KR20190112273A

KR20190112273A - 화학 강화 유리

Info

Publication number: KR20190112273A
Application number: KR1020197022429A
Authority: KR
Inventors: 아키오 고이케; 유스케 고바야시
Original assignee: 에이지씨 가부시키가이샤
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2019-10-04
Also published as: CN110234616B; US20190352227A1; JPWO2018147288A1; WO2018147288A1; CN110234616A; CN115716715A

Abstract

화학 강화 유리는, 표면의 압축 응력이 200MPa 이상이고, 압축 응력이 50MPa에 있어서의 상기 표면으로부터의 압축 응력층의 깊이가 50㎛ 이상이고, 압축 응력이 30MPa에 있어서의 상기 표면으로부터의 압축 응력층의 깊이가 60㎛ 이상이고, 임계 응력 확대 계수 K_IC(Critical Stress Intensity Factor)가 0.75MPa·m^1/2 이상이다.

Description

화학 강화 유리

본 발명은, 화학 강화 유리에 관한 것이다.

휴대 전화나 스마트폰 등의 전자 기기의 표시부나 하우징 본체에, 이온 교환에 의한 표면층이 형성된 화학 강화 유리가 사용되고 있다. 이 화학 강화 유리의 두께는, 경량화를 위해 점점 얇아지는 경향이 있다(박판화라 한다). 그리고, 박판화된 유리의 강도를 향상시키기 위해, 표면 압축 응력(CS)을 높게 하고, 압축 응력층의 깊이(DOL)를 깊게 하는 경향이 있다.

특히, 이동 가능한 전자 기기의 경우, 전자 기기를 낙하시켰을 때에도 화학 강화 유리가 깨지지 않도록 DOL을 보다 깊게 하는 경향이 있다(특허문헌 1).

미국 공개 특허2015-0239775호

그러나, 특허문헌 1의 화학 강화 유리는, 압축 응력층의 깊이(DOL)가 깊음에도 불구하고, 전자 기기가 아스팔트에 낙하한 경우, 유리가 깨져버린다는 문제점이 있었다.

그래서, 본 발명은, 표면 압축 응력(CS)과 압축 응력층의 깊이(DOL)의 밸런스를 제어함으로써, 종래에 비해, 아스팔트로의 낙하시에 깨지기 어려운 화학 강화 유리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 화학 강화 유리는, 표면의 압축 응력이 200MPa 이상이고, 압축 응력이 50MPa에 있어서의 상기 표면으로부터의 압축 응력층의 깊이가 50㎛ 이상이고, 압축 응력이 30MPa에 있어서의 상기 표면으로부터의 압축 응력층의 깊이가 60㎛ 이상이고, 임계 응력 확대 계수 K_IC(Critical Stress Intensity Factor)가 0.75MPa·m^1/2 이상이다.

본 발명에 의하면, 아스팔트로의 낙하시에 깨지기 어려운 화학 강화 유리를 제공할 수 있다.

도 1은 예 1 내지 예 3의 화학 강화 유리의, 압축 응력이 50MPa에 있어서의 압축 응력의 깊이와 아스팔트 낙하의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 예 1 내지 예 3의 화학 강화 유리의, 압축 응력이 30MPa에 있어서의 압축 응력의 깊이와 아스팔트 낙하의 관계를 나타내는 그래프이다.

(화학 강화 유리)

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 통상 판 형상을 하고 있지만, 평판이어도 굽힘 가공을 실시한 유리판이어도 된다. 본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 플로트법, 퓨전법, 슬롯 다운드로법 등, 기지된 유리 성형 방법에 의해 평판 형상으로 성형된 유리판이며, 130dPa·s 이상의 액상 점도를 갖는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 태블릿 PC, 노트북 PC, 스마트폰 및 전자 서적 리더 등의 정보 기기에 구비된 터치 패널 디스플레이의 커버 유리 및 터치 센서 유리, 액정 TV 및 PC 모니터 등의 커버 유리, 자동차 인스트루먼트 패널 등의 커버 유리, 태양 전지용 커버 유리, 건축재의 내장재, 그리고 빌딩이나 주택의 창에 사용되는 복층 유리 등에 사용할 수 있다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 기존의 성형법으로 성형 가능한 치수를 갖는다. 즉, 플로트법으로 성형하면, 플로트 성형 폭이 연속된 리본 형상의 유리가 얻어진다. 또한, 본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 최종적으로는 사용 목적에 적합한 크기로 절단된다.

즉, 태블릿 PC 또는 스마트폰 등의 디스플레이의 크기이거나, 태양 전지용 커버 유리이거나, 각각의 용도에 따른 크기가 된다. 본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 일반적으로는 직사각형으로 절단되어 있지만, 원형 또는 다각형 등의 다른 형상이어도 문제 없고, 펀칭 가공을 실시한 유리도 포함된다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리의 판 두께 t는, 경량화에 기여하기 위해 2000㎛ 이하인 것이 바람직하다. 판 두께 t는, 1500㎛ 이하, 1000㎛ 이하, 800㎛ 이하, 700㎛ 이하, 500㎛ 이하, 400㎛ 이하, 300㎛ 이하, 200㎛ 이하, 100㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 이온 교환 처리에 의해 표면에 압축 응력층을 구비한다. 화학 강화 유리의 표면 압축 응력(CS)은 200MPa 이상인 것이 바람직하고, 300MPa 이상, 500MPa 이상, 600MPa 이상, 650MPa 이상, 700MPa 이상, 750MPa 이상, 800MPa 이상, 900MPa 이상, 1000MPa 이상인 것이 보다 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 화학 강화 유리의 사용시에 압축 응력층의 깊이(DOL)의 값을 초과하는 깊이의 흠집이 생기면 화학 강화 유리의 파괴로 이어지기 때문에, 압축 응력층의 깊이(DOL)는 깊은 편이 바람직하다. 압축 응력층의 깊이(DOL)는 30㎛ 이상인 것이 바람직하고, 40㎛ 이상, 50㎛ 이상, 55㎛ 이상, 60㎛ 이상, 65㎛ 이상, 70㎛ 이상, 75㎛ 이상, 80㎛ 이상, 85㎛ 이상, 90㎛ 이상, 95㎛ 이상, 100㎛ 이상, 110㎛ 이상, 120㎛ 이상, 130㎛ 이상, 140㎛ 이상, 150㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다.

