KR20220108079A - 높은 파괴 인성을 갖는 마그네슘 알루미노실리케이트 유리 - Google Patents

높은 파괴 인성을 갖는 마그네슘 알루미노실리케이트 유리 Download PDF

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KR20220108079A
KR20220108079A KR1020227020023A KR20227020023A KR20220108079A KR 20220108079 A KR20220108079 A KR 20220108079A KR 1020227020023 A KR1020227020023 A KR 1020227020023A KR 20227020023 A KR20227020023 A KR 20227020023A KR 20220108079 A KR20220108079 A KR 20220108079A
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Abstract

유리 조성물은: SiO2; 0 mol% 초과 24 mol% 이하의 Al2O3; B2O3; K2O; 10 mol% 이상 38 mol% 이하의 MgO, Na2O 및 Li2O를 포함한다. 유리 조성물은 0.80 MPa√m 이상의 파괴 인성 및 80 GPa 이상 120 GPa 이하의 영률을 가질 수 있다. 유리 조성물은 화학적으로 강화될 수 있다. 유리 조성물은 유리 물품 또는 소비자 전자 제품에 사용될 수 있다.

Description

높은 파괴 인성을 갖는 마그네슘 알루미노실리케이트 유리
본 출원은 내용이 본원에 의존되고 전체가 참조로서 본원에 포함된, 2019년 11월 26일 출원된 미국 가출원 번호 제 62/940,301 호의 우선권의 이익을 주장한다.
배경
기술 분야
본 명세서는 일반적으로 전자 장치용 커버 유리로서의 사용에 적합한 유리 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서는 전자 장치용 커버 유리로 형성될 수 있는 마그네슘 함유 알루미노실리케이트 유리에 관한 것이다.
스마트폰, 태블릿, 휴대용 미디어 플레이어, 개인용 컴퓨터, 및 카메라와 같은 휴대용 장치의 모바일 특성은 이들 장치를 바닥과 같은 단단한 표면에 대한 우연한 낙하에 대해 특히 취약하게 만든다. 이러한 장치는 일반적으로 단단한 표면에 충격을 가하는 경우 손상될 수 있는 커버 유리를 포함한다. 이러한 많은 장치에서, 커버 유리는 디스플레이 커버로서 기능을 하고, 터치 기능을 포함할 수 있어, 커버 유리가 손상되는 경우 장치의 사용에 부정적 영향을 미치도록 한다.
연결된 휴대용 장치가 단단한 표면에 낙하될 때 커버 유리의 두 가지 주요 파손 모드가 있다. 모드 중 하나는 장치가 단단한 표면과의 충격으로부터 동적 하중을 받을 때 유리의 구부러짐으로 인해 야기되는 굴곡 파손이다. 다른 모드는 유리 표면에 대한 손상의 도입에 의해 야기되는 날카로운 접촉 파손이다. 아스팔트, 화강암 등과 같은 거칠고 단단한 표면으로의 유리의 충격은 유리 표면에 날카로운 압입을 초래할 수 있다. 이들 압입은 크랙이 발달하고 전파할 수 있는 유리 표면 내의 파손 부위가 된다.
유리는 유리 표면에 압축 응력을 유발하는 것을 포함하는 이온-교환 기술에 의해 굴곡 파손에 보다 내성을 갖도록 제조될 수 있다. 그러나, 이온-교환된 유리는 날카로운 접촉으로부터의 유리 내의 국부적인 압입에 의해 야기되는 높은 응력 집중으로 인해 여전히 동적 날카로운 접촉에 취약할 것이다.
유리 제조 업체 및 핸드헬드 장치 제조 업체는 날카로운 접촉 파손에 대한 핸드헬드 장치의 내성을 개선하기 위해 지속적으로 노력해 왔다. 솔루션은 커버 유리 상의 코팅으로부터 장치가 단단한 표면 상으로 낙하할 때 커버 유리가 단단한 표면에 직접 충돌하는 것을 방지하는 배젤까지 다양하다. 그러나, 미적 및 기능적 요구 사항의 제약으로 인해, 커버 유리가 단단한 표면에 충돌하는 것을 완전히 방지하는 것은 매우 어렵다.
또한 휴대용 장치는 가능한 얇은 것이 바람직하다. 따라서, 강도에 더하여, 휴대용 장치 내의 커버 유리로 사용될 유리는 가능한 얇게 제조되는 것이 바람직하다. 따라서, 커버 유리의 강도를 증가시키는 것에 더하여, 유리는 얇은 유리 시트와 같이 얇은 유리 물품을 제조할 수 있는 공정에 의해 형성될 수 있도록 하는 기계적 특성을 갖는 것이 또한 바람직하다.
따라서, 이온 교환에 의한 것과 같이 강화될 수 있으며, 얇은 유리 물품으로 형성되도록 하는 기계적 특성을 갖는 유리에 대한 요구가 존재한다.
관점 (1)에 따르면, 유리가 제공된다. 상기 유리는: 34.60 mol% 이상 59.00 mol% 이하의 SiO2; 0.80 mol% 이상 23.60 mol% 이하의 Al2O3; 1.35 mol% 이상 13.50 mol% 이하의 B2O3; 0　mol% 이상 15.80 mol% 이하의 CaO; 0.20 mol% 이상 0.50　mol% 이하의 K2O; 9.80 mol% 이상 37.40 mol% 이하의 MgO; 3.00 mol% 이상 9.00　mol% 이하의 Na2O; 및 4.00 mol% 이상 9.00　mol% 이하의 Li2O를 포함하는 조성을 갖는다.
관점 (2)에 따르면, 관점 (1)의 유리가 제공되며, 여기서 상기 조성물은 100 Poise 미만의 액상 점도를 갖는다.
관점 (3)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 여기서 상기 조성물은 0.80 MPa√ 이상의 파괴 인성(fracture toughness)을 갖는다.
관점 (4)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 여기서 상기 조성물은 0.90 MPa√m 이상의 파괴 인성을 갖는다.
관점 (5)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 여기서 상기 조성물은 80 GPa 이상 120 GPa 이하의 영률을 갖는다.
관점 (6)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 여기서 상기 조성물은 6.5 GPa 이상 9.2 GPa 이하의 경도를 갖는다.
관점 (7)에 따르면, 유리가 제공된다. 상기 유리는: Si2O; 0 mol% 초과 24　mol% 이하의 Al2O3; B2O3; K2O; 10 mol% 이상 38 mol% 이하의 MgO; Na2O; 및 Li2O를 포함하는 조성을 갖는다. 상기 유리는 0.80 MPa√m 이상의 파괴 인성 및 80 GPa 이상 120 GPa 이하의 영률을 갖는다.
관점 (8)에 따르면, 관점 (7)의 유리가 제공되며, 상기 유리는 CaO를 더욱 포함한다.
관점 (9)에 따르면, 관점 (7) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 34 mol% 이상 59 mol% 이하의 SiO2를 포함한다.
관점 (10)에 따르면, 관점 (7) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 0.80 mol% 이상 23.60 mol% 이하의 Al2O3를 포함한다.
관점 (11)에 따르면, 관점 (7) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 1.35 mol% 이상 13.50 mol% 이하의 B2O3를 포함한다.
관점 (12)에 따르면, 관점 (7) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 0 mol% 이상 15.80 mol% 이하의 CaO를 포함한다.
관점 (13)에 따르면, 관점 (7) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 0.20 mol% 이상 0.50　mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (14)에 따르면, 관점 (7) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 9.80 mol% 이상 37.40 mol% 이하의 MgO를 포함한다.
관점 (15)에 따르면, 관점 (7) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 3.00 mol% 이상 9.00　mol% 이하의 Na2O를 포함한다.
관점 (16)에 따르면, 관점 (7) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 4.00 mol% 이상 9.00　mol% 이하의 Li2O를 포함한다.
관점 (17)에 따르면, 관점 (7) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 여기서 상기 조성물은 0.90 MPa√m 이상의 파괴 인성을 갖는다.
관점 (18)에 따르면, 관점 (7) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 여기서 상기 조성물은 100 Poise 미만의 액상 점도를 갖는다.
관점 (19)에 따르면, 유리-계 물품이 제공된다. 상기 유리-계 물품은 유리-계 기판을 이온 교환하여 형성된다. 상기 유리-계 물품은 유리-계 물품의 표면으로부터 압축 깊이로 연장하는 압축 응력 영역을 포함한다. 상기 유리-계 기판은 전술한 관점 중 어느 하나의 조성물을 가질 수 있다.
관점 (20)에 따르면, 소비자 전자 제품이 제공된다. 소비자 전자 제품은 전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징; 적어도 부분적으로 하우징 내에 있는 전자 부품, 상기 전자 부품은 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하고, 상기 디스플레이는 하우징의 전면 또는 이에 인접하게 있으며; 및 디스플레이 위에 배치된 커버를 포함한다. 상기 하우징 또는 커버 중 적어도 하나의 적어도 일부는 관점 (19)에 따른 유리-계 물품을 포함한다.
추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에 기재될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 본 기술분야의 기술자에게 매우 명백하거나 다음의 상세한 설명, 청구 범위 및 첨부된 도면을 포함하여 본원에 기재된 구체예를 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 다양한 구체예를 설명하고 청구된 주제의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하도록 의도되는 것이 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 다양한 구체예의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 포함되어 이의 일부를 구성한다. 도면은 본원에 기재된 다양한 구체예를 예시하고, 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본원에 개시되고 기재된 구체예에 따른 표면 상에 압축 응력층을 갖는 유리의 단면을 개략적으로 도시하고;
도 2a는 본원에 개시된 임의의 유리 물품을 포함하는 예시적인 전자 장치의 평면도이며; 및
도 2b는 도 2a의 예시적인 전자 장치의 사시도이다.
