JP7034738B2 - 結晶化ガラス基板 - Google Patents

結晶化ガラス基板 Download PDF

Info

Publication number
JP7034738B2
JP7034738B2 JP2018011021A JP2018011021A JP7034738B2 JP 7034738 B2 JP7034738 B2 JP 7034738B2 JP 2018011021 A JP2018011021 A JP 2018011021A JP 2018011021 A JP2018011021 A JP 2018011021A JP 7034738 B2 JP7034738 B2 JP 7034738B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
component
crystallized glass
glass substrate
compressive stress
tio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018011021A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019006663A (ja
Inventor
俊剛 八木
豊 山下
直雪 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ohara Inc
Original Assignee
Ohara Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ohara Inc filed Critical Ohara Inc
Priority to KR1020197038254A priority Critical patent/KR102562678B1/ko
Priority to PCT/JP2018/015069 priority patent/WO2019003565A1/ja
Priority to CN201880042657.0A priority patent/CN110799465B/zh
Priority to US16/626,727 priority patent/US11104603B2/en
Priority to TW107114872A priority patent/TWI768037B/zh
Publication of JP2019006663A publication Critical patent/JP2019006663A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7034738B2 publication Critical patent/JP7034738B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C21/00Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
    • C03C3/087Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal containing calcium oxide, e.g. common sheet or container glass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C10/00Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0018Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C10/00Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0036Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents
    • C03C10/0045Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3 and MgO as main constituents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C21/00Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C4/00Compositions for glass with special properties
    • C03C4/18Compositions for glass with special properties for ion-sensitive glass
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C2204/00Glasses, glazes or enamels with special properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Description

