KR102543166B1 - 유리-유리 적층 구조를 갖는 판유리를 포함하는 유리 적층물 - Google Patents

유리-유리 적층 구조를 갖는 판유리를 포함하는 유리 적층물 Download PDF

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Abstract

유리 적층물은 유리-유리 적층 구조를 갖는 제1 판유리, 제2 판유리, 및 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치되고 중합체 물질을 포함하는 중간층을 포함한다.

Description

유리-유리 적층 구조를 갖는 판유리를 포함하는 유리 적층물
본 출원은 2015년 6월 2일자로 출원된 미국 가 특허출원 제62/169834호 및 2015년 11월 18일자로 출원된 미국 가 특허출원 제62/256842호의 우선권을 주장하며, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
본 개시는 유리 적층물 (glass laminates)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다수의 판유리 (panes)를 포함하고, 이의 적어도 하나가 유리-유리 적층 구조 (laminate structure)를 포함하는, 유리 적층물에 관한 것이다.
유리 적층물은 자동차, 철도차량, 기관차 및 비행기를 포함하는, 차량 또는 수송 적용들 및 건축물에서 창으로 사용될 수 있다. 유리 적층물은 또한 난간 및 계단에서 유리 패널 (glass panels), 및 벽, 기둥, 엘리베이터 차체, 주방 용품 및 기타 적용을 위한 장식용 패널 또는 외장재로 사용될 수 있다. 글레이징 (glazing) 또는 유리 적층물은, 창, 패널, 벽, 엔클로저 (enclosure), 표지판 또는 기타 구조물의 투명, 세미-투명, 반투명 또는 불투명 부분일 수 있다. 건축물 및/또는 차량 적용에 사용된 글레이징의 흔한 타입은, 투명하고 색조가 있는 유리 적층물을 포함한다.
종래의 자동차 글레이징 구조물 (constructions)은, 판유리들 사이에 폴리비닐 부티랄 (PVB) 중간층을 갖는 2mm 두께의 소다 라임 유리의 2개의 판유리를 포함한다. 이들 적층 구조물은, 자동차 요구조건을 충족시키는 파괴 성능 (breakage performance) 및 저비용을 포함하는, 특정 장점을 갖는다. 그러나, 이들의 제한된 내충격성으로 인해, 이들 적층물은, 길가의 파편, 공공기물 파손자 (vandals), 또는 다른 충격의 물체에 의해 타격받을 때 상대적으로 높은 파괴 확률을 나타낸다. 부가적으로, 상대적으로 높은 중량으로 인해, 자동차용 글레이징으로 이들 적층물의 사용은, 더 낮은 차량 연료 효율을 결과한다.
다중 판유리를 포함하고, 이의 적어도 하나가 유리-유리 적층 구조를 포함하는 유리 적층물은, 여기에 개시된다.
유리-유리 적층 구조를 포함하는 제1 판유리, 제2 판유리, 및 상기 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치되고, 중합체 물질을 포함하는 중간층을 포함하는 유리 적층물은, 여기에 개시된다.
또한, 코어 층, 상기 코어 층에 인접한 제1 클래딩 층, 및 상기 코어 층에 인접한 제2 클래딩 층을 포함하는 유리-유리 적층 구조는, 여기에 개시된다. 상기 코어 층은 상기 제1 클래딩 층과 상기 제2 클래딩 층 사이에 배치된다. 패턴은 유리-유리 적층물의 표면상에 형성되고, 및 무기 잉크 (inorganic ink) 또는 에나멜 (enamel)을 포함한다. 상기 제1 클래딩 층 및 제2 클래딩 층 각각은, 약 10 MPa 내지 약 800 MPa의 압축 응력을 포함한다.
전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 단순히 대표적인 것이고, 청구항의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 수반되는 도면은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 혼입되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구체 예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 구체 예의 원리 및 작동을 설명하기 위해 제공된다.
도 1은 유리-유리 적층 구조를 포함하는 판유리를 포함하는 유리 적층물의 하나의 대표적인 구체 예의 개략적인 단면도이다.
도 2는 유리-유리 적층 구조를 형성하기 위한 형성 장치의 하나의 대표적인 구체 예의 단면도이다.
도 3은 화학적으로 강화된 유리 시트를 형성하기 위한 하나의 대표적인 공정을 예시하는 흐름도이다.
도 4는 3D 형상을 포함하는 유리 적층물의 하나의 대표적인 구체 예의 사시도이다.
도 5는 돌 충격 시험 (Stone Impact Test)을 수행하기 위한 장치의 하나의 대표적인 구체 예의 측면도이다.
도 6은 도 5의 장치의 정면도이다.
도 7은 실시 예 4A-4D 및 비교 예 4E-4H에 대한 보유 강도 결과의 그래프이다.
도 8은 실시 예 4J 및 비교 예 4E 및 4I에 대한 보유 강도 결과의 그래프이다.
이하 언급은 수반되는 도면에 예시된 대표적인 구체 예에 대해 매우 상세하게 이루어질 것이다. 가능한 한, 동일한 참조 번호는 동일하거나 또는 유사한 부분을 나타내는 것으로 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 도면에서 구성요소는 스케일이 필수적인 것이 아니며, 대신에 강조는 대표적인 구체 예의 원리를 예시할 때 부여된다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "평균 열팽창계수"는 0℃ 내지 300℃에서 주어진 물질 또는 층의 평균 선형 열팽창계수를 지칭한다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "열팽창계수" 및 "CTE"는, 별도로 언급되지 않는 한, 평균 열팽창계수를 지칭한다. CTE는, 예를 들어, ASTM E228 "Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials With a Push-Rod Dilatometer" 또는 ISO 7991:1987 "Glass -- Determination of coefficient of mean linear thermal expansion"에 기재된 절차를 사용하여 결정될 수 있다.
다양한 구체 예에서, 유리 적층물은, 적어도 제1 판유리, 제2 판유리, 및 상기 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치된 중간층을 포함한다. 상기 제1 판유리 및 제2 판유리는 중간층과 함께 서로 적층된다. 적어도 상기 제1 판유리는 유리-유리 적층 구조를 포함한다. 상기 유리-유리 적층 구조는, 적어도 제1 유리 층 및 상기 제1 유리 층에 인접한 제2 유리 층을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 유리 층은, 코어 층을 포함하고, 및 상기 제2 유리 층은, 상기 코어 층에 인접한 클래딩 층을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 클래딩 층은, 제1 클래딩 층 및 제2 클래딩 층을 포함하고, 및 상기 코어 층은 상기 제1 클래딩 층과 제2 클래딩 층 사이에 배치된다. 상기 제1 유리 층 및 제2 유리 층 각각은, 유리 물질, 유리-세라믹 물질, 또는 이의 조합을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 제1 유리 층 및/또는 상기 제2 유리 층은 투명한 유리 층이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 클래딩 층은 상기 코어 층과 다른 CTE를 갖는다. 상기 클래딩 층과 상기 코어 층 사이에 이러한 CTE 불일치는, 상당한 손상 허용치 (damage tolerance)를 갖는 강화된 유리-유리 적층 구조를 가능하게 할 수 있다. 상기 제2 판유리는, 유리 시트 (예를 들어, 강화된 또는 비-강화된 유리 시트), 중합체 시트, 또는 또 다른 적절한 시트 물질, 또는 이의 조합을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 제2 판유리는 상기 제1 판유리의 유리-유리 적층 구조와 동일하거나 또는 다를 수 있는 제2 유리-유리 적층 구조를 포함한다. 상기 중간층은 중합체 물질을 포함한다.
도 1은 유리 적층물 (10)의 하나의 대표적인 구체 예의 개략적인 단면도이다. 몇몇 구체 예에서, 유리 적층물 (10)은 복수의 판유리를 포함한다. 유리 적층물 (10)은, 도 1에 나타낸 바와 같은 실질적으로 평면 또는 (예를 들어, 도 4에 대하여 여기에 기재된 바와 같은) 비-평면일 수 있다. 유리 적층물 (10)은, 제1 판유리 (12), 제2 판유리 (14), 및 상기 제1 판유리와 상기 제2 판유리 사이에 배치된 중간층 (16)을 포함한다. 따라서, 제1 판유리 (12) 및 제2 판유리 (14)는, 중간층 (16)에 의해 서로 적층된다.
상기 유리 적층물의 적어도 하나의 판유리는, 복수의 유리 층을 포함하는 유리-유리 적층 구조를 포함한다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 구체 예에서, 제1 판유리 (12)는, 유리-유리 적층 구조 (100)를 포함한다. 상기 유리 적층물의 또 다른 판유리는, 유리 시트, 중합체 시트, 또 다른 적절한 시트 물질, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 구체 예에서, 제2 판유리 (14)는, 모놀리식 (monolithic) 또는 단일-층 유리 시트를 포함한다. 상기 유리 시트는, 화학적으로 강화된 유리 시트, 열적으로 강화된 유리 시트, 어닐링된 유리 시트, 또는 또 다른 적절한 유리 시트를 포함한다.
중간층 (16)은, 폴리비닐 부티랄 (PVB), 폴리카보네이트, 차음 (acoustic) PVB, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 열가소성 폴리우레탄 (TOU). 아이오노머 (ionomer), 아이오노플라스트 (ionoplast), (예를 들어, 아크릴, 폴리우레탄, 또는 폴리에스테르에 기초한) 현장 (cast in place: CIP) 수지, 열가소성 물질, 또 다른 적절한 중합체 물질, 또는 이의 조합과 같은, 중합체 물질을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 구체 예에서, 중간층 (16)은 PVB를 포함한다.
유리 적층물 (10)의 제2 판유리 (14)는, 모놀리식 또는 단일-층 유리 시트를 포함하는 것으로 기재되었지만, 다른 구체 예들은 본 개시에 포함된다. 예를 들어, 다른 구체 예에서, 상기 제2 판유리는, 유리-유리 적층 구조 (예를 들어, 제2 유리-유리 적층 구조)를 포함한다. 따라서, 상기 유리 적층물은, 적층 구조 사이에 배치된 중간층과 함께 서로 적층된 두 개의 유리-유리 적층 구조를 포함한다. 상기 제1 판유리의 유리-유리 적층 구조 및 제2 판유리의 제2 유리-유리 적층 구조는, 같거나 또는 다를 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 제1 판유리의 상기 유리-유리 적층 구조는, (예를 들어, 차량 또는 빌딩의 외부 표면을 위해 강하고 및/또는 화학적으로 내구성 있는) 외부 적용을 위해 구성될 수 있고, 및 상기 제2 판유리의 제2 유리-유리 적층 구조는, (예를 들어, 차량 또는 빌딩의 내부 표면에 대한 충격시 파괴 가능한) 내부 적용을 위해 구성될 수 있다. 이러한 차등 구성은, 유리 적층이 (예를 들어, 관련 자동차 규제를 준수하기 위해) 내부 표면의 충격에 대해 반응하여 파괴될 수 있는 능력을 유지하면서, 외부 표면의 충격에 대해 반응하여 파괴에 저항하는 것을 가능하게 할 수 있다. 다른 구체 예에서, 상기 제2 판유리는 중합체 시트를 포함한다. 상기 중합체 시트는, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아크릴, 또 다른 적절한 중합체 물질, 또는 이의 조합과 같은 중합체 물질을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 유리 적층물 (10)의 제1 판유리 (12)는, 유리-유리 적층 구조 (100)를 포함한다. 유리-유리 적층 구조 (100)은, 제1 클래딩 층 (104)과 제2 클래딩 층 (106) 사이에 배치된 코어 층 (102)을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 제1 클래딩 층 (104) 및 제2 클래딩 층 (106)은, 도 1에 나타낸 바와 같은, 유리-유리 적층 구조 (100)의 외부 층이다. 다른 구체 예에서, 상기 제1 클래딩 층 및/또는 제2 클래딩 층은, 상기 코어 층과 외부 층 사이에 배치된 중간층이다.
코어 층 (102)은 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면에 대립하는 제2 주 표면을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 제1 클래딩 층 (104)은 코어 층 (102)의 제1 주 표면에 융합된다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 클래딩 층 (106)은 코어 층 (102)의 제2 주 표면에 융합된다. 이러한 구체 예에서, 제1 클래딩 층 (104)과 코어 층 (102) 사이 및/또는 제2 클래딩 층 (106)과 코어 층 (102) 사이의 계면은, 예를 들어, 코어 층에 각각의 클래딩 층을 부착시키기 위해 첨가되거나 또는 구성된 접착제, 코팅층, 또는 임의의 비-유리 물질과 같은, 임의의 결합 물질이 없다. 따라서, 제1 클래딩 층 (104) 및/또는 제2 클래딩 층 (106)은, 직접 코어 층 (102)에 융합되거나 또는 코어 층 (102)에 직접 인접한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리-유리 적층 구조는, 코어 층과 제1 클래딩 층 사이 및/또는 코어 층과 제2 클래딩 층 사이에 배치된 하나 이상의 중간 유리 층을 포함한다. 예를 들어, 상기 중간 유리 층은, 상기 코어 층 및 클래딩 층의 계면에 형성된 확산층 (diffusion layer)을 포함한다. 상기 확산층은 확산층에 인접한 각 층의 성분을 포함하는 블렌딩된 영역 (blended region)을 포함할 수 있다. 따라서, 직접 인접한 유리 층은 확산층에서 서로 융합된다. 몇몇 구체 예에서, 직접 인접한 유리 층 사이의 계면은, 유리-유리 계면이다.
몇몇 구체 예에서, 코어 층 (102)은, 제1 유리 조성물을 포함하고, 제1 및/또는 제2 클래딩 층 (104 및 106)은, 제1 유리 조성물과 다른 제2 유리 조성물을 포함한다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 구체 예에서, 코어 층 (102)은, 제1 유리 조성물을 포함하고, 및 제1 클래딩 층 (104) 및 제2 클래딩 층 (106) 각각은, 제2 유리 조성물을 포함한다. 다른 구체 예에서, 상기 제1 클래딩 층은, 제2 유리 조성물을 포함하고, 및 제2 클래딩 층은, 제1 유리 조성물 및/또는 제2 유리 조성물과 다른 제3 유리 조성물을 포함한다.
