KR20220117261A - 저-모듈러스 이온-교환가능한 유리 - Google Patents

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Abstract

영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율이 14 이상인 이온 교환된 알칼리 알루미노 실리케이트 유리 물품이 개시된다. 상기 유리 물품은 Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%를 포함할 수 있으며, 여기서 RO mol% = MgO mol% + CaO mol%이고, ZnO, SrO, BaO, B2O3, P2O5, Li2O, 및 K2O를 실질적으로 함유하지 않는다. 상기 유리 물품은 850 MPa 내지 1400 MPa 범위의 피크 압축 응력 값을 가질 수 있다. 상기 유리 물품은 사용 중에 상당한 굽힘 응력을 경험하는 커버 유리 적용, 예를 들어 가요성 디스플레이용 커버 유리를 비롯한 다양한 고강도 적용에 적합하다.

Description

저-모듈러스 이온-교환가능한 유리
본 출원은 2019년 12월 13일에 출원된 미국 가출원 제62/947817호 및 2020년 2월 12일에 출원된 NL 2024883에 대한 우선권을 주장한다.
본 기재는 이온 교환가능한 유리 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서에 기재된 구현 예는 다양한 산업, 예를 들어 소비자 전자 제품, 운송, 건축, 방위, 의료 및 포장에 사용하기 위한 이온 교환가능한 유리 조성물에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 기재는 커버 유리 적용을 위한 유리 조성물, 예를 들어 가요성 디스플레이용 커버 유리에 관한 것이다.
많은 소비자 제품, 예를 들어 스마트폰, 태블릿, 휴대용 미디어 플레이어, 개인용 컴퓨터 및 카메라는 디스플레이 커버로서 기능할 수 있고 터치 기능을 포함할 수 있는 커버 유리를 포함한다. 자주 이러한 소자는 사용자가 단단한 표면에 떨어뜨리면 커버 유리가 손상될 수 있고 소자 사용에 부정적인 영향을 미칠 수 있다(예: 터치 기능이 손상될 수 있음).
소비자 전자 적용을 위한 폴더블 또는 가요성 디스플레이는 박형의 가요성인 이온 교환 유리로부터 이익을 얻을 수 있다. 유리는 유리 표면에 압축 응력을 유발하는 이온 교환 공정을 통해 굴곡 파손(flexure failure)에 대한 내성을 높일 수 있다. 이온 교환 공정을 사용하여 도입된 압축 응력은 무엇보다도 유리 파손을 유발할 수 있는 결함을 저지하는 역할을 한다.
따라서, 커버 유리 적용을 비롯한 다양한 적용에서 사용하기에 바람직한 기계적 특성을 갖는 이온 교환가능한 유리 조성물에 대한 계속적인 요구가 존재한다.
본 기재는 다양한 응용, 예를 들어 전자 소자용 커버 유리 적용에 적합한 강도 및 가요성을 갖는 이온 교환가능한 유리 조성물에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 유리 조성물은 18 mol% 이상의 (Al2O3 mol% + RO mol%) 값을 갖는다. 상기 유리 조성물은 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율을 최대화하도록 디자인되었다. 높은 비율, 예를 들어 14 이상의 비율은 유리 조성물이 굽힘 이벤트 동안 파괴(fracture)에 저항하도록 한다. 또한, 이온 교환 공정에 의해 유리 조성물에 부여된 강도는 유리 조성물에 사용 중 파괴에 저항하는 바람직한 기계적 특성을 제공한다.
본 출원의 제1 관점 (1)은 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품에 관한 것으로, 상기 유리 물품은 SiO2, 13.5 mol% 이상의 A12O3, 1 mol% 내지 5 mol% MgO, CaO, Na2O를 포함하며, 여기서: A12O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%, RO mol% = MgO mol% + CaO mol%이고, 상기 유리 물품에는 ZnO, SrO, BaO, B2O3, P2O5, Li2O, 및 K2O가 실질적으로 없다. 상기 유리 물품은 또한 이온 교환되기 전에 GPa로 측정된 영률 값 및 유리 물품의 표면에서 압축 깊이까지 연장되는 압축 응력 층을 갖고, 상기 압축 응력 층은 MPa로 측정된 피크 압축 응력 값을 갖고, 여기서 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율은 14 이상이다.
제2 관점(2)에서, 제1 관점(1)에 따른 유리 물품이 제공되고, Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 20mol%이다.
제3 관점 (3)에서, 제1 관점 (1) 또는 제2 관점 (2) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고 (Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%) ≥ 0 mol %이다.
제4 관점 (4)에서, 관점 (1) - (3) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고, 7 mol% ≥ (Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%) ≥ 0 mol%이다.
제5 관점 (5)에서, 관점 (1) - (4) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고, 상기 유리 물품은 이온 교환되기 전에 측정된 50 kP 내지 500 kP 범위의 액상선 점도를 갖는다.
제6 관점 (6)에서, 관점 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고, 상기 유리 물품은 0.5 mol% 내지 2 mol% CaO, 및 Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 20mol%를 포함한다.
제7 관점 (7)에서, 관점 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고, 상기 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율이 15 이상이고, 18 이하이다.
제8 관점 (8)에서, 관점 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고, 상기 영률 값은 70 MPa 내지 80 MPa 범위이다.
제9 관점 (9)에서, 관점 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고, 상기 피크 압축 응력은 850 MPa 내지 1400 MPa 범위이다.
제10 관점 (10)에서, 관점 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고 압축 깊이는 5 미크론 내지 40 미크론의 범위이다.
제11 관점 (11)에서, 관점 (1) - (9) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고 압축 깊이는 5 미크론 내지 20 미크론의 범위이다.
제12 관점 (12)에서, 관점 (1) - (11) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고 압축 깊이는 유리 물품의 두께의 5% 내지 20% 범위이다.
제13 관점 (13)에서, 관점 (1) - (12) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고 피크 압축 응력은 1100 MPa 내지 1350 MPa 범위이고 압축 깊이는 5 미크론에서 20 미크론의 범위이다.
제14 관점 (14)에서, 관점 (1) 내지 (13) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고, 유리 물품은 59 mol% 내지 66 mol% SiO2, 13.5 mol% 내지 20 mol% Al2O3, 0.5 mol% 내지 2 mol% CaO, 및 15 mol% 내지 18 mol% Na2O를 포함한다.
제15 관점 (15)에서, 관점 (1) - (13) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고, 상기 유리 물품은 60 mol% 내지 65 mol% SiO2, 16 mol% 내지 18 mol% Al2O3, 2 mol% 내지 4 mol% MgO, 0.5 mol% 내지 2 mol% CaO 및 15 mol% 내지 18 mol% Na2O를 포함한다.
제16 관점(16)에서, 제15 관점(15)에 따른 유리 물품이 제공되고 Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 20mol%이다.
제17 관점 (17)에서, 관점 (1) 내지 (13) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고 유리 물품은 16 mol% 이상의 Al2O3를 포함한다.
제18 관점 (18)에서, 관점 (1) 내지 (17) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고, 23 mol% ≥ Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%이다.
제19 관점 (19)에서, 관점 (1) - (18) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고, (MgO mol%/(MgO mol% + CaO mol%)) ≥ 0.5이다.
제20 관점 (20)에서, 관점 (1) 내지 (18) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되며, (MgO mol%/(MgO mol% + CaO mol%)) ≥ 0.55이다.
제21 관점 (21)에서, 관점 (1) 내지 (20) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고 유리 물품은 4 밀리미터 이하의 두께를 갖는다.
제22 관점 (22)에서, 관점 (1) 내지 (20) 중 어느 하나에 따른 유리 물품이 제공되고 유리 물품은 15 미크론 내지 200 미크론 범위의 두께를 갖는다.
본 출원의 제23 관점(23)은 전자 디스플레이 및 전자 디스플레이 위에 배치된 관점 (1) 내지 (22) 중 어느 하나에 따른 유리 물품을 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.
제24 관점(24)에서, 제23 관점(23)에 따른 전자 기기가 제공되고, 전자 기기는 전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징; 및 적어도 부분적으로 하우징 내의 전기 구성요소를 포함하며 - 상기 전기 구성요소는 콘트롤러, 메모리, 및 전자 디스플레이를 포함하고, 상기 전자 디스플레이는 하우징의 전면에 있거나 이에 인접하며, 상기 유리 물품은 하우징의 적어도 일부를 형성한다
본 출원의 제25 관점 (25)은 59 mol% 내지 66 mol% SiO2, 13.5 mol% 내지 20 mol% Al2O3, 1 mol% 내지 5 mol% MgO, 0.5 mol% 내지 2 mol% CaO, 15 mol% 내지 18 mol% Na2O, 상기 유리 물품의 이온 전 GPa 단위로 측정한 영률 값, 및 이온 교환된 유리 물품의 표면으로부터 연장되며, MPa로 측정된 피크 압축 응력 값을 갖는 압축 응력층을 포함하며, 여기서: Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%, RO mol% = MgO mol% + CaO mol%, 유리 물품에는 ZnO, SrO, BaO, B2O3, P2O5, Li2O, 및 K2O가 실질적으로 없으며, 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율이 14 이상 및 18 이하인 이온-교환된 유리 물품에 관한 것이다.
제26 관점(26)에서, 제25 관점(25)에 따른 유리 물품이 제공되고, 유리 물품은 60 mol% 내지 65 mol% SiO2, 16 mol% 내지 18 mol% Al2O3, 2 mol% 내지 4 mol% MgO, 0.5 mol% 내지 2 mol% CaO, 및 15 mol% 내지 18 mol% Na2O를 포함한다
제27 관점(27)에서, 제25 관점(25) 또는 제26 관점(26)에 따른 유리 물품이 제공되고, 유리 물품은 20 미크론에서 200 미크론 범위의 두께를 갖는다.
본 출원의 제28 관점(28)은 유리 물품을 강화하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은: 50 중량% 이상의 칼륨 염을 포함하는 이온 교환 용액에 유리 물품을 침지하는 단계, 상기 유리 물품은: SiO2, 13.5 mol% 이상의 A12O3, 1 mol% 내지 5 mol% MgO, CaO, 및 Na2O를 포함하며, 여기서: Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%, RO mol% = MgO mol% + CaO mol%이고, 유리 물품에는 ZnO, SrO, BaO, B2O3, P2O5, Li2O, 및 K2O가 실질적으로 없음; 및 350℃ 내지 480℃ 범위의 온도에서 1시간 내지 24시간 범위의 기간 동안 이온 교환 용액에서 유리 물품을 이온 교환하여 상기 유리 물품의 표면으로부터 압축 깊이까지 연장되며, 850 MPa 내지 1400 MPa 범위의 피크 압축 응력 값을 포함하는 압축 응력 층을 달성하는 단계를 포함한다.
제29 관점(29)에서, 제28 관점(28)에 따른 방법이 제공되고 압축 깊이는 5 미크론 내지 40 미크론의 범위에 있다.
제30 관점(30)에서, 제28 관점(28)에 따른 방법이 제공되고 압축 깊이는 5 미크론 내지 20 미크론의 범위에 있다.
제31 관점(31)에서, 관점(28) 내지 (30) 중 어느 하나에 따른 방법이 제공되고 피크 압축 응력 값은 1100 MPa 내지 1350 MPa의 범위이고 압축 깊이 5 미크론에서 20 미크론의 범위에 있다.
제32 관점(32)에서, 관점(28) 내지 (31) 중 어느 하나에 따른 방법이 제공되고 기간은 1시간 내지 8시간의 범위이다.
제33 관점 (33)에서, 관점 (28) 내지 (32) 중 어느 하나에 따른 방법이 제공되고, 상기 유리 물품은 이온 교환 용액에 침지되기 전에 측정된 50 kP 내지 500 kP 범위의 액상선 점도를 갖는다.
제34 관점(34)에서, 관점(28) 내지 (33) 중 어느 하나에 따른 방법이 제공되고, 유리 물품은 이온 교환 용액에 침지되기 전에 GPa로 측정된 영률 값을 가지며, 상기 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율은 14 이상 18 이하이다.
제35 관점(35)에서, 제34 관점(34)에 따른 방법이 제공되고, 상기 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율은 15 이상이고 18 이하이다.
제36 관점 (36)에서, 관점 (28) 내지 (35) 중 어느 하나에 따른 방법이 제공되고, 상기 유리 물품은 59 mol% 내지 66 mol% SiO2, 13.5 mol% 내지 20 mol Al2O3, 0.5 mol% 내지 2 mol% CaO, 및 15 mol% 내지 18 mol% Na2O를 포함한다.
