TW201708145A - 用於三維形狀的離子可交換軟質玻璃 - Google Patents
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Abstract
本發明提供離子可交換鹼矽酸鹽玻璃及玻璃製品,該鹼鋁矽酸鹽玻璃及玻璃製品所具有的軟化點及高溫熱膨脹係數允許以真空垂墜製程使該玻璃形成三維形狀。此等玻璃含有顯著量的MgO及ZnO其中至少一者且包含B2O3及少於1莫耳%的Li2O。
Description
此申請案依據專利法主張享有2015年2月26號申請之美國專利臨時申請案第62/121016號的優先權,本案仰賴該案內容且該案內容以引用方式全文併入本案。
本發明關於具有低軟化點的鹼鋁矽酸鹽玻璃。更明確言之,本發明是關於離子可交換且可形成三維形狀的此種玻璃。
離子可交換玻璃廣泛用於許多現代電子裝置(包括,手持裝置)中以作為顯示器的蓋玻璃。然而,此種可化學強化的玻璃在這類應用中的用途大多侷限於平坦且平面的裝置。有時利用模鑄(molding)及/或垂墜(sagging)製程來形成三維(3D)的玻璃形狀,在模鑄及/或垂墜製程中會加熱玻璃並使玻璃在重力或真空作用下垂落在模具中以得到玻璃最終或接近最終的形狀。然而,許多離子可交換玻璃的軟化點高到會使玻璃趨向與用來進行垂墜製程的模具發生反應、黏在該等模具上及/或使該等模具劣化,即便使用了模具保護塗層亦然。
含鋰的鹼鋁矽酸鹽玻璃傾向具有較低的軟化點,但當該玻璃中的鈉與離子交換介質中的鉀進行交換時,含鋰的鹼鋁矽酸鹽玻璃卻會限制該玻璃的離子交換性質。為了使所生成的壓縮層達到期望深度(層深度或DOL),此種玻璃通常必須在較高溫度下且耗費較長時間來進行離子交換,以製造商的觀點來說並不實用或無法令人滿意。此外,壓縮應力(CS)的強度會隨著離子交換時間越長而減小。即使離子交換進行了很長一段時間,該壓縮層的深度仍傾向相對較淺。
本發明提供離子可交換的鹼鋁矽酸鹽玻璃及玻璃製品,該鹼鋁矽酸鹽玻璃及玻璃製品所具有的軟化點及高溫熱膨脹係數允許利用真空垂墜製程使該玻璃形成三維形狀。此等玻璃含有顯著量的MgO及ZnO其中至少一者且包含B2O3及少於1莫耳%的Li2O。
因此,本發明之一態樣提供一種鹼鋁矽酸鹽玻璃,該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括約0.5莫耳%至約4莫耳%的B2O3、少於1莫耳%的Li2O及約1莫耳%至約7莫耳%的ZnO。該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有約790℃或更低的軟化點及約35x10-6K-1或更低的高溫熱膨脹係數。該玻璃可進行離子交換且可形成三維的非平面形狀。
因此,本發明的第二態樣提供一種鹼鋁矽酸鹽玻璃,該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括:約62莫耳%至約70莫耳%的SiO2;約5莫耳%至約11莫耳%的Al2O3;約0.5
莫耳%至約4莫耳%的B2O3;0莫耳%至約1莫耳%的Li2O;約13莫耳%至約19莫耳%的Na2O;約0.3莫耳%至約4莫耳%的K2O;0莫耳%至約6莫耳%的MgO;及約1莫耳%至約7莫耳%的ZnO。該玻璃具有約790℃或更低的軟化點及約35x10-6K-1或更低的高溫熱膨脹係數。
藉由以下實施方式、附圖及後附請求項將可瞭解本發明的此等及其他的態樣、優點及顯著特徵。
100‧‧‧盤狀製品
102‧‧‧表面
104‧‧‧表面
110‧‧‧平坦部分
120‧‧‧曲狀部分
130‧‧‧盤狀製品
132‧‧‧主要表面
134‧‧‧主要表面
200‧‧‧三維玻璃製品
210‧‧‧第一表面
212‧‧‧第二表面
220‧‧‧第一壓縮層
222‧‧‧第二壓縮層
230‧‧‧中央區域
240‧‧‧邊緣
d1‧‧‧層深度
d2‧‧‧第二層深度
t‧‧‧厚度
第1圖為盤狀玻璃製品的概要剖面圖;及第2圖為已經過離子交換之三維玻璃製品的概要剖面圖。
在以下敘述中,相同的元件符號用來代表該等圖中所示數個視圖中的相同或相應部位。亦應明白,除非另有指明,否則諸如「頂部」、「底部」、「外側」、「內側」及諸如此類術語為方便用語且不應視為限制性用語。此外,每當描述物件、製品或成份包括一元素群組中之至少一個元素及該等元素之組合時,應瞭解該群組可包括任意數目的所述元素,或該群組可實質上由任意數目的所述元素所組成,或該群組可由任意數目的所載元素所組成,且該等元素可單獨使用或彼此組合使用。同樣的,每當描述物件、製品或成份是由一元素群組中的至少一元素或該等元素之組合所組成時,應明白
