JP6214570B2 - イオン交換可能な低ｃｔｅガラス組成物および該ガラス組成物を含むガラス物品 - Google Patents

イオン交換可能な低ｃｔｅガラス組成物および該ガラス組成物を含むガラス物品 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年２月２９日出願の米国仮特許出願第６１／６０４，８３３号（その内容が根拠となり、その全体において参照によって本明細書中に組み込まれる）の米国特許法第１１９条による優先権の利益を主張する。
本明細書は一般にはガラス組成物に関連し、より具体的には、比較的低い平均ＣＴＥを有し、かつ、イオン交換による強化が可能であるガラス組成物、および、該ガラス組成物を含むガラス物品に関連する。
様々なガラス物品、例えば、カバーガラス、ガラスバックプレーンなどが、消費者用電子デバイスおよび商用電子デバイスの両方において、例えば、ＬＣＤディスプレイおよびＬＥＤディスプレイ、コンピュータモニタ、現金自動預入支払機（ＡＴＭ）などにおいて用いられている。これらのガラス物品のいくつかは、ガラス物品が、使用者の指および／またはスタイラスデバイスを含めて様々な物体によって接触されることを必要とする「タッチ」機能性を含む場合があり、そのようなものとして、そのガラスは、損傷を伴うことなく通常の接触に耐えるために十分に堅牢でなければならない。そのうえ、そのようなガラス物品はまた、携帯型電子デバイス、例えば、携帯電話、パーソナルメディアプレーヤーおよびタブレット型コンピューターなどに組み込まれる場合がある。これらのデバイスに組み込まれるガラス物品は、関連デバイスの輸送時および／または使用時において損傷を受けやすいことがある。したがって、電子デバイスにおいて使用されるガラス物品は、実際の使用から生じる通常の「タッチ」接触だけでなく、デバイスが輸送されているときに生じることがある偶発的な接触および衝撃にもまた耐えることができるための高い強度を必要とする場合がある。
様々なプロセスが、ガラス物品を強化するために使用されることがあり、それらには、化学的強化（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）、熱的強化（ｔｈｅｒｍａｌ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）および積層化が含まれる。化学的強化は一般には、ガラス物品におけるより小さいアルカリイオン（例えば、リチウムイオンおよび／またはナトリウムイオンなど）をより大きいアルカリイオン（例えば、カリウムイオンなど）に交換することを、当該より大きいアルカリイオンを含有する溶融塩浴にガラス物品を沈めることによって行うことを伴う。したがって、化学的強化プロセスまたはイオン交換プロセスを容易にするために、ガラス物品は一般に、比較的高い濃度のアルカリイオンを含む。
ガラス物品におけるアルカリイオンの存在は一般に、ガラス物品の平均熱膨張率を増大させ、そのようなものとして、ガラス物品は、比較的より低い平均熱膨張率を有するガラス物品が要求される用途における使用、例えば、積層強化ガラス物品のクラッドガラスなどにおける使用に好適でない場合がある。
したがって、比較的低い熱膨張率を有し、かつ、イオン交換による強化もまた可能である代替となるガラス組成物、および、該ガラス組成物を取り込むガラス物品が求められている。
１つの実施形態によれば、ガラス組成物は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラス網状組織形成剤として含む。本ガラス組成物はまた、約５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物はまた、約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＺｎの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物は一般に、該ガラス組成物から形成されるガラスの平均熱膨張率が５５×１０−７／℃以下であり、該ガラス組成物における圧縮応力が、４１０℃での８時間の１００％ＫＮＯ３塩浴におけるイオン交換後で４００ＭＰａ以上であり、かつ、液相粘度が３５キロポアズ以上である。比較的低い平均熱膨張率のために、本ガラス組成物は、積層化ガラス物品（例えば、融着積層化プロセスによって形成される積層化ガラスなど）のガラスクラッド層としての使用に特に十分に適している。
一組の実施形態において、ガラス物品は、第１のガラスクラッド層と第２のガラスクラッド層との間に配置されるガラスコア層を含む。これらの実施形態のいくつかにおいて、コアガラスは、第１の表面と、第１の表面と反対側の第２の表面とを有する場合があり、この場合、第１のガラスクラッド層がガスコア層の第１の表面に融着される場合があり、また、第２のガラスクラッド層がガスコア層の第２の表面に融着される場合がある。他の実施形態において、第１の拡散性ガラス層がガラスコア層と第１のガラスクラッド層との間に配置される場合がある；加えて、第２の拡散性ガラス層がガラスコア層と第２のガラスクラッド層との間に配置される場合がある；これらの拡散層は、例えば、融着形成プロセスの期間中に形成される場合がある。第１のガラスクラッド層および第２のガラスクラッド層は、約５５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３を含む場合があるガラス組成物から形成される。本ガラス組成物はさらに、約５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）を含む場合がある。ガラスクラッド層はさらに、約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＺｎの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物は一般に、５５×１０−７／℃以下である平均熱膨張率を有しており、イオン交換による強化が可能である。
本発明のガラス組成物および該ガラス組成物を含むガラス物品のさらなる特徴および利点は下記の詳細な記載において示されるであろうし、また、一部がそのような記載から当業者には容易に明らかであろうし、または、下記の詳細な記載、請求項、同様にまた、添付されている図面を含めて、本明細書中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るであろう。
下記の一般的な記載および下記の詳細な記載はともに、様々な実施形態を記載しており、主張される主題の本質および特性を理解するための概略または骨格を提供するために意図されることが理解される。添付されている図面は、様々な実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、また、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本明細書中に記載される様々な実施形態を例示しており、その記載と一緒に、主張される主題の原理および操作を説明するために役立つ。
ガラス組成物の平均熱膨張率（ｙ軸）をガラス組成物に含有される酸化アルカリの濃度（ｘ軸）の関数として図示する。 ガラス組成物の圧縮応力（ｙ軸）を、ＫＮＯ３塩浴における４１０℃での８時間のイオン交換後のガラス組成物に含有される酸化アルカリの濃度（ｘ軸）の関数として図示する。 ＫＮＯ３塩浴における４１０℃での８時間のイオン交換後のガラス組成物の層厚さおよび平均熱膨張率（ｙ軸）をガラス組成物におけるＣａＯに代わるＺｎＯへの置換（ｘ軸）の関数として図示する。 本明細書中に示され、かつ記載される１つまたは複数の実施形態に従う積層化ガラス物品の断面を概略的に示す。 図４のガラス物品を作製するためのフュージョン・ドロー（ｆｕｓｉｏｎ ｄｒａｗ）プロセスを概略的に示す。
