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KR20190122267A - 높은 균열 개시 임계값을 갖는 이온 교환가능한 유리 - Google Patents

높은 균열 개시 임계값을 갖는 이온 교환가능한 유리 Download PDF

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KR20190122267A
KR20190122267A KR1020197030884A KR20197030884A KR20190122267A KR 20190122267 A KR20190122267 A KR 20190122267A KR 1020197030884 A KR1020197030884 A KR 1020197030884A KR 20197030884 A KR20197030884 A KR 20197030884A KR 20190122267 A KR20190122267 A KR 20190122267A
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aluminosilicate glass
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티모씨 미카엘 그로스
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

샤프 충격에 기인한 손상에 대해 내성이 있고, 빠른 이온 교환이 가능한 알칼리 알루미노실리케이트 유리들은 제공된다. 상기 유리들은 적어도 4 mol% P2O5를 포함하고, 이온 교환된 경우, 적어도 약 7 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다.

Description

높은 균열 개시 임계값을 갖는 이온 교환가능한 유리 {Ion exchangeable glass with high crack initiation threshold}
본 출원은 2010년 11월 16일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/560,434호의 우선권을 주장하며, 상기 출원의 전체적인 내용은 참조로서 본 발명에 모두 포함된다.
본 개시는 내손상성 유리에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 개시는 이온 교환에 의해 선택적으로 강화된 내손상성 유리에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 개시는 이온 교환에 의해 선택적으로 강화된 내손상성, 인 함유 유리에 관한 것이다.
강화된 경우, 샤프 충격 (sharp impact)에 기인한 손상에 대해 내성이 있고, 빠른 이온 교환이 가능한 알칼리 알루미노실리케이트 유리들 (alkali aluminosilicate glasses)은 제공된다. 상기 유리들은 적어도 4 mol% P2O5를 포함하고, 이온 교환된 경우, 적어도 약 7 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중 (Vickers indentation crack initiation load)을 갖는다.
따라서, 하나의 관점은 적어도 약 4%의 P2O5를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하고, 여기서 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 10 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환되고, 및 여기서:
i. 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.4; 또는
ii. 1.3 < [(P2O5 + R2O)/M2O3] ≤ 2.3이고;
여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이며, RxO는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물 (cation oxides)의 합이고, R2O는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.4를 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1을 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 1.3 < [(P2O5 + R2O)/M2O3] ≤ 2.3을 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 1.5 < [(P2O5 + R2O)/M2O3] ≤ 2.0을 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 B2O3을 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li2O, Na2O, K2O,Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 410℃에서 적어도 약 2.4 x 10-10 ㎠/s의 포타슘/소듐 내부확산 계수 (potassium/sodium interdiffusion coefficient)를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 포타슘/소듐 내부확산 계수는 410℃에서 약 2.4 x 10-10 ㎠/s 내지 약 1.5 x 10-9 ㎠/s의 범위이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 상기 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층 (compressive layer)을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 약 300 MPa의 압축 응력 하에 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 7 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 12 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다.
또 다른 관점은 약 40 mol% 내지 약 70 mol% SiO2; 약 11 mol% 내지 약 25 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 15 mol% P2O5; 및 약 13 mol% 내지 약 25 mol% Na2O를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 약 50 mol% 내지 약 65 mol% SiO2; 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 10 mol% P2O5; 및 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Na2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 K2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 B2O3을 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li2O, Na2O, K2O,Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 410℃에서 적어도 약 2.4 x 10-10 ㎠/s의 포타슘/소듐 내부확산 계수를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 포타슘/소듐 내부확산 계수는 410℃에서 약 2.4 x 10-10 ㎠/s 내지 약 1.5 x 10-9 ㎠/s의 범위이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 상기 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 약 300 MPa의 압축 응력 하에 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 7 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 12 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다.
또 다른 관점은 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 강화시키는 방법을 포함하고, 상기 방법은 적어도 약 4%의 P2O5를 포함하는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 제공하는 단계, 여기서:
i. 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.4; 또는
ii. 1.3 < [(P2O5 + R2O)/M2O3] ≤ 2.3이고;
여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이며, RxO는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이고, R2O는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 2가 양이온 산화물의 합이며; 및 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 표면으로부터 적어도 10 ㎛의 층의 깊이로 확장하는 압축층을 형성하기 위해 약 24 시간까지의 시간 동안 이온 교환 욕에서 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 침지시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.4를 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1을 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 1.3 < [(P2O5 + R2O)/M2O3] ≤ 2.3을 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 1.5 < [(P2O5 + R2O)/M2O3] ≤ 2.0을 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 K2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 B2O3를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 압축층은 적어도 약 300 MPa의 압축 응력 하에 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환 유리는 적어도 약 7 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환 유리는 적어도 약 12 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다.
또 다른 관점은 적어도 약 4 mol% P2O5를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하고, 여기서 [M2O3 (mol%)/RxO(mol%)] < 1.4이고, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이며, RxO는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, [M2O3 (mol%)/RxO(mol%)] < 1.2이다. 몇몇 구현 예에 있어서, [M2O3 (mol%)/RxO(mol%)] < 1이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 약 40 mol% 내지 약 70 mol% SiO2; 약 11 mol% 내지 약 25 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 15 mol% P2O5; 및 약 13 mol% 내지 약 25 mol% Na2O를 포함한다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 약 50 mol% 내지 약 65 mol% SiO2; 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 10 mol% P2O5; 및 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Na2O를 포함한다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 1 mol% 미만의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 0 mol%의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 1 mol% 미만의 B2O3를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 0 mol%의 B2O3를 더욱 포함한다.
구현 예는 이온 교환될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 10 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 20 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환된다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 40 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 상기 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 약 300 MPa의 압축 응력 하에 있다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 상기 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 약 500 MPa의 압축 응력 하에 있다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 약 750 MPa의 압축 응력 하에 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 7 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 15 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 20 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 410℃에서 적어도 약 2.4 x 10-10 ㎠/s의 포타슘/소듐 내부확산 계수를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 포타슘/소듐 내부확산 계수는 410℃에서 약 2.4 x 10-10 ㎠/s 내지 약 1.5 x 10-9 ㎠/s의 범위이다.
또 다른 관점은 적어도 약 4 mol%의 P2O5를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 제공하는 데 있다. 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 10 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환되고, 여기서 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.4이며, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이고, RxO은 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.6 < [M2O3 (mol%)/RxO(mol%)] < 1이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.8 < [M2O3 (mol%)/RxO(mol%)] < 1이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 약 40 mol% 내지 약 70 mol% SiO2; 약 11 mol% 내지 약 25 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 15 mol% P2O5; 및 약 13 mol% 내지 약 25 mol% Na2O를 포함한다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 약 50 mol% 내지 약 65 mol% SiO2; 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 10 mol% P2O5; 및 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Na2O를 포함한다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 1 mol% 미만의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 0 mol%의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 1 mol% 미만의 B2O3를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 0 mol%의 B2O3를 더욱 포함한다.
