具有高压痕阈值的可快速离子交换玻璃的利记博彩app
【专利摘要】可离子交换至高压缩应力的碱性铝硅酸盐玻璃具有快的离子交换动力学和高的固有抗破坏性。玻璃在仅有少量P2O5(<1摩尔％)或者没有添加任意P2O5的情况下，实现了全部上文所述的所需性质。
【专利说明】具有高压痕阈值的可快速离子交换玻璃
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35 U.S.C.§119,要求2013年11月26日提交的美国临时申请系列第61/ 909049号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。 技术背景
[0003] 本文涉及可离子交换至高压缩应力的碱性铝硅酸盐玻璃，其具有快的离子交换动 力学和高的固有抗破坏性。
【发明内容】
[0004] 本文提供可离子交换至高压缩应力的碱性铝硅酸盐玻璃，其具有快的离子交换动 力学和高的固有抗破坏性。本文所述的玻璃在仅有少量P 2〇5(〈l摩尔％)或者没有添加任意 P2〇5的情况下，实现了全部上文所述的所需性质。
[0005] 因此，本文的一个方面提供了如下玻璃，其包含：约50-72摩尔％的31〇2;约12-22 摩尔％的六12〇3;最高至约15摩尔％的82〇3;最高至约1摩尔％的？2〇5 ;约11-21摩尔％的似2〇; 最高至约5摩尔％的1(2〇;最高至约4摩尔％的1^0;最高至约5摩尔％的2]1〇;以及最高至约2 摩尔％的0&0。在一些实施方式中，Na2〇+K2〇_Al2〇3彡2.0摩尔。在一些实施方式中，B2O3-(Na2〇+K2〇_Al2〇3)>l摩尔％。在一些实施方式中，B2〇3-(Na2〇+K2〇_Al2〇3)>l摩尔％。在一些实 施方式中，24摩尔％ <RAl〇4彡45摩尔％，其中，R是Na、K和Ag中的至少一种。
[0006] 本文的第二个方面提供了如下玻璃，其包含：约55-62摩尔％的31〇2;约16-20摩 尔％的六12〇3;约4-10摩尔％的82〇 3;约14-18摩尔％的似2〇;约0.2-4摩尔％的1(2〇;最高至约 0.5摩尔％的1%0;最高至约0.5摩尔％的211〇;以及最高至约0.5摩尔％的0 &0，其中，玻璃基 本不含P2〇5。在一些实施方式中，Na2〇+K2〇_Al2〇3彡0.5摩尔％。在一些实施方式中，B2O3-(Na2〇+K2〇_Al2〇3)>4摩尔％。在一些实施方式中，28摩尔％ <RAl〇4彡45摩尔％，其中，R是Na、 K和Ag中的至少一种。
[0007] 另一个方面提供了对玻璃进行离子交换的方法。该方法包括在温度小于或等于约 410°C的离子交换浴中，对碱性铝硅酸盐玻璃进行最高至约8小时的离子交换。离子交换浴 包含钾盐以及碱性铝硅酸盐玻璃，其包含：约50-72摩尔％的31〇2;约12-22摩尔％的六12〇3; 最高至约15摩尔％的1?2〇3;最高至约1摩尔％的？2〇5;约11 -21摩尔％的他2〇;最高至约5摩 尔％的1(2〇;最高至约4摩尔％的1%0;最高至约5摩尔％的2]1〇;以及最高至约1摩尔％的〇8〇。 经过离子交换的碱性铝硅酸盐玻璃具有从表面延伸到层深度D0L的压缩层，所述压缩层具 有至少约500MPa的压缩应力CS。
[0008] 从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出本发明的上述及其他方 面、优点和显著特征。
【附图说明】
[0009] 图1是经离子交换的玻璃制品的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0010] 在以下描述中，相同的附图标记表示附图所示的若干视图中类似或相应的部分。 还应理解，除非另外指出，术语如"顶部"，"底部"，"向外"，"向内"等是方便词语，不构成对 术语的限制。此外，每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一个要素和它们的组合时， 应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素，或者 主要由它们组成，或者由它们组成。类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个 要素或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数 量的这些所列要素组成。除非另有说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和 下限，以及所述范围之间的任意范围。除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词"一个"或 "一种"及其相应的定冠词"该"表示至少一(个/种），或者一(个/种)或多(个/种）。还应理解 的是，在说明书和附图中揭示的各种特征可以任意和所有的组合方式使用。
[0011] 本文所用术语"玻璃制品"和"玻璃制品（g 1 a s s ar t i c 1 e s) "以它们最广泛的意义 来使用，包括全部或部分由玻璃制成的任何物体。除非另外说明，否则所有组成表示为摩尔 百分数(摩尔％)。热膨胀系数(CTE)的单位是1(TV°C，表示在约为20-300°C的温度范围上测 得的值，除非另有说明。
[0012] 本文所用术语"退火点"指的是玻璃具有1〇13·2泊粘度的温度，术语"应变点"指的 是玻璃具有1〇 14·7泊粘度的温度，以及术语"软化点"指的是玻璃在其自身重量下发生看得 见的软化的温度。
