TWI660930B - 具有高熱膨脹係數之抗損壞玻璃 - Google Patents

具有高熱膨脹係數之抗損壞玻璃 Download PDF

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Abstract

本發明提供具有至少約90×10 -7℃ -1之熱膨脹係數（CTE）的離子交換玻璃。該等玻璃例如在小於兩小時內於370℃至390℃之溫度下之熔融KNO 3鹽浴中經歷快速之離子交換至大於30微米之層深度。當離子交換至介於30微米與50微米之間的層深度時，玻璃顯示出超過30公斤力（kgf）之維氏中間/徑向裂縫形成臨限值。玻璃係可熔融形成的，且在一些實施例中，玻璃與鋯石相容。

Description

具有高熱膨脹係數之抗損壞玻璃
本申請案根據專利法主張2013年8月27日申請之美國臨時申請案第61/870301號之優先權權利，該案之內容為本申請案之依據且該案全文以引用之方式併入本文中。
本揭示案係關於用作大型蓋玻璃之玻璃。更特定而言，本發明係關於用於該等應用的離子交換玻璃。甚至更特定而言，本揭示案係關於離子交換玻璃，該離子交換玻璃具有足夠高之熱膨脹係數以用作大型蓋玻璃。
玻璃係用作電器（諸如LCD顯示器）之保護罩蓋。在一些應用中，該等顯示器由外框架支撐，該外框架通常由金屬、鋼或合金製成。隨著顯示器尺寸增大（例如，55吋對角線），關鍵的是玻璃之熱膨脹係數（CTE）與框架材料之熱膨脹係數相匹配，否則玻璃將經受可導致畸變或破裂的各種應力。目前使用中的市售玻璃無一者滿足此要求。
提供具有至少約90×10 -7℃ -1之熱膨脹係數（CTE）之離子交換玻璃。該等玻璃包含SiO 2、Al 2O 3、P 2O 5、K 2O，及在一些實施例中包含MgO。玻璃例如在小於2小時內於370℃至390℃之溫度下之熔融KNO 3鹽浴中經歷快速離子交換至大於30微米之層深度。當離子交換至介於30微米與50微米之間的層深度時，玻璃顯示出超過15公斤力（kgf）之維氏中間/徑向裂縫形成臨限值。玻璃係可熔融形成的（亦即，液相線溫度小於160 kP溫度），且在一些實施例中，玻璃與鋯石相容（亦即，鋯石分解溫度大於玻璃之35 kP溫度）。
因此，本揭示案之一個態樣為提供包含SiO 2、Al 2O 3、P 2O 5及大於約1莫耳%之K 2O的玻璃，其中該玻璃具有至少約90×10 -7℃ -1之熱膨脹係數。
本揭示案之第二態樣為提供經離子交換之玻璃，該玻璃包含SiO 2、Al 2O 3、P 2O 5及大於約1莫耳%之K 2O。經離子交換之玻璃具有至少約90×10 -7℃ -1之熱膨脹係數且具有至少約15 kgf之維氏裂縫形成臨限值。
本揭示案之第三態樣為提供對玻璃進行離子交換之方法。該方法包含： 提供一玻璃，該玻璃包含SiO 2、Al 2O 3、P 2O 5及大於約1莫耳%之K 2O且具有至少約90×10 -7℃ -1之熱膨脹係數；提供離子交換浴，其中離子交換浴包含KNO 3且在約370℃至390℃之範圍內之一溫度下；以及將玻璃在離子交換浴中離子交換至多約兩小時之一段時間。經離子交換之玻璃具有在壓縮應力下之一層，該層自玻璃之表面延伸至至少約30 μm之層深度。
本揭示案之此等及其他態樣、優點及突出特徵將由以下詳細描述、隨附圖式及所附申請專利範圍而變得顯而易見。
在以下描述中，貫穿圖式中所示之數個視圖，相同元件符號指示相同或對應之零件。亦應理解，除非另有說明，否則諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」及類似者之術語均為便利之詞語且不應解釋為限制性術語。此外，每當群組被描述為包含元素之群組中之至少一者及該等元素之組合時，應瞭解，該群組可包含、基本上由或者由任何數目之所列舉之彼等元素構成，不論是單獨的或是彼此組合的。類似地，每當群組被描述為由元素之群組中之至少一者或該等元素之組合構成時，應瞭解，該群組可由任何數目之所列舉之彼等元素構成，不論是單獨的或是彼此組合的。除非另有說明，否則在列舉值之範圍時，該值之範圍包括範圍之上限及下限以及該上限與下限之間的任何範圍。如本文所使用，不定冠詞「一」以及相應之定冠詞「該」意謂「至少一個」或「一或多個」，除非另有說明。亦應瞭解，本說明書及圖式中所揭示之各種特徵可以任何組合及所有組合使用。
如本文所使用，術語「玻璃製品」以該等術語之最廣泛意義使用，以包括全部地或部分地由玻璃製成的任何物件。除非另有說明，否則所有組分均以莫耳百分數（莫耳%）表示。熱膨脹係數（CTE）以10 -7/℃表示且表示在約20℃至約300℃之溫度範圍內量測的值，除非另有說明。
