Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

CN105683108A - 具有高热膨胀系数的耐损坏的玻璃 - Google Patents

具有高热膨胀系数的耐损坏的玻璃 Download PDF

Info

Publication number
CN105683108A
CN105683108A CN201480058858.1A CN201480058858A CN105683108A CN 105683108 A CN105683108 A CN 105683108A CN 201480058858 A CN201480058858 A CN 201480058858A CN 105683108 A CN105683108 A CN 105683108A
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass
moles
ion
exchange
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201480058858.1A
Other languages
English (en)
Inventor
T·M·格罗斯
郭晓菊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corning Inc
Original Assignee
Corning Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Corning Inc filed Critical Corning Inc
Priority to CN202111287979.1A priority Critical patent/CN113860730A/zh
Publication of CN105683108A publication Critical patent/CN105683108A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/097—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing phosphorus, niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/18—Compositions for glass with special properties for ion-sensitive glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2204/00—Glasses, glazes or enamels with special properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31—Surface property or characteristic of web, sheet or block
    • Y10T428/315—Surface modified glass [e.g., tempered, strengthened, etc.]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

提供可离子交换的玻璃，其热膨胀系数(CTE)是至少约90×10-7℃-1。所述玻璃经历快速离子交换,例如于370℃-390℃的温度下在小于2小时的时间中在熔融的KNO3盐浴中离子交换到大于30微米的层深度。当离子交换到30-50微米的层深度时,玻璃呈现超过30千克力(kgf)的维氏(Vickers)中间/径向裂纹引发阈值。所述玻璃是可熔合成形的,且在一些实施方式中,所述玻璃与锆石相兼容。

