JP2022550970A - リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス、強化ガラス、その製造方法およびディスプレイ部品 - Google Patents
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Abstract
リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、５０％～７２％のＳｉＯ２、１０％～２７％のＡｌ２Ｏ３、０．１％～１０．０％のＢ２Ｏ３、２％～１０％のＬｉ２Ｏ、４％～１５％のＮａ２Ｏ、０．１％～５．０％のＺｒＯ２、および０～４％のＫ２Ｏを含み、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２２～０．４８）：１である。【選択図】図１
Description
本発明は、ガラスの分野に関し、特に、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス、強化ガラス、その製造方法およびディスプレイ部品に関する。
薄板ガラスは、ディスプレイ効果に影響を与えることなく、ディスプレイ部品のディスプレイパネルを保護するために使用されるコンポーネントである。ディスプレイ部品として、例えば、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルカメラ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）などの多くのディスプレイ部品が多く知られている。近年、携帯電話やＰＤＡなどのディスプレイ部品の薄型化・高機能に伴い、ガラスの機械的強度への要求が高まっている。したがって、一般的には、薄板ガラスに対しさらに化学強化させて焼戻しガラスを得る。このような焼戻しガラスは、イオン交換処理によって化学強化し、ガラス表面のナトリウムイオンとリチウムイオンをイオン交換塩においてのカリウムイオンまたはナトリウムイオンと交換して、ガラス表面に圧縮応力層を形成することができる。
従来のガラスカバープレート市場では、主に、例えばコーニングのゴリラガラス、ＮＥＧのＴ２Ｘ－１、旭硝子のドラゴントレイルガラス、中国旭虹のパンダガラス、中国南玻のＫＫ３ガラスなどの（ホウ素）アルミノケイ酸塩ガラスやリチウム（ホウ素）アルミノケイ酸塩ガラスが知られている。ただし、従来のガラスは、強度がそれなりに高くないため、モバイルデバイスの保護ガラスに使用すると、十分な保護の役割を果たすことはできない。
そこで、より強度が高いリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを提供する必要がある。
さらに、強化ガラス、強化ガラスの製造方法、およびディスプレイ部品も提供される。
リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスであって、質量率で、
５０％～７２％のＳｉＯ２、
１０％～２７％のＡｌ２Ｏ３、
０．１％～１０．０％のＢ２Ｏ３、
２％～１０％のＬｉ２Ｏ、
４％～１５％のＮａ２Ｏ、
０．１％～５．０％のＺｒＯ２、及び
０～４％のＫ２Ｏを含み、
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２２～０．４８）：１である、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
５０％～７２％のＳｉＯ２、
１０％～２７％のＡｌ２Ｏ３、
０．１％～１０．０％のＢ２Ｏ３、
２％～１０％のＬｉ２Ｏ、
４％～１５％のＮａ２Ｏ、
０．１％～５．０％のＺｒＯ２、及び
０～４％のＫ２Ｏを含み、
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２２～０．４８）：１である、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
上記のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスから化学強化によって得られた強化ガラス。
強化ガラスの製造方法であって、上記のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスに対して、まず、温度が３９０℃～４２０℃、質量比が２：８～８：２のＮａＮＯ３とＫＮＯ３の混合溶融物中で２～６時間の焼き戻し処理を行い、次に、温度が３８０℃～４００℃、質量比が０．１：９９．９～１５：８５のＮａＮＯ３とＫＮＯ３の混合溶融物中で２～４時間の焼き戻し処理を行って、強化ガラスを得るステップを含む、強化ガラスの製造方法。
上記のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス、又は上記の強化ガラス、若しくは上記の強化ガラスの製造方法によって製造された強化ガラスを含む、ディスプレイ部品。
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細は、以下の添付した図面および記載に示されている。本発明の他の特徴、目的及び利点は、明細書、添付した図面及び特許の範囲から明らかになるであろう。
以下、本発明を容易に理解するために、特定の実施形態を参照しながら本発明についてより完全に説明する。特定の実施形態には、本発明の好ましい実施例が示されている。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実現されてもよく、本明細書に記載されている実施例に限定されるものではない。その一方で、これらの実施例を挙げる目的は、本発明の開示をさらに徹底的かつ完全に理解することである。
他に定義されない限り、本明細書中で使用された全ての専門用語及び科学技術用語は、本発明に属する分野の当業者によって一般的に理解される意味と同じ意味を有する。本発明の明細書で使用された用語は、具体的な実施例を説明するためのものだけであり、本発明を限定するためのものではない。
一実施形態に係るリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、
５０％～７２％のＳｉＯ２、
１０％～２７％のＡｌ２Ｏ３、
０．１％～１０．０％のＢ２Ｏ３、
２％～１０％のＬｉ２Ｏ、
４％～１５％のＮａ２Ｏ、
０．１％～５．０％のＺｒＯ２、及び
０～４％のＫ２Ｏを含み、
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の質量の合計は１０％を超えており、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２２～０．４８）：１である。
５０％～７２％のＳｉＯ２、
１０％～２７％のＡｌ２Ｏ３、
０．１％～１０．０％のＢ２Ｏ３、
２％～１０％のＬｉ２Ｏ、
４％～１５％のＮａ２Ｏ、
０．１％～５．０％のＺｒＯ２、及び
０～４％のＫ２Ｏを含み、
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の質量の合計は１０％を超えており、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２２～０．４８）：１である。
一実施例において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、およびＴｉＯ２のうちの少なくとも１つをさらに含む。具体的には、ＭｇＯの質量率は６％以下であり、ＣａＯの質量率は４％以下であり、ＳｒＯの質量率は４％以下であり、ＺｎＯの質量率は４％以下であり、ＴｉＯ２の質量率は２％以下である。さらに、ＭｇＯの質量率は４％以下であり、ＣａＯの質量率は２％以下であり、ＳｒＯの質量率は２％以下であり、ＺｎＯの質量率は２％以下であり、ＴｉＯ２の質量率は１％以下である。
さらに、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、ＭｇＯ、ＺｎＯ、およびＴｉＯ２のうちの少なくとも１つをさらに含み、ＭｇＯの質量率は２％以下であり、ＺｎＯの質量率は２％以下であり、ＴｉＯ２の質量率は１％以下である。
一実施例において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、１％以下のＳｎＯ２をさらに含む。さらに、ＳｎＯ２の質量率は０．５％以下である。
他の実施例において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、０．５％以下のＣｅＯ２をさらに含む。
さらに好ましくは、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、５０％～７２％のＳｉＯ２、１０％～２７％のＡｌ２Ｏ３、０．１％～１０．０％のＢ２Ｏ３、２％～１０％のＬｉ２Ｏ、４％～１５％のＮａ２Ｏ、０．１％～５．０％のＺｒＯ２、０～４％のＫ２Ｏ、質量率が４％以下のＭｇＯ、質量率が２％以下のＺｎＯ、質量率が１％以下のＴｉＯ２、質量率が１％以下のＳｎＯ２、及び質量率が０．５％以下のＣｅＯ２を含む。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２２～０．４８）：１である。
