JP2023505906A - 低弾性率のイオン交換可能なガラス - Google Patents

低弾性率のイオン交換可能なガラス Download PDF

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Abstract

Figure 2023505906000001
ヤング率の値に対するピーク圧縮応力値の比が１４以上である、イオン交換済みのアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品。このガラス物品は、１８モル％以上のＡｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％を含み、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏを実質的に含まないことがあり、ここで、ＲＯモル％＝ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％である。このガラス物品は、８５０ＭＰａから１４００ＭＰａの範囲のピーク圧縮応力値を有することがある。このガラス物品は、使用中に著しい曲げ応力を経験するカバーガラス用途、例えば、フレキシブルディスプレイ用のカバーガラスの用途を含む、様々な高強度用途に適している。

Description

優先権
本出願は、２０１９年１２月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／９４７８１７号、および２０２０年２月１２日に出願された蘭国特許出願第２０２４８８３号に優先権を主張するものである。
本開示は、イオン交換可能なガラス組成物に関する。詳しくは、ここに記載された実施の形態は、様々な業界、例えば、家庭用電化製品、輸送、建築、防衛、医薬品、および包装に使用するためのイオン交換可能なガラス組成物に関する。さらにより詳しくは、本開示は、カバーガラス用途、例えば、フレキシブルディスプレイ用のカバーガラスの用途のためのガラス組成物に関する。
多くの消費者向け製品、例えば、スマートフォン、タブレット、携帯型メディアプレーヤー、パーソナルコンピュータ、およびカメラには、ディスプレイ用カバーとして機能することがあり、タッチ機能を備えることがあるカバーガラスが組み込まれている。多くの場合、これらの機器は、ユーザにより硬い表面に落とされ、これにより、カバーガラスが損傷を受けることがあり、機器の使用が悪影響を受けるかもしれず、例えば、タッチ機能が損なわれるかもしれない。
消費者向け家電製品用途のための折り畳めるディスプレイまたはフレキシブルディスプレイは、薄い可撓性のイオン交換済みガラスから恩恵を受けるであろう。ガラスは、ガラス表面に圧縮応力を誘発させることを含む、イオン交換過程により屈曲劣化に対してより耐性を高めることができる。イオン交換過程を使用して導入される圧縮応力は、数ある中でも、ガラスを破壊させ得る傷を阻む働きをする。
したがって、カバーガラス用途を含む様々な用途に使用するための望ましい機械的性質を有するイオン交換可能なガラス組成物が継続的に必要とされている。
本開示は、様々な用途、例えば、電子機器のカバーガラス用途に適した強度および可撓性を有するイオン交換可能なガラス組成物に関する。ここに開示されたガラス組成物は、１８モル％以上の（Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％）値を有する。そのガラス組成物は、ヤング率値に対するピーク圧縮応力値の比を最大にするように設計されている。高い比、例えば、１４以上の比により、ガラス組成物は、曲げ事象中の破壊に耐えることができる。また、イオン交換過程によりそのガラス組成物に与えられる強度のために、そのガラス組成物に、使用中の割れに抵抗するのに望ましい機械的性質が与えられる。
本出願の第１の態様（１）は、イオン交換済みのアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品であって、ＳｉＯ２、１３．５モル％以上のＡｌ２Ｏ３、１モル％から５モル％のＭｇＯ、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏを含み、ここで、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％、ＲＯモル％＝ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％であり、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏを実質的に含まないガラス物品に関する。このガラス物品は、イオン交換される前のＧＰａで測定されるヤング率値、およびガラス物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層も有し、この圧縮応力層は、ＭＰａで測定されるピーク圧縮応力値を有し、ヤング率値に対するピーク圧縮応力値の比は、１４以上である。
第２の態様（２）において、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧２０モル％である、第１の態様（１）によるガラス物品が提供される。
第３の態様（３）において、（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）≧０モル％である、第１の態様（１）または第２の態様（２)のいずれかによるガラス物品が提供される。
第４の態様（４）において、７モル％≧（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）≧０モル％である、態様（１）～（３）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第５の態様（５）において、ガラス物品が、イオン交換される前に測定して、５０ｋＰから５００ｋＰの範囲の液相粘度を有する、態様（１）～（４）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第６の態様（６）において、ガラス物品が０．５モル％から２モル％のＣａＯを含み、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧２０モル％である、態様（１）～（５）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第７の態様（７）において、ヤング率値に対するピーク圧縮応力値の比が、１５以上かつ１８以下である、態様（１）～（６）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第８の態様（８）において、ヤング率値が７０ＭＰａから８０ＭＰａの範囲にある、態様（１）～（７）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第９の態様（９）において、ピーク圧縮応力が８５０ＭＰａから１４００ＭＰａの範囲にある、態様（１）～（８）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第１０の態様（１０）において、圧縮深さが５マイクロメートルから４０マイクロメートルの範囲にある、態様（１）～（９）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第１１の態様（１１）において、圧縮深さが５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲にある、態様（１）～（９）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第１２の態様（１２）において、圧縮深さがガラス物品の厚さの５％から２０％の範囲にある、態様（１）～（１１）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第１３の態様（１３）において、ピーク圧縮応力が１１００ＭＰａから１３５０ＭＰａの範囲にあり、圧縮深さが５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲にある、態様（１）～（１２）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第１４の態様（１４）において、ガラス物品が、５９モル％から６６モル％のＳｉＯ２、１３．５モル％から２０モル％のＡｌ２Ｏ３、０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏを含む、態様（１）～（１３）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第１５の態様（１５）において、ガラス物品が、６０モル％から６５モル％のＳｉＯ２、１６モル％から１８モル％のＡｌ２Ｏ３、２モル％から４モル％のＭｇＯ、０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏを含む、態様（１）～（１３）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第１６の態様（１６）において、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧２０モル％である、第１の態様（１５）によるガラス物品が提供される。
第１７の態様（１７）において、ガラス物品が１６モル％以上のＡｌ２Ｏ３を含む、態様（１）～（１３）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第１８の態様（１８）において、２３モル％≧Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％である、（１）～（１７）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第１９の態様（１９）において、（ＭｇＯモル％／（ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％））≧０．５である、（１）～（１８）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第２０の態様（２０）において、（ＭｇＯモル％／（ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％））≧０．５５である、（１）～（１８）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第２１の態様（２１）において、ガラス物品が４ミリメートル以下の厚さを有する、（１）～（２０）のいずれかによるガラス物品が提供される。
第２２の態様（２２）において、ガラス物品が１５マイクロメートルから２００マイクロメートルの範囲の厚さを有する、（１）～（２０）のいずれかによるガラス物品が提供される。
本出願の第２３の態様（２３）は、電子ディスプレイおよびその電子ディスプレイを覆って配置された態様（１）～（２２）のいずれかによるガラス物品を備えた電子機器に関する。
第２４の態様（２４）において、電子機器が、前面、背面、および側面を含む筐体と、その筐体の少なくとも部分的に内部にある電気部品であって、制御装置、メモリ、および筐体の前面にあるまたはそれに隣接した電子ディスプレイを含む電気部品とを備え、ガラス物品が筐体の少なくとも一部を形成する、第２３の態様（２３）による電子機器が提供される。
本出願の第２５の態様（２５）は、イオン交換済みガラス物品であって、５９モル％から６６モル％のＳｉＯ２、１３．５モル％から２０モル％のＡｌ２Ｏ３、１モル％から５モル％のＭｇＯ、０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏを含み、ガラス物品のイオン交換前のＧＰａで測定されるヤング率値、およびイオン交換済みガラス物品の表面から延在し、ＭＰａで測定されるピーク圧縮応力値を有する圧縮応力層を有し、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％、ＲＯモル％＝ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％であり、ガラス物品は、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏを実質的に含まず、ヤング率値に対するピーク圧縮応力値の比は、１４以上かつ１８以下である、イオン交換済みガラス物品に関する。
第２６の態様（２６）において、ガラス物品が、６０モル％から６５モル％のＳｉＯ２、１６モル％から１８モル％のＡｌ２Ｏ３、２モル％から４モル％のＭｇＯ、０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏを含む、第２５の態様（２５）によるガラス物品が提供される。
第２７の態様（２７）において、ガラス物品が、２０マイクロメートルから２００マイクロメートルの範囲の厚さを有する、第２５の態様（２５）または第２６の態様（２６）のいずれかのガラス物品が提供される。
本出願の第２８の態様（２８）は、ガラス物品を強化する方法であって、ＳｉＯ２、１３．５モル％以上のＡｌ２Ｏ３、１モル％から５モル％のＭｇＯ、ＣａＯ、およびＮａ２Ｏを含み、ここで、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％、ＲＯモル％＝ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％であり、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏを実質的に含まないガラス物品を、５０質量％以上のカリウム塩を含むイオン交換溶液中に浸漬する工程、および３５０℃から４８０℃の範囲の温度で１時間から２４時間の範囲の期間に亘りそのガラス物品をそのイオン交換溶液中でイオン交換して、ガラス物品の表面から圧縮深さまで延在し、８５０ＭＰａから１４００ＭＰａの範囲にあるピーク圧縮応力値を有する圧縮応力層を達成する工程を有してなる方法に関する。
第２９の態様（２９）において、圧縮深さが５マイクロメートルから４０マイクロメートルの範囲にある、第２８の態様（２８）による方法が提供される。
第３０の態様（３０）において、圧縮深さが５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲にある、第２８の態様（２８）による方法が提供される。
第３１の態様（３１）において、ピーク圧縮応力値が１１００ＭＰａから１３５０ＭＰａの範囲にあり、圧縮深さが５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲にある、態様（２８）～（３０）のいずれかによる方法が提供される。
第３２の態様（３２）において、期間が１時間から８時間の範囲にある、態様（２８）～（３１）のいずれかによる方法が提供される。
