KR20190133802A - 3-D 형성을 위한 이온 교환가능한 Li-함유 유리 조성물 - Google Patents

3-D 형성을 위한 이온 교환가능한 Li-함유 유리 조성물 Download PDF

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Abstract

하나의 구현 예에 따르면, 유리 제품은 SiO2, Al2O3, Li2O 및 Na2O를 포함할 수 있다. 상기 유리 제품은 약 810℃ 이하의 연화점을 가질 수 있다. 상기 유리 제품은 또한 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다. 상기 유리 제품은 또한 이온 교환가능할 수 있어 상기 유리는 약 390℃ 내지 약 450℃의 온도 범위에서 대략 15 시간 이하의 시간 동안 KNO3를 포함하는 염 욕조에서 이온 교환 후 약 600 MPa 이상의 압축 응력 및 약 25 ㎛ 이상의 층의 깊이를 갖는다.

Description

3-D 형성을 위한 이온 교환가능한 Li-함유 유리 조성물 {Ion Exchangeable Li-Containing Glass Compositions For 3-D Forming}
본 발명은 2012년 7월 17일자에, "Ion Exchangeable Li-Containing Glass Compositions For 3-D Forming"이란 발명의 명칭으로 출원된, 제61/672,346호의 우선권을 주장하며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
본 발명은 3-D 형성 적용에 사용하는데 적합한 유리 조성물에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는, 3-D 형성을 위해 적합한 이온 교환가능한, Li-함유 유리 조성물에 관한 것이다.
이온 교환가능한 유리 조성물은 휴대용 전화, 개인용 미디어 플레이터, 테블릿 컴퓨터 및 이와 유사한 것을 포함하는 많은 전자 장치에서 커버 유리로서 널리 사용된다. 이들 적용에 사용된 커버 유리는 일반적으로 편평하고 평면이다. 이로써, 상기 커버 유리는 다운 인발 공정 및/또는 플로우트 공정과 같은, 종래의 유리 형성 공정을 사용하여 형성될 수 있다.
전자 장치의 외관상 디자인에서 하나의 제한 요인은 곡선 및/또는 복잡한 윤곽에 일치하는 커버 유리를 형상화시키는 능력이다. 이온 교환하기 쉬운 유리 조성물은 상대적으로 높은 연화점을 가져서, 유리 조성물을 진공 새깅 (vacuum sagging)과 같은 상승된 온돈 형성 공정을 사용하여 3-D 모양으로 형성시키기 것을 어렵게 만든다. 상대적으로 높은 연화점의 결과로서, 상기 유리 조성물은 몰드의 재료와 반응하는 경향이 있어, 보호성 코팅이 몰드에 적용된 경우에서 조차도, 상기 몰드에 달라붙거나 및/또는 상기 몰드를 분해시킨다.
따라서, 상승된 온도 3-D 형성 공정에 사용하는데 적합하고, 또한 이온 교환 공정에 의해 강화될 수 있는 대안적인 유리 조성물에 대한 요구가 존재한다.
하나의 구현 예에 따르면, 유리 제품은 SiO2, Al2O3, Li2O 및 Na2O를 포함할 수 있다. 상기 유리 제품은 약 810℃ 이하의 연화점을 가질 수 있다. 상기 유리 제품은 또한 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 열팽창계수 ("CTE")를 가질 수 있다. 상기 유리 제품은 또한 이온 교환가능할 수 있어 상기 유리는 약 390℃ 내지 약 450℃의 온도 범위에서 대략 15 시간 이하의 시간 동안 KNO3를 포함하는 염 욕조에서 이온 교환 후 약 600 MPa 이상의 압축 응력 및 약 25 ㎛ 이상의 층의 깊이를 갖는다.
다른 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 65.8 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2; 약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3; 약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O; 약 6 mol.% 내지 약 16 mol.% Na2O; 및 약 0.8-10 mol.%의 이가 산화물 (divalent oxide), 여기서 상기 이가 산화물은 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함하고; 및 약 0.5 mol.% 미만의 B2O3를 포함할 수 있다. Al2O3 (mol.%)의 농도 및 이가 산화물 (mol.%)의 농도의 합은 10 mol%를 초과할 수 있다. 상기 유리 조성물은 약 810℃ 이하의 연화점을 가질 수 있다. 상기 유리 조성물은 또한 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 열팽창계수 ("CTE")를 가질 수 있다. 이들 유리 조성물은 ZrO2가 실질적으로 없을 수 있다.
또 다른 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 55 mol.% 내지 약 68 mol.% SiO2; 약 9 mol.% 내지 약 15 mol.% Al2O3; 약 4.5 mol% 내지 약 12 mol.% B2O3; 약 1 mol.% 내지 약 7 mol.% Li2O; 약 3 mol.% 내지 약 12 mol.% Na2O; 및 약 0 mol.% 내지 약 3 mol.% K2O를 포함할 수 있다. 이러한 구현 예에 있어서, R2O는 Li2O의 농도, Na2O의 농도, 및 K2O의 농도의 합이다. R2O 대 Al2O3의 농도의 비는 약 1.5 이하이다. 상기 유리 조성물은 약 810℃ 이하의 연화점을 가질 수 있다. 상기 유리 조성물은 또한 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다.
또 다른 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 65 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2; 약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3; 약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O; 약 6 mol.% 내지 약 16 mol.% Na2O; 약 0 mol.% 내지 약 5 mol.% K2O; 약 0.8 내지 약 10 mol.%의 이가 산화물, 여기서 상기 이가 산화물은 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함하고; 약 0.5 mol.% 내지 약 2 mol.% ZrO2; 및 약 0.5 mol.% 미만의 B2O3를 포함할 수 있고, 여기서: Al2O3 (mol.%)의 농도, 및 이가 산화물 (mol.%)의 농도의 합은 약 10 mol%를 초과한다. 상기 유리 조성물은 약 810℃ 이하의 연화점을 가지며; 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 갖는다.
여기에 기재된 유리 조성물의 부가적인 특색 및 장점은 하기에 상세하게 기재되어 서술될 것이고, 부분적으로는 첨부된 도면뿐만 아니라, 청구항을 수반하는 상세한 설명을 포함하는, 여기에 기재된 구현 예를 실행하여 인지되거나 또는 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 쉽게 명백해질 것이다.
전술된 배경 기술 및 하기 상세한 설명 모두는 다양한 구현 예를 묘사하고, 청구된 주제의 본질 및 특징을 이해하기 위해 개요 또는 틀거리를 제공하기 위해 의도된 것으로 이해될 것이다. 수반되는 도면은 다양한 구현 예의 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 혼입되며, 일부를 구성한다. 도면들은 여기에 기재된 다양한 구현 예들을 예시하고, 상세한 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 작동의 설명을 제공한다.
도 1은 두 개의 비교 유리 조성물에 대한 온도의 함수 (x-축)에 따른 순간 CTE (y-축)을 나타내는 그래프이고;
도 2는 Li2O가 대표적인 유리 조성물에서 Na2O에 대해 치환됨에 따라, Li2O의 농도의 함수 (x-축)에 따른 연화점 (y-축)을 나타내는 그래프이며;
도 3은 Li2O가 대표적인 유리 조성물에서 Na2O에 대해 치환됨에 따라, Li2O의 농도의 함수 (x-축)에 따른 HT CTE (y-축)를 나타내는 그래프이고;
도 4는 Li2O가 대표적인 유리 조성물에서 Na2O 및 K2O에 대해 치환됨에 따라, Li2O의 농도의 함수 (x-축)에 따른 연화점 (y-축)을 나타내는 그래프이며;
도 5는 Li2O가 대표적인 유리 조성물에서 Na2O 및 K2O에 대해 치환됨에 따라, Li2O의 농도의 함수 (x-축)에 따른 HT CTE (y-축)를 나타내는 그래프이고;
도 6은 다른 Li2O 농도에 대해 플롯된 압축 응력 및 DOL 값을 나타내는 그래프이며;
도 7은 색상 변형 구성분을 함유하는 대표적인 유리 조성물로부터 형성된 이온-교환된 유리 플레이트에 대한 깊이의 함수 (x-축)에 따른 칼륨 및 나트륨 이온의 농도 (y-축)를 나타낸 그래프이다.
참조는 3-D 형성 공정에 사용하기에 적합한 이온 교환가능한 유리 조성물의 다양한 구현 예에 대해 상세하게 만들어질 것이다. 여기에 기재된 유리 조성물은 일반적으로 SiO2, Al2O3, Li2O 및 Na2O을 포함한다. 상기 유리 조성물은 약 810℃ 이하의 연화점을 가질 수 있다. 상기 유리 조성물은 또한 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다. 상기 유리 조성물은 또한 이온 교환가능할 수 있어, 상기 유리가 대략 15 시간 이하 동안 약 410℃에서 KNO3를 포함하는 염 욕조에서 이온 교환 후, 약 650 MPa이상의 압축 응력 및 약 25 ㎛ 이상의 층의 깊이를 갖는다. 상기 유리 조성물의 다양한 구현 예들은 첨부된 도면을 특별히 참조하여 여기에 좀더 상세하게 기재될 것이다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "연화점"은 유리 조성물의 점도가 1x107.6 poise인 온도를 의미한다.
여기에 사용된 바와 같은, 문구 "고온 열팽창계수" 또는 "HT CTE"는 상기 유리 조성물의 유리 전이 온도 이상의 유리 조성물의 열팽창계수를 의미한다. 상기 HT CTE는 온도의 함수 (x-축)에 따른 순간 CTE (y-축)를 플롯팅하여 결정된다. 상기 HT CTE는 CTE 대 온도 곡선의 기울기가 확연한 증가 이후에 대략 0인 경우 (즉, CTE 대 온도 곡선 "안정기")의 HT CTE의 값이다, 상기 HT CTE의 값은, 상기 유리가 진공 새깅 형성 공정을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 상승된 온도 3-D 형성 공정과 연관하여 활용되는 경우 유리 조성물의 치수 안정성의 지표이고, 냉각 동안 유리의 부피 변화의 측정이다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "액상 점도"는 이의 액상 온도에서 유리 조성물의 전단 점도를 의미한다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "액상 온도"는 실투가 유리 조성물에서 발생하는 가장 높은 온도를 의미한다.
유리 조성물에서 특정 산화물 성분의 부재를 묘사하는데 사용된 경우, 용어 "실질적으로 없는"은, 상기 성분이 약 0.05 mol.% 미만의 미량으로 오염원으로 유리 조성물에 존재하는 것을 의미한다.
여기에 기재된 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 구성분 (예를 들어, SiO2, Al2O3, B2O3 등)의 농도는, 특별한 언급이 없는 한, 산화물에 기초한 몰 퍼센트 (mol.%)로 제공된다.
소비자 전자 장치에서 커버 유리로서 사용된 종래의 이온 교환가능한 유리 조성물은 일반적으로 840℃ 이상의 연화점을 갖는다. 이러한 범위로 연화점을 갖는 유리는 융합 형성 공정을 사용하여 평면 시트로 쉽게 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 유리 조성물은 상승된 온도 형성 공정을 잘 받아들이지 않는다. 구체적으로는, 상기 유리 조성물의 상대적으로 높은 연화점은 상기 유리 조성물을 몰드의 재료와 반응시켜, 보호성 코팅이 몰드에 적용된 경우에서 조차도, 상기 유리 조성물이 물드에 점착하여 상기 유리를 손상 및/또는 상기 몰드를 분해시킨다.
더욱이, 상기 유리 조성물의 연화점을 감소시켜 이온 교환가능한 유리 조성물의 성형성을 개선시키기 위한 시도는 성공적이지 못하였다. 구체적으로는, 더 낮은 연화점을 갖는 유리 조성물은 진공 새깅과 같은 상승된 온도 공정을 사용하여 3-D 형성을 위해 필수적인 치수 안정성을 갖지 못하는 것으로 확인되었다. 상기 조성물이 유리 변형 영역을 통해 가열 및/또는 냉각됨에 따라, 이러한 유리 조성물은 형성시 휘게된다.
예를 들어, 도 1은 두 개의 비교 유리 조성물에 대한 온도의 함수 (x-축)에 따른 순간 CTE (y-축)를 나타낸 그래프이다. 비교 유리 A는 752℃의 연화점 및 대략 39x10-6/℃의 HT CTE를 갖는 보로실리케이트 유리이다. 이론에 제한되는 것을 원하지는 않지만, 이러한 상대적으로 높은 HT CTE는 진공 새깅시 유리의 치수 안정성을 감소시켜, 유리에 휨 및 뒤틀림을 유발하는 것으로 믿어진다. 반대로, 비교 유리 B는 837℃의 연화점 및 대략 23.2x10-6/℃의 HT CTE를 갖는 알루미노실리케이트 유리이다. 이러한 유리는 상대적으로 낮은 HT CTE를 나타내지만, 상기 유리 조성물은 진공 새깅 동안 몰드에 붙거나 및/또는 반응하여, 형성을 제해하는 것으로 확인되었다. 이론에 제한되는 것을 원하지는 않지만, 비교 유리 B를 일관적으로 형성시키지 못하는 것은, 적어도 부분적으로, 상기 유리의 상대적으로 더 높은 연화점에 기인하는 것으로 믿어진다.
여기에 기재된 유리 조성물은 현존하는 3-D 형성가능한 유리 조성물과 비교하여 우수한 이온 교환 성능, 및 상대적으로 낮은 연화점, 상대적으로 낮은 HT CTE를 갖는 유리 조성물을 제공하여 이전의 유리 조성물의 결점을 해결한다.
