JP7136096B2 - 化学強化ガラス、その製造方法および化学強化用ガラス - Google Patents

Description

本発明は、化学強化ガラスに関する。

携帯端末のカバーガラス等に化学強化ガラスが用いられている。
化学強化ガラスは、アルカリ金属イオン等の金属イオンを含む溶融塩にガラスを接触させて、ガラス中の金属イオンと、溶融塩中の金属イオンとの間でイオン交換を生じさせることで、ガラス表面に圧縮応力層を形成したガラスである。化学強化ガラスの強度は、ガラス表面からの深さを変数とする圧縮応力値で表される応力プロファイルに強く依存する。

携帯端末等のカバーガラスは、外力によって撓んだ際に割れることがある。この場合の割れの起点はガラスの表面にあり、ガラス表面の微小クラックが広がることで破壊に至る。そこで、ガラス表面における圧縮応力値を大きくすることで、微小クラックが広がることを抑制し、割れにくくできると考えられている。

携帯端末等のカバーガラスは、アスファルトや砂の上に落下した際に突起物によって割れることがある。この場合の割れの起点は、ガラス表面より深い所にある。そこで、圧縮応力層深さを大きくしてガラスのより深い部分にまで圧縮応力層を形成することで、割れにくくできると考えられている。

一方、ガラスの表面に圧縮応力層を形成すると、必然的に、ガラス内部に引張応力層が形成される。内部引張応力の値が大きいと、化学強化ガラスが破壊する際に激しく破砕して破片が飛散しやすい。そのため、内部引張応力値を抑制しながら表面圧縮応力と圧縮応力深さを大きくする方法が検討されている。

特許文献１には、１回または２回のイオン交換処理によって圧縮応力層深さが９０μｍ以上ある化学強化ガラスが得られることが記載されている。また、イオン交換処理を２回行った場合の典型的な応力プロファイルが図示されている。そのプロファイルは、ガラス表面から一定の深さにある点Ｘまでの応力プロファイルを表す直線と、点Ｘから応力がゼロになる点までの応力プロファイルを表す直線と、の２つの直線成分で構成されている（特許文献１、ＦＩＧ．８）。そのような応力プロファイルを用いれば、表面の圧縮応力を大きくし、圧縮応力深さを大きくしながら、かつ内部引張応力値を抑制できるとされていた。

国際公開第２０１５／１２７４８３号

しかし、特許文献１に記載されたガラスでも、砂やアスファルト上に落下した際の強度（以下、「アスファルト落下強度」ということがある）が不足する場合があった。
本発明は、アスファルト落下強度が高く、かつ破壊した時に破片が飛散しにくい化学強化ガラスの提供を目的とする。

本発明者等は、以下の考察および実験から、アスファルト落下強度を高くするためには、圧縮応力深さＤＯＬが大きいことよりも、５０ＭＰａの圧縮応力値が得られる最大深さが大きいことが重要であると考えた。
ガラス板がアスファルト上に落下した際には、アスファルト表面の突起物によってガラス板内部に微小なクラックが生成する。生成した微小クラックが伝搬して大きくなると、ガラス板が破壊する。微小クラックの伝搬は、５０ＭＰａ程度の圧縮応力によって抑制され得る。したがって、５０ＭＰａの圧縮応力値が得られる最大深さが大きければ、比較的大きい突起物によってガラス内部に微小クラックが生じても、破壊が生じにくいと考えた。

表１は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を６０．７％、Ａｌ_２Ｏ_３を１６．８％、Ｎａ_２Ｏを１５．６％、Ｋ_２Ｏを１．２％、ＭｇＯを５．３％、及びＺｒＯ_２を０．４％含有するフロートガラス板を化学強化して、後述のアスファルト落下強度試験を行った結果である。この実験では、５０ＭＰａの圧縮応力値が得られる最大深さが大きい程、高い位置からの落下に耐えられる傾向が見られた。

そこで本発明者等は、アスファルト落下強度を高めるためには、圧縮応力深さＤＯＬが大きいことよりも、５０ＭＰａの圧縮応力値が得られる最大深さが大きいことが重要であると考えた。また、特許文献１に記載されたような２つ以下の直線成分からなる応力プロファイルでは、内部引張応力値ＣＴを抑制し、かつ５０ＭＰａの圧縮応力値が得られる最大深さを大きくすることは難しいと考えて検討した結果、本発明を完成した。

本発明は、下記＜１＞～＜１２＞に関するものである。
＜１＞ ガラス表面に圧縮応力層を有する、板状の化学強化ガラスであって、
ガラス表面の圧縮応力値（ＣＳ_０）が５００ＭＰａ以上であり、
板厚（ｔ）が４００μｍ以上であり、
圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が（ｔ×０．１５）μｍ以上であり、
ガラス表面からの深さが前記ＤＯＬの１／４の点における圧縮応力値（ＣＳ_１）が５０ＭＰａ以上であり、
ガラス表面からの深さが前記ＤＯＬの１／２の点における圧縮応力値（ＣＳ_２）が５０ＭＰａ以上であり、
以下の式で表されるｍ_１が－１．５ＭＰａ／μｍ以上であり、ｍ_２が０ＭＰａ／μｍ以下であり、かつ前記ｍ_２が前記ｍ_１より小さい化学強化ガラス。
ｍ_１＝（ＣＳ_１－ＣＳ_２）／（ＤＯＬ／４－ＤＯＬ／２）
ｍ_２＝ＣＳ_２／（ＤＯＬ／２－ＤＯＬ）
＜２＞ ガラス表面に圧縮応力層を有する、板状の化学強化ガラスであって、
ガラス表面の圧縮応力値（ＣＳ_０）が５００ＭＰａ以上であり、
圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が１００μｍ以上であり、
ガラス表面からの深さが前記ＤＯＬの１／４の点における圧縮応力値（ＣＳ_１）が５０ＭＰａ以上であり、
ガラス表面からの深さが前記ＤＯＬの１／２の点における圧縮応力値（ＣＳ_２）が５０ＭＰａ以上であり、
以下の式で表されるｍ_１が－１．５ＭＰａ／μｍ以上であり、ｍ_２が０ＭＰａ／μｍ以下であり、かつ前記ｍ_２が前記ｍ_１より小さい化学強化ガラス。
ｍ_１＝（ＣＳ_１－ＣＳ_２）／（ＤＯＬ／４－ＤＯＬ／２）
ｍ_２＝ＣＳ_２／（ＤＯＬ／２－ＤＯＬ）
＜３＞ 圧縮応力値が５０ＭＰａ以上である最大の深さが前記ＤＯＬに対して（０．５５×ＤＯＬ）μｍ以上である前記＜１＞または＜２＞に記載の化学強化ガラス。
＜４＞ 前記ｍ_１及び前記ｍ_２の比（ｍ_１／ｍ_２）が０．９より小さい前記＜１＞～＜３＞のいずれか一に記載の化学強化ガラス。
＜５＞ 前記ｍ_１が０．５ＭＰａ／μｍ以下である前記＜１＞～＜４＞のいずれか一に記載の化学強化ガラス。
＜６＞ 内部引張応力値が１００ＭＰａより小さい前記＜１＞～＜５＞のいずれか一に記載の化学強化ガラス。
＜７＞ ガラス表面からの深さが２．５μｍの点における圧縮応力値（ＣＳ_３）に対し、以下の式で表されるｍ_３が１２０ＭＰａ／μｍ以上である前記＜１＞～＜６＞のいずれか一に記載の化学強化ガラス。
ｍ_３＝（ＣＳ_０－ＣＳ_３）／２．５
＜８＞ 化学強化ガラスの母組成が、酸化物基準の質量百分率表示で
ＳｉＯ_２ ５５～８０％、
Ａｌ_２Ｏ_３ １５～２８％、
Ｂ_２Ｏ_３ ０～１０％、
Ｌｉ_２Ｏ ２～１０％、
Ｎａ_２Ｏ ０．５～１０％、
Ｋ_２Ｏ ０～１０％、
（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ） ０～１０％、及び
（ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２） ０～５％、
を含む前記＜１＞～＜７＞のいずれか一に記載の化学強化ガラス。