상기 관점의 구현 예들은 이온 교환될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 10 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 20 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환된다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 40 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 상기 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 약 300 MPa의 압축 응력 하에 있다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 상기 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 약 500 MPa의 압축 응력 하에 있다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 상기 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 약 750 MPa의 압축 응력 하에 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 7 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 15 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 20 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 410℃에서 적어도 약 2.4 x 10-10 ㎠/s의 포타슘/소듐 내부확산 계수를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 포타슘/소듐 내부확산 계수는 410℃에서 약 2.4 x 10-10 ㎠/s 내지 약 1.5 x 10-9 ㎠/s의 범위이다.
본 개시의 또 다른 관점은 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 강화시키는 방법을 제공하는 데 있다. 상기 방법은 적어도 약 4 mol%의 P2O5를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 제공하는 단계, 여기서:
i. 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.4; 또는
ii. 1.3 < [(P2O5 + R2O)/M2O3] ≤ 2.3이고;
여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이며, RxO는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이고, R2O는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 2가 양이온 산화물의 합이며; 및 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 표면으로부터 적어도 10 ㎛의 층의 깊이로 확장하는 압축층을 형성하기 위해 약 24 시간 동안 이온 교환 욕에서 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 침지시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.4를 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1을 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 1.3 < [(P2O5 + R2O)/M2O3] ≤ 2.3을 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 1.5 < [(P2O5 + R2O)/M2O3] ≤ 2.0을 만족한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 K2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 B2O3를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 성기 압축층은 적어도 약 300 MPa의 압축 응력 하에 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 유리는 적어도 약 7 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 유리는 적어도 약 12 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 압축층은 표면으로부터 적어도 70 ㎛의 층의 깊이로 확장한다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 상기 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 약 300 MPa의 압축 응력 하에 있다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 상기 유리 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 약 500 MPa의 압축 응력 하에 있다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 상기 유리 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 약 750 MPa의 압축 응력 하에 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 7 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 15 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 20 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 410℃에서 적어도 약 2.4 x 10-10 ㎠/s의 포타슘/소듐 내부확산 계수를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 포타슘/소듐 내부확산 계수는 410℃에서 약 2.4 x 10-10 ㎠/s 내지 약 1.5 x 10-9 ㎠/s의 범위이다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 방법에 사용된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된 1가 및 2가 양이온 산화물을 포함한다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 방법에 사용된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 약 40 mol% 내지 약 70 mol% SiO2; 약 11 mol% 내지 약 25 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 15 mol% P2O5; 및 약 13 mol% 내지 약 25 mol% Na2O를 포함한다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 방법에 사용된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 약 50 mol% 내지 약 65 mol% SiO2; 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 10 mol% P2O5; 및 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Na2O를 포함한다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 방법에 사용된 조성물은 1 mol% 미만의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 방법에 사용된 조성물은 약 0 mol%의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 방법에 사용된 조성물은 1 mol% 미만의 B2O3를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 방법에 사용된 조성물은 약 0 mol%의 B2O3을 더욱 포함한다.
이들 및 다른 관점, 장점 및 특징은 다음의 상세한 설명, 첨부된 도면, 및 첨부된 청구항으로부터 명백해 질 것이다.
도 1은 이온 교환에 의해 강화된 유리 시트의 개략적 단면도이고; 및
도 2는 410℃의 용융 KNO3 욕에서 이온 교환되고 700℃에서 어닐링된 0.7 mm 두께 샘플에 대한 압축 응력의 함수에 따른 층의 깊이의 그래프이다.
사용될 수 있거나, 결합하여 사용될 수 있거나, 제조에 사용될 수 있거나, 또는 개시된 방법 및 조성물의 구현 예들인 물질, 화합물, 조성물, 및 성분은 개시된다. 이들 및 다른 물질은 본 명세서에 개시되고, 이들은 이들 물질의 조합, 서브셋, 상호작용, 그룹 등이 개시되는 경우, 이들 화합물들의 각각 다양한 개별 및 집합적 조합 및 치환의 특정 기준이 명확하게 개시되지 않을 수 있지만, 각각은 본 명세서에서 구체적으로 고려되고 기재된 것으로 이해된다.
따라서, 만약 치환기 A, B, 및 C의 부류가 개시될 뿐만 아니라 치환기 D, E, 및 F의 부류, 및 조합 구현 예의 예인, A-D가 개시된다면, 그 다음, 각각은 개별 및 집합적으로 고려된다. 따라서, 실시 예에 있어서, 각각의 조합 A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E, 및 C-F은 구체적으로 고려되고, A, B, 및 C; D, E, 및 F의 개시; 및 조합 예 A-D로부터 개시된 것으로 간주될 것이다. 유사하게, 이들의 어떤 서브셋 또는 조합은 또한 구체적으로 고려되고 개시된다. 따라서, 예를 들어, A-E, B-F, 및 C-E의 서브-그룹은 구체적으로 고려되고, A, B, 및 C; D, E, 및 F의 개시; 및 조합 예 A-D로부터 개시된 것으로 간주될 수 있다. 이러한 개념은 조성물의 어떤 성분 및 제조 방법에서 단계 및 개시된 조성물을 사용하는 것을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 본 개시의 모든 관점에 적용한다. 따라서, 만약 수행될 수 있는 다양한 부가적 단계가 있다면, 이들 부가적 단계 각각은 개시된 방법의 어떤 특정 구현 예 또는 구현 예의 조합으로 수행될 수 있다고 이해되고, 이러한 각각 조합은 구체적으로 고려되고, 개시되는 것으로 간주될 수 있다.
부가적으로, 군 (group)이 원소의 군 및 이의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기재되는 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여, 인용된 원소의 어떤 수로 이루어지거나, 또는 필수적으로 이루어지거나, 포함할 수 있는 것으로 이해된다. 유사하게, 군이 원소의 군 및 이의 조합 중 적어도 하나로 이루어지는 것으로 기술되는 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여, 인용된 원소의 어떤 수로 이루어질 수 있다는 것으로 이해된다.
더군다나, 만약 특별한 상황에서 별도로 언급되지 않는다면, 상한 및 하한 값을 포함하는, 수의 값의 범위가 본 명세서에 인용된 경우, 상기 범위는 이의 말단점, 및 상기 범위 내의 모든 정수 및 분획을 포함하는 것으로 의도된다. 본 개시의 범주가 범위를 규정하는 경우 인용된 특정 값으로 제한되는 것으로 의도되는 않는다. 더욱이, 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터는 범위, 하나 이상의 바람직한 범위 또는 바람직한 상한 값 및 바람직한 하한 값의 목록으로 제공된 경우, 이것은 어떤 상한 범위 또는 바람직한 값 및 어떤 하한 범위 또는 바람직한 값의 어떤 쌍으로부터 형성된 모든 범위들을 구체적으로 개시하는 것으로서, 이러한 쌍들이 개별적으로 개시되었는지의 여부와 상관없이, 이해될 것이다. 마지막으로, 상기 용어 "약"이 범위의 말단-점 또는 값으로 묘사하는데 사용된 경우, 상기 개시는 특정 값 또는 말단 점을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 상기 용어 "약"은 양, 크기, 제형, 파라미터, 및 다른 정량 및 특징이, 공차, 전환 인자, 반올림, 측정 오차 및 이와 같은 것, 및 기술 분야의 당업자에게 알려진 다른 인자들을 반영하여, 정확하지 않지만, 요구된 바와 같이, 대략 및/또는 더 크거나 또는 더 작을 수 있는 것을 의미한다. 일반적으로, 양, 크기, 제형, 파라미터 또는 다른 품질 또는 특징은 이렇게 명확하게 언급되지 않아도 "약" 또는 "대략"이다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 "또는"은 포괄적이고; 더욱 구체적으로, 문구 "A" 또는 "B"는 "A, B 또는 A 및 B 모두"를 의미한다. 배타적인 "또는"은, 예를 들어, "A이거나 또는 B" 및 "A 또는 B 중 하나"와 같은 용어로서 본 명세서에서 표기된다.