Description

具有高热膨胀系数的耐损坏的玻璃
本申请根据35U.S.C.§119要求2013年08月27日提交的美国临时申请系列号61/870301的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。
发明背景
本发明涉及用作大片保护玻璃的玻璃。具体来说，本发明涉及用于这种应用的可离子交换的玻璃。甚至更具体地，本发明涉及可离子交换的玻璃，其具有高到足以用作大片保护玻璃的热膨胀系数。
玻璃用作例如LCD显示器的应用的保护盖板。在有些应用中，这种显示器通过外部框架支撑，所述外部框架通常由金属、钢或合金制成。随着显示器尺寸增加(例如,55英寸对角线),玻璃的热膨胀系数(CTE)与框架材料的热膨胀系数匹配非常重要,否则玻璃将遭受各种应力，这可导致变形或失效。目前使用的市售玻璃都不能满足这个要求。
发明概述
提供可离子交换的玻璃，其热膨胀系数(CTE)是至少约90×10-7℃-1。所述玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5、K2O,且在一些实施方式中,包含MgO。所述玻璃经历快速离子交换,例如于370℃-390℃的温度下在小于2小时的时间中在熔融的KNO3盐浴中快速离子交换到大于30微米的层深度。当离子交换到30-50微米的层深度时,玻璃呈现超过15千克力(kgf)的维氏(Vickers)中间/径向裂纹引发阈值。该玻璃是可熔合成形的(即,液相线温度低于160kP温度),且在一些实施方式中,与锆石相兼容(即,锆石分解温度高于该玻璃的35kP温度)。
因此,本发明的一方面是提供玻璃，该玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5,和大于约1摩尔％K2O,其中该玻璃的热膨胀系数是至少约90×10-7℃-1。
本发明的第二方面是提供离子交换的玻璃，其包含SiO2、Al2O3、P2O5、和大于约1摩尔％K2O。该离子交换的玻璃的热膨胀系数是至少约90×10-7℃-1，且维氏裂纹引发阈值是至少约15kgf。
本发明的第三方面是提供一种对玻璃进行离子交换的方法。所述方法包括：提供玻璃，该玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5、和大于约1摩尔％K2O，且热膨胀系数是至少约90×10-7℃-1；提供离子交换浴,其中该离子交换浴包含KNO3，且温度是约370℃-390℃；和在所述离子交换浴中对所述玻璃进行离子交换最多达约2小时的时间段。该离子交换的玻璃具有处于压缩应力下的层,该层从玻璃表面延伸到至少约30微米的层深度。
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这些和其它方面、优点和显著特征。
附图简要说明
图1是经过离子交换的玻璃板的横截面示意图；以及
图2是对玻璃进行离子交换的方法的示意图。
详细描述
在下面的描述中，在图中所示的多个视图中，类似的附图标记表示类似或对应的部分。还应理解，除非另外说明，否则，术语如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等是方便用语，不应视为限制性用语。此外，应理解，描述一个基团为包含元素的基团和它们的组合中的至少一个时，该基团可以单独的或相互的组合的形式包含任意数量的所列元素，或者以单独的或相互的组合的形式由任意数量的所列元素组成，或者以单独的或相互的组合的形式主要由任意数量的所列元素组成。类似的，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。除非另外说明，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限，以及所述上限和下限之间的任意范围。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，本说明书和附图所批露的各种特征可以任意和全部组合来使用。
如本文所使用，术语“玻璃制品”和“多个/种玻璃制品(glassarticles)”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，所有组成的单位均为摩尔百分数(摩尔％)。热膨胀系数(CTE)的单位为10-7/℃，且代表在约20℃-约300℃的温度范围测量的数值，除非另有说明。
如本文所使用，术语“液相线温度,”或“TL”指当熔融的玻璃从熔融温度冷却时首先出现晶体的温度，或者当温度从室温升高时最后一点晶体熔化时的温度。如本文所使用，术语“160kP温度”或“T160kP”指玻璃或玻璃熔体的粘度为160,000泊(P),或160千泊(kP)时的温度。如本文所使用，术语“35kP温度”或“T35kP”指玻璃或玻璃熔体的粘度为35,000泊(P),或35千泊(kP)时的温度。
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定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。因此,例如“基本上不含MgO”的玻璃是下述玻璃：其中没有主动将MgO添加或配料进入玻璃,但MgO可作为污染物以非常少的量存在。
通过如下方式来测量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。增加最大负载，直到对于给定的玻璃组合物满足阈值。所有的压痕测量都是在50％相对湿度和室温下进行。
使用本技术领域所公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“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(SOC)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SOC，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“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。
参见所有附图，并具体参见图1，应理解这些图的目的是描述本发明的具体实施方式，这些图不构成对本发明的说明书或所附权利要求书的限制。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，所示的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性方式显示。
