JP2017519715A - 化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス用のガラス組成物及びその製造方法 - Google Patents

化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス用のガラス組成物及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのガラス組成物及び化学的に強化されたアルミアルミノシリケートガラスの製造方法。化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスは、タッチディスプレイ、太陽電池カバーガラス及び積層安全ガラス用の高強度カバーガラスとしての使用に適している。【選択図】なし

Description

本発明は、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス用のガラス組成物、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの製造方法、及び化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの応用と用途に関する。かかる化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの用途は、高強度カバーガラス、太陽電池カバーガラス及び積層安全ガラスを使用するタッチディスプレイを含み、特に、曲面カバーガラス、3Dカバーガラス及び車両ガラスを使用するタッチディスプレイを含む。
化学的に強化されたガラスは、典型的には、ガラス組成物及びガラスを製造するために使用される化学強化プロセスにより、アニールされたガラスよりも著しく強い。このような化学的強化プロセスは、熱変形させることができない、薄い、小さい、複雑な形状のガラスサンプルの製造を可能にする、光学歪みを生じることなく、あらゆるサイズと形状のガラスを強化するために使用することができる。これらの特性は、化学的に強化されたガラスを製造し、特に、スマートフォン、タブレット、ノートパソコンなどの民生用電子機器に広く使用されている化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造する。
タッチガラス及びその応用は、市場での適用範囲が広くなり、湾曲成形ガラスの需要も増加している。湾曲成形ガラスの形成は、ガラスのガラス転移温度（Tg）及び軟化温度（Ts）によって大きく制御され、一般に、Tgが545℃未満であり、Tsが765℃未満である場合、成形湾曲ガラスの温度が相対的に低下して、コストと生産速度が低下する。
成形は、最も一般的に使用される湾曲したガラスの成形技術である。このような成形技術によれば、まず、ガラスブランクが成形工具に装填される。ガラス転移温度（Tg）に達した後、ガラスがキャビティの輪郭に基づいて成形される。成形が完了した後、ガラスは冷却されて型取りされ、成形工具から取り外される。ガラス転移温度（Tg）及びガラス軟化温度（Ts）が上記の範囲内にある場合に利用可能な型材の選択肢がより多い。ガラス転移温度（Tg）が比較的低い場合、熱サイクル温度範囲及び成形タック時間が比較的低いので、生産速度及び維持効率が向上する。さらに、ガラス転移温度（Tg）が比較的低い場合、装置と成形用キャビティとの間の熱差効果が小さい。成形温度が離型温度に近い場合には処理が容易になり、他の冷却装置の助けを借りて、短い時間でキャビティを冷却し脱型を達成することができる。以下の表１は、強化カバーガラスのいくつかの商業的に利用可能な例についてのTsとTgとの比較を示す。このような市販の強化カバーガラスのガラス転移温度（Tg）及びガラス軟化温度（Ts）は、上記範囲内ではない。
Figure 2017519715
化学強化プロセスは、一般的に、イオン交換プロセスを含む。かかるイオン交換プロセスでは、ガラスに存在するより小さいイオンが加熱溶液からのより大きなイオンによって置換されるように、ガラスは、ガラス中に存在するイオンよりも大きなイオン半径を有するイオンを含む溶融塩において置かれる。一般的には、溶融塩におけるカリウムイオンは、ガラスに存在するより小さいナトリウムイオンを置換する。ガラスに存在するより小さいナトリウムイオンを加熱溶液からのより大きいカリウムイオンで置換すると、ガラスの両面に圧縮応力層が形成され、圧縮応力層の間に挟まれた中央張力ゾーンが形成される。中央張力ゾーン（典型的にはメガパスカル（MPa）で表される）の引張応力（「CT」）は、圧縮応力層の圧縮応力（「CS」）（通常、メガパスカルで表される）に関連し、圧縮応力層（「DOL」）の深さは、以下の式によって計算される。
CT = CS×DOL /（t-2DOL）
ここで、tはガラスの厚さである。
厚さ0.7mmのガラスの現在の仕様は、約40μmの層の深さ、650MPa以上の圧縮応力、及び60MPa未満の中央張力ゾーンの引張応力を有する。実際、良好な切削歩留まりを確保するためには、中央張力ゾーンの引張応力を約60〜70MPaに保つ必要がある。
