DE202013012811U1

DE202013012811U1 - Ionenaustauschbare Li-enthaltende Glaszusammensetzung für das 3D-Formen

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Publication number: DE202013012811U1
Application number: DE202013012811.9U
Authority: DE
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2020-01-20
Anticipated expiration: 2023-07-16
Also published as: JP2017149644A; KR102128490B1; JP2015527970A; JP6491688B2; US20140023865A1; US10183887B2; CN104703937A; EP3632861A1; KR20150038177A; JP6130503B2; TWI624443B; CN108191229A; US20180022638A1; US20190092679A1; EP2874959A1; EP2874959B1; US9139469B2; US11124444B2; CN112851115A; US20150344351A1

Abstract

Glasartikel der Folgendes aufweist, nämlich:
67 Mol-% bis 71 Mol-% SiO₂;
7 Mol-% bis 12 Mol-% Al₂O₃;
1 Mol-% bis 9 Mol-% Li₂O;
weniger als 16 Mol-% Na₂O;
mehr als 0 Mol-% bis 5 Mol-% K₂O;
0,8 Mol-% bis 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid folgendes aufweist, nämlich größer als 0 Mol-% bis 1 Mol-% CaO und mindestens eines aus MgO und ZnO.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Patentschrift beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 61/672,346, eingereicht am 17. Juli 2012 und mit dem Titel „Ion Exchangeable Li-Containing Glass Compositions For 3-D Forming“, die hier vollumfänglich durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND
GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemeinen Glaszusammensetzungen, die zur Verwendung zur Anwendung im 3D-Formen geeignet sind, und konkreter Li-haltige ionenaustauschbare Glaszusammensetzungen, die für das 3D-Formen geeignet sind.
Technischer Hintergrund
Ionenaustauschbar Glaszusammensetzungen werden in vielen elektronischen Vorrichtungen, einschließend Mobiltelefone, persönliche Medienabspielgeräte, Tablet-Computer und dergleichen, häufig als Deckgläser verwendet. Die bei diesen Anwendungen verwendeten Deckgläser sind im Allgemeinen flach und eben. Von daher können die Deckgläser unter Verwendung herkömmlicher Glasformungsprozesse, wie etwa Down-Draw-Prozesse und/oder Floatprozesse, geformt werden.
Ein einschränkender Faktor hinsichtlich des ästhetischen Designs elektronischer Vorrichtungen ist die Fähigkeit, die Deckgläser so zu formen, dass sie sich an gebogene und/oder komplexe Konturen anpassen. Glaszusammensetzungen, die für einen lonenaustausch empfänglich sind, weisen im Allgemeinen relativ hohe Erweichungspunkte auf, was es schwierig macht, die Glaszusammensetzungen unter Verwendung von Formungsprozessen bei erhöhter Temperatur, wie etwa Vakuumdurchbiegung, in 3D-Formen zu bringen. Als Folge der relativ hohen Erweichungspunkte neigen die Glaszusammensetzungen dazu, mit dem Material der Form zu reagieren, an der Form festzukleben und/oder die Form zu zersetzen, selbst wenn Schutzbeschichtungen auf die Form aufgebracht werden.
Dementsprechend besteht das Bedürfnis nach alternativen Glaszusammensetzungen, die zur Verwendung in 3D-Formungsprozessen bei erhöhter Temperatur geeignet sind und die auch gegenüber einer Härtung durch einen Ionenaustauschprozess empfänglich sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Glasartikel SiO₂, Al₂O₃, Li₂O und Na₂O einschließen. Der Glasartikel kann einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C aufweisen. Der Glasartikel kann auch einen Hochtemperatur-Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion - CTE) kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C aufweisen. Der Glasartikel kann auch einem lonenaustausch zugänglich sein, sodass das Glas, nach einem lonenaustausch in einem Salzbad, umfassend KNO₃, bei ungefähr 410 °C in einem Temperaturbereich von ungefähr 390 °C bis ungefähr 450 °C für weniger als oder in etwa entsprechend 15 Stunden, eine Druckspannung größer gleich ungefähr 600 MPa und eine Schichttiefe größer gleich ungefähr 25 µm aufweist.
In einer anderen Ausführungsform kann eine Glaszusammensetzung Folgendes einschließen: ungefähr 65,8 Mol-% bis ungefähr 71 Mol-% SiO₂; ungefähr 7 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 9 Mol-% Li₂O; ungefähr 6 Mol-% bis ungefähr 16 Mol-% Na₂O; und ungefähr 0,8-10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid mindestens eines von MgO und ZnO einschließt; und weniger als ungefähr 0,5 Mol-% B₂O₃. Eine Summe einer Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und einer Konzentration des zweiwertigen Oxids (Mol-%) kann größer als 10 Mol-% sein. Die Glaszusammensetzung kann einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C aufweisen. Die Glaszusammensetzung kann auch einen Hochtemperatur-Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C aufweisen. Diese Glaszusammensetzungen können im Wesentlichen frei von ZrO₂ sein.
In noch einer anderen Ausführungsform kann eine Glaszusammensetzung Folgendes einschließen: ungefähr 55 Mol-% bis ungefähr 68 Mol-% SiO₂; ungefähr 9 Mol-% bis ungefähr 15 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 4,5 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% B₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 7 Mol-% Li₂O; ungefähr 3 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Na₂O; und ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 3 Mol-% K₂O. In dieser Ausführungsform ist R₂O eine Summe einer Konzentration von Li₂O, einer Konzentration von Na₂O und einer Konzentration von K₂O. Das Verhältnis von R₂O zu einer Konzentration von Al₂O₃ ist kleiner gleich ungefähr 1,5 ist. Die Glaszusammensetzung kann einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C aufweisen. Die Glaszusammensetzung kann auch einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C aufweisen.
In noch einer anderen Ausführungsform kann eine Glaszusammensetzung Folgendes einschließen: ungefähr 65 Mol-% bis ungefähr 71 Mol-% SiO₂; ungefähr 7 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 9 Mol-% Li₂O; ungefähr 6 Mol-% bis ungefähr 16 Mol-% Na₂O; ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 5 Mol-% K₂O; ungefähr 0,8 bis ungefähr 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid mindestens eines von MgO und ZnO umfasst; ungefähr 0,5 Mol-% bis ungefähr 2 Mol-% ZrO₂; und weniger als ungefähr 0,5 Mol-% B₂O₃, wobei: die Summe der Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und der Konzentration des zweiwertigen Oxids (Mol-%) größer ist als ungefähr 10 Mol-%. Die Glaszusammensetzung weist einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C; und einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C auf.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen werden in der folgenden detaillierten Beschreibung dargelegt und gehen für einen Fachmann zum Teil ohne weiteres aus dieser Beschreibung hervor oder werden durch die Umsetzung der hier beschriebenen Ausführungsformen, einschließlich der folgenden detaillierten Beschreibung, der Ansprüche sowie der beigefügten Zeichnungen, in die Praxis erkannt.
Es versteht sich, dass sowohl in der vorstehenden allgemeinen Beschreibung als auch der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedene Ausführungsformen beschrieben werden und dass sie dazu gedacht sind, einen Überblick oder Rahmen für das Verständnis des Wesens und Charakters des beanspruchten Gegenstands zu liefern. Die beigefügten Zeichnungen sind eingeschlossen, um ein weiteres Verständnis der verschiedenen Ausführungsformen bereitzustellen und sie sind in diese Beschreibung eingebunden und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen die verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien und Operationen des beanspruchten Gegenstands.
Figurenliste

