JP2019519452A - イオン交換後の熱処理後に高い圧縮応力を維持するガラス組成物 - Google Patents

Abstract

イオン交換可能なガラスは、ＳｉＯ_２、Ｎａ_２Ｏ、ＭｇＯおよび必要に応じて、Ｌｉ_２ＯとＺｒＯ_２の少なくとも一方を含有する。これらのガラスは、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯ、Ｐ_２Ｏ_５の内の少なくとも１つを含まない。これらのガラスは、イオン交換されて、少なくとも約４０μｍまたは約５０μｍまでの圧縮層の深さおよび少なくとも約９５０ＭＰａ、いくつかの実施の形態において、少なくとも１０００ＭＰａ、他の実施の形態において、少なくとも約１１００ＭＰａの最大表面圧縮応力を達成することがある。そのイオン交換済みガラスは、続いて熱処理されたときに、ガラスの表面で少なくとも約６００ＭＰａ、いくつかの実施の形態において、少なくとも約７５０ＭＰａの保持圧縮応力を有する。そのガラスは、強酸に曝されたときに、高レベルの耐久性も示す。

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１６年５月６日に出願された米国仮特許出願第６２／３３２５９１号の米国法典第３５編第１２０条の下での優先権の恩恵を主張するものである。

本開示は、イオン交換可能なガラスに関する。より詳しくは、本開示は、イオン交換され、その後、熱処理されたときに、表面圧縮応力を維持するガラスに関する。さらにより詳しくは、本開示は、高レベルの耐久性を有する、そのようなイオン交換可能なガラスに関する。

家電市場向けの化学強化ガラスとは対照的に、多板(multipane)窓などの建築用途に使用されるガラスは、典型的に、イオン交換後に封止過程を経る。その封止過程中、イオン交換済みガラスは、拡散および応力緩和の両方が著しい温度まで加熱される。それゆえ、イオン交換中に導入されたＫ^＋イオンが、その後の熱処理中にガラス中により深く拡散し続けるので、封止過程中に加熱工程により生じる応力緩和により、イオン交換過程によりガラス表面で達成された圧縮応力ＣＳが著しく低下してしまう。あるガラスにおいて、例えば、ガラス表面での圧縮応力は、イオン交換後の熱処理後に、９００ＭＰａから６００ＭＰａ未満まで低下するであろう。

本開示は、ＳｉＯ_２、Ｎａ_２Ｏ、ＭｇＯおよび必要に応じて、Ｌｉ_２ＯとＺｒＯ_２の少なくとも一方を含有するイオン交換可能なガラスを提供する。その上、これらのガラスは、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯ、Ｐ_２Ｏ_５の内の少なくとも１つを含まない。これらのガラスは、イオン交換されて、少なくとも約４０μｍ、または約５０μｍまで、または約７０μｍまでの圧縮層の深さおよび少なくとも約９５０ＭＰａ、いくつかの実施の形態において、少なくとも１０００ＭＰａ、他の実施の形態において、少なくとも約１１００ＭＰａの最大表面圧縮応力を達成することがある。そのイオン交換済みガラスは、続いて熱処理されたときに、ガラスの表面で少なくとも約６００ＭＰａ、いくつかの実施の形態において、少なくとも約７５０ＭＰａの保持圧縮応力を有する。そのガラスは、強酸に曝されたときに、高レベルの耐久性も示す。

本開示の第１の態様は、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ_２、少なくとも約１０モル％のＮａ_２Ｏ、およびＭｇＯを含み、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＰ_２Ｏ_５の内の少なくとも１つを含まないアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを提供することにある。このアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約５質量％のＨＣｌを含む酸性溶液中に約７時間に亘り９５℃で浸漬した後、約０．０３０ｍｇ／ｃｍ^２以下の質量損失を経験する。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約１ｍｍまでの厚さｔを有し、そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面から約７０μｍまでの層の深さまで延在する圧縮層およびその表面での少なくとも約９５０ＭＰａの最大圧縮応力を有する、第１の態様による第２の態様。

その圧縮応力が少なくとも約１０００ＭＰａであり、層の深さが少なくとも約４０μｍである、第２の態様による第３の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、イオン交換後に少なくとも約４５０℃の温度で熱処理されており、そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも６００ＭＰａの、表面での圧縮応力を有する、第２の態様による第４の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスがイオン交換されており、その圧縮層が、表面から０．２０ｔの深さまで延在する表面近くの領域を含み、その表面近くの領域が約１０モル％までのＫ_２Ｏを含む、第２から第４の態様のいずれか１つによる第５の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約０．２５モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏを含む、先の態様の内のいずれかによる第６の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約０．５モル％から約５モル％のＺｒＯ_２を含む、先の態様の内のいずれかによる第７の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約５０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約２６モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約２５モル％のＮａ_２Ｏ、および０モル％超から約８モル％のＭｇＯを含む、先の態様の内のいずれかによる第８の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約１５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％から約４モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約１６モル％のＮａ_２Ｏ、約４モル％から約６モル％のＭｇＯ、０モル％から約３モル％のＺｎＯ、および０モル％から約３モル％のＺｒＯ_２を含む、先の態様の内のいずれかによる第９の態様。

ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ≦８モル％である、先の態様の内のいずれかによる第１０の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、建築要素またはディスプレイを備えた物品の少なくとも一部を形成する、先の態様の内のいずれかによる第１１の態様。

本開示の第１２の態様は、Ｎａ_２ＯおよびＭｇＯを含むアルカリアルミノケイ酸塩ガラスであって、約１ｍｍまでの厚さｔを有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを提供することにある。そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、イオン交換されており、そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面から約７０μｍまでの層の深さまで延在する圧縮層、およびその表面での少なくとも約９５０ＭＰａの最大圧縮応力を有する。このアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約５質量％のＨＣｌを含む酸性溶液中に約７時間に亘り９５℃で浸漬した後、約０．０３０ｍｇ／ｃｍ^２以下の質量損失を経験する。

その最大圧縮応力が少なくとも約１０００ＭＰａである、第１２の態様による第１３の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、イオン交換後に少なくとも約４５０℃の温度で熱処理されており、そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも６００ＭＰａの、表面での圧縮応力を有する、第１２の態様による第１４の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約０．２５モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏを含む、第１２から第１４の態様のいずれかによる第１５の態様。

その圧縮層が、表面から０．２０ｔの深さまで延在する表面近くの領域を含み、その表面近くの領域が約１０モル％までのＫ_２Ｏを含む、第１２から第１５の態様のいずれか１つによる第１６の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約５０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約２６モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約２５モル％のＮａ_２Ｏ、および０モル％超から約８モル％のＭｇＯを含む、第１２から第１６の態様のいずれか１つによる第１７の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約１５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％から約４モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約１６モル％のＮａ_２Ｏ、約４モル％から約６モル％のＭｇＯ、０モル％から約３モル％のＺｎＯ、および０モル％から約３モル％のＺｒＯ_２を含む、第１２から第１７の態様のいずれか１つによる第１８の態様。

ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ≦８モル％である、第１２から第１８の態様の内のいずれか１つによる第１９の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、建築要素またはディスプレイを備えた物品の少なくとも一部を形成する、第１２から第１９の態様の内のいずれか１つによる第２０の態様。

本開示の第２１の態様は、約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約１５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、約０．２５モル％から約４モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約１６モル％のＮａ_２Ｏ、約４モル％から約６モル％のＭｇＯ、０モル％から約３モル％のＺｎＯ、および０．５モル％から約３モル％のＺｒＯ_２を含み、Ｋ_２ＯおよびＣａＯの少なくとも一方を含まないアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを提供することにある。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯ、およびＰ_２Ｏ_５の内の１つ以上を含まない、第２１の態様による第２２の態様。

ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ≦８モル％である、第２１または第２２の態様による第２３の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、表面から層の深さまで延在する圧縮層を達成し、その表面で少なくとも約９５０ＭＰａの圧縮応力を有するようにイオン交換可能である、第２１から第２３の態様のいずれかによる第２４の態様。

その圧縮応力が少なくとも約１０００ＭＰａである、第２４の態様による第２５の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスがイオン交換されており、その圧縮層が、表面から０．２０ｔの深さまで延在する表面近くの領域を含み、その表面近くの領域が約１０モル％までのＫ_２Ｏを含む、第２４または第２５の態様による第２６の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約５質量％のＨＣｌを含む酸性溶液中に約７時間に亘り９５℃で浸漬した後、約０．０３０ｍｇ／ｃｍ^２以下の質量損失を経験する、第２１から第２６の態様のいずれかによる第２７の態様。

そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、建築要素またはディスプレイを備えた物品の少なくとも一部を形成する、第２１から第２７の態様のいずれかによる第２８の態様。

本開示の第２９の態様は、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスをイオン交換する方法を提供することにある。その方法は、カリウム含有塩を含むイオン交換浴中でアルカリアルミノケイ酸塩ガラスをイオン交換する工程であって、イオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約０．２５ｔ以下の圧縮層の層の深さ、および少なくとも約９５０ＭＰａの、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面での圧縮応力を有する圧縮層を有する工程、およびそのイオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを少なくとも約４００℃の温度で熱処理する工程であって、この熱処理工程後のイオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面での圧縮応力が少なくとも約６００ＭＰａである工程を有してなる。

その熱処理工程後のイオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面での圧縮応力が少なくとも約７５０ＭＰａである、第２９の態様による第３０の態様。

これらと他の態様、利点、および顕著な特色は、以下の詳細な説明、添付図面、および付随の特許請求の範囲から明白になるであろう。

イオン交換済みガラス物品の断面図 イオン交換済みガラスの圧縮応力ＣＳおよび層の深さＤＯＬをプロットしたグラフ 熱処理されたイオン交換済みガラスの圧縮応力および層の深さをプロットしたグラフ ガラスの化学的耐久性をプロットしたグラフ

以下の説明において、図面に示されたいくつかの図に亘り、同様の参照文字が、同様または対応する部品を示す。特に明記のない限り、「上部」、「底部」、「外方」、「内方」などの用語は、便宜上の単語であり、制限用語と解釈すべきではないことも理解されよう。それに加え、群が、複数の要素およびその組合せの群の少なくとも１つを含むと記載されているときはいつでも、その群は、個別か、または互いとの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつを含んでも、から実質的になっても、またはからなってもよいことが理解されよう。同様に、群が、複数の要素またはその組合せの群の少なくとも１つからなると記載されているときはいつでも、その群は、個別か、または互いとの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつからなってもよいことが理解されよう。特に明記のない限り、値の範囲は、列挙されている場合、その範囲の上限と下限の両方、並びにそれらの間の任意の範囲を含む。ここに用いたように、名詞は、特に明記のない限り、「少なくとも１つ」または「１つ以上」の対象を指す。明細書および図面に開示された様々な特徴は、どの組合せと全ての組合せで使用しても差し支えないことも理解されよう。

ここに用いたように、「ガラス物品」という用語は、ガラスから全体がまたは一部が製造されたどのような物体も含むように、最も広い意味で使用される。特に明記のない限り、全ての組成は、モルパーセント（モル％）で表される。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、１０^−７／℃で表され、特に明記のない限り、約２０℃から約３００℃の温度範囲に亘り測定された値を示す。

「液相粘度」または「Ｔ^Ｌ」という用語は、溶融ガラスが溶融温度から冷めるときに、結晶が最初に現れる温度、または温度を室温から上昇させるときに、一番最後の結晶が溶けてなくなる温度を称する。ここに用いたように、「３５ｋＰ温度」または「Ｔ^３５ｋＰ」という用語は、ガラスまたはガラス溶融物の粘度が３５，０００ポアズ（Ｐ）、すなわち３５キロポアズ（ｋＰ）である温度を称する。

「実質的に」および「約」という用語は、任意の定量的比較、値、測定、または他の表現に帰することがある不確定性の固有の程度を表すためにここに使用してよいことに留意のこと。これらの用語も、定量的表現が、問題となっている主題の基本機能を変化させずに、規定の基準から変動してもよい程度を表すためにここに使用される。それゆえ、「Ｋ_２Ｏを含まない」ガラスは、Ｋ_２Ｏが、ガラスに積極的に加えられていないまたはバッチ配合されていないが、汚染物質として非常に少量、例えば、４００百万分率（ｐｐｍ）以下、またはいくつかの実施の形態において、３００ｐｐｍ以下で存在するかもしれないものである。

圧縮応力および層の深さは、当該技術分野で公知の方法を使用して測定される。表面での圧縮応力を測定するためのそのような手段としては、以下に限られないが、有限会社折原製作所（日本国、東京都）により製造されているＦＳＭ−６０００などの市販の計器を使用するて表面応力の測定（ＦＳＭ）が挙げられる。表面応力測定は、ガラスの複屈折に関連する、応力光学係数（ＳＯＣ）の精密測定に依存する。ＳＯＣ値は、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｓｔｒｅｓｓ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ」と題する、ＡＳＴＭ基準Ｃ７７０−１６の手順Ｃ（ガラスディスク法）に述べられたように測定できる。ＤＯＬ値は、当該技術分野で公知の散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）技術を使用して測定できる。

概して図面を、特に、図１を参照すると、図解は、特定の実施の形態を記載する目的のためであり、本開示または付随の特許請求の範囲をそれに制限する意図はないことが理解されよう。図面は、必ずしも、一定の縮尺で描かれておらず、図面の特定の特徴および特定の視野は、明確さおよび簡潔さのために、尺度および図式が誇張されて示されていることがある。

ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、およびＭｇＯを含有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスがここに記載されている。いくつかの実施の形態において、そのガラスは、Ｌｉ_２Ｏ、ＺｒＯ_２、およびＺｎＯの内の少なくとも１つをさらに含む。それに加え、これらのガラスは、最初に形成されたときに、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＰ_２Ｏ_５の内の少なくとも１つを含まない。いくつかの実施の形態において、これらのガラスは、最初に形成されたときに、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＰ_２Ｏ_５の内の１つ以上を含まない。しかしながら、これらのガラスのイオン交換中に、少量のＫ_２Ｏが導入されることがある。

ここに記載されたガラスは、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ_２、および少なくとも約１０モル％のＮａ_２Ｏを含む。これらのガラスは、いくつかの実施の形態において、約５０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２（５０モル％≦ＳｉＯ_２≦７５モル％）、約７モル％から約２６モル％のＡｌ_２Ｏ_３（７モル％≦Ａｌ_２Ｏ_３≦２６モル％）、０モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏ（０モル％≦Ｌｉ_２Ｏ≦６モル％）、約１０モル％から約２５モル％のＮａ_２Ｏ（１０モル％≦Ｎａ_２Ｏ≦２５モル％）、および０モル％超から約８モル％のＭｇＯ（０モル％＜ＭｇＯ≦８モル％）を含む。いくつかの実施の形態において、これらのガラスは、約６モル％までのＣａＯ（０モル％≦ＣａＯ≦６モル％）をさらに含むことがある。

いくつかの実施の形態において、ここに記載されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２（６０モル％≦ＳｉＯ_２≦７５モル％）、約７モル％から約１５モル％のＡｌ_２Ｏ_３（７モル％≦Ａｌ_２Ｏ_３≦１５モル％）、０モル％から約４モル％のＬｉ_２Ｏ（０モル％≦Ｌｉ_２Ｏ≦４モル％）、約１０モル％から約１６モル％のＮａ_２Ｏ（１０モル％≦Ｎａ_２Ｏ≦１６モル％）、約４モル％から約６モル％のＭｇＯ（４モル％≦ＭｇＯ≦６モル％）、０モル％から約３モル％のＺｎＯ（０モル％≦ＺｎＯ≦３モル％）、および０モル％から約３モル％のＺｒＯ_２（０モル％≦ＺｒＯ_２≦３モル％）を含む。いくつかの実施の形態において、二価酸化物の総量は、ガラスの約８モル％までを占める（すなわち、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ≦８モル％）。

いくつかの実施の形態において、そのガラスは、清澄剤として、約１モル％未満のＳｎＯ_２（０モル％≦ＳｎＯ_２＜１モル％）、他の実施の形態において、約０．１６モル％までのＳｎＯ_２（０モル％≦ＳｎＯ_２≦０．１６モル％）をさらに含むことがある。

表１には、ここに記載されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの非限定的な例示の組成が列挙されている。表１に列挙された組成は、「バッチ配合されたまま」であり、蛍光Ｘ線を使用して決定した。表２には、表１に列挙された例について決定した選択された物理的性質が列挙されている。表２に列挙された物理的性質としては、密度；低温ＣＴＥ；歪み点、徐冷点、および軟化点；仮想（１０^１１ポアズ）温度；ジルコン分解粘度および液相粘度；ポアソン比；ヤング率；剛性率；屈折率；並びに応力光学係数（ＳＯＣ）が挙げられる。徐冷点、歪み点および軟化点は、ファイバ伸長により決定した。密度は、ＡＳＴＭ Ｃ６９３−９３（２０１３）の浮力法により決定した。表２に列挙された熱膨張係数（ＣＴＥ）は、室温と３００℃の間の平均値を表し、ＡＳＴＭ Ｅ２２８−１１にしたがってプッシュロッド膨脹計を使用して決定した。応力光学係数（ＳＯＣ）は、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｓｔｒｅｓｓ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ」と題する、ＡＳＴＭ基準Ｃ７７０−１６の手順Ｃ（ガラスディスク法）に述べられたように測定した。液相粘度は以下の方法によって決定される。最初に、ガラスの液相温度を、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄｕｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ Ｇｌａｓｓ ｂｙ ｔｈｅ Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｍｅｔｈｏｄ」と題する、ＡＳＴＭ Ｃ８２９−８１（２０１５）にしたがって測定する。次に、その液相温度でのガラスの粘度を、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ａｂｏｖｅ ｔｈｅ Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ Ｐｏｉｎｔ」と題する、ＡＳＴＭ Ｃ９６５−９６（２０１２）にしたがって測定する。液相温度を、勾配ボート内での７２時間の温度保持を使用して決定した。ジルコン分解温度は、勾配ボート内での１６８時間の温度保持を使用して決定した。歪み点および徐冷点は、ＡＳＴＭ Ｃ５９８−９３（２０１３）のビーム曲げ粘度法を使用して決定した。軟化点は、ＡＳＴＭ Ｃ１３５１Ｍ−９６（２０１２）の平行板粘度法を使用して決定した。本開示に挙げられたポアソン比の値、剛性率の値、およびヤング率の値は、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ Ｄｅｆｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｂｏｔｈ Ｍｅｔａｌｌｉｃ ａｎｄ Ｎｏｎ−ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｐａｒｔｓ」と題するＡＳＴＭ Ｅ２００１−１３に述べられた一般型の共鳴超音波分光法によって測定された値を称する。

