KR20190032429A - 높은 파괴 인성을 갖는 투명한 실리케이트 유리 - Google Patents

높은 파괴 인성을 갖는 투명한 실리케이트 유리 Download PDF

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Abstract

SiO2, Al2O3, 및 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함하는 유리계 물품은 여기에 제공된다. 상기 유리계 물품은, 통상적으로 높은 파괴 인성 (예를 들어, 적어도 0.86 MPa*m0.5), 높은 영률 (예를 들어, 적어도 85GPa) 및/또는 3 브루스터 이하 (예를 들어, 약 1.3 브루스터 내지 약 2 브루스터)의 응력 광학 계수 (SOC)를 특징으로 한다. 또한, SiO2 및 둘 이상의 MxOy를 포함하고, 여기서, M은 Ba, La, Ta, Y, Al 또는 Hf인, 유리계 물품은 제공되며; 여기서, 상기 SiO2의 총량은 MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물을 포함하는 기준 유리계 물품의 것과 동일하거나 실질적으로 동일하고, 상기 기준 유리계 물품은, 동일한 몰 퍼센트의 각 MxOy를 가지며, 및 각 이원 조성물에서 MxOy 대 SiO2의 몰 비는 4/(c*x)이고, 여기서, c는 M의 전하의 수이다.

Description

높은 파괴 인성을 갖는 투명한 실리케이트 유리
본 출원은 2016년 7월 21일자로 출원된 미국 특허출원 제62/365,049호의 우선권을 주장하여, 이의 전체적인 내용은 여기에 참조로서 혼입된다.
본 개시는 일반적으로 새로운 유리계 물품에 관한 것이다.
유리는, 사용 중에 때때로 파괴될 수 있는 취성 물질 (brittle material)이다. 상업적으로 사용되는 유리의 파괴 인성 (fracture toughness)은 보통 0.8MPa*m0.5에 가깝거나 그 이하이다. 내손상성 (damage resistance) 및/또는 낙하 성능 (drop performance)을 개선하기 위해 높은 파괴 인성을 갖는, 투명한 유리와 같은, 유리를 얻기 위한 지속적인 요구가 있다.
다양한 구체 예에서, 본 개시는, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 유리계 물품을 제공한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, 및 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 35mol% 내지 약 80mol% 범위의 SiO2를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 1mol% 내지 약 15mol% 범위의 Al2O3를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 둘 이상의 금속 산화물은, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택되며, 여기서, 상기 둘 이상의 금속 산화물의 조합된 몰 퍼센트는, 적어도 15 mol%이다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 1mol% 내지 약 7mol% 범위의 HfO2; 약 1mol% 내지 약 29mol% 범위의 Y2O3; 약 1 mol% 내지 약 30 mol% 범위의 Ta2O5; 약 1 mol% 내지 약 29 mol% 범위의 La2O3; 및/또는 약 1 mol% 내지 33 mol% 범위의 BaO를 포함한다. 여기에 기재된 어느 하나의 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하)의 알칼리 금속 및/또는 붕소를 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 소비자 전자 장치에, 예를 들어, 커버 유리 (cover glass)로서, 포함된다.
몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어지거나 또는 필수적으로 이루어진다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 40mol% 내지 약 75mol% 범위의 SiO2; 약 3mol% 내지 약 10mol% 범위의 Al2O3; 약 2mol% 내지 약 25mol% 범위의 La2O3; 약 2mol% 내지 약 20mol% 범위의 Ta2O5; 약 2mol% 내지 약 21mol% 범위의 Y2O3; 약 1.5mol% 내지 약 6mol% 범위의 HfO2; 약 2mol% 내지 약 25mol% 범위의 BaO를 포함할 수 있다. 다른 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 45mol% 내지 약 70mol% 범위의 SiO2; 약 4mol% 내지 약 9mol% 범위의 Al2O3; 약 4mol% 내지 약 22mol% 범위의 La2O3; 약 2.5mol% 내지 약 18mol% 범위의 Ta2O5; 약 4mol% 내지 약 21mol% 범위의 Y2O3; 약 2mol% 내지 약 5mol% 범위의 HfO2; 및 4 mol% 내지 25 mol% 범위의 BaO를 포함할 수 있다.
여기에 기재된 유리계 물품은, 특정 특성을 특징으로할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, (i) 적어도 0.86 MPa*m0.5 (예를 들어, 약 1 MPa*m0.5 내지 약 1.6 MPa*m0. 5)의 파괴 인성; (ⅱ) 적어도 85 GPa (예를 들어, 약 110 GPa 내지 약 140 GPa)의 영률 값 (Young's modulus value); 및/또는 (ⅲ) 3 브루스터 (Brewster) 이하 (예를 들어, 약 1.3 브루스터 내지 약 2 브루스터)의 응력 광학 계수 (SOC)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 특정 구체 예는, 높은 파괴 인성을 특징으로 하는 유리계 물품에 관한 것이다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, 및 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함하며, 여기서, 상기 유리계 물품은, 적어도 0.86 MPa*m0.5의 파괴 인성을 특징으로 한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하)의 알칼리 금속 및/또는 붕소를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 둘 이상의 금속 산화물은, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 1.0 MPa*m0.5 내지 약 1.6 MPa*m0.5의 파괴 인성을 갖는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 적어도 85 GPa (예를 들어, 약 110 GPa 내지 약 140 GPa)의 영률 값; 및/또는 3 브루스터 이하 (예를 들어, 약 1.3 브루스터 내지 약 2 브루스터)의 응력 광학 계수 (SOC)를 갖는 것을 더욱 특징으로 할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 본 개시는 또한 SiO2 및 특정 농도 요건을 갖는 MxOy의 둘 이상의 산화물을 포함하는 유리계 물품을 제공하며, 여기서, M은 Ba, La, Ta, Y, Al 또는 Hf이다. 몇몇 구체 예에서, MxOy의 둘 이상의 산화물은, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품에서 산화물의 농도는, SiO2의 조합된 몰 퍼센트가 MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물 (binary compositions)을 포함하는 기준 유리계 물품의 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 (예를 들어, 95% 이내, 90% 이내, 85% 이내, 또는 80 이내) 관계를 만족시키고, 여기서, 상기 기준 유리계 물품은 각 MxOy의 동일한 몰 퍼센트를 가지며, 각 이원 조성물에서 MxOy 대 SiO2의 몰 비는 4/(c*x)이고, 여기서, c는 M의 전하의 수이다. 몇몇 구체 예에서, MxOy의 둘 이상의 산화물은, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2이다.
몇몇 구체 예에서, 유리계 물품을 제조하는 공정은 또한 제공된다. 몇몇 구체 예에서, 상기 공정은, 유리계 물품 내에 각각의 몰 퍼센트에 따른 개별 산화물을 혼합 및 가열하는 단계를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 공정은, MxOy-SiO2의, 여기서, M은 Ba, La, Ta, Y, Al 또는 Hf인, 둘 이상의 이원 조성물을 혼합하는 단계; 및 MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물을 가열하여 유리계 물품을 형성하는, 가열 단계를 포함하며, 여기서, 각 이원 조성물은, 1:4/(c*x)의 SiO2 대 MxOy의 몰 비를 특징으로 하고, 여기서, c는 M의 전하의 수이다. 몇몇 구체 예에서, MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물은, BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2, Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, SiO2의 총량은, 약 30mol% 내지 약 80mol%이다.
전술한 요약 및 하기 구체 예의 상세한 설명은, 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 예시의 목적을 위해, 도면들은 특정 구체 예들의 사용을 설명할 수 있다. 그러나, 여기에 기재된 조성물 및 방법은, 도면에서 논의되거나 설명된 정확한 구체 예에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1a는, 여기에 개시된 유리계 물품 중 어느 하나를 혼입하는 대표적인 전자 장치의 평면도이다.
도 1b는, 도 1a의 대표적인 전자 장치의 사시도이다.
