KR20180122655A - 강화된 리튬-계 유리 제품의 제조방법 및 리튬-계 유리 제품 - Google Patents

강화된 리튬-계 유리 제품의 제조방법 및 리튬-계 유리 제품 Download PDF

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Abstract

유리 제품의 강화방법 및 상기 방법으로부터 형성된 강화된 유리 제품이 개시된다. 상기 방법은 상기 유리 제품을 이온 교환 용dor에 약 4 시간 내지 약 8시간 동안 접촉시키는 단계를 포함한다. 상기 이온 교환 용액은 약 370 ℃ 내지 약 410 ℃의 온도를 갖는다. 상기 이온 교환 용액은 약 65 mol.% 내지 약 75 mol.% KNO3 및 약 25 mol.% 내지 약 35 mol.% NaNO3를 포함한다. 접촉 단계 이전에, 상기 유리 제품은 약 55 mol.% 내지 약 75　mol.% SiO2, 약 8 mol.% 내지 약 15 mol.% Al2O3, 약 5 mol.% 내지 약 12 mol.% Na2O, 약 8 mol.% 내지 약 14 mol.% Li2O; 0 mol.% 내지 약 1 mol.% K2O, 0 mol.% 내지 약 2 mol.% MgO, 0 mol.% 내지 약 2 mol.% CaO, 및 0 mol.% 내지 약 2 mol.% ZrO2의 조성물을 갖는다.

Description

강화된 리튬-계 유리 제품의 제조방법 및 리튬-계 유리 제품
본 출원은 2016년 3월 18자로 출원된 미국 가출원번호 제62/310,272호의 우선권의 이익을 향유하며, 그 내용은 전체가 참고로서 본원에 포함된다.
본 기재는 유리 제품에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 화학적으로 강화되며 높은 낙하 및 내마모성을 갖는 리튬-계 유리 제품에 관한 것이다.
유리 제품은 전자 적용, 자동차 적용 및 건축 적용과 같은 다양한 소비자 및 상업적 적용에 통상적으로 사용된다. 예를 들어, 휴대폰, 컴퓨터 모니터, GPS 소자, 텔레비젼, 및 그 유사품과 같은 가전 소자는 디스플레이의 부분으로서 통상적으로 유리 제품을 포함한다. 이러한 소자 중 일부에서, 상기 유리 제품은 또한 상기 디스플레이가 터치 스크린인 경우과 같이, 터치 기능성이 가능하도록 사용된다.
이러한 소자 중 다수가 휴대용이며, 이처럼, 상기 소자에 포함된 유리 제품은 사용 및 이동 모두의 동안 균열, 스크래치 및 유사 경우와 같은 충격 및/또는 손상을 견디기 위하여 충분히 견고해야 할 필요가 있다.
일 구현예에 따르면, 유리 제품의 강화방법은 다음을 포함한다: 유리 제품을 이온 교환 용액에 약 4 시간 이상에서 약 8시간 이하의 기간 동안 접촉시키는 단계, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 370　℃ 이상 내지 약 410　℃ 이하의 온도를 가짐; 및 상기 유리 제품으로부터 상기 이온 교환 용액을 분리하는 단계. 상기 이온 교환 용액은 약 65　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 KNO3, 및 약 25　mol.% 이상 내지 약 35　mol.% 이하의 NaNO3를 포함한다. 상기 접촉 단계 이전에, 상기 유리 제품은 약 55　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 SiO2, 약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Al2O3, 약 5 mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Na2O, 약 8　mol.% 이상 내지 약 14　mol.% 이하의 Li2O, 0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 K2O, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 MgO, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 CaO, 및 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 ZrO2를 포함한다.
또 다른 구현예에 따르면, 강화된 유리 제품을 제조하는 방법은 유리 제품을 이온 교환 용액에 약 4 시간 이상에서 약 8시간 이하의 기간 동안 접촉시키는 단계, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 370　℃ 이상 내지 약 410　℃ 이하의 온도를 가짐; 및 상기 유리 제품으로부터 상기 이온 교환 용액을 분리하는 단계로 필수적으로 구성된다. 상기 이온 교환 용액은 약 65　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 KNO3, 및 약 25　mol.% 이상 내지 약 35　mol.% 이하의 NaNO3를 포함한다. 상기 접촉 단계 이전에, 상기 유리 제품은 약 55　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 SiO2, 약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Al2O3, 약 5　mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Na2O, 약 8　mol.% 이상 내지 약 14　mol.% 이하의 Li2O, 0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 K2O, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 MgO, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 CaO, 및 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 ZrO2를 포함한다.
부가적인 구현예에 따르면, 상기 방법에 의해 형성된 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 전구체 유리 제품 및 이온 교환 용액을 약 4 시간 이상 내지 약 8 시간 이하의 기간 동안 접촉시키는 단계, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 370　℃ 이상 내지 약 410　℃ 이하의 온도를 가짐; 및 상기 전구체 유리 제품으로부터 이온 교환 용액을 분리하고 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품을 수득하는 단계를 포함한다. 상기 이온 교환 용액은 약 65　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 KNO3, 및 약 25　mol.% 이상 내지 약 35　mol.% 이하의 NaNO3를 포함한다. 상기 전구체 유리 제품은 약 55　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 SiO2, 약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Al2O3, 약 5　mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Na2O, 약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Li2O, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 K2O, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 MgO, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 CaO, 및 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 ZrO2를 포함한다. 상기 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 약 190　cm 이상의 높이로부터 낙하 시험을 견딘다.
본 기재의 관점(1)에서, 다음을 포함하는 유리 제품의 강화방법이 제공된다. 상기 방법은 유리 제품을 이온 교환 용액에 약 4 시간 이상에서 약 8시간 이하의 기간 동안 접촉시키는 단계, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 370　℃ 이상 내지 약 410　℃ 이하의 온도를 가짐; 및 상기 유리 제품으로부터 상기 이온 교환 용액을 분리하는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 이온 교환 용액은 약 65　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 KNO3, 및 약 25　mol.% 이상 내지 약 35　mol.% 이하의 NaNO3를 포함하며, 상기 접촉 단계 이전에, 상기 유리 제품은 약 55　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 SiO2, 약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Al2O3, 약 5 mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Na2O, 약 8　mol.% 이상 내지 약 14　mol.% 이하의 Li2O, 0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 K2O, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 MgO, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 CaO, 및 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 ZrO2를 포함한다.
본 기재의 관점(2)에서, 상기 유리 제품의 두께는 약 1　mm 이하인 관점 (1)의 유리 제품의 강화방법이 제공된다.
