TWI696594B - 化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃用玻璃組成物及其具短縮離子交換時間製造方法 - Google Patents

化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃用玻璃組成物及其具短縮離子交換時間製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI696594B
TWI696594B TW105112611A TW105112611A TWI696594B TW I696594 B TWI696594 B TW I696594B TW 105112611 A TW105112611 A TW 105112611A TW 105112611 A TW105112611 A TW 105112611A TW I696594 B TWI696594 B TW I696594B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
glass
chemically strengthened
strengthened alkali
aluminosilicate
ion exchange
Prior art date
Application number
TW105112611A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201708143A (zh
Inventor
丁原傑
陳奕君
Original Assignee
大陸商科立視材料科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 大陸商科立視材料科技有限公司 filed Critical 大陸商科立視材料科技有限公司
Publication of TW201708143A publication Critical patent/TW201708143A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI696594B publication Critical patent/TWI696594B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
    • C03C3/091—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B17/00—Forming molten glass by flowing-out, pushing-out, extruding or drawing downwardly or laterally from forming slits or by overflowing over lips
    • C03B17/06—Forming glass sheets
    • C03B17/064—Forming glass sheets by the overflow downdraw fusion process; Isopipes therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B18/00—Shaping glass in contact with the surface of a liquid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B18/00—Shaping glass in contact with the surface of a liquid
    • C03B18/02—Forming sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B25/00—Annealing glass products
    • C03B25/02—Annealing glass products in a discontinuous way
    • C03B25/025—Glass sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/02—Tempering or quenching glass products using liquid
    • C03B27/03—Tempering or quenching glass products using liquid the liquid being a molten metal or a molten salt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
    • C03C3/087—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal containing calcium oxide, e.g. common sheet or container glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/18—Compositions for glass with special properties for ion-sensitive glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2204/00—Glasses, glazes or enamels with special properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Abstract