なお、本実施形態において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスには、Ｐ２Ｏ５およびＦｅ２Ｏ３が含まれていない。リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスにはＰ２Ｏ５が添加されていない場合、Ｐ２Ｏ５とＢ２Ｏ３の添加によるＰ－Ｂ相分離の混濁を回避して、ヘイズ（すなわち不透明度）の増加とガラスの化学的安定性の低下を回避することができる。
ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）は、ガラス形成において重要な酸化物であり、ガラス骨格を形成するために不可欠な成分である。ＳｉＯ２は、ガラスの強度と化学的安定性を向上させることができ、ガラスに高いひずみ点と低い熱膨張係数を与えることができる。本実施形態において、ＳｉＯ２の質量率について、好ましくは５０％～７２％、さらに好ましくは５５％～６７％、最も好ましくは５８％～６４％である。ＳｉＯ２の質量率が５０％未満の場合、ガラス本体の網目構造が悪く、機械的性質が悪く、耐候性が悪くなる。ＳｉＯ２の質量率が７２％を超える場合、製造過程でのガラスの溶融温度が高くなり、エネルギー消費量が増加し、気泡や石などの欠陥が頻繁に発生しやすくなる。さらに、シリカ－酸素骨格構造の割合が比較的高く、網目の隙間が小さいため、イオン交換による化学強化に不利な影響を及ぼし、化学強化の効率に影響を及ぼす。従って、本実施形態において、ＳｉＯ２の質量率は、５０％～７２％に設定される。
Ａｌ２Ｏ３（三酸化アルミニウム）は、網目の形成に関与し、網目形成体として機能するとともに、ガラスの結晶化傾向を低減し、ガラスの化学的安定性、熱安定性、機械的強度、および硬度を向上させることができる。さらに、Ａｌ２Ｏ３は、延伸ガラスの弾性率を高めるために不可欠な成分でもある。ただし、Ａｌ２Ｏ３を添加すると、ガラスの粘度が高くなる。Ａｌ２Ｏ３の質量率が高すぎると、材料特性が長いガラスが得られにくくなり、ガラスの成形が困難になる。さらに、ガラス中のＡｌ３＋は、シリコン酸素四面体［ＳｉＯ４］網目よりもはるかに大きいアルミニウム酸素四面体網目［ＡｌＯ４］を形成する傾向があり、イオン拡散のチャネルとして大きなギャップを残すため、ガラスにおいてＡｌ２Ｏ３の含有量が高くなると、アルカリ金属イオンの移動と置換率が促進される。Ａｌ２Ｏ３の含有量が高いほど、骨格網目の隙間が大きくなり、イオン交換を促すが、熱膨張係数は、その含有量が高いからさらに低下することはない。逆に、ガラスの高温粘度が大幅に上昇し、製造工程での溶融温度が高くなりすぎてエネルギー消費量が増加し、気泡や石などの欠陥の制御に不利な影響を及ぼす。ただし、Ａｌ２Ｏ３の含有量が低いと、網目空間の隙間が小さくなり、イオンの移動に不利な影響を及ぼし、化学強化の効率に深刻な影響を及ぼす。従って、本実施形態において、Ａｌ２Ｏ３の質量率は、好ましくは１０％～２７％、さらに好ましくは１３％～２５％、最も好ましくは１６％～２２％である。
Ｂ２Ｏ３（ホウ素酸化物）は、ボロアルミノケイ酸塩ガラスの重要な成分の１つであり、形成体の酸化物に属し、アルミノケイ酸塩ガラスの熱膨張係数を低減し、アルミノケイ酸塩ガラスの熱安定性および化学的安定性を向上させることができる。Ｂ２Ｏ３の含有量が高すぎると、高温での粘度低下効果によりホウ素が激しく揮発する。また、Ｂ２Ｏ３の含有量が高すぎると、成形温度が狭くなり、ボロアルミノケイ酸塩ガラスを伸ばして管を成形する過程中で壁厚や管径を精密に制御することが困難になる。さらに、Ｂ２Ｏ３の導入量が高すぎると、ボロ酸素三角形［ＢＯ３］が増加されるより、ボロアルミノケイ酸塩ガラスの膨張係数などが逆に増加され、異常現象が発生する。Ｂ２Ｏ３の含有量が高すぎると、ガラスのイオン交換容量が大幅に低下する。従って、本実施形態において、Ｂ２Ｏ３の質量率は、好ましくは０．１％～１０．０％、さらに好ましくは０．５％～４％、最も好ましくは１％～２％である。
Ｌｉ２Ｏ（酸化リチウム）は、理想的なフラックスであり、イオン交換の主成分であり、Ｌｉ＋の分極特性により、高温での高温粘度を効果的に低減でき、Ｌｉ＋は、半径が小さいため、ガラス本体の空気に充填されて遊離酸素のバランスをとることができる。したがって、適切な量のＬｉ２Ｏは、ガラス本体の機械的強度、表面硬度、および耐薬品性を大幅に向上させることができる。本実施形態では、強化プロセスにおいてＮａＮＯ３とＫＮＯ３の混合溶融塩を使用するため、ガラス中のＬｉ＋と溶融塩中のＮａ＋とのイオン交換を行うことにより、圧縮応力層の深さを短時間で増やすことができ、ガラスにより優れた機械的耐衝撃性を与える。Ｌｉ２Ｏの質量率は、好ましくは２％～１０％、さらに好ましくは３％～７％、最も好ましくは４％～６％である。Ｌｉ２Ｏの質量率が２％未満の場合、ガラスがより高い応力層の深さを得るのは基本的に困難になり、１０％を超える場合、ガラスの製造コストが増加され、ガラスの膨張係数が大幅に増加し、且つガラスの結晶化傾向が非常に高くなり、ガラスに石が形成される欠陥の可能性が大幅に増加する。
Ｎａ２Ｏ（酸化ナトリウム）は、ボロアルミノケイ酸塩ガラスの網目修飾酸化物（network modifying oxides）であり、遊離酸素を供給してＳｉ－Ｏ結合を切断し、それにより、アルミノケイ酸塩ガラスの粘度および溶融温度を低下させることができる。Ｎａ２Ｏの含有量が高すぎると、線熱膨張係数が増加し、化学的安定性が低下し、Ｎａ２Ｏの揮発量が増加して、アルミノケイ酸塩ガラスの組成が不均一になる可能性がある。または、Ｎａ２Ｏの含有量が低すぎると、ガラスの溶融と成形に不利な影響を及ぼし、ＮａイオンとＫイオンの化学的交換によってガラスの表面に圧縮応力層を形成してガラスの機械的強度を高める目的を果たすことに不利な影響を及ぼす。本実施形態では、Ｎａ２Ｏ成分は、焼戻し中において、溶融物中のＫイオンと交換してガラス表面の圧縮応力を形成する役割を果たしているため、ガラスの強度性能に直接影響を与える。従って、本実施形態において、Ｎａ２Ｏの質量率は、好ましくは４％～１５％、さらに好ましくは６％～１２％、最も好ましくは８％～１０％である。
Ｋ２Ｏ（酸化カリウム）およびＮａ２Ｏは、両方ともアルカリ金属酸化物であり、ガラス構造において同様の機能を持っている。Ｎａ２Ｏの代わりに少量のＫ２Ｏを使用すると、一連のガラス特性を向上させる「混合アルカリ効果」を発揮できる。Ｋ２Ｏは、溶融特性を改善し、化学強化においてイオン交換率を高めて必要な表面圧縮応力と応力層の深さを得るのに使用されるコンポーネントである。Ｋ２Ｏの含有量が高すぎると、耐候性が低下する。本実施形態では、本発明者は、ガラス中のアルカリ金属の含有量に対する分析により、Ｋ２Ｏの質量率を０～４％に設定する。Ｋ２Ｏの質量率は、さらに好ましくは０～３％、最も好ましくは０～２％である。
ＺｒＯ２は、主に、立方晶［ＺｒＯ８］配位の形態でケイ酸塩ガラスに存在しており、イオン半径が大きいため、ガラス構造の網目修飾体に属し、且つガラスへの溶解度が小さいという原因で、ガラスの粘度を大幅に増加させるから、その添加量が５％を超えてはならない。ＺｒＯ２は、ガラスの耐酸・アルカリ性と屈折率を向上させることができる。従って、本実施形態において、ＺｒＯ２の質量率は、好ましくは０．１％～５．０％、さらに好ましくは１％～４％、最も好ましくは３％～４％である。
ＭｇＯ（酸化マグネシウム）は、網目修飾酸化物の一種であり、ガラスの融点の低下に役立ち、高温でガラスの粘度を下げ、ガラスの溶融と清澄化を促進し、均一性を向上させ、耐加水分解性を高めることができる。さらに、ＭｇＯは、ガラスを安定させ、ガラスの耐久性を向上させ、ガラスの結晶化を防ぎ、ガラス内のアルカリ金属イオンの移動を抑制することができ、ガラスの弾性率を向上させる機能も持っている。ＭｇＯは、低温でガラス網目空間の安定性を高め、ガラスの熱膨張係数をある程度低下させることができるが、イオン交換に対して阻害効果があるため、本実施形態では、ＭｇＯは必須成分ではなく、省略してもよい。本実施形態において、ＭｇＯの質量率は、好ましくは０～６％、さらに好ましくは０～４％、最も好ましくは０～２％である。ＭｇＯの質量率が６％を超えると、Ｍｇ２＋はガラスのイオン交換容量を著しく阻害し、圧縮応力層の深さを大幅に減少させる。
ＣａＯ（酸化カルシウム）は、シリコン酸素四面体［ＳｉＯ４］によって形成された網目を緩和および破壊し、高温でのガラスの溶融特性を改善するがあるいはガラスが失透しにくくなる。ただし、その含有量が多すぎると、アルミノケイ酸塩ガラスの耐候性に影響を与え、イオン交換の進行を著しく阻害するため、本実施形態では、ＣａＯは必須成分ではなく、省略してもよい。ＣａＯの質量率は、好ましくは０～４％、さらに好ましくは０～２％である。
ＳｒＯ（酸化ストロンチウム）は、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムに類似しており、ガラスの高温粘度を低下させ、溶融を促進することができるが、イオン半径が大きいため、ＳｒＯは、ガラス構造中のＬｉ－Ｎａ－Ｋイオンの交換プロセスを阻害しないので、少量の酸化ストロンチウムを酸化カルシウムと酸化マグネシウムの一部に置き換えてもよい。本実施形態において、ＳｒＯの質量率は、好ましくは０～４％、さらに好ましくは０～２％である。本実施形態において、ＳｒＯも省略してもよい。
