JP2021501108A6 - 高い液相粘度を有する過アルミナ質のアルミノケイ酸リチウム - Google Patents
高い液相粘度を有する過アルミナ質のアルミノケイ酸リチウム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021501108A6 JP2021501108A6 JP2020523972A JP2020523972A JP2021501108A6 JP 2021501108 A6 JP2021501108 A6 JP 2021501108A6 JP 2020523972 A JP2020523972 A JP 2020523972A JP 2020523972 A JP2020523972 A JP 2020523972A JP 2021501108 A6 JP2021501108 A6 JP 2021501108A6
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mol
- glass
- less
- composition
- glass composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000502 Li-aluminosilicate Inorganic materials 0.000 title description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 627
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 482
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 93
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 claims abstract description 84
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 68
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N BeO Chemical compound O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Inorganic materials [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N oxozirconium Chemical compound [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Inorganic materials [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 241000216690 Gracula religiosa Species 0.000 claims abstract description 19
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 122
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 67
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 56
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 25
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 25
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 description 23
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 21
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 20
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 16
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 15
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 14
- 230000001965 increased Effects 0.000 description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- 239000006025 fining agent Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 9
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 9
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 9
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 8
- 238000003280 down draw process Methods 0.000 description 7
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 6
- 238000004031 devitrification Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 6
- 159000000001 potassium salts Chemical class 0.000 description 6
- -1 spojumen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000005341 toughened glass Substances 0.000 description 6
- 238000003426 chemical strengthening reaction Methods 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 5
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N Potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006124 Pilkington process Methods 0.000 description 3
- 229940037179 Potassium Ion Drugs 0.000 description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 239000006018 Li-aluminosilicate Substances 0.000 description 2
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N Lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N Sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 2
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 229910001423 beryllium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 2
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 2
- 229910001392 phosphorus oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 2
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 2
- 229910001419 rubidium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000003283 slot draw process Methods 0.000 description 2
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- VSAISIQCTGDGPU-UHFFFAOYSA-N tetraphosphorus hexaoxide Chemical compound O1P(O2)OP3OP1OP2O3 VSAISIQCTGDGPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 229910017119 AlPO Inorganic materials 0.000 description 1
- ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K Aluminium phosphate Chemical compound O1[Al]2OP1(=O)O2 ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N Boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N Boron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate dianion Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N Cesium Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N Gadolinium(III) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium Ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017493 Nd 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L Potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940075624 Ytterbium oxide Drugs 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005347 annealed glass Substances 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- NCMHKCKGHRPLCM-UHFFFAOYSA-N caesium(1+) Chemical compound [Cs+] NCMHKCKGHRPLCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001785 cerium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000007656 fracture toughness test Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 239000006066 glass batch Substances 0.000 description 1
- 239000000156 glass melt Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000002363 hafnium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001941 lanthanum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 150000002697 manganese compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003278 mimic Effects 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);ytterbium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Yb+3].[Yb+3] UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N p-acetaminophenol Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000011129 pharmaceutical packaging material Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001120 potassium sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N silicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003385 sodium Chemical group 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007655 standard test method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003454 ytterbium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
本明細書に記載される実施形態は、高い液相粘度を有する、機械的耐久性のガラス組成物を含むガラス物品に関する。該ガラス物品は、50モル%〜80モル%のSiO2;7モル%〜25モル%のAl2O3;2モル%〜約14モル%のLi2O;0.4モル%のP2O5;及び、0.5モル%以下のZrO2を有するガラス組成物を含みうる。(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))の量は0より大きく、ここで、R2O(モル%)はガラス組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)はガラス組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計である。(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比は0.5以上でありうる。実施形態では、ガラス組成物はB2O3を含みうる。ガラス組成物は、溶融成形可能であり、高い耐損傷性を有する。
Description
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、2017年10月31日出願の米国仮特許出願第62/579,374号の米国法典第35編特許法119条に基づく優先権の利益を主張する。
本明細書は、概して、ガラス組成物に関し、より詳細には、高い液相粘度及び高い耐破壊性を有する、過アルミナ質のアルミノケイ酸リチウムガラス組成物に関する。
歴史的にガラスは、光学特性及び、他の材料と比較して優れた化学的耐久性を理由に、電子デバイスのカバーガラスとして使用されてきた。特に、強化されたガラスは、電子デバイス並びに他の用途での使用について認識されている。強化ガラスがますます利用されるようになるにつれて、とりわけ、「実世界」での使用及び用途で被るアスファルト又はコンクリートなどの固い/鋭い表面との接触によって生じる引張応力に供された場合に、サバイバビリティが改善された強化ガラス材料を開発することがより重要になってきている。しかしながら、高い耐破壊性を有するある特定の種の強化ガラスは、高い液相温度及び低い液相粘度も示す。低い液相粘度を有する幾つかのガラス組成物は、フュージョンダウンドロープロセスなどのダウンドロー成形プロセスによる製造には適さない。
したがって、溶融成形プロセスによってガラス組成物を成形可能にするために、高い耐破壊性及び機械的耐久性を示し、比較的高い液相粘度(例えば、20kPを超える)を有するガラス組成物が必要とされている。
第1の実施態様によれば、ガラス物品は、50モル%以上80モル%以下のSiO2、7モル%以上25モル%以下のAl2O3、2モル%以上14モル%以下のLi2O、0.4モル%以上10モ
ル%以下のP2O5、及び0.5モル%以下のZrO2を含む組成物を含む。該組成物は、0より大きい(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))を有し、ここで、R2O(モル%)は組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計である。
ル%以下のP2O5、及び0.5モル%以下のZrO2を含む組成物を含む。該組成物は、0より大きい(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))を有し、ここで、R2O(モル%)は組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計である。
第1の実施態様に従う第2の実施態様では、組成物中の(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比は0.5以上である。上述のいずれかの実施態様に従う第3の実施態様では、組成物は、−2モル%以上の(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))を有する。上述のいずれかの実施態様に従う第4の実施態様では、組成物は、2モル%以下の(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))を有する。上述のいずれかの実施態様に従う第5の実施態様では、組成物は、−2モル%以上2モル%以下の(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))を有する。
上述のいずれかの実施態様に従う第6の実施態様では、組成物は1300℃以下の液相温度を有する。上述のいずれかの実施態様に従う第7の実施態様では、組成物は20kPを超える液相粘度も有しうる。上述のいずれかの実施態様に従う第8の実施態様では、組成物は50kPを超える液相粘度を有しうる。
上述のいずれかの実施態様に従う第9の実施態様では、組成物は14モル%以下のR2Oを有しうる。上述のいずれかの実施態様に従う第10の実施態様では、組成物はさらに、7モル%以上14モル%以下のR2Oを含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第11の実施態様では、組成物は、2.5モル%以下のK2Oをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第12の実施態様では、組成物はさらに、3モル%以上15モル%以下のB2O3を含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第13の実施態様では、組成物は、B2O3(モル%)の2倍以上の(Li2O(モル%)+Al2O3(モル%))を有しうる。