該群組可由任意數目的所載元素所組成,且該等元素可單獨使用或彼此組合使用。除非另有指明,否則當舉出一數值範圍時,該數值範圍包括該範圍的上限值和下限值及介於該上下限值之間的任意範圍。當用於本文中時,除非另有說明,否則不定冠詞「一」、「一個」及對應的定冠詞「該」意指「至少一個」或「一或更多個」。亦明白本案說明書及圖式中所揭示的各種特徵可採任一組合或所有組合方式來使用。
除非另有指明,否則所有組成皆以莫耳百分比(莫耳%)來表示。高溫熱膨脹係數(高溫CTE)以每一度凱氏溫度變化多少個百萬分之一(ppm)來表示(ppm.K-1或10-6K-1)並呈現出在瞬時熱膨脹數(CTE)之高溫平線區(plateau region)中所測得之數值與溫度的關係曲線。高溫CTE是測量該玻璃受到加熱或冷卻時在整個轉化區期間所帶來的體積變化。故認為高CTE值會導致在成形之後發生高度變形的情形。
在等黏度製程(例如,熔融製程)中,玻璃經歷過的最高溫度會對應到該玻璃的一特定黏度。如文中所使用的術語「液相線黏度(liquidus viscosity)意指當熔化的鹼鋁矽酸鹽玻璃從熔化溫度起(或是從當溫度由室溫開始提高到使最後一點結晶熔化時所達到的溫度起)冷卻至首次出現結晶時,該玻璃或玻璃熔融物所呈現出的黏度。文中所述的該等玻璃所具有的鋯石崩解溫度(zircon breakdown temperature)相當於當該玻
璃黏度等於30kP鋯石崩解黏度時所處的溫度。文中所使用的術語「200泊溫度(200 poise temperature)」或「T200」意指鹼鋁矽酸鹽玻璃或鹼鋁矽酸鹽玻璃熔融物在具有200泊(P)之黏度時所處的溫度。
文中使用的「軟化點(softening point)」一詞意指當玻璃物件會因本身重量的作用而導致下垂時所處的黏度並定義為當玻璃黏度為107.6泊(P)所處的溫度。
應注意,該等術語「實質上」及「約」可用於本文中,藉以表示可能因任何量化比較、數值、測量或其他表現方式所帶來固有的不確定性。文中亦可使用此等術語來表示一定量表現方式可能與所陳述的參考值有所不同且該不同的程度不會導致所述發明標的之基本功能發生改變。因此「實質上不含Li2O」的鹼鋁矽酸鹽玻璃是指在玻璃中未主動添加或混入Li2O但可能以污染物形式存在有極小量(即,<0.1莫耳%)Li2O的鹼鋁矽酸鹽玻璃。「不含鋰」意指該玻璃含有0莫耳%的Li及/或Li2O。
壓縮應力及層深度是使用所屬技術領域中已知的方法測量而得。此等方法包括,但不限於,使用市售設備來測量表面應力(FSM),市售設備可例如由位於日本東京之Luceo有限公司所製造的FSM-6000或諸如此類設備。在ASTM 1422C-99標準(標題為「化學強化鹼鋁矽酸鹽平板玻璃之標準規格」)中及ASTM
1279.19779標準(標題為「以非破壞性光彈方式測量經退火、熱強化且全回火之鹼鋁矽酸鹽平板玻璃中之邊緣應力及表面應力的標準試驗法」)中描述了測量壓縮應力及層深度的方法,該等標準試驗方法的內容以引用方式全文併入本案。表面應力測量仰賴應力光學係數(SOC,以奈米/公分.MPa表示)的精確測量,而該應力光學係數則與當鹼鋁矽酸鹽玻璃處於應力或負荷下時的雙折射性有關。從而使用所屬技術領域中已知的方法測量該應力光學係數(SOC),已知方法可例如纖維法與四點彎曲法及及塊狀圓柱體法(bulk cylinder method),纖維法與四點彎曲法兩者在標題為「測量鹼鋁矽酸鹽玻璃應力-光學係數之標準試驗法」的ASTM C770-98標準(2008年)中有所描述,且該等方法的內容以引用方式全文併入本案。
整體參閱該等圖式,並特別參閱第1圖,應明白該等圖式僅作為描述具體實施例之用且不欲用來限制本發明或後附請求項。該等圖式未必按照比例,且該等圖式的某些特徵及某些視圖可能在尺寸上所有誇大或概要顯示以求清晰簡潔。
離子可交換玻璃廣泛用於許多現代電子裝置(包括,手持裝置)中以作為顯示器的蓋玻璃。然而,此種可化學強化的玻璃在這類應用中的用途大多侷限於平坦且平面的物品或裝置。垂墜(sagging)製程廣泛用來形成三維(3D)的玻璃形狀。在此種製程中會加熱玻璃並
