JP2015507588A5 - - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、衝撃の方向に応じて（即ちガラスのどの側部が衝撃を受けるかに応じて）非対称な耐衝撃性を示す強化ガラス積層体を提供することを目的とする。本明細書で使用する「強化ガラス積層体」とは、いずれの単一層又は複数層ガラス構造をも意味しており、これはガラス及び任意にその他の層を含み、ガラスは非対称耐衝撃性を達成するように処理されている。ガラスはイオン交換プロセスによってコーティング、テンパリング、硬化、強化するか、又は当業者に公知のその他の様々なプロセスによって処理してよい。このような耐衝撃性の差異は、強化ガラス積層体の２つの側部間の引張り表面強度の差異と相関関係にある。

強化ガラス積層体は、第１の表面及びこの第１の表面の反対に配置された第２の表面を有する、強化ガラスの少なくとも１つの層と、上記強化ガラスの第１の表面に接着された１つ以上のコーティングとを備えてよい。理論によって拘束されるものではないが、この第１の表面のコーティングの特性の制御によって、強化ガラス積層体の耐衝撃性に差異が付与されると考えられ、ここで一般には、第２の表面に向けられた衝撃に対する耐衝撃性が、第１の表面に向けられた衝撃に対する耐衝撃性より低くなる。例えば自動車の窓への応用において、望ましい向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）は、（１つ以上の）コーティングを、ガラスの外側表面上又は（図４の実施形態において示すように）積層体内のガラス層のうちの１つ若しくは複数の層の外側を向いた表面上に配置することである。ガラス積層体の第２の（内側）表面上にコーティングを配置することもできるが、この第２の表面のコーティングは、第１の表面のコーティングと同様の耐衝撃性の変化を被ることがないように制御された特性を有する必要がある。

（１つ以上の）コーティングは、強化ガラス積層体の耐衝撃性の差異を達成するために適したいずれの材料をも含んでよい。理論によって拘束されるものではないが、非対称耐衝撃性は少なくとも部分的に、強化ガラスに対するコーティングの接着、並びにコーティング材料の弾性係数、コーティング材料の硬度及びコーティングの脆性破断挙動のうちの１つ以上によって左右されると考えられる。脆性破断挙動は典型的には、小さな展性又は塑性変形を呈する、そして非晶質材料の場合は比較的高いガラス転移温度を有し得る材料に関連する。脆性破断挙動を呈するコーティングは、本発明のガラス積層体の非対称破断挙動を増強することが分かっている。理論によって拘束されるものではないが、コーティング前にガラス表面を入念に洗浄及び準備すること、コーティング材料の選択並びにコーティング条件の選択によって、接着を促進する。

更に、（１つ以上の）コーティングは高い弾性率及び高い引っ掻き耐性を有してよい。例えば、コーティングはダイヤモンドナノインデンテーションによって測定した場合に、約１６ＧＰａ超の弾性率を有してよく、又は別の実施形態では約２０ＧＰａ超の弾性率を有してよい。更にこのコーティングは、ダイヤモンドナノインデンテーションによって測定した場合に、約１．７ＧＰａ超又は約２．０ＧＰａ超の硬度を有してよい。更にこのコーティングは、選択した材料の緻密な薄膜コーティングに関する理論値に近い密度又は屈折率を有してよい。或いは、光干渉効果を最小化するために、ガラス層又はその他のコーティング層と同様の屈折率を有するコーティング材料を選択してよい。

限定するものではないが、例えばコーティングを、酸化物、窒化物、酸窒化物、ケイ質ポリマー、半導体、透明導電体、金属コーティング又はこれらの組合せからなる群から選択する。酸化物は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｎｂ _２ Ｏ _５ 、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２又はこれらの組合せからなる群から選択してよい。同様に、酸窒化物又は窒化物は、様々な量の酸素及び／又は窒素が結合したＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ等の化合物を含んでよい。半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ又はこれらの組合せからなる群から選択してよい。透明導電体は、インジウム-スズ-酸化物、スズ酸化物、亜鉛酸化物又はこれらの組合せからなる群から選択してよい。ケイ質ポリマーは、シロキサン、シルセスキオキサン又はこれらの組合せからなる群から選択してよい。コーティングについては様々な厚さが考えられるが、一般にはコーティングの厚さを最小化することが望ましい。例えばコーティングは最大１００μｍの厚さを有してよく、又は約０．０１〜約１０μｍの厚さを有してよい。

