CN117062788A - 化学强化玻璃及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种化学强化玻璃,其在显示优异的化学强化特性的同时能够抑制涂层的剥离。一种化学强化玻璃,所述化学强化玻璃为含有Li2O、K2O和Na2O的化学强化玻璃,其中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为x[μm]之处的K2O浓度设为Kx[%]、将化学强化前的K2O的含量设为Kt/2[%]时,Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小的深度z为0.5μm~5μm。
Description
技术领域
本发明涉及化学强化玻璃及其制造方法。
背景技术
便携式终端的保护玻璃等使用化学强化玻璃。化学强化玻璃例如是使玻璃与包含碱金属离子的熔融盐接触而使玻璃中的碱金属离子与熔融盐中的碱金属离子之间发生离子交换,从而在玻璃表面形成有压应力层的玻璃。
作为这样的化学强化玻璃的基质材料,含有Li2O的非晶玻璃或含有Li2O的微晶玻璃特别优异。这是因为,通过基质材料中所含的锂离子与强化盐中所含的钠离子的离子交换,压应力容易形成至化学强化玻璃内的较深部分。由于锂离子和钠离子具有比较小的离子半径,因此离子交换的扩散系数大。另外,含有Li2O的非晶玻璃、微晶玻璃的断裂韧性值比较大,具有不易破裂的倾向。
要求便携式终端的保护玻璃操作时的手指滑动性良好。因此,大多在保护玻璃表面上施加涂层。但是,有时形成的涂层膜容易剥离。
在专利文献1中公开了一种化学强化特性优异的微晶玻璃。专利文献2中公开了一种强度优异并且用于提高手指滑动性的涂层不易剥离的化学强化玻璃。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2019/022032号
专利文献2:国际公开第2021/010376号
发明内容
发明所要解决的问题
含有Li2O的玻璃作为保护玻璃优异的理由之一是玻璃中的Li离子可与熔融盐中所含的Na离子和K离子中的任一种发生离子交换,因此容易将通过化学强化产生的压应力值控制为优选值。
但是,专利文献2中记载了具有化学强化玻璃的表面电阻率等越大则涂层越容易剥离的倾向。还记载了碱金属氧化物的含量比影响表面电阻率。
例如,含有作为碱金属氧化物的Li2O、Na2O和K2O这三种的玻璃与仅含有一种或两种碱金属氧化物的玻璃相比,即使含有相同量的碱金属氧化物,由于所谓的混合碱效应,表面电阻率也增大。
也就是说,当对含有Li2O的玻璃进行化学强化时,结果得到含有Li2O、Na2O和K2O这三种的化学强化玻璃,从而具有容易发生涂层的剥离的倾向。另一方面,当为了抑制化学强化后的涂层剥离而调节强化前的玻璃组成和化学强化处理条件时,产生难以通过化学强化获得充分的强度的问题。
因此,本发明的目的在于提供一种化学强化玻璃,其显示优异的化学强化特性并且能够抑制涂层的剥离。
用于解决问题的手段
本发明的发明人发现,在含有Li2O、K2O和Na2O的化学强化玻璃中,通过将含有钾的区域调节为距离玻璃表面极浅的部分,能够抑制由混合碱效应导致的表面电阻率的增大,从而完成了本发明。
本发明涉及一种化学强化玻璃,所述化学强化玻璃为厚度为t[μm]并含有Li2O、K2O和Na2O的化学强化玻璃,其中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为x[μm]之处的K2O浓度设为Kx[%]、将化学强化前的K2O的含量设为Kt/2[%]时,Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小的深度z为0.5μm~5μm。
在本化学强化玻璃中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为x[μm]之处的K2O浓度设为Kx[%]、将化学强化前的K2O的含量设为Kt/2[%]时,将Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小的深度z[μm]处的Na2O浓度设为Naz[%]、将从表面起算的深度为50μm之处的Na2O浓度设为Na50[%]时,优选|Naz-Na50|<3[%]。
在本化学强化玻璃中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为50μm之处的Na2O浓度设为Na50[%]、将化学强化前的Na2O的含量设为Nat/2[%]时,优选Na50<Nat/2+7[%]。
在本化学强化玻璃中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为1μm之处的K2O浓度设为K1[%]、将从表面起算的深度为1μm之处的Na2O浓度设为Na1[%]、将化学强化前的Li2O、Na2O和K2O的含量分别设为Lit/2[%]、Nat/2[%]和Kt/2[%]时,优选(Lit/2+Nat/2+Kt/2)-2(Na1+K1)>0[%]。
在本化学强化玻璃中,所述化学强化玻璃的表面压应力值CS0优选为450MPa以上,从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50优选为150MPa以上,并且从表面起算的深度为90μm之处的压应力值CS90优选为30MPa以上。
在本化学强化玻璃中,所述化学强化玻璃的表面压应力值CS0优选为450MPa以上,从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50优选为y=124.7×t+21.5[MPa]以上,并且从表面起算的深度为90μm之处的压应力值CS90优选为y=99.1×t-38.3[MPa]以上。
本发明还涉及一种化学强化玻璃,其中,K离子侵入深度D为0.5μm~5μm,所述K离子侵入深度D处的压应力值与从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50之差的绝对值为150MPa以下,所述K离子侵入深度D处的压应力值为350MPa以下,表面压应力值CS0为450MPa以上,从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50为150MPa以上,从表面起算的深度为90μm之处的压应力值CS90为30MPa以上。
本化学强化玻璃优选包含微晶玻璃。
以氧化物基准的摩尔百分率计,本化学强化玻璃的基本组成优选含有40%~75%的SiO2、1%~20%的Al2O3、5%~35%的Li2O。
优选本化学强化玻璃为进行了两步以上离子交换的化学强化玻璃,其中,最初的离子交换、即第一离子交换后的CTave大于CTA。CTA由下式(1)求出,CTave由下式(2)求出。
t:板厚(μm)
K1c:断裂韧性值(MPa·m1/2)
CTave=ICT/LCT…式(2)
ICT:拉应力的积分值(Pa·m)
LCT:拉应力区域的板厚方向长度(μm)
本化学强化玻璃的厚度t优选为300μm~1500μm。
在本化学强化玻璃中,将由式CS0/D定义的玻璃表层处的表层斜率设为P0的情况下,优选-1000MPa/μm<P0<-225MPa/μm,需要说明的是,P0能够由CS0/D的关系式计算出。在所述式中,CS0为表面压应力值(MPa),D为K离子侵入深度(μm)。
在本化学强化玻璃中,将从表面起算的深度50μm处与从表面起算的深度90μm处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P50-90(MPa/μm)、将从表面起算的深度90μm处与压应力值为零的深度(DOL)(μm)处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P90-DOL(MPa/μm)的情况下,优选|P50-90|>|P90-DOL|、1.8<|P50-90|<6.0并且1.5<|P90-DOL|<4.0。需要说明的是,P50-90能够由(CS50-CS90)/40的关系式计算出,P90-DOL能够由CS90/(DOL-90)的关系式计算出。
在本化学强化玻璃中,将从表面起算的深度50μm处与从表面起算的深度90μm处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P50-90(MPa/μm)、将从表面起算的深度90μm处与压应力值为零的深度(DOL)(μm)之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P90-DOL(MPa/μm)的情况下,优选|P50-90|<|P90-DOL|、1.0<|P50-90|<3.0并且1.2<|P90-DOL|<4.0。需要说明的是,P50-90能够由(CS50-CS90)/40的关系式计算出,P90-DOL能够由CS90/(DOL-90)的关系式计算出。
本发明还涉及一种化学强化玻璃的制造方法,所述化学强化玻璃的厚度为t[μm]并含有Li2O、K2O和Na2O,所述化学强化玻璃的制造方法包含对含有Li2O的玻璃进行化学强化,其中,以所述化学强化玻璃的氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度x[μm]处的K2O浓度设为Kx[%]、将所述化学强化前的玻璃的K2O的含量设为Kt/2[%]时,以使得Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小的深度z为0.5μm~5μm的方式进行化学强化。
在本化学强化玻璃的制造方法中,所述含有Li2O的玻璃优选包含微晶玻璃。
在本化学强化玻璃的制造方法中,优选所述化学强化包含两步以上的离子交换,最初的离子交换、即第一离子交换后的CTave大于CTA。CTA由下式(1)求出,CTave由下式(2)求出。
t:板厚(μm)
K1c:断裂韧性值(MPa·m1/2)
CTave=ICT/LCT…式(2)
ICT:拉应力的积分值(Pa·m)
LCT:拉应力区域的板厚方向长度(μm)
