KR20240036652A - 저-모듈러스 이온 교환 가능한 유리 조성물 - Google Patents

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Abstract

유리 조성물은 40 mol% 이상 57 mol% 이하의 SiO2; 15 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3; 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3; 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5; 14 mol% 이상 17 mol% 이하의 Na2O; 0 mol% 이상 7 mol% 이하의 K2O; 및 0 mol% 이상 3 mol% 이하의 Li2O를 포함한다. R2O/Al2O3는 0.8 이상이다. B2O3 + P2O5 + K2O는 3 mol% 이상 25 mol% 이하이다.

Description

저-모듈러스 이온 교환 가능한 유리 조성물
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 7월 29일에 제출된 미국 가출원 일련번호 63/226868의 35 U.S.C. § 119 하의 우선권 이익을 주장하며, 그 내용은 전체가 참조로서 본원에 통합되고 신뢰된다.
분야
본 명세서는 일반적으로 이온 교환 가능한 유리 조성물, 구체적으로 예를 들어 플렉시블 디스플레이용 커버 유리와 같은 커버 유리 적용을 위한 저-모듈러스 유리 물품을 제공할 수 있는 이온 교환 가능한 유리 조성물에 관한 것이다.
스마트폰, 태블릿, 휴대용 미디어 플레이어, 개인용 컴퓨터 및 카메라와 같은 많은 소비자 제품들은 디스플레이 커버로 기능할 수 있는 커버 유리를 혼입하며, 터치 기능을 혼입할 수 있다. 종종, 이러한 장치들은 사용자에 의해 커버 유리에 손상을 야기할 수 있고, 터치 기능이 위태롭게 되는 것과 같이 장치의 사용에 부정적인 영향을 미칠 수 있는, 딱딱한 표면에 떨어뜨려진다.
소비자 가전 적용을 위한 폴더블 또는 플렉시블 디스플레이는 얇고 플렉시블한 이온 교환 유리 물품의 이점을 누릴 수 있다. 유리 물품은 유리 표면에 압축 응력을 유도하는 것을 포함하는 이온 교환 공정을 통해 굴곡(flexure) 파손(failure)에 대한 내성을 높일 수 있다. 이온 교환 공정을 사용하여 도입된 압축 응력은, 무엇보다도, 유리 물품의 파손를 유발할 수 있는 결함(flaw)을 방지하는 역할을 한다.
따라서, 커버 유리 적용을 포함하여 다양한 적용에 사용하기 위한 바람직한 기계적 특성을 갖는 이온 교환 가능한 유리 조성물에 대한 지속적인 필요성이 존재한다.
제1 관점(A1)에 따르면, 유리 조성물은 40 mol% 이상 57 mol% 이하의 SiO2; 15 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3; 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3; 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5; 14 mol% 이상 17 mol% 이하의 Na2O; 0 mol% 이상 7 mol% 이하의 K2O; 및 0 mol% 이상 3 mol% 이하의 Li2O를 포함할 수 있고, 여기서 R2O/Al2O3는 0.8 이상이고, 여기서 R2O는 Na2O, K2O, 및 Li2O의 합이며; 및 B2O3 + P2O5 + K2O는 3 mol% 이상 25 mol% 이하이다.
제2 관점(A2)은 제1 관점(A1)에 따른 유리 조성물을 포함하고, B2O3 + P2O5 + K2O는 5 mol% 이상 23 mol% 이하이다.
제3 관점(A3)은 제1 관점(A1) 또는 제2 관점(A2)에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 8 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3를 포함한다.
제4 관점(A4)은 제1 관점(A1) 내지 제3 관점(A3) 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 0 mol% 이상 2 mol% 이하의 P2O5를 포함한다.
제5 관점(A5)은 제1 관점(A1) 내지 제3 관점(A3) 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 2 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5를 포함한다.
제6 관점(A6)은 제1 관점(A1) 내지 제5 관점(A5) 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 0.5 mol% 이상 6.5 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
제7 관점(A7)은 제6 관점(A6)에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 1 mol% 이상 6 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
제8 관점(A8)은 제1 관점(A1) 내지 제7 관점(A7) 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 17.3 mol% 내지 30 mol% 이하의 Al2O3를 포함한다.
제9 관점(A9)은 제1 관점(A1) 내지 제8 관점(A8) 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, R2O/Al2O3는 0.9 이상이다.
제10 관점(A10)은 제1 관점(A1) 내지 제9 관점(A9) 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, (R2O + P2O5)/Al2O3는 0.9 이상 1.5 이하이다.
제11 관점(A11)은 제1 관점(A1) 내지 제10 관점(A10) 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 14.25 mol% 이상 16.75 mol% 이하의 Na2O를 포함한다.
제12 관점(A12)은 제1 관점(A1) 내지 제11 관점(A11) 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 5 mol% 이하의 RO를 포함하고, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO, 및 BaO의 합이다.
제13 관점(A13)은 제1 관점(A1) 내지 제12 관점(A12) 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 1 mol% 이하의 RO를 포함한다.
제14 관점(A14)은 제1 관점(A1) 내지 제13 관점(A13) 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 Li2O, Y2O3, 또는 이들의 조합이 없거나 또는 실질적으로 없다.
제15 관점(A15)은 제1 관점(A1) 내지 제14 관점(A14) 중 어느 하나에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 40 mol% 이상 56 mol% 이하의 SiO2를 포함한다.
제16 관점(A16)은 제1 관점(A1)에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 40 mol% 이상 56 mol% 이하의 SiO2; 8 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3; 0 mol% 이상 2 mol% 이하의 P2O5; 및 5 mol% 이하의 RO를 포함하고, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO, 및 BaO의 합이며, 여기서 R2O/Al2O3는 0.9 이상이다.
제17 관점(A17)은 제1 관점(A1)에 따른 유리 조성물을 포함하고, 상기 유리 조성물은 17.3 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3; 2 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5; 및 1 mol% 이하의 RO를 포함하고, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO, 및 BaO의 합이며, 여기서 (R2O + P2O5)/Al2O3는 0.9 이상 1.5 이하이다.
제18 관점(A18)에 따르면, 이온 교환 유리 물품은, 40 mol% 이상 57 mol% 이하의 SiO2; 15 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3; 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3; 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5; 14 mol% 이상 17 mol% 이하의 Na2O; 0 mol% 이상 7 mol% 이하의 K2O; 및 0 mol% 이상 3 mol% 이하의 Li2O를 포함할 수 있고, 여기서 R2O/Al2O3는 0.8 이상이고, 여기서 R2O는 Na2O, K2O, 및 Li2O의 합이며; B2O3 + P2O5 + K2O는 3 mol% 이상 25 mol% 이하이며; 및 이온 교환되기 전의, 유리 물품의 영률은 40 GPa 이상 70 GPa 이하이다.
제19 관점(A19)은 제18 관점(A18)에 따른 유리 물품을 포함하며, 여기서 유리 물품의 영률은, 이온 교환되기 전, 45 GPa 이상 69 GPa 이하이다.
제20 관점(A20)은 제18 관점(A18) 또는 제19 관점(A19)에 따른 유리 물품을 포함하며, 여기서 유리 물품의 피크 압축 응력은 500 MPa 이상 1100 MPa 이하이다.
제21 관점(A21)은 제20 관점(A20)에 따른 유리 물품을 포함하며, 여기서 유리 물품의 피크 압축 응력은 550 MPa 이상 1050 MPa 이하이다.
제22 관점(A22)은 제18 내지 제21 관점(A18-A21) 중 어느 하나에 따른 유리 물품을 포함하며, 여기서 유리 물품의 영률에 대한 피크 압축 응력의 비는 13 이상이다.
제23 관점(A23)은 제22 관점(A22)에 따른 유리 물품을 포함하며, 여기서 유리 물품의 영률에 대한 피크 압축 응력의 비는 13.5 이상이다.
제24 관점(A24)은 제18 내지 제23 관점(A18-A23) 중 어느 하나에 따른 유리 물품을 포함하며, 여기서 유리 물품의 두께는 35㎛ 이상 200㎛ 이하이고 유리 물품의 압축의 깊이는 5㎛ 이상 40㎛ 이하이다.
제25 관점(A25)은 제24 관점(A24)에 따른 유리 물품을 포함하며, 여기서 유리 물품의 압축의 깊이는 7㎛ 이상 35㎛ 이하이다.
제26 관점(A26)은 제18 내지 제25 관점(A18-A25) 중 어느 하나에 따른 유리 물품을 포함하며, 여기서, 유리 물품의 압축의 깊이는 유리 물품의 두께의 5% 이상 20% 이하이다.
제27 관점(A27)은 제18 내지 제26 관점(A18-A26) 중 어느 하나에 따른 유리 물품을 포함하며, 여기서 유리 물품의 최대 중심 장력은 250 MPa 이상 650 MPa 이하이다.
제28 관점(A28)은 제18 내지 제27 관점(A18-A27) 중 어느 하나에 따른 유리 물품을 포함하며, 여기서 유리 물품이 6 mm의 플래튼(platen) 간격으로 벤딩될 때, 벤딩된 유리 물품의 최대 중심 장력은 35 ㎛의 물품의 두께에서 350 MPa 이상 475 MPa 이하이다.
제29 관점(A29)에 따르면, 소비자 전자 장치는 전면, 후면, 및 측면을 갖는 하우징; 하우징 내에 적어도 부분적으로 제공되는 전기 부품, 상기 전기 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 하우징의 전면에 또는 이에 인접하여 제공되며; 및 상기 디스플레이 위에 배치되는 제18 관점(A18) 내지 제28 관점(A28) 중 어느 하나에 따른 유리 물품을 포함할 수 있다.
제30 관점(A30)에 따르면, 유리 물품을 강화하는 방법은 유리 물품을 이온 교환 용액에 침지하는 단계, 상기 유리 물품은 40 mol% 이상 57 mol% 이하의 SiO2; 15 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3; 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3; 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5; 14 mol% 이상 17 mol% 이하의 Na2O; 0 mol% 이상 7 mol% 이하의 K2O; 및 0 mol% 이상 3 mol% 이하의 Li2O를 포함하고, 여기서 R2O/Al2O3는 0.8 이상이고, 여기서 R2O는 Na2O, K2O, 및 Li2O의 합이며; 및 B2O3 + P2O5 + K2O는 3 mol% 이상 25 mol% 이하이며; 유리 물품의 표면으로부터 압축의 깊이로 연장하고, 500 MPa 내지 1100 MPa 범위의 피크 압축 응력 값을 포함하는 압축 응력 층을 달성하기 위해, 상기 유리 물품을 350℃ 이상 480℃ 이하의 온도에서 0.1 시간 이상 2 시간 이하의 시간 동안 이온 교환 용액에서 이온 교환하는 단계를 포함할 수 있다.
제31 관점(A31)은 제30 관점(A30)에 따른 방법을 포함하며, 여기서, 유리 물품의 두께는 35㎛ 이상 200㎛ 이하이고, 유리 물품의 압축의 깊이는 5㎛ 이상 40㎛ 이하이다.
제32 관점(A32)은 제29 내지 제31 관점(A29-A31) 중 어느 하나에 따른 방법을 포함하며, 여기서, 유리 물품의 영률은, 이온 교환되기 전, 40 GPa 이상 70 GPa 이하이다.
제33 관점(A33)은 제29 내지 제32 관점(A29-A32) 중 어느 하나에 따른 방법을 포함하며, 여기서, 유리 물품의 영률에 대한 피크 압축 응력의 비는 13 이상이다.
제34 관점(A34)은 제29 내지 제33 관점(A29-A33) 중 어느 하나에 따른 방법을 포함하며, 여기서 유리 물품의 최대 중심 장력은 250 MPa 이상 650 MPa 이하이다.
제35 관점(A35)은 제29 내지 제34 관점(A29-A34) 중 어느 하나에 따른 방법을 포함하며, 유리 물품이 6 mm의 플래튼 간격으로 벤딩될 때, 벤딩된 유리 물품의 최대 중심 장력은 35 ㎛의 물품의 두께에서 350 MPa 이상 475 MPa 이하이다.
