TWI817970B - 結晶化玻璃基板 - Google Patents
結晶化玻璃基板 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI817970B TWI817970B TW107147049A TW107147049A TWI817970B TW I817970 B TWI817970 B TW I817970B TW 107147049 A TW107147049 A TW 107147049A TW 107147049 A TW107147049 A TW 107147049A TW I817970 B TWI817970 B TW I817970B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- component
- depth
- compressive stress
- crystallized glass
- glass substrate
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 5
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 5
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000003426 chemical strengthening reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013211 curve analysis Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910017682 MgTi Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 3
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000005345 chemically strengthened glass Substances 0.000 description 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001012 protector Effects 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 2
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017625 MgSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Chemical class 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000004579 marble Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004841 transmission electron microscopy energy-dispersive X-ray spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
本發明為一種結晶化玻璃基板,係於表面具有壓縮應力層,將前述壓縮應力層的表面壓縮應力為0MPa時的深度設為應力深度DOLzero時,前述壓縮應力層之中,從最表面至6μm為止的深度的表面壓縮應力的梯度A為50.0MPa/μm至110.0MPa/μm,從(前述應力深度DOLzero-10μm)的深度至前述應力深度DOLzero為止的表面壓縮應力的梯度B為2.5MPa/μm至15.0MPa/μm;前述最表面的壓入深度20nm的硬度為7.50GPa至9.50GPa。
Description
本發明係關於一種結晶化玻璃基板,於表面具有壓縮應力層。
在智慧型手機、平板型PC(personal computer;個人電腦)等攜帶式電子機器使用有用於保護顯示器之玻璃蓋。此外,在車載用的光學機器亦使用有用於保護透鏡的保護鏡(protector)。進而,近年來亦被謀求利用於成為電子機器的外裝之殼體等。然後,為了讓這些機器能經受更嚴格的使用,具有更高的硬度的材料的要求逐漸增強。