1 zeigt grafisch den augenblicklichen CTE (y-Achse) als eine Funktion der Temperatur (x-Achse) für zwei Vergleichsglaszusammensetzungen;
2 zeigt grafisch den Erweichungspunkt (y-Achse) als eine Funktion der Konzentration von Li₂O (x-Achse), wenn in einer beispielhaften Glaszusammensetzung Na₂O durch Li₂O substituiert wird;
3 zeigt grafisch den HT-CTE (y-Achse) als eine Funktion der Konzentration von Li₂O (x-Achse), wenn in einer beispielhaften Glaszusammensetzung Na₂O durch Li₂O substituiert wird;
4 zeigt grafisch den Erweichungspunkt (y-Achse) als eine Funktion der Konzentration von Li₂O (x-Achse), wenn in einer beispielhaften Glaszusammensetzung Na₂O und K₂O durch Li₂O substituiert werden;
5 zeigt grafisch den HT-CTE (y-Achse) als eine Funktion der Konzentration von Li₂O (x-Achse), wenn in einer beispielhaften Glaszusammensetzung Na₂O und K₂O durch Li₂O substituiert werden;
6 zeigt grafisch die Druckspannung und DOL-Werte, die für unterschiedliche Li₂O-Konzentrationen aufgetragen werden; und
7 zeigt grafisch die Konzentration von Kalium- und Natriumionen (y-Achse) als eine Funktion der Tiefe (x-Achse) für eine ionenausgetauschte Glasplatte, die aus einer beispielhaften Glaszusammensetzung geformt wird, die farbverändernde Bestandteile enthält.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen von ionenaustauschbaren Glaszusammensetzungen Bezug genommen, die zur Verwendung bei 3D-Formungsprozessen geeignet sind. Die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen schließen im Allgemeinen SiO₂, Al₂O₃, Li₂O und Na₂O ein. Die Glaszusammensetzung kann Erweichungspunkte kleiner gleich ungefähr 810 °C aufweisen. Die Glaszusammensetzung kann auch Hochtemperatur-CTEs kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C aufweisen. Die Glaszusammensetzungen können auch einem lonenaustausch zugänglich sein, sodass das Glas nach einem lonenaustausch in einem Salzbad, umfassend KNO₃, bei ungefähr 410 °C für weniger als oder in etwa entsprechend 15 Stunden eine Druckspannung größer gleich ungefähr 650 MPa und eine Schichttiefe größer gleich ungefähr 25 µm aufweist. Verschiedene Ausführungsformen der Glaszusammensetzungen werden hier ausführlicher unter besonderer Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Der Begriff „Erweichungspunkt“, wie hier verwendet, bezeichnet die Temperatur, bei der die Viskosität der Glaszusammensetzung 1×10^7,6 Poise entspricht.
Die Wendung „Hochtemperatur-Wärmeausdehnungskoeffizient“ oder „HT-CTE“, wie hier verwendet, bezeichnet den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glaszusammensetzung oberhalb der Glasübergangstemperatur der Glaszusammensetzung. Der HT-CTE wird durch eine Auftragung des augenblicklichen CTE (y-Achse) als eine Funktion der Temperatur (x-Achse) bestimmt. Der HT-CTE ist der Wert des HT-CTE, bei dem die Steigung der Kurve des CTE gegenüber der Temperatur nach einem deutlichen Anstieg in etwa null ist (d. h. wo die Kurve des CTE gegenüber der Temperatur ein „Plateau“ bildet). Der Wert des HT-CTE ist ein Maß der Volumenänderung des Glases während des Abkühlens und ist ein Hinweis auf die Formstabilität der Glaszusammensetzung, wenn das Glas in Verbindung mit einem 3D-Formungsprozess bei erhöhter Temperatur, einschließend, aber ohne Einschränkung darauf, eines Formungsprozess der Vakuumdurchbiegung, verwendet wird.
Der Begriff „Liquidus-Viskosität“, wie hier verwendet, bezeichnet die Scherviskosität der Glaszusammensetzung bei ihrer Liquidus-Temperatur.
Der Begriff „Liquidus-Temperatur“, wie hier verwendet, bezeichnet die höchste Temperatur, bei der in der Glaszusammensetzung eine Entglasung auftritt.
Der Begriff „im Wesentlichen frei“, wenn verwendet, um das Fehlen einer bestimmten Oxidkomponente in einer Glaszusammensetzung zu beschreiben, bedeutet, dass die Komponente in der Glaszusammensetzung als eine Verunreinigung in einer Spurenmenge von weniger als ungefähr 0,05 Mol-% vorliegt.
In den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen ist die Konzentration von Bestandteilen (z. B. SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃ und dergleichen) in Molprozent (Mol-%) auf einer Oxidbasis angegeben, sofern nicht anders angegeben.
Herkömmliche ionenaustauschbare Glaszusammensetzungen, die als Deckgläser in Unterhaltungselektronikvorrichtungen verwendet werden, weisen im Allgemeinen Erweichungspunkte von 840 °C oder mehr auf. Gläser mit Erweichungspunkten in diesem Bereich können unter Verwendung von Schmelzformungsprozessen ohne Weiteres zu ebenen Glasscheiben geformt werden. Jedoch sind solche Glaszusammensetzungen nicht immer gegenüber Formungsprozessen bei erhöhten Temperaturen empfänglich. Im Besonderen führen die relativ hohen Erweichungspunkte der Glaszusammensetzungen dazu, dass die Glaszusammensetzungen mit dem Material der Form reagieren, sodass die Glaszusammensetzung entweder an der Form festklebt, wodurch das Glas beschädigt wird und/oder die Form zersetzt, selbst wenn Schutzbeschichtungen auf die Form aufgebracht werden.
Ferner waren Versuche zur Verbesserung der Formbarkeit von ionenaustauschbaren Glaszusammensetzungen durch das Senken der Erweichungspunkte der Glaszusammensetzungen erfolglos. Im Besonderen wurde festgestellt, dass Glaszusammensetzungen mit niedrigeren Erweichungspunkten nicht die erforderliche Formstabilität für ein 3D-Formen unter Verwendung von Prozessen bei erhöhten Temperaturen, wie etwa Vakuumdurchbiegung, aufwiesen. Derartige Glaszusammensetzungen verbiegen sich bei dem Formen, wenn die Zusammensetzungen durch den Glasumwandlungsbereich erwärmt und/oder abgekühlt werden.
Zum Beispiel zeigt 1 grafisch den augenblicklichen CTE (y-Achse) als eine Funktion der Temperatur (x-Achse) für zwei Vergleichsglaszusammensetzungen ab. Das Vergleichsglas A war ein Borosilikatglas, welches einen Erweichungspunkt von 752 °C und einen HT-CTE von etwa 39×10^-6/°C aufwies. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass dieser relativ hohe HT-CTE die Formstabilität des Glases bei einer Vakuumdurchbiegung verringerte, was dazu führt, dass sich das Glas verbiegt und verformt. Im Gegensatz dazu war das Vergleichsglas B ein Aluminosilikatglas, welches einen Erweichungspunkt von 837 °C und einen HT-CTE von etwa 23,2×10^-6/°C aufwies. Obwohl dieses Glas einen relativ niedrigen HT-CTE aufwies, wurde festgestellt, dass die Glaszusammensetzung während der Vakuumdurchbiegung mit der Form reagierte und/oder daran festklebte, wodurch eine Formung behindert wird. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass das Unvermögen, das Vergleichsglas B konsistent zu formen, zumindest teilweise auf den verhältnismäßig höheren Erweichungspunkt des Glases zurückzuführen ist.
Mit den hier beschriebenen Glaszusammensetzungen werden die Defizite von vorherigen Glaszusammensetzungen angegangen, indem Glaszusammensetzungen bereitgestellt werden, die relativ niedrige Erweichungspunkte, relativ niedrige HT-CTEs und in Bezug auf existierende 3D-formbare Glaszusammensetzungen eine bessere lonenaustauschleistung aufweisen.
In den hier beschriebenen Ausführungsformen weisen die Glaszusammensetzungen relativ niedrige Erweichungspunkte von weniger als oder ungefähr entsprechend 810 °C auf. In einigen Ausführungsformen kann der Erweichungspunkt der Glaszusammensetzung kleiner gleich 800 °C oder sogar kleiner gleich ungefähr 790 °C sein. In einigen anderen Ausführungsformen können die Erweichungspunkte niedriger als ungefähr 750 °C sein. Die verhältnismäßig niedrigen Erweichungspunkte dieser Glaszusammensetzungen vereinfachen ein leichtes Formen der Glaszusammensetzungen zu 3D-Formen, wie etwa Glasartikeln mit komplexen Krümmungen und dergleichen, unter Verwendung von Vakuumdurchbiegungsprozessen.
Die Glaszusammensetzungen weisen ferner HT-CTEs kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C auf. In einigen Ausführungsformen kann der HT-CTE der Glaszusammensetzung kleiner gleich ungefähr 25×10^-6/°C oder sogar kleiner gleich ungefähr 23×10^-6/℃ sein. Wie zuvor angemerkt ist der HT-CTE ein Hinweis auf die Formstabilität des Glases, wenn das Glas in Verbindung mit einem 3D-Formungsprozess bei erhöhter Temperatur, einschließend aber ohne Beschränkung darauf von Vakuumdurchbiegungsprozessen, verwendet wird. Es wurde gefunden, dass sich Gläser, die HT-CTEs aufweisen, die größer als 27×10^-6/°C sind, während und/oder nach Formungsprozessen bei erhöhter Temperatur verbiegen können, woraus sich ein Glasartikel ergibt, der möglicherweise nicht den Maßtoleranzen entspricht. Jedoch wurde auch bestimmt, dass Gläser mit etwas niedrigeren HT-CTEs, wie etwa HT-CTEs kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C, während und nach Formungsprozessen bei erhöhter Temperatur formstabil sind.
Die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen sind auch einer Härtung durch Ionenaustauschprozesse zugänglich. In den hier beschriebenen Ausführungsformen sind die Glaszusammensetzungen dazu in der Lage, eine Schichttiefe (Depth of Layer - DOL) größer gleich ungefähr 25 µm zu erreichen. In einigen Ausführungsformen kann die DOL größer gleich ungefähr 35 µm oder sogar größer gleich ungefähr 45 µm sein. Die Druckspannung (Compressive Stress - CS) der Glaszusammensetzung kann größer gleich ungefähr 600 MPa oder sogar größer gleich ungefähr 650 MPa sein. Sowohl die Druckspannung als auch die DOL werden im Anschluss an eine lonenaustauschhärtung in einem Salzbad, umfassend 100 % KNO₃ oder einem Salzbad, umfassend KNO₃ und NaNO₃, für weniger als oder in etwa entsprechend 15 Stunden bei Temperaturen von ungefähr 390 °C bis ungefähr 450 °C bestimmt.
Um die zuvor erwähnten Eigenschaften zu erreichen, schließen die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen im Allgemeinen eine Kombination von SiO₂, Al₂O₃ und Alkalioxiden, wie etwa Li₂O und/oder Na₂O, ein. In einigen Ausführungsformen können die Glaszusammensetzungen auch ein oder mehrere zweiwertige Oxide, wie etwa MgO, ZnO, CaO oder dergleichen, einschließen. Die Glaszusammensetzungen können auch B₂O₃ einschließen. In einigen Ausführungsformen können die Glaszusammensetzungen auch K₂O zusätzlich zu Li₂O und/oder Na₂O aufweisen. Die Glaszusammensetzungen können zusätzlich P₂O₅ aufweisen. Die Glaszusammensetzungen können auch ein oder mehrere Klärhilfsmittel aufweisen. Die Konzentrationen dieser verschiedenen Bestandteile, die verwendet werden, um Glaszusammensetzungen zu erhalten, welche die zuvor erwähnten Eigenschaften aufweisen, werden hier ausführlicher beschrieben.
Wie zuvor angemerkt, können die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen B₂O₃ einschließen. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration von B₂O₃ in der Glaszusammensetzung kleiner gleich ungefähr 1,0 Mol-% oder sogar kleiner gleich ungefähr 0,5 Mol-%, einschließend ungefähr 0 Mol-% (d. h. Glaszusammensetzungen, die im Wesentlichen frei von B₂O₃ sind), sein. Diese Glaszusammensetzungen können hier als „Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt“ bezeichnet werden. In anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von B₂O₃ größer gleich ungefähr 4,5 Mol-% sein. Diese Glaszusammensetzungen können hier als „Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt“ bezeichnet werden. Jedoch versteht es sich, dass die Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt und die Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt jeweils die zuvor beschriebene(n) relativ niedrigen Erweichungspunkte, relativ niedrigen HT-CTEs und lonenaustauschbarkeit aufweisen.
In den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen (d. h. sowohl Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt als auch Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt) ist SiO₂ der größte Bestandteil der Zusammensetzung und von daher ist SiO₂ der primäre Bestandteil des Glasnetzwerks. Wenn die Konzentration von SiO₂ in der Glaszusammensetzung niedrig ist (d. h. niedrigerer als ungefähr 55 Mol-%) ist die chemische Beständigkeit des resultierenden Glases niedrig. Zusätzlich kann auch die Liquidus-Viskosität des resultierenden Glases ebenfalls niedrigem sein, wodurch das Glas für das Schmelzformen, wie etwa mit einem Fusion-Down-Draw-Prozess und/oder einem Schmelzlaminierungsprozess, ungeeignet ist. Wenn die Konzentration von SiO₂ in der Glaszusammensetzung jedoch zu hoch ist (d. h. größer als ungefähr 75 Mol-%), kann die Formbarkeit der Glaszusammensetzung verringert werden, da durch höhere Konzentrationen von SiO₂ die Schwierigkeit des Schmelzens des Glases erhöht wird, was sich wiederum nachteilig auf die Formbarkeit des Glases auswirkt. In den hier beschriebenen Ausführungsformen weist die Glaszusammensetzung im Allgemeinen SiO₂ in einer Konzentration größer gleich ungefähr 55 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 75 Mol-% auf, um leicht formbare Glaszusammensetzungen zu unterstützen.
In den Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt kann die Konzentration von SiO₂ größer gleich ungefähr 65 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 71 Mol-% sein. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration von SiO₂ größer gleich ungefähr 65,8 Mol-% oder sogar ungefähr 66 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 71 Mol-% sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von SiO₂ in der Glaszusammensetzung größer gleich ungefähr 67 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 71 Mol-% sein. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration von SiO₂ in der Glaszusammensetzung größer gleich ungefähr 68 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 71 Mol-% sein.
In den Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt kann die Konzentration von SiO₂ größer gleich ungefähr 55 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 68 Mol-% sein. In einigen dieser Ausführungsformen kann die Konzentration von SiO₂ in der Glaszusammensetzung größer gleich ungefähr 60 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 65 Mol-% sein.
Die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen (d.h. sowohl Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt als auch Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt) weisen auch Al₂O₃ auf. Al₂O₃ dient als ein Glasnetzwerkbildner, ähnlich wie SiO₂. Wie SiO₂ erhöht Al₂O₃ die Viskosität der Glaszusammensetzung aufgrund seiner vorrangig tetraedrischen Koordination in einer Glasschmelze, die aus der Glaszusammensetzung geformt wird. Al₂O₃ verbessert die lonenaustauschleistung der Glaszusammensetzung, indem der Entspannungspunkt des Glases erhöht wird und das Diffusionsvermögen von Alkaliionen in dem Glasnetzwerk erhöht wird. Dementsprechend verbessert das Vorhandensein von Al₂O₃ die Kinetik des lonenaustauschprozesses und erhöht die maximale Druckspannung und DOL, die erhalten werden können. Um die Verbesserung hinsichtlich der Kinetik des lonenaustauschprozesses zu erhalten, ist die Konzentration von Al₂O₃ in den Glaszusammensetzungen im Allgemeinen größer gleich ungefähr 7 Mol-%.
In den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt ist die Konzentration von Al₂O₃ in den Glaszusammensetzungen im Allgemeinen kleiner gleich ungefähr 12 Mol-%, um eine Glaszusammensetzung zu erhalten, die einen relativ niedrigen Erweichungspunkt aufweist. Zum Beispiel ist die Konzentration von Al₂O₃ in den Glaszusammensetzungen in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 7 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 12 Mol-%. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration von Al₂O₃ in den Glaszusammensetzungen größer gleich ungefähr 8 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 12 Mol-% sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von Al₂O₃ größer gleich ungefähr 8 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 11 Mol-% sein.
In den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt ist die Konzentration von Al₂O₃ in den Glaszusammensetzungen im Allgemeinen kleiner gleich ungefähr 15 Mol-%, um eine Glaszusammensetzung zu erhalten, die einen relativ niedrigen Erweichungspunkt aufweist. Zum Beispiel ist die Konzentration von Al₂O₃ in den Glaszusammensetzungen in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 9 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 15 Mol-%. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration von Al₂O₃ in den Glaszusammensetzungen größer gleich ungefähr 11 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 14 Mol-% sein.
Die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen (d.h. sowohl Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt als auch Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt) schließen auch ein Alkalioxid R₂O ein, wobei R mindestens einem von Li, Na, K oder Kombinationen davon entspricht. Die Alkalioxide senken die Schmelztemperatur und die Liquidus-Temperatur des Glases, wodurch die Formbarkeit der Glaszusammensetzung verbessert wird. Durch die Zugabe von Li₂O wird der Erweichungspunkt des Glases im Allgemeinen verringert. Die Menge von Li₂O in der Glaszusammensetzung kann eingestellt werden, um die Reaktionskinetik des lonenaustauschprozesses zu verbessern. Im Besonderen kann, wenn ein schnellerer Ionenaustauschprozess erwünscht ist, die Konzentration von Li₂O in den Glaszusammensetzungen gegebenenfalls auf weniger als ungefähr 5 Mol-% verringert werden, wie etwa von größer gleich ungefähr 1 Mol-% bis kleiner gleich ungefähr 5 Mol-%, oder sogar von größer gleich ungefähr 2 Mol-% bis kleiner gleich ungefähr 5 Mol-%, um die lonenaustauschgeschwindigkeit zu erhöhen, während außerdem der Erweichungspunkt des Glases verringert wird.
In den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt wird Li₂O im Allgemeinen zu den Glaszusammensetzungen hinzugegeben, um den Erweichungspunkt des Glases zu verringern. Die Konzentration von Li₂O in den Glaszusammensetzungen ist im Allgemeinen größer gleich ungefähr 1 Mol-%, um eine Glaszusammensetzung zu erhalten, die einen relativ niedrigen Erweichungspunkt aufweist. Zum Beispiel ist die Konzentration von Li₂O in den Glaszusammensetzungen in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 1 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 9 Mol-%. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration von Li₂O in den Glaszusammensetzungen größer gleich ungefähr 1 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 7 Mol-% sein. In Ausführungsformen, bei denen eine schnellere lonenaustauschzeit für eine gegebene Temperatur erwünscht ist, kann die Konzentration von Li₂O größer gleich ungefähr 1 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 5 Mol-%, oder sogar größer gleich ungefähr 2 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 5 Mol-% sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von Li₂O größer gleich ungefähr 2 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 3,5 Mol-% sein.