본 기재의 관점(3)에서, 상기 유리 제품의 두께는 약 0.45　mm 이상 내지 약 0.85　mm 이하인 관점 (1) 또는 (2)의 유리 제품의 강화방법이 제공된다.
본 기재의 관점(4)에서, 상기 접촉 기간은 약 5 시간 이상 내지 약 7 시간 이하인 관점 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 유리 제품의 강화방법이 제공된다.
본 기재의 관점(5)에서, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 380　℃ 이상 내지 약 400　℃ 이하의 온도를 갖는 관점 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 유리 제품의 강화방법이 제공된다.
본 기재의 관점(6)에서, 상기 이온 교환 용액은 약 68　mol.% 이상 내지 약 72　mol.% 이하의 KNO3, 및 약 28　mol.% 이상 내지 약 32　mol.% 이하의 NaNO3를 포함하는 관점 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 유리 제품의 강화방법이 제공된다.
본 기재의 관점(7)에서, 상기 이온 교환 용액은 약 70　mol.% KNO3 및 약 30　mol.% NaNO3를 포함하는 관점 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 유리 제품의 강화방법이 제공된다.
본 기재의 관점(8)에서, 상기 유리 제품은 약 62　mol.% 이상 내지 약 68　mol.% 이하의 SiO2, 약 10　mol.% 이상 내지 약 13　mol.% 이하의 Al2O3, 약 7　mol.% 이상 내지 약 10　mol.% 이하의 Na2O, 약 9　mol.% 이상 내지 약 13　mol.% 이하의 Li2O, 0.01　mol.% 이상 내지 약 0.07　mol.% 이하의 K2O, 0.01　mol.% 이상 내지 약 0.5　mol.% 이하의 MgO, 및 0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 CaO를 포함하는 관점 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 유리 제품의 강화방법이 제공된다.
본 기재의 관점(9)에서, 강화된 유리 제품의 제조방법이 제공된다. 상기 방법은 유리 제품을 이온 교환 용액에 약 4 시간 이상에서 약 8시간 이하의 기간 동안 접촉시키는 단계, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 370　℃ 이상 내지 약 410　℃ 이하의 온도를 가짐; 및 상기 유리 제품으로부터 상기 이온 교환 용액을 분리하는 단계로 필수적으로 구성되며, 여기서, 상기 이온 교환 용액은 약 65　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 KNO3, 및 약 25　mol.% 이상 내지 약 35　mol.% 이하의 NaNO3로 필수적으로 구성되고, 상기 접촉 전에, 상기 유리 제품은 약 55　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 SiO2, 약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Al2O3, 약 5　mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Na2O, 약 8　mol.% 이상 내지 약 14　mol.% 이하의 Li2O, 0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 K2O, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 MgO, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 CaO, 및 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 ZrO2로 필수적으로 구성된다.
본 기재의 관점(10)에서, 상기 이온 교환 용액은 약 68　mol.% 이상 내지 약 72　mol.% 이하의 KNO3, 및 약 28　mol.% 이상 내지 약 32　mol.% 이하의 NaNO3로 필수적으로 이루어지는 관점 (9)의 강화된 유리 제품의 제조방법이 제공된다.
본 기재의 관점(11)에서, 상기 유리 제품은 약 62　mol.% 이상 내지 약 68 mol.%　이하의 SiO2, 약 10　mol.% 이상 내지 약 13　mol.% 이하의 Al2O3, 약 7　mol.% 이상 내지 약 10　mol.% 이하의 Na2O, 약 9　mol.% 이상 내지 약 13　mol.% 이하의 Li2O, 0.01　mol.% 이상 내지 약 0.07　mol.% 이하의 K2O, 0.01　mol.% 이상 내지 약 0.05　mol.% 이하의 MgO, 및 0.2　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 CaO로 필수적으로 이루어지는 관점 (9) 또는 (10)의 강화된 유리 제품의 제조방법이 제공된다.
본 기재의 관점(12)에서, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 380　℃ 이상 내지 약 400　℃ 이하의 온도를 갖는 관점 (9) 내지 (11) 중 어느 하나의 강화된 유리 제품의 제조방법이 제공된다.
본 기재의 관점(13)에서, 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품이 제공된다. 상기 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 전구체 유리 제품 및 이온 교환 용액을 약 4 시간 이상 내지 약 8 시간 이하의 기간 동안 접촉시키는 단계, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 370　℃ 이상 내지 약 410　℃ 이하의 온도를 가짐; 및 상기 전구체 유리 제품으로부터 이온 교환 용액을 분리하고 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품을 수득하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성되며, 여기서, 상기 이온 교환 용액은 약 65　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 KNO3, 및 약 25　mol.% 이상 내지 약 35　mol.% 이하의 NaNO3를 포함하며, 상기 전구체 유리 제품은 약 55　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 SiO2, 약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Al2O3, 약 5　mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Na2O, 약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Li2O, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 K2O, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 MgO, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 CaO, 및 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 ZrO2를 포함하며, 상기 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 약 190　cm 이상의 높이로부터 낙하 시험을 견딘다.
본 기재의 관점(14)에서, 상기 전구체 유리 제품은 약 62　mol.% 이상 내지 약 68　mol.% 이하의 SiO2, 약 10　mol.% 이상 내지 약 13　mol.% 이하의 Al2O3, 약 7　mol.% 이상 내지 약 11　mol.% 이하의 Na2O, 약 9　mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Li2O, 0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 K2O, 0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 MgO, 및 0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 CaO를 포함하는 관점 (13)의 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품이 제공된다.
본 기재의 관점(15)에서, 상기 알루미노실리케이트 유리 제품은 약 200　cm 이상의 높이로부터의 낙하 시험을 견디는 관점 (13) 또는 (14)의 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품이 제공된다.
본 기재의 관점(16)에서, 상기 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 약 220　cm 이상의 높이로부터의 낙하 시험을 견디는 관점 (13) 내지 (15) 중 어느 하나의 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품이 제공된다.
본 기재의 관점(17)에서, 상기 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 약 0.8　mm 이하의 두께 및 약 35　kgf 이상의 내마모성을 갖는 관점 (13) 내지 (16) 중 어느 하나의 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품이 제공된다.
본 기재의 관점(18)에서, 상기 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 약 0.55　mm 이하의 두께, 및 약 15　kgf 이상의 내마모성을 갖는 관점 (13) 내지 (17) 중 어느 하나의 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품이 제공된다.
본 기재의 관점(19)에서, 상기 이온 교환 용액은 약 68　mol.% 이상 내지 약 72　mol.% 이하의 KNO3, 및 약 28　mol.% 이상 내지 약 32　mol.% 이하의 NaNO3를 포함하는 관점 (13) 내지 (18) 중 어느 하나의 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품이 제공된다.
