KR20230109171A - 높은 푸아송 비를 갖는 유리 조성물 - Google Patents
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Abstract
유리 조성물은 50 mol% 이상 65 mol% 이하의 SiO2; 2 mol% 이상 25 mol% 이하의 Al2O3; 1 mol% 이상 40 mol% 이하의 MgO; 3 mol% 이상 17 mol% 이하의 Li2O; 및 1 mol% 이상 10 mol% 이하의 Na2O를 포함한다. 상기 유리 조성물은 La2O3 및 Y2O3가 실질적으로 없다. 유리 조성물은 0.24 이상의 푸아송 비를 갖는다. 유리 조성물은 이온 교환이 가능하다.
Description
본 출원은 2020년 11월 30일에 출원된 미국 가출원 일련번호 63/119062의 이익을 주장하며, 그 내용은 전체가 신뢰되고 참조로서 본원에 통합된다.
본 명세서는 일반적으로 전자 기기의 커버 유리로 사용하기에 적합한 유리 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서는 전자 기기용 커버 유리로 형성될 수 있는 이온 교환 가능한 유리에 관한 것이다.
스마트폰, 태블릿, 휴대용 미디어 플레이어, 개인용 컴퓨터, 카메라 등 휴대용 기기의 이동성은 이러한 기기를 바닥과 같은 딱딱한 표면에 실수로 떨어뜨리는 사고에 특히 취약하게 만든다. 이러한 기기는 일반적으로 딱딱한 표면에 충격을 받으면 손상될 수 있는 커버 유리를 혼입한다. 이러한 기기의 다수에서, 커버 유리는 디스플레이 커버 역할을 하며, 터치 기능이 혼입되어 있어, 커버 유리가 손상되면 기기 사용에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
연결된 휴대용 기기가 딱딱한 표면에 떨어지는 경우, 커버 유리의 두 가지 주요 파손(failure) 모드가 있다. 상기 모드 중 하나는 굴곡 파손으로, 기기가 딱딱한 표면과의 충격으로 인해 동적 하중을 받을 때 유리의 굽힘에 의해 발생한다. 다른 모드는 날카로운(sharp) 접촉 파손으로, 유리 표면에 손상의 도입으로 인해 발생한다. 아스팔트, 화강암 등 거칠고 단단한 표면과 유리의 충돌은, 유리 표면에 날카로운 자국(indentations)을 결과할 수 있다. 이러한 자국은 유리 표면에서 균열(cracks)이 발생하고 전파될 수 있는 파손 부위가 된다.
유리는 유리 표면에 압축 응력을 유도하는 것을 포함하는 이온 교환 기술을 통해 굴곡 파손에 대한 내성을 높일 수 있다. 그러나, 이온 교환된 유리는 날카로운 접촉으로 인한 유리의 국부적 자국에 의해 유발되는 높은 응력 집중으로 인해, 동적 날카로운 접촉에 여전히 취약할 것이다.
유리 제조업체와 핸드헬드 기기 제조업체는 핸드헬드 기기의 날카로운 접촉 파손에 대한 저항성을 개선하기 위해 지속적으로 노력해 왔다. 커버 유리의 코팅부터 기기를 단단한 표면에 떨어뜨렸을 때 커버 유리가 단단한 표면에 직접 충격 받는 것을 방지하는 베젤에 이르기까지 다양한 솔루션이 있다. 그러나 미적 및 기능적 요구 사항의 제약으로 인해, 커버 유리가 딱딱한 표면에 충격 받는 것을 완전히 방지하는 것은 매우 어렵다.
또한 휴대용 기기는 가능한 한 얇게 만드는 것이 바람직하다. 따라서, 휴대용 기기의 커버 유리로 사용되는 유리는 강도뿐만 아니라 가능한 한 얇게 만드는 것이 바람직하다. 따라서, 커버 유리의 강도를 높이는 것 외에도, 유리는 얇은 유리 시트와 같은 얇은 유리 물품을 만들 수 있는 공정에 의해 형성될 수 있는 기계적 특성을 갖는 것이 바람직하다.
따라서, 이온 교환 등에 의해 강화될 수 있고, 얇은 유리 물품으로 형성될 수 있는 기계적 성질을 갖는 유리에 대한 필요성이 존재한다.
관점 (1)에 따르면, 유리가 제공된다. 상기 유리는 다음을 포함한다: 34 mol% 이상 65 mol% 이하의 SiO2; 2 mol% 이상 25 mol% 이하의 Al2O3; 1 mol% 이상 40 mol% 이하의 MgO; 1 mol% 이상 10 mol% 이하의 Na2O; 및 3 mol% 이상 17 mol% 이하의 Li2O. 여기서, 유리는 실질적으로 La2O3 및 Y2O3가 없고 0.24 이상의 푸아송 비를 갖는다.
관점 (2)에 따르면, 관점 (1)의 유리가 제공되며, 여기서 푸아송 비는 0.25 이상이다.
관점 (3)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 여기서 상기 푸아송 비는 0.30 이하이다.
관점 (4)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 여기서 상기 푸아송 비는 0.27 이하이다.
관점 (5)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 0 mol% 이상 16 mol% 이하의 B2O3를 포함한다.
관점 (6)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 B2O3가 실질적으로 없다.
관점 (7)에 따르면, 관점 (1) 내지 관점 (5) 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 2 mol% 이상 16 mol% 이하의 B2O3를 포함한다.
관점 (8)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 0 mol% 이상 7 mol% 이하의 CaO를 포함한다.
관점 (9)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 CaO가 실질적으로 없다.
관점 (10)에 따르면, 관점 (1) 내지 관점 (8) 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 1 mol% 이상 6 mol% 이하의 CaO를 포함한다.
관점 (11)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 0 mol% 이상 1 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (12)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 K2O가 실질적으로 없다.
관점 (13)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 0 mol% 이상 0.2 mol% 이하의 SnO2를 포함한다.
관점 (14)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 SnO2가 실질적으로 없다.
관점 (15)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 SrO가 실질적으로 없다.
관점 (16)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 BaO가 실질적으로 없다.
관점 (17)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 HfO2가 실질적으로 없다.
관점 (18)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 ZrO2가 실질적으로 없다.
관점 (19)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 75 GPa 이상 105 GPa 이하의 영률을 갖는다.
