TW201925126A

TW201925126A - 具有改良回火能力的有色玻璃

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Publication number: TW201925126A
Application number: TW107142919A
Authority: TW
Inventors: 提摩西詹姆斯奇贊斯基; 彼德約瑟夫雷奇; 蜜雪兒黛安皮爾森史都爾; 吳鏡錫
Original assignee: 美商康寧公司
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2019-07-01
Also published as: US20240092685A1; US11845692B2; US20200385303A1; US11492286B2; WO2019108989A1; US20230041932A1

Abstract

本揭示內容係關於高度可回火的有色玻璃組合物。該等有色玻璃組合物具有高的熱膨脹係數及高的楊氏模數以在紫外及/或藍色波長範圍內進行有利地吸收。亦提供製造此種玻璃的方法。

Description

具有改良回火能力的有色玻璃

本揭示內容係關於高度可回火的有色玻璃組合物。更特定而言，本揭示內容係關於當與一般鈉鈣玻璃比較時具有改良回火的玻璃。更特定而言，本揭示內容係關於有色玻璃組合物，其具有高的熱膨脹係數及高的楊氏模數以在紫外及/或藍色波長範圍內進行有利地吸收。

有時稱為安全玻璃的熱回火玻璃常常應用在其中需要安全破裂行為來防止在斷裂情況下的損傷的情形。例如，安全玻璃係用於強化汽車側窗玻璃及後窗玻璃，以及諸如淋浴門之物體。使得回火玻璃在安全應用中成為十分合需要的回火玻璃之性質在於當其破壞時，其係粉碎為岩鹽狀小室塊，其不具有尖銳邊緣或針狀點。此所要的破裂行為係稱為「切塊(dicing)」且在玻璃已達成全回火時發生。

除熱回火玻璃之安全態樣之外，將玻璃回火強化，使得其更耐損壞且耐久。由於增加的耐久性，回火玻璃可用於其中標準玻璃將快速破壞的應用中—例如，汽車擋風玻璃，其中玻璃可受岩石或其他硬質材料衝擊。歸因於在建築學、汽車、及電子裝置應用中玻璃使用的增加，存在對具有改良回火能力的安全、強化玻璃的延續未滿足的需要。

在態樣(1)中，本揭示內容提供玻璃組合物，其包含55-75 mol% SiO₂ 、大於0 mol% Al₂ O₃ 、大於0至20 mol%的來自由MgO、CaO、BaO、或SrO組成的群組的至少一種鹼土金屬氧化物、6-16 mol% Na₂ O + K₂ O、0-16 mol% Na₂ O、0-16 mol% K₂ O、＞0-4 mol% TiO₂ 及B₂ O₃ 或ZnO之一或多者，其中B₂ O₃ 在存在時構成＞0-12 mol%，及ZnO在存在時構成＞0-8 mol%。在態樣(2)中，本揭示內容提供態樣(1)之玻璃組合物，其包含60-75 mol% SiO₂ 。在態樣(3)中，本揭示內容提供態樣(1)或態樣(2)之玻璃組合物，其進一步包含0-0.2 mol% Fe₂ O₃ 。在態樣(4)中，本揭示內容提供態樣(3)之玻璃組合物，其包含0-0.1 mol% Fe₂ O₃ 。在態樣(5)中，本揭示內容提供態樣(1)或態樣(2)之玻璃組合物，其中該玻璃組合物不含鐵。在態樣(6)中，本揭示內容提供態樣(1)-(5)中任一態樣之玻璃組合物，其進一步包含＞0-2 mol%的鈰、鈥、銅、鎳之氧化物或其組合。在態樣(7)中，本揭示內容提供態樣(6)之玻璃組合物，其包含＞0-1 mol%氧化鈰。在態樣(8)中，本揭示內容提供態樣(6)之玻璃組合物，其包含＞0-1 mol%氧化銅。在態樣(9)中，本揭示內容提供態樣(1)-(8)中任一態樣之玻璃組合物，其包含＞0-10 mol%的MgO。

在態樣(10)中，本揭示內容提供態樣(1)-(9)中任一態樣之玻璃組合物，其包含＞0-12 mol% Al₂ O₃ 。在態樣(11)中，本揭示內容提供態樣(1)-(10)中任一態樣之玻璃組合物，其包含＞0-15 mol% CaO。在態樣(12)中，本揭示內容提供態樣(1)-(11)中任一態樣之玻璃組合物，其包含 8-16 mol% Na₂ O + K₂ O。在態樣(13)中，本揭示內容提供態樣(1)-(12)中任一態樣之玻璃組合物，其包含＞0-15 mol% Na₂ O。在態樣(14)中，本揭示內容提供態樣(1)-(13)中任一態樣之玻璃組合物，其包含 1-12或1.5-10 mol% B₂ O₃ 且視情況不含ZnO。在態樣(15)中，本揭示內容提供態樣(1)-(14)中任一態樣之玻璃組合物，其包含 3-8 mol% ZnO且視情況不含B₂ O₃ 。在態樣(16)中，本揭示內容提供態樣(1)-(15)中任一態樣之玻璃組合物，其中該玻璃組合物具有自25℃至300℃量測的低溫熱膨脹係數(low temperature coefficient of thermal expansion; LTCTE)及在高於玻璃轉化區域的溫度下量測的高溫熱膨脹係數(high temperature coefficient of thermal expansion; HTCTE)，且其中LTCTE及HTCTE之總和為350x10^-7 /℃或更大。在態樣(17)中，本揭示內容提供態樣(16)之玻璃組合物，其中LTCTE及HTCTE之總和為370x10^-7 /℃或更大。在態樣(17)中，本揭示內容提供態樣(16)之玻璃組合物，其中LTCTE及HTCTE之總和為400x10^-7 /℃或更大。

在態樣(19)中，本揭示內容提供態樣(1)-(18)中任一態樣之玻璃組合物，其中該玻璃組合物具有回火能ψ，且該回火能ψ等於或大於0.80。在態樣(20)中，本揭示內容提供態樣(19)之玻璃組合物，其中該回火能ψ等於或大於0.85。在態樣(21)中，本揭示內容提供態樣(19)之玻璃組合物，其中該回火能ψ等於或大於0.90。

在態樣(22)中，本揭示內容提供玻璃組合物，其包含60-65 mol% SiO₂ 、5-10 mol% Al₂ O₃ 、3-10 mol% MgO、5-15 mol% CaO、8-15 mol% Na₂ O + K₂ O、0-15 mol% Na₂ O、0-15 mol% K₂ O、＞0-4 mol% TiO₂ 、1.5-6 mol% B₂ O₃ 及＞0-2 mol% CeO₂ 、Ho₂ O₃ 、CuO、NiO、或其組合，及其中該玻璃組合物具有自25℃至300℃量測的低溫熱膨脹係數(low temperature coefficient of thermal expansion; LTCTE)及在高於玻璃轉化區域的溫度下量測的高溫熱膨脹係數(high temperature coefficient of thermal expansion; HTCTE)，且其中LTCTE及HTCTE之總和為350x10^-7 /℃或更大，且該玻璃組合物具有回火能ψ，且該回火能ψ等於或大於0.80。在態樣(23)中，本揭示內容提供態樣(22)之玻璃組合物，其中LTCTE及HTCTE之總和為40x10^-7 /℃或更大。在態樣(24)中，本揭示內容提供態樣(22)或態樣(23)之玻璃組合物，其中該回火能ψ等於或大於0.90。

在態樣(25)中，本揭示內容提供玻璃組合物，其包含65-72 mol% SiO₂ 、4-10 mol% Al₂ O₃ 、3-10 mol% MgO、＞0-5 mol% CaO、10-16 mol% Na₂ O+ K₂ O、10-16 mol% Na₂ O、0-10 mol% K₂ O、1.5-8 mol% B₂ O₃ 、＞0-4 mol% TiO₂ 及＞0-2 mol% CeO₂ 、Ho₂ O₃ 、CuO、NiO、或其組合，及其中該玻璃組合物具有自25℃至300℃量測的低溫熱膨脹係數(low temperature coefficient of thermal expansion; LTCTE)及在高於玻璃轉化區域的溫度下量測的高溫熱膨脹係數(high temperature coefficient of thermal expansion; HTCTE)，且其中LTCTE及HTCTE之總和為400x10^-7 /℃或更大；且該玻璃組合物具有回火能ψ，且該回火能ψ等於或大於0.80。在態樣(26)中，本揭示內容提供態樣(25)之玻璃組合物，其中該回火能ψ等於或大於0.90。