제37 관점(37)에서, 관점(28) 내지 (35) 중 어느 하나에 따른 방법이 제공되고, 상기 유리 물품은 60 mol% 내지 65 mol% SiO2, 16 mol% 내지 18 mol% Al2O3, 2 mol% 내지 4 mol% MgO, 0.5 mol% 내지 2 mol% CaO, 및 15 mol% 내지 18 mol% Na2O를 포함한다.
제38 관점(38)에서, 관점(28) 내지 (37) 중 어느 하나에 따른 방법이 제공되고, 23 mol% ≥ Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%이다.
제39 관점(39)에서, 관점(28) 내지 (38) 중 어느 하나에 따른 방법이 제공되고 상기 유리 물품은 4 밀리미터 이하의 두께를 갖는다.
제40 관점 (40)에서, 관점 (28) 내지 (38) 중 어느 하나에 따른 방법이 제공되고, 유리 물품은 15 미크론 내지 200 미크론 범위의 두께를 갖는다.
여기에 포함된 첨부 도면은 명세서의 일부를 형성하고 본 기재의 구현 예를 예시한다. 설명과 함께, 도면은 원리를 설명하고 당해 기술 분야(들)의 당업자가 기재된 구현 예를 만들고 사용할 수 있도록 하는 역할을 더한다. 이러한 수치는 예시를 위한 것이며 제한적이지 않다. 본 기재는 일반적으로 이러한 구현 예의 맥락에서 설명되지만, 본 기재의 범위를 이러한 특정 구현 예로 제한하려는 의도는 아님을 이해해야 한다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 몇몇 구현 예에 따른 압축 응력 영역을 갖는 유리 물품의 단면을 예시한다.
도 2는 유리 물품의 굽힘 시 몇몇 구현 예에 따른 유리 물품의 단면도를 예시한다.
도 3a는 본 명세서에 개시된 임의의 유리 물품에 따른 유리 물품을 포함하는 예시적인 전자 소자의 평면도이다. 도 3b는 도 3a의 예시적인 전자 소자의 사시도이다.
도 4는 다양한 예시적인 유리 조성물에 대한 층의 깊이 대 압축 응력의 그래프이다.
도 5는 유리 물품의 표면으로부터 다양한 깊이에서 굽힘 동안 유리 물품에 가해진 응력을 모델링하는 그래프이다.
도 6은 다양한 예시적인 유리 조성물에 대한 유리 두께의 함수로서 굽힘 시험을 위한 안전한 판 간격을 모델링하는 그래프이다.
하기 실시 예는 예시적이지만, 본 기재를 제한하는 것은 아니다. 당해 분야에서 일반적으로 접하고 당업자에게 자명할 다양한 조건 및 매개변수의 다른 적절한 수정 및 변형은 본 기재의 사상 및 범위 내에 있다.
본 명세서에 기재된 유리는 높은 피크 압축 응력을 달성하기 위해 이온 교환될 수 있는 이온 교환 가능한 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 패밀리이다. 본원에 사용된 "이온 교환 가능한"은 유리 조성물, 또는 조성물을 포함하는 유리 물품이 기판의 표면에 또는 근처에 위치한 제1 양이온을 동일한 원자가의 제2 양이온으로 교환할 수 있음을 의미한다. 제1 이온은 나트륨 이온일 수 있다. 제2 이온은 칼륨, 루비듐 및 세슘 중 하나의 이온일 수 있으며, 단, 제2 이온은 제1 이온의 이온 반경보다 큰 이온 반경을 갖는다. 제1 이온은 유리계 기판의 산화물(예: Na2O)로 존재한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "이온 교환된 유리" 또는 "화학 강화된 유리"는 유리 표면에 또는 그 근처에 위치한 양이온을 동일한 원자가의 양이온으로 교환하는 적어도 하나의 이온 교환 공정이 유리에 적용되었음을 의미한다.
본 명세서에 기재된 유리 조성물은 높은 피크 압축 응력을 달성하기 위해 이온 교환될 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 여기에 설명된 유리는 약 1000 MPa 이상 및 약 1400 MPa 이하의 피크 압축 응력을 달성하기 위해 이온 교환될 수 있다. 이온 교환 과정에서 부여되는 높은 피크 압축 응력은 결함 크기 분포(flaw size distribution)가 얕은 유리에 높은 강도를 제공하여 굽힘 중 파손을 방지할 수 있다. 높은 피크 압축 응력은 유리가 순 압축을 유지하도록 하여 유리가 좁은 반경 주위에서 구부러질 때 표면 결함을 포함한다. 본 명세서에 기재된 구현 예에 따른 유리는 낮은 영률을 가지며, 이는 굽힘 동안 더 낮은 굽힘 응력 값을 초래하고, 따라서 굽힘 이벤트 동안 파손을 방지할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 유리 조성물은 이온 교환 공정에 의해 생성된 압축 영역에 대한 광범위한 압축 깊이 범위에 걸쳐 14 이상의 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율(피크 압축 응력 값/영률 값, CS/E, 여기서 CS는 MPa, E는 GPa임)을 갖는다. 이 비율을 높이는 것은 이온 교환 공정 동안 부여되는 표면 압축 응력이 더 높은 영률이 압축 응력을 개선하는 일반적인 경로라는 점에서 영률에 강한 영향을 미칠 수 있기 때문에 어렵다. 즉, 영률은 네트워크의 강성(stiffness)을 측정한 것이다. 예를 들어: K+ 이온을 Na+ 사이트로 교환하면 압축 응력이 발생하지만 네트워크가 더 단단해지면(예: 영률이 증가함에 따라) 팽창 응력이 더 높아진다. 따라서 더 높은 CS를 얻는 한 가지 일반적인 방법은 영률을 높이는 것이지만, 본 기재에서 수행된 것은 영률을 크게 증가시키지 않고 CS를 높이는 것이다. CS/E 비율이 높으면 이온 교환 후에도 유리 조성물이 유연하게 유지될 수 있다. 본 명세서에 기재된 유리 조성물은 이온 교환 전의 영률이 충분히 낮고 이온 교환 공정 동안 부여될 수 있는 압축 응력 값이 넓은 압축 깊이 범위에 걸쳐 높은 CS/E 비율을 달성하기에 충분히 높다. 그 결과 유연하고 높은 표면 압축 응력 값을 수용하는 유리 조성이 생성된다. 유리 조성물은 조성물이 이온 교환 공정 동안 발생할 수 있는 응력 완화에 저항하기 때문에, 예를 들어 50 마이크로미터(미크론 및/또는 ㎛)만큼 높은 깊이와 같은 큰 압축 깊이에서 높은 표면 압축 응력을 수용할 수 있다. 온도와 시간이 증가할수록 응력 완화가 더 두드러질 수 있으며, 높은 압축 깊이를 부여하도록 디자인된 이온 교환 공정 중에 발생하기 쉽다. 여기에 설명된 유리 조성물의 이러한 특성은 예를 들어, 가요성 및 폴더블 디스플레이에서 커버 유리로서 사용시 상당한 굽힘 응력을 경험하는 고강도 커버 유리 적용을 비롯한 다양한 산업 적용에 적합하게 만든다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "피크 압축 응력"은 압축 응력 영역 내에서 측정된 가장 높은 압축 응력(CS) 값을 지칭한다. 일부 구현 예에서, 피크 압축 응력은 유리의 표면에 위치된다. 다른 구현 예에서, 피크 압축 응력은 표면 아래의 깊이에서 발생하여 압축 응력 프로파일에 "매몰된 피크(buried peak)"의 외관을 제공할 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, 압축 응력(표면 CS 포함)은 상업적으로 입수가능한 기기, 예를 들어 Orihara Industrial Co., Ltd.(일본)에 의해 제조된 FSM-6000을 사용하여 표면 응력 측정기(FSM)에 의해 측정된다. 표면 응력 측정은 유리의 복굴절과 관련된 응력 광학 계수(SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는 차례로 "유리 응력-광학 계수 측정을 위한 표준 테스트 방법"이라는 제목의 ASTM 표준 C770-16에 설명된 절차 C(유리 디스크 방법)에 따라 측정된다.
본원에 사용된 "압축 깊이"(DOC)는 유리 물품 내의 응력이 압축에서 인장으로 변하는 깊이를 지칭한다. DOC에서 응력은 압축 응력에서 인장 응력으로 교차하므로 응력 값이 0이다. 압축 깊이 및 층 깊이는 표면 응력 측정기, 예를 들어 FSM-6000 표면 응력 측정기로 측정할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "층의 깊이"(DOL)는 금속 산화물의 이온이 이온의 농도가 최소값에 도달하는 유리 물품 내로 확산되는 유리 물품 내의 깊이를 지칭한다. 칼륨만이 유리 물품으로 이온 교환되는 구현 예에서, DOC는 DOL과 동일할 수 있다. 여기에 달리 명시되지 않는 한 DOC와 DOL은 동일하다.
본 명세서에 기재된 유리 조성물은 또한 합리적인 비용으로 제조될 수 있다. 유리 조성물은 특정 제조 기술, 예를 들어 슬롯 인발에 대해 높은 액상선 온도 및 적합하게 낮은 액상선 점도를 나타낸다. 이러한 열적 특성은 조성물로부터 제조된 유리 물품의 제조 용이성을 증가시킬 수 있고, 이는 비용을 감소시킬 수 있다. 본 기재에 기술된 유리 조성물은 무엇보다도 산화알루미늄 함량, 산화마그네슘 함량, 및 제조 동안 용융을 돕는 Na2O mol% + RO mol% ≥ Al2O3 mol%에 대한 값을 갖는다. 일부 구현 예에서, 유리 조성물은 50 kP(kiloPoise) 내지 500 kP 범위의 액상선 점도를 가질 수 있다.
본 명세서에 기재된 유리 조성물은 하기 이점 중 하나 이상을 제공할 수 있다. (1) 조성물은 리튬이 없지만, 작은 층의 깊이(DOL)에서 이온 교환 동안 높은 압축 응력 값(예: 최대 1400MPa)을 달성할 수 있고 약 40미크론(마이크로미터, ㎛)의 더 높은 DOL에서도 최대 약 1250MPa를 달성할 수 있다. (2) 조성물은 더 높은 CS/E 비율을 용이하게 하고 박형의 폴더블 응용을 위한 굽힘성을 개선하는 낮은 모듈러스를 갖는다. (3) 상기 유리를 만들기 위한 원료는 저렴하고 쉽게 구할 수 있다. (4) 조성물은 개질제당 함량이 높기 때문에 용융이 용이하다. 상기 유리 조성물에 대한 "개질제당" 함량은 (R2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%) 값이 0 mol%보다 큰 것을 의미하며, 여기서 R2O mol%는 모든 알칼리 금속 산화물의 총 mol%이다. 여기서 RO mol%는 조성물에 있는 모든 알칼리 토금속 산화물의 총 mol%이다. (5) 조성물은 낮은 액상선 온도, 높은 액상선 점도 및 느리게 성장하는 액상선 상을 가지며, 이는 모두 시트 형성에 유리하다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "유리"는 유리 및 유리-세라믹을 포함하여 적어도 부분적으로 유리로 만들어진 임의의 물질을 포함하는 것을 의미한다. "유리-세라믹"에는 유리의 제어된 결정화를 통해 생산된 물질이 포함된다. 하나 이상의 핵제, 예를 들어 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화나트륨(Na2O) 및 산화인(P2O5)은 균일한 결정화를 촉진하기 위해 유리-세라믹 조성물에 첨가될 수 있다.
본원에 기재된 유리 조성물의 경우, 구성 성분(예를 들어, SiO2, Al2O3, Na2O 등)의 농도는 달리 명시되지 않는 한 산화물 기준으로 mol%(몰%)로 제공된다. 구현 예에 따른 유리 조성물의 성분은 아래에서 개별적으로 논의된다. 한 성분의 다양하게 인용된 임의의 범위는 임의의 다른 성분에 대해 다양하게 인용된 임의의 범위와 개별적으로 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 숫자의 후행 0은 해당 숫자에 대한 유효 숫자를 나타내기 위한 것이다. 예를 들어 숫자 "1.0"은 2개의 유효 자릿수를 포함하고 숫자 "1.00"은 3개의 유효 자릿수를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, 하한으로서 0 mol%로 정의된 범위 내의 산화물을 포함하는 것으로 기술된 조성물은 조성물이 0 mol% 초과(예를 들어, 0.01 mol% 또는 0.1 mol%) 및 상기 범위의 상한까지의 어느 양으로 산화물을 포함함을 의미한다.