ＺｎＯ（酸化亜鉛）は、二価の金属酸化物に属し、アルカリ土類金属酸化物の機能も有し、ケイ酸塩ガラス系では、一部のＺｎＯ材料を添加することで、ガラスの溶融温度を効果的に低下させ、ガラス転移温度Ｔｇを下げると同時に、ガラス基板の耐アルカリ性を向上させることができる。アルミノケイ酸塩ガラス本体では、Ｚｎは、常に、２つの配位子［ＺｎＯ６］と［ＺｎＯ４］に存在しており、［ＺｎＯ４］はアルカリ含有量の増加とともに増大し、ガラスの結晶化傾向を増加させる。本発明では、一部の酸化亜鉛を使用して酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムを置き換えることにより、ガラスの化学的安定性を維持するとともに、イオン交換の急速な進行を促進することができる。ＺｎＯの質量率は、好ましくは０～４％、さらに好ましくは０～２％である。本実施形態において、ＺｎＯも省略してもよい。
ＴｉＯ２は、ＺｒＯ２と同様の機能を有し、遷移元素であり、一定の着色力を有し、黄色を示し、ガラスの化学的安定性を向上させ、ガラスの色温度を上昇させることができる従って、本実施形態において、ＴｉＯ２の質量率は、好ましくは０～２％、さらに好ましくは０～１％である。本実施形態において、ＴｉＯ２は必須成分ではなく、省略してもよい。
ＳｎＯ２とＣｅＯ２は、両方ともさまざまな原子価状態でガラス本体に存在することが多いため、ガラスのＵＶ耐性を増加させ、着色イオンの原子価変化による色の変化を防ぐことができる。さらに、ＳｎＯ２とＣｅＯ２を単独または組み合わせて添加すると、一般的に使用されている清澄剤としてガラス本体の高温消泡能力を向上させることもできる。本実施形態において、ＳｎＯ２の質量率は、好ましくは０～１％、さらに好ましくは０～０．５％であり、ＣｅＯ２の質量率は、好ましくは０～０．５％である。本実施形態において、ＳｎＯ２とＣｅＯ２は、両方とも必須成分ではなく、省略してもよい。
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計を９％以上に設定することにより、以下の効果が得られる。典型的なガラス網目修飾体としてのアルカリ金属は、ガラスの溶融温度を大幅に下げることができる。さらに、本発明では、アルカリ金属イオンは、ガラスの表面に十分な圧縮応力層が得られるように、ガラスを化学強化してイオン交換を実現できるかどうかの鍵となる。総合的に検討した結果、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計は９％以上である必要がある。
Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比を（０．２２～０．４８）：１に設定することにより、以下の効果が得られる。本発明では、アルカリ金属は、ガラスが高性能の化学強化を実現できるかどうかの鍵であり、化学強化プロセス中に異なる役割を果たしている。化学焼戻しの最初のステップで焼戻し塩中のＮａイオンおよびＫイオンの一部と交換するには、ガラス本体に一定の割合のＬｉが必要である。イオン体積の違いにより、ガラス表面に応力勾配のある圧縮応力層が形成されて応力層の深さが比較的深くなるため、ガラスの強度と靭性を高めることができる。長期試験にわたって、Ｌｉ２Ｏは全アルカリ金属含有量の２２％以上を占め、４８％を超えてはならない。全アルカリ金属中のＬｉ２Ｏの割合が焼き戻し性能に影響を与えることに加えて、Ｌｉ２Ｏの相対分子量が小さいため、同じ質量率で、Ｌｉ２ＯはＮａ２ＯおよびＫ２Ｏよりもモル数が多く、ガラスの溶融温度を大幅に低減する可能性があり、生産管理に役立たず、Ｌｉ２Ｏが多すぎるとガラスの結晶化を引き起こす恐れがある。したがって、アルカリ金属中のＬｉ２Ｏの割合は４８％を超えてはならない。
ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の質量の合計を１０％より大きく設定することにより、以下の効果が得られる。本発明では、ＺｒＯ２およびＡｌ２Ｏ３は、化学焼戻しプロセス中のアルカリ金属イオンの交換の速度と難易度を決定する重要なコンポーネントであり、網目中間体として、ガラス網目構造に部分的に関与する。大分子のＺｒＯ２は、網目の隙間に充填され、アルカリ金属イオン交換用の緩い構造チャネルを形成し、ガラスの深さ方向のイオン交換を促進する。それにより、高い応力深さと高い表面応力が形成される。さらに、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３は、ガラスの化学的安定性を向上させることができ、したがって、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の質量の合計は１０％以上である必要がある。
いくつかの実施例において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、好ましくは、質量率で、５５％～６７％のＳｉＯ２、１３％～２５％のＡｌ２Ｏ３、０．５％～４％のＢ２Ｏ３、３％～７％のＬｉ２Ｏ、６％～１２％のＮａ２Ｏ、１％～４％のＺｒＯ２、及び０～３％のＫ２Ｏを含む。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の質量の合計は１６％を超えており、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２７～０．４１）：１である。
この実施例において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、およびＴｉＯ２のうちの少なくとも１つをさらに含んでもよい。具体的には、ＭｇＯの質量率は６％以下であり、ＣａＯの質量率は４％以下であり、ＳｒＯの質量率は４％以下であり、ＺｎＯの質量率は４％以下であり、ＴｉＯ２の質量率は２％以下である。
さらに、ＭｇＯの質量率は４％以下であり、ＣａＯの質量率は２％以下であり、ＳｒＯの質量率は２％以下であり、ＺｎＯの質量率は２％以下であり、ＴｉＯ２の質量率は１％以下である。
この実施例において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、ＳｎＯ２とＣｅＯ２のうちの少なくとも１つをさらに含み、ＳｎＯ２の質量率は１％以下であってもよい。さらに、ＳｎＯ２の質量率は０．５％以下であり、ＣｅＯ２の質量率は０．５％以下である。
さらに好ましくは、この実施例において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、５５％～６７％のＳｉＯ２、１３％～２５％のＡｌ２Ｏ３、０．５％～４％のＢ２Ｏ３、３％～７％のＬｉ２Ｏ、６％～１２％のＮａ２Ｏ、１％～４％のＺｒＯ２、０～３％のＫ２Ｏ、質量率が４％以下のＭｇＯ、質量率が２％以下のＺｎＯ、質量率が１％以下のＴｉＯ２、質量率が１％以下のＳｎＯ２、及び質量率が０．５％以下のＣｅＯ２を含む。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の質量の合計は１６％を超えており、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２７～０．４１）：１である。
なお、この実施例において、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、及びＣｅＯ２は、省略してもよい。
他の実施例において、さらに好ましくは、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、５８％～６４％のＳｉＯ２、１６％～２２％のＡｌ２Ｏ３、１％～２％のＢ２Ｏ３、４％～６％のＬｉ２Ｏ、８％～１０％のＮａ２Ｏ、３％～４％のＺｒＯ２、及び０～２％のＫ２Ｏを含む。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の質量の合計は１９．５％を超えており、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２９～０．３８）：１である。
この実施例において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、およびＴｉＯ２のうちの少なくとも１つをさらに含んでもよい。具体的には、ＭｇＯの質量率は６％以下であり、ＣａＯの質量率は４％以下であり、ＳｒＯの質量率は４％以下であり、ＺｎＯの質量率は４％以下であり、ＴｉＯ２の質量率は２％以下である。
さらに、ＭｇＯの質量率は４％以下であり、ＣａＯの質量率は２％以下であり、ＳｒＯの質量率は２％以下であり、ＺｎＯの質量率は２％以下であり、ＴｉＯ２の質量率は１％以下である。
さらに、この実施例において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、ＳｎＯ２とＣｅＯ２のうちの少なくとも１つをさらに含み、ＳｎＯ２の質量率は０．５％以下であり、ＣｅＯ２の質量率は０．５％以下であってもよい。
さらに好ましくは、この実施例において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、５８％～６４％のＳｉＯ２、１６％～２２％のＡｌ２Ｏ３、１％～２％のＢ２Ｏ３、４％～６％のＬｉ２Ｏ、８％～１０％のＮａ２Ｏ、３％～４％のＺｒＯ２、０～２％のＫ２Ｏ、質量率が４％以下のＭｇＯ、質量率が２％以下のＺｎＯ、質量率が１％以下のＴｉＯ２、質量率が１％以下のＳｎＯ２、及び質量率が０．５％以下のＣｅＯ２を含む。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の質量の合計は１９．５％を超えており、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２９～０．３８）：１である。