In den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt ist die Konzentration von Li₂O in den Glaszusammensetzungen im Allgemeinen größer gleich ungefähr 1 Mol-%, um eine Glaszusammensetzung zu erhalten, die einen relativ niedrigen Erweichungspunkt aufweist. Zum Beispiel ist die Konzentration von Li₂O in den Glaszusammensetzungen in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 1 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 7 Mol-%. In Ausführungsformen, bei denen eine schnellere lonenaustauschzeit für eine gegebene Temperatur erwünscht ist, kann die Konzentration von Li₂O größer gleich ungefähr 1 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 5 Mol-%, oder sogar größer gleich ungefähr 2 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 5 Mol-% sein.
Zugaben von Na₂O in den Glaszusammensetzungen vereinfachen die lonenaustauschhärtung der Glaszusammensetzungen. Im Besonderen können die kleineren Nationen in dem resultierenden Glasnetzwerk in dem lonenaustauschsalzbad gegen größere K⁺-Ionen ausgetauscht werden. Wenn die Na₂O-Konzentration in der Glaszusammensetzung zu niedrig ist, ist die resultierende Schichttiefe nach dem lonenaustausch zu niedrig. Jedoch steigt, wenn die Na₂O-Konzentration in der Glaszusammensetzung zu hoch ist, der HT-CTE der Glaszusammensetzung. In den hier beschriebenen Ausführungsformen liegt das Na₂O in den Glaszusammensetzungen in einer Menge von ungefähr 3 Mol-% bis ungefähr 16 Mol-% vor.
In den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt ist die Konzentration von Na₂O in den Glaszusammensetzungen im Allgemeinen kleiner gleich ungefähr 16 Mol-%, um einen relativ niedrigen HT-CTE zu wahren. Zum Beispiel ist die Konzentration von Na₂O in den Glaszusammensetzungen in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 6 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 16 Mol-%. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration von Na₂O in den Glaszusammensetzungen größer gleich ungefähr 8 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 16 Mol-% sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von Na₂O in den Glaszusammensetzungen größer gleich ungefähr 10 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 16 Mol-% sein. In noch anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von Na₂O in den Glaszusammensetzungen größer gleich ungefähr 12 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 15 Mol-% sein.
In den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt ist die Konzentration von Na₂O in den Glaszusammensetzungen im Allgemeinen kleiner gleich ungefähr 12 Mol-%, um ein niedriges Verhältnis von Alkali zu Aluminiumoxid und einen daraus resultierenden relativ niedrigen HT-CTE zu wahren. Zum Beispiel ist die Konzentration von Na₂O in den Glaszusammensetzungen in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 3 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 12 Mol-%. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration von Na₂O in den Glaszusammensetzungen größer gleich ungefähr 8 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 12 Mol-% sein.
In einigen Ausführungsformen können die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen optional das Alkalioxid K₂O einschließen. K₂O wird im Allgemeinen zu den Glaszusammensetzungen hinzugegeben, um die lonenaustauschleistung zu verbessern. Im Besonderen kann K₂O zu den Glaszusammensetzungen hinzugegeben werden, um die gewünschte Druckspannung und DOL zu erreichen. In den hier beschriebenen Ausführungsformen liegt das K₂O, wenn eingeschlossen, in den Glaszusammensetzungen in einer Menge kleiner gleich ungefähr 3,0 Mol-% vor.
In den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt ist die Konzentration von K₂O in den Glaszusammensetzungen im Allgemeinen größer gleich ungefähr 0 Mol-%. Zum Beispiel ist die Konzentration von K₂O in den Glaszusammensetzungen in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 5 Mol-%. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration von K₂O in den Glaszusammensetzungen größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 3 Mol-% sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von K₂O in den Glaszusammensetzungen größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 2 Mol-% sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von K₂O in den Glaszusammensetzungen kleiner gleich ungefähr 1 Mol-% oder sogar kleiner gleich ungefähr 0,5 Mol-% sein. In einigen Ausführungsformen sind die Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt im Wesentlichen frei von K₂O.
In den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt ist die Konzentration von K₂O in den Glaszusammensetzungen im Allgemeinen größer gleich ungefähr 0 Mol-%. Zum Beispiel ist die Konzentration von K₂O in den Glaszusammensetzungen in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 3 Mol-%. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration von K₂O in den Glaszusammensetzungen größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 2 Mol-% sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von K₂O in den Glaszusammensetzungen kleiner gleich ungefähr 1 Mol-% oder sogar kleiner gleich ungefähr 0,5 Mol-% sein. In einigen Ausführungsformen sind die Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt im Wesentlichen frei von K₂O.
Ferner ist in den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzung mit hohem Borgehalt das Verhältnis von R₂O zu der Konzentration von Al₂O₃ im Allgemeinen kleiner gleich ungefähr 1,15 oder sogar 1,1, wobei R₂O die Summe der Konzentrationen von Na₂O, Li₂O und K₂O ist. In einigen dieser Ausführungsformen ist das Verhältnis von R₂O zu der Konzentration von Al₂O₃ im Allgemeinen größer gleich ungefähr 0,9. In einigen Ausführungsformen ist das Verhältnis R₂O:Al₂O₃ kleiner gleich ungefähr 1,1 und größer gleich ungefähr 0,9. In einigen Ausführungsformen ist das Verhältnis R₂O:Al₂O₃ kleiner gleich ungefähr 1,1 und größer gleich ungefähr 1,0. In einigen anderen Ausführungsformen ist der HT-CTE kleiner gleich ungefähr 1,0 und größer gleich 0,9. Durch das Halten des Verhältnisses R₂O:Al₂O₃ bei weniger als ungefähr 1,15 oder sogar 1,1 in einer Glaszusammensetzung mit hohem Borgehalt wird der HT-CTE im Allgemeinen auf kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C gesenkt. Insbesondere ist die Summe der Konzentration von Alkalioxidbestandteilen in den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen gegenüber der Konzentration von Al₂O₃ ausgeglichen. Diese Ausgeglichenheit bringt in dem resultierenden Glas mehrere wünschenswerte Eigenschaften hervor. Im Besonderen nutzt Al₂O₃ Alkalimetalle, wie etwa Kalium, Lithium und Natrium, für die Ladungsstabilisierung. Wenn überschüssiges Alkali in der Glaszusammensetzung vorliegt (d. h. R₂O:Al₂O₃ ist größer gleich 1,15 oder sogar 1,1), interagiert das überschüssige Alkali in der Glaszusammensetzung mit dem Bor in der Glaszusammensetzung und wandelt das Bor von seiner standardmäßigen trigonalen (dreifach koordinierten) Konfiguration in eine tetraedrische (vierfach koordinierte) Konfiguration um. Durch die Veränderung der Koordination des Bors von trigonal zu tetraedrisch wird der HT-CTE des Glases erhöht. Dementsprechend wird durch das Halten des Verhältnisses von R₂O zu Al₂O₃ kleiner gleich ungefähr 1,15 oder sogar kleiner gleich ungefähr 1,1 verhindert, dass das Bor in dem Glas eine tetraedrische Koordination in dem Glas annimmt und dadurch ein relativ niedriger HT-CTE gefördert.
In einigen hier beschriebenen Ausführungsformen können die Glaszusammensetzungen B₂O₃ einschließen. Wie SiO₂ und Al₂O₃ trägt B₂O₃ zu der Bildung des Glasnetzwerks bei. Herkömmlicherweise wird B₂O₃ zu einer Glaszusammensetzung hinzugegeben, um die Viskosität der Glaszusammensetzung zu verringern. Im Allgemeinen wirkt B₂O₃ als ein Flussmittel, welches verwendet werden kann, um Glaszusammensetzungen mit niedrigen Erweichungspunkten zu bilden. Jedoch wird durch das Vorhandensein von B₂O₃ der HT-CTE deutlich erhöht, wenn überschüssige Alkalioxide vorliegen, die nicht mit Al₂O₃ assoziiert sind. Jedoch haben, wenn die Konzentration von Alkalioxiden gegenüber der Konzentration von Al₂O₃ ausgeglichen ist, höhere Konzentrationen von Boroxid keine signifikanten Auswirkungen auf den HT-CTE der Glaszusammensetzung. Dementsprechend können die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen eine niedrige Konzentration von B₂O₃ (d. h. die „Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt“) oder eine hohe Konzentration von B₂O₃ (d. h. die „Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt“) enthalten, um eine Glaszusammensetzung zu erhalten, welche die gewünschten Eigenschaften aufweist.
In den Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt liegt B₂O₃ in den Glaszusammensetzungen im Allgemeinen in einer Menge kleiner gleich ungefähr 1 Mol-% vor, um die Erhöhung des HT-CTE zu minimieren, indem die Interaktion zwischen B₂O₃ und überschüssigen Alkalioxiden eingeschränkt wird. Zum Beispiel liegt B₂O₃ in den Glaszusammensetzungen in einigen Ausführungsformen in einer Konzentration größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 1 Mol-% vor. In anderen hier beschriebenen Ausführungsformen liegt B₂O₃ in den Glaszusammensetzungen in einer Konzentration von weniger als ungefähr 0,5 Mol-% vor. Zum Beispiel ist die Konzentration von B₂O₃ in der Glaszusammensetzung in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 0,5 Mol-%, oder sogar kleiner gleich ungefähr 0,4 Mol-%.
In den Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt liegt B₂O₃ in den Glaszusammensetzungen im Allgemeinen in einer Menge größer gleich ungefähr 4,5 Mol-% vor. In diesen Ausführungsformen werden die Auswirkungen von B₂O₃ auf den HT-CTE abgeschwächt, indem das Verhältnis R₂O:Al₂O₃, wie zuvor beschrieben, reguliert wird. Zum Beispiel liegt B₂O₃ in den Glaszusammensetzungen in einigen Ausführungsformen in einer Konzentration größer gleich ungefähr 4,5 Mol-% oder sogar 5 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 12 Mol-% vor. In anderen hier beschriebenen Ausführungsformen ist die Konzentration von B₂O₃ in der Glaszusammensetzung größer gleich ungefähr 7 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 12 Mol-%, oder sogar größer gleich ungefähr 9 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 12 Mol-%.
Die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen können ferner ein oder mehrere zweiwertige Oxide MO einschließen, wobei M ein Erdalkalimetall (wie etwa Mg oder Ca) und/oder Zn ist. Die zweiwertigen Oxide verbessern das Schmelzverhalten der Glaszusammensetzungen. Durch die Zugaben von MgO und ZnO werden auch die lonenaustauschleistung der Glaszusammensetzung verbessert. Insbesondere wurde festgestellt, dass die Zugaben von MgO und ZnO im Allgemeinen die Druckspannung und DOL für eine gegebene lonenaustauschbedingung (Zeit und Temperatur) erhöhen, ohne den Erweichungspunkt der Glaszusammensetzung zu erhöhen. Die Zugaben von CaO zu der Glaszusammensetzung tragen im Allgemeinen dazu bei, eine ausreichende DOL der Druckspannung im Anschluss an eine lonenaustauschhärtung zu wahren.
In den hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt schließen die Glaszusammensetzungen mindestens eines von MgO und ZnO ein und die Gesamtkonzentration des zweiwertigen Oxids ist größer gleich ungefähr 0,8 Mol-% oder sogar 1 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 10 Mol-%. Zudem ist in den hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt die Summe der Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und der Konzentration des zweiwertigen Oxids (Mol-%) im Allgemeinen größer gleich ungefähr 10 Mol-%, wodurch im Allgemeinen die lonenaustauschleistung des Glases verbessert wird.
In den hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt kann MgO in einer Konzentration von ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 7 Mol-% vorliegen. Zum Beispiel kann die Konzentration von MgO in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 3 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 5 Mol-% sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von MgO größer gleich ungefähr 2 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 4 Mol-% sein.
Ferner kann CaO in den hier beschriebenen Gläsern mit niedrigem Borgehalt in einer Konzentration größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 1 Mol-% vorliegen. Zum Beispiel kann die Konzentration von CaO in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 0,5 Mol-% sein.
In den hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt kann ZnO in einer Konzentration von ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 6 Mol-% vorliegen. Zum Beispiel kann die Konzentration von ZnO in einigen Ausführungsformen größer gleich ungefähr 2 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 4 Mol-% sein.
Die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt können ebenfalls ein oder mehrere zweiwertige Oxide MO einschließen. Zum Beispiel kann das MgO in einigen Ausführungsformen der Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt, die MgO einschließen, in einer Konzentration größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 5 Mol-% vorliegen. In einigen Ausführungsformen der Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt, die ZnO einschließen, kann das ZnO in einer Konzentration größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 5 Mol-% vorliegen. In einigen Ausführungsformen der Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt, die CaO einschließen, kann das CaO in einer Konzentration größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 2 Mol-% vorliegen.
Die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen (d.h. sowohl Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt als auch Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt) können auch P₂O₅ einschließen. Durch die Zugabe von P₂O₅ wird die Geschwindigkeit des Ionenaustauschs bei einer gegebenen Temperatur erhöht, sodass eine äquivalente Schichttiefe innerhalb eines kürzeren Zeitraums erreicht werden kann. In einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen kann P₂O₅ in den Glaszusammensetzungen in einer Konzentration größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 3 Mol-% vorliegen. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration von P₂O₅ größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 2 Mol-% sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von P₂O₅ größer gleich ungefähr 0,5 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 1,0 Mol-% sein.
Die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen können optional ein oder mehrere Klärhilfsmittel einschließen. Die Klärhilfsmittel können zum Beispiel SnO₂, Sb₂O₃, As₂O₃, NaCl, (Al)OH₃ und CeO₂ und Kombinationen davon einschließen. Die Klärhilfsmittel können in den Glaszusammensetzungen in einer Menge größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 1 Mol-% vorliegen. In Ausführungsbeispielen ist das Klärhilfsmittel SnO₂. Das SnO₂ kann in der Glaszusammensetzung in einer Konzentration größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 1,0 Mol-% vorliegen. In einigen dieser Ausführungsformen kann SnO₂ in der Glaszusammensetzung in einer Konzentration vorliegen, die größer gleich ungefähr 0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 0,5 Mol-% oder sogar kleiner gleich ungefähr 0,3 Mol-% ist.
In einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt können die Glaszusammensetzungen optional Zirconiumoxid (ZrO₂) umfassen. Durch die Zugabe von Zirconiumoxid wird die lonenaustauschleistung der Glaszusammensetzung verbessert, indem die Schichttiefe erhöht wird, die erreicht werden kann. Wenn die Menge an Zirconiumoxid jedoch ungefähr 3 Mol-% übersteigt, verringert sich die Liquidus-Viskosität der Glaszusammensetzung, was ein Formen der Glaszusammensetzung schwierig macht. Dementsprechend können die Glaszusammensetzungen in den Ausführungsformen der Glaszusammensetzungen, die Zirconiumoxid enthalten, größer gleich ungefähr 0,5 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 2 Mol-% ZrO₂ einschließen. In einigen dieser Ausführungsformen können die Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt größer gleich ungefähr 1,0 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 1,5 Mol-% ZrO₂ einschließen. In einigen dieser Ausführungsformen entspricht die Konzentration von ZrO₂ in den Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt ungefähr 1 Mol-%. Jedoch versteht es sich, dass in einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt die Glaszusammensetzungen im Wesentlichen frei von Zirconiumoxid (ZrO₂) sind.
Bestimmte Anwendungen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen können es erforderlich machen, dass das Glas opak ist und eine bestimmte Farbe, wie etwa schwarz, aufweist. Dementsprechend können die Glaszusammensetzungen in den Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt einen oder mehrere Bestandteile einschließen, die als ein Farbstoff wirken. Zum Beispiel können einige der Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt Fe₂O₃ und TiO₂ einschließen, welche in Kombination verwendet werden können, um Glas, das aus den Glaszusammensetzungen gebildet wird, eine schwarze Farbe und Opazität zu verleihen. In diesen Ausführungsformen können Fe₂O₃ und TiO₂ in der Glaszusammensetzung so vorliegen, dass ein Verhältnis von Fe₂O₃ (Mol-%) zu TiO₂ (Mol-%) in einem Bereich von größer gleich ungefähr 0,52 bis kleiner gleich ungefähr 1,22 liegt. In einigen Ausführungsformen kann das Verhältnis von Fe₂O₃ (Mol-%) zu TiO₂ (Mol-%) in einem Bereich von größer gleich ungefähr 0,60 bis kleiner gleich ungefähr 1,00 liegen. Wenn sich das Verhältnis von Fe₂O₃ zu TiO₂ verringert, wird der resultierende Glasartikel weniger schwarz, wie von CIE F2 Illuminant und der L, a*, b*-Skala bestimmt. In einer bestimmten Ausführungsform beträgt die Gesamtkonzentration von Fe₂O₃ und TiO₂ (d. h. Fe₂O₃ (Mol-%) + TiO₂ (Mol-%)) etwa 1,75 Mol-%. Jedoch versteht es sich, dass auch andere Gesamtkonzentrationen von Fe₂O₃ und TiO₂ verwendet werden können, einschließend Gesamtkonzentrationen größer als 1,75 Mol-% und Gesamtkonzentrationen kleiner als 1,75 Mol-%.
In einigen hier beschriebenen Ausführungsformen wird eine schwarze Farbe in dem resultierenden Glas, das aus einer Glaszusammensetzung gebildet wird, die farbverändernde Bestandteile enthält, durch eine Wärmebehandlung des Glasartikels erreicht. Zum Beispiel kann das Glas in einer Ausführungsform zunächst bei einer Temperatur in dem Bereich von ungefähr 560 °C bis ungefähr 575 °C für einen Zeitraum von weniger als oder in etwa entsprechend 1 Stunde geglüht und anschließend abgekühlt werden. Danach kann das Glas bei einer Temperatur von ungefähr 600 °C bis ungefähr 650 °C für weniger als oder in etwa entsprechend 10 Stunden wärmebehandelt werden, wonach das Glas opak ist und eine schwarze Farbe aufweist. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die schwarze Farbe ein Ergebnis von Ausfällungen ist, die aus einer Kombination von Fe₂O₃ und TiO₂ (wie etwa Pseudobrookit oder dergleichen) gebildet werden, die in dem Glas während der Wärmebehandlung ausfallen.