여기에 기재된 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 810℃ 이하의 상대적으로 낮은 연화점을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물의 연화점은 약 800℃ 이하 또는 약 790℃ 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, 상기 연화점은 약 750℃ 미만일 수 있다. 이들 유리 조성물의 상대적으로 낮은 연화점은, 진공 새깅 공정을 사용하여, 복잡한 외형 등을 갖는 유리 제품과 같은, 3-D 형상으로 상기 유리 조성물을 쉽게 형성시키는 것을 용이하게 한다.
상기 유리 조성물은 또한 약 27x10-6/℃ 이하의 HT CTE를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물의 HT CTE는 약 25x10-6/℃ 이하 또는 약 23x10-6/℃ 이하일 수 있다. 전술된 바와 같이, 상기 HT CTE는, 유리가 진공 새깅 공정을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 상승된 온도 3-D 형성 공정과 연관하여 활용되는 경우, 상기 유리의 치수 안정성의 지표이다. 이것은 27x10-6/℃ 초과의 HT CTE를 갖는 유리가 치수 공차 (dimensional tolerances)와 일치하지 않는 유리 제품을 결과하는 상승된 온도 형성 공정 동안 및/또는 후에 휠 수 있는 것으로 결정되었다. 그러나, 이것은 또한 약 27x10-6/℃ 이하의 HT CTE와 같은, 적당히 더 낮은 HT CTE를 갖는 유리가, 상승된 온도 형성 공정 동안 및 후에 치수적으로 안정하다는 것으로 결정되었다.
여기에 기재된 유리 조성물은 또한 이온 교환 공정에 의한 강화를 잘 받아들인다. 여기에 기재된 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 25 ㎛ 이상의 층의 깊이 (DOL)를 달성할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 DOL은 약 35 ㎛ 이상 또는 약 45 ㎛ 이상일 수 있다. 상기 유리 조성물의 압축 응력 (CS)은 약 600 MPa 이상 또는 약 650 MPa 이상일 수 있다. 상기 압축 응력 및 DOL 모두는 약 390℃ 내지 약 450℃의 온도에서 대략 15 시간 이하 동안 100% KNO3를 포함하는 염 욕조 또는 KNO3 및 NaNO3를 포함하는 염 욕조에서 이온 교환 강화 후에 결정된다.
전술된 특성을 달성하기 위하여, 여기에 기재된 유리 조성물은 일반적으로 SiO2, Al2O3, 및 Li2O 및/또는 Na2O와 같은, 알칼리 산화물의 조합을 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 또한 MgO, ZnO, CaO 등과 같은, 하나 이상의 이가 산화물을 포함할 수 있다. 상기 유리 조성물은 또한 B2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 또한 Li2O 및/또는 Na2O에 부가하여 K2O를 포함할 수 있다. 상기 유리 조성물은 P2O5를 부가적으로 포함할 수 있다. 상기 유리 조성물은 또한 하나 이상의 청징제를 포함할 수 있다. 전술된 특성을 갖는 유리 조성물을 달성하는데 사용된 이들 다양한 구성 성분의 농도는 여기에 좀더 상세하게 기재될 것이다.
전술된 바와 같이, 여기에 기재된 유리 조성물은 B2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 B2O3의 농도는 약 1.0 mol.% 이하 또는 약 0 mol.% (즉, B2O3가 실질적으로 없는 유리 조성물)를 포함하는, 약 0.5 mol.% 이하일 수 있다. 이들 유리 조성물은 "저 붕소 유리 조성물"로서 여기에서 언급될 수 있다. 다른 구현 예에 있어서, B2O3의 농도는 약 4.5 mol.% 이상일 수 있다. 이들 유리 조성물은 "고 붕소 유리 조성물"로서 여기에서 언급될 수 있다. 그러나, 저 붕소 유리 조성물 및 고 붕소 유리 조성물 모두는 전술된 상대적으로 낮은 연화점, 상대적으로 낮은 HT CTE 및 이온 교환가능성을 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
여기에 기재된 유리 조성물의 구현 예들 (즉, 저 붕소 유리 조성물 및 고 붕소 유리 조성물 모두)에 있어서, SiO2는 조성물의 가장 많은 구성분이고, 이로써, SiO2는 유리 네트워크의 주요 구성분이다. 상기 유리 조성물에서 SiO2의 농도가 낮은 경우 (즉, 약 55 mol.%미만), 상기 최종 유리의 화학적 내구성은 낮다. 부가적으로, 상기 최종 유리의 액상 점도는 또한 융합 다운 인발 공정 및/또는 융합 적층 공정과 같은, 융합 형성에 부적당한 유리를 낮게 렌더링할 수 있다. 그러나, 만약 상기 유리 조성물에서 SiO2의 농도가 너무 높다면 (즉, 약 75 mol.% 초과), SiO2의 더 높은 농도가 유리에 용융의 어려움을 증가시키고, 결과적으로, 상기 유리의 성형성에 악 영향을 미침에 따라 상기 유리 조성물의 성형성은 감소될 수 있다. 여기에 기재된 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 일반적으로 쉽게 형성가능한 유리 조성물을 촉진하기 위하여, 약 55 mol.% 이상 및 약 75 mol.% 이하의 농도로 SiO2를 포함한다.
상기 저 붕소 유리 조성물에 있어서, SiO2의 농도는 약 65 mol.% 이상 및 약 71 mol % 이하일 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, SiO2의 농도는 약 65.8 mol.% 이상 또는 약 66 mol.% 이상 및 약 71 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 SiO2의 농도는 약 67 mol.% 이상 및 약 71 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 SiO2의 농도는 약 68 mol.% 이상 및 약 71 mol.% 이하일 수 있다.
상기 고 붕소 유리 조성물에 있어서, SiO2의 농도는 약 55 mol.% 이상 및 약 68 mol.% 이하일 수 있다. 이들 구현 예들 중 몇몇에 있어서, 상기 유리 조성물에서 SiO2의 농도는 약 60 mol.% 이상 및 약 65 mol.% 이하일 수 있다.
여기에 기재된 유리 조성물들 (즉, 저 붕소 유리 조성물 및 고 붕소 유리 조성물 모두)은 또한 Al2O3를 포함한다. Al2O3는 SiO2와 유사하게, 유리 네트워크 형성제로서 제공된다. SiO2과 같이, Al2O3는 유리 용융물에서 이의 주된 사면체 배위가 상기 유리 조성물로부터 형성되기 때문에 유리 조성물의 점도를 증가시킨다. Al2O3는 상기 유리의 변형점을 증가시키고, 상기 유리 네트워크에서 알칼리 이온의 확산율을 증가시켜 상기 유리 조성물의 이온-교환 성능을 개선시킨다. 따라서, Al2O3의 존재는 이온-교환 공정의 동역학을 개선시키고, 얻어질 수 있는 최대 압축 응력 및 DOL을 증가시킨다. 상기 이온-교환 공정의 동역학에서 개선을 얻기 위하여, 상기 유리 조성물에서 Al2O3의 농도는 일반적으로 약 7 mol.% 이상이다.
여기에 기재된 저 붕소 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Al2O3의 농도는 상대적으로 낮은 연화점을 갖는 유리 조성물을 달성하기 위하여, 약 12 mol.% 이하이다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Al2O3의 농도는 약 7 mol.% 이상 및 약 12 mol.% 이하이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Al2O3의 농도는 약 8 mol.% 이상 및 약 12 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, Al2O3의 농도는 약 8 mol.% 이상 및 약 11 mol.% 이하일 수 있다.
여기에 기재된 고 붕소 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Al2O3의 농도는 상대적으로 낮은 연화점을 갖는 유리 조성물을 달성하기 위하여, 일반적으로 약 15 mol.% 이하이다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Al2O3의 농도는 약 9 mol.% 이상 및 약 15 mol.% 이하이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Al2O3의 농도는 약 11 mol.% 이상 및 약 14 mol.% 이하일 수 있다.
여기에 기재된 유리 조성물들 (즉, 저 붕소 유리 붕소 유리 조성물 및 고 붕소 유리 조성물 모두)은 또한 알칼리 산화물 R2O를 포함하고, 여기서 R은 Li, Na, K 또는 이의 조합 중 적어도 하나이다. 상기 알칼리 산화물은 상기 유리의 액상 온도 및 용융 온도를 낮추고, 이에 의해 상기 유리 조성물의 성형성을 개선시킨다. Li2O의 첨가는 일반적으로 상기 유리의 연화점을 감소시킨다. 상기 유리 조성물에서 Li2O의 양은 이온 교환 공정의 반응 동역학을 개선하기 위해 조정될 수 있다. 구체적으로는, 만약 더 빠른 이온 교환 공정이 요구된다면, 상기 유리 조성물에서 Li2O의 농도는 상기 유리의 연화점을 감소시키는 반면 이온 교환율을 증가시키기 위해, 약 1 mol.% 이상 내지 약 5 mol.% 이하 또는 약 2 mol.% 이상 내지 약 5 mol.% 이하와 같은, 약 5 mol.% 미만으로 선택적으로 감소될 수 있다.
여기에 기재된 저 붕소 유리 조성물의 구현 예들에 있어서, Li2O는 일반적으로 상기 유리의 연화점을 감소시키기 위해 유리 조성물에 첨가된다. 상기 유리 조성물에 Li2O의 농도는 일반적으로 상대적으로 낮은 연화점을 갖는 유리 조성물을 달성하기 위하여 약 1 mol.% 이상이다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Li2O의 농도는 약 1 mol.% 이상 및 약 9 mol.% 이하이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Li2O의 농도는 약 1 mol.% 이상 및 약 7 mol.% 이하일 수 있다. 제공된 온도에 대해 더 빠른 이온 교환 시간이 요구되는 구현 예들에 있어서, Li2O의 농도는 약 1 mol.% 이상 및 약 5 mol.% 이하, 또는 약 2 mol.% 이상 및 약 5 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, Li2O의 농도는 약 2 mol.% 이상 및 약 3.5 mol.% 이하일 수 있다.
여기에 기재된 고 붕소 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Li2O의 농도는 상대적으로 낮은 연화점을 갖는 유리 조성물을 달성하기 위하여 약 1 mol.% 이상이다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Li2O의 농도는 약 1 mol.% 이상 및 약 7 mol.% 이하이다. 제공된 온도에 대해 더 빠른 이온 교환 시간이 요구되는 구현 예들에 있어서, Li2O의 농도는 약 1 mol.% 이상 및 약 5 mol.% 이하, 또는 약 2 mol.% 이상 및 약 5 mol.% 이하일 수 있다.
상기 유리 조성물의 Na2O의 첨가는 유리 조성물을 이온 교환 강화를 촉진시킨다. 구체적으로는, 상기 최종 유리 네트워크에서 더 작은 Na+ 이온은 상기 이온 교환 염 욕조에 더 큰 K+ 이온에 대해 교환될 수 있다. 만약 상기 유리 조성물에서 Na2O 농도가 너무 낮다면, 이온 교환 후 상기 최종 층의 깊이는 너무 낮다. 그러나, 만약 상기 유리 조성물에서 Na2O 농도가 너무 높다면, 상기 유리 조성물의 HT CTE는 증가한다. 여기에 기재된 구현 예에 있어서, 상기 Na2O는 약 3 mol.% 내지 약 16 mol.%의 양으로 상기 유리 조성물에 존재한다.
여기서 기재된 저 붕소 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Na2O의 농도는 일반적으로, 상대적으로 낮은 HT CTE를 유지하기 위하여, 약 16 mol.% 이하이다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에 Na2O의 농도는 약 6 mol.% 이상 및 약 16 mol.% 이하이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Na2O의 농도는 약 8 mol.% 이상 및 약 16 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Na2O의 농도는 약 10 mol.% 이상 및 약 16 mol.% 이하일 수 있다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Na2O의 농도는 약 12 mol.% 이상 및 약 15 mol.% 이하일 수 있다.
여기에 기재된 고 붕소 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Na2O의 농도는 일반적으로, 낮은 알칼리 대 알루미나 비 및 최종 상대적으로 낮은 HT CTE를 유지하기 위하여, 약 12 mol.% 이하이다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 Na2O의 농도는 약 3 mol.% 이상 및 약 12 mol.% 이하이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에 Na2O의 농도는 약 8 mol.% 이상 및 약 12 mol.% 이하일 수 있다.
몇몇 구현 예에 있어서, 여기에 기재된 유리 조성물은 알칼리 산화물 K2O를 선택적으로 포함할 수 있다. K2O는 일반적으로 이온 교환 성능을 개선하기 위해 상기 유리 조성물에 첨가된다. 구체적으로는, K2O는, 원하는 압축 응력 및 DOL을 달성하기 위하여, 상기 유리 조성물에 첨가될 수 있다. 여기에 기재된 구현 예에 있어서, K2O가 포함된 경우, 약 3.0 mol.% 이하의 양으로 상기 유리 조성물에 존재한다.
