TW201638040A - 具有低軟化點的快速可離子交換的無硼玻璃 - Google Patents

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Abstract

鹼鋁矽酸鹽玻璃展現快速離子交換性能且具有低軟化點，而使玻璃得形成非平面三維形狀。玻璃含有少於約1莫耳%的氧化硼，在一些實施例中為實質無B2O3。另外，相較於Al2O3和P2O5，玻璃具有過量鹼金屬氧化物，以改善熔化行為和離子交換性能，同時仍達到夠低的軟化點而給予成形性。

Description

具有低軟化點的快速可離子交換的無硼玻璃
本申請案根據專利法法規主張西元2015年2月26日申請的美國臨時專利申請案第62/121018號的優先權權益，本申請案依賴該臨時申請案全文內容且該臨時申請案全文內容以引用方式併入本文中。
本發明係關於具低軟化點的鹼鋁矽酸鹽玻璃。更特別地，本發明係關於可離子交換且可形成三維形狀的玻璃。再特別地，本發明係關於具低軟化點且含少量或不含B2O3的鹼鋁矽酸鹽玻璃。
可離子交換玻璃廣泛用作許多現代電子裝置的顯示器用蓋玻璃，包括手持裝置。然化學強化玻璃用於此類應用大多限於平坦且平面情況。在一些情況下，三維(3D)玻璃形狀係利用模製或真空下垂製程形成，其中玻璃經加熱及在真空下下垂至模具內，而獲得最終或近似最終形狀。
然許多可離子交換玻璃的軟化點太高，以致玻璃易反應、黏住及/或劣化下垂製程用模具，即使採用保護塗層亦然。氧化硼(B2O3)有時會加入玻璃來降低玻璃黏度和液相溫度。然B2O3亦會抑制玻璃的離子交換 性能，特別係當B2O3依四面體配位狀態存在時，若存有大量鹼金屬氧化物，此便可能發生。
本發明提供鹼鋁矽酸鹽玻璃，玻璃展現快速離子交換性能且具有低軟化點，而使玻璃得形成非平面三維形狀。玻璃含有少於約1莫耳%的氧化硼，在一些實施例中為實質無B2O3。另外，相較於Al2O3和P2O5，玻璃具有過量鹼金屬氧化物，以改善熔化行為和離子交換性能，同時仍達到夠低的軟化點而給予成形性。
故本發明的一態樣為提供鹼鋁矽酸鹽玻璃，包含0莫耳%至約1莫耳%的B2O3和至少一鹼金屬氧化物R2O，並具有約900℃或以下的軟化點，其中1.3R2O(莫耳%)/Al2O3(莫耳%)2.2。
本發明的第二態樣為提供鹼鋁矽酸鹽玻璃。玻璃不含硼且包含：約50莫耳%至約70莫耳%的SiO2、約10莫耳%至約15莫耳%的Al2O3、0莫耳%至約1莫耳%的B2O3、0莫耳%至約5莫耳%的P2O5、約18莫耳%至約22莫耳%的Na2O、0莫耳%至約3莫耳%的K2O、0莫耳%至約4莫耳%的MgO、0莫耳%至約1莫耳%的CaO和0莫耳%至約8莫耳%的ZnO，其中1.3(Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%))/Al2O3(莫耳%)2.0，其中玻璃的軟化點為約900℃或以下。
本發明的上述和其他態樣、優點與顯著特徵在參閱以下詳細實施方式說明、附圖與後附申請專利範圍後將變得更清楚易懂。
100‧‧‧碟形物件
102、104‧‧‧表面
110‧‧‧平面部分
120‧‧‧彎曲部分
130‧‧‧碟形物件
132、134‧‧‧表面
200‧‧‧玻璃物件
210、212‧‧‧表面
220、222‧‧‧壓縮層
230‧‧‧中心區域
240‧‧‧邊緣
d 1 、d 2 ‧‧‧層深度
t ‧‧‧厚度
第1圖係碟形玻璃物件的截面示意圖；及第2圖係離子交換三維玻璃物件的截面示意圖。
在以下說明中，以相同的元件符號代表各視圖中相仿或對應的零件。亦應理解除非具體指明，否則諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」等用語僅為便於說明，而非視為限定用語。此外，當描述某一群組包含至少一組元件和元件組合物時，應理解該群組可包含、實質由或由個別或結合任何數量的提及元件組成。同樣地，當描述某一群組由至少一組元件或元件組合物組成時，應理解該群組可由個別或結合任何數量的提及元件組成。除非具體指明，否則所述數值範圍包括範圍的上限與下限和介於二者間的任何範圍。除非具體指明，否則在此所用不定冠詞「一」和對應定冠詞「該」意指「至少一」或「一或更多」。亦應理解說明書和圖式所述各種特徵結構可以任何和所有結合方式使用。
