KR20160087867A

KR20160087867A - 내-스크래치성 보로알루미노실리케이트 유리

Info

Publication number: KR20160087867A
Application number: KR1020167016133A
Authority: KR
Inventors: 아담 제임스 엘리슨; 존 크리스토퍼 마우로; 주니어 더글라스 마일스 노니; 린 마리 티리옹; 나테산 벤카타라만
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2016-07-22
Also published as: WO2015077109A1; US20150140299A1; TWI647201B; JP2016537289A; EP3071531B1; JP2020040881A; JP7184737B2; EP3071531A1; KR102322091B1; CN106414358B; TW201527250A; JP6976057B2; TW201920032A; TWI689479B; CN106414358A

Abstract

높은 수준의 고유한 내스크래치성을 갖는 이온 교환 가능한 보로알루미노실리케이트 유리는 제공된다. 상기 유리는 네트워크 형성제인 SiO₂, B₂O₃, 및 Al₂O₃, 및 Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나를 포함한다. 이온 교환된 경우, 이들 유리는 적어도 약 40 Newtons (N)의 누프 스크래치 임계값을 가질 수 있다. 이들 유리는 또한 유리 적층용 클래드층을 형성하는데 사용될 수 있고, 여기서 코어층은 클래드 유리의 열팽창계수를 초과하는 열팽창계수를 갖는다.

Description

내-스크래치성 보로알루미노실리케이트 유리 {SCRATCH-RESISTANT BOROALUMINOSILICATE GLASS}

본 출원은 2013년 11월 20일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/906,666호의 우선권을 주장하고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.

본 개시는 높은 수준의 고유한 내스크래치성을 갖는 이온 교환 가능한 유리에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 개시는 네트워크 형성제 (network formers)인 SiO₂, B₂O₃, 및 Al₂O₃를 함유하는 이온 교환 가능한 유리에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로는, 본 개시는 이러한 이온 교환 가능한 유리를 포함하는 클래드층 (clad layer)을 갖는 유리 적층 (glass laminates)에 관한 것이다.

높은 수준의 고유한 내스크래치성을 갖는 이온 교환 가능한 보로알루미노실리케이트 유리는 제공된다. 상기 유리는 네트워크 형성제인 SiO₂, B₂O₃, 및 Al₂O₃, 및 Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나를 포함한다. 이온 교환된 경우, 이들 유리는 적어도 약 40 Newtons (N)의 누프 (Knoop) 스크래치 임계값 (scratch thresholds)을 가질 수 있다. 이들 유리는 또한 유리 적층용 클래드층을 형성하는데 사용될 수 있고, 여기서 코어층은 클래드 유리의 열팽창계수를 초과하는 열팽창계수를 갖는다.

따라서, 본 개시의 하나의 관점은 약 50 mol% 내지 약 70 mol%의 SiO₂; 약 5 mol% 내지 약 12 mol%의 Al₂O₃; 약 5 mol% 내지 약 35 mol%의 B₂O₃; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나, 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 15 mol%; 약 5 mol%까지의 MgO; 약 5 mol%까지의 CaO; 및 약 2 mol%까지의 SrO를 포함하는 유리를 제공하는데 있다.

본 개시의 제2 관점은 SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, 및 Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나를 포함하는 유리를 제공하는 데 있고, 여기서 상기 유리는 이온 교환되고 적어도 약 40 N (Newtons)의 누프 스크래치 임계값을 갖는다.

본 개시의 제3 관점은 코어 유리 및 상기 코어 유리의 외부 표면상에 적층된 클래드 유리를 포함하며, 상기 클래드 유리층은 약 50 mol% 내지 약 70 mol%의 SiO₂; 약 5 mol% 내지 약 12 mol%의 Al₂O₃; 약 5 mol% 내지 약 35 mol%의 B₂O₃; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나, 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 15 mol%; 약 5 mol%까지의 MgO; 약 5 mol%까지의 CaO; 및 약 2 mol%까지의 SrO를 포함하고, 여기서 상기 클래드 유리는 제1 열팽창계수를 가지며, 상기 코어 유리는 상기 제1 열팽창계수를 초과하는 제2 열팽창계수를 갖는 유리 적층를 제공하는 데 있다.

본 개시의 제4 관점은 코어 유리 및 클래드 유리를 포함하는 유리 적층을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다. 상기 방법은: 코어 유리 용융물을 제공하는 단계; 상기 코어 유리 용융물을 퓨전-인발 (fusion-drawing)하여 코어 유리를 형성하는 퓨전-인발 단계; 클래드 유리 용융물을 제공하는 단계; 및 상기 클래드 유리 융융물을 퓨전-인발하여 상기 클래드 유리를 형성하는 퓨전-인발 단계를 포함하고, 여기서 상기 클래드 유리는 상기 코어 유리의 적어도 일부를 감싸고, 상기 코어 유리는 상기 클래드 유리를 초과하는 열팽창계수를 갖는다. 상기 클래드 유리 융융물은 약 50 mol% 내지 약 70 mol%의 SiO₂; 약 5 mol% 내지 약 12 mol%의 Al₂O₃; 약 5 mol% 내지 약 35 mol%의 B₂O₃; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나, 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 15 mol%; 약 5 mol%까지의 MgO; 약 5 mol%까지의 CaO; 및 약 2 mol%까지의 SrO를 포함한다.

이들 및 다른 관점, 장점, 및 현저한 특색은 하기 상세한 설명, 수반되는 도면, 및 첨부된 청구항을 명백해질 것이다.

도 1은 유리 적층의 개략적인 단면도이다; 및
도 2는 표 1에 열거된 유리 조성물에 대한 누프 스크래치 임계값 (scratch thresholds)의 플롯이다; 및
도 3은 표 1에 열거된 유리 조성물에 대한 비커스 (Vickers) 균열 개시 임계값의 플롯이다.

하기 상세한 설명에서, 동일한 참조 부호는 도면들에 도시된 몇 가지 도들 도처에서 동일하거나 또는 상응하는 부품을 지명한다. 또한, 별도의 언급이 없는 한, "상부", "하부", "외부", "내부", 및 이와 유사한 것과 같은 용어는 편의의 단어이지 제한 용어로 해석되지 않는 것으로 이해된다. 부가적으로, 군 (group)이 요소의 군 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기재된 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여 인용된 이들 요소의 어떤 수를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어질 수 있다. 유사하게, 군이 요소의 군 및 이들의 조합 중 적어도 하나로 이루어진 것으로 기재된 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여 인용된 이들 요소의 어떤 수로 이루어질 수 있다. 별도의 언급이 없는 한, 인용된 경우, 값의 범위는, 상기 범위의 상한 및 하한값들뿐만 아니라 그들 사이의 어떤 값을 모두 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, "단수" 및 "복수"는 특별히 구분없이 사용되며, 별도의 언급이 없는 한, "단수" 및 "복수" 모두 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다. 본 명세서 및 도면들에 개시된 다양한 특색들은 어떤 하나 및 모두 조합하여 사용될 수 있는 것으로 또한 이해된다.