유리-유리 적층 구조는, 예를 들어, 퓨전 인발 (fusion draw), 다운 인발, 슬롯 인발, 업 인발, 또는 플로우트 공정 (float process)과 같은, 적합한 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 유리-유리 적층 구조의 다양한 층은, 유리-유리 적층 구조의 형성 동안에 적층되거나 또는 독립적으로 형성되고 및 나중에 적층되어 유리-유리 적층 구조를 형성할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리-유리 적층 구조는 퓨전 인발 공정을 사용하여 형성된다. 도 2는, 예를 들어, 유리-유리 적층 구조 (100)와 같은, 유리-유리 적층 구조를 형성하는데 사용될 수 있은 오버플로우 분배기 (200)의 대표적인 구체 예의 단면도이다. 오버플로우 분배기 (200)는, 미국 특허 제4,214,886호에 기재된 바와 같이 구성될 수 있으며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다. 예를 들어, 오버플로우 분배기 (200)는, 하부 오버플로우 분배기 (220) 및 상기 하부 오버플로우 분배기 위에 위치된 상부 오버플로우 분배기 (240)를 포함한다. 하부 오버플로우 분배기 (220)는, 홈통 (trough: 222)을 포함한다. 제1 유리 조성물 (224)은, 용융되어 점성 상태로 홈통 (222)으로 공급된다. 제1 유리 조성물 (224)은, 이하 더욱 기재되는 바와 같이, 유리-유리 적층 구조 (100)의 코어 층 (102)을 형성한다. 상부 오버플로우 분배기 (240)는, 홈통 (242)를 포함한다. 제2 유리 조성물 (244)은, 용융되어 점성 상태로 홈통 (242)으로 공급된다. 제2 유리 조성물 (244)은, 이하 더욱 기재되는 바와 같이, 유리-유리 적층 구조 (100)의 제1 및 제2 클래딩 층 (104 및 106)을 형성한다.
제1 유리 조성물 (224)은, 홈통 (222)을 넘치고, 및 하부 오버플로우 분배기 (220)의 대립하는 외부 형성 표면 (226 및 228)을 흘러내린다. 외부 형성 표면 (226 및 228)은, 인발 라인 (230)에서 수렴한다. 하부 오버플로우 분배기 (220)의 각각의 외부 형성 표면 (226 및 228)을 하향으로 흐르는 제1 유리 조성물 (224)의 분리된 스트림은, 인발 라인 (230)에서 수렴하고, 여기서, 이들은 서로 융합되어 유리-유리 적층 구조 (100)의 코어 층 (102)을 형성한다.
제2 유리 조성물 (244)은, 홈통 (244)을 넘치고, 및 상부 오버플로우 분배기 (240)의 대립하는 외부 형성 표면 (246 및 248)을 흘러내린다. 제2 유리 조성물은, 제2 유리 조성물이 하부 오버플로우 분배기 (220) 주위를 흐르도록, 상부 오버플로우 분배기 (240)에 의해 바깥쪽으로 방향을 바꾸고 및 하부 오버플로우 분배기의 외부 형성 표면 (226 및 228) 위로 흐르는 제1 유리 조성물 (224)과 접촉한다. 제2 유리 조성물 (244)의 분리된 스트림은, 하부 오버플로우 분배기 (220)의 각각의 외부 형성 표면 (226 및 228)을 흘러내리는 제1 유리 조성물 (224)의 각각의 분리된 스트림에 융합된다. 인발 라인 (230)에서 제1 유리 조성물 (224)의 스트림의 수렴시, 제2 유리 조성물 (244)은, 유리-유리 적층 구조 (100)의 제1 및 제2 클래딩 층 (104 및 106)을 형성한다.
몇몇 구체 예에서, 점성 상태의 코어 층 (102)의 제1 유리 조성물 (224)은, 점성 상태의 제1 및 제2 클래딩 층 (104 및 106)의 제2 유리 조성물 (244)과 접촉하여 유리-유리 적층 시트를 형성한다. 이러한 구체 예의 몇몇에서, 유리-유리 적층 시트는, 도 2에 나타낸 바와 같은, 하부 오버플로우 분배기 (220)의 인발 라인 (230)으로부터 멀리 이동하는 유리 리본의 일부이다. 유리 리본은, 예를 들어, 중력 및/또는 풀링 롤러 (pulling rollers)를 포함하는, 적절한 수단에 의해 하부 오버플로우 분배기 (220)로부터 인발될 수 있다. 유리 리본은 하부 오버플로우 분배기 (220)로부터 멀어 이동하면서 냉각된다. 유리 리본은 절단되어 그로부터 유리-유리 적층 시트를 분리시킨다. 따라서, 유리-유리 적층 시트는 유리 리본으로부터 절단된다. 유리 리본은, 예를 들어, 스코어링 (scoring), 굽힘, 열 충격, 및/또는 레이저 절단과 같은, 적절한 기술을 사용하여 절단될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리-유리 적층 구조 (100)는, 도 1에 나타낸 바와 같은 유리-유리 적층 시트를 포함한다. 다른 구체 예에서, 유리-유리 적층 시트는, 유리-유리 적층 구조 (100)를 형성하기 위해 (예를 들어, 절단 또는 성형에 의해) 더욱 가공될 수 있다.
도 1에 나타낸 유리-유리 적층 구조 (100)가 3개의 층을 포함할지라도, 다른 구체 예는, 본 개시에 포함된다. 다른 구체 예에서, 유리-유리 적층 구조는, 2, 4, 또는 그 이상의 층과 같은, 결정된 수의 층을 가질 수 있다. 예를 들어, 2개의 층을 포함하는 유리-유리 적층 구조는, 2개의 층이 오버플로우 분배기의 각각의 인발 라인으로부터 멀리 이동하면서 결합되도록 위치된 2개의 오버플로우 분배기를 사용하거나 또는 두 개의 유리 조성물이 오버플로우 분배기의 대립하는 외부 형성 표면 위로 흐르고 및 오버플로우 분배기의 인발 라인에서 수렴하도록 분할된 홈통을 갖는 단일 오버플로우 분배기를 사용하여 형성될 수 있다. 4개 이상의 층을 포함하는 유리-유리 적층 구조는, 부가적인 오버플로우 분배기를 사용하여 및/또는 분할된 홈통을 갖는 오버플로우 분배기를 사용하여 형성될 수 있다. 따라서, 결정된 수의 층을 갖는 유리-유리 적층 구조는, 그에 따라 오버플로우 분배기를 변경하여 형성될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리-유리 적층 구조 (100)는, 적어도 약 0.05 ㎜, 적어도 약 0.1 ㎜, 적어도 약 0.2 ㎜, 또는 적어도 약 0.3 ㎜의 두께를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 유리-유리 적층 구조 (100)는, 최대 약 3 ㎜, 최대 약 2 ㎜, 최대 약 1.5 ㎜, 최대 약 1 ㎜, 최대 약 0.7 ㎜, 또는 최대 약 0.5 ㎜의 두께를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리-유리 적층 구조 (100)의 두께에 대한 코어 층 (102)의 두께의 비는, 적어도 약 0.6, 적어도 약 0.7, 적어도 약 0.8, 적어도 약 0.85, 적어도 약 0.9, 또는 적어도 약 0.95이다. 몇몇 구체 예에서, 제2층 (예를 들어, 제1 클래딩 층 (104) 및 제2 클래딩 층 (106) 각각)의 두께는 약 0.01 ㎜ 내지 약 0.3 ㎜이다.
몇몇 구체 예에서, 제1 유리 조성물 및/또는 제2 유리 조성물은, 여기에 기재된 바와 같은, 퓨전 인발 공정을 사용하여 유리-유리 적층 구조 (100)를 형성하기에 적합한 액상선 점도를 포함한다. 예를 들어, 제1층 (예를 들어, 코어 층 (102))의 제1 유리 조성물은, 적어도 약 100 kP, 적어도 약 200 kP, 또는 적어도 약 300 kP의 액상선 점도를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 최대 약 3000 kp, 최대 약 2500 kp, 최대 약 1000 kp, 또는 최대 약 800 kp의 액상선 점도를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2층 (예를 들어, 제1 및/또는 제2 클래딩 층 (104 및 106))의 제2 유리 조성물은, 적어도 약 50 kP, 적어도 약 100 kP, 또는 적어도 약 200 kp의 액상선 점도를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은, 최대 약 2500 kp, 최대 약 1000 kp, 또는 최대 약 800 kp의 액상선 점도를 포함한다. 제1 유리 조성물은, 오버플로우 분배기 위로 제2 유리 조성물을 운반하는 것을 도와서 제2층을 형성할 수 있다. 따라서, 제2 유리 조성물은, 퓨전 인발 공정을 사용하여 단일 층 시트를 형성하는데 적합한 것으로 일반적으로 고려되는 것보다 낮은 액상선 점도를 포함할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리-유리 적층 구조 (100)는, 강화된 유리-유리 적층 구조로서 구성된다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 제2층 (예를 들어, 제1 및/또는 제2 클래딩 층 (104 및 106))의 제2 유리 조성물은, 제1층 (예를 들어, 코어 층 (102))의 제1 유리 조성물과 다른 평균 열팽창계수 (CTE)를 포함한다. 예를 들어, 제1 및 제2 클래딩 층 (104 및 106)은, 코어 층 (102)보다 낮은 평균 CTE를 갖는 유리 조성물로 형성된다. CTE 불일치 (즉, 제1 및 제2 클래딩 층 (104 및 106)의 평균 CTE와 코어 층 (102)의 평균 CTE 사이의 차이)는, 유리-유리 적층 구조 (100)의 냉각시 코어 층에서 인장 응력 및 클래딩 층에서 압축 응력의 형성을 결과한다. 인접한 유리 층들 사이에 CTE 불일치에 의해 유발된 이러한 강화는, 기계적 강화로 언급될 수 있다. 따라서, 강화된 유리-유리 적층 구조는 기계적으로 강화된 유리 시트로 언급될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 제1 및 제2 클래딩 층의 각각은, 독립적으로, 코어 층보다 더 높은 평균 CTE, 더 낮은 평균 CTE, 또는 실질적으로 동일한 평균 CTE를 가질 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 제1층 (예를 들어, 코어 층 (102))의 평균 CTE 및 제2층 (예를 들어, 제1 및/또는 제2 클래딩 층 (104 및 106))의 평균 CTE는, 적어도 약 5x10-7℃-1, 적어도 약 15x10-7℃-1, 또는 적어도 약 25x10-7℃-1 만큼 다르다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 제1층의 평균 CTE 및 제2층의 평균 CTE는, 최대 약 55x10-7℃-1, 최대 약 50x10-7℃-1, 최대 약 40x10-7℃-1, 최대 약 30x10-7℃-1, 최대 약 20x10-7℃-1, 또는 최대 약 10x10-7℃-1 만큼 다르다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 제1층의 평균 CTE 및 제2층의 평균 CTE는, 약 5x10-7℃-1 내지 약 30x10-7℃-1 또는 약 5x10-7℃-1 내지 약 20x10-7℃-1 만큼 다르다. 몇몇 구체 예에서, 제2층의 제2 유리 조성물은, 최대 약 40x10-7℃-1, 또는 최대 약 35x10-7℃-1의 평균 CTE를 포함한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 제2층의 제2 유리 조성물은, 적어도 약 25x10-7℃-1, 또는 적어도 약 30x10-7℃-1의 평균 CTE를 포함한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 제1층의 제1 유리 조성물은, 적어도 약 40x10-7℃-1, 적어도 약 50x10-7℃-1, 또는 적어도 약 55x10-7℃-1의 평균 CTE를 포함한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 제1층의 제1 유리 조성물은, 최대 약 90x10-7℃-1, 최대 약 85x10-7℃-1, 최대 약 80x10-7℃-1, 최대 약 70x10-7℃-1, 또는 최대 약 60x10-7℃-1의 평균 CTE를 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 클래딩 층의 압축 응력은, 최대 약 800 MPa, 최대 약 500 MPa, 최대 약 300 MPa, 최대 약 200 MPa, 최대 약 150 MPa, 최대 약 100 MPa, 최대 약 50 MPa, 또는 최대 약 40 MPa이다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 클래딩 층의 압축 응력은, 적어도 약 10 MPa, 적어도 약 20 MPa, 적어도 약 30 MPa, 적어도 약 50 MPa, 적어도 약 100 MPa, 또는 적어도 약 200 MPa이다.
제1층 (예를 들어, 코어 층 (102))의 제1 유리 조성물 및 제2층 (예를 들어, 제1 클래딩 층 (104) 및/또는 제2 클래딩 층 (106))의 제2 유리 조성물은, 여기에 기재된 바와 같이 원하는 특성을 갖는 유리-유리 적층 구조를 형성할 수 있는 적절한 유리 조성물을 포함할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리 조성물은 전통적인 형성 장비 (예컨대, 새깅 (sagging) 또는 소다 라임 유리와 함께 사용하도록 설계된 기타 몰딩 장비)를 사용하여 3-차원 (3D) 형상으로 형성하기에 적합한 유리-유리 적층 구조를 형성할 수 있다. 3D 형성에 적합한 유리-유리 적층 구조의 예로는, 국제 특허출원 PCT/US2015/029671호 및 PCT/US2015/029681호에 기재되어 있으며, 이들 각각은 전체적으로 여기에 참조로서 혼입된다. 예를 들어, 유리-유리 적층 구조는 최대 약 750℃, 최대 약 725℃, 최대 약 700℃, 또는 최대 약 675℃의, 유리-유리 적층 구조가 유효 109.9 포이즈 (P)의 점도를 갖는 온도를 포함한다. 유리-유리 적층 구조 (100)가 유효 109.9 P 점도를 갖는 온도 (T9.9P, eff )는 유리-유리 적층 구조가 유효 109.9 P의 점도를 갖는 두께 가중 평균 온도를 포함한다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 코어 층 (102)은 두께 (tcore )를 포함하고, 및 제1 클래딩 층 (104) 및 제2 클래딩 층 (106)의 각각은 두께 (tclad )를 포함한다. 제1 유리 조성물은 상기 제1 유리 조성물이 109.9 P의 점도를 갖는 온도 (T9.9P,core )를 포함하고, 및 제2 유리 조성물은 상기 제2 유리 조성물이 109.9 P의 점도를 갖는 온도 (T9.9P,clad )를 포함한다. 따라서, 유리-유리 적층 구조 (100)의 유리-유리 적층 구조가 유효 109.9 P의 점도를 갖는 온도는 하기 수학식 1로 나타낸다.
