JP2014506553A - 高強度アルカリアルミノけい酸ガラス - Google Patents

Abstract

【解決手段】 優れた溶融性、ファインダビリティ、および加工可能性で特徴付けられる高強度アルカリアルミノけい酸ガラスは、６０．５〜６９．０重量パーセントのＳｉＯ_２、７．０〜１１．８重量パーセントのＡｌ_２Ｏ_３、０〜４．０重量パーセントのＢ_２Ｏ_３、２．０〜８．５重量パーセントのＭｇＯ、０〜４．０重量パーセントのＣａＯ、０〜５．０重量パーセントのＺｎＯ、０〜３．０重量パーセントのＺｒＯ_２、１５．０〜１７．５重量パーセントのＮａ_２Ｏ、０〜２．７重量パーセントのＫ_２Ｏ、０〜２．０重量パーセントのＬｉ_２Ｏ、および０〜１．５重量パーセントのＡｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｃｌ⁻、Ｆ⁻、（ＳＯ_４）^２−、およびその組み合わせなどの清澄剤を配合している。前記ガラスは短時間（４〜８時間）でアルカリイオン交換処理に適した条件が可能であり、オーバーフローダウンドロー法または溶融法、ダイスロット法またはスロットダウンドロー法、またはその組み合わせなどの確立された連続的な、垂直に下方向にドローイングするプロセスにより製造することもできる。これらのガラスの粘度温度プロフィールでは、可能な最低量で従来の清澄剤を合わせて使用することができ、さらに、酸化アンチモンおよび酸化ヒ素のいずれかまたは両方を含まないか、または少量のみ含むガラスを製造することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高強度アルカリアルミノけい酸ガラス、高強度アルカリアルミノけい酸ガラスを製造する方法、および高強度アルカリアルミノけい酸ガラスの応用および使用に関する。

最近モバイル・コンピューティングおよび通信装置の人気が上昇し、使用が増加しているため、画面を保護し、そのような装置の外観を改善するため、タッチパネルのカバーガラス（保護ガラス）の需要が発生している。そのような装置は小さく、軽量化したいため、そのような装置に使用されるカバーガラスは可能な限り薄く、軽量である必要がある。したがって、これらの必要条件を満たしているが、使用者が装置を落とした場合に容易に亀裂が入ったり、破損したりしない十分な耐久性を保持し、非常に傷つきにくいカバーガラスを製造する必要性が生じた。そのような相反する要求のため、そのようなカバーガラスの強度を増すことは非常に望ましい。

ガラスを強化するそのようなプロセスの１つは、ガラス表面に圧縮応力層が形成されることに基づく。前記圧縮応力層の形成は、物理的または化学的方法によって達成することができる。圧縮応力層を形成するための物理的プロセスには、前記ガラスを変態温度以上の温度に加熱した後、急速に冷却する工程を含む。この物理的プロセスに従い、大きな圧縮応力層が形成し、圧縮応力層を形成する物理的プロセスはカバーガラスなどの薄いガラス（３ｍｍ未満）には適用されないようになっている。

ガラスを強化する化学的プロセスの中で、前記ガラスの歪点未満の温度で行われるイオン交換プロセスは、特に実用的であることが証明されている。そのようなプロセスに従い、前記ガラスの小さなアルカリイオンは、イオン源、おそらく表面コーティングなどの融解塩または別のイオン源の大きなイオンと交換される。典型的には、前記ガラスのナトリウムイオンが硝酸カリウム溶融物のカリウムイオンと交換される。得られた圧縮応力層は高い圧縮応力値を有し、前記ガラス表面近くの薄い層に広がる。必要な圧縮応力強度および必要な前記圧縮応力層の深さは、前記ガラスの使用目的に関連した必要条件、および前記ガラスの製造技術またはプロセスに関連した特徴に依存する。