如本文所使用，術語「液相線溫度」或「T L」係指隨著熔融玻璃自熔化溫度冷卻，晶體首先出現時的溫度，或係指隨著溫度自室溫增加，最後之晶體熔化完時的溫度。如本文所使用，術語「165 kP溫度」或「T 165kP」係指玻璃或玻璃熔體具有160,000泊（P）或160千泊（kP）之黏度時的溫度。如本文所使用，術語「35 kP溫度」或「T 35kP」係指玻璃或玻璃熔體具有35,000泊（P）或35千泊（kP）之黏度時的溫度。
注意，術語「實質上」及「約」在本文中可用以表示可歸因於任何數量比較、值、量測或其他表示的固有不確定程度。此等術語在本文中亦用以表示在不導致所論述標的之基本功能變化的情況下，數量表示可與所述參考不同的程度。因此，「例如，實質上不含MgO」之玻璃係其中MgO未經主動添加或分批處理至玻璃中但MgO可作為污染物以極少量存在之玻璃。
本文所描述之維氏裂縫形成臨限值係藉由以0.2 mm/min之速率將壓痕負載施加至玻璃表面及隨後移除壓痕負載而決定。將最大壓痕負載保持10秒。壓痕開裂臨限值以壓痕負載界定，在該壓痕負載下，10個壓痕中之50%顯示出源自壓痕壓印之隅角的任何數目之徑向/中間裂縫。增加最大負載直至達到給定玻璃組成物之臨限值。所有壓痕量測均在室溫下在50%之相對濕度中執行。
使用此項技術中已知之彼等手段量測壓縮應力及層深度。該等手段包括但不僅限於：使用市售儀器（諸如由Luceo Co., Ltd.（Tokyo, Japan）製造之FSM-6000或類似者）量測表面應力（FSM），且量測壓縮應力及層深度之方法經描述於題為「Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass」之ASTM 1422C-99，以及「Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed, Heat-Strengthened, and Fully-Tempered Flat Glass」之ASTM 1279.19779中，以上兩者之內容全文以引用之方式併入本文中。表面應力量測依賴於對應力光學係數（stress optical coefficient; SOC）之精確量測，該應力光學係數與玻璃的雙折射率有關。SOC又藉由此項技術中已知之彼等方法量測，該等方法諸如：纖維法或四點彎曲法，該兩種方法均描述於題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」之ASTM standard C770-98 (2008)中，該文獻之內容全文以引用之方法併入本文中；以及體積圓柱法。
大體上參照圖式且尤其參照第1圖，將瞭解，該等圖解係出於描述特定實施例之目的且並非意欲限制本揭示案或對其隨附之申請專利範圍。圖式不一定係按比例的，且為了清晰及簡潔起見，圖式中某些特徵及某些視圖可按比例或示意性地誇示。
本文描述具有高熱膨脹係數（CTE）之離子交換玻璃，該離子交換玻璃可用作大型蓋玻璃。玻璃（本文中亦稱作「高CTE玻璃」）亦能夠經歷一定速率下之離子交換，該速率大於類似玻璃之離子交換速率。一旦經離子交換後，玻璃顯示出如藉由維氏壓痕所量測之高抗裂性。
本文所描述之高CTE玻璃包含SiO 2、Al 2O 3、P 2O 5及K 2O。在一些實施例中，玻璃基本由以下各者構成或包含以下各者：約57莫耳%至約75莫耳%之SiO 2（亦即，57莫耳%≦SiO 2≦75莫耳%）；約6莫耳%至約17莫耳%之Al 2O 3（亦即，6莫耳%≦Al 2O 3≦17莫耳%）；約2莫耳%至約7莫耳%之P 2O 5（亦即，2莫耳%≦P 2O 5≦7莫耳%）；約14莫耳%至約17莫耳%之Na 2O（亦即14莫耳%≦Na 2O≦17莫耳%）；及大於約1莫耳%至約5莫耳%之K 2O（亦即，1莫耳%＜K 2O≦5莫耳%）。在一些實施例中，玻璃基本由以下各者構成或包含以下各者：約57莫耳%至約59莫耳%之SiO 2（亦即，57莫耳%≦SiO 2≦59莫耳%）；約14莫耳%至約17莫耳%之Al 2O 3（亦即，14莫耳%≦Al 2O 3≦17莫耳%）；約6莫耳%至約7莫耳%之P 2O 5（亦即，6莫耳%≦P 2O 5≦7莫耳%）；約16莫耳%至約17莫耳%之Na 2O（亦即，16莫耳%≦Na 2O≦17莫耳%）；及大於約1莫耳%至約5莫耳%之K 2O（亦即，1莫耳%＜K 2O≦5莫耳%）。在某些實施例中，玻璃進一步包含至多約2莫耳%之MgO（亦即，0莫耳%≦MgO≦2莫耳%）及/或至多約1莫耳%之CaO（亦即，0莫耳%≦CaO≦1莫耳%）。在一些實施例中，玻璃實質上不含MgO。在一些實施例中，玻璃實質上不含B 2O 3。此等玻璃之非限制性實例的組成、應變點、退火點及軟化點經列於表1中。
