具有固有抗损坏性的可化学强化锂铝硅酸盐玻璃制造技术

一组Li2O‑Al2O3‑SiO2‑B2O3种类中的玻璃组合物，其可以在含有NaNO3和KNO3中的至少一种的单个或多个离子交换浴中进行短时间(2‑4小时)的化学强化，以形成深的层深度(DOL)。在一些情况中，DOL为至少70μm；在其他情况中，DOL为至少约100μm。经过离子交换的玻璃具有高的抗损坏性(压痕断裂韧性在大于10kgf至大于50kgf的范围内)，其优于钠铝硅酸盐玻璃或至少可与钠铝硅酸盐玻璃相当。

Chemically enhanced lithium aluminosilicate glass with inherent damage resistance

A group of glass compositions of the three Li2O_Al2O3_SiO2_B2O classes that can be chemically strengthened for a short time (2_4 hours) in one or more ion exchange baths containing at least one of NaNO3 and KNO3 to form a deep layer depth (DOL). In some cases, DOL is at least 70 m; in other cases, DOL is at least about 100 m. Ion-exchanged glasses exhibit high damage resistance (indentation fracture toughness ranges from 10 KGF to 50 kgf), superior to or at least comparable to sodium aluminosilicate glasses.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有固有抗损坏性的可化学强化锂铝硅酸盐玻璃相关申请的交叉引用本申请依据35U.S.C.§119要求于2016年1月8日提交的系列号为62/276,431的美国临时申请的优先权权益，本申请以该临时申请的内容为基础，并通过引用将其全文纳入本文。
技术介绍
本公开涉及可离子交换的玻璃。更具体地，本公开涉及可离子交换的锂铝硅酸盐玻璃。甚至更具体地，本公开涉及锂铝硅酸盐玻璃，当该锂铝硅盐玻璃进行离子交换时，其具有高水平的固有抗损坏性。已经不断努力地开发了新的玻璃组合物以改进离子交换特性和具有更高的抗损坏性，同时促进熔化和成形工艺。许多具有高压痕阈值的玻璃基于SiO2-Al2O3-B2O3-MgO-Na2O-P2O5玻璃体系。由于存在硼或磷而产生的开放结构(即高摩尔体积)导致高的固有抗损坏性(IDR)。
技术实现思路
提供了Li2O-Al2O3-SiO2-B2O3种类中的一组玻璃组合物。这些玻璃可以在含有NaNO3和KNO3中的至少一种的单个或多个离子交换浴中进行短时间(2-4小时)的化学强化，以形成深的层深度(DOL)。在一些情况中，DOL为至少70μm；在其他情况中，DOL为至少约100μm。经过离子交换的玻璃具有高的抗损坏性(压痕断裂韧性在大于10kgf至大于50kgf的范围内)，其优于钠铝硅酸盐玻璃或至少可与钠铝硅酸盐玻璃相当。因此，本公开的一个方面提供了一种锂铝硅酸盐玻璃。所述玻璃包括：约55摩尔％至约75摩尔％的SiO2；约9摩尔％至约18摩尔％的Al2O3；约2.5摩尔％至约20摩尔％的B2O3；约3摩尔％至约20摩尔％的Li2O；和0摩尔％至约4摩尔％的P2O5。本公开的另一个方面提供了一种锂铝硅酸盐玻璃。所述玻璃是经过离子交换的并且具有压缩层，所述压缩层从至少一个表面延伸到玻璃中，延伸至少约70μm的层深度。所述压缩层在表面处具有至少约600MPa的最大压缩应力。所述玻璃还具有至少约10kgf的维氏裂纹引发阈值以及至少约8N的努氏划痕阈值。根据本公开的第1个方面，提供了一种锂铝硅酸盐玻璃。所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约55摩尔％至约75摩尔％的SiO2；约10摩尔％至约18摩尔％的Al2O3；约3.5摩尔％至约9.5摩尔％的B2O3；约7摩尔％至约14摩尔％的Li2O；和0摩尔％至约4摩尔％的P2O5，其中，Li2O(摩尔％)/R2O(摩尔％)在约0.1至约0.4的范围内，并且R2O＝Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O。根据本公开的第2个方面，如第1个方面所述的锂铝硅酸盐玻璃是经过离子交换的。根据本公开的第3个方面，如第2个方面所述的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃具有压缩层，所述压缩层从至少一个表面延伸到玻璃中，延伸到至少约70μm的层深度，所述压缩层具有至少约600MPa的最大压缩应力。根据本公开的第4个方面，在如第3个方面所述的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃中，压缩层在表面下方50μm的深度处具有至少约100MPa的压缩应力。根据本公开的第5个方面，如第2至4个方面中任一方面所述的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃的维氏裂纹引发阈值为至少约10kgf。根据本公开的第6个方面，如第2至5个方面中任一方面所述的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃的努氏划痕阈值为至少约8N。根据本公开的第7个方面，如第1至6个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的液相线粘度为至少约10kP。根据本公开的第8个方面，如第1至7个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的软化点为约840℃或更低。根据本公开的第9个方面，如第1至8个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的退火点为至少约510℃。根据本公开的第10个方面，如第1至9个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的弹性模量为至少约68GPa。根据本公开的第11个方面，提供了如第1至10个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中R2O(摩尔％)–Al2O3(摩尔％)在约-2摩尔％至约5.6摩尔％的范围内。根据本公开的第12个方面，提供了如第1至11个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中Al2O3(摩尔％)>B2O3(摩尔％)。根据本公开的第13个方面，提供了如第1至12个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约58摩尔％至约69摩尔％的SiO2；约10摩尔％至约17摩尔％的Al2O3；约3.5摩尔％至约9.5摩尔％的B2O3；0摩尔％至约2.5摩尔％的P2O5；约7摩尔％至约14摩尔％的Li2O；约0.2摩尔％至约14摩尔％的Na2O；0摩尔％至约2.5摩尔％的K2O；0摩尔％至约5摩尔％的MgO；和0摩尔％至约4摩尔％的ZnO，其中，Li2O(摩尔％)/R2O(摩尔％)在约0.1至约0.4的范围内。根据本公开的第14个方面，提供了如第1至13个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约5摩尔％至约9摩尔％