＜９＞ Ｌｉ_２Ｏを含有する化学強化用ガラスを、Ｎａイオンを含む金属塩に接触させてイオン交換し、
次に、Ｌｉイオンを含む金属塩に接触させてイオン交換し、
次に、Ｋイオンを含む金属塩に接触させてイオン交換する工程を含む、化学強化ガラスの製造方法。
＜１０＞ Ｌｉ_２Ｏを含有する化学強化用ガラスを、Ｎａイオンを含む金属塩に接触させてイオン交換し、
次に金属塩に接触させずに熱処理し、
次にＫイオンを含む金属塩に接触させてイオン交換する工程を含む、化学強化ガラスの製造方法。
＜１１＞ 前記化学強化用ガラスが酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２ ５５～８０％、Ａｌ_２Ｏ_３ １５～２８％、Ｂ_２Ｏ_３ ０～１０％、Ｌｉ_２Ｏ ２～１０％、Ｎａ_２Ｏ ０．５～１０％、Ｋ_２Ｏ ０～１０％、（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ） ０～１０％、及び（ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２） ０～５％、を含む前記＜９＞または＜１０＞に記載の化学強化ガラスの製造方法。
＜１２＞ 酸化物基準の質量百分率表示でＳｉＯ_２ ５５～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １５～２５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０～１０％、Ｌｉ_２Ｏ ２～１０％、Ｎａ_２Ｏ １～１０％、Ｋ_２Ｏ ０．５～１０％、（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ） ０～１０％、及び（ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２） ０～５％、を含む化学強化用ガラス。

本発明によれば、アスファルト落下強度が高く、かつ破壊した時に破片の飛散が抑制された化学強化ガラスが得られる。

図１は、化学強化ガラス１の応力プロファイルの一部を示す図である。 図２は、化学強化ガラス３の応力プロファイルの一部を示す図である。 図３は、化学強化ガラス５の応力プロファイルの一部を示す図である。 図４は、化学強化ガラス７の応力プロファイルの一部を示す図である。 図５は、化学強化ガラス１２の応力プロファイルの一部を示す図である。

本明細書において数値範囲を示す「～」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用され、特段の定めがない限り、以下本明細書において「～」は、同様の意味で使用される。

本明細書において「応力プロファイル」はガラス表面からの深さを変数として圧縮応力値を表したものをいう。また、「圧縮応力層深さＤＯＬ」は、圧縮応力値ＣＳがゼロとなる深さである。たとえば、図１に示す応力プロファイルにおいて、矢印Ｃで表される点の深さがＤＯＬである。
応力プロファイルは、例えば、ガラスの断面を薄片化したものを用いて、複屈折イメージングシステムで解析することで得られる。複屈折イメージングシステムとしては、例えば、株式会社東京インスツルメンツ製複屈折イメージングシステムＡｂｒｉｏ－ＩＭがある。また、散乱光光弾性を利用しても測定できる。この方法では、ガラスの表面から光を入射し、その散乱光の偏光を解析する。
「内部引張応力ＣＴ」は、ガラスの板厚ｔの１／２の深さにおける引張応力値をいう。

本明細書において、「化学強化ガラス」は、化学強化処理を施した後のガラスを指し、「化学強化用ガラス」は、化学強化処理を施す前のガラスを指す。
本明細書において、「化学強化ガラスの母組成」とは、化学強化用ガラスのガラス組成であり、極端なイオン交換処理がされた場合を除いて、化学強化ガラスのＤＯＬより深い部分のガラス組成は化学強化ガラスの母組成である。

本明細書において、ガラス組成は、特に断らない限り酸化物基準の質量百分率表示で表し、質量％を単に「％」と表記する。
また、本明細書において「実質的に含有しない」とは、原材料等に含まれる不純物レベル以下である、つまり意図的に含有させたものではないことをいう。具体的には、たとえば０．１％未満である。

＜化学強化ガラス＞
本発明の化学強化ガラス（以下、「本強化ガラス」ということがある。）は板状であり、通常は平坦な板状であるが、曲面状でもよい。

本強化ガラスは、ガラス表面に圧縮応力層を有し、板厚（ｔ）が４００μｍ以上かつ圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が（ｔ×０．１５）μｍ以上であるか、または、圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が１００μｍ以上である。板厚（ｔ）が４００μｍ以上であって、圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が（ｔ×０．１５）μｍ以上かつ１００μｍ以上であってもよい。
本強化ガラスの板厚（ｔ）は、４００μｍ以上が好ましく、６００μｍ以上がより好ましく、７００μｍ以上がさらに好ましい。これはガラスの強度が高くなるからである。強度を高くするためには、板厚（ｔ）は大きいほどよいが、ｔが大きすぎると重量が大きくなるので、２０００μｍ以下が好ましく、１０００μｍ以下がより好ましい。

本強化ガラスは、ＤＯＬが大きいので、化学強化ガラスが落下する等して傷が生じた場合にも割れにくく好ましい。本強化ガラスのＤＯＬは、（ｔ×０．１５）μｍ以上が好ましく、より好ましくは（ｔ×０．１８）μｍ以上、さらに好ましくは（ｔ×０．１９）μｍ以上、特に好ましくは（ｔ×０．２）μｍ以上である。
一方、ＤＯＬは（ｔ×０．３）μｍ以下が好ましく、（ｔ×０．２５）μｍ以下がより好ましく、（ｔ×０．２２）μｍ以下がさらに好ましい。これは内部引張応力（ＣＴ）が抑制されるからである。

本強化ガラスのＤＯＬは１００μｍ以上が好ましく、１２０μｍ以上がより好ましく、１４０μｍ以上がさらに好ましい。
なお、ＣＴは１１０ＭＰａ以下であると、化学強化ガラスが破壊した時に破片が飛散しにくいので好ましい。ＣＴは、より好ましくは１００ＭＰａ以下、さらに好ましくは９０ＭＰａ以下である。

本強化ガラスは、ガラス表面における圧縮応力値ＣＳ_０が５００ＭＰａ以上なので、化学強化ガラスが衝撃により変形した場合等にも割れにくく好ましい。ＣＳ_０は好ましくは、６００ＭＰａ以上、さらに好ましくは７００ＭＰａ以上、さらに好ましくは８００ＭＰａ以上である。一方、ＣＴを抑制するために好ましくは１５００ＭＰａ以下であり、より好ましくは１３００ＭＰａ以下、さらに好ましくは１１００ＭＰａ以下、特に好ましくは９００ＭＰａ以下である。

本強化ガラスは、ガラス表面からの深さがＤＯＬ／４の点における圧縮応力値（ＣＳ_１）が５０ＭＰａ以上なので砂やアスファルト上に落下した際に割れにくい。アスファルト落下強度を大きくするためにＣＳ_１は、６０ＭＰａ以上が好ましく、７０ＭＰａ以上がより好ましい。ＣＳ_１が大きすぎるとＣＴが大きくなってガラスが破壊した時に破片が飛散しやすくなる。そのためＣＳ_１は、１２０ＭＰａ以下が好ましく、１００ＭＰａ以下がより好ましく、８０ＭＰａ以下がさらに好ましい。
本強化ガラスは、ガラス表面からの深さがＤＯＬ／２の点における圧縮応力値（ＣＳ_２）が５０ＭＰａ以上なので砂やアスファルト上に落下した際に傷が生じても割れにくい。アスファルト落下強度を大きくするためにＣＳ_２は、６０ＭＰａ以上が好ましく、７０ＭＰａ以上がより好ましい。ＣＳ_２は、大きすぎるとガラスが破壊した時に破片が飛散する恐れが大きくなる。これはＣＴが大きくなるからである。そのためＣＳ_２は、１２０ＭＰａ以下が好ましく、１００ＭＰａ以下がより好ましく、８０ＭＰａ以下がさらに好ましい。

