TWI744530B - 混成式鹼石灰矽酸鹽及鋁矽酸鹽玻璃物件 - Google Patents

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Abstract

茲提供一種玻璃物件，該玻璃物件具有從大於或等於約40莫耳%至小於或等於約68莫耳%的SiO2 ，小於或等於約11莫耳%的Al2 O3 ，從大於或等於約1:1至小於或等於約2:1的R2 O:R’O莫耳比，以及從大於或等於約0.6:1至小於或等於約1.8:1的MgO:CaO莫耳比。該玻璃物件在至少一表面上還可以包括壓縮應力層，該壓縮應力層具有大於或等於約800 MPa的壓縮應力及大於或等於約20 μm的深度。

Description

混成式鹼石灰矽酸鹽及鋁矽酸鹽玻璃物件
本說明書大體而言係關於混成式鹼石灰矽酸鹽及鋁矽酸鹽玻璃物件，更具體言之，本說明書係關於可離子交換的混成式鹼石灰矽酸鹽及鋁矽酸鹽玻璃物件。
鹼石灰矽酸鹽玻璃已經問世多時，而且可容易藉由具有成本效益的方法製造，例如浮式法。此外，用於鹼石灰矽酸鹽玻璃的原料與其他類型的玻璃中的原料相比是廉價的。然而，鹼石灰矽酸鹽玻璃無法提供目前的電子裝置（例如行動電話、平板電腦、筆記型電腦等）所要求的機械強度和其它性質。相反地，鋁矽酸鹽玻璃，特別是離子交換的鋁矽酸鹽玻璃具有足夠的機械強度和化學穩定性，而被用於目前的電子裝置中，但與鹼石灰矽酸鹽玻璃相比，鋁矽酸鹽玻璃需要高成本的方法和原料來生產。
因此，需要具有替代的玻璃組成物的玻璃物件，該替代的玻璃組成物平衡了鹼石灰矽酸鹽玻璃的低成本特性和鋁矽酸鹽玻璃的高性能特性。
依據實施例，茲提供一種玻璃物件，該玻璃物件包含從大於或等於約40莫耳%至小於或等於約68莫耳%的SiO2 ，小於或等於約11莫耳%的Al2 O3 ，從大於或等於約1:1至小於或等於約2:1的R2 O:R’O莫耳比，以及從大於或等於約0.6:1至小於或等於約1.8:1的MgO:CaO莫耳比。該玻璃物件在至少一表面上還可以包含壓縮應力層，該壓縮應力層具有大於或等於約800 MPa的壓縮應力。
依據一些實施例，茲提供一種玻璃物件，該玻璃物件包含從大於或等於約40莫耳%至小於或等於約68莫耳%的SiO2 ，小於或等於約11莫耳%的Al2 O3 ，從大於或等於約13莫耳%至小於或等於約21莫耳%的R2 O，大於或等於約2.5莫耳%的CaO，以及從大於或等於約1:1至小於或等於約2:1的R2 O:R’O莫耳比。該玻璃物件在至少一表面上可以包含壓縮應力層，該壓縮應力層具有大於或等於約800 MPa的壓縮應力及大於或等於約20 μm的深度。
將在以下的詳細描述中提出其他的特徵與優點，包括以下的實施方式、申請專利範圍以及附圖。從該描述，有部分對於該技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的，或者可藉由實施本文中所描述的實施例而認可。
將瞭解到的是，前述的一般性描述與以下的實施方式兩者說明了各種實施例，而且意圖提供用以瞭解主張的標的物之本質和特點的概觀或架構。附圖被涵括以提供對各種實施例的進一步瞭解，而且附圖被併入本說明書中並且構成本說明書的一部分。該圖示說明本文中所描述的各種實施例，而且該圖示與實施方式一起用來解釋主張的標的物之原理與操作。
現在將詳細論述玻璃物件的各種實施例，該玻璃物件包含的玻璃組成物表現出優於習知鹼石灰矽酸鹽玻璃的改良強度，並且可以被具有成本效益地製造。這樣的玻璃物件適合用於各式各樣的應用。該玻璃物件也可被化學強化，例如經由離子交換製程強化，從而賦予玻璃提高的機械耐久性。本文所述的玻璃物件通常具有的玻璃組成物包含二氧化矽（SiO2 ）、氧化鋁（Al2 O3 ）、二價的陽離子氧化物例如MgO、CaO、SrO、BaO、及/或ZnO（本文統稱為R’O）、以及鹼金屬氧化物例如Na2 O及/或K2 O（本文統稱為R2 O），上述成分之量允許玻璃物件被以具有成本效益的方式製造，而且還允許玻璃物件被化學強化到高的水平。存在於玻璃組成物中的鹼金屬氧化物可以藉由離子交換來促進玻璃物件的化學強化。將在本文中描述玻璃物件和玻璃組成物的各種實施例，並參照具體實例進一步說明該等實施例。
