JP6586141B2 - 高い亀裂発生閾値を有するイオン交換可能なガラス - Google Patents

高い亀裂発生閾値を有するイオン交換可能なガラス Download PDF

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Description

優先権
本出願は、内容が依拠され、参照により全体として本明細書中に援用されている２０１１年１１月１６日出願の米国仮特許出願第６１／５６０，４３４号明細書の米国法典第３５編第１１９条に基づく優先権の利益を主張するものである。
本発明は、耐損傷性ガラスに関する。より詳細には、本開示は、任意選択でイオン交換により強化されている耐損傷性ガラスに関する。さらに一層詳細には、本開示は、任意選択でイオン交換により強化されているリン酸塩を含む耐損傷性ガラスに関する。
強化された場合、急激な衝撃に起因する損傷に対する耐性を有し、高速イオン交換能を有するアルカリアルミノケイ酸ガラスが提供される。ガラスは少なくとも４モル％のＰ２Ｏ５を含み、イオン交換された場合少なくとも約７ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。
したがって、一態様は、少なくとも約４％のＰ２Ｏ５を含むアルカリアルミノケイ酸ガラスにおいて、少なくとも約１０μｍの層深さまでイオン交換されていること；および、
ｉ． ０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４；または
ｉｉ． １．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．３；
であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲＸＯが、アルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計であり、Ｒ２Ｏがアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価カチオン酸化物の合計である、アルカリアルミノケイ酸ガラスを含む。一部の実施形態において、ガラスは０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４を満たす。一部の実施形態において、ガラスは０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１を満たす。一部の実施形態において、ガラスは１．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．３を満たす。一部の実施形態において、ガラスは１．５＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．０を満たす。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは１モル％未満のＫ２Ｏをさらに含んでいる。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、さらに、１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、一価および二価のカチオン酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯおよびＺｎＯからなる群から選択される。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、４１０℃で少なくとも約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓのカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。一部の実施形態において、カリウム／ナトリウム相互拡散係数は、約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ〜約１．５×１０−９ｃｍ２の範囲内にある。一部の実施形態において、ガラスは、その表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここで圧縮層は少なくとも約３００ＭＰａの圧縮応力下にある。一部の実施形態において、ガラスは、少なくとも約７ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。一部の実施形態において、ガラスは少なくとも約１２ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。
別の態様は、約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２と；約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１５モル％のＰ２Ｏ５と；約１３モル％〜約２５モル％のＮａ２Ｏとを含むアルカリアルミノケイ酸ガラスを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは約５０モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２と；約１４モル％〜約２０モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１０モル％のＰ２Ｏ５と；約１４モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏとを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスはさらに、１モル％未満のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスはさらに１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、一価および二価のカチオン酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯおよびＺｎＯからなる群から選択される。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、４１０℃で少なくとも約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓのカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。一部の実施形態において、カリウム／ナトリウム相互拡散係数は、約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ〜１．５×１０−９ｃｍ２／ｓの範囲内にある。一部の実施形態において、ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここで圧縮層は少なくとも約３００ＭＰａの圧縮応力下にある。一部の実施形態において、ガラスは、少なくとも約７ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。一部の実施形態において、ガラスは少なくとも約１２ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。
別の態様は、少なくとも約４％のＰ２Ｏ５を含み、
ｉ． ０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４；または
ｉｉ． １．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．３；
であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲＸＯが、アルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計であり、Ｒ２Ｏがアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価カチオン酸化物の合計であるアルカリアルミノケイ酸ガラスを提供するステップと；最大約２４時間の時限中イオン交換浴中にアルカリアルミノケイ酸ガラスを浸漬して、アルカリアルミノケイ酸ガラスの表面から少なくとも１０μｍの層深さまで延在する圧縮層を形成するステップとを含む、アルカリアルミノケイ酸ガラスを強化する方法を含んでいる。一部の実施形態において、ガラスは０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４を満たす。一部の実施形態において、ガラスは０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１を満たす。一部の実施形態において、ガラスは１．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．３を満たす。一部の実施形態において、ガラスは１．５＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．０を満たす。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは１モル％未満のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、圧縮層は少なくとも約３００ＭＰａの圧縮応力下にある。一部の実施形態において、イオン交換ガラスは、少なくとも約７ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。一部の実施形態において、イオン交換ガラスは少なくとも約１２ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。
別の態様は、少なくとも４モル％のＰ２Ｏ５を含み、［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、かつＲＸＯがアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計であるアルカリアルミノケイ酸ガラスを含んでいる。一部の実施形態において、［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．２である。一部の実施形態において、［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１である。一部の実施形態において、一価および二価のカチオン酸化物はＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯおよびＺｎＯからなる群から選択されている。
一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２と；約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１５モル％のＰ２Ｏ５と；約１３モル％〜約２５モル％のＮａ２Ｏとを含む。他の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは約５０モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２と；約１４モル％〜約２０モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１０モル％のＰ２Ｏ５と；約１４モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏとを含む。
一部の実施形態において、組成はさらに１モル％未満のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、組成はさらに約０モル％のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、組成はさらに１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、組成はさらに約０モル％のＢ２Ｏ３を含む。
実施形態は、イオン交換されてよい。一部の実施形態において、ガラスは少なくとも約１０μｍの層深さまでイオン交換される。一部の実施形態において、ガラスは少なくとも約２０μｍの層深さまでイオン交換される。他の実施形態において、ガラスは、少なくとも約４０μｍの層深さまでイオン交換される。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここで圧縮層は、少なくとも約３００ＭＰａの圧縮応力下にある。他の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここで圧縮層は、少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力下にある。他の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここで、圧縮層は少なくとも約７５０ＭＰａの圧縮応力下にある。一部の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約７ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。さらに他の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約１５ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。他の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約２０ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、４１０℃で少なくとも約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓのカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。一部の実施形態において、カリウム／ナトリウム相互拡散係数は、４１０℃で約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ〜約１．５×１０−９ｃｍ２／ｓの範囲内にある。
別の態様は、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含むアルカリアルミノケイ酸ガラスを提供することにある。アルカリアルミノケイ酸ガラスは、約１０μｍの層深さまでイオン交換され、ここで０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲＸＯは、アルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態において、０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．２である。一部の実施形態において、０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１である。一部の実施形態において、０．８＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１である。一部の実施形態において、一価および二価のカチオン酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯおよびＺｎＯからなる群から選択される。
一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２と；約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１５モル％のＰ２Ｏ５と；約１３モル％〜約２５モル％のＮａ２Ｏとを含む。他の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは約５０モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２と；約１４モル％〜約２０モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１０モル％のＰ２Ｏ５と；約１４モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏとを含む。
一部の実施形態において、組成はさらに１モル％未満のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、組成はさらに約０モル％のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、組成はさらに１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、組成はさらに約０モル％のＢ２Ｏ３を含む。
態様の実施形態は、イオン交換されてよい。一部の実施形態において、ガラスは少なくとも約１０μｍの層深さまでイオン交換される。一部の実施形態において、ガラスは少なくとも約２０μｍの層深さまでイオン交換される。他の実施形態において、ガラスは、少なくとも約４０μｍの層深さまでイオン交換される。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここで圧縮層は、少なくとも約３００ＭＰａの圧縮応力下にある。他の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここで圧縮層は、少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力下にある。他の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここで、圧縮層は少なくとも約７５０ＭＰａの圧縮応力下にある。一部の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約７ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。さらに他の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約１５ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。他の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約２０ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、４１０℃で少なくとも約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓのカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。一部の実施形態において、カリウム／ナトリウム相互拡散係数は、４１０℃で約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ〜約１．５×１０−９ｃｍ２／ｓの範囲内にある。
本開示の別の態様は、アルカリアルミノケイ酸ガラスを強化する方法を提供することにある。この方法は、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、
ｉ． ０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４；または
ｉｉ． １．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．３；
であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲＸＯが、アルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計であり、Ｒ２Ｏがアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価カチオン酸化物の合計であるアルカリアルミノケイ酸ガラスを提供するステップと；最大約２４時間の時限中イオン交換浴中にアルカリアルミノケイ酸ガラスを浸漬して、アルカリアルミノケイ酸ガラスの表面から少なくとも１０μｍの層深さまで延在する圧縮層を形成するステップとを含む。一部の実施形態において、ガラスは０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４を満たす。一部の実施形態において、ガラスは０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１を満たす。一部の実施形態において、ガラスは１．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．３を満たす。一部の実施形態において、ガラスは１．５＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．０を満たす。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは１モル％未満のＫ２Ｏを含んでいる。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、圧縮層は少なくとも約３００ＭＰａの圧縮応力下にある。一部の実施形態において、イオン交換ガラスは、少なくとも約７ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。一部の実施形態において、イオン交換ガラスは少なくとも約１２ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。一部の実施形態において、圧縮層は表面から、少なくとも７０μｍの層深さまで延在する。