또한, 판 두께를 t㎛로 했을 때의 압축 응력층의 깊이(DOL)와의 관계는, DOL≥0.10t가 바람직하고, DOL≥0.12t, 더욱 바람직하게는 DOL≥0.15t, 특히 바람직하게는 DOL≥0.20t이다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 압축 응력이 50MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이가 50㎛ 이상인 것이 바람직하다. 본원 발명자들은, 압축 응력층이 50MPa 이상이 되어 있는 깊이가 깊을수록, 낙하 등에서 유리 표면에 예리한 것이 부딪쳐서 흠집이 생겨 깨지는 현상이 일어나기 어려워진다는 것을 알아내었다. 그 때문에, 압축 응력이 50MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이가 55㎛ 이상, 60㎛ 이상, 65㎛ 이상, 70㎛ 이상, 75㎛ 이상, 80㎛ 이상, 85㎛ 이상, 90㎛ 이상, 95㎛ 이상, 100㎛ 이상, 110㎛ 이상, 120㎛ 이상, 130㎛ 이상, 140㎛ 이상, 150㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 이 경우에 있어서도, 판 두께를 t㎛로 했을 때의 압축 응력층의 깊이(DOL)와의 관계는, 상기한 바와 같다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 압축 응력이 30MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이가 60㎛ 이상인 것이 바람직하다. 본원 발명자들은, 압축 응력층이 30MPa 이상이 되어 있는 깊이가 깊을수록, 낙하 등에서 유리 표면에 흠집이 생김과 함께 굽힘 모드가 가해져 깨지는 현상이 일어나기 어려워진다는 것을 알아내었다. 그 때문에, 압축 응력이 30MPa에 있어서의 압축 응력의 깊이가 65㎛ 이상, 70㎛ 이상, 75㎛ 이상, 80㎛ 이상, 85㎛ 이상, 90㎛ 이상, 95㎛ 이상, 100㎛ 이상, 105㎛ 이상, 110㎛ 이상, 115㎛ 이상, 120㎛ 이상, 125㎛ 이상, 130㎛ 이상, 135㎛ 이상, 140㎛ 이상, 150㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 이 경우에 있어서도, 판 두께를 t㎛로 했을 때의 압축 응력층의 깊이(DOL)와의 관계는, 상기한 바와 같다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 임계 응력 확대 계수 K_IC(Critical Stress Intensity Factor)가 0.75MPa·m^1/2 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 이 명세서에 있어서의 임계 응력 확대 계수 K_IC란, Double Cleavage Drilled Compression(DCDC)법 등에 의해 얻어진 K_I-V 곡선에 있어서, V=0.1m/sec가 될 때의 K_I의 값을 말한다. 유리의 강도를 높일 뿐만 아니라, 후술하는 파쇄성을 경감시켜, 보다 깊은 DOL을 넣어도 깨졌을 때에 파편이 비산하기 어렵게 하는 목적으로, 임계 응력 확대 계수 K_IC는 0.77MPa·m^1/2 이상, 0.79MPa·m^1/2 이상, 0.8MPa·m^1/2 이상, 0.82MPa·m^1/2 이상, 0.84MPa·m^1/2 이상, 0.86MPa·m^1/2 이상, 0.88MPa·m^1/2 이상, 0.9MPa·m^1/2 이상인 것이 보다 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 영률이 70GPa 이상인 것이 바람직하다. 임계 응력 확대 계수 K_IC를 향상시켜 유리의 강도를 높일 뿐만 아니라, 크랙의 분기되기 쉬움을 저감시켜, 후술하는 파쇄성을 경감하는 목적으로, 영률은 72GPa 이상, 73GPa 이상, 74GPa 이상, 75GPa 이상, 76GPa 이상, 77GPa 이상, 78GPa 이상79GPa 이상, 80GPa 이상, 81GPa 이상, 82GPa 이상, 83GPa 이상, 84GPa 이상, 85GPa 이상, 86GPa 이상, 88GPa 이상, 90GPa 이상인 것이 보다 바람직하다.

(유리 조성)

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 알루미노실리케이트 유리이다. 또한, 본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, Al₂O₃ 및 Li₂O를 함유하는 알루미노실리케이트 유리인 것이 바람직하다.

이하에 있어서 화학 강화용 유리의 유리 조성을, 화학 강화 유리의 모조성이라 하는 경우가 있다. 화학 강화 유리는, 이온 교환 처리에 의해 화학 강화용 유리의 표면에 압축 응력층을 형성한 것이다.

화학 강화 유리의 두께가 충분히 큰 경우에는, 화학 강화 유리의 인장 응력을 갖는 부분(이하, 인장 응력 부분이라고도 한다)은, 이온 교환되어 있지 않은 부분이라는 점에서, 화학 강화 유리의 인장 응력 부분은, 화학 강화 전의 유리와 동일한 조성이라고 간주할 수 있다. 따라서, 화학 강화 유리의 인장 응력 부분의 조성을 화학 강화 유리의 모조성이라 칭하는 경우가 있다.

유리의 조성은, 간이적으로는 형광 엑스선법에 의한 반정량 분석에 의해 구하는 것도 가능하지만, 보다 정확하게는, ICP 발광 분석 등의 습식 분석법에 의해 측정할 수 있다.

또한, 각 성분의 함유량은, 특별히 언급하지 않는 한, 산화물 기준의 몰 백분율 표시로 나타내는 것으로 한다. 여기서, 본 명세서에 있어서 「실질적으로 함유하지 않는」이란, 원재료 등에 포함되는 불가피한 불순물을 제외하고 함유하지 않는, 즉 의도적으로 함유시킨 것이 아닌 것을 의미한다. 구체적으로는, 유리 조성 중의 함유량이 0.01몰％ 미만인 것을 말한다.

본 발명의 화학 강화용 유리의 조성(본 발명의 화학 강화 유리의 모조성)으로서는, 예를 들어 SiO₂를 50 내지 80％, Al₂O₃을 1 내지 30％, B₂O₃을 0 내지 5％, P₂O₅를 0 내지 4％, Li₂O를 3 내지 20％, Na₂O를 0 내지 8％, K₂O를 0 내지 10％, MgO를 0 내지 20％, CaO를 0 내지 20％, SrO를 0 내지 20％, BaO를 0 내지 15％, ZnO를 0 내지 10％, TiO₂를 0 내지 1％, ZrO₂를 0 내지 8％ 함유하는 것이 바람직하다.