SiO2는 유리 조성물에서 가장 큰 성분일 수 있고, 그 자체로 유리 조성물로부터 형성된 유리 네트워크의 주요 성분이다. 순수한 SiO2는 상대적으로 낮은 열팽창 계수(CTE - 여기에서 사용된 이 성질은 0℃ 내지 300℃의 온도에서 측정됨)를 가지며 알칼리가 없다. 그러나 순수한 SiO2는 융점이 높다. 따라서, 유리 조성물 중 SiO2의 농도가 너무 높으면 SiO2의 농도가 높을수록 유리 용융의 어려움이 증가하여 유리 조성물의 성형성이 감소될 수 있으며, 이는 차례로 유리의 성형성에 부정적인 영향을 미친다.
몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은 55 mol% 이상 내지 70 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 양으로 SiO2를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 56 mol% 이상, 57 mol% 이상, 58 mol% 이상, 59 mol% 이상, 60 mol% 이상, 61 mol% 이상, 62mol% 이상, 63mol% 이상, 64mol% 이상, 65mol% 이상, 66mol% 이상, 67mol% 이상, 68mol% 이상, 69mol% 이상, 또는 70 mol% 이상의 양으로 SiO2를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 69 mol% 이하, 68 mol% 이하, 67 mol% 이하, 66 mol% 이하, 65 mol% 이하, 64 mol% 이하, 63 mol% 이하, 62 mol% 이하, 61 mol% 이하, 60 mol% 이하, 59 mol% 이하, 58 mol% 이하, 57 mol% 이하, 56 mol% 이하, 또는 55 mol% 이하의 양으로 SiO2를 포함할 수 있다.
임의의 상기 SiO2 범위는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 55 mol% 내지 70 mol%, 56 mol% 내지 69 mol%, 57 mol% 내지 68 mol%, 58 mol% 내지 67 mol%, 59 mol% 내지 66 mol%, 60 mol% 내지 65 mol%, 61 mol% 내지 64 mol%, 또는 62 mol% 내지 63 mol%, 및 끝점을 포함하여 끝점으로 상기 나열된 SiO2 값 중 어느 2가지를 갖는 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 양으로 SiO2를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 59 mol% 내지 66 mol% 범위의 SiO2를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 60 mol% 내지 65 mol% 범위의 SiO2를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 유리 조성물은 Al2O3를 포함한다. Al2O3의 추가는 유리 네트워크 형성제 역할을 할 수 있다. 또한, Al2O3의 농도가 SiO2의 농도 및 알칼리 산화물의 농도와 균형을 이룰 때, 유리 용융물의 액상선 온도를 낮추어 액상선 점도를 향상시킬 수 있다.
일부 구현 예에서, 조성물 중 Al2O3의 mol% 더하기 RO의 mol%(Al2O3 mol% + RO mol%)는 18 mol% 이상일 수 있다. 일부 구현 예에서, Al2O3 mol% + RO mol%는 18 mol% 이상 23 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함할 수 있다(예를 들어, 23 mol% ≥ Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%). 일부 구현 예에서, Al2O3 mol% + RO mol%는 19 mol% 이상, 20 mol% 이상, 21 mol% 이상, 또는 22 mol% 이상일 수 있다. 일부 구현 예에서, Al2O3 mol% + RO mol%는 22 mol% 이하, 21 mol% 이하, 20 mol% 이하, 또는 19 mol% 이하일 수 있다. 위의 식에서 RO mol%는 MgO mol% + CaO mol%와 같다.
임의의 상기 범위는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, Al2O3 mol% + RO mol%는 18 mol% 내지 23 mol%, 19 mol% 내지 22 mol%, 또는 20 mol% 내지 21 mol%, 및 끝점을 포함하여 끝점으로 위에 나열된 값 중 임의의 두 가지를 갖는 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 범위일 수 있다. 일부 구현 예에서, Al2O3 mol% + RO mol%는 20 mol% 이상일 수 있다.
상기 기재된 (Al2O3 mol% + RO mol%) 값은 본 명세서에 개시된 유리 조성물에 유리하다. 상술한 바와 같은 (Al2O3 mol% + RO mol%) 값으로, 유리 조성물은 본 명세서에서 논의된 바와 같이 넓은 압축 깊이 범위에 걸쳐 높은 피크 압축 응력을 달성할 수 있다. (Al2O3 mol% + RO mol%)가 18mol% 미만이면, 바람직하게는 높은 이온 교환 응력이 형성되지 않을 수 있다. (Al2O3 mol% + RO mol%)가 23 mol%를 초과하면 이온 교환 공정이 너무 느려질 수 있고/거나 영률이 바람직하지 않게 높을 수 있다. 또한, 유리 조성물의 제조성은 23 mol%를 초과하는 값으로부터 겪을 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 13 mol% 이상 내지 20 mol% 이하의 농도로 Al2O3를 포함할 수 있고, 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 Al2O3를 13 mol% 이상, 13.5 mol% 이상, 14 mol% 이상, 14.5 mol% 이상, 15 mol% 이상, 15.5 mol% 이상, 16 mol% 이상, 16.5 mol% 이상, 17 mol% 이상, 17.5 mol% 이상, 18 mol% 이상, 18.5 mol% 이상, 19 mol% 이상, 19.5 mol% 이상, 또는 20 mol% 이상의 양으로 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 Al2O3를 20 mol% 이하, 19.5 mol% 이하, 19 mol% 이하, 18.5 mol% 이하, 18 mol% 이하, 17.5 mol% 이하, 17 mol% 이하, 16.5 mol% 이하, 16 mol% 이하, 15.5 mol% 이하, 15 mol% 이하, 14.5 mol% 이하, 14 mol% 이하, 13.5 mol% 이하, 또는 13 mol%의 양으로 포함할 수 있다.
임의의 상기 Al2O3 범위는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, 유리 조성물은 13 mol% 내지 20 mol%, 13.5 mol% 내지 19.5 mol%, 14 mol% 내지 19 mol%, 14.5 mol% 내지 18.5 mol%, 15 mol% 내지 18.5 mol%, 15.5 mol% 내지 17.5 mol%, 또는 16 mol% 내지 17 mol%, 및 끝점을 포함하며, 끝점으로서 상기 열거된 Al2O3 값 중 임의의 2개를 갖는 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 양으로 Al2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 13.5 mol% 내지 20 mol%의 양으로 Al2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 16 mol% 이상의 양으로 Al2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 16 mol% 내지 18 mol%의 양으로 Al2O3를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 유리 조성물은 Na2O를 포함한다. Na2O는 유리 조성물의 이온 교환 가능성을 도와 유리 조성물의 성형성을 향상시켜 제조성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 유리 조성물에 Na2O를 너무 많이 첨가하면 CTE가 너무 낮고 융점이 너무 높을 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 15 mol% 이상 내지 18 mol% 이하, 및 끝점을 포함하며, 끝점으로서 상기 열거된 값 중 임의의 2개를 갖는 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 농도로 Na2O를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 Na2O를 15 mol% 이상, 15.5 mol% 이상, 16 mol% 이상, 16.5 mol% 이상, 17 mol% 이상, 17.5 mol% 이상, 또는 18mol%의 양으로 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 Na2O를 18 mol% 이하, 17.5 mol% 이하, 17 mol% 이하, 16.5 mol% 이하, 16 mol% 이하, 15.5 mol% 이하, 또는 15mol% 이하의 양으로 포함할 수 있다.
임의의 상기 Na2O 범위는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, 유리 조성물은 Na2O를 15.5 mol% 내지 17.5 mol%, 16 mol% 내지 17 mol%, 또는 16.5 mol% 내지 17 mol%, 끝점을 포함하여 끝점으로서 위에 열거된 Na2O 값 중 임의의 두 가지를 갖는 상기 값들 사이의 모든 범위 및 서브 범위의 양으로 포함할 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리 조성물에 대한 Na2O의 mol% + RO의 mol% - Al2O3의 mol%(Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%)는 0 mol% 이상이다. 일부 구현 예에서, Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%는 0 mol% 이상 7 mol% 이하(예를 들어, 7 mol% ≥ (Na2O mol% + RO mol%). - Al2O3 mol%) ≥ 0 mol%), 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함할 수 있다. 일부 구현 예에서, Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%는 1 mol% 이상, 2 mol% 이상, 3 mol% 이상, 4 mol% 이상, 5 mol% 이상, 또는 6 mol% 이상일 수 있다. 일부 구현 예에서, Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%는 7 mol% 이하, 6 mol% 이하, 5 mol% 이하, 4 mol% 이하, 3 mol% 이하, 2 mol% 이하, 또는 1 mol% 이하일 수 있다. 위의 식에서 RO mol%는 MgO mol% + CaO mol%와 같다.
임의의 상기 범위는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, Na2O mol% + RO mol% - Al2O3는 1 mol% 내지 6 mol%, 2 mol% 내지 5 mol%, 또는 3 mol% 내지 4 mol%, 및 끝점을 포함하여 끝점으로 위에 나열된 값 중 임의의 두 가지를 갖는 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위일 수 있다.
상기 기재된 (Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%) 값은 본 명세서에 개시된 유리 조성물에 유리하다. 전술한 바와 같은 (Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%) 값으로, 유리 조성물은 다음과 같은 유리한 특성을 나타낸다. 먼저, 상기와 같이 (Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%) 값을 조정함으로써 유리 조성물의 용융성을 향상시킨다. (Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%) 값은 유리한 열적 특성, 예를 들어 본 명세서에서 논의된 액상선 온도 및 액상선 점도를 생성하여 조성물로부터 제조된 유리 물품의 제조 용이성을 증가시킨다. (Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%) 값이 0 mol% 미만인 경우, 유리 조성물의 용융성이 저하된다. 둘째, 위에서 설명한 대로 (Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%) 값을 조정하면 원하는 조성물 구배를 생성할 수 있는 이온 교환 윈도우를 보장하면서 이온 교환 공정에 의해 부여되는 압축 응력에 대응하는 유리 물품을 갖는 상당한 응력 완화를 피할 수 있다. 값(Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%)이 7 mol%를 초과하면 이온 교환 공정 동안 유리 물품 내에서 상당한 양의 응력 관계가 발생할 수 있다. 이 응력 완화는 압축 응력, 특히 이온 교환 공정 동안 부여되는 피크 압축 응력을 감소시킨다.
본 명세서에 기재된 유리 조성물은 MgO를 포함한다. MgO는 유리의 점도를 낮추어 유리의 성형성 및 제조성을 향상시킬 수 있다. 유리 조성물에 MgO를 포함시키면 유리 조성의 변형점과 영률 및 유리의 이온 교환 능력을 향상시킬 수 있다. 그러나, 유리 조성물에 MgO를 너무 많이 첨가하면 유리 조성물의 밀도 및 CTE가 바람직하지 않은 수준으로 증가할 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은 1 mol% 이상 내지 5 mol% 이하, 및 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 농도로 MgO를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 MgO를 1.5 mol% 이상, 2 mol% 이상, 2.5 mol% 이상, 3 mol% 이상, 3.5 mol% 이상, 4 mol% 이상, 4.5 mol% 이상, 또는 5 mol%의 양으로 포함할 수 있다. 일부 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 MgO를 4.5 mol% 이하, 4 mol% 이하, 3.5 mol% 이하, 3 mol% 이하, 2.5 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1.5 mol% 이하, 또는 1 mol%의 양으로 포함할 수 있다.
임의의 상기 MgO 범위는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, 유리 조성물은 MgO를 1 mol% 내지 5 mol%, 1.5 mol% 내지 4.5 mol%, 2 mol% 내지 4 mol%, 2.5 mol% 내지 3.5 mol%, 또는 2.5 mol% 내지 3 mol%, 및 끝점을 포함하여 끝점으로서 위에 나열된 MgO 값 중 임의의 두 개를 갖는 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 양으로 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 2 mol% 내지 4 mol% 범위의 MgO를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 유리 조성물은 CaO를 포함한다. CaO는 유리의 점도를 낮추어 성형성, 변형점 및 영률을 향상시키고 유리의 이온 교환 능력을 향상시킬 수 있다. 그러나, 유리 조성물에 CaO를 너무 많이 첨가하면 유리 조성물의 밀도 및 CTE가 바람직하지 않은 수준으로 증가할 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 0.1 mol% 이상 내지 2.5 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 농도로 CaO를 포함할 수 있다. 일부 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 CaO를 0.5 mol% 이상, 1 mol% 이상, 1.5 mol% 이상, 2 mol% 이상, 또는 2.5 mol%의 양으로 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 2.5 mol% 이하, 2 mol% 이하, 1.5 mol% 이하, 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol%의 양으로 CaO를 포함할 수 있다.