一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここで圧縮層は、少なくとも約３００ＭＰａの圧縮応力下にある。他の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここで圧縮層は、少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力下にある。他の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここで圧縮層は少なくとも約７５０ＭＰａの圧縮応力下にある。一部の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約７ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。さらに他の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約１５ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。他の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約２０ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、４１０℃で少なくとも約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓのカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。一部の実施形態において、カリウム／ナトリウム相互拡散係数は、４１０℃で約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ〜約１．５×１０−９ｃｍ２／ｓの範囲内にある。
一部の実施形態において、この方法で使用されるアルカリアルミノケイ酸ガラスは、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯおよびＺｎＯからなる群から選択される一価および二価のカチオン酸化物を含む。
一部の実施形態において、この方法で使用されるアルカリアルミノケイ酸ガラスは、約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２と；約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１５モル％のＰ２Ｏ５と；約１３モル％〜約２５モル％のＮａ２Ｏとを含む。他の実施形態において、この方法で使用されるアルカリアルミノケイ酸ガラスは、約５０モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２と；約１４モル％〜約２０モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１０モル％のＰ２Ｏ５と；約１４モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏとを含む。
一部の実施形態において、この方法で使用される組成にはさらに、１モル％未満のＫ２Ｏが含まれる。一部の実施形態において、この方法で使用される組成にはさらに、約０モル％のＫ２Ｏが含まれる。一部の実施形態において、この方法で使用される組成にはさらに、１モル％未満のＢ２Ｏ３が含まれる。一部の実施形態において、この方法で使用される組成にはさらに、約０モル％のＢ２Ｏ３が含まれる。
これらのおよび他の態様、利点および顕著な特徴は、以下の詳細な説明、添付図面および添付のクレームから明らかになる。
イオン交換により強化されたガラスシートの概略的断面図である。 ７００℃で焼鈍され溶融ＫＮＯ３塩浴内において４１０℃でイオン交換された厚さ０．７ｍｍの試料についての圧縮応力の関数としての層深さのプロットである。
ここでは、開示された方法および組成物のために使用可能であるか、それらと併用され得るかそれらの調製のために使用可能であるか、またはそれらの実施形態である材料、化合物、組成物および構成要素が開示される。これらの材料および他の材料は、本明細書中で開示されており、これらの材料の組合せ、サブセット、相互作用、群などが開示されている場合、これらの化合物の各々のさまざまな個別のおよび集合的な組合せおよび置換に対する特定の言及は明示的に開示されていないこともあるが、各々は本明細書中に具体的に企図され記述されているものと理解される。
したがって、一類の置換基Ａ、ＢおよびＣが一類の置換基Ｄ、Ｅ、およびＦと同様に開示され、組合せ実施形態の例Ａ−Ｄが開示されている場合には、各々が個別的にかつ集合的に企図される。したがって、この例において、各々の組合せＡ−Ｅ、Ａ−Ｆ、Ｂ−Ｄ、Ｂ−Ｅ、Ｂ−Ｆ、Ｃ−Ｄ、Ｃ−ＥおよびＣ−Ｆが具体的に企図され、Ａ、Ｂおよび／またはＣ；Ｄ、Ｅおよび／またはＦ；そして組合せ例Ａ−Ｄの開示から開示されたものとみなされなければならない。同様にして、これらの任意のサブセットまたは組合せも同様に、具体的に企図され開示される。こうして例えば、Ａ−Ｅ、Ｂ−ＦおよびＣ−Ｅのサブグループは具体的に企図され、Ａ、Ｂおよび／またはＣ；Ｄ、Ｅおよび／またはＦの開示から開示されたものと理解されるべきである。この概念は、組成物の任意の構成要素および開示された組成物の製造および使用方法中の任意のステップを含めた（ただしこれらに限定されない）本開示の全ての態様にあてはまる。したがって、実施可能なさまざまな追加のステップが存在する場合、これらの追加のステップはそれぞれ、開示された方法の任意の特定の実施形態または複数の実施形態の組合せを用いて実施可能であること、そしてこのような組合せの各々が具体的に企図され、開示されたものとみなされるべきであることが理解される。
さらに、１群の要素およびその組合せの少なくとも１つを含むものとして１つの群が記述されている場合にはつねに、その群が、個別にまたは互いに組み合わせた状態のいずれかで列挙された任意の数のこれらの要素を含むか、本質的にそれらで構成されるかまたはそれらで構成されていてよいと理解される。同様にして、１つの群が、１群の要素またはその組合せのうちの少なくとも１つで構成されるものとして記述されている場合にはつねに、その群が、個別にまたは互いに組合せた状態のいずれかで列挙された任意の数のこれらの要素で構成されていてよいと理解される。
その上、上限値と下限値を含む１つの数値範囲が本明細書中に列挙されている場合には、特定の状況下で特に明記の無いかぎり、この範囲はその端点およびその範囲内の全ての整数および分数を含むように意図される。開示の範囲は、１つの範囲を定義する場合に列挙された具体的値に限定されるものとして意図されない。さらに、量、濃度または他の値またはパラメータが１つの範囲、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示されている場合、これは、対が別個に開示されているか否かに関わらず、任意の範囲上限または好ましい上限値と任意の範囲下限または好ましい下限値の任意の対から形成される全ての範囲を具体的に開示するものとして理解すべきである。最後に、１つの範囲の１つの値または１つの端点を記述するにあたり「約」という用語が使用される場合には、開示は、言及された具体的値または端点を含むものと理解されるべきである。
本明細書中で使用される「約」という用語は、量、サイズ、配合、パラメータ、および他の数量および特性が、正確でなくかつ正確である必要がなく、近似であってかつ／または許容誤差、換算率、丸め、測定誤差などおよび当業者にとって公知の他の因子を反映して所望される通りにより大きいかまたはより小さいものであってよいことを意味する。概して、量、サイズ、配合、パラメータまたは他の数量あるいは特性は、そのように明示的に記されているか否かに関わらず、「約」または「近似」のものである。
本明細書中で使用される「または（ｏｒ）」という用語は、包含的である。より具体的には、語句「ＡまたはＢ」は、「Ａ、ＢまたはＡとＢの両方」を意味する。排他的「または」は本明細書では、例えば「ＡかＢのいずれか」および「ＡまたはＢの１つ」などの用語によって呼称される。
単数形の名詞は、実施形態の要素および構成要素を説明するために用いられる。これらの単数形の名詞の使用は、これらの要素または構成要素の１つまたは少なくとも１つが存在することを意味している。これらの単数形の名飯は従来、単数であることを意味するために使用されるものの、本明細書中で使用される単数形の名詞は、同様に、具体的例の中で特に明記されるのでないかぎり、複数も含む。
実施形態を説明する目的で、１つの変数が１つのパラメータまたは別の変数の「関数」であると本明細書中で言及されている場合、それはその変数が排他的にそのリストアップされたパラメータまたは変数の「関数」であることを示すように意図されていないという点に留意されたい。むしろ、本明細書中で、リストアップされたパラメータの「関数」である変数に対する言及は、その変数が単一のパラメータまたは複数のパラメータの関数であってよいように無制限であるように意図されている。同様に、特に明記のないかぎり、「上部」、「底部」、「外向き」、「内向き」などの用語は、便宜上の用語であり、限定的用語とみなされるべきものではないことも理解される。
「好ましくは」、「一般的に」および「典型的に」などの用語が本明細書中で使用される場合、それらは、範囲を限定するために、または特定の特徴が記述されている実施形態の構造または機能にとって決定的であるか、本質的であるかさらには重要でありさえすることを暗示するために使用されないことに留意されたい。むしろ、これらの用語は、単に、一実施形態の特定の態様を識別するかまたは、特定の実施形態の中で使用されてよい或いは使用されなくてよい代替的なまたは追加的な特徴を強調するように意図されているにすぎない。
実施形態を説明し定義する目的で、「実質的に」および「おおよそ」という用語が本明細書においては、任意の数量的比較、値、測定または他の表現の属性であり得る固有の度合いの不確実性を表わすために用いられていることが指摘される。「実質的に」および「おおよそ」という用語は、同様に、問題となっている対象の基本的機能を変更する結果をもたらさずに、記載された基準から数量的表現が変動し得る度合いを表わすものとして本明細書では使用されている。
クレームの１つ以上が、移行句として「ここで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語を使用することもあるということが指摘される。実施形態を定義する目的で、この用語が、構造の一連の特徴の列挙を導入するために使用される無制限の移行句としてクレーム中に導入され、より一般的に使用される無制限の前置き用語「〜を含む」と同様の要領で解釈されるべきであるという点に留意されたい。
