JP2013544227A - 深い圧縮層と高い損傷閾値を有するイオン交換可能なガラス - Google Patents

Abstract

イオン交換により化学強化可能でありかつ高い耐損傷性を有する、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、およびＰ₂Ｏ₅を含むガラスである。このリン酸塩含有ガラスは、シリカ（ＳｉＯ₂）が、リン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ₄）および／またはリン酸ホウ素（ＢＰＯ₄）で置き換えられた構造を有している。

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が引用されその全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１０年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／４１７９４１号の優先権の利益を米国特許法第１１９条の下で主張するものである。

本開示は、耐損傷性ガラスに関する。より具体的には、本開示は耐損傷性のリン酸塩含有ガラスに関する。さらに具体的には、本開示はイオン交換により強化された、耐損傷性のリン酸塩含有ガラスに関する。

多くの用途においてガラスはイオン交換により化学強化され、この化学強化によって、ガラスに圧縮表面層が形成される。この層は、衝撃による亀裂の伝播を妨げる。組成の中にホウ素をＢ₂Ｏ₃として含有することにより、さらなる耐損傷性を提供することができる。

イオン交換により化学強化可能でありかつ高い耐損傷性を有する、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、およびＰ₂Ｏ₅を含むガラスが提供される。このリン酸塩含有ガラスは、ガラス内のシリカ（ＳｉＯ₂）が、四面体配位のアルミニウムおよびリンから成るリン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ₄）で置き換えられ、および／または、四面体配位のホウ素およびリンから成るリン酸ホウ素（ＢＰＯ₄）で置き換えられた構造を有している。このガラスの本質的なビッカース亀裂開始（すなわち、メディアン亀裂および／または放射状亀裂の開始）閾値は、少なくとも５００ｇｆ（グラム重）（約４．９Ｎ）である。イオン交換により強化されると、このガラスのビッカース耐損傷性閾値は、少なくとも約１０ｋｇｆ（キログラム重）（約９８Ｎ）となる。

したがって、本開示の一態様は、あるガラスを提供することであり、このガラスは、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、および少なくとも１つのアルカリ金属酸化物（Ｒ₂Ｏ）を含み、０．７５≦［（Ｐ₂Ｏ₅（ｍｏｌ％）＋Ｒ₂Ｏ（ｍｏｌ％））／Ｍ₂Ｏ₃（ｍｏｌ％）］≦１．３であり、Ｍ₂Ｏ₃＝Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃であることを特徴とする。

本開示の第２の態様は、あるガラスを提供することであり、このガラスは、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、および少なくとも１つのアルカリ金属酸化物（Ｒ₂Ｏ）を含み、０．７５≦［（Ｐ₂Ｏ₅（ｍｏｌ％）＋Ｒ₂Ｏ（ｍｏｌ％））／Ｍ₂Ｏ₃（ｍｏｌ％）］≦１．３であり、Ｍ₂Ｏ₃＝Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃であり、さらにこのガラスがイオン交換されたときのビッカースによるメディアン亀裂／放射状亀裂の開始閾値が、少なくとも約１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）であることを特徴とする。

これらおよび他の態様、利点、および顕著な特徴が、以下の詳細な説明、付随する図面、および添付の請求項から明らかになるであろう。

イオン交換により強化されたガラスシートの概略断面図 ４１０℃で８時間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換された、厚さ０．７ｍｍのリン酸塩含有ガラスのサンプルに対する圧縮応力および層深さを、ＡｌＰＯ₄の濃度の関数としてプロットした図 ４５０℃で１時間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換された、厚さ０．７ｍｍのリン酸塩含有ガラスのサンプルに対する圧縮応力および層深さを、ＡｌＰＯ₄の濃度の関数としてプロットした図 ４５０℃で３０分間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換された、厚さ０．７ｍｍのリン酸塩含有ガラスのサンプルに対する圧縮応力および層深さを、ＡｌＰＯ₄の濃度の関数としてプロットした図 ４５０℃で３０分間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換された、ホウ酸を含有していないリン酸塩含有ガラスに対するビッカース亀裂開始閾値を、ＡｌＰＯ₄の濃度の関数としてプロットした図