前記イオン交換強化プロセスの効率は、前記ガラスの組成物に高度に依存する。その根拠は、アルカリイオンの移動度がガラス網への構造上の一体化に高度に依存することにある。他のガラス系と比較し、アルカリアルミノけい酸ガラスは、アルカリ土類および他の酸化物添加物を含む場合、イオン交換強化プロセスに特に適していることが知られている。アルカリアルミノけい酸ガラスの良好なナトリウム拡散は、他のガラス系のＳｉＯ_４４面体への結合と比較し、酸素原子との距離が大きいために結合エネルギー値が低くなることが予想されるため、ナトリウムイオンが４面体Ａ１Ｏ_４基に結合する可能性があるという事実によって説明される。

アルカリアルミノけい酸ガラスも処理時間を短くするための必要条件として、イオンの拡散率を高くすることができ、そのようなガラス表面近くで圧縮応力を高くすることができる。経済的理由から、処理時間は短いことが望ましい。

従来の溶融加工装置および技術を用いてそのようなアルカリアルミノけい酸ガラスを製造するため、高い強度、引っかき抵抗性、および破損への抵抗性の望ましい特徴を有するガラスを製造できるように、追加の酸化物を加える必要がある。

カバーガラスなど、ディスプレイガラスの表面の品質に対する需要が高いため、その方法が、粉砕および研磨などの表面処理の必要性が最小限となるような十分な表面の品質を有するガラスを製造する、前記ガラス溶融物から前記ガラスをドローイングすることでガラスを生成する特殊な方法を利用することが非常に望ましい。

そのような特殊なドローイング法には、オーバーフローダウンドロー法または溶融法、スロットダイまたはスロットダウンドロー法、またはその組み合わせを含む。そのような方法は、本明細書では集合的に「ダウンドロー法」と呼ばれ、独国特許第ＤＥ １ ５９６ ４８４号明細書、独国特許第ＤＥ １ ２０１ ９５６号明細書、米国特許第３，３３８，６９６号明細書、米国特許出願公開第ＵＳ ２００１／００３８９２９ Ａ１号に開示されている。

前記ダウンドロー法では、前記ガラス組成物が以下の必要条件を満たすことが必要である。

１．前記ガラス組成物は、前記ダウンドロー法に従った加工に適していなければならない。前記ダウンドロー法に従った加工に適しているためには、前記ガラス組成物が処理温度範囲で結晶化しないことが不可欠である。これは、液相温度（ガラスが結晶化する温度）での前記ガラスの粘度が最大ドローイング粘度よりも高い場合にのみ保証することができる。

２．前記ガラスの特定の必要条件は、前記溶融および清澄プロセスから生じる。そのような必要条件には、エネルギーの必要条件および前記組成物の耐久性などの経済的検討事項、また特に、前記溶融および清澄プロセスを強化するため、毒性または有害な原材料が使用される場合は、作業場および環境上の安全性および危険性の懸念事項が伴う。その目標は、ほとんど環境上中性な清澄剤系を使用することである。

米国特許第７，６６６，５１１ Ｂ２号明細書では、イオン交換による化学強化に適していると主張され、溶融およびスロットダウンドロー法など、様々なダウンドロープロセスによってシートにダウンドローすることができるガラス組成物を開示している。

米国特許出願公開第２０１０／００８７３０７ Ａ１号ではガラス組成物について開示しており、主に米国特許第７，６６６，５１１ Ｂ２号明細書で開示されたガラス組成物の範囲と重複している。望みのガラス組成物は、ダウンドロー法などの様々な板ガラス加工技術、および合わせガラス（ロール式板ガラスと水平）、フーコー法（前記ガラスが重力に対抗して上方向にドローイングされる、垂直にドローイングされた板ガラス）、および断面の加熱および垂直に下方向に向いたドローイング力によりより厚いマザーガラスを望みの（薄い）壁の厚さにする、いわゆるリドロー法に適していると言われている。