단수는 구현 예의 요소 및 성분들을 설명하는데 사용된다. 이들 단수의 사용은 이들 요소 또는 성분들 중 하나 또는 적어도 하나가 존재한다는 것을 의미한다. 비록 단수 형태로 표시된 경우일 지라도, 특별한 언급이 없는 한, 본 명세서에 사용된 단수는 적어도 하나 또는 그 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다. 유사하게, 본 명세서에 사용된 "상기" 또한 특별한 언급이 없는 한, 단수 또는 복수일 수 있다.
구현 예를 설명할 목적을 위하여, 파라미터의 "함수"인 변수 또는 다른 변수에 대한 본 명세서의 기준이 상기 변수가 배타적으로 기재된 파라미터 또는 변수의 함수인 것을 뜻하는 것으로 의도되지 않는 것에 주목해야 한다. 오히려, 기재된 파라미터의 "함수"인 변수에 대한 본 명세서의 기준은 상기 변수가 단일 파라미터 또는 복수의 파라미터의 함수일 수 있도록 말단 개방되는 것으로 의도된다. 또한, 특별한 언급이 없는 한, "상부", "하부", "외부", "내부" 등과 같은 용어는 편리에 의한 단어이지 제한 용어로서 해석되지 않는다.
"바람직하게", "일반적으로" 및 "통상적으로"와 같은 용어는, 본 명세서에 활용된 경우, 어떤 특성이 기재된 구현 예의 구조 또는 기능에 대해 임계적, 필수적, 또는 중요하다는 것을 암시하거나 또는 범주를 제한하기 위해 활용되지 않는다는 것에 주목해야 한다. 오히려, 이들 용어는 특정 구현 예에서 활용될 수 있거나 또는 활용될 수 없는, 선택적 또는 부가적 특성을 강조하거나 또는 구현 예의 특정 관점을 확인하기 위한 것으로 단순히 의도된다.
구현 예를 규정하고 설명하기 위한 목적을 위하여, 용어 "실질적으로" 및 "대략적으로"는 어떤 정량적 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기여될 수 있는 내재한 불확실성을 표현하기 위해 본 명세서에 활용되는 것에 주목해야 한다. 상기 용어 "실질적으로" 및 "대략적으로"는 또한 정량적인 표현이 쟁점의 주제의 기본 함수에서 변화를 결과하지 않고 언급된 기준으로부터 변할 수 있는 정도를 나타내기 위해 본 명세서에 활용된다.
하나 이상의 청구항은 전환 문구로서 용어 "여기서"를 활용할 수 있는 것에 주목해야 한다. 구현 예를 규정하기 위한 목적을 위하여, 이러한 용어는 일련의 구조의 특징의 설명을 도입하는데 사용된 개방-형 전환 문구로서 청구항에 도입되고, 좀더 일반적으로 사용된 개방-형 서두 용어 "포함하는"과 같은 방식으로 이해될 수 있다는 것에 주목해야 한다.
상기 유리 조성물을 생산하는데 사용된 원료 및/또는 장비의 결과로서, 의도적으로 첨가되지 않은 어떤 불순물 또는 성분들은 최종 유리 조성물에 존재할 수 있다. 이러한 물질이 소량으로 상기 유리 조성물에 존재하고, 본 명세서에서는 "이물질 (tramp materials)"이라 한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 0 wt% 또는 mol%의 화합물을 갖는 유리 조성물은 상기 화합물, 분자, 또는 원소가 상기 조성물에 목적을 갖고 첨가되지 않지만, 상기 조성물이 화합물을, 통상적으로 이물질 또는 극소량으로 포함할 수 있다는 것을 의미하는 것으로 정의된다. 유사하게, "소듐-없는", "알칼리-없는", "포타슘-없는" 또는 이와 유사한 것은 상기 화합물, 분자, 또는 원소가 목적을 갖고 상기 조성물에 첨가되지 않지만, 상기 조성물은 소듐, 알칼리, 또는 포타슘을, 대략적으로 이물질 또는 극소량으로 여전히 포함할 수 있다는 것을 의미하는 것으로 정의된다. 특별한 언급이 없는 한, 본 명세서에 인용된 모든 구성분의 농도는 몰 퍼센트 (mol%)의 관점으로 표현된다.
본 명세서에 기재된 비커스 압입 균열 임계 측정 (Vickers indentation cracking threshold measurements)은 0.2 mm/min의 속도로 유리 표면에 압입 하중을 적용하고, 그 다음 제거하여 수행된다. 최대 압입 하중은 10 초 동안 유지된다. 상기 압입 균열 임계값은 10 인텐트 (indents)의 50%가 인텐트 임프레션 (indent impression)의 코너로부터 발산하는 어떤 수의 방사/평균 균열 (radial/median crack)을 나타내는 압입 하중으로 정의된다. 상기 최대 하중은 상기 임계값이 제공된 유리 조성물에 대해 충족될 때까지 증가된다. 모든 압입 측정은 50% 상대 습도에서 실온으로 수행된다.
일반적으로 도면, 특히 도 1을 참조하면, 예시는 특정한 구현 예를 설명하기 위한 목적이지, 여기에 첨부된 청구항 또는 개시를 제한하는 것으로 의도되지 않는 것으로 이해될 것이다. 도면은 스케일이 필수적인 것은 아니고, 도면의 어떤 특성 및 어떤 관점은 관심의 명확도 및 개념에서 스케일 또는 개략적으로 확대되어 나타낼 수 있다.
높은 내손상성을 갖는 (즉, 15 kilograms force (kgf)를 초과하는, 몇몇 구현 예에 있어서, 20 kgf를 초과하는 비커스 균열 입계값을 갖는), 화학적으로 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 통상적으로 [(Al2O3(mol%) + B2O3(mol%))/(Σ 개질제 산화물 (mol%))] > 1을 만족하는 조성물을 가지며, 여기서 상기 개질제 산화물은 알칼리 및 알칼리 토 산화물을 포함한다. 이러한 유리는 발명의 명칭 "Crack and Scratch Resistant Glass and Enclosures Made Therefrom"으로, Kristen L. Barefoot et al.에 의해, 2010년, 8월 18일에 출원된 미국특허 제12/858,490호에 이미 기술되었다.
향상된 내손상성의 P2O5-함유 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 발명의 명칭 "Ion Exchangeable Glass with Deep Compressive Layer and High Modulus"로 Dana Craig Bookbinder et al.에 의해, 2010년 11월 30일 출원된, 미국 가 특허출원 제61/417,941호에 이미 기술되었다. 본 명세서에 기재된 유리는 각각 AlPO4 및 BPO4를 형성하기 위해 Al2O3 및 B2O3로 배치된 (batch) 인산염을 함유하고, 하기 조성물 규칙을 따른다:
0.75 ≤ [(P2O5(mol%) + R2O(mol%)) / M2O3(mol%)] ≤ 1.3이고,
여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이다.
