KR102341851B1 - 하이브리드 소다-라임 실리케이트 및 알루미노실리케이트 유리 제품 - Google Patents

하이브리드 소다-라임 실리케이트 및 알루미노실리케이트 유리 제품 Download PDF

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Abstract

약 40 mol% 이상 내지 약 68　mol% 이하의 SiO2, 약 11 mol% 이하의 Al2O3, 약 1:1 이상 내지 약　2:1 이하의 R2O:R'O 몰비, 및 약 0.6:1 이상 내지 약 1.8:1 이하의 MgO:CaO 몰비를 갖는 유리 제품은 제공된다. 상기 유리 제품은 또한 이의 적어도 하나의 표면상에 압축 응력층을 포함할 수 있고, 상기 압축 응력층은 약 800MPa 이상인 압축 응력 및 약 20　㎜ 이상의 깊이를 갖는다.

Description

하이브리드 소다-라임 실리케이트 및 알루미노실리케이트 유리 제품 {Hybrid Soda-Lime Silicate and Aluminosilicate Glass Articles}
본 출원은 2013년 8월 2일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/861,667호의 우선권을 주장하고, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
본 명세서는 일반적으로 하이브리드 (hybrid) 소다-라임 실리케이트 (soda-lime silicate) 및 알루미노실리케이트 유리 제품에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 이온 교환 가능한 하이브리드 소다-라임 실리케이트 및 알루미노실리케이트 유리 제품에 관한 것이다.
소다-라임 실리케이트 유리는 한참 동안 잘 알려져 왔고, 예를 들어, 플루오트 방법 (float methods)과 같은, 비용-효율적인 방법에 의해 쉽게 제조된다. 더욱이, 소다-라임 실리케이트 유리에서 사용된 원료는 다른 유리 타입에서의 원료과 비교된 경우 비싸지 않다. 그러나, 소다-라임 실리케이트 유리는 휴대폰, 테블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 등과 같은, 최근 전자 장치에 의해 요구되는 기계적 강도 및 다른 특성을 제공하지 못한다. 반대로, 알루미노실리케이트 유리, 특히 이온-교환 알루미노실리케이트 유리는 최근 전자 장치에 사용될 충분한 기계적 강도 및 화학적 안정성을 갖지만, 소다-라임 실리케이트 유리와 비교한 경우 생산하는데 고-비용의 방법 및 원료를 요구한다.
따라서, 소다-라임 실리케이트 유리의 저-비용 특징 및 알루미노실리케이트 유리의 고-성능 특징을 균형 맞추는 대안적인 유리 조성물을 갖는 유리 제품에 대한 필요는 존재한다.
구체 예에 따르면, 제공된 유리 제품은 약 40 mol% 이상 내지 약 68　mol% 이하의 SiO2, 약 11 mol% 이하의 Al2O3, 약 1:1 이상 내지 약　2:1 이하의 R2O:R'O 몰비, 및 약 0.6:1 이상 내지 약 1.8:1 이하의 MgO:CaO 몰비를 포함한다. 상기 유리 제품은 또한 이의 적어도 하나의 표면상에 압축 응력층 (compressive stress layer)을 포함할 수 있고, 상기 압축 응력층은 약 800MPa 이상의 압축 응력을 갖는다.
몇몇 구체 예에 따르면, 제공된 유리 제품은 약 40 mol% 이상 내지 약 68 mol% 이하의 SiO2, 약 11 mol% 이하의 Al2O3, 약 13 mol% 이상 내지 약 21 mol% 이하의 R2O, 약 2.5 mol% 이상의 CaO, 및 약 1:1 이상 내지 약　2:1 이하의 R2O:R'O 몰비를 포함한다. 상기 유리 제품은 이의 적어도 하나의 표면상에 압축 응력층을 포함할 수 있고, 상기 압축 응력층은 약 800　MPa 이상의 압축 응력 및 약 20㎜ 이상의 깊이를 갖는다.
부가적인 특색 및 장점은 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로 하기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 명백할 것이며, 하기 상세한 설명, 청구항, 뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 구현 예를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.
전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 다양한 구현 예를 설명하고, 청구된 주제의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 첨부된 도면은 다양한 구현 예의 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서의 일부를 구성하고 혼입된다. 도면은 여기에 기재된 다양한 구현 예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 작동을 설명하기 위해 제공된다.
도 1은 유리 제품의 표면상에 압축 응력층을 갖는 유리 제품을 나타낸 개략도이다.
이하 기준은 공지의 소다-라임 실리케이트 유리보다 개선된 강도를 나타내고, 비용-효율적으로 제조될 수 있는 유리 조성물을 포함하는 유리 제품의 다양한 구체 예에 대해 상세하게 만들어질 것이다. 이러한 유리 제품은 광범위한 적용에 사용하는데 적합하다. 상기 유리 제품은 또한, 예를 들어, 이온-교환 공정을 통해, 화학적으로 강화될 수 있고, 이에 의해 유리에 증가된 기계적 내구성을 부여한다. 여기에 기재된 유리 제품은 일반적으로 상기 유리 제품이 비용-효율적인 방식으로 제작되는 것을 허용하고, 상기 유리 제품이 높은 수준으로 화학적 강화되는 것을 허용하는 양으로, 실리카 (SiO2), 알루미나 (Al2O3), 이가 양이온 산화물, 예를 들어, MgO, CaO, SrO, BaO, 및/또는 ZnO (총괄하여 여기서 R'O라 한다), 및 알칼리 산화물, 예를 들어, Na2O 및/또는 K2O (총괄하여 여기서 R2O라 한다)을 포함하는 유리 조성물을 갖는다. 유리 조성물에 존재하는 알칼리 산화물은 이온 교환에 의해 유리 제품을 화학적으로 강화시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 유리 제품 및 유리 조성물의 다양한 구체 예는 여기에 기재될 것이고, 특별한 실시 예에 참조하여 더욱 예시될 것이다.
여기에 기재된 유리 제품 및 유리 조성물의 구체 예에서, 구성 성분 (예를 들어, SiO2, Al2O3, R2O, R'O, 및 이와 유사한 것)의 농도는, 특별한 언급이 없는한, 산화물을 기준에 대한 몰 퍼센트 (mol%)로 명시된다.
용어 "없는" 및 "실질적으로 없는"은, 유리 조성물에서 특정 구성 성분의 농도 및/또는 부재를 기재하기 위해 사용된 경우, 구성 성분이 유리 조성물에 의도적으로 첨가되지 않은 것을 의미한다. 그러나, 상기 유리 조성물은 0.10 mol% 미만의 양에서 오염원으로 미량의 구성 성분을 함유할 수 있다.