[수학식 1]
Figure 112018000366244-pct00001
부가적으로 또는 선택적으로, 제2층은 제1층보다 더 높은, 109.9 P의 점도를 갖는 온도를 포함한다. 따라서, 제2층의 점도는 유리-유리 적층 구조를 3D 형상으로 형성하는 동안 제1층의 점도보다 더 높다. 이러한 109.9 P의 점도를 갖는 온도에서 차이는, 유리-유리 적층 구조가 비교적 낮은 형성 온도에서 3D 형상으로 형성되는 것을 가능하게 하면서, (예를 들어, 형성 장비와 접촉하는 더 높은 점도의 클래딩 층 때문에) 유리-유리 적층 구조와 형성 장치 사이에 상호작용을 감소시킨다.
몇몇 구체 예에서, 유리 조성물은 실외 적용 (예를 들어, 자동차 또는 건축용 적용)에서의 사용에 적절한 유리-유리 적층 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2층은 소다 라임 유리와 유사한 화학적 내구성을 포함한다. 유리 조성물의 화학적 내구성은, 특정 시간의 기간 동안 특정 온도에서 시약에 노출에 반응하는 유리 조성물의 분해 속도에 의해 나타낼 수 있다. 분해 속도는, 예를 들어, 샘플의 표면적 당 손실된 샘플의 질량으로 표현될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 화학적 내구성은, 여기에서 "내구성 시험"으로 언급되는, 하기의 절차를 사용하여 결정된다. 약 2.5 ㎝의 폭 및 약 2.5 ㎝의 길이를 갖는 유리-유리 적층 구조를 갖는 샘플은, 40℃에서 옵틱클리어 (Opticlear)에 함침시키고 IPA로 헹궈진다. 샘플은 탈 이온수로 헹구는 동안 치즈 천 (cheese cloth)으로 닦아 준 다음, 140℃에서 적어도 30분 동안 건조된다. 200 mL의 시약 용액은, 사전 걸러진 (preleached) 250 mL FEP 병에 첨가되고, 및 95℃로 설정된 오븐에서 약 1-2 시간 예열된다. 유리 샘플은, 병의 측벽에 대하여 수직으로 기울어지고, 및 미리 결정된 온도에서 결정된 시간 동안 함침이 허용된다. 약 15 mL의 그 결과로 생긴 용액은, 원심 분리 튜브에 붓고 및 ICP를 위해 보존된다. 상기 용액의 나머지는, 폐기되고 및 여전히 병에 남아있는 유리 시료는, 즉시 탈 이온수에서 퀀칭된다 (quenched). 퀀칭 후에, 유리 샘플은 병으로부터 회수되고, 탈 이온수로 헹구며, 및 140℃에서 적어도 30분 동안 건조된다. 유리 샘플의 중량 손실은, 측정되고 및 화학적 내구성은 단위 표면적 당 중량 손실로서 결정된다. 몇몇 구체 예에서, 95℃에서 6시간 동안 5 vol% HCl 수용액에 노출에 반응하는 제2 유리 조성물의 분해 속도는, 최대 약 0.018 ㎎/㎠, 최대 약 0.009 ㎎/㎠ 이하, 또는 최대 0.005mg/㎠이다. 부가적으로 또는 선택적으로, 24시간 동안 95℃에서 1M의 HNO3 수용액에 노출에 반응하는 제2 유리 조성물의 분해 속도는, 최대 약 0.08 ㎎/㎠, 최대 약 0.06 ㎎/㎠, 또는 최대 약 0.03 ㎎/㎠이다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 24시간 동안 95℃에서 0.02 N의 H2SO4 수용액에 노출에 반응하는 제2 유리 조성물의 분해 속도는, 최대 약 0.04 ㎎/㎠, 최대 약 0.02 ㎎/㎠, 또는 최대 약 0.005 ㎎/㎠이다. 다른 구체 예에서, 유리 조성물의 화학적 내구성은, ANSI Z26.1, Test 19; RECE R43, Test A3/6; ISO 695; ISO 720; DIN 12116; 또는 유사한 표준에 기재된 바와 같이 결정되고; 이들의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
몇몇 구체 예에서, 유리-유리 적층 구조의 제1층의 제1 유리 조성물은, SiO2, Al2O3, B2O3, P2O5, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 유리 네트워크 형성제 (network former)를 포함한다. 예를 들어, 제1 유리 조성물은, 적어도 약 45 mol% SiO2, 적어도 약 50 mol% SiO2, 적어도 약 60 mol% SiO2, 적어도 약 70 mol% SiO2, 또는 적어도 약 75 mol% SiO2를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 최대 약 85 mol% SiO2, 최대 약 80 mol% SiO2, 최대 약 75 mol% SiO2, 최대 약 60 mol% SiO2, 또는 최대 약 50 mol% SiO2를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 적어도 약 5 mol% Al2O3, 적어도 약 9 mol% Al2O3, 적어도 약 15 mol% Al2O3, 또는 적어도 약 20 mol% Al2O3를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 최대 약 25 mol% Al2O3, 최대 약 20 mol% Al2O3, 최대 약 15 mol% Al2O3, 또는 최대 약 10 mol% Al2O3를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 적어도 약 1 mol% B2O3, 적어도 약 4 mol% B2O3, 또는 적어도 약 7 mol% B2O3를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 최대 약 10 mol% B2O3, 최대 약 8 mol% B2O3, 또는 최대 약 5 mol% B2O3를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 적어도 약 2 mol% P2O5를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 최대 약 5 mol% P2O5를 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 제1 유리 조성물은, Li2O, Na2O, K2O, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 알칼리 금속 산화물을 포함한다. 예를 들어, 제1 유리 조성물은, 적어도 약 5 mol% Na2O, 적어도 약 9 mol% Na2O, 또는 적어도 약 12 mol% Na2O를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 최대 약 20 mol% Na2O, 최대 약 16 mol% Na2O, 또는 최대 약 13 mol% Na2O를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 적어도 약 0.01 mol% K2O, 적어도 약 1 mol% K2O, 적어도 약 2 mol% K2O, 또는 적어도 약 3 mol% K2O를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 최대 약 6 mol% K2O, 최대 약 5 mol% K2O, 최대 약 4 mol% K2O, 최대 약 3 mol% K2O, 또는 최대 약 1 mol% K2O를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 적어도 약 5 mol% Li2O, 적어도 약 8 mol% Li2O, 또는 적어도 약 10 mol% Li2O를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1 유리 조성물은, 최대 약 15 mol% Li2O, 최대 약 12 mol% Li2O, 또는 최대 약 10 mol% Li2O를 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 제1 유리 조성물은, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 알칼리토 산화물을 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 제1 유리 조성물은, 예를 들어, SnO2, Sb2O3, As2O3, Ce2O3, (예를 들어, KCl 또는 NaCl로부터 유래된) Cl, ZrO2, 또는 Fe2O3를 포함하는, 하나 이상의 부가적인 성분을 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 유리-유리 적층 구조의 제2층의 제2 유리 조성물은, SiO2, Al2O3, B2O3, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 유리 네트워크 형성제를 포함한다. 예를 들어, 제2 유리 조성물은, 적어도 약 65 mol% SiO2, 적어도 약 68 mol% SiO2, 적어도 약 70 mol% SiO2, 또는 적어도 약 75 mol% SiO2를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은, 최대 약 85 mol% SiO2, 최대 약 80 mol% SiO2, 최대 약 77 mol% SiO2, 최대 약 75 mol% SiO2, 또는 최대 약 70 mol% SiO2를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은, 적어도 약 1 mol% Al2O3, 적어도 약 2 mol% Al2O3, 적어도 약 5 mol% Al2O3, 또는 적어도 약 9 mol% Al2O3를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은, 최대 약 15 mol% Al2O3, 최대 약 11 mol% Al2O3, 최대 약 5 mol% Al2O3, 또는 최대 약 3 mol% Al2O3를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은, 적어도 약 1 mol% B2O3, 적어도 약 5 mol% B2O3, 또는 적어도 약 9 mol% B2O3를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은, 최대 약 20 mol% B2O3, 최대 약 16 mol% B2O3, 또는 최대 약 10 mol% B2O3를 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 제2 유리 조성물은, Li2O, Na2O, K2O, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 알칼리 금속 산화물을 포함한다. 예를 들어, 제2 유리 조성물은, 적어도 약 1 mol%의 Na2O, 또는 적어도 약 2 mol%의 Na2O를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은, 최대 약 15 mol% Na2O, 최대 약 11 mol% Na2O, 또는 최대 약 5 mol% Na2O를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은, 약 0.1 mol% 내지 약 6 mol%의 K2O, 또는 약 0.1 mol% 내지 약 1 mol%의 K2O를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은, 약 5 mol% 내지 약 15 mol% Li2O, 또는 약 10 mol% 내지 약 15 mol% Li2O를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 제2 유리 조성물은 실질적으로 알칼리 금속이 없다. 예를 들어, 제2 유리 조성물은, 최대 약 0.01 mol%의 알칼리 금속 산화물을 포함한다. 다른 구체 예에서, 제2 유리 조성물은, 약 2mol% 내지 약 15mol%의 알칼리 금속 산화물을 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 제2 유리 조성물은, MgO, CaO, SrO, BaO 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 알칼리토 산화물을 포함한다. 예를 들어, 제2 유리 조성물은, 적어도 약 0.1 mol%의 MgO, 적어도 약 1 mol%의 MgO, 적어도 약 3 mol%의 MgO, 적어도 약 5 mol%의 MgO, 또는 적어도 약 10 mol%의 MgO를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은, 최대 약 15mol%의 MgO, 최대 약 10mol%의 MgO, 최대 약 5mol%의 MgO, 또는 최대 약 1mol%의 MgO를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은 적어도 약 0.1 mol% CaO, 적어도 약 1 mol% CaO, 적어도 약 3 mol% CaO, 적어도 약 5 mol% CaO, 또는 적어도 약 7 mol% CaO를 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제2 유리 조성물은, 최대 약 10 mol% CaO, 최대 약 7 mol% CaO, 최대 약 5 mol% CaO, 최대 약 3 mol% CaO, 또는 최대 약 1 mol% CaO를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 제2 유리 조성물은, 약 1 mol% 내지 약 25 mol%의 알칼리토 산화물을 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 제2 유리 조성물은, 예를 들어, SnO2, Sb2O3, As2O3, Ce2O3, (예를 들어, KCl 또는 NaCl로부터 유래된) Cl, ZrO2, 또는 Fe2O3를 포함하는, 하나 이상의 부가적인 성분을 포함한다.
유리-유리 적층 구조의 하나 이상의 층으로서 사용하기에 적절할 수 있는 유리 조성물의 예로는, 국제 특허출원 PCT/US2015/02967호 및 PCT/US2015/029681 호에 기재되어 있으며, 이들의 전체적인 내용은 여기에 참조로서 혼입된다. 대표적인 유리 조성물은 또한 표 1 내지 7에 나타낸다. 다양한 성분의 양은, 산화물 기준에 대한 mol%로 표 1 내지 7에 제공된다.
