KR20160048915A - 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리용 유리 조성물 및 그 유리의 제조 방법 - Google Patents

화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리용 유리 조성물 및 그 유리의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 유리 조성물 및 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법. 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리는 터치 디스플레이용 고강도 커버 글라스, 태양 전지용 커버 글라스 및 라미네이트 보호 유리로의 사용에 적합하다.

Description

화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리용 유리 조성물 및 그 유리의 제조 방법{GLASS COMPOSITION FOR CHEMICALLY STRENGTHENED ALKALI-ALUMINOSILICATE GLASS AND METHOD FOR THE MANUFACTURE THEREOF}
본 발명은 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리용 유리 조성물, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법 및 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 응용 및 용도에 관한 것이다.
화학 강화 유리(Chemically strengthened glass)는 그 유리의 제조에 사용된 유리 조성물과 화학 강화 공정으로 인해 통상적으로 서냉 유리(annealed glass)보다 상당히 단단하다. 이러한 열적으로 면취될 수 없는 얇고, 작고, 복합-모양 유리 샘플의 제조를 가능하게 하는 화학 강화 공정은 광 불곡의 생성 없이 모든 크기 및 모양의 유리를 강화하는데 사용될 수 있다. 이 특성들은 화학 강화 유리, 보다 구체적으로, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리를, 스마트폰, 태블릿 및 노트패드와 같은 소비자 모바일 전자 기기에 대한 대중적이고 널리 사용되는 선택으로 만들어 왔다.
화학 강화 공정은 통상적으로 이온 교환 공정을 포함한다. 이러한 이온 교환 공정에서, 유리는 그 유리에 존재하는 이온의 반지름보다 더 큰 이온 반지름을 가진 이온을 포함하는 가열된 용액에 놓이게 되고, 그 유리에 존재하는 이러한 보다 작은 이온들은 용액으로부터 보다 큰 이온으로 대체된다. 통상적으로, 가열된 용액 내의 포타슘 이온이 유리에 존재하는 작은 소듐 이온을 대체한다. 이온 교환 공정 이후에, 유리 표면에 표면 압축 응력(surface compressive stress, CS)층이 형성된다. 이 표면 압축 응력층의 압축 응력(compressive stress)은 큰 이온 반지름을 가지는 알칼리 금속 이온의 화학 강화 동안의 교환에 의해 유발된다. 표면 압축 응력층의 깊이는 일반적으로 CS 층의 깊이("DOL")로 언급된다. 또한 중앙긴장영역(Central tension zone, "CT")은 유리의 양면의 CS 층 사이에 동시에 형성된다. CS/DOL로 표현되는 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 압축 응력의 비율은 이러한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 강도 및 얇기와 직접적으로 연관된다.
화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리는 통상적으로 플로팅 방법(floating method) 또는 오버플로우 퓨전 다운-드로우 방법(overflow fusion down-draw method)으로 제조된다. Corning Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 Gorilla® Glass 2와 Gorilla® Glass 3, Asahi Glass Co, Ltd.로부터 상업적으로 이용가능한 Dragontrail®, Schott Corporation으로부터 상업적으로 이용가능한 Xensation®과 같은 종래 제품의 CS/DOL 비는 일반적으로 30 이하의 CS/DOL 비를 갖는다. 이는 이러한 종래 제품들에서 높은 표면 압축 응력을 얻기 위해서는 표면 압축 응력층의 깊이가 증가해야 함을 의미한다. 그러나 표면 압축 응력층의 깊이를 증가시키는 것은 유리 두께의 증가를 야기하기 때문에 실용적인 해결책이 아니다.
게다가, 연장된 이온 교환 공정은 표면 압축 응력층의 깊이를 증가시키기 위해 일반적으로 요구된다. 더욱이, 표면 압축 응력층의 깊이가 클수록, 그 유리의 처리는 더 어렵다. 구체적으로, 매끈한 모서리를 가지고 칩이 없는 유리를 절단하기 위해서, 유리 절단 기계의 스크라이빙 휠은 표면 압축 응력층의 깊이보다 더 깊이 유리 내에 침투해야 한다. 즉, 표면 압축 응력층의 깊이가 증가할수록 그 유리의 절단은 어려워진다.
전자 모바일 기기 시장이 점점 더 얇은 커버 글라스를 요구하는 것을 계속함에 따라, 표면 압축 응력층의 깊이도 부수적으로 감소되어야 한다. 적합한 특성을 가진 실행 가능한 커버 글라스를 생산하기 위해, DOL의 증가 없이 증가된 CS/DOL 비율을 갖는 화학 강화 유리가 요구되고 있다.
본 발명은 높은 압축 응력(CS)을 가진 표면 압축 응력층과 낮은 층 깊이(DOL)를 가짐으로써, 향상된 CS/DOL 비율을 가질 수 있는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 약 60.0몰% 내지 약 70.0몰%의 SiO2, 약 6.0몰% 내지 약 12.0몰%의 Al2O3, 적어도 약 10.5몰%의 Na2O, 약 0 내지 약 5.0몰%의 B2O3, 약 0 내지 약 0.4몰%의 K2O, 적어도 약 8.0몰%의 MgO, 약 0 내지 약 6.0몰%의 ZnO 및 약 0 내지 약 2.0몰%의 Li2O을 포함하고, 상기 Li2O, Na2O 및 K2O의 합계 함유량은 13.0몰%를 초과하는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물.
2. 위 1에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 10.5몰% 내지 약 20.0몰%의 Na2O를 포함하는 이온 교환성 유리 조성물.
3. 위 2에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 14.0몰% 내지 약 20.0몰%의 Na2O를 포함하는 이온 교환성 유리 조성물.
4. 위 1에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 8.0몰% 내지 약 12.0몰%의 MgO를 포함하는 이온 교환성 유리 조성물.