예를 들어, SiO₂를 63 내지 80％, Al₂O₃을 7 내지 30％, B₂O₃을 0 내지 5％, P₂O₅를 0 내지 4％, Li₂O를 5 내지 15％, Na₂O를 1 내지 8％, K₂O를 0 내지 2％, MgO를 3 내지 10％, CaO를 0 내지 5％, SrO를 0 내지 20％, BaO를 0 내지 15％, ZnO를 1 내지 10％, TiO₂를 0 내지 1％, ZrO₂를 0 내지 8％를 함유하고, Ta₂O₅, Gd₂O₃, As₂O₃, Sb₂O₃을 함유하지 않는 유리를 들 수 있다.

SiO₂는 유리의 골격을 구성하는 성분이다. 또한, 화학적 내구성을 높이는 성분이며, 유리 표면에 흠집(압흔)이 생겼을 때의 크랙의 발생을 저감시키는 성분이고, SiO₂의 함유량은 50％ 이상인 것이 바람직하다. SiO₂의 함유량은, 보다 바람직하게는, 이하, 단계적으로 54％ 이상, 58％ 이상, 60％ 이상, 63％ 이상, 66％ 이상, 68％ 이상이다. 한편, SiO₂의 함유량이 80％ 초과이면 용융성이 현저하게 저하된다. SiO₂의 함유량은 80％ 이하이고, 보다 바람직하게는 78％ 이하, 더욱 바람직하게는 76％ 이하, 특히 바람직하게는 74％ 이하, 가장 바람직하게는 72％ 이하이다.

Al₂O₃은 화학 강화 유리의 파쇄성을 경감하는 성분이다. 여기서 유리의 파쇄성이 낮다는 것은, 유리가 깨졌을 때의 파편수가 적은 것을 말한다. 파쇄성이 낮은 유리는, 파괴했을 때에 파편이 비산하기 어렵다는 점에서, 안전성이 높다고 할 수 있다. 또한, Al₂O₃은 화학 강화시의 이온 교환 성능을 향상시키고, 강화 후의 표면 압축 응력을 크게 하기 위해 유효한 성분이기 때문에, Al₂O₃의 함유량은 1％ 이상인 것이 바람직하다. Al₂O₃은 유리의 Tg를 높게 하는 성분이며, 영률을 높게 하는 성분이기도 하다. Al₂O₃의 함유량은, 보다 바람직하게는, 이하, 단계적으로 3％ 이상, 5％ 이상, 7％ 이상, 8％ 이상, 9％ 이상, 10％ 이상, 11％ 이상, 12％ 이상, 13％ 이상이다. 한편, Al₂O₃의 함유량이 30％ 초과이면 유리의 내산성이 저하되거나 또는 실투 온도가 높아진다. 또한, 유리의 점성이 증대되어 용융성이 저하된다. Al₂O₃의 함유량은, 바람직하게는 30％ 이하이고, 보다 바람직하게는 25％ 이하, 더욱 바람직하게는 20％ 이하, 특히 바람직하게는 18％ 이하, 가장 바람직하게는 15％ 이하이다. 한편, Al₂O₃의 함유량이 큰 경우에는 유리 용융시의 온도가 커져 생산성이 저하된다. 유리의 생산성을 고려하는 경우에는, Al₂O₃의 함유량은 바람직하게는 11％ 이하이고, 이하, 단계적으로 10％ 이하, 9％ 이하, 8％ 이하, 7％ 이하인 것이 바람직하다.

B₂O₃은, 화학 강화용 유리 또는 화학 강화 유리의 칩핑 내성을 향상시키고, 또한 용융성을 향상시키는 성분이다. B₂O₃은 필수적이지 않지만, B₂O₃을 함유시키는 경우의 함유량은, 용융성을 향상시키기 위해 바람직하게는 0.5％ 이상이고, 보다 바람직하게는 1％ 이상, 더욱 바람직하게는 2％ 이상이다. 한편, B₂O₃의 함유량이 8％를 초과하면 용융시에 맥리가 발생하여 화학 강화용 유리의 품질이 저하되기 쉽기 때문에 8％ 이하가 바람직하다. B₂O₃의 함유량은, 보다 바람직하게는 5％ 이하, 더욱 바람직하게는 3％ 이하이고, 특히 바람직하게는 1％ 이하이다. 내산성을 높게 하기 위해서는 함유하지 않는 것이 바람직하다.

P₂O₅는, 이온 교환 성능 및 칩핑 내성을 향상시키는 성분이다. P₂O₅는 함유시키지 않아도 되지만, P₂O₅를 함유시키는 경우의 함유량은, 바람직하게는 0.01％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.02％ 이상, 1％ 이상, 더욱 바람직하게는 2％ 이상이다. 한편, P₂O₅의 함유량이 9％ 초과이면, 원료 용해성이 악화되어 균질성이 악화되고, 또한 내산성이 현저하게 저하된다. P₂O₅의 함유량은, 바람직하게는 94％ 이하, 보다 바람직하게는 6％ 이하, 더욱 바람직하게는 3％ 이하, 특히 바람직하게는 1％ 이하이다. 내산성을 높게 하기 위해서는 함유하지 않는 것이 바람직하다.

Li₂O는, 유리 표면의 Li 이온을 Na 이온으로 교환하여 표면 압축 응력을 형성시키는 성분이며, 화학 강화 유리의 파쇄성을 개선하는 성분이다. Li₂O의 함유량은 3％ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 4％ 이상, 더욱 바람직하게는 5％ 이상, 특히 바람직하게는 6％ 이상, 전형적으로는 7％ 이상이다. 한편, Li₂O의 함유량이 20％ 초과이면 유리의 내산성이 현저하게 저하된다. Li₂O의 함유량은, 20％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 18％ 이하, 더욱 바람직하게는 16％ 이하, 특히 바람직하게는 15％ 이하, 가장 바람직하게는 13％ 이하이다. Na 이온으로부터 K 이온으로 이온 교환시키는 것을 주안점으로 두는 경우에는, Li₂O의 함유량은 1％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Na₂O는 이온 교환에 의해 표면 압축 응력층을 형성시키고, 또한 유리의 용융성을 향상시키는 성분이며, 유리의 용융성을 중시하는 경우에는 함유해도 된다. Na₂O를 함유시키는 경우의 함유량은 1％ 이상이면 바람직하다. Na₂O의 함유량은, 보다 바람직하게는 2％ 이상, 2.5％ 이상, 더욱 바람직하게는 3％ 이상이다. 한편, Na₂O의 함유량이 20％ 초과이면 유리의 내산성이 현저하게 저하된다. Na₂O의 함유량은, 바람직하게는 20％ 이하이고, 보다 바람직하게는 18％ 이하, 더욱 바람직하게는 16％ 이하, 특히 바람직하게는 15％ 이하, 가장 바람직하게는 14％ 이하이다.

