TWI762746B - 離子可交換的高抗損傷玻璃 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示玻璃組成物之實施例，該等玻璃組成物包括至少約65 mol%之SiO2 ，在約7 mol%至約11 mol%範圍內之Al2 O3 ，在約13 mol%至約16 mol%範圍內之Na2 O；以及一非零量之一或多種選自MgO、CaO及ZnO之鹼土金屬氧化物，其中該等鹼土金屬氧化物之總和至多約6 mol%。該等玻璃組成物可使用熔融成形製程及浮製成形製程來處理且為離子可交換的。本發明亦揭示包括此等玻璃組成物之玻璃物件及形成此等玻璃物件之方法。一或多個實施例之該等玻璃物件展現至少8 kgf之一維氏壓痕裂紋起始負載。

Description

離子可交換的高抗損傷玻璃
本揭示內容係關於離子可交換的玻璃組成物及形成自該玻璃組成物的展現高抗損傷性之強化玻璃物件，且更特定而言係關於可藉由熔融製程(fusion process)及浮式製程(flot process)形成為玻璃物件之離子可交換的玻璃組成物。
諸如電子裝置(例如，行動電話、智慧型電話、平板、視訊播放器、資訊終端裝置、膝上型電腦等)、器具(例如，爐灶台、冰箱門及洗碗機門等)、資訊顯示器(例如，白板)及汽車組件(例如，儀錶板、擋風玻璃、窗戶組件等)的裝置併入有各種玻璃物件。玻璃物件可為此等物件中之顯示器之部分。當在顯示器中使用時，玻璃物件可稱為蓋玻璃物件，且在一些情況下，玻璃物件可形成觸控模組之部分。
玻璃物件之此等用途常常需要玻璃物件展現必要量之抗損傷性。藉由例如離子交換製程強化的玻璃物件通常展現必要抗損傷性。此等玻璃物件可藉由浮式製程或熔融製程形成；然而，已知的玻璃組成物不允許使用兩種製程，此係歸因於存在某些腐蝕性組分及不可與製程之一者相容的性質。因此，需要可用於熔融及浮式製程中來形成可經強化且展現抗損傷性之玻璃物件的玻璃組成物。
本揭示內容之第一態樣係關於包括以下者之玻璃組成物：至少約65 mol%或至少約70 mol%之SiO2 、在約7 mol%至約11 mol%範圍內之Al2 O3 、在約8 mol%至約16 mol%範圍內之Na2 O，及非零量之一或多種選自MgO、CaO及ZnO之鹼土金屬氧化物。在一或多個實施例中，鹼土金屬氧化物之總和至多約6 mol%，或替代地在約2 mol%至約6 mol%範圍內。
在一或多個實施例中，玻璃組成物可包括非零量之至多約3 mol%的P2 O5 及/或小於約5 mol%的B2 O3 。玻璃組成物可視需要包括K2 O、Li2 O、Fe2 O3 及ZrO2 之一或多者。根據一些實施例的玻璃組成物亦可包括SnO2 。
組成物可展現小於約15 kP或小於約10 kP的於1300℃下之黏度。在一些實施例中，玻璃組成物可展現1100℃或1100℃以下之液相溫度。
本揭示內容之第二態樣係關於包括本文揭示的玻璃組成物或由本文揭示的玻璃組成物製得之玻璃物件。玻璃物件可包括於電子裝置中且可形成用於此等電子裝置之顯示器的蓋玻璃或其他組件。
在一或多個實施例中，玻璃物件可藉由諸如離子交換製程之化學強化製程來強化。藉由離子交換達成的化學強化之程度可基於中心張力(central tension，CT)、壓縮應力(compressive stress，CS)及層深度(depth of layer，DOL)的參數而量化。壓縮應力(CS)可靠近強化玻璃物件表面量測，或在強化玻璃物件內之各種深度處量測。離子交換製程產生具有定義為層深度(DOL)之厚度的壓縮應力層。最大壓縮應力值可包括強化玻璃物件之量測壓縮應力(CS)。在一或多個實施例中，玻璃物件可包括自玻璃物件之表面延伸至層深度的壓縮應力層。壓縮應力層可展現約500 MPa或更大或700 MPa或更大之壓縮應力。自玻璃物件之表面延伸至玻璃物件中的壓縮應力層之深度或層深度(DOL)可為約30 µm或更大。
在一或多個實施例中，具有700 MPa或更大之壓縮應力及約30 µm或更大之層深度的壓縮應力層可藉由使玻璃物件離子交換約4小時或4小時以下來形成。在其他實施例中，包括650 MPa或更大之壓縮應力及約40 µm或更大之層深度的壓縮應力層可藉由使玻璃物件離子交換約8小時或8小時以下來形成。在其他實施例中，包括650 MPa或更大之壓縮應力及約50 µm或更大之層深度的壓縮應力層可藉由使玻璃物件離子交換小於約16小時來形成。
在一或多個實施例中，玻璃物件展現至少約8 kgf或至少約14 kgf之維氏壓痕裂紋起始負載。
一些實施例的玻璃物件可為浮製形成的玻璃物件，或使用浮式製程來形成。在其他實施例中，玻璃物件可為熔融形成的玻璃物件，或自熔融製程來形成。
在一或多個替代實施例中，玻璃物件可包括具有如本文揭示的玻璃組成物之表面層。例如，玻璃物件可包括具有以下者之玻璃組成物的表面層：至少約65 mol%或至少約70 mol%之SiO2 、在約7 mol%至約11 mol%範圍內之Al2 O3 、在約8 mol%至約16 mol%範圍內之Na2 O，及非零量之一或多種選自MgO、CaO及ZnO之鹼土金屬氧化物。玻璃物件之剩餘者(排除表面層)可具有不同的玻璃組成物。在一些實施例中，表面層自玻璃物件之表面延伸至玻璃物件中，且可具有至少100 nm之厚度。此等玻璃物件亦可包括自玻璃物件之第一表面延伸至層深度的壓縮應力層。壓縮應力層可展現約500 MPa或更大之壓縮應力，且自玻璃物件之表面延伸至玻璃物件中的層深度可為約30 µm或更大。
本揭示內容之第三態樣係關於形成本文揭示的玻璃物件之方法。在一或多個實施例中，該方法包括以下步驟：熔融如本文所述的玻璃組成物之批料，且藉由熔融製程或浮式製程形成玻璃物件。該方法可包括以下步驟：使玻璃物件經受離子交換處理以於玻璃物件內形成壓縮應力層。例如，離子交換處理可持續小於16小時。所得壓縮應力層可具有至少約700 MPa之壓縮應力，且壓縮應力層可自玻璃物件之表面延伸至玻璃物件中達至少約50 µm之層深度。
其他特徵及優勢將在以下的詳述中闡述，且在部分程度上，熟習此項技術者將根據該描述而容易明白該等特徵及優勢，或藉由實踐本文(包括後續實施方式、申請專利範圍以及隨附圖式)所述的實施例來認識該等特徵及優勢。
應理解，前述的一般描述及以下詳述僅僅為示範，且意欲提供用於理解申請專利範圍之性質及特徵的概述及框架。隨附圖式係納入來提供對本說明書的進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書之一部分。圖式例示一或多個實施例，且結合描述一起用於解釋各種實施例之原理及操作。
現將詳細參考本發明之一或多個較佳實施例，該或該等較佳實施例之實例例示於隨附圖式中。在任何可能的情況下，整個圖式將使用相同參考數字指代相同或相似部件。
此外，每當將某一群組描述為包含一組要素之至少一者及其組合時，應瞭解該群組可包含以下者、基本上由以下者組成或由以下者組成：個別或彼此組合的任何數目的所述彼等要素。類似地，每當將某一群組描述為由一組要素之至少一者或其組合組合時，應瞭解該群組可由個別或彼此組合的任何數目的所述彼等要素組成。除非另外規定，否則在列舉時，值之範圍包括該範圍之上限及下限，以及上限與下限之間的任何子範圍。除非另外規定，否則包括本文所述的組成物之成分的所有組成及關係以莫耳百分比(mol%)來表示。