在此，「玻璃物件」一詞係採用最廣泛的意義而包括整體或部分由玻璃製成的任何物體。除非特別指明，否則所有組成係以莫耳百分比(莫耳%)表示。 除非特別指明，否則玻璃的熱膨脹係數(CTE)係以10-7/℃表示且為在約20℃至約300℃的溫度範圍測量的值。高溫(或液體)熱膨脹係數(高溫CTE)係以百萬分之一份(ppm)每攝氏溫度(ppm/℃)表示且為在瞬時熱膨脹係數(CTE)對溫度曲線的高溫水平頂區測量的值。高溫CTE測量通過轉換區加熱或冷卻玻璃相關的體積變化。
在此所用「液相黏度」或「TL」一詞係指當熔融玻璃從熔化溫度冷卻時，首先出現結晶的溫度，或為當溫度從室溫上升時，最後一個結晶熔化的溫度。
在此所用「鋯石崩解黏度」一詞係指鋯石(在玻璃處理及製造中常用作耐火材料)在存有玻璃或玻璃熔體下崩解而形成氧化鋯與矽石的玻璃黏度。所述玻璃的鋯石崩解溫度等於當玻璃黏度等於鋯石崩解黏度時的溫度。
在此所用「軟化點」一詞係指玻璃物體將受自身重量作用而下垂的黏度，且定義為玻璃黏度為107.6泊(P)時的溫度。在此所用「退火」一詞意指加熱玻璃達玻璃退火點，計一段預定時間，通常為約4至約8小時。「虛擬(fictivation)點」和「虛擬溫度」係指玻璃黏度為1011泊時的溫度。
注意在此所用「實質」和「約」等用語係表示任何定量比較、數值、測量或其他表述引起的固有不確定程度。該等用語在此亦表示定量表述偏離指定參考 值、又不致改變所述主題標的的基本功能的程度。故「實質無B2O3」的玻璃係指不主動加入或批次加入B2O3至玻璃、但存有像污染物般很少量者，例如少於約1莫耳%或少於約0.1莫耳%。
壓縮應力CS和層深度DOL可利用此領域已知手段測量。手段包括使用諸如Luceo有限公司(日本東京)製造的FSM-6000等市售儀器測量表面應力(FSM)，但不以此為限，測量壓縮應力和層深度的方法描述於名稱為「Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass」的ASTM 1422C-99和名稱為「Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed,Heat-Strengthened,and Fully-Tempered Flat Glass」的ASTM 1279.19779，上述文獻全文內容以引用方式併入本文中。表面應力測量係依據應力光學係數(SOC)的精確測量，SOC與玻璃的雙折射有關。SOC可由此領域已知方法測量，例如光纖和四點彎曲法，二者均描述於名稱為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」的ASTM標準C770-98(2008)，上述文獻全文內容以引用方式併入本文中，或此領域已知的塊體圓柱法。
大體參照圖式且特別參照第1圖，應理解圖式說明係為描述特定實施例，而無意限定本發明或後附申請專利範圍。圖式不必然按比例繪製，為清楚簡潔呈現，某些特徵結構和一些視圖當可放大或概要圖示。
茲描述可離子交換鹼鋁矽酸鹽玻璃族系(除非另行指明，否則以下簡稱「玻璃」)和鹼鋁矽酸鹽玻璃物件，玻璃展現快速離子交換性能(即離子交換時可達深層深度與高壓縮應力)，並具有低軟化點，而使玻璃得形成非平面三維(3D)形狀。玻璃包含至少一鹼金屬氧化物R2O，其中R2O包括Na2O及選擇性一或更多的Li2O、K2O、Rb2O和Cs2O，其中1.3R2O(莫耳%)/Al2O3(莫耳%)2.2。玻璃亦包含0莫耳%至約1莫耳%的B2O3，在一些實施例中為實質無B2O3。在一些實施例中，玻璃不含B2O3。玻璃亦設計成可融合抽拉且與泛用於融合抽拉製程的鋯石隔離管相容。
所述玻璃具有低於約900℃的軟化點。在一些實施例中，軟化點為低於約860℃，在其他實施例中，軟化點為低於約835℃。
