TW202313506A - 具有改善的機械耐久性及低特性溫度的玻璃組成物 - Google Patents
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Abstract
一種玻璃組成物包括:大於或等於55莫耳%且少於或等於70莫耳%的SiO
2;大於或等於14莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al
2O
3;大於或等於0莫耳%的B
2O
3;大於或等於0莫耳%的P
2O
5;大於或等於0莫耳%且少於或等於10莫耳%的Li
2O;大於或等於6.5莫耳%且少於或等於20莫耳%的Na
2O;大於或等於0莫耳%的K
2O;大於或等於0.1莫耳%且少於或等於4.5莫耳%的MgO;大於或等於0莫耳%的CaO;以及大於或等於0莫耳%SrO。玻璃組成物中的Li
2O、Na
2O、及K
2O的總和可以大於或等於6.5莫耳%且少於或等於22莫耳%。玻璃組成物可以滿足關係式Al
2O
3*(2.94)+B
2O
3*(-0.58)+P
2O
5*(-3.87)+Li
2O*(5.01)+Na
2O*(1.89)+K
2O*(-2.03)係大於100。
Description
本申請案主張於2021年6月11日提出申請之美國臨時申請案第63/209586號之優先權權益,本案係依據其內容,且其內容藉由引用整體併入本文。
本說明書一般係關於可離子交換的玻璃組成物,並且更具體而言,係關於具有改善的機械耐久性及低特性溫度的可離子交換的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組成物。
可攜式裝置(例如,智慧型電話、平板電腦、可攜式媒體播放器、個人電腦、及相機)的行動特性讓這些裝置特別容易意外掉落於硬表面上。這些裝置通常包括覆蓋玻璃,而可能在碰撞硬表面之後損傷。在許多這些裝置中,覆蓋玻璃係作為顯示外罩,並且可以結合觸控功能,而在覆蓋玻璃損傷時,裝置的使用受到負面影響。
隨著在各種可攜式裝置中採用玻璃的增加,亦需要提供能夠形成或成型為複雜幾何形狀的玻璃組成物。然而,玻璃的性質使其成為某些應用的期望材料,亦可能妨礙將玻璃形成複雜的3維形狀的能力。
因此,存在對於機械耐用並且可以容易地形成3維形狀的替代玻璃組成物的需求。
根據第一態樣A1,玻璃組成物可以包含:大於或等於55莫耳%且少於或等於70莫耳%的SiO
2;大於或等於14莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al
2O
3;大於或等於0莫耳%的B
2O
3;大於或等於0莫耳%的P
2O
5;大於或等於0莫耳%且少於或等於10莫耳%的Li
2O;大於或等於6.5莫耳%且少於或等於20莫耳%的Na
2O;大於或等於0莫耳%的K
2O;大於或等於0.1莫耳%且少於或等於4.5莫耳%的MgO;大於或等於0莫耳%的CaO;以及大於或等於0莫耳%的SrO,其中:Li
2O+Na
2O+K
2O係大於或等於6.5莫耳%且少於或等於22莫耳%;以及Al
2O
3*(2.94)+B
2O
3*(-0.58)+P
2O
5*(-3.87)+Li
2O*(5.01)+Na
2O*(1.89)+K
2O*(-2.03)係大於100。
第二態樣A2包括根據第一態樣A1的玻璃組成物,其中Al
2O
3*(4.20)+B
2O
3*(-7.69)+P
2O
5*(-1.61)+Li
2O*(-9.66)+Na
2O*(-7.11)+K
2O*(-9.78)+MgO*(-4.03)+CaO*(-6.14)+SrO*(-2.41)係少於-100。
第三態樣A3包括根據第一態樣A1或第二態樣A2的玻璃組成物,其中Al
2O
3*(-7.17)+B
2O
3*(6.89)+P
2O
5*(12.72)+Li
2O*(4.07)+Na
2O*(-3.47)+K
2O*(-4.01)+MgO*(2.50)+CaO*(3.55)+SrO*(-0.77)係大於-100。
第四態樣A4包括根據第一至第三態樣A1-A3中之任一者的玻璃組成物,其中Al
2O
3*(26.051)+B
2O
3*(24.853)+P
2O
5*(-33.097)+Li
2O*(-7.539)+Na
2O*(-17.349)+K
2O*(-33.097)+MgO*(5.192)+CaO*(-10.867)+SrO*(-10.867)係大於100。
第五態樣A5包括根據第一至第四態樣A1-A4中之任一者的玻璃組成物,其中Li
2O+Na
2O+K
2O係大於或等於6.5莫耳%且少於或等於20莫耳%。
第六態樣A6包括根據第一至第五態樣A1-A5中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於14莫耳%且少於或等於20莫耳%的Al
2O
3。
第七態樣A7包括根據第一至第六態樣A1-A6中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於0.5莫耳%且少於或等於4莫耳%的MgO。
第八態樣A8包括根據第一至第七態樣A1-A7中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於3莫耳%且少於或等於10莫耳%的Li
2O。
第九態樣A9包括根據第一至第八態樣A1-A8中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於6.5莫耳%且少於或等於15莫耳%的Na
2O。
第十態樣A10包括根據第一至第九態樣A1-A9中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的B
2O
3。
第十一態樣A11包括根據第一至第十態樣A1-A10中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的P
2O
5。
第十二態樣A12包括根據第一至第十一態樣A1-A11中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物包含大於或等於56莫耳%且少於或等於67莫耳%的SiO
2。
第十三態樣A13包括根據第一至第十二態樣A1-A12中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物具有大於或等於700℃且少於或等於860℃的軟化點。
第十四態樣A14包括根據第十三態樣A13的玻璃組成物,其中玻璃組成物的軟化點係大於或等於750℃且少於或等於840℃。
第十五態樣A15包括根據第一至第十四態樣A1-A14中之任一者的玻璃組成物,其中玻璃組成物經化學強化,並且具有大於或等於1100MPa的表面壓縮應力。
第十六態樣A16包括根據第十五態樣A15的玻璃組成物,其中玻璃組成物在包含KNO
3的離子交換浴中在大於或等於350℃且少於或等於500℃的溫度下持續大於或等於2小時且少於或等於12小時的時間週期來進行化學強化。
第十七態樣A17包括根據第十五態樣A15或第十六態樣A16的玻璃組成物,其中強化玻璃具有大於或等於1150MPa的表面壓縮應力。
第十八態樣A18包括根據第十五至第十七態樣A15-A17中之任一者的玻璃組成物,其中強化玻璃具有大於或等於4.5μm的壓縮深度。
第十九態樣A19包括根據第十八態樣A18的玻璃組成物,其中強化玻璃具有大於或等於6μm的壓縮深度。
第二十態樣A20包括根據第十五態樣A15或第十六態樣A16的玻璃組成物,其中強化玻璃具有大於或等於1100MPa的表面壓縮應力以及大於或等於4.5μm的壓縮深度。
在隨後的具體實施方式中將闡述本文所述的玻璃組成物的額外特徵及優勢,且該領域具有通常知識者將可根據該描述而部分理解額外特徵及優勢,或藉由實踐本文中(包括隨後的具體實施方式、申請專利範圍、及隨附圖式)所描述的實施例而瞭解額外特徵及優勢。
應瞭解,上述一般描述與以下詳細描述二者皆描述各種實施例,並且意欲提供用於理解所主張標的物之本質及特性之概述或框架。包括附隨圖式以提供對各種實施例的進一步理解,且附隨圖式併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式說明本文中所述的各種實施例,且與描述一同用於解釋所主張標的物之原理及操作。
現在將詳細參照具有改善的機械耐久性及低特性溫度的可離子交換的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組成物的各種實施例。根據實施例,玻璃組成物包括:大於或等於55莫耳%且少於或等於70莫耳%的SiO
2;大於或等於14莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al
2O
3;大於或等於0莫耳%的B
2O
3;大於或等於0莫耳%的P
2O
5;大於或等於0莫耳%且少於或等於10莫耳%的Li
2O;大於或等於6.5莫耳%且少於或等於20莫耳%的Na
2O;大於或等於0莫耳%的K
2O;大於或等於0.1莫耳%且少於或等於4.5莫耳%的MgO;大於或等於0莫耳%的CaO;以及大於或等於0莫耳%SrO。玻璃組成物中的Li
