KR20210101269A - 이온-교환 가능한 리튬-함유 알루미노실리케이트 유리 - Google Patents

이온-교환 가능한 리튬-함유 알루미노실리케이트 유리 Download PDF

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Abstract

유리 조성물은, 50 내지 80 mol%의 SiO2, 25 mol% 이하의 Al2O3, 6.5 내지 10.0 mol%의 Li2O 및, 선택적으로, 기타 성분, 예컨대, 알칼리 금속 산화물, 알칼리토 금속 산화물, 아연 산화물, 인 산화물, 희토류 금속 산화물, 붕소 산화물, 및 기타 종들, 예컨대, 티타니아, 지르코니아, 및 주석 산화물을 갖는다. 유리 조성물은, mol%로 0 또는 양의 값을 비: Al2O3 - ΣR2O ≥ O, 또는 Al2O3 - ΣR2O - ΣRO ≥ O, 또는 Al2O3 - ΣR2O - ΣRO - P2O5 ≥ O을 특징으로 하며, 여기서, R2O는 알칼리 금속 산화물을 의미하고, RO는 2가 금속 산화물을 의미한다. 유리 조성물은 1000 Poises 이상 내지 300,000 Poises 이하의 액상선 점도를 가질 수 있다.

Description

이온-교환 가능한 리튬-함유 알루미노실리케이트 유리
본 출원은 2018년 12월 12일자에 출원된 미국 가출원 제62/778,418호의 우선권을 주장하며, 이의 내용은 그 전체가 여기에 참조로서 인용되고 병합된다.
본 명세서는 일반적으로 전자 장치용 커버 유리로 사용하기에 적합한 유리 조성물에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 명세서는 전자 장치용 커버 유리로 형성될 수 있고, 이온 교환 강화에 의해 강화될 수 있는 리튬-함유 알루미노실리케이트 유리에 관한 것이다.
스마트폰, 태블릿, 휴대용 미디어 플레이어, 개인용 컴퓨터, 및 카메라와 같은, 휴대용 장치의 모바일 특성(mobile nature)은, 특히, 지면과 같은, 단단한 표면에 우연한 낙하에 이들 장치가 피해를 입기 쉽게 만든다. 이러한 장치는 통상적으로 단단한 표면과 충격시 손상될 수 있는 커버 유리(cover glasses)를 혼입한다. 많은 이들 장치에서, 커버 유리는 디스플레이 커버로서 기능을 하며, 터치 기능성을 혼입할 수 있음에 따라, 커버 유리가 손상된 경우 장치의 사용에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
휴대용 전자장치용 커버 유리와 같은, 유리 물품을 강화시키는 하나의 전통적인 방식은 이온 교환 강화 공정에 의한 것이다. 이온 교환 강화 공정에서, 유리 물품은 용융염 욕조에 놓인다. 용융염 욕조에서 염은 일반적으로 유리 물품에 알칼리 금속 성분보다 더 큰 알칼리 금속 양이온을 포함한다. 예를 들어, 유리 물품이 나트륨을 포함한다면, 그 다음 용융된 염 욕조에 염은 일반적으로 칼륨 또는 더 큰 알칼리 양이온을 포함할 것이다. 이온 교환 화학적 강화 공정 동안에, 공정 조건, 예컨대, 온도, 압력, 등은, 염 욕조로부터의 양이온이 유리 물품에 알칼리 금속을 대체(또는 교환)되게 하는 것이다. 이러한 유리 물품에서 더 작은 이온을 염 욕조에 더 큰 이온으로의 교환은, 이온이 교환되는 유리 물품의 층에 압축 응력을 일으키는 유리 매트릭스(glass matrix)의 강성(stiffening)을 결과한다. 이러한 압축 응력은, 압축 응력층을 갖지 않는 유리 물품보다 손상에 더 강한 유리 물품의 강화된 부분을 결과한다.
그러나, 유리 물품의 특성의 균형을 이루기 위해 유리 물품에서 이온 교환 공정을 수행하는데 필요한 전통적인 알칼리 금속과 유리 물품의 다른 구성요소의 균형을 이루는 것은 어렵다. 예를 들어, 유리 조성물에서 알칼리 금속의 양을 증가시키는 것은, 유리 물품의 이온 교환성(ion exchangeability)을 개선시킬 수 있지만, 다른, 덜 바람직한 특성의 변화를 결과할 수 있다.
따라서, 예컨대, 이온 교환에 의해 강화될 수 있고, 원하는 대로 형성되는 것을 가능하게 하는 기계적 특성을 갖는 유리에 대한 요구가 존재한다.
제1 관점은: 50.0 mol% 이상 내지 65.0 mol% 이하의 SiO2; 14.0 mol% 이상 내지 25.0 mol% 이하의 Al2O3; 7.0 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하의 Li2O + Na2O; 7.0 mol% 이상의 Li2O; 0.0 mol% 이상 내지 3.0 mol% 이하의 P2O5; 및 0.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 알칼리토 금속을 포함하는 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은, F 및 K, Zr, Ti, Pb 및 Ta의 산화물이 실질적으로 없다.
제2 관점은, 제1 관점의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - K2O 차이는 7.0 mol% 이상이다.
제3 관점은, 제1 또는 제2 관점의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - K2O - RO 차이는 3.0 mol% 이상이고, 여기서, RO는 2가 금속 산화물의 총합이다.
제4 관점은, 제1 내지 제3 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O - RO - P2O5 차이는 2.5 mol% 이상이고, 여기서, R2O는 알칼리 금속 산화물의 총합이며, RO는 2가 금속 산화물의 총합이다.
제5 관점은, 제1 내지 제4 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은: 적어도 약 1000 Poises의 액상선 점도(liquidus viscosity); 적어도 약 80 GPa의 영률; 1650℃ 이하의 200P 온도; 600℃ 이상의 어닐링점; 적어도 30 GPa·㎤/gram의 특정 모듈러스(specific modulus); 및 0.78 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성(fracture toughness)을 갖는다.
제6 관점은, 제1 내지 제5 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 10000 Poises 이상의 액상선 점도, 및 1450℃ 미만의 200P 온도를 갖는다.
제7 관점은, 제1 내지 제6 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은, 0.0 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하의 희토류 산화물을 포함한다.
제8 관점은: 50.0 mol% 이상 내지 65.0 mol% 이하의 SiO2; 12.0 mol% 이상 내지 20.0 mol% 이하의 Al2O3; 및 6.5 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하의 Li2O을 포함하는 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은, ZrO2 및 TiO2가 실질적으로 없으며, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - K2O - RO 차이는 4.5 mol% 이상이고, 여기서, RO는 2가 금속 산화물의 총합이다.
제9 관점은, 제8 관점의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O - RO 차이는 7.5 mol% 이상이고, 여기서, R2O는 알칼리 금속 산화물의 총합이며, RO는 2가 금속 산화물의 총합이다.
제10 관점은 제8 또는 제9 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 7.0 mol% 이상의 Li2O를 포함한다.
제11 관점은, 제8 내지 제10 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O - RO - P2O5 차이는 4.0 mol% 이상이고, 여기서, R2O는 알칼리 금속 산화물의 총합이며, RO는 2가 금속 산화물의 총합이다.
제12 관점은, 제8 내지 제11 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은, 0.0 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하의 희토류 산화물을 포함한다.
제13 관점은, 제8 내지 제12 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은: 1000 Poises 이상의 액상선 점도; 86 GPa 이상의 영률; 1420℃ 이하의 200P 온도; 660℃ 이상의 어닐링점; 33 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스; 및 0.87 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는다.
제14 관점은: 50.0 mol% 이상 내지 66.0 mol% 이하의 SiO2; 20.0 mol% 이하의 Al2O3; 및 6.5 mol% 이상 내지 12.0 mol% 이하의 Li2O을 포함하는 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은, ZrO2, TiO2, 및 F가 실질적으로 없으며, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - K2O - RO - P2O 차이는 2.5 mol% 이상이고, 여기서, RO는 2가 금속 산화물의 총합이며, B2O3의 양은 Li2O의 양을 초과하지 않는다.
제15 관점은, 제14 관점의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은: 1000 Poises 이상의 액상선 점도; 86 GPa 이상의 영률; 1420℃ 이하의 200P 온도; 660℃ 이상의 어닐링점; 33 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스; 및 0.87 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는다.
제16 관점은, 제14 또는 제15 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은, 0.0 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하의 희토류 산화물을 포함한다.
제17 관점은, 제14 내지 제16 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 7.0 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하의 Li2O를 포함한다.
제18 관점은: 50.0 mol% 이상 내지 70.0 mol% 이하의 SiO2; 20.0 mol% 이하의 Al2O3; 및 7.0 mol% 이상 내지 10 mol% 이하의 Li2O을 포함하는 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은, Ti 및 F가 실질적으로 없으며, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - K2O - RO - P2O5 차이는 7.5 mol% 이상이고, 여기서, RO는 2가 금속 산화물의 총합이다.
제19 관점은: 50.0 mol% 이상 내지 70.0 mol% 이하의 SiO2; 0.0 mol% 초과 내지 20.0 mol% 이하의 Al2O3; 7.0 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하의 Li2O; 및 0.0 mol% 이상 내지 3.0 mol% 이하의 Na2O을 포함하는 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은, K2O 및 TiO2가 실질적으로 없으며, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - RO 차이는 7.5 mol% 이상이고, 여기서, RO는 2가 금속 산화물의 총합이다.
제20 관점은: 50.0 mol% 이상 내지 65.0 mol% 이하의 SiO2; 10.0 mol% 이상 내지 20.0 mol% 이하의 Al2O3; 10.0 mol% 이하의 Li2O + Na2O + K2O; 7.0 mol% 이상의 Li2O; 0.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 B2O3; 0.0 mol% 이상 내지 5.0 mol% 이하의 P2O5; 1.0 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하의 MgO + CaO + ZnO; 0.0 mol% 이상 내지 1.0 mol% 미만의 MgO; 0.1 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하의 희토류 금속의 산화물; 및 1.0 mol% 이하의 다른 종들(species)을 포함하는 유리 조성물을 포함한다.
제21 관점은: 30.0 wt% 이상 내지 55.0 wt% 이하의 SiO2; 16.0 wt% 이상 내지 25.0 wt% 이하의 Al2O3; 2.5 wt% 이상 내지 7.0 wt% 이하의 Li2O + Na2O + K2O; 2.5 wt% 이상의 Li2O; 0.5 wt% 이상 내지 1.5 wt% 이하의 MgO + CaO + ZnO; 1.0 wt% 이상 내지 45.0 wt% 이하의 희토류 금속의 산화물; 0.0 wt% 이상 내지 10.0 wt% 이하의 B2O3; 0.0 wt% 이상 내지 5.0 wt% 이하의 P2O5; 및 1.0 wt% 이하의 다른 종들을 포함하는 유리 조성물을 포함한다.
제22 관점은, 제18 내지 제21 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, Al2O3 (mol%)는 Li2O + Na2O + K2O + ZnO + MgO + CaO + P2O5 + 3.0 mol% 이상이고, 상기 유리 조성물은 10,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는다.
제23 관점은, 제18 내지 제23 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 50,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는다.
제24 관점은, 제18 내지 제23 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 0.9 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는다.
제25 관점은, 제18 내지 제24 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은, 90 GPa 이상 내지 100 GPa 이하의 영률을 갖는다.
제26 관점은, 제18 내지 제25 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 31 GPa·㎤/g 이상의 특정 모듈러스를 갖는다.
제27 관점은, 제18 내지 제21 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은: 1450℃ 이하의 200P 온도; 630℃ 이상의 어닐링점; 80 GPa 이상의 영률; 0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성; 및 31.0 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스를 갖는다.
제28 관점은, 제18 내지 제21 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은: 1300℃ 이하의 200P 온도; 650℃ 이상의 어닐링점; 100 GPa 이상의 영률; 및 0.83 MPa·m1/2 이하의 파괴 인성을 갖는다.
제29 관점은, 제18 내지 제21 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, SiO2의 함량은 60.0 mol% 이상이다.
제30 관점은, 제18 내지 제21 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 30.0 GPa·㎤/g 이상의 특정 모듈러스를 갖는다.
제31 관점은, 제18 내지 제21 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는다.
제32 관점은: 57.0 mol% 이상 내지 64.0 mol% 이하의 SiO2; 14.0 mol% 이상 내지 20.0 mol% 이하의 Al2O3; 10.0 mol% 이하의 Li2O + Na2O + K2O; 7.5 mol% 이상의 Li2O; 5.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 B2O3; 1.0 mol% 이상 내지 2.5 mol% 이하의 MgO + CaO + ZnO; 3.0 mol% 이상 내지 7.0 mol% 이하의 희토류 금속 산화물; 및 0.0 mol% 이상 내지 1.0 mol% 이하의 P2O5를 포함하는 유리 조성물을 포함한다.
제33 관점은, 제32 관점의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은: 1450℃ 이하의 200P 온도; 600℃ 이상의 어닐링점; 0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성; 80 GPa 이상의 영률; 및 30.0 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스를 포함한다.
제34 관점은, 제32 관점의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은: 1400℃ 이상 내지 1650℃ 이하의 200P 온도; 600℃ 이상의 어닐링점; 0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성; 80 GPa 이상의 영률; 및 30.0 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스를 포함한다.
제35 관점은, 제32 내지 제34 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 20,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는다.
제36 관점은, 제32 내지 제34 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 약 80,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는다.
제37 관점은: 60.1 mol% 이상 내지 70.0 mol% 이하의 SiO2; 12.0 mol% 이상 내지 20.0 mol% 이하의 Al2O3; 7.0 mol% 이상 내지 9.9 mol% 이하의 Li2O + Na2O + K2O; 7.0 mol% 이상 내지 9.9 mol% 이하의 Li2O; 0.0 mol% 이상 내지 2.9 mol% 이하의 Na2O; 0.0 mol% 이상 내지 1.0 mol% 이하의 K2O; 3.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 B2O3; 0.0 mol% 이상 내지 2.0 mol% 이하의 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO; 0.0 mol% 이상 내지 3.0 mol% 이하의 희토류 금속 산화물; 및 0.0 mol% 이상 내지 1.0 mol% 이하의 P2O5로 필수적으로 이루어지는 유리 조성물을 포함한다.
제38 관점은, 제37 관점의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은, 1600℃ 이하의 200P 온도, 600℃ 이상의 어닐링점, 0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성, 80 GPa 이상의 영률, 및 32.0 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스를 갖는다.
제39 관점은, 제37 또는 제38 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은 20,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는다.
제40 관점은, 제37 또는 제38 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은 150,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는다.
제41 관점은, 제37 내지 제40 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 약 13.0 mol% 이상의 Al2O3를 포함한다.
제40 관점은: SiO2; Al2O3; 및 Li2O를 포함하는 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은 6.5 mol% 이상의 Li2O를 포함하고, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O 차이는 4.5 mol% 이상이며, 여기서, R2O는, mol%로 Li2O, Na2O, 및 K2O의 총 함량이고, 상기 유리 조성물은: 1000 Poises 이상의 액상선 점도; 1550℃ 이하의 200P 온도; 및 600℃ 이상의 어닐링점을 갖는다.
제43 관점은, 제42 관점의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O - RO 차이는 4.5 mol% 이상이고, 여기서, R2O는, mol%로 Li2O, Na2O, 및 K2O의 총 함량이며, RO는 2가 금속 산화물의 총합이다.
제44 관점은, 제42 또는 제43 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은, 몰 기준으로 계산된, 5.0 mol% 이상인, Al2O3 - R2O 차이를 갖는다.
