具有高压痕阈值的可快速离子交换玻璃制造技术

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请根据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。
技术实现思路
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。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SiO2；约12-22摩尔％的Al2O3；最高至约15摩尔％的B2O3；最高至约1摩尔％的P2O5；约11-21摩尔％的Na2O；最高至约5摩尔％的K2O；最高至约4摩尔％的MgO；最高至约5摩尔％的ZnO；以及最高至约2摩尔％的CaO。在一些实施方式中，Na2O+K2O-Al2O3≤2.0摩尔。在一些实施方式中，B2O3-(Na2O+K2O-Al2O3)>1摩尔％。在一些实施方式中，B2O3-(Na2O+K2O-Al2O3)>1摩尔％。在一些实施方式中，24摩尔％≤RAlO4≤45摩尔％，其中，R是Na、K和Ag中的至少一种。本文的第二个方面提供了如下玻璃，其包含：约55-62摩尔％的SiO2；约16-20摩尔％的Al2O3；约4-10摩尔％的B2O3；约14-18摩尔％的Na2O；约0.2-4摩尔％的K2O；最高至约0.5摩尔％的MgO；最高至约0.5摩尔％的ZnO；以及最高至约0.5摩尔％的CaO，其中，玻璃基本不含P2O5。在一些实施方式中，Na2O+K2O-Al2O3≤0.5摩尔％。在一些实施方式中，B2O3-(Na2O+K2O-
Al2O3)>4摩尔％。在一些实施方式中，28摩尔％≤RAlO4≤45摩尔％，其中，R是Na、K和Ag中的至少一种。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℃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SiO2；约12-22摩尔％的Al2O3；最高至约15摩尔％的B2O3；最高至约1摩尔％的P2O5；约11-21摩尔％的Na2O；最高至约5摩尔％的K2O；最高至约4摩尔％的MgO；最高至约5摩尔％的ZnO；以及最高至约1摩尔％的CaO。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DOL的压缩层，所述压缩层具有至少约500MPa的压缩应力CS。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。本文所用术语“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10-7/℃，表示在约为20-300℃的温度范围上测得的值，除非另有说明。本文所用术语“退火点”指的是玻璃具有1013.2泊粘度的温度，术语“应变点”指的是玻璃具有1014.7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。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。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。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(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“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。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，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。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P2O5。本文所述的玻璃在仅有少量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。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，可以通过此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃，所述玻璃包含：约50‑72摩尔％的SiO2；约12‑22摩尔％的Al2O3；最高至约15摩尔％的B2O3；最高至约1摩尔％的P2O5；约11‑21摩尔％的Na2O；最高至约5摩尔％的K2O；最高至约4摩尔％的MgO；最高至约5摩尔％的ZnO；以及最高至约2摩尔％的CaO，其中，Na2O+K2O‑Al2O3≤2.0摩尔％，B2O3‑(Na2O+K2O‑Al2O3)>1摩尔％，B2O3‑(Na2O+K2O‑Al2O3)>1摩尔％，以及24摩尔％≤RAlO4≤45摩尔％，其中，R是Na、K和Ag中的至少一种。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.26 US 61/909,0491.一种玻璃，所述玻璃包含：约50-72摩尔％的SiO2；约12-22摩尔％的Al2O3；最高至约15摩尔％的B2O3；最高至约1摩尔％的P2O5；约11-21摩尔％的Na2O；最高至约5摩尔％的K2O；最高至约4摩尔％的MgO；最高至约5摩尔％的ZnO；以及最高至约2摩尔％的CaO，其中，Na2O+K2O-Al2O3≤2.0摩尔％，B2O3-(Na2O+K2O-Al2O3)>1摩尔％，B2O3-(Na2O+K2O-Al2O3)>1摩尔％，以及24摩尔％≤RAlO4≤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P2O5和Li2O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％≤SiO2+B2O3≤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％≤B2O3+P2O5≤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·DOL＝44000MPa·μm。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40μm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52μm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30μm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：SnO2、CeO2、As2O3、Sb2O5、Cl-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SnO2，最高至约0.5摩尔％的As2O3，以及最高至约0.5摩尔％的Sb2O3。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SiO2；约16-20摩尔％的Al2O3；约2-10摩尔％的B2O3；最高至约1摩尔％的P2O5；约14-18摩尔％的Na2O；约0.2-4摩尔％的K2O；最高至约0.5摩尔％的MgO；最高至约0.5摩尔％的ZnO；以及最高至约0.5摩尔％的CaO。14.如权利要求13所述的玻璃，其特征在于，Na2O+K2O-Al2O3≤0.5摩尔％。15.如权利要求13或14所述的玻璃，其特征在于，B2O3-(Na2O+K2O-Al2O3)>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
\t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SiO2；约16-20摩尔％的Al2O3；约4-10摩尔％的B2O3；约1...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·德内卡，J·C·莫罗，
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