관점 (20)에 따르면, 관점 (1) 내지 전술한 관점 중 어느 하나의 유리가 제공되며, 상기 유리는 30 GPa 이상 41 GPa 이하의 전단 계수를 갖는다.
추가적인 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명에 기재될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백하거나, 다음의 상세한 설명, 청구범위 및 첨부된 도면을 포함하여 본 명세서에 기재된 구현예를 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적 설명과 다음의 상세한 설명은 다양한 구현예를 설명하며, 청구된 주제의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하기 위한 것임이 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 다양한 구현예에 대한 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 명세서에 설명된 다양한 구현예를 예시하며, 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본원에 개시되고 설명된 구현예에 따라, 그 표면에 압축 응력 층을 갖는 유리의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 2a는 본원에 개시된 임의의 유리 물품을 혼입하는 예시적인 전자 기기의 평면도이다; 및
도 2b는 도 2a의 예시적인 전자 기기의 사시도이다.
도 2a는 본원에 개시된 임의의 유리 물품을 혼입하는 예시적인 전자 기기의 평면도이다; 및
도 2b는 도 2a의 예시적인 전자 기기의 사시도이다.
이제, 다양한 구현예에 따라 리튬 알루미노실리케이트 유리를 상세히 참조할 것이다. 리튬 알루미노실리케이트 유리는 이온 교환성이 우수하며, 리튬 알루미노실리케이트 유리에서 고강도 및 고인성 특성을 달성하기 위해 화학적 강화 공정이 사용되어 왔다. 리튬 알루미노실리케이트 유리는 유리 품질이 높은, 이온 교환성이 높은 유리이다. 실리케이트 유리 네트워크 내로의 Al2O3의 치환은 이온 교환 중에 1가 양이온의 상호 확산도를 증가시킨다. 용융 염 욕(예컨대, KNO3 또는 NaNO3)에서 화학적 강화에 의해, 고강도, 고인성 및 고 압입 균열 저항성을 갖춘 유리가 달성될 수 있다. 화학적 강화를 통해 달성된 응력 프로파일은 유리 물품의 낙하 성능, 강도, 인성 및 기타 속성을 향상시키는 다양한 형태를 가질 수 있다.
따라서, 우수한 물성, 화학적 내구성, 이온 교환성을 갖는 리튬 알루미노실리케이트 유리가 커버 유리로 사용하기 위해 주목받고 있다. 특히, 더 높은 파단 인성 및 빠른 이온 교환성을 갖는 리튬 함유 알루미노실리케이트 유리가 본원에서 제공된다. 다양한 이온 교환 공정을 통해, 더 큰 중심 장력(CT), 압축 깊이(DOC) 및 높은 압축 응력(CS)이 달성될 수 있다. 그러나 알루미노실리케이트 유리에 리튬의 첨가는 유리의 융점, 연화점 또는 액상선 점도를 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 기술된 유리 조성물의 구현예에서, 달리 명시되지 않는 한, 구성 성분(예: SiO2, Al2O3, Li2O 등)의 농도는 산화물 기준으로 몰 퍼센트(mol%)로 주어진다. 구현예에 따른 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물의 구성 성분은 아래에서 개별적으로 논의된다. 한 성분의 다양하게 열거된 범위 중 어느 것이라도 다른 성분에 대해 다양하게 열거된 범위 중 어느 것과 개별적으로 결합될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 숫자 뒤의 0은 해당 숫자의 유효 자릿수를 나타내기 위한 것이다. 예를 들어, 숫자 "1.0"은 두 개의 유효 자릿수를 포함하며, 숫자 "1.00"은 세 개의 유효 자릿수를 포함한다.
본원에 개시된 것은 높은 푸아송 비를 나타내는 리튬 알루미노실리케이트 유리 조성물이다. 일부 구현예에서, 유리 조성물은 0.24 이상의 푸아송 비를 특징으로 한다.
재료의 내손상성은 일반적으로 강도와 인성(또는 연성)의 함수이다. 높은 강도는 새로운 균열의 도입을 방지하고, 높은 인성은 존재하는 균열의 전파를 방해한다. 실리케이트 유리의 내손상성을 개선하기 위해 원자 결합 또는 원자 구조 외적인 두 가지 일반적인 접근 방식이 널리 사용된다. 첫 번째 외적 접근 방식은 이온 교환 공정, 차동(differential) CTE 라미네이트 구조 또는 열 템퍼링 방법과 같이 유리 표면에 압축 응력을 가하는 것이다. 이 접근 방식은 유리의 강도를 향상시키지만 잠재적으로 취약성(frangibility)을 높일 수 있다. 널리 사용되는 또 다른 외적 접근 방식은 유리-폴리머-유리 배열의 라미네이트 구조를 제작하는 것이다. 이러한 라미네이트가 파손되면 연성 폴리머가 부서진 유리 조각을 서로 잡아주어 치명적인 파손을 방지할 수 있다.
유리의 원자 결합/구조에 내재된 또 다른 상당히 상이한 경로도 내손상성을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, '플로피(floppy)' 모드를 도입하고 소성/압축 변형을 촉진하기 위해 3중 배위 붕소 함량이 최대화된 붕소 함유 알루미노실리케이트 유리는 향상된 내손상성을 나타낸다. 유사한 접근 방식은 전단 변형을 촉진하기 위해 국부적인 기하학적으로 불안정한 구조를 최대화하여 높은 파단 인성(> 150 MPa√m)이 달성되는 Zr-계 금속 유리의 설계에서도 발견된다. 이러한 접근 방식은 연성 거동을 나타내는 재료를 제공하여 파단 인성을 높이는 것을 목표로 한다.
취성/연성 거동의 근원은 전단과 분열(cleavage)의 경쟁에 의해 지배된다. 균열 끝에서, 전단에 필요한 에너지 또는 응력이 분열에 필요한 에너지 또는 응력보다 낮으면, 균열 끝은 전단에 의해 무디어지고 결과적으로 재료는 연성 또는 높은 파단 인성을 나타낼 것이다. 이러한 근본적인 접근 방식은 모든 종류의 유리의 고유 연성에 적용될 수 있다.