본 명세서에 기재된 구현 예는 P2O5-함유 알칼리 알루미노실리케이트 유리 및, 이온 교환에 의해 화학적으로 강화된 경우, 적어도 약 7 kgf, 8, kgf, 9, kgf, 10, kgf, 11 kgf, 12 kgf, 13 kgf, 14 kgf, 15 kgf 16 kgf, 17 kgf, 18 kgf, 19 kgf, 및, 몇몇 구현 예에 있어서, 적어도 약 20 kgf의 비커스 균열 임계값을 달성하는, 이로부터 제조된 제품을 포함한다. 이들 유리 및 유리 제품의 내손상성은 적어도 약 4 mol% P2O5의 첨가에 의해 향상된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 내손상성은 적어도 약 5 mol% P2O5의 첨가에 의해 향상된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 P2O5 농도는 약 4 mol% 내지 약 10 mol%의 범위 및, 다른 구현 예에 있어서, 약 4 mol% 내지 약 15 mol%의 범위이다.
본 명세서에 기재된 구현 예는 일반적으로 미국 가 특허출원 제61/417,941호에 기재된 조성 공간 (composition space)의 유리 및 유리 제품에 속한다. 부가적으로, 본 개시에 기재된 유리는 명목상으로 사면체 인 (tetrahedral phosphorus) 구조 단위당 하나의 이중-결합 산소를 함유하는 주로 사면체 배위 인산 (PO4 3-) 군을 포함한다.
몇몇 구현 예에 있어서, M2O3 대 ΣRxO의 비는 장점이 있는 용융 온도, 점도, 및/또는 액상 온도를 갖는 유리를 제공한다. 몇몇 구현 예는 비 (M2O3(mol%)/ΣRxO(mol%)) < 1.4으로 기재될 수 있고, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이고, 여기서ΣRxO는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 본 명세서에 기재된 상기 유리 및 유리 제품은 4 mol%초과의 P2O5을 포함하고, 여기서 상기 비 (M2O3(mol%)/ΣRxO(mol%))는 1.4 미만이고, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이며, 여기서 ΣRxO은 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, (M2O3(mol%)/ΣRxO(mol%))의 비는 1.0 미만이다. 몇몇 구현 예에 있어서, (M2O3(mol%)/ΣRxO(mol%))의 비는 1.4, 1.35, 1.3, 1.25, 1.2, 1.15, 1.1, 1.05, 1.0, 0.95, 0.9, 0.85, 0.8, 0.75, 또는 0.7 미만이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.6 < (M2O3(mol%)/RxO(mol%)) < 1.4이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.6 < (M2O3(mol%)/RxO(mol%)) < 1.2이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.6 < (M2O3(mol%)/RxO(mol%)) < 1이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.8 < (M2O3(mol%)/RxO(mol%)) < 1.4이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.8 < (M2O3(mol%)/RxO(mol%)) < 1.2이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.8 < (M2O3(mol%)/RxO(mol%)) < 1.0이다. 몇몇 구현 예에 있어서, Y < (M2O3(mol%)/RxO(mol%)) < Z이고, 여기서 Y는 약 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8, 0.85, 0.9, 0.95, 1.0, 1.05, 또는 1.1이고, X는 독립적으로 약 1.4, 1.35, 1.3, 1.25, 1.2, 1.15, 1.1, 1.05, 1.0, 0.95, 0.9, 0.85, 0.8이며, 여기서 X > Y이다. 이러한 1가 및 2가 산화물은 알칼리 금속 산화물 (Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O), 알칼리 토 산화물 (MgO, CaO, SrO, BaO), 및 ZnO와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 전이 금속 산화물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
몇몇 구현 예에 있어서, 본 명세서에 기재된 유리는 부등식 (inequality) [(Al2O3(mol%) + B2O3(mol%))/(Σ 개질제 산화물 (mol%))] < 1.0을 만족한다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 유리 구조에 대해 허용하는 충분한 P2O5를 가질 수 있고, 여기서 P2O5는 상기 구조에 상당히, 또는 부가적으로, MPO4로 존재한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 이러한 구조는 [(P2O5 (mol%) + R2O (mol%))/M2O3 (mol%)] > 1.24의 비에 의해 기재될 수 있고, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3, P2O5는 4 mol% 이상이고, 여기서 R2O는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 본 명세서에 기재된 유리는 4 mol% 초과의 P2O5를 포함하고, 여기서 [(P2O5(mol%) + R2O (mol%))/M2O3 (mol%)]의 비는 1.24 초과이며, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이고, 여기서 R2O는 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, [(P2O5(mol%) + R2O (mol%))/M2O3 (mol%)]의 비는 1.3 초과이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 비는 1.24 ≤ [(P2O5(mol%) + R2O (mol%))/M2O3 (mol%)] ≤ 2.8이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 본 명세서에 기재된 상기 유리 및 유리 제품은 4 mol% 초과의 P2O5를 포함하고, 하기 비로 설명된다:
S ≤ [(P2O5(mol%) + R2O (mol%))/M2O3 (mol%)] ≤ V,
여기서 S는 독립적으로 약 1.5, 1.45, 1.4, 1.35, 1.3, 1.25, 1.24, 1.2, 또는 1.15이고, V는 독립적으로 약 2.0, 2.05, 2.1, 2.15, 2.2, 2.25, 2.3, 2.35, 2.4, 2.45, 2.5, 2.55, 2.6, 2.65, 2.7, 2.75, 또는 2.8이다.
본 명세서에 기재된 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리 및 제품은 다수의 화학적 성분을 포함한다. 산화물인, SiO2는 유리의 네트워크 구조를 안정화시키는 기능으로, 유리의 형성에 포함된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 40 내지 약 70 mol% SiO2를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 50 내지 약 70 mol% SiO2를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 55 내지 약 65 mol% SiO2를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 40 내지 약 70 mol%, 약 40 내지 약 65 mol%, 약 40 내지 약 60 mol%, 약 40 내지 약 55 mol%, 약 40 내지 50 mol%, 약 40 내지 45 mol%, 50 내지 약 70 mol%, 약 50 내지 약 65 mol%, 약 50 내지 약 60 mol%, 약 50 내지 약 55 mol%, 약 55 내지 약 70 mol%, 약 60 내지 약 70 mol%, 약 65 내지 약 70 mol%, 약 55 내지 약 65 mol%, 또는 약 55 내지 약 60 mol% SiO2를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 또는 70 mol% SiO2를 포함한다.
Al2O3는, 다른 이점들 중에서, a) 가장 낮은 가능한 액상 온도의 유지하고, b) 팽창 계수를 낮추며, 또는 c) 변형점을 향상시키는 것을 제공할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 11 내지 약 25 mol% Al2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 14 내지 약 20 mol% Al2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 11 내지 약 25 mol%, 약 11 내지 약 20 mol%, 약 11 내지 약 18 mol%, 약 11 내지 약 15 mol%, 약 12 내지 약 25 mol%, 약 12 내지 약 20 mol%, 약 12 내지 약 18 mol%, 약 12 내지 약 15 mol%, 약 14 내지 약 25 mol%, 약 14 내지 약 20 mol%, 약 14 내지 약 18 mol%, 약 14 내지 약 15 mol%, 약 18 내지 약 25 mol%, 약 18 내지 약 20 mol%, 또는 약 20 내지 약 25 mol% Al2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 ,22, 23, 24, 또는 25 mol% Al2O3를 포함할 수 있다.