제45 관점은, 제42 내지 제44 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은 1450℃ 이하의 200P 온도를 갖는다.
제46 관점은, 제42 내지 제45 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은 660℃ 이상의 어닐링점을 갖는다.
제47 관점은, 제42 관점의 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O - RO - P2O5 차이는 2.5 mol% 이상이고, 여기서, R2O는 알칼리 금속 산화물의 총합이며, RO는 2가 금속 산화물의 총합이다.
제48 관점은, 제42 내지 제47 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은 10,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는다.
제49 관점은, 제42 내지 제48 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은: 92 GPa 이상의 영률; 33.9 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스; 및 0.9 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는다.
제50 관점은: SiO2; Al2O3; 및 Li2O를 포함하는 유리 조성물을 포함하고, 여기서, SiO2 (mol%)는, 4.0*Li2O + 6.0*(Na2O + K2O) + 2.0*(CaO + SrO + BaO) + 2.5*MgO + 0.5*Al2O3 - 1.0 이상, Li2O ≥ 6.0 mol%, Li2O + Na2O + K2O는 14.0 mol% 이하이며, 상기 유리 조성물은: 1000 Poises 이상의 액상선 점도; 1550℃ 이하의 200P 온도; 및 600℃ 이상의 어닐링점을 갖는다.
제51 관점은, 제50 관점의 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은 10,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는다.
제50 관점은, 제50 또는 제51 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은 85 GPa 이상의 영률을 갖는다.
제53 관점은, 제50 내지 제52 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는다.
제54 관점은, 제50 내지 제53 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 7.0 mol% 이상의 Li2O를 포함한다.
제50 관점은, 제50 내지 제54 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 10.0 mol% 이하의 Li2O + Na2O + K2O를 포함한다.
제56 관점은, 제50 내지 제55 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 630℃ 이상의 어닐링점을 갖는다.
제57 관점은: 68.0 mol% 이상 내지 80.0 mol% 이하의 SiO2; 6.7 mol% 이상 내지 12.5 mol% 이하의 Li2O + Na2O + K2O; 6.7 mol% 이상의 Li2O; 1.5 mol% 이하의 ZrO2 + TiO2; 및 0.0 mol% 이상인, Al2O3 (mol%) - ΣR2O (mol%) - ΣRO (mol%) 몰비를 포함하는 유리 조성물을 포함하고, 여기서, 상기 유리 조성물은: 1260℃ 이하인 액상선 온도를 포함하며, 여기서, R2O는, mol%로 모든 1가 산화물의 합이고, RO는, mol%로 모든 2가 산화물의 합이다.
제58 관점은, 제57 관점의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 70.0 mol% 이상 내지 75.0 mol% 이하의 SiO2를 포함한다.
제59 관점은, 제57 또는 제58 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 10.0 mol% 미만의 Li2O를 포함한다.
제60 관점은, 제57 내지 제59 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 K2O, TiO2, ZrO2 및 F가 실질적으로 없다.
제61 관점은, 제57 내지 제60 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 0.0 mol% 이상 내지 2.0 mol% 이하의 2가 금속 산화물을 더욱 포함한다.
제62 관점은, 제57 내지 제61 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 0.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 B2O3를 더욱 포함한다.
제63 관점은, 제57 내지 제62 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 0.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 P2O5를 더욱 포함한다.
제64 관점은, 제57 내지 제63 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 10,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는다.
제65 관점은, 제57 내지 제63 관점 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 유리 조성물은 300,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는다.
제66 관점은: 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징(housing); 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 제공되고, 적어도 컨트롤러(controller), 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 전면에 인접하여 제공되는 디스플레이를 포함하는 전기 구성요소(electrical components); 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하고, 여기서, 상기 하우징 또는 커버 기판의 일부 중 적어도 하나는, 전술한 관점들 중 어느 하나의 유리 조성물을 포함하는 유리 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품을 포함한다.
부가적인 특색 및 장점들은 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로 하기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 명백하거나, 또는 하기 상세한 설명, 청구범위뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 구현 예를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.
전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 다양한 구현 예를 설명하며, 청구된 주제의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 수반되는 도면은 다양한 구현 예의 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 병합되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 여기에 기재된 다양한 구현 예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은, 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 따른 유리 조성물 및 비교 유리 조성물에 대한 영률(E) 대 유리 조성물을 나타내는 그래프이다.
도 2는, 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 따른 유리 조성물 및 비교 유리 조성물에 대한 파괴 인성(KIc) 대 유리 조성물을 나타내는 그래프이다.
도 3은, 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 따른 유리 조성물 및 비교 유리 조성물에 대한 액상선 점도(ηliq) 대 유리 조성물을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 따른 유리 조성물 및 비교 유리 조성물에 대한 액상선 온도 대 유리 조성물을 나타내는 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 따른 유리 조성물에 대한 응력 대 깊이를 나타내는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 따른 유리 조성물에 대한 응력 대 깊이를 나타내는 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 여기에 개시되고 기재된 구현 예들에 따른 전자 장치들을 나타내는 개략도이다.
이하 언급은 다양한 구현 예에 따른 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 대해 상세하게 이루어질 것이다. 알칼리 알루미노실리케이트 유리는, 우수한 이온 교환성을 가지며, 화학적 강화 공정은 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 고강도 및 고인성을 달성하는데 사용되어 왔다. 리튬 알루미노실리케이트 유리는 이온 교환성이 높은 유리이다. 실리케이트 유리 네트워크(silicate glass network) 내로 Al2O3의 치환은, 이온 교환 동안에 1가 양이온의 상호확산성(interdiffusivity)을 증가시킨다. 용융염 욕조(예를 들어, KNO3 또는 NaNO3)에서 화학적 강화에 의해, 고강도, 고인성, 및 높은 압입 내균열성(indentation cracking resistance)을 갖는 유리는 달성될 수 있다.
이온 교환 강화와 같은, 화학적 강화는, 전술된 바와 같이, 유리 물품에서 압축 응력층(compression stress layer)을 결과한다. 이러한 압축 응력을 증가시키기 위해, 유리에서 응력의 완화(relaxation)는 최소화되어야 한다. 높은 어닐링점 및 높은 변형점을 갖는 유리 조성물은, 완화를 최소화할 수 있으며, 이에 의해, 유리 물품의 압축 응력을 증가시킬 수 있다. 높은 어닐링점 및 변형점은 저온에서 고점도를 갖는 유리를 형성시켜 달성될 수 있다.
영률 및 파괴 인성과 같은, 기타 기계적 특성을 개선하기 위해, 알루미나(Al2O3)와 같은 성분은 유리 조성물에 첨가될 수 있다. 또한, 종래의 성형 방법을 사용하여 유리 물품을 형성하기 위해서, 유리 조성물의 200 Poise 온도는 상대적으로 낮아야 한다. 부가하여, 낮은 액상선 온도는 유리 조성물이 리본 또는 물품으로 형성시 결정화되는 것을 방지하기 위해 요구될 수 있다. 모든 이들 성능 특성을 달성하고, 이온 교환 공정에 의해 쉽고 효과적으로 강화될 수 있는 유리 조성물을 공식화하는 것은 어렵다. 예를 들어, 200 Poise 온도를 낮추려는 시도는 또한 유리 조성물의 어닐링점과 변형점 및 액상선 점도를 낮출 수 있다. 마찬가지로, 이온 교환 공정의 효율성을 개선시킬 수 있는, 유리 조성물에 더 많은 리튬을 첨가하려는 시도는, 액상선 온도를 상승시킬 수 있으며, 기계적 특성을 개선하기 위해 너무 많은 알루미나의 첨가는, 더 높은 액상선 온도 및 용융 온도를 결과할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 제공된 유리 조성물 및 물품의 구현 예는, 상대적으로 높은 리튬 함량 및 낮은 함량의 다른 알칼리 금속을 갖는 유리 조성물을 제공한다. 이러한 유리 조성물은, 기존의 내화물과 양립 가능한 상대적으로 낮은 온도에서 용융될 수 있으며, 높은 변형점 및 어닐링점에 의해 나타낸 바와 같이, 고온에서 안정적이고, 바람직한 기계적 특성을 가지며, 상대적으로 높은 액상선 점도를 갖는다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "연화점"은, 유리 조성물의 점도가 107.6 poise인 온도를 지칭하고; 용어 "어닐링점"는 ASTM C598-93에 따라 결정된 온도를 지칭하며, 여기서, 주어진 유리 조성물의 유리의 점도는 대략 1013.2 poise이고; 용어 "변형점" 및 "Tstrain"은, ASTM C598-93에 따라 결정된 온도를 지칭하며, 여기서, 주어진 유리 조성물에서 유리의 점도는 대략 1014.7 poise이다. 용어 "액상선 온도"는 상기 온도 이상에서 유리 조성물이 유리의 구성 성분의 결정화를 갖지 않고 완전히 액체인 온도를 지칭하고; 용어 "액상선 점도"는 유리 조성물의 액상선 온도에서 유리 조성물의 점도를 지칭하며; 용어 "열팽창계수" 또는 "CTE"는 실온(RT)으로부터 300℃까지의 온도 범위에 걸쳐 유리 조성물의 선형 열팽창계수를 지칭한다.
용어 "유리-형성제(glass-former)"는, 예를 들어, 공기 중 냉각, 금속판 상에 주조, 업- 또는 다운-인발 공정, 등과 같은, 기존의 유리-제조 절차를 사용하여, 일반적인 속도로 냉각시 유리를 형성할 수 있는, (첨가제없이) 용융물에 단독으로 제공되는 물질을 의미한다. 가장 흔히 사용되는 유리-형성 산화물은 SiO2, B2O3, P2O5 및 GeO2이다. 유리에 충분히 많은 양(때로는 95 mol%까지 또는 심지어 그 이상)으로 제시될 수 있지만, 첨가제 없이 유리를 형성하지 못하는, 몇몇 기타 종들(예를 들어, TeO2, PbO, 등)이 있다. 이들 종들은 유리-형성제로 간주되지 않는다. 또한, 유리-형성제와 유사한 역할을 하지만, 또한 단독으로 유리를 형성할 수 없는, 유리 구조 내로 혼입될 수 있는, 몇몇 종들(예를 들어, Al2O3)이 있는데; 이들 종들 또한 유리-형성제로 간주되지 않는다.
유리 조성물에서 특정 구성 성분의 농도 및/또는 부재를 설명하기 위해 사용되는 경우, 용어 "없다" 및 "실질적으로 없다"는, 구성 성분이 유리 조성물에 의도적으로 첨가되지 않은 것을 의미한다. 그러나, 유리 조성물은, 0.05 mol% 미만의 양으로 오염원 또는 트램프(tramp)로서 미량의 구성 성분을 함유할 수 있다.
유리 조성물에서 특정 구성 성분을 설명하는데 사용되는 경우, 용어 "트램프"는, 유리 조성물에 의도적으로 첨가되지 않고, 0.05 mol% 미만의 양으로 존재하는 구성 성분을 지칭한다. 트램프 성분은, 또 다른 구성 성분에 불순물로서 또는 유리 조성물의 가공 동안 조성물 내로 트램프 성분의 이동을 통해, 유리 조성물에 의도하지 않게 첨가될 수 있다.
여기에 기재된 유리 조성물의 구현 예에서, 구성 성분(예를 들어, SiO2, Al2O3, Li2O, 및 이와 유사한 것)의 농도는, 별도로 명시되지 않는 한, 산화물 기준에 대한 몰 퍼센트(mol%)로 제공된다. 이하, 구현 예에 따른 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물의 성분은 개별적으로 논의된다. 한 구성요소의 다양하게 열거된 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 구성요소에 대해 다양하게 열거된 범위 중 어느 하나와 개별적으로 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
여기에 개시되고 기재된 유리 조성물의 구현 예는, 7.0 mol% 이상 내지 10.0 mol%의 양으로 리튬 및 별도로 명시하지 않는 한, 리튬을 포함하는 알칼리 금속의 총량이 10.0 mol% 이하가 되도록 소량의 다른 알칼리 금속을 포함한다. 여기에 개시되고 기재된 유리 조성물의 구현 예는 또한, 알칼리 금속 산화물 및 알칼리토 금속 산화물을 포함하는, 기타 개질 산화물(modifying oxide)보다 유리 조성물에 더 많은 Al2O3가 있도록, 많은 양의 Al2O3, 예컨대, 14.0 mol% 이상을 포함한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은 기타 개질 산화물 및 인 산화물(P2O5)에 비해 과잉의 Al2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은 Al2O3가 P2O5를 포함하지 않는 기타 개질 산화물을 초과하도록 유리 형성 성분으로서 P2O5를 포함할 수 있다.
구현 예에 따르면, 주요 유리-형성 성분은 실리카(SiO2)이며, 이는 조성물의 가장 많은 구성분이고, 그래서, 그 결과로 생긴 유리 네트워크의 주된 구성분이다. 이론에 의한 구속됨이 없이, SiO2는 유리의 화학적 내구성, 특히, 산 분해에 대한 유리 조성물의 저항성 및 물 분해에 대한 유리 조성물의 저항성을 향상시킨다. SiO2의 함량이 너무 낮으면, 유리의 화학적 내구성 및 내화학성은 저하될 수 있고, 유리는 부식되기 쉬울 수 있다. 따라서, 높은 SiO2 농도는 구현 예에서 일반적으로 요구된다. 그러나, SiO2의 함량이 너무 높으면, SiO2의 농도가 높을수록 유리 용융의 어려움이 증가시켜, 결국, 유리의 성형성에 악영향을 미치기 때문에, 유리의 성형성은 저하될 수 있다. 여기에 기재된 구현 예에서, 유리 조성물은 일반적으로 50.0 mol% 이상 내지 약 80.0 mol% 이하, 또는 50.0 mol% 이상 내지 65.0 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 SiO2를 포함한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 52.0 mol% 이상, 54.0 mol% 이상, 56.0 mol% 이상, 58.0 mol% 이상, 60.0 mol% 이상, 62.0 mol% 이상, 또는 64.0 mol% 이상의 양으로 SiO2를 포함한다. 구현 예에서, 유리 조성물은, 64.0 mol% 이하, 62.0 mol% 이하, 60.0 mol% 하, 58.0 mol% 이하, 56.0 mol% 이하, 54.0 mol% 이하, 또는 52.0 mol% 이하의 양으로 SiO2를 포함한다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 52.0 mol% 이상 내지 64.0 mol% 이하, 54.0 mol% 이상 내지 62.0 mol% 이하, 또는 56.0 mol% 이상 내지 60.0 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 SiO2를 포함한다.