5. 위 1에 있어서, 상기 Na2O와 MgO의 합계 함유량은 22.4몰% 초과 내지 24.3몰% 미만인 이온 교환성 유리 조성물.
6. 위 1에 있어서, 상기 SiO2와 Al2O3의 합계 함유량에 대한 Na2O와 MgO의 합계 함유량의 비율이 0.29 초과 내지 0.33 미만인 이온 교환성 유리 조성물.
7. 위 1에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 1.0몰% 내지 2.5몰%의 ZnO를 포함하는 이온 교환성 유리 조성물.
8. 위 1에 있어서, 상기 유리 조성물은 적어도 약 900℃의 액체화 온도를 가지는 이온 교환성 유리 조성물.
9. 위 8에 있어서, 상기 유리 조성물은 적어도 약 950℃의 액체화 온도를 가지는 이온 교환성 유리 조성물.
10. 위 9에 있어서, 상기 유리 조성물은 적어도 약 1000℃의 액체화 온도를 가지는 이온 교환성 유리 조성물.
11. 위 10에 있어서, 상기 유리 조성물은 적어도 약 1100℃의 액체화 온도를 가지는 이온 교환성 유리 조성물.
12. 위 1에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 900℃ 내지 약 1100℃의 액체화 온도를 가지는 이온 교환성 유리 조성물.
13. 약 60.0몰% 내지 약 70.0몰%의 SiO2, 약 6.0몰% 내지 약 12.0몰%의 Al2O3, 적어도 약 10.5몰%의 Na2O, 약 0 내지 약 5.0몰%의 B2O3, 약 0 내지 약 0.4몰%의 K2O, 적어도 약 8.0몰%의 MgO, 약 0 내지 약 6.0몰%의 ZnO 및 약 0 내지 약 2.0몰%의 Li2O을 포함하고, 상기 Li2O, Na2O 및 K2O 의 합계 함유량은 13.0몰%를 초과하며; 상기 유리 조성물은 이온 교환되었고, 표면 압축 응력층을 가지며; 상기 표면 압축 응력층은 압축 응력 및 깊이를 가지고; 상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 적어도 약 26인 유리 조성물로부터 제조된 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
14. 위 13에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 14.0 내지 약 20.0몰%의 Na2O 및 약 8.0 내지 약 12.0몰%의 MgO를 포함하는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
15. 위 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층은 적어도 약 500MPa의 압축 응력을 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
16. 위 15에 있어서, 상기 표면 압축 응력층은 적어도 약 800MPa의 압축 응력을 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
17. 위 16에 있어서, 상기 표면 압축 응력층은 적어도 약 1100MPa의 압축 응력을 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
18. 위 17에 있어서, 상기 표면 압축 응력층은 적어도 약 1350MPa의 압축 응력을 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
19. 위 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층은 약 500MPa 내지 약 1350MPa의 압축 응력을 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
20. 위 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이는 적어도 약 18.5㎛인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
21. 위 20에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이는 적어도 약 22.0㎛인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
22. 위 21에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이는 적어도 약 35.0㎛인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
23. 위 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이는 약 18.5㎛ 내지 약 35.0㎛인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
24. 위 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 적어도 약 30인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
25. 위 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 약 26 내지 약 70인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
26. 위 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 약 30 내지 약 70인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
27. 위 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 약 35 내지 약 70인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
28. 위 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 약 40 내지 약 70인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
29. 위 13에 있어서, 상기 유리는 약 0.3 내지 약 2.0mm의 두께를 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
30. 위 13에 있어서, 상기 유리는 최대 약 2.6g/cm3의 밀도를 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
31. 위 13에 있어서, 상기 유리는 약 86.0 내지 약 99.0의 선팽창계수(α25-300 10-7/℃)를 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
32. 유리 원재료 성분을 혼합 및 용융하여 약 60.0몰% 내지 약 70.0몰%의 SiO2, 약 6.0몰% 내지 약 12.0몰%의 Al2O3, 적어도 약 10.5몰%의 Na2O, 약 0 내지 약 5.0몰%의 B2O3, 약 0 내지 약 0.4몰%의 K2O, 적어도 약 8.0몰%의 MgO, 약 0 내지 약 6.0몰%의 ZnO 및 약 0 내지 약 2.0몰%의 Li2O을 포함하고, 상기 Li2O, Na2O 및 K2O 의 합계 함유량이 13.0몰%를 초과하는 균질의 용융 유리를 형성하는 단계; 다운-드로우 방법, 플로팅 방법 또는 이들의 조합으로부터 선택된 방법을 이용하여 유리를 성형하는 단계; 유리를 서냉시키는 단계; 및 이온 교환에 의해 유리를 화학 강화시키는 단계를 포함하는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
33. 위 32에 있어서, 상기 유리 원재료 성분은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 12시간 동안 용융되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
34. 위 33에 있어서, 상기 유리 원재료 성분은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 6시간 동안 용융되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
35. 위 34에 있어서, 상기 유리 원재료 성분은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 4시간 동안 용융되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
36. 위 35에 있어서, 상기 유리 원재료 성분은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 2시간 동안 용융되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
37. 위 32에 있어서, 상기 유리는 약 0.5℃/hour의 속도로 서냉되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
38. 위 32에 있어서, 상기 유리는 용융 염욕에서 이온 교환에 의해 화학 강화되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
39. 위 38에 있어서, 상기 용융염은 KNO3인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
40. 위 32에 있어서, 상기 유리는 약 390℃ 내지 약 450℃의 온도에서 이온 교환에 의해 화학 강화되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
41. 위 32에 있어서, 상기 유리는 최대 약 8시간 동안 이온 교환되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
42. 위 41에 있어서, 상기 유리는 최대 약 4시간 동안 이온 교환되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
43. 위 42에 있어서, 상기 유리는 최대 약 2시간 동안 이온 교환되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
44. 위 32에 있어서, 상기 유리는 약 2시간 내지 약 8시간 동안 이온 교환되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
본 발명은 높은 압축 응력(CS)을 가진 표면 압축 응력층과 낮은 층 깊이(DOL)를 가짐으로써, 향상된 CS/DOL 비율을 갖는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물을 제공한다. 낮은 층 깊이(DOL)와 함께 높은 압축 응력(CS)은 유리 표면의 소듐 이온이 보다 큰 포타슘 이온으로 대체되는 화학 강화 공정을 통해 얻어진다. 낮은 DOL은 스크라이빙 공정(scribing process)의 수율을 증가시키기 때문에, 유리 마감에 있어 이롭다. 또한, 높은 압축 응력을 가진 유리 표면은 증가된 외부 충격력에도 견딜 수 있는 더 강한 유리를 낳는다.
