JP6600309B2 - 高い熱膨張係数を有する耐損傷性ガラス - Google Patents

Description

優先権

本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１３年８月２７日出願の米国仮特許出願第６１／８７０３０１号の優先権の利益を主張するものであり、本出願は上記仮特許出願の内容に依存するものであり、また上記仮特許出願の内容は参照によりその全体が本出願に援用される。

本開示は、大判カバーガラスとして使用するためのガラスに関する。より詳細には、本発明は、このような用途のためのイオン交換性ガラスに関する。更に詳細には、本開示は、大判カバーガラスとしての使用のために十分に高い熱膨張係数を有するイオン交換性ガラスに関する。

ガラスは、ＬＣＤディスプレイ等の装置のための保護カバーとして使用される。いくつかの用途では、このようなディスプレイは、典型的には金属、鋼又は合金製である外側フレームによって支持される。ディスプレイのサイズが増大する（例えば対角線５５インチ（１３９．７ｃｍ））につれて、ガラスの熱膨張係数（ＣＴＥ）がフレーム材料の熱膨張係数に適合することが重要となり、適合しない場合、ガラスは様々な応力に曝され、これは歪み又は破損を引き起こし得る。現在使用されている市販のガラスはいずれも、この要件を満たしていない。

少なくとも約９０×１０^‐７℃^‐１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するイオン交換性ガラスが提供される。このガラスはＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、Ｋ_２Ｏ及びいくつかの実施形態ではＭｇＯを含む。このガラスは、例えば溶融ＫＮＯ_３塩浴中で、３７０℃〜３９０℃の温度において、２時間未満で３０マイクロメートル超の層深さまで高速イオン交換される。３０〜５０マイクロメートルの層深さまでイオン交換すると、このガラスは、１５重量キログラム（ｋｇｆ）（約１４７．１Ｎ）超のビッカース中央／径方向割れ開始閾値を示す。このガラスはフュージョン形成可能であり（即ち液相温度が１６０ｋＰ温度未満であり）、いくつかの実施形態ではジルコンと適合する（即ちジルコン破壊温度がガラスの３５ｋＰ温度超である）。

従って、本開示の第１の態様は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、及び約１モル％超のＫ_２Ｏを含むガラスを提供することであり、このガラスは、少なくとも約９０×１０^‐７℃^‐１の熱膨張係数を有する。

本開示の第２の態様は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、及び約１モル％超のＫ_２Ｏを含むイオン交換されたガラスを提供することである。このイオン交換されたガラスは、少なくとも約９０×１０^‐７℃^‐１の熱膨張係数を有し、少なくとも約１５ｋｇｆ（約１４７．１Ｎ）のビッカース割れ開始閾値を有する。

本開示の第３の態様は、ガラスをイオン交換する方法を提供することである。この方法は：ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、及び約１モル％超のＫ_２Ｏを含み、かつ少なくとも約９０×１０^‐７℃^‐１の熱膨張係数を有するガラスを提供するステップ；イオン交換浴を提供するステップであって、上記イオン交換浴はＫＮＯ_３を含み、約３７０℃〜３９０℃の温度である、ステップ；並びに上記ガラスを上記イオン交換浴中で、最高約２時間の期間にわたってイオン交換するステップを含む。イオン交換されたガラスは、圧縮応力下の層を有し、この層はガラスの表面から少なくとも約３０μｍの層深さまで延在する。

