JP6809229B2 - 化学強化ガラス及び化学強化ガラスの製造方法 - Google Patents
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- C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
- C03C3/091—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2204/00—Glasses, glazes or enamels with special properties
- C03C2204/08—Glass having a rough surface
-
- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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Description
<1>
表層にイオン交換法により形成された圧縮応力層を有する化学強化ガラスであって、
ナトリウム及びホウ素を含み、
下記方法により測定するデルタ透過率が+0.1%以上であり、
ガラスの最表面から深さXの領域における水素濃度Yを線形近似した直線が、X=0.1〜0.4(μm)において下記関係式(I)を満たす、化学強化ガラス。
Y=aX+b (I)
〔式(I)における各記号の意味は下記の通りである。
Y:水素濃度(H2O換算、mol/L)
X:ガラス最表面からの深さ(μm)
a:−0.390〜−0.010
b:0.060〜0.250〕
デルタ透過率の測定方法:
化学強化ガラスを2つに切断し、ガラスAおよびガラスBを準備する。ガラスAの波長400nmにおける透過率を、島津製作所社製紫外可視分光光度計(SolidSpec−3700)を用いて測定する。ガラスBは、HFおよびHClの混合液でガラス片面における除去量が0.05〜0.10mmとなるようにエッチング処理を行う。エッチング処理を行ったガラスBに対し化学強化処理を行う。化学強化処理は、硝酸カリウム100重量%の無機塩を450℃に加熱した溶融塩に、ガラスBを2時間接触させる。化学強化処理後のガラスBの波長400nmにおける透過率を、ガラスAと同様の方法で測定する。デルタ透過率は、ガラスAの透過率からガラスBの透過率を減じることで求められる。
<2>
前記ガラスがボロシリケートガラス又はアルミノボロシリケートガラスである、上記<1>に記載の化学強化ガラス。
<3>
前記ガラス表裏の主面間を接続する端面の算術平均粗さRaが300nm以下である、上記<1>または<2>に記載の化学強化ガラス。
<4>
硝酸カリウムを含む無機塩に、ナトリウム及びホウ素を含むガラスを接触させることによって、ガラス中のNaと前記無機塩中のKとをイオン交換する工程を含む化学強化ガラスの製造方法であって、
前記無機塩はK2CO3、Na2CO3、KHCO3、NaHCO3、K3PO4、Na3PO4、K2SO4、Na2SO4、KOH及びNaOHからなる群より選ばれる少なくとも一種の塩を含み、かつ
前記イオン交換の後にガラスを洗浄する工程、及び
前記洗浄の後にガラスを酸処理する工程を含む、化学強化ガラスの製造方法。
<5>
前記イオン交換する工程の前に、ガラス表裏の主面間を接続する端面を算術平均粗さRaが300nm以下となるように鏡面研磨する工程を含む、上記<4>に記載の化学強化ガラスの製造方法。
また、本発明の一態様に係る化学強化ガラスの製造方法によれば、一枚のガラスを原料とし、その表面に圧縮応力層及び圧縮応力層の極表層に低密度層を形成することで、高い面強度及び低反射性の化学強化ガラスが得られることから、大面積のガラスやガラスの両面へ低反射処理を施すことができ、非常に有用である。
ここで、本明細書において“質量%”と“重量%”、“質量ppm”と“重量ppm”とは、それぞれ同義である。また、単に“ppm”と記載した場合は、“重量ppm”のことを示す。
本実施の形態に係る化学強化ガラスは、ガラス表面に、イオン交換された圧縮応力層を有する。
本明細書において圧縮応力層とは、原料であるガラスを硝酸カリウム等の無機塩と接触させることによって、ガラス表面の金属イオン(Naイオン)と無機塩中のイオン半径の大きいイオン(Kイオン)とがイオン交換されることで形成される高密度層のことである。ガラス表面が高密度化することで圧縮応力が発生し、ガラスを強化することができる。
本実施の形態で使用されるガラスはホウ素及びナトリウムを含んでいればよく、成形、化学強化処理による強化が可能な組成を有するものである限り、種々の組成のものを使用することができる。具体的には、例えば、ボロシリケートガラス、アルミノボロシリケートガラス等が挙げられる。