질산칼륨과 질산나트륨의 혼합 용융염에 침지하는 등의 방법에 의해, 유리 표면의 Li 이온과 Na 이온, Na 이온과 K 이온을 동시에 이온 교환하는 경우에는, Na₂O의 함유량은 바람직하게는 10％ 이하이고, 보다 바람직하게는 9％ 이하, 더욱 바람직하게는 8％ 이하, 7％ 이하, 6％ 이하, 5％ 이하, 3％ 이하이다. 또한, Na₂O의 함유량은, 바람직하게는 2％ 이상, 보다 바람직하게는 3％ 이상, 더욱 바람직하게는 4％ 이상이다.

K₂O는, 이온 교환 성능을 향상시키거나 하기 위해 함유시켜도 된다. K₂O를 함유시키는 경우의 함유량은, 바람직하게는 0.01％ 이상이고, 0.02％ 이상, 0.03％ 이상, 0.1％ 이상, 1％ 이상 더욱 바람직하게는 2％ 이상, 특히 바람직하게는 3％ 이상이다. 한편, K₂O의 함유량이 10％ 초과이면, 표면 압축 응력이 저하되기 때문에, K₂O의 함유량은 10％ 이하인 것이 바람직하다. K₂O의 함유량은, 보다 바람직하게는 8％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 6％ 이하이고, 특히 바람직하게는 4％ 이하이고, 가장 바람직하게는 2％ 이하이다.

MgO는, 화학 강화 유리의 표면 압축 응력을 증대시키는 성분이며, 파쇄성을 개선하는 성분이며, 함유시키는 것이 바람직하다. MgO를 함유시키는 경우의 함유량은, 바람직하게는 1％ 이상이고, 2％ 이상, 2.5％ 이상, 3％ 이상, 4％ 이상, 5％ 이상, 6％ 이상, 7％ 이상, 8％ 이상이다. 한편, MgO의 함유량이 20％ 초과이면 화학 강화용 유리가 용융시에 실투하기 쉬워진다. MgO의 함유량은 20％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는, 이하, 단계적으로 18％ 이하, 15％ 이하, 14％ 이하, 13％ 이하, 12％ 이하, 11％ 이하, 10％ 이하이다. 유리 제조시의 결정 석출에 의한 실투성 개선을 위해서는, MgO 함유량은 저감시키는 편이 바람직하며, 이 경우에는 MgO 함유량은 9％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 8％ 이하, 더욱 바람직하게는 6.5％ 이하이다.

CaO는, 화학 강화용 유리의 용융성을 향상시키는 성분이며, 화학 강화 유리의 파쇄성을 개선하는 성분이며, 함유시켜도 된다. CaO를 함유시키는 경우의 함유량은, 바람직하게는 0.01％ 이상, 0.02％ 이상, 0.03％ 이상, 0.04％ 이상, 0.1％ 이상, 0.5％ 이상, 1％ 이상, 더욱 바람직하게는 2％ 이상이고, 특히 바람직하게는 3％ 이상, 가장 바람직하게는 5％ 이상이다. 한편, CaO의 함유량이 20％ 초과가 되면 이온 교환 성능이 현저하게 저하되기 때문에 20％ 이하가 바람직하다. CaO의 함유량은, 보다 바람직하게는 14％ 이하이고, 더욱 바람직하게는, 이하, 단계적으로 10％ 이하, 8％ 이하, 6％ 이하, 3％ 이하, 1％ 이하이다.

SrO는, 화학 강화용 유리의 용융성을 향상시키는 성분이며, 화학 강화 유리의 파쇄성을 개선하는 성분이며, 함유시켜도 된다. SrO를 함유시키는 경우의 함유량은, 바람직하게는 0.5％ 이상이고, 보다 바람직하게는 1％ 이상, 더욱 바람직하게는 2％ 이상이고, 특히 바람직하게는 3％ 이상, 가장 바람직하게는 5％ 이상이다. 한편, SrO의 함유량이 20％ 초과가 되면 이온 교환 성능이 현저하게 저하되기 때문에 20％ 이하가 바람직하다. SrO의 함유량은, 보다 바람직하게는 14％ 이하이고, 더욱 바람직하게는, 이하, 단계적으로 10％ 이하, 8％ 이하, 6％ 이하, 3％ 이하, 1％ 이하이다.

BaO는, 화학 강화용 유리의 용융성을 향상시키는 성분이며, 함유시켜도 된다. BaO를 함유시키는 경우의 함유량은, 바람직하게는 0.5％ 이상이고, 보다 바람직하게는 1％ 이상, 더욱 바람직하게는 2％ 이상이고, 특히 바람직하게는 3％ 이상, 가장 바람직하게는 5％ 이상이다. 한편, BaO의 함유량이 15％ 초과가 되면 이온 교환 성능이 현저하게 저하된다. BaO의 함유량은 15％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 이하, 단계적으로 10％ 이하, 8％ 이하, 6％ 이하, 3％ 이하, 1％ 이하이다.

ZnO는 유리의 용융성을 향상시키는 성분이며, 함유시켜도 된다. ZnO를 함유시키는 경우의 함유량은, 바람직하게는 0.25％ 이상, 0.3％ 이상, 0.5％ 이상, 0.6％ 이상, 0.7％ 이상, 0.8％ 이상이다. 한편, ZnO의 함유량이 10％ 초과가 되면 유리의 내후성이 현저하게 저하된다. ZnO의 함유량은 10％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7％ 이하, 더욱 바람직하게는 5％ 이하이고, 특히 바람직하게는 2％ 이하이고, 가장 바람직하게는 1％ 이하이다.

TiO₂는, 화학 강화 유리의 파쇄성을 개선하는 성분이며, 함유시켜도 된다. TiO₂를 함유시키는 경우의 함유량은, 바람직하게는 0.01％ 이상, 0.1％ 이상, 0.15％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.2％ 이상이다. 한편, TiO₂의 함유량이 5％ 초과이면 용융시에 실투하기 쉬워져, 화학 강화 유리의 품질이 저하될 우려가 있다. TiO₂의 함유량은 1％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.25％ 이하이다.