一種用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的玻璃組成物及用於製造該化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的方法。該化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃係適合用於觸控顯示器之高強度覆蓋玻璃、太陽能電池覆蓋玻璃以及層疊安全玻璃，並且可以較短的時間製得。

Description

化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃用玻璃組成物及其具短縮離子交換 時間製造方法
本發明是關於化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃，以及用於製造與使用該化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之組成物和方法。
化學強化玻璃一般會比退火玻璃明顯更強，這是因為用以製造該玻璃的玻璃組成物與化學強化製程之故。這種化學強化製程可被用以強化所有尺寸與形狀之玻璃而不產生光學失真，其可生產無法進行熱回火的薄型、小型及複雜形狀的玻璃樣品。這些特性已經使得化學強化玻璃(且更具體而言為化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃)成為消耗性行動電子裝置(例如智慧型電話、平板電腦與記事本)之常見且廣泛使用的選擇。
化學強化製程一般係包括離子交換製程。在這類離子交換製程中，玻璃係置於含有離子的熔融鹽中，該離子具有比玻璃中存在之離子更大的離子半徑，因此在玻璃中的較小離子會被來自加熱溶液中的較大離子所置換。一般而言，熔融鹽中的鉀離子取代在玻璃中的較小的鈉離子。玻璃中的較小鈉離子被 來自加熱溶液中較大的鉀離子所置換，可導致在玻璃的兩側表面上形成壓縮應力層，並且於壓縮應力層之間形成中央張力區。典型以百萬帕斯卡(MPa)表示之中央張力區的張力應力(CT)與壓縮應力層的壓縮應力(CS)(其同樣是以MPa表示)有關，而且壓縮應力層的深度(DOL)係由下式表示：CT=CS×DOL/(t-2DOL)其中，t為玻璃的厚度。
目前之厚度為0.7mm的玻璃之規格為層深約40μm、壓縮應力不低於650MPa、且中央張力區的張應力低於60MPa。的確，中央張力區的張應力應保持在大約60-70MPa內，以確保良好的切割產率。
為使用作為觸控顯示器之覆蓋玻璃，需要增加玻璃的抗刮性及抗衝擊破壞性，這可藉由增加壓縮應力和壓縮應力層的深度而達成。然而，為了使中央張力區的張應力保持在可接受範圍內，壓縮應力和壓縮應力層的深度兩者皆增加會導致不期望的玻璃厚度增加。
同時，覆蓋玻璃需要盡可能為薄。然而，由於中央張力區的張應力會因玻璃厚度減少而增加，故難以維持可接受的中央張力區張應力，同時又維持高壓縮應力與高壓縮應力層深度。在這些例子中，一般是希望壓縮應力對層深的比例(CS/DOL)盡可能為高。
化學強化製程的歷時是化學強化玻璃的製造成本中的一個關鍵因素。一般而言，離子交換製程的歷時必須要延長以增加壓縮應力層的深度。然而，通常想要的是較短的離子交換時間。離子交換時間越短，產線與製程就更具競爭力。離子交換時間是由反應溫度和離子擴散速率所控制。降低溫度可避免翹曲，但會增加離子交換時間。使玻璃片保持在較高的溫度下會增加離子擴散速 率，但會導致翹曲和結構鬆弛，續而導致壓縮應力降低。因此，在較高的溫度下進行離子交換製程可縮短離子交換時間，但會有其他不想要的結果。
化學強化製程可以兩種方式執行：(1)工件製程(pieceprocess)與(2)單片玻璃方案(OGS)製程。工件製程涉及將一玻璃片切割為要被使用的最終尺寸，及然後鑽孔、研磨、斜切與拋光個別工件。經處理的工件接著被置於熔融鉀鹽中進行化學強化。較小尺寸的工件提供較佳的溫度與熔融鹽濃度控制。此外，在工件兩側上的邊緣可經化學強化。因此，可實現高強度與低翹曲率而導致高產量。
相較之下，OGS製程涉及先強化整片玻璃，於玻璃表面上加入觸控感測器與印刷電路，然後對玻璃劃線，最後切割該玻璃。相較於工件製程，在OGS製程中一般都需要較大的加熱爐。處理及放置玻璃的方式會導致玻璃的翹曲或破裂。在OGS製程中，化學強化玻璃表面上的CS增進了抗表面破壞能力，但會使切割玻璃更為困難。當CT過高時，用以切割玻璃的劃線輪在其進入CT區時會使玻璃產生裂紋、破片或破裂。劃線邊緣與側部在OGS製程中無法完全化學強化，因此以OGS製程所製得的玻璃的強度一般都低於工件製程所製得之玻璃。儘管OGS製程有困難性，但OGS製程的成本效益與生產效率是優於工件製程的。
當化學強化玻璃變得更薄且更強時，則變得難以在不增加CT下維持高DOL和高CS。亟需一種薄的、具有高CS及受控制CT、且可以較短離子交換時間生產的化學強化玻璃。
本文提出一種化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃。
根據數個例示具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃具有一組成物，該組成物包括以氧化物為基礎之莫耳濃度(mol%)的下述成份：66%的二氧化矽(SiO2)；約12.0%至約16.0%的氧化鋁(Al2O3)；約10.0%至約15.0%的氧化鈉(Na2O)；約2.0%至約6.0%的三氧化二硼(B2O3)；約0%至約6.0%的氧化鉀(K2O)；約0%至約3.0%的氧化鎂(MgO)；及約0%至約1.5%的氧化鈣(CaO)；其中28%<Al2O3+B2O3+Na2O<33%；其中(B2O3+Na2O+K2O)/Al2O3>1；及其中(B2O3+CaO)/MgO
Figure 105112611-A0305-02-0005-8
1。