여기에 사용된 바와 같은, 용어 "유리 제품" 및 "유리 제품들"은 유리로 전체적으로 또는 부분적으로 만들어진 어떤 물건을 포함하는 넓은 의미로 사용된다. 별도의 언급이 없다면, 모든 조성물은 몰 퍼센트 (mol%)로 표시된다. 열팽창계수 (CTE)는 10^-7/℃로 표시되며, 별도의 언급이 없다면, 약 20℃ 내지 약 300℃의 온도 범위에 걸쳐 측정된 값을 나타낸다.

용어 "실질적으로" 및 "약"은 어떤 정량적인 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 내재하는 불활성의 정도를 나타내는 것으로 여기에서 활용될 수 있는 점에 주목된다. 이들 용어는 또한 문제의 주제의 기본적인 기능의 변화를 결과하지 않고 정량적인 표현이 명시된 기준으로부터 변할 수 있는 정도를 나타내는 것으로 여기에서 활용된다. 따라서, "P₂O₅가 실질적으로 없는" 유리는, 예를 들어, P₂O₅가 유리에 능동적으로 첨가되지 않았거나 또는 배치되지는 (batched) 않았지만, 오염물로서 매우 소량으로 존재할 수 있는 유리이다.

일반적으로 도면, 특히, 도 1을 참조하면, 예시는 특정 구체 예를 묘사하는 목적을 위한 것이며, 본 개시 또는 여기에 첨부된 청구항을 제한하지 않는 것으로 이해될 것이다. 상기 도면들은 반드시 스케일을 필요로하지 않으며, 상기 도면들의 어떤 특색 및 어떤 도들은 명료성 및 간결성을 도모하기 위해 스케일을 조정하여 확장되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다.

이온 교환 가능한 유리 및 이로부터 만들어진, 예를 들어, 적층과 같은 유리 제품은 여기에 개시된다. 유리는 높은 본래의 내스크래치성을 달성하기 위해 특별히 고농도의 삼각형 배위된 (trigonally coordinated) B₂O₃를 갖는, 네트워크 형성제 SiO₂, B₂O₃, 및 Al₂O₃를 포함한다. 이들 유리는 또한 알칼리 금속 산화물 Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나를 포함하고, 통상적으로 화학적으로 강화된 유리에 대해 관측된 것과 비교하여 더 낮은 CTE 값을 갖는다. 여기에 개시된 유리는 적층에서 클래드층으로 또는 개별적으로 퓨전 인발될 수 있다. 더 높은 CTE를 갖는 코어 유리와 쌍을 이룬 경우, 상기 클래드층은, 유리의 기계적 성능 (예를 들어, 내손상성 및 내스크래치성)을 더욱 개선시키는, 부가적인 압축 응력에 적용될 것이다.

몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리는, 슬롯-인발 및 퓨전-인발 공정과 같은, 기술분야에서 알려진 다운-인발 공정에 의해 형성 가능하다. 상기 퓨전 인발 공정은 얇은 유리 시트의 대량 제작을 위해 사용된 산업적인 기술이다. 플로우트 또는 슬롯 인발 공정과 같은, 다른 평평한 유리 제작 기술과 비교하면, 상기 퓨전 인발 공정은 우수한 평탄도 및 표면 품질을 갖는 얇은 유리 시트를 산출한다. 그 결과, 상기 퓨전 인발 공정은, 노트북, 오락 장치, 테블릿, 랩탑, 등과 같은, 개인용 전자 장치용 커버 유리뿐만 아니라, 액정 디스플레이용 얇은 유리 기판의 제작에서 주된 제작 기술이 되었다.

상기 퓨전 인발 공정은 통상적으로 지르콘 또는 또 다른 내화성 물질로 만들어진, "아이소파이프 (isopipe)"로 알려진 홈통을 넘는 용융 유리의 흐름을 포함한다. 용융 유리는 양 측면으로부터 상기 아이소파이프의 상부를 넘쳐 단일 시트를 형성하기 위해 상기 아이소파이프의 하부에서 만나고, 여기서 최종 시트의 오직 내부만이 아이소파이프와 직접 접촉한다. 상기 최종 유리 시트의 노출된 표면이 인발 공정 동안 아이소파이프 물질과 접촉하지 않기 때문에, 유리의 양쪽 외부 표면은 원래 그대로의 품질이고, 후속 마감 공정을 요구하지 않는다.

퓨전 인발이 가능하기 위하여, 유리는 충분히 높은 액상선 점도 (즉, 액상선 온도에서 용융 유리의 점도)를 가져야 한다. 몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리는 적어도 약 30 kilopoise (kpoise); 다른 구체 예에서, 적어도 약 100 kpoise; 다른 구체 예에서, 적어도 약 120 kpoise; 및 또 다른 구체 예에서, 적어도 약 300 kpoise의 액상선 점도를 갖는다. 알칼리-도핑 및 알칼리-없는 유리가 유리 적층에서 클래드층으로 사용되고, 온도에 대한 코어 유리의 점도 거동이 대략 상기 클래드 유리의 것과 동일한 경우에서, 상기 클래드 유리의 액상선 점도는 약 70 kPoise 이상일 수 있다.

전통적인 퓨전 인발은 단일 아이소파이프를 사용하여 달성되어 균일한 유리 제품을 결과한다. 좀 더 복잡한 적층 퓨전 공정은 외부 클래드층에 의해 일면 (또는 양면)에 둘러싸인 코어 유리 조성물을 포함하는 적층 시트를 형성하기 위해 두 개의 아이소파이프를 사용한다. 적층 퓨전의 주요 장점 중 하나는, 클래드 유리의 열팽창계수가 코어 유리의 열팽창계수보다 낮은 경우 발생하는 CTE 차이가 외부 클래드층에 압축 응력을 결과하는 점이며, 이는 최종 유리 제품의 강도를 증가시키고, 몇몇 구체 예에서, 이온 교환을 통해 적층의 클래드 유리를 강화할 필요를 제거한다. 그러나, 여기에 기재된 유리는 이온 교환 가능하기 때문에, 표면 압축 응력은 적층 없이 유리에 부여될 수 있다.