ZrO₂는, 이온 교환에 의한 표면 압축 응력을 증대시키는 성분이며, 화학 강화용 유리의 파쇄성을 개선하는 효과가 있고, 함유시켜도 된다. ZrO₂를 함유시키는 경우의 함유량은, 바람직하게는 0.01％ 이상, 0.05％ 이상, 0.2％ 이상, 0.5％ 이상, 1％ 이상이다. 한편, ZrO₂의 함유량이 8％ 초과이면 용융시에 실투하기 쉬워져, 화학 강화 유리의 품질이 저하될 우려가 있다. ZrO₂의 함유량은 8％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 6％ 이하, 더욱 바람직하게는 4％ 이하이고, 특히 바람직하게는 2％ 이하이고, 가장 바람직하게는 1.2％ 이하이다.

Y₂O₃, La₂O₃, Nb₂O₅는, 화학 강화 유리의 파쇄성을 개선하는 성분이며, 함유시켜도 된다. 이들 성분을 함유시키는 경우의 각각의 함유량은, 바람직하게는 0.5％ 이상이고, 보다 바람직하게는 1％ 이상, 더욱 바람직하게는 1.5％ 이상이고, 특히 바람직하게는 2％ 이상, 가장 바람직하게는 2.5％ 이상이다. 한편, Y₂O₃, La₂O₃, Nb₂O₅의 함유량은 각각 8％ 초과이면 용융시에 유리가 실투하기 쉬워져 화학 강화 유리의 품질이 저하될 우려가 있다. Y₂O₃, La₂O₃, Nb₂O₅의 함유량은 각각 8％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 6％ 이하, 더욱 바람직하게는 5％ 이하이고, 특히 바람직하게는 4％ 이하이고, 가장 바람직하게는 3％ 이하이다.

Ta₂O₅, Gd₂O₃은, 화학 강화 유리의 파쇄성을 개선하기 위해 소량 함유해도 되지만, 굴절률이나 반사율이 높아지기 때문에 1％ 이하가 바람직하고, 0.5％ 이하가 보다 바람직하고, 함유하지 않는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 유리에 착색을 행하여 사용할 때에는, 원하는 화학 강화 특성의 달성을 저해하지 않는 범위에 있어서 착색 성분을 첨가해도 된다. 착색 성분으로서는, 예를 들어 Co₃O₄, MnO₂, Fe₂O₃, NiO, CuO, Cr₂O₃, V₂O₅, Bi₂O₃, SeO₂, CeO₂, Er₂O₃, Nd₂O₃ 등을 적합한 것으로서 들 수 있다.

착색 성분의 함유량은, 산화물 기준의 몰 백분율 표시로, 합계 7％ 이하의 범위가 바람직하다. 7％를 초과하면 유리가 실투하기 쉬워져 바람직하지 않다. 이 함유량은 바람직하게는 5％ 이하이고, 보다 바람직하게는 3％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1％ 이하이다. 유리의 가시광 투과율을 우선시키는 경우에는, 이들 성분은 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다.

유리의 용융시의 청징제로서, SO₃, 염화물, 불화물, SnO₂ 등의 청징제를 적절히 함유해도 된다. SO₃을 사용하는 것이 바람직하고, 유리 중에 잔존하는 SO₃ 농도는 바람직하게는 0.01％, 보다 바람직하게는 0.02％, 더욱 바람직하게는 0.03％ 이상이다. As₂O₃, Sb₂O₃은 함유하지 않는 것이 바람직하다. SnO₂를 함유하는 경우에는, 0.3％ 이하가 바람직하고, 0.1％ 이하가 보다 바람직하고, Fe 이온의 가수 변화에 따른 색감 제어의 관점에서 함유하지 않는 것이 가장 바람직하다.

(화학 강화 처리)

화학 강화 처리에 의해, 큰 이온 반경의 알칼리 금속 이온(전형적으로는, K 이온)을 포함하는 알칼리 금속염(예를 들어, 질산칼륨염)의 융액에 침지 등에 의해 유리 기판을 접촉시킴으로써, 유리 기판 중의 작은 이온 반경의 금속 이온(전형적으로는, Na 이온)이 큰 이온 반경의 금속 이온으로 치환된다.

화학 강화 처리는, 예를 들어 350 내지 500℃의 질산칼륨 용융염 중에 유리판을 5분 내지 60시간 침지함으로써 행할 수 있다.

이온 교환 처리를 행하기 위한 용융염으로서는, 예를 들어 질산칼륨염, 황산칼륨염, 탄산칼륨염 및 염화칼륨염 등의 알칼리 질산염, 알칼리 황산염 및 알칼리 염화물염 등을 들 수 있다. 이들 용융염은 단독으로 사용해도 되고, 복수종을 조합하여 사용해도 된다. 또한, 화학 강화 특성을 조정하기 위해, 나트륨(Na 이온)이나 리튬(Li 이온)을 포함하는 염을 섞어도 된다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리에 있어서, 화학 강화 처리의 처리 조건은 특별히 한정되지 않으며, 유리의 특성 및 용융염 등을 고려하여 최적의 조건을 선택할 수 있다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 예를 들어 이하의 공정 (1) 내지 (3)에 의해 제조된다. 이하, 각 공정에 대하여 설명한다.

(1) 유리를 이온 교환 처리함으로써, 유리 표면에 압축 응력층을 형성하는 제1 화학 강화 공정

공정 (1)은, 화학 강화 처리에 제공하는 유리를 그 유리 중에 포함되는 알칼리 금속 이온(예를 들어, Na 이온)보다 이온 반경이 큰 알칼리 금속 이온을 포함하는 용융염(예를 들어, 칼륨염)과 유리의 전이 온도를 초과하지 않는 온도 영역에서 접촉시켜, 유리 중의 알칼리 금속 이온과 알칼리 금속염의 이온 반경이 큰 알칼리 금속 이온을 이온 교환시키고, 알칼리 금속 이온의 점유 면적의 차에 의해 유리 표면에 압축 응력을 발생시켜 압축 응력층을 형성하는 공정이다.

공정 (1)에 있어서 유리와 알칼리 금속 이온을 포함하는 용융염을 접촉시키는 처리 온도 및 처리 시간은, 유리 및 용융염의 조성에 따라 적절히 조정한다. 용융염의 가열 온도는 통상 350℃ 이상이 바람직하고, 370℃ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 통상 500℃ 이하가 바람직하고, 450℃ 이하가 보다 바람직하다. 용융염의 가열 온도를 350℃ 이상으로 함으로써, 이온 교환 속도의 저하에 의해 화학 강화가 들어가기 어려워지는 것을 방지한다. 또한, 500℃ 이하로 함으로써 용융염의 분해·열화를 억제할 수 있다.

