KR20240052949A

KR20240052949A - 결정화 유리

Info

Publication number: KR20240052949A
Application number: KR1020247008095A
Authority: KR
Inventors: 노조무 오다
Original assignee: 가부시키가이샤 오하라
Priority date: 2021-09-13
Filing date: 2022-07-12
Publication date: 2024-04-23
Also published as: JP7460586B2; WO2023037760A1; TW202319358A; JP2023041251A; CN117940387A

Abstract

본 발명의 목적은 강도가 높고 투명한 결정화 유리를 제공하는 데 있다. 산화물 환산 질량%로, SiO₂ 성분을 40.0 내지 55.0%, Al₂O₃ 성분을 10.0 내지 30.0%, MgO 성분을 10.0 내지 30.0%, TiO₂ 성분을 5.0 내지 15.0%, Na₂O 성분을 0 초과 내지 8.0% 함유하고, 비커스 경도(Hv)가 700 이상이며, 1 mm 두께의 시료에 대하여 400 nm에서의 분광 투과율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 결정화 유리가 제공된다.

Description

결정화 유리

본 발명은 신규한 조성을 갖는 투명한 결정화 유리에 관한 것이다.

종래, 유리는 스마트 폰, 태블릿형　PC　등의 휴대 전자 기기에 디스플레이를 보호하기 위한 커버 유리로서, 또한, 차량 탑재용 광학 기기에 렌즈를 보호하기 위한 프로텍터로서 사용되어 왔다. 또한, 최근, 전자 기기의 외장이 되는 하우징 등으로의 이용도 요구되고 있다. 그리고, 이러한 기기가 가혹한 사용에 견딜 수 있도록, 높은 강도를 갖는 재료에 대한 요구가 강해지고 있다. 또한, 이러한 용도로서, 높은 강도를 유지하면서 투과율이 높은 재료가 요구되고 있다.

유리의 강도를 높인 것으로서, 결정화 유리가 있다. 결정화 유리는 유리 내부에 결정을 석출시킨 것으로, 유리보다 기계적 강도가 우수하다.

특허문헌 1에는 정보 자기 기록 매체용 결정화 유리 기판의 재료 조성이 개시되어 있다. 특허문헌 1에는 엔스타타이트 등의 결정상을 갖는 유리 세라믹 기판이, 고속 회전에 부합하는 고영률을 가지며 정보 자기 기록 매체에 적합하다는 것이 기재되어 있다.

본 발명자들은 일본 특허 출원 제2020-134653호에서 신규한 유리를 출원하고 있다. 이 유리는 결정화와 화학 강화가 가능하며, 이들에 의해 기계적 강도를 높일 수 있다. 그러나, 이 출원의 실시예에서 얻어지는 결정화 유리의 기계적 강도를 유지하면서 투과율이 더욱 좋고 투명성이 높은 결정화 유리가 요구되는 용도가 요망된다.

일본 특허 공개 제2001-048581호

본 발명의 목적은 강도가 높고 투명한 결정화 유리를 제공하는 데 있다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 소정의 조성을 갖는 유리를 소정의 조건에서 결정화시킨 결정화 유리는 투과율이 높고 또한 경도도 높으며, 화학 강화함으로써 더욱 경도를 높일 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명의 내용을 구체적으로 이하에 나타낸다.

(1) 산화물 환산 질량%로,

SiO₂ 성분을 40.0 내지 55.0%,

Al₂O₃ 성분을 10.0 내지 30.0%,

MgO 성분을 10.0 내지 30.0%,

TiO₂ 성분을 5.0 내지 15.0%,

Na₂O 성분을 0 초과 내지 8.0%

함유하고, 비커스 경도(Hv)가 700 이상이며, 1 mm 두께의 시료에 대하여 400 nm에서의 분광 투과율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는, 결정화 유리.

(2) 산화물 환산 질량%로,

B₂O₃ 성분을 0 내지 5.0%,

P₂O₅ 성분을 0 내지 5.0%,

LiO₂ 성분을 0 내지 4.0%,

K₂O 성분을 0 내지 5.0%,

CaO 성분을 0 내지 5.0%,

SrO 성분을 0 내지 5.0%,

BaO 성분을 0 내지 5.0%,

ZnO 성분을 0 내지 5.0%,

ZrO₂ 성분을 0 내지 8.0%,

Sb₂O₃ 성분을 0 내지 2.0%

함유하는 (1)에 기재된 결정화 유리.