しかし、米国特許第７，６６６，５１１ Ｂ２号および米国特許出願公開第２０１０／００８７３０７ Ａ１号で開示されたアルカリアルミノけい酸ガラス組成物には不都合および欠点がある。具体的には、前記組成物は前記イオン交換強化プロセスで最大限にすることができるが、そのようなガラスの粘度は高いため、比較的溶融しにくい。さらに、そのようなアルカリアルミノけい酸ガラスは粘度が高く、そのようなガラスの清澄（気泡を取り除くこと）温度は古典的な清澄剤の分解温度よりも高いため、古典的な清澄剤の適用性は大幅に低下する。したがって、酸化ヒ素（Ａｓ_２Ｏ_３）および酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）などのアルカリアルミノけい酸ガラスは１，２００℃〜約１，５３０℃の温度範囲で清澄プロセスに必要な酸素を最も有利に送達するため、その清澄にはレドックス清澄剤を使用することが慣習となっている。清澄プロセスを行うため、これらの有毒なレドックス清澄剤をかなり高い温度で使用する場合、原材料の混合物は非常に高用量が必要である。放出を防止するという理由から、また、ガラス組成物には望ましくは毒性化合物を含まないことを考慮し、そのようなガラス組成物の溶融と清澄は、そのような典型的なレドックス清澄剤を使用しないか、または非常に少量のみ使用して達成されることが望ましい。

米国特許第７，６６６，５１１ Ｂ２号および米国特許出願公開第２０１０／００８７３０７ Ａ１では、いずれもむしろ高濃度のＡｌ_２Ｏ_３が開示されたガラス組成物の化学強化への適合性を改善すると主張している。

アルカリアルミノけい酸ガラスに関連して他の出願者が発表した様々なガラス組成物があり、その目的は化学強化であった。しかし、これらのガラス組成物は、そのようなガラス組成物のダウンドロー法に対する適合性の必要条件を考慮に入れていない。例えば、米国特許出願公開第２００９／０２９８６６９ Ａ１号でも、フロート法、ダウンドロー法、またはプレス法により板ガラスを生成するために使用可能な強化ガラス組成物について報告している。しかし、液相粘度は少なくとも１０^４ｄＰａ・ｓであることが示された。この液相粘度は低すぎ、前記ダウンドロー法で使用しても成功しない。

図１は、本明細書で説明される高強度アルカリアルミノけい酸ガラスの典型的な粘度−温度曲線を示している。

高強度アルカリアルミノけい酸ガラスが提供され、そのガラスは十分な強度を維持しながら、改良された生産上の特徴を有する。

１つの実施形態によれば、前記高強度アルカリアルミノけい酸ガラスは、
６０．５〜６９．０重量パーセントの二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、
７．０〜１１．８重量パーセントの酸化アルミニウム（ＩＩＩ）（Ａｌ_２Ｏ_３）、
０〜４．０重量パーセントの三酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、
２．５〜８．５重量パーセントの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、
０〜４．０重量パーセントの酸化カルシウム（ＣａＯ）、
０〜５．０重量パーセントの酸化亜鉛（ＺｎＯ）、
０〜３．０重量パーセントの二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、
１５．０〜１７．５重量パーセントの酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）、
０〜２．７重量パーセントの酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）、
０〜２．０重量パーセントの酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）、
０〜１．５０重量パーセントの清澄剤（酸化ヒ素（Ａｓ_２Ｏ_３）、酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化スズ（ＩＶ）（ＳｎＯ_２）、塩化物イオン（Ｃｌ⁻）、フッ化物イオン（Ｆ⁻）、硫酸イオン（（ＳＯ_４）^２−）、およびその組み合わせなど）
の組成物を有する。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスの別の実施形態によれば、前記ガラスは０〜０．５重量パーセントのＡｓ_２Ｏ_３およびＳｂ_２Ｏ_３を有する。さらに別の実施形態によれば、前記ガラスは０．０１重量パーセント未満、すなわち、Ｘ線蛍光分析の検出閾値未満のＡｓ_２Ｏ_３およびＳｂ_２Ｏ_３を有する。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスは、優れた溶融性、ファインダビリティ、および加工可能性によって特徴付けられる。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスは、４〜８時間などの短時間、アルカリイオン交換プロセスに適した条件を可能にする。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスは、ダウンドロー法に従って製造することができる。上述の図１で示された高強度アルカリアルミノけい酸ガラスの粘度−温度曲線でも、ＣｅＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｃｌ⁻、Ｆ⁻、（ＳＯ_４）^２−など、１若しくはそれ以上の非毒性清澄剤を少量使用することができるため、酸化ヒ素および酸化アンチモンを含まないか、または少量のみ含むガラスを製造することができる。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスの調整時に追加のハイテク機器および改良型を検討する場合、前記ガラスは、表面圧縮応力度および圧縮応力層の深さ、またガラスの品質などの強度パラメーターを最適化することができる。