In einigen Ausführungsformen tritt, wenn die Glaszusammensetzung mit hohem Borgehalt farbverändernde Bestandteile, wie etwa die zuvor beschriebenen, einschließt, die schwarze Farbe im Anschluss an eine Wärmebehandlung auf, wenn das Verhältnis von Alkali zu Aluminiumoxid (R₂O:Al₂O₃) kleiner gleich ungefähr 1,15 oder sogar kleiner gleich ungefähr 1,12 ist. In einigen Ausführungsformen kann die schwarze Farbe erhalten werden, wenn das Verhältnis von Alkali zu Aluminiumoxid (R₂O:Al₂O₃) größer gleich ungefähr 0,98 oder sogar 1,02 ist. Zum Beispiel kann die schwarze Farbe in einigen Ausführungsformen erhalten werden, wenn das Verhältnis von Alkali zu Aluminiumoxid kleiner gleich ungefähr 1,15 und größer als ungefähr 0,98 ist. In einigen Ausführungsformen wird die schwarze Farbe erhalten, wenn das Verhältnis von Alkali zu Aluminiumoxid kleiner gleich ungefähr 1,12 und größer gleich ungefähr 1,02 ist. In einigen anderen Ausführungsformen wird die schwarze Farbe erhalten, wenn das Verhältnis von Alkali zu Aluminiumoxid kleiner gleich ungefähr 1,1 und größer gleich ungefähr 1,04 ist.
In den Ausführungsformen der Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt, welche farbverändernde Bestandteile einschließen, kann das resultierende Glas opak sein. Der Grad der Opazität kann durch die Lichtabsorption des Glases, wie durch eine Spektralphotometrie gemessen, bestimmt werden. In den hier beschriebenen Ausführungsformen wurde der Grad der Opazität mit einem X-Rite CI7 Spectro-Photometer gemessen. In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen des Glases mit hohem Borgehalt mit farbverändernden Mitteln kann das resultierende opake Glas eine Opazität (d. h. eine Lichtabsorption) größer gleich ungefähr 80 % über einen Bereich von Wellenlängen von ungefähr 350 nm bis ungefähr 750 nm aufweisen, die auf den Glasartikel einfallen. Dies bedeutet, dass weniger als ungefähr 20 % des Lichts, dass auf den Glasartikel einfällt, tatsächlich durch den Glasartikel durchtritt. In einigen Ausführungsformen kann die Opazität über einen Wellenlängenbereich von ungefähr 350 nm bis ungefähr 750 nm größer gleich ungefähr 80 % und kleiner gleich ungefähr 100 % sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Opazität über einen Wellenlängenbereich von ungefähr 350 nm bis ungefähr 750 nm ungefähr 100 % betragen.
Wie hier angemerkt, können farbverändernde Mittel, die zu den Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt hinzugegeben werden, ein Glas ergeben, das eine schwarze Farbe aufweist. Der Farbgrad kann unter Verwendung von CIE F2 Illuminant und der L, a*, b*-Skala quantifiziert werden. Zum Beispiel weist der Glasartikel in einigen Ausführungsformen L, a*, b*-Farbkoordinaten auf, wobei L von ungefähr 0 bis ungefähr 5,0 reicht; a* von ungefähr -2,0 bis ungefähr 2,0 reicht; und b* von ungefähr 0 bis ungefähr -5,0 reicht. Glas mit Farbkoordinaten innerhalb dieser Bereiche weist im Allgemeinen eine tiefschwarze Farbe auf.
Zusätzlich wurde festgestellt, dass die Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt, die farbverändernde Bestandteile, wie hier beschrieben, enthalten, leicht einer Härtung durch einen lonenaustausch zugänglich sind. Die Schichttiefe dieser Glaszusammensetzungen kann größer gleich ungefähr 25 µm sein. In einigen Ausführungsformen kann die DOL größer gleich ungefähr 35 µm oder sogar größer gleich ungefähr 45 µm sein. Es wird angenommen, dass die Druckspannung, die diesen Glaszusammensetzungen durch einen lonenaustausch verliehen wird, derjenigen der gleichen Glaszusammensetzung ohne farbverändernde Mittel zumindest entsprechen oder sogar größer als diese sein kann. Jedoch ist eine Messung der Druckspannung unter Verwendung herkömmlicher Methoden (wie etwa Spannungsdoppelbrechung) aufgrund der optischen Eigenschaften des Glases (Opazität und schwarze Farbe) kompliziert. Dementsprechend kann die charakteristische Festigkeit des Glasartikels als eine Schätzung der Druckspannung verwendet werden, die dem Glas verliehen wird. Im Besonderen kann eine Ring-auf-Ring-Probe einer Vielzahl von nicht aufgerauten Glasplattenproben, die aus der Glaszusammensetzung gebildet wurden, unter Verwendung der in dem ASTM-Standard C1499, mit dem Titel „Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature“ beschriebenen Methodik durchgeführt werden. Aus diesen Daten kann eine Weibull-Verteilung der Festigkeit bei Versagen konstruiert werden und die charakteristische Festigkeit und der Weibull-Modul können bestimmt werden. In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen weist eine Glasplatte, die aus der Glaszusammensetzung mit hohem Borgehalt geformt wird, die farbverändernde Mittel enthält, mit einer Dicke von etwa 0,8 mm im Anschluss an eine Glühbehandlung bei ungefähr 570 °C für etwa 2 Stunden, eine Wärmebehandlung bei ungefähr 640°C für etwa 4 Stunden und eine lonenaustauschbehandlung bei ungefähr 440 °C für etwa 15 Stunden in einem Salzbad von 100 % KNO₃ im Allgemeinen eine charakteristische Festigkeit größer gleich ungefähr 1500 MPa oder sogar ungefähr 1600 MPa auf. In einigen Ausführungsformen kann die charakteristische Festigkeit nach den gleichen Behandlungen größer gleich ungefähr 1700 MPa oder sogar ungefähr 1800 MPa sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die charakteristische Festigkeit nach den gleichen Behandlungen größer gleich ungefähr 1900 MPa sein. In den hier beschriebenen Ausführungsformen weist eine Glasplatte, die aus der Glaszusammensetzung mit hohem Borgehalt gebildet wird, die farbverändernde Mittel enthält, mit einer Dicke von etwa 0,8 mm im Anschluss an eine Glühbehandlung bei ungefähr 570 °C für etwa 2 Stunden, eine Wärmebehandlung bei ungefähr 640°C für etwa 4 Stunden und eine lonenaustauschbehandlung bei ungefähr 440 °C für etwa 15 Stunden in einem Salzbad von 100 % KNO₃ im Allgemeinen einen Weibull-Modul größer gleich ungefähr 8 oder sogar ungefähr 9 auf. In Ausführungsformen kann der Weibull-Modul nach den gleichen Behandlungen größer gleich ungefähr 10 oder sogar ungefähr 11 sein. Der Weibull-Modul entspricht der Steigung der Weibull-Darstellung und ist im Allgemeinen für die Empfindlichkeit des Materials gegenüber Versagen aufgrund von Mängeln bezeichnend. In Ausführungsformen kann die charakteristische Festigkeit nach den gleichen Behandlungen größer gleich ungefähr 13 sein. Die charakteristische Festigkeit ist für die Festigkeit bei 63,2 % der Ausfallwahrscheinlichkeit, wie durch die Weibull-Verteilung bestimmt, bezeichnend.
Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen relativ niedrigen Erweichungspunkten, HT-CTEs und Ionenaustauscheigenschaften weisen die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen auch Eigenschaften auf, durch welche die Glaszusammensetzungen zur Verwendung in Schmelzformungsprozessen, wie etwa dem Fusion-Down-Draw-Prozess, geeignet sind. Im Besonderen weisen die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen Liquidus-Temperaturen von weniger als ungefähr 1000 °C und Liquidus-Viskositäten von mehr als ungefähr 150 kP auf. Zudem weisen die Glaszusammensetzungen auch Viskositäten bei der Zersetzungstemperatur von Zircon von weniger als ungefähr 35 kP auf, sodass die Glaszusammensetzungen mit einer Schmelzformung unter Verwendung von Zirconiumoxid-Isopipes kompatibel sind. Ferner weisen die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen bei Schmelztemperaturen in dem Bereich von ungefähr 1500 °C bis ungefähr 1650 °C außerdem eine Viskosität von weniger als ungefähr 200 P und bei Formungstemperaturen von ungefähr 1050 °C bis ungefähr 1150°C Viskositäten von ungefähr 35 kP auf.
Auf Grundlage des Vorstehenden versteht es sich, dass hier verschiedene Ausführungsformen von Glaszusammensetzungen mit relativ niedrigen Erweichungspunkten und relativ niedrigen Hochtemperatur-Wärmeausdehnungskoeffizienten offenbart werden. In einem ersten Ausführungsbeispiel schließt eine Glaszusammensetzung SiO₂, Al₂O₃, Li₂O und Na₂O ein. Die Glaszusammensetzung kann im Allgemeinen einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C und einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C aufweisen. Die Glaszusammensetzung kann nach einem lonenaustausch in einem Salzbad, umfassend KNO₃, bei ungefähr 410 °C für weniger als oder in etwa entsprechend 15 Stunden eine Druckspannung größer gleich ungefähr 650 MPa und eine Schichttiefe größer gleich ungefähr 25 µm aufweisen.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel schließt eine Glaszusammensetzung Folgendes ein: ungefähr 65 Mol-% bis ungefähr 71 Mol-% SiO₂; ungefähr 7 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 9 Mol-% Li₂O; ungefähr 6 Mol-% bis ungefähr 16 Mol-% Na₂O; ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 5 Mol-% K₂O; ungefähr 0,8 bis ungefähr 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid mindestens eines von MgO und ZnO umfasst; und weniger als ungefähr 0,5 Mol-% B₂O₃, wobei eine Summe der Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und einer Konzentration des zweiwertigen Oxids (Mol-%) größer ist als ungefähr 10 Mol-%. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Glaszusammensetzung optional ungefähr 0,5 Mol-% bis ungefähr 2 Mol-% ZrO₂ einschließen. Alternativ kann diese zweite beispielhafte Zusammensetzung im Wesentlichen frei von ZrO₂ sein. Wenn die zweite beispielhafte Zusammensetzung im Wesentlichen frei von ZrO₂ ist, kann die Glaszusammensetzung ungefähr 65,8 Mol-% bis ungefähr 71 Mol-% SiO₂ umfassen. Die Glaszusammensetzung kann im Allgemeinen einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C und einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C aufweisen. Die Glaszusammensetzung kann nach einem lonenaustausch in einem Salzbad, umfassend KNO₃, bei ungefähr 410 °C für weniger als oder in etwa entsprechend 15 Stunden eine Druckspannung größer gleich ungefähr 650 MPa und eine Schichttiefe größer gleich ungefähr 25 µm aufweisen.
In einem dritten Ausführungsbeispiel schließt eine Glaszusammensetzung Folgendes ein: ungefähr 55 Mol-% bis ungefähr 68 Mol-% SiO₂; ungefähr 9 Mol-% bis ungefähr 15 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 4,5 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% B₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 7 Mol-% Li₂O; ungefähr 3 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Na₂O; und ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 3 Mol-% K₂O. In dieser Ausführungsform ist R₂O die Summe der Konzentration von Li₂O, der Konzentration von Na₂O und der Konzentration von K₂O und das Verhältnis von R₂O zu der Konzentration von Al₂O₃ ist kleiner gleich ungefähr 1,1. Die Glaszusammensetzung kann im Allgemeinen einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C und einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C aufweisen. Die Glaszusammensetzung kann nach einem lonenaustausch in einem Salzbad, umfassend KNO₃, bei ungefähr 410 °C für weniger als oder in etwa entsprechend 15 Stunden eine Druckspannung größer gleich ungefähr 650 MPa und eine Schichttiefe größer gleich ungefähr 25 µm aufweisen.
In einem vierten Ausführungsbeispiel schließt eine Glaszusammensetzung Folgendes ein: ungefähr 65,8 Mol-% bis ungefähr 71 Mol-% SiO₂; ungefähr 7 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 9 Mol-% Li₂O; ungefähr 6 Mol-% bis ungefähr 16 Mol-% Na₂O; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid mindestens eines von MgO und ZnO ist; und weniger als ungefähr 0,5 Mol-% B₂O₃. Die Summe der Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und einer Konzentration des zweiwertigen Oxids (Mol-%) ist größer als ungefähr 10 Mol-%. Die Glaszusammensetzung kann im Allgemeinen einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C und einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C aufweisen. In dieser Ausführungsform kann die Glaszusammensetzungen im Wesentlichen frei von ZrO₂ sein.
In einem fünften Ausführungsbeispiel schließt eine Glaszusammensetzung Folgendes ein: ungefähr 65,8 Mol-% bis ungefähr 71 Mol-% SiO₂; ungefähr 7 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 9 Mol-% Li₂O; ungefähr 6 Mol-% bis ungefähr 16 Mol-% Na₂O; und ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid mindestens eines von MgO und ZnO ist. Die Glaszusammensetzung ist im Wesentlichen frei von ZrO₂ und B₂O₃. Die Summe der Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und der Konzentration des zweiwertigen Oxids (Mol-%) ist größer als 10 Mol-%. Die Glaszusammensetzung kann im Allgemeinen einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C und einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/℃ aufweisen.
In einem sechsten Ausführungsbeispiel schließt eine Glaszusammensetzung Folgendes ein: ungefähr 67 Mol-% bis ungefähr 71 Mol-% SiO₂; ungefähr 7 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 9 Mol-% Li₂O; ungefähr 6 Mol-% bis ungefähr 16 Mol-% Na₂O; und ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid mindestens eines von MgO und ZnO ist. Die Glaszusammensetzung kann auch Folgendes einschließen: ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 7 Mol-% MgO; ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 1 Mol-% CaO; und ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 6 Mol-% ZnO. Die Glaszusammensetzung ist im Wesentlichen frei von B₂O₃. Die Summe der Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und der Konzentration des zweiwertigen Oxids (Mol-%) ist größer als ungefähr 10 Mol-%. Die Glaszusammensetzung kann im Allgemeinen einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C und einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C aufweisen.
In einem siebenten Ausführungsbeispiel schließt eine Glaszusammensetzung Folgendes ein: ungefähr 55 Mol-% bis ungefähr 68 Mol-% SiO₂; ungefähr 9 Mol-% bis ungefähr 15 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 4,5 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% B₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 7 Mol-% Li₂O; ungefähr 3 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Na₂O; und ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 3 Mol-% K₂O. In dieser Ausführungsform ist R₂O die Summe der Konzentration von Li₂O, der Konzentration von Na₂O und der Konzentration von K₂O und das Verhältnis von R₂O zu der Konzentration von Al₂O₃ ist kleiner gleich ungefähr 1,1. Die Glaszusammensetzung kann im Allgemeinen einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C und einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/℃ aufweisen.
In einem achten Ausführungsbeispiel schließt eine Glaszusammensetzung Folgendes ein: ungefähr 55 Mol-% bis ungefähr 68 Mol-% SiO₂; ungefähr 9 Mol-% bis ungefähr 15 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 4,5 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% B₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 7 Mol-% Li₂O; ungefähr 3 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Na₂O; und ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 3 Mol-% K₂O. In dieser Ausführungsform ist R₂O die Summe der Konzentration von Li₂O, der Konzentration von Na₂O und der Konzentration von K₂O und das Verhältnis von R₂O zu der Konzentration von Al₂O₃ ist kleiner gleich ungefähr 1,1. Die Glaszusammensetzung kann im Allgemeinen einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C und einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C aufweisen.
In einem neunten Ausführungsbeispiel schließt eine Glaszusammensetzung Folgendes ein: ungefähr 55 Mol-% bis ungefähr 68 Mol-% SiO₂; ungefähr 9 Mol-% bis ungefähr 15 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 4,5 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% B₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 7 Mol-% Li₂O; ungefähr 3 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Na₂O; und ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 3 Mol-% K₂O. Die Glaszusammensetzung kann ferner Folgendes einschließen: ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 5 Mol-% MgO; ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 5 Mol-% ZnO; und ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 2 Mol-% CaO. In dieser Ausführungsform ist R₂O die Summe der Konzentration von Li₂O, der Konzentration von Na₂O und der Konzentration von K₂O und das Verhältnis von R₂O zu der Konzentration von Al₂O₃ ist kleiner gleich ungefähr 1,1. Die Glaszusammensetzung kann im Allgemeinen einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C und einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/℃ aufweisen.
In einem zehnten Ausführungsbeispiel schließt eine Glaszusammensetzung Folgendes ein: ungefähr 65 Mol-% bis ungefähr 71 Mol-% SiO₂; ungefähr 7 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 9 Mol-% Li₂O; ungefähr 6 Mol-% bis ungefähr 16 Mol-% Na₂O; ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 5 Mol-% K₂O; ungefähr 0,8 bis ungefähr 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid mindestens eines von MgO und ZnO umfasst; ungefähr 0,5 Mol-% bis ungefähr 2 Mol-% ZrO₂; und weniger als ungefähr 0,5 Mol-% B₂O₃. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Summe der Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und der Konzentration des zweiwertigen Oxids (Mol-%) größer als ungefähr 10 Mol-%. Die Glaszusammensetzung weist einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C auf. Die Glaszusammensetzung weist einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/℃ auf.
Beispiele
Die Ausführungsformen der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen werden ferner durch die folgenden Beispiele verdeutlicht.
Eine Vielzahl von beispielhaften Glaszusammensetzungen wurde gemäß den in den nachfolgenden Tabellen 1-6 aufgelisteten Chargenzusammensetzungen hergestellt. Chargen der Oxidbestandteile wurden vermischt, geschmolzen und zu Glas geformt. Die Eigenschaften der Glaszusammensetzungen (d. h. Erweichungspunkt, HT-CTE usw.) wurden gemessen und die Ergebnisse sind in den Tabellen 1-6 angegeben. Bei den Vergleichsbeispielen (d. h. nicht erfindungsgemäßen Beispielen) geht der Identifizierung der Beispiele ein „V“ voraus.
Es wird jetzt Bezug auf Tabelle 1 genommen; es wurden sieben beispielhafte Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt hergestellt, um die Wirkung der Substitution von Na₂O durch Li₂O auf den Erweichungspunkt und HT-CTE zu untersuchen. 2 zeigt grafisch den Erweichungspunkt (y-Achse) als eine Funktion der Konzentration von Li₂O (x-Achse), wenn Na₂O durch Li₂O substituiert wird. 3 zeigt grafisch den HT-CTE (y-Achse) als eine Funktion der Konzentration von Li₂O (x-Achse), wenn Na₂O durch Li₂O substituiert wird.