本発明は、表面に圧縮応力層を有する結晶化ガラス基板に関する。
スマートフォン、タブレット型PCなどの携帯電子機器には、ディスプレイを保護するためのカバーガラスが使用されている。また、車載用の光学機器にも、レンズを保護するためのプロテクターが使用されている。さらに、近年、電子機器の外装となる筐体などへの利用も求められている。そして、これらの機器がより過酷な使用に耐えうるよう、より高い硬度を有する材料の要求が強まっている。
従来から、保護部材用途などの材料として化学強化ガラスが用いられている。しかし、従来の化学強化ガラスは、ガラス表面から垂直に入る亀裂に非常に弱いため、携帯機器が落下した際に破損する事故が多く発生し、問題となっている。さらに、破損の際、粉々に粉砕して飛び散るとけがの恐れがあり危険であった。破壊時に大きな破片となることが求められている。
特許文献1には、情報記録媒体用結晶化ガラス基板が開示されている。この結晶化ガラス基板は、化学強化を施す場合、十分な圧縮応力値が得られなかった。
特開2014-114200号公報
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、硬く割れ難くたとえ破壊しても粉砕し難い結晶化ガラス基板を得ることにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、混合酸により化学強化することにより圧縮応力層の表面圧縮応力を高くしながら中心引張応力を低くでき、耐衝撃性が高くたとえ衝撃により破壊しても木端微塵(爆発破壊)になり難い結晶化ガラス基板が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下を提供する。
(構成1)
酸化物換算の重量%で、
SiO成分を40.0%~70.0%、
Al成分を11.0%~25.0%、
NaO成分を5.0%~19.0%、
O成分を0%~9.0%、
MgO成分およびZnO成分から選択される1以上を1.0%~18.0%、
CaO成分を0%~3.0%、並びに
TiO成分を0.5%~12.0%、
を含有し、
SiO成分、Al成分、NaO成分、MgO成分およびZnO成分から選択される1以上、TiO成分を合わせて90%以上含有する結晶化ガラスを母材とし、表面に圧縮応力層を有する結晶化ガラス基板であって、
前記圧縮応力層の応力深さが50μm以上であり、
前記圧縮応力層の表面圧縮応力が750MPa以上であり、
曲線解析で求める前記圧縮応力層の中心引張応力が、65MPa以下である結晶化ガラス基板。
(構成2)
前記表面圧縮応力が900MPa以上である構成1記載の結晶化ガラス基板。
(構成3)
前記結晶化ガラス基板の厚さが0.05~2.0mmである構成1または2記載の結晶化ガラス基板。
(構成4)
前記結晶化ガラス母材が、酸化物換算の重量%で、
SiO成分を45.0%~65.0%、
Al成分を13.0%~23.0%、
NaO成分を8.0%~16.0%、
O成分を0%~7.0%、
MgO成分およびZnO成分から選択される1以上を2.0%~15.0%、
CaO成分を0%~2.0%、並びに
TiO成分を1.0%~10.0%、
を含有し、
SiO成分、Al成分、NaO成分、MgO成分およびZnO成分から選択される1以上、TiO成分を合わせて90%以上含有する構成1~3のいずれか記載の結晶化ガラス基板。
本発明によれば、硬く割れ難くたとえ破壊しても粉砕し難い結晶化ガラス基板を得ることができる。
本発明の結晶化ガラス基板は、光学レンズの材料として使用することができる。また、ガラス系材料特有の外観を活かした、携帯電子機器の外枠部材その他の装飾用途に使用することも可能である。
以下、本発明の結晶化ガラス基板の実施形態および実施例について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態および実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
[結晶化ガラス基板]
本発明の結晶化ガラス基板は、所定の組成を有する結晶化ガラスを母材(結晶化ガラス母材ともいう)とし、表面に圧縮応力層を有する。圧縮応力層は、結晶化ガラス母材をイオン交換処理することにより形成することができ、結晶化ガラス母材を強化する。
圧縮応力層の応力深さは、40μm以上であり、例えば50μm以上であり、60μm以上とすることができる。上限は、例えば300μm以下、200μm以下、または100μm以下とできる。圧縮応力層がこのような厚さを有することで、結晶化ガラス基板に深いクラックが生じてもクラックが延伸したり、基板が割れたりするのを抑えることができる。
圧縮応力層の表面圧縮応力は、750MPa以上であり、好ましくは900MPa以上であり、より好ましくは950MPa以上である。上限は、例えば1300MPa以下、1200MPa以下、または1100MPa以下とできる。このような圧縮応力値を有することでクラックの延伸を抑え機械的強度を高めることができる。