여기에 기재된 유리 조성물은 소다-라임 실리케이트 유리 조성물 및 알루미노실리케이트 유리 조성물 사이의 혼성물이다. 상기 유리 조성물은 일반적으로 SiO2, Al2O3, 하나 이상의 이가 양이온 산화물, R'O (예를 들어, MgO, CaO, SrO, BaO, 및/또는 ZnO), 및 하나 이상의 알칼리 산화물, R2O (예를 들어, Na2O 및/또는 K2O)의 조합을 포함한다. 상기 유리 조성물의 몇몇 구체 예는 P2O5를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 붕소, 리튬, 및/또는 바륨 및 붕소, 리튬, 및/또는 바륨을 함유하는 화합물이 없거나 또는 실질적으로 없다. 이들 성분의 조합은 상대적으로 저 비용으로 생산될 수 있고, 또한, 예를 들어, 이온 교환에 의해, 화학적으로 강화하는데 적합한 유리 제품을 제공한다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은, 예를 들어, SnO2, ZrO2, TiO2, As2O3, Sb2O3 또는 이와 유사한 것과 같은, 하나 이상의 부가적인 산화물을 소량으로 더욱 포함한다. 이들 성분들은 청징제 (fining agents)로서 및/또는 상기 유리 제품의 화학적 내구성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있다.
여기에 기재된 유리 제품의 구체 예에서, SiO2는 이들 조성물의 가장 많은 구성분이고, 이로써 최종 유리 네트워크의 주요 구성분이다. SiO2는 유리 제품에 내구성을 제공한다. 따라서, 상대적으로 높은 SiO2 농도는 일반적으로 요구된다. 그러나, 만약 SiO2의 양이 너무 많다면, 유리 제품의 성형성 (formability)은 약화될 수 있는데, 이는 더 높은 농도의 SiO2가, 궁극적으로, 유리 제품의 성형성에 역으로 영향을 미치는 유리 조성물의 용융의 어려움을 증가시키기 때문이다. 여기에 기재된 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 일반적으로 약 50 mol% 이상 및 약 68 mol% 이하, 또는 약 66 mol% 이하의 양으로 SiO2를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 SiO2의 양은 약 50 mol% 이상, 또는 약 57 mol% 이상이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 SiO2의 양은 약 59 mol% 이상이다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 약 50 mol% 이상 내지 약 68 mol% 이하의 SiO2를 포함한다. 몇몇 다른 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 약 57 mol% 이상 내지 약 67 mol% 이하의 SiO2, 또는 약 59 mol% 이상 내지 약 64 mol% 이하의 SiO2를 포함한다.
여기에 기재된 유리 제품은 Al2O3를 더욱 포함한다. 상기 유리 조성물에 존재하는 알칼리 산화물과 함께, Al2O3는 이온 교환 강화에 대한 상기 유리 제품의 민감성 (susceptibility)을 개선시킨다. 상기 유리 조성물에서 Al2O3의 양이 너무 많다면, 상기 유리 조성물의 점도는 증가하고, 유리 조성물을 유리 제품으로 형성하는데 고온이 요구될 수 있으며, 이에 의해 비용 및 제작 시간을 증가시킨다. 부가적으로, Al2O3의 양이 너무 많은 경우, 열팽창계수는 낮아진다. 그러나, 만약 상기 유리 조성물에 Al2O3의 양이 너무 적다면, 원하는 압축 응력은 이온 교환 동안 달성될 수 없다. 따라서, 여기에 기재된 유리 조성물은 일반적으로 약 7　mol% 이상 내지 약 11 mol% 이하의 양으로 Al2O3를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 Al2O3의 양은 약 8 mol% 이상 내지 약 10 mol% 이하이다. 몇몇 다른 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 Al2O3의 양은 약 9 mol%이다.
상기 유리 제품은 또한 하나 이상의 알칼리 산화물을 포함한다. 상기 알칼리 산화물 (R2O)은 유리 조성물의 이온 교환가능성을 용이하게 하고, 이로써, 상기 유리 제품의 화학적 강화를 용이하게 한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물에 존재하는 알칼리 산화물은 Na2O 및/또는 K2O (즉, "R"은 Na 및/또는 K임)를 포함한다. 구체 예에서, R2O는 약 13 mol% 이상 내지 약 21 mol% 이하의 총 농도로 유리 조성물에 존재한다. 몇몇 다른 구체 예에서, R2O는 약 13　mol% 이상 내지 약 19 mol% 이하, 또는 약 14 mol% 이상 내지 약 18 mol% 이하의 총 농도로 유리 조성물에 존재한다. 다른 구체 예에서, R2O는 약 15　mol% 이상 내지 약 17 mol% 이하, 또는 약 16 mol%의 총 농도로 상기 유리 조성물에 존재한다.
상기 유리 제품의 이온 교환가능성은, 부분적으로, 이온 교환 전에 유리 조성물에 처음에 존재하는 Na2O의 양에 의해 상기 유리 제품에 부여된다. 따라서, 여기에 기재된 유리 제품의 구체 예에서, 상기 유리 조성물에 존재하는 알칼리 산화물은 적어도 Na2O를 포함한다. 구체적으로, Na2O는 이온 교환 강화시 유리 제품이 원하는 압축 강도 및 층의 깊이를 달성하는 것을 도울 수 있다. 상기 유리 조성물의 구체 예는 약 12　mol% 내지 약 20 mol%의 양으로 Na2O를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 약 15 mol% 이상 내지 약 18 mol% 이하와 같은, 약 14 mol% 이상의 양으로 Na2O를 포함한다. 다른 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 약 16 mol% 이상 내지 약 17 mol% 이하의 양으로 Na2O를 포함한다. 상기 유리 조성물에서 Na2O의 양이 너무 적다면, 상기 유리 조성물에서 이온 교환은 충분하지 않을 수 있다. 그러나, 만약 상기 유리 조성물에서 Na2O의 양이 너무 많다면, 상기 유리 제품의 열팽창계수는 허용 가능하지 않는 수준으로 증가할 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 조성물 제품에 알칼리 산화물은 K2O를 더욱 포함할 수 있다. 상기 유리 조성물에 존재하는 K2O의 양은 유리 제품의 이온 교환가능성과 관련되고, 압축 응력층의 깊이를 증가시킬 수 있다. 그러나, 상기 유리 조성물에 존재하는 K2O의 양이 증가함에 따라, 이온 교환을 통해 얻어질 수 있는 압축 응력은 칼륨 및 나트륨 이온의 교환의 결과로서 감소한다. 따라서, 상기 유리 조성물에 존재하는 K2O의 양을 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 K2O의 양은 약 1.0 mol% 이상 내지 약 3.5 mol% 이하, 또는 약 1.5 mol% 이상 내지 약 3.0 mol% 이하이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 K2O의 양은 약 1.8　mol% 이상 내지 약 2.8 mol% 이하, 또는 약 2.0 mol%이다.