따라서, 몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 알칼리-도핑 및 알칼리-없는 유리는, 도 1에 개략적으로 나타낸, 유리 적층을 형성하는데 사용될 수 있다. 유리 적층 (100)은 여기에 기재된 알칼리-도핑된 및 알칼리-없는 유리로부터 형성된 클래드 유리 (120) 또는 "클래드층"에 의해 둘러싸인 코어 유리 (110)를 포함한다. 상기 코어 유리 (110)는 클래드층 (120)에서 알칼리-도핑 및 알칼리-없는 유리의 CTE를 초과하는 CTE를 갖는다. 상기 코어 유리는, 몇몇 구체 예에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리일 수 있다. 하나의 비-제한 예에서, 상기 코어 유리는, 66.9 mol%의 SiO₂, 10.1 mol%의 Al₂O₃, 0.58 mol%의 B₂O₃, 7.45 mol%의 Na₂O, 8.39 mol%의 K₂O, 5.78 mol%의 MgO, 0.58 mol%의 CaO, 0.2 mol%의 SnO₂, 0.01 mol% ZrO₂, 및 0.01 mol% Fe₂O₃의 조성을 가지며, 572℃의 변형점, 629℃의 어닐링점, 888℃의 연화점, 및 CTE = 95.5 x 10^-7/℃를 갖는, 알칼리 알루미노실리케이트 유리이다.

적층 제품에 클래드 유리로서 사용된 경우, 여기에 기재된 유리는 클래드층에 높은 압축 응력을 제공할 수 있다. 여기에 기재된 저 알칼리 금속 산화물/알칼리-도핑 및 알칼리-없는 퓨전-형성 가능한 유리의 CTE는 일반적으로 약 75 x 10^-7/℃ 이하의 범위, 및 몇몇 구체 예에서, 약 55 x 10^-7/℃ 이하의 범위이다. 이러한 유리가, 예를 들어, 90 x 10^-7/℃의 CTE를 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 유리 (예를 들어, 코닝사에서 제작한, Gorilla® Glass)와 쌍을 이룬 경우, 상기 클래드 유리에서 예상된 압축 응력은 하기에 제공된 탄성 응력 수학식을 사용하여 계산될 수 있고, 여기서 하기 수학식 1 및 2는, 각각 코어 유리 및 클래드 유리를 위미한다:

[수학식 1]

및

[수학식 2]

여기서, E는 영률이고, ν는 푸아송비이며, t는 유리 두께이고, σ는 응력이며, 및 e₂-e₁는 클래드 유리와 코어 유리 사이의 열팽창에서 차이이다. 상기 클래드 유리 및 코어 유리에 대해 동일한 탄성 계수 및 푸아송비의 사용은 상기 수힉식들을 더욱 단순화시킨다.

상기 클래드 유리 및 코어 유리 사이에서 열팽창의 차이에 기인한 상기 클래드층에서의 압축 응력을 계산하면, 상기 응력은 클래드 및 코어의 더 연질 유리의 변형점 아래에서 설정되는 것으로 추정된다. 상기 클래드 유리에서 응력은 이 추정 및 상기 수학식들을 사용하여 추정될 수 있다. 0.5-1.0 mm 범위의 전체 두께 및 10-100㎛의 클래드 유리 두께인, 약 30 x 10^-7/℃의 CTE를 갖는 통상적인 디스플레이-형 클래드 유리 및 90 x 10^-7/℃의 CTE를 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 코어 유리에 대하여, 상기 클래드 유리의 압축 응력은 약 200 MPa 내지 약 315 MPa의 범위에 있는 것으로 추정된다. 몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리는 약 40 x 10^-7/℃ 미만, 및 몇몇 구체 예에서, 약 35 x 10^-7/℃ 미만의 열팽창계수를 갖는다. 이들 유리에 대하여, 상기 클래드 유리층의 압축 응력은 적어도 약 30 MPa, 다른 구체 예에서, 적어도 약 40 MPa, 및 다른 구체 예에서, 적어도 약 80 MPa일 것이다.

여기에 기재된 유리는 특별히 낮은 열팽창계수를 갖는다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리의 CTE는 약 40 × 10^-7/℃ 미만, 다른 구체 예에서, 약 35 x 10^-7/℃ 미만이다. 더 높은 CTE를 갖는 코어 유리와 쌍을 이루는 경우, 여기에 기재된 유리는 최종 적층된 유리 제품의 클래드층에서 높은 수준의 압축 응력을 제공한다. 이는 유리 적층 제품의 강도를 증가시킨다. 적어도 약 30 MPa, 다른 구체 예에서, 적어도 약 40 MPa, 및 또 다른 구체 예에서, 적어도 약 80 MPa의 실온 압축 응력은, 적층의 클래드층에 여기에 개시된 유리를 사용하여 달성 가능하다. 클래드층으로 사용된 경우, 여기에 기재된 유리의 액상선 점도 요구조건은 낮아질 수 있다. 온도에 대한 코어 유리의 점도 거동이 대략 클래드 유리의 것과 동일한 (즉, "일치되는") 구체 예에서, 상기 클래드 유리의 액상선 점도는 약 70 kPoise 이상일 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 상기 클래드 유리 조성물은 다른 상업적으로 이용 가능한 퓨전-인발 유리의 것보다 충분히 낮은 영률 및 전단 모듈의 값을 갖는다. 몇몇 구체 예에서, 상기 영률은 약 70 gigapascals (GPa) 미만 및 다른 구체 예에서, 약 65 GPa 미만이다. 상기 저 탄성 계수는 높은 수준의 고유한 내손상성을 갖는 유리를 제공한다.

몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리는: 약 50 mol% 내지 약 70 mol%의 SiO₂ (즉, 50 mol% ≤ SiO₂ ≤ 70 mol%); 약 5 mol% 내지 약 12 mol%의 Al₂O₃ (즉, 5 mol% ≤ Al₂O₃ ≤ 12 mol%); 약 5 mol% 내지 약 35 mol%의 B₂O₃ (즉, 5 mol% ≤ B₂O₃ ≤ 35 mol%); Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나, 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 15 mol%; 약 5 mol%까지의 MgO (즉, 0 mol% ≤ MgO ≤ 5 mol%); 약 5 mol%까지의 CaO (즉, 0 mol% ≤ CaO ≤ 5 mol%); 및 약 2 mol%까지의 SrO (즉, 0 mol% ≤ SrO ≤ 2 mol%)을 포함하거나 또는 필수적으로 이루어진다. 몇몇 구체 예에서, 4 mol% ≤ MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ Al₂O₃ + 4 mol% 및, 몇몇 구체 예에서, 4 mol% ≤ B₂O₃ - (MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O - Al₂O₃) ≤ 35 mol%이다. 어떤 구체 예에서, 상기 유리는 0 mol%의, P₂O₅ 및/또는 알칼리 금속 산화물 개질제를 함유하거나 또는 실질적으로 없다.

상기 유리는 약 0.5 mol%까지의 Fe₂O₃ (즉, 0 mol% ≤ Fe₂O₃ ≤ 0.5 mol%); 약 0.5 mol%까지의 ZrO₂ (즉, 0 mol% ≤ ZrO₂ ≤ 0.5 mol%); 및, 선택적으로, SnO₂, CeO₂, As₂O₃, Sb₂O₅, Cl^-, F^-, 또는 이와 유사한 것과 같은 적어도 하나의 청징제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 청징제는, 몇몇 구체 예에서, 약 0.5 mol%까지의 SnO₂ (즉, 0 mol% ≤ SnO₂ ≤ 0.5 mol%); 약 0.7 mol%까지의 CeO₂ (즉, 0 mol% ≤ CeO₂ ≤ 0.7 mol%); 약 0.5 mol%까지의 As₂O₃ (즉, 0 mol% ≤ As₂O₃ ≤ 0.5 mol%); 및 약 0.5 mol%까지의 Sb₂O₃ (즉, 0 mol% ≤ Sb₂O₃ ≤ 0.5 mol%)를 포함할 수 있다.

