KR20170091719A - 화학 템퍼링 가능한 유리판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 유리의 총 중량에 대한 중량 퍼센트로, 65 ≤ SiO2 ≤ 78%, 8 ≤ Na2O ≤ 15%, 1 ≤ K2O < 6%, 1 ≤ Al2O3 < 6%, 2 ≤ CaO < 10%, 0 ≤ MgO ≤ 6%, 및 0.1 내지 0.7 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함하는, 붕소, 스트론튬 및 리튬을 함유하지 않는 유리 조성을 가진 유리판에 관한 것이다. 본 발명은 전자 장치 용품에 사용하기에 더 적합한, 용이하게 화학 템퍼링할 수 있는 소다-석회-실리카 타입의 유리 조성물에 해당한다.

Description

화학 템퍼링 가능한 유리판{CHEMICALLY TEMPERABLE GLASS SHEET}
본 발명은 화학 템퍼링/강화될 수 있는 유리판에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 용이하게 화학 템퍼링/강화될 수 있고 저렴하며 제조가 용이한 유리판에 관한 것이다.
화학 강화 유리판은 수송(즉, 항공, 자동차), 건물/건축 및 디스플레이 산업처럼 모놀리식 또는 적층 형태로 기계적 저항성이 필요하거나 필수적인 특수 판유리(glazing) 작업에서의 용도가 증가하고 있다. 이러한 용도들 중에서, 디스플레이 산업은 지난 몇 년간 휴대폰, 스마트폰, TV, 컴퓨터, 디지털 카메라 등과 같은 다양한 전자 장치용 보호/커버 유리, 화면창, (터치)스크린으로서 화학 강화 투명 유리판에 대한 수요로 거대 시장이 되었다. 실제로, 이러한 장치 대부분은 휴대용이므로, 사용되는 유리는 기계적 성질이 많이 요구되며, 따라서 사용 및 이동 중에 스크래치 또는 충격과 같은 충격 및/또는 손상을 견딜 수 있는 것이 매우 바람직하다. 화학 강화는 디스플레이 영역에서 훨씬 더 중요한데, 이러한 영역은 두께가 얇은(1 mm 미만) 유리판을 필요로 하고 화학 강화는 (초)박 유리판을 기계적으로 강화하기 위해 선택되는 과정으로 알려져 있기 때문이다. 무게 및 에너지 전송의 이유로 인해, 태양광, 열 또는 광전기 장치, 및 이중 또는 삼중 판유리와 같은 절연 판유리 유닛용 커버 유리로서 얇은 유리판을 사용하는 것이 또한 유리하다. 무게 감소 및 에너지 소비 절감을 위해, 얇은 강화 유리는 자동차 및 운송 투명 판유리에 있어 큰 관심사이기도 하다.
종래 기술의 해법
유리 물품의 화학 강화는 유리의 표면층에 있는 작은 크기의 알칼리 나트륨 이온을 더 큰 이온, 예를 들어 알칼리 칼륨 이온으로 대체하는 것을 포함하는 열 유도 이온 교환이다. 이전에 나트륨 이온이 차지하던 작은 사이트에 더 큰 이온이 "끼어"들어가기 때문에 유리에서 표면 압축 응력의 증가가 발생한다. 이러한 화학 처리는 일반적으로 온도와 시간을 정확하게 제어하여 하나 이상의 더 큰 이온의 용융 염(들)을 함유한 이온 교환 용융조에 유리를 침지시켜 수행된다. 따라서, 그렇게 처리된 유리 물품의 파단 강도는 발생된 표면 압축 응력과 대략 같은 값만큼 증가된다.
그럼에도 불구하고, 사용 중 화학 강화 유리의 표면에 영향을 줄 수 있는 손상은 이러한 강화 효과의 감소로 이어지며, 압축 하에서의 층이 관통될 정도의 손상인 경우 심지어 강화 효과를 소멸시킬 수 있다. 결과적으로, 화학 강화 유리의 용도에 따라, 유리가 겪을 수 있는 가장 가능성이 큰 결함/손상의 깊이와 이상적으로는 적어도 동일한 표면 압축 응력(또는 "CS")의 높은 값 및/또는 ("층의 깊이" 또는 "DoL"이라고 하는 파라미터, 즉 도입된 이온이 도달하는 깊이와 연관된) 압축 하에서의 층 두께의 높은 값을 달성하는 데 초점이 맞추어진다. 이 두 파라미터의 조합은 일반적으로 결과적인 기계적 강도의 품질을 적절하게 규정하는 것으로 간주된다.
특히, 디스플레이 영역에서, 화학 강화 유리판을 제조하기 위해 "부품별(piece-by-piece) 공정"을 사용하는 경우(최종 크기로의 절단이 템퍼링 처리 전에 수행됨), 에지 강도에 대해 DoL의 높은 값(즉, 12~15 미크론 초과) 및 충분한 CS(즉, 400 MPa 초과)가 검토되는 반면, "시트 공정"을 사용하는 경우(최종 크기로의 절단이 템퍼링 처리 후에 수행됨), "중앙 장력"((CS*DoL)/(유리 두께 - 2*DoL)로 정의됨)은 낮게 유지되어야 한다.