몇몇의 실시예에서, 본 발명은 높은 압축 응력(CS)을 가진 표면 압축 응력층과 낮은 층 깊이(DOL)를 가짐으로써, 향상된 CS/DOL 비율을 갖는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물을 제공한다. 낮은 층 깊이(DOL)와 함께 높은 압축 응력(CS)은 유리 표면의 소듐 이온이 보다 큰 포타슘 이온으로 대체되는 화학 강화 공정을 통해 얻어진다. 낮은 DOL은 스크라이빙 공정(scribing process)의 수율을 증가시키기 때문에, 유리 마감에 있어 이롭다. 또한, 높은 압축 응력을 가진 유리 표면은 증가된 외부 충격력에도 견딜 수 있는 더 강한 유리를 낳는다.
몇몇의 실시예에서, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은
약 60.0 내지 약 70.0 몰퍼센트(몰%)의 실리콘 디옥사이드(SiO2),
약 6.0 내지 약 12.0몰%의 알루미늄 옥사이드(Al2O3),
적어도 약 10.5몰%의 소듐 옥사이드(Na2O),
약 0 내지 약 5.0몰%의 보론 트리옥사이드(B2O3),
약 0 내지 약 0.4몰%의 포타슘 옥사이드(K2O),
적어도 약 8.0몰%의 마그네슘 옥사이드(MgO),
약 0 내지 약 6.0몰%의 징크 옥사이드(ZnO) 및
약 0 내지 약 2.0몰%의 리튬 옥사이드(Li2O)를 포함하고, 상기 리튬 옥사이드(Li2O), 소듐 옥사이드(Na2O) 및 포타슘 옥사이드(K2O)의 합계 함유량은 13.0mol%몰%를 초과한다.
몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 약 60.0 내지 약 70.0몰%의 실리콘 디옥사이드(SiO2)를 포함한다. 실리콘 디옥사이드는 알칼리-알루미노실리케이트 유리 조성물의 가장 큰 단일 성분이고, 유리의 모체(matrix)를 형성한다. 또한 실리콘 디옥사이드는 유리의 구조적 조정자 (structural coordinator)로서 역할하고 유리의 성형성, 강도 및 화학적 내구성에 기여한다. 70.0몰% 이상의 농도에서는, 실리콘 디옥사이드가 유리 조성물의 용융 온도를 증가시켜, 용융된 유리를 다루는 것이 매우 어려워져 어려운 형성을 야기할 수 있다. 60.0몰% 이하의 농도에서는 실리콘 디옥사이드가, 특히 고농도의 소듐 옥사이드 또는 마그네슘 옥사이드를 갖는 유리 조성물에서, 유리의 액체화 온도(liquidus temperature)의 상당한 증가를 야기시키는 불리한 경향이 있으며, 또한 유리의 실투(devitrification)를 유발하는 경향이 있다.
몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 약 6.0 내지 약 12.0몰%의 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 포함한다. 약 6.0 내지 약 12.0몰%의 농도에서, 알루미늄 옥사이드는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 강도를 향상시키고, 유리 표면의 소듐 이온과 이온 교환 용액 내의 포타슘 이온 사이의 이온 교환을 촉진한다. 15.0몰% 이상의 알루미늄 옥사이드 농도에서는 유리의 점도가 지나치게 높아지고, 유리를 실투시키는 경향이 있으며, 연속적인 박막형성공정(sheet forming process)을 수행하기에는 액체화 온도가 지나치게 높아진다.
몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 적어도 약 10.5몰%의 소듐 옥사이드(Na2O)를 포함한다. 몇몇의 실시예에 있어서, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환 유리 조성물은 약 10.5 내지 약 20.0몰%의 소듐 옥사이드를 포함한다. 몇몇의 실시예에 있어서, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환 유리 조성물은 약 14.0 내지 약 20.0몰%의 소듐 옥사이드를 포함한다. 알칼리 금속 옥사이드는 낮은 액체화 온도 및 낮은 용융 온도를 성취함에 있어서 보조로서 역할한다. 소듐의 경우, Na2O는 성공적인 이온 교환을 가능케 하는데 이용된다. 상당히 강화된 유리 강도를 생산하기 위한 충분한 이온 교환이 허용되도록 하기 위해, 소듐 옥사이드는 조성물 내에 상기 농도로 포함된다. 또한, 소듐 이온과 포타슘 이온 사이의 이온 교환 가능성을 높이기 위해서, 몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 약 0 내지 약 0.4몰%의 포타슘 옥사이드(K2O)를 포함한다.
몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 약 0 내지 약 2.0몰%의 리튬 옥사이드(Li2O)을 포함한다. 몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 13.0몰% 이상의 리튬 옥사이드(Li2O), 소듐 옥사이드(Na2O) 및 포타슘 옥사이드(K2O)의 합계 함유량(combined total content)을 포함한다.
몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 약 0 내지 약 5.0몰%의 보론 트리옥사이드(B2O3)를 포함한다. 보론 트리옥사이드는 유리 조정자(glass coordinator)뿐만 아니라 융제(flux) 역할을 한다. 또한, 보론 트리옥사이드의 농도 증가와 함께 유리 용융 온도는 감소하는 경향이 있으나, 소듐과 포타슘 이온 간의 이온 교환 방향은 보론 트리옥사이드의 농도 증가에 의해 부정적인 영향을 받는다. 따라서, 보론 트리옥사이드의 농도 증가와 함께 유리의 용융 정도(meltability)와 이온 교환성(ion-exchangeability) 사이에는 균형이 있다.
몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 적어도 8.0몰%의 마그네슘 옥사이드(MgO)를 포함한다. 몇몇의 실시예에 있어서, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 약 8.0 내지 약 12.0몰%의 마그네슘 옥사이드를 포함한다. 적어도 8.0몰%의 마그네슘 옥사이드(MgO) 농도에서, 압축 응력층의 깊이에 대한 압축 응력의 비율이 극적으로 증가한다. 마그네슘 옥사이드는 또한 칼슘 옥사이드(calcium oxide, CaO), 스트론튬 옥사이드(strontium oxide, SrO), 바륨 옥사이드(barium oxide, BaO) 등의 다른 알칼리 옥사이드에 비교할 때 유리의 강도를 증가시키고 유리의 비중량(specific weight)를 감소시킨다고 믿어진다.
몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 약 22.4 내지 약 24.3몰%의 소듐 옥사이드(Na2O) 및 포타슘 옥사이드(K2O)의 합계 함유량을 포함한다.
몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 약 0.29 내지 약 0.33의 실리콘 디옥사이드(SiO2)와 알루미늄 옥사이드(Al2O3)의 합계 함유량에 대한 소듐 옥사이드(Na2O)와 마그네슘 옥사이드(MgO)의 합계 함유량의 비율을 포함한다.
몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 약 0 내지 약 6.0몰%의 징크 옥사이드(ZnO)를 포함한다. 몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 약 1.0 내지 약 2.5몰%의 징크 옥사이드를 포함한다. 마그네슘 옥사이드(MgO) 뿐만 아니라 징크 옥사이드도 특히 칼슘 옥사이드(CaO), 스트론튬 옥사이드(SrO) 그리고 바륨 옥사이드(BaO)와 같은 다른 2가 이온과 비교할 때 이온 교환 속도를 향상시킨다.
전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 유리 조성물의 몇몇의 실시예에 따르면, 그 유리는 적어도 약 900℃의 액체화 온도(결정이 최초로 관찰되는 온도)를 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 유리 조성물의 몇몇의 실시예에 따르면, 그 유리는 적어도 약 950℃의 액체화 온도를 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 유리 조성물의 몇몇의 실시예에 따르면, 그 유리는 적어도 약 1000℃의 액체화 온도를 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 유리 조성물의 몇몇의 실시예에 따르면, 그 유리는 최대 약 1100℃의 액체화 온도를 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 유리 조성물의 몇몇의 실시예에 따르면, 그 유리는 약 900℃ 내지 약 1100℃의 액체화 온도를 가진다.
몇몇의 실시예에 따르면, 본 발명은 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법을 제공한다. 몇몇의 실시예에 따르면, 그 제조 방법은 구성 성분을 혼합 및 용융하여 균질의 용융 유리를 형성하는 단계;
다운-드로우 방법, 플로팅 방법 및 이의 조합을 이용하여 유리를 성형하는 단계;
유리를 서냉(annealing)하는 단계; 및
이온 교환에 의해 유리를 화학 강화시키는 시키는 단계를 포함한다.
몇몇의 실시예에 따르면, 화학 강화 알루미노실리케이트 유리의 제조는 당 분야의 통상의 기술자에게 널리 알려진, 관습적으로 균질화 장치, 정제(정제기)에 의하여 기포 함량을 감소시키는 장치, 냉각 및 열 균질화를 위한 장치, 분배 장치 및 기타 장치로 이루어진 직접 또는 간접적으로 가열된 귀금속 시스템을 포함하는 종래의 다운-드로우 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 플로팅 방법은 매우 평평하고, 균일한 굵기를 가진 유리를 야기하는, 통상적으로 주석, 용융 금속판 위에 용융 유리를 플로팅(floating)하는 것을 포함한다.
전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법의 몇몇의 실시예에 따르면, 이온 교환성 유리 조성물은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 12시간 동안 용융된다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법의 몇몇의 실시예에 따르면, 이온 교환성 유리 조성물은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 6시간 동안 용융된다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법의 몇몇의 실시예에 따르면, 이온 교환성 유리 조성물은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 4시간 동안 용융된다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법의 몇몇의 실시예에 따르면, 이온 교환성 유리 조성물은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 2시간 동안 용융된다.
전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법의 몇몇의 실시예에 따르면, 이온 교환성 유리 조성물은 유리가 실온(또는 약 21℃)에 도달할 때까지 약 0.5℃/hour의 속도로 서냉된다.
몇몇의 실시예에 따르면, 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물은 종래의 이온 교환 조건에 따라 화학 강화된다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법의 몇몇의 실시예에 따르면, 이온 교환 처리는 용융 염욕(molten salt bath)에서 일어난다. 몇몇의 실시예에서 용융염은 포타슘 니트레이트(KNO3)이다.
전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법의 몇몇의 실시예에 따르면, 이온 교환 처리는 약 390℃ 내지 약 450℃의 온도 범위 에서 일어난다.