本揭示內容之第一態樣係關於包括以下者之玻璃組成物：SiO2 、Al2 O3 、Na2 O、一或多種鹼土金屬氧化物及視需要選用的P2 O5 。根據一或多個實施例的玻璃組成物為離子可交換的，且在一些實施例中展現於1300℃下之高溫黏度，從而允許玻璃組成物使用熔融製程及/或浮式製程來處理。換言之，根據一或多個實施例的玻璃組成物可使用熔融製程或浮式製程形成為各種種類的玻璃物件，如將在本文中較詳細地描述。亦如將在本文描述的，形成自所描述玻璃組成物之玻璃物件之離子交換速率可與包括已知熔融可成形玻璃組成物之玻璃物件之離子交換速率相當，或甚至較之得以改良。例如，根據本揭示內容之一或多個實施例的玻璃組成物可在約410℃下經歷離子交換製程約10小時或10小時以下的持續時間之後達成壓縮應力層，該壓縮應力層展現約50 µm或更大之層深度(或厚度)。包括本文揭示的玻璃組成物之玻璃物件可展現壓痕斷裂閾值，該壓痕斷裂閾值與包括已知熔融可成形玻璃組成物之物件的壓痕斷裂閾值相同或大於該壓痕斷裂閾值。
玻璃組成物之一或多個實施例包括至少約65 mol%之SiO2 、在約7 mol%至約11 mol%範圍內之Al2 O3 、在約8 mol%至約16 mol%範圍內之Na2 O，及非零量之一或多種選自MgO、CaO及ZnO之鹼土金屬氧化物。
在一或多個實施例中，SiO2 之量可包括66 mol%或更大、67 mol%或更大、68 mol%或更大、69 mol%更大、70 mol%或更大、71 mol%或更大、72 mol%或更大、73 mol%或更大、74 mol%或更大、75 mol%或更大及其間的所有範圍及子範圍。在一或多個實施例中，SiO2 可以如下範圍存在：約65 mol%至約76 mol%、66 mol%至約76 mol%、67 mol%至約76 ml%、68 mol%至約76 mol%、69 mol%至約76 mol%、65 mol%至約75 mol%、65 mol%至約74 mol%、65 mol%至約73 mol%、65 mol%至約72 mol%、65 mol%至約71 mol%、65 mol%至約70 mol%、65 mol%至約69 mol%及其間的所有範圍及子範圍。在一或多個特定實施例中，玻璃組成物可包括呈以下範圍內之量的SiO2 ：約69 mol%至約72 mol%、約69.5 mol%至約71.5mol%、約70 mol%至約71 mol%、大於約70 mol%及小於約72 mol%及其間的所有範圍及子範圍。SiO2 之下限可包括67 mol%、67.5 mol%、68 mol%、68.5 mol%、69 mol%、69.5 mol%、70 mol%、70.5 mol%及其間的所有範圍及子範圍。在一或多個實施例中，SiO2之上限可包括75.5 mol%、75.6 mol%、75.7 mol%、75.8 mol%、75.9 mol%、76 mol%、76.1 mol%、76.2 mol%、76.3 mol%、76.4 mol%、76.5 mol%、76.6 mol%、76.7 mol%、76.8 mol%、76.9 mol%、77 mol%及其間的所有範圍及子範圍。
在本文所述的玻璃組成物之實施例中，SiO2 充當主要玻璃成形氧化物。存在於玻璃組成物中之SiO2 之量應足以提供形成自玻璃組成物之玻璃物件，使其展現適用於其用途或應用(例如，觸控應用)之必要化學耐久性。SiO2 之上限可經選擇來控制本文所述的玻璃組成物之熔融溫度。例如，過量SiO2 可在200泊下驅使熔融溫度達到高溫，在該等高溫下，諸如細小氣泡之缺陷可在處理期間及在所得玻璃物件中出現或產生。此外，相較於大多數氧化物，SiO2 降低由離子交換產生的壓縮應力。換言之，形成自具有過量SiO2 之玻璃組成物之玻璃物件與形成自不具有過量SiO2 之玻璃組成物之玻璃物件離子可交換程度可能不相同。亦咸信，具有過量SiO2 之玻璃組成物比具有較少SiO2 之玻璃組成物更難以在玻璃成形製程期間熔融。在一或多個特定實施例中，玻璃組成物中存在之SiO2 可打開玻璃物件結構。另外或替代地，根據一或多個實施例的玻璃組成物中存在之SiO2 可增加所得玻璃物件之破裂前塑性變形性質。形成自本文所述的玻璃組成物之玻璃物件中的SiO2 含量亦可增加玻璃物件之壓痕斷裂閾值。
在一或多個實施例中，玻璃組成物可包括呈以下範圍內之量的Al2 O3 ：約5 mol%至約15 mol%、約5 mol%至約14 mol%、約5 mol%至約13 mol%、約5 mol%至約12 mol%、約5 mol%至約11 mol%、約5 mol%至約10 mol%、約6 mol%至約15 mol%、約7 mol%至約15 mol%、約8 mol%至約15 mol%、約9 mol%至約15 mol%、約10 mol%至約15 mol%及其間的所有範圍及子範圍。在玻璃組成物之一或多個實施例中，Al2 O3 之下限可包括8 mol%、8.2 mol%、8.4 mol%、8.6 mol%、8.8 mol%、9 mol%及其之間的所有範圍及子範圍。在一或多個實施例中，Al2 O3 之上限可為10 mol%、10.2 mol%、10.4 mol%、10.8 mol%、11 mol%、11.2 mol%、11.4 mol%、11.6 mol%、11.8 mol%、12 mol%及其之間的所有範圍及子範圍。在一或多個特定實施例中，Al2 O3 可以如下量存在：約9 mol%、9.2 mol%、9.4 mol%、9.6 mol%、9.8 mol%、10 mol%、10.2 mol%、10.4 mol%、10.6 mol%、10.8 mol%及其之間的所有範圍及子範圍。
Al2 O3 之量可調整來充當玻璃成形氧化物及/或控制熔融玻璃組成物之黏度。在一或多個實施例中，玻璃組成物中Al2 O3 之量相對於其他鹼金屬及/或鹼土金屬的增加可改良或增加形成自此玻璃組成物之玻璃物件之耐久性。在不受理論束縛的情況下，咸信當玻璃組成物中鹼金屬氧化物(R2 O)之濃度等於或大於Al2 O3 之濃度時，鋁離子可見於四面體配位(tetrahedral coordination)中，而鹼金屬離子可作為電荷平衡物(charge-balancer)。此四面體配位大大增強形成自此等玻璃組成物之玻璃物件之離子交換。此情況在本文中表1所列的一些實例中得以證明。在表1所列的其他實例中，鹼金屬氧化物之濃度小於鋁離子之濃度；在此狀況下，二價陽離子氧化物(RO)亦可使四面體鋁電荷平衡至各種程度。雖然諸如鈣、鋅、鍶及鋇之元素作用等效於兩個鹼金屬離子，但是鎂離子之高場強度致使其不使四面體配位中之鋁完全電荷平衡，從而造成五倍及六倍配位鋁之形成。通常，Al2 O3 在離子可交換玻璃組成物及強化玻璃物件中起重要作用，因為其允許強固的網狀主鏈(亦即，高應變點)，同時允許鹼金屬離子之相對快速擴散率。然而，當Al2 O3 之濃度過高時，玻璃組成物可展現較低液相黏度，且因此Al2 O3 濃度可控制在合理範圍內。亦咸信，具有過量Al2 O3 之玻璃組成物比具有較少Al2 O3 之玻璃組成物更難以在玻璃成形製程期間熔融。