원자 수준에서, 유리의 취성/연성 거동은 유리 네트워크의 결합 강도와 각도 제약 사이의 경쟁에 의해 지배된다. 결합 강도의 상대적 증가 또는 각도 제약의 상대적 감소는 분열을 방지하거나 전단 변형을 촉진하여 연성을 증가시켜야 한다. 전단 외에도 압축은 압입 또는 스크래치 저항을 증가시킬 수 있지만 압축은 인장 하중 하에서 전단보다 덜 효과적일 수 있다. 따라서 산소와 강하게 결합하고 각도 제약을 줄일 수 있는 특정 종류의 금속 원소를 추가하면 강도(경도)를 희생하지 않고 인성(연성)을 높일 수 있다.
표 1에서 볼 수 있듯이, Ta, Th, Zr, La, Hf, Y, Ba 및 B의 산소에 대한 결합 에너지는 매우 높다. 산소에 대한 결합 에너지는 실리케이트 유리에 일반적으로 함유되어 있는 Na와 K에 대해 낮다. 낮은 결합 에너지는 유리의 분열 또는 취성 파단을 촉진할 수 있다.
| 원소 | 산소 결합 강도 (kJ/mol) |
| Si | 800 |
| Ta, Th | 810 |
| Zr | 753 |
| La | 782 |
| Hf | 774 |
| Y | 714 |
| Ba | 561 |
| B | 782 |
| Al | 481 |
| Ca | 460 |
| Mg | 377 |
| Na | 272 |
| K | 339 |
Ta, La, Y, Ba 및 Hf와 같이 산소 결합 에너지가 높은 금속 원소를 함유하는 산화물 유리에 대한 조사는 "플로피" 모드 접근 방식이 향상된 인성을 제공하는 것으로 나타냈다. Ta, La, Y, Ba 및 Hf 산화물을 함유하는 조성 공간에서의 과거 조사에서는 최대 1.2 MPa√m의 KIC를 가진 투명 유리를 달성했다. 현재 원자 결합의 '각도 제약' 또는 '방향 유연성'에 대한 명확한 정량적 정의가 없기 때문에, 특히 고가의 희토류 산화물을 포함하지 않는 유리에서 방향 플렉시블 결합(directional flexible bonds)이 우수한 유리를 구별하기 어려울 수 있다. 푸아송 비가 어떤 재료가 연성 거동을 보일지 판단하는 데 대략적인 가이드가 될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
모델링 연구는 연성 거동에 대한 임계 푸아송 비가 시스템에 따라 달라질 수 있다는 것을 입증했다. 실리케이트 시스템의 경우, 연성 거동을 생성하기 위한 임계 푸아송 비는 약 0.25이다. 본원에 설명된 유리 조성물은 기존의 실리케이트 유리보다 더 높은 푸아송비를 가지며, 이는 유리가 더 높은 연성 및 개선된 내손상성을 가짐을 나타낸다.
스크래치 성능도 바람직하지만, 모바일 전자 기기에 혼입되는 유리 물품의 경우 낙하 성능이 가장 중요한 특성이다. 거친 표면에서의 낙하 성능을 개선하기 위해서는 파단 인성과 깊이에서의 응력이 중요하다. 또한, 연성 거동을 나타내는 유리의 선택은 낙하 성능도 향상시킨다. 본원에 설명된 유리 조성 공간은 높은 푸아송 비를 달성할 수 있는 능력을 위해 선택되었다.
본 명세서에 설명된 유리 조성물에서, SiO2는 가장 큰 구성 성분이며, 따라서 SiO2는 유리 조성물로부터 형성된 유리 네트워크의 주요 구성 성분이다. 순수 SiO2는 상대적으로 낮은 CTE를 갖는다. 그러나 순수 SiO2는 높은 융점을 갖는다. 따라서, SiO2의 더 높은 농도가 유리의 융점을 증가시키고, 이는 유리의 성형성에 악영향을 미치기 때문에, 유리 조성물의 SiO2의 농도가 너무 높은 경우, 유리 조성물의 성형성이 감소될 수 있다. 구현예들에서, 유리 조성물은 일반적으로 35 mol% 이상 64 mol% 이하, 36 mol% 이상 63 mol% 이하, 37 mol% 이상 62 mol% 이하, 38 mol% 이상 61 mol% 이하, 39 mol% 이상 60 mol% 이하, 40 mol% 이상 59 mol% 이하, 41 mol% 이상 58 mol% 이하, 42 mol% 이상 57 mol% 이하, 43 mol% 이상 56 mol% 이하, 44 mol% 이상 55 mol% 이하, 45 mol% 이상 54 mol% 이하, 46 mol% 이상 53 mol% 이하, 47 mol% 이상 52 mol% 이하, 48 mol% 이상 51 mol% 이하, 49 mol% 이상 50 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 34 mol% 이상 65 mol% 이하의 SiO2를 포함한다.
유리 조성물은 Al2O3를 포함한다. Al2O3는 SiO2와 유사한 유리 네트워크 형성제로서 작용할 수 있다. Al2O3는 유리 조성물로부터 형성된 유리 용융물에서 사면체 배위로 인해 유리 조성물의 점도를 증가시킬 수 있으며, Al2O3의 양이 너무 많을 때 유리 조성물의 성형성을 감소시킬 수 있다. 그러나, Al2O3의 농도가 유리 조성물에서 SiO2의 농도 및 알칼리 산화물의 농도와 균형을 이루면, Al2O3는 유리 용융물의 액상선 온도를 감소시켜 액상선 점도를 향상시키고 유리 조성물과 특정 성형 공정의 호환성을 향상시킬 수 있다. 구현예에서, 유리 조성물은 일반적으로 3 mol% 이상 24 mol% 이하, 4 mol% 이상 23 mol% 이하, 5 mol% 이상 22 mol% 이하, 6 mol% 이상 21 mol% 이하, 7 mol% 이상 20 mol% 이하, 8 mol% 이상 19 mol% 이하, 9 mol% 이상 18 mol% 이하, 10 mol% 이상 17 mol% 이하, 11 mol% 이상 16 mol% 이하, 12 mol% 이상 15 mol% 이하, 13 mol% 이상 14 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 2 mol% 이상 25 mol% 이하의 농도의 Al2O3를 포함한다.