공정 (1)에 있어서 유리를 용융염에 접촉시키는 시간은, 충분한 압축 응력을 부여하기 위해서는 통상 1시간 이상이 바람직하고, 2시간 이상, 3시간 이상, 4시간 이상, 5시간 이상이 보다 바람직하다. 또한, 장시간의 이온 교환에서는 생산성이 떨어짐과 함께, 완화에 의해 압축 응력값이 저하되기 때문에, 200시간 이하가 바람직하고, 150시간 이하, 100시간 이하, 90시간 이하, 80시간 이하가 보다 바람직하다.

(2) 유리를 가열 처리하는 가열 공정

공정 (2)는, 공정 (1)에서 얻어진 유리 표면에 압축 응력층을 형성한 유리를 가열 처리함으로써, 압축 응력층에 존재하는 것보다 큰 알칼리 금속 이온, 예를 들어 칼륨 이온을 유리의 표면으로부터 유리 내부의 방향으로 이동시킴으로써, 압축 응력층의 최심부를 유리 표면으로부터 유리 내부의 방향으로 이동시키는 공정이다. 이 공정은 생략할 수도 있다.

압축 응력층의 최심부가 유리 표면으로부터 유리 내부의 방향으로 이동함으로써, 유리 표면의 압축 응력이 저하되지만, 유리 표면으로부터 바람직하게는 30㎛ 이상의 압축 응력층이 형성된다.

유리를 가열 처리하는 온도는 유리 전이점보다 50℃ 이상, 바람직하게는 70℃ 이상, 보다 바람직하게는 100℃ 이상 낮은 온도로 한다. 유리 전이점보다 50℃ 이상 낮은 온도에서 유리를 가열 처리함으로써, 유리의 응력 완화를 방지할 수 있다.

유리를 가열 처리하는 시간은, 가열 처리 온도에 의해 적절히 조정하는 것이 바람직하고, 통상 30분 내지 2000분인 것이 바람직하고, 30 내지 300분인 것이 보다 바람직하다.

(3) 유리를 이온 교환 처리함으로써, 유리 표면의 압축 응력층을 변화시키는 제2 화학 강화 공정

공정 (3)은 공정 (2)에서 얻어진 유리를 이온 교환함으로써, 유리 표면의 압축 응력층을 변화시키는 공정이다. 공정 (3)에 있어서 다시 이온 교환함으로써, 유리 표면 및 그 내부의 압축 응력층을 변화시킬 수 있다. 공정 (3)의 이온 교환 처리는 공정 (1)에 있어서 상술한 이온 교환 처리와 마찬가지의 방법에 의해 행해도 되고, 다른 방법이어도 된다. 또한, 다른 용융염을 사용해도 된다.

공정 (3)에 있어서 유리와 알칼리 금속 이온을 포함하는 용융염을 접촉시키는 처리 온도 및 처리 시간은, 유리 및 용융염의 조성에 따라 적절히 조정한다. 용융염의 가열 온도는 통상 350℃ 이상이 바람직하고, 370℃ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 통상 500℃ 이하가 바람직하고, 450℃ 이하가 보다 바람직하다. 용융염의 가열 온도를 350℃ 이상으로 함으로써, 이온 교환 속도의 저하에 의해 화학 강화가 들어가기 어려워지는 것을 방지한다. 또한, 500℃ 이하로 함으로써 용융염의 분해·열화를 억제할 수 있다.

공정 (3)에 있어서 유리를 용융염에 접촉시키는 시간은, 충분한 압축 응력을 부여하기 위해서는 통상 5분 이상이 바람직하고, 6분 이상, 7분 이상, 8분 이상, 9분 이상, 10분 이상이 보다 바람직하다. 또한, 장시간의 이온 교환에서는 생산성이 떨어짐과 함께, 완화에 의해 압축 응력값이 저하되기 때문에, 5시간 이하가 바람직하고, 3시간 이하, 2시간 이하, 1시간 이하가 보다 바람직하다.

공정 (1) 내지 (3)은, 연속적인 공정, 예를 들어 유리판 제조 공정에 있어서 연속적으로 이동하는 유리 리본에 대하여 온라인으로 순차 행해도 되고, 또는 비연속적으로 온라인으로 행해도 된다. 또한, 작업 효율의 면에서는 공정 (2)를 생략한 편이 바람직하다. 또한 작업 효율을 향상시키기 위해, 공정 (3)을 생략해도 된다. 즉, (i) 공정 (1), 공정 (2) 및 공정 (3) 모두, (ii) 공정 (1)과 공정 (2)만, (iii) 공정 (1)과 공정 (3)만, (iv) 공정 (1)만 중 어느 것이 행해진다.

이온 교환 처리를 행하기 위한 용융염은, 적어도 칼륨 이온을 포함하는 처리염을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 처리염으로서는, 예를 들어 질산칼륨을 50질량％ 이상 함유하는 염을 적합하게 들 수 있다. 또한, 혼합 용융염에는, 기타 성분을 함유해도 된다. 기타 성분으로서는, 예를 들어 황산나트륨 및 황산칼륨 등의 알칼리 황산염, 그리고 염화나트륨 및 염화칼륨 등의 알칼리 염화염 등을 들 수 있다.

(유리의 제조 방법)

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 용융 유리를 성형하는 방법도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 유리 원료를 적절히 조제하고, 약 1500 내지 1700℃로 가열하여 용융한 후, 탈포, 교반 등에 의해 균질화하여, 주지된 플로트법, 다운드로우법(퓨전법 등), 프레스법 등에 의해 판 형상으로, 또는 캐스트하여 블록 형상으로 성형하고, 서랭 후 원하는 크기로 절단하여, 유리판이 제조된다. 필요에 따라 연마 가공을 실시하지만, 연마 가공에 가하여 또는 연마 가공 대신에, 유리판 표면을 불소제로 처리하는 것도 가능하다. 유리판을 안정적으로 생산하는 것을 고려하면, 플로트법 또는 다운드로우법이 바람직하고, 특히 대형의 유리판을 생산하는 것을 고려하면 플로트법이 바람직하다.

