TW202308954A - 低模數離子交換玻璃組成物 - Google Patents
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Abstract
玻璃組成物包括40莫耳%至56.5莫耳%的SiO
2;10莫耳%至25莫耳%的Al
2O
3;12莫耳%至35莫耳%的B
2O
3;9莫耳%至14.75莫耳%的Na
2O;0莫耳%至5莫耳%的K
2O;以及0莫耳%至3莫耳%的Li
2O。玻璃組成物中的Na
2O、K
2O、及Li
2O(亦即,R
2O)的總和可以是9莫耳%至19莫耳%。玻璃組成物中的(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3可以少於或等於0.25。玻璃組成物中的R
2O/Al
2O
3可以是0.8至1.5。
Description
本申請案主張於2021年4月21日提出申請之美國臨時申請案第63/177536號之優先權權益,本案係依據其內容,且其內容藉由引用整體併入本文。
本說明書一般係關於可離子交換玻璃組成物,並且更特定為關於能夠提供用於覆蓋玻璃應用(例如,用於可撓性顯示器的覆蓋玻璃)的低模量玻璃製品的可離子交換玻璃組成物。
許多消費性產品(例如,智慧型手機、平板電腦、可攜式媒體播放器、個人電腦、及相機)係結合可以作為顯示器外罩的覆蓋玻璃,並且可以結合觸控功能。通常,這些裝置會被使用者掉落至堅硬表面,而可能損傷覆蓋玻璃,並且可能對於裝置的使用產生負面影響(例如,觸控功能可能受到損傷)。
用於消費性電子應用的可折疊或可撓顯示器可能受益於薄而可撓的可離子交換玻璃製品。透過離子交換處理可以使玻璃製品更耐彎曲破損,離子交換處理係涉及在玻璃表面上引起壓縮應力。除了其他因素之外,使用離子交換處理所引起的壓縮應力可以消除可能造成玻璃製品破損的缺陷。
因此,持續需要用於各種應用(包括覆蓋玻璃應用)中的具有所期望的機械性質的可離子交換的玻璃組成物。
根據第一態樣A1,玻璃組成物可以包含:大於或等於40莫耳%且少於或等於56.5莫耳%的SiO
2;大於或等於10莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al
2O
3;大於或等於12莫耳%且少於或等於35莫耳%的B
2O
3;大於或等於9莫耳%且少於或等於14.75莫耳%的Na
2O;大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的K
2O;以及大於或等於0莫耳%且少於或等於3莫耳%的Li
2O,其中R
2O係大於或等於9莫耳%且少於或等於19莫耳%,其中R
2O係為Na
2O、K
2O、及Li
2O的總和;(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3係少於或等於0.25;以及R
2O/Al
2O
3係大於或等於0.8且少於或等於1.5。
第二態樣A2包括根據第一態樣A1的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於13莫耳%且少於或等於30莫耳%的B
2O
3。
第三態樣A3包括根據第二態樣A2的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於18.5莫耳%且少於或等於30莫耳%的B
2O
3。
第四態樣A4包括根據第一態樣A1至第三態樣A3中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於9.5莫耳%且少於或等於14.5莫耳%的Na
2O。
第五態樣A5包括根據第四態樣A4的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於10莫耳%且少於或等於14.25莫耳%的Na
2O。
第六態樣A6包括根據第一態樣A1至第五態樣A5中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於10.5莫耳%且少於或等於23莫耳%的Al
2O
3。
第七態樣A7包括根據第六態樣A6的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於15莫耳%且少於或等於23莫耳%的Al
2O
3。
第八態樣A8包括根據第一態樣A1至第七態樣A7中之任一者的玻璃組成物,其中(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3係大於或等於-0.15且少於或等於0.25。
第九態樣A9包括根據第八態樣A8的玻璃組成物,其中(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3係大於或等於-0.05且少於或等於0.2。
第十態樣A10包括根據第一態樣A1至第九態樣A9中之任一者的玻璃組成物,其中R
2O/Al
2O
3係大於或等於0.85且少於或等於1.45。
第十一態樣A11包括根據第十態樣A10的玻璃組成物,其中R
2O/Al
2O
3係大於或等於0.9且少於或等於1.4。
第十二態樣A12包括根據第一態樣A1至第十一態樣A11中之任一者的玻璃組成物,其中R
2O係大於或等於9.5莫耳%且少於或等於18.5莫耳%。
第十三態樣A13包括根據第一態樣A1至第十二態樣A12中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的P
2O
5。
第十四態樣A14包括根據第一態樣A1至第十三態樣A13中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物不含或基本上不含Li
2O、MgO、CaO、ZnO、ZrO
2、或其組合。
第十五態樣A15包括根據第一態樣A1至第十四態樣A14中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於0莫耳%且少於或等於0.1莫耳%的SnO
2。
根據第十六態樣A16,玻璃製品可以包含:大於或等於40莫耳%且少於或等於56.5莫耳%的SiO
2;大於或等於10莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al
2O
3;大於或等於12莫耳%且少於或等於35莫耳%的B
2O
3;大於或等於9莫耳%且少於或等於14.75莫耳%的Na
2O;大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的K
2O;以及大於或等於0莫耳%且少於或等於3莫耳%的Li
2O,其中R
2O係大於或等於9莫耳%且少於或等於19莫耳%,其中R
2O係為Na
2O、K
2O、及Li
2O的總和;(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3係少於或等於0.25;R
2O/Al
2O
3係大於或等於0.8且少於或等於1.5;在離子交換之前,玻璃製品的楊氏模量係大於或等於40GPa且少於或等於70GPa。
第十七態樣A17包括根據第十六態樣A16的玻璃製品,其中在離子交換之前,玻璃製品的楊氏模量係大於或等於45GPa且少於或等於68GPa。
第十八態樣A18包括根據第十六態樣A16或第十七態樣A17的玻璃製品,其中在離子交換之前,玻璃製品的液相線黏度係大於或等於50kP。
第十九態樣A19包括根據第十六態樣A16至第十八態樣A18中之任一者的玻璃製品,其中玻璃製品的峰值壓縮應力係大於或等於400MPa且少於或等於900MPa。
第二十態樣A20包括根據第十九態樣A19的玻璃製品,其中玻璃製品的峰值壓縮應力係大於或等於450MPa且少於或等於850MPa。
第二十一態樣A21包括根據第十六態樣A16至第二十態樣A20中之任一者的玻璃製品,其中玻璃製品的厚度係大於或等於35μm且少於或等於400μm,並且玻璃製品的壓縮深度係大於或等於5μm且少於或等於40μm。
第二十二態樣A22包括根據第二十一態樣A21的玻璃製品,其中玻璃製品的壓縮深度係大於或等於10μm且少於或等於35μm。
第二十三態樣A23包括根據第十六態樣A16至第二十二態樣A22中之任一者的玻璃製品,其中玻璃製品的壓縮深度係大於或等於玻璃製品的厚度的5%且少於或等於20%。
第二十四態樣A24包括根據第十六態樣A16至第二十三態樣A23中之任一者的玻璃製品,其中玻璃製品的峰值中心張力係大於或等於200MPa且少於或等於450MPa。
第二十五態樣A25包括根據第十六態樣A16至第二十四態樣A24中之任一者的玻璃製品,其中玻璃製品係彎折至7.12mm的台板間距,並且經彎折的玻璃製品的50μm的製品厚度處的峰值中心張力係大於或等於340MPa且少於或等於450MPa。
根據第二十六態樣A26,消費性電子裝置可以包含:殼體,具有前表面、後表面、及側表面;電子部件,至少部分設置於殼體內,電子部件至少包括控制器、記憶體、及顯示器,顯示器係設置於殼體的前表面處或與前表面相鄰;以及根據第十六態樣A16至第二十四態樣A24中之任一者的玻璃製品,設置於顯示器上方。
根據第二十七態樣A27,用於強化玻璃製品的方法可以包含以下步驟:將玻璃製品浸入離子交換溶液,該玻璃製品包含:大於或等於24莫耳%且少於或等於56.5莫耳%的SiO
2;大於或等於10莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al
2O
3;大於或等於12莫耳%且少於或等於35莫耳%的B
2O
3;大於或等於9莫耳%且少於或等於14.75莫耳%的Na
2O;大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的K
2O;以及大於或等於0莫耳%且少於或等於3莫耳%的Li
2O,其中R
2O係大於或等於9莫耳%且少於或等於19莫耳%,其中R
2O係為Na
2O、K
2O、及Li
2O的總和;(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3係少於或等於0.25;以及R
2O/Al
2O
3係大於或等於0.8且少於或等於1.5;在大於或等於350℃且少於或等於480℃的溫度下將玻璃製品在離子交換溶液中進行大於或等於1小時且少於或等於24小時的時間週期的離子交換,以實現從玻璃製品的表面延伸到壓縮深度並包含400MPa至900MPa的範圍內的峰值壓縮應力值的壓縮應力層。
第二十八態樣A28包括根據第二十七態樣A27的方法,其中玻璃製品的厚度係大於或等於35μm且少於或等於400μm,並且玻璃製品的壓縮深度係大於或等於5μm且少於或等於40μm。
第二十九態樣A29包括根據第二十七態樣A27或第二十八態樣A28的方法,其中玻璃製品的峰值壓縮應力係大於或等於400MPa且少於或等於900MPa。
第三十態樣A30包括根據第二十七態樣A27至第二十九態樣A29中之任一者所述的方法,其中在離子交換之前,玻璃製品的楊氏模量係大於或等於40GPa且少於或等於70GPa。
第三十一態樣A31包括根據第二十七態樣A27至第三十態樣A30中之任一者所述的方法,其中玻璃製品的峰值中心張力係大於或等於200MPa且少於或等於450MPa。
第三十二態樣A32包括根據第二十七態樣A27至第三十一態樣A31中之任一者所述的方法,其中玻璃製品係彎折至7.12mm的台板間距,並且經彎折的玻璃製品的50μm的製品厚度處的峰值中心張力係大於或等於340MPa且少於或等於450MPa。
在隨後的具體實施方式中將闡述本文所述的玻璃組成物的額外特徵及優勢,且該領域具有通常知識者將可根據該描述而部分理解額外特徵及優勢,或藉由實踐本文中(包括隨後的具體實施方式、申請專利範圍、及隨附圖式)所描述的實施例而瞭解額外特徵及優勢。
應瞭解,上述一般描述與以下詳細描述二者皆描述各種實施例,並且意欲提供用於理解所主張標的物之本質及特性之概述或框架。包括附隨圖式以提供對各種實施例的進一步理解,且附隨圖式併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式說明本文中所述的各種實施例,且與描述一同用於解釋所主張標的物之原理及操作。
現在將詳細參照具有較低楊氏模量的可離子交換玻璃組成物的各種實施例。根據實施例,玻璃組成物包括大於或等於40莫耳%且少於或等於56.5莫耳%的SiO
2;大於或等於10莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al
2O
3;大於或等於12莫耳%且少於或等於35莫耳%的B
2O
3;大於或等於9莫耳%且少於或等於14.75莫耳%的Na
2O;大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的K
2O;以及大於或等於0莫耳%且少於或等於3莫耳%的Li
2O。玻璃組成物中的Na
2O、K
2O、及Li
2O(亦即,R
2O)的總和可以大於或等於9莫耳%且少於或等於19莫耳%。玻璃組成物中的(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3可以少於或等於0.25。玻璃組成物中的R
2O/Al
2O
3可以大於或等於0.8且少於或等於1.5。本文將具體參照隨附圖式描述可離子交換玻璃組成物的各種實施例以及強化由其形成的低模量玻璃製品的方法。