以往化學強化玻璃被用作為保護構件用途等材料。然而,由於以往的化學強化玻璃對於從玻璃表面垂直進入的裂縫非常弱,因此攜帶式機器掉落時發生許多損壞的事故而成為問題。進而,損壞時粉碎成碎粉飛散時則有受傷的危險。謀求在破壞時變成大的碎片。
專利文獻1揭示了一種資訊記錄媒體用結晶化玻璃基板。該結晶化玻璃基板在施以化學強化的情況下無法獲得充分的壓縮應力值。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本特開2014-114200號公報。
本發明係鑑於上述問題點而成。本發明的目的在於獲得硬且不易破裂的結晶化玻璃基板。
為了解決上述課題,本發明人們致力研究反覆實驗的結果,發現可以獲得一種結晶化玻璃基板,係藉由混合酸進行化學強化,藉此可以提高壓縮應力層的表面壓縮應力並降低中心拉伸應力,耐衝擊性高且即使為衝擊所破壞亦難以碎裂(爆炸破壞),進而完成本發明。具體而言,本發明係提供以下內容。
(構成1)
一種結晶化玻璃基板,係於表面具有壓縮應力層;將前述壓縮應力層的表面壓縮應力為0MPa時的深度設為應力深度DOLzero時,前述壓縮應力層之中,從最表面至6μm為止的深度的表面壓縮應力的梯度A為50.0MPa/μm至110.0MPa/μm;從(前述應力深度DOLzero-10μm)的深度至前述應力深度DOLzero為止的表面壓縮應力的梯度B為2.5MPa/μm至15.0MPa/μm;前述最表面的壓入深度20nm的硬度為7.50GPa至9.50GPa。
(構成2)
一種結晶化玻璃基板,係於表面具有壓縮應力層;將前述壓縮應力層的表面壓縮應力為0MPa時的深度設為應力深度DOLzero時,前述壓縮應力層之中,從最表面至6μm為止的深度的表面壓縮應力的梯度A為50.0MPa/μm至110.0MPa/μm;從(前述應力深度DOLzero-10μm)的深度至前述應力深度DOLzero為止的表面壓縮應力的梯度B為2.5MPa/μm至15.0MPa/μm;前述最表面的壓入深度100nm的硬度為8.00GPa至9.50GPa。
(構成3)
一種結晶化玻璃基板,係於表面具有壓縮應力層;將前述壓縮應力層的表面壓縮應力為0MPa時的深度設為應力深度DOLzero時,前述壓縮應力層之中,從最表面至6μm為止的深度的表面壓縮應力的梯度A為50.0MPa/μm至110.0MPa/μm;從(前述應力深度DOLzero-10μm)的深度至前述應力
深度DOLzero為止的表面壓縮應力的梯度B為2.5MPa/μm至15.0MPa/μm;前述壓縮應力層的最表面的表面壓縮應力CS為900.0MPa至1200.0MPa。
(構成4)
如構成1或2所記載之結晶化玻璃基板,其中前述應力深度DOLzero為30.0μm至70.0μm;前述壓縮應力層的最表面的表面壓縮應力CS為870.0MPa至1150.0MPa;中心拉伸應力CT為35.0MPa至70.0MPa。
(構成5)
如構成1至4所記載之結晶化玻璃基板,其中換算為氧化物的重量%時含有:SiO2成分40.0%至70.0%;Al2O3成分11.0%至25.0%;Na2O成分5.0%至19.0%;K2O成分0%至9.0%;由MgO成分以及ZnO成分所選擇之1種以上1.0%至18.0%;CaO成分0%至3.0%;以及TiO2成分0.5%至12.0%。
(構成6)
如構成1至5所記載之結晶化玻璃基板,其中前述結晶化玻璃基板的厚度為0.1mm至1.0mm。
藉由本發明可獲得硬且不易破裂之結晶化玻璃基板。
本發明的結晶化玻璃基板可用於電子機器的顯示器或透鏡的玻璃蓋、車載用的光學機器用透鏡保護鏡、外框構件或是殼體、光學透鏡材料、其它各種構件。
圖1係表示本發明的結晶化玻璃基板相對於從最表面起算的深度之壓縮應力的變化之一例之圖。
以下對於本發明的結晶化玻璃基板的實施形態以及實施例進行詳細地說明,但本發明並不限於以下的實施形態以及實施例,可在本發明的目的的範圍內加入適當變更並實施。
[結晶化玻璃基板]
本發明的結晶化玻璃基板係以結晶化玻璃作為母材(亦稱為結晶化玻璃母材),於表面具有壓縮應力層。壓縮應力層係可藉由將結晶化玻璃母材經離子交換處理而形成。壓縮應力層係從基板的最表面於內側以預定的厚度形成,壓縮應力係最表面為最高,朝向內側減少至零。
圖1係相對於本發明的結晶化玻璃基板的表面部分之壓縮應力層中從最表面的深度(μm)之壓縮應力(MPa)的變化之一例之圖。深度零表示最表面。最表面的壓縮應力(亦稱為最表面壓縮應力)以CS表示,當壓縮應力為0MPa時的壓縮應力層的深度(亦稱為應力深度)以DOLzero表示。圖1中,壓縮應力從最表面到內側急遽地(大的斜率)減少之後,壓縮應力緩慢地(以小的斜率)減少。