在一或多個實施例中，玻璃組成物可包括一或多種二價陽離子氧化物，諸如鹼土金屬氧化物及/或ZnO。此等二價陽離子氧化物可包括來改良玻璃組成物之熔融行為。相對於離子交換效能，二價陽離子之存在可作用來減小鹼金屬移動性。當利用較大二價陽離子氧化物時，可存在對離子交換效能之負面效應。此外，較小二價陽離子氧化物通常有助於在離子交換玻璃物件中產生大於較大二價陽離子氧化物的壓縮應力。因此，諸如MgO及ZnO之二價陽離子氧化物可提供就改良應力鬆弛而言的優點，同時最小化對鹼金屬擴散率之不利效應。在一或多個實施例中，玻璃組成物可併入有MgO及/或ZnO來作為唯一的二價陽離子氧化物，且可視需要大體上不含任何其他二價陽離子氧化物。
如本文所使用，就玻璃組成物及/或玻璃物件之組分而言，片語「大體上不含」意指該組分並非在配料(batching)期間或後續離子交換期間主動地或特意地添加至玻璃組成物，但可作為雜質存在。例如，當組分以小於約0.10 mol%之量存在時，玻璃組成物或玻璃物件可描述為大體上不含該組分。
根據一些實施例的玻璃組成物可包括一或多種鹼土金屬氧化物，諸如MgO、CaO及ZnO。在一些實施例中，一或多種鹼土金屬氧化物之總量可為非零量至多約6 mol%。在一或多個特定實施例中，任何鹼土金屬氧化物之量可至多約6 mol%、至多約5.5 mol%、至多約5 mol%、至多約4.5 mol%、至多約4 mol%、至多約3.5 mol%、至多約3 mol%、至多約2.5 mol%、至多約2 mol%、至多約1.5 mol%、至多約1 mol%、至多約0.5 mol%、至多約1 mol%、至多約0.5 mol%及其間的所有範圍及子範圍，其限制條件為鹼土金屬氧化物之總和不超過約6 mol%。在一些實施例中，鹼土金屬氧化物之總量可在以下範圍內：約2 mol%至約6 mol%、約2 mol%至約5.5 mol%、約2 mol%至約5 mol%、約2 mol%至約4.5 mol%、約2 mol%至約4 mol%、約2 mol%至約3.5 mol%、約2.5 mol%至約6 mol%、約3 mol%至約6 mol%、約3.5 mol%至約6 mol%、約4 mol%至約6 mol%、約4.5 mol%至約6 mol%及其間的所有範圍及子範圍。
在一或多個實施例中，玻璃組成物可包括MgO且可大體上不含CaO及ZnO。在一個變體中，玻璃組成物可包括CaO且可大體上不含MgO及ZnO。在另一變體中，玻璃組成物可包括ZnO且可大體上不含CaO及MgO。在一或多個特定實施例中，玻璃組成物可包括MgO、CaO及ZnO中僅兩種鹼土金屬氧化物，且可大體上不含該等鹼土金屬氧化物之第三者。在另一變體中，玻璃組成物可包括MgO、CaO及ZnO之所有三者。
在一或多個實施例中，玻璃組成物包括呈以下範圍內之量的Na2 O：約8 mol%至約18 mol%、約9 mol%至約18 mol%、約10 mol%至約18 mol%、約12 mol%至約18 mol%、約13mol%至約16 mol%或約15 mol%至約16 mol%。在一或多個特定實施例中，Na2 O係以如下範圍內之量存在：約8 mol%至約17.5 mol%、約8 mol%至約17 mol%、約8 mol%至約16.5 mol%、約8 mol%至約16 mol%、約8 mol%至約15.5 mol%、約8 mol%至約15 mol%、約8.5 mol%至約15 mol%、約9 mol%至約15 mol%、約9.5 mol%至約15 mol%、約10 mol%至約15 mol%、約10.5 mol%至約18 mol%、約11 mol%至約18 mol%、約11.5 mol%至約18 mol%、約12 mol%至約18 mol%、約12.5 mol%至約18 mol%、約13 mol%至約18 mol%、約13.5 mol%至約18 mol%、約14 mol%至約18 mol%、約15 mol%至約18 mol%及其間的所有範圍及子範圍。在特定實施例中，Na2 O可以如下量存在：約15.1 mol%、15.2 mol%、15.3 mol%、15.4 mol%、15.5 mol%、15.6 mol%、15.7 mol%、15.8 mol%、15.9 mol%或16 mol%。
在一或多個實施例中，玻璃組成物可包括K2 O。在此等實施例中，K2 O可以如下量存在：小於約1 mol%、小於約0.9 mol%、小於約0.8 mol%、小於約0.7 mol%、小於約0.6 mol%、小於約0.5 mol%、小於約0.4 mol%、小於約0.3 mol%、小於約0.2 mol%、小於約0.1 mol%及其間的所有範圍及子範圍。在一或多個替代實施例中，玻璃組成物可如本文所定義大體上不含K2 O。
在一或多個實施例中，玻璃組成物可包括Li2 O。在此等實施例中，Li2 O可以如下量存在：小於約1 mol%、小於約0.9 mol%、小於約0.8 mol%、小於約0.7 mol%、小於約0.6 mol%、小於約0.5 mol%、小於約0.4 mol%、小於約0.3 mol%、小於約0.2 mol%、小於約0.1 mol%及其間的所有範圍及子範圍。在一或多個替代實施例中，玻璃組成物可如本文所定義大體上不含Li2 O。
諸如Rb2 O及Cs2 O之其他鹼金屬氧化物可存在於一或多個實施例之玻璃組成物中。此等鹼金屬氧化物可以與本文相對於Li2 O及K2 O所揭示相同或不同的量存在。視需要，玻璃組成物可如本文所定義大體上不含Rb2 O及/或Cs2 O。
鹼金屬氧化物(R2 O) (例如，Li2 O、Na2 O、K2 O、Rb2 O及/或Cs2 O)存在於本文所述的玻璃組成物中以改質此等組成物之熔融溫度及/或液相溫度。在一或多個實施例中，存在於玻璃組成物中之鹼金屬氧化物之量可調整來提供展現低熔融溫度及/或低液相溫度之玻璃組成物。在不受理論束縛的情況下，鹼金屬氧化物之添加可增加熱膨脹係數(CTE)，及/或降低包括此等玻璃組成物之玻璃物件之化學耐久性。在一些狀況下，此等屬性可藉由添加鹼金屬氧化物而劇烈地改變。在一些實施例中，為執行離子交換，需要小量鹼金屬氧化物(諸如Li2 O及Na2 O)之存在來促進與較大鹼金屬離子(例如K+)之離子交換，例如來自玻璃物件之較小鹼金屬離子與來自含有此等較大鹼金屬離子之熔融鹽浴的較大鹼金屬離子交換。如將在本文更詳細地論述，可通常進行三種類型的離子交換。一種此離子交換包括Na+與Li+交換，此交換產生深的層深度但低的壓縮應力。另一種此離子交換包括K+與Li+交換，此交換產生小的層深度但相對大的壓縮應力。第三種此離子交換包括K+與Na+交換，此交換產生中間層深度及壓縮應力。玻璃組成物中足夠高濃度之小鹼金屬氧化物可為在包括此等玻璃組成物之玻璃物件中產生大壓縮應力所必需，因為壓縮應力與交換出玻璃物件之鹼金屬離子之數目成比例。在表1所示的一些實例中，將小量K2 O引入玻璃組成物中以改良擴散率且降低液相溫度。然而，K2 O之含量可控制(例如，達到低含量、極低含量、達到根本無含量或如本文所述的其他情況)來避免所得玻璃物件中熱膨脹係數(CTE)之不合需要的增加及/或壓縮應力(CS)之不合需要的減小。