タッチディスプレイ用のカバーガラスとして使用するために、ガラスの傷や耐衝撃損傷に対する耐性を高めることが望ましい。これは、圧縮応力及び圧縮応力層の深さを増加させることによって達成することができる。しかし、中央張力ゾーンの引張応力を許容範囲内に保つために、圧縮応力及び圧縮応力層の深さの増加は、ガラスの厚さの増加を招くため望ましくない。
また、カバーガラスはできるだけ薄くすることが望ましい。しかし、ガラスの厚さが減少するにつれて中央張力ゾーンの引張応力が増加するので、中央張力ゾーンの許容引張応力を維持しつつ、高い圧縮応力及び圧縮応力層の高い深さを維持することは困難である 。
化学強化プロセスの持続時間は、化学強化ガラスの製造コストに対する重要な要素である。一般には、圧縮応力層の深さを増加させるために、イオン交換プロセスの時間を延長する必要がある。しかし、より短いイオン交換時間が通常は望ましい。イオン交換時間が短ければ短いほど、生産ラインとプロセスの競争力が高まる。イオン交換時間は、反応温度及びイオン拡散速度によって制御される。温度を下げると反りを避けることができるが、イオン交換時間は長くなる。ガラスシートを高温に保つと、イオン拡散速度が増加することがあるが、反りや構造緩和が発生し、圧縮応力が低下する可能性がある。従って、より高い温度でイオン交換プロセスを行うことは、イオン交換時間を短くする可能性があるが、他の望ましくない結果をもたらす。
化学強化プロセスは、（１）ピースプロセス及び（２）ワン・ガラス・ソリューション（OGS）プロセスの二つの方法で実行できる。ピースプロセスは、ガラスピースを使用のための最終サイズに切断し、次いでそれぞれのピースを穿孔、研削、面取り、及び研磨する。処理されたピースは、化学強化のために溶融カリウム塩において置かれる。より小さなサイズのピースは、温度と溶融塩濃度に対するより大きな制御を提供する。更に、ピースの両側の縁を化学的に強化することができる。 これにより、高強度で反りの発生率を低くすることができ、歩留まりが高くなる。
対照的に、OGSプロセスでは、まず、フルシートガラスを強化し、タッチセンサーとプリント回路をガラス表面に追加し、次にガラスをスクライビングし、最終的にガラスを切断する。ピースプロセスと比較して、OGSプロセスでは、一般に、より大きな炉が必要とされる。ガラスの処理方法は、ガラスの反りや破損の原因となる。OGSプロセスにおいて、化学的に強化されたガラス表面上のCSは、外部損傷に対する抵抗を容易にするが、切断の困難性を増大させる可能性がある。また、CTが高すぎると、切削中にCTゾーンに入ったときに、スクライブホイールがガラスに割れ、欠けや破損を引き起こすことがある。OGSプロセスではスクライブエッジと側面を完全に化学的に強化できないため、OGSプロセスで作成されたガラスの強度は、一般に、ピースプロセスで作成されたガラスよりも低くなる。OGSプロセスの難しさにもかかわらず、OGSプロセスの費用対効果と生産効率は、ピースプロセスよりも優れている。
化学的に強化されたガラスがより薄くて強くなるにつれて、CTを増加させることなく、高いDOL及び高いCSを維持することが課題となる。薄く、高いCS及び制御されたCTを有し、且つ短いイオン交換時間で製造される化学強化ガラスが望ましい。
いくつかの例示的な実施形態において、本発明は、高い圧縮応力（CS）及び低い深さの層（DOL）を有する表面圧縮応力層を有する、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物を提供する。高い圧縮応力（CS）及び低い深さの層（DOL）は、ガラス表面のナトリウムイオンをより大きなカリウムイオンで置き換える化学強化プロセスによって得られる。低いDOLは、スクライビングプロセスの歩留まりが向上するため、ガラス仕上げに有益である。また、高い圧縮応力を有するガラス表面は、増加した外部衝撃力及び傷つきに耐えることができる、より強いガラスをもたらす。
いくつかの例示的な実施形態において、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物は、
約59.0〜65.0重量％のSiO2と、
約11.9〜13.0重量％のAl2O3と、
約16.0〜18.5重量％のNa2Oと、
約0〜1.0重量％のB2O3と、
約2.8〜3.3重量％のK2Oと、
約2.0〜6.0重量％のMgOと、を含み、
Al2O3に対するB2O3、Na2O及びK2Oの総量との重量比が1.5より大きく、
Al2O3及びMgOに対するNa2O及びK2Oの総量との重量比が1.0より大きい。
いくつかの例示的な実施形態によれば、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物は、実質的に、
約59.0〜65.0重量％のSiO2と、
約11.9〜13.0重量％のAl2O3と、
約16.0〜18.5重量％のNa2Oと、
約0〜1.0重量％のB2O3と、
約2.8〜3.3重量％のK2Oと、
約2.0〜6.0重量％のMgOとから成り、
Al2O3に対するB2O3、Na2O及びK2Oの総量との重量比が1.5より大きく、
Al2O3及びMgOに対するNa2O及びK2Oの総量との重量比が1.0より大きい。
