于或等于50μm且小于或等于2mm、大于或等于100等于且小于或等于6mm、大于或等于100μm且小于或等于5mm、大于或等于100μm且小于或等于4mm、大于或等于100μm且小于或等于3mm、大于或等于100μm且小于或等于2mm、大于或等于250μm且小于或等于6mm、大于或等于250μm且小于或等于5mm、大于或等于250μm且小于或等于4mm、大于或等于250μm且小于或等于3mm、大于或等于250μm且小于或等于2mm、大于或等于500μm且小于或等于6mm、大于或等于500μm且小于或等于5mm、大于或等于500μm且小于或等于4mm、大于或等于500μm且小于或等于3mm、大于或等于500μm且小于或等于2mm、大于或等于750μm且小于或等于6mm、大于或等于750μm且小于或等于5mm、大于或等于750μm且小于或等于4mm、大于或等于750μm且小于或等于3mm、大于或等于750μm且小于或等于2mm、大于或等于1mm且小于或等于6mm、大于或等于1mm且小于或等于5mm、大于或等于1mm且小于或等于4mm、大于或等于1mm且小于或等于3mm，或甚至大于或等于1mm且小于或等于2mm，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
如上文所论述，本文描述的玻璃组合物可具有提升的断裂韧性，使得玻璃组合物更抗损坏。在实施方式中，玻璃组合物可具有以下KIc断裂韧性：大于或等于0.75MPa·m1/2、大于或等于0.8MPa·m1/2、大于或等于0.9MPa·m1/2、大于或等于1.0MPa·m1/2，或甚至大于或等于1.1MPa·m1/2。
在实施方式中，玻璃组合物可具有大于或等于70GPa、大于或等于75GPa，或甚至大于或等于80GPa的杨氏模量。在实施方式中，玻璃组合物可具有小于或等于120GPa、小于或等于110GPa，或甚至小于或等于100GPa的杨氏模量。在实施方式中，玻璃组合物可具有以下杨氏模量：大于或等于70GPa且小于或等于120GPa、大于或等于70GPa且小于或等于110GPa、大于或等于70GPa且小于或等于100GPa、大于或等于75GPa且小于或等于120GPa、大于或等于75GPa且小于或等于110GPa、大于或等于75GPa且小于或等于100GPa、大于或等于80GPa且小于或等于120GPa、大于或等于80GPa且小于或等于110GPa，或甚至大于或等于80GPa且小于或等于100GPa，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，本文描述的玻璃组合物可具有相对较高的KIc断裂韧性与杨氏模量之比值，这增加了断裂能量(fracture energy)，使得玻璃组合物更抗损坏。在实施方式中，玻璃组合物的KIc断裂韧性与杨氏模量之比值可为大于或等于0.0095m1/2。在实施方式中，玻璃组合物的KIc断裂韧性与杨氏模量之比值可为大于或等于0.01m1/2。
在实施方式中，本文描述的玻璃组合物可具有相对较高的泊松比，这增加了断裂能量(fracture energy)，使得玻璃组合物更抗损坏。在实施方式中，玻璃组合物可具有大于或等于0.22、大于或等于0.23，或甚至大于或等于0.24的泊松比。在实施方式中，玻璃组合物可具有小于或等于0.28、小于或等于0.27，或甚至小于或等于0.26的泊松比。在实施方式中，玻璃组合物可具有以下泊松比：大于或等于0.22且小于或等于0.28、大于或等于0.22且小于或等于0.27、大于或等于0.22且小于或等于0.26、大于或等于0.23且小于或等于0.28、大于或等于0.23且小于或等于0.27、大于或等于0.23且小于或等于0.26、大于或等于0.24且小于或等于0.28、大于或等于0.24且小于或等于0.27，或甚至大于或等于0.24且小于或等于0.26，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物可具有大于或等于2.3g/cm3、大于或等于2.35g/cm3，或甚至大于或等于2.4g/cm3的密度。