超薄强化玻璃制造技术

玻璃组合物，其性质对于形成超薄(<0.4mm)制品和要求超薄玻璃的应用进行了优化。这些性质包括成形相关的性质，例如玻璃的液态和玻璃态的热膨胀系数(CTE)、液相线粘度，以及影响玻璃的机械性能的那些性质(压缩应力、层深度、弹性模量或者杨氏模量)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请根据35U.S.C.§119，要求2012年8月17日提交的美国临时申请系列第61/684392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。背景本专利技术涉及可离子交换玻璃。更具体地，本专利技术涉及可离子交换玻璃，所述可离子交换玻璃可形成为厚度小于约0.4mm(约400微米)的制品。对于化学强化玻璃用于例如用于电子器件的透明显示窗的需求持续增加，并且该领域中的研究聚焦于优化玻璃组成以使得通过离子交换同时在玻璃表面处提供高的压缩应力(CS)和深的压缩层深度(DOL)。通常地，生产的这些玻璃的厚度范围为0.5-1.3mm，并且已经生产了一些厚度约为0.4mm的商业品质的玻璃。
技术实现思路
提供了这样的玻璃组合物，其性质对于形成具有超薄(<0.4mm或400μm)厚度的制品和要求超薄玻璃的应用进行了优化。这些性质包括成形相关的性质，例如玻璃的液态和玻璃态的热膨胀系数(CTE)、液相线粘度，以及影响玻璃的机械性能的性质(压缩应力、层深度、弹性模量或者杨氏模量)。因此，本专利技术的一个方面提供了一种玻璃，其包含至少约65摩尔％的SiO2以及至少约6摩尔％的Na2O，并且具有小于400μm的厚度。第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之差(ΔCTE)小于107x 107℃-1，其中，所述第一热膨胀系数是玻璃在室温下在其液态时的热膨胀系数，所述第二热膨胀系数是玻璃在室温下在其玻璃态时的热膨胀系数。第二个方面提供了一种玻璃制品，其包含：至少约65摩尔％的SiO2；约7-16摩尔％的Al2O3；0摩尔％至约10摩尔％的Li2O；约6-16摩尔％的Na2O；0摩尔％至约2.5摩尔％的K2O；0摩尔％至约8.5摩尔％的MgO；0摩尔％至约1.5摩尔％的CaO；0摩尔％至约6摩尔％的ZnO；以及0摩尔％至约6摩尔％的ZrO2。玻璃制品的厚度小于400μm，并且第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之差(ΔCTE)小于107x 107℃-1，其中，所述第一热膨胀系数是玻璃制品在室温下在其液态时的热膨胀系数，所述第二热膨胀系数是玻璃制品在室温下在其玻璃态时的热膨胀系数。从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出本专利技术的上述及其他方面、优点和显著特征。附图说明图1a-d是表1所列出的选择的玻璃的高温热膨胀系数(CTE)测量图；图2是表1所列出的选择的玻璃的LiO2和SiO2取代Na2O以及ZrO2取代MgO的影响图；图3是表1所列出的选择的玻璃的LiO2和SiO2取代Na2O以及ZrO2取代MgO对于杨氏模量的影响图；以及图4是表1所列出选择的玻璃的LiO2和SiO2取代Na2O以及ZrO2取代MgO对于由410℃的KNO3熔盐浴中的离子交换获得的性质的影响图。专利技术详述在以下描述中，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，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。本文所用术语“玻璃”和“玻璃(glasses)”同时包括玻璃和玻璃陶瓷。术语“玻璃制品”和“玻璃制品(glass articles)”以它们最广泛的意义来使用，包括全部或部分由玻璃和/或玻璃陶瓷制成的任何物体。本文所用术语“超薄玻璃”指的是厚度小于0.4mm，或者400微米(μm)的玻璃和玻璃制品，除非另有说明。除非另外说明，所有浓度表示为摩尔百分数(摩尔％)。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。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专利技术的具体实施方式的目的，这些举例说明不是用来限制本专利技术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，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。对于化学强化玻璃用于例如电子器件的透明显示窗的需求持续增加，并且该领域中的研究聚焦于优化玻璃组成以使得通过离子交换同时在玻璃表面处提供高的压缩应力(CS)和深的压缩层深度(DOL)。