また本強化ガラスは、以下の式で表されるｍ_１が－１．５ＭＰａ／μｍ以上なので、ＣＴが抑制され、激しい破壊が生じにくい。ｍ_１は、－１．０ＭＰａ／μｍ以上が好ましく、－０．８ＭＰａ／μｍ以上がより好ましい。
ｍ_１＝（ＣＳ_１－ＣＳ_２）／（ＤＯＬ／４－ＤＯＬ／２）

一方で、ｍ_１が大きすぎると化学強化ガラスの端面にクラックが発生しやすい。化学強化ガラスはガラス表面に圧縮応力を形成したガラスであるから、全体としてはガラスの外側の圧縮応力値がガラスの内側の圧縮応力値より大きい。したがって外側の圧縮応力値であるＣＳ_１は内側の圧縮応力値であるＣＳ_２より大きいのが普通であり、ｍ_１は、負の値になるのが普通である。応力プロファイルの調整によってｍ_１を正の値にすることも可能であるが、その場合は、ガラス板内部に局所的に外側の圧縮応力値が内側の圧縮応力値より小さい部分が生じることで、その部分に歪が生じやすい。それによって、端面にクラックが発生しやすくなる。
ｍ_１は０．５ＭＰａ／μｍ以下が好ましく、０．３ＭＰａ／μｍ以下がより好ましく、０ＭＰａ／μｍ以下がさらに好ましく、－０．２ＭＰａ／μｍ以下が特に好ましい。これは端面にクラックが発生することを抑制できるからである。

また、以下の式で表すｍ_２が０ＭＰａ／μｍ以下であり、かつｍ_１より小さい。すなわち、ｍ_１とｍ_２の比（ｍ_１／ｍ_２）は１未満である。
ｍ_２＝ＣＳ_２／（ＤＯＬ／２－ＤＯＬ）

ｍ_１／ｍ_２は０．９以下が好ましく、０．８５以下がより好ましく、０．８以下がさらに好ましく、０．７５以下がよりさらに好ましく、０．７以下が特に好ましい。ｍ_１／ｍ_２が小さいことでＣＴが抑制される。

一方、ｍ_１／ｍ_２は、－０．２以上が好ましく、０以上がより好ましく、０．１以上がさらに好ましく、０．２５以上が特に好ましい。これはガラスの端面にクラックが生じにくくなるからである。

本強化ガラスは、深さ２．５μｍにおける圧縮応力値をＣＳ_３とした際に、以下の式で表されるｍ_３が１２０ＭＰａ／μｍ以上であることが好ましい。それによって、ＣＳ_０を大きくしてもＣＴを小さくできる。
ｍ_３＝（ＣＳ_０－ＣＳ_３）／２．５

ｍ_３は、１５０ＭＰａ／μｍ以上がより好ましく、１８０ＭＰａ／μｍ以上がさらに好ましく、２００ＭＰａ／μｍ以上がさらに好ましく、２２０ＭＰａ／μｍ以上が特に好ましい。一方、ｍ_３が大きすぎるとガラス表面の微小な傷によって強度が低下しやすくなる。そのためｍ_３は５００ＭＰａ／μｍ以下が好ましく、４００ＭＰａ／μｍ以下がより好ましく、３００ＭＰａ／μｍ以下がさらに好ましい。

本強化ガラスは、圧縮応力値が５０ＭＰａ以上である最大の深さ（Ｄ_５０Ｍ）が（０．５５×ＤＯＬ）μｍ以上が好ましく、（０．６×ＤＯＬ）μｍ以上がより好ましく、（０．６５×ＤＯＬ）μｍ以上がさらに好ましい。それによってアスファルト落下強度が高くなる。

＜化学強化用ガラス＞
本発明の化学強化用ガラス（以下、本強化用ガラスということがある。）は、４５０℃の硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）溶融塩に１時間浸漬した際のガラス表面の圧縮応力値（ＣＳ）が２００ＭＰａ以上となることが好ましい。また、その際のＤＯＬは４０μｍ以上が好ましい。
４５０℃の硝酸ナトリウム溶融塩に１時間浸漬した際のＣＳは、より好ましくは２５０ＭＰａ以上、さらに好ましくは３００ＭＰａ以上、特に好ましくは３５０ＭＰａ以上、最も好ましくは４００ＭＰａ以上である。そのようなガラスは、化学強化によって容易に高いＣＳが得られる。

また、４５０℃の硝酸ナトリウム溶融塩に１時間浸漬した際のＤＯＬは、より好ましくは５０μｍ以上、さらに好ましくは６０μｍ以上、特に好ましくは７０μｍ以上である。そのような化学強化用ガラスであると、強化処理時間を短くできる。

一般にＣＳが高すぎると、ＤＯＬが浅くなり、ＤＯＬが深くすぎるとＣＳが小さくなる。両者のバランスの観点から、４５０℃の硝酸ナトリウム溶融塩に１時間浸漬した際のＣＳは７００ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは６００ＭＰａ以下、さらに好ましく５００ＭＰａ以下である。ＤＯＬは１７０μｍ以下が好ましく、１５０μｍ以下がより好ましく、１３０μｍ以下がさらに好ましい。

本強化用ガラスは、４５０℃の硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）溶融塩に１時間浸漬した際のＣＳが５００ＭＰａ以上となることが好ましい。またその際のＤＯＬが３μｍ以上となることが好ましい。
４５０℃の硝酸カリウム溶融塩に１時間浸漬した際のＣＳは、より好ましくは６００ＭＰａ以上、さらに好ましくは７００ＭＰａ以上、さらに好ましくは８００ＭＰａ以上である。そのような化学強化用ガラスは、容易に高いＣＳが得られるので、高強度の化学強化ガラスが得られやすい。

４５０℃の硝酸カリウム溶融塩に１時間浸漬した際のＤＯＬは、より好ましくは４μｍ以上、さらに好ましくは５μｍ以上、さらに好ましくは６μｍ以上である。そのような強化用ガラスは、強化処理時間を短くできる。

一般にＣＳが高すぎると、ＤＯＬが浅くなり、ＤＯＬが深すぎるとＣＳが小さくなる。両者のバランスの観点から、４５０℃の硝酸カリウム溶融塩に１時間浸漬した際のＣＳは１４００ＭＰａ以下が好ましい。より好ましくは１３００ＭＰａ以下、さらに好ましく１１００ＭＰａ以下、特に好ましくは９００ＭＰａ以下である。４５０℃の硝酸カリウム溶融塩に１時間浸漬した際のＤＯＬは２０μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。

本強化用ガラスは、４５０℃の硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）溶融塩に１時間浸漬した際のＤＯＬが４０μｍ以上であり、かつ４５０℃の硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）溶融塩に１時間浸漬した際のＣＳが５００ＭＰａ以上であることがより好ましい。
そのような強化用ガラスであれば、ナトリウム塩とカリウム塩とを用いた化学強化処理によって、ＣＳが大きく、ＤＯＬが大きく、かつＣＴが抑制された化学強化ガラスを得やすいからである。