发明效果
本发明的化学强化玻璃具有如下优点:显示优异的化学强化特性、并且通过含有钾的区域为距离玻璃表面极浅的部分而抑制由混合碱效应导致的表面电阻率的增大从而涂层不易剥离。
附图说明
图1的(a)和(b)表示通过EPMA测定的化学强化玻璃的Na浓度的结果。图1的(c)和(d)表示通过EPMA测定的化学强化玻璃中的K浓度的结果。在(a)~(d)中,横轴表示从玻璃表面起算的深度(μm),纵轴表示以氧化物基准的摩尔百分率计的浓度(%)。
图2表示本发明的一个实施方式的化学强化玻璃的应力分布。
具体实施方式
在本说明书中表示数值范围的“~”只要没有特别规定,是指包含在其前后记载的数值作为下限值和上限值的含义来使用。
在本说明书中,“非晶玻璃”是指通过后述的粉末X射线衍射法未观察到表示晶体的衍射峰的玻璃。“微晶玻璃”为对“非晶玻璃”进行加热处理而析出了晶体的玻璃,含有晶体。在本说明书中,有时将“非晶玻璃”和“微晶玻璃”统称为“玻璃”。另外,有时将通过加热处理而成为微晶玻璃的非晶玻璃称为“微晶玻璃的基质玻璃”。
在本说明书中,在粉末X射线衍射测定这种,例如使用CuKα射线测定2θ为10°~80°的范围,在出现衍射峰的情况下,通过Hanawalt法鉴定析出晶体。另外,将用该方法鉴定的晶体中的从包含积分强度最高的峰的峰组中鉴定的晶体为主晶体。作为测定装置,例如可以使用日本理学公司制造Smart Lab。
在本说明书中,深度x[μm]之处的K浓度、Na浓度或Li浓度通过EPMA(电子探针显微分析仪),测定板厚方向的剖面的浓度。具体而言,例如如下进行EPMA的测定。
首先,在环氧树脂中包埋玻璃试样,沿垂直于第一主面和与第一主面相对的第二主面的方向进行机械研磨,由此制作了剖面试样。对研磨后的截面施加C涂层,并使用EPMA(JEOL公司制造:JXA-8500F)进行测定。将加速电压设定为15kV、探针电流设定为30nA、累积时间设定为1000毫秒/点,以1μm的间隔获得了K、Na或Li的X射线强度的谱线分布(ラインプロファイル)。
以下,“化学强化玻璃”指实施了化学强化处理后的玻璃,“化学强化用玻璃”指实施化学强化处理前的玻璃。
在本说明书中,只要没有特别说明,则玻璃组成以氧化物基准的摩尔%计,将摩尔%简记为“%”。
另外,在本说明书中,“实质上不含有”是指为原材料等中所含的杂质水平以下,即不是有意地添加。具体而言,例如小于0.1%。
在本说明书中,“应力分布”是指将从玻璃表面起算的深度作为变量来表示压应力值的图形。在应力分布中,负的压应力表示拉应力。
“压应力值(CS)”可以通过将玻璃的截面薄片化并利用双折射成像系统对该薄片化样品进行分析来测定。双折射成像系统双折射率应力仪为使用偏振光显微镜和液晶补偿器等测定由应力产生的延迟的大小的装置,例如有Cri公司制造的双折射成像系统Abrio-IM。
另外,有时也可以利用散射光光弹性进行测定。在该方法中,光从玻璃的表面入射,分析其散射光的偏振光,从而能够测定CS。作为利用散射光光弹性的应力测定器,例如有折原制作所制造的散射光光弹性应力计SLP-2000。
在本说明书中,“K离子侵入深度D”通过以下的操作步骤(1)~(3)得到。
(1)首先,使用上述的折原制作所制造的散射光光弹性应力计SLP-2000,测定化学强化玻璃的压应力值(CS)在深度方向的分布。
(2)接着,对于与在(1)中使用SLP-2000测定的压应力值的深度方向的分布相同的化学强化玻璃,通过如下方法测定深度方向的分布。
在将玻璃的单面密封的状态下,浸渍于体积分数为1%HF-99%H2O的酸中,仅对单面进行任意厚度的蚀刻。由此,在化学强化玻璃的表面和背面产生应力差,玻璃因该应力差而翘曲。使用接触式形状测定仪(三丰制造Surftest)对该翘曲量进行测定。在蚀刻深度的3处以上测定翘曲量。
根据所得到的翘曲量,使用以下文献所示的公式换算为应力,由此得到了压应力值的深度方向的分布。
文献:G.G.Stoney,Proc.Roy.Soc.London Ser.A,82,172(1909)。
(3)将在操作步骤(1)和(2)中得到的2个分布重叠,交叉的点的深度为“K离子侵入深度D”。
在该蚀刻处理中,对于通过使用旋转研磨机(装置名称:9B-5P,制造商:SPEEDFAM)的研磨而产生的翘曲,可以使用接触式形状测定仪(装置名称:SV-600,制造商:三丰)进行测定。特别是在本化学强化玻璃使用微晶玻璃的情况下,由于无法恰当地进行上述酸蚀刻处理,因此优选使用旋转研磨机(装置名称:9B-5P,制造商:SPEEDFAM)和接触式形状测定仪(装置名称:SV-600,制造商:三丰)来测定翘曲量。
在本说明书中,“压应力层深度(DOL)”为压应力值为零处的深度。以下,有时将表面压应力值记为CS0、将从表面起算的深度为50μm处的压应力值记为CS50。另外,“内部拉应力(CT)”为板厚t的1/2的深度处的拉应力值,在本说明书中与“CSt/2”等同。
在本说明书中,“透光率”是指波长380nm~780nm的光的平均透射率。另外,“雾度值”使用卤素灯C光源并按照JIS K7136:2000进行测定。
在本说明书中,“断裂韧性值”为根据JIS R1607:2015中规定的IF法得到的值。
在本说明书中,“表面电阻率”使用非接触电导率仪进行测定。
本说明书中,“#180落下强度”和“#80落下强度”通过下述方法测定。
将120mm×60mm×0.6mmt的玻璃样品嵌入到将质量和刚性调节为普通的智能手机尺寸的结构体中,由此准备了模拟智能手机,然后关于#180落下强度,使所述模拟智能手机自由落下到#180SiC砂纸上,或者关于#80落下强度,使模拟智能手机自由落下到#80SiC砂纸上。对于落下高度,在从5cm的高度落下而未破裂的情况下,反复进行将落下高度提高5cm并使其再次落下的操作直至破裂,测定10张玻璃样品首次破裂时的平均值。
本说明书中AFP耐久性(10000次)通过橡皮擦磨损试验在下述条件下进行测定。
橡皮擦磨损试验条件:
对进行了化学强化的玻璃板表面进行紫外线清洁,喷涂OPTOOL(注册商标)DSX(大金公司制造)在玻璃板表面上形成基本均匀的AFP膜。
在1cm2的压头上安装橡皮擦(MIRAE SCIENCE公司制造,minoan),在施加1kgf的载荷的状态下,以冲程宽度20mm、速度30mm/秒对形成在玻璃板表面上的AFP膜表面往复摩擦10000次,然后用布[小津产业公司制造,DUSPER(注册商标)]擦干而清洁AFP膜表面,然后在AFP膜表面的3处测定水接触角(°)。该操作重复3次,测定合计9个平均水接触角(°)。AFP膜表面的水接触角(°)利用根据JIS R3257(1999年)的方法进行测定。
在本说明书中,“4PB强度”(4点弯曲强度)通过下述方法测定。
通过使用120mm×60mm的条状试验片,在支撑件的外部支点间距离为30mm、内部支点间距离为10mm、十字头速度为5.0mm/分钟的条件下进行4点弯曲试验,能够评价4PB强度。试验片的个数例如为10个。
<化学强化玻璃>
本发明的化学强化玻璃(以下简称为本化学强化玻璃)典型为板状的玻璃物品,可以为平板状,也可以为曲面状。另外,可以有厚度不同的部分。
本化学强化玻璃在为板状的情况下的厚度(t)优选为3000μm以下,更优选为如下逐步为2000μm以下、1600μm以下、1500μm以下、1100μm以下、900μm以下、800μm以下、700μm以下。另外,为了通过化学强化处理获得充分的强度,该厚度(t)优选为300μm以上,更优选为400μm以上,进一步优选为500μm以上。
<<实施方式1>>
本化学强化玻璃的实施方式1为一种化学强化玻璃,所述化学强化玻璃的厚度为t[μm],以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为x[μm]之处的K2O浓度设为Kx[%]、将化学强化前的K2O的含量设为Kt/2[%]时,Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小的深度z为0.5μm~5μm。z优选为0.6μm~4.5μm,更优选为0.7μm~4μm,进一步优选为0.8μm~3.5μm,特别优选为0.85~3。通过所述深度z为0.5μm~5μm,能够抑制由碱混合效应导致的表面电阻率的增大。
化学强化前的玻璃组成与板厚中心(玻璃中心部分)的组成等同。具体而言,在本化学强化玻璃的板厚为t的情况下,化学强化前的Li2O、Na2O和K2O的含量与t/2的位置处的含量等同。
在本化学强化玻璃的实施方式1中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为x[μm]之处的K2O浓度设为Kx[%]、将化学强化前的K2O的含量设为Kt/2[%]时,将Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小的深度z[μm]处的Na2O浓度设为Naz[%]、从表面起算的深度为50μm之处的Na2O浓度设为Na50[%]时,|Naz-Na50|优选小于3%。|Naz-Na50|更优选为2.5%以下,进一步优选为2%以下。
通常化学强化玻璃的Na浓度自玻璃中央部向玻璃表面变高,但通过|Naz-Na50|小于3%,玻璃中的钠浓度的分布变得平坦,与通常的化学强化玻璃相比,碱混合度变低,能够更有效地抑制表面电阻率的增大。对|Naz-Na50|的下限没有特别限制,但典型地为0.1%以上。
在本化学强化玻璃的实施方式1中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为50μm之处的Na2O浓度设为Na50[%]、将化学强化前的Na2O的含量设为Nat/2[%]时,Na50优选小于(Nat/2+7)%。Na50更优选为(Nat/2+5.5)%以下,进一步优选为(Nat/2+4)%以下。
通过Na50小于(Nat/2+7)%,玻璃表面的碱混合度变低,能够更有效地抑制表面电阻率的增大。对Na50的下限没有特别限制,但为了保持与由压应力造成的玻璃断裂的抑制的平衡,优选为(Nat/2+2)%以上。