在一或多個實施例中，玻璃組成物可包括Fe2 O3 。在此等實施例中，Fe2 O3 可以如下量存在：小於約1 mol%、小於約0.9 mol%、小於約0.8 mol%、小於約0.7 mol%、小於約0.6 mol%、小於約0.5 mol%、小於約0.4 mol%、小於約0.3 mol%、小於約0.2 mol%、小於約0.1 mol%及其間的所有範圍及子範圍。在一或多個實施例中，Fe2 O3 之量可取決於所利用原料而控制達到不定水平。替代地或另外，Fe2 O3 之量可特意地添加來增加色彩及/或UV阻斷性質。在一或多個替代實施例中，玻璃組成物可如本文所定義大體上不含Fe2 O3 。
在一或多個實施例中，玻璃組成物可包括ZrO2 。在此等實施例中，ZrO2 可以如下量存在：小於約1 mol%、小於約0.9 mol%、小於約0.8 mol%、小於約0.7 mol%、小於約0.6 mol%、小於約0.5 mol%、小於約0.4 mol%、小於約0.3 mol%、小於約0.2 mol%、小於約0.1 mol%及其間的所有範圍及子範圍。在一或多個替代實施例中，玻璃組成物可如本文所定義大體上不含ZrO2 。
在一或多個實施例中，玻璃組成物可包括非零量之P2 O5 。在一或多個實施例中，P2 O5 之上限可約7 mol%、6 mol%、5 mol%、約4 mol%或約3 mol%。在一或多個特定實施例中，P2 O5 可以如下範圍存在：約0.01 mol%至約7 mol%、約0.1 mol%至約7 mol%、約0.2 mol%至約7 mol%、約0.3 mol%至約7 mol%、約0.4 mol%至約7 mol%、約0.5 mol%,至約7 mol%、約0.6 mol%至約7 mol%、約0.7 mol%至約7 mol%、約0.8 mol%至約7 mol%、約0.9 mol%至約7 mol%、約1 mol%至約7 mol%、約0.01 mol%至約6.8 mol%、約0.01 mol%至約6.6 mol%、約0.01 mol%至約6.4 mol%、約0.01 mol%至約6.2 mol%、約0.01 mol%至約6 mol%、約0.01 mol%至約5.8 mol%、約0.01 mol%至約5.6 mol%、約0.01 mol%至約5.4 mol%、約0.01 mol%至約5.2 mol%、約0.01 mol%至約5 mol%、約0.01 mol%至約4.9 mol%、約0.01 mol%至約4.8 mol%、約0.01 mol%至約4.7 mol%、約0.01 mol%至約4.6 mol%、約0.01 mol%至約4.5 mol%、約0.01 mol%至約4.4 mol%、約0.01 mol%至約4.2 mol%、約0.01 mol%至約4.1 mol%、約0.01 mol%至約4 mol%及其間的所有範圍及子範圍。在其他特定實施例中，P2 O5 可以如下量存在：約0.1 mol%、0.2 mol%、0.3 mol%、0.4 mol%、0.5 mol%、0.6 mol%、0.7 mol%、0.8 mol%、0.9 mol%、1 mol%、1.1 mol%、1.2 mol%、1.3 mol%、1.4 mol%、1.5 mol%、1.6 mol%、1.7 mol%、1.8 mol%、1.9 mol%、2 mol%、2.1 mol%、2.2 mol%、2.3 mol%、2.4 mol%、2.5 mol%、2.6 mol%、2.7 mol%、2.8 mol%、2.9 mol%、3 mol%及其間的所有範圍及子範圍。
在一或多個實施例中，玻璃組成物中P2 O5 之量可基於包括此等玻璃組成物之玻璃物件之所要抗損傷性來調整。在不受理論束縛的情況下，P2 O5 可相對於SiO2 減小熔融黏度。在一些情況下，咸信P2 O5 有助於抑制鋯石分解黏度(亦即，鋯石分解形成ZrO2 時之黏度)，且可就此而言比SiO2 更有效。當相較於有時表徵為網路成形物(例如，SiO2 及/或B2 O3 )之其他組分而言，P2 O5 可改良擴散率且減少離子交換時間。
在一或多個實施例中，玻璃組成物大體上不含B2 O3 。在不受理論束縛的情況下，咸信玻璃組成物中B2 O3 之納入在併入有此等玻璃組成物之玻璃物件賦予抗損傷性。亦咸信B2 O3 為改良抗損傷性之貢獻者或甚至主貢獻者；然而，亦咸信熔融製程中之B2 O3 揮發對熔融製程及浮式製程中之當前耐火材料為腐蝕性的。因此，在一或多個實施例中，本文揭示的玻璃組成物大體上不含B2 O3 但仍展現必要抗損傷性。另外，大體上不含B2 O3 之玻璃組成物可與浮製及熔融製程相容，因為此等玻璃組成物不展現與包括B2 O3 之組成物相同的腐蝕性。
在一或多個替代實施例中，玻璃組成物可包括非零量之B2 O3 ，該非零量小於約5 mol%、小於約4 mol%、小於約3 mol%、小於約2 mol%、小於約1 mol%、小於約0.1 mol%及其間的所有範圍及子範圍。
根據一或多個實施例的玻璃組成物可進一步包括非零量之SnO2 ，該非零量至多約2 mol%。例如，SnO2 可以如下範圍存在：約0至約2、約0至約1、約0.1至約2、約0.1至約1、約1至約2及其間的所有範圍及子範圍。在一或多個實施例中，SnO2之量以mol%計可為約0.01、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0及其間的所有範圍及子範圍。本文揭示的玻璃組成物可大體上不含As2 O3 及/或Sb2 O3 。
在一或多個實施例中，玻璃組成物展現以下的於1300℃下之黏度：小於約15 kP、小於約14 kP、小於約13 kP、小於約12 kP、小於約11kP、小於約10 kP、小於約9 kP、小於約8 kP、小於約7 kP或甚至小於約6 kP。在不受理論束縛的情況下，咸信展現小於約10 kP的於1300℃下之黏度的玻璃組成物為浮製可處理的，或，換言之可在用於浮式製程之錫浴中加以處理。在一些實施例中，玻璃組成物於1300℃下之黏度可在以下範圍內：約5kP至約15 kP、約5 kP至約14 kP、約5 kP至約13 kP、約5 kP至約12 kP、約5 kP至約11 kP、約5 kP至約10kP、約5 kP至約9 kP、約5 kP至約8 kP、約5 kP至約7 kP、約6 kP至約15 kP、約7 kP至約15 kP、約8 kP至約15 kP、約9 kP至約15 kP、約10 kP至約15 kP及其間的所有範圍及子範圍。在一或多個實施例中，玻璃組成物可展現以下的於1300℃下之黏度：約5 kP、5.5 kP、6 kP、6.5 kP、7 kP、7.5 kP、8 kP、8.5 kP、9 kP、9.5 kP、10 kP、10.5 kP、11 kP、11.5 kP、12 kP、12.5 kP、13 kP、13.5 kP、14 kP、14.5 kP或15 kP及其間的所有範圍及子範圍。
根據一或多個實施例的玻璃組成物展現約1100℃或1100℃以下之液相溫度。在一個實施例中，液體溫度在約1100℃至約750℃範圍內。在一些實施例中，液相溫度之下限可為約760℃、770℃、780℃、790℃、800℃及其間的所有範圍及子範圍。