구현 예에서 B2O3의 존재는 내손상성을 향상시킬 수 있지만, 또한 압축 응력 및 확산도에 대해 유해할 수 있다. 본 명세서에 기재된 유리는 일반적으로 B2O3를 함유하지 않거나- 또는 없다. 몇몇 구현 예에 있어서, 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 2, 3, 또는 4 mol%의 B2O3는 존재할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 4, 3, 2, 또는 1 mol% 미만의 B2O3는 존재할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 이물질 B2O3는 존재할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 0 mol%의 B2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, B2O3의 양은 0.5 mol% 이하, 0.25 mol% 이하, 0.1 mol% 이하, 약 0.05 mol% 이하, 0.001 mol% 이하, 0.0005 mol% 이하, 또는 0.0001 mol% 이하이다. 몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리 조성물은 의도적으로 첨가된 B2O3가 없다.
P2O5로서 유리에 인산의 첨가는 내손상성을 개선하고, 이온 교환을 방해하지 않는다는 것을 발견하였다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리에 대해 인산의 첨가는, 실리카 (유리에서 SiO2)가, 사면체 배위 붕소 및 인산으로 이루어지는, 사면체 배위 알루미늄 및 인산 및/또는 붕소 인산염 (BPO4)으로 이루어진, 알루미늄 인산염 (AlPO4)에 의해 대체되는 구조를 생성한다. 본 명세서에 기재된 유리는 일반적으로 4 mol% 초과의 P2O5를 함유한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 약 4 내지 약 15 mol% P2O5를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 약 4 내지 약 12 mol% P2O5를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 약 4 내지 약 10 mol% P2O5를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 약 6 내지 약 10 mol% P2O5를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 4 내지 약 15 mol%, 약 6 내지 약 15 mol%, 약 8 내지 약 15 mol%, 약 10 내지 약 15 mol%, 약 12 내지 약 15 mol%, 약 4 내지 약 12 mol%, 약 4 내지 약 10 mol%, 약 4 내지 약 8 mol%, 약 4 내지 약 6 mol%, 약 6 내지 약 12 mol%, 약 6 내지 약 10 mol%, 약 6 내지 약 8 mol%, 약 8 내지 약 12 mol%, 약 8 내지 약 10 mol%, 약 10 내지 약 12 mol% P2O5를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 또는 15 mol% P2O5를 포함할 수 있다.
Na2O는 구현된 유리에서 이온 교환하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 약 13 내지 약 25 mol% Na2O를 포함할 수 있다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리는 약 13 내지 약 20 mol% Na2O를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 13 내지 약 25 mol%, 약 13 내지 약 20 mol%, 약 13 내지 약 18 mol%, 약 13 내지 약 15 mol%, 약 15 내지 약 25 mol%, 약 15 내지 약 20 mol%, 약 15 내지 약 18 mol%, 약 18 내지 약 25 mol%, 약 18 내지 약 20 mol%, 또는 약 20 내지 약 25 mol%를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 약 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 또는 25 mol% Na2O를 포함할 수 있다.
RxO는 일반적으로 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물을 묘사한다. 상기 제공된 RxO은 상기 유리의 이온 교환을 위해 장점을 제공할 수 있다. 이러한 1가 및 2가 산화물은 알칼리 금속 산화물 (Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O), 알칼리 토 산화물 (MgO, CaO, SrO, BaO), 및 ZnO과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 전이 금속 산화물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물의 RxO의 양은 (M2O3(mol%)/ΣRxO(mol%)) < 1.4으로 기재된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물의 RxO의 양은 (M2O3(mol%)/ΣRxO(mol%)) < 1.0으로 기재된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물에서 RxO의 양은 0.6 < (M2O3(mol%)/ΣRxO(mol%)) < 1.4으로 기재된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 조성물에서 RxO의 양은 0.6 < (M2O3(mol%)/ΣRxO(mol%)) < 1.0으로 기재된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 7 내지 약 30 mol%의 Al2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 14 내지 약 25 mol%의 Al2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 7 내지 약 30 mol%, 약 7 내지 약 25 mol%, 약 7 내지 약 22 mol%, 약 7 내지 약 20 mol%, 약 7 내지 약 18 mol%, 약 7 내지 약 15 mol%, 약 7 내지 약 10 mol%, 약 10 내지 약 30 mol%, 약 10 내지 약 25 mol%, 약 10 내지 약 22 mol%, 약 10 내지 약 18 mol%, 약 10 내지 약 15 mol%, 약 15 내지 약 30 mol%, 약 15 내지 약 25 mol%, 약 15 내지 약 22 mol%, 약 15 내지 약 18 mol%, 약 18 내지 약 30 mol%, 약 18 내지 약 25 mol%, 약 18 내지 약 22 mol%, 약 18 내지 약 20 mol%, 약 20 내지 약 30 mol%, 약 20 내지 약 25 mol%, 약 20 내지 약 22 mol%, 약 22 내지 약 30 mol%, 약 22 내지 약 25 mol%, 또는 약 25 내지 약 30 mol%를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 ,22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 또는 30 mol% RxO를 포함할 수 있다.
M2O3는 상기 조성물에서 Al2O3 및 B2O3의 양을 설명한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 11 내지 약 30 mol% M2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 14 내지 약 20 mol% M2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 11 내지 약 30 mol%, 약 11 내지 약 25 mol%, 약 11 내지 약 20 mol%, 약 11 내지 약 18 mol%, 약 11 내지 약 15 mol%, 약 12 내지 약 30 mol%, 약 12 내지 약 25 mol%, 약 12 내지 약 20 mol%, 약 12 내지 약 18 mol%, 약 12 내지 약 15 mol%, 약 14 내지 약 30 mol%, 약 14 내지 약 25 mol%, 약 14 내지 약 20 mol%, 약 14 내지 약 18 mol%, 약 14 내지 약 15 mol%, 약 18 내지 약 25 mol%, 약 18 내지 약 20 mol%, 또는 약 20 내지 약 25 mol% M2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 약 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 ,22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 또는 30 mol% M2O3를 포함할 수 있다.
몇몇 구현 예에 있어서 K2O는 이온 교환을 위해 사용될 수 있지만, 압축 응력에 대해 해로울 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 K2O가 없다. 상기 유리 조성물은, 예를 들어, K2O 함량이 0.5 mol% 이하, 0.25 mol% 이하, 0.1 mol% 이하, 약 0.05 mol% 이하, 0.001 mol% 이하, 0.0005 mol% 이하, 또는 0.0001 mol% 이하인 경우, 실질적으로 K2O가 없는 것이다. 몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리 시트는 의도적으로 첨가된 소듐이 없다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0 내지 약 1 mol% K2O를 포함할 수 있다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0 내지 약 1 mol% 초과의 K2O를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 0 내지 약 2 mol%, 0 내지 약 1.5 mol%, 0 내지 약 1 mol%, 0 내지 약 0.9 mol%, 0 내지 약 0.8 mol% 0 내지 약 0.7 mol%, 0 내지 약 0.6 mol%, 0 내지 약 0.5 mol%, 0 내지 약 0.4 mol%, 0 내지 약 0.3 mol%, 0 내지 약 0.2 mol%, 또는 0 내지 약 0.1 mol%를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 약 0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 1 mol% K2O를 포함할 수 있다.