본 기재의 관점(20)에서, 상기 이온 교환 용액은 접촉 동안 약 380　℃ 이상 내지 약 400　℃ 이하의 온도를 갖는 관점 (13) 내지 (19) 중 어느 하나의 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품이 제공된다.
본 기재의 관점(21)에서, 소비자 가전 제품이 제공된다. 상기 소비자 가전 제품은 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징; 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 제공된 전자 부품, 상기 전자 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에 또는 인접하여 제공됨; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 유리를 포함하며, 여기서 상기 하우징 또는 커버 유리 중 적어도 하나의 부분은 관점 (13) 내지 (20) 중 어느 하나의 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품을 포함한다.
부가적인 특징 및 이점이 다음의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 다음의 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함하여 여기에 기술된 구현예들을 실시함으로써 통상의 기술자에게 인식되거나 또는 상기 설명으로부터 명확해질 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 다양한 구현예를 기술하며 청구된 대상의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개관 또는 틀을 제공하도록 의도됨이 이해되어야 한다. 첨부되는 도면은 여러 가지 구현예의 좀 더 나은 이해를 제공하기 위하여 포함되며, 본 명세서에 포함되어 그 부분을 구성한다. 도면은 청구된 대상의 원리 및 작동을 설명하기 위하여 본 설명과 함께 여기에 기술된 다양한 구현예를 개시한다.
도 1은 본원에 개시된 구현예에 따른 강화된 유리 제품을 개략적으로 나타낸 도면이며;
도 2는 연마된 링-온-링 시험 장치의 횡단면을 나타낸 도면이며;
도 3a는 본원에 개시된 강화된 제품을 포함하는 예시적인 전자 소자를 나타낸 평면도이며; 그리고
도 3b는 도 3a의 예시적인 전자 소자의 사시도이다.
유리 제품을 강화하기 위한 방법이 본원에 개시된다. 상기 방법의 일부 구현예는 유리 제품을 이온 교환 용액에 약 4 시간 이상 내지 약 8 시간 이하의 기간 동안 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 370　℃ 이상 내지 약 410　℃ 이하의 온도를 갖는다. 상기 접촉 단계 후, 상기 이온 교환 용액 및 유리 제품이 분리된다. 일부 구현예에서, 상기 이온 교환 용액은 약 65　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 KNO3, 및 약 25　mol.% 이상 내지 약 35　mol.% 이하의 NaNO3를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 유리 제품은 상기 접촉 단계 이전에, 약 55　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 SiO2, 약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Al2O3, 약 5 mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Na2O, 약 8　mol.% 이상 내지 약 14　mol.% 이하의 Li2O, 0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 K2O, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 MgO, 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 CaO, 및 0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 ZrO2를 포함한다.
일부 구현예에 따른 유리 조성물은 리튬 알루미노실리케이트 유리이다. 상기 이온 교환 용액과 접촉하기 이전의 상기 유리 제품의 조성물은 개별적인 성분들로서 후술된다. 구체적인 유리 조성물 및 상기 유리 조성물의 구성성분들의 범위가 이하에서 개별적으로 제공되나, 상기 유리 조성물의 다양한 구성성분들이 제한 없이 결합 가능하며, 상기 구성성분들의 모든 가능한 조합이 본 기재의 구현예에서 구상된다는 점이 이해되어야 한다.
일부 구현예에서, SiO2는 유리 조성물의 가장 큰 구성성분이며, 이처럼 SiO2는 상기 유리 조성물로부터 형성되는 유리 네트워크의 주요 구성성분이다. 순수한 SiO2는 상대적으로 낮은 열팽창계수 (CTE)를 갖는다. 그러나, 순수한 SiO2는 높은 용융점을 갖는다. 따라서, 유리 조성물 중 SiO2의 농도가 너무 높으면, SiO2의 높은 농도가 유리의 용융의 어려움을 증가시키고, 따라서 유리의 형성성에 악영향을 미치므로 유리 조성물의 형성성이 약화될 수 있다. 이처럼, 예를 들어 50 mol.% 미만의 SiO2를 갖는 유리와 같은 낮은 SiO2 유리들은 낮은 내구성 및 실투에 대한 낮은 내성을 갖는 경향이 있으므로 형성의 용이함을 위하여 55 mol.% 초과의 SiO2를 갖도록 하는 것이 타당하다.
일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 60 mol.% 이상 내지 약 70　mol.% 이하, 약 62 mol.% 이상 내지 약 68 mol.% 이하, 약 64 mol.% 이상 내지 약 66 mol.% 이하, 약 65 mol.% SiO2, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 55 mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 농도로 SiO2를 포함한다.
일부 구현예의 유리 조성물은 SiO2에 덧붙여 Al2O3를 더욱 포함한다. Al2O3는 SiO2와 유사하게 유리 네트워크 형성자로서 기능한다. Al2O3는 유리 조성물의 점도를 증가시킨다. 그러나, Al2O3의 농도가 SiO2 및 선택적으로 유리 조성물 내의 알칼리 산화물의 농도에 대해 균형이 이루어질 때, Al2O3는 유리 용융물의 액상 온도를 감소시켜 예를 들어, 하향-인발 공정 및 그 유사 공정과 같은 특정 형성 공정으로 유리 조성물의 양립성을 향상시키고 액상 점도를 향상시킬 수 있다. 또한, Al2O3는 알칼리 실리케이트 유리의 이온 교환 성능을 향상시킨다.
일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 9 mol.% 이상 내지 약 14　mol.% 이하, 약 10 mol.% 이상 내지 약 13 mol.% 이하, 약 11 mol.% 이상 내지 약 12 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 8 mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 농도로 Al2O3를 포함한다.