구현 예에서, 유리 조성물은 산화 리튬, Li2O를 포함한다. 이론에 의한 구속됨이 없이, 이러한 성분을 유리 조성물에 첨가하는 것은, 예를 들어, 굽힘 및 장력에 대한 유리 물품의 강도를 증가시키는 유리 표면의 근처에 압축된 이온-교환 층을 만들기 위해, 더 큰 알칼리 금속 이온, 예컨대, 나트륨 이온(Na+)에 대해 리튬 이온(Li+)의 고-성능 이온 교환에 적합한 유리를 만든다. 구현 예에 따르면, 유리 조성물은, 4.0 mol% 이상의 Li2O, 몇몇 구현 예에서, 약 7.0 mol% 이상의 Li2O를 포함한다. 유리 조성물에 Li2O가 많을수록, 더 높은 압축 응력은 표면층에서 발생되고, 그 결과로 생긴 유리 물품의 강도는 더 커진다. 그러나, 교환된 층에서 압축 응력은 물품의 중심 부분에서 인장 응력에 의해 보상되어야 한다. 일반적으로, 표면에서 압축 응력이 더 높고, 교환된 층이 더 깊으면, 유리에서 중심 장력은 더 커진다. 그러나, Li2O 함량이 약 10 mol%를 크게 초과하면, 액상선 온도는 증가하는 경향이 있는 반면, 점도는 감소하여 액상선 점도의 급격한 하락을 야기한다. 따라서, 형성 및 제조를 위해 Li2O 함량을 약 10.0 mol% 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 구현 예에서, 유리 조성물은 일반적으로 6.7 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 Li2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 7.0 mol% 이상, 7.2 mol% 이상, 7.4 mol% 이상, 7.6 mol% 이상, 7.8 mol% 이상, 8.0 mol% 이상, 8.2 mol% 이상, 8.4 mol% 이상, 8.6 mol% 이상, 8.8 mol% 이상 , 9.0 mol% 이상, 9.2 mol% 이상, 9.4 mol% 이상, 9.6 mol% 이상, 또는 9.8 mol% 이상의 양으로 Li2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 9.8 mol% 이하, 9.6 mol% 이하, 9.4 mol% 이하, 9.2 mol% 이하, 9.0 mol% 이하, 8.8 mol% 이하, 8.6 mol% 이하, 8.4 mol% 이하, 8.2 mol% 이하, 8.0 mol% 이하, 7.8 mol% 이하, 7.6 mol% 이하, 7.4 mol% 이하, 또는 7.2 mol% 이하의 양으로 Li2O를 포함한다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 7.2 mol% 이상 내지 9.8 mol% 이하, 예컨대, 7.4 mol% 이상 내지 9.6 mol% 이하, 7.6 mol% 이상 내지 9.4 mol% 이하, 7.8 mol% 이상 내지 9.2 mol% 이하, 8.0 mol% 이상 내지 9.0 mol% 이하, 8.2 mol% 이상 내지 8.8 mol% 이하, 또는 8.4 mol% 이상 내지 8.6 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 Li2O를 포함한다.
구현 예에 따른 유리 조성물은 알루미나(Al2O3)를 포함한다. Li2O, 또는 이와 유사한 것과 같은, 유리 조성물에 존재하는 알칼리 금속 산화물과 함께, Al2O3는, 이온 교환 강화에 대한 유리의 민감성(susceptibility)을 개선시킨다. 좀 더 구체적으로, 유리 조성물에 Al2O3의 양을 증가시키는 것은, 유리에서 이온 교환의 속도를 증가시키고, 이온 교환의 결과로서 유리의 압축 층에 생성되는 압축 응력을 증가시킨다. 이론에 의한 구속됨이 없이, Al2O3로 보상된 알칼리 금속 산화물은, Al2O3로 보상되지 않은 알칼리 산화물에 비해 이온 교환 동안에 더 큰 이동도(mobility)를 나타낸다. Al2O3는 또한, 특히 유리에서 이의 함량(몰 퍼센트)이 알칼리 금속 산화물의 총 함량(또한 몰 퍼센트)을 초과하는 경우, 유리의 경도 및 내손상성을 증가시킬 수 있다. 또한, Al2O3는 유리의 어닐링점 및 변형점을 증가시킬 수 있고, 이는 유리를 고온에 대해 더 내구성 있게 만든다. 그러나, 유리 조성물에 Al2O3의 첨가는 보통, 예를 들어, 스포듀민(spodumene), 커런덤(corundum), 멀라이트(mullite), 등과 같은, 다양한 내화성 종들의 형성으로 인해 액상선 온도를 증가시킨다. 이것은 액상선 점도의 감소로 이어질 수 있고, 따라서, 생산 동안에, 예를 들어, 퓨전 다운인발 공정 동안에, 유리 조성물의 결정화를 유발할 수 있다. 따라서, 구현 예의 유리 조성물은, 알칼리 금속 산화물의 총 함량을 초과하는 양으로 Al2O3를 포함하지만, 액상선 점도를 과도하게 감소시키지는 않는다. 구현 예들에 따르면, 이것은 10.0 mol% 이상 내지 25.0 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 Al2O3의 농도에 해당한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 14.5 mol% 이상, 15.0 mol% 이상, 15.5 mol% 이상, 16.0 mol% 이상, 16.5 mol% 이상, 17.0 mol% 이상, 17.5 mol% 이상, 18.0 mol% 이상, 18.5 mol% 이상, 19.0 mol% 이상, 또는 19.5 mol% 이상의 양으로 Al2O3를 포함한다. 구현 예에서, 유리 조성물은, 19.5 mol% 이하, 19.0 mol% 이하, 18.5 mol% 이하, 18.0 mol% 이하, 17.5 mol% 이하, 17.0 mol% 이하, 16.5 mol% 이하, 16.0 mol% 이하, 15.5 mol% 이하, 15.0 mol% 이하, 또는 14.5 mol% 이하의 양으로 Al2O3를 포함한다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 14.5 mol% 이상 내지 19.5 mol% 이하, 예컨대, 15.0 mol% 이상 내지 19.0 mol% 이하, 15.5 mol% 이상 내지 18.5 mol% 이하, 16.0 mol% 이상 내지 18.0 mol% 이하, 또는 16.5 mol% 이상 내지 17.5 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 Al2O3를 포함한다.
구현 예에 따른 유리 조성물은 또한, Li2O 이외의, 알칼리 금속 산화물(또한 여기에서 "알칼리" 및 약어 "R2O"로 지칭됨)(예를 들어, Na2O, K2O, Rb2O 및 Cs2O)을 포함할 수 있다.
구현 예들에 따르면, 유리 조성물은 산화 나트륨(Na2O)을 포함한다. 유리 조성물에서 Na2O의 양은 또한 유리 조성물로 제조된 유리의 이온 교환성과 관련된다. 구체적으로, 유리 조성물에 Na2O의 존재는, 유리 매트릭스를 통한 Na+ 이온의 확산성(diffusivity)을 증가시켜 유리의 이온 교환 강화 동안에 이온 교환 속도를 증가시킬 수 있다. 또한, Na2O는, 스포듀민, 멀라이트 및 커런덤과 같은, 알루미나 함유 종의 결정화를 억제할 수 있고, 따라서, 액상선 온도를 낮추고, 액상선 점도를 높일 수 있다. 그러나, 이론에 의한 구속됨이 없이, 유리 조성물에 존재하는 Na2O의 양이 증가함에 따라, 이온 교환을 통해 유리에서 얻을 수 있는 압축 응력은 감소한다. 예를 들어, 나트륨 이온과 동일한 크기의 또 다른 나트륨 이온의 이온 교환은, 압축 층에서 압축 응력의 순 증가(net increase)를 결과하지 않지만, 여분의 Na2O는 유리를 연화시키고 응력 완화의 속도를 높인다. 따라서, 유리 조성물에서 Na2O 양을 증가시키는 것은, 종종 이온 교환에 의해 유리에 생성되는 압축 응력을 감소시킨다. 또한, Na2O는, 이것이 탄성 계수(elastic modulus) 및 파괴 인성을 감소시키고, 및/또는 유리의 어닐링점 및 변형점을 감소시키기 때문에, 유리의 기계적 특성을 악화시킬 수 있다. 따라서, 구현 예에서, 유리 조성물에 존재하는 Na2O의 양을 제한하는 것이 바람직하다. 몇몇 구현 예에서, Na2O의 양은 0.0 mol% 이상 내지 4.0 mol% 이하이다. 몇몇 다른 구현 예에서, Na2O의 함량은 3.0 mol% 이하이다. 따라서, 구현 예에서, Na2O가 유리 조성물에 존재할 필요가 없는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, Na2O가 유리 조성물에 포함되는 경우, 유리 조성물에서 Na2O의 양은, 0.5 mol% 이상, 1.0 mol% 이상, 1.5 mol% 이상, 2.0 mol% 이상, 2.5 mol% 이상, 3.0 mol% 이상, 또는 3.5 mol% 이상이다. 구현 예에서, 유리 조성물은, 3.5 mol% 이하, 3.0 mol% 이하, 2.5 mol% 이하, 2.0 mol% 이하, 1.5 mol% 이하, 1.0 mol% 이하, 또는 0.5 mol% 이하의 양으로 Na2O를 포함한다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 0.5 mol% 이상 내지 3.5 mol% 이하, 예컨대, 1.0 mol% 이상 내지 3.0 mol% 이하, 또는 1.5 mol% 이상 내지 2.5 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 Na2O를 포함한다.
구현 예에 따른, 유리 조성물은 K2O를 더욱 포함할 수 있다. 유리 조성물에 존재하는 K2O의 양은 또한 유리 조성물의 이온 교환성과 관련된다. 구체적으로, 유리 조성물에 존재하는 K2O의 양이 증가함에 따라, 이온 교환을 통해 얻을 수 있는 유리에서 압축 응력은 칼륨 및 나트륨 이온들의 교환의 결과로서 감소한다. 또한, 산화 나트륨과 같이, 산화 칼륨은, 액상선 온도를 낮출 수 있고, 액상선 점도를 증가시킬 수 있지만, 동시에, 탄성 계수 및 파괴 인성을 감소시키고 및/또는 어닐링점 및 변형점을 감소시킨다. 따라서, 유리 조성물에 존재하는 K2O의 양을 제한하는 것이 바람직하다. 따라서, 몇몇 구현 예의 유리 조성물은 K2O를 포함하지 않는다. 그러나, 유리 조성물의 몇몇 구현 예는, 0.5 mol% 이하로 K2O를 포함한다.
Rb2O 및 Cs2O와 같은, 다른 알칼리는 또한, 몇몇 구현 예에 따라, 유리 조성물에 제공될 수 있다. 이들 알칼리는 위에서 논의된 K2O와 동일한 방식으로 유리 조성물에 영향을 미친다. 그러나, 이들 성분은, K2O보다 더 낮은 농도에서, 밀도 증가, 탄성 계수 및 파괴 인성 감소, 교환된 층에서 압축 응력 감소, 등과 같은, 바람직하지 않은 효과를 발생시킨다. 따라서, 몇몇 구현 예의 유리 조성물은, 이러한 알칼리를 포함하지 않는다. 그러나, 유리 조성물의 몇몇 구현 예는 0.5 mol% 미만으로 이들 알칼리를 포함할 수 있다.
위에서 개시된 바와 같이, 알칼리에 비해 과잉의 알루미나(즉, 몰 퍼센트로 Al2O3 - R2O 차이)는, 결합되지 않은(보상되지 않은) 알칼리의 양의 수치적 측정이다. 구현 예에 따른 이온 교환 성능 및 기계적 특성을 개선하기 위해, 이러한 차이는 양수이어야 한다(즉, 유리 조성물은 알칼리보다 더 많은 알루미나를 포함해야 한다). 그러나, 이러한 차이가 너무 커지면, 액상선 온도 및 이온 교환 성능은 저하된다. 따라서, 구현 예에서, 알루미나 대 알칼리의 차이(즉, Al2O3 - R2O)는, 20.0 mol% 이하, 15.0 mol% 이하, 10.0 mol% 이하, 또는 5.0 mol% 이하이다. 구현 예에서, 알루미나 대 알칼리의 차이는, 5.0 mol% 이상, 10.0 mol% 이상, 또는 15.0 mol% 이상이다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 몇몇 구현 예에서, 알루미나 대 알칼리의 차이는, 5.0 mol% 이상 내지 20.0 mol% 이하, 예컨대, 10.0 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위이다.
알칼리토 금속 산화물, 즉, BeO, MgO, CaO, SrO, BaO 또는 이들의 조합(또한 여기에서 "알칼리토류" 또는 "RO"라 지칭됨), 뿐만 아니라 다른 2가 금속 산화물, 예를 들어, ZnO, NiO, MnO, 등은, 유리 배치 물질(batch materials)의 용융성을 개선시키고, 그 결과로 생긴 유리의 화학적 내구성을 증가시키기 위해 유리 조성물의 구현 예에 존재할 수 있다. 특히, 이론에 의한 구속됨이 없이, 소량의 알칼리토 산화물의 존재는, 유리 조성물의 액상선 점도를 증가시키는 작용을 할 수 있다. 그러나, 유리 조성물에 너무 많은 알칼리토류의 함량은, 알루미노실리케이트의 결정화를 야기할 수 있고, 따라서, 유리 조성물의 액상선 점도를 감소시킬 수 있다. 알칼리토류의 존재는 또한 그 결과로 생긴 유리의 이온 교환 성능에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 여기에 기재된 유리 조성물에서, 유리 조성물에 존재하는 알칼리토 산화물(즉, RO (mol%))의 총량은 일반적으로 유리의 이온 교환성을 개선시키는 유리 조성물에 존재하는 알칼리 산화물의 총량 (mol%)보다 적다. 구현 예에서, 유리 조성물은 일반적으로 0.0 mol% 이상 내지 5.0 mol% 이하의 알칼리토 산화물, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위를 포함한다.
몇몇 구현 예에서, 알칼리토 산화물은, 5.0 mol% 이하의 양으로 MgO를 포함할 수 있다. 이론에 의한 구속됨이 없이, 과잉의 Al2O3에서, MgO는 고온에서 스피넬(spinel)의 결정화를 일으킬 수 있으며, 이는 액상선 온도를 증가시키고, 유리 조성물의 액상선 점도를 감소시킨다. 따라서, 이러한 구현 예에서, MgO의 함량은 제한되어야 한다. 따라서, 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 약 0.0 mol% 이상 내지 약 2.0 mol% 이하, 또는 약 1.0 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 MgO를 포함할 수 있다. 따라서, MgO는, 몇몇 구현 예의 유리 조성물에 존재할 필요가 없는 것으로 이해되어야 한다.
몇몇 구현 예에서, 알칼리토 산화물은, 0.0 mol% 이상 내지 4.0 mol% 이하, 예컨대, 0.5 mol% 이상 내지 3.5 mol% 이하, 1.0 mol% 이상 내지 3.0 mol% 이하, 또는 1.5 mol% 이상 내지 2.5 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 CaO를 선택적으로 포함할 수 있다. 이론에 의한 구속됨이 없이, CaO의 존재는 유리 조성물의 액상선 점도를 증가시킬 수 있다. 그러나, 유리 조성물에 너무 많은 CaO는, 그 결과로 생긴 유리에서 이온 교환의 속도를 감소시킬 수 있다. 따라서, CaO는 몇몇 구현 예에 따른 유리 조성물에 존재할 필요가 없는 것으로 이해되어야 한다.
더욱이, 구현 예에 따르면, 알칼리토 금속 산화물은 선택적으로 SrO 및/또는 BaO를 포함할 수 있다. 이들은 CaO와 유사한 유리 특성을 제공하지만, 유리의 밀도를 증가시키는 바람직하지 않은 효과를 가질 수 있다. 따라서, 이러한 알칼리토 산화물이 구현 예의 유리 조성물에 포함되는 경우, 이들의 총 함량은, 5.0 mol% 이하, 예컨대, 4.0 mol% 이하, 3.0 mol% 이하, 2.0 mol% 이하, 1.0 mol% 이하, 또는 0.5 mol% 이하이어야 한다. SrO 및/또는 BaO는, 몇몇 구현 예에 따른 유리 조성물에 존재할 필요가 없는 것으로 이해되어야 한다.