使玻璃在本身重量或真空的作用下垂落在模具中以得到最終或接近最終的形狀。然而,許多離子可交換玻璃易於與用來進行垂墜製程的模具發生反應、黏在該等模具上及/或使該等模具劣化,即便採用模具保護塗層亦然。因此需要一種離子可交換玻璃,該等離子可交換玻璃具有足夠低的軟化範圍黏度或軟化點而允許利用垂墜製程來形成複雜的3D形狀。
含鋰的鹼鋁矽酸鹽玻璃傾向具有較低的軟化點。然而,當該玻璃中的鈉與離子交換介質中的鉀進行交換時,鋰的存在會限制該玻璃的離子交換性質。為了使所生成的壓縮層達到期望深度(層深度或DOL),此等玻璃通常必須在較高溫度下且耗費較長時間來進行離子交換,以製造商的觀點來說並不實用或無法令人滿意。即使離子交換進行了很長一段時間,所得到的壓縮層深度仍傾向相對較淺,且壓縮應力低。
因此,本案描述離子可交換的鹼鋁矽酸鹽玻璃(以下亦簡稱「玻璃」)及玻璃製品,該鹼鋁矽酸鹽玻璃及玻璃製品所具有的軟化點及高溫熱膨脹係數允許以真空垂墜製程使該玻璃形成三維形狀。此等玻璃含有顯著量(即,1莫耳%)的MgO及ZnO其中至少一者且包含約0.5莫耳%至約4莫耳%的B2O3、少於1莫耳%的Li2O及約1莫耳%至約7莫耳%的ZnO,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有低於約790℃的軟化點及約35x10-6K-1或
更低的高溫熱膨脹係數。在某些實施例中,該等玻璃具有低於1620℃的200泊溫度(T200P)。
在某些實施例中,該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括:約62莫耳%至約70莫耳%的SiO2(即,62莫耳%SiO2 70莫耳%);約5莫耳%至約11莫耳%的Al2O3(即,5莫耳%Al2O3 11莫耳%);約0.5莫耳%至約4莫耳%的B2O3(即,0.5莫耳%B2O3 4莫耳%);0莫耳%至少於1莫耳%的Li2O(即,0莫耳%Li2O<1莫耳%);約13莫耳%至約19莫耳%的Na2O(即,13莫耳%Na2O19莫耳%);約0.3莫耳%至約4莫耳%的K2O(即,0.3莫耳%K2O4莫耳%);0莫耳%至約6莫耳%的MgO(即,0莫耳%MgO6莫耳%);及約1莫耳%至約7莫耳%的ZnO(即,1莫耳%ZnO7莫耳%)。
在某些實施例中,該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括:約64莫耳%至約67莫耳%的SiO2(即,64莫耳%SiO2 67莫耳%);約5莫耳%至約10莫耳%的Al2O3(即,5莫耳%Al2O3 10莫耳%);約0.5莫耳%至約4莫耳%的B2O3(即,0.5莫耳%B2O3 4莫耳%);0莫耳%的Li2O;約13莫耳%至約17莫耳%的Na2O(即,13莫耳%Na2O17莫耳%);約1莫耳%至約4莫耳%的K2O(即,1莫耳%K2O4莫耳%);0莫耳%至約6莫耳%的MgO(即,0莫耳%MgO6莫耳
%);及約1莫耳%至約7莫耳%的ZnO(即,1莫耳%ZnO7莫耳%)。
在某些實施例中,該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括:約64莫耳%至約67莫耳%的SiO2(即,64莫耳%SiO2 67莫耳%);約5莫耳%至約10莫耳%的Al2O3(即,5莫耳%Al2O3 10莫耳%);約0.5莫耳%至約4莫耳%的B2O3(即,0.5莫耳%B2O3 4莫耳%);0莫耳%的Li2O;約13莫耳%至約17莫耳%的Na2O(即,13莫耳%Na2O17莫耳%);約1莫耳%至約4莫耳%的K2O(即,1莫耳%K2O4莫耳%);0.5莫耳%至約6莫耳%的MgO(即,0.5莫耳%MgO6莫耳%);及約4莫耳%至約7莫耳%的ZnO(即,4莫耳%ZnO7莫耳%)。
在某些實施例中,該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括:約62莫耳%至約70莫耳%的SiO2(即,62莫耳%SiO2 70莫耳%);約5莫耳%至約11莫耳%的Al2O3(即,5莫耳%Al2O3 11莫耳%);約0.5莫耳%至約2.5莫耳%的B2O3(即,0.5莫耳%B2O3 4莫耳%);0莫耳%的Li2O;約15莫耳%至約19莫耳%的Na2O(即,15莫耳%Na2O19莫耳%);約0.3莫耳%至約4莫耳%的K2O(即,0.3莫耳%K2O4莫耳%);0莫耳%至約6莫耳%的MgO(即,0莫耳%MgO6莫耳%);及約1莫耳%至約7莫耳%的ZnO(即,1莫耳%ZnO7莫耳%)。