特に深い圧縮応力層と高い表面圧縮応力度は、上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスのＡｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２の重量比が０．１１以上の場合に生じる。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスのＡｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２の重量比が上昇するにつれ、前記圧縮応力層の深さおよび表面圧縮応力度も上昇する。しかし、上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスのＡｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２の重量比が０．１９５以上の場合、化学的安定性を理由にＳｉＯ_２の含有量が少なくとも６０．５重量パーセントであると、アルカリ酸化物およびアルカリ土類酸化物の割合が低下するため、そのような組成物は溶融しにくい。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する実施形態に従い、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒＯ_２は、十分な溶融性を得るためには、合わせて８１重量パーセントまでの量で前記組成物に存在する。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒＯ_２は、十分な安定性を達成するためには、合わせて少なくとも７０重量パーセントの量で前記組成物に存在する。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関するさらに別の実施形態によれば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒＯ_２は、合わせて７０〜８１重量パーセントの量で前記組成物に存在する。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、Ｎａ_２Ｏ：Ａｌ_２Ｏ_３の重量比が１．２以上の場合、特に深い圧縮応力層と高い表面圧縮応力度が達成される。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、化学的安定性を理由にＮａ_２Ｏ：Ａｌ_２Ｏ_３の重量比の最大値は２．２である。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、Ｎａ_２Ｏ：Ａｌ_２Ｏ_３の重量比は１．２〜２．２である。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記組成物に少なくとも合計１５．０重量パーセントのＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、およびＬｉ_２Ｏが含まれる場合、前記組成物は優れた溶融性を有し、高い表面圧縮応力度と深い圧縮応力層を有するガラスを製造する。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、前記組成物には合計２０．５重量パーセントまでのＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、およびＬｉ_２Ｏが含まれ、前記ガラスが化学的に十分抵抗性を有し、熱膨張係数が高くなりすぎないようにする。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関するさらに別の実施形態によれば、前記組成物には合計１５．０〜２０．５重量パーセントのＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、およびＬｉ_２Ｏが含まれる。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒＯ_２の合計とＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、およびＬｉ_２Ｏの合計の重量比は、３．３〜５．４である。そのような組成物は、高いイオン交換率に加え、十分な溶融および清澄挙動を示す。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記組成物は３．０〜７．０重量パーセントのＭｇＯを含む。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、前記組成物は４．０〜６．５重量パーセントのＭｇＯを含む。これらの範囲のＭｇＯを含む組成物は、高い圧縮応力度および圧縮層の深さが極めて良好な値を示すガラスを生成した。さらに、そのようなガラスの液相粘度は有利に上昇する。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記組成物は６４．０〜６６．０重量パーセントのＳｉＯ_２を含む。この範囲のＳｉＯ_２を含む組成物は、良好な硬化性、溶融性、および清澄性を有する。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記組成物は８．０〜１０．０重量パーセントのＡｌ_２Ｏ_３を含む。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記組成物は２．０重量パーセントまでのＣａＯを含む。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記組成物は２．０重量パーセントまでのＺｎＯを含む。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記組成物は２．５重量パーセントまでのＺｒＯ_２を含む。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、２．７重量パーセントまでのＫ_２Ｏを前記組成物に取り入れても、圧縮応力層の深さに大きな影響はないことが分かった。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記組成物は１．０〜２．５重量パーセントのＫ_２Ｏを含む。