本文所表示之範圍可為從「約」一個特定值及/或到「約」另一特定值。當表示這樣的範圍時,另一實施例包括從一個特定值及/或到另一特定值。同樣地,當以使用前置詞「約」的近似方式表示值時,將可瞭解到特定值將形成另一實施例。可以進一步瞭解範圍的每一端點明顯與另一端點有關,並獨立於另一端點。
本文所使用的方向術語(例如上、下、右、左、前方、後方、頂部、底部)係僅對於參照圖式的圖示成立,而不預期為暗示絕對定向。
除非另外明確陳述,否則並不視為本文所述任何方法必須建構為以特定順序施行其步驟,亦不要求具有任何設備的特定定向。因此,在方法請求項並不實際記載其步驟之順序,或者任何設備請求項並不實際記載獨立部件的順序或定向,或者不在請求項或敘述中具體說明步驟係限制於特定順序,或者並未記載設備的部件的特定順序或定向的情況中,在任何方面都不以任何方式推斷其順序或定向。這適用於為了說明的任何可能非表述基礎,包括:對於步驟、操作流程、部件順序、或部件定向的佈置的邏輯主題;文法組織或標點所推衍的通用意義;以及在說明書中所敘述之實施例的數量或類型。
如本文所使用,除非上下文明確另外指示,否則單數型「一」、「一個」與「該」包括複數指稱。因此,舉例而言,除非上下文明確另外指示,否則對於「一」部件的參照包括具有二或更多個部件的態樣。
本文所述的玻璃組成物的實施例中,組成成分(例如,SiO
2、Al
2O
3、及類似者)的濃度除非以其他方式指明,否則是在氧化物的基礎上以莫耳百分比(莫耳%)指明。
當用於描述玻璃組成物中的特定組成成分的濃度及/或不存在時,術語「基本上不含」係指稱並未故意將組成成分添加到玻璃組成物中。然而,玻璃組成物可以包含少於0.1莫耳%的量的組成成分來作為污染物或殘渣。
當用於描述玻璃組成物中的特定組成成分的濃度及/或不存在時,術語「0莫耳%」與「不含」係指稱組成成分不存在於玻璃組成物中。
如本文所使用,術語「斷裂韌性」係指稱K
Ic值,並且藉由山形缺口短桿方法來測量。山形缺口短桿(CNSB)方法係描述於J. Am. Ceram. Soc., 71 [6], C-310-C-313 (1988)中的Reddy, K.P.R.等所著的「Fracture Toughness Measurement of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-Notched Specimens」,不同之處在於使用NASA Technical Memorandum 83796, pp. 1-30 (October 1992)中的Bubsey, R.T.等所著的「Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacement and Stress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on Experimental Compliance Measurements」來計算Y*
m。本文所報告的斷裂韌性值係在非離子交換玻璃(亦即,在玻璃上進行任何離子交換處理之前所存在的組成物)上進行測量。
如本文所使用,術語「Vogel-Fulcher-Tamman(VFT)關係」描述黏度的溫度依賴性,並藉由下列等式表示:
其中ɳ係為黏度。為了決定VFT A、VFT B、及VFT T
o,在給定溫度範圍內測量玻璃組成物的黏度。然後,藉由最小平方擬合將黏度與溫度的原始資料與VFT等式擬合,以取得A、B、及T
o。利用這些值,可以計算在高於軟化點的任何溫度下的黏度點(例如,200P溫度、35kP溫度、及200kP溫度)。
如本文所使用,術語「熔點」係指稱根據ASTM C338所測量的玻璃組成物的黏度為200泊的溫度。
如本文所使用,術語「軟化點」係指稱玻璃組成物的黏度為1×10
7.6泊的溫度。軟化點係根據平行板黏度方法進行測量,類似於ASTM C1351M,平行板黏度方法測量隨著溫度的變化為10
7至10
9泊的無機玻璃的黏度。
如本文所使用,術語「退火點」或「有效退火溫度」係指稱根據ASTM C598所測量的玻璃組成物的黏度為1×10
13.18泊的溫度。
如本文所使用,術語「應變點」係指稱根據ASTM C598所測量的玻璃組成物的黏度為1×10
14.68泊的溫度。
如本文所述,藉由ASTM C693-93的浮力方法來測量密度。
如本文所使用,術語「CTE」係指稱300℃冷卻下的玻璃組成物的瞬時熱膨脹係數(亦即,在冷卻時測量的300℃下的瞬時CTE)。
如本文所使用,術語「液相線黏度」係指稱玻璃組成物在失透開始時的黏度(亦即,在根據ASTM C829-81利用梯度爐方法決定的液相線溫度下)。
如本文所使用,術語「液相線溫度」係指稱根據ASTM C829-81利用梯度爐方法測量的玻璃組成物開始失透的溫度。
如本文所述,以千兆帕(GPa)為單位來提供並根據ASTM C623來測量玻璃組成物的彈性模量(亦稱為楊氏模量)。
如本文所述,以千兆帕(GPa)為單位來提供玻璃組成物的剪切模量。根據ASTM C623來測量玻璃組成物的剪切模量。
如本文所述,根據ASTM C623來測量泊松比。
如本文所述,根據ASTM E1967來測量折射率。
如本文所使用,「峰值壓縮應力」係指稱壓縮應力區域內所測量的最高壓縮應力值(CS)。在實施例中,峰值壓縮應力係位於玻璃製品的表面處。在其他實施例中,峰值壓縮應力可以發生在表面下方的一深度處,而給出的壓縮應力分佈曲線表現係為「埋藏峰值」。除非另有說明,否則壓縮應力(包括表面CS)係藉由使用商業可取得的儀器(例如,Orihara Industrial Co., Ltd. (Japan)所製造的FSM-6000)的表面應力計(FSM)進行測量。表面應力測量取決於與玻璃製品的雙折射有關的應力光學係數(SOC)的精確測量。然後,根據標題為「Standard Test Method for measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」的ASTM C770-16所述的程序C(玻璃盤方法)測量SOC。使用散射光偏光鏡(SCALP)(例如,SCALP-05可攜式散射光偏光鏡)來測量最大中心張力(CT)值。除非另有說明,否則本文所報告的中心張力(CT)值係指稱最大中心張力。
根據本技術領域中通常使用的慣例,壓縮或壓縮應力(CS)係表示為負(亦即,<0)應力,而張力或拉伸應力係表示為正(亦即,>0)應力。然而,在本說明書中,CS係表示為正的或絕對值(亦即,如本文所述,CS=|CS|)。
如本文所使用,「壓縮深度」(DOC)係指稱玻璃製品內的應力從壓縮改變成拉伸的深度。在DOC處,應力從壓縮應力跨越到拉伸應力,並因此呈現零應力值。可以使用散射光偏光鏡(SCALP)(例如,SCALP-05可攜式散射光偏光鏡)來測量壓縮深度。本文所使用的「層深度」(DOL)係指稱玻璃製品內的金屬氧化物的離子擴散進入玻璃製品的深度(在該深度處的離子的濃度達到最小值)。可以使用電子探針微量分析(EPMA)來測量DOL。
傳統上剛性的產品及部件的可撓版本正在概念化,以用於新的應用。舉例而言,可撓電子裝置可以提供較薄、輕巧;及可撓性質,而針對新的應用(例如,彎曲顯示器以及可穿戴裝置)提供機會。這些電子裝置中的一些亦可以使用可撓顯示器。可撓顯示器應該在較小彎折半徑處具有抗破損能力,更特定為具有觸控螢幕功能及/或可以折疊的可撓顯示器。儘管習知可撓玻璃製品可以用於彎折應用,但此類習知製品可能無法提供所期望的機械性質,以實現更緊密的彎折(亦即,較小彎折半徑),而不會破裂及/或破損。
本文揭示減輕上述問題的玻璃組成物。具體而言,本文揭示的玻璃組成物包含相對高濃度的B
2O
3,而導致玻璃組成物具有相對低的楊氏模量,而使得由其形成的玻璃製品可以承受相對更緊密的彎折。相對較低的楊氏模量亦導致降低的中心張力,而防止玻璃製品在彎折之後碎裂成小塊,並導致降低的應力強度,而防止裂紋生長及玻璃破損。
本文所述的玻璃組成物可以描述為鋁硼矽酸鹽玻璃組成物,並且包含SiO
2、Al
2O
3、及B
2O
3。本文所述的玻璃組成物亦包括鹼金屬氧化物(例如,Na
2O),以實現玻璃組成物的離子交換性。
SiO
2係為本文所述的玻璃組成物中的主要玻璃形成物,並且可以用於穩定玻璃組成物的網路結構。玻璃組成物中的SiO
2的濃度應該足夠高(例如,大於或等於40莫耳%),以提供基礎玻璃形成能力。由於純SiO
2或高SiO
2玻璃的熔融溫度過高,因此可以限制SiO
2的量(例如,少於或等於56.5莫耳%),以控制玻璃組成物的熔點。因此,限制SiO
2的濃度可以有助於改善玻璃組成物的可熔融性及可形成性。
因此,在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於40莫耳%且少於或等於56.5莫耳%的SiO
2。在實施例中,玻璃組成物中的SiO
2的濃度可以大於或等於40莫耳%、大於或等於42莫耳%、大於或等於44莫耳%、或甚至大於或等於46莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的SiO
2的濃度可以少於或等於56.5莫耳%、少於或等於56莫耳%、少於或等於54莫耳%、或甚至少於或等於52莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的SiO
2的濃度可以大於或等於40莫耳%且少於或等於56.5莫耳%、大於或等於40莫耳%且少於或等於56莫耳%、大於或等於40莫耳%且少於或等於54莫耳%、大於或等於40莫耳%且少於或等於52莫耳%、大於或等於42莫耳%且少於或等於56.5莫耳%、大於或等於42莫耳%且少於或等於56莫耳%、大於或等於42莫耳%且少於或等於54莫耳%、大於或等於42莫耳%且少於或等於52莫耳%、大於或等於44莫耳%且少於或等於56.5莫耳%、大於或等於44莫耳%且少於或等於56莫耳%、大於或等於44莫耳%且少於或等於54莫耳%、大於或等於44莫耳%且少於或等於52莫耳%、大於或等於40莫耳%且少於或等於56.5莫耳%、大於或等於46莫耳%且少於或等於56莫耳%、大於或等於46莫耳%且少於或等於54莫耳%、或甚至大於或等於46莫耳%且少於或等於52莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
類似於SiO
2,Al
2O
3亦可以穩定玻璃網路,並且附加地針對玻璃組成物提供改善的機械性質以及化學耐久性。亦可以修整Al
2O
3的量,以控制玻璃組成物的黏度。Al
2O
3亦藉由形成鋁酸鈉(NaAlO
2)來電荷平衡玻璃組成物中所存在的Na
2O,藉此使硼保持在三配位狀態,而有助於降低楊氏模量。Al
2O
3的濃度應該足夠高(例如,大於或等於10莫耳%),而使得玻璃組成物具有所期望的楊氏模量(例如,大於或等於40GPa且少於或等於70GPa)。然而,若Al
2O
3的量太高(例如,大於25莫耳%),則熔體的黏度可能增加,而減少玻璃組成物的可形成性。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於10莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al
2O
3。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於10.5莫耳%且少於或等於23莫耳%的Al
2O
3。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於15莫耳%且少於或等於23莫耳%的Al
2O
3。在實施例中,玻璃組成物中的Al
2O
3的濃度可以大於或等於10莫耳%、大於或等於10.5莫耳%、大於或等於11莫耳%、大於或等於11.5莫耳%、大於或等於12莫耳%、大於或等於12.5莫耳%、或甚至大於或等於13莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的Al
2O
3的濃度可以少於或等於25莫耳%、少於或等於23莫耳%、少於或等於20莫耳%、少於或等於18莫耳%、或甚至少於或等於16莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的Al
2O
3的濃度可以大於或等於10莫耳%且少於或等於25莫耳%、大於或等於10莫耳%且少於或等於23莫耳%、大於或等於10莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於10莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於10莫耳%且少於或等於16莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於25莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於23莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於16莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於25莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於23莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於16莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於25莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於23莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於16莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於25莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於23莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於16莫耳%、大於或等於12.5莫耳%且少於或等於25莫耳%、大於或等於12.5莫耳%且少於或等於23莫耳%、大於或等於12.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於12.5莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於12.5莫耳%且少於或等於16莫耳%、大於或等於13莫耳%且少於或等於25莫耳%、大於或等於13莫耳%且少於或等於23莫耳%、大於或等於13莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於13莫耳%且少於或等於18莫耳%、或甚至大於或等於13莫耳%且少於或等於16莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