具體而言,從最表面至6μm為止的深度的壓縮應力的梯度A為50.0MPa/μm至110.0MPa/μm,較佳為60.0MPa/μm至105.0MPa/μm或是70.0MPa/μm至100.0MPa/μm。從(應力深度DOLzero-10μm)的深度至應力深度DOLzero為止的壓縮應力的梯度B為2.5MPa/μm至15.0MPa/μm,較佳為3.0MPa/μm至13.0MPa/μm或是3.5MPa/μm至12.0MPa/μm。圖1之中,從最表面至深度6μm的壓縮應力為CS1時,梯度A可以(CS-CS1)/6求得。距離應力深度DOLzero淺10μm的部位的壓縮應力為CS2時,梯度B可以CS2/10求得。
壓縮應力層的最表面的壓縮應力CS一般為870.0MPa至1200.0MPa,例如可為900.0MPa至1200.0MPa、930.MPa至1150.0MPa、950.0MPa至1100.0MPa或是960.0MPa至1050.0MPa。
以曲線分析所求得之壓縮深度DOLzero可為30.0μm至70.0μm,例如可為35.0μm至60.0μm或是38.0μm至58.0μm。
以直線分析所求得之壓縮深度DOL可為40.0μm至80.0μm,例如可為45.0μm至75.0μm或是50.0μm至70.0μm。
以曲線分析所求得之中心應力CT可為35.0MPa至70.0MPa,例如可為38.0MPa至65.0MPa或是40.0MPa至60.0MPa。
結晶化玻璃基板的壓入深度20nm的硬度較佳為7.50GPa至9.50GPa,更佳為7.80GPa至9.30GPa,又更佳為8.00GPa至9.10GPa。
結晶化玻璃基板從最表面壓入至深度50nm為止時的硬度(壓入深度50nm的硬度)較佳為7.50GPa至9.50GPa,更佳為7.80GPa至9.30GPa,又更佳為8.00GPa至9.10GPa。
結晶化玻璃基板的壓入深度100nm的硬度較佳為8.00GPa至9.50GPa,更佳為8.30GPa至9.30GPa,又更佳為8.50GPa至9.10GPa。
結晶化玻璃基板的壓入深度20nm的硬度較佳為8.00GPa至9.50GPa,更佳為8.30GPa至9.30GPa,又更佳為8.50GPa至9.10GPa。
上述的硬度可以實施例中記載的方法求出。
壓縮應力層若具有上述的應力梯度A、B、以及硬度以及/或者最表面壓縮應力CS,則基板難以破壞。應力深度、應力梯度、硬度、最表面壓縮應力以及中心應力係可藉由調整組成、基板的厚度以及化學強化條件來調整。
結晶化玻璃基板的厚度的下限較佳為0.10mm以上,更佳為0.30mm以上,更佳為0.40mm以上,又更佳為0.50mm以上;結晶化玻璃基板的厚度的上限較佳為1.00mm以下,更佳為0.90mm以下,更佳為0.70mm以下,又更佳為0.60mm以下。
結晶化玻璃係具有結晶相與玻璃相之材料,不同於非晶質固體。一般而言,結晶化玻璃的結晶相可以使用X光繞射分析的X光繞射圖形中出現的波峰的角度以及根據需要使用TEMEDX(Transmission electron microscopy energy-dispersive X-ray spectroscopy;穿透式電子顯微鏡X射線能量散布分析)來判別。
結晶化玻璃例如作為結晶相而含有由MgAl2O4、MgTi2O4、MgTi2O5、Mg2TiO4、Mg2SiO、MgAl2Si2O8、Mg2Al4Si5O18、Mg2TiO5、MgSiO3、NaAlSiO4、FeAl2O4以及這些固溶體中所選擇之1種以上。
結晶化玻璃中之平均結晶徑例如可為4nm至15nm、5nm至13nm或是6nm至10nm。若平均結晶徑小則可易於將研磨後的表面粗糙度Ra平順地加工至數Å等級。此外,透光率變高。
構成結晶化玻璃之各成分的組成範圍如下所述。本說明書之中,各成分的含量只要沒有特別說明的情況下,皆以換算為氧化物的重量%來表示。在此,所謂「換算為氧化物」係指假設結晶化玻璃構成成分全部被分解變成氧化物的情況下,將該氧化物的總重量設為100重量%時,將結晶化玻璃中所含有之各成分的氧化物的量以重量%來表記。
作為母材之結晶化玻璃,較佳為以換算為氧化物的重量%時含有:SiO2成分40.0%至70.0%;Al2O3成分11.0%至25.0%;Na2O成分5.0%至19.0%;K2O成分0%至9.0%;由MgO成分以及ZnO成分所選擇之1種以上1.0%至18.0%;CaO成分0%至3.0%;以及TiO2成分0.5%至12.0%。
SiO2成分更佳為含有45.0%至65.0%,又更佳為含有50.0%至60.0%。