ホウ素を含むガラスであることで、面強度と透過率のバランスに優れた化学強化ガラスを得ることができる。また、ホウ素を含むガラスは、低脆性と高硬度の両方の特徴を有し、高強度が求められる化学強化ガラスに適している。さらに、ホウ素を多く含むガラスは耐酸性が低く、酸等の薬品による処理が容易である。
酸化物基準のモル%で表示した組成で、SiO2を56〜72%、Al2O3を8〜20%、B2O3を3〜20%、Na2Oを8〜25%、K2Oを0〜5%、MgOを0〜15%、CaOを0〜15%、SrO2を0〜15%、BaOを0〜15%およびZrO2を0〜8%を含むガラス
本実施の形態の化学強化ガラスはさらに、デルタ透過率が+0.1%以上であり、好ましくは+0.2%以上である。本実施の形態においてデルタ透過率は下記方法により算出される。デルタ透過率がプラスとなることより、本実施の形態の化学強化ガラスは透過率が高いガラスであると言える。
〔デルタ透過率の算出方法〕
化学強化ガラスを2つに切断し、ガラスAおよびガラスBを準備する。ガラスAの波長400nmにおける透過率を、島津製作所社製紫外可視分光光度計(SolidSpec−3700)を用いて測定する。ガラスBは、HFおよびHClの混合液でガラス片面における除去量が0.05〜0.10mmとなるようにエッチング処理を行う。エッチング処理を行ったガラスBに対し化学強化処理を行う。化学強化処理は、硝酸カリウム100重量%の無機塩を450℃に加熱した溶融塩に、ガラスBを2時間接触させる。化学強化処理後のガラスBの波長400nmにおける透過率を、ガラスAと同様の方法で測定する。デルタ透過率は、ガラスAの透過率からガラスBの透過率を減じることで求められる。
本実施の形態の化学強化ガラスは、ガラス表層における水素濃度プロファイルが特定の範囲にある。具体的には、ガラスの最表面からの深さXの領域における水素濃度Yを線形近似した直線が、X=0.1〜0.4(μm)において下記関係式(I)を満たす。
Y=aX+b (I)
〔式(I)における各記号の意味は下記の通りである。
Y:水素濃度(H2O換算、mol/L)
X:ガラスの最表面からの深さ(μm)
a:−0.390〜−0.010
b:0.060〜0.250〕
ガラス中の水素濃度が高いと、ガラスのSi−O−Siの結合ネットワークの中に水素がSi−OHの形で入り、Si−O−Siの結合が切れる。ガラス中の水素濃度が高いとSi−O−Siの結合が切れる部分が多くなり、化学的欠陥が生成され易くなり、強度が低下すると考えられる。
式(I)において、bは最表面(X=0μm)における水素濃度に相当する。bの範囲は0.060〜0.250であり、好ましくは0.080〜0.220であり、より好ましくは0.100〜0.190である。
図4および図5に示す通り、化学強化工程を経たガラスについては、水素の侵入深さに顕著な違いが認められなかった。水素の侵入深さは化学強化工程条件に依存して変化する可能性が高いが、仮に変化しないとすれば、最表面の水素濃度に相当するbと水素濃度の低下具合を規定する傾きに相当するaには負の相関が現れる。従って、aは上記に示す程度の高い範囲が好ましい。
ここで、ガラスの水素濃度プロファイル(H2O濃度、mol/L)とは以下の分析条件下で測定したプロファイルである。
ガラス基板の水素濃度プロファイルの測定には二次イオン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometory:SIMS)を用いた。SIMSにて定量的な水素濃度プロファイルを得る場合には、水素濃度既知の標準試料が必要である。標準試料の作製方法および水素濃度定量方法を以下に記す。
1)測定対象のガラス基板の一部を切り出す。
2)切り出したガラス基板の表面から50μm以上の領域を研磨あるいはケミカルエッチングによって除去する。除去処理は両面とも行う。すなわち、両面での除去厚みは100μm以上となる。この除去処理済みガラス基板を標準試料とする。
3)標準試料について赤外分光法(Infrared spectroscopy:IR)を実施し、IRスペクトルの3550cm−1付近のピークトップの吸光度高さA3550および4000cm−1の吸光度高さA4000(ベースライン)を求める。
4)標準試料の板厚d(cm)をマイクロメーターなどの板厚測定器を用いて測定する。
5)文献Aを参考に、ガラスのH2Oの赤外実用吸光係数εpract(L/(mol・cm))を75とし、式IIを用いて標準試料の水素濃度(H2O換算、mol/L)を求める。
標準試料の水素濃度 = (A3550−A4000)/(εpract・d)・・・式II
文献A)S.Ilievski et al.,Glastech.Ber.Glass Sci.Technol.,73(2000)39.