本文所述的是可离子交换的玻璃，其具有高热膨胀系数(CTE)，并可用作大片保护玻璃。该玻璃(本文中也称作“高CTE玻璃”)还能进行离子交换，所述离子交换的速率大于相似玻璃的速率。进行离子交换之后,玻璃呈现高耐裂纹性，如通过维氏压痕所测量。
本文所述的高CTE玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5、和K2O。在一些实施方式中,玻璃主要由下述组分组成或包含下述组分：约57摩尔％-约75摩尔％SiO2(即,57摩尔％≤SiO2≤75摩尔％)；约6摩尔％-约17摩尔％Al2O3(即,6摩尔％≤Al2O3≤17摩尔％)；约2摩尔％-约7摩尔％P2O5(即,2摩尔％≤P2O5≤7摩尔％)；约14摩尔％-约17摩尔％Na2O(即,14摩尔％≤Na2O≤17摩尔％)；和大于约1摩尔％-约5摩尔％K2O(即,1摩尔％<K2O≤5摩尔％)。在一些实施方式中,玻璃主要由下述组分组成或包含下述组分：约57摩尔％-约59摩尔％SiO2(即,57摩尔％≤SiO2≤59摩尔％)；约14摩尔％-约17摩尔％Al2O3(即,14摩尔％≤Al2O3≤17摩尔％)；约6摩尔％-约7摩尔％P2O5(即,6摩尔％≤P2O5≤7摩尔％)；约16摩尔％-约17摩尔％Na2O(即,16摩尔％≤Na2O≤17摩尔％)；和大于约1摩尔％-约5摩尔％K2O(即,1摩尔％<K2O≤5摩尔％)。在一些实施方式中,玻璃还包含最多达约2摩尔％MgO(即,0摩尔％≤MgO≤2摩尔％)和/或最多达约1摩尔％CaO(即,0摩尔％≤CaO≤1摩尔％)。在一些实施方式中,玻璃基本上不含MgO。在一些实施方式中,玻璃基本上不含B2O3。这些玻璃的非限制性例子的组成、应变点、退火点和软化点列于表1。
氧化硅(SiO2)是本文所述的玻璃中的主要网络形成剂。在一些实施方式中,这些玻璃包含约57摩尔％-约75摩尔％SiO2。更高量的(例如,大于约60摩尔％)氧化硅趋于降低热膨胀系数。因此,在一些实施方式中,玻璃包含约57摩尔％-约59摩尔％SiO2。
氧化铝(Al2O3)主要促进离子交换。此外,Al2O3抑制相分离。在一些实施方式中,本文所述的玻璃包含约6摩尔％-约17摩尔％Al2O3。在其它实施方式中,这些玻璃包含大于约13摩尔％Al2O3,且在一些实施方式中,约14摩尔％-约17摩尔％Al2O3。
碱金属氧化物Na2O和K2O的存在增加玻璃的CTE。K2O对增加CTE起着主要作用，其次是Na2O。然而,玻璃进行离子交换时K2O的存在趋于降低压缩应力，并降低存在玻璃熔体时的锆石分解温度(T分解)。在一些实施方式中,本文所述的玻璃包含大于约1摩尔％K2O。在一些实施方式中,玻璃包含大于约1摩尔％-约5摩尔％K2O。玻璃中Na2O的存在提高玻璃的离子交换能力。在一些实施方式中,玻璃包含约14摩尔％-约17摩尔％Na2O,且在其它实施方式中,约16摩尔％-约17摩尔％Na2O。在一些实施方式中,玻璃还可包含其它碱金属氧化物(Li2O,Rb2O,Cs2O),但这些氧化物要么抑制离子交换并在离子交换玻璃中导致更低的表面压缩应力,要么是相对昂贵的。在一些实施方式中,玻璃包含小于约1.5摩尔％Li2O,且在一些实施方式中,不含或基本上不含Li2O。
碱土金属氧化物MgO促进玻璃的离子交换并增加经过离子交换的玻璃中的表面压缩应力,但趋于降低玻璃的热膨胀系数。在一些实施方式中,本文所述的玻璃包含最多达约2摩尔％MgO。在一些实施方式中,玻璃不含或基本上不含MgO。CaO趋于抑制离子交换和降低玻璃的CTE。因此,玻璃可包含最多达约1摩尔％CaO。
在一些实施方式中,这些玻璃中碱金属氧化物(R2O)和碱土金属氧化物(R'O)的总量大于约18摩尔％(即,R2O+R'O>18摩尔％)。
玻璃中存在P2O5通过下述方式来促进玻璃的离子交换：增加某些阳离子(例如,K+)的扩散系数。此外,P2O5趋于提高存在玻璃熔体时的锆石分解温度(T分解)。在一些实施方式中,本文所述的玻璃包含约2摩尔％-约7摩尔％P2O5。在一些实施方式中,玻璃包含大于约5摩尔％P2O5-约7摩尔％P2O5；且在一些实施方式中,约6摩尔％-约7摩尔％P2O5。
本文所述的玻璃的热膨胀系数(CTE)是至少约90×10-7℃-1。在其它实施方式中,CTE是至少约95×10-7℃-1,且又在其它实施方式中,至少约100×10-7℃-1。在一些实施方式中,CTE是约90×10-7℃-1到最多达约100×10-7℃-1,且在其它实施方式中,约90×10-7℃-1到最多达约110×10-7℃-1。在其它实施方式中,CTE是约95×10-7℃-1到最多达约100×10-7℃-1，且在一些实施方式中，最多达约105×10-7℃-1。测定的表1所示玻璃的CTE列于表1和2。在玻璃中用K2O取代MgO趋于增加玻璃的CTE,如通过表1和2中实施例6所示。表1和2中的实施例6,7,和8显示了通过调节玻璃中K2O的量，来“调节”或“定制”CTE的能力。因为在这3种玻璃中实施例6具有最高Al2O3和最低K2O浓度,所以进行离子交换时实施例6具有最高压缩应力。实施例9,10,和11显示用MgO取代Al2O3对CTE的影响。在实施例12-14系列中的玻璃显示从包含MgO和更少量的K2O的“基础”玻璃组成(实施例12)转变到包含K2O且基本上不含MgO的玻璃(实施例14)时对CTE的影响。在实施例15-20系列中的玻璃显示从包含K2O和基本上不含MgO的基础玻璃(实施例15)转变到包含MgO和更少量的K2O的玻璃(实施例20)时对CTE的影响。
本文所述的玻璃是可熔合成形的；即,玻璃的液相线温度TL允许它们通过熔合拉制方法或通过本技术领域所公知的其它下拉方法来成形。为了可熔合成形,玻璃的液相线温度应低于玻璃的160kP温度T160kP(即,TL<T160P)。
熔合拉制法中所用的硬件(例如等压槽)常常由锆石制成。如果等压槽中的锆石分解以形成氧化锆和氧化硅的温度(本文也称作“分解温度”或“T分解”)低于等压槽上经历的任何温度,锆石将分解以形成氧化硅和氧化锆，结果通过熔合法形成的玻璃包含氧化锆包含物(也称作“熔合线氧化锆”)。因此，希望在太低以至于不能分解锆石和形成氧化锆的温度的下对玻璃进行成形,并因此防止在玻璃中形成氧化锆缺陷。或者,等压槽可由其它耐火材料(例如氧化铝)制成,因此消除锆石的分解作为熔合拉制工艺中的一个因素。
因为熔合基本上是等粘过程，玻璃遇到的最高温度对应于玻璃的特定粘度。在本技术领域所公知的那些标准熔合拉制操作中，这种粘度是约35kP,且获得该粘度的温度称作35kP温度,或T35kP。