第３３の態様（３３）において、ガラス物品が、イオン交換溶液中に浸漬される前に測定して、５０ｋＰから５００ｋＰの範囲の液相粘度を有する、態様（２８）～（３２）のいずれかによる方法が提供される。
第３４の態様（３４）において、ガラス物品が、イオン交換溶液中に浸漬される前にＧＰａで測定されるヤング率値を有し、ヤング率値に対するピーク圧縮応力値の比が、１４以上かつ１８以下である、態様（２８）～（３３）のいずれかによる方法が提供される。
第３５の態様（３５）において、ヤング率値に対するピーク圧縮応力値の比が、１５以上かつ１８以下である、第３４の態様（３４）による方法が提供される。
第３６の態様（３６）において、ガラス物品が、５９モル％から６６モル％のＳｉＯ２、１３．５モル％から２０モル％のＡｌ２Ｏ３、０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏを含む、態様（２８）～（３５）のいずれかによる方法が提供される。
第３７の態様（３７）において、ガラス物品が、６０モル％から６５モル％のＳｉＯ２、１６モル％から１８モル％のＡｌ２Ｏ３、２モル％から４モル％のＭｇＯ、０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏを含む、態様（２８）～（３５）のいずれかによる方法が提供される。
第３８の態様（３８）において、２３モル％≧Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％である、態様（２８）～（３７）のいずれかによる方法が提供される。
第３９の態様（３９）において、ガラス物品が４ミリメートル以下の厚さを有する、態様（２８）～（３８）のいずれかによる方法が提供される。
第４０の態様（４０）において、ガラス物品が１５マイクロメートルから２００マイクロメートルの範囲の厚さを有する、態様（２８）～（３８）のいずれかによる方法が提供される。
ここに組み込まれる添付図面は、本明細書の一部を形成し、本開示の実施の形態を図解する。これらの図面は、説明と共に、開示された実施の形態の原理を説明し、当業者が開示された実施の形態を作成し、利用できるようにさらに機能する。これらの図面は、説明に役立つことを意図しており、限定を意図するものではない。本開示は、これらの実施の形態の文脈で広く記載されているが、本開示の範囲をこれらの特定の実施の形態に限定する意図はないことを理解すべきである。図面において、同様の参照番号は、同一または機能的に類似の要素を示す。
いくつかの実施の形態による、圧縮応力領域を有するガラス物品の断面図 ガラス物品を曲げる際の、いくつかの実施の形態によるガラス物品の断面図 ここに開示されたガラス物品のいずれかによるガラス物品を組み込んだ例示の電子機器の上面図 図３Ａの例示の電子機器の斜視図 様々な例示のガラス組成物に関する層の深さに対する圧縮応力のグラフ ガラス物品の表面からの様々な深さでの曲げの最中にガラス物品に印加される応力をモデル化したグラフ 様々な例示のガラス組成物に関するガラスの厚さの関数としての曲げ試験の安全プレート間隔をモデル化したグラフ
以下の例は、本開示を例示するものであるが、限定するものではない。当該技術分野で通常遭遇する様々な条件およびパラメータの他の適切な変更および適応は、当業者には明らかであろうが、本開示の精神および範囲に含まれる。
ここに記載されたガラスは、高いピーク圧縮応力を達成するためにイオン交換されることがあるイオン交換可能なアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの一群である。ここに用いられているように、「イオン交換可能」とは、ガラス組成物、またはその組成物から作られたガラス物品が、基板の表面またはその近くに位置する第１の陽イオンを同じ価数の第２の陽イオンと交換することができることを意味する。第１のイオンは、ナトリウムのイオンであることがある。第２のイオンは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムの内の１つのイオンであることがあり、ただし、第２のイオンは、第１のイオンのイオン半径より大きいイオン半径を有することが条件である。第１のイオンは、その酸化物（例えば、Ｎａ２Ｏ）としてガラス系基板中に存在する。ここに用いられているように、「イオン交換済みガラス」または「化学強化済みガラス」は、ガラスの表面またはその近くに位置する陽イオンを同じ価数の陽イオンと交換するイオン交換過程が少なくとも１回施されたガラスを意味する。
ここに記載されたガラス組成物は、高いピーク圧縮応力を達成するためにイオン交換することができる。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、約１０００ＭＰａ以上かつ約１４００ＭＰａまでのピーク圧縮応力を達成するためにイオン交換されることがある。イオン交換過程中に与えられる高いピーク圧縮応力は、浅い傷サイズ分布でガラスに高い強度を与え、それによって曲げ中の破壊を防ぐことができる。この高いピーク圧縮応力は、ガラスが正味の圧縮を保持し、それゆえ、きつい半径の周りでガラスが曲げられるときに、表面傷を抑えることを可能にする。ここに記載された実施の形態によるガラスは、低いヤング率を有し、その結果、曲げの際の曲げ応力値がより低くなり、それゆえ、曲げ事象の最中の破壊を防ぐことができる。
さらに、ここに開示されたガラス組成物は、イオン交換過程によって生じた圧縮領域について、広い圧縮深さ範囲に亘り１４以上の、ヤング率値に対するピーク圧縮応力値の比（ピーク圧縮応力値／ヤング率値、ＣＳ／Ｅ、ここで、ＣＳはＭＰａで表され、ＥはＧＰａで表される）を有する。イオン交換過程中に与えられる表面圧縮応力は、ヤング率を高くすることが、圧縮応力を向上させる一般的な方法であるという点で、ヤング率の影響を強く受けるため、この比を増加させることは困難である。すなわち、ヤング率は、網状構造の剛性を示す尺度である。例えば、Ｋ＋イオンをＮａ＋部位に交換すると、圧縮応力が生じるが、網状構造が堅くなるにつれて（ヤング率を増加させることによって）、膨張応力がより高くなる。したがって、ＣＳを高くする一般的な方法の１つは、単にヤング率を増加させることであるが、本開示で行われたのは、ヤング率を大幅に増加させずにＣＳを増加させることである。高いＣＳ／Ｅ比を有すると、このガラス組成物は、イオン交換後であっても可撓性を維持することができる。ここに記載されたガラス組成物は、イオン交換前に十分に低いヤング率を有し、イオン交換過程中に与えられる圧縮応力の値は、広い圧縮深さ範囲に亘り高いＣＳ／Ｅ比を達成するために十分に高い。この結果、可撓性であり、かつ高い表面圧縮応力値も得るガラス組成物が得られる。このガラス組成物は、イオン交換過程中に起こり得る応力緩和に抵抗するため、大きい圧縮深さ、例えば、５０マイクロメートル（μｍ）もの大きい深さで、高い表面圧縮応力を得ることができる。応力緩和は、高温と時間の経過でより顕著になり得、大きい圧縮深さを与えるように設計されたイオン交換過程中に生じる傾向がある。ここに記載されたガラス組成物のこれらの特性のために、そのガラス組成物は、例えば、フレキシブルディスプレイおよび折り畳み式ディスプレイのカバーガラスとして、使用中に著しい曲げ応力を経験する高強度カバーガラス用途を含む様々な産業用途に適したものとなる。
ここに用いたように、「ピーク圧縮応力」は、圧縮応力領域内で測定された最高の圧縮応力（ＣＳ）値を称する。いくつかの実施の形態において、ピーク圧縮応力は、ガラスの表面に位置している。他の実施の形態において、ピーク圧縮応力は、表面より下のある深さで生じ、圧縮応力プロファイルに「埋もれたピーク(buried peak)」が現れることがある。特に明記のない限り、圧縮応力（表面ＣＳを含む）は、例えば、有限会社折原製作所（日本国）により製造されているＦＳＭ－６０００などの市販の計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）の精密測定に依存する。ＳＯＣは、次に、「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」と題する、ＡＳＴＭ基準Ｃ７７０－１６に記載された手順Ｃ（ガラスディスク法）にしたがって測定される。
ここに用いられているように、「圧縮深さ」（ＤＯＣ）は、ガラス物品内の応力が圧縮から引張に変化する深さを称する。ＤＯＣにおいて、応力は、圧縮応力から引張応力に交差し、それゆえ、ゼロの応力値を示す。圧縮深さおよび層の深さは、表面応力計、例えばＦＳＭ－６０００表面応力計によって測定することができる。ここに用いられているように、「層の深さ」（ＤＯＬ）は、金属酸化物のイオンがガラス物品中に拡散し、そのイオンの濃度が最小値に達するガラス物品内の深さを称する。カリウムのみがガラス物品中にイオン交換される実施の形態において、ＤＯＣはＤＯＬと等しくなり得る。特に明記のない限り、ＤＯＣとＤＯＬは同じである。
ここに記載されたガラス組成物はまた、合理的なコストで製造することができる。このガラス組成物は、特定の製造技術、例えば、スロットドロー法にとって、適切に高い液相温度および適切に低い液相粘度を示す。これらの熱的性質は、この組成物でできているガラス物品の製造の容易さを高めることができ、それにより、コストを低下させることができる。本開示に記載されたガラス組成物は、数ある中でも、酸化アルミニウム含有量、酸化マグネシウム含有量、および製造中の溶融を助けるＮａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％≧Ａｌ２Ｏ３モル％の値を有する。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、５０ｋＰ（キロポアズ）から５００ｋＰの範囲の液相粘度を有し得る。
ここに記載されたガラス組成物は、以下の利点のうちの１つ以上を提供することができる。（１）この組成物はリチウムを含まないが、小さい層の深さ（ＤＯＬ）でイオン交換中に高い圧縮応力値（例えば、１４００ＭＰａまで）であって、４０マイクロメートル（μｍ）の大きいＤＯＬでさえも約１２５０ＭＰａまでの高い圧縮応力値を達成することが可能である。（２）この組成物は低弾性率を有し、このため、より高いＣＳ／Ｅ比が容易になり、薄型の折り畳み用途のために曲げ性が改善される。（３）これらのガラスを製造するための原材料は安価であり、容易に入手できる。（４）この組成物は、改質剤当たりの含有量が高く、そのため、溶融が容易である。ガラス組成物に関する「改質剤当たりの(per-modifier)」含有量とは、（Ｒ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）の値が０モル％より大きいことを意味し、ここで、Ｒ２Ｏモル％は組成物中の全アルカリ金属酸化物の合計モル％であり、ＲＯモル％は組成物中の全アルカリ土類金属酸化物の合計モル％である。（５）この組成物では、液相温度が低く、液相粘度が高く、液相がゆっくり成長し、これらは全て、シート成形に有利である。
ここに用いられているように、「ガラス」という用語は、ガラスおよびガラスセラミックを含む、少なくとも部分的にガラスでできた任意の材料を含むことが意図されている。「ガラスセラミック」は、ガラスの制御された結晶化により生成された材料を含む。均質な結晶化を促進するために、ガラスセラミック組成物に１種類以上の核形成剤、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、および酸化リン（Ｐ２Ｏ５）が添加されることがある。
ここに記載されたガラス組成物について、構成成分（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏなど）の濃度は、特に明記のない限り、酸化物基準のモルパーセント（モル％）で与えられている。実施の形態によるガラス組成物の成分は、下記に個別に述べられている。ある成分の様々に列挙された範囲のどれも、どの他の成分の様々に列挙された範囲のどれと個別に組み合わされてもよいことを理解すべきである。ここに用いられているように、数字の末尾の０は、その数字の有効数字を表すことが意図されている。例えば、「１．０」の数字は有効数字２桁であり、「１．００」の数字は有効数字３桁である。ここに用いられているように、下限として０モル％で定義されている範囲内で酸化物を含むと記載されている組成物は、その組成物が、０モル％を上回り（例えば、０．０１モル％または０．１モル％）、その範囲の上限までの任意の量でその酸化物を含むことを意味する。
ＳｉＯ２は、このガラス組成物中の最多成分であることがあり、それゆえ、ガラス組成物から形成されるガラス網状構造の主成分である。純粋なＳｉＯ２は、比較的低い熱膨張係数（ＣＴＥ－ここに用いられているように、この性質は、０℃から３００℃の温度で測定される）を有し、アルカリを含まない。しかしながら、純粋なＳｉＯ２は、高い融点を有する。したがって、ガラス組成物中のＳｉＯ２の濃度が高すぎると、ＳｉＯ２の濃度が高まるにつれて、ガラスを溶融する難しさが増し、次に、ガラスの成形性が悪影響を受けので、ガラス組成物の成形性は低下するであろう。
いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、５５モル％以上から７０モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＳｉＯ２を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、５６モル％以上、５７モル％以上、５８モル％以上、５９モル％以上、６０モル％以上、６１モル％以上、６２モル％以上、６３モル％以上、６４モル％以上、６５モル％以上、６６モル％以上、６７モル％以上、６８モル％以上、６９モル％以上、または７０モル％の量でＳｉＯ２を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、６９モル％以下、６８モル％以下、６７モル％以下、６６モル％以下、６５モル％以下、６４モル％以下、６３モル％以下、６２モル％以下、６１モル％以下、６０モル％以下、５９モル％以下、５８モル％以下、５７モル％以下、５６モル％以下、または５５モル％の量でＳｉＯ２を含むことがある。
上記ＳｉＯ２の範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、５５モル％から７０モル％、５６モル％から６９モル％、５７モル％から６８モル％、５８モル％から６７モル％、５９モル％から６６モル％、６０モル％から６５モル％、６１モル％から６４モル％、または６２モル％から６３モル％、および端点を含む、端点として先に列挙されたＳｉＯ２値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＳｉＯ２を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、５９モル％から６６モル％の範囲のＳｉＯ２を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、６０モル％から６５モル％の範囲のＳｉＯ２を含むことがある。