本強化用ガラスのガラス転移温度（Ｔｇ）は、化学強化時の応力緩和を抑制するために４８０℃以上が好ましい。Ｔｇは、応力緩和を抑制して大きな圧縮応力が得られるために、５００℃以上がより好ましく、５２０℃以上がさらに好ましい。
またＴｇは、化学強化時にイオン拡散速度が速くなるために、７００℃以下が好ましい。深いＤＯＬを得やすいために、Ｔｇは６５０℃以下がより好ましく、６００℃以下がさらに好ましい。

本強化用ガラスのヤング率は、７０ＧＰａ以上が好ましい。ヤング率が高いほど、強化ガラスが破壊した時に破片が飛散しにくくなる傾向がある。そのためヤング率は７５ＧＰａ以上がより好ましく、８０ＧＰａ以上がさらに好ましい。一方、ヤング率が高すぎると、化学強化時にイオンの拡散が遅く、深いＤＯＬを得ることが困難になる傾向がある。そこでヤング率は１１０ＧＰａ以下が好ましく、１００ＧＰａ以下がより好ましく、９０ＧＰａ以下がさらに好ましい。

本強化用ガラスのビッカース硬度は５７５以上が好ましい。化学強化用ガラスのビッカース硬度が大きいほど化学強化後のビッカース硬度が大きくなりやすく、化学強化ガラスが落下したときにも傷がつきにくい。そこで化学強化用ガラスのビッカース硬度は、好ましくは６００以上、より好ましくは６２５以上である。
なお、化学強化後のビッカース硬度は６００以上が好ましく、６２５以上がより好ましく、６５０以上がさらに好ましい。

ビッカース硬度は大きいほど傷つきにくくなるので好ましいが、通常は本強化用ガラスのビッカース硬度は８５０以下である。ビッカース硬度が大きすぎるガラスでは十分なイオン交換性を得るのが難しい傾向がある。そのため、ビッカース硬度は８００以下が好ましく、７５０以下がより好ましい。

本強化用ガラスの破壊靱性値は０．７ＭＰａ・ｍ^１／２以上が好ましい。破壊靱性値が大きいほど、化学強化ガラスの破壊時に破片の飛散が抑制される傾向がある。破壊靱性値は、より好ましくは０．７５ＭＰａ・ｍ^１／２以上、さらに好ましくは０．８ＭＰａ・ｍ^１／２以上である。
破壊靱性値は、通常は１ＭＰａ・ｍ^１／２以下である。

本強化用ガラスの５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数（α）は、１００×１０^－７／℃以下が好ましい。平均膨張係数（α）が小さいと、ガラスの成型時や化学強化後の冷却時にガラスが反りにくい。平均膨張係数（α）は９５×１０^－７／℃以下がより好ましく、９０×１０^－７／℃以下がさらに好ましい。
化学強化ガラスの反りを抑制するためには、平均熱膨張係数（α）は小さい程好ましいが、通常は６０×１０^－７／℃以上である。

本強化用ガラスにおいて、粘性が１０^２ｄＰａ・ｓとなる温度（Ｔ_２）は、１７５０℃以下が好ましく、１７００℃以下がより好ましく、１６８０℃以下がさらに好ましい。Ｔ_２は通常は１４００℃以上である。

本強化用ガラスにおいて、粘性が１０^４ｄＰａ・ｓとなる温度（Ｔ_４）は、１３５０℃以下が好ましく、１３００℃以下がより好ましく、１２５０℃以下がさらに好ましい。Ｔ_４は通常は１０００℃以上である。

化学強化用ガラスの液相温度は、（Ｔ_４＋５０）℃以下が好ましい。そのようなガラスは、フロート法で製造しやすいからである。液相温度は（Ｔ_４＋２５）℃以下がより好ましく、Ｔ_４℃以下がさらに好ましい。

本強化用ガラスは、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を５０～８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を１５～２５％、Ｂ_２Ｏ_３を０～１０％、Ｌｉ_２Ｏを２～１０％、Ｎａ_２Ｏを０～１０％、Ｋ_２Ｏを０～１０％、を含有し、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量の合計（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が０～１０％、ＺｒＯ_２とＴｉＯ_２の含有量の合計（ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２）が０～５％であることが好ましい。
酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を５５～８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を１５～２８％、Ｂ_２Ｏ_３を０～１０％、Ｌｉ_２Ｏを２～１０％、Ｎａ_２Ｏを０．５～１０％及びＫ_２Ｏを０～１０％を含有し、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量の合計（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が０～１０％かつＺｒＯ_２とＴｉＯ_２の含有量の合計（ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２）が０～５％であることがより好ましい。
酸化物基準の質量百分率表示でＳｉＯ_２が５５～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３が１５～２５％、Ｂ_２Ｏ_３が０～１０％、Ｌｉ_２Ｏが２～１０％、Ｎａ_２Ｏが１～１０％、Ｋ_２Ｏが０．５～１０％、（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が０～１０％及び（ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２）が０～５％であるとさらに好ましい。
そのようなガラスは、化学強化処理によって好ましい応力プロファイルを形成しやすい。以下、この好ましいガラス組成について説明する。

ＳｉＯ_２はガラスの骨格を構成する成分である。また、化学的耐久性を上げる成分であり、ガラス表面に傷がついた時のクラックの発生を低減させる成分である。ＳｉＯ_２の含有量は５０％以上が好ましく、５５％以上がより好ましく、５８％以上がさらに好ましい。
また、ガラスの溶融性を高くするためにＳｉＯ_２の含有量は８０％以下が好ましく、７５％以下がより好ましく、７０％以下がさらに好ましい。

Ａｌ_２Ｏ_３は化学強化の際のイオン交換性を向上させ、強化後の表面圧縮応力を大きくするために有効な成分であり、ガラス転移温度（Ｔｇ）を高くし、ヤング率を高くする成分でもあり、１３％以上が好ましく、１５％以上がより好ましい。
また、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、溶融性を高くするために好ましくは２８％以下、より好ましくは２６％以下、さらに好ましくは２５％以下である。

Ｂ_２Ｏ_３は、必須ではないが、ガラス製造時の溶融性を向上させる等のために加えることができる。Ｂ_２Ｏ_３を含有させる場合の含有量は、好ましくは０．５％以上であり、より好ましくは１％以上、さらに好ましくは２％以上である。
また、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、さらに好ましくは３％以下、最も好ましくは１％以下である。それによって、溶融時に脈理が発生し化学強化用ガラスの品質が低下するのを防ぐことができる。なお、耐酸性を高くするためにはＢ_２Ｏ_３を実質的に含有しないことが好ましい。

Ｌｉ_２Ｏは、イオン交換により表面圧縮応力を形成させる成分である。Ｌｉ_２Ｏの含有量は、圧縮応力層深さＤＯＬを大きくするために、好ましくは２％以上、より好ましくは３％以上、さらに好ましくは４％以上、である。
また、ガラスの化学的耐久性を高くするためにＬｉ_２Ｏの含有量は１０％以下が好ましく、８％以下がより好ましく、７％以下がさらに好ましい。

Ｎａ_２Ｏはカリウムを含有する溶融塩を利用したイオン交換により表面圧縮応力層を形成する成分であり、またガラスの溶融性を向上させる成分である。Ｎａ_２Ｏの含有量は０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、１．５％以上がさらに好ましい。
また、Ｎａ_２Ｏの含有量は、好ましくは１０％以下であり、より好ましくは８％以下、さらに好ましくは６％以下である。