装置:アルバック・ファイ社製 ADEPT1010
一次イオン種:Cs+
一次イオンの加速電圧:5kV一次イオンの電流値:50nA
一次イオンの入射角:試料面の法線に対して60°
一次イオンのラスターサイズ:300×300μm2
二次イオンの極性:マイナス
二次イオンの検出領域:60×60μm2(一次イオンのラスターサイズの4%)
中和銃の使用:有
横軸をスパッタ時間から深さへ変換する方法:分析クレータの深さを触針式表面形状測定器(Veeco社製Dektak150)によって測定し、一次イオンのスパッタレートを求める。このスパッタレートを用いて、横軸をスパッタ時間から深さへ変換する。1H−検出時のField Axis Potential:装置ごとに最適値が変化する可能性がある。バックグラウンドが十分にカットされるように測定者が注意しながら値を設定する。
装置:Thermo Fisher Scientific社製Nic−plan/Nicolet 6700
分解能:4cm−1
積算:16
検出器:TGS検出器
また、a及びbを制御する手段としては、例えば、化学強化工程における融剤濃度、ナトリウム濃度、温度、時間等を変更することが挙げられる。
本実施の形態の化学強化ガラスの強度(面強度)は、ボールオンリング(Ball on Ring;BOR)試験により評価することができる。
本実施の形態の化学強化ガラスは、ガラス板を直径30mm、接触部が曲率半径2.5mmの丸みを持つステンレスからなるリング上に配置し、該ガラス板に直径10mmの鋼からなる球体を接触させた状態で、該球体を静的荷重条件下で該リングの中心に荷重するBOR試験により測定したBOR面強度F(N)で評価する。
本実施の形態の化学強化ガラスは、F≧1500×t2を満たすことが好ましく、F≧2000×t2であることがより好ましい[式中、FはBOR試験により測定したBOR面強度(N)であり、tはガラス基板の板厚(mm)である。]。BOR面強度F(N)がかかる範囲であることにより、薄板化した場合にも優れた面強度を示す。
加圧治具2の下降速度:1.0(mm/min)
この時、ガラスが破壊された際の、破壊荷重(単位N)をBOR面強度とし、20回の測定の平均値をBOR平均面強度とする。ただし、ガラス板の破壊起点がボール押しつけ位置より2mm以上離れている場合は、平均値算出のためのデータより除外する。
本実施の形態に係る化学強化ガラスは、好ましくはガラス端面の算術平均粗さRaが300nm以下であり、より好ましくは50nm以下、さらに好ましくは20nm以下である。端面の算術平均粗さRaをかかる範囲とすることで、曲げ強度が特に高いガラスとすることができる。
なお、端面の算術平均粗さはJIS B0601(2001年)に基づいて測定することができる。測定装置としては、例えば、Mitsutoyo社製Surfest SV−600を使用することができる。測定サンプルを所定の位置にセット後、上記JIS B0601で定められた基準長さ、区間数、ピッチを設定し測定を実施する。測定スキャン速度は0.5mm/secとする。
本実施の形態における曲げ強度は、JIS R1601(2008年)に定める試験方法で測定される4点曲げ強度を指標とする。本実施の形態に係る化学強化ガラスは、かかる方法で測定される曲げ強度が300MPa以上、好ましくは500MPa以上、より好ましくは1000MPa以上である。
AFM表面観察によって測定される測定範囲10μm×5μmにおける主面の表面粗さが、好ましくは0.21nm〜1.0nmである。なお、従来の化学強化ガラス板の表面粗さは0.15nm〜0.2nmである。
ガラスの製造方法は特に限定されず、所望のガラス原料を連続溶融炉に投入し、ガラス原料を好ましくは1500〜1600℃で加熱溶融し、清澄した後、成形装置に供給した上で溶融ガラスを板状に成形し、徐冷することにより製造することができる。