いくつかの例示的な実施形態によれば、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物は、約59.0〜65.0重量％の二酸化ケイ素（SiO2）を含む。二酸化ケイ素は、アルカリアルミノシリケートガラス組成物の最大の単一成分であり、三酸化ホウ素（B2O3）とともにガラスのマトリックスを形成する。二酸化ケイ素は、ガラスの構造調整剤としても機能し、成形性、剛性及びガラスに対する化学的耐久性に寄与する。いくつかの例示的な実施形態によれば、約59.0〜65.0重量％の範囲のSiO2が化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物中に存在する場合、ガラスの粘性が増強される。二酸化ケイ素は、65.0重量％を超える濃度を有すると、ガラス組成物の溶融温度を上昇させ、更に、ガラス安定性のための比較的高濃度のK2OまたはMgOを有するガラス組成物において液相温度を実質的に上昇させることがある。
いくつかの例示的な実施形態によれば、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物は、約11.9〜13.0重量％の酸化アルミニウム（Al2O3）を含む。酸化アルミニウムは、約11.9〜13.0重量％の濃度で、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの強度を高め、ガラス表面のナトリウムイオンとイオン交換溶液中のカリウムイオンとの間のイオン交換を促進する。いくつかの例示的な実施形態によれば、約11.9〜13.0重量％の範囲のAl2O3が化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物中に存在する場合、ガラスの粘性が増強される。酸化アルミニウムは、13.0重量％を超える濃度を有すると、ガラスの粘度が非常に高くなりすぎてガラスを失透させる傾向があり、更に、液相温度が高すぎて連続シート形成プロセスを実施できないことがある。従って、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物において、Al2O3の全含有量に対するフラックス酸化物（B2O3、Na2O及びK2O）の全含有量との比は1.5より大きい。
いくつかの例示的な実施形態によれば、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物は、約16.0〜18.5重量％の酸化ナトリウム（Na2O）を含む。アルカリ金属酸化物は、低い液相温度及び低い溶融温度を達成する助剤として役立つ。ナトリウムの場合、イオン交換を成功させるために、Na2Oも使用される。実質的に強化されたガラス強度を生じさせるのに十分なイオン交換を可能にするために、酸化ナトリウムは、上記の濃度で組成物中に含まれる。また、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物は、ナトリウムイオンとカリウムイオンとの間のイオン交換の可能性を高めるために、約2.8〜3.3重量％の酸化カリウム（K2O）を含む。
いくつかの例示的な実施形態によれば、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物は、約0〜1.0重量％の三酸化ホウ素（B2O3）を含む。三価ホウ素は、シリコンと一緒になってネットワーク形成元素であり、ガラス成形性を高める役割も果たす。更に、上述したように、三酸化ホウ素はフラックスとして作用する。B-O結合は、通常、高電界強度の3と4の配位数を有する酸化物ガラスに存在し、B-O結合が非常に強いことを示す。しかしながら、[BOn]構造単位のグループ間の結合は、[SiOn]のガラス質基の性質とは異なり高温で非常に弱い。高温での酸化ホウ素の粘度は、シリカの粘度よりもずっと低いので、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物のいくつかの例示的な実施形態によれば、酸化ホウ素は非常に効率的なフラックスとして作用する。
いくつかの例示的な実施形態によれば、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物は、約2.0〜8.0重量％の酸化マグネシウム（MgO）を含む。酸化マグネシウムは、酸化カルシウム（CaO）、酸化ストロンチウム（SrO）及び酸化バリウム（BaO）などの他のアルカリ酸化物と比較して、ガラスの強度を増加させ、ガラスの比重を減少させるとも考えられる。
いくつかの例示的な実施形態によれば、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物は、酸化アルミニウム（Al2O3）の含有量に対する三酸化ホウ素（B2O3）、酸化ナトリウム（Na2O）及び酸化カリウム（K2O）の合計含有量との比率が1.5を超える。
いくつかの例示的な実施形態によれば、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物は、酸化アルミニウム（Al2O3）及び酸化マグネシウム（MgO）の合計含有量に対する酸化ナトリウム（Na2O）及び酸化カリウム（K2O）の合計含有量との比が1.0を超える。