ここに記載された基礎ガラスおよびイオン交換済みガラスの酸化物成分の各々は、そのガラスの製造可能性および物理的性質に機能を果たす、および／または影響を与える。シリカ（ＳｉＯ_２）は、主要なガラス形成酸化物としての機能を果たし、ガラスに主要構造要素を与える。ＳｉＯ_２濃度は、ガラスに十分に高い化学的耐久性を与えるために、十分に高いべきである。しかしながら、純粋なＳｉＯ_２または高ＳｉＯ_２ガラスの溶融温度（すなわち、ガラスの粘度が２００ポアズである温度、すなわち２００ポアズ温度（Ｔ^２００Ｐ））は、清澄気泡などの欠陥が現れることがあるので、高すぎる。さらに、ほとんどの酸化物と比べて、ＳｉＯ_２は、イオン交換により生じた圧縮応力を低下させる。ＳｉＯ_２は、ガラスの網目構造に自由体積を加え、それによって、強度を制限する亀裂系を形成するのに要する点接触変形の量を増加させる。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、少なくとも５０モル％のＳｉＯ_２、少なくとも５１モル％のＳｉＯ_２、少なくとも５２モル％のＳｉＯ_２、少なくとも５３モル％のＳｉＯ_２、少なくとも５４モル％のＳｉＯ_２、少なくとも５５モル％のＳｉＯ_２、少なくとも５６モル％のＳｉＯ_２、少なくとも５７モル％のＳｉＯ_２、少なくとも５８モル％のＳｉＯ_２、少なくとも５９モル％のＳｉＯ_２、少なくとも６０モル％のＳｉＯ_２、少なくとも６１モル％のＳｉＯ_２、少なくとも６２モル％のＳｉＯ_２、少なくとも６３モル％のＳｉＯ_２、少なくとも６４モル％のＳｉＯ_２、少なくとも６５モル％のＳｉＯ_２、少なくとも６６モル％のＳｉＯ_２、少なくとも６７モル％のＳｉＯ_２、少なくとも６８モル％のＳｉＯ_２、少なくとも６９モル％のＳｉＯ_２、少なくとも７０モル％のＳｉＯ_２、少なくとも７１モル％のＳｉＯ_２、少なくとも７２モル％のＳｉＯ_２、少なくとも７３モル％のＳｉＯ_２、少なくとも７４モル％のＳｉＯ_２、または７５モル％のＳｉＯ_２、およびそれらの間の任意の範囲または部分的範囲のＳｉＯ_２を含む。特定の実施の形態において、ここに記載されたガラスは、約５０から約７５モル％のＳｉＯ_２、または約６０モル％のＳｉＯ_２から約７０モル％のＳｉＯ_２、または約６０モル％のＳｉＯ_２から約７５モル％のＳｉＯ_２、または約６６モル％のＳｉＯ_２から約７０モル％のＳｉＯ_２を含むことがある。いくつかの実施の形態において、これらのガラスは、約７２モル％までのＳｉＯ_２、さらに他の実施の形態において、約７５モル％までのＳｉＯ_２を含む。

アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）も、例示のガラスにおいてガラス形成剤としての機能を果たすことができる。Ａｌ_２Ｏ_３は、ＳｉＯ_２のように、概して、溶融物の粘度を増加させ、アルカリまたはアルカリ土類に対してＡｌ_２Ｏ_３を増加させると、概して、ガラスの耐久性が改善される。アルミニウムイオンの構造的役割はガラス組成に依存する。アルカリ酸化物［Ｒ_２Ｏ］の濃度がアルミナ［Ａｌ_２Ｏ_３］の濃度以上である場合、全てのアルミニウムは、四面体配位で見られる。アルカリイオンはＡｌ^３＋イオンを埋め合わせ、よって、それらはＡｌ^４＋イオンとして働き、これは四面体配位を好む。これは、ここに記載され列挙された例示のガラスのいくつかの場合に当てはまる。アルミニウムイオンが過剰にあるときのアルカリイオンは、非架橋酸素を形成する傾向にある。他の例示のガラスにおいて、アルカリ酸化物の濃度はアルミニウムイオンの濃度より低く、この場合、二価陽イオン酸化物（ＲＯ）は、様々な程度で四面体アルミニウムの荷電平衡をとることもできる。カルシウム、ストロンチウム、およびバリウムなどの元素が２つのアルカリイオンと同等に挙動する一方で、マグネシウムイオンと亜鉛イオンは、その高い電界強度のために、四面体配位のアルミニウムを完全には荷電平衡させず、これにより、五および六配位のアルミニウムを形成することがある。Ａｌ_２Ｏ_３は、アルカリイオンの比較的速い拡散性を可能にしつつ、強力な網目骨格（すなわち、高い歪み点）を与えるので、イオン交換可能なガラスに重要な役割を果たす。しかしながら、Ａｌ_２Ｏ_３の濃度が高いと、一般に、液相粘度が低下する。それゆえ、Ａｌ_２Ｏ_３の濃度は、妥当な範囲に限定する必要がある。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、少なくとも７モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも８モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも９モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも１０モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも１１モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも１２モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも１３モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも１４モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも１５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも１６モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも１７モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも１８モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも１９モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも２０モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも２１モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも２２モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも２３モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも２４モル％のＡｌ_２Ｏ_３、少なくとも２５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、または少なくとも２６モル％のＡｌ_２Ｏ_３、もしくはそれらの間の任意の範囲または部分的範囲のＡｌ_２Ｏ_３を含むことがある。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、約７モル％から約２６モル％のＡｌ_２Ｏ_３、いくつかの実施の形態において、約７モル％から約１５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、他の実施の形態において、約１０モル％から約１５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、および特定の実施の形態において、約７モル％から約１１モル％のＡｌ_２Ｏ_３を含む。

アルカリ酸化物（Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｒｂ_２Ｏ、およびＣｓ_２Ｏ）は、低い溶融温度および低い液相温度を達成するのに役立つ。他方で、アルカリ酸化物を添加すると、ガラスの熱膨張係数（ＣＴＥ）が劇的に増加し、ガラスの化学的耐久性が劇的に低下する。最も重要なことには、イオン交換を行うために、イオン交換塩浴中に存在するより大きいアルカリイオン（例えば、Ｋ^＋）と交換するのに、Ｌｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏなどの小さいアルカリ酸化物の存在が必要である。具体的に、高移動性のＮａ^＋陽イオンが存在すると、これらのガラスにおけるイオン交換が促進される。Ｌｉ^＋のＫ^＋による交換で、圧縮層の深さが小さいが、表面圧縮応力が比較的大きくなるのに対し、Ｎａ^＋のＫ^＋による交換で、圧縮層の深さおよび表面圧縮応力が中位になる。ガラスに大きい圧縮応力を生じるために、小さいアルカリ酸化物の十分に高い濃度が必要である。何故ならば、圧縮応力は、ガラスから交換されてなくなるアルカリイオンの数に比例するからである。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、少なくとも１０モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも１１モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも１２モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも１３モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも１４モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも１５モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも１６モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも１７モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも１８モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも１９モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも２０モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも２１モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも２２モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも２３モル％のＮａ_２Ｏ、少なくとも２４モル％のＮａ_２Ｏ、または少なくとも２５モル％のＮａ_２Ｏ、またはそれらの間の任意の範囲または部分的範囲のＮａ_２Ｏを含む。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、約１０モル％から約２５モル％のＮａ_２Ｏ、さらに他の実施の形態において、約１０モル％から約１６モル％のＮａ_２Ｏを含む。