在某些實施例中,以上玻璃可進一步包括0莫耳%至約3莫耳%的P2O5(即,0莫耳%P2O5 3莫耳%)及/或0莫耳%至約4莫耳%的ZrO2(即,0莫耳%ZrO2 4莫耳%)。又,此等玻璃可進一步包括最高約0.5莫耳%的至少一澄清劑,澄清劑可例如但不限於SnO2、Sb2O3及諸如此類者。在某些實施例中,文中所述的該等玻璃不含以下中之至少一者:鋰、鋇、砷及銻。
文中所述玻璃的每個氧化物成分各自有其功能。例如,氧化矽(SiO2)是主要的玻璃形成氧化物,用來形成融熔玻璃的網狀架構。純SiO2具有低的CTE且不含鹼金屬。然而,由於純SiO2的熔化溫度極高,因此純SiO2不適用於熔融拉引製程。SiO2的黏度曲線也因為太高而無法與層疊結構中的核心玻璃匹配。在某些實施例中,文中所述的該等玻璃包含約62莫耳%至約70莫耳%的SiO2,及在其他實施例中,該等玻璃包含約64莫耳%至約67莫耳%的SiO2。
除了氧化矽(silica)之外,文中所述的該等玻璃包括網狀形成劑Al2O3及B2O3以達到穩定的玻璃形成、低CTE、低楊氏模數、低剪力模數及利於熔化及形成。如同SiO2般,Al2O3會為玻璃網狀架構帶來剛性。氧化鋁可能以四重(fourfold)或五重(fivefold)配位的形式存在於玻璃中。為了能在離子交換期間達到足夠的層深度,玻璃中的Al2O3含量必須超過5莫耳%。然而,若氧化鋁含量超過12莫耳%,軟化點會太高而無
法形成3D形狀。在某些實施例中,文中所述的該等玻璃包含約5莫耳%至約11莫耳%的Al2O3,及在特定實施例中,該等玻璃包含約5莫耳%至約10莫耳%的Al2O3。
氧化硼(B2O3)也是一種玻璃形成氧化物,用來降低黏度且從而增進熔化並形成玻璃的能力。B2O3可以三重或四重配位的形式存在於玻璃網狀架構中。三重配位的B2O3是最能有效降低楊氏模數及剪力模數且從而增進該玻璃固有的耐損性的氧化物。小量的B2O3會降低該玻璃的軟化點,且當經離子交換後,小量的B2O3有助於提高壓縮應力,但卻要以減損DOL為代價。因此,在某些實施例中,文中所述的該等玻璃包含約0.5莫耳%至約4莫耳%的B2O3,及在其他實施例中,該等玻璃包含約0.5莫耳%至約2.5莫耳%的B2O3。該玻璃中同時存在有B2O3及P2O5可提高該玻璃的固有耐損性(IDR)該玻璃的機械性能,從而增進該玻璃的機械性能。在某些實施例中,Al2O3(莫耳%)B2O3(莫耳%)。
添加Li2O降低該玻璃的軟化點。當具有過量Li2O的玻璃進行離子交換後,所得壓縮層的深度相對淺。因此,文中所述的該等玻璃包含少於1莫耳%的Li2O,且在某些實施例中不含Li2O。
使用Na2O藉由離子強化來實現化學強化該玻璃。文中所述的該等玻璃包含Na2O,Na2O可在含有至少一鉀鹽(例如KNO3)的鹽浴中與鉀進行交換。在某
些實施例中,該玻璃包含約13莫耳%至約19莫耳%的Na2O,在其他實施例中,該玻璃包含約13莫耳%至約17莫耳%的Na2O,及在又一些其他實施例中,該玻璃包含約15莫耳%至約19莫耳%的Na2O。
為了在離子交換期間達到足夠的層深度,該玻璃含有最高約4莫耳%的K2O。在某些實施例中,文中所述的該等玻璃包含約0.3莫耳%至約4莫耳%的K2O,及在某些實施例中,該等玻璃包含約1莫耳%至約4莫耳%的K2O。
為了達到足夠低的軟化點,R2O(莫耳%)/Al2O3(莫耳%)的比值應至少約1.5,其中R2O=(Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O),且在某些實施例中,該比值應至少約2。在某些實施例中,R2O(莫耳%)/Al2O3(莫耳%)4。
五氧化二磷(P2O5)是一種可納入此等玻璃中的網狀形成劑。P2O5在該玻璃的網狀結構中採用准四面體(quasi-tetrahedral)結構,即磷與四個氧原子配位,但四個氧原子之中僅有三個氧原子連接至其餘的網狀結構。第四個氧則是與該磷陽離子形成雙鍵的末端氧。在該玻璃網狀結構中磷與硼連結可使該四面體結構中的此等網狀形成劑互相穩定,就像SiO2一樣。如同B2O3般,在該玻璃網狀結構中併入P2O5能極為有效地降低楊氏模數及剪力模數。在該玻璃網狀結構中併入P2O5亦會降低該高溫CTE、提高離子交換的相互擴散速