대표적인 유리 조성물
1 2 3 4 5 6 7
SiO2 76.33 72.12 54.03 45.61 60.53 52.83 73.7
Al2O3 7.17 9.15 15.92 21.37 12.35 17.01 6.83
B2O3 4.05 4.16 8.13 7.07 1.99 5.2
P2O5 3.18 4.92 0.0244 2.517
Na2O 12.18 9.88 14.7 15.73 13.94 14.839 12.01
K2O 0.01 2.53 3.62 0.006 3.67 1.752 2.74
MgO 0.01 0.03 0.0033 0.0055 0.6046 0.31 4.52
CaO 0.04 0.02 0.018 0.0246 0.0221 0.03
BaO 0.0013 0.0041
ZnO 1.9 0.002 4.64 6.14 5.403
SnO2 0.2 0.2 0.0367 0.3208 0.1453 0.308 0.19
ZrO2 0.0544 0.0334 0.0267 0.026
CeO2 0.2179
MnO2 0.0003
TiO2 0.0085 0.0035
Fe2O3 0.0089 0.0081 0.009 0.008
Sb2O3 0.002 0.0782 0.0666 0.072
[표 1 계속] 대표적인 유리 조성물
8 9 10 11 12 13 14
SiO2 78.67 77.9 77.4 77 76.6 77 77
Al2O3 1.95 3.42 7 7 7 7 7
B2O3 14.19 9.82
P2O5
Na2O 3.64 7.01 10 10.2 10.4 5.3 10.4
K2O 0.01 0.1 0.3 0.5 5.2 0.1
MgO 0.02 0.09 4.8 4.8 4.8 4.8 2.8
CaO 0.85 1.64 0.5 0.5 0.5 0.5 2.5
BaO 0.58
ZnO
SnO2 0.07 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
ZrO2
CeO2
MnO2
TiO2
Fe2O3
Sb2O3
[표 1 계속] 대표적인 유리 조성물
15 16 17 18 19 20 21
SiO2 77 77 77 77 76.5 76.5 75
Al2O3 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 8
B2O3
P2O5
Na2O 10.7 11 10.4 9.8 8 7 6
K2O 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
MgO 2.5 2.7 3 3.3 4.5 5 5.5
CaO 3 2.5 2.8 3.1 4.2 4.7 5.2
BaO
ZnO
SnO2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
ZrO2
CeO2
MnO2
TiO2
Fe2O3
Sb2O3
[표 1 계속] 대표적인 유리 조성물
22 23 24 25 26 27 28
SiO2 70 72 68 70 72 68 70
Al2O3 11 9 11 9 7 9 9
B2O3
P2O5
Na2O 5 5 5 5 5 5 3
K2O
MgO 7 7 7 7 7 13 13
CaO 7 7 9 9 9 5 5
BaO
ZnO
SnO2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
ZrO2
CeO2
MnO2
TiO2
Fe2O3
Sb2O3
[표 1 계속] 대표적인 유리 조성물
29 30 31 32 33 34 35
SiO2 72 68 70 72 68 68 70
Al2O3 7 9 7 11 7 9 7
B2O3
P2O5
Na2O 3 3 3 5 3 1 1
K2O
MgO 13 13 13 7 13 13 13
CaO 5 7 7 5 9 9 9
BaO
ZnO
SnO2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
ZrO2
CeO2
MnO2
TiO2
Fe2O3
Sb2O3
[표 1 계속] 대표적인 유리 조성물
36 37 38 39 40 41 42
SiO2 72 70 72 68 72 70 72
Al2O3 11 11 9 11 11 11 9
B2O3
P2O5
Na2O 3 3 3 3 1 1 1
K2O
MgO 7 7 7 13 7 13 13
CaO 7 9 9 5 9 5 5
BaO
ZnO
SnO2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
ZrO2
CeO2
MnO2
TiO2
Fe2O3
Sb2O3
[표 1 계속] 대표적인 유리 조성물
43 44 45
SiO2 68 70 72
Al2O3 11 9 7
B2O3
P2O5
Na2O 1 1 1
K2O
MgO 13 13 13
CaO 7 7 7
BaO
ZnO
SnO2 0.2 0.2 0.2
ZrO2
CeO2
MnO2
TiO2
Fe2O3
Sb2O3
몇몇 구체 예에서, 유리-유리 적층 구조 (100)는 이의 표면상에 형성된 패턴 (예를 들어, 장식 패턴)을 포함한다. 예를 들어, 패턴은 실질적으로 단색 (solid color), 디자인 (예를 들어, 하나 이상의 라인, 텍스쳐 또는 형상), 또는 이들의 조합을 포함한다. 예를 들어, 패턴은, 차량 방풍유리용 장식성 에지, 차량 백라이트용 서리제거 격자 (defroster grid), 안테나, 차량 내부 또는 외부 패널용 텍스쳐링된 패턴, 또는 또 다른 패턴을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리-유리 적층 구조 (100)는, 패턴을 형성하기 위해 이의 표면상에 인쇄된 무기 잉크 또는 에나멜을 포함한다. 예를 들어, 무기 잉크 또는 에나멜은 프릿 물질을 포함한다. 유리-유리 적층 구조 (100)는, 패턴이 그 위에 인쇄된 후에 (예를 들어, 여기에 기재된 바와 같은 3D 형상으로 유리-유리 적층 구조를 형성하기 위해 및/또는 무기 잉크 또는 에나멜을 소결 또는 소성하기 위해) 가열될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 패턴은, 실질적으로 평평한 구성의 유리-유리 적층 구조상에 인쇄되고, 및 상기 유리-유리 적층 구조는, 패턴이 그 위에 인쇄된 후에 3D 형상으로 형성된다. 유리-유리 적층 구조가 인쇄 동안 실질적으로 평탄하기 때문에, 종래의 인쇄 공정 (예를 들면, 스크린 인쇄, 플렉소그래픽 인쇄 (flexographic printing), 그라비아 인쇄, 사진 패턴 인쇄, 패드 인쇄, 잉크젯 인쇄, 또 다른 적절한 인쇄 공정, 또는 이들의 조합)은, 상기 패턴을 인쇄하는데 사용될 수 있다. 유리-유리 적층 구조가, 열적 강화 또는 화학적으로 강화되는 것과 반대로, 기계적으로 강화되기 때문에, 이러한 가열은 유리-유리 적층 구조의 압축 응력에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 예를 들어, 유리-유리 적층 구조의 압축 응력, 압축 층의 깊이, 및 중심 장력은, 가열 전 및 후에 실질적으로 동일하다. 따라서, 유리-유리 적층 구조는, 무기 잉크 또는 에나멜을 사용하여 강화된 유리 시트가 그 위에 패턴이 형성되는 것을 가능하게 할 수 있다. 이러한 장식된 적층물은 단독으로 여기에 기재된 바와 같은 유리 시트로서 또는 유리 적층물의 일부로서 사용될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 인쇄된 패턴은, 유리-유리 적층 구조의 (예를 들어, 중간층에 인접한) 내부 표면상에 배치된다. 따라서, 인쇄된 패턴은, 유리 적층물 내에 내장되어, 인쇄된 패턴을 손상으로부터 보호할 수 있다. 다른 구체 예에서, 인쇄된 패턴은, 유리-유리 적층 구조의 (예를 들어, 중간층으로부터 떨어져 있는) 외부 표면상에 배치된다.
도 1을 다시 참조하면, 유리 적층물 (10)의 제2 판유리 (14)는, 유리 시트를 포함한다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 제2 판유리 (14)는 화학적으로 강화된 유리 시트를 포함한다. 화학적으로 강화된 유리 시트는, 적절한 화학적 강화 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 화학적으로 강화된 유리 시트는, 상대적으로 얇을 수 있고 (예를 들어, 약 2mm 이하), 및 압축 응력 (CS), 상대적으로 높은 압축 층의 깊이 (DOL) 및/또는 적당한 중심 장력과 같은, 하나 이상의 특징을 가질 수 있다. 도 3은, 예를 들어, 제2 판유리 (14)와 같은, 화학적으로 강화된 유리 시트를 형성하기 위한 대표적인 공정을 예시하는 흐름도이다. 상기 공정은, 국제 공개특허 제2015/031594호에 개시되어 있으며, 이의 전체적인 내용은, 여기에 참조로서 혼입된다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 상기 공정은 이온 교환이 가능한 유리 시트를 준비하는 단계를 포함한다 (단계 300). 상기 유리 시트는, 화학적으로 강화된 유리 시트를 형성하기 위해 이온교환 공정에 적용된다 (단계 302). 몇몇 구체 예에서, 화학적으로 강화된 유리 시트는, 어닐링 공정 (단계 304), 산 에칭 공정 (단계 305), 또는 둘 모두에 적용된다.
CS 및 DOL은, 예를 들어, Luceo Co., Ltd. (Tokyo, Japan)에 의해 제작된, FSM-6000, 또는 이와 유사한 것과 같은 상업적으로 이용 가능한 기구를 사용하는 표면 응력 미터 (FSM)에 의해 결정될 수 있다. CS 및 DOL을 측정하는 방법은, 예를 들어, ASTM C1422/C1422M "Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass," ASTM 1279.19779 "Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed, Heat-Strengthened, and Fully-Tempered Flat Glass," 및 ASTM F218 "Standard Method for Analyzing Stress in Glass"에 기재되며, 이들의 전제적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다. 표면 응력 측정은, 유리 제품의 복굴절 (birefringence)과 연관되는, 응력 광학 계수 (SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는 결과적으로 섬유 및 4점 굽힘 방법들 (이들 모두는 ASTM C770-98 (2008) "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"에 기재되고, 이들의 전제적인 내용은 참조로서 여기에 혼입됨), 및 벌크 실린더 방법 (bulk cylinder method)과 같은, 기술분야에서 알려진 이들 방법에 의해 측정된다. CS 및 DOL을 측정하기 위한 다른 기술은, 예를 들어, 미국 특허 제8,957,374호 및 제9,140,543호에 기재된 것들을 포함하고, 이들의 전체적인 내용은 여기에 참조로서 혼입된다.
몇몇 구체 예에서, 이온 교환 공정에 유리 시트를 적용시키는 단계 (단계 302)는, 약 400℃ 내지 약 500℃의 범위 내에 하나 이상의 제1온도 및/또는 약 8시간과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 약 1시간 내지 약 24시간의 범위 내에 제1기간 동안 (예를 들어, 비교적 순수한 KNO3와 같은, KNO3를 포함하는 용융염 욕조에 유리 시트를 함침시켜) 용융염과 유리 시트를 접촉시키는 단계를 포함한다. 이러한 대표적인 이온 교환 공정은, 유리 시트의 표면에서 초기 압축 응력 (iCS), 유리 시트 내로 압축 층의 초기 깊이 (iDOL), 및 유리 시트 내에 초기 중심 장력 (iCT)을 갖는 화학적으로 강화된 유리 시트를 생성할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, iCS는 적어도 약 500 MPa, 적어도 약 600 MPa, 또는 적어도 약 1000 MPa이다. 몇몇 구체 예에서, iCS는 미리 결정된 (또는 원하는) 값을 초과한다. 따라서, 몇몇 적용을 위해 iCS로부터 유리 시트의 압축 응력을 줄이는 것이 유리할 수 있다. 부가적으로, 또는 선택적으로, iDOL은 최대 약 75㎛이다. 부가적으로, 또는 선택적으로, iCT는 적어도 약 40 MPa 또는 적어도 약 48 MPa이다. 몇몇 구체 예에서, iCT는, 유리 시트의 미리 결정된 취약성 (frangibility) 한도와 같은, 미리 결정된 (또는 원하는) 값을 초과한다. 따라서, 몇몇 적용을 위해 iCT로부터 유리 시트의 중심 장력을 감소시키기 위해 유리할 수 있다.
만약 iCS가 미리 결정된 값을 초과한다면, iDOL은 미리 결정된 값 아래이고, 및/또는 iCT가 미리 결정된 값을 초과하면, 유리 시트를 포함하는 유리 적층물은, 바람직하지 않은 특징을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 만약 iCS가 미리 결정된 값 (예를 들어, 1000 MPa)을 초과한다면, 그 다음 유리 시트는 파단이 바람직한 어떤 상황하에서 파단되지 않을 수 있다. 예를 들어, 유리 적층물 또는 이의 일부가 상해를 방지하기 위해 특정 충격 하중에서 파괴되어야 하는 자동차 유리 적용에서와 같이, 특정 조건하에서 파괴되는 것이 유리 시트에 대해 유리할 수 있다.
만약 iDOL이 미리 결정된 값 아래이면, 유리 시트는 예기치 않은 및/또는 바람직하지 않은 상황에서 파괴될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, iDOL은, 사용 동안 유리 시트에서 발생하는 스크래치, 피트 (pits), 등의 깊이 미만이다 (예를 들어, 약 60 ㎛ 미만 또는 약 40 ㎛ 미만). 예를 들어, (이온 교환 유리 사용하는) 설치된 자동차 글레이징은, 약 75 ㎛ 이상의 깊이만큼 도달하는 외부 스크래치를 발생시킬 수 있다. 이러한 스크래치는, 자동차 글레이징이 사용되는 환경 내에서 마모 물질 (예를 들어, 실리카 샌드, 파편, 등)에 자동차 글레이징의 노출을 결과할 수 있다. 이러한 스크래치의 깊이는, 사용 동안 유리 시트에 예기치 않게 파손을 유도할 수 있는, iDOL을 초과할 수 있다.
iCT가 미리 결정된 값 (예를 들어, 유리 시트의 취약성 한도)을 초과하면, 유리 시트는 예기치 않은 및/또는 바람직하지 않은 상황하에서 파괴될 수 있다. 예를 들어, Corning Gorilla® Glass의 4인치 x 4인치 x 0.7mm 시트는, 긴, 단일 단계 이온교환 공정 (475℃에서 8시간)이 순수 KNO3에서 수행되는 경우, 바람직하지 않은 파편 (파괴된 경우 다량의 작은 조각으로 강력한 파손)을 발생시키는 성능 특성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 비록 약 101 ㎛의 DOL이 이러한 이온 교환 공정에서 달성될지라도, 적용 유리 시트 (48 MPa)의 취약성 한도보다 더 높은, 65 MPa의 상대적으로 높은 CT는, 결과한다.
유리 시트가 이온 교환에 적용된 후에 어닐링이 수행되는 구체 예에서, 화학적으로 강화된 유리 시트는, 화학적으로 강화된 유리 시트를 제2기간 동안 하나 이상의 제2 온도로 가열시켜 어닐링 공정 (단계 304)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 어닐링 공정 (304)은, 대기 환경에서 수행될 수 있고, 약 400℃ 내지 약 500℃의 범위 내에 제2 온도에서 수행될 수 있으며, 및 약 8시간과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 약 4시간 내지 약 24시간의 범위 내에 제2기간 동안 수행될 수 있다. 어닐링 공정 (304)은, 화학적으로 강화된 유리 시트의 압축 응력, 압축 층의 깊이, 또는 중심 장력 중 적어도 하나를 초기값으로부터 변경되게 할 수 있다.
예를 들어, 어닐링 공정 (304) 후에, 화학적으로 강화된 유리 시트의 압축 응력은, iCS로부터 미리 결정된 값 또는 아래인, 최종 압축 응력 (fCS)으로 감소될 수 있다. 예로써, iCS는 적어도 약 500MPa 일 수 있고, 및 fCS는 최대 약 400MPa, 최대 약 350MPa, 또는 최대 약 300MPa일 수 있다. fCS에 대한 목표는 유리 두께에 의존할 수 있다는 점이 주목된다. 예를 들어, 더 두꺼운 화학적으로 강화된 유리 시트의 경우, 더 낮은 fCS는 바람직할 수 있다. 반대로, 더 얇은 화학적으로 강화된 유리 시트의 경우, 더 높은 fCS는 허용될 수 있다.