ここに開示されたガラス組成物は、Ａｌ２Ｏ３を含む。Ａｌ２Ｏ３の添加は、ガラス網状構造形成材の機能を果たすことがある。さらに、Ａｌ２Ｏ３の濃度がガラス組成物中のＳｉＯ２の濃度およびアルカリ酸化物の濃度に対して釣り合わされる場合、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス溶融物の液相温度を低下させ、それによって、液相粘度を高めることがある。
いくつかの実施の形態において、前記組成物中のＡｌ２Ｏ３のモル％に加えたＲＯのモル％（Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％）は、１８モル％以上であることがある。いくつかの実施の形態において、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％は、以下の値の間の全ての範囲と部分的範囲を含む、１８モル％以上から２３モル％以下（例えば、２３モル％≧Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％）であることがある。いくつかの実施の形態において、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％は、１９モル％以上、２０モル％以上、２１モル％以上、または２２モル％以上であることがある。いくつかの実施の形態においてＡｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％は、２２モル％以下、２１モル％以下、２０モル％以下、または１９モル％以下であることがある。先の式において、ＲＯモル％は、ＭｇＯモル％に加えたＣａＯモル％と等しい。
上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％は、１８モル％から２３モル％、１９モル％から２２モル％、または２０モル％から２１モル％、および端点を含む、端点として先に列挙された値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲であることがある。いくつかの実施の形態において、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％は、２０モル％以上であることがある。
先に記載された（Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％）の値は、ここに開示されたガラス組成物に恩恵を与える。先に記載されたような（Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％）の値により、ガラス組成物は、ここに述べられたような広い圧縮深さの範囲に亘り高いピーク圧縮応力を達成することができる。（Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％）が１８モル％より低いと、ひいては、望ましく高いイオン交換応力は生じないであろう。（Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％）が２３モル％を上回ると、ひいては、イオン交換過程は遅すぎ得る、および／またはヤング率が望ましくなく高くなり得る。また、ガラス組成物の製造可能性が、２３モル％を上回る値のために、劣り得る。
いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１３モル％以上から２０モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＡｌ２Ｏ３を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１３モル％以上、１３．５モル％以上、１４モル％以上、１４．５モル％以上、１５モル％以上、１５．５モル％以上、１６モル％以上、１６．５モル％以上、１７モル％以上、１７．５モル％以上、１８モル％以上、１８．５モル％以上、１９モル％以上、１９．５モル％以上、または２０モル％の量でＡｌ２Ｏ３を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、２０モル％以下、１９．５モル％以下、１９モル％以下、１８．５モル％以下、１８モル％以下、１７．５モル％以下、１７モル％以下、１６．５モル％以下、１６モル％以下、１５．５モル％以下、１５モル％以下、１４．５モル％以下、１４モル％以下、１３．５モル％以下、または１３モル％の量でＡｌ２Ｏ３を含むことがある。
上記Ａｌ２Ｏ３の範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１３モル％から２０モル％、１３．５モル％から１９．５モル％、１４モル％から１９モル％、１４．５モル％から１８．５モル％、１５モル％から１８モル％、１５．５モル％から１７．５モル％、または１６モル％から１７モル％、および端点を含む、端点として先に列挙されたＡｌ２Ｏ３値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＡｌ２Ｏ３を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１３．５モル％から２０モル％の量でＡｌ２Ｏ３を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１６モル％以上の量でＡｌ２Ｏ３を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１６モル％から１８モル％の量でＡｌ２Ｏ３を含むことがある。
ここに記載されたガラス組成物は、Ｎａ２Ｏを含む。Ｎａ２Ｏは、ガラス組成物のイオン交換可能性を支援し、ガラス組成物の成形性を改善し、それによって、製造可能性を改善することがある。しかしながら、ガラス組成物に添加されるＮａ２Ｏが多すぎると、ＣＴＥが低くなりすぎ、融点が高くなりすぎることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１５モル％以上から１８モル％以下、および端点を含む、端点として先に列挙された値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＮａ２Ｏを含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１５モル％以上、１５．５モル％以上、１６モル％以上、１６．５モル％以上、１７モル％以上、１７．５モル％以上、または１８モル％の量でＮａ２Ｏを含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１８モル％以下、１７．５モル％以下、１７モル％以下、１６．５モル％以下、１６モル％以下、１５．５モル％以下、または１５モル％の量でＮａ２Ｏを含むことがある。
上記Ｎａ２Ｏの範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１５．５モル％から１７．５モル％、１６モル％から１７モル％、または１６．５モル％から１７モル％、および端点を含む、端点として先に列挙されたＮａ２Ｏ値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＮａ２Ｏを含むことがある。
いくつかの実施の形態において、ガラス組成物に関するＮａ２Ｏのモル％＋ＲＯのモル％－Ａｌ２Ｏ３のモル％（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）は、０モル％以上である。いくつかの実施の形態において、Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％は、以下の値の間の全ての範囲と部分的範囲を含む、０モル％以上かつ７モル％以下（例えば、７モル％≧（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）≧０モル％）であることがある。いくつかの実施の形態において、Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％は、１モル％以上、２モル％以上、３モル％以上、４モル％以上、５モル％以上、または６モル％以上であることがある。いくつかの実施の形態において、Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％は、７モル％以下、６モル％以下、５モル％以下、４モル％以下、３モル％以下、２モル％以下、または１モル％以下であることがある。先の式において、ＲＯモル％は、ＭｇＯモル％に加えたＣａＯモル％と等しい。
上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％は、１モル％から６モル％、２モル％から５モル％、または３モル％から４モル％、および端点を含む、端点として先に列挙された値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲であることがある。
上述した（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）の値は、ここに記載されたガラス組成物に恩恵を与える。先に記載されたような（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）の値により、そのガラス組成物は、以下の有利な性質を示す。第一に、（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）値を上述したように調整することにより、ガラス組成物の溶けやすさが改善される。この（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）値は、有利な熱的性質、例えば、ここに述べられたような液相温度と液相粘度が生じ、これにより、その組成物から作られるガラス物品の製造の容易さが増す。（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）値が０モル％より低いと、ガラス組成物の溶けやすさが損なわれる。第二に、（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）値を上述したように調整することにより、イオン交換過程により与えられる圧縮応力を相殺する、ガラス物品に関する著しい応力緩和を避けながら、所望の組成勾配を生じることのできるイオン交換範囲が確実になる。値（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）が７モル％を上回ると、イオン交換過程中に、ガラス物品内に著しい量の応力緩和が生じ得る。この応力緩和は、イオン交換過程中に与えられる、圧縮応力、特に、ピーク圧縮応力を低下させてしまう。
ここに記載されたガラス組成物は、ＭｇＯを含む。ＭｇＯは、ガラスの粘度を低下させることがあり、これにより、ガラスの成形性および製造可能性が向上する。ガラス組成物中にＭｇＯを含ませると、ガラス組成物の歪み点およびヤング率、並びにガラスのイオン交換能力も改善されることがある。しかしながら、ガラス組成物に添加されるＭｇＯが多すぎると、ガラス組成物の密度およびＣＴＥが、望ましくないレベルまで増加することがある。
いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１モル％以上から５モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＭｇＯを含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１．５モル％以上、２モル％以上、２．５モル％以上、３モル％以上、３．５モル％以上、４モル％以上、４．５モル％以上、または５モル％の量でＭｇＯを含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、４．５モル％以下、４モル％以下、３．５モル％以下、３モル％以下、２．５モル％以下、２モル％以下、１．５モル％以下、または１モル％の量でＭｇＯを含むことがある。
上記ＭｇＯの範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１モル％から５モル％、１．５モル％から４．５モル％、２モル％から４モル％、２．５モル％から３．５モル％、または２．５モル％から３モル％、および端点を含む、端点として先に列挙されたＭｇＯ値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＭｇＯを含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、２モル％から４モル％の範囲でＭｇＯを含むことがある。
ここに記載されたガラス組成物は、ＣａＯを含む。ＣａＯは、ガラスの粘度を低下させることがあり、これにより、成形性、歪み点、およびヤング率が向上することがあり、ガラスのイオン交換能力が改善されることがある。しかしながら、ガラス組成物に添加されるＣａＯが多すぎると、ガラス組成物の密度およびＣＴＥが、望ましくないレベルまで増加することがある。
いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、０．１モル％以上から２．５モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＣａＯを含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、０．５モル％以上、１モル％以上、１．５モル％以上、２モル％以上、または２．５モル％の量でＣａＯを含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、２．５モル％以下、２モル％以下、１．５モル％以下、１モル％以下、０．５モル％以下、または０．１モル％の量でＣａＯを含むことがある。
上記の範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、０．１モル％から２．５モル％、０．５モル％から２モル％、または１モル％から１．５モル％、および端点を含む、端点として先に列挙されたＣａＯ値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＣａＯを含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、０．５モル％から２モル％の範囲でＣａＯを含むことがある。