ガラス組成物を生産するために使用される原料および／または機器の結果として、意図的に添加されるものではない特定の不純物または構成成分が最終的なガラス組成物中に存在し得る。このような材料は、ガラス組成物中にわずかな量で存在し、本明細書では「混入物（ｔｒａｍｐ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」と呼ばれる。
本明細書で使用する、０ｗｔ％またはモル％の一化合物を有するガラス組成物とは、その化合物、分子または元素が、組成物に意図的に添加されたのでないものの、それでも組成物が典型的に混入物量または痕跡量でその化合物を含む場合があることを意味するものとして定義される。同様にして、「ナトリウムを含まない」、「アルカリを含まない」、「カリウムを含まない」などの用語は、化合物、分子または元素が組成物に意図的に添加されたものでないものの、それでも組成物には、おおよそ混入物量または痕跡量でナトリウム、アルカリまたはカリウムが含まれる場合があることを意味するものとして定義される。特に明記のないかぎり、本明細書中に列挙された全ての成分の濃度は、モル百分率（モル％）単位で表現されている。
本明細書中に記載のビッカース圧子圧入亀裂閾値測定は、０．２ｍｍ／ｍｉｎの速度でガラス表面に対して圧子圧入荷重を加え、次に除去することによって実施される。最大圧子圧入荷重は、１０秒間保持される。圧子圧入亀裂閾値は、圧痕が印加されたコーナーから広がる任意の数の放射状／垂直亀裂を１０個の圧痕の５０％が示す圧子圧入荷重として定義される。最大荷重は、所与のガラス組成物について閾値が達成されるまで増大させられる。全ての圧子圧入測定は、５０％の相対湿度で室温で実施される。
図面全体、特に図１を参照すると、図が特定の実施形態を説明することを目的としたものであって、添付されたクレームの開示を限定することを意図されたものでないことがわかる。図面は必ずしも原寸に比例しておらず、図面の一部の特徴および一部の図は、明確さおよび簡潔さを期して縮尺的にまたは図解的に誇張して示されている場合がある。
高い耐損傷性を有する（すなわち１５キログラム重（ｋｇｆ）そして一部の実施形態においては２０ｋｇｆ超のビッカース亀裂閾値を有する）化学的に強化されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、典型的に［（Ａｌ２Ｏ３（モル％）＋Ｂ２Ｏ３（モル％））／（Σ改質酸化物（モル％））］という規則を満たす組成を有し、ここで改質酸化物はアルカリおよびアルカリ土類酸化物を含む。このようなガラスは、以前に、「Ｃｒａｃｋ ａｎｄ Ｓｃｒａｔｃｈ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｇｌａｓｓ ａｎｄ Ｅｎｃｌｏｓｕｒｅｓ Ｍａｄｅ Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ」という名称のＫｒｉｓｔｅｎ Ｌ．Ｂａｒｅｆｏｏｔらにより２０１０年８月１８日付けで出願された米国特許出願第１２／８５８，４９０号明細書中に記載されている。
Ｐ２Ｏ５含有アルカリアルミノケイ酸ガラスの増強された耐損傷性は以前に、「Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ Ｇｌａｓｓ ｗｉｔｈ Ｄｅｅｐ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｌａｙｅｒ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｍｏｄｕｌｕｓ」という名称でＤａｎａ Ｃｒａｉｇ Ｂｏｏｋｂｉｎｄｅｒらにより２０１０年１１月３０日付けで出願された米国仮特許出願第６１／４１７，９４１号明細書に記載されている。その中に記載されているガラスは、それぞれＡｌＰＯ４およびＢＰＯ４を形成するためにＡｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３とバッチ処理されたリン酸塩を含み、以下の組成規則を遵守している：
０．７５≦［（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）］≦１．３
（式中、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）。
本明細書中に記載されているのは、イオン交換により化学的に強化された場合に少なくとも約７ｋｇｆ、８ｋｇｆ、９ｋｇｆ、１０ｋｇｆ、１１ｋｇｆ、１２ｋｇｆ、１３ｋｇｆ、１４ｋｇｆ、１５ｋｇｆ、１６ｋｇｆ、１７ｋｇｆ、１８ｋｇｆ、１９ｋｇｆそして一部の実施形態では少なくとも約２０ｋｇｆのビッカース亀裂閾値を達成する、Ｐ２Ｏ５含有アルカリアルミノケイ酸ガラスおよびそれから製造された物品を含む実施形態である。これらのガラスおよびガラス物品の耐損傷性は、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を添加することによって増強される。一部の実施形態において、耐損傷性は少なくとも約５モル％のＰ２Ｏ５の添加により増強される。一部の実施形態において、Ｐ２Ｏ５濃度は、約４モル％〜約１０モル％の範囲内、そして他の実施形態においては約４モル％〜約１５モル％の範囲内にある。
本明細書中に記載の実施形態は概して、米国仮特許出願第６１／４１７，９４１号明細書中に記載の組成空間（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｐａｃｅ）のガラスおよびガラス物品の範囲には入らない。さらに、本開示に記載のガラスは、公称では、主として、４面リン構造単位１つあたり１個の２重結合酸素を含む４面体配位のリン酸塩（ＰＯ４ ３−）基を含む。
一部の実施形態において、Ｍ２Ｏ３対ΣＲＸＯの比が、有利な溶融温度、粘度、および／または液相温度を有するガラスを提供する。一部の実施形態は、１．４未満の（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ΣＲＸＯ（モル％））比により表現され、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ΣＲＸＯはアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態において、本明細書中に記載のガラスおよびガラス物品は、４モル％超のＰ２Ｏ５を含み、ここで、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ΣＲＸＯ（モル％））の比は１．４未満であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ここでΣＲＸＯはアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態において、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ΣＲＸＯ（モル％））の比は１．０未満である。一部の実施形態において、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ΣＲＸＯ（モル％））の比は、１．４、１．３５、１．３、１．２５、１．２、１．１５、１．１、１．０５、１．０、０．９５、０．９、０．８５、０．８、０．７５または０．７未満である。一部の実施形態において、０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４である。一部の実施形態において、０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．２である。一部の実施形態において、０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１である。一部の実施形態において、０．８＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４である。一部の実施形態において、０．８＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．２である。一部の実施形態において、０．８＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．０である。一部の実施形態において、Ｙ＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜Ｚであり、ここでＹは約０．６、０．６５、０．７、０．７５、０．８、０．８５、０．９、０．９５、１．０、１．０５または１．１であり、Ｘは独立して約１．４、１．３５、１．３、１．２５、１．２、１．１５、１．１、１．０５、１．０、０．９５、０．９、０．８５、０．８であり、Ｘ＞Ｙである。このような一価および二価の酸化物には、アルカリ金属酸化物（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ）、アルカリ土類酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）および遷移金属酸化物、例えばＺｎＯ（ただしこれに限定されない）が含まれるが、これらに限定されるわけではない。
一部の実施形態において、本明細書中に記載のガラスは、以下の不等式を満たす：
［（Ａｌ２Ｏ３（モル％）＋Ｂ２Ｏ３（モル％））／（Σ改質酸化物（モル％））］＜１．０
一部の実施形態において、ガラスはガラス構造を可能にするのに充分なＰ２Ｏ５を有することができ、ここでＰ２Ｏ５はむしろ構造中に存在するかまたはＭＰＯ４に加えて存在する。一部の実施形態において、このような構造は、１．２４超の［（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）］比により表現されてよく、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、Ｐ２Ｏ５は４モル％以上であり、Ｒ２Ｏはアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する二価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態において、本明細書中に記載のガラスは、４モル％超のＰ２Ｏ５を含み、ここで［（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）］の比は１．２４超であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ここでＲ２Ｏは、アルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する二価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態において、［（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）］の比は１．３超である。一部の実施形態において、この比は１．２４≦［（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）］≦２．８である。一部の実施形態において、本明細書中に記載のガラスおよびガラス物品は４モル％超のＰ２Ｏ５を含み、