임의의 상기 범위는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, 유리 조성물은 CaO를 0.1 mol% 내지 2.5 mol%, 0.5 mol% 내지 2 mol%, 또는 1 mol% 내지 1.5 mol%, 및 끝점을 포함하여 끝점으로서 상기 열거된 CaO 값 중 임의의 2개를 갖는 상기 값들 사이의 모든 범위 및 서브 범위의 양으로 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 0.5 mol% 내지 2 mol% 범위의 CaO를 포함할 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리 조성물에 대한 MgO의 mol% 대 MgO의 mol% 더하기 CaO의 mol%(MgO mol%/(MgO mol% + CaO mol%))는 0.5 이상일 수 있다. 일부 구현 예에서, MgO mol%/(MgO mol% + CaO mol%)은 0.5 이상 0.9 이하(예를 들어, 0.9 ≥ (MgO mol%/(MgO mol% + CaO mol) %)) ≥ 0.5), 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함할 수 있다. 일부 구현 예에서, MgO mol%/(MgO mol% + CaO mol%)은 0.55 이상, 0.6 이상, 0.65 이상, 0.7 이상, 0.7 이상, 0.75 이상, 0.8 이상, 0.85 이상 또는 0.9 이상일 수 있다. 일부 구현 예에서, MgO mol%/(MgO mol% + CaO mol%)은 0.9 이하, 0.85 이하, 0.8 이하, 0.75 이하, 0.7 이하, 0.65 이하, 0.6 이하, 0.55 이하, 0.5 이하일 수 있다.
임의의 상기 범위는 임의의 다른 범위와 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, MgO mol%/(MgO mol% + CaO mol%)은 0.5 내지 0.9, 0.55 내지 0.85, 0.6 내지 0.8, 0.65 내지 0.75, 또는 0.65 내지 0.7, 및 끝점을 포함하여 끝점으로 위에 나열된 값 중 임의의 두 가지를 갖는 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위일 수 있다.
본 명세서에 기재된 유리 조성물은 ZnO, SrO, BaO, B2O3, P2O5, Li2O, 및 K2O 중 하나 이상이 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은 ZnO, SrO, BaO, B2O3, P2O5, Li2O, 및 K2O 모두가 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 이러한 산화물 중 일부는 비싸고/거나 공급이 제한적일 수 있다. 알칼리 토금속 산화물은 바람직하지 않게 영률을 증가시킬 수 있고 이온 교환 과정을 느리게 할 수 있다. B2O3, P2O5 및 K2O는 이온 교환 과정에서 부여되는 압축 응력의 양을 줄일 수 있다. 본 명세서에 기재된 유리 물품은 이러한 산화물이 필요 없이 유리한 성질을 달성할 수 있다. 따라서, 이러한 산화물은 조성물에서 제외될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "실질적으로 없는"은 성분이 최종 유리에 오염물로서 매우 소량 존재할 수 있음에도 불구하고 배치 물질의 성분으로서 성분이 첨가되지 않음을 의미한다. 본 기재의 유리 조성물을 제조하기 위해 사용된 원료 및/또는 장비의 결과로서, 의도적으로 첨가되지 않은 특정 불순물 또는 성분이 최종 유리 조성물에 존재할 수 있다. 이러한 물질은 "트램프(tramp) 물질"이라고 하는 소량으로 유리 조성물에 존재한다. 성분이 "실질적으로 없는" 조성물은 성분이 조성물에 의도적으로 첨가되지 않았지만 조성물이 여전히 미량 또는 미량의 성분을 포함할 수 있음을 의미한다. 산화물이 "실질적으로 없는" 조성물은 산화물이 0.1 mol% 이하, 예를 들어 0 mol% 내지 0.1 mol%의 양으로 존재함을 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이, 성분이 "없는" 유리 조성물은 성분(예: 산화물)이 심지어 미량 또는 미량으로도 조성물에 존재하지 않음을 의미하는 것으로 정의된다.
몇몇 구현 예에서, 유리 조성물은 선택적으로 하나 이상의 청징제를 포함할 수 있다. 일부 구현 예에서, 청징제는 예를 들어 SnO2를 포함할 수 있다. 이러한 구현 예에서, SnO2는 2 mol% 이하, 예를 들어 0 mol% 내지 2 mol%, 및 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 양으로 유리 조성물에 존재할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, SnO2는 0.1 mol% 내지 2 mol%, 0.1 mol% 내지 1.5 mol%, 0.1 mol% 내지 1 mol%, 또는 0.1 mol% 내지 0.5 mol%의 양으로 유리 조성물에 존재할 수 있다.
본 명세서에 개시된 유리 조성물, 및 유리 조성물로부터 제조된 유리 물품의 물리적 성질은 하기에 논의된다. 이러한 물리적 성질은 실시 예를 참조하여 보다 상세하게 논의되는 바와 같이 유리 조성물의 성분량을 조정함으로써 달성될 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리 조성물의 영률(E)은 70 기가파스칼(GPa) 이상 내지 80 GPa 이하일 수 있고, 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 71 GPa 이상 내지 79 GPa 이하, 72 GPa 이상 내지 78 GPa 이하, 73 GPa 이상 내지 77 GPa 이하, 74 GPa 이상 내지 76 GPa 이하, 또는 75GPa 이상 내지 76GPa 이하, 및 끝점을 포함하여 끝점으로서 상기 열거된 영률 값 중 임의의 2개를 갖는 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 영률을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, 유리 조성물은 70GPa 내지 80GPa, 71GPa 내지 79GPa, 72GPa 내지 78GPa, 73GPa 내지 77GPa, 74GPa 내지 76GPa, 또는 75GPa 내지 76GPa 범위의 영률을 가질 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 70GPa 내지 75GPa 범위의 영률을 가질 수 있다. 본 명세서에서 개시되는 영률 값 및 푸아송 비 값은 달리 명시되지 않는 한 ASTM E2001-13, "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts."에 규정된 일반형 공진 초음파 분광기법으로 측정한 값을 말한다. 또한, 달리 명시되지 않는 한, 유리 조성물 또는 물품의 영률 및 푸아송 비는 조성물 또는 물품이 이온 교환 공정 또는 기타 강화 공정을 거치기 전에 측정된다. 특히, 유리 조성물 또는 물품의 영률 및 푸아송 비는 조성물 또는 물품이 이온 교환 용액에 노출되기 전, 예를 들어 이온 교환 용액에 침지되기 전에 측정된다. 푸아송 비 값(v)은 다음 공식을 사용하여 ASTM E2001-13 테스트에서 얻은 영률 값(E) 및 전단 탄성률 값(G)을 기반으로 계산된다: E = 2G(1+v).
몇몇 구현 예에서, 유리 조성물의 액상선 점도는 50 킬로포아즈(kP) 이상 500 kP 이하일 수 있고, 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 100 kP 이상 내지 450 kP 이하, 150 kP 이상 내지 400 kP 이하, 200 kP 이상 내지 350 kP 이하, 또는 250 kP 이상 내지 300 kP 이하, 그리고 끝점을 포함하여 끝점으로서 위에 열거된 액상선 점도 값 중 임의의 2개를 갖는 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 액상선 점도를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, 유리 조성물은 50 kP 내지 500 kP, 100 kP 내지 450 kP, 150 kP 내지 400 kP, 200 kP 내지 350 kP, 또는 250 kP 내지 300 kP 범위의 액상선 점도를 가질 수 있다.
본원에 사용된 용어 "액상선 점도"는 액상선 온도에서 용융 유리의 점도를 나타내며, 여기서 액상선 온도는 용융 유리가 용융 온도로부터 냉각될 때 결정이 처음으로 나타나는 온도 또는 온도가 실온에서 증가함에 따라 가장 마지막 결정이 녹는 온도를 의미한다. 달리 명시되지 않는 한, 본 출원에 개시된 액상선 점도 값은 다음 방법에 의해 결정된다. 먼저, 유리의 액상선 온도는 ASTM C829-81(2015), "Standard Practice for Measurement of Glass of Liquidus Temperature of the Gradient Furnace Method"에 따라 측정된다. 다음으로, 액상선 온도에서 유리의 점도는 ASTM C965-96(2012), 제목 "Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point"에 따라 측정된다. 달리 명시되지 않는 한, 유리 조성물 또는 물품의 액상선 점도 및 온도는 조성물 또는 물품이 이온 교환 공정 또는 기타 강화 공정을 거치기 전에 측정된다. 특히, 유리 조성물 또는 물품의 액상선 점도 및 온도는 조성물 또는 물품이 이온 교환 용액에 노출되기 전, 예를 들어 이온 교환 용액에 침지되기 전에 측정된다.
상기 조성물로부터, 구현 예에 따른 유리 물품은 임의의 적합한 방법, 예를 들어 슬롯 성형, 플로트 성형, 압연 공정, 퓨전 성형 공정 등에 의해 형성될 수 있다. 유리 조성물 및 그로부터 제조된 물품은 성형될 수 있는 방식으로 특성화될 수 있다. 예를 들어, 유리 조성물은 플로트 성형성(즉, 플로트 공정에 의해 형성됨), 하향 인발성, 특히 퓨전 성형성 또는 슬롯 인발성(예를 들어, 예를 들어 퓨전 인발 공정 또는 슬롯 인발 공정)으로서 특성화될 수 있다.
본 명세서에 기재된 유리 물품의 일부 구현 예는 하향-인발 공정에 의해 형성될 수 있다. 하향 인발 공정은 비교적 깨끗한 표면을 갖는 균일한 두께를 갖는 유리 물품을 생산한다. 유리 물품의 평균 굽힘 강도는 표면 결함의 양과 크기에 의해 제어되기 때문에 최소한의 접촉을 갖는 깨끗한 표면이 더 높은 초기 강도를 갖는다. 또한, 하향 인발 유리 물품은 값비싼 연삭(grinding) 및 연마(polishing) 없이 최종 적용에 사용할 수 있는 매우 평평하고 매끄러운 표면을 가지고 있다.
유리 물품의 몇몇 구현 예는 퓨전-성형가능한 (즉, 퓨전 인발 공정을 사용하여 성형가능한) 것으로 기술될 수 있다. 퓨전 공정은 용융 유리 원료를 수용하기 위한 채널이 있는 인발 탱크를 사용한다. 채널에는 채널 양쪽의 채널 길이를 따라 상단에 열려 있는 위어(weir)들이 있다. 채널이 용융된 물질로 채워지면 용융된 유리가 위어를 넘친다. 중력으로 인해 용융 유리는 두 개의 흐르는 유리 필름으로 인발 탱크의 외부 표면 아래로 흐른다. 인발 탱크의 이러한 외부 표면은 인발 탱크 아래의 가장자리에서 결합되도록 아래로 그리고 안쪽으로 확장된다. 두 개의 흐르는 유리 필름이 이 가장자리에서 결합되어 하나의 흐르는 유리 물품을 형성하고 융합한다. 퓨전 인발 방법은 채널 위로 흐르는 두 개의 유리 필름이 함께 융합되기 때문에 생성된 유리 물품의 외부 표면 중 어느 것도 장치의 어떤 부분과도 접촉하지 않는다는 이점을 제공한다. 따라서, 퓨전 인발 유리 물품의 표면 특성은 이러한 접촉에 의해 영향을 받지 않는다.
본 명세서에 기재된 유리 물품의 몇몇 구현 예는 슬롯 인발 공정에 의해 형성될 수 있다. 슬롯 인발 공정은 퓨전 인발 방법과 다르다. 슬롯 인발 공정에서 용융된 원료 유리는 인발 탱크에 제공된다. 인발 탱크의 바닥에는 슬롯의 길이를 확장하는 노즐이 있는 개방형 슬롯이 있다. 용융 유리는 슬롯 및/또는 노즐을 통해 흐르고 연속 유리 물품으로서 아래쪽으로 그리고 어닐링 영역으로 끌어당겨진다.
유리 물품, 예를 들어 유리 시트를 형성하기 위한 인발 공정은 결함이 적은 박형 유리 물품을 형성할 수 있기 때문에 바람직하다. 이전에는 유리 조성물이 인발 공정, 예를 들어 퓨전 인발 또는 슬롯 인발에 의해 형성되기 위해서는 상대적으로 높은 액상선 점도(예: 1000kP 초과, 1100kP 초과 또는 1200kP 초과)를 가져야 한다고 생각했다. 그러나 인발 공정의 발전으로 낮은 액상선 점도의 유리를 인발 공정에 사용할 수 있다.