(3) 입경이 1 nm 내지 50 nm인 입상 미세결정을 포함하는 (1) 또는 (2)에 기재된 결정화 유리.

(4) 표면에 압축 응력층을 갖는 강화 유리인 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 결정화 유리.

본 발명에 따르면, 강도가 높고 투명한 결정화 유리를 얻을 수 있다.

본 발명의 결정화 유리 또는 강화된 결정화 유리는 높은 강도와 투명성을 활용하여 기기의 보호 부재 등에 사용할 수 있다. 스마트폰의 커버 유리나 하우징, 태블릿형 PC나 웨어러블 단말기 등의 휴대 전자 기기의 부재로서 이용하거나, 자동차나 비행기 등의 수송 기체에서 사용되는 보호 프로텍터나 헤드 업 디스플레이용 기판 등의 부재로서 이용 가능하다. 또한, 기타 전자 기기나 기계 기구류, 건축 부재, 태양광 패널용 부재, 프로젝터용 부재, 안경이나 시계용 커버 유리(방풍) 등에 사용 가능하다.

도 1은 실시예 4에서 얻어진 결정화 유리의 결정상의 TEM 사진이다.
도 2는 실시예 4에서 얻어진 결정화 유리의 결정상의 전자 회절 패턴이다.
도 3은 비교예 1에서 얻어진 결정화 유리의 결정상의 TEM 사진이다.
도 4는 비교예 1에서 얻어진 결정화 유리의 결정상의 전자 회절 패턴이다.
도 5는 실시예 4 및 비교예 1에서 얻어진 1 mm 두께의 결정화 유리 기판의 파장에 대한 투과율을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대하여 상세하게 설명하나, 본 발명은 이하의 실시 형태 및 실시예에 전혀 한정되지 않으며, 본 발명의 목적 범위 내에서 적절히 변경을 가하여 실시할 수 있다.

결정화 유리는 유리를 열처리함으로써 유리 내부에 결정을 석출시켜 얻을 수 있다. 일반적으로, 결정화 유리의 결정상은 X선 회절 분석의 X선 회절 도형에서 나타나는 피크의 각도 및 필요에 따라 전자 회절법을 사용하여 판별된다.

본 발명의 결정화 유리는, 예를 들어, 결정상으로서, (Mg,Ti)O, MgAl₂Si₂O₈, MgSiO₃, MgTi₂O₅, Mg₂SiO₄, Na₂TiSiO₅, MgAl₂O₄, Mg₂Al₂Si₃O₁₂ 또는 이의 고용체를 포함한다.

이러한 결정은, 입경의 하한은 1 nm 이상인 것이 바람직하고, 입경의 상한은 50 nm 이하, 보다 바람직하게는 30 nm 이하, 더욱 바람직하게는 20 nm 이하인 입상 미세결정을 포함한다.

유리 및 결정화 유리(이하, 간단히 유리라고도 함)의 구성 성분의 함유량의 기재에 있어서, “산화물 환산 질량%”란, 유리 구성 성분이 모두 분해되어 산화물로 변화한다고 가정한 경우에, 당해 산화물의 총량을 100 질량%로 했을 때의 유리 중에 함유되는 각 성분의 산화물 양을, 질량%로 표기한 것이다. 본 명세서에 있어서, 각 성분의 함유량은 특별히 언급하지 않는 경우 “산화물 환산 질량%”로 표시한다.

본 명세서에 있어서, A 내지 B%는 A% 이상 B% 이하를 나타낸다. 또한, “0 내지 C%를 함유한다”에서 0은 함유량이 0%인 것을 의미한다.

이하, 구체적으로, 본 발명의 유리를 구성하는 각 성분의 조성 범위를 설명한다.

SiO₂ 성분은 유리 망목 구조를 형성하는 필수 성분이다. SiO₂ 성분의 함유량은 예를 들어 40.0% 이상, 41.0% 이상 또는 42.0% 이상을 하한으로 할 수 있다. SiO₂ 성분의 함유량은 예를 들어 55.0% 이하, 50.0% 이하, 49.0% 이하 또는 48.0% 이하를 상한으로 할 수 있다.