高強度アルカリアルミノけい酸ガラスを製造する方法が提供される。高強度アルカリアルミノけい酸ガラスを製造するための１つの実施形態によれば、前記方法には、
ａ）前記組成物を混合および溶融し、均質なガラス溶融物を生成した後、前記ガラス溶融物を清澄する工程と、
ｂ）前記ダウンドロー法の１つを利用し、前記ガラスを成形する工程と、
ｃ）イオン交換により前記ガラスを化学的に強化する工程と
を含む。

前記高強度アルカリアルミノけい酸ガラスの製造は、前記ダウンドロー法を行う確立された施設を利用して実施することができ、この施設には通例、均質化装置、清澄により含まれる気泡を少なくする装置（清澄機）、冷却し、熱を均一化する装置、分配装置、および他の装置を含む。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、粘度１０^２ｄＰａ・ｓでの前記ガラスの溶融温度（Ｔ_ｍｅｌｔ）は１，７００℃未満である。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、粘度１０^２ｄＰａ・ｓでの前記ガラスのＴ_ｍｅｌｔは１，６００℃未満である。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関するさらに別の実施形態によれば、粘度１０^２ｄＰａ・ｓでの前記ガラスのＴ_ｍｅｌｔは１，５８５℃未満である。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、気泡の数および大きさの点で高品質のガラスは、１０^３ｄＰａ・ｓ未満の粘度で考えられる最小量の清澄剤を用い、ＤＥ １０２５３２２２ Ｂ４に説明されたような清澄機を利用して製造することができる。そのような清澄機のデザインでは、ガラス溶融物組成物を１，６５０℃までの温度で清澄することができる。ただし、そのような清澄機を上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスの製造と関連して使用する場合、前記ガラス溶融物組成物は粘度１０^２ｄＰａ・ｓ、温度１，６００℃で清澄することができる。

したがって、そのようなデザインの清澄機を用いることで、Ｓｂ_２Ｏ_３およびＡｓ_２Ｏ_３が少ない、または含まれず、１，６００℃〜１，６５０℃で重要な金属清澄機を用いた場合に最適な効果を示す、ＤＥ １９７ ３９ ９１２ Ｃ２に説明されているような最も変化に富んだ清澄剤（ＳｎＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｃｌ⁻、Ｆ⁻、および（ＳＯ_４）^２−など）を使用して溶融することができるガラスを製造することができる。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスを製造する方法に関する１つの実施形態によれば、前記イオン交換処理は１２時間未満で行われる。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスを製造する方法に関する別の実施形態によれば、前記イオン交換処理は６時間未満で行われる。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスを製造する方法に関するさらに別の実施形態によれば、前記イオン交換処理は４時間までに行われる。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスを製造する方法に関する１つの実施形態によれば、そのようなイオン交換処理の最初の４〜６時間以内で、約４０μｍの深さを有する圧縮応力層が形成される。したがって、イオン交換処理が長くなることによる応力緩和のため、圧縮応力層の深さが浅くなることを回避できる。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスを製造する方法に関する１つの実施形態によれば、イオン交換処理は前記ガラス溶融物の変態温度Ｔｇよりも低い５０〜１２０Ｋの温度範囲で行われる。このように、前記イオン交換処理によって生じる前記圧縮応力層の深さの減少は回避される。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスを製造する方法に関する１つの実施形態によれば、前記イオン交換処理のプロセスは最初に上述の温度範囲内の高温で行われた後、次に低い温度で行われる。そのような方法によれば、応力緩和のため前記イオン交換処理により生じた前記圧縮応力層の深さ減少は回避される。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記ガラスは少なくとも３５０ＭＰａでその表面に圧縮応力を有する。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、前記ガラスは少なくとも４５０ＭＰａでその表面に圧縮応力を有する。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関するさらに別の実施形態によれば、前記ガラスはその表面に６００ＭＰａまでの圧縮応力を有する。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関するさらに別の実施形態によれば、前記ガラスは６５０ＭＰａ以上でその表面に圧縮応力を有する。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、前記ガラスは３５０ＭＰａ〜６５０ＭＰａでその表面に圧縮応力を有する。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記ガラスは少なくとも３０μｍの深さを有する圧縮応力層を有する。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、前記ガラスは少なくとも５０μｍの深さを有する圧縮応力層を有する。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関するさらに別の実施形態によれば、前記ガラスは１００μｍまでの深さを有する圧縮応力層を有する。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関するさらに別の実施形態によれば、前記ガラスは３０μｍ〜１００μｍの深さを有する圧縮応力層を有する。