B
2O
3減少玻璃組成物的楊氏模量,而有助於降低由此形成的玻璃製品的中心張力及應力強度。當所存在的硼沒有被鹼金屬氧化物(例如,Na
2O、Li
2O、及K
2O)或二價陽離子氧化物(例如,MgO、CaO、SrO、BaO、及ZnO)進行電荷平衡時,硼將處於三角配位狀態(或三配位硼),而打開了玻璃的結構。這些三配位硼原子周圍的網路不像四面體配位(或四配位)硼那樣剛性。不受理論的束縛,認為相較於四配位硼,包括三配位硼的玻璃組成物在裂紋形成之前可以耐受一定程度的變形(例如,撓曲及/或彎折)。藉由容忍一些變形,而增加維氏壓痕裂紋起始閾值。包括三配位硼的玻璃組成物的斷裂韌性亦可能增加。B
2O
3亦可以降低玻璃組成物的熔融溫度。
B
2O
3的濃度應該足夠高(例如,大於或等於12莫耳%),以改善可形成性,並減少玻璃組成物的楊氏模量。然而,若B
2O
3過高,則化學耐久性與液相線黏度可能減少,並且熔融期間的B
2O
3的揮發及蒸發變得難以控制。因此,可以限制B
2O
3的量(例如,少於或等於35莫耳%),以維持玻璃組成物的化學耐久性以及可製造性。
在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於12莫耳%且少於或等於35莫耳%的B
2O
3。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於13莫耳%且少於或等於30莫耳%的B
2O
3。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於18.5莫耳%且少於或等於30莫耳%的B
2O
3。在實施例中,玻璃組成物中的B
2O
3的濃度可以大於或等於12莫耳%、大於或等於13莫耳%、大於或等於14莫耳%、大於或等於15莫耳%、大於或等於16莫耳%、大於或等於17莫耳%、或甚至大於或等於18.5莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的B
2O
3的濃度可以少於或等於35莫耳%、少於或等於30莫耳%、少於或等於28莫耳%、少於或等於26莫耳%、或甚至少於或等於24莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的B
2O
3的濃度可以大於或等於12莫耳%且少於或等於35莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於30莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於28莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於26莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於24莫耳%、大於或等於13莫耳%且少於或等於35莫耳%、大於或等於13莫耳%且少於或等於30莫耳%、大於或等於13莫耳%且少於或等於28莫耳%、大於或等於13莫耳%且少於或等於26莫耳%、大於或等於13莫耳%且少於或等於24莫耳%、大於或等於14莫耳%且少於或等於35莫耳%、大於或等於14莫耳%且少於或等於30莫耳%、大於或等於14莫耳%且少於或等於28莫耳%,大於或等於14莫耳%且少於或等於26莫耳%、大於或等於14莫耳%且少於或等於24莫耳%、大於或等於15莫耳%且少於或等於35莫耳%、大於或等於15莫耳%且少於或等於30莫耳%、大於或等於15莫耳%且少於或等於28莫耳%、大於或等於15莫耳%且少於或等於26莫耳%、大於或等於15莫耳%且少於或等於24莫耳%、大於或等於16莫耳%且少於或等於35莫耳%、大於或等於16莫耳%且少於或等於30莫耳%、大於或等於16莫耳%且少於或等於28莫耳%、大於或等於16莫耳%且少於或等於26莫耳%、大於或等於16莫耳%且少於或等於24莫耳%、大於或等於17莫耳%且少於或等於35莫耳%、大於或等於17莫耳%且少於或等於30莫耳%、大於或等於7莫耳%且少於或等於28莫耳%、大於或等於17莫耳%且少於或等於26莫耳%、大於或等於17莫耳%且少於或等於24莫耳%、大於或等於18.5莫耳%且少於或等於35莫耳%、大於或等於18.5莫耳%且少於或等於30莫耳%、大於或等於18.5莫耳%且少於或等於28莫耳%、大於或等於18.5莫耳%且少於或等於26莫耳%、或甚至大於或等於18.5莫耳%且少於或等於24莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
如上所述,玻璃組成物可以包含鹼金屬氧化物(例如,Na
2O),以實現玻璃組成物的離子交換性。Na
2O有助於玻璃組成物的離子交換性,並且亦降低玻璃組成物的軟化點,而藉此增加玻璃的可形成性。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於9莫耳%且少於或等於14.75莫耳%的Na
2O。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於9.5莫耳%且少於或等於14.5莫耳%的Na
2O。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於10莫耳%且少於或等於14.25莫耳%的Na
2O。在實施例中,玻璃組成物中所存在的Na
2O的濃度可以大於或等於9莫耳%、大於或等於9.5莫耳%、大於或等於10莫耳%、大於或等於10.5莫耳%、大於或等於11莫耳%、大於或等於11.5莫耳%、或甚至大於或等於12莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中所存在的Na
2O的濃度可以少於或等於14.75莫耳%、少於或等於14.5莫耳%、或甚至少於或等於14.25莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中所存在的Na
2O的濃度可以大於或等於9莫耳%且少於或等於14.75莫耳%、大於或等於9莫耳%且少於或等於14.5莫耳%、大於或等於9莫耳%且少於或等於14.25莫耳%、大於或等於9.5莫耳%且少於或等於14.75莫耳%、大於或等於9.5莫耳%且少於或等於14.5莫耳%、大於或等於9.5莫耳%且少於或等於14.25莫耳%、大於或等於10莫耳%且少於或等於14.75莫耳%、大於或等於10莫耳%且少於或等於14.5莫耳%、大於或等於10莫耳%且少於或等於14.25莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於14.75莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於14.5莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於14.25莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於14.75莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於14.5莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於14.25莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於14.75莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於14.5莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於14.25莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於14.75莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於14.5莫耳%、或甚至大於或等於12莫耳%且少於或等於14.25莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
本文所述的玻璃組成物可以進一步包含除了Na
2O之外的鹼金屬氧化物(例如,K
2O及Li
2O)。當包括K
2O時,K
2O促進離子交換,並且可以增加壓縮深度,且降低熔點,以改善玻璃組成物的可形成性。但是,添加過多的K
2O可能造成表面壓縮應力以及熔點過低。因此,在實施例中,可以限制添加到玻璃組成物中的K
2O的量。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的K
2O。在實施例中,玻璃組成物中的K
2O的濃度可以大於或等於0莫耳、大於或等於1莫耳%、或甚至大於或等於2莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的K
2O的濃度可以少於或等於5莫耳%、或甚至少於或等於4.5莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的K
2O的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於4.5莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於4.5莫耳%、大於或等於2莫耳%且少於或等於5莫耳%、或甚至大於或等於2莫耳%且少於或等於4.5莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物可以不含或基本上不含K
2O。
除了有助於玻璃組成物的離子交換性之外,Li
2O降低熔點,並改善玻璃組成物的可形成性。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於0莫耳%且少於或等於3莫耳%的Li
2O。在實施例中,玻璃組成物中的Li
2O的濃度可以大於或等於0莫耳%、大於或等於0.5莫耳%、或甚至大於或等於1莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的Li
2O的濃度可以少於或等於3莫耳%、或甚至少於或等於2莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的Li
2O的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於3莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於2莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於3莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於2莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於3莫耳%、或甚至大於或等於1莫耳%且少於或等於2莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物可以不含或基本上不含Li
2O。
如本文所使用,R
2O係為玻璃組成物中所存在的Na
2O、K
2O、及Li
2O的總和(以莫耳%計)(亦即,R
2O=Na
2O(莫耳%)+K
2O(莫耳%)+Li
2O(莫耳%))。鹼金屬氧化物(例如,Na
2O、K
2O、及Li
2O)有助於降低玻璃組成物的軟化點與成型溫度,藉此抵消例如玻璃組成物中的較高量的SiO
2所引起的玻璃組成物的軟化點及成型溫度的增加。軟化點及成型溫度的降低可以藉由在玻璃組成物中包括鹼金屬氧化物(例如,二或更多種鹼金屬氧化物)的組合來進一步降低,此現象係指稱為「混合鹼效應」。然而,已經發現若鹼金屬氧化物的量太高,則玻璃組成物的平均熱膨脹係數增加到大於100×10
-7/℃,這可能是不期望的。
在實施例中,玻璃組成物中的R