在本文所述的玻璃物件和玻璃組成物之實施例中，組成成分的濃度（例如SiO2 、Al2 O3 、R2 O、R’O及類似者）係在氧化物的基礎上被以莫耳百分比（莫耳%）表示，除非另有明確的說明。
當用於描述玻璃組成物中特定組成成分的濃度及/或不存在時，術語「不含」和「基本上不含」意指該組成成分無意被加入該玻璃組成物中。然而，該玻璃組成物可含有微量的該組成成分作為量少於0.10莫耳%的污染物。
本文所述的玻璃組成物是介於鹼石灰矽酸鹽玻璃組成物和鋁矽酸鹽玻璃組成物之間的混成體。該玻璃組成物通常包括SiO2 、Al2 O3 、一種或更多種二價陽離子氧化物R’O（例如MgO、CaO、SrO、BaO及/或ZnO）、以及一種或更多種鹼金屬氧化物R2 O（例如Na2 O及/或K2 O）的組合。該玻璃組成物的一些實施例包括P2 O5 。在一些實施例中，該玻璃組成物不含或基本上不含硼、鋰、及/或鋇以及含有硼、鋰、及/或鋇的化合物。這些成分的組合提供了可被以相對低的成本生產的、而且還適用於化學強化（例如藉由離子交換）的玻璃物件。在一些實施例中，該玻璃組成物進一步包含少量的一種或更多種另外的氧化物，例如SnO2 、ZrO2 、TiO2 、As2 O3 、Sb2 O3 或類似者。這些成分可以被作為澄清劑添加及/或增強玻璃物件的化學耐久性。
在本文所述的玻璃物件之實施例中，SiO2 是該組成物的最大組分，並因此是生成的玻璃網絡之主要組分。SiO2 提供玻璃物件耐久性。因此，通常希望有相對高的SiO2 濃度。然而，假使SiO2 的量過高，則玻璃物件的成形性可能會降低，因為濃度較高的SiO2 可能會提高熔化玻璃組成物的困難度，進而不利地影響玻璃物件的成形性。在本文所述的實施例中，玻璃組成物通常包含大於或等於約50莫耳%且小於或等於約68莫耳%、或甚至小於或等於約66莫耳%的SiO2 量。在一些實施例中，玻璃組成物中的SiO2 量為大於或等於約50莫耳%、或甚至大於或等於約57莫耳%。在一些實施例中，玻璃組成物中的SiO2 量為大於或等於約59莫耳%。例如，在一些實施例中，該玻璃組成物包括大於或等於約50莫耳%至小於或等於約68莫耳%的SiO2 。在一些其他的實施例中，該玻璃組成物包括大於或等於約57莫耳%至小於或等於約67莫耳%的SiO2 ，或甚至大於或等於約59莫耳%至小於或等於約64莫耳%的SiO2 。
本文所述的玻璃物件進一步包括Al2 O3 。Al2 O3 與玻璃組成物中存在的鹼金屬氧化物一起改良了玻璃物件對離子交換強化的敏感性。假使該玻璃組成物中的Al2 O3 量過高，則玻璃組成物的黏度會提高，而且可能需要高溫來使該玻璃組成物成形為玻璃物件，從而增加了成本和製造時間。此外，當Al2 O3 量過高時，熱膨脹係數會降低。然而，假使玻璃組成物中的Al2 O3 量過低時，則可能無法在離子交換過程中實現所需的壓縮應力。因此，本文所述的玻璃組成物通常包括的Al2 O3 量為大於或等於約7莫耳%至小於或等於約11莫耳%。在一些實施例中，該玻璃組成物中的Al2 O3 量為大於或等於約8莫耳%至小於或等於約10莫耳%。在一些其他的實施例中，該玻璃組成物中的Al2 O3 量為約9莫耳%。
該玻璃物件還包括一種或更多種鹼金屬氧化物。鹼金屬氧化物（R2 O）可以促進玻璃組成物的離子交換能力，並因此促進玻璃物件的化學強化。在一些實施例中，玻璃組成物中存在的鹼金屬氧化物包括Na2 O及/或K2 O（即「R」為Na及/或K）。在實施例中，存在於玻璃組成物中的R2 O之總濃度為從大於或等於約13莫耳%至小於或等於約21莫耳%。在一些其他的實施例中，存在於玻璃組成物中的R2 O之總濃度為從大於或等於約13莫耳%至小於或等於約19莫耳%、或甚至從大於或等於約14莫耳%至小於或等於約18莫耳%。在又其他的實施例中，存在於玻璃組成物中的R2 O之總濃度為從大於或等於約15莫耳%至小於或等於約17莫耳%、或甚至以約16莫耳%存在。