2O、Na
2O、及K
2O的總和可以大於或等於6.5莫耳%且少於或等於22莫耳%。玻璃組成物可以滿足關係式Al
2O
3*(2.94)+B
2O
3*(-0.58)+P
2O
5*(-3.87)+Li
2O*(5.01)+Na
2O*(1.89)+K
2O*(-2.03)係大於100。本文將具體參照隨附圖式描述具有改善的機械耐久性及低特性溫度的可離子交換的玻璃組成物的各種實施例以及製備這種玻璃組成物的方法。
本文所表示之範圍可為從「約」一個特定值及/或到「約」另一特定值。當表示這樣的範圍時,另一實施例包括從一個特定值及/或到另一特定值。同樣地,當以使用前置詞「約」的近似方式表示值時,將可瞭解到特定值將形成另一實施例。可以進一步瞭解範圍的每一端點相對於另一端點有效,並獨立於另一端點。
除非另外明確陳述,否則並不視為本文所述任何方法必須建構為以特定順序施行其步驟,亦不要求具有任何設備的特定定向。因此,在方法請求項並不實際記載其步驟之順序,或者任何設備請求項並不實際記載獨立部件的順序或定向,或者不在請求項或敘述中具體說明步驟係限制於特定順序,或者並未記載設備的部件的特定順序或定向的情況中,在任何方面都不以任何方式推斷其順序或定向。這適用於為了說明的任何可能非明示基礎,包括:對於步驟、操作流程、部件順序、或部件定向的佈置的邏輯主題;文法組織或標點所推衍的通用意義;以及在說明書中所敘述之實施例的數量或類型。
如本文所使用,除非上下文明確另外指示,否則單數型「一」、「一個」與「該」包括複數指稱。因此,舉例而言,除非上下文明確另外指示,否則對於「一」部件的參照包括具有二或更多個部件的態樣。
當用於描述玻璃組成物中的特定組成成分的濃度及/或不存在時,術語「莫耳%」、「不含」、及「基本上不含」係指稱並未故意將組成成分添加到玻璃組成物中。然而,玻璃組成物可以包含小於0.05莫耳%的量的組成成分來作為污染物或殘渣。
在本文所述的玻璃組成物的實施例中,組成成分(例如,SiO
2、Al
2O
3、及類似者)的濃度除非以其他方式指明,否則是在氧化物的基礎上以莫耳百分比(莫耳%)指明。
本文所述的玻璃組成物的黏度係根據ASTM C965-96進行測量。
本文所使用的術語「熔點」係指稱玻璃組成物的黏度為200泊的溫度。
本文所使用的術語「軟化點」係指稱玻璃組成物的黏度為1×10
7.6泊的溫度。軟化點係根據平行板黏度方法進行測量,類似於ASTM C1351M,平行板黏度方法測量隨著溫度的變化為10
7至10
9泊的無機玻璃的黏度。
本文所使用的術語「退火點」係指稱玻璃組成物的黏度為1×10
13.18泊的溫度。
本文所使用的術語「應變點」係指稱玻璃組成物的黏度為1×10
14.68泊的溫度。
本文所使用的術語「模塑溫度」可以係指稱玻璃組成物的黏度為1×10
8.8泊的溫度。
除非另外指明,否則本文所使用的術語「CTE」係指稱約20℃至約300℃的溫度範圍內的玻璃組成物的熱膨脹係數。
本文所使用的術語「液相線黏度」係指稱玻璃組成物在失透開始時的黏度(亦即,在根據ASTM C829-81利用梯度爐方法決定的液相線溫度下)。
本文所使用的術語「液相線溫度」係指稱玻璃組成物在失透開始時的溫度。
本文所使用的術語「斷裂韌性」係指稱KIc值,並且藉由山形缺口短桿方法來測量。山形缺口短桿(CNSB)方法係描述於J. Am. Ceram. Soc., 71 [6], C-310-C-313 (1988)中的Reddy, K.P.R.等所著的「Fracture Toughness Measurement of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-Notched Specimens」,不同之處在於使用NASA Technical Memorandum 83796, pp. 1-30 (October 1992)中的Bubsey, R.T.等所著的「Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacement and Stress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on Experimental Compliance Measurements」來計算Y*m。
表面壓縮應力係利用表面應力計(FSM)(例如,商業可取得的儀器(如由Orihara Industrial Co., Ltd(日本)製造的FSM-6000))來測量。表面應力測量取決於與玻璃陶瓷的雙折射有關的應力光學係數(SOC)的測量。然後,根據標題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」的ASTM標準C770-16所述的程序C(玻璃碟方法)測量SOC,其內容藉由引用整體併入本文。亦利用FSM來測量壓縮深度(DOC)。
本文所使用的短語「壓縮深度」(DOC)係指稱製品中的表面壓縮應力轉變成拉伸應力的位置。
當電子裝置掉落到硬表面時,電子裝置的覆蓋玻璃中的預先存在的缺陷可能是破損的起源點,並且覆蓋玻璃可能由於應力過大而從該點開始破損。為了防止缺陷在整個覆蓋玻璃中傳播,化學強化處理可以用於賦予覆蓋玻璃中的高表面壓縮應力。壓縮應力可以在玻璃的表面下方延伸至壓縮深度。玻璃的表面處或玻璃的表面內的壓縮應力可以使缺陷的尖端維持在壓縮狀態中,藉此減輕覆蓋玻璃的破裂。
除了具有高表面壓縮應力能力之外,重要的是玻璃組成物能夠形成複雜的3維形狀,這些形狀可以作為用於電子裝置或可以併入電子裝置的光學部件(例如,透鏡、錐體、或類似者)的覆蓋玻璃。因此,期望玻璃組成物具有相對低的軟化點(以及其他相對低的特性溫度(例如,應變點、退火點、及模塑點)),以促進玻璃製品的形成。
然而,具有相對低的軟化點的玻璃組成物(亦即,容易形成的玻璃)在離子交換期間可能具有較多的應力鬆弛,而難以取得高的表面壓縮應力。
本文揭示減輕上述問題的玻璃組成物。具體而言,本文所揭示的玻璃組成物包含各種玻璃成分的剩餘成分,而導致具有高表面壓縮應力能力以及相對低的特性溫度(亦即,軟化點、應變點、退火點、及模塑點)的可離子交換的玻璃組成物,而使得玻璃組成物可以形成3維形狀。
本文所述的玻璃組成物可以描述為鋁矽酸鹽玻璃組成物,並且包含SiO
2、Al
2O
3、及MgO。除了SiO
2、Al
2O
3、及MgO之外,本文所述的玻璃組成物亦包括鹼金屬氧化物(例如,Li
2O及Na
2O),以實現玻璃組成物的離子可交換性。
SiO
2係為本文所述的玻璃組成物中的主要玻璃形成物,並且可以用於穩定玻璃組成物的網路結構。玻璃組成物中的SiO
2的濃度應該足夠高(例如,大於或等於55莫耳%),以增強玻璃組成物的化學耐久性(更特定為針對暴露於酸性溶液、鹼性溶液、及水中的劣化的玻璃組成物的抗性)。由於純SiO
2或高SiO
2玻璃的熔融溫度過高,因此可以限制SiO
2的量(例如,少於或等於70莫耳%),以控制玻璃組成物的熔點。因此,限制SiO
2的濃度可以有助於改善玻璃組成物的可熔融性及可形成性。
因此,在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於55莫耳%且少於或等於70莫耳%的SiO
2。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於56莫耳%且小於或等於67莫耳%的SiO
2。在實施例中,玻璃組成物中的SiO
2的濃度可以大於或等於55莫耳%、大於或等於56莫耳%、大於或等於57莫耳%、或甚至大於或等於58莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的SiO
2的濃度可以少於或等於70莫耳%、少於或等於67莫耳%、少於或等於65莫耳%、少於或等於63莫耳%、或甚至少於或等於60莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的SiO
2的濃度可以大於或等於55莫耳%且少於或等於70莫耳%、大於或等於55莫耳%且少於或等於67莫耳%、大於或等於55莫耳%且少於或等於65莫耳%、大於或等於55莫耳%且少於或等於63莫耳%、大於或等於55莫耳%且少於或等於60莫耳%、大於或等於56莫耳%且少於或等於70莫耳%、大於或等於56莫耳%且少於或等於67莫耳%、大於或等於56莫耳%且少於大於或等於65莫耳%、大於或等於56莫耳%且少於或等於63莫耳%、大於或等於56莫耳%且少於或等於60莫耳%、大於或等於57莫耳%且少於或等於70莫耳%、大於或等於57莫耳%且少於或等於67莫耳%、大於或等於57莫耳%且少於或等於65莫耳%、大於或等於57莫耳%且少於或等於63莫耳%、大於或等於57莫耳%且少於或等於60莫耳%、大於或等於58莫耳%且少於或等於70莫耳%、大於或等於58莫耳%且少於或等於67莫耳%、大於或等於58莫耳%且少於或等於65莫耳%、大於或等於58莫耳%且少於或等於63莫耳%、或甚至大於或等於58莫耳%且少於或等於60莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
類似於SiO
2,Al
2O
3亦可以穩定玻璃網路,並且附加地針對玻璃組成物提供改善的機械性質以及化學耐久性。亦可以修整Al