정의
"포괄하다", "포괄하는", "함유하다", "함유하는" 및 이와 유사한 것과 같은 개방 용어는, "포함하는"을 의미한다. 이러한 개방-형 전환 문구는, 부가적인, 열거되지 않은 요소 또는 방법 단계들을 배제하지 않는 요소들, 방법 단계들 또는 이와 유사한 것의 개방형 목록을 도입하기 위해 사용된다. 구체 예가 표현 "포함하는"으로 기재된 경우라면, "이루어지는" 및/또는 "필수적으로 이루어지는"으로 용어로 기재된 유사한 구체 예도 또한 제공되는 것으로 이해된다.
전환 문구 "이루어지는" 및 이의 변형은, 열거되지 않은 임의의 요소, 단계, 또는 성분을, 보통 이와 관련된 불순물을 제외하고는, 배제한다.
전환 문구 "필수적으로 이루어지는", 또는 "필수적으로 이루어진" 것과 같은 변형은, 열거되지 않은 임의의 요소, 단계, 또는 성분을, 특정 방법, 구조 또는 조성물의 기본 또는 새로운 특성을 실질적으로 변화시키지 않는 것을 제외하고는, 배제한다.
또한, 본 개시의 요소 또는 구성요소의 "단수"는, 특별한 언급이 없는 한, 적어도 하나 또는 하나 이상을 의미한다. 따라서, 요소 또는 구성요소의 단수 형태는, 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 판독되어야 하며, 또한, 상기 요소 또는 구성요소의 단수 형태는, 그 수가 명확히 단수를 의미하지 않는다면, 복수를 포함한다.
여기에 사용된 바와 같은, 본 개시와 관련된 값을 변경하는 용어 "약"은, 예를 들어, 일상적인 시험 및 취급을 통해; 이러한 시험 및 취급에서 의도하지 않은 오류를 통해; 본 개시에 사용된 성분의 제조, 공급원, 또는 순도의 차이를 통해; 및 이와 유사한 것을 통해 발생할 수 있는 수치적 양의 변화를 지칭한다. 용어 "약"에 의해 변경되었는 지의 여부에 관계없이, 청구 범위는 열거된 수량의 균등물을 포함한다. 하나의 구체 예에서, 용어 "약"은, 보고된 수치 값의 10% 이내를 의미한다.
여기에 사용된 용어 "개시" 또는 "본 개시"는, 비-제한적인 용어이며, 특정 개시의 임의의 단일 구체 예를 지칭하는 것으로 의도되지 않으며, 본 출원에 기재된 모든 가능한 구체 예를 포괄한다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "유리계 물품" 및 "유리계 물품들"은, 전체 또는 부분적으로 유리로 만들어진 임의의 대상물을 포함하는 가장 넓은 의미로 사용된다. 몇몇 구체 예에서, 유리 또는 유리 세라믹 기판(들) 및/또는 유리계 물품(들)은, 비정질 상 (amorphous phase) 및 하나 이상의 결정질 상 (crystalline phases)을 가질 수 있다.
군 (group)이 요소 및 이들의 조합의 군 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기재된 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여, 열거된 이들 요소의 임의의 수로 이루어지거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 포함할 수 있는 것으로 이해된다. 유사하게, 군이 요소 및 이들의 조합의 군 중 적어도 하나로 이루어진 것으로 기재된 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여, 열거된 이들 요소의 임의의 수로 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 별도의 언급이 없는 한, 열거된 경우, 값의 범위는, 상기 범위의 상한 및 하한뿐만 아니라 이들 사이의 어떤 서브-범위 모두를 포함한다. 별도의 언급이 없는 한, 여기에 기재된 조성물의 구성분을 포함하는 모든 조성물 및 관계는 금속 산화물에 기초한 몰 퍼센트 (mol%)로 표시된다.
유리 조성물
다양한 구체 예에서, 본 개시는, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 유리계 물품을 제공한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, 및 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하)의 Li+, Na+, K+, 등과 같은, 알칼리 금속을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 초과, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하)의 붕소를 갖는다. 여기에서 사용된 바와 같은, 알칼리 금속은, 알칼리 금속 산화물과 같은, 유리계 조성물에 존재할 수 있는 모든 형태의 알칼리 금속을 포함한다. 유사하게, 여기에서 사용된 바와 같은, 붕소는, 붕소 산화물과 같은, 유리계 조성물에 존재할 수 있는 모든 형태의 붕소를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, 및 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물들 (예를 들어, 1, 2, 3, 4, 또는 5 금속 산화물들)로 이루어지거나 또는 필수적으로 이루어진다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어지거나 또는 필수적으로 이루어진다.
여기에 기재된 유리계 물품은, 다양한 양의 실리카, 또는 SiO2를 포함할 수 있다. 이론에 의해 구속되는 것을 원하지는 않지만, SiO2는, 유리에 대한 네트워크 백본 (network backbone)을 형성하는, 주된 유리 형성 산화물인 것으로 믿어진다. 순수 SiO2는, 이의 매우 높은 용융 온도로 인해 대부분의 제조 공정과 호환되지 않는다. 순수 SiO2 또는 고-SiO2 유리의 점도가 용융 영역에서 너무 높기 때문에, 미세 기포 (fining bubbles)와 같은 결함은 나타날 수 있고, 내화물의 침식 및 백금의 분해는 너무 극심해서 연속 공정에서 장-기간의 제조를 불가능하게 할 수 있다. 더군다나, 실리카 농도가 증가함에 따라, 연속 공정에서 바람직하지 않은 실투 상 (devitrification phase)인, SiO2의 결정질 다형체인, 크리스토발라이트 (cristobalite)의 안정성을 증가시켜, 액상선 온도 (liquidus temperature)는 증가할 수 있다. 그러나, 제조에 사용된 내화물과의 양립 가능성 및 양호한 화학적 내구성을 보장하기 위해, 최소 수준의 SiO2는 요구된다. 기술분야의 당업자는 본 개시를 고려하여 SiO2의 양을 조정할 수 있다.
본 개시의 유리계 물품에서, SiO2의 농도는 통상적으로 약 35 mol% 내지 약 80 mol%의 범위 (예를 들어, 약 35 mol%, 약 40 mol%, 약 45 mol%, 약 50 mol%, 약 55 mol%, 약 60 mol%, 약 65 mol%, 약 70 mol%, 약 75 mol%, 약 80 mol% 또는 명시된 값들 사이의 임의의 범위)이다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, SiO2의 농도는, 약 40mol% 내지 약 75mol%의 범위이다. 몇몇 구체 예에서, SiO2의 농도는, 약 45mol% 내지 약 70mol%의 범위이다.
여기에 기재된 유리계 물품은, 통상적으로 산화알루미늄 또는 Al2O3를 포함한다. 이론에 의해 구속되는 것을 원하지는 않지만, Al2O3는 또한 유리 형성제 (glass former)로 역할을 할 수 있는 것으로 믿어진다. SiO2와 마찬가지로, Al2O3도 또한, 이의 사면체 배위 (tetrahedral coordination) 때문에 유리 네트워크의 강성 (rigidity)에 기여할 수 있다. 유사하게, 다른 유리 개질제 산화물 (modifier oxides)에 비해 Al2O3 함량의 증가는, 일반적으로 감소된 밀도, 감소된 열팽창계수, 및 개선된 내구성을 결과한다. 그러나, Al2O3의 농도는 너무 높을 수 없다. 예를 들어, 농도가 너무 높은 경우, Al2O3는, 지르콘 내화물의 용해를 촉진할 수 있고, 이는 용융선 (fusion line) 지르코니아 결함으로 이어질 수 있으며, 3D 유리 형성에 대해 많이 바람직하지 않은 연화점으로 이어질 수 있다. 따라서, Al2O3의 양은, 이들 다양한 특성의 균형을 이루기 위해 조정된다.