특정 구체 예에서, 상기 유리는: 약 62 mol% 내지 약 68 mol%의 SiO₂ (즉, 62 mol% ≤ SiO₂ ≤ 68 mol%); 약 6 mol% 내지 약 10 mol%의 Al₂O₃ (즉, 6 mol% < Al₂O₃ ≤ 10 mol%); 약 6 mol% 내지 약 20 mol%의 B₂O₃ (즉, 6 mol% ≤ B₂O₃≤ 20 mol%); Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나, 여기서 6 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 13 mol%; 약 4 mol%까지의 MgO (즉, 0 mol% ≤ MgO≤ 4 mol%); 약 4 mol%까지의 CaO (즉, 0 mol% ≤ CaO≤ 4 mol%); 및 약 1 mol%까지의 SrO (즉, 0 mol% ≤ SrO≤ 1 mol%)을 포함하거나 또는 필수적으로 이루어진다. 몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리에서 MgO, CaO, SrO, Li₂O, Na₂O, 및 K₂O의 총 양은 약 4 mol% 이상 및 유리에 존재하는 Al₂O₃의 양에 더하여 4 mol% 이하 (즉, 4 mol% ≤ MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ Al₂O₃ + 4 mol%)이다. 몇몇 구체 예에서, 4 mol% ≤ B₂O₃ - (MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O - Al₂O₃) ≤ 20 mol%. 어떤 구체 예에서, 상기 유리는 0 mol%의, P₂O₅, 및/또는 알칼리 금속 산화물 개질제를 함유하거나 또는 실질적으로 없다.

상기 유리는 약 0.5 mol%까지의 ZrO₂ (즉, 0 mol% ≤ ZrO₂ ≤ 0.5 mol%), 약 0.5 mol%까지의 Fe₂O₃ (즉, 0 mol% ≤ Fe₂O₃ ≤ 0.5 mol%) 및 SnO₂, CeO₂, As₂O₃, Sb₂O₅, Cl^-, F^-, 또는 이와 유사한 것과 같은 적어도 하나의 청징제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 청징제는, 몇몇 구체 예에서, 약 0.5 mol%까지의 SnO₂ (즉, 0 mol% ≤ SnO₂ ≤ 0.5 mol%); 약 0.7 mol%까지의 CeO₂ (즉, 0 mol% ≤ CeO₂ ≤ 0.7 mol%); 약 0.5 mol%까지의 As₂O₃ (즉, 0 mol% ≤ As₂O₃ ≤ 0.5 mol%); 및 약 0.5 mol%까지의 Sb₂O₃ (즉, 0 mol% ≤ Sb₂O₃ ≤ 0.5 mol%)를 포함할 수 있다.

이들 유리의 조성물 및 비-제한 예는 표 1에 기재된다. 이들 유리의 각각의 산화물 성분은 기능을 제공한다. 실리카 (SiO₂)는, 예를 들어, 주된 유리 형성 산화물이고, 용융 유리에 대해 네트워크 백본을 형성한다. 순수한 SiO₂는 저 CTE를 갖고, 알칼리 금속이 없다. 그러나, 이의 매우 높은 용융 온도에 기인하여, 순수한 SiO₂는 퓨전 인발 공정과 호환 가능하지 않다. 점도 곡선은 또한 너무 높아서 적층 구조에서 어떤 코어 유리와 일치할 수 없다. 몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리에서 SiO₂의 양은 약 60 mol% 내지 약 70 mol% 범위이다. 다른 구체 예에서, 상기 SiO₂ 농도는 약 62 mol% 내지 약 68 mol% 범위이다.

실리카에 부가하여, 여기에 기재되 유리는 안정한 유리 형성, 낮은 CTE, 낮은 영률, 낮은 전단 계수를 달성하고, 용융 및/또는 형성을 용이하게 하기 위해 네트워크 형성제인 Al₂O₃ 및 B₂O₃를 포함한다. 적절한 농도에서 3개의 이들 네트워크 형성제 모두를 혼합시켜, 안정한 벌크 유리 형성을 달성하는 것이 가능하면서, CTE 및 전단 계수를 증가시키도록 작용하는, 알칼리 또는 알칼리토 산화물과 같은 네트워크 개질제에 대한 필요를 최소화시킨다. SiO₂와 같이, Al₂O₃는 유리 네트워크에 대한 강성 (rigidity)에 기여한다. 알루미나는 사배 또는 오배 배위로, 유리에 존재할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리는 약 5 mol% 내지 약 12 mol%의 Al₂O₃, 및 특정 구체 예에서, 약 6 mol% 내지 약 10 mol%의 Al₂O₃를 포함한다.

산화 붕소 (B₂O₃)는 또한 점도를 감소시키는데 사용되고, 따라서 유리를 용융 및 형성하는 능력을 개선시키는 유리-형성 산화물이다. B₂O₃는 유리 네트워크에서 3배 또는 4배 배위로 존재할 수 있다. 3배 배위된 B₂O₃는 영률 및 전단 계수를 감소시키기 위한 가장 효과적인 산화물이고, 따라서, 유리의 고유한 내손상성을 개선시킨다. 따라서, 여기에 기재된 유리는, 몇몇 구체 예에서, 약 5 mol% 내지 약 35 mol%까지의 B₂O₃ 및, 다른 구체 예에서, 약 6 mol% 내지 약 20 mol%의 B₂O₃를 포함한다.

B₂O₃과 같은, 알칼리토 산화물 (MgO, CaO, 및 SrO)은 또한 유리의 용융 거동을 개선시킨다. 그러나, 이들은 또한 CTE 및 영률 및 전단 계수를 증가시키도록 작용한다. 몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리는 약 5 mol%까지의 MgO, 약 5 mol%까지의 CaO, 및 약 2 mol%까지의 SrO를 포함한다. 다른 구체 예에서, 이들 유리는 약 4 mol%까지의 MgO, 약 2 mol% 약 4 mol%까지의 CaO, 및 약 1 mol%까지의 SrO를 포함할 수 있다.