在本化学强化玻璃的实施方式1中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为1[μm]之处的K2O浓度设为K1[%]、将从表面起算的深度为1[μm]之处的Na2O浓度设为Na1[%]、将化学强化前的Li2O、Na2O和K2O的含量分别设为Lit/2[%]、Nat/2[%]和Kt/2[%]时,[(Lit/2+Nat/2+Kt/2)-2(Na1+K1)]优选大于0%。[(Lit/2+Nat/2+Kt/2)-2(Na1+K1)]更优选为3%以上,进一步优选为5%以上。
通过[(Lit/2+Nat/2+Kt/2)-2(Na1+K1)]大于0%,玻璃表面的碱混合度变低,能够更有效地抑制表面电阻率的增大。对[(Lit/2+Nat/2+Kt/2)-2(Na1+K1)]的上限没有特别限制,典型地优选为15%以下。
在本化学强化玻璃的实施方式1中,在板厚为t的情况下,Naz-Nat/2优选为8%以下,更优选为7%以下,进一步优选为6%以下。通过Naz-Nat/2为8%以下,玻璃表面的碱混合度变低,能够更有效地抑制表面电阻率的增大。对Naz-Nat/2的下限没有特别限制,典型地优选为2%以上。
本化学强化玻璃的一个实施方式中的Na离子分布如图1的(a)和(b)所示,K离子分布如图1的(c)和(d)所示。如图1的(a)和(b)所示,通过化学强化,玻璃中的Li离子与熔融盐中的Na离子交换的量少,板厚方向的Na离子分布平坦。另外,如图1的(c)和(d)所示,由于Na离子的交换量少,因此通过由包含K的熔融盐进行的化学强化,仅在玻璃的极浅部分的表层发生Na离子与K离子的交换,K离子存在的层非常薄,成为降低了碱混合度的化学强化玻璃。
本化学强化玻璃的一个实施方式中的应力分布如图2(例1)所示。如图2所示,本化学强化玻璃是玻璃表层处的碱混合度低的玻璃,同时,玻璃表层处的压应力与以往的化学强化玻璃相比更高,显示优异的强度。
本化学强化玻璃的表面压应力值(CS0)为450MPa以上时,不易因挠曲等变形而破裂,因此是优选的。CS0更优选为500MPa以上,进一步优选为600MPa以上。CS0越大则强度越高,但是在CS0过大的情况下,在破裂时有可能发生剧烈的破碎,因此CS0优选为1100MPa以下,更优选为900MPa以下。
本化学强化玻璃的从表面起算的深度为50μm之处的压应力值(CS50)为150MPa以上时,容易防止具有本化学强化玻璃作为保护玻璃的便携式终端等从高处落下时本化学强化玻璃破裂,因此是优选的。CS50更优选为180MPa以上,进一步优选为200MPa以上。CS50越大则强度越高,但是在CS50过大的情况下,在破裂时有可能发生剧烈的破碎,因此CS50优选为300MPa以下,更优选为270MPa以下。
本化学强化玻璃的从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50除以(Na50-Nat/2)而得到的值CS50/(Na50-Nat/2)优选为50MPa/%以上,更优选为55MPa/%以上,进一步优选为60MPa/%以上。通过CS50/(Na50-Nat/2)为50MPa/%以上,显示优异的强度。CS50/(Na50-Nat/2)越大,越能够以少的离子交换量提高强度而不提高表面电阻,但是在CS50/(Na50-Nat/2)过大的情况下,有可能容易受到强化盐的劣化的影响,因此CS50/(Na50-Nat/2)优选为400MPa/%以下,更优选为300MPa/%以下。Na50指从表面起算的深度为50μm之处的以氧化物基准的摩尔百分率计的Na2O浓度[%]。Nat/2指化学强化前的以氧化物基准的摩尔百分率计的Na2O的含量[%]。
本化学强化玻璃的从表面起算的深度为90μm之处的压应力值CS90为30MPa以上时,防止具有本化学强化玻璃作为保护玻璃的便携式终端等落到粗砂等上时本化学强化玻璃的破裂,因此是优选的。CS90更优选为50MPa以上,进一步优选为70MPa以上。CS90越大则强度越高,但是在CS90过大的情况下,当破裂时有可能发生剧烈的破碎,因此CS90优选为170MPa以下,更优选为150MPa以下。
将板厚设为t的情况下,本化学强化玻璃的从表面起算的深度为t/2处的压应力值CSt/2优选为-120MPa以上,更优选为-115MPa以上,进一步优选为-110MPa以上。通过CSt/2为-120MPa以上,能够防止玻璃损伤时的爆炸性破裂。另外,对CSt/2的上限没有特别限制,但为了保持充分的压应力,通常优选为-80MPa以下。
本化学强化玻璃的DOL为90μm以上时,即使表面产生损伤,也不易破裂,因此是优选的。DOL更优选为95μm以上,进一步优选为100μm以上,特别优选为110μm以上。DOL越大,则即使产生损伤也越不易破裂,但在化学强化玻璃中,由于对应于在表面附近形成的压应力而在内部产生拉应力,因此DOL不能极端地增大。在厚度为t的情况下,DOL优选为t/4以下,更优选为t/5以下。为了缩短化学强化所需的时间,DOL优选为200μm以下,更优选为180μm以下。
由于应力值受到强化盐的劣化的影响而降低,因此本化学强化玻璃的CS50和CS90分别优选为最初的强化值的70%以上。即,优选:表面压应力值CS0为450MPa以上,从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50为y=124.7×t+21.5[MPa]以上,并且从表面起算的深度为90μm之处的压应力值CS90为y=99.1×t-38.3[MPa]以上。
由式CS0/D定义的玻璃表层处的表层斜率P为-1000MPa/μm<P0<-225MPa/μm时,本化学强化玻璃的4PB强度(MPa)试验的结果大于550MPa,因此是优选的。在所述式中,CS0为表面压应力值(MPa),D为K离子侵入深度(μm)。
另外,将从表面起算的深度50μm处与从表面起算的深度90μm处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P50-90(MPa/μm)、将从表面起算的深度90μm处与压应力值为零的深度(DOL)(μm)处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P90-DOL(MPa/μm)的情况下,优选|P50-90|>|P90-DOL|、1.8<|P50-90|<6.0并且1.5<|P90-DOL|<4.0。作为更优选的一个方式,可以列举:|P50-90|>|P90-DOL|、1.8<|P50-90|<6.0并且1.5<|P90-DOL|<4.0、#180落下强度为100cm以上的方式。
P50-90和P90-DOL分别通过下式求出。
P50-90=(CS50-CS90)/40
P90-DOL=CS90/(DOL-90)
此外,将从表面起算的深度50μm处与从表面起算的深度90μm处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P50-90、将从表面起算的深度90μm处与压应力值为零的深度(DOL)(μm)处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P90-DOL(MPa/μm)的情况下,优选|P50-90|<|P90-DOL|、1.0<|P50-90|<3.0并且1.2<|P90-DOL|<4.0。作为更优选的一个方式,优选|P50-90|<|P90-DOL|、1.0<|P50-90|<3.0并且1.2<|P90-DOL|<4.0、#80落下强度为40cm以上。
在本实施方式1中,本化学强化玻璃的板厚t的优选范围为300μm~1500μm。
<<实施方式2>>
本化学强化玻璃的实施方式2为一种化学强化玻璃,其中,K离子侵入深度D为0.5μm~5μm,深度D处的压应力值与从表面起算的深度50μm之处的压应力值CS50之差的绝对值为150MPa以下,K离子侵入深度D处的压应力值为350MPa以下,表面压应力值CS0为450MPa以上,从表面起算的深度50μm之处的压应力值CS50为150MPa以上,从表面起算的深度90μm之处的压应力值CS90为30MPa以上。
在本化学强化玻璃的实施方式2中,通过K离子侵入深度D为0.5μm~5μm,玻璃表面的碱混合度降低,能够抑制表面电阻率的增大。D优选为0.7μm~4μm,更优选为0.8~3μm。
在本化学强化玻璃的实施方式2中,通过K离子侵入深度D处的压应力值与从表面起算的深度50μm之处的压应力值CS50之差的绝对值为150MPa以下,能够抑制由挠曲等变形造成的破裂。K离子侵入深度D处的压应力值与从表面起算的深度50μm之处的压应力值CS50之差的绝对值优选为130MPa以下,更优选为110MPa以下。对深度D处的压应力值与从表面起算的深度50μm之处的压应力值CS50之差的绝对值的下限没有特别限制。
在本化学强化玻璃的实施方式2中,通过K离子侵入深度D处的压应力值为350MPa以下,能够充分提高CS50或CS90而不过度提高CT。K离子侵入深度D处的压应力值优选为330MPa以下,更优选为300MPa以下。对K离子侵入深度D处的压应力值的下限没有特别限制,从抑制表面附近的裂纹的观点考虑,优选为100MPa以上。
<<表面电阻>>
本化学强化玻璃的表面电阻logρ优选为12Ω·cm以下,更优选为11.5Ω·cm以下,进一步优选为11Ω·cm以下。通过表面电阻logρ为12Ω·cm以下,能够抑制涂层膜的剥离。对表面电阻logρ的下限没有特别限制,典型地为8Ω·cm以上。
<<落下强度>>
本化学强化玻璃的#180落下强度优选为100cm以上,更优选为140cm以上,进一步优选为180cm以上。通过#180落下强度为100cm以上,由此,能够抑制具有本化学强化玻璃作为保护玻璃的便携式终端等从高处落到在砂等上时本化学强化玻璃的破裂。对#180落下强度的上限没有特别限制,典型地为300cm以下。
本化学强化玻璃的#80落下强度优选为40cm以上,更优选为50cm以上,进一步优选为60cm以上。通过#80落下强度为40cm以上,由此,能够抑制具有本化学强化玻璃作为保护玻璃的便携式终端等从高处落到粗砂等上时本化学强化玻璃的破裂。对#80落下强度的上限没有特别限制,典型地为150cm以下。
在本实施方式2中,本化学强化玻璃的板厚t的优选范围为300μm~1500μm。