在实施方式中，玻璃组合物可具有小于或等于2.6g/cm3、小于或等于2.55g/cm3，或甚至小于或等于2.5g/cm3的密度。在实施方式中，玻璃组合物可具有以下密度：大于或等于2.3g/cm3且小于或等于2.6g/cm3、大于或等于2.3g/cm3且小于或等于2.55g/cm3、大于或等于2.3g/cm3且小于或等于2.5g/cm3、大于或等于2.35g/cm3且小于或等于2.6g/cm3、大于或等于2.35g/cm3且小于或等于2.55g/cm3、大于或等于2.35g/cm3且小于或等于2.5g/cm3、大于或等于2.4g/cm3且小于或等于2.6g/cm3、大于或等于2.4g/cm3且小于或等于2.55g/cm3，或甚至大于或等于2.4g/cm3且小于或等于2.5g/cm3，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物在300℃冷却时可具有大于或等于3ppm、大于或等于4ppm，或甚至大于或等于5ppm的CTE。在实施方式中，玻璃组合物在300℃冷却时可具有小于或等于8ppm、小于或等于7ppm，或甚至小于或等于6ppm的CTE。在实施方式中，玻璃组合物在300℃冷却时可具有以下CTE：大于或等于3ppm且小于或等于8ppm、大于或等于3ppm且小于或等于7ppm、大于或等于3ppm且小于或等于6ppm、大于或等于4ppm且小于或等于8ppm、大于或等于4ppm且小于或等于7ppm、大于或等于4ppm且小于或等于6ppm、大于或等于5ppm且小于或等于8ppm、大于或等于5ppm且小于或等于7ppm，或甚至大于或等于5ppm且小于或等于6ppm，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物在50℃冷却时可具有大于或等于3ppm、大于或等于4ppm，或甚至大于或等于5ppm的CTE。在实施方式中，玻璃组合物在50℃冷却时可具有小于或等于8ppm、小于或等于7ppm，或甚至小于或等于6ppm的CTE。在实施方式中，玻璃组合物在50℃冷却时可具有以下CTE：大于或等于3ppm且小于或等于8ppm、大于或等于3ppm且小于或等于7ppm、大于或等于3ppm且小于或等于6ppm、大于或等于4ppm且小于或等于8ppm、大于或等于4ppm且小于或等于7ppm、大于或等于4ppm且小于或等于6ppm、大于或等于5ppm且小于或等于8ppm、大于或等于5ppm且小于或等于7ppm，或甚至大于或等于5ppm且小于或等于6ppm，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物可具有大于或等于400℃、大于或等于450℃，或甚至大于或等于500℃的应变点。在实施方式中，玻璃组合物可具有小于或等于700℃、小于或等于650℃，或甚至小于或等于600℃的应变点。在实施方式中，玻璃组合物可具有以下应变点：大于或等于400℃且小于或等于700℃、大于或等于400℃且小于或等于650℃、大于或等于400℃且小于或等于600℃、大于或等于450℃且小于或等于700℃、大于或等于450℃且小于或等于650℃、大于或等于450℃且小于或等于600℃、大于或等于500℃且小于或等于700℃、大于或等于500℃且小于或等于650℃，或甚至大于或等于500℃且小于或等于600℃，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物可具有大于或等于500℃或甚至大于或等于550℃的退火点。在实施方式中，玻璃组合物可具有小于或等于800℃或甚至小于或等于700℃的退火点。在实施方式中，玻璃组合物可具有以下退火点：大于或等于500℃且小于或等于800℃、大于或等于500℃且小于或等于700℃、大于或等于550℃且小于或等于800℃，或甚至大于或等于550℃且小于或等于700℃，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物可具有大于或等于600℃或甚至大于或等于700℃的软化点。在实施方式中，玻璃组合物可具有小于或等于900℃或甚至小于或等于800℃的软化点。