JP7136947B2 - 結晶化ガラス基板 - Google Patents
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Description
表面に圧縮応力層を有する結晶化ガラス基板であって、
前記圧縮応力層の表面圧縮応力が0MPaとなるときの深さを応力深さDOLzeroとするとき、
前記圧縮応力層において、最表面から6μmまでの深さの表面圧縮応力の勾配Aが50.0~110.0MPa/μmであり、
(前記応力深さDOLzero-10μm)の深さから前記応力深さDOLzeroまでの表面圧縮応力の勾配Bが2.5~15.0MPa/μmであり、
前記最表面の押し込み深さ20nmの硬さが、7.50~9.50GPaである結晶化ガラス基板。
(構成2)
表面に圧縮応力層を有する結晶化ガラス基板であって、
前記圧縮応力層の表面圧縮応力が0MPaとなるときの深さを応力深さDOLzeroとするとき、
前記圧縮応力層において、最表面から6μmまでの深さの表面圧縮応力の勾配Aが50.0~110.0MPa/μmであり、
(前記応力深さDOLzero-10μm)の深さから前記応力深さDOLzeroまでの表面圧縮応力の勾配Bが2.5~15.0MPa/μmであり、
前記最表面の押し込み深さ100nmの硬さが、8.00~9.50GPaである結晶化ガラス基板。
(構成3)
表面に圧縮応力層を有する結晶化ガラス基板であって、
前記圧縮応力層の表面圧縮応力が0MPaとなるときの深さを応力深さDOLzeroとするとき、
前記圧縮応力層において、最表面から6μmまでの深さの表面圧縮応力の勾配Aが50.0~110.0MPa/μmであり、
(前記応力深さDOLzero-10μm)の深さから前記応力深さDOLzeroまでの表面圧縮応力の勾配Bが2.5~15.0MPa/μmであり、
前記圧縮応力層の最表面の表面圧縮応力CSが900.0~1200.0MPaである結晶化ガラス基板。
(構成4)
前記応力深さDOLzeroが30.0~70.0μmであり、
前記圧縮応力層の最表面の表面圧縮応力CSが870.0~1150.0MPaであり、
中心引張応力CTが35.0~70.0MPaである構成1又は2記載の結晶化ガラス基板。
(構成5)
酸化物換算の重量%で、
SiO2成分を40.0%~70.0%、
Al2O3成分を11.0%~25.0%、
Na2O成分を5.0%~19.0%、
K2O成分を0%~9.0%、
MgO成分およびZnO成分から選択される1以上を1.0%~18.0%、
CaO成分を0%~3.0%、並びに
TiO2成分を0.5%~12.0%、
を含有する構成1~4のいずれか記載の結晶化ガラス基板。
(構成6)
前記結晶化ガラス基板の厚さが、0.1~1.0mmである構成1~5のいずれか記載の結晶化ガラス基板。
本発明の結晶化ガラス基板は、結晶化ガラスを母材(結晶化ガラス母材ともいう)とし、表面に圧縮応力層を有する。圧縮応力層は、結晶化ガラス母材をイオン交換処理することにより形成することができる。圧縮応力層は基板の最表面から内側に所定の厚みで形成され、圧縮応力は最表面が最も高く、内側に向かって減少しゼロとなる。
結晶化ガラス基板の最表面から深さ50nmまで押し込んだ時の硬さ(押し込み深さ50nmの硬さ)は、好ましくは7.50~9.50GPaであり、より好ましくは7.80~9.30GPaであり、さらに好ましくは8.00~9.10GPaである。
結晶化ガラス基板の押し込み深さ100nmの硬さは、好ましくは8.00~9.50GPaであり、より好ましくは8.30~9.30GPaであり、さらに好ましくは8.50~9.10GPaである。
結晶化ガラス基板の押し込み深さ20nmの硬さは、好ましくは8.00~9.50GPaであり、より好ましくは8.30~9.30GPaであり、さらに好ましくは8.50~9.10GPaである。
上記の硬さは実施例に記載の方法で求めることができる。
SiO2成分を40.0%~70.0%、
Al2O3成分を11.0%~25.0%、
Na2O成分を5.0%~19.0%、
K2O成分を0%~9.0%、
MgO成分およびZnO成分から選択される1以上を1.0%~18.0%、
CaO成分を0%~3.0%、
TiO2成分を0.5%~12.0%、
を含有する。
Al2O3成分は、より好ましくは13.0%~23.0%含まれる。
Na2O成分は、より好ましくは8.0%~16.0%含まれる。9.0%以上または10.5%以上としてもよい。
K2O成分は、より好ましくは0.1%~7.0%、さらに好ましくは1.0%~5.0%含まれる。