なお、この実施例において、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、及びＣｅＯ２は、省略してもよい。
従来の技術では、非ゼロかつ１モル％未満のＰ２Ｏ５とＫ２Ｏを含み、Ｌｉ２Ｏの質量とＢ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３の質量の合計との比が０．０７４未満であるガラス組成物が公開されている。これに対して、本発明の実施形態におけるリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスにはＰ２Ｏ５が含まれていないため、Ｐ２Ｏ５とＢ２Ｏ３の添加によるＰ－Ｂ相分離の混濁を回避して、ヘイズ（即ち不透明度）の増加を回避することができる。また、ガラス中にＰ２Ｏ５が含まれることは、特に水蒸気や酸性液体によるガラスの腐食により、ガラスの化学的安定性を低下させる。さらに、本発明の実施形態では、Ｌｉ２ＯとＢ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３の総モル量との比は、一般に０．０７４より高く、Ｌｉ２Ｏの量は、一般に、Ｎａ２Ｏの量よりも高いため、ガラス本体のＬｉイオンを強化塩のＮａおよびＫイオンと交換するという利点を十分に活用できる。その結果、本実施形態におけるリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、表面応力値が８００ＭＰａより大きく、深さが１３０μｍより大きく、すなわち、ガラスの曲げ強度および衝撃に耐えるエネルギー限界が大幅に増加する。
別の技術では、焼戻し後のガラスの中心張力が５０Ｍｐａ未満、ガラスの表面圧縮応力が６００Ｍｐａ～１２００Ｍｐａであり、ガラスの曲げ強度が５００ＭＰａに達する可能性がある薄いリチウムアルミニウムシリコンガラスが開示されている。このガラスの応力層の深さは５０μｍ未満であるはずである。これに対して、本実施形態におけるリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの強化後の応力層の深さは１００μｍより大きくする必要があるため、上記の技術における焼戻しガラスの応力層の深さよりはるかに大きい。
別の従来の技術では、Ｂ２Ｏ３およびＺｒＯ２の含有量は両方とも低い。これに対して、本実施形態では、Ｂ２Ｏ３およびＺｒＯ２の含有量は両方とも０．１％以上であり、それらがガラス本体構造の骨格の形成に関与する場合、ガラス基板の後の処理においてガラスの破壊靭性を高めることに有益である。その結果、焼戻し後、表面応力値は８００ＭＰａ以上、１００μｍの深さでの圧縮応力値は５５ＭＰａ以上であり、ガラスの機械的強度と耐落下性が向上する。
したがって、従来のガラスカバープレートでは、急速な化学焼戻しが可能であり、ガラス表面に６００ ＭＰａより大きい圧縮応力層が形成され、応力層の深さは一般に３５μｍ以上である。これに対して、特殊な化学的焼き戻し処理を施したリチウムアルミニウム－シリコンガラスでは、その応力層の深さが１００μｍ以上に達する可能性があるため、ガラスの機械的強度、耐衝撃性、摩擦抵抗、砂や砂利の地面への落下に対する耐性を向上させることができる。しかしながら、従来のガラスの強度はそれなりに高くない。
上記のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスには、少なくとも以下の利点がある。
（１）上記のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、２０℃～３００℃での熱膨張係数が８４．５×１０－７～９４．９×１０－７、溶融温度Ｔ２が１５４３°Ｃ～１６３８°Ｃ、ガラス転移温度Ｔｇが４９７°Ｃ～５８６°Ｃであり、特殊な化学的焼き戻し処理を施した後、ガラスの表面圧縮応力ＣＳ０が８００ＭＰａよりも大きく、ガラス表面から１０μｍの深さでの圧縮応力ＣＳ１０が２３０ＭＰａを超え、表面から３０μｍの深さでの圧縮応力ＣＳ３０が１４０ＭＰａを超え、イオン交換による最大応力層の深さＤｏｌ０が１３６μｍよりも大きい。
（２）上記のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、強化後、曲げ強度が７００ＭＰａよりも大きく、耐える落下エネルギーが０．４Ｊを超えるため、携帯電話、タブレット、又はその他のモバイルスマートデバイス用の保護ガラスとして使用できる。
図１を参照すると、一実施形態に係るリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの製造方法は、上記のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの製造方法であり、具体的には以下のステップを含む。
ステップＳ１１０において、質量率で、５０％～７２％のＳｉＯ２、１０％～２７％のＡｌ２Ｏ３、０．１％～１０．０％のＢ２Ｏ３、２％～１０％のＬｉ２Ｏ、４％～１５％のＮａ２Ｏ、０．１％～５．０％のＺｒＯ２、および０～４％のＫ２Ｏの原料を秤量する。但し、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計が９％以上であり、ＺｒＯ２およびＡｌ２Ｏ３の質量の合計が１０％よりも大きく、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比が（０．２２～０．４８）：１である。
ステップＳ１２０において、上記の原料を混合・溶融してガラスペーストを得る。
一実施例では、ステップＳ１２０において、溶融の温度は１６５０℃であり、溶融の時間は８時間である。
ステップＳ１３０において、ガラスペーストに均質化処理を施す。
一実施例では、ステップＳ１３０において、均質化処理の温度は１５００℃であり、均質化処理の時間は１時間である。
ステップＳ１４０において、ガラスペーストを成形し、次にアニーリング処理を施して、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを得る。
具体的には、ガラスペーストを成形するステップにおいて、鋳造成形法を採用する。一実施例では、均質化処理を施したガラスペーストを４５０℃に予熱した鉄型に流し込み、ガラスペーストを固化させる。
なお、上記のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの製造方法では、従来の板ガラス製造工程によってガラスを得てもよい。製造方法は、フロート法、オーバーフローダウンドロー法、チョクラルスキー法、フラットドロー法、カレンダリング法などに限定されない。
一実施形態に係る強化ガラスは、上記の実施形態のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスから化学強化によって得られる。具体的には、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、５０％～７２％のＳｉＯ２、１０％～２７％のＡｌ２Ｏ３、０．１％～１０．０％のＢ２Ｏ３、２％～１０％のＬｉ２Ｏ、４％～１５％のＮａ２Ｏ、０．１％～５．０％のＺｒＯ２、および０～４％のＫ２Ｏを含み、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計が９％以上であり、ＺｒＯ２およびＡｌ２Ｏ３の質量の合計が１０％よりも大きく、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比が（０．２２～０．４８）：１である。
図２を参照すると、一実施形態に係る強化ガラスの製造方法は、上記の強化ガラスの製造方法であり、具体的には以下のステップを含む。
ステップＳ２１０において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスに対して、温度が３９０℃～４２０℃、質量比が２：８～８：２のＮａＮＯ３とＫＮＯ３の混合溶融物中で２～６時間の焼き戻し処理を行う。
具体的には、このリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、上記実施形態のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスである。具体的には、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、５０％～７２％のＳｉＯ２、１０％～２７％のＡｌ２Ｏ３、０．１％～１０．０％のＢ２Ｏ３、２％～１０％のＬｉ２Ｏ、４％～１５％のＮａ２Ｏ、０．１％～５．０％のＺｒＯ２、および０～４％のＫ２Ｏを含み、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計が９％以上であり、ＺｒＯ２およびＡｌ２Ｏ３の質量の合計が１０％よりも大きく、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比が（０．２２～０．４８）：１である。
さらに、ステップＳ２１０における混合溶融物の質量比は、６：４～４：６である。
次に、ステップＳ２２０において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスに対して、温度が３８０℃～４００℃、質量比が０．１：９９．９～１５：８５のＮａＮＯ３とＫＮＯ３の混合溶融物中で２～４時間の焼き戻し処理を行って、強化ガラスを得る。