상기 유리 조성물에 존재하는 Al2O3 및 R2O의 양은 R2O 대 Al2O3의 비로 표시될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 R2O:Al2O3 비는 이온 교환 강화에 대한 유리 제품의 민감성을 용이하게 하기 위해 약 1.3:1 이상 내지 약 2.3:1 이하이다. 구체적으로, 상기 유리 제품의 확산 계수 또는 확산도 (diffusivity)는 알칼리 이온이 이온 교환 동안 유리 제품 표면에 침투하는 속도와 관련된다. 약 1.3:1 이상의 비 R2O:Al2O3를 갖는 유리 조성물은 약 1.3:1 미만의 비 R2O:Al2O3를 갖는 유리 제품보다 더 큰 확산도를 가질 수 있다. 알칼리 이온이 더 큰 확산도를 갖는 유리 제품은 알칼리 이온이 더 낮은 확산도를 갖는 유리 제품보다 제공된 이온 교환 시간 및 이온 교환 온도에 대하여 더 큰 층의 깊이를 얻을 수 있다. 게다가, R2O:Al2O3 비가 증가함에 따라, 상기 유리 제품의 변형점, 어닐링점, 및 연화점은 감소하여, 상기 유리 제품은 좀 더 쉽게 성형 가능하다. 부가적으로, 제공된 이온 교환 시간 및 이온 교환 온도에 대하여, 약 1.3:1 이상 내지 약 2.3:1 이하의 R2O:Al2O3 비를 갖는 유리 제품에서 유도된 압축 응력이 일반적으로 비 R2O:Al2O3 가 1.3:1 미만 또는 2.3:1 초과인 유리 제품에 발생된 것보다 더 크다는 것을 확인하였다. 따라서, 몇몇 구체 예에서, R2O:Al2O3의 비는 약 1.5:1 이상 내지 약 2.1:1 이하, 또는 약 1.7:1 이상 내지 약 1.9:1 이하이다.
상기 유리 조성물에 존재하는, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO와 같은, 이가 양이온 산화물 (R'O)은 유리 제품의 용융성, 이온 교환에 대한 유리 제품의 민감성, 및 유리 제품에서 압축 응력층의 깊이를 개선할 수 있다. 그러나, 상기 유리 조성물에서 R'O의 양이 너무 많은 경우, 이온 교환에 대한 유리 제품의 민감성은 감소할 수 있고, 열팽창계수는 허용 가능하지 않는 수준으로 증가할 수 있다. 여기에 기재된 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 약 7 mol% 이상 내지 약 17　mol% 이하, 또는 약 9　mol% 내지 약 15 mol% 이하의 양으로 R'O를 포함한다. 다른 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 약 10 mol% 이상 내지 약 14　mol% 이하, 또는 약 11　mol% 이상 내지 약 13 mol% 이하의 양으로 R'O를 포함한다.
MgO는 고온에서 유리 조성물의 점도를 낮출 수 있고, 이에 의해 유리 제품의 용융성 및 성형성을 향상시키고, 및/또는 영의 계수 (Young's modulus)을 향상시킨다. MgO는 또한 유리 제품의 이온 교환 민감성을 개선할 수 있고, 특히, MgO는 다른 알칼리 토금속 산화물과 비교한 경우 압축 응력층의 깊이를 증가시킬 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 MgO의 양은 약 4 mol% 이상 내지 약 9 mol% 이하, 또는 약 5 mol% 이상 내지 약 8 mol% 이하이다. 다른 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 MgO의 양은 약 6 mol% 이상 내지 약 7 mol% 이하이다.
CaO는 고온에서 유리 조성물의 점도를 낮출 수 있고, 이에 의해 유리 제품의 용융성 및 성형성을 향상시키고, 및/또는 영의 계수를 향상시킨다. CaO는 유리 제품의 이온 교환 민감성을 개선할 수 있고, 특히, CaO는, MgO를 포함하는, 다른 알칼리 토금속 산화물과 비교한 경우 압축 응력층의 압축 응력을 증가시킬 수 있다. 그러나, 상기 유리 조성물에 CaO의 양이 너무 많은 경우, 압축 응력층의 깊이는 감소할 수 있다. 따라서, 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 CaO의 양은 약 3.0 mol% 이상 내지 약 7.0 mol% 이하와 같은, 약 2.5 mol% 이상 내지 약 8.0 mol% 이하이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 CaO의 양은 약 4.0 mol% 이상 내지 약 7.0 mol% 이하이다. 다른 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 CaO의 양은 약 5.0 mol% 이상 내지 약 6.0 mol% 이하이다.
여기에 기재된 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 MgO를, 제한 없이, 포함하는 유리 조성물에서 다른 알칼리 토 산화물의 농도와 비교한 경우 상대적으로 높은 수준의 CaO를 함유한다. 구체적으로, 높은 수준의 CaO를 갖는 유리 조성물로부터 형성된 제품은 이러한 높은 수준의 CaO를 함유하지 않는 유리 제품보다 압축 응력층에서 더 높은 압축 응력을 가질 수 있다. 그러나, CaO는 이온 교환시 유리 제품에서 알칼리 금속 이온의 확산도를 낮출 수 있어, 유리 제품에서 압축 응력층의 더 깊은 깊이의 형성을 억제할 수 있다. 역으로, MgO는 이온 교환시 유리 제품에 알칼리 금속 이온의 확산도를 증가시켜, 이에 의해 유리에서 압축 응력층의 더 깊은 깊이를 제공한다. 그러나, MgO는 CaO가 제공할 수 있는 높은 수준의 압축 응력을 제공할 수 없다. 따라서, 상기 유리 조성물에서 CaO 및 MgO의 양은 압축 응력층의 깊이 및 압축 응력층의 압축 응력 사이에서 균형을 제공할 수 있다.
여기에 기재된 유리 조성물에 MgO 및 CaO 모두의 이점을 충분히 실현하기 위하여, MgO 대 CaO의 몰비는 원하는 층의 깊이 및 압축 응력을 제공하도록 균형을 이룬다. 구체 예에서, MgO:CaO의 몰비는 약 0.8:1 이상 내지 약 1.7:1 미만과 같은, 약 0.6:1 이상 내지 약 1.8:1 이하이다. 몇몇 구체 예에서, MgO:CaO의 몰비는 약 0.7:1 이상 내지 약 1.6:1 이하이다.