いくつかの例示的な実施形態によれば、本発明は、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの製造方法を提供する。いくつかの例示的な実施形態によれば、この方法は、
均質なガラス溶融物を形成するためにガラス原料成分を混合及び溶融するステップと、
ダウンドロー法、フローティング法及びそれらの組み合わせから選択された方法を用いて前記ガラスを成形するステップと、
前記ガラスをアニールするステップと、
イオン交換によって前記ガラスを化学的に強化するステップと、を備える。
いくつかの例示的な実施形態によれば、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの製造は、当業者が周知の従来のダウンドロー法を用いて実施することができ、慣習的に直接または間接的に加熱された貴金属システムを含み、前記貴金属システムは、均質化装置、清澄（リファイナー）によって気泡含有量を低下させる装置、冷却と熱均質化装置、分配装置及び他の装置からなる。浮遊法は、典型的に錫である溶融金属のベッド上に溶融ガラスを浮遊させることを含み、非常に平坦で均一な厚さを有するガラスをもたらす。
上述した化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの製造方法のいくつかの例示的な実施形態によれば、イオン交換可能なガラス組成物は、約１６５０℃で約１２時間まで溶融される。上述した化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの製造方法のいくつかの例示的な実施形態によれば、イオン交換可能なガラス組成物は、約１６５０℃で約６時間まで溶融される。上述した化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの製造方法のいくつかの例示的な実施形態によれば、イオン交換可能なガラス組成物は、約１６５０℃で約４時間まで溶融される。
上記化学強化アルカリアルミノシリケートガラスの製造方法のいくつかの例示的な実施形態によれば、イオン交換性ガラス組成物は、ガラスが５００℃に達するまで約1.0℃/時間の速度でアニールされ、その後ガラス組成物を室温（または約21℃）まで冷却させる。
いくつかの例示的な実施形態によれば、上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物は、従来のイオン交換条件に従って化学的に強化される。上述した化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの製造方法のいくつかの例示的な実施形態によれば、イオン交換プロセスは溶融塩浴中で行われる。いくつかの例示的な実施形態では、溶融塩は硝酸カリウム（KNO3）である。
上述の化学的に強化されたアルミノシリケートガラスの製造方法のいくつかの例示的な実施形態によれば、イオン交換処理は、約380℃〜450℃の温度範囲で行われる。
上記化学強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの製造方法のいくつかの例示的な実施形態によれば、イオン交換処理は約８時間まで行われる。上記化学強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの製造方法のいくつかの例示的な実施形態によれば、約４時間までのイオン交換処理が行われる。上記化学強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの製造方法のいくつかの例示的な実施形態によれば、イオン交換処理は約２時間まで行われる。上述した化学強化されたアルカリアルミノケイ酸ガラスの製造方法のいくつかの例示的な実施形態によれば、イオン交換処理は約２時間〜約８時間行われる。上記化学強化アルカリアルミノシリケートガラスの製造方法のいくつかの実施形態によれば、約４２０℃の温度で約４時間イオン交換処理が行われる。
上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、少なくとも約650MPaの圧縮応力を有する表面圧縮応力層を有する。上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、少なくとも約700MPaの圧縮応力を有する表面圧縮応力層を有する。上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、約720MPa〜755MPaの圧縮応力を有する表面圧縮応力層を有する。上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、少なくとも約1100MPaの圧縮応力を有する表面圧縮応力層を有する。上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、約1350MPaまでの圧縮応力を有する表面圧縮応力層を有する。上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、約650MPa〜約1350MPaの圧縮応力を有する表面圧縮応力層を有する。