여기에 기재된 저 붕소 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 K2O의 농도는 일반적으로 약 0 mol.% 이상이다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 K2O의 농도는 약 0 mol.% 이상 및 약 5 mol.% 이하이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 K2O의 농도는 약 0 mol.% 이상 및 약 3 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 K2O의 농도는 약 0 mol.% 이상 및 약 2 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 K2O의 농도는 약 1 mol.% 이하 및 약 0.5 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 저 붕소 유리 조성물은 실질적으로 K2O가 없다.
여기에 기재된 고 붕소 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 K2O의 농도는 일반적으로 약 0 mol.% 이상이다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 K2O의 농도는 약 0 mol.% 이상 및 약 3 mol.% 이하이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 K2O의 농도는 약 0 mol.% 이상 및 약 2 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 K2O의 농도는 약 1 mol.% 이하 및 약 0.5 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 구현 예들에 있어서, 상기 고 붕소 유리 조성물은 실질적으로 K2O가 없다.
더욱이, 여기에 기재된 고 붕소 유리 조성물의 구현 예에 있어서, R2O 대 Al2O3의 농도의 비는 일반적으로 약 1.15 이하 또는 1.1 이하이고, 여기서 R2O는 Na2O, Li2O 및 K2O의 농도의 합이다. 몇몇 이들 구현 예에 있어서, R2O 대 Al2O3의 농도의 비는 일반적으로 약 0.9 이상이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 비 R2O:Al2O3는 약 1.1 이하 및 약 0.9 이상이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 비 R2O:Al2O3는 약 1.1 이하 및 약 1.0 이상이다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, 상기 HT CTE는 약 1.0 이하 및 0.9 이상이다. 고 붕소 유리 조성물에서 약 1.15 미만 또는 1.1 미만으로 비 R2O:Al2O3를 유지하는 것은 일반적으로 약 27x10-6/℃ 이하로 HT CTE를 낮춘다. 특히, 여기에 기재된 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 알칼리 산화물 구성분의 농도의 합은 Al2O3의 농도에 대해 균형을 이룬다. 이러한 균형은 최종 유리에서 몇 가지 바람직한 특징을 생산한다. 구체적으로는, Al2O3는 전하 안정화를 위해, 칼륨, 리튬, 및 나트륨과 같은, 알칼리 금속을 활용한다. 만약 과잉의 알칼리가 상기 유리 조성물에 존재한다면 (즉, R2O:Al2O3가 1.15 이상 또는 1.1 이상), 상기 유리 조성물에서 과잉의 알칼리는 유리 조성물에서의 붕소와 상호작용하고, 이의 표준 삼방정계 (삼-배위) 배열에서 사방정계 (사-배위) 배열로 붕소를 전환시킨다. 삼방정계에서 사방정계로 붕소의 배위 변화는 상기 유리의 HT CTE를 증가시킨다. 따라서, 약 1.15 이하 또는 약 1.1 이하로 R2O 대 Al2O3의 비를 유지시켜, 상기 유리에서 붕소가 상기 유리에서 사면체 배위를 취하는 것을 방지하고, 이에 의해 상대적으로 낮은 HT CTE를 촉진한다.
여기에 기재된 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 B2O3를 포함할 수 있다. SiO2 및 Al2O3와 같이, B2O3는 상기 유리 네트워크의 형성에 기여한다. 전통적으로, B2O3는 상기 유리 조성물의 점도를 감소시키기 위해 상기 유리 조성물에 첨가된다. 일반적으로, B2O3는 낮은 연화점을 갖는 유리 조성물을 형성하기 위해 활용될 수 있는 플럭스로서 작용한다. 그러나, B2O3의 존재는 과잉의 알칼리 산화물이 Al2O3와 관련되지 않게 존재하는 경우, HT CTE를 상당히 증가시킨다. 그러나, 만약 알칼리 산화물의 농도가 Al2O3의 농도에 대하여 균형을 이룬다면, 더 높은 농도의 산화 붕소는 상기 유리 조성물의 HT CTE에 의미 있는 영향을 주지 못한다. 따라서, 여기에 기재된 유리 조성물은, 원하는 특성을 갖는 유리 조성물을 달성하기 위하여, 낮은 농도의 B2O3 (즉, "저 붕소 유리 조성물") 또는 높은 농도의 B2O3 (즉, "고 붕소 유리 조성물")을 함유할 수 있다.
저 붕소 유리 조성물에 있어서, B2O3는 일반적으로 B2O3 및 과잉의 알칼리 산화물 사이의 상호작용을 제한하여 HT CTE에서 증가를 최소화하기 위하여 약 1 mol.% 이하의 양으로 유리 조성물에 존재한다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, B2O3는 약 0 mol.% 이상 및 약 1 mol.% 이하의 농도로 유리 조성물에 존재한다. 여기에 기재된 다른 구현 예에 있어서, B2O3는 약 0.5 mol.% 미만의 농도로 유리 조성물에 존재한다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 B2O3의 농도는 약 0 mol.% 이상 및 약 0.5 mol.% 이하 또는 약 0.4 mol.% 이하이다.
고 붕소 유리 조성물에서, B2O3는 일반적으로 약 4.5 mol.% 이상의 양으로 유리 조성물에 존재한다. 이들 구현 예에 있어서, HT CTE에 대한 B2O3의 영향은, 전술된 바와 같이, R2O:Al2O3의 비를 조절하여 완화된다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, B2O3가 약 4.5 mol.% 또는 심지어 5 mol.% 이상 및 약 12 mol.% 이하의 농도로 상기 유리 조성물에 존재한다. 여기에 기재된 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물에서 B2O3의 농도는 약 7 mol.% 이상 및 약 12 mol.% 이하, 또는 약 9 mol.% 이상 및 약 12 mol.% 이하이다.
여기에 기재된 유리 조성물은 하나 이상의 이가 산화물 MO를 더욱 포함할 수 있고, 여기서 M은 (Mg 또는 Ca과 같은) 알칼리 토 금속 및/또는 Zn이다. 상기 이가 산화물은 상기 유리 조성물의 용융 거동을 개선시킨다. MgO 및 ZnO의 첨가는 또한 상기 유리 조성물의 이온 교환 성능을 개선시킨다. 특히, MgO 및 ZnO의 첨가는 일반적으로 상기 유리 조성물의 연화점의 증가 없이 제공된 이온 교환 조건 (시간 및 온도) 동안 압축 응력 및 DOL을 증가시킨다. 상기 유리 조성물에 CaO의 첨가는 일반적으로 이온 교환 강화 후에 압축 응력의 충분한 DOL을 유지하기 위해 도움을 준다.
여기에 기재된 저 붕소 유리 조성물에 있어서, 상기 유리 조성물은 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함하고, 이가 산화물의 총 농도는 약 0.8 mol.% 이상 또는 심지어 1 mol.% 이상 및 약 10 mol.% 이하이다. 더군다나, 여기에 기재된 저 붕소 유리 조성물에 있어서, Al2O3의 농도 (mol.%) 및 이가 산화물의 농도 (mol.%)의 합은 일반적으로 상기 유리의 이온 교환 성능을 일반적으로 개선시키는 약 10 mol.% 이상이다.
여기에 기재된 저 붕소 유리 조성물에 있어서, MgO는 약 0 mol.% 내지 약 7 mol.%의 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, MgO의 농도는 약 3 mol.% 이상 및 약 5 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, MgO의 농도는 약 2 mol.% 이상 및 약 4 mol.% 이하일 수 있다.
더욱이, 여기에 기재된 저 붕소 유리에 있어서, CaO는 약 0 mol.% 이상 및 약 1 mol.% 이하의 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, CaO의 농도는 약 0 mol.% 이상 및 약 0.5 mol.% 이하일 수 있다.
여기에 기재된 저 붕소 유리 조성물에 있어서, ZnO는 약 0 mol.% 내지 약 6 mol.%의 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, ZnO의 농도는 약 2 mol.% 이상 및 약 4 mol.% 이하일 수 있다.
여기에 기재된 고 붕소 유리 조성물은 하나 이상의 이가 산화물 MO를 포함할 수 있다. 예를 들어, MgO를 포함하는 고 붕소 유리 조성물의 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 MgO는 약 0 mol.% 이상 및 약 5 mol.% 이하의 농도로 존재할 수 있다. ZnO를 포함하는 고 붕소 유리 조성물의 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 ZnO는 약 0 mol.% 이상 및 약 5 mol.% 이하의 농도로 존재할 수 있다. CaO를 포함하는 고 붕소 유리 조성물의 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 CaO는 약 0 mol.% 이상 및 약 2 mol.% 이하의 농도로 존재할 수 있다.
여기에 기재된 유리 조성물들 (즉, 저 붕소 유리 조성물 및 고 붕소 유리 조성물 모두)은 또한 P2O5를 포함할 수 있다. P2O5의 첨가는, 동등한 층의 깊이가 더 짧은 기간 내에 도달할 수 있도록, 제공된 온도에서 이온 교환의 속도를 증가시킨다. 여기에 기재된 유리 조성물의 몇몇 구현 예에 있어서, P2O5는 약 0 mol.% 이상 및 약 3 mol.% 이하의 농도로 유리 조성물에 존재할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, P2O5의 농도는 약 0 mol.% 이상 및 약 2 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, P2O5의 농도는 약 0.5 mol.% 이상 및 약 1.0 mol.% 이하일 수 있다.
여기에 기재된 유리 조성물은 선택적으로 하나 이상의 청징제를 포함할 수 있다. 상기 청징제는, 예를 들어, SnO2, Sb2O3, As2O3, NaCl, (Al)OH3, 및 CeO2, 및 이의 조합을 포함할 수 있다. 상기 청징제는 약 0 mol.% 이상 및 약 1.0 mol.% 이하의 양으로 유리 조성물에 존재할 수 있다. 대표적인 구현 예에 있어서, 상기 청징제는 SnO2이다. 상기 SnO2는 약 0 mol.% 이상 및 약 1.0 mol.% 이하의 농도로 유리 조성물에 존재할 수 있다. 몇몇 이들 구현 예에 있어서, SnO2는 약 0 mol.% 이상 및 약 0.5 mol.% 이하 또는 심지어 약 0.3 mol.% 이하의 농도로 유리 조성물로 존재할 수 있다.
여기에 기재된 저 붕소 유리 조성물의 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 선택적으로 지르코니아 (ZrO2)를 포함할 수 있다. 지르코니아의 첨가는 달성될 수 있는 층의 깊이를 증가시켜 상기 유리 조성물의 이온 교환 성능을 개선시킨다. 그러나, 만약 지르코니아의 양이 약 3 mol.%를 초과한다면, 상기 유리 조성물의 액상 점도는 감소하여, 형성시키기 어려운 유리 조성물을 만든다. 따라서, 지르코니아를 함유하는 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 0.5 mol.% 이상 및 약 2 mol.% 이하의 ZrO2를 포함할 수 있다. 몇몇 이들 구현 예에 있어서, 상기 저 붕소 유리 조성물은 약 1.0 mol.% 이상 및 약 1.5 mol.% 이하로 ZrO2을 포함할 수 있다. 몇몇 이들 구현 예에 있어서, 저 붕소 유리 조성물에서 ZrO2의 농도는 약 1 mol.%이다. 그러나, 여기에 기재된 저 붕소 유리 조성물의 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 실질적으로 지르코니아 (ZrO2)가 없는 것으로 이해되어야 한다.
여기에 기재된 유리 조성물의 어떤 적용은 유리가 불투명하고, 검정과 같은, 어떤 색상을 갖는 것을 요구할 수 있다. 따라서, 여기에 기재된 고 붕소 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 착색제로서 작용하는 하나 이상의 구성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고 붕소 유리 조성물의 몇몇은, 조합하여, 상기 유리 조성물로부터 형성된 유리에 검정 색상 및 불투명을 부여하는데 사용될 수 있는, Fe2O3 및 TiO2를 포함할 수 있다. 이들 구현 예에 있어서, Fe2O3 및 TiO2는 Fe2O3 (mol.%) 대 TiO2 (mol.%)의 비가 약 0.52 이상으로부터 약 1.22 이하의 범위에 있도록 상기 유리 조성물에 존재할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, Fe2O3 (mol.%) 대 TiO2 (mol.%)의 비는 약 0.60 이상 내지 약 1.00 이하의 범위에 있을 수 있다. Fe2O3 대 TiO2의 비가 감소함에 따라, 상기 최종 유리 제품은 CIE F2 광원 (CIE F2 Illuminant) 및 L, a*, b* 스케일 (scale)로부터 결정되는 바에 따라 덜 검게 된다. 특정 구현 예에 있어서, Fe2O3 및 TiO2의 총 농도 (즉, Fe2O3 (mol.%) + TiO2 (mol.%))는 대략 1.75 mol.%이다. 그러나, Fe2O3 및 TiO2의 다른 총 농도는 또한 1.75 mol.% 초과의 총 농도 및 1.75 mol.% 미만의 총 농도를 포함하여 활용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