이제 참조는 다양한 구체예에 따른 마그네슘 함유 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 대해 보다 상세하게 이루어질 것이다. 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 우수한 이온 교환성을 가지며, 화학적 강화 공정은 알칼리 알루미노실리케이트 유리에서의 높은 강도 및 높은 인성 특성을 달성하기 위해 사용되어 왔다. 나트륨 알루미노실리케이트 유리는 높은 유리 성형성 및 품질을 갖는 고도로 이온 교환 가능한 유리이다. 리튬 알루미노실리케이트 유리는 높은 유리 품질을 갖는 고도로 이온 교환 가능한 유리이다. Al2O3의 실리케이트 유리 네트워크로의 치환은 이온 교환 동안 1가 양이온의 상호 확산성을 증가시킨다. 용융 염 욕(예를 들어, KNO3 또는 NaNO3)에서 화학적으로 강화함으로써, 높은 강도, 높은 인성 및 높은 압입 크래킹 내성을 갖는 유리가 달성될 수 있다. 화학적 강화를 통해 달성된 응력 프로파일은 유리 물품의 낙하 성능, 강도, 인성 및 다른 속성을 증가시키는 다양한 형상을 가질 수 있다.
따라서, 우수한 물리적 특성, 화학적 내구성, 및 이온 교환성을 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 커버 유리로서의 용도로 주목되고 있다. 특히, 보다 높은 파괴 인성 및 빠른 이온 교환성을 갖는 리튬 함유 알루미노실리케이트 유리가 본원에서 제공된다. 상이한 이온 교환 공정을 통해, 보다 큰 중심 장력(CT), 압축 깊이(DOC), 및 높은 압축 응력(CS)이 달성될 수 있다. 그러나, 알칼리 알루미노실리케이트 유리 내의 리튬의 첨가는 유리의 융점, 연화점, 또는 액상 점도를 감소시킬 수 있다.
본원에 기재된 유리 조성물의 구체예에서, 구성 성분(예를 들어, SiO2, Al2O3, Li2O 등)의 농도는 달리 명시되지 않는 한, 산화물 기준의 몰 퍼센트(mol%)로 주어진다. 구체예에 따른 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물의 구성 성분은 아래에 개별적으로 논의된다. 하나의 구성 성분의 다양하게 인용된 임의의 범위는 개별적으로 다른 구성 성분에 대해 다양하게 인용된 임의의 범위와 조합될 수 있음이 이해되어야 한다. 본원에 사용된 바와 같이, 숫자의 후행 0은 해당 숫자에 대한 유효 숫자를 나타내기 위한 의도이다. 예를 들어, 숫자 "1.0"은 2개의 유효 숫자를 포함하고, 숫자 "1.00"은 3개의 유효 숫자를 포함한다.
본원에 개시된 것은 높은 파괴 인성(KIC)을 나타내는 마그네슘 함유 리튬 알루미노실리케이트 유리 조성물이다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 적어도 0.80 MPa√m의 KIC 파괴 인성 값 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다. 임의의 특정 이론에 구애되지 않고, 본원에 기재된 유리의 높은 파괴 인성은 적어도 부분적으로 유리 조성물에 함유된 높은 전계 강도 성분의 농도로 인한 것이다.
본원에 개시된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물의 구체예에서, SiO2는 가장 큰 성분이며, 이와 같이, SiO2는 유리 조성물로부터 형성된 유리 네트워크의 주요 성분이다. 순수한 SiO2는 비교적 낮은 CTE를 갖고 알칼리가 없다. 그러나, 순수한 SiO2는 높은 융점을 갖는다. 따라서, 유리 조성물 내의 SiO2의 농도가 너무 높으면, 보다 높은 SiO2의 농도가 유리의 용융의 어려움을 증가시키며, 차례로 유리의 성형성에 부정적 영향을 미치기 때문에, 유리 조성물의 성형성은 감소될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 일반적으로 34.60　mol% 이상 59.00 mol% 이하, 및 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 SiO2를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 36.0 mol% 이상, 37.0 mol% 이상, 38.0 mol% 이상, 39.0　mol% 이상, 40.0 mol% 이상, 41.0 mol% 이상, 42.0 mol% 이상, 43.0 mol% 이상, 44.0 mol% 이상, 45.0 mol% 이상, 46.0 mol% 이상, 47.0 mol% 이상, 48.0 mol% 이상, 49.0 mol% 이상, 50.0 mol% 이상, 51.0 mol% 이상, 52.0 mol% 이상, 53.0 mol% 이상, 54.0 mol% 이상, 55.0 mol% 이상, 56.0 mol% 이상, 57.0 mol% 이상, 또는 58.0 mol% 이상과 같이, 35.0 mol% 이상의 양의 SiO2를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 유유리 조성물은 58.0 mol% 이하, 57.0 mol% 이하, 56.0 mol% 이하, 55.0 mol% 이하, 54.0 mol% 이하, 53.0 mol% 이하, 52.0 mol% 이하, 51.0 mol% 이하, 50.0 mol% 이하, 49.0 mol% 이하, 48.0 mol% 이하, 47.0 mol% 이하, 46.0 mol% 이하, 45.0 mol% 이하, 44.0 mol% 이하, 43.0 mol% 이하, 42.0 mol% 이하, 41.0 mol% 이하, 40.0 mol% 이하, 39.0 mol% 이하, 38.0 mol% 이하, 37.0 mol% 이하, 36.0 mol% 이하, 또는 35.0 mol% 이하와 같이, 59.0 mol% 이하의 양의 SiO2를 포함한다. 구체예에서 상기 범위 중 임의의 것은 임의의 다른 범위와 조합하여, 유리 조성물이 35.0 mol% 이상 58.0 mol% 이하, 36.0 mol% 이상 57.0 mol% 이하, 37.0 mol% 이상 56.0 mol% 이하, 38.0 mol% 이상 55.0 mol% 이하, 39.0 mol% 이상 54.0 mol% 이하, 38.0 mol% 이상 53.0 mol% 이하, 39.0 mol% 이상 52.0 mol% 이하, 40.0 mol% 이상 51.0 mol% 이하, 41.0 mol% 이상 50.0 mol% 이하, 42.0 mol% 이상 49.0 mol% 이하, 43.0 mol% 이상 48.0 mol% 이하, 44.0　mol% 이상 47.0 mol% 이하, 45.0 mol% 이상 46.0 mol%이하 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 양의 SiO2를 포함하도록 할 수 있음이 이해되어야 한다.
구체예의 유리 조성물은 Al2O3를 포함한다. Al2O3는 SiO2와 유사하게 유리 네트워크 형성제로서 역할을 할 수 있다. Al2O3는 유리 조성물로부터 형성된 유리 용융물 내에서의 이의 사면체 배위로 인해 유리 조성물의 점도를 증가시킬 수 있으며, 이는 Al2O3의 양이 너무 높은 경우 유리 조성물의 성형성을 감소시킨다. 그러나, Al2O3의 농도가 유리 조성물 내의 SiO2의 농도 및 알칼리 산화물의 농도에 대해 균형을 이룰 때, Al2O3는 유리 용융물의 액상선 온도를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 액상 점도를 강화하며 특정 형성 공정과의 유리 조성물의 호환성을 개선한다. 유리 조성물 내의 Al2O3의 포함은 본원에 기재된 높은 파괴 인성 값을 가능하게 한다. 구체예에서, 유리 조성물은 일반적으로 0.80 mol% 이상 23.60 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 농도의 Al2O3를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 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, 4.5 mol% 이상, 5.0 mol% 이상, 5.5 mol% 이상, 6.0 mol% 이상, 6.5 mol% 이상, 7.0 mol% 이상, 7.5 mol% 이상, 8.0 mol% 이상, 8.5 mol% 이상, 9.0 mol% 이상, 9.5 mol% 이상, 10.0 mol% 이상, 10.5 mol% 이상, 11.0 mol% 이상, 11.5 mol% 이상, 12.0 mol% 이상, 12.5 mol% 이상, 13.0 mol% 이상, 13.5 mol% 이상, 14.0 mol% 이상, 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, 19.5 mol% 이상, 20.0 mol% 이상, 20.5 mol% 이상, 21.0 mol% 이상, 21.5 mol% 이상, 22.0 mol% 이상, 22.5 mol% 이상, 23.0 mol% 이상, 또는 23.5 mol% 이상과 같이, 0 mol% 초과의 양의 Al2O3를 포함한다. 구체예에서, 유리 조성물은 23.5 mol% 이하, 23.0 mol% 이하, 22.5 mol% 이하, 22.0 mol% 이하, 21.5 mol% 이하, 21.0 mol% 이하, 20.5 mol% 이하, 20.0 mol% 이하, 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, 14.5 mol% 이하, 14.0 mol% 이하, 13.5 mol% 이하, 13.0 mol% 이하, 12.5 mol% 이하, 12.0 mol% 이하, 11.5 mol% 이하, 11.0 mol% 이하, 10.5 mol% 이하, 10.0 mol% 이하, 9.5 mol% 이하, 9.0 mol% 이하, 8.5 mol% 이하, 8.0 mol% 이하, 7.5 mol% 이하, 7.0 mol% 이하, 6.5 mol% 이하, 6.0 mol% 이하, 5.5 mol% 이하, 5.0 mol% 이하, 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, 또는 1.0 mol% 이하와 같이, 24 mol% 이하의 양의 Al2O3를 포함한다. 구체예에서, 상기 범위 중 임의의 것은 임의의 다른 범위와 조합하여, 유리 조성물이 1.0 mol% 이상 23.5 mol% 이하, 1.5 mol% 이상 23.0 mol% 이하, 2.0 mol% 이상 22.5 mol% 이하, 2.5 mol% 이상 21.0 mol% 이하, 3.0 mol% 이상 20.5 mol% 이하, 3.5 mol% 이상 20.0 mol% 이하, 4.0 mol% 이상 19.5 mol% 이하, 4.5 mol% 이상 19.0 mol% 이하, 5.0 mol% 이상 18.5 mol% 이하, 5.5 mol% 이상 18.0 mol% 이하, 6.0 mol% 이상 17.5 mol% 이하, 6.5 mol% 이상 17.0 mol% 이하, 7.0 mol% 이상 16.5 mol% 이하, 7.5 mol% 이상 16.0 mol% 이하, 8.0 mol% 이상 15.5 mol% 이하, 8.5 mol% 이상 15.0 mol% 이하, 9.0 mol% 이상 14.5 mol% 이하, 9.5 mol% 이상 14.0 mol% 이하, 10.0 mol% 이상 13.5 mol% 이하, 10.5 mol% 이상 13.0 mol% 이하, 11.0 mol% 이상 12.5 mol% 이하, 11.5 mol% 이상 12.0 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 0 mol% 초과 24 mol% 이하의 양의 Al2O3를 포함하도록 할 수 있음이 이해되어야 한다.