Al₂O₃ 성분은 SiO₂과 마찬가지로 유리 망목 구조를 형성하고, 결정화 전의 유리의 열처리에 의해 결정상을 구성하는 성분이 될 수 있는 필수 성분이다. 또한, 기계적 강도의 향상에 기여하는 성분이다. Al₂O₃ 성분의 함유량은 예를 들어 10.0% 이상, 13.5% 이상 또는 15.0% 이상을 하한으로 할 수 있다. Al₂O₃ 성분의 함유량은 예를 들어 30.0% 이하, 25.0% 이하 또는 23.0% 이하를 상한으로 할 수 있다.

MgO 성분은 결정상을 구성할 수 있는 성분 중 하나이며, 필수 성분이다. 또한, 기계적 강도의 향상에 기여하는 성분이다. MgO 성분의 함유량은 예를 들어 10.0% 이상, 13.5% 이상 또는 15.0% 이상을 하한으로 할 수 있다. MgO 성분의 함유량은 예를 들어 30.0% 이하, 25.0% 이하 또는 23.0% 이하를 상한으로 할 수 있다.

TiO₂ 성분은 결정을 석출시키기 위한 핵 형성 역할을 하는 필수 성분이다. 또한, 기계적 강도의 향상에 기여하는 성분이다. TiO₂ 성분의 함유량은 예를 들어 5.0% 이상, 6.0% 이상 또는 7.0% 이상을 하한으로 할 수 있다. TiO₂ 성분의 함유량은 예를 들어 15.0% 이하, 14.0% 이하 또는 13.0% 이하를 상한으로 할 수 있다.

Na₂O 성분은 화학 강화에 관여하고 기계적 강도의 향상에 기여하는 필수 성분이다. Na₂O 성분의 함유량은 예를 들어 0% 초과, 0.5% 이상, 1.0% 이상, 2.0% 이상 또는 3.0% 이상을 하한으로 할 수 있다.

Na₂O 성분을 8.0% 이하로 하면, 유리가 실투, 분상 또는 불균일화되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, Na₂O 성분의 함유량은 예를 들어 8.0% 이하, 6.0% 이하, 5.0% 이하 또는 4.5% 이하를 상한으로 할 수 있다.

B₂O₃ 성분, P₂O₅ 성분은 임의 성분으로서 첨가할 수 있다. 임의 성분이란, 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있는 성분이다. 함유량은 0% 이상으로 할 수 있다.

이들 성분의 함유량은 각각 예를 들어 5.0% 이하, 3.0% 이하 또는 2.0% 이하를 상한으로 할 수 있다. B₂O₃ 성분의 함유량을 0 내지 2.0% 미만 또는 0 내지 1.0%로 할 수도 있다.

Li₂O 성분은 화학 강화에 관여하고 기계적 강도의 향상에 기여하는 임의 성분이다.

Li₂O 성분을 4.0% 이하로 하면, 유리가 실투, 분상 또는 불균일화되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, Li₂O 성분의 함유량은 예를 들어 4.0% 이하, 3.0% 이하, 2.0% 이하 또는 1.0% 이하를 상한으로 할 수 있다.

Na₂O 성분과 Li₂O 성분은 모두 화학 강화에 관여하지만, 합계 함유량을 5.0% 이하로 하면, 실투성이 나빠지는 것을 억제할 수 있으므로, 합계 함유량은 5.0% 이하가 바람직하고, 4.0% 이하가 보다 바람직하다.

K₂O 성분, CaO 성분, SrO 성분, BaO 성분 및 ZnO 성분은 임의 성분으로서 첨가할 수 있다. 이들 성분의 함유량은 각각 예를 들어 5.0% 이하, 3.0% 이하 또는 2.0% 이하를 상한으로 할 수 있다.

특히, CaO 성분, SrO 성분에 대해서는, 0%를 초과하여 함유한 경우에는 기계적 강도의 향상을 위하여 바람직하게는 0% 초과, 보다 바람직하게는 0.5% 이상을 하한으로 할 수 있다.

ZrO₂ 성분은 결정을 석출시키기 위한 핵 형성 역할을 할 수 있는 임의 성분이다. ZrO₂ 성분의 함유량은 예를 들어 8.0% 이하, 5.0% 이하 또는 3.0% 이하를 상한으로 할 수 있다.