2O的濃度可以大於或等於9莫耳%且少於或等於19莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O的濃度可以大於或等於9.5莫耳%且少於或等於18.5莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O的濃度可以大於或等於9莫耳%、大於或等於9.5莫耳%、大於或等於10莫耳%、大於或等於10.5莫耳%、大於或等於11莫耳%、大於或等於11.5莫耳%、或甚至大於或等於12莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O的濃度可以少於或等於19莫耳%、少於或等於18.5莫耳%、少於或等於18莫耳%、少於或等於17.5莫耳%、或甚至少於或等於17莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O的濃度可以大於或等於9莫耳%且少於或等於18.5莫耳%、大於或等於9莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於9莫耳%且少於或等於17.5莫耳%、大於或等於9莫耳%且少於或等於17莫耳%、大於或等於9.5莫耳%且少於或等於18.5莫耳%、大於或等於9.5莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於9.5莫耳%且少於或等於17.5莫耳%、大於或等於9.5莫耳%且少於或等於17莫耳%、大於或等於10莫耳%且少於或等於18.5莫耳%、大於或等於10莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於10莫耳%且少於或等於17.5莫耳%、大於或等於10莫耳%且少於或等於17莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於18.5莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於17.5莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於17莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於18.5莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於17.5莫耳%、大於或等於11莫耳%且少於或等於17莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於18.5莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於17.5莫耳%、大於或等於11.5莫耳%且少於或等於17莫耳%、大於或等於12莫耳%%且少於或等於18.5莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於12莫耳%且少於或等於17.5莫耳%、或甚至大於或等於12莫耳%且少於或等於17莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物中的R
2O與Al
2O
3的差相對於B
2O
3的比率(亦即,(R
2O(莫耳%)-Al
2O
3(莫耳%))/B
2O
3(莫耳%))係少於或等於0.25,以確保硼處於三配位狀態。在實施例中,玻璃組成物中的(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3可以大於或等於-0.15且少於或等於0.25。在實施例中,玻璃組成物中的(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3可以大於或等於-0.05且少於或等於0.2。在實施例中,玻璃組成物中的(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3可以少於或等於0.25、或甚至少於或等於0.2。在實施例中,玻璃組成物中的(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3可以大於或等於-0.15、大於或等於-0.05、或甚至大於或等於0。在實施例中,玻璃組成物中的(R
2O-Al
2O
3)/B
2O
3可以大於或等於-0.15且少於或等於0.25、大於或等於-0.15且少於或等於0.2、大於或等於-0.05且少於或等於0.25、大於或等於-0.05且少於或等於0.2、大於或等於0且少於或等於0.25、大於或等於0且少於或等於0.2,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物中的R
2O與Al
2O
3的比率(亦即,R
2O(莫耳%)/Al
2O
3(莫耳%))係大於或等於0.8且少於或等於1.5,以改善熔融性,並降低離子交換之後的應力相關性。當R
2O/Al
2O
3係少於0.8時,玻璃組成物可能變得更難熔融,並且可能出現缺陷(例如,未熔融的原料)。當R
2O/Al
2O
3係大於1.5時,玻璃組成物可能具有過量的非橋接氧,而可能造成離子交換處理期間的應變點的降低以及應力鬆弛的發生,而導致較低表面壓縮應力。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O/Al
2O
3可以大於或等於0.85且少於或等於1.45。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O/Al
2O
3可以大於或等於0.9且少於或等於1.4。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O/Al
2O
3可以大於或等於0.8、大於或等於0.85、大於或等於0.9、或甚至大於或等於0.95。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O/Al
2O
3可以少於或等於1.5、少於或等於1.45、少於或等於1.4、少於或等於1.35、或甚至少於或等於1.3。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O/Al
2O
3可以大於或等於0.8且少於或等於1.5、大於或等於0.8且少於或等於1.45、大於或等於0.8且少於或等於1.4、大於或等於0.8且少於或等於1.35、大於或等於0.8且少於或等於1.3、大於或等於0.85且少於或等於1.5、大於或等於0.85且少於或等於1.45、大於或等於0.85且少於或等於1.4、大於或等於0.85且少於或等於1.35、大於或等於0.85且少於或等於1.3、大於或等於0.9且少於或等於1.5、大於或等於0.9且少於或等於1.45、大於或等於0.9且少於或等於1.4、大於或等於0.9且少於或等於1.35、大於或等於0.9且少於或等於1.3、大於或等於0.95且少於或等於1.5、大於或等於0.95且少於或等於1.45、大於或等於0.95且少於或等於1.4、大於或等於0.95且少於或等於1.35、或甚至大於或等於0.95且少於或等於1.3,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
本文所述的玻璃組成物可以進一步包含P
2O
5。P
2O
5可以減少玻璃組成物的楊氏模量,而有助於降低由此形成的玻璃製品的中心張力及應力強度。P
2O
5亦可以降低熔融及液相線溫度,並且可以增加離子間擴散率,而減少離子交換所需的時間。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的P
2O
5。在實施例中,玻璃組成物中的P
2O
5的濃度可以大於或等於0莫耳%、大於或等於1莫耳%、大於或等於2莫耳%、或甚至大於或等於3莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的P
2O
5的濃度可以少於或等於5莫耳%、或甚至少於或等於4莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的P
2O
5的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於2莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於2莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於3莫耳%且少於或等於5莫耳%、或甚至大於或等於3莫耳%且少於或等於4莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物可以不含或基本上不含P
2O
5。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物可以進一步包含MgO。在實施例中,玻璃組成物可以包含少於或等於2莫耳%的MgO。在實施例中,玻璃組成物中的MgO的濃度可以大於或等於0莫耳%、或甚至大於或等於0.5莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的MgO的濃度可以少於或等於2莫耳%、或甚至少於或等於1莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的MgO的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於2莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於1莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於2莫耳%、或甚至大於或等於0.5莫耳%且少於或等於1莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物可以不含或基本上不含MgO。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物可以進一步包含CaO。在實施例中,玻璃組成物可以包含少於或等於2莫耳%的CaO。在實施例中,玻璃組成物中的CaO的濃度可以大於或等於0莫耳%、或甚至大於或等於0.5莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的CaO的濃度可以少於或等於2莫耳%、或甚至少於或等於1莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的CaO的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於2莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於1莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於2莫耳%、或甚至大於或等於0.5莫耳%且少於或等於1莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物可以不含或基本上不含CaO。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物可以進一步包含ZnO。在實施例中,玻璃組成物可以包含少於或等於2莫耳%的ZnO。在實施例中,玻璃組成物中的ZnO的濃度可以大於或等於0莫耳%、或甚至大於或等於0.5莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的ZnO的濃度可以少於或等於2莫耳%、或甚至少於或等於1莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的ZnO的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於2莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於1莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於2莫耳%、或甚至大於或等於0.5莫耳%且少於或等於1莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物可以不含或基本上不含ZnO。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物可以進一步包含ZrO
2。在實施例中,玻璃組成物可以包含少於或等於1莫耳%的ZrO
2。在實施例中,玻璃組成物中的ZrO
2的濃度可以大於或等於0莫耳%、或甚至大於或等於0.5莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的ZrO
2的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於1莫耳%、或甚至大於或等於0莫耳%且少於或等於0.5莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物可以不含或基本上不含ZrO
2。