Ｓ≦［（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）］≦Ｖ
の比で表現される。式中、Ｓは独立して約１．５、１．４５、１．４、１．３５、１．３、１．２５、１．２４、１．２または１．１５であり、Ｖは独立して約２．０、２．０５、２．１、２．１５、２．２、２．２５、２．３、２．３５、２．４、２．４５、２．５、２．５５、２．６、２．６５、２．７、２．７５または２．８である。
本明細書中に記載のアルカリアルミノケイ酸ガラスおよび物品は、多くの化学的構成要素を含む。ガラスの形成に関与する酸化物であるＳｉＯ２は、ガラスの網状結合構造を安定化するために機能する。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約４０〜約７０モル％のＳｉＯ２を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は約５０〜約７０モル％のＳｉＯ２を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約５５〜約６５モル％のＳｉＯ２を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約４０〜約７０モル％、約４０〜約６５モル％、約４０〜約６０モル％、約４０〜約５５モル％、約４０〜５０モル％、約４０〜４５モル％、５０〜約７０モル％、約５０〜約６５モル％、約５０〜約６０モル％、約５０〜約５５モル％、約５５〜約７０モル％、約６０〜約７０モル％、約６５〜約７０モル％、約５５〜約６５モル％または約５５〜約６０モル％のＳｉＯ２を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９または７０モル％のＳｉＯ２を含む。
Ａｌ２Ｏ３は、他の利益の中でも、ａ）可能なかぎり低い液相温度を維持すること、ｂ）膨張係数を低下させること、またはｃ）歪点を上昇させることといった利益を提供することもある。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約１１〜約２５モル％のＡｌ２Ｏ３を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約１４〜約２０モル％のＡｌ２Ｏ３を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約１１〜約２５モル％、約１１〜約２０モル％、約１１〜約１８モル％、約１１〜約１５モル％、約１２〜約２５モル％、約１２〜約２０モル％、約１２〜約１８モル％、約１２〜約１５モル％、約１４〜約２５モル％、約１４〜約２０モル％、約１４〜約１８モル％、約１４〜約１５モル％、約１８〜約２５モル％、約１８〜約２０モル％または約２０〜約２５モル％のＡｌ２Ｏ３を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は約１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４または２５モル％のＡｌ２Ｏ３を含み得る。
実施形態中のＢ２Ｏ３の存在は、耐損傷性を改善し得るが、圧縮応力および拡散率にとっては有害であることもある。本明細書中に記載のガラスは概して、Ｂ２Ｏ３を含有しない（つまりＢ２Ｏ３を含まない）。一部の実施形態において、約０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３または４モル％のＢ２Ｏ３が存在してよい。一部の実施形態において、４、３、２または１モル％未満のＢ２Ｏ３が存在してよい。一部の実施形態において、混入物量のＢ２Ｏ３が存在することもある。一部の実施形態においてガラス組成物は、約０モル％のＢ２Ｏ３を含み得る。一部の実施形態において、Ｂ２Ｏ３の量は０．５モル％以下、０．２５モル％以下、０．１モル％以下、約０．０５モル％以下、０．００１モル％以下、０．０００５モル％以下または０．０００１モル％以下である。一部の実施形態によると、ガラス組成物は、意図的に添加されたＢ２Ｏ３を含まない。
Ｐ２Ｏ５としてリンをガラスに添加することは、耐損傷性を改善し、かつイオン交換を妨げないことが発見された。一部の実施形態において、ガラスに対するリンの添加は、４面体配位のアルミニウムとリンから成るリン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ４）および／または４面体配位のホウ素とリンから成るリン酸ホウ素（ＢＰＯ４）によりシリカ（ガラス中のＳｉＯ２）が置換されている構造を作り上げる。本明細書中に記載のガラスは概して４モル％超のＰ２Ｏ５を含む。一部の実施形態において、ガラスは、約４〜約１５モル％のＰ２Ｏ５を含み得る。一部の実施形態において、ガラスは約４〜約１２モル％のＰ２Ｏ５を含み得る。一部の実施形態において、ガラスは約４〜約１０モル％のＰ２Ｏ５を含み得る。一部の実施形態において、ガラスは約６〜約１０モル％のＰ２Ｏ５を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約４〜約１５モル％、約６〜約１５モル％、約８〜約１５モル％、約１０〜約１５モル％、約１２〜約１５モル％、約４〜約１２モル％、約４〜約１０モル％、約４〜約８モル％、約４〜約６モル％、約６〜約１２モル％、約６〜約１０モル％、約６〜約８モル％、約８〜約１２モル％、約８〜約１０モル％、約１０〜約１２モル％のＰ２Ｏ５を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５モル％のＰ２Ｏ５を含み得る。
実施されたガラス中で、イオン交換のためにＮａ２Ｏを使用してよい。一部の実施形態において、ガラスは、約１３〜約２５モル％のＮａ２Ｏを含み得る。他の実施形態において、ガラスは約１３〜約２０モル％のＮａ２Ｏを含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約１３〜約２５モル％、約１３〜約２０モル％、約１３〜約１８モル％、約１３〜約１５モル％、約１５〜約２５モル％、約１５〜約２０モル％、約１５〜約１８モル％、約１８〜約２５モル％、約１８〜約２０モル％または約２０〜約２５モル％のＮａ２Ｏを含み得る。一部の実施形態において、ガラスは約１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４または２５モル％のＮａ２Ｏを含み得る。
ＲＸＯは概して、アルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物を表現する。ＲＸＯの存在によりガラスのイオン交換についての利点が提供されることもある。このような一価および二価の酸化物は、アルカリ金属酸化物（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ）、アルカリ土類酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）および遷移金属酸化物、例えばＺｎＯ（ただしこれに限定されない）を含むが、これらに限定されない。一部の実施形態において、組成物中のＲＸＯの量は、式（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ΣＲＸＯ（モル％））＜１．４により表現される。一部の実施形態において、組成物中のＲＸＯの量は、式（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ΣＲＸＯ（モル％））＜１．０により表現される。一部の実施形態において、組成物中のＲＸＯの量は、式０．６＜（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ΣＲＸＯ（モル％））＜１．４により表現される。一部の実施形態において、組成物中のＲＸＯの量は、０．６＜（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ΣＲＸＯ（モル％））＜１．０により表現される。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約７〜約３０モル％のＡｌ２Ｏ３を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約１４〜約２５モル％のＡｌ２Ｏ３を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は約７〜約３０モル％、約７〜約２５モル％、約７〜約２２モル％、約７〜約２０モル％、約７〜約１８モル％、約７〜約１５モル％、約７〜約１０モル％、約１０〜約３０モル％、約１０〜約２５モル％、約１０〜約２２モル％、約１０〜約１８モル％、約１０〜約１５モル％、約１５〜約３０モル％、約１５〜約２５モル％、約１５〜約２２モル％、約１５〜約１８モル％、約１８〜約３０モル％、約１８〜約２５モル％、約１８〜約２２モル％、約１８〜約２０モル％、約２０〜約３０モル％、約２０〜約２５モル％、約２０〜約２２モル％、約２２〜約３０モル％、約２２〜約２５モル％または約２５〜約３０モル％のＡｌ２Ｏ３を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９または３０モル％のＡｌ２Ｏ３を含み得る。
Ｍ２Ｏ３は、組成物中のＡｌ２Ｏ３とＢ２Ｏ３の量を表現する。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約１１〜約３０モル％のＭ２Ｏ３を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約１４〜約２０モル％のＭ２Ｏ３を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は、約１１〜約３０モル％、約１１〜約２５モル％、約１１〜約２０モル％、約１１〜約１８モル％、約１１〜約１５モル％、約１２〜約３０モル％、約１２〜約２５モル％、約１２〜約２０モル％、約１２〜約１８モル％、約１２〜約１５モル％、約１４〜約３０モル％、約１４〜約２５モル％、約１４〜約２０モル％、約１４〜約１８モル％、約１４〜約１５モル％、約１８〜約２５モル％、約１８〜約２０モル％または約２０〜約２５モル％のＭ２Ｏ３を含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は約１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９または３０モル％のＭ２Ｏ３を含み得る。