SiO2 및 Al2O3과 유사하게, B2O3는 네트워크 형성제로서 유리 조성물에 첨가되어, 유리 조성물의 용융성 및 성형성을 감소시킨다. 따라서, B2O3는 이러한 특성을 과도하게 감소시키지 않는 양으로 첨가될 수 있다. 유리 조성물 내의 B2O3의 포함은 본원에 기재된 높은 파괴 인성 값을 가능하게 한다. 구체예에서, 유리 조성물은 1.35 mol% B2O3 이상 13.50 mol% B2O3 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 양의 B2O3를 포함할 수 있다. 구체예에서, 유리 조성물은 2.0 mol% 이상, 2.5 mol% 이상, 3.0 mol% 이상, 3.5 mol% 이상, 4.0 mol% 이상, 4.5 mol% 이상, 5.0 mol% 이상, 5.5 mol% 이상, 6.0 mol% 이상, 6.5 mol% 이상, 7.0 mol% 이상, 7.5 mol% 이상, 8.0 mol% 이상, 8.5 mol% 이상, 9.0 mol% 이상, 9.5 mol% 이상, 10.0 mol% 이상, 10.5 mol% 이상, 11.0 mol% 이상, 11.5 mol% 이상, 12.0 mol% 이상, 12.5 mol% 이상, 13.0 mol% 이상과 같이, 1.5 mol% 이상의 양의 B2O3를 포함할 수 있다. 구체예에서, 유리 조성물은 13.0 mol% 이하, 12.5 mol% 이하, 12.0 mol% 이하, 11.5 mol% 이하, 11.0 mol% 이하, 10.5 mol% 이하, 10.0 mol% 이하, 9.5 mol% 이하, 9.0 mol% 이하, 8.5 mol% 이하, 8.0 mol% 이하, 7.5 mol% 이하, 7.0 mol% 이하, 6.5 mol% 이하, 6.0 mol% 이하, 5.5 mol% 이하, 5.0 mol% 이하, 4.5 mol% 이하, 4.0 mol% 이하, 3.5 mol% 이하, 3.0 mol% 이하, 2.5 mol% 이하, 2.0 mol% 이하, 또는 1.5 mol% 이하와 같이, 13.5 mol% 이하의 양의 B2O3를 포함할 수 있다. 구체예에서, 상기 범위 중 임의의 것은 임의의 다른 범위와 조합하여, 유리 조성물이 2.0 mol% 이상 13.0 mol% 이하, 2.5 mol% 이상 12.5 mol% 이하, 3.0 mol% 이상 12.0 mol% 이하, 3.5 mol% 이상 11.5 mol% 이하, 4.0 mol% 이상 11.0 mol% 이하, 4.5 mol% 이상 10.5 mol% 이하, 5.0 mol% 이상 10.0 mol% 이하, 5.5 mol% 이상 9.5 mol% 이하, 6.0 mol% 이상 9.0 mol% 이하, 6.5 mol% 이상 8.5 mol% 이하, 7.0 mol% 이상 8.0 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 1.5 mol% 이상 13.5 mol% 이하의 양의 B2O3를 포함하도록 할 수 있음이 이해되어야 한다.
유리 조성물 내의 Li2O의 포함은 이온 교환 공정의 보다 나은 제어를 허용하고 유리의 연화점을 더욱 감소시켜, 유리의 제조성(manufacturability)을 증가시킨다. 유리 조성물 내의 Li2O의 존재는 또한 포물선 형상의 응력 프로파일의 형성을 허용한다. 구체예에서, 유리 조성물은 일반적으로 4.00 mol% 초과 9.00 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 양의 Li2O를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 5.0 mol% 이상, 5.5 mol% 이상, 6.0 mol% 이상, 6.5 mol% 이상, 7.0 mol% 이상, 7.5 mol% 이상, 8.0 mol% 이상, 또는 8.5 mol% 이상과 같이, 4.5 mol% 이상의 양의 Li2O를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 8.0 mol% 이하, 7.5 mol% 이하, 7.0 mol% 이하, 6.5 mol% 이하, 6.0 mol% 이하, 5.5 mol% 이하, 5.0 mol% 이하, 또는 4.5 mol% 이하와 같이, 8.5 mol% 이하의 양의 Li2O를 포함한다. 구체예에서, 상기 범위 중 임의의 것은 임의의 다른 범위와 조합되어, 유리 조성물이 5.0 mol% 이상 8.0 mol% 이하, 5.5 mol% 이상 7.5 mol% 이하, 6.0 mol% 이상 7.0 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 4.5 mol% 이상 8.5 mol% 이하의 Li2O를 포함하도록 할 수 있음이 이해되어야 한다.
구체예에 따르면, 유리 조성물은 또한 Na2O를 포함한다. Na2O는 유리 조성물의 이온 교환성을 돕고, 또한 성형성을 개선하며, 이에 따라 유리 조성물의 제조성을 개선한다. 그러나, 너무 많은 Na2O가 유리 조성물에 첨가되면, 열팽창계수(CTE)가 너무 낮을 수 있고, 융점이 너무 높을 수 있다. 유리 조성물 내의 Na2O의 포함은 또한 이온 교환 강화를 통해 달성되는 높은 압축 응력 값을 가능하게 한다. 구체예에서, 유리 조성물은 일반적으로 3.00 mol% 이상의 Na2O 내지 9.00 mol% 이하의 Na2O, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 양의 Na2O를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 4.0 mol% 이상, 4.5 mol% 이상, 5.0 mol% 이상, 5.5 mol% 이상, 6.0 mol% 이상, 6.5 mol% 이상, 7.0 mol% 이상, 7.5 mol% 이상, 8.0 mol% 이상, 또는 8.5 mol% 이상과 같이, 3.5 mol% 이상의 양의 Na2O를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 8.0 mol% 이하, 7.5 mol% 이하, 7.0 mol% 이하, 6.5 mol% 이하, 6.0 mol% 이하, 5.5 mol% 이하, 5.0 mol% 이하, 4.5 mol% 이하, 4.0 mol% 이하, 또는 3.5 mol% 이하와 같이, 8.5 mol% 이하의 양의 Na2O를 포함한다. 구체예에서, 상기 범위 중 임의의 것은 임의의 다른 범위와 조합되어, 유리 조성물이 4.0 mol% 이상 8.0 mol% 이하, 4.5 mol% 이상 7.5 mol% 이하, 5.0 mol% 이상 7.0 mol% 이하, 5.5 mol% 이상 6.5 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 3.5 mol% 이상 8.5 mol% 이하의 양의 Na2O를 포함하도록 할 수 있음이 이해되어야 한다.
Na2O와 유사하게, K2O 또한 이온 교환을 촉진하고 결과로서 형성된 압축 응력 층의 압축 깊이(DOC)를 증가시킨다. 그러나, K2O 첨가는 CTE를 너무 낮게 할 수 있으며, 융점이 너무 높게 할 수 있다. 유리 조성물 내의 K2O의 포함은 이온 교환에 의해 생성된 유리 물품 내의 높은 압축 응력 스파이크의 깊은 깊이를 가능하게 한다. 구체예에서, K2O는 0.25 mol% 이상 0.45 mol% 이하, 0.30 mol% 이상 0.40 mol% 이하, 0.35 mol% 이상, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 0.20 mol% 이상 0.50 mol% 이하의 양으로 유리 조성물 내에 존재할 수 있다. 구체예에서, 유리 조성물은 1.9 mol% 이하, 1.8 mol% 이하, 1.7 mol% 이하, 1.6 mol% 이하, 1.5 mol% 이하, 1.4 mol% 이하, 1.3 mol% 이하, 1.2 mol% 이하, 1.1 mol% 이하, 1.0 mol% 이하, 0.9 mol% 이하, 0.8 mol% 이하, 0.7 mol% 이하, 0.6 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 0.4 mol% 이하, 또는 0.3 mol% 이하와 같이, 2.0 mol% 이하의 양의 K2O를 함유할 수 있다. 구체예에서, 유리 조성물은 0.1 mol% 이상, 0.2 mol% 이상, 0.3 mol% 이상, 또는 0.4 mol% 이상과 같이, 0 mol% 초과의 양의 K2O를 함유할 수 있다.