(아스팔트 낙하 시험)

커버 유리를 스마트폰 제품, 또는 스마트폰 제품을 모의한 하우징에 설치하고, 평탄하게 가공한 아스팔트면 상에 낙하시켰다. 낮은 높이(예를 들어 10cm)로부터 낙하시켜 유리가 깨지지 않으면 조금씩 낙하 높이를 높여 가고, 유리가 깨졌을 때의 낙하 높이를 그 유리의 강도로 하였다. 시험 하우징을 아스팔트에 낙하시킬 때에, 유리가 아스팔트에 접촉하는 방향으로 설정하여 낙하시켰다. 시험에 사용한 유리는 120mm×60mm의 대략 직사각형이며, 4개의 코너를 갖는다. 모의 하우징과 유리를 합한 중량은 약 140g으로 하였다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 태블릿 PC 또는 스마트폰 등의 디스플레이의 크기나, 빌딩 또는 주택의 창 유리의 크기가 된다. 본 발명의 유리는, 일반적으로는 직사각형으로 절단되어 있지만, 원형 또는 다각형 등의 다른 형상이어도 문제 없고, 펀칭 가공을 실시한 유리도 포함된다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 화학 강화 처리 전에 용도에 따른 형상 가공, 예를 들어 절단, 단부면 가공 및 펀칭 가공 등의 기계적 가공을 행하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리는, 화학 강화 처리 후에 절단하는 것이 가능하다. 절단 방법은, 통상의 휠 칩 커터에 의한 스크라이브와 브레이크를 적용하는 것이 가능하며, 레이저에 의한 절단도 가능하다. 유리 강도를 유지하기 위해, 절단 후에 절단 에지의 모따기 가공을 실시해도 된다. 모따기는, 기계적인 연삭 가공이어도 되고, 불산 등의 약액으로 처리하는 방법을 사용할 수도 있다.

본 실시 형태에 관한 화학 강화 유리의 용도는, 특별히 한정되지 않는다. 화학 강화된 유리는 높은 기계적 강도를 갖는다는 점에서, 낙하에 의한 충격이나, 다른 물질과의 접촉이 예상되는 개소로의 사용에 적합하다.

구체적으로는, 예를 들어 휴대 전화기(스마트폰 등의 다기능 정보 단말기를 포함한다.), PHS, PDA, 태블릿형 단말기, 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 게임기, 휴대 음악·동화상 플레이어, 전자북, 전자 단말기, 시계, 카메라 또는 GPS 등의 디스플레이 부분용의 커버 유리, 및 이들 기기의 터치 패널 조작용 모니터의 커버 유리, 전자레인지, 오븐 토스터 등의 조리기의 커버 유리, 전자 조리기 등의 톱 플레이트, 미터, 게이지 등의 계기류의 커버 유리 그리고 복사기 또는 스캐너 등의 판독 부분용의 유리판 등의 기계 또는 기기류의 보호 용도가 있다.

또한, 예를 들어 차량, 선박, 항공기 등의 창용 유리, 가정용 또는 산업용의 조명 기기, 신호, 유도등, 전광 게시판의 커버 유리, 쇼케이스 및 방탄 유리 등의 용도를 들 수 있다. 태양 전지 보호용의 커버 유리 및 태양 전지의 발전 효율을 높이기 위한 집광용의 유리재로서의 용도를 들 수 있다.

또한, 예를 들어 각종 경면용의 유리, 나아가 HDD 등의 정보 기억 매체의 기반, CD, DVD, 블루레이 디스크 등의 정보 기록 매체의 기판으로서의 용도가 있다.

또한, 예를 들어 수조, 접시나 컵 등의 식기, 병 또는 도마 등의 각종 조리 기구, 찬장, 냉장고의 선반판 및 벽, 지붕 또는 구획 등의 건축재로서의 용도를 들 수 있다.

이들 용도에 더하여, 화학 강화 처리를 마치고 제조되는 화학 강화 유리는, 액정, 플라스마, 유기 EL 등의 각종 화상 표시 장치에 내장되는 디스플레이용 유리재로서 최적이다.

실시예

이하에 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되지 않는다. 예 1, 2, 5 내지 7은 실시예, 예 3, 4는 비교예이다.

예 1 내지 3 중 어느 예도, 산화물 기준의 몰 백분율 표시로, SiO₂를 64.3％, Al₂O₃을 10.5％, Na₂O를 16.0％, K₂O를 0.8％, MgO를 8.3％, ZrO₂를 0.2％, TiO₂를 0.04％ 함유한 조성의 유리판을 플로트법으로 제조하였다. 조성은 형광 X선에 의한 분석값이다. 규사, 소다회, 돌로마이트, 장석, 황산나트륨을 유리 원료로서 사용하여 천연 가스 연소로 용해하고, 플로트 배스에서 유리 리본으로 성형하였다.

예 4는, 산화물 기준의 몰 백분율 표시로, SiO₂를 67.1％, B₂O₃을 3.6％, Al₂O₃을 13.1％, Na₂O를 13.7％, K₂O를 0.1％, MgO를 2.3％ 함유한 조성의 유리판이다. 이 유리판은, 퓨전법으로 제조된 유리판이다.

예 5 및 6은, 산화물 기준의 몰 백분율 표시로, SiO₂를 70％, Al₂O₃을 10％, Li₂O를 10％, Na₂O를 4％, K₂O를 1％, MgO를 4％, ZrO₂를 1％ 함유하고, 예 7은, 산화물 기준의 몰 백분율 표시로, SiO₂를 69％, Al₂O₃을 9％, Li₂O를 9.5％, Na₂O를 4.5％, K₂O를 1％, MgO를 6％, ZrO₂를 1％ 함유하는 유리 조성이 되도록, 각각 유리 원료를 조합하여, 유리로서 1000g이 되도록 칭량하였다. 이어서, 원료를 백금 도가니에 넣고, 1500 내지 1700℃의 전기로에 투입하여 3시간 정도 용융하고, 탈포, 균질화하였다. 얻어진 용융 유리를 형재에 유입하고, (유리 전이점+50)℃의 온도에서 1시간 유지한 후, 0.5℃/분의 속도로 실온까지 냉각하여, 유리 블록을 얻었다. 얻어진 유리 블록을 절단, 연삭하고, 마지막으로 양면을 경면 연마하여, 두께가 0.8mm인 유리판을 얻었다.