在態樣(27)中，本揭示內容提供玻璃組合物，其包含65-70 mol% SiO₂ 、＞0-5 mol% AI₂ O₃ 、5-10 mol% MgO、6-13 mol% CaO、10-16 mol% Na₂ O + K₂ O、2-16 mol% Na₂ O、0-8 mol% K₂ O、1-6 mol% B₂ O₃ 、＞0-4 mol% TiO₂ 及＞0-2 mol% CeO₂ 、Ho₂ O₃ 、CuO、NiO、或其組合，及其中該玻璃組合物具有自25℃至300℃量測的低溫熱膨脹係數(low temperature coefficient of thermal expansion; LTCTE)及在高於玻璃轉化區域的溫度下量測的高溫熱膨脹係數(high temperature coefficient of thermal expansion; HTCTE)，且其中LTCTE及HTCTE之總和為400x10^-7 /℃或更大，且該玻璃組合物具有回火能ψ，且該回火能ψ等於或大於0.80。在態樣(28)中，本揭示內容提供態樣(27)之玻璃組合物，其中該回火能ψ等於或大於0.90。

在態樣(29)中，本揭示內容提供玻璃組合物，其包含65-70 mol% SiO₂ 、＞0-5 mol% Al₂ O₃ 、4-8 mol% MgO、7-11 mol% CaO、9-14 mol% Na₂ O + K₂ O、0-14 mol% Na₂ O、0-14 mol% K₂ O、1-6 mol% B₂ O₃ 、＞0-4 mol% TiO₂ 及＞0-2 mol% CeO₂ 、Ho₂ O₃ 、CuO、NiO、或其組合，及其中該玻璃組合物具有自25℃至300℃量測的低溫熱膨脹係數(low temperature coefficient of thermal expansion; LTCTE)及在高於玻璃轉化區域的溫度下量測的高溫熱膨脹係數(high temperature coefficient of thermal expansion; HTCTE)，且其中LTCTE及HTCTE之總和為350x10^-7 /℃或更大，且該玻璃組合物具有回火能ψ，且該回火能ψ等於或大於0.80。在態樣(30)中，本揭示內容提供態樣(29)之玻璃組合物，其中該回火能ψ等於或大於0.90。在態樣(31)中，本揭示內容提供態樣(29)或態樣(30)之玻璃組合物，其中LTCTE及HTCTE之總和為370x10^-7 /℃或更大。在態樣(32)中，本揭示內容提供態樣(29)-(31)中任一態樣之玻璃組合物，其中LTCTE及HTCTE之總和為400x10^-7 /℃或更大。在態樣(33)中，本揭示內容提供態樣(22)-(32)中任一態樣之玻璃組合物，其包含2-4 mol% TiO₂ 。在態樣(34)中，本揭示內容提供態樣(22)-(33)中任一態樣之玻璃組合物，其包含 0-1 mol% CeO₂ 。在態樣(35)中，本揭示內容提供態樣(22)-(33)中任一態樣之玻璃組合物，其包含0-1 mol% CuO。在態樣(36)中，本揭示內容提供態樣(1)-(35)中任一態樣之玻璃組合物，其中該玻璃組合物展現以具有以下值之SCE色空間坐標呈現的色彩：a* = 約-10至約30；b* = 約0至約30；且L* ＞ 83。在態樣(37)中，本揭示內容提供態樣(1)-(36)中任一態樣之玻璃組合物，其中該玻璃組合物在輥軋成2 mm厚平板時具有透射率且其中該透射率在575 nm下為大於80%。在態樣(38)中，本揭示內容提供態樣(1)-(37)中任一態樣之玻璃組合物，其中該玻璃不含BaO及SrO。

在態樣(39)中，本揭示內容提供製造態樣(1)-(38)中任一態樣之玻璃組合物的製程，其包含：玻璃批料熔融該玻璃組合物中之氧化物且維持該玻璃批料在範圍為1250-1650℃之溫度下熔融歷時範圍為約6-16小時之時間。在態樣(40)中，本揭示內容提供態樣(39)之製程，其進一步包含熱回火該玻璃組合物。在態樣(41)中，本揭示內容提供態樣(39)或態樣(40)之製程，其進一步包含化學回火該玻璃組合物。

在態樣(42)中，本揭示內容提供電子裝置，其包含如態樣(1)-(38)中任一態樣所述之玻璃組合物。在態樣(43)中，本揭示內容提供光伏打裝置，其包含前部基板、背部基板及光伏打單元，其中該前部基板或該背部基板之至少一者包含如態樣(1)-(38)中任一態樣之玻璃組合物。在態樣(44)中，本揭示內容提供光伏打裝置，其包含前部基板、背部基板及光伏打單元，其中該前部基板及該背部基板各自具有一厚度，且該前部基板之該厚度為2 mm至4 mm且該背部基板之該厚度為1 mm至4 mm，且其中該前部基板包含態樣(1)-(37)中任一態樣之玻璃組合物。在態樣(45)中，本揭示內容提供態樣(44)之光伏打裝置，其中該前部基板及該背部基板之該厚度的總和為4 mm或更小。在態樣(46)中，本揭示內容提供態樣(43)-(45)中任一態樣之光伏打裝置，其中該光伏打單元包含多晶矽材料。在態樣(47)中，本揭示內容提供態樣(46)之光伏打裝置，其中該多晶矽材料具有在L*a*b*空間中的SCE色彩，該SCE色彩具有L*＜30、0＜a*＜20、及-30＜b*＜0。在態樣(48)中，本揭示內容提供態樣(42)-(47)中任一態樣之光伏打裝置，其中該玻璃組合物及該光伏打單元之組合具有在L*a*b*空間中的具有L*＜50、-5＜a*＜10、及-10＜b*＜5之SCE。

在以下描述中，每當群組係描述為包含一組要素之至少一者及其組合時，應瞭解該群組可單獨地或彼此相組合地包含任何數量的所敘述的彼等要素，主要由其組成，或由其組成。類似地，每當群組係描述為包含一組要素之至少一者及其組合時，應瞭解該群組可單獨地或彼此相組合地由任何數量的所敘述的彼等要素組成。除非另作說明，否則在敘述值之範圍時，該範圍包括該範圍之上限及下限兩者以及其之間的任何範圍。如本文所使用，除非另外指定，否則不定冠詞「一(a)」、「一(an)」及對應定冠詞「該」意味著「至少一個/種」或「一或多個/種」。亦應理解，說明書及圖式中揭示的各種特徵可以任何及所有組合來使用。

在本文敘述包含上限值及下限值的數值之範圍的情況下，除非在特定情況下另有說明，否則範圍意欲包括其端點，及該範圍內的所有整數及分數。並不意欲將申請專利範圍之範疇限於在定義範圍時敘述的特定值。另外，當量、濃度、或其他值或參數係作為範圍、一或多個較佳範圍或較佳上限值及較佳下限值之清單給出時，此將理解為特定地揭示由任何範圍上限或較佳值及任何範圍下限或較佳值之任何對形成的所有範圍，而不管此對是否被單獨揭示。最後，當術語「約」用於描述範圍之值或端點時，本揭示內容應理解為包括所提及的特定值或端點。當範圍之數值或端點未敘述「約」時，範圍之數值或端點意欲包括兩個實施例：一個藉由「約」修飾，而一個不藉由「約」修飾。

如本文所使用，術語「約」意味著量、大小、配方、參數、及其他數量及特性不且不必為確切的，但可視需要為近似值及/或較大或較小，從而反映公差、換算因數、捨入、量測誤差及類似因素、及熟習此項技術者所知的其他因素。應注意，本文可使用術語「實質上」來表示可歸因於任何定量比較、值、量測、或其他表示的固有不確定度。本文亦使用該些術語來表示定量表示可與所述參考不同而不造成所關注標的物之基本功能改變的程度。因此，「不含Al₂ O₃ 」的玻璃為其中Al₂ O₃ 不被主動地添加或配料至玻璃中，但可以極小量作為污染物(例如，500、400、300、200、或100百萬分率(parts per million; ppm)或更小)存在的玻璃。

除非另外指定，所有組合物係以莫耳百分比(mol%)來表示。除非另外指定，否則熱膨脹係數(coefficients of thermal expansion; CTE)係以10^-7 /℃表示。低溫CTE (LTCTE)係在25℃至300℃的溫度範圍內量測且以10^-7 /℃表示。高溫CTE (HTCTE)係在高於玻璃轉化區域的溫度下量測且以10^-7 /℃表示。LTCTE及HTCTE之總和係以10^-7 /℃表示。以公克/cm³ 表示的密度係經由阿基米德方法(ASTM C693)量測。楊氏模數、剪切模數、及帕松比係經由ASTM C623標準量測。玻璃組合物