유리는 마그네슘을 포함한다. MgO의 포함은 유리의 점도를 낮추며, 이는 유리의 성형성 및 제조성을 강화할 수 있다. 유리 조성물 내의 MgO의 포함은 또한 유리 조성물의 변형점 및 영률을 개선하고, 유리의 이온 교환 능력을 개선할 수 있다. 그러나, 너무 많은 MgO가 유리 조성물에 첨가되는 경우, 유리 조성물의 밀도 및 CTE는 바람직하지 않게 증가한다. 유리 조성물에 포함된 많은 양의 MgO는 본원에 기재된 높은 파괴 인성 값을 가능하게 한다. 구체예에서, 유리 조성물은 9.80 mol% 이상 37.40 mol% 이하, 및 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 농도의 MgO를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 10.0 mol% 이상, 10.5 mol% 이상, 11.0 mol% 이상, 11.5 mol% 이상, 12.0 mol% 이상, 12.5 mol% 이상, 13.0 mol% 이상, 13.5 mol% 이상, 14.0 mol% 이상, 14.5 mol% 이상, 15.0 mol% 이상, 15.5 mol% 이상, 16.0 mol% 이상, 16.5 mol% 이상, 17.0 mol% 이상, 18.0 mol% 이상, 18.5 mol% 이상, 19.0 mol% 이상, 19.5 mol% 이상, 20.0 mol% 이상, 20.5 mol% 이상, 21.0 mol% 이상, 21.5 mol% 이상, 22.0 mol% 이상, 22.5 mol% 이상, 23.0 mol% 이상, 23.5 mol% 이상, 24.0 mol% 이상, 24.5 mol% 이상, 25.0 mol% 이상, 25.5 mol% 이상, 26.0 mol% 이상, 26.5 mol% 이상, 27.0 mol% 이상, 27.5 mol% 이상, 28.0 mol% 이상, 28.5 mol% 이상, 29.0 mol% 이상, 29.5 mol% 이상, 30.0 mol% 이상, 30.5 mol% 이상, 31.0 mol% 이상, 31.5 mol% 이상, 32.0 mol% 이상, 32.5 mol% 이상, 33.0 mol% 이상, 33.5 mol% 이상, 34.0 mol% 이상, 34.5 mol% 이상, 35.0 mol% 이상, 35.5 mol% 이상, 36.0 mol% 이상, 36.5 mol% 이상, 37.0 mol% 이상과 같이, 10 mol% 이상의 양의 MgO를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 38.0 mol% 이하, 37.0 mol% 이하, 36.5 mol% 이하, 36.0 mol% 이하, 35.5 mol% 이하, 35.0 mol% 이하, 34.5 mol% 이하, 34.0 mol% 이하, 33.5 mol% 이하, 33.0 mol% 이하, 32.5 mol% 이하, 32.0 mol% 이하, 31.5 mol% 이하, 31.0 mol% 이하, 30.5 mol% 이하, 30.0 mol% 이하, 29.5 mol% 이하, 29.0 mol% 이하, 28.5 mol% 이하, 28.0 mol% 이하, 27.5 mol% 이하, 27.0 mol% 이하, 26.5 mol% 이하, 26.0 mol% 이하, 25.5 mol% 이하, 25.0 mol% 이하, 24.5 mol% 이하, 24.0 mol% 이하, 23.5 mol% 이하, 23.0 mol% 이하, 22.5 mol% 이하, 22.0 mol% 이하, 21.5 mol% 이하, 21.0 mol% 이하, 20.5 mol% 이하, 20.0 mol% 이하, 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, 14.5 mol% 이하, 14.0 mol% 이하, 13.5 mol% 이하, 13.0 mol% 이하, 12.5 mol% 이하, 12.0 mol% 이하, 11.5 mol% 이하, 11.0 mol% 이하, 10.5 mol% 이하, 또는 10.0 mol% 이하와 같이, 38 mol% 이하의 양의 MgO를 포함한다. 구체예에서, 상기 범위 중 임의의 것은 임의의 다른 범위와 조합되어, 유리 조성물이 10.0 mol% 이상 37.0 mol% 이하, 10.5 mol% 이상 36.5 mol% 이하, 11.0 mol% 이상 36.0 mol% 이하, 11.5 mol% 이상 35.5 mol% 이하, 12.0 mol% 이상 35.0 mol% 이하, 12.5 mol% 이상 34.5 mol% 이하, 13.0 mol% 이상 34.0 mol% 이하, 13.5 mol% 이상 33.5 mol% 이하, 14.0 mol% 이상 33.0 mol% 이하, 14.5 mol% 이상 32.5 mol% 이하, 15.0 mol% 이상 32.0 mol% 이하, 15.5 mol% 이상 31.5 mol% 이하, 16.0 mol% 이상 31.0 mol% 이하, 16.5 mol% 이상 30.5 mol% 이하, 17.0 mol% 이상 30.0 mol% 이하, 17.5 mol% 이상 29.5 mol% 이하, 18.0 mol% 이상 29.0 mol% 이하, 18.5 mol% 이상 28.5 mol% 이하, 19.0 mol% 이상 28.0 mol% 이하, 19.5 mol% 이상 27.5 mol% 이하, 20.0 mol% 이상 27.0 mol% 이하, 20.5 mol% 이상 26.5 mol% 이하, 21.0 mol% 이상 26.0 mol% 이하, 21.5 mol% 이상 25.5 mol% 이하, 22.0 mol% 이상 25.0 mol% 이하, 22.5 mol% 이상 24.5 mol% 이하, 23.0 mol% 이상 24.0 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 10 mol% 이상 38 mol% 이하의 양의 MgO를 포함하도록 할 수 있음이 이해되어야 한다.
유리 조성물은 CaO를 포함할 수 있다. CaO의 포함은 유리의 점도를 낮추고, 이는 성형성, 변형점 및 영률을 강화하고, 이온 교환 능력을 개선시킬 수 있다. 그러나, 너무 많은 CaO가 유리 조성물에 첨가되면, 유리 조성물의 밀도 및 CTE는 증가한다. 구체예에서, 유리 조성물은 일반적으로 0 mol% 초과 15.80 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 농도의 CaO를 포함한다. 구체예에서, 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, 4.5 mol% 이상, 5.0 mol% 이상, 5.5 mol% 이상, 6.0 mol% 이상, 6.5 mol% 이상, 7.0 mol% 이상, 7.5 mol% 이상, 8.0 mol% 이상, 8.5 mol% 이상, 9.0 mol% 이상, 9.5 mol% 이상, 10.0 mol% 이상, 10.5 mol% 이상, 11.0 mol% 이상, 11.5 mol% 이상, 12.0 mol% 이상, 12.5 mol% 이상, 13.0 mol% 이상, 13.5 mol% 이상, 14.0 mol% 이상, 14.5 mol% 이상, 15.0 mol% 이상, 또는 15.5 mol% 이상과 같이, 0.1 mol% 이상의 양의 CaO를 포함한다. 구체예에서, 유리 조성물은 15.0 mol% 이하, 14.5 mol% 이하, 14.0 mol% 이하, 13.5 mol% 이하, 13.0 mol% 이하, 12.5 mol% 이하, 12.0 mol% 이하, 11.5 mol% 이하, 11.0 mol% 이하, 10.5 mol% 이하, 10.0 mol% 이하, 9.5 mol% 이하, 9.0 mol% 이하, 8.5 mol% 이하, 8.0 mol% 이하, 7.5 mol% 이하, 7.0 mol% 이하, 65 mol% 이하, 6.0 mol% 이하, 5.5 mol% 이하, 5.0 mol% 이하, 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% 이하와 같이, 15.5 mol% 이하의 양의 CaO를 포함한다. 구체예에서, 상기 범위 중 임의의 것은 임의의 다른 범위와 조합되어, 유리 조성물이 0.5 mol% 이상 15.0 mol% 이하, 1.0 mol% 이상 14.5 mol% 이하, 1.5 mol% 이상 14.0 mol% 이하, 2.0 mol% 이상 13.5 mol% 이하, 2.5 mol% 이상 13.0 mol% 이하, 3.0 mol% 이상 12.5 mol% 이하, 3.5 mol% 이상 12.0 mol% 이하, 4.0 mol% 이상 11.5 mol% 이하, 4.5 mol% 이상 11.0 mol% 이하, 5.0 mol% 이상 10.5 mol% 이하, 5.5 mol% 이상 10.0 mol% 이하, 6.0 mol% 이상 9.5 mol% 이하, 6.5 mol% 이상 9.0 mol% 이하, 7.0 mol% 이상 8.5 mol% 이하, 7.5 mol% 이상 8.0 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 0.1 mol% 이상 15.5 mol% 이하의 양의 CaO를 포함하도록 할 수 있음이 이해되어야 한다.