上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、少なくとも約30.0μmの深さを有する圧縮応力層を有する。上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、少なくとも約35.0μmの深さを有する圧縮応力層を有する。 上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、約30.0μm〜45.0μmの深さを有する圧縮応力層を有する。上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、約35.0μm〜45.0μmの深さを有する圧縮応力層を有する。
上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、約70MPa未満の引張応力（CT）を有する。上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、約55MPa未満の引張応力（CT）を有する。上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、約40MPa〜55MPaの引張応力（CT）を有する。
上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、約0.4〜2.0mmの厚さを有する。
上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、約2.6g／cm3までの密度及び約97.0〜105.0の範囲の線膨張係数（α25−30010−7/℃）を有する。
上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、ソーラーパネル、冷蔵庫ドア、及び他の家庭製品などの用途において保護ガラスとして使用することができる。上述の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、テレビの保護ガラス、現金自動預け払い機及び他の電子製品の安全ガラスとして使用することができる。上記の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、スマートフォン、タブレット、ノートパッドなどの消費者向けのモバイル電子機器用のカバーガラスとして使用することができる。上述した化学強化されたアルカリアルミノシリケートガラスのいくつかの例示的な実施形態によれば、ガラスは、高強度のカバーガラス、太陽電池カバーガラス及び積層安全ガラスを使用するタッチディスプレイとして使用し、特に、曲面カバーガラス、3Dカバーグラス、車両グラスを使用するタッチディスプレイとして使用することができる。
以下の実施例は、上記の組成物及び方法の実例である。
以下の表２に示す成分を含むイオン交換性ガラス組成物を以下のように調製する。
Figure 2017519715
表３に示すバッチ材料を秤量し、混合した後、２リットルのプラスチック容器に添加する。使用されたバッチ材料は、化学試薬等級のものである。
Figure 2017519715
砂の粒径は0.045〜0.25mmである。タンブラーを用いて原料を混合して均質なバッチを作製し、軟凝集体を粉砕する。ガラス溶融のために、混合したバッチをプラスチック容器から800mlの白金ロジウム合金るつぼに移す。白金ロジウムるつぼをアルミナバッカーに入れ、900℃の温度で動作するMoSi発熱体を備えた高温炉に装填する。炉の温度を徐々に1650℃まで上昇させ、そのバッカーを有する白金ロジウム合金るつぼをこの温度で4時間保持する。次いで、白金ロジウムるつぼからの溶融したバッチ材料をステンレス鋼のプレート上に注ぎ、ガラスパテを形成することによってガラスサンプルを形成する。ガラスパテがまだ熱いうちに、アニール装置に移して550℃の温度で2時間保持し、次いで1.0℃/分の速度で500℃の温度まで冷却する。その後、サンプルを室温（21℃）まで自然冷却する。
次に、ガラスサンプルは、溶融塩浴槽に入れることによって化学的に強化する。前記溶融塩浴槽においては、ガラスにおける構成成分のナトリウムイオンを、ガラスの歪み点未満の420℃の温度で外部から供給されたカリウムイオンと4時間に交換する。この方法により、イオン交換によってガラスサンプルを強化し、処理表面に圧縮応力層を生成させる。
ガラスの表面における圧縮応力の測定及び（複屈折に基づく）圧縮応力層の深さは、ガラスのセクションに偏光顕微鏡（ベレク（Berek）補償器）を使用することによって決定される。ガラスの表面の圧縮応力は、0.26(nm*cm/N)の応力光学定数を仮定して、測定された二重屈折から計算する(Scholze, H., Nature, Structure and Properties, Springer-Verlag, 1988, p.260)。
上記の表２に示す組成物の結果は、以下の表４に「Ex. 1」として示す欄に示す。他の組成物は、表４に示し、「Ex. 2」〜「Ex. 10」と記載した組成物は、前記「Ex. 1」と同様の方法で調製した。