부가적인 성분은 부가적인 이점을 제공하기 위해 상기 유리 조성물에 혼입될 수 있다. 예를 들어, 부가적인 성분은 (예를 들어, 상기 유리를 생산하는데 사용된 용융된 배치 물질로부터 가스성 함유물의 제거를 촉진하기 위한) 청징제 및/또는 다른 목적을 위해 첨가될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 자외선 흡수제로서 유용한 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 3 mol% 이하의 TiO2, MnO, ZnO, Nb2O5, MoO3, Ta2O5, WO3, ZrO2, Y2O3, La2O3, HfO2, CdO, SnO2, Fe2O3, CeO2, As2O3, Sb2O3, Cl, Br, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0 내지 약 3 mol%, 0 내지 약 2 mol%, 0 내지 약 1 mol%, 0 내지 0.5 mol%, 0 내지 0.1 mol%, 0 내지 0.05 mol%, 또는 0 내지 0.01 mol%의 TiO2, MnO, ZnO, Nb2O5, MoO3, Ta2O5, WO3, ZrO2, Y2O3, La2O3, HfO2, CdO, SnO2, Fe2O3, CeO2, As2O3, Sb2O3, Cl, Br, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0 내지 약 3 mol%, 0 내지 약 2 mol%, 0 내지 약 1 mol%, 0 내지 약 0.5 mol%, 0 내지 약 0.1 mol%, 0 내지 약 0.05 mol%, 또는 0 내지 약 0.01 mol%의 TiO2, CeO2, 또는 Fe2O3, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다.
몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리 조성물 (예를 들어, 상기에서 논의된 어떤 유리)는, 예를 들어, 상기 유리가 청징제로서 Cl 및/또는 Br을 포함하는 경우에 있어서, F, Cl, 또는 Br을 포함할 수 있다.
몇몇 구현 예에 따른, 유리 조성물은 BaO를 포함할 수 있다. 어떤 구현 예에 있어서, 상기 유리는 약 5 미만, 약 4 미만, 약 3 미만, 약 2 미만, 약 1 미만, 0.5 미만, 또는 0.1 mol% 미만의 BaO를 포함할 수 있다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 실질적으로 Sb2O3, As2O3, 또는 이의 조합이 없을 수 있다. 예를 들어, 상기 유리는 0.05 mol% 이하의 Sb2O3 또는 As2O3 또는 이의 조합을 포함할 수 있고, 상기 유리는 0 mol%의 Sb2O3 또는 As2O3 또는 이의 조합을 포함할 수 있으며, 또는 상기 유리는, 예를 들어, 의도적으로 첨가된 Sb2O3, As2O3,또는 이의 조합이 없을 수 있다.
몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리는 상업적으로-제조된 유리에서 통상적으로 발견된 오염원을 더욱 포함할 수 있다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 다양한 다른 산화물 (예를 들어, TiO2, MnO, ZnO, Nb2O5, MoO3, Ta2O5, WO3, ZrO2, Y2O3, La2O3, P2O5, 및 이와 유사한 것)은, 다른 유리 성분에 대한 조정에도, 상기 유리 조성물의 용융 또는 형성 특징을 절충하지 않고, 첨가될 수 있다. 몇몇 구현 예에 따른, 이러한 다른 산화물을 더욱 포함하는 상기 유리의 경우에 있어서, 각각의 이러한 다른 산화물은 통상적으로 약 3 mol%, 약 2 mol%, 또는 약 1 mol%를 초과하지 않는 양으로 존재하고, 이들의 총 조합된 농도는 통상적으로 약 5 mol%, 약 4 mol%, 약 3 mol%, 약 2 mol%, 또는 약 1 mol% 이하이다. 몇몇 상황에 있어서, 더 많은 양은 전술된 범위 밖으로 조성물을 배치하지 않도록 사용되지 않는 한 사용될 수 있다. 몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리는 또한 배치 물질과 연관된 및/또는 상기 유리를 생산하는데 사용된 용융, 청징, 및/또는 형성 장비에 의해 유리에 도입된 다양한 오염원을 포함할 수 있다.
몇몇 구현 예에 있어서, 본 명세서에 기재된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 및 제품은 약 40 mol% 내지 약 70 mol% SiO2; 약 11 mol% 내지 약 25 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 15 mol% P2O5; 및 약 11 mol% 내지 약 25 mol% Na2O를 포함한다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 높은 내손상성을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 7 kilograms force (kgf) 초과의 비커스 균열 임계값을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 12 kgf 초과의 비커스 균열 임계값을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 15 kgf 초과의 비커스 균열 임계값을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 20 kgf 초과의 비커스 균열 임계값을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 조성물은 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 또는 25 kgf 초과의 비커스 균열 임계값을 갖는다.
구현된 유리의 비-제한 예 (여기서 상기 유리 두께는 0.7 mm이다)는 표 1에 기재된다.
[표 1]
유리 조성물 및 특성
Figure pat00001
구현된 유리의 비-제한 예 (여기서 상기 유리 두께는 1.0 mm이다)는 (이온 교환 데이터에 대하여, 만약 SOC가 제공되지 않는 경우, 사용된 결점은 1.0 mm 두께 이온-교환 부를 사용한 3.0인) 표 2에 기재된다.
[표 2]
유리 조성물 및 특징
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
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이온 교환은 전자 제품, 자동차 제품, 가전 제품, 건축용 부품, 또는 높은 수준의 내손상성이 요구되는 다른 영역에서 사용하기 위한 화학적으로 강화된 유리 제품에 널리 사용된다. 이온 교환 공정에 있어서, 제1 금속 이온 (예를 들어, Li2O, Na2O, 등에서 알칼리 양이온)을 함유하는 유리 제품은 상기 유리에서 존재하는 제1 금속 이온보다 더 크거나 또는 더 작은 제2 금속 이온을 함유하는 이온 교환 욕 또는 매체와 적어도 부분적으로 함침되거나 또는 접촉된다. 상기 제1 금속 이온은 상기 유리 표면으로부터 상기 이온 교환 욕/매체로 확산하는 동안, 상기 이온 교환 욕/매체로부터의 제2 금속 이온은 상기 유리의 표면 아래의 층의 깊이로 상기 유리에서 상기 제1 금속 이온을 대체한다. 상기 유리에서 더 작은 이온에 대한 더 큰 이온의 치환은 상기 유리 표면에 압축 응력을 생성하는 반면, 상기 유리에서 더 큰 이온에 대한 더 작은 이온의 치환은 통상적으로 상기 유리의 표면에 인장 응력을 생성한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 제1 금속 이온 및 제2 금속 이온은 1가 알칼리 금속 이온이다. 그러나, Ag+, Tl+, Cu+, 및 이와 유사한 것과 같은 다른 1가 금속 이온은 또한 이온 교환 공정에 사용될 수 있다. 적어도 하나의 Ag+ 및 Cu+이 상기 유리에서 금속 이온에 대해 교환된 예에 있어서, 이러한 유리는 특히 항균 및/또는 항미생물 적용에 대해 특히 유용하다.