以下の説明において、同じ参照符号は、図面に示されているいくつかの図を通して同様のまたは対応する部分を指定する。特に指示がない限り、「上部」、「下部」、「外側」、「内側」などの用語は、便宜上の言葉であって、制限的な用語として解釈されないことも理解されたい。さらに、群が、要素およびその組合せの群のうちの少なくとも１つを含むものとして記述されているときはいつでも、その群は、個々にあるいは互いに組み合わせて列挙される、任意の数のこれらの要素を含み得ること、または本質的にこれらの要素から成るものであり得ること、あるいはこれらの要素から成るものであり得ることを理解されたい。同様に、群が、要素またはその組合せの群うちの少なくとも１つから成るものとして記述されているときはいつでも、その群は、個々にあるいは互いに組み合わせて列挙される、任意の数のこれらの要素から成るものであり得ることを理解されたい。特に指示がない限り、値の範囲が明記されているとき、この範囲はその範囲の上限および下限の両方を含む。本書では、単数形が使用されているとき、特に指示がない限り、「少なくとも１つ」または「１以上」を意味する。

本明細書に記載される、亀裂の開始を評価するために使用されるビッカース圧子は、当技術において周知であり、例えば、参照することにより本書に組み込まれる、William D. Callister著「Materials Science and Engineering（third edition）」（John Wiley & Sons, New York,1994）の１３０〜１３２頁に記述されている。特に指示がない限り、本明細書に記載されるビッカース押込みによる亀裂発生閾値評価は、押込み荷重をガラス表面に０．２ｍｍ／分で加え、後にこの荷重を取り除くことにより行われる。最大押込み荷重は１０秒間保持される。押込みによる亀裂発生閾値は、１０個のくぼみの５０％超で、くぼみの跡の端から任意の数の放射状亀裂／メディアン亀裂が生じるのを呈した時点での、押込み荷重で画成される。最大荷重は、所定のガラス組成に対して、閾値に達するまで増加させる。全ての押込み評価は、相対湿度５０％の室温で行う。

本明細書に記載される、ガラスサンプルに対して得られる摩耗時リング・オン・リング破壊荷重は、調査対象のサンプル（典型的な寸法は５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍ厚）の表面を、９０グリットの炭化珪素（ＳｉＣ）を用いて圧力５ｐｓｉ（約３４．４８ｋＰａ）で５秒間最初にブラストして測定された。摩耗がサンプルの５０ｍｍ×５０ｍｍの面の中心に位置する直径６ｍｍの円に限定されるようにサンプルをマスクする。サンプルを摩耗させた後、直径１インチ（約２．５４ｃｍ）の支持リングと直径１／２インチ（約１．２７ｃｍ）の負荷リングとで、リング・オン・リングの荷重による破壊試験を行った。サンプルを支持リング上に、摩耗した側を下に向けて置き、摩耗した領域を試験中に引っ張られた状態とする。荷重を１．２ｍｍ／分の割合で加える。試験は、相対湿度５０％の室温で行う。リング上での曲率半径は１／１６インチ（約１．５９ｍｍ）である。

図面全般、特に図１を参照すると、これらの図は特定の実施形態を説明するためのものであり、本開示または添付の請求項をこれに限定することを意図したものではないことが理解されるであろう。これらの図は必ずしも原寸に比例したものではなく、さらに特定の特徴および特定の図は、明瞭および簡潔にするため、縮尺において、または概略的に、誇張して図示されていることがある。