在一些實施例中，所述玻璃包含或本質由以下組成：約50莫耳%至約70莫耳%的SiO2(即50莫耳%SiO2 70莫耳%)；約10莫耳%至約15莫耳%的Al2O3(即10莫耳%Al2O3 15莫耳%)；0莫耳%至約1莫耳%的B2O3(即0莫耳%B2O3 1莫耳%)；0莫耳%至約5莫耳%的P2O5(即0莫耳%P2O5 5莫耳 %)；約18莫耳%至約22莫耳%的Na2O(即18莫耳%Na2O22莫耳%)；0莫耳%至約3莫耳%的K2O(即0莫耳%K2O4莫耳%)；0莫耳%至約4莫耳%的MgO(即0莫耳%MgO4莫耳%)；0莫耳%至約1莫耳%的CaO(即0莫耳%CaO1莫耳%)；及0莫耳%至約8莫耳%的ZnO(即0莫耳%ZnO8莫耳%)，其中1.3(Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%))/Al2O3(莫耳%)2.0。
在一些實施例中，玻璃包含或本質由以下組成：約55莫耳%至約66莫耳%的SiO2(即55莫耳%SiO2 66莫耳%)；約10莫耳%至約14莫耳%的Al2O3(即10莫耳%Al2O3 14莫耳%)；0莫耳%至約0.5莫耳%的B2O3(即0莫耳%B2O3 0.5莫耳%)；0莫耳%至約5莫耳%的P2O5(即0莫耳%P2O5 5莫耳%)；約19莫耳%至約21莫耳%的Na2O(即19莫耳%Na2O21莫耳%)；0莫耳%至約2莫耳%的K2O(即0莫耳%K2O2莫耳%)；0莫耳%至約2莫耳%的MgO(即0莫耳%MgO2莫耳%)；0莫耳%至約0.5莫耳%的CaO(即0莫耳%CaO0.5莫耳%)；及約1莫耳%至約7莫耳%的ZnO(即1莫耳%ZnO7莫耳%)。在一些實施例中，5莫耳%Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%)-Al2O3(莫耳%)10莫耳%，K2O(莫耳%)0.5(Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%))，及/或56莫耳%SiO2(莫耳%)+B2O3(莫耳%)75莫耳%。
在某些實施例中，玻璃包含或本質由以下組成：約56莫耳%至約62莫耳%的SiO2(即56莫耳%SiO2 62莫耳%)；約11莫耳%至約14莫耳%的Al2O3(即11莫耳%Al2O3 14莫耳%)；約1莫耳%至約5莫耳%的P2O5(即1莫耳%P2O5 5莫耳%)；約19莫耳%至約20莫耳%的Na2O(即19莫耳%Na2O20莫耳%)；0莫耳%至約2莫耳%的K2O(即0莫耳%K2O2莫耳%)；0莫耳%至約4莫耳%的MgO(即0莫耳%MgO4莫耳%)；0莫耳%至約0.2莫耳%的CaO(即0莫耳%CaO0.2莫耳%)；及約2莫耳%至約7莫耳%的ZnO(即2莫耳%ZnO7莫耳%)。在一些實施例中，5莫耳%Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%)-Al2O3(莫耳%)9莫耳，及/或1.4(Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%))/Al2O3(莫耳%)1.8。
在一些實施例中，所述玻璃不含鋰、鋇、銻、砷和上述物質氧化物或其他化合物的至少一者。
非限定玻璃組成實例列於表1。樣品在坩堝內經雙重熔化。表2列出表1所列玻璃的選定物性，此係利用熟諳此技術者常用手段測定。表2所列性質包括退火、應變與軟化點、密度、低(玻璃)與高溫熱膨脹係數、帕松比、剪切模數、楊氏模數、液相溫度、虛擬溫度和折射率。
至於上表1與表2所列玻璃組成特例，各氧化物組分提供重要用途。矽石(SiO2)係主要玻璃形成氧化物並構成玻璃的網狀物主幹。然因熔化溫度極高，純SiO2並不適用大多數製造製程。由於純SiO2或高SiO2含量的玻璃在熔化區的黏度太高，故可能出現缺陷，例如細泡，導致耐火材料侵蝕和鉑處理硬體劣化變得太激烈，而無法長期以連續製程製造。另外，隨著矽石濃度增加，液相溫度會因白矽石趨於穩定而提高；白矽石係SiO2的結晶多形物，此乃連續製程中的不當去玻相。 又，僅有純SiO2不能利用離子交換製程化學強化。然需有少量SiO2，以確保良好的化學耐久性和與製造泛用耐火材料的相容性。故所述玻璃包含約50莫耳%至約70莫耳%的SiO2。在一些實施例中，玻璃包含約55莫耳%至約66莫耳%的SiO2，在其他實施例中為約56莫耳%至約62莫耳%的SiO2。