<<AFP耐久性>>
本化学强化玻璃的AFP耐久性(10000次)优选为100度以上,更优选为105度以上,进一步优选为110度以上。通过AFP耐久性(10000次)为100度以上,能够抑制涂层膜的剥离。对AFP耐久性(10000次)的上限没有特别限制,典型地为125度以下。
<<用途>>
本化学强化玻璃作为手机、智能手机等的移动设备等电子设备中使用的保护玻璃是有用的。此外,对于不以携带为目的的电视、个人电脑、触控面板等电子设备的保护玻璃、电梯壁面、房屋或大厦等建筑物的壁面(全屏显示屏)也是有用的。另外,作为窗玻璃等建筑用材料、台面、汽车或飞机等的内装等或它们的保护玻璃,以及在具有曲面形状的壳体等也是有用的。
本化学强化玻璃的离子分布和应力特性可以通过本化学强化玻璃的基本组成和化学强化处理的条件来调节。从提高本化学强化玻璃的应力特性的观点考虑,本化学强化玻璃优选为微晶玻璃。以下对本化学强化玻璃的基本组成、微晶玻璃进行说明。
<<本化学强化玻璃的基本组成>>
本化学强化玻璃的基本组成优选含有SiO2、Li2O、Al2O3。以氧化物基准的摩尔%计,本化学强化玻璃的基本组成优选含有:
40%~75%的SiO2、
5%~35%的Li2O、
1%~20%的Al2O3。
另外,以氧化物基准的摩尔%计,本化学强化玻璃的基本组成更优选含有:
40%~70%的SiO2、
5%~35%的Li2O、
1%~20%的Al2O3。
另外,以氧化物基准的摩尔%计,本化学强化玻璃的基本组成进一步优选含有:
50%~70%的SiO2、
10%~30%的Li2O、
1%~15%的Al2O3、
0%~5%的P2O5、
0%~8%的ZrO2、
0%~10%的MgO、
0%~5%的Y2O3、
0%~10%的B2O3、
0%~5%的Na2O、
0%~5%的K2O、
0%~2%的SnO2。
具体而言,例如以下的(i)~(iii)的玻璃是优选的。
(i)含有61.0%的SiO2、21.0%的Li2O、5.0%的Al2O3、2.0%的Na2O、2.0%的P2O5、3.0%的ZrO2、5.0%的MgO、1.0%的Y2O3的玻璃。
(ii)含有51.2%的SiO2、34.1%的Li2O、5.0%的Al2O3、1.8%的Na2O、2.3%的P2O5、4.5%的ZrO2、1.0%的Y2O3的玻璃。
(iii)含有54.0%的SiO2、30.9%的Li2O、5.4%的Al2O3、1.7%的Na2O、1.2%的K2O、1.9%的P2O5、3.9%的ZrO2、0.7%的Y2O3的玻璃。
另外,可以含有Sb2O3、HfO2等杂质作为微量成分。
在此,“化学强化玻璃的基本组成”是指化学强化前的微晶玻璃的组成。关于该组成,将在后面叙述。除了进行了极端的离子交换处理的情况以外,本化学强化玻璃的组成大体上与强化前的微晶玻璃具有类似的组成,通常,强化前的微晶玻璃的组成与化学强化玻璃的板厚中心的组成等同。特别是,除了进行了极端的离子交换处理的情况以外,距离玻璃表面的最深部分的组成与强化前的微晶玻璃的组成相同。
<微晶玻璃>
从提高强度的观点考虑,本化学强化玻璃优选包含微晶玻璃(以下称为本微晶玻璃)。微晶玻璃与非晶玻璃相比具有更优异的强度,因此即使与以往的化学强化玻璃相比玻璃表面的碱混合度低的情况下,也容易形成优选的应力分布,容易兼顾玻璃的强度与表面特性。
作为微晶玻璃中所含的晶体,例如可以列举:磷酸锂晶体、偏硅酸锂晶体、β-锂辉石晶体。从提高强度的观点考虑,其中优选磷酸锂晶体、偏硅酸锂晶体。另外,微晶玻璃中所含的晶体可以为固溶体晶体。通过含有这些晶体,强度提高并且透光率提高,雾度变小。
Li3PO4晶体与Li4SiO4晶体的晶体结构类似,因此有时难以通过粉末X射线衍射测定来辨别。即,在测定粉末X射线衍射时,在2θ=16.9°、22.3°、23.1°、33.9°附近出现衍射峰。由于存在晶体量少的情况、进行了取向的情况,因此有时不能确认强度低的峰、特定晶体面的峰。另外,在两种晶体固溶的情况下,有时2θ峰位置偏移约1°。
在2θ=10°~80°的范围内测定X射线衍射时,本微晶玻璃选的最强的衍射峰优选出现在22.3°±0.2°或23.1±0.2°。
为了提高机械强度,本微晶玻璃的晶化率优选为5%以上,更优选为10%以上,进一步优选为15%以上,特别优选为20%以上。为了提高透明性,晶化率优选为70%以下,更优选为60%以下,进一步优选为50%以下。晶化率小这一点在容易通过加热而弯曲成型等方面也是优异的。
为了提高强度,本微晶玻璃的析出晶体的平均粒径优选为5nm以上,特别优选为10nm以上。为了提高透明性,平均粒径优选为80nm以下,更优选为60nm以下,进一步优选为50nm以下,特别优选为40nm以下,最优选为30nm以下。析出晶体的平均粒径可以由透射型电子显微镜(TEM)图像求出。
在本微晶玻璃为板状的情况下,其厚度(t)优选为3000μm以下,更优选如下逐步为2000μm以下、1600μm以下、1100μm以下、900μm以下、800μm以下、700μm以下。另外,为了通过化学强化处理获得足够的强度,该厚度(t)优选为300μm以上,更优选为400μm以上,进一步优选为500μm以上。
在厚度为700μm的情况下,本微晶玻璃的透光率为85%以上,因此在用于手机显示屏的保护玻璃的情况下,容易看到显示器的屏幕。透光率优选为88%以上,更优选为90%以上。透光率越高越优选,但通常为91%以下。在厚度为700μm的情况下,90%的透光率与普通的非晶玻璃同等。
需要说明的是,在实际的厚度不是700μm的情况下,可以基于测定值,根据朗伯比尔定律(Lambert-Beer law)计算700μm的情况下的透光率。另外,在板厚t大于700μm的情况下,可以通过研磨、蚀刻等将板厚调节为700μm后进行测定。
另外,在厚度为700μm的情况下,雾度值为0.5%以下,优选为0.4%以下,更优选为0.3%以下,进一步优选为0.2%以下,特别优选为0.15%以下。雾度值越低越优选,但通常为0.01%以上。在厚度为700μm的情况下,0.02%的雾度值与普通的非晶玻璃同等。
需要说明的是,板厚t[μm]的微晶玻璃的全光线可见光透射率(全光線可視光透過率)为100×T[%]、雾度值为100×H[%]的情况下,通过引用朗伯-比尔定律,使用常数α,能够表示为T=(1-R)2×exp(-αt)。使用该常数α,得到dH/dt∝exp(-αt)×(1-H)。
即,认为雾度值随着板厚增加而增加与内部直线透射率成比例的量,因此在700μm的情况下的雾度值H0.7可以由下式求出。
另外,在板厚t大于700μm的情况下,可以通过研磨、蚀刻等将板厚调节为700μm后进行测定。
本微晶玻璃的断裂韧性值高,即使通过化学强化形成大的压应力,也不易发生剧烈的断裂。当本微晶玻璃的断裂韧性值优选为0.81MPa·m1/2以上,更优选为0.84MPa·m1/2以上,进一步优选为0.87MPa·m1/2以上时,能够得到耐冲击性高的玻璃。对本微晶玻璃的断裂韧性值的上限没有特别限制,典型地为1.5MPa·m1/2以下。
为了在化学强化处理时能够抑制翘曲,本微晶玻璃的杨氏模量优选为80GPa以上,更优选为85GPa以上,进一步优选为90GPa以上,特别优选为95GPa以上。本微晶玻璃有时在研磨后使用。为了易于研磨,杨氏模量优选为130GPa以下,更优选为120GPa以下,进一步优选为110GPa以下。
本微晶玻璃通过对在后面说明的非晶玻璃进行加热处理并进行晶化而得到。
<<微晶玻璃的组成>>
本微晶玻璃优选含有SiO2、Li2O、Al2O3。以氧化物基准的摩尔%计,本微晶玻璃优选含有:
40%~75%的SiO2、
5%~35%的Li2O、
1%~20%的Al2O3。
另外,以氧化物基准的摩尔%计,本微晶玻璃更优选含有:
40%~70%的SiO2、
5%~35%的Li2O、
1%~20%的Al2O3。
另外,以氧化物基准的摩尔%计,本微晶玻璃进一步优选含有:
50%~70%的SiO2、
10%~30%的Li2O、
1%~15%的Al2O3、
0%~5%的P2O5、
0%~8%的ZrO2、
0%~10%的MgO、
0%~5%的Y2O3、
0%~10%的B2O3、
0%~5%的Na2O、
0%~5%的K2O、
0%~2%的SnO2。
具体而言,例如以下的(i)~(iii)的玻璃是优选的。
(i)含有61.0%的SiO2、21.0%的Li2O、5.0%的Al2O3、2.0%的Na2O、2.0%的P2O5、3.0%的ZrO2、5.0%的MgO、1.0%的Y2O3的玻璃。
(ii)含有51.2%的SiO2、34.1%的Li2O、5.0%的Al2O3、1.8%的Na2O、2.3%的P2O5、4.5%的ZrO2、1.0%的Y2O3的玻璃。
(iii)含有54.0%的SiO2、30.9%的Li2O、5.4%的Al2O3、1.7%的Na2O、1.2%的K2O、1.9%的P2O5、3.9%的ZrO2、0.7%的Y2O3的玻璃。
另外,可以含有Sb2O3、HfO2等杂质作为微量成分。
以氧化物基准的摩尔%计,本微晶玻璃的SiO2、Al2O3、P2O5和B2O3的总量优选为60%~80%。SiO2、Al2O3、P2O5和B2O3为玻璃的网络形成成分(下面也简称为NWF)。通过这些NWF的总量多,玻璃的强度提高。由此,增大微晶玻璃的断裂韧性值,因此NWF的总量优选为60%以上,更优选为63%以上,特别优选为65%以上。但是,NWF过多的玻璃由于熔融温度变高等而难以制造,因此NWF的总量优选为85%以下,更优选为80%以下,进一步优选为75%以下。
本微晶玻璃的Li2O、Na2O和K2O的总量相对于NWF即SiO2、Al2O3、P2O5和B2O3的总量之比优选为0.20~0.60。
Li2O、Na2O和K2O为网络修饰成分,降低其相对于NWF的比率会增加网络中的间隙,因此提高耐冲击性。因此,NWF优选为0.60以下,更优选为0.55以下,特别优选为0.50以下。另一方面,由于这些是化学强化时必不可少的成分,因此为了提高化学强化特性,NWF优选为0.20以上,更优选为0.25以上,特别优选为0.30以上。
下面,对本微晶玻璃的组成进行说明。