在熱回火中，將玻璃產物加熱至接近軟化溫度且隨後快速地淬火，例如，藉由在表面上吹入冷空氣。結果，玻璃將在冷卻期間擁有比內部低的表面溫度。由於玻璃之中心更緩慢地冷卻至室溫，所以其收縮至較小比容而表面層之高比容保持不變。此導致給予回火玻璃其強度之表面壓縮層。比容之差異係歸因於在冷卻時玻璃之熱膨脹的差異及表面與主體之間的有效溫度差之組合。為第一次近似，熱回火玻璃中之應力分佈可由簡單抛物線表示，其中表面壓縮應力之量值近似等於中心張力的兩倍。

當熱回火玻璃破壞時，不同於退火玻璃，其粉碎成岩鹽狀小塊，其不具有尖銳邊緣或針狀形狀。此行為尤其適用於其中安全破裂行為是必需的情形，且因為此原因，表徵熱回火玻璃之破裂行為是最為重要的。所要的破裂行為係稱為「切塊(dicing)」且在玻璃已達成全回火時發生。回火玻璃之切塊閾值為稍微任意界定的破裂行為，其可在玻璃斷裂之事件中對使用者視為是「安全的」。針對切塊閾值之標準在世界範圍內存在，諸如美國的ASTM C1048及ANSI Z97.1、歐洲的EN12150-1、俄羅斯的GOST 5727-88、日本的JIS R 3206、及中國的GB 15763.2 (其全部據此以引用方式併入)。國家間的標準為類似的，原因在於其大體上指出對厚玻璃(＞3 mm)而言，要求回火鈉鈣玻璃之碎斷小塊在50 mm x 50 mm之區域中含有至少30-40個碎片(1.6個碎片/cm² )，而日文標準尤其要求在較薄玻璃的情況下至少60個碎片。

有趣的是在熱回火期間預測玻璃組合物產生應力之能力。在形成更一般表達式中可做出的最簡單近似為假定對於玻璃厚度及淬火速率之任何選定組合，歸因於熱應變形成的應力為可能的最大值之分數。因此，在自恆定黏度淬火時形成的壓縮回火應力之一般表達式可表示為： σ_Cs = C(h,t,η)*ψ(E,α^s _CTE ,α^L _CTE ,T _軟化 ,T _應變 ) 其中E為玻璃之楊氏模數，α^s _CTE 為呈固體形式的玻璃之CTE，α^L _CTE 為呈液體形式的玻璃之CTE，T_軟為軟化點溫度，T_應變為應變點溫度，且常數ψ為稱為「回火能參數」的材料性質，且代表若表面在淬火時凍結則可形成的最大熱應變。最大熱應變可粗糙地藉由隨溫度及一般玻璃性質變化的熱膨脹之2步積分來估算。熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion; CTE)係假定為自室溫至應變點為常數，且隨後再次自應變點至軟化點為常數。考慮此點並假定室溫接近0℃，更一般的「回火能參數」可表示為： ψ=E*[T _應變 _* α^s _CTE + α^L _CTE*( T _軟化 -T _應變 ₎ )] 其中E以GPa表示，溫度以℃給出，且α以℃^-1 表示。可見此表達式含有使用在玻璃狀與液體行為之間的玻璃之應變點計算的體積應變之更一般形式。

藉由量測給定玻璃之幾項標準性質，若常數C(h,t,η)已知，則有可能估算預期將形成的回火應力。此常數已使用針對廣泛範圍的已知組合物的模型化，且根據對ψ之計算來評估，各種玻璃組合物之相對回火能可彼此快速地比較。當計算多種玻璃組合物之回火能時，結果展示性質之各種組合可達到類似回火能且在組合物及性質方面具有巨大差異的玻璃可就回火能而言為幾乎不可區別的。

本文揭示的玻璃具有高的熱膨脹係數及高的楊氏模數且可與熱回火製程一起使用以獲得在與可商購玻璃比較時改良的回火。本文描述的玻璃需要滿足達成用於商業電子器件、汽車及建築學應用的較強但較薄熱強化玻璃的生長需求，在該等應用中耐久性及/或防刮性連同「安全」的破壞圖案為所要的。隨著玻璃變得更薄，其變得更硬以完全地產生任何熱回火應力，且安全「切塊」破裂型式所需要的中心張力增加—產生複合挑戰。開發產生增強的回火應力之玻璃可有助於滿足此挑戰。另外，玻璃亦必須保留顯著的化學耐久性，因為其將可能暴露於自然環境歷時延長的時間段。

已發現具有0.8或更高、0.85或更高、或甚至0.9或更高的回火能參數ψ之玻璃能夠增加熱回火。在一些實施例中，為改良回火能，已發現低溫熱膨脹係數(low temperature coefficient of thermal expansion; LTCTE)應為55x10^-7 /℃或更大。在一些實施例中，已發現高溫熱膨脹係數(high temperature coefficient of thermal expansion; HTCTE)應為270x10^-7 /℃或更大。在一些實施例中，已發現為改良回火能，LTCTE及HTCTE之總和應大於350x10^-7 /℃、370x10^-7 /℃、或400x10^-7 /℃。本發明為新穎的玻璃組合物空間，其具有高的熱膨脹係數及楊氏模數。在一些實施例中，已發現玻璃組合物在楊氏模數大於67 GPa時具有改良的回火能且回火能因子大於或等於0.75 (可商購鈉鈣玻璃之近似值)。

在一些實施例中，玻璃包含SiO₂ 、Na₂ O或K₂ O、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 或ZnO、及鹼土金屬氧化物之組合。例如，實施例可包含55 mol%至75 mol% SiO₂ (55 mol% ≦ SiO₂ ≦ 75 mol%)；大於0 mol% Al₂ O₃ (0 mol% ＜ Al₂ O₃ )；大於0 mol% MgO (0 mol% ＜ MgO)；大於0 mol% CaO (0 mol% ＜ CaO)；6 mol%至16 mol% Na₂ O + K₂ O (6 mol% ≦ Na₂ O + K₂ O ≦ 16 mol%)；0 mol%至16 mol% Na₂ O (0 mol% ≤ Na₂ O ≤ 16 mol%)；0 mol%至16 mol% K₂ O (0 mol% ≦ K₂ O ≦ 16 mol%)；及B₂ O₃ 或ZnO之一或多者，其中B₂ O₃ 在存在時構成1 mol%至10 mol% (1 mol% ≦ B₂ O₃ ≦ 10 mol%)；且ZnO在存在時構成大於0 mol%至8 mol% (0 mol% ＜ ZnO ≦ 8 mol%)。

在一些實施例中，玻璃包含SiO₂ 、Na₂ O或K₂ O、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、及鹼土金屬氧化物之組合。例如，實施例可包含60 mol%至65 mol% SiO₂ (60 mol% ≦ SiO₂ ≦ 65 mol%)；5 mol%至10 mol% Al₂ O₃ (5 mol% ≦ Al₂ O₃ ≦ 10 mol%)；3 mol%至10 mol% MgO (3 mol% ≦ MgO ≦ 10 mol%)；5 mol%至15 mol% CaO (5 mol% ≦ CaO ≦ 15 mol%)；8 mol%至15 mol% Na₂ O + K₂ O (8 mol% ≦ Na₂ O + K₂ O ≦ 15 mol%)；0 mol%至15 mol% Na₂ O (0 mol% ≦ Na₂ O ≦ 15 mol%)；0 mol%至15 mol% K₂ O (0 mol% ≦ K₂ O ≦ 15 mol%)；及1.5 mol%至6 mol% B₂ O₃ (1.5 mol% ≦ B₂ O₃ ≦ 6 mol%)。

替代實施例可包含65 mol%至70 mol% SiO₂ (65 mol% ≦ SiO₂ ≦ 70 mol%)；大於0 mol%至5 mol% Al₂ O₃ (0 mol% ＜ Al₂ O₃ ≦ 5 mol%)；4 mol%至8 mol% MgO (4 mol% ≦ MgO ≦ 8 mol%)；7 mol%至11 mol% CaO (7 mol% ≦ CaO ≦ 11 mol%)；9 mol%至14 mol% Na₂ O + K₂ O (9 mol% ≦ Na₂ O + K₂ O ≦ 14 mol%)；0 mol%至14 mol% Na₂ O (0 mol% ≦ Na₂ O ≦ 14 mol%)；0 mol%至14 mol% K₂ O (0 mol% ≦ K₂ O ≦ 14 mol%)；及1 mol%至6 mol% B₂ O₃ (1 mol%≦B₂ O₃ ≦ 6 mol%)。