二氧化矽（SiO 2）為本文所描述之玻璃中主要網路形成體。在一些實施例中，此等玻璃包含約57莫耳%至約75莫耳%之SiO 2。更大量（例如，大於約60莫耳%）之二氧化矽易於降低熱膨脹係數。因此，在一些實施例中，玻璃包含約57莫耳%至約59莫耳%之SiO 2。
氧化鋁（Al 2O 3）主要促進離子交換。此外，Al 2O 3抑制相分離。在一些實施例中，本文所描述之玻璃包括約6莫耳%至約17莫耳%之Al 2O 3。在其他實施例中，此等玻璃包含大於約13莫耳%之Al 2O 3，且在一些實施例中包含約14莫耳%至約17莫耳%之Al 2O 3。
鹼金屬氧化物（Na 2O及K 2O）之存在增大玻璃之CTE。K 2O對增大CTE起主要作用，Na 2O緊隨其後。然而，K 2O之存在易於在玻璃經離子交換時降低壓縮應力且在存在玻璃熔體的情況下降低鋯石分解之溫度（T 分解）。在一些實施例中，本文所描述之玻璃包含大於約1莫耳%之K 2O。在一些實施例中，玻璃包含大於約1莫耳%至約5莫耳%之K 2O。玻璃中之Na 2O之存在增強玻璃的離子可交換性。在一些實施例中，玻璃包含約14莫耳%至約17莫耳%之Na 2O，及在其他實施例中，包含約16莫耳%至約17莫耳%之Na 2O。在一些實施例中，玻璃可進一步包含其他鹼金屬氧化物（Li 2O、Rb 2O、Cs 2O），然而此等氧化物抑制離子交換，導致離子交換玻璃中之更低表面壓縮應力，或相對昂貴。在一些實施例中，玻璃包含小於約1.5莫耳%之Li 2O，及在某些實施例中，玻璃不含或實質上不含Li 2O。
鹼土金屬氧化物（MgO）促進玻璃之離子交換，且增大經離子交換之玻璃中的表面壓縮應力，但易於減小玻璃之熱膨脹係數。在一些實施例中，本文所描述之玻璃包含至多約2莫耳%之MgO。在某些實施例中，玻璃不含或實質上不含MgO。CaO易於抑制離子交換及減小玻璃之CTE。因此，玻璃可包含至多約1莫耳%之CaO。
在一些實施例中，此等玻璃中之鹼金屬氧化物（R 2O）及鹼土金屬氧化物（R'O）之總量大於約18莫耳%（亦即，R 2O+R'O＞18莫耳%）。
玻璃中之P 2O 5之存在藉由增大某些陽離子（諸如，例如K +）之擴散率而促進玻璃之離子交換。此外，P 2O 5易於在存在玻璃熔體的情況下增加鋯石分解之溫度（T 分解）。在一些實施例中，本文所描述之玻璃包含約2莫耳%至約7莫耳%之P 2O 5。在一些實施例中，玻璃包含大於約5莫耳%之P 2O 5至約7莫耳%之P 2O 5，及在某些實施例中，包含約6莫耳%至約7莫耳%之P 2O 5。
本文所描述之玻璃具有至少約90×10 -7℃ -1之熱膨脹係數（CTE）。在其他實施例中，CTE為至少約95×10 -7℃ -1，且在又其他實施例中，為至少約為100×10 -7℃ -1。在某些實施例中，CTE處於約90×10 -7℃ -1至至多約100×10 -7℃ -1之範圍內，且在其他實施例中為約90×10 -7℃ -1至至多約110×10 -7℃ -1。在其他實施例中，CTE處於約95×10 -7℃ -1至至多約100×10 -7℃ -1之範圍內，且在一些實施例中為至多約105×10 -7℃ -1。列於表1中之針對玻璃決定之CTE列於表1及表2中。如表1及表2中之實例6所說明，用K 2O替代玻璃中之MgO易於增大玻璃之CTE。表1及表2中之實例6、實例7及實例8展現了藉由調整玻璃中之K 2O之量來「調諧」或「定製」CTE的能力。由於實例6具有此等三種玻璃中之最高Al 2O 3濃度及最低K 2O濃度，實例6將在離子交換後具有最高壓縮應力。實例9、實例10及實例11展示用MgO替代Al 2O 3對CTE的影響。在實例12至實例14之系列中之玻璃展現了將含有MgO及較少量K 2O之「鹼基」玻璃組成物（實例12）轉化為含有K 2O及實質上不含MgO之玻璃（實例14）對CTE的影響。系列15至20中之玻璃說明瞭將含有K 2O及實質上不含MgO之鹼基玻璃（實例15）轉化為含有MgO及較少量K 2O之玻璃（實例20）對CTE的影響。
本文所描述之玻璃係可熔融形成的；亦即，玻璃具有允許該等玻璃藉由熔融拉伸法形成或藉由此項技術中已知之其他下拉法形成的液相線溫度T L。為了可熔融形成，玻璃之液相線溫度應小於玻璃之160 kP溫度T 160kP（亦即，T L＜T 160kP）。
熔融拉伸製程中所使用之硬體（諸如等靜壓管）通常由鋯石製成。若等靜壓管中之鋯石分解以形成氧化鋯及二氧化矽時的溫度（本文中亦稱作「分解溫度」或「T 分解」）小於等靜壓管上明顯之任何溫度，則鋯石將分解以形成二氧化矽及氧化鋯，且因此藉由熔融製程形成之玻璃將含有氧化鋯夾雜物（亦稱作「熔融線氧化鋯」）。因此需要形成過低以無法分解鋯石並產生氧化鋯之玻璃溫度，且因而需要防止在玻璃中形成氧化鋯瑕疵。或者，等靜壓管可由諸如氧化鋁之其他耐火材料製成，因此消除在熔融拉伸製程作為一因素之鋯石分解。