消費者向け電子機器、自動車用途、電気器具、建築用部品、および高レベルの耐損傷性が望ましい他の分野などにおける用途に使用するために設計されるガラスは、熱的手段（例えば、熱焼戻し）または化学的手段によって高い頻度で強化される。イオン交換は、こういった用途のためにガラス物品を化学強化するのに幅広く用いられている。このプロセスにおいて、第１金属イオン（例えば、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏなどにおけるアルカリ陽イオン）を含有しているガラス物品は、第２金属イオンを含有しているイオン交換槽または媒体に、少なくとも部分的に含浸され、あるいはそうでなければこれに接触し、この第２金属イオンは、ガラス内に存在している第１金属イオンよりも大きいか、あるいは小さいかのいずれかである。第１金属イオンはガラス表面からイオン交換槽／媒体内に拡散し、一方イオン交換槽／媒体からの第２金属イオンが、ガラスの表面より下のある層深さまで、ガラス内の第１金属イオンと置き換わる。ガラス内のより小さいイオンが、より大きいイオンに置換されると、ガラス表面で圧縮応力が生成され、一方ガラス内のより大きいイオンが、より小さいイオンに置換されると、典型的にはガラス表面で引張応力が生成される。いくつかの実施形態において、第１金属イオンおよび第２金属イオンは一価のアルカリ金属イオンである。しかしながら、Ａｇ⁺、Ｔｌ⁺、Ｃｕ⁺などの他の一価の金属イオンを、イオン交換プロセスに使用することもできる。

イオン交換により強化されたガラスシートの一部（すなわち、ガラスシートの端部は図示されていない）の断面図が図１に概略的に示されている。図１に示した非限定的な例において、強化ガラスシート１００は、厚さｔ、中心部分１１５、さらに互いに実質的に平行な第１表面１１０および第２表面１２０を有している。圧縮層１１２、１２２が、夫々第１表面１１０および第２表面１２０から、各表面より下の層深さｄ₁、ｄ₂まで延在している。圧縮層１１２、１２２は圧縮応力下にあり、一方、中心部分１１５は引張応力下にあって、すなわち引っ張られた状態にある。中心部分１１５の引張応力は、圧縮層１１２、１２２の圧縮応力と平衡を保ち、すなわち強化ガラスシート１００内で平衡を維持している。対向する表面１１０、１２０から延在している圧縮層１１２、１２２を備えたガラスシートが図１に示されているが、本書で開示されるガラスは、複数の強化表面１１０、１２０ではなく、その単一表面がイオン交換により強化されたものでもよい。これは、例えば、イオン交換プロセス中に表面１１０、１２０の一方をマスクすることによって実現することができる。

耐損傷性を向上させるために、ホウ素がＢ₂Ｏ₃としてガラスに加えられることがある。しかしながら、Ｂ₂Ｏ₃が存在していると、イオン交換によるガラスの強化が妨げられる可能性がある。ガラスにリンをＰ₂Ｏ₅として加えると、耐損傷性が向上し、かつイオン交換が妨げられないことが見出された。ガラスにリンを加えると、シリカ（ガラス内ではＳｉＯ₂）が、四面体配位のアルミニウムおよびリンから成るリン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ₄）、および／または、四面体配位のホウ素およびリンから成るリン酸ホウ素（ＢＰＯ₄）で、置き換えられた構造が作り出される。本明細書に記載される、イオン交換可能なリン酸塩含有ガラスの他、イオン交換により化学強化されて高い耐損傷性を有するリン酸塩含有ガラスが提供される。これらのガラスは、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、および少なくとも１つのアルカリ金属酸化物（Ｒ₂Ｏ、ここでＲは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、および／またはＣｓ）を含み、このとき０．７５≦［（Ｐ₂Ｏ₅（ｍｏｌ％）＋Ｒ₂Ｏ（ｍｏｌ％））／Ｍ₂Ｏ₃（ｍｏｌ％）］≦１．３であり、Ｍ₂Ｏ₃＝Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃である。いくつかの実施形態では、［（Ｐ₂Ｏ₅（ｍｏｌ％）＋Ｒ₂Ｏ（ｍｏｌ％））／Ｍ₂Ｏ₃（ｍｏｌ％）］＝１である。いくつかの実施形態では、ガラスはＢ₂Ｏ₃を含まず、Ｍ₂Ｏ₃＝Ａｌ₂Ｏ₃である。いくつかの実施形態においてガラスは、約４０から約７０ｍｏｌ％のＳｉＯ₂、０から約２８ｍｏｌ％のＢ₂Ｏ₃、約０から約２８ｍｏｌ％のＡｌ₂Ｏ₃、約１から約１４ｍｏｌ％のＰ₂Ｏ₅、さらに約１２から約１６ｍｏｌ％Ｒ₂Ｏを含む。いくつかの実施形態においてガラスは、約４０から約６４ｍｏｌ％のＳｉＯ₂、０から約８ｍｏｌ％のＢ₂Ｏ₃、約１６から約２８ｍｏｌ％のＡｌ₂Ｏ₃、約２から約１２ｍｏｌ％のＰ₂Ｏ₅、さらに約１２から約１６ｍｏｌ％Ｒ₂Ｏを含む。このガラスは、限定するものではないが、ＭｇＯまたはＣａＯなどの、少なくとも１つのアルカリ土類金属酸化物をさらに含み得る。ガラスの例示的な組成をｍｏｌ％で表したものが表１に記載されている。これらの組成の、Ｍ₂Ｏ₃含有量（このときＭ₂Ｏ₃＝Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）、合計したＰ₂Ｏ₅＋Ａｌ₂Ｏ₃の濃度、（Ｐ₂Ｏ₅＋Ｒ₂Ｏ）／Ｍ₂Ｏ₃の比率、および（Ｐ₂Ｏ₅＋Ｒ₂Ｏ）／Ａｌ₂Ｏ₃の比率が同じく表１に記載されている。