[0013] 应注意，本文可用术语"基本上"和"约"表示可由任何定量比较、数值、测量或其它 表示方法造成的内在不确定性。在本文中还使用这些术语表示数量的表示值可以与所述的 参比值有一定的偏离程度，但是不会导致审议的主题的基本功能改变。因而，基本不含 "MgO"的玻璃是这样一种玻璃，其中，没有主动将MgO添加或者配料到玻璃中，但是可能以非 常少量作为污染物存在。
[0014] 通过如下方式来确定本文所述的维氏裂纹引发阈值：向玻璃表面施加压痕负荷， 然后以0.2mm/分钟的速率移除该压痕负荷。最大压痕负荷保持10秒。压痕裂纹阈值定义为 10次压痕中的50%显示出任意数量的径向/中间裂纹从凹痕印记角落延伸出来的压痕负 荷。增加最大负荷直至阈值符合给定的玻璃组成。所有的压痕测量都是在50%相对湿度和 室温下进行。
[0015] 使用本领域已知的那些方法来测量压缩应力和层深度。此类方法包括但不限于， 使用诸如Luceo有限公司（日本东京）制造的FSM-6000或者类似的商用仪器，来测量表面应 力(FSM)，测量压缩应力和层深度的方法如ASTM1422C-99所述，题为"用于化学强化的平坦 玻璃的标准规格"和ASTM1279.19779的"用于退火的、热强化的、完全回火的平坦玻璃中的 边缘和表面应力的非破坏性光弹性测量的标准测试方法"，其全文通过引用结合入本文。表 面应力测量依赖于应力光学系数(S0C)的精确测量，其与玻璃的双折射相关。进而通过本领 域已知的那些方法来测量S0C，例如纤维和四点弯曲方法（它们都参见ASTM标准C770-98 (2008)所述，题为"Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient用于测量玻璃的应力-光学系数的标准测试方法)"，其全文通过引用结合入 本文）以及块圆柱体方法。
[0016] 从总体上参见附图，并具体参见图1，应理解举例说明是为了描述本发明的具体实 施方式的目的，这些举例说明不是用来限制本发明的说明书或所附权利要求书的。为了清 楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示 或以示意图方式显示。
[0017] 本文所揭示的碱性铝硅酸盐玻璃可离子交换至高压缩应力，其具有快的离子交换 动力学和高的固有抗破坏性。先前，展现出所有这三种特性的玻璃含有大量的P2〇 5。本文所 述的玻璃在仅有少量P2〇5(〈l摩尔％)或者没有添加任意P 2〇5的情况下，实现了全部上文所 述的所需性质。
[0018] 离子交换通常用于对玻璃进行化学强化。在一个具体例子中，此类阳离子源（例 如，熔盐或"离子交换"浴）中的碱性阳离子与玻璃内的较小碱性阳离子发生交换，从而在靠 近玻璃的表面实现处于压缩应力（CS)的层。例如，来自阳离子源的钾离子通常与玻璃内的 钠离子发生交换。或者，可以通过此类离子交换将其他单价阳离子例如Ag+、Cu+或者ΤΓ等引 入玻璃中。压缩层从表面延伸到玻璃内的层深度(D0L)。
[0019] 图1所示是经离子交换的平坦玻璃制品的横截面示意图。玻璃制品100具有厚度t、 第一表面110和第二表面112。虽然在图1所述的实施方式中，玻璃制品100显示为平坦的平 面片材或板材，但是玻璃制品可具有其它构造，如三维形状或非平面构造。玻璃制品100具 有第一压缩层120,该第一压缩层120从第一表面110延伸到玻璃制品100本体中的层深度 cU。在图1所示的实施方式中，玻璃制品100还具有第二压缩层122,该第二压缩层122从第二 表面112延伸到第二层深度d 2。玻璃制品还包括从cU延伸到d2的中心区域130。中心区域130 处于拉伸应力或中心张力(CT)，其平衡或者抵消了层120和122的压缩应力。第一和第二压 缩层120、122的深度山和办保护玻璃制品100免受通过对玻璃制品100的第一和第二表面 110、112的尖锐冲击造成的裂纹扩展，同时压缩应力使得裂纹渗透通过第一和第二压缩层 120、122的深度cU、d 2的可能性最小化。
[0020] 在本文所述的玻璃中，高的Al2〇3(12-22摩尔％)和Na20(ll-21摩尔％)的量，使得 玻璃能够进行离子交换，实现高水平的压缩应力CS。在一些实施方式中，可以对本文所述的 玻璃进行离子交换，以产生压缩层120、122，其具有至少约500MPa的压缩应力CS;在一些实 施方式中，具有至少约700MPa的压缩应力CS;在其他实施方式中，具有至少约800MPa的压缩 应力；在其他实施方式中，具有至少约900MPa的压缩应力；在其他实施方式中，具有至少约 lOOOMPa的压缩应力；以及在其他实施方式中，具有至少约llOOMPa的压缩应力。在一些实施 方式中，可以对本文所述的玻璃进行离子交换，在8小时的离子交换时间内，实现至少约 800MPa的压缩应力和至少约52μπι的层深度。在其他实施方式中，可以对本文所述的玻璃进 行离子交换，在4小时的离子交换时间内，实现至少约800MPa的压缩应力和至少约40μπι的层 深度。在其他实施方式中，可以对本文所述的玻璃进行离子交换，在2小时的离子交换时间 内，实现至少约800MPa的压缩应力和至少约30μπι的层深度。在一些实施方式中，压缩应力的 范围是约为700_1200MPa;在其他实施方式中，约为800-1200MPa;在其他实施方式中，约为 900-1200MPa〇