여기에 기재된 몇몇 구현 예에 있어서, 검정 색상은 유리 제품을 열적으로 처리하여 색상 변형 구성분을 함유하는 유리 조성물로부터 형성된 최종 유리에서 달성된다. 예를 들어, 하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 대략 1시간 이하의 기간 동안 약 560℃ 내지 약 575℃의 범위인 온도에서 먼저 어닐링되고, 나중에 냉각될 수 있다. 그 이후, 상기 유리는 대략 10시간 이하 동안 약 600℃ 내지 약 650℃의 온도에서 열 처리될 수 있고, 이후 상기 유리는 불투명하고, 검정 색상을 갖는다. 이론에 제한받는 것을 원하지는 않지만, 상기 검정 색상은 열적 처리 동안 유리에서 침전되는 (슈도-부르카이트 (pseudo-brookite) 등과 같은) Fe2O3 및 TiO2의 조합으로부터 형성된 침전의 결과인 것으로 믿어진다.
몇몇 구현 예에 있어서, 고 붕소 유리 조성물이 전술된 바와 같은 색상 변형 구성분을 포함하는 경우, 열적 처리 이후 검정 색상은 알칼리 대 알루미나 비 (R2O:Al2O3)가 약 1.15 이하 또는 심지어 약 1.12 이하인 경우 발생한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 검정 색상은 알칼리 대 알루미나 비 (R2O:Al2O3)가 약 0.98 또는 심지어 1.02 이상인 경우 얻어질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 검정 색상은 알칼리 대 알루미나 비가 약 1.15 이하 및 약 0.98 초과인 경우 얻어질 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 검정 색상은 알칼리 대 알루미나 비가 약 1.12 이하 및 약 1.02 이상인 경우 얻어진다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, 상기 검정 색상은 알칼리 대 알루미나 비가 약 1.1 이하 및 약 1.04 이상인 경우 얻어진다.
색상 변형 구성분을 포함하는 고 붕소 유리 조성물의 구현 예에 있어서, 상기 최종 유리는 불투명일 수 있다. 상기 불투명의 정도는 스펙트럼 광측정법 (spectral photometry)에 의해 측정된 것으로 상기 유리의 광 흡수에 의해 결정될 수 있다. 여기에 기재된 구현 예에 있어서, 상기 불투명의 정도는 X-Rite CI7 분광 광도계 (Spectro-Photometer)에 의해 측정된다. 여기에 기재된 색상 변형제를 갖는 고 붕소 유리의 대표적인 구현 예에 있어서, 상기 최종 불투명 유리는 유리 제품상에 입사하는 약 350 nm 내지 약 750 nm의 파장 범위에 걸쳐 약 80% 이상의 불투명도 (즉, 광 흡수)를 가질 수 있다. 이것은 상기 유리 제품 상에 입사광의 약 20% 미만이 유리 제품을 통해 사실상 투과된다는 것을 의미한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 불투명도는 약 350 nm 내지 약 750 nm의 파장 범위에 걸쳐 약 80% 이상 및 100% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, 상기 불투명도는 약 350 nm 내지 약 750 nm의 파장 범위에 걸쳐 약 100%일 수 있다.
여기에서 언급된 바와 같이, 고 붕소 유리 조성물에 첨가된 색상 변형제는 색상에서 검정인 유리를 결과할 수 있다. 상기 색상의 정도는 CIE F2 광원 및 L, a*, b* 스케일의 사용에 따라 정량화될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 제품은 약 0 내지 약 5.0의 L; 약 -2.0 내지 약 2.0의 a*; 및 약 0 내지 약 -5.0의 b*인 L, a*, b*, 색 좌표들 (Color coordinates)을 갖는다. 이들 범위 내에 색 좌표를 갖는 유리는 진한 검정 색상을 갖는다.
부가적으로, 여기에 기재된 바와 같은 색상 변형 구성분을 함유하는 고 붕소 유리 조성물은 이온 교환에 의해 쉽게 강화된다는 것이 확인되었다. 이들 유리 조성물의 층의 깊이는 약 25 ㎛ 이상일 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 DOL은 약 35 ㎛ 이상 또는 심지어 약 45 ㎛ 이상일 수 있다. 이온 교환에 의해 이들 유리 조성물에 부여된 압축 응력은 색상 변형제 없는 동일한 유리 조성물보다 적어도 같거나 또는 심지어 초과할 수 있는 것으로 믿어진다. 그러나, (응력 복굴절 (stress birefringence)과 같은) 전통적 기술을 사용한 압축 응력의 측정은 유리의 광학 특성 (불투명도 및 검정 색상)에 기인하여 복잡하게 된다. 따라서, 상기 유리 제품의 특성 강도 (characteristic strength)는 상기 유리에 부여된 압축 응력의 평가로서 사용될 수 있다. 구체적으로는, 상기 유리 조성물로부터 형성된 복수의 마모되지 않은 유리 플레이트 샘플의 링-온-링 시험은 명칭이 "Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature"인 ASTM Standard C1499에 기재된 방법론을 사용하여 시험될 수 있다. 이러한 데이터로부터, 파손시 강도의 와이블 분포는 구성될 수 있고, 특성 강도 및 와이블 계수 (Weibull modulus)는 결정될 수 있다. 여기에 기재된 대표적인 구현 예들에 있어서, 대략 0.8 mm의 두께를 갖는 색상 변형제를 함유하는 고 붕소 유리 조성물로부터 형성된 유리 플레이트는 일반적으로 대략 2시간 동안 약 570℃에서 어닐링 처리, 대략 4시간 동안 약 640℃에서 열 처리, 및 100% KNO3의 염 욕조에서 대략 15시간 동안 약 440℃에서 이온 교환 처리 이후에 1500 MPa 또는 심지어 약 1600 MPa 이상인 특성 강도를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 특성 강도는 동일한 처리 후에 약 1700 MPa 또는 심지어 약 1800 MPa 이상일 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에 있어서, 상기 특성 강도는 동일한 처리 후에 약 1900 MPa 이상일 수 있다. 여기에 기재된 구현 예들에 있어서, 대략 0.8 mm의 두께를 갖는 색상 변형제를 함유하는 고 붕소 유리 조성물로부터 형성된 유리 플레이트는 대략 2시간 동안 약 570℃에서 어닐링 처리, 대략 4시간 동안 약 640℃에서 열처리 및 100% KNO3의 염 욕조에서 대략 16시간 동안 약 440℃에서 이온 교환 처리 이후에 약 8 또는 심지어 약 9 이상의 와이블 계수를 갖는다. 구현 예에 있어서, 상기 와이블 계수는 동일한 처리 후에 약 10 또는 심지어 약 11 이상일 수 있다. 상기 와이블 계수는 와이블 플롯의 기울기이고, 일반적으로 흠에 기인한 파손에 대한 물질의 민감도를 나타낸다. 구현 예에 있어서, 상기 특성 강도는 동일한 처리 후에 약 13 이상일 수 있다. 상기 특성 강도는 와이블 분포에 의해 결정된 것으로 63.2% 파손 가능성에서 강도를 나타낸다.
전술된 상대적으로 낮은 연화점, HT CTE, 및 이온 교환 특성에 부가하여, 여기에 기재된 유리 조성물은 또한, 융합 다운 인발 공정과 같은, 융합 형성 공정에서 사용하기에 적합한 유리 조성물을 만드는 특성을 나타낸다. 구체적으로는, 여기에 기재된 유리 조성물은 약 1000℃ 미만의 액상 온도 및 약 150 kP 초과의 액상 점도를 갖는다. 더군다나, 상기 유리 조성물은 또한 상기 유리 조성물이 지르코니아 아이소파이프를 활용하는 융합 형성과 호환가능하도록 약 35 kP 미만의 지르콘 분해 점도 (breakdown viscosities)를 갖는다. 더욱이, 여기에 기재된 유리 조성물은 또한 약 1500℃ 내지 약 1650℃의 용융 온도 범위에서 약 200 P 미만의 점도 및 약 1050℃ 내지 약 1150℃의 형성 온도에서 약 35 kP의 점도를 나타낸다.
전술된 것에 기초하여, 상대적으로 낮은 연화점 및 상대적으로 낮은 고온 열팽창계수를 갖는 유리 조성물의 다양한 구현 예들은 여기에서 개시된 것으로 이해되어야 한다. 제1 대표적인 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 SiO2, Al2O3, Li2O 및 Na2O를 포함한다. 상기 유리 조성물은 일반적으로 약 810℃ 이하의 연화점 및 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다. 상기 유리 조성물은 대략 15시간 이하 동안 약 410℃에서 KNO3를 포함하는 염 욕조에서 이온 교환 후에 약 25 ㎛ 이상의 층의 깊이 및 약 650 MPa 이상의 압축 응력을 가질 수 있다.
제2 대표적인 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 65 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2; 약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3; 약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O; 약 6 mol.% 내지 약 16 mol.% Na2O; 약 0 mol.% 내지 약 5 mol.% K2O; 약 0.8 내지 약 10 mol.%의 이가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 이가 산화물은 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나; 및 약 0.5 mol.% 미만의 B2O3를 포함하며, 여기서 Al2O3의 농도 (mol.%), 및 이가 산화물의 농도 (mol.%)의 합은 약 10 mol%를 초과한다. 이러한 제2 대표적인 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 선택적으로 약 0.5 mol.% 내지 약 2 mol.% ZrO2를 포함할 수 있다. 선택적으로, 이러한 제2 대표적인 조성물은 실질적으로 ZrO2가 없을 수 있다. 상기 제2 대표적인 조성물이 실질적으로 ZrO2가 없는 경우, 상기 유리 조성물은 약 65.8 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2를 포함할 수 있다. 상기 유리 조성물은 일반적으로 약 810℃ 이하의 연화점 및 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다. 상기 유리 조성물은 대략 15시간 이하 동안 약 410℃에서 KNO3를 포함하는 염 욕조에서 이온 교환 후에 약 25 ㎛ 이상의 층의 깊이 및 약 650 MPa 이상의 압축 응력을 가질 수 있다.
제3 대표적인 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 55 mol.% 내지 약 68 mol.% SiO2; 약 9 mol.% 내지 약 15 mol.% Al2O3; 약 4.5 mol% 내지 약 12 mol.% B2O3; 약 1 mol.% 내지 약 7 mol.% Li2O; 약 3 mol.% 내지 약 12 mol.% Na2O; 및 약 0 mol.% 내지 약 3 mol% K2O을 포함한다. 이러한 구현 예에 있어서, R2O는 Li2O의 농도, Na2O의 농도 및 K2O의 농도의 합이고, R2O 대 Al2O3의 농도 비는 약 1.1 이하이다. 상기 유리 조성물은 일반적으로 약 810℃ 이하의 연화점 및 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다. 상기 유리 조성물은 대략 15시간 이하 동안 약 410℃에서 KNO3를 포함하는 염 욕조에서 이온 교환 후에, 약 25 ㎛ 이상의 층의 깊이 및 약 650 MPa 이상의 압축 응력을 가질 수 있다.
제4 대표적인 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 65.8 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2; 약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3; 약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O; 약 6 mol.% 내지 약 16 mol.% Na2O; 약 1 mol.% 내지 약 10 mol.%의 이가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 이가 산화물은 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나; 및 약 0.5 mol.% 미만의 B2O3이다. Al2O3의 농도 (mol.%) 및 이가 산화물의 농도 (mol.%)의 합은 약 10 mol%를 초과한다. 상기 유리 조성물은 일반적으로 약 810℃ 이하의 연화점 및 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다. 이러한 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 실질적으로 ZrO2가 없다.
제5 대표적인 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 65.8 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2; 약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3; 약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O; 약 6 mol.% 내지 약 16 mol.% Na2O; 약 1 mol.% 내지 약 10 mol.%의 이가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 이가 산화물은 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나이다. 상기 유리 조성물은 실질적으로 ZrO2 및 B2O3가 없다. 상기 Al2O3의 농도 (mol.%) 및 이가 산화물의 농도 (mol.%)의 합은 10 mol%를 초과한다. 상기 유리 조성물은 일반적으로 약 810℃ 이하의 연화점 및 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다.