在一些实施方式中,本文所述的高CTE玻璃与锆石向兼容,且T分解>T35kP。例如,样品6(表1)的组成满足这些玻璃的CTE要求,但不与锆石相兼容,因为35kP温度超过锆石分解温度,如表2所示。为了使玻璃与锆石相兼容,可改变6组成来用MgO置换约1摩尔％Al2O3，如样品30的组成所示。为了使玻璃与锆石相兼容,样品6的组成已改变成用约1摩尔％MgO取代玻璃中存在的Al2O3，如表1中样品30的组成所示。根据锆石分解模型,用MgO取代Al2O3时锆石分解温度T分解将保持不变或略为增加。如表1和2所示,组成的这种微小的变化将玻璃的35kP温度T35kP从1244℃降低到1211℃。假设锆石分解温度仍然保持恒定为1215℃,则认为该玻璃与锆石相兼容。MgO和Al2O3的取代不显著改变CTE，或者当进行离子交换时,不显著改变玻璃的压缩应力(CS)、层深度(DOL),和诺氏(Knoop)压痕阈值数值。例如,玻璃样品28非常接近样品30的组成,并因此表明用MgO取代Al2O3时，保留了玻璃的CTE,CS,DOL,和压痕阈值(表3a和3b)的数值。用于表1中所示的选定实施例的密度,TL,T160P,T35kP,和T分解参见表2。
在一些实施方式中,使用本技术领域所公知的那些方法对本文所述的玻璃进行离子交换。在非限制性实施例中,将玻璃浸没于熔盐浴中，该熔盐浴包含碱金属阳离子例如K+,其比玻璃中存在的Na+阳离子更大。可使用除了在熔盐浴中进行浸没以外的方法来对玻璃进行离子交换。这些方法包括但不限于，将包含待引入至玻璃的阳离子的浆料或凝胶施加到玻璃的至少一个表面。
经过离子交换的玻璃具有处于压缩应力(CS)下的至少一个表面层，如图1示意性地显示。玻璃100具有厚度t,第一表面110,和第二表面112。在一些实施方式中,玻璃100的厚度t最多达约2mm,在其它实施方式中,最多达约1mm,在其它实施方式中,最多达0.7mm,又在其它实施方式中,最多达约0.5mm。玻璃100具有处于压缩应力下的第一层120(“压缩层”)，其从第一表面110延伸到达进入玻璃制品100的层深度d1。在图1所示的实施方式中，玻璃100还具有处于压缩应力下的第二压缩层122，其从第二表面112延伸到第二层深度d2。玻璃100还包括从d1延伸到d2的中央区域130。中央区域130处于拉伸应力或中央张力下,其平衡或抵销层120和122的压缩应力。第一和第二压缩层120和122的层深度d1和d2保护玻璃100免受通过对玻璃100的第一和第二表面110和112的锐器冲击造成的瑕疵扩展，同时第一和第二压缩层120和122中的压缩应力的大小使得瑕疵穿透通过第一和第二压缩层120和122的深度d1和d2的可能性最小化。
在一些实施方式中,本文所述的离子交换玻璃具有压缩层，其从玻璃表面延伸到至少约30微米的层深度,且在一些实施方式中,层深度是约30微米到最多达约50微米。在一些实施方式中,当离子交换到至少约30微米的层深度时，玻璃的压缩层处于至少约700MPa的压缩应力下，且在其它实施方式中,至少约800MPa的压缩应力下。表3a和3b列出了在熔融的KNO3盐浴中分别于390℃和370℃下进行离子交换以后，表1所示的玻璃组成的压缩应力CS,层深度DOL,和维氏裂纹压痕阈值。除非在表2中另有提供,表3a和3b所示的离子交换玻璃的应力光学系数(SOC)是30.1。
本文所述的高CTE玻璃还经历快速离子交换。更低的CS、更高的扩散速率和更高的压痕阈值表明这些高CTE玻璃具有更开放的网络。例如,可在约370℃-约390℃的温度下，在小于2小时的时间中，将本发明的玻璃在离子交换浴中离子交换到大于30微米的层深度，该离子交换浴包含熔融的KNO3。在具体实施例中,当在熔融的KNO3中于390℃下浸没1小时(表3a)时，将样品6(表1)离子交换到820MPa的压缩应力和50微米的层深度。
本文所述的离子交换玻璃的维氏裂纹引发阈值是至少约15千克力(kgf)；在其它实施方式中,是至少20kgf；且又在其它实施方式中,是至少约30kgf。在一些实施方式中,离子交换的玻璃的维氏裂纹引发阈值是至少30kgf,在其它实施方式中,是至少40kgf,且又在其它实施方式中,维氏裂纹引发阈值是至少50kgf。在一些实施方式中,维氏裂纹引发阈值是约30kgf到最多达约50kgf。表1所示玻璃组成的维氏裂纹压痕数据列于表3a和3b。
在另一方面中,还提供对玻璃进行离子交换的方法。该方法的步骤在图2中示意性地显示。方法200包含第一步骤210，其中提供玻璃，该玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5、和K2O且热膨胀系数为至少95×10-7℃-1，如上所述。在步骤220中,提供包含KNO3或主要由KNO3组成的离子交换浴。离子交换浴可包含其它盐(例如NaNO3)，或者可只包含KNO3或主要由KNO3组成。在整个过程中，将离子交换浴保持在约370℃-390℃的温度。然后，在离子交换浴中对玻璃进行离子交换最多达约2小时的时间段(步骤230),在该时间以后，经过离子交换的玻璃具有处于压缩应力下的层,该层从玻璃表面延伸到至少约30微米的层深度,且在一些实施方式中,层深度是约30微米到最多达约50微米。在一些实施方式中,玻璃的层处于至少约700MPa的压缩应力,且在其它实施方式中,至少约800MPa。
在一些实施方式中,离子交换的玻璃的维氏裂纹引发阈值是至少约30kgf，且在一些实施方式中,维氏裂纹引发阈值是约30kgf到最多达约50kgf。
表1.玻璃的组成、应变点、退火点、软化点和热膨胀系数。
表2.表1所列玻璃的玻璃热膨胀系数,200泊温度T200,35千泊温度T35kP,160千泊温度T160kP,液相线温度TL,液相线粘度,锆石分解温度T分解,锆石分解粘度,和应力光学系数SOC。
表3a.表1所列的玻璃在熔融的KNO3浴中于390℃下进行离子交换后的压缩应力CS,层深度DOL,和维氏裂纹压痕阈值。除非表2中有提供,否则经过离子交换的玻璃的应力光学系数(SOC)是30.1.
表3b.表1所列的玻璃在熔融的KNO3浴中于370℃下进行离子交换后的压缩应力CS,层深度DOL,和维氏裂纹压痕阈值。除非表2中有提供,否则经过离子交换的玻璃的应力光学系数(SOC)是30.1.
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，在不偏离本说明书和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。