본 개시의 유리계 물품에서, Al2O3의 농도는, 통상적으로 약 1 mol% 내지 약 15 mol%의 범위 (예를 들어, 약 1 mol%, 약 2 mol%, 약 3 mol%, 약 4 mol%, 약 5 mol% 약 6 mol%, 약 7 mol%, 약 8 mol%, 약 9 mol%, 약 10 mol%, 약 11 mol%, 약 12 mol%, 약 13 mol%, 약 14 mol%, 약 15 mol% mol% 또는 명시된 값 사이에 임의의 범위)이다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, Al2O3의 농도는, 약 3mol% 내지 약 10mol%의 범위이다. 몇몇 구체 예에서, Al2O3의 농도는, 약 4mol% 내지 약 9mol%의 범위이다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리계 물품은, 또한 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함한다. 예를 들어, 둘 이상의 금속 산화물은, La2O3 및 BaO; La2O3 및 Ta2O5; La2O3 및 Y2O3; La2O3 및 HfO2; BaO 및 Ta2O5; BaO 및 Y2O3; BaO 및 HfO2; Ta2O5 및 Y2O3; Ta2O5 및 HfO2; Y2O3 및 HfO2; La2O3, BaO 및 Ta2O5; La2O3, BaO 및 Y2O3; La2O3, BaO 및 HfO2; La2O3, Ta2O5 및 Y2O3; La2O3, Ta2O5 및 HfO2; La2O3, Y2O3, 및 HfO2; BaO, Ta2O5 및 Y2O3; BaO, Ta2O5 및 HfO2; BaO, Y2O3 및 HfO2; Ta2O5, Y2O3 및 HfO2; La2O3, BaO, Ta2O5 및 Y2O3; La2O3, BaO, Ta2O5 및 HfO2; La2O3, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2; BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2; 또는 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2일 수 있다. 금속 산화물의 적합한 농도는 여기에 기재된 바와 같다.
몇몇 구체 예에서, 둘 이상의 금속 산화물의 조합된 몰 퍼센트는, 적어도 15 mol% (예를 들어, 적어도 20 mol%, 적어도 25 mol%, 적어도 30 mol%, 적어도 35 mol%, 적어도 40 mol%, 적어도 45 mol%, 적어도 50 mol%, 적어도 55 mol%, 또는 적어도 60 mol%)일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 둘 이상의 금속 산화물의 조합된 몰 퍼센트는, 약 15 mol%, 약 20 mol%, 약 25 mol%, 약 30 mol%, 약 35 mol%, 약 40 mol%, 약 45 mol%, 약 50 mol%, 약 55 mol%, 약 60 mol%, 또는 명시된 값들 사이에 임의의 범위이다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리계 물품은, 산화란탄, 또는 La2O3를 포함한다. 이론에 의해 구속되는 것을 원하지는 않지만, La2O3는 결합 강도를 증가시키고, 각도 제한 (angular constraint)을 감소시키는데 중요한 것으로 믿어진다. 그러나, 너무 높은 농도의 La2O3는, 용융 온도를 증가시킬 수 있고, 대부분의 제조 공정과 맞지 않는 조성물을 만들 수 있다. 본 개시의 유리계 물품에서, La2O3의 농도는, 통상적으로 약 1 mol% 내지 약 29 mol%의 범위 (예를 들어, 약 1 mol%, 약 2 mol%, 약 4 mol%, 약 6 mol%, 약 8 mol%, 약 10 mol%, 약 12 mol%, 약 14 mol%, 약 16 mol%, 약 18 mol%, 약 20 mol%, 약 22 mol%, 약 24 mol%, 약 26 mol%, 약 28 mol%, 약 29 mol%, 또는 명시된 값들 사이에 임의의 범위)이다. 몇몇 구체 예에서, La2O3의 농도는, 약 2 mol% 내지 약 25 mol%의 범위이다. 몇몇 구체 예에서, La2O3의 농도는 약 4 mol% 내지 약 22 mol%의 범위이다. 기술분야의 당업자는 본 개시를 고려하여 La2O3의 양을 조정할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리계 물품은, 산화탄탈, 또는 Ta2O5를 포함한다. Ta2O5는 강한 산소 결합 에너지 및 상대적으로 낮은 각도 제한을 갖는다. 이론에 의해 구속되는 것을 원하지는 않지만, Ta2O5는, 용융 온도 및 결정화의 경향을 증가시킬 수 있는 것으로 믿어진다. 몇몇 구체 예에서, Ta2O5는, 혼합물에서 유일한 주요 산화물이 아니다. 통상적으로, 여기에 기재된 유리계 물품에서 Ta2O5의 농도는, 약 1 mol% 내지 약 30 mol%의 범위 (예를 들어, 약 1 mol%, 약 2 mol%, 약 4 mol%, 약 6 mol%, 약 8 mol%, 약 10 mol%, 약 12 mol%, 약 14 mol%, 약 16 mol%, 약 18 mol%, 약 20 mol%, 약 22 mol%, 약 24 mol%, 약 26 mol%, 약 28 mol%, 약 30 mol%, 또는 명시된 값 사이의 임의의 범위)일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, Ta2O5의 농도는, 약 2 mol% 내지 약 20 mol%의 범위이다. 몇몇 구체 예에서, Ta2O5의 농도는, 약 2.5 mol% 내지 약 18 mol%의 범위이다. 기술분야의 당업자는 본 개시를 고려하여 Ta2O5의 양을 조정할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리계 물품은, 산화이트륨, 또는 Y2O3를 포함한다. 본 개시의 유리계 물품에서, Y2O3의 농도는, 통상적으로 약 1 mol% 내지 약 29 mol%의 범위 (예를 들어, 약 1 mol%, 약 2 mol%, 약 4 mol%, 약 6 mol%, 약 8 mol% 약 10 mol%, 약 12 mol%, 약 14 mol%, 약 16 mol%, 약 18 mol%, 약 20 mol%, 약 22 mol%, 약 24 mol%, 약 26 mol%, 약 28 mol%, 약 29 mol%, 또는 명시된 값 사이의 임의의 범위)이다. 몇몇 구체 예에서, Y2O3의 농도는, 약 2 mol% 내지 약 21 mol%의 범위이다. 몇몇 구체 예에서, Y2O3의 농도는, 약 4mol% 내지 약 21mol%의 범위이다. 기술분야의 당업자는 본 개시를 고려하여 Y2O3의 양을 조정할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리계 물품은, 산화하프늄, 또는 HfO2를 포함한다. 본 개시의 유리계 물품에서, HfO2의 농도는, 통상적으로 1 mol% 내지 7 mol%의 범위 (예를 들어, 약 1 mol%, 약 2 mol%, 약 3 mol%, 약 4 mol%, 약 5 mol%, 약 6 mol%, 약 7 mol%, 또는 명시된 값들 사이에 임의의 범위)이다. 몇몇 구체 예에서, HfO2의 농도는 약 1.5 mol% 내지 약 6 mol%의 범위이다. 몇몇 구체 예에서, HfO2의 농도는 약 2 mol% 내지 약 5 mol%의 범위이다. 기술분야의 당업자는 본 개시를 고려하여 HfO2의 양을 조정할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리계 물품은, 산화바륨, 또는 BaO를 포함한다. 본 개시의 유리계 물품에서, BaO의 농도는, 통상적으로 약 1 mol% 내지 약 33 mol%의 범위 (예를 들어, 약 1 mol%, 약 2 mol%, 약 4 mol%, 약 6 mol%, 약 8 mol% 약 10 mol%, 약 12 mol%, 약 14 mol%, 약 16 mol%, 약 18 mol%, 약 20 mol%, 약 22 mol%, 약 24 mol%, 약 26 mol%, 약 28 mol%, 약 30 mol%, 약 33 mol%, 또는 명시된 값들 사이에 임의의 범위)이다. 몇몇 구체 예에서, BaO의 농도는, 약 2 mol% 내지 약 25 mol%의 범위이다. 몇몇 구체 예에서, BaO의 농도는, 약 4 mol% 내지 약 25 mol%의 범위이다. 기술분야의 당업자는 본 개시를 고려하여 BaO의 양을 조정할 수 있다.