알칼리 산화물인 Li₂O_, Na₂O, 및 K₂O는 이온 교환에 의해 유리의 화학적 강화를 달성하는데 사용된다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리는, 예를 들어, KNO₃를 함유하는 염 욕조에 칼륨에 대해 교환될 수 있는, Na₂O를 포함한다. 여기에 개시된 유리에 대하여, 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 15 mol%, 및 어떤 구체 예에서, 6 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 13 mol%이다. 몇몇 구체 예에서, 1 mol% ≤ Na₂O ≤ 15 mol%, 다른 구체 예에서, 6 mol% ≤ Na₂O ≤ 13 mol%, 및 어떤 구체 예에서, 상기 유리는 Li₂O 및 K₂O이 실질적으로 없거나, 또는 0 mol%의 Li₂O 및 K₂O를 포함한다. 다른 구체 예에서, 1 mol% ≤ Li₂O ≤ 15 mol%, 및 어떤 구체 예에서, 6 mol% ≤ Li₂O ≤ 13 mol%이다. 다른 구체 예에서, 1 mol% ≤ K₂O ≤ 15 mol%, 및 어떤 구체 예에서, 6 mol% ≤ K₂O ≤ 13 mol%이다.

유리에서 대부분의 B₂O₃가 3배 배위 상태에 있고, 따라서 높은 본래의 내스크래치성을 얻는 것을 보장하기 위해, 4 mol% ≤ MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ Al₂O₃ + 4 mol%이다. 몇몇 구체 예에서, 4 mol% ≤ B₂O₃ - (MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O - Al₂O₃) ≤ 35 mol% 및, 다른 구체 예에서, 4 mol% ≤ B₂O₃ - (MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O - Al₂O₃) ≤ 20 mol%이다.

상기 유리는 또한 용융 동안 기체 포유물 (gaseous inclusions)의 제거를 돕도록 작은 농도로 SnO₂, CeO₂, As₂O₃, Sb₂O₅, Cl^-, F^-, 또는 이와 유사한 것과 같은 적어도 하나의 청징제를 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리는 약 0.5 mol%까지의 SnO₂, 약 0.7 mol%까지의 CeO₂, 약 0.5 mol%까지의 As₂O₃, 및/또는 약 0.5 mol%까지의 Sb₂O₃를 포함할 수 있다.

소량의 ZrO₂는 또한 용융장치에서 지르코니아-계 내화성 물질과 고온의 유리의 접촉에 의해 도입될 수 있고, 따라서 유리에서 이의 수준의 관찰은 시간에 따른 탱크의 마모율을 판단하는데 중요할 수 있다. 상기 유리는, 몇몇 구체 예에서, 약 0.5 mol%까지의 ZrO₂를 포함한다. 상기 유리는 저농도의 Fe₂O₃를 더욱 포함할 수 있는데, 이는 이 물질이 배치 물질에서 보통 불순물이기 때문이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리는 약 0.5 mol%까지의 Fe₂O₃를 포함할 수 있다.

여기에 기재된 유리 조성물의 비-제한 실시 예들은 표 1에 열거된다. 표 2는 표 1에 열거된 실시 예들의 선택된 물리적 특성들 (변형점, 어닐링점 및 연화점, 밀도, CTE, 액상선 온도, 모듈러스, 굴절률, 및 응력 광학 모듈러스 (SOC))을 열거한다.

대표적인 유리 조성물

mol%	1	2	3	4	5
SiO₂	64.39	64.62	64.05	65.17	65.51
Al₂O₃	6.11	6.95	7.57	8.35	9.11
B₂O₃	22.23	20.11	19.19	16.29	14.22
Na₂O	0.73	2.41	3.80	5.15	6.76
K₂O	0.02	0.01	0.01	0.01	0.01
MgO	3.11	3.00	2.88	2.84	2.69
CaO	3.16	2.74	2.33	2.05	1.59
SrO	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
BaO	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
SnO₂	0.13	0.09	0.08	0.08	0.05
ZrO₂	0.10	0.06	0.06	0.05	0.05
Fe₂O₃	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
합계	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00

mol%	6	7	8	9	10
SiO₂	65.96	66.13	66.47	67.09	67.19
Al₂O₃	9.76	10.71	11.63	12.21	12.47
B₂O₃	12.30	9.97	7.32	5.27	4.62
Na₂O	7.84	9.58	11.64	12.69	13.12
K₂O	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
MgO	2.67	2.59	2.50	2.42	2.36
CaO	1.35	0.94	0.34	0.21	0.12
SrO	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
BaO	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
SnO₂	0.05	0.03	0.06	0.08	0.08
ZrO₂	0.04	0.02	0.01	0.01	0.01
Fe₂O₃	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
합계	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00

표 1에 열거된 유리의 물리적 특성

실시 예	1	2	3	4	5
어닐링점 (℃)	578.9	562.4	560.5	563.9	567.4
변형점 (℃)	524.8	510.6	511.4	514	517.2
연화점 (℃)	860.9	810.9	805.2	806	814
밀도 (g/㎤)	2.204	2.228	2.251	2.27	2.292
CTE (x10^-7/℃)	33.0	36.8	40.8	45.1	49.9
액상선 온도 (℃):	None	None	None	None	900
모듈러스 (Mpsi)	7.56	9.60	9.35	9.19	8.86
굴절률	1.4840	1.4859	1.4874	1.4887	1.4897
SOC	4.809	4.476	4.27	4.15	3.958

실시 예	6	7	8	9	10
어닐링점 (℃)	573.7	582.7	598.5	613.1	619.6
변형점 (℃)	525	533.4	547	560.6	566.3
연화점 (℃)	820.8	831.8	853.4	878	885.8
밀도 (g/㎤)	2.309	2.334	2.36	2.376	2.383
CTE (x10^-7/℃)	53.9	52.2	66.9	71.6	72.4
액상선 온도 (℃):	960	955	990	1010	1010
모듈러스 (Mpsi)	8.69	8.40	9.63	8.20	7.96
굴절률	1.4909	1.4924	1.4937	1.4952	1.4951
SOC	3.801	3.68	3.523	3.426	3.343

몇몇 관점에서, 여기에 기재된 유리는 이온 교환 가능하다; 즉, 이들 유리에서 존재하는 양이온 - 통상적으로 일가 알칼리 금속 양이온 -은, 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 양이온 - 비록 Ag⁺ 또는 Tl⁺과 같은 다른 양이온일지라도, 통상적으로 일가 알칼리 금속 양이온 -과 대체된다. 더 큰 양이온으로 더 작은 양이온의 대체는 압축, 또는 압축 응력 CS 하에 있는 표면층을 생성한다. 이 층은 표면으로부터 유리의 내부 또는 벌크 내로 층의 깊이 DOL로 확장된다. 유리의 표면층에서 압축 응력은 유리의 내부 또는 안쪽 영역에서, 인장 응력, 또는 중심 인장 CT에 의해 균형을 이룬다. 압축 응력 및 층의 깊이는 기술분야에서 알려진 이들 수단들을 사용하여 측정된다. 이러한 수단은 Luceo Co., Ltd. (Tokyo, Japan) 등에 의해 제작된, FSM-6000과 같은 상업적으로 이용 가능한 기구를 사용하여 표면 응력의 측정 (FSM)을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 압축 응력 및 층의 깊이를 측정하는 방법은 명칭이 "Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass"인 ASTM 1422C-99, 및 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"에 기재되며, 이들의 전제적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다. 표면 응력 측정은, 유리의 응력-유도 복굴절 (birefringence)과 연관된, 응력 광학 계수 (SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는 결과적으로 섬유 및 4점 굽힘 방법들, 이들 모두는 명칭이 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"인 ASTM 표준 C770-98 (2008)에 기재되고, 이들의 전제적인 내용은 참조로서 여기에 혼입됨, 및 벌크 실린더 방법과 같은, 기술분야에서 알려진 이들 방법에 의해 측정된다. 표 1에 열거된 유리 조성물에 대해 결정된 SOC 값은 표 2에 보고된다.