在实施方式中，玻璃组合物可具有以下软化点：大于或等于600℃且小于或等于900℃、大于或等于600℃且小于或等于800℃、大于或等于700℃且小于或等于900℃，或甚至大于或等于700℃且小于或等于800℃，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物可具有大于或等于25GPa、大于或等于30GPa，或甚至大于或等于32GPa的剪切模量。在实施方式中，玻璃组合物可具有小于或等于50GPa、小于或等于45GPa，或甚至小于或等于43GPa的剪切模量。在实施方式中，玻璃组合物可具有以下剪切模量：大于或等于25GPa且小于或等于50GPa、大于或等于25GPa且小于或等于45GPa、大于或等于25GPa且小于或等于43GPa、大于或等于30GPa且小于或等于50GPa、大于或等于30GPa且小于或等于45GPa、大于或等于30GPa且小于或等于43GPa、大于或等于32GPa且小于或等于50GPa、大于或等于32GPa且小于或等于45GPa，或甚至大于或等于32GPa且小于或等于43GPa，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物可具有大于或等于1.4、大于或等于1.45，或甚至大于或等于1.5的折射率。在实施方式中，玻璃组合物可具有小于或等于1.6或甚至小于或等于1.55的折射率。在实施方式中，玻璃组合物可具有以下折射率：大于或等于1.4且小于或等于1.6、大于或等于1.4且小于或等于1.55、大于或等于1.45且小于或等于1.6、大于或等于1.45且小于或等于1.55、大于或等于1.5且小于或等于1.6，或甚至大于或等于1.5且小于或等于1.55，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物可具有大于或等于2.25nm/mm/MPa或甚至大于或等于2.5nm/mm/MPa的应力光学系数(stress optical coefficient；SOC)。在实施方式中，玻璃组合物可具有小于或等于3.75nm/mm/MPa或甚至小于或等于3.5nm/mm/MPa的SOC。在实施方式中，玻璃组合物可具有以下SOC：大于或等于2.25nm/mm/MPa且小于或等于3.75nm/mm/MPa、大于或等于2.25nm/mm/MPa且小于或等于3.5nm/mm/MPa、大于或等于2.5nm/mm/MPa且小于或等于3.75nm/mm/MPa，或甚至大于或等于2.5nm/mm/MPa且小于或等于3.5nm/mm/MPa，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，玻璃组合物可具有大于或等于1P、大于或等于50P，或甚至大于或等于100P的液相线黏度。在实施方式中，玻璃组合物可具有小于或等于2kP、小于或等于1kP，或甚至小于或等于0.5kP的液相线黏度。在实施方式中，玻璃组合物可具有以下液相线黏度：大于或等于1P且小于或等于2kP、大于或等于1P且小于或等于1kP、大于或等于1P且小于或等于0.5kP、大于或等于50P且小于或等于2kP、大于或等于50P且小于或等于1kP、大于或等于50P且小于或等于0.5kP、大于或等于100P且小于或等于2kP、大于或等于100P且小于或等于1kP，或甚至大于或等于100P且小于或等于0.5kP，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。这些黏度范围允许藉由各种不同的技术将玻璃组合物形成为片材，所述技术包括，但不限于：熔合成形、狭缝拉制、浮法、轧制及本领域技术人员所知的其他片材形成工艺。然而，应理解到，可使用其他工艺来形成其他制品(即，除了片材以外的制品)。
在实施方式中，本文描述的玻璃组合物是可离子交换的，以促进由玻璃组合物制成的玻璃制品的强化。在典型的离子交换工艺中，玻璃组合物中的较小的金属离子在接近由玻璃组合物制成的玻璃制品的外表面的层内被相同价数的较大金属离子置换或“交换”。以较大的离子置换较小的离子会在由玻璃组合物制成的玻璃制品的层内产生压缩应力。在实施方式中，金属离子是单价金属离子(如，Li+、Na+、K+等)，并藉由将由玻璃组合物制成的玻璃制品浸入包含较大金属离子的至少一种熔融盐浴中来完成离子交换，所述较大金属离子用以置换玻璃制品中的较小金属离子。或者，可以将诸如Ag+、Tl+、Cu+等其他单价离子交换为单价离子。用于强化由玻璃组合物制成的玻璃制品的一种或多种离子交换工艺可包括，但不限于：浸入具有相同或不同组合物的单个浴或多个浴中，并且在浸入之间进行洗涤及/或退火步骤。