其他實施例可包含65 mol%至70 mol% SiO₂ (65 mol% ≦ SiO₂ ≦ 70 mol%)；大於0 mol%至5 mol% Al₂ O₃ (0 mol% ＜ Al₂ O₃ ≦ 5 mol%)；5 mol%至10 mol% MgO (5 mol% ≦ MgO ≦ 10 mol%)；6 mol%至13 mol% CaO (6 mol% ≦ CaO ≦ 13 mol%)；10 mol%至16 mol% Na₂ O + K₂ O (10 mol% ≦ Na₂ O + K₂ O ≦ 16 mol%)；2 mol%至16 mol% Na₂ O (2 mol% ≦ Na₂ O ≦ 16 mol%)；0 mol%至8 mol% K₂ O (0 mol% ≦ K₂ O ≦ 8 mol%)；及1 mol%至6 mol% B₂ O₃ (1 mol% ≦ B₂ O₃ ≦ 6 mol%)。

其他實施例可包含65 mol%至72 mol% SiO₂ (65 mol% ≦ SiO₂ ≦ 72 mol%)；4 mol%至10 mol% Al₂ O₃ (4 mol% ≦ Al₂ O₃ ≦ 10 mol%)；3 mol%至10 mol% MgO (3 mol% ≦ MgO ≦ 10 mol%)；＞0 mol%至13 mol% CaO (0 mol% ＜ CaO ≦ 13 mol%)；10 mol%至16 mol% Na₂ O + K₂ O (10 mol% ≦ Na₂ O + K₂ O ≦ 16 mol%)；10 mol%至16 mol% Na₂ O (10 mol% ≦ Na₂ O ≦ 16 mol%)；0 mol%至6 mol% K₂ O (0 mol% ≦ K₂ O ≦ 6 mol%)；及1.5 mol%至8 mol% B₂ O₃ (1.5 mol% ≦ B₂ O₃ ≦ 8 mol%)。可構成所體現組合物的各種成分之另外的態樣在下文詳述。

為所體現玻璃之最大氧化物組分的SiO₂ 可包括來提供高溫穩定性及化學耐久性。在一些實施例中，玻璃可包含55至75 mol% SiO₂ 。在一些實施例中，玻璃可包含60至72 mol% SiO₂ 。在一些實施例中，玻璃可包含65至72 mol% SiO₂ 。在一些實施例中，玻璃可包含65至70 mol% SiO₂ 。在一些實施例中，玻璃可包含55至75 mol%、63至72 mol%、65至72 mol%、68至72 mol%、60至70 mol%、63至70 mol%、65至70 mol%、68至70 mol%、60至68 mol%、63至68 mol%、65至68 mol%、60至65 mol%、63至65 mol%、或60至63 mol% SiO₂ 。在一些實施例中，玻璃包含55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、或75 mol% SiO₂ 。

Al₂ O₃ 可影響玻璃之結構，且另外降低液相溫度及熱膨脹係數，或增強應變點。在一些實施例中，玻璃可包含大於0 mol% Al₂ O₃ 。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至12 mol% Al₂ O₃ 。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至5 mol%、4至10 mol%、5至10 mol% Al₂ O₃ 或＞0至3 mol% Al₂ O₃ 。在一些實施例中，玻璃可包含0.5至4 mol% Al₂ O₃ 。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至12 mol%、＞0至10 mol%、＞0至8 mol%、＞0至6 mol%、＞0至4 mol%、＞0至2 mol%、1至12 mol%、1至10 mol%、1至8 mol%、1至6 mol%、1至4 mol%、1至2 mol%、3至8 mol%、3至6 mol%、3至10 mol%、3至12 mol%、5至8 mol%、5至10 mol%、5至12 mol%、7至12 mol%、7至10 mol%、或8至10 mol% Al₂ O₃ 。在一些實施例中，玻璃可包含約＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12 mol% Al₂ O₃ 。

在不受理論約束的情況下，咸信將B₂ O₃ 併入至本文描述的玻璃中影響熱膨脹係數，尤其在高溫下如此，且改良玻璃之回火能。在一些實施例中，當存在時，玻璃可包含＞0 mol%至10 mol% B₂ O₃ 。在一些實施例中，玻璃可包含1至10 mol%、1 mol%至8 mol%或1 mol%至6 mol% B₂ O₃ 。在一些實施例中，玻璃可包含約1.5至8 mol% B₂ O₃ 或1.5至6 mol% B₂ O₃ 。在一些實施例中，玻璃可包含1至4 mol% B₂ O₃ 。在一些實施例中，玻璃可包含1至10 mol%、1.5至10 mol%、2至10 mol%、4至10 mol%、1至8 mol%、1.5至8 mol%、2至8 mol%、4至8 mol%、1至6 mol%、1.5至6 mol%、2至6 mol%、4至6 mol%、1至4 mol%、1.5至4 mol%、2至4 mol%、1.5至3 mol%、或1至3 mol% B₂ O₃ 。在一些實施例中，玻璃可包含約0、＞0、0.5、1、1.5、2、3、4、5、6、7、8、9、或10 mol% B₂ O₃ 。

在一些實施例中，玻璃中的硼之量受玻璃中的鈉及鉀之量減鋁之量約束。在一些實施例中，硼之量係藉由下式指定：硼 ≦ (鈉 + 鉀) – 鋁其中各種成分之量係以其氧化物之mol%計。在一些此種實施例中，藉由將硼保持在此參數範圍內，有可能確保其在玻璃中主要地保持四面體配位。

氧化鋅ZnO可存在並影響玻璃性質，包括楊氏模數。在一些實施例中，在ZnO存在時，玻璃可包含大於0至8 mol% ZrO₂ 或在一些實施例中，3至8 mol%或3至5 mol% ZnO。在一些實施例中，玻璃可包含0、＞0、1、2、3、4、5、6、7、或8 mol% ZnO。

不希望藉由理論約束，咸信在一些實施例中，ZnO及B₂ O₃ 可對材料性質具有類似的效應。因此，在一些所體現的玻璃中，ZnO及B₂ O₃ 之mol%的總和可為關鍵的或玻璃中的ZnO及B₂ O₃ 之組合可對玻璃之回火能具有總體效應。在一些實施例中，當B₂ O₃ 存在於玻璃中時，玻璃不含ZnO。替代地，在一些實施例中，當ZnO存在於玻璃中時，玻璃不含B₂ O₃ 。

鹼土金屬氧化物可改良材料中合乎需要的性質，包括影響楊氏模數及熱膨脹係數。在一些實施例中，玻璃包含＞0 mol%至約20 mol% MO (0 mol% ＜ MO ≤ 20 mol%)，其中M為玻璃中的鹼土金屬Mg、Ca、Sr、及Ba之總和。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至18 mol% MO。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至16 mol% MO。在一些實施例中，玻璃可包含約＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、或20 mol% MO。

在一些實施例中，玻璃包含MgO、CaO、或SrO。在一些實施例中，玻璃可包含大於0 mol% MgO。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至10 mol% MgO。在一些實施例中，玻璃可包含3至10 mol%、5至10 mol%、5至8 mol% MgO。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至10 mol%、＞0至8 mol%、＞0至6 mol%、＞0至4 mol%、＞0至2 mol%、1至10 mol%、1至8 mol%、1至6 mol%、1至4 mol%、1至2 mol%、3至8 mol%、3至6 mol%、3至10 mol%、5至8 mol%、5至10 mol%、7至10 mol%、或8至10 mol% MgO。在一些實施例中，玻璃可包含約＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、或10 mol% MgO。

在一些實施例中，玻璃可包含大於0 mol% CaO。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至15 mol% CaO。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至5 mol%、6至13 mol%、5至15 mol%、7至13 mol%、7至11 mol%、8至12 mol% CaO。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至15 mol%、＞0至13 mol%、＞0至11 mol%、＞0至9 mol%、＞0至7 mol%、＞0至5 mol%、1至15 mol%、1至13 mol%、1至11 mol%、1至9 mol%、1至7 mol%、1至5 mol%、3至15 mol%、3至13 mol%、3至11 mol%、3至9 mol%、3至7 mol%、3至5 mol%、5至15 mol%、5至13 mol%、5至11 mol%、5至9 mol%、5至7 mol%、7至15 mol%、7至13 mol%、7至11 mol%、7至9 mol%、9至15 mol%、9至13 mol%、9至11 mol%、11至15 mol%、或11至13 mol% CaO。在一些實施例中，玻璃可包含約＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15 mol% CaO。

SrO可存在於一些實施例中且在此種實施例中，玻璃可包含0至5 mol% SrO。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至5 mol% SrO。在一些實施例中，玻璃可包含約＞0至3.5 mol% SrO或0.2至3 mol% SrO。在一些實施例中，玻璃可包含1至4 mol% SrO。在一些實施例中，玻璃可包含 0.2至5 mol%、0.2至4 mol%、0.2至3 mol%、0.2至2 mol%、＞0至5 mol%、＞0至4 mol%、＞0至3 mol%、＞0至2 mol%、1至5 mol%、1至4 mol%、或1至3 mol% SrO。在一些實施例中，玻璃可包含約0、＞0、1、2、3、4、或5 mol% SrO。