알칼리 금속 산화물 (이하 "R2O"로 기술되며, 여기서 "R"은 하나 이상의 알칼리 금속임)은 유리의 점도를 낮추고 용융성 및 형성성을 향상시키기 위하여 유리 조성물에 첨가될 수 있다. 또한 알칼리 금속 산화물 또한 유리의 굴절률 및 응력 모두를 변형시키는 이온 교환이 가능하다. R2O의 함량이 너무 크면, 상기 유리의 열팽창계수가 너무 크게 되고, 유리의 열충격저항성이 감소될 수 있다. 본원에 개시된 유리 조성물은 알칼리 금속 산화물로서 Li2O를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 Li2O에 덧붙여 알칼리 금속 산화물로서 하나 이상의 Na2O, K2O, Rb2O, 및 Cs2O를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 조성물은 약 9 mol.% 이상 내지 약 13 mol.% 이하, 약 10 mol.% 이상 내지 약 12 mol.% 이하, 약 10 mol.% 이상 내지 약 11 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 8 mol.% 이상 내지 약 14 mol.% 이하의 농도로 Li2O를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 조성물은 약 6 mol.% 이상 내지 약 11 mol.% 이하, 약 7 mol.% 이상 내지 약 10 mol.% 이하, 약 8 mol.% 이상 내지 약 10 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 5 mol.% 이상 내지 약 12 mol.% 이하의 농도로 Na2O를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 조성물은 약 0.01 mol.% 이상 내지 약 0.5 mol.% 이하, 약 0.01 mol.% 이상 내지 약 0.07 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 0 mol.% 이상 내지 약 1 mol.% 이하의 농도로 K2O를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 15 mol.% 이상 내지 약 20　mol.% 이하, 약 16 mol.% 이상 내지 약 19 mol.% 이하, 약 17 mol.% 이상 내지 약 18 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 14 mol.% 이상 내지 약 22　mol.% 이하의 총 농도로 R2O를 포함한다.
유리 조성물 내에 상대적으로 높은 양의 R2O를 포함하는 것은 이온 교환 공정(예를 들어, 약 400　℃에서 용융된 KNO3 및/또는 NaNO3 염 욕에서의 이온 교환) 동안 작은 알칼리 금속 이온 및 큰 알칼리 금속 이온의 향상된 이온 상호확산을 가능하게 한다. 특정 이론에 구속되는 것은 아니나, 상대적으로 높은 양의 R2O는 Al3 +에 대한 전하 보상자(charge compensator)로서 기능할 수 있으므로, 산소로 4면체 배위된 전하 균형이 맞추어진 단위를 형성할 수 있다. 이러한 4면체 배위는 보다 강한 유리 제품을 가능하게 한다.
높은 압입 손상 저항성(indentation damage resistance)을 보유하기 위하여, 일부 구현예에 따른 유리 조성물은 약 0.75:1.0 이상 내지 약 1.0:1.0 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 0.5:1 이상 내지 약 1.0:1.0 이하의 Al2O3 대 R2O의 몰 비율을 갖는다. 일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 0.9:1.0 이상 내지 약 1.1:1.0 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 0.8:1.0 이상 내지 약 1.2:1.0 이하의 Al2O3 대 Li2O의 몰 비율을 갖는다.
상기 유리 조성물은 일부 구현예에서, 알칼리 토 금속 산화물과 같은 다른 성분을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 알칼리 토 금속 산화물은 MgO, CaO, SrO, BaO, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 이러한 산화물들은 유리의 용융성(meltability), 내구성 및 안정성을 향상시키기 위하여 첨가될 수 있다. 또한, 알칼리 토 금속 산화물은 환경 조건에 노출 시 유리 조성물의 분해(degradation)를 방지하는 것을 돕는 안정제로서 첨가될 수 있다. 그러나, 상기 유리 조성물에 너무 많은 알칼리 토 금속 산화물을 첨가하는 것은 그 형성성을 감소시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 0.5 mol.% 이상 내지 약 2.5　mol.% 이하, 약 1.0 mol.% 이상 내지 약 2.0 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 0 mol.% 이상 내지 약 3.0 mol.% 이하의 농도로 알칼리 토 금속 산화물을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 0.2 mol.% 이상 내지 약 1.0 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 0 mol.% 이상 내지 약 2.0 mol.% 이하의 농도로 CaO를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 0.01 mol.% 이상 내지 약 0.5 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 0 mol.% 이상 내지 약 2.0 mol.% 이하의 농도로 MgO를 포함한다.
유리 조성물의 구현예는 ZrO2를 포함할 수 있으며, 이는 상기 유리 조성물의 화학적 내구성을 향상시킬 수 있다. 추가로, ZrO2는 또한 유리 조성물의 열팽창계수를 감소시키고 유리 전이 온도를 증가시킬 수 있다. 그러나, 다량의 ZrO2는 유리 조성물의 형성성을 감소시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 0.5 mol.% 이상 내지 약 1.8 mol.% 이하, 약 0.8 mol.% 이상 내지 약 1.5 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 0 mol.% 이상 내지 약 2 mol.% 이하의 ZrO2를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 예를 들어, SnO2 , 황산염, 염화물, 브롬, Sb2O3, As2O3, SrO, TiO2, Fe2O3, 및 Ce2O3와 같은 청징제를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 0.002 mol.% 이상 내지 약 0.9 mol.% 이하, 약 0.05 mol.% 이상 내지 약 0.8 mol.% 이하, 약 0.1 mol.% 이상 내지 약 0.7 mol.% 이하, 약 0.1 mol.% 이상 내지 약 0.3 mol.% 이하, 약 0.15 mol.%, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 0 mol.% 이상 내지 약 1.0 mol.% 이하의 농도로 하나 이상의 청징제를 포함한다. 청징제로서 황산염을 사용하는 구현예에서, 상기 황산염은 약 0.001 mol.% 이상 내지 약 0.1 mol.% 이하의 양으로 포함될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 0 mol.% 이상 내지 약 0.001 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 0 mol.% 이상 내지 약 0.01　mol.% 이하의 농도로 SnO2를 포함한다. 일부 다른 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 0.01 mol.% 이상 내지 약 0.05 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 0 mol.% 이상 내지 약 0.1 mol.% 이하의 농도로 TiO2를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 0.001 mol.% 이상 내지 약 0.05 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 0　mol.% 이상 SrO 내지 약 0.1 mol.% 이하의 농도로 SrO를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 약 0.01 mol.% 이상 내지 약 0.05 mol.% 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 0 mol.% 이상 내지 약 0.1 mol.% 이하의 농도로 Fe2O3를 포함한다.
본원에 개시된 구현예에 따른 유리들은 예를 들어 유리 시트와 같은 유리 제품으로 형성될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 적어도 130 kilopoise의 액상 점도를 가지며, 적합한 형성 기술, 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나, 용융-인발 공정, 슬롯-인발 공정, 및 재-인발(re-draw) 공정에 의해 하향-인발가능하다. 다른 구현예에서, 상기 유리 시트는 플로우트 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 유리 조성물은 예를 들어, 모든 적합한 두께를 갖는 유리 시트와 같은 유리 제품으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 휴대폰, 컴퓨터(랩톱 및 테블릿을 포함하여) 및 ATM에 대한 터치 스크린 또는 터치 스크린 커버 유리와 같은 전자 소자에서 사용되는 유리 제품에 대해서, 상기 유리 제품은 약 1 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 유리 제품은 약 0.4 mm 이상 내지 약 1 mm 이하, 약 0.45 mm 이상 내지 약 0.85 mm 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 0.2 mm 이상 내지 약 1 mm 이하의 범위에서의 두께를 갖는다.