[0021] 当经过离子交换，本文所述的玻璃展现出固有耐破坏性，反映为维氏压痕阈值测 量，如上文所述。当表达式B2〇 3-(Na20+K2〇-Al2〇3)的值是高的情况下（>1摩尔％)以及当 (Na2〇+K2〇_Al2〇3)的值是低的情况下（<0.5摩尔％ )，玻璃展现出高水平的耐破坏性。在一 些实施方式中，经离子交换玻璃的维氏裂纹压痕阈值至少约为9.5kgf;在其他实施方式中， 至少约为17.5kgf;在其他实施方式中，至少约为22.5kgf;在其他实施方式中，至少约为 32.5kgf;以及在其他实施方式中，至少约为40kgf。
[0022] 高的离子交换速率可归因于数种组成因素的组合，包括:高浓度的Al2〇3(12-22摩 尔％ )和RAl〇4(24-45摩尔％ );非零的K20浓度(最高至约5摩尔％的1(20);以及低浓度(0-5摩 尔％)的二价金属氧化物R〇(R'是Ca、Mg和Ζη中的至少一种）。在一些实施方式中，本文所述 的玻璃可以以一定的速率在小于8小时内离子交换实现至少44000Mpa · μπι的CS · D0L乘积。
[0023] 在一些实施方式中，本文所述的玻璃的液相线粘度至少约为100千泊(kP)，这使得 能够通过本领域已知的下拉技术(例如，熔合拉制法和狭缝拉制法)来制造它们。具体来说， 这些玻璃与用于熔合拉制工艺中的氧化铝硬件(例如，溢流槽)是相容的（即，不发生明显反 应或者降解）。
[0024] 在一些实施方式中，本文所述的玻璃基本由以下组成构成或者包括以下组成：约 50-72摩尔％的3102(8口，50摩尔％<Si0 2彡72摩尔％ );约12-22摩尔％的厶12〇3(即，12摩 尔％ <A1203彡22摩尔％ );最高至约15摩尔％的出03( 即，0摩尔％ <B203彡15摩尔％ );最高 至约1摩尔％的？2〇5(g卩，〇摩尔％<p2〇 5彡1摩尔％);约11-21摩尔％的恥2〇(8卩，11摩尔％彡 Na2〇<21摩尔％ );最高至约5摩尔％的1(2〇(即，0摩尔％<1(2〇<5摩尔％ );最高至约4摩尔％ 的MgO(即，0摩尔％<MgO彡4摩尔％);最高至约5摩尔％的211〇(即，0摩尔％<ZnO彡4摩 尔％);以及最高至约2摩尔％的0&0(即，0摩尔％<CaO彡2摩尔％)。在一些实施方式中， Na2〇+K2〇-Al2〇3 彡 2.0 摩尔 ％;以及在一些实施方式中，B2〇3-(Na2〇+K2〇-Al2〇3)>l 摩尔 ％。在 一些实施方式中，24摩尔％<RAl〇4彡45摩尔％，其中，R是Na、K和Ag中的至少一种。在一些 实施方式中，56摩尔％<Si〇2+B 2〇3彡78摩尔％ ;以及在一些实施方式中，0摩尔Σ [R'O] 彡5摩尔％，其中，R'是Ca、Mg和Zn中的至少一种。在一些实施方式中，2摩尔％<B2〇 3+P2〇5彡 12摩尔％。
[0025]在某些实施方式中，玻璃基本不含P205，或者含有0摩尔％的？20 5。在一些实施方式 中，玻璃基本不含Li20,或者含有0摩尔％的1^20。
[0026] 玻璃还可包含至少一种澄清剂，例如，Sn02、Ce02、As2〇3、Sb 2〇5、C1-或者F-等。在一些 实施方式中，玻璃可以包含最高至约0.5摩尔％的311〇2( 即，0摩尔％ <Sn〇2彡0.5摩尔％ );最 高至约0.5摩尔％的5&2〇5(即，0摩尔％<Ce〇2彡0.5摩尔％);和/或最高至约0.5摩尔％的 As2〇3(即，0摩尔 ％<As2〇3彡 0.5摩尔 ％。
[0027]在【具体实施方式】中，玻璃基本由以下组成构成或者包括以下组成：约55-62摩尔％ 的Si〇2(即，55摩尔％<Si02彡62摩尔％ );约16-20摩尔％的厶12〇3(即，16摩尔％〈Al2〇3彡20 摩尔％);约2-10摩尔％的8 2〇3(8卩，2摩尔％<B203彡10摩尔％);最高至约1摩尔％的卩2〇5 (即，0摩尔％<P2〇5彡1摩尔％);约14-18摩尔％的恥2〇(8口，14摩尔％<Na 20彡18摩尔％); 约0.2-4摩尔％的1(20(即，0.2摩尔％ <K20彡4摩尔％ );最高至约0.5摩尔％的]\^0(即，0摩 尔％ <MgO彡0.5摩尔％ );最高至约0.5摩尔％的211〇(即，0摩尔％ <ΖηΟ彡0.5摩尔％ );以及 最高至约0.5摩尔％的0&0(即，0摩尔％ <CaO彡0.5摩尔％ )。在一些实施方式中，Na20+K20-Α?2〇3^Ξ〇. 5摩尔％ ;以及在一些实施方式中，B2〇3-(Na2〇+K2〇-Al2〇3)>4摩尔％。在一些实施方 式中，24摩尔％<RAl〇4彡45摩尔％，其中，R是Na、K和Ag中的至少一种。在一些实施方式中， 56摩尔％<Si0 2+B203彡75摩尔％ ;以及在一些实施方式中，0摩尔Σ [R'O]彡0.5摩 尔％，其中，R'是Ca、Mg和Zn中的至少一种。在一些实施方式中，K20彡0.5(Na20+K 20)。在某些 实施方式中，玻璃基本不含P2〇5，或者含有0摩尔％的？2〇5。在一些实施方式中，玻璃基本不 含Li 20,或者含有0摩尔％的1^20。
[0028] 玻璃还可包含至少一种澄清剂，例如，Sn02、Ce02、As2〇3、Sb 2〇5、C1-或者F-等。在一些 实施方式中，玻璃可以包含最高至约0.5摩尔％的311〇2( 即，0摩尔％ <Sn〇2彡0.5摩尔％ );最 高至约0.5摩尔％的5&2〇5(即，0摩尔％<Ce〇2彡0.5摩尔％);和/或最高至约0.5摩尔％的 As2〇3(即，0摩尔 ％<As2〇3彡 0.5摩尔 ％。