소다-라임 및 알루미노실리케이트 유리의 이로운 특성을 달성하기 위하여, 유리 조성물에서 알칼리 금속 산화물 (R2O) 및 이가 양이온 산화물 (R'O)의 양은 균형을 이룰 수 있다. 따라서, 구체 예에서, 유리 조성물에서 R2O:R'O의 몰비는 약 1:1 내지 약 2:1, 또는 약 1.2:1 내지 약 1.8:1이다. 몇몇 다른 구체 예에서, 유리 조성물에서 R2O:R'O의 몰비는 약 1.3:1 내지 약 1.7:1, 또는 약 1.4: 내지 약 1.6:1이다. 반대로, 소다-라임 실리케이트 유리는 일반적으로 1:1을 초과한 R2O:RO 비를 갖고, 알루미노실리케이트 유리는 일반적으로 2:1 초과한 R2O:RO 비를 갖는다. R2O에 비례한 높은 수준의 이가 양이온 산화물은 개선된 압축 응력을 산출할 수 있으나; 만약 R'O가 R2O를 초과한다면, 그때 확산도는 크게 감소할 수 있다.
여기에 기재된 유리 조성물의 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 또한 P2O5를 포함할 수 있다. P2O5는 유리 제품의 이온 교환 성능을 향상시킬 수 있고, 특히, 압축 응력층의 깊이를 증가시킬 수 있다. 그러나, P2O5의 양이 너무 많은 경우, 오팔화 (opalization) 및/또는 상 분리는, 예를 들어, MgO 및 CaO과 같은, 높은 필드 강도 (field strength) 이가 양이온의 존재하에서, 발생할 수 있다. 따라서, 오팔화 및/또는 상 분리를 결과하지 않을 소량의 P2O5는 압축 응력층의 깊이를 증가시키기 위해 유리 조성물에 첨가될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, P2O5는 유리 조성물에 존재하지 않는다. 그러나, 다른 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 P2O5의 양은 약 0.10 mol% 이상 내지 약 0.75 mol% 이하, 또는 약 0.20 mol% 이상 내지 약 0.60 mol% 이하이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 P2O5의 양은 약 0.25 mol% 이상 내지 약 0.55 mol% 이하, 또는 약 0.30 mol% 이상 또는 약 0.50 mol% 이하이다.
유리 조성물에서 P2O5의 양은 또한 P2O5 대 R'O의 몰비로서 결정될 수 있다. 구체 예에서, 상기 유리조성물은 약 0.0:1 이상 내지 약 0.05:1 이하, 또는 약 0.01:1 이상 내지 약 0.04:1 이하인 P2O5:R'O 몰비를 갖는다. 다른 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 약 0.02:1 이상 내지 약 0.03:1 이하인 P2O5:R'O 몰비를 갖는다. (예를 들어, MgO 및 CaO과 같은) R'O 의 상대적으로 높은 농도에서, 구체 예에서, P2O5 대 R'O의 비는 상 분리 및/또는 오팔화를 방지하기 위해 낮게 유지될 수 있다.
SiO2, Al2O3, R2O, 및 R'O에 부가하여, 여기에 기재된 유리 조성물은 선택적으로, 예를 들어, SnO2, As2O3, Sb2O3, 및 (NaCl 또는 이와 유사한 것으로부터의) Cl-와 같은 하나 이상의 청징제를 포함할 수 있다. 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 모든 청징제의 합은 약 0.01 mol% 이상 내지 약 1.0　mol% 이하, 또는 약 0.02 mol% 이상 내지 약 0.8　mol% 이하의 양이다. 다른 구체 예에서, 상기 유리 조성물에서 모든 청징제의 합은 약 0.03 mol% 이상 내지 약 0.07　mol% 이하, 또는 약 0.04 mol% 이상 내지 약 0.06 mol% 이하의 양이다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 청징제로서 SnO2를 포함한다. 이들 구체 예에서, SnO2는 약 0.001 mol% 내지 약 0.20 mol%, 또는 약 0.002 mol% 내지 약 0.10 mol%의 양이다.
더욱이, 여기에 기재된 유리 제품은 이온 교환에 대한 유리 제품의 민감성을 더욱 개선시키기 위해 하나 이상의 부가적인 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유리 조성물은 ZnO, TiO2, 및/또는 ZrO2를 더욱 포함할 수 있다. 이들 구체 예에서, 상기 부가적인 금속 산화물이 TiO2 또는 ZrO2인 경우, TiO2 또는 ZrO2는 0 mol% 이상 및 약 2 mol% 이하인 양으로 존재한다. 상기 부가적인 금속 산화물이 ZnO인 경우, ZnO은 0 mol% 이상 및 약 7 mol% 이하의 양으로 존재한다. TiO2 및 ZrO2는 유리의 용융 온도를 낮출 수 있고, 이에 의해 이온-교환 특성을 향상시키고, 내구성을 개선시킨다. ZrO2 및 TiO2 모두는 유리에서 결정의 핵을 이룰 수 있으며, 따라서, 구체 예에서, 고농도의 이들 금속 산화물은 피할 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 유리 조성물에서 알칼리 산화물의 존재는 이온 교환에 의해 유리 제품을 화학적 강화를 용이하게 한다. 구체적으로, 칼륨이온, 나트륨이온, 및 이와 유사한 것과 같은, 알칼리 이온은 이온 교환이 용이하도록 유리 제품에서 충분하게 이동할 수 있다. 도 1을 참조하면, 압축 응력층 (110)은 20시간 이하, 또는 8시간 이하의 시간동안, 500℃ 이하 또는 450℃ 이하의 온도에서, 100% KNO3의 용융염 욕조 (또는 80 중량% 초과 KNO3 및 나머지 NaNO3의 혼합 염 욕조)에 유리 제품을 노출시켜 유리 제품 (100)에서 형성될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 원하는 층의 깊이 및 압축 응력을 달성하기 위한 기간은 4시간 이하 또는 3.5시간 이하이다. 원하는 층의 깊이 및 압축 응력을 달성하기 위한 온도는 470℃ 이하 또는 350℃ 이하일 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 상기 유리 제품은 20㎛ 이상의 깊이 (D)를 갖는 압축 응력층 (110)을 형성하도록 이온 교환가능하다. 몇몇 구체 예에서, 상기 층 (110)의 깊이 (D)는 약 25㎛ 이상, 또는 약 30㎛ 이상이다. 몇몇 다른 구체 예에서, 상기 층 (110)의 깊이 (D)는 35㎛ 이상이다. 다른 구체 예에서, 상기 층 (110)의 깊이 (D)는 약 80㎛ 이하, 또는 약 70㎛ 이하이다. 