구현 예에 따른, 유리 조성물은, 소량의 산화 아연, ZnO를 함유할 수 있다. 산화 아연은 과잉의 Al2O3를 부분적으로 보상할 수 있으며, 이는 멀라이트의 결정화의 약간의 억제로 이어지고, 따라서, 액상선 온도를 낮추고 액상선 점도를 증가시킨다. 또한, 마그네슘 및 기타 종과 달리, 아연은, 내화성 알루미노실리케이트를 형성하지 않는다. 그러나, 과잉의 Al2O3에서, 산화 아연은 단독으로 또는 산화 마그네슘과 함께, 고온에서 결정화될 수 있는 스피넬을 형성할 수 있으며, 따라서, 이러한 경우에서, ZnO는 액상선 온도를 증가시킬 수 있고 액상선 점도를 감소시킬 수 있다. 따라서, ZnO는 몇몇 구현 예의 유리 조성물에 존재할 필요가 없는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 과잉의 알루미나를 갖는 유리 조성물의 구현 예에 ZnO가 포함되는 경우, 유리 조성물에서 ZnO의 양은 일반적으로 3.0 mol% 이하, 2.0 mol% 이하, 1.0 mol% 이하, 또는 0.5 mol% 이하이다.
알칼리 및 알칼리토 금속 산화물은, 다른 2가 금속 산화물과 함께, 알루미노실리케이트 유리의 구조에서 개질제(modifiers)의 역할을 한다. 이론에 의한 구속됨이 없이, 이들은 알루미나와 반응하여, 비-가교(non-bridging) 산소 원자의 일부 또는 전부를 제거한다. 그러나, 알루미나는, 유리 구조에서 개질제와 결합하여, 탄성 계수 및 파괴 인성과 같은, 기계적 특성을 상당히 개선시키는 능력을 상실한다. 이러한 효과는, 유리 조성물이 모든 개질 산화물보다 약간 과잉의 알루미나를 포함하는 경우에만 나타날 수 있으며, 이는 Al2O3 - R2O - RO (mol%) 차이가 양수임을 의미한다. 따라서, 이러한 차이는, 유리 조성물의 전-술된 기계적 특성에 대한 개질 산화물 및 알루미나의 기여에 대한 대략적인 수치적 특성으로 사용될 수 있다. 일반적으로, Al2O3 - R2O - RO의 차이가 클수록, 기계적 특성은 더 좋다.
또한, 유리 조성물에서 60.0 mol% 이하와 같은, 낮은 함량의 SiO2, 및 높은 함량의 Al2O3에서, 이것은 고온(예컨대, 1200℃ 초과, 1300℃ 초과, 및 심지어 1400℃ 초과)에서 결정화될 수 있어서, 주된 결정질 상으로 커런덤을 침전시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 몇 가지 예방책은 이러한 효과를 방지하기 위해 취할 수 있다. 몇 가지 실험 연구 후에, 고-온 결정화로부터 커런덤을 방지하는 다음의 규칙을 발견하였다:
SiO2 ≥ 4.0*Li2O + 6.0*(Na2O + K2O) + 2.0*(CaO + SrO + BaO) + 2.5*MgO + 0.5*Al2O3 - 1.0,
여기서, 산화물의 화학식은 유리 조성물에서 이들의 몰 퍼센트를 의미한다. 이러한 수식에서 수치는, 예를 들어, 알바이트(albite)(Na2O:Al2O3:SiO2 = 1:1:6) 또는 스포듀민(Li2O:Al2O3:SiO2 = 1:1:4)와 같이, 고 함량의 실리카를 갖는 알려진 화합물(실리케이트 또는 알루미노실리케이트)에서 실리카와 개질 산화물 사이에 비율에 해당한다. 상기 비는 절대적인 것은 아니지만, 고온에서 커런덤 및 혹시, 기타 결정질 상의 바람직하지 않은 침전을 방지하는데 도움이 되는 지표로서 역할을 한다. 따라서, 구현 예에 따른 유리 조성물은 상기 비를 충족시킨다.
그러나, 알루미노실리케이트 시스템에 대한 상 다이어그램(phase diagrams)에서 알 수 있듯이, Al2O3의 양이 유리 조성물에서 알칼리 산화물 및 알칼리토 산화물의 합을 초과하는 경우, 유리 조성물의 액상선 온도는 급속히 증가한다. 따라서, 높은 기계적 성능을 유지하고 충분히 높게 액상선 점도를 유지하기 위해, 더 많은 종들은 유리 조성물에 첨가되어야 한다. 이러한 목적을 위해, 유리 조성물은 또한 붕소 산화물(B2O3) 및/또는 인 산화물(P2O5)을 포함할 수 있다.
그러나, P2O5와 연관되어, 알루미나는 여전히 기계적 특성에 긍정적인 효과의 일부를 상실한다. 따라서, P2O5를 포함하는 구현 예의 경우, 기계적 성능에 대한 성분들의 상관관계는, 몰 퍼센트로, Al2O3 - R2O - RO - P2O5의 차이일 것이다. 구현 예에서, 유리 조성물은, 0.0 mol% 이상 내지 5.0 mol% 이하 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 P2O5를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 0.5 mol% 이상, 1.0 mol% 이상, 1.5 mol% 이상, 2.0 mol% 이상, 2.5 mol% 이상, 3.0 mol% 이상, 3.5 mol% 이상, 4.0 mol% 이상, 또는 4.5 mol% 이상의 양으로 P2O5를 포함할 수 있다. 구현 예들에서, 유리 조성물은, 4.5 mol% 이하, 4.0 mol% 이하, 3.5 mol% 이하, 3.0 mol% 이하, 2.5 mol% 이하, 2.0 mol% 이하, 1.5 mol% 이하, 1.0 mol% 이하, 또는 0.5 mol% 이하의 양으로 P2O5를 포함할 수 있다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 0.5 mol% 이상 내지 4.5 mol% 이하, 1.0 mol% 이상 내지 4.0 mol% 이하, 1.5 mol% 이상 내지 3.5 mol% 이하, 또는 2.0 mol% 이상 내지 3.0 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 P2O5를 포함할 수 있다.
산화 붕소(B2O3)는, 정해진 온도(예를 들어, 보통 유리 용융 가열로에서 가장 높은 온도이고 유리가 용융되는, 200P 온도 또는 200 poise의 점도에 해당하는 온도)에서 유리의 점도를 감소시키기 위해 유리 조성물에 첨가될 수 있는 플럭스(flux)이고, 이에 의해 유리의 품질과 성형성을 개선시킨다. 약 10 mol% 이상과 같은, 고농도에서, 산화 붕소는 멀라이트의 결정화를 억제할 수 있다. B2O3의 존재는 또한 유리 조성물로 만들어진 유리의 내손상성을 개선시킬 수 있다. 그러나, B2O3의 첨가는, 유리 조성물에서 나트륨 및 칼륨 이온들의 확산성을 현저히 감소시키고, 궁극적으로, 그 결과로 생긴 유리의 이온 교환 성능에 악영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 특히, B2O3의 첨가는, 붕소가 없는 유리 조성물에 비해 유리에서 정해진 층의 깊이를 달성하는데 필요한 시간을 증가시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. B2O3의 첨가는 또한 정해진 기간에서 유리에 목표의 층의 깊이에 도달하는데 필요한 이온 교환 속도를 달성하기 위해 이온 교환이 수행되는 온도를 증가시킬 수 있다. 구현 예들에서, 유리 조성물은, 0.0 mol% 이상의 B2O3 내지 8.0 mol% 이하의 B2O3 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 B2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 1.0 mol% 이상, 2.0 mol% 이상, 3.0 mol% 이상, 4.0 mol% 이상, 5.0 mol% 이상, 6.0 mol% 이상, 또는 7.0 mol% 이상의 양으로 B2O3를 포함할 수 있다. 구현 예들에서, 유리 조성물은, 7.0 mol% 이하, 6.0 mol% 이하, 5.0 mol% 이하, 4.0 mol% 이하, 3.0 mol% 이하, 2.0 mol% 이하, 또는 1.0 mol% 이하의 양으로 B2O3를 포함할 수 있다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 1.0 mol% 이상 내지 7.0 mol% 이하, 2.0 mol% 이상 내지 6.0 mol% 이하, 또는 3.0 mol% 이상 내지 5.0 mol% 이하 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 B2O3를 포함한다.
구현 예에서, 네트워크 형성 성분(예를 들어, Al2O3 + SiO2 + B2O3 + P2O5)의 총량은, 75.0 mol% 이상, 예컨대, 75.5 mol% 이상, 76.0 mol% 이상 , 76.5 mol% 이상, 77.0 mol% 이상, 77.5 mol% 이상, 78.0 mol% 이상, 78.5 mol% 이상, 79.0 mol% 이상, 79.5 mol% 이상, 또는 80.0 mol% 이상이다. 많은 양의 네트워크 형성제를 갖는 것은, 유리의 연결성(connectivity)과 자유 부피(free volume)를 증가시켜, 덜 부서지게 하고 내손상성을 개선시킨다. 다른 구현 예에서, 네트워크 형성 성분의 총량은, 85.0 mol% 이하, 84.5 mol% 이하, 84.0 mol% 이하, 83.5 mol% 이하, 83.0 mol% 이하, 82.5 mol% 이하, 82.0 mol% 이하, 81.5 mol% 이하, 81.0 mol% 이하, 80.5 mol% 이하, 80.0 mol% 이하, 79.5 mol% 이하, 또는 79.0 mol% 이하이다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 몇몇 구현 예에서, 네트워크 형성 성분의 총량은, 75.5 mol% 이상 내지 84.5 mol% 이하, 76.0 mol% 이상 내지 84.0 mol% 이하, 76.5 mol% 이상 내지 83.5 mol% 이하, 77.0 mol% 이상 내지 83.0 mol% 이하, 77.5 mol% 이상 내지 82.5 mol% 이하, 78.0 mol% 이상 내지 82.0 mol% 이하, 78.5 mol% 이상 내지 81.5 mol% 이하, 79.0 mol% 이상 내지 81.0 mol% 이하, 또는 79.5 mol% 이상 내지 80.5 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위이다.
구현 예에서, 유리 물품은 비소 및 안티몬 중 하나 또는 둘 모두가 실질적으로 없을 수 있다.
유리의 이온 교환 성능에 대한 B2O3의 효과는, 유리 조성물에서 B2O3의 존재를 보상할 수 있는, 유리 조성물에 더 많은 양의 Li2O 및 Al2O3를 첨가시켜 보상될 수 있다. 예를 들어, 유리 조성물에서 Li2O 및 Al2O3의 양에 대한 B2O3의 비를 제어하여 유리의 이온 교환 성능에 대한 B2O3의 영향은 완화될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 특히, Li2O (mol%) + Al2O3 (mol%)의 합이 유리 조성물에서 B2O3 (mol%)의 양의 2배를 초과하는 구현 예에서, 그 결과로 생긴 유리에서 알칼리 산화물의 확산성은 감소되지 않으며, 그래서, 유리의 이온 교환 성능이 유지되는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 구현 예에서, Li2O 및 Al2O3 모두를 다량으로 포함하는 조성물에서 산화 붕소는, Li2O > B2O3 및 Al2O3 > B2O3 (모두 mol%)가 되게 한다.
인 산화물(P2O5)의 존재는, Al2O3 (mol%)가 약 1 mol%를 초과하여 R2O (mol%) + RO (mol%)를 초과하는 경우, 유리-형성 용융물로부터 멀라이트, 스포듀민, 및 몇몇 다른 종들(예를 들어, 스피넬)의 결정화를 억제하여 유리 조성물의 액상선 점도를 증가시킨다. 유리 조성물에 P2O5의 존재는 액상선 온도를 감소시켜 과잉 Al2O3를 보상하며, 따라서, 유리 조성물의 액상선 점도를 증가시킨다. P2O5의 첨가는, 액상선 점도의 현저한 하락없이 약 5.0 mol%까지 Al2O3 - R2O - RO의 양수 값에 도달하는 것을 가능하게 한다.
구현 예에서, mol%로, Al2O3/R2O의 관계는 1.00 이상이다. Al2O3 대 R2O의 비가 1.00를 초과하면, 유리의 변형점 및 어닐링점은 증가한다. 이것은 이온 교환 동안에 일어날 수 있는 응력 완화를 낮추고, 더 큰 압축 응력과 중심 장력을 결과한다. 이러한 값은, 유리 설계에서 면밀하게 제어되어 실리카 매듭(silica knots)과 같은 함유물(inclusions)로 인한 손실을 줄여 수율을 개선시킨다. 몇몇 구현 예에서, Al2O3/R2O의 몰비는, 1.06 이상, 1.10 이상, 1.20 이상, 1.30 이상, 1.40 이상, 1.50 이상, 1.60 이상, 1.70 이상, 1.80 이상, 1.90 이상, 또는 2.00 이상이다. 그러나, Al2O3/R2O 비가 너무 높으면, 유리는 쉽게 액상선 온도가 높아질 수 있고, 따라서, 액상선 점도가 낮아질 수 있다. 구현 예에서, Al2O3/R2O의 몰비는, 2.10 이하, 2.00 이하, 1.90 이하, 1.80 이하, 1.70 이하, 1.60 이하, 1.50 이하, 1.40 이하, 1.30 이하, 1.20 이하, 또는 1.10 이하이다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 또 다른 구현 예에서, Al2O3/R2O의 몰비는, 1.06 이상 내지 2.10 이하, 1.10 이상 내지 1.90 이하, 1.20 이상 내지 1.80 이하, 또는 1.30 이상 내지 1.70 이하 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위이다.
구현 예들에 따르면, Al2O3 - R2O - RO - P2O5의 차이는 더 높은 값, 예를 들어, 2.50 mol% 이상 내지 7.25 mol% 이하, 예컨대, 2.75 mol% 이상 내지 7.00 mol% 이하, 3.00 mol% 이상 내지 6.75 mol% 이하, 3.25 mol% 이상 내지 6.50 mol% 이하, 3.50 mol% 이상 내지 6.25 mol% 이하, 3.75 mol% 이상 내지 6.00 mol% 이하, 4.00 mol% 이상 내지 5.75 mol% 이하, 4.25 mol% 이상 내지 5.50 mol% 이하, 4.50 mol% 이상 내지 5.25 mol% 이하, 또는 4.75 mol% 이상 내지 5.00 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위이다. 높은 값의 Al2O3 - R2O - RO - P2O5를 갖는 유리의 구현 예는, 이러한 비와 기계적 성능의 주요 특성 사이에 높은 상관관계를 확인한다. 도 1은, 과잉의 알루미나 대 개질 산화물 + P2O5를 증가시킴에 따라 영률을 증가시키는 경향을 보여준다. 도 2는, 파괴 인성에 대해 유사한 경향을 보여준다. 도들 모두에서, 시리즈(Series) 1은, 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 따른 유리를 나타내고, 시리즈 2는 대표 조성물을 나타낸다. 이들 및 다른 도들에서, 산화물의 농도는, mol%로 표시되며, 조성 면적(composition area)과 관련된 데이터는 다음의 제한에 의해 한정된다: SiO2 ≥ 50.0 mol%; Li2O ≥ 6.9 mol%; Li2O/R2O ≥ 2/3; Al2O3 - R2O - RO - P2O5 ≥ O.0 mol%, 여기서, R2O는 mol%로 모든 1가 산화물의 합이고, RO는 mol%로 모든 2가 산화물의 합이다.
도 1 및 2에서 볼 수 있듯이, (Al2O3 - R2O - RO - P2O5)의 가장 높은 값에서, 90 GPa 및 심지어 대략 100 GPa 만큼 높은 영률은 달성될 수 있으며, 0.85 MN·m3/2 및 심지어 대략 0.90 MN·m3/2 만큼 높은 파괴 인성은 달성될 수 있다.