[0029] 在一些实施方式中，本文所述的玻璃基本由以下组成构成或者包括以下组成：约 55-62摩尔％的5丨02(8卩，55摩尔％<Si02彡62摩尔％ );约16-20摩尔％的厶12〇3(即，16摩 尔％<Al2〇3彡20摩尔％ );约4-10摩尔％的82〇3(即，4摩尔％ <B203彡10摩尔％ );约14-18摩 尔％的恥2〇( SP，14摩尔％ <Na20彡18摩尔％ );约0 · 2-4摩尔％的1(20(即，0 · 2摩尔％ <K20彡 4摩尔％);最高至约0.5摩尔％的]\%0(即，0摩尔％<]\%0<0.5摩尔％ );最高至约0.5摩尔％ 的ΖηΟ(即，0摩尔％ <ΖηΟ彡0 · 5摩尔％ );最高至约0 · 5摩尔％的0&0(即，0摩尔％ <CaO彡0 · 5 摩尔％ );并且基本不含P2O5,或者含0摩尔％的？2〇5。在一些实施方式中，Na2〇+K2〇-Al2〇3^i 0.5摩尔％ ;以及在一些实施方式中，B2〇3-(Na2〇+K2〇-Al2〇3)>4摩尔％。在一些实施方式中， 28摩尔％<RAl〇4彡45摩尔％，其中，R是Na、K和Ag中的至少一种。在一些实施方式中，56摩 #%<Si02+B203彡70摩尔％;以及在一些实施方式中，0摩尔Σ [R'O]彡0.5摩尔％，其 中，R'是Ca、Mg和Zn中的至少一种。在一些实施方式中，K20彡0.25(Na 20+K20)。在某些实施方 式中，玻璃基本不含Li20,或者含有0摩尔％的1^ 20。
[0030] 玻璃还可包含至少一种澄清剂，例如，Sn〇2、Ce〇2、As2〇3、Sb2〇5、C1-或者F-等。在一些 实施方式中，玻璃可以包含最高至约0.5摩尔％的311〇 2( 即，0摩尔％ <Sn〇2彡0.5摩尔％ );最 高至约0.5摩尔％的5&2〇5(即，0摩尔％<Ce〇2彡0.5摩尔％);和/或最高至约0.5摩尔％的 As2〇3(即，0摩尔 ％<As2〇3彡 0.5摩尔 ％。
[0031] 包含p2〇5的那些玻璃的组成和非限制性例子如表1所列。基本不含p 2〇5的那些玻璃 的组成和非限制性例子如表2所列。这些玻璃的每种氧化物组分都起作用。例如，二氧化硅 (Si0 2)是形成玻璃的主要氧化物，并形成熔融玻璃的主要网络骨架。纯Si02具有低的CTE并 且是不含碱金属的。但是，由于其极高的熔化温度，纯Si0 2与熔合拉制工艺不相容。粘度曲 线也过高，无法匹配层叠结构中的任何芯玻璃。在一些实施方式中，本文所述的玻璃中的 Si02的量约为50-72摩尔％。在其他实施方式中，Si02浓度范围约为55-62摩尔％。
[0032]除了二氧化硅，本文所述的玻璃包含网络成形剂Al2〇3和B2〇3,以实现稳定玻璃成 形、低CTE、低杨氏模量、低剪切模量，并有助于熔化和/或成形。通过以适当的浓度混合所有 这三种网络成形剂，可以实现稳定的块体玻璃成形，同时使得对于网络改性剂(例如，碱性 氧化物或碱土氧化物，其作用是增加 CTE和模量）的需求最小化。类似于Si02，Al2〇3对玻璃网 络的刚度做出贡献。氧化铝可以在玻璃中以四方配位或五方配位存在。在一些实施方式中， 本文所述的玻璃包含约12-22摩尔％的六1 2〇3,以及在【具体实施方式】中，包含约16-20摩尔％ 的 AI2O3。
[0033]氧化硼(B2〇3)也是玻璃成形氧化物，其用于降低粘度并从而改善使得玻璃熔化和 成形的能力。B2〇3可以在玻璃网络中以三方配位或四方配位存在。三方配位的B2〇3是用于降 低杨氏模量和剪切模量最有效的氧化剂，从而改善了玻璃的固有耐破坏性。因此，在一些实 施方式中，本文所述的玻璃包含约0摩尔％至最高至约15摩尔％的出〇3,在其他实施方式中， 约2-10摩尔％的出03，在其他实施方式中，约2-10摩尔％的出03，以及在其他实施方式中，约 4-8摩尔％的8 2〇3。在一些实施方式中，56摩尔％ <Si〇2+B2〇3彡78摩尔％ ;以及在其他实施方 式中，66摩尔％<Si02+B2〇3彡75摩尔％。在某些实施方式中，B 2〇3彡Al2〇3。
[0034]碱性氧化物Na20和K20用于通过离子交换实现玻璃的化学强化。在一些实施方式 中，玻璃包含Na20,其可以被含有例如ΚΝ〇3的盐浴中的钾交换。在一些实施方式中，0摩尔％ <Κ 20<5摩尔％ ;以及在某些实施方式中，0摩尔％<Κ20<4摩尔％。在一些实施方式中，11 摩尔％ <Na20<21摩尔％，在其他实施方式中，14摩尔％ <Na20<18摩尔％。在其他实施方 式中，1摩尔％ <Li20< 15摩尔％，以及在某些实施方式中，6摩尔％ <Li20< 13摩尔％。本文 所述的玻璃基本不含Li20,或者包含0摩尔％的1^20。在一些实施方式中，Na 20+K2〇-Al2〇3彡 2.0摩尔％ ;以及在其他实施方式中，Na20+K2〇-Al2〇3彡0.5摩尔％。在一些实施方式中，B 2〇3-(Na20+K2〇-Al2〇3)>l摩尔％ ;以及在其他实施方式中，B2〇3-(Na20+K2〇-Al 2〇3)>4摩尔％。在一 些实施方式中，24摩尔％<RAl〇4彡45摩尔％，其中，R是Na、K和Ag中的至少一种，以及在其 他实施方式中，24摩尔％ <RAl〇4彡45摩尔％，其中，R是Na、K和Ag中的至少一种。
[0035]类似于B2〇3，碱土氧化物(例如MgO和CaO以及其他二价氧化物如ZnO)也改善了玻璃 的熔融行为。但是，它们还具有增加 CTE以及杨氏模量和剪切模量的作用。在一些实施方式 中，本文所述的玻璃包含最高至约4摩尔％的1&0,最高至约1摩尔％的0曰0,以及最高至约4 摩尔％的叾成。在其他实施方式中，这些玻璃可包含最高至约0.5摩尔％的1%0，最高至约0.5 摩尔％的0 &0,以及最高至约0.5摩尔％的211〇。在一些实施方式中，0摩尔％<X[R'0]<5摩 尔％;以及在其他实施方式中，〇摩尔％彡2[1?'0]彡〇.5摩尔％，其中，1?'是0 &、1%和211中的 至少一种。