由於熔融基本上為等黏度製程，因而玻璃所受之最高溫度對應於玻璃之特定黏度。在此項技術中已知之彼等標準熔融拉伸操作中，此黏度為約35 kP，且達到此黏度時的溫度稱為35 kP溫度，或T 35kP。
在一些實施例中，本文所描述之高CTE玻璃與鋯石相容，且T 分解＞T 35kP。例如，樣品6（表1）之組成物滿足該等玻璃之CTE要求，但不與鋯石相容，因為如表2中所示，35 kP溫度超過鋯石分解溫度。為使玻璃與鋯石相容，組成物6可經改質以由MgO取代約1莫耳%之Al 2O 3，如樣品30之組成物所示。為使玻璃與鋯石相容，樣品6之組成物已經改質以用約1莫耳%之MgO替代玻璃中存在之Al 2O 3，如表1中樣品30之組成物所示。根據鋯石分解模型，由於用MgO替代Al 2O 3，鋯石分解溫度T 分解將不變或者略微增大。如表1及表2中所示，組合物中之此輕微變化使玻璃之35 kP溫度T 35kP自1244℃降至1211℃。假定鋯石分解溫度保持不變為1215℃，則此玻璃被視為與鋯石相容。MgO及Al 2O 3之替代實質上不改變CTE，或不改變經離子交換之玻璃的壓縮應力（compressive stress; CS）、層深度（depth of laye; DOL）及努氏壓痕臨限值。例如，玻璃樣品28非常接近樣品30之組成物，且因此展現了在MgO替代Al 2O 3時玻璃的CTE值、CS值、DOL值及壓痕臨限值（表3a及表3b）得以保持。列於表1中之所選定實例的密度、T L、T 160P、T 35kP及T 分解經列於表2中。
在一些實施例中，本文所描述之玻璃使用此項技術中已知之彼等手段進行離子交換。在一個非限制性實例中，玻璃經浸入含有鹼金屬陽離子之熔融鹽浴中，該鹼金屬陽離子諸如例如K +，K +大於玻璃中所存在之Na +陽離子。除浸入熔融鹽浴之外的手段可用於玻璃之離子交換。該等手段包括但不限於將含有陽離子之待引入至玻璃中之膏狀物或凝膠塗覆至玻璃之至少一個表面。
如第1圖中示意性圖示，經離子交換之玻璃具有在壓縮應力（CS）下之至少一個表面層。玻璃100具有厚度 t 、第一表面110及第二表面112。在一些實施例中，玻璃100具有一厚度 t ，該厚度至多約2 mm，在其他實施例中至多約1 mm，在其他實施例中至多約0.7 mm，在又其他實施例中至多約0.5 mm。玻璃100具有在壓縮應力下之第一層120（「壓縮層」），該第一層自第一表面110延伸至層深度 d 1 進入玻璃製品100之主體中。在第1圖所示之實施例中，玻璃100亦具有在壓縮應力下之第二壓縮層122，該第二壓縮層自第二表面112延伸至第二層深度 d 2 。玻璃100亦具有自 d 1 延伸至 d 2 的中心區域130。中心區域130在抗拉應力或中心張力下，該抗拉應力或中心張力平衡或抵消層120及層122之壓縮應力。第一壓縮層120及第二壓縮層122之層深度 d 1 及層深度 d 2 保護玻璃100免受由對玻璃100之第一表面110、第二表面112之劇烈衝擊所引入之缺陷之傳播的影響，同時第一壓縮層120及第二壓縮層122中壓縮應力之量值使缺陷穿透第一壓縮層120之深度 d 1 、第二壓縮層122之深度 d 2 的可能性最小。
在一些實施例中，本文所描述之經離子交換之玻璃具有壓縮層，該壓縮層自玻璃之表面延伸至至少約30 μm之層深度，且在某些實施例中，該層深度處於約30 μm至至多約50 μm之範圍內。在一些實施例中，當離子交換至至少約30 μm之層深度時，玻璃之壓縮層在至少約700 MPa之壓縮應力下，且在其他實施例中，在至少約800 MPa之壓縮應力下。表3a及表3b分別列出表1中所列之玻璃組成物在390℃下及370℃下之熔融KNO 3鹽浴中離子交換後的的壓縮應力CS、層深度DOL及維氏裂縫形成臨限值。除非在表2中另外提供，否則表3a及表3b中所列之經離子交換之玻璃的應力光學係數（SOC）為30.1。
本文所描述之高CTE玻璃亦經歷快速離子交換。較低之CS、較高擴散速率及較高壓痕臨限值指出此等高CTE玻璃的更為開放之網路。例如，本發明之玻璃可在小於兩小時內，在約370℃至約390℃之範圍內之溫度下之包含熔融KNO 3之離子交換浴中經離子交換至大於30 μm之層深度。在特定實例中，在於390℃下經浸入熔融KNO 3中達1小時之後，樣品6（表1）離子交換至820 MPa之壓縮應力及50 μm之層深度（表3a）。
本文所描述之經離子交換之玻璃具有至少約15公斤力（kgf）之維氏裂縫形成臨限值；在其他實施例中，該維氏裂縫形成臨限值為至少20 kgf，且在又其他實施例中為至少約30 kgf。在一些實施例中，經離子交換之玻璃之維氏裂縫形成臨限值為至少30 kgf，在其他實施例中為至少40 kgf，且在又其他實施例中，維氏裂縫形成臨限值為至少50 kgf。在某些實施例中，維氏裂縫形成臨限值處於約30 kgf至至多約50 kgf之範圍內。表1中之玻璃組成物的維氏裂縫壓痕資料經列於表3a及表3b中。