몇몇 특정 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어지거나 또는 필수적으로 이루어진다. 예를 들어, 유리계 물품은, (몰 퍼센트로*) 하기 표 1에 따른 조성물을 가질 수 있다:
대표적인 유리계 물품에 대한 조성물
통상적인 범위 바람직한 범위 좀 더 바람직한 범위
35 ≤ [SiO2] ≤ 80 40 ≤ [SiO2] ≤ 75 45 ≤ [SiO2] ≤ 70
1 ≤ [Al2O3] ≤ 15 3 ≤ [Al2O3] ≤ 10 4 ≤ [Al2O3] ≤ 9
1 ≤ [La2O3] ≤ 29 2 ≤ [La2O3] ≤ 25 4 ≤ [La2O3] ≤ 22
1 ≤ [Ta2O5] ≤ 30 2 ≤ [Ta2O5] ≤ 20 2.5 ≤ [Ta2O5] ≤ 18
1 ≤ [Y2O3] ≤ 29 2 ≤ [Y2O3] ≤ 21 4 ≤ [Y2O3] ≤ 21
1 ≤ [HfO2] ≤ 7 1.5 ≤ [HfO2] ≤ 6 2 ≤ [HfO2] ≤ 5
1 ≤ [BaO] ≤ 33 2 ≤ [BaO] ≤ 25 4 ≤ [BaO] ≤ 25
* 다른 적절한 범위는 여기에서 기재되고, 적절한 범위의 모든 다른 조합은 고려된다.
유리계 물품의 특성
여기에 기재된 유리계 물품은, 유리한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 구체 예에서, 유리계 물품은, 높은 파괴 인성을 나타낸다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 높은 경도 (hardness)로 이어질 수 있는, 높은 영률 값을 나타낸다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 낮은 응력 광학 계수 (SOC)를 나타낸다. 여기에 기재된 어느 하나의 구체 예에서, 유리계 물품은, 가시 스펙트럼에서 실질적으로 투명할 수 있다.
전단 (shear)과 쪼개짐 (cleavage) 사이에 경쟁은, 물질의 연성/취성 거동 (ductile/brittle behavior)을 지배한다. 균열 선단 (crack tip)에서, 전단에 필요한 에너지 또는 응력이 분열에 대해 요구된 것보다 작으면, 균열 선단은 전단에 의해 뭉툭해질 것이고, 물질은 연성 또는 높은 파괴 인성을 나타낼 것이다. 원자 수준에서, 유리의 취성/연성 거동은, 유리 네트워크에서 결합 강도와 각도 제한 사이에 경쟁에 의해 좌우될 수 있다. 결합 강도의 상대적인 증가 또는 각도 제한의 상대적인 감소는, 쪼개짐을 방지하거나 또는 전단 변형을 촉진시켜 연성을 증가시킬 수 있다.
이론에 의해 구속되는 것을 원하지는 않지만, 여기에 기재된 유리계 물품은, 산소에 강하게 결합하는 원소 (예를 들어, Ta, La, Y, Ba 및 Hf)를 통해 높은 파괴 인성을 달성할 수 있으면서, 각도 제한을 감소시킬 수 있는 것으로 믿어진다. 예를 들어, Ta-O의 결합 에너지는, Si-O 결합 강도보다 높은, 810 KJ/mol이다. Ta가 Si보다 더 금속적이고 덜 전자쌍을 공유하기 때문에, Ta-O 결합은 또한 더 약한 각도 제한을 갖는다. 따라서, Ta-O와 같은 금속 산화물 결합의 덜한 각도 제한 및 높은 결합 에너지는, 본질적으로 유리의 내손상성을 개선할 수 있다.
다양한 구체 예에서, 본 개시는 높은 파괴 인성을 특징으로 하는 유리계 물품을 제공한다. 예를 들어, 여기에 기재된 임의의 어느 하나의 구체 예에서, 유리계 물품은, 적어도 0.86 MPa*m0.5 (예를 들어, 적어도 1 MPa*m0.5, 적어도 1.5 MPa*m0.5, 또는 적어도 2 MPa*m0. 5)의 파괴 인성 값을 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 0.86 MPa*m0.5, 약 0.9 MPa*m0.5, 약 1 MPa*m0.5, 약 1.1 MPa*m0.5, 약 1.2 MPa*m0.5, 약 1.3 MPa*m0.5, 약 1.4 MPa*m0.5, 약 1.5 MPa*m0.5, 약 1.6 MPa*m0.5, 약 1.8 MPa*m0.5, 약 2 MPa*m0.5, 또는 명시된 값들 사이에 임의의 범위의 파괴 인성 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 0.86 MPa*m0.5 내지 약 1.5 MPa*m0.5의 파괴 인성 값을 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 1 MPa*m0.5 내지 약 1.6 MPa*m0.5의 파괴 인성 값을 가질 수 있다. 본 개시에 열거된 파괴 인성 값 (K1C)은, Bubsey, R.T. 등의, "Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacement and Stress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on Experimental Compliance Measurements," NASA Technical Memorandum 83796, pp. 1-30 (October 1992)의 방정식 5를 사용하여 Y*m가 계산된 것을 제외하고는, Reddy, K.P.R. 등의, "Fracture Toughness Measuremetn of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-Notched Specimens," J. Am. Ceram. Soc., 71 [6], C-310-C-313 (1988)에 개시된 쉐브론 노치 쇼트 바 (chevron notched short bar (CNSB)) 방법에 의해 측정된 바와 같은 값을 지칭한다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 파괴 인성을 특징으로 하는 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, 및 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함한다. SiO2, Al2O3, 및 둘 이상의 금속 산화물의 적합한 농도는, 여기에 기재된 것들 중 임의의 것을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하)의 알칼리 금속을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하)의 붕소를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하)의 알칼리 금속 및 붕소를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품에는 알칼리 금속이 존재하지 않는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품에는 붕소가 존재하지 않는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품에는 알칼리 금속 및 붕소가 존재하지 않는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은 SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어지거나 또는 필수적으로 이루어진다. 예를 들어, 유리계 물품은, 전술된 바와 같은 표 1에 따른 조성물을 가질 수 있다.
다양한 구체 예에서, 본 개시는 또한 높은 영률 값을 특징으로 하는 유리계 물품을 제공한다. 기술분야의 당업자에게 이해되는 바와 같이, 영률 값은, 유리계 물품의 경도를 반영할 수 있다. 여기에 기재된 어느 하나의 구체 예에서, 유리계 물품은, 적어도 85 GPa (예를 들면, 적어도 90 GPa; 적어도 95 GPa; 적어도 100 GPa; 적어도 105 GPa; 적어도 110 GPa; 적어도 120 GPa; 적어도 130 GPa; 또는 적어도 140 GPa)의 영률 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 유리계 물품은, 약 85 GPa, 약 90 GPa; 약 95 GPa; 약 100 GPa; 약 105 GPa; 약 110 GPa; 약 120 GPa, 약 130 GPa, 약 140 GPa, 또는 명시된 값들 사이의 임의의 범위의 영률 값을 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 85 GPa 내지 약 140 GPa의 영률 값을 갖는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 110 GPa 내지 약 140 GPa의 영률 값을 갖는다. 본 개시에 열거된 영률 값은, 명칭이 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts"인, ASTM E2001-13에 서술된 일반 타입의 공진 초음파 분광법 기술에 의해 측정된 바와 같은 (GPa로 전환된) 값을 지칭한다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 영률 값을 특징으로 하는 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, 및 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함한다. SiO2, Al2O3, 및 둘 이상의 금속 산화물의 적합한 농도는, 여기에 기재된 것들 중 임의의 것을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하)의 알칼리 금속을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하)의 붕소를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하)의 알칼리 금속 및 붕소를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품에는 알칼리 금속이 존재하지 않는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품에는 붕소가 존재하지 않는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품에는 알칼리 금속 및 붕소가 존재하지 않는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어지거나 또는 필수적으로 이루어진다. 예를 들어, 유리계 물품은, 전술한 바와 같이 표 1에 따른 조성물을 가질 수 있다.