在一或多個實施例中，玻璃組成物展現至少約1400℃或在約1400℃至1800℃範圍內之熔融溫度或200泊溫度。在一或多個實施例中，熔融溫度或200泊溫度在以下範圍內：約1425℃至約1800℃、約1450℃至約1800℃、約1475℃至約1800℃、約1500℃至約1800℃、約1525℃至約1800℃、約1550℃至約1800℃、約1575℃至約1800℃、約1400℃至約1775℃、約1400℃至約1750℃、約1400℃至約1725℃、約1400℃至約1700℃、約1400℃至約1675℃、約1400℃至約1650℃及其間的所有範圍及子範圍。
本揭示內容之第二態樣係關於包括本文所述的玻璃組成物之玻璃物件。在一或多個實施例中，玻璃物件可藉由使用各種製程來製造，該等製程包括浮式製程及下拉製程，諸如熔融拉伸及狹槽拉伸。
浮式製程通常藉由在還原性氣氛下將成型熔融玻璃組成物傾注於液體金屬(例如，錫)上來形成玻璃物件。浮製玻璃製程設備通常包括：熔融槽，其中熔融並精煉玻璃組成物；以及介面，該介面負責自熔融槽中之氧化性氣氛過渡至設備之下游部分中的還原性氣氛，其中玻璃組成物係成型於液體金屬上。熔融玻璃組成物係傾注於液體錫浴之表面上且形成浮製玻璃帶。液體金屬浴之平滑流動使熔融玻璃組成物及因此玻璃物件成型。當玻璃帶沿錫浴流動時，溫度逐漸降低直至玻璃帶固化成固體玻璃物件。在一些情況下，滾筒可用於對熔融玻璃組成物表面施加力。固體玻璃物件通常經轉移來進一步冷卻。常常，所得玻璃物件具有平坦形狀。藉由浮製玻璃製程形成的玻璃物件可由平滑表面及均勻厚度來表徵。
下拉製程產生具有均勻厚度之玻璃物件，該玻璃物件可擁有相對原始表面。因為玻璃物件之平均撓曲強度係藉由表面瑕疵之量及大小控制，所以有過最小接觸的原始表面具有較高的初始強度。當此高強度玻璃物件接著經進一步強化(例如，化學強化)時，所得強度可高於具有已研磨及拋光的表面之玻璃物件的強度。下拉玻璃物件可拉伸至小於約2 mm之厚度。此外，下拉玻璃物件可具有極為平坦、平滑的表面，該表面可用於其最終應用而無需高成本的研磨及拋光。
熔融拉伸製程例如使用拉伸槽，該拉伸槽具有用於接收熔融玻璃原料之通道。通道具有堰口，該等堰口在通道之兩側上沿通道之長度於頂部處敞開。當通道充滿熔融材料時，熔融玻璃溢出堰口。由於重力，熔融玻璃作為兩個流動的玻璃膜沿拉伸槽之外表面向下流動。拉伸槽之此等外表面向下延伸且向內延伸，以使得此等表面在拉伸槽下方的邊緣處會合。兩個流動玻璃膜在此邊緣處會合以便熔合並形成單個流動玻璃物件。熔融拉伸方法提供的優點在於：因為在通道上方流動的兩個玻璃膜熔合在一起，所以所得玻璃物件之任一外表面均不與設備之任何部分接觸。因此，熔融拉伸玻璃物件之表面性質不受此種接觸影響。
狹槽拉伸製程不同於熔融拉伸方法。在狹縫拉伸製程中，熔融原料玻璃係提供至拉伸槽。拉伸槽之底部具有敞開狹槽，該狹縫具有沿狹槽之長度延伸的噴嘴。熔融玻璃流動穿過狹槽/噴嘴且作為連續物件向下拉伸並進入退火區域。
一旦形成，玻璃物件(無論藉由浮式製程還是下拉製程來形成)可強化來形成強化玻璃物件。如本文所使用，術語「強化玻璃物件」可指已經化學強化的玻璃物件，例如已經由將玻璃物件之表面中的較小離子交換成較大離子的離子交換而強化。在一些實施例中，可利用此項技術中已知的其他強化方法來形成強化玻璃物件，該等方法諸如熱回火，或利用玻璃物件之數個部分之間的熱膨脹係數之不匹配來產生壓縮應力及中心張力區域。
在用於化學強化玻璃物件之一或多個實施例的離子交換製程中，玻璃物件之表面層中的離子由具有相同原子價或氧化態的較大離子置換，或使用該等較大離子交換。在彼等實施例中，玻璃物件之表面層中的離子及較大離子為單價鹼金屬陽離子，諸如Li+(當存在於玻璃中時)、Na+、K+、Rb+及Cs+。或者，玻璃物件之表面中的單價陽離子可使用不同於鹼金屬陽離子之單價陽離子(諸如Ag+或類似離子)置換。
離子交換製程通常藉由將玻璃物件浸沒於含有較大離子的熔融鹽浴中來進行，該等較大離子欲與玻璃物件中之較小離子交換。熟習此項技術者將瞭解的是，用於離子交換製程之參數包括但不限於浴組成及溫度、浸沒時間、玻璃於(一或多個)鹽浴中之浸沒次數、多個鹽浴之使用、額外步驟(諸如，退火、洗滌)及類似參數，該等參數通常由玻璃物件之組成物及因強化操作而產生的玻璃物件之所要層深度以及壓縮應力決定。舉例而言，本文所述的玻璃物件之離子交換可藉由浸沒於含有鹽的至少一個熔融浴中來達成，該浴諸如但不限於較大鹼金屬離子之硝酸鹽、硫酸鹽及氯化物。熔融鹽浴之溫度通常在約380℃至多約450℃的範圍內，而浸沒時間在約15分鐘至多約40小時的範圍中變化。然而，亦可使用與以上所述之彼等者不同的溫度及浸沒時間。
另外，其中將玻璃物件浸沒於多個離子交換浴中，同時在浸沒之間進行洗滌及/或退火步驟的離子交換製程之非限制性實例描述於以下者中：Douglas C. Allan等人2009年7月10日申請的名稱為「用於消費者應用的具有壓縮表面之玻璃(Glass with Compressive Surface for Consumer Applications)」之美國專利申請案第12/500,650號，該美國專利申請案主張2008年7月11日申請的美國臨時專利申請案第61/079,995號之優先權，其中玻璃物件藉由在多個連續離子交換處理中浸沒於不同濃度之鹽浴中來強化；以及2012年11月20日頒與Christopher M. Lee等人的名稱為「用於玻璃之化學強化的雙級離子交換(Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass)」之美國專利8,312,739，該美國專利主張2008年7月29日申請的美國臨時專利申請案第61/084,398號之優先權，其中玻璃物件藉由在用流出物離子稀釋的第一浴中，接著浸沒於具有比第一浴濃度較小的流出物離子之第二浴中之離子交換來強化。美國專利申請案第12/500,650號及美國專利第8,312,739號之內容以全文引用方式併入本文。
如本文所提及，強化玻璃之程度可基於中心張力CT、壓縮應力CS及層深度DOL之參數來量化。對玻璃物件內相鄰壓縮應力層之內區域計算的中心張力CT可由壓縮應力CS、厚度t及DOL來計算。使用此項技術中已知的彼等手段量測壓縮應力及層深度。此等手段包括但不限於：使用市售儀器量測表面應力(FSM)，該等儀器諸如由Luceo有限公司(日本東京)製造的FSM-6000或類似物，且量測壓縮應力及層深度之方法描述於以下者中：名稱為「用於化學強化平板玻璃之標準規範(Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass)」之ASTM 1422C-99，及ASTM 1279.19779「用於退火、熱強化及完全回火平板玻璃中邊緣及表面應力之非破壞性光彈性量測的標準試驗方法(Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed, Heat-Strengthened, and Fully-Tempered Flat Glass)」，該等方法之內容以全文引用方式併入本文。表面應力量測依賴於應力光學係數(SOC)之精確量測，該應力光學係數與玻璃物件之雙折射性相關。SOC轉而係藉由此項技術中已知的彼等方法量測，該等方法諸如纖維及四點彎曲方法，兩者均描述於題為「用於量測玻璃應力-光學係數之標準試驗方法(Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient)」之ASTM標準C770-98 (2008)中，其內容以全文引用方式併入本文中；以及體積圓柱(bulk cylinder)方法。CS與中心張力CT之間的關係藉由表達式(1)給出： CT=(CS • DOL)/(t -2 DOL) 其中t 為玻璃物件之厚度，表示為微米(μm)。在本揭示內容之各部分中，中心張力CT及壓縮應力CS在本文表示為百萬帕(MPa)，厚度 t 表示為微米(μm)或毫米(mm)，且層深度DOL表示為微米(μm)。