氧化鋁或鋁土(Al2O3)亦當作示例性玻璃的玻璃形成物。因具四面體配位，如同SiO2，Al2O3亦提供玻璃網狀物剛性。仔細平衡SiO2濃度與鹼及/或鹼土金屬氧化物濃度，鋁土可用於降低液相溫度，從而增進與融合抽拉製程的相容性。像SiO2一樣，相對鹼或鹼土金屬增加Al2O3通常可降低密度、減低熱膨脹係數及改善耐久性。Al2O3能賦予強健的網狀主鏈，同時容許鹼金屬離子快速擴散，是以在可離子交換玻璃中扮演重要角色。故存有Al2O3可加速離子交換製程動力，同時促成在離子交換玻璃中的高壓縮應力。然若Al2O3濃度太高，則將使鋯石耐火材料溶解而產生融合線氧化鋯缺陷。又，大量Al2O3會導致軟化點太高而不利形成3D形狀。為使各種性質達到平衡，所述玻璃包含約10莫耳%至約15莫耳%的Al2O3。在一些實施例中，玻璃包含約10莫耳%至約14莫耳%的Al2O3、或約11莫耳%至約14莫耳%的Al2O3。
氧化硼(B2O3)亦為玻璃形成氧化物，且用於降低玻璃黏度和液相溫度。視詳細玻璃組成及考量黏 度而定，在相等黏度下，B2O3增加1莫耳%通常可使溫度降低10℃-14℃。每莫耳%的B2O3亦可使液相溫度降低18℃-22℃，是以降低液相溫度的效果比降低黏度快，因而提高玻璃的液相黏度。然依四面體配位狀態存在時，B2O3會抑制離子交換性能，特別係玻璃具有過量高濃度的鹼金屬氧化物時。在所述玻璃中，B2O3的濃度減低至少於1莫耳%，或在一些實施例中為少於0.5莫耳%。在某些實施例中，玻璃實質不含(即含有少於0.1莫耳%或0莫耳%)的B2O3。
五氧化二磷(P2O5)亦為玻璃形成氧化物，且用於加速離子交換動力及改善與鋯石耐火材料的相容性。存有P2O5能提供強健的玻璃網狀物，同時促進鹼金屬離子遷移率，從而加速離子交換動力。P2O5係在短時間內達成預定離子交換層深度(DOL)的關鍵組分。再者，P2O5用於壓制可能造成融合線氧化鋯缺陷的鋯石崩解反應。然若P2O5的濃度太高，則將難以使玻璃熔化，同時維持夠高品質(即低濃度氣泡、夾雜物等)。所述玻璃包含0莫耳%至約5莫耳%的P2O5，在一些實施例中為約1莫耳%至約5莫耳%的P2O5。
鹼金屬氧化物(Na2O和K2O)亦可有效降低玻璃的熔化溫度和液相溫度。就可離子交換玻璃而言，需存有小型鹼金屬氧化物(例如Na2O)，以於浸入熔融鹽浴時與較大鹼金屬離子(例如K+)交換。由於壓縮應力與從玻璃交換的鹼金屬離子數量成比例關係， 故Na2O濃度需夠高，以於玻璃中產生大壓縮應力。存有少量K2O通常可提高擴散係數而加快離子交換動力。然K2O會對鋯石崩解溫度造成負面影響；玻璃中每添加一莫耳百分比的K2O可使鋯石崩解溫度降低近45℃。因此，K2O濃度應保持為低(即少於約3莫耳%，在一些實施例中為少於約2莫耳%)。Na2O亦對鋯石崩解性能有負面影響，玻璃中每添加1莫耳%的Na2O將使崩解溫度減低約34.5℃。然Na2O濃度需維持夠高，以確保良好熔化行為、良好離子交換性能和低軟化點。故所述玻璃含有約18莫耳%至約22莫耳%的Na2O。在一些實施例中，玻璃包含約19莫耳%至約21莫耳%的Na2O，在某些實施例中為約19莫耳%至約20莫耳%的Na2O。