以下、ガラスを溶融塩に浸漬させる方法により化学強化を行う態様を例に、本発明のある実施形態の製造方法を説明する。
溶融塩は下記に示す工程により製造することができる。
工程1a:硝酸カリウム溶融塩の調製
工程2a:硝酸カリウム溶融塩への融剤の添加
工程1aでは、硝酸カリウムを容器に投入し、融点以上の温度に加熱して溶融することで、溶融塩を調製する。溶融は硝酸カリウムの融点(330℃)と沸点(500℃)の範囲内の温度で行う。特に溶融温度を350〜470℃とすることが、ガラスに付与できる表面圧縮応力(CS)と圧縮応力層深さ(DOL)のバランスおよび強化時間の点からより好ましい。
工程2aでは、工程1aで調製した硝酸カリウム溶融塩中に、先述した融剤を添加し、温度を一定範囲に保ちながら、攪拌翼などにより、全体が均一になるように混合する。複数の融剤を併用する場合、添加順序は限定されず、同時に添加してもよい。
温度は硝酸カリウムの融点以上、すなわち330℃以上が好ましく、350〜500℃がより好ましい。また、攪拌時間は1分〜10時間が好ましく、10分〜2時間がより好ましい。
上記の溶融塩の製造1では、硝酸カリウムの溶融塩の調製後に融剤を加える方法を例示したが、溶融塩はまた、下記に示す工程により製造することができる。
工程1b:硝酸カリウムと融剤の混合
工程2b:硝酸カリウムと融剤との混合塩の溶融
工程1bでは、硝酸カリウムと融剤とを容器に投入して、攪拌翼などにより混合する。複数の融剤を併用する場合、添加順序は限定されず、同時に添加してもよい。容器は上記工程1aで用いるものと同様のものを用いることができる。
工程2bでは、工程1bにより得られる混合塩を加熱して溶融する。溶融は硝酸カリウムの融点(330℃)と沸点(500℃)の範囲内の温度で行う。特に溶融温度を350〜470℃とすることが、ガラスに付与できる表面圧縮応力(CS)と圧縮応力層深さ(DOL)のバランスおよび強化時間の点からより好ましい。攪拌時間は1分〜10時間が好ましく、10分〜2時間がより好ましい。
なお、化学強化処理を1回以上行なった溶融塩にはガラスから溶出したナトリウムが含まれている。したがって、Na濃度が既に上記範囲内であれば、ガラス由来のナトリウムをそのままNa源として用いてもよいし、Na濃度が満たない場合や、化学強化未使用の溶融塩を用いる場合には、硝酸ナトリウム等の無機ナトリウム塩を添加することにより調整することができる。
以上、上記工程1a及び工程2a又は工程1b及び工程2bにより、溶融塩を調製することができる。
次に、調製した溶融塩を用いて化学強化処理を行う。化学強化処理は、ガラスを溶融塩に浸漬し、ガラス中の金属イオン(Naイオン)を、溶融塩中のイオン半径の大きな金属イオン(Kイオン)と置換することで行われる。このイオン交換によってガラス表面の組成を変化させ、ガラス表面が高密度化した圧縮応力層20を形成することができる[図1(a)〜図1(b)]。このガラス表面の高密度化によって圧縮応力が発生することから、ガラスを強化することができる。
工程3:ガラスの化学強化処理
工程3では、ガラスを予熱し、上記工程1a及び工程2a又は工程1b及び工程2bで調製した溶融塩を、化学強化を行う温度に調整する。次いで予熱したガラスを溶融塩中に所定の時間浸漬したのち、ガラスを溶融塩中から引き上げ、放冷する。なお、ガラスには、化学強化処理の前に、用途に応じた形状加工、例えば、切断、端面加工および穴あけ加工などの機械的加工を行うことが好ましい。
工程4:ガラスの洗浄
工程5:工程4を経た後のガラスの酸処理