Wie durch die Daten in Tabelle 1 und den 2 und 3 gezeigt, führte die partielle Substitution von Na₂O durch Li₂O zu einer zunehmenden Verringerung des Erweichungspunkts der Glaszusammensetzung. Insbesondere verringerte eine Substitution von 9 Mol-% Na₂O durch Li₂O den Erweichungspunkt um bis zu 70 °C. Die Substitution von Na₂O durch Li₂O führte auch zu einer leichten Erhöhung des HT-CTE (von 24×10^-6/°C zu 25,5×10^-6/°C für eine Substitution von 1-3 Mol-%). Jedoch waren die HT-CTE-Werte dieser Zusammensetzungen auch nach der Substitution kleiner als 27×10^-6/°C. Zudem zeigen, wie grafisch in 3 gezeigt, die Daten aus Tabelle 1, dass sich die Erhöhung des HT-CTE für steigende Konzentrationen von Li₂O einpegelt. Tabelle 1: Substitution von Na₂O durch Li₂O

(Mol-%)	1	2	3	4	5	6	7
SiO₂	69,4	69,4	69,4	69,4	69,4	69,4	69,4
Al₂O₃	11,2	11,2	11,2	11,2	11,2	11,2	11,2
B₂O₃	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Na₂O	14,2	13,2	11,2	10,2	9,2	7,7	6,2
K₂O	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0
Li₂O	1,0	2,0	4,0	5,0	6,0	7,5	9,0
CaO	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
MgO	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
ZnO	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
SnO₂	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Erweichungspkt., °C	792	778	751	751	748	742	732
HT-CTE, ppm/°C	24,4	25,3	25,7	25,1	25	25,3	25,3