두 개의 강화 파라미터는 또한 소정의 유리 조성에 대해 이온 교환 공정의 온도 및 시간 조건에 상당히 의존하는 것으로 또한 알려져 있다. 따라서, 압축 하에서의 층의 두께는 알려진 확산 법칙에 따라 온도 및 이온 교환 기간에 따라 증가한다. 그러나, 온도가 높아질수록 이온 교환에 의해 유도된 응력은 더 빠르게 완화된다. 마찬가지로, 너무 오랜 기간 동안 처리를 연장하면 응력이 완화되는 데 필요한 시간을 줄 수 있고, 따라서 더 낮은 정도의 인성을 초래한다. 따라서, 공정을 위해 선택되어야 하는 조건은 일반적으로 공정 비용 및 제품 특성을 최적화하기 위해 최적 온도와 최소 기간을 절충하는 데 있다.
화학 강화의 비용을 줄이기 위해(검토된 값의 압축 응력 및 DOL에 이르도록 기간 및/또는 온도를 제한함), "용이하게 화학 템퍼링할 수 있는"(이온 교환에 특히 유리하다는 것을 의미) 많은 유리 조성이 제안되었지만(단순히 기술되었거나 이미 판매되고 있음), 일반적으로 여러 가지 문제점을 가지고 있다.
이들 대부분은 고가의 원료에서 유래하고/하거나 (용융 또는 최종) 유리의 물리적 성질을 상당히 변경하는 성분을 포함한다. 화학 템퍼링할 수 있는 일부 공지된 유리 조성은, 예를 들어 상당량의 리튬 및/또는 붕소를 함유한다. 그러나, 리튬은 유리의 밀도를 증가시키는 단점이 있는 반면, 붕소는 때때로 증발에 의한 림(ream)의 형성 및 노벽/내화물 부식을 일으키는 단점이 있다. 게다가, 둘 다 해당 원료의 높은 가격으로 인해, 최종 유리 가격을 크게 높이는 추가적인 상당한 문제점을 가지고 있다.
예를 들어, 미국 특허 출원 2012/0196110 A1에 기재된 것과 같은 알루미노규산염 타입의 유리 조성물인, Corning사의 GORILLA® 유리 제품 또는 Asahi Glass사의 DragonTrail® 유리 제품은 화학 템퍼링에 매우 효율적인 것으로 또한 알려져 있다. 그러나, 이것들은 많은 문제점을 가지고 있다. 이들의 고온 특성은 제조를 어렵게 한다(점도, 정제 능력, 성형, 내화물 부식). 사용되는 일부 원료(즉, 알루미나)의 높은 가격 및 제조에 필요한 높은 온도(높은 에너지/연료량)로 인해 이들의 가격은 비교적 높다.
알루미노규산염 유리 조성물과 달리, 소다-석회-실리카 유리 조성물은 훨씬 저렴하더라도, 일반적으로 용이하게 화학 템퍼링할 수 있는 조성물을 위한 좋은 후보 물질로 간주되지 않는다.
마지막으로, 다음과 같은 이유로 유리 조성을, 약간이라도, 변경하기는 매우 어려운 것으로 알려져 있다:
- 유리 제조 라인, 특히 플로트(float) 라인은 상당한 투자에 해당하고, 조성이 예를 들어, 내화물 손상을 일으키는 경우, 보수가 불가능하며;
- 하나의 조성을 다른 조성으로 변경하는 동안의 전이 시간은, 길어질 경우 최종 유리의 제조 비용에 현저하게 부정적인 영향을 미치기 때문에, 유리 제조 시 매우 중요한 하나의 파라미터이다.
따라서, 디스플레이 영역에서, 특히, 알루미노규산염 유리보다 대량 생산에 더 적합하므로 기존 대량 생산에서 이미 사용되는 조성에 가깝거나 매우 유사한 기본 유리/매트릭스 조성을 가지고 저가로 이용 가능한, 가능하게 화학 템퍼링할 수 있는 소다-석회-실리카 타입의 유리 조성에 대한 시장의 요구가 존재한다.
본 발명의 목적은 특히, 언급한 단점을 개선하고 기술적 문제를 해결하는 것, 즉 용이하게 화학 템퍼링할 수 있는, 다시 말해서, 종래의 소다-석회-실리카 유리 조성물보다 이온 교환에 더 유리한, 유리 조성물을 제공하는 것이다.
적어도 하나의 구현예에서 본 발명의 다른 목적은, 용이하게 화학 템퍼링할 수 있고 디스플레이 장치용 커버 유리를 제조하는 데 사용되는 "부품별" 공정에 적절한 강화 파라미터에 이를 수 있는 유리 조성물을 제공하는 것이다. 특히, 이러한 맥락에서 본 발명의 목적은, 용이하게 화학 템퍼링할 수 있고, 결과적으로 유리의 충분한 강화(특히, 400 MPa 이상)를 나타내는 압축 응력값을 유지하면서, 큰 교환 깊이(특히, 12 μm 이상)를 얻을 수 있는 유리 조성물을 제공하는 것이다.