이온 교환에 의해 강화된 유리 시트의 부분의 단면도 (즉, 상기 유리 시트의 말단은 도시되지 않음)는 도 1에 개략적으로 나타낸다. 도 1에 도시된 비-제한 예에 있어서, 강화 유리 시트 (100)은 두께 (t), 중심부 (130), 및 서로 실질적으로 평형인, 제1 표면 (110) 및 제2 표면 (112)를 갖는다. 압축층 (120, 122)는 각 표면 아래의 층의 깊이 (d1, d2)로, 각각 제1 표면 (110) 및 제2 표면 (112)으로부터 확장한다. 압축층 (120, 122)은 압축 응력 하에 있는 반면, 중심부 (130)는 인장 응력, 또는 장력 (tension) 하에 있다. 중심부 (130)에서 인장 응력은 압축층 (120, 122)에 압축 응력을 균형을 맞추고, 따라서, 강화 유리 시트 (100) 내에 평형을 유지한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 본 명세서에 기재된 상기 유리 및 유리 제품은 적어도 약 300 MPa의 압축 응력 및/또는 적어도 약 10 ㎛의 압축층의 깊이를 달성하도록 이온 교환될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 본 명세서에 기재된 상기 유리 및 유리 제품은 적어도 약 500 MPa의 압축 응력 및/또는 적어도 약 40 ㎛의 압축층의 깊이를 달성하도록 이온 교환될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 또는 1000 MPa의 압축 응력을 달성하도록 이온 교환된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 10 ㎛, 20 ㎛, 30 ㎛, 40 ㎛, 50 ㎛, 60 ㎛, 70 ㎛, 80 ㎛, 90 ㎛, 100 ㎛, 또는 110 ㎛ 이상의 층의 깊이를 달성하도록 이온 교환된다.
높은 내손상성에 부가하여, 본 명세서에 기재된 유리는 원하는 압축 응력의 수준 및 상대적으로 짧은 시간의 압축층의 깊이를 달성하기 위해 이온 교환될 수 있다. 용융 KNO3 염에서 4시간 동안 410℃에서 이온 교환 후에, 예를 들어, 약 700 MPa 초과의 압축 응력 및 약 75 ㎛ 초과의 압축층의 깊이를 갖는 압축층은 이들 유리에서 달성될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환은 약 400℃, 410℃, 420℃, 430℃, 440℃, 450℃, 460℃, 470℃, 480℃, 490℃, 500℃, 510℃, 520℃, 530℃, 540℃, 또는 550℃ 이상에서 수행된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환은 약 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 10 시간을 초과하여 수행된다.
도 2는 표 1에서 샘플 a-f에 대한 압축 응력의 함수에 따른 층의 깊이의 그래프이다. 0.7 mm 두께 샘플은 700℃에서 어닐링되고, 1 시간 내지 8시간 동안의 시간 범위동안 410℃에서 (도 2에서 군 "b-d") 또는 6분 동안 470℃에서 (도 2에서 군 "a") 용융 KNO3 염 욕에서 이온 교환된다. 6분 동안 470℃에서 이온 교환된 샘플은 깨짐성 한계 (frangibility limit) (즉, 상기 유리 샘플이 도 2에서 선 1에 의해 표시된, 깨지기 쉬운 거동을 나타내는 점) 이하인 압축 응력 및 층의 깊이를 나타낸다. 상기 깨짐성 한계에 도달하기 위해 0.7 mm 두께 샘플에 대해 요구된 이온 교환 시간은 410℃에서 한 시간보다 다소 많다. 약 1011 Poise (즉, 어닐링되지 않은, 다운-인발 샘플)에 상응하는 점도를 갖는 더 높은 가상 온도를 갖는 샘플에 있어서, 상기 깨짐성 한계는 또한 유사하기 짧은 시간을 충족할 수 있지만, 상기 압축 응력은 더 낮을 것이고, 상기 층의 깊이는 어닐링된 샘플보다 더 깊을 것이다. 한 시간 동안 이온 교환된 샘플 (군 "b")은 상기 깨짐성 한계 바로 이하인 압축 응력 및 층의 깊이를 나타내고, 4 또는 8시간 동안 이온 교환된 샘플들 (각각, 군 "c" 및 "d")은 상기 깨짐성 한계를 초과하는 압축 응력 및 층의 깊이를 나타낸다.
본 명세서에 기재된 유리의 이온 교환에 대한 능력은 이들 유리가 상기 유리의 비커스 균열 개시 임계값을 특징으로 하는, 내손상성이 바람직한 속성인, 적용에 사용된 다른 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 것보다 상당히 더 큰 포타슘 및 소듐 내부확산 계수를 갖는다는 사실에 적어도 부분적으로 기인할 수 있다. 410℃에서, 본 명세서에 기재된 유리는 적어도 약 2.4 x 10-10 ㎠/s, 3.0 x 10-10 ㎠/s, 4.0 x 10-10 ㎠/s, 또는 4.5 x 10-10 ㎠/s, 6.0 x 10-10 ㎠/s, 7.5 x 10-10 ㎠/s, 9.0 x 10-10 ㎠/s, 1.0 x 10-9 ㎠/s, 1.2 x 10-9 ㎠/s, 1.5 x 10-9 ㎠/s 및 몇몇 구현 예에 있어서, 약 2.4 x 10-10 ㎠/s, 3.0 x 10-10 ㎠/s, 4.0 x 10-10 ㎠/s, 또는 4.5 x 10-10 ㎠/s 내지 약 7.5 x 10-10 ㎠/s, 9.0 x 10-10 ㎠/s, 1.0 x 10-9 ㎠/s, 1.2 x 10-9 ㎠/s, 또는 1.5 x 10-9 ㎠/s의 범위로 포타슘/소듐 내부확산 계수를 갖는다. 이러한 유리들에 대조적으로, 미국 특허출원 제12/858,490호, 제12/856,840호, 및 제12/392,577호에 기재된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1.5 x 10-10 ㎠/s 미만의 포타슘/소듐 내부확산 계수를 갖는다.
구현 예는 적어도 약 4 mol%의 P2O5를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하고, 여기서 [M2O3 (mol%)/RxO(mol%)] < 1.4이며, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이고, RxO는 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, [M2O3 (mol%)/RxO(mol%)] < 1이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol%의 K2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol%의 B2O3를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol%의 B2O3를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 410℃에서 적어도 약 2.4 x 10-10 ㎠/s의 포타슘/소듐 내부확산 계수를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 포타슘/소듐 내부확산 계수는 410℃에서 약 2.4 x 10-10 ㎠/s 내지 약 1.5 x 10-9 ㎠/s의 범위이다.