上記工程5まで経た時点で、ガラス表面には圧縮応力層の極表層が変質した、具体的には低密度化された、低密度層10をさらに有することとなる[図1(b)〜図1(c)]。低密度層とは、圧縮応力層の最表面からNaやKが抜け(リーチングし)、代わりにHが入り込む(置換する)ことによって形成される。
この低密度層が存在することで本実施の形態の化学強化ガラスの透過率が高いことに寄与するものと考えられる。
以下、工程4及び工程5について詳述する。
工程4では工水、イオン交換水等を用いてガラスの洗浄を行う。中でもイオン交換水が好ましい。洗浄の条件は用いる洗浄液によっても異なるが、イオン交換水を用いる場合には0〜100℃で洗浄することが付着した塩を完全に除去させる点から好ましい。
工程5では、工程4で洗浄したガラスに対して、さらに酸処理を行う。
ガラスの酸処理とは、酸性の溶液中に、化学強化ガラスを浸漬させることによって行い、これにより化学強化ガラス表面のNa及び/又はKをHに置換することができる。
溶液は酸性であれば特に制限されずpH7未満であればよく、用いられる酸が弱酸であっても強酸であってもよい。具体的には塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、シュウ酸、炭酸及びクエン酸等の酸が好ましい。これらの酸は単独で用いても、複数を組み合わせて用いてもよい。
酸処理を行う時間は、用いる酸の種類や濃度、温度によっても異なるものの、10秒〜5時間が生産性の点から好ましく、1分〜2時間がより好ましい。
酸処理を行う溶液の濃度は、用いる酸の種類や時間、温度によって異なるものの、容器腐食の懸念が少ない濃度が好ましく、具体的には0.05重量%〜20重量%が好ましい。
本実施の形態の製造方法では、ガラス表面に圧縮応力層を有するために行う化学強化処理(工程3)の前に、ガラス端面を鏡面研磨することが好ましい。これによりガラスの曲げ強度を高めることができる。ガラス端面とは、一方のガラス主面(表面)と他方のガラス主面(裏面)とを接続する面を指す。ガラス端面とは例えば、ガラス板の素板を切り出したときの切断面を指し、また、必要に応じて切断後に面取り加工を施した場合は面取り面を含む。鏡面研磨とは、研磨後の端面の算術平均粗さRaが300nm以下、好ましくは50nm以下、より好ましくは20nm以下となるような研磨工程であることが好ましい。なお、本実施の形態の製造方法では、鏡面研磨後に、イオン交換、洗浄、酸処理等の各工程を行なうが、これらの工程によって端面の算術平均粗さが影響されることは少ない。したがって、鏡面研磨後の端面の表面粗さは、全工程を経て得られる本実施の形態の化学強化ガラスの端面の表面粗さとほぼ同等となる。
次に、研磨ブラシ134を積層体120に向けて水平に移動させ、研磨ブラシ134を積層体120の外周部に押圧当接させる。この際、所定の押し込み量で当接するように、研磨ブラシ134を水平に移動させる。
本実施例における各種評価は以下に示す分析方法により行った。
(ガラスの評価:表面応力)
本実施例の化学強化ガラスの圧縮応力層の圧縮応力値および圧縮応力層の深さは、表面応力計(例えば、折原製作所製FSM−6000)等を用いて測定することができる。また、圧縮応力層の深さは、EPMA(electron probe micro analyzer)等を用いて測定したイオン交換深さによって代用することができる。実施例では、表面圧縮応力値(CS、単位はMPa)および圧縮応力層の深さ(DOL、単位はμm)は折原製作所社製表面応力計(FSM−6000)を用いて測定した。
ガラスの除去量厚みは、薬液処理前後の重量を分析用電子天秤(HR−202i;AND製)により測定し、次の式を用いて厚み換算することにより求めた。
(片面あたりの除去量厚み)=[(処理前重量)−(処理後重量)]/(ガラス比重)/処理面積/2
このとき、ガラス比重を2.48(g/cm3)として計算した。