본원에 기재된 유리 조성물의 추가적인 특징 및 장점은 다음에 이어지는 상세한 설명에 기재될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백하거나, 다음에 이어지는 상세한 설명, 청구범위 및 첨부된 도면을 포함하여 본원에 기재된 관점을 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적 설명과 다음의 상세한 설명은 모두 다양한 관점을 설명하며, 청구된 주제의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하기 위한 것임이 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 다양한 관점에 대한 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 명세서에 설명된 다양한 관점을 예시하며, 설명과 함께 청구 주제의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본원에 설명된 하나 이상의 관점에 따른 압축 응력 영역을 갖는 유리 물품의 단면, 개략도이다;
도 2는 벤딩 유도 응력 하의 유리 제물의 단면, 개략도이다;
도 3은 벤딩 유도 응력 하의 유리 물품에서 이온 교환 및 벤딩 유도 응력의 중첩을 나타내는 플롯이다;
도 4는 벤딩 유도 응력 하의 유리 물품에서 이온 교환 및 벤딩 유도 응력의 중첩을 보여주는 플롯이다;
도 5는 본 명세서에 설명된 하나 이상의 관점에 따라 유리 물품 중 임의의 것을 혼입하는 전자 장치의 평면도이다;
도 6은 도 4의 전자 장치의 사시도이다;
도 7은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 양상에 따른 유리 물품의 √t vs. DOC(x축: √t; y축: DOC)의 플롯이다; 그리고
도 8은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 관점에 따른 유리 물품의 tiox vs. CS(x축: tiox; y축: CS)의 플롯이다.
이제, 상대적으로 낮은 영률을 갖는 이온 교환 가능한 유리 조성물의 다양한 관점에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이다. 관점들에 따라, 유리 조성물은 40 mol% 이상 57 mol% 이하의 SiO2; 15 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3; 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3; 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5; 14 mol% 이상 17 mol% 이하의 Na2O; 0 mol% 이상 7 mol% 이하의 K2O; 0 mol% 이상 3 mol% 이하의 Li2O를 포함한다. R2O/Al2O3는 0.8 이상이며, 여기서 R2O는 Na2O, K2O 및 Li2O의 합이다. B2O3 + P2O5 + K2O는 3 mol% 이상 25 mol% 이하이다. 이온 교환 가능한 유리 조성물 및 이에 의해 형성된 저-모듈러스 유리 물품의 강화 방법의 다양한 관점은 첨부된 도면을 구체적으로 참조하여 본 명세서에 설명될 것이다.
범위는 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값으로부터 및/또는 "약" 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 관점은 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함한다. 마찬가지로, 값이 근사치로 표현될 때, 전치사 "약"을 사용하여 특정 값이 다른 관점을 형성하는 것으로 이해될 것이다. 각 범위의 끝점은 다른 끝점과 관련하여, 그리고 다른 끝점과 독립적으로 모두 중요하다는 것이 더 이해될 것이다.
본원에서 사용되는 방향 용어들 - 예를 들어, 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 탑, 바텀 - 은 그려진 도면을 참조해서만 만들어지며, 절대적인 방향을 암시하기 위한 것이 아니다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본원에 개시된 방법은 그 단계들이 특정 순서로 수행되거나, 어떤 장치에서 특정 방향이 요구되는 것으로 해석되는 것을 결코 의도하지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 실제로 그 단계들이 따라야 할 순서를 기재하지 않거나, 장치 청구항이 개별 구성요소에 대한 순서 또는 방향을 기재하지 않거나, 또는 단계가 특정 순서로 제한되어야 한다는 것이 청구항 또는 설명에 달리 구체적으로 명시되지 않은 경우, 또는 장치의 구성요소에 대한 특정 순서 또는 방향이 기재되지 않은 경우, 어느 관점에서든 순서 또는 방향을 유추할 의도가 없다. 이는 단계의 배열, 동작 흐름, 구성요소의 순서, 또는 구성요소의 방향에 관한 논리의 문제; 문법적 구성이나 구두점에서 유래되는 일반적 의미; 및 명세서에서 기술된 관점의 수 또는 유형을 포함한, 가능한 모든 비-명시적 해석의 근거에 적용된다.
본원에서 사용되는 바와 같은, 단수 형태 "일", "하나" 및 "상기"는 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는한, 복수의 지칭자를 포함한다. 따라서, 예를 들어, "일" 구성요소에 대한 참조는, 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는한, 둘 이상의 해당 구성요소를 갖는 관점을 포함한다.
본 명세서에 기술된 유리 조성물의 관점에서, 달리 명시되지 않는 한, 구성 성분(예컨대, SiO2, Al2O3 등)의 농도는 산화물 기준으로 몰 퍼센트(mol %)로 명시된다.
용어 "실질적으로 없는"은, 유리 조성물에서 특정 구성 성분의 농도 및/또는 부재를 설명하기 위해 사용될 때, 구성 성분이 유리 조성물에 의도적으로 첨가되지 않았음을 의미한다. 그러나 유리 조성물은 0.1 mol% 미만의 양으로 오염 물질 또는 트램프(tramp)로서 미량의 구성 성분을 함유할 수 있다.
용어 "0 mol%" 및 "없는"은, 유리 조성물 내의 특정 구성 성분의 농도 및/또는 부재를 설명하기 위해 사용될 때, 그 구성 성분이 유리 조성물 내에 존재하지 않음을 의미한다.
본원에서 사용되는 용어 "Vogel-Fulcher-Tamman('VFT') 관계"는 점도의 온도 의존성을 설명하며 다음 식으로 표현된다:
여기서 η는 점도이다. VFT A, VFT B 및 VFT To를 결정하기 위해, 유리 조성물의 점도가 주어진 온도 범위에서 측정된다. 점도 대 온도에 대한 로(raw) 데이터는 이후 최소-자승 피팅에 의해 VFT 식에 피팅되어 A, B, 및 T0을 얻는다. 이러한 값을 사용하여, 연화점 위의 모든 온도에서의 점도 점(예컨대, 200 P 온도, 35 kP 온도, 및 200 kP 온도)이 계산될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "용융점"은 ASTM C338에 따라 측정된 유리 조성물의 점도가 200 포이즈가 되는 온도를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "연화점"은 유리 조성물의 점도가 1x107.6 포이즈가 되는 온도를 지칭한다. 연화점은 ASTM C1351M과 유사하게, 무기 유리의 점도를 온도의 함수로서 107 내지 109 포이즈에서 측정하는 평행 판 점도 방법에 따라 측정된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "어닐링 점" 또는 "유효 어닐링 온도"는, ASTM C598에 따라 측정된 유리 조성물의 점도가 1x1013.18 포이즈가 되는 온도를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "변형점"은 ASTM C598에 따라 측정된 유리 조성물의 점도가 1x1014.68 포이즈가 되는 온도를 지칭한다.
본 명세서에 기술된 바와 같은, 밀도는 ASTM C693-93의 부력 방법에 따라 측정된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 용어 "CTE"는, 25℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 ASTM E228-85에 따라 측정되고, 달리 명시되지 않는 한, "ppm" 단위로 표현되는, 평균 열 팽창 계수를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "액상 점도"는, 실투(devitrification) 개시 시(즉, ASTM C829-81에 따른 구배 로(furnace) 방법으로 결정된 액상선 온도에서의) 유리 조성물의 점도를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "액상선 온도"는, ASTM C829-81에 따른 구배 로 방법으로 결정된 바와 같이, 유리 조성물이 실투를 시작하는 온도를 지칭한다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 유리 조성물의 탄성 계수(영률라고도 함)는 기가파스칼(GPa) 단위로 제공되며, ASTM C623에 따라 측정된다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 유리 조성물의 전단 계수는 기가파스칼(GPa) 단위로 제공된다.유리 조성물의 전단 계수는 ASTM C623에 따라 측정된다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 푸아송 비는 ASTM C623에 따라 측정된다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 굴절률은 ASTM E1967에 따라 측정된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "피크 압축 응력"은 압축 응력 영역 내에서 측정된 최고 압축 응력(CS) 값을 지칭한다. 어떤 관점들에서, 피크 압축 응력은 유리 물품의 표면에 위치된다. 다른 관점들에서, 피크 압축 응력은 표면 아래 깊이에서 발생하여 "매몰된 피크"의 외관의 압축 응력 프로파일을 제공할 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, 압축 응력(표면 CS를 포함)은 시중에서 판매되는 계측기, 예를 들어, 오리하라 공업(주)(일본)에서 제조된 FSM-6000을 사용하여, 표면 응력 측정기(FSM)로 측정된다. 표면 응력 측정은 유리 물품의 복굴절과 관련된 응력 광학 계수(SOC)의 정확한 측정에 의존한다. 차례로, SOC는 "Standard Test Method for measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"이라는 제목의 ASTM C770-16에 설명된 Procedure C(유리 디스크 방법)에 따라 측정된다. 최대 중심 장력(CT) 값은 SCALP-05 휴대용 산란광 폴라리스코프와 같은, Scattered Light Polariscope(SCALP)를 사용하여 측정된다. 본원에 보고된 중심 장력(CT) 값은, 달리 명시되지 않는 한, 최대 중심 장력을 지칭한다.
당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 관례에 따르면, 압축 또는 압축 응력(CS)은 음의(즉, < 0) 응력으로 표현되고, 인장 또는 인장 응력은 양의(즉, > 0) 응력으로 표현된다. 그러나 이 설명 전체에서 CS는 양수 또는 절대값으로 표현된다(즉, 여기서는 CS = |CS|).
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "압축의 깊이"(DOC)는 유리 물품 내의 응력이 압축에서 인장으로 변화하는 깊이를 지칭한다. DOC에서, 응력은 압축 응력에서 인장 응력으로 교차하고, 따라서 0의 응력 값을 나타낸다. 압축의 깊이는 SCALP-05 휴대용 산란광 폴라리스코프와 같은 Scattered Light Polariscope(SCALP)를 사용하여 측정될 수 있다. 본원에서 사용되는 "층의 깊이"(DOL)는 금속 산화물 이온이 유리 물품 내부로 확산되어 이온의 농도가 최소값에 도달하는 유리 물품 내 깊이를 지칭한다. DOL은 전자 프로브 미세 분석(EPMA)을 사용하여 측정될 수 있다.
전통적으로 딱딱한 성질의 제품 및 부품의 플렉시블한 버전이 새로운 적용을 위해 개념화되고 있다. 예를 들어, 플렉시블 전자 장치는 얇고, 가볍고, 플렉시블한 특성을 제공하여 만곡된 디스플레이 및 웨어러블 장치와 같은 새로운 적용을 위한 기회를 제공할 수 있다. 이러한 많은 플렉시블 전자 장치는 이들 장치의 전자 부품을 고정하고 장착하기 위한 플렉시블 기판을 필요로 한다. 금속 포일은 열 안정성 및 내화학성을 포함한, 일부 이점을 가지나, 높은 비용 및 광학적 투명성의 결여에 어려움을 겪는다. 폴리머 포일은 피로 파손에 대한 내성을 포함한, 일부 이점을 가지나, 한계 광학 투명성, 열 안정성 부족, 및 제한된 밀폐성에 어려움을 겪는다.
이러한 전자 장치 중 일부는 플렉시블 디스플레이를 사용할 수도 있다. 광학적 투명성과 열 안정성은 종종 플렉시블 디스플레이 적용에서 중요한 특성이다. 또한, 플렉시블 디스플레이는 특히 터치 스크린 기능을 갖거나 접힐 수 있는 플렉시블 디스플레이의 경우, 작은 벤딩 반경에서 파손에 대한 내성을 가져야 한다. 기존의 플렉시블 유리 물품이 벤딩 적용에서 사용될 수 있지만, 이러한 기존 물품은 균열 및/또는 파손 없이 더 타이트하게 벤딩할 수 있는(즉, 작은 벤딩 반경) 원하는 기계적 특성을 제공하지 않을 수 있다.