在一個實施例中，強化玻璃物件可具有250 MPa或更大、300 MPa或更大，例如400 MPa或更大、450 MPa或更大、500 MPa或更大、550 MPa或更大、600 MPa或更大、650 MPa或更大、700 MPa或更大、750 MPa或更大，或800 MPa或更大的表面或平均壓縮應力。強化玻璃物件可具有10µm或更大、15 µm或更大、20 µm或更大(例如，25 µm、30 µm、35 µm、40 µm、45 µm、50 µm或更大)之壓縮層深度，及/或10 MPa或更大、20 MPa或更大、30 MPa或更大、40 MPa或更大(例如，42 MPa、45 MPa或50 MPa或更大)但小於100 MPa (例如95 MPa、90MPa、85MPa、80MPa、75MPa、70MPa、65MPa、60MPa、55 MPa或55 Mpa以下)之中心張力。在一或多個特定實施例中，強化玻璃物件具有以下一或多者：大於500 MPa或700 MPa或更大之壓縮應力、大於15 µm或30 µm或更大之壓縮層深度(自玻璃物件之表面延伸至玻璃物件中)，及大於18 MPa之中心張力。
在一個變體中，強化玻璃物件包括700 MPa或更大(例如，775 MPa、800 MPa、825 MPa、850 MPa、900 MPa等等)之CS，及約30 µm或更大(例如，32 µm、34 µm、36 µm、38 µm、40 µm、42 µm、44 µm、46 µm、48 µm、50 µm或更大)的自玻璃物件之表面延伸至玻璃物件中之DOL。在一或多個特定實施例中，壓縮應力層係藉由使強化玻璃物件離子交換約4小時或4小時以下、3小時或3小時以下或甚至2小時或2小時以下來形成。
在另一變體中，強化玻璃物件包括650 MPa或更大(例如，675 MPa、700 MPa、725 MPa、750 MPa、775 MPa、800 MPa)之CS，及約40 µm或更大(例如，42 µm、44 µm、46 µm、48 µm、50 µm、52 µm、54 µm、56 µm、58 µm、60 µm或更大)的自玻璃物件之表面延伸至玻璃物件中之DOL。在一或多個特定實施例中，壓縮應力層係藉由使玻璃物件離子交換約8小時或8小時以下、7小時或7小時以下、約6小時或6小時以下或甚至5小時或5小時以下來形成。
在另一變體中，強化玻璃物件包括650 MPa或更大(例如，675 MPa、700 MPa、725 MPa、750 MPa、775 MPa、800 MPa)之CS，及約50 µm或更大(例如，52 µm、54 µm、56 µm、58 µm、60 µm、62 µm、64 µm、66 µm、68 µm、70 µm或更大)的自玻璃物件之表面延伸至玻璃物件中之DOL。在一或多個特定實施例中，壓縮應力層係藉由使玻璃物件離子交換小於約16小時、15小時或15小時以下、14小時或14小時以下、13小時或13小時以下或甚至12小時或12小時以下來形成。
在一或多個實施例中，玻璃物件展現至少8 kgf之維氏壓痕裂紋起始負載。在一個變體中，玻璃物件展現以下維氏壓痕裂紋起始負載：至少9 kgf、10 kgf、11 kgf、12 kgf、13 kgf、14 kgf、15 kgf、16 kgf、17 kgf、18 kgf、19 kgf or 20 kgf及其間的所有範圍及子範圍。在一些實施例中，維氏壓痕裂紋起始負載可在以下範圍內：約8 kgf至約20kgf、約9 kgf至約20 kgf、約10 kgf至約20 kgf、約11 kgf至約20 kgf、約12 kgf至約20 kgf、約13 kgf至約20 kgf、約14 kgf至約20 kgf、約8 kgf至約19 kgf、約8 kgf至約18 kgf、約8 kgf至約17 kgf、約8 kgf至約16 kgf、約8 kgf至約15 kgf、約8 kgf至約14 kgf 及其間的所有範圍及子範圍。
根據一或多個實施例的玻璃物件可具有在約100 µm至5 mm的範圍變化之厚度。示範性玻璃物件厚度在100 µm至500 µm的範圍變化，例如為100 µm、200 µm、300 µm、400 µm或500 µm。其他示範性玻璃物件厚度在500 µm至1000 µm的範圍變化，例如為500 µm、600 µm、700 µm、800 µm、900 µm或1000 µm。視需要，玻璃物件可具有大於1 mm，例如約2 mm、3 mm、4 mm或5 mm之厚度。在一或多個特定實施例中，玻璃物件可具有2 mm或2 mm以下或小於1 mm之厚度。
在一或多個實施例中，玻璃物件可包括包含本文所述的玻璃組成物之層。在特定實施例中，層與玻璃物件成一體及/或可表徵為玻璃物件之表面層。玻璃物件之剩餘部分可具有與表面層不同的組成。表面層可存在於玻璃物件之一或多個表面上。例如，如第1圖所示，其中玻璃物件100呈玻璃片形狀，表面層200可存在於玻璃物件之一或兩個主表面(110、120)上。或者，如第2圖所示，表面層210可存在於玻璃物件之一或兩個次表面(130、140)上。如第3圖所示，玻璃物件之所有表面可包括表面層200、210。在一或多個實施例中，表面層可具有至少100 nm之厚度，該厚度自玻璃物件之至少一個表面(110、120、130、140)延伸至玻璃物件中。在一些實施例中，表面層之厚度可為至少約110 nm、至少約120 nm、至少約130 nm、至少約140 nm、至少約150 nm、至少約160 nm、至少約170 nm、至少約180 nm、至少約190 nm、至少約200 nm、至少約250 nm、至少約300 nm、至少約350 nm、至少約400 nm、至少約500 nm、至少約600 nm、至少約700 nm、至少約800 nm、至少約900 nm、至少約1 µm及其間的所有範圍及子範圍。
表面層200之厚度可在其於玻璃物件中所安置的每個表面上為相同的(例如，第1及2圖)，或表面層210之厚度可不同於玻璃物件之其他表面層200其他表面之厚度(如第3圖所示)。在一或多個實施例中，玻璃物件之表面層可如本文所述加以化學強化。在一或多個特定實施例中，玻璃物件之表面層及其他部分可如本文所述加以化學強化。