一部の実施形態においてＫ２Ｏはイオン交換のために使用可能であるが、圧縮応力にとって有害であり得る。一部の実施形態において、ガラス組成物はＫ２Ｏを含まない。ガラス組成物は、例えば、Ｋ２Ｏの含有量が０．５モルパーセント以下、０．２５モル％以下、０．１モル％以下、約０．０５モル％以下、０．００１モル％以下、０．０００５モル％以下、あるいは０．０００１モル％以下である場合に、実質的にＫ２Ｏを含まない。一部の実施形態に係るガラスシートは、意図的に添加したナトリウムを含まない。一部の実施形態において、ガラスは、０〜約１モル％のＫ２Ｏを含み得る。他の実施形態において、ガラスは０超〜約１モル％のＫ２Ｏを含み得る。一部の実施形態において、ガラス組成物は０〜約２モル％、０〜約１．５モル％、０〜約１モル％、０〜約０．９モル％、０〜約０．８モル％、０〜約０．７モル％、０〜約０．６モル％、０〜約０．５モル％、０〜約０．４モル％、０〜約０．３モル％、０〜約０．２モル％または０〜約０．１モル％のＫ２Ｏを含み得る。一部の実施形態において、ガラスは、約０、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９または１モル％のＫ２Ｏを含み得る。
付加的な利益を提供するために、追加の構成成分をガラス組成物中に取込むことができる。例えば、清澄剤として（例えばガラスを生産するために使用される溶融バッチ材料からの気体介在物の除去を容易にするため）および／または他の目的のために、追加の構成成分を添加することができる。一部の実施形態において、ガラスは、紫外線吸収剤として有用な１つ以上の化合物を含んでいてよい。一部の実施形態において、ガラスは、３モル％以下のＴｉＯ２、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＣｄＯ、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｃｌ、Ｂｒまたはその組合せを含み得る。一部の実施形態において、ガラスは、０〜約３モル％、０〜約２モル％、０〜約１モル％、０〜０．５モル％、０〜０．１モル％、０〜０．０５モル％または０〜０．０１モル％のＴｉＯ２、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＣｄＯ、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｃｌ、Ｂｒまたはその組合せを含み得る。一部の実施形態において、ガラスは０〜約３モル％、０〜約２モル％、０〜約１モル％、０〜約０．５モル％、０〜約０．１モル％、０〜約０．０５モル％または０〜約０．０１モル％のＴｉＯ２、ＣｅＯ２またはＦｅ２Ｏ３またはその組合せを含み得る。
一部の実施形態に係るガラス組成物（例えば上述のガラスのいずれか）は、例えばガラスが清澄剤としてＣｌおよび／またはＢｒを含む場合のように、Ｆ、ＣｌまたはＢｒを含むことができる。
一部の実施形態に係るガラス組成物は、ＢａＯを含み得る。特定の実施形態において、ガラスは、約５未満、約４未満、約３未満、約２未満、約１未満、０．５未満または０．１モル％未満のＢａＯを含み得る。
一部の実施形態において、ガラスはＳｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３またはその組合せを実質的に含まない可能性がある。例えば、ガラスは、０．０５モル％以下のＳｂ２Ｏ３またはＡｓ２Ｏ３またはその組合せを含む可能性があり、ガラスはゼロモル％のＳｂ２Ｏ３またはＡｓ２Ｏ３またはその組合せを含んでいてよく、あるいはガラスは例えば、意図的に添加されたＳｂ２Ｏ３またはＡｓ２Ｏ３またはその組合せを全く含まなくてもよい。
一部の実施形態に係るガラスは、商業的に調製されたガラス中に典型的に見られる汚染物質をさらに含み得る。さらに、または代替的に、他のガラス構成成分に対する調整を加えながらではあるが、さまざまな他の酸化物（例えばＴｉＯ２、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５など）を添加してよく、それによりガラス組成物の溶融または成形特性が損なわれることはない。一部の実施形態に係るガラスがさらにこのような他の１つまたは複数の酸化物を含む場合には、このような他の酸化物の各々は、典型的に約３モル％、約２モル％または約１モル％を超えない量で存在し、その合計組合せ濃度は、典型的に、約５モル％以下、約４モル％以下、約３モル％以下、約２モル％以下または約１モル％以下である。一部の状況において、使用される量によって組成が上述の範囲外に陥るのでないかぎり、より多くの量を使用することができる。一部の実施形態に係るガラスは、バッチ材料に付随するおよび／またはガラスの生産に使用される溶融、清澄および／または成形用設備によってガラス内に導入される（例えばＺｒＯ２などの）さまざまな汚染物質を含む可能性もある。
一部の実施形態において、本明細書に記載のアルカリアルミノケイ酸ガラスおよび物品は、約４０モル％〜７０モル％のＳｉＯ２と；約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１５モル％のＰ２Ｏ５と；約１１モル％〜約２５モル％のＮａ２Ｏとを含む。
一部の実施形態において、ガラス組成物は高い耐損傷性を有する。一部の実施形態において、ガラス組成物は７キログラム重（ｋｇｆ）超のビッカース亀裂閾値を有する。一部の実施形態において、ガラス組成物は１２ｋｇｆ超のビッカース亀裂閾値を有する。一部の実施形態において、ガラス組成物は１５ｋｇｆ超のビッカース亀裂閾値を有する。一部の実施形態において、ガラス組成物は２０ｋｇｆ超のビッカース亀裂閾値を有する。一部の実施形態において、ガラス組成物は６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４または２５ｋｇｆ超のビッカース亀裂閾値を有する。
実施されたガラスの非限定的な例（ここでガラスの厚さは０．７ｍｍである）が表１に列挙されている。
実施されたガラスの非限定的例（ここでガラスの厚さは１．０ｍｍである）が表２に列挙されている（イオン交換データについては、ＳＯＣが全く提供されていない場合、使用される既定値は、厚さ１．０ｍｍのイオン交換部品を用いて３．０であった）。
イオン交換は、大衆消費電子製品、自動車利用分野、電気機器、建築構成要素および高レベルの耐損傷性が所望される他の分野において使用するためのガラス物品を化学的に強化する目的で広く使用されている。イオン交換プロセスにおいては、第１の金属イオン（例えばＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏなどの中のアルカリカチオン）を含むガラス物品が、ガラス中に存在する第１の金属イオンに比べて大きいかまたは小さいかのいずれかである第２の金属イオンを含むイオン交換浴または媒質の中に少なくとも部分的に浸漬されるか、あるいは他の形でこの浴または媒質と接触させられる。第１の金属イオンはガラス表面からイオン交換浴／媒質中に拡散し、一方、イオン交換浴／媒質からの第２の金属イオンは、ガラスの表面より下の層深さまでガラス中の第１の金属イオンに置き換わる。ガラス中のより小さいイオンのより大きいイオンによる置換は、ガラスの表面において圧縮応力を作り出し、一方ガラス中のより大きいイオンのより小さいイオンによる置換は、典型的に、ガラスの表面において引張応力を作り出す。一部の実施形態において、第１の金属イオンと第２の金属イオンは一価のアルカリ金属イオンである。ただし、Ａｇ＋、Ｔｌ＋、Ｃｕ＋などの他の一価の金属イオンをイオン交換プロセス中で使用してもよい。Ａｇ＋およびＣｕ＋の少なくとも１つがガラス中の金属イオンと交換される場合においては、このようなガラスは抗ウイルスおよび／または抗菌の利用分野において極めて有用であり得る。
イオン交換によって強化されたガラスシートの一部分（すなわちガラスシートの端部は図示せず）の断面図が、図１に概略的に示されている。図１中に示されている非限定的な例において、強化されたガラスシート１００は、厚さｔ、中央部分１３０および互いに実質的に平行である第１の表面１１０と第２の表面１１２を有する。圧縮層１２０、１２２は、それぞれ第１の表面１１０および第２の表面１１２から、各表面の下の層深さｄ１、ｄ２まで延在する。圧縮層１２０、１２２は、圧縮応力下にあり、一方中央部分１３０は、引張応力下、つまり張力を受けた状態にある。中央部分１３０内の引張応力は、圧縮層１２０、１２２内の圧縮応力を平衡化し、こうして、強化されたガラスシート１００内部の平衡を維持する。一部の実施形態において、本明細書中に記載されたガラスおよびガラス物品は、少なくとも約３００ＭＰａの圧縮応力および／または少なくとも約１０μｍの圧縮層深さを達成するようにイオン交換されてよい。一部の実施形態において、本明細書中に記載のガラスおよびガラス組成物は、少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力および／または少なくとも約４０μｍの圧縮層深さを達成するためにイオン交換されてよい。一部の実施形態において、ガラスは、少なくとも約２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００または１０００ＭＰａの圧縮応力を達成するためにイオン交換される。一部の実施形態において、ガラスは少なくとも約１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍまたは１１０μｍ以上の層深さを達成するためにイオン交換される。
高い耐損傷性に加えて、本明細書中に記載のガラスは、比較的短時間で所望のレベルの圧縮応力および圧縮深さを達成するためにイオン交換されてよい。例えば溶融ＫＮＯ３塩中で４時間４１０℃でイオン交換した後、約７００ＭＰａ超の圧縮応力および約７５μｍ超の圧縮層深さを有する圧縮層がこれらのガラス中で達成されてもよい。一部の実施形態において、イオン交換は、約４００°Ｃ、４１０°Ｃ、４２０°Ｃ、４３０°Ｃ、４４０°Ｃ、４５０°Ｃ、４６０°Ｃ、４７０°Ｃ、４８０°Ｃ、４９０°Ｃ、５００°Ｃ、５１０°Ｃ、５２０°Ｃ、５３０°Ｃ、５４０°Ｃまたは５５０°Ｃ以上で行なわれる。一部の実施形態において、イオン交換は、約０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０時間または１０時間超の間行なわれる。
図２は、表１中の試料ａ〜ｆに関する圧縮応力の一関数としての層深さのプロットである。厚さ０．７ｍｍの試料を７００℃で焼鈍し、４１０℃で１時間〜８時間の時間（図２のグループ「ｂ〜ｄ」）または４７０℃で６分間（図２のグループ「ａ」）溶融ＫＮＯ３塩浴中でイオン交換した。４７０℃で６分間イオン交換した試料は、破砕性限界（すなわちガラス試料が図２中でライン１により示されている破砕性挙動を示すはずのまたは示す確率が高い点）よりもはるかに低い圧縮応力および層深さを示した。厚さ０．７ｍｍの試料が破砕性限界に達するのに必要なイオン交換時間は４１０℃で１時間よりわずかに長いものである。約１０１１ポアズに対応する粘度でより高い仮想温度を有する試料（すなわちダウンドロー試料のように未焼鈍のもの）において、破砕性限界は同様に、類似の短い時間で達成されるが、焼鈍された試料の場合に比べて圧縮応力は低く層深さは大きくなる。１時間イオン交換された試料（グループ「ｂ」）は、破砕性限界の直下の圧縮応力および層深さを示し、４時間または８時間イオン交換した試料（それぞれグループ「ｃ」および「ｄ」）は、破砕性限界を超える圧縮応力と層深さを示す。