부가적으로, 또는 선택적으로, 어닐링 공정 (304) 이후에, 화학적으로 강화된 유리 시트의 압축 층의 깊이는, iDOL로부터 미리 결정된 값 또는 이상인, 최종 압축 층의 깊이 (fDOL)로 증가될 수 있다. 예를 들어, iDOL은 최대 약 75㎛일 수 있고, fDOL은 적어도 약 80㎛, 적어도 약 90㎛, 또는 적어도 약 100㎛일 수 있다.
부가적으로, 또는 선택적으로, 어닐링 공정 (304) 이후에, 화학적으로 강화된 유리 시트의 중심 장력은, iCT로부터 미리 결정된 값 또는 아래인 최종 중심 장력 (fCT)으로 감소될 수 있다. 예로서, iCT는 화학적으로 강화된 유리 시트의 적어도 미리 결정된 취약성 한도 (예를 들어, 약 40 MPa 내지 약 48 MPa)일 수 있고, fCT는 유리 시트의 미리 결정된 취약성 한도 미만일 수 있다.
대표적인 이온 교환 가능한 유리 구조에 대한 예로는, 미국 공개특허 제2014/0087193호 및 제2014/0087159호에 기재되어 있으며, 이들의 전체적인 내용은 참조로 여기에 혼입된다.
여기에 설명된 바와 같이, 이온 교환 단계 및 어닐링 단계의 조건은, 유리 표면에서 원하는 압축 응력 (CS), 압축 층의 깊이 (DOL), 및 중심 장력 (CT)을 달성하도록 조정될 수 있다. 이온 교환 단계는, 미리 결정된 기간 동안 용융염 욕조에 유리 시트의 침지에 의해 수행될 수 있고, 여기서 이의 표면에 또는 근처에서 유리 시트 내에 이온은, 예를 들어, 염 욕조 유래의 더 큰 금속 이온으로 교환된다. 예로서, 용융염 욕조는 KNO3를 포함할 수 있고, 상기 용융염 욕조의 온도는 약 400℃ 내지 약 500℃의 범위 내에 있을 수 있으며, 및 미리 결정된 시간은 약 2시간 내지 약 8시간과 같은, 약 1시간 내지 약 24시간의 범위 내에 있을 수 있다. 유리 시트 내로 더 큰 이온의 혼입은, 근 표면 영역에 압축 응력을 생성시켜 유리 시트를 강화시킨다. 상응하는 인장 응력은, 상기 압축 응력과 균형을 이루기 위해 유리 시트의 중심 영역 내에서 유도될 수 있다.
또 다른 실시 예로서, 유리 시트 내에 나트륨 이온은, 용융염 욕조 유래의 칼륨 이온으로 대체될 수 있지만, 루비듐 또는 세슘과 같이, 더 큰 원자 반경을 갖는 다른 알칼리 금속 이온은, 또한 유리 내 더 작은 알칼리 금속 이온을 대체할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 시트 내에 더 작은 알칼리 금속 이온은, Ag+ 이온으로 대체될 수 있다. 유사하게, 황산염, 할라이드, 및 이와 유사한 것과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 다른 알칼리 금속 염은, 이온 교환 공정에 사용될 수 있다.
유리 네트워크가 이완될 수 있는 온도 아래에서 더 큰 이온에 의한 더 작은 이온의 대체는, 유리 시트의 표면을 가로지르는 이온의 분포를 생성하여 응력 프로파일을 결과한다. 유입 이온의 더 큰 부피는, 표면상에서 압축 응력 (CS) 및 유리의 중심 영역에서 장력 (중심 장력, 또는 CT)을 생성한다. 상기 압축 응력은 다음의 근사 관계식에 의해 중심 장력과 관련된다:
Figure 112018000366244-pct00002
여기서 t는 유리 시트의 총 두께이고, 및 DOL은, 또한 압축 층의 깊이로 언급되는, 교환의 깊이를 나타낸다.
다양한 이온 교환 가능한 유리 조성물은, 화학적으로 강화된 유리 시트를 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 여기에 기재된 구체 예에서 사용하는데 적절한 이온 교환 가능한 유리 조성물은, 알칼리 알루미노실리케이트 유리 또는 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리를 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, "이온 교환 가능한"은, 유리 조성물이, 유리 시트의 표면에 또는 표면 근처에 위치된 양이온을 크기가 더 크거나 작은, 동일한 원자가의 양이온으로 교환할 수 있는 것을 의미한다.
예를 들어, 적절한 유리 조성물은, SiO2, B2O3 및 Na2O를 포함하며, 여기서 (SiO2 + B2O3) ≥ 66 mol.% 및 Na2O ≥ 9 mol.%이다. 몇몇 구체 예에서, 유리 시트는 적어도 4 wt.%의 산화알루미늄 또는 4 wt.%의 산화지르코늄을 포함한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 유리 시트는 알칼리토 산화물의 함량이 적어도 5 wt.%이도록, 하나 이상의 알칼리토 산화물을 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 유리 시트는 K2O, MgO, 또는 CaO 중 적어도 하나를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리 시트는, 61-75 mol.% SiO2; 7-15 mol.% Al2O3; 0-12 mol.% B2O3; 9-21 mol.% Na2O; 0-4 mol.% K2O; 0-7 mol.% MgO; 및 0-3 mol.% CaO를 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 유리 시트는: 60-70 mol.% SiO2; 6-14 mol.% Al2O3; 0-15 mol.% B2O3; 0-15 mol.% Li2O; 0-20 mol.% Na2O; 0-10 mol.% K2O; 0-8 mol.% MgO; 0-10 mol.% CaO; 0-5 mol.% ZrO2; 0-1 mol.% SnO2; 0-1 mol.% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3를 포함하고, 여기서 12 mol.% ≤ (Li2O + Na2O + K2O) ≤ 20 mol.% 및 0 mol.% ≤ (MgO + CaO) ≤ 10 mol.%이다.
몇몇 구체 예에서, 유리 시트는: 63.5-66.5 mol.% SiO2; 8-12 mol.% Al2O3; 0-3 mol.% B2O3; 0-5 mol.% Li2O; 8-18 mol.% Na2O; 0-5 mol.% K2O; 1-7 mol.% MgO; 0-2.5 mol.% CaO; 0-3 mol.% ZrO2; 0.05-0.25 mol.% SnO2; 0.05-0.5 mol.% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3를 포함하고, 여기서 14 mol.% ≤ (Li2O + Na2O + K2O) ≤ 18 mol.% 및 2 mol.% ≤ (MgO + CaO) ≤ 7 mol.%이다.
몇몇 구체 예에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 61-75 mol.% SiO2; 7-15 mol.% Al2O3; 0-12 mol.% B2O3; 9-21 mol.% Na2O; 0-4 mol.% K2O; 0-7 mol.% MgO; 및 0-3 mol.% CaO를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 또는 이루어진다.
몇몇 구체 예에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는, 알루미나, 적어도 하나의 알칼리 금속 및, 몇몇 구체 예에서, 50 mol.% 초과의 SiO2, 다른 구체 예에서 적어도 58 mol.%의 SiO2, 및 또 다른 구체 예에서, 적어도 60 mol.%의 SiO2를 포함하고, 여기서 비는
Figure 112018000366244-pct00003
이며, 여기서 상기 비에서, 상기 성분은 mol.%로 표시되고, 상기 개질제는 알칼리 금속 산화물이다. 상기 유리는, 특정 구체 예에서, 58-72 mol.% SiO2; 9-17 mol.% Al2O3; 2-12 mol.% B2O3; 8-16 mol.% Na2O; 및 0-4 mol.% K2O를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 또는 이루어지며, 여기서 비는
Figure 112018000366244-pct00004
이다.
몇몇 구체 예에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 60-70 mol.% SiO2; 6-14 mol.% Al2O3; 0-15 mol.% B2O3; 0-15 mol.% Li2O; 0-20 mol.% Na2O; 0-10 mol.% K2O; 0-8 mol.% MgO; 0-10 mol.% CaO; 0-5 mol.% ZrO2; 0-1 mol.% SnO2; 0-1 mol.% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어지며, 여기서: 12 mol.% ≤ Li2O + Na2O + K2O ≤ 20 mol.% 및 0 mol.% ≤ MgO + CaO ≤ 10 mol.%이다.
몇몇 구체 예에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 64-68 mol.% SiO2; 12-16 mol.% Na2O; 8-12 mol.% Al2O3; 0-3 mol.% B2O3; 2-5 mol.% K2O; 4-6 mol.% MgO; 및 0-5 mol.% CaO를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어지며, 여기서: 66 mol.% ≤ SiO2 + B2O3 + CaO ≤ 69 mol.%; Na2O + K2O + B2O3 + MgO + CaO + SrO > 10 mol.%; 5 mol.% ≤ MgO + CaO + SrO ≤ 8 mol.%; (Na2O + B2O3)-Al2O3 ≤ 2 mol.%; 2 mol.% ≤ Na2O-Al2O3 ≤ 6 mol.%; 및 4 mol.% ≤ (Na2O + K2O)-Al2O3 ≤ 10 mol.%이다.
이온 교환 가능한 유리 조성물의 부가적인 실시 예는, 미국 공개특허 제2014/0087193호 및 제2014/0087159호에 기재되어 있으며, 이들 전체적인 내용은 참조로 여기에 혼입된다.
몇몇 구체 예에서, 제2 판유리 (14)의 화학적으로 강화된 유리 시트는, 약 0.4 ㎜, 약 0.5 ㎜, 약 0.55 ㎜, 약 0.7 ㎜, 또는 약 1mm와 같은, 약 0.1 ㎜ 내지 약 2 ㎜의 두께를 포함한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 화학적으로 강화된 유리 시트는, 약 700 MPa와 같은, 약 600 MPa 내지 약 800 MPa의 표면 CS, 및/또는 적어도 약 40 microns의 DOL을 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 유리 시트는, 최대 약 1 mm의 두께, 약 500 MPa 내지 약 950 MPa의 잔류 표면 CS, 및/또는 적어도 약 35 microns의 DOL을 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 제2 판유리 (14)의 유리 시트의 한쪽 또는 양쪽 표면은, 산 에칭되어 외부 충격에 대한 내구성을 개선할 수 있다. 유리 시트의 표면의 산 에칭은, 표면의 결함의 수, 크기 및/또는 심각도 (severity)를 감소시킬 수 있다. 표면 결함은 유리 시트의 파손 부위로 역할을 한다. 이러한 표면에서 결함의 수, 크기 및 심각도의 감소는, 이들 표면에서 잠재적인 파단 개시 부위의 크기를 제거 및 최소화하고, 이에 의해 표면을 강화시킬 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리 시트를 산 에칭 공정에 적용하는 것은, 유리 시트의 표면을 산성 유리 에칭 매체 (etching medium)와 접촉시키는 단계를 포함한다. 이러한 산성 에칭 공정은, 다기능일 수 있으며, 대부분의 유리에 쉽게 조정될 수 있으며, 및 평면 및 복합 3D 기하학 모두에 용이하게 적용될 수 있다. 더욱이, 대표적인 산 에칭은, 제조 동안 또는 후-제조 공정 동안 도입된 표면 결함이 거의 없는 것으로 전통적으로 생각되는 업-인발 또는 다운-인발 (예를 들어, 퓨전-인발) 유리 시트를 포함하는, 표면 결함의 낮은 발생률을 갖는 유리에서도, 강도 변화를 감소시키는데 효과적인 것으로 확인되었다. 몇몇 구체 예에서, 산 에칭 공정은, 크기를 변경할 수 있고, 표면 결함의 기하학을 변경할 수 있으며, 및/또는 표면 결함의 크기 및 수를 감소시키지만, 처리된 표면의 일반적인 지형도 (topography)에 최소 영향을 줄 수 있는, 유리 시트 표면의 화학적 연마를 제공한다. 일반적으로, 산 에칭 처리는, 약 4 ㎛ 이하의 표면 유리, 또는 몇몇 구체 예에서, 2 ㎛ 이하의 표면 유리, 또는 1 ㎛ 이하의 표면 유리를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 산성 에칭 처리는, 임의의 새로운 결함의 생성으로부터 각각의 표면을 보호하기 위해 적층 전에 수행될 수 있다.
화학적으로 강화된 유리 시트로부터 표면 유리의 미리 결정된 두께를 초과하는 산 제거는, 이것이 유리 적층물의 충격 및 휨 손상 저항성에 해로울 수 있음에 따라, 표면 압축 층의 두께 및 그 층에 의해 제공되는 표면 압축 응력의 수준이, 용인할 수 있게 감소되는 것을 보장하도록 회피되어야 한다. 부가적으로, 유리 표면의 과도한 에칭은, 유리에서 표면 헤이즈 (haze)의 수준을 못마땅한 수준으로 증가시킬 수 있다. 창, 자동차 글레이징, 및 소비자 전자제품 디스플레이 적용의 경우, 통상적으로 유리 시트에서 시각적으로 감지할 수 있는 표면 헤이즈는 없거나 또는 매우 제한되게 허용된다.
다양한 구체 예에서, 다양한 에칭제 화학물질, 농도, 및 처리 시간은, 에칭 공정 동안 원하는 수준의 표면 처리 및 강화를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 에칭 공정 단계를 수행하는데 유용한 대표적인 화학물질은, HF, HF와 HCl, HNO3 및 H2SO4 중 하나 이상의 조합, 중플루오르화 암모늄 (ammonium bifluoride), 중플루오르화 나트륨 및 다른 적절한 화합물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 적어도 하나의 활성 유리 에칭 화합물을 함유하는 불소-함유 수성 처리 매체 (media)를 포함한다. 예를 들어, 물에 5 vol.% HF (48%) 및 5 vol.% H2SO4 (98%)를 갖는 수성 산성 용액은, 지속기간에서 1분 만큼 짧은 에칭 시간을 사용하여 약 0.1mm 내지 약 1.5 mm의 범위에서 두께를 갖는 화학적으로 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 시트의 볼 낙하 성능 (ball drop performance)을 개선할 수 있다. 산성 에칭 전 및 후에, 화학적 강화 또는 열적 강화에 적용되지 않는 대표적인 유리 층은, 볼 낙하 시험 결과에서 큰 개선을 달성하기 위해 에칭 매체의 다른 조합을 요구할 수 있다는 점에 주목되어야 한다.