상기와 같이 준비한 유리판 중, 예 4의 유리판을 제외한, 예 1 내지 3, 5 내지 7의 유리판에 대하여, 아스팔트 낙하 시험을 행하였다. 예 1, 5 내지 7의 유리판은, 아스팔트 낙하 시험 전에 상기 공정 (1)에 제공하고, 표 1에 기재된 강화 조건으로 화학 강화 처리하였다. 또한, 예 2, 3의 유리판은, 아스팔트 낙하 시험 전에 상기 공정 (1)에 제공하고, 표 1에 기재된 강화 조건으로 화학 강화 처리하고, 이어서, 상기 공정 (2)에 제공하고, 표 1에 기재된 열 처리 조건 A, B로 열 처리하였다. 열 처리 조건 A로 열 처리한 후, 이어서 열 처리 조건 B로 열 처리하였다.

화학 강화 처리를 실시한 커버 유리를, 스마트폰 제품을 모의한 하우징에 설치하고, 평탄하게 가공한 아스팔트면 위에 낙하시켰다. 낮은 높이(예를 들어 10cm)로부터 낙하시켜 유리가 깨지지 않으면 조금씩 낙하 높이를 높여 가고, 유리가 깨졌을 때의 낙하 높이를 기록하였다. 이 시험을 1세트로 하여, 20세트 반복하고, 깨졌을 때의 높이의 평균값을 유리가 깨졌을 때의 낙하 높이로 하였다. 시험 하우징을 아스팔트에 낙하시킬 때에, 유리가 아스팔트에 접촉하는 방향으로 설정하여 낙하시켰다. 시험에 사용한 유리는 120mm×60mm의 대략 직사각형이며, 4개의 코너를 갖는다. 모의 하우징과 유리를 합한 중량은 약 140g으로 하였다.

또한, 예 1 내지 7의 유리판에 대하여, 임계 응력 확대 계수 K_IC를, Double Cleavage Drilled Compression(DCDC)법에 의해 얻어진 K_I-V 곡선을 사용하여 구하였다.

결과를 도 1 내지 2 및 표 1에 나타낸다. 표 1에, 강화 조건, 열 처리 조건 등도 병기한다.

도 1은, 예 1 내지 예 3의 화학 강화 유리의, 압축 응력이 50MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이와 아스팔트 낙하의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2는, 예 1 내지 예 3의 화학 강화 유리의, 압축 응력이 30MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이와 아스팔트 낙하의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 1 및 표 1에 나타난 바와 같이, 압축 응력이 50MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이가 36㎛인 경우, 아스팔트에 62cm의 높이로부터 전자 기기를 떨어뜨리면, 전자 기기의 유리가 파손되는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 고교생 이상의 사람의 포켓의 위치는, 지상으로부터 60cm를 초과하는 것이다. 따라서, 지상으로부터 60cm 부근에서 파손되는 유리는, 내구성이 불충분하다. 한편, 압축 응력이 50MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이가 59㎛인 경우, 아스팔트에 약 60cm의 높이로부터 전자 기기를 떨어뜨려도 전자 기기의 유리가 파손되지 않는 것을 알 수 있었다. 따라서, 압축 응력이 50MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이가 50㎛인 경우이면, 일반적인 유저의 사용시의 파손을 억제할 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 압축 응력이 30MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이가 40㎛인 경우, 아스팔트에 약 60cm의 높이로부터 전자 기기를 떨어뜨리면, 전자 기기의 유리가 파손되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 내구성이 불충분하다. 한편, 압축 응력이 30MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이가 60㎛인 경우, 아스팔트에 약 60cm의 높이로부터 전자 기기를 떨어뜨려도 전자 기기의 유리가 파손되지 않는 것을 알 수 있었다. 따라서, 압축 응력이 30MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이가 60㎛인 경우이면, 일반적인 유저의 사용시의 파손을 억제할 수 있다.

여기서, 예 1 내지 3의 판 두께는, 2mm이다. 낙하에 대해서는, 높은 높이로부터 떨어뜨렸을 때에는 깊은 크랙이 표면으로부터 들어간다고 생각되며 그 크랙의 선단에 존재하는 압축이 어느 정도인지가 중요하다고 생각된다. 따라서, 이 사고 방식은 어느 정도 판 두께에 관계 없이 적용할 수 있다. 즉, 이 사고 방식은, 판 두께가 1mm 이하, 0.8mm 이하, 0.5mm 이하인 유리에 적용할 수 있다.

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 예 1의 유리의 임계 응력 확대 계수 K_IC는 0.81MPa·m^1/2이며, 예 4의 유리의 임계 응력 확대 계수 K_IC는 0.74MPa·m^1/2이었다. 실제 아스팔트 낙하 시험의 데이터는 없지만, 발명자의 지견에 의하면, 가령 압축 응력이 50MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이가 50㎛ 이상, 또한 압축 응력이 30MPa에 있어서의 압축 응력층의 깊이가 60㎛ 이상이어도, 임계 응력 확대 계수 K_IC가 0.75MPa·m^1/2 이하이면 아스팔트 낙하에 의해 파손될 확률이 대폭으로 높아지는 것으로 생각된다. 즉, 임계 응력 확대 계수 K_IC가 낮은 유리는 파쇄성에 문제가 있다.

이상, 화학 강화 유리의 실시 형태 등에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태 등으로 한정되는 것은 아니며, 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양한 변형, 개량이 가능하다.

본 출원은, 2017년 2월 7일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2017-020793호에 기초한 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허 출원 제2017-020793호의 전체 내용을 본 출원에 원용한다.

Claims

표면의 압축 응력이 200MPa 이상이고,
압축 응력이 50MPa에 있어서의 상기 표면으로부터의 압축 응력층의 깊이가 50㎛ 이상이고,
압축 응력이 30MPa에 있어서의 상기 표면으로부터의 압축 응력층의 깊이가 60㎛ 이상이고,
임계 응력 확대 계수 K_IC(Critical Stress Intensity Factor)가 0.75MPa·m^1/2 이상
인 것을 특징으로 하는 화학 강화 유리.
제1항에 있어서, 영률이 70GPa 이상인 것을 특징으로 하는 화학 강화 유리.
제1항 또는 제2항에 있어서, Al₂O₃ 및 B₂O₃ 중 적어도 하나를 함유하고, 또한
알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중 적어도 하나를 함유하는 알루미노실리케이트 유리인 것을 특징으로 하는 화학 강화 유리.
제3항에 있어서, Al₂O₃ 및 Li₂O를 함유하는 것을 특징으로 하는 화학 강화 유리.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 판 두께가 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 화학 강화 유리.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 판 두께가 0.8mm 이하인 것을 특징으로 하는 화학 강화 유리.