BaO可存在於一些實施例中且在此種實施例中，玻璃可包含0至15 mol% BaO。在一些實施例中，玻璃可包含 0至10 mol%、＞0至5 mol%、6至13 mol%、5至15 mol%、7至13 mol%、7至11 mol%、8至12 mol% BaO。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至15 mol%、＞0至13 mol%、＞0至11 mol%、＞0至9 mol%、＞0至7 mol%、＞0至5 mol%、1至15 mol%、1至13 mol%、1至11 mol%、1至9 mol%、1至7 mol%、1至5 mol%、3至15 mol%、3至13 mol%、3至11 mol%、3至9 mol%、3至7 mol%、3至5 mol%、5至15 mol%、5至13 mol%、5至11 mol%、5至9 mol%、5至7 mol%、7至15 mol%、7至13 mol%、7至11 mol%、7至9 mol%、9至15 mol%、9至13 mol%、9至11 mol%、11至15 mol%、或11至13 mol% BaO。在一些實施例中，玻璃可包含約＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15 mol% BaO。

Na₂ O及K₂ O可改良玻璃之回火能且影響熱膨脹係數，尤其在低溫下如此。在一些實施例中，玻璃可包含0至16 mol% Na₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至15 mol% Na₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含10至16 mol% Na₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含2至16 mol% Na₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含 0至16 mol%、0至15 mol%、0至14 mol%、0至10 mol%、0至8 mol%、0至5 mol%、＞0至16 mol%、＞0至15 mol%、＞0至14 mol%、＞0至10 mol%、＞0至8 mol%、＞0至5 mol%、2至16 mol%、2至15 mol%、2至14 mol%、2至10 mol%、2至8 mol%、2至5 mol%、5至16 mol%、5至15 mol%、5至14 mol%、5至10 mol%、5至8 mol%、8至16 mol%、8至15 mol%、8至14 mol%、8至10 mol%、10至16 mol%、10至15 mol%、或10至14 mol% Na₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含 0、＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、或16 mol% Na₂ O。

在一些實施例中，玻璃可包含0至16 mol% K₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至15 mol% K₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含0至8 mol% K₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含0至6 mol% K₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含 0至16 mol%、0至15 mol%、0至14 mol%、0至10 mol%、0至8 mol%、0至5 mol%、＞0至16 mol%、＞0至15 mol%、＞0至14 mol%、＞0至10 mol%、＞0至8 mol%、＞0至5 mol%、2至16 mol%、2至15 mol%、2至14 mol%、2至10 mol%、2至8 mol%、2至5 mol%、5至16 mol%、5至15 mol%、5至14 mol%、5至10 mol%、5至8 mol%、8至16 mol%、8至15 mol%、8至14 mol%、8至10 mol%、10至16 mol%、10至15 mol%、或10至14 mol% K₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含0、＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、或16 mol% K₂ O。

在一些實施例中，可存在Li₂ O且在此種實施例中，玻璃可包含0至5 mol% Li₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含＞0至5 mol% Li₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含約＞0至3.5 mol% Li₂ O或0.2至3 mol% Li₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含1至4 mol% Li₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含 0.2至5 mol%、0.2至4 mol%、0.2至3 mol%、0.2至2 mol%、＞0至5 mol%、＞0至4 mol%、＞0至3 mol%、＞0至2 mol%、1至5 mol%、1至4 mol%、或1至3 mol% Li₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含約0、＞0、1、2、3、4、或5 mol% Li₂ O。

在一些實施例中，鹼金屬Na₂ O及K₂ O或Li₂ O、Na₂ O、及K₂ O之總量對玻璃性質為重要的。在一些實施例中，玻璃可包含 6至16 mol% Na₂ O + K₂ O或Li₂ O + Na₂ O + K₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含 8至16 mol% Na₂ O + K₂ O或Li₂ O + Na₂ O + K₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含 8至15 mol% Na₂ O + K₂ O或Li₂ O + Na₂ O + K₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含10至16 mol% Na₂ O + K₂ O或Li₂ O + Na₂ O + K₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含9至14 mol% Na₂ O + K₂ O或Li₂ O + Na₂ O + K₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含 6至16 mol%、8至16 mol%、10至16 mol%、6至15 mol%、8至15 mol%、10至15 mol%、6至14 mol%、8至14 mol%、10至14 mol%、6至12 mol%、8至12 mol%、10至12 mol%、6至10 mol%、8至10 mol%、或6至8 mol% Na₂ O + K₂ O或Li₂ O + Na₂ O + K₂ O。在一些實施例中，玻璃可包含6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、或16mol%Na₂ O + K₂ O或Li₂ O+ Na₂ O + K₂ O。

TiO₂ 對玻璃之色彩以及其他屬性皆為關鍵的且玻璃可包含＞0至4 mol% TiO₂ 。在一些實施例中，玻璃可包含約＞0至3.5 mol% TiO₂ 或0.2至4 mol% TiO₂ 。在一些實施例中，玻璃可包含1至4 mol% TiO₂ 。在一些實施例中，玻璃可包含 0.2至4 mol%、0.2至3.5 mol%、0.2至3 mol%、0.2至2.5 mol%、＞0至4 mol%、＞0至3.5 mol%、＞0至3 mol%、＞0至2.5 mol%、1至4 mol%、1至3.5 mol%、或1至3 mol% TiO₂ 。在一些實施例中，玻璃可包含約 0、＞0、1、2、2.5、3、3.5、或4 mol% TiO₂ 。

另外的組分可併入玻璃中來提供另外的益處，或可作為典型地在商業上製備的玻璃中發現的污染物併入。例如，另外的組分可作為澄清劑(例如，以促進氣態夾雜物自用於生產玻璃的熔融分批材料之移除)添加及/或達到其他目的。在一些實施例中，玻璃可包含適於用作紫外輻射吸收劑的一或多種化合物。在一些實施例中，玻璃可包含3 mol%或更小的CeO、MnO、Nb₂ O₅ 、MoO₃ 、Ta₂ O₅ 、WO₃ 、SnO₂ 、Fe₂ O₃ 、As₂ O₃ 、Sb₂ O₃ 、Cl、Br、或其組合。在一些實施例中，玻璃可包含0至約3 mol%、0至約2 mol%、0至約1 mol%、0至0.5 mol%、0至0.1 mol%、0至0.05 mol%、或0至0.01 mol% CeO、MnO、Nb₂ Os、MoO₃ 、Ta₂ O₅ 、WO₃ 、SnO₂ 、Fe₂ O₃ 、As₂ O₃ 、Sb₂ O₃ 、Cl、Br、或其組合。根據一些實施例的玻璃亦可包括與分批材料相關聯及/或藉由用於生產玻璃的熔融、澄清、及/或成形儀器引入玻璃中的各種污染物。例如，在一些實施例中，玻璃可包含0至約3 mol%、0至約2 mol%、0至約1 mol%、0至約0.5 mol%、0至約0.1 mol%、0至約0.05 mol%、或 0至約0.01 mol% S_n O₂ 或Fe₂ O₃ 、或其組合。

表 1 中列出用於形成所體現玻璃的前驅物氧化物之量的非限制性實例連同所得玻璃之性質。表 1 表 1 ( 續 ) 表 1 ( 續 ) 表 1 ( 續 ) 表 1 ( 續 ) 表 1 ( 續 ) 表 1 ( 續 )

除具有高的破裂韌性之外，本文描述的玻璃可具有使得其對許多應用而言為有利的色彩及透明度/半透明度性質。例如，玻璃可具有「非白色」色彩，其隨玻璃中的有色組分而變化。如本文所使用的色彩描述在某一厚度下以玻璃之SCE色空間坐標中呈現的色彩(由使用分光光度計排除施照體 D65及鏡面反射進行的反射光譜量測來測定)。色彩可為玻璃之單一或多種添加劑之結果。在一些實施例中，上文的玻璃進一步包含有色組分。雖然實施例在下文更詳細地描述，但有色組分可包含例如Fe₂ O₃ 、V₂ O₅ 、Cr₂ O₃ 、TiO₂ 、MnO₂ 、CeO₂ 、NiO、ZnO、CuO、NiO、CO₃ O₄ 、稀土氧化物、及其組合。在一些情況下，有色組分之總mol%為0至5 mol%、0至4 mol%、0至3 mol%、0至2 mol%、0至1 mol%、＞0至0.1、＞0至0.5、＞0至1、＞ 0至2、＞ 0至3、或＞0至4 mol%。