MgO成分およびZnO成分から選択される1以上は、より好ましくは2.0%~15.0%、さらに好ましくは3.0%~13.0%、特に好ましくは5.0%~11.0%含まれる。MgO成分およびZnO成分から選択される1以上は、MgO成分単独、ZnO成分単独またはその両方でよいが、好ましくはMgO成分のみである。
CaO成分は、より好ましくは0.01%~3.0%、さらに好ましくは0.1%~2.0%含まれる。
TiO2成分は、より好ましくは1.0%~10.0%、さらに好ましくは2.0%~8.0%含まれる。
結晶化ガラスは、Sb2O3成分、SnO2成分およびCeO2成分から選択される1以上を0.01%~3.0%(好ましくは0.03%~2.0%、さらに好ましくは0.05%~1.0%)含むことができる。
上記の配合量は適宜組み合わせることができる。
SiO2成分、Al2O3成分、Na2O成分、K2O成分、MgO成分およびZnO成分から選択される1以上、CaO成分、TiO2成分、並びにSb2O3成分、SnO2成分およびCeO2成分から選択される1以上を合わせて90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上とできる。これら成分で100%を占めてもよい。
また、結晶化ガラスは、本発明の効果を損なわない範囲で、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成分をそれぞれ含んでもよいし、含まなくてもよい。配合量は、各々、0~2.0%、0以上2.0%未満または0~1.0%とできる。
SiO2成分を43.0モル%~73.0モル%、
Al2O3成分を4.0モル%~18.0モル%、
Na2O成分を5.0モル%~19.0モル%、
K2O成分を0モル%~9.0モル%、
MgO成分およびZnO成分から選択される1以上を2.0モル%~22.0モル%、
CaO成分を0モル%~3.0モル%、
TiO2成分を0.5モル%~11.0モル%、
を含有する。
SiO2成分、Al2O3成分、Na2O成分、MgO成分およびZnO成分から選択される1以上、TiO2成分を合わせて90モル%以上、好ましくは95モル%以上、より好ましくは98モル%以上、さらに好ましくは99モル%以上とできる。
本発明の結晶化ガラス基板は、以下の方法で作製できる。すなわち、原料を均一に混合し、熔解成形して原ガラスを製造する。次にこの原ガラスを結晶化して結晶化ガラス母材を作製する。さらに結晶化ガラス母材を化学強化する。
2段階熱処理では、まず第1の温度で熱処理することにより核形成工程を行い、この核形成工程の後に、核形成工程より高い第2の温度で熱処理することにより結晶成長工程を行う。
1段階熱処理では、1段階の温度で核形成工程と結晶成長工程を連続的に行う。通常、所定の熱処理温度まで昇温し、当該熱処理温度に達した後に一定時間その温度を保持し、その後、降温する。
2段階熱処理の第1の温度は600℃~750℃が好ましい。第1の温度での保持時間は30分~2000分が好ましく、180分~1440分がより好ましい。
2段階熱処理の第2の温度は650℃~850℃が好ましい。第2の温度での保持時間は30分~600分が好ましく、60分~300分がより好ましい。
1段階の温度で熱処理する場合、熱処理の温度は600℃~800℃が好ましく、630℃~770℃がより好ましい。また、熱処理の温度での保持時間は、30分~500分が好ましく、60分~300分がより好ましい。
結晶化ガラスの各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、塩化物、メタ燐酸化合物等の原料を選定し、これらの原料を以下の組成の割合になるように秤量して均一に混合した。
(酸化物換算の重量%)
SiO2成分を54%、Al2O3成分を18%、Na2O成分を12%、K2O成分を2%、MgO成分を8%、CaO成分を1%、TiO2成分を5%、Sb2O3成分を0.1%
(1)結晶化ガラス基板の圧縮応力層の厚さ(応力深さDOLzero)とその圧縮応力層の最表面からDOLzeroまでの表面圧縮応力値を、折原製作所製のガラス表面応力計FSM-6000LEを用いて測定した。試料の屈折率1.54、光学弾性定数29.658[(nm/cm)/MPa]で算出した。最表面から6μmまでの深さの表面圧縮応力の勾配A(MPa/μm)と、(応力深さDOLzero-10μm)の深さから応力深さDOLzeroまでの表面圧縮応力の勾配B(MPa/μm)を求めた。中心引張応力値(CT)は、曲線解析(Curve analysis)により求めた。さらに、直線解析によっても圧縮応力層の厚さ(応力深さDOL)を求めた。結果を表1に示す。