2O
3的量,以控制玻璃組成物的液相線黏度。Al
2O
3的濃度應該足夠高(例如,大於或等於14莫耳%),以與玻璃組成物中所存在的鹼金屬氧化物一起改善玻璃對於離子交換強化的敏感性。然而,若Al
2O
3的量太高(例如,大於25莫耳%),則液相線黏度可能增加並減少玻璃組成物的可形成性。
因此,在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於14莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al
2O
3。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於14莫耳%且少於或等於20莫耳%的Al
2O
3。在實施例中,玻璃組成物中的Al
2O
3的濃度可以大於或等於14莫耳%、大於或等於15莫耳%、或甚至大於或等於16莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的Al
2O
3的濃度可以少於或等於25莫耳%、少於或等於20莫耳%、或甚至少於或等於18莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的Al
2O
3的濃度可以大於或等於14莫耳%且少於或等於25莫耳%、大於或等於14莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於14莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於15莫耳%且少於或等於25莫耳%、大於或等於15莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於15莫耳%且少於或等於18莫耳%、大於或等於16莫耳%且少於或等於25莫耳%、大於或等於16莫耳%且少於或等於20莫耳%、或甚至大於或等於16莫耳%且少於或等於18莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
MgO降低玻璃組成物的液相線黏度,而增強可形成性、應變點、及楊氏模量,並且可以改善離子交換性。然而,當向玻璃組成物添加過多的MgO(例如,大於4.5莫耳%的MgO)時,玻璃組成物中的鈉及鉀離子的擴散率會顯著降低,而對所得到的玻璃的離子交換效能產生不利影響。
在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於0.1莫耳%且少於或等於4.5莫耳%的MgO。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於0.5莫耳%且少於或等於4莫耳%的MgO。在實施例中,玻璃組成物中的MgO的濃度可以大於或等於0.1莫耳%、大於或等於0.5莫耳%、或甚至大於或等於1莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的MgO的濃度可以少於或等於4.5莫耳%、少於或等於4莫耳%、或甚至少於或等於3.5莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的MgO的濃度可以大於或等於0.1莫耳%且少於或等於4.5莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於3.5莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於4.5莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於3.5莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於4.5莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於4莫耳%、或甚至大於或等於1莫耳%且少於或等於3.5莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
如上所述,玻璃組成物可以包含鹼金屬氧化物(例如,Li
2O及Na
2O),以實現玻璃組成物的離子交換性。Li
2O有助於玻璃組成物的離子交換性,並且亦降低玻璃組成物的軟化點,而藉此增加玻璃的可形成性。然而,若添加過多的Li
2O(例如,大於10莫耳%),則液相線黏度及退火點可能過低,而造成大規模的應力鬆弛。
在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於0莫耳%且少於或等於10莫耳%的Li
2O。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於3莫耳%且少於或等於10莫耳%的Li
2O。在實施例中,玻璃組成物中的Li
2O的濃度可以大於或等於0莫耳%、大於或等於3莫耳%、大於或等於5莫耳%、或甚至大於或等於7莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的Li
2O的濃度可以少於或等於10莫耳%、少於或等於9莫耳%、或甚至少於或等於8莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的Li
2O的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於9莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於8莫耳%、大於或等於3莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於3莫耳%且少於或等於9莫耳%、大於或等於3莫耳%且少於或等於8莫耳%、大於或等於5莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於5莫耳%且少於或等於9莫耳%、大於或等於5莫耳%且少於或等於8莫耳%、大於或等於7莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於7莫耳%且少於或等於9莫耳%、或甚至大於或等於7莫耳%且少於或等於8莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
除了有助於玻璃組成物的離子交換性之外,Na
2O降低熔點,並改善玻璃組成物的可形成性。玻璃組成物中的Na
2O的濃度應該足夠高(例如,大於或等於6.5莫耳%),以降低玻璃組成物的液相線黏度。然而,若向玻璃組成物添加過多的Na
2O(例如,大於20莫耳%),則退火點可能過低,而造成過度的應力鬆弛。當額外的Na
2O與非橋接氧鍵合時,可能會減慢擴散率。
在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於6.5莫耳%且少於或等於20莫耳%的Na
2O。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於6.5莫耳%且少於或等於15莫耳%的Na
2O。在實施例中,玻璃組成物中的Na
2O的濃度可以大於或等於6.5莫耳%、大於或等於7.5莫耳%、大於或等於8.5莫耳%、大於或等於9.5莫耳%、或甚至大於或等於10.5莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的Na
2O的濃度可以少於或等於20莫耳%、少於或等於15莫耳%、或甚至少於或等於12莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的Na
2O的濃度可以大於或等於6.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於6.5莫耳%且少於或等於15莫耳%、大於或等於6.5莫耳%且少於或等於12莫耳%、大於或等於7.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於7.5莫耳%且少於或等於15莫耳%、大於或等於7.5莫耳%且少於或等於12莫耳%、大於或等於8.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於8.5莫耳%且少於或等於15莫耳%、大於或等於8.5莫耳%且少於或等於12莫耳%、大於或等於9.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於9.5莫耳%且少於或等於15莫耳%、大於或等於9.5莫耳%且少於或等於12莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於15莫耳%、或甚至大於或等於10.5莫耳%且少於或等於12莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
本文所述的玻璃組成物可以進一步包含除了Li
2O及Na
2O以外的鹼金屬氧化物(例如,K