在一些實施例中，除SiO₂ 、Al₂ O₃ 、MgO、CaO、Na₂ O及/或K₂ O、及B₂ O₃ 及/或ZnO之外，組合物進一步包含TiO₂ 及Fe₂ O₃ 。TiO₂ 及Fe₂ O₃ 之組合提供具有高可見光透射的玻璃，而同時產生綠黃色玻璃。表2提供包含TiO₂ 及Fe₂ O₃ 之示例性所體現的組合物。針對其中玻璃厚度為2 mm或4 mm的許多實例的L*a*b*值展示在最後幾列中。表 2 第 1 圖提供表 2 中體現的許多實例之可見光及近IR光譜。如圖式中可見，增加含鐵量(在兩個不同的厚度下的比較實例AE至實例AF)產生紅外透射的下降，在600-1600 nm左右最顯著。此透射下降可在諸如光伏打裝置的某些應用中為有害的，其中光伏打單元在此區域中發生吸收。因此，通常有利的是保持Fe₂ O₃ 之量盡可能低。在本文描述的一些實施例中，TiO₂ 之量為＞0至4、＞0至3、＞0至2、＞0至1、＞ 0至0.5、＞ 0至0.1、1至4、1至3、1至2、2至4、2至3、或3至4 mol%，而所存在的Fe₂ O₃ 之量為＞0至0.005、＞0至0.01、＞0至0.05、＞0至0.1、＞0至0.5、或＞0至1 mol%。

在一些實施例中，除SiO₂ 、Al₂ O₃ 、MgO、CaO、Na₂ O及/或K₂ O、及B₂ O₃ 及/或ZnO之外，組合物進一步包含TiO₂ 及CuO及/或CeO₂ 。表3提供包含TiO₂ 及CuO及/或CeO₂ 的示例性所體現的組合物。針對其中玻璃厚度為2.7 mm或4 mm的許多實例的L*a*b*值展示在最後幾列中。表 3 第 2 圖中展示一些實施例的可見光及近IR光譜。如在圖式中可見，所體現化合物具有跨於大部分可見光及近紅外光的相對高的透射，其中自600 nm至約2000 nm的透射大約為90%。鐵含量得以最小化且此以600-1600 nm波長之間，以及IR範圍之剩餘者的IR透射的大增加來反映。在低於600 nm，化合物開始吸收，其中在350-375 nm下透射接近於0%，從而給予化合物A黃色色彩。UV/藍色波長吸收潛在地在其中玻璃後方的材料對紫外光或更高能量光子敏感的一些應用中適用。此種材料可包括著色劑、染料、聚合物等等。在包含TiO₂ 及CuO及/或CeO₂ 之一些有色實施例中，TiO₂ 之量為＞0至4、＞0至3、＞0至2、＞0至1、＞ 0至0.5、＞ 0至0.1、1至4、1至3、1至2、2至4、2至3、或3至4 mol%，CuO之量為0至1、0至0.5、0至0.3、0至0.2、0至0.1、＞0至0.01、＞0至0.05、＞0至0.1、＞0至0.5、0.05至0.3、0.1至0.4、0.1至0.3、或＞0至1 mol%，且CeO₂ 之量為0至1、0至0.5、0至0.3、0至0.2、0至0.1、＞0至0.01、＞0至0.05、＞0至0.1、＞0至0.5、0.05至0.3、0.1至0.4、0.1至0.3、或＞0至1 mol%。

在一些實施例中，除SiO₂ 、Al₂ O₃ 、MgO、CaO、Na₂ O及/或K₂ O、及B₂ O₃ 及/或ZnO之外，組合物進一步包含NiO及視情況TiO₂ 。表 4 提供包含NiO及視情況TiO₂ 之示例性所體現的組合物。表 4 第 3 圖中展示一些實施例的可見光及近IR光譜。如在圖式中可見，含鎳玻璃具有在約450、約650 nm左右，以及在紅外波長中的另外的吸收。鐵含量得以最小化，但大於表3中的化合物，輕度地影響在600-1600 nm範圍內的吸光度。在包含NiO及視情況TiO₂ 之一些有色實施例中，NiO之量為 0至1、0至0.5、0至0.3、0至0.2、0至0.1、＞0至0.01、＞0至0.05、＞0至0.1、＞0至0.5、0.05至0.3、0.1至0.4、0.1至0.3、或＞0至1 mol%，且TiO₂ 之量為＞0至4、＞0至3、＞0至2、＞0至1、＞ 0至0.5、＞ 0至0.1、1至4、1至3、1至2、2至4、2至3、或3至4 mol%。

在一些實施例中，除SiO₂ 、Al₂ O₃ 、MgO、CaO、Na₂ O及/或K₂ O、及B₂ O₃ 及/或ZnO之外，組合物進一步包含CeO₂ 及/或Ho₂ O₃ ，視情況具有TiO₂ 。表5提供包含CeO₂ 及/或Ho₂ O₃ ，視情況具有TiO₂ 的示例性所體現的組合物。針對其中玻璃厚度為2.7 mm或4 mm的實施例的L*a*b*值展示在最後幾列中。表 5 第 4 圖及第 5 圖中展示一些實施例的可見光及近IR光譜。圖式展示添加氧化鈰至組合物提供仍具有高透射率之玻璃，其中UV/藍色區域中之截止值類似於在鈰及氧化鈦一起使用時展示的截止值。在具有及不具有鈦的情況下使用鈥展示在可見光區域中具有強的吸光帶以及經近紅外光的透射減少的光譜。應注意，含鈥及含鈰組合物兩者中的鈦之存在提供在紫外區域中的另外的衰減，如第6圖所示。然而，存在及不存在鈦的含鈥玻璃展示在低於400 nm的顯著透射(在400 nm下約90%至約80%)，但在鈰玻璃的情況下，鈦之存在在低於400 nm顯著地減少透射(在400 nm下約80%至約40%)。在包含CeO₂ 及視情況TiO₂ 之一些有色實施例中，CeO₂ 之量為0至1、0至0.5、0至0.3、0至0.2、0至0.1、＞0至0.01、＞0至0.05、＞0至0.1、＞0至0.5、0.05至0.3、0.1至0.4、0.1至0.3、或＞0至1 mol%，TiO₂ 之量為＞0至4、＞0至3、＞0至2、＞0至1、＞ 0至0.5、＞ 0至0.1、1至4、1至3、1至2、2至4、2至3、或3至4 mol%。在包含Ho₂ O₃ 及視情況TiO₂ 之一些有色實施例中，Ho₂ O₃ 之量為0至1、0至0.5、0至0.3、0至0.2、0至0.1、＞0至0.01、＞0至0.05、＞0至0.1、＞0至0.5、0.05至0.3、0.1至0.4、0.1至0.3、或＞0至1 mol%，TiO₂ 之量為＞0至4、＞0至3、＞0至2、＞0至1、＞ 0至0.5、＞ 0至0.1、1至4、1至3、1至2、2至4、2至3、或3至4 mol%。

如上文所指出，一或多個實施例之所體現玻璃可展現色彩。在一些實施例中，對玻璃而言合乎需要的是具有綠黃色至金色至琥珀色色彩。在特定實施例中，該些色彩可與結晶矽光伏打單元之藍色色彩組合以產生在審美學上令人愉悅的深藍色至黑色色彩。在一些實施例中，玻璃展現以SCE色空間坐標(使用分光光度計排除施照體D65及鏡面反射進行的反射光譜量測來測定)中呈現的色彩，該等SCE色空間坐標具有以下範圍：對具有2.7 mm之厚度的玻璃而言，a* = 約-10至約30；b* =約0至約30；且L* ＞ 80。在一些實施例中，玻璃展現以以下SCI色空間坐標呈現的色彩：對具有2.7 mm之厚度的玻璃而言，a* = 約-5至約-1；b* = 約5至約18；且L* ＞ 83。在一些應用中，光伏打單元及玻璃之組合係組合來產生所要色彩。在此種應用中，玻璃及光伏打單元之組合的SCE色空間坐標(使用分光光度計排除施照體D65及鏡面反射進行的反射光譜量測判定)可包含以下範圍：a* =約0至約10；b* = 約-15至約0；且L*約10至約50。

利用及不利用結晶矽光伏打單元的組合物之色彩實例展示在表 6 中。表之前四行具有細線PV單元自身的色彩坐標及當所體現玻璃處於PV單元之頂部上時(玻璃之厚度為2 mm或4 mm)的色彩坐標。後四行為所體現玻璃自身的色彩坐標。表 6 其中L*指示明度，a*為紅色/綠色坐標，且b*為黃色/藍色坐標。L* (ΔL*)、a* (Δa*)及b* (Δb*)之差可為正(+)或負(-)。表 6 中針對所指示組合物提供排除及包括鏡面分量(SCI)的色彩資料。SCI典型地用於量測物體之「真實」色彩。此類型之量測包括鏡面反射光及擴散反射光，使得其不受任何表面條件之影響。此模式大體上在調配配方來匹配色彩並更有效地滿足色彩品質標準時為理想。SCE模式典型地用於量測物體之色彩的外觀。SCE排除任何鏡面反射光，使得其對表面條件更敏感。例如，光滑物體可落在限定色空間之較暗、更多飽和區域中，而表面粗糙的物體可落在限定色空間之較亮、更少飽和區域。SCE在品質控制評估期間更常用，以確保其產品之外觀維持一致性並符合給定標準。如可自表中的排除鏡面分量(specular component excluded; SCE)的色彩坐標可見，所有玻璃使得PV單元較暗，並且移動色彩成紅色較少及藍色較少。藍色色彩較少在與PV單元組合時對外觀而言在審美學上更合乎需要。