구현 예는 0.6 < [M2O3 (mol%)/RxO(mol%)] < 1.4를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하고, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이며, RxO는 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.8 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.4이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.8 ≤ [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] ≤ 1.0이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol%의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 B2O3을 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol%의 B2O3을 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 410℃에서 적어도 약 2.4 x 10-10 ㎠/s의 포타슘/소듐 내부확산 계수를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 포타슘/소듐 내부확산 계수는 410℃에서 약 2.4 x 10-10 ㎠/s 내지 약 1.5 x 10-9 ㎠/s 범위이다.
또 다른 구현 예는 적어도 약 4%의 P2O5를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하고, 여기서 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 20 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환되며, 여기서 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.4이고, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3 이며, RxO는 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.6 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.0이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.8 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.4이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.8 ≤ [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] ≤ 1.0이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol%의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 B2O3을 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol%의 B2O3을 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 410℃에서 적어도 약 2.4 x 10-10 ㎠/s의 포타슘/소듐 내부확산 계수를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 포타슘/소듐 내부확산 계수는 410℃에서 약 2.4 x 10-10 ㎠/s 내지 약 1.5 x 10-9 ㎠/s의 범위이다.
또 다른 구현 예는 적어도 약 4%의 P2O5를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하고, 여기서 1.3 < [(P2O5 + R2O)/M2O3] ≤ 2.3이며, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이고, R2O는 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol%의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 B2O3을 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol% 미만의 B2O3를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 410℃에서 적어도 약 2.4 x 10-10 ㎠/s의 포타슘/소듐 내부확산 계수를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 포타슘/소듐 내부확산 계수는 410℃에서 약 2.4 x 10-10 ㎠/s 내지 약 1.5 x 10-9 ㎠/s의 범위이다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 약 40 mol% 내지 약 70 mol% SiO2; 약 11 mol% 내지 약 25 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 15 mol% P2O5; 및 약 13 mol% 내지 약 25 mol% Na2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 약 50 mol% 내지 약 65 mol% SiO2; 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 10 mol% P2O5; 및 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Na2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol%의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 B2O3을 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol%의 B2O3을 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다.
몇몇 구현 예에 있어서, 전술된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 20 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 40 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 유리 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 500 MPa의 압축 응력 하에 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 압축 응력은 적어도 750 MPa이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 압축 응력 층은 약 500 MPa 내지 약 2000 MPa이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 8 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 12 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다.
구현 예는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 강화시키는 방법을 포함하고, 상기 방법은 전술된 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 제공하는 단계, 및 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 표면에서 적어도 20 ㎛의 층의 깊이로 확장하는 압축층을 형성하기 위해 약 24 시간의 기간 동안 이온 교환 욕에서 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 함침시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 4 mol%의 P2O5를 포함하고, 여기서 [M2O3 (mol%)/RxO(mol%)] < 1.4이며, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3 이고, RxO는 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, [M2O3 (mol%)/RxO(mol%)] < 1이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0.6 < [M2O3 (mol%)/RxO(mol%)] < 1.4를 포함하고, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이며, RxO는 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.8 < [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] < 1.4이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 0.8 ≤ [M2O3(mol%)/RxO(mol%)] ≤ 1.0이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 4%의 P2O5를 포함하고, 여기서 1.3 < [(P2O5 + R2O)/M2O3] ≤ 2.3이며, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이고, R2O은 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 약 40 mol% 내지 약 70 mol% SiO2; 약 11 mol% 내지 약 25 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 15 mol% P2O5; 및 약 13 mol% 내지 약 25 mol% Na2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 약 50 mol% 내지 약 65 mol% SiO2; 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Al2O3; 약 4 mol% 내지 약 10 mol% P2O5; 및 약 14 mol% 내지 약 20 mol% Na2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 K2O를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol%의 K2O를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 1 mol% 미만의 B2O3를 더욱 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 0 mol%의 B2O3를 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다.
몇몇 구현 예에 있어서, 전술된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 20 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 40 ㎛의 층의 깊이로 이온 교환된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 상기 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 여기서 상기 압축층은 적어도 500 MPa의 압축 응력 하에 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 압축 응력은 적어도 750 MPa이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 압축 응력 층은 약 500 MPa 내지 약 2000 MPa이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 8 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 12 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는다.
통상적 구현 예가 예시의 목적을 위한 것인 반면, 전술된 기재는 개시 또는 첨부된 청구항의 범주를 제한하지 않는다. 따라서, 다양한 변형, 적용, 및 변경은 본 개시 또는 첨부된 청구항의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 기술분야의 당업자에게 발생할 수 있다.
100: 강화 유리 시트 110: 제1 표면 (110)
120: 제2 표면 120, 122: 압축층
130: 중심부 d1, d2: 층의 깊이

Claims (10)

  1. 알칼리 알루미노실리케이트 유리로서,
    상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 10 ㎛의 층의 깊이로 이온 교화되고, 적어도 4 mol%의 P2O5; 0 mol% 내지 4 mol%의 B2O3;를 포함하며, 여기서:
    a) 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 리튬이 없고; 및
    b) 1.3 < [(P2O5 (mol%) + R2O (mol%))/M2O3 (mol%)]≤2.3이며;
    여기서, M2O3 = Al2O3 + B2O3이고, R2O는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 양이온 산화물의 합인 알칼리 알루미노실리케이트 유리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    MgO를 더욱 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    40 mol% 내지 70 mol%의 SiO2; 11 mol% 내지 25 mol%의 Al2O3; 4 mol% 내지 15 mol%의 P2O5; 및 13 mol% 내지 20 mol%의 Na2O를 더욱 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 유리는:
    1.5 < [(P2O5 (mol%)+ R2O (mol%))/M2O3 (mol%)]≤2.0를 만족하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    1 mol% 미만의 K2O 또는 1 mol% 미만의 B2O3를 더욱 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리.
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    1 mol% 미만의 B2O3를 더욱 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리.
  7. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 50 mol% 내지 65 mol%의 SiO2; 14 mol% 내지 20 mol%의 Al2O3; 4 mol% 내지 10 mol%의 P2O5; 및 14 mol% 내지 20 mol%의 Na2O를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리.
  8. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 유리의 포타슘/소듐 내부확산 계수는 410℃에서 2.4 x 10-10 ㎠/s 내지 1.5 x 10-9 ㎠/s의 범위이거나; 또는 상기 유리는 상기 유리의 표면으로부터 층의 깊이로 확장하는 압축층을 가지며, 상기 압축층은 적어도 300 MPa의 압축 응력하에 있거나; 또는 상기 유리는 적어도 12 kgf의 비커스 압입 균열 개시 하중을 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 유리.
  9. 청구항 1 또는 2의 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 전자 장치.
  10. 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 강화방법으로서,
    a) 적어도 4 mol% P2O5; 0 mol% 내지 4 mol%의 B2O3를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 제공하는 단계; 여기서:
    i. 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 리튬이 없고; 및
    ii. 1.3 < [(P2O5 (mol%) + R2O (mol%))/M2O3 (mol%)]≤2.3이며;
    여기서, M2O3 = Al2O3 + B2O3이고, R2O는 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 양이온 산화물의 합이고,
    b) 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 24 시간까지의 시간 동안 이온 교환 욕에 침지시켜, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 표면으로부터 적어도 10 ㎛의 층의 깊이로 확장하는 압축층을 형성시키는 단계를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 강화방법.
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