Claims (40)

1.一种玻璃，该玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5、和大于约1摩尔％K2O,其中所述玻璃的热膨胀系数是至少约90×10-7℃-1。
2.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃是经过离子交换的，且所述玻璃的维氏裂纹引发阈值是至少约15kgf。
3.如权利要求2所述的玻璃，其特征在于，所述维氏裂纹引发阈值是约30kgf到最多达约50kgf。
4.如权利要求2或3所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃具有压缩层，该压缩层从玻璃表面延伸到至少约30微米的层深度。
5.如权利要求4所述的玻璃，其特征在于，所述层深度为约30微米到最多达约50微米。
6.如权利要求4或5所述的玻璃，其特征在于，所述压缩层的压缩应力是至少约800MPa。
7.如权利要求2-6中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃在离子交换浴中于约370℃-约390℃的温度下进行离子交换最多达2小时，该离子交换浴包含KNO3。
8.如权利要求1-7中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃具有液相线温度TL,160kP温度T160kP,35kP温度T35kP,和锆石分解温度T分解,其中TL<T160P和T分解>T35kP。
9.如权利要求1-8中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含约57摩尔％-约75摩尔％SiO2；约6摩尔％-约17摩尔％Al2O3；约2摩尔％-约7摩尔％P2O5；约14摩尔％-约17摩尔％Na2O；和大于约1摩尔％到约5摩尔％K2O。
10.如权利要求9所述的玻璃，其特征在于，还包含最多达约2摩尔％MgO。
11.如权利要求1-10中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含约57摩尔％-约59摩尔％SiO2；大于约13摩尔％到约17摩尔％Al2O3；大于约5摩尔％到约7摩尔％P2O5；约16摩尔％-约17摩尔％Na2O；和约1摩尔％-约5摩尔％K2O。
12.如权利要求1-11中任一项所述的玻璃，其特征在于，R2O+R'O大于约18摩尔％,其中R2O是至少一种碱金属氧化物，R'O是至少一种碱土金属氧化物。
13.如权利要求1-12中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含至少约13摩尔％Al2O3。
14.如权利要求1-13中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含大于约5摩尔％P2O5。
15.如权利要求1-14中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃基本上不含MgO。
16.如权利要求1-15任一项所述的玻璃，其中，所述玻璃基本上不含B2O3。
17.一种经过离子交换的玻璃，该经过离子交换的玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5、和K2O,其中该玻璃的热膨胀系数是至少约90×10-7℃-1，且该玻璃的维氏裂纹引发阈值是至少约15kgf。
18.如权利要求17所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，所述维氏裂纹引发阈值是约30kgf到最多达约50kgf。
19.如权利要求17或18所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，所述玻璃具有压缩层，该压缩层从玻璃表面延伸到至少约30微米的层深度。
20.如权利要求19所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，所述层深度为约30微米到最多达约50微米。
21.如权利要求17-20中任一项所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，所述压缩层的压缩应力是至少约800MPa。
22.如权利要求17-21中任一项所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，所述经过离子交换的玻璃在离子交换浴中于约370℃-约390℃的温度下进行离子交换最多达2小时，该离子交换浴包含KNO3。
23.如权利要求17-22中任一项所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，所述经过离子交换的玻璃具有液相线温度TL,160kP温度T160kP,35kP温度T35kP,和锆石分解温度T分解,其中TL<T160P和T分解>T35kP。
24.如权利要求17-23中任一项所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，所述经过离子交换的玻璃包含约57摩尔％-约59摩尔％SiO2；大于约13摩尔％到约17摩尔％Al2O3；大于约5摩尔％到约7摩尔％P2O5；约16摩尔％-约17摩尔％Na2O；和大于约1摩尔％到约5摩尔％K2O。
25.如权利要求24所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，还包含最多达约2摩尔％MgO。
26.如权利要求17-25中任一项所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，R2O+R'O大于约18摩尔％,其中R2O是至少一种碱金属氧化物，R'O是至少一种碱土金属氧化物。
27.如权利要求17-26中任一项所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，所述经过离子交换的玻璃包含至少约13摩尔％Al2O3。
28.如权利要求17-27中任一项所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，所述经过离子交换的玻璃包含大于约5摩尔％P2O5。
29.如权利要求17-28中任一项所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，所述经过离子交换的玻璃基本上不含MgO。
30.如权利要求17-29中任一项所述的经过离子交换的玻璃，其特征在于，所述经过离子交换的玻璃基本上不含B2O3。
31.一种对玻璃进行离子交换的方法，该方法包括：
a)提供玻璃，该玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5、和大于约1摩尔％K2O,且所述玻璃的热膨胀系数是至少约90×10-7℃-1；
b)提供离子交换浴,其中该离子交换浴包含KNO3，且该离子交换浴的温度是约370℃-390℃；和
c)在所述离子交换浴中对所述玻璃进行离子交换最多达约2小时的时间段，其中经过离子交换的玻璃具有处于压缩应力下的层,该层从玻璃表面延伸到至少约30微米的层深度。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述经过离子交换的玻璃的维氏裂纹引发阈值是至少约15kgf。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述维氏裂纹引发阈值是约30kgf到最多达约50kgf。
34.如权利要求31-33中任一项所述的方法，其特征在于，所述层深度为约30微米到最多达约50微米。
35.如权利要求31-34中任一项所述的方法，其特征在于，所述压缩应力是至少约800MPa。
36.如权利要求31-35中任一项所述的方法，其特征在于，所述经过离子交换的玻璃包含约57摩尔％-约59摩尔％SiO2；大于约13摩尔％到约17摩尔％Al2O3；大于约5摩尔％到约7摩尔％P2O5；约16摩尔％-约17摩尔％Na2O；和大于约1摩尔％-约5摩尔％K2O。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，还包含最多达约2摩尔％MgO。
38.如权利要求31-37中任一项所述的方法，其特征在于，R2O+R'O大于约18摩尔％,其中R2O是至少一种碱金属氧化物，R'O是至少一种碱土金属氧化物。
39.如权利要求31-38中任一项所述的方法，其特征在于，所述经过离子交换的玻璃包含至少约13摩尔％Al2O3。
40.如权利要求31-38中任一项所述的方法，其特征在于，所述经过离子交换的玻璃包含大于约5摩尔％P2O5。
CN201480058858.1A 2013-08-27 2014-08-22 具有高热膨胀系数的耐损坏的玻璃 Pending CN105683108A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111287979.1A CN113860730A (zh) 2013-08-27 2014-08-22 具有高热膨胀系数的耐损坏的玻璃