第 1 圖中展示表6中的玻璃之透射性質。可見光區域(390-700 nm)中的透射率對所有玻璃而言為高於60%且在可見光譜之大致中心處(約550 nm)處大體上超過80%。通常，太陽能電池係由N型及P型半導體材料製成，該等材料使用可見光及紅外光波長(約350-1100 nm)來產生電力。因此，具有及不具有色彩組分的所體現玻璃可用於對效率存在優先影響的光伏打應用。另外，如上文所指出，一些所體現玻璃減少UV光透射之量，其可在一些應用中藉由減少聚合物、染料及可存在於裝置後方或內部的其他材料之降解提供顯著的益處。該些保護性態樣在光伏打應用中為尤其有利的，在光伏打應用中，裝置係暴露於大量太陽輻射歷時延長的時間段，並預期為30年壽命或更長。

在一些實施例中，玻璃可經由熱或化學回火來強化。在一些實施例中，玻璃可經強化以包括自其表面延伸至壓縮深度(depth of compression; DOC)的壓縮應力(compressive stress; CS)。壓縮應力區域係藉由展現拉伸應力的中心部分來平衡。在DOC處，應力自正(壓縮)應力跨至負(拉力)應力。此種強化方法包含熱回火及化學回火兩者。

熱回火之製程在此項技術中為熟知的。為使玻璃製品熱回火，將製品加熱至接近軟化溫度且隨後快速地冷卻或淬火。結果，玻璃將在冷卻期間擁有比內部低的表面溫度。維持溫度差直至玻璃之表面冷卻至至少其應變點或更低，諸如室溫。因為玻璃之中心更緩慢地冷卻，所以其收縮至較小比容而表面層之高比容保持不變。此導致給予回火玻璃其強度之表面壓縮層。比容之差異係部分地歸因於在冷卻時玻璃之熱膨脹的差異，同時較小程度歸因於表面與主體之間的有效溫度差。為第一次近似，熱回火玻璃中之應力分佈可由簡單抛物線表示，其中表面壓縮應力之量值近似等於中心張力的兩倍。

作為熱回火之替代，本文揭示的玻璃可藉由浸入含有諸如鋰、鈉、或鉀的至少一種鹼金屬之熔融鹽類(例如，硝酸鹽、硫化物、鹵化物、或類似物)的至少一個離子交換浴中來離子交換。離子交換通常用於化學強化玻璃。在一個特定實例中，此種陽離子源(例如，熔融鹽或「離子交換」浴)內的鹼金屬陽離子與玻璃內之較小鹼金屬陽離子交換以達成自玻璃之表面延伸至玻璃相內的壓縮深度(depth of compression; DOC)的處於壓縮應力(compressive stress; CS)下的層。例如，來自陽離子源的鉀離子常常與玻璃相內的鈉及/或鋰離子交換，且K+濃度分佈與壓縮應力及層深度相關聯。離子交換浴可含有單一鹼金屬之鹽(或多種鹽)(例如，Li、Na、或K之硫化物、硝酸鹽、或鹵化物)或兩種或兩種以上鹼金屬之鹽(例如，Li及Na之硫化物、硝酸鹽、或鹵化物、或Na及K之硫化物、硝酸鹽、或鹵化物)。在範圍為約390℃至約550℃的溫度下在離子交換浴中進行離子交換歷時範圍在約0.5小時至約24小時的時間。

在一些實施例中，玻璃經離子交換且具有自表面延伸至至少約10 μm或在一些實施例中至玻璃中至少約30 μm，或在一些實施例中多達玻璃中約10、15、20或 25%的壓縮深度(depth of compression; DOC)的壓縮層，如藉由厚度(表面至中心)所量測。在一些實施例中，壓縮層自玻璃之表面延伸至玻璃之厚度的多達約20%之深度。在一些實施例中，玻璃可經強化以展現在250 MPa至800 MPa或更大的範圍內的表面壓縮應力。

在強化玻璃中，壓縮層之深度可藉由以下方法測定：電子探針、輝光放電光學發射光譜術(glow-discharge optical emission spectroscopy; GDOES，其為用於藉由偵測來自容納在電漿內的原子藉由濺射之發射以量測固體樣本中的組成元素的深度分佈的技術)、或類似技術，其可提供隨深度變化的組合物資料，其中資料將展示Na (其中Na+置換玻璃相中之Li+)及/或K在表面處之併入。前驅物玻璃之DOC可藉由表面應力量計(FSM)，使用諸如藉由Orihara Industrial Co., Ltd. (日本)製造的FSM-6000之可商購儀器來量測。表面應力量測依賴於應力光學係數(stress optical coefficient; SOC)之精密量測，該應力光學係數與玻璃之雙折射率有關。SOC又藉由此項技術中所知的彼等方法量測，該等方法諸如纖維及四點彎曲方法，兩者係描述於名稱為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」的ASTM標準C770-98 (2013)中，其內容係以全文引用方式併入本文中；及整體圓柱體方法。CS亦可藉由FSM量測。如本文所使用，CS可為「最大壓縮應力」，其為壓縮應力層內量測的最高壓縮應力值。在一些實施例中，最大壓縮應力係位於玻璃之表面處。在其他實施例中，最大壓縮應力可在表面以下的深度處出現，從而給予壓縮分佈「埋入峰」之外觀。

本文揭示的熱或化學強化玻璃或製品可併入另一製品中，諸如具有顯示器之製品(或顯示製品) (例如，消費者電子器件，包括行動電話、平板、電腦、導航系統、及類似物)，建築學製品(例如，窗戶、天窗、木瓦板)，運輸製品(例如，汽車、火車、飛機、船舶、等等)，用具製品，或將受益於透明度、防刮性、耐磨性或其組合的任何製品。在其他實施例中，玻璃形成諸如蜂巢式電話或智慧型電話、膝上型電腦、平板、或類似物之消費者電子產品之一部分。此種消費者電子產品典型地包含外殼，其具有前表面、背表面及側表面，且包括諸如電源、控制器、記憶體、顯示器、及類似物的電氣部件，其至少部分地處於外殼內部。在一些實施例中，本文描述的玻璃包含保護性元件之至少一部分，諸如，但不限於，消費者電子產品之外殼及/或顯示器。用於製造玻璃之製程

具有表 1-5 中列出的氧化物含量之玻璃可經由傳統方法製得。例如，在一些實施例中，前驅物玻璃可藉由徹底地混合必要的分批材料(例如，使用管狀混合器)以便確保均質的熔體，且隨後置放於二氧化矽及/或鉑坩堝中來形成。坩堝可置放於熔爐中且將玻璃批料熔融並維持該玻璃批料在範圍為1250-1650℃之溫度下歷時範圍為約6-16小時之時間。熔體可隨後傾倒至鋼模具中以產生玻璃平板。隨後，彼等平板可立即轉移至在約500-650℃下操作的退火爐，其中玻璃係保持在溫度下歷時約1小時且隨後冷卻隔夜。在另一非限制性實例中，前驅物玻璃係藉由乾式摻合適當的氧化物及礦物來源歷時足以徹底地混合該等成分之時間來製備。玻璃係在鉑坩堝中在範圍為約1100℃至約1650℃之溫度下熔融且保持在溫度下歷時約16小時。所得玻璃熔體隨後傾倒至鋼臺上以冷卻。前驅物玻璃隨後在適當的溫度下退火。

所體現玻璃之回火係使用習知製程達成，其中玻璃在輻射能熔爐或對流爐(或使用兩種技術的「組合模式」熔爐)中加熱至預定溫度，隨後典型地經由對流藉由抵靠或沿玻璃表面吹入大量環境空氣來氣體冷卻(「淬火」)。實例

所體現的玻璃可如本文描述來製得。Glaverbel鈉鈣玻璃(soda lime glass; SLG)之性質與所體現玻璃之性質比較。如上文所指出，所體現玻璃之性質展示在表 1-5 。另外，表 7 針對1 mm及2.7 mm厚玻璃平板比較組合物C與Glaverbel SLG之表面壓縮。組合物C展示0.99之回火能值，高於SLG大致32%且在等效回火條件下，能夠在1 mm下獲得相對SLG之105 MPa的145 MPa之表面壓縮及在2.7 mm下獲得相對SLG之96 MPa的135 MPa之表面壓縮，從而展示回火能值與玻璃之韌性相關聯。表 7