次に、低い熱膨張率を有するガラス組成物、および、該ガラス組成物を取り込むガラス物品の様々な実施形態が詳しく参照されるであろう（これらのガラス組成物およびガラス物品の例が、添付されている図面に例示される）。可能なときは常に、同じ参照数字が、同じ部分または同様な部分を参照するために図面全体を通して使用されるであろう。本明細書中に記載されるガラス組成物は一般に、比較的低い熱膨張率を有しており、そのようなものとして、圧縮応力が加えられる積層化ガラス物品を、イオン交換または熱的強化が行われることなく製造するために、比較的大きい熱膨張率を有するコアガラス組成物と併せて利用される場合がある。本明細書中に記載されるガラス組成物はまた、ガラスにおける表面圧縮を増大させるために、イオン交換によるさらなる強化が可能である。１つの実施形態において、ガラス組成物は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラス網状組織形成剤として含む場合がある。本ガラス組成物はまた、約５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物はまた、約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＺｎの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物は一般に、５５×１０−７／℃以下である平均熱膨張率を有する。本発明のガラス組成物および該ガラス組成物を含むガラス物品がさらに、添付された図面を特に参照して本明細書中に記載されるであろう。
用語「液相粘度（ｌｉｑｕｉｄｕｓ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）」は、本明細書中で使用される場合、その液相線温度におけるガラス組成物のせん断粘度を示す。
用語「液相線温度（ｌｉｑｕｉｄｕｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」は、本明細書中で使用される場合、失透がガラス組成物において生じる最高温度を示す。
用語「ＣＴＥ」は、本明細書中で使用される場合、約２０℃から約３００℃までの温度範囲にわたって平均されるガラス組成物の熱膨張率を示す。
本明細書中に記載されるガラス組成物の実施形態において、構成要素成分（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３およびその他）の濃度が、別途指定される場合を除き、酸化物基準でのモルパーセント（モル％）で指定される。
本明細書中でさらに詳しく記載されるであろうように、強化された積層化ガラス物品は、比較的低い平均熱膨張率を有するガラスクラッド層を比較的大きい平均熱膨張率を有するガラスコア層に融着することによって形成される場合がある。積層化構造物が冷えるにつれて、ガラスコア層およびガラスクラッド層の熱膨張率における差により、圧縮応力がガラスクラッド層において生じる。一方、これらの圧縮応力は積層化ガラス物品のクラッドガラス層の中に深く広がり、積層化ガラス物品の表面における圧縮応力は多くの場合には低く、このため、積層化ガラス物品は、所望の表面圧縮を得るためにイオン交換により強化されることが要求される。しかしながら、ガラスクラッド層としての使用に好適である熱膨張率を有し、かつ、イオン交換による強化が可能であるガラス組成物は、製造することが困難である可能性がある。これは、イオン交換による強化を容易にするために必要であるアルカリイオンは一般に、ガラスの平均熱膨張率を増大させ、このことが、当該ガラスを積層化物品におけるガラスクラッド層としての使用には不適にするからである。本明細書中に開示されるガラス組成物は比較的低いＣＴＥを有しており、また、イオン交換による強化もまた可能であり、そのようなものとして、積層化ガラス物品におけるガラスクラッド層としての使用に好適である。
本明細書中に記載されるガラス組成物の実施形態において、ＳｉＯ２が組成物の最大構成要素成分であり、そのようなものとして、ＳｉＯ２はガラス網状組織の主要構成成分である。ガラス組成物におけるＳｉＯ２の濃度が低いとき（すなわち、約５５モル％未満であるとき）、得られるガラスの化学的耐久性が低い。加えて、得られるガラスの液相粘度もまた低い場合があり、このことは、このガラスを、例えば、フュージョン・ドロー・プロセスおよび／または融着積層化プロセスなどによる融着形成のためには不適にする。しかしながら、ガラス組成物におけるＳｉＯ２の濃度が高すぎるとき（すなわち、約７０モル％を超えるとき）、ガラス組成物の形成性が低下する場合がある。これは、ＳｉＯ２のより高い濃度によって、ガラスを融解することがより困難になり、結果として、ガラスの形成性に悪影響を与えるからである。本明細書中に記載される実施形態において、ガラス組成物は一般には、ＳｉＯ２を、ガラス組成物を融着成形することを容易にするために約５５モル％以上かつ約７０モル％以下の濃度で含む。いくつかの実施形態において、ガラス組成物におけるＳｉＯ２の濃度は約６５モル％以上であり、かつ、約７０モル％以下である。さらに他の実施形態において、ガラス組成物におけるＳｉＯ２の量が約６５モル％以上であり、かつ、約６８モル％以下である。いくつかの他の実施形態において、ガラス組成物はＳｉＯ２を約６３モル％から約６６モル％までの濃度で含む。
本明細書中に記載されるガラス組成物はまた、Ａｌ２Ｏ３を含む。Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２と同様に、ガラス網状組織形成剤として働く。ＳｉＯ２のように、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス組成物から形成されるガラス溶融物におけるその主に四面体型の配位のためにガラス組成物の粘度を増大させる。さらに、ガラス組成物における酸化アルカリまたは酸化アルカリ土類に対するＡｌ２Ｏ３の濃度における増大は一般に、ガラス組成物のＣＴＥを低下させ、かつ、ガラス組成物の耐久性を増大させる。Ａｌ２Ｏ３はまた、ガラスの歪み点を増大させ、かつ、ガラス網状組織におけるアルカリイオンの拡散性を増大させることによってガラス組成物のイオン交換性能を改善する。したがって、Ａｌ２Ｏ３の存在はイオン交換プロセスの速度論を改善し、かつ、得られる最大圧縮応力を増大させる。しかしながら、ガラス組成物における酸化アルカリの総濃度がＡｌ２Ｏ３の濃度よりも小さいときには、Ａｌ２Ｏ３の添加は実際には、イオン交換により達成することができる圧縮応力および層厚さを低下させる可能性がある。
本明細書中に記載されるガラス組成物の実施形態において、ガラス組成物におけるＡｌ２Ｏ３の濃度は、所望の低いＣＴＥおよびイオン交換性能を有するガラス組成物を達成するために一般には約１５モル％以下である。例えば、いくつかの実施形態において、ガラス組成物におけるＡｌ２Ｏ３の濃度は約９モル％以上であり、かつ、約１４モル％以下である。いくつかの実施形態において、ガラス組成物におけるＡｌ２Ｏ３の濃度は、約１０モル％以上で、かつ、約１３モル％以下である場合がある。いくつかの実施形態において、Ａｌ２Ｏ３の濃度は、約１０モル％以上で、かつ、約１２モル％以下である場合がある。