本明細書中に記載のガラスをイオン交換する能力は、これらのガラスが、ビッカース亀裂発生閾値によって特徴づけされるガラスの耐損傷性が所望の属性である利用分野において使用される他のアルカリアルミノケイ酸ガラスのものに比べて著しく大きいカリウムおよびナトリウム相互拡散係数を有するという事実に少なくとも部分的に起因するものであることもある。４１０℃で、本明細書中に記載のガラスは、少なくとも約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ、３．０×１０−１０ｃｍ２／ｓ、４．０×１０−１０ｃｍ２／ｓまたは４．５×１０−１０ｃｍ２／ｓ、６．０×１０−１０ｃｍ２／ｓ、７．５×１０−１０ｃｍ２／ｓ、９．０×１０−１０ｃｍ２／ｓ、１．０×１０−９ｃｍ２／ｓ、１．２×１０−９ｃｍ２／ｓ、１．５×１０−９ｃｍ２／ｓそして一部の実施形態においては、約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ、３．０×１０−１０ｃｍ２／ｓ、４．０×１０−１０ｃｍ２／ｓまたは４．５×１０−１０ｃｍ２／ｓから約７．５×１０−１０ｃｍ２／ｓ、９．０×１０−１０ｃｍ２／ｓ、１．０×１０−９ｃｍ２／ｓ、１．２×１０−９ｃｍ２／ｓまたは１．５×１０−９ｃｍ２／ｓまでの範囲内のカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。これらのガラスとは対称的に、米国特許出願第１２／８５８，４９０号明細書、同第１２／８５６，８４０号明細書および同第１２／３９２，５７７号明細書中に記載のアルカリアルミノケイ酸ガラスは、１．５×１０−１０ｃｍ２／ｓ未満のカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。
一実施形態は、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含むアルカリアルミノケイ酸ガラスを含み、ここで［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲＸＯはアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態において、［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］は１未満である。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスはさらに、１モル％未満のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、一価および二価のカチオン酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯそしてＺｎＯからなる群から選択される。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、４１０℃で少なくとも約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓのカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。一部の実施形態において、カリウム／ナトリウム相互拡散係数は、４１０℃で約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ〜約１．５×１０−９ｃｍ２／ｓの範囲内にある。
一実施形態は、０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４を含むアルカリアルミノケイ酸ガラスを含み、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲＸＯはアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態において、０．８＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４である。一部の実施形態において、０．８≦［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］≦１．０である。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスはさらに、１モル％未満のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、一価および二価のカチオン酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯそしてＺｎＯからなる群から選択される。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、４１０℃で少なくとも約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓのカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。一部の実施形態において、カリウム／ナトリウム相互拡散係数は、約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ〜約１．５×１０−９ｃｍ２／ｓの範囲内にある。
別の実施形態は、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含むアルカリアルミノケイ酸ガラスを含み、ここでアルカリアルミノケイ酸ガラスは少なくとも約２０μｍの層深さまでイオン交換されており、ここで０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲＸＯはアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態において、０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．０である。一部の実施形態において、０．８＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４である。一部の実施形態において、０．８≦［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］≦１．０である。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスはさらに、１モル％未満のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、一価および二価のカチオン酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯそしてＺｎＯからなる群から選択される。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、４１０℃で少なくとも約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓのカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。一部の実施形態において、カリウム／ナトリウム相互拡散係数は、約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ〜約１．５×１０−９ｃｍ２／ｓの範囲内にある。
別の実施形態は、少なくとも約４％のＰ２Ｏ５を含むアルカリアルミノケイ酸ガラスを含み、ここで１．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．３であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、Ｒ２Ｏはアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスはさらに、１モル％未満のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、一価および二価のカチオン酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯそしてＺｎＯからなる群から選択される。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、４１０℃で少なくとも約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓのカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。一部の実施形態において、カリウム／ナトリウム相互拡散係数は、約２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ〜約１．５×１０−９ｃｍ２／ｓの範囲内にある。
一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２と；約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１５モル％のＰ２Ｏ５と；約１３モル％〜約２５モル％のＮａ２Ｏとを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは約５０モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２と；約１４モル％〜約２０モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１０モル％のＰ２Ｏ５と；約１４モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスはさらに１モル％未満のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、１モル％のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、一価および二価のカチオン酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯそしてＺｎＯからなる群から選択される。
一部の実施形態において、上述のアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約２０μｍの層深さまでイオン交換される。一部の実施形態において、ガラスは、少なくとも約４０μｍの層深さまでイオン交換される。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここでこの圧縮層は、少なくとも５００ＭＰａの圧縮応力下にある。一部の実施形態において、圧縮応力は少なくとも７５０ＭＰａである。一部の実施形態において、圧縮応力は、約５００ＭＰａ〜約２０００ＭＰａである。一部の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約８ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。一部の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約１２ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。