一態様において、本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスは、ガラス内のシリカ（ＳｉＯ₂）が、四面体配位のアルミニウムおよびリンから成るリン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ₄）で置き換えられた構造を有している。表１は、表に与えられた組成に対する、ガラス内のＡｌＰＯ₄単位の当量濃度を記載している。こういった実施形態においては、本明細書に記載されるガラス組成はＡｌ₂Ｏ₃＝Ｐ₂Ｏ₅＋Ｒ₂Ｏという規定に従い、ここでのＡｌ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、およびＲ₂Ｏはｍｏｌ％で表した組成である。このような条件がガラス内に存在しているとき、アルミニウムは名目上、いずれかの四面体アルミニウムの形になる。リンおよび／またはアルカリの電荷は、アルミニウムイオンが４＋の電荷と同等になるようにそれらを補う。

別の態様において、本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスは、シリカ（ＳｉＯ₂）がガラス内においてリン酸ホウ素（ＢＰＯ₄）で置き換えられた構造を有している。こういった実施形態においては、本明細書に記載されるガラス組成はＡｌ₂Ｏ₃＝Ｒ₂ＯおよびＢ₂Ｏ₃＝Ｐ₂Ｏ₅という規定に従い、ここでのＡｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、およびＲ₂Ｏはｍｏｌ％で表した組成である。このような条件がガラス内に存在しているとき、ホウ素は名目上、四面体リン酸ホウ素または四面体酸化ホウ素の形になる。

本明細書に記載されたようなガラスにおいて、各アルカリ金属イオンは１つの非架橋酸素（ＮＢＯ）を生成することができる。アルカリ金属イオンの単位正電荷は、ケイ酸ガラスの網目構造内の酸素にイオン結合することによって満足させることができる。これは、隣接する構造単位間の架橋を壊す一方、酸素をＲ₂Ｏ単位から提供することによって達成される。ＮＢＯは、ガラスの網目構造の連結性を低下させる。Ａｌ₂Ｏ₃および／またはＢ₂Ｏ₃がガラスに加えられると、アルカリ金属イオンがＡｌ³⁺および／またはＢ³⁺イオンと電荷補償して、これらのイオンが四面体構造単位を形成することができる。Ｒ₂Ｏ単位により供給される酸素が、これらの四面体を形成するために消費される。加えられた各アルミニウムまたはホウ素イオンが、ガラスの網目構造から１つのＮＢＯを取り外す。Ａｌ₂Ｏ₃のｍｏｌ％＋Ｂ₂Ｏ₃のｍｏｌ％＝Ｒ₂Ｏのｍｏｌ％である場合、この構造はいかなるＮＢＯも含まないはずであり、かつ完全に結合されているはずである。アルカリは、ホウ素よりもアルミニウムによって優先的に消費される。残ったアルカリは、三角形のホウ素を四面体のホウ素に［Ｎａ₂Ｏ（ｍｏｌ％）／Ｂ₂Ｏ₃（ｍｏｌ％）］＞０．５となるまで変化させる。したがって、本明細書に記載されるガラスは、上記方程式が満足されるとき、実質的にＮＢＯを含まない。ＡｌＰＯ₄および／またはＢＰＯ₄がガラス内のシリカと置換されるため、本明細書に記載されるガラス内のシリカの量は、他のイオン交換可能なガラス内よりも少なくなる。