적어도 하나의 구현예에서 본 발명의 다른 목적은, 유리를 더 높은 온도의 공정에 적용할 때 응력 완화를 제한할 수 있어 압축 응력에 너무 부정적인 영향을 주지 않고 더 깊은 교환 깊이를 달성할 수 있게 하는 유리 조성물을 제공하는 것이다.
적어도 하나의 구현예에서 본 발명의 다른 목적은, 용이하게 화학 템퍼링할 수 있고, 특히 종래의 소다-석회-실리카 유리의 기존 제조 라인 상에서, 제조가 용이한 유리 조성물을 제공하는 것이다. 특히, 이러한 맥락에서 본 발명의 목적은, 용이하게 화학 템퍼링할 수 있고, 종래의 소다-석회-실리카 조성물의 제조부터 템퍼링 가능한 조성물의 제조로 (그리고 그 반대로) 옮겨질 때 긴 전이 시간을 필요로 하지 않는 유리 조성물을 제공하는 것이다. 또한 이러한 맥락에서, 본 발명의 목적은, 용이하게 화학 템퍼링할 수 있고, 통상적으로 제조되는 종래의 소다-석회-실리카 유리에 사용되는 것과 다른 원료, 기술 및/또는 산업 설비를 사용할 필요가 없는 (다시 말해서, 종래의 플로트 공정과 호환되는) 유리 조성물을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로, 적어도 하나의 구현예에서 본 발명의 목적은, 용이하게 화학 템퍼링할 수 있고, 목표 특성(더 낮은 점도, 더 낮은 작업점 온도, 1500 내지 1550℃ 미만의 융점, 황산염 정제 능력, 낮은 내화물 부식, 적절한 실투(devitrification) 온도)을 가짐으로써 알루미노규산염 조성물의 알려진 문제점들을 피하고 소다-석회 유리 제조용 기존 기구와 조성이 호환되도록 하는 유리 조성물을 제공하는 것이다.
마지막으로, 본 발명의 다른 목적은, 간단하고 빠르고, 무엇보다도, 경제적인, 종래 기술의 단점에 대한 해결책을 제공하는 것이다.
본 발명은, 유리의 총 중량에 대한 중량 퍼센트로,
65 ≤ SiO2 ≤ 78%
5 ≤ Na2O ≤ 20%
1 ≤ K2O < 8%
1 ≤ Al2O3 < 6%
2 ≤ CaO < 10%
0 ≤ MgO ≤ 8%, 및
0.1 내지 0.7 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함하는, 붕소, 스트론튬 및 리튬을 함유하지 않는 유리 조성을 가진 유리판에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은, 적어도 부분적으로 장점을 유지하면서, 종래 기술의 단점, 특히 알루미노규산염 유리의 단점에 대한 해결책을 구할 수 있으므로, 새롭고 창의적인 접근 방법에 기초를 두고 있다.
본 발명자들은, 소다-실리카 유리 매트릭스에 낮은 알루미나 함량 및 종래의 산업용 유리 조성(소다-석회-실리카 포함, 종래의 산업용 유리 조성은 칼륨 이온과 나트륨 이온의 비율에 대한 일반적인 값이 0.1 미만임)에서보다 더 큰 비율의 칼륨 이온과 나트륨 이온의 조합을 결합하여 저렴하고 대량 생산이 용이하며 고온에 의한 응력 완화를 제한하는, 용이하게 화학 템퍼링할 수 있는 유리판을 얻을 수 있음을 실제 확인하였다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 범위가 표시된 경우, 상한 및 하한 값이 포함된다. 또한, 수치 범위 내 모든 정수 및 서브도메인 값은 명시적으로 기재된 것과 같이 명백히 포함된다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐, 백분율 함량 값은 유리의 총 중량에 대한 중량 값이다(wt%로 언급되기도 함).
본 발명의 다른 특징 및 장점은 간단한 예시 및 비제한적 예로 주어진 바람직한 구현예에 대한 다음의 설명으로부터 더 명확해질 것이다.
본 발명의 유리판은, SiO2, CaO, Na2O 및 K2O를 주 성분으로 포함하고 MgO, Al2O3 등을 더 포함하는 소다-석회-실리카 유리 조성물/매트릭스로 만들어진다.
본 발명의 유리판은 화학 템퍼링될 수 있는, 다시 말해서, 이온 교환 가능한/이온 교환을 겪을 수 있는 것이다.