用語「約」在用以描述一單一數值時是指包括±5%的範圍。在應用至一範圍時，用語「約」是表示該範圍包括數值下限的-5%及數值上限的+5%，除非下限是0。舉例如而言，介於從約100ºC至約200ºC的範圍包括介於從95ºC至210ºC的範圍。然而，當用語「約」修飾一百分比例時，則該用語是表示數值字或數值邊界的±1%，除非下限值小於1。因此，5-10%的範圍包括了4-11%，0-5%的範圍包括0-6%。
用語「以氧化物為基礎之莫耳百分率」或「以氧化物為基礎之莫 耳濃度(mol%)」是指氧化物的莫耳數對玻璃中總莫耳數的百分率。可理解玻璃中的總莫耳數總是會上加至100%，並且不會超過100%。
根據數個例示具體實施例，本發明提供了一種用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的可離子交換玻璃，該化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃具有一壓縮應力層，其具有高壓縮應力(CS)、高層深(DOL)及受控制的中央張力區張應力(CT)。較高的CS與高DOL和受控制CT是一起經由一化學強化製程而得，在該化學強化製程中，玻璃表面上的鈉離子會被較大的鉀離子置換。較低的CT有利於玻璃完成，因為會增加劃線製程的產率。同時，具有較高CS的玻璃表面產生較強的玻璃而可抵抗增加之外部衝擊力。根據數個例示具體實施例，化學強化玻璃具有高於750MPa的CS、深達約45μm的DOL、不大於70MPa的CT、及高達0.7mm之厚度。
根據數個例示具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃具有一組成物，該組成物包括以氧化物為基礎之莫耳濃度(mol%)的以下成份：約63.0%至約68.0%的二氧化矽(SiO2)；約12.0%至約16.0%的氧化鋁(Al2O3)；約10.0%至約15.0%的氧化鈉(Na2O)；約2.0%至約6.0%的三氧化二硼(B2O3)；約0%至約6.0%的氧化鉀(K2O)；約0%至約3.0%的氧化鎂(MgO)；及約0%至約1.5%的氧化鈣(CaO)；其中28%<Al2O3+B2O3+Na2O<33%； 其中(B2O3+Na2O+K2O)/Al2O3>1；及其中(B2O3+CaO)/MgO
Figure 105112611-A0305-02-0007-9
1。
根據數個具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃具有一組成物，該組成物包括約63.0mol%至約68.0mol%的二氧化矽(SiO2)。二氧化矽是該鹼鋁矽酸鹽玻璃中最大的單一成份，並且形成玻璃的基材。二氧化矽也作為玻璃的結構協調劑並且幫助玻璃的成形能力、剛性與化學耐受力。當二氧化矽以上述範圍存在時可提升玻璃黏度。在高於68.0mol%的濃度下，二氧化矽會提高玻璃組成物的熔化溫度，其不利地使具高鹼性或鹼金屬氧化物濃度之玻璃的液相溫度實質增加。
根據數個例示具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃具有一組成物，該組成物含有約12.0mol%至約16.0mol%的氧化鋁(Al2O3)。當氧化鋁以這些量存在時，即可提升玻璃黏度。在氧化鋁的濃度高於16.0mol%時，玻璃黏度會變得過高而傾向於使玻璃不透明。液相溫度也會變得過高，以致無法進行連續的片材成形製程。因此，玻璃組成物中的助熔劑氧化物(例如鈉、鉀、硼、鎂與鈣氧化物)的總含量應大於氧化鋁的含量。玻璃組成物的熔化溫度也會因助熔劑氧化物的添加而降低。根據數個例示具體實施例，玻璃的熔化溫度是維持低於1690℃。
根據數個例示具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃具有一種組成物，該組成物包括約2.0mol%至約6.0mol%的氧化硼(B2O3)。氧化硼是作為助熔劑氧化物與玻璃協調劑。與矽一起，三價硼是作用為網絡成形元素，並且增加玻璃成形性。B-O鍵通常是以配位數為3與4出現在氧化物玻璃中，其具有高場強度，且表示該B-O鍵是非常強的。然而，在高溫下， 硼氧化物群組之間的鍵結一般都非常弱，其與矽氧化物不同。在高溫下，三氧化二硼的黏度比二氧化矽更低許多，因此三氧化二硼可作為非常有效的助熔劑氧化物。
鹼金屬氧化物是用以輔助達成低液相溫度與低熔化溫度。根據數個例示具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃具有一種組成物，該組成物包括鹼金屬氧化物，亦即氧化鈉(Na2O)與氧化鉀(K2O)。為了確保有效強度並且避免過多鹼金屬氧化物所帶來的副作用，氧化鈉和氧化鉀係以下述的量存在於玻璃組成物中。根據數個例示具體實施例，為了實現有效熔化，玻璃組成物中三氧化二硼、氧化鈉與氧化鉀的總含量大於氧化鋁的含量。根據數個例示具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的可離子交換玻璃具有一種組成物，該組成物含有之三氧化二硼、氧化鈉與氧化鉀的組合總含量對氧化鋁的總含量之比例大於1。
根據數個例示具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃具有一組成物，該組成物包含含有約10.0mol%至約15.0mol%的氧化鈉。氧化鈉係用以讓離子交換成功。為了能有充足的離子交換而產生實質上增強之玻璃強度，氧化鈉是以上述濃度存在於玻璃組成物中。
根據數個具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃具有一種組成物，該組成物含有從0mol%至約6.0mol%的氧化鉀。氧化鉀增加了離子交換層的深度。鹼金屬離子(特別是鉀離子)的半徑係大於其他氧化物的金屬離子半徑，其會降低玻璃強度，並且增加膨脹係數。