하나 이상의 구현 예에서, 본원에 기재된 유리 물품은 비정질 미세구조를 나타낼 수 있고 결정(crystal) 또는 미결정(crystallite)이 실질적으로 없을 수 있다. 다시 말해서, 유리 물품은 일부 구현 예에서 유리-세라믹 물질을 배제한다. 일부 구현 예에서, 여기에 설명된 유리 물품은 유리-세라믹 물질을 포함할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 유리 조성물, 및 유리 조성물로 제조된 물품은 이온-교환 공정에 의해 강화될 수 있다. 도 1을 참조하면, 유리 물품(100)은 압축 응력 하에 있는 하나 이상의 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 유리 물품(100)은 유리 물품(100)의 외부 표면(예를 들어, 표면(110, 112))으로부터 압축 깊이(DOC, d1, d2)까지 연장되는 제1 압축 응력 영역(120) 및/또는 제2 압축 응력 영역(122) 및 DOC로부터 유리 물품(100)의 중심 또는 내부 영역으로 연장되는 CT 또는 인장 응력 하에 있는 제2 영역(예를 들어, 중심 영역(130))을 가질 수 있다. 이온 교환 압축 응력 영역(120, 122)은 유리 물품(100)의 두께(t)를 통해 2개 이상의 지점에서 상이한 금속 산화물의 농도를 갖는다.
당업계에서 통상적으로 사용되는 관례에 따르면, 압축 또는 압축 응력(CS)은 음(<0) 응력으로 표현되고 인장 또는 인장 응력은 양(>0) 응력으로 표현된다. 그러나 이 설명 전체에서 CS는 양수 또는 절대 값으로 표현된다. 즉, 여기에 인용된 대로 CS = │CS│이다. CS는 유리의 표면에서 최대 값을 가질 수 있으며, 함수에 따라 표면으로부터의 거리(d)에 따라 달라질 수 있다. 다시 도 1을 참조하면, 제1 압축 응력 영역(120)은 제1 표면(110)으로부터 깊이 d1까지 연장되고 제2 압축 응력 영역(122)은 제2 표면(112)으로부터 깊이 d2까지 연장된다. 함께, 이러한 압축 응력 영역(120, 122)은 유리 물품(100)의 압축 영역 또는 CS 영역을 정의한다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품의 하나 이상의 압축 응력 영역의 피크 압축 응력은 850 MPa 이상 내지 1400 메가파스칼(MPa) 이하, 예를 들어 900 MPa 이상 1350 MPa 이하, 950 MPa 이상 1300 MPa 이하, 1000 MPa 이상 1250 MPa 이하, 1050 MPa 이상 1200 MPa 이하, 또는 1100 MPa 이상에서 1150 MPa 이하, 그리고 끝점을 포함하여 끝점으로 상기 나열된 값 중 임의의 2가지를 갖는 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, 피크 압축 응력은 850 MPa 내지 1400 MPa, 900 MPa 내지 1350 MPa, 950 MPa 내지 1300 MPa, 1000 MPa 내지 1250 MPa, 1050 MPa 내지 1200 MPa, 또는 1100 MPa 내지 1150 MPa, 또는 끝점을 포함하여 끝점으로서 이들 값 중 임의의 2개를 갖는 범위 내에 있을 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품의 하나 이상의 압축 응력 영역의 피크 압축 응력은 1100 MPa 내지 1350 MPa의 범위에 있을 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리 조성물로부터 제조된 유리 물품은 14 이상의 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율(피크 압축 응력 값/영률 값, CS/E)을 가질 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품은 14 이상 내지 18 이하의 범위의 CS/E 비, 및 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 가질 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품은 15 이상, 16 이상, 17 이상, 또는 18의 CS/E 비를 가질 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품은 18 이하, 17 이하, 16 이하, 15 이하, 또는 14의 CS/E 비를 가질 수 있다. 상기 CS/E 범위 중 임의의 것은 임의의 다른 범위와 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, CS/E 비는 14 내지 18, 15 내지 17, 또는 15 내지 16일 수 있고, 끝점을 포함하여 끝점으로서 상기 열거된 값 중 임의의 2개를 갖는 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품은 15 이상의 CS/E 비율을 가질 수 있다.
이들 CS/E 비, 및 CS/E 비 범위는 피크 압축 응력 및/또는 본 명세서에 기재된 압축 깊이에서 달성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에서, 유리 물품은 850 MPa 내지 1400 MPa 범위의 피크 압축 응력과 함께 전술한 바와 같이 CS/E 비 또는 CS/E 비 범위를 가질 수 있다. 다른 예로서, 유리 물품은 5 미크론 내지 40 미크론 범위의 압축 깊이와 함께 전술한 바와 같이 CS/E 비, 또는 CS/E 비 범위를 가질 수 있다. 다른 예로서, 유리 물품은 5 미크론 내지 20 미크론 범위의 압축 깊이와 함께 전술한 바와 같이 CS/E 비, 또는 CS/E 비 범위를 가질 수 있다. 다른 예로서, 유리 물품은 유리 물품의 두께의 5% 내지 20% 범위의 압축 깊이와 함께 전술한 바와 같이 CS/E 비, 또는 CS/E 비 범위를 가질 수 있다. 다른 예로서, 유리 물품은 1100 MPa 내지 1350 MPa 범위의 피크 압축 응력 및 5 미크론 내지 20 미크론 범위의 압축 깊이와 함께 전술한 바와 같이 CS/E 비 또는 CS/E 비 범위를 가질 수 있다. 다른 예로서, 유리 물품은 850 MPa 내지 1400 MPa 범위의 피크 압축 응력 및 5 미크론 내지 40 미크론 범위의 압축 깊이와 함께 전술한 바와 같이 CS/E 비 또는 CS/E 비 범위를 가질 수 있다. 다른 예로서, 유리 물품은 850 MPa 내지 1400 MPa 범위의 피크 압축 응력 및 5 미크론 내지 20 미크론 범위의 압축 깊이와 함께 전술한 바와 같이 CS/E 비 또는 CS/E 비 범위를 가질 수 있다.
이온 교환에 의해 달성될 수 있는 높은 피크 압축 응력은 주어진 유리 두께에 대해 더 단단한(즉, 더 작은) 굽힘 반경으로 유리를 구부릴 수 있는 능력을 제공한다. 높은 피크 압축 응력은 유리가 순 압축을 유지하도록 하여 유리가 좁은 반경 주위에서 구부러질 때 표면 결함을 포함한다. 표면 근방 결함은 이러한 순 압축 상태에 포함되거나 유효 표면 압축 층 내에 배치되는 경우 파손으로 확장될 수 없다.
도 2는 굽힘력(202)을 사용하여 두 개의 판(200) 사이에서 유리 물품(100)의 2점 굽힘을 예시한다. 굽힘력(202)은 일정한 힘인 굽힘력(202)으로 굽힘 시험 동안 2개의 판(200)이 유리 물품(100)에 대해 가압되는 2점 굽힘 시험 장치를 사용하여 가해진다. 필요한 경우, 시험 장치와 관련된 고정구는 굽힘력(202)이 판(200)을 통해 유리 물품(100)에 가해질 때 유리 물품(100)이 접는 선(210)에 대해 대칭적으로 구부러지는 것을 보장한다. 특정 판 거리 D에 도달할 때까지 판(200)은 동시에 함께 이동될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 굽힘력 하에서의 "파손"이라는 용어는 파열(breakage), 파괴(destruction), 박리, 균열 전파, 영구 변형, 또는 물품을 의도된 목적에 부적합하게 만드는 기타 메커니즘을 지칭한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유리 물품(100)의 표면(110)은 굽힘으로 인한 인장 응력을 받고, 이는 물품이 구부러지지 않을 때 표면으로부터의 유효 DOC가 표면(110)으로부터의 DOC로부터 감소하는 반면, 표면(112)은 굽힘으로 인한 추가 압축 응력을 받는다. 표면(110)으로부터의 유효 DOC는 판 거리가 증가함에 따라 증가하고 판 거리가 감소함에 따라 감소한다(도 2에 도시된 바와 같이 물품(100)의 표면(112)이 그 자체를 향해 구부러질 때). 즉, 유효 DOC는 구부러지지 않은 상태의 DOC에서 굽힘으로 인한 인장 응력의 유효 깊이를 뺀 값이다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(100)은 60℃ 및 93% 상대 습도에서 240시간 동안 10밀리미터(mm) 이하의 판 거리(D)로 2개의 판(200) 사이에 유지될 때 정적 2점 굽힘 시험 동안 파손을 피한다. 예를 들어, 일부 구현 예에서, 유리 물품(100)은 10mm 내지 1mm의 판 거리(D)에 대해 60℃ 및 93% 상대 습도에서 240시간 동안 두 판 사이에 유지될 때 정적 2점 굽힘 시험 동안 파손을 방지한다. 판 거리(D)는 예를 들어 10mm, 9mm, 8mm, 7mm, 6mm, 5mm, 4mm, 3mm, 2mm 또는 1mm일 수 있다.
두 영역(120, 122)의 압축 응력은 유리 물품(100)의 중심 영역(130)에 저장된 장력에 의해 균형을 이룬다. 달리 명시되지 않는 한, CT 값은 최대 CT 값으로 보고된다. DOC는 이온 교환 처리 및 측정되는 물품의 두께에 따라 표면 응력 측정기 또는 산란 편광기(SCALP)로 측정할 수 있다. 기판에 칼륨 이온을 교환하여 기판의 응력이 발생하는 경우 표면 응력 측정기, 예를 들어 FSM-6000(Orihara Industrial Co., Ltd., Japan)을 사용하여 압축 깊이를 측정한다. 나트륨 이온을 기판으로 교환하여 응력이 생성되고 측정되는 제품이 약 400미크론보다 두꺼운 경우 SCALP는 압축 깊이와 최대 중심 장력(CT)을 측정하는 데 사용된다. 칼륨 및 나트륨 이온을 유리로 교환하여 기판의 응력이 생성되고 측정되는 제품이 약 400미크론보다 두꺼운 경우 압축 깊이와 CT는 SCALP에 의해 측정된다. 이론에 구속되지 않고, 나트륨의 교환 깊이는 압축 깊이를 나타낼 수 있는 반면 칼륨 이온의 교환 깊이는 압축 응력 크기의 변화를 나타낼 수 있다(그러나 반드시 압축에서 인장으로의 응력 변화는 아님). 본 명세서에 사용된 바와 같이, "층의 깊이"는 이온(예를 들어, 나트륨, 칼륨)이 기판 내로 교환되는 깊이를 의미한다. 본 기재를 통해, 최대 중심 장력이 SCALP에 의해 직접 측정될 수 없는 경우(측정되는 물품이 약 400 미크론보다 얇을 때와 같이) 최대 중심 장력은 피크 압축 응력과 압축 깊이를 기판의 두께와 압축 깊이의 2배의 차이로 나눈 곱으로 근사화될 수 있으며, 여기서 압축 응력 및 압축 깊이는 FSM에 의해 측정된다.
기판 두께가 약 400 미크론보다 클 때, 굴절된 근거리장(RNF) 방법은 응력 프로파일의 그래픽 표현을 도출하는 데 사용될 수도 있다. RNF 방법을 사용하여 응력 프로파일의 그래픽 표현을 도출할 때,SCALP에서 제공하는 최대 CT 값은 RNF 방법에서 활용된다. 특히, RNF에 의해 측정된 응력 프로파일은 힘의 균형을 이루고 SCALP 측정에 의해 제공되는 최대 CT 값으로 보정된다. RNF 방법은 "Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample"이라는 제목의 미국 특허 번호 제8,854,623호에 설명되어 있으며, 이는 그 전체가 참고로 여기에 포함된다. 특히, RNF 방법은 유리 물품을 기준 블록에 인접하게 배치하는 단계, 1Hz 내지 50Hz의 속도로 직교 편광 사이에서 전환되는 편광 전환된 광빔을 생성하는 단계, 편광 전환된 광선의 전력량을 측정하는 단계, 및 편광-전환된 기준 신호를 생성하는 단계를 포함하며, 여기서 직교 편광 각각에서 측정된 전력량은 서로의 50% 이내이다. 상기 방법은 유리 샘플 내로 상이한 깊이에 대한 참조 블록 및 유리 샘플 내로 편광-전환된 광빔을 투과시킨 다음, 전달된 편광-전환된 광빔을 릴레이 광학 시스템을 사용하여 신호 광검출기로 중계하는 단계를 더 포함하고, 신호 광검출기는 편광 전환 검출기 신호를 생성한다. 상기 방법은 또한 검출기 신호를 기준 신호로 분할하여 정규화된 검출기 신호를 형성하는 단계 및 정규화된 검출기 신호로부터 유리 샘플의 프로파일 특성을 결정하는 단계를 포함한다.