上述のいずれかの実施態様に従う第14の実施態様では、組成物は、0.1モル%以上6モル%以下のNa2Oをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第15の実施態様では、組成物は、0モル%超5モル%以下のMgOをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第16の実施態様では、組成物は、0モル%超5モル%以下のZnOをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第17の実施態様では、組成物は、0モル%超4モル%以下のCaOをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第18の実施態様では、組成物は、0モル%超4モル%以下のSrOをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第19の実施態様では、組成物は、0.35モル%以下のSnO2をさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第20の実施態様では、組成物は、BaOを実質的に含まなくてもよい。
第21の実施態様では、ガラス物品は、50モル%以上80モル%以下のSiO2、7モル%以上25モル%以下のAl2O3、2モル%以上14モル%以下のLi2O、3モル%以上15モル%以下のB2O3、0.1モル%以上のNa2O、及び0モル%以上4モル%以下のTiO2を含む組成物を含む。組成物は、ゼロ以上の(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))を有し、ここで、R2O(モル%)は組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計である。組成物はまた、2以下の(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))も有し、R2O(モル%)は14モル%以下である。
第21の実施態様に従う第22の実施態様では、組成物は、0.5以上の(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比を有しうる。第21又は第22の実施態様に従う第23の実施態様では、組成物は、0.4モル%以上10モル%以下のP2O5をさらに含みうる。第21から第23の実施態様のいずれかに従う第24の実施態様では、組成物は、−2以上の(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))を有しうる。
第21から第24の実施態様のいずれかに従う第25の実施態様では、(Li2O(モル%)+Al2O3(モル%))は、B2O3(モル%)の2倍以上である。第21から第25の実施態様のいずれかに従う第26の実施態様では、組成物は、1.5モル%以上6モル%以下のNa2Oをさらに含む。第21から第26の実施態様のいずれかに従う第27の実施態様では、組成物は、0.35モル%以下のSnO2をさらに含む。第21から第27の実施態様のいずれかに従う第28の実施態様では、組成物は、1300℃以下の液相温度を有する。第21から第28の実施態様のいずれかに従う第29の実施態様では、組成物は、20kPを超える液相粘度を有する。
第30の実施態様では、ガラス物品は、50モル%以上80モル%以下のSiO2、7モル%以上25モル%以下のAl2O3、2モル%以上14モル%以下のLi2O、0.1モル%以上20モル%以下のB2O3、0.1モル%以上20モル%以下のP2O5、及び1モル%以下のZrO2を含む組成物を含む。該組成物は、0より大きい(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))を有し、ここで、R2O(モル%)は組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計である。
第30の実施態様に従う第31の実施態様では、(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比は0.5以上である。第30又は第31の実施態様に従う第32の実施態様では、(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))は、−2モル%以上である。第30から第32の実施態様のいずれかに従う第33の実施態様では、(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))は、−2モル%以上2モル%以下である。第30から第33の実施態様のいずれかに従う第34の実施態様では、(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))は、−2モル%以上2モル%以下である。第30から第34の実施態様のいずれかに従う第35の実施態様では、組成物は、14モル%以下のR2Oを含む。第30から第35の実施態様のいずれかに従う第36の実施態様では、組成物は、7モル%以上14モル%以下のR2Oを含む。第30から第36の実施態様のいずれかに従う第37の実施態様では、(Li2O(モル%)+Al2O3(モル%))は、B2O3(モル%)の2倍以上である。第30から第37の実施態様のいずれかに従う第38の実施態様では、組成物は、1モル%以上6モル%以下のNa2Oをさらに含む。第30から第38の実施態様のいずれかに従う第39の実施態様では、組成物は、0モル%超0.35モル%以下のSnO2をさらに含む。第30から第39の実施態様のいずれかに従う第40の実施態様では、組成物は、1300℃以下の液相温度を有する。第30から第40の実施態様のいずれかに従う第41の実施態様では、組成物は、20kPを超える液相粘度を有する。
第42の実施態様では、ガラス物品は、50モル%以上80モル%以下のSiO2;2モル%以上25モル%以下のAl2O3;2モル%以上15モル%以下のLi2Oを含む組成物を含み;ここで、SiO2(モル%)≧[4*Li2O+6*(Na2O+K2O)+2.5*MgO+2*(CaO+SrO+BaO)](モル%)であり、(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))は0より大きく、ここで、R2O(モル%)は組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比は0.35以上であり、P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)は0.25以上であり、TiO2(モル%)+ZrO2(モル%)は0モル%以上1モル%以下であり、希土類金属酸化物の総量は0モル%以上0.5モル%以下であり、Aは17以上であり、ここで:
A=13.2+P*[(1/673−1(A.P.+273))]であり、
P=0.6/[(1/(A.P.+273))−(1/(T12+273))]であり、
A.P.は単位を℃とするアニール点であり、
T12は、前記ガラスが1012ポアズの粘度を有する場合に対応する、単位を℃とする温度である。
A=13.2+P*[(1/673−1(A.P.+273))]であり、
P=0.6/[(1/(A.P.+273))−(1/(T12+273))]であり、
A.P.は単位を℃とするアニール点であり、
T12は、前記ガラスが1012ポアズの粘度を有する場合に対応する、単位を℃とする温度である。
第42の実施態様に従う第43の実施態様では、P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)は、0.8以上1.25以下である。実施態様 第42の実施態様に従う第44の実施態様では、P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)は、0.9以上1.1以下である。第42から第44の実施態様のいずれかに従う第45の実施態様では、ヤング率は70GPa以上である。第42から第44の実施態様のいずれかに従う第46の実施態様では、ヤング率は80GPa以上である。第42から第46の実施態様のいずれかに従う第47の実施態様では、破壊靭性は0.7MPa*m1/2以上である。第42から第46の実施態様のいずれかに従う第48の実施態様では、破壊靭性は0.8MPa*m1/2以上である。第42から第48の実施態様のいずれかに従う第49の実施態様では、Aは19以上である。
第50の実施態様では、消費者向け電子製品は、前面、背面、及び側面を有する筐体と、少なくとも部分的に筐体内に設けられた電気部品とを備えており、該電気部品は、少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、該ディスプレイは、筐体の前面又はそれに隣接して設けられている。消費者向け電子製品は、ディスプレイの上に配置されたカバー基板をさらに含む。筐体又はカバー基板のうちの少なくとも一方は、本明細書に開示される実施態様のいずれかに記載のガラス物品を含む。
追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部には、その説明から当業者に容易に明らかとなり、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含めた本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されよう。
前述の概要及び以下の詳細な説明はいずれも、さまざまな実施形態を説明しており、特許請求される主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図していることが理解されるべきである。添付の図面は、さまざまな実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれて、その一部を構成する。図面は、本明細書に記載されるさまざまな実施形態を例証しており、その説明とともに、特許請求の範囲の主題の原理及び動作を説明する役割を担う。
これより、フュージョンダウンドロー成形プロセスで製造することができる、より機械的に耐久性のあるガラスを提供する、改善された落下性能及びより大きい液相粘度を示す、ガラス組成物のさまざまな実施形態を詳細に参照する。このようなガラス組成物は、限定はしないが、電子機器のカバーガラスとしての用途を含む、さまざまな用途での使用に適している。ガラス組成物は化学的に強化することもでき、それによりガラスに増大した機械的耐久性を与える。本明細書に記載されるガラス組成物は、概して、過アルミナ質のアルミノケイ酸リチウムとして説明することができる。したがって、本明細書に記載されるガラス組成物は、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、及び酸化リチウム(Li2O)を含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物はまた、ガラス組成物に化学的及び機械的耐久性を与える量の、酸化リチウムに加えてアルカリ酸化物(例えば、Na2O及び/又はK2Oなど)及びアルカリ土類酸化物(例えばMgO及び/又はCaOなど)と、フュージョンダウンドロー成形プロセスを使用してガラス組成物を製造するのに十分な液相粘度とを含みうる。さらには、ガラス組成物中に存在するアルカリ酸化物は、イオン交換によるガラス組成物の化学的強化を促進する。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、液相粘度、耐損傷性、又はその両方を改善するためにガラス組成物に組み込まれうる、P2O5、B2O3、又はその両方を含むことができる。ガラス組成物のさまざまな実施形態が本明細書で説明され、特定の例を参照してさらに例証される。
本明細書で用いられる「軟化点」という用語は、ガラス組成物の粘度が107.6ポアズになる温度を指す。
本明細書で用いられる「アニール点」という用語は、所与のガラス組成のガラスの粘度が約1013.2ポアズである、ASTM C598−93に準拠して決定された温度を指す。
本明細書で用いられる「T12」という用語は、所与のガラス組成のガラスの粘度が約1012ポアズである、ASTM C598−93に準拠して決定された温度を指す。
本明細書で用いられる「歪み点」及び「T歪み」という用語は、所与のガラス組成のガラスの粘度が約1014.7ポアズである、ASTM C598−93に準拠して決定された温度を指す。
「液相温度」という用語は、それを上回るとガラス組成物が完全に液体になり、ガラスの構成成分が結晶化しない温度を指す。ガラスの液相温度は、「勾配炉法によるガラスの液相温度の測定のための標準的技法(Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method)」と題されたASTM C829−81(2015)に準拠して測定される。
「液相粘度」という用語は、ガラス組成物の液相温度におけるガラス組成物の粘度を指す。液相温度におけるガラスの液相粘度は、「軟化点より上のガラスの粘度を測定するための標準プラクティス(Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point)」と題されたASTM C965−96(2012)に準拠して測定される。
本明細書で用いられる「CTE」という用語は、室温(RT)から300℃までの温度範囲にわたるガラス組成物の線熱膨張係数を指し、ASTM E228−11に準拠して押し棒式膨張計を使用して決定される。
本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態では、特に明記しない限り、構成成分(例えば、SiO2、Al2O3など)の濃度は、酸化物基準のモルパーセント(モル%)で指定される。ガラス組成物中の成分のモルパーセントは、ガラス組成物の単位モル当たりの成分のモル数に100を掛けたものを指す。
本明細書で用いられる「過アルミナ質」という用語は、Al2O3(モル%)がR2Oモル%(アルカリ酸化物)とROモル%(アルカリ性酸化物及びZnO)との合計より大きいガラスを指す。
「含まない」及び「実質的に含まない」という用語は、ガラス組成物中の特定の構成成分の濃度及び/又は不存在を説明するために使用される場合には、構成成分が意図的にガラス組成物に添加されないことを意味する。しかしながら、ガラス組成物は、汚染物質又はトランプとして微量の構成成分を0.05モル%未満の量で含みうる。
「トランプ」という用語は、ガラス組成物中の特定の構成成分を説明するために使用される場合、ガラス組成物に意図的には添加されず、0.05モル%未満の量で存在する構成成分を指す。トランプ成分は、別の構成成分中の不純物として、又はガラス組成物の処理中のトランプ成分の組成物への移動を通じて、ガラス組成物に意図せずに添加される可能性がある。
本明細書に記載されるガラス組成物は、過アルミナ質のアルミノケイ酸リチウムガラス組成物であり、これは、SiO2、Al2O3、及びLi2Oの組合せを含むことができ、幾つかの実施形態では、追加のアルカリ酸化物Na2O及び/又はK2Oを含むことができる。ガラス組成物は、イオン交換による化学強化に適しており、フュージョンダウンドロー成形プロセスによってガラス組成物を成形することができるように十分に高い液相粘度を有する。イオン交換後、得られるガラスは、携帯用電子機器用の従来のカバーガラスと比較して、優れた落下性能を示す。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、P2O5、B2O3、少なくとも1つのアルカリ土類酸化物、又はこれらの組合せも含みうる。これらの成分を加えることにより、液相粘度をさらに高め、及び/又はガラスの機械的耐久性及び落下性能を改善することができる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物はさらに、本明細書に記載されるように、例えば、SnO2、ZrO2、ZnO、TiO2、As2O3など、1つ以上の追加の酸化物をより少ない量で含みうる。これらの成分は、清澄剤として、及び/又は得られるガラスの化学的耐久性をさらに高めるために、添加することができる。
本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態では、SiO2は、組成物の最大の構成要素であり、それ自体、得られるガラスネットワークの主要な構成要素である。SiO2は、ガラスの化学的耐久性、ガラス組成物の酸分解に対する耐性、及びガラス組成物の水中分解に対する耐性を高める。SiO2の含有量が少なすぎると、ガラスの化学的耐久性及び耐薬品性が低下する可能性があり、ガラスが腐食しやすくなりうる。したがって、高いSiO2濃度が一般に望ましい。しかしながら、SiO2の含有量が高すぎると、高濃度のSiO2がガラスの溶融の困難さを増大させ、これが次にガラスの成形性に悪影響を与えるため、ガラスの成形性が低下する可能性がある。本明細書に記載の実施形態では、ガラス組成物は、概して、SiO2を、50モル%以上かつ約80モル%以下、75モル%以下、74モル%以下、72モル%以下、又はさらには70モル%以下の量、及びそれらの間の任意の範囲又は部分範囲の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のSiO2の量は、約58モル%超、約65モル%超、又はさらには約67モル%超でありうる。幾つかの他の実施形態では、ガラス組成物中のSiO2の量は、70モル%超、72モル%超、又はさらには74モル%超でありうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、約58モル%〜約80モル%、約58モル%〜約75モル%、約58モル%〜約74モル%、約58モル%〜約72モル%、又はさらには約58モル%〜約70モル%のSiO2を含みうる。幾つかの他の実施形態では、ガラス組成物は、約65モル%〜約80モル%、65モル%〜約75モル%、約65モル%〜約74モル%、約65モル%〜約72モル%、又はさらには約65モル%〜約70モル%のSiO2を含みうる。幾つかの他の実施形態では、ガラス組成物は、約67モル%〜約80モル%、約67モル%〜約75モル%、約67モル%〜約74モル%、約67モル%〜約72モル%、又はさらには約67モル%〜約70モル%のSiO2を含みうる。さらに他の実施形態では、ガラス組成物は、58モル%以上74モル%以下のSiO2を含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、65モル%以上72モル%以下のSiO2を含む。さらに他の実施形態では、ガラス組成物は、67モル%以上70モル%以下のSiO2を含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス中のSiO2のモル%は、次の関係を満たす:SiO2(モル%)≧[4*Li2O+6*(Na2O+K2O)+2.5*MgO+2*(CaO+SrO+BaO)](モル%)。理論に縛られはしないが、シリカ含有量は、アルミナが豊富な耐火性鉱物の結晶化を防ぐために上記の関係を満たす必要があると考え