특정 비-제한 구체 예에서, 이온 교환은 질화 칼륨 (KNO₃) 및, 선택적으로, 소량의 질화 나트륨 (NaNO₃)을 실질적으로 포함하는 용융염 욕조에서 유리 제품을 침지시켜 수행된다. 상기 염 욕조는 약 410℃의 온도이고, 상기 유리는 약 16시간 동안 이온 교환된다. 전술된 것 이외의 다른 알칼리염 (예를 들어, 염화물, 황산염, 등), 염 욕조 온도, 및 이온 교환 시간은 원하는 수준의 압축 응력 및 표면 압축 층의 깊이 (층의 깊이)를 달성하는데 사용될 수 있다. 유사하게, 이온 교환은 유리 내의 Na⁺ 이온에 대해 염 욕조로부터의 K⁺ 이온의 교환으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 리튬-에 대한-나트륨 이온 교환은 나트륨염을 함유하는 용융 욕조에서 리튬-함유 유리를 침지시켜 달성될 수 있고, 리튬-에 대한-칼륨 이온 교환은 칼륨염을 함유하는 용융 욕조에서 리튬-함유 유리를 침지시켜 달성될 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리는 이온 교환되고, 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 갖는다. 어떤 구체 예에서, 상기 압축 층은 적어도 약 220 megaPascals (MPa)의 압축 응력하에 있고, 적어도 약 8 microns (㎛)의 층의 깊이 DOL로 확장한다. 다른 구체 예에서, 상기 압축 응력은 적어도 약 400 MPa이고, 층의 깊이는 적어도 약 30㎛이다. 표 3은 KNO₃ 용융염 욕조에서 410℃로 16시간 동안 이온 교환 후에, 표 1에 열거된 조성물을 갖는 유리에 대한 압축 응력 및 층의 깊이를 기재한다. 표 3은 또한 각각의 유리의 Na₂O 함량을 기재한다. 저 나트륨 함량 (실시 예 1-3)을 갖는 유리에서 이온 교환은 발생하지 않거나 또는 거의 없는 반면, 고 나트륨 함량 (실시 예 8-10)을 갖는 유리는 우수한 이온 교환 성능을 위해 최적화되고, 따라서 더 큰 압축 응력 및 더 깊은 층의 깊이를 나타낸다. 최상의 전반적인 내손상성은 중간의 조성물 공간에서 관찰된다 (예를 들어, 실시 예 5-7).

이온 교환된 유리의, mol%로 표시되는, Na₂O 함량, 압축 응력 및 층의 깊이

실시 예	1	2	3	4	5
CS (MPa)	A	A	A	233.67	296.43
DOL (㎛)	A	A	A	8.37	14.51
Na₂O	0.73	2.41	3.80	5.15	6.76

실시 예	6	7	8	9	10
CS (MPa)	338.73	407.74	558.26	632.42	670.43
DOL (㎛)	20.2	31.34	39.11	48.4	52.2
Na₂O	7.84	9.58	11.64	12.69	13.12

A: 이온 교환이 일어나지 않거나 또는 거의 없음

이온 교환에 의한 화학적으로 강화와 결부되어 존재하는 다량의 붕소는 높은 수준의 고유한 또는 "본래의" 내스크래치성을 갖는 유리를 제공한다. 내스크래치성은 누프 (Knoop) 스크래치 임계값 시험에 의해 결정된다. 누프 임계값 시험에서, 기계적 시험장치는 누프 다이아몬드를 보유하고, 여기서 유리는 증가하는 하중에서 스크래치되어 측면 균열의 시작을 결정한다; 즉, 원래의 스크래치/그루브의 폭을 두 배 초과하는 지속된 균열. 이 측면 균열의 시작은 "누프 스크래치 임계값"로 정의된다. 이온 교환된 경우, 여기에 기재된 유리는 약 15N (Newtons)의 최소 누프 스크래치 임계값을 갖는다. 몇몇 구체 예에서, 상기 누프 스크래치 임계값은 적어도 약 10 N; 다른 구체 예에서, 적어도 약 15 N; 다른 구체 예에서, 적어도 약 30 N; 및 다른 구체 예에서, 적어도 약 40 N이다.

누프 스크래치 임계값은 표 1에 열거된 유리에 대하여 도 2에서 플롯된다. 압입 파단 임계값은 410℃에서 16시간 동안 용융 KNO₃ 염 욕조에서 유리를 이온 교환 이후에 결정된다. 조성물 5 및 7 (표 1 참조)은 측정 장비에 의해 결정될 수 있는 최대 임계값 (40 N)을 초과하는 누프 스크래치 임계값을 나타낸다.

여기에 기재된 유리와 비교하면, 다른 알칼리토 보로실리케이트 유리 (코닝사에 의해 제작된, Eagle XG® 유리)는 8-10 N의 누프 스크래치 임계값을 나타내고, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 (코닝사에 의해 제작된, Gorilla® Glass 및 Gorilla® Glass 3)은 각각 3.9-4.9 N 및 9.8-12 N의 누프 스크래치 임계값을 나타낸다.

여기에 기재된 이온 교환된 유리는 또한, 이온 교환된 유리의 비커스 균열 개시 임계값을 특징으로 할 수 있는, 고유한 내손상성 (IDR)의 정도를 보유한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 이온 교환된 유리는 적어도 약 10 N; 다른 구체 예에서, 적어도 약 15 N; 다른 구체 예에서, 적어도 약 30 N; 및 또 다른 구체 예에서, 적어도 약 40 N인 비커스 균열 개시 임계값을 갖는다. 여기에 기재된 비커스 균열 개시 임계값 측정은 0.2 mm/min의 속도로 유리 표면에 압입 하중 (indentation load)을 적용시키고, 그 다음 제거하여 수행된다. 최대 압입 하중은 10초 동안 유지된다. 균열 개시 임계값은 10 압입자의 50%가 압입 자국의 코너에서 나오는 어느 정도의 방사/평균 균열을 나타내는 압입 하중에서 정의된다. 최대 하중은 임계값이 제공된 유리 조성물에 대해 충족될 때까지 증가된다. 모든 압입 측정은 50% 상대 습도의 실온에서 수행된다.