본원에 개시된 것은 전술한 문제점을 완화시키는 유리 조성물이다. 구체적으로, 본원에 개시된 유리 조성물은 B2O3, P2O5 및/또는 K2O를 포함하며, 이는 상대적으로 낮은 영률을 갖는 유리 조성물을 결과하여, 그로부터 형성된 유리 물품이 상대적으로 더 타이트한 벤딩에 도입될 수 있도록 한다. 상대적으로 낮은 영률은 또한 감소된 중심 장력을 유도하고, 이는 벤딩 시 유리 물품이 작은 조각으로 파편화되는 것을 방지하고 응력 강도를 감소시켜 균열 성장 및 유리 파손을 방지한다. 또한, 본원에 개시된 유리 조성물은 상대적으로 높은 농도의 Na2O를 포함하며, 이는 이온 교환 공정 동안에 부여되는 상대적으로 높은 압축 응력을 가질 수 있는 유리 물품을 결과한다. 높은 피크 압축 응력은 유리 물품이 순 압축을 유지하여 유리 물품이 벤딩될 때 표면 결함을 함유할 수 있도록 한다.
또한, 본원에 기술된 유리 조성물은 이온 교환 공정에 의해 생성된 압축 영역에 대한 광범위한 압축의 깊이 범위에 걸쳐 13 이상의 피크 압축 응력 값 대 영률 값(즉, 피크 압축 응력 값 / 영률 값 = CS/E, 여기서 CS는 MPa, E는 GPa)의 비를 갖는 유리 물품을 형성하는 데 사용될 수 있다. 이 비율을 높이는 것은 어려울 수 있는데, 그 이유는 이온 교환 공정 동안 부여되는 표면 압축 응력이 영률의 영향을 많이 받아, 높은 영률이 압축 응력을 개선하는 일반적인 경로일 수 있기 때문이다. 즉, 영률은 유리 네트워크의 강성의 척도이다. 예를 들어, K+ 이온을 Na+ 사이트로 교환하면 영률이 증가함에 따라 네트워크가 더 단단해지기 때문에, 팽창 응력이 더 높아진다. 따라서, 더 높은 CS를 얻는 하나의 일반적인 방법은 단순히 영률을 증가시키는 것이다.
그러나, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 영률을 상당히 증가시키지 않으면서도 증가된 CS를 갖는 유리 물품을 결과한다. 본원에 설명된 유리 조성물은 이온 교환 전에 충분히 낮은 영률을 가지며, 이온 교환 공정 동안에 부여될 수 있는 압축 응력의 값은 넓은 압축 깊이 범위에 걸쳐 높은 CS/E 비를 달성할 수 있을 만큼 충분히 높다. CS/E 비율이 상대적으로 높으면 이온 교환 후에도 유리 조성이 플렉시블하게 유지될 수 있다.
본원에 기술된 유리 조성물은 이온 교환 공정 동안 발생할 수 있는 응력 완화에 저항하기 때문에, 유리 물품은 큰 압축의 깊이, 예를 들어 40 마이크로미터(미크론 및/또는 ㎛)와 같은 높은 깊이에서 높은 표면 압축 응력을 수용할 수 있다. 높은 온도와 시간에 따라 더욱 두드러질 수 있는, 응력 완화는 높은 압축의 깊이를 부여하도록 설계된 이온 교환 공정 중에 발생하기 쉽다. 본 명세서에 설명된 유리 조성물의 이러한 특성은 유리 조성물을 예를 들어, 플렉시블 및 폴더블 디스플레이의 커버 유리와 같이 사용 시 상당한 벤딩 응력을 경험하는 고-강도 커버 유리 적용을 포함한, 다양한 산업 적용에 적합하게 한다.
본원에 설명된 유리 조성물은 알루미노실리케이트 유리 조성물로 설명될 수 있으며, SiO2 및 Al2O3를 포함할 수 있다. 본원에 설명된 유리 조성물은 또한 유리 조성물의 영률을 감소시키기 위해 B2O3, P2O5 및/또는 K2O를 포함한다. 본원에 설명된 유리 조성물은 또한 상대적으로 높은 농도의 Na2O를 포함하여 유리 조성물의 이온 교환성을 가능하게 하고 그로부터 형성된 유리 물품에 높은 압축 응력을 부여한다.
SiO2는 본 명세서에 기술된 유리 조성물에서 주요 유리 형성제이며, 유리 조성물의 네트워크 구조를 안정화시키는 기능을 할 수 있다. 유리 조성물 내의 SiO2의 농도는 기본적인 유리 형성 능력을 제공하기에 충분히 높아야 한다(예를 들어, 40 mol% 이상). 유리 조성물의 용융점을 제어하기 위해 SiO2의 양이 제한(예를 들어, 57 mol% 이하로)될 수 있는데, 이는 순수 SiO2 또는 고 SiO2 유리의 용융 온도가 바람직하지 않게 높기 때문이다. 따라서, SiO2의 농도를 제한하는 것은 유리 조성물의 용융성 및 성형성을 개선하는 데 도움이 될 수 있다.
따라서, 관점들에서, 유리 조성물은 40 mol% 이상 57 mol% 이하의 SiO2를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 40 mol% 이상 56 mol% 이하의 SiO2를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 SiO2의 농도는 40 mol% 이상, 42 mol% 이상, 44 mol% 이상, 46 mol% 이상, 또는 심지어 48 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 SiO2의 농도는 57 mol% 이하, 55 mol% 이하, 또는 심지어 53 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 SiO2의 농도는 40 mol% 이상 57 mol% 이하, 40 mol% 이상 55 mol% 이하, 40 mol% 이상 53 mol% 이하, 42 mol% 이상 57 mol% 이하, 42 mol% 이상 55 mol% 이하, 42 mol% 이상 53 mol% 이하, 44 mol% 이상 57 mol% 이하, 44 mol% 이상 55 mol% 이하, 44 mol% 이상 53 mol% 이하, 46 mol% 이상 57 mol% 이하, 46 mol% 이상 55 mol% 이하, 46 mol% 이상 53 mol% 이하, 48 mol% 이상 57 mol% 이하, 48 mol% 이상 55 mol% 이하, 또는 심지어 48 mol% 이상 53 mol% 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나에서 형성되는 임의의 모든 하위 범위일 수 있다.
SiO2와 마찬가지로, Al2O3는 또한 유리 네트워크를 안정화시킬 수 있고, 유리 조성물에 향상된 기계적 특성 및 화학적 내구성을 추가로 제공할 수 있다. Al2O3의 양은 또한 유리 조성물의 점도를 제어하기 위해 조정될 수 있다. 또한 Al2O3는 소듐 알루미네이트(NaAlO2)을 형성하여 유리 조성물에 존재하는 Na2O의 전하 균형을 유지함으로써, 붕소를 3-배위 상태로 유지하여 영률을 감소시키는 데 도움이 된다. Al2O3의 농도는 유리 조성물이 원하는 영률(예컨대, 40 GPa 이상 70 GPa 이하)을 갖도록 충분히 높아야 한다(예컨대, 15 mol% 이상). 그러나, Al2O3의 양이 너무 많으면(예를 들어, 30 mol% 초과), 용융물의 점도가 증가하여 유리 조성물의 성형성이 감소할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 15 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 17.3 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 Al2O3의 농도는 15 mol% 이상, 16 mol% 이상, 17.3 mol% 이상, 또는 심지어 18 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 Al2O3의 농도는 30 mol% 이하, 28 mol% 이하, 26 mol% 이하, 24 mol% 이하, EH는 심지어 22 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 Al2O3의 농도는 15 mol% 이상 30 mol% 이하, 15 mol% 이상 28 mol% 이하, 15 mol% 이상 26 mol% 이하, 15 mol% 이상 24 mol% 이하, 15 mol% 이상 22 mol% 이하, 16 mol% 이상 30 mol% 이하, 16 mol% 이상 28 mol% 이하, 16 mol% 이상 26 mol% 이하, 16 mol% 이상 24 mol% 이하, 16 mol% 이상 22 mol% 이하, 17.3 mol% 이상 30 mol% 이하, 17.3 mol% 이상 28 mol% 이하, 17.3 mol% 이상 26 mol% 이하, 17.3 mol% 이상 24 mol% 이하, 17.3 mol% 이상 22 mol% 이하, 18 mol% 이상 30 mol% 이하, 18 mol% 이상 28 mol% 이하, 18 mol% 이상 26 mol% 이하, 18 mol% 이상 24 mol% 이하, 18 mol% 이상 22 mol% 이하, 또는 이들 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위일 수 있다.
유리 조성물에서 B2O3, P2O5 및 K2O의 합(즉, B2O3 (mol%) + P2O5 (mol%) + K2O (mol%))은 유리 조성물의 영률을 감소시키기 위해 3 mol% 이상 25 mol% 이하일 수 있으며, 따라서 그로부터 형성된 유리 물품의 중심 장력 및 응력 강도를 감소시킬 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물의 B2O3 + P2O5 + K2O는 5 mol% 이상 23 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 B2O3 + P2O5 + K2O는 3 mol% 이상, 5 mol% 이상, 7 mol% 이상, 또는 심지어 9 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 B2O3 + P2O5 + K2O는 25 mol% 이하, 23 mol% 이하, 20 mol% 이하, 17 mol% 이하, 또는 심지어 15 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 B2O3 + P2O5 + K2O는 3 mol% 이상 25 mol% 이하, 3 mol% 이상 23 mol% 이하, 3 mol% 이상 20 mol% 이하, 3 mol% 이상 17 mol% 이하, 3 mol% 이상 15 mol% 이하, 5 mol% 이상 25 mol% 이하, 5 mol% 이상 23 mol% 이하, 5 mol% 이상 20 mol% 이하, 5 mol% 이상 17 mol% 이하, 5 mol% 이상 15 mol% 이하, 7 mol% 이상 25 mol% 이하, 7 mol% 이상 23 mol% 이하, 7 mol% 이상 20 mol% 이하, 7 mol% 이상 17 mol% 이하, 7 mol% 이상 15 mol% 이하, 9 mol% 이상 25 mol% 이하, 9 mol% 이상 23 mol% 이하, 9 mol% 이상 20 mol% 이하, 9 mol% 이상 17 mol% 이하, 9 mol% 이상 15 mol% 이하, 또는 이러한 끝점 중 하나에서 형성되는 임의의 모든 하위 범위일 수 있다.
존재하는 붕소가 알칼리 산화물(Na2O, Li2O, K2O와 같은) 또는 2가 양이온 산화물(MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO와 같은)에 의해 전하 균형을 이루지 않으면, 붕소는 삼각(trigonal)-배위 상태(또는 3-배위 붕소)가 되어 유리의 구조가 개방된다. 이 3-배위 붕소 원자 주변의 네트워크는 사면체 배위(또는 4-배위) 붕소만큼 단단하지 않다. 이론에 얽매이지 않고, 3-배위 붕소를 포함하는 유리 조성물은 4-배위 붕소에 비해 균열이 형성되기 전에 어느 정도의 변형(예컨대, 플렉싱(flexing) 및/또는 벤딩)을 견딜 수 있다고 믿어진다. 약간의 변형을 견딤으로써, 비커스 압입 균열 개시 임계값이 증가한다. B2O3는 또한 유리 조성물의 용융 온도를 낮출 수 있다. B2O3가 너무 높으면, 화학적 내구성과 액상선 점도가 감소하고 용융 중 B2O3의 휘발 및 증발을 제어하기 어려워질 수 있다. 따라서, 존재하는 경우, B2O3의 농도는 유리 조성물의 화학적 내구성 및 제조 가능성을 유지하기 위해 제한될 수 있다(예컨대, 10 mol% 이하).
관점들에서, 유리 조성물은 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 8 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 B2O3의 농도는 0 mol% 이상, 1 mol% 이상, 3 mol% 이상, 5 mol% 이상, 7 mol% 이상, 또는 심지어 8 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 B2O3의 농도는 10 mol% 이하, 9.5 mol% 이하, 또는 심지어 9 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 B2O3의 농도는 0 mol% 이상 10 mol% 이하, 0 mol% 이상 9.5 mol% 이하, 0 mol% 이상 9 mol% 이하, 1 mol% 이상 10 mol% 이하, 1 mol% 이상 9.5 mol% 이하, 1 mol% 이상 9 mol% 이하, 3 mol% 이상 10 mol% 이하, 3 mol% 이상 9.5 mol% 이하, 3 mol% 이상 9 mol% 이하, 5 mol% 이상 10 mol% 이하, 5 mol% 이상 9.5 mol% 이하, 5 mol% 이상 9 mol% 이하, 7 mol% 이상 10 mol% 이하, 7 mol% 이상 9.5 mol% 이하, 7 mol% 이상 9 mol% 이하, 8 mol% 이상 10 mol% 이하, 8 mol% 이상 9.5 mol% 이하, 8 mol% 이상 9 mol% 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성된 임의의 모든 하위 범위일 수 있다. 관점들에서, 상기 유리 조성물은 B2O3가 없거나, 실질적으로 없을 수 있다.