根据实施方式，在接触玻璃组合物时，离子交换溶液(如，KNO3及/或NaNO3熔融盐浴)可处于以下温度：大于或等于350℃且小于或等于500℃、大于或等于360℃且小于或等于450℃、大于或等于370℃且小于或等于440℃、大于或等于360℃且小于或等于420℃、大于或等于370℃且小于或等于400℃、大于或等于375℃且小于或等于475℃、大于或等于400℃且小于或等于500℃、大于或等于410℃且小于或等于490℃、大于或等于420℃且小于或等于480℃、大于或等于430℃且小于或等于470℃，或甚至大于或等于440℃且小于或等于460℃，或介于上述值之间的任何及所有子范围。在实施方式中，可将玻璃组合物暴露于离子交换溶液达以下时间：大于或等于2小时且小于或等于48小时、大于或等于2小时且小于或等于24小时、大于或等于2小时且小于或等于12小时、大于或等于2小时且小于或等于6小时、大于或等于8小时且小于或等于44小时、大于或等于12小时且小于或等于40小时、大于或等于16小时且小于或等于36小时、大于或等于20小时且小于或等于32小时，或甚至大于或等于24小时且小于或等于28小时，或介于以上值之间的任何及所有子范围。
在2小时的离子交换时间内所得压缩应力层在玻璃制品的表面上可具有至少100μm的深度(也称为“压缩深度”或“DOC”)。在实施方式中，由玻璃组合物制成的玻璃制品可经离子交换以达到以下压缩深度：大于或等于10μm、大于或等于20μm、大于或等于30μm、大于或等于40μm、大于或等于50μm、大于或等于60μm、大于或等于70μm、大于或等于80μm、大于或等于90μm，或甚至大于或等于100μm。在实施方式中，由玻璃组合物制成的玻璃制品可经离子交换以达到至少10MPa的中心张力。与非离子交换材料相比，这种表面压缩层的发展有利于达成更好的抗裂性和更高的挠曲强度。相较于被交换进入玻璃制品的主体(即，不包括表面压缩的区域)的离子的浓度，表面压缩层具有更高浓度的被交换进入玻璃制品的离子。
在实施方式中，玻璃制品可具有厚度t，及小于或等于0.32t、小于或等于0.3t、小于或等于0.28t，或甚至小于或等于0.26t的DOC。
在实施方式中，在离子交换强化后，由玻璃组合物制成的玻璃制品可具有以下表面压缩应力：大于或等于20MPa、大于或等于50MPa、大于或等于75MPa、大于或等于100MPa、大于或等于250MPa、大于或等于500MPa、大于或等于750MPa，或甚至大于或等于1GPa。在实施方式中，在离子交换强化后，由玻璃组合物制成的玻璃制品可具有以下表面压缩应力：大于或等于20MPa且小于或等于1GPa、大于或等于20MPa且小于或等于750MPa、大于或等于20MPa且小于或等于500MPa、大于或等于20MPa且小于或等于250MPa、大于或等于50MPa且小于或等于1GPa、大于或等于50MPa且小于或等于750MPa、大于或等于50MPa且小于或等于500MPa、大于或等于50MPa且小于或等于250MPa、大于或等于75MPa且小于或等于1GPa、大于或等于75MPa且小于或等于750MPa、大于或等于75MPa且小于或等于500MPa、大于或等于75MPa且小于或等于250MPa、大于或等于100MPa且小于或等于1GPa、大于或等于100MPa且小于或等于750MPa、大于或等于100MPa且小于或等于500MPa、大于或等于100MPa且小于或等于250MPa、大于或等于250MPa且小于或等于1GPa、大于或等于250MPa且小于或等于750MPa、大于或等于250MPa且小于或等于500MPa、大于或等于500MPa且小于或等于1GPa、大于或等于500MPa且小于或等于750MPa，或甚至大于或等于750MPa且小于或等于1GPa，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，在离子交换强化后，由玻璃组合物制成的玻璃制品可具有以下中心张力：大于或等于10MPa、大于或等于25MPa，或甚至大于或等于50MPa。