구체예에서, 유리 조성물은 TiO2가 실질적으로 없거나 없을 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "실질적으로 없는"은 구성 성분이 0.01 mol% 미만과 같이 오염 물질로서 매우 소량으로 최종 유리에 존재할 수 있으나, 구성 성분이 배치 물질의 구성 성분으로서 첨가되지 않음을 의미한다. 유리 조성물 내의 TiO2의 포함으로, 유리는 실투되기 쉬워지거나 및/또는 바람직하지 않은 착색을 나타낼 수 있다.
구체예에서, 유리 조성물은 ZrO2가 실질적으로 없거나 없을 수 있다. 유리 조성물 내의 ZrO2의 포함은 적어도 부분적으로 유리에서의 ZrO2의 낮은 용해도로 인해 유리 내의 바람직하지 않은 지르코니아의 형성을 초래할 수 있다.
구체예에서, 유리 조성물은 P2O5가 실질적으로 없거나 없을 수 있다. 유리 조성물 내의 P2O5의 포함은 유리 조성물의 용융성 및 성형성을 바람직하지 않게 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 유리 조성물의 제조성이 저하될 수 있다. 원하는 이온 교환 성능을 달성하기 위해 본원에 기재된 유리 조성물 내에 P2O5를 포함할 필요는 없다. 이러한 이유로, P2O5는 원하는 이온 교환 성능을 유지하면서 유리 조성물의 제조성에 부정적인 영향을 미치는 것을 피하기 위해 유리 조성물에서 배제될 수 있다.
구체예에서, 유리 조성물은 선택적으로 일 이상의 청징제를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 청징제는 예를 들어, SnO2를 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, SnO2는 0 mol% 이상 0.1 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 0.2 mol% 이하의 양으로 유리 조성물에 존재할 수 있다. 다른 구체예에서, SnO2는 0 mol% 이상 0.2 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이상 0.2 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 양으로 유리 조성물에 존재할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 SnO2가 실질적으로 없거나 없을 수 있다.
구체예에서, 유리 조성물은 비소 및 안티몬 중 하나 또는 둘 모두가 실질적으로 없을 수 있다. 다른 구체예에서, 유리 조성물은 비소 및 안티몬 중 하나 또는 둘 모두가 없을 수 있다.
구체예에서, 유리 조성물은 Fe2O3가 실질적으로 없을 수 있다. 철은 종종 유리 조성물을 형성하는데 이용되는 원료에 존재하며, 결과적으로 유리 배치에 적극적으로 첨가되지 않은 경우에도 본원에 기재된 유리 조성물에서 검출될 수 있다.
상기 개별 구성 성분에 더하여, 본원에 개시된 구체예에 따른 유리 조성물은 그 안에 함유된 높은 전계 강도 성분의 농도를 특징으로 할 수 있다. 이러한 높은 전계 강도 성분은 유리의 인성에 기여하고 또한 유리의 경도를 증가시킨다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "높은 전계 강도 성분"은 Al2O3, MgO, Li2O, ZrO2, La2O3, 및 Y2O3를 포함하는 그룹을 지칭한다. 유리 내의 높은 전계 강도 성분의 농도가 너무 낮으면, 유리의 인성은 바람직하지 않게 감소되고 원하는 파괴 인성이 달성되지 않을 수 있다. 또한, 유리 내의 높은 전계 강도 성분의 농도가 너무 높으면, 유리의 제조성은 바람직하지 않게 감소될 수 있다. 구체예에서, 유리 조성물은 18.0 mol% 초과 48.0 mol% 미만, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 농도의 Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 19.0 mol% 이상, 20.0 mol% 이상, 21.0 mol% 이상, 22.0 mol% 이상, 23.0 mol% 이상, 24.0 mol% 이상, 25.0 mol% 이상, 26.0 mol% 이상, 27.0 mol% 이상, 28.0 mol% 이상, 29.0 mol% 이상, 30.0 mol% 이상, 31.0 mol% 이상, 32.0 mol% 이상, 33.0 mol% 이상, 34.0 mol% 이상, 35.0 mol% 이상, 36.0 mol% 이상, 37.0 mol% 이상, 38.0 mol% 이상, 39.0 mol% 이상, 40.0 mol% 이상, 41.0 mol% 이상, 42.0 mol% 이상, 43.0 mol% 이상, 44.0 mol% 이상, 45.0 mol% 이상, 46.0 mol% 이상, 또는 47.0 mol% 이상과 같이, 18.5 mol% 이상의 농도의 Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 47.0 mol% 이하, j46.0 mol% 이하, 45.0 mol% 이하, 44.0 mol% 이하, 43.0 mol% 이하, 42.0 mol% 이하, 41.0 mol% 이하, 40.0 mol% 이하, 39.0 mol% 이하, 38.0 mol% 이하, 37.0 mol% 이하, 36.0 mol% 이하, 35.0 mol% 이하, 34.0 mol% 이하, 33.0 mol% 이하, 32.0 mol% 이하, 31.0 mol% 이하, 30.0 mol% 이하, 29.0 mol% 이하, 28.0 mol% 이하, 27.0 mol% 이하, 26.0 mol% 이하, 25.0 mol% 이하, 24.0 mol% 이하, 23.0 mol% 이하, 22.0 mol% 이하, 21.0 mol% 이하, 20.0 mol% 이하, 19.0 mol% 이하, 또는 18.5 mol% 이하와 같이, 47.5 mol% 이하의 농도의 Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3를 포함할 수 있다. 구체예에서, 상기 범위 중 임의의 것은 임의의 다른 범위와 조합되어, 유리 조성물이 19.0 mol% 이상 47.0 mol% 이하, 20.0 mol% 이상 46.0 mol% 이하, 21.0 mol% 이상 45.0 mol% 이하, 22.0 mol% 이상 44.0 mol% 이하, 23.0 mol% 이상 43.0 mol% 이하, 24.0 mol% 이상 42.0 mol% 이하, 25.0 mol% 이상 41.0 mol% 이하, 26.0 mol% 이상 40.0 mol% 이하, 27.0 mol% 이상 39.0 mol% 이하, 28.0 mol% 이상 38.0 mol% 이하, 29.0 mol% 이상 37.0 mol% 이하, 30.0 mol% 이상 36.0 mol% 이하, 31.0 mol% 이상 35.0 mol% 이하, 32.0 mol% 이상 34.0 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 18.5 mol% 이상 47.5 mol% 이하의 농도의 Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3를 포함하도록 할 수 있음이 이해되어야 한다.
앞서 개시된 바와 같은 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물의 물리적 특성이 이제 논의될 것이다. 이러한 물리적 특성은 실시예를 참조하여 보다 상세하게 논의되는 바와 같이 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물의 구성 성분의 양을 변화시킴으로써 달성될 수 있다.
구체예에 따른 유리 조성물은 높은 파괴 인성을 갖는다. 임의의 특정 이론에 구애되지 않고, 높은 파괴 인성은 유리 조성물에 개선된 낙하 성능을 부여할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 파괴 인성은 KIC 값을 지칭하며, 갈매기형 노치된 단봉법(chevron notched short bar method)에 의해 측정된다. KIC 값을 측정하기 위해 이용되는 갈매기형 노치된 단봉법(CNSB)은 Y*m이 Bubsey, R.T. 등의 "Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacement and Stress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on Experimental Compliance Measurements", NASA Technical Memorandum 83796, pp. 1-30 (1992년 10월)의 식 5를 사용하여 계산되는 것을 제외하고는 Reddy, K.P.R. 등의 "Fracture Toughness Measurement of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-Notched Specimens", J. Am. Ceram. Soc., 71 [6], C-310-C-313 (1988)에 개시된다. 또한, KIC 값은 유리 물품을 이온 교환하기 전에 KIC 값을 측정하는 것과 같이, 비-강화된 유리 샘플에 대해 측정된다.
구체예에서, 유리 조성물은 0.805 MPa√m 이상, 0.810 MPa√m 이상, 0.815 MPa√m 이상, 또는 0.820 MPa√m 이상과 같이, 0.800 MPa√m 초과의 KIC 값을 나타낸다. 구체예에서, 유리 조성물은 0.90 MPa√m 이상의 KIC 값을 나타낸다. 구체예에서, 유리 조성물은 0.81 MPa√m 이상 0.99 MPa√m 이하, 0.82 이상 0.98 MPa√m 이하, 0.83 MPa√m 이상 0.97 MPa√m 이하, 0.84 MPa√m 이상 0.96 MPa√m 이하, 0.85 MPa√m 이상 0.95 MPa√m 이하, 0.86 MPa√m 이상 0.94 MPa√m 이하, 0.87 MPa√m 이상 0.93 MPa√m 이하, 0.88 MPa√m 이상 0.92 MPa√m 이하, 또는 0.89 MPa√m 이상 0.91 MPa√m 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 0.80 MPa√m 이상 1.00 MPa√m 이하의 KIC 값을 나타낸다. 본원에 기재된 유리 조성물의 높은 파괴 인성은 유리의 손상에 대한 내성을 증가시킨다.