제6 대표적인 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 67 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2; 약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3; 약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O; 약 6 mol.% 내지 약 16 mol.% Na2O; 및 약 1 mol.% 내지 약 10 mol.%의 이가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 이가 산화물은 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나이다. 상기 유리 조성물은 또한 약 0 mol.% 내지 약 7 mol.% MgO; 약 0 mol.% 내지 약 1 mol.% CaO; 및 약 0 mol.% 내지 약 6 mol.% ZnO를 포함할 수 있다. 상기 유리 조성물은 실질적으로 B2O3가 없다. Al2O3의 농도 (mol.%) 및 이가 산화물의 농도 (mol.%)의 합은 10 mol%를 초과한다. 상기 유리 조성물은 일반적으로 약 810℃ 이하의 연화점 및 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다.
제7 대표적인 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 55 mol.% 내지 약 68 mol.% SiO2; 약 9 mol.% 내지 약 15 mol.% Al2O3; 약 4.5 mol% 내지 약 12 mol.% B2O3; 약 1 mol.% 내지 약 7 mol.% Li2O; 약 3 mol.% 내지 약 12 mol.% Na2O; 및 약 0 mol.% 내지 약 3 mol% K2O를 포함한다. 이러한 구현 예에 있어서, R2O는 Li2O의 농도, Na2O의 농도, 및 K2O의 농도의합이고, R2O 대 Al2O3의 농도의 비는 약 1.1 이하이다. 상기 유리 조성물은 일반적으로 약 810℃ 이하의 연화점 및 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다.
제8 대표적인 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 55 mol.% 내지 약 68 mol.% SiO2; 약 9 mol.% 내지 약 15 mol.% Al2O3; 약 4.5 mol% 내지 약 12 mol.% B2O3; 약 1 mol.% 내지 약 7 mol.% Li2O; 약 3 mol.% 내지 약 12 mol.% Na2O; 및 약 0 mol.% 내지 약 3 mol% K2O를 포함한다. 이러한 구현 예에 있어서, R2O는 Li2O의 농도, Na2O의 농도, 및 K2O의 농도의합이고, R2O 대 Al2O3의 농도의 비는 약 1.1 이하이다. 상기 유리 조성물은 일반적으로 약 810℃ 이하의 연화점 및 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다.
제9 대표적인 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 55 mol.% 내지 약 68 mol.% SiO2; 약 9 mol.% 내지 약 15 mol.% Al2O3; 약 4.5 mol% 내지 약 12 mol.% B2O3; 약 1 mol.% 내지 약 7 mol.% Li2O; 약 3 mol.% 내지 약 12 mol.% Na2O; 및 약 0 mol.% 내지 약 3 mol% K2O를 포함한다. 상기 유리 조성물은 약 0 mol.% 내지 약 5 mol.% MgO; 약 0 mol.% 내지 약 5 mol.% ZnO; 및 약 0 mol.% 내지 약 2 mol.% CaO를 더욱 포함할 수 있다. 이러한 구현 예에 있어서, R2O는 Li2O의 농도, Na2O의 농도, 및 K2O의 농도의합이고, R2O 대 Al2O3의 농도의 비는 약 1.1 이하이다. 상기 유리 조성물은 일반적으로 약 810℃ 이하의 연화점 및 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다.
제10 대표적인 구현 예에 있어서, 유리 조성물은 약 65 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2; 약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3; 약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O; 약 6 mol.% 내지 약 16 mol.% Na2O; 약 0 mol.% 내지 약 5 mol.% K2O; 약 0.8 내지 약 10 mol.%의 이가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 이가 산화물은 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나; 약 0.5 mol.% 내지 약 2 mol.% ZrO2; 및 약 0.5 mol.% 미만의 B2O3를 포함한다. 이러한 대표적인 구현 예에 있어서, Al2O3의 농도 (mol.%) 및 이가 산화물의 농도 (mol.%)의 합은 10 mol%를 초과한다. 상기 유리 조성물은 약 810℃ 이하의 연화점을 갖는다. 상기 유리 조성물은 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 갖는다.
실시 예
여기에 기재된 유리 조성물의 구현 예들은 하기 실시 예들에 의해 더욱 명백해질 것이다.
다수의 대표적인 유리 조성물들은 하기 표 1-6에 열거된 배치 조성물에 따라 제조된다. 상기 산화물 구성분의 배치는 혼합되고, 용융되며, 유리로 형성된다. 상기 유리 조성물의 특성 (즉, 연화점, HT CTE, 등등)은 측정되고, 그 결과는 표 1-6에 보고된다. 비교 예 (즉, 비-발명의 예)는 실시 예 식별로 "C"를 글자 앞에 쓴다.
표 1을 참조하면, 7개 대표적인 저 붕소 유리 조성물은 연화점 및 HT CTE에 대한 Na2O에 대해 Li2O를 치환하는 영향을 조사하기 위해 제조된다. 도 2는 Li2O가 Na2O에 대해 치환됨에 따라 Li2O의 농도의 함수 (x-축)에 따른 연화점 (y-축)을 그래프로 나타낸다. 도 3은 Li2O가 Na2O에 대해 치환됨에 따라 Li2O의 농도의 함수 (x-축)에 따른 HT CTE (y-축)을 그래프로 나타낸다.
표 1 및 도 2 및 3에서 데이터에 의해 나타낸 바와 같이, Na2O에 대해 Li2O의 부분적 치환은 상기 유리 조성물의 연화점에서 점진적인 감소를 결과한다. 특히, Na2O에 대한 9 mol.% Li2O의 치환은 70℃까지 만큼 연화점을 감소시킨다. Na2O에 대한 Li2O의 치환은 또한 HT CTE에서 다소 증가 (1-3 mol.% 치환에 대해 24x10-6/℃로부터 25.5x10-6/℃까지)를 유발한다. 그러나, 치환 후 조차도, 이들 유리의 HT CTE 값은 27x10-6/℃ 미만이다. 더군다나, 도 3에서 그래프로 나타낸 바와 같이, 표 1로부터 데이터는 HT CTE 수준을 증가가 Li2O의 농도의 증가에 대하여 변동이 없는 것으로 나타난다.
Na2O에 대한 Li2O의 치환
　(Mol% ) 1 2 3 4 5 6 7
SiO2 69.4 69.4 69.4 69.4 69.4 69.4 69.4
Al2O3 11.2 11.2 11.2 11.2 11.2 11.2 11.2
B2O3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Na2O 14.2 13.2 11.2 10.2 9.2 7.7 6.2
K2O 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
Li2O 1.0 2.0 4.0 5.0 6.0 7.5 9.0
CaO 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
MgO 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
ZnO 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
SnO2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
연화점, ℃ 792 778 751 751 748 742 732
HT CTE, ppm/℃ 24.4 25.3 25.7 25.1 25 25.3 25.3
표 2를 참조하면, 8 개의 대표적인 저 붕소 유리 조성물은 연화점 및 HT CTE에 대해 Na2O 및 Na2O + K2O에 대한 Li2O의 치환의 영향을 조사하기 위해 제조된다. 도 4는 Li2O가 Na2O + K2O에 대해 치환됨에 따라 Li2O의 농도의 함수 (x-축)에 따른 연화점 (y-축)을 그래프로 나타낸다. 도 5는 Li2O가 Na2O + K2O에 대해 치환됨에 따라 Li2O의 농도의 함수 (x-축)에 따른 HT CTE (y-축)를 그래프로 나타낸다.표 2 및 도 4 및 5에서 데이터에 의해 나타낸 바와같이, Na2O 또는 Na2O + K2O에 대해 Li2O의 부분적인 치환은 유리 조성물의 연화점에서 점진적인 감소를 결과한다. 특히, Na2O + K2O에 대한 5 mol.% Li2O의 치환은 약 90℃까지 만큼 연화점을 감소시킨다. Na2O + K2O에 대한 Li2O의 치환은 또한 HT CTE에서 다소 증가를 유발시킨다. 그러나, 치환 후 조차도, 이들 조성물의 HT CTE 값은 27x10-6/℃ 미만이다. 상기 HT CTE의 수준은 표 2의 유리 조성물로 관찰되는 것이 없다.
Na2O 및 K2O에 대한 Li2O의 치환
(Mol%) C1 C2 8 9 10 11 12 13
SiO2 69.8 69.8 69.8 69.8 69.8 69.8 69.8 69.8
Al2O3 9.0 9.0 9.0 9.0 9.0 9.0 9.0 9.0
Li2O 1.0 1.5 3.0 3.5 4.9 4.9 4.9 5.0
Na2O 12.7 12.2 10.7 10.2 10.0 10.0 10.0 8.7
K2O 1.7 1.7 1.7 1.7 0.7 0.7 0.7 1.7
MgO 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1
CaO 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
SnO2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.2 0.2
총 R2O 15.4 15.4 15.4 15.4 15.6 15.6 15.6 15.4
연화점 833 822 799 791 770 779 781 777
HT CTE 22.3 21.8 22.5 23.3 24.3 23.8 23.7 23.8
표 3은 다른 이온 교환 공정 조건의 변화에 대하여 표 2에 열거된 몇 가지 대표적인 유리 조성물에 대한 이온 교환-후 특성 (압축 응력 및 DOL)을 함유한다. 상기 이온 교환 조건은 다양한 온도 및 침지 시간에서 100% KNO3에서 단일 교환 처리뿐만 아니라, 100% KNO3의 제2 욕조에 함침한 후에, 혼합 욕조 (예를 들어, 90% KNO3-10% NaNO3)를 포함하는 두 개의 단계 처리를 포함한다. 표 3에서 나타낸 압축 응력 및 DOL 값은, 측정된 응력 광학 계수 (stress optical coefficient) (SOC)에 기초한 압축 응력 값과 함께, FSM 기구로 얻어진 측정된 값들이다. 도 6은 다른 Li2O 농도 (즉, 1.0 mol.%, 3.5 mol.%, 및 4.9 mol.% 및 5.0 mol.% (총괄하여))에 대해 압축 응력 (y-축) 및 DOL (x-축)을 그래프로 나타낸다. 도 6에서 나타낸 바와 같이, 40 ㎛ DOL은 더 큰 농도가 아닌, 1% 및 3.5% Li2O 농도에 대해 달성될 수 있고, 이에 의해, 적어도 Na-에 대한-Li 치환에 대하여, 원하는 DOL을 여전히 달성하면서, 상기 유리에 도입될 수 있는 Li2O의 양에 대한 유효한 상한 제한이 있을 수 있다는 것을 나타낸다.
선택 조성물의 이온 교환 특성
9 11 12 13
Li2O (mole%) 3.5 4.9 4.9 5.0
IX 일정,
CS (MPa), DOL (um)
410-8h 100KNO3 836, 19
805, 21		 820, 19
410-10h 100KNO3 803, 24
806, 26		 816, 18
410-12h 100KNO3 783, 25 803, 23
410-15h 100KNO3 801, 28 775, 26
420-6h 100KNO3 782, 24 803, 18
420-8h 100KNO3 772, 27 773, 21 762, 22
420-15h 100KNO3 765, 32
430-15h 100KNO3 768, 36
707, 37
440-15 100KNO3 715, 42
390-15h 80KNO3/20NaNO3 +
430-1h 100 KNO3 		853, 19
 886, 14 904, 16
390-15h 90KNO3/10NaNO3 +
430-1h 100 KNO3 		889, 14 897, 16 710, 19
410-15h 80KNO3/20NaNO3 +
430-1h 100 KNO3 		759, 24 897, 18 882, 18 710, 22
410-15h 90KNO3/10NaNO3 +
430-1h 100 KNO3 		759, 27 687, 25
649, 24
표 4를 참조하면, 표 4는 저 붕소 유리 조성물의 몇 가지 본 발명 및 비교 실시 예들의 조성적 데이터 및 상응하는 연화점, HT CTE, 및 이온 교환 특징을 함유한다.
저 붕소 유리 조성물
(Mol%) C3 C4 14 15 16 17 18 19 20 21 22 C5
SiO2 65.8 65.8 67.8 67.8 65.8 69.4 69.4 69.4 69.6 68.2 67.3 65.9
Al2O3 10.0 10.0 10.0 10.0 8.0 11.2 10.7 10.7 7.5 7.3 9.0 9.0
Li2O 4.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 1.0 3.0 2.1 2.1 3.5 3.5
Na2O 12.0 13.0 15.0 15.0 13.0 15.4 15.2 13.2 14.1 13.4 14.6 14.6
K2O 0 0 0 0 0 0 2.0 2.0 0 2.0 0.5 0.5
MgO 4.0 4.0 2.0 0 5.0 0.5 0.5 0.5 6.6 6.4 5.1 6.5
CaO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.5 0 0
ZnO 4.0 4.0 2.0 4.0 5.0 0.5 0.5 0.5 0 0 0 0
P2O5 0 0 0 0 0 0 0.8 0.8 0 0 0 0
SnO2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
MgO+ZnO 8.0 8.0 4.0 4.0 10.0 1.0 1.0 1.0 6.6 6.4 5.1 6.5
Al2O3+MgO+ZnO
18.0
18.0
14.0
14.0
18.0
12.2
11.7
11.7
14.1
13.7
14.1
15.5
연화점,℃
HT CTE, ppm/℃		 778