られている。
られている。
本明細書に記載されるガラス組成物は、Al2O3をさらに含みうる。Al2O3は、Li2Oなどのガラス組成物中に存在するアルカリ酸化物と共に、ガラスのイオン交換強化に対する感受性を改善する。より具体的には、ガラス組成物中のAl2O3の量を増加させると、ガラス内のイオン交換の速度が増加し、イオン交換の結果としてガラスの圧縮層に生成される圧縮応力が増加する。Al2O3で補償されたアルカリ酸化物は、Al2O3で補償されていないアルカリ酸化物と比較して、イオン交換中に大きな移動度を示す。Al2O3はまた、ガラスの硬度及び損傷耐性も向上させることができる。しかしながら、ガラスの液相粘度は、ガラス組成物中のAl2O3の濃度が増加するにつれて低下する。ガラス組成物中のAl2O3の濃度が高すぎる場合、ガラス組成物の液相粘度が低下し、それにより、フュージョンダウンドロープロセスでの製造中にガラス組成物が結晶化する可能性がある。本明細書に記載の実施形態では、Al2O3は、Al2O3(モル%)でガラス組成物中に存在し、一方、アルカリ酸化物は、R2O(モル%)でガラス組成物中に存在し、ここで、R2O(モル%)はLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル分率の合計に等しい。
幾つかの実施形態では、アルカリ酸化物をAl2O3で完全に補償して、イオン交換強化に対する感受性を促進するためには、ガラス組成物中の(Al2O3(モル%))/(R2O(モル%))のモル比は1以上である。別の言い方をすれば、ガラス組成物は、ゼロ以上の(Al2O3(モル%)−R2O(モル%))を有することができ、ここで、R2Oはガラス組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計である。具体的には、ガラス組成物の拡散係数又は拡散率Dは、イオン交換中にアルカリイオンがガラス表面に浸透する速度に関係する。比(Al2O3(モル%))/(R2O(モル%))が1に等しいガラス組成物は、同じ総アルカリ含有量(R2O(モル%))を有するが比(Al2O3(モル%))/(R2O(モル%))が1未満又は1を超えるガラスと比較して、ガラス組成物を通るアルカリ酸化物イオンの拡散率(すなわち、移動度)が大きい。アルカリイオンの拡散率が高いガラスは、アルカリイオンの拡散率が低いガラスよりも、所与のイオン交換浸漬時間及びイオン交換温度で、より大きい層の深さを得ることができる。
本明細書に記載される実施形態では、アルカリ土類酸化物(例えば、BeO、MgO、CaO、SrO、及びBaO)及び/又は酸化亜鉛(ZnO)がガラス組成物中に存在してもよい。ガラス組成物中のアルカリ土類酸化物及びZnOの総量は、RO(モル%)でありうる。BeO及びZnOを含まないアルカリ土類酸化物の総量(すなわち、RO(モル%)−BeO(モル%)−ZnO(モル%))は、Aモル%でありうる。ガラス組成物中のAl2O3の量が増加すると、ガラス組成物におけるイオン交換が改善する。しかしながら、Al2O3(モル%)が(R2O(モル%)+RO(モル%))を1又は2モル%超える場合、液相温度は急速に上昇する。BeO及びZnOは、他のアルカリ土類酸化物ほど活性ではない可能性があり、他のアルカリ土類酸化物ほどイオン交換特性又は液相温度に影響を与えない可能性がある。したがって、Al2O3(モル%)が(R2O(モル%)+A(モル%))を超える場合も、液相温度は急速に上昇しうる。ガラスの液相温度が上昇すると、ガラスの液相粘度は低下する。ガラス組成物中のAl2O3の量が高すぎると、液相温度は、ガラスの失透に起因して、フュージョンダウンドロープロセスでガラスがもはや溶融成形できない点まで上昇する。失透とは、形成(例えば、クリストバライト、スポジュメン、ムライト、ルチル、コランダム、他の結晶成分、又はこれらの組合せの形成)中のガラス組成物の1つ以上の成分の結晶化を指す。したがって、幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のAl2O3(モル%)は、合計(R2O(モル%)+RO(モル%))又は(R2O(モル%)+A(モル%))を、10モル%を超えて超過してはならない。幾つかの実施形態では、Al2O3(モル%)は、合計(R2O(モル%)+RO(モル%))又は(R2O(モル%)+A(モル%))を、5モル%を超えて、2モル%を超えて、又はさらには1モル%を超えて超過してはならない。例えば、ガラス組成物は、10モル%以下、5モル%以下、2モル%以下、又はさらには1モル%以下の(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))を有することができ、ここで、RO(モル%)はBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計である。幾つかの実施形態では、(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))は、0モル%超10モル%以下、0モル%超5モル%以下、0モル%超2モル%以上、又はさらには0モル%超1モル%以下でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、酸化リン(P2O5)を実質的に含まない。P2O5が過剰のAl2O3を補償するためにガラス組成物中に存在しないこれらの実施形態では、量(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))は、ガラス組成物中に4モル%以下、2モル%以下、又はさらには1モル%以下でありうる。
本明細書に記載されるガラス組成物は、概して、Al2O3を、約2モル%以上約25モル%以下、又は約7モル%以上約25モル%以下、及びそれらの間の任意の範囲又は部分範囲の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のAl2O3の量は、約10モル%以上約18モル%以下でありうる。幾つかの他の実施形態では、ガラス組成物中のAl2O3の量は、約12モル%以上約16モル%以下でありうる。幾つかの他の実施形態では、ガラス組成物中のAl2O3の量は、約10モル%以上約16モル%以下でありうる。さらに他の実施形態では、ガラス組成物中のAl2O3の量は、約12モル%以上約18モル%以下でありうる。
ガラス組成物はまた、1つ以上のアルカリ酸化物も含む。アルカリ酸化物は、ガラス組成物のイオン交換能を促進し、したがって、ガラスの化学的強化を促進する。アルカリ酸化物は、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのうちの1つ以上を含みうる。前述のように、アルカリ酸化物は、概して、ガラス組成物中にR2Oモル%の総濃度で存在する。アルカリ酸化物の量が増加すると、得られるガラスにおけるイオン交換が改善される。しかしながら、14モル%を上回るなど、アルカリ酸化物の量が高すぎると、ガラス組成物の液相粘度は低下する。液相粘度が低下し、溶融ガラス組成物の温度を下げ、溶融成形のための粘度を上げると、成形中にガラス組成物に失透が生じる。したがって、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、14モル%以下のR2O(モル%)を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、7(モル%)以上14(モル%)以下のR2Oを含みうる。
本明細書に記載されるガラス組成物から形成されるガラスのイオン交換能は、主に、イオン交換前にガラス組成物中に最初に存在するアルカリ酸化物Li2Oの量によってガラスに付与される。したがって、本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態では、ガラス組成物中に存在するアルカリ酸化物は、少なくともLi2Oを含む。リチウムイオンは、他のアルカリイオン、例えば、ナトリウムイオン(Na+)、カリウムイオン(K+)、ルビジウムイオン(Rb+)、及びセシウムイオン(Cs+)などより小さい。Li2Oを含むガラス組成物から形成されたガラスがナトリウム又はカリウムイオンでイオン交換される場合、ナトリウム及び/又はカリウムイオンと他のナトリウム又はカリウムイオンとのイオン交換と比較して、より大きいナトリウム及び/又はカリウムイオンからより小さいリチウムイオンへのイオン交換が急速に起こる。したがって、他のアルカリ酸化物と比較してガラス組成物中のLi2Oの量が多いほど、得られるガラスのイオン交換性能が良好になる。例えば、ガラス中のリチウムイオンとナトリウム及び/又はカリウムイオンとのイオン交換は、ガラス中の他のアルカリイオンとナトリウム及び/又はカリウムイオンとのイオン交換と比較して、ガラスの圧縮応力とガラスの圧縮層の深さをより大きくする。ガラスをナトリウムイオンでイオン交換する場合、他のアルカリ酸化物と比較してガラス中のLi2Oの量が多いほど、表面の圧縮応力がより大きくなる。加えて、アルカリ酸化物は、化学的耐久性を低下させ、粘度を低下させ、イオン交換のプロセスを遅延させうる非架橋酸素をガラスのネットワーク内に生成する可能性がある。したがって、イオン交換強化時にガラスにおける所望の圧縮強度と層の深さを達成するために、実施形態では、ガラス組成物中のLi2Oの総R2Oに対するモル比は0.35以上であり、ここで、R2Oはガラス組成物中のアルカリ酸化物Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oの総モル量である(すなわち、(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))は0.35以上である)。ガラス組成物中のLi2OのR2Oに対するモル比が0.35未満の場合、イオン交換によって生じる圧縮応力が低下し、その結果、ガラスがより脆弱になり、ガラスの落下性能が低下する。幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のLi2OのR2Oに対するモル比は、0.4以上、0.5以上、0.6以上、0.7以上、又はさらには0.8以上でありうる。
具体的には、イオン交換強化時にガラスの所望の圧縮応力及び圧縮深さを達成するために、実施形態では、ガラス組成物は、Li2Oを、約2モル%〜約15モル%、又は約2モル%〜約14モル%、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。例えば2モル%未満など、ガラス組成物中のLi2Oの量が低すぎると、ガラス内のイオン交換の速度が低下し、イオン交換によって生成されるガラス内の圧縮応力も低下する。例えば14モル%超又は15モル%超など、ガラス組成物中のLi2Oの量が高すぎると、ガラス組成物の液相粘度は低下し、ガラスはフュージョン成形中に結晶化する可能性がある。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、少なくとも約4モル%のLi2Oを含む。例えば、ガラス組成物中のLi2Oの濃度は、5モル%超、又は6モル%超でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、4モル%以上のLi2O、5モル%以上のLi2O、又はさらには6モル%以上のLi2Oを有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、約12モル%未満のLi2O、約10モル%未満のLi2O、又はさらには約9モル%未満のLi2Oを含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、14モル%以下のLi2O、12モル%以下のLi2O、10モル%以下のLi2O、又はさらには9モル%以下のLi2Oを有しうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、2モル%以上14モル%以下のLi2O、4モル%以上12モル%以下のLi2O、5モル%以上10モル%以下のLi2O、又はさらには6モル%以上9モル%以下のLi2Oを含みうる。
上述したように、ガラス組成物中のアルカリ酸化物はNa2Oをさらに含みうる。ガラス組成物中に存在するNa2Oの量もまた、ガラス組成物から製造されたガラスのイオン交換能に関係する。具体的には、ガラス組成物中のNa2Oの存在は、ガラスマトリックスを通るイオンの拡散率を増加させることにより、ガラスのイオン交換強化中のイオン交換率を増加させることができる。しかしながら、ガラス組成物中に存在するNa2Oの量が増加するにつれて、ナトリウムイオンが他のナトリウムイオンと交換する結果として、イオン交換を通じてガラスに得られる圧縮応力が低下する。例えば、ナトリウムイオンを同じサイズの別のナトリウムイオンとイオン交換しても、圧縮層の圧縮応力は正味の増加を生じない。したがって、ガラス組成物中のNa2Oの量が増加すると、イオン交換によってガラスに生じる圧縮応力が低下する。よって、ガラス組成物中に存在するNa2Oの量を制限することが望ましい。幾つかの実施形態では、Na2Oの量は、0モル%以上6モル%以下、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲である。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、少なくとも約0.1モル%のNa2Oを含む。例えば、ガラス組成物は、0.1モル%以上のNa2O、0.2モル%以上のNa2O、0.3モル%以上のNa2O、0.5モル%以上のNa2O、1モル%以上のNa2O、又はさらには1.5モル%以上のNa2Oを有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、6モル%以下のNa2O、5モル%以下のNa2O、又はさらには約4モル%以下のNa2Oを含みうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、0モル%以上6モル%以下のNa2O、0.1モル%以上6モル%以下のNa2O、0.2モル%以上5モル%以下のNa2O、0.3モル%以上4モル%以下のNa2O、0.5モル%以上6モル%以下のNa2O、1モル%以上6モル%以下のNa2O、又は1.5モル%以上6モル%以下のNa2Oを含みうる。したがって、Na2Oがガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、Na2Oがガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のNa2Oの量は、概して、約6モル%未満である。
上述したように、ガラス組成物中のアルカリ酸化物はさらに、K2Oを含みうる。ガラス組成物中に存在するK2Oの量もまた、ガラス組成物のイオン交換能に関係する。具体的には、ガラス組成物中に存在するK2Oの量が増加するにつれて、カリウムイオン及びナトリウムイオンの交換の結果として、イオン交換を通じて得られるガラスの圧縮応力が低下する。したがって、ガラス組成物中に存在するK2Oの量を制限することが望ましい。幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のK2Oの量は、0モル%以上2.5モル%以下、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲である。幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のK2Oの量は、1モル%以下、又はさらには0.25モル%以下である。実施形態では、ガラス組成物は、約0.01モル%以上約2.5モル%以下のK2O、約0.01モル%以上約1モル%以下のK2O、又はさらには約0.01モル%以上約0.25モル%以下のK2Oを含みうる。したがって、K2Oがガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、K2Oがガラス組成物中に含まれる場合、K2Oの量は、概して、約2.5モル%未満である。
ガラス組成物は、酸化リン(P2O5)も含みうる。P2O5の存在は、ガラス組成物中のムライトの結晶化を抑制することにより、ガラス組成物の液相粘度を増加させる。ガラス組成物の液相温度は、Al2O3の量がガラス組成物中のアルカリ酸化物(R2Oモル%)及びアルカリ土類酸化物(ROモル%)の量の合計を、2モル%を超えて、又はさらには1モル%を超えて超過する場合に、急速に上昇する。Al2O3(モル%)が(R2O(モル%)+RO(モル%))より1モル%を超えて大きい場合、ガラス組成物中のP2O5の存在により、液相温度が低下し、したがってガラス組成物の液相粘度が増加することによって、過剰のAl2O3を相殺する。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、過剰のAl2O3を相殺するのに十分な量のP2O5を有しうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が2以下、又はさらには1以下になるように十分な量のP2O5を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が−2以上、又はさらには−1以上になるような量のP2O5を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が−2以上2以下、又はさらには−1以上1以下になるように十分な量のP2O5を有しうる。幾つかの実施形態では、P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)の比が、0.25〜1.5、0.25〜1.4、0.25〜1.3、0.25〜1.25、0.25〜1.2、0.25〜1.1、0.25〜1、0.25〜0.9、0.25〜0.8、0.25〜0.7、0.25〜0.6、0.5〜1.5、0.5〜1.4、0.5〜1.3、0.5〜1.25、0.5〜1.2、0.5〜1.1、0.5〜1、0.5〜0.9、0.5〜0.8、0.5〜0.7、0.5〜0.6、0.6〜1.5、0.6〜1.4、0.6〜1.3、0.6〜1.25、0.6〜1.2、0.6〜1.1、0.6〜1、0.6〜0.9、0.6〜0.8、0.6〜0.7、0.7〜1.5、0.7〜1.4、0.7〜1.3、0.7〜1.25、0.7〜1.2、0.7〜1.1、0.7〜1、0.7〜0.9、0.7〜0.8、0.8〜1.5、0.8〜1.4、0.8〜1.3、0.8〜1.25、0.8〜1.2、0.8〜1.1、0.8〜1、0.8〜0.9、0.9〜1.5、0.9〜1.4、0.9〜1.3、0.9〜1.25、0.9〜1.2、0.9〜1.1、又は0.9〜1の範囲、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲である場合には、P2O5の存在もまた、上記効果を達成する。幾つかの実施形態では、ガラス組成物はP2O5を含まず、上述したように、P2O5の不存在下では、ガラス組成物は、0以上2以下、又はさらには0以上1以下の(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))を有する。