일부 구현예에 따르면, 상기 유리 제품은 예를 들어, 이온 교환에 의해서와 같이 화학적으로 강화된다. 이온 교환으로 처리되는 유리 조성물은 통상적으로 예를 들어 Na, K, Rb, 또는 Cs 이온과 같은 좀 더 큰 일가의 알칼리 금속 이온에 의해 이온교환될 수 있는 예를 들어 Li 이온과 같은 좀 더 작은 1가의 알칼리 금속 이온을 함유한다. 일부 구현예에서, 상기 유리 조성물은 이온 교환 공정 동안 Na 이온에 의해 대체되는 Li 이온을 처음에 포함한다. 이러한 형태의 이온 교환으로 처리되는 예시적인 유리 조성물은 상술한 바와 같다.
상기 이온 교환 공정은 상기 유리 제품을 이온 교환 용액으로 접촉시키는 단계를 포함한다. 상기 유리 제품은 스프레이, 담지, 코팅 또는 다른 증착 공정에 의해 이온 교환 용액에 접촉될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 이온 교환 공정은 상기 유리 제품을 이온 교환 용액의 용융 욕에 침지시키는 단계를 포함한다. 상기 이온 교환 조건은 상기 이온 교환 용액에 존재하는 좀 더 큰 이온(Na 이온 또는 K 이온과 같은)으로 상기 유리 제품의 매트릭스 내의 좀 더 작은 이온(Li 이온과 같은)을 대체하는 것을 향상시키도록 선택된다. 도 1을 참조하면, 전술한 이온 교환 공정은 이온 교환 용액에 접촉되는 유리 제품(100)의 표면에서 압축 응력층(110)을 형성한다. 도 1은 단지 압축 응력층(110)을 갖는 하나의 표면을 나타내나, 압축 응력층(110)은 유리 제품(100)의 다중 표면 상에 형성될 수 있음이 이해되어야 한다. 상기 압축 응력층(110)은 유리 제품의 강도에 기여하는 적어도 2가지의 측정 가능한 파라미터를 갖는다: 층의 깊이((DOL), 도 1에서 "D"로 나타냄), 및 압축 응력 (CS).
상기 유리 제품 및 이온 교환 용액 사이의 접촉 기간은 상기 이온 교환 용액 내의 좀 더 큰 이온으로 유리 매트릭스 내의 좀 더 작은 이온의 교환을 향상시키도록 선택된다. 일부 구현예에서, 상기 유리 제품은 약 5 시간 이상 내지 약 7 시간 이하, 약 5.5 시간 이상 내지 약 6.5 시간 이하, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 4시간 이상 내지 약 8 시간 이하의 기간 동안 이온 교환 용액에 접촉된다.
상기 유리 제품을 이온 교환 용액에 접촉하는 동안 상기 이온 교환 용액의 온도는 상기 이온 교환 용액 내의 좀 더 큰 이온으로 상기 유리 제품 내의 좀 더 작은 이온의 교환을 향상시키도록 선택된다. 일부 구현예에서, 상기 이온 교환 용액으로 상기 유리 제품을 접촉시키는 동안 상기 이온 교환 용액의 온도는 약 380 ℃ 이상 내지 약 400 ℃ 이하, 약 385 ℃ 이상 내지 약 395 ℃ 이하, 약 390　℃, 또는 여기에 포함된 모든 서브-범위들과 같은 약 370 ℃ 이상 내지 약 410 이하이다.
상기 이온 교환 용액 조성물은 상기 이온 교환 공정의 효과에 도움을 줌으로써, 상기 유리 제품의 성질을 향상시킨다. 예를 들어, 그러나 특정 이론에 한정되는 것 없이, 리튬을 함유하는 유리 조성물은 2-단계 공정을 수행함으로써 깊은 DOL을 수득하는 이온 교환 공정이 수행될 수 있으며, 여기서 상기 유리 제품은 100% NaNO3의 용융 욕에 먼저 접촉되고 이어서 100% KNO3의 용융 욕에 상기 유리 제품을 접촉시킨다. 또한, 95% KNO3 및 5% NaNO3를 포함하는 용융 욕으로 상기 유리 제품을 접촉시키는 단계를 포함하는 1-단계의 이온 교환 공정은 깊은 층의 깊이를 갖는 유리 제품을 수득할 것이다. 그러나, 깊은 층의 깊이는 단독으로는 우수한 내마모성 및 강도를 보장하지 않는다. 반대로, 본원에 개시된 온도에서 그리고 기간 동안 특정 조성물을 갖는 이온 교환 용액을 이용하는 것은 우수한 내마모성 및 우수한 강도 모두를 갖는 유리 제품을 제공한다.
일부 구현예에서, 상기 이온 교환 용액은 NaNO3 및 KNO3의 혼합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 이온 교환 용액은 약 65 mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 농도로 KNO3를 포함하며 약 25　mol.% 이상 내지 약 35 mol.% 이하의 농도로 NaNO3를 포함한다. 일부 다른 구현예에서, 상기 이온 교환 용액은 약 68　mol.% 이상 내지 약 72 mol.% 이하의 농도로 KNO3를 포함하며 약 28　mol.% 이상 내지 약 32 mol.% 이하의 농도로 NaNO3를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 상기 이온 교환 용액은 약 70 mol.%의 농도로 KNO3를 포함하며 약 30 mol.%의 농도로 NaNO3를 포함한다.
본원에 개시된 유리 조성물 및 이온 교환 조건을 사용하는 것은 우수한 내마모성을 갖는 우수한-강도의 유리 제품을 제공한다. 본 구현예에 따라 형성되는 강화된 유리 제품의 강도 및 내마모성은 이하에 기술되는 낙하 및 마모 시험에 의해 측정된다.
본원에서 사용되는 바에 따라, 유리 제품의 강도는 2-단계의 낙하 시험에 의해 측정된다. 낙하 시험에서, 유리 제품은 절단되고 상기 절단된 가장자리는 그라인딩, 폴리싱, 에칭 등에 의해서와 같이 마감처리되어, 상기 절단된 유리 제품은 본래 커버 유리가 제거되는 핸드헬드 소자(휴대폰과 같은)로 분류될 수 있는 크기가 된다. 절단 및 가장자리 마감질 후, 상기 유리 제품은 이온 교환 공정이 수행된다. 이온 교환 공정이 완성되며, 상기 강화된 유리 제품은 세척, 건조되고 핸드헬드 소자로 보증되어 시험 소자를 형성한다. 2-단계 낙하 시험의 제1단계는 상기 시험 소자를 제1배향에 위치시키는 단계 및 상기 시험 소자를 상기 제1배향에서 매끈한 화강암 조각 상에 1미터의 높이로부터 낙하시키는 단계를 포함한다. 상기 시험 소자 내의 유리 제품이 낙하될 때 균열이 생기면 이를 불합격시키고 시험을 중단한다. 그러나, 상기 시험 소자 내의 유리 제품에 균열이 생기지 않으면, 비-균열된 시험 소자를 제2의 배향에 위치시키고, 매끈한 표면의 화강암 상에서 1 미터의 높이로부터 낙하시킨다. 이러한 공정을 18의 다른 배향에 대해 반복한다. 모든 18 배향에서 낙하된 후 균열이 생기지 않은 시험 소자를 다음으로 2-단계 낙하 시험의 제2단계로 넘긴다.