[0036]为了确保玻璃中的大部分Β2〇3是处于三方配位状态从而获得高的天然耐划痕性， Na2〇+K2〇-Al2〇3彡2·0摩尔％，以及在一些实施方式中，Na2〇+K2〇-Al2〇3彡0 ·5摩尔％ ?。在一些 实施方式中，B2〇3-(Na20+K2〇-Al 2〇3)>l摩尔％ ;以及在一些实施方式中，B2〇3-(Na20+K2〇-Ah〇3)>4 摩尔 ％。
[0037] 玻璃还可包含低浓度的至少一种澄清剂，例如，Sn02、Ce02、As 2〇3、Sb205、Cl-或者F 一 等，从而帮助消除熔化过程中的气态内含物。在一些实施方式中，玻璃可包含最高至约0.5 摩尔％的3]1〇2，最高至约0.5摩尔％的六82〇3，和/或最高至约0.5摩尔％的3&2〇3。
[0038] 本文所述的包含最高至约1摩尔％的内05的玻璃的组成及其所选的物理性质(应变 点、退火点和软化点，密度、CTE、液相线温度、模量、折射率以及应变光学系数(S0C))的非限 制性例子如表1所列。本文所述的不含P2〇5的玻璃的组成及其所选的物理性质的非限制性例 子如表2所列。
[0039] 在另一个方面，提供对上文所述的碱性铝硅酸盐玻璃进行离子交换的方法。该方 法包括在最高至约410°C的温度下，在包含钾盐的离子交换浴中对玻璃进行离子交换持续 最高至约8小时，以形成压缩层，所述压缩层的压缩应力CS至少为500MPa并且从表面延伸至 层深度D0L。在一些实施方式中，可以对本文所述的玻璃进行离子交换，在8小时的离子交换 时间内，实现至少约800MPa的压缩应力和至少约52μπι的层深度。在其他实施方式中，可以对 本文所述的玻璃进行离子交换，在4小时的离子交换时间内，实现至少约800MPa的压缩应力 和至少约40μπι的层深度。在其他实施方式中，可以对本文所述的玻璃进行离子交换，在2小 时的离子交换时间内，实现至少约800MPa的压缩应力和至少约30μπι的层深度。在一些实施 方式中，CS · D0L = 44000MPa · μπι。表1:本文所述的包含最高至约1摩尔％的?2〇5的玻璃的组 成和选择的物理性质。
[0042] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的ΚΝ〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0043]表2:本文所述的不含P205的玻璃的组成和选择的物理性质。
[0046] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0047] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0050] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0051] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0053] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0054] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0055]
[0057] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0058] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0059]
[0061 ] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0062] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0065] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0066] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0069] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0070] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0073] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0074] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0077] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0078] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[00811 