P2O5の量はまた、ガラス組成物から製造されたガラスのイオン交換能にも関係する。ガラス組成物中のP2O5の量を増加させると、ガラスネットワーク内に空間を作ることにより、ガラスにおけるイオン交換の速度を増加させることができる。P2O5はまた、ガラス組成物から製造されたガラスの耐損傷性の向上にも貢献しうる。しかしながら、ガラス組成物中のP2O5の量が増加すると、ガラスのイオン交換強化によって達成可能な圧縮応力の量が減少する。加えて、P2O5の量が増加しすぎると、高温でリン酸アルミニウム(AlPO4)が結晶化する可能性があり、クラス組成物の液相温度が高くなる可能性がある。ガラス組成物中のP2O5の量が多すぎる場合、ガラスの耐久性も低下する可能性がある。したがって、ガラス組成物中のP2O5の総量は、例えば20モル%以下などに限定されうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、P2O5を、約0.1モル%〜約20モル%、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。例えば、ガラス組成物中のP2O5の量は、約0.4モル%超、約1モル%超、約3モル%超、又はさらには約3.5モル%超でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、0.1モル%以上のP2O5、0.4モル%以上のP2O5、1モル%以上のP2O5、3モル%以上のP2O5、又はさらには3.5モル%以上のP2O5を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、約20モル%未満のP2O5、約10モル%未満のP2O5、約8モル%未満のP2O5、約6モル%未満のP2O5、又はさらには約5.5モル%未満のP2O5を含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、20モル%以下のP2O5、10モル%以下のP2O5、8モル%以下のP2O5、6モル%以下のP2O5、又はさらには5.5モル%以下のP2O5を有しうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、0.1モル%以上20モル%以下のP2O5、0.4モル%以上10モル%以下のP2O5、1モル%以上8モル%以下のP2O5、3モル%以上6モル%以下のP2O5、又はさらには3.5モル%以上5.5モル%以下のP2O5を含みうる。したがって、P2O5がガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、P2O5ガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のP2O5の量は、概して、約20モル%未満である。
酸化ホウ素(B2O3)は、所与の温度(例えば、ガラスが溶融する、200ポアズの粘度に対応する温度であり、通常、ガラス溶融炉で最も高い温度である)でガラスの粘度を下げるためにガラス組成物に添加することができるフラックスであり、それによってガラスの品質及び成形性が改善する。B2O3の存在はまた、ガラス組成物から製造されたガラスの耐損傷性も改善することができる。しかしながら、B2O3の添加は、ガラス組成物中のナトリウム及びカリウムイオンの拡散率を著しく低下させ、それにより、結果として得られるガラスのイオン交換性能に悪影響を与えることが見出された。特に、B2O3を添加すると、ホウ素を含まないガラス組成物と比較して、ガラス内に所与の層深さを達成するのに必要とされる時間が長くなりうることが分かった。B2O3の添加はまた、所与の時間内にガラスにおいて目標の層深さに到達するために必要なイオン交換率を達成するために、イオン交換が行われる温度を上昇させる可能性がある。
ガラスのイオン交換性能におけるB2O3の影響は、ガラス組成物中のB2O3の存在を相殺することができる多量のLi2O及びAl2O3をガラス組成物に添加することによって、相殺することができる。例えば、ガラスのイオン交換性能に対するB2O3の影響は、ガラス組成物中のLi2O及びAl2O3の量の合計に対するB2O3の量の比率を制御することによって軽減することができることが分かった。特に、(Li2O(モル%)+Al2O3(モル%))の合計がガラス組成物中のB2O3の量(モル%)の2倍を超えると、得られるガラス中のアルカリ酸化物の拡散率は減少せず、したがって、ガラスのイオン交換性能が維持されることが分かった。したがって、幾つかの実施形態では、ガラス組成物中の(Li2O(モル%)+Al2O3(モル%))/(B2O3(モル%))の比は2以上である。ガラス組成物中の(Li2O(モル%)+Al2O3(モル%))/(B2O3(モル%))の比が2未満の場合、ガラス組成物中のアルカリ酸化物の拡散率は低下し、イオン交換性能もまた低下する。
本明細書に記載の実施形態では、ガラス組成物中のB2O3の量は、約0.1モル%〜約20モル%、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲でありうる。例えば、ガラス組成物中のB2O3の量は、約0.1モル%超、約3モル%超、又はさらには約4モル%超でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、0.1モル%以上のB2O3、3モル%以上のB2O3、又はさらには4モル%以上のB2O3を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、約20モル%未満のB2O3、約15モル%未満のB2O3、約10モル%未満のB2O3、又はさらには約7モル%未満のB2O3を含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、20モル%以下のB2O3、15モル%以下のB2O3、10モル%以下のB2O3、又はさらには7モル%以下のB2O3を含みうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、0.1モル%以上20モル%以下のB2O3、3モル%以上15モル%以下のB2O3、4モル%以上10モル%以下のB2O3、又はさらには4モル%以上7モル%以下のB2O3を含みうる。したがって、B2O3がガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、B2O3がガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のB2O3の量は、概して、約20モル%未満である。
アルカリ土類酸化物は、ガラスバッチ材料の溶融性を改善し、得られるガラスの化学的耐久性を高めるために、ガラス組成物中に存在しうる。特に、少量のアルカリ土類酸化物の存在は、ガラス組成物の液相粘度を増加させるように作用することができる。しかしながら、ガラス組成物中のアルカリ土類酸化物が多すぎると、アルミノケイ酸塩の結晶化が生じ、したがって、ガラス組成物の液相粘度が低下する。アルカリ土類酸化物の存在はまた、得られるガラスのイオン交換性能にも影響を与える可能性がある。例えば、本明細書に記載されているガラス組成物では、ガラス組成物中に存在するアルカリ土類酸化物の総量(モル%)(すなわち、RO(モル%))は概して、ガラスのイオン交換性を改善するために、ガラス組成物に存在するアルカリ酸化物のモル%での総量(すなわち、R2O(モル%))より少ない。本明細書に記載の実施形態では、ガラス組成物は、概して、約0モル%〜約5モル%、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲のアルカリ土類酸化物を含む。これらの実施形態の幾つかでは、ガラス組成物中のアルカリ土類酸化物の量は、約0モル%〜約3モル%、又はさらには約0モル%〜約2モル%でありうる。
ガラス組成物中のアルカリ土類酸化物は、BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、又はそれらの組合せを含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、BaOを含まないか、又は実質的に含まなくてもよい。幾つかの実施形態では、アルカリ土類酸化物は、BeO、MgO、CaO、SrO、又はそれらの組合せを含みうる。例えば、本明細書に記載の実施形態では、アルカリ土類酸化物は、MgOを含みうる。実施形態では、ガラス組成物は、約0モル%以上約5モル%以下、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲のMgOを含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、0モル%超のMgOを含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、0モル%超約5モル%以下のMgO、0モル%超3モル%以下のMgO、又はさらには0モル%超0.2モル%以下のMgOを含みうる。したがって、MgOがガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、MgOがガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のMgOの量は、概して、約5モル%未満である。
幾つかの実施形態では、アルカリ土類酸化物はさらに、任意選択的にCaOを含みうる。CaOの存在は、ガラス組成物の液相粘度を増加させることができる。しかしながら、ガラス組成物中のCaOが多すぎると、得られるガラスのイオン交換の速度が低下する可能性がある。実施形態では、CaOは、約0モル%〜約4モル%、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲の量でガラス組成物中に存在しうる。例えば、ガラス組成物中に存在するCaOの量は、4モル%以下、2モル%以下、又はさらには1モル%以下でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、0モル%を超えるCaOを含みうる。これらの実施形態の幾つかでは、ガラス組成物は、0モル%超約4モル%以下のCaOを含みうる。例えば、ガラス組成物は、0モル%超約2モル%以下のCaO、又はさらには0モル%超約1モル%以下のCaOを含みうる。したがって、CaOがガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、CaOがガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のCaOの量は、概して、約4モル%未満である。
幾つかの実施形態では、アルカリ土類酸化物はさらに、任意選択的にSrOを含みうる。SrOの存在は、ガラス組成物の液相粘度を増加させるように作用しうるが、しかしながら、ガラス組成物中のSrOが多すぎると、得られるガラスのイオン交換の速度が低下する可能性がある。実施形態では、SrOは、約0モル%〜4モル%以下、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲の量でガラス組成物中に存在しうる。例えば、ガラス組成物中に存在するSrOの量は、4モル%以下、2モル%以下、又はさらには1モル%以下でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、0モル%を超えるSrOを含みうる。これらの実施形態の幾つかでは、ガラス組成物は、0モル%超約4モル%以下のSrOを含みうる。例えば、ガラス組成物は、0モル%超約2モル%以下のSrO、又はさらには0モル%超約1モル%以下のSrOを含みうる。したがって、SrOがガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、SrOがガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のSrOの量は、概して、約4モル%未満である。
SiO2、Al2O3、P2O5、B2O3、アルカリ酸化物、及びアルカリ土類酸化物に加えて、本明細書に記載されるガラス組成物は、任意選択的に、1つ以上の清澄剤、例えば、SnO2、As2O3、及び/又はCl−(NaClなどに由来する)などをさらに含みうる。清澄剤は、成形中にガラス組成物中の気泡を最小限に抑えるか、又は排除するためにガラス組成物中に含まれうる。しかしながら、清澄剤は一般に、ガラス組成物への溶解度が低い。したがって、ガラス組成物中の清澄剤の量が多すぎる場合、溶融成形中に清澄剤の失透が起こる可能性がある。清澄剤がガラス組成物中に存在する場合、清澄剤は、0.35モル%以下、0.2モル%以下、又はさらには0.1モル%以下の量で存在しうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、清澄剤としてSnO2を含みうる。これらの実施形態では、ガラス組成物は、0モル%以上0.35モル%以下のSnO2、0モル%超約0.2モル%以下のSnO2、0モル%超0.1モル%以下の量のSnO2、又はさらには約0.01モル%以上約0.05モル%以下の量のSnO2を含みうる。したがって、SnO2又は他の清澄剤がガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、SnO2又は他の清澄剤がガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のSnO2及び他の清澄剤の総量は、概して、約0.35モル%未満である。
さらには、本明細書に記載されるガラス組成物は、得られるガラスの化学的耐久性をさらに改善するために、1つ以上の追加の金属酸化物を含みうる。例えば、ガラス組成物はさらに、任意選択的に、ZnO、TiO2、ZrO2、又はこれらの組合せなどの遷移金属酸化物を含むことができる。これらの金属酸化物の各々は、化学的攻撃に対するガラスの耐性をさらに向上させることができる。しかしながら、これらの追加の金属酸化物はガラス組成物に対してあまり溶解性ではなく、結晶化する傾向があり、その結果、溶融成形中に失透する。これらの実施形態では、追加の金属酸化物は、約0モル%以上約5モル%以下、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲で存在しうる。例えば、追加の金属酸化物がZnOである場合、ZnOは、0モル%以上約5モル%以下、0モル%以上3モル%以下、又はさらには0モル%以上2モル%以下の量で存在しうる。幾つかの実施形態では、追加の金属酸化物がZrO2又はTiO2である場合、ZrO2又はTiO2は、約1モル%以下の量で存在しうる。したがって、これらの追加の金属酸化物がガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、ZnO、ZrO2、又はTiO2がガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のZnO、ZrO2、及びTiO2の総量は、概して、約5モル%未満である。
幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、1つ以上の希土類金属酸化物を含みうる。希土類金属とは、IUPAC周期表のランタニド系列に列挙されている金属、並びにイットリウム及びスカンジウムを指す。ガラス組成物中の希土類金属酸化物の存在は、得られるガラスの弾性率、剛性、又は弾性率及び剛性を高めることができる。希土類金属酸化物はまた、ガラス組成物の液相粘度を高めるのにも役立ちうる。加えて、ある特定の希土類金属酸化物は、ガラスに色を加えることができる。色を必要としない場合又は望まない場合には、ガラス組成物は、酸化ランタン(La2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化ガドリニウム(Gd2O3)、酸化イッテルビウム(Yb2O3)、酸化ルテリウム(Lu2O3)、又はこれらの組合せを含みうる。無色のガラスについては、希土類金属酸化物は、Ce2O3、Pr2O3、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、又はこれらの組合せを含みうる。実施形態では、ガラス組成物は、0モル%〜4モル%の希土類金属酸化物の総量、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲を含みうる。例えば、ガラス組成物は、0モル%超4モル%以下の希土類金属酸化物、0モル%超2モル%以上の希土類金属酸化物、0モル%超1.5モル%以下の希土類金属酸化物、0モル%超1モル%以下の希土類金属酸化物、0モル%超0.5モル%以下の希土類金属酸化物、4モル%未満の希土類金属酸化物、3モル%未満の希土類金属酸化物、2モル%未満の希土類金属酸化物、1モル%未満の希土類金属酸化物、又は0.5モル%未満の希土類金属酸化物を含みうる。幾つかの実施形態では、希土類金属酸化物はLa2O3を含みうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、0モル%超4モル%以下のLa2O3を含みうる。したがって、希土類金属酸化物がガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、希土類金属酸化物がガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中の希土類金属酸化物の総量は、概して、約4モル%未満である。
ガラス組成物には、0.05モル%未満のトランプ化合物、例えば、マンガン化合物、セリウム化合物、ハフニウム化合物、又は他の化合物などが含まれる可能性があり、これらは、SiO2、Al2O3、Li2O、P2O5、B2O3、アルカリ金属酸化物、アルカリ性金属酸化物、他の金属酸化物、又はガラス組成物の他の意図的に含まれる成分中の不純物として、ガラス組成物中に含まれうる。トランプ化合物はまた、フュージョンダウンドロー成形プロセスの耐火性構成要素などの処理機器との接触を通じてガラス組成物に入る可能性がある。
以下で論じるように、本明細書に記載のガラス組成物は、イオン交換を通じて化学的に強化することにより、ガラス物品の表面に圧縮応力を付与することができる。しかしながら、イオン交換プロセス中に、ガラス表面近くに形成される圧縮応力は、応力緩和として知られるプロセスの結果として、低下する可能性があり、これは、ガラスの粘度によって制御され、ガラスの粘度が低いほど、応力の緩和が速くなり、化学強化プロセスの効率が低下する。幾つかの実施形態では、ガラスの組成を制御して、応力緩和の影響を最小限に抑えることができる。ガラスは、イオン交換の最も典型的な温度に近い400℃に等しい温度における粘度(ポアズ)の対数の推定値である、量Aによって特徴付けることができる:
A=13.2+P*[(1/673−1(A.P.+273))]であり、
式中、P=0.6/[(1/(A.P.+273))−(1/(T12+273))]であり、
A.P.は単位を℃とするアニール点であり、
T12は、ガラスが1012ポアズの粘度を有する場合に対応する温度である。
A=13.2+P*[(1/673−1(A.P.+273))]であり、
式中、P=0.6/[(1/(A.P.+273))−(1/(T12+273))]であり、
A.P.は単位を℃とするアニール点であり、
T12は、ガラスが1012ポアズの粘度を有する場合に対応する温度である。
幾つかの実施形態では、Aが17以上、18以上、19以上、又は20以上の場合、応力緩和が最小限に抑えられる。