在本微晶玻璃中,SiO2是形成玻璃的网络结构的成分。另外,SiO2是提高化学耐久性的成分,SiO2的含量优选为40%以上。SiO2的含量更优选为48%以上,进一步优选为50%以上,特别优选为52%以上,极其优选为54%以上。另一方面,为了改善熔融性,SiO2的含量优选为75%以下,更优选为70%以下,更进一步优选为68%以下,进一步优选为66%以下,特别优选为64%以下。
Li2O是通过离子交换而形成表面压应力的成分,是主晶体的构成成分,因此是必不可少的。Li2O的含量优选为5%以上,更优选为8%以上,更优选为11%以上,进一步优选为15%以上,特别优选为20%以上,最优选为22%以上。另一方面,为了使玻璃稳定,Li2O的含量优选为35%以下,更优选为32%以下,进一步优选为30%以下,特别优选为28%以下,最优选为26%以下。
Al2O3是通过化学强化而增加表面压应力的成分,是必不可少的。Al2O3的含量优选为1%以上,更优选为2%以上,进一步优选以下依次为3%以上、5%以上、5.5%以上、6%以上,特别优选为6.5%以上,最优选为7%以上。另一方面,为了不使玻璃的失透温度变得过高,Al2O3的含量优选为20%以下,更优选为15%以下,进一步优选为12%以下,特别优选为10%以下,最优选为9%以下。
P2O5是Li3PO4晶体的构成成分,在使该晶体析出的情况下是必不可少的。在该情况下,为了促进晶化,P2O5的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为1.5%以上,特别优选为2%以上,极其优选为2.5%以上。另一方面,P2O5含量过多时,熔融时容易分相,而且耐酸性明显下降,因此P2O5的含量优选为5%以下,更优选为4.8%以下,进一步优选为4.5%以下,特别优选为4.2%以下。
ZrO2是提高机械强度和化学耐久性的成分,为了显著地提高CS,优选含有ZrO2。ZrO2的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为1.5%以上,特别优选为2%以上,最优选为2.5%以上。另一方面,为了抑制熔融时的失透,ZrO2优选为8%以下,更优选为7.5%以下,特别优选为6%以下。ZrO2的含量过多时,由于失透温度的上升而造成粘度降低。为了抑制该粘度降低而导致成型性变差,在成型粘度低的情况下,ZrO2的含量优选为5%以下,更优选为4.5%以下,进一步优选为3.5%以下。
MgO是使玻璃稳定化的成分,也是提高机械强度和耐化学品性的成分,因此在Al2O3含量比较少等情况下,优选含有MgO。MgO的含量优选为1%以上,更优选为2%以上,进一步优选为3%以上,特别优选为4%以上。另一方面,当过量添加MgO时,玻璃的粘度降低,容易引起失透或分相,因此MgO的含量优选为10%以下,更优选为9%以下,进一步优选为8%以下,特别优选为7%以下。
Y2O3是具有化学强化玻璃断裂时使碎片不易飞散效果的成分,可以含有Y2O3。Y2O3的含量优选为1%以上,更优选为1.5%以上,进一步优选为2%以上,特别优选为2.5%以上,极其优选为3%以上。另一方面,为了抑制熔融时的失透,Y2O3的含量优选为5%以下,更优选为为4%以下。
B2O3是提高化学强化用玻璃或化学强化玻璃的耐边缘缺损性(チッピング耐性)并且提高熔融性的成分,可以含有B2O3。为了提高熔融性,在含有B2O3的情况下B2O3的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为2%以上。另一方面,B2O3的含量过多时,在熔融时产生波筋或者容易分相,化学强化用玻璃的品质容易降低,因此B2O3的含量优选为10%以下。B2O3的含量更优选为8%以下,进一步优选为6%以下,特别优选为4%以下。
Na2O是提高玻璃的熔融性的成分。Na2O不是必不可少的,但是在含有Na2O的情况下,Na2O的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,特别优选为2%以上。当Na2O过多时,难以析出作为主晶体的Li3PO4等晶体或者化学强化特性降低,因此Na2O的含量优选为5%以下,更优选为4.5%以下,进一步优选为4%以下,特别优选为3.5%以下。
K2O与Na2O同样是降低玻璃的熔融温度的成分,可以含有K2O。在含有K2O时K2O的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为1.5%以上,特别优选为2%以上。K2O过多时,化学强化特性下降或者化学耐久性下降,因此K2O的含量优选为5%以下,更优选为4%以下,进一步优选为3.5%以下,特别优选为3%以下,最优选为2.5%以下。
为了提高玻璃原料的熔融性,Na2O和K2O的合计的含量Na2O+K2O优选为1%以上,更优选为2%以上。
另外,K2O含量相对于Li2O、Na2O和K2O的含量的合计(下面称为R2O)之比K2O/R2O为0.2以下时,能够提高化学强化特性,提高化学耐久性,因而优选。K2O/R2O更优选为0.15以下,进一步优选为0.10以下。
需要说明的是,R2O优选为10%以上,更优选为15%以上,进一步优选为20%以上。另外,R2O优选为29%以下,更优选为26%以下。
另外,为了提高化学耐久性,ZrO2/R2O优选为0.02以上,更优选为0.03以上,进一步优选为0.04以上,特别优选为0.1以上,最优选为0.15以上。为了提高晶化后的透明性,ZrO2/R2O优选为0.6以下,更优选为0.5以下,进一步优选为0.4以下,特别优选为0.3以下。
SnO2具有促成晶核产生的作用,可以含有SnO2。SnO2不是必不可少的,但是在含有SnO2的情况下,SnO2的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为1.5%以上,特别优选为2%以上。另一方面,为了抑制熔融时的失透,SnO2的含量优选为5%以下,更优选为4%以下,进一步优选为3.5%以下,特别优选为3%以下。
TiO2是能够促进晶化的成分,可以含有TiO2。TiO2不是必不可少的,但是在含有TiO2的情况下,TiO2的含量优选为0.2%以上,更优选为0.5%以上。另一方面,为了抑制熔融时的失透,TiO2的含量优选为4%以下,更优选为2%以下,进一步优选为1%以下。
BaO、SrO、MgO、CaO和ZnO都是提高玻璃的熔融性的成分,可以含有这些成分。在含有这些成分的情况下,BaO、SrO、MgO、CaO和ZnO的含量的合计(以下记作BaO+SrO+MgO+CaO+ZnO)优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为1.5%以上,特别优选为2%以上。另一方面,由于离子交换速度降低,因此BaO+SrO+MgO+CaO+ZnO优选为8%以下,更优选为6%以下,进一步优选为5%以下,特别优选为4%以下。
其中的BaO、SrO、ZnO提高残留玻璃的折射率而使其接近析出晶体相,由此提高微晶玻璃的透光率,降低雾度值,因此可以含有BaO、SrO、ZnO。在此情况下,BaO、SrO和ZnO的含量的合计(以下记作BaO+SrO+ZnO)优选为0.3%以上,更优选为0.5%以上,进一步优选为0.7%以上,特别优选为1%以上。另一方面,有时这些成分使离子交换速度降低。为了改善化学强化特性,BaO+SrO+ZnO优选为2.5%以下,更优选为2%以下,进一步优选为1.7%以下,特别优选为1.5%以下。
La2O3、Nb2O5和Ta2O5均为化学强化玻璃断裂时使碎片不易飞散的成分,为了提高折射率,可以含有这些成分。在含有这些成分的情况下,La2O3、Nb2O5和Ta2O5的含量的合计(以下记作La2O3+Nb2O5+Ta2O5)优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为1.5%以上,特别优选为2%以上。另外,为了使得在熔融时玻璃不易失透,La2O3+Nb2O5+Ta2O5优选为4%以下,更优选为3%以下,进一步优选为2%以下,特别优选为1%以下。
另外,可以含有CeO2。CeO2有时通过对玻璃进行氧化来抑制着色。含有CeO2时CeO2的含量优选为0.03%以上,更优选为0.05%以上,进一步优选为0.07%以上。为了提高透明性,CeO2的含量优选为1.5%以下,更优选为1.0%以下。
在将本化学强化玻璃进行着色而使用时,可以在不阻碍实现所期望的化学强化特性的范围内添加着色成分。作为着色成分,例如可以列举:Co3O4、MnO2、Fe2O3、NiO、CuO、Cr2O3、V2O5、Bi2O3、SeO2、Er2O3、Nd2O3。
着色成分的含量优选合计在1%以下的范围内。在想要进一步提高玻璃的可见光透射率的情况下,优选实质上不含有这些成分。
另外,作为玻璃的熔融时的澄清剂等,可以适当含有SO3、氯化物、氟化物。优选不含有As2O3。在含有Sb2O3的情况下,Sb2O3的含量优选为0.3%以下,更优选为0.1%以下,最优选不含有Sb2O3。
<化学强化玻璃的制造方法>
本发明的化学强化玻璃通过对上述的微晶玻璃进行化学强化处理来制造。该微晶玻璃通过对相同组成的非晶玻璃进行加热处理而晶化的方法来制造。
(非晶玻璃的制造)
非晶玻璃例如可以通过以下方法制造。需要说明的是,以下记载的制造方法为制造板状的化学强化玻璃的情况的例子。
以得到优选组成的玻璃的方式调配玻璃原料,并在玻璃熔窑中进行加热熔融。然后,通过鼓泡、搅拌、添加澄清剂等使熔融玻璃均质化,通过公知的成型法成型为规定厚度的玻璃板,然后进行缓慢冷却。或者可以通过将熔融玻璃成型为块状并进行缓慢冷却,然后进行切割的方法成型为板状。
(晶化处理)
对通过上述操作步骤得到的非晶玻璃进行加热处理,由此得到微晶玻璃。
加热处理可以为从室温升温至第一处理温度并保持一定时间后,在作为比第一处理温度高的第二处理温度下保持一定时间的两步加热处理。或者可以通过在特定的处理温度下保持后,冷却至室温的一步加热处理。
在两步加热处理的情况下,第一处理温度优选为对于该玻璃组成而言成核速度增大的温度范围,第二处理温度优选为对于该玻璃组成而言晶体生长速度增大的温度范围。另外,关于第一处理温度下的保持时间,优选较长保持以使得生成足够数量的晶核。通过生成大量晶核,各晶体的尺寸变小,从而可以得到透明性高的微晶玻璃。