圧縮応力層の中心引張応力は、65MPa以下であり、好ましくは60MPa以下であり、より好ましくは55MPa以下である。下限は、例えば30MPa以上、35MPa以上、または40MPa以上とできる。中心引張応力値は、曲線解析(Curve Analysis)により求められる。
中心引張応力は、表面圧縮応力が大きく、そして、応力深さが大きいほど高い値となる。表面圧縮応力、応力深さが大きいほど、表面硬さとビッカース硬度は増大する傾向となるが、中心引張応力も上昇する。中心引張応力が高くなりすぎると材料内部にかかる応力が大きくなる。基板破壊時には、中心引張応力が大きいほど、細かく粉砕されたように破壊する(細かく破壊し、飛散)結果となる。破壊時の割れを抑制するには中心引張応力は小さいほうが好ましいが、表面圧縮応力、応力深さが大きくなければ硬度は上昇しない。本発明では、化学強化をカリウム塩とナトリウム塩の混合塩または複合塩の溶融塩に浸漬することにより、表面圧縮応力を高く中心引張応力を低くする。さらに、続いて、カリウム塩の単独塩の溶融塩に浸漬することにより、中心引張応力を低く維持しながら、相対的に表面圧縮応力を中心引張応力に比べさらに高くすることができる。その結果、硬く割れ難く、たとえ割れても爆発破壊を抑制できる。
結晶化ガラス基板の厚さは、特に限定されないが、通常は0.05~2.0mmである。
圧縮応力層の応力深さは、好ましくは結晶化ガラス基板の厚さの5%以上であり、より好ましくは8~20%である。
結晶化ガラス母材は、結晶相とガラス相を有する材料であり、非晶質固体とは区別される。一般的に、結晶化ガラスの結晶相は、X線回折分析のX線回折図形において現れるピークの角度、および必要に応じてTEMEDXを用いて判別される。
結晶化ガラスは、例えば、結晶相としてMgAl、MgTi、MgTiO、MgSiO、MgAlSiおよびMgAlSi18から選ばれる1以上を含有する。
結晶化ガラスにおける平均結晶径は、例えば4~15nmであり、5~13nmまたは6~10nmとすることができる。平均結晶径が小さいと研磨後の表面粗さRaを数Åレベルにスムーズに加工しやすくできる。また、透過率が高くなる。
結晶化ガラスを構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有量は、特に断りがない場合、全て酸化物換算の重量%で表示する。ここで、「酸化物換算」とは、結晶化ガラス構成成分が全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該酸化物の総重量を100重量%としたときの、結晶化ガラス中に含有される各成分の酸化物の量を、重量%で表記したものである。
母材となる結晶化ガラス(以下、単に結晶化ガラスともいう)は、好ましくは、酸化物換算の重量%で、
SiO成分を40.0%~70.0%、
Al成分を11.0%~25.0%、
NaO成分を5.0%~19.0%、
O成分を0%~9.0%、
MgO成分およびZnO成分から選択される1以上を1.0%~18.0%、
CaO成分を0%~3.0%、
TiO成分を0.5%~12.0%、
を含有する。
SiO成分は、より好ましくは45.0%~65.0%、さらに好ましくは50.0%~60.0%含まれる。
Al成分は、より好ましくは13.0%~23.0%含まれる。
NaO成分は、より好ましくは8.0%~16.0%含まれる。9.0%以上または10.5%以上としてもよい。
O成分は、より好ましくは0.1%~7.0%、さらに好ましくは1.0%~5.0%含まれる。
MgO成分およびZnO成分から選択される1以上は、より好ましくは2.0%~15.0%、さらに好ましくは3.0%~13.0%、特に好ましくは5.0%~11.0%含まれる。MgO成分およびZnO成分から選択される1以上は、MgO成分単独、ZnO成分単独またはその両方でよいが、好ましくはMgO成分のみである。
CaO成分は、より好ましくは0.01%~3.0%、さらに好ましくは0.1%~2.0%含まれる。
TiO成分は、より好ましくは1.0%~10.0%、さらに好ましくは2.0%~8.0%含まれる。
結晶化ガラスは、Sb成分、SnO成分およびCeO成分から選択される1以上を0.01%~3.0%(好ましくは0.1%~2.0%、さらに好ましくは0.1%~1.0%)含むことができる。
上記の配合量は適宜組み合わせることができる。
SiO成分、Al成分、NaO成分、MgO成分およびZnO成分から選択される1以上、TiO成分を合わせて90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、さらに好ましくは98.5%以上とできる。
SiO成分、Al成分、NaO成分、KO成分、MgO成分およびZnO成分から選択される1以上、CaO成分、TiO成分、並びにSb成分、SnO成分およびCeO成分から選択される1以上を合わせて90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上とできる。これら成分で100%を占めてもよい。