유리 조성물의 영률을 감소시키는 것 외에도, P2O5는 용융 및 액상선 온도를 더 낮출 수 있으며 이온 교환에 필요한 시간이 감소되도록 이온 간 확산도를 증가시킬 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 0 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 0 mol% 이상 2 mol% 이하의 P2O5를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 2 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 P2O5의 농도는 0 mol% 이상, 1 mol% 이상, 또는 심지어 2 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 P2O5의 농도는 10 mol% 이하, 8 mol% 이하, 6 mol% 이하, 4 mol% 이하, 또는 심지어 2 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 P2O5의 농도는 0 mol% 이상 10 mol% 이하, 0 mol% 이상 8 mol% 이하, 0 mol% 이상 6 mol% 이하, 0 mol% 이상 4 mol% 이하, 0 mol% 이상 2 mol% 이하, 1 mol% 이상 10 mol% 이하, 1 mol% 이상 8 mol% 이하, 1 mol% 이상 6 mol% 이하, 1 mol% 이상 4 mol% 이하, 1 mol% 이상 2 mol% 이하, 2 mol% 이상 10 mol% 이하, 2 mol% 이상 8 mol% 이하, 2 mol% 이상 6 mol% 이하, 또는 심지어 2 mol% 이상 4 mol% 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 P2O5가 없거나 실질적으로 없을 수 있다.
유리 조성물의 영률을 감소시키는 것 외에도, K2O는, 포함될 때, 이온 교환을 촉진하고 압축의 깊이를 증가시키고 용융점을 감소시켜 유리 조성물의 성형성을 향상시킬 수 있다. 그러나 K2O를 너무 많이 첨가하면 표면 압축 응력과 용융점이 너무 낮아질 수 있다. 따라서, 관점들에서, 유리 조성물에 첨가되는 K2O의 양은 제한될 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 0 mol% 이상 7 mol% 이하의 K2O를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 0.5 mol% 이상 6.5 mol% 이하의 K2O를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 1 mol% 이상 6 mol% 이하의 K2O를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 K2O의 농도는 0 mol% 이상, 0.5 mol% 이상, 1 mol% 이상, 또는 심지어 2 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 K2O의 농도는 7 mol% 이하, 6.5 mol% 이하, 6 mol% 이하, 5.5 mol% 이하, 또는 심지어 5 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 K2O의 농도는 0 mol% 이상 7 mol% 이하, 0 mol% 이상 6.5 mol% 이하, 0 mol% 이상 6 mol% 이하, 0 mol% 이상 5.5 mol% 이하, 0 mol% 이상 5 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 7 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 6.5 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 6 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 5.5 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 5 mol% 이하, 1 mol% 이상 7 mol% 이하, 1 mol% 이상 6.5 mol% 이하, 1 mol% 이상 6 mol% 이하, 1 mol% 이상 5.5 mol% 이하, 1 mol% 이상 5 mol% 이하, 2 mol% 이상 7 mol% 이하, 2 mol% 이상 6.5 mol% 이하, 2 mol% 이상 6 mol% 이하, 2 mol% 이상 5.5 mol% 이하, 또는 심지어 2 mol% 이상 5 mol% 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 K2O가 없거나 실질적으로 없을 수 있다.
전술한 바와 같이, 유리 조성물은 상대적으로 높은 압축 응력을 갖는 유리 물품을 생산하기 위해 유리 조성물의 이온 교환성을 가능하게 하기 위해 Na2O를 함유할 수 있다. Na2O는 또한 유리 조성물의 연화점을 감소시켜 유리의 성형성을 증가시킨다. 관점들에서, 유리 조성물은 14 mol% 이상 17 mol% 이하의 Na2O를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 14.25 mol% 이상 16.75 mol% 이하의 Na2O를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내에 존재하는 Na2O의 농도는 14 mol% 이상, 14.25 mol% 이상, 14.5 mol% 이상, 14.75 mol% 이상, 또는 심지어 15 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내에 존재하는 Na2O의 농도는 17 mol% 이하, 16.75 mol% 이하, 또는 심지어 16.5 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내에 존재하는 Na2O의 농도는 14 mol% 이상 17 mol% 이하, 14 mol% 이상 16.75 mol% 이하, 14 mol% 이상 16.5 mol% 이하, 14.25 mol% 이상 17 mol% 이하, 14.25 mol% 이상 16.75 mol% 이하, 14.25 mol% 이상 16.5 mol% 이하, 14.5 mol% 이상 17 mol% 이하, 14.5 mol% 이상 16.75 mol% 이하, 14.5 mol% 이상 16.5 mol% 이하, 14.75 mol% 이상 17 mol% 이하, 14.75 mol% 이상 16.75 mol% 이하, 14.75 mol% 이상 16.5 mol% 이하, 15 mol% 이상 17 mol% 이하, 15 mol% 이상 16.75 mol% 이하, 또는 심지어 15 mol% 이상 16.5 mol% 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위일 수 있다.
본 명세서에 기술된 유리 조성물은 K2O 및 Na2O 이외의 알칼리 금속 산화물(Li2O와 같은)을 더 포함할 수 있다. 유리 조성물의 이온 교환성을 돕는 것 외에도, Li2O는 유리 조성물의 용융점을 감소시키고 성형성을 향상시킨다. 관점들에서, 유리 조성물은 0 mol% 이상 3 mol% 이하의 Li2O를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 Li2O의 농도는 0 mol% 이상, 0.5 mol% 이상, 또는 심지어 1 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 Li2O의 농도는 3 mol% 이하, 또는 심지어 2 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 Li2O의 농도는 0 mol% 이상 3 mol% 이하, 0 mol% 이상 2 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 3 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 2 mol% 이하, 1 mol% 이상 3 mol% 이하, 또는 심지어 1 mol% 이상 2 mol% 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 Li2O가 없거나 실질적으로 없을 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 R2O는 유리 조성물에 존재하는 Na2O, K2O 및 Li2O의 합계(mol%)이다(즉, R2O = Na2O(mol%) + K2O(mol%) + Li2O(mol%)). Na2O, K2O 및 Li2O와 같은 알칼리 산화물은 유리 조성물의 연화점 및 성형 온도를 낮추는 데 도움이 되므로 예를 들어 유리 조성물에서 더 많은 양의 SiO2로 인한 유리 조성물의 연화점 및 성형 온도 증가를 상쇄한다. 연화점 및 성형 온도의 감소는 유리 조성물에 알칼리 산화물(예컨대, 2개 이상의 알칼리 산화물)의 조합을 포함함으로써 더욱 감소될 수 있으며, 이러한 현상을 "혼합 알칼리 효과"라고 한다. 그러나 알칼리 산화물의 양이 너무 많으면 유리 조성물의 평균 열팽창 계수가 100 x 10-7/℃ 초과로 증가하여 바람직하지 않을 수 있음이 밝혀졌다.
관점들에서, 유리 조성물 내의 R2O의 농도는 14 mol% 이상, 15 mol% 이상, 또는 심지어 16 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 R2O의 농도는 27 mol% 이하, 25 mol% 이하, 또는 심지어 23 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 R2O의 농도는 14 mol% 이상 27 mol% 이하, 14 mol% 이상 25 mol% 이하, 14 mol% 이상 23 mol% 이하, 15 mol% 이상 27 mol% 이하, 15 mol% 이상 25 mol% 이하, 15 mol% 이상 23 mol% 이하, 16 mol% 이상 27 mol% 이하, 16 mol% 이상 25 mol% 이하, 또는 심지어 16 mol% 이상 23 mol% 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위일 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물 내의 R2O 및 Al2O3의 비(즉, R2O (mol%)/Al2O3 (mol%))는 용융성을 향상시키고 이온 교환 후 응력 완화를 감소시키기 위해 0.8 이상이다. R2O/Al2O3가 0.8 미만인 경우, 유리 조성물이 녹기 어려워지고 결함(예컨대, 용융되지 않은 원료)이 발생할 수 있다. R2O/Al2O3는 또한 유리 조성물에 과량의 비-가교 산소를 갖지 않도록 제한될 수 있으며(예컨대, 1.5 이하), 이는 이온 교환 동안 변형점의 감소 및 응력 완화의 발생을 야기하여, 낮은 표면 압축 응력을 유도할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물의 R2O/Al2O3는 0.8 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물의 R2O/Al2O3는 0.9 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 R2O/Al2O3는 0.9 이상 1.5 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 R2O/Al2O3는 0.8 이상, 0.85 이상, 0.9 이상, 또는 심지어 0.95 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 R2O/Al2O3는 1.5 이하, 1.4 이하, 1.3 이하, 1.2 이하, 또는 심지어 1.1 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 R2O/Al2O3는 0.8 이상 1.5 이하, 0.8 이상 1.4 이하, 0.8 이상 1.3 이하, 0.8 이상 1.2 이하, 0.8 이상 1.1 이하, 0.85 이상 1.5 이하, 0.85 이상 1.4 이하, 0.85 이상 1.3 이하, 0.85 이상 1.2 이하, 0.85 이상 1.1 이하, 0.9 이상 1.5 이하, 0.9 이상 1.4 이하, 0.9 이상 1.3 이하, 0.9 이상 1.2 이하, 0.9 이상 1.1 이하, 0.95 이상 1.5 이하, 0.95 이상 1.4 이하, 0.95 이상 1.3 이하, 0.95 이상 1.2 이하, 또는 심지어 0.95 이상 1.1 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위일 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물의 R2O 및 P2O5의 합 대 Al2O3의 비(즉, (R2O (mol%) + P2O5 (mol%))/Al2O3 (mol%))는 상 분리를 줄이거나 방지하기 위해 0.9 이상이고, 내구성을 보장하고 비-가교 산소의 농도를 줄이기 위해 1.5 이하이다. 비-가교 산소의 농도가 높으면, 상호 확산도가 낮아져 유리의 이온 교환성이 감소할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물의 (R2O + P2O5)/Al2O3는 0.9 이상, 0.95 이상, 또는 심지어 1 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물의 (R2O + P2O5)/Al2O3는 1.5 이하, 1.4 이하, 또는 심지어 1.3 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물의 (R2O + P2O5)/Al2O3는 0.9 이상 1.5 이하, 0.9 이상 1.4 이하, 0.9 이상 1.3 이하, 0.95 이상 1.5 이하, 0.95 이상 1.4 이하, 0.95 이상 1.3 이하, 1 이상 1.5 이하, 1 이상 1.4 이하, 또는 심지어 1 이상 1.3 이하, 또는 이러한 끝점 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, RO는 유리 조성물 내에 존재하는 MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계(mol%)이다(즉, RO = MgO (mol%) + CaO (mol%) + SrO (mol%) + BaO (mol%)). 관점들에서, 유리 조성물 내의 RO는 상대적으로 낮은 영률(예컨대, 70 GPa 이하)를 달성하는 데 도움이 되도록 5 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내 RO는 1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 RO는 0 mol% 이상, 또는 심지어 0.5 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 RO는 5 mol% 이하, 3 mol% 이하, 또는 심지어 1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 RO는 0 mol% 이상 5 mol% 이하, 0 mol% 이상 3 mol% 이하, 0 mol% 이상 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 5 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 3 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 상기 유리 조성물은 RO가 없거나 실질적으로 없을 수 있다.
관점들에서, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 MgO를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 MgO의 농도는 0 mol% 이상, 또는 심지어 0.5 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 MgO의 농도는 5 mol% 이하, 3 mol% 이하, 또는 심지어 1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 MgO의 농도는 0 mol% 이상 5 mol% 이하, 0 mol% 이상 3 mol% 이하, 0 mol% 이상 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 5 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 3 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 상기 유리 조성물은 MgO가 없거나 실질적으로 없을 수 있다.