24.0		 785

21.8		 757

24.2		 764

24.3		 752

 775

24.0		 802

22.7		 785

23.2		 781

23.9		 747

25.6		 750

26.6		 742

25.6
IX,430-15h(100 KNO3)
CS(MPa)
DOL(um)


868
31


950
32


637
43






872
28



























IX, 430-15h(100 KNO3)
CS (MPa)
DOL (um)


796
36


893
37


587
50



































IX, 410-15h (90
KNO3/10 NaNO3)
CS (MPa)
DOL (um)

































690
62



720
48













662
38



760
34
표 5를 참조하면, 지르코니아를 함유하는 일련의 저 붕소 유리 조성물은 또한 형성된다. 이들 유리 조성물의 연화점은 800℃ 미만이고, HT CTE는 27x10-6/℃ 미만이다. 15시간 동안 440℃에서 100% KNO3의 염 욕조에서 이온 교환 후에, 상기 유리 조성물은 700 MPa 초과의 압축 응력 및 40 ㎛의 층의 깊이를 갖는다.
지르코티아가 첨가된 유리 조성물
(Mol%) 23 24 25 26 27 28
SiO2 65.9 65.4 65.9 65.9 65.9 64.9
Al2O3 9 9 9 8 8.5 8.5
Li2O 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
Na2O 14.6 14.6 16.1 16.1 16.1 16.1
K2O 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
MgO 5.5 3 3.5 3.5 3 3
ZnO 0 3 0 0.5 1 2
P2O5 0 0 0 1 0 0
ZrO2 1 1 1.5 1 1.5 1.5
SnO2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
연화점 (℃) 771 758 752 751 744 744
HT CTE (ppm) 24.6 24.4 25.0 26.1 25.4 25.3
IX (15시간 동안 440℃에서 100% KNO3) CS, DOL