いくつかの実施の形態において、ガラス組成物に関するＭｇＯのモル％にＣａＯのモル％を加えたものに対するＭｇＯのモル％の比（ＭｇＯモル％／（ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％））は、０．５以上であることがある。いくつかの実施の形態において、ＭｇＯモル％／（ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％）は、以下の値の間の全ての範囲と部分的範囲を含む、０．５以上かつ０．９以下（例えば、０．９≧（ＭｇＯモル％／（ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％）≧０．５）であることがある。いくつかの実施の形態において、ＭｇＯモル％／（ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％）は、０．５５以上、０．６以上、０．６５以上、０．７以上、０．７５以上、０．８以上、０．８５以上、または０．９と等しいことがある。いくつかの実施の形態において、ＭｇＯモル％／（ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％）は、０．９以下、０．８５以下、０．８以下、０．７５以下、０．７以下、０．６５以下、０．６以下、０．５５以下、または０．５と等しいことがある。
上記の範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、ＭｇＯモル％／（ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％）は、０．５から０．９、０．５５から０．８５、０．６から０．８、０．６５から０．７５、または０．６５から０．７、および端点を含む、端点として先に列挙された値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲であることがある。
ここに記載されたガラス組成物は、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏの１つ以上を含まない、または実質的に含まないことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏの全てを含まない、または実質的に含まないことがある。これらの酸化物の内のいくつかは、高価であり得る、および／または供給に制限があり得る。アルカリ土類金属酸化物は、ヤング率を望ましくなく増加させ得、イオン交換過程を遅くし得る。Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、およびＫ２Ｏは、イオン交換過程中に与えられる圧縮応力の量を減少させ得る。ここに記載されたガラス物品は、これらの酸化物を必要とせずに、有利な性質を達成することができる。したがって、これらの酸化物は、前記組成物から排除されることがある。ここに用いられているように、「実質的に含まない」という用語は、その成分が、汚染物質として非常に少量で最終ガラス中に存在するかもしれないが、その成分がバッチ材料の成分として添加されないことを意味する。本開示のガラス組成物を製造するために使用される原材料および／または設備の結果として、意図的に添加されない特定の不純物または成分が、最終的なガラス組成物中に存在し得る。そのような材料は、「混入材料」と称され、微量でガラス組成物中に存在する。ある成分を「実質的に含まない」組成物は、その成分が、組成物に目的を持って添加されなかったが、その組成物は、混入量または微量でその成分をまだ含むかもしれないことを意味する。ある酸化物を「実質的に含まない」組成物は、その酸化物が、０．１モル％以下、例えば、０モル％から０．１モル％の量で存在することを意味する。ここに用いられているように、ある成分を「含まない」ガラス組成物は、その成分（例えば、酸化物）が、混入量または微量でさえ、その組成物中に存在しないことを意味すると定義される。
いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、必要に応じて、１種類以上の清澄剤を含むことがある。いくつかの実施の形態において、その清澄剤の例としては、ＳｎＯ２が挙げられるであろう。そのような実施の形態において、ＳｎＯ２は、２モル％以下、例えば、０モル％から２モル％、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でそのガラス組成物中に存在することがある。いくつかの実施の形態において、ＳｎＯ２は、０．１モル％から２モル％、０．１モル％から１．５モル％、０．１モル％から１モル％、または０．１モル％から０．５モル％の量でそのガラス組成物中に存在することがある。
ここに開示されたガラス組成物、およびそのガラス組成物から作られたガラス物品の物理的性質が、下記に述べられている。これらの物理的性質は、実施例を参照してより詳しく述べられるように、ガラス組成物の成分量を調整することによって、達成することができる。
いくつかの実施の形態において、ガラス組成物のヤング率（Ｅ）は、７０ギガパスカル（ＧＰａ）以上から８０ＧＰａ以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲であることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、７１ＧＰａ以上から７９ＧＰａ以下、７２ＧＰａ以上から７８ＧＰａ以下、７３ＧＰａ以上から７７ＧＰａ以下、７４ＧＰａ以上から７６ＧＰａ以下、または７５ＧＰａ以上から７６ＧＰａ以下、および端点を含む、端点として先に列挙されたヤング率値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲のヤング率を有することがある。例えば、いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、７０ＧＰａから８０ＧＰａ、７１ＧＰａから７９ＧＰａ、７２ＧＰａから７８ＧＰａ、７３ＧＰａから７７ＧＰａ、７４ＧＰａから７６ＧＰａ、または７５ＧＰａから７６ＧＰａの範囲にあるヤング率を有することがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、７０ＧＰａから７５ＧＰａの範囲にあるヤング率を有することがある。特に明記のない限り、本開示に開示されたヤング率値およびポアソン比値は、「Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts」と題する、ＡＳＴＭ Ｅ２００１－１３に述べられた一般型の共鳴超音波スペクトロスコピー技術によって測定された値を称する。また、特に明記のない限り、ガラス組成物または物品のヤング率およびポアソン比は、その組成物または物品が、どのようなイオン交換過程も、またはどの他の強化過程も施される前に測定される。具体的に、ガラス組成物または物品のヤング率およびポアソン比は、その組成物または物品がイオン交換溶液に曝露される前に、例えば、イオン交換溶液中に浸漬される前に、測定される。ポアソン比値（ν）は、以下の式：Ｅ＝２Ｇ（１＋ν）を使用して、ＡＳＴＭ Ｅ２００１－１３試験から得られたヤング率値（Ｅ）および剛性率値（Ｇ）に基づいて計算される。
いくつかの実施の形態において、ガラス組成物の液相粘度は、５０キロポアズ（ｋＰ）以上から５００ｋＰ以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲であることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１００ｋＰ以上から４５０ｋＰ以下、１５０ｋＰ以上から４００ｋＰ以下、２００ｋＰ以上から３５０ｋＰ以下、または２５０ｋＰ以上から３００ｋＰ以下、および端点を含む、端点として先に列挙された液相粘度値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の液相粘度を有することがある。例えば、いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、５０ｋＰから５００ｋＰ、１００ｋＰから４５０ｋＰ、１５０ｋＰから４００ｋＰ、２００ｋＰから３５０ｋＰ、または２５０ｋＰから３００ｋＰの範囲にある液相粘度を有することがある。
ここに用いられているように、「液相粘度」という用語は、液相温度での溶融ガラスの粘度を称し、ここで、液相温度は、溶融ガラスが溶融温度から冷めるときに、結晶が最初に現れる温度、または温度を室温から上昇させるときに一番最後の結晶が溶けてなくなる温度を称する。特に明記のない限り、本出願に開示された液相粘度値は、以下の方法によって決定される。最初に、ガラスの液相温度を、「Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method」と題する、ＡＳＴＭ Ｃ８２９－８１（２０１５）にしたがって測定する。次に、その液相温度でのガラスの粘度を、「Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point」と題する、ＡＳＴＭ Ｃ９６５－９６（２０１２）にしたがって測定する。特に明記のない限り、ガラス組成物または物品の液相粘度および温度は、その組成物または物品がどのようなイオン交換過程も、またはどの他の強化過程も施される前に測定される。具体的に、ガラス組成物または物品の液相粘度および温度は、その組成物または物品がイオン交換溶液に曝露される前に、例えば、イオン交換溶液中に浸漬される前に、測定される。
上述した組成物から、実施の形態によるガラス物品は、どの適切な方法、例えば、スロット成形法、フロート成形法、圧延過程、フュージョン成形法などによって、成形されてもよい。そのガラス組成物およびそれから製造された物品は、それが成形される様式によって、特徴付けられることがある。例えば、ガラス組成物は、フロート成形可能（すなわち、フロート法により成形される）、ダウンドロー可能、特に、フュージョン成形可能またはスロットドロー可能（例えば、ダウンドロー法、例えば、フュージョンドロー法またはスロットドロー法により成形される）と特徴付けられることがある。
ここに記載されたガラス物品のいくつかの実施の形態は、ダウンドロー法によって成形されることがある。ダウンドロー法により、比較的無垢な表面を持つ、均一な厚さを有するガラス物品が製造される。そのガラス物品の平均曲げ強度は、表面傷の量とサイズにより制御されるので、接触が最小の無垢な表面は、より高い初期強度を有する。それに加え、ダウンドロー法により製造されたガラス物品は、費用のかかる研削や研磨を行わずに、最終用途に使用できる、非常に平らで滑らかな表面を有する。
前記ガラス物品のいくつかの実施の形態は、フュージョン成形可能（すなわち、フュージョンドロー法を使用して成形可能）と記載されることがある。このフュージョン法では、溶融したガラス原材料を受け入れるための通路を有する延伸槽が使用される。この通路は、通路の両側に通路の長さに沿って上部で開いた堰を有する。この通路が溶融材料で満たされると、溶融材料は堰から溢れる。溶融ガラスは、重力のために、２つの流れるガラス膜として、延伸槽の外面を流れ落ちる。延伸槽のこれらの外面は、延伸槽の下の縁で接合するように下方と内側に延在する。２つの流れるガラス膜はこの縁で結合して、融合し、１つの流れるガラス物品を形成する。このフュージョンドロー法には、通路から溢れ流れる２つのガラス膜が互いに融合するために、結果として得られたガラス物品の外面のいずれも、装置のどの部分にも接触しないという利点がある。それゆえ、フュージョンドロー法により成形されたガラス物品の表面特性は、そのような接触により影響を受けない。
ここに記載されたガラス物品のいくつかの実施の形態は、スロットドロー法により成形することができる。このスロットドロー法は、フュージョンドロー法とは異なる。スロットドロー法において、溶融原材料ガラスが、延伸槽に供給される。この延伸槽の底部にスロットが開けられており、このスロットは、スロットの長さに延在するノズルを有する。溶融ガラスは、スロットおよび／またはノズル中を流れ、連続したガラス物品として徐冷領域へと下方に延伸される。
ガラス物品、例えば、ガラスシートを成形するためのドロー法は、薄いガラス物品を、欠陥を少なく成形できるので、望ましい。ガラス組成物は、ドロー法、例えば、フュージョンドロー法またはスロットドロー法により成形されるために、比較的高い液相粘度－例えば、１０００ｋＰ超、１１００ｋＰ超、または１２００ｋＰ超の液相粘度－を有する必要があると以前は考えられていた。しかしながら、ドロー法の発展により、より低い液相粘度を有するガラスを、ドロー法に使用できることがある。
１つ以上の実施の形態において、ここに記載されたガラス物品は、非晶質微細構造を示すことがあり、結晶または晶子を実質的に含まないことがある。言い換えると、このガラス物品では、いくつかの実施の形態において、ガラスセラミック材料が排除される。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラス物品は、ガラスセラミック材料を含むことがある。
上述したように、前記ガラス組成物、およびそのガラス組成物から作られた物品は、イオン交換過程により強化することができる。図１を参照すると、ガラス物品１００は、圧縮応力下にある１つ以上の領域を有することがある。例えば、ガラス物品１００は、ガラス物品１００の外面（例えば、面１１０、１１２）から圧縮深さ（ＤＯＣ、ｄ１、ｄ２）まで延在する第１の圧縮応力領域１２０および／または第２の圧縮応力領域１２２、並びにＤＯＣからガラス物品１００の中央または内部領域まで延在する引張応力またはＣＴ下にある第２の領域（例えば、中央領域１３０）を有することがある。イオン交換済みの圧縮応力領域１２０、１２２は、ガラス物品１００の厚さ（ｔ）を通じて２つ以上の地点で異なる金属酸化物の濃度を有する。
当該技術分野で通常使用される慣例によれば、圧縮または圧縮応力（ＣＳ）は負の（＜０）応力として表され、張力または引張応力は正の（＞０）応力と表される。しかしながら、本記載を通じて、ＣＳは正の値または絶対値として表される－すなわち、ここに挙げられるように、ＣＳ＝｜ＣＳ｜である。ＣＳは、ガラスの表面で最大値を有し、関数にしたがって、表面から距離ｄで変動することがある。再び図１を参照すると、第１の圧縮応力領域１２０は第一面１１０から深さｄ１まで延在し、第２の圧縮応力領域１２２は、第二面１１２から深さｄ２まで延在する。これらの圧縮応力領域１２０、１２２は、共に、ガラス物品１００の圧縮領域またはＣＳ領域を画成する。
いくつかの実施の形態において、前記ガラス物品の１つ以上の圧縮応力領域のピーク圧縮応力は、８５０ＭＰａ以上から１４００メガパスカル（ＭＰａ）以下、例えば、９００ＭＰａ以上から１３５０ＭＰａ以下、９５０ＭＰａ以上から１３００ＭＰａ以下、１０００ＭＰａ以上から１２５０ＭＰａ以下、１０５０ＭＰａ以上から１２００ＭＰａ以下、または１１００ＭＰａ以上から１１５０ＭＰａ以下、および端点を含む、端点として先に列挙された値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲にあることがある。例えば、いくつかの実施の形態において、ピーク圧縮応力は、８５０ＭＰａから１４００ＭＰａ、９００ＭＰａから１３５０ＭＰａ、９５０ＭＰａから１３００ＭＰａ、１０００ＭＰａから１２５０ＭＰａ、１０５０ＭＰａから１２００ＭＰａ、または１１００ＭＰａから１１５０ＭＰａの範囲内、もしくは端点を含む、端点としてこれらの値のいずれか２つを有する範囲内にあることがある。いくつかの実施の形態において、ガラス物品の１つ以上の圧縮応力領域のピーク圧縮応力は、１１００ＭＰａから１３５０ＭＰａの範囲にあることがある。
いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物から作られたガラス物品は、１４以上のヤング率値に対するピーク圧縮応力値の比（ピーク圧縮応力値／ヤング率値、ＣＳ／Ｅ）を有する。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品は、１４以上から１８以下の範囲、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲のＣＳ／Ｅ比を有することがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品は、１５以上、１６以上、１７以上、または１８のＣＳ／Ｅ比を有することがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品は、１８以下、１７以下、１６以下、１５以下、または１４のＣＳ／Ｅ比を有することがある。上記ＣＳ／Ｅの範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、ＣＳ／Ｅ比は、１４から１８、１５から１７、または１５から１６、および端点を含む、端点として先に列挙された値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲にあることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品は、１５以上のＣＳ／Ｅ比を有することがある。
これらのＣＳ／Ｅ比、およびＣＳ／Ｅ比の範囲は、ここに開示されたピーク圧縮応力で、および／または圧縮深さで、達成されることがある。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス物品は、８５０ＭＰａから１４００ＭＰａの範囲のピーク圧縮応力について、先に記載されたような、ＣＳ／Ｅ比、またはＣＳ／Ｅ比の範囲を有することがある。別の例として、ガラス物品は、５マイクロメートルから４０マイクロメートルの範囲の圧縮深さについて、先に記載されたような、ＣＳ／Ｅ比、またはＣＳ／Ｅ比の範囲を有することがある。別の例として、ガラス物品は、５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲の圧縮深さについて、先に記載されたような、ＣＳ／Ｅ比、またはＣＳ／Ｅ比の範囲を有することがある。別の例として、ガラス物品は、ガラス物品の厚さの５％から２０％の範囲の圧縮深さについて、先に記載されたような、ＣＳ／Ｅ比、またはＣＳ／Ｅ比の範囲を有することがある。別の例として、ガラス物品は、１１００ＭＰａから１３５０ＭＰａの範囲のピーク圧縮応力および５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲の圧縮深さについて、先に記載されたような、ＣＳ／Ｅ比、またはＣＳ／Ｅ比の範囲を有することがある。別の例として、ガラス物品は、８５０ＭＰａから１４００ＭＰａの範囲にあるピーク圧縮応力および５マイクロメートルから４０マイクロメートルの範囲の圧縮深さについて、先に記載されたような、ＣＳ／Ｅ比、またはＣＳ／Ｅ比の範囲を有することがある。別の例として、ガラス物品は、８５０ＭＰａから１４００ＭＰａの範囲にあるピーク圧縮応力および５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲の圧縮深さについて、先に記載されたような、ＣＳ／Ｅ比、またはＣＳ／Ｅ比の範囲を有することがある。
イオン交換により達成されることのある高いピーク圧縮応力により、ガラスを所定のガラス厚についてよりきつい（すなわち、より小さい）曲げ半径に曲げる能力が与えられる。この高いピーク圧縮応力により、ガラスが正味の圧縮を維持し、それゆえ、ガラスがきつい半径の周りの曲げに曝されたときに表面傷を阻止することができる。表面近くの傷は、この正味の圧縮下で阻止されている場合、または有効表面圧縮層内に配置されている場合、破壊するまで延在できない。
図２は、曲げ力２０２を使用した、２枚のプレート２００の間のガラス物品１００の２点曲げを示す。曲げ力２０２は、２点曲げ試験装置を使用して印加され、その装置において、２枚のプレート２００は、一定力の曲げ力２０２による曲げ試験中に、ガラス物品１００に押し付けられる。必要に応じて、その試験装置に関連する固定具で、曲げ力２０２がプレート２００を介してガラス物品１００に印加されているときに、ガラス物品１００が、折り目２１０に対して対称に曲げられることが確実になる。プレート２００は、特定のプレート距離Ｄが達成されるまで、調和して互いに動かすことができる。ここに用いられているように、曲げ力下の「破壊」という用語は、破損、崩壊、剥離、亀裂伝搬、永久変形、または物品を本来の目的に適さなくする他の機構を称する。
図２において、ガラス物品１００の面１１０に、曲げによる引張応力が施され、これにより、その面からの有効ＤＯＣが、物品が曲げられていないときの面１１０からのＤＯＣから減少する一方で、面１１２には、曲げによる追加の圧縮応力が施される。面１１０からの有効ＤＯＣは、プレート距離の増加により増加し、プレート距離の減少により減少する（物品１００の面１１２が、図２に示されるように、それ自体に向かって曲げられている場合）。言い換えると、有効ＤＯＣは、曲げられていない状態のＤＯＣから、曲げにより誘発される引張応力からの有効深さが差し引かれたものである。
いくつかの実施の形態において、ガラス物品１００は、６０℃および９３％の相対湿度で、２４０時間に亘り１０ミリメートル（ｍｍ）以下のプレート距離（Ｄ）で２枚のプレート２００の間に保持されたときの、静止２点曲げ試験中の破壊を避ける。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス物品１００は、６０℃および９３％の相対湿度で、２４０時間に亘り２枚のプレートの間に保持されたときに、１０ｍｍから１ｍｍのプレート距離（Ｄ）まで、静止２点曲げ試験中の破壊を避ける。プレート距離（Ｄ）は、例えば、１０ｍｍ、９ｍｍ、８ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、または１ｍｍであることがある。
両方の領域１２０および１２２の圧縮応力は、ガラス物品１００の中央領域１３０に貯蔵された張力により釣り合わされる。特に明記のない限り、ＣＴ値は、最大ＣＴ値として報告される。ＤＯＣは、イオン交換処理および測定されている物品の厚さに応じて、表面応力計または散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）により測定することができる。基板中の応力が、基板中にカリウムイオンを交換することによって生じている場合、圧縮深さを測定するために、表面応力計、例えば、ＦＳＭ－６０００（日本国、有限会社折原製作所）が使用される。基板中にナトリウムイオンを交換することによって応力が生じており、測定されている物品が約４００マイクロメートルより厚い場合、圧縮深さおよび最大中央張力（ＣＴ）を測定するために、ＳＣＡＬＰが使用される。基板中の応力が、ガラス中にカリウムイオンとナトリウムイオンの両方を交換することによって生じており、測定されている物品が約４００マイクロメートルより厚い場合、圧縮深さおよびＣＴは、ＳＣＡＬＰにより測定される。理論で束縛される意図はないが、ナトリウムイオンの交換深さは圧縮深さを表し、一方で、カリウムイオンの交換深さは、圧縮応力の大きさの変化（しかしながら、必ずしも、圧縮から引張の応力の変化ではない）を表すことがある。ここに用いられているように、「層の深さ」は、イオン（例えば、ナトリウム、カリウム）が基板中に交換された深さを意味する。本開示を通じて、最大中央張力がＳＣＡＬＰにより直接測定できない場合（測定されている物品が約４００マイクロメートルより薄い場合など）、最大中央張力は、基板の厚さと圧縮深さの２倍との間の差で除算された最大圧縮応力と圧縮深さの積により近似することができ、ここで、圧縮応力および圧縮深さは、ＦＳＭで測定される。
基板の厚さが約４００マイクロメートルより大きい場合、応力プロファイルのグラフ表示を導くために、屈折近視野（ＲＮＦ）法も使用されることがある。応力プロファイルのグラフ表示を導くために、ＲＮＦ法が使用される場合、ＳＣＡＬＰにより与えられる最大ＣＴ値がＲＮＦ法に使用される。詳しくは、ＲＮＦにより測定された応力プロファイルは、ＳＣＡＬＰ測定により与えられる最大ＣＴ値に対して力平衡され、較正される。このＲＮＦ法は、ここに全てが引用される、「Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample」と題する米国特許第８８５４６２３号明細書に記載されている。詳しくは、このＲＮＦ法は、基準ブロックに隣接してガラス物品を配置する工程、１Ｈｚから５０Ｈｚまでの間の速度で直交偏光の間で切り換えられる偏光切替光線を生成する工程、その偏光切替光線の出力量を測定する工程、および偏光切替基準信号を生成する工程を含み、直交偏光の各々の出力の測定量は互いの５０％以内にある。この方法は、偏光切替光線を、ガラス試料中の異なる深さについて、ガラス試料および基準ブロックに透過させ、次いで、リレー光学系を使用して、透過した偏光切替光線を信号光検出器に中継する工程をさらに含み、その信号光検出器は偏光切替検出器信号を生成する。この方法は、検出器信号を基準信号で割って、正規化検出器信号を形成する工程、およびその正規化検出器信号からガラス試料の特徴を示すプロファイルを決定する工程も含む。
ＳＣＡＬＰ測定が行われる場合、エストニア国、タリン所在のＧｌａｓｓｔｒｅｓｓ Ｌｔｄ．から入手できるＳＣＡＬＰ偏光器（例えば、ＳＣＡＬＰ－０４またはＳＣＡＬＰ－０５）を使用して行われる。少なくとも１つの応力関連の特徴を特徴付けるために試料を測定する場合、偏光器における測定ノイズを許容レベルまで減少させるための精確な試料速度ＳＳおよび曝露時間ｔＥは、数多くの要因に依存する。これらの要因としては、イメージセンシング装置の特徴（例えば、利得、画像取込み速度（フレーム／秒）、画素サイズ、内部画素平均技術など）、並びに非応力関連（(no-stress-related)ＮＳＲ）散乱特徴、入力光線の強度、使用される偏光状態の数などが挙げられる。他の要因としては、レーザ光源からの光線の測定波長および散乱光線の強度が挙げられる。例示の測定波長は、６４０ナノメートル（ｎｍ）、５１８ｎｍおよび４０５ｎｍを含み得る。例示の曝露時間は、０．０５ミリ秒から１００ミリ秒に及び得る。例示のフレームレートは、毎秒１０から２００フレームに及び得る。光学的遅れの例示の計算は、０．１秒から１０秒の測定時間ｔＭに亘り２から２００フレームを利用することができる。
いくつかの実施の形態において、そのガラス物品は、２０ＭＰａ以上から４００メガパスカル（ＭＰａ）以下、例えば、５０ＭＰａ以上から３５０ＭＰａ以下、７５ＭＰａ以上から３００ＭＰａ以下、１００ＭＰａ以上から２５０ＭＰａ以下、または１５０ＭＰａ以上から２００ＭＰａ以下、および端点を含む、端点として先に列挙された値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の最大ＣＴを有することがある。例えば、いくつかの実施の形態において、最大ＣＴは、２０ＭＰａから４００ＭＰａ、５０ＭＰａから３５０ＭＰａ、７５ＭＰａから３００ＭＰａ、１００ＭＰａから２５０ＭＰａ、または１５０ＭＰａから２００ＭＰａの範囲内、もしくは端点を含む、端点としてこれらの値のいずれか２つを有する範囲内であることがある。
いくつかの実施の形態において、領域１２０および／または領域１２２のＤＯＣは、部分的範囲を含む、５マイクロメートルから５０マイクロメートルの範囲内にあることがある。例えば、ＤＯＣは、５マイクロメートル、１０マイクロメートル、１５マイクロメートル、２０マイクロメートル、２５マイクロメートル、３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、または５０マイクロメートル、もしくは端点を含む、端点としてこれらの値のいずれか２つを有する範囲内であることがある。いくつかの実施の形態において、領域１２０および／または領域１２２のＤＯＣは、１０マイクロメートルから４５マイクロメートル、１５マイクロメートルから４０マイクロメートル、２０マイクロメートルから３５マイクロメートル、または２５マイクロメートルから３０マイクロメートルの範囲内にあることがある。いくつかの実施の形態において、ＤＯＣは、５マイクロメートルから４０マイクロメートルの範囲にあることがある。いくつかの実施の形態において、ＤＯＣは５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲にあることがある。
いくつかの実施の形態において、ＤＯＣは、ガラス物品１００の厚さ（ｔ）の一部として報告されることがある。実施の形態において、ガラス物品は、ガラス物品の厚さの５％（０．０５ｔ）以上からガラス物品の厚さの２０％（０．２０ｔ）以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の圧縮深さ（ＤＯＣ）を有することがある。いくつかの実施の形態において、ＤＯＣは、ガラス物品の厚さの５％から２０％、ガラス物品の厚さの５％から１０％、またはガラス物品の厚さの５％から１５％であることがある。
ガラス物品１００の厚さ（ｔ）は、面１１０と面１１２との間で測定される。いくつかの実施の形態において、ガラス物品１００の厚さは、４ミリメートル（ｍｍ）以下であることがある。いくつかの実施の形態において、ガラス物品１００の厚さは、部分的範囲を含む、１５マイクロメートルから４ｍｍの範囲にあることがある。例えば、ガラス物品１００の厚さは、１５マイクロメートル、２０マイクロメートル、３０マイクロメートル、５０マイクロメートル、７５マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ、または４ｍｍ、もしくは端点を含む、端点としてこれらの値のいずれか２つを有する範囲内であることがある。いくつかの実施の形態において、ガラス物品１００の厚さは、２０マイクロメートルから３．５ｍｍ、３０マイクロメートルから３ｍｍ、５０マイクロメートルから２．５ｍｍ、７５マイクロメートルから２ｍｍ、１００マイクロメートルから１．５ｍｍ、１５０マイクロメートルから１ｍｍ、２００マイクロメートルから５００マイクロメートル、または２００マイクロメートルから２５０マイクロメートルの範囲にあることがある。いくつかの実施の形態において、ガラス物品１００の厚さは、１５マイクロメートルから２００マイクロメートルの範囲にあることがある。いくつかの実施の形態において、ガラス物品１００の厚さは、１５マイクロメートルから１００マイクロメートルの範囲にあることがある。