玻璃物件的離子交換性能有一部分是在離子交換之前由最初存在於玻璃組成物中的Na2 O量賦予玻璃物件的。因此，在本文所述的玻璃物件之實施例中，存在於玻璃組成物中的鹼金屬氧化物至少包括Na2 O。具體來說，Na2 O可有助於在離子交換強化後、在玻璃物件中實現所需的壓縮強度和層深。玻璃組成物的實施例包括的Na2 O量為從約12莫耳%至約20莫耳%。在一些實施例中，該玻璃組成物包括的Na2 O量為大於或等於約14莫耳%，例如大於或等於約15莫耳%至小於或等於約18莫耳%。在其他的實施例中，該玻璃組成物包括的Na2 O量為大於或等於約16莫耳%至小於或等於約17莫耳%。假使玻璃組成物中的Na2 O量過低，則該玻璃組成物中的離子交換可能是不足的。然而，假使玻璃組成物中的Na2 O量過高，則玻璃物件的熱膨脹係數可能會增加到無法接受的水平。
如以上所指出的，玻璃物件中的鹼金屬氧化物可以進一步包括K2 O。玻璃組成物中存在的K2 O量還與玻璃物件的離子交換性能相關，而且可以增加壓縮應力層的深度。然而，當該玻璃組成物中存在的K2 O量增加時，因為鉀和鈉離子交換的結果，可經由離子交換獲得的壓縮應力會降低。因此，可能理想的是限制玻璃組成物中存在的K2 O量。在一些實施例中，玻璃組成物中的K2 O量為大於或等於約1.0莫耳%至小於或等於約3.5莫耳%、或甚至大於或等於約1.5莫耳%至小於或等於約3.0莫耳%。在一些實施例中，玻璃組成物中的K2 O量為大於或等於約1.8莫耳%至小於或等於約2.8莫耳%、或甚至以約2.0莫耳%存在。
玻璃組成物中存在的Al2 O3 和R2 O量也可以被表示為R2 O對Al2 O3 的比。在一些實施例中，玻璃組成物中的R2 O:Al2 O3 比為大於或等於約1.3：1至小於或等於約2.3：1，以促進玻璃物件對離子交換強化的敏感性。具體而言，該玻璃物件的擴散係數或擴散率係與鹼金屬離子在離子交換過程中滲入玻璃物件表面的速率相關。R2 O:Al2 O3 比大於或等於約1.3:1的玻璃組成物比R2 O:Al2 O3 比小於約1.3:1的玻璃物件具有更大的擴散率。對於給定的離子交換時間和離子交換溫度，所含的鹼金屬離子具有較大擴散率的玻璃物件可以獲得比所含的鹼金屬離子具有較小擴散率的玻璃物件更大的層深。此外，當R2 O:Al2 O3 比增加時，玻璃物件的應變點、退火點及軟化點降低，使得玻璃物件更容易成形。此外，對於給定的離子交換時間和離子交換溫度，已經發現的是，在R2 O:Al2 O3 比為大於或等於約1.3:1至小於或等於約2.3:1的玻璃物件中誘發的壓縮應力通常大於在R2 O:Al2 O3 比小於1.3:1或大於2.3:1的玻璃物件中產生的壓縮應力。因此，在一些實施例中，R2 O:Al2 O3 比係從大於或等於約1.5:1至小於或等於約2.1:1，或甚至從大於或等於約1.7:1至小於或等於約1.9:1。
玻璃組成物中存在的二價陽離子氧化物（R’O），例如MgO、CaO、SrO、BaO、及ZnO可以改良玻璃物件的可熔性、玻璃物件對離子交換的敏感性、以及玻璃物件中壓縮應力層的深度。然而，當玻璃組成物中的R’O量變得過高時，玻璃物件對離子交換的敏感性可能會降低，並且熱膨脹係數會增加到無法接受的水平。在本文所述的一些實施例中，該玻璃組成物包括的R’O量為從大於或等於約7莫耳%至小於或等於約17莫耳%、或甚至從大於或等於約9莫耳%至小於或等於約15莫耳%。在其他的實施例中，該玻璃組成物包括的R’O量為從大於或等於約10莫耳%至小於或等於約14莫耳%、或甚至從大於或等於約11莫耳%至小於或等於約13莫耳%。