다른 구체 예에서, 상기 층 (100)의 깊이 (D)는 약 60㎛ 이하 또는 약 50㎛ 이하이다. 따라서, 몇몇 구체 예에서, 상기 층 (110)의 깊이 (D)는 약 20㎛ 이상 내지 약 80㎛ 이하, 또는 약 25㎛ 이상 내지 약 70㎛ 이하이다. 몇몇 다른 구체 예에서, 상기 층 (110)의 깊이 (D)는 약 30㎛ 이상 내지 약 60㎛ 이하, 또는 약 35㎛ 이상 내지 약 50㎛ 이하이다. 압축 응력층의 깊이 (D)가 클수록, 흠 (flaw)이 유리 제품의 표면에서 유리 제품에 혼입된 이후조차도, 상기 유리 제품에 균열이 일어나는 것은 더 어렵다. 다른 한편으로, 상기 압축 응력층 (110)의 깊이 (D)가 증가함에 따라 유리 제품을 절단하는 것이 어려울 수 있고, 내부 인장 응력 (tensile stress)은 증가할 수 있다. 상기 압축 응력층의 두께를 증가시키기 위해, K2O 및/또는 P2O5의 양은 증가할 수 있거나, 또는 CaO의 양은 MgO의 상응하는 증가와 함께 감소할 수 있다. 더욱이, 상기 압축 응력층 (110)의 깊이 (D)는 이온 교환 공정의 시간을 연장하거나, 또는 이온 교환 용액의 온도를 상승시켜 증가시킬 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 상기 압축 응력층 (110)의 연관된 압축 응력은 850MPa 이상과 같은, 약 800MPa 이상이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 압축 응력층 (110)의 연관된 압축 응력은 유리 제품이 이온 교환된 후에 약 900MPa 이상, 또는 약 950MPa 이상이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 압축 응력층 (110)의 연관된 표면 압축 응력은 약 1,500MPa 이하, 약 1,250MPa 이하, 또는 약 1,100MPa 이하이다. 따라서, 구체 예에서, 상기 압축 응력층 (110)의 연관된 압축 응력은 약 800MPa 이상 내지 약 1,500MPa 이하, 또는 약 850MPa 이상 내지 약 1,250MPa 이하이다. 몇몇 다른 구체 예에서, 상기 압축 응력층의 압축 응력은 약 900MPa 이상 내지 약 1,100MPa 이하, 또는 약 950MPa 이상 내지 약 1,050MPa 이하일 수 있다. 상기 압축 응력이 클수록, 상기 유리 제품의 기계적 강도도 커진다. 상기 압축 응력을 증가시키기 위해, Al2O3 및/또는 CaO의 양은 증가시킬 수 있다. 선택적으로, 이온 교환 공정의 시간을 짧게 하거나, 또는 이온 교환 용액의 온도를 하락시키는 것은 유리할 수 있다.
구체 예에 따르면, 상기 이온교환 특징은 유리 제품이 약 410℃ 이상의 온도에서 약 1.4x10-11 ㎠/s 이상의 임계 확산도를 갖는 경우 달성될 수 있다. 상기 임계 확산도는 유리 제품에 알칼리 이온의 이동성의 측정이고, 이로써, 일반적으로 이온 교환에 의한 강화에 대한 유리 제품의 순종성 (amenability)을 묘사한다. 확산도는 하기 수학식 1을 사용하여 계산될 수 있다:
[수학식 1]
Figure 112016019886553-pct00001
여기서 DOL은 이온-교환된 층의 깊이이고, t는 이온 교환 처리 시간이다.
여기에 기재된 유리 제품의 구체 예는 약 525℃ 이상 및 약 575℃ 이하의 변형점을 갖는다. 유리 제품의 구체 예는 또한 약 570℃ 이상 및 약 620℃ 이하의 어닐링 점, 및 약 765℃ 이상 및 약 830℃ 이하의 연화점을 갖는다. 유리 제품의 변형점이 높은 경우, 상기 유리 제품의 내열성은 개선되고, 만약 열 처리가 유리 제품에 대해 수행된 경우도, 상기 압축 응력층 내에 압축 응력은 상승된 온도가 변형점 아래에 노출되는 동안에 이완되지 않는다. 또한, 상기 유리 제품의 변형점이 높은 경우, 응력 이완은 이온 교환 동안 발생하지 않고, 따라서 높은 압축 응력은 얻어질 수 있다.
여기에 기재된 구체 예에서, 상기 유리 제품은 25℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 약 97×10-7 ℃-1 미만 또는 약 95×10-7　℃-1 미만의 열팽창계수 (CTE)를 갖는다. 이들 더 낮은 CTE 값을 갖는 유리 제품은 더 높은 CTE를 갖는 유리 제품과 비교하여 열적 사이클 또는 열적 응력 상태에서 더 잘 견딜 수 있다.
구체 예에서, 상기 유리의 액상선 온도 (liquidus temperature)는 약 1,100℃ 이하, 약 1,070℃ 이하, 또는 약 1,040℃ 이하이다.
구체 예에서, 상기 유리 조성물이 10,000 poise의 상응하는 점도를 갖는 온도는 1,050℃ 이상 내지 약 1,150℃ 이하와 같은, 약 1,000℃ 이상 내지 약 1,200℃ 이하이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물이 10,000 poise의 상응하는 점도를 갖는 온도는 약 1,100℃이다. 10,000 poise의 유리 점도에 상응하는 온도가 낮은 경우, 상기 킬른이 더 낮은 온도에서 작동될 수 있고, 상기 유리 제품에서 생산된 포획된 가스 버블의 양이 낮아질 수 있다. 더욱이, 구체 예에 따르면, 10,000 poise의 점도에서 유리의 온도는 유리 제품이 플로우트, 롤-아웃, 및 가압 방법과 같은, 더 저-가 방법들에 의해 형성될 수 있도록 할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리 조성물로부터 형성된 유리 제품은 약 73GPa 이상과 같은, 약 70GPa 이상의 영의 계수를 갖는다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리는 80GPa 이하, 또는 약 77GPa 이하의 영의 계수를 갖는다. 여기에 기재된 바와 같은, 상대적으로 높은 영의 계수를 갖는 유리 제품은, 일반적으로 적용된 응력의 적용시 변형에 대해 저항한다. 상대적으로 높은 영의 계수를 갖는 유리 제품은 전자 장치의 커버 유리를 포함하는 다양한 적용에서 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체 예에서, 상기 유리 제품은 약 560 kgf/㎟ 내지 약 620 kgf/㎟와 같은, 약 540 kgf/㎟ 내지 약 640 kgf/㎟의 비커스 경도 (Vickers Hardness)를 갖는다. 다른 구체 예에서, 상기 유리 제품은 약 580 kgf/㎟ 내지 약 600 kgf/㎟의 비커스 경도를 갖는다.