다양한 구체 예에서, 본 개시는 또한 낮은 응력 광학 계수 (SOC)를 특징으로 하는 유리계 물품을 제공한다. 기술분야의 당업자에게 이해되는 바와 같이, SOC는 유리의 복굴절과 관련된다. 여기에 기재된 어느 하나의 구체 예에서, 유리계 물품은, 3 브루스터 이하 (예를 들어, 2 브루스터 이하, 1.5 브루스터 이하, 또는 1 브루스터 이하)의 SOC를 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 0.5 브루스터, 약 0.7 브루스터, 약 0.9 브루스터, 약 1.1 브루스터, 약 1.3 브루스터, 약 1.5 브루스터, 약 1.7 브루스터, 약 1.9 브루스터, 약 2 브루스터, 또는 명시된 값들 사이에 임의의 범위를 갖는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 약 1.3 브루스터 내지 약 2 브루스터의 SOC를 갖는다. SOC 값은, 명칭이 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"인, ASTM 표준 C770-16의 절차 C (유리 디스크 방법)에 서술된 바와 같이 측정될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 SOC 값을 특징으로 하는 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, 및 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함한다. SiO2, Al2O3, 및 둘 이상의 금속 산화물의 적합한 농도는, 여기에 기재된 것들 중 임의의 것을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하 또는 0.1 mol% 이하)의 알칼리 금속을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol%)의 붕소를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, 5 mol% 이하 (예를 들어, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하)의 알칼리 금속 및 붕소를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품에는 알칼리 금속이 존재하지 않는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품에는 붕소가 존재하지 않는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품에는 알칼리 금속 및 붕소가 존재하지 않는다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은, SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품은 SiO2, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어지거나 또는 필수적으로 이루어진다. 예를 들어, 유리계 물품은, 전술된 바와 같은 표 1에 따른 조성물을 가질 수 있다.
여기에 기재된 유리계 물품은, 파괴 인성, 영률, 및 응력 광학 계수 중 하나 이상의 특성을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리계 물품은, (i) 적어도 0.86 MPa*m0.5 (예를 들어, 약 1 MPa*m0.5 내지 약 1.6 MPa*m0. 5)의 파괴 인성; (ⅱ) 적어도 85 GPa (예를 들어, 약 110 GPa 내지 약 140 GPa)의 영률 값; 및/또는 (ⅲ) 3 브루스터 이하 (예를 들어, 약 1.3 브루스터 내지 약 2 브루스터)의 응력 광학 계수 (SOC)를 특징으로 할 수 있다. 여기에 기재된 어느 하나의 구체 예에서, 유리계 물품은 실질적으로 투명하다.
특정 농도 요구조건 (Specific Concentration Requirements)을 갖는 유리계 물품
몇몇 구체 예에서, 본 발명은 또한 SiO2 및 MxOy의 둘 이상의 산화물을 포함하는 유리계 물품을 제공하며, 여기서 M은 Ba, La, Ta, Y, Al 또는 Hf이다. 예를 들어, MxOy의 둘 이상의 산화물은, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리계 물품에서 산화물의 농도는, SiO2의 조합된 몰 퍼센트가 MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물을 포함하는 기준 유리계 물품의 것과 동일하거나 또는 실질적으로 동일하도록 (예를 들어, 95% 이내, 90% 이내, 85% 이내, 또는 80 이내) 관계를 만족시키며, 여기서, 상기 기준 유리계 물품은, 각각의 MxOy의 동일한 몰 퍼센트를 갖고, 각각의 이원 조성물에서 MxOy 대 SiO2의 몰 비는, 4/(c*x)이며, 여기서, c는 M의 전하의 수이다. 다시 말해서, SiO2의 조합된 농도는: 유리계 물품에 존재하는 각각의 MxOy를 고려하여 [SiO2]total = Σ[MxOy]/(4/c*x)이다. 예를 들어, 유리계 물품이 BaO, SiO2 및 La2O3를 포함한다고 가정하면, SiO2의 조합된 양은, BaO 및 La2O3의 양에 기초하여 수학식 [SiO2]total = [BaO]/2 + [La2O3]/0.67에 의해 계산될 수 있다. 이 수학식은, 각각의 BaO 및 La2O3가 이론상 BaO-SiO2 및 La2O3-SiO2의 이원 조성물을 형성할 수 있다는 가정에 기초하며, 여기서, 각 이원 조성물에서 Ba/La 대 Si의 몰 비는, 4/(c*x), 즉, Ba의 경우, 4/(2*1)=2, 및 La의 경우, 4/(3*2)=0.67이다. 몇몇 구체 예에서, SiO2의 총량은, 약 30 mol% 내지 약 80 mol% (예를 들어, 약 30 mol%, 약 35 mol%, 약 40 mol%, 약 45 mol%, 약 50 mol%, 약 55 mol%, 약 60 mol%, 약 65 mol%, 약 70 mol%, 약 75 mol%, 약 80 mol%, 또는 명시된 값들 사이에 임의의 범위)이다.
제조 공정
통상적으로, 유리계 물품은, 개별 산화물을 용융 및 혼합하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 몇몇 구체 예에서, 예를 들어, 결정화를 억제하기 위해, 혼합 엔트로피 (mixing entropy)를 최대화하기 위해 "혼동 원칙 (confusion principle)"은 사용될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 본 개시는 유리계 물품을 제조하는 공정을 제공한다. 몇몇 구체 예에서, SiO2 및 MxOy의 둘 이상의 산화물 (여기서, M은 Ba, La, Ta, Y, Al 또는 Hf)을 포함하는 유리계 물품에서, 예를 들어, MxOy의 둘 이상의 산화물은, Al2O3, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, SiO2의 조합된 농도는: 유리계 물품에 존재하는 각각의 MxOy를 고려하여 [SiO2]total = Σ[MxOy]/(4/c*x)이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 공정은, M이 Ba, La, Ta, Y, Al 또는 Hf인, MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물을 혼합하는 단계; 및 상기 MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물을 가열하여 유리계 물품을 형성하는, 가열 단계를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물은, BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2, Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2를 포함할 수 있다. ACerS/NIST 상태도 데이터베이스 (ACerS/NIST Phase Diagram Database)에서 이용 가능한 관련 이계 상태도 (binary phase diagrams)에서, 거의 모든 공융점 (eutectic point) 온도가 1650℃ 이하일지라도, 이들 금속 산화물과 이산화규소의 공융 조성물은, 일반적으로 매우 제한된다.
몇몇 구체 예에서, 전술된 각각의 이원 조성물은, 1:4/(c*x)의 SiO2 대 MxOy의 몰 비를 특징으로 하며, 여기서 c는 M의 전하의 수이다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, SiO2 및 산화물 MxOy로 구성된 이원 조성물의 경우, (SiO2) 사면체 내에 모든 산소 원자를 M 이온에 결합시키는 것을 가능하게 하기 위해, (SiO2) 사면체 당 4개의 양전하는, M 이온이 산소에 단독으로 결합되는 것으로 가정하여 공급될 필요가 있다. 따라서, 이러한 조성물에서 Si 대 M의 몰 비는, 1:(4/c)이어야 하며, 여기서 c는 M 이온이 운반하는 전하의 수이고, 및 SiO2 대 MxOy의 몰 비는 1:(4/c/x)일 수 있다. 추가적인 예시를 위해, M이 Ta인 것으로 가정하면, 이원 조성물에서, SiO2 대 Ta2O5의 몰 비는, 1:(4/5/2) = 1:0.4일 수 있다. 유사하게, M이 Hf인 경우, SiO2 대 HfO2의 몰 비는 1:(4/4/1) = 1:1일 수 있다. 그리고 M이 Y인 경우, SiO2와 Y2O3의 비율은, 1:(4/3/2) = 1:0.67, 등일 수 있다.