도 1 및 2에 나타낸 높은 영률 및 파괴 인성은, 일반적으로 높은 액상선 온도(예컨대, 1300℃ 초과, 및 심지어 1400℃ 초과)와 관련이 있다. 따라서, 액상선 점도는 100 Poises 미만, 및 심지어 10 Poises 미만이 될 수 있다. 이러한 낮은 액상선 점도에서, 유리 산업에 사용되는 기존의 유리-형성 방법은 사용될 수 없다. 여기에 개시되고 기재된 구현 예들의 이러한 유리 조성물을 다루기 위해, 약간의 희토류 금속 산화물을 포함한다.
구현 예의 유리 조성물에서 희토류 금속 산화물의 존재는, 그 결과로 생긴 유리의 파괴 인성뿐만 아니라, 모듈러스, 강성, 또는 모듈러스 및 강성을 증가시킬 수 있다. Al2O3의 함량이 R2O, RO 및 P2O5의 총 함량을 초과하는 경우, 희토류 금속 산화물은 또한 과잉의 Al2O3를 보상할 수 있고, 이는 액상선 온도를 감소시켜, 액상선 점도도 증가시킬 수 있다. 또한, 희토류 금속 산화물은, (200P 온도의 약간의 감소를 포함하는) 고-온 점도를 감소시킬 수 있고, 이는 유리를 쉽게 용융시킬 수 있으며, 동시에, 어닐링점 및 변형점을 증가시켜, 고온에서 더 내구성이 있는 유리를 만든다. 따라서, 그 결과로 생긴 점도-온도 곡선은, 증가된 저-온 점도 및 감소된 고-온 점도로, 상당히 가파르게 된다. 이러한 상황에서, 이러한 곡선의 중간 부분은 상대적으로 느리게 변화한다. 따라서, 액상선 온도가 충분히 낮으면, 액상선 점도에 대한 희토류 금속 산화물의 그 결과로 생긴 효과는 거의 없거나 또는 심지어 긍정적이다. 그러나, 이러한 효과는, 액상선 온도가 상승하는 한, 부정적이고 매우 커지며, 이는 희토류 금속 산화물이 유리 조성물에 상대적으로 높은 함량으로 존재하는 경우, 가능한다. 이러한 경우에서, 이들은 란탄 및 이트륨 디실리케이트, 란탄 알루미네이트, 이트륨 알루미늄 가넷(YAG), 등등과 같은, 내화성 화합물을 형성할 수 있고, 이는 액상선 온도를 상승시킬 수 있고, 액상선 점도를 감소시킬 수 있다.
희토류 금속 산화물은 유리 조성물에 첨가되어 그 결과로 생긴 유리 물품에 많은 물리적 및 화학적 속성들을 제공할 수 있다. 희토류 금속 산화물은, IUPAC 주기율표의 란탄족 계열에 나열된 금속의 산화물에 더하여 이트륨 및 스칸듐을 지칭한다. 유리 조성물에 희토류 금속 산화물의 존재는, 그 결과로 생긴 유리의 모듈러스, 강성, 또는 모듈러스 및 강성을 증가시킬 수 있다. 희토류 금속 산화물은 또한 유리 조성물의 액상선 점도를 증가시키는데 도움이 될 수 있다. 부가적으로, 특정 희토류 금속 산화물은 유리에 색상을 부가할 수 있다. 색상이 필요하지 않거나 또는 요구되지 않는 경우, 그 다음 유리 조성물은, 란탄 산화물(La2O3), 이트륨 산화물(Y2O3), 가돌리늄 산화물(Gd2O3), 이테르븀 산화물(Yb2O3), 루테튬 산화물(Lu2O3), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 착색된 유리의 경우, 희토류 금속 산화물은, Ce2O3, Pr2O3, Nd2O3, Sm2O3, Eu2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Tm2O3, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. Ce2O3 및 Gd2O3와 같은 몇몇 희토류 금속 산화물은, UV 복사(UV radiation)를 흡수하므로, 이러한 산화물을 함유하는 커버 유리는, 유해한 UV 복사로부터 OLED 디스플레이 장치를 보호할 수 있다. 구현 예들에 따르면, 유리 조성물은, 0.0 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 농도로 희토류 산화물을 포함한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 0.1 mol% 이상, 1.0 mol% 이상, 2.0 mol% 이상, 4.0 mol% 이상, 6.0 mol% 이상, 8.0 mol% 이상, 10.0 mol% 이상, 12.0 mol% 이상, 또는 14.0 mol% 이상의 양으로 희토류 산화물을 포함한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 14.0 mol% 이하, 12.0 mol% 이하, 10.0 mol% 이하, 8.0 mol% 이하, 6.0 mol% 이하, 4.0 mol% 이하, 2.0 mol% 이하, 1.0 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하의 양으로 희토류 산화물을 포함한다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 0.1 mol% 이상 내지 14.0 mol% 이하, 예컨대, 0.5 mol% 이상 내지 12.0 mol% 이하, 1.0 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하, 2.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하, 또는 3.0 mol% 이상 내지 6.0 mol% 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 희토류 산화물을 포함한다.
영률은 더 많은 희토류 금속 산화물을 첨가하여 더욱 증가될 수 있지만, 이러한 경우에, 액상선 점도가 감소하여, 다운-인발과 같은, 기존의 유리-형성 공정과 양립 가능하지 않을 수 있다. 또한, 희토류 금속 산화물의 농도가 너무 높으면, 산에 대한 화학적 내구성은 저하될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 유리와 산 용액 및/또는 증기와의 약간의 접촉을 고려하는 적용들의 경우, 매우 높은 함량의 희토류 금속 산화물을 갖는 유리는 권장되지 않는다. 동시에, 이러한 유리들은 알칼리 용액에 대해 우수한 저항성을 나타낸다.
구현 예에서, 유리 조성물은 선택적으로 하나 이상의 청징제를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 청징제는, 예를 들어, SnO2를 포함할 수 있다. 이러한 구현 예에서, SnO2는, 0.2 mol% 이하, 예컨대, 0.0 mol% 이상 내지 0.1 mol% 이하 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 유리 조성물에 존재할 수 있다. 다른 구현 예에서, SnO2는, 0.0 mol% 이상 내지 0.2 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이상 내지 0.2 mol% 이하 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 유리 조성물에 존재할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은 SnO2가 없을 수 있다.
구현 예들에 따르면, 유리 조성물은, Pb, F, As, Sb, Se, Te, Cd, Be 및 기타 생태학적으로 비친화적인 성분이 실질적으로 없을 수 있다. 또한, 유리 조성물은, Ta2O5와 같은, 매우 고가의 종, 및/또는 이온 교환을 통해 형성된 응력을 감소시키는, 예를 들어, K2O와 같이, 여기에서의 구현 예에 기재된 물리적 특성에 바람직하지 않은 역효과를 발생시키는 것으로 알려진 종; 액상선 온도를 빠르게 증가시키고, 따라서, 유리의 액상선 점도를 감소시키는 것으로 알려진, ZrO2; 등이 실질적으로 없을 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은 또한 TiO2, FeO/Fe2O3, MnO, 등등과 같은, 착색제가 없을 수 있으며, 이는 유리 물품에 바람직하지 않은 색상을 제공할 수 있고 및/또는 유리 물품의 광학 투과율을 감소시킬 수 있다.
도 3 및 도 4는, 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 따른 유리 물품의 개선된 기계적, 점성 및 결정화 특성을 나타낸다. 이러한 도들에서, 시리즈 1은, 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 따른 유리에 해당하고, 시리즈 2 및 시리즈 3은 비교 유리 샘플의 특성을 나타낸다.
도 3은, 과잉의 알루미나 대 개질 산화물 + P2O5를 증가시킴에 따라 액상선 점도를 감소시키는 경향 및 여기에 개시되고 기재된 구현 예에서 이들 두 특성의 조합의 개선을 보여준다. 도 3에서, 시리즈 3은 다음의 특허 및 특허 출원에서의 실시 예에 해당한다: 미국 특허 제7,199,066호; 미국 특허 제7,071,131호; 미국 특허 제3,642,504호; JP 2008115071호; JP 2010116276호; 미국 특허 제3,625,718호; 미국 공개 특허 제2016/326,045호; 및 미국 특허 제3,834,911호. 구현 예의 조성물은 다음의 범위 내에 있다: SiO2 ≥ 50.0 mol%; Li2O ≥ 6.9 mol%; Li2O/ΣR2O ≥ 2/3.
도 3에 도시된 비교 예 1-30의 조성물 및 액상선 점도는 하기 표 1에 제시된다.
비교예 1 2 3 4 5 6
공급원 JP2008115071 JP2010116276 US2016326045 US3625718 US3625718 US3625718
SiO2 64.94 74.96 60.08 73.90 73.94 75.97
Al2O3 17.53 12.51 19.56 12.14 12.40 11.50
Li2O 11.62 8.24 7.89 7.59 8.28 8.27
TiO2 0.00 0.00 0.29 1.46 1.47 1.43
BaO 0.00 0.00 2.05 0.00 0.00 0.00
ZrO2 0.00 0.00 0.03 0.74 0.74 0.77
MgO 0.00 0.00 4.94 0.00 0.00 0.00
P2O5 0.00 0.00 0.00 0.69 1.24 0.00
Na2O 5.81 4.18 0.21 0.42 0.42 0.51
CaO 0.00 0.00 3.94 0.00 0.00 0.00
ZnO 0.00 0.00 0.00 2.47 1.28 1.40
B2O3 0.00 0.00 0.66 0.00 0.00 0.00
Li2O/R2O 0.67 0.66 0.95 0.93 0.94 0.93
Al2O3 - R2O - RO - P2O5 0.10 0.09 0.35 0.84 1.03 1.18
Log (ηliq, P) 3.91 4.80 3.04 4.03 4.26 4.18
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
도 3에서 볼 수 있듯이, 여기에서 구현 예에 개시된 유리 조성물은, 약 20000 Poises 내지 약 80000 Poises 범위의 높은 액상선 점도, 및 약 2.5 mol% 내지 약 7.25 mol%의 매우 높은 과알루니늄질의 비(Al2O3 - R2O - RO - P2O5)를 특징으로 하며, 이는 약 80 GPa 이상의 영률을 특징으로 하는 높은 기계적 성능을 결과한다. 이러한 조성물 및 특성 특징의 조합은, 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 따른 유리 조성물의 상당한 장점을 나타낸다.
도 4는, 다음과 같이 제한된 조성적 공간(compositional space): 68.0 mol% ≤ SiO2 ≤ 80.0 mol%; ΣR2O ≤ 12.5 mol%; Al2O3 - ΣR2O - ΣRO ≤ 1.0 mol%; 0.0 mol% ≤ P2O5 ≤ 1.0 mol%에서 리튬 산화물의 함량과 액상선 온도 사이에 균형(tradeoff)을 보여준다. 이러한 조성적 공간은 높은 실리카 함량에 해당하며, 따라서, 높은 화학적 내구성 및 성형성을 특징으로 한다. 이러한 도 4에서, 시리즈 1은 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 해당하고, 시리즈 2는 2018년 10월 30일자에 출원된 미국 특허 출원 제16/175,016호에 개시된 비교 조성물에 해당하며; 시리즈 3은 미국 특허 제3,834,911호에 개시된 유리에 해당하고; 시리즈 4는 미국 특허 제3,625,718호에 개시된 유리에 해당하며; 시리즈 5는 미국 특허 제7,071,131호에 개시된 유리에 해당한다.
도 4에 도시된 비교 예 31-42의 조성물 및 액상선 온도는 하기 표 2에 제시된다.
비교예 31 32 33 34 35 36 37
공급원 US3625718
SiO2 75.12 73.82 73.29 75.97 73.90 74.27 73.91
Li2O 7.92 8.40 7.60 8.27 7.59 8.22 8.40
Al2O3 12.41 12.25 12.34 11.50 12.14 12.43 13.26
TiO2 1.52 1.53 1.54 1.43 1.46 1.46 1.45
BaO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
ZrO2 0.78 0.73 0.68 0.77 0.74 0.73 0.78
MgO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
P2O5 0.00 0.63 0.64 0.00 0.69 0.68 0.00
R2O 8.50 9.16 8.26 8.92 8.15 9.06 9.26
Al2O3 - R2O - RO 2.58 1.82 1.45 1.18 1.53 2.10 2.73
액상선, ℃ 1349 1318 1338 1338 1338 1321 1354
Figure pct00004
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 이온 교환 후 압축 응력을 증가시키기 위해 Li2O를 더 첨가하려는 시도는, 리본 또는 물품을 형성시 유리 용융물의 실투를 유발할 수 있는 액상선 온도의 증가로 이어진다. 그래서, 도 4는, 여기에 개시되고 기재된 몇몇 구현 예에 따른 유리가 약 6.9 mol%를 초과하는 것과 같은, 많은 양의 Li2O를 포함하고, 1270℃ 미만과 같이, 매우 높은 액상선 온도를 갖지 않음을 나타낸다. 이러한 속성의 조합은 이전에는 달성 가능하지 않았다.
전술된 바와 같은 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물의 물리적 특성은 이하 논의될 것이다. 이러한 물리적 특성은, 실시 예를 참조하여 더 상세히 논의되는 바와 같이, 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물의 성분량을 변경시켜 달성될 수 있다.
파괴 인성(KIc)은, 균열을 함유하는 물질이 파단에 저항하는 역량을 설명하는 속성이다. 물질의 선형-탄성 파괴 인성은, 물질에서 얇은 균열이 성장하기 시작하는 응력 확대 계수(KI)(보통 MPa·m1/2로 측정)로부터 결정된다. 파괴 인성은, 반복 시편에 대해 셰브론 노치 법(chevron notch method)으로 측정되고, ASTM C1421-18에 따라 평균화된다. 구현 예들에서, 0.75 MPa·m1/2 이상, 예컨대, 0.80 MPa·m1/2 이상, 0.85 MPa·m1/2 이상, 0.90 MPa·m1/2 이상, 0.85 MPa·m1/2 이상, 1.00 MPa·m1/2 이상, 1.05 MPa·m1/2 이상, 또는 1.10 MPa·m1/2 이상의 KIc의 값을 갖는 것이 바람직하다. 몇몇 구현 예에서, KIc의 값은, 1.15 MPa·m1/2 이하, 예컨대, 1.10 MPa·m1/2 이하, 1.05 MPa·m1/2 이하, 1.00 MPa·m1/2 이하, 0.95 MPa·m1/2 이하, 0.90 MPa·m1/2 이하, 0.85 MPa·m1/2 이하, 또는 0.80 MPa·m1/2 이하이다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 구현 예에서, 유리 물품은, 0.75 MPa·m1/2 이상 내지 1.15 MPa·m1/2 이하, 예컨대, 0.80 MPa·m1/2 이상 내지 1.10 MPa·m1/2 이하, 0.85 MPa·m1/2 이상 내지 1.05 MPa·m1/2 이하, 또는 0.90 MPa·m1/2 이상 내지 1.00 MPa·m1/2 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 KIc 값을 가질 수 있다.