2O)。K
2O促進離子交換,並增加壓縮深度。然而,添加K
2O可能造成表面壓縮應力過低。
在實施例中,玻璃組成物中的K
2O的濃度可以大於或等於0莫耳%、或甚至大於或等於0.1莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的K
2O的濃度可以少於或等於5莫耳%、少於或等於3莫耳%、少於或等於1莫耳%、或甚至少於或等於0.5莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的K
2O的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於3莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於3莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於1莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於1莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於0.5莫耳%、或甚至大於或等於0.1莫耳%且少於或等於0.5莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
所有鹼金屬氧化物的總和在本文中表示為R
2O。具體而言,R
2O係為存在於玻璃組成物中的Li
2O、Na
2O、及K
2O的總和(以莫耳%計)。鹼金屬氧化物有助於降低玻璃組成物的軟化點與模塑溫度,藉此抵消玻璃組成物中的較高量的SiO
2所引起的玻璃組成物的軟化點及模塑溫度的增加。軟化點及模塑溫度的降低可以藉由在玻璃組成物中包括鹼金屬氧化物(例如,二或更多種鹼金屬氧化物)的組合來進一步增強,此現象係指稱為「混合鹼效應」。然而,已經發現若鹼金屬氧化物的量太高,則玻璃組成物的退火點可能過低,這可能是不期望的。此外,玻璃組成物中的R
2O的過量濃度(例如,大於22莫耳%)(並未被Al
2O
3電荷平衡)降低擴散性,並促進應力鬆弛。
在實施例中,玻璃組成物中的R
2O的濃度可以大於或等於6.5莫耳%且少於或等於22莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O的濃度可以大於或等於6.5莫耳%且少於或等於20莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O的濃度可以大於或等於6.5莫耳%、大於或等於8.5莫耳%、大於或等於10.5莫耳%、大於或等於12.5莫耳%、大於或等於14.5莫耳%、或甚至大於或等於16.5莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O的濃度可以少於或等於22莫耳%、少於或等於20莫耳%、或甚至少於或等於19莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O的濃度可以大於或等於6.5莫耳%且少於或等於22莫耳%、大於或等於6.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於6.5莫耳%且少於或等於19莫耳%、大於或等於8.5莫耳%且少於或等於22莫耳%、大於或等於8.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於8.5莫耳%且少於或等於19莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於22莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於10.5莫耳%且少於或等於19莫耳%、大於或等於12.5莫耳%且少於或等於22莫耳%、大於或等於12.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於12.5莫耳%且少於或等於19莫耳%、大於或等於14.5莫耳%且少於或等於22莫耳%、大於或等於14.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、大於或等於14.5莫耳%且少於或等於19莫耳%、大於或等於16.5莫耳%且少於或等於22莫耳%、大於或等於16.5莫耳%且少於或等於20莫耳%、或甚至大於或等於16.5莫耳%且少於或等於19莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
本文所述的玻璃組成物可以進一步包含B
2O
3。B
2O
3可以添加到玻璃組成物中以降低給定溫度(例如,應變、退火、及軟化溫度)下的液相線黏度,而藉此改善玻璃的可形成性。然而,已經發現B
2O
3的添加會顯著降低玻璃組成物中的鈉及鉀離子的擴散率,而不利地影響所得到的玻璃的離子交換性能。更特定言之,已經發現相對於不含B
2O
3的玻璃組成物,B
2O
3的添加顯著增加在達到給定深度的層所需的時間。因此,在實施例中,可以將添加到玻璃組成物中的B
2O
3的量最小化,以改善玻璃組成物的離子交換效能。
在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於0莫耳%的B
2O
3。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的B
2O
3。在實施例中,玻璃組成物中的B
2O
3的濃度可以大於或等於0莫耳%、大於或等於1莫耳%、大於或等於2莫耳%、或甚至大於或等於3莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的B
2O
3的濃度可以少於或等於5莫耳%、或甚至少於或等於4莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的B
2O
3的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於2莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於2莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於3莫耳%且少於或等於5莫耳%、或甚至大於或等於3莫耳%且少於或等於4莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物可以基本上不包含B
2O
3,或不包含B
2O
3。
本文所述的玻璃組成物可以進一步包含P
2O
5。類似於SiO
2與Al
2O
3,可以將P
2O
5添加至玻璃組成物,以作為網路形成劑,而藉此降低玻璃組成物的熔融性及可形成性。因此,可以添加不會過度減少這些性質的量的P
2O
5。P
2O
5的添加亦可以增加離子交換加工期間的玻璃組成物中的離子的擴散率,而藉此增加這些加工的效率。
在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於0莫耳%的P
2O
5。在實施例中,玻璃組成物可以包含大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的P
2O
5。在實施例中,玻璃組成物中的P
2O
5的濃度可以大於或等於0莫耳%、大於或等於0.1莫耳%、大於或等於0.5莫耳%、或甚至大於或等於1莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的P
2O
5的濃度可以少於或等於5莫耳%、少於或等於4莫耳%、少於或等於3莫耳%、或甚至少於或等於2莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的P
2O
5的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於3莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於2莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於3莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於2莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於3莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於2莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於4莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於3莫耳%、或甚至大於或等於1莫耳%且少於或等於2莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物可以基本不包含或不包含P