率及增進玻璃與鋯耐火材料的相容性。在某些實施例中,文中所述的該等玻璃包含0莫耳%至約3莫耳%的P2O5。
該玻璃中存在有氧化鋯(ZrO2)亦可促進離子交換。在某些實施例中,該玻璃可包含0莫耳%至約4莫耳%的ZrO2。
此等玻璃中的MgO及ZnO部分取代了氧化鋁。MgO及ZnO其中至少一者的存在亦有助於提高CS及DOL且不會提高該玻璃的軟化點。在某些實施例中,文中所述的該等玻璃包括約1莫耳%至最高約7莫耳%的ZnO,在其他實施例中,該等玻璃包括約4莫耳%至約7莫耳%的ZnO。在某些實施例中,文中所述的該等玻璃包括0莫耳%至約6莫耳%的MgO,及在某些實施例中,該等玻璃包括約0.5莫耳%至約6莫耳%的MgO。為了提供良好的去玻(devitrification)性能,在某些實施例中,該玻璃同時包含MgO及ZnO兩者。在某些實施例中,1莫耳%MgO(莫耳%)+ZnO(莫耳%)14莫耳%,在其他實施例中,4莫耳%MgO(莫耳%)+ZnO(莫耳%)13莫耳%。
在某些實施例中,文中所述的該等基礎玻璃可熔化,且可利用所述技術領域中已知的下拉製程(例如狹縫拉引製程及)來形成該等基礎玻璃。在某些實施例中,含有小量Li2O濃度的玻璃組成物具有小於30kP的鋯崩潰黏度及大於約150kP的液相線黏度。因此該等玻
璃可與熔融拉引製程完全相容並可毫無問題地製造。可採用鋰輝石(spodumene)、透鋰長石(petalite)、長石(feldspaths)、碳酸鋰或諸如此類形式來摻合鋰。
表1中列出文中所述該等玻璃之非限制性實例及比較例的組成。表1中所列的該等玻璃是各自在電熱爐內的鉑坩鍋中熔化1000克的原料所製備而成。該熔化循環包括:將電熱爐預熱至1400℃,把該等原料置入該電熱爐中;在120分鐘內將該電熱爐及原料加熱至1600℃;維持在1600℃持續240分鐘;倒出該玻璃熔融物;將該玻璃輥軋成4毫米(mm)的厚度;及使經輥軋的玻璃在550℃進行退火。
可使用所屬技術領域中已知的方式(包括真空垂墜法、模鑄法或諸如此類者)使文中所述的該等玻璃形成三維形狀。此等三維形狀的非限制性實例包括該些至少有一表面具有盤狀、曲狀、凸面或凹面狀輪廓的製
品。盤狀製品可具有實質平坦部分且該實質平坦部分連接在曲狀部分的至少一側上。第1圖中的剖面視圖概要示出盤狀玻璃陶瓷製品的非限制性實例。盤狀製品100具有兩個主要的表面102及表面104,該兩表面各自具有實質平面或平坦部分110,且該平坦部分110的其中任一端上(或兩端上)連接曲狀部分120以提供盤狀輪廓或盤狀外觀。在其他實施例中,盤狀製品130僅有一主要表面134具有實質平面或平坦部分110,且在該平坦部分110的其中任一端上(或兩端上)連接曲狀部分120。其餘的主要表面132呈實質平坦或平面狀。
離子交換法被廣泛用來化學強化玻璃。在一特定實例中,此種陽離子來源(例如,熔融鹽或「離子交換」浴)中的鹼金屬陽離子會與玻璃中的較小鹼金屬陽離子進行交換而在靠近該玻璃的表面處建立處於壓縮應力(CS)下的層。該壓縮層從該表面起延伸至該玻璃內部而達到一層深度(DOL)。在文中所述的該等玻璃中,例如,使該玻璃浸泡在含有鉀鹽(例如,但不限於,硝酸鉀(KNO3))的熔融鹽浴中,在離子交換期間來自陽離子來源的鉀離子會與該玻璃中的鈉離子進行交換。可用於離子交換製程中的其他鉀鹽包括,但不限於,氯化鉀(KCl)、硫酸鉀(K2SO4)、上述鉀鹽之組合物及諸如此類者。
第2圖中示出經離子交換之曲狀三維玻璃製品的概要剖面圖。三維玻璃製品200具有厚度 t 、第一表
面210及第二表面212。玻璃製品200具有第一壓縮層220,該第一壓縮層220從第一表面210起延伸至該玻璃製品200的主體內部而達到層深度d 1 。在第2圖所示的實施例,玻璃製品200亦具有第二壓縮層222,該第二壓縮層222從第二表面212起延伸達到第二層深度d 2 。玻璃物件亦具有中央區域230,該中央區域230從d 1 延伸至d 2 。中央區域230處於拉伸應力或內部張力(central tension)下,而該拉伸應力或內部張力與層220及層222的壓縮應力達成平衡或相抵銷。在因受到集中撞擊而於玻璃製品200之第一表面210及第二表面212中引入裂紋時,第一壓縮層220的層深度d 1 及第二壓縮層222的層深度d 2 保護該玻璃製品200以免裂紋擴大,同時該壓縮應力可使裂紋貫穿第一壓縮層220之深度d 1 及第二壓縮層222之深度d 2 的可能性減至最小。