氧化鎂(MgO)和氧化鈣(CaO)兩者都是可作為助熔劑氧化物的鹼土金屬氧化物。根據數個例示具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻 璃之可離子交換玻璃具有一種組成物，該組成物含有從0mol%至約3.0mol%的氧化鎂。由於該玻璃組成物含有約12.0mol%至約16.0mol%的氧化鋁，玻璃組成物中的鹼土金屬氧化物含量是受控制的，以免不利地提高液相溫度及高溫下黏度。因此，在玻璃組成物中的氧化鎂為不大於約3.0mol%。為了避免氧化鎂所帶來的副作用，可添加硼氧化物與鈣氧化物來控制液相溫度與黏度的增加。根據數個例示具體實施例，玻璃組成物中氧化硼和氧化鈣的總含量大於氧化鎂的含量。根據數個具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃具有一組成物，該組成物包括之氧化硼與氧化鈣的組合總含量對氧化鎂的總含量之比例係大於1。
根據數個例示具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃具有一組成物，該組成物含有0mol%至約1.5mol%的氧化鈣。過多的氧化鈣會降低離子交換速率，並且需要更多的離子交換時間或更高的溫度來達到離子交換層的深度。
根據數個例示具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃具有一組成物，該組成物包含之氧化鋁、氧化硼及氧化鈉的總含量係介於28.0mol%至約33.0mol%。
根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃的數個例示具體實施例，該玻璃具有之液相溫度(最先觀察到結晶的溫度)為至少約950℃。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃的數個例示具體實施例，該玻璃具有之液相溫度為至少約980℃。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃的數個例示具體實施例，該玻璃具有之液相溫度為高達約1000℃。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之 可離子交換玻璃的數個例示具體實施例，該玻璃具有之液相溫度為至少約1100℃。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃的數個例示具體實施例，該玻璃具有之液相溫度為約950℃至約1100℃。
根據數個例示具體實施例，本發明提供一種用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法。根據數個例示具體實施例，該方法包括：混合及熔化成份，以形成一均質玻璃熔融物；使用選自溢流下拉法、浮式法、及其組合來成形該玻璃；退火該玻璃；及藉由離子交換來化學強化該玻璃。
根據數個例示具體實施例，該化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的製造可使用傳統溢流下拉法來實施，其係該領域中具有通常知識者所習知，且通常包括含有均質化裝置、藉由精製以降低氣泡含量之裝置(澄清器)、用於冷卻與熱均質化之裝置、分佈裝置及其他裝置的直接或間接加熱貴重金屬系統。浮式法包括使熔融玻璃浮置在一熔融金屬床(一般是錫)上，這產生非常平坦且具有一致厚度的玻璃。
根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，該可離子交換玻璃組成物係於約1690℃下熔化長達約12小時。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，該可離子交換玻璃組成物係於約1690℃下熔化長達約6小時。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，該可離子交換玻璃組成物係於約1690℃下熔化長達約4小時。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，該可離子交換玻璃組成物係於約1690℃下熔化長達約2小時。
根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，該可離子交換玻璃組成物係以約1℃/小時的速率進行退火，直到其達570℃為止。該可離子交換玻璃組成物係自然冷卻至其達到室溫(或約21℃)為止。
根據數個具體實施例，上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃係根據傳統離子交換條件而被化學強化。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，該離子交換製程係於熔融鹽浴中發生。根據數個例示具體實施例，該熔融鹽為硝酸鉀(KNO3)。
根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，該離子交換處理是在約390℃至約450℃的溫度範圍下發生。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，該離子交換處理是在約420℃下發生。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，該離子交換處理是在約至少420℃下發生。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，該離子交換處理是在高達約420℃下發生。