구체예에서, 유리 조성물의 액상 점도는 90 P 이하, 80 P 이하, 70 P 이하, 60 P 이하, 50 P 이하, 40 P 이하, 35 P 이하, 30 P 이하, 25 P 이하, 또는 20 P 이하와 같이 100 P 이하이다. 다른 구체예에서, 액상 점도는 20 P 이상, 25 P 이상, 또는 30 P 이상과 같이 15 P 이상이다. 구체예에서, 상기 범위 중 임의의 것은 임의의 다른 범위와 조합되어, 액상 점도가 20 P 이상 30 kP 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이 15 P 이상 35 P 이하가 되도록 할 수 있음이 이해되어야 한다. 액상 점도는 다음의 방법으로 결정된다. 먼저, 유리의 액상선 온도는 "Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method"로 명명된 ASTM C829-81(2015)에 따라 측정된다. 다음으로, 액상선 온도에서의 유리의 점도는 "Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point"로 명명된 ASTM C965-96(2012)에 따라 측정된다.
구체예에서, 유리 조성물의 영률(E)은 80 GPa 이상 120 GPa 이하, 81 GPa 이상 118 GPa 이하, 82 GPa 이상 117 GPa 이하, 83 GPa 이상 116 GPa 이하, 84 GPa 이상 115 GPa 이하, 85 GPa 이상 114 GPa 이하, 86 GPa 이상 113 GPa 이하, 87 GPa 이상 112 GPa 이하, 88 GPa 이상 111 GPa 이하, 89 GPa 이상 110 GPa 이하, 90 GPa 이상 109 GPa 이하, 91 GPa 이상 108 GPa 이하, 92 GPa 이상 107 GPa 이하, 93 GPa 이상 106 GPa 이하, 94 GPa 이상 105 GPa 이하, 95 GPa 이상 104 GPa 이하, 96 GPa 이상 103 GPa 이하, 97 GPa 이상 102 GPa 이하, 98 GPa 이상 101 GPa 이하, 또는 99 GPa 이상 100 GPa 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 75 GPa 이상 125 GPa 이하일 수 있다. 본 개시에서 언급된 영률 값은 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts"로 명명된 ASTM E2001-13에 기재된 일반적인 타입의 공명 초음파 분광 기술에 의해 측정된 값을 지칭한다.
구체예에서, 유리 조성물은 36 GPa 이상 40 GPa 이하, 37 GPa 이상 39 GPa 이하, 38 GPa 이상, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 35 GPa 이상 41 GPa 이하의 전단 모듈러스(G)를 가질 수 있다. 본 개시에서 언급된 전단 모듈러스 값은 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts"로 명명된 ASTM E2001-13에 기재된 일반적인 유형의 공명 초음파 분광 기술에 의해 측정된 값을 지칭한다.
구체예에서, 유리 조성물은 0.26, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 0.2 이상 0.27 이하의 푸아송비(ν)를 가질 수 있다. 본 개시에 언급된 푸아송비의 값은 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts"로 명명된 ASTM E2001-13에 기재된 일반적인 유형의 공명 초음파 분광 기술에 의해 측정된 값을 지칭한다.
구체예에서, 유리 조성물은 6.6 GPa 이상, 6.7 GPa 이상, 6.8 GPa 이상, 6.9 GPa 이상, 7.0 GPa 이상, 7.1 GPa 이상, 7.2 GPa 이상, 7.3 GPa 이상, 7.4 GPa 이상, 7.5 GPa 이상, 7.6 GPa 이상, 7.7 GPa 이상, 7.8 GPa 이상, 7.9 GPa 이상, 8.0 GPa 이상, 8.1 GPa 이상, 8.2 GPa 이상, 8.3 GPa 이상, 8.4 GPa 이상, 8.5 GPa 이상, 8.6 GPa 이상, 8.7 GPa 이상, 8.8 GPa 이상, 8.9 GPa 이상, 9.0 GPa 이상, 또는 9.1 GPa 이상과 같이, 6.5 GPa 이상의 경도를 가질 수 있다. 구체예에서, 유리 조성물은 6.6 GPa 이상 9.1 GPa 이하, 6.7 GPa 이상 9.0 GPa 이하, 6.8 GPa 이상 8.9 GPa 이하, 6.9 GPa 이상 8.8 GPa 이하, 7.0 GPa 이상 8.7 GPa 이하, 7.1 GPa 이상 8.6 GPa 이하, 7.2 GPa 이상 8.5 GPa 이하, 7.3 GPa 이상 8.4 GPa 이하, 7.4 GPa 이상 8.3 GPa 이하, 7.5 GPa 이상 8.2 GPa 이하, 7.6 GPa 이상 8.1 GPa 이하, 7.7 GPa 이상 8.0 GPa 이하, 7.8 GPa 이상 7.9 GPa 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 6.5 GPa 이상 9.2 GPa 이하의 경도를 갖는다.경도는 베르코비치 팁에 의한 나노 압입으로 측정되었다.
상기 조성물로부터, 구체예에 따른 유리 물품은 임의의 적합한 방법에 의해 형성될 수 있다. 구체예에서, 유리 조성물은 롤링 공정에 의해 형성될 수 있다.
유리 조성물 및 이로부터 제조된 물품은 이것이 형성될 수 있는 방식으로 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 유리 조성물은 플로트-형성 가능하거나(즉, 플로트 공정에 의해 형성됨), 롤-형성 가능한(즉, 롤링 공정에 의해 형성됨) 것으로 특징지어질 수 있다.
일 이상의 구체예에서, 본원에 기재된 유리 조성물은 비정질 미세 구조를 나타내며 결정 또는 미결정이 실질적으로 없을 수 있는 유리 물품을 형성할 수 있다. 다시 말해, 본원에 기재된 유리 조성물로부터 형성된 유리 물품은 유리-세라믹 물질을 배제할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 구체예에서, 본원에 기재된 유리 조성물은 이온 교환에 의한 것과 같이 강화되어, 디스플레이 커버와 같으나, 이에 제한되지 않는 적용에 대해 손상 내성이 있는 유리 물품을 제조할 수 있다. 도 1을 참조하면, 표면으로부터 유리 물품의 압축 깊이(DOC)로 연장하는 압축 응력 하의 제1 영역(예를 들어, 도 1의 제1 및 제2 압축층(120, 122)) 및 DOC로부터 유리 물품의 중심 또는 내부 영역으로 연장하는 인장 응력 또는 중심 장력(CT) 하의 제2 영역(예를 들어, 도 1의 중심 영역(130))을 갖는 유리 물품이 도시된다. 본원에 사용된 바와 같이, DOC는 유리 물품 내의 응력이 압축으로부터 인장으로 변화하는 깊이를 지칭한다. DOC에서, 응력은 양의(압축) 응력으로부터 음의(인장) 응력으로 교차하며 따라서 0의 응력 값을 나타낸다.
본 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 관례에 따르면, 압축 또는 압축 응력은 음의(< 0) 응력으로 표현되고 장력 또는 인장 응력은 양의(> 0) 응력으로 표현된다. 그러나, 이 설명 전체에서, CS는 양의 값 또는 절대값으로 표현된다-즉, 본원에 언급된 바와 같이, CS = │CS│이다. 압축 응력(CS)은 유리 물품의 표면 또는 그 부근에서 최대값을 갖고, CS는 함수에 따라 표면으로부터의 거리 d에 따라 변화한다. 다시 도 1을 참조하면, 제1 세그먼트(120)는 제1 표면(110)으로부터 깊이 d1으로 연장하고 제2 세그먼트(122)는 제2 표면(112)으로부터 깊이 d2로 연장한다. 함께, 이들 세그먼트는 유리 물품(100)의 압축 또는 CS를 정의한다. 압축 응력(표면 CS 포함)은 Orihara Industrial Co., Ltd.(일본)에 의해 제조된 FSM-6000과 같은 상업적으로 구입 가능한 기기를 사용하는 표면 응력계(FSM)에 의해 측정될 수 있다. 표면 응력 측정은 응력 광학 계수(SOC)의 정확한 측정에 의존하며, 이는 유리의 복굴절과 관련된다. SOC는 차례로 내용 전체가 본원에 참조로서 포함된, “Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient”로 명명된 ASTM 표준 C770-16에 기재된 Procedure C(유리 디스크 방법)에 따라 측정된다.
구체예에서, 유리 물품의 CS는 425 MPa 이상 1150 MPa 이하, 450 MPa 이상 1100 MPa 이하, 475 MPa 이상 1050 MPa 이하, 500 MPa 이상 1000 MPa 이하, 525 MPa 이상 975 MPa 이하, 550 MPa 이상 950 MPa 이하, 575 MPa 이상 925 MPa 이하, 600 MPa 이상 900 MPa 이하, 625 MPa 이상 875 MPa 이하, 650 MPa 이상 850 MPa 이하, 675 MPa 이상 825 MPa 이하, 700 MPa 이상 800 MPa 이하, 725 MPa 이상 775 MPa 이하, 750 MPa 이상, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 400 MPa 이상 1200 MPa 이하이다.
일 이상의 구체예에서, Na+ 및 K+ 이온은 유리 물품 내로 교환되며 Na+ 이온은 K+ 이온보다 유리 내의 보다 깊은 깊이로 확산한다. K+ 이온의 침투 깊이("칼륨 DOL")는 이것이 이온 교환 공정의 결과로서의 칼륨 침투의 깊이를 나타내기 때문에 DOC와 구별된다. 칼륨 DOL은 일반적으로 본원에 기재된 물품에 대한 DOC 미만이다. 칼륨 DOL은 Orihara Industrial Co., Ltd.(일본)에 의해 제조된 상업적으로 구입 가능한 FSM-6000 표면 응력계와 같은 표면 응력계를 사용하여 측정되며, 이는 CS 측정과 관련하여 전술한 바와 같이 응력 광학 계수(SOC)의 정확한 측정에 의존한다. 유리 물품의 칼륨 DOL은 6 ㎛ 이상 25 ㎛ 이하, 7 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하, 8 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하, 9 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 5 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하일 수 있다.