유리 조성물은 Li2O를 포함한다. 유리 조성물에 Li2O를 포함하면, 이온 교환 공정을 더 잘 제어할 수 있고 유리의 연화점을 더욱 감소시켜 유리의 제조 가능성을 증가시킬 수 있다. 유리 조성물에 Li2O가 존재하면, 포물선 모양의 응력 프로파일을 형성할 수 있다. 구현예에서, 유리 조성물은 4 mol% 이상 16 mol% 이하, 5 mol% 이상 15 mol% 이하, 6 mol% 이상 14 mol% 이하, 7 mol% 이상 13 mol% 이하, 8 mol% 이상 12 mol% 이하, 9 mol% 이상 11 mol% 이하, 10 mol% 이상 17 mol% 이하, 및 상기 값 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 3 mol% 이상 17 mol% 이하의 양의 Li2O를 포함한다.
유리 조성물은 Na2O도 포함한다. Na2O는 유리 조성물의 이온 교환성을 돕고, 또한 유리 조성물의 성형성, 즉 제조 가능성을 향상시킨다. 그러나 유리 조성물에 Na2O가 너무 많이 첨가되면, 열팽창 계수(CTE)가 너무 낮아지고 융점이 너무 높아질 수 있다. 유리 조성물에 Na2O의 포함은 또한 이온 교환 강화를 통해 높은 압축 응력 값이 달성되는 것을 가능하게 한다. 구현예에서, 유리 조성물은 1.5 mol% 이상 9.5 mol% 이하, 2 mol% 이상 9 mol% 이하, 2.5 mol% 이상 8.5 mol% 이하, 3 mol% 이상 8 mol% 이하, 3.5 mol% 이상 7.5 mol% 이하, 4 mol% 이상 7 mol% 이하, 4.5 mol% 이상 6.5 mol% 이하, 5 mol% 이상 6 mol% 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 1 mol% 이상 10 mol% 이하의 양의 Na2O를 포함한다.
유리는 MgO를 포함한다. MgO의 포함은 유리의 점도를 낮추고, 이는 유리의 성형성 및 제조가능성을 향상시킬 수 있다. 유리 조성물에의 MgO의 포함은 유리 조성물의 변형점 및 영률을 또한 향상시키고, 유리의 이온 교환 능력도 향상시킬 수 있다. 그러나 유리 조성물에 너무 많은 MgO가 첨가되면, 유리 조성물의 밀도 및 CTE가 바람직하지 않게 증가한다. 구현예에서, 유리 조성물은 2 mol% 이상 39 mol% 이하, 3 mol% 이상 38 mol% 이하, 4 mol% 이상 37 mol% 이하, 5 mol% 이상 36 mol% 이하, 6 mol% 이상 35 mol% 이하, 7 mol% 이상 34 mol% 이하, 8 mol% 이상 33 mol% 이하, 9 mol% 이상 32 mol% 이하, 10 mol% 이상 31 mol% 이하, 11 mol% 이상 30 mol% 이하, 12 mol% 이상 29 mol% 이하, 13 mol% 이상 28 mol% 이하, 14 mol% 이상 27 mol% 이하, 15 mol% 이상 26 mol% 이하, 16 mol% 이상 25 mol% 이하, 17 mol% 이상 24 mol% 이하, 18 mol% 이상 23 mol% 이하, 19 mol% 이상 22 mol% 이하, 20 mol% 이상 21 mol% 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위 같은, 1 mol% 이상 40 mol% 이하의 양으로 MgO를 포함한다.
유리 조성물은 Y2O3가 실질적으로 없거나 없다. Y2O3는 유리의 비용을 증가시키는 성분이며, Y2O3를 함유하는 재료의 이용 가능성은 제한될 수 있다. 본원에 기술된 유리는 Y2O3를 포함하지 않고도 원하는 푸아송 비와 내손상성을 달성할 수 있다. 본원에서 사용되는 "실질적으로 없는"이라는 용어는 상기 성분이 최종 유리에 0.01 mol% 미만과 같은, 오염물질로서, 극소량으로 존재할 수 있지만, 배치 재료의 구성 요소로 첨가되지 않음을 의미한다.
유리 조성물은 La2O3가 실질적으로 없거나 없다. La2O3는 유리의 비용을 증가시키는 성분이며, La2O3를 함유하는 원료의 이용 가능성은 제한될 수 있다. 본 명세서에 기술된 유리는 La2O3를 포함하지 않고도 원하는 푸아송 비 및 내손상성을 달성할 수 있다.
유리 조성물은 B2O3를 포함할 수 있다. 유리에의 B2O3의 포함은 향상된 스크래치 성능을 제공하고, 유리의 압입 파단 임계값도 증가시킨다. 유리 조성물의 B2O3는 또한 유리의 파단 인성을 증가시킨다. 유리의 B2O3 함량이 너무 높으면 유리를 이온 교환할 때 달성될 수 있는 최대 중심 장력이 감소된다. 지나치게 높은 수준의 B2O3는 또한 유리의 용융 및 성형 공정 중에 휘발성 문제를 일으킬 수 있다. 구현예들에서, 유리는 0 mol% 초과 15 mol% 이하, 1 mol% 이상 14 mol% 이하, 2 mol% 이상 13 mol% 이하, 3 mol% 이상 12 mol% 이하, 4 mol% 이상 11 mol% 이하, 5 mol% 이상 10 mol% 이하, 6 mol% 이상 9 mol% 이하, 7 mol% 이상 8 mol% 이하, 2 mol% 이상 16 mol% 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 0 mol% 이상 16 mol% 이하의 양으로 B2O3를 포함한다. 구현예에서, 상기 유리 조성물은 B2O3가 실질적으로 없거나 없다.
유리 조성물은 CaO를 포함할 수 있다. CaO의 포함은 유리의 점도를 낮추고, 이는 성형성, 변형점, 및 영률을 향상시키며, 이온 교환 능력을 향상시킬 수 있다. 그러나 너무 많은 CaO가 유리 조성물에 첨가되면, 유리 조성물의 밀도 및 CTE가 증가한다. 구현예에서, 유리 조성물은 0 mol% 초과 6.5 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 6 mol% 이하, 1 mol% 이상 5.5 mol% 이하, 1.5 mol% 이상 5 mol% 이하, 2 mol% 이상 4.5 mol% 이하, 2.5 mol% 이상 4 mol% 이하, 3 mol% 이상 4 mol% 이하, 3.5 mol% 이상 7 mol% 이하, 1 mol% 이상 6 mol% 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 0 mol% 이상 7 mol% 이하의 양으로 CaO를 포함한다. 구현예에서, 유리 조성물은 CaO가 실질적으로 없거나, 없다.