ガラス面強度は前述の(ボールオンリング試験)にて記載の方法に従い、面強度を測定した。
前述の〔水素濃度プロファイル測定方法〕にて記載した方法に従い、水素濃度プロファイルを測定し、関係式(I)を導出した。
前述の〔デルタ透過率の算出方法〕にて記載した方法に従い、透過率を測定し、デルタ透過率を算出した。エッチング処理は、HF10重量%、HCl18.5重量%を含む25℃の水溶液にガラスを300秒間程度浸漬し、イオン交換水で洗浄することにより行った。ガラス片面における除去量は0.09mmである。
ガラス端面の表面粗さはJIS B0601(2001年)に基づいて測定した。
装置はMitsutoyo社製Surfest SV−600を使用し、測定サンプルを所定の位置にセット後、上記JIS B0601(2001年)で定められた基準長さ、区間数、ピッチを設定し測定を実施した。測定スキャン速度は0.5mm/secとした。
(化学強化工程)
SUS製のカップに硝酸カリウム5100g、炭酸カリウム270g、硝酸ナトリウム210gを加え、マントルヒーターで450℃まで加熱して炭酸カリウム6mol%、ナトリウム10000重量ppmの溶融塩を調製した。50mm×50mm×0.56mmのアルミノボロシリケートガラスXを用意し、200〜400℃に予熱した後、450℃の溶融塩に2時間浸漬し、イオン交換処理した後、室温付近まで冷却することにより化学強化処理を行った。得られた化学強化ガラスは水洗いし、次の工程に供した。
アルミノボロシリケートガラスX組成(モル%表示):SiO2 67%、B2O3 4%、Al2O3 13%、Na2O 14%、K2O <1%、MgO 2%、CaO <1%
1.5重量%の硝酸(HNO3;関東化学社製)をビーカーに用意し、ウォーターバスを用いて41℃に温度調整を行った。前記化学強化工程で得られたガラスを、調整した硝酸中に120秒間浸漬させ、酸処理を行い、その後純水で数回洗浄した後、エアブローにより乾燥した。
以上より、実施例1の化学強化ガラスを得た。
1.5重量%の硝酸の代わりに、0.5重量%の硝酸を使用した点以外は実施例1と同様に化学強化ガラスを製造した。
1.5重量%の硝酸の代わりに、3.6重量%の塩酸(HCl;関東化学社製)を使用した点以外は実施例1と同様に化学強化ガラスを製造した。
化学強化工程において溶融塩中のナトリウム量が表1に示す値であり、炭酸カリウム添加量を0gとし、酸処理工程を実施していないこと以外は実施例1と同様に化学強化ガラスを製造した。
化学強化工程の後、下記条件のフッ酸エッチング処理を行ったこと以外は比較例1と同様に化学強化ガラスを製造した。
フッ酸エッチング:HF1.0重量%、HCl18.5重量%を含む25℃の水溶液に化学強化後のガラス板を120秒間浸漬し、イオン交換水で洗浄した。
酸処理工程の後、下記アルカリ処理工程を行った以外は実施例1と同様にして化学強化ガラスを製造した。
(アルカリ処理工程)
4.0重量%の水酸化ナトリウム水溶液をビーカーに用意し、ウォーターバスを用いて40℃に温度調整を行った。酸処理工程で得られたガラスを、調整した水酸化ナトリウム水溶液中に120秒間浸漬させ、アルカリ処理を行い、その後純水で数回洗浄した後、エアブローにより乾燥した。
また、図4及び図5に、実施例1、実施例2、実施例3、比較例1、比較例2、参考例で得られた各化学強化ガラスの表層の水素濃度プロファイルをプロットしたグラフを示す。
(端面研磨工程)
50mm×50mm×0.55mmのアルミノボロシリケートガラスXを100枚用意し、図3に示すブラシ研磨装置130を用いて端面を研磨した。研磨液は、分散体を水として、平均粒径(D50)1.5μmの酸化セリウムからなる研磨材を分散させたものを使用した。
