化学强化碱铝硅酸盐玻璃用玻璃组合物及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于用于化学强化碱铅娃酸盐玻璃的玻璃组合物、化学强化碱铅娃酸 盐玻璃的制造方法，W及化学强化碱铅娃酸盐玻璃的应用及用途。化学强化碱铅娃酸盐玻 璃的用途包括利用高强度覆盖玻璃的触控显示器、太阳能电池覆盖玻璃及积层安全玻璃； W及更特别地是包括利用曲面覆盖玻璃及3D覆盖玻璃的触控显示器W及载具玻璃。
【背景技术】
[0002] 化学强化玻璃通常是比退火的玻璃显著更强，送是因为用于制造玻璃的玻璃组合 物及化学强化过程所致。送样的化学强化过程可用于强化所有大小及形状的玻璃，而不会 产生光学扭曲，因而可制造无法热退火的轻薄短小且形状复杂的玻璃样品。送些性质已使 化学强化玻璃（更特别是化学强化碱铅娃酸盐玻璃）变得普及W及广泛使用的选择，W用 于消费性行动电子装置，例如智能型手机、平板及记事本。
[0003] 触控玻璃及其应用已达成广泛的市场覆盖率，而且对于曲面成形的玻璃也有增加 的需求。曲面成形玻璃的形成是大幅受到该玻璃的玻璃转换温度（Tg)及软化温度CU而 控制，一般而言，当Tg低于545C W及L低于765C时，曲面玻璃的形成温度是相对下降的， 送可降低其成本及产率。
[0004] 塑模成形是最常使用的曲面玻璃形成技术。根据塑模成形技术，首先将玻璃毛胚 装载到塑模工具中。在达到玻璃转换温度（Tg)之后，使玻璃符合塑模腔的轮廓形成并且成 型。在塑模成形完成后，将玻璃冷却并且脱模，然后从塑模工具中移出。当玻璃转换温度 (Tg)及玻璃软化温度（L)是在上述的范围时，对于可用的塑模材料有较多的选择。当玻璃 转换温度（Tg)相当低时，产率及维持效率是增加的，因为热循环温度范围及塑模黏着时间 也是相当低的。此外，当玻璃转换温度（Tg)相当低时，在设备及塑模腔之间的热差异效应是 小的。当形成温度接近脱模温度时，制程将较为容易，甚至通过其他冷却设备的协助，也可 达成在短时间内将腔室冷却至完全脱膜。W下的表1显示数个市售强化覆盖玻璃的样品的 L及Tg比较。对于该市售强化覆盖玻璃的样品的玻璃转换温度灯g)及玻璃软化温度OU, 并不在上述范围内。
[0005]表 1
[0006] .釋品 A贷C NHG Schott Corning Corning Corning OragomrcUr'l T2X-1 Xensation? Gorilla" Gorilla? Gorilla? 玻璃I 玻璃2 玻璃3 83 rc 8 食沪 C 881〇C 847°C 媒1 岛C 卵炉 C T" 604°C 6敝吧 '~615°C 606°C 642扫C in^~ 'h
[0007] 化学强化过程通常包括离子交换过程。在送样的离子交换过程中，将玻璃置于包 含离子的烙化盐中，前述离子具有比玻璃中存在的离子更大的离子半径，使得存在玻璃中 较小的离子被热溶液中较大的离子取代。通常，在烙化盐中的钟离子取代存在玻璃中较小 的钢离子。存在玻璃中较小的钢离子被热溶液中较大的钟离子取代，导致形成在玻璃两个 表面上的压缩应力层W及夹在压缩应力层间的中央张力带。中央张力带的拉伸应力「CT」 (通常W百万帕斯卡（MPa)表示），是有关于压缩应力层的压缩应力「C引（通常也W百万帕 斯卡表示），W及下列公式的压缩应力层的深度「DOL」；
[0008] CT = CSXD0L/(t-2D0L)
[0009] 其中t是玻璃的厚度。
[0010] 目前具有0. 7mm厚度的玻璃的规格是约40 Um的层深、不小于650MPa的压缩应 力W及小于60MPa的中央张力带的拉伸应力。实际上，中央张力带的拉伸应力应保持在约 60-70MPa内，W确保优异的切割率。