구체 예에 따르면, 여기에 기재된 유리 제품은 유리 원료의 배치 (batch)가 원하는 조성물을 갖도록 유리 원료의 배치 (예를 들어, SiO2, Al2O3, 알칼리 산화물, 이가 양이온 산화물, 및 이와 유사한 것의 분말들)를 혼합시켜 형성될 수 있다. 이후, 유리 원료의 배치는 용융 유리 조성물을 형성하도록 가열되고, 유리 제품을 형성하기 위해 순차적으로 냉각되고, 고체화된다. 고체화 동안 (즉, 유리 조성물이 가소적으로 변형 가능한 경우), 상기 유리 조성물은 원하는 최종 형태로 유리 조성물을 형상화하는 표준 형성 기술을 사용하여 형상화될 수 있다. 선택적으로, 상기 유리 조성물은 시트, 튜브 또는 이와 유사한 것과 같은, 스톡 형태 (stock form)로 형상화될 수 있고, 원하는 최종 형태로 순차적으로 재가열되고 형성된다. 어떤 적절한 공정은, 예를 들어, 다운 인발 방법 (슬롯 다운 방법 및 재-인발 방법), 플로우트 방법, 롤 아웃 방법, 및 가압 방법과 같은, 유리 제품을 형성하는데 사용될 수 있다.
여기에 기재된 유리 제품은 가지각색의 투명, 반투명, 및 색상 (또는 이의 결핍)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 유리 조성물에 부가적인 첨가제는 유리 제품의 광학 특성을 변화시킬 수 있다. 조성적 첨가제가 없는 유리는 가시광을 사용하여 투과 및 흡수 스펙트럼에 의해 측정된 바대로 실질적으로 투명 및 무색일 수 있다.
실시 예
구체 예는 하기 실시 예에 의해 더욱 명백해질 것이다.
실시 예 1-12
실시 예 1-12는 여기서 개시된 구체 예에 따라 제조된 유리 조성물을 나타낸다. 상기 유리 조성물은 하기 표 1 및 2에 열거된 원하는 mole%의 성분을 얻기 위해 원료를 혼합시켜 제조된다. 상기 원료는 모래, 알루미나, 알루미늄 메타포스페이트, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 마그네시아, 및 석회석 (limestone)을 포함한다. 이들 원료의 2,500 g의 배치는 혼합되고, 피복된 백금 도가니에서 1,650℃로 밤새도록 용융되며, 그 다음 깨끗한 스틸 테이블에 붓는다. 최종 용융은 그 다음 600 내지 625℃에서 밤새도록 어닐링된다. 유리 제품이 형성된 후에, 이들은 측정된 어닐링 온도에서 밤새도록 열-처리되고, 8시간 동안 410℃, 430℃, 또는 450℃의 온도에서 100% 정제된 KNO3의 욕조에 노출된다. 유리의 다양한 특성은 표면 압축 응력 및 압축 응력층의 깊이 (DOL)를 포함하여, 측정된다. 이들 측정의 결과는 하기 표 1 및 2에 나타낸다. 압축 응력 (CS) 및 층의 깊이 (DOL)는 각 유리 조성물에 대해 보정된 응력 광학 계수를 갖는 Orihara FSM를 사용하여 측정된다.
분석된 mol% 실. 1 실. 2 실. 3 실. 4 실. 5 실. 6
SiO2 62.1 59.4 67.0 64.5 61.0 57.9
Al2O3 9.0 11.0 7.1 9.1 8.9 10.7
MgO 5.6 6.0 6.4 6.5 5.9 6.4
CaO 7.0 7.3 4.0 4.0 7.2 7.7
Na2O 14.4 14.4 13.6 14.1 14.8 15.3
K2O 1.9 1.8 1.9 1.9 2.0 1.9
P2O5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.2 0.2
R2O:R'O 1.29 1.22 1.48 1.53 1.29 1.22
MgO:CaO 0.81 0.82 1.62 1.62 0.81 0.84
P2O5:R'O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.02
밀도 (g/㎤) 2.524 2.527 2.482 2.491 2.518 2.529
CTE * 10-7 (1/℃) 94.9 93.3 90 91.3 93.7 95.1
변형점 (℃) 540 559 531 546 547 562
어닐링점(℃) 585 602 577 591 591 606
연화점 (℃) 773.3 801 783.1 799 782.1 799.1
점도 (poise)에서 온도 (℃)
200 1433 1455 1498 1497 1439 1441
35000 1022 1052 1049 1064 1028 1039
160000 949 981 971 985 955 967
10000 1093 1123 1126 1141 1101 1110
액상선 온도 (℃) 1050 1060 1040 1060
액상선 점도 (P) 20782 30220 40765 37323
영의 계수 (GPa) 75.1 77.0 73.6 74.4
비-강화 비커스경도(kgf/㎟) 590 611 563 579 567 591
이온-교환
410℃ 8 hr CS (MPa) 1056 1134 924 1073 945 972
410℃ 8 hr DOL (MPa) 20 21 26 23 23 23
확산도 (㎠/s) 1.77E-11 1.95E-11 2.99E-11 2.34E-11 2.34E-11 2.34E-11
430℃ 8 hr CS (MPa) 964 1072 840 959 846 948
430℃ 8 hr DOL (MPa) 29 31 40 40 30 34
확산도 (㎠/s)
450℃ 8 hr CS (MPa) 910 992 781 892 806 794
450℃ 8 hr DOL (MPa) 36 36 44 46 36 32
확산도 (㎠/s) 5.74E-11 5.74E-11 8.57E-11 9.37E-11 5.74E-11 5.54E-11
(표 1 계속)
분석된 mol% 실. 7 실. 8 실. 9 실. 10 실. 11 실. 12
SiO2 61.9 63.2 63.1 57.6 64.3 60.6
Al2O3 8.7 11.1 8.9 10.9 9.1 11.0
MgO 7.6 5.7 5.1 6.4 6.2 6.7
CaO 4.5 3.6 6.5 7.7 3.9 4.1
Na2O 15.0 14.2 14.0 14.9 14.2 15.2
K2O 2.0 1.8 1.9 2.0 1.8 2.0
P2O5 0.2 0.2 0.5 0.5 0.5 0.5
R2O:R'O 1.40 1.72 1.36 1.20 1.58 1.59
MgO:CaO 1.68 1.59 0.78 0.83 1.59 1.63
P2O5:R'O 0.02 0.03 0.04 0.03 0.05 0.05
밀도 (g/㎤) 2.487 2.502 2.299 2.527 2.494 2.498
CTE * 10-7 (1/℃) 92.8 93.3 92.4 93.4 93.8 94
변형점 (℃) 546 565 551 565 541 569
어닐링점(℃) 591 611 595 609 586 616
연화점 (℃) 797 819 789 804.3 784 825.3
점도 (poise)에서 온도 (℃)
200 1495 1523 1439 1458 1505 1511
35000 1062 1093 1022 1049 1064 1080
160000 984 1015 950 976 985 1003
10000 1139 1170 1093 1121 1142 1156
액상선 온도 (℃)
액상선 점도 (P)
영의 계수 (GPa)
비-강화 비커스경도(kgf/㎟) 594 580 594 580 563 595
이온-교환
410℃ 8 hr CS (MPa) 939 1041 959 1097 952 1049
410℃ 8 hr DOL (MPa) 29 26 25 26 29 27
확산도 (㎠/s) 3.72E-11 2.99E-11 2.77E-11 2.99E-11 3.72E-11 3.23E-11
430℃ 8 hr CS (MPa) 869 1015 893 1011 878 997
430℃ 8 hr DOL (MPa) 39 41 37 36 44 47
확산도 (㎠/s)
450℃ 8 hr CS (MPa) 960 846 965 806 957
450℃ 8 hr DOL (MPa) 48 43 43 50 53
확산도 (㎠/s) 1.02E-10 8.19E-11 8.19E-11 1.11E-10 1.24E-10
비교 예 1-18
비교 예 1-18은 여기에 개시된 구체 예의 범주 내에 속하지 않은 유리 조성물을 나타낸다. 비교 예 1-18의 유리 조성물은 하기 표 3 내지 5에 열거된 성분을 갖지만, 실시 예 1-12와 같은 동일한 방식으로 제조된다. 실시 예 1-12와 같이, 비교 예 1-18의 다양한 특성은 측정되고, 이들 측정의 결과는 하기 표 3 내지 5에 나타낸다.