Al2O3成分更佳為含有13.0%至23.0%。
Na2O成分更佳為含有8.0%至16.0%。亦可含有9.0%以上或是10.5%以上。
K2O成分更佳為含有0.1%至7.0%,又更佳為含有1.0%至5.0%。
由MgO成分以及ZnO成分所選擇之1種以上更佳為含有2.0%至15.0%,又更佳為含有3.0%至13.0%,尤佳為含有5.0%至11.0%。由MgO成分以及ZnO成分所選擇之1種以上亦可為單獨MgO成分、單獨ZnO成分或是該兩者,但較佳為僅有MgO成分。
CaO成分更佳為含有0.01%至3.0%,又更佳為含有0.1%至2.0%。
TiO2成分更佳為含有1.0%至10.0%,又更佳為含有2.0%至8.0%。
結晶化玻璃可含有0.01%至3.0%(較佳為0.03%至2.0%,又更佳為0.05%至1.0%)之由Sb2O3成分、SnO2成分以及CeO2成分所選擇之1種以上。
可將上述的調配量適當組合。
由SiO2成分、Al2O3成分、Na2O成分、MgO成分以及ZnO成分所選擇之1種以上,可加上TiO2成分為90%以上,較佳為95%以上,更佳為98%以上,又更佳為98.5%以上。
由SiO2成分、Al2O3成分、Na2O成分、K2O成分、MgO成分以及ZnO成分所選擇之1種以上,可加上CaO成分、TiO2成分以及由Sb2O3成分、SnO2成分以及CeO2成分所選擇之1種以上為90%以上,較佳為95%以上,更佳為98%以上,又更佳為99%以上。亦可以這些成分佔100%。
結晶化玻璃在不損及本發明的功效的範圍內,可含有或不含ZrO2成分。調配量可為0%至5.0%、0%至3.0%或是0%至2.0%。
此外,結晶化玻璃在不損及本發明的功效的範圍內,亦可各自含有或不含B2O3成分、P2O5成分、BaO成分、FeO成分、SnO2成分、Li2O成分、SrO成分、La2O3成分、Y2O3成分、Nb2O5成分、Ta2O5成分、WO3成分、TeO2成分、Bi2O3成分。調配量可各為0%至2.0%、0以上小於2.0%或是0%至1.0%。
本發明的結晶化玻璃,作為澄清劑,除了Sb2O3成分、SnO2成分、CeO2成分以外,亦可含有或不含As2O3成分、以及由F、Cl、NOx、SOx的群組中所選擇之一種或是二種以上。其中,澄清劑的含量上限較佳為0.5%以下,更佳為0.2%以下,特佳為0.1%以下。
此外,作為母材之結晶化玻璃,較佳為以換算為氧化物的莫耳%含有:SiO2成分43.0莫耳%至73.0莫耳%;Al2O3成分4.0莫耳%至18.0莫耳%;Na2O成分5.0莫耳%至19.0莫耳%;K2O成分0莫耳%至9.0莫耳%;由MgO成分以及ZnO成分所選擇之1種以上2.0莫耳%至22.0莫耳%;CaO成分0莫耳%至3.0莫耳%;以及TiO2成分0.5莫耳%至11.0莫耳%。
由SiO2成分、Al2O3成分、Na2O成分、MgO成分以及ZnO成分所選擇之1種以上係可加上TiO2成分為90莫耳%以上,較佳為95莫耳%以上,更佳為98莫耳%以上,又更佳為99莫耳%以上。
本發明的結晶化玻璃只要在不損及本發明的結晶化玻璃的特性的範圍內可根據需要而添加未在上述之其它成分。例如,本發明的結晶化玻璃(以及基板)可為無色透明,但在不損及結晶化玻璃的特性的範圍內亦可對玻璃著色。
進而,Pb、Th、Tl、Os、Be以及Se的各成分,由於近年來傾向避免使用有害的化學物質,因此較佳為實質上不含有這些成分。
[製造方法]
本發明的結晶化玻璃基板可以以下的方法製作。亦即,將原料均勻混合且熔解成形而製造原料玻璃。繼而將該原料玻璃結晶化並製作結晶化玻璃母材。進而將結晶化玻璃母材進行化學強化。
對原料玻璃進行熱處理並在玻璃內部析出結晶。該熱處理可以1階段或是2階段的溫度進行熱處理。
2階段熱處理中,首先藉由以第1溫度來熱處理而進行核形成步驟,在該核形成步驟之後,藉由以較核形成步驟更高的第2溫度來熱處理而進行結晶成長步驟。
1階段熱處理中,以1階段的溫度來連續地進行核形成步驟與結晶成長步驟。一般來說,升溫至預定的熱處理溫度為止,在到達該熱處理溫度之後保持該溫度一定時間,之後降溫。
2階段熱處理的第1溫度較佳為600℃至750℃。第1溫度下的保持時間較佳為30分至2000分,更佳為180分至1440分。
2階段熱處理的第2溫度較佳為650℃至850℃。第2溫度下的保持時間較佳為30分至600分,更佳為60分至300分。
以1階段的溫度進行熱處理的情況下,熱處理的溫度較佳為600℃至800℃,更佳為630℃至770℃。此外,熱處理的溫度下的保持時間較佳為30分至500分,更佳為60分至300分。