Ｋ_２Ｏは必須ではないが、ガラスの溶融性を向上し、失透を抑制するために含有してもよい。Ｋ_２Ｏの含有量は、好ましくは０．５％以上、より好ましくは１％以上である。
また、Ｋ_２Ｏの含有量はイオン交換による圧縮応力値を大きくするために、好ましくは１０％以下、より好ましくは９％以下、さらに好ましくは８％以下である。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏ等のアルカリ金属酸化物は、いずれもガラスの溶解温度を低下させる成分であり、合計で５％以上含有することが好ましい。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの含有量の合計（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）は、５％以上が好ましく、７％以上がより好ましく、８％以上がさらに好ましい。
（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）は、ガラスの強度を維持するために２０％以下が好ましく、１８％以下がより好ましい。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ等のアルカリ土類金属酸化物は、いずれもガラスの溶融性を高める成分であるが、イオン交換性能を低下させる傾向がある。
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量の合計（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）は１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのいずれかを含有する場合は、化学強化ガラスの強度を高くするためにＭｇＯを含有することが好ましい。
ＭｇＯを含有する場合の含有量は０．１％以上が好ましく、０．５％以上がより好ましい。
またイオン交換性能を高くするために１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。

ＣａＯを含有させる場合の含有量は、好ましくは０．５％以上であり、より好ましくは１％以上である。イオン交換性能を高くするためには５％以下が好ましく、１％以下がより好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。

ＳｒＯを含有させる場合の含有量は、好ましくは０．５％以上であり、より好ましくは１％以上である。イオン交換性能を高くするためには５％以下が好ましく、１％以下がより好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。

ＢａＯを含有させる場合の含有量は、好ましくは０．５％以上であり、より好ましくは１％以上である。イオン交換性能を高くするためには５％以下が好ましく、１％以下がより好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。

ＺｎＯはガラスの溶融性を向上させる成分であり、含有させてもよい。ＺｎＯを含有させる場合の含有量は、好ましくは０．２％以上であり、より好ましくは０．５％以上である。ガラスの耐候性を高くするために、ＺｎＯの含有量は５％以下が好ましく、１％以下がより好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。

ＴｉＯ_２は、化学強化ガラスの破壊時に破片が飛散することを抑制する成分であり、含有させてもよい。ＴｉＯ_２を含有させる場合の含有量は、好ましくは０．１％以上である。ＴｉＯ_２の含有量は、溶融時の失透を抑制するために５％以下が好ましく、１％以下がより好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。

ＺｒＯ_２は、イオン交換による表面圧縮応力を増大させる成分であり、含有させてもよい。ＺｒＯ_２を含有させる場合の含有量は、好ましくは０．５％以上であり、より好ましくは１％以上である。また溶融時の失透を抑制するために５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。

また、ＴｉＯ_２とＺｒＯ_２の含有量（ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２）は、５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。

Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５は、化学強化ガラスの破砕を抑制する成分であり、含有させてもよい。これらの成分を含有させる場合のそれぞれの含有量は、好ましくは０．５％以上であり、より好ましくは１％以上、さらに好ましくは１．５％以上、特に好ましくは２％以上、最も好ましくは２．５％以上である。

また、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は合計で９％以下が好ましく、８％以下がより好ましい。そのようであると溶融時にガラスが失透しにくくなり化学強化ガラスの品質が低下するのを防ぐことができる。またＹ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量はそれぞれ、３％以下が好ましく、より好ましくは２％以下、さらに好ましくは１％以下、特に好ましくは０．７％以下、最も好ましくは０．３％以下である。

Ｔａ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３は、化学強化ガラスの破砕を抑制するために少量含有してもよいが、屈折率や反射率が高くなるのでそれぞれ１％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。

Ｐ_２Ｏ_５は、はイオン交換性能を向上させるために含有してもよい。Ｐ_２Ｏ_５を含有させる場合の含有量は、好ましくは０．５％以上であり、より好ましくは１％以上である。化学的耐久性を高くするためにはＰ_２Ｏ_５の含有量は２％以下が好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。

ガラスを着色する場合は、所望の化学強化特性の達成を阻害しない範囲において着色成分を添加してもよい。着色成分としては、例えば、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＭｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ_５、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＳｅＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。

着色成分の含有量は、合計で７％以下が好ましい。それによって、ガラスの失透を抑制できる。着色成分の含有量は、より好ましくは５％以下であり、さらに好ましくは３％以下であり、特に好ましくは１％以下である。ガラスの可視光透過率を高くしたい場合は、これらの成分は実質的に含有しないことが好ましい。

また、ガラス溶融の際の清澄剤として、ＳＯ_３、塩化物、フッ化物などを適宜含有してもよい。Ａｓ_２Ｏ_３は実質的に含有しないことが好ましい。Ｓｂ_２Ｏ_３を含有する場合は、０．３％以下が好ましく、０．１％以下がより好ましく、実質的に含有しないことが最も好ましい。

なお、本強化ガラスは、上記組成の本強化用ガラスが化学強化された化学強化ガラスが好ましく、その母組成は化学強化用ガラスの組成と同様である。
すなわち、例えば本強化ガラスは、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を５５～８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を１５～２８％、Ｂ_２Ｏ_３を０～１０％、Ｌｉ_２Ｏを２～１０％、Ｎａ_２Ｏを０．５～１０％及びＫ_２Ｏを０～１０％を含有し、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量の合計（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が０～１０％かつＺｒＯ_２とＴｉＯ_２の含有量の合計（ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２）が０～５％であることが好ましい。

＜化学強化ガラスの製造方法＞
化学強化ガラスは、一般的なガラス製造方法によって製造された化学強化用ガラスを化学強化処理して製造される。
化学強化処理は、ガラスの表面にイオン交換処理を施し、圧縮応力を有する表面層を形成させる処理である。具体的には、化学強化用ガラスのガラス転移点以下の温度でイオン交換処理を行い、ガラス板表面付近に存在するイオン半径が小さな金属イオン（典型的には、ＬｉイオンまたはＮａイオン）を、イオン半径のより大きいイオン（典型的には、Ｌｉイオンに対してはＮａイオンまたはＫイオンであり、Ｎａイオンに対してはＫイオン）に置換する。

本強化ガラスは、たとえば前述の組成を有する化学強化用ガラスを化学強化処理して製造できる。
化学強化用ガラスは、例えば、以下のようにして製造できる。なお、下記の製造方法は、板状の化学強化ガラスを製造する場合の例である。

たとえば前述の好ましい組成のガラスが得られるように、ガラス原料を調合し、ガラス溶融窯で加熱溶融する。その後、バブリング、撹拌、清澄剤の添加等によりガラスを均質化し、従来公知の成形法により所定の厚さのガラス板に成形し、徐冷する。またはブロック状に成形して徐冷した後に切断する方法で板状に成形してもよい。

板状に成形する方法としては、例えば、フロート法、プレス法、フュージョン法及びダウンドロー法が挙げられる。特に、大型のガラス板を製造する場合は、フロート法が好ましい。また、フロート法以外の連続成形法、たとえば、フュージョン法及びダウンドロー法も好ましい。

その後、成形して得られたガラスを必要に応じて研削及び研磨処理して、ガラス板を形成する。なお、ガラス板を所定の形状及びサイズに切断したり、ガラス板の面取り加工を行う場合、後述する化学強化処理を施す前に、ガラス板の切断や面取り加工を行えば、化学強化処理によって端面にも圧縮応力層が形成されるため、好ましい。