本明細書に記載されるガラス組成物は、ガラス原材料のバッチが所望の組成を有するように、ガラス原材料(例えば、スポジュメン、砂、酸化アルミニウム、メタリン酸アルミニウム、ホウ酸、炭酸アルカリ、硝酸アルカリ、アルカリ土類炭酸塩、アルカリ土類酸化物など)のバッチを混合することによって形成される。その後、ガラス原材料のバッチを加熱して、溶融ガラス組成物を形成し、その後、これを冷却及び固化して、ガラス組成物を形成する。固化中(すなわち、ガラス組成物が塑性変形可能であるとき)に、ガラス組成物は標準的な成形技術を使用して成形されて、ガラス組成物を所望の最終的な形態へと形作られうる。あるいは、ガラス物品は、シート、リボン、チューブなどのストック形態へと成形され、その後、再加熱され、所望の最終形態へと成形されてもよい。
本明細書に記載されるガラス組成物は、例えば、シート、リボン、チューブなどのさまざまな形態を有するガラス物品へと成形されうる。しかしながら、機械的耐久性を所与とすれば、本明細書に記載されるガラス組成物は、携帯型電子デバイスなどの電子デバイス用のカバーガラスの形成における使用に特によく適している。さらには、イオン交換によってガラス組成物を化学的に強化する能力を利用して、本明細書に開示されるガラス組成物から作られるガラスシート及び物品の機械的耐久性をさらに改善することができる。したがって、少なくとも一実施形態では、ガラス組成物は、電子デバイスの機械的耐久性を改善するために電子デバイスに組み込まれることが理解されるべきである。
フュージョンダウンドロープロセスは、ガラス組成物の固化中に、本明細書に記載される溶融ガラス組成物をガラスシート及びガラスリボンへと成形するための1つの技法である。フュージョンダウンドロープロセスは、フロートプロセス及びスロットドロープロセスなどの他のガラスリボン成形プロセスを使用して作られたリボンと比較して、欠陥の量が比較的少なく、優れた平坦性を有する表面を備えたガラスシート及びリボンを生成する。その結果、フュージョンダウンドロープロセスは、LED及びLCDディスプレイの製造に使用されるガラス基板、並びに優れた平坦性を必要とする他の基板の製造に広く使用されている。典型的なフュージョンダウンドロープロセスでは、ガラス組成物が調製及び溶融され、溶融したガラス組成物は、ルートで収束する成形表面を備えた成形本体(アイソパイプとも称される)に供給される。溶融ガラスは、成形本体の成形面上を均一に流れ、無傷の表面を有する平坦なガラスのリボンを形成する。平坦なガラスのリボンは、重力下でガラスが成形本体の成形面に沿って流下する速度よりも速い速度で成形本体のルートから延伸される。ガラス組成物の粘度は、概して、温度の上昇とともに指数関数的に低下する。したがって、ガラス組成物は、液相温度でのガラス組成物の粘度(すなわち、液相粘度)を高めるために、可能な限り低い液相温度を有しうる。これにより、ガラスリボンがルートから延伸される速度が、ガラス組成物が成形本体の成形面を流下する速度よりも速くなることが確保される。ガラス組成物の液相温度が高すぎる場合、液相粘度が低くなりすぎて、ガラス組成物を効果的に延伸することができなくなる。ガラス組成物の粘度を下げるために温度を液相温度未満に下げると、溶融成形プロセス中にガラス組成物が失透する。溶融成形中のガラス組成物の成分の失透は、ガラスリボン、特にガラスリボンの表面に、傷及び/又は欠陥をもたらす。加えて、成分の結晶化は、ガラスの成形性も低下させる。
前述のように、本明細書に開示されるガラス組成物は、該ガラス組成物の液相粘度が、フュージョンダウンドロー成形プロセスによってガラス組成物を成形可能にするために十分に高くなるように、十分に低い液相温度を有する。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、1300℃以下の液相温度を有しうる。他の実施形態では、ガラス組成物は、1250℃以下、1200℃以下、又はさらには1150℃以下の液相温度を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、1100℃以上1300℃以下、1100℃以上1250℃以下、1150℃以上1300℃以下、又は1150℃以上1250℃以下の液相温度を有しうる。実施形態では、ガラス組成物は、フュージョンダウンドロー成形プロセスを使用してガラス組成物を成形可能にするために十分な液相粘度を有する。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、少なくとも20キロポアズ(kP)(20,000ポアズ(P)又は2000パスカル秒(Pa・s)の高い液相粘度を有することができ、ここで、1kPは100パスカル秒(Pa・s)に等しい。他の実施形態では、ガラス組成物は、少なくとも50kP、少なくとも100kP、少なくとも200kP、少なくとも300kP、又はさらには少なくとも500kPの液相粘度を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、20kP以上、50kP以上、100kP以上、200kP以上、300kP以上、500kP以上、又はさらには1000kP以上の液相粘度を有しうる。他の実施形態では、ガラス組成物は、約1200kP未満、又はさらには1000kP未満の液相粘度を有しうる。さらに他の実施形態では、ガラス組成物は、20kP以上1000kP以下の液相粘度を有しうる。例えば、ガラス組成物は、50kP以上1000kP以下、100kP以上1000kP以下、又はさらには500kP以上及び1000kP以下の液相粘度を有しうる。
説明したように、本明細書に開示されるガラス組成物は、フュージョンダウンドロー成形プロセスを使用して、ガラスリボン及び/又はシートへの成形などの成形を可能にするために十分に高い液相粘度を有する。しかしながら、ガラス組成物はまた、例えば、フロート法又はスロットドロー法などの他の既知のガラス成形法を使用して製造することもできる。フロート法では、溶融ガラス組成物を、溶融スズ浴などの溶融金属浴の1つの浴の上に浮かせる。溶融ガラス組成物は、ガラスがガラス組成物から形成されたガラスリボンとして浴の表面から取り出されるまで、溶融金属の表面に沿って通過する際に、冷却される。他のガラス成形プロセスも考えられる。
本明細書に記載されるガラス組成物から製造されるガラス物品及びガラスシートは、イオン交換によって化学的に強化することができる。イオン交換強化プロセスでは、ガラス組成物から製造されたガラスの表面層中のイオンは、同じ原子価又は酸化状態を有する、より大きいイオンによって置き換えられるか、又は交換される。実施形態では、ガラス組成物の表面層中のイオン及びより大きいイオンは、Li+、Na+、K+、Rb+、及びCs+などの一価のアルカリ金属カチオンである。あるいは、表面層内の一価のカチオンを、アルカリ金属カチオン以外の一価のカチオン、例えばAg+などで置き換えてもよい。
商業規模でのイオン交換プロセスは、通常、ガラス組成物中のより小さいイオンと交換されるより大きいイオンを含む溶融塩浴中に、ガラス組成物から製造されたガラス物品又はガラスシートを浸漬することによって行われる。浴組成及び温度、浸漬時間、(一又は複数の)塩浴へのガラスの浸漬回数、複数の塩浴の使用、アニーリング、洗浄などの追加の工程を含むが、それらに限定されない、イオン交換プロセスのためのパラメータは、一般に、ガラス組成、並びにイオン交換強化プロセスから得られるガラス組成物の所望の層の深さ及び圧縮応力によって決定されることは、当業者にとって認識されるであろう。例として、アルカリ金属含有ガラスのイオン交換は、限定はしないが、より大きいアルカリ金属イオンの硝酸塩、硫酸塩、及び塩化物などの塩を含む少なくとも1つの溶融浴に浸漬することによって達成することができる。溶融塩浴の温度は、通常、摂氏約350度(℃)から最高で約450℃までの範囲であり、一方、浸漬時間は約0.1時間から最長で約36時間までの範囲である。しかしながら、上述のものとは異なる温度及び浸漬時間も使用することができる。
イオン交換強化は、ガラスの外側領域の複数の第1のアルカリ金属イオンを、該外側領域が複数の第2の金属イオンを含むように、溶融塩浴に由来する複数の第2の金属イオンで置き換えることにより、ガラス組成物から製造されたガラスの外側領域に圧縮応力を生じる。第1のアルカリ金属イオンの各々は第1のイオン半径を有しており、第2の金属イオンの各々は第2のイオン半径を有している。第2のイオン半径は第1のイオン半径より大きく、外側領域におけるより大きい第2の金属イオンの存在により、外側領域に圧縮応力が生成する。第1のアルカリ金属イオンは、リチウム、ナトリウム、カリウム、又はルビジウムのイオンでありうる。第2の金属イオンは、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、及びセシウムのうちの少なくとも1つのイオンでありうる。概して、第2の金属イオンは、第1のアルカリ金属イオンとは異なっており、かつ、第1のアルカリ金属イオンのイオン半径より大きいイオン半径を有している。
イオン交換から生じる特定のイオンの圧縮応力(CS)、圧縮深さ(DOC)、及び層の深さ(DOL)は、既知の技術を使用して測定することができる。圧縮応力(表面CSを含む)は、折原製作所(日本所在)製造のFSM−6000などの市販の機器を使用して、表面応力計(FSM)によって測定される。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)の正確な測定に依拠している。SOCは、「ガラス応力−光学係数の測定のための標準試験方法(Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient)」と題されたASTM規格C770−16に記載される手順C(ガラスディスク法)に準拠して測定される。
本明細書で用いられる場合、DOCとは、本明細書に記載される化学的に強化されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品の応力が圧縮から引張に変化する深さを意味する。DOCは、イオン交換処理に応じて、FSMまたは散乱光偏光器(SCALP)によって測定することができる。カリウムイオンをガラス物品内へと交換することによってガラス物品の応力が発生する場合には、FSMを使用してDOCを測定する。ナトリウムイオンをガラス物品内へと交換することによって応力が発生する場合には、SCALPを使用してDOCを測定する。カリウムとナトリウムの両方のイオンをガラス内へと交換することによってガラス物品の応力が生じる場合には、ナトリウムの交換深さはDOCを示し、カリウムイオンの層の交換深さ(カリウムDOL又はK DOL)は圧縮応力の規模の変化(ただし、圧縮から引張への応力変化ではない)を示すと考えられていることから、DOCはSCALPで測定される;このようなガラス物品中のカリウムイオンの交換深さは、FSMによって測定される。
本明細書に開示されるDOC値、具体的にはガラスの厚さの少なくとも10%、さらに好ましくはガラスの厚さの20%以上のDOC値は、SCALP技術を使用して計算されたDOC値を反映する。明確にするために、DOC値は少なくとも1つの圧縮応力層の厚さを表しており、これは、強化ガラス物品又はシートが、ガラスの厚さの少なくとも20%のDOCを有する1つの圧縮層、若しくはそれぞれがガラスの厚さの少なくとも20%のDOCを有する2つの圧縮層を有しうることを意味する。開示されたDOC値は、例えば合計又は平均などの2つの圧縮応力層の組合せではない。
上述したように、ガラス組成物中のアルカリ酸化物の存在は、イオン交換によって得られるガラスの化学的強化を促進する。具体的には、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンなどのアルカリイオンは、ガラス組成物中で十分に移動して、イオン交換を促進する。幾つかの実施形態では、ガラスは、例えば、ガラス組成物でできたガラス物品又はガラスシートなどのガラスを、硝酸ナトリウム(NaNO3)、硝酸カリウム(KNO3)、又はその両方を含むイオン交換浴に導入する(例えば、ガラスをイオン交換浴に浸漬する)ことによってイオン交換することができる。実施形態では、イオン交換浴は、該イオン交換浴の総重量に基づいて、1質量パーセント(質量%〜100質量%のNaNO3を含みうる。例えば、イオン交換浴は、イオン交換浴の総重量に基づいて、1質量%〜99質量%、1質量%〜80質量%、1質量%〜20質量%、20質量%〜100質量%、20質量%〜99質量%、20質量%〜80質量%、80質量%〜100質量%、又は80質量%〜99質量%のNaNO3を含みうる。イオン交換浴はまた、ガラスの表面での圧縮応力を増加させるのに十分な量のKNO3も含みうる。例えば、実施形態では、イオン交換浴は、イオン交換浴の総重量に基づいて、0質量%〜99質量%のKNO3を含みうる。幾つかの実施形態では、イオン交換浴は、イオン交換浴の総重量に基づいて、0質量%〜98質量%、0質量%〜80質量%、0質量%〜20質量%、20質量%〜99質量%、20質量%〜98質量%、20質量%〜80質量%、80質量%〜99質量%、又は80質量%〜98質量%のKNO3を含みうる。イオン交換浴は、任意選択的に、0.1質量%〜2質量%のケイ酸H4SiO4を含みうる。
ガラス組成物から製造されたガラスのイオン交換強化は、イオン交換温度で、ガラス内に目標応力プロファイルをもたらすのに十分な浸漬時間の間、行うことができる。例えば、実施形態では、イオン交換浴は350℃〜450℃の温度で維持されうる。他の実施形態では、イオン交換浴は、365℃〜440℃の温度で維持されてもよい。幾つかの実施形態では、イオン交換は、0.1時間〜36時間の浸漬時間にわたって行われうる。他の実施形態では、イオン交換は、0.1時間〜30時間、0.1時間〜20時間、0.1時間〜10時間、1時間〜36時間、1時間〜30時間、1時間〜20時間、1時間〜10時間、又は10時間〜20時間の浸漬時間にわたって行われうる。イオン交換の浸漬時間は、イオン交換されるガラスの厚さに応じて決まりうる。イオン交換の浸漬時間はまた、本開示で前述されたガラス組成物に応じても決まりうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物から作られ、0.5ミリメートル(mm)〜1mmの厚さを有する平坦なガラスシートについて、イオン交換は、1時間以上10時間以下の浸漬時間にわたって行われうる。
幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ナトリウムイオンがガラスの厚さの中心に到達するまで、ガラスがイオン交換されることが可能になりうる。ナトリウムイオンがガラスの厚さの中心で出会うまでガラス組成物をイオン交換することにより、ガラスの厚さを通るナトリウムイオン濃度勾配が生成され、ガラスの厚さを通る放物線状の応力プロファイルをもたらす。図1を参照すると、ガラス組成物から作られた2つの例となるガラスの応力プロファイルが、ガラスを通る厚さの関数として示されている。図1では、負の応力は圧縮応力を示し、正の応力は引張応力(すなわち、中心張力(CT))を示している。DOCは、ガラスの応力が圧縮応力(すなわち、図1の負の応力)から中心張力(すなわち、図1の正の応力)に移行する点である。図1に示されるように、中央引張領域(すなわち、図1の約1.5mm〜約6mmの領域)に浸透するナトリウムイオンの勾配により、応力プロファイルは中央引張領域で湾曲する。応力プロファイルが中央引張領域で湾曲しているため、ガラスの中央引張領域に保存されている張力の合計は小さくなる。ガラスの中心張力が大きくなりすぎると、ガラスは脆弱になりうる。したがって、ガラスをイオン交換して、ガラスの中心張力を低減する放物線状の応力プロファイルを生成することにより、ガラスを脆弱にすることなく、より大きいDOCを達成することができる。本明細書で用いられる場合、「脆弱な挙動」及び「脆弱性」という用語は、コーティング、接着層などの外部拘束が存在しない場合の強化ガラスの激しい又はエネルギー的な断片化のモードを指す。コーティング、接着剤層などは、本明細書に記載のガラス組成物から製造された強化ガラスと共に使用することができるが、このような外部拘束は、ガラスの脆弱性又は脆弱な挙動の決定には使用しない。
幾つかの実施形態では、放物線状応力プロファイルにより、ガラス組成物の中心張力を、120メガパスカル(MPa)未満、又はさらには100MPa未満にすることができる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物の中心張力は、50MPa以上120MPa未満、又はさらには70MPa以上100MPa以下でありうる。幾つかの実施形態では、本明細書に開示されるガラス組成物から製造されたガラスの厚さ0.8mmの試料は、430℃、8時間未満で放物線プロファイルへとイオン交換することができる。
実施形態では、ガラス組成物から製造されたガラス物品又はガラスシートをイオン交換して放物線状の応力プロファイルを生成した後、ガラスのDOCは、最大でガラスの厚さの15%まででありうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラスをイオン交換して放物線状の応力プロファイルを生成した後、DOCは、最大でガラスの厚さの18%、最大でガラスの厚さの20%、最大でガラスの厚さの22%、又はさらには最大でガラスの厚さの25%でありうる。幾つかの実施形態では、イオン交換後に、ガラス組成物は、ガラス組成物の厚さの5%〜25%のDOCを有しうる。例えば、ガラス組成物から製造されたガラスのイオン交換後に、該ガラスは、ガラスの厚さの5%〜18%、5%〜20%、5%〜20%、5%〜22%、10%〜15%、10%〜18%、10%〜20%、10%〜22%、10%〜25%、15%〜18%、15%〜20%、15%〜22%、15%〜25%、18%〜20%、又は18%〜22%のDOCを有しうる。一例では、ガラス組成物から製造された、0.8mmの厚さを有するガラスのシートは、最大で約120μm、又は最大で約145μm、又はさらには最大で約160μmのDOCを有しうる。別の例では、ガラス組成物から製造された、1mmの厚さを有するガラスのシートは、最大で約150μm、又は最大で約180μm、又はさらには最大で約200μmのDOCを有しうる。放物線状応力プロファイルを達成するためにガラスをイオン交換することにより、ガラスが0.5mm〜1mmの厚さを有するガラスについて100μm〜200μmの範囲のDOCを有することが可能になりうる。典型的な従来のアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、イオン交換後に40μm〜50μmのDOCを有する。したがって、本明細書に開示されるガラス組成物は、該ガラス組成物から製造されたガラスのイオン交換を可能にして、ガラス中に放物線状応力プロファイルを生成し、それによってガラスに実質的に大きいDOCを生じることができる。
本明細書に記載されるガラス組成物は、イオン交換中にナトリウムイオンがガラスの中心に移動することを可能にする。しかしながら、カリウムイオンは、イオン交換浴中に存在する場合、ナトリウムイオンと比較してカリウムイオンのサイズが大きいことに起因して、ナトリウムイオンと比較してガラス組成物から製造されたガラスにまで移動しない可能性がある。カリウムイオンがイオン交換浴に含まれる実施形態では、カリウムイオンは、5μm〜25μm、5μm〜15μm、又はさらには8μm〜12μmの深さまでガラスに浸透する(K DOL)。
幾つかの実施形態では、イオン交換後に、ガラス組成物から製造されたガラスは、ガラスに耐損傷性を提供するのに十分な圧縮応力を有しうる。例えば、幾つかの実施形態では、イオン交換後に、ガラスは、400MPa以上、500MPa以上、又はさらには600MPa以上のガラスの表面における圧縮応力を有しうる。