전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법의 몇몇의 실시예에 따르면, 이온 교환 처리는 최대 약 8시간 동안 수행된다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법의 몇몇의 실시예에 따르면, 이온 교환 처리는 최대 약 4시간 동안 수행된다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법의 몇몇의 실시예에 따르면, 이온 교환 처리는 최대 약 2시간 동안 수행된다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법의 몇몇의 실시예에 따르면, 이온 교환 처리는 약 2시간 내지 약 8시간 동안 수행된다.
전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 적어도 약 500MPa의 압축 응력을 가지는 표면 압축 응력층을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 적어도 약 800MPa의 압축 응력을 가지는 표면 압축 응력층을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 적어도 약 1100MPa의 압축 응력을 가지는 표면 압축 응력층을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 최대 약 1350MPa의 압축 응력을 가지는 표면 압축 응력층을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 약 500MPa 내지 약 1350MPa의 압축 응력을 가지는 표면 압축 응력층을 가진다.
전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 적어도 약 18.5㎛의 깊이를 가지는 압축 응력층을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 적어도 약 22.0㎛의 깊이를 가지는 압축 응력층을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 최대 약 35.0㎛의 깊이를 가지는 압축 응력층을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 약 18.5㎛ 내지 약 35.0㎛의 깊이를 가지는 압축 응력층을 가진다.
전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 적어도 약 26의 압축 응력층의 깊이에 대한 압축 응력의 비율을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 적어도 약 30의 압축 응력층의 깊이에 대한 압축 응력의 비율을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 최대 약 70의 압축 응력층의 깊이에 대한 압축 응력의 비율을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 약 26 내지 약 70의 압축 응력층의 깊이에 대한 압축 응력의 비율을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 약 30 내지 약 70의 압축 응력층의 깊이에 대한 압축 응력의 비율을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 약 35 내지 약 70의 압축 응력층의 깊이에 대한 압축 응력의 비율을 가진다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 약 40 내지 70의 압축 응력층의 깊이에 대한 압축 응력의 비율을 가진다.
전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 최대 약 2.6 g/cm3의 밀도를 가지고, 약 86.0 내지 약 99.0 범위의 선팽창계수 α25-300 10-7/℃ 를 가진다.
전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 태양전지판, 냉장고 문, 그리고 다른 가정용품과 같은 응용에 보호 유리로 사용될 수 있다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 텔레비전용 보호 유리, 자동창구기(automated teller machine) 및 추가적인 전자 제품용 안전 유리로 사용될 수 있다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 스마트폰, 태블릿 그리고 노트패드와 같은 소비자 모바일 전자기기의 커버 글라스로 사용될 수 있다. 전술한 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 몇몇의 실시예에 따르면, 유리는 그것의 높은 강도 때문에 터치 스크린 또는 터치 패널로 사용될 수 있다.
다음 실시예는 상기에서 논의된 조성물 및 방법의 예시이다.
실시예 :
하기 표 1에 나타난 성분들을 포함하는 이온 교환성 유리 조성물은 다음과 같이 준비되었다:
옥사이드 몰%
SiO2 66.0
Al2O3 9.2
Na2O 14.3
B2O3 0
K2O 0
MgO 8.1
CaO 0
ZnO 2.4
표 2에 나타난 배치 물질(batch material)은 계량되고 혼합된 후 2리터 플라스틱 용기에 첨가되었다. 사용된 배치 물질은 화학 시약 등급(chemical reagent grade)의 품질이었다.
배치 물질(batch raw materials) 배치 무게(Batch weight)(gm)
모래(sand) 352.4
알루미나(alumina) 119.1
소다 회(soda ash) 138.5
붕사(borax) 0
포타슘 카보네이트(Potassium carbonate) 0
마그네시아(magnesia) 28.2
석회석(limestone) 0
징크 옥사이드(Zinc oxide) 17.3
모래의 입자크기는 0.045 내지 0.25mm 사이였다. 텀블러는 연성 응집체(soft agglomerate)들을 분쇄시키기 위해서만이 아니라, 균질화된 배치를 만들기 위한 원료 혼합용으로 사용되었다. 혼합된 배치는 유리 용융을 위해 플라스틱 용기에서 800 ml. 백금-로듐 합금 도가니로 옮겨졌다. 백금-로듐 합금 도가니는 알루미나 백커(backer) 내에 놓이고, MoSi 발열체를 갖추고 900℃의 온도에서 작동하는 고온의 용광로로 옮겨졌다. 용광로의 온도는 1650℃까지 서서히 상승하였으며, 백커와 함께 백금-로듐 도가니는 이 온도에서 4시간 동안 놓여 있었다. 이후 유리 샘플은 백금-로듐 도가니에 있는 용융된 배치 물질을 유리 패티(glass patty)를 형성하기 위한 스테인리스 스틸 판에 부음으로써 형성되었다. 유리 패티가 여전히 뜨거운 동안, 그것은 서냉기로 옮겨졌고 620℃에서 2시간 동안 놓였고, 이후 0.5℃/min의 속도로 실온(21℃)까지 냉각되었다.
유리 샘플은 유리의 스트레인점 이하인 420℃의 온도에서 4시간 동안 유리의 구성 성분인 소듐 이온이 외부에서 공급되는 포타슘 이온과 교환되는 용융 염욕 탱크에 놓임으로써 화학 강화되었다. 이 방법으로써, 유리 샘플은 그것이 처리된 표면에 압축 응력층을 제조하는 이온 교환을 통해 강화되었다.
유리 표면의 압축 응력 및 (복굴절에 근거한)압축 응력층의 깊이는 유리의 박편 상에 편광 현미경(베렉 간섭계)을 사용함으로써 결정되었다. 유리 표면의 압축 응력은 응력강학계수(stress-optical constant)를 0.26(nm*cm/N)으로 가정하여 측정된 복굴절도(Scholze, H., Nature, Structure and Properties, Springer-Verlag, 1988, p.260)로부터 계산되었다.