분석된 mol% 비. 1 비. 2 비. 3 비. 4 비. 5. 비. 6
SiO2 70.9 68.7 66.8 64.1 61.8 59.3
Al2O3 1.1 3.0 5.0 6.9 8.9 10.9
MgO 5.8 5.9 5.6 5.7 5.7 5.7
CaO 9.3 9.2 8.9 9.0 9.0 8.9
Na2O 12.7 13.1 13.5 14.1 14.4 15.0
K2O 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
P2O5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
R2O:R'O 0.86 0.89 0.94 0.97 0.99 1.04
MgO:CaO 0.63 0.64 0.63 0.63 0.64 0.63
P2O5:R'O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
밀도 (g/㎤) 2.469 2.503 2.513 2.520 2.533 2.542
CTE * 10-7 (1/℃) 80.1 84.6 86.4 84.5 86.4 87.8
변형점 (℃) 509 519 532 547 562 575
어닐링점(℃) 553 564 576 591 605 619
연화점 (℃) 740.6 750.1 761.6 778.4 793.9 804.9
점도 (poise)에서 온도 (℃)
200 1392 1401 1406 1394 1427 1427
35000 985 986 1003 1007 1025 1039
160000 914 917 932 938 956 970
10000 1055 1055 1073 1075 1094 1107
액상선 온도 (℃)
액상선 점도 (P)
응력 광학 계수 (nm/㎜/MPa) 27.23 27.2 26.77 27.42 26.83 26.57
영의 계수 (GPa)
비-강화 비커스경도(kgf/㎟)
이온-교환
410℃ 8 hr CS (MPa) 695 795 946 988 1091 1224
410℃ 8 hr DOL (MPa) 9 9 9 10 12 12
확산도 (㎠/s) 3.59E-12 3.59E-12 3.59E-12 4.43E-12 6.38E-12 6.38E-12
430℃ 8 hr CS (MPa)
430℃ 8 hr DOL (MPa)
확산도 (㎠/s)
450℃ 8 hr CS (MPa)
450℃ 8 hr DOL (MPa)
확산도 (㎠/s)
(표 3 계속)
분석된 mol% 비. 7 비. 8 비. 9 비. 10 비. 11 비. 12
SiO2 65.0 72.3 72.0 71.6 72.0 65.6
Al2O3 7.1 4.0 4.9 5.0 5.1 10.9
MgO 5.5 1.2 1.5 3.0 0.1 1.6
CaO 6.9 1.8 1.5 0.0 2.9 1.5
Na2O 13.6 15.5 15.5 15.7 15.3 15.7
K2O 1.9 3.5 3.8 3.8 3.8 3.8
P2O5 0.0 1.7 0.9 0.9 0.9 0.9
R2O:R'O 1.26 6.35 6.50 6.46 6.38 6.34
MgO:CaO 0.80 0.67 1.01 76.36 0.03 1.02
P2O5:R'O 0.00 0.57 0.29 0.32 0.30 0.29
밀도 (g/㎤) 2.510 2.425 2.438 2.426 2.446 2.463
CTE * 10-7 (1/℃) 92.9 103.4 102.9 101.5 102.2 100.5
변형점 (℃) 529 449 454 452 462 516
어닐링점(℃) 575 493 498 497 506 562
연화점 (℃) 764.7 717.1 697.8 704.9 702 797.1
점도 (poise)에서 온도 (℃)
200 1425 1435 1457 1483 1449 1580
35000 1012 972 974 994 971 1088
160000 936 889 891 908 889 998
10000 1086 1053 1057 1079 1052 1176
액상선 온도 (℃) 1040 745
액상선 점도 (P) 21205
응력 광학 계수 (nm/㎜/MPa) 28.36 28.37 28.46 28.09 28.18
영의 계수 (GPa) 75.9
비-강화된 비커스 경도 (kgf/㎟) 596
이온-교환
410℃ 8 hr CS (MPa) 983 340 687
410℃ 8 hr DOL (MPa) 18 67 66
확산도 (㎠/s) 1.43E-11 1.99E-10 1.93E-10
430℃ 8 hr CS (MPa) 880
430℃ 8 hr DOL (MPa) 28
확산도 (㎠/s)
450℃ 8 hr CS (MPa) 810
450℃ 8 hr DOL (MPa) 31
확산도 (㎠/s) 4.26E-11
(표 3 계속)
분석된 mol% 비. 13 비. 14 비. 15 비. 16 비. 17 비. 18
SiO2 65.3 65.3 61.3 69.2 66.5 68.1
Al2O3 10.9 11.0 7.0 7.3 7.0 7.1
MgO 3.2 0.1 6.7 5.0 6.3 5.4
CaO 0.0 3.0 7.9 3.3 3.5 3.2
Na2O 15.7 15.7 14.8 13.1 14.1 13.5
K2O 3.9 4.0 2.0 1.8 2.6 2.4
P2O5 1.0 1.0 0.2 0.3 0.0 0.2
R2O:R'O 6.08 6.44 1.15 1.79 1.71 1.85
MgO:CaO 70.08 0.03 0.85 1.54 1.79 1.68
P2O5:R'O 0.31 0.32 0.02 0.03 0.00 0.03
밀도 (g/㎤) 2.448 2.478 2.513 2.47 2.465 2.467
CTE * 10-7 (1/℃) 100.1 102.6 96.4 89 92.9 93.7
변형점 (℃) 523 515 529 533 522 521
어닐링점(℃) 571 561 574 580 568 567
연화점 (℃) 806.2 762.7 789 778.4 773.4
점도 (poise)에서 온도 (℃)
200 1604 1553 1420 1480 1481 1490
35000 1117 1067 1006 1044 1036 1042
160000 1026 978 932 965 956 962
10000 1205 1153 1078 1121 1115 1121
액상선 온도 (℃)
액상선 점도 (P)
응력 광학 계수 (nm/㎜/MPa) 28.94 26.91 27.21
영의 계수 (GPa)
비-강화된 비커스 경도 (kgf/㎟) 557 559
이온-교환
410℃ 8 hr CS (MPa) 714 669 862 820 700
410℃ 8 hr DOL (MPa) 76 17 28 37 30
확산도 (㎠/s) 2.56E-10 1.28E-11 3.47E-11 6.06E-11 3.99E-11
430℃ 8 hr CS (MPa) 763 772
430℃ 8 hr DOL (MPa) 38 50
확산도 (㎠/s)
450℃ 8 hr CS (MPa) 676
450℃ 8 hr DOL (MPa) 49
확산도 (㎠/s) 1.06E-10
비교 예 1-7은 변하는 양의 SiO2, Al2O3, 및 Na2O를 갖는 소다-라임 실리케이트 유리를 나타낸다. 상기 성분들은 압축 응력 및 압축 응력층 (DOL)의 깊이 모두를 증가시키기 위한 시도로 변화된다. 그러나, 이들 비교 예에 나타낸 바와 같이, SiO2, Al2O3, 및 Na2O를 단독으로 변화시켜 800MPa 이상의 압축 응력 및 20㎜ 이상의 DOL을 달성하는 것은 가능하지 않다.