根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，係使用單片玻璃方案製程。因此，根據數個例示具體實施例，用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之可離子交換玻璃係在其被切割之前進行化學強化。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，離子交換處理係進行長達約6小時。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，離子交換處理係進行長達約4小時。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，離子交換係進行長達約2小時。 根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，離子交換係進行約2小時至約6小時。根據上述用於製造化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃之方法的數個具體實施例，離子交換係進行約2小時至約4小時。
根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有一表面壓縮應力層，其具有至少約750MPa之壓縮應力。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有一表面壓縮應力層，其具有至少約850MPa之壓縮應力。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有一表面壓縮應力層，其具有至少約950MPa之壓縮應力。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有一表面壓縮應力層，其具有至少約1050MPa之壓縮應力。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有一表面壓縮應力層，其具有高達約1200MPa之壓縮應力。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有一表面壓縮應力層，其具有至少約750MPa至約1200MPa之壓縮應力。
根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有一表面壓縮應力層，其具有至少約30.0μm之深度。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有一表面壓縮應力層，其具有至少約35.0μm之深度。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有一表面壓縮應力層，其具有至少約40.0μm之深度。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有一表面壓縮應力層，其具有至少約45.0μm之深度。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有一表面壓縮應力層，其具有至少約30.0μm至約45.0μm之深度。
根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具 有高達約40MPa之中央張力。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有高達約50MPa之中央張力。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有高達約60MPa之中央張力。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有高達約70MPa之中央張力。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有約40MPa至約70MPa之中央張力。
根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃係藉由在約390℃至約450℃之溫度下進行離子交換處理達約2至約6小時來進行化學強化，並且該玻璃具有：(1)一表面壓縮應力層，其具有至少約750MPa之壓縮應力，且該表面壓縮應力層的深度係至少約30μm，(2)一中央張力區，其具有約40MPa至約70MPa之張應力，及(3)介於約0.1mm至約1.2mm之厚度。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃係藉由在約390℃至約450℃之溫度下進行離子交換處理達約2至約4小時來進行化學強化，並且該玻璃具有：(1)一表面壓縮應力層，其具有約750MPa至約1200MPa之壓縮應力，且該表面壓縮應力層的深度係約30μm至約45μm，(2)一中央張力區，其具有約60MPa至約70MPa之張應力，及(3)介於約0.4mm至約0.7mm之厚度。
根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃具有之密度高達約2.5g/cm3，且其線性膨脹係數(α25-300 10-7/℃)為約90.0至約105.0的範圍。
根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃可被使用作為應用裝置中的保護玻璃，例如太陽能板、冰箱門、以及其他家用產品。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃可被使用作為電 視的保護玻璃，作為自動提款機、及其他電子產品的安全玻璃。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃可被使用作為消費性行動電子裝置的覆蓋玻璃，例如智慧型電話、平板與記事板。該玻璃也被使用於例如汽車擋風玻璃，及作為建築物智慧窗之基材的應用中。根據上述化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的數個具體實施例，該玻璃係因其高強度而可被使用作為觸控螢幕或觸控面板。