本開示のこれらの及びその他の態様、利点及び顕著な特徴は、以下の詳細な説明、付属の図面及び添付の請求項から明らかになるであろう。

イオン交換されたガラスシートの概略断面図 ガラスをイオン交換する方法の概略図

以下の説明では、図面中に示されている複数の視野全体を通して、同様の参照記号は、同様の又は対応する部分を示す。また、そうでないことが明記されていない限り、「上部（ｔｏｐ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「外側（ｏｕｔｗａｒｄ）」、「内側（ｉｎｗａｒｄ）」等の用語は、便宜上の単語であり、限定的な用語として解釈されるものではないことも理解されたい。更に、あるグループが、複数の要素のグループのうちの少なくとも１つ及びその組合せを含むものとして記載されている場合は常に、上記グループは、列挙されているこれらの要素のうちの、独立した又は互いに組み合わされたいずれの個数の要素を含むか、本質的にこれらからなるか、又はこれらからなってよいものと理解される。同様に、あるグループが、複数の要素のグループのうちの少なくとも１つ又はその組合せからなるものとして記載されている場合は常に、上記グループは、列挙されているこれらの要素のうちの、独立した又は互いに組み合わされたいずれの個数の要素からなってよいものと理解される。そうでないことが明記されていない限り、値の範囲が列挙されている場合、これは、上記範囲の上限及び下限の両方、並びに上限と下限との間のいずれの範囲を含む。本明細書において使用される場合、名詞は、そうでないことが明記されていない限り、「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」又は「１つ又は複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」の対象を指す。また、明細書及び図面中で開示される様々な特徴は、いずれの及びあらゆる組合せで使用できることも理解される。

本明細書において使用される場合、「ガラス物品（ｇｌａｓｓ ａｒｔｉｃｌｅ）」及び「複数のガラス物品（ｇｌａｓｓ ａｒｔｉｃｌｅｓ）」は、全体又は一部がガラス製のいずれの対象を含むよう、その最も広い意味で使用される。そうでないことが明記されていない限り、全ての組成はモルパーセント（モル％）で表される。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、１０^‐７／℃で表され、またそうでないことが明記されていない限り、約２０℃〜約３００℃の温度に亘って測定された値を表す。

本明細書において使用される場合、用語「液相温度（ｌｉｑｕｉｄｕｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」又は「Ｔ^Ｌ」は、溶融ガラスが融点から冷却される際に結晶が最初に現れる温度、又は温度を室温から上昇させる際に最後の結晶が溶融する温度を指す。本明細書において使用される場合、用語「１６５ｋＰ温度（１６５ｋＰ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」又は「Ｔ^{１６５ｋＰ}」は、ガラス又はガラス溶融物が１６００００ポアズ（Ｐ）即ち１６０キロポアズ（ｋＰ）（１６ｋＰａ・ｓ）の粘度を有する温度を指す。本明細書において使用される場合、用語「３５ｋＰ温度（３５ｋＰ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」又は「Ｔ^３５ｋＰ」は、ガラス又はガラス溶融物が３５０００ポアズ（Ｐ）即ち３５キロポアズ（ｋＰ）（３．５ｋＰａ・ｓ）の粘度を有する温度を指す。

用語「略、実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」及び「約（ａｂｏｕｔ）」は本明細書において、いずれの量的比較、値、測定値又は他の表現に属し得る、不確定性の固有の度合いを表すために利用できることに留意されたい。これらの用語はまた、本明細書において、ある量的表現が、問題とされている主題の基本的な機能に変化をもたらすことなく、明記された基準値から変動し得る度合いを表すためにも利用される。従って「例えばＭｇＯを実質的に含まない」ガラスは、ＭｇＯがガラス中に積極的には添加又はバッチ化されないものの、汚染物質としてごく少量だけ存在し得るガラスである。

本明細書に記載されるビッカース割れ開始閾値は、押込み荷重を０．２ｍｍ／分の速度でガラス表面に印加した後除去することによって決定される。最大押込み荷重を１０秒間保持する。上記押込み閾値は、１０個の窪みのうちの５０％が、圧子痕跡の角から発生するいずれの数の放射状／中央割れを呈するような押込み荷重において定義される。最大負荷は、所定のガラス組成に関して上記閾値が満たされるまで増大する。全ての押込みの測定は、相対湿度５０％において室温で実施される。