유리는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 Gd₂O₃성분, TeO₂성분, FeO 성분, La₂O₃성분, Y₂O₃성분, Nb₂O₅성분, Ta₂O₅성분, WO₃성분을 임의 성분으로 할 수 있다. 각각의 성분의 함유량은 0 내지 2.0% 또는 0.5 내지 1.0%로 할 수 있다.

유리는 청징제로서 Sb₂O₃ 성분, SnO₂ 성분 및 CeO₂ 성분으로부터 선택되는 1 이상을 0 내지 2.0%, 바람직하게는 0.005 내지 1.0%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5% 포함할 수 있다.

Pb, Th, Cd, Tl, Os, Be 및 Se의 각 성분은, 최근 유해한 화학 물질로서 사용을 삼가하는 경향이 있기 때문에, 이들을 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다.

상기 배합량은 적절히 조합할 수 있다.

SiO₂ 성분, Al₂O₃ 성분, MgO 성분, TiO₂ 성분 및 Na₂O 성분을 합계하여 80.0% 이상, 85.0% 이상, 90.0% 이상, 92.0% 이상 또는 95.0% 이상으로 할 수 있다.

본 발명의 강화 결정화 유리는 그 표면에 압축 응력층을 갖는다. 최외측 표면을 깊이 제로라고 하면, 최외측 표면의 압축 응력(표면 압축 응력)이 CS이다. 압축 응력이 0 MPa일 때의 압축 응력층의 깊이를 DOLzero로 한다.

표면에 압축 응력층을 형성함으로써 크랙의 확장을 억제하고 기계적 강도를 높일 수 있다. 압축 응력층의 표면 압축 응력값(CS)은 200 MPa 이상이 바람직하고, 350 MPa 이상이 보다 바람직하고, 450 MPa 이상이 더욱 바람직하다. CS의 상한은 예를 들어 1000 MPa 이하 또는 900 MPa 이하로 할 수 있다.

중심 인장 응력(CT)은 3 MPa 이상이 바람직하고, 4 MPa 이상이 보다 바람직하고, 10 MPa 이상이 더욱 바람직하다. CT의 상한은 예를 들어 60 MPa 이하 또는 50 MPa 이하로 할 수 있다.

압축 응력층이 깊으면, 표면에 깊은 크랙이 발생해도 크랙이 확장되거나, 기판이 깨지거나 하는 것을 억제할 수 있다. 압축 응력층의 깊이(DOLzero)는 4 μｍ 이상이 바람직하고, 5 μｍ 이상이 보다 바람직하고, 10 μｍ 이상이 더욱 바람직하다. 상한은 예를 들어 80 μｍ 이하 또는 60 μｍ 이하로 할 수 있다.

유리 기판의 두께의 하한은 예를 들어 0.10 mm 이상, 0.20 mm 이상 또는 0.40 mm 이상으로 할 수 있다. 유리 기판의 두께의 상한은 예를 들어 10.00 mm 이하, 5.00 mm 이하, 1.00 mm 이하, 0.90 mm 이하 또는 0.80 mm 이하로 할 수 있다.

결정화 유리 또는 강화 결정화 유리는 실시예에서 측정한 비커스 경도(Hv)가 바람직하게는 700 이상, 보다 바람직하게는 800 이상이다. 이러한 내충격성을 가짐으로써, 보호 부재로서 사용했을 때에 낙하 시의 충격에 견딜 수 있다.

결정화 유리 또는 강화 결정화 유리는, 400 nm의 분광 투과율이 바람직하게는 50.00% 이상, 보다 바람직하게는 60.00% 이상, 가장 바람직하게는 70.00% 이상인 것이 바람직하다.

결정화 유리 또는 강화 결정화 유리는 가시광 투과율, 특히 가시광 중 단파장측의 광의 투과율이 높고, 그에 따라 착색이 적은 것이 바람직하다.

본 발명의 결정화 유리 또는 강화 결정화 유리의 두께 1 mm의 샘플에서 분광 투과율 80%를 나타내는 가장 짧은 파장(λ80)은, 바람직하게는 500 nm 이하, 보다 바람직하게는 480 nm 이하, 더욱 바람직하게는 450 nm 이하를 상한으로 한다. 분광 투과율 80%를 나타내는 가장 짧은 파장(λ80)은 예를 들어 200 nm 이상 또는 300 nm 이상을 하한으로 할 수 있다.