Es wird nun Bezug auf Tabelle 2 genommen; es wurden acht beispielhafte Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt hergestellt, um die Wirkung der Substitution von Na₂O und Na₂O + K₂O durch Li₂O auf den Erweichungspunkt und HT-CTE zu untersuchen. 4 zeigt grafisch den Erweichungspunkt (y-Achse) als eine Funktion der Konzentration von Li₂O (x-Achse), wenn Na₂O + K₂O durch Li₂O substituiert wird. 5 zeigt grafisch den HT-CTE (y-Achse) als eine Funktion der Konzentration von Li₂O (x-Achse), wenn Na₂O + K₂O durch Li₂O substituiert wird.

Wie durch die Daten in Tabelle 2 und den 4 und 5 gezeigt, führte die partielle Substitution von Na₂O oder Na₂O + K₂O durch Li₂O zu einer zunehmenden Verringerung des Erweichungspunkts der Glaszusammensetzung. Insbesondere verringerte eine Substitution von 5 Mol-% Na₂O + K₂O durch Li₂O den Erweichungspunkt um bis zu 90 °C. Die Substitution von Na₂O + K₂O durch Li₂O führte auch zu einer leichten Erhöhung des HT-CTE. Jedoch waren die HT-CTE-Werte dieser Zusammensetzungen auch nach der Substitution kleiner als 27×10^-6/°C. Es war kein Einpegeln des HT-CTE wie bei den Glaszusammensetzungen aus Tabelle 2 zu beobachten. Tabelle 2: Substitution von Na₂O und K₂O durch Li₂O

(Mol-%)	V1	V2	8	9	10	11	12	13
SiO₂	69,8	69,8	69,8	69,8	69,8	69,8	69,8	69,8
Al₂O₃	9,0	9,0	9,0	9,0	9,0	9,0	9,0	9,0
Li₂O	1,0	1,5	3,0	3,5	4,9	4,9	4,9	5,0
Na₂O	12,7	12,2	10,7	10,2	10,0	10,0	10,0	8,7
K₂O	1,7	1,7	1,7	1,7	0,7	0,7	0,7	1,7
MgO	5,1	5,1	5,1	5,1	5,1	5,1	5,1	5,1
CaO	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
SnO₂	0,2	0,2	0,2	0,2	0,3	0,3	0,2	0,2
Gesamt R₂O	15,4	15,4	15,4	15,4	15,6	15,6	15,6	15,4
Erweichungspkt.	833	822	799	791	770	779	781	777
HT-CTE	22,3	21,8	22,5	23,3	24,3	23,8	23,7	23,8

Tabelle 3 enthält die Eigenschaften nach dem lonenaustausch (Druckspannung und DOL) für verschiedene der beispielhaften in Tabelle 2 aufgelisteten Glaszusammensetzungen für eine Vielzahl unterschiedlicher lonenaustauschverarbeitungsbedingungen. Die lonenaustauschbedingungen schlossen einzelne lonenaustauschbehandlungen in 100 % KNO₃ bei einer Vielzahl von Temperaturen und Eintauchzeiten sowie zweistufige Behandlungen ein, die ein Mischbad (z. B. 90 % KNO₃-10 % NaNO₃), gefolgt von einem Eintauchen in ein zweites Bad von 100 % KNO₃, beinhalten. Die in Tabelle 3 gezeigten Werte der Druckspannung und DOL entsprechen Messwerten, die mit einem FSM-Instrument erhalten werden, wobei der Wert der Druckspannung auf dem gemessenen spannungsoptischen Koeffizienten (Stress Optical Coefficient - SOC) basiert. 6 zeigt grafisch die Druckspannung (y-Achse) und DOL (x-Achse) für unterschiedliche Li₂O-Konzentrationen (d. h. 1,0 Mol-%, 3,5 Mol-% und 4,9 und 5,0 Mol-% (insgesamt)). Wie in 6 gezeigt, kann eine DOL von 40 µm für die Li₂O-Konzentrationen von 1 % und 3,5 % jedoch nicht für größere Konzentrationen erreicht werden, wodurch angezeigt wird, dass es zumindest für die Substitution von Na durch Li eine effektive Obergrenze für die Menge von Li₂O geben kann, die in das Glas eingeführt werden kann, während dennoch die gewünschte DOL erreicht wird. Tabelle 3: Ionenaustauscheigenschaften ausgewählter Zusammensetzungen

	9	11	12	13
Li₂O (Mol-%)	3,5	4,9	4,9	5,0
IA-Plan, CS (MPa), DOL (µm)
410-8 h 100 KNO₃	836, 19		820, 19
	805, 21
410-10 h 100 KNO₃	803,24	816, 18
	806, 26
410-12 h 100 KNO₃	783, 25		803, 23
410-15 h 100 KNO₃	801,28		775, 26
420-6 h 100 KNO₃	782,24	803, 18
420-8 h 100 KNO₃	772, 27	773, 21	762,22
420-15 h 100 KNO₃	765, 32
430-15 h 100 KNO₃	768, 36
	707, 37
440-15 100 KNO₃	715, 42
390-15 h 80 KNO₃/20 NaNO₃ + 430-1 h 100 KNO₃	853, 19	886, 14	904, 16
390-15 h 90 KNO₃/10 NaNO₃ + 430-1 h 100 KNO₃		889, 14	897, 16	710, 19
410-15 h 80 KNO₃/20 NaNO₃ + 430-1 h 100 KNO₃	759, 24	897, 18	882, 18	710, 22
410-15 h 90 KNO₃/10 NaNO₃ + 430-1 h 100 KNO₃	759, 27			687, 25
410-15 h 90 KNO₃/10 NaNO₃ + 430-1 h 100 KNO₃	759, 27			649, 24

Nun wird Bezug auf Tabelle 4 genommen; Tabelle 4 enthält die Zusammensetzungsdaten und entsprechenden Erweichungspunkte, HT-CTEs und Ionenaustauscheigenschaften von verschiedenen erfindungsgemäßen Beispielen und Vergleichsbeispielen von Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt. Tabelle 4: Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt

(Mol-%)	V3	V4	14	15	16	17	18	19	20	21	22	V5
SiO₂	65,8	65,8	67,8	67,8	65,8	69,4	69,4	69,4	69,6	68,2	67,3	65,9
Al₂O₃,	10,0	10,0	10,0	10,0	8,0	11,2	10,7	10,7	7,5	7,3	9,0	9,0
Li₂O	4,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	1,0	3,0	2,1	2,1	3,5	3,5
Na₂O	12,0	13,0	15,0	15,0	13,0	15,4	15,2	13,2	14,1	13,4	14,6	14,6
K₂O	0	0	0	0	0	0	2,0	2,0	0	2,0	0,5	0,5
MgO	4,0	4,0	2,0	0	5,0	0,5	0,5	0,5	6,6	6,4	5,1	6,5
CaO	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,5	0	0
ZnO	4,0	4,0	2,0	4,0	5,0	0,5	0,5	0,5	0	0	0	0
P₂O₅	0	0	0	0	0	0	0,8	0,8	0	0	0	0
SnO₂	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
MgO + ZnO	8,0	8,0	4,0	4,0	10,0	1,0	1,0	1,0	6,6	6,4	5,1	6,5
Al₂O₃ +MgO + ZnO	18,0	18,0	14,0	14,0	18,0	12,2	11,7	11,7	14,1	13,7	14,1	15,5
Erweichungspkt., °C HT-CTE, ppm/°C	778	785	757	764	752	775	802	785	781	747	750	742
Erweichungspkt., °C HT-CTE, ppm/°C	24,0	21,8	24,2	24,3		24,0	22,7	23,2	23,9	25,6	26,6	25,6
IA, 430-15 h (100 KNO₃) CS (MPa)	868	950	637		872
DOL (µm)	31	32	43		28
IA, 430-15 h (100 KNO₃) CS (MPa) DOL (µm)	796	893	587
IA, 430-15 h (100 KNO₃) CS (MPa) DOL (µm)	36	37	50
IA, 410-15 h (90 KNO₃/10 NaNO₃) CS (MPa) DOL (µm)							690	720			662	760
IA, 410-15 h (90 KNO₃/10 NaNO₃) CS (MPa) DOL (µm)							62	48			38	34

Nun wird Bezug auf Tabelle 5 genommen; es wurden auch eine Reihe von Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt geformt, die Zirconiumoxid enthalten. Die Erweichungspunkte dieser Glaszusammensetzungen lagen bei weniger als 800 °C und die HT-CTEs entsprachen weniger als 27×10^-6/℃. Im Anschluss an einen lonenaustausch in einem Salzbad von 100 % KNO₃ bei 440 °C für 15 Stunden wiesen die Glaszusammensetzungen eine Druckspannung, die größer als 700 MPa ist und eine Schichttiefe von 40 µm auf. Tabelle 5: Glaszusammensetzungen mit der Zugabe von Zirconiumoxid

(Mol-%)	23	24	25	26	27	28
SiO₂	65,9	65,4	65,9	65,9	65,9	64,9
Al₂O₃	9	9	9	8	8,5	8,5
Li₂O	3,5	3,5	3,5	3,5	3,5	3,5
Na₂O	14,6	14,6	16,1	16,1	16,1	16,1
K₂O	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
MgO	5,5	3	3,5	3,5	3	3
ZnO	0	3	0	0,5	1	2
P₂O₅	0	0	0	1	0	0
ZrO₂	1	1	1,5	1	1,5	1,5
SnO₂	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Erwei-	771	758	752	751	744	744
chungspkt . (°C)
HT-CTE (ppm)	24,6	24,4	25,0	26,1	25,4	25,3
IA (100 % KNO₃ bei 440 °C für 15 h) CS, DOL	665,43	721,42	505, 49	440,63	489, 49	523, 46

In Bezug auf Tabelle 6 wurden zwei erfindungsgemäße Zusammensetzungen (29 und 30) einer zusätzlichen Charakterisierung und einer Bestimmung unterzogen, ob die Glaszusammensetzungen zur Verwendung bei Schmelzformungsprozessen geeignet sind. Tabelle 6 enthält die Zusammensetzung und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sowie von zwei Vergleichsbeispielen für ionenaustauschbare Glaszusammensetzungen, die zur Verwendung in einem Schmelzformungsprozess geeignet sind. Die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt wiesen Erweichungspunkte auf, die in etwa um 40 °C niedriger sind als die Erweichungspunkte der Vergleichsglaszusammensetzungen. Ferner sind die HT-CTE-Werte der Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt mit den HT-CTE-Werten der Vergleichsglaszusammensetzungen vergleichbar oder sind kleiner als diese. Die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt weisen ähnliche Ionenaustauscheigenschaften sowie Hochtemperaturviskositäten, Liquidus-Temperaturen, Liquidus-Viskositäten und Zersetzungstemperaturen von Zircon auf wie die Vergleichsglaszusammensetzungen, was darauf hindeutet, dass die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt zur Verwendung in Schmelzformungsprozessen geeignet sind. Tabelle 6: Formungseigenschaften von erfindungsgemäßen und Vergleichsglaszusammensetzungen

Mol-%	V6	V7	29	30
SiO₂	66,0	69,2	69,8	66,8
Al₂O₃	10,3	8,5	9,2	10,0
B₂O₃	0,6	0	0	0
Li₂O	0	0	3,5	3,0
Na₂O	14,2	13,9	11,9	14,0
K₂O	2,4	1,2	0,5	0
MgO	5,8	6,5	5,1	3,0
CaO	0,6	0,5	0	0
ZnO	0	0	0	3,0
SnO₂	0,2	0,2	0,2	0
Erweichungspkt	837	844	799	781
.	23,0	21,0	22,6	24,0
HT-CTE	40	40	40	44
DOL	740	740		785
CS			680
HTV: 200 P	1588	1640	1609	1567
HTV: 35 kP	1131	1145	1117	1084
Delta	457	495	492	483
Liquidus- Temp.	900	950	965	970°
Liquidus-	>1e6	>1e6	500 kP	275 kP
Viskosität Viskosität (RT)	2,461	2,444	2,438	2,497

Es wird nun Bezug auf Tabelle 7 genommen; Tabelle 7 enthält die Zusammensetzungsdaten und entsprechenden Erweichungspunkte und HT-CTEs für erfindungsgemäße und Vergleichsglaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt. Wie in Tabelle 7 gezeigt, weisen die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen im Allgemeinen mehr als ungefähr 5 Mol-% und in den gezeigten Beispielen bis zu ungefähr 10 Mol-% B₂O₃ auf. Jedoch ist für die in Tabelle 7 gezeigten erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt das Verhältnis R₂O:Al₂O₃ im Allgemeinen größer gleich ungefähr 0,9 und kleiner gleich ungefähr 1,15.