비커스 압입 파단 임계값은 표 1에 열거된 유리에 대하여 도 3에서 플롯된다. 압입 파단 임계값은 410℃에서 26시간 동안 용융 KNO₃ 염 욕조에 유리를 이온 교환한 이후에 결정된다.

이들 유리에 의해 나타낸 높은 스크래치 및 압입 임계값은 이온 교환으로부터 결과하는 압축 응력 층 및 유리 조성물의 화학성질에 기인될 수 있다. 여기에 기재된 유리 조성물은 완전히 연결된 네트워크 (즉, 비-가교 산소가 없는)를 제공하도록 설계되고, 높은 수준의 3배-배위된 붕소를 달성한다. 3배-배위된 붕소는 유리에 더 많은 개방 구조를 제공하고, 이에 의해 압입 또는 스크래치 하중하에서 유리를 유연하게 치밀화시킨다. 이 유연한 치밀화는, 일반적으로 균열을 개시하는데 사용되는, 외부 하중으로부터 에너지를 흡수한다. 이온 교환에 의해 형성된 압축 응력 층의 부가는 유리를 손상시키기 위해 반드시 극복하여야 하는 부가적인 장벽을 생성한다. 이들 두 효과의 조합은 이들 유리에 이들의 예외적인 높은 내손상성을 제공한다.

여기에 기재된 유리 적층을 제조하는 방법은 또한 제공된다. 상기 방법은 코어 유리 용융물을 제공하는 단계 및 상기 코어 유리 용융물을 코어 유리를 형성하기 위해 퓨전-인발시키는 단계; 클래드 유리 용융물을 제공하는 단계; 및 상기 클래드 유리 용융물을 클래드 유리를 형성하기 위해 퓨전-인발시키는 단계를 포함하고, 상기 클래드 유리는 코어 유리를 감싸고, 여기서 상기 코어 유리는 클래드 유리의 열팽창계수를 초과하는 열팽창계수를 갖는다. 상기 코어 유리는, 몇몇 구체 예에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리일 수 있다. 상기 클래드 유리는 약 50 mol% 내지 약 70 mol%의 SiO₂; 약 5 mol% 내지 약 12 mol%의 Al₂O₃; 약 5 mol% 내지 약 35 mol%의 B₂O₃; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나, 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 15 mol%; 약 5 mol%까지의 MgO; 약 5 mol%까지의 CaO; 및 약 2 mol%까지의 SrO를 포함한다. 어떤 구체 예에서, 상기 클래드 유리는 약 62 mol% 내지 약 68 mol%의 SiO₂; 6 mol% 초과 내지 약 10 mol%의 Al₂O₃; 약 6 mol% 내지 약 20 mol%의 B₂O₃; 약 4 mol%까지의 MgO; 약 4 mol%까지의 CaO; 및 약 1 mol%까지의 SrO 및, 선택적으로, 적어도 하나의 청징제를 포함하고, 및 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 13 mol%이다. 상기 클래드 유리층은 적어도 약 30 MPa, 다른 구체 예에서, 적어도 약 40 MPa, 및 또 다른 구체 예에서, 적어도 약 80 MPa의 압축 응력 하에 있다.

통상적인 구체 예가 예시의 목적을 위해 서술되는 동안, 전술한 상세한 설명은 본 개시의 범주 또는 첨부된 청구항을 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 따라서, 본 개시 또는 첨부된 청구항의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 변형, 채택, 및 변경은 기술분야의 당업자에게 일어날 수 있다.