次に、ステップＳ２２０において、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスに対して、温度が３８０℃～４００℃、質量比が０．１：９９．９～１５：８５のＮａＮＯ３とＫＮＯ３の混合溶融物中で２～４時間の焼き戻し処理を行って、強化ガラスを得る。
リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、２段階の混合塩法によって強化される。２段階の混合塩法による強化により、以下の効果が得られる。２段階の化学的焼き戻し法により、イオンの交換を選択的に行うことができる。第一段階は、主にガラス中のＬｉイオンと焼戻し塩中のＮａイオンおよびＫイオンとの交換である。Ｎａ－Ｌｉ交換の結果、圧縮応力値が小さく、応力深さが大きい圧縮応力層が生じる。それに、Ｌｉ－ＫおよびＮａ－Ｋ交換の一部に伴い、大きな応力を形成して高い深さ方向の低い応力値を補うことができる。第二段階では、低温でＫイオン含有量の高い焼き戻し塩を採用して焼き戻しを行うことにより、ガラス中のＮａイオンと焼戻し塩中のＫイオンが急速に交換されて、ガラス表面に応力深さが浅く、圧縮応力値が高い高密度応力層が形成され、最終的に、ガラス表面に７００ＭＰａを超える高応力層が形成されており、深さ方向に１００μｍ以上の応力層深さを持つことを特徴とする複合応力層が形成される。
ステップＳ２１０において硝酸ナトリウム対硝酸カリウムの質量比を２：８～８：２に設定する効果は、主に、Ｎａイオンとガラス中のＬｉイオンとの間の化学交換を達成して十分な深さの応力層を形成することである。ただし、ＮａイオンとＬｉイオンの半径はそれほど差がなく、ガラス構造にはＮａ－Ｌｉイオンの変換に対応するのに十分なスペースがあるため、形成した応力層の深さは深くなるが、応力値は低くなる。焼戻し塩にイオン半径の大きいＫを添加することにより、Ｌｉ－Ｋ交換及びＮａ－Ｋ交換を応力方向に実現し、一部の圧縮応力値を大きくする。したがって、第一段階において硝酸ナトリウム対硝酸カリウムの質量比を２：８～８：２に設定する。ステップＳ２２０において硝酸ナトリウム対硝酸カリウムの質量比を０．１：９９．９～１５：８５に設定する効果は、主に、ガラス中のＮａイオンと焼戻し塩中のＫイオンとの交換を達成して、ガラス表面に高い圧縮応力値の応力層を形成することである。この応力層は、第一段階の焼き戻しによって形成された応力層と複合圧縮応力層を形成して、ガラスの強度と靭性を向上させる。
２段階の化学焼戻しプロセスでは、ステップＳ２１０における混合溶融物の温度は、通常、ステップＳ２２０における混合溶融物の温度よりも１０℃～２０℃程高くなる。焼き戻しプロセスの２つの要素である温度と時間については、同じ焼き戻し塩の場合、処理時間が長く、温度が高いほど、形成した応力層の深さが深くなるが、応力値は大幅に低下する。本発明における２段階の焼戻しの目的は異なる。第一段階の目的は、十分な深さ（１００μｍより大きい）の応力層を形成することであり、応力値が高いほど良いであるため、第一段階では、より高い温度、通常は３９０°Ｃ～４２０°Ｃ、を選択し、時間は２時間～６時間である。第二段階の目的は、一定の深さの高応力の応力層（７００ＭＰａより大きい）を形成することであるため、第二段階では、より低い温度と短時間が必要となり、通常は３８０°Ｃ～４００Ｃであり、時間は２時間～４時間である。長時間を選択しない主な理由は、焼き戻しサイクルが長すぎること、効率と出力が低いこと、コストが高く、大量生産に適していないことである。
上記の方法によりリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを強化して得られた強化ガラスは、曲げ強度が７００ＭＰａ以上、耐える落下エネルギーが０．４Ｊ以上であるため、地面への偶発的な落下による、携帯電話などのスマートデバイスの画面やカバープレートのガラスの破損を効果的に回避または低減することができ、携帯電話やタブレットなどのモバイルスマートデバイスの保護ガラスとして使用できる。
一実施形態のディスプレイ部品は、上記のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス、又は上記の強化ガラス、若しくは上記の強化ガラスの製造方法によって製造された強化ガラスを含む。当該ディスプレイ部品は、スマートモバイルデバイス、デジタルカメラなどを含む。上記のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスまたは強化ガラスは、強度が高いため、偶発的な落下によるスマートモバイルデバイスなどの損傷を防ぐための保護ガラスとして使用できる。
以下は具体例である。
実施例１～実施例２１のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの製造プロセスは、具体的には以下の通りである。
以下の表１～表３に示されている実施例１～実施例２１の組成（質量率）により、原料を完全かつ均一に混合した後、白金るつぼ中において白金攪拌パドルで撹拌しながら１６５０℃で８時間溶融させた。攪拌パドルを引き出した後、溶融物を１５００℃まで冷却し、１時間保温して均質化した。次に、溶融物を鉄型に流し込み、８０ｍｍ×１６０ｍｍ程度のサイズのガラスブロックを形成した。流し込み前に金型を４５０℃まで予熱し、硬化直後にガラスブロックを焼鈍炉に移して焼鈍し（焼鈍温度は５９０℃）、２時間保温した。その後、１４０℃まで６時間冷却し、次に自然冷却して、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを得た。
実施例１～実施例７のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの強化プロセスは、具体的には以下の通りである。
上記の実施例１～実施例７で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの両面研磨ガラス板に加工した。ガラス板を、３９５°ＣのＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝１：１（質量比）の混合溶融物の中で４時間焼き戻した後、３８０°のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝８：９２（質量比）の混合溶融物に移して２時間焼き戻して、強化ガラスを得た。
実施例８～実施例１４のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの強化プロセスは、具体的には以下の通りである。
上記の実施例８～実施例１４で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの両面研磨ガラス板に加工した。ガラス板を、４２０℃のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝８：２（質量比）の混合溶融物の中で２時間焼き戻した後、４００°のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝１５：８５（質量比）の混合溶融物に移して２時間焼き戻して、強化ガラスを得た。
実施例１５～実施例２１のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの強化プロセスは、具体的には以下の通りである。
上記の実施例１５～実施例２１で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの両面研磨ガラス板に加工した。ガラス板を、４０５℃のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝２：８（質量比）の混合溶融物の中で６時間焼き戻した後、３９０°のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝０．１：９９．９（質量比）の混合溶融物に移して４時間焼き戻して、強化ガラスを得た。
比較例１～比較例１３のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの製造プロセスは、原料の組成が表４～表５に示されていることを除いて、実施例１～２１実施例のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの製造プロセスと同様である。
比較例１～比較例１０のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの強化プロセスは、実施例１～７実施例のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの強化プロセスと同様であり、繰り返しの説明を省略した。
比較例１１のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの強化プロセスは、具体的には以下の通りである。
上記の比較例１１で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの両面研磨ガラス板に加工した。ガラス板を、３９５°ＣのＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝１：１（質量比）の混合溶融物の中で６時間焼き戻して、強化ガラスを得た。
比較例１２のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの強化プロセスは、具体的には以下の通りである。