유리 물품의 구현 예는 또한 높은 탄성 계수(즉, 그 결과로 생긴 변형에 대한 물질 또는 몸체에 가해지는 힘의 비)를 갖는다. 높은 탄성 계수는, 유리 물품을 더 단단하게 만들고, 발생할 수 있는 외부 힘 하에서 큰 변형을 방지하는 것을 가능하게 한다. 물질의 강성 중에서 가장 흔한 것은, 영률(E)이다(즉, 이러한 물질로 만들어진 물품에서 응력(단위 면적당 힘)과 변형(비례 변형) 사이에 관계). 물질의 영률이 높을수록 변형은 적다. 구현 예에서, 유리 조성물의 영률은, 80 GPa 이상 내지 120 GPa 이하, 예컨대, 85 GPa 이상 내지 115 GPa 이하, 90 GPa 이상 내지 110 GPa 이하, 95 GPa 이상 내지 105 GPa 이하, 또는 97 GPa 이상 내지 100 GPa 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위일 수 있다. 구현 예에서, 유리 조성물의 영률은, 90 GPa 이상 내지 105 GPa 이하, 91 GPa 이상 내지 104 GPa 이하, 92 GPa 이상 내지 103 GPa 이하, 93 GPa 이상 내지 102 GPa 이하, 94 GPa 이상 내지 101 GPa 이하, 95 GPa 이상 내지 100 GPa 이하, 또는 96 GPa 이상 내지 99 GPa 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위일 수 있다. 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 공명 초음파 분광법 기술에 의해 측정된 값을 지칭한다.
구현 예에 따른 유리 물품의 또 다른 특징은 2개의 요소; 특정 모듈러스(E/d)로서의 영률 및 밀도(즉, 밀도(d)로 나눈 영률(E))를 조합한다. 구현 예에 따르면, E/d의 값은, 30 GPa·㎤/gram 이상, 예컨대, 31 GPa·㎤/gram 이상, 32 GPa·㎤/gram 이상, 33 GPa·㎤/gram 이상, 34 GPa·㎤/gram 이상, 또는 35 GPa·㎤/gram 이상일 수 있다. 몇몇 구현 예에 따르면, 특정 모듈러스(E/d)는, 40 GPa·㎤/gram 이하, 예컨대, 39 GPa·㎤/gram 이하, 38 GPa·㎤/gram 이하, 37 GPa·㎤/gram 이하, 36 GPa·㎤/gram 이하, 35 GPa·㎤/gram 이하, 또는 34 GPa·㎤/gram 이하일 수 있다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 몇몇 구현 예에서, 특정 모듈러스(E/d)는, 30 GPa·㎤/gram 이상 내지 40 GPa·㎤/gram 이하, 예컨대, 31 GPa·㎤/g 이상 내지 39 GPa·㎤/gram 이하, 32 GPa·㎤/gram 이상 내지 38 GPa·㎤/gram 이하, 33 GPa·㎤/gram 이상 내지 37 GPa·㎤/gram 이하, 34 GPa·㎤/gram 이상 내지 36 GPa·㎤/gram 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위일 수 있다. 본 개시에 사용된 밀도 값은, ASTM C693-93(2013)의 부력법으로 측정된 바와 같은 값을 지칭한다.
구현 예에 따르면, 이온 교환 공정에 대한 파라미터는, 욕조 조성물, 온도, 및 침지 시간을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 구현 예들에 따르면, 이온 교환 공정은, 350℃ 이상 내지 450℃ 이하의 온도에서 1시간 이상 내지 32 시간 이하의 시간 동안 일어난다. 구현 예에 따른, 욕조 조성물은, 주성분으로서, 전적으로 질산 나트륨(NaNO3)으로 구성된 욕조 및 전적으로 질산 칼륨(KNO3)으로 구성된 욕조 및 이들 사이에 NaNO3 및 KNO3의 모든 조합, 예컨대, 30 mol% NaNO3 및 70 mol% KNO3, 50 mol% NaNO3 및 50 mol% KNO3, 70 mol% NaNO3 및 30 mol% KNO3를 포함하는, 다양한 비율로 NaNO3 및 KNO3를 포함한다. 또한, 몇몇 구현 예에서, 염 욕조는 이온 교환 공정의 성능을 개선시키는 첨가제로서 알칼리 금속의 탄산염, 염화물 및 기타 화합물을 함유할 수 있다. 이온 교환 공정의 특징은, 유리 조성물 및 이온 교환 강화 공정으로부터 결과하는 유리 조성물의 원하는 층의 깊이 및 압축 응력에 의해 일반적으로 결정되는, 다중 침지 단계 및/또는 여러 염 욕조의 사용, 부가적인 단계들, 예컨대, 어닐링, 세척, 및 이와 유사한 것을 포함하여, 변할 수 있는 것으로 당업자는 인식할 수 있을 것이다. 또한, 이온 교환 공정은, 더 큰 이온들에 부가적인 힘을 적용하고 이들의 이동도를 증가시켜, 확산의 속도를 증가시키는 전기장(electric field)에 의해 도움을 받을 수 있다.
높은 압축 응력을 갖는 압축된 층을 얻기 위해, 이온 교환 공정 동안에 응력 완화로부터 결과하는 응력의 손실을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 응력의 손실을 방지하기 위해, 구현 예에 따른 유리 조성물은 저온에서 높은 점도를 가질 수 있다. 이는 ASTM C598-93에 따른 어닐링점 및 변형점에 의해 측정될 수 있다. 구현 예에 따르면, 유리 조성물은, 600℃ 이상, 예컨대, 605℃ 이상, 610℃ 이상, 615℃ 이상, 620℃ 이상, 625℃ 이상, 630℃ 이상, 635℃ 이상, 640℃ 이상, 645℃ 이상, 또는 650℃ 이상의 상기 표준에 따라 측정된 어닐링점을 갖는다. 몇몇 구현 예에 따르면, 유리 조성물은, 675℃ 이하, 예컨대, 670℃ 이하, 665℃ 이하, 660℃ 이하, 655℃ 이하, 또는 650℃ 이하의 상기 표준에 따라 측정된 어닐링점을 갖는다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은, 600℃ 이상 내지 675℃ 이하, 예컨대, 605℃ 이상 내지 670℃ 이하, 610℃ 이상 내지 665℃ 이하, 615℃ 이상 내지 665℃ 이하, 620℃ 이상 내지 660℃ 이하, 625℃ 이상 내지 655℃ 이하, 630℃ 이상 내지 650℃ 이하, 또는 635℃ 이상 내지 645℃ 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위의 상기 표준에 따라 측정된 어닐링점을 갖는다.
여기에 개시되고 기재된 몇몇 구현 예는, 예를 들어, 나트륨 이온(Na+)과 같은, 더 큰 이온에 대한 리튬 이온(Li+)의 이온 교환에 초점을 맞추는데, 이러한 이온 교환은 저온에서 가장 빠른 공정 시간 내에 동일한 깊이의 표면층의 형성을 가능하게 한다.
구현 예들에 따르면, 유리 물품의 CTE는, 온도 변화에 의해 야기되는 기판의 선형 크기의 가능한 변화를 결정할 수 있다. CTE가 적을수록, 온도로 인한 변형은 적다. 이러한 특성은, ASTM E228-11에 따라 수평 팽창계(푸시-로드 팽창계(push-rod dilatometer))를 사용하여 측정된다. 구현 예에 따르면, 유리 물품의 CTE는, 70x10-7/K 이하, 예컨대, 69x10-7/K 이하, 68x10-7/K 이하, 67x10-7/K 이하, 66x10-7/K 이하, 65x10-7/K 이하, 64x10-7/K 이하, 63x10-7/K 이하, 62x10-7/K 이하, 61x10-7/K 이하, 60x10-7/K 이하, 59x10-7/K 이하, 58x10-7/K 이하, 57x10-7/K 이하, 56x10-7/K 이하, 또는 55x10-7/K 이하일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품의 CTE는, 50x10-7/K 이상, 예컨대, 51x10-7/K 이상, 52x10-7/K 이상, 53x10-7/K 이상, 또는 54x10-7/K 이상일 수 있다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품의 CTE는, 50x10-7/K 이상 내지 70x10-7/K 이하, 예컨대, 51x10-7/K 이상 내지 69x10-7/K 이하, 52x10-7/K 이상 내지 68x10-7/K 이하, 53x10-7/K 이상 내지 67x10-7/K 이하, 54x10-7/K 이상 내지 66x10-7/K 이하, 55x10-7/K 이상 내지 65x10-7/K 이하, 56x10-7/K 이상 내지 64x10-7/K 이하, 57x10-7/K 이상 내지 63x10-7/K 이하, 58x10-7/K 이상 내지 62x10-7/K 이하, 또는 59x10-7/K 이상 내지 61x10-7/K 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위일 수 있다.
구현 예들에 따르면, 유리 조성물은, 200 Poises의 점도에 상응하는 온도(200P 온도)에서 용융될 수 있다. 유리-형성 용융물의 점도와 온도 사이에 관계는, 실질적으로, 용융된 유리의 화학적 조성의 함수이다. 유리 점도는, ASTM C965-96(2017)에 따라 회전 도가니 방법(rotating crucible method)으로 측정된다. 구현 예들에 따르면, 유리 조성물의 용융 온도는, 1800℃ 이하, 예컨대, 1750℃ 이하, 1700℃ 이하, 1650℃ 이하, 1600℃ 이하, 1550℃ 이하, 1500℃ 이하, 1450℃ 이하, 1400℃ 이하, 1350℃ 이하, 또는 1300℃ 이하일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물의 용융 온도는, 1100℃ 이상, 예컨대, 1150℃ 이상, 1200℃ 이상, 1250℃ 이상, 1300℃ 이상, 또는 1350℃ 이상일 수 있다. 구현 예에서, 상기 범위 중 어느 하나는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물의 용융 온도는, 1100℃ 이상 내지 1800℃ 이하, 예컨대, 1150℃ 이상 내지 1750℃ 이하, 1200℃ 이상 내지 1700℃ 이하, 1250℃ 이상 내지 1650℃ 이하, 1300℃ 이상 내지 1600℃ 이하, 1350℃ 이상 내지 1550℃ 이하, 또는 1400℃ 이상 내지 1500℃ 이하, 및 상기 값들 사이에 모든 범위 및 서브-범위일 수 있다.
배치 물질이 용융된 후, 상기 용융물로부터 유리 시트, 리본, 또는 기타 물품을 형성하는 경우, 결정화를 방지하는 것이 바람직하다. 유리-형성 물질의 경우, 결정화 공정의 주요 수치적 특징은, 물질이 완전히 액체가 되는 최소 온도, 및 결정이 열역학적 평형에서 용융물과 공-존할 수 있는 최대 온도를 명시하는, 액상선 온도(TL)이다. 이러한 특성은 구배 방법(gradient method)에 의해 측정된다. 이러한 방법은, 유리의 액상선 온도의 측정을 위한 ASTM C829-81 표준 관행을 준수한다. 따라서, 유리 형성 공정은 보통 TL보다 높은 온도에서 수행된다. 한편, 유리 조성물의 액상선 점도는, 액상선 점도에 의해 결정되는, 유리를 시트로 만드는데 사용될 수 있는 형성 공정을 결정하는데 사용될 수 있다. 액상선 점도가 더 클수록 더 많은 형성 공정이 유리와 양립 가능하다. 유리 점도가 온도에 따라 기하급수적으로 감소하기 때문에, 액상선의 점도를 최대화하기 위해 액상선 온도를 가능한 한 낮게 유지하는 것이 바람직한다. 플로우트 공정(float processing)의 경우, 유리 조성물은 일반적으로 적어도 10 kP의 액상선 점도를 가지며, 퓨전 공정은, 적어도 100 kP 또는 적어도 500 kP와 같은, 적어도 50 kP의 액상선 점도를 필요로 한다. 고온 프레싱, 트윈-롤러 기술(twin-rollers technique), 등과 같은, 다른 공정의 경우, 점도 값은 상당히 낮을 수 있다. 예를 들어, 광학 산업에서 가끔 사용되는 고온 프레싱의 경우, 10 내지 20 poises의 액상선 점도는 만족스러울 수 있다.
여기에 개시된 유리 물품은, 디스플레이를 갖는 물품(또는 디스플레이 물품)(예를 들어, 휴대폰, 태블릿, 컴퓨터, 내비게이션 시스템 및 이와 유사한 것을 포함하는, 소비자 전자장치), 건축용 물품, 운송용 물품(예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 선박, 등), 가전 물품, 또는 약간의 투명성, 내-스크래치성, 내마모성 또는 이들의 조합을 필요로 하는 임의의 물품과 같은 또 다른 물품에 혼입될 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품은 기록 매체용 기판으로 사용될 수 있다. 여기에 개시된 유리 물품 중 어느 하나를 혼입하는 대표적인 물품은, 도 7a 및 7b에 나타낸다. 구체적으로, 도 7a 및 7b는, 전면(704), 후면(706), 및 측면(708)을 갖는 하우징(702); 상기 하우징 내부에 적어도 부분적으로 또는 하우징 내에 전체적으로 있고, 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 전면에 인접한 디스플레이(710)를 포함하는, 전기 구성요소(도시되지 않음); 및 상기 디스플레이 위에 있도록 하우징의 전면에 또는 전면 위에 커버 기판(712)을 포함하는, 소비자 전자 장치(700)를 나타낸다. 몇몇 구현 예에서, 커버 기판(712)은 여기에 개시된 유리 물품 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시 예
구현 예는 하기 실시 예들에 의해 더욱 명확해질 것이다. 이들 실시 예는 전술된 구현 예를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
대표 유리는, 모래, 산화 알루미늄, 알칼리 탄산염, 알칼리 질산염, 스포듀민, 네펠린 섬장암(nepheline syenite), 붕사, 붕산, 알루미늄 메타인산염, 인산이 나트륨, 산화 마그네슘, 희토류 금속 산화물, 산화 주석 및 하기 표 1에 따른 다양한 조합과 같은, 전통적인 원료로 용융된다. 유리는, 1500℃ 내지 1575℃의 백금 도가니에서 5 내지 6시간 동안 용융된 다음, 균질성 및 용융 품질을 개선시키기 위해 1570℃ 내지 1650℃의 더 높은 온도에서 5 내지 6시간 동안 재-용융된다. 유리는 그 다음 강판(steel plate) 상에서 주조되고, 하기 표 1에 주어진 어닐링 온도 근처에서 1시간 동안 어닐링된다. 샘플은 특성 측정 및 이온 교환 실험을 위해 절단되고 연마된다. 이온 교환 시험을 위해 준비된 샘플은 0.8 ㎜ 두께로 만들어진다. 어닐링된 유리는, 도 1에 나타낸 바와 같이 더 높은 중심 장력(CT)을 달성하지만, 이온 교환 및 피크 CT에 도달하는데 더 오랜 시간이 걸린다. 이온 교환 조건은, 0.5 ㎜ 내지 1 ㎜ 두께의 유리 물품의 경우 1시간 내지 10시간에서 365℃ 내지 440℃이다. 욕조 조성물은, 1% 내지 100%의 NaNO3 및 0 내지 99%의 KNO3의 범위이며, 보통 0.1% 내지 2%의 규산을 함유한다.
용융된 유리 샘플은 다음의 시험에 적용된다.
실온에서의 밀도는 아르키메데스 법으로 측정된다.
20℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 열팽창은 수평 팽창계를 사용하여 측정된다.
탄성 계수 및 푸아송의 비는 RUS를 사용하여 측정된다.
파괴 인성은 셰브론 노치 쇼트 바(Chevron Notched Short Bar) 방법을 사용하여 측정된다.
점도는, 빔 굽힘 방법(1012 Poises 이상), 평행 플레이트 방법(약 107.6 Poises) 및 회전 방법(106 Poises 아래)을 사용하여 측정된다.