圧縮応力及び層深さは、当該技術分野で公知の手段を用いて測定される。このような手段は、Ｌｕｃｅｏ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．（日本、東京）が製造しているＦＳＭ‐６０００等の市販の機器を用いた表面応力の測定（ＦＳＭ）を含むがこれに限定されず、圧縮応力及び層深さを測定する方法は、「化学強化フラットガラスに関する標準仕様」というタイトルのＡＳＴＭ１４２２Ｃ‐９９、及びＡＳＴＭ１２７９．１９７７９「アニーリング、熱強化及び完全強化されたガラスにおける縁部及び表面応力の非破壊光弾性測定のための標準的試験方法」に記載されており、これらの内容はその全体が参照によって本出願に援用される。表面応力測定は、応力光係数（ＳＯＣ）の正確な測定によるものであり、これはガラスの複屈折に関連する。ＳＯＣは、繊維法及び４点屈曲法（上記２つの方法は両方とも、「ガラス応力光係数の測定のための標準的試験方法」というタイトルのＡＳＴＭ規格Ｃ７７０‐９８（２００８年）に記載されており、その内容はその全体が参照によって本出願に援用される）並びにバルクシリンダ法といった、当該技術分野で公知の方法によって測定される。

図面全体及び特に図１を参照すると、これらの図は特定の実施形態を説明する目的のものであり、本開示又は本開示に添付の請求項を制限することを意図したものではないことが理解されるだろう。これらの図面は必ずしも正確な縮尺ではなく、明瞭さ及び簡潔さのために、図面の特定の特徴及び特定の視野を、縮尺に関して誇張して、又は概略的に示す場合がある。

本明細書では、大判カバーガラスとして使用できる、高い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するイオン交換性ガラスについて説明する。このガラス（本明細書では「高ＣＴＥガラス」とも呼ばれる）はまた、同様のガラスより高い速度でイオン交換できる。このガラスはイオン交換されると、ビッカース押込みによって測定される、割れに対する高い耐性を示す。

本明細書において説明される高ＣＴＥガラスは、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５及びＫ_２Ｏを含む。いくつかの実施形態では、ガラスは：約５７モル％〜約７５モル％のＳｉＯ_２（即ち５７モル％≦ＳｉＯ_２≦７５モル％）；約６モル％〜約１７モル％のＡｌ_２Ｏ_３（即ち６モル％≦Ａｌ_２Ｏ_３≦１７モル％）；約２モル％〜約７モル％のＰ_２Ｏ_５（即ち２モル％≦Ｐ_２Ｏ_５≦７モル％）；約１４モル％〜約１７モル％のＮａ_２Ｏ（即ち１４モル％≦Ｎａ_２Ｏ≦１７モル％）；及び約１モル％超〜約５モル％のＫ_２Ｏ（即ち１モル％＜Ｋ_２Ｏ≦５モル％）から本質的になるか、又はこれらを含む。いくつかの実施形態では、ガラスは：約５７モル％〜約５９モル％のＳｉＯ_２（即ち５７モル％≦ＳｉＯ_２≦５９モル％）；約１４モル％〜約１７モル％のＡｌ_２Ｏ_３（即ち１４モル％≦Ａｌ_２Ｏ_３≦１７モル％）；約６モル％〜約７モル％のＰ_２Ｏ_５（即ち６モル％≦Ｐ_２Ｏ_５≦７モル％）；約１６モル％〜約１７モル％のＮａ_２Ｏ（即ち１６モル％≦Ｎａ_２Ｏ≦１７モル％）；及び約１モル％超〜約５モル％のＫ_２Ｏ（即ち１モル％＜Ｋ_２Ｏ≦５モル％）から本質的になるか、又はこれらを含む。特定の実施形態では、ガラスは更に、最高約２モル％のＭｇＯ（即ち０モル％≦ＭｇＯ≦２モル％）及び／又は最高約１モル％のＣａＯ（即ち０モル％≦ＣａＯ≦１モル％）を含む。いくつかの実施形態では、ガラスはＭｇＯを実質的に含まない。いくつかの実施形態では、ガラスはＢ_２Ｏ_３を実質的に含まない。これらのガラスの非限定的な例の組成、歪み点、アニール点及び軟化点を表１に列挙する。