いくつかの実施の形態において、さらに、ガラスの拡散性を低下させ、圧縮応力性能を向上させ、弾性率を増加させ、耐久性を改善するために、Ｌｉ_２Ｏが加えられる。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、０モル％のＬｉ_２Ｏ、少なくとも０．２５モル％のＬｉ_２Ｏ、少なくとも０．５モル％のＬｉ_２Ｏ、少なくとも０．７５モル％のＬｉ_２Ｏ、少なくとも１モル％のＬｉ_２Ｏ、少なくとも２モル％のＬｉ_２Ｏ、少なくとも３モル％のＬｉ_２Ｏ、少なくとも４モル％のＬｉ_２Ｏ、少なくとも５モル％のＬｉ_２Ｏ、または少なくとも６モル％のＬｉ_２Ｏ、またはそれらの間の任意の範囲または部分的範囲のＬｉ_２Ｏを含む。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、０モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏ、いくつかの実施の形態において、０モル％から約４モル％のＬｉ_２Ｏ、いくつかの実施の形態において、約０．２５モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏ、さらに他の実施の形態において、約０．２５モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏ、また他の実施の形態において、約０．５モル％から約５モル％のＬｉ_２Ｏを含む。

概して、イオン交換済みガラスにおいて高レベルの圧縮応力を維持することが望ましい。それゆえ、拡散性が低いイオン交換可能なガラスが望ましい。カリウムイオンは、ガラスのその後の熱処理中にガラス中に深く拡散し、それにより、ガラスの応力低下に寄与する傾向にある。したがって、バッチ配合された状態のここに記載されたガラスは、Ｋ_２Ｏを含まない。しかしながら、イオン交換過程の結果として、ガラス中にいくらかのカリウムが導入されるであろう。当該技術分野で公知の蛍光Ｘ線または電子マイクロプローブ技術により決定することができる、カリウムの存在は、圧縮層（図１の１２０、１２２）内の表面近くの領域（図示せず）に制限される。この表面近くの領域は、約１０モル％までのＫ_２Ｏを含むことがある。いくつかの実施の形態において、この表面近くの領域は、ガラスの表面から約５０μｍの深さまで延在する。他の実施の形態において、その表面近くの領域は、その表面から厚さｔの約２０％−すなわち、０．２０ｔ−と等しい深さまで延在する。５０μｍより大きい、またはいくつかの実施の形態において、０．２０ｔより大きい深さでは、ガラスはＫ_２Ｏを含まない。

二価陽イオン酸化物（アルカリ土類酸化物およびＺｎＯなど）も、ガラスの溶融挙動を改善する。しかしながら、イオン交換性能に関して、二価陽イオンが存在すると、アルカリ移動度が低下する傾向にある。イオン交換性能に対する悪影響は、より大きい二価陽イオンに特に著しい。さらに、より小さい二価陽イオン酸化物は、概して、より大きいものよりも圧縮応力に役立つ。それゆえ、ＭｇＯおよびＺｎＯを添加すると、アルカリ移動度に対する悪影響を最小にしつつ、応力緩和の改善に関していくつかの利点が得られる。しかしながら、ガラス中に多量のＭｇＯおよびＺｎＯが存在すると、それらは、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）および亜鉛スピネル（ＺｎＡｌ_２Ｏ_４）またはケイ酸亜鉛鉱（Ｚｎ_２ＳｉＯ_４）を形成し、それゆえ、ＭｇＯおよびＺｎＯの含有量が一定レベルを超えると、液相温度を非常に急上昇させる傾向にある。いくつかの実施の形態において、ＭｇＯは、ここに記載されたガラス中に存在する唯一の二価陽イオン酸化物である。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、０モル％超から約８モル％までのＭｇＯおよびれらの間の任意の範囲または部分的範囲、例えば、約４モル％から約６モル％のＭｇＯを含有する。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、０モル％から約３モル％のＺｎＯおよびれらの間の任意の範囲または部分的範囲、例えば、０モル％から約１モル％のＺｎＯを含むことがある。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、二価酸化物のＣａＯおよびＢａＯの少なくとも一方を含まない。いくつかの実施の形態において、そのガラス中に存在する二価酸化物の総量は、約８モル％以下（すなわち、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ≦８モル％）、約７モル％以下、約６モル％以下、約５モル％以下、または約４モル％以下である。

ＺｒＯ_２は、ＳｉＯ_２のように、網目構造形成剤として働き、ＳｉＯ_２のみを用いて達成できるよりも、徐冷点および歪み点を上昇させるために加えられる。ＺｒＯ_２の添加は、イオン交換およびイオン交換後の熱処理中の応力緩和を低下させる機能を果たし、それと同時に、ＺｒＯ_２の量を増加させると、ガラスの弾性率および化学的耐久性が上昇する。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、０モル％のＺｒＯ_２、少なくとも０．２５モル％のＺｒＯ_２、少なくとも０．５モル％のＺｒＯ_２、少なくとも０．７５モル％のＺｒＯ_２、少なくとも１モル％のＺｒＯ_２、少なくとも２モル％のＺｒＯ_２、少なくとも３モル％のＺｒＯ_２、少なくとも４モル％のＺｒＯ_２、または少なくとも５モル％のＺｒＯ_２、もしくはそれらの間の任意の範囲または部分的範囲のＺｒＯ_２を含む。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、０モル％から約５モル％のＺｒＯ_２、いくつかの実施の形態において、０モル％から約３モル％のＺｒＯ_２、さらに他の実施の形態において、０．５モル％から約３モル％のＺｒＯ_２、他の実施の形態において、０．５モル％から約５モル％のＺｒＯ_２を含む。

いくつかの実施の形態において、ここに記載されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、スロットドロー法およびフュージョンドロー法などの、当該技術分野で公知のダウンドロー法により成形できる。６モル％以下のＬｉ_２Ｏを含有するガラス組成物は、フュージョンドロー法に十分に適合しており、問題なく製造できる。リチウムは、スポジュメンまたは炭酸リチウムのいずれかとして溶融物にバッチ配合してよい。

フュージョンドロー法は、薄いガラスシートの大規模製造に使用されてきた産業技術である。フロート法やスロットドロー法などの他の平板ガラス製造技術と比べると、フュージョンドロー法は、平面度と表面品質が優れた薄いガラスシートを生成する。その結果、フュージョンドロー法は、液晶ディスプレイ用の薄いガラス基板、並びにノートブック型コンピュータ、エンターテイメント機器、タブレット、ラップトップ型コンピュータなどの個人用電子機器向けのカバーガラスの製造において主要な製造技術となってきた。

フュージョンドロー法は、典型的に、ジルコンまたは別の耐火材料から製造された「アイソパイプ」としても知られている樋を越える溶融ガラスの流れを含む。その溶融ガラスはアイソパイプの上部をその両側から溢れ出て、アイソパイプの底部で融合して、１枚のシートを形成する。ここで、最終的なシートの内部しかアイソパイプと直接接触していない。最終的なガラスシートのどの露出表面も、ドロー過程中にアイソパイプの材料と接触していないので、そのガラスの両方の外面は、無垢な品質であり、それに続く仕上げを必要としない。