そして、形成したガラス板に化学強化処理を施した後、洗浄及び乾燥することにより、化学強化ガラスが得られる。

＜化学強化処理＞
化学強化処理は、大きなイオン半径の金属イオン（典型的には、ＮａイオンまたはＫイオン）を含む金属塩（例えば、硝酸カリウム）の融液に浸漬する等の方法で、ガラスを金属塩に接触させ、ガラス中の小さなイオン半径の金属イオン（典型的には、ＮａイオンまたはＬｉイオン）と大きなイオン半径の金属イオン（典型的には、Ｌｉイオンに対してはＮａイオンまたはＫイオンであり、Ｎａイオンに対してはＫイオン）とを置換させる処理である。
化学強化処理の速度を早くするためには、ガラス中のＬｉイオンをＮａイオンと交換する「Ｌｉ－Ｎａ交換」を利用することが好ましい。またイオン交換により大きな圧縮応力を形成するためには、ガラス中のＮａイオンをＫイオンと交換する「Ｎａ－Ｋ交換」を利用することが好ましい。

化学強化処理を行うための溶融塩としては、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、塩化物などが挙げられる。このうち硝酸塩としては、例えば、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸セシウム、硝酸銀などが挙げられる。硫酸塩としては、例えば、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸セシウム、硫酸銀などが挙げられる。炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどが挙げられる。塩化物としては、例えば、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化セシウム、塩化銀などが挙げられる。これらの溶融塩は単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。

本強化ガラスは、たとえば以下に説明する強化処理方法１または強化処理方法２を用いて製造できる。

（強化処理方法１）
強化処理方法１においては、まず、ナトリウム（Ｎａ）イオンを含む金属塩（第一の金属塩）に、Ｌｉ_２Ｏを含有する化学強化用ガラスを接触させて、金属塩中のＮａイオンとガラス中のＬｉイオンとのイオン交換を起こさせる。以下ではこのイオン交換処理を「１段目の処理」と呼ぶことがある。
１段目の処理は、たとえば化学強化用ガラスを３５０～５００℃程度のＮａイオンを含む金属塩（例えば硝酸ナトリウム）に０．１～２４時間程度浸漬する。生産性を向上するためには、１段目の処理時間は１２時間以下が好ましく、６時間以下がより好ましい。

１段目の処理によって、ガラス表面に深い圧縮応力層が形成され、ＣＳが２００ＭＰａ以上、ＤＯＬが板厚の１／８以上となるような応力プロファイルを形成できる。また大きなＤ_５０Ｍが得られる。１段目の処理を終えたガラスは、前述のｍ_１に相当するＤＯＬ／４～ＤＯＬ／２における応力プロファイルの傾きの絶対値が、前述のｍ_２に相当するＤＯＬ／２～ＤＯＬにおける応力プロファイルの傾きの絶対値よりも大きい。また、１段目の処理を終えた段階のガラスは、ＣＴが大きいので破壊時に破片が飛散しやすい。しかし、後の処理によって破片の飛散は改善されるので、この段階でのＣＴが大きいことはむしろ好ましい。１段目の処理を終えたガラスのＣＴは９０ＭＰａ以上が好ましく、１００ＭＰａ以上がより好ましく、１１０ＭＰａ以上がさらに好ましい。それによってＤ_５０Ｍが大きくなるからである。

第一の金属塩はアルカリ金属塩であり、アルカリ金属イオンとしては、Ｎａイオンを最も多く含有する。Ｌｉイオンを含有してもよいが、アルカリイオンのモル数１００％に対してＬｉイオンは２％以下が好ましく、１％以下がより好ましく、０．２％以下がさらに好ましい。また、Ｋイオンを含有してもよい。第一の金属塩に含まれるアルカリイオンのモル数１００％に対してＫイオンは２０％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。

次に、リチウム（Ｌｉ）イオンを含有する金属塩（第二の金属塩）に、１段目の処理を終えたガラスを接触させ、金属塩中のＬｉイオンとガラス中のＮａイオンとのイオン交換により、表層近傍の圧縮応力値を減少させる。この処理を「２段目の処理」と呼ぶことがある。
具体的には、たとえば３５０～５００℃程度のＮａとＬｉを含む金属塩（例えば硝酸ナトリウムと硝酸リチウムの混合塩）に０．１～２４時間程度浸漬する。生産性を向上するためには、２段目の処理時間は１２時間以下が好ましく、６時間以下がより好ましい。

２段目の処理によって、前述のｍ_１に相当するＤＯＬ／４～ＤＯＬ／２における応力プロファイルの傾きの絶対値は前述のｍ_２に相当するＤＯＬ／２～ＤＯＬにおける応力プロファイルの傾きの絶対値よりも小さくなる。その結果、ＣＴが小さくなる。一方、２段目の処理は、ガラスの深い部分の応力プロファイルには影響しないので、２段目の処理によってもＤ_５０Ｍは減少しない。
２段目の処理を終えたガラスは、大きなＤ_５０Ｍを維持しつつ、内部の引っ張り応力を下げることができ、割れた際に激しい割れ方をしなくなる。

第二の金属塩は、アルカリ金属塩であり、アルカリ金属イオンとしてＮａイオンとＬｉイオンを含有することが好ましい。また硝酸塩が好ましい。第二の金属塩に含まれるアルカリ金属イオンのモル数１００％に対して、ＮａイオンとＬｉイオンの合計のモル数は５０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましく、８０％以上がさらに好ましい。Ｎａ／Ｌｉモル比を調整することで、ＤＯＬ／４～ＤＯＬ／２における応力プロファイルを制御できる。
第二の金属塩のＮａ／Ｌｉモル比の最適値は、ガラス組成によって異なるが、例えば、０．３以上が好ましく、０．５以上がより好ましく、１以上がより好ましい。Ｎａ／Ｌｉ比が大きすぎると、ＣＴを小さくしつつ、Ｄ_５０Ｍを大きくするのが難しい。Ｎａ／Ｌｉ比は１００以下であることが好ましく、６０以下であることがより好ましく、４０以下であることがさらに好ましい。

第二の金属塩が、硝酸ナトリウム－硝酸リチウム混合塩の場合、硝酸ナトリウムと硝酸リチウムの質量比は、たとえば２５：７５～９９：１が好ましく、５０：５０～９８：２がより好ましく、７０：３０～９７：３が好ましい。

次に、カリウム（Ｋ）イオンを含む金属塩（第三の金属塩）に、２段目の処理を終えたガラスを接触させ、金属塩中のＫイオンとガラス中のＮａイオンとのイオン交換により、ガラス表面に大きな圧縮応力を発生させる。このイオン交換処理を「３段目の処理」と呼ぶことがある。
具体的には、たとえば３５０～５００℃程度のＫイオンを含む金属塩（例えば硝酸カリウム）に０．１～１０時間程度浸漬する。このプロセスにより、ガラス表層の０～１０μｍ程度の領域に大きな圧縮応力を形成できる。

３段目の処理はガラス表面の浅い部分の圧縮応力だけを大きくし、内部にはほとんど影響しないので、大きなＤ_５０Ｍを維持し、内部の引っ張り応力を抑制したままで、表層に大きな圧縮応力を形成できる。
第３の金属塩はアルカリ金属塩であり、アルカリ金属イオンとして、Ｌｉイオンを含んでもよいが、アルカリ金属の原子数１００％に対してＬｉイオンは２％以下が好ましく、１％以下がより好ましく、０．２％以下がさらに好ましい。また、Ｎａイオンの含有量は２％以下が好ましく、１％以下がより好ましく０．２％以下がさらに好ましい。

強化処理方法１では、１～３段目の処理時間の総和を２４時間以下にできるので、生産性が高く好ましい。処理時間の総和は１５時間以下がより好ましく、１０時間以下がさらに好ましい。

（強化処理方法２）
強化処理方法２においては、まず、ナトリウム（Ｎａ）イオンを含む第一の金属塩に、Ｌｉ_２Ｏを含有する化学強化用ガラスを接触させて、金属塩中のＮａイオンとガラス中のＬｉイオンとのイオン交換を起こさせる１段目の処理を行う。
１段目の処理については、強化処理方法１の場合と同様なので説明を省略する。