幾つかの実施形態では、ガラス組成物から形成されたガラスの外側領域の圧縮応力をさらに増加させるために、第2のイオン交換工程を行うことができる。理論に縛られるわけではないが、第2のイオン交換工程は、ガラスの表面近くに圧縮応力の「スパイク」を生成する迅速なイオン交換工程と考えられている。1つ以上の実施形態では、第2のイオン交換工程は、30分以下の時間、又は15分以下の時間にわたって行うことができ、あるいは任意選択的に、約10〜約15分の範囲で行われてもよい。第2のイオン交換浴の組成は、第2のイオン交換工程が第1のイオン交換工程とは異なるイオンをガラスに送達することを対象としている場合など、第1のイオン交換浴とは異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、第2のイオン交換浴は、硝酸カリウム、硫酸カリウム、塩化カリウム、他のカリウム塩、又はこれらの組合せなどのカリウム塩を有しうる。1つ以上の実施形態では、第2のイオン交換浴は、少なくとも約80質量%のカリウム塩を有しうる。特定の実施形態では、第2のイオン交換浴は、約95質量%〜約99.5質量%のカリウム塩を有しうる。第2のイオン交換浴はカリウム塩のみを含むことが可能であるが、第2のイオン交換浴は、幾つかの実施形態では、0〜2質量%、又は約0.5〜1.5質量%のナトリウム塩、例えばNaNO3を含むことができる。例示的な実施形態では、カリウム塩はKNO3である。さらなる実施形態では、第2のイオン交換工程の温度は390℃以上でありうる。第1のイオン交換後のイオン交換されたガラスの圧縮応力が十分でない場合には、第2のイオン交換工程を行って、ガラスの外表面をカリウムイオンで「スパイク」し、ガラスの表面の圧縮応力を増加させることができる。
本明細書に記載されるガラス組成物から製造されたガラスは、概して、約500℃以上約650℃以下の歪み点を有しうる。本明細書に開示されるガラス組成物から製造されたガラスはまた、約550℃以上約725℃以下のアニール点及び約775℃以上約960℃以下の軟化点も有しうる。
本明細書に記載の実施形態では、ガラス組成物から製造されたガラスは、約75×10−7K−1未満、又はさらには約60×10−7K−1未満のCTEを有しうる。これらのより低いCTE値は、より高いCTEを有するガラス組成物と比較して、熱サイクル又は熱応力条件に対するガラスのサバイバビリティを改善する。
本明細書に開示されるガラス物品は、ディスプレイを備えた(一又は複数の)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などを含む消費者向け電化製品)、建築用品、輸送用品(例えば、自動車、列車、航空機、船舶など)、電化製品、又は透明度、耐スクラッチ性、耐摩耗性、又はそれらの組合せを必要とする任意の物品などの別の物品に組み込むことができる。本明細書に開示されるガラス物品のいずれかを組み込む例示的な物品が図2A及び2Bに示されている。具体的には、図2A及び2Bは、前面304、背面306、及び側面308を有する筐体302;筐体内部に少なくとも部分的に、又は筐体内に全体的にあり、少なくともコントローラと、メモリと、筐体の前面にあるか又はそれに隣接するディスプレイ310とを含む電気部品(図示せず);並びに、ディスプレイの上方になるように、筐体の前面又はその上にあるカバー基板312を含む、消費者向け電子機器300を示している。幾つかの実施形態では、カバー基板312又は筐体302の一部のうちの少なくとも一方は、本明細書に開示されるガラス物品のいずれかを含みうる。
本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態は、以下の実施例によってさらに明確になるであろう。
実施例1
103の例示的なガラス組成物(組成物1〜103)を調製した。各例示的なガラス組成物の特定の組成が以下の表1に報告されている。ガラス組成物の成分を1500℃〜1600℃で5〜6時間、プラチナ製るつぼで溶融し、均一性及び溶融品質を改善するために、1600℃〜1650℃のより高い温度で5〜6時間、再溶融した。実施例1のガラス組成物の液相温度及び液相粘度を測定した。次に、ガラスを鋼板にキャストし、表1に与えられたアニール温度近くで1時間、アニールした。各ガラス組成の複数の試料を、特性の測定及びさらなるイオン交換実験のために切断し、研磨した。すべての試料は厚さ0.8mmであった。試料の各々を、熱膨張係数(CTE)、密度、靱性、及びヤング率について試験した。本開示で列挙される密度値は、ASTM C693−93(2013)の浮力法によって測定された値を指す。この開示に列挙されるヤング率の値は、「金属および非金属部品の欠陥検出のための共鳴超音波分光法の標準ガイド(Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts)」と題されたASTM E2001−13に記載されている一般的なタイプの共鳴超音波分光法技術によって測定された値を指す。幾つかの実施形態では、ヤング率は70GPa以上又は80GPa以上である。すべてのガラス組成物についての結果が以下の表1に報告されている。本開示に記載されている破壊靭性値(K1C)は、Bubsey, R.T. et al., “Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacement and Stress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on Experimental Compliance Measurements,” NASA Technical Memorandum 83796, pp. 1-30 (October 1992)の式5を使用してY*mを計算したことを除き、Reddy, K.P.R. et al, “Fracture Toughness Measurement of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-Notched Specimens,” J. Am. Ceram. Soc., 71 [6], C-310-C-313 (1988)に開示されているシェブロンノッチ付小形角棒(CNSB)法によって測定された値を指す。幾つかの実施形態では、破壊靭性は、約0.7MPa・m1/2以上、又は約0.7MPa・m1/2以上である。
103の例示的なガラス組成物(組成物1〜103)を調製した。各例示的なガラス組成物の特定の組成が以下の表1に報告されている。ガラス組成物の成分を1500℃〜1600℃で5〜6時間、プラチナ製るつぼで溶融し、均一性及び溶融品質を改善するために、1600℃〜1650℃のより高い温度で5〜6時間、再溶融した。実施例1のガラス組成物の液相温度及び液相粘度を測定した。次に、ガラスを鋼板にキャストし、表1に与えられたアニール温度近くで1時間、アニールした。各ガラス組成の複数の試料を、特性の測定及びさらなるイオン交換実験のために切断し、研磨した。すべての試料は厚さ0.8mmであった。試料の各々を、熱膨張係数(CTE)、密度、靱性、及びヤング率について試験した。本開示で列挙される密度値は、ASTM C693−93(2013)の浮力法によって測定された値を指す。この開示に列挙されるヤング率の値は、「金属および非金属部品の欠陥検出のための共鳴超音波分光法の標準ガイド(Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts)」と題されたASTM E2001−13に記載されている一般的なタイプの共鳴超音波分光法技術によって測定された値を指す。幾つかの実施形態では、ヤング率は70GPa以上又は80GPa以上である。すべてのガラス組成物についての結果が以下の表1に報告されている。本開示に記載されている破壊靭性値(K1C)は、Bubsey, R.T. et al., “Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacement and Stress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on Experimental Compliance Measurements,” NASA Technical Memorandum 83796, pp. 1-30 (October 1992)の式5を使用してY*mを計算したことを除き、Reddy, K.P.R. et al, “Fracture Toughness Measurement of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-Notched Specimens,” J. Am. Ceram. Soc., 71 [6], C-310-C-313 (1988)に開示されているシェブロンノッチ付小形角棒(CNSB)法によって測定された値を指す。幾つかの実施形態では、破壊靭性は、約0.7MPa・m1/2以上、又は約0.7MPa・m1/2以上である。
実施例2
例示的なガラス組成物(組成物26、65、及び77)の3つそれぞれについて、2組の試料をさらに処理し、イオン交換強化した。3つの例示的なガラス組成物のそれぞれについてのイオン交換前の組成が、以下の表2に提供されている。実施例2の例示的なガラス組成物のそれぞれについての試料の1つのセットを、ガラス組成物の粘度が1011ポアズである温度で試料を4分間熱処理し、次いで周囲温度で通流する空気中で試料を急冷することにより、フィクチベートした。これらのフィクチベートした試料は、下記表2に添え字「−F」で指定されている。この熱処理は、急冷した、溶融延伸ガラスの熱履歴を模倣している。実施例2の各例示的なガラス組成物についての試料の2つ目のセットは、単にアニールした。これらの試料は、表2に添え字「−A」で指定されている。
例示的なガラス組成物(組成物26、65、及び77)の3つそれぞれについて、2組の試料をさらに処理し、イオン交換強化した。3つの例示的なガラス組成物のそれぞれについてのイオン交換前の組成が、以下の表2に提供されている。実施例2の例示的なガラス組成物のそれぞれについての試料の1つのセットを、ガラス組成物の粘度が1011ポアズである温度で試料を4分間熱処理し、次いで周囲温度で通流する空気中で試料を急冷することにより、フィクチベートした。これらのフィクチベートした試料は、下記表2に添え字「−F」で指定されている。この熱処理は、急冷した、溶融延伸ガラスの熱履歴を模倣している。実施例2の各例示的なガラス組成物についての試料の2つ目のセットは、単にアニールした。これらの試料は、表2に添え字「−A」で指定されている。
次に、試料をイオン交換して、各試料に放物線状の応力プロファイルを生成した。実施例2におけるガラス組成物の試料の各々は、0.8mmの厚さを有していた。試料26−F2、65−A、65−F、77−A、及び77−Fを、80質量パーセント(質量%)のKNO3及び20質量%のNaNO3を含む溶融塩浴中でイオン交換した。試料26−F1は、100質量%のNaNO3を含む溶融塩浴中でイオン交換した。試料を、放物線状応力プロファイルを達成するのに十分な浸漬時間、430℃の温度でイオン交換した。各試料についての浸漬時間が下記表2に提供されている。
図1を参照すると、ガラス試料の厚さ全体にわたる位置の関数としての試料77−A及び77−Fの応力プロファイルが示されている。試料77−Aのアニールされたガラス(図1の参照番号140)は、図1に示されるように81.7MPaのより高い中心張力(CT)を達成したが、ピークCTを達成するために、より長いイオン交換浸漬時間がかかっている。試料77−Fのフィクチベートされたガラス組成物(図1の参照番号142)は、試料77−Aの4時間と比較して、わずか3時間という短い浸漬時間でピークCTを得ている。しかしながら、フィクチベートされた試料77−Fは、61.6MPaの低いピークCTを示した。図1の結果は、80質量%のKNO3及び20質量%のNaNO3を含んだイオン交換浴中でイオン交換された試料についてのものである。同じガラス組成物を、100%のNaNO3でイオン交換した場合、90MPaを超えるピークCTが達成されるが、表面の圧縮応力は低くなる。
また、本明細書に記載されるガラス組成物は、イオン交換後の化学的耐久性及び機械的耐久性を示すことが理解されるべきである。これらの特性により、ガラス組成物は、医薬品包装材料を含むがそれに限定されないさまざまな用途での使用に非常に適したものとなる。
特許請求の範囲に記載の主題の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態にさまざまな修正及び変更を加えることができることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、本明細書は、このような修正及び変更が添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入る限り、本明細書に記載されるさまざまな実施形態の修正及び変更に及ぶことが意図されている。
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
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上80モル%以下のSiO2;
7モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上14モル%以下のLi2O;
0.4モル%以上10モル%以下のP2O5;
1モル%以上6モル%以下のNa2O;及び
0.5モル%以下のZrO2
を含み、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0より大きく、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が−2モル%以上2モル%以下である、
ガラス物品。
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上80モル%以下のSiO2;
7モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上14モル%以下のLi2O;
0.4モル%以上10モル%以下のP2O5;
1モル%以上6モル%以下のNa2O;及び
0.5モル%以下のZrO2
を含み、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0より大きく、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が−2モル%以上2モル%以下である、
ガラス物品。
実施形態2
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上及び80モル%以下のSiO2;
7モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上14モル%以下のLi2O;
3モル%以上15モル%以下のB2O3;
0.1モル%以上のNa2O;及び
0モル%超4モル%以下のTiO2
を含み、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0以上であり、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が2以下であり、
R2O(モル%)が14モル%以下である、
ガラス物品。
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上及び80モル%以下のSiO2;
7モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上14モル%以下のLi2O;
3モル%以上15モル%以下のB2O3;
0.1モル%以上のNa2O;及び
0モル%超4モル%以下のTiO2
を含み、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0以上であり、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が2以下であり、
R2O(モル%)が14モル%以下である、
ガラス物品。
実施形態3
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上及び80モル%以下のSiO2;
7モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上14モル%以下のLi2O;
0.1モル%以上20モル%以下のB2O3;
0.1モル%以上20モル%以下のP2O5;
1モル%以上6モル%以下のNa2O;及び
1モル%以下のZrO2
を含み、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0より大きく、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比が0.5以上である、
ガラス物品。
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上及び80モル%以下のSiO2;
7モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上14モル%以下のLi2O;
0.1モル%以上20モル%以下のB2O3;
0.1モル%以上20モル%以下のP2O5;
1モル%以上6モル%以下のNa2O;及び
1モル%以下のZrO2
を含み、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0より大きく、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比が0.5以上である、
ガラス物品。
実施形態4
(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比が0.5以上である、実施形態1又は2に記載のガラス物品。
(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比が0.5以上である、実施形態1又は2に記載のガラス物品。
実施形態5
0モル%超4モル%以下のTiO2をさらに含む、実施形態1、3、及び4のいずれかに記載のガラス物品。
0モル%超4モル%以下のTiO2をさらに含む、実施形態1、3、及び4のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態6
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が2モル%以下である、実施形態3に記載のガラス物品。
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が2モル%以下である、実施形態3に記載のガラス物品。
実施形態7
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が−2モル%以上2モル%以下である、実施形態2又は3に記載のガラス物品。
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が−2モル%以上2モル%以下である、実施形態2又は3に記載のガラス物品。
実施形態8