유리 조성물은 K2O를 포함할 수 있다. 유리 내 소량의 K2O의 포함은 유리의 이온 교환 효율을 향상시킬 수 있다. 구현예들에서, 유리 조성물은 0 mol% 초과 1.0 mol% 이하, 0.1 mol% 이상 0.9 mol% 이하, 0.2 mol% 이상 0.8 mol% 이하, 0.3 mol% 이상 0.7 mol% 이하, 0.4 mol% 이상 0.6 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 1.0 mol% 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 0 mol% 이상 1 mol% 이하의 양으로 K2O를 포함한다. 구현예에서, 상기 유리 조성물은 K2O가 실질적으로 없거나, 없을 수 있다.
유리 조성물은 선택적으로 하나 이상의 청징제를 포함할 수 있다. 구현예들에서, 청징제는 예를 들어, SnO2를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, SnO2는 0.1 mol% 이하, 0 mol% 이상 0.2 mol% 이하, 0 mol% 이상 0.1 mol% 이하, 0 mol% 이상 0.05 mol% 이하, 0.1 mol% 이상 0.2 mol% 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 0.2 mol% 이하의 양으로 유리 조성물 내에 존재할 수 있다. 일부 구현예에서, 유리 조성물은 SnO2가 실질적으로 없거나, 없을 수 있다. 구현예에서, 유리 조성물은 비소 및 안티몬 중 하나 또는 둘 모두 실질적으로 없을 수 있다. 다른 구현예에서, 유리 조성물은 비소 및 안티몬 중 하나 또는 둘 모두 없을 수 있다.
구현예들에서, 유리 조성물은 ZrO2, SrO, BaO, 및 HfO2 중 적어도 하나가 실질적으로 없거나 없을 수 있다. 구현예들에서, 유리 조성물은 ZrO2가 실질적으로 없거나, 없을 수 있다. 구현예들에서, 유리 조성물은 SrO가 실질적으로 없거나, 없을 수 있다. 구현예들에서, 유리 조성물은 BaO가 실질적으로 없거나, 없을 수 있다. 구현예들에서, 유리 조성물은 HfO2가 실질적으로 없거나, 없을 수 있다.
구현예들에서, 유리 조성물은 TiO2가 실질적으로 없거나, 없을 수 있다. 유리 조성물에의 TiO2의 포함은 유리가 실투되기 쉽게 하거나 및/또는 바람직하지 않은 착색을 나타내게 할 수 있다.
구현예에서, 유리 조성물은 P2O5가 실질적으로 없거나, 없을 수 있다. 유리 조성물에의 P2O5의 포함은 유리 조성물의 용융성 및 성형성이 바람직하지 않게 감소시킬 수 있고, 이에 의해 유리 조성물의 제조 가능성을 손상시킬 수 있다. 원하는 이온 교환 성능을 달성하기 위해 본 명세서에 설명된 유리 조성물에 P2O5를 포함할 필요는 없다. 이러한 이유로, 원하는 이온 교환 성능을 유지하면서 유리 조성물의 제조 가능성에 부정적인 영향을 미치지 않도록 P2O5는 유리 조성물에서 제외될 수 있다.
구현예들에서, 유리 조성물은 Fe2O3가 실질적으로 없거나 없을 수 있다. 철은 종종 유리 조성물을 형성하기 위해 활용되는 원료에 존재하며, 그 결과 유리 배치에 적극적으로 첨가되지 않더라도 본 명세서에 기술된 유리 조성물에서 검출될 수 있다.
이제 위에서 개시된 유리 조성물의 물리적 특성이 논의될 것이다.
본원에 설명된 유리 조성물은 높은 푸아송 비를 갖는다. 전술한 바와 같이, 유리 조성물의 높은 푸아송 비는 유리의 내손상성을 증가시키는 연성 거동을 나타낸다. 구현예에서, 유리 조성물의 푸아송 비는 0.25 이상, 0.26 이상, 0.27 이상, 0.28 이상, 0.29 이상, 또는 그 이상과 같은, 0.24 이상이다. 구현예에서, 유리 조성물의 푸아송 비는 0.29 이하, 0.28 이하, 0.27 이하, 0.26 이하, 0.25 이하, 또는 그 이하와 같은, 0.30 이하이다. 구현예에서, 유리 조성물의 푸아송 비는 0.25 이상 0.29 이하, 0.26 이상 0.28 이하, 0.25 이상 0.27 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 0.24 이상 0.30 이하이다. 본 개시에서 언급된 푸아송 비 값은 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts."라는 명칭의 ASTM E2001-13에 명시된 일반적인 유형의 공진 초음파 분광법으로 측정된 값을 의미한다.
구현예들에서, 유리 조성물의 영률(E)은 80 GPa 이상, 90 GPa 이상, 95 GPa 이상, 100 GPa 이상, 또는 그 이상과 같은, 75 GPa 이상이다. 구현예들에서, 유리 조성물의 영률(E)은 80 GPa 이상 100 GPa 이하, 85 GPa 이상 95 GPa 이하, 90 GPa 이상 105 GPa 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 75 GPa 이상 105 GPa 이하일 수 있다. 본 개시에서 인용된 영률 값들은 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts."라는 명칭의 ASTM E2001-13에 명시된 일반적인 유형의 공진 초음파 분광법으로 측정되는 값을 나타낸다.
구현예들에서, 유리 조성물은 31 GPa 이상, 32 GPa 이상, 33 GPa 이상, 34 GPa 이상, 35 GPa 이상, 36 GPa 이상, 37 GPa 이상, 38 GPa 이상, 39 GPa 이상, 40 GPa 이상, 또는 그 이상과 같은, 30 GPa 이상의 전단 계수(G)를 갖는다. 구현예들에서, 유리 조성물은 31 GPa 이상 40 이하, 32 GPa 이상 39 이하, 33 GPa 이상 38 이하, 34 GPa 이상 37 이하, 35 GPa 이상 36 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 30 GPa 이상 41 GPa 이하의 전단 계수(G)를 가질 수 있다. 본 개시에서 인용된 전단 계수 값은 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts."라는 명칭의 ASTM E2001-13에 명시된 일반적인 유형의 공진 초음파 분광법으로 측정되는 값을 나타낸다.