次に、１段目の処理を終えたガラスを金属塩に接触させずに熱処理する。これを２段目の処理と呼ぶ。
２段目の処理は、たとえば１段目の処理を終えたガラスを大気中で３５０℃以上の温度に一定時間保持して行う。保持温度は化学強化用ガラスの歪点以下の温度であり、１段目の処理温度より１０℃高い温度以下が好ましく、１段目の処理温度と同じ温度がより好ましい。
この処理によれば、１段目の処理でガラス表面に導入されたアルカリイオンが、熱拡散することでＣＴが低下すると考えられる。

次に、カリウム（Ｋ）イオンを含む第三の金属塩に、２段目の処理を終えたガラスを接触させ、金属塩中のＫイオンとガラス中のＮａイオンとのイオン交換により、ガラス表面に大きな圧縮応力を発生させる。このイオン交換処理を「３段目の処理」と呼ぶことがある。
３段目の処理については、強化処理方法１の場合と同様なので説明を省略する。

強化処理方法２では、１～３段目の処理時間の総和を２４時間以下にできるので、生産性が高く好ましい。処理時間の総和は１５時間以下がより好ましく、１０時間以下がさらに好ましい。

強化処理方法１によれば、２段目の処理に用いる第二の金属塩の組成や処理温度の調整により、応力プロファイルを精密に制御できる。
強化処理方法２によれば、比較的簡単な処理により低コストで優れた特性の化学強化ガラスが得られる。

化学強化処理の処理条件は、ガラスの特性・組成や溶融塩の種類などを考慮して、時間及び温度等を適切に選択すればよい。

本発明の化学強化ガラスは、携帯電話、スマートフォン等のモバイル機器等に用いられるカバーガラスとして、特に有用である。さらに、携帯を目的としない、テレビ、パーソナルコンピュータ、タッチパネル等のディスプレイ装置のカバーガラス、エレベータ壁面、家屋やビル等の建築物の壁面（全面ディスプレイ）にも有用である。また、窓ガラス等の建築用資材、テーブルトップ、自動車や飛行機等の内装等やそれらのカバーガラスとして、また曲面形状を有する筺体等の用途にも有用である。

以下、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれに限定されない。
表２に酸化物基準の質量百分率表示で示したガラス１、２、４～８の組成となるようにガラス原料を調合し、ガラスとして１０００ｇになるように秤量した。ついで、混合した原料を白金るつぼに入れ、１５００～１７００℃の電気炉に投入して３時間程度溶融し、脱泡、均質化した。
得られた溶融ガラスを型材に流し込み、（ガラス転移点＋５０）℃の温度において１時間保持した後、０．５℃／分の速度で室温まで冷却し、ガラスブロックを得た。得られたガラスブロックを切断、研削し、最後に両面を鏡面研磨して、厚さ（ｔ）が８００μｍのガラス板を得た。また、ガラス３をフロート法で製造した。

得られたガラスについて以下の特性を評価した。
平均線膨張係数（α）（×１０^－７／℃）およびガラス転移点（Ｔｇ）（℃）の測定はＪＩＳ Ｒ３１０２（１９９５年）『ガラスの平均線膨張係数の試験方法』の方法に準じた。ヤング率（Ｅ）（ＧＰａ）は超音波パルス法（ＪＩＳ Ｒ１６０２（１９９５年））により測定した。Ｔ_４（℃）及びＴ_２（℃）は、ＡＳＴＭ Ｃ ９６５－９６（２０１２年）に準じて回転粘度計で測定した。

＜液相温度（Ｔ_Ｌ）＞
化学強化前のガラスを粉砕し、４ｍｍメッシュと２ｍｍメッシュの篩を用いて分級し、洗浄した後、乾燥してカレットを得た。２～５ｇのカレットを白金皿に載せて一定温度に保った電気炉中で１７時間保持し、室温の大気中に取り出して冷却した後、偏光顕微鏡で失透の有無を観察する操作を繰り返して、失透が認められた最高の温度（Ｔ１）と失透が認められなかった最低の温度（Ｔ２）との平均値をＴ_Ｌとした。ただし、Ｔ１とＴ２との差が２０℃以内になるようにした。

ガラス１～８を用いて、以下の例１～例１２の化学強化ガラスを作製し、評価した。なお、例１～３、８～１２が実施例であり、例４～７は比較例である。
（例１）
ガラス１の板を、４５０℃の硝酸ナトリウム塩に３時間浸した。次に、３７５℃の硝酸ナトリウム－硝酸リチウム混合塩（質量比 ８５：１５）に３時間浸した。次に４００℃の硝酸カリウム塩に１時間浸して、化学強化ガラス板を得た（合計の強化時間 ７時間）。
（例２）
ガラス１の板を、４５０℃の硝酸ナトリウム塩に３時間浸した後、例１における硝酸ナトリウム－硝酸リチウム混合塩に浸す代わりに大気中で４５０℃に３時間保持した他は例１と同様にして化学強化ガラス板を得た（合計の強化時間 ７時間）。
（例３）
ガラス２の板を、４５０℃の硝酸ナトリウム塩に３時間浸した後、大気中で４５０℃に３時間保持し、次に４００℃の硝酸カリウム塩に０．５時間浸して、化学強化ガラスを得た（合計の強化時間 ６．５時間）。

（例４）
ガラス１の板を４５０℃の硝酸カリウム－硝酸ナトリウム混合塩（質量比 ９０：１０）に１．５時間浸して化学強化ガラス板を得た（合計の強化時間 １．５時間）。
（例５）
ガラス１の板を４５０℃の硝酸ナトリウム塩に２時間浸し、次に、４５０℃の硝酸カリウム塩に４時間浸して化学強化ガラス板を得た（合計の強化時間 ６時間）。
（例６）
ガラス１の板を４５０℃の硝酸ナトリウム塩に３時間浸し、次に、４００℃の硝酸カリウム塩に１時間浸して化学強化ガラス板を得た（合計の強化時間 ４時間）。
（例７）
ガラス３の板を４５０℃の硝酸カリウム塩に４時間浸し、次に大気中で５００℃に５時間保持した後、４００℃の硝酸カリウム塩に１５分浸して化学強化ガラス板を得た（合計の強化時間 ９．２５時間）。
（例８）
ガラス４の板を４５０℃の硝酸ナトリウム塩に４時間浸し、次に、大気中で４５０℃に１時間保持した後、４００℃の硝酸カリウム塩に１時間浸して、化学強化ガラス板を得た（合計の強化時間 ６時間）。
（例９～１１）
表４に記載したガラスの板をそれぞれ４５０℃の硝酸ナトリウム塩に４時間浸し、次に大気中で４５０℃に３時間保持した後、４００℃の硝酸カリウム塩に１時間浸して化学強化ガラス板を得た（合計の強化時間 ８時間）。
（例１２）
ガラス８のガラス板を４５０℃の硝酸ナトリウム塩に３時間浸し、次に大気中で４５０℃に１時間保持した後、４５０℃の硝酸カリウム塩に１時間浸して化学強化ガラス板を得た（合計の強化時間 ５時間）。

例１～１２の化学強化ガラス板について、以下の評価を行った。
［応力プロファイル］
折原製作所社製の表面応力計ＦＳＭ－６０００及び散乱光光弾性を応用した折原製作所社製の測定機ＳＬＰ１０００を用いて応力値を測定した。化学強化ガラス１、３、５、７、１２の測定結果をそれぞれ図１、２、３、４、５に示す。各図の矢印ｃで示される箇所（圧縮応力値が０となる点）における深さがＤＯＬ［単位：μｍ］である。また図中ａの矢印で示したＤＯＬ／４となる深さにおける圧縮応力値（ＣＳ_１）［単位：ＭＰａ］、ｂの矢印で示したＤＯＬ／２となる深さにおける圧縮応力値（ＣＳ_２）［単位：ＭＰａ］、ガラス表面（深さ０の点）の圧縮応力値（ＣＳ_０）［単位：ＭＰａ］、及び深さ２．５μｍにおける圧縮応力値（ＣＳ_３）［単位：ＭＰａ］を読み取った。