在两步处理的情况下,例如可以列举:在450℃~700℃的第一处理温度下保持1小时~6小时,然后例如在600℃~800℃的第二处理温度下保持1小时~6小时。在一步处理的情况下,例如可以列举:在500℃~800℃下保持1小时~6小时。
根据需要对由上述操作步骤得到的微晶玻璃进行磨削和研磨处理,从而形成微晶玻璃板。在将微晶玻璃板切割成规定的形状和尺寸或者进行倒角加工的情况下,如果在实施化学强化处理之前进行切割、倒角加工,则通过之后的化学强化处理在端面也形成压应力层,因此是优选的。
(化学强化处理)
化学强化处理为通过在包含离子半径大的金属离子(典型而言,Na离子或K离子)的金属盐(例如硝酸钾)的熔液中浸渍等方法,使玻璃与金属盐接触,由此使玻璃中的离子半径小的金属离子(典型而言,Na离子或Li离子)置换为离子半径大的金属离子(典型而言,相对于Li离子而言为Na离子或K离子,相对于Na离子而言为K离子)的处理。
为了加快化学强化处理的速度,优选利用将玻璃中的Li离子与Na离子交换的“Li-Na交换”。另外,为了通过离子交换而形成大的压应力,优选利用将玻璃中的Na离子与K离子交换的“Na-K交换”。
作为用于进行化学强化处理的熔融盐,例如可以列举:硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氯化物等。其中,作为硝酸盐,例如可以列举:硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铯、硝酸银等。作为硫酸盐,例如可以列举:硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸铯、硫酸银等。作为碳酸盐,例如可以列举:碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾等。作为氯化物,例如可以列举:氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化铯、氯化银等。这些熔融盐可以单独使用,也可以组合多种使用。
化学强化处理的处理条件可以考虑玻璃组成、熔融盐的种类等而选择时间和温度等。例如可以列举:将本微晶玻璃优选在450℃以下进行优选1小时以下的化学强化处理。具体而言,例如可以列举:优选在450℃的含有0.3质量%的Li和99.7质量%的Na的熔融盐(例如,硝酸锂和硝酸钠的混合盐)中浸渍优选约0.5小时的处理。
化学强化处理可以通过两步以上的离子交换进行。两步离子交换具体而言例如如下进行。首先,将本微晶玻璃优选在约350℃~约500℃的包含Na离子的金属盐(例如,硝酸钠)中浸渍优选约0.1小时~约10小时。由此,发生微晶玻璃中的Li离子与金属盐中的Na离子的离子交换,能够形成比较深的压应力层。
当通过化学强化处理在玻璃物品的表面部分形成压应力层时,在玻璃物品中心部必然产生对应于表面的压应力总量的拉应力。该拉应力值变得过大时,玻璃物品断裂时剧烈破裂,碎片飞散。当CT超过其阈值(以下有时简称为CT极限)时,在产生损伤时的破碎数量爆炸性地增加。在进行两步以上的离子交换的情况下,通过最初的离子交换(第一离子交换)在玻璃内部形成的应力分布的最大拉应力值优选大于CT极限。通过第一离子交换后的最大拉应力值大于CT极限,通过第一离子交换充分引入压应力,在接下来的第二离子交换工序中,即使在玻璃表层的应力值降低后,也能够将CS50和CS90保持得高。
CT极限通过下式(1)求出。CTA相当于CT极限,是由化学强化用玻璃的组成确定的值。另外,CTave是相当于拉应力的平均值的值,CTave通过下式(2)求出。如果CTave<CTA,则低于CT极限,能够抑制在产生损伤时的破碎数量的爆炸性增加。
t:板厚(μm)
K1c:断裂韧性值(MPa·m1/2)
CTave=ICT/LCT…式(2)
ICT:拉应力的积分值(Pa·m)
LCT:拉应力区域的板厚方向的长度(μm)
接着,在优选为约350℃~约500℃的含K离子的金属盐(例如,硝酸钾)中浸渍优选约0.1小时~约10小时。由此,在之前的处理中形成的压应力层的例如深度约10μm以内的部分产生大的压应力。根据这样的两步的处理,容易得到表面压应力值大的应力分布。
如上所述,在本说明书中公开了以下事项。
1.一种化学强化玻璃,所述化学强化玻璃为厚度为t[μm]并含有Li2O、K2O和Na2O的化学强化玻璃,其中,
以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为x[μm]之处的K2O浓度设为Kx[%]、将化学强化前的K2O的含量设为Kt/2[%]时,
Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小深度z为0.5μm~5μm。
2.根据上述1所述的化学强化玻璃,其中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为x[μm]之处的K2O浓度设为Kx[%]、在将化学强化前的K2O的含量设为Kt/2[%]时,将Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小深度z[μm]处的Na2O浓度设为Naz[%]、将从表面起算的深度为50μm之处的Na2O浓度设为Na50[%]时,
|Naz-Na50|<3[%]。
3.根据上述1所述的化学强化玻璃,其中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为50μm之处的Na2O浓度设为Na50[%]、将化学强化前的Na2O的含量设为Nat/2[%]时,
Na50<Nat/2+7[%]。
4.根据上述1~3中任一项所述的化学强化玻璃,其中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为1μm之处的K2O浓度设为K1[%]、将从表面起算的深度为1μm之处的Na2O浓度设为Na1[%]、将化学强化前的Li2O、Na2O和K2O的含量分别设为Lit/2[%]、Nat/2[%]和Kt/2[%]时,
(Lit/2+Nat/2+Kt/2)-2(Na1+K1)>0[%]。
5.根据上述1~4中任一项所述的化学强化玻璃,其中,所述化学强化玻璃的表面压应力值CS0为450MPa以上,从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50为150MPa以上,并且从表面起算的深度为90μm之处的压应力值CS90为30MPa以上。
6.根据上述1~4中任一项所述的化学强化玻璃,其中,所述化学强化玻璃的表面压应力值CS0为450MPa以上,从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50为y=124.7×t+21.5[MPa]以上,并且从表面起算的深度为90μm之处的压应力值CS90为y=99.1×t-38.3[MPa]以上。
7.一种化学强化玻璃,其中,K离子侵入深度D为0.5μm~5μm,
所述K离子侵入深度D处的压应力值与从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50之差的绝对值为150MPa以下,
所述K离子侵入深度D处的压应力值为350MPa以下,
表面压应力值CS0为450MPa以上,从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50为150MPa以上,从表面起算的深度为90μm之处的压应力值CS90为30MPa以上。
8.根据上述1~7中任一项所述的化学强化玻璃,其中,所述化学强化玻璃包含微晶玻璃。
9.根据上述1~8中任一项所述的化学强化玻璃,其中,以氧化物基准的摩尔百分率计,基本组成含有40%~75%的SiO2、1%~20%的Al2O3、5%~35%的Li2O。
10.根据上述1~9中任一项所述的化学强化玻璃,所述化学强化玻璃为进行了两步以上离子交换的化学强化玻璃,其中,最初的离子交换、即第一离子交换后的CTave大于CTA,
CTA由下式(1)求出,CTave由下式(2)求出,
t:板厚(μm)
K1c:断裂韧性值(MPa·m1/2)
CTave=ICT/LCT…式(2)
ICT:拉应力的积分值(Pa·m)
LCT:拉应力区域的板厚方向的长度(μm)。
11.根据上述1~10中任一项所述的化学强化玻璃,其中,所述化学强化玻璃的厚度t为300μm~1500μm。
12.根据上述1~11中任一项所述的化学强化玻璃,其中,将由式CS0/D定义的玻璃表层处的表层斜率设为P0的情况下,-1000MPa/μm<P0<-225MPa/μm,
在所述式中,CS0为表面压应力值(MPa),D为K离子侵入深度(μm)。
13.根据上述1~12中任一项所述的化学强化玻璃,其中,将从表面起算的深度50μm处与从表面起算的深度90μm处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P50-90(MPa/μm)、将从表面起算的深度90μm处与压应力值为零的深度(DOL)(μm)处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P90-DOL(MPa/μm)的情况下,
|P50-90|>|P90-DOL|、1.8<|P50-90|<6.0并且1.5<|P90-DOL|<4.0,
所述P50-90和所述P90-DOL通过下式求出,
P50-90=(CS50-CS90)/40
P90-DOL=CS90/(DOL-90)。
14.根据上述1~13中任一项所述的化学强化玻璃,其中,将从表面起算的深度50μm处与从表面起算的深度90μm处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P50-90(MPa/μm)、将从表面起算的深度90μm处与压应力值为零的深度(DOL)(μm)处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P90-DOL(MPa/μm)的情况下,