본 발명의 유리판은 플로트 공정, 인발 공정, 압연 공정, 또는 용융 유리 조성물로부터 시작하여 유리판을 제조하는 것으로 알려진 기타 임의의 공정에 의해 얻은 유리판일 수 있다. 바람직한 구현예에 따르면, 유리판은 플로트 유리판이다. 용어 "플로트 유리판"은, 환원 조건 하에서 용융 주석조에 용융 유리를 붓는 단계로 이루어진 플로트 공정에 의해 형성된 유리판을 의미하는 것으로 이해된다. 플로트 유리판은, 알려진 방식으로, "주석면", 즉 판의 표면 근처 유리 바디에서 주석이 풍부한 면을 포함한다. 용어 "주석이 풍부"는, 중심부 유리 조성에 대한 주석 농도의 증가를 의미하며, 주석 농도는 실질적으로 0(주석이 없음)이거나 그렇지 않을 수 있다. 따라서, 플로트 유리판은 특히, 예를 들어 전자 현미경에 의해 약 10 미크론 깊이까지 측정될 수 있는 산화주석 함량에 의해, 다른 유리제조 공정에 의해 얻은 판들과 쉽게 구별될 수 있다. 많은 경우에, 그리고 예로서, 이 함량은 표면으로부터 시작해서 처음 10 미크론에 걸쳐 총 1 내지 5 wt% 사이에 있다.
본 발명에 따른 유리판은 다양한 비교적 큰 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 유리판은 3.21 m × 6 m 또는 3.21 m × 5.50 m, 3.21 m × 5.10 m 또는 3.21 m × 4.50 m("PLF" 유리판) 또는 예를 들어, 3.21 m × 2.55 m 또는 3.21 m × 2.25 m("DLF" 유리판) 범위에 이르는 크기를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 유리판은 0.1 내지 25 mm의 두께를 가질 수 있다. 유리하게, 디스플레이 용도의 경우, 본 발명에 따른 유리판은 바람직하게는 0.1 내지 6 mm의 두께를 갖는다. 더 바람직하게, 디스플레이 용도의 경우 무게 이유로 인해, 본 발명에 따른 유리판의 두께는 0.1 내지 2.2 mm이다.
본 발명에 따르면, 유리판의 조성은 붕소를 함유하지 않는다. 이는 붕소가 유리 배치(batch)/원료에 의도적으로 첨가되지 않으며, 존재하더라도, 유리판의 조성에서 B2O3 함량이 제조에서 불가피하게 포함되는 불순물 수준에만 도달함을 의미한다. 예를 들어, 본 발명의 유리판의 조성에서 B2O3 함량은 0.01 wt% 미만 또는 훨씬 더 좋게는 0.005 wt% 미만이다.
본 발명에 따르면, 유리판의 조성은 리튬을 함유하지 않는다. 이는 리튬이 유리 배치/원료에 의도적으로 첨가되지 않으며, 존재하더라도, 유리판의 조성에서 Li2O 함량이 제조에서 불가피하게 포함되는 불순물 수준에만 도달함을 의미한다. 예를 들어, 본 발명의 유리판의 조성에서 Li2O 함량은 0.01 wt% 미만 또는 훨씬 더 좋게는 0.005 wt% 미만이다.
본 발명에 따르면, 유리판 조성은 스트론튬을 함유하지 않는다. 이는 원소 스트론튬이 유리 배치/원료에 의도적으로 첨가되지 않으며, 존재하더라도, 유리판의 조성에서 SrO 함량이 제조에서 불가피하게 포함되는 불순물 수준에만 도달함을 의미한다. 예를 들어, 본 발명의 유리판 조성에서 SrO 함량은 0.01 wt% 미만 또는 훨씬 더 좋게는 0.005 wt% 미만이다.
본 발명에 따르면 유리판의 조성은 1 ≤ Al2O3 < 6 wt%를 포함한다. 바람직하게, 플로트 유리판의 조성은 1 ≤ Al2O3 < 5 wt% 또는 심지어 1 ≤ Al2O3 < 4 wt%를 포함한다. 더 바람직하게, 플로트 유리판의 조성은 1 ≤ Al2O3 ≤ 3 wt%를 포함한다. 대안적으로, 플로트 유리판의 조성은 2 < Al2O3 < 6 wt%를 포함한다. 바람직하게, 플로트 유리판의 조성은 2 < Al2O3 < 5 wt% 또는 심지어 2 < Al2O3 < 4 wt%를 포함한다. 더 바람직하게, 플로트 유리판의 조성은 2 < Al2O3 ≤ 3 wt%를 포함한다. 유리하게 그리고 대안적으로 3 ≤ Al2O3 < 6 wt%를 포함할 수도 있다. 바람직하게, 플로트 유리판의 조성은 3 ≤ Al2O3 < 5 wt% 또는 심지어 3 ≤ Al2O3 < 4 wt%를 포함한다. 대안적으로, 플로트 유리판의 조성은 4 ≤ Al2O3 < 6 wt% 또는 심지어 4 ≤ Al2O3 < 5 wt%를 포함한다.
본 발명에 따르면, 유리판의 조성은 2 ≤ CaO < 10 wt%를 포함한다. 바람직하게, 유리판의 조성은 3 ≤ CaO < 10 wt%, 더 바람직하게는 4 ≤ CaO < 10 wt%를 포함한다. 특히 매우 바람직한 구현예에서, 유리판의 조성은 5 ≤ CaO < 10 wt%를 포함한다. 가장 바람직한 구현예에서, 유리판의 조성은 6 ≤ CaO < 10 wt%를 포함한다.