下述實例為上述組成物及方法的例示說明。
實例
製備含有下表1中所示成份之可離子交換玻璃組成物如下：
Figure 105112611-A0305-02-0014-1
如表2所示之批次材料在加到2升的塑膠容器中前被稱重及混合。所使用的批次材料都具有化學藥劑等級品質。
Figure 105112611-A0305-02-0014-2
Figure 105112611-A0305-02-0015-3
砂石的顆粒大小係介於0.045與0.25mm之間。使用轉鼓來混合原料，以產生均質批次且破壞軟質集結體。混合的批次從塑膠容器被轉送至800毫升的鉑銠合金坩堝以進行玻璃熔融。鉑銠合金坩堝被放置在氧化鋁背墊中、並且被載入配備有在900℃的溫度下操作的MoSi加熱元件的高溫爐中。將爐溫逐漸增加至1690℃，並使鉑銠合金坩堝與其背墊保持在此溫度4小時。接著將熔化的批次材料從鉑銠合金坩堝澆注至不鏽鋼板上以形成玻璃餅材，從而形成玻璃樣品。在玻璃餅材仍然為熱時，將其轉移至退火器、保持在630℃的溫度兩小時、且接著以1℃/min的速率冷卻至570℃。然後，使樣品自然冷卻至室溫(21℃)。
接著將該玻璃樣品放置於熔融鹽浴槽中進行化學強化，其中玻璃中的成份鈉離子係在420℃溫度(低於玻璃應變點)下於其中與外部供應的鉀離子交換達4小時。藉由這個方法，玻璃樣品係藉由離子交換而強化，以於處理表面處產生一壓縮應力層。
在玻璃表面處的壓縮應力、以及壓縮應力層(以雙折射為基礎)的深度的測量係利用偏光顯微鏡(Berek補償器)於玻璃截面上決定。玻璃表面的壓縮應力係由測量的雙折射加以計算，假設應力光學常數為0.26(nm*cm/N) (見文獻Scholze,H.,Nature,Structure and Properties,Springer-Verlag,1988,p.260)。
上表1所示組成物之結果係於下表3中標記為「實例1」的欄位中說明。表3與表4中所示之被標示為「實例2」至「實例14」的其他組成物係以與上述實例1所代表組成物之類似方式製備。
Figure 105112611-A0305-02-0016-4
Figure 105112611-A0305-02-0017-5
Figure 105112611-A0305-02-0017-6
Figure 105112611-A0305-02-0018-7
表3與表4中所記載符號的定義如下：●d：密度(g/ml)，以阿基米德法(ASTM C693)測得；●n D ：折射率，以折射儀測得；●α：熱膨脹係數(CTE)，其為由膨脹儀測量的從25至300℃的線性維 度變化量；●T10e2.5：黏度為102.5 poise時的溫度，由高溫柱黏度計測得；●Tw：在黏度為104 poise時的玻璃工作溫度；●Tliq：液相溫度，在梯度溫度加溫爐(ASTM C829-81)內舟中觀察到第一結晶體的溫度，一般測試為結晶化72小時；●Tsoft：以纖維加長法測得黏度為107.6 poise之玻璃軟化溫度；●Ta：以纖維加長法測得黏度為1013 poise之玻璃退火溫度；●Ts：以纖維加長法測得黏度為1014.5 poise之玻璃應變溫度；●VH：維式硬度；●VHcs：在化學強化之後的維式硬度；●CS：壓縮應力(傾向於壓實表面中原子之平面內應力)；●DOL：層深度，其代表在表面以下至最接近零應力平面的壓縮深度；及●CT：中央張力。
本發明係以特定具體實施例來加以描述，然該領域中具有通常知識者將理解，可在如附申請專利範圍的精神與範疇內修飾本發明。
任何空間上的參考用語，例如「上」、「下」、「上方」、「下方」、「之間」、「底部」、「垂直」、「水平」、「傾斜」、「向上」、「向下」、「並排」、「左至右」、「上下」、「左」、「右」、「右至左」、「上至下」、「下至上」、「頂部」、「底部」、「底部-頂部」、「頂部-底部」等，僅是用於說明目的、且不限制上述結構的特定方位或位置。
已經相對於某些實施方式來說明本發明。本領域的技術人員僅在 閱讀本揭露後可得知的改進或修飾是在本申請案的精神與範圍內。要理解的是，數種修飾、變化與替代都是包含在前述揭露中，且在某些例子中，將能應用本發明的某些特徵，而不對應使用其他特徵。因此，應知可以與本發明範圍一致的方式來廣泛的解釋所附申請專利範圍。

Claims (10)

  1. 一種化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃，其由具有一組成物之一可離子交換玻璃所製成，該組成物包括以一氧化物為基礎之mol%的以下成份：66%的SiO2；約12.0%至約16.0%的Al2O3；約10.0%至約15.0%的Na2O；約2.0%至約6.0%的B2O3；約0%至約6.0%的K2O；約0%至約3.0%的MgO；及約0%至約1.5%的CaO；其中28%<Al2O3+B2O3+Na2O<33%；其中(B2O3+Na2O+K2O)/Al2O3>1；及其中(B2O3+CaO)/MgO
    Figure 105112611-A0305-02-0021-10
    1；其中該玻璃係經離子交換且具有一表面壓縮應力層與一中央張力區；其中該表面壓縮應力層具有一壓縮應力為至少為750MPa及一深度為至少為30.0μm；其中該中央張力區具有約40MPa、50MPa、60MPa、或70MPa之一張應力；及其中該玻璃具有一厚度為0.4mm至0.7mm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該玻璃具有一密度高達約2.5g/cm3。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該玻璃具有一線性膨脹係數(α25-300 10-7/℃)為約90.0至約105.0。