在实施方式中，在离子交换强化后，由玻璃组合物制成的玻璃制品可具有以下中心张力：小于或等于250MPa、小于或等于200MPa，或甚至小于或等于150MPa。在实施方式中，在离子交换强化后，由玻璃组合物制成的玻璃制品可具有以下中心张力：大于或等于10MPa且小于或等于250MPa、大于或等于25MPa且小于或等于250MPa、大于或等于50MPa且小于或等于250MPa、大于或等于10MPa且小于或等于200MPa、大于或等于25MPa且小于或等于200MPa、大于或等于50MPa且小于或等于200MPa、大于或等于10MPa且小于或等于150MPa、大于或等于25MPa且小于或等于150MPa，或甚至大于或等于50MPa且小于或等于150MPa，或由这些端点中的任何端点形成的任何及所有子范围。
在实施方式中，用于制造玻璃制品的工艺包括在一或多个预选温度下热处理玻璃组合物达一或多个预选时间，以引起玻璃均质化。在实施方式中，用于制造玻璃制品的热处理可包括：(i)以1至100℃/分钟的速率将玻璃组合物加热至玻璃均质温度；(ii)将玻璃组合物维持在玻璃均质温度下达大于或等于0.25小时且小于或等于4小时的时间，以生产玻璃制品；以及(iii)将形成的玻璃制品冷却至室温。在实施方式中，玻璃均质温度可为大于或等于300℃且小于或等于700℃。
如上文所述，本文描述的玻璃组合物可能经受各种冷却进程，以生产具有不同平均透射率的玻璃陶瓷制品。在实施方式中，玻璃制品可以是透明(即，具有大于或等于75％的平均透射率)、半透明(即，具有大于或等于20％且小于或等于75％的平均透射率)，或不透明(即，具有小于20％的平均透射率)。
在实施方式中，可在成形(如，轧制、铸造、熔合、狭缝拉制、浮法等)后直接进行用于制造玻璃陶瓷制品的工艺，而无需进行再加热步骤。现请参见图1，如参照热分布A，冷却进程可包括：(i)以大于或等于1℃/分钟且小于或等于500℃/分钟的平均冷却速率将成形的玻璃组合物从成形工艺温度T1(即，熔体)冷却至成核温度范围T2；(ii)将成形的玻璃组合物维持在成核温度范围T2达大于或等于60秒且小于或等于48小时的时间，以生产玻璃陶瓷制品；(iii)以大于或等于1℃/分钟且小于或等于500℃/分钟的平均冷却速率将成形的玻璃陶瓷制品冷却至玻璃陶瓷制品的有效退火温度±20℃ T3；(iv)将玻璃陶瓷制品维持在玻璃陶瓷制品的有效退火温度±20℃ T3达大于或等于15分钟且小于或等于1小时的时间；以及(v)将玻璃陶瓷制品冷却至室温T4。
在实施方式中，现请参见图1中的热分布B，冷却进程可不包括冷却至有效退火温度。因此，在实施方式中，冷却进程可包括：(i)在大于或等于1℃/分钟且小于或等于500℃/分钟的平均冷却速率下将成形的玻璃组合物从成形工艺温度T1冷却至成核温度范围T2；(ii)将成形的玻璃组合物维持在成核温度范围T2达大于或等于60秒且小于或等于48小时的时间，以形成玻璃陶瓷制品；(iii)将玻璃陶瓷制品冷却至室温T4。
在实施方式中，上文所述的任何冷却进程可具有恒定或变化的冷却速率。
在实施方式中，从成形工艺温度T1至成核温度范围T2的较高的平均冷却速率可导致透明玻璃制品。尽管不欲受理论束缚，据信玻璃制品将维持透明，因为在较高的平均冷却速率下，玻璃制品在较高的温度(如，T2)下没有足够的时间使玻璃失透(devitrify)。在实施方式中，从成形工艺温度T1至成核温度范围T2的较低的平均冷却速率可导致不透明玻璃制品。尽管不欲受理论束缚，据信玻璃制品将变得不透明，因为在较低的平均冷却速率下，玻璃制品在高温(如，＞T2)下有足够的时间使玻璃失透。
在实施方式中，成核温度范围T2可为大于或等于1000℃且小于或等于1600℃、大于或等于1100℃且小于或等于1500℃，或甚至大于或等于1200℃或小于或等于1400℃。