본 발명에 따르면, 유리판의 조성은 0 ≤ MgO ≤ 8 wt%를 포함한다. 바람직하게, 유리판의 조성은 0 ≤ MgO ≤ 7 wt%, 더 바람직하게는 0 ≤ MgO ≤ 6 wt%를 포함한다. 가장 바람직한 구현예에서, 유리판의 조성은 0 ≤ MgO < 5 wt%를 포함한다.
본 발명에 따르면, 유리판의 조성은 1 ≤ K2O < 8 wt%를 포함한다. 바람직하게, 유리판의 조성은 1 ≤ K2O < 7 wt%, 더 바람직하게는 1 ≤ K2O < 6 wt%를 포함한다. 특히 매우 바람직한 구현예에서, 유리판의 조성은 1 ≤ K2O < 5 wt%를 포함한다. 대안적으로, 유리판의 조성은 2 ≤ K2O ≤ 6 wt%, 또는 훨씬 더 좋게는 3 ≤ K2O ≤ 6 wt%를 포함한다. 가장 바람직한 구현예에서, 유리판의 조성은 2 ≤ K2O ≤ 4 wt%를 포함한다.
본 발명에 따르면, 유리판의 조성은 0.1 내지 0.7 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함한다. 바람직하게 유리판의 조성은 0.1 내지 0.6 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함한다. 더 바람직하게, 유리판의 조성은 0.2 내지 0.6 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함한다. 대안적으로, 유리판의 조성은 0.1 내지 0.5 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함한다. 특히 매우 바람직한 구현예에서, 유리판의 조성은 0.2 내지 0.5 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함한다. 본 발명의 가장 바람직한 구현예에서, 조성은 0.2 내지 0.4 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 조성은 0.002 내지 1.7 wt% 범위의 함량의 (Fe2O3 형태로 표현된) 총 철을 포함한다.
바람직하게, 본 발명의 조성은 0.002 내지 0.6 wt%, 더 바람직하게는, 0.002 내지 0.2 wt% 범위의 (Fe2O3로 표현된) 총 철 함량을 포함한다.
또한 바람직하게, 조성은 0.06 < Fe2O3 ≤ 1.7 wt%의 총 철을 포함한다. 더 바람직하게, 조성은 0.06 < Fe2O3 ≤ 0.6 wt%, 가장 바람직하게는 0.06 < Fe2O3 ≤ 0.2 wt%의 총 철을 포함한다.
0.2 wt% 이하의 (Fe2O3 형태로 표현된) 총 철 함량이면 가시적 착색이 제한된 유리판을 얻을 수 있다. 낮은 철 수치는 흔히 고가의 매우 순수한 출발 물질들뿐만 아니라 이 물질들의 정제를 필요로 하므로, 0.002 wt%, 바람직하게는 0.06 wt%의 최소값이면 유리의 가격에 과도한 악영향을 끼치지 않도록 할 수 있다. 최소값 0.06 wt%의 총 철은 또한 노 내에서 용융 유리의 대류를 촉진시켜 유리 균일성을 더 좋게 할 수 있다.
특히 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 유리판의 조성은, 유리의 총 중량에 대한 중량 퍼센트로,
65 ≤ SiO2 ≤ 78%
8 ≤ Na2O ≤ 15%
1 ≤ K2O < 6%
1 ≤ Al2O3 < 3%
4 ≤ CaO < 10%
0 ≤ MgO ≤ 6%,
0.06 < Fe2O3 ≤ 0.2 wt%의 총 철, 및
0.1 내지 0.5 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함한다.
이 마지막 구현예에 따르면, 본 발명의 유리판의 조성은 더 바람직하게,
65 ≤ SiO2 ≤ 78%
8 ≤ Na2O ≤ 15%
2 ≤ K2O < 6%
1 ≤ Al2O3 < 3%
6 ≤ CaO < 10%
0 ≤ MgO ≤ 6%,
0.06 < Fe2O3 ≤ 0.2 wt%의 총 철, 및
0.2 내지 0.5 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함한다.
이 마지막 구현예에 따라 가장 바람직하게는, 본 발명의 유리판의 조성은,
65 ≤ SiO2 ≤ 78%
8 ≤ Na2O ≤ 15%
2 ≤ K2O < 4%
1 ≤ Al2O3 < 3%
6 ≤ CaO < 10%
0 ≤ MgO ≤ 5%,
0.06 < Fe2O3 ≤ 0.2 wt%의 총 철, 및
0.2 내지 0.4 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함한다.
다른 구현예에 따르면, 유리판의 조성은 0.1 wt% 미만 함량의 ZnO를 포함한다. 바람직하게, 유리판의 조성은 ZnO를 함유하지 않는다. 이는 원소 아연이 유리 배치/원료에 의도적으로 첨가되지 않으며, 존재하더라도, 유리판의 조성에서 ZnO 함량이 제조에서 불가피하게 포함되는 불순물 수준에만 도달함을 의미한다.