상기 조성물로부터, 구현예에 따른 유리 물품은 임의의 적합한 방법에 의해 형성될 수 있다. 구현예에서, 유리 조성물은 롤링 공정에 의해 형성될 수 있다.
유리 조성물 및 그로부터 제조되는 물품은 형성되는 방식에 의해 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 유리 조성물은 플로트-성형 가능(즉, 플로트 공정에 의해 형성됨), 또는 롤-성형 가능(즉, 롤링 공정에 의해 형성됨)으로 특징지어질 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 비정질 미세구조를 나타내는 유리 물품을 형성할 수 있고, 결정 또는 결정자가 실질적으로 없을 수 있다. 다시 말해, 본 명세서에 기술된 유리 조성물로부터 형성되는 유리 물품은 유리-세라믹 재료를 배제할 수 있다.
전술한 바와 같이, 구현예에서, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은, 이온 교환 등에 의해, 강화될 수 있고, 디스플레이 커버와 같은 적용에 대해 내손상성인 유리 물품을 제조할 수 있지만, 이에 국한되지 않는다. 도 1을 참조하면, 유리 물품의 표면으로부터 압축의 깊이(DOC)로 연장하는 압축 응력 하의 제1 영역(예컨대, 도 1의 제1 및 제2 압축 층들(120, 122)) 및 DOC로부터 유리 물품의 중심 또는 내부 영역으로 연장하는 인장 응력 또는 중심 장력(CT) 하의 제2 영역(예컨대, 도 1의 중심 영역(130))을 갖는 유리 물품이 도시된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, DOC는 유리 물품 내의 응력이 압축에서 인장으로 변화하는 깊이를 나타낸다. DOC에서, 응력은 양의(압축) 응력에서 음의(인장) 응력으로 교차하므로 0의 응력 값을 나타낸다.
당업계에서 일반적으로 사용되는 관례에 따르면, 압축 또는 압축 응력은 음(< 0)의 응력으로 표현되고, 인장 또는 인장 응력은 양(> 0)의 응력으로 표현된다. 그러나, 본 설명 전체에서, CS는 양수 또는 절대값으로 표현된다 - 즉, 본원에서 인용된 바와 같이, CS = │CS│. 압축 응력(CS)은 유리 물품의 표면 또는 그 근처에서 최대값을 가지며, CS는 함수에 따라 표면으로부터의 거리 d에 의해 달라진다. 도 1을 다시 참조하면, 제1 세그먼트(120)는 제1 표면(110)에서 깊이(d1)까지 연장되고, 제2 세그먼트(122)는 제2 표면(112)에서 깊이(d2)까지 연장된다. 함께, 이러한 세그먼트들은 유리 물품(100)의 압축 또는 CS를 정의한다. 압축 응력(표면 CS 포함)은 오리하라 산업 주식회사(일본)에서 제조된, FSM-6000과 같은, 시판되는 계측기를 사용하여 표면 응력 측정기(FSM)로 측정될 수 있다. 표면 응력 측정은 유리의 복굴절과 관련된 응력 광학 계수(SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient," 명칭의 ASTM 표준 C770-16에 설명된 Procedure C(유리 디스크 방법)에 따라 측정되며, 그 내용은 여기에 전체가 참조로 통합된다.
구현예에서, 압축 응력 층은 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 1200 MPa 이하, 550 MPa 이상 925 MPa 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 400 MPa 이상 1200 MPa 이하의 CS를 포함한다. 구현예에서, 압축 응력 층은 450 MPa 이상, 500 MPa 이상, 550 MPa 이상, 600 MPa 이상, 650 MPa 이상, 700 MPa 이상, 750 MPa 이상, 800 MPa 이상, 850 MPa 이상, 900 MPa 이상, 또는 그 이상과 같은, 400 MPa 이상의 CS를 포함한다.
하나 이상의 구현예에서, Na+ 및 K+ 이온은 유리 물품 내로 교환되고, Na+ 이온은 K+ 이온 보다 유리 물품 내의 더 깊은 깊이로 확산된다. K+ 이온의 침투 깊이("DOLK")는 이온 교환 공정의 결과로서 칼륨 침투 깊이를 나타내므로 DOC와 구별된다. 칼륨 DOL은 일반적으로 본원에 설명된 물품의 DOC보다 낮다. 칼륨 DOL은 시중에서 판매되는 Orihara Industrial Co., Ltd.(일본)에서 제조되는 FSM-6000 표면 응력 측정기와 같은, 표면 응력 측정기를 사용하여 측정되며, 이는 위에서 CS 측정과 관련하여 설명된 바와 같이, 응력 광학 계수(SOC)의 정확한 측정에 의존한다. 칼륨 DOL(DOLK)은 응력 프로파일이 가파른 스파이크 영역에서 덜 가파른 깊은 영역으로 전환되는 압축 응력 스파이크(DOLSP)의 깊이를 정의할 수 있다. 깊은 영역은 스파이크의 바텀에서 압축의 깊이까지 연장된다. 구현예에서, 유리 물품의 DOLK는 5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하, 6 ㎛ 이상 9 ㎛ 이하, 7 ㎛ 이상 8 ㎛ 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 4 ㎛ 이상 11 ㎛ 이하일 수 있다. 구현예에서, 유리 물품의 DOLK는 5 ㎛ 이상, 6 ㎛ 이상, 7 ㎛ 이상, 8 ㎛ 이상, 9 ㎛ 이상, 10 ㎛ 이상, 또는 그 이상과 같은, 4 ㎛ 이상일 수 있다. 구현예에서, 유리 물품의 DOLK는 10 ㎛ 이하, 9 ㎛ 이하, 8 ㎛ 이하, 7 ㎛ 이하, 6 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이하, 또는 그 이하와 같은, 11 ㎛ 이하일 수 있다.