シリカ（ＳｉＯ_２）は、本明細書において説明されるガラスの一次ネットワーク形成剤である。いくつかの実施形態では、これらのガラスは約５７モル％〜約７５モル％のＳｉＯ_２を含む。シリカの量がより多い（例えば約６０モル％超）と、熱膨張係数が低下する傾向がある。従っていくつかの実施形態では、ガラスは約５７モル％〜約５９モル％のＳｉＯ_２を含む。

アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）は主にイオン交換を促進する。更にＡｌ_２Ｏ_３は、相分離を抑制する。いくつかの実施形態では、本明細書において説明されるガラスは約６モル％〜約１７モル％のＡｌ_２Ｏ_３を含む。他の実施形態では、これらのガラスは約１３モル％超のＡｌ_２Ｏ_３を含み、いくつかの実施形態では約１４モル％〜約１７モル％のＡｌ_２Ｏ_３を含む。

アルカリ金属酸化物Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの存在は、ガラスのＣＴＥを増大させる。Ｋ_２ＯがまずＣＴＥの増大において役割を果たし、それにＮａ_２Ｏが続く。しかしながら、Ｋ_２Ｏの存在は、ガラスをイオン交換した場合に圧縮応力を低下させる傾向があり、ガラス溶融物の存在時にジルコンが破壊される温度（Ｔ^{ｂｒｅａｋｄｏｗｎ}）を低下させる。いくつかの実施形態では、本明細書において説明されるガラスは約１モル％超のＫ_２Ｏを含む。いくつかの実施形態では、ガラスは約１モル％〜約５モル％のＫ_２Ｏを含む。ガラス中のＮａ_２Ｏの存在は、ガラスのイオン交換性を向上させる。いくつかの実施形態では、ガラスは約１４モル％〜約１７モル％のＮａ_２Ｏを含み、他の実施形態では、約１６モル％〜約１７モル％のＮａ_２Ｏを含む。いくつかの実施形態では、ガラスは更に他のアルカリ金属酸化物（Ｌｉ_２Ｏ、Ｒｂ_２Ｏ、Ｃｓ_２Ｏ）を含むが、これらの酸化物はイオン交換を阻害し、イオン交換されたガラスの表面圧縮応力の低下をもたらし、又は比較的高価である。いくつかの実施形態では、ガラスは約１．５モル％未満のＬｉ_２Ｏを含み、特定の実施形態ではＬｉ_２Ｏを含まないか又は実質的に含まない。

アルカリ土類酸化物ＭｇＯは、ガラスのイオン交換を促進し、イオン交換されたガラスの表面圧縮応力を増大させるが、ガラスの熱膨張係数を低下させる傾向を有する。いくつかの実施形態では、本明細書において説明されるガラスは、最高約２モル％のＭｇＯを含む。特定の実施形態では、ガラスはＭｇＯを含まないか又は実質的に含まない。ＣａＯはイオン交換を阻害する傾向を有し、ガラスのＣＴＥを低下させる。従ってガラスは、最高約１モル％のＣａＯを含み得る。

いくつかの実施形態では、これらのガラス中のアルカリ金属酸化物（Ｒ_２Ｏ）及びアルカリ土類酸化物（Ｒ’Ｏ）の総量は、約１８モル％超である（即ちＲ_２Ｏ＋Ｒ’Ｏ＞１８モル％）。

ガラス中のＰ_２Ｏ_５の存在は、例えばＫ^＋等の特定のカチオンの拡散性を上昇させることにより、ガラスのイオン交換を促進する。更にＰ_２Ｏ_５は、ガラス溶融物の存在時にジルコンが破壊される温度（Ｔ^{ｂｒｅａｋｄｏｗｎ}）を上昇させる傾向を有する。いくつかの実施形態では、本明細書において説明されるガラスは、約２モル％〜約７モル％のＰ_２Ｏ_５を含む。いくつかの実施形態では、ガラスは約５モル％超〜約７モル％のＰ_２Ｏ_５を含み、特定の実施形態では約６モル％〜約７モル％のＰ_２Ｏ_５を含む。