雖然典型實施例已出於說明目的加以闡述，但前述描述不應視為對本揭示內容或隨附申請專利範圍之範疇的限制。因此，在不脫離本揭示內容或隨附申請專利範圍之精神及範疇的情況下，可由熟習此項技術者思及各種修改、改編、及替代。

無

本發明可自以下詳細描述單獨地或連同隨附圖式一起來理解。

第1圖展示來自表2的許多示例性實施例之可見光及近紅外光譜。

第2圖展示來自表3的許多示例性實施例之可見光及近紅外光譜。

第3圖展示來自表4的許多示例性實施例之可見光及近紅外光譜。

第4圖展示來自表5的許多示例性含鈰實施例之可見光及近紅光譜。

第5圖展示來自表5的許多示例性含鈥實施例之可見光及近紅光譜。

第6圖為來自表6的示例性實施例的在UV/藍色區域中的許多光譜。光譜展示，對該些玻璃而言，當鈦添加至組合物時，在UV/藍色區域中的透射率降低。

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Claims

一種玻璃組合物，其包含： 55-75 mol% SiO₂ 大於0 mol% Al₂ O₃ 大於0至20 mol%的來自由MgO、CaO、BaO、或SrO組成的群組的至少一種鹼土金屬氧化物6-16 mol% Na₂ O + K₂ O 0-16 mol% Na₂ O 0-16 mol% K₂ O＞0-4 mol% TiO₂ 及B₂ O₃ 或ZnO之一或多者，其中：B₂ O₃ 在存在時構成＞0-12 mol%；及ZnO在存在時構成＞0-8 mol%。
如請求項1所述之玻璃組合物，其包含60-75 mol% SiO₂ 。
如請求項1所述之玻璃組合物，其進一步包含0-0.2 mol% Fe₂ O₃ 。
如請求項1所述之玻璃組合物，其中該玻璃組合物不含鐵。
如請求項1所述之玻璃組合物，其進一步包含＞0-2 mol%的鈰、鈥、銅、鎳或其組合之氧化物。
如請求項1所述之玻璃組合物，其包含8-16 mol% Na₂ O + K₂ O。
如請求項1所述之玻璃組合物，其包含1.5-10 mol% B₂ O₃ 且視情況不含ZnO。
如請求項1所述之玻璃組合物，其包含3-8 mol% ZnO且視情況不含B₂ O₃ 。
如請求項1所述之玻璃組合物，其中該玻璃組合物具有自25℃至300℃量測的一低溫熱膨脹係數(LTCTE)及在高於玻璃轉化區域的溫度下量測的一高溫熱膨脹係數(HTCTE)，且其中該LTCTE及該HTCTE之總和為350x10^-7 /℃或更大。
如請求項1所述之玻璃組合物，其中該玻璃組合物具有一回火能ψ，且該回火能ψ等於或大於0.80。
一種玻璃組合物，其包含： 60-65 mol% SiO₂ 5-10 mol% Al₂ O₃ 3-10 mol% MgO5-15 mol% CaO8-15 mol% Na₂ O + K₂ O 0-15 mol% Na₂ O0-15 mol% K₂ O ＞0-4 mol% TiO₂ 1.5-6 mol% B₂ O₃ 及＞0-2 mol% CeO₂ 、Ho₂ O₃ 、CuO、NiO、或其組合；及其中該玻璃組合物具有自25℃至300℃量測的一低溫熱膨脹係數(LTCTE)及在高於玻璃轉化區域的溫度下量測的一高溫熱膨脹係數(HTCTE)，且其中該LTCTE及該HTCTE之總和為350x10^-7 /℃或更大；且該玻璃組合物具有一回火能ψ，且該回火能ψ等於或大於0.80。
一種玻璃組合物，其包含： 65-72 mol% SiO₂ 4-10 mol% Al₂ O₃ 3-10 mol% MgO ＞0-5 mol% CaO10-16 mol% Na₂ O + K₂ O10-16 mol% Na₂ O0-10 mol% K₂ O1.5-8 mol% B₂ O₃ ＞0-4 mol% TiO₂ 及＞0-2 mol% CeO₂ 、Ho₂ O₃ 、CuO、NiO、或其組合；及其中該玻璃組合物具有自25℃至300℃量測的一低溫熱膨脹係數(LTCTE)及在高於玻璃轉化區域的溫度下量測的一高溫熱膨脹係數(HTCTE)，且其中該LTCTE及該HTCTE之總和為400x10^-7 /℃或更大；且該玻璃組合物具有一回火能ψ，且該回火能ψ等於或大於0.80。
一種玻璃組合物，其包含： 65-70 mol% SiO₂ ＞0-5 mol% Al₂ O₃ 5-10 mol% MgO6-13 mol% CaO 10-16 mol% Na₂ O + K₂ O2-16 mol% NaO0-8 mol% K₂ O1-6 mol% B₂ O₃ ＞0-4 mol% TiO₂ 及＞0-2 mol% CeO₂ 、Ho₂ O₃ 、CuO、NiO、或其組合；及其中該玻璃組合物具有自25℃至300℃量測的一低溫熱膨脹係數(LTCTE)及在高於玻璃轉化區域的溫度下量測的一高溫熱膨脹係數(HTCTE)，且其中該LTCTE及該HTCTE之總和為400x10^-7 /℃或更大；且該玻璃組合物具有一回火能ψ，且該回火能ψ等於或大於0.80。
一種玻璃組合物，其包含： 65-70 mol% SiO₂ ＞0-5 mol% Al₂ O₃ 4-8 mol% MgO7-11 mol% CaO9-14 mol% Na₂ O + K₂ O 0-14 mol% Na₂ O0-14 mol% K₂ O1-6 mol% B₂ O₃ ＞0-4 mol% TiO₂ 及＞0-2 mol% CeO₂ 、Ho₂ O₃ 、CuO、NiO、或其組合；及其中該玻璃組合物具有自25℃至300℃量測的一低溫熱膨脹係數(LTCTE)及在高於玻璃轉化區域的溫度下量測的一高溫熱膨脹係數(HTCTE)，且其中該LTCTE及該HTCTE之總和為350x10-7/℃或更大；且該玻璃組合物具有一回火能ψ，且該回火能ψ等於或大於0.80。
如請求項11-14中任一項所述之玻璃組合物，其包含2-4 mol% TiO₂ 。
如請求項11-14中任一項所述之玻璃組合物，其包含0-1 mol% CeO₂ 。
如請求項11-14中任一項所述之玻璃組合物，其包含0-1 mol% CuO。
如請求項1-14中任一項所述之玻璃組合物，其中該玻璃組合物展現以具有以下值之SCE色空間坐標呈現的一色彩：a* =約-10至約30；b* = 約0至約30；且L* ＞ 83。
如請求項1-14中任一項所述之玻璃組合物，其中該玻璃組合物在輥軋成一2 mm厚平板時具有一透射率且其中該透射率在575 nm下為大於80%。
如請求項1-14中任一項所述之玻璃組合物，其中該玻璃不含BaO及SrO。
一種製造如請求項1-14中任一項所述之玻璃組合物的製程，其包含以下步驟：玻璃批料熔融該玻璃組合物中之該等氧化物且維持該玻璃批料在範圍為1250-1650℃之溫度下熔融歷時範圍為約6-16小時之一時間。
如請求項21所述之製程，其進一步包含以下步驟：熱或化學回火該玻璃組合物。
一種電子裝置，其包含如請求項1-14中任一項所述之玻璃組合物。
一種光伏打裝置，其包含一前部基板、一背部基板及一光伏打單元，其中該前部基板或該背部基板之至少一者包含如請求項1-14中任一項所述之玻璃組合物。
一種光伏打裝置，其包含一前部基板、一背部基板及一光伏打單元，其中該前部基板及該背部基板各自具有一厚度，且該前部基板之該厚度為2 mm至4 mm且該背部基板之該厚度為1 mm至4 mm，且其中該前部基板包含如請求項1-14中任一項所述之玻璃組合物。
如請求項24或25所述之光伏打裝置，其中該光伏打單元具有在L* a* b*空間中的一SCE色彩，其具有L* ＜ 30、0 ＜ a* ＜ 20、及-30 ＜ b* ＜ 0。
如請求項26所述之光伏打裝置，其中該玻璃組合物及該光伏打單元之組合具有在L* a* b*空間中之一SCE色彩，其具有L* ＜ 50、-5 ＜ a* ＜ 10、及-10 ＜ b* ＜ 5。