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361870301P 2013-08-27 2013-08-27
US61/870,301 2013-08-27
PCT/US2014/052262 WO2015031188A1 (en) 2013-08-27 2014-08-22 Damage resistant glass with high coefficient of thermal expansion

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111287979.1A Division CN113860730A (zh) 2013-08-27 2014-08-22 具有高热膨胀系数的耐损坏的玻璃

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105683108A true CN105683108A (zh) 2016-06-15

Family

ID=51493068

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111287979.1A Pending CN113860730A (zh) 2013-08-27 2014-08-22 具有高热膨胀系数的耐损坏的玻璃
CN201480058858.1A Pending CN105683108A (zh) 2013-08-27 2014-08-22 具有高热膨胀系数的耐损坏的玻璃

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111287979.1A Pending CN113860730A (zh) 2013-08-27 2014-08-22 具有高热膨胀系数的耐损坏的玻璃

Country Status (7)

Country Link
US (2) US9969644B2 (zh)
EP (1) EP3038983B1 (zh)
JP (1) JP6600309B2 (zh)
KR (1) KR102290967B1 (zh)
CN (2) CN113860730A (zh)
TW (2) TWI639572B (zh)
WO (1) WO2015031188A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020191982A1 (zh) * 2019-03-22 2020-10-01 科立视材料科技有限公司 一种具有低成本高压缩应力层的磷铝硅酸盐玻璃