몇몇 구체 예에서, MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물은, BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2, Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2로 이루어진 군으로부터 선택된다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 둘 이상의 이원 조성물은, 2개의 이원 조성물, BaO-SiO2 및 La2O3-SiO2; BaO-SiO2 및 Ta2O5-SiO2; BaO-SiO2 및 Y2O3-SiO2; BaO-SiO2 및 Al2O3-SiO2; BaO-SiO2 및 HfO2-SiO2; La2O3-SiO2 및 Ta2O5-SiO2; La2O3-SiO2 및 Y2O3-SiO2; La2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; La2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; Ta2O5-SiO2 및 Y2O3-SiO2; Ta2O5-SiO2 및 Al2O3-SiO2; Ta2O5-SiO2 및 HfO2-SiO2; Y2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; Y2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; 3개의 이원 조성물, BaO-SiO2, La2O3-SiO2 및 Ta2O5-SiO2; BaO-SiO2, La2O3-SiO2 및 Y2O3-SiO2; BaO-SiO2, La2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; BaO-SiO2, La2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; BaO-SiO2, Ta2O5-SiO2 및 Y2O3-SiO2; BaO-SiO2, Ta2O5-SiO2 및 Al2O3-SiO2; BaO-SiO2, Ta2O5-SiO2 및 HfO2-SiO2; BaO-SiO2, Y2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; BaO-SiO2, Y2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; BaO-SiO2, Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; La2O3-SiO2 , Ta2O5-SiO2 및 Y2O3-SiO2; La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2 및 Al2O3-SiO2; La2O3-SiO2 , Ta2O5-SiO2 및 HfO2-SiO2; La2O3-SiO2 , Ta2O5-SiO2 및 Y2O3-SiO2; La2O3-SiO2 , Ta2O5-SiO2 및 Al2O3-SiO2; La2O3-SiO2 , Ta2O5-SiO2 및 HfO2-SiO2; La2O3-SiO2 , Y2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; La2O3-SiO2 , Y2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; La2O3-SiO2, Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; Ta2O5-SiO2 , Y2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; Ta2O5-SiO2 , Y2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; Ta2O5-SiO2 , Y2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; Ta2O5-SiO2 , Y2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; Ta2O5-SiO2 , Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; Y2O3-SiO2 , Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; 4개의 이원 조성물, BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2 및 Y2O3-SiO2; BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2 및 Al2O3-SiO2; BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2 및 HfO2-SiO2; BaO-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; BaO-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; BaO-SiO2, Y2O3-SiO2, Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; La2O3-SiO2 , Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; La2O3-SiO2 , Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; La2O3-SiO2 , Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; La2O3-SiO2 , Ta2O5-SiO2 , HfO2-SiO2 및 Al2O3-SiO2; Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; Ta2O5-SiO2 , Y2O3-SiO2, HfO2-SiO2 및 Al2O3-SiO2; 5개의 이원 조성물, BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2 및 Al2O3-SiO2; BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2; BaO-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2, HfO2-SiO2 및 Al2O3-SiO2; La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2, HfO2-SiO2 및 Al2O3-SiO2; 또는 6개의 이원 조성물, BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2, Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2를 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, SiO2의 총량은 약 30 mol% 내지 약 80 mol% (예를 들어, 약 30 mol%, 약 35 mol%, 약 40 mol%, 약 45 mol%, 약 50 mol%, 약 55 mol%, 약 60 mol%, 약 65 mol%, 약 70 mol%, 약 75 mol%, 약 80 mol%, 또는 명시된 값들 사이에 임의의 범위)이다.
이원 조성물의 다른 혼합비는 사용될 수 있다. 예시 목적을 위해, 몇몇 구체 예에서, 상기 공정은 6원 조성물 BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2, Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2를 혼합하는 단계를 포함한다. 이러한 구체 예에서, 50 mol%까지의 하나의 주요 이원 조성물은 사용될 수 있고, 나머지 이원 조성물은 나머지 50 mol%를 구성할 수 있다. 예를 들어, 이원 조성물의 비율은 5:1:1:1:1:1일 수 있다. 다른 비율은 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 둘 이상의 주요 이원 조성물은, 혼합비가, 예를 들어, 3:3:1:1:1:1, 7:7:7:3:3:3, 2:2:2:2:1:1 등등이도록, 사용될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 본 개시는 또한 여기에 기재된 공정들 중 어느 하나에 의해 생산된 제품을 제공한다. 일반적으로, 생산된 이들 제품은, 여기에 기재된 바와 같은 물리적 특성을 공유한다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 바와 같은 이원 조성물을 사용하여 생산된 제품 중 어느 하나의 경우, 상응하는 개별 (비-이원) 산화물은 또한 사용되어, 산화물의 상대적인 양이 동일하거나 실질적으로 동일하다면 (예를 들어, 95% 이내, 90% 이내, 85% 이내, 또는 80% 이내), 여기에 기재된 유리계 물품을 제조할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
장치들
여기에 기재된 유리계 물품은, 예를 들어, 높은 파괴 인성이 요구되는 경우, 다양한 적용들을 가질 수 있다. 기술분야의 당업자는, 여기에 기재된 유리계 물품이, 이의 특정 적용에 따라, 다양한 형태, 두께 등을 취할 수 있음을 이해할 것이다.
예를 들어, 여기에 개시된 유리계 물품은, 디스플레이를 갖는 물품 (또는 디스플레이 물품) (예를 들어, 휴대폰, 테블릿, 컴퓨터, 랩탑, 네비게이션 시스템, 및 이와 유사한 것을 포함하는, 소비자 전자제품), 건축용 물품, 수송용 물품 (예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박, 등), 가전 물품, 또는 약간의 투명도, 내스크래치성, 내마모성, 또는 이들의 조합을 요구하는 임의의 물품과 같은 다른 물품에 혼입될 수 있다. 여기에 개시된 유리계 물품 중 어느 하나를 혼입하는 대표적인 물품은, 도 1a 및 1b에 나타낸다. 특히, 도 1a 및 1b는, 전면 (304), 후면 (306) 및 측면 (308)을 갖는 하우징 (302); 상기 하우징 내에 전체적으로 또는 내부에 적어도 부분적으로 존재하고, 및 상기 하우징의 전면에 또는 인접하게 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 디스플레이 (310)를 포함하는 전기 부품 (미도시); 및 상기 디스플레이 위에 있도록 하우징 전면에 또는 그 위에 커버 기판 (312)을 포함하는 소비자 전자 장치 (300)를 나타낸다. 몇몇 구체 예에서, 상기 커버 기판 (312)은, 여기에 개시된 유리계 물품 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시 예
하기 실시 예는, 본 개시의 장점 및 특색을 더욱 예시하지만, 이에 본 개시가 제한되는 것은 아니다.
개별 구성분의 합이 100이 되거나 또는 매우 근접하므로, 모든 실질적인 목적을 위해, 보고된 값은 mol%를 나타내는 것으로 간주될 수 있다. 실제 배치 성분은, 임의의 물질, 산화물, 또는 다른 배치 성분과 함께 용융될 때, 적절한 비율로 원하는 산화물로 전환되는 다른 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, BaCO3는 BaO의 공급원을 제공할 수 있다.
표 2 및 3의 유리를 제조하는데 사용된 특정 배치 성분은, SiO2 , Al2O3 , La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2이다.