結晶化ガラスは、本発明の効果を損なわない範囲で、ZrO成分を含んでもよいし、含まなくてもよい。配合量は、0~5.0%、0~3.0%または0~2.0%とできる。
また、結晶化ガラスは、本発明の効果を損なわない範囲で、B成分、P成分、BaO成分、FeO成分、SnO成分、LiO成分、SrO成分、La成分、Y成分、Nb成分、Ta成分、WO成分、TeO成分、Bi成分をそれぞれ含んでもよいし、含まなくてもよい。配合量は、各々、0~2.0%、0以上2.0%未満または0~1.0%とできる。
本発明の結晶化ガラスには、清澄剤として、Sb成分、SnO成分、CeO成分の他、As成分、およびF、Cl、NOx、SOxの群から選択された一種または二種以上を含有させてもよい。ただし、清澄剤の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは2.0%、最も好ましくは1.0%を上限とする。
また、母材となる結晶化ガラスは、好ましくは、酸化物換算のモル%で、
SiO成分を43.0モル%~73.0モル%、
Al成分を4.0モル%~18.0モル%、
NaO成分を5.0モル%~19.0モル%、
O成分を0モル%~9.0モル%、
MgO成分およびZnO成分から選択される1以上を2.0モル%~22.0モル%、
CaO成分を0モル%~3.0モル%、
TiO成分を0.5モル%~11.0モル%、
を含有する。
SiO成分、Al成分、NaO成分、MgO成分およびZnO成分から選択される1以上、TiO成分を合わせて90モル%以上、好ましくは95モル%以上、より好ましくは98モル%以上、さらに好ましくは99モル%以上とできる。
酸化物基準で表されたモル比[Al/MgO]の値が0.5以上2.0以下であってよい。
酸化物基準で表されたモル比[TiO/NaO]の値が0以上0.41以下であってよい。
酸化物基準で表されたモル比[MgO/NaO]の値が0以上1.60以下であってよい。
本発明の結晶化ガラスには、上述されていない他の成分を、本発明の結晶化ガラスの特性を損なわない範囲で、必要に応じ、添加することができる。例えば結晶化ガラスの特性を損なわない範囲にてガラスを着色することができる。
さらに、Pb、Th、Tl、Os、Be及びSeの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあるため、これらを実質的に含有しないことが好ましい。
[製造方法]
本発明の結晶化ガラスは、以下の方法で作製できる。すなわち、上記各成分が所定の含有量の範囲内になるように原料を均一に混合し、熔解成形して原ガラスを製造する。次にこの原ガラスを結晶化して結晶化ガラス母材を作製する。さらに結晶化ガラス母材を化学強化する。
原ガラスは、熱処理しガラス内部に均一に結晶を析出させる。この熱処理は、1段階でもよく2段階の温度で熱処理してもよい。
2段階熱処理では、まず第1の温度で熱処理することにより核形成工程を行い、この核形成工程の後に、核形成工程より高い第2の温度で熱処理することにより結晶成長工程を行う。
1段階熱処理では、1段階の温度で核形成工程と結晶成長工程を連続的に行う。通常、所定の熱処理温度まで昇温し、当該熱処理温度に達した後に一定時間その温度を保持し、その後、降温する。
2段階熱処理の第1の温度は600℃~750℃が好ましい。第1の温度での保持時間は30分~2000分が好ましく、180分~1440分がより好ましい。
2段階熱処理の第2の温度は650℃~850℃が好ましい。第2の温度での保持時間は30分~600分が好ましく、60分~300分がより好ましい。
1段階の温度で熱処理する場合、熱処理の温度は600℃~800℃が好ましく、630℃~770℃がより好ましい。また、熱処理の温度での保持時間は、30分~500分が好ましく、60分~300分がより好ましい。
結晶化ガラス母材から、例えば研削および研磨加工の手段等を用いて、成形体を作製する。成形体を薄板状に加工することにより、薄板状結晶化ガラス母材を作製できる。
本発明では、この後、結晶化ガラス母材に圧縮応力層を形成する。圧縮応力層は、化学強化法によるイオン交換により形成された強化層である。