양쪽 주 표면(도 1의 110, 112)의 압축 응력은 유리 물품의 중심 영역(130)의 저장된 장력에 의해 균형을 이룬다. 최대 중심 장력(CT) 및 DOC 값은 당업계에 알려진 산란광 편광(SCALP) 기술을 사용하여 측정될 수 있다. 굴절 근거리장(RNF) 방법 또는 SCALP는 유리 물품의 응력 프로파일을 결정하는 데 사용될 수 있다. RNF 방법이 응력 프로파일을 측정하기 위해 사용되는 경우, SCALP로 제공되는 최대 CT 값은 RNF 방법에서 사용된다. 특히, RNF에 의해 결정되는 응력 프로파일은 힘의 균형을 맞추고, SCALP 측정에 의해 제공되는 최대 CT 값으로 보정된다. RNF 방법은 "Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample"라는 명칭의 미국 특허 번호 8,854,623에서 설명되며, 이는 전체가 참조로서 본원에 통합된다. 특히, RNF 방법은 유리 물품을 기준 블록에 인접하게 배치하고, 직교 편광 사이에서 1 Hz 및 50 Hz 사이의 속도로 전환되는 편광-전환 광 빔을 생성하고, 편광-전환 광 빔의 전력량을 측정하고, 편광-전환된 기준 신호를 생성하는 것을 포함하며, 여기서 각각의 직교 편광에서 측정된 전력량은 서로의 50% 이내이다. 상기 방법은 편광-전환된 광 빔을 유리 샘플 및 상이한 깊이의 기준 블록을 통해 유리 샘플로 전송시킨 다음, 전송된 편광-전환된 광 빔을 릴레이 광학 시스템을 사용하여 신호 광검출기로 릴레이하는 것을 더욱 포함하고, 상기 신호 광검출기는 편광 전환된 검출기 신호를 생성한다. 상기 방법은 또한 검출기 신호를 기준 신호로 분할하여 정규화된 검출기 신호를 형성하고, 정규화된 검출기 신호로부터 유리 샘플의 프로파일 특성을 결정하는 것을 포함한다.
유리 물품의 최대 중심 장력의 양은 이온 교환 공정을 통해 발생한 강화의 정도를 나타내며, 더 높은 최대 CT 값은 증가된 강화 정도와 연관된다. 최대 CT 값이 너무 높으면, 유리 물품은 바람직하지 않은 취약 거동을 나타낼 수 있다. 구현예에서, 유리 물품은 95 MPa 이상, 100 MPa 이상, 105 MPa 이상, 110 MPa 이상, 115 MPa 이상, 120 MPa 이상, 125 MPa 이상, 130 MPa 이상, 135 MPa 이상, 140 MPa 이상, 145 MPa 이상, 150 MPa 이상, 155 MPa 이상, 또는 그 이상과 같은, 90 MPa 이상의 최대 CT를 가질 수 있다. 구현예에서, 유리 물품은 95 MPa 이상 155 MPa 이하, 100 MPa 이상 150 MPa 이하, 105 MPa 이상 145 MPa 이하, 110 MPa 이상 140 MPa 이하, 115 MPa 이상 135 MPa 이하, 120 MPa 이상 130 MPa 이하, 125 MPa 이상 160 MPa 이하, 100 MPa 이상 160 MPa 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 90 MPa 이상 160 MPa 이하의 최대 CT를 가질 수 있다.
본 명세서의 일부 구현예에서, DOC는 유리 물품의 두께(t)의 일부로서 제공된다. 구현예에서, 유리 물품은 0.18t 이상 0.22t 이하, 또는 0.19t 이상 0.21t 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 0.15t 이상 0.25t 이하의 압축의 깊이(DOC)를 가질 수 있다.
압축 응력 층은 유리를 이온 교환 매질에 노출시킴으로써 유리에 형성될 수 있다. 구현예에서, 이온 교환 매질은 용융 질산염일 수 있다. 구현예에서, 이온 교환 매질은 용융 염 욕일 수 있고, KNO3, NaNO3, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 구현예에서, 이온 교환 매질은 90 wt% 이하, 85 wt% 이하, 80 wt% 이하, 75 wt% 이하, 또는 그 이하와 같은, 95 wt% 이하의 양의 KNO3를 포함할 수 있다. 구현예에서, 이온 교환 매질은 80 wt% 이상, 85 wt% 이상, 90 wt% 이상, 95 wt% 이상, 또는 그 이상과 같은, 75 wt% 이상의 양의 KNO3를 포함할 수 있다. 구현예에서, 이온 교환 매질은 80 wt% 이상 90 wt% 이하, 75 wt% 이상 85 wt% 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 75 wt% 이상 95 wt% 이하의 양의 KNO3를 포함할 수 있다. 구현예에서, 이온 교환 매질은 20 wt% 이하, 15 wt% 이하, 10 wt% 이하, 5 wt% 이하, 또는 그 이하와 같은, 25 wt% 이하의 양의 NaNO3를 포함할 수 있다. 구현예에서, 이온 교환 매질은 10 wt% 이상, 15 wt% 이상, 20 wt% 이상, 또는 그 이상과 같은, 5 wt% 이상의 양의 NaNO3를 포함할 수 있다. 구현예에서, 이온 교환 매질은 10 wt% 이상 20 wt% 이하, 15 wt% 이상 25 wt% 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 5 wt% 이상 25 wt% 이하의 양의 NaNO3를 포함할 수 있다. 이온 교환 매질이 전술한 범위의 임의의 조합에 의해 정의될 수 있음이 이해되어야 한다. 구현예에서, 다른 나트륨 및 칼륨 염은 예를 들어, 나트륨 또는 칼륨 아질산염, 인산염, 또는 황산염과 같은, 이온 교환 매질에 사용될 수 있다. 구현예에서, 이온 교환 매질은 LiNO3와 같은, 리튬 염을 포함할 수 있다. 이온 교환 매질은 규산과 같이 유리를 이온 교환할 때, 일반적으로 포함되는 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다.
유리 조성물은 유리 조성물로 제조된 유리 기판을 이온 교환 매질의 욕에 담그거나, 이온 교환 매질을 유리 조성물로 제조된 유리 기판 상으로 분사하거나, 또는 이온 교환 매질을 유리 조성물로 제조된 유리 기판에 달리 물리적으로 적용함으로써 이온 교환 매질에 노출되어, 이온 교환된 유리 물품을 형성할 수 있다. 유리 조성물에 노출될 때, 이온 교환 매체는, 구현예에 따라, 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 470℃ 이하, 430 이상 450℃ 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 360℃ 이상 500℃ 이하의 온도에 있을 수 있다. 구현예에서, 유리 조성물은 4 시간 이상 24 시간 이하, 8 시간 이상 44 시간 이하, 12 시간 이상 40 시간 이하, 16 시간 이상 36 시간 이하, 20 시간 이상 32 시간 이하, 24 시간 이상 28 시간 이하, 4 시간 이상 12 시간 이하, 및 상기 값들 사이의 모든 범위 및 하위 범위와 같은, 4 시간 이상 48 시간 이하 동안 이온 교환 매질에 노출될 수 있다.