SCALP 측정이 수행될 때, 이는 에스토니아 탈린 소재의 GlassStress Ltd.로부터 입수가능한 SCALP 편광경(예를 들어, SCALP-04 또는 SCALP-05)을 사용하여 수행된다. 하나 이상의 응력 관련 특성을 특성화하기 위해 샘플을 측정할 때 편광계의 측정 노이즈를 허용 가능한 수준으로 줄이기 위한 정확한 샘플 속도 SS 및 노출 시간 tE는 여러 요인에 따라 달라진다. 이러한 요소에는 이미지 감지 장치의 특성(예: 게인(gain), 이미지 캡처 속도(프레임/초), 픽셀 크기, 내부 픽셀 평균 기술 등)과 응력이 없는(NSR) 산란 특성, 입력 광선의 강도, 사용된 편광 상태의 수 등의 특성이 포함된다. 기타 요인은 레이저 소스에서 나오는 광선의 측정 파장과 산란된 광선의 강도를 포함한다. 예시적인 측정 파장은 640 나노미터(nm), 518 nm 및 405 nm를 포함할 수 있다. 노출 시간의 예는 0.05 밀리초에서 100 밀리초 사이이다. 예제 프레임 속도는 초당 10에서 200프레임 범위일 수 있다. 광학 지연의 예시적인 계산은 0.1초 내지 10초의 측정 시간 tM에 걸쳐 2 내지 200프레임을 이용할 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품은 20 MPa 이상 400 메가파스칼(MPa) 이하, 예를 들어 50 MPa 이상에서 350 MPa 이하, 75 MPa 이상에서 300 MPa 이하, 100 MPa 이상에서 250 MPa 이하, 또는 150 MPa 이상에서 200 MPa 이하, 및 끝점을 포함하여 끝점으로서 위에 열거된 값 중 임의의 2개를 갖는 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 최대 CT를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현 예들에서, 최대 CT는 20 MPa 내지 400 MPa, 50 MPa 내지 350 MPa, 75 MPa 내지 300 MPa, 100 MPa 내지 250 MPa, 또는 150 MPa 내지 200 MPa의 범위, 또는 끝점을 포함하여 끝점으로 이러한 값 중 두 개를 갖는 범위일 수 있다.
일부 구현 예에서, 영역(120) 및/또는 영역(122)의 DOC는 하위 범위를 포함하여 5 미크론 내지 50 미크론의 범위일 수 있다. 예를 들어, DOC는 5미크론, 10미크론, 15미크론, 20미크론, 25미크론, 30미크론, 35미크론, 40미크론, 45미크론, 또는 50미크론, 또는 끝점을 포함하여 끝점으로서 이들 값 중 임의의 2개를 갖는 범위 내일 수 있다. 일부 구현 예에서, 영역(120) 및/또는 영역(122)의 DOC는 10 미크론 내지 45 미크론, 15 미크론 내지 40 미크론, 20 미크론 내지 35 미크론, 또는 25 미크론 내지 30 미크론의 범위일 수 있다. 일부 구현 예에서, DOC는 5 미크론 내지 40 미크론의 범위일 수 있다. 일부 구현 예에서, DOC는 5 미크론 내지 20 미크론의 범위일 수 있다.
몇몇 구현 예에서, DOC는 유리 물품(100)의 두께(t)의 일부로서 보고될 수 있다. 구현 예에서, 유리 물품은 유리 물품 두께의 5%(0.05t) 이상으로부터 유리 물품 두께의 20%(0.20t) 이하로, 그리고 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 압축 깊이(DOC)를 가질 수 있다. 몇몇 구현 예에서, DOC는 유리 물품의 두께의 5% 내지 20%, 유리 물품의 두께의 5% 내지 10%, 또는 유리 물품의 두께의 5% 내지 15%일 수 있다.
유리 물품(100)의 두께(t)는 표면(110)과 표면(112) 사이에서 측정된다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(100)의 두께는 4밀리미터(mm) 이하일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(100)의 두께는 하위 범위를 포함하여 15 미크론 내지 4 mm의 범위일 수 있다. 예를 들어, 유리 물품(100)의 두께는 15미크론, 20미크론, 30미크론, 50미크론, 75미크론, 100미크론, 150미크론, 200미크론, 250미크론, 500미크론, 1mm, 1.5mm, 2mm, 2.5mm, 3mm, 3.5mm, 4mm 또는 끝점을 포함하여 끝점으로 이러한 값 중 2개를 갖는 범위 내일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(100)의 두께는 20 미크론 내지 3.5 mm, 30 미크론 내지 3 mm, 50 미크론 내지 2.5 mm, 75 미크론 내지 2 mm, 100 미크론 내지 1.5 mm, 150 미크론 내지 1 mm, 200미크론 내지 500미크론, 또는 200미크론 내지 250미크론의 범위일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(100)의 두께는 15 미크론 내지 200 미크론의 범위일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(100)의 두께는 15 미크론 내지 100 미크론의 범위일 수 있다.
압축 응력 층은 유리 물품을 이온 교환 용액에 노출시킴으로써 유리 물품에 형성될 수 있다. 일부 구현 예에서, 이온 교환 용액은 용융 칼륨 염을 포함할 수 있다. 일부 구현 예에서, 이온 교환 용액은 50 중량% 이상의 칼륨 염, 60 중량% 이상의 칼륨 염, 70 중량% 이상의 칼륨 염, 80 중량% 이상의 칼륨 염, 90 중량% 이상, 또는 100wt% 칼륨 염, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 칼륨 염을 포함할 수 있다. 일부 구현 예에서, 이온 교환 용액은 50 중량% 내지 100 중량% 칼륨 염, 60 중량% 내지 100 중량% 칼륨 염, 70 중량% 내지 100 중량% 칼륨 염, 80 중량% 내지 100 중량% 칼륨 염, 또는 90wt% 내지 100wt% 칼륨 염을 포함할 수 있다. 일부 구현 예에서, 칼륨 염은 KNO3일 수 있다. 일부 구현 예에서, 이온 교환 용액에 남아 있는 중량 퍼센트의 전부 또는 일부는 예를 들어, NaNO3와 같은 용융 질산염일 수 있다.
유리 물품은 유리 조성물로 제조된 유리 물품을 이온 교환 용액의 조에 침지하거나, 이온 교환 용액을 유리 조성물로 제조된 유리 물품 상에 분무하거나, 또는 그렇지 않으면 이온 교환 용액을 유리 물품에 물리적으로 적용함으로써 이온 교환 용액에 노출될 수 있다. 유리 물품에 노출될 때, 이온 교환 용액은 구현 예에 따라 350℃ 이상 480℃ 이하의 온도 및 전술한 것 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 온도에 있을 수 있다. 일부 구현 예에서, 온도는 360℃ 이상 470℃ 이하, 370℃ 이상 460℃ 이하, 380℃ 이상 450℃ 이하, 390℃ 이상 440℃ 이하, 400℃ 이상 430℃ 이하, 또는 410℃ 이상 420℃ 이하, 및 끝점을 포함하여 끝점으로 위에 나열된 온도 값 중 두 개를 포함하는 전술한 값 사이의 모든 범위와 하위 범위일 수 있다. 일부 구현 예에서, 이온 교환 용액의 온도는 350℃ 내지 480℃, 360℃ 내지 470℃, 370℃ 내지 460℃, 380℃ 내지 450℃, 390℃ 내지 440℃, 400℃ 내지 430℃ 또는 410℃ 내지 420℃의 범위일 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품은 1시간 이상 내지 24시간 이하, 및 전술한 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 기간 동안 이온 교환 용액에 노출될 수 있다. 일부 구현 예에서, 지속 기간은 2시간 이상 내지 20시간 이하, 4시간 이상 내지 16시간 이하, 6시간 이상 내지 12시간 이하, 또는 8시간 이상 12시간 이하, 및 끝점을 포함하여 끝점으로서 위에 나열된 시간 값 중 임의의 두 가지 시간 값을 갖는 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품은 1시간 내지 24시간, 2시간 내지 20시간, 4시간 내지 16시간, 또는 8시간 내지 12시간 동안 이온 교환 용액에 노출될 수 있다. 일부 구현 예에서, 지속 기간은 1시간 내지 10시간, 또는 2시간 내지 8시간의 범위일 수 있다.
이온 교환 공정이 수행된 후, 유리 물품의 표면에 있는 조성물은 형성된 유리 물품의 조성물과 다를 수 있음을 이해해야 한다(예를 들어, 유리 물품이 이온 교환 공정을 받기 전의 유리 물품). 이것은 예를 들어 Na+와 같은 형성된 유리에서 한 유형의 알칼리 금속 이온이 더 큰 알칼리 금속 이온, 예를 들어 K+로 대체되기 때문에 발생한다. 그러나, 일부 구현 예에서, 유리 물품의 깊이의 중심 또는 그 근처에 있는 유리 조성물은 여전히 형성된 그대로의 유리 물품의 조성물을 가질 것이다. 달리 명시되지 않는 한, 본 출원에 개시된 유리 조성물은 조성물이 이온 교환 공정에 의해 영향을 받지 않는(또는 가장 적게 영향을 받는) 물품의 깊이 중심 근처에 있는 유리 물품의 조성물, 즉 형성된 그대로의 유리 물품의 조성물이다.
본 명세서에 기재된 유리 물품은 다른 물품, 예를 들어 디스플레이가 있는 물품(또는 디스플레이 물품)(예를 들어, 휴대폰, 시계, 태블릿, 컴퓨터, 내비게이션 시스템 등을 포함하는 소비자 전자 제품), 건축 물품, 운송 물품(예: 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박 등), 가전 제품 또는 일부 투명도, 내스크래치성, 내마모성 또는 이들의 조합의 이점을 얻을 수 있는 모든 물품 내에 혼입될 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 유리 물품을 포함하는 예시적인 물품이 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 구체적으로, 도 3a 및 도 3b는 전면(304), 후면(306), 및 측면(308)을 갖는 하우징(302)을 포함하는 소비자 전자 제품(300)을 도시한다. 하우징(302)의 전면(306)에 또는 이에 인접한 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 하우징 내부에 있는 전기 구성요소는 적어도 컨트롤러(320), 메모리(322), 및 디스플레이(310)를 포함할 수 있다. 디스플레이(310)는 예를 들어, 발광 다이오드(LED) 디스플레이 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이일 수 있다.
커버 기판(312)은 디스플레이(310) 위에 배치되도록 하우징(302)의 전면(304)에 또는 그 위에 배치될 수 있다. 커버 기판(312)은 디스플레이(310) 및 소비자 전자 제품(300)의 다른 구성요소(예를 들어, 컨트롤러(320) 및 메모리(322))를 손상으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 일부 구현 예에서, 커버 기판(312)은 접착제로 디스플레이(310)에 접합될 수 있다. 일부 구현 예에서, 커버 기판(312)은 하우징(302)의 전면(304)의 전부 또는 일부를 정의할 수 있다. 일부 구현 예에서, 커버 기판(312)은 하우징(302)의 전면(304) 및 하우징(302)의 측면(308)의 전부 또는 일부를 정의할 수 있다. 일부 구현 예에서, 소비자 전자 제품(300)은 하우징(302)의 후면(306)의 전부 또는 일부를 정의하는 커버 기판을 포함할 수 있다.
실시 예
구현 예는 하기 실시 예에 의해 더 명확해질 것이다. 이들 예는 위에서 설명된 구현 예로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
하기 표 1에 열거된 성분을 갖는 유리 조성물은 통상적인 유리 성형 방법에 의해 제조하였다. 표 1의 조성 1 내지 4는 본 출원의 구현 예에 따른 유리 조성물이다. 표 1의 조성물 A는 유사한 산화물로 제조된 비교 조성물이다. 표 1에서 모든 성분은 mol%이다. 표 1에 보고된 SC 및 CT 값은 각 조성물에 대해 표에 보고된 샘플 두께에서 측정되었다.
표 2는 표 1에 있는 조성물의 물질 성질을 나열한다. 표 2에 보고된 영률(E) 값은 본 명세서에 개시된 방법에 따라 측정되었다. 유사하게, 전단 계수 값은 ASTM E2001-13, 제목이 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts."에 명시된 일반 유형의 공명 초음파 분광법 기술에 의해 측정되었다.