본 발명의 결정화 유리 또는 강화 결정화 유리의 두께 1 mm의 샘플에서 분광 투과율 5%를 나타내는 가장 짧은 파장(λ5)은, 바람직하게는 400 nm 이하, 보다 바람직하게는 380 nm 이하, 더욱 바람직하게는 350 nm 이하를 상한으로 한다. 분광 투과율 5%를 나타내는 가장 짧은 파장(λ5)은 예를 들어 150 nm 이상 또는 200 nm 이상을 하한으로 할 수 있다.

본 발명의 유리 및 결정화 유리는 예를 들어 이하의 방법으로 제조할 수 있다.

원료를 균일하게 혼합하여 제작한 혼합물을 용융, 교반함으로써 균질화한 후에, 성형, 서냉함으로써, 유리를 제조한다. 이어서, 이러한 유리를 결정화하여 결정화 유리를 제작한다. 또한 결정화 유리를 모재로 하여 화학 강화하면 강화 결정화 유리를 형성할 수 있다.

유리는 열처리하여 유리 내부에 결정을 석출시킨다. 이러한 열처리는 1단계일 수도 있고 2단계의 온도로 열처리할 수도 있다. 결정화 유리가 백탁되어 투과율이 저하되지 않도록 결정화 온도와 시간을 조정한다.

2단계 열처리에서는 먼저 제1 온도로 열처리함으로써 핵 형성 공정을 행하고, 이러한 핵 형성 공정 후에, 핵 형성 공정보다 높은 제2 온도로 열처리함으로써 결정 성장 공정을 행한다.

1단계 열처리에서는 1단계의 온도로 핵 형성 공정과 결정 성장 공정을 연속적으로 행한다. 통상, 소정의 열처리 온도까지 승온하고, 당해 열처리 온도에 도달한 후에 일정 시간 그 온도를 유지하고, 그 후, 강온한다.

1단계의 온도로 열처리하는 경우, 예를 들어 열처리 온도가 600℃ 내지 750℃일 때, 열처리 온도에서의 유지 시간은 30분 내지 500분이 바람직하고, 60분 내지 400분이 보다 바람직하다. 예를 들어, 열처리 온도가 750℃를 초과할 때, 열처리 온도에서의 유지 시간은 30분 미만이 바람직하다.

압축 응력층 형성 방법으로는, 예를 들어 결정화 유리 기판의 표면층에 존재하는 알칼리 성분을, 그것보다 이온 반경이 큰 알칼리 성분과 교환 반응시켜 표면층에 압축 응력층을 형성하는 화학 강화법이 있다. 또한, 결정화 유리 기판을 가열하고, 그 후 급냉하는 열 강화법, 결정화 유리 기판의 표면층에 이온을 주입하는 이온 주입법이 있다.

화학 강화법은 예를 들어 다음과 같은 공정으로 실시할 수 있다. 결정화 유리를, 칼륨 또는 나트륨을 함유하는 염, 예를 들어 질산칼륨(KNO₃), 질산나트륨(NaNO₃) 또는 그 혼합염 또는 복합염의 용융염에 접촉 또는 침지시킨다. 이러한 용융염에 접촉 또는 침지시키는 처리(화학 강화 처리)는 1단계일 수도 있고 2단계로 처리할 수도 있다.

예를 들어 2단계 화학 강화 처리의 경우, 첫 번째로 350℃ 내지 550℃로 가열한 나트륨염 또는 칼륨과 나트륨의 혼합염에 1 내지 1440분 접촉 또는 침지시킨다. 계속하여 두 번째로 350℃ 내지 550℃로 가열한 칼륨염 또는 칼륨과 나트륨의 혼합염에 1 내지 1440분 접촉 또는 침지시킨다.

1단계 화학 강화 처리의 경우, 350℃ 내지 550℃로 가열한 칼륨 또는 나트륨을 함유하는 염, 또는 그 혼합염에 1 내지 1440분, 바람직하게는 90 내지 600분 접촉 또는 침지시킨다.

열 강화법에 대해서는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 결정화 유리를 300℃ 내지 600℃로 가열한 후에, 수냉 및/또는 공냉 등의 급속 냉각을 실시함으로써, 결정화 유리 기판의 표면과 내부의 온도차에 의해 압축 응력층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 화학 처리법과 조합함으로써, 압축 응력층을 더 효과적으로 형성할 수도 있다.