2O
5。
本文所述的玻璃組成物可以進一步包含CaO。CaO降低玻璃組成物的黏度,而增強可形成性、應變點、及楊氏模量,並且可以改善離子交換性。然而,當向玻璃組成物添加過多的CaO時,玻璃組成物中的鈉及鉀離子的擴散率會顯著降低,而對所得到的玻璃的離子交換效能產生不利影響。
在實施例中,玻璃組成物中的CaO的濃度可以大於或等於0莫耳%、大於或等於0.1莫耳%、大於或等於0.5莫耳%、或甚至大於或等於1莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的CaO的濃度可以少於或等於10莫耳%、少於或等於5莫耳%、或甚至少於或等於3莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的CaO的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於3莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於3莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於3莫耳%、或甚至大於或等於1莫耳%且少於或等於3莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物可以基本上不包含CaO,或不包含CaO。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物可以進一步包含二價陽離子氧化物。所有二價陽離子氧化物的總和在本文中表示為RO。具體而言,RO係為MgO、CaO、SrO、BaO、及ZnO的總和(以莫耳%計)。在實施例中,玻璃組成物中的RO的濃度可以大於或等於0.1莫耳%、大於或等於0.5莫耳%、或甚至大於或等於1莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的RO的濃度可以少於或等於10莫耳%、少於或等於5莫耳%、或甚至少於或等於3莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的RO的濃度可以大於或等於0.1莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於5莫耳%、大於或等於0.1莫耳%且少於或等於3莫耳%、大於或等於0.5莫耳%且少於或等於3莫耳%、或甚至大於或等於1莫耳%且少於或等於3莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,以超過Al
2O
3的量存在於玻璃組成物中的R
2O及RO可以降低玻璃組成物的軟化點,同時不會劇烈地負面影響擴散率。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O與RO的總和減去Al
2O
3的量(亦即,R
2O+RO-Al
2O
3)可以大於或等於1莫耳%、或甚至大於或等於3莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O+RO-Al
2O
3可以少於或等於10莫耳%、少於或等於8莫耳%、或甚至少於或等於6莫耳%。在實施例中,玻璃組成物中的R
2O+RO-Al
2O
3可以大於或等於1莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於3莫耳%且少於或等於10莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於8莫耳%、大於或等於3莫耳%且少於或等於8莫耳%、大於或等於1莫耳%且少於或等於6莫耳%、或甚至大於或等於3莫耳%且少於或等於6莫耳%,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
本文所述的玻璃組成物可以進一步包含TiO
2。TiO
2抑制玻璃組成物在暴露於UV光時的顏色改變,這可以用於修飾處理。在實施例中,玻璃組成物中的TiO
2的濃度可以大於或等於0莫耳%且少於或等於1莫耳%、大於或等於0莫耳%且少於或等於0.5莫耳%、或甚至大於或等於0莫耳%且少於或等於0.3莫耳%。
本文所述的玻璃組成物可以進一步包含一或更多種附加金屬氧化物,以進一步增強玻璃組成物的離子交換性。舉例而言,玻璃組成物可以進一步包括ZrO
2或Y
2O
3,其中每一者進一步改善玻璃組成物的離子交換性。在實施例中,附加金屬氧化物所存在的量可以大於或等於0莫耳%且少於或等於1莫耳%、或甚至大於或等於0莫耳%且少於或等於0.5莫耳%。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物可以進一步包括雜質材料(例如,MnO、MoO
3、WO
3、La
2O
3、CdO、As
2O
3、Sb
2O
3、硫基化合物(例如,硫酸鹽)、鹵素、或其組合)。
由本文所述的玻璃組成物形成的製品可以是任何合適的厚度,其可以取決於使用玻璃組成物的特定應用而變化。玻璃片材實施例的厚度可以大於或等於30μm、大於或等於50μm、大於或等於100μm、大於或等於250μm、大於或等於500μm、大於或等於等於750μm、或甚至大於或等於1mm。在實施例中,玻璃片材實施例的厚度可以少於或等於6mm、少於或等於5mm、少於或等於4mm、少於或等於3mm、或甚至少於或等於2mm。在實施例中,玻璃片材實施例的厚度可以大於或等於30μm且少於或等於6mm、大於或等於30μm且少於或等於5mm、大於或等於30μm且少於或等於4mm、大於或等於30μm且少於或等於3mm、大於或等於30μm且少於或等於2mm、大於或等於50μm且少於或等於6mm、大於或等於50μm且少於或等於5mm、大於或等於50μm且少於或等於4mm、大於或等於50μm且少於或等於3mm、大於或等於50μm且少於或等於2mm、大於或等於100μm且少於或等於6mm、大於或等於100μm且少於或等於5mm、大於或等於100μm且少於或等於4mm、大於或等於100μm且少於或等於3mm、大於或等於100μm且少於或等於2mm、大於或等於250μm且少於或等於6mm、大於或等於250μm且少於或等於5mm、大於或等於250μm且少於或等於4mm、大於或等於250μm且少於或等於3mm、大於或等於250μm且少於或等於2mm、大於或等於500μm且少於或等於6mm、大於或等於500μm且少於或等於5mm、大於或等於500μm且少於或等於4mm、大於或等於500μm且少於或等於3mm、大於大於或等於500μm且少於或等於2mm、大於或等於750μm且少於或等於6mm、大於或等於750μm且少於或等於5mm、大於或等於等於750μm且少於或等於4mm、大於或等於750μm且少於或等於3mm、大於或等於750μm且少於或等於2mm、大於或等於1mm且少於或等於6mm、大於或等於1mm且少於或等於5mm、大於或等於1mm且少於或等於4mm、大於或等於1mm且少於或等於3mm、或甚至大於或等於1mm且少於或等於2mm,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物具有相對低的軟化點,以增強玻璃組成物的可形成性以及玻璃組成物所形成的最終玻璃製品的品質。在實施例中,玻璃組成物的軟化點可以大於或等於700℃、或甚至大於或等於750℃。在實施例中,玻璃組成物的軟化點可以少於或等於860℃、少於或等於840℃、少於或等於820℃、或甚至少於或等於800℃。在實施例中,玻璃組成物的軟化點可以大於或等於700℃且少於或等於860℃、大於或等於700℃且少於或等於840℃、大於或等於等於700℃且少於或等於820℃、大於或等於700℃且少於或等於800℃、大於或等於750℃且少於或等於860℃、大於或等於750℃且少於或等於840℃、大於或等於750℃且少於或等於820℃、或甚至大於或等於750℃且少於或等於800℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。為了取得這些範圍內的軟化點,而藉此改善玻璃組成物的可形成性,應選擇各種構成成分並使其相互平衡。具體而言,已經發現滿足關係式Al
2O
3*(4.20)+B
2O
3*(-7.69)+P
2O
5*(-1.61)+Li
2O*(-9.66)+Na
2O*(-7.11)+K