在另一態樣中，亦提供對玻璃進行離子交換之方法。該方法中之步驟經示意性地表示於第2圖中。方法200包括第一步驟210，其中提供如上文所述之包含SiO 2、Al 2O 3、P 2O 5及K 2O且具有至少95×10 -7℃ -1之熱膨脹係數的玻璃。在步驟220中，提供包含KNO 3或基本由KNO 3構成之離子交換浴。離子交換浴可含有其他鹽（諸如，例如NaNO 3），或可僅含有KNO 3或基本由KNO 3構成。貫穿整個製程，將離子交換浴維持在約370℃至390℃之範圍內的溫度下。隨後，在離子交換浴中對玻璃進行離子交換至多約兩小時之一段時間（步驟230），在該段時間後，經離子交換之玻璃具有在壓縮應力下之層，該層自玻璃之表面延伸至至少約30 μm之層深度，且在一些實施例中，該層深度處於約30 μm至至多約50 μm之範圍內。在一些實施例中，玻璃層在至少約700 MPa之壓縮應力下，且在其他實施例中，玻璃層在至少約800 MPa之壓縮應力下。
在一些實施例中，經離子交換之玻璃具有至少約30kgf之維氏裂縫形成臨限值，在某些實施例中，維氏裂縫形成臨限值處於約30 kgf至至多約50 kgf之範圍內。 表1. 玻璃之組成、應變點、退火點、軟化點及熱膨脹係數。
組成（莫耳 % ） 1 2 3 4 5 6
SiO2 70.28 72.05 74.23 72.44 73.69 58.12
Al2O3 10.49 8.75 6.50 8.99 6.95 16.38
P2O5 2.55 2.61 2.31 2.01 2.08 6.55
Na2O 14.17 14.00 14.48 14.04 14.78 16.53
K2O 2.47 2.55 2.46 2.47 2.46 2.34
MgO 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.04
CaO 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03
SnO2 0.00 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00
應變點（℃） 567 533 508 522 507 588
退火點（℃） 616 581 557 572 556 645
軟化點（℃） 888.5 875.5 839.8 848 825.4 919.4
CTE （1×10-7/℃） 91.3 94.5 93.3 92.5 92.2 97.7
組成（莫耳 % ） 7 8 9 10 11 12
SiO2 57.87 58.74 57.48 57.69 57.63 57.48
Al2O3 15.80 14.35 16.61 15.96 15.50 16.68
P2O5 6.79 6.06 6.75 6.49 6.72 6.59
Na2O 16.19 16.64 16.75 17.00 16.76 16.65
K2O 3.27 4.14 2.27 2.23 2.28 1.94
MgO 0.04 0.03 0.04 0.51 0.98 0.54
CaO 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
SnO2 0.01 0.01 0.09 0.10 0.10 0.10
應變點（℃） 564 542 584 579 568 580.5
退火點（℃） 617 593 641 634 621 634.6
軟化點（℃） 887.2 851.4 913.6 904.1 889.8 916.6
CTE （1×10-7/℃） 102.2 108.2 98.2 97.2 99.2 93.9
組成（莫耳 % ） 13 14 15 16 17 18
SiO2 57.58 57.45 57.75 57.88 58.14 58.45
Al2O3 16.66 16.63 16.58 16.58 15.84 15.57
P2O5 6.61 6.62 6.55 6.54 6.53 6.51
Na2O 16.61 16.69 16.63 16.53 16.74 16.62
K2O 2.40 2.45 2.33 2.29 2.08 1.96
MgO 0.03 0.02 0.01 0.03 0.53 0.75
CaO 0.03 0.02 0.04 0.04 0.04 0.04
SnO2 0.10 0.11 0.10 0.10 0.09 0.10
應變點（℃） 582 579.1 586 573 571
退火點（℃） 635.8 634.2 643 629 626
軟化點（℃） 910.2 914.6 927.6 911.6 905.3