結晶化ガラス母材をカリウム塩とナトリウム塩の混合溶融塩(混合浴)で化学強化することにより、形成される圧縮応力層において中心引張応力に対し相対的に表面圧縮応力が大きな結晶化ガラス基板が得られる。さらに、混合浴に続けて、カリウム塩の単独の混合溶融塩(単独浴)で化学強化することにより、表面圧縮応力がさらに中心引張応力に対し大きくなる。具体的には、例えば、結晶化ガラス母材を、カリウムまたはナトリウムを含有する塩、例えば硝酸カリウム(KNO)と硝酸ナトリウム(NaNO)などの混合塩または複合塩を350~600℃(好ましくは380~570℃、より好ましくは400~550℃)に加熱した溶融塩に、90分以上、例えば200分~2000分、好ましくは300分~1000分接触または浸漬させる。カリウム塩とナトリウム塩の混合割合は、例えば、重量比で、1:1~100:1、2:1~90:1、5:1~80:1または10:1~75:1とする。さらに、好ましくは、続けて、カリウムを含有する塩、例えば硝酸カリウム(KNO)を380~550℃(より好ましくは400~500℃)に加熱した溶融塩に、短時間、例えば、1分以上、3分~40分、4分~30分、又は5分~20分接触または浸漬させる。このような化学強化により、表面付近に存在する成分と、溶融塩に含まれる成分とのイオン交換反応が進行する。この結果、表面部に圧縮応力層が形成される。
実施例1~14,比較例1~3
結晶化ガラスの各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、塩化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の原料を選定し、これらの原料を以下の組成の割合になるように秤量して均一に混合した。
(酸化物換算の重量%)
SiO成分を55%、Al成分を18%、NaO成分を12%、KO成分を2%、MgO成分を8%、CaO成分を1%、TiO成分を5%、Sb成分を0.1%
次に、混合した原料を白金坩堝に投入し溶融した。その後、溶融したガラスを攪拌して均質化してから金型に鋳込み、徐冷して原ガラスを作製した。
得られた原ガラスに対し、核形成および結晶化のために、1段階の熱処理(650~730℃、5時間)を施して母材となる結晶化ガラスを作製した。得られた結晶化ガラスについて、200kV電界放射型透過電子顕微鏡FE-TEM(日本電子製JEM2100F)による解析を行った結果、平均結晶径6~9nmの析出結晶を観察した。さらに電子回折像による格子像確認、EDXによる解析を行い、MgAl,MgTiの結晶相が確認された。平均結晶径は、走査型電子顕微鏡を用いて、180×180nmの範囲内の結晶粒子の結晶径を求め平均値を計算して求めた。
作製した結晶化ガラス母材に対し、縦140mm、横70mm、厚さ1.0mm超の形状となるように、切断および研削を行い、厚さ0.8mmおよび0.65mmの基板となるように対面平行研磨した。尚、結晶化ガラス母材の透過率は、10mm厚の5%透過波長が346nmであり、80%透過波長が595nmであった。
表1に示す厚さに対面平行研磨した結晶化ガラス母材に、表1に示す条件で化学強化を行って、結晶化ガラス基板を得た。具体的には、実施例1,2,4,6,7,9、比較例3では、表1に示す混合比率のKNOとNaNOの混合溶融塩中に、表1に示す塩浴温度と浸漬時間で浸漬した。実施例3,5,8,10,11,12,13,14では、表1に示す混合比率のKNOとNaNOの混合溶融塩中に、表1に示す塩浴温度と浸漬時間で浸漬した後、KNOのみの溶融塩中に、表1に示す塩浴温度と浸漬時間で浸漬した。比較例1,2では、KNOのみの溶融塩中に、表1に示す塩浴温度と浸漬時間で浸漬した。
結晶化ガラス基板の圧縮応力層の厚さ(応力深さ)(DOL)とその表面の圧縮応力値(CS)を、折原製作所製のガラス表面応力計FSM-6000LEを用いて測定した。試料の屈折率1.54、光学弾性定数29.658[(nm/cm)/MPa]で算出した。中心引張応力値(CT)は、Curve analysisにより求めた。結果を表1に示す。
さらに、結晶化ガラス基板について、以下の方法でサンドペーパー落下テストを行った。尚、サンドペーパーテストはアスファルト上への落下を擬している。
大理石の基台の上に粗さ#180のサンドペーパーを敷き、縦150mm、横73mm、厚み6mm、重さ135g相当の筐体に、短辺に沿うように市販の両面テープ(70mm×10mm、厚み0.09mm)を2か所貼り付けたうえで、結晶化ガラス基板を筐体の上に固定した。そして、サンドペーパーから10cmの高さから筐体と共に基板を落下させた。基板はサンドペーパーに直接衝突するように筐体に張り付けた。落下後、基板が破壊しなければ、高さを10cm高くし、同様の試験を破壊するまで継続した。破壊後、破片の状態を観察した。
割れ発生の高さを以下の基準で評価をした。結果を表1に示す。
A:基板の厚みの1000倍以上
B:基板の厚みの400~700倍
C:基板の厚みの400倍未満
破壊後の結晶化ガラス基板の破片を大きなものから10個選択し、各破片の重量を測定した。基板の比重2.54から各破片の体積を求め、板厚で割ることにより表面積を求めた。この表面積を用いて、以下の基準により破片の状態を評価した。結果を表1に示す。
A:1cm以上の破片が4個以上、又は10cm以上の破片が1個以上
B:1cm以上の破片が1~3個
C:1cm以上の破片が0個(全て1cm未満の細かい破片であった)
表1から本発明の基板は硬く破壊し難く、たとえ破壊したとしても木端微塵になり難いことがわかる。