|P50-90|<|P90-DOL|、1.0<|P50-90|<3.0并且1.2<|P90-DOL|<4.0,
所述P50-90和所述P90-DOL通过下式求出,
P50-90=(CS50-CS90)/40
P90-DOL=CS90/(DOL-90)。
15.一种化学强化玻璃的制造方法,所述化学强化玻璃的厚度为t[μm]并含有Li2O、K2O和Na2O,所述化学强化玻璃的制造方法包含对含有Li2O的玻璃进行化学强化,其中,
以所述化学强化玻璃的氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度x[μm]处的K2O浓度设为Kx[%]、将所述化学强化前的玻璃的K2O的含量设为Kt/2[%]时,
以使得Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小深度z为0.5μm~5μm的方式进行化学强化。
16.根据上述15所述的化学强化玻璃的制造方法,其中,所述含有Li2O的玻璃包含微晶玻璃。
17.根据上述16所述的化学强化玻璃的制造方法,其中,所述化学强化包含两步以上的离子交换,最初的离子交换、即第一离子交换后的CTave大于CTA,
CTA由下式(1)求出,CTave由下式(2)求出,
t:板厚(μm)
K1c:断裂韧性值(MPa·m1/2)
CTave=ICT/LCT…式(2)
ICT:拉应力的积分值(Pa·m)
LCT:拉应力区域的板厚方向的长度(μm)。
实施例
以下通过实施例对本发明进行说明,但本发明不限于此。
<非晶玻璃的制作与评价>
以成为在表1中以氧化物基准的摩尔%计的玻璃组成的方式调配玻璃原料,以得到800g的玻璃的方式进行称量。接着,将混合的玻璃原料放入铂坩埚中,投入到1600℃的电炉中熔融约5小时,并进行脱泡、均质化。
将所得到的熔融玻璃倒入模具中,在玻璃化转变温度下保持1小时,然后以0.5℃/分钟的速度冷却至室温,由此得到了玻璃块。使用所得到的块的一部分,对非晶玻璃的玻璃化转变温度、比重、杨氏模量、断裂韧性值进行评价,将评价的结果示于表1中。
表中的R2O表示Li2O、Na2O和K2O的含量的合计,NWF表示SiO2、Al2O3、P2O5和B2O3的含量的合计。
(比重ρ)
比重ρ利用阿基米德法进行测定。
(玻璃化转变温度Tg)
使用玛瑙研钵将玻璃粉碎,将约80mg粉末放入铂池中,将升温速度设定为10/分钟,从室温升温至1100℃,同时使用差示扫描量热仪(布鲁克公司制造;DSC3300SA)测定DSC曲线,并求出玻璃化转变温度Tg。
或者,基于JIS R1618:2002,使用热膨胀计(布鲁克AXS公司制造;TD5000SA),将升温速度设定为10℃/分钟,由此得到热膨胀曲线,并由所得到的热膨胀曲线求出玻璃化转变温度Tg[単位:℃]。
(雾度值)
使用雾度计(须贺试验机株式会社制造;HZ-V3),测定卤素灯C光源下的雾度值[単位:%]。
(杨氏模量E)
杨氏模量E利用超声波法进行测定。
(断裂韧性值Kc)
断裂韧性值Kc根据JIS R1607:2015,通过IF法进行测定。
[CTA值]
CTA值通过下式(1)求出。
t:板厚(μm)
K1c:断裂韧性值(MPa·m1/2)
表1
G1 | G2 | |
SiO2 | 61.0 | 51.2 |
Al2O3 | 5.0 | 5.0 |
P2O5 | 2.0 | 2.3 |
Li2O | 21.0 | 34.1 |
Na2O | 2.0 | 1.8 |
MgO | 5.0 | 0.0 |
ZrO2 | 3.0 | 4.5 |
Y2O3 | 1.0 | 1.0 |
R2O | 23.0 | 35.9 |
NWF | 68.0 | 58.5 |
ρ(g/cm3) | 2.56 | 2.57 |
Tg(℃) | 513 | 494 |
雾度(%) | 0.02 | 0.02 |
E(GPa) | 90 | 97 |
Kc(MPa·m1/2) | 0.98 | 0.86 |
<晶化处理和微晶玻璃的评价>
将所得到的玻璃块加工成50mm×50mm×1.5mm后,在表2所记载的条件下进行热处理,从而得到了微晶玻璃。表的晶化条件一栏的上排为成核处理条件、下排为晶体生长处理条件,例如在记载上排为550℃2小时、下排为730℃2小时的情况下,是指在550℃下保持2小时,然后在730℃下保持2小时。
对所得到的微晶玻璃进行加工,进行镜面研磨,从而得到了厚度t为700μm的微晶玻璃板。另外,制作用于测定热膨胀系数的棒状试样。将剩余的微晶玻璃的一部分进行粉碎,用于析出晶体的分析。微晶玻璃的评价结果示于表2中。
(X射线衍射:析出晶体)
在以下条件下测定粉末X射线衍射,对析出晶体进行鉴定。
测定装置:日本理学公司制造Smart Lab
使用X射线:CuKα射线
测定范围:2θ=10°~80°
速度:1°/分钟
步距:0.01°
将检测到的主晶体示于表2的晶体栏中。Li3PO4和Li4SiO4难以通过粉末X射线衍射进行辨别,因此同时记载两者。
(雾度值)
使用雾度计(须贺试验机株式会社制造;HZ-V3)测定了卤素灯C光源下的雾度值[単位:%]。
表2
<化学强化处理和强化玻璃的评价>
在表3所示的条件下,对微晶玻璃CG1、CG2进行化学强化,分别作为例1~7。表3的例1~4、6、7为实施例,例5为比较例。表3中“%”表示“质量%”。
化学强化玻璃的评价结果示于表4中。空白栏(斜线)表示未评价。另外,例1和例5的应力分布示于图2中。表4的例1~例7的板厚为700mm,例8、例9的板厚为550mm。例1~4、6~9为实施例,例5为比较例。需要说明的是,例8、例9分别与在表3记载的例6、例7相同的条件下进行了化学强化。
(EPMA)
利用EPMA的测定如下进行。首先,在环氧树脂中包埋玻璃试样,沿垂直于第一主面和与第一主面相对的第二主面的方向进行机械研磨,由此制作了剖面试样。对研磨后的截面施加C涂层,并使用EPMA(JEOL制造:JXA-8500F)进行测定。将加速电压设定为15kV、探针电流设定为30nA、累积时间设定为1000毫秒/点,以1μm的间隔获得了K、Na或Li的X射线强度的谱线分布。
(K离子侵入深度)
K离子侵入深度D通过以下的操作步骤(1)~(3)求出。
(1)使用折原制作所制造的散射光光弹性应力计SLP-2000,测定化学强化玻璃的压应力值(CS)的在深度方向的分布。
(2)接着,对于与在(1)中使用SLP-2000测定压应力值的深度方向的分布相同的化学强化玻璃,通过如下方法测定深度方向的分布。
在将玻璃的单面密封的状态下,浸渍于体积分数为1%HF-99%H2O的酸中,仅对单面进行任意厚度的蚀刻。由此,在化学强化玻璃的表面和背面产生应力差,玻璃因应该应力差而发生翘曲。使用接触式形状测定仪(三丰制造,Surftest)对该翘曲量进行测定。在蚀刻深度的3处以上测定翘曲。
根据所得到的翘曲量,使用以下文献所示的公式换算为应力,由此得到了压应力值的深度方向的分布。
文献:G.G.Stoney,Proc.Roy.Soc.London Ser.A,82,172(1909)。
(3)将在操作步骤(1)和(2)中得到的2个分布重叠,交叉的点的深度作为“K离子侵入深度D”。
在例6、例7、例8、例9中,对于通过使用旋转研磨机(装置名称:9B-5P,制造商:SPEEDFAM)的研磨而产生的翘曲使用接触式形状测定仪(装置名称:SV-600,制造商:三丰)进行测定。
(应力分布)
应力分布使用折原制作所制造的散射光光弹性应力计SLP-2000进行测定。
(表面电阻)
表面电阻率使用非接触电导率仪(DELCOM公司制造)进行测定。
(落下试验)
落下试验为如下试验:将得到的120mm×60mm×0.6mmt的玻璃样品嵌入到将质量和刚性调节为目前使用的普通智能手机尺寸的结构体中,由此准备了模拟智能手机,然后关于#180落下强度,使所述模拟智能手机自由落下到#180SiC砂纸上,或关于#80落下强度,使所述模拟智能手机自由落下到#80SiC砂纸上。对于落下高度,在从5cm的高度落下而未破裂的情况下,反复进行将落下高度提高5cm并使其在此落下的操作直至破裂,测定10张玻璃样品首次破裂时的平均值。
本说明书中AFP耐久性(10000次)通过橡皮擦磨损试验在下述条件下进行测定。
橡皮擦磨损试验条件:
对进行了化学强化的玻璃板表面进行紫外线清洁,喷涂OPTOOL(注册商标)DSX(大金公司制造)在玻璃板表面上形成基本均匀的AFP膜。
在1cm2的压头上安装橡皮擦(MIRAE SCIENCE公司制造,minoan),在施加1kgf的载荷的状态下,以冲程宽度20mm、速度30mm/秒对形成在玻璃板表面上的AFP膜表面往复摩擦10000次,然后用布[小津产公司制造,DUSPER(注册商标)]擦干而清洁AFP膜表面,然后在AFP膜表面的3处测定水接触角(°)。该操作重复3次,测定合计9个的平均水接触角(°)。AFP膜表面的水接触角(°)利用根据JIS R3257(1999年)的方法进行测定。
(4PB强度)
将化学强化玻璃加工成120mm×60mm的条状,在支撑件的外部支点间距离为30mm、内部支点间距离为10mm、十字头速度为5.0mm/分钟的条件下进行4点弯曲试验,测定4点弯曲强度。试验片的个数为10个。需要说明的是,所述化学强化玻璃在加工成条状后,使用1000目的磨石(东京金刚石工具制作所制造)进行自动倒角加工(C倒角),并使用0.1mm直径尼龙刷和SHOROX NZ磨粒(昭和电工公司制造)对端面进行镜面加工并对所得到的120mm×60mm×0.7mm厚的化学强化玻璃进行测定。示出通过下述指标对4PB强度的测定值进行评价的结果。
A:4PB强度为779MPa以上。
B:4PB强度为600MPa以上且小于779MPa。
C:4PB强度小于600MPa。
/>
如表4和图2所示,可知与作为比较例的例5相比,作为实施例的例1~4、6~9的化学强化特性优异、并且AFP耐久性高,能够有效地抑制涂层剥离。另外,例1~4中在第一离子交换后引入压应力直到超过CT极限的范围,在第二离子交换工序中,降低了玻璃表层的应力值。
对于例1、6和7,测定的4PB强度的结果示于表5中。
表5
例1 | 例6 | 例7 | |
微晶玻璃 | CG1 | CG1 | CG1 |