本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスは、本質的に損傷に耐えるものである。すなわち、こういったガラスは、熱的強化や、例えばイオン交換などの化学強化を行なわなくても耐損傷性を有している。本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスのビッカース押込みによる損傷（亀裂開始荷重）閾値は、少なくとも約５００ｇｆ（グラム重）（約４．９Ｎ）であり、いくつかの実施形態では、少なくとも約１０００ｇｆ（約９．８Ｎ）である。イオン交換による強化前の選択された組成に関して測定した、ビッカース押込みによる亀裂発生閾値が表１に記載されている。

いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスのモル容積は、少なくとも約２９ｃｍ³／ｍｏｌであり、他の実施形態では、少なくとも約３０ｃｍ³／ｍｏｌであり、さらに他の実施形態では、少なくとも約３２ｃｍ³／ｍｏｌである。選択されたガラス組成のモル容積は、表１に記載されている。

本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスは、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、およびアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスよりも、ガラス表面下のより深い圧縮層深さ（図１の層深さｄ₁、ｄ₂）まで、さらにイオン交換可能である。圧縮層（図１の１１２、１２２）の深さは、システムレベルの落下試験の際に、携帯用電子機器用カバーガラスの亀裂耐性において重要な要素となることが既に示されている。いくつかの実施形態において、リン酸塩含有ガラスは少なくとも４０μｍの層深さまでイオン交換可能であり、他の実施形態では、少なくとも約６０μｍの層深さまでイオン交換可能である。本明細書に記載される、厚さ０．７ｍｍのリン酸塩含有ガラス（表１〜３の、サンプル３、１０〜１３、および１８〜２０）を、４１０℃で８時間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換して得られた圧縮応力および層深さが、ＡｌＰＯ₄の濃度の関数として図２にプロットされている。図２にプロットした各サンプルはホウ素を含まないものであり、これらに含まれる（Ｐ₂Ｏ₅＋Ｒ₂Ｏ）／Ｍ₂Ｏ₃および（Ｐ₂Ｏ₅＋Ｒ₂Ｏ）／Ａｌ₂Ｏ₃の比率は１に等しい。圧縮表面層の層深さは少なくとも７８μｍであり、かつその圧縮応力は、当技術において周知の光弾性法により測定すると、少なくとも６９２ＭＰａである。本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスを、４１０℃で８時間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換して得られた圧縮応力および層深さの他、種々のＰ₂Ｏ₅含有ガラスに対する、ビッカース押込みによる亀裂開始荷重と摩耗時リング・オン・リング破壊荷重とが、表２に記載されている。１つの非限定的な例において、本明細書に記載される厚さ０．７ｍｍのリン酸塩含有ガラスのサンプルを、４１０℃で１０時間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換すると、得られる圧縮層の深さは６４μｍとなり、一方同じ厚さを有する、Ｐ₂Ｏ₅を含まないアルカリアルミノケイ酸塩ガラスサンプルが同じ条件下でイオン交換を受けると、得られる圧縮層の深さは５６μｍとなる。本明細書に記載される厚さ０．７ｍｍのリン酸塩含有ガラスのサンプルが、４１０℃で８時間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換されると、その圧縮層の深さは少なくとも約６０μｍとなり、またその圧縮応力は約６００ＭＰａ超となる。これに比較して、厚さ０．７ｍｍのＰ₂Ｏ₅を含まないアルカリアルミノケイ酸塩ガラスサンプルは、同じ条件下で５０μｍの圧縮層深さまでイオン交換される。