文中所述的該等玻璃可在形成三維形狀之後進行離子交換。在此等情況下,連接第一表面210與第二表面212的邊緣240也會進行離子交換並具有處在壓縮應力下的表面層。
在某些實施例中,當文中所述的該等玻璃在熔融硝酸鉀浴中於410℃進行離子交換約10小時或更短時間,該等玻璃具有至少約750MPa之最大壓縮應力CS的壓縮層及至少約40微米的層深度DOL。於其他實施例中,在熔融硝酸鉀浴中於410℃進行離子交換約10小時或更短時間之後達到至少約600MPa或至少約
650MPa的最大CS及至少約50微米的DOL。在某些實施例中,該最大壓縮應力位於該玻璃的表面處及壓縮層處。可使用其他的離子交換時間(最高可達約15小時)及溫度(約390℃至最高約420℃的範圍間)使此等玻璃達到相同的結果。表3中列出此等條件的非限制性實例。
該離子交換浴可包括100重量%或接近100重量%的KNO3。在某些實施例中,該離子交換浴可包括至少約95重量%的KNO3,及在其他實施例中該離子交換浴可包括至少約92重量%的KNO3。在某些實施例中,可在鉀/鈉混合浴中進行離子交換,舉例而言,例如可在KNO3/NaNO3浴中進行離子交換,在該浴液中,20重量%NaNO3 45重量%。
表2列出表1中所列該等玻璃在含有100重量%之硝酸鉀的熔融浴液中於410℃進行離子交換10小時所得到的選定物理性質及壓縮應力和層深度。表3列出在文中所述該等玻璃上進行離子交換實驗的額外結果。
以上該等玻璃在軟化點、高溫CTE及當經離子交換後的CS和DOL方面提供良好的折中處理。文中所述該等玻璃展現出相同的離子交換性能但具有比其他鹼鋁矽酸鹽玻璃低至少約50℃的軟化點。使用多種澄清劑(包括SnO2)可有效達到澄清作用。此等玻璃具有高品質,且同時此等玻璃具有極低濃度的內含雜質(例如,「疙瘩(knot)」及/或「結石(stone)」)及氣泡。
文中所述的該等玻璃(可為平面結構或三維結構)可形成消費性電子產品(例如,電話、筆記型電腦、娛樂裝置及諸如此類者)之至少一部分蓋玻璃或外殼。此等產品通常包括:具有正面、背面及側面的外殼;電子元件,該等電子元件至少部分位於該外殼內部,且該等電子元件包括至少一控制器、記憶體及配置在該外殼正面處或與該外殼正面相鄰的顯示器;及蓋玻璃,該蓋玻璃位在該外殼正面處或位於該外殼正面上以覆蓋住該顯示器。該蓋玻璃及/或外殼具有從約0.25毫米或約0.5毫米至高達約1.0毫米或高達約2.0毫米的厚度,且在某些實施例中,可進行離子交換以強化該蓋玻璃。
雖然已舉出多個典型實施例以供示範說明之用,但上述說明內容不應用來限制本發明及後附請求項的範圍。因此,所屬技術領域中熟悉該項技藝者在不偏離本發明及後附請求項的範圍下,當可做出各種修飾、調整及替換。
100‧‧‧盤狀製品
102‧‧‧表面
104‧‧‧表面
110‧‧‧平坦部分
120‧‧‧曲狀部分
130‧‧‧盤狀製品
132‧‧‧主要表面
134‧‧‧主要表面
Claims (37)
- 一種鹼鋁矽酸鹽玻璃,該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括約0.5莫耳%至約4莫耳%的B2O3、少於1莫耳%的Li2O及約1莫耳%至約7莫耳%的ZnO,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有一約790℃或更低的軟化點及一約35x10-6/K或更低的高溫熱膨脹係數,及其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃可形成一三維的非平面形狀且為可進行離子交換。
- 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經化學強化且具有一壓縮層,該壓縮層從該鹼鋁矽酸鹽玻璃的至少一表面起延伸至該鹼鋁矽酸鹽玻璃內達到一至少約40微米的層深度,該壓縮層具有一至少約600MPa的最大壓縮應力。
- 如請求項2所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該層深度為至少約50微米。
- 如請求項2或請求項3所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該最大壓縮應力為至少約750MPa。