이온 주입법에 대해서는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 결정화 유리(모재) 표면에 임의의 이온을 모재 표면이 파괴되지 않을 정도의 가속 에너지, 가속 전압으로 충돌시킴으로써 모재 표면에 이온을 주입한다. 그 후 필요에 따라 열처리를 행함으로써, 다른 방법과 마찬가지로 표면에 압축 응력층을 형성할 수 있다.

실시예

실시예 1 내지 6, 비교예 1, 2

1. 유리와 결정화 유리의 제조

유리의 각 성분의 원료로서 각각 상당하는 산화물, 수산화물, 탄산염, 질산염, 불화물, 염화물, 메타 인산 화합물 등의 원료를 선정하고, 이들 원료를 표 1에 기재된 조성(질량%)이 되도록 칭량하여 균일하게 혼합하였다.

이어서, 혼합한 원료를 백금 도가니에 투입하고, 유리 조성의 용융 난이도에 따라 전기로에서 1300℃ 내지 1540℃의 온도 범위에서 용융하였다. 그 후, 용융한 유리를 교반하여 균질화한 후에 금형에 주입하고, 서냉하여 유리를 제작하였다.

얻어진 유리에 대하여, 표 1에 나타내는 결정화 온도로 1단계 열처리를 실시하여, 결정화 유리를 제작하였다. 실시예 1 내지 6에서는 750℃에서 360분 유지하고, 비교예 1, 2에서는 800℃에서 360분 유지하였다. 실시예 1 내지 6의 결정화 유리는 투명하고, 비교예 1, 2의 결정화 유리는 백탁되어 있었다. 또한, 비교예 1, 2에서 사용한 유리는 실시예 1, 2와 동일한 조성이며, 비교예 1, 2는 실시예 1, 2와 결정화 온도만이 상이하다.

얻어진 실시예 4, 비교예 1의 결정화 유리에 대해서, TEM에 의해 결정의 유무를 확인하였다. 결정상의 확인에는 200kV-전계 방출형 투과 전자 현미경 JEM-2100F(니혼덴시제)를 사용하고, 관찰 시 가속 전압 200kV로 측정함으로써 행하였다. 실시예 4의 TEM 사진을 도 1에, 전자 회절 패턴을 도 2에 도시한다. 실시예 1 내지 6의 결정상으로서, (Mg,Ti)O가 포함되어 있는 것이 확인되었다. 비교예 1의 TEM 사진을 도 3에, 전자 회절 패턴을 도 4에 도시한다.

2. 결정화 유리의 화학 강화

제작한 결정화 유리를 절단 및 연삭하고, 실시예 1 내지 6 및 비교예 1, 2에 대해서는 두께가 1.00 mm가 되도록 대면 평행 연마하여 결정화 유리 기판을 얻었다.

실시예 1 내지 6 및 비교예 1, 2에서는 결정화 유리 기판을 KNO₃ 염욕에 500℃ 8시간(480분) 침지시키고, 화학 강화를 행하여 강화 결정화 유리를 얻었다.

3. 결정화 유리 및 강화 결정화 유리의 평가

결정화 유리 및 강화 결정화 유리에 대하여 이하의 평가를 실시하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(1) 비커스 경도 측정

결정화 유리(강화 전)와 강화 결정화 유리(강화 후)의 비커스 경도(Hv)를 표 2에 나타낸다. 비커스 경도는 대면각이 136°인 다이아몬드 사각추 압자를 사용하여, 시험면에 피라미드 형상의 오목부를 형성하였을 때의 하중을, 오목부의 길이로부터 산출한 표면적(mm²)으로 나눈 값으로 나타냈다. (주)시마즈 세이사꾸쇼 마이크로 비커스 경도계 HMV-G21D를 사용하고, 시험 하중 200gf, 유지 시간 15초로 측정하였다.

(2) 분광 투과율

일본 광학 유리 공업회 규격 JOGIS-02(2019) “광학 유리의 착색도 측정 방법”을 참고하여, 결정화 유리(강화 전)의 두께 1 mm의 대면 평행 연마 시료의 분광 투과율을 히타치 세이사꾸쇼제 분광 광도계 U-4100을 사용하여 측정하였다.

λ80 및 λ5는 분광 투과율 곡선에서 80% 및 5%의 투과율을 나타내는 파장(nm)이다.