상기 낙하 시험의 제2단계는 상기 낙하 시험의 제1단계 동안 균열이 가지 않은 시험 소자 상에서 단지 수행된다. 상기 낙하 시험의 제2단계에서, 상기 시험 소자는 180 그릿 연마지 상에 다양한 높이로부터 낙하된다. 상기 시험 소자는 상기 유리 제품이 상기 연마지를 접촉하기 위하여 상기 시험 소자의 제1부분이 되도록 배향된다. 상기 시험 소자는 22 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90　cm, 100 cm, 110 cm, 120 cm, 130 cm, 140 cm, 150 cm, 160 cm, 170 cm, 180 cm, 190 cm, 200 cm, 210 cm, 및 221 cm의 높이로부터 낙하된다. 다음으로 상기 유리 제품이 균열이 가는 높이에서 시험 소자에 대한 낙하 높이로서 기록된다. 그러나, 상기 시험 소자 내의 유리 제품이 어떠한 높이에서 낙하되는 경우에도 균열이 생기지 않으면, 상기 유리 제품은 그 높이에서 낙하 시험을 "통과한 것"으로 기술된다. 예로서, 130 cm에서 낙하될 때 균열이 가지 않았으나 140 cm에서 낙하될 때 균열이 생긴 유리 제품은 130 cm에서의 낙하 시험을 통과했으며, 140 cm의 실패 높이를 갖는 것으로 기술될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 유리 제품은 약 200 cm 이상, 약 210 cm 이상, 약 221 cm 이상, 또는 그 보다 높은 것과 같은 약 190 cm 이상의 높이에서 낙하 시험을 통과한다.
본원에서 언급되는 바에 따른 내마모성은 연마된 링 온 링(AROR) 시험을 사용하여 측정된다. 물질의 강도는 파열이 발생하는 응력으로서 정의된다. 상기 AROR 시험은 평탄 유리 견본을 시험하기 위한 표면 강도 측정으로, 본원에서 기술되는 AROR 시험 방법에 대한 토대로 기능하는 "주변 온도에서 고급 세라믹의 단조 양축 등가 휨 강도(Monotonic Equibiaxial Flexural Strength)에 대한 표준 시험 방법"의 명칭의 ASTM C1499-09(2013)이다. ASTM C1499-09의 내용은 그 전체가 참고로서 본원에 포함된다. 상기 유리 견본은 "굴곡(파괴 계수의 결정)에 의한 유리의 강도 표준 시험 방법"의 명칭으로, ASTM C158-02(2012)의 "마모 과정"으로 부록 A2에 기술된 방법 및 장치를 사용하여 유리 샘플에 전달된 90 그릿 탄화 규소(SiC) 입자로 링-온-링 시험을 하기 전에 연마된다. 상기 ASTM C158-02의 내용 및 특히 부록 2의 내용은 그 전체가 참고로서 본원에 포함된다.
링-온-링 시험하기 이전에 유리-계 제품의 표면은 ASTM C158-02, 부록 2에 기술된 바와 같이 연마되어 ASTM C158-02의 도 A2.1에 나타낸 장치를 사용하여 샘플의 표면 결함 조건을 정상화하거나 및/또는 제어한다. 상기 연마 물질은 304　kPa (44　psi)의 공기압을 사용하여 104　Kilopascals (kPa) (제곱 인치 당 15 파운드 포스 (psi))의 하중에서 유리-계 제품의 표면 상에 샌드블라스트된다. 공기 흐름이 확립된 후, 5 cm3 의 연마 물질을 깔때기 내로 보내고 샘플을 상기 연마 물질의 도입 후 5초 동안 샌드블라스트한다.
상기 AROR 시험을 위하여, 도 2에 나타낸 바와 같이 적어도 하나의 연마된 표면을 갖는 유리-계 제품이 양축 등가 굴곡 강도(즉, 2개의 중심의 링 사이에서 굴곡이 주어졌을 때 물질이 유지할 수 있는 최대 응력)를 결정하기 위하여 다른 크기의 2개의 링 사이에 위치된다. 상기 AROR 구조(400)에서, 상기 연마된 유리-계 제품(410)은 직경 D2를 갖는 지지 링(420)에 의해 지지된다. 힘 F가 직경 D1을 갖는 하중 링(430)에 의해 유리-계 제품의 표면에 하중 셀(도시되지 않음)에 의해 적용된다.
하중 링 및 지지 링의 직경의 비율 D1/D2는 0.2 내지 0.5의 비율에 있을 수 있다. 일부 구현예에서, D1/D2는 0.5이다. 하중 및 지지 링(130, 120)은 지지 링의 직경 D2의 0.5% 내에 집중적으로 정렬되어야 한다. 시험에 사용되는 하중 셀은 선택된 범위 내에서 모든 하중에서 ±1% 내로 정확해야 한다. 시험은 23±2℃의 온도 및 40±10%의 상대 습도에서 수행된다.
고정 디자인을 위하여, 하중 링(430)의 돌출 표면의 반경 r은 h/2 ≤ r ≤ 3h/2 범위이고, 여기서 h는 유리-계 제품(410)의 두께이다. 하중 및 지지 링(430, 420)은 경도 HRc> 40를 갖는 경화 강(hardened steel)으로 제작된다.
AROR 시험에 대한 의도된 실패 메커니즘은 하중 링(430) 내에서 표면(430a)으로부터 유래되는 유리-계 제품(410)의 파열을 관찰하기 위한 것이다. 이러한 영역 - 즉 하중 링(430) 및 지지 링(420)- 의 외부에서 발생하는 실패는 데이터 분석에서 생략된다. 그러나, 유리-계 제품(410)의 두께 및 높은 강도에 기인하여, 견본 두께 h의 ½을 초과하는 큰 편향이 종종 관찰된다. 따라서, 상기 하중 링(430)아래로부터 유래하는 실패의 높은 백분율을 관찰하는 것은 흔하다. 응력은 링 내부 및 링 아래(변형률 게이지(strain gauge) 분석을 통해 수집됨) 모두에서의 응력 전개 및 각 견본에서의 실패의 기원에 대한 이해 없이 정확하게 계산하는 것은 불가능하다. 따라서 AROR 시험은 측정된 반응(measured response)에 따라 실패에서 피크 하중에 초점을 맞춘다.