665, 43

721, 42

505, 49

440, 63

489, 49

523, 46
표 6을 참조하면, 두 개의 본 발명 조성물 (29 및 30)은 유리 조성물이 융합 형성 공정의 사용에 적합한지의 여부를 결정 및 부가적인 특징에 적용된다. 표 6은 융합 형성 공정으로 사용하기에 적합한 이온 교환가능한 유리 조성물의 두 개의 비교 예들뿐만 아니라 본 발명의 조성물의 조성 및 특성을 함유한다. 본 발명의 저 붕소 유리 조성물은 비교 유리 조성물의 연화점보다 대략 40℃ 더 낮은 연화점을 갖는다. 더욱이, 상기 저 붕소 유리 조성물의 HT CTE 값은 비교 유리 조성물의 HT CTE 값과 비슷하거나 또는 미만이다. 본 발명의 저 붕소 유리 조성물은 비교 유리 조성물 같이 고온 점도, 액상 온도, 액상 점도, 및 지르콘 분해 온도뿐만 아니라 유사한 이온 교환 특성을 가져 본 발명의 저 붕소 유리 조성물이 융합 형성 공정으로 사용하는데 적합하다는 것을 나타낸다.
본 발명 및 비교 유리 조성물의 형성 특징
Mol% C6 C7 29 30
SiO2 66.0 69.2 69.8 66.8
Al2O3 10.3 8.5 9.2 10.0
B2O3 0.6 0 0 0
Li2O 0 0 3.5 3.0
Na2O 14.2 13.9 11.9 14.0
K2O 2.4 1.2 0.5 0
MgO 5.8 6.5 5.1 3.0
CaO 0.6 0.5 0 0
ZnO 0 0 0 3.0
SnO2 0.2 0.2 0.2 0
연화점 837 844 799 781
HT CTE 23.0 21.0 22.6 24.0
DOL 40 40 40 44
CS 740 740 680 785
HTV: 200P 1588 1640 1609 1567
HTV: 35kP 1131 1145 1117 1084
델타 457 495 492 483
액상 온도 900 950 965 970°
액상 점도 >1e6 >1e6 500kP 275kP
점도 (RT) 2.461 2.444 2.438 2.497
표 7을 참조하면, 표 7은 본 발명 및 비교의 고 붕소 유리 조성물에 대한 조성적 데이터 및 상응하는 연화점 및 HT CTE를 함유한다. 표 7에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 유리 조성물은 일반적으로 약 5 mol.% 초과, 및 실시 예에서 나타낸 바와 같이, 약 10 mol%까지 B2O3를 갖는다. 그러나, 표 7에서 나타낸 본 발명의 고 붕소 유리 조성물에 대하여, 상기 비 R2O:Al2O3는 일반적으로 약 0.9 이상 및 약 1.15 이하이다. 비교 예 C8은 Li2O를 함유하지 않으며, 결과적으로, 이러한 유리에 대한 연화점은 본 발명의 고 붕소 유리 조성물보다 더 높아, 유리 조성물에서 Li2O를 가질 필요를 설명한다.
고 붕소 유리 조성물
(Mol %) C8 31 32 33 34 35 36 37
SiO2 64.2 60 58.6 65.7 65.7 65.7 65.2 63.7
Al2O3 12.0 14.4 13.8 12.3 12.3 11.3 12.3 12.3
B2O3 9.0 5.2 5.1 9.1 9.1 9.1 9.1 9.1
Li2O 0 6.1 4.9 5.0 7.0 5.0 5.0 5.0
Na2O 11.3 7.6 8.2 6.6 4.6 6.6 6.6 6.6
K2O 0.5 0.5 0.5 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
MgO 1.5 2.7 2.7 0 0 1 0 0
CaO 0 0 0 0 0 0 0 0
ZnO 1.5 3.5 3.9 0 0 0 0 0
P2O5 0 0 2.3 0 0 0 0.5 2
SnO2 0.3 0.3 0.3 0.0 0.0 0.1 0.1 0.1
R2O/ Al2O3 0.98 0.99 0.99 1.05 1.05 1.14 1.05 1.05
연화점
HT CTE		 845
24.6		 770
26.7		 781
25.4		 785
26.7		 786 745
31.4		 795
25.1		 789
26.0
표 8을 참조하면, 다섯 개의 유리 조성물은 불투명, 검정 유리를 생산하기 위해 색상 변형 구성분 TiO2 및 Fe2O3를 함유하도록 조제된다. 본 발명의 조성물 (38-41)은 표 7로부터의 조성물 (31)에 기초하고, 본 발명의 조성물 (42)은 표 7의 조성물 (34)에 기초한다. 각 유리 조성물의 알칼리 대 알루미나 비는 1.15 미만 및 1.0 초과이다. 0.8 mm의 두께를 갖는 플레이트 샘플은 생산되고 측정된다. 각각의 조성물 (39-42)은, 기구의 측정 오차 (± 5℃)를 고려해 볼 때, 약 810℃인, 대략 814℃의 연화점을 갖는 조성물 (38)과 함께 약 810℃ 미만의 연화점을 나타낸다. 조성물들 (38 및 41-42)은 약 27x10-6/℃ 이하의 HT CTE를 나타낸다 (조성물 (39 및 40)에 대한 HT CTE는 측정하지 않음). 각 샘플은 2시간 동안 570℃에서 어닐링되고, 실온으로 냉각되며, 검정 색상을 생산하기 위해 4시간 동안 640℃에서 열 처리된다. 상기 샘플의 불투명도는 상기 플레이트의 표면상에 광원을 비추어 정성적으로 평가하고, 만약 광이 상기 플레이트의 다른 면을 통해 투과된다면, 정성적으로 결정하여 정성적으로 평가한다. 표 8에 나타낸 바와 같이, 모든 샘플은 이러한 정성적 평가에 기초하여 불투명을 나타낸다. 부가적으로, L, a*, b*, 좌표들은 X-Rite CI7 분광-광도계를 사용하여 조성물 (38, 41, 및 42)에 대해 결정된다. 조성물 (41 및 42)의 샘플은 또한 15시간 동안 430℃에서 100% KNO3 염 욕조에서 이온 교환된다. 각각 샘플에서 칼륨 확산의 최종 층의 깊이는 30 ㎛를 초과하는 것으로 결정된다.
색상 변형 구성분을 갖는 고 붕소 유리 조성물
(Mol % )　 38 39 40 41 42
SiO2 61.0 62.0 62.0 63.5 65.7
Al2O3 13.4 13.8 13.9 13.9 12.3
B2O3 5.2 5.2 5.2 5.2 9.1
Li2O 3.5 3.5 3.7 3.7 3.5
Na2O 10.2 10.7 10.7 10.7 8.9
K2O 0.5 0.5 0 0.5 0.5
MgO 2.7 3.3 3.0 2.0 0
ZnO 3.5 1.0 1.0 0.5 0.0
TiO2 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
Fe2O3 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75
SnO2 0.2 0.1 0.1 0 0.1
R2O/Al2O3 1.06 1.07 1.04 1.07 1.05
연화점, ℃ 814 　 794 799 802
HT CTE, ppm/℃ 21.7 　 　 27.0 24.8
스네이크 라이트 (snake light)에 대한 불투명도
(0.8mm 두께; 570℃ 어닐링)		 yes yes yes yes yes
색 좌표 (CIE F2, 10o 확산, 반사율), 0.8mm 두께 (570℃ 어닐링) 　 　 　 　 　
L 0.20 　 　 0.785 0.54
a* -0.50 　 　 -0.21 0.06
b* -0.11 　 　 -1.08 -0.16
IX, 430℃-15hr 100 KNO3, DOL (um) 　 　 　 　35 36
표 9를 참조하면, 일련의 유리 조성물은 검정 유리를 형성하는 알칼리 (R2O) 대 알루미나 (Al2O3) 비의 효과를 평가하기 위해 조제된다. 표 9에서 나타낸 바와 같이, 6 유리 조성물들은 증가하는 R2O:Al2O3 비로 조제된다. 상기 유리 조성물은 0.8 mm 유리 플레이트로 형성되고, 2시간 동안 570℃에서 어닐링되며, 실온으로 냉각되고, 4시간 동안 640℃에서 열 처리된다. 비교 조성물 C9 및 C10은 전술된 정량적 평가를 사용하여 불투명 유리를 결과하지 않는다. 더군다나, 이들 샘플의 연화점은 810℃를 훨씬 초과한다. 비교 조성물 C12는 전술된 정량적 평가를 사용하여 불투명 유리를 결과하지 않으며, 상기 샘플의 HT CTE는 27x10-6/℃를 초과한다. 비교 조성물 C11은 불투명 유리를 결과되는 반면, 상기 샘플의 HT CTE는 27x10-6/℃를 초과한다. 본 발명의 조성물 모두 (43 및 44)는 전술된 정량적 평가를 사용하여 불투명 유리를 산출하고, 모두 27x10-6/℃ 미만의 HT CTE를 갖는다. 본 발명의 조성물 (43)의 연화점은 기구의 측정 오차 (± 5℃)를 고려해 볼 때, 대략 810℃인 812℃로 측정된다.
변화하는 R2O:Al2O3 비를 갖는 고 붕소 유리 조성물
(Mol% ) C9 C10 43 44 C11 C12
SiO2 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5
Al2O3 14.7 14.4 14.1 13.85 13.6 13.2
B2O3 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2
Li2O 3.5 3.6 3.7 3.7 3.8 3.9
Na2O 10.2 10.4 10.6 10.8 10.9 11.2
K2O 0.4 0.4 0.4 0.45 0.5 0.5
MgO 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
ZnO 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
TiO2 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
Fe2O3 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75
R2O/Al2O3 0.96 1.00 1.04 1.08 1.12 1.18
연화점, ℃ 837 824 812 804 794 776
HT CTE. ppm/℃ 24.6 25.5 26.5 26.8 27.4 31.1
스네이크 라이트에 대한 불투명도 (0.8mm 두께)** no no yes yes yes no
색 좌표 (CIE F2, 10o 확산, 반사율), 0.8mm 두께* 　 　 　 　 　 　
L 4.41 4.56 4.01 4.25 4.21 7.99
a* -1.21 -1.23 -1.08 -1.19 -1.17 -1.52
b* -4.92 -4.93 -4.54 -4.77 -4.78 -6.14
**(570-2hr 어닐링 + 640-4hr 열-처리)
표 10을 참조하면, 표 8의 조성물 (41)로부터 형성된 유리 플레이트는 제조되고 다른 조건하에서 열 처리된다. 이들 샘플의 몇몇은 또한 색상 변형 구성분을 함유하는 유리 조성물로부터 형성된 강화 유리의 이점을 평가하기 위해 이온 교환된다. 구체적으로는, 0.83 mm의 두께를 갖고, 본 발명의 조성물 (41)로부터 형성된 제1 세트의 17 플레이트들은 2시간 동안 570℃에서 어닐링된다. 0.83 mm의 두께를 갖고, 본 발명의 조성물 (41)로부터 형성된 제2 세트의 17 플레이트들은 2시간 동안 570℃에서 어닐링되고, 실온으로 냉각되며, 그 다음 15시간 동안 440℃에서 100% KNO3의 염 욕조에서 이온 교환된다. 0.80 mm의 두께를 갖고, 본 발명의 조성물 (41)로부터 형성된 제3 세트의 12 플레이트들은 2시간 동안 570℃에서 어닐링되고, 실온으로 냉각되며, 그 다음 4시간 동안 640℃에서 열 처리된다. 0.80 mm의 두께를 갖고 본 발명의 조성물 (41)로부터 형성된 제4 세트의 15 플레이트들은 2 시간 동안 570℃에서 어닐링되고, 실온으로 냉각되며, 4시간 동안 640℃에서 열 처리되고, 그 다음 15시간 동안 440℃에서 100% KNO3의 염 욕조에서 이온 교환된다. 상기 플레이트로의 깊이의 함수에 따른 하나의 플레이트에 대해 나트륨 및 칼륨 이온의 농도는 이온 교환에 의해 유도된 층의 깊이가 대략 30 ㎛를 나타내는 도 7에서 그래프로 묘사된다. 각각의 플레이트는 이온 교환에 의해 달성된 강화의 정도를 평가하기 위하여 ASTM 표준 C1499에 따른 링-온-링 시험 프로토콜을 사용하여 마모되지 않는 조건에서 시험된다. 비교의 목적을 위하여, 코닝 유리 코드 2318로부터 형성된 15 유리 플레이트 (상표명 Gorilla Glass™로 코닝사에 의해 판매된 이온 교환 강화된 보로실리케이트 유리)는 동일한 시험 프로토콜에 따라 시험된다. 유리 플레이트의 각각 세트에 대한 와이블 분포 (Weibull distribution)는 구성되고, 상기 특성 강도 및 와이블 계수는 결정된다. 표 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 유리 조성물 (41)은 어닐링된 조건 및 어닐링 및 열 처리된 조건 모두에서 이온 교환 후에 강도에서 의미 있는 증가를 갖는다. 이것은 코팅 유리 코드 2318에서 확인된 것과 유사한 강화의 정도를 결과한다.
파손시 링-온-링 시험 강도
처리 두께
(mm)		 샘플의 수 파손시 강도
(평균 ±1 S.D. (% CV))		 특성 강도 (So) 와이블 계수 (m)
어닐링 (570-2h), NIX 0.83 17 412 ±62 (14.9%) 438 7.5
어닐링 (570-2h),
IX (440-15h, 100 KNO3)		 0.83 17 1852 ±146 (7.9%) 1920 13.8
어닐링 (570-2h),
열-처리 (640-4h), NIX		 0.80 12 317 ±85 (26.8%) 352 3.7
어닐링 (570-2h),
열-처리 (640-4h),
IX (440-15h, 100 KNO3)
0.80
15
1763 ±151 (8.6%)		 1832 12.5
대조구 - 2318 IX 1.00 15 1390 ±320 (23.0%) 1518 4.1
여기에 기재된 유리 조성물은 3-D 형상 유리 제품으로 유리 조성물을 성형하기 위한 상승된 온도 형성 공정과 연관하여 사용하는데 적합한 것으로 이해되어야 한다. 구체적으로는, 여기에 기재된 유리 조성물의 상대적으로 낮은 연화점 (즉, 약 810℃ 이하의 연화점)은 상승된 온도 성형 동안 유리 조성물과 몰드 사이의 상호작용을 감소시키고, 이에 의해 유리 조성물의 성형성을 개선시키고, 또한 상응하는 몰드의 사용 수명을 증가시킨다. 더욱이, 여기에 기재된 유리 조성물은 또한 상기 유리 전이 온도 이상의 상대적으로 낮은 고온 열팽창계수를 나타낸다 (즉, 약 27x10-6/℃ 이하의 HT CTE). 상대적으로 낮은 HT CTE는 상승된 온도 형성 공정 이후에 유리 조성물의 우수한 치수 조절을 제공한다. 여기에 기재된 유리는 상대적으로 낮은 연화점 및 상대적으로 낮은 HT CTE를 가지면서, 상기 유리 조성물은 이온 교환가능하다. 예를 들어, 여기에 기재된 유리 조성물은 대략 15 시간 이하 동안 약 410℃에서 KNO3를 포함하는 용융염에 침지 이후에 약 650 MPa의 압축 응력 및 약 25 ㎛ 이상의 층의 깊이를 달성하기 위해 이온 교환 강화될 수 있다.
더욱이, 여기에 기재된 유리 조성물은 상기 유리 조성물이 융합 인발 공정과 양립할 수 있고 쉽게 용융되도록 약 1620℃에서 약 200 P보다 낮은 점도 및 액상 점도를 갖는다.
유리 제품 및 유리 조성물의 몇몇 관점들이 여기에 개시되는 것으로 이해되어야 한다. 제1 관점에 있어서, SiO2, Al2O3, Li2O 및 Na2O를 포함하는 유리 제품은 약 810℃ 이하의 연화점; 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE; 및 약 390℃ 내지 약 450℃의 온도 범위에서 대략 15 시간 이하의 시간 동안 KNO3를 포함하는 염 욕조에서 이온 교환 후 약 600 MPa 이상의 압축 응력 및 약 25 ㎛ 이상의 층의 깊이를 갖는다.
제2 관점에 있어서, 제1 관점의 유리 제품은 약 0 내지 약 5.0의 L, 약 -2.0 내지 약 2.0의 a*, 및 약 0 내지 약 -5.0의 b*의 L, a*, b*, 색 좌표를 갖는다.
제3 관점에 있어서, 제1 또는 제2 관점 중 어느 하나에 따른 유리 제품은 약 350 nm 내지 약 750 nm의 파장 범위에 걸쳐 약 80% 이상의 불투명도를 갖는다.
제4 관점에 있어서, 제1 내지 제3 관점 중 어느 하나에 따른 유리 제품은 약 65 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2; 약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3; 약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O; 약 6 mol.% 내지 약 16 mol.% Na2O; 약 0 mol.% 내지 약 5 mol.% K2O; 약 0.8 내지 약 10 mol.%의 이가 산화물, 여기서 상기 이가 산화물은 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함하고; 및 약 0.5 mol.% 미만의 B2O3를 포함하여, 여기서 Al2O3 (mol.%)의 농도 및 이가 산화물 (mol.%)의 농도의 합은 약 10 mol%를 초과한다.
제5 관점에 있어서, 제4 관점의 유리 제품은 약 0.5 mol.% 내지 약 2.0 mol.% ZrO2를 더욱 포함한다.
제6 관점에 있어서, 제4 또는 제5 관점 중 어느 하나에 따른 유리 제품은 약 0 mol.% 내지 약 3 mol.% P2O5를 포함한다.
제7 관점에 있어서, 제4 내지 제6 관점 중 어느 하나에 따른 유리 제품은 ZrO2가 실질적으로 없다.
제8 관점에 있어서, 제7 관점의 유리 제품은 약 65.8 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2를 포함한다.
제9 관점에 있어서, 제1 내지 제3 관점 중 어느 하나에 따른 유리 제품은 약 55 mol.% 내지 약 68 mol.% SiO2; 약 9 mol.% 내지 약 15 mol.% Al2O3; 약 4.5 mol% 내지 약 12 mol.% B2O3; 약 1 mol.% 내지 약 7 mol.% Li2O; 약 3 mol.% 내지 약 12 mol.% Na2O; 및 약 0 mol.% 내지 약 3 mol% K2O를 포함한다. 제9 관점에 있어서, R2O는 Li2O의 농도, Na2O의 농도, 및 K2O의 농도의 합이며, R2O 대 Al2O3의 농도의 비는 약 1.15 이하이다.
제10 관점은 제9 관점의 유리 제품을 포함하고, 여기서 R2O 대 Al2O3의 농도의 비는 약 1.02 이상이다.
제11 관점에 있어서, 제9 또는 제10 관점 중 어느 하나에 따른 유리 제품은 TiO2 및 Fe2O3를 더욱 포함한다.
제12 관점은 제11 관점의 유리 제품을 포함하고, 여기서 Fe2O3 (mol.%) 대 TiO2 (mol.%)의 비는 약 0.52 이상 및 약 1.22 이하이다.
제13 관점에 있어서, 유리 조성물은 약 65.8 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2; 약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3; 약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O; 약 6 mol.% 내지 약 16 mol.% Na2O; 약 0.8 내지 약 10 mol.%의 이가 산화물, 여기서 상기 이가 산화물은 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나이고; 및 약 0.5 mol.% 미만의 B2O3를 포함한다. Al2O3 (mol.%)의 농도, 및 이가 산화물 (mol.%)의 농도의 합은 약 10 mol%를 초과한다. 상기 유리 조성물은 약 810℃ 이하의 연화점을 갖는다. 상기 유리 조성물은 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 갖는다. 상기 유리 조성물은 ZrO2가 실질적으로 없다.
제14 관점에 있어서, 제14 관점의 유리 조성물을 포함하고, 여기서 상기 유리 조성물은 B2O3가 실질적으로 없다.
제15 관점에 있어서, 제13 내지 제14 관점 중 어느 하나에 따른 유리 조성물은 약 25x10-6/℃ 이하인 고온 CTE를 갖는다.
제16 관점에 있어서, 제13 내지 제14 관점 중 어느 하나에 따른 유리 조성물은 약 0 mol.% 내지 약 7 mol.% MgO; 약 0 mol.% 내지 약 1 mol.% CaO; 및 약 0 mol.% 내지 약 6 mol.% ZnO를 더욱 포함한다.
제17 관점에 있어서, 제16 관점의 유리 조성물은 MgO의 농도는 약 3 mol.% 이상 및 약 5 mol.% 이하이다.
제18 관점에 있어서, 제13 내지 제17 관점 중 어느 하나에 따른 유리 조성물은 SiO2의 농도는 약 68 mol.% 내지 약 71 mol.%이다.
제19 관점에 있어서, 유리 조성물은 약 55 mol.% 내지 약 68 mol.% SiO2; 약 9 mol.% 내지 약 15 mol.% Al2O3; 약 4.5 mol% 내지 약 12 mol.% B2O3; 약 1 mol.% 내지 약 7 mol.% Li2O; 약 3 mol.% 내지 약 12 mol.% Na2O; 및 약 0 mol.% 내지 약 3 mol% K2O를 포함한다. 이러한 관점에 있어서, R2O는 Li2O의 농도, Na2O의 농도, 및 K2O의 농도의 합이고, R2O 대 Al2O3의 농도의 비는 약 1.15 이하이다. 상기 유리 조성물은 약 810℃ 이하의 연화점을 갖는다. 상기 유리 조성물은 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 갖는다.
제20 관점은 제19 관점의 유리 조성물을 포함하고, 여기서 상기 연화점은 약 800℃ 이하이다.
제21 관점은 제19 내지 제20 관점 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 여기서 상기 고온 CTE는 약 25x10-6/℃ 이하이다.
제22 관점은 제19 내지 제21 관점 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 여기서 R2O 대 Al2O3의 농도의 비는 약 1.02 이상이고, 상기 유리 조성물은 TiO2 및 Fe2O3를 더욱 포함한다.
제23 관점은 제19 내지 제22 관점 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 여기서 Fe2O3 (mol.%) 대 TiO2 (mol.%)의 비는 약 0.52 이상 및 약 1.22 이하이다.
제24 관점은 제19 내지 제23 관점 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 여기서 상기 유리 조성물은 약 0 mol.% 내지 약 5 mol.% MgO; 약 0 mol.% 내지 약 5 mol.% ZnO; 및 약 0 mol.% 내지 약 2 mol.% CaO를 더욱 포함한다.
제25 관점은 제19 내지 제24 관점 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 여기서 B2O3의 농도는 7 mol.% 이상 및 12 mol.% 이하이다.
제26 관점은 제19 내지 제25 관점 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 여기서 상기 유리 조성물은 약 0 mol.% 내지 약 3 mol.% P2O5를 포함한다.
제27 관점은 약 65 mol.% 내지 약 71 mol.% SiO2; 약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3; 약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O; 약 6 mol.% 내지 약 16 mol.% Na2O; 약 0 mol.% 내지 약 5 mol.% K2O; 약 0.8 내지 약 10 mol.%의 이가 산화물, 여기서 상기 이가 산화물은 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함하고; 약 0 mol.% 내지 약 3 mol.% P2O5, 약 0.5 mol.% 내지 약 2 mol.% ZrO2; 및 약 0.5 mol.% 미만의 B2O3를 포함하는 유리 조성물을 포함한다. 이러한 관점에 있어서, Al2O3 (mol.%)의 농도, 및 이가 산화물 (mol.%)의 농도의 합은 약 10 mol%를 초과한다. 상기 유리 조성물은 약 810℃ 이하의 연화점을 가질 수 있다. 상기 유리 조성물은 또한 약 27x10-6/℃ 이하의 고온 CTE를 가질 수 있다.
다양한 변경 및 변화는 청구된 주제의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 여기에 기재된 구현 예들에 대해 만들어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 이러한 변경 및 변화가 첨부된 청구항 및 이의 균등물의 범주 내에 속한다면, 본 명세서는 여기에 기재된 다양한 구현 예들의 변경 및 변화를 보호하는 것으로 의도된다.