本明細書において説明されるガラスは、少なくとも約９０×１０^‐７℃^‐１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。他の実施形態では、ＣＴＥは少なくとも約９５×１０^‐７℃^‐１であり、更に他の実施形態では少なくとも約１００×１０^‐７℃^‐１である。特定の実施形態では、ＣＴＥは約９０×１０^‐７℃^‐１から約１００×１０^‐７℃^‐１までの範囲内であり、他の実施形態では約９０×１０^‐７℃^‐１から約１１０×１０^‐７℃^‐１までの範囲内である。他の実施形態では、ＣＴＥは約９５×１０^‐７℃^‐１から約１００×１０^‐７℃^‐１までの範囲内であり、いくつかの実施形態では最高約１０５×１０^‐７℃^‐１である。表１に列挙したガラスに関して決定されたＣＴＥを、表１及び２に列挙する。ガラス中のＭｇＯをＫ_２Ｏで置換すると、表１及び２の例６によって示されるように、ガラスのＣＴＥは上昇する傾向がある。表１及び２の例６、７及び８は、ガラス中のＫ_２Ｏの量を調整することによって、ＣＴＥを「調和させる（ｔｕｎｅ ｉｎ）」又は「適合させる（ｔａｉｌｏｒ）」ことができることを示している。例６は、これら３つのガラスのうちで最も高いＡｌ_２Ｏ_３濃度及び最も低いＫ_２Ｏ濃度を有しているため、イオン交換した場合に最高圧縮応力を有することになる。例９、１０及び１１は、Ａｌ_２Ｏ_３をＭｇＯで置換することによる、ＣＴＥへの影響を示す。一連の例１２〜１４のガラスは、ＭｇＯ及び比較的少量のＫ_２Ｏを含有する「基材（ｂａｓｅ）」ガラス組成物（例１２）から、Ｋ_２Ｏを含有しＭｇＯを実質的に含まないガラス（例１４）への遷移による、ＣＴＥへの影響を示す。一連の例１５〜２０のガラスは、Ｋ_２Ｏを含有しＭｇＯを実質的に含まない基材ガラス（例１５）から、ＭｇＯ及び比較的少量のＫ_２Ｏを含有するガラス（例２０）への遷移による、ＣＴＥへの影響を示す。

本明細書において説明されるガラスは、フュージョン形成可能であり、即ちこれらのガラスは、フュージョンドロー法による又は当該技術分野で公知の他のダウンドロー法によるガラスの形成を可能とする液相温度Ｔ^Ｌを有する。フュージョン形成可能とするために、ガラスの液相温度は、ガラスの１６０ｋＰ温度未満とするべきである（即ちＴ^Ｌ＜Ｔ^{１６０ｋＰ}）。

フュージョンドロープロセスに使用されるアイソパイプ等のハードウェアは、ジルコン製であることが多い。アイソパイプ中のジルコンが破壊されてジルコニア及びシリカが形成される温度（本明細書では「破壊温度」又は「Ｔ^{ｂｒｅａｋｄｏｗｎ}」とも呼ばれる）が、アイソパイプに関して見られるいずれの温度よりも低い場合、ジルコンは破壊されてシリカ及びジルコニアが形成され、その結果、フュージョンプロセスによって形成されたガラスは、ジルコニア含有物（「フュージョンラインジルコニア」とも呼ばれる）を含有することになる。従って、ジルコンが分解されてジルコニアが生成されるには低過ぎる、従ってガラス中にジルコニアによる欠陥が形成されるのが防止されるガラス温度を形成することが望ましい。あるいは、アイソパイプをアルミナ等の他の耐火性材料製とすることによって、フュージョンドロープロセスの因子としてのジルコンの破壊を排除することもできる。

フュージョンは本質的に等粘度プロセスであるため、ガラスにおいて観察される最高温度は、ガラスの特定の粘度に対応する。当該技術分野で公知の標準的なフュージョンドロー操作において、この粘度は約３５ｋＰ（３．５ｋＰａ・ｓ）であり、この粘度が得られる温度を３５ｋＰ温度、即ちＴ^３５ｋＰと呼ぶ。