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9359251B2 (en) 2012-02-29 2016-06-07 Corning Incorporated Ion exchanged glasses via non-error function compressive stress profiles
US11079309B2 (en) 2013-07-26 2021-08-03 Corning Incorporated Strengthened glass articles having improved survivability
EP3038983B1 (en) * 2013-08-27 2021-10-20 Corning Incorporated Damage resistant glass with high coefficient of thermal expansion
EP3071526B1 (en) 2013-11-19 2023-12-20 Corning Incorporated Ion exchangeable high damage resistance glasses
US10118858B2 (en) 2014-02-24 2018-11-06 Corning Incorporated Strengthened glass with deep depth of compression
US9359243B2 (en) * 2014-05-13 2016-06-07 Corning Incorporated Transparent glass-ceramic articles, glass-ceramic precursor glasses and methods for forming the same
TWI773291B (zh) 2014-06-19 2022-08-01 美商康寧公司 無易碎應力分布曲線的玻璃
CN206580739U (zh) 2014-10-08 2017-10-24 康宁股份有限公司 玻璃基制品
US10150698B2 (en) 2014-10-31 2018-12-11 Corning Incorporated Strengthened glass with ultra deep depth of compression
KR102459339B1 (ko) 2014-11-04 2022-10-26 코닝 인코포레이티드 비-취약성 응력 프로파일 및 이의 제조방법
US11104602B2 (en) 2015-06-26 2021-08-31 Corning Incorporated Glass with high surface strength
EP3502074A1 (en) 2015-06-26 2019-06-26 Corning Incorporated Glass with high surface strength
US9701569B2 (en) 2015-07-21 2017-07-11 Corning Incorporated Glass articles exhibiting improved fracture performance
US11613103B2 (en) 2015-07-21 2023-03-28 Corning Incorporated Glass articles exhibiting improved fracture performance
EP3386928A1 (en) 2015-12-08 2018-10-17 Corning Incorporated S-shaped stress profiles and methods of making
ES2879650T3 (es) 2015-12-11 2021-11-22 Corning Inc Artículos a base de vidrio formables por fusión que incluyen un gradiente de concentración de óxido de metal
EP3390313A1 (en) * 2015-12-17 2018-10-24 Corning Incorporated Ion exchangeable glass with fast diffusion
TWI774655B (zh) * 2016-02-22 2022-08-21 美商康寧公司 無鹼硼鋁矽酸鹽玻璃
DE202017007020U1 (de) 2016-04-08 2019-03-22 Corning Incorporated Artikel auf Glasbasis mit einem Metalloxid-Konzentrationsgradienten
KR20240019381A (ko) 2016-04-08 2024-02-14 코닝 인코포레이티드 두 영역을 포함하는 응력 프로파일을 포함하는 유리-계 물품, 및 제조 방법
EP3490950A1 (en) 2016-07-28 2019-06-05 Corning Incorporated Glasses having resistance to photo-darkening
US11111173B2 (en) 2016-11-07 2021-09-07 Corning Incorporated Lithium containing glasses
KR102515600B1 (ko) 2016-11-07 2023-03-29 코닝 인코포레이티드 리튬 함유 유리
CN110191864B (zh) * 2017-01-09 2022-05-10 康宁股份有限公司 具有低热膨胀系数的可离子交换玻璃
WO2018164904A1 (en) * 2017-03-09 2018-09-13 Corning Incorporated Method of electrostatic charge reduction of glass by surface chemical treatment
US11028007B2 (en) * 2017-06-22 2021-06-08 Corning Incorporated Automotive glass compositions, articles and hybrid laminates
NL2020896B1 (en) 2018-05-08 2019-11-14 Corning Inc Water-containing glass-based articles with high indentation cracking threshold
WO2020102147A2 (en) 2018-11-16 2020-05-22 Corning Incorporated Laminated glass articles comprising a hydrogen-containing glass core layer and methods of forming the same
TW202026257A (zh) 2018-11-16 2020-07-16 美商康寧公司 用於透過蒸氣處理而強化之玻璃成分及方法
US12122711B2 (en) 2019-05-16 2024-10-22 Corning Incorporated Steam strengthenable glass compositions with low phosphorous content
CN114127024B (zh) 2019-05-16 2023-10-24 康宁股份有限公司 具有蒸汽处理雾度抗性的玻璃组合物及其方法
JP7296539B2 (ja) * 2019-11-18 2023-06-23 Ａｇｃ株式会社 支持ガラス基板及び積層体
WO2021171761A1 (ja) 2020-02-25 2021-09-02 日本電気硝子株式会社 強化ガラス板及び強化用ガラス板
EP3904306B1 (en) * 2020-04-30 2023-06-07 Schott Ag Multi-fiber light guide, device with a multi-fiber light guide and method for producing the same
GB202012825D0 (en) 2020-05-12 2020-09-30 Corning Inc Fusion formable and steam strengthenable glass compositions with platinum compatibility
KR20230128292A (ko) 2020-12-28 2023-09-04 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤 강화 유리판
WO2024086037A1 (en) * 2022-10-21 2024-04-25 Corning Incorporated Zircon-compatible alkali glasses

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012099053A1 (ja) * 2011-01-18 2012-07-26 日本電気硝子株式会社 強化ガラス及び強化ガラス板
CN102718401A (zh) * 2006-10-10 2012-10-10 日本电气硝子株式会社 钢化玻璃基板
CN102971267A (zh) * 2010-05-27 2013-03-13 康宁股份有限公司 可离子交换玻璃