- 如請求項2或請求項3所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃在一單一離子交換浴中進行離子交換10小時或更少時間。
- 如請求項1所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括一消費性電子產品之一蓋玻璃 或一外殼的其中至少一部分蓋玻璃或外殼。
- 如請求項6所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該蓋玻璃及該外殼之其中至少一者具有約0.25毫米至約2.0毫米的一厚度。
- 如請求項1所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括:約62莫耳%至約70莫耳%的SiO2;約5莫耳%至約11莫耳%的Al2O3;約0.5莫耳%至約4莫耳%的B2O3;0莫耳%至約1莫耳%的Li2O;約13莫耳%至約19莫耳%的Na2O;約0.3莫耳%至約4莫耳%的K2O;0莫耳%至約6莫耳%的MgO;及約1莫耳%至約7莫耳%的ZnO。
- 如請求項8所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括:約64莫耳%至約67莫耳%的SiO2;約5莫耳%至約10莫耳%的Al2O3;0莫耳%的Li2O;約13莫耳%至約17莫耳%的Na2O;及約1莫耳%至約4莫耳%的K2O。
- 如請求項8或請求項9所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括約4莫耳%至約7莫耳%的ZnO。
- 如請求項8或請求項9中之任一項所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括約0.5莫耳%至約2.5莫耳%的B2O3及約15莫耳%至約 19莫耳%的Na2O。
- 如請求項8或請求項9中之任一項所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃進一步包括以下中之至少一者:0莫耳%至約3莫耳%的P2O5及0莫耳%至約4莫耳%的ZrO2。
- 如請求項8或請求項9中之任一項所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃進一步包括最高約0.5莫耳%的以下至少一者:SnO2及Sb2O3。
- 如請求項8或請求項9所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中R2O(莫耳%)/Al2O3(莫耳%)1.5,其中R2O=(Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O)。
- 如請求項8或請求項9所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中Al2O3(莫耳%)B2O3(莫耳%)。
- 如請求項1所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有1620℃或更低的一200泊溫度T200。
- 如請求項16所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有一至少150kP的液相線黏度。
- 如請求項17所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有一小於30kP的鋯石崩解黏度。
- 一種鹼鋁矽酸鹽玻璃,該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括:約62莫耳%至約70莫耳%的SiO2;約5莫耳%至約11莫耳%的Al2O3;約0.5莫耳%至約4莫耳%的B2O3;0莫耳%至約1莫耳%的Li2O;約13莫耳%至約19莫耳%的Na2O;約0.3莫耳%至約4莫耳%的K2O;0莫耳%至約6莫耳%的MgO;及約1莫耳%至約7莫耳%的ZnO,該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有一約790℃或更低的軟化點及一約35x10-6/K或更低的高溫熱膨脹係數。