在實施例中,玻璃組成物可以不含或基本上不含用於不期望地增加玻璃組成物的楊氏模量的成分(例如,MgO、CaO、ZnO、ZrO
2、或其組合)。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物可以進一步包括一或更多種澄清劑。在實施例中,澄清劑可以包括例如SnO
2。在實施例中,玻璃組成物中的SnO
2的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於0.1莫耳%。在實施例中,玻璃組成物可以不含或基本上不含SnO
2。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物可以進一步包括雜質材料(例如,TiO
2、MnO、MoO
3、WO
3、Y
2O
3、CdO、As
2O
3、Sb
2O
3、硫基化合物(例如,硫酸鹽)、鹵素、或其組合)。在實施例中,玻璃組成物可以不含或基本上不含單獨的雜質材料、雜質材料的組合、或所有雜質材料。舉例而言,在實施例中,玻璃組成物可以不含或基本上不含TiO
2、MnO、MoO
3、WO
3、Y
2O
3、CdO、As
2O
3、Sb
2O
3、硫基化合物(例如,硫酸鹽)、鹵素、或其組合。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物可以不含或基本上不含Li
2O、MgO、CaO、ZnO、ZrO
2、或其組合。
在實施例中,玻璃組成物的楊氏模量可以大於或等於40GPa且少於或等於70GPa。在實施例中,玻璃組成物的楊氏模量可以大於或等於45GPa且少於或等於68GPa。在實施例中,玻璃組成物的楊氏模量可以大於或等於40GPa、大於或等於45GPa、或甚至大於或等於50GPa。在實施例中,玻璃組成物的楊氏模量可以少於或等於70GPa、少於或等於68GPa、少於或等於66GPa、少於或等於64GPa、少於或等於62GPa、或甚至少於或等於60GPa。在實施例中,玻璃組成物的楊氏模量可以大於或等於40GPa且少於或等於70GPa、大於或等於40GPa且少於或等於68GPa、大於或等於40GPa且少於或等於66GPa、大於或等於40GPa且少於或等於64GPa、大於或等於40GPa且少於或等於62GPa、大於或等於40GPa且少於或等於60GPa、大於或等於45GPa且少於或等於70GPa、大於或等於45GPa且少於或等於68GPa、大於或等於45GPa且少於或等於66GPa、大於或等於45GPa且少於或等於64GPa、大於或等於45GPa且少於或等於62GPa、大於或等於45GPa且少於或等於60GPa、大於或等於50GPa且少於或等於70GPa、大於或等於50GPa且少於或等於68GPa、大於或等於50GPa且少於或等於66GPa、大於或等於50GPa且少於或等於64GPa、大於或等於50GPa且少於或等於62GPa、或甚至大於或等於50GPa且少於或等於60GPa,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的液相線黏度可以大於或等於50kP。在實施例中,玻璃組成物的液相線黏度可以大於或等於50kP、大於或等於100kP、大於或等於250kP、或甚至大於或等於500kP。在實施例中,玻璃組成物的液相線黏度可以少於或等於5500kP、少於或等於2500kP、或甚至少於或等於1000kP。在實施例中,玻璃組成物的液相線黏度可以大於或等於50kP且少於或等於5500kP、大於或等於50kP且少於或等於2500kP、大於或等於50kP且少於或等於1000kP、大於或等於100kP且少於或等於5500kP、大於或等於100kP且少於或等於2500kP、大於或等於100kP且少於或等於1000kP、大於或等於250kP且少於或等於5500kP、大於或等於250kP且少於或等於2500kP、大於或等於250kP且少於或等於1000kP、大於或等於500kP且少於或等於5500kP、大於或等於500kP且少於或等於2500kP、或甚至大於或等於500kP且少於或等於1000kP,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。這些黏度範圍允許藉由多種不同的技術(包括但不限於,熔合形成、狹槽拉伸、浮動、滾壓、該領域具有通常知識者已知的其他片材形成處理)將玻璃組成物形成為片材。然而,應理解,可以使用其他處理來形成其他製品(亦即,不同於片材)。
在實施例中,玻璃組成物的液相線溫度可以大於或等於650℃、大於或等於700℃、或甚至大於或等於750℃。在實施例中,玻璃組成物的液相線溫度可以少於或等於900℃、少於或等於850℃、或甚至少於或等於800℃。在實施例中,玻璃組成物的液相線溫度可以大於或等於650℃且少於或等於900℃、大於或等於650℃且少於或等於850℃、大於或等於650℃且少於或等於800℃、大於或等於700℃且少於或等於900℃、大於或等於700℃且少於或等於850℃、大於或等於700℃且少於或等於800℃、大於或等於750℃且少於或等於900℃、大於或等於750℃且少於或等於850℃、或甚至大於或等於750℃且少於或等於800℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的密度可以大於或等於2.2g/cm
3、或甚至大於或等於2.3g/cm
3。在實施例中,玻璃組成物的密度可以少於或等於2.5g/cm
3、或甚至大於或等於2.4g/cm
3。在實施例中,玻璃組成物的密度可以大於或等於2.2g/cm
3且少於或等於2.5g/cm
3、大於或等於2.2g/cm
3且少於或等於2.4g/cm
3、大於或等於2.3g/cm
3且少於或等於2.5g/cm
3、或大於或等於2.3g/cm
3且少於或等於2.4g/cm
3,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的CTE可以大於或等於6ppm、大於或等於6ppm、大於或等於7ppm、或甚至大於或等於7ppm。在實施例中,玻璃組成物的CTE可以少於或等於11ppm、少於或等於10ppm、或甚至少於或等於8ppm。在實施例中,玻璃組成物的CTE可以大於或等於6ppm且少於或等於11ppm、大於或等於6ppm且少於或等於10ppm、大於或等於6ppm且少於或等於9ppm、大於或等於7ppm且少於或等於11ppm、大於或等於7ppm且少於或等於10ppm、大於或等於7ppm且少於或等於9ppm、大於或等於8ppm且少於或等於11ppm、大於或等於8ppm且少於或等於10ppm、或甚至大於或等於8ppm且少於或等於9ppm,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的應變點可以大於或等於400℃、大於或等於425℃、或甚至大於或等於450℃。在實施例中,玻璃組成物的應變點可以少於或等於600℃、少於或等於575℃、或甚至大於或等於550℃。在實施例中,玻璃組成物的應變點可以大於或等於400℃且少於或等於600℃、大於或等於400℃且少於或等於575℃、大於或等於400℃且少於或等於550℃、大於或等於425℃且少於或等於600℃、大於或等於425℃且少於或等於575℃、大於或等於425℃且少於或等於550℃、大於或等於450℃且少於或等於600℃、大於或等於450℃且少於或等於575℃、或甚至大於或等於450℃且少於或等於550℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的退火點可以大於或等於425℃、大於或等於450℃、或甚至大於或等於475℃。在實施例中,玻璃組成物的退火點可以少於或等於625℃、少於或等於600℃、或甚至少於或等於575℃。在實施例中,玻璃組成物的退火點可以大於或等於425℃且少於或等於625℃、大於或等於425℃且少於或等於600℃、大於或等於425℃且少於或等於575℃、大於或等於450℃且少於或等於625℃、大於或等於450℃且少於或等於600℃、大於或等於450℃且少於或等於575℃、大於或等於475℃且少於或等於625℃、大於或等於475℃且少於或等於600℃、或甚至大於或等於475℃且少於或等於575℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的軟化點可以大於或等於625℃、大於或等於650℃、或甚至大於或等於675℃。在實施例中,玻璃組成物的軟化點可以少於或等於875℃、少於或等於850℃、或甚至少於或等於825℃。在實施例中,玻璃組成物的軟化點可以大於或等於625℃且少於或等於875℃、大於或等於625℃且少於或等於850℃、大於或等於625℃且少於或等於825℃、大於或等於650℃且少於或等於875℃、大於或等於650℃且少於或等於850℃、大於或等於650℃且少於或等於825℃、大於或等於675℃且少於或等於875℃、大於或等於675℃且少於或等於850℃、或甚至大於或等於675℃且少於或等於825℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的泊松比可以大於或等於0.2、大於或等於0.22、或甚至大於或等於0.24。在實施例中,玻璃組成物的泊松比可以少於或等於0.3、少於或等於0.28、或甚至少於或等於0.26。在實施例中,玻璃組成物的泊松比可以大於或等於0.2且少於或等於0.3、大於或等於0.2且少於或等於0.28、大於或等於0.2且少於或等於0.26、大於或等於0.22且少於或等於0.3、大於或等於0.22且少於或等於0.28、大於或等於0.22且少於或等於0.26、大於或等於0.24且少於或等於0.3、大於或等於0.24且少於或等於0.28、或甚至大於或等於0.24且少於或等於0.26,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物所包含的剪切模量可以大於或等於15GPa、大於或等於18GPa、或甚至大於或等於20GPa。在實施例中,玻璃組成物所包含的剪切模量可以少於或等於28GPa、少於或等於26GPa、或甚至少於或等於24GPa。在實施例中,玻璃組成物所包含的剪切模量可以大於或等於15GPa且少於或等於28GPa、大於或等於15GPa且少於或等於26GPa、大於或等於15GPa且少於或等於24GPa、大於或等於18GPa且少於或等於28GPa、大於或等於18GPa且少於或等於26GPa、大於或等於18GPa且少於或等於24GPa、大於或等於20GPa且少於或等於28GPa、大於或等於20GPa且少於或等於26GPa、或甚至大於或等於20GPa且少於或等於24GPa,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的斷裂韌性可以大於或等於0.5MPa·m
1/2、或甚至大於或等於0.6MPa·m
1/2。在實施例中,玻璃組成物的斷裂韌性可以少於或等於0.8MPa·m
1/2、或甚至少於或等於0.7MPa·m
1/2。在實施例中,玻璃組成物的斷裂韌性可以大於或等於0.5MPa·m
1/2且少於或等於0.8MPa·m
1/2、大於或等於0.5MPa·m
1/2且少於或等於0.7MPa·m
1/2、大於或等於0.6MPa·m
1/2且少於或等於0.8MPa·m
1/2、或甚至大於或等於0.6MPa·m
1/2且少於或等於0.7MPa·m
1/2,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物可以具有大於或等於-3.75且少於或等於0的VFT A、大於或等於3700且少於或等於9100的VFT B、及大於或等於-75且少於或等於250的VFT T
o。
在實施例中,玻璃組成物的200泊溫度可以大於或等於1250℃、或甚至大於或等於1350℃。在實施例中,玻璃組成物的200泊溫度可以少於或等於1600℃、或甚至大於或等於1500℃。在實施例中,玻璃組成物的200泊溫度可以大於或等於1250℃且少於或等於1600℃、大於或等於1250℃且少於或等於1500℃、大於或等於1350℃且少於或等於1600℃、或甚至大於或等於1350℃且少於或等於1500℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的35k泊溫度可以大於或等於800℃、或甚至大於或等於900℃。在實施例中,玻璃組成物的35k泊溫度可以少於或等於1200℃、或甚至少於或等於1100℃。在實施例中,玻璃組成物的35k泊溫度可以大於或等於800℃且少於或等於1200℃、大於或等於800℃且少於或等於1100℃、大於或等於900℃且少於或等於1200℃、或甚至大於或等於900℃且少於或等於1100℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的100k泊溫度可以大於或等於800℃、或甚至大於或等於900℃。在實施例中,玻璃組成物的100k泊溫度可以少於或等於1200℃、或甚至少於或等於1100℃。在實施例中,玻璃組成物的100k泊溫度可以大於或等於800℃且少於或等於1200℃、大於或等於800℃且少於或等於1100℃、大於或等於900℃且少於或等於1200℃、或甚至大於或等於900℃且少於或等於1100℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,用於製造玻璃製品的方法包括以下步驟:在一或更多種預選擇溫度下針對玻璃組成物進行持續一或更多種預選擇時間的熱加工,以誘導玻璃均質化。在實施例中,用於製造玻璃製品的熱加工可以包括:(i)利用1-100℃/min的速率將玻璃組成物加熱至玻璃均質化溫度;(ii)將玻璃組成物在玻璃均質化溫度下維持大於或等於0.25小時且少於或等於4小時的時間,以生產玻璃製品;以及(iii)將所形成的玻璃製品冷卻至室溫。在實施例中,玻璃均質化溫度可以大於或等於300℃且少於或等於700℃。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物係為可離子交換,以促進強化由玻璃組成物製成的玻璃製品。在典型的離子交換處理中,利用接近由玻璃組成物製成的玻璃製品的外表面的層內的具有相同價數的較大金屬離子來取代或「交換」玻璃組成物中的較小金屬離子。利用較大離子取代較小離子會在由玻璃組成物製成的玻璃製品的層內建立壓縮應力。在實施例中,金屬離子係為一價金屬離子(例如,Li