MgO可以降低玻璃組成物在高溫的黏度，從而提高玻璃物件的可熔性和成形性、及/或提高楊氏模數。MgO也可以改良玻璃物件的離子交換敏感性，特別是，與其它的鹼土金屬氧化物相比，MgO可以增加壓縮應力層的深度。在一些實施例中，玻璃組成物中的MgO量為從大於或等於約4莫耳%至小於或等於約9莫耳%、或甚至從大於或等於約5莫耳%至小於或等於約8莫耳%。在其他的實施例中，玻璃組成物中的MgO量為從大於或等於約6莫耳%至小於或等於約7莫耳%。
CaO可以降低玻璃組成物在高溫的黏度，從而提高玻璃物件的可熔性和成形性、及/或提高楊氏模數。CaO也可以改良玻璃物件的離子交換敏感性，特別是，與其它的鹼土金屬氧化物（包括MgO）相比，CaO可以增加壓縮應力層的壓應應力。然而，當玻璃組成物中的CaO量變得過高時，壓縮應力層的深度可能會減小。因此，在一些實施例中，玻璃組成物中的CaO量係從大於或等於約2.5莫耳%至小於或等於約8.0莫耳%，例如大於或等於約3.0莫耳%至小於或等於約7.0莫耳%。在一些實施例中，玻璃組成物中的CaO量係從大於或等於約4.0莫耳%至小於或等於約7.0莫耳%。在其他的實施例中，玻璃組成物中的CaO量係從大於或等於約5.0莫耳%至小於或等於約6.0莫耳%。
在本文描述的一些實施例中，與玻璃組成物中其它的鹼土金屬氧化物（包括但不限於MgO）之濃度相比，該玻璃組成物含有相對高含量的CaO。具體而言，從具有高含量CaO的玻璃組成物形成的物件可以在壓縮應力層中具有比不含這樣高含量CaO的玻璃物件更高的壓縮應力。然而，在離子交換後CaO可能會降低玻璃物件中的鹼金屬離子之擴散率，從而可能抑制玻璃物件中深度更深的壓縮應力層形成。相反地，在離子交換後MgO提高鹼金屬離子進入玻璃物件的擴散率，從而在玻璃中提供深度較深的壓縮應力層。然而，MgO可能無法提供CaO能夠提供的高水平壓縮應力。因此，平衡玻璃組成物中的CaO和MgO量可以在壓縮應力層的深度和壓縮應力層的壓縮應力之間取得平衡。
為了充分實現MgO和CaO二者在本文所述的玻璃組成物中的效益，將MgO對CaO的莫耳比取得平衡，以提供所需的層深和壓縮應力。在實施例中，MgO:CaO的莫耳比係從大於或等於約0.6:1至小於或等於約1.8:1，例如從大於或等於約0.8:1至小於或等於約1.7:1。在一些實施例中，MgO:CaO的莫耳比係從大於或等於約0.7:1至小於或等於約1.6:1。
為了實現鹼石灰和鋁矽酸鹽玻璃的有益性質，可以平衡玻璃組成物中的鹼金屬氧化物（R2 O）和二價陽離子氧化物（R’O）之量。因此，在實施例中，玻璃組成物中的R2 O:R’O莫耳比係從約1:1至約2:1、或甚至從約1.2:1至約1.8:1。在一些其他的實施例中，玻璃組成物中的R2 O:R’O莫耳比係從約1.3:1至約1.7:1、或甚至從約1.4:至約1.6:1。相反地，鹼石灰矽酸鹽玻璃通常具有大於1:1的R2 O:RO比，而鋁矽酸鹽玻璃通常具有大於2:1的R2 O:RO比。相對於R2 O為高含量的二價陽離子氧化物可能會產生改良的壓縮應力；然而，假使R’O多過R2 O，則擴散率可能會大為降低。
在本文所述的玻璃組成物之一些實施例中，該玻璃組成物還可以包括P2 O5 。P2 O5 可以增強玻璃物件的離子交換性能，特別是可以增加壓縮應力層的深度。然而，當P2 O5 的量變得過高時，可能會發生蛋白石化及/或相分離，例如存在高電場強度的二價陽離子，例如MgO和CaO。因此，可以添加將不會導致蛋白石化及/或相分離的少量P2 O5 到玻璃組成物中，以增加壓縮應力層的深度。在一些實施例中，沒有P2 O5 存在於玻璃組成物中。然而，在其他的實施例中，玻璃組成物中的P2 O5 量為大於或等於約0.10莫耳%至小於或等於約0.75莫耳%、或甚至大於或等於約0.20莫耳%至小於或等於約0.60莫耳%。在一些實施例中，玻璃組成物中的P2 O5 量為大於或等於約0.25莫耳%至小於或等於約0.55莫耳%、或甚至大於或等於約0.30莫耳%至小於或等於約0.50莫耳%。