액상선 온도는, 유지 시간이 24시간인 구배 방법을 사용하여 측정된다.
화학적 내구성은, 유리 샘플을 95℃에서 24시간 동안 HCl의 5 mass% 수용액에 침지시키고, 95℃에서 6시간 동안 5 mass% NaOH에 침지하여 측정된다. 시험을 하기 전에, 샘플은, 샤워-형 헹굼(shower-like rinse)을 수행하기 위해 타이곤 관(Tygon tubing)을 압착하면서 5분 동안 증류수(16 MW 저항)로 헹궈지고; 1분 동안 60℃ 내지 65℃ 4% Semiclean Detergent 욕조에서 초음파(50/60Hz 주파수) 처리되며; 다시, 샤워-형 헹굼을 수행하기 위해 타이곤 관을 압착하면서 5분 동안 16 MW 증류수로 헹궈지고; 이어서 계단식 18 MW 증류수 욕조에서 5분 동안 최종 헹궈진다. 샘플은 그 다음 스테인레스강 트레이의 유리 랙(racks) 상으로 이동되고, 110℃ 오븐에서 1시간 동안 건조되며, 사용될 때까지 데시케이터(desiccator)에 놓아둔다. HCl 시험은, 온수 욕조에서 파리렉스 관(Pyrex tubes)에서 수행되고; NaOH는 동일한 욕조 타입인, 백금 관에서 수행된다. 처리 후, 샘플은 16 MW 및 18 MW 증류수에서 플러드-헹굼되고(flood-rinsed), 110℃ 오븐에서 약 30분 동안 건조되며, 질량의 손실을 결정하기 위해 무게를 잰다.
이온 교환 후 (표면 CS를 포함하는) 압축 응력은, Orihara Industrial Co., Ltd. (일본)에서 제작된, FSM-6000과 같은, 상업적으로 이용 가능한 기구를 사용하는 표면 응력 측정기(FSM)에 의해 측정된다. 표면 응력 측정은, 유리의 복굴절과 관련된, 응력 광학 계수(SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는, 궁극적으로, 명칭이 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"인, ASTM 표준 C770-16에 기재된 절차 C(유리 디스크 방법)에 따라 측정된다.
실시 예 1 - 40
이들 실시 예는 희토류 금속 산화물을 포함하는 리튬 알루미노실리케이트 유리 조성물을 나타낸다. 표 1로부터, 이들 실시 예에서, 약 7.6 mol% 내지 약 8.5 mol%의 Li2O 및 총 약 10.0 mol% 이하의 알칼리 금속 산화물을 함유하는, 약 3.3 mol% 내지 약 7.25 mol%의 Al2O3 - R2O - RO - P2O5 비 및 약 7.8 mol%까지의 Al2O3 - R2O - RO 비를 갖는 유리에 대해 1155℃ 내지 1205℃의 액상선 온도에 도달하는 것이 가능해 보이다. 이들 실시 예들은, 약 1 kPoise 내지 약 80 kPoises의 액상선 점도, 약 80 GPa 내지 약 100 GPa의 영률, 약 28 GPa·㎤/gram 내지 약 38 GPa·㎤/gram의 특정 모듈러스, 약 0.9 MPa·m1/2까지의 파괴 인성, 및 200℃ 내지 300℃에서 약 48x10-7/K 내지 약 67x10-7/K의 CTE를 갖는다. 이들 유리 모두는 알칼리 용액에 대한 높은 화학적 내구성(전술된 바와 같이 시험 후 0.3 내지 2.66 ㎎/㎠의 질량의 손실)을 가지며, 이들 중 일부는 산성 용액에 대해 수용 가능한 내구성을 갖는다.
실시 예 41 - 57
이들 실시 예는 희토류 금속 산화물이 없는 리튬 알루미노실리케이트 유리 조성물을 나타낸다. 표 1로부터, 이러한 경우에서, 이것은 또한 매우 높은 값의, 약 11.0 mol%까지의, Al2O3 - R2O - RO 비, 및 약 6.2 mol%까지의, Al2O3 - R2O - RO - P2O5의 높은 비에 도달할 수 있다. 이들 실시 예에서, (1180℃에 이르기까지) 낮은 액상선 온도는 도달되지만, 이전 실시 예에서 만큼 낮지는 않다. 약 4.0 mol%의 Al2O3 - R2O - RO 비를 갖는 몇몇 조성물의 경우, 이들 조성물이 퓨전 인발 공정과 양립 가능하게 하는, 100 kP를 초과하는 액상선 점도는 도달된다. 그러나, 이들 실시 예에서, 이전 실시 예에서 달성된 Al2O3 - R2O - RO - P2O5 비의 가장 높은 값에 도달하는 것은 가능하지 않다. 그러나, 많은 양의 MgO를 첨가하는 경우, 1210℃ 내지 1250℃의 액상선 온도 및 104.6 Poises까지의 액상선 점도에서, 80 GPa를 초과하는 것과 같은, 높은 영률의 값에 도달하는 것은 여전히 가능하여, 이들 유리 조성물이 기존의 플로우트 방법 및 몇몇 종류의 퓨전 방법과 양립 가능하게 만든다.
도 5a - 도 6c는, 이온 교환 후 여기에 개시되고 기재된 구현 예에 따른 몇몇 유리의 응력 프로파일을 나타낸다. 이온 교환은, 가열로에서 1-2시간 동안 표 1에 명시된 어닐링점에 해당하는 온도에서 사전 어닐링되고, 그 다음 냉각된, 샘플에 대해 용융 NaNO3를 갖는 욕조에서 수행된다.
도 5a 및 도 5b는, 16시간(a) 및 6시간(b) 동안 처리된 표 1에서 동일한 실시 예 7, 8 및 9에 대한 데이터를 나타낸다. 도 5c는 표 1에 나타낸 실시 예 21-26에 대해 6시간 동안 처리한 후 얻은 데이터를 나타낸다.
도 5a에 나타낸 바와 같이, 16시간 동안 처리된 실시 예는, 샘플 두께의 약 20%에서 관찰된 제로 응력와 함께, 높은 응력에서 포물선 프로파일을 보여주며, 이는 이온 교환이 샘플의 전체 1 ㎜ 두께를 통해 수행되었음을 나타낸다.
대조적으로, 오직 6시간 동안 처리된 경우(도 5b 및 도 5c), 응력 프로파일은 정확히 포물선이 아니라, 포물선에 가깝고, 0 지점은, 샘플 두께의 18% 내지 19%에 해당하며, 이는 샘플의 거의 모든 공간이 이온 교환하에 있음을 나타낸다. 이러한 경우에서 응력의 수준은 이전 경우보다 단지 약 20% 적으며, 이는 비교적 짧은 교환 시간에 충분히 높은 응력 수준에 도달할 가능성을 나타낸다.
도 6a는, 430℃에서 6시간 동안 처리된 표 1에서 실시 예 10-15에 대한 이온 교환 후 얻은 응력 프로파일을 나타내고, 도 6b는, 16시간 동안 390℃에서 처리된 동일한 실시 예를 나타내며, 도 6c는, 24시간 동안 390℃에서 처리된 동일한 샘플을 나타낸다. 도 6a 내지 도 6b에 나타낸 바와 같이, 두 경우 모두에서, 응력 프로파일은 충분히 높은 응력 수준에서 포물선 형태에 가깝다. 거의 정확한 포물선 응력 프로파일에서 중심 인장 응력의 가장 높은 값(최대 125 MPa)은 390℃에서 24시간 동안 처리 후에 관찰된다(도 6c). 그러나, 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이, 이러한 온도 및 더 높은 온도에서 이온 교환의 더 짧은 기간은, 표면에서 유사한 응력 수준 및 근 포물선 프로파일을 제공하며, 이는 거의 전체 샘플 두께(1 ㎜)에서 이온 교환을 나타낸다.
이온 교환 후 응력의 수준은, 대부분, 유리 조성물에서 Li2O의 함량에 의해 결정된다. 그래서, 가장 높은 응력 수준은, 최대량의 Li2O(즉, 9 mol% 내지 10 mol%)을 포함하는 실시 예 20 및 실시 예 49에 대해 얻어진다. 실시 예 20은, 포물선 법칙(parabolic law)에 따라, 약 350 GPa의 표면에서 압축 응력에 상응하는, 173 MPa의 최대 중심 인장 응력을 보여준다.
구현 예에 따른 유리의 조성물 및 다양한 특성은 하기 표 3에 제공된다.
실시예 # 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Mol.%로 분석
SiO2 63.33 61.56 57.11 50.94 69.71 60.94 63.94 64.96 64.96
Al2O3 15.33 17.20 18.02 16.5 15.79 16.48 16.48 14.99 14.99
B2O3 5.78 6.98 7.8 7.15 0 6.50 3.49 5.49 4.99
P2O5 0 0.20 0.53 0 0 0 2.00 0 1.50
Li2O 7.68 7.96 7.98 8.5 10.26 7.08 7.08 7.09 7.09
Na2O 2.3 1.31 1.16 0.1 0.1 2.89 2.89 2.89 2.89
K2O 0 0.00 0 0 0.1 0 0 0 0
MgO 0.11 1.06 1.2 0.06 0.02 0.99 1.00 1.01 1.00
CaO 1.94 0.03 0.02 3.2 0.04 1.00 0.01 0.99 1.00
Y2O3 0 3.60 6.08 3.91 2.00 3.00 2.50 1.50
La2O3 3.4 0.00 0 13.35 0 0 0 0 0
CeO2 0.02 0.00 0 0.08 0 0 0 0 0
ZrO2 0 0.00 0 0 0 0 0 0 0
TiO2 0 0.00 0 0 0 0 0 0 0
SnO2 0.1 0.10 0.1 0.1 0.0979 0.10 0.10 0.07 0.07
조성비 (mol.%)
R2O 10 10.00 9.06 8.53 10.47 9.97 9.98 9.97 9.97
Al2O3 - R2O 5.35 7.08 9 8.03 5.33 6.51 6.50 5.02 5.02
Al2O3 - R2O - RO 3.3 6.05 7.8 4.82 5.31 4.51 5.49 3.02 3.02
Al2O3 - R2O - RO - P2O5 3.3 5.86 7.27 4.82 5.31 4.51 3.50 3.02 1.52
SiO2 + P2O5 63.33 61.76 57.64 50.94 69.71 60.94 65.94 64.96 66.46
REmOn 3.42 3.60 6.08 13.43 3.91 2.00 3.00 2.50 1.50
SiO2 + B2O3 + P2O5 69.11 68.74 65.44 58.09 69.71 67.44 69.43 70.45 71.46
Wt%로 분석
SiO2 51.55 51.81 44.94 30.42 59.57 49.47 53.56 56.76 57.14
Al2O3 21.17 24.57 24.07 16.72 22.89 22.70 23.42 22.22 22.38
B2O3 5.45 6.81 7.11 4.95 0 6.11 3.39 5.56 5.09
P2O5 0 0.39 0.99 0 0 0 3.95 0 3.12
Li2O 3.11 3.33 3.12 2.52 4.36 2.86 2.95 3.08 3.10
Na2O 1.93 1.14 0.94 0.06 0.09 2.42 2.50 2.60 2.62
K2O 0 0.01 0 0 0.04 0 0 0 0
MgO 0.06 0.60 0.63 0.02 0.01 0.54 0.56 0.59 0.59
CaO 1.47 0.03 0.01 1.78 0.03 0.76 0.01 0.81 0.82
Y2O3 0 11.39 17.98 0 12.56 6.09 9.43 8.20 4.96
La2O3 15.01 0.00 0 43.23 0 8.79 0 0 0
CeO2 0.05 0.00 0 0.14 0 0 0 0 0
ZrO2 0 0.00 0 0 0 0 0 0 0
TiO2 0 0.00 0 0 0 0 0 0 0
SnO2 0.2 0.21 0.2 0.15 0.21 0.20 0.21 0.15 0.15
조성비 (wt%)
R2O, wt% 5.04 5.06 4.06 2.59 4.49 5.28 5.45 5.68 5.72
(CaO+MgO+SrO), wt% 1.53 0.6 0.65 1.81 0.04 1.30 0.57 1.40 1.41
특성
T2.3(logEta=2.3) 1430 1420 1350 1207 1425 1550 1515 1550
T4 1140.4 1146.6 1106.8 1158.8 1141.7 1222.1 1203 1236.7
어닐링점 639.2 668 683.9 657.5 799.7 652.3 692.4 662.1 654.5
액상선 1155 1245 1205 1290 1330 1110 1440 1145 1365
로그 액상선 점도 3.9 3.3 3.1 1.8 4.3 2.7 4.5 2.3
밀도 2.677 2.572 2.712 3.537 2.605 2.669 2.532 2.512 2.441
영률 83.7 86.1 92 99.8 89.5 86.5 84.1 83.6 80.3
푸아송의 비 0.234 0.236 0.254 0.269 0.227 0.24 0.225 0.225 0.226
E/d, GPa·㎤/gram 31.3 33.5 33.9 28.2 34.4 32.4 33.2 33.3 32.9
CTE 20-300 53 47.9 49 67.4 52.7 48.4 49.6 46.3
Kic 0.801 0.871 0.881 0.836 0.852 0.807 0.827 0.793
내구성 HCl 5%w/95C/24h, ㎎/㎠ 7.23 11.32 35.7 26.8 4.74 2.52 2.12
내구성 NaOH 5%w/95C/6h, ㎎/㎠ 1.59 1.31 1.11 0.3 1.41 1.17 0.89 1.22
이온 교환 조건(T,℃ 및 시간, hr)에서 중심 인장 응력 CT (GPa):
390℃, 16 hr 64 100 90 108
390℃, 24 hr 89.7 97.8 58.2 75 118 109 126
390℃, 40 hr 97.2 122.9 67.6
430℃, 6 hr 62 95 90 104
430℃, 16 hr 91 116 123 114
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
본 명세서에 기재된 모든 조성 성분, 관계, 및 비는, 별도의 언급이 없는 한 mol%로 제공된다. 본 명세서에 개시된 모든 범위는, 범위가 개시되기 전 또는 후에 명시적으로 언급되어 있는지 여부에 관계없이 광범위하게 개시된 범위에 의해 포괄되는 임의의 및 모든 범위 및 서브범위를 포함한다.
다양한 변형 및 변화가 청구된 주제의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 여기에 기재된 구현 예에 대해 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서는, 이러한 변형 및 변화가 첨부된 청구범위 및 이들의 균등물의 범주 내에 속한다면, 여기에 기재된 구현 예의 변형 및 변화를 포함하는 것으로 의도된다.
여기에 사용된 바와 같은, 숫자에서 뒤를 따르는 0은 그 숫자에 대한 유효 숫자를 나타내는 것으로 의도된다. 예를 들어, 숫자 "1.0"은 2개의 유효 숫자를 포함하고, 숫자 "1.00"은 3개의 유효 숫자를 포함한다.