Premier)を用いて、基板の最表面から深さ20nm,50nm,100nm,200nmまで押し込んだ時の硬さを測定した。結果を表1に示す。
大理石の基台の上に粗さ#180のサンドペーパーを敷き、結晶化ガラス基板(縦15cm×横7cm)を置いた。そして、16.5gのSUS製鉄球を、基板から10mm(1cm)の高さから基板に落下した。落下後、基板が破壊しなければ、高さを10mm(1cm)高くし、同様の試験を破壊するまで継続した。破壊後、破片の状態を観察した。結果を表2に示す。破壊しないときは○、破壊したときは×で示す。
A:1cm2以上の破片が4個以上、又は10cm2以上の破片が1個以上
B:1cm2以上の破片が1~3個
C:1cm2以上の破片が0個(全て1cm2未満の細かい破片であった)
表2から本発明の基板は硬く破壊し難く、たとえ破壊したとしても木端微塵になり難いことがわかる。
比較例1,2ではアモルファスガラスを用いた。
ガラスの各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、塩化物、メタ燐酸化合物等の原料を選定し、これらの原料を以下の組成の割合になるように秤量して均一に混合した。
(比較例1の酸化物換算の重量%)
SiO2成分を62.4%、Al2O3成分を21%、Na2O成分を12%、K2O成分を0.1%、MgO成分を1.5%、B2O3成分を2.9%、Sb2O3成分を0.1%
(比較例2の酸化物換算の重量%)
SiO2成分を62.2%、Al2O3成分を16%、Na2O成分を8.3%、K2O成分を5.7%、MgO成分を4.8%、B2O3成分を2.9%、Sb2O3成分を0.1%
(1)アモルファスガラス基板の圧縮応力層の厚さ(応力深さDOLzero)とその圧縮応力層の最表面からDOLzeroまでの表面圧縮応力値を、折原製作所製のガラス表面応力計FSM-6000LEを用いて測定した。比較例1では試料の屈折率1.50、光学弾性定数30.3[(nm/cm)/MPa]で算出した。比較例2では試料の屈折率1.51、光学弾性定数28.2[(nm/cm)/MPa]で算出した。最表面から6μmまでの深さの表面圧縮応力の勾配A(MPa/μm)と、(応力深さDOLzero-10μm)の深さから応力深さDOLzeroまでの表面圧縮応力の勾配B(MPa/μm)を求めた。中心引張応力値(CT)は、曲線解析(Curve analysis)により求めた。さらに、直線解析によっても圧縮応力層の厚さ(応力深さDOL)を求めた。結果を表1に示す。
この明細書に記載の文献の内容を全てここに援用する。
Claims (6)
- 表面に圧縮応力層を有する結晶化ガラス基板であって、
前記圧縮応力層の表面圧縮応力が0MPaとなるときの深さを応力深さDOLzeroとするとき、
前記圧縮応力層において、最表面から6μmまでの深さの表面圧縮応力の勾配Aが50.0~110.0MPa/μmであり、
(前記応力深さDOLzero-10μm)の深さから前記応力深さDOLzeroまでの表面圧縮応力の勾配Bが2.5~15.0MPa/μmであり、
前記圧縮応力層の最表面の表面圧縮応力CSが870.0~1200.0MPaであり、
中心引張応力CTが35.0~70.0MPaである結晶化ガラス基板。 - 前記最表面の押し込み深さ20nmの硬さが、7.50~9.50GPaである請求項1記載の結晶化ガラス基板。
- 前記最表面の押し込み深さ100nmの硬さが、8.00~9.50GPaである請求項1又は2記載の結晶化ガラス基板。
- 前記応力深さDOLzeroが30.0~70.0μmである請求項1~3のいずれか記載の結晶化ガラス基板。
- 酸化物換算の重量%で、
SiO2成分を40.0%~70.0%、
Al2O3成分を11.0%~25.0%、
Na2O成分を5.0%~19.0%、
K2O成分を0%~9.0%、
MgO成分およびZnO成分から選択される1以上を1.0%~18.0%、
CaO成分を0%~3.0%、並びに
TiO2成分を0.5%~12.0%、
を含有する請求項1~4のいずれか記載の結晶化ガラス基板。 - 前記結晶化ガラス基板の厚さが、0.1~1.0mmである請求項1~5のいずれか記載の結晶化ガラス基板。
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