Figure 2017519715
表４に示す記号の定義は以下の通りである。
・d：アルキメデス法で測定した密度（g/cm3）。
・nD：屈折率測定法によって測定される屈折率。
・α：熱膨張係数（CTE）は、膨張計で測定した25〜300℃の線形寸法変化量である。
・Tm（102.5P /℃）：高温円筒形粘度計で測定した粘度102.5ポイズの温度である。
・Tw（104.0P /℃）：高温円筒形粘度計による粘度104.0ポイズでのガラス加工温度である。
・T液相（℃）：温度勾配炉内でボートに第一結晶が観察される液相温度であり、通常、結晶化試験は７２時間がかかる。
・Ts（107.6P /℃）：繊維伸長法により測定した粘度107.6ポアズでのガラス軟化温度である。
・Ta（1013.0P /℃）：繊維伸長法により測定した粘度1013ポアズでのガラスアニール温度である。
・Tst（1014.5P /℃）：繊維伸長法により測定した粘度1014.5ポアズでのガラスひずみ温度である。
・Tg（1013.4P /℃）：押し棒式膨張計で測定した粘度1013.4ポイズでのガラス転移温度である。
・VH：ビッカース硬度である。
・VH w/CS：化学的に強化された後のビッカース硬度である。
・CS（MPa）（420℃、4時間）：圧縮応力（表面の原子を圧縮する傾向の面内応力）である。
・DOL（μm）（420℃、4時間）：最も近いゼロ応力平面の表面下の圧縮応力層の深さを表す層の深さである。
・CT（MPa）（420℃、4時間）：式：CT = CS×DOL /（t-2DOL）で計算される中央引張応力、tはガラスの厚さである。
本発明を特定の実施形態に関して説明したが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内で本発明を修正して実施できることを認識するであろう。
「上」、「下」、「上」、「下」、「間」、「下」、「縦」、「水平」、「角度」、「上方」、「下方」、 「左右」、「左」、「右」、「右から左」、「上から下」、「下から上」、「上から下」、 「トップ」、「ボトム」、「ボトムアップ」、「トップダウン」などは、説明の目的のみのものであり、上述の構造の特定の向きまたは位置を限定するものではない。
本開示は、特定の実施形態に関して記載されている。本開示を読んだ後にのみ、当業者に明らかになる改良または改変は、本出願の精神及び範囲内であるとみなされる。いくつかの例において、本発明のいくつかの特徴は、他の特徴の対応する使用なしに採用されることが理解される。したがって、添付の特許請求の範囲が広く解釈され、本発明の範囲に一致するように解釈されることが適切である。

Claims (28)

  1. 化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物であって、
    約59.0〜65.0重量％のSiO2と、
    約11.9〜13.0重量％のAl2O3と、
    約16.0〜18.5重量％のNa2Oと、
    約0〜1.0重量％のB2O3と、
    約2.8〜3.3重量％のK2Oと、
    約2.0〜6.0重量％のMgOと、を備え、
    （B2O3＋Na2O＋K2O）／Al2O3の値は、1.5よりも少なく、
    （Na2O＋K2O）／（Al2O3＋MgO）の値は、1.0よりも少ない、イオン交換可能なガラス組成物。
  2. ガラス組成物から製造された化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスであって、
    約59.0〜65.0重量％のSiO2と、
    約11.9〜13.0重量％のAl2O3と、
    約16.0〜18.5重量％のNa2Oと、
    約0〜1.0重量％のB2O3と、
    約2.8〜3.3重量％のK2Oと、
    約2.0〜6.0重量％のMgOと、を備え、
    （B2O3＋Na2O＋K2O）／Al2O3の値は、1.5よりも少なく、
    （Na2O＋K2O）／（Al2O3＋MgO）の値は、1.0よりも少なく、
    前記ガラス組成物は、イオン交換され、表面圧縮応力層と中央張力ゾーンを有する、化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  3. 前記表面圧縮応力層が、少なくとも約650MPaの圧縮応力を有する、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  4. 前記表面圧縮応力層が、少なくとも約700MPaの圧縮応力を有する、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  5. 前記表面圧縮応力層は、約720MPa〜755MPaの圧縮応力を有する、請求項４に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  6. 前記表面圧縮応力層の深さは、少なくとも約30.0μmである、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  7. 