本明細書中に記載されるガラス組成物はまた、酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋまたはそれらの組合せの少なくとも１つである）を含む。本明細書中に記載される実施形態において、酸化アルカリはガラスの融解温度および液相線温度を低下させ、それにより、ガラス組成物の形成性を改善する。しかしながら、ガラスに含まれる他の酸化物と比較して、酸化アルカリは、イオン交換性能を同時に改善しながら、ガラス組成物のＣＴＥを増大させる。例えば、図１は、ガラス組成物のＣＴＥ（ｙ軸）を酸化アルカリ濃度（ｘ軸）の関数として図示する。図１に示されるように、ガラス組成物のＣＴＥが一般には、酸化アルカリの濃度が増大するにつれて増大する。一般に、Ｎａ２Ｏに代わるＫ２Ｏへの置換は一般には、ガラスのＣＴＥを増大させ、一方、Ｎａ２Ｏに代わるＬｉ２Ｏへの置換はＣＴＥを低下させる。したがって、ガラスにおけるより小さいアルカリイオンの存在はＣＴＥにおけるより小さい増大を生じさせる。
同様に、図２は、ＫＮＯ３塩浴における４１０℃での８時間のイオン交換後のガラス組成物の圧縮応力（ｙ軸）を酸化アルカリ濃度（ｘ軸）の関数として図示する。図２に示されるように、イオン交換により達成されることがある圧縮応力は一般に、酸化アルカリの濃度が増大するにつれて増大する。具体的には、イオン交換が一般には、ガラス中のより小さいアルカリイオン（例えば、Ｌｉ＋またはＮａ＋）を溶融塩浴中のより大きいアルカリイオン（例えば、Ｋ＋）により交換することによって促進される。３つのタイプのイオン交換が一般には生じる：深い層深さをもたらし、しかし、低い圧縮応力をもたらす、Ｌｉ＋に代わるＮａ＋への交換；小さい層深さをもたらし、しかし、比較的大きい圧縮応力をもたらす、Ｌｉ＋に代わるＫ＋への交換；および、中間的な層深さおよび中間的な圧縮応力をもたらす、Ｎａ＋に代わるＫ＋への交換。ガラス組成物が、融着形成された積層化ガラス物品におけるガラスクラッド層として使用される実施形態においては、大きい層深さが積層化プロセスによりガラスクラッド層において得られることがあるので、圧縮応力が主に注目される。したがって、本明細書中に記載されるガラス組成物における酸化アルカリは一般に、Ｌｉ＋に代わるＫ＋への交換および／またはＮａ＋に代わるＫ＋への交換を容易にして最大の表面圧縮を得るために、Ｋ２Ｏよりも大きい濃度のＬｉ２ＯおよびＮａ２Ｏを含むであろう。
本明細書中に記載される実施形態において、ガラス組成物における酸化アルカリＲ２Ｏの総濃度は一般に、約１０モル％未満である。例えば、いくつかの実施形態において、ガラス組成物におけるＲ２Ｏの濃度は約５モル％以上であり、かつ、約１０モル％以下である。いくつかの実施形態において、Ｒ２Ｏの濃度は約６モル％以上であり、かつ、約９モル％以下である。
本明細書中に記載される実施形態において、酸化アルカリＲ２Ｏには、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの少なくとも１つが含まれる場合がある。Ｎａ２Ｏが、約０モル％以上かつ約１０モル％以下の濃度で、または、さらに、約７モル％以上かつ約１２モル％以下の濃度でガラス組成物に存在する場合がある。Ｌｉ２Ｏが、約０モル％以上かつ約７モル％以下の濃度で、または、さらに、約５モル％以上かつ約１０モル％以下の濃度でガラス組成物に存在する場合がある。Ｋ２Ｏが、約０モル％以上かつ約２モル％以下の濃度で、または、さらに、約１モル％以上かつ約３モル％以下の濃度でガラス組成物に存在する場合がある。
本明細書中に記載されるガラス組成物が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３および上記のような酸化アルカリに限定されたならば、組成物の粘度が大きくなりすぎて、融着形成のために好適でないであろうと思われる。したがって、本明細書中に記載されるガラス組成物は、良好な融解性質および融着形成性を保証するためのさらなる構成要素成分を含む。そのような成分には、ガラス組成物の融解温度を低下させる融剤として作用するＢ２Ｏ３および二価カチオン酸化物（例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯおよびＺｎＯなど）が含まれる場合がある。
本明細書中に記載される実施形態におけるガラス組成物はさらに、Ｂ２Ｏ３を含む場合がある。ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３のように、Ｂ２Ｏ３はガラス網状組織の形成に寄与する。Ｂ２Ｏ３が、ガラス組成物の粘度および液相線温度を低下させるためにガラス組成物に加えられる。具体的には、Ｂ２Ｏ３の濃度における１モル％だけの増大は、ガラスの具体的な組成に依存して、所与の等価粘度を得るために要求される温度を１０℃から１４℃低下させる場合がある。しかしながら、Ｂ２Ｏ３は、ガラス組成物の液相線温度をＢ２Ｏ３の１モル％あたり１８℃から２２℃低下させることができる。そのようなものとして、Ｂ２Ｏ３は、ガラス組成物の液相線温度を、当該ガラス組成物の液相粘度を低下させるよりも迅速に低下させ、このことにより、液相粘度を効果的に増大させる。Ｂ２Ｏ３を、ＣＴＥに対するほんの最小限の影響を伴ってガラス網状組織を軟化させるためにガラス組成物に加えることができる。したがって、Ｂ２Ｏ３は、ＣＴＥを増大させることなく融解成績を改善するために有用である。ガラス組成物へのＢ２Ｏ３の添加はまた、ガラス組成物のヤング率を低下させ、かつ、ガラスの固有的な耐損傷性を改善する。しかしながら、Ｂ２Ｏ３の添加はガラス網状組織におけるイオンの拡散性を低下させ、結果として、イオン交換性能に負の影響を与え、一般には、達成することができる圧縮応力の量を低下させる。
本明細書中に記載される実施形態において、Ｂ２Ｏ３は一般に、ガラスのイオン交換性能を著しく低下させることなく良好な融解成績を容易にするために約１０モル％以下の量でガラス組成物に存在する。例えば、いくつかの実施形態において、Ｂ２Ｏ３が、約０モル％以上かつ約１０モル％以下の濃度でガラス組成物に存在する。これらの実施形態のいくつかにおいて、ガラス組成物におけるＢ２Ｏ３の濃度は、約６モル％以上で、かつ、約９モル％以下であるか、または、さらに、約８モル％以下である場合がある。ガラス組成物におけるＢ２Ｏ３の濃度は７モル％以下でさえある場合がある。
本明細書中に記載されるガラス組成物はさらに、二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍはアルカリ土類金属（例えば、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＳｒなど）および／またはＺｎである）を含む場合がある。二価酸化物により、ガラス組成物の融解挙動が改善され、しかし、平均熱膨張率が増大する。二価酸化物が酸化アルカリ土類を含むとき、酸化アルカリ土類は、ガラス組成物の平均熱膨張率を、ガラス組成物に含有される酸化アルカリと同じくらい大きく増大させない。しかしながら、二価酸化物はまた、ガラスにおけるアルカリイオンの移動度を低下させ、それにより、ガラス組成物のイオン交換性を低下させる。
二価酸化物の導入に起因するガラスのイオン交換性における低下が、酸化アルカリＮａ２Ｏを二価酸化物のＣａＯおよびＭｇＯの代わりに使用することによって相殺される場合があり、このことにより、ガラス組成物の平均熱膨張率の増大およびガラス組成物のイオン交換性の改善の両方がもたらされる。しかしながら、Ｎａ２Ｏを二価酸化物ＣａＯおよび酸化アルカリＫ２Ｏの両方の代わりに使用することにより、ＣＴＥにおける増大が最小限になり、一方、同時に、ガラス組成物のイオン交換性が改善される。