다른 구현예에 따르면, 유리판의 조성은 0.1 wt% 미만 함량의 ZrO2를 포함한다. 바람직하게, 유리판의 조성은 ZrO2를 함유하지 않는다. 이는 원소 지르코늄이 유리 배치/원료에 의도적으로 첨가되지 않으며, 존재하더라도, 유리판의 조성에서 ZrO2 함량이 제조에서 불가피하게 포함되는 불순물 수준에만 도달함을 의미한다.
또 다른 구현예에 따르면, 유리판의 조성은 0.1 wt% 미만 함량의 BaO를 포함한다. 바람직하게, 유리판의 조성은 BaO를 함유하지 않는다. 이는 원소 바륨이 유리 배치/원료에 의도적으로 첨가되지 않으며, 존재하더라도, 유리판의 조성에서 BaO 함량이 제조에서 불가피하게 포함되는 불순물 수준에만 도달함을 의미한다.
또 다른 구현예에 따르면, 유리판의 조성은 0.1 wt% 미만 함량(플로트 유리판의 "주석면"에서의 SnO2를 배제한 벌크 함량)의 벌크 SnO2를 포함한다. 바람직하게, 유리판의 조성은 벌크 SnO2를 함유하지 않는다. 이는 원소 주석이 유리 배치/원료에 의도적으로 첨가되지 않으며, 존재하더라도, 유리판의 조성에서 벌크 SnO2 함량이 제조에서 불가피하게 포함되는 불순물 수준에만 도달함을 의미한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 조성물은 철, 크롬 및 코발트의 산화물 외에 총 함량 0.005 wt% 미만의 착색 성분을 포함한다. 이러한 구현예는 색 제어를 가능하게 하므로, 디스플레이 응용에 주로 요구되는 중성의 유리판을 제공하도록 할 수 있다. 더 바람직하게, 본 발명의 조성물은 철, 크롬 및 코발트의 산화물 외에 총 함량 0.003 wt% 미만의 착색 성분을 포함한다.
유리하게, 본 발명의 조성물은 총 함량 0.001 내지 0.0025 wt%의 크롬 및/또는 코발트의 산화물을 더 포함할 수 있다. 이는 조성물이 크롬만 포함하거나 코발트만 포함하거나 이 둘을 모두 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 특정 조성물은 IR 전송 기반 터치 기술에 특히 적합한 유리를 만든다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 유리판은 적어도 하나의 투명 전기 전도성 박층으로 코팅된다. 본 발명에 따른 투명 전도성 박층은, 예를 들어 SnO2:F, SnO2:Sb 또는 ITO(인듐 주석 산화물), ZnO:Al 또는 ZnO:Ga 기반의 층일 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 구현예에 따르면, 유리판은 적어도 하나의 반사방지 층으로 코팅된다. 이 구현예는 본 발명의 유리판을 스크린의 전면으로 사용하는 경우 분명히 유리하다. 본 발명에 따른 반사방지 층은, 예를 들어 굴절률이 낮은 다공성 실리카 기반의 층일 수 있거나, 여러 층(스택), 특히 굴절률이 낮은 층과 굴절률이 높은 층이 번갈아 적층되고 굴절률이 낮은 층으로 끝나는 유전 물질 층들의 스택으로 이루어질 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 유리판은 적어도 하나의 지문방지 층으로 코팅되거나, 지문이 나타나는 것을 감소시키거나 방지하도록 처리되었다. 이 구현예는 본 발명의 유리판을 터치스크린 전면으로 사용하는 경우에 또한 유리하다. 이러한 층 또는 이러한 처리는 반대면에 증착된 투명 전기 전도성 박층과 조합될 수 있다. 이러한 층은 동일한 면에 증착된 반사방지 층과 조합될 수 있으며, 지문방지 층이 스택의 외측에 존재하여 반사방지 층을 덮는다.
또 다른 구현예에 따르면, 유리판은 적어도 하나의 층으로 코팅되거나 눈부심 및/또는 반짝임을 감소시키거나 방지하도록 처리되었다. 이 구현예는 본 발명의 유리판을 디스플레이 장치의 전면으로 사용하는 경우에 물론 유리하다. 이러한 눈부심 방지 또는 반짝임 방지 처리는, 예를 들어 유리판의 처리면에 특정 거칠기를 생성하는 산-에칭 처리이다.
원하는 용도 및/또는 특성에 따라, 본 발명에 따른 유리판의 한 면 및/또는 다른 면에 다른 층(들)/처리(들)이 증착/수행될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 플로트 방법에 의해 제조되는 경우, 유리판은 화학 템퍼링 후 휨을 방지하도록 처리된다. 이 구현예는 비대칭 응력 프로파일로 인한 변형이 클 수 있는 (매우) 얇은 유리의 경우에 유리하며, 고가의 작업(추가적 적층, 접착 등)이 보충될 필요가 있다. 이러한 처리는 연마, 에칭, 반투과층 증착(CVD, 마그네트론 스퍼터링), 탈알칼리화 공정 등일 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 또한, 화학 템퍼링된 본 발명에 따른 유리판에 관한 것이다. 전술한 모든 구현예 및 바람직한 조성 범위는 화학 템퍼링된 유리판 발명에도 적용된다.