+、Na
+、K
+、及類似者),並藉由將由玻璃組成物製成的玻璃製品浸入包含用於替換玻璃製品中的較小金屬離子的較大金屬離子的至少一種熔融鹽的浴中,以完成離子交換。可替代地,可以將其他一價離子(例如,Ag
+、Tl
+、Cu
+、及類似者)交換為一價離子。用於強化由玻璃組成物製成的玻璃製品的離子交換處理可以包括但不限於浸入單一浴或具有相同或不同組成物的多種浴中,並在浸入之間具有清洗及/或退火步驟。
在暴露於玻璃組成物之後,根據實施例,離子交換溶液(例如,KNO
3及/或NaNO
3熔融鹽浴)的溫度可以大於或等於350℃且少於或等於500℃、大於或等於360℃且少於或等於450℃、大於或等於370℃且少於或等於440℃、大於或等於360℃且少於或等於420℃、大於或等於370℃且少於或等於400℃、大於或等於375℃且少於或等於475℃、大於或等於400℃且少於或等於500℃、大於或等於410℃且少於或等於490℃、大於或等於420℃且少於或等於480℃、大於或等於430℃且少於或等於470℃、或甚至大於或等於440℃且少於或等於460℃,或者前述值之間的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物暴露於離子交換溶液的持續時間可以大於或等於2小時且少於或等於48小時、大於或等於2小時且少於或等於24小時、大於或等於2小時且少於或等於12小時、大於或等於2小時且少於或等於6小時、大於或等於8小時且少於或等於44小時、大於或等於12小時且少於或等於40小時、大於或等於16小時且少於或等於36小時、大於或等於20小時且少於或等於32小時、或甚至大於或等於24小時且少於或等於28小時,或者前述值之間的任何及所有子範圍。
現在參照第1圖,以100展示平面的經離子交換的玻璃製品。玻璃製品100具有厚度t、第一表面110、及第二表面120。由本文所述的玻璃組成物形成的玻璃製品可以是任何合適的厚度,其可以取決於使用玻璃組成物的特定應用而變化。在實施例中,玻璃製品100的厚度t可以大於或等於10μm且少於或等於500μm、大於或等於10μm且少於或等於400μm、大於或等於10μm且少於或等於300μm、大於或等於10μm且少於或等於200μm、大於或等於10μm且少於或等於100μm、大於或等於25μm且少於或等於500μm、大於或等於25μm且少於或等於400μm、大於或等於25μm且少於或等於300μm、大於或等於25μm且少於或等於200μm、大於或等於25μm且少於或等於100μm、大於或等於35μm且少於或等於500μm、大於或等於35μm且少於或等於400μm、大於或等於35μm且少於或等於300μm、大於或等於35μm且少於或等於200μm、或甚至大於或等於35μm且少於或等於100μm,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。儘管第1圖所示的實施例將玻璃製品100描繪為平坦的平面片材或板,但是玻璃製品可以具有任何其他合適的配置(例如,三維形狀或非平面配置)。
經離子交換的玻璃製品100具有從第一表面110延伸至塊狀的玻璃製品100的壓縮深度d
1的第一壓縮層120。在第1圖所示的實施例中,玻璃製品100亦具有從第二表面112延伸至第二壓縮深度d
2的第二壓縮層122。玻璃製品100亦具有從d
1延伸至d
2的中心區域130。中心區域130處於拉伸應力或中心張力(CT),而平衡或抵消層120及122的壓縮應力。第一及第二壓縮層120、122的深度d
1、d
2保護玻璃製品100免於劇烈撞擊所引入的缺陷傳播至玻璃製品100的第一及第二表面110、112,而壓縮應力使缺陷穿透第一及第二壓縮層120、122的深度d
1、d
2的可能性最小化。
在實施例中,玻璃製品的峰值壓縮應力可以大於或等於400MPa且少於或等於900MPa。在實施例中,玻璃製品的峰值壓縮應力可以大於或等於450MPa且少於或等於600MPa。在實施例中,玻璃製品的峰值壓縮應力可以大於或等於400MPa、大於或等於450MPa、大於或等於500MP、或甚至大於或等於550MPa。在實施例中,玻璃製品的峰值壓縮應力可以少於或等於900MPa、少於或等於800MPa、少於或等於700MPa、或甚至少於或等於600MPa。在實施例中,玻璃製品的峰值壓縮應力可以大於或等於400MPa且少於或等於900MPa、大於或等於400MPa且少於或等於800MPa、大於或等於400MPa且少於或等於700MPa、大於或等於400MPa且少於或等於600MPa、大於或等於450MPa且少於或等於900MPa、大於或等於450MPa且少於或等於800MPa、大於或等於450MPa且少於或等於700MPa、大於或等於450MPa且少於或等於600MPa、大於或等於500MPa且少於或等於900MPa、大於或等於500MPa且少於或等於800MPa、大於或等於500MPa且少於或等於700MPa、大於或等於500MPa且少於或等於600MPa、大於或等於550MPa且少於或等於900MPa、大於或等於550MPa且少於或等於800MPa、大於或等於550MPa且少於或等於700MPa、或甚至大於或等於550MPa且少於或等於600MPa,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,由玻璃組成物製成並且具有大於或等於35μm且少於或等於400μm的厚度的玻璃製品進行離子交換所實現的壓縮深度可以大於或等於5μm、大於或等於10μm、大於或等於15μm、或甚至大於或等於20μm。在實施例中,由玻璃組成物製成並且具有大於或等於35μm且少於或等於400μm的厚度的玻璃製品進行離子交換所實現的壓縮深度少於或等於40μm、少於或等於35μm、或甚至少於或等於30μm。在實施例中,由玻璃組成物製成並且具有大於或等於35μm且少於或等於400μm的厚度的玻璃製品進行離子交換所實現的壓縮深度可以大於或等於5μm且少於或等於40μm、大於或等於5μm且少於或等於35μm、大於或等於5μm且少於或等於30μm、大於或等於10μm且少於或等於40μm、大於或等於10μm且少於或等於35μm、大於或等於10μm且少於或等於30μm、大於或等於15μm且少於或等於40μm、大於或等於15μm且少於或等於35μm、大於或等於15μm且少於或等於30μm、大於或等於20μm且少於或等於40μm、大於或等於20μm且少於或等於35μm、或甚至大於或等於20μm且少於或等於30μm,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,由玻璃組成物製成的玻璃製品進行離子交換所實現的壓縮深度可以大於或等於玻璃製品的厚度的5%、或甚至大於或等於10%。在實施例中,由玻璃組成物製成的玻璃製品進行離子交換所實現的壓縮深度可以少於或等於玻璃製品的厚度的20%、或甚至少於或等於15%。在實施例中,由玻璃組成物製成的玻璃製品進行離子交換所實現的壓縮深度可以大於或等於玻璃製品的厚度的5%且少於或等於20%、大於或等於5%且少於或等於15%、大於或等於10%且少於或等於20%、或甚至大於或等於10%且少於或等於15%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
本文所述的玻璃組成物的相對低的楊氏模量可能導致降低的中心張力,而防止玻璃製品在彎折期間碎裂成小塊。在實施例中,由玻璃組成物製成的玻璃製品在離子交換強化之後的中心張力可以大於或等於100MPa、大於或等於200MPa、或甚至大於或等於300MPa。在實施例中,由玻璃組成物製成的玻璃製品在離子交換強化之後的中心張力可以少於或等於500MPa、少於或等於450MPa、或甚至少於或等於400MPa。在實施例中,由玻璃組成物製成的玻璃製品在離子交換強化之後的中心張力可以大於或等於100MPa且少於或等於500MPa、大於或等於100MPa且少於或等於450MPa、大於或等於100MPa且少於或等於400MPa、大於或等於200MPa且少於或等於500MPa、大於或等於200MPa且少於或等於450MPa、大於或等於200MPa且少於或等於400MPa、大於或等於300MPa且少於或等於500MPa、大於或等於300MPa且少於或等於450MPa、或甚至大於或等於300MPa且少於或等於400MPa,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
本文所述的玻璃組成物的相對低的楊氏模量提供能夠針對給定的玻璃厚度而彎折成更緊密(亦即,較小)的彎折半徑的經離子交換的玻璃製品的形成。
現在參照第2圖,經離子交換的玻璃製品100係處於彎折所引起的應力下。當利用彎折力202沿著折疊線210彎折至特定彎折半徑R或特定台板距離D時,經離子交換的玻璃製品100的外表面110承受彎折所引起的拉伸應力,而造成外表面110上的壓縮層的壓縮深度減少到有效壓縮深度,而內表面112承受額外的壓縮應力。外表面110a上的壓縮的有效壓縮深度隨著彎折半徑或台板距離的增加而增加,或者隨著彎折半徑或台板距離的減少而減少。
當彎折經離子交換的玻璃製品時,最大彎折所引起的拉伸應力係藉由下列等式給定:
(1)
其中,σ
max係為玻璃製品的外表面的拉伸應力,E係為玻璃製品的楊氏模量,v係為玻璃製品的泊松比,t係為玻璃製品的厚度,R係為玻璃製品的外表面的彎折半徑。藉由使用楊氏模量及泊松比(取決於玻璃組成物,而不是取決於半徑),可以針對各種彎折半徑R計算彎折所引起的拉伸應力。亦可以藉由使用下列等式來計算針對各種台板距離D的彎折所引起的應力:
(2)
其中D係為台板間隔,t係為玻璃製品的厚度,R係為玻璃製品的外表面的彎折半徑。
經彎折的經離子交換的玻璃製品的閉合力
F係藉由下列等式給定:
(3)
其中w係為玻璃製品的寬度,t係為玻璃製品的厚度,σ
max係為玻璃製品的外表面的拉伸應力,E係為玻璃製品的楊氏模量。因此,當最大彎折所引起的拉伸應力較低時,閉合力F亦較低。
彎折所引起的拉伸應力可以與離子交換應力疊加,以針對給定台板距離D產生當玻璃製品處於彎折狀態(在外表面處具有有效壓縮深度)時存在於玻璃製品中的淨應力分佈曲線。第3圖展示針對表1所給定的示例性玻璃組成物2所組成的35μm厚的玻璃製品所決定的這些應力的疊加。如第3圖所示,壓縮應力係為負(<0),而拉伸應力係為正(>0)。繪製離子交換應力(A)、彎折所引起的拉伸應力(B)、及淨應力(C)以及與中性軸的距離的函數。將玻璃製品的外表面彎折至5.38mm的台板距離D,此時外表面處的壓縮層的有效深度係從4.9μm降低成0.9μm。離子交換應力(A)的圖遵循互補誤差函數、588MPa的最大壓縮應力、及4.9μm的壓縮層深度。彎折所引起的應力B的圖係與從外表面到內表面的距離呈線性關係,並且在玻璃製品厚度的一半處為零。這些應力的疊加展示,針對5.38mm的台板距離,玻璃製品的外表面上的壓縮層的有效深度減少成0.9μm。
在實施例中,具有50μm的製品厚度並且彎折成7.12mm的台板間距的經離子交換的玻璃製品的經彎折的玻璃製品的峰值中心張力可以大於或等於340MPa且少於或等於450MPa。
施加至玻璃製品的彎折力亦可能導致裂紋傳播,而導致瞬時或較緩慢的疲勞破損機制。在玻璃製品的外表面100處或表面正下方處存在缺陷可能造成這些可能的破損模式。使用下列等式(4),可以估計承受彎折力的玻璃製品中的應力強度因子。等式(4)係給定為:
(4)
其中K
I係為模式I應力強度(指稱裂紋開口),Ω係為缺陷幾何形狀的形狀因子,
係為深度a處的離子交換所造成的應力,
係為深度a處的彎折所造成的應力,a係為缺陷深度。
舉例而言,針對第3圖繪製的玻璃製品,將使用下列輸入:Ω=0.73,
=-426MPa(此處使用負號以表示壓縮應力),
=-440MPa(此處使用正號以表示拉伸應力),以及a=1μm。利用這些輸入:
少於0.5MPa·m
0.5的靜態疲勞極限(根據含鈉玻璃所預期的靜態疲勞極限(Journal of Materials Science, 26 (1991) 5445-5455))。低於靜態疲勞極限的任何應力強度等級都不會呈現緩慢的裂紋生長。因此,玻璃不會由於緩慢的裂紋生長而故障。
本文所揭示的玻璃製品可以結合到另一製品(例如,具有顯示器(或顯示製品)的製品(例如,消費性電子,包括行動電話、平板電腦、電腦、導航系統、可穿戴式裝置(例如,手錶)、及類似者)、建築製品、運輸製品(例如,車輛、火車、飛行器、航海器等)、器具製品、或可受益於一些透明性、抗刮性、耐磨性、或其組合的任何製品)。第4圖及第5圖圖示結合本文揭示的任何玻璃製品的示例性製品。具體而言,第4圖及第5圖圖示消費性電子裝置300,包括:殼體302,具有前表面304、後表面306、及側表面308;電子部件(未圖示),至少部分地位於殼體內側或完全位於殼體內側,並至少包括控制器、記憶體、及在殼體的前表面處或與前表面相鄰的顯示器310;以及覆蓋基板312,在殼體的前表面處或前表面上方,而位於顯示器上方。在一些實施例中,覆蓋基板312與殼體302的一部分中之至少一者可以包括本文揭示的任何玻璃製品。