표 2에 나열된 추가 물질 성질은 다음을 포함한다: 밀도, 여기서 밀도 값은 ASTM C693-93(2013)의 부력 방법을 사용하여 결정되었다; 섭씨 1도당 백만분율(ppm) 단위로 측정된(ppm/℃) 저온(0℃ 내지 300℃ 범위) CTE; 변형점, 어닐링점 및 연화점, 변형점은 ASTM C598-93(2013)의 빔 굽힘 점도법을 이용하여 측정되고, 어닐링점은 ASTM C336-71(2015)의 섬유 신도법을 이용하여 측정되며, 연화점은 ASTM C338-93(2013)의 섬유 신도 방법을 사용하여 측정됨; 1011 Poise, 35kP, 200kP 및 액상선 온도; 액상선 점도, 액상선 점도는 액상 점도가 본 명세서에서 논의된 바와 같이 결정됨; 및 유리의 복굴절과 관련된 응력 광학 계수(SOC). 달리 명시되지 않는 한, SOC는 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"이라는 제목의 ASTM 표준 C770-16에 설명된 절차 C(유리 디스크 방법)에 따라 측정되며, 그 내용은 전체가 참조로 여기에 포함된다. 달리 명시되지 않는 한, 표 2에 나열된 성질은 조성물 또는 물품이 이온 교환 공정 또는 기타 강화 공정을 거치기 전에 측정되었다. CTE 값은 표 2에서 섬유 신장 기술을 사용하여 측정되었다. 팽창계는 ASTM E228("Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials With a Push-Rod Dilatometer")에 따라 설정되었다. 섬유 연신율 시험을 위해 팽창계에 장착된 특정 조성물의 섬유 샘플을 0℃ 얼음 수조에 삽입한 다음 300℃ 등온로에 삽입하여 해당 온도 범위에 대한 평균 선형 열팽창 계수를 결정했다. 섬유 샘플은 화염 가공에 의해 준비되었다.
표 3은 표 1의 조성물 1-4 및 조성물 A에 대한 이온 교환 조건 및 성질을 포함한다. 표 3에 보고된 이온 교환 공정의 경우, 각 조성의 샘플을 100wt% KNO3로 구성된 용융 염욕에 침지하였다. 각 샘플의 길이는 1인치, 너비는 1인치, 두께는 0.8mm였다. 표 3에 보고된 최대 CT 값은 피크 압축 응력과 압축 깊이를 기판 두께와 압축 깊이의 2배의 차이로 나눈 곱으로 근사하였으며, 이때 압축 응력과 압축 깊이를 FSM에 의해 측정하였다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
표 3에 나타낸 바와 같이, 조성물 1 내지 4는 각각의 이온 교환 시간에 대해 조성물 A에 대한 CS/E 비보다 더 높은 CS/E 비를 모두 달성할 수 있었다. 2시간의 이온 교환 시간 동안, 조성물 A는 23.4 미크론의 DOC 및 13.69의 CS/E 비율을 달성한 반면, 조성물 1-4는 유사한 DOC 및 훨씬 더 높은 CS/E 비율을 달성했다. 조성물 1-4 각각은 23 미크론 이상의 DOC 및 15.53 이상의 CS/E 비율을 달성했다(조성 A에 비해 약 13.4% 이상 증가). 4시간의 이온 교환 시간 동안, 조성물 A는 32.6 미크론의 DOC와 13.38의 CS/E 비율을 달성한 반면, 조성물 1-4는 유사한 DOC와 훨씬 더 높은 CS/E 비율을 달성했다. 조성물 1-4 각각은 32.6 미크론 이상의 DOC 및 15.16 이상의 CS/E 비율을 달성했다(조성물 A에 비해 약 13.3% 이상 증가). 6시간의 이온 교환 시간 동안, 조성물 A는 39.4 미크론의 DOC 및 13.09의 CS/E 비율을 달성한 반면, 조성물 1-4는 유사한 DOL 및 훨씬 더 높은 CS/E 비율을 달성했다. 조성물 1-4 각각은 39.4 미크론 이상의 DOC 및 15.15 이상의 CS/E 비율을 달성했다(조성물 A에 비해 약 15.7% 이상의 증가). 8시간의 이온 교환 시간 동안, 조성물 A는 45.7 미크론의 DOC와 12.85의 CS/E 비율을 달성한 반면, 조성물 1-4는 유사한 DOC와 훨씬 더 높은 CS/E 비율을 달성했다. 조성물 1-4 각각은 45.9 미크론 이상의 DOC 및 14.85 이상의 CS/E 비율을 달성했다(조성물 A에 비해 약 15.6% 이상 증가).
도 4의 그래프(400). 도 4는 표 3의 각 이온 교환 시간에서 조성물 1-4 및 조성물 A에 대한 층 깊이 값에 대한 압축 응력 값을 도시한다. 표 3에 보고되고 그래프 400에 도시된 결과는 구현 예에 따른 유리 조성물이 여기에 설명된 유리 조성물은 가요성과 강도 면에서 비교 가능한 유리 조성물을 능가할 수 있다는 것을 예시한다. 본 명세서에 기재된 구현 예에 따른 유리 조성물은 다양한 이온 교환 시간에서 유사한 유리 조성물보다 더 높은 CS/E 비를 달성할 수 있다. 그리고, 이온 교환 시간 및/또는 DOC가 증가함에 따라, 여기에 기술된 유리 조성물에 대한 CS/E 비율은 실제로 증가하는 반면, 비교 가능한 유리 조성물에 대한 CS/E 비율은 이온 교환 온도 및 시간이 증가함에 따라 감소할 수 있다.
본 명세서에 기재된 구현 예에 따른 유리 조성물, 및 이들 조성물로부터 제조된 유리 물품이, 예를 들어, 가요성 커버 유리 적용과 같이 사용시 상당한 굽힘 응력을 경험하는 고강도 적용을 위해 개선된 기계적 성질을 제공할 수 있는 방법을 예시하기 위해 모델이 사용되었다. 아래 표 4는 모델링된 조성물과 각 조성물에 대해 모델링된 푸아송 비 및 영률을 보여준다. 조성물 B는 또 다른 참조 조성물로 모델링되었다. 조성물 B로 모델링된 조성은 60.33mol% SiO2, 19.17mol% Al2O3, 1.81mol% MgO, 1.72mol% CaO, 16.84mol% Na2O, 0.01mol% K2O, 0.01mol% TiO2, 0.09mol% SnO2 및 0.01mol% Fe2O3였다.
Figure pct00006
모델은 굽힘 시험 동안 두께 및 판 간격("판 거리(D)"로 지칭됨)의 함수로서 유리의 굽힘 성능을 예측한다. 이 모델은 기존 이온 교환 프로파일에서 굽힘 응력을 뺀 값(주어진 판 간격에 대해)을 고려한 다음 임의의 길이에서 표면 결함(예: 균열)에 대한 응력 강도를 계산한다.
예를 들어, 도 5의 그래프(500)는 유리 물품의 표면으로부터 다양한 깊이에서 굽힘 동안 조성물 A로 구성된 75미크론 두께 유리 물품에 적용된 모델링된 굽힘, 이온 교환 및 결과적인 총 응력을 나타낸다. 그래프 500의 경우 모델링된 피크 압축 응력은 800MPa, 모델링된 DOC는 15.3미크론, 모델링된 판 간격은 9.4mm였다. 9.4mm 판 간격에 의해 적용된 모델링된 굽힘 응력은 그래프 500에서 실선으로 표시된다.
모델의 경우, 굽힘 인장 응력이 이온 교환 유도 압축을 완벽하게 보상하도록 "안전 굽힘" 판 간격은 결함 깊이에서의 총 응력("결과 응력 프로파일")이 0과 같을 때 고려된다. 그래프(500)에 나타난 바와 같이, 모델링된 응력을 갖는 조성물 A에 대해 9.4mm의 판 간격에서 "안전 굽힘"은 결함 크기가 1미크론 이하(Y축의 응력이 0인 최소 깊이)일 때 발생한다. 유사한 그래프가 하기 표 5A에 나타낸 조성 및 두께 각각에 대해 생성되었으며, 표 5A에 보고된 피크 압축 응력 값은 MPa 단위이다. 표 5A에 표시된 각 조성물 및 두께에 대한 1 미크론 결함 길이에 대한 "안전 굽힘" 판 간격 거리는 표 6에 보고되어 있다. 표 6에 보고된 안전 판 간격을 결정하기 위해 모델링된 판의 함수로서 모델링된 굽힘 응력 간격(그래프 500의 실선)은 판 간격이 각 모델링된 제품에 대한 "안전 굽힘" 판 간격 값을 초래할 때까지 증가했다. 도 6의 그래프(600)는 유리 물품 두께에 대한 표 6의 안전한 굽힘 판 거리 결과를 도시한다. 표 5B는 모델링된 각 제품에 대한 모델링된 최대 중심 장력 값을 보고한다. 표 5B에 보고된 최대 CT 값은 피크 압축 응력과 압축 깊이를 기판 두께와 압축 깊이의 2배 간의 차이로 나눈 곱으로 근사화되었다.
[표 5A]
Figure pct00007
[표 5B]
Figure pct00008
[표 6]
Figure pct00009
표 6에 나타낸 바와 같이, 모델은 조성물 1 내지 3이 조성물 A보다 훨씬 더 작은 판 간격에서 굽힘 시험 동안 1 마이크론 결함으로 파손을 피할 수 있다고 예측하였다. 더 작은 판 간격은 유리 조성물이 굽힘 중 파손을 더 잘 피할 수 있음을 의미한다. 35미크론의 두께에서, 조성물 1-3으로 구성된 유리 물품은 최대 4.44mm의 안전한 판 간격을 달성하는 것으로 모델링된 반면, 조성물 A로 구성된 유리 물품은 5.38mm의 안전한 판 간격을 달성하는 것으로 모델링되었다. 50미크론의 두께에서, 조성물 1-3으로 구성된 유리 물품은 최대 5.88mm의 안전한 판 간격을 달성하는 것으로 모델링된 반면, 조성물 A로 구성된 유리 물품은 7.12mm의 안전한 판 간격을 달성하는 것으로 모델링되었다. 75미크론의 두께에서, 조성물 1-3으로 구성된 유리 물품은 최대 7.77mm의 안전한 판 간격을 달성하는 것으로 모델링된 반면, 조성물 A로 구성된 유리 물품은 9.39mm의 안전한 판 간격을 달성하는 것으로 모델링되었다. 100미크론의 두께에서, 조성물 1-3으로 구성된 유리 물품은 최대 9.91mm의 안전한 판 간격을 달성하는 것으로 모델링된 반면, 조성물 A로 구성된 유리 물품은 12.0mm의 안전한 판 간격을 달성하는 것으로 모델링되었다.
다양한 구현 예가 여기에서 설명되었지만, 그것들은 제한이 아니라 예로서 제시되었다. 여기에 제시된 교시 및 지침에 기초하여, 적응 및 변형이 개시된 구현 예의 등가물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다는 것이 명백해야 한다. 따라서, 본 기재의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 개시된 구현 예에 형태 및 세부사항의 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 여기에 제시된 구현 예의 요소는 반드시 상호 배타적일 필요는 없지만, 당업자에 의해 인식되는 바와 같이 다양한 상황을 충족하도록 상호 교환될 수 있다.
본 기재의 구현 예는 첨부 도면에 도시된 바와 같은 구현 예를 참조하여 여기에서 상세히 설명되며, 동일한 참조 부호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타내기 위해 사용된다. "일 구현 예", "구현 예", "일부 구현 예", "특정 구현 예에서" 등에 대한 언급은 설명된 구현 예가 특정 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있지만 모든 구현 예가 반드시 특정 기능, 구조 또는 특성을 포함할 필요는 없음을 나타낸다. 더욱이, 이러한 문구는 반드시 동일한 구현 예를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성이 구현 예와 관련하여 설명될 때, 다른 구현 예와 관련하여 그러한 특징, 구조 또는 특성에 영향을 미치는 것은 명시적으로 설명되었는지 여부에 관계없이 당업자의 지식 범위 내인 것으로 고려된다.
구현 예는 예시적이지만 본 개시내용을 제한하는 것은 아니다. 이 분야에서 일반적으로 접하고 당업자에게 자명할 다양한 조건 및 매개변수의 다른 적절한 수정 및 개조는 본 기재의 사상 및 범위 내에 있다.
요소 또는 구성요소를 설명하기 위한 부정관사는 이러한 요소 또는 구성요소 중 하나 이상이 존재함을 의미한다. 비록 이들 관사가 수식된 명사가 단수 명사임을 나타내기 위해 통상적으로 사용되지만, 본 명세서에서 사용된 관사는 또한 특정 경우에 달리 언급되지 않는 한 복수를 포함한다. 유사하게, 본 명세서에 사용된 정관사는 또한 특정한 경우에 달리 언급되지 않는 한 수식된 명사가 단수 또는 복수일 수 있음을 의미한다.
본 명세서에 사용된 방향성 용어 - 예를 들어, 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 상면, 하면, 안쪽, 바깥쪽은 도시된 도면을 참조하여 만들어지며 절대적인 방향을 의미하지 않는다.