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN03熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0082] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0085] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0086] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0089] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0090] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0092] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0093] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0096] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0097] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0100] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的ΚΝ〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0101] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0104] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0105] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0108] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0109] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0112] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0113] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0116] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0117] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0120] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0121] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0124] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0125] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0127] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0128] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0130] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0131] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0134] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0135] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0138] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0139] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0142] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0143] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0146] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0147] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0150] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0151] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0154] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0155] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0158] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0159] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0160]
[0162] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0163] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0165] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0166] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0169] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0170] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0173] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0174] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0177] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0178] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0181] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0182] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0185] 1玻璃熔合拉制/制造(fictivated)并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交 换。
[0186] 2玻璃退火并在410°C的KN〇3熔盐浴中进行8小时的离子交换。
[0187]虽然为了说明给出了典型的实施方式，但是前面的描述不应被认为是对本说明书 或所附权利要求书的范围的限制。因此，在不偏离本说明书或者所附权利要求书的精神和 范围的情况下，本领域的技术人员可想到各种改进、修改和替换形式。
【主权项】
1. 一种玻璃，所述玻璃包含：约50-72摩尔％的31〇2;约12-22摩尔％的六12〇3;最高至约 15摩尔％的8 2〇3;最高至约1摩尔％的？2〇5;约11-21摩尔％的似2〇;最高至约5摩尔％的1(20; 最高至约4摩尔％的1%0;最高至约5摩尔％的2]1〇;以及最高至约2摩尔％的〇8〇,其中，Na2〇+ K2O-AI2O3彡2.0摩尔％，B2〇3-(Na2〇+K2〇-Al2〇3)>l摩尔％，B2〇3-(Na2〇+K 2〇-Al2〇3)>l摩尔％， 以及24摩尔％ <RAl〇4彡45摩尔％，其中，R是Na、K和Ag中的至少一种。2. 如权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃基本不含P2〇5和Li20中的至少一种。3. 如权利要求1或2所述的玻璃，其特征在于，56摩尔％ <Si02+B2〇3<75摩尔％。4. 如权利要求1-3中任一项所述的玻璃，其特征在于，2摩尔％ <B2〇3+P2(X 12摩尔％。5. 如前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃经过离子交换，并且维氏 裂纹压痕阈值至少约为9.5kgf。6. 如权利要求5所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃具有处于大于约500MPa的压缩应力 CS的层，所述层从所述玻璃的表面延伸到层深度DOL，其中，CS · D0L = 44000MPa · μπι。7. 如权利要求5或6所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃具有大于约800MPa的压缩应力 以及至少约40μπι的层深度，并且经过小于约4小时的离子交换。8. 如权利要求5或6所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃具有大于约800MPa的压缩应力 以及至少约52μπι的层深度，并且经过小于约8小时的离子交换。9. 如权利要求5或6所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃具有大于约800MPa的压缩应力 以及至少约30μπι的层深度，并且经过小于约2小时的离子交换。10. 如前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃还包含至少一种澄清 剂。11. 如权利要求10所述的玻璃，其特征在于，所述至少一种澄清剂包括以下至少一种： Sn02、Ce02、AS2O3、Sb2〇5、C1-和 F-。12. 如权利要求11所述的玻璃，其特征在于，所述至少一种澄清剂包括以下至少一种： 最高至约0.5摩尔％的3]1〇2，最高至约0.5摩尔％的六82〇3，以及最高至约0.5摩尔％的3匕2〇3。13. 如前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含:约55-62摩尔％的 Si〇2;约16-20摩尔％的六12〇3;约2-10摩尔％的82〇3;最高至约1摩尔％的？2〇5;约14-18摩 尔％的他2〇;约0.2-4摩尔％的1(2〇;最高至约0.5摩尔％的]\%0;最高至约0.5摩尔％的2]1〇;以 及最高至约〇. 5摩尔％的〇8〇。14. 如权利要求13所述的玻璃，其特征在于，似20+1(20-4120 3<0.5摩尔％。