  4. 一種用於製造一化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃的方法，包括：混合及熔化玻璃原料成份，以形成一均質玻璃熔融組成物，該均質玻璃熔融組成物包括以一氧化物為基礎之mol%的以下成份：66%的SiO2；約12.0%至約16.0%的Al2O3；約10.0%至約15.0%的Na2O；約2.0%至約6.0%的B2O3；約0%至約6.0%的K2O；約0%至約3.0%的MgO；及約0%至約1.5%的CaO；其中28%<Al2O3+B2O3+Na2O<33%；其中(B2O3+Na2O+K2O)/Al2O3>1；及其中(B2O3+CaO)/MgO
    Figure 105112611-A0305-02-0022-11
    1；使用選自該溢流下拉法、或該浮式法的一方法來成形該玻璃；退火該玻璃；及藉由在約390℃至約450℃的一溫度下進行離子交換約2小時至約6小時以化學強化該玻璃；其中該玻璃具有一厚度為0.4mm至0.7mm。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，進一步包括：在該化學強化之後切割該玻璃。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該玻璃原料成份是在約1690℃的一溫度下熔融長達約2、4、6、或12小時。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該玻璃是以約1℃/小時的一速率進行退火。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該玻璃是藉由在一熔融鹽浴中離子交換而化學強化。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該玻璃是在約420℃的一溫度下離子交換而化學強化。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該玻璃是藉由離子交換約2小時至約4小時而化學強化。
TW105112611A 2015-08-26 2016-04-22 化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃用玻璃組成物及其具短縮離子交換時間製造方法 TWI696594B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
WOPCT/CN2015/088132 2015-08-26
PCT/CN2015/088132 WO2017031720A1 (en) 2015-08-26 2015-08-26 Glass composition for chemically strengthened alkali-aluminosilicate glass and method for the manufacture thereof with shortened ion exchange times

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201708143A TW201708143A (zh) 2017-03-01
TWI696594B true TWI696594B (zh) 2020-06-21

Family

ID=58099455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105112611A TWI696594B (zh) 2015-08-26 2016-04-22 化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃用玻璃組成物及其具短縮離子交換時間製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20180215653A1 (zh)
EP (1) EP3341333A4 (zh)
JP (1) JP6803377B2 (zh)
KR (1) KR102317082B1 (zh)
CN (1) CN107001112A (zh)
TW (1) TWI696594B (zh)
WO (1) WO2017031720A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107129143B (zh) * 2017-05-16 2022-04-12 东旭光电科技股份有限公司 具有优良光学性能的新型化学强化玻璃用组合物及玻璃
CN108046613B (zh) * 2017-12-29 2020-01-21 深圳市东丽华科技有限公司 一种强化玻璃及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102123960A (zh) * 2008-08-21 2011-07-13 康宁股份有限公司 用于电子设备的耐久性玻璃机壳/封罩
US20120135226A1 (en) * 2010-11-30 2012-05-31 Dana Craig Bookbinder Ion exchangable glass with deep compressive layer and high damage threshold
TW201431818A (zh) * 2013-01-31 2014-08-16 Corning Inc 虛擬化（ｆｉｃｔｉｖａｔｅｄ）玻璃及其製造方法
TW201518241A (zh) * 2013-08-29 2015-05-16 Corning Inc 含有硼及磷的可離子交換玻璃