CTE （1×10-7/℃） 97.1 96.9 96 95.3 94.4
組成（莫耳 % ） 19 20 21 22 23 24
SiO2 58.21 58.13 57.92 57.91 57.74 57.68
Al2O3 15.98 16.05 16.38 16.35 16.33 16.29
P2O5 6.50 6.47 6.51 6.53 6.56 6.57
Na2O 16.45 16.45 16.46 16.47 16.52 16.49
K2O 1.14 1.06 1.13 1.50 1.85 2.09
MgO 1.58 1.69 1.46 1.10 0.87 0.74
CaO 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04
SnO2 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
應變點（℃） 586 583 580 576 574
退火點（℃） 641 639 636 632 630
軟化點（℃） 923.3 917.9 915.1 910.8 904
CTE （1×10-7/℃） 90.3 90.9 92.3 93.8 94.8
組成（莫耳 % ） 25 26 27 28 29 30
SiO2 57.56 57.68 58.07 58.11 57.95 57.86
Al2O3 16.21 16.31 15.89 15.57 16.33 15.34
P2O5 6.56 6.55 6.57 6.55 6.58 6.60
Na2O 16.43 16.49 16.56 16.52 16.57 16.63
K2O 2.59 2.32 2.29 2.28 2.30 2.36
MgO 0.50 0.50 0.49 0.84 0.13 1.07
CaO 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04
SnO2 0.11 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
應變點（℃） 570 572 568 561 574 556
退火點（℃） 625 629 622 616 629 609
軟化點（℃） 899.1 907.8 898.6 892 908.4 884
CTE （1×10-7/℃） 97.4 95.6 95.8 96.5 96.1 97.3
表2. 表1中所列之玻璃的玻璃熱膨脹係數、200泊溫度T 200、35千泊溫度T 35kP、160千泊溫度T 160kP、液相線溫度T L、液相黏度、鋯石分解溫度T 分解、鋯石分解黏度及應力光學係數SOC。
樣品 1 2 3 4 5 6
CTE （ 1×10-7/ ℃ ） 91.3 94.5 93.3 92.5 92.2 97.7
密度（ g/cm3 ） 2.4 2.393 2.386 2.401 2.389 2.42
T200P （ ℃ ） 1701 1673 1634 1677 1628 1677
T35kP （ ℃ ） 1181 1132 1107 1137 1095 1244
T160kP （ ℃ ） 1081 1045 1024 1041 1006 1156
TL （ ℃ ） 780
液相黏度 （ P ） 4.07×109
T 分解 （ ℃ ） 1215
鋯石分解黏度（ P ） 56320.22
SOC 30.19 30.69 30.59 29.77 30.07
樣品 7 8 9 10 11 12
CTE （ 1×10-7/ ℃ ） 102.2 108.2 98.2 97.2 99.2 93.9
密度（ g/cm3 ） 2.424 2.427 2.425 2.427 2.43 2.421
T200P （ ℃ ） 1660 1621 1676 1672 1648 1675
T35kP （ ℃ ） 1208 1164 1227 1213 1205 1237
T160kP （ ℃ ） 1117 1074 1137 1124 1116 1150
TL （ ℃ ） 815
液相黏度（ P ） 3.19×108
T 分解 （ ℃ ）
鋯石分解黏度（ P ）
SOC 30.16
樣品 13 14 15 16 17 18
CTE （ 1×10-7/ ℃ ） 97.1 96.9 96 95.3 94.4
密度（ g/cm3 ） 2.419 2.42 2.418 2.419 2.418
T200P （ ℃ ） 1680 1684 1691 1686 1686
T35kP （ ℃ ） 1237 1236 1245 1226 1225
T160kP （ ℃ ） 1149 1148 1158 1139 1137