上記の比較例１２で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの両面研磨ガラス板に加工した。ガラス板を、３８０℃のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝８：９２（質量比）の混合溶融物の中で６時間焼き戻しして、強化ガラスを得た。
比較例１３のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの強化プロセスは、具体的には以下の通りである。
上記の比較例１３で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの両面研磨ガラス板に加工した。ガラス板を、３９５°ＣのＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝８：９２（質量比）の混合溶融物の中で４時間焼き戻した後、３８０°のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝１：１（質量比）の混合溶融物に移して２時間焼き戻して、強化ガラスを得た。
上記の実施例１～実施例２１および比較例１～比較例１３で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを、すべてφ５ｍｍ×５０ｍｍのガラスサンプルに加工した。その熱膨張曲線を、熱膨張計（ＮＥＴＺＳＣＨ－ＤＩＬ ４０２ ＰＣ）を使用して４°Ｃ／分の加熱速度で測定した。ガラスサンプルのひずみ点温度Ｔｇ、膨張軟化点温度Ｔｓ、および２０°Ｃ～３００°Ｃの範囲での熱膨張係数ＣＴＥを内蔵のソフトウェアで測定し、表１～表５に記録した。
実施例１～実施例２１および比較例１～比較例１３で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを、それぞれ２５０ｇを用いて、ガラス高温粘度計（ＯＲＴＯＮ、ＲＳＶ－１６００）で高温粘度を測定した。粘度が１０２ｄＰａ．Ｓである温度をガラス溶融温度Ｔ２と定義し、粘度が１０３ｄＰａ．Ｓ、１０４ｄＰａ．Ｓ、および１０５ｄＰａ．Ｓである温度を、それぞれＴ３、Ｔ４、およびＴ５と定義した。それらの値を、表１～表５に記録した。
強化ガラスについては、応力試験機ＦＳＭ６０００ＵＶおよびＳＬＰ１０００（日本折原社）を使用して、表面応力値ＣＳ０、深さ１０μｍでの圧縮応力値ＣＳ１０、深さ３０μｍでの圧縮応力値ＣＳ３０、深さ１００μｍでの圧縮応力値ＣＳ１００、最大応力値での最大応力層深さＤｏｌ０、６００ＭＰａでの応力層深さＤｏｌ６００を測定し、表１～表５に記録した。
実施例１～実施例２１および比較例１～比較例１０で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを、ＳＴＸ－１２０３ワイヤ切断機（瀋陽科晶社）によって７０ｍｍ×１４０ｍｍ×０．７ｍｍのガラス板に切断した。ガラス板を、ＨＤ－６４０－５Ｌ両面研削・研磨機（深セン海徳社）で薄め、研磨した後、コンピューター数値制御（ＣＮＣ）で縁取りした。洗浄後、３９５°ＣのＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝１：１（質量比）の混合溶融物の中で４時間焼き戻した後、３８０°ＣのＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝８：９２（質量比）の混合溶融物に移して２時間焼き戻して、強化ガラス基板を得た。ＰＴ－３０７Ａ万能試験機（Precise Test社）で４点曲げ強度を測定し、ガラス基板の中心が耐える落下エネルギーをＰＴ－７０６落下試験機（Precise Test社）で測定した。中実鋼球６４ｇを用いて中心を叩き、３回叩いても中心が折れなかった場合は高さＨｍｍを記録した。落下エネルギーを、Ｃ＝６４×Ｈ／１００００（単位：Ｊ）で計算し、表１～表５に記録した。
比較例１１～比較例１３で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを、ＳＴＸ－１２０３ワイヤ切断機（瀋陽科晶社）によって７０ｍｍ×１４０ｍｍ×０．７ｍｍのガラス板に切断した。ガラス板を、ＨＤ－６４０－５Ｌ両面研削・研磨機（深セン海徳社）で薄め、研磨した後、コンピューター数値制御（ＣＮＣ）で縁取りした。洗浄後、上記の比較例１１～比較例１３の強化処理方法に従って、それぞれ強化処理を行って、強化ガラス基板を得た。ＰＴ－３０７Ａ万能試験機（Precise Test社）で４点曲げ強度を測定し、ガラス基板の中心が耐える落下エネルギーをＰＴ－７０６落下試験機（Precise Test社）で測定した。中実鋼球６４ｇを用いて中心を叩き、３回叩いても中心が折れなかった場合は高さＨｍｍを記録した。落下エネルギーを、Ｃ＝６４×Ｈ／１００００（単位：Ｊ）で計算し、表５に記録した。
表１に示されている実施例１～実施例７のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、５０％～７２％のＳｉＯ２、１０％～２７％のＡｌ２Ｏ３、０．１％～１０．０％のＢ２Ｏ３、２％～１０％のＬｉ２Ｏ、４％～１５％のＮａ２Ｏ、０．１％～５．０％のＺｒＯ２、０～４％のＫ２Ｏ、０～６％のＭｇＯ、０～４％のＣａＯ、０～４％のＳｒＯ、０～４％のＺｎＯ、０～２％のＴｉＯ２、０～１％のＳｎＯ２、及び０～０．５％のＣｅＯ２を含む。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の質量の合計は１０％を超えており、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２２～０．４８）：１である。
上記の実施例１～実施例７で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスについて、上記の組成特性を有するリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、２０°Ｃ～３００°Ｃでの熱膨張係数が８４．５×１０－７～９４．９×１０－７、溶融温度Ｔ２が１５４３°Ｃ～１６３８°Ｃ、ガラス転移温度Ｔｇが４９７°Ｃ～５８６°Ｃであることが分かった。実施例１～実施例７で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを、３９５℃のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝１：１（質量比）の混合溶融物中で４時間焼き戻し、次に、３８０°ＣのＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝８：９２（質量比）の混合溶融物に移して２時間焼き戻して得た強化ガラスは、表面圧縮応力ＣＳ０が８００ＭＰａより大きく、ガラス表面から１０μｍの深さでの圧縮応力ＣＳ１０が依然として２３０ＭＰａ以上、ガラス表面から３０μｍの深さでの圧縮応力ＣＳ３０が１４０ＭＰａ以上であり、イオン交換による複合圧縮応力が０ＭＰａ（機器の検出限界）に低下したときの応力深さＤｏｌ０が１３６μｍを超える。強化ガラスは、７４０ＭＰａより大きい曲げ強度を持ち、０．３２Ｊより大きい落下エネルギーに耐えることができる。
リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの好ましい組成比を表２に示す。実施例８～実施例１４のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、５５％～６７％のＳｉＯ２、１３％～２５％のＡｌ２Ｏ３、０．５％～４％のＢ２Ｏ３、３％～７％のＬｉ２Ｏ、６％～１２％のＮａ２Ｏ、１％～４％のＺｒＯ２、０～３％のＫ２Ｏ、０～４％のＭｇＯ、０～２％のＣａＯ、０～２％のＳｒＯ、０～２％のＺｎＯ、０～１％のＴｉＯ２、０～０．５％のＳｎＯ２、及び０～０．５％のＣｅＯ２を含む。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の質量の合計は１６％を超えており、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２７～０．４１）：１である。
上記の実施例８～実施例１４で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスについて、上記の組成特性を有するリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、２０°Ｃ～３００°Ｃでの熱膨張係数が８４．３×１０－７～９１．４×１０－７、溶融温度Ｔ２が１５８１°Ｃ～１６１３°Ｃ、ガラス転移温度Ｔｇが５０３°Ｃ～５５８°Ｃであることが分かった。実施例８～実施例１４で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを、４２０℃のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝８：２（質量比）の混合溶融物中で２時間焼き戻し、次に、４００℃のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝１５：８５（質量比）の混合溶融物に移して２時間焼き戻して得た強化ガラスは、表面圧縮応力ＣＳ０が９００ＭＰａより大きく、ガラス表面から１０μｍの深さでの圧縮応力ＣＳ１０が依然として２７５ＭＰａ以上、ガラス表面から３０μｍの深さでの圧縮応力ＣＳ３０が１４５ＭＰａ以上であり、イオン交換による複合圧縮応力が０ＭＰａ（機器の検出限界）に低下したときの応力深さＤｏｌ０が１４５μｍを超える。強化ガラスは、８１０ＭＰａより大きい曲げ強度を持ち、０．４８Ｊより大きい落下エネルギーに耐えることができる。
リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスのさらに好ましい組成比を表３に示す。実施例１５～実施例２１のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、５８％～６４％のＳｉＯ２、１６％～２２％のＡｌ２Ｏ３、１％～２％のＢ２Ｏ３、４％～６％のＬｉ２Ｏ、８％～１０％のＮａ２Ｏ、３％～４％のＺｒＯ２、０～２％のＫ２Ｏ、０～２％のＭｇＯ、０～２％のＺｎＯ、０～０．５％のＳｎＯ２、及び０～０．５％のＣｅＯ２を含む。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの質量の合計は１２％以上であり、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の質量の合計は１９．５％を超えており、Ｌｉ２Ｏの質量とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの質量の合計との比は（０．２９～０．３８）：１である。
上記の実施例１５～実施例２１で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスについて、上記の組成特性を有するリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、２０°Ｃ～３００°Ｃでの熱膨張係数が８２．９×１０－７～８９．８×１０－７、溶融温度Ｔ２が１５８６°Ｃ～１６１２°Ｃ、ガラス転移温度Ｔｇが５０５°Ｃ～５４６°Ｃであることが分かった。実施例１５～実施例２１で得られたリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスを、４０５℃のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝２：８（質量比）の混合溶融物中で６時間焼き戻し、次に、３９０℃のＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝０．１：９９．９（質量比）の混合溶融物に移して４時間焼き戻して得た強化ガラスは、表面圧縮応力ＣＳ０が９１５ＭＰａより大きく、ガラス表面から１０μｍの深さでの圧縮応力ＣＳ１０が依然として３００ＭＰａ以上、ガラス表面から３０μｍの深さでの圧縮応力ＣＳ３０が１６０ＭＰａ以上であり、イオン交換による複合圧縮応力が０ＭＰａ（機器の検出限界）に低下したときの応力深さＤｏｌ０が１５０μｍを超える。強化ガラスは、８２０ＭＰａより大きい曲げ強度を持ち、０．４８Ｊより大きい落下エネルギーに耐えることができる。
比較例１～比較例７のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの組成及び性能データを以下の表４に示す。表４から分かるように、比較例１では、アルカリ金属の総含有量は９％未満であり、溶融温度Ｔ２は１６５２℃と高く、実際のガラス炉、特にフロート炉では大量生産ができない温度である。一般的に、溶融温度Ｔ２は１６４０℃以下に制御する必要がある。このような高い溶融温度の結果、天然ガスや電気エネルギーなどのエネルギー消費量が増加するだけでなく、炉や耐火れん及び関連設備の寿命も短くなり、コストも高くなる。また、その成形段階での制御も非常に困難とある。
比較例２では、０％のＬｉ２Ｏが含まれているため、第一段階の焼戻しでは少量のＮａ－Ｋ交換のみを実現できるが、Ｌｉ－Ｎａ交換を形成して高い応力層深さを形成することはできなかった。したがって、そのＤｏｌ０（μｍ）は３４．８μｍ、ＣＳ３０（ＭＰａ）は２４ＭＰａ、ＣＳ１００（ＭＰａ）は０ＭＰａである。このため、その曲げ強度は６０８ＭＰａであり、Ｌｉ含有アルミノケイ酸塩ガラスよりもはるかに低い０．２４Ｊの落下エネルギーに耐えることができる。
比較例３では、Ｎａ２Ｏを含まず、Ｌｉ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）が０．９であるため、Ｌｉ２Ｏのモル数が大幅に増加し、そのモル含有量が２０％に近くなり、ガラスの溶融温度が急激に低下し、フロート成形を制御することが困難になる。また、Ｌｉ２Ｏ含有量の増加により、ガラスに失透現象が発生し、濁りが発生すると透過率が低下し、曲げ強度と耐える落下エネルギーも低下した。
比較例４では、Ｌｉ２Ｏの含有量は２．９０％、Ｎａ２Ｏの含有量は１０．１０％、Ｌｉ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）は０．２であり、０．２２未満である結果、ガラスが２段階の焼戻しによって化学的に焼戻しされた後、そのＤｏｌ０は９８μｍであり、本発明の実施例よりもはるかに低い。その最終の曲げ強度と耐える落下エネルギーの両方が低下し、耐える落下エネルギーは０．２４Ｊまで低下した。
比較例５では、Ｌｉ２Ｏの含有量は６．６０％、Ｋ２Ｏの含有量は１．４０％、Ｌｉ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）は０．５５であり、０．４８より大きい。焼戻し後のガラスのＣＳ０（ＭＰａ）は６６８ＭＰａであり、７００ＭＰａ未満であるため、ガラスの曲げ強度と落下強度が低下した。また、ガラス本体に少量の失透が発生した結果、その曲げ強度が低下し、耐える落下エネルギーが０．２００Ｊまで低下した。
比較例６では、Ａｌ２Ｏ３の含有量は９．００％であり、１０％未満であり、Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の含有量は９．５０％であり、１０％未満であり、Ｂ２Ｏ３の含有量は４．００％である。Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２、特にＡｌ２Ｏ３の含有量の減少は、ガラス構造に深刻な影響を与えた。Ａｌ２Ｏ３はガラス中間体として構造に関与しているものであるため、その含有量が低すぎると、ガラス本体の焼き戻し性能、特に第二段階のＮａ－Ｋ交換が低下した。その結果、ガラス表面の応力層および応力層の深さが低下し、その強度、特に曲げ強度および落下強度も低下した。
比較例７では、ＺｒＯ２は含まれておらず、Ａｌ２Ｏ３の含有量は１０．１％であり、実施例７と比較すると、ガラス構造の隙間にＺｒＯ２が充填されていないため、十分に安定したガラス構造空間を形成することができなかった。ガラスは外力の影響を受けた場合、構造体の隙間には外部応力の一部を相殺するための大きな電界強度のイオンＺｒ４＋が存在していないため、ガラス製品の破損を引き起こす応力集中が発生しやすくなり、ガラスの曲げ強度や落下エネルギーが低下した。
比較例８～比較例１３のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスの組成及び性能データを以下の表５に示す。表５から分かるように、比較例８では、１％のＰ２Ｏ５は含まれており、Ａｌ２Ｏ３の含有量は２６％であり、実施例１と比較すると、焼戻し後の圧縮応力値が低下し、応力層の深さがわずかに増加し、ガラス中心の引張応力値が増加した。その結果、ガラスの曲げ強度と耐える落下衝撃エネルギーの両方ともある程度低下した。
比較例９では、Ｂ２Ｏ３は含まれておらず、ＳｉＯ２の含有量は５４．５０％であり、実施例２と比較すると、焼戻し後の応力値と応力深さの両方ともわずかに増加した。しかし、酸化ホウ素、主にホウ素酸素三角形やホウ素酸素四面体がガラス網目構造に関与していないため、ガラスが外部衝撃を受けた場合、この部分の応力を相殺するバッファー構造はないので、応力集中を引き起こしやすくなり、さまざまな強度特性が低下した。比較例９から明らかなように、焼戻し性能は向上したが、ガラスの曲げ強度と耐える衝撃エネルギーの両方とも低下した。
比較例１０では、０．１０％のＦｅ２Ｏ３が含まれており、ＳｉＯ２の含有量は５７．９０％であり、実施例３と比較すると、熱性能とガラス溶融難易度はほぼ同じであり、２段階の焼戻し後の応力値と応力深さも基本的に同様であり、曲げ強度と耐える落下エネルギーはやや低下したが、色は明らかに黄色であるため、ディスプレイカバーなどの産業での用途には適さないため、できる限り回避する必要がある。
比較例１１の強化ステップでは、第一段階の強化のみを実行した。実施例４と比較すると、焼戻しプロセスではＮａ－Ｋイオン交換と大量のＬｉ－Ｋイオン交換ができなかったため、表面にはＬｉ－Ｎａ交換と少量のＬｉ－Ｋ交換しか存在おらず、ガラス表面の応力値はわずか３８６ＭＰａであった。第二段階の交換を行わなかったため、総応力深さＤｏｌ０（μｍ）も実施例４よりも２０μｍ～３０μｍ低くなり、ガラスの曲げ強度はわずか５２４ＭＰａであり、耐える落下エネルギーは０．２Ｊ未満となった。
比較例１２の強化ステップでは、第二段階の強化のみを実行した。実施例５と比較すると、焼戻しプロセスではＬｉ－Ｎａイオン交換ができなかったため、Ｌｉ－Ｋ交換とＮａ－Ｋ交換のみが行われ、ガラス表面の圧縮応力値は高くなったが、応力深さはわずか５．４μｍ程度であり、そのＣＳ１０、ＣＳ３０、およびＣＳ１００はすべて０であり、Ｄｏｌ０（μｍ）はわずか５．４μｍであり、二次強化による１００ミクロンを超える平均レベルよりもはるかに低かった。その結果、ガラスの曲げ強度はわずか４８９ＭＰａであり、耐える落下エネルギーは０．２Ｊ未満となった。