例如可使用磨削以及研磨加工的手段等,由結晶化玻璃母材製作薄板狀結晶化玻璃母材。
之後,藉由化學強化法而離子交換,藉此在結晶化玻璃母材形成壓縮應力層。
將結晶化玻璃母材以鉀鹽與鈉鹽的混合熔融鹽(混合浴)進行化學強化,進而接續混合浴以鉀鹽的單獨的熔融鹽(單獨浴)進行化學強化。
具體而言,例如將結晶化玻璃母材接觸或是浸漬於含有鉀或是鈉的鹽,例如接觸或是浸漬於將硝酸鉀(KNO3)與硝酸鈉(NaNO3)等混合鹽或是複合鹽加熱至350℃至600℃(較佳為380℃至570℃,更佳為400℃至500℃,又更佳為430℃至490℃)的熔融鹽中100分以上,例如200分至800分,較佳為300分至700分,又更佳為450分至550分。鉀鹽與鈉鹽的混合比率例如以重量比為1:1至50:1、1.5:1至30:1或是2:1至20:1或是3:1至15:1。進而,較佳為繼續接觸或是浸漬於含有鉀之鹽,例如接觸或是浸漬於將硝酸鉀(KNO3)加熱至380℃至550℃(更佳為400℃至500℃,又更佳為430℃至490℃)的熔融鹽中短時間,例如1分以上、3分至40分、4分至30分或是5分至20分。像這樣藉由化學強化,存在於表面附近的成分與熔融鹽所含有成分進行離子交換反應。該結果於表面部形成壓縮應力層。
[實施例]
實施例1、2
作為結晶化玻璃的各成分的原料而選定各自相當的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氟化物、氯化物、偏燐氧化合物等的原料,將這些原料以成為以下的組成的比率的方式秤量並均勻混合。
(換算為氧化物的重量%)
SiO2成分54%、Al2O3成分18%、Na2O成分12%、K2O成分2%、MgO成分8%、CaO成分1%、TiO2成分5%、Sb2O3成分0.1%。
繼而,將混合之原料投入鉑坩堝中熔融。之後,將熔融之玻璃攪拌並均質化後澆鑄至模具中,緩冷並製作原料玻璃。
為了核形成以及結晶化,對於所獲得之原料玻璃施以1階段的熱處理(650℃至730℃、5小時)而製作作為母材之結晶化玻璃。對於所獲得之結晶化玻璃,藉由200kV電場發射型穿透式電子顯微鏡FE-TEM(日
本電子製JEM2100F)進行分析的結果,觀察到平均結晶徑6nm至9nm的析出結晶。進而確認電子繞射圖像所致之晶格圖像,藉由EDX(energy-dispersion X-ray analysis;X射線能量散布分析)進行分析,確認到MgAl2O4、MgTi2O4的結晶相。平均結晶徑係使用穿透式電子顯微鏡求出180×180nm2的範圍內的結晶粒子的結晶徑而計算平均值所求得。
對於製作之結晶化玻璃母材進行切割以及磨削,以成為厚度0.61mm以及0.54mm的基板的方式進行面對面平行研磨。結晶化玻璃母材為無色透明。
在面對面平行研磨之結晶化玻璃母材進行化學強化,獲得結晶化玻璃基板。具體而言,實施例1中,在KNO3:NaNO3=3:1(重量比)的混合比率的KNO3與NaNO3的混合熔融鹽中以460℃浸漬500分之後,在僅有KNO3的熔融鹽中以460℃浸漬15分。實施例2中,除了將KNO3與NaNO3的混合比率改為KNO3:NaNO3=10:1(重量比)以外係與實施例1同樣的方式進行化學強化。
對於所獲得之基板進行以下的評價。
(1)使用折原製作所製造的玻璃表面應力計FSM-6000LE,對結晶化玻璃基板的壓縮應力層的厚度(應力深度DOLzero)與該壓縮應力層的從最表面至DOLzero為止的表面壓縮應力值進行測定。以試料的折射率1.54、光學彈性常數29.658[(nm/cm)/MPa]算出。求得從最表面至6μm為止的深度的表面壓縮應力的梯度A(MPa/μm)與從(應力深度DOLzero-10μm)的深度至應力深度DOLzero為止的表面壓縮應力的梯度B(MPa/μm)。中心拉伸應力值(CT)係藉由曲線分析(Curve analysis)所求得。進而,藉由直線分析亦求得壓縮應力層的厚度(應力深度DOL)。結果如表1所示。
(2)使用Bruker公司製造的奈米壓痕系統(Nano-indentation system)(TI Premier),測定基板的從最表面壓入至深度20nm、50nm、100nm、200nm為止時的硬度。結果如表1所示。
(3)對於結晶化玻璃基板,係以以下的方法使用砂紙進行落球試驗。該落球試驗係模擬落下到瀝青上。
在大理石的基台上鋪上粗糙度#180的砂紙,並放置結晶化玻璃基板(長15cm×寬7cm)。然後,將16.5g的SUS(Steel Special Use Stainless;不鏽鋼)製鐵球由距離基板10mm(1cm)的高度落下至基板。落下後,若基板未被破壞,則將高度提高10mm(1cm),繼續同樣的試驗直到破壞為止。破壞後,觀察碎片的狀態。結果如表2所示。未破壞時以○表示,破壞時以×表示。