圧縮応力層は、ガラス物品をイオン交換溶液に曝露することによってガラス物品中に形成されることがある。いくつかの実施の形態において、そのイオン交換溶液は、溶融カリウム塩を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのイオン交換溶液は、５０質量％以上のカリウム塩、６０質量％以上のカリウム塩、７０質量％以上のカリウム塩、８０質量％以上のカリウム塩、９０質量％以上のカリウム塩、または１００質量％のカリウム塩、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲のカリウム塩を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのイオン交換溶液は、５０質量％から１００質量％のカリウム塩、６０質量％から１００質量％のカリウム塩、７０質量％から１００質量％のカリウム塩、８０質量％から１００質量％のカリウム塩、または９０質量％から１００質量％のカリウム塩を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのカリウム塩はＫＮＯ３であることがある。いくつかの実施の形態において、イオン交換溶液中の残りの質量パーセントの全てまたは一部は、溶融硝酸塩、例えば、ＮａＮＯ３であることがある。
前記ガラス物品は、前記ガラス組成物から作られたガラス物品をイオン交換溶液の浴中に浸漬すること、前記ガラス組成物から作られたガラス物品にイオン交換溶液を吹き付けること、またはそのガラス物品にイオン交換溶液を他のやり方で物理的に施すことによって、イオン交換溶液に曝露されることがある。そのイオン交換溶液は、ガラス物品に曝露される際に、実施の形態によれば、３５０℃以上から４８０℃以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の温度であることがある。いくつかの実施の形態において、その温度は、３６０℃以上から４７０℃以下、３７０℃以上から４６０℃以下、３８０℃以上から４５０℃以下、３９０℃以上から４４０℃以下、４００℃以上から４３０℃以下、または４１０℃以上から４２０℃以下、および端点を含む、端点として先に列挙された温度値のいずれか２つを有する先の値の間の全ての範囲と部分的範囲であることがある。いくつかの実施の形態において、イオン交換溶液の温度は、３５０℃から４８０℃、３６０℃から４７０℃、３７０℃から４６０℃、３８０℃から４５０℃、３９０℃から４４０℃、４００℃から４３０℃、または４１０℃から４２０℃の範囲にあることがある。
いくつかの実施の形態において、前記ガラス物品は、１時間以上から２４時間以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の期間に亘り、前記イオン交換溶液に曝露されることがある。いくつかの実施の形態において、その期間は、２時間以上から２０時間以下、４時間以上から１６時間以下、６時間以上から１２時間以下、または８時間以上から１２時間以下、および端点を含む、端点として先に列挙された時間値のいずれか２つを有する先の時間値の間の全ての範囲と部分的範囲であることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品は、１時間から２４時間、２時間から２０時間、４時間から１６時間、または８時間から１２時間の期間に亘り、イオン交換溶液に曝露されることがある。いくつかの実施の形態において、その期間は、１時間から１０時間、または２時間から８時間の範囲にあることがある。
イオン交換過程が行われた後、ガラス物品の表面の組成は、成形されたままのガラス物品（例えば、イオン交換を経る前のガラス物品）の組成と異なるであろうことを理解すべきである。これは、より大きいアルカリ金属イオン、例えば、Ｋ＋により交換された、成形されたままのガラス物品中のアルカリ金属イオンの一種、例えば、Ｎａ＋から生じる。しかしながら、ガラス物品の深さの中心またはその近くでのガラス組成は、いくつかの実施の形態において、それでも、成形されたままのガラス物品の組成を有するであろう。特に明記のない限り、本出願に開示されたガラス組成は、組成がイオン交換過程により影響を受けていない（または最も控えめにしか影響を受けていない）物品の深さの中心近くのガラス物品の組成、すなわち、成形されたままのガラス物品の組成である。
ここに開示されたガラス物品は、別の物品、例えば、ディスプレイを備えた物品（またはディスプレイ物品）（例えば、携帯電話、腕時計、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家庭用電子機器）、建築物品、輸送物品（例えば、自動車、列車、航空機、船舶など）、電化製品、またはある程度の透明性、耐引掻性、耐磨耗性またはその組合せの恩恵を受けるであろう任意の物品に組み込まれることがある。ここに開示されたガラス物品のいずれかを組み込んだ例示の物品が、図３Ａおよび３Ｂに示されている。詳しくは、図３Ａおよび３Ｂは、前面３０４、背面３０６、および側面３０８を有する筐体３０２を備えた家庭用電気製品３００を示している。その筐体の少なくとも部分的に内側にまたは完全に中にある電気部品としては、少なくとも制御装置３２０、メモリ３２２、および筐体３０２の前面３０６にまたはそれに隣接したディスプレイ３１０を含むことがある。ディスプレイ３１０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイまたは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイであることがある。
カバー基板３１２が、ディスプレイ３１０を覆うように筐体３０２の前面３０４にまたはその上に配置されることがある。カバー基板３１２は、ここに開示されたガラス物品のいずれかを含むことがあり、「カバーガラス」と称されることがある。カバー基板３１２は、ディスプレイ３１０および家庭用電気製品３００の他の部品（例えば、制御装置３２０およびメモリ３２２）を損傷から保護する機能を果たすことがある。いくつかの実施の形態において、カバー基板３１２は、接着剤でディスプレイ３１０に結合されることがある。いくつかの実施の形態において、カバー基板３１２は、筐体３０２の前面３０４の全てまたは一部を画成することがある。いくつかの実施の形態において、カバー基板３１２は、筐体３０２の前面３０４および筐体３０２の側面３０８の全てまたは一部を画成することがある。いくつかの実施の形態において、家庭用電気製品３００は、筐体３０２の背面３０６の全てまたは一部を画成するカバー基板を含むことがある。
実施の形態が、以下の実施例によりさらに明白になるであろう。これらの実施例は、先に記載された実施の形態を限定するものではないことが理解されよう。
下記の表１に列挙された成分を有するガラス組成物を従来のガラス形成方法によって調製した。表１の組成物１～４は、本出願の実施の形態によるガラス組成物である。表１の組成物Ａは、同様の酸化物で作られた比較組成物である。表１において、全ての成分はモル％で表されている。表１に報告されたＳＣ値とＣＴ値は、各組成物について表に報告された試料の厚さで測定した。
表２には、表１の組成物の材料特性が列挙されている。表２に報告されたヤング率（Ｅ）値は、本明細書に開示された方法にしたがって測定した。同様に、剛性率値は、「Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts」と題する、ＡＳＴＭ Ｅ２００１－１３に述べられた一般型の共鳴超音波スペクトロスコピー技術によって測定した。
表２に列挙された追加の材料特性に、以下のものがある：密度、ここで、密度値は、ＡＳＴＭ Ｃ６９３－９３（２０１３）の浮力法を使用して決定した；セ氏温度当たり百万分率（ｐｐｍ）（ｐｐｍ／℃）で測定した低温（０℃から３００℃の範囲）ＣＴＥ；歪み点、徐冷点、および軟化点、ここで、歪み点は、ＡＳＴＭ Ｃ５９８－９３（２０１３）のビーム曲げ粘度法を使用して決定し、徐冷点は、ＡＳＴＭ Ｃ３３６－７１（２０１５）のファイバ延伸法を使用して決定し、軟化点は、ＡＳＴＭ Ｃ３３８－９３（２０１３）のファイバ延伸法を使用して決定した；１０１１ポアズ温度、３５ｋＰ温度、２００ｋＰ温度、および液相温度；液相粘度、ここで、液相粘度は、ここに述べられたように決定される；および応力光学係数（ＳＯＣ）、これはガラスの複屈折に関連する。特に明記のない限り、ＳＯＣは、その内容がここに全て引用される、「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」と題する、ＡＳＴＭ基準Ｃ７７０－１６に記載された手順Ｃ（ガラスディスク法）にしたがって測定される。特に明記のない限り、表２に列挙された特性は、組成物または物品に、どのイオン交換過程も、またはどの他の強化過程も施される前に測定した。表２に報告されたＣＴＥ値は、ファイバ延伸法を使用して測定した。膨脹計を、ＡＳＴＭ Ｅ２２８（「Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials With a Push-Rod Dilatomer」）にしたがって構成した。ファイバ延伸試験について、膨脹計に搭載された特定の組成物のファイバ試料を、０℃の氷浴に入れ、次いで、３００℃の等温炉に入れて、その温度範囲に亘る平均線熱膨張係数を決定した。ファイバ試料は、火炎作業により調製した。
表３には、表１の組成物１～４および組成物Ａに関するイオン交換条件および特性が含まれている。表３に報告されたイオン交換過程について、各組成物の試料を、１００質量％のＫＮＯ３からなる溶融塩浴中に浸漬した。各試料は、長さ１インチ（約２．５ｃｍ）、幅１インチ（約２．５ｃｍ）、厚さ０．８ｍｍであった。表３に報告された最大ＣＴ値は、基板の厚さと圧縮深さの２倍との間の差で除算された最大圧縮応力と圧縮深さの積により近似し、ここで、圧縮応力と圧縮深さは、ＦＳＭにより測定した。
Figure 2023505906000002
Figure 2023505906000003
Figure 2023505906000004
表３に示されるように、組成物１～４の全ては、各イオン交換時間について、組成物ＡのＣＳ／Ｅ比よりも高いＣＳ／Ｅ比を達成することができた。２時間のイオン交換時間について、組成物Ａは、２３．４マイクロメートルのＤＯＣおよび１３．６９のＣＳ／Ｅ比を達成したのに対し、組成物１～４は、匹敵するＤＯＣおよび著しく高いＣＳ／Ｅ比を達成した。組成物１～４の各々は、少なくとも２３マイクロメートルのＤＯＣおよび少なくとも１５．５３のＣＳ／Ｅ比（組成物Ａと比べて少なくとも約１３．４％の増加）を達成した。４時間のイオン交換時間について、組成物Ａは、３２．６マイクロメートルのＤＯＣおよび１３．３８のＣＳ／Ｅ比を達成したのに対し、組成物１～４は、匹敵するＤＯＣおよび著しく高いＣＳ／Ｅ比を達成した。組成物１～４の各々は、少なくとも３２．６マイクロメートルのＤＯＣおよび少なくとも１５．１６のＣＳ／Ｅ比（組成物Ａと比べて少なくとも約１３．３％の増加）を達成した。６時間のイオン交換時間について、組成物Ａは、３９．４マイクロメートルのＤＯＣおよび１３．０９のＣＳ／Ｅ比を達成したのに対し、組成物１～４は、匹敵するＤＯＣおよび著しく高いＣＳ／Ｅ比を達成した。組成物１～４の各々は、少なくとも３９．４マイクロメートルのＤＯＣおよび少なくとも１５．１５のＣＳ／Ｅ比（組成物Ａと比べて少なくとも約１５．７％の増加）を達成した。８時間のイオン交換時間について、組成物Ａは、４５．７マイクロメートルのＤＯＣおよび１２．８５のＣＳ／Ｅ比を達成したのに対し、組成物１～４は、匹敵するＤＯＣおよび著しく高いＣＳ／Ｅ比を達成した。組成物１～４の各々は、少なくとも４５．９マイクロメートルのＤＯＣおよび少なくとも１４．８５のＣＳ／Ｅ比（組成物Ａと比べて少なくとも約１５．６％の増加）を達成した。
図４のグラフ４００は、表３の各イオン交換時間での組成物１～４および組成物Ａに関する層の深さ値に対する圧縮応力値をプロットしている。表３に報告され、グラフ４００にプロットされた結果は、ここに記載された実施の形態によるガラス組成物が、可撓性および強度に関して、比較のガラス組成物をどの程度上回れるかを示している。ここに記載された実施の形態によるガラス組成物は、様々なイオン交換時間で、比較のガラス組成物よりも高いＣＳ／Ｅ比を達成できる。そして、イオン交換時間および／またはＤＯＣが増加するにつれて、ここに記載されたガラス組成物のＣＳ／Ｅ比は実際に増加するのに対し、比較のガラス組成物のＣＳ／Ｅ比は、イオン交換温度および時間が増加するにつれて、減少し得る。
ここに記載された実施の形態によるガラス組成物、およびこれらの組成物から作られたガラス物品が、使用中に著しい曲げ応力を経験する高強度用途、例えば、可撓性カバーガラス用途のための改善された機械的性質をどのように提供できるかを実証するために、モデルを使用した。下記の表４には、モデル化された組成物、および各組成物に関してモデル化されたポアソン比とヤング率が示されている。別の基準組成物として、組成物Ｂをモデル化した。組成物Ｂとしてモデル化された組成物は、６０．３３モル％のＳｉＯ２、１９．１７モル％のＡｌ２Ｏ３、１．８１モル％のＭｇＯ、１．７２モル％のＣａＯ、１６．８４モル％のＮａ２Ｏ、０．０１モル％のＫ２Ｏ、０．０１モル％のＴｉＯ２、０．０９モル％のＳｎＯ２、および０．０１モル％のＦｅ２Ｏ３であった。
Figure 2023505906000005
このモデルは、厚さおよび曲げ試験中のプレート間隔（「プレート距離（Ｄ）」と呼ばれる）の関数としてのガラスの曲げ性能を予測している。このモデルは、既存のイオン交換プロファイルから曲げ応力を引いたもの（任意の所定のプレート間隔について）を検討し、次いで、任意の長さでの表面傷（例えば、亀裂）についての応力強度を計算する。
例えば、図５のグラフ５００は、モデル化された曲げ、イオン交換、および曲げ中に組成物Ａからなる７５マイクロメートル厚のガラス物品に印加された、ガラス物品の表面からの様々な深さでの結果としての全応力を示す。グラフ５００について、モデル化されたピーク圧縮応力は８００ＭＰａであり、モデル化されたＤＯＣは１５．３マイクロメートルであり、モデル化されたプレート間隔は９．４ｍｍであった。９．４ｍｍのプレート間隔により印加されるモデル化された曲げ応力が、グラフ５００に実線で示されている。
モデルについて、「安全曲げ」プレート間隔は、傷の深さでの全応力（「結果としての応力プロファイル」）がゼロと等しく、よって、曲げ引張応力が、イオン交換により誘起された圧縮を完全に相殺するときであると考えた。グラフ５００に示されるように、モデル化された応力を有する組成物Ａに関する９．４ｍｍのプレート間隔での「安全曲げ」は、傷サイズが１マイクロメートル以下（Ｙ軸上の応力がゼロである最小の深さ）であるときに生じる。表５Ａにおいて下記に示された組成物および厚さの各々について、同様のグラフを作成した。ピーク圧縮応力値は、表５ＡにＭＰａで報告されている。表５Ａに示された各組成物および厚さに関する１マイクロメートルの傷の長さについての「安全曲げ」プレート間隔の距離が、表６に報告されている。表６に報告された安全プレート間隔を決定するために、プレート間隔により、各モデル化された物品について「安全曲げ」プレート間隔値がもたらされるまで、モデル化されたプレート間隔の関数としてのモデル化された曲げ応力（グラフ５００ににおける実線）を増加させた。図６のグラフ６００は、ガラス物品の厚さに対して表６の安全曲げプレート距離の結果をプロットしている。表５Ｂには、各モデル化された物品に関するモデル化された最大中央張力値が報告されている。表５Ｂに報告された最大ＣＴ値は、基板の厚さと圧縮深さの２倍との間の差で除算された最大圧縮応力と圧縮深さの積により近似した。