玻璃組成物中的P2 O5 量也可以被決定為P2 O5 對R’O的莫耳比。在實施例中，玻璃組成物的P2 O5 :R’O莫耳比為從大於或等於約0.0:1至小於或等於約0.05:1、或甚至從大於或等於約0.01:1至小於或等於約0.04:1。在其他的實施例中，玻璃組成物的P2 O5 :R’O莫耳比為從大於或等於約0.02:1至小於或等於約0.03:1。有了相對較高濃度的R’O（例如MgO和CaO），則在實施例中可以將P2 O5 對R’O的比例保持為低的，以防止相分離及/或蛋白石化。
除了SiO2 、Al2 O3 、R2 O、及R’O之外，本文所述的玻璃組成物可以選擇性地包括一種或更多種澄清劑，例如SnO2 、As2 O3 、Sb2 O3 、及Cl−（來自NaCl或類似者）。在實施例中，玻璃組成物中所有的澄清劑之總量係從大於或等於約0.01莫耳%至小於或等於約1.0莫耳%、或甚至從大於或等於約0.02莫耳%至小於或等於約0.8莫耳%。在其他的實施例中，玻璃組成物中所有的澄清劑之總量係從大於或等於約0.03莫耳%至小於或等於約0.07莫耳%、或甚至從大於或等於約0.04莫耳%至小於或等於約0.06莫耳%。例如，在一些實施例中，玻璃組成物包括SnO2 作為澄清劑。在這些實施例中，玻璃組成物中存在的SnO2 量係從約0.001莫耳%至約0.20莫耳%、或甚至從約0.002莫耳%至約0.10莫耳%。
此外，本文所述的玻璃物件可以包括一種或更多種另外的金屬氧化物，以進一步改良玻璃物件對離子交換的敏感性。例如，該玻璃組成物可以進一步包括ZnO、TiO2 、及/或ZrO2 。在這些實施例中，當該另外的金屬氧化物為TiO2 或ZrO2 時，TiO2 或ZrO2 之存在量為大於或等於0莫耳%並小於或等於約2莫耳%。當該另外的金屬氧化物為ZnO時，ZnO之存在量為大於或等於0莫耳%並小於或等於約7莫耳%。TiO2 和ZrO2 可以降低玻璃的熔化溫度，從而增強離子交換性能，並改良耐久性。ZrO2 和TiO2 皆可在玻璃中成核結晶，因此，在實施例中可以避免高濃度的這些金屬氧化物。
如上所述，玻璃組成物中存在鹼金屬氧化物促進了藉由離子交換來化學強化玻璃物件。具體而言，鹼金屬離子，例如鉀離子、鈉離子及類似者都可在玻璃物件中充分移動，以促進離子交換。現在參照第1圖，可以藉由在低於或等於500℃或甚至低於或等於450℃的溫度下使玻璃物件曝露於100 % KNO3 的熔融鹽浴（或大於80重量%的KNO3 和其餘為NaNO3 的混合鹽浴）持續一段短於或等於20小時、或甚至短於或等於8小時的時間而在玻璃物品100中形成壓縮應力層110。在一些實施例中，用於實現所需層深和壓縮應力的時間段為短於或等於4小時或甚至短於或等於3.5小時。用於實現所需層深和壓縮應力的溫度可以為低於或等於470℃或甚至低於或等於350℃。
在一些實施例中，玻璃物件可進行離子交換，以形成壓縮應力層110，壓縮應力層110具有大於或等於20 μm的深度D。在一些實施例中，層110的深度D為大於或等於約25 μm、或甚至大於或等於約30 μm。在一些其他的實施例中，層110的深度D為大於或等於35 μm。在仍其他的實施例中，層110的深度D為小於或等於約80 μm、或甚至小於或等於約70 μm。在其他的實施例中，層110的深度D為小於或等於約60 μm、或甚至小於或等於約50 μm。因此，在一些實施例中，層110的深度D為從大於或等於約20 μm至小於或等於約80 μm、或甚至從大於或等於約25 μm至小於或等於約70 μm。在一些其他的實施例中，層110的深度D為從大於或等於約30 μm至小於或等於約60 μm、或甚至從大於或等於約35 μm至小於或等於約50 μm。壓縮應力層的深度D愈大，則玻璃物件愈難龜裂，即使在缺陷已在玻璃物件的表面被引入玻璃物件之後亦然。另一方面，當壓縮應力層110的深度D增加時，切割玻璃物件可能會變得困難，而且內部的拉伸應力可能會增加。為了增加壓縮應力層的厚度，可以增加K2 O及/或P2 O5 的量，或是可以隨著CaO的量減少而相應增加MgO。此外，壓縮應力層110的深度D可以藉由延長離子交換處理的時間或藉由提高離子交換溶液的溫度來增加。