Figure 0007034738000001

Claims (4)

  1. 酸化物換算の重量%で、
    SiO成分を40.0%~70.0%、
    Al成分を11.0%~25.0%、
    NaO成分を5.0%~19.0%、
    O成分を0%~9.0%、
    MgO成分およびZnO成分から選択される1以上を1.0%~18.0%、
    CaO成分を0%~3.0%、並びに
    TiO成分を0.5%~12.0%、
    を含有し、
    SiO成分、Al成分、NaO成分、MgO成分およびZnO成分から選択される1以上、TiO成分を合わせて90%以上含有する結晶化ガラスを母材とし、表面に圧縮応力層を有する結晶化ガラス基板であって、
    前記圧縮応力層の応力深さが50μm以上であり、
    前記圧縮応力層の表面圧縮応力が750MPa以上であり、
    曲線解析で求める前記圧縮応力層の中心引張応力が、65MPa以下である結晶化ガラス基板。
  2. 前記表面圧縮応力が900MPa以上である請求項1記載の結晶化ガラス基板。
  3. 前記結晶化ガラス基板の厚さが0.05~2.0mmである請求項1または2記載の結晶化ガラス基板。
  4. 前記結晶化ガラス母材が、酸化物換算の重量%で、
    SiO成分を45.0%~65.0%、
    Al成分を13.0%~23.0%、
    NaO成分を8.0%~16.0%、
    O成分を0%~7.0%、
    MgO成分およびZnO成分から選択される1以上を2.0%~15.0%、
    CaO成分を0%~2.0%、並びに
    TiO成分を1.0%~10.0%、
    を含有し、
    SiO成分、Al成分、NaO成分、MgO成分およびZnO成分から選択される1以上、TiO成分を合わせて90%以上含有する請求項1~3のいずれか記載の結晶化ガラス基板。
JP2018011021A 2017-06-26 2018-01-26 結晶化ガラス基板 Active JP7034738B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020197038254A KR102562678B1 (ko) 2017-06-26 2018-04-10 결정화 유리 기판
PCT/JP2018/015069 WO2019003565A1 (ja) 2017-06-26 2018-04-10 結晶化ガラス基板
CN201880042657.0A CN110799465B (zh) 2017-06-26 2018-04-10 结晶化玻璃基板
US16/626,727 US11104603B2 (en) 2017-06-26 2018-04-10 Crystallized glass substrate
TW107114872A TWI768037B (zh) 2017-06-26 2018-05-02 結晶化玻璃基板

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017123974 2017-06-26
JP2017123974 2017-06-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019006663A JP2019006663A (ja) 2019-01-17
JP7034738B2 true JP7034738B2 (ja) 2022-03-14