관점들에서, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 CaO를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 CaO의 농도는 0 mol% 이상, 또는 심지어 0.5 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 CaO의 농도는 5 mol% 이하, 3 mol% 이하, 또는 심지어 1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 CaO의 농도는 0 mol% 이상 5 mol% 이하, 0 mol% 이상 3 mol% 이하, 0 mol% 이상 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 5 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 3 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 상기 유리 조성물은 CaO가 없거나 실질적으로 없을 수 있다.
관점들에서, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 SrO를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 SrO의 농도는 0 mol% 이상, 또는 심지어 0.5 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 SrO의 농도는 5 mol% 이하, 3 mol% 이하, 또는 심지어 1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 SrO의 농도는 0 mol% 이상 5 mol% 이하, 0 mol% 이상 3 mol% 이하, 0 mol% 이상 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 5 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 3 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 SrO가 없거나 실질적으로 없을 수 있다.
관점들에서, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 BaO를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 BaO의 농도는 0 mol% 이상, 또는 심지어 0.5 mol% 이상일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 BaO의 농도는 5 mol% 이하, 3 mol% 이하, 또는 심지어 1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 BaO의 농도는 0 mol% 이상 5 mol% 이하, 0 mol% 이상 3 mol% 이하, 0 mol% 이상 1 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 5 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 3 mol% 이하, 0.5 mol% 이상 1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 BaO가 없거나 실질적으로 없을 수 있다.
관점들에서, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 하나 이상의 청징제를 더 포함할 수 있다. 관점들에서, 청징제는 예를 들어, SnO2를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물 내의 SnO2의 농도는 0 mol% 이상 0.1 mol% 이하일 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 SnO2가 없거나 실질적으로 없을 수 있다.
관점들에서, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 TiO2, MnO, MoO3, WO3, Y2O3, CdO, As2O3, Sb2O3, 설페이트와 같은 황-계 화합물, 할로겐, 또는 이들의 조합과 같은 트램프 물질을 더 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 개별 트램프 물질, 트램프 물질의 조합, 또는 모든 트램프 물질이 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 예를 들어, 관점들에서, 유리 조성물은 TiO2, MnO, MoO3, WO3, Y2O3, CdO, As2O3, Sb2O3, 설페이트와 같은 황-계 화합물, 할로겐, 또는 이들의 조합과 같은 트램프 물질이 없거나 실질적으로 없을 수 있다.
관점들에서, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 Li2O, Y2O3 또는 이들의 조합이 없거나 실질적으로 없을 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 유리 조성물은 상대적으로 낮은 영률(예를 들어, 70 GPa 이하)를 가지므로, 그로부터 형성된 유리 물품은 상대적으로 더 타이트한 벤딩에 도입될 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 40 GPa 이상 70 GPa 이하의 영률을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 45 GPa 이상 69 GPa 이하의 영률을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 40 GPa 이상, 45 GPa 이상, 50 GPa 이상, 55 GPa 이상, 또는 심지어 60 GPa 이상의 영률을 가질 수 있다. 관점들에서, 상기 유리 조성물은 70 GPa 이하, 69 GPa 이하, 67 GPa 이하, 또는 심지어 65 GPa 이하의 영률을 가질 수 있다. 관점들에서, 상기 유리 조성물은 40 GPa 이상 70 GPa 이하, 40 GPa 이상 69 GPa 이하, 40 GPa 이상 67 GPa 이하, 40 GPa 이상 65 GPa 이하, 45 GPa 이상 70 GPa 이하, 45 GPa 이상 69 GPa 이하, 45 GPa 이상 67 GPa 이하, 45 GPa 이상 65 GPa 이하, 50 GPa 이상 70 GPa 이하, 50 GPa 이상 69 GPa 이하, 50 GPa 이상 67 GPa 이하, 50 GPa 이상 65 GPa 이하, 55 GPa 이상 70 GPa 이하, 55 GPa 이상 69 GPa 이하, 55 GPa 이상 67 GPa 이하, 55 GPa 이상 65 GPa 이하, 60 GPa 이상 70 GPa 이하, 60 GPa 이상 69 GPa 이하, 60 GPa 이상 67 GPa 이하, 또는 심지어 60 GPa 이상 65 GPa 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 영률을 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 50kP 이상, 100kP 이상, 250kP 이상, 또는 심지어 500kP 이상의 액상선 점도를 가질 수 있다. 관점들에서, 상기 유리 조성물은 5000kp 이하, 2500kp 이하, 또는 심지어 1000kp 이하의 액상선 점도를 가질 수 있다. 관점들에서, 상기 유리 조성물은 50kP 이상 5000kp 이하, 50kP 이상 2500kp 이하, 50kP 이상 1000kp 이하, 100kP 이상 5000kp 이하, 100kP 이상 2500kp 이하, 100kP 이상 1000kp 이하, 250kP 이상 5000kp 이하, 250kP 이상 2500kp 이하, 250kP 이상 1000kp 이하, 500kP 이상 5000kp 이하, 500kP 이상 2500kp 이하, 500kP 이상 1000kp 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 액상선 점도를 가질 수 있다. 이러한 점도의 범위는 유리 조성물이 융합 형성, 슬롯 드로우, 플로팅, 롤링 및 기타 당업자에게 알려진 시트 형성 공정을 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 기술에 의해 시트로 형성될 수 있도록 한다. 그러나, 다른 공정이 다른 물품(즉, 시트 이외의 물품)을 형성하는 데 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
관점들에서, 유리 조성물은 900℃ 이상, 950℃ 이상, 또는 심지어 1000℃ 이상의 액상선 온도를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 1300℃ 이하, 1250℃ 이하, 또는 심지어 1000℃ 이하의 액상선 온도를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 900℃ 이상 1300℃ 이하, 900℃ 이상 1250℃ 이하, 900℃ 이상 1200℃ 이하, 950℃ 이상 1300℃ 이하, 950℃ 이상 1250℃ 이하, 950℃ 이상 1200℃ 이하, 1000℃ 이상 1300℃ 이하, 1000℃ 이상 1250℃ 이하, 또는 심지어 1000℃ 이상 1200℃ 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 액상선 온도를 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 2.2g/cm3 이상, 또는 심지어 2.3g/cm3 이상의 밀도를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 2.6g/cm3 이하, 또는 심지어 2.5g/cm3 이하의 밀도를 가질 수 있다. 관점들에서, 상기 유리 조성물은 2.2g/cm3 이상 2.6g/cm3 이하, 2.2g/cm3 이상 2.5g/cm3 이하, 2.3g/cm3 이상 2.6g/cm3 이하, 또는 심지어 2.3g/cm3 이상 2.5g/cm3 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 밀도를 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 5 ppm 이상, 7ppm 이상, 또는 심지어 10 ppm 이상의 CTE를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 100 ppm 이하, 50 ppm 이하, 25 ppm 이하, 또는 심지어 15 ppm 이하의 CTE를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 5 ppm 이상 100 ppm 이하, 5 ppm 이상 50 ppm 이하, 5 ppm 이상 25 ppm 이하, 5 ppm 이상 15 ppm 이하, 7 ppm 이상 100 ppm 이하, 7 ppm 이상 50 ppm 이하, 7 ppm 이상 25 ppm 이하, 7 ppm 이상 15 ppm 이하, 10 ppm 이상 100 ppm 이하, 10 ppm 이상 50 ppm 이하, 10 ppm 이상 25 ppm 이하, 또는 심지어 10 ppm 이상 15 ppm 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 CTE를 가질 수 있다.
관점들에서, 400℃ 이상, 450℃ 이상, 또는 심지어 500℃ 이상의 변형점을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 750℃ 이하, 700℃ 이하, 또는 심지어 650℃ 이하의 변형점을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 400℃ 이상 750℃ 이하, 400℃ 이상 700℃ 이하, 400℃ 이상 650℃ 이하, 450℃ 이상 750℃ 이하, 450℃ 이상 700℃ 이하, 450℃ 이상 650℃ 이하, 500℃ 이상 750℃ 이하, 500℃ 이상 700℃ 이하, 또는 심지어 500℃ 이상 650℃ 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 임의의 모든 하위 범위의 변형점을 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 450℃ 이상, 500℃ 이상, 또는 심지어 550℃ 이상의 어닐링 점을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 850℃ 이하, 800℃ 이하, 또는 심지어 750℃ 이하의 어닐링 점을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 450℃ 이상 850℃ 이하, 450℃ 이상 800℃ 이하, 450℃ 이상 750℃ 이하, 500℃ 이상 850℃ 이하, 500℃ 이상 800℃ 이하, 500℃ 이상 750℃ 이하, 550℃ 이상 850℃ 이하, 550℃ 이상 800℃ 이하, 550℃ 이상 750℃ 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 어닐링 점을 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 0.18 이상, 또는 심지어 0.2 이상의 푸아송 비를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 0.29 이하, 0.27 이하, 또는 심지어 0.25 이하의 푸아송 비를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 0.18 이상 0.29 이하, 0.18 이상 0.27 이하, 0.18 이상 0.25 이하, 0.2 이상 0.29 이하, 0.2 이상 0.27 이하, 또는 심지어 0.2 이상 0.25 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 푸아송 비를 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 15 GPa 이상, 20 GPa 이상, 또는 심지어 25 GPa 이상의 전단 계수를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 40 GPa 이하, 35 GPa 이하, 또는 심지어 30 GPa 이하의 전단 계수를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 15 GPa 이상 40 GPa 이하, 15 GPa 이상 35 GPa 이하, 15 GPa 이상 30 GPa 이하, 20 GPa 이상 40 GPa 이하, 20 GPa 이상 35 GPa 이하, 20 GPa 이상 30 GPa 이하, 25 GPa 이상 40 GPa 이하, 25 GPa 이상 35 GPa 이하, 또는 심지어 25 GPa 이상 30 GPa 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 전단 계수를 포함할 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 2 nm/㎜/MPa 이상, 또는 심지어 2.5 nm/㎜/MPa 이상의 SOC를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 4 nm/㎜/MPa 이하, 또는 심지어 3.5 nm/㎜/MPa 이하의 SOC를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 2 nm/㎜/MPa 이상 4 nm/㎜/MPa 이하, 2 nm/㎜/MPa 이상 3.5 nm/㎜/MPa 이하, 2.5 nm/㎜/MPa 이상 4 nm/㎜/MPa 이하, 또는 심지어 2.5 nm/㎜/MPa 이상 3.5 nm/㎜/MPa 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 SOC를 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 1.4 이상, 또는 심지어 1.45 이상의 굴절률을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 1.6 이하, 또는 심지어 1.55 이하의 굴절률을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 1.4 이상 1.6 이하, 1.4 이상 1.55 이하, 1.45 이상 1.6 이하, 1.45 이상 1.55 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 굴절률을 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 -5 이상 -1 이하의 VFT A, 8500 이상 9700 이하의 VFT B, 및 -40 이상 200 이상의 VFT To를 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 1400℃ 이상 또는 심지어 1500℃ 이상의 200 포이즈 온도를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 1750℃ 이하, 또는 심지어 1650℃ 이하의 200 포이즈 온도를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 1400℃ 이상 1750℃ 이하, 1400℃ 이상 1650℃ 이하, 1500℃ 이상 1750℃ 이하, 또는 심지어 1500℃ 이상 1650℃ 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 200 포이즈 온도를 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 1000℃ 이상, 또는 심지어 1100℃ 이상의 35k 포이즈 온도를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 1400℃ 이하, 또는 심지어 1300℃ 이하의 35k 포이즈 온도를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 1000℃ 이상 1400℃ 이하, 1000℃ 이상 1300℃ 이하, 1100℃ 이상 1400℃ 이하, 또는 심지어 1100℃ 이상 1300℃ 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 35k 포이즈 온도를 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 900℃ 이상 또는 심지어 1000℃ 이상의 100k 포이즈 온도를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 1300℃ 이하, 또는 심지어 1200℃ 이하의 100k 포이즈 온도를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 900℃ 이상 1300℃ 이하, 900℃ 이상 1200℃ 이하, 1000℃ 이상 1300℃ 이하, 또는 1000℃ 이상 1200℃ 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 100k 포이즈 온도를 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물은 900℃ 이상, 또는 심지어 1000℃ 이상의 200k 포이즈 온도를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 1300℃ 이하, 또는 심지어 1200℃ 이하의 200k 포이즈 온도를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 900℃ 이상 1300℃ 이하, 900℃ 이상 1200℃ 이하, 1000℃ 이상 1300℃ 이하, 또는 심지어 1000℃ 이상 1200℃ 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 200k 포이즈 온도를 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 물품을 제조하기 위한 공정은 유리 균질화를 유도하기 위해 하나 이상의 미리 선택된 온도에서 하나 이상의 미리 선택된 시간 동안 유리 조성물을 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 물품을 제조하기 위한 열처리는 (i) 유리 조성물을 유리 균질화 온도까지 1-100℃/분의 속도로 가열하는 단계; (ii) 유리 물품을 제조하기 위해 유리 조성물을 0.25시간 이상 4시간 이하의 시간 동안 유리 균질화 온도에서 유지하는 단계; 및 (iii) 형성된 유리 물품을 실온으로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 관점들에서, 유리 균질화 온도는 300℃ 이상 700℃ 이하일 수 있다.