在一些實施例中，壓縮應力層110的相關壓縮應力為大於或等於約800 MPa，例如大於或等於850 MPa。在一些實施例中，在玻璃物件進行離子交換之後，壓縮應力層110的相關壓縮應力為大於或等於約900 MPa、或甚至大於或等於約950 MPa。在一些實施例中，壓縮應力層110的相關表面壓縮應力為小於或等於約1,500 MPa、小於或等於約1,250 MPa、或甚至小於或等於約1,100 MPa。因此，在實施例中，壓縮應力層110的相關壓縮應力為從大於或等於約800 MPa至小於或等於約1,500 MPa、或甚至從大於或等於約850 MPa至小於或等於約1,250 MPa。在一些其他的實施例中，該壓縮應力層的壓縮應力可以從大於或等於約900 MPa至小於或等於約1,100 MPa、或甚至從大於或等於約950 MPa至小於或等於約1,050 MPa。壓縮應力愈大，則玻璃物件的機械強度就愈大。為了增大壓縮應力，可以增加Al2 O3 及/或CaO的量。或者，縮短離子交換處理的時間或降低離子交換溶液的溫度可能是有利的。
依據實施例，當玻璃物件在大於或等於約410℃的溫度下具有大於或等於約1.4x10-11 cm2 /s的臨界擴散係數時，則可以實現上述的離子交換特性。臨界擴散係數是用來度量鹼金屬離子在玻璃物件中的遷移率，因此通常是形容玻璃物件對於藉由離子交換進行強化的順應性。擴散係數可以使用下式計算：
Figure 02_image001
其中DOL為經離子交換的層之深度，t為離子交換處理的時間。
本文所述的玻璃物件之實施例具有高於或等於約525℃並低於或等於約575℃的應變點。玻璃物件的實施例還具有高於或等於約570℃並低於或等於約620℃的退火點、以及高於或等於約765℃並低於或等於約830℃的軟化點。當玻璃物件的應變點高時，玻璃物件的耐熱性可得到改良，而且即使在玻璃物件上進行熱處理，壓縮應力層內的壓縮應力也不會在低於應變點的高溫曝露過程中鬆弛。同時，當玻璃物件的應變點高時，不會在離子交換的過程中發生應力鬆弛，因而可以獲得高的壓縮應力。
在本文描述的實施例中，玻璃物件在25℃至300℃的溫度範圍中具有小於約97×10−7 ℃-1 或甚至小於約95×10−7 ℃‑1 的熱膨脹係數（CTE）。相對於具有較高CTE的玻璃物件，這些較低的CTE值可以允許玻璃物件更加安然地渡過熱循環或熱應力條件。
在實施例中，玻璃的液相溫度為低於或等於約1,100℃、低於或等於約1,070℃、或甚至低於或等於約1,040℃。
在實施例中，玻璃組成物具有10,000泊的相應黏度的溫度為從高於或等於約1,000℃至低於或等於約1,200℃，例如從高於或等於約1,050℃至低於或等於約1,150℃。在一些實施例中，玻璃組成物具有10,000泊的相應黏度的溫度為約1,100℃。當對應於10,000泊玻璃黏度的溫度為較低時，窯爐可以在較低的溫度下操作，而且玻璃物件中產生的受困氣泡量可以被降低。此外，依據實施例，黏度為10,000泊的玻璃之溫度可以使得玻璃物件可被藉由成本較低的方法形成，例如浮式法、轉出法、及按壓法。
在一些實施例中，從本文所述的玻璃組成物形成的玻璃物件具有大於或等於約70 GPa、例如大於或等於約73 GPa的楊氏模數。在一些實施例中，玻璃具有小於或等於80 GPa、或甚至小於或等於約77 GPa的楊氏模數。如本文所述，具有相對高的楊氏模數的玻璃物件通常在應用施加的應力時可抵抗變形。具有相對高的楊氏模數的玻璃物件可被用於各種應用中，包括但不限於作為電子裝置中的覆蓋玻璃。