前記表面圧縮応力層の深さは、少なくとも約35.0μmである、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  8. 前記表面圧縮応力層の深さは、約30.0μm〜45.0μmである、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  9. 前記表面圧縮応力層の深さは、約35.0μm〜45.0μmである、請求項８に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  10. 前記中央張力ゾーンは、約70MPaまでの中心張力を有する、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  11. 前記中央張力ゾーンは、約55MPaまでの中心張力を有する、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  12. 前記中央張力ゾーンは、約40MPa〜55MPaの中心張力を有する、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  13. 前記ガラスは、約2.6g/cm3までの密度を有する、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  14. 前記ガラスは、約97.0〜105.0の線膨張係数（α25-300×10-7/℃）を有する、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  15. 前記ガラスは、545℃未満の転移温度を有する、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  16. 前記ガラスは、765℃未満の軟化温度を有する、請求項２に記載の化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラス。
  17. 化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスを製造するためのイオン交換可能なガラス組成物であって、実質的に、
    約59.0〜65.0重量％のSiO2と、
    約11.9〜13.0重量％のAl2O3と、
    約16.0〜18.5重量％のNa2Oと、
    約0〜1.0重量％のB2O3と、
    約2.8〜3.3重量％のK2Oと、
    約2.0〜6.0重量％のMgOとから成り、
    （B2O3＋Na2O＋K2O）／Al2O3の値は、1.5よりも少なく、
    （Na2O＋K2O）／（Al2O3＋MgO）の値は、1.0よりも少ない、イオン交換可能なガラス組成物。
  18. 化学的に強化されたアルカリアルミノシリケートガラスの製造方法であって、
    均質なガラス溶融物を形成するためにガラス原料成分を混合及び溶融するステップであって、前記均質なガラス溶融物は、
    約59.0〜65.0重量％のSiO2と、
    約11.9〜13.0重量％のAl2O3と、
    約16.0〜18.5重量％のNa2Oと、
    約0〜1.0重量％のB2O3と、
    約2.8〜3.3重量％のK2Oと、
    約2.0〜6.0重量％のMgOと、を備え、
    （B2O3＋Na2O＋K2O）／Al2O3の値は、1.5よりも少なく、
    （Na2O＋K2O）／（Al2O3＋MgO）の値は、1.0よりも少ない前記ステップと、
    ダウンドロー法、フローティング法及びそれらの組み合わせから選択された方法を用いて前記ガラスを成形するステップと、
    前記ガラスをアニールするステップと、
    イオン交換によって前記ガラスを化学的に強化するステップと、を備える、方法。
  19. 前記ガラス原料成分は、約1650℃の温度で約12時間まで溶融される、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記ガラス原料成分は、約1650℃の温度で約4時間まで溶融される、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記ガラスは、約1.0℃/時間の速度でアニールされる、請求項１８に記載の方法。
  22. 前記ガラスは、溶融塩浴中でのイオン交換によって化学的に強化される、請求項１８に記載の方法。
  23. 前記溶融塩は、KNO3である、請求項２２に記載の方法。
  24. 前記ガラスは、約380℃〜約450℃の温度でのイオン交換によって化学的に強化される、請求項１８に記載の方法。
  25. 前記ガラスは、約420℃の温度でイオン交換によって化学的に強化される、請求項２４に記載の方法。
  26. 前記ガラスは、約8時間までのイオン交換によって化学的に強化される、請求項１８に記載の方法。
  27. 前記ガラスは、約4時間までのイオン交換によって化学的に強化される、請求項２６に記載の方法。
  28. 前記ガラスは、約2時間までのイオン交換によって化学的に強化される、請求項２７に記載の方法。
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