比較例１３の強化ステップでは、硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの比は、本明細書で請求する範囲内にない結果、焼戻しプロセス中の第一段階の焼戻しのＬｉ－Ｎａ交換とＮａ－ＫおよびＬｉ－Ｋ交換の一部は最適ではなく、第二段階の焼戻しの主なＮａ－Ｋイオン交換も比較的低いレベルであり、そのさまざまな焼き戻しデータは、実施例６のデータよりもはるかに低いため、その曲げ強度及び耐える落下エネルギーの大幅な低下に直接つながっていた。
上記の実験結果から分かるように、実施例１～実施例２１で製造したリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスに２段階の強化処理を施して得られた強化ガラスは、表面圧縮応力ＣＳ０が８００ＭＰａより大きく、ガラス表面から１０μｍの深さでの圧縮応力ＣＳ１０が依然として２３０ＭＰａ以上、ガラス表面から３０μｍの深さでの圧縮応力ＣＳ３０が１４０ＭＰａ以上であり、イオン交換による複合圧縮応力が０ＭＰａ（機器の検出限界）に低下したときの応力深さＤｏｌ０が１３６μｍより大きく、曲げ強度が７００ＭＰａより大きく、耐える落下エネルギーが０．４Ｊを超えた。
上述した実施例の各技術的特徴は任意に組み合わせることができる。記述の簡潔化のために、上述した実施例における各技術的特徴のあらゆる組合せについて説明していないが、これらの技術的特徴の組合せは矛盾しない限り、本明細書に記述されている範囲内であると考えられるべきである。
上述した実施例は、本発明のいくつかの実施形態を示したものにすぎず、その記述が具体的且つ詳細であるが、特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。なお、当業者にとって、本発明の趣旨から逸脱しないかぎり、若干の変形及び改良を行うことができ、これらもすべて本発明の保護範囲内にある。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に準ずるべきである。
Claims (20)
- リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスであって、質量率で、
５０％～７２％のＳｉＯ２、
１０％～２７％のＡｌ２Ｏ３、
０．１％～１０．０％のＢ２Ｏ３、
２％～１０％のＬｉ２Ｏ、
４％～１５％のＮａ２Ｏ、
０．１％～５．０％のＺｒＯ２、及び
０～４％のＫ２Ｏを含み、
前記Ｌｉ２Ｏ、前記Ｎａ２Ｏ、及び前記Ｋ２Ｏの質量の合計は９％以上であり、前記Ｌｉ２Ｏの質量と前記Ｌｉ２Ｏ、前記Ｎａ２Ｏ、および前記Ｋ２Ｏの質量の合計との比は（０．２２～０．４８）：１である、リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。 - 前記ＺｒＯ２と前記Ａｌ２Ｏ３の質量の合計は１６％より大きく、前記Ｌｉ２Ｏの質量と前記Ｌｉ２Ｏ、前記Ｎａ２Ｏ、および前記Ｋ２Ｏの質量の合計との比は（０．２７～０．４１）：１である、ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記Ｌｉ２Ｏ、前記Ｎａ２Ｏ、及び前記Ｋ２Ｏの質量の合計は１２％以上であり、前記ＺｒＯ２と前記Ａｌ２Ｏ２の質量の合計は１９．５％より大きく、前記Ｌｉ２Ｏの質量と前記Ｌｉ２Ｏ、前記Ｎａ２Ｏ、および前記Ｋ２Ｏの質量の合計との比は（０．２９～０．３８）：１である、ことを特徴とする請求項２に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記ＺｒＯ２の質量率は１％～４％であり、前記Ａｌ２Ｏ３の質量率は１３％～２５％である、ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記ＺｒＯ２の質量率は３％～４％であり、前記Ａｌ２Ｏ３の質量率は１６％～２２％である、ことを特徴とする請求項４に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記Ｌｉ２Ｏの質量率は３％～７％であり、前記Ｎａ２Ｏの質量率は６％～１２％、前記Ｋ２Ｏの質量率は０～３％である、ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記Ｌｉ２Ｏの質量率は４％～６％であり、前記Ｎａ２Ｏの質量率は８％～１０％、前記Ｋ２Ｏの質量率は０～２％である、ことを特徴とする請求項６に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、５５％～６７％のＳｉＯ２、１３％～２５％のＡｌ２Ｏ３、０．５％～４％のＢ２Ｏ３、３％～７％のＬｉ２Ｏ、６％～１２％のＮａ２Ｏ、１％～４％のＺｒＯ２、および０～３％のＫ２Ｏを含み、前記ＺｒＯ２と前記Ａｌ２Ｏ３の質量の合計は１６％よりも大きく、前記Ｌｉ２Ｏ、前記Ｌｉ２Ｏの質量と前記Ｎａ２Ｏ、および前記Ｋ２Ｏの質量の合計との比は（０．２７～０．４１）：１である、ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率で、５８％～６４％のＳｉＯ２、１６％～２２％のＡｌ２Ｏ３、１％～２％のＢ２Ｏ３、４％～６％のＬｉ２Ｏ、８％～１０％のＮａ２Ｏ、３％～４％のＺｒＯ２、および０～２％のＫ２Ｏを含み、前記Ｌｉ２Ｏ、前記Ｎａ２Ｏ、及び前記Ｋ２Ｏの質量の合計は１２％以上であり、前記ＺｒＯ２と前記Ａｌ２Ｏ２の質量の合計は１９．５％よりも大きく、前記Ｌｉ２Ｏの質量と前記Ｌｉ２Ｏ、前記Ｎａ２Ｏ、および前記Ｋ２Ｏの質量の合計との比は（０．２９～０．３８）：１である、ことを特徴とする請求項８に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、さらに、質量率が６％以下のＭｇＯ、質量率が４％以下のＣａＯ、質量率が４％以下のＳｒＯ、質量率が４％以下のＺｎＯ、及び質量率が２％以下のＴｉＯ２のうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、さらに、質量率が４％以下のＭｇＯ、質量率が２％以下のＣａＯ、質量率が２％以下のＳｒＯ、質量率が２％以下のＺｎＯ、及び質量率が１％以下のＴｉＯ２のうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率が２％以下のＭｇＯをさらに含む、ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、質量率が１％以下のＳｎＯ２、及び質量率が０．５％以下のＣｅＯ２をさらに含む、ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 前記リチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスは、さらに、質量率が４％以下のＭｇＯ、質量率が２％以下のＺｎＯ、質量率が１％以下のＴｉＯ２、質量率が０．５％以下のＳｎＯ２、及び質量率が０．５％以下のＣｅＯ２を含む、ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス。
- 請求項１～１４のいずれか一項に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスから化学強化によって得られた強化ガラス。
- 前記強化ガラスは、曲げ強度が７００ＭＰａよりも大きく、耐える落下エネルギーが０．４Ｊを超える、ことを特徴とする請求項１５に記載の強化ガラス。
- 請求項１～１４のいずれか一項に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラスに対して、まず、温度が３９０℃～４２０℃、質量比が２：８～８：２のＮａＮＯ３とＫＮＯ３の混合溶融物中で２～６時間の焼き戻し処理を行い、次に、温度が３８０℃～４００℃、質量比が０．１：９９．９～１５：８５のＮａＮＯ３とＫＮＯ３の混合溶融物中で２～４時間の焼き戻し処理を行って、強化ガラスを得るステップを含む、強化ガラスの製造方法。
- まず、温度が３９０℃～４２０℃、質量比が２：８～８：２のＮａＮＯ３とＫＮＯ３の混合溶融物中で２～６時間の焼き戻し処理を行う前記ステップにおいて、前記混合溶融物中のＮａＮＯ３とＫＮＯ３の質量比は６：４～４：６である、ことを特徴とする請求項１７に記載の強化ガラスの製造方法。
- まず、温度が３９０℃～４２０℃、質量比が２：８～８：２のＮａＮＯ３とＫＮＯ３の混合溶融物中で２～６時間の焼き戻し処理を行う前記ステップにおける温度は、次に、温度が３８０℃～４００℃、質量比が０．１：９９．９～１５：８５のＮａＮＯ３とＫＮＯ３の混合溶融物中で２～４時間の焼き戻し処理を行うステップにおける温度より１０℃～２０℃程高くなる、ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の強化ガラスの製造方法。
- 請求項１～１４のいずれか一項に記載のリチウムジルコニウムアルミノケイ酸塩ガラス、又は請求項１５～１６のいずれか一項に記載の強化ガラス、若しくは請求項１７～１９のいずれか一項に記載の強化ガラスの製造方法によって製造された強化ガラスを含む、ディスプレイ部品。
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