Figure 2023505906000006
Figure 2023505906000007
Figure 2023505906000008
表６に示されるように、このモデルにより、組成物１～３は、組成物Ａより著しく小さいプレート間隔での曲げ試験中に１マイクロメートルの傷による破壊を避けることができると予測された。より小さいプレート間隔は、ガラス組成物が、曲げ中の破壊をよりよく避けられることを意味する。３５マイクロメートルの厚さで、組成物１～３からなるガラス物品は、最大で４．４４ｍｍの安全プレート間隔を達成するとモデル化され、一方で、組成物Ａからなるガラス物品は、５．３８ｍｍの安全プレート間隔を達成するとモデル化された。５０マイクロメートルの厚さでは、組成物１～３からなるガラス物品は、最大で５．８８ｍｍの安全プレート間隔を達成するとモデル化され、一方で、組成物Ａからなるガラス物品は、７．１２ｍｍの安全プレート間隔を達成するとモデル化された。７５マイクロメートルの厚さでは、組成物１～３からなるガラス物品は、最大で７．７７ｍｍの安全プレート間隔を達成するとモデル化され、一方で、組成物Ａからなるガラス物品は、９．３９ｍｍの安全プレート間隔を達成するとモデル化された。１００マイクロメートルの厚さでは、組成物１～３からなるガラス物品は、最大で９．９１ｍｍの安全プレート間隔を達成するとモデル化され、一方で、組成物Ａからなるガラス物品は、１２．０ｍｍの安全プレート間隔を達成するとモデル化された。
様々な実施の形態をここに記載してきたが、それらは、制限ではなく、例として提示されている。ここに提示された教示および指導に基づいて、適用および改変は、開示された実施の形態の同等の意味および範囲に含まれることが意図されている。したがって、本開示の精神および範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に、形態と詳細の様々な変更を行うことができることが当業者には明白であろう。ここに提示された実施の形態の要素は、必ずしも相互に排他的ではないが、当業者に認識されるであろうように、様々な状況を満たすために交換されることがある。
本開示の実施の形態は、添付図面に例示されるようなその実施の形態を参照してここに詳細に説明され、その中で、同一のまたは機能的に同様の要素を示すために、同様の参照数字が使用されている。「１つの実施の形態」、「ある実施の形態」、「いくつかの実施の形態」、「特定の実施の形態において」などへの言及は、記載された実施の形態が特定の特徴、構造、または特性を含むことがあるが、すべての実施の形態が、その特定の特徴、構造、または特性を必ずしも含むわけではないことがあることを示す。さらに、このような言い回しは、必ずしも同じ実施の形態に言及しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性が、ある実施の形態に関連して記載されている場合、明示的に記載されているか否かにかかわらず、他の実施の形態に関連してそのような特徴、構造、または特性に影響を与えることは当業者の知識の範囲内であると考えられる。
実施例は、本開示を例示するものであるが、限定するものではない。当該分野で通常遭遇する様々な条件およびパラメータの他の適切な改変および適応は、当業者には明らかであろうが、本開示の精神および範囲内である。
要素または構成要素を説明するための不定冠詞「a」および「an」は、これらの要素または構成要素の１つまたは２つ以上が存在することを意味する。これらの冠詞は、修飾名詞が単数名詞であることを意味するために慣習的に採用されているが、ここに使用されるように、冠詞「a」および「an」は、特定の例で特に明記しない限り、複数も含む。同様に、ここに使用される定冠詞「the」もまた、特定の例で特に断らない限り、修飾名詞が単数または複数である可能性があることを意味する。
ここに使用される方向を示す用語－例えば、上、下、右、左、前、後、上、下、内側、外側－は、描かれた図を参照してのみなされ、絶対的な方向を暗示することを意図していない。
特許請求の範囲で使用されているように、「含む(comprising)」は、制約のない移行句である。移行句「含む(comprising)」の対象となる要素のリストは、複数の要素が、リストに具体的に記載された要素に加えて、存在し得るような非排他的なリストである。特許請求の範囲で使用されているように、「から実質的になる(consisting essentially of)」または「から実質的に構成される(composed essentially of)」は、材料の組成を、特定の材料と、その材料の基本的かつ新規な特性に重大な影響を与えない材料に限定する。特許請求の範囲で使用されているように、「からなる(consisting essentially of)」または「から完全に構成される(composed entirely of)」は、材料の組成を特定の材料に限定し、特定されていない材料は除外する。
上限値と下限値からなる数値の範囲がここに記載されている場合、特定の状況において別途記載されていない限り、範囲はその端点、および範囲内のすべての整数と分数を含むことを意図している。特許請求の範囲は、範囲を定義する際に記載された特定の値に限定することは意図されていない。さらに、量、濃度、もしくは他の値またはパラメータが、範囲、１つ以上の好ましい範囲、または好ましい上限値と好ましい下限値のリストとして与えられる場合、これは、任意の上限範囲または好ましい値と、任意の下限範囲または好ましい値との任意の対から形成されるすべての範囲を、そのような対が別々に開示されているか否かにかかわらず、具体的に開示していると理解すべきである。最後に、範囲の値または端点を説明する際に「約」という用語が使用される場合、本開示は、言及される特定の値または端点を含むと理解されるべきである。数値または範囲の端点に「約」が記載されているか否かにかかわらず、数値または範囲の端点は、「約」によって修飾された実施の形態、および「約」によって修飾されていない実施の形態の２つの実施の形態を含むことが意図される。
ここに使用される場合、「約」という用語は、量、サイズ、配合、パラメータ、および他の量と特性が、正確ではなく、またその必要もないが、公差、変換係数、丸め、測定誤差など、および当業者に公知の他の要因を反映して、所望に応じて近似である、および／またはそれより大きいかまたは小さいことがあることを意味している。
ここに使用される「実質的な」、「実質的に」という用語、およびその変形は、記載された特徴が、ある値または記載と等しいかまたはほぼ等しいことを注記することを意図している。例えば、「実質的に平らな」表面は、平面であるかまたはほぼ平面である表面を示すことを意図している。さらに、「実質的に」は、２つの値が等しいか、またはほぼ等しいことを示すことを意図している。いくつかの実施の形態において、「実質的に」は、互いの約１０％以内、例えば、互いの約５％以内、または互いの約２％以内の値を示すことがある。
本出願の実施の形態は、指定された機能およびその関係の実施を示す機能的な構成要素の助けを借りて、先に記載されてきた。これらの機能的な構成要素の境界は、説明の便宜のためにここに任意に定義されている。指定された機能およびその関係が適切に実行される限り、代替的な境界を定義することができる。
ここに使用される語句または用語は、説明のためのものであり、限定するためのものではないことを理解されたい。本開示の広さおよび範囲は、上述した例示的な実施の形態のいずれによっても限定されるべきではなく、以下の請求項およびその等価物に従って定義されるべきである。
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
イオン交換済みのアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品であって、
６１モル％以上のＳｉＯ２、
１３．５モル％以上のＡｌ２Ｏ３、
１モル％から５モル％のＭｇＯ、
ＣａＯ、
Ｎａ２Ｏ、
を含み、
Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％、ここで、ＲＯモル％＝ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％であり、該ガラス物品は、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏを実質的に含まず、
該ガラス物品は、
イオン交換される前のＧＰａで測定されるヤング率値、および
該ガラス物品の表面から圧縮深さまで延在し、ＭＰａで測定されるピーク圧縮応力値を有する圧縮応力層、
を有し、
前記ヤング率値に対する前記ピーク圧縮応力値の比は、１４以上である、ガラス物品。
実施形態２
Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧２０モル％である、実施形態１に記載のガラス物品。
実施形態３
（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）≧０モル％である、実施形態１または２に記載のガラス物品。
実施形態４
７モル％≧（Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）≧０モル％である、実施形態１から３のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態５
６２モル％以上のＳｉＯ２を含む、実施形態１から４のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態６
１７モル％未満のＡｌ２Ｏ３を含む、実施形態１から５のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態７
前記ガラス物品が、イオン交換される前に測定して、５０ｋＰから５００ｋＰの範囲の液相粘度を有する、実施形態１から６のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態８
前記ガラス物品が０．５モル％から２モル％のＣａＯを含み、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧２０モル％である、実施形態１から７のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態９
前記ヤング率値に対するピーク圧縮応力値の比が、１５以上かつ１８以下である、実施形態１から８のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態１０
前記ヤング率値が７０ＭＰａから８０ＭＰａの範囲にある、実施形態１から９のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態１１
前記ピーク圧縮応力が８５０ＭＰａから１４００ＭＰａの範囲にある、実施形態１から１０のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態１２
前記圧縮深さが５マイクロメートルから４０マイクロメートルの範囲にある、実施形態１から１１のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態１３
前記圧縮深さが５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲にある、実施形態１から１２のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態１４
前記圧縮深さが前記ガラス物品の厚さの５％から２０％の範囲にある、実施形態１から１３のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態１５
前記ピーク圧縮応力が１１００ＭＰａから１３５０ＭＰａの範囲にあり、前記圧縮深さが５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲にある、実施形態１から１４のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態１６
６１モル％から６６モル％のＳｉＯ２、
１３．５モル％から２０モル％のＡｌ２Ｏ３、
０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および
１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏ、
を含む、実施形態１から１５のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態１７
６１モル％から６５モル％のＳｉＯ２、または６１モル％超から６５モル％のＳｉＯ２、
１６モル％から１８モル％のＡｌ２Ｏ３、
２モル％から４モル％のＭｇＯ、
０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および
１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏ、
を含む、実施形態１から１６のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態１８
Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧２０モル％である、実施形態１から１７のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態１９
１６モル％以上のＡｌ２Ｏ３を含む、実施形態１から１８のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態２０
２３モル％≧Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％である、実施形態１から１９のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態２１
（ＭｇＯモル％／（ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％））≧０．５である、実施形態１から２０のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態２２
（ＭｇＯモル％／（ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％））≧０．５５である、実施形態１から２１のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態２３
４ミリメートル以下の厚さを有する、実施形態１から２２のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態２４