HF-함유 용액에서 에칭에 의해 제거된 유리 층의 두께에 대하여 적절한 조절의 유지는, 용액 내에 용해된 유리 성분 및 HF의 농도가 면밀히 조절된다면 촉진될 수 있다. 용인 가능한 에칭률을 회복하기 위해 전체 에칭 욕조의 주기적 대체가 이 목적을 위해 효과적이지만, 욕조 대체는 고비용일 수 있고, 고갈된 에칭 용액의 효과적인 처리 및 폐기의 비용은 높을 수 있다. 유리 층을 에칭하기 위한 대표적인 방법은, 여기에 참조로서 혼입된, 국제 특허출원 PCT/US2013/043561호에 기재되어 있다.
몇몇 구체 예에서, 제2 판유리 (14)의 유리 시트는, 표면 에칭 후에, 적어도 약 30㎛ 또는 적어도 약 40㎛의 DOL, 및 적어도 약 500MPa, 또는 적어도 약 650 MPa의 피크 압축 응력 수준을 갖는 압축 표면 층을 포함한다. 제한된 지속기간의 에칭 처리는, 특성들의 조합을 제공하는 얇은 알칼리 알루미노실리케이트 유리 시트를 가능하게 할 수 있다. 특히, 유리 시트의 표면을 에칭 매체와 접촉시키는 단계는, 2㎛의 표면 유리를 효과적으로 제거하기 위해 요구되는 기간을 초과하지 않는 기간 동안, 또는 몇몇 구체 예에서, 1㎛의 표면 유리의 효과적 제거를 위해 요구된 기간을 초과하지 않는 기간 동안 수행될 수 있다. 물론, 어떤 특별한 경우에 유리 제거를 제한하는데 요구된 실제 에칭 시간은, 에칭 매체의 조성 및 온도뿐만 아니라 처리될 유리 및 용액의 조성물에 의존할 수 있다. 그러나, 선택된 유리 시트의 표면으로부터 약 1㎛ 또는 약 2㎛ 이하의 유리를 제거하는데 효과적인 에칭 처리는, 일상적인 실험에 의해 결정될 수 있다.
유리 시트 강도 및 표면 압축 층 깊이가 충분하다는 것을 보장하기 위한 선택적인 방법은, 에칭이 진행됨에 따라 표면 압축 응력 수준의 감소를 추적하는 단계를 포함할 수 있다. 에칭 시간은 그 다음 에칭 처리에 의해 필연적으로 야기된 표면 압축 응력에서 감소를 제한하도록 조절될 수 있다. 따라서, 몇몇 구체 예에서, 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 시트의 표면을 에칭 매체와 접촉시키는 단계는, 유리 시트 표면에서 압축 응력 수준을 약 3% 또는 또 다른 용인 가능한 양만큼 감소시키는데 효과적인 시간을 초과하지 않는 시간 동안 수행될 수 있다. 다시, 미리 결정된 양의 유리 제거를 달성하는데 적절한 기간은, 에칭 매체의 조성 및 온도뿐만 아니라 유리 시트의 조성물에 의존될 수 있지만, 또한 일상적인 실험에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 유리 표면 산 또는 에칭 처리에 관한 부가적인 세부사항은, 미국 특허 제8,889,254호에서 확인될 수 있고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
부가적인 에칭 처리는, 현실적으로 국지화될 수 있다. 예를 들어, 표면 장식 또는 마스크는, 유리 시트 또는 제품의 일부 상에 놓일 수 있다. 유리 시트는 그 다음 표면 장식 또는 마스크의 밑 부분에서 원래의 표면 압축 응력 (예를 들어, 원래의 이온 교환된 유리의 표면 압축 응력)을 유지하면서, 에칭에 노출된 구역에서 표면 압축 응력을 증가시키도록 에칭될 수 있다. 물론, 각 공정 단계의 조건은, 유리 표면에서 원하는 압축 응력, 원하는 압축 층의 깊이, 및 원하는 중심 장력에 기초하여 조정될 수 있다.
차량 탑승자에 대한 충격 상해의 손상 수준과 연관된 우려는, 자동차 글레이징 제품에 대한 상대적으로 용이한 파괴를 요구되는 규정이 촉구되었다. 예를 들어, ECE R43 Revision 2에서는, 유리 적층물이 내부 물체 (예를 들어, 충돌 동안 탑승자의 머리)에 의해 충격받을 때, 유리 적층물은 탑승자에 상해의 위험을 최소화하고, 사건 동안 에너지를 분산하도록 파단되어야 하는 요건이 있다. 이 요건은 자동차 글레이징 적용을 위해 두 겹의 유리 적층으로 고강도 유리 시트의 전적인 사용으로 제한된다. 따라서, 몇몇 구체 예에서, 유리 적층물 (10)은, 각각의 판유리 및/또는 유리 적층물에 대한 조절된 및 용인 가능한 파괴 강도 수준을 제공하기 위해 제1 판유리 (12) 및/또는 제2 판유리 (14) 중 하나 이상의 표면상에 코팅된 투명 층을 포함한다. 예를 들어, 유리 적층물은 중간층 (16)에 인접한 제2 판유리 (14)의 화학적으로 강화된 유리 시트의 표면상에 코팅된 투명 층 (예를 들어, 다공성 코팅)을 포함한다. 내부 충격 사건 동안, 화학적으로 강화된 유리 시트의 산 에칭된 표면은, 장력하에 있을 것이고, 코팅된 투명 층의 존재는, 화학적으로 강화된 유리 시트의 파괴를 촉발할 수 있다. 대표적인 코팅된 투명 층 또는 약화 코팅은, 예를 들어, 저온 졸 겔 공정 (sol gel process)을 사용하여 제공될 수 있다. 대표적인 코팅은, 어떤 투명 디스플레이 구조에서 사용 또는 편광 안경 (polarized glasses)을 착용하는 사용자를 위해 왜곡되지 않게 볼 수 있는, 최대 약 10%의 헤이즈, 적어도 약 20%, 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 80%의 가시 파장에서 광학 투과율, 및/또는 낮은 복굴절로 투명할 수 있다.
비록 유리 적층물 (10)이 유리-유리 적층 구조 (100)를 포함하는 제1 판유리 (12) 및 화학적으로 강화된 유리 시트를 포함하는 제2 판유리 (14)를 갖는 것으로 기재될지라도, 다른 구체 예들은 본 개시에 포함된다. 예를 들어, 다른 구체 예에서, 제2 판유리는, (예를 들어, 화학적 강화가 있거나 또는 없는) 소다 라임 유리 시트, 열적 강화 유리 시트, 어닐링된 유리 시트, 유리-유리 적층 구조, 중합체 시트, 또는 또 다른 적절한 물질 또는 구조를 포함한다. 다양한 구체 예에서, 제2 판유리는 약 0.1mm 내지 약 3mm의 두께를 포함한다. 예를 들어, 제2 판유리가 어닐링된 유리 시트 또는 열적으로 강화된 유리 시트를 포함하는 몇몇 구체 예에서, 제2 판유리는, 약 2.5mm와 같은, 약 2mm 내지 약 3mm의 두께를 포함한다. 제1 판유리 및 제2 판유리의 두께는 같거나 다를 수 있다. 대표적인 유리 시트는, 예를 들어, 미국 특허 제7,666,511호, 제4,483,700호 및 제5,674,790호에 기재된 바와 같은, 퓨전 인발에 의해 형성될 수 있으며, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다. 몇몇 구체 예에서, 인발 유리는, 여기에 기재된 바와 같이, 화학적으로 강화된 유리를 형성하기 위해 화학적으로 강화된다. 따라서, 유리 시트는, 높은 휨 강도, 내스크래치성 및 내충격성을 가능하게 할 수 있는, CS의 깊은 DOL을 포함할 수 있다. 대표적인 구체 예는 또한 여기에 기재된 바와 같이 표면상의 결함의 크기 및 심각도를 감소시켜 이러한 표면의 강도 및/또는 내충격성을 증가시키기 위해 산 에칭되거나 또는 플레어된 (flared) 표면을 포함할 수 있다.
도 4는 유리 적층물 (10)의 또 다른 대표적인 구체 예의 사시도이다. 도 4에 나타낸 구체 예에서, 제1 판유리 (12)는 유리 적층물 (10)의 외부 층으로 구성되고, 제2 판유리 (14)는 유리 적층물의 내부 층으로 구성된다. 다른 구체 예에서, 제1 판유리는 내부 층으로서 구성될 수 있고, 및 제2 판유리는 외부 층으로서 구성될 수 있다. 따라서, 외부 층, 내부 층, 또는 외부 층 및 내부 층 모두는, 여기에 기재된 바와 같은 유리-유리 적층 구조를 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 제2 판유리 (14)의 화학적으로 강화된 유리 시트는, 1mm 이하의 두께, 약 500MPa 내지 약 950MPa의 잔류 표면 CS, 및/또는 적어도 약 35 microns의 DOL을 포함한다. 도 4에 나타낸 구체 예에서, 유리 적층물 (10)은 만곡된 3D 형상을 포함한다. 다른 구체 예에서, 유리 적층물은, 특별한 적용에 조정될 수 있는, 다양한 다른 3D 형상으로 형성될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 적층물 (10)은, 유리 적층물을 굽혀서 3D 형상으로 (예를 들어, 차량에 사용하기 위한 방풍유리, 콘솔 또는 다른 구성으로) 형성된다. 유리 적층물 (10)은, 여기에 기재된 바와 같은, 하나 이상의 산 에칭되거나 또는 약화된 표면을 포함할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 3D 형상을 갖는 유리 적층물 (10)은 냉간 성형 공정 (cold forming process)을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 판유리 (12)의 유리-유리 적층 구조 (100)는, 예를 들어, 링 몰딩 공정, 프레스 몰딩 공정, 진공 몰딩 공정과 같은, 적절한 몰딩 공정, 또는 또 다른 적절한 몰딩 공정을 사용하여 3D 형상으로 형성될 수 있다. 제2 판유리 (12)의 강화된 유리 시트는 3D 형상을 포함하는 제1 판유리 (12)로 냉간 성형될 수 있다. 대표적인 냉간 성형 공정에서, 화학적으로 강화된 유리 시트는, 형성화된 또는 만곡된 제1 판유리 (12)에 적층될 수 있다. 이러한 냉간 성형 공정은, 중간층 (16)에 인접한 화학적으로 강화된 유리 시트의 표면에서 CS를 감소시킬 수 있으며, 이는 화학적으로 강화된 유리 시트를 물체에 의한 충격 (예를 들어, 차량의 탑승자에 의한 내부 충격)에 반응하여 더 쉽게 파손되게 만든다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 이러한 냉간 성형 공정은, 중간층 (16)으로부터 멀리 떨어져 있는 화학적으로 강화된 유리 시트의 대립 표면상에 높은 CS를 제공할 수 있으며, 이는 이 표면이 마모로부터 파손되는 것을 더 어렵게 만들 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 대표적인 냉간 성형 공정은, 중간층 물질의 연화 온도 (예를 들어, 약 100℃ 내지 약 120℃)에서 또는 바로 이상에서, 즉, 유리 적층물의 각각의 판유리의 연화 온도 미만의 온도에서 수행될 수 있다. 이러한 냉간 성형 공정은, 오토클레이브 (autoclave) 또는 다른 적절한 장치에서 진공 백 또는 링을 사용하여 수행될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 3D 형상을 갖는 유리 적층물 (10)은, 적층 이전에 제1 판유리 (12) 및 제2 판유리 (14)를 3D 형상으로 형상화시킨 그 다음, 중간층 (16)과 함께 형상화된 제1 판유리 및 제2 판유리를 서로 적층시켜 형성될 수 있다. 이러한 형성 공정은, 중간층을 사이에 두고 서로 적층된 두 개의 유리-유리 적층 구조를 포함하는 유리 적층물에 적절할 수 있다. 대형 얇은 유리 시트는, 유리 시트의 온도가 점진적으로 상승되어 중력하에서 새깅 (sagging)을 달성하는, 직렬로 배열된 복수의 가열로 (furnace)를 포함하는 레어 (lehr)에서 형상화될 수 있다. 그러나, 얇은 유리 시트에 대해 원하는 형상을 달성하기 위한 온도 차이는, 가열로 벽의 고온 및 저온 존으로부터 유리 시트의 중심 및 에지 모두로의 방사선 조망 인자 (radiation view factors)에 기인한 가열로에서 단순 가변성 가열 (simple variable heating)로 달성되지 않을 수 있다. 방사선, 예를 들어, 고온 가열로 존으로부터 유리 시트 에지로의 및 저온 가열로 존으로부터 유리 시트의 중심으로의 방사선의 차단은, 원하는 온도 차이를 달성하는 것을 도울 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 시트를 형상화하기 위한 시스템은, 형상화 몰드, 가열 소스 (예를 들어, 방사선 소스), 및 차폐물 (예를 들어, 방사선 차폐물)을 포함한다. 상기 차폐물은 가열 소스와 유리 시트 사이에 실질적으로 위치될 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 상기 차폐물은 유리 시트와 마주하도록 배치된 제1 개구 (opening) 및 가열 소스와 마주하도록 배치된 제2 개구를 갖는 공동 (cavity)을 한정하는 외부 벽을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 가열 소스는 복수의 복사되는 가열 소자를 포함한다. 차폐물은 형상화 몰드 또는 가열로에 의해 지지 및 부착될 수 있다. 차폐물의 외부 벽은 임의의 단면 형상 (예를 들어, 원형, 난형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 장사방형 또는 다각형)을 갖는 공동을 형성할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 차폐물은 복수의 차폐물을 포함한다. 예를 들어, 제2 공동을 한정하는 내부 벽을 포함하는 제2 방사선 차폐물은, 제1 방사선 차폐물의 외부 벽에 의해 한정된 공동 내에 집중적으로 배치될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리 시트를 형상화하는 방법은, 유리 시트를 형상화 몰드에 위치시키는 단계, 가열 소스 (예를 들어, 방사선 가열 소스)을 포함하는 가열로 내로 형상화 몰드 및 유리 시트를 도입하는 단계, 및 상기 유리 시트를 가열하는 단계를 포함한다. 차폐물 (예를 들어, 방사선 차폐물)은, 유리 시트와 가열 소스 사이에 실질적으로 위치될 수 있다. 