前記組成物が1300℃以下の液相温度を有する、実施形態1〜7のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が1300℃以下の液相温度を有する、実施形態1〜7のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態9
前記組成物が20kPを超える液相粘度を有する、実施形態1〜8のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が20kPを超える液相粘度を有する、実施形態1〜8のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態10
前記組成物が50kPを超える液相粘度を有する、実施形態1〜9のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が50kPを超える液相粘度を有する、実施形態1〜9のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態11
前記組成物が14モル%以下のR2Oを含む、実施形態1〜10のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が14モル%以下のR2Oを含む、実施形態1〜10のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態12
前記組成物が7モル%以上14モル%以下のR2Oを含む、実施形態11に記載のガラス物品。
前記組成物が7モル%以上14モル%以下のR2Oを含む、実施形態11に記載のガラス物品。
実施形態13
前記組成物が2.5モル%以下のK2Oをさらに含む、実施形態1〜12のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が2.5モル%以下のK2Oをさらに含む、実施形態1〜12のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態14
前記組成物が3モル%以上15モル%以下のB2O3をさらに含む、実施形態1〜13のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が3モル%以上15モル%以下のB2O3をさらに含む、実施形態1〜13のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態15
(Li2O(モル%)+Al2O3(モル%))がB2O3(モル%)の2倍以上である、実施形態1〜14のいずれかに記載のガラス物品。
(Li2O(モル%)+Al2O3(モル%))がB2O3(モル%)の2倍以上である、実施形態1〜14のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態16
前記組成物が0モル%超5モル%以下のMgOをさらに含む、実施形態1〜15のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が0モル%超5モル%以下のMgOをさらに含む、実施形態1〜15のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態17
前記組成物が0モル%超5モル%以下のZnOをさらに含む、実施形態1〜16のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が0モル%超5モル%以下のZnOをさらに含む、実施形態1〜16のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態18
前記組成物が0モル%超4モル%以下のCaOをさらに含む、実施形態1〜17のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が0モル%超4モル%以下のCaOをさらに含む、実施形態1〜17のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態19
前記組成物が0モル%超4モル%以下のSrOをさらに含む、実施形態1〜18のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が0モル%超4モル%以下のSrOをさらに含む、実施形態1〜18のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態20
前記組成物が0.35モル%以下のSnO2をさらに含む、実施形態1〜19のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が0.35モル%以下のSnO2をさらに含む、実施形態1〜19のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態21
前記組成物がBaOを実質的に含まない、実施形態1〜20のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物がBaOを実質的に含まない、実施形態1〜20のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態22
前記組成物が0.4モル%以上10モル%以下のP2O5をさらに含む、実施形態1〜21のいずれかに記載のガラス物品。
前記組成物が0.4モル%以上10モル%以下のP2O5をさらに含む、実施形態1〜21のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態23
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上80モル%以下のSiO2;
2モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上15モル%以下のLi2O
を含み、
SiO2(モル%)≧[4*Li2O+6*(Na2O+K2O)+2.5*MgO+2*(CaO+SrO+BaO)](モル%)であり、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0より大きく、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比が0.35以上であり、
P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)が0.25以上であり、
TiO2(モル%)+ZrO2(モル%)が0モル%以上1モル%以下であり、
希土類金属酸化物の総量が0モル%以上0.5モル%以下であり、
Aが17以上であり、ここで:
A=13.2+P*[(1/673−1(A.P.+273))]であり、
P=0.6/[(1/(A.P.+273))−(1/(T12+273))]であり、
A.P.は単位を℃とするアニール点であり、
T12は、前記ガラスが1012ポアズの粘度を有する場合に対応する、単位を℃とする温度である、
ガラス物品。
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上80モル%以下のSiO2;
2モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上15モル%以下のLi2O
を含み、
SiO2(モル%)≧[4*Li2O+6*(Na2O+K2O)+2.5*MgO+2*(CaO+SrO+BaO)](モル%)であり、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0より大きく、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比が0.35以上であり、
P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)が0.25以上であり、
TiO2(モル%)+ZrO2(モル%)が0モル%以上1モル%以下であり、
希土類金属酸化物の総量が0モル%以上0.5モル%以下であり、
Aが17以上であり、ここで:
A=13.2+P*[(1/673−1(A.P.+273))]であり、
P=0.6/[(1/(A.P.+273))−(1/(T12+273))]であり、
A.P.は単位を℃とするアニール点であり、
T12は、前記ガラスが1012ポアズの粘度を有する場合に対応する、単位を℃とする温度である、
ガラス物品。
実施形態24
P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)が0.8以上1.25以下である、実施形態23に記載のガラス物品。
P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)が0.8以上1.25以下である、実施形態23に記載のガラス物品。
実施形態25
P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)が0.9以上1.1以下である、実施形態23に記載のガラス物品。
P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)が0.9以上1.1以下である、実施形態23に記載のガラス物品。
実施形態26
ヤング率が70GPa以上である、実施形態23〜25のいずれかに記載のガラス物品。
ヤング率が70GPa以上である、実施形態23〜25のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態27
ヤング率が80GPa以上である、実施形態23〜26のいずれかに記載のガラス物品。
ヤング率が80GPa以上である、実施形態23〜26のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態28
破壊靭性が0.7MPa*m1/2以上である、実施形態23〜27のいずれかに記載のガラス物品。
破壊靭性が0.7MPa*m1/2以上である、実施形態23〜27のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態29
破壊靭性が0.8MPa*m1/2以上である、実施形態23〜28のいずれかに記載のガラス物品。
破壊靭性が0.8MPa*m1/2以上である、実施形態23〜28のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態30
Aが19以上である、実施形態23〜29のいずれかに記載のガラス物品。
Aが19以上である、実施形態23〜29のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態31
消費者向け電子製品であって、
前面、背面、及び側面を有する筐体;
少なくとも部分的に前記筐体内に設けられた電気部品であって、前記電気部品が少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、前記ディスプレイが前記筐体の前記前面又はそれに隣接して設けられている、電気部品;及び
前記ディスプレイの上に配置されたカバー基板
を備えており、
前記筐体の一部又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方が、実施形態1〜30のいずれかに記載のガラス物品を含む、
消費者向け電子製品。
消費者向け電子製品であって、
前面、背面、及び側面を有する筐体;
少なくとも部分的に前記筐体内に設けられた電気部品であって、前記電気部品が少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、前記ディスプレイが前記筐体の前記前面又はそれに隣接して設けられている、電気部品;及び
前記ディスプレイの上に配置されたカバー基板
を備えており、
前記筐体の一部又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方が、実施形態1〜30のいずれかに記載のガラス物品を含む、
消費者向け電子製品。
300 消費者向け電子機器
302 筐体
304 前面
306 背面
308 側面
310 ディスプレイ
312 カバー基板
302 筐体
304 前面
306 背面
308 側面
310 ディスプレイ
312 カバー基板
Claims (17)
- 組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上80モル%以下のSiO2;
7モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上14モル%以下のLi2O;
0.4モル%以上10モル%以下のP2O5;
1モル%以上6モル%以下のNa2O;及び
0.5モル%以下のZrO2
を含み、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0より大きく、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が−2モル%以上2モル%以下である、
ガラス物品。 - 組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上80モル%以下のSiO2;
7モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上14モル%以下のLi2O;
3モル%以上15モル%以下のB2O3;
0.1モル%以上のNa2O;及び
0モル%超4モル%以下のTiO2
を含み、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0以上であり、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%)−P2O5(モル%))が2以下であり、
R2O(モル%)が14モル%以下である、
ガラス物品。 - 組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上80モル%以下のSiO2;
7モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上14モル%以下のLi2O;
0.1モル%以上20モル%以下のB2O3;
0.1モル%以上20モル%以下のP2O5;
1モル%以上6モル%以下のNa2O;及び
1モル%以下のZrO2
を含み、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0より大きく、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比が0.5以上である、
ガラス物品。 - 前記組成物が1300℃以下の液相温度を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 前記組成物が20kPを超える液相粘度を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 前記組成物が2.5モル%以下のK2Oをさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のガラス物品。
- (Li2O(モル%)+Al2O3(モル%))がB2O3(モル%)の2倍以上である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 前記組成物が0モル%超5モル%以下のMgOをさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 前記組成物が0モル%超5モル%以下のZnOをさらに含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 前記組成物が0モル%超4モル%以下のCaOをさらに含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 前記組成物が0モル%超4モル%以下のSrOをさらに含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 前記組成物が0.35モル%以下のSnO2をさらに含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
50モル%以上80モル%以下のSiO2;
2モル%以上25モル%以下のAl2O3;
2モル%以上15モル%以下のLi2O
を含み、
SiO2(モル%)≧[4*Li2O+6*(Na2O+K2O)+2.5*MgO+2*(CaO+SrO+BaO)](モル%)であり、
(Al2O3(モル%)−R2O(モル%)−RO(モル%))が0より大きく、ここで、R2O(モル%)は前記組成物中のLi2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oのモル量の合計であり、RO(モル%)は前記組成物中のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOのモル量の合計であり、
(Li2O(モル%))/(R2O(モル%))のモル比が0.35以上であり、
P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)が0.25以上であり、
TiO2(モル%)+ZrO2(モル%)が0モル%以上1モル%以下であり、
希土類金属酸化物の総量が0モル%以上0.5モル%以下であり、
Aが17以上であり、ここで:
A=13.2+P*[(1/673−1(A.P.+273))]であり、
P=0.6/[(1/(A.P.+273))−(1/(T12+273))]であり、
A.P.は単位を℃とするアニール点であり、
T12は、前記ガラスが1012ポアズの粘度を有する場合に対応する、単位を℃とする温度である、
ガラス物品。 - P2O5(モル%)/[(Al2O3−R2O−RO)](モル%)が0.8以上1.25以下である、請求項13に記載のガラス物品。
- ヤング率が70GPa以上である、請求項13又は14に記載のガラス物品。
- 破壊靭性が0.7MPa*m1/2以上である、請求項13〜15のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 消費者向け電子製品であって、
前面、背面、及び側面を有する筐体;
少なくとも部分的に前記筐体内に設けられた電気部品であって、前記電気部品が少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、前記ディスプレイが前記筐体の前記前面又はそれに隣接して設けられている、電気部品;及び
前記ディスプレイの上に配置されたカバー基板
を備えており、
前記筐体の一部又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方が、請求項1〜16のいずれか一項に記載のガラス物品を含む、
消費者向け電子製品。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201762579374P | 2017-10-31 | 2017-10-31 | |
US62/579,374 | 2017-10-31 | ||
PCT/US2018/058221 WO2019089602A1 (en) | 2017-10-31 | 2018-10-30 | Peraluminous lithium aluminosilicates with high liquidus viscosity |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021501108A JP2021501108A (ja) | 2021-01-14 |