Claims (66)

  1. 50.0 mol% 이상 내지 65.0 mol% 이하의 SiO2;
    14.0 mol% 이상 내지 25.0 mol% 이하의 Al2O3;
    7.0 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하의 Li2O + Na2O;
    7.0 mol% 이상의 Li2O;
    0.0 mol% 이상 내지 3.0 mol% 이하의 P2O5; 및
    0.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 알칼리토 금속을 포함하는 유리 조성물으로서: 여기서,
    상기 유리 조성물은, F 및 K, Zr, Ti, Pb 및 Ta의 산화물이 실질적으로 없는, 유리 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - K2O 차이는 7.0 mol% 이상인, 유리 조성물.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - K2O - RO 차이는 3.0 mol% 이상이고, 여기서, RO는 2가 금속 산화물의 총합인, 유리 조성물.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O - RO - P2O5 차이는 2.5 mol% 이상이고, 여기서, R2O는 알칼리 금속 산화물의 총합이며, RO는 2가 금속 산화물의 총합인, 유리 조성물.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은:
    적어도 약 1000 Poises의 액상선 점도;
    적어도 약 80 GPa의 영률;
    1650℃ 이하의 200P 온도;
    600℃ 이상의 어닐링점;
    적어도 30 GPa·㎤/gram의 특정 모듈러스; 및
    0.78 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는, 유리 조성물.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 10000 Poises 이상의 액상선 점도, 및
    1450℃ 미만의 200P 온도를 갖는, 유리 조성물.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은, 0.0 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하의 희토류 산화물을 포함하는, 유리 조성물.
  8. 50.0 mol% 이상 내지 65.0 mol% 이하의 SiO2;
    12.0 mol% 이상 내지 20.0 mol% 이하의 Al2O3; 및
    6.5 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하의 Li2O을 포함하는 유리 조성물으로서: 여기서,
    상기 유리 조성물은, ZrO2 및 TiO2가 실질적으로 없으며,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - K2O - RO 차이는 4.5 mol% 이상이고, 여기서, RO는 2가 금속 산화물의 총합인, 유리 조성물.
  9. 청구항 8에 있어서,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O - RO 차이는 7.5 mol% 이상이고, 여기서, R2O는 알칼리 금속 산화물의 총합이며, RO는 2가 금속 산화물의 총합인, 유리 조성물.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 유리 조성물은 7.0 mol% 이상의 Li2O를 포함하는, 유리 조성물.
  11. 청구항 8 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O - RO - P2O5 차이는 4.0 mol% 이상이고, 여기서, R2O는 알칼리 금속 산화물의 총합이며, RO는 2가 금속 산화물의 총합인, 유리 조성물.
  12. 청구항 8 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은, 0.0 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하의 희토류 산화물을 포함하는, 유리 조성물.
  13. 청구항 8 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은:
    1000 Poises 이상의 액상선 점도;
    86 GPa 이상의 영률;
    1420℃ 이하의 200P 온도;
    660℃ 이상의 어닐링점;
    33 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스; 및
    0.87 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는, 유리 조성물.
  14. 50.0 mol% 이상 내지 66.0 mol% 이하의 SiO2;
    20.0 mol% 이하의 Al2O3; 및
    6.5 mol% 이상 내지 12.0 mol% 이하의 Li2O을 포함하는 유리 조성물으로서: 여기서,
    상기 유리 조성물은, ZrO2, TiO2, 및 F가 실질적으로 없으며,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - K2O - RO - P2O 차이는 2.5 mol% 이상이고, 여기서, RO는 2가 금속 산화물의 총합이며,
    B2O3의 양은 Li2O의 양을 초과하지 않는, 유리 조성물.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 유리 조성물은:
    1000 Poises 이상의 액상선 점도;
    86 GPa 이상의 영률;
    1420℃ 이하의 200P 온도;
    660℃ 이상의 어닐링점;
    33 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스; 및
    0.87 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는, 유리 조성물.
  16. 청구항 14 또는 15에 있어서,
    상기 유리 조성물은, 0.0 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하의 희토류 산화물을 포함하는, 유리 조성물.
  17. 청구항 14 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 7.0 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하의 Li2O를 포함하는, 유리 조성물.
  18. 50.0 mol% 이상 내지 70.0 mol% 이하의 SiO2;
    20.0 mol% 이하의 Al2O3; 및
    7.0 mol% 이상 내지 10 mol% 이하의 Li2O을 포함하는 유리 조성물으로서: 여기서,
    상기 유리 조성물은, Ti 및 F가 실질적으로 없으며,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - K2O - RO - P2O5 차이는 7.5 mol% 이상이고, 여기서, RO는 2가 금속 산화물의 총합인, 유리 조성물.
  19. 50.0 mol% 이상 내지 70.0 mol% 이하의 SiO2;
    0.0 mol% 초과 내지 20.0 mol% 이하의 Al2O3;
    7.0 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하의 Li2O; 및
    0.0 mol% 이상 내지 3.0 mol% 이하의 Na2O을 포함하는 유리 조성물으로서: 여기서,
    상기 유리 조성물은, K2O 및 TiO2가 실질적으로 없으며,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - Li2O - Na2O - RO 차이는 7.5 mol% 이상이고, 여기서, RO는 2가 금속 산화물의 총합인, 유리 조성물.
  20. 50.0 mol% 이상 내지 65.0 mol% 이하의 SiO2;
    10.0 mol% 이상 내지 20.0 mol% 이하의 Al2O3;
    10.0 mol% 이하의 Li2O + Na2O + K2O;
    7.0 mol% 이상의 Li2O;
    0.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 B2O3;
    0.0 mol% 이상 내지 5.0 mol% 이하의 P2O5;
    1.0 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하의 MgO + CaO + ZnO;
    0.0 mol% 이상 내지 1.0 mol% 미만의 MgO;
    0.1 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하의 희토류 금속의 산화물; 및
    1.0 mol% 이하의 다른 종들을 포함하는, 유리 조성물.
  21. 30.0 wt% 이상 내지 55.0 wt% 이하의 SiO2;
    16.0 wt% 이상 내지 25.0 wt% 이하의 Al2O3;
    2.5 wt% 이상 내지 7.0 wt% 이하의 Li2O + Na2O + K2O;
    2.5 wt% 이상의 Li2O;
    0.5 wt% 이상 내지 1.5 wt% 이하의 MgO + CaO + ZnO;
    1.0 wt% 이상 내지 45.0 wt% 이하의 희토류 금속의 산화물;
    0.0 wt% 이상 내지 10.0 wt% 이하의 B2O3;
    0.0 wt% 이상 내지 5.0 wt% 이하의 P2O5; 및
    1.0 wt% 이하의 다른 종들을 포함하는, 유리 조성물.
  22. 청구항 18 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    Al2O3 (mol%)는 Li2O + Na2O + K2O + ZnO + MgO + CaO + P2O5 + 3.0 mol% 이상이고,
    상기 유리 조성물은 10,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는, 유리 조성물.
  23. 청구항 18 내지 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 50,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는, 유리 조성물.
  24. 청구항 18 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 0.9 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는, 유리 조성물.
  25. 청구항 18 내지 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은, 90 GPa 이상 내지 100 GPa 이하의 영률을 갖는, 유리 조성물.
  26. 청구항 18 내지 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 31 GPa·㎤/g 이상의 특정 모듈러스를 갖는 유리 조성물.
  27. 청구항 18 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은:
    1450℃ 이하의 200P 온도;
    630℃ 이상의 어닐링점;
    80 GPa 이상의 영률;
    0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성; 및
    31.0 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스를 갖는, 유리 조성물.
  28. 청구항 18 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은:
    1300℃ 이하의 200P 온도;
    650℃ 이상의 어닐링점;
    100 GPa 이상의 영률; 및
    0.83 MPa·m1/2 이하의 파괴 인성을 갖는, 유리 조성물.
  29. 청구항 18 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    SiO2의 함량은 60.0 mol% 이상인, 유리 조성물.
  30. 청구항 18 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 30.0 GPa·㎤/g 이상의 특정 모듈러스를 갖는 유리 조성물.
  31. 청구항 18 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는, 유리 조성물.
  32. 57.0 mol% 이상 내지 64.0 mol% 이하의 SiO2;
    14.0 mol% 이상 내지 20.0 mol% 이하의 Al2O3;
    10.0 mol% 이하의 Li2O + Na2O + K2O;
    7.5 mol% 이상의 Li2O;
    5.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 B2O3;
    1.0 mol% 이상 내지 2.5 mol% 이하의 MgO + CaO + ZnO;
    3.0 mol% 이상 내지 7.0 mol% 이하의 희토류 금속 산화물; 및
    0.0 mol% 이상 내지 1.0 mol% 이하의 P2O5를 포함하는, 유리 조성물.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 유리 조성물은:
    1450℃ 이하의 200P 온도;
    600℃ 이상의 어닐링점;
    0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성;
    80 GPa 이상의 영률; 및
    30.0 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스를 갖는, 유리 조성물.
  34. 청구항 32에 있어서,
    상기 유리 조성물은:
    1400℃ 이상 내지 1650℃ 이하의 200P 온도;
    600℃ 이상의 어닐링점;
    0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성;
    80 GPa 이상의 영률; 및
    30.0 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스를 갖는, 유리 조성물.
  35. 청구항 32 내지 34 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 20,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는, 유리 조성물.
  36. 청구항 32 내지 34 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 약 80,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는 유리 조성물.
  37. 60.1 mol% 이상 내지 70.0 mol% 이하의 SiO2;
    12.0 mol% 이상 내지 20.0 mol% 이하의 Al2O3;
    7.0 mol% 이상 내지 9.9 mol% 이하의 Li2O + Na2O + K2O;
    7.0 mol% 이상 내지 9.9 mol% 이하의 Li2O;
    0.0 mol% 이상 내지 2.9 mol% 이하의 Na2O;
    0.0 mol% 이상 내지 1.0 mol% 이하의 K2O;
    3.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 B2O3;
    0.0 mol% 이상 내지 2.0 mol% 이하의 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO;
    0.0 mol% 이상 내지 3.0 mol% 이하의 희토류 금속 산화물; 및
    0.0 mol% 이상 내지 1.0 mol% 이하의 P2O5로 필수적으로 이루어지는, 유리 조성물.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 유리 조성물은, 1600℃ 이하의 200P 온도, 600℃ 이상의 어닐링점, 0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성, 80 GPa 이상의 영률, 및 32.0 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스를 갖는, 유리 조성물.
  39. 청구항 37 또는 38에 있어서,
    상기 유리 조성물은 20,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는, 유리 조성물.
  40. 청구항 37 또는 38에 있어서,
    상기 유리 조성물은 150,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는 유리 조성물.
  41. 청구항 37 내지 40 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 약 13.0 mol% 이상의 Al2O3를 포함하는, 유리 조성물.
  42. SiO2;
    Al2O3; 및
    Li2O를 포함하는 유리 조성물으로서, 여기서,
    상기 유리 조성물은 6.5 mol% 이상의 Li2O를 포함하고,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O 차이는 4.5 mol% 이상이며, 여기서, R2O는, mol%로 Li2O, Na2O, 및 K2O의 총 함량이고,
    상기 유리 조성물은:
    1000 Poises 이상의 액상선 점도;
    1550℃ 이하의 200P 온도; 및
    600℃ 이상의 어닐링점을 갖는, 유리 조성물.
  43. 청구항 42에 있어서,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O - RO 차이는 4.5 mol% 이상이고, 여기서, R2O는, mol%로 Li2O, Na2O, 및 K2O의 총 함량이며, RO는 2가 금속 산화물의 총합인, 유리 조성물.
  44. 청구항 42 또는 43에 있어서,
    상기 유리 조성물은, 몰 기준으로 계산된, 5.0 mol% 이상인, Al2O3 - R2O 차이를 갖는, 유리 조성물.
  45. 청구항 42 내지 44 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 1450℃ 이하의 200P 온도를 갖는, 유리 조성물.
  46. 청구항 42 내지 45 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 660℃ 이상의 어닐링점을 갖는, 유리 조성물.
  47. 청구항 42에 있어서,
    몰 기준으로 계산된, Al2O3 - R2O - RO - P2O5 차이는 2.5 mol% 이상이고, 여기서, R2O는 알칼리 금속 산화물의 총합이며, RO는 2가 금속 산화물의 총합인, 유리 조성물.
  48. 청구항 42 내지 47 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 10,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는, 유리 조성물.
  49. 청구항 42 내지 48 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은:
    92 GPa 이상의 영률;
    33.9 GPa·㎤/gram 이상의 특정 모듈러스; 및
    0.9 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는, 유리 조성물.
  50. SiO2;
    Al2O3; 및
    Li2O를 포함하는 유리 조성물으로서, 여기서,
    SiO2 (mol%)는, 4.0*Li2O + 6.0*(Na2O + K2O) + 2.0*(CaO + SrO + BaO) + 2.5*MgO + 0.5*Al2O3 - 1.0 이상,
    Li2O ≥ 6.0 mol%,
    Li2O + Na2O + K2O는 14.0 mol% 이하이고,
    상기 유리 조성물은:
    1000 Poises 이상의 액상선 점도;
    1550℃ 이하의 200P 온도; 및
    600℃ 이상의 어닐링점을 갖는, 유리 조성물.
  51. 청구항 50에 있어서,
    상기 유리 조성물은 10,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는, 유리 조성물.
  52. 청구항 50 또는 51에 있어서,
    상기 유리 조성물은 85 GPa 이상의 영률을 갖는, 유리 조성물.
  53. 청구항 50 내지 52 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 0.8 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성을 갖는, 유리 조성물.
  54. 청구항 50 내지 53 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 7.0 mol% 이상의 Li2O를 포함하는, 유리 조성물.
  55. 청구항 50 내지 54 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 10.0 mol% 이하의 Li2O + Na2O + K2O를 포함하는, 유리 조성물.
  56. 청구항 50 내지 55 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 630℃ 이상의 어닐링점을 갖는, 유리 조성물.
  57. 68.0 mol% 이상 내지 80.0 mol% 이하의 SiO2;
    6.7 mol% 이상 내지 12.5 mol% 이하의 Li2O + Na2O + K2O;
    6.7 mol% 이상의 Li2O;
    1.5 mol% 이하의 ZrO2 + TiO2; 및
    0.0 mol% 이상인, Al2O3 (mol%) - ΣR2O (mol%) - ΣRO (mol%) 몰비를 포함하는 유리 조성물으로서, 여기서,
    상기 유리 조성물은:
    1260℃ 이하인 액상선 온도를 가지며,
    여기서, R2O는, mol%로 모든 1가 산화물의 합이고, RO는, mol%로 모든 2가 산화물의 합인, 유리 조성물.
  58. 청구항 57에 있어서,
    상기 유리 조성물은 70.0 mol% 이상 내지 75.0 mol% 이하의 SiO2를 포함하는, 유리 조성물.
  59. 청구항 57 또는 58에 있어서,
    상기 유리 조성물은 10.0 mol% 미만의 Li2O를 포함하는, 유리 조성물.
  60. 청구항 57 내지 59 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 K2O, TiO2, ZrO2 및 F가 실질적으로 없는, 유리 조성물.
  61. 청구항 57 내지 60 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 0.0 mol% 이상 내지 2.0 mol% 이하의 2가 금속 산화물을 더욱 포함하는, 유리 조성물.
  62. 청구항 57 내지 61 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 0.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 B2O3를 더욱 포함하는, 유리 조성물.
  63. 청구항 57 내지 62 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 0.0 mol% 이상 내지 8.0 mol% 이하의 P2O5를 더욱 포함하는, 유리 조성물.
  64. 청구항 57 내지 63 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 10,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는 유리 조성물.
  65. 청구항 62에 있어서,
    상기 유리 조성물은 300,000 Poises 이상의 액상선 점도를 갖는 유리 조성물.
  66. 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징;
    상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 제공되고, 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 전면에 인접하여 제공되는 디스플레이를 포함하는 전기 구성요소; 및
    상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하고,
    여기서, 상기 하우징 또는 커버 기판의 일부 중 적어도 하나는, 전술한 청구항 중 어느 한 항의 유리 조성물을 포함하는 유리 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품.
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