在Al2O3濃度過量下，鹼金屬氧化物(Na2O+K2O)用於促進在玻璃網狀物中形成非橋接氧(NBO)位置。此有利達成低軟化點及改善玻璃與3D形成技術的相容性。過量鹼金屬離子亦貢獻玻璃的離子交換性能，此係因為玻璃的壓縮應力與交換鹼金屬離子總數成比例關係。故在一些實施例中，所述玻璃符合以下表式：5莫耳%Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%)-Al2O3(莫耳%)12莫耳%。在其他實施例中，5莫耳%Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%)-Al2O3(莫耳%)10莫耳%，在又一些其他實施例中，5莫耳%Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%)-Al2O3(莫耳%)9莫耳%。此外，玻璃符合以下表式：1.3(Na2O(莫耳%) +K2O(莫耳%))/(Al2O3(莫耳%))2.2。在一些實施例中，1.3(Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%))/(Al2O3(莫耳%))2.0，在其他實施例中，1.4(Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%))/(Al2O3(莫耳%))1.8。
二價氧化物(包括鹼土金屬氧化物(MgO、CaO)和氧化鋅(ZnO))亦可改善玻璃的熔化行為，及正向貢獻離子交換強化玻璃的壓縮應力。然較大鹼土金屬氧化物(例如CaO)亦會降低鹼金屬遷移率。故CaO濃度應保持在最低限定，即少於約1莫耳%，或在一些實施例中為少於約0.5莫耳%或少於約0.2莫耳%。與CaO相比，MgO和ZnO可提高壓縮應力且對離子遷移率的影響較小。雖然MgO和ZnO在矽酸鹽玻璃中均有類似結構作用，但Zn2+陽離子的場強度較Mg2+陽離子小，是以含ZnO的玻璃的軟化點較含等量MgO的玻璃低。存有ZnO亦提供減少玻璃在接觸紫外線輻射後光致暗化的優點。故ZnO係併入所述玻璃的較佳二價氧化物選擇。玻璃包含少於約4莫耳%的MgO，在一些實施例中為少於約2莫耳%的MgO，在其他實施例中為少於約1莫耳%的MgO。所述玻璃包含0莫耳%至約8莫耳%的ZnO，在一些實施例中為約1至7莫耳%的ZnO，在其他實施例中為約2莫耳%至約7莫耳%的ZnO。在本發明中，二價氧化物的總濃度(Σ[RO])為大於0莫耳%至高達約8莫耳 %，在一些實施例中為約1莫耳%至約7莫耳%，在其他實施例中為約3莫耳%至約7莫耳%。
SnO2可併入玻璃做為澄清劑。增加SnO2量通常等同提升澄清能力。然因SnO2係較昂貴的原料，故期SnO2不超過驅使氣態夾雜物達適當低量級所需添加量。所述玻璃包含0莫耳%至約0.5莫耳%的SnO2。或者，As2O3或Sb2O3可用作澄清劑。然該等氧化物具有毒性缺點。亦可使用其他澄清劑，例如CeO2。CeO2係特別有效的低溫澄清劑；然CeO2會讓玻璃呈褐色。
少量ZrO2(0.5莫耳%)亦可存於玻璃中，此低劑量不會明顯影響熔化或澄清行為和玻璃性質。由於氧化鋯係在熔化器中使熱玻璃接觸鋯石系耐火材料來引入，故ZrO2有時會併入實驗室等級批料內，因為槽隨時間磨損率可藉由監測玻璃中的ZrO2量而測定。少量Fe2O3(0.5莫耳%)亦可能出自批次原料而存於玻璃成為雜質。Fe2O3可當作澄清劑，但也會讓玻璃帶有顏色。
所述玻璃可利用此領域已知手段來形成三維形狀，包括真空下垂、模製等。非限定三維形狀實例包括至少一表面具碟形、彎曲、凸狀或凹狀輪廓的物件。碟形物件可具有實質平坦部分由彎曲部分接合在至少一側。非限定碟形玻璃物件實例繪於第1圖截面。碟形物件100具有二主表面102、104，各表面具有實質平坦或平面部分110由彎曲部分120接合在任一端(或兩端) 而提供碟形輪廓或外觀。在其他實施例中，碟形物件130僅有一主表面134具實質平坦或平面部分110由彎曲部分120接合在任一端(或兩端)。其餘主表面132則為實質平坦或平面。
離子交換廣泛用於化學強化玻璃。在一特例中，陽離子源(例如熔融鹽或「離子交換」浴)內的鹼金屬陽離子與玻璃內的較小鹼金屬陽離子交換而於玻璃表面附近形成壓縮應力(CS)作用層。壓縮層從表面延伸到玻璃內的層深度(DOL)。例如在所述玻璃中，在玻璃浸入包含鉀鹽的熔融鹽浴進行離子交換期間，例如硝酸鉀(KNO3)，但不以此為限，出自陽離子源的鉀離子將與玻璃內的鈉離子交換。其他可用於離子交換製程的鉀鹽包括氯化鉀(KCl)、硫酸鉀(K2SO4)、上述組合物等，但不以此為限。