마지막으로, 본 발명은 또한, 전자 장치에 있어서 본 발명에 따른 화학 템퍼링된 유리판의 용도에 관한 것이다. 유사하게, 본 발명은 또한, 무게 및/또는 안정성에 있어 상당한 이득을 얻을 수 있는 자동차 판유리에서의 본 발명에 따른 화학 템퍼링된 유리판의 용도에 관한 것이다. 태양 에너지 변환장치(열, 광전기)에서, 매우 얇고 철 함량이 낮은 화학 템퍼링된 유리판의 사용은 커버의 더 낮은 에너지 손실, 더 높은 기계적 저항 및/또는 유연한 디자인을 가능케 하므로 특히 관심을 받고 있다. 따라서, 본 발명은 또한, 태양 에너지 변환장치에서의 본 발명에 따른 화학 템퍼링된 유리판의 용도에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 또한, 건물에서 무게를 현저히 줄이고 천연 에너지 이득을 높일 수 있는 건물 절연 판유리 유닛에서의 본 발명에 따른 화학 템퍼링된 유리판의 용도에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따르지 않은 일부 비교예와 함께, 단지 실시예로써 본 발명의 구현예를 더 설명한다. 다음의 실시예는 예시의 목적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
아래 표 1에 명시된 조성에 따라, 분말 원료들을 서로 혼합하여 용융 도가니에 장입하였다. 그리고 나서, 원료를 완전히 용융시킬 수 있는 온도까지 전기로에서 원료 혼합물을 가열하였다.
Figure pct00001
이 샘플들에서, 기본 몰 조성을 일정하게 유지하였고, 전체 조성에 걸쳐 알칼리의 몰 분율을 일정하게 유지하면서(Na2O + K2O: 약 13.3 몰%) 본 발명의 범위 내에서 Na2O와 K2O 간의 비율을 변화시켰다. 철의 수준에 특징이 있는 두 가지 유리 색조를 준비하였다: 실시예 1.x의 시리즈에서 약 0.2 wt%의 Fe2O3 (담녹색 유리), 및 시리즈 2.x(녹색 유리)에서 약 0.45 wt%의 Fe2O3. 각 시리즈에 대해, 제1 실시예(x.1)는 최신 플로트 조성과 유사한 비교 샘플이다.
조성물의 용융 및 균질화 후, 유리를 40*40 mm의 여러 작은 샘플로 주조하고 소둔로에서 소둔하였다. 이어서, 샘플을 플로트 유리와 유사한 표면 상태까지 연마하였다(경면 연마). 각 조성에 대해 상이한 템퍼링 처리를 수행할 수 있도록 하기 위해, 각 조성에 대해 여러 샘플을 제조하였다.
화학 템퍼링
상기 절에서 제조된 샘플을 두 가지 다른 템퍼링 조건에서 화학 템퍼링하였고, 서로 다른 샘플 각각은 동일한 시간 및 동일한 조건에서 화학 템퍼링하였다. 상이한 조성의 샘플들을 카세트에 넣고, 예열한 후 용융 KNO3(>99%) 조에 침지시켰다. 이온 교환 후, 샘플을 냉각시켜 세척하였다.
서로 다른 유리 조성에 대해 두 가지 형태의 처리를 적용하였다. 420℃에서 220분의 침지 시간 동안 첫 번째 처리를 수행하였다(소위 "저온"). 465℃에서 480분 동안 두 번째 처리를 수행하였다(소위 "고온"). 이어서, 광탄성측정기를 통해 표면 압축 응력(CS) 및 교환층의 깊이(DoL)를 측정하였다. 표 2는 각각의 조성 및 각각의 처리에 대한 CS 및 DoL의 평균값을 요약한 것이다.
Figure pct00002
화학 템퍼링 특성(CS 및 DoL)의 측정값에 기초하여, 고온 및 저온의 압축 응력 간 비 R을 계산할 수 있다: R = CS465℃/CS420℃. 이 R비는 고온에서의 표면 압축 응력 보존의 이미지이다. 1에 가까운 R 값은 유리가 고온에서의 응력 완화를 제한하려는 경향이 있다는 것과 저온 및 고온 처리가 최종적으로 동일한 수준의 압축 응력을 초래한다는 것을 의미한다. 반면, R비가 작은 경우, 이는 고온 처리를 받은 유리가 발생 응력을 크게 완화시키는 경향이 있다는 것을 의미한다.
상응하는 비교 샘플을 사용하여 본 발명에 따른 각각의 조성에 대해 DoL의 증가(G 인자)를 또한 계산할 수 있다: G = (DoL샘플-DoL비교)/ DoL비교. 기계적 요청에 대한 유리 조각의 저항을 개선하기 위해 이 G 인자는 가능한 한 높아야 한다. 서로 다른 조성에 대한 R비 및 G 인자는 다음 표에 요약되어 있다.