イオン交換性における低下は、より大きい二価酸化物（例えば、ＣａＯおよびＢａＯなど）がガラス組成物に含まれるときには特に顕著である。したがって、良好なイオン交換性を維持するために、ガラス組成物におけるＣａＯおよびＢａＯの濃度は最小限になる。対照的に、二価酸化物のＭｇＯおよびＺｎＯの添加は、二価酸化物がアルカリの拡散性に対して有する悪影響を最小限にし、そのようなものとして、ガラス組成物のイオン交換性能をほんの最小限に低下させるだけである。そのうえ、ＭｇＯおよびＺｎＯは、ガラス組成物のＣＴＥを、ＣａＯおよびＢａＯと同じくらい大きく増大させない。例えば、図３は、ＣＴＥおよび層深さ（ｙ軸）をガラス組成物におけるＺｎＯおよびＣａＯの置換（ｘ軸）の関数として図示する。層深さが、ＫＮＯ３塩浴における４１０℃での８時間にわたるガラスのイオン交換後に求められた。図３に示されるように、ＺｎＯがＣａＯの代わりに使用されるにつれて、圧縮応力の層深さが増大し、一方、ガラス物品のＣＴＥが低下する。
さらに、ＭｇＯおよび／またはＺｎＯが、ＣＴＥにおけるほんの最小限の増大を伴ってイオン交換性能を改善しながらガラス組成物の融解成績を維持するために、Ｂ２Ｏ３に代わって使用される場合がある。しかしながら、ガラス組成物におけるＭｇＯおよびＺｎＯの濃度が高いとき、ＭｇＯおよびＺｎＯはフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）およびガーナイト（ＺｎＡｌ２Ｏ４）をそれぞれ形成しやすく、これらはともに、ガラス組成物の液相線温度を増大させ、かつ、ガラスの融解性を低下させる。
本明細書中に記載される実施形態において、二価酸化物ＭＯ（すなわち、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＺｎ）の総濃度は約３モル％以上であり、かつ、約１１モル％以下である。これらの実施形態のいくつかにおいて、二価酸化物ＭＯの総濃度は９モル％以下であり、例えば、そのようなとき、二価酸化物は、３モル％以上かつ９モル％以下である濃度で存在する。いくつかの実施形態において、二価酸化物ＭＯの濃度は７モル％以上であり、かつ、９モル％以下である。
上記で記されるように、二価酸化物ＭＯには、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｎの酸化物およびそれらの組合せが含まれる。ＺｎＯが、約０モル％以上かつ約３モル％以下の濃度で、または、さらに、約１モル％以上かつ約２モル％以下の濃度でガラス組成物に存在する場合がある。ＭｇＯが、約０モル％以上かつ約１１モル％以下の濃度で、または、さらに、約５モル％以上かつ約１０モル％以下の濃度でガラス組成物に存在する場合がある。ＣａＯが、約０モル％以上かつ約８モル％以下の濃度で、または、さらに、約２モル％以上かつ約５モル％以下の濃度でガラス組成物に存在する場合がある。ＢａＯが、約０モル％以上かつ約５モル％以下の濃度で、または、さらに、約１モル％以上かつ約２モル％以下の濃度でガラス組成物に存在する場合がある。
二価酸化物がＭｇＯおよびＣａＯの両方を含むいくつかの実施形態において、ガラス組成物におけるＭｇＯの濃度は、ガラス組成物のイオン交換性能を改善し、かつ、ガラス組成物のＣＴＥを低下させるために、ＣａＯの濃度よりも大きい場合がある。例えば、二価酸化物がＭｇＯおよびＣａＯの両方を含むいくつかの実施形態において、ＭｇＯの濃度が約５モル％以上である場合があり、ＣａＯの濃度は約５モル％未満である。
同様に、二価酸化物がＺｎＯおよびＣａＯの両方を含むいくつかの実施形態において、ガラス組成物におけるＺｎＯの濃度は、ガラス組成物のイオン交換性能を改善し、かつ、ガラス組成物のＣＴＥを低下させるために、ＣａＯの濃度よりも大きい場合がある。
本明細書中に記載されるガラス組成物は、１つまたは複数の清澄剤を必要に応じて含む場合がある。そのような清澄剤には、例えば、ＳｎＯ２、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３およびそれらの組合せが含まれる場合がある。清澄剤が約０モル％以上かつ約０．７モル％以下の量でガラス組成物に存在する場合がある。例示的な実施形態において、清澄剤はＳｎＯ２である。ＳｎＯ２が約０モル％以上かつ約０．７モル％以下の濃度でガラス組成物に存在する場合がある。これらの実施形態において、ＳｎＯ２が、約０モル％超であり、かつ、約０．７モル％以下である濃度、または、さらに、約０．１５モル％以下である濃度でガラス組成物に存在する場合がある。
本明細書中に記載されるガラス組成物は一般に、２０℃から３００℃までの範囲において約５５×１０−７／℃以下である平均熱膨張率（ＣＴＥ）を有する。いくつかの実施形態において、ガラス組成物のＣＴＥは２０℃から３００℃までの範囲において約５０×１０−７／℃以下である場合がある。さらに他の実施形態において、ガラス組成物のＣＴＥは２０℃から３００℃までの範囲において約４５×１０−７／℃以下である場合がある。ガラス組成物のこれらの比較的低いＣＴＥ値は、少なくとも部分的にはガラス組成物の比較的低い総アルカリ含有量に起因し得ると考えられる。これらの比較的低いＣＴＥは、ガラス組成物を、融着形成された積層化ガラス物品のガラスクラッド層としての使用に特に十分に適するものにする。具体的には、低ＣＴＥガラスクラッド層が、融着積層化プロセスの期間中に、より大きいＣＴＥを有するガラスコア層と対にされるとき、ガラスコア層およびガラスクラッド層のＣＴＥにおける差により、ガラスクラッド層における圧縮応力の形成が冷却時にもたらされる。したがって、本明細書中に記載されるガラス組成物は、強化された積層化ガラス物品を形成するために利用される場合がある。
本明細書中に記載されるガラス組成物はまた、イオン交換による強化が可能である。本明細書中に記載されるガラス組成物のイオン交換性能は、当該ガラス組成物から形成されるガラス物品を４１０℃の温度で８時間にわたってＫＮＯ３の溶融浴においてイオン交換することによって決定される。その後で、圧縮応力および層深さが光学的複屈折によって測定される。本明細書中に記載されるガラス組成物の実施形態において、ガラス組成物は一般に、上記条件のもとでのイオン交換後で４００ＭＰａを超える圧縮応力を有する。いくつかの実施形態において、圧縮応力が、約４５０ＭＰａ以上、または、さらに、約５００ＭＰａ以上である場合がある。いくつかの実施形態において、圧縮応力が約５５０ＭＰａ以上である場合がある。さらに、圧縮応力の層深さは一般に、約５μｍ以上であり、または、さらに、約１０μｍ以上である。
さらに、本明細書中に記載されるガラス組成物は、例えば、フュージョン・ダウンドロー（ｆｕｓｉｏｎ ｄｏｗｎ−ｄｒａｗ）プロセスおよび／または融着積層化プロセスなどによる融着形成に好適な液相粘度を有する。特に、本明細書中に記載されるガラス組成物は、約３５，０００ポアズ（３５キロポアズ）以上である液相粘度を有する。いくつかの実施形態において、液相粘度は５０キロポアズ以上であり、または、さらに、１００キロポアズ以上である。
前記に基づき、イオン交換可能な低ＣＴＥガラス組成物の様々な実施形態が本明細書中に開示されることが理解される。第１の例示的な実施形態において、ガラス組成物は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラス網状組織形成剤として含む。本ガラス組成物はまた、約５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物はまた、約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＺｎの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物は一般に、該ガラス組成物から形成されるガラスの平均熱膨張率が５５×１０−７／℃以下であり、該ガラス組成物における圧縮応力が、４１０℃での８時間の１００％ＫＮＯ３塩浴におけるイオン交換後で４００ＭＰａ以上であり、かつ、液相粘度が３５キロポアズ以上である。