本揭示內容之第三態樣係關於形成玻璃物件之方法。在一或多個實施例中，該方法包括以下步驟：熔融如本文另外所述的玻璃組成物之批料，且經由下拉製程(例如，熔融製程或狹槽拉伸製程)或浮式製程用熔融批料形成玻璃物件。在一或多個實施例中，該方法進一步包括以下步驟：藉由使玻璃物件經受離子交換處理來強化玻璃物件以形成強化玻璃物件。在一或多個實施例中，方法包括以下步驟：使玻璃物件經受離子交換處理小於16小時。在特定實施例中，所得強化玻璃物件展現至少約700 MPa之CS，其沿壓縮應力層之厚度量測。在另一特定實施例中，強化玻璃物件包括壓縮應力層，該壓縮應力層自玻璃物件之表面延伸至玻璃物件中達至少約50 µm之層深度。
玻璃組成物及玻璃物件 ( 可為離子交換的 ) 之表徵
根據本揭示內容之態樣及/或實施例的玻璃組成物之黏度可藉由熟習此項技術者已知的方法，諸如描述於以下者中的彼等方法：美國賓夕法尼亞州西康舍霍肯市之美國國際試驗與材料協會(ASTM International)之ASTM C965-96 (及其後代標準，全部以引用方式併入本文中)「用於量測玻璃於軟化點上之黏度的標準實踐(Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point)」；ASTM C1351M-96 (及其後代標準，全部以引用方式併入本文中)「藉由黏性壓縮實心正直圓柱來量測玻璃於10E4 Pa•s與10E8 Pa•s之間的黏度之標準試驗方法(Standard Test Method for Measurement of Viscosity of Glass Between 10E4 Pa•s and 10E8 Pa•s by Viscous Compression of a Solid Right Cylinder)」；以及ASTM C1350M-96 (及其後代標準，全部以引用方式併入本文中)「用於量測玻璃於軟化點與退火範圍(大致10E8 Pa•s至大致10E13 Pa•s)之間的黏度之標準實踐(Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Between Softening Point and Annealing Range)」。
根據本揭示內容之態樣及/或實施例的玻璃組成物之退火點及應變點可藉由熟習此項技術者已知的方法，諸如描述於以下者中的彼等方法：美國賓夕法尼亞州西康舍霍肯市之美國國際試驗與材料協會(ASTM International)之ASTM C598 (及其後代標準，全部以引用方式併入本文中)「藉由梁彎曲的用於玻璃之退火點及應變點之標準試驗方法(Standard Test Method for Annealing Point and Strain Point of Glass by Beam Bending)」。
經量測用於表徵根據本揭示內容之態樣及/或實施例的玻璃物件之表面的元素分佈係藉由熟習此項技術者已知的分析技術來測定，該等分析技術諸如電子微探針(EMP)；x-射線光致發光光譜學(XPS)；二次離子質譜學(SIMS)…等等。
離子交換玻璃物件之表面層壓縮應力(σs )、平均表面壓縮(CSavg)及層深度(DOL)可適宜使用習知光學技術及儀器來量測，該等儀器諸如可購自Luceo有限公司及/或Orihara工業有限公司(兩者均在日本東京)的市售表面應力計FSM-30型、FSM-60型、FSM-6000LE型、FSM-7000H型等等 (參見例如，FSM-30表面應力計手冊，目錄號FS-0013E (http://www.orihara-ss.co.jp/catalog/fsm/fsm-30-Ecat.pdf)；FSM-60表面應力計手冊，目錄號FS-0013E (http://www.luceo.co.jp/english/pdf/FSM-60LE%20Ecat.pdf)；FSM-6000LE表面應力計手冊，修訂版2009.04 (http://www.luceo.co.jp/english/pdf/FSM-6000LE%20Ecat.pdf)；FSM-7000H表面應力計手冊，目錄號FS-0024 2009.08 (http://www.luceo.co.jp/catalog/catalog-pdf/FSM-7000H_cat.pdf)；T. Kishii，「Surface Stress Meters Utilising the Optical Waveguide Effect of Chemically Tempered Glasses」，Optics & Lasers in Engineering 4 (1983) 第25-38頁 (http://www.orihara-ss.co.jp/data/literature01/A034.pdf)；以及K. Kobayashi等人，「Chemical Strengthening of Glass and Industrial Application」，昭和52年(1977) [52 (1977)]，第109-112頁(http://www.orihara-ss.co.jp/data/literature01/A001.pdf)，其全部以引用方式併入本文中)。
根據本揭示內容之態樣及/或實施例的玻璃組成物之楊氏模數、剪切模數及帕松比可藉由熟習此項技術者已知的方法來表徵，諸如描述於以下者中的彼等方法：美國賓夕法尼亞州西康舍霍肯市之美國國際試驗與材料協會(ASTM International)之ASTM C1259 (及其後代標準，全部以引用方式併入本文中)「藉由振動脈衝激發的用於精密陶瓷之動態楊氏模數、剪切模數及帕松比的標準試驗方法(Standard Test Method for Dynamic Young’s Modulus, Shear Modulus, and Poisson’s Ratio for Advanced Ceramics by Impulse Excitation of Vibration)」。
根據本揭示內容之態樣及/或實施例的玻璃組成物之熱膨脹係數(CTE)可藉由熟習此項技術者已知的方法來表徵，諸如描述於以下者中的彼等方法：美國賓夕法尼亞州西康舍霍肯市之美國國際試驗與材料協會(ASTM International)之ASTM E228(及其後代標準，全部以引用方式併入本文中) 利用推桿膨脹計的用於固體物料之線性熱膨脹之標準試驗方法(Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials with a Push-Rod Dilatometer)」。 實例
各種實施例將藉由以下實例進一步闡明，該等實例不欲以任何方式限制本揭示內容。
由於個別成分之總和總計為或極接近大致100，所以出於所有實際目的而言，報告值可視為表示莫耳%。實際玻璃組成物批料成分可包含為氧化物或其他化合物之任何材料，當與其他批料組分一起熔融時，該等材料將以適當比例轉化成所要氧化物。 實例1至20
表I中所列的示範性玻璃組成物1-20係使用原料之批料於鉑坩堝中製成。將含有經調配原料批料之每一坩堝置放於預熱至1575℃-1650℃之爐中，使經調配原料批料熔融且精煉來產生熔融玻璃組成物。
表I：玻璃組成物.