在實施例中，玻璃物件具有從約540 kgf/mm2 至約640 kgf/mm2 、例如從約560 kgf/mm2 至約620 kgf/mm2 的維氏硬度（Vickers Hardness）。在其他的實施例中，玻璃物件具有從約580 kgf/mm2 至約600 kgf/mm2 的維氏硬度。
依據實施例，本文描述的玻璃物件可以藉由混合批次的玻璃原料（例如SiO2 、Al2 O3 、鹼金屬氧化物、二價陽離子氧化物等的粉末）來形成，使得批次的玻璃原料具有所需的組成。之後，將批次的玻璃原料加熱，以形成熔融的玻璃組成物，該熔融的玻璃組成物隨後被冷卻和凝固，以形成玻璃物件。在凝固的過程中（即玻璃組成物可以塑性地變形時），可以使用標準的成形技術來成形玻璃組成物，以使玻璃組成物成形為所需的最終形狀。或者，玻璃組成物可以被成形為儲存的形式，例如片、管或類似者，並於後續被再加熱而成形為所需的最終形式。可以使用任何適當的製程來形成玻璃物件，例如下拉法（狹縫向下法及再拉法）、浮式法、轉出法、及按壓法。
本文所述的玻璃物件可以具有不同的透明度、半透明度、及顏色（或上述缺少的）。例如，玻璃組成物的附加添加劑可以改變玻璃物件的光學性質。沒有組成添加劑的玻璃可以是基本上透明和無色的，如藉由利用可見光的透射和吸收光譜所測得的。實例
將藉由以下的實例來進一步闡明實施例。 實例1-12
實例1-12顯示依照本文揭示的實施例製作的玻璃組成物。該玻璃組成物是藉由將原料混合來製備的，以獲得下表1列出的所需莫耳%成分。原料包括砂、氧化鋁、偏磷酸鋁、碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鎂、及石灰石。將2,500 g的這些批次原料混合，並在有蓋的鉑坩堝中在1,650℃下熔化過夜，然後倒到乾淨的鋼桌上。之後將所得的熔化物在600至625℃下退火過夜。在形成玻璃物件之後，將玻璃物件在測得的退火溫度下熱處理過夜，並在410℃、430℃、或450℃任一溫度下曝露於100 %精製的KNO3 浴持續8小時。量測玻璃的各種性質，包括表面壓縮應力和壓縮應力層（DOL）的深度。將那些量測的結果列於下表1。壓縮應力（CS）和層的深度（DOL）是使用具有每種玻璃組成物的校正應力光學係數的Orihara FSM量測的。
表1
Figure 107115664-A0304-0001
 表1（接續的）
Figure 107115664-A0304-0002
 比較例1-18
比較例1-18顯示不在本文揭示的實施例範圍內的玻璃組成物。比較例1-18的玻璃組成物是以與實例1-12相同的方式製備的，但使用了下表2所列的成分。像實例1-12一樣量測比較例1-18的各種性質，並將那些量測的結果顯示於下表2。
表2
Figure 107115664-A0304-0003
表2（接續的）
Figure 107115664-A0304-0004
表2（接續的）
Figure 107115664-A0304-0005
比較例1-7顯示具有不同量的SiO2 、Al2 O3 、及Na2 O的鹼石灰矽酸鹽玻璃。改變成分來試圖增加壓縮應力和壓縮應力層的深度（DOL）兩者。然而，如這些比較例所顯示的，藉由單獨改變SiO2 、Al2 O3 、及Na2 O並不可能實現大於800 MPa的壓縮應力及大於或等於20 μm的DOL。
然而，在實例1和2中，將K2 O取代為CaO以增加DOL。實例4和5具有的K2 O量與實例1和2類似，但減少玻璃組成物中的CaO量同時增加MgO和SiO2 。實例4和5也具有大於800 MPa的壓縮應力和大於20 μm的DOL。此外，實例4和5具有比實例1和2更大的DOL。