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4055703A (en) * 1975-08-15 1977-10-25 Ppg Industries, Inc. Ion exchange strengthened glass containing P2 O5
US4042405A (en) * 1976-03-18 1977-08-16 American Optical Corporation High strength ophthalmic lens
GB2335423A (en) * 1998-03-20 1999-09-22 Pilkington Plc Chemically toughenable glass
JP5589252B2 (ja) * 2006-10-10 2014-09-17 日本電気硝子株式会社 強化ガラス基板
US8802581B2 (en) * 2009-08-21 2014-08-12 Corning Incorporated Zircon compatible glasses for down draw
JP5645099B2 (ja) * 2009-09-09 2014-12-24 日本電気硝子株式会社 強化ガラス
US8778820B2 (en) * 2010-05-27 2014-07-15 Corning Incorporated Glasses having low softening temperatures and high toughness
US9540278B2 (en) * 2010-05-27 2017-01-10 Corning Incorporated Ion exchangeable glasses
JP2012036074A (ja) * 2010-07-12 2012-02-23 Nippon Electric Glass Co Ltd ガラス板
US20120052271A1 (en) * 2010-08-26 2012-03-01 Sinue Gomez Two-step method for strengthening glass
CN103338926B (zh) 2010-11-30 2016-03-02 康宁股份有限公司 表面和中心区域处于压缩状态的玻璃
US9346703B2 (en) * 2010-11-30 2016-05-24 Corning Incorporated Ion exchangable glass with deep compressive layer and high damage threshold
JP2013043795A (ja) * 2011-08-23 2013-03-04 Nippon Electric Glass Co Ltd 強化ガラス及びその製造方法
KR102036799B1 (ko) 2011-11-16 2019-10-25 코닝 인코포레이티드 높은 균열 개시 임계값을 갖는 이온 교환가능한 유리
US10941071B2 (en) * 2013-08-02 2021-03-09 Corning Incorporated Hybrid soda-lime silicate and aluminosilicate glass articles
EP3038983B1 (en) * 2013-08-27 2021-10-20 Corning Incorporated Damage resistant glass with high coefficient of thermal expansion
TWI632121B (zh) * 2013-08-29 2018-08-11 康寧公司 含有硼及磷的可離子交換玻璃
EP3390313A1 (en) * 2015-12-17 2018-10-24 Corning Incorporated Ion exchangeable glass with fast diffusion

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102718401A (zh) * 2006-10-10 2012-10-10 日本电气硝子株式会社 钢化玻璃基板
CN102971267A (zh) * 2010-05-27 2013-03-13 康宁股份有限公司 可离子交换玻璃
WO2012099053A1 (ja) * 2011-01-18 2012-07-26 日本電気硝子株式会社 強化ガラス及び強化ガラス板

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020191982A1 (zh) * 2019-03-22 2020-10-01 科立视材料科技有限公司 一种具有低成本高压缩应力层的磷铝硅酸盐玻璃

Also Published As

Publication number Publication date
EP3038983B1 (en) 2021-10-20
TW201509860A (zh) 2015-03-16
CN113860730A (zh) 2021-12-31
TWI639572B (zh) 2018-11-01
TW201906796A (zh) 2019-02-16
US20180244560A1 (en) 2018-08-30
KR20160046878A (ko) 2016-04-29
JP6600309B2 (ja) 2019-10-30
WO2015031188A1 (en) 2015-03-05
US20150064472A1 (en) 2015-03-05
US9969644B2 (en) 2018-05-15
KR102290967B1 (ko) 2021-08-19
TWI660930B (zh) 2019-06-01
JP2016529199A (ja) 2016-09-23
US10919797B2 (en) 2021-02-16
EP3038983A1 (en) 2016-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105683108A (zh) 具有高热膨胀系数的耐损坏的玻璃
US11447415B2 (en) Zircon compatible, ion exchangeable glass with high damage resistance
US11274057B2 (en) Ion exchangeable high damage resistance glasses
TWI750515B (zh) 強化玻璃以及強化玻璃的製造方法
CN105683106A (zh) 含硼和磷的可离子交换玻璃
US9517967B2 (en) Ion exchangeable glass with high damage resistance
JP6791757B2 (ja) 三次元成形のためのイオン交換可能なガラス物品
TW201130755A (en) Glass plate for display device, plate glass for display device and production process thereof
CN105008297A (zh) 假想化的玻璃及其制备方法
KR20180116419A (ko) 높은 표면 압축 응력을 가지는 이온 교환 가능 유리
CN105813995A (zh) 化学强化用玻璃和进行了化学强化处理的玻璃
JP7499180B2 (ja) 高い破壊靭性を有するガラス
KR20240140793A (ko) 화학적으로 강화된 유리 시트 및 그의 제조를 위한 방법
TW202308954A (zh) 低模數離子交換玻璃組成物
KR20230045022A (ko) 유리 및 결정화 유리
US20240174549A1 (en) Strengthened glasses with soda lime silicate glass cullet acceptability
Gomez et al. A Look at the Chemical Strengthening Process: Alkali Aluminosilicate Glasses vs. Soda‐Lime Glass
TW202330426A (zh) 無機組成物物品
TW202337855A (zh) 具有高ｃｔ及ｃｓ能力的可離子交換含鋯玻璃
TW202404921A (zh) 無機組成物物品

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160615