Figure 107143404-A0304-0001
Figure 107143404-A0304-0002
Figure 107143404-A0304-0003
Figure 107143404-A0304-0004
表I中所列的玻璃組成物藉由X射線螢光(XRF)來分析。藉由纖維伸長法來測定退火點、應變點及軟化點。藉由浮力方法測定密度。每一熱膨脹係數(CTE)值為室溫與300℃之間的平均值。藉由共振超音波光譜學測定每一玻璃組成物之彈性模數。藉由對徑壓縮方法來測定應力光學係數(SOC")值。液相溫度量測值基於72小時測試來報告。
各自使玻璃組成物1-9形成為九個玻璃物件樣本，且藉由將玻璃物件樣本浸沒於具有約410℃之溫度的鹽浴中歷時如表2所示的持續時間來使玻璃物件樣本經受離子交換製程。使用FSM量測來測定玻璃物件樣本之離子交換性質。玻璃13及玻璃16至20經虛擬化(fictivated)成為六個玻璃物件樣本，各樣本處於較高溫度下以模擬熔融製程。使形成自玻璃13及16-20的玻璃物件樣本在410℃之鹽浴中經受離子交換製程歷時2h、4h、8h及16h，如表3所示。由熔融拉製樣本(玻璃組成物1至9)或加熱平衡驟冷處理樣本(玻璃組成物13及玻璃16至20)於包括精煉級KNO3 之鹽浴中之處理獲得玻璃物件之壓縮應力(CS)及層深度(DOL)。表2及3中分別以MPa及μm為單位記述每一玻璃物件樣本之CS及DOL。對基於玻璃組成物1至9之玻璃物件樣本而言，CS及DOL係以平均值列出，該等值校正至SOC及RI，其中已假定折射率為1.5。對於基於玻璃組成物13、16至20之加熱平衡驟冷玻璃物件樣本而言，假定SOC=31.8且RI=1.5來列出CS及DOL。
表2：玻璃組成物1-9之離子交換性質.
Figure 107143404-A0304-0005
Figure 107143404-A0304-0006
Figure 107143404-A0304-0007
第4圖中示出玻璃組成物1-9在1300℃下之黏度。第5圖繪製在使形成自玻璃組成物1-9的玻璃物件經受相同離子交換製程歷時所指示持續時間之後的CS及DOL。
第6圖展示對基於玻璃組成物1-9之玻璃物件而言達成50 µm之DOL所需的離子交換製程之持續時間。如第6圖所示，基於玻璃組成物1-9之所有玻璃物件在10小時內或少於10小時內達成至少50 µm之DOL。第7圖展示基於玻璃組成物1-9之玻璃物件在50 µm之DOL下的CS。第8圖例示基於玻璃組成物1-9之玻璃物件的壓痕斷裂閾值之下限。在基於玻璃組成物1-6之玻璃物件在410℃離子交換8小時之後且在基於玻璃組成物7-9之玻璃物件在410℃下離子交換16小時之後，量測玻璃物件之壓痕斷裂閾值。 實例21至32
表IV中所列的示範性玻璃組成物21-32係使用原料之批料於鉑坩堝中製成。將含有經調配原料批料之每一坩堝置放於預熱至1575℃-1650℃之爐中，使經調配原料批料熔融且精煉來產生熔融玻璃組成物。
表IV：玻璃組成物.
Figure 107143404-A0304-0008
Figure 107143404-A0304-0009
各自使玻璃組成物21-32形成為十二個玻璃物件樣本，且藉由將玻璃物件樣本浸沒於鹽浴中來使玻璃物件樣本經受離子交換製程。用於形成自玻璃組成物21-26之玻璃物件樣本的鹽浴包括KNO3 。用於形成自玻璃組成物27-32之玻璃物件樣本的鹽浴包括KNO3 鹽浴，或包括KNO3 及NaNO3 之90:10混合物的鹽浴，如表4所示。 實例33至79
表V中所列的示範性玻璃組成物33-79係使用原料之批料(展示為「配料mol%」)於鉑坩堝中製成。將含有經調配原料批料之每一坩堝置放於預熱至1575℃-1650℃之爐中，使經調配原料批料熔融且精煉來產生熔融玻璃組成物。表V中將所得玻璃組成物展示為「分析mol%」，連同展示其他屬性。形成玻璃33-79，且藉由將玻璃物件樣本浸沒於具有約410℃之溫度的KNO3 鹽浴中歷時1小時來使玻璃經受離子交換製程。表V中亦展示所量測CS及DOL量測值。
Figure 107143404-A0304-0010
Figure 107143404-A0304-0011
Figure 107143404-A0304-0012
Figure 107143404-A0304-0013
Figure 107143404-A0304-0014
Figure 107143404-A0304-0015
Figure 107143404-A0304-0016
Figure 107143404-A0304-0017
Figure 107143404-A0304-0018
Figure 107143404-A0304-0019
Figure 107143404-A0304-0020
Figure 107143404-A0304-0021
Figure 107143404-A0304-0022
Figure 107143404-A0304-0023
熟習此項技術者將明白的是，可在不脫離本發明之精神或範疇的情況下做出各種修改及變化。
100‧‧‧玻璃物件 110、120‧‧‧主表面/表面 130、140‧‧‧次表面/表面 200‧‧‧表面層 210‧‧‧表面層
第1圖展示根據一或多個實施例的玻璃物件之側視圖。
第2圖展示根據一或多個實施例的玻璃物件之側視圖。
第3圖展示根據一或多個實施例的玻璃物件之側視圖。
第4圖為根據一或多個實施例的玻璃組成物的於1300℃下之黏度的繪圖。
第5圖為根據一或多個實施例的化學強化玻璃物件之壓縮應力及壓縮應力層深度(DOL)的繪圖。
第6圖為展示在根據一或多個實施例的化學強化玻璃物件中達成50 µm之DOL所需的離子交換製程持續時間的繪圖。
第7圖為展示在根據一或多個實施例的化學強化玻璃物件之50 µm DOL處的CS的繪圖。
第8圖為展示根據一或多個實施例的化學強化玻璃物件之壓痕斷裂閾值下限的繪圖。
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國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (9)

  1. 一種玻璃物件，包括：由以下所組成的一玻璃組成物：至少約65mol%之SiO2；在約7mol%至約11mol%範圍內之Al2O3；在約13mol%至約16mol%範圍內之Na2O；一非零量之一或多種選自MgO、CaO及ZnO之鹼土金屬氧化物；P2O5；及視需要選用的SnO2，其中該等鹼土金屬氧化物之總和至多約6mol%；以及至少8kgf之一維氏壓痕裂紋起始負載。
  2. 如請求項1所述之玻璃物件，其中該玻璃組成物具有小於約10kP的於1300℃下之一黏度。
  3. 如請求項1所述之玻璃物件，含有一非零量之至多約3mol%的P2O5。
  4. 如請求項1所述之玻璃物件，含有至少約70mol%之SiO2。
  5. 如請求項1所述之玻璃物件，其中該等鹼土金屬氧化物之總和在約2mol%至約6mol%範圍內。
  6. 如請求項1所述之玻璃物件，含有SnO2。
  7. 如請求項1所述之玻璃物件，其中該玻璃組成物具有1100℃或更小之一液相溫度。
  8. 如請求項1所述之玻璃物件，進一步包含自該玻璃物件之一表面延伸至一層深度的一壓縮應力層，該壓縮應力層包含約500MPa或更大之一壓縮應力，及自該玻璃物件之該表面延伸至該玻璃物件中之該層深度約30μm或更大。
  9. 如請求項8所述之玻璃物件，其中該壓縮應力約700MPa或更大並且該層深度約30μm或更大，其中該壓縮應力層由將該玻璃物件離子交換約4小時或更少來形成。
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