상기 표 1에 나타난 조성에 대한 결과는 표 3의 "실시예 1"로 지정된 열과 같다. 표 3에 나타난 추가 조성 및 "실시예 2" 내지 "실시예 12"로 지정된 조성은 전술한 실시예 1로 지정된 조성용과 유사한 방식으로 준비되었다.
옥사이드
(몰%)		 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12
SiO2 66 66.2 66.2 67.8 63.8 66 65.6 65.5 68.5 70.5 67.8 66
Al2O3 9.2 9.2 10.8 9.2 10.8 9.2 9.2 9.2 7.2 5.2 7.2 7.2
Na2O 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.1 14.1 14.1 14.1 14.3 14.3
B2O3 0 0 0 0 0 1.8 0 1 0 0 0 0
K2O 0 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0 0 0 0 0 0
MgO 8.1 9.9 8.3 8.3 8.3 8.3 10.1 10.2 10.2 10.2 8.3 8.3
CaO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Li2O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ZnO 2.4 0 0 0 2.4 0 1 0 0 0 2.4 4.2
d (g/cm3) 2.477 2.456 2.468 2.438 2.484 2.461 2.473 2.452 2.448 2.435 2.511 2.532
산소 원자 밀도(mol/cm3) x 10-2 7.24 7.27 7.31 7.24 7.21 7.36 7.29 7.32 7.30 7.28 7.35 7.29
n D (20℃) 1,513 1.504 1.501 1.497 1.507 1.504 1.503 1.506 1.487 1.504 1.503 1.509
α(x10-7/℃) 87 90.8 87.6 86.3 89.5 90.9 97.3 95.8 88.1 87.2 91.78 98.7
T10e2 .5 1539 1528 1604 1592 1558 1526 1468 1481 1533 1532 1522 1464
Tw 1217 1205 1264 1257 1215 1221 1188 1176 1204 1185 1197 1155
Tliq 1040 1050 980 1015 1050 960 1071 1086 1035 1050 1032 1026
Tsoft 853 849 870 886 847 830 815 842 868 849 866 792
Ta 641 636 642 638 629 600 580 627 622 609 625 566
Ts 596 593 599 590 586 560 543 584 575 563 575 526
VH (kgf/mm2) 553 598 604 562 579 581 588 599 578 553 568 566
VHCS (kgf/mm2) 667 683 660 661 690 658 668 669 661 624 666 607
CS (MPa) 944 968 947 1148 1064 1164 1304 958 842 721 1001 596
DOL(㎛) 21.8 22.6 26.6 34.0 24.6 29.0 19.0 19.5 24.2 26.0 19.4 22.6
CS (MPa)/DOL(㎛) 43 43 36 34 43 40 69 49 35 28 52 26
상기 표 3의 기호의 정의는 다음과 같다:
d: 아르키메데스 방법(ASTM C693)으로 측정된 밀도(g/ml);
n D : 굴절계에 의해 측정된 굴절률;
α: 팽창계에 의해 측정된, 25 내지 300℃에서의 선형 차원적인 변화량인 열팽창계수(CTE);
T10e2 .5: 고온의 원통형 점도측정계에 의해 측정된 102. 5poise의 점도에서의 온도;
Tw: 104poise의 점도에서의 유리의 작업온도(glass working temperature);
Tliq: 최초 결정이 구배 온도 용광로(gradient temperature furnace) (ASTM C829-81) 내의 보트에서 관찰된 액체화 온도, 일반적으로 테스트는 결정화를 위해 72시간이다.;
Tsoft: 섬유 연신율 측정법(fiber elongation method)에 의해 측정된, 점도가107.6 poise에서의 유리 연화 온도(glass softening temperature);
Ta: 섬유 연신율 측정법에 의해 측정된, 점도가 1013poise인 경우의 유리 서냉 온도(glass annealing temperature);
Ts: 섬유 연신율 측정법에 의해 측정된, 점도가 1014. 5poise인 경우의 유리 변형 온도(glass strain temperature);
VH: 비커스 경도(Vicker's Hardness);
VHcs: 화학 강화된 후의 비커스 경도;
CS: 압축 응력(표면 위의 원자들을 압축시킬 때에 발생하는 평면상의 응력);
DOL: 표면 압축 응력층의 깊이(표면 아래의 압축 응력층부터 0에 가장 가까운 응력을 가지는 평면까지의 층의 깊이);
CS/DOL: 층의 깊이에 대한 압축 응력의 비율.
본 발명은 특정한 구현예의 관점에서 설명되었지만, 당 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 첨부된 청구범위의 사상 및 범위 내에서 변형되어 실시될 수 있음을 인식할 것이다.
어떤 공간적 표현들, 예를 들면, "위쪽의", "아래쪽의", "위의", "아래의", "사이에", "맨 아래", "수직의", "수평의", "각진", "위로", "아래로", "옆으로", "왼쪽에서 오른쪽으로", "왼쪽", "오른쪽", "오른쪽에서 왼쪽으로", "위에서 아래로", "아래에서 위로", "맨 위", "맨 아래", "상향식", "하향식" 등은 단지 설명의 목적을 위한 것이고, 전술한 구조의 특정한 방향이나 위치를 제한하지 않는다.
본 개시는 특정한 실시예들에 대하여 기재되어 있다. 본 개시를 읽은 후 당업자에게 명백하게 된 개선이나 변경은 본 발명의 응용의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 여러 수정, 변경 및 대체가 상기 개시에서 의도된 것이고, 또한 어떤 경우에는 본 발명의 몇몇 특징은 다른 특징에 대응되는 사용 없이 채용된 것으로 이해된다. 따라서 첨부된 청구범위는 넓게, 그리고 본 발명의 범위와 일치하는 방식으로 해석되는 것이 적절하다.