[0011] 为了使用作为触控显示器的覆盖玻璃，增加玻璃对刮伤及压伤的抗性是期望的。 送可通过增加压缩应力及压缩应力层的深度而达成。然而，为了将中央张力带的拉伸应力 维持在可接受的范围内，增加压缩应力及压缩应力层的深度两者会不期望地导致玻璃厚度 的增加。
[0012] 此外，对于覆盖玻璃而言尽可能的薄也是期望的。然而，由于中央张力带的拉伸应 力随着玻璃厚度的减少而增加，因此，要维持中央张力带的可接受拉伸应力同时也维持高 压缩应力及压缩应力层的高深度是较难的。
[0013] 化学强化过程的期间是化学强化玻璃的制造成本的关键因素。一般而言，离子交 换过程的期间必须延长，W增加压缩应力层的深度。然而，较短的离子交换时间一般是期望 的。愈短的离子交换时间，产品线及过程就愈有竞争力。离子交换时间是由反应温度及离 子扩散速率而控制。降低温度可避免变形，但会增加离子交换时间。将玻璃片保持在较高 的温度可增加离子扩散速率，但会导致变形及结构松弛，送接着会导致压缩应力的减少。因 此，在较高的温度进行离子交换过程可缩短离子交换时间，但却具有其他不期望的结果。
[0014] 化学强化过程可W两种方式进行；（1)小片过程，W及（2)单片玻璃解决方案 (OG巧过程。小片过程牵涉到将玻璃片切割成要使用的最终大小，然后将个别玻璃钻孔、研 磨、斜切及抛光。然后将处理过的小片放置在烙化的钟盐W用于化学强化。较小尺寸的片材 提供对于温度及烙化的盐浓度的较大的控制。此外，小片的两侧边缘也可被化学强化。因 此可达成高强度及低变形率，导致高的产率。
[0015] 相反地，OGS过程涉及先强化整片玻璃，将触控传感器及印刷电路加到玻璃表面 上，然后划片，最后切割玻璃。相较于小片过程，OGS过程通常需要较大的热炉。处理及放 置玻璃的方式可能导致玻璃的变形或破裂。在OGS过程中，化学强化玻璃表面上的CS会促 进对于外部损害的抗性，但可能增加切割难度。此外，如果CT太高的话，当划片轮在切割期 间进入CT带时划片轮可能会引起玻璃爆裂、碎裂或破裂。划片的边缘及侧面在OGS过程中 无法完全被化学强化，所W由OGS过程所制得的玻璃的强度，通常是低于由小片过程所制 得的玻璃的强度。尽管在OGS过程中的困难，但OGS过程的成本效率及生产效率是优于小 片过程的。
[0016] 随着化学强化玻璃变得更薄及更强，要保持高WL及高CS而不会增加CT就变成 了一种挑战。薄的、具有高CS及控制CT的化学强化玻璃，及W缩短的离子交换时间所制造 的化学强化玻璃是期望的。
[0017] 详细说明
[0018] 在许多例示的具体实施例中，本发明提供用于制造化学强化碱铅娃酸盐玻璃的 离子可交换玻璃组合物，该化学强化碱铅娃酸盐玻璃具有高的压缩应力（C巧及低的层深 值OL)的表面压缩应力层。高的压缩应力（C巧与低的层深值OL)是通过化学强化过程而获 得，其中在玻璃表面上的钢离子是被较大的钟离子而取代。低的WL是有益于玻璃的完成， 因为会增加划片过程的产率。此外，具有高压缩应力的玻璃表面会产生较强的玻璃，其可禁 得起增加的外部挤压力且可抵抗刮伤。
[0019] 在许多例示的具体实施例中，用于制造化学强化碱铅娃酸盐玻璃的离子可交换玻 璃组合物包括：
[0020]从约59. 0至约65. 0重量百分比（Wt % )的二氧化娃（Si〇2)，
[002。 从约11. 9至约13. Owt%的氧化铅（AI2O3)，
[002引从约16. 0至约18. 5wt%的氧化钢（胞20)，
[002引从约0至约1. Owt %的H氧化测度203)，
[0024] 从约2. 8至约3. 3wt %的氧化钟化2〇)，W及 [00巧]从约2. 0至约6. Owt %的氧化镇（MgO)，
[002引其中B203、化20及KzO的组合总量相对于Al203的重量比例是大于1. 5 ; W及
[0027