さらにイオン交換は、式０．７５≦［（Ｐ₂Ｏ₅（ｍｏｌ％）＋Ｒ₂Ｏ（ｍｏｌ％））／Ｍ₂Ｏ₃（ｍｏｌ％）］≦１．３を満足しないガラスよりも、本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスにおいての方がより迅速に進む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスを４１０℃で２時間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換すると、ガラスの表面から少なくとも約３０μｍまで延在する層深さまでイオン交換可能である。４１０℃で２時間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換することにより得られた、本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスの圧縮応力および層深さの他、ビッカース押込みによる亀裂開始荷重が表２に記載されている。

別の態様において、本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスのアニール点（すなわち、ガラスの粘度が１０^12.2パスカル秒（Ｐａ・ｓ）（１０^13.2ポアズ（Ｐ））となる温度）は少なくとも約６００℃であり、他の態様では少なくとも約６２５℃であり、さらに他の態様では少なくとも約６４５℃であり、これは高強度のアルカリアルミノケイ酸塩ガラスおよびアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスのアニール点よりも高い。種々の組成に対するアニール点が表１に記載されている。現在説明しているガラスに関して、アニール点がより高いものであれば、イオン交換中のガラスの応力緩和を減少させることにもなり、かつより高温でのイオン交換も可能になる。より高いアニール点によれば、これらのガラスのイオン交換を、より高温で実行することもできる。

ガラスの３５ｋＰ温度（すなわち、ガラスの粘度が３．５ｋＰa・ｓ（３５キロポアズ（ｋＰ）となる温度）が１３００℃未満である実施形態において、本明細書に記載されるガラスは、例えばフュージョンドローおよびスロットドローなどの、当技術において周知のダウンドロー法で成形されたガラスでもよい。あるいは、本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスは、限定するものではないが、るつぼ溶解法、圧延法、フロート法などの、当技術において周知の他の方法で成形してもよい。ダウンドロープロセスによるガラスの成形を可能にするのに加え、アニール点がより高いと、これらのガラスのイオン交換をより高温で実行することができる。

いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスは、スロットドロー、フュージョンドロー、リドローなどの、当技術において周知のプロセスにより下方延伸可能であり、またこのガラスの液相粘度は、少なくとも１３０キロポアズ（１３ｋＰa・ｓ）である。

いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスは、ガラスの粘度が３５キロポアズ（３．５ｋＰa・ｓ）となる温度Ｔ_35kpを有し、ジルコンが分解してＺｒＯ₂とＳｉＯ₂を形成する温度Ｔ_breakdownが、Ｔ_35kpよりも高いことを特徴とする。

図３は、４５０℃で１時間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換した後の、厚さ０．７ｍｍの本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラス（表１〜３のサンプル１３、および１８〜２０）に対する圧縮応力および層深さを、ＡｌＰＯ₄の濃度の関数としてプロットしたものである。図３に見られるように、これらのガラスは上記条件下で、少なくとも５０μｍの層深さと少なくとも８００ＭＰａの圧縮応力までイオン交換可能である。図４は、４５０℃で３０分間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換した後の、厚さ０．７ｍｍの本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラス（表１〜３のサンプル１３、および１８〜２０）に対する圧縮応力および層深さを、ＡｌＰＯ₄の濃度の関数としてプロットしたものである。本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスを、４５０℃で３０分間および１時間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換することにより得られた圧縮応力および層深さの他、これらのイオン交換されたガラスに対するビッカース押込み／亀裂開始閾値が表３に記載されている。