두 주표면(도 1의 110, 112)의 압축 응력은 유리 물품의 중심 영역(130) 내의 저장된 장력에 의해 균형을 이룬다. 최대 중심 장력(CT) 및 DOC 값은 본 기술 분야에 공지된 산란 광 편광(SCALP) 기술을 사용하여 측정될 수 있다. 굴절된 근접-장(RNF) 방법 또는 SCALP는 유리 물품의 응력 프로파일을 결정하는데 사용될 수 있다. RNF 방법이 응력 프로파일을 측정하는데 사용되는 경우, SCALP에 의해 제공되는 최대 CT 값이 RNF 방법에서 이용된다. 특히, RNF에 의해 결정된 응력 프로파일이 힘 균형을 이루고 SCALP 측정에 의해 제공된 최대 CT 값으로 보정된다. RNF 방법은 전체가 참조로서 본원에 포함된 "Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample"로 명명된 미국 특허 제 8,854,623 호에 기재된다. 특히, RNF 방법은 유리 물품을 기준 블록에 인접하게 위치시키는 단계, 1 Hz 내지 50 Hz의 속도로 직교 편광 사이에서 스위치되는 편광-스위치된 광선을 생성하는 단계, 편광-스위치된 광선 내의 전력량을 측정하는 단계 및 편광-스위치된 기준 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 여기서 각 직교 편광에서의 측정된 전력량은 서로의 50% 이내이다. 상기 방법은 유리 샘플 내로의 상이한 깊이에 대한 기준 블록 및 유리 샘플을 통해 편광-스위칭된 광선을 투과시키는 단계, 이후 릴레이 광학 시스템을 사용하여 투과된 편광-스위치된 광선을 신호 광검출기로 릴레이하는 단계를 더욱 포함하고, 신호 광검출기는 편광-스위치된 검출기 신호를 생성한다. 상기 방법은 또한 검출기 신호를 기준 신호로 나누어 정규화된 검출기 신호를 형성하는 단계 및 정규화된 검출기 신호로부터 유리 샘플의 프로파일 특성을 결정하는 단계를 포함한다.
구체예에서, 유리 물품은 70 MPa 이상, 80 MPa 이상, 90 MPa 이상, 100 MPa 이상, 110 MPa 이상, 120 MPa 이상, 130 MPa 이상, 140 MPa 이상, 또는 150 MPa 이상, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 60 MPa 이상의 최대 CT를 가질 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리 물품은 190 MPa 이하, 180 MPa 이하, 170 MPa 이하, 160 MPa 이하, 150 MPa 이하, 140 MPa 이하, 130 MPa 이하, 120 MPa 이하, 110 MPa 이하, 100 MPa 이하, 90 MPa 이하, 85 MPa 이하, 또는 80 MPa 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 200 MPa 이하의 최대 CT를 가질 수 있다. 구체예에서, 상기 범위 중 임의의 것은 임의의 다른 범위와 조합되어, 유리 물품이 70 MPa 이상 190 MPa 이하, 80 MPa 이상 180 MPa 이하, 90 MPa 이상 170 MPa 이하, 100 MPa 이상 160 MPa 이하, 110 MPa 이상 150 MPa 이하, 또는 120 MPa 이상 140 MPa 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 60 MPa 이상 200 MPa 이하의 최대 CT를 가질 수 있다.
본원에 기재된 유리 조성물의 높은 파괴 인성은 또한 개선된 성능을 가능하게 할 수 있다. 본원에 기재된 유리 조성물을 이용하여 제조된 유리 물품의 취성 한도(frangibility limit)는 적어도 부분적으로 파괴 인성에 의존한다. 이러한 이유로, 본원에 기재된 유리 조성물의 높은 파괴 인성은 많은 양의 저장된 변형 에너지가 부서지기 쉬워지지 않고 이로부터 형성된 유리 물품에 부여되도록 한다. 유리 물품에 포함될 수 있는 증가된 양의 저장된 변형 에너지는 유리 물품이 증가된 내파괴성을 나타내도록 하며, 이는 유리 물품의 낙하 성능을 통해 관측될 수 있다. 취성 한도와 파괴 인성 사이의 관계는 2019년 9월 10일 출원된, 내용 전체가 본원에 참조로서 포함된 “Glass-based Articles with Improved Fracture Resistance”로 명명된 미국 특허 출원 제 16/565899 호에 기재된다. 파괴 인성과 낙하 성능 사이의 관계는 2019년 5월 29일 출원된, 전체가 참조로서 본원에 포함된 “Glass with Improved Drop Performance”로 명명된 미국 특허 출원 제 16/425217 호에 기재된다.
전술한 바와 같이, DOC는 본 기술 분야에서 공지된 산란광 편광(SCALP) 기술을 사용하여 측정된다. 본원의 몇몇 구체예에서 DOC는 유리 물품의 두께(t)의 일부로 제공된다. 구체예에서, 유리 물품은 0.18t 이상 0.22t 이하, 또는 0.19t 이상 0.21t 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 0.15t 이상 0.25t 이하의 압축 깊이(DOC)를 가질 수 있다.
압축 응력층은 유리를 이온 교환 용액에 노출시킴으로써 유리에 형성될 수 있다. 구체예에서, 이온 교환 용액은 용융 질산염일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 이온 교환 용액은 용융 KNO3, 용융 NaNO3, 또는 이들의 조합일 수 있다. 특정 구체예에서, 이온 교환 용액은 약 90% 미만의 용융 KNO3, 약 80% 미만의 용융 KNO3, 약 70% 미만의 용융 KNO3, 약 60% 미만의 용융 KNO3, 또는 약 50% 미만의 용융 KNO3과 같이, 약 95 미만의 용융 KNO3를 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 이온 교환 용액은 적어도 약 10%의 용융 NaNO3, 적어도 약 20%의 용융 NaNO3, 적어도 약 30%의 용융 NaNO3, 또는 적어도 약 40%의 용융 NaNO3과 같이, 적어도 약 5%의 용융 NaNO3를 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 이온 교환 용액은 약 95%의 용융 KNO3 및 약 5%의 용융 NaNO3, 약 94%의 용융 KNO3 및 약 6%의 용융 NaNO3, 약 93%의 용융 KNO3 및 약 7%의 용융 NaNO3, 약 90%의 용융 KNO3 및 약 10%의 용융 NaNO3, 약 80%의 용융 KNO3 및 약 20%의 용융 NaNO3, 약 75%의 용융 KNO3 및 약 25%의 용융 NaNO3, 약 70%의 용융 KNO3 및 약 30%의 용융 NaNO3, 약 65%의 용융 KNO3 및 약 35%의 용융 NaNO3,또는 약 60%의 용융 KNO3 및 약 40%의 용융 NaNO3, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위를 포함할 수 있다. 구체예에서, 다른 나트륨 및 칼륨 염, 예를 들어, 나트륨 또는 칼륨 질산염, 인산염, 또는 황산염은 이온 교환 용액에 사용될 수 있다. 구체예에서, 이온 교환 용액은 LiNO3과 같은 리튬염을 포함할 수 있다.
유리 조성물은 유리 조성물로부터 제조된 유리 기판을 이온 교환 용액의 욕에 디핑하는 것, 이온 교환 용액을 유리 조성물로부터 제조된 유리 기판 상에 분사하는 것, 또는 이온 교환 용액을 유리 조성물로부터 제조된 유리 기판에 달리 물리적으로 적용하는 것에 의해 이온 교환 용액에 노출되어 이온 교환된 유리 물품을 형성할 수 있다. 유리 조성물에 대한 노출 시, 이온 교환 용액은, 구체예에 따르면, 370 ℃ 이상 490 ℃ 이하, 380 ℃ 이상 480 ℃ 이하, 390 ℃ 이상 470 ℃ 이하, 400 ℃ 이상 460 ℃ 이하, 410 ℃ 이상 450 ℃ 이하, 420 ℃ 이상 440 ℃ 이하, 430 ℃ 이상, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 360 ℃ 이상 500 ℃ 이하의 온도일 수 있다. 구체예에서, 유리 조성물은 8시간 이상 44시간 이하, 12시간 이상 40시간 이하, 16시간 이상 36시간 이하, 20시간 이상 32시간 이하, 또는 24시간 이상 28시간 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위-범위와 같이, 4시간 이상 48시간 이하의 기간 동안 이온 교환 용액에 노출될 수 있다.
이온 교환 용액은 예를 들어, 전체가 참조로서 본원에 포함된 미국 특허 출원 공보 제 2016/0102011 호에 개시된 바와 같은 개선된 압축 응력 프로파일을 제공하는 처리 조건 하의 이온 교환 용액에서 수행될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 이온 교환 공정은 전체가 참조로서 본원에 포함된 미국 특허 출원 공보 제 2016/0102014 호에 기재된 응력 프로파일과 같은, 유리 물품 내의 포물선형 응력 프로파일을 형성하도록 선택될 수 있다.