Family

ID=65025745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018011021A Active JP7034738B2 (ja) 2017-06-26 2018-01-26 結晶化ガラス基板

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11104603B2 (ja)
JP (1) JP7034738B2 (ja)
KR (1) KR102562678B1 (ja)
TW (1) TWI768037B (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114341068A (zh) * 2019-09-05 2022-04-12 株式会社小原 结晶化玻璃以及强化结晶化玻璃

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160102010A1 (en) 2014-10-08 2016-04-14 Corning Incorporated High strength glass-ceramics having petalite and lithium silicate structures
JP2017001937A (ja) 2015-06-04 2017-01-05 株式会社オハラ 結晶化ガラス及び結晶化ガラス基板
JP2017014066A (ja) 2015-07-01 2017-01-19 日本電気硝子株式会社 強化用ガラス及び強化ガラス
JP2017506207A (ja) 2014-02-24 2017-03-02 コーニング インコーポレイテッド 改善された残存性を有する強化ガラス物品
JP2017515779A (ja) 2014-05-13 2017-06-15 コーニング インコーポレイテッド 透明ガラスセラミック物品、ガラスセラミック前駆体ガラス、およびその形成方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006062929A (ja) 2004-08-30 2006-03-09 Nippon Electric Glass Co Ltd 結晶化ガラス物品及びその製造方法
TW201242923A (en) 2011-03-17 2012-11-01 Asahi Glass Co Ltd Colored glass casing
JP2014040353A (ja) 2012-08-23 2014-03-06 Nippon Electric Glass Co Ltd 化学強化結晶化ガラス物品
US9604871B2 (en) * 2012-11-08 2017-03-28 Corning Incorporated Durable glass ceramic cover glass for electronic devices
JP6026926B2 (ja) 2012-11-16 2016-11-16 株式会社オハラ 結晶化ガラスおよび情報記録媒体用結晶化ガラス基板
JP6670462B2 (ja) 2015-12-04 2020-03-25 日本電気硝子株式会社 強化ガラス

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017506207A (ja) 2014-02-24 2017-03-02 コーニング インコーポレイテッド 改善された残存性を有する強化ガラス物品
JP2017515779A (ja) 2014-05-13 2017-06-15 コーニング インコーポレイテッド 透明ガラスセラミック物品、ガラスセラミック前駆体ガラス、およびその形成方法
US20160102010A1 (en) 2014-10-08 2016-04-14 Corning Incorporated High strength glass-ceramics having petalite and lithium silicate structures
JP2017001937A (ja) 2015-06-04 2017-01-05 株式会社オハラ 結晶化ガラス及び結晶化ガラス基板
JP2017014066A (ja) 2015-07-01 2017-01-19 日本電気硝子株式会社 強化用ガラス及び強化ガラス

Also Published As

Publication number Publication date
US20200131079A1 (en) 2020-04-30
KR102562678B1 (ko) 2023-08-03
US11104603B2 (en) 2021-08-31
KR20200023306A (ko) 2020-03-04
TW201904905A (zh) 2019-02-01
JP2019006663A (ja) 2019-01-17
TWI768037B (zh) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6765748B2 (ja) 結晶化ガラス及び結晶化ガラス基板
TWI796316B (zh) 結晶化玻璃
CN110799465B (zh) 结晶化玻璃基板
JP7034738B2 (ja) 結晶化ガラス基板
JP7136947B2 (ja) 結晶化ガラス基板
TWI759530B (zh) 結晶化玻璃基板
WO2022030174A1 (ja) ガラスおよび結晶化ガラス
TWI787331B (zh) 結晶化玻璃基板
TWI759532B (zh) 結晶化玻璃基板
JP6936553B2 (ja) 結晶化ガラス基板
TWI759531B (zh) 結晶化玻璃基板
TWI817970B (zh) 結晶化玻璃基板
JP2021075462A (ja) 結晶化ガラス基板

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200702

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210810

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211007

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220301

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220302

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7034738

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150