アルミノボロシリケートガラスX組成(モル%表示):SiO2 67%、B2O3 4%、Al2O3 13%、Na2O 14%、K2O <1%、MgO 2%、CaO <1%
SUS製のカップに硝酸カリウム5100g、炭酸カリウム270g、硝酸ナトリウム210gを加え、マントルヒーターで450℃まで加熱して炭酸カリウム6mol%、ナトリウム6000重量ppmの溶融塩を調製した。上記端面研磨工程後のアルミノボロシリケートガラスXを200〜400℃に予熱した後、450℃の溶融塩に2時間浸漬し、イオン交換処理した後、室温付近まで冷却することにより化学強化処理を行った。得られた化学強化ガラスは水洗いし、次の工程に供した。
6.0重量%の硝酸(HNO3;関東化学社製)をビーカーに用意し、ウォーターバスを用いて40℃に温度調整を行った。前記化学強化工程で得られたガラスを、調製した硝酸中に120秒間浸漬させ、酸処理を行い、その後純水で数回洗浄した後、エアブローにより乾燥した。
以上より、実施例4の化学強化ガラスを得た。
化学強化工程において溶融塩中のナトリウム量が表2に示す値であり、炭酸カリウム添加量を0gとし、酸処理工程を実施していないこと以外は実施例4と同様に化学強化ガラスを製造した。
酸処理工程の後、下記アルカリ処理工程を行った以外は実施例4と同様にして化学強化ガラスを製造した。(アルカリ処理工程)
4.0重量%の水酸化ナトリウム水溶液をビーカーに用意し、ウォーターバスを用いて40℃に温度調整を行った。酸処理工程で得られたガラスを、調整した水酸化ナトリウム水溶液中に120秒間浸漬させ、アルカリ処理を行い、その後純水で数回洗浄した後、エアブローにより乾燥した。
1C 端面
2 加圧治具
3 受け治具
10 低密度層
20 圧縮応力層
30 中間層
120 積層体
122 間隔調整部材
130 ブラシ研磨装置
132 積層体保持部
134 研磨ブラシ
134A 軸
134B ブラシ毛
136 研磨液供給部
138 研磨液
Claims (3)
- 表層にイオン交換法により形成された圧縮応力層を有する化学強化ガラスであって、
原料であるガラスが、ナトリウム及びホウ素を含み、
下記方法により測定するデルタ透過率が+0.1%以上であり、
ガラスの最表面から深さXの領域における水素濃度Yを線形近似した直線が、X=0.1〜0.4(μm)において下記関係式(I)を満たす、化学強化ガラス。
Y=aX+b (I)
〔式(I)における各記号の意味は下記の通りである。
Y:水素濃度(H2O換算、mol/L)
X:ガラス最表面からの深さ(μm)
a:−0.280〜−0.010
b:0.060〜0.190〕
デルタ透過率の測定方法:
化学強化ガラスを2つに切断し、ガラスAおよびガラスBを準備する。ガラスAの波長400nmにおける透過率を、島津製作所社製紫外可視分光光度計(SolidSpec−3700)を用いて測定する。ガラスBは、HFおよびHClの混合液でガラス片面における除去量が0.05〜0.10mmとなるようにエッチング処理を行う。エッチング処理を行ったガラスBに対し化学強化処理を行う。化学強化処理は、硝酸カリウム100重量%の無機塩を450℃に加熱した溶融塩に、ガラスBを2時間接触させる。化学強化処理後のガラスBの波長400nmにおける透過率を、ガラスAと同様の方法で測定する。デルタ透過率は、ガラスAの透過率からガラスBの透過率を減じることで求められる。 - 前記ガラスがボロシリケートガラス又はアルミノボロシリケートガラスである、請求項1に記載の化学強化ガラス。
- 前記ガラス表裏の主面間を接続する端面の算術平均粗さRaが300nm以下である、請求項1または2に記載の化学強化ガラス。
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