TL （ ℃ ）
液相黏度（ P ）
T 分解 （ ℃ ）
鋯石分解黏度（ P ）
SOC 30.19 30.69 30.59 29.77 30.07
樣品 19 20 21 22 23 24
CTE （ 1×10-7/ ℃ ） 90.3 90.9 92.3 93.8 94.8
密度（ g/cm3 ） 2.417 2.418 2.417 2.419 2.42
T200P （ ℃ ） 1672 1664 1669 1671 1671
T35kP （ ℃ ） 1233 1238 1242 1236 1236
T160kP （ ℃ ） 1149 1152 1154 1148 1147
TL （ ℃ ） 920 870 820 860
液相黏度（ P ） 37300854 1.6×108 8.63×108 1.7×108
T 分解 （ ℃ ） 1225 1215 1215 1200
鋯石分解黏度（ P ） 43670.86 54671.7 54671.7 63334.06
SOC
樣品 25 26 27 28 29 30
CTE （ 1×10-7/ ℃ ） 97.4 95.6 95.8 96.5 96.1 97.3
密度（ g/cm3 ） 2.422 2.42 2.419 2.421 2.418 2.422
T200P （ ℃ ） 1668 1670 1666 1670 1677 1656
T35kP （ ℃ ） 1230 1236 1228 1222 1239 1211
T160kP （ ℃ ） 1142 1146 1137 1133 1150 1122
TL （ ℃ ） 840 840 790 780 795 780
液相黏度（ P ） 3.03×108 2.79×108 9.32×108 1.99×109 1.45×109 1.27×109
T 分解 （ ℃ ） 1200 1210 1210 1215 1200 1225
鋯石分解黏度（ P ） 57327.35 52857.13 46543.02 39171.32 66317.41 28069
SOC 29.4
表3a 表1中所列之玻璃的壓縮應力CS、層深度DOL及維氏裂縫壓痕臨限值，該等玻璃於390℃下在熔融KNO 3浴中經離子交換。除非表格2中提供，否則經離子交換之玻璃的應力光學係數（SOC）為30.1。
樣品 1 2 3 5 6 7
1 小時
CS （ MPa ） 622 453 425 482 820 684
DOL （ μm ） 33 26 22 24 50 59
壓痕臨限值（ kgf ） ＜10 10-20 ＜10 ＜10 40-50 40-50
1.5 小時
CS （ MPa ） 664 557 420 442 811
DOL （ μm ） 35 29 30 25 49
壓痕臨限值（ kgf ）
2 小時
CS （ MPa ） 634 458 818
DOL （ μm ） 42 42 54
壓痕臨限值（ kgf ）
3 小時
CS （ MPa ） 898 857 799
DOL （ μm ） 48.3 54.2 64.7
壓痕臨限值（ kgf ） 20-25
樣品 8 9 10 11 12 13
1 小時
CS （ MPa ） 588 737 748 786 904 839
DOL （ μm ） 61 45 48 45 35 43
壓痕臨限值（ kgf ） 20-30 30-40 40-50 40-50 40-50
1.5 小時
CS （ MPa ） 653 816 818 784 904 844
DOL （ μm ） 68 55 50 50 39 48
壓痕臨限值（ kgf ）
2 小時
CS （ MPa ） 669 815 787 779 876 830
DOL （ μm ） 74 62 60 58 48 60
壓痕臨限值（ kgf ）
3 小時
CS （ MPa ）
DOL （ μm ）
壓痕臨限值（ kgf ）
樣品 14 16 17 18 20 21
1 小時
CS （ MPa ） 837 849 848 859 906
DOL （ μm ） 49 44 41 39 32
壓痕臨限值（ kgf ） 40-50 40-50 30-40
1.5 小時
CS （ MPa ） 831 848 844 855 910 909
DOL （ μm ） 49 49 47 46 36 35
壓痕臨限值（ kgf ） 40-45
2 小時
CS （ MPa ） 822 844 832 842 895 903
DOL （ μm ） 63 59 55 53 43 38.8
壓痕臨限值（ kgf ）
3 小時
CS （ MPa ）
DOL （ μm ） 898
壓痕臨限值（ kgf ） 48.3