Figure pct00003
표 3 및 도 1로부터, 본 발명의 이로운 효과가 강조된다. 몰 관점에서 조성의 나머지를 안정하게 유지하면서 K2O/(K2O+Na2O) 비를 증가시키면, 조성물의 G 인자(420℃ 및 465℃)가 현저히 증가하는데, 이는 본 발명에 따른 조성물이 두 가지 시험 온도에서 보다 빠른 이온 교환을 가능하게 함을 의미한다. 이 놀라운 효과가 관찰되고, 상이한 유리 색조, 즉 두 가지 상이한 철 수준에 대해 유사하다.
유사하게, K2O/(K2O+Na2O) 값이 높을수록 R비는 증가하며, 고온 처리에 대한 응력 보존 효과를 강조한다. 이 실험 세트에서, 비교 샘플은 약 0.65 근방의 R비를 나타내는데, 이는 처리 온도를 420℃에서 465℃로 증가시키면 표면 압축 응력을 약 35% 감소시킬 것이라는 것을 의미한다. 반면, 본 발명에 따른 샘플은 최대 0.92의 R비를 나타내는데, 이는 더 높은 온도의 처리가 단지 압축 응력을 저온 처리에 대해 10% 미만 감소시킨다는 것을 의미한다.
이러한 방식으로, 더 높은 온도의 처리를 적용함으로써, 본 발명에 따른 조성물로 (40 μm에 가까운) DoL과 (400 MPa보다 더 높게 잘 유지되는) CS의 흥미로운 조합을 얻을 수 있다.
기타 특성
Fluegel 모델(Glass Technol .: Europ . J. Glass Sci . Technol. A 48 (1): 13-30 (2007); 및 Journal of the American Ceramic Society 90 (8): 2622 (2007))을 사용하여 유리 조성물을 기초로 다음 특성들을 평가하였다:
- 1200℃ 및 1400℃에서 평가된 유리 용융 밀도;
- "융점 온도 T2"를 통한 점도;
- "작업점 온도 T4";
- 실투 온도 T0.
얻어진 결과를 표 4에 요약하였다.
일반적인 방식으로,
융점 온도 T2는 바람직하게 1550℃ 이하, 더 바람직하게는 1520℃ 이하, 가장 바람직하게는 1500℃ 이하이다.
작업점 온도 T4는 바람직하게 1130℃ 이하, 더 바람직하게는 1100℃ 이하, 가장 바람직하게는 1070℃ 이하이다.
실투 온도 T0는 바람직하게 T4 이하, 더 바람직하게는 T4-20℃ 이하, 가장 바람직하게는 T4-40℃ 이하이다.
Figure pct00004
본 발명에 따른 조성물은,
- 종래의 소다 석회 유리(비교예 1.1 및 2.1)의 융점 온도에 가까운 1500℃ 미만의 융점 온도 T2;
- 종래의 소다 석회 유리(비교예 1.1 및 2.1)에 가까운, 1100℃ 미만의 작업점 온도 T4;
- 작업점 온도 T4보다 낮기 때문에 적합한 실투 온도 T0;
- 소다 석회 유리(비교예 1.1 및 2.1)에 매우 근접하여 조성 변화(전이) 시 밀도 결함을 방지/제한하는 유리 밀도 때문에,
소다 석회 유리 제조용 기존 노 기구를 사용하면서 플로트 공정에 의해 형성하기에 적합하다.
마지막으로, 본 발명에 따른 조성물은 적절한 황산염 용해도 및 적합한 고온 점도 덕분에 제조/용융 시 황산염 정제 능력을 가질 수 있다.

Claims (15)

  1. 유리의 총 중량에 대한 중량 퍼센트로,
    65 ≤ SiO2 ≤ 78%
    5 ≤ Na2O ≤ 20%
    1 ≤ K2O < 8%
    1 ≤ Al2O3 < 6%
    2 ≤ CaO < 10%
    0 ≤ MgO ≤ 8%, 및
    0.1 내지 0.7의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함하는, 붕소, 스트론튬 및 리튬을 함유하지 않는 유리 조성을 가진 유리판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조성은 0.002 내지 1.7 wt% 범위의 함량의 (Fe2O3 형태로 표현된) 총 철을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 조성은 0.002 내지 0.6 wt% 범위의 함량의 (Fe2O3 형태로 표현된) 총 철을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 조성은 0.002 내지 0.2 wt% 범위의 함량의 (Fe2O3 형태로 표현된) 총 철을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조성은 0.06 < Fe2O3 ≤ 1.7 wt%의 총 철을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  6. 제5항에 있어서, 상기 조성은 0.06 < Fe2O3 ≤ 0.6 wt%의 총 철을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  7. 제6항에 있어서, 상기 조성은 0.06 < Fe2O3 ≤ 0.2 wt%의 총 철을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  8. 제7항에 있어서, 상기 조성은 1 ≤ Al2O3 ≤ 4 wt%가 되도록 낮은 알루미나 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 조성은 2 ≤ Al2O3 ≤ 3 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성은 5 ≤ CaO < 10 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성은 1 ≤ K2O < 6 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성은 3 ≤ K2O ≤ 6 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성은 0.1 내지 0.5 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성은 0.2 내지 0.5 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성은 0.2 내지 0.4 범위의 K2O/(K2O+Na2O) 비를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리판.
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