前記ガラスを形成するダウンドロー法では、前記ガラスが形成されている間に結晶化（失透）が起こらないことが必要である。ガラスの液相温度は前記結晶と前記ガラスの融液相との間に熱力学的平衡がある温度である。前記ガラスを前記液相温度を超える温度に保つ場合、結晶化は考えられない。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記ガラスは９００℃までの液相温度を有する。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、前記ガラスは８５０℃までの液相温度を有する。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記ガラスの浸透点（ｓｉｎｋ−ｉｎ−ｐｏｉｎｔ）または作用点（Ｔ_ｗｏｒｋ）（粘度１０^４ｄＰａ・ｓ）は１，１５０℃未満である。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、前記ガラスの浸透点は１，１００℃未満である。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記ガラスは保護ガラスまたはカバーガラスとして使用することができる。したがって、上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記ガラスは最高２，６００ｋｇ／ｍ^３の密度と７．５〜１０．５の範囲の線膨張係数α_{２０−３００}１０^−６／Ｋを有する。

上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する１つの実施形態によれば、前記ガラスは、ソーラーパネル、冷蔵庫のドア、および他の家庭用品のフロント（パネル）またはキャリアパネルなどの用途で、保護ガラスとして使用することができる。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関する別の実施形態によれば、前記ガラスは、テレビの保護ガラスとして、現金自動預け払い機の安全ガラスとして、およびさらなる電気製品に使用することができる。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関するさらに別の実施形態によれば、前記ガラスは携帯電話前面または後面の保護ガラスとして使用することができる。上述の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスに関するさらに別の実施形態によれば、前記ガラスはその高い強度のため、タッチスクリーンまたはタッチパネルとして使用することができる。
（実施例）

表１で以下に説明されるガラス組成物は、１，５８０℃で直接電気的に加熱された、２リットルの炉（ｐａｎ）に入れた混合物から高純度の原料を用いて溶融および精製された。次に、溶融された部分は機械的攪拌により均質化した。

次に、前記溶融された部分を棒状または鋳造物に加工した。

次に、電気的に加熱した塩浴炉でイオン交換処理を行った。前記プロセスの温度は、変態温度よりも低い９０〜１２０Ｋの範囲でそれぞれ測定されたガラスの変態温度の関数として選択された。前記イオン交換処理の時間は様々であり、２〜１６時間の範囲であった。

（複屈折に基づく）前記ガラス表面の圧縮応力および圧縮応力層の深さの測定は、前記ガラス断面で偏光顕微鏡（ベレックコンペンセータ）を用いて行った。前記ガラス表面の圧縮応力は、応力光学定数０．２６（ｎｍ＊ｃｍ／Ｎ］を想定し、測定した複屈折から計算した（Ｓｃｈｏｌｚｅ， Ｈ．， Ｎａｔｕｒｅ， Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ， １９８８， ｐ．２６０）。

前記ガラス組成物の液相温度は、勾配炉法に基づき、前記炉中のサンプルの滞留時間を２４時間として決定した。前記ガラス組成物の融解温度は「Ｔ_ｍｅｌｔ」とし、作業温度または浸透点は「Ｔ_ｗｏｒｋ」とし、軟化温度またはリトルトン点は「Ｔ_ｓｏｆｔ」としている。

各成分の重量パーセントでの組成物および結果を、以下の表１に示す。

実施例１〜４のガラスのイオン交換処理は、９９．８％硝酸カリウム塩浴で行った（Ｃａ<１ｐｐｍ）。

Claims (18)