恰当地规范冷却进程，以产生以下一或多种期望属性：玻璃-陶瓷的(多种)晶相、一或多种主要晶相及/或一或多种次要晶相及玻璃的比例、一或多种主要晶相及/或一或多种次要晶相及玻璃的晶相组合，及一或多种主要晶相及/或一或多种次要晶相间的晶粒尺寸或晶粒尺寸分布，这转而可影响所得玻璃-陶瓷的最终完整性、质量、颜色及/或不透明度。在实施方式中，玻璃-陶瓷的晶相可包括，但不限于：硼莫来石(boromullite)、刚玉(corundum)、锂辉石(spodumene)、尖晶石、莫来石或其组合。
如上文所述，本文描述的玻璃组合物可经受各种冷却进程，以生产具有不同颜色的玻璃陶瓷制品。在实施方式中，玻璃陶瓷制品可为白色(即，具有CIELAB颜色空间的以下透射色坐标：L*大于或等于80；|a*|小于或等于2；及|b*|小于或等于3)，或经图案化(即，具有在白色CIELAB颜色空间中的第一透射色坐标，及在与白色CIELAB颜色空间相异的相异CIELAB颜色空间中的第二透射色坐标)。
在实施方式中，玻璃陶瓷制品在CIELAB颜色空间中可具有大于或等于70且小于或等于98的亮度L*值。在实施方式中，玻璃陶瓷制品在CIELAB颜色空间中可具有大于或等于-2且小于或等于3的红/绿值a*。在实施方式中，玻璃陶瓷制品在CIELAB颜色空间中可具有大于或等于-2且小于或等于6的蓝/黄值b*。
在实施方式中，一或多种晶相可不含碱金属。具体而言，存在于玻璃组合物中的碱金属在结晶后可能存在于残留玻璃相中，且因此对离子交换敏感。
可以片材形式提供成所得玻璃陶瓷，可藉由压制、吹制、弯曲、下垂(sagging)、真空成形或其他方式将所述片材重整成均匀厚度的弯曲或弯折片。可以在热处理之前进行重整，或者成形步骤也可以用作热处理步骤，其中实质上同步进行成形和热处理。
本文描述的玻璃组合物可用于各种应用，包括如用于消费性或商用电子装置(包括如LCD及LED显示器、计算机屏幕及自动柜员机(ATM))中的盖玻璃或玻璃背板应用；用于触控屏幕或触控传感器应用、用于可携式电子装置(包括如移动电话、个人媒体播放器及平板计算机)；用于集成电路应用(包括如半导体晶圆)；用于光伏应用；用于建筑玻璃应用；用于汽车或车辆应用；或用于商用或家用电器应用。在实施方式中，消费性电子装置(如，智能电话、平板计算机、个人计算机、超轻薄笔记本电脑(ultrabook)、电视和照相机)、建筑玻璃及/或汽车玻璃可包含本文所述的玻璃制品。并入本文揭示的任何玻璃组合物的示例性制品可以是消费性电子装置，其包括：壳体；电子部件，所述电子部件至少部分或全部位于壳体内并包括至少控制器、内存及显示器，其中显示器位于壳体的前表面处或邻近壳体的前表面；及覆盖基板，位于壳体的前表面处或上方，使覆盖基板位于显示器上方。在一些实施方式中，覆盖基板及/或壳体中的至少一者的至少一部分可包括本文揭示的任何玻璃组合物。
实施例
为了更容易理解各种实施方式，参照以下实施例，以下实施例欲说明本文描述的玻璃组合物的各种实施方式。
表1列示玻璃组合物(以摩尔％计)及玻璃组合物的相应性质。
所形成的玻璃具有玻璃组合物1至67。
Figure BDA0004190950360000361
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表1续
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表1续
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表1续
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表1续
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表1续
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表1续
Figure BDA0004190950360000422
表1续
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表1续
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表1续
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表1续