관점들에서, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 유리 조성물로부터 제조된 유리 물품의 강화를 용이하게 하기 위해 이온 교환이 가능하다. 일반적인 이온 교환 공정에서, 유리 조성물 내의 더 작은 금속 이온은 유리 조성물로부터 제조된 유리 물품의 외부 표면에 가까운 층 내에서 동일한 원자가를 갖는 더 큰 금속 이온으로 대체되거나 "교환"된다. 더 큰 이온으로의 더 작은 이온의 대체는 유리 조성물로 만든 유리 물품의 층 내에 압축 응력을 발생시킨다. 관점들에서, 금속 이온은 1가 금속 이온(예를 들어, Li+, Na+, K+ 등)이며, 이온 교환은 유리 조성물로 제조된 유리 물품을 유리 물품 내의 더 작은 금속 이온을 대체할 더 큰 금속 이온의 적어도 하나의 용융 염을 포함하는 욕에 침지하는 것에 의해 달성된다. 대안적으로, Ag+, Tl+, Cu+ 등과 같은 다른 1가 이온이 1가 이온에 대해 교환될 수 있다. 유리 조성물로부터 만들어진 유리 물품을 강화하기 위해 사용되는 이온 교환 공정 또는 공정들은 단일 욕에 침지 또는 침지 사이에 세척 및/또는 어닐링 단계를 갖는 유사하거나 상이한 조성의 다중 욕에 침지를 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다.
유리 조성물에 노출되면, 이온-교환 용액(예컨대, KNO3 및/또는 NaNO3 용융 염욕)은 관점들에 따르면, 350℃ 이상 480℃ 이하, 360℃ 이상 450℃ 이하, 370 이상 440 이하, 360 이상 420 이하, 370 이상 400 이하, 375 이상 475 이하, 400 이상 480 이하, 410 이상 480 이하, 420 이상 480 이하, 430 이상 470 이하, 또는 심지어 440 이상 460 이하, 또는 전술한 값들 사이의 임의의 모든 하위 범위의 온도에 있을 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물은 0.1 시간 이상 2 시간 이하, 0.1 시간 이상 1.5 시간 이하, 0.1 시간 이상 1 시간 이하, 0.5 시간 이상 2 시간 이하, 0.5 시간 이상 1.5 시간 이하, 또는 심지어 0.5 시간 이상 1 시간 이하, 또는 전술한 값들 사이의 임의의 모든 하위 범위의 기간 동안 이온-교환 용액에 노출될 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 평면의, 이온 교환된 유리 물품이 100으로 도시된다. 유리 물품(100)은 두께(L), 제1 표면(110) 및 제2 표면(112)을 갖는다. 본원에 설명된 유리 조성물로부터 형성된 유리 물품은 임의의 적절한 두께일 수 있으며, 이는 유리 조성물의 특정 사용 적용에 따라 달라질 수 있다. 관점들에서, 유리 물품(100)은 10㎛ 이상 500㎛ 이하, 10㎛ 이상 400㎛ 이하, 10㎛ 이상 300㎛ 이하, 10㎛ 이상 200㎛ 이하, 10㎛ 이상 100㎛ 이하, 25㎛ 이상 500㎛ 이하, 25㎛ 이상 400㎛ 이하, 25㎛ 이상 300㎛ 이하, 25㎛ 이상 200㎛ 이하, 25㎛ 이상 100㎛ 이하, 35㎛ 이상 500㎛ 이하, 35㎛ 이상 400㎛ 이하, 35㎛ 이상 300㎛ 이하, 35㎛ 이상 200㎛ 이하, 또는 심지어 35㎛ 이상 100㎛ 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위일 수 있다. 도 1에 도시된 관점이 유리 물품(100)을 평평한 평면 시트 또는 판으로 묘사하고 있지만, 유리 물품은 다른 적절한 구성, 예를 들어 3차원 형상 또는 비평면 구성을 가질 수 있다.
이온 교환된 유리 물품(100)은 유리 물품(100)의 벌크 내로 제1 표면(110)으로부터 압축의 깊이(d1)까지 연장되는 제1 압축 층(120)을 갖는다. 도 1에 도시된 관점에서, 유리 물품(100)은 또한 제2 표면(112)으로부터 제2 압축의 깊이(d2)까지 연장되는 제2 압축 층(122)을 갖는다. 유리 물품(100)은 또한 d1에서 d2로 연장하는 중심 영역(130)을 갖는다. 중심 영역(130)은 인장 응력 또는 중심 장력(CT) 하에 있으며, 이는 층(120) 및 층(122)의 압축 응력과 균형을 이루거나 상쇄한다. 제1 및 제2 압축층(120, 122)의 깊이(d1, d2)는 유리 물품(100)의 제1 및 제2 표면(110, 112)에 대한 날카로운 충격에 의해 도입되는 결함의 전파로부터 유리 물품(100)을 보호하고, 압축 응력은 제1 및 제2 압축층(120, 122)의 깊이(d1, d2)를 통해 결함이 침투하는 가능성을 최소화한다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 유리 물품은 상대적으로 높은 압축 응력(예를 들어, 500 MPa 이상)을 가질 수 있으며, 이는 유리 물품이 순 압축을 유지하여, 유리 물품이 벤딩될 때 표면 결함을 함유할 수 있게 한다. 관점들에서, 유리 물품은 500 MPa 이상 1100 MPa 이하의 피크 압축 응력을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 물품은 550 MPa 이상 1050 MPa 이하의 피크 압축 응력을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 물품은 500 MPa 이상, 550 MPa 이상, 600 MPa 이상, 또는 심지어 650 MPa 이상의 피크 압축 응력을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 물품은 1100 MPa 이하, 1050 MPa 이하, 1000 MPa 이하, 또는 심지어 950 MPa 이하의 피크 압축 응력을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 물품은 500 MPa 이상 1100 MPa 이하, 500 MPa 이상 1050 MPa 이하, 500 MPa 이상 1000 MPa 이하, 500 MPa 이상 950 MPa 이하, 550 MPa 이상 1100 MPa 이하, 550 MPa 이상 1050 MPa 이하, 550 MPa 이상 1000 MPa 이하, 550 MPa 이상 950 MPa 이하, 600 MPa 이상 1100 MPa 이하, 600 MPa 이상 1050 MPa 이하, 600 MPa 이상 1000 MPa 이하, 600 MPa 이상 950 MPa 이하, 650 MPa 이상 1100 MPa 이하, 650 MPa 이상 1050 MPa 이하, 650 MPa 이상 1000 MPa 이하, 또는 심지어 650 MPa 이상 950 MPa 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 피크 압축 응력을 가질 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 저-모듈러스 유리 조성물로부터 형성된 유리 물품은 상대적으로 높은 압축 응력을 부여하기 위해 이온 교환될 수 있고, 이에 따라 유리 물품이 이온 교환 후에도 플렉시블을 유지하도록 상대적으로 높은 CS/E 비(예를 들어, 13 이상)를 달성할 수 있다. 관점들에서, 유리 물품은 13 이상의 피드 압축 응력 대 영률의 비를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 물품은 13.5 이상의 피드 압축 응력 대 영률의 비를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 물품은 13 이상, 13.5 이상, 또는 심지어 14 이상의 피드 압축 응력 대 영률의 비를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 물품은 17 이하, 또는 심지어 16 이하의 피드 압축 응력 대 영률의 비를 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 물품은 13 이상 17 이하, 13 이상 16 이하, 13.5 이상 17 이하, 13.5 이상 16 이하, 14 이상 17 이하, 또는 심지어 14 이상 16 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 피드 압축 응력 대 영률의 비를 가질 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물로 제조되고 35㎛ 이상 200㎛ 이하의 두께를 갖는 유리 물품은 5㎛ 이상, 7㎛ 이상, 10㎛ 이상, 15㎛ 이상, 또는 심지어 20㎛ 이상의 압축의 깊이를 달성하기 위해 이온 교환될 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물로 제조되고 35㎛ 이상 400㎛ 이하의 두께를 갖는 유리 물품은 40㎛ 이하, 35㎛ 이하, 또는 심지어 30㎛ 이하의 압축의 깊이를 달성하기 위해 이온 교환될 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물로 제조되고 35㎛ 이상 400㎛ 이하의 두께를 갖는 유리 물품은 5㎛ 이상 40㎛ 이하, 5㎛ 이상 35㎛ 이하, 5㎛ 이상 30㎛ 이하, 7㎛ 이상 40㎛ 이하, 7㎛ 이상 35㎛ 이하, 7㎛ 이상 30㎛ 이하, 10㎛ 이상 40㎛ 이하, 10㎛ 이상 35㎛ 이하, 10㎛ 이상 30㎛ 이하, 15㎛ 이상 40㎛ 이하, 15㎛ 이상 35㎛ 이하, 15㎛ 이상 30㎛ 이하, 20㎛ 이상 40㎛ 이하, 20㎛ 이상 35㎛ 이하, 또는 심지어 20㎛ 이상 30㎛ 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 압축의 깊이를 달성하기 위해 이온 교환될 수 있다.
관점들에서, 유리 조성물로 제조된 유리 물품은 유리 물품의 두께의 5% 이상 또는 심지어 10% 이상의 압축의 깊이를 달성하기 위해 이온 교환될 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물로 제조된 유리 물품은 유리 물품의 두께의 20% 이하 또는 심지어 15% 이하의 압축의 깊이를 달성하기 위해 이온 교환될 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물로 제조된 유리 물품은 유리 물품의 두께의 5% 이상 20% 이하, 5% 이상 15% 이하, 10% 이상 20% 이하, 또는 심지어 10% 이상 15% 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 압축의 깊이를 달성하기 위해 이온 교환될 수 있다.
본 명세서에 기술된 유리 조성물의 상대적으로 낮은 영률은 감소된 중심 장력을 유도할 수 있으며, 중심 장력을 감소시킬 수 있으며, 이는 벤딩 중에 작은 조각으로의 유리 물품의 파편화를 방지할 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물로 제조된 유리 물품은 250MPa 이상, 350MPa 이상, 또는 심지어 450 MPa 이상의 이온 교환 강화 후 중심 장력을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물로 제조된 유리 물품은 650MPa 이하, 600MPa 이하, 또는 심지어 550 MPa 이하의 이온 교환 강화 후 중심 장력을 가질 수 있다. 관점들에서, 유리 조성물로 제조된 유리 물품은 250MPa 이상 650MPa 이하, 250MPa 이상 600MPa 이하, 250MPa 이상 550 MPa 이하, 350MPa 이상 650MPa 이하, 350MPa 이상 600MPa 이하, 350MPa 이상 550 MPa 이하, 450MPa 이상 650MPa 이하, 450MPa 이상 600MPa 이하, 또는 심지어 450MPa 이상 550 MPa 이하, 또는 이러한 끝점 중 어느 하나로부터 형성되는 임의의 모든 하위 범위의 이온 교환 강화 후 중심 장력을 가질 수 있다.
본 명세서에 기술된 유리 조성물의 상대적으로 낮은 영률과 이온 교환에 의해 달성될 수 있는 높은 피크 압축 응력은 주어진 유리 두께에 대해 더 타이트한(즉, 더 작은) 벤딩 반경으로 벤딩할 수 있는 이온 교환된 유리 물품의 형성을 제공한다.