실험에서 만들어진 대표 유리. mol%
샘플 No. 1 2 3 4 5 6
SiO2 55.0 59.3 45.3 54.9 50.0 46.2
BaO 14.1 4.0 6.9 14.3 6.1 13.3
La2O3 13.0 12.5 15.2 4.7 11.1 6.2
Ta2O5 4.4 4.0 16.5 4.5 12.3 12.8
Y2O3 4.4 12.1 4.3 12.7 9.8 9.8
Al2O3 4.6 4.1 9.7 4.6 7.9 8.5
HfO2 4.4 4.0 2.0 4.4 2.9 3.3
합계 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
밀도 (g/㎤) 4.795 4.702 5.463 4.636 5.15 5.062
푸와송 비 0.283 0.285 0.281 0.278 0.274 0.271
계산된 푸와송 비 0.282 0.286 0.282 0.277 0.274 0.270
전단 탄성계수 (Mpsi) 5.74 6.31 6.53 5.98 6.56 6.39
영률 (Mpsi) 14.72 16.23 16.74 15.27 16.71 16.23
전단 탄성계수 (GPa) 39.6 43.5 45.0 41.2 45.2 44.1
영률 (GPa) 101.5 111.9 115.4 105.3 115.2 111.9
어닐링점 (℃) 870.6 882.4 860.1 884.7 866.5 867.3
변형점 (℃) 830.5 843.3 821.5 843.8 827.6 826.7
연화점 (℃) 1017.9 1018.8 1001.6 1030.4 1010 1010.2
파괴 인성 (K1C) 0.973 1.047 1.147 1.012 1.172 1.089
K1C 표준 편차 0.049 0.042 0.108 0.023 0.018 0.096
SOC 1.545 1.592 1.969 1.812 2.017 2.143
CTE (ppm/K) 6.9 6 6.17 6.35 5.57 6.19
실험에서 만들어진 대표 유리. mol%
샘플 No. 7 8 9 10 11 12
SiO2 46.9 48.9 67.4 50.9 59.3 58.8
BaO 12.8 10.6 16.4 24.5 4.1 4.1
La2O3 11.6 10.2 3.2 4.8 20.4 4.1
Ta2O5 12.9 10.9 3.2 4.8 4.0 4.1
Y2O3 4.6 8.8 3.2 5.1 4.0 20.6
Al2O3 8.1 7.2 3.3 4.9 4.1 4.1
HfO2 3.1 3.4 3.2 4.9 4.1 4.1
합계 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
밀도 (g/㎤) 5.232 5.054 3.958 4.716 4.898 4.514
푸와송비 0.277 0.276 0.248 0.27 0.292 0.28
계산된 푸와송비 0.277 0.276 0.247 0.269 0.292 0.28
전단 탄성계수 (Mpsi) 6.25 6.32 5.2 5.58 6.03 6.55
영률 (Mpsi) 15.96 16.13 12.97 14.16 15.58 16.77
전단 탄성계수 (GPa) 43.1 43.6 35.9 38.5 41.6 45.3
영률 (GPa) 110.0 111.2 89.4 97.6 107.4 109.1
어닐링점 (℃) 862.4 865.4 851.1 870.1 873.9 894.5
변형점 (℃) 821.8 825.3 805.9 827.4 836.3 855.5
연화점 (℃) 1008 1008.2 1030 1021.4 1010.3 1030.6
파괴 인성 (K1C) 1.032 1.57443* 0.969 0.873 1.008 1.079
K1C 표준 편차 0.101 0.26635 0.045 0.03 0.003 0.025
SOC 1.926 1.959 2.395 1.728 1.335 1.82
CTE (ppm/K) 6.39 6.22 5.72 7.1 6.72 5.99
* 7개 샘플 모두 부적절한 파손
표 2에 열거된 실시 예 1-6 및 표 3에 열거된 실시 예 7-12에 대해, 각각의 개별 산화물을 함유하는 원료는 혼합되고, 용융되어 각각의 조성물을 얻는다. 조성물 및 물리적 특성은, 표준 물리적/화학적 방법을 통하여, 그리고 하기 기재된 바와 같이 얻어진다.
표 2 및 3에 서술된 유리 특성은, 유리 기술분야의 전통적인 기술에 따라 결정된다. 따라서, 온도 범위 0-300℃에 걸친 선형 열팽창계수 (CTE)는, ppm/K로 표시되며, 섬유 연신법인, ASTM 기준 E228-11로부터 결정된다. 밀도는, ASTM C693-93 (2013)의 부력법 (buoyancy method)을 사용하여 결정된다. Mpsi (또는 GPa)로 표시되는 영률 값, Mpsi (또는 GPa)로 표시되는 전단 탄성계수, 및 푸아송 비는, ASTM E2001-13에 서술된 일반적인 타입의 공진 초음파 분광 기술 (resonant ultrasonic spectroscopy technique)을 사용하여 결정된다. 어닐링점 및 변형점은, ASTM C598-93(2013)의 빔 벤딩 점도 방법 (beam bending viscosity method)을 사용하여 결정된다. 연화점은, ASTM C338-93(2013)의 평행 판 점도 방법을 사용하여 결정된다. 응력 광학 계수 (SOC) 값은, ASTM 표준 C770-16의 절차 C (유리 디스크 방법)에 의해 측정될 수 있다.
파괴 인성 (K1C [MPa*m0.5])은, 전술된 방법을 사용하여 결정된다.
관점 (1)에서, 유리계 물품은:
약 35mol% 내지 약 80mol% 범위의 SiO2;
약 1mol% 내지 약 15mol% 범위의 Al2O3; 및
La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함하고, 여기서 상기 둘 이상의 금속 산화물의 조합된 몰 퍼센트는, 적어도 15 mol%이다.
관점 (1)에 따른 관점 (2)는, 약 1mol% 내지 약 7mol% 범위의 HfO2를 포함한다.
임의의 전술한 관점에 따른 관점 (3)은, 약 1 mol% 내지 약 29 mol% 범위의 Y2O3를 포함한다.
임의의 전술한 관점에 따른 관점 (4)는, 약 1mol% 내지 약 30mol% 범위의 Ta2O5를 포함한다.
임의의 전술한 관점에 따른 관점 (5)는, 약 1 mol% 내지 29 mol% 범위의 La2O3를 포함한다.
임의의 전술한 관점에 따른 관점 (6)은, 약 1 mol% 내지 약 33 mol% 범위의 BaO를 포함한다.
임의의 전술한 관점에 따른 관점 (7)은:
약 40mol% 내지 약 75mol% 범위의 SiO2;
약 3mol% 내지 약 10mol% 범위의 Al2O3;
약 2mol% 내지 약 25mol% 범위의 La2O3;
약 2mol% 내지 약 20mol% 범위의 Ta2O5;
약 2mol% 내지 약 21mol% 범위의 Y2O3;
약 1.5mol% 내지 약 6mol% 범위의 HfO2; 및
약 2mol% 내지 약 25mol% 범위의 BaO를 포함한다.
임의의 전술한 관점에 따른 관점 (8)은:
약 45mol% 내지 약 70mol% 범위의 SiO2;
약 4mol% 내지 약 9mol% 범위의 Al2O3;
약 4mol% 내지 약 22mol% 범위의 La2O3;
약 2.5mol% 내지 약 18mol% 범위의 Ta2O5;
약 4mol% 내지 약 21mol% 범위의 Y2O3;
약 2mol% 내지 약 5mol% 범위의 HfO2; 및
약 4mol% 내지 약 25mol% 범위의 BaO를 포함한다.
임의의 전술한 관점에 따른 관점 (9)는, 5 mol% 이하의 알칼리 금속을 포함한다.
임의의 전술한 관점에 따른 관점 (10)은, 5 mol% 이하의 붕소를 포함한다.
임의의 전술한 관점에 따른 관점 (11)은, (i) 적어도 0.86 MPa*m0.5의 파괴 인성; (ⅱ) 적어도 85GPa의 영률 값; 및/또는 (ⅲ) 3 브루스터 이하의 응력 광학 계수 (SOC)를 갖는 것을 특징으로 한다.
관점 (12)에서, 유리계 물품은:
SiO2, Al2O3, 및 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함하고,
여기서, 상기 유리계 물품은, 적어도 0.86 MPa*m0.5의 파괴 인성을 특징으로 한다.
관점 (12)에 따른 관점 (13)에서, 상기 유리계 물품은, 5 mol% 이하의 알칼리 금속 및 붕소를 포함한다.
관점 (12) 또는 (13)에 따른 관점 (14)에서, 상기 둘 이상의 금속 산화물은, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2를 포함한다.
관점 (12)-(14) 중 어느 하나에 따른 관점 (15)에서, 상기 유리계 물품은, (ⅰ) 약 1.0 MPa*m0.5 내지 약 1.6 MPa*m0.5의 파괴 인성; (ⅱ) 약 110 GPa 내지 약 140 GPa의 영률 값; 및/또는 (ⅲ) 약 1.3 브루스터 내지 약 2 브루스터의 응력 광학 계수 (SOC)를 갖는다.
관점 (16)에서, 유리계 물품은:
SiO2 및 둘 이상의 MxOy를 포함하며, 여기서, M은 Ba, La, Ta, Y, Al 또는 Hf이고;
여기서, 상기 SiO2의 총량은, MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물을 포함하는 기준 유리계 물품의 것과 동일하거나 실질적으로 동일하며, 여기서, 상기 기준 유리계 물품은, 동일한 몰 퍼센트의 각 MxOy를 갖고, 및 각 이원 조성물에서 MxOy 대 SiO2의 몰 비는 4/(c*x)이며, 여기서, c는 M의 전하의 수이다.
관점 (17)에서, 관점 (16)의 유리계 물품의 제조 공정은:
MxOy-SiO2, 여기서, M이 Ba, La, Ta, Y, Al 또는 Hf인, 둘 이상의 이원 조성물을 혼합하는 단계; 및
상기 MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물을 가열하여 유리계 물품을 형성하는, 가열 단계를 포함한다.