一態様において、イオン交換により化学強化されたときに本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスが呈するビッカース亀裂開始閾値は、少なくとも約１０ｋｇｆ（キログラム重）（約９８Ｎ）であり、いくつかの実施形態では少なくとも約２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）であり、いくつかの実施形態および他の実施形態では、少なくとも約３０ｋｇｆ（約２９４Ｎ）である。図５には、４５０℃で３０分間溶融ＫＮＯ₃塩浴内でイオン交換された、厚さ０．７ｍｍのリン酸塩含有ガラス（表１のサンプル１３、および１８〜２０）に対して測定されたビッカース亀裂開始閾値が、ＡｌＰＯ₄の濃度の関数としてプロットされている。図５にプロットされているデータの各サンプルは、ホウ素を含有していないものであり、また各サンプルの（Ｐ₂Ｏ₅＋Ｒ₂Ｏ）／Ｍ₂Ｏ₃および（Ｐ₂Ｏ₅＋Ｒ₂Ｏ）／Ａｌ₂Ｏ₃の比率は１に等しい。別の態様において、本明細書に記載されるリン酸塩含有ガラスがイオン交換により化学強化されたとき、摩耗時リング・オン・リング荷重を受けると約８０ｋｇｆ（約７８４．５Ｎ）超の荷重で破壊される。

本明細書に記載されるガラスは、限定するものではないが、タッチスクリーン用途、ハンドヘルドの通信機器または娯楽機器、情報関連端末、またはタッチセンサデバイスなどの、電子機器用の保護カバーガラス用途、フロントガラス用途、電気器具の筐体用途、または、窓またはパネルなどの建築用部材用途などに使用することができる。

説明のために典型的な実施形態を明記したが、上述の説明は本開示または添付の請求項の範囲を限定するものであると見なされるべきではない。したがって、本開示または添付の請求項の精神および範囲から逸脱しない、種々の改変、改作、および代替案が当業者には思い浮かぶであろう。

１００ 強化ガラスシート
１１０ 第１表面
１１２、１２２ 圧縮層
１１５ 中心部分
１２０ 第２表面

Claims (10)

1. ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、および少なくとも１つのアルカリ金属酸化物（Ｒ₂Ｏ）を含み、０．７５≦［（Ｐ₂Ｏ₅（ｍｏｌ％）＋Ｒ₂Ｏ（ｍｏｌ％））／Ｍ₂Ｏ₃（ｍｏｌ％）］≦１．３であり、Ｍ₂Ｏ₃＝Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃であることを特徴とするガラス。
2. 前記ガラスがイオン交換されたものであり、かつ前記ガラスのビッカース亀裂開始閾値が、少なくとも約２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）であることを特徴とする請求項１記載のガラス。
3. 前記ガラスが、該ガラスの表面から少なくとも約４０μｍの層深さまで、イオン交換されたものであることを特徴とする請求項１または２記載のガラス。
4. 前記ガラスのアニール点が、少なくとも約６００℃であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のガラス。
5. 前記ガラスが、約４０から約７０ｍｏｌ％のＳｉＯ₂、０から約２８ｍｏｌ％のＢ₂Ｏ₃、約０から約２８ｍｏｌ％のＡｌ₂Ｏ₃、約１から約１４ｍｏｌ％のＰ₂Ｏ₅、および約１２から約１６ｍｏｌ％Ｒ₂Ｏを含んでいることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のガラス。
6. アルミニウムが前記ガラス内に四面体の酸化アルミニウム単位の形で存在し、かつリンが前記ガラス内に四面体の酸化リン単位の形で存在し、さらに前記四面体の酸化アルミニウム単位および四面体の酸化リン単位が、前記ガラス内の四面体のシリカ単位と置き換わることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載のガラス。
7. ホウ素が前記ガラス内に四面体の酸化ホウ素単位の形で存在し、かつリンが四面体の酸化リン単位の形で存在し、さらに前記四面体の酸化ホウ素単位および四面体の酸化リン単位が、前記ガラス内の四面体のシリカ単位と置き換わることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載のガラス。
8. ［（Ｐ₂Ｏ₅（ｍｏｌ％）＋Ｒ₂Ｏ（ｍｏｌ％））／Ｍ₂Ｏ₃（ｍｏｌ％）］＝１であることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載のガラス。
9. Ｍ₂Ｏ₃＝Ａｌ₂Ｏ₃であることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載のガラス。
10. 前記ガラスのモル容積が、少なくとも約３２ｃｍ³／ｍｏｌであることを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載のガラス。

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