Claims (44)

  1. 약 60.0몰% 내지 약 70.0몰%의 SiO2,
    약 6.0몰% 내지 약 12.0몰%의 Al2O3,
    적어도 약 10.5몰%의 Na2O,
    약 0 내지 약 5.0몰%의 B2O3,
    약 0 내지 약 0.4몰%의 K2O,
    적어도 약 8.0몰%의 MgO,
    약 0 내지 약 6.0몰%의 ZnO 및
    약 0 내지 약 2.0몰%의 Li2O을 포함하고,
    상기 Li2O, Na2O 및 K2O의 합계 함유량은 13.0몰%를 초과하는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리 제조용 이온 교환성 유리 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 10.5몰% 내지 약 20.0몰%의 Na2O를 포함하는 이온 교환성 유리 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 14.0몰% 내지 약 20.0몰%의 Na2O를 포함하는 이온 교환성 유리 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 8.0몰% 내지 약 12.0몰%의 MgO를 포함하는 이온 교환성 유리 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 Na2O와 MgO의 합계 함유량은 22.4몰% 초과 내지 24.3몰% 미만인 이온 교환성 유리 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 SiO2와 Al2O3의 합계 함유량에 대한 Na2O와 MgO의 합계 함유량의 비율이 0.29 초과 내지 0.33 미만인 이온 교환성 유리 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 1.0몰% 내지 2.5몰%의 ZnO를 포함하는 이온 교환성 유리 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 유리 조성물은 적어도 약 900℃의 액체화 온도를 가지는 이온 교환성 유리 조성물.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 유리 조성물은 적어도 약 950℃의 액체화 온도를 가지는 이온 교환성 유리 조성물.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 유리 조성물은 적어도 약 1000℃의 액체화 온도를 가지는 이온 교환성 유리 조성물.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 유리 조성물은 적어도 약 1100℃의 액체화 온도를 가지는 이온 교환성 유리 조성물.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 900℃ 내지 약 1100℃의 액체화 온도를 가지는 이온 교환성 유리 조성물.
  13. 약 60.0몰% 내지 약 70.0몰%의 SiO2,
    약 6.0몰% 내지 약 12.0몰%의 Al2O3,
    적어도 약 10.5몰%의 Na2O,
    약 0 내지 약 5.0몰%의 B2O3,
    약 0 내지 약 0.4몰%의 K2O,
    적어도 약 8.0몰%의 MgO,
    약 0 내지 약 6.0몰%의 ZnO 및
    약 0 내지 약 2.0몰%의 Li2O을 포함하고,
    상기 Li2O, Na2O 및 K2O 의 합계 함유량은 13.0몰%를 초과하며;
    상기 유리 조성물은 이온 교환되었고, 표면 압축 응력층을 가지며;
    상기 표면 압축 응력층은 압축 응력 및 깊이를 가지고;
    상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 적어도 약 26인 유리 조성물로부터 제조된 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 14.0 내지 약 20.0몰%의 Na2O 및 약 8.0 내지 약 12.0몰%의 MgO를 포함하는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층은 적어도 약 500MPa의 압축 응력을 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 표면 압축 응력층은 적어도 약 800MPa의 압축 응력을 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 표면 압축 응력층은 적어도 약 1100MPa의 압축 응력을 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 표면 압축 응력층은 적어도 약 1350MPa의 압축 응력을 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  19. 청구항 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층은 약 500MPa 내지 약 1350MPa의 압축 응력을 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  20. 청구항 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이는 적어도 약 18.5㎛인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이는 적어도 약 22.0㎛인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이는 적어도 약 35.0㎛인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  23. 청구항 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이는 약 18.5㎛ 내지 약 35.0㎛인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  24. 청구항 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 적어도 약 30인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  25. 청구항 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 약 26 내지 약 70인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  26. 청구항 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 약 30 내지 약 70인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  27. 청구항 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 약 35 내지 약 70인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  28. 청구항 13에 있어서, 상기 표면 압축 응력층의 깊이에 대한 표면 압축 응력층의 압축 응력의 비율은 약 40 내지 약 70인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  29. 청구항 13에 있어서, 상기 유리는 약 0.3 내지 약 2.0mm의 두께를 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  30. 청구항 13에 있어서, 상기 유리는 최대 약 2.6g/cm3의 밀도를 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  31. 청구항 13에 있어서, 상기 유리는 약 86.0 내지 약 99.0의 선팽창계수(α25-300 10-7/℃)를 가지는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리.