청구범위에 사용된 바와 같이, "포함하는(comprising)"은 개방형 전환 구이다. "포함하는" 과도기 구 뒤에 오는 요소 목록은 비배타적 목록이므로 목록에 구체적으로 언급된 요소 외에 요소도 존재할 수 있다. 청구범위에 사용된 "필수적으로 이루어지는" 또는 "필수적으로 이루어지는"은 물질의 구성을 특정 물질 및 물질의 기본적이고 신규한 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 물질로 제한한다. 청구범위에 사용된 "∼로 이루어진" 또는 "전체로 구성된"은 물질의 구성을 지정된 물질로 제한하고 지정되지 않은 물질은 제외한다.
특정 상황에서 달리 언급되지 않는 한, 상한 및 하한 값을 포함하는 수치 값의 범위가 여기에서 인용되는 경우, 범위는 그 끝점, 및 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하도록 의도된다. 청구범위의 범위가 범위를 정의할 때 인용된 특정 값으로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 양, 농도, 또는 다른 값 또는 매개변수가 범위, 하나 이상의 바람직한 범위 또는 상위 선호 값 및 하위 선호 값의 목록으로 주어질 때, 이러한 쌍이 개별적으로 개시되어 있는지 여부와 상관없이, 이는 임의의 상한 범위 또는 선호되는 값 및 임의의 하한 범위 또는 선호되는 값의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 마지막으로, "약"이라는 용어가 값 또는 범위의 끝점을 설명하는 데 사용되는 경우, 기재 내용은 언급된 특정 값 또는 종점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 범위의 수치 또는 끝점이 "약"을 인용하는지 여부에 관계없이, 범위의 수치 또는 끝점은 2개의 구현 예를 포함하도록 의도된다: 하나는 "약"에 의해 수정되고 다른 하나는 "약"에 의해 수정되지 않는 것.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "약"은 양, 크기, 제형, 매개변수, 및 기타 양 및 특성이 정확하지 않고 정확할 필요도 없지만, 필요에 따라 근사치 및/또는 공차, 변환 인자, 반올림, 측정 오차 등, 및 당업자에게 공지된 기타 인자를 포함한다는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용된 용어 "실질적인", "실질적으로" 및 이들의 변형은 설명된 특징이 값 또는 설명과 동일하거나 대략적으로 동일함을 주목하도록 의도된다. 예를 들어, "실질적으로 평면인" 표면은 평면 또는 거의 평면인 표면을 나타내기 위한 것이다. 또한, "실질적으로"는 두 값이 동일하거나 거의 동일함을 나타내기 위한 것입니다. 일부 구현 예에서, "실질적으로"는 서로 약 10% 이내, 예를 들어 서로 약 5% 이내, 또는 서로 약 2% 이내의 값을 나타낼 수 있다.
본 구현 예(들)는 명시된 기능 및 이들의 관계의 구현을 예시하는 기능적 빌딩 블록의 도움으로 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 빌딩 블록의 경계는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다. 지정된 기능과 그 관계가 적절하게 수행되는 한 대체 경계를 정의할 수 있다.
본 명세서에 사용된 어구 또는 용어는 제한이 아니라 설명을 위한 것임을 이해해야 한다. 본 기재의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 구현 예 중 어느 것에 의해 제한되어서는 안 되며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라 정의되어야 한다.

Claims (46)

  1. 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품으로서,
    61 mol% 이상의 SiO2;
    13.5 mol% 이상의 A12O3;
    1 mol% 내지 5 mol%의 MgO;
    CaO;
    Na2O,
    여기서, Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%이고, 여기서 RO mol% = MgO mol% + CaO mol%이며, 여기서 상기 유리 물품은 ZnO, SrO, BaO, B2O3, P2O5, Li2O, 및 K2O가 실질적으로 없음;
    이온 교환 전 GPa 단위로 측정한 영률 값; 및
    상기 유리 물품의 표면으로부터 압축 깊이까지 연장되는 압축 응력 층을 포함하며, 상기 압축 응력 층은 MPa로 측정된 피크 압축 응력 값을 포함하고,
    여기서, 상기 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율은 14 이상인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 20 mol%인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    (Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%) ≥ 0 mol%인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    7 mol% ≥ (Na2O mol% + RO mol% - Al2O3 mol%) ≥ 0 mol%인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  5. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    62 mol% 이상의 SiO2를 포함하는, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    17 mol% 미만의 Al2O3를 포함하는, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품은 이온 교환되기 전에 측정된 50 kP 내지 500 kP 범위의 액상선 점도를 포함하는, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품은 0.5 mol% 내지 2 mol% CaO를 포함하고, 여기서 Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 20 mol%인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율이 15 이상 및 18 이하인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  10. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영률 값은 70 MPa 내지 80 MPa 범위인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  11. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피크 압축 응력은 850 MPa 내지 1400 MPa 범위인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  12. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 깊이는 5 미크론 내지 40 미크론 범위인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  13. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 깊이는 5 미크론 내지 20 미크론 범위인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  14. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 깊이는 유리 물품 두께의 5% 내지 20% 범위인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  15. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피크 압축 응력은 1100 MPa 내지 1350 MPa 범위이고, 상기 압축 깊이는 5 미크론 내지 20 미크론 범위인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  16. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    61 mol% 내지 66 mol% SiO2;
    13.5 mol% 내지 20 mol% Al2O3;
    0.5 mol% 내지 2 mol% CaO; 및
    15 mol% 내지 18 mol% Na2O를 포함하는, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  17. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    61 mol% 내지 65 mol% SiO2; 또는 61 mol% 초과 내지 65 mol% SiO2
    16 mol% 내지 18 mol% Al2O3;
    2 mol% 내지 4 mol% MgO;
    0.5 mol% 내지 2 mol% CaO; 및
    15 mol% 내지 18 mol% Na2O를 포함하는, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  18. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 20 mol%인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  19. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    16 mol% 이상의 A12O3를 포함하는, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  20. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    23 mol% ≥ Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  21. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    (MgO mol% / (MgO mol% + CaO mol%)) ≥ 0.5인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  22. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    (MgO mol% / (MgO mol% + CaO mol%)) ≥ 0.55인, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  23. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    4 밀리미터 이하의 두께를 포함하는, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  24. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    15 미크론 내지 200 미크론 범위의 두께를 포함하는, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품.
  25. 전자 디스플레이; 및
    상기 전자 디스플레이 위에 배치된, 청구항 1 내지 24 중 어느 한 항의 유리 물품을 포함하는, 전자 소자.
  26. 청구항 25에 있어서,
    전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징 및 적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 있는 전기 구성요소를 더 포함하며, 상기 전기 구성요소는 콘트롤러, 메모리, 및 전자 디스플레이를 포함하고, 상기 전자 디스플레이는 하우징의 전면에 있거나 이에 인접하며,
    여기서 상기 유리 물품은 하우징의 적어도 일부를 형성하는, 전자 소자.
  27. 61 mol% 내지 66 mol% SiO2; 또는 61 mol% 초과 내지 66 mol% SiO2
    13.5 mol% 내지 20 mol% Al2O3;
    1 mol% 내지 5 mol% MgO;
    0.5 mol% 내지 2 mol% CaO;
    15 mol% 내지 18 mol% Na2O;
    유리 물품을 이온 교환하기 전에 GPa로 측정한 영률 값; 및
    이온 교환된 유리 물품의 표면으로부터 연장되고 MPa로 측정된 피크 압축 응력 값을 갖는 압축 응력 층을 포함하며,
    여기서:
    Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%,
    RO mol% = MgO mol% + CaO mol%,
    상기 유리 물품에는 ZnO, SrO, BaO, B2O3, P2O5, Li2O, 및 K2O가 실질적으로 없고,
    상기 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율이 14 이상 및 18 이하인, 이온 교환된 유리 물품.
  28. 청구항 27에 있어서,
    17 mol% 미만의 Al2O3를 포함하는, 이온 교환된 유리 물품.
  29. 청구항 27 또는 28에 있어서,
    61 mol% 내지 65 mol% SiO2 또는 61 mol% 초과 내지 65 mol% SiO2;
    16 mol% 내지 18 mol% Al2O3;
    2 mol% 내지 4 mol% MgO;
    0.5 mol% 내지 2 mol% CaO; 및
    15 mol% 내지 18 mol% Na2O를 포함하는, 이온 교환된 유리 물품.
  30. 청구항 27 내지 29 중 어느 한 항에 있어서,
    20 미크론 또는 200 미크론 범위의 두께를 포함하는, 이온 교환된 유리 물품.
  31. 청구항 27 내지 30 중 어느 한 항에 있어서,
    62 mol% 이상의 SiO2를 포함하는, 이온 교환된 유리 물품.
  32. 유리 물품을 강화하는 방법으로서,
    50 중량% 이상의 칼륨 염을 포함하는 이온 교환 용액에 유리 물품을 침지하는 단계, 상기 유리 물품은 다음을 포함함:
    61 mol% 이상의 SiO2;
    13.5 mol% 이상의 A12O3;
    1 mol% 내지 5 mol% MgO;
    CaO; 및
    Na2O, 여기서 A12O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%, 여기서 RO mol% = MgO mol% + CaO mol%, 그리고 여기서 상기 유리 물품에는 ZnO, SrO, BaO, B2O3, P2O5, Li2O, 및 K2O가 실질적으로 없음; 및
    350℃ 내지 480℃ 범위의 온도에서 1시간 내지 24시간 범위의 기간 동안 상기 이온 교환 용액에서 상기 유리 물품을 이온 교환하여 상기 유리 물품의 표면으로부터 압축 깊이까지 연장되며, 850 MPa 내지 1400 MPa 범위의 피크 압축 응력 값을 포함하는 압축 응력 층을 달성하는 단계를 포함하는, 유리 물품 강화방법.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 압축 깊이는 5 미크론 내지 40 미크론 범위인, 유리 물품 강화방법.
  34. 청구항 32 또는 33에 있어서,
    상기 압축 깊이는 5 미크론 내지 20 미크론 범위인, 유리 물품 강화방법.
  35. 청구항 32 내지 34 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피크 압축 응력 값은 1100 MPa 내지 1350 MPa 범위이고 상기 압축 깊이는 5 미크론 내지 20 미크론 범위인, 유리 물품 강화방법.
  36. 청구항 32 내지 35 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기간은 1 시간 내지 8 시간 범위인, 유리 물품 강화방법.
  37. 청구항 32 내지 36 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품은 이온 교환 용액에 침지하기 전에 측정한, 50 kP 내지 500 kP 범위의 액상선 점도를 포함하는, 유리 물품 강화방법.
  38. 청구항 32 내지 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품은 이온 교환 용액에 침지하기 전 GPa로 측정된 영률 값을 포함하고, 여기서 상기 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율이 14 이상 및 18 이하인, 유리 물품 강화방법.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 영률 값에 대한 피크 압축 응력 값의 비율이 15 이상 및 18 이하인, 유리 물품 강화방법.
  40. 청구항 32 내지 39 중 어느 한 항에 있어서,
    17 mol% 미만의 Al2O3를 포함하는, 유리 물품 강화방법.
  41. 청구항 32 내지 40 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품은:
    61 mol% 내지 66 mol% SiO2, 또는 61 mol% 초과 내지 66 mol% SiO2;
    13.5 mol% 내지 20 mol% Al2O3;
    0.5 mol% 내지 2 mol% CaO; 및
    15 mol% 내지 18 mol% Na2O를 포함하는, 유리 물품 강화방법.
  42. 청구항 32 내지 41 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품은:
    61 mol% 내지 65 mol% SiO2 또는 61 mol% 초과 내지 65 mol% SiO2;
    16 mol% 내지 18 mol% Al2O3;
    2 mol% 내지 4 mol% MgO;
    0.5 mol% 내지 2 mol% CaO; 및
    15 mol% 내지 18 mol% Na2O를 포함하는, 유리 물품 강화방법.
  43. 청구항 32 내지 42 중 어느 한 항에 있어서,
    23 mol% ≥Al2O3 mol% + RO mol% ≥ 18 mol%인, 유리 물품 강화방법.
  44. 청구항 32 내지 43 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품은 4 밀리미터 이하의 두께를 포함하는, 유리 물품 강화방법.
  45. 청구항 32 내지 44 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품은 15 미크론 내지 200 미크론 범위의 두께를 포함하는, 유리 물품 강화방법.
  46. 청구항 32 내지 45 중 어느 한 항에 있어서,
    62 mol% 이상의 SiO2를 포함하는, 유리 물품 강화방법.
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