ここに記載されたガラスは、ジルコン製アイソパイプおよびダウンドロー法に使用される他の機械設備に化学的に適合している；すなわち、そのガラス溶融物は、ジルコンを分解し、延伸されたガラス中にジルコニアなどの固体含有物を生じるほど、感知できるほどに反応しない。そのような実施の形態において、Ｔ^分解−ジルコンが分解し、ガラス溶融物と反応する温度−は、ガラスまたはガラス溶融物の粘度が３５キロポアズと等しくなる温度（Ｔ^３５ｋＰ）より高い；すなわち、Ｔ^分解＞Ｔ^３５ｋＰ。

フュージョンドローができるためには、ガラスは、十分に高い液相粘度（すなわち、液相温度での溶融ガラスの粘度）を有さなければならない。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、少なくとも約２００キロポアズ（ｋＰ）の、他の実施の形態において、少なくとも約５００ｋＰの液相粘度を有する。

別の態様において、先に記載されたガラスは、強化ガラスを提供するために化学処理される。ガラスを化学強化するために、イオン交換が広く使用されている。１つの特別な例において、アルカリ陽イオンの供給源（例えば、溶融塩浴、すなわち「イオン交換」浴）内のアルカリ陽イオンは、ガラス内のより小さいアルカリ陽イオンと交換されて、ガラスの表面近くに圧縮応力（ＣＳ）下にある層を形成する。その圧縮層は、その表面からガラス内の層の深さ（ＤＯＬ）まで延在する。ここに記載されたガラスにおいて、例えば、以下に限られないが、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）などのカリウム塩を含む溶融塩浴中にガラスを浸漬することによって、イオン交換中に、陽イオン源からのカリウムイオンが、ガラス内のナトリウムイオンおよびリチウムイオンと交換される。イオン交換過程に使用してよい他のカリウム塩としては、以下に限られないが、塩化カリウム（ＫＣｌ）、硫酸カリウム（Ｋ_２ＳＯ_４）、その組合せなどが挙げられる。ここに記載されたイオン交換浴は、カリウム以外のアルカリイオンおよびそれらの対応する塩を含有してもよい。例えば、そのイオン交換浴は、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウムなどのナトリウム塩も含んでよい。

平面のイオン交換済みガラス物品の断面図が図１に示されている。ガラス物品１００は、厚さｔ、第一面１１０、および第二面１１２を有し、その厚さｔは、約０．０１０ｍｍ（１０μｍ）から約０．１５０ｍｍ（１５０μｍ）の範囲、またはいくつかの実施の形態において、約０．０１０ｍｍ（１０μｍ）から約０．１２５ｍｍ（１２５μｍ）の範囲、さらに他の実施の形態において、約０．０１０ｍｍ（１０μｍ）から約０．１００ｍｍ（１００μｍ）の範囲にある。図１に示された実施の形態は、平らで平面のシートまたはプレートとしてガラス物品１００を示しているが、ガラス物品は、三次元形状または非平面形状などの他の形状を有してもよい。ガラス物品１００は、第一面１１０からガラス物品１００の内部の層の深さｄ_１まで延在する第１の圧縮層１２０を有する。図１に示された実施の形態において、ガラス物品１００は、第二面１１２から第２の層の深さｄ_２まで延在する第２の圧縮層１２２も有する。特に明記のない限り、ｄ_１＝ｄ_２、および第一面１１０での圧縮応力は第二面１１２での圧縮応力と等しい。ガラス物品は、ｄ_１からｄ_２まで延在する中央領域１３０も有する。中央領域１３０は、引張応力または中央張力（ＣＴ）下にあり、これが、層１２０および１２２の圧縮応力と釣り合うまたは対抗する。第１と第２の圧縮層１２０、１２２の深さｄ_１、ｄ_２は、ガラス物品１００の第一面１１０と第二面１１２に対する鋭い衝撃により導入される傷の伝搬からガラス物品１００を保護する一方で、圧縮応力は、第１と第２の圧縮層１２０、１２２の深さｄ_１、ｄ_２を傷が貫通する可能性を最小にする。

ここに記載されたガラスは、約７０μｍまでの層の深さｄ_１、ｄ_２、およびガラス物品１００の面１１０、１１２での少なくとも約９５０ＭＰａの最大圧縮応力ＣＳを有する圧縮層１２０、１２２を達成するようにイオン交換可能である。いくつかの実施の形態において、ガラス物品１００の面１１０、１１２での最大圧縮応力は、少なくとも約１０００ＭＰａ、いくつかの実施の形態において、少なくとも約１１００ＭＰａであり、層の深さｄ_１、ｄ_２は少なくとも約４０または５０μｍである。

表３には、ＦＳＭ測定から決定された、表１に列挙されたガラスのイオン交換特性が列挙されている。試料を、溶融ガラスパテから切り取り、イオン交換処理の前に、それぞれの徐冷点より５０℃高い温度で仮想化した。このイオン交換処理は、約１００質量％のＫＮＯ_３のイオン交換浴中において、４、８および１６時間に亘り４１０℃で行った。表面での圧縮応力ＣＳおよび層の深さＤＯＬは、それぞれ、ＭＰａおよびμｍの単位で表されている。列挙されたＣＳおよびＤＯＬは平均値であり、それらは、応力光学係数（ＳＯＣ）および屈折率（ＲＩ）について補正した。表１に列挙されたガラスの表面での圧縮応力ＣＳおよび層の深さＤＯＬが、図２にプロットされている。図２は、これも表１に列挙された参照試料について得たデータも含む。

ここに記載されたガラスは、窓、構造要素、壁板などの建築用途に使用できる。多板窓などのいくつかの用途において、建築要素は、イオン交換後に封止過程を経なければならない。封止過程中、イオン交換済みガラスは、アルカリイオン拡散および応力緩和の両方とも著しくなる温度まで加熱される。それゆえ、圧縮応力は著しく低下し得る。イオン交換中に導入されたＫ^＋イオンが、熱処理中により深い深さまで継続的に拡散することが、応力低下の主因である。例えば、表１に列挙された参照ガラスにおいて、ＣＳは、ガラスが２０℃／分の速度で４５０℃に加熱され、次いで、４５０℃で１時間保持され、最後に、１０℃／分の速度で２５℃に冷却されるイオン交換後の熱過程後に９００ＭＰａから６００ＭＰａ未満に低下するであろう。他の実施の形態において、そのガラスは、ディスプレイを備えた物品（またはディスプレイ物品）（例えば、携帯電話、タブレット、コンピュータ、ナビゲーション・システムになどを含む家電製品）に組み込まれて、ディスプレイ上に配置されるカバー物品の一部、および／またはその物品の筐体の一部となることがある。