그러나, 실시 예 1 및 2에서, K2O는 DOL를 증가시키기 위해 CaO에 대해 대체된다. 실시 예 4 및 5는 실시 예 1 및 2와 유사한 K2O 양을 갖지만, MgO 및 SiO2을 증가시키면서 유리 조성물에 CaO의 양은 감소시킨다. 실시 예 4 및 5는 또한 800MPa 이상의 압축 응력 및 20㎛ 이상의 DOL을 갖는다. 더욱이, 실시 예 4 및 5는 실시 예 1 및 2보다 더 큰 DOL을 갖는다.
비교 예 8-10은 DOL을 증가시키기 위해 소다-라임 실리케이트 유리 조성물에 P2O5 를 도입시킨다. 비교 예 8-10의 DOL은 비교 예 1-7과 비교한 경우 증가하지만, 비교 예 8-10의 압축 응력은 800MPa 상당히 아래이다. 비교 예 11-18은 압축 응력 및 DOL 모두를 개선하기 위해 Al2O3의 양을 변화시키는 동안, 이들은 또한 CaO, MgO, 및 P2O5의 양을 변화시킨다. 그러나, 비교 예 11-15 및 18은 800MPa 이상의 압축 응력 및 20㎛ 이상 모두를 갖지 않고, 비교 예 17 및 18은 430℃ 또는 450℃에서 8시간 동안 이온교환된 경우 800 이상의 압축 응력을 갖지 못한다.
반대로, 실시 예 7-15는 적은 양의 P2O5를 도입하고, Al2O3, MgO, 및 CaO의 양을 변화시킨다. 적은 양의 P2O5는 20㎛ 이상으로 이들 실시 예들의 DOL을 증가시키고, 나머지 Al2O3, MgO, 및 CaO은 800MPa 이상의 압축 응력을 제공한다. 그러나, 비교 예 14 및 15에서 나타낸 바와 같이, 비교 예 7-13에서의 것으로부터 P2O5의 양을 단순히 낮추는 것은 800MPa 이상 압축 응력 및 20㎛ 이상의 DOL을 결과하지 않는다. 오히려, 실시 예 7-15에서, 적어도 SiO2, Al2O3, Na2O, K2O, MgO, CaO, 및 P2O5의 효과는 800MPa 이상의 압축 응력 및 20㎛ 이상의 DOL을 갖는 유리 조성물을 산출하도록 균형을 이룬다.
표 1 내지 5에 나타낸 특성에 부가하여, 상기 실시 예들에서 각각의 유리 조성물은 소다-라임 실리케이트 유리에 대해서만 전통적으로 이용 가능한 저-비용 방법에 의해 유리 제품으로 형성될 수 있다. 따라서, 실시 예 1-15의 유리 조성물은, 알루미노실리케이트 유리 조성물과 유사한, 높은 기계적 강도, 및 소다-라임 실리케이트 유리 조성물과 유사한, 저 비용을 제공할 수 있다.
다양한 변형 및 변경이 청구된 주제의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 여기에 기재된 구체 예에 대해 만들어질 수 있음은 당업자에게 명확할 것이다. 따라서, 본 명세서는, 이러한 변형 및 변경이 첨부된 청구항 및 이의 균등물 내에 속한다면, 여기에 기재된 다양한 구체 예의 변형 및 변경을 보호하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 57 mol% 이상 내지 67 mol% 이하의 SiO2;
    7 mol% 이상 내지 11 mol% 이하의 Al2O3;
    14 mol% 이상 내지 20 mol% 이하의 Na2O;
    0 내지 2 mol%의 ZrO2;
    4 mol% 이상 내지 9 mol% 이하의 MgO;
    2.5 mol% 이상 내지 8 mol% 이하의 CaO;
    1 mol% 이상 내지 3.5 mol% 이하의 K2O;
    1:1 이상 내지 2:1 이하의 R2O:R'O 몰비;
    0.6:1 이상 내지 1.8:1 이하의 MgO:CaO 몰비; 및
    적어도 하나의 표면상에 압축 응력층을 포함하고,
    상기 압축 응력층은 800MPa 이상인 압축 응력을 가지며, 및
    상기 압축 응력층의 깊이는 20 ㎛ 이상이고, 여기서 상기 압축 응력 및 압축 응력층의 깊이는 8시간 동안의 430 ℃ 초과의 온도에서의 이온 교환 후 측정되는 유리 제품.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축 응력층의 깊이는 80 ㎛ 이하인 유리 제품.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 유리 제품은 0:1 이상 내지 0.1:1 이하의 P2O5:R'O 몰비를 포함하는 유리 제품.
  6. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 유리 제품은 0.001　mol% 이상 내지 0.200 mol% 이하의 SnO2를 포함하는 유리 제품.
  7. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 유리 제품은 1.3:1 이상 내지 2.3:1 이하의 R2O:Al2O3 몰비를 포함하는 유리 제품.
  8. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 유리 제품이 10,000 poise의 점도를 갖는 온도는 1,000℃ 이상 내지 1,200℃ 이하인 유리 제품.
  9. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 유리 제품의 나트륨 및 칼륨 상호확산도는 410℃에서 이온-교환되는 경우 1.4x10-11 ㎠/s 이상 내지 4.0x10-11 ㎠/s 이하인 유리 제품.
  10. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 유리 제품은 540 kgf/㎟ 이상 내지 640　kgf/㎟ 이하의 비커스 경도를 갖는 유리 제품.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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