유리 물품의 상호 확산 계수(D)는 다음 식을 사용하여 계산된다:
(1)
여기서 t는 시간 단위의 이온 교환 시간이다. DOC 대 √t의 기울기는 √(4D)의 값을 제공한다. D가 알려지면, DOC가 0.2*L(L은 유리 물품의 두께임)에 도달하는 데 필요한 이온 교환 시간이 계산될 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 원하는 DOC를 생성하기 위해 더 짧은 이온 교환 시간을 필요로 하는 유리 물품을 생산하는 데 사용될 수 있다. 이는 이온 교환 공정 동안의 응력 완화가 더 적을 것이기 때문에 높은 CS를 유지하는 데 도움이 된다. 이온 교환 온도에서의 응력 완화 시간(τ)은 다음 식에 따라 온도(T)에서의 유리 점도(η)와 유리의 전단 계수(G)에 의해 결정될 수 있다:
(2)
변형점이 이온 교환 온도보다 100℃ 이상 더 높은 경우, 응력 완화 시간이 이온 교환 시간보다 10배 이상 길어질 수 있고, 이는 응력 완화를 최소화할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 이온 교환된 유리 물품(100)은 벤딩 유도 응력하에 있다. 벤딩 힘(202)으로 접힘선(210)을 따라 특정 벤딩 반경(R) 또는 특정 플래틴 거리(D)로 벤딩될 때, 이온 교환된 유리 물품(100)의 외부 표면(110)(즉, 제1 표면)은 벤딩에 의해 유도된, 인장 응력을 받게 되고, 이로 인해 외부 표면(110) 상의 압축 층의 압축의 깊이가 유효 압축의 깊이로 감소하는 반면, 내부 표면(112)(즉, 제2 표면)은 추가적인 압축 응력을 받게 된다.
이온 교환된 유리 물품을 벤딩할 때, 최대 벤딩 유도 인장 응력은 다음 식에 의해 주어진다:
(3)
여기서 σmax는 유리 물품의 외부 표면 상의 인장 응력이고, E는 유리 물품의 영률이며, v는 유리 물품의 푸아송 비이며, L은 유리 물품의 두께이고, R은 유리 물품의 외부 표면의 벤딩 반경이다. 벤딩 유도 인장 응력은 영률 및 푸아송 비(반경이 아닌 유리 조성에 따라 달라짐)를 사용하여 다양한 벤딩 반경 R에 대해 계산될 수 있다. 벤딩 유도 응력은 다음 식을 사용하여 다양한 플래튼 거리(D)에 대해 계산될 수도 있다:
(4)
여기서 D는 플래틴 분리, L은 유리 물품의 두께, R은 유리 물품의 외부 표면의 벤딩 반경이다.
벤딩 유도 인장 응력은 이온 교환 응력과 중첩되어, 유리 물품이 주어진 플래튼 거리 D에 대해 벤딩 상태(외부 표면에서 유효 압축의 깊이를 갖는)에 있을 때 유리 물품에 존재하는 순 응력 프로파일을 산출할 수 있다. 도 3은 표 1에 주어진 바와 같은 실시예 유리 조성물 E7로 구성된 35㎛ 두께의 유리 물품에 대해 결정되는 이러한 응력들의 중첩을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 압축 응력은 음수(< 0)이고, 인장 응력은 양수(> 0)이다. 중립(neutral) 축으로부터의 거리의 함수로서 이온 교환 응력(A), 벤딩 유도 인장 응력(B), 및 순 응력(C)이 플로팅된다. 유효 압축의 깊이는 유리 물품 내의 응력이 압축에서 인장으로 변화하는 깊이(즉, 순 응력(C)이 y-축 상의 "0"을 가로지르는)이다.
유리 물품의 외부 표면은 외부 표면에서 유효 압축의 깊이가 1.5㎛인 지점인, 6 mm(R = 2.49 mm)의 플래튼 거리(D)로 벤딩되었다. 이온 교환 응력(A)의 플롯은 상보 오차 함수를 따르며, 712 MPa의 최대 압축 응력 및 5㎛의 압축의 깊이를 갖는다. 벤딩 유도 응력(B)의 플롯은 외부에서 내부 표면까지의 거리에 따라 선형이며 유리 물품 두께의 절반(즉, 중립 축을 의미하는, x-축 상에서 0 ㎛의 값)에서 0이다. 이러한 응력의 중첩인 순 응력(C)은 유리 물품의 외부 표면에서 -200 MPa의 값에서 외부 표면에서 중립 축을 향해 1.5 ㎛ 떨어진 거리에서 0 MPa의 값으로 바뀐다. 이는, 6 mm의 플래튼 거리의 경우, 유리 물품의 외부 표면의 유효 압축의 깊이가 1.5㎛로 감소한다는 것을 보여준다.
외부 표면(110)의 유효 압축의 깊이는 벤딩 반경 또는 플래튼 거리가 증가함에 따라 증가하고 벤딩 반경 또는 플래튼 거리가 감소함에 따라 감소한다. 예를 들어, 도 4는 표 1에 주어진 바와 같은 실시예 유리 조성물 E7로 구성된 35㎛ 두께의 유리 물품 및 8mm의 플래튼 거리 D로 벤딩된 이의 외부 표면에 대해 결정되는 응력의 중첩을 나타낸다. 플래튼 거리 D가 8mm인 경우, 외부 표면의 유효 압축의 깊이는 2.2 ㎛이며, 이는 도 3에 도시된 것처럼 플래튼 거리 D가 6mm인 경우의 1.5 ㎛의 유효 압축의 깊이 보다 크다.
내부 표면의 경우(즉, x축에서 -17.5 ㎛의 값에서), 순응력(C)은 내부 표면에서 -1100 MPa의 값에서 내부 표면에서 중립 축을 향해 12.4 ㎛의 거리에서 0 MPa의 값으로 변경된다. 이는 도 3과에 도시된 바와 같이, 플래튼 거리가 6mm인 경우, 유리 물품의 내부 표면의 유효 압축의 깊이가 12.4 ㎛로 감소된다는 것을 보여준다.
관점들에서, 35 ㎛의 물품 두께를 갖고, 6mm의 플래튼 간격으로 벤딩된 이온 교환 유리 물품은 350 MPa 이상 475 MPa 이하일 수 있는 벤딩된 유리 물품의 최대 중심 장력을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 유리 물품의 최대 중심 장력은 순 응력(C)의 최대 값 또는 피크이며, 이는 373 MPa이다.
유리 물품에 가해지는 벤딩 힘은 또한 균열 전파에 대한 잠재성을 결과하여, 즉각적인 또는 느린, 피로 파손 메커니즘을 초래할 수 있다. 유리 물품의 외부 표면(110), 또는 상기 표면의 바로 아래의 결함의 존재는 이러한 잠재적인 파손 모드에 기여할 수 있다. 아래 식 (5)를 이용하여, 벤딩 힘을 받는 유리 물품의 응력 강도 계수를 추정할 수 있다. 식 (5)는 다음과 같다:
(5)
여기서 KI는 균열 개시를 지칭하는, 모드 I 응력 강도이고, Ω는 결함 지오메트리의 형상 계수이며, σIOX stress profile at depth a는 깊이 a에서 이온 교환으로 인한 응력이며, σbend induced at depth a는 깊이 a에서 벤딩으로 인한 응력이며, a는 결함 깊이이다. 나트륨 함유 유리에서 예상되는 정적 피로 한계는 0.5 MPa·m0.5 (Journal of Materials Science, 26 (1991) 5445-5455)이다. 정적 피로 한계보다 더 낮은 임의의 응력 강도 수준은 느린 균열 성장을 나타내지 않을 것이다. 따라서, 유리는 느린 균열 성장으로 인해 파손되지 않을 것이다.
본원에 개시된 유리 물품은 디스플레이를 갖는 물품(또는 디스플레이 물품)(예컨대, 휴대폰, 태블릿, 컴퓨터, 내비게이션 시스템, 웨어러블 기기(예컨대, 시계) 등을 포함한 소비자 전자 제품), 건축 물품, 운송 물품(예컨대, 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박 등), 가전 제품, 또는 일부 투명성, 내스크래치성, 내마모성 또는 이들의 조합을 통해 이점을 얻을 수 있는 임의의 물품과 같은 다른 물품에 혼입될 수 있다. 본원에 개시된 유리 물품을 혼입하는 예시적인 물품이 도 5 및 도 6에 도시된다. 구체적으로, 도 5 및 6은 전면(304), 후면(306), 및 측면(308)을 갖는 하우징(302); 하우징의 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 내부에 있고, 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 이에 인접한 디스플레이(310)를 포함하는 전기 부품(미도시); 및 디스플레이 위에 있도록 하우징의 전면에 또는 그 위에 있는 커버 기판(312)을 포함하는, 소비자 전자 장치(300)를 도시한다. 일부 관점들에서, 커버 기판(312) 또는 하우징(302)의 일부 중 적어도 하나는 본원에 개시된 임의의 유리 물품을 포함할 수 있다.
실시예
다양한 관점을 보다 쉽게 이해할 수 있도록, 본 명세서에 설명된 유리 조성물의 다양한 관점을 예시하기 위한 다음 실시예에 대한 참조가 이루어진다.
표 1은 유리 조성물(mol% 단위) 및 유리 조성물의 각 특성을 보여준다. 유리 물품은 비교예 유리 조성물 C1-C7 및 실시예 유리 조성물 E1-E7을 갖는 것으로 형성된다.
표 1에 표시된 바와 같이, B2O3, P2O5 및/또는 K2O를 포함하는 본 명세서에 기술된 유리 조성물은 상대적으로 낮은 영률을 가지므로, 그로부터 형성된 유리 물품은 상대적으로 더 타이트한 벤딩에 도입될 수 있다.
이제 표 2를 참조하면, 길이 2.54cm, 폭 2.54cm, 두께 1mm를 갖는 비교예 유리 조성물 C1 및 실시예 유리 조성물 E1-E7로부터 형성된 유리 제품들은 열거된 시간 기간 동안 410℃에서 100 wt% KNO3로 구성된 용융 염욕에 침지되었다. 표 2에 열거된 압축 응력 CS 및 압축 깊이 DOC 값은 FSM으로 측정되었다. 각 유리 물품에 대해 표 2에 열거된 피크 CS/E는 용융 염욕에 침지된 후 유리 물품에 의해 달성된 가장 높은 CS(즉, 표 2에서 열거된 주어진 유리에 대한 가장 높은 CS)를 유리 물품을 형성하는 데 사용된 유리 조성물의 영률로 나눈 값이다.
표 2에 도시된 바와 같이, 실시예 유리 조성물 E1-E7로 형성된 유리 물품은 더 짧은 기간에 비교예 유리 조성물 1로 형성된 유리 물품의 피크 CS/E와 유사하거나 더 큰 피크 CS/E를 달성할 수 있었다. 표 2에 표시된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 저-모듈러스 유리 조성물로부터 형성된 유리 물품은 상대적으로 높은 CS/E 비를 부여하기 위해 상대적으로 짧은 기간에 이온 교환될 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 실시예 유리 조성물 E1으로부터 형성된 유리 물품이 410℃에서 100 wt% KNO3로 구성된 용융 염욕에 도입된 후의 √t 대 DOC의 플롯이 도시된다. 다시 식 (1)을 참조하면, 기울기, y=29.487x는 √(4D)의 값을 제공하며, DOC가 0.2*L(L은 유리 물품의 두께임)에 도달하는 데 필요한 이온 교환 시간을 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 20㎛의 DOC를 달성하기 위해, 100㎛의 두께를 갖는 실시예 유리 조성물 E1으로부터 형성된 유리 물품은 0.46 시간(또는 √t=0.68) 동안 이온 교환될 필요가 있다.
이제 도 8을 참조하면, 실시예 유리 조성물 E1으로부터 형성된 유리 물품이 410℃에서 100 wt% KNO3로 구성된 용융 염욕에 도입된 후의 t 대 CS의 플롯이 도시된다. 양의 및 음의 기울기 영역 모두에서, tiox 대 CS를 선형적으로 외삽함으로써, 이온 교환 시간으로부터 CS가 추정될 수 있으며, 이는 정의된 두께에 대해 비활성화된(disable) DOC(즉, 두께의 20%에서)를 제공할 수 있다.