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8341976B2 (en) * 2009-02-19 2013-01-01 Corning Incorporated Method of separating strengthened glass
JP4760975B2 (ja) * 2009-12-22 2011-08-31 旭硝子株式会社 データ記憶媒体用ガラス基板の製造方法及びガラス基板
US8759238B2 (en) * 2010-05-27 2014-06-24 Corning Incorporated Ion exchangeable glasses
TWI591039B (zh) * 2011-07-01 2017-07-11 康寧公司 具高壓縮應力的離子可交換玻璃
US9517967B2 (en) * 2012-05-31 2016-12-13 Corning Incorporated Ion exchangeable glass with high damage resistance
JP2014012611A (ja) * 2012-07-03 2014-01-23 Asahi Glass Co Ltd 化学強化ガラス板
CN104619664A (zh) 2012-09-14 2015-05-13 旭硝子株式会社 化学强化用玻璃、化学强化玻璃以及化学强化用玻璃的制造方法
WO2014120641A2 (en) * 2013-01-31 2014-08-07 Corning Incorporated Transition metal-containing, ion exchangeable colored glasses
EP3071531B1 (en) * 2013-11-20 2021-09-22 Corning Incorporated Scratch-resistant boroaluminosilicate glass
WO2015080893A1 (en) * 2013-11-26 2015-06-04 Corning Incorporated Fast ion exchangeable glasses with high indentation threshold

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102123960A (zh) * 2008-08-21 2011-07-13 康宁股份有限公司 用于电子设备的耐久性玻璃机壳/封罩
US20120135226A1 (en) * 2010-11-30 2012-05-31 Dana Craig Bookbinder Ion exchangable glass with deep compressive layer and high damage threshold
TW201431818A (zh) * 2013-01-31 2014-08-16 Corning Inc 虛擬化（ｆｉｃｔｉｖａｔｅｄ）玻璃及其製造方法
TW201518241A (zh) * 2013-08-29 2015-05-16 Corning Inc 含有硼及磷的可離子交換玻璃

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017031720A1 (en) 2017-03-02
TW201708143A (zh) 2017-03-01
US20180215653A1 (en) 2018-08-02
CN107001112A (zh) 2017-08-01
JP6803377B2 (ja) 2020-12-23
EP3341333A1 (en) 2018-07-04
KR102317082B1 (ko) 2021-10-25
JP2018528923A (ja) 2018-10-04
EP3341333A4 (en) 2019-04-24
KR20180036725A (ko) 2018-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6568623B2 (ja) 化学強化のアルカリアルミノシリケートガラス用ガラス組成物及びその製造方法
KR102325873B1 (ko) 고강도 초박형 유리 및 이의 제조 방법
JP6784592B2 (ja) 無アルカリホスホホウケイ酸ガラス
TWI567041B (zh) 用於製造化學強化玻璃之方法
US9688565B2 (en) Glass composition, glass composition for chemical strengthening, strengthened glass article, and cover glass for display
CN106116140B (zh) 化学强化用玻璃和化学强化玻璃以及化学强化玻璃的制造方法
KR102233103B1 (ko) 화학 강화 알칼리-알루미노실리케이트 유리용 유리 조성물 및 이의 제조 방법
CN111315697A (zh) 具有高液相线粘度的过铝质锂铝硅酸盐
TW201710204A (zh) 具高表面強度的玻璃
KR20160145691A (ko) 유리 조성물, 화학 강화용 유리판, 강화 유리판 및 디스플레이용 강화 유리 기판
JP6776128B2 (ja) アルカリ添加および無アルカリアルミノホウケイ酸塩ガラス
CN108602711B (zh) 低碱金属含量的硼硅酸盐玻璃
TWI677481B (zh) 具低介電常數化學強化鹼鋁硼矽酸玻璃的玻璃組成物
TWI696594B (zh) 化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃用玻璃組成物及其具短縮離子交換時間製造方法