樣品 22 23 24 25 26 27 28
1 小時
CS （ MPa ） 835
DOL （ μm ） 40
壓痕臨限值（ kgf ） ＞50
1.5 小時
CS （ MPa ） 909 877 854 839 827 815 817
DOL （ μm ） 35 41 43 45 48 40 39
壓痕臨限值（ kgf ） 40-45 40-50 ＞50 40-50
2 小時
CS （ MPa ） 873 857 831 818
DOL （ μm ） 43.2 46.7 50.9 54
壓痕臨限值（ kgf ） 25-30 45-50
3 小時
CS （ MPa ） 857 839 822 799
DOL （ μm ） 54.2 58.3 59.9 64.7
壓痕臨限值（ kgf ） 40-45 20-25
表3b. 表格1中所列之玻璃的壓縮應力CS、層深度DOL及維氏裂縫壓痕臨限值，該等玻璃在370℃下之熔融KNO 3浴中經離子交換。除非表2中提供，否則經離子交換之玻璃的應力光學係數（SOC）為30.1。
樣品 29 30
1 小時
CS （ MPa ） 818 823
DOL （ μm ） 34 31
壓痕臨限值（ kgf ） 20-30 30-40
2 小時 10 分鐘
CS （ MPa ） 819 809
DOL （ μm ） 48 43
壓痕臨限值（ kgf ） 30-40 30-40
3 小時
CS （ MPa ） 816 802
DOL （ μm ） 55 49
壓痕臨限值（ kgf ） 40-50 30-40
4 小時
CS （ MPa ） 811 797
DOL （ μm ） 62 58
壓痕臨限值（ kgf ）
儘管已出於說明之目的闡述典型實施例，但前述描述不應被視為對本揭示案或所附申請專利範圍之範疇的限制。因此，熟習此項技術者可在不偏離本揭示案或所附申請專利範圍之精神及範疇的情況下想到各種修改，改編及替代。
100 玻璃 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 200 方法 210 步驟 220 步驟 230 步驟 d 1 層深度 d 2 層深度 t 厚度
第1圖為已經離子交換之玻璃片的示意性截面視圖；及
第2圖為對玻璃進行離子交換之方法的示意性表示。
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

Claims (10)

  1. 一種玻璃，該玻璃包含SiO 2、6莫耳%至17莫耳%之Al 2O 3、大於5莫耳%之P 2O 5及大於1莫耳%之K 2O，其中該玻璃具有大於95×10 -7℃ -1的一熱膨脹係數。
  2. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃包含57莫耳%至75莫耳%之SiO 2；6莫耳%至17莫耳%之Al 2O 3；大於5莫耳%至7莫耳%之P 2O 5；14莫耳%至17莫耳%之Na 2O；以及大於1莫耳%至5莫耳%之K 2O。
  3. 如請求項1或請求項2所述之玻璃，其中R 2O+R'O大於18莫耳%，其中R 2O為至少一種鹼金屬氧化物且R'O為至少一種鹼土金屬氧化物。
  4. 如請求項1或請求項2所述之玻璃，其中該玻璃實質上不含MgO及B 2O 3中之至少一者。
  5. 如請求項1或請求項2所述之玻璃，其中該玻璃具有一液相線溫度T L、一160 kP溫度T 160kP、一35 kP溫度T 35kP及一鋯石分解溫度T 分解，其中T L＜T 160P以及T 分解＞T 35Kp。
  6. 如請求項1或請求項2所述之玻璃，其中該玻璃經離子交換且具有至少15 kgf之一維氏裂縫形成臨限值。
  7. 如請求項6所述之玻璃，其中該玻璃具有一壓縮層，該壓縮層自該玻璃之一表面延伸至至少30 μm的一層深度。
  8. 如請求項7所述之玻璃，其中該壓縮層具有至少800 MPa之一壓縮應力。
  9. 一種電器，包含如請求項6所述之玻璃。
  10. 一種對玻璃進行離子交換之方法，該方法包含以下步驟： a. 提供一玻璃，該玻璃包含SiO 2、6莫耳%至17莫耳%之Al 2O 3、大於5莫耳%之P 2O 5及大於1莫耳%之K 2O，該玻璃具有大於95×10 -7℃ -1的一熱膨脹係數；b. 提供一離子交換浴，其中該離子交換浴包含KNO 3且在370℃至390℃之一範圍內之一溫度；及c. 在該離子交換浴中對該玻璃進行離子交換達至多兩小時的一段時間，其中經離子交換之玻璃具有在一壓縮應力下的一層，該層自該玻璃之一表面延伸至至少30 μm的一層深度。
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