예를 들어, 도 7로부터, 20 ㎛의 DOL을 달성하기 위해, 100 ㎛의 두께를 갖는 실시예 유리 조성물 E1으로부터 형성되는 유리 물품이 0.46 시간 동안 이온 교환될 필요가 있다고 결정될 수 있다(또는 √t=0.68). 도 8로부터, tiox가 0.46 시간과 동일할 때, CS가 대략 870 MPa일 것이라고 결정될 수 있다.
이제 표 3을 참조하여, 열거된 두께 및 벤딩 반경 R을 갖는 표 1에 나타난 조성물들로부터 형성된 유리 물품들에 대한 이온 교환 응력, 벤딩 유도 인장 응력, 및 순 응력의 플롯들(예컨대 도 3 참조)이 생성되었다. 피크 압축 응력 CS, 최대 중심 장력 CTmax, 유효 압축 깊이 DOC(즉, 응력 = 0인 곳), 및 응력 강도 KI = 0.5 MPa·m0.5에 대한 결함 깊이가 표 3에 보고된다. 최대 CTMax 값은 순 응력의 최대값이다(예컨대, 도 3의 (C)의 최대값). 피크 압축 응력 CS 값은 일반적으로 1mm 두께 유리 물품에서 0.05 mm(즉 50㎛) 두께 유리 물품으로 갈수록 10% 내지 20% 감소한다. 응력 강도 KI는 식 4를 이용하여 계산되었다.
* "NA"는 유효 DOC가 0 보다 더 작음을 의미한다(즉, 볼록 표면이 장력을 받고 있음).
표 3에 도시된 바와 같이, 실시예 유리 조성물 E1-E7로 형성된 유리 물품은 비교예 유리 조성물 C1으로 형성된 유리 물품에 비해 상대적으로 감소된 CTmax를 가졌고, 이는 벤딩 시 유리 물품의 작은 조각으로의 파편화를 방지한다.
상대적으로 감소된 CTmax를 갖는 것 외에도, 일부 유리 물품은 응력 강도 KI = 0.5 MPa·m0.5에 대한 결함 깊이에서 입증된 바와 같이, 비교예 유리 조성물 C1으로부터 형성되는 유리 물품에 비해 상대적으로 더 큰 결함 크기를 견딜 수 있었고, 이는 균열 성장 및 유리 파손을 방지한다. 100 ㎛의 두께 및 4.97 mm의 벤딩 반경 R에서, 실시예 유리 조성물 E1, E2, 및 E5-E7로부터 형성되는 유리 물품은 비교예 유리 조성물 C1으로부터 형성되는 유리 물품보다 더 큰 결함 크기를 견딜 수 있는 동시에, 상대적으로 감소된 중심 장력 CTmax를 가졌다. 75 ㎛의 두께 및 4.14 mm의 벤딩 반경 R에서, 실시예 유리 조성물 E2, E5 및 E7로부터 형성되는 유리 물품은 비교예 유리 조성물 C1으로부터 형성되는 유리 물품보다 더 큰 결함 크기를 견딜 수 있는 동시에, 상대적으로 감소된 중심 장력 CTmax를 가졌다. 50 ㎛의 두께 및 3.32 mm의 벤딩 반경 R에서, 실시예 유리 조성물 E1, E2, E6 및 E7로부터 형성되는 유리 물품은 비교예 유리 조성물 C1으로부터 형성되는 유리 물품보다 더 큰 결함 크기를 견딜 수 있는 동시에, 상대적으로 감소된 중심 장력 CTmax를 가졌다. 35 ㎛의 두께 및 2.49 mm의 벤딩 반경 R에서, 실시예 유리 조성물 E2 및 E7로부터 형성되는 유리 물품은 비교예 유리 조성물 C1으로부터 형성되는 유리 물품보다 더 큰 결함 크기를 견딜 수 있는 동시에, 상대적으로 감소된 중심 장력 CTmax를 가졌다.
이제 표 4를 참조하여, 2.54 cm의 길이, 2.54 cm의 폭, 및 1 mm의 두께를 갖는 비교예 유리 조성물 C1 및 실시예 유리 조성물 E1-E7로부터 형성된 유리 물품은 유리 물품이 30 ㎛의 압축의 깊이 DOC를 얻을 때까지 410℃에서 100 wt% KNO3로 구성된 용융 염욕에 침지되었다. 표 4에 열거된 압축 응력 CS 및 압축의 깊이 DOC 값들은 FSM에 의해 측정되었다.
실시예 C1 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7
CS (MPa) 961 849 910 904 942 990 975 882
DOC (㎛) 30 30 30 30 30 30 30 30
시간
(시간)		 3.4 1.0 0.9 0.2 0.3 0.4 0.4 1.7
CS/E 13.5 13.4 14.0 13.4 13.8 14.4 14.8 14.0
표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 유리 조성물 E1-E7로부터 형성된 유리 물품은 비교예 유리 조성물 C1으로부터 형성된 유리 물품 보다 더 짧은 시간 내에 30 ㎛의 압축의 깊이 DOC 값을 달성할 수 있었다. 더 짧은 이온-교환 시간은 유리에 부여된 압축 응력 CS가 완화되는 시간이 짧다는 것을 의미한다. 따라서, 실시예 유리 조성물 E2 및 E4-E7로부터 형성된 유리 물품은 30 ㎛의 압축의 깊이 DOC에서 비교예 유리 조성물 C1보다 더 높은 CS/E 비를 달성했다. 표 4에 나타난 바와 같이, 본 명세서에 기술된 저-모듈러스 유리 조성물로부터 형성된 유리 물품은 상대적으로 짧은 시간 내에 이온 교환되어 상대적으로 높은 압축 응력을 부여할 수 있고, 이에 의해 상대적으로 높은 CS/E 비를 얻을 수 있다.
당업자에게는 청구된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 명세서에 기재된 관점들에 대한 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서는 그러한 수정 및 변형이 첨부된 청구항 및 이의 균등물의 범위 내에 있다면 본원에 기술된 다양한 관점들의 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.

Claims (19)

  1. 유리 조성물로서,
    40 mol% 이상 57 mol% 이하의 SiO2;
    15 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3;
    0 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3;
    0 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5;
    14 mol% 이상 17 mol% 이하의 Na2O;
    0 mol% 이상 7 mol% 이하의 K2O; 및
    0 mol% 이상 3 mol% 이하의 Li2O를 포함하고,
    여기서 R2O/Al2O3는 0.8 이상이고, 여기서 R2O는 Na2O, K2O, 및 Li2O의 합이며; 및
    B2O3 + P2O5 + K2O는 3 mol% 이상 25 mol% 이하인, 유리 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    B2O3 + P2O5 + K2O는 5 mol% 이상 23 mol% 이하인, 유리 조성물.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 유리 조성물은 8 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3를 포함하는, 유리 조성물.
  4. 청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 0 mol% 이상 2 mol% 이하의 P2O5를 포함하는, 유리 조성물.
  5. 청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 2 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5를 포함하는, 유리 조성물.
  6. 청구항 1-5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 0.5 mol% 이상 6.5 mol% 이하의 K2O를 포함하는, 유리 조성물.
  7. 청구항 1-6 중 어느 한 항에 있어서,
    (R2O + P2O5)/Al2O3는 0.9 이상 1.5 이하인, 유리 조성물.
  8. 청구항 1-7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 5 mol% 이하의 RO를 포함하고, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO, 및 BaO의 합인, 유리 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 조성물은
    40 mol% 이상 56 mol% 이하의 SiO2;
    8 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3;
    0 mol% 이상 2 mol% 이하의 P2O5; 및
    5 mol% 이하의 RO를 포함하고, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO, 및 BaO의 합이며, 여기서
    R2O/Al2O3는 0.9 이상인, 유리 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 조성물은
    17.3 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3;
    2 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5; 및
    1 mol% 이하의 RO를 포함하고, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO, 및 BaO의 합이며, 여기서
    (R2O + P2O5)/Al2O3는 0.9 이상 1.5 이하인, 유리 조성물.
  11. 이온 교환 유리 물품으로서,
    40 mol% 이상 57 mol% 이하의 SiO2;
    15 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3;
    0 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3;
    0 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5;
    14 mol% 이상 17 mol% 이하의 Na2O;
    0 mol% 이상 7 mol% 이하의 K2O; 및
    0 mol% 이상 3 mol% 이하의 Li2O를 포함하며, 여기서
    R2O/Al2O3는 0.8 이상이고, 여기서 R2O는 Na2O, K2O, 및 Li2O의 합이며;
    B2O3 + P2O5 + K2O는 3 mol% 이상 25 mol% 이하이며; 및
    이온 교환되기 전의, 유리 물품의 영률은 40 GPa 이상 70 GPa 이하인, 이온 교환 유리 물품.
  12. 청구항 11에 있어서,
    유리 물품의 피크 압축 응력은 500 MPa 이상 1100 MPa 이하이며;
    (i) 유리 물품의 두께는 35 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하이고 유리 물품의 압축의 깊이는 5㎛ 이상 40㎛ 이하; 및 (ii) 유리 물품의 압축의 깊이는 유리 물품의 두께의 5% 이상 20% 이하 중 하나이며; 및
    유리 물품의 최대 중심 장력은 250 MPa 이상 650 MPa 이하인, 이온 교환 유리 물품.
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서,
    유리 물품의 영률에 대한 피크 압축 응력의 비는 13 이상인, 이온 교환 유리 물품.
  14. 청구항 11-13 중 어느 한 항에 있어서,
    유리 물품이 6 mm의 플래튼(platen) 간격으로 벤딩될 때, 벤딩된 유리 물품의 최대 중심 장력은 35 ㎛의 물품의 두께에서 350 MPa 이상 475 MPa 이하인, 이온 교환 유리 물품.
  15. 소비자 전자 장치로서,
    전면, 후면, 및 측면을 갖는 하우징;
    하우징 내에 적어도 부분적으로 제공되는 전기 부품, 상기 전기 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 하우징의 전면에 또는 이에 인접하여 제공되며; 및
    상기 디스플레이 위에 배치되는 청구항 11-14 중 어느 한 항의 유리 물품을 포함하는, 소비자 전자 장치.
  16. 유리 물품을 강화하는 방법으로서,
    상기 방법은
    유리 물품을 이온 교환 용액에 침지하는 단계, 상기 유리 물품은
    40 mol% 이상 57 mol% 이하의 SiO2;
    15 mol% 이상 30 mol% 이하의 Al2O3;
    0 mol% 이상 10 mol% 이하의 B2O3;
    0 mol% 이상 10 mol% 이하의 P2O5;
    14 mol% 이상 17 mol% 이하의 Na2O;
    0 mol% 이상 7 mol% 이하의 K2O; 및
    0 mol% 이상 3 mol% 이하의 Li2O를 포함하고, 여기서
    R2O/Al2O3는 0.8 이상이고, 여기서 R2O는 Na2O, K2O, 및 Li2O의 합이며; 및
    B2O3 + P2O5 + K2O는 3 mol% 이상 25 mol% 이하이며;
    유리 물품의 표면으로부터 압축의 깊이로 연장하고, 500 MPa 내지 1100 MPa 범위의 피크 압축 응력 값을 포함하는 압축 응력 층을 달성하기 위해, 상기 유리 물품을 350℃ 이상 480℃ 이하의 온도에서 0.1 시간 이상 2 시간 이하의 시간 동안 이온 교환 용액에서 이온 교환하는 단계를 포함하는, 유리 물품을 강화하는 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    유리 물품의 두께는 35㎛ 이상 200㎛ 이하이고, 유리 물품의 압축의 깊이는 5㎛ 이상 40㎛ 이하이고; 및
    유리 물품의 최대 중심 장력은 250 MPa 이상 650 MPa 이하인, 유리 물품을 강화하는 방법.
  18. 청구항 16 또는 17에 있어서,
    상기 유리 물품의 영률은, 이온 교환되기 전에, 40 GPa 이상 70 GPa 이하이고, 유리 물품의 영률에 대한 피크 압축 응력의 비는 13 이상인, 유리 물품을 강화하는 방법.
  19. 청구항 16-18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품이 6 mm의 플래튼 간격으로 벤딩될 때, 벤딩된 유리 물품의 최대 중심 장력은 35 ㎛의 물품의 두께에서 350 MPa 이상 475 MPa 이하인, 유리 물품을 강화하는 방법.
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