차폐물은, 유리 시트와 마주하도록 배치된 제1 개구 및 가열 소스와 마주하도록 배치된 제2 개구를 갖는 공동을 한정하는 외부 벽을 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 방법은, 유리 시트가 약 400℃ 내지 약 1000℃의 온도로 약 1분 내지 약 60분 이상의 체류 시간으로 가열하는 단계를 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 제1 판유리 (12)는 유리-유리 적층 구조 (100)를 포함하고, 및 제2 판유리 (14)는 강화된 유리 시트를 포함한다. 강화된 유리 시트는, 열적으로 강화되거나, 화학적으로 강화되거나, 또는 기계적으로 강화될 수 있다 (예를 들어, 제2 유리-유리 적층 구조). 중간층 (16)에 인접한 제1 판유리 (12)의 내부 표면 및/또는 중간층으로부터 먼 제2 판유리 (14)의 외부 표면은, 화학적으로 연마될 수 있다. 용어 "내부 표면" 및 "외부 표면"은, 중간층에 대하여 표면의 위치를 지칭하고, 상기 표면이, 예를 들어, 차량 또는 건물의 외부 또는 내부 표면을 형성하는 것을 암시하지 않는다는 점에 주의하여야 한다. 화학적으로 연마된 표면은 산 에칭될 수 있다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 중간층 (16)에 인접한 제2 판유리 (14)의 내부 표면은, 그 위에 형성된 실질적으로 투명한 코팅을 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 제1 판유리 (12) 및/또는 제2 판유리 (14)의 일 표면 또는 양 표면은, 약 500MPa 내지 약 950MPa의 표면 CS 및/또는 약 30㎛ 내지 약 50㎛의 DOL을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 제1 판유리 (12)의 내부 표면 및/또는 제2 판유리 (14)의 외부 표면은, 제1 판유리의 외부 표면 및/또는 제2 판유리의 내부 표면보다 높은 표면 (CS)을 갖는다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 제1 판유리 (12)의 내부 표면 및/또는 제2 판유리 (14)의 외부 표면은, 제1 판유리의 외부 표면 및/또는 제2 판유리의 내부 표면보다 낮은 DOL을 갖는다. 제1 판유리 및 제2 판유리의 대표적인 두께는, 최대 약 1.5 mm, 최대 약 1 mm, 최대 약 0.7 mm, 최대 약 0.5 mm, 약 0.5 mm 내지 약 1 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 0.7 mm의 두께일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 물론, 제1 및 제2 판유리의 두께, 조성물 및/또는 구조는 다를 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 실질적으로 투명한 코팅은, 화학적으로 강화된 유리 시트의 하나 이상의 표면의 감소된 표면 CS에 기여한다. 예를 들어, 실질적으로 투명한 코팅은, 이온-교환 전에 유리 시트의 하나 이상의 표면상에 코팅되거나 또는 배치되는 다공성 졸-겔 코팅을 포함할 수 있다. 코팅의 다공도 (porosity)는, 유리 시트 내로 이온의 확산이 코팅에 의해 부분적으로 억제되는 방식이지만, 코팅을 통하여 이온-교환을 가능하게 할 수 있다. 이는, 화학적으로 강화된 유리 시트의 코팅된 표면상에서, 미-코팅된 표면에 비해, 더 낮은 CS 및/또는 더 낮은 DOL을 초래할 수 있다. 코팅은 화학적으로 강화된 유리 시트의 코팅된 표면에서 결정된 CS를 제공하도록 미리 결정된 다공도를 가질 수 있다. 화학적으로 강화된 유리 시트의 두 개의 대립 표면들 사이에 압축 응력의 상당한 불균형은, 유리 시트의 약간의 바우잉 (bowing)을 결과할 수 있다. 이러한 바우잉은 여기에 기재된 바와 같이 제1 판유리에 제2 판유리의 화학적으로 강화된 유리 시트를 냉간 성형하는 것을 도울 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 이온 교환 유도된 바우잉 (induced bowing)은, 냉간 성형 후에, 최종 적층물에서 원하는 굽힘 또는 바우잉의 양보다 약간 덜하다. 투명한 코팅이 이온 교환 전에 적용되는 몇몇 구체 예에서, 투명한 코팅의 가공 또는 경화 온도는, 다른 구체 예에서 보다, 예를 들어, 500℃ 또는 600℃ 만큼 높을 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리 적층물을 형성하는 방법은, 제1 판유리 및 제2 판유리 중 하나 또는 둘 모두를 강화시키는 단계, 및 제1 판유리 및 제2 판유리 중간에 중합체 중간층을 사용하여 제1 판유리와 제2 판유리를 서로 적층시키는 단계를 포함한다. 적어도 제1 판유리는 유리-유리 적층 구조를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 방법은, 중간층에 인접한 제1 판유리의 내부 표면을 화학적으로 연마 (예를 들어, 산 에칭)하는 단계, 상기 중간층으로부터 멀리 떨어진 제2 판유리의 외부 표면을 화학적으로 연마하는 단계, 및/또는 중간층에 인접한 제2 판유리의 내부 표면상에 실질적으로 투명한 코팅을 형성하는 단계를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 방법은, 제2 판유리를 강화하는 단계 (예를 들어, 화학적 강화, 열적 강화, 또는 기계적 강화)를 포함한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 제1 판유리 또는 제2 판유리의 표면을 화학적으로 연마하는 단계는, 표면을 산 에칭하여 판유리의 최대 약 4㎛, 최대 약 2㎛, 또는 최대 약 1㎛를 제거하는, 산 에칭 단계를 포함한다. 화학적 연마는, 제1 판유리 및 제2 판유리를 적층하기 전에 수행될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 제1 판유리 또는 제2 판유리의 표면을 화학적으로 연마하는 단계는, 표면을 에칭하여 표면에서 약 500MPa 내지 약 950MPa의 표면 CS 및/또는 표면으로부터 약 30㎛ 내지 약 50㎛의 DOL을 제공하는, 에칭 단계를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 실질적으로 투명한 코팅을 형성하는 단계는, 최대 약 400℃ 또는 최대 약 350℃의 온도에서 졸 겔 공정을 사용하여 표면을 코팅하는 단계를 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 유리 적층물을 냉간 성형하는 방법은, 만곡된 제1 판유리와 실질적으로 평면인 제2 판유리를 상기 제1 판유리 및 제2 판유리 중간에 중합체 중간층과 함께 제1 판유리 및 제2 판유리의 각각의 연화 온도 미만의 온도에서 적층하는 단계를 포함한다. 상기 제1 판유리는 유리-유리 적층 구조를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 제2 판유리는 열적으로 강화된, 화학적으로 강화된, 및/또는 기계적으로 강화된 유리 시트와 같은, 유리 시트를 포함한다. 적층 후에, 제2 판유리는 제1 판유리의 곡률과 실질적으로 유사한 곡률을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 적층 후에, 제2 판유리는, 유리 시트의 대립하는 제1 및 제2 표면상에 표면 압축 응력에서 차이를 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 유리 적층물의 하나 이상의 판유리는, 특정 범위의 파장에 걸쳐 전자기 방사선을 흡수하도록 구성된 물질을 포함한다. 예를 들어, 유리-유리 적층 구조의 하나 이상의 층은, 흡수성 또는 착색된 유리 물질을 포함한다. 상기 흡수성 유리 물질은, 예를 들어, 적외선 (IR) 파장 범위 (예를 들어, 약 750 ㎚ 내지 약 1 ㎜), 자외선 (UV) 파장 범위 (예를 들어, 약 100 ㎚ 내지 약 400 ㎚), 가시파장 범위 (예를 들어, 약 380 ㎚ 내지 약 760 ㎚), 또 다른 적절한 파장 범위, 또는 이들의 조합에서, 방사선을 흡수하도록 구성될 수 있다. 다른 구체 예에서, 유리 적층물의 판유리로서 사용하기 위한 여기에 기재된 유리 시트 중 어느 하나는, 흡수성 유리 물질을 포함할 수 있다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 중간층 및/또는 유리 적층물의 판유리로서 사용하기 위한 여기에 기재된 중합체 시트 중 어느 하나는, 흡수성 중합체 물질을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 여기에 기재된 바와 같은 중간층은, 흡수성 물질을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리 적층물의 하나 이상의 판유리는, 낮은 방사율 (emissivity) (낮은 E)을 갖는 물질을 포함한다. 예를 들어, 유리-유리 적층 구조의 하나 이상의 층, 유리 시트, 중합체 시트, 및/또는 중간층은 낮은 E 물질을 포함한다. 자동차 또는 건축용 적용에서, 이러한 흡수성 또는 낮은 E 물질은, 특정 파장의 방사선에 노출에 의해 야기된 과도한 열 또는 손상으로부터 자동차 또는 빌딩의 내부를 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 디스플레이 적용에서, 이러한 흡수성 또는 낮은 E 물질은, 특정 파장의 방사선 (예를 들어, UV 방사선)에 노출에 의해 야기된 손상으로부터 디스플레이 내의 물질을 보호하는 것을 도울 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 흡착 또는 착색은, 유리 적층물의 표면상에 배치된 흡수성 코팅 또는 흡수성 필름에 의해 제공된다.
몇몇 구체 예에서, 유리 적층물은 투명 디스플레이를 포함한다. 예를 들어, 유리 적층물의 하나 이상의 판유리는, 이미지가 뷰어에 의해 보이기 위해 유리 적층물 상으로 투사될 수 있도록 광 산란 피쳐 (light scattering features)를 포함한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 유리 적층물의 하나 이상의 판유리는, 뷰어에 의해 보이기 위해 디스플레이 이미지를 발생하도록 구성된 발광 소자 (예를 들어, LED, 마이크로-LED, OLED, 플라즈마 셀, 전자발광 (EL) 셀)를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리-유리 적층 구조는, 이의 하나 이상의 층 (예를 들어, 코어 층, 제1 클래딩 층, 및/또는 제2 클래딩 층)에서 광 산란 피쳐 또는 발광 소자를 포함한다. 몇몇 실시 예에서, 투명 디스플레이는 가시광에 대해 적어도 부분적으로 투명하다. 주변 광 (예를 들어, 태양광)은, 이러한 디스플레이 표면상에 투사되거나 및/또는 디스플레이 표면에 의해 발생된 경우, 디스플레이 이미지를 보는 것을 어렵거나 또는 불가능하도록 만들 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 디스플레이 이미지가 투사되거나 또는 디스플레이 이미지가 발생되는 투명한 디스플레이 또는 이의 일부는, 예를 들어, 무기 또는 유기 광변색 또는 전기변색 물질, 부유 입자 장치, 및/또는 중합체 분산형 액정과 같이, 흑화 물질 (darkening material)을 포함할 수 있다. 따라서, 투명 디스플레이의 투명도는, 조정될 수 있어 디스플레이 이미지의 콘트라스트를 증가시킨다. 예를 들어, 투명 디스플레이의 투명도는, 디스플레이를 흑화시켜 밝은 태양광에서 감소될 수 있어 디스플레이 이미지의 콘트라스트를 증가시킨다. 상기 조정은, (예를 들어, 자외선과 같은, 특정 파장의 광에 대하여 투명 디스플레이의 노출에 반응하거나, 또는 포토아이 (photoeye)와 같은, 광 검출기에 의해 발성된 신호에 반응하여) 자동으로 또는 (예를 들어, 뷰어에 의해) 수동으로 조절될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리 적층물의 하나 이상의 판유리는, 예를 들어, 무기 또는 유기 광변색 또는 전기변색 물질, 부유 입자 장치, 및/또는 중합체 분산형 액정과 같은 흑화 물질을 포함한다. 따라서, 유리 적층물의 투명도는 조정될 수 있다. 글레이징 적용 (예를 들어, 자동차 또는 건축용 글레이징 적용)에서, 유리 적층물의 투명도는, 유리 적층물을 통해 통과되는 주변 광 (예를 들어, 태양광)의 양을 증가 또는 감소시키도록 조정될 수 있다. 디스플레이 적용 (예를 들어, 투명 디스플레이 적용)에서, 유리 적층물의 투명도는, 유리 적층물 상에 투사되거나 또는 유리 적층물로부터 발생된 디스플레이 이미지의 콘트라스트 (contrast)를 증가시키도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 유리 적층물의 투명도는, 유리 적층물을 어둡게 함으로써 밝은 태양광에서 감소되어 디스플레이 이미지의 콘트라스트를 증가시킬 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 조정은, (예를 들어, 자외선과 같은, 특정 파장의 광에 유리 적층물의 노출에 반응하거나, 또는 포토아이와 같은, 광 검출기에 의해 발생된 신호에 반응하여) 자동으로 또는 (예를 들면, 탑승객에 의해) 수동으로 조절될 수 있다.