實例
為了更容易理解各種實施例,參考下列實例,這些實例意欲說明本文所述的玻璃組成物的各種實施例。
表1展示玻璃組成物(以莫耳%計)以及玻璃組成物的各別性質。形成具有比較玻璃組成物C1與示例性玻璃組成物1-11的玻璃製品。
表1
實例 | C1 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
SiO 2 | 68.95 | 56.16 | 50.89 | 46.14 | 41.26 | 50.69 |
Al 2O 3 | 10.27 | 15.34 | 15.18 | 15.25 | 15.28 | 10.04 |
B 2O 3 | 0 | 13.92 | 19.35 | 24.09 | 28.86 | 29.63 |
P 2O 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Na 2O | 15.2 | 14.46 | 14.57 | 14.52 | 14.60 | 9.64 |
K 2O | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
MgO | 5.36 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
CaO | 0.06 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
SnO 2 | 0.17 | 0.09 | 0 | 0 | 0 | 0 |
R 2O | 15.2 | 14.46 | 14.57 | 14.52 | 14.60 | 9.64 |
R 2O/Al 2O 3 | 1.48 | 0.94 | 0.96 | 0.95 | 0.96 | 0.96 |
(R 2O - Al 2O 3)/B 2O 3 | - | -0.06 | -0.03 | -0.03 | -0.02 | -0.01 |
楊氏模量( GPa ) | 71.3 | 59.0 | 56.1 | 53.6 | 51.2 | 48.7 |
密度( g/cm 3 ) | 2.432 | 2.348 | 2.325 | 2.304 | 2.282 | 2.223 |
CTE ( ppm ) | 8.14 | 7.69 | 7.81 | 7.85 | 8.03 | 6.53 |
應變點(℃) | 599 | 518.0 | 487.0 | 463.0 | 450.0 | 431.0 |
退火點(℃) | 652 | 566.0 | 532.0 | 506.0 | 490.0 | 475.0 |
軟化點(℃) | 895.4 | 823.9 | 752.2 | - | 667.0 | 685.3 |
泊松比 | 0.205 | 0.226 | 0.241 | 0.250 | 0.255 | 0.244 |
剪切模量( GPa ) | 29.6 | 24.1 | 22.6 | 21.4 | 20.4 | 19.6 |
K Ic ( CN )( MPa · m 1/2 ) | 0.73 | - | 0.653 | 0.674 | 0.678 | 0.658 |
VFT A | -2.15 | -3.36 | - | - | - | - |
VFT B | 6405 | 8456 | - | - | - | - |
VFT T o | 231.8 | 45.2 | - | - | - | - |
200 泊溫度(℃) | 1671 | 1539 | - | - | - | - |
35k 泊溫度(℃) | 1189 | 1115 | - | - | - | - |
100k 泊溫度(℃) | 1128 | 1057 | - | - | - | - |
液相線溫度(℃) | 1020 | - | - | - | - | - |
液相線黏度( kP ) | 950 | - | - | - | - | - |
接續表1
實例 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
SiO 2 | 50.85 | 51.82 | 47.40 | 41.41 | 51.20 | 42.09 |
Al 2O 3 | 15.10 | 15.27 | 15.40 | 20.28 | 10.11 | 15.52 |
B 2O 3 | 19.57 | 14.03 | 18.68 | 19.24 | 19.35 | 18.88 |
P 2O 5 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 4.88 | 4.92 |
Na 2O | 9.65 | 14.41 | 14.15 | 14.43 | 14.34 | 14.30 |
K 2O | 4.72 | 4.36 | 4.27 | 4.54 | 0.01 | 4.19 |
SnO 2 | 0.11 | 0.11 | 0.10 | 0.10 | 0.11 | 0.11 |
R 2O | 14.37 | 18.77 | 18.42 | 18.97 | 14.35 | 18.49 |
R 2O/Al 2O 3 | 0.95 | 1.23 | 1.20 | 0.94 | 1.42 | 1.19 |
(R 2O - Al 2O 3)/B 2O 3 | -0.04 | 0.25 | 0.16 | -0.07 | 0.22 | 0.16 |
楊氏模量( GPa ) | 54.6 | 65.2 | 60.5 | 57.1 | 56.9 | 56.1 |
密度( g/cm 3 ) | 2.319 | 2.412 | 2.377 | 2.367 | 2.331 | 2.362 |
CTE ( ppm ) | 8.79 | 10.21 | 10.06 | 10.24 | 8.08 | 10.28 |
應變點(℃) | 459.4 | 492.4 | 477.2 | 470.5 | 459.7 | 449.5 |
退火點(℃) | 508.3 | 532.3 | 517.9 | 516.9 | 499.5 | 490.0 |
軟化點(℃) | - | - | - | - | - | - |
泊松比 | 0.241 | 0.231 | 0.240 | 0.251 | 0.227 | 0.239 |
剪切模量( GPa ) | 22.0 | 26.5 | 24.4 | 22.8 | 23.2 | 22.6 |
K Ic ( CN )( MPa · m 1/2 ) | - | - | - | - | - | - |
VFT A | -3.65 | -2.14 | -1.07 | -3.42 | -1.26 | -1.56 |
VFT B | 9087 | 6318 | 3734 | 7484 | 3880 | 4346 |
VFT T o | -69.3 | 31.8 | 241.7 | 38.7 | 223.8 | 172.1 |
200 泊溫度(℃) | 1458 | 1454 | 1349 | 1347 | 1313 | 1297 |
35k 泊溫度(℃) | 1040 | 977 | 907 | 979 | 892 | 884 |
100k 泊溫度(℃) | 981 | 917 | 857 | 928 | 844 | 834 |
液相線溫度(℃) | <835 | 790 | 720 | <900 | <830 | <790 |
液相線黏度( kP ) | >2514 | 1558 | 5447 | >186 | >138 | >296 |
現在參照表2,使用等式(1)及(3)並假設35μm的厚度t、100mm的寬度w、及5.38mm的台板間隔D,針對比較玻璃組成物C1及示例性璃組成物1-11形成的剛製成的玻璃製品(亦即,未經離子交換),計算最大彎折所引起的拉伸應力及閉合力。相較於比較玻璃組成物C1所製成的玻璃製品,示例性玻璃組成物1-11所製成的玻璃製品具有較低的最大彎折所引起的拉伸應力及閉合力。如表2所示,本文所述的低模量玻璃組成物具有相對較低的最大彎折所引起的拉伸應力及閉合力,而使得由其形成的玻璃製品可以更容易折疊或撓曲。
表2
實例 | C1 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
σ max ( MPa ) | 584 | 488 | 467 | 449 | 430 | 407 |
閉合力( N ) | 2.8 | 2.4 | 2.3 | 2.2 | 2.1 | 2.0 |
接續表2
實例 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
σ max ( MPa ) | 455 | 541 | 504 | 478 | 471 | 467 |
閉合力( N ) | 2.2 | 2.6 | 2.4 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
現在參照表3,將具有2.54cm的長度、2.54cm的寬度、及0.8mm的厚度的示例性玻璃組成物1-11所形成的玻璃製品浸入100重量%的KNO
3所組成的熔融鹽浴在列出的溫度下持續列出的時間週期。表3列出的壓縮應力CS與壓縮深度DOC值係藉由FSM進行測量。
表3
實例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
IOX: 370 ℃ 持續 4 小時 | ||||||
CS ( MPa ) | - | 734 | 643 | - | - | 496 |
DOC (μ m ) | - | 6.7 | 5.8 | - | - | 12.7 |
IOX: 370 ℃ 持續 9 小時 | ||||||
CS ( MPa ) | - | 681 | 605 | 558 | - | 481 |
DOC (μ m ) | - | 11.1 | 8.9 | 6.5 | - | 18.1 |
IOX: 370 ℃ 持續 16 小時 | ||||||
CS ( MPa ) | - | 651 | 563 | 502 | 360 | 451 |
DOC (μ m ) | - | 14.4 | 11.2 | 9.1 | 6.2 | 24.1 |
IOX: 380 ℃ 持續 2 小時 | ||||||
CS ( MPa ) | 715 | - | - | - | - | - |
DOC (μ m ) | 12.2 | - | - | - | - | - |
IOX: 380 ℃ 持續 6 小時 | ||||||
CS ( MPa ) | 645 | - | - | - | - | - |
DOC (μ m ) | 20.3 | - | - | - | - | - |
IOX: 410 ℃ 持續 0.5 小時 | ||||||
CS ( MPa ) | - | - | - | - | - | 720 |
DOC (μ m ) | - | - | - | - | - | 12.3 |
IOX: 410 ℃ 持續 1 小時 | ||||||
CS ( MPa ) | - | - | - | - | - | 702 |
DOC (μ m ) | - | - | - | - | - | 17.3 |
IOX: 410 ℃ 持續 2 小時 | ||||||
CS ( MPa ) | - | - | - | - | - | 667 |
DOC (μ m ) | - | - | - | - | - | 23.3 |
接續表3
實例 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
IOX: 370 ℃ 持續 4 小時 | |||||
CS ( MPa ) | 876 | 791 | 710 | 569 | 619 |
DOC (μ m ) | 14.1 | 12.4 | 12.6 | 10.1 | 18.1 |
IOX: 370 ℃ 持續 9 小時 | |||||
CS ( MPa ) | 870 | 765 | 702 | 521 | 578 |
DOC (μ m ) | 21.8 | 19.9 | 18.3 | 14.3 | 27.1 |
IOX: 370 ℃ 持續 16 小時 | |||||
CS ( MPa ) | 852 | 731 | 657 | 489 | 534 |
DOC (μ m ) | 29.5 | 25.8 | 26.1 | 19.3 | 35.8 |
IOX: 380 ℃ 持續 2 小時 | |||||
CS ( MPa ) | - | - | - | - | - |
DOC (μ m ) | - | - | - | - | - |
IOX: 380 ℃ 持續 6 小時 | |||||
CS ( MPa ) | - | - | - | - | - |
DOC (μ m ) | - | - | - | - | - |
IOX: 410 ℃ 持續 0.5 小時 | |||||
CS ( MPa ) | 650 | 604 | 720 | - | - |
DOC (μ m ) | 11.9 | 12.5 | 12.3 | - | - |