2O*(-9.78)+MgO*(-4.03)+CaO*(-6.14)+SrO*(-2.41)少於-100的玻璃組成物可能具有本文所指出的軟化點。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物的退火點可以大於或等於300℃、大於或等於400℃、或甚至大於或等於500℃。在實施例中,玻璃組成物的退火點可以少於或等於700℃、或甚至少於或等於600℃。在實施例中,玻璃組成物的退火點可以大於或等於300℃且少於或等於700℃、大於或等於300℃且少於或等於600℃、大於或等於等於400℃且少於或等於700℃、大於或等於400℃且少於或等於600℃、大於或等於500℃且少於或等於700℃、或甚至大於或等於500℃且少於或等於600℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,可以調整玻璃組成物的液相線溫度,以取得所期望的液相線黏度。降低的液相線溫度增加了玻璃組成物的液相線黏度,而藉此增加玻璃組成物的可形成性。在實施例中,玻璃組成物的液相線溫度可以大於或等於700℃、大於或等於800℃、或甚至大於或等於900℃。在實施例中,玻璃組成物的液相線溫度可以少於或等於1200℃、或甚至少於或等於1100℃。在實施例中,玻璃組成物的液相線溫度可以大於或等於700℃且少於或等於1200℃、大於或等於700℃且少於或等於1100℃、大於或等於800℃且少於或等於1200℃、大於或等於800℃且少於或等於1100℃、大於或等於900℃且少於或等於1200℃、或甚至大於或等於900℃且少於或等於1100℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的液相線黏度可以大於或等於1kP、大於或等於5kP、大於或等於25kP、大於或等於50kP、大於或等於75kP、或甚至大於或等於90kP。在實施例中,玻璃組成物的液相線黏度可以少於或等於300kP、少於或等於250kP、少於或等於200kP、少於或等於150kP、少於或等於100kP、少於或等於75kP、少於或等於50kP、或甚至少於或等於25kP。在實施例中,玻璃組成物的液相線黏度可以大於或等於1kP且少於或等於300kP、大於或等於1kP且少於或等於250kP、大於或等於1kP且少於或等於200kP、大於或等於1kP且少於或等於150kP、大於或等於1kP且少於或等於100kP、大於或等於1kP且少於或等於75kP、大於或等於1kP且少於或等於50kP、大於或等於1kP且少於或等於25kP、大於或等於5kP且少於或等於300kP、大於或等於5kP且少於或等於250kP、大於或等於5kP且少於或等於200kP、大於或等於5kP且少於或等於150kP、大於或等於5kP且少於或等於100kP、大於或等於5kP且少於或等於75kP、大於或等於5kP且少於或等於50kP、大於或等於5kP且少於或等於25kP、大於或等於25kP且少於或等於300kP、大於或等於25kP且少於或等於250kP、大於或等於25kP且少於或等於200kP、大於或等於25kP且少於或等於150kP、大於或等於25kP且少於或等於100kP、大於或等於25kP且少於或等於75kP、大於或等於25kP且少於或等於50kP、大於或等於50kP且少於或等於300kP、大於或等於50kP且少於或等於250kP、大於或等於50kP且少於或等於200kP、大於或等於50kP且少於或等於150kP、大於或等於50kP且少於或等於100kP、大於或等於50kP且少於或等於75kP、大於或等於75kP且少於或等於300kP、大於或等於75kP且少於或等於250kP、大於或等於75kP且少於或等於200kP、大於或等於75kP且少於或等於150kP、大於或等於75kP且少於或等於100kP、大於或等於90kP且少於或等於300kP、大於或等於90kP且少於或等於250kP、大於或等於90kP且少於或等於200kP、大於或等於90kP且少於或等於150kP、或甚至大於或等於90kP且少於或等於100kP,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。這些黏度範圍允許藉由多種不同的技術(包括但不限於熔合形成、狹槽拉伸、浮動、滾壓、該領域具有通常知識者已知的其他片材形成處理)將玻璃組成物形成為片材。然而,應理解,可以使用其他處理來形成其他製品(亦即,不同於片材)。
在實施例中,玻璃組成物的鋯石解離黏度可以大於或等於15kP、或甚至大於或等於20kP。在實施例中,玻璃組成物的鋯石解離黏度可以少於或等於40kP、少於或等於35kP、少於或等於30kP、或甚至少於或等於27。在實施例中,玻璃組成物的鋯石解離黏度可以大於或等於15kP且少於或等於40kP、大於或等於15kP且少於或等於35kP、大於或等於15kP且少於或等於30kP、大於或等於15kP且少於或等於27kP;大於或等於20kP且少於或等於40kP、大於或等於20kP且少於或等於35kP、大於或等於20kP且少於或等於30kP、或甚至大於或等於20kP且少於或等於27kP,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。為了取得這些範圍內的鋯石解離黏度,而藉此在玻璃組成物的製造期間保持耐火材料的壽命,應選擇各種構成成分並使其相互平衡。具體而言,已經發現滿足關係式Al
2O
3*(-7.17)+B
2O
3*(6.89)+P
2O
5*(12.72)+Li
2O*(4.07)+Na
2O*(-3.47)+K
2O*(-4.01)+MgO*(2.50)+CaO*(3.55)+SrO*(-0.77)大於-100的玻璃組成物可能具有本文所指出的鋯石解離黏度。
在實施例中,玻璃組成物的鋯石解離溫度可以大於或等於950℃、大於或等於1000℃、或甚至大於或等於1050℃。在實施例中,玻璃組成物的鋯石解離溫度可以少於或等於1300℃、少於或等於1250℃、或甚至少於或等於1200℃。在實施例中,玻璃組成物的鋯石解離溫度可以大於或等於950℃且少於或等於1300℃、大於或等於950℃且少於或等於1250℃、大於或等於950℃且少於或等於1200℃、大於或等於1000℃且少於或等於1300℃、大於或等於1000℃且少於或等於1250℃、大於或等於1000℃且少於或等於1200℃、大於或等於1050℃且少於或等於1300℃、大於或等於1050℃且少於或等於等於1250℃、大於或等於1050℃且少於或等於1200℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,玻璃組成物的斷裂韌性可以大於或等於0.7MPa·m
1/2、大於或等於0.8MPa·m
1/2、大於或等於0.9MPa·m
1/2、或甚至大於或等於1.0MPa·m
1/2。為了取得這些範圍內的斷裂韌性,而藉此改善玻璃組成物的強度,應選擇各種構成成分並使其相互平衡。具體而言,已經發現滿足關係式Al
2O
3*(26.051)+B
2O
3*(24.853)+P
2O
5*(-33.097)+Li
2O*(-7.539)+Na
2O*(-17.349)+K
2O*(-33.097)+MgO*(5.192)+CaO*(-10.867)+SrO*(-10.867)大於100的玻璃組成物可能具有本文所指出的斷裂韌性。
在實施例中,本文所述的玻璃組成物係為可離子交換,以促進強化由玻璃組成物製成的玻璃製品。在典型的離子交換處理中,利用接近由玻璃組成物製成的玻璃製品的外表面的層內的具有相同價數的較大金屬離子來取代或「交換」玻璃組成物中的較小金屬離子。利用較大離子取代較小離子會在由玻璃組成物製成的玻璃製品的層內建立表面壓縮應力。在實施例中,金屬離子係為一價金屬離子(例如,Li
+、Na
+、K
+、及類似者),並藉由將由玻璃組成物製成的玻璃製品浸入包含用於替換玻璃製品中的較小金屬離子的較大金屬離子的至少一種熔融鹽的浴中,以完成離子交換。可替代地,可以將其他一價離子(例如,Ag
+、Tl
+、Cu
+、及類似者)交換為一價離子。用於強化由玻璃組成物製成的玻璃製品的離子交換處理可以包括但不限於浸入單一浴或具有相同或不同組成物的多種浴中,並在浸入之間具有清洗及/或退火步驟。
可以藉由將由玻璃組成物製成的玻璃製品浸入離子交換溶液的浴,將離子交換溶液噴塗至由玻璃組成物製成的玻璃製品,或者將離子交換溶液實體施加至由玻璃組成物製成的玻璃製品,而將玻璃組成物暴露至離子交換溶液(例如,KNO
3及/或NaNO
3熔融鹽浴)。在暴露於玻璃組成物之後,根據實施例,離子交換溶液的溫度可以大於或等於350℃且少於或等於500℃、大於或等於360℃且少於或等於450℃、大於或等於370℃且少於或等於440℃、大於或等於360℃且少於或等於420℃、大於或等於370℃且少於或等於400℃、大於或等於375℃且少於或等於475℃、大於或等於400℃且少於或等於500℃、大於或等於410℃且少於或等於490℃、大於或等於420℃且少於或等於480℃、大於或等於430℃且少於或等於470℃、或甚至大於或等於440℃且少於或等於460℃,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。在實施例中,玻璃組成物暴露於離子交換溶液的持續時間可以大於或等於2小時且少於或等於48小時、大於或等於2小時且少於或等於24小時、大於或等於2小時且少於或等於12小時、大於或等於2小時且少於或等於6小時、大於或等於8小時且少於或等於44小時、大於或等於12小時且少於或等於40小時、大於或等於16小時且少於或等於36小時、大於或等於20小時且少於或等於32小時、或甚至大於或等於24小時且少於或等於28小時,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。