관점 (17)에 따른 관점 (18)에서, 상기 MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물은, BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2, Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2를 포함하고, 상기 SiO2의 총량은 약 30mol% 내지 약 80mol%이다.
관점 (19)에서, 유리계 물품은, 관점 (17) 또는 (18)의 공정에 의해 제조된다.
관점 (20)에서, 소비자 전자 장치는, 관점 (1)-(16) 및 (19) 중 어느 하나의 유리계 물품을 포함한다.
특정 구체 예의 전술한 설명은, 당업자의 지식을 적용함으로써, 다른 사람들이, 이러한 특정 구체 예를, 본 개시의 일반적인 개념을 벗어나지 않고, 과도한 실험 없이, 다양한 적용을 위해 용이하게 변경 및/또는 개조할 수 있는 것으로 본 개시의 일반적 본질을 완전히 나타낼 것이다. 따라서, 이러한 개조 및 변경은, 여기에 제시된 교시 및 지침에 기초하여, 개시된 구체 예들의 균등물의 효능 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 여기에서 특수 용어 또는 전문 용어는, 본 명세서의 전문 용어 또는 특수 용어가 교시 및 지침에 비추어 당업자에 의해 해석될 수 있도록, 제한이 아닌, 설명의 목적을 위한 것으로 이해되어야 한다.
특정 구체 예의 전술한 설명은, 당업자의 지식을 적용함으로써, 다른 사람들이, 이러한 특정 구체 예를, 본 개시의 일반적인 개념을 벗어나지 않고, 과도한 실험 없이, 다양한 적용을 위해 용이하게 변경 및/또는 개조할 수 있는 것으로 본 개시의 일반적 본질을 완전히 나타낼 것이다. 따라서, 이러한 개조 및 변경은, 여기에 제시된 교시 및 지침에 기초하여, 개시된 구체 예들의 균등물의 효능 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 여기에서 특수 용어 또는 전문 용어는, 본 명세서의 전문 용어 또는 특수 용어가 교시 및 지침에 비추어 당업자에 의해 해석될 수 있도록, 제한이 아닌, 설명의 목적을 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 폭 및 범주는, 전술한 대표적인 구체 예들 중 어느 하나에 의해 제한되지 않아야 한다.
여기에 기재된 다양한 관점들, 구체 예들, 및 선택들 모두는, 임의로 및 모든 변형들로 조합될 수 있다.
본 명세서에서 언급된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은, 각각의 개별 간행물, 특허, 또는 특허 출원이 참조로서 혼입된 것으로 구체적으로 및 개별적으로 나타낸 것과 동일한 정도로 여기에 참조로서 혼입된다.

Claims (20)

  1. 약 35mol% 내지 약 80mol% 범위의 SiO2;
    약 1mol% 내지 약 15mol% 범위의 Al2O3; 및
    La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함하고, 여기서 상기 둘 이상의 금속 산화물의 조합된 몰 퍼센트는, 적어도 15 mol%인, 유리계 물품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    약 1mol% 내지 약 7mol% 범위의 HfO2를 포함하는, 유리계 물품.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    약 1 mol% 내지 약 29 mol% 범위의 Y2O3를 포함하는, 유리계 물품.
  4. 청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
    약 1mol% 내지 약 30mol% 범위의 Ta2O5를 포함하는, 유리계 물품.
  5. 청구항 1-4 중 어느 한 항에 있어서,
    약 1 mol% 내지 29 mol% 범위의 La2O3를 포함하는, 유리계 물품.
  6. 청구항 1-5 중 어느 한 항에 있어서,
    약 1 mol% 내지 약 33 mol% 범위의 BaO를 포함하는, 유리계 물품.
  7. 청구항 1-6 중 어느 한 항에 있어서,
    약 40mol% 내지 약 75mol% 범위의 SiO2;
    약 3mol% 내지 약 10mol% 범위의 Al2O3;
    약 2mol% 내지 약 25mol% 범위의 La2O3;
    약 2mol% 내지 약 20mol% 범위의 Ta2O5;
    약 2mol% 내지 약 21mol% 범위의 Y2O3;
    약 1.5mol% 내지 약 6mol% 범위의 HfO2; 및
    약 2mol% 내지 약 25mol% 범위의 BaO를 포함하는, 유리계 물품.
  8. 청구항 1-7 중 어느 한 항에 있어서,
    약 45mol% 내지 약 70mol% 범위의 SiO2;
    약 4mol% 내지 약 9mol% 범위의 Al2O3;
    약 4mol% 내지 약 22mol% 범위의 La2O3;
    약 2.5mol% 내지 약 18mol% 범위의 Ta2O5;
    약 4mol% 내지 약 21mol% 범위의 Y2O3;
    약 2mol% 내지 약 5mol% 범위의 HfO2; 및
    약 4mol% 내지 약 25mol% 범위의 BaO를 포함하는, 유리계 물품.
  9. 청구항 1-8 중 어느 한 항에 있어서,
    5 mol% 이하의 알칼리 금속을 포함하는, 유리계 물품.
  10. 청구항 1-9 중 어느 한 항에 있어서,
    5 mol% 이하의 붕소를 포함하는, 유리계 물품.
  11. 청구항 1-10 중 어느 한 항에 있어서,
    (i) 적어도 0.86 MPa*m0.5의 파괴 인성; (ⅱ) 적어도 85GPa의 영률 값; 및/또는 (ⅲ) 3 브루스터 이하의 응력 광학 계수 (SOC)를 갖는, 유리계 물품.
  12. SiO2, Al2O3, 및 La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 둘 이상의 금속 산화물을 포함하는 유리계 물품으로서,
    여기서, 상기 유리계 물품은, 적어도 0.86 MPa*m0.5의 파괴 인성을 특징으로 하는, 유리계 물품.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 유리계 물품은, 5 mol% 이하의 알칼리 금속 및 붕소를 포함하는, 유리계 물품.
  14. 청구항 12 또는 13에 있어서,
    상기 둘 이상의 금속 산화물은, La2O3, BaO, Ta2O5, Y2O3, 및 HfO2를 포함하는, 유리계 물품.
  15. 청구항 12-14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리계 물품은, (ⅰ) 약 1.0 MPa*m0.5 내지 약 1.6 MPa*m0.5의 파괴 인성; (ⅱ) 약 110 GPa 내지 약 140 GPa의 영률 값; 및/또는 (ⅲ) 약 1.3 브루스터 내지 약 2 브루스터의 응력 광학 계수 (SOC)를 갖는, 유리계 물품.
  16. SiO2 및 둘 이상의 MxOy를 포함하며, 여기서, M은 Ba, La, Ta, Y, Al 또는 Hf인 유리계 물품으로;
    여기서, 상기 SiO2의 총량은, MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물을 포함하는 기준 유리계 물품의 것과 동일하거나 실질적으로 동일하고, 여기서, 상기 기준 유리계 물품은, 동일한 몰 퍼센트의 각 MxOy를 가지며, 및 각 이원 조성물에서 MxOy 대 SiO2의 몰 비는 4/(c*x)이고, 여기서, c는 M의 전하의 수인, 유리계 물품.
  17. MxOy-SiO2, 여기서, M이 Ba, La, Ta, Y, Al 또는 Hf인, 둘 이상의 이원 조성물을 혼합하는 단계; 및
    상기 MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물을 가열하여 유리계 물품을 형성하는, 가열 단계를 포함하는, 청구항 16의 유리계 물품의 제조 공정.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 MxOy-SiO2의 둘 이상의 이원 조성물은, BaO-SiO2, La2O3-SiO2, Ta2O5-SiO2, Y2O3-SiO2, Al2O3-SiO2 및 HfO2-SiO2를 포함하고, 상기 SiO2의 총량은 약 30mol% 내지 약 80mol%인, 유리계 물품의 제조 공정.
  19. 청구항 17 또는 18의 공정에 의해 제조된 유리계 물품.
  20. 청구항 1-16 및 19중 어느 한 항의 유리계 물품을 포함하는 소비자 전자 장치.
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