第２の例示的な実施形態において、ガラス組成物は、約６５モル％〜約６８モル％のＳｉＯ２、約１０モル％〜約１３モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約６モル％〜約９モル％のＢ２Ｏ３をガラス網状組織形成剤として含む。本ガラス組成物はまた、約６モル％〜９モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物はまた、約７モル％〜約１０モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＺｎの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物は一般に、該ガラス組成物から形成されるガラスの平均熱膨張率が５５×１０−７／℃以下であり、該ガラス組成物における圧縮応力が、４１０℃での８時間の１００％ＫＮＯ３塩浴におけるイオン交換後で４００ＭＰａ以上であり、かつ、液相粘度が３５キロポアズ以上である。
第３の例示的な実施形態において、ガラス組成物は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約０モル％〜約７モル％のＢ２Ｏ３をガラス網状組織形成剤として含む。本ガラス組成物はまた、約５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物はまた、約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＺｎの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物は一般に、該ガラス組成物から形成されるガラスの平均熱膨張率が５５×１０−７／℃以下であり、該ガラス組成物における圧縮応力が、４１０℃での８時間の１００％ＫＮＯ３塩浴におけるイオン交換後で４００ＭＰａ以上であり、かつ、液相粘度が３５キロポアズ以上である。
第４の例示的な実施形態において、ガラス組成物は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラス網状組織形成剤として含む。本ガラス組成物はまた、約５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物はまた、約３モル％〜約９モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＺｎの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物は一般に、該ガラス組成物から形成されるガラスの平均熱膨張率が５５×１０−７／℃以下であり、該ガラス組成物における圧縮応力が、４１０℃での８時間の１００％ＫＮＯ３塩浴におけるイオン交換後で４００ＭＰａ以上であり、かつ、液相粘度が３５キロポアズ以上である。
第５の例示的な実施形態において、ガラス組成物は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラス網状組織形成剤として含む。本ガラス組成物はまた、約５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物はまた、約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯを含み、ただし、この場合、ＭＯはＭｇＯおよびＣａＯを含み、ＭｇＯの濃度（モル％）がＣａＯの濃度（モル％）よりも大きい。本ガラス組成物は一般に、該ガラス組成物から形成されるガラスの平均熱膨張率が５５×１０−７／℃以下であり、該ガラス組成物における圧縮応力が、４１０℃での８時間の１００％ＫＮＯ３塩浴におけるイオン交換後で４００ＭＰａ以上であり、かつ、液相粘度が３５キロポアズ以上である。
第６の例示的な実施形態において、ガラス組成物は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラス網状組織形成剤として含む。本ガラス組成物はまた、約５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物はまた、約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯを含み、ただし、この場合、ＭＯはＭｇＯおよびＣａＯを含み、ＭｇＯの濃度が５モル％を超え、ＣａＯの濃度が５モル％未満である。本ガラス組成物は一般に、該ガラス組成物から形成されるガラスの平均熱膨張率が５５×１０−７／℃以下であり、該ガラス組成物における圧縮応力が、４１０℃での８時間の１００％ＫＮＯ３塩浴におけるイオン交換後で４００ＭＰａ以上であり、かつ、液相粘度が３５キロポアズ以上である。
第７の例示的な実施形態において、ガラス組成物は、約５５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラス網状組織形成剤として含む。本ガラス組成物はまた、約５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）を含む場合がある。本ガラス組成物はまた、約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＺｎの少なくとも１つである）を含む場合がある。この実施形態において、Ｂ２Ｏ３の濃度が約７モル％未満である場合がある。この実施形態における二価酸化物ＭＯの濃度が９モル％未満である場合がある。二価酸化物ＭＯはＭｇＯおよびＣａＯの両方を含む場合があり、ＭｇＯの濃度（モル％）がＣａＯの濃度（モル％）よりも大きい場合があり、例えば、そのようなとき、ＭｇＯの濃度は約５モル％超であり、ＣａＯの濃度は５モル％未満である。本ガラス組成物は一般に、該ガラス組成物から形成されるガラスの平均熱膨張率が５５×１０−７／℃以下であり、該ガラス組成物における圧縮応力が、４１０℃での８時間の１００％ＫＮＯ３塩浴におけるイオン交換後で４００ＭＰａ以上であり、かつ、液相粘度が３５キロポアズ以上である。
例示的なガラス組成物が、それぞれのガラス組成物の様々な構成要素成分（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３など）のための具体的な組成範囲を参照して本明細書中上記で記載されているが、それぞれの構成要素成分のそれぞれの組成範囲には、上記で記載されるように、そのような構成要素成分のための１つまたは複数のより狭い組成範囲が含まれることがあることが理解される。さらに、構成要素成分のこれらのより狭い範囲、および／または、様々な構成要素成分の間における関係が、所望の性質を有するガラスを製造するために、本明細書中に記載されるガラス組成物の実施形態のいずれにおいても組み込まれることがあることもまた理解される。
次に図４を参照して、本明細書中に記載されるガラス組成物は、ガラス物品を形成するために、例えば、図４において断面で概略的に示される積層化ガラス物品１００などを形成するために使用される場合がある。積層化ガラス物品１００は一般に、ガラスコア層１０２と、１対のガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）とを含む。本明細書中に記載されるガラス組成物は、本明細書中でより詳しく議論されるであろうように、それらの比較的低い熱膨張率のために、ガラスクラッド層としての使用に特に十分に適している。