4PB强度(MPa) | 589 | 836 | 779 |
4PB强度 | C | A | A |
如表5所示,与例1的化学强化玻璃相比,例6和例7的化学强化玻璃的4PB强度(MPa)显示出更高的值。从要求弯曲强度更高的化学强化玻璃的观点考虑,例6和例7的4PB强度(MPa)大于550MPa,因而是优选的,可知表4所示的CS0的条件有助于实现这样优异的4PB强度。
此外,在表6中,对于例1~9的化学强化玻璃,示出了如下的测定结果:玻璃表层处的表层斜率P0、从表面起算的深度50μm处与从表面起算的深度90μm处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率|P50-90|、从表面起算的深度90μm处与压应力值为零处的深度(DOL)(μm)之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率|P90-DOL|。空白栏(斜线)表示未评价。
如表6所示,确认到与比较例的例5相比,作为实施例的例1~4和6~9的P0值在-1000MPa/μm<P0<-225MPa/μm的范围内,4PB强度在大于550MPa的范围内。
另外,确认到|P50-90|(MPa/μm)的值为|P50-90|>|P90-DOL|、1.8<|P50-90|<6.0、1.5<|P90-DOL|<4.0的例1、4、6和8的#180落下强度为100cm以上。
此外,确认到|P50-90|<|P90-DOL|、1.0<|P50-90|<3.0、1.2<|P90-DOL|<4.0的例2、3、7和9的#80落下强度为40cm以上。
虽然详细且参照特定的实施方式对本发明进行了说明,但是可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下施加各种变更、修正,这对于本领域技术人员而言是显而易见的。需要说明的是,本申请基于在2021年4月7日提交的日本专利申请(日本特愿2021-065434)和2021年12月20日提交的日本专利申请(日本特愿2021-206353),其全文以引用的方式并入本文中。另外,在此引用的全部参考均作为整体通过引用并入本文中。
Claims (17)
1.一种化学强化玻璃,所述化学强化玻璃为厚度为t[μm]并含有Li2O、K2O和Na2O的化学强化玻璃,其中,
以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为x[μm]之处的K2O浓度设为Kx[%]、将化学强化前的K2O的含量设为Kt/2[%]时,
Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小深度z为0.5μm~5μm。
2.根据权利要求1所述的化学强化玻璃,其中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为x[μm]之处的K2O浓度设为Kx[%]、在将化学强化前的K2O的含量设为Kt/2[%]时,将Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小深度z[μm]处的Na2O浓度设为Naz[%]、将从表面起算的深度为50μm之处的Na2O浓度设为Na50[%]时,
|Naz-Na50|<3[%]。
3.根据权利要求1所述的化学强化玻璃,其中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为50μm之处的Na2O浓度设为Na50[%]、将化学强化前的Na2O的含量设为Nat/2[%]时,
Na50<Nat/2+7[%]。
4.根据权利要求1所述的化学强化玻璃,其中,以氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度为1μm之处的K2O浓度设为K1[%]、将从表面起算的深度为1μm之处的Na2O浓度设为Na1[%]、将化学强化前的Li2O、Na2O和K2O的含量分别设为Lit/2[%]、Nat/2[%]和Kt/2[%]时,
(Lit/2+Nat/2+Kt/2)-2(Na1+K1)>0[%]。
5.根据权利要求1所述的化学强化玻璃,其中,所述化学强化玻璃的表面压应力值CS0为450MPa以上,从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50为150MPa以上,并且从表面起算的深度为90μm之处的压应力值CS90为30MPa以上。
6.根据权利要求1所述的化学强化玻璃,其中,所述化学强化玻璃的表面压应力值CS0为450MPa以上,从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50为y=124.7×t+21.5[MPa]以上,并且从表面起算的深度为90μm之处的压应力值CS90为y=99.1×t-38.3[MPa]以上。
7.一种化学强化玻璃,其中,K离子侵入深度D为0.5μm~5μm,
所述K离子侵入深度D处的压应力值与从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50之差的绝对值为150MPa以下,
所述K离子侵入深度D处的压应力值为350MPa以下,
表面压应力值CS0为450MPa以上,从表面起算的深度为50μm之处的压应力值CS50为150MPa以上,从表面起算的深度为90μm之处的压应力值CS90为30MPa以上。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的化学强化玻璃,其中,所述化学强化玻璃包含微晶玻璃。
9.根据权利要求1~7中任一项所述的化学强化玻璃,其中,以氧化物基准的摩尔百分率计,基本组成含有40%~75%的SiO2、1%~20%的Al2O3、5%~35%的Li2O。
10.根据权利要求1~7中任一项所述的化学强化玻璃,所述化学强化玻璃为进行了两步以上离子交换的化学强化玻璃,其中,最初的离子交换、即第一离子交换后的CTave大于CTA,
CTA由下式(1)求出,CTave由下式(2)求出,
t:板厚(μm)
K1c:断裂韧性值(MPa·m1/2)
CTave=ICT/LCT…式(2)
ICT:拉应力的积分值(Pa·m)
LCT:拉应力区域的板厚方向的长度(μm)。
11.根据权利要求1~7中任一项所述的化学强化玻璃,其中,所述化学强化玻璃的厚度t为300μm~1500μm。
12.根据权利要求1~7中任一项所述的化学强化玻璃,其中,将由式CS0/D定义的玻璃表层处的表层斜率设为P0的情况下,-1000MPa/μm<P0<-225MPa/μm,
在所述式中,CS0为表面压应力值(MPa),D为K离子侵入深度(μm)。
13.根据权利要求1~7中任一项所述的化学强化玻璃,其中,将从表面起算的深度50μm处与从表面起算的深度90μm处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P50-90(MPa/μm)、将从表面起算的深度90μm处与压应力值为零的深度(DOL)(μm)处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P90-DOL(MPa/μm)的情况下,
|P50-90|>|P90-DOL|、1.8<|P50-90|<6.0并且1.5<|P90-DOL|<4.0,
所述P50-90和所述P90-DOL通过下式求出,
P50-90=(CS50-CS90)/40
P90-DOL=CS90/(DOL-90)。
14.根据权利要求1~7中任一项所述的化学强化玻璃,其中,将从表面起算的深度50μm处与从表面起算的深度90μm处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P50-90(MPa/μm)、将从表面起算的深度90μm处与压应力值为零的深度(DOL)(μm)处之间的区域的化学强化玻璃的应力分布的斜率设为P90-DOL(MPa/μm)的情况下,
|P50-90|<|P90-DOL|、1.0<|P50-90|<3.0并且1.2<|P90-DOL|<4.0,
所述P50-90和所述P90-DOL通过下式求出,
P50-90=(CS50-CS90)/40
P90-DOL=CS90/(DOL-90)。
15.一种化学强化玻璃的制造方法,所述化学强化玻璃的厚度为t[μm]并含有Li2O、K2O和Na2O,所述化学强化玻璃的制造方法包含对含有Li2O的玻璃进行化学强化,其中,
以所述化学强化玻璃的氧化物基准的摩尔百分率计,将从表面起算的深度x[μm]处的K2O浓度设为Kx[%]、将所述化学强化前的玻璃的K2O的含量设为Kt/2[%]时,
以使得Kx为(Kt/2+0.1)[%]以上的最小深度z为0.5μm~5μm的方式进行化学强化。
16.根据权利要求15所述的化学强化玻璃的制造方法,其中,所述含有Li2O的玻璃包含微晶玻璃。
17.根据权利要求16所述的化学强化玻璃的制造方法,其中,所述化学强化包含两步以上的离子交换,最初的离子交换、即第一离子交换后的CTave大于CTA,
CTA由下式(1)求出,CTave由下式(2)求出,
t:板厚(μm)
K1c:断裂韧性值(MPa·m1/2)
CTave=ICT/LCT…式(2)
ICT:拉应力的积分值(Pa·m)
LCT:拉应力区域的板厚方向的长度(μm)。
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CN202280024633.9A Pending CN117062788A (zh) | 2021-04-07 | 2022-04-06 | 化学强化玻璃及其制造方法 |
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2022
- 2022-04-06 CN CN202280024633.9A patent/CN117062788A/zh active Pending
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