Das Vergleichsbeispiel V8 enthält kein Li₂O und folglich ist der Erweichungspunkt für dieses Glas größer als bei den erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt, wodurch die Notwendigkeit veranschaulicht wird, dass Li₂O in den Glaszusammensetzungen vorliegt. Tabelle 7: Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt

(Mol-%)	V8	31	32	33	34	35	36	37
SiO₂	64,2	60	58,6	65,7	65,7	65,7	65,2	63,7
Al₂O₃	12,0	14,4	13,8	12,3	12,3	11,3	12,3	12,3
B₂O₃	9,0	5,2	5,1	9,1	9,1	9,1	9,1	9,1
Li₂O	0	6,1	4,9	5,0	7,0	5,0	5,0	5,0
Na₂O	11,3	7,6	8,2	6,6	4,6	6,6	6,6	6,6
K₂O	0,5	0,5	0,5	1,3	1,3	1,3	1,3	1,3
MgO	1,5	2,7	2,7	0	0	1	0	0
CaO	0	0	0	0	0	0	0	0
ZnO	1,5	3,5	3,9	0	0	0	0	0
P₂O₅	0	0	2,3	0	0	0	0,5	2
SnO₂	0,3	0,3	0,3	0,0	0,0	0,1	0,1	0,1
R₂O/ Al₂O₃	0,98	0,99	0,99	1,05	1,05	1,14	1,05	1,05
Erweichungspkt. HT-CTE	845	770	781	785	786	745	795	789
Erweichungspkt. HT-CTE	24,6	26,7	25,4	26,7		31,4	25,1	26,0

Nun wird Bezug auf Tabelle 8 genommen; es wurden fünf Glaszusammensetzungen formuliert, welche die farbverändernden Bestandteile TiO₂ und Fe₂O₃ enthalten, um ein opakes, schwarzes Glas herzustellen. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen 38-41 basieren auf der Zusammensetzung 31 aus Tabelle 7 und die erfindungsgemäße Zusammensetzung 42 basiert auf der Zusammensetzung 34 aus Tabelle 7. Das Verhältnis von Alkali zu Aluminiumoxid für jede Glaszusammensetzung war kleiner als 1,15 und größer als 1,0. Plattenproben, die eine Dicke von 0,8 mm aufweisen, wurden hergestellt und gemessen. Jede der Zusammensetzungen 39-42 wies einen Erweichungspunkt von weniger als ungefähr 810 °C auf, wobei die Zusammensetzung 38 einen Erweichungspunkt von etwa 814 °C aufweist, was angesichts des Messfehlers (+/- 5 °C) des Instruments ungefähr 810 °C entspricht. Die Zusammensetzungen 38 und 41-42 wiesen außerdem einen HT-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/℃ auf (der HT-CTE für die Zusammensetzungen 39 und 40 wurde nicht gemessen). Jede Probe wurde bei 570 °C 2 Stunden lang geglüht, auf Raumtemperatur abgekühlt und bei 640 °C 4 Stunden lang wärmebehandelt, um die schwarze Farbe zu erzeugen. Die Opazität der Proben wurde qualitativ beurteilt, indem mit einer Lichtquelle auf die Oberfläche der Platte geleuchtet wurde und qualitativ bestimmt wurde, ob das Licht durch die andere Seite der Platte durchtritt. Wie in Tabelle 8 angegeben, erschienen alle Proben auf Grundlage dieser qualitativen Beurteilung als opak. Zusätzlich wurden die L, a*, b*-Koordinaten für die Zusammensetzungen 38, 41, und 42 unter Verwendung eines X-Rite CI7 Spectro-Photometer bestimmt. Für Proben der Zusammensetzungen 41 und 42 wurde auch ein lonenaustausch in einem 100%igen KNO₃-Salzbad bei 430 °C 15 Stunden lang durchgeführt. Es wurde bestimmt, dass die resultierende Schichttiefe der Kaliumdiffusion in jeder Probe größer als 30 µm war. Tabelle 8: Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt mit farbverändernden Bestandteilen

(Mol-%)	38	39	40	41	42
SiO₂	61.0	62,0	62,0	63,5	65,7
Al₂O₃	13,4	13,8	13,9	13,9	12,3
B₂O₃	5,2	5,2	5,2	5,2	9,1
Li₂O	3,5	3,5	3,7	3,7	3,5
Na₂O	10,2	10,7	10,7	10,7	8,9
K₂O	0,5	0,5	0	0,5	0,5
MgO	2,7	3,3	3,0	2,0	0
ZnO	3,5	1,0	1,0	0,5	0,0
TiO₂	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Fe₂O₃	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75
SnO₂	0,2	0,1	0,1	0	0,1
R₂O/Al₂O₃	1,06	1,07	1,04	1,07	1,05
Erweichungspkt., °C	814		794	799	802
HT-CTE, ppm/°C	21,7			27,0	24,8
Opak gegenüber Snake-Light? (0,8mm dick; 570°	ja	ja	ja	ja	ja
Farbkoordinaten (CIE F2, 10° diffus, Reflexion), 0,8 mm dick (570° glühen)
L	0,20			0,785	0,54
a*	-0,50			-0,21	0,06
b*	-0,11			-1,08	-0,16
IA, 430°-15 hr 100 KNO₃,					36
DOL (µm)				35	36

Nun wird Bezug auf Tabelle 9 genommen; es wurde eine Reihe von Glaszusammensetzungen formuliert, um die Wirkung des Verhältnisses von Alkali (R₂O) zu Aluminiumoxid (Al₂O₃) auf das Formen von schwarzen Gläsern zu beurteilen. Wie in Tabelle 9 gezeigt, wurden 6 Glaszusammensetzungen mit steigenden Verhältnissen von R₂O:Al₂O₃ formuliert. Die Glaszusammensetzungen wurden zu Glasplatten von 0,8 mm geformt, bei 570 °C 2 Stunden lang geglüht, auf Raumtemperatur abgekühlt und bei 640 °C 4 Stunden lang wärmebehandelt. Die Vergleichszusammensetzungen V9 und V10 ergaben unter Verwendung der zuvor beschriebenen qualitativen Beurteilung kein opakes Glas. Zudem waren die Erweichungspunkte dieser Proben viel größer als 810 °C. Die Vergleichszusammensetzung V12 ergab unter Verwendung der zuvor beschriebenen qualitativen Beurteilung kein opakes Glas und der HT-CTE der Probe war größer als 27×10^-6/°C. Obwohl die Vergleichszusammensetzung V11 ein opakes Glas ergab, war der HT-CTE der Probe größer als 27×10^-6/°C. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen 43 und 44 lieferten beide unter Verwendung der zuvor beschriebenen qualitativen Beurteilung opake Gläser und wiesen beide HT-CTEs auf, die kleiner als 27×10^-6/°C waren. Der Erweichungspunkt der erfindungsgemäßen Zusammensetzung 43 wurde bei 812 °C gemessen, was angesichts des Messfehlers (+/-5 °C) des Instruments etwa 810 °C entspricht. Tabelle 9: Glaszusammensetzungen mit hohem Borgehalt mit variierenden Verhältnissen von R₂O:Al₂O₃

(Mol-%)	V9	V10	43	44	V11	V12
SiO₂	63,5	63,5	63,5	63,5	63,5	63,5
Al₂O₃	14,7	14,4	14,1	13,85	13,6	13,2
B₂O₃	5,2	5,2	5,2	5,2	5,2	5,2
Li₂O	3,5	3,6	3,7	3,7	3,8	3,9
Na20	10,2	10,4	10,6	10,8	10,9	11,2
K₂O	0,4	0,4	0,4	0,45	0,5	0,5
MgO	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0
ZnO	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
TiO₂	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Fe₂O₃	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75
R₂O/Al2O₃	0,96	1,00	1,04	1,08	1,12	1,18
Erweichungspkt., °C	837	824	812	804	794	776
HT-CTE, ppm/°C	24,6	25,5	26,5	26,8	27,4	31,1
Opak gegenüber Snake-Light? (0,8mm dick)**	nein	nein	ja	ja	ja	nein
Farbkoordinaten (CIE
F2, 10° diffus,
Reflexion), 0,8 mm
L	4,41	4,56	4,01	4,25	4,21	7,99
a*	-1,21	-1,23	-1,08	-1,19	-1,17	-1,52
b*	-4,92	-4,93	-4,54	-4,77	-4,78	-6,14
**(570-2 h glühen + 640-4 h wärmebehandeln)

Nun wird Bezug auf Tabelle 10 genommen; es wurden Glasplatten, die aus der Zusammensetzung 41 aus Tabelle 8 geformt wurden, hergestellt und unter unterschiedlichen Bedingungen wärmebehandelt. Für einige dieser Proben wurde auch ein lonenaustausch durchgeführt, um den Vorteil der Härtung von Glas zu beurteilen, das aus einer Glaszusammensetzung geformt wurde, die farbverändernde Bestandteile enthält. Im Besonderen wurde ein erster Satz von 17 Platten, die aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung 41 geformt wurden und eine Dicke von 0,83 mm aufweisen, bei 570 °C 2 Stunden lang geglüht. Ein zweiter Satz von 17 Platten, die aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung 41 geformt wurden und eine Dicke von 0,83 mm aufweisen, wurde bei 570 °C 2 Stunden lang geglüht, auf Raumtemperatur abgekühlt und dann einem lonenaustausch in einem Salzbad von 100 % KNO₃ bei 440 °C 15 Stunden lang unterzogen. Ein dritter Satz von 12 Platten, die aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung 41 geformt wurden und eine Dicke von 0,80 mm aufweisen, wurde bei 570 °C 2 Stunden lang geglüht, auf Raumtemperatur abgekühlt und dann bei 640°C 4 Stunden lang wärmebehandelt. Ein vierter Satz von 15 Platten, die aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung 41 geformt wurden und eine Dicke von 0,80 mm aufweisen, wurde bei 570 °C 2 Stunden lang geglüht, auf Raumtemperatur abgekühlt, bei 640°C 4 Stunden lang wärmebehandelt und dann einem lonenaustausch in einem Salzbad von 100 % KNO₃ bei 440 °C 15 Stunden lang unterzogen. Die Konzentration von Natrium- und Kaliumionen für eine Platte als eine Funktion der Tiefe in die Platte wird in 7 grafisch gezeigt, was anzeigt, dass die durch einen lonenaustausch induzierte Schichttiefe in etwa 30 µm beträgt. Jede der Platten wurde in einem nicht aufgerauten Zustand unter Verwendung eines Ring-auf-Ring-Prüfprotokolls gemäß dem ASTM Standard C1499 geprüft, um den Grad der Härtung zu beurteilen, der durch einen lonenaustausch erreicht wurde. Zu Vergleichszwecken wurden 15 Glasplatten, die aus Corning-Glas mit dem Code 2318 (durch einen lonenaustausch gehärtetes Borosilikatglas, das von Corning Inc. unter dem Warenzeichen Gorilla Glass™ vertrieben wird) geformt wurden, gemäß dem gleichen Prüfprotokoll geprüft. Eine Weibull-Verteilung wurde für jeden Satz von Glasplatten konstruiert und die charakteristische Festigkeit und der Weibull-Modul wurden bestimmt.

Wie in Tabelle 10 gezeigt, wies die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung 41 im Anschluss an einen lonenaustausch sowohl in dem geglühten Zustand als auch in dem geglühten und wärmebehandelten Zustand einen signifikanten Anstieg der Festigkeit auf. Daraus ergab sich ein Grad der Härtung ähnlich dem, der in Corning-Glas mit dem Code 2318 festgestellt wurde. Tabelle 10: Ring-auf-Ring-Prüfung der Festigkeit bei Versagen

Behandlung	Dicke (mm)	Anzahl der Proben	Festigkeit bei Versagen (Mittelwert ± 1 S.D. (% CV))	Charakteristische Festigkeit (So)	Weibull-Modul (m)
Geglüht (570-2 h), NIA	0,83	17	412 ± 62 (14,9 %)	438	7,5
Geglüht (570-2 h), IA (440-15 h, 100	0,83	17	1852 ± 146 (7,9 %)	1920	13,8
Geglüht (570-2 h), wärme behandelt (640-4 h), NIA	0,80	12	317 ± 85 (26,8 %)	352	3,7
Geglüht (570-2 h), wärmebehandelt (640-4 h), IA (440-15 h, 100	0,80	15	1763 ± 151 (8,6 %)	1832	12,5
Kontrolle -2318 IA	1,00	15	1390 ± 320 (23,0 %)	1518	4,1