對碎片的狀態以以下的基準進行評價。結果如表2所示。
A:1cm2以上的碎片為4個以上,或是10cm2以上的碎片為1個以上。
B:1cm2以上的碎片為1個至3個。
C:1cm2以上的碎片為0個(全部為小於1cm2的細小碎片)。
從表2可知,本發明的基板硬且難以破壞,即使破壞亦難以碎裂。
比較例1、2
比較例1、2中係使用非晶質玻璃。
作為玻璃的各成分的原料而選定各自相當的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氟化物、氯化物、偏燐氧化合物等的原料,將這些原料以成為以下的組成的比率的方式秤量並均勻混合。
(比較例1的換算為氧化物的重量%)
SiO2成分62.4%、Al2O3成分21%、Na2O成分12%、K2O成分0.1%、MgO成分1.5%、B2O3成分2.9%、Sb2O3成分0.1%。
(比較例2的換算為氧化物的重量%)
SiO2成分62.2%、Al2O3成分16%、Na2O成分8.3%、K2O成分5.7%、MgO成分4.8%、B2O3成分2.9%、Sb2O3成分0.1%。
繼而,將混合之原料投入鉑坩堝中熔融。之後,將熔融之玻璃攪拌並均質化後澆鑄至模具中,緩冷並製作原料玻璃。
對所獲得之原料玻璃進行退火處理並除去殘留在玻璃的畸變。對於製作之非晶質玻璃母材進行切割以及磨削,以成為厚度0.66mm的方式進行面對面平行研磨。非晶質玻璃母材為無色透明。
在面對面平行研磨之非晶質玻璃母材進行化學強化,獲得非晶質玻璃基板。具體而言,比較例1中,在KNO3:NaNO3=2:1(重量比)的混合比率的KNO3與NaNO3的混合熔融鹽中以450℃浸漬300分之後,在僅有KNO3的熔融鹽中以450℃浸漬15分。比較例2中,在KNO3:NaNO3=1:1(重量比)的混合比率的KNO3與NaNO3的混合熔融鹽中以450℃浸漬500分之後,在僅有KNO3的熔融鹽中以410℃浸漬15分。
對於所獲得之基板進行以下的評價。
(1)使用折原製作所製造的玻璃表面應力計FSM-6000LE,對非晶質玻璃基板的壓縮應力層的厚度(應力深度DOLzero)與該壓縮應力層的從最表面至DOLzero為止的表面壓縮應力值進行測定。比較例1中以試料的折射率1.50、光學彈性常數30.3[(nm/cm)/MPa]算出。比較例2中以試料的折射率1.51、光學彈性常數28.2[(nm/cm)/MPa]算出。求得從最表面至6μm為止的深度的表面壓縮應力的梯度A(MPa/μm)與從(應力深度DOLzero-10μm)的深度至應力深度DOLzero為止的表面壓縮應力的梯度B(MPa/μm)。中心拉伸應力值(CT)係藉由曲線分析所求得。進而,藉由直線分析亦求得壓縮應力層的厚度(應力深度DOL)。結果如表1所示。
(2)與實施例1、2同樣的方式測定壓入硬度。結果如表1所示。
(3)與實施例1、2同樣的方式實施落球試驗。結果如表2所示。
儘管在上述已詳細地說明了若干本發明的實施形態以及/或者實施例,但所屬技術領域中具有通常知識者在實質上不脫離本發明的新穎的教示以及功效容易對這些例示之實施形態以及/或者實施例施加許多的變更。因此,這些許多的變更係包含在本發明的範圍內。
該說明書中記載的文獻的內容全部引用至此。
Claims (4)
- 一種結晶化玻璃基板,係於表面具有壓縮應力層;將前述壓縮應力層的表面壓縮應力為0MPa時的深度設為應力深度DOLzero時,前述壓縮應力層之中,從最表面至6μm為止的深度的表面壓縮應力的梯度A為50.0MPa/μm至110.0MPa/μm,從前述應力深度DOLzero-10μm的深度至前述應力深度DOLzero為止的表面壓縮應力的梯度B為2.5MPa/μm至15.0MPa/μm;前述壓縮應力層的最表面的表面壓縮應力CS為870.0MPa至1200.0MPa;中心拉伸應力CT為35.0MPa至70.0MPa;前述最表面的壓入深度20nm的硬度為7.50GPa至9.50GPa;前述最表面的壓入深度100nm的硬度為8.00GPa至9.50GPa。
- 如請求項1所記載之結晶化玻璃基板,其中前述應力深度DOLzero為30.0μm至70.0μm。
- 如請求項1或2所記載之結晶化玻璃基板,其中換算為氧化物的重量%時含有:SiO2成分40.0%至70.0%;Al2O3成分11.0%至25.0%;Na2O成分5.0%至19.0%;K2O成分0%至9.0%;由MgO成分以及ZnO成分所選擇之1種以上1.0%至18.0%;CaO成分0%至3.0%;以及TiO2成分0.5%至12.0%。