図４は、第１の表面１０３ａと、第１の表面１０３ａとは反対側である第２の表面１０３ｂとを含んで示されるガラスコア層１０２を例示する。第１のガラスクラッド層１０４ａがガラスコア層１０２の第１の表面１０３ａに融着され、第２のガラスクラッド層１０４ｂがガラスコア層１０２の第２の表面１０３ｂに融着される。これらのガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）は、何らかのさらなる材料（例えば、接着剤、被覆層など）がガラスコア層１０２とガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）との間に配置されることなくガラスコア層１０２に融着される。したがって、ガラスコア層の第１の表面が第１のガラスクラッド層に直接に隣接しており、ガラスコア層の第２の表面が第２のガラスクラッド層に直接に隣接している。いくつかの実施形態において、ガラスコア層１０２およびガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）が融着積層化プロセスにより形成される。拡散層（示されず）が、ガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ａとの間において、または、ガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ｂとの間において、または、両方において生じる場合がある。そのような場合、第１の拡散層の平均クラッド熱膨張率が、コアの平均クラッド熱膨張率の値と第１のクラッド層の平均クラッド熱膨張率の値との間の値を有するか、または、第２の拡散層の平均クラッド熱膨張率が、コアの平均クラッド熱膨張率の値と第２のクラッド層の平均クラッド熱膨張率の値との間の値を有する。
本明細書中に記載される積層化ガラス物品１００の実施形態において、ガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）が、所与の平均クラッド熱膨張率ＣＴＥクラッドを有する第１のガラス組成物から形成され、ガラスコア層１０２が、所与の平均コア熱膨張率ＣＴＥコアを有する第２の異なるガラス組成物から形成される。ＣＴＥコアはＣＴＥクラッドよりも大きく、この結果、ガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）には、圧縮応力が、イオン交換または熱的強化が行われることなく加えられる。
具体的には、本明細書中に記載されるガラス物品１００は融着積層化プロセスによって形成される場合があり、例えば、米国特許第４，２１４，８８６号（これは参照によって本明細書中に組み込まれる）に記載されるプロセスなどによって形成される場合がある。図５を例として参照して、積層化ガラス物品を形成するためのラミネート・フュージョン・ドロー（ｌａｍｉｎａｔｅ ｆｕｓｉｏｎ ｄｒａｗ）装置２００は、下部アイソパイプ（ｉｓｏｐｉｐｅ）２０４の上方に設置される上部アイソパイプ２０２を含む。上部アイソパイプ２０２は、溶融ガラスクラッド組成物２０６が溶解装置（示されず）から供給されるトラフ２１０を含む。同様に、下部アイソパイプ２０４は、溶融ガラスコア組成物２０８が溶解装置（示されず）から供給されるトラフ２１２を含む。本明細書中に記載される実施形態において、溶融ガラスコア組成物２０８は、溶融ガラスクラッド組成物２０６の平均クラッド熱膨張率ＣＴＥクラッドよりも大きい平均コア熱膨張率ＣＴＥコアを有する。
溶融ガラスコア組成物２０８がトラフ２１２を満たすにつれて、溶融ガラスコア組成物２０８はトラフ２１２からあふれ、下部アイソパイプ２０４の外側形成表面（２１６、２１８）を流れる。下部アイソパイプ２０４の外側形成表面（２１６、２１８）が根本部２２０において集まる。したがって、外側形成表面（２１６、２１８）を流れる溶融ガラスコア組成物２０８は下部アイソパイプ２０４の根本部２２０において再び一緒になり、それにより、積層化ガラス物品のガラスコア層１０２を形成する。
同時に、溶融ガラスクラッド組成物２０６が、上部アイソパイプ２０２に形成されるトラフ２１０からあふれ、上部アイソパイプ２０２の外側形成表面（２２２、２２４）を流れる。溶融ガラスクラッド組成物２０６は上部アイソパイプ２０２によって外側にそらされ、その結果、溶融ガラスクラッド組成物２０６は下部アイソパイプ２０４の周りを流れ、下部アイソパイプの外側形成表面（２１６、２１８）を流れる溶融ガラスコア組成物２０８と接触し、これにより、溶融ガラスコア組成物に融着し、ガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）をガラスコア層１０２の周りに形成するようになる。
本明細書中上記で記されるように、溶融ガラスコア組成物２０８は一般に、溶融ガラスクラッド組成物２０６の平均クラッド熱膨張率ＣＴＥクラッドよりも大きい平均コア熱膨張率ＣＴＥコアを有する。したがって、ガラスコア層１０２およびガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）が冷えるにつれて、ガラスコア層１０２およびガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）の熱膨張率における差により、圧縮応力がガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）において発達する。圧縮応力は、得られる積層化ガラス物品の強度を増大させる。
図４に示される積層化ガラス物品１００を再び参照して、積層化ガラス物品１００のガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）は、比較的低い平均熱膨張率を有するガラス組成物から、例えば、約２０℃から約３００℃までの温度範囲にわたって５５×１０−７／℃以下である熱膨張率を有する本明細書中に記載されるガラス組成物などから形成される。
例えば、１つの実施形態において、ガラスクラッド層が、低いＣＴＥを有するガラス組成物から、例えば、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラス網状組織形成剤として含み、かつ、約５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）、および、約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＺｎの少なくとも１つである）を含む本明細書中に記載されるガラス組成物などから作製される。これらのガラス組成物は一般に、約２０℃から約３００℃までの温度範囲にわたって５５×１０−７／℃以下である平均熱膨張率を有しており、イオン交換による強化が可能である。比較的低い平均熱膨張率のために、このようなガラス組成物は、積層化ガラス物品のガラスクラッド層としての使用に特に十分に適している。
別の例示的な実施形態において、ガラスクラッド層が、低いＣＴＥを有するガラス組成物から、例えば、約６５モル％〜約６８モル％のＳｉＯ２、約１０モル％〜約１３モル％のＡｌ２Ｏ３、および、約６モル％〜約９モル％のＢ２Ｏ３をガラス網状組織形成剤として含み、かつ、約６モル％〜９モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）、および、約７モル％〜約１０モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａおよびＺｎの少なくとも１つである）を含む本明細書中に記載されるガラス組成物などから作製される場合がある。これらのガラス組成物は一般に、約２０℃から約３００℃までの温度範囲にわたって５５×１０−７／℃以下である平均熱膨張率を有しており、イオン交換による強化が可能である。
ガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）として使用されるための具体的なガラス組成物が本明細書中に記載されているが、本明細書中に記載されるガラス組成物のいずれもが、該ガラス組成物の比較的低いＣＴＥのために、積層化ガラス物品１００のガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）を形成するために使用されることがあることが理解される。
さらに、積層化ガラス物品１００のガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）が、比較的低い平均熱膨張率を有するガラス組成物から形成されるとして本明細書中上記で記載されているが、ガラス物品１００のガラスコア層１０２が、融着形成後の積層物品が冷えるときのクラッド層における圧縮応力の発達を容易にするために、ガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）よりも大きい平均熱膨張率を有するガラス組成物から形成される。例えば、ガラスコア層が、アルカリイオンを含むガラス組成物から、例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄに譲渡される同時係属中の米国特許出願第６１／６０４，８６９号（発明の名称：高ＣＴＥホウケイ酸カリウムコアガラスおよび該ガラスを含むガラス物品）に記載されるガラス組成物であって、２０℃から８００℃までの温度範囲において７５×１０−７／℃以上である熱膨張率を有するガラス組成物などから形成される場合がある。例えば、コアガラス層が、約７０モル％〜約８０モル％のＳｉＯ２、約０モル％〜約８モル％のＡｌ２Ｏ３、約３モル％〜約１０モル％のＢ２Ｏ３、約０モル％〜約２モル％のＮａ２Ｏ、約１０モル％〜約１５モル％のＫ２Ｏ、および、約５モル％〜約６モル％の酸化アルカリ土類（ただし、酸化アルカリ土類は、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの少なくとも１つであり、ＭｇＯを含有しない）を含むガラス組成物から形成される場合がある。しかしながら、ガラスコア層１０２の平均熱膨張率がガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）の平均熱膨張率よりも大きい限り、他のガラス組成物もまた、積層化ガラス物品１００のガラスコア層１０２を形成するために使用されることがあることが理解される。
形成後、積層化ガラス物品は、ガラスクラッド層（１０４ａ、１０４ｂ）における表面圧縮をさらに増大させるためにイオン交換により強化される場合がある。これらの実施形態において、積層化ガラス物品１００は、ＫＮＯ３の溶融塩浴において、４１０℃の温度で８時間、イオン交換により強化される場合がある。塩浴から取り出されたとき、ガラス物品は４００ＭＰａ以上の圧縮応力を有する。いくつかの実施形態において、圧縮応力が、約４５０ＭＰａ以上、または、さらに、約５００ＭＰａ以上である場合がある。
本明細書中に記載されるガラス組成物の実施形態が下記の実施例によってさらに明確にされるであろう。
複数の例示的なガラス組成物を、下記の表１〜表６に示されるバッチ組成に従って調製した。バッチ量の各酸化物構成要素成分を混合し、融解し、ガラスプレートにした。ガラス融解物の性質（すなわち、液相粘度、液相線温度、焼きまし点など）を測定した。結果が表１〜表６に報告される。ガラスプレートへの形成の後、サンプルを、４１０℃の温度で８時間、ＫＮＯ３塩浴においてイオン交換した。得られた層深さおよび圧縮応力を光学的複屈折によって測定した。圧縮応力および層厚さの測定の結果が表１〜表６に報告される。「Ａ」サンプル（すなわち、Ａ１、Ａ２など）は熱膨張率が５５×１０−７／℃以下であり、圧縮応力が４００ＭＰａ以上であり、液相粘度が３５キロポアズ以上であった。「Ｃ」サンプル（すなわち、Ｃ１、Ｃ２など）は、これらの判定基準の少なくとも１つ（すなわち、５５×１０−７／℃以下の平均熱膨張率、４００ＭＰａ以上の圧縮応力、または、３５キロポアズ以上の液相粘度）を満たさなかった。そのようなものとして、「Ｃ」サンプルは比較のための非発明実施例として本明細書中では示される。
表１〜表６に示される様々な例示的な「Ａ」組成物の中で、Ａ１１、Ａ１７、Ａ１８およびＡ２５の各実施例が特に注目される。これらの組成物のそれぞれが、５５×１０−７／℃以下の平均熱膨張率、４００ＭＰａ以上の圧縮応力、および、３５キロポアズ以上の液相粘度を有した。特に、実施例Ａ１１は、４４．６×１０−７／℃のＣＴＥおよび３００キロポアズ超の液相粘度を有するリチウム含有ガラスである。イオン交換による強化後で、実施例Ａ１１は表面圧縮応力がおよそ５６０ＭＰａであった。この組成物は、特に低いＣＴＥと、特に大きい表面圧縮応力とを併せ持つ。
実施例Ａ１７は、５０×１０−７／℃のＣＴＥおよび２４９キロポアズ超の液相粘度を有するナトリウム含有ガラスである。実施例Ａ１７は表面圧縮応力がおよそ４７５ＭＰａであり、これはそれ以外の「Ａ」組成物のいくつかと類似していた。しかしながら、実施例Ａ１７は層深さが１１μｍを超えていた。このことは、所与の表面圧縮について、実施例Ａ１７のガラス組成物は他のガラス組成物よりも短い期間でイオン交換を行うことができ、それにより、製造処理能を改善することを示している。このガラスの深い層深さは、ＭｇＯをガラス組成物における唯一の二価カチオン酸化物として有することによって得られた。二価カチオン酸化物のすべてが層深さを低下させるが、ＭｇＯは、層深さを、ＣａＯおよびＢａＯと比較してそれほど大きな程度に低下させない。
実施例Ａ１８はまた、５２．８×１０−７／℃のＣＴＥおよび３００キロポアズ超の液相粘度を有するナトリウム含有ガラスである。実施例Ａ１８はまた、表面圧縮応力がおよそ４９０ＭＰａであり、層深さがおよそ９μｍであった。このガラスのこれらの性質は、このガラス組成物の比較的低いＢ２Ｏ３含有量に起因し得ると考えられる。
実施例Ａ２５はまた、４９．５×１０−７／℃のＣＴＥおよび１３４キロポアズ超の液相粘度を有するナトリウム含有ガラスである。実施例Ａ２５はまた、およそ５４５ＭＰａの比較的大きい表面圧縮応力と、およそ９．９μｍの比較的深い層深さとを有した。このガラスのこれらの性質は、このガラス組成物が実質的にＫ２Ｏを含まず、ＭｇＯを唯一の二価カチオン酸化物として含有するという事実に起因し得ると考えられる。
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本明細書中に記載されるガラス組成物は比較的低い熱膨張率を有することが今や理解される。そのようなものとして、本明細書中に記載されるガラス組成物は、圧縮応力が加えられた積層化ガラス物品をフュージョン・ラミネート・プロセスによって形成するために、比較的大きい熱膨張率を有するガラス組成物と併せての使用に特に十分に適する。これらのガラス物品は、これらに限定されないが、携帯電話、個人用音楽プレーヤー、タブレット型コンピューター、ＬＣＤディスプレイおよびＬＥＤディスプレイ、現金自動預入支払機など、様々な消費者用電子デバイスにおいて用いられる場合がある。
本明細書中に記載されるガラス組成物の性質（例えば、液相粘度、液相線温度およびその他）は、該ガラス組成物を融着成形プロセス（例えば、フュージョン・ダウンドロー・プロセスまたは融着積層化プロセスなど）との使用に十分に適したものにすることもまた理解される。