이온 교환 공정은 예를 들어, 본 명세서 전체에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 출원 공개번호 2016/0102011에 개시된 바와 같이, 향상된 압축 응력 프로파일을 제공하는 처리 조건 하에서 이온 교환 매질에서 수행될 수 있다. 일부 구현예에서, 이온 교환 공정은 유리 물품에, 본 명세서 전체에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 출원 공개번호 2016/0102014에 기술된 응력 프로파일과 같은, 포물선형 응력 프로파일을 형성하도록 선택될 수 있다.
이온 교환 공정이 수행된 후, 이온 교환된 유리 물품의 표면에서의 조성물은 형성된 대로의 유리 기판(즉, 이온 교환 공정을 거치기 전의 유리 기판)의 조성물과 상이하다는 것이 이해되어야 한다. 이는 예를 들어, Li+ 또는 Na+와 같은, 형성된 대로의 유리 기판의 한 유형의 알칼리 금속 이온이 각각 예를 들어 Na+ 또는 K+과 같은, 더 큰 알칼리 금속 이온으로 대체된 결과이다. 그러나, 구현예들에서, 유리 물품의 깊이의 중심 또는 그 부근에 있는 유리 조성물은 여전히 형성된 대로의 비-이온 교환된 유리 기판의 조성을 가지며, 유리 물품의 형성에 이용될 수 있다. 본 명세서에서 활용되는 바와 같이, 유리 물품의 중심은 유리 물품의 모든 표면으로부터 적어도 0.5t의 거리에 있는 유리 물품의 임의의 위치를 의미하며, 여기서 t는 유리 물품의 두께를 의미한다.
본원에 개시된 유리 물품은 디스플레이가 있는 물품(또는 디스플레이 물품)(예를 들어, 휴대폰, 태블릿, 컴퓨터, 내비게이션 시스템 등을 포함하는 소비자 가전제품), 건축 물품, 운송 물품(예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박 등), 가전제품 또는 투명성, 내스크래치성, 내마모성 또는 이들의 조합이 필요한 임의의 물품과 같은 다른 물품에 혼입될 수 있다. 본원에 개시된 유리 물품 중 임의의 것을 혼입하는 예시적인 물품이 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 구체적으로 도 2a 및 2b는 전면(204), 후면(206), 및 측면(208)을 갖는 하우징(202); 하우징의 적어도 부분적으로 내부 또는 전체 내에 있고, 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면 또는 이에 인접한 디스플레이(210)를 포함하는 전기 부품(미도시); 및 디스플레이 위에 있도록 하우징의 전면 또는 그 위에 있는 커버(212)를 포함하는 소비자 전자 기기(200)를 보여준다. 구현예에서, 커버(212) 및 하우징(202) 중 적어도 하나의 적어도 일부는 본 명세서에 기술된 유리 물품 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
실시예
구현예는 다음의 실시예에 의해 더욱 명확해질 것이다. 이러한 실시예가 상술한 구현예에 한정되지 않음이 이해되어야 한다.
유리 조성물은 제조되고 분석되었다. 분석된 유리 조성물은 아래 표 2에 열거된 성분을 포함하며, 통상적인 유리 성형 방법에 의해 제조되었다. 표 2에서, 모든 성분은 mol% 단위이며, 유리 조성물의 푸아송 비(ν), 영률(E), 및 전단 계수(G)는 본원에 개시된 방법에 따라 측정되었다.
본 명세서에 기술된 모든 조성 성분, 관계 및 비율은 달리 명시되지 않는 한 mol% 단위로 제공된다. 본 명세서에 개시된 모든 범위는 범위가 개시되기 전 또는 후에 명시적으로 언급되었는지 여부에 관계없이 광범위하게 개시된 범위에 의해 포괄되는 모든 범위 및 하위 범위를 포함한다.
당업자에게는 청구된 주제의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 본원에 기재된 구현예에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서는 그러한 수정 및 변형이 첨부된 청구항 및 균등물 범위 내에 있는 경우, 본 명세서에 기재된 다양한 구현예의 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.
Claims (20)
- 유리로서,
34 mol% 이상 65 mol% 이하의 SiO2;
2 mol% 이상 25 mol% 이하의 Al2O3;
1 mol% 이상 40 mol% 이하의 MgO;
1 mol% 이상 10 mol% 이하의 Na2O; 및
3 mol% 이상 17 mol% 이하의 Li2O를 포함하고,
여기서, 상기 유리는 실질적으로 La2O3 및 Y2O3가 없고,
0.24 이상의 푸아송 비를 갖는, 유리. - 청구항 1에 있어서,
상기 푸아송 비는 0.25 이상인, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 푸아송 비는 0.30 이하인, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 푸아송 비는 0.27 이하인, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 0 mol% 이상 16 mol% 이하의 B2O3를 포함하는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 B2O3가 실질적으로 없는 유리. - 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 2 mol% 이상 16 mol% 이하의 B2O3를 포함하는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는, 0 mol% 이상 7 mol% 이하의 CaO를 포함하는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 CaO가 실질적으로 없는, 유리. - 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 1 mol% 이상 6 mol% 이하의 CaO를 포함하는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 0 mol% 이상 1 mol% 이하의 K2O를 포함하는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 K2O가 실질적으로 없는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 0 mol% 이상 0.2 mol% 이하의 SnO2를 포함하는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 SnO2가 실질적으로 없는 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 SrO가 실질적으로 없는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 BaO가 실질적으로 없는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 HfO2가 실질적으로 없는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 ZrO2가 실질적으로 없는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 75 GPa 이상 105 GPa 이하의 영률을 갖는, 유리. - 청구항 1 내지 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 30 GPa 이상 41 GPa 이하의 전단 계수(shear modulus)를 갖는, 유리.
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