이온 교환 공정이 수행된 후, 이온 교환된 유리 물품의 표면에서의 조성은 형성된-대로의(as-formed) 유리 기판(즉, 이온 교환 공정을 겪기 전의 유리 기판)의 조성과 상이하다는 것이 이해되어야 한다. 이는 예를 들어 Li+ 또는 Na+와 같은 형성된-대로의 유리 기판 냉늬 일 유형의 알칼리 금속 이온이 각각 예를 들어 Na+ 또는 K+와 같은 보다 큰 알칼리 금속 이온으로 대체된 결과이다. 그러나, 유리 물품의 깊이의 중심 또는 그 부근에서의 유리 조성은, 구체예에서, 여전히 유리 물품을 형성하는데 이용되는 형성된-대로의 비-이온 교환된 유리 기판의 조성을 가질 것이다.
본원에 개시된 유리 물품은 디스플레이를 갖는 물품(또는 디스플레이 물품)(예를 들어, 모바일 폰, 태블릿, 컴퓨터, 내비게이션 시스템 등을 포함하는 소비자 전자 제품), 건축용 물품, 운송 물품(예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 선박 등), 가정용 기기 물품, 또는 일부 투명성, 내스크래치성, 내마모성 또는 이들의 조합을 요구하는 임의의 물품과 같은 또다른 물품에 포함될 수 있다. 본원에 개시된 임의의 유리 물품을 포함하는 예시적인 물품이 도 2a 및 2b에 도시된다. 구체적으로, 도 2a 및 2b는 전면(204), 후면(206) 및 측면(208)을 갖는 하우징(202); 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 하우징 내에 있으며 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 하우징의 전면에 또는 이에 인접하게 있는 디스플레이(210)를 포함하는 전자 부품(미도시); 및 디스플레이 위에 있도록 하우징의 전면에, 또는 이에 인접하게 있는 커버(212)를 포함하는 소비자 전자 장치(200)를 나타낸다. 구체예에서, 커버(212) 및 하우징(202) 중 적어도 하나의 적어도 일부는 본원에 기재된 임의의 유리 물품을 포함할 수 있다.
실시예
구체예는 다음의 실시예에 의해 보다 명확해질 것이다. 이들 실시예는 위에서 설명된 구체예로 제한되지 않음이 이해되어야 한다.
유리 조성물은 제조되어 분석된다. 분석된 유리 조성물은 아래 표 1에 열거된 구성 성분을 가졌고, 통상적인 유리 형성 방법에 의해 제조되었다. 표 1에서, 모든 구성 성분은 mol% 단위이고, 유리 조성물의 KIC 파괴 인성, 푸아송비(ν), 영률(E), 전단 모듈러스(G), 및 액상 점도는 본 명세서에 개시된 방법에 따라 측정되었다.
조성물 1 2 3 4 5 6
SiO2 45.45 43.21 38.78 41.59 39.64 36.76
Al2O3 2.06 4.17 8.34 2.04 4.25 4.27
B2O3 12.21 12.15 12.29 12.19 11.58 11.40
MgO 27.92 28.15 28.31 31.98 32.66 36.03
CaO 0.08 0.09 0.09 0.09 0.10 0.11
Li2O 3.99 3.98 3.95 3.91 3.94 3.93
Na2O 8.04 8.02 8.02 7.97 7.67 7.38
K2O 0.24 0.23 0.22 0.22 0.16 0.11
Fe2O3 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
조성물 1 2 3 4 5 6
KIC
(MPa√m)		 -- 0.818 0.818 0.821 0.802 --
영률(GPa) 89.6 89.4 88.5 92.3 92.4 94.9
전단 모듈러스
(GPa)		 35.9 35.6 35.4 36.7 36.8 37.8
푸아송비 0.247 0.254 0.247 0.256 0.254 0.255
액상 점도
(Poise)		 26 -- -- -- -- --
Figure pct00001
아래 표 2에 열거된 구성 성분을 갖는 추가적인 유리 조성물이 제조되었다. 추가적인 유리 조성물은 통상적인 유리 형성 방법에 의해 제조되었다. 표 2에서, 모든 구성 성분은 mol% 단위이고, 유리 조성물의 영률(E) 및 경도는 본 명세서에 개시된 방법에 따라 측정되었다.
조성물 13 14 15 16 17 18 19 20
SiO2 45.95 46.93 53.36 47.69 53.83 47.47 49.12 48.22
Al2O3 23.61 19.40 9.67 17.88 9.01 20.52 13.65 19.00
B2O3 7.18 10.41 13.50 10.95 13.50 8.31 13.50 8.86
MgO 9.76 9.76 9.97 9.99 10.16 10.21 10.23 10.43
CaO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Li2O 9.00 9.00 9.00 9.00 4.00 9.00 9.00 9.00
Na2O 4.00 4.00 4.00 4.00 9.00 4.00 4.00 4.00
K2O 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
조성물 13 14 15 16 17 18 19 20
영률(GPa) 96.81 93.05 83.06 92.47 79.71 95.12 84.82 94.65
경도
(GPa)		 7.29 7.17 6.8 7.19 6.64 7.26 6.73 7.27
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
본 명세서에 기재된 모든 조성 성분, 관계, 및 비는 달리 명시되지 않는 한 mol%로 제공된다. 본 명세서에 개시된 모든 범위는 범위가 개시되기 전 또는 후에 명시적으로 언급되었는지 여부에 관계 없이 광범위하게 개시된 범위에 의해 포함되는 임의 및 모든 범위 및 하위 범위를 포함한다.
다양한 수정 및 변형이 청구된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본원에 기재된 구체예에 대해 이루어질 수 있음은 본 기술 분야의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서 본 명세서는 여기에 설명된 다양한 구체예의 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도되며, 이러한 수정 및 변형은 첨부된 청구 범위 및 이의 균등물의 범위 내에 있도록 제공된다.

Claims (20)

  1. 조성물로서:
    34.60 mol% 이상 59.00 mol% 이하의 SiO2;
    0.80 mol% 이상 23.60 mol% 이하의 Al2O3;
    1.35 mol% 이상 13.50 mol% 이하의 B2O3;
    0 mol% 이상 15.80 mol% 이하의 CaO;
    0.20 mol% 이상 0.50 mol% 이하의 K2O;
    9.80 mol% 이상 37.40 mol% 이하의 MgO;
    3.00 mol% 이상 9.00 mol% 이하의 Na2O; 및
    4.00 mol% 이상 9.00 mol% 이하의 Li2O를 포함하는 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물은 100 Poise 미만의 액상 점도(liquidus viscosity)를 갖는, 조성물.
  3. 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 0.80 MPa√m 이상의 파괴 인성(fracture toughness)을 갖는, 조성물.
  4. 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 0.90 MPa√m 이상의 파괴 인성을 갖는, 조성물.
  5. 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 80 GPa 이상 120 GPa 이하의 영률을 갖는, 조성물.
  6. 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 6.5 GPa 이상 9.2 GPa 이하의 경도를 갖는, 조성물.
  7. 조성물로서:
    Si2O;
    0 mol% 초과 24　mol% 이하의 Al2O3;
    B2O3;
    K2O;
    10 mol% 이상 38 mol% 이하의 MgO;
    Na2O; 및
    Li2O를 포함하고,
    여기서 상기 조성물은 0.80 MPa√m 이상의 파괴 인성 및 80 GPa 이상 120 GPa 이하의 영률을 갖는, 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 조성물은 CaO를 더욱 포함하는, 조성물.
  9. 청구항 7 내지 전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 조성물은 34 mol% 이상 59 mol% 이하의 SiO2를 포함하는, 조성물.
  10. 청구항 7 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 0.80 mol% 이상 23.60 mol% 이하의 Al2O3를 포함하는, 조성물.
  11. 청구항 7 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 1.35 mol% 이상 13.50 mol% 이하의 B2O3를 포함하는, 조성물.
  12. 청구항 7 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 0 mol% 이상 15.80 mol% 이하의 CaO를 포함하는, 조성물.
  13. 청구항 7 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 0.20 mol% 이상 0.50　mol% 이하의 K2O를 포함하는, 조성물.
  14. 청구항 7 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 9.80 mol% 이상 37.40 mol% 이하의 MgO를 포함하는, 조성물.
  15. 청구항 7 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 3.00 mol% 이상 9.00　mol% 이하의 Na2O를 포함하는, 조성물.
  16. 청구항 7 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 4.00 mol% 이상 9.00　mol% 이하의 Li2O를 포함하는, 조성물.
  17. 청구항 7 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 0.90 MPa√m 이상의 파괴 인성을 갖는, 조성물.
  18. 청구항 7 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 100 Poise 미만의 액상 점도를 갖는, 조성물.
  19. 유리-계 기판을 이온 교환하여 형성된 유리-계 물품으로서, 상기 유리-계 물품은:
    유리-계 물품의 표면으로부터 압축 깊이로 연장하는 압축 응력 영역을 포함하며,
    여기서 유리-계 기판은 전술한 청구항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는, 유리-계 물품.
  20. 소비자 전자 제품으로서:
    전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징;
    적어도 부분적으로 하우징 내에 있는 전자 부품, 상기 전자 부품은 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하고, 상기 디스플레이는 하우징의 전면 또는 이에 인접하게 있으며; 및
    디스플레이 위에 배치된 커버를 포함하며,
    여기서 상기 하우징 또는 커버 중 적어도 하나의 적어도 일부는 전술한 청구항의 유리-계 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품.
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