ここに記載されたガラスは、先に記載したものと同一または類似のイオン交換後の熱処理が施されたときに、そのガラスの表面で、少なくとも約６００ＭＰａ、いくつかの実施の形態において、少なくとも約７５０ＭＰａの圧縮応力を維持する。表１に列挙された組成を有する化学強化ガラスは、２０℃／分の速度で４５０℃に加熱し、次いで、４５０℃で１時間保持し、次に、１０℃／分の速度で２５℃に冷却した。これらの試料に関する圧縮応力（ＣＳ）および層の深さ（ＤＯＬ）は、厚さ１ｍｍの徐冷試料の「純粋（約１００質量％）」な精製等級のＫＮＯ_３のイオン交換浴中の処理によって得た。ＣＳおよびＤＯＬは平均値として列挙され、これらは、ＳＯＣ＝３１．８およびＲＩ＝１．５と仮定することによって決定した。熱処理したイオン交換済みガラスの圧縮応力および層の深さが、表４に列挙され、図３にプロットされている。図３は、表１に列挙された参照ガラスについて測定したデータも含む。図３から分かるように、ここに記載されたガラスは、イオン交換後の熱処理が施されたときに、参照ガラスよりも大きい圧縮応力を維持する。

いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、窓、構造用パネルなどの建築要素として使用されることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラスは、単板または多板窓に使用できる。構造用途では、ガラスが高い耐久性を有することも必要である。化学的耐久性は、典型的に、規定条件（例えば、７時間に亘る９５℃の約５質量％のＨＣｌを含む酸性溶液中の浸漬）に施されたときに、単位面積当たりの質量損失を用いて表される。したがって、ここに記載されたガラスは、７時間に亘る９５℃の約５質量％のＨＣｌを含む酸性溶液中の浸漬後に、約０．０３０ｍｇ／ｃｍ^２以下、いくつかの実施の形態において、０．０２０ｍｇ／ｃｍ^２未満の質量損失を示す。５％のＨＣｌ溶液に対するここに記載されたガラスの化学的耐久性が、図４において、他のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス（ニューヨーク州、Ｃｏｒｎｉｎｇ所在のＣｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄにより製造された、ＣＯＲＮＩＮＧ ＧＯＲＩＬＬＡ ＧＬＡＳＳ（登録商標）、製品２３１７および２３１８）、ソーダ石灰ケイ酸塩（ＳＬＳ）、およびホウケイ酸ガラス（ニューヨーク州、Ｃｏｒｎｉｎｇ所在のＣｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄにより製造された、ＣＯＲＮＩＮＧ ＥＡＧＬＥ ＸＧ ＧＬＡＳＳ（登録商標））と比べられている。試料を、７時間に亘り９５℃で酸性溶液中に保持し、次に、脱イオン水で洗浄し、少なくとも３０分間に亘り１４０℃で乾燥させた。ここに記載されたガラスのほとんどの耐久性は、他のアルカリアルミノケイ酸塩ガラスのものに匹敵するか、それを超えたのに対し、ＳＬＳガラスは最高程度の耐久性を示した。

別の態様において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスをイオン交換する方法が提供される。そのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、いくつかの実施の形態において、以下に限られないが、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、ＭｇＯ、並びに必要に応じて、Ｌｉ_２Ｏ、ＺｒＯ_２、およびＺｎＯを含有し、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯ、およびＰ_２Ｏ_５の内の少なくとも１つを含まない、先に記載されたガラスなどのガラスであることがある。第１の工程において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、カリウム含有塩を含むイオン交換浴中でイオン交換される。いくつかの実施の形態において、イオン交換浴は、実質的に１００％のカリウム塩を含む。そのカリウム含有塩は、いくつかの実施の形態において、ＫＮＯ_３を含む。イオン交換は、いくつかの実施の形態において、約４時間から約１６時間に及ぶ時間に亘り、約４１０℃で行われることがある。イオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、表面から層の深さまで延在する圧縮層、少なくとも約９５０ＭＰａのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面での圧縮応力、および約０．２５ｔ以下の圧縮層の層の深さを有する。

第２の工程において、そのイオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、少なくとも約４００℃の温度で約１時間に亘り熱処理される。その熱処理後のイオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面での圧縮応力は、少なくとも約６００ＭＰａ、いくつかの実施の形態において、少なくとも約７５０ＭＰａである。