Claims (19)

  1. 유리 제품으로서:
    67 mol.% 이상 내지 약 71 mol.% SiO2;
    약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3;
    약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O;
    약 16 mol.% 미만의 Na2O;
    0 mol.% 초과 내지 약 5 mol.% K2O; 및
    약 0.8 mol.% 내지 약 10 mol.%의 이가 산화물(divalent oxide)을 포함하고, 여기서 상기 이가 산화물은 0 mol.% 초과 내지 약 1 mol.%의 CaO, 및 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함하는 유리 제품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 제품은 약 0.5 mol.% 내지 약 2 mol% ZrO2를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  3. 청구항 1에 있어서,
    K2O의 농도는 약 3.0 mol.% 이하인 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  4. 청구항 1에 있어서,
    CaO의 농도는 약 0.5 mol.% 이하인 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  5. 청구항 1에 있어서,
    B2O3의 농도는 1.0 mol.% 이하인 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 제품은 B2O3가 실질적으로 없는 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  7. 청구항 1에 있어서,
    Al2O3의 농도(mol.%)와 상기 이가 산화물의 농도(mol.%)의 합은 약 10 mol.% 초과인 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  8. 청구항 1에 있어서,
    SiO2의 농도는 68 mol.% 이상인 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 제품은 이온 교환 강화되는 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 유리 제품은 약 650 MPa 이상의 압축 응력 및 약 25 ㎛ 이상의 층의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  11. 유리 제품으로서:
    67 mol.% 이상 내지 약 71 mol.% SiO2;
    약 7 mol.% 내지 약 12 mol.% Al2O3;
    약 1 mol.% 내지 약 9 mol.% Li2O;
    약 16 mol.% 미만의 Na2O;
    0 mol.% 초과 내지 약 5 mol.% K2O;
    1.0 mol.% 미만의 B2O3.
    약 0.8 mol.% 내지 약 10 mol.%의 이가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 이가 산화물은 0 mol.% 초과 내지 약 1 mol.%의 CaO, 및 MgO 및 ZnO 중 적어도 하나; 및 약 0.5 mol.% 내지 약 2 mol% ZrO2를 포함하는 유리 제품.
  12. 청구항 11에 있어서,
    K2O의 농도는 약 3.0 mol.% 이하인 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  13. 청구항 11에 있어서,
    CaO의 농도는 약 0.5 mol.% 이하인 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  14. 청구항 11에 있어서,
    Al2O3의 농도(mol.%)와 상기 이가 산화물의 농도의 합(mol.%)은 약 10 mol% 초과인 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  15. 청구항 11에 있어서,
    SiO2의 농도는 68 mol.% 이상인 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 유리 제품은 이온 교환 강화되는 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 유리 제품은 약 600 MPa 이상의 압축 응력 및 약 25 ㎛ 이상의 층의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 층의 깊이는 약 35 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 유리 제품.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 층의 깊이는 약 650 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 유리 제품.
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