いくつかの実施形態では、本明細書において説明される高ＣＴＥガラスは、ジルコンに適合しており、またＴ^{ｂｒｅａｋｄｏｗｎ}＞Ｔ^３５ｋＰである。例えば試料６の組成（表１）は、これらのガラスに関するＣＴＥ要件を満たしているが、表２に示すように３５ｋＰ温度がジルコン破壊温度を超えるため、ジルコン適合性ではない。ガラスをジルコン適合性とするために、試料６の組成を修正して、試料３０の組成に示すように約１モル％のＡｌ_２Ｏ_３をＭｇＯに置き換えてよい。ガラスをジルコン適合性とするために、試料６の組成を修正して、表１の試料３０の組成に示すように、ガラス中に存在するＡｌ_２Ｏ_３を約１モル％のＭｇＯに置換した。ジルコン破壊モデルによると、ジルコン破壊温度Ｔ^{ｂｒｅａｋｄｏｗｎ}は、Ａｌ_２Ｏ_３をＭｇＯに置換した結果として、変化しないか又は僅かに上昇する。表１及び２に示すように、このような組成の僅かな変更により、ガラスの３５ｋＰ温度Ｔ^３５ｋＰは１２４４℃から１２１１℃に低下する。ジルコン破壊温度が１２１５℃のまま変化していないとすると、このガラスはジルコン適合性であると考えられる。ＭｇＯ及びＡｌ_２Ｏ_３の置換はＣＴＥを実質的に変化させず、又はイオン交換した場合のガラスの圧縮応力（ＣＳ）、層深さ（ＤＯＬ）及びヌープ押込み閾値を実質的に変化させない。例えばガラス試料２８は試料３０の組成に極めて近く、従って、Ａｌ_２Ｏ_３をＭｇＯで置換した場合にガラスのＣＴＥ、ＣＳ、ＤＯＬの値及び押込み閾値（表３ａ及び３ｂ）が維持されることを示す。表１に列挙した試料から選択された試料に関する、密度、Ｔ^Ｌ、Ｔ^{１６０ｋＰ}、Ｔ^３５ｋＰ及びＴ^{ｂｒｅａｋｄｏｗｎ}を表２に列挙する。

いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるガラスは、当該技術分野で公知の手段を用いてイオン交換される。ある非限定的な例では、ガラスを、ガラス中に存在するＮａ^＋カチオンより大きい、例えばＫ^＋等のアルカリ金属カチオンを含有する、溶融塩浴に浸漬する。ガラスのイオン交換のために、溶融塩浴中での浸漬以外の手段を用いてもよい。このような手段は、ガラスの少なくとも１つの表面に、ガラス中に導入されることになるカチオンを含有するペースト又はゲルを塗布することを含むが、これに限定されない。

イオン交換されたガラスは、図１に概略図で示すように、圧縮応力（ＣＳ）下にある少なくとも１つの表面層を有する。ガラス１００は、厚さｔ、第１の表面１１０及び第２の表面１１２を有する。いくつかの実施形態では、ガラス１００は最高約２ｍｍ、他の実施形態では最高約１ｍｍ、他の実施形態では最高約０．７ｍｍ、更に他の実施形態では最高約０．５ｍｍの厚さｔを有する。ガラス１００は、第１の表面１２０からガラス物品１００の塊中に層深さｄ_１まで延在する圧縮応力下の第１の層１２０（「圧縮層」）を有する。図１に示す実施形態では、ガラス１００はまた、第２の表面１１２から第２の層深さｄ_２まで延在する圧縮応力下の第２の層１２２を有する。ガラス１００はまた、ｄ_１からｄ_２まで延在する中央領域１３０も有する。中央領域１３０は、引張応力又は中央張力下にあり、これは層１２０及び１２２の圧縮応力と平衡するか又は反作用する。第１及び第２の圧縮応力１２０、１２２の層深さｄ_１、ｄ_２は、ガラス１００の第１及び第２の表面１１０、１１２への急峻な衝撃によって導入される傷の伝播からガラス１００を保護し、その一方で、第１及び第２の圧縮層１２０、１２２内の圧縮応力の大きさは、第１及び第２の圧縮層１２０、１２２の深さｄ_１、ｄ_２を通して傷が突き進む可能性を最小化する。

いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるイオン交換されたガラスは、ガラスの表面から少なくとも３０μｍの層深さまで延在する圧縮層を有し、特定の実施形態では、上記層深さは約３０μｍ〜約５０μｍである。いくつかの実施形態では、少なくとも約３０μｍの層深さまでイオン交換した場合に、ガラスの１つ又は複数の圧縮層は、少なくとも約７００ＭＰａ、他の実施形態では少なくとも約８００ＭＰａの圧縮応力下である。表３ａ及び３ｂは、表１に列挙したガラス組成に関する、３９０℃及び３７０℃それぞれにおける溶融ＫＮＯ_３塩浴中でのイオン交換後の、圧縮応力ＣＳ、層深さＤＯＬ及びビッカース押込み閾値を列挙する。表２において別の値が提供されていない限り、表３ａに列挙したイオン交換されたガラスの応力光係数（ＳＯＣ）は３０．１である。

本明細書において説明される高ＣＴＥガラスはまた、高速イオン交換される。比較的低いＣＳ、比較的高い拡散率及び比較的高い押込み閾値は、これら高ＣＴＥガラスに関して、より開放されたネットワークを示唆する。例えばこのガラスは、約３７０℃〜約３９０℃の温度において、溶融ＫＮＯ_３を含むイオン交換浴中で、２時間未満で３０μｍ超の層深さまでイオン交換できる。特定の例では、試料６（表１）は、３９０℃の溶融ＫＮＯ_３に１時間浸漬した場合（表３ａ）、８２０ＭＰａの圧縮応力及び５０μｍの層深さまでイオン交換される。

本明細書において説明されるイオン交換されたガラスは、少なくとも約１５重量キログラム（ｋｇｆ）（約１４７．１Ｎ）、他の実施形態では少なくとも２０ｋｇｆ（約１９６．１Ｎ）、及び更に他の実施形態では少なくとも約３０ｋｇｆ（約２９４．２Ｎ）のビッカース割れ開始閾値を有する。いくつかの実施形態では、イオン交換されたガラスのビッカース割れ開始閾値は少なくとも３０ｋｇｆ（約２９４．２Ｎ）であり、他の実施形態では少なくとも４０ｋｇｆ（約３９２．３Ｎ）であり、更に他の実施形態では、ビッカース割れ開始閾値は少なくとも５０ｋｇｆ（約４９０．３Ｎ）である。特定の実施形態では、ビッカース割れ開始閾値は約３０ｋｇｆ（約２９４．２Ｎ）〜約５０ｋｇｆ（約４９０．３Ｎ）である。表１のガラス組成に関するビッカース押込みデータを、表３ａ及び３ｂに列挙する。

別の態様では、ガラスをイオン交換する方法も提供される。本方法のステップは、図２に概略的に示されている。方法２００は、上述のようにＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５及びＫ_２Ｏを含み、かつ少なくとも約９５×１０^‐７℃^‐１の熱膨張係数を有するガラスを提供する、第１のステップ２１０を含む。ステップ２２０では、ＫＮＯ_３を含むか又はＫＮＯ_３から本質的になるイオン交換浴を提供する。このイオン交換浴は、例えばＮａＮＯ_３等の他の塩を含有してよく、又はＫＮＯ_３のみを含むか若しくはＫＮＯ_３のみから本質的になってよい。このイオン交換浴は、プロセス全体を通して約３７０℃〜３９０℃の温度に維持される。続いてガラスは、最高約２時間の期間に亘って上記イオン交換浴中でイオン交換され（ステップ２３０）、上記期間の後、イオン交換されたガラスは、圧縮応力下の層を有し、上記層はガラスの表面から少なくとも約３０μｍの層深さまで延在し、いくつかの実施形態では、層深さは約３０μｍ〜約５０μｍである。ガラスの１つ又は複数の層は、いくつかの実施形態では少なくとも７００ＭＰａ、他の実施形態では少なくとも約８００ＭＰａの圧縮応力下である。