説明の目的のために、典型的な実施の形態を述べてきたが、先の記載は、本開示の範囲または付随の特許請求の範囲に対する制限と考えるべきではない。したがって、本開示または付随の特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱せずに、様々な改変、適用、および代替手段が当業者に想起されるであろう。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
少なくとも約５０モル％のＳｉＯ_２、少なくとも約１０モル％のＮａ_２Ｏ、およびＭｇＯを含むアルカリアルミノケイ酸塩ガラスであって、Ｋ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＰ_２Ｏ_５の内の少なくとも１つを含まず、約５質量％のＨＣｌを含む酸性溶液中に約７時間に亘り９５℃で浸漬した後に、約０．０３０ｍｇ／ｃｍ^２以下の質量損失を経験するアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約１ｍｍまでの厚さｔを有し、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面から約７０μｍまでの層の深さまで延在する圧縮層および該表面での少なくとも約９５０ＭＰａの最大圧縮応力を有する、実施形態１に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態３
前記圧縮応力が少なくとも約１０００ＭＰａであり、前記層の深さが少なくとも約４０μｍである、実施形態２に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態４
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、イオン交換後に少なくとも約４５０℃の温度で熱処理されており、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも６００ＭＰａの、前記表面での圧縮応力を有する、実施形態２に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態５
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスがイオン交換されており、前記圧縮層が、前記表面から０．２０ｔの深さまで延在する表面近くの領域を含み、該表面近くの領域が約１０モル％までのＫ_２Ｏを含む、実施形態２から４いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態６
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約０．２５モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏを含む、実施形態１から５いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態７
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約０．５モル％から約５モル％のＺｒＯ_２を含む、実施形態１から６いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態８
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約５０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約２６モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約２５モル％のＮａ_２Ｏ、および０モル％超から約８モル％のＭｇＯを含む、実施形態１から７いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態９
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約１５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％から約４モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約１６モル％のＮａ_２Ｏ、約４モル％から約６モル％のＭｇＯ、０モル％から約３モル％のＺｎＯ、および０モル％から約３モル％のＺｒＯ_２を含む、実施形態１から８いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１０
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ≦８モル％である、実施形態１から９いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１１
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、建築要素またはディスプレイを備えた物品の少なくとも一部を形成する、実施形態１から１０いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１２
少なくとも約５０モル％のＳｉＯ_２、少なくとも約１０モル％のＮａ_２Ｏ、およびＭｇＯを含むアルカリアルミノケイ酸塩ガラスであって、Ｋ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＰ_２Ｏ_５の内の少なくとも１つを含まず、約１ｍｍまでの厚さｔを有し、イオン交換されており、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面から約７０μｍまでの層の深さまで延在する圧縮層、および該表面での少なくとも約９５０ＭＰａの最大圧縮応力を有し、約５質量％のＨＣｌを含む酸性溶液中に約７時間に亘り９５℃で浸漬した後、約０．０３０ｍｇ／ｃｍ^２以下の質量損失を経験するアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１３
前記最大圧縮応力が少なくとも約１０００ＭＰａである、実施形態１２に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１４
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、イオン交換後に少なくとも約４５０℃の温度で熱処理されており、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも６００ＭＰａの、前記表面での圧縮応力を有する、実施形態１２に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１５
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約０．２５モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏを含む、実施形態１２から１４いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１６
前記圧縮層が、前記表面から０．２０ｔの深さまで延在する表面近くの領域を含み、該表面近くの領域が約１０モル％までのＫ_２Ｏを含む、実施形態１２から１５いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１７
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約５０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約２６モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約２５モル％のＮａ_２Ｏ、および０モル％超から約８モル％のＭｇＯを含む、実施形態１２から１６いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１８
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約１５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％から約４モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約１６モル％のＮａ_２Ｏ、約４モル％から約６モル％のＭｇＯ、０モル％から約３モル％のＺｎＯ、および０モル％から約３モル％のＺｒＯ_２を含む、実施形態１２から１７いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１９
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ≦８モル％である、実施形態１２から１８いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２０
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、建築要素またはディスプレイを備えた物品の少なくとも一部を形成する、実施形態１２から１９いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２１
約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約１５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、約０．２５モル％から約４モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約１６モル％のＮａ_２Ｏ、約４モル％から約６モル％のＭｇＯ、０モル％から約３モル％のＺｎＯ、および０．５モル％から約３モル％のＺｒＯ_２を含み、Ｋ_２ＯおよびＣａＯの少なくとも一方を含まないアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２２
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯ、およびＰ_２Ｏ_５の内の１つ以上を含まない、実施形態２１に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２３
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ≦８モル％である、実施形態２１または２２に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２４
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、表面から層の深さまで延在する圧縮層を達成し、該表面で少なくとも約９５０ＭＰａの圧縮応力を有するようにイオン交換可能である、実施形態２１から２３いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２５
前記圧縮応力が少なくとも約１０００ＭＰａである、実施形態２４に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２６
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスがイオン交換されており、前記圧縮層が、前記表面から０．２０ｔの深さまで延在する表面近くの領域を含み、該表面近くの領域が約１０モル％までのＫ_２Ｏを含む、実施形態２４または２５に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２７
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約５質量％のＨＣｌを含む酸性溶液中に約７時間に亘り９５℃で浸漬した後、約０．０３０ｍｇ／ｃｍ^２以下の質量損失を経験する、実施形態２１から２６いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２８
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、建築要素またはディスプレイを備えた物品の少なくとも一部を形成する、実施形態２１から２７いずれか１つに記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２９
アルカリアルミノケイ酸塩ガラスをイオン交換する方法において、
ａ．カリウム含有塩を含むイオン交換浴中で前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスをイオン交換する工程であって、イオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも約９５０ＭＰａの、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面での圧縮応力、および約０．２５ｔ以下の圧縮層の層の深さを有する、該表面から該層の深さまで延在する圧縮層を有する工程、および
ｂ．前記イオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを少なくとも約４００℃の温度で熱処理する工程であって、該熱処理工程後の該イオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面での圧縮応力が少なくとも約６００ＭＰａである工程、
を有してなる方法。

実施形態３０
前記熱処理工程後の前記イオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面での圧縮応力が少なくとも約７５０ＭＰａである、実施形態２９に記載の方法。

１００ ガラス物品
１２０、１２２ 圧縮層
１３０ 中央領域

Claims (10)

1. 約５０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約２６モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約２５モル％のＮａ_２Ｏ、および０モル％超から約８モル％のＭｇＯを含むアルカリアルミノケイ酸塩ガラスであって、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ≦８モル％であり、Ｋ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＰ_２Ｏ_５の内の少なくとも１つを含まず、約５質量％のＨＣｌを含む酸性溶液中に約７時間に亘り９５℃で浸漬した後に、約０．０３０ｍｇ／ｃｍ^２以下の質量損失を経験するアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。
2. 前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約１ｍｍまでの厚さｔを有し、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面から約７０μｍまでの層の深さまで延在する圧縮層および該表面での少なくとも約９５０ＭＰａの最大圧縮応力を有する、請求項１記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。
3. 前記圧縮応力が少なくとも約１０００ＭＰａであり、前記層の深さが少なくとも約４０μｍである、請求項２記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。
4. 前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、イオン交換後に少なくとも約４５０℃の温度で熱処理されており、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも６００ＭＰａの、前記表面での圧縮応力を有する、請求項２記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。
5. 前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスがイオン交換されており、前記圧縮層が、前記表面から０．２０ｔの深さまで延在する表面近くの領域を含み、該表面近くの領域が約１０モル％までのＫ_２Ｏを含む、請求項２から４いずれか１項記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。
6. 前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約０．２５モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏを含む、請求項１から５いずれか１項記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。
7. 前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約０．５モル％から約５モル％のＺｒＯ_２を含む、請求項１から６いずれか１項記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。
8. 約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約１５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、約０．２５モル％から約４モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約１６モル％のＮａ_２Ｏ、約４モル％から約６モル％のＭｇＯ、０モル％から約３モル％のＺｎＯ、および０．５モル％から約３モル％のＺｒＯ_２を含み、Ｋ_２ＯおよびＣａＯの少なくとも一方を含まないアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。
9. 前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、建築要素またはディスプレイを備えた物品の少なくとも一部を形成する、請求項１から８いずれか１項記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。
10. アルカリアルミノケイ酸塩ガラスをイオン交換する方法において、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約５０モル％から約７５モル％のＳｉＯ_２、約７モル％から約２６モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％から約６モル％のＬｉ_２Ｏ、約１０モル％から約２５モル％のＮａ_２Ｏ、および０モル％超から約８モル％のＭｇＯを含み、Ｋ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＰ_２Ｏ_５の内の少なくとも１つを含まず、前記方法が、
    ａ．カリウム含有塩を含むイオン交換浴中で前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスをイオン交換する工程であって、イオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも約９５０ＭＰａの、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面での圧縮応力、および約０．２５ｔ以下の圧縮層の層の深さを有する、該表面から該層の深さまで延在する圧縮層を有する工程、および
    ｂ．前記イオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを少なくとも約４００℃の温度で熱処理する工程であって、該熱処理工程後の該イオン交換済みアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの表面での圧縮応力が少なくとも約６００ＭＰａである工程、
    を有してなる方法。

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