- 如請求項1或2所記載之結晶化玻璃基板,其中前述結晶化玻璃基板的厚度為0.1mm至1.0mm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW107147049A TWI817970B (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 結晶化玻璃基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW107147049A TWI817970B (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 結晶化玻璃基板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW202024671A TW202024671A (zh) | 2020-07-01 |
TWI817970B true TWI817970B (zh) | 2023-10-11 |
Family
ID=73004955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW107147049A TWI817970B (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 結晶化玻璃基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
TW (1) | TWI817970B (zh) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017506207A (ja) * | 2014-02-24 | 2017-03-02 | コーニング インコーポレイテッド | 改善された残存性を有する強化ガラス物品 |
WO2017126605A1 (ja) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | 旭硝子株式会社 | 化学強化ガラス及び化学強化ガラスの製造方法 |
TW201837004A (zh) * | 2017-02-24 | 2018-10-16 | 日商小原股份有限公司 | 結晶化玻璃 |
-
2018
- 2018-12-26 TW TW107147049A patent/TWI817970B/zh active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017506207A (ja) * | 2014-02-24 | 2017-03-02 | コーニング インコーポレイテッド | 改善された残存性を有する強化ガラス物品 |
WO2017126605A1 (ja) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | 旭硝子株式会社 | 化学強化ガラス及び化学強化ガラスの製造方法 |
TW201837004A (zh) * | 2017-02-24 | 2018-10-16 | 日商小原股份有限公司 | 結晶化玻璃 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW202024671A (zh) | 2020-07-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110267924B (zh) | 结晶化玻璃 | |
CN110799465B (zh) | 结晶化玻璃基板 | |
US11926554B2 (en) | Crystallized glass substrate | |
US11926559B2 (en) | Crystallized glass substrate | |
TWI759532B (zh) | 結晶化玻璃基板 | |
TWI787331B (zh) | 結晶化玻璃基板 | |
TWI817970B (zh) | 結晶化玻璃基板 | |
JP7136947B2 (ja) | 結晶化ガラス基板 | |
TWI768037B (zh) | 結晶化玻璃基板 | |
US11926563B2 (en) | Crystallized glass substrate |