- 如請求項19所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括:約64莫耳%至約67莫耳%的SiO2;約5莫耳%至約10莫耳%的Al2O3;0莫耳%的Li2O;約13莫耳%至約17莫耳%的Na2O;及約1莫耳%至約4莫耳%的K2O。
- 如請求項19或請求項20所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括約4莫耳%至約7莫耳%的ZnO。
- 如請求項19或請求項20所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括約0.5莫耳%至約2.5莫耳%的B2O3及約15莫耳%至約19莫耳%的Na2O。
- 如請求項19或請求項20所述的鹼鋁矽 酸鹽玻璃,進一步包括以下中之至少一者:0莫耳%至約3莫耳%的P2O5及0莫耳%至約4莫耳%的ZrO2。
- 如請求項19或請求項20所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃進一步包括最高約0.5莫耳%的以下至少一者:SnO2及Sb2O3。
- 如請求項19或請求項20所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中R2O(莫耳%)/Al2O3(莫耳%)1.5,其中R2O=(Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O)。
- 如請求項19或請求項20所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中Al2O3(莫耳%)B2O3(莫耳%)。
- 如請求項19所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃經化學強化且具有一壓縮層,該壓縮層從該鹼鋁矽酸鹽玻璃的至少一表面起延伸至該鹼鋁矽酸鹽玻璃內達到一至少約40微米的層深度,該壓縮層具有一至少約600MPa的最大壓縮應力。
- 如請求項27所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該層深度為至少約50微米。
- 如請求項27或請求項28所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該最大壓縮應力為至少約750MPa。
- 如請求項29所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃在一單離子交換浴中進行離子交換10小時或更少時間。
- 如請求項27所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括一消費性電子產品之一蓋玻璃或一外殼的其中至少一部分蓋玻璃或外殼。
- 如請求項31所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該蓋玻璃及該外殼之其中至少一者具有約0.25毫米至約1.0毫米的一厚度。
- 如請求項19所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有1620℃或更低的一200泊溫度T200。
- 如請求項33所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有一至少150kP的液相線黏度。
- 如請求項34所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃具有一小於30kP的鋯石崩解黏度。
- 如請求項19所述之鹼鋁矽酸鹽玻璃,其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃可形成一三維的非平面形狀。
- 一種消費性電子產品,包括:一外殼,該外殼具有一正面、一背面及側面; 電子元件,且該等電子元件至少部分位於該外殼內部,該等電子元件包括至少一控制器、一記憶體及一顯示器,該顯示器配置在該外殼的該正面處或與該外殼的該正面相鄰;及如請求項1所述的玻璃,該玻璃配置在該外殼的該正面處或配置在該外殼的該正面上,而使得該玻璃配置在該顯示器上。
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