比較例8-10將P2 O5 引入鹼石灰矽酸鹽玻璃組成物中，以增加DOL。與比較例1-7相比時，比較例8-10的DOL增加了，但比較例8-10的壓縮應力遠低於800 MPa。比較例11-18改變Al2 O3 的量來改良壓縮應力和DOL兩者，同時比較例11-18還改變了CaO、MgO、及P2 O5 的量。然而，比較例11-15和18中沒有一者具有大於800 MPa的壓縮應力和大於或等於20 μm的DOL兩者，而且當比較例17和18在430℃或450℃下進行8小時的離子交換時，並沒有大於800 MPa的壓縮應力。
相反地，實例7-15引入了少量的P2 O5 並改變了Al2 O3 、MgO、及CaO的量。少量的P2 O5 將這些實例的DOL增加到大於20 μm，而其餘的Al2 O3 、MgO、及CaO提供了大於800 MPa的壓縮應力。然而，如比較例14和15所示，僅僅從比較例7-13降低P2 O5 的量並沒有產生大於或等於800 MPa的壓縮應力及大於或等於20 μm的DOL。而是在實例7-15中，將至少SiO2 、Al2 O3 、Na2 O、K2 O、MgO、CaO、及P2 O5 的影響取得平衡，以產出壓縮應力大於或等於800 MPa及DOL大於或等於20 μm的玻璃組成物。
除了表1和表2所示的性質之外，實例中的每種玻璃組成物皆能夠藉由傳統上只有鹼石灰矽酸鹽玻璃可用的低成本方法而被成形為玻璃物件。因此，實例1-15的玻璃組成物能夠以類似於鹼石灰矽酸鹽玻璃組成物的低成本提供類似於鋁矽酸鹽玻璃組成物的高機械強度。
對於本技術領域中具有通常知識者而言，顯而易見的是在不偏離主張的標的物之精神和範圍下，可以對本文所述的實施例作出各種修改和變化。因此，本說明書旨在涵蓋本文所述的各種實施例之修改和變化，而且前提是這樣的修改和變化都在所附申請專利範圍及其等同物的範圍內。
100‧‧‧玻璃物品110‧‧‧壓縮應力層D‧‧‧深度
第1圖示意性繪示在表面上具有壓縮應力層的玻璃物件。
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‧‧‧玻璃物品
110‧‧‧壓縮應力層
D‧‧‧深度

Claims (10)

  1. 一種玻璃物件，包含：從大於或等於約40莫耳%至小於或等於約68莫耳%的SiO2；小於或等於約11莫耳%的Al2O3；從大於或等於約16莫耳%至小於或等於約21莫耳%的R2O，其中R2O包含Na2O與K2O；大於或等於約2.5莫耳%的CaO；從大於或等於約0.10莫耳%至小於或等於約0.75莫耳%的P2O5；一從大於或等於約1：1至小於或等於約2：1的R2O：R’O莫耳比，其中R’O包含MgO與CaO；以及一壓縮應力層，在該玻璃物件之至少一表面上，該壓縮應力層具有一大於或等於約800MPa的壓縮應力以及一大於或等於約20μm的深度。
  2. 如請求項1所述之玻璃物件，其中該壓縮應力層的該壓縮應力係大於或等於約900MPa至小於或等於約1,500MPa。
  3. 如請求項1所述之玻璃物件，其中該玻璃物 件包含大於或等於約12莫耳%至小於或等於約20莫耳%的Na2O。
  4. 如請求項1所述之玻璃物件，其中該玻璃物件包含一從大於或等於約0：1至小於或等於約0.1：1的P2O5：R’O莫耳比。
  5. 如請求項1所述之玻璃物件，其中該玻璃物件包含大於或等於約4莫耳%至小於或等於約9莫耳%的MgO。
  6. 如請求項1所述之玻璃物件，其中該玻璃物件包含大於或等於約1莫耳%至小於或等於約3.5莫耳%的K2O。
  7. 如請求項1所述之玻璃物件，其中該玻璃物件包含大於或等於約7莫耳%的Al2O3。
  8. 如請求項1所述之玻璃物件，其中該玻璃物件包含大於或等於約0.001莫耳%至小於或等於約0.200莫耳%的SnO2。
  9. 如請求項1所述之玻璃物件，其中該玻璃物件具有約10,000泊的黏度之溫度係從高於或等於約1,000℃至低於或等於約1,200℃。
  10. 一種電子裝置，包含一覆蓋玻璃，其中該覆蓋玻璃包含請求項1至9所述之任一玻璃物件。
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