１５マイクロメートルから２００マイクロメートルの範囲の厚さを有する、実施形態１から２３のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態２５
電子ディスプレイ、および
前記電子ディスプレイを覆って配置された実施形態１から２４のいずれか１つによるガラス物品、
を備えた電子機器。
実施形態２６
前面、背面、および側面を含む筐体と、該筐体の少なくとも部分的に内部にある電気部品であって、制御装置、メモリ、および該筐体の前面にあるまたはそれに隣接した前記電子ディスプレイを含む電気部品とを備え、
前記ガラス物品が前記筐体の少なくとも一部を形成する、実施形態２５に記載の電子機器。
実施形態２７
イオン交換済みガラス物品であって、
６１モル％から６６モル％のＳｉＯ２、または６１モル％超から６６モル％のＳｉＯ２、
１３．５モル％から２０モル％のＡｌ２Ｏ３、
１モル％から５モル％のＭｇＯ、
０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および
１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏ、
を含み、
前記ガラス物品のイオン交換前のＧＰａで測定されるヤング率値、および
前記イオン交換済みガラス物品の表面から延在し、ＭＰａで測定されるピーク圧縮応力値を有する圧縮応力層、
を有し、
Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％、
ＲＯモル％＝ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％であり、
前記ガラス物品は、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏを実質的に含まず、
前記ヤング率値に対する前記ピーク圧縮応力値の比は、１４以上かつ１８以下である、イオン交換済みガラス物品。
実施形態２８
１７モル％未満のＡｌ２Ｏ３を含む、実施形態２７に記載のガラス物品。
実施形態２９
６１モル％から６５モル％のＳｉＯ２、または６１モル％超から６５モル％のＳｉＯ２、
１６モル％から１８モル％のＡｌ２Ｏ３、
２モル％から４モル％のＭｇＯ、
０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および
１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏ、
を含む、実施形態２７または２８に記載のガラス物品。
実施形態３０
２０マイクロメートルから２００マイクロメートルの範囲の厚さを有する、実施形態２７から２９のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態３１
６２モル％以上のＳｉＯ２を含む、実施形態２７から３０のいずれか１つに記載のガラス物品。
実施形態３２
ガラス物品を強化する方法において、
前記ガラス物品を、５０質量％以上のカリウム塩を含むイオン交換溶液中に浸漬する工程であって、該ガラス物品は、
６１モル％以上のＳｉＯ２、
１３．５モル％以上のＡｌ２Ｏ３、
１モル％から５モル％のＭｇＯ、
ＣａＯ、および
Ｎａ２Ｏ、
を含み、ここで、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％、ＲＯモル％＝ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％であり、該ガラス物品は、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏを実質的に含まない工程、および
３５０℃から４８０℃の範囲の温度で１時間から２４時間の範囲の期間に亘り前記ガラス物品を前記イオン交換溶液中でイオン交換して、該ガラス物品の表面から圧縮深さまで延在し、８５０ＭＰａから１４００ＭＰａの範囲にあるピーク圧縮応力値を有する圧縮応力層を達成する工程、
を有してなる方法。
実施形態３３
前記圧縮深さが５マイクロメートルから４０マイクロメートルの範囲にある、実施形態３２に記載の方法。
実施形態３４
前記圧縮深さが５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲にある、実施形態３２または３３に記載の方法。
実施形態３５
前記ピーク圧縮応力値が１１００ＭＰａから１３５０ＭＰａの範囲にあり、前記圧縮深さが５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲にある、実施形態３２から３４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３６
前記期間が１時間から８時間の範囲にある、実施形態３２から３５のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３７
前記ガラス物品が、前記イオン交換溶液中に浸漬される前に測定して、５０ｋＰから５００ｋＰの範囲の液相粘度を有する、実施形態３２から３６のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３８
前記ガラス物品が、前記イオン交換溶液中に浸漬される前にＧＰａで測定されるヤング率値を有し、該ヤング率値に対する前記ピーク圧縮応力値の比が、１４以上かつ１８以下である、実施形態３２から３７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３９
前記ヤング率値に対するピーク圧縮応力値の比が、１５以上かつ１８以下である、実施形態３８に記載の方法。
実施形態４０
１７モル％未満のＡｌ２Ｏ３を含む、実施形態３２から３９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４１
前記ガラス物品が、
６１モル％から６６モル％のＳｉＯ２、または６１モル％超から６６モル％のＳｉＯ２、
１３．５モル％から２０モル％のＡｌ２Ｏ３、
０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および
１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏ、
を含む、実施形態３２から４０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４２
前記ガラス物品が、
６１モル％から６５モル％のＳｉＯ２、または６１モル％超から６５モル％のＳｉＯ２、
１６モル％から１８モル％のＡｌ２Ｏ３、
２モル％から４モル％のＭｇＯ、
０．５モル％から２モル％のＣａＯ、および
１５モル％から１８モル％のＮａ２Ｏ、
を含む、実施形態３２から４１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４３
２３モル％≧Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％である、実施形態３２から４２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４４
前記ガラス物品が４ミリメートル以下の厚さを有する、実施形態３２から４３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４５
前記ガラス物品が１５マイクロメートルから２００マイクロメートルの範囲の厚さを有する、実施形態３２から４４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４６
６２モル％以上のＳｉＯ２を含む、実施形態３２から４５のいずれか１つに記載の方法。
１００ ガラス物品
１１０ 第一面
１１２ 第二面
１２０ 第１の圧縮応力領域
１２２ 第２の圧縮応力領域
１３０ 中央または内部領域
２００ プレート
２０２ 曲げ力
２１０ 折り目
３００ 家庭用電気製品
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
３２０ 制御装置
３２２ メモリ
表３に示されるように、組成物１～４の全ては、各イオン交換時間について、組成物ＡのＣＳ／Ｅ比よりも高いＣＳ／Ｅ比を達成することができた。２時間のイオン交換時間について、組成物Ａは、２３．４マイクロメートルのＤＯＣおよび１３．６９のＣＳ／Ｅ比を達成したのに対し、組成物１～４は、匹敵するＤＯＣおよび著しく高いＣＳ／Ｅ比を達成した。組成物１～４の各々は、少なくとも２３マイクロメートルのＤＯＣおよび少なくとも１５．５４のＣＳ／Ｅ比（組成物Ａと比べて少なくとも約１３．４％の増加）を達成した。４時間のイオン交換時間について、組成物Ａは、３２．６マイクロメートルのＤＯＣおよび１３．３８のＣＳ／Ｅ比を達成したのに対し、組成物１～４は、匹敵するＤＯＣおよび著しく高いＣＳ／Ｅ比を達成した。組成物１～４の各々は、少なくとも３２．６マイクロメートルのＤＯＣおよび少なくとも１５．１７のＣＳ／Ｅ比（組成物Ａと比べて少なくとも約１３．３％の増加）を達成した。６時間のイオン交換時間について、組成物Ａは、３９．４マイクロメートルのＤＯＣおよび１３．０９のＣＳ／Ｅ比を達成したのに対し、組成物１～４は、匹敵するＤＯＣおよび著しく高いＣＳ／Ｅ比を達成した。組成物１～４の各々は、少なくとも３９．４マイクロメートルのＤＯＣおよび少なくとも１５．１６のＣＳ／Ｅ比（組成物Ａと比べて少なくとも約１５．７％の増加）を達成した。８時間のイオン交換時間について、組成物Ａは、４５．７マイクロメートルのＤＯＣおよび１２．８５のＣＳ／Ｅ比を達成したのに対し、組成物１～４は、匹敵するＤＯＣおよび著しく高いＣＳ／Ｅ比を達成した。組成物１～４の各々は、少なくとも４５．９マイクロメートルのＤＯＣおよび少なくとも１４．８６のＣＳ／Ｅ比（組成物Ａと比べて少なくとも約１５．６％の増加）を達成した。

Claims (18)

  1. イオン交換済みのアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品であって、
    ＳｉＯ２、
    １３．５モル％以上のＡｌ２Ｏ３、
    １モル％から５モル％のＭｇＯ、
    ＣａＯ、
    Ｎａ２Ｏ、
    を含み、
    Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％、ここで、ＲＯモル％＝ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％であり、該ガラス物品は、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏを実質的に含まず、
    該ガラス物品は、
    イオン交換される前のＧＰａで測定されるヤング率値、および
    該ガラス物品の表面から圧縮深さまで延在し、ＭＰａで測定されるピーク圧縮応力値を有する圧縮応力層、
    を有し、
    前記ヤング率値に対する前記ピーク圧縮応力値の比は、１４以上である、ガラス物品。
  2. Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧２０モル％である、請求項１記載のガラス物品。
  3. （Ｎａ２Ｏモル％＋ＲＯモル％－Ａｌ２Ｏ３モル％）≧０モル％である、請求項１または２記載のガラス物品。
  4. 前記ガラス物品が、イオン交換される前に測定して、５０ｋＰから５００ｋＰの範囲の液相粘度を有する、請求項１から３いずれか１項記載のガラス物品。
  5. 前記ヤング率値が７０ＭＰａから８０ＭＰａの範囲にある、請求項１から４いずれか１項記載のガラス物品。
  6. 前記ピーク圧縮応力が８５０ＭＰａから１４００ＭＰａの範囲にある、請求項１から５いずれか１項記載のガラス物品。
  7. 前記圧縮深さが前記ガラス物品の厚さの５％から２０％の範囲にある、請求項１から６いずれか１項記載のガラス物品。
  8. ２３モル％≧Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％である、請求項１から７いずれか１項記載のガラス物品。
  9. （ＭｇＯモル％／（ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％））≧０．５である、請求項１から８いずれか１項記載のガラス物品。
  10. １５マイクロメートルから２００マイクロメートルの範囲の厚さを有する、請求項１から９いずれか１項記載のガラス物品。
  11. 電子機器であって、
    電子ディスプレイ、および
    前記電子ディスプレイを覆って配置された請求項１から１０いずれか１項記載のガラス物品、
    を備え、
    前記電子機器は、前面、背面、および側面を含む筐体と、該筐体の少なくとも部分的に内部にある電気部品であって、制御装置、メモリ、および該筐体の前面にあるまたはそれに隣接した前記電子ディスプレイを含む電気部品とを備え、
    前記ガラス物品が前記筐体の少なくとも一部を形成する、電子機器。
  12. ガラス物品を強化する方法において、
    前記ガラス物品を、５０質量％以上のカリウム塩を含むイオン交換溶液中に浸漬する工程であって、該ガラス物品は、
    ６１モル％以上のＳｉＯ２、
    １３．５モル％以上のＡｌ２Ｏ３、
    １モル％から５モル％のＭｇＯ、
    ＣａＯ、および
    Ｎａ２Ｏ、
    を含み、ここで、Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％、ＲＯモル％＝ＭｇＯモル％＋ＣａＯモル％であり、該ガラス物品は、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏを実質的に含まない工程、および
    ３５０℃から４８０℃の範囲の温度で１時間から２４時間の範囲の期間に亘り前記ガラス物品を前記イオン交換溶液中でイオン交換して、該ガラス物品の表面から圧縮深さまで延在し、８５０ＭＰａから１４００ＭＰａの範囲にあるピーク圧縮応力値を有する圧縮応力層を達成する工程、
    を有してなる方法。
  13. 前記圧縮深さが５マイクロメートルから４０マイクロメートルの範囲にある、請求項１２記載の方法。
  14. 前記期間が１時間から８時間の範囲にある、請求項１２または１３記載の方法。
  15. 前記ガラス物品が、前記イオン交換溶液中に浸漬される前に測定して、５０ｋＰから５００ｋＰの範囲の液相粘度を有する、請求項１２から１４いずれか１項記載の方法。
  16. 前記ガラス物品が、前記イオン交換溶液中に浸漬される前にＧＰａで測定されるヤング率値を有し、該ヤング率値に対する前記ピーク圧縮応力値の比が、１４以上かつ１８以下である、請求項１２から１５いずれか１項記載の方法。
  17. ２３モル％≧Ａｌ２Ｏ３モル％＋ＲＯモル％≧１８モル％である、請求項１２から１６いずれか１項記載の方法。
  18. 前記ガラス物品が１５マイクロメートルから２００マイクロメートルの範囲の厚さを有する、請求項１２から１７いずれか１項記載の方法。
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