유리-계 제품의 강도는 표면 결함의 존재에 좌우된다. 그러나, 유리의 강도가 본래 통계적이므로, 주어진 크기에서의 결함의 존재 가능성은 정확하게 예상할 수 없다. 따라서 확률 분포는 일부 경우에 얻어진 데이터의 통계표상(statistical representation)으로서 사용될 수 있다.
구현예에서, 약 0.8　mm 이상의 두께를 갖는 유리 제품은 약 37 kgf 이상과 같은, 약 35 kgf 이상의 내마모성을 갖는다. 다른 구현예에서, 약 0.8　mm 이상의 두께를 갖는 유리 제품은 약 40 kgf 이상과 같은 약 39 kgf 이상의 내마모성을 갖는다. 구현예에서, 약 0.55　mm 이하의 두께를 갖는 유리 제품은 약 17 kgf 이상과 같은 약 15 kgf 이상의 내마모성을 갖는다. 다른 구현예에서, 약 0.55　mm 이하의 두께를 갖는 유리 제품은 약 19 kgf 이상과 같은 약 18 kgf 이상의 내마모성을 갖는다.
본원에 개시된 강화된 유리 제품은 디스플레이를 갖는 제품(또는 디스플레이 제품)(예를 들어, 이동전화, 테블릿, 컴퓨터, 네비게이션 시스템 및 유사 제품을 포함하는 가전제품), 건축 제품, 수송 제품(예를 들어, 자동차, 기차, 우주선, 원양 항해선, 등), 가전 제품, 또는 일부 투명성, 내-스크래치성, 내마모성 또는 이들의 조합을 요구하는 모든 제품과 같은 또 다른 제품에 포함될 수 있다. 본원에 개시된 강화된 제품을 포함하는 예시적인 제품을 도 3a 및 3b에 도시한다. 구체적으로, 도 3a 및 3b는 전면(204), 후면(206) 및 측면(208)을 갖는 하우징(202); 상기 하우징 내부에 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 위치되며, 하우징의 전면에 또는 그 전면에 인접한 적어도 디스플레이, 컨트롤러 및 메모리를 포함하는 전기 부품(도시되지 않음); 상기 디스플레이 위에 있도록 하우징의 전면 위에 또는 전면에의 커버 기판(212)을 포함하는 가전제품 소자(200)를 나타낸다. 일부 구현예에서, 상기 커버 기판(212) 또는 하우징(202)은 본원에 개시된 어떠한 강화된 유리 제품도 포함할 수 있다.
실시예
본 기재의 구현예가 다음의 비-한정 실시예에 의해 더욱 명확해질 것이다.
유리 샘플이 다음의 성분들을 블렌딩하고 용융함으로써 제조되었다: 65.38 mol.% SiO2, 11.04 mol.% Al2O3, 9.69 mol.% Na2O, 0.06 mol.% K2O, 10.67 mol.% Li2O, 0.46 mol.% MgO, 0.81 mol.% CaO, 1.80 mol.% ZrO2, 0.02 mol.% TiO2, 0.05 mol.% SrO, 및 0.02 mol.% Fe2O3. 표 1에 나타낸 두께를 갖는 유리 시트가 하향-인발 공정에 의해 형성되었다. 일단 형성되면, 상기 유리 시트는 원하는 크기로 절단되고 상기 절단된 가장자리는 마감질되었다. 다음으로, 상기 마감질된 유리 시트는 표 1에 나타낸 조성물을 갖는 용융 염 이온 교환 욕에 담갔다. 상기 마감질된 유리 시트를 표 1에 나타낸 기간 동안 이온 교환 욕에 유지하였다. 여러 가지 샘플을 도 1에 나타낸 농도, 기간 및 온도를 갖는 제2의 이온 교환 욕에 연속적으로 담갔다. 다음으로, 상기 강화된 유리 시트에 본원에 개시된 내마모성 시험이 수행되었다. 상기 유리 제품에는 또한 상술한 바와 같이 몇 가지 낙하 시험이 수행되었다. 이러한 시험의 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 1에서, "NA"는 제2의 이온 교환 공정 또는 낙하 시험이 수행되지 않았음을 나타낸다. 또한, 표 1에서 낙하 시험의 221 cm 아래의 "높이"는 낙하 시험이 수행된 이후 상기 유리 제품에서 균열이 나타남으로써 유리 시트가 실패한 높이를 나타낸다. 예를 들어, 샘플 1, 높이 1에서와 같이 낙하된 유리 시트는 110cm의 높이에서 유리 시트가 낙하된 경우 균열이 나타남으로써 실패를 나타내었다. 그러나, 221　cm는 유리 제품이 낙하될 수 있는 최대 높이이다. 따라서, 표 1에서 낙하 시험 ">　221"의 "높이"는 유리 제품이 모든 시험된 높이에서 균열이 일어나지 않았음을 나타낸다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 70 mol.% KNO3 및 30 mol.% NaNO3를 포함하는 단일 용융 염 욕에서 이온 교환된 샘플 1 및 2는 2개의 욕 공정에 의해 이온 교환되거나(즉, 비교 샘플 1, 3, 및 4) 또는 95 mol.% KNO3 및 5 mol.% NaNO3를 포함하는 용융 염 욕에서 이온 교환된(즉, 비교 샘플 2) 비교 샘플에 비해서 낙하 시험 및 마모 시험 모두에서 보다 나은 성능을 나타내었다.