第2圖圖示彎曲的三維離子交換玻璃物件截面。三維玻璃物件200具有厚度 t 、第一表面210和第二表面212。玻璃物件200具有第一壓縮層220從第一表面210延伸到大塊玻璃物件200內的層深度d 1 。在第2圖所示實施例中，玻璃物件200亦具有第二壓縮層222從第二表面212延伸到第二層深度d 2 。玻璃物件亦具有中心區域230，中心區域從d 1 延伸到d 2 。中心區域230受拉伸應力或中心張力(CT)作用，以平衡或抵消層220、222的壓縮應力。第一和第二壓縮層220、222的深度d 1 、d 2 可保護玻璃物件200，以免尖銳撞擊玻璃 物件200的第一與第二表面210、212造成裂隙綿延，而壓縮應力可降低裂隙穿透第一與第二壓縮層220、222的深度d 1 、d 2 的可能性。
所述玻璃物件可在形成三維形狀後經離子交換。在此情況下，鄰接第一與第二表面210、212的邊緣240亦經離子交換，且具有受壓縮應力作用的表層。
離子交換浴按重量計可包含100%或近100%(即99%)的KNO3(或另一鉀鹽)。在一些實施例中，離子交換浴包含最少約95重量%的KNO3，在其他實施例中為至少約92重量%的KNO3。
除非具體指明，否則所述玻璃經單一離子交換製程處理，其中玻璃浸入包含100重量%或近100重量% KNO3(或另一鉀鹽)的離子交換浴。然在一些實施例中，玻璃經二步驟或雙重離子交換，其中第一和第二離子交換浴的組成不同，在一些實施例中，離子交換浴溫度及/或時間亦不同。在非限定實例中，玻璃先在包含兩種不同鹼金屬鹽(例如KNO3和NaNO3)的浴中離子交換，然後在包含100重量%或近100重量% KNO3(或另一鉀鹽)的浴中第二次離子交換。第一離子交換浴的作用通常係為達到深層深度，而第二離子交換浴用於提高玻璃表面的壓縮應力，即提供CS「尖峰」。
在一些實施例中，玻璃在離子交換前經退火或熱處理。在一些實施例中，熱處理係用於塑形玻璃的3D形成製程的一部分。在一些實施例中，3D形成製程 包括加熱模具上的玻璃達黏彈性/黏性轄域的溫度、利用真空或互補式模具施加形成壓力，使玻璃順應模具，接著使模具上的玻璃冷卻至較低溫度(例如至比退火點低40℃的溫度)。接著使玻璃脫模，並在環境空氣中冷卻至室溫。3D物件可能具有若干應力，此係因為冷卻速率比引用退火速率快。
退火步驟係藉由加熱玻璃達預定溫度而施行，通常為玻璃的退火點，但溫度亦可比退火點低約30℃。使玻璃維持在此溫度一段預定時間，接著按規定速率冷卻，以釋放應力。退火玻璃通常比3D形成玻璃更密實。
在一些實施例中，當在410℃下於熔融硝酸鉀浴中離子交換高達約8小時，或在一些實施例中為7小時或以下時，所述玻璃具有最大壓縮應力CS至少約600兆帕(MPa)、層深度DOL至少約40微米(μm)的壓縮層。在其他實施例中，在類似離子交換條件下，最大CS可達至少約700MPa或至少約800MPa。在一些實施例中，在410℃下於熔融硝酸鉀浴中離子交換10小時後，DOL可達至少約50μm。在某些實施例中，離子交換後，DOL可達至少約70μm或至少約80μm。在一些實施例中，最大壓縮應力位於玻璃表面和壓縮層。其他離子交換時間(長達約24小時)和溫度(約370℃至高達約480℃)可使玻璃達到類似結果。非限定條件實例列於表3。
表3列出所述玻璃的離子交換實驗結果和各樣品的測定應力光學係數(SOC)。離子交換前，以特定玻璃組成的退火點退火處理各個1毫米(mm)厚的樣品，計2小時，然後慢慢冷卻至室溫，或者以1011泊溫度(表2的「虛擬溫度」)虛擬化/加熱，計4分鐘，然後在空氣中驟冷至室溫。接著讓玻璃在420℃下於單一純KNO3浴中離子交換4或8小時。
所述玻璃無論是平面或三維構造都可形成消費性電子產品的至少一部分蓋玻璃或外殼，例如電話、筆記型電腦、娛樂裝置等。此類產品通常包含：外殼，具有正面、背面和側面；電子部件，至少部分在外殼內部且包括至少一控制器、記憶體和顯示器，顯示器位於或鄰接外殼正面；及蓋玻璃，位於或在外殼正面上面，使之覆蓋顯示器。蓋玻璃及/或外殼的厚度為約0.25mm或約0.5mm至約1.0mm或約2.5mm，且在一些實施例中，可由離子交換強化。