Es versteht sich nun, dass die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen zur Verwendung in Verbindung mit Formungsprozessen bei erhöhter Temperatur zum Formen der Glaszusammensetzungen zu 3D-geformten Glasartikeln geeignet sind. Im Besonderen verringern die relativ niedrigen Erweichungspunkte der hier beschriebenen Glaszusammensetzungen (d. h. Erweichungspunkte kleiner gleich ungefähr 810 °C) die Interaktion zwischen der Form und der Glaszusammensetzung während einer Formung bei erhöhter Temperatur, wodurch die Formbarkeit der Glaszusammensetzung verbessert und auch die Lebensdauer der entsprechenden Form verlängert wird.
Ferner weisen die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen auch einen relativ niedrigen Hochtemperatur-Wärmeausdehnungskoeffizienten oberhalb der Glasübergangstemperatur (d. h. einen HT-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C) auf. Der relativ niedrige HT-CTE liefert den Glaszusammensetzungen eine gute Maßkontrolle der Glaszusammensetzung im Anschluss an einen Formungsprozess bei erhöhter Temperatur.
Obwohl die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen relativ niedrige Erweichungspunkte und relativ niedrige HT-CTEs aufweisen, sind die Glaszusammensetzungen auch einem lonenaustausch zugänglich. Zum Beispiel können die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen durch einen lonenaustausch gehärtet werden, um im Anschluss an das Eintauchen in ein geschmolzenes Salzbad, umfassend KNO₃, bei ungefähr 410 °C für weniger als oder in etwa entsprechend 15 Stunden eine Schichttiefe größer gleich ungefähr 25 µm und eine Druckspannung von ungefähr 650 MPa zu erreichen.
Ferner weisen die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen Liquidus-Viskositäten und Viskositäten auf, die bei ungefähr 1620 °C kleiner als ungefähr 200 P sind, sodass die Glaszusammensetzungen mit Fusion-Draw-Prozessen kompatibel sind und einfach geschmolzen werden können.
Es versteht sich nun, dass hier verschiedene Aspekte von Glasartikeln und Glaszusammensetzungen offenbart sind. In einem ersten Aspekt weist ein Glasartikel, umfassend SiO₂, Al₂O₃, Li₂O und Na₂O Folgendes auf: einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C; einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C; und nach einem lonenaustausch in einem Salzbad, umfassend KNO₃, in einem Temperaturbereich von ungefähr 390 °C bis ungefähr 450 °C für weniger als oder in etwa entsprechend 15 Stunden eine Druckspannung größer gleich ungefähr 600 MPa und eine Schichttiefe größer gleich ungefähr 25 µm.
In einem zweiten Aspekt weist der Glasartikel des ersten Aspekts L, a*, b*-Farbkoordinaten von L von ungefähr 0 bis ungefähr 5,0, a* von ungefähr -2,0 bis ungefähr 2,0 und b* von ungefähr 0 bis ungefähr -5,0 auf.
In einem dritten Aspekt weist der Glasartikel nach einem des ersten oder zweiten Aspekts eine Opazität größer gleich ungefähr 80 % über einen Wellenlängenbereich von ungefähr 350 nm bis ungefähr 750 nm auf.
In einem vierten Aspekt umfasst der Glasartikel nach einem des ersten bis dritten Aspekts ungefähr 65 Mol-% bis ungefähr 71 Mol.% SiO₂; ungefähr 7 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 9 Mol-% Li₂O; ungefähr 6 Mol-% bis ungefähr 16 Mol-% Na₂O; ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 5 Mol-% K₂O; ungefähr 0,8 bis ungefähr 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid mindestens eines von MgO und ZnO umfasst; und weniger als ungefähr 0,5 Mol-% B₂O₃, wobei eine Summe einer Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und einer Konzentration des zweiwertigen Oxids (Mol-%) größer ist als ungefähr 10 Mol-%.
In einem fünften Aspekt umfasst der Glasartikel des vierten Aspekts ferner ungefähr 0,5 Mol-% bis ungefähr 2,0 Mol.-% ZrO₂.
In einem sechsten Aspekt umfasst der Glasartikel nach einem des vierten oder fünften Aspekts ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 3 Mol.-% P₂O₅.
In einem siebenten Aspekt ist der Glasartikel nach einem des vierten bis sechsten Aspekts im Wesentlichen frei von ZrO₂.
In einem achten Aspekt umfasst der Glasartikel des siebenten Aspekts ungefähr 65,8 Mol-% bis ungefähr 71 Mol.-% SiO₂.
In einem neunten Aspekt umfasst der Glasartikel nach einem des ersten bis dritten Aspekts ungefähr 55 Mol-% bis ungefähr 68 Mol.% SiO₂; ungefähr 9 Mol-% bis ungefähr 15 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 4,5 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% B₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 7 Mol-% Li₂O; ungefähr 3 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Na₂O; und ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 3 Mol-% K₂O. In diesem neunten Aspekt ist R₂O eine Summe einer Konzentration von Li₂O, einer Konzentration von Na₂O und einer Konzentration von K₂O und ein Verhältnis von R₂O zu einer Konzentration von Al₂O₃ ist kleiner gleich ungefähr 1,15.
Ein zehnter Aspekt schließt den Glasartikel des neunten Aspekts ein, wobei das Verhältnis von R₂O zu der Konzentration von Al₂O₃ größer gleich ungefähr 1,02 ist.
In einem elften Aspekt umfasst der Glasartikel nach einem des neunten oder zehnten Aspekts ferner TiO₂ und Fe₂O₃.
Ein zwölfter Aspekt schließt den Glasartikel des elften Aspekts ein, wobei ein Verhältnis von Fe₂O₃ (Mol-%) zu TiO₂ (Mol-%) größer gleich ungefähr 0,52 und kleiner gleich ungefähr 1,22 ist.
In einem dreizehnten Aspekt schließt eine Glaszusammensetzung Folgendes ein: ungefähr 65,8 Mol-% bis ungefähr 71 Mol-% SiO₂; ungefähr 7 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 9 Mol-% Li₂O; ungefähr 6 Mol-% bis ungefähr 16 Mol-% Na₂O; ungefähr 0,8 bis ungefähr 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid mindestens eines von MgO und ZnO ist; und weniger als ungefähr 0,5 Mol-% B₂O₃. Eine Summe einer Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und einer Konzentration des zweiwertigen Oxids (Mol-%) ist größer als ungefähr 10 Mol-%. Die Glaszusammensetzung weist einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C auf. Die Glaszusammensetzung weist auch einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C auf. Diese Glaszusammensetzung kann im Wesentlichen frei von ZrO₂ sein.
Ein vierzehnter Aspekt schließt die Glaszusammensetzung des dreizehnten Aspekts ein, wobei die Glaszusammensetzung im Wesentlichen frei von B₂O₃ ist.
In einem fünfzehnten Aspekt weist die Glaszusammensetzung nach einem des dreizehnten bis vierzehnten Aspekts einen Hochtemperatur-CTE auf, der kleiner gleich ungefähr 25×10^-6/℃ ist.
In einem sechzehnten Aspekt schließt die Glaszusammensetzung nach einem des dreizehnten bis vierzehnten Aspekts ferner Folgendes ein: ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 7 Mol.-% MgO; ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 1 Mol-% CaO; und ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 6 Mol-% ZnO.
In einem siebzehnten Aspekt weist die Glaszusammensetzung des sechzehnten Aspekts eine Konzentration von MgO größer gleich ungefähr 3 Mol-% und kleiner gleich ungefähr 5 Mol-% auf.
In einem achtzehnten Aspekt schließt die Glaszusammensetzung nach einem des dreizehnten bis siebzehnten Aspekts eine Konzentration von SiO₂ von ungefähr 68 Mol-% bis ungefähr 71 Mol.-% ein.
In einem neunzehnten Aspekt schließt eine Glaszusammensetzung Folgendes ein: ungefähr 55 Mol-% bis ungefähr 68 Mol-% SiO₂; ungefähr 9 Mol-% bis ungefähr 15 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 4,5 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% B₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 7 Mol-% Li₂O; ungefähr 3 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Na₂O; und ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 3 Mol-% K₂O. In diesem Aspekt ist R₂O eine Summe einer Konzentration von Li₂O, einer Konzentration von Na₂O und einer Konzentration von K₂O und ein Verhältnis von R₂O zu einer Konzentration von Al₂O₃ ist kleiner gleich ungefähr 1,15. Die Glaszusammensetzung kann einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C aufweisen. Die Glaszusammensetzung kann auch einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/℃ aufweisen.
Ein zwanzigster Aspekt schließt die Glaszusammensetzung des neunzehnten Aspekts ein, wobei der Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 800 °C ist.
Ein einundzwanzigster Aspekt schließt die Glaszusammensetzung nach einem des neunzehnten bis zwanzigsten Aspekts ein, wobei der Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 25×10^-6/°C ist.
Ein zweiundzwanzigster Aspekt schließt die Glaszusammensetzung nach einem des neunzehnten bis zwanzigsten Aspekts ein, wobei das Verhältnis von R₂O zu der Konzentration von Al₂O₃ größer gleich ungefähr 1,02 ist und die Glaszusammensetzung ferner TiO₂ und Fe₂O₃ umfasst.
Ein dreiundzwanzigster Aspekt schließt die Glaszusammensetzung nach einem des neunzehnten bis zweiundzwanzigsten Aspekts ein, wobei ein Verhältnis von Fe₂O₃ (Mol-%) zu TiO₂ (Mol-%) größer gleich ungefähr 0,52 und kleiner gleich ungefähr 1,22 ist.
Ein vierundzwanzigster Aspekt schließt die Glaszusammensetzung nach einem des neunzehnten bis dreiundzwanzigsten Aspekts ein, wobei die Glaszusammensetzung ferner Folgendes umfasst: ungefähr 0 Mol.-% bis ungefähr 5 Mol-% MgO; ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 5 Mol-% ZnO; und ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 2 Mol-% CaO.
Ein fünfundzwanzigster Aspekt schließt die Glaszusammensetzung nach einem des neunzehnten bis vierundzwanzigsten Aspekts ein, wobei eine Konzentration von B₂O₃ größer gleich 7 Mol-% und kleiner gleich 12 Mol-% ist.
Ein sechsundzwanzigster Aspekt schließt die Glaszusammensetzung nach einem des neunzehnten bis fünfundzwanzigsten Aspekts ein, wobei die Glaszusammensetzung ungefähr 0 Mol.-% bis ungefähr 3 Mol-% P₂O₅ umfasst.
Ein siebenundzwanzigster Aspekt schließt eine Glaszusammensetzung ein, umfassend: ungefähr 65 Mol-% bis ungefähr 71 Mol-% SiO₂; ungefähr 7 Mol-% bis ungefähr 12 Mol-% Al₂O₃; ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 9 Mol-% Li₂O; ungefähr 6 Mol-% bis ungefähr 16 Mol-% Na₂O; ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 5 Mol-% K₂O; ungefähr 0,8 bis ungefähr 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid mindestens eines von MgO und ZnO umfasst; ungefähr 0 Mol-% bis ungefähr 3 Mol-% P₂O₅; ungefähr 0,5 Mol-% bis ungefähr 2 Mol-% ZrO₂; und weniger als ungefähr 0,5 Mol- % B₂O₃. In diesem Aspekt ist eine Summe einer Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und einer Konzentration des zweiwertigen Oxids (Mol-%) größer als ungefähr 10 Mol-%. Die Glaszusammensetzung kann einen Erweichungspunkt kleiner gleich ungefähr 810 °C aufweisen. Die Glaszusammensetzung kann auch einen Hochtemperatur-CTE kleiner gleich ungefähr 27×10^-6/°C aufweisen.
Für einen Fachmann ist ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Abänderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang des beanspruchten Gegenstands abzuweichen. Somit ist vorgesehen, dass die Beschreibung die Modifikationen und Abänderungen der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen abdeckt, sofern derartige Modifikationen und Abänderungen im Umfang der angehängten Ansprüche und ihrer Äquivalente enthalten sind.

Claims

Glasartikel der Folgendes aufweist, nämlich: 67 Mol-% bis 71 Mol-% SiO₂; 7 Mol-% bis 12 Mol-% Al₂O₃; 1 Mol-% bis 9 Mol-% Li₂O; weniger als 16 Mol-% Na₂O; mehr als 0 Mol-% bis 5 Mol-% K₂O; 0,8 Mol-% bis 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid folgendes aufweist, nämlich größer als 0 Mol-% bis 1 Mol-% CaO und mindestens eines aus MgO und ZnO.
Glasartikel nach Anspruch 1, wobei der Glasartikel ferner 0,5 Mol-% bis 2,0 Mol-% ZrO₂ aufweist.
Glasartikel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Konzentration von K₂O kleiner gleich 3 Mol-% ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Konzentration von CaO kleiner gleich 0,5 Mol-% ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Konzentration von B₂O₃ kleiner gleich 1,0 Mol-% ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Glasartikel im Wesentlichen frei von B₂O₃ ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Summe der Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und der Konzentration des zweiwertigen Oxids größer 10 Mol-% ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Konzentration von SiO₂ größer gleich 68 Mol-% ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Glasartikel durch lonenaustausch gehärtet ist.
Glasartikel nach Anspruch 9, wobei der Glasartikel ein Druckspannung von größer gleich 650 MPa und eine Schichttiefe von größer gleich 25 µm aufweist.
Glasartikel der Folgendes aufweist, nämlich: 67 Mol-% bis 71 Mol-% SiO₂; 7 Mol-% bis 12 Mol-% Al₂O₃; 1 Mol-% bis 9 Mol-% Li₂O; weniger als 16 Mol-% Na₂O; mehr als 0 Mol-% bis 5 Mol-% K₂O; weniger als 1,0 Mol-% B₂O₃; 0,8 Mol-% bis 10 Mol-% eines zweiwertigen Oxids, wobei das zweiwertige Oxid folgendes aufweist, nämlich größer als 0 Mol-% bis 1 Mol-% CaO und mindestens eines aus MgO und ZnO 0,5 Mol-% bis 2 Mol-% ZrO₂.
Glasartikel nach Anspruch 11, wobei die Konzentration von K₂O kleiner gleich 3 Mol-% ist.
Glasartikel nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Konzentration von CaO kleiner gleich 0,5 Mol-% ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Summe der Konzentration von Al₂O₃ (Mol-%) und der Konzentration des zweiwertigen Oxids größer 10 Mol-% ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Konzentration von SiO₂ größer gleich 68 Mol-% ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Glasartikel durch lonenaustausch gehärtet ist.
Glasartikel nach Anspruch 16, wobei der Glasartikel ein Druckspannung von größer gleich 600 MPa und eine Schichttiefe von größer gleich 25 µm aufweist.
Glasartikel nach Anspruch 17, wobei die Schichttiefe größer gleich 35 µm ist.
Glasartikel nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Druckspannung größer gleich 650 MPa ist.