在實施例中,由玻璃組成物製成的玻璃製品進行離子交換而實現的壓縮深度可以大於或等於4.5μm、大於或等於6μm、大於或等於8μm、大於或等於10μm、大於等於12μm、或甚至大於等於15μm。相較於非離子交換材料,此表面壓縮層的發展有利於實現更好的抗裂紋性以及更高的彎折強度。相較於用於玻璃製品的主體(亦即,不包括表面壓縮的區域)的交換進入玻璃製品的離子的濃度,表面壓縮層具有交換進入玻璃製品的離子的較高濃度。
在實施例中,玻璃組成物的表面壓縮應力可以大於或等於1100MPa、大於或等於1150MPa、或甚至大於或等於1200MPa。在實施例中,玻璃組成物的表面壓縮應力可以少於或等於1700MPa、少於或等於1600MPa、或甚至少於或等於1500MPa。在實施例中,玻璃組成物的表面壓縮應力可以大於或等於1100MPa且少於或等於1700MPa、大於或等於1100MPa且少於或等於1600MPa、大於或等於1100MPa且少於或等於1500MPa、大於或等於1150MPa且少於或等於1700MPa、大於或等於1150MPa且少於或等於1600MPa、大於或等於1150MPa且少於或等於1500MPa、大於或等於1200MPa且少於或等於1700MPa、大於或等於1200MPa且少於或等於1600MPa、或甚至大於或等於1200MPa且少於或等於1500MPa,或者這些端點中之任一者所形成的任何及所有子範圍。為了取得這些範圍內的表面壓縮應力,而藉此改善玻璃組成物的強度,應選擇各種構成成分並使其相互平衡。具體而言,已經發現滿足關係式Al
2O
3*(2.94)+B
2O
3*(-0.58)+P
2O
5*(-3.87)+Li
2O*(5.01)+Na
2O*(1.89)+K
2O*(-2.03)大於100的玻璃組成物可能具有本文所指出的表面壓縮應力。
在實施例中,玻璃組成物可以具有大於或等於1100MPa的表面壓縮應力以及大於或等於4.5μm的壓縮深度。在實施例中,玻璃組成物的表面壓縮應力可以大於或等於1100MPa、大於或等於1150MPa、或甚至大於或等於1200MPa,而壓縮深度可以大於或等於4.5μm,大於等於6μm、大於等於8μm、大於等於10μm、大於等於12μm、或甚至大於等於15μm。
在進行離子交換處理之後,應理解玻璃製品的表面處的組成物可以與剛形成的玻璃製品(亦即,進行離子交換處理之前的玻璃製品)的組成物不同。這是由於剛形成的玻璃中的一種鹼金屬離子(例如,Li
+或Na
+)分別被較大的鹼金屬離子(例如,Na
+或K
+)取代。然而,在實施例中,在玻璃製品的深度的中心處或附近的玻璃組成物仍然具有用於形成玻璃製品的剛形成的(未經離子交換)的玻璃的組成物。
本文所述的玻璃組成物可以用於各種應用,包括例如用於:消費性或商用電子裝置中的覆蓋玻璃或玻璃背板應用,消費性或商用電子裝置包括例如LCD及LED顯示器、電腦螢幕、及自動櫃員機(ATM);用於可攜式電子裝置的觸控螢幕或觸控感測器應用,可攜式電子裝置包括例如行動電話、個人媒體播放器、及平板電腦;積體電路應用,包括例如半導體晶圓;光伏應用;建築玻璃應用;汽車或交通工具玻璃應用;或商用或家用器具應用。在實施例中,消費性電子裝置(例如,智慧型電話、平板電腦、個人電腦、超輕薄筆電、電視、及相機)、建築玻璃、及/或汽車玻璃可以包含本文所述的玻璃製品。包含本文所揭示的任何玻璃組成物的示例性製品可以是消費性電子裝置,消費性電子裝置包括:殼體;電子部件,至少部分地位於殼體內側或完全位於殼體內側,並至少包括控制器、記憶體、及在殼體的前表面處或與前表面相鄰的顯示器;以及覆蓋基板,在殼體的前表面處或前表面上方,而位於顯示器上方。在一些實施例中,覆蓋基板及/或殼體中之至少一者的至少一部分可以包括本文揭示的任何玻璃組成物。
實例
為了更容易理解各種實施例,參考下列實例,這些實例意欲說明本文所述的玻璃組成物的各種實施例。
表1展示比較例玻璃組成物(以莫耳%計)。形成具有比較玻璃組成物C1-C4的玻璃。
表1
實例 | C1 | C2 | C3 | C4 |
SiO 2 | 63.68 | 63.70 | 58.66 | 63.60 |
Al 2O 3 | 15.68 | 16.18 | 17.85 | 15.07 |
B 2O3 | 0 | 0.39 | 4.22 | 2.40 |
P 2O5 | 2.48 | 2.64 | 1.47 | 2.51 |
Li 2O | 6.22 | 8.04 | 7.67 | 5.93 |
Na 2O | 10.73 | 8.10 | 8.72 | 9.26 |
K 2O | 0 | 0.53 | 0.07 | 0 |
MgO | 0 | 0.33 | 1.19 | 0 |
CaO | 0 | 0 | 0 | 0 |
SrO | 0 | 0 | 0 | 0 |
ZnO | 1.16 | 0 | 0 | 1.18 |
TiO 2 | 0 | 0.01 | 0.10 | 0 |
SnO 2 | 0.04 | 0.05 | 0.04 | 0.06 |
R 2O | 17.0 | 16.7 | 16.5 | 15.2 |
RO | 1.2 | 0.3 | 1.2 | 1.2 |
R 2O+RO | 18.2 | 17.0 | 17.7 | 16.4 |
R 2O+RO-Al 2O3 | 2.5 | 0.8 | -0.2 | 1.3 |
Al 2O 3*(2.94)+B 2O 3*(-0.58)+P 2O 5*(-3.87)+Li 2O*(5.01)+Na 2O*(1.89)+K 2O*(-2.03) | 87.9 | 91.6 | 99.1 | 80.4 |
Al 2O3*(4.20)+B 2O3*(-7.69)+P 2O5*(-1.61)+Li 2O*(-9.66)+Na 2O*(-7.11)+K 2O*(-9.78)+MgO*(-4.03)+CaO*(-6.14)+SrO*(-2.41) | -74.5 | -81.1 | -101.4 | -82.3 |
Al 2O3*(-7.17)+B 2O3*(6.89)+P 2O5*(12.72)+Li 2O*(4.07)+Na 2O*(-3.47)+K 2O*(-4.01)+MgO*(2.50)+CaO*(3.55)+SrO*(-0.77) | -92.8 | -76.4 | -76.6 | -67.6 |
Al 2O3*(26.051)+B 2O3*(24.853)+P 2O5*(-33.097)+Li 2O*(-7.539)+Na 2O*(-17.349)+K 2O*(-33.097)+MgO*(5.192)+CaO*(-10.867)+SrO*(-10.867) | 93.4 | 126.9 | 316.0 | 163.8 |
表2展示示例性玻璃組成物(以莫耳%計)以及玻璃組成物的各別性質。形成具有示例性玻璃組成物1-6的玻璃。
表2
實例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
SiO 2 | 58.1 | 59.8 | 58.1 | 57.8 | 58.1 | 58.0 |
Al 2O 3 | 16.0 | 16.3 | 15.9 | 16.4 | 17.0 | 17.6 |
B 2O3 | 0.0 | 0.0 | 3.3 | 3.3 | 3.2 | 3.0 |
P 2O5 | 2.0 | 2.0 | 0.3 | 0.8 | 1.3 | 1.8 |
Li 2O | 7.9 | 8.1 | 7.1 | 7.5 | 7.7 | 8.0 |
Na 2O | 11.8 | 10.7 | 11.7 | 11.4 | 10.8 | 10.4 |
K 2O | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
MgO | 3.9 | 2.9 | 3.3 | 2.6 | 1.8 | 1.0 |
CaO | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
SrO | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
R 2O | 19.7 | 18.8 | 18.8 | 18.9 | 18.5 | 18.4 |
RO | 3.9 | 2.9 | 3.3 | 2.6 | 1.8 | 1.0 |
R 2O+RO | 23.6 | 21.7 | 22.1 | 21.5 | 20.3 | 19.4 |
R 2O+RO-Al 2O3 | 7.6 | 5.4 | 6.2 | 5.1 | 3.3 | 1.8 |
Al 2O 3*(2.94)+B 2O 3*(-0.58)+P 2O 5*(-3.87)+Li 2O*(5.01)+Na 2O*(1.89)+K 2O*(-2.03) | 101.2 | 101.0 | 101.4 | 102.3 | 102.1 | 102.8 |
Al 2O3*(4.20)+B 2O3*(-7.69)+P 2O5*(-1.61)+Li 2O*(-9.66)+Na 2O*(-7.11)+K 2O*(-9.78)+MgO*(-4.03)+CaO*(-6.14)+SrO*(-2.41) | -111.9 | -100.8 | -124.2 | -121.8 | -113.7 | -107.3 |