  32. 유리 원재료 성분을 혼합 및 용융하여
    약 60.0몰% 내지 약 70.0몰%의 SiO2,
    약 6.0몰% 내지 약 12.0몰%의 Al2O3,
    적어도 약 10.5몰%의 Na2O,
    약 0 내지 약 5.0몰%의 B2O3,
    약 0 내지 약 0.4몰%의 K2O,
    적어도 약 8.0몰%의 MgO,
    약 0 내지 약 6.0몰%의 ZnO 및
    약 0 내지 약 2.0몰%의 Li2O을 포함하고,
    상기 Li2O, Na2O 및 K2O 의 합계 함유량이 13.0몰%를 초과하는 균질의 용융 유리를 형성하는 단계;
    다운-드로우 방법, 플로팅 방법 또는 이들의 조합으로부터 선택된 방법을 이용하여 유리를 성형하는 단계;
    유리를 서냉시키는 단계; 및
    이온 교환에 의해 유리를 화학 강화시키는 단계를 포함하는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  33. 청구항 32에 있어서, 상기 유리 원재료 성분은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 12시간 동안 용융되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  34. 청구항 33에 있어서, 상기 유리 원재료 성분은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 6시간 동안 용융되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  35. 청구항 34에 있어서, 상기 유리 원재료 성분은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 4시간 동안 용융되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  36. 청구항 35에 있어서, 상기 유리 원재료 성분은 약 1650℃의 온도에서 최대 약 2시간 동안 용융되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  37. 청구항 32에 있어서, 상기 유리는 약 0.5℃/hour의 속도로 서냉되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  38. 청구항 32에 있어서, 상기 유리는 용융 염욕에서 이온 교환에 의해 화학 강화되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  39. 청구항 38에 있어서, 상기 용융염은 KNO3인 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  40. 청구항 32에 있어서, 상기 유리는 약 390℃ 내지 약 450℃의 온도에서 이온 교환에 의해 화학 강화되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  41. 청구항 32에 있어서, 상기 유리는 최대 약 8시간 동안 이온 교환되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  42. 청구항 41에 있어서, 상기 유리는 최대 약 4시간 동안 이온 교환되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  43. 청구항 42에 있어서, 상기 유리는 최대 약 2시간 동안 이온 교환되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
  44. 청구항 32에 있어서, 상기 유리는 약 2시간 내지 약 8시간 동안 이온 교환되는 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리의 제조 방법.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105293901A (zh) * 2014-07-01 2016-02-03 科立视材料科技有限公司 化学强化碱铝硅酸盐玻璃用玻璃组合物及其制造方法
US10457585B2 (en) * 2015-04-21 2019-10-29 Agc Glass Europe Chemically temperable glass sheet
JP6897270B2 (ja) * 2017-04-20 2021-06-30 Ａｇｃ株式会社 化学強化ガラス
CN107365071B (zh) * 2017-06-29 2020-01-03 东旭（营口）光电显示有限公司 一种玻璃组合物及其制备方法和应用
CN107673602B (zh) * 2017-10-25 2020-08-07 北京工业大学 一种可高效化学强化的无碱土金属氧化物的高碱铝硅酸盐玻璃
CN109912180A (zh) * 2019-03-28 2019-06-21 河北视窗玻璃有限公司 一种盖板玻璃的生产方法
CN110128008B (zh) * 2019-05-16 2021-09-10 重庆鑫景特种玻璃有限公司 低曲率半径超薄强化玻璃及其制备方法、玻璃器件和素玻璃
CN111360269B (zh) * 2020-04-03 2022-05-06 浙江蓝天知识产权运营管理有限公司 一种多级纳米结构增强的叠层状镍基复合材料及其制备方法
JP2024506552A (ja) 2021-02-04 2024-02-14 コーニング インコーポレイテッド 製造可能性が向上した、低弾性率のイオン交換可能なガラス

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012148955A (ja) * 2010-09-30 2012-08-09 Avanstrate Inc カバーガラスの製造方法及びカバーガラス
WO2013073685A1 (ja) * 2011-11-18 2013-05-23 旭硝子株式会社 化学強化用ガラスおよび化学強化ガラス

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6374935A (ja) * 1986-09-17 1988-04-05 Nippon Electric Glass Co Ltd 耐薬品性に優れたガラス基板
GB2335423A (en) * 1998-03-20 1999-09-22 Pilkington Plc Chemically toughenable glass
CN101679105B (zh) * 2007-06-07 2015-06-17 日本电气硝子株式会社 强化玻璃基板及其制造方法
JP5467490B2 (ja) * 2007-08-03 2014-04-09 日本電気硝子株式会社 強化ガラス基板の製造方法及び強化ガラス基板
JP5375608B2 (ja) * 2008-01-28 2013-12-25 旭硝子株式会社 データ記憶媒体基板用ガラス、データ記憶媒体用ガラス基板および磁気ディスク
CN201332928Y (zh) * 2009-01-21 2009-10-28 成都市温江星火专利开发研究所 伸缩式衣架
CN102092940A (zh) * 2009-12-11 2011-06-15 肖特公开股份有限公司 用于触摸屏的铝硅酸盐玻璃
JP5834793B2 (ja) * 2010-12-24 2015-12-24 旭硝子株式会社 化学強化ガラスの製造方法
JP2012214356A (ja) * 2010-12-29 2012-11-08 Avanstrate Inc カバーガラス及びその製造方法
US20140011035A1 (en) * 2011-03-31 2014-01-09 Nippon Sheet Glass Company, Limited Glass composition suitable for chemical strengthening and chemically strengthened glass article
JP2012250861A (ja) * 2011-05-31 2012-12-20 Asahi Glass Co Ltd 化学強化ガラス板
TWI591039B (zh) * 2011-07-01 2017-07-11 康寧公司 具高壓縮應力的離子可交換玻璃
CN104024171A (zh) * 2011-10-31 2014-09-03 旭硝子株式会社 玻璃基板及其制造方法
CN104039727A (zh) * 2011-12-29 2014-09-10 日本电气硝子株式会社 无碱玻璃
JP5764084B2 (ja) * 2012-03-15 2015-08-12 日本板硝子株式会社 ガラス組成物、化学強化用ガラス組成物、強化ガラス物品、ディスプレイ用のカバーガラスおよび強化ガラス物品の製造方法
JP2014001124A (ja) * 2012-05-25 2014-01-09 Asahi Glass Co Ltd 化学強化ガラス板、カバーガラスおよびディスプレイ装置
JP2014024717A (ja) * 2012-07-27 2014-02-06 Asahi Glass Co Ltd Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ太陽電池用ガラス板およびそれを用いた太陽電池とその製造方法
JP2014141363A (ja) * 2013-01-23 2014-08-07 Konica Minolta Inc 化学強化可能なガラス，ガラス板及び化学強化カバーガラス

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012148955A (ja) * 2010-09-30 2012-08-09 Avanstrate Inc カバーガラスの製造方法及びカバーガラス
WO2013073685A1 (ja) * 2011-11-18 2013-05-23 旭硝子株式会社 化学強化用ガラスおよび化学強化ガラス

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