IOX: 410 ℃ 持續 1 小時 | |||||
CS ( MPa ) | 596 | 570 | 702 | - | - |
DOC (μ m ) | 15.8 | 16.2 | 17.3 | - | - |
IOX: 410 ℃ 持續 2 小時 | |||||
CS ( MPa ) | 551.1 | 538.7 | 667 | - | - |
DOC (μ m ) | 21.8 | 22.6 | 23.3 | - | - |
如表3所示,本文所述的低模量玻璃組成物所形成的玻璃製品可以進行離子交換,以實現所期望的DOL(例如,少於或等於玻璃製品的厚度的20%),以實現更緊密的彎折,而不會破裂及/或破損。
現在參照表4,針對組成物所形成並具有表4所示的厚度t及5.38mm的台板距離D的玻璃製品,產生離子交換應力、彎折所引起的拉伸應力、及淨應力的圖(例如,第3圖)。圖中的峰值壓縮應力CS及壓縮深度DOC值係展示在表4中。峰值壓縮應力CS值從0.8mm厚的玻璃製品到0.05mm(亦即,50μm)厚的玻璃製品通常會減少10%到20%。
現在參照表5,表5報告針對表4所示的每一組成物及厚度t在離子交換之後具有1μm缺陷大小的最大中心張力CT
max與應力強度K
I。表5所報告的最大CT
max值藉由峰值壓縮應力與壓縮深度的乘積除以玻璃製品的厚度與兩倍壓縮深度之間的差進行近似,其中藉由FSM測量壓縮應力及壓縮深度。使用等式4來計算應力強度K
I。
表5所示的台板距離D值係為比較例玻璃組成物C1構成的經離子交換的玻璃製品且假設1μm的缺陷深度的「安全彎折」台板間距。「安全彎折」台板距離係視為當缺陷的深度處的淨應力等於零時,彎折所引起的拉伸應力補償離子交換應力。
表4
實例 | C1 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
t=35μm | CS(MPa) | 750 | - | 588 | 514 | 446 | 288 |
DOL(μm) | 7.1 | - | 6.7 | 5.8 | 6.5 | 6.2 | |
t=50μm | CS(MPa) | 750 | 572 | 545 | 484 | 402 | - |
DOL(μm) | 9.8 | 12.2 | 11.1 | 8.9 | 9.1 | - | |
t=75μm | CS(MPa) | 800 | 572 | 521 | - | - | - |
DOL(μm) | 15.3 | 12.2 | 14.4 | - | - | - | |
t=100μm | CS(MPa) | 830 | 516 | - | - | - | - |
DOL(μm) | 16.2 | 20.3 | - | - | - | - |
接續表4
實例 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |
t=35μm | CS(MPa) | - | 556 | 523 | 489 | - | - |
DOL(μm) | - | 6.5 | 6.1 | 6.3 | - | - | |
t=50μm | CS(MPa) | - | 562 | 509 | 479 | 455 | - |
DOL(μm) | - | 9.8 | 9.8 | 10.2 | 10.1 | - | |
t=75μm | CS(MPa) | - | 564 | 489 | 458 | 417 | - |
DOL(μm) | - | 15.0 | 15.2 | 16.0 | 14.3 | - | |
t=100μm | CS(MPa) | 385 | 551 | 441 | 439 | 391 | 495 |
DOL(μm) | 18.1 | 20.6 | 21.8 | 19.9 | 19.3 | 18.1 |
表5
實例 | C1 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
t=35μm D=5.38mm | CT max(MPa) | 452 | - | 362 | 352 | 326 | 302 |
K I(MPa·m 0.5) | - | - | 0.03 | 0.14 | 0.17 | 6.20.37 | |
t=50μm D=7.12mm | CT max(MPa) | 483 | 383 | 372 | 369 | 346 | - |
K I(MPa·m 0.5) | 0.05 | 0.07 | 0.17 | 0.25 | - | ||
t=75μm D=9.39mm | CT max(MPa) | 540 | 461 | 425 | - | - | - |
K I(MPa·m 0.5) | 0.20 | 0.21 | - | - | - | ||
t=100μm D=12mm | CT max(MPa) | 586 | 454 | - | - | - | - |
K I(MPa·m 0.5) | 0.30 | - | - | - | - |
接續表5
實例 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |
t=35μm D=5.38mm | CT max(MPa) | - | 409 | 386 | 363 | - | - |
K I(MPa·m 0.5) | - | 0.22 | 0.22 | 0.21 | - | - | |
t=50μm D=7.12mm | CT max(MPa) | - | 433 | 403 | 379 | 372 | - |
K I(MPa·m 0.5) | - | 0.21 | 0.22 | 0.21 | 0.24 | - | |
t=75μm D=9.39mm | CT max(MPa) | - | 485 | 448 | 420 | 422 | - |
K I(MPa·m 0.5) | - | 0.31 | 0.36 | 0.34 | 0.41 | - | |
t=100μm D=12mm | CT max(MPa) | 429 | 500 | 455 | 443 | 438 | 446 |
K I(MPa·m 0.5) | 0.46 | 0.37 | 0.47 | 0.42 | 0.49 | 0.29 |
如表5所示,相較於比較玻璃組成物C1所形成的玻璃製品,示例性玻璃組成物1-11所形成的玻璃製品具有相對降低的CT
max。假設1μm的缺陷深度,每一示例性玻璃組成物的應力強度K
I係低於0.5MPa·m
0.5,而少於含鈉玻璃所預期的靜態疲勞極限。如表4及5所例示,本文所述的玻璃組成物所形成的玻璃製品具有相對降低的最大中心張力CT
max,而防止玻璃製品在彎折之後碎裂成小塊,並且具有降低的應力強度K
I,而防止裂紋生長及玻璃破損。
現在參照表6,針對具有400μm的厚度t以及50mm的彎折半徑R的表6所示的組成物所形成的玻璃製品,產生離子交換應力、彎折所引起的拉伸應力、及淨應力的圖(例如,第3圖)。峰值壓縮應力CS、最大中心張力CT
max、降低的壓縮深度DOC(亦即,應力=0)、及應力強度K
I=0.5MPa·m
0.5的缺陷深度係報告於表6中。
表6
實例 | C1 | 1 | 2 | 6 | 7 | 8 |
CS ( MPa ) | 940 | 645 | 651 | 451 | 852 | 731 |
DOC (μ m ) | 21.7 | 20.3 | 14.4 | 24.1 | 29.5 | 25.8 |
降低的 DOC (μ m ) (應力 =0 ) | 10.6 | 8.7 | 6.5 | 7.8 | 14.1 | 11.7 |
KI=0.5 MPa · m 0.5 的缺陷深度(μ m ) | 12.4 | 11.1 | 8.5 | 11.2 | 16.4 | 14.2 |
CT max ( MPa ) | 290 | 237 | 230 | 214 | 268 | 246 |
接續表6
實例 | 9 | 10 | 11 |
CS ( MPa ) | 657 | 489 | 534 |
DOC (μ m ) | 26.1 | 19 | 35.8 |
降低的 DOC (μ m ) (應力 =0 ) | 11.4 | 6.6 | 13.4 |
KI=0.5 MPa · m 0.5 的缺陷深度(μ m ) | 14.1 | 9.4 | 17 |
CT max ( MPa ) | 232 | 225 | 218 |
針對一些彎折玻璃應用(例如,汽車內部應用),具有例如400μm的厚度t的相對較厚的玻璃製品可以彎折成50mm半徑。這些較厚的玻璃製品可能需要具有相對較深的降低的壓縮深度DOC。使用等式(4)來計算玻璃製品不會故障的最大缺陷深度(亦即,不會超過其預期疲勞極限0.5MPa·m
0.5)。相較於比較玻璃組成物C1所形成的玻璃製品,示例性玻璃組成物7-9及11所形成的玻璃製品能夠抑制較大的缺陷大小,同時具有相對降低的中心張力CT
max。
該領域具有通常知識者將理解,在不悖離所請求標的之精神及範疇的情況下可對本文所述之實施例作出各種修改及變化。因此,本揭示意欲涵蓋本文所提供的各種實施例的修改與變化,這些修改與變化係落於專利申請範圍與其等價物的範圍內。
100:玻璃製品
110:第一表面
112:第二表面
120:第一壓縮層
122:第二壓縮層
130:中心區域
202:彎折力
210:折疊線
300:消費性電子裝置
302:殼體
304:前表面
306:後表面
308:側表面
310:顯示器
312:覆蓋基板
第1圖係為根據本文所述的一或更多個實施例的具有壓縮應力區域的玻璃製品的橫截面示意圖;
第2圖係為彎折引發應力下的玻璃製品的橫截面示意圖;
第3圖係為展示彎折引發應力下的玻璃製品中的離子交換與彎折引發應力疊加的圖;
第4圖係為合併根據本文所述的一或更多個實施例的任何玻璃製品的電子裝置的平面圖;
第5圖係為第4圖的電子裝置的透視圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:玻璃製品
110:第一表面
112:第二表面
120:第一壓縮層
122:第二壓縮層
130:中心區域
Claims (10)
- 一種玻璃組成物,包含: 大於或等於40莫耳%且少於或等於56.5莫耳%的SiO 2; 大於或等於10莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al 2O 3; 大於或等於12莫耳%且少於或等於35莫耳%的B 2O 3; 大於或等於9莫耳%且少於或等於14.75莫耳%的Na 2O; 大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的K 2O;以及 大於或等於0莫耳%且少於或等於3莫耳%的Li 2O,其中 R 2O係大於或等於9莫耳%且少於或等於19莫耳%,其中R 2O係為Na 2O、K 2O、及Li 2O的總和; (R 2O-Al 2O 3)/B 2O 3係少於或等於0.25;以及 R 2O/Al 2O 3係大於或等於0.8且少於或等於1.5。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物包含大於或等於13莫耳%且少於或等於30莫耳%的B 2O 3。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物包含大於或等於9.5莫耳%且少於或等於14.5莫耳%的Na 2O。
- 如請求項1至3中之任一者所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物包含大於或等於10.5莫耳%且少於或等於23莫耳%的Al 2O 3。
- 如請求項1至3中之任一者所述的玻璃組成物,其中(R 2O-Al 2O 3)/B 2O 3係大於或等於-0.15且少於或等於0.25。
- 一種經離子交換的玻璃製品,包含: 大於或等於40莫耳%且少於或等於56.5莫耳%的SiO 2; 大於或等於10莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al 2O 3; 大於或等於12莫耳%且少於或等於35莫耳%的B 2O 3; 大於或等於9莫耳%且少於或等於14.75莫耳%的Na 2O; 大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的K 2O;以及 大於或等於0莫耳%且少於或等於3莫耳%的Li 2O,其中 R 2O係大於或等於9莫耳%且少於或等於19莫耳%,其中R 2O係為Na 2O、K 2O、及Li 2O的總和; (R 2O-Al 2O 3)/B 2O 3係少於或等於0.25; R 2O/Al 2O 3係大於或等於0.8且少於或等於1.5;以及 在離子交換之前,該玻璃製品的一楊氏模量係大於或等於40GPa且少於或等於70GPa。
- 如請求項6所述的玻璃製品,其中在離子交換之前,該玻璃製品的一楊氏模量係大於或等於45GPa且少於或等於68GPa。
- 如請求項6所述的玻璃製品,其中該玻璃製品的一峰值壓縮應力係大於或等於400MPa且少於或等於900MPa。
- 如請求項6至8中之任一者所述的玻璃製品,其中該玻璃製品的一壓縮深度係大於或等於該玻璃製品的一厚度的5%且少於或等於20%。
- 如請求項6至8中之任一者所述的玻璃製品,其中該玻璃製品的一峰值中心張力係大於或等於200MPa且少於或等於450MPa。
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