Al 2O3*(-7.17)+B 2O3*(6.89)+P 2O5*(12.72)+Li 2O*(4.07)+Na 2O*(-3.47)+K 2O*(-4.01)+MgO*(2.50)+CaO*(3.55)+SrO*(-0.77) | -88.3 | -88.3 | -90.9 | -87.2 | -84.9 | -83.7 |
Al 2O3*(26.051)+B 2O3*(24.853)+P 2O5*(-33.097)+Li 2O*(-7.539)+Na 2O*(-17.349)+K 2O*(-33.097)+MgO*(5.192)+CaO*(-10.867)+SrO*(-10.867) | 106.6 | 126.8 | 246.9 | 242.0 | 243.3 | 237.9 |
液相線溫度(℃) | 980 | 1025 | 945 | 940 | 985 | 1015 |
液相線黏度( kP ) | 201 | 176 | 165 | 272 | 218 | 152 |
鋯石解離溫度(℃) | 1065 | 1108 | 1035 | 1057 | 1085 | 1105 |
鋯石解離黏度( kP ) | 32 | 33 | 32 | 29 | 30 | 30 |
退火點(℃) | 620 | 629.5 | 540.9 | 554.9 | 577.3 | 579.2 |
軟化點(℃) | 840 | 864 | 754 | 770 | 800 | 801 |
表3展示在370℃下將離子交換溶液應用於示例性玻璃組成物1-6所製成的0.8mm玻璃製品4小時、8小時、及16小時之後示例性玻璃組成物1-6的壓縮應力表面及壓縮應力深度。應用於示例性玻璃組成物1-6所製成的玻璃製品的離子交換溶液係為100%的KNO
3。
表3
實例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
IOX 條件 | 370℃,100%的KNO 3 | |||||
4 小時 | ||||||
CS ( MPa ) | 1377 | 1364 | 1339 | 1286 | 1287 | 1264 |
DOC (μ m ) | 8.6 | 9.1 | 4.9 | 6.2 | 7.3 | 7.5 |
8 小時 | ||||||
CS ( MPa ) | 1343 | 1330 | 1268 | 1250 | 1244 | 1228 |
DOC (μ m ) | 12.4 | 12.8 | 7 | 8.6 | 10.4 | 10.8 |
16 小時 | ||||||
CS ( MPa ) | 1314 | 1301 | 1214 | 1193 | 1192 | 1180 |
DOC (μ m ) | 17.5 | 18 | 9.9 | 12.1 | 15 | 15.4 |
現在參照第1圖,相較於比較例玻璃組成物C1-C4,示例性玻璃組成物1-6在較低壓縮深度處實現較高的表面壓縮應力值。
現在參照第2圖,隨著玻璃組成物退火點的降低,壓縮深度增益的每μm表面壓縮應力的損失顯著增加。因此,期望玻璃組成物具有增加的退火點,而使得隨著壓縮深度的增加而維持表面壓縮應力。
該領域具有通常知識者將理解,在不悖離所請求標的之精神及範疇的情況下可對本文所述之實施例作出各種修改及變化。因此,本揭示意欲涵蓋本文所提供的各種實施例的修改與變化,這些修改與變化係落於專利申請範圍與其等價物的範圍內。
無
第1圖係為由根據本文所述的一或更多個實施例的比較玻璃組成物以及示例性玻璃組成物製成的玻璃製品的表面壓縮應力與壓縮深度的圖;以及
第2圖係為由根據本文所述的一或更多個實施例的比較玻璃組成物以及示例性玻璃組成物製成的製品的壓縮深度增益的每μm表面壓縮應力降低的圖。
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
Claims (20)
- 一種玻璃組成物,包含: 大於或等於55莫耳%且少於或等於70莫耳%的SiO 2; 大於或等於14莫耳%且少於或等於25莫耳%的Al 2O 3; 大於或等於0莫耳%的B 2O 3; 大於或等於0莫耳%的P 2O 5; 大於或等於0莫耳%且少於或等於10莫耳%的Li 2O; 大於或等於6.5莫耳%且少於或等於20莫耳%的Na 2O; 大於或等於0莫耳%的K 2O; 大於或等於0.1莫耳%且少於或等於4.5莫耳%的MgO; 大於或等於0莫耳%的CaO;以及 大於或等於0莫耳%的SrO,其中: Li 2O+Na 2O+K 2O係大於或等於6.5莫耳%且少於或等於22莫耳%;以及 Al 2O 3*(2.94)+B 2O 3*(-0.58)+P 2O 5*(-3.87)+Li 2O*(5.01)+Na 2O*(1.89)+K 2O*(-2.03)係大於100。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中Al 2O 3*(4.20)+B 2O 3*(-7.69)+P 2O 5*(-1.61)+Li 2O*(-9.66)+Na 2O*(-7.11)+K 2O*(-9.78)+MgO*(-4.03)+CaO*(-6.14)+SrO*(-2.41)係少於-100。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中Al 2O 3*(-7.17)+B 2O 3*(6.89)+P 2O 5*(12.72)+Li 2O*(4.07)+Na 2O*(-3.47)+K 2O*(-4.01)+MgO*(2.50)+CaO*(3.55)+SrO*(-0.77)係大於-100。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中Al 2O 3*(26.051)+B 2O 3*(24.853)+P 2O 5*(-33.097)+Li 2O*(-7.539)+Na 2O*(-17.349)+K 2O*(-33.097)+MgO*(5.192)+CaO*(-10.867)+SrO*(-10.867)係大於100。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中Li 2O+Na 2O+K 2O係大於或等於6.5莫耳%且少於或等於20莫耳%。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物包含大於或等於14莫耳%且少於或等於20莫耳%的Al 2O 3。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物包含大於或等於0.5莫耳%且少於或等於4莫耳%的MgO。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物包含大於或等於3莫耳%且少於或等於10莫耳%的Li 2O。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物包含大於或等於6.5莫耳%且少於或等於15莫耳%的Na 2O。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物包含大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的B 2O 3。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物包含大於或等於0莫耳%且少於或等於5莫耳%的P 2O 5。
- 如請求項1所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物包含大於或等於56莫耳%且少於或等於67莫耳%的SiO 2。
- 如請求項1至12中之任一者所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物具有大於或等於700℃且少於或等於860℃的一軟化點。
- 如請求項13所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物具有大於或等於750℃且少於或等於840℃的一軟化點。
- 如請求項1至12中之任一者所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物經化學強化,並且具有大於或等於1100MPa的一表面壓縮應力。
- 如請求項15所述的玻璃組成物,其中該玻璃組成物在包含KNO 3的一離子交換浴中在大於或等於350℃且少於或等於500℃的一溫度下持續大於或等於2小時且少於或等於12小時的一時間週期來進行化學強化。
- 如請求項15所述的玻璃組成物,其中該強化玻璃具有大於或等於1150MPa的一表面壓縮應力。
- 如請求項15所述的玻璃組成物,其中該強化玻璃具有大於或等於4.5μm的一壓縮深度。
- 如請求項18所述的玻璃組成物,其中該強化玻璃具有大於或等於6μm的一壓縮深度。
- 如請求項15所述的玻璃組成物,其中該強化玻璃具有大於或等於1100MPa的一壓縮應力以及大於或等於4.5μm的一壓縮深度。
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