JP2021501108A6 true JP2021501108A6 (ja) | 2021-03-11 |
Family
ID=64277935
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020523972A Pending JP2021501108A (ja) | 2017-10-31 | 2018-10-30 | 高い液相粘度を有する過アルミナ質のアルミノケイ酸リチウム |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US11136258B2 (ja) |
EP (1) | EP3704069A1 (ja) |
JP (1) | JP2021501108A (ja) |
KR (1) | KR102659268B1 (ja) |
CN (1) | CN111315697B (ja) |
TW (1) | TWI788446B (ja) |
WO (1) | WO2019089602A1 (ja) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11591255B2 (en) * | 2018-05-22 | 2023-02-28 | Corning Incorporated | Low temperature moldable sheet forming glass compositions |
KR20210036909A (ko) * | 2018-07-27 | 2021-04-05 | 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤 | 강화 유리 및 강화용 유리 |
JP2022512405A (ja) * | 2018-12-12 | 2022-02-03 | コーニング インコーポレイテッド | イオン交換可能なリチウム含有アルミノケイ酸塩ガラス |
US20200354262A1 (en) * | 2019-05-10 | 2020-11-12 | Corning Incorporated | High silicate glass articles possessing through glass vias and methods of making and using thereof |
EP4010292A1 (de) * | 2019-08-05 | 2022-06-15 | Schott Ag | Scheibenförmiger, chemisch vorgespannter oder chemisch vorspannbarer glasartikel und verfahren zu dessen herstellung |
DE102019121146A1 (de) | 2019-08-05 | 2021-02-11 | Schott Ag | Heißgeformter chemisch vorspannbarer Glasartikel mit geringem Kristallanteil, insbesondere scheibenförmiger chemisch vorspannbarer Glasartikel, sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung |
TW202120449A (zh) * | 2019-11-20 | 2021-06-01 | 美商康寧公司 | 具有高斷裂韌性的含硼玻璃組成 |
TW202124308A (zh) * | 2019-11-26 | 2021-07-01 | 美商康寧公司 | 具有高斷裂韌性的鋁矽酸鹽玻璃 |
US11584681B2 (en) * | 2019-11-26 | 2023-02-21 | Corning Incorporated | Ion exchangeable alkali aluminosilicate glass compositions having improved mechanical durability |
CN114981224A (zh) * | 2019-11-27 | 2022-08-30 | 康宁股份有限公司 | 具有高中心张力的高断裂韧性玻璃 |
JP2023517710A (ja) * | 2020-03-17 | 2023-04-26 | コーニング インコーポレイテッド | ガラス物品を強化するための塩浴組成物、塩浴システム、および方法 |
CN115734948A (zh) * | 2020-07-03 | 2023-03-03 | Agc株式会社 | 玻璃、微晶玻璃和化学强化玻璃 |
CN114075045B (zh) * | 2020-08-18 | 2023-01-24 | 重庆鑫景特种玻璃有限公司 | 一种具有高安全应力的化学强化玻璃及测试方法 |
CN118201884A (zh) | 2021-10-04 | 2024-06-14 | 康宁公司 | 具有高断裂韧性的可离子交换玻璃 |
WO2023101894A1 (en) * | 2021-11-30 | 2023-06-08 | Corning Incorporated | Lithium phosphoalumino silicate glasses containing cesium |
WO2023101844A1 (en) * | 2021-11-30 | 2023-06-08 | Corning Incorporated | Lithium phosphoalumino silicate glasses with fast effective inter-diffusivity |
NL2030965B1 (en) | 2022-02-09 | 2023-08-15 | Corning Inc | Glass for Memory Recording Media |
WO2023154179A1 (en) | 2022-02-09 | 2023-08-17 | Corning Incorporated | Glass for memory recording media |
Family Cites Families (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL6410825A (ja) | 1963-11-21 | 1965-05-24 | ||
JP3144830B2 (ja) * | 1991-06-28 | 2001-03-12 | ホーヤ株式会社 | 結晶化ガラス |
US6214429B1 (en) | 1996-09-04 | 2001-04-10 | Hoya Corporation | Disc substrates for information recording discs and magnetic discs |
KR100402450B1 (ko) | 1997-07-30 | 2003-10-22 | 호야 가부시키가이샤 | 정보기록 매체용 유리기판의 제조방법 |
JP4086210B2 (ja) | 1998-04-17 | 2008-05-14 | Hoya株式会社 | 情報記録媒体用基板 |
US6376403B1 (en) | 1998-04-17 | 2002-04-23 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Glass composition and process for producing the same |
JP2000063144A (ja) | 1998-08-11 | 2000-02-29 | Asahi Glass Co Ltd | 情報記録媒体基板用ガラス |
JP2000086283A (ja) | 1998-09-08 | 2000-03-28 | Ohara Inc | 発光性ガラス |
US6399527B1 (en) | 1998-09-22 | 2002-06-04 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Glass composition and substrate for information recording medium |
JP4174883B2 (ja) | 1998-11-19 | 2008-11-05 | 旭硝子株式会社 | 情報記録媒体基板 |
US6387510B1 (en) | 1999-04-13 | 2002-05-14 | Asahi Glass Company, Limited | Glass for a data storage medium substrate and glass substrate for data storage media |
JP2001134925A (ja) | 1999-08-25 | 2001-05-18 | Asahi Glass Co Ltd | 情報記録媒体基板用ガラスおよび情報記録媒体用ガラス基板 |
JP3762157B2 (ja) | 1999-09-02 | 2006-04-05 | 旭テクノグラス株式会社 | 陽極接合用ガラス |
JP2001076336A (ja) | 1999-09-08 | 2001-03-23 | Hoya Corp | 情報記録媒体用ガラス基板およびそれを用いた情報記録媒体 |
JP2002260216A (ja) * | 2001-03-01 | 2002-09-13 | Hitachi Ltd | 情報記録ディスク用ガラス基板及びそのガラス基板を用いた情報記録ディスク |
DE10110225C2 (de) * | 2001-03-02 | 2003-07-17 | Schott Glas | Glaskeramisches Trägermaterial, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung |
JP4582679B2 (ja) * | 2001-04-24 | 2010-11-17 | Agcテクノグラス株式会社 | 陽極接合用結晶化ガラス |
JP3995902B2 (ja) | 2001-05-31 | 2007-10-24 | Hoya株式会社 | 情報記録媒体用ガラス基板及びそれを用いた磁気情報記録媒体 |
DE10304382A1 (de) * | 2003-02-03 | 2004-08-12 | Schott Glas | Photostrukturierbarer Körper sowie Verfahren zur Bearbeitung eines Glases und/oder einer Glaskeramik |
JP4452025B2 (ja) | 2003-02-10 | 2010-04-21 | 株式会社住田光学ガラス | 通信パッケージウィンドウ用ガラス |
JP2004277252A (ja) | 2003-03-18 | 2004-10-07 | Asahi Glass Co Ltd | 光増幅ガラスおよび光導波路 |
US7727917B2 (en) * | 2003-10-24 | 2010-06-01 | Schott Ag | Lithia-alumina-silica containing glass compositions and glasses suitable for chemical tempering and articles made using the chemically tempered glass |
DE102004022629B9 (de) | 2004-05-07 | 2008-09-04 | Schott Ag | Gefloatetes Lithium-Aluminosilikat-Flachglas mit hoher Temperaturbeständigkeit, das chemisch und thermisch vorspannbar ist und dessen Verwendung |
JP2007197310A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-08-09 | Nippon Electric Glass Co Ltd | 結晶化ガラスおよびそれを用いた反射鏡基材並びに反射鏡 |
US7476633B2 (en) * | 2006-03-31 | 2009-01-13 | Eurokera | β-spodumene glass-ceramic materials and process for making the same |
ES2629328T3 (es) * | 2006-03-31 | 2017-08-08 | Eurokera | Materiales vitrocerámicos de beta-espodumena y proceso para la fabricación de los mismos |
FR2963617B1 (fr) * | 2010-08-03 | 2015-06-05 | Eurokera | Verres d'aluminosilicate de lithium (precurseurs de vitroceramique); vitroceramiques de beta-quartz et/ou de beta-spodumene; articles en lesdites vitroceramiques; procedes d'obtention |
JP5737043B2 (ja) | 2011-07-29 | 2015-06-17 | 旭硝子株式会社 | 基板用ガラスおよびガラス基板 |
US9403716B2 (en) | 2012-09-27 | 2016-08-02 | Corning Incorporated | Glass-ceramic(s); associated formable and/or color-tunable, crystallizable glass(es); and associated process(es) |
DE102013019003A1 (de) * | 2013-11-13 | 2015-05-13 | Taiwan Glass Ind. Corp. | Alkali-Alumino-Silikatglas |
US9751798B2 (en) | 2014-06-30 | 2017-09-05 | Corning Incorporated | White, opaque,β-spodumene glass-ceramic articles with inherent damage resistance and methods for making the same |
KR20190090090A (ko) * | 2014-10-08 | 2019-07-31 | 코닝 인코포레이티드 | 금속 산화물 농도 구배를 포함한 유리 및 유리 세라믹 |
US11104602B2 (en) | 2015-06-26 | 2021-08-31 | Corning Incorporated | Glass with high surface strength |
WO2016210244A1 (en) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | Corning Incorporated | Glass with high surface strength |
CN108463439B (zh) * | 2016-01-08 | 2022-07-22 | 康宁股份有限公司 | 具有固有抗损坏性的可化学强化锂铝硅酸盐玻璃 |
KR102294930B1 (ko) | 2016-05-27 | 2021-08-31 | 코닝 인코포레이티드 | 내파단성 및 내스크래치성 유리 물품 |
-
2018
- 2018-10-30 CN CN201880071408.4A patent/CN111315697B/zh active Active
- 2018-10-30 WO PCT/US2018/058221 patent/WO2019089602A1/en unknown
- 2018-10-30 US US16/175,016 patent/US11136258B2/en active Active
- 2018-10-30 EP EP18801251.2A patent/EP3704069A1/en active Pending
- 2018-10-30 KR KR1020207015120A patent/KR102659268B1/ko active IP Right Grant
- 2018-10-30 JP JP2020523972A patent/JP2021501108A/ja active Pending
- 2018-10-31 TW TW107138556A patent/TWI788446B/zh active
-
2021
- 2021-09-30 US US17/490,633 patent/US11820706B2/en active Active
-
2023
- 2023-10-23 US US18/382,781 patent/US20240043316A1/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102659268B1 (ko) | 고 액상선 점도를 갖는 과알루미늄질 리튬 알루미노실리케이트 | |
JP2021501108A6 (ja) | 高い液相粘度を有する過アルミナ質のアルミノケイ酸リチウム | |
TWI627149B (zh) | 混成式鹼石灰矽酸鹽及鋁矽酸鹽玻璃物件 | |
JP5779296B2 (ja) | ガラス組成物、化学強化用ガラス組成物、強化ガラス物品、およびディスプレイ用のカバーガラス | |
JP5977841B2 (ja) | ガラス組成物、化学強化用ガラス組成物、強化ガラス物品、およびディスプレイ用カバーガラス | |
JP5957097B2 (ja) | ガラス組成物、化学強化用ガラス組成物、強化ガラス物品、およびディスプレイ用カバーガラス | |
WO2019191480A1 (en) | Glasses having high fracture toughness | |
US11292741B2 (en) | Ion-exchangeable lithium-containing aluminosilicate glasses | |
TW201742841A (zh) | 在後離子交換熱處理之後保留高壓縮應力的玻璃組成物 | |
JP2018509366A (ja) | 軟化点が低い、高速イオン交換可能な無ホウ素ガラス | |
CN114981224A (zh) | 具有高中心张力的高断裂韧性玻璃 | |
WO2019060474A1 (en) | TRANSPARENT SILICATE GLASSES WITH EXCHANGEABLE IONS AND HAVING HIGH BREAK RESISTANCE | |
KR20170118923A (ko) | 3-차원 형상을 위한 이온교환 가능한 연질 유리 | |
JP7499180B2 (ja) | 高い破壊靭性を有するガラス | |
US20240174552A1 (en) | Lithium aluminosilicate glasses for chemical strengthening |