본 주재의 사상 및 보호범위를 벗어나지 않고 본원에 개시된 구현예에 다양한 변형 및 변화가 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서는 본원에 개시된 다양한 구현예의 변형 및 변화를 포함하며, 이러한 변형 및 변화는 첨부된 청구항 및 그 균등물의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (21)

  1. 유리 제품을 이온 교환 용액에 약 4 시간 이상에서 약 8시간 이하의 기간 동안 접촉시키는 단계, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 370　℃ 이상 내지 약 410　℃ 이하의 온도를 가짐; 및
    상기 유리 제품으로부터 상기 이온 교환 용액을 분리하는 단계를 포함하며,
    여기서:
    상기 이온 교환 용액은:
    약 65　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 KNO3, 및
    약 25　mol.% 이상 내지 약 35　mol.% 이하의 NaNO3를 포함하며,
    상기 접촉 단계 이전에, 상기 유리 제품은:
    약 55　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 SiO2,
    약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Al2O3,
    약 5 mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Na2O,
    약 8　mol.% 이상 내지 약 14　mol.% 이하의 Li2O,
    0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 K2O,
    0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 MgO,
    0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 CaO, 및
    0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 ZrO2를 포함하는 유리 제품의 강화방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 제품의 두께는 약 1　mm 이하인 유리 제품의 강화방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 제품의 두께는 약 0.45　mm 이상 내지 약 0.85　mm 이하인 유리 제품의 강화방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 접촉 기간은 약 5 시간 이상 내지 약 7 시간 이하인 유리 제품의 강화방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 단계 동안 약 380　℃ 이상 내지 약 400　℃ 이하의 온도를 갖는 유리 제품의 강화방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 교환 용액은:
    약 68　mol.% 이상 내지 약 72　mol.% 이하의 KNO3, 및
    약 28　mol.% 이상 내지 약 32　mol.% 이하의 NaNO3를 포함하는 유리 제품의 강화방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 교환 용액은 약 70　mol.% KNO3 및 약 30　mol.% NaNO3를 포함하는 유리 제품의 강화방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 제품은:
    약 62　mol.% 이상 내지 약 68　mol.% 이하의 SiO2,
    약 10　mol.% 이상 내지 약 13　mol.% 이하의 Al2O3,
    약 7　mol.% 이상 내지 약 10　mol.% 이하의 Na2O,
    약 9　mol.% 이상 내지 약 13　mol.% 이하의 Li2O,
    0.01　mol.% 이상 내지 약 0.07　mol.% 이하의 K2O,
    0.01　mol.% 이상 내지 약 0.5　mol.% 이하의 MgO, 및
    0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 CaO를 포함하는 유리 제품의 강화방법.
  9. 유리 제품을 이온 교환 용액에 약 4 시간 이상에서 약 8시간 이하의 기간 동안 접촉시키는 단계, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 370　℃ 이상 내지 약 410　℃ 이하의 온도를 가짐; 및
    상기 유리 제품으로부터 상기 이온 교환 용액을 분리하는 단계로 필수적으로 구성되며,
    여기서:
    상기 이온 교환 용액은:
    약 65　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 KNO3, 및
    약 25　mol.% 이상 내지 약 35　mol.% 이하의 NaNO3로 필수적으로 구성되고,
    상기 접촉 전에, 상기 유리 제품은:
    약 55　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 SiO2,
    약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Al2O3,
    약 5　mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Na2O,
    약 8　mol.% 이상 내지 약 14　mol.% 이하의 Li2O,
    0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 K2O,
    0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 MgO,
    0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 CaO, 및
    0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 ZrO2로 필수적으로 구성되는 강화된 유리 제품의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 이온 교환 용액은:
    약 68　mol.% 이상 내지 약 72　mol.% 이하의 KNO3, 및
    약 28　mol.% 이상 내지 약 32　mol.% 이하의 NaNO3를 포함하는 강화된 유리 제품의 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 유리 제품은:
    약 62　mol.% 이상 내지 약 68 mol.%　이하의 SiO2,
    약 10　mol.% 이상 내지 약 13　mol.% 이하의 Al2O3,
    약 7　mol.% 이상 내지 약 10　mol.% 이하의 Na2O,
    약 9　mol.% 이상 내지 약 13　mol.% 이하의 Li2O,
    0.01　mol.% 이상 내지 약 0.07　mol.% 이하의 K2O,
    0.01　mol.% 이상 내지 약 0.05　mol.% 이하의 MgO, 및
    0.2　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 CaO를 포함하는 강화된 유리 제품의 제조방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 단계 동안 약 380　℃ 이상 내지 약 400　℃ 이하의 온도를 갖는 강화된 유리 제품의 제조방법.
  13. 전구체 유리 제품 및 이온 교환 용액을 약 4 시간 이상 내지 약 8 시간 이하의 기간 동안 접촉시키는 단계, 상기 이온 교환 용액은 상기 접촉 동안 약 370　℃ 이상 내지 약 410　℃ 이하의 온도를 가짐; 및
    상기 전구체 유리 제품으로부터 이온 교환 용액을 분리하고 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품을 수득하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성되며,
    여기서:
    상기 이온 교환 용액은:
    약 65　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 KNO3, 및
    약 25　mol.% 이상 내지 약 35　mol.% 이하의 NaNO3를 포함하며,
    상기 전구체 유리 제품은:
    약 55　mol.% 이상 내지 약 75　mol.% 이하의 SiO2,
    약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Al2O3,
    약 5　mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Na2O,
    약 8　mol.% 이상 내지 약 15　mol.% 이하의 Li2O,
    0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 K2O,
    0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 MgO,
    0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 CaO, 및
    0　mol.% 이상 내지 약 2　mol.% 이하의 ZrO2를 포함하며,
    상기 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 약 190　cm 이상의 높이로부터 낙하 시험을 견디는, 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전구체 유리 제품은:
    약 62　mol.% 이상 내지 약 68　mol.% 이하의 SiO2,
    약 10　mol.% 이상 내지 약 13　mol.% 이하의 Al2O3,
    약 7　mol.% 이상 내지 약 11　mol.% 이하의 Na2O,
    약 9　mol.% 이상 내지 약 12　mol.% 이하의 Li2O,
    0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 K2O,
    0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 MgO, 및
    0　mol.% 이상 내지 약 1　mol.% 이하의 CaO를 포함하는 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 약 200　cm 이상의 높이로부터의 낙하 시험을 견디는 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 약 220　cm 이상의 높이로부터의 낙하 시험을 견디는 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 약 0.8　mm 이하의 두께 및 약 35　kgf 이상의 내마모성을 갖는 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품은 약 0.55　mm 이하의 두께, 및 약 15　kgf 이상의 내마모성을 갖는 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 이온 교환 용액은:
    약 68　mol.% 이상 내지 약 72　mol.% 이하의 KNO3, 및
    약 28　mol.% 이상 내지 약 32　mol.% 이하의 NaNO3를 포함하는 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 이온 교환 용액은 접촉 단계 동안 약 380　℃ 이상 내지 약 400　℃ 이하의 온도를 갖는 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품.
  21. 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징;
    상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 제공된 전자 부품, 상기 전자 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에 또는 이에 인접하여 제공됨; 및
    상기 디스플레이 위에 배치된 커버 유리를 포함하며,
    여기서 상기 하우징 또는 커버 유리 중 적어도 하나의 부분은 청구항 13의 강화된 알루미노실리케이트 유리 제품을 포함하는 가전 제품(consumer electronic product).
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