雖然本發明已以典型實施例揭示如上，然以上說明不應視為限定本發明或後附申請專利範圍的範圍。因此，熟諳此技術者在不脫離本發明與後附申請專利範圍的精神和範圍內，當可作各種潤飾、修改與更動。
100、130‧‧‧碟形物件
102、104、132、134‧‧‧表面
110‧‧‧平面部分
120‧‧‧彎曲部分

Claims (10)

  1. 一種鹼鋁矽酸鹽玻璃，該鹼鋁矽酸鹽玻璃包含：0莫耳%至約1莫耳%的B2O3和Na2O，該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有約900℃或以下的一軟化點，其中1.3R2O(莫耳%)/Al2O3(莫耳%)2.2，其中R2O=(Li2O(莫耳%)+Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%)+Rb2O(莫耳%)+Cs2O(莫耳%))。
  2. 如請求項1所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃不含硼。
  3. 如請求項1所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中5莫耳%R2O(莫耳%)-Al2O3(莫耳%)12莫耳%。
  4. 如請求項3所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中5莫耳%Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%)-Al2O3(莫耳%)12莫耳%。
  5. 如前述請求項中任一項所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包含：約50莫耳%至約70莫耳%的SiO2；約10莫耳%至約15莫耳%的Al2O3；0莫耳%至約1莫耳%的B2O3；0莫耳%至約5莫耳%的P2O5；約18莫耳%至約22莫耳%的Na2O；0莫耳%至約3莫耳%的K2O；0莫耳%至約4莫耳%的MgO；0莫耳%至約1莫耳%的CaO； 及0莫耳%至約8莫耳%的ZnO。
  6. 如請求項5所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包含：約55莫耳%至約66莫耳%的SiO2；約10莫耳%至約14莫耳%的Al2O3；0莫耳%至約0.5莫耳%的B2O3；0莫耳%至約5莫耳%的P2O5；約19莫耳%至約21莫耳%的Na2O；0莫耳%至約2莫耳%的K2O；0莫耳%至約2莫耳%的MgO；0莫耳%至約0.5莫耳%的CaO；及1莫耳%至約7莫耳%的ZnO。
  7. 如請求項5所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中5莫耳%Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%)-Al2O3(莫耳%)10莫耳%。
  8. 如請求項5所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中K2O(莫耳%)0.5(Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%))。
  9. 如請求項5所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中1.3(Na2O(莫耳%)+K2O(莫耳%))/Al2O3(莫耳%)2.0。
  10. 如請求項5所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有一壓縮層，該壓縮層從該鹼鋁矽酸鹽玻璃的至少一表面延伸到該鹼鋁矽酸鹽玻璃內達至少約40μm的一層深度，且具有至少約600 MPa的一最大壓縮應力。
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