そのうえ、本明細書中に記載されるガラス組成物は、イオン交換による強化が可能である。そのようなものとして、本明細書中に記載されるガラス組成物をガラスクラッド層として利用する積層化ガラス物品の強度が、積層化後のガラス物品をイオン交換することによってさらに改善される場合がある。そのようなガラス物品は、タッチスクリーンディスプレイ、携帯用電子デバイスなどのためのカバーガラスとしての使用に特に十分に適する場合がある。
さらに、ガラス組成物を積層化ガラス物品のクラッド層として使用することが本明細書中では特に参照されているが、ガラス組成物はまた、独立してガラス物品（すなわち、非積層化ガラス物品）を形成するために、例えば、電子デバイスのためのカバーガラスおよび他の類似したガラス物品などを形成するために使用されることがあることが理解される。
様々な改変および変化を、主張される主題の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載される実施形態に対して行うことができることは、当業者には明らかであろう。したがって、そのような改変および変化が、添付された請求項およびそれらの均等物の範囲に含まれるならば、本明細書は、本明細書中に記載される様々な実施形態のこれらの改変および変化を包含することが意図される。
１００ 積層化ガラス物品
１０２ ガラスコア層
１０４ａ、１０４ｂ ガラスクラッド層
２００ ラミネート・フュージョン・ドロー装置
２０２ 上部アイソパイプ
２０４ 下部アイソパイプ
２０６ 溶融ガラスクラッド組成物
２０８ 溶融ガラスコア組成物
２１０、２１２ トラフ
２１６、２１８ 下部アイソパイプの外側形成表面
２２０ 根本部
２２２、２２４ 上部アイソパイプの外側形成表面

Claims (13)

  1. ガラス組成物であって、
    ６５モル％〜６８モル％のＳｉＯ２；
    ９モル％〜１４モル％のＡｌ２Ｏ３；
    ０モル％〜１１モル％のＢ２Ｏ３；
    ５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）；および
    ７モル％〜１０モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、ＳｒおよびＺｎの少なくとも１つである）；
    を含み、該ガラス組成物から形成されるガラスの平均熱膨張率が５５×１０−７／℃以下であり、該ガラスにおける圧縮応力が、４１０℃での８時間の１００％ＫＮＯ３塩浴におけるイオン交換後で４００ＭＰａ以上であり、かつ、液相粘度が３５キロポアズ以上である、ガラス組成物。
  2. １０モル％〜１３モル％のＡｌ２Ｏ３；
    ６モル％〜９モル％のＢ２Ｏ３；
    ６モル％〜９モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）；および
    ７モル％〜１０モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、ＣａおよびＺｎの少なくとも１つである）；
    を含む、請求項１記載のガラス組成物。
  3. ガラス組成物におけるＢ２Ｏ３の濃度が７モル％未満であること；
    ガラス組成物における二価酸化物ＭＯの濃度が９モル％未満であること；または
    前記二価酸化物ＭＯがＭｇＯおよびＣａＯを含み、ＭｇＯの濃度（モル％）がＣａＯの濃度（モル％）よりも大きいこと；
    の少なくとも１つである、請求項１または２記載のガラス組成物。
  4. イオン交換により強化された、請求項１から３いずれか１項記載のガラス組成物を含むガラス物品。
  5. 第１のガラスクラッド層と第２のガラスクラッド層との間に配置されるガラスコア層を含むガラス物品であって、前記第１のガラスクラッド層および前記第２のガラスクラッド層が、
    ５５モル％〜７０モル％のＳｉＯ２；
    ９モル％〜１４モル％のＡｌ２Ｏ３；
    ０モル％〜１１モル％のＢ２Ｏ３；
    ５モル％〜１０モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）；および
    ７モル％〜１０モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、ＳｒおよびＺｎの少なくとも１つである）；
    を含むガラス組成物から形成される、ガラス物品。
  6. 前記ガラス組成物が、
    ６５モル％〜６８モル％のＳｉＯ２；
    １０モル％〜１３モル％のＡｌ２Ｏ３；
    ６モル％〜９モル％のＢ２Ｏ３；
    ６モル％〜９モル％未満の酸化アルカリＲ２Ｏ（式中、Ｒは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つである）；および
    ７モル％〜１０モル％の二価酸化物ＭＯ（式中、Ｍは、Ｍｇ、ＣａおよびＺｎの少なくとも１つである）；
    を含む、請求項５記載のガラス物品。
  7. 前記第１のガラスクラッド層および前記第２のガラスクラッド層が６５モル％超のＳｉＯ２を含む、請求項５または６記載のガラス物品。
  8. 前記ガラス組成物におけるＢ２Ｏ３の濃度が７モル％未満であること；
    前記ガラス組成物における二価酸化物ＭＯの濃度が９モル％未満であること；または
    前記二価酸化物ＭＯがＭｇＯおよびＣａＯを含み、ＭｇＯの濃度（モル％）がＣａＯの濃度（モル％）よりも大きいこと；
    の少なくとも１つである、請求項５から７いずれか１項記載のガラス物品。
  9. 前記第１のガラスクラッド層および前記第２のガラスクラッド層がイオン交換により強化された、請求項５から８いずれか１項記載のガラス物品。
  10. 前記ガラスコア層が所与の平均コア熱膨張率ＣＴＥコアを有し、かつ、
    前記第１のガラスクラッド層および前記第２のガラスクラッド層が、前記平均コア熱膨張率ＣＴＥコアよりも小さい平均クラッド熱膨張率ＣＴＥクラッドを有する、
    請求項５から９いずれか１項記載のガラス物品。
  11. 前記平均クラッド熱膨張率ＣＴＥクラッドが２０℃から３００℃までの温度範囲において５５×１０−７／℃以下である、請求項１０記載のガラス物品。
  12. ＬＣＤディスプレイおよびＬＥＤディスプレイ、コンピュータモニタ、現金自動預入支払機（ＡＴＭ）を含む消費者用電子デバイスまたは商用電子デバイスにおけるカバーガラス用途またはガラスバックプレーン用途のための、タッチスクリーン用途またはタッチセンサー用途のための、携帯電話、パーソナルメディアプレーヤーおよびタブレット型コンピューターを含む携帯型電子デバイスのための、光起電性用途のための、建築用ガラス用途のための、自動車用または車両用のガラス用途のための、あるいは、商用または家庭用の電化製品用途のための請求項４から１１いずれか１項記載のガラス物品の使用。
  13. ＬＣＤディスプレイおよびＬＥＤディスプレイ、コンピュータモニタ、現金自動預入支払機（ＡＴＭ）を含む消費者用電子デバイスまたは商用電子デバイスにおけるカバーガラス用途またはガラスバックプレーン用途のための、タッチスクリーン用途またはタッチセンサー用途のための、携帯電話、パーソナルメディアプレーヤーおよびタブレット型コンピューターを含む携帯型電子デバイスのための、光起電性用途のための、建築用ガラス用途のための、自動車用または車両用のガラス用途のための、あるいは、商用または家庭用の電化製品用途のための請求項１から３いずれか１項記載のガラス組成物の使用。
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