いくつかの実施形態では、イオン交換されたガラスは、少なくとも約３０ｋｇｆ（約２９４．２Ｎ）のビッカース割れ開始閾値を有し、特定の実施形態では、ビッカース割れ開始閾値は約３０ｋｇｆ（約２９４．２Ｎ）〜約５０ｋｇｆ（約４９０．３Ｎ）である。

例示を目的として典型的な実施形態を明らかにしたが、以上の説明を、本開示又は添付の請求項の範囲に対する限定であると考えてはならない。従って、本開示及び添付の請求項の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正例、適合例及び代替例が当業者に想起され得る。

１００ ガラス
１１０ 第１の表面
１１２ 第２の表面
１２０ 第１の層、第１の圧縮層
１２２ 第２の層、第２の圧縮層
１３０ 中央領域
ｄ_１ 第１の層１２０の層深さ
ｄ_２ 第２の層１２２の層深さ

Claims (9)

1. ５７モル％〜７５モル％のＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、５モル％超〜７モル％のＰ_２Ｏ_５及び１モル％超〜５モル％のＫ_２Ｏを含み、Ｂ_２Ｏ_３を実質的に含まず、Ｒ _２ Ｏ＋Ｒ’Ｏが１８モル％より大きく、ここで、Ｒ _２ Ｏは少なくとも１つのアルカリ金属酸化物であり、Ｒ’Ｏは少なくとも１つのアルカリ土類酸化物である、少なくとも９０×１０^‐７℃^‐１の熱膨張係数を有するガラス。
2. ５７モル％〜７５モル％のＳｉＯ_２；
   ６モル％〜１７モル％のＡｌ_２Ｏ_３；
   ５モル％超〜７モル％のＰ_２Ｏ_５；
   １４モル％〜１７モル％のＮａ_２Ｏ；及び
   １モル％超〜５モル％のＫ_２Ｏ
   を含む、請求項１記載のガラス。
3. 最高２モル％のＭｇＯを更に含む、請求項２記載のガラス。
4. ＭｇＯを実質的に含まない、請求項１〜３いずれか１項記載のガラス。
5. イオン交換されており、そのイオン交換されたガラスは、該ガラスの表面から少なくとも３０μｍの層深さまで延在する、少なくとも８００ＭＰａの圧縮応力を有する圧縮層を有すると共に、少なくとも１５ｋｇｆ（１４７．１Ｎ）のビッカース割れ開始閾値を有する、請求項１〜４いずれか１項記載のガラス。
6. ガラスをイオン交換する方法であって、
   ａ．５７モル％〜７５モル％のＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、５モル％超〜７モル％のＰ_２Ｏ_５及び１％超〜５モル％のＫ_２Ｏを含み、Ｂ_２Ｏ_３を実質的に含まず、Ｒ _２ Ｏ＋Ｒ’Ｏが１８モル％より大きく、ここで、Ｒ _２ Ｏは少なくとも１つのアルカリ金属酸化物であり、Ｒ’Ｏは少なくとも１つのアルカリ土類酸化物である、少なくとも９０×１０^‐７℃^‐１の熱膨張係数を有するガラスを提供するステップ；
   ｂ．ＫＮＯ_３を含み、３７０℃〜３９０℃の温度にあるイオン交換浴を提供するステップ；並びに
   ｃ．前記イオン交換浴中で、前記ガラスを最高２時間イオン交換して、前記ガラスの表面から少なくとも３０μｍの層深さまで延在する、少なくとも８００ＭＰａの圧縮応力を有する圧縮層を有しかつ少なくとも１５ｋｇｆ（１４７．１Ｎ）のビッカース割れ開始閾値を有するイオン交換されたガラスを得るステップ、
   を有してなる方法。
7. 前記層深さが３０μｍ〜５０μｍである、請求項６記載の方法。
8. 少なくとも９５×１０ ^‐７ ℃ ^‐１ の熱膨張係数を有する、請求項１から５いずれか１項記載のガラス。
9. 前記ガラスが少なくとも９５×１０ ^‐７ ℃ ^‐１ の熱膨張係数を有するものである、請求項６または７記載の方法。

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