Claims

약 50 mol% 내지 약 70 mol%의 SiO₂; 약 5 mol% 내지 약 12 mol%의 Al₂O₃; 약 5 mol% 내지 약 35 mol%의 B₂O₃; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나, 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 15 mol%; 약 5 mol%까지의 MgO; 약 5 mol%까지의 CaO; 및 약 2 mol%까지의 SrO를 포함하는 유리.
청구항 1에 있어서,
4 mol% ≤ MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ Al₂O₃ + 4 mol%인 유리.
청구항 1 또는 2에 있어서,
4 mol% ≤ B₂O₃ - (MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O - Al₂O₃) ≤ 35 mol%인 유리.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 이노 교환되고, 적어도 약 30 N의 누프 스크래치 임계값을 갖는 유리.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 약 75 x 10^-7/℃ 미만의 열팽창계수를 갖는 유리.
청구항 5에 있어서,
상기 열팽창계수는 약 55 x 10^-7/℃ 미만인 유리.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 적어도 하나의 청징제를 더욱 포함하는 유리.
청구항 7에 있어서,
상기 적어도 하나의 청징제는 SnO₂, CeO₂, As₂O₃, Sb₂O₅, Cl^-, 및 F^- 중 적어도 하나를 포함하는 유리.
청구항 8에 있어서,
상기 적어도 하나의 청징제는 약 0.5 mol%까지의 SnO₂, 약 0.5 mol%까지의 As₂O₃, 및 약 0.5 mol%까지의 Sb₂O₃ 중 적어도 하나를 포함하는 유리.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는: 약 62 mol% 내지 약 68 mol%의 SiO₂; 6 mol% 초과 내지 약 10 mol%의 Al₂O₃; 약 6 mol% 내지 약 20 mol%의 B₂O₃; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 적어도 하나, 여기서 6 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 13 mol%; 약 4 mol%까지의 MgO; 약 4 mol%까지의 CaO; 및 약 1 mol%까지의 SrO를 포함하는 유리.
청구항 10에 있어서,
4 mol% ≤ MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ Al₂O₃ + 4 mol%인 유리.
청구항 10 또는 11에 있어서,
4 mol% ≤ B₂O₃ - (MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O - Al₂O₃) ≤ 20 mol%인 유리.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 유리 적층에서 클래드층을 형성하고, 상기 유리 적층은 코어 유리를 포함하며 상기 클래드층의 열팽창계수를 초과하는 열팽창계수를 갖는 유리.
청구항 13에 있어서,
상기 클래드층은 적어도 약 30 MPa의 압축 응력 하에 있는 유리.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 적어도 70 kpoise의 액상선 점도를 갖는 유리.
청구항 15에 있어서,
상기 유리는 다운-인발 가능한 유리.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 약 0.5 mol%까지의 Fe₂O₃ 및 약 0.5 mol%까지의 ZrO₂를 포함하는 유리.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 P₂O₅가 없는 유리.
SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, 및 Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 유리는 이온 교환되고 적어도 약 40 N의 누프 스크래치 입계값을 갖는 유리.
청구항 19에 있어서,
상기 열팽창계수는 약 75 x 10^-7/℃ 미만인 유리.
청구항 20에 있어서,
상기 열팽창계수는 약 55 x 10^-7/℃ 미만인 유리.
청구항 19-21 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는: 약 60 mol% 내지 약 70 mol%의 SiO₂; 약 5 mol% 내지 약 12 mol%의 Al₂O₃; 약 5 mol% 내지 약 35 mol%의 B₂O₃; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나, 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 15 mol%; 약 5 mol%까지의 MgO; 약 5 mol%까지의 CaO; 및 약 5 mol%까지의 SrO를 포함하는 유리.
청구항 22에 있어서,
상기 유리는 적어도 하나의 청징제를 더욱 포함하고, 상기 청징제는 SnO₂, CeO₂, As₂O₃, 및 Sb₂O₅, Cl^-, 및 F^- 중 적어도 하나를 포함하는 유리.
청구항 23에 있어서,
상기 적어도 하나의 청징제는 약 0.5 mol%까지의 SnO₂, 약 0.5 mol%까지의 As₂O₃, 및 약 0.5 mol%까지의 Sb₂O₃ 중 적어도 하나를 포함하는 유리.
청구항 22-24 중 어느 한 항에 있어서,
4 mol% ≤ MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ Al₂O₃ + 4 mol%인 유리.
청구항 22-25 중 어느 한 항에 있어서,
4 mol% ≤ B₂O₃ - MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O - Al₂O₃ ≤ 35 mol%인 유리.
청구항 22-26 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는: 약 62 mol% 내지 약 68 mol%의 SiO₂; 6 mol% 초과 내지 약 10 mol%의 Al₂O₃; 약 6 mol% 내지 약 20 mol%의 B₂O₃; 약 4 mol%까지의 MgO; 약 4 mol%까지의 CaO; 및 약 1 mol%까지의 SrO, 및, 선택적으로, 적어도 하나의 청징제를 포함하고, 및 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 13 mol%인 유리.
청구항 22-27 중 어느 한 항에 있어서,
4 mol% ≤ B₂O₃ - (MgO + CaO + SrO + Li₂O + Na₂O + K₂O - Al₂O₃) ≤ 20 mol%인 유리.
청구항 19-28 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 적어도 70 kpoise의 액상선 점도를 갖는 유리.
청구항 29에 있어서,
상기 유리는 다운-인발 가능한 유리.
코어 유리 및 상기 코어 유리의 외부 표면상에 적층된 클래드 유리를 포함하며, 상기 클래드 유리층은 약 50 mol% 내지 약 70 mol%의 SiO₂; 약 5 mol% 내지 약 12 mol%의 Al₂O₃; 약 5 mol% 내지 약 35 mol%의 B₂O₃; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나, 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 15 mol%; 약 5 mol%까지의 MgO; 약 5 mol%까지의 CaO; 및 약 2 mol%까지의 SrO를 포함하고, 여기서 상기 클래드 유리는 제1 열팽창계수를 가지며, 상기 코어 유리는 상기 제1 열팽창계수를 초과하는 제2 열팽창계수를 갖는 유리 적층.
청구항 31에 있어서,
상기 제1 열팽창계수는 약 75 x 10^-7/℃ 미만인 유리 적층.
청구항 32에 있어서,
상기 열팽창계수는 약 55 x 10^-7/℃ 미만인 유리 적층.
청구항 31-33 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클래드 유리는 적어도 하나의 청징제를 포함하고, 상기 적어도 하나의 청징제는 SnO₂, CeO₂, As₂O₃, Sb₂O₅, Cl^-, 및 F^- 중 적어도 하나를 포함하는 유리 적층.
청구항 34에 있어서,
상기 적어도 하나의 청징제는 약 0.5 mol%까지의 SnO₂, 약 0.5 mol%까지의 As₂O₃, 및 약 0.5 mol%까지의 Sb₂O₃ 중 적어도 하나를 포함하는 유리 적층.
청구항 31-35 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클래드 유리는: 약 62 mol% 내지 약 68 mol%의 SiO₂; 6 mol% 초과 내지 약 10 mol%의 Al₂O₃; 약 6 mol% 내지 약 20 mol%의 B₂O₃; 약 4 mol%까지의 MgO; 약 4 mol%까지의 CaO; 및 약 1 mol%까지의 SrO 및, 선택적으로, 적어도 하나의 청징제를 포함하며, 및 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 13 mol%인 유리 적층.
청구항 31-36 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클래드 유리는 적어도 약 30 MPa의 압축 응력 하에 있는 유리 적층.
청구항 31-37 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어 유리는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 유리 적층.
청구항 31-38 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클래드 유리는 적어도 약 70 kPoise의 액상선 점도를 갖는 유리 적층.
코어 유리 및 클래드 유리를 포함하는 유리 적층을 제조하는 방법으로, 상기 방법은:
a. 코어 유리 용융물을 제공하는 단계;
b. 상기 코어 유리 용융물을 퓨전-인발하여 제1 열팽창계수를 갖는 코어 유리를 형성하는 퓨전-인발 단계; 및
c. 약 50 mol% 내지 약 70 mol%의 SiO₂; 약 5 mol% 내지 약 12 mol%의 Al₂O₃; 약 5 mol% 내지 약 35 mol%의 B₂O₃; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 중 적어도 하나, 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 15 mol%; 약 5 mol%까지의 MgO; 약 5 mol%까지의 CaO; 및 약 2 mol%까지의 SrO를 포함하는 클래드 유리 용융물을 제공하는 단계; 및
d. 상기 클래드 유리 융융물을 퓨전-인발하여 상기 클래드 유리를 형성하는 퓨전-인발 단계를 포함하며, 상기 클래드 유리는 상기 코어 유리를 감싸고 제2 열팽창계수를 가지며, 여기서 상기 제1 열팽창계수는 상기 제2 열팽창계수를 초과하는 유리 적층의 제조방법.
청구항 40에 있어서,
상기 클래드층은 적어도 약 30 MPa의 압축 응력 하에 있는 유리 적층의 제조방법.
청구항 40 또는 41에 있어서,
상기 클래드층은 약 75 x 10^-7/℃ 미만의 열팽창계수를 갖는 유리 적층의 제조방법.
청구항 42에 있어서,
상기 열팽창계수는 약 55 x 10^-7/℃ 미만인 유리 적층의 제조방법.
청구항 40-43 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클래드 유리는 적어도 약 70 kPoise의 액상선 점도를 갖는 유리 적층의 제조방법.
청구항 40-44 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클래드 유리는 약 62 mol% 내지 약 68 mol%의 SiO₂; 6 mol% 초과 내지 약 10 mol%의 Al₂O₃; 약 6 mol% 내지 약 20 mol%의 B₂O₃; 약 4 mol%까지의 MgO; 약 4 mol%까지의 CaO; 및 약 1 mol%까지의 SrO, 및, 선택적으로, 적어도 하나의 청징제를 포함하고, 및 여기서 1 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 13 mol%인 유리 적층의 제조방법.
청구항 40-45 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어 유리는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 유리 적층의 제조방법.