通常地，生产的这些玻璃的厚度范围为0.5-1.3mm，并且已经生产了一些厚度约为0.4mm的商业品质的玻璃。但是，器件设计中最近的趋势使得使用更薄的化学强化玻璃成为必需。超薄玻璃的化学强化造成特殊挑战，因为玻璃表面中集成的压缩应力必须被玻璃的内部中的同等大小的集成的拉伸应力所平衡。如果拉伸应力过高，这所谓的“中心张力”会导致玻璃制品的灾难性脆性失效。因此，所需要的是对于超薄玻璃(即，厚度小于0.4mm或者400微米(μm)的玻璃)的特性和失效模式的理解。还需要的是对于超薄应用具有优化的性质和可制造性(例如，抗破坏性)的玻璃组合物。具体来说，必须降低高温液态和低温玻璃态之间的热膨胀系数之差(ΔCTE)，以有助于制造超薄玻璃。本文描述了这样的玻璃组合物，其性质对于超薄成形和需要超薄玻璃的应用进行了优化。这些性质同时包括成形相关的性质，例如玻璃的液态的热膨胀系数和玻璃态的热膨胀系数(CTE)(液态的热膨胀系数也称作“高温CTE”)和液相线粘度，以及影响玻璃的机械性能的性质(CS、DOL、弹性模量或者杨氏模量)。本文所述的玻璃是可离子交换的，或者通过本领域已知的那些方式进行化学强化。在一些实施方式中，玻璃组合物设计成采用本领域已知的下拉工艺(例如但不限于熔合拉制法和下拉法)来实现超薄成形。在一些实施方式中，玻璃组合物设计成在较短时间段内实现对玻璃进行离子交换成高的压缩应力。...

【技术保护点】
一种玻璃，所述玻璃包含至少约65摩尔％的SiO2以及至少约6摩尔％的Na2O，所述玻璃的厚度小于400μm，并且第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之差ΔCTE小于107x 107℃‑1，其中，所述第一热膨胀系数是玻璃在室温下在其液态时的热膨胀系数，所述第二热膨胀系数是玻璃在室温下在其玻璃态时的热膨胀系数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.17 US 61/684,3921.一种玻璃，所述玻璃包含至少约65摩尔％的SiO2以及至少约6摩尔％
的Na2O，所述玻璃的厚度小于400μm，并且第一热膨胀系数与第二热膨胀系
数之差ΔCTE小于107x 107℃-1，其中，所述第一热膨胀系数是玻璃在室温下
在其液态时的热膨胀系数，所述第二热膨胀系数是玻璃在室温下在其玻璃态时
的热膨胀系数。
2.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃经过离子交换，并且
具有从表面延伸到层深度的处于压缩应力的层，其中，所述压缩应力至少约为
500MPa，并且层深度至少约为5μm。
3.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃的液相粘度至少约为
100kP。
4.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述第一热膨胀系数小于约195
x 107℃-1。
5.如权利要求1-3中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃还包含
Al2O3以及Li2O、K2O、MgO、CaO和ZnO中的至少一种，其中Na2O+K2O+
Li2O–Al2O3≥0摩尔％。
6.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含：约65-75摩尔
％的SiO2；约7-16摩尔％的Al2O3；0摩尔％至约10摩尔％的Li2O；约6-16摩
尔％的Na2O；0摩尔％至约2.5摩尔％的K2O；0摩尔％至约8.5摩尔％的MgO；
0摩尔％至约1.5摩尔％的CaO；0摩尔％至约6摩尔％的ZnO；以及0摩尔％
至约6摩尔％的ZrO2。
7.如权利要求1-6中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含约8-11
摩尔％的Al2O3。
8.如权利要求1-6中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含约
11-16摩尔％的Na2O。
9.如权利要求1-6中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含0摩
尔％的Li2O。
10.如权利要求1-6中任一项所述的玻璃，其特征在于，3摩尔％≤Mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·莫罗，M·M·斯梅斯克加，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US