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表1续
Figure BDA0004190950360000462
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Figure BDA0004190950360000471
如表1中的实施例玻璃组合物所示，本文所述的玻璃组合物具有提升的KIc断裂韧性，使得玻璃组合物更能抗损坏。并且，如本文所述的玻璃组合物具有相对高的KIc断裂韧性与杨氏模量的比值及相对高的泊松比，二者均增加了断裂能量(fracture energy)，使得玻璃组合物更能抗损坏。
现请参见图2，实施例玻璃组合物2从1650℃下的熔体在空气中于室温下(即，20℃)冷却达3分钟，并接着在500℃的烤箱中冷却，产出透明的玻璃制品GC2A。实施例玻璃组合物2从1650℃下的熔体在空气中于室温下冷却达2分钟并接着在500℃的烤箱中冷却，产出不透明的白色玻璃陶瓷制品GC2B。实施例玻璃组合物2从1650℃下的熔体在空气中于室温下冷却达1分钟并接着在500℃的烤箱中冷却，产出不透明的图案化玻璃-陶瓷GC2C。如图2所示的玻璃制品所呈现，本文描述的玻璃组合物可经受不同的冷却进程，以产生透明玻璃制品；不透明的白色玻璃陶瓷制品；及不透明的图案化玻璃陶瓷制品。
现请参见表2，XRD数据显示，实施例玻璃组合物33至38从1650℃下的熔体在空气中于室温下(即，20℃)冷却达2分钟，并接着在500℃的烤箱中冷却(此后称“实施例冷却进程(example cooling schedule)”)，产出具有硼莫来石(boromullite)晶相及/或刚玉晶相的玻璃陶瓷制品。现请参见图3，在经受实施例冷却进程后，实施例玻璃组合物33的XRD光谱包括可证明硼莫来石晶相存在的峰。现请参见图4，在经受实施例冷却进程后的实施例玻璃组合物37的XRD光谱包括可证明硼莫来石晶相及刚玉晶相存在的峰。硼莫来石及刚玉晶相不含碱金属。如表2及图3和4所示，本文描述的玻璃组合物可经冷却而形成具有一或多种不含碱金属晶相的玻璃-陶瓷，使得存在于玻璃组合物中的碱金属可在结晶后留在待离子交换的残留玻璃中。
表2
Figure BDA0004190950360000481
现请参见图5，使实施例玻璃组合物33经受实施例冷却进程产生了不透明的白色玻璃陶瓷制品GC33A。如表3所示，由GC33A的CIELAB颜色空间来确认GC33A的白色。如GC33A所呈现，硼莫来石晶相的存在(由图3所示的XRD光谱所证明)可导致不透明的白色玻璃陶瓷制品。
表3
Figure BDA0004190950360000482
请回头参见图5，使实施例玻璃组合物37经受实施例冷却进程产生了不透明的图案化玻璃陶瓷制品GC37A及GC37B。如GC37A及GC37B所呈现，刚玉晶相的存在(由图4所示的XRD光谱所证明)，可导致不透明的图案化玻璃陶瓷制品。
现请参见图6，使玻璃组合物33至38经受实施例冷却进程可导致具有0％平均透射率(即，在可见波长范围内)和在IR波长范围(即，800至2500nm)内透射的玻璃陶瓷制品，表示所得的玻璃陶瓷制品为不透明的玻璃陶瓷制品。现请参见图7，使玻璃组合物33至38经受实施例冷却进程可导致在400nm与700nm之间具有峰值反射率的玻璃陶瓷制品，表示所得的玻璃陶瓷制品为白色。
如表3及图5至7所呈现，本文描述的玻璃组合物可经受冷却进程以形成不透明的白色玻璃陶瓷制品。
本领域技术人员将理解，可在不脱离所请求保护主题的精神及范围的情况下对本文中所述的实施方式作出各种更改及变化。因此，本说明书意欲涵盖本文中所述的各种实施方式的变体及变化，条件是此类变体及变化落于随附权利要求及其等效物的范围之内。

Claims (20)

1.一种玻璃组合物，包含：
大于或等于24摩尔％且小于或等于60摩尔％的SiO2；
大于或等于23摩尔％且小于或等于35摩尔％的Al2O3；
大于或等于3.5摩尔％且小于或等于35摩尔％的B2O3；
大于0摩尔％且小于或等于20摩尔％的Li2O；