上述のように、強化ガラス積層体を作製する方法は、強化ガラス積層体の最終的な特性に大きく影響し得る。ガラスは視認可能な欠点を有さないことが望ましいが、これを更に処理して、表面のいずれの欠点を除去してもよい。一実施形態では、ガラスの表面の欠陥の影響を除去又は低減するために、ガラスを酸で研磨するか、又はその他の方法で処理してよい。更に、ガラスを化学的又は熱的にテンパリングすることによって強化してよい。例えば、ガラスを溶融塩浴内でのイオン交換浸漬によって化学的にテンパリングしてよい。ガラスをイオン交換によって強化してからコーティングして、イオン交換後かつコーティング前に測定した場合に約５００ＭＰａ超の表面圧縮応力をガラス内に生成してよい。冷却中に表面圧縮応力を生成する、ガラスの内側容積部分よりも低い熱膨張係数を有する一体表面層をガラス上に生成することを伴う、当該技術分野で公知の様々な方法によって、ガラスを強化してもよい。或いは、又は化学的なテンパリングに加えて、当該技術分野で公知の方法に従ってガラスを熱的にテンパリングしてよい。

実施例１の試料を、リング・オン・リング負荷試験を用いて試験した。対照試料及びコーティングされた試料を、同一条件を用いてイオン交換した。その結果を図１に示し、ここでは、３つの異なる場合（ｘ軸上に標識）からの試料セットに対して、破損時の負荷をｙ軸上にｋｇ単位の力として示す。場合Ａにおいて、コーティングされた表面が下向きである（張力が掛けられており、コーティングされていない表面に負荷が印加される）場合、ガラスが破損するまでに耐えられる負荷量は、コーティングされた表面が上向きである（圧迫されており、コーティングされた表面に負荷が印加される）場合よりも小さかった。場合Ｂにおいて、「強い」方向付け（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）下（コーティング側が上向き／圧迫下）において試験した場合、強化ガラスは、場合Ｃで示すコーティングされていない強化ガラスの対照試料と同等の引張り表面強度を示した。引張り表面強度のリング・オン・リング測定は、球落下試験によってより直接的に測定される耐衝撃性と大きく相関していることが分かっている。従って、図１にまとめた結果から、コーティングされていないガラス表面に負荷を印加する場合とコーティングされたガラス表面に負荷を印加する場合と耐衝撃性に有意な差異があると考えられ、これによって非対称引張り表面強度及び非対称耐衝撃性が実証される。

図２、３に示す結果から、２９０℃超の温度で硬化させた試料は、本開示の非対称耐衝撃性を示す。図２に示すように、コーティングの位置、即ちコーティングが上側であるか又は下側であるかは、積層体試料の耐衝撃性に大きく影響し、これは３００℃以上で硬化させた、シロキサンコーティングされた試料に関する非対称耐衝撃性をはっきりと実証する。更に図３に示すように、同一のフィルムでコーティングしたが１５０℃以下で硬化させた試料は、２９５℃又は３１５℃で硬化させたフィルムの非対称破断挙動を示さず、これは、熱硬化ステップが、強化ガラス積層体の最終的な特性に影響することを示す。これは、異なる硬化温度で達成されるシロキサンフィルムの特性の変化によるものであり得る。シロキサンフィルムの特性を、最終硬化温度に対して念入りに分析することによって、本発明者らは、薄膜コーティングの上述のような望ましい範囲の弾性率（ｍｏｄｕｌｕｓ）及び硬度を確立した。更に、シロキサンポリマーは清浄なガラス表面に対する強い接着性を有することが公知であり、これは本発明の非対称破断性能を生成するために必要である。

１５０℃以下で硬化されたシロキサンコーティングされたガラス試料（図３、結果のセットＦ）は、本発明の非対称耐衝撃性を示さない。従ってこれらは、本発明の非対称耐衝撃性を生成するために必要なフィルムの弾性率（ｍｏｄｕｌｕｓ）及び硬度の基準を満たさないと考えられる、比較例を表す。

Claims (5)

1. 強化ガラス積層体であって：
   第１の表面及び該第１の表面の反対に配置された第２の表面を有する、強化ガラスの少なくとも１つの層；並びに
   前記強化ガラスの前記第１の表面に接着された１つ以上のコーティング；
   を備え、
   前記１つ以上のコーティングは、前記強化ガラスの少なくとも１つの層に非対称耐衝撃性を付与する、強化ガラス積層体。
2. 前記強化ガラスは、アルカリアルミノシリケート、アルカリアルミノボロシリケート又はこれらの組合せを含み、
   前記非対称耐衝撃性は、前記第１の表面に向かう方向への衝撃に対する耐衝撃性よりも低い、前記第２の表面に向かう方向への衝撃に対する耐衝撃性を含む、請求項１に記載の強化ガラス積層体。
3. 前記コーティングは、酸化物、窒化物、酸窒化物、ケイ質ポリマー、半導体、透明導電体、金属コーティング又はこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１又は２に記載の強化ガラス積層体。
4. 前記酸化物は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｎｂ _２ Ｏ _５ 、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２又はこれらの組合せからなる群から選択される、請求項３に記載の強化ガラス積層体。
5. 前記半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ又はこれらの組合せからなる群から選択される、請求項３に記載の強化ガラス積層体。