실시예 1 내지 6의 결정화 유리는, 400 nm에서의 분광 투과율은 50% 이상이었다. 비교예 1, 2의 결정화 유리는 400 nm에서의 분광 투과율은 약 13%이었다.

도 5에, 실시예 4 및 비교예 1에서 얻어진 1 mm 두께의 결정화 유리 기판의 파장에 대한 투과율을 나타낸다.

(3) 결정 직경

입상 미세결정의 입경(직경)은 TEM 이미지로부터 구하였다. 실시예 4의 결정화 유리는 입경 5 내지 15 nm인 입상 미세결정을 포함하고 있었다. 비교예 1의 결정화 유리는 실시예 1 내지 6의 결정화 유리의 입경보다 크고, 입경 50 내지 100 nm인 입상 미세결정을 포함하고 있었다.

(4) 응력 측정

강화 결정화 유리 기판에 대하여 응력 측정을 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 표면 압축 응력값(CS)은 오리하라 세이사꾸쇼제 유리 표면 응력계 FSM-6000LE 시리즈를 사용하여 측정하였다. CS 측정에 있어서 사용되는 측정기의 광원은 596 nm 파장의 광원을 선택하였다. CS 측정에 사용하는 굴절률은 596 nm의 굴절률 값을 사용하였다. 또한, 파장 596 nm에서의 굴절률 값은 JIS B 7071-2:2018에 규정된 V블록법에 준하여 C선, d선, F선, g선의 파장에서의 굴절률의 측정값으로부터 2차 근사식을 사용하여 산출하였다.

CS 측정에 사용하는 596 nm의 광탄성 상수의 값은 파장 435.8 nm, 파장 546.1 nm, 파장 643.9 nm에서의 광탄성 상수의 측정값으로부터 2차 근사식을 사용하여 산출하였다.

압축 응력층의 깊이 DOLzero(μｍ) 및 중심 인장 응력(CT)은 산란광 광탄성 응력계 SLP-1000을 사용하여 측정하였다. DOLzero 및 CT 측정에 사용되는 측정 광원의 파장은 640 nm 파장의 광원을 선택하였다.

DOLzero 및 CT 측정에 사용하는 굴절률은 640 nm의 굴절률 값을 사용하였다. 또한, 파장 640 nm에서의 굴절률 값은 JIS B 7071-2:2018에 규정된 V블록법에 준하여 C선, d선, F선, g선의 파장에서의 굴절률의 측정값으로부터 2차 근사식을 사용하여 산출하였다.

DOLzero 및 CT 측정에 사용하는 640 nm의 광탄성 상수의 값은 파장 435.8 nm, 파장 546.1 nm, 파장 643.9 nm에서의 광탄성 상수의 측정값으로부터 2차 근사식을 사용하여 산출하였다.

표 2에 도시된 바와 같이, 실시예의 결정화 유리는, 비교예 1, 2의 결정화 유리가 백탁되어 있는 것에 비해 투명하였다. 결정화 유리는 화학 강화할 수 있고, 비커스 경도가 더욱 높아졌다.

Claims

산화물 환산 질량%로,
SiO₂ 성분을 40.0 내지 55.0%,
Al₂O₃ 성분을 10.0 내지 30.0%,
MgO 성분을 10.0 내지 30.0%,
TiO₂ 성분을 5.0 내지 15.0%,
Na₂O 성분을 0 초과 내지 8.0%
함유하고, 비커스 경도(Hv)가 700 이상이며, 1 mm 두께의 시료에 대하여 400 nm에서의 분광 투과율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는, 결정화 유리.
제1항에 있어서,
산화물 환산 질량%로,
B₂O₃ 성분을 0 내지 5.0%,
P₂O₅ 성분을 0 내지 5.0%,
LiO₂ 성분을 0 내지 4.0%,
K₂O 성분을 0 내지 5.0%,
CaO 성분을 0 내지 5.0%,
SrO 성분을 0 내지 5.0%,
BaO 성분을 0 내지 5.0%,
ZnO 성분을 0 내지 5.0%,
ZrO₂ 성분을 0 내지 8.0%,
Sb₂O₃ 성분을 0 내지 2.0%
함유하는, 결정화 유리.
제1항 또는 제2항에 있어서,
입경이 1 nm 내지 50 nm인 입상 미세결정을 포함하는, 결정화 유리.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
표면에 압축 응력층을 갖는 강화 유리인, 결정화 유리.