これらの結果から、以下の式でｍ_１［単位：ＭＰａ／μｍ］、ｍ_２［単位：ＭＰａ／μｍ］、ｍ_３［単位：ＭＰａ／μｍ］およびｍ_１／ｍ_２を計算した。
ｍ_１＝（ＣＳ_１－ＣＳ_２）／（ＤＯＬ／４－ＤＯＬ／２）
ｍ_２＝ＣＳ_２／（ＤＯＬ／２－ＤＯＬ）
ｍ_３＝（ＣＳ_０－ＣＳ_３）／２．５
また、ＣＳが５０ＭＰａ以上となる最大深さ（Ｄ_５０Ｍ）［単位：μｍ］および深さが（ｔ×１／２）における引張応力値（ＣＴ）［単位：ＭＰａ］を読み取った。

［アスファルト落下強度試験］
化学強化ガラス板をスマートフォンのカバーガラスに見立て、スマートフォンを模擬した筐体に取り付けて、平坦なアスファルト面上に落下させた。化学強化ガラス板と筐体を合わせた質量は約１４０ｇであった。
高さ３０ｃｍから試験を開始し、化学強化ガラス板が割れなかったら、高さを１０ｃｍ高くして落下させる試験を繰り返し、割れた時の高さ［単位：ｃｍ］を記録した。この試験を１セットとして、１０セット繰り返し、割れたときの高さの平均値を「落下高さ」（ｃｍ）とした。
表３及び４における空欄は未測定であることを意味する。

［破砕数］
対面角の圧子角度９０度を有するダイヤモンド圧子を用いて、３～１０ｋｇｆの荷重を１５秒間保持する圧子圧入試験により、２０ｍｍ角の化学強化ガラス板を破壊させて、破壊後の化学強化ガラスの破片の数（破砕数）を計測した。

好ましい応力プロファイルを有する例１は、アスファルト落下耐性に優れ、しかも破砕数が少なかった。ｍ_１／ｍ_２が大きい例４、例５は、ＣＳ_１やＣＳ_２が大きくてもアスファルト落下強度が劣った。ｍ_１とｍ_２が小さい例６は、ＣＴが大きいので激しく破砕した。ＤＯＬが小さい例７はアスファルト落下強度が低かった。
また、例２、３及び８～１２は、例１に対して、強化条件やガラス組成を変えた実施例であるが、例１と同様、好ましい応力プロファイルを有しており、高いアスファルト落下強度を期待することができる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１７年６月２８日出願の日本特許出願（特願２０１７－１２６３５７）、２０１７年１０月２６日出願の日本特許出願（特願２０１７－２０７３１０）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims (9)

1. ガラス表面に圧縮応力層を有する、板状の化学強化ガラスであって、
   ガラス表面の圧縮応力値（ＣＳ_０）が５００ＭＰａ以上であり、
   板厚（ｔ）が４００μｍ以上であり、
   圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が（ｔ×０．１５）μｍ以上であり、
   ガラス表面からの深さが前記ＤＯＬの１／４の点における圧縮応力値（ＣＳ_１）が５０ＭＰａ以上であり、
   ガラス表面からの深さが前記ＤＯＬの１／２の点における圧縮応力値（ＣＳ_２）が５０ＭＰａ以上であり、
   以下の式で表されるｍ_１が－１．５ＭＰａ／μｍ以上であり、ｍ_２が０ＭＰａ／μｍ以下であり、かつ前記ｍ_２が前記ｍ_１より小さく、
   ガラス表面からの深さが２．５μｍの点における圧縮応力値（ＣＳ _３ ）に対し、以下の式で表されるｍ _３ が１２０ＭＰａ／μｍ以上である化学強化ガラス。
   ｍ_１＝（ＣＳ_１－ＣＳ_２）／（ＤＯＬ／４－ＤＯＬ／２）
   ｍ_２＝ＣＳ_２／（ＤＯＬ／２－ＤＯＬ）
   ｍ _３ ＝（ＣＳ _０ －ＣＳ _３ ）／２．５
2. ガラス表面に圧縮応力層を有する、板状の化学強化ガラスであって、
   ガラス表面の圧縮応力値（ＣＳ_０）が５００ＭＰａ以上であり、
   圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が１００μｍ以上であり、
   ガラス表面からの深さが前記ＤＯＬの１／４の点における圧縮応力値（ＣＳ_１）が５０ＭＰａ以上であり、
   ガラス表面からの深さが前記ＤＯＬの１／２の点における圧縮応力値（ＣＳ_２）が５０ＭＰａ以上であり、
   以下の式で表されるｍ_１が－１．５ＭＰａ／μｍ以上であり、ｍ_２が０ＭＰａ／μｍ以下であり、かつ前記ｍ_２が前記ｍ_１より小さい化学強化ガラス。
   ｍ_１＝（ＣＳ_１－ＣＳ_２）／（ＤＯＬ／４－ＤＯＬ／２）
   ｍ_２＝ＣＳ_２／（ＤＯＬ／２－ＤＯＬ）
3. 圧縮応力値が５０ＭＰａ以上である最大の深さが前記ＤＯＬに対して（０．５５×ＤＯＬ）μｍ以上である請求項１または２に記載の化学強化ガラス。
4. 前記ｍ_１及び前記ｍ_２の比（ｍ_１／ｍ_２）が０．９より小さい請求項１～３のいずれか一項に記載の化学強化ガラス。
5. 前記ｍ_１が０．５ＭＰａ／μｍ以下である請求項１～４のいずれか一項に記載の化学強化ガラス。
6. 内部引張応力値が１００ＭＰａより小さい請求項１～５のいずれか一項に記載の化学強化ガラス。
7. 化学強化ガラスの母組成が、酸化物基準の質量百分率表示で
   ＳｉＯ_２ ５５～８０％、
   Ａｌ_２Ｏ_３ １５～２８％、
   Ｂ_２Ｏ_３ ０～１０％、
   Ｌｉ_２Ｏ ２～１０％、
   Ｎａ_２Ｏ ０．５～１０％、
   Ｋ_２Ｏ ０～１０％、
   （ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ） ０～１０％、及び
   （ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２） ０～５％、
   を含む請求項１～６のいずれか一項に記載の化学強化ガラス。
8. Ｌｉ_２Ｏを含有する化学強化用ガラスを、Ｎａイオンを含む金属塩に接触させてイオン交換し、
   次に、Ｌｉイオンを含む金属塩に接触させてイオン交換し、
   次に、Ｋイオンを含む金属塩に接触させてイオン交換する工程を含み、
   前記Ｌｉイオンを含む金属塩におけるＮａ／Ｌｉモル比は０．３～６０である、化学強化ガラスの製造方法。
9. 前記化学強化用ガラスが酸化物基準の質量百分率表示で、
   ＳｉＯ_２ ５５～８０％、
   Ａｌ_２Ｏ_３ １５～２８％、
   Ｂ_２Ｏ_３ ０～１０％、
   Ｌｉ_２Ｏ ２～１０％、
   Ｎａ_２Ｏ ０．５～１０％、
   Ｋ_２Ｏ ０～１０％、
   （ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ） ０～１０％、及び
   （ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２） ０～５％、
   を含む請求項８に記載の化学強化ガラスの製造方法。

Images