大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％的Na2O；以及
大于或等于0摩尔％且小于或等于3摩尔％的K2O，
其中R2O为大于或等于12摩尔％且小于或等于20摩尔％，R2O为Li2O、Na2O及K2O的总和。
2.如权利要求1所述的玻璃组合物，其中Al2O3+B2O3为大于或等于28摩尔％且小于或等于60摩尔％。
3.如权利要求1或权利要求2所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含大于或等于24摩尔％且小于或等于34摩尔％的Al2O3。
4.如权利要求1至3中任一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含大于或等于5摩尔％且小于或等于30摩尔％的B2O3。
5.如权利要求1至4中任一项所述的玻璃组合物，其中Al2O3–R2O–RO为大于或等于-0.5摩尔％。
6.如权利要求1至5中任一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含大于或等于3摩尔％且小于或等于18摩尔％的Li2O。
7.如权利要求6所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含大于或等于3摩尔％且小于或等于11摩尔％的Li2O。
8.如权利要求6所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含大于或等于10摩尔％且小于或等于18摩尔％的Li2O。
9.如权利要求6所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含：
大于或等于25摩尔％且小于或等于35摩尔％的Al2O3；以及
大于或等于3摩尔％且小于或等于11摩尔％的Li2O。
10.如权利要求6所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含：
大于或等于24摩尔％且小于或等于30摩尔％的Al2O3；以及
大于或等于10摩尔％且小于或等于18摩尔％的Li2O。
11.如权利要求1至10中任一项所述的玻璃组合物，其中R2O为大于或等于12.5摩尔％且小于或等于19摩尔％。
12.如权利要求1至11中任一项所述的玻璃组合物，其中RO为大于或等于0摩尔％且小于或等于17.5摩尔％，RO为MgO、CaO、SrO、BaO及ZnO的总和。
13.如权利要求12所述的玻璃组合物，其中RO为大于0摩尔％且小于或等于15摩尔％。
14.如权利要求1至13中任一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含大于或等于0摩尔％且小于或等于15摩尔％的MgO。
15.如权利要求1至14中任一项所述的玻璃组合物，其中Al2O3+B2O3–R2O–RO为大于2摩尔％。
16.如权利要求1至15中任一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物具有由V形缺口短棒法测得的大于或等于0.75MPa·m1/2的KIc断裂韧性。
17.如权利要求1至16中任一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物具有大于或等于70MPa的杨氏模量。
18.如权利要求1至17中任一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物的KIc断裂韧性与杨氏模量的比值大于或等于0.0095m1/2。
19.如权利要求18所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物的KIc断裂韧性与杨氏模量的比值大于或等于0.01m1/2。
20.如权利要求1至19中任一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物具有大于或等于0.21的泊松比。
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