一実施形態は、アルカリアルミノケイ酸ガラスを強化する方法において、上述の通りアルカリアルミノケイ酸ガラスを提供するステップと；最大約２４時間の時限中イオン交換浴中にアルカリアルミノケイ酸ガラスを浸漬して、アルカリアルミノケイ酸ガラスの表面から少なくとも２０μｍの層深さまで延在する圧縮層を形成するステップと；を含む方法を含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、ここで［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲＸＯはアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態においては、［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１である。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０．６＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４を含み、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲＸＯはアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価および二価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態においては、０．８＜［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］＜１．４である。一部の実施形態においては、０．８≦［Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲＸＯ（モル％）］≦１．０である。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは少なくとも４％のＰ２Ｏ５を含み、ここで１．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．３であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、Ｒ２Ｏはアルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２と；約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１５モル％のＰ２Ｏ５と；約１３モル％〜約２５モル％のＮａ２Ｏとを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは約５０モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２と；約１４モル％〜約２０モル％のＡｌ２Ｏ３と；約４モル％〜約１０モル％のＰ２Ｏ５と；約１４モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスはさらに１モル％未満のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＫ２Ｏを含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、１モル％のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは０モル％のＢ２Ｏ３を含む。一部の実施形態において、一価および二価のカチオン酸化物はＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯそしてＺｎＯからなる群から選択される。
一部の実施形態において、上述のアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約２０μｍの層深さまでイオン交換される。一部の実施形態において、ガラスは、少なくとも約４０μｍの層深さまでイオン交換される。一部の実施形態において、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、ガラスの表面から層深さまで延在する圧縮層を有し、ここでこの圧縮層は、少なくとも５００ＭＰａの圧縮応力下にある。一部の実施形態において、圧縮応力は少なくとも７５０ＭＰａである。一部の実施形態において、圧縮応力は、約５００ＭＰａ〜約２０００ＭＰａである。一部の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約８ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。一部の実施形態において、イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、少なくとも約１２ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する。
例示を目的として典型的な実施形態について説明してきたが、以上の記述は、開示または添付のクレームの範囲に対する限定とみなすべきものではない。したがって、当業者であれば、本開示または添付のクレームの精神および範囲から逸脱することなくさまざまな修正形態、適応形態および変形形態を提供できることもある。

Claims (11)

  1. ４０モル％〜７０モル％のＳｉＯ２；１１モル％〜２５モル％のＡｌ２Ｏ３；４モル％〜１５モル％のＰ２Ｏ５；１３モル％〜２０モル％のＮａ２Ｏ、４モル％未満のＢ２Ｏ３，およびＭｇＯを含むアルカリアルミノケイ酸ガラスであって、
    ｉ． リチウムを含有せず；かつ
    ｉｉ． １．３＜［（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）］≦２．３；
    であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、Ｒ２Ｏが前記アルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価カチオン酸化物の合計であり、
    前記ガラスが少なくとも１０μｍの層深さまでイオン交換可能なものである、
    アルカリアルミノケイ酸ガラス。
  2. 前記ガラスが、下記式
    １．５＜［（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）］≦２．０
    を満たす、請求項１に記載のアルカリアルミノケイ酸ガラス。
  3. １モル％未満のＫ２Ｏまたは１モル％未満のＢ２Ｏ３をさらに含む、請求項１または２に記載のアルカリアルミノケイ酸ガラス。
  4. さらに１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む、請求項１または２に記載のアルカリアルミノケイ酸ガラス。
  5. 前記アルカリアルミノケイ酸ガラスが５０モル％〜６５モル％のＳｉＯ２と；１４モル％〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３と；４モル％〜１０モル％のＰ２Ｏ５と；１４モル％〜２０モル％のＮａ２Ｏと；任意選択で１モル％未満のＫ２Ｏまたは１モル％未満のＢ２Ｏ３とを含む、請求項１に記載のアルカリアルミノケイ酸ガラス。
  6. カリウム／ナトリウム相互拡散係数が、４１０℃で２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ〜１．５×１０−９ｃｍ２／ｓの範囲内にあるか；または、前記ガラスがイオン交換された場合にこのイオン交換されたガラスの表面から前記層深さまで延在する圧縮層を有し、その圧縮層が少なくとも３００ＭＰａの圧縮応力下にあるか；または前記ガラスがイオン交換された場合にそのイオン交換されたガラスが少なくとも１２ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルカリアルミノケイ酸ガラス。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のアルカリアルミノケイ酸ガラスを含む電子製品。
  8. アルカリアルミノケイ酸ガラスを強化する方法において、
    ａ．４０モル％〜７０モル％のＳｉＯ２；１１モル％〜２５モル％のＡｌ２Ｏ３；４モル％〜１５モル％のＰ２Ｏ５；１３モル％〜２０モル％のＮａ２Ｏ、４モル％未満のＢ２Ｏ３，およびＭｇＯを含むアルカリアルミノケイ酸ガラスであって、
    ｉ． リチウムを含有せず；かつ
    ｉｉ． １．３＜［（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）］≦２．３；
    であり、式中Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、Ｒ２Ｏが前記アルカリアルミノケイ酸ガラス中に存在する一価カチオン酸化物の合計であるアルカリアルミノケイ酸ガラスを提供するステップと；
    ｂ．最大２４時間の時限中イオン交換浴中に前記アルカリアルミノケイ酸ガラスを浸漬して、前記アルカリアルミノケイ酸ガラスの表面から少なくとも１０μｍの層深さまで延在する圧縮層を有するイオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスを形成するステップと；
    を含む方法。
  9. 前記ガラスが、下記式
    １．５＜［（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）］≦２．０
    を満たす、請求項８に記載の方法。
  10. 前記アルカリアルミノケイ酸ガラスが１モル％未満のＫ２Ｏまたは１モル％未満のＢ２Ｏ３を含む、請求項８または９に記載の方法。
  11. 前記ガラスのカリウム／ナトリウム相互拡散係数が４１０℃で２．４×１０−１０ｃｍ２／ｓ〜１．５×１０−９ｃｍ２／ｓの範囲内にあるか；または前記イオン交換されたガラスの圧縮層が少なくとも３００ＭＰａの圧縮応力下にあるか；または前記イオン交換されたガラスが少なくとも１２ｋｇｆのビッカース圧子圧入亀裂発生荷重を有する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
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