1. 高強度アルカリアルミノけい酸ガラスであって、
   ６０．５〜６９．０重量パーセントのＳｉＯ_２と、
   ７．０〜１１．８重量パーセントのＡｌ_２Ｏ_３と、
   ０〜４．０重量パーセントのＢ_２Ｏ_３と、
   ２．０〜８．５重量パーセントのＭｇＯと、
   ０〜４．０重量パーセントのＣａＯと、
   ０〜５．０重量パーセントのＺｎＯと、
   ０〜３．０重量パーセントのＺｒＯ_２と、
   １５．０〜１７．５重量パーセントのＮａ_２Ｏと、
   ０〜２．７重量パーセントのＫ_２Ｏと、
   ０〜２．０重量パーセントのＬｉ_２Ｏと、
   ０〜１．５重量パーセントのＡｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｃｌ⁻、Ｆ⁻、ＳＯ_４ ^２−、およびその組み合わせから選択される清澄剤と
   を有する高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
2. 請求項１記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、前記ガラスが０〜０．５または０．０１未満の重量パーセントのＡｓ_２Ｏ_３およびＳｂ_２Ｏ_３を有するものである高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
3. 請求項１または２記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、ＳｉＯ_２に対するＡｓ_２Ｏ_３の重量比が０．１１〜０．１９５である高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
4. 請求項１〜３記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、Ａｌ_２Ｏ_３に対するＮａ_２Ｏの前記重量比が１．２〜２．２である高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
5. 請求項１〜４記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、前記ガラスは７０〜８１重量パーセントのＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒＯ_２を有するものである高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
6. 請求項１〜５記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、前記ガラスは１５．０〜２０．５重量パーセントのＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、およびＬｉ_２Ｏを有するものである高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
7. 請求項１〜６記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、およびＢ_２Ｏ_３に対するＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒＯ_２の重量比が３．３〜５．４である高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
8. 請求項１〜７記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、前記ガラスが３．０〜７．０または４．０〜６．５重量パーセントのＭｇＯを有するものである高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
9. 請求項１〜８記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、前記ガラスが１６００℃で１０^２ｄＰａ・ｓ未満の粘度を有するものである高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
10. 請求項１〜９記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、前記ガラスの液相温度が９００℃以下または８５０℃以下である高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
11. 請求項１〜１０記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、前記ガラスはその表面で少なくとも３５０ＭＰａ、少なくとも４５０ＭＰａ、６００ＭＰａまで、または６５０ＭＰａを超える圧縮応力を有し、圧縮応力層の深さは少なくとも３０μｍ、少なくとも５０μｍ、または１００μｍまでである高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
12. 請求項１〜１１記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、前記ガラスは１０^２ｄＰａ・ｓの粘度で１，７００℃未満、１，６００℃未満、または１，５８５℃未満の融解温度を有するものである高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
13. 請求項１〜１２記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスにおいて、前記ガラスは２，６００ｋｇ／ｍ^３未満の密度、および７．５〜１０．５の線膨張係数（α_{２０−３００}１０^−６／Ｋ）を有するものである高強度アルカリアルミノけい酸ガラス。
14. 請求項１〜１３記載の高強度アルカリアルミノけい酸ガラスを製造する方法であって、
    ａ）成分を混合および溶融し、均質なガラス溶融物を生成した後、清澄する工程と、
    ｂ）オーバーフローダウンドロー法、溶融法、ダイスロット法、またはスロットダウンドロー法、またはその組み合わせから選択されるダウンドロー法を利用して前記ガラスを成形する工程と、
    ｃ）イオン交換により前記ガラスを化学的に強化する工程と
    を有する方法。
15. 請求項１４記載の方法において、前記イオン交換処理の時間が１２時間未満、６時間未満、または４時間以下である方法。
16. 請求項１４〜１５記載の方法において、前記イオン交換処理が遷移温度未満の５０〜１２０Ｋの温度範囲で行われるものである方法。
17. 請求項１４〜１６記載の方法において、前記イオン交換処理を継続している間、処理温度はより低いものである方法。
18. 請求項１〜１３記載の、または請求項１４〜１７の１つによって得られるガラスの保護ガラスとしての使用。

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