여기에 기재된 다양한 구체 예는, (예를 들어, 차량 적용을 위해) 내부 충돌시 조절된 파괴 거동 및 전통적인 유리 적층물에 비해 외부 내충격성에서 우수한 성능을 갖는 경량의 유리 적층물을 가능하게 할 수 있다.
여기에 기재된 유리-유리 적층 구조 및/또는 유리 적층물은, 다양한 적용에 대해 적합할 수 있다. 특정 관심의 하나의 적용은, 자동차 글레이징 적용 (예를 들어, 방풍유리, 사이드라이트, 썬루프, 문루프 또는 백라이트)일 수 있고, 그러나 이에 제한되지는 않으며, 이에 의해 유리-유리 적층물 및/또는 유리 적층물은 자동차 충격 안전 표준을 통과할 수 있다. 또 다른 적용은, 자동차 콘솔, 대시보드 (dashboards), 문 패널, 램프 커버, 계기 커버, 미러, 또는 내부 또는 외부 패널 (예를 들어, 기둥 또는 기타 아플리케 (applique))일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 적용은, 장식 패널 또는 커버링 (예를 들어, 벽, 기둥, 엘리베이터 차체 (elevator cabs), 주방 용품 또는 기타 적용)일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 적용들은 당업자에 의해 확인될 수 있다.
여기에 기재된 유리-유리 적층 구조 및/또는 유리 적층물에 대한 관심의 또 다른 적용은, 디스플레이 (예를 들어, 커버 유리 또는 유리 백플레인 (backplane)) 및/또는 터치 패널 적용에 사용될 수 있고, 이에 의해 유리-유리 적층 구조 및/또는 유리 적층물은, 디스플레이 및/또는 터치 패널이 만곡된 형상, 기계적 강도, 등과 같은, 유리 제품의 원하는 속성을 갖는 것을 가능하게 할 수 있다. 이러한 디스플레이 및/또는 터치 패널은 자동차 또는 차량 적용에 사용하기에 적합할 수 있다.
다양한 구체 예에서, 여기에 기재된 유리-유리 적층 구조 및/또는 유리 적층물은, 자동차, 보트, 및 비행기와 같은 차량 (예를 들어, 방풍유리, 창 또는 사이드라이트, 미러, 기둥, 문의 측면 패널, 머리받침, 대시보드 , 콘솔, 또는 차량의 좌석, 또는 이의 임의의 부분과 같은 글레이징), 건축용 고정물 또는 구조물 (예를 들어, 빌딩의 내부 또는 외부 벽, 및 바닥재), 가전제품 (예를 들어, 냉장고, 오븐, 스토브, 세탁기, 건조기, 또는 또 다른 가전제품), 소비자 전자제품 (예를 들어, 텔레비전, 랩탑, 컴퓨터 모니터, 및 휴대폰, 테블릿, 및 뮤직 플레이어와 같은 휴대용 전자제품), 가구, 정보 키오스크 (kiosks), 소매 키오스크, 및 이와 유사한 것으로 혼입될 수 있다.
여기에 기재된 유리-유리 적층 구조 및/또는 유리 적층물은, 여기에 기재된 유리-유리 적층 구조 및/또는 유리 적층물은, 예를 들어, LCD, LED, 마이크로-LED, OLED, 및 양자점, 플라스마, 및 전자발광 (EL) 디스플레이들, 컴퓨터 모니터, 및 자동현금지급기 (ATMs)를 포함하는 소비자용 또는 상업용 전자 장치에 커버 유리 또는 유리 백플레인을 위한 다양한 적용들을 위해; 예를 들어, 이동 전화, 개인용 미디어 플레이어, 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는, 휴대용 전자 장치를 위한, 터치 스크린 또는 터치 센서 적용들을 위해; 예를 들어, 반도체 웨이퍼를 포함하는, 집적 회로 적용을 위해; 광전지 적용을 위해; 건축용 유리 적용을 위해; 예를 들어, 글레이징 및 디스플레이를 포함하는, 자동차 또는 차량 유리 적용을 위해; 상업용 또는 가정용 가전제품을 위해; 조명 또는 간판 (예를 들어, 정적 또는 동적 간판) 적용을 위해; 또는 예를 들어, 철도 및 항공 우주 적용을 포함하는, 운송 적용을 위해 사용될 수 있다.
실시 예
다양한 구체 예는 하기의 실시 예에 의해 더욱 명확해질 것이다.
실시 예 1
도 1에 나타낸 것과 유사한 유리 적층물은 형성된다. 제1 판유리는 약 1 mm의 두께를 갖는 유리-유리 적층 구조이다. 코어 층 두께 대 클래딩 층 두께 (두 클래딩 층의 두께의 합)의 비는 약 6이다. 상기 클래딩 층의 압축 응력은 약 150 MPa이고, 및 코어 층의 중심 장력은 약 25 MPa이다. 중간층은 PVB로 형성되고, 약 0.8 mm의 두께를 갖는다. 제2 판유리는 약 0.4 mm의 두께를 갖는 화학적으로 강화된 유리 시트이다.
유리 적층물은 수직으로부터 약 30°의 각도에 위치되고, 유리 적층물의 제1 판유리는, 약 6 피트의 높이에서 한 번에 몇 개의 조각으로 낙하되는 12 온스의 SAE G699 자갈로 타격된다. 시험된 8개 샘플의 유리 적층물 중 8개가 충격을 견뎌냈다.
실시 예 2
도 1에 나타낸 것과 유사한 유리 적층물은 형성된다. 제1 판유리는 약 1 mm의 두께를 갖는 유리-유리 적층 구조이다. 코어 층 두께 대 클래딩 층 두께 (두 클래딩 층의 두께의 합)의 비는 약 9이다. 상기 클래딩 층의 압축 응력은 약 190 MPa이고, 및 코어 층의 중심 장력은 약 21 MPa이다. 중간층은 PVB로 형성되고, 약 0.8 mm의 두께를 갖는다. 제2 판유리는 약 0.4 mm의 두께를 갖는 화학적으로 강화된 유리 시트이다.
유리 적층물은 수직으로부터 약 30°의 각도에 위치되고, 유리 적층물의 제1 판유리는, 약 6 피트의 높이에서 한 번에 몇 개의 조각으로 낙하되는 12 온스의 SAE G699 자갈로 타격된다. 시험된 8개 샘플의 유리 적층물 중 8개가 충격을 견뎌냈다.
실시 예 3
유리 적층물은 형성된다. 제1 판유리는 약 1 mm의 두께를 갖는 유리-유리 적층 구조이다. 중간층은 PVB로 형성되고, 약 0.8 mm의 두께를 갖는다. 제2 판유리는 약 0.5 mm의 두께를 갖는 제2 유리-유리 적층 구조이다.
실시 예 4
도 1에 나타낸 것과 유사한 유리 적층물은 형성된다. 제1 판유리는, 표 8에 나타낸 바와 같은 실시 예 4A-4D 중에서 변화하는 특성을 갖는, 유리-유리 적층 구조, 또는 기계적으로 강화된 유리 시트이다. 실시 예 4A-4D의 각각에서, 제2 판유리는 0.7 mm의 두께, 약 700 MPa의 CS, 및 45 ㎛의 DOL (FSM으로 측정)를 갖는 화학적으로 강화된 유리 시트이다. 중간층은 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치된 접착테이프이다.
실시 예 4A-4D
기계적으로 강화된 유리 기판 속성
실. 두께 (mm) CS (MPa) DOL (㎛) CT (MPa) (10 중에서) 생존
4A 1 150 71 25 10
4B 1 190 50 21 10
4C 0.7 190 50 31.67 10
4D 0.7 180 70 45 9
실시 예 4A-4D의 각각의 열 개의 샘플은, 돌 충격 시험에 따라 적용된다. 도 5-6을 참조하면, 각 샘플 (500)은, 기계적으로 강화된 유리 시트가 튜브 (550) 쪽을 향하게, (도 5에 구체적으로 나타낸 바와 같이) 수직선 (510)으로부터 30도에 위치된다. 각 샘플은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 70 듀로 경도 (duro hardness), 1인치 폭 및 8/1 인치 두께를 갖는 네오프렌 인서트 (neoprene insert)를 포함하는 폴리비닐 클로라이드 프레임 (520)에 의해 지지된다. 이러한 방식으로 각 샘플을 프레임에 위치시킨 후, 샘플 (500) 위에 매달린 Plexiglass®로 만들어진 튜브 (550)을 통해, 12 온스의 SAE G699 등급 자갈 (560)은, 한 번에 몇 개씩 부어진다. 자갈은 낙하 높이 (570) (즉, 자갈 (560)과 기계적으로 강화된 유리 기판의 상부 표면 사이의 거리는 6 피트임)로부터 기계적으로 강화된 유리 시트의 표면에 충격을 가한다. 파단되지 않거나 또는 파괴되지 않고 생존한 (실시 예 4A-4D의 각각에 대해 시험된 10개의 샘플 중) 샘플의 수는 표 8에 나타낸다.
실시 예 4A-4D의 샘플이 돌 충격 시험에 적용된 후에, 기계적으로 강화된 유리 시트는, 화학적으로 강화된 시트 및 접착테이프로부터 분리되고, 및 기계적으로 강화된 유리 시트의 평균 휨 강도의 보유를 입증하기 위해, ASTM C1499 "Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature"에 따른 파손 시험을 위해 링-온-링 하중 (ring-on-ring load)에 개별적으로 적용된다. 파손 시험 파라미터를 위한 링-온-링 하중은, 1.6 mm의 접촉 반경, 1.2 mm/minute의 교차-헤드 속도, 0.5 inche의 하중 링 직경, 및 1 inch의 지지 링 직경을 포함한다. 자갈에 의해 충격을 받는 기계적으로 강화된 유리 시트의 표면은, 장력하에 놓인다. 시험 전에, 접착 필름은, 깨진 유리 조각을 함유하도록 시험될 시트의 양 면상에 놓인다.
비교 예 4E-4H 각각은, 표 9에 나타낸 두께를 갖는 어닐링 또는 열적 강화된 소다 라임 실리케이트 유리 시트를 포함한다. 비교 예 4E-4H의 각각의 10개의 샘플은, 실시 예 4A-4D와 동일한 돌 충격 시험에 적용된다. 비교 예 4E-4H의 10개 샘플 각각은 또한 그 다음 실시 예 4A-4D의 기계적으로 강화된 시트와 동일한 방식으로 링-온-링 시험에 적용된다.
비교 예 4E-4H
비교 예 타입 두께 (mm)
4E 어닐링됨 2.1
4F 열적 강화됨 1.8
4G 열적 강화됨 2.1
4H 열적 강화됨 2.3
보유 강도 결과는, 도 7에 나타내며, 이는 훨씬 더 얇은 기계적으로 강화된 유리 시트가 돌 충격 시험하에서 손상된 경우에도, 이러한 시트가 (즉, 돌 충격 시험에 의해) 동일한 방식으로 손상된 훨씬 더 두꺼운 소다 라임 실리케이트 유리 시트보다 상당히 높은 하중 대 파손 값 (load to failure values)을 나타내는 것을 보여준다. 구체적으로, 30 MPa 이상의 CT를 갖는, 실시 예 4C 및 4D의 기계적으로 강화된 시트는, 비교 예 4E-4H보다 상당히 더 큰 하중 대 파손을 나타낸다.
이론에 의해 구속되지 않고, 여기에 기재된 바와 같이 기계적으로 강화된 판유리를 포함하는 적층물은, 이러한 판유리가 약 1mm 이하 (예를 들어, 0.7 mm)의 두께를 갖는 경우에도, 개별적인 판유리의 강도에 기인하여 돌 충격 시험에서 개선된 생존을 나타내는 것으로 믿어진다. 강화된 유리 판유리와 조합된 경우 생존이 개선되는 것으로 또한 믿어진다.
비교 예 4E의 보유 강도는, 6mm-두께의 화학적으로 강화된 소다 라임 유리 기판 (비교 예 4I) 및 2mm-두께의 기계적으로 강화된 유리 기판 (실시 예 4J)의 보유 강도와 비교된다. 비교 예 4E 및 4I 및 실시 예 4J는, 링-온-링 시험에 의해 시험되기 전에, (단일 기판으로서) 돌 충격 시험에 적용된다. 돌 충격 시험 및 링-온-링 하중 대 파손 시험 모두는 실시 예 4A-4D와 동일한 방식으로 수행된다.
도 8은, 비교 예 4E, 비교 예 4I 및 실시 예 4J에 대한 각각의 보유 강도를 나타낸다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 실시 예 4J는, (실시 예 4J와 비슷한 두께를 갖는) 비교 예 4E 및 (실시 예 4J의 두께의 3배의 두께를 갖는) 비교 예 4I보다 파손에 대한 상당히 큰 하중을 나타낸다.
본 발명의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구 범위 및 이들의 균등물을 고려한 것을 제외하고는 제한되지 않는다.

Claims (30)

  1. 기계적으로 강화된 유리-유리 적층 구조를 포함하는 제1 판유리;
    제2 판유리; 및
    상기 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치되고, 중합체 물질을 포함하는 중간층을 포함하는, 유리 적층물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리-유리 적층 구조는, 0.5 ㎜ 내지 3 ㎜의 두께를 포함하는, 유리 적층물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리-유리 적층 구조는 최대 750℃의, 상기 유리-유리 적층 구조가 유효 109.9 P의 점도를 갖는 온도를 포함하는, 유리 적층물.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 판유리는 화학적으로 강화된 유리 시트를 포함하고,
    상기 화학적으로 강화된 유리 시트는, 0.1 ㎜ 내지 2 ㎜의 두께를 포함하는, 유리 적층물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 유리 시트는, 중간층에 인접한 내부 표면, 상기 내부 표면에서 500MPa 내지 950MPa의 표면 압축 응력, 및 상기 내부 표면에서 30 ㎛ 내지 50 ㎛의 압축 층의 깊이를 포함하는, 유리 적층물.
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