15. 如权利要求13或14所述的玻璃，其特征在于，B2〇3-(Na20+K 2〇-Al2〇3)>4摩尔％。16. 如权利要求13-15中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含约4-10摩尔％ 的B2O3。17. 如前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃的液相线粘度至少为 100千泊。18. 如权利要求17所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃是可下拉的。19. 一种玻璃，所述玻璃包含:约55-62摩尔％的3102;约16-20摩尔％的六1 2〇3;约4-10摩 尔％的82〇3;约14-18摩尔％的他2〇;约0.2-4摩尔％的1( 20;最高至约0.5摩尔％的]\^0;最高 至约〇. 5摩尔％的211〇;以及最高至约0.5摩尔％的0&0,其中，所述玻璃基本不含P2〇 5，以及其 中，Na2〇+K2〇-Al2〇3彡0.5摩尔％，B2〇3-(Na2〇+K 2〇-Al2〇3)>4摩尔％，以及28摩尔％<RAl〇4彡 45摩尔％，其中，R是Na、K和Ag中的至少一种。20. 如权利要求19所述的玻璃，其特征在于，56摩尔％ <Si02+B203<70摩尔％。21. 如权利要求19或20所述的玻璃，其特征在于，0摩尔％ [R'〇]<0.5摩尔％，其 中，R'是Ca、Mg和Zn中的至少一种。22. 如权利要求19-21中任一项所述的玻璃，其特征在于，K20彡0.25(Na20+K 20)。23. 如权利要求19所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃还包含至少一种澄清剂，所述至 少一种澄清剂包括以下至少一种:Sn02、Ce0 2、As2〇3以及Sb2〇5、Cl_和F一。24. 如权利要求23所述的玻璃，其特征在于，所述至少一种澄清剂包括以下至少一种： 最高至约0.5摩尔％的3]1〇2，最高至约0.5摩尔％的六82〇3，以及最高至约0.5摩尔％的3匕2〇3。25. 如权利要求19-24中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃的液相线粘度至少 为100千泊。26. 如权利要求25所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃是可下拉的。27. 如权利要求19-26中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃经过离子交换，并且 维氏裂纹压痕阈值至少约为9.5kgf。28. 如权利要求27所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃具有处于大于500MPa的压缩应力 CS的层，所述层从所述玻璃的表面延伸到层深度D0L，其中，CS · D0L = 44000MPa · μπι。29. 如权利要求27或28所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃具有大于约800MPa的压缩应 力以及至少约40μπι的层深度，并且经过小于约4小时的离子交换。30. 如权利要求27或28所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃具有大于约800MPa的压缩应 力以及至少约52μπι的层深度，并且经过小于约8小时的离子交换。31. 如权利要求27或28所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃具有大于约800MPa的压缩应 力以及至少约30μπι的层深度，并且经过小于约2小时的离子交换。32. -种对玻璃进行离子交换的方法，所述方法包括:在小于或等于约410°C的温度下， 在离子交换浴中对碱性铝硅酸盐玻璃进行离子交换持续最高至约8小时，所述离子交换浴 包含钾盐，以及所述碱性铝硅酸盐玻璃包含：约50-72摩尔％的310 2;约12-22摩尔％的 AI2O3;最高至约15摩尔％的B2O3;最高至约1摩尔％的P2O5;约11-21摩尔％的Na2〇;最高至约 5摩尔％的1(2〇;最高至约4摩尔％的1^0;最高至约5摩尔％的2]1〇;以及最高至约1摩尔％的 CaO，其中，经过离子交换的碱性铝硅酸盐玻璃具有从表面延伸到层深度D0L的压缩层，所述 压缩层的压缩应力CS至少为500MPa。33. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，CS · D0L = 44000MPa · μπι。34. 如权利要求32或33所述的方法，其特征在于，对所述玻璃进行离子交换，在8小时的 离子交换时间内，实现至少约800MPa的压缩应力以及至少约52μπι的层深度。35. 如权利要求32或33所述的方法，其特征在于，对所述玻璃进行离子交换，在4小时的 离子交换时间内，实现至少约800MPa的压缩应力以及至少约40μπι的层深度。
【文档编号】C03C21/00GK105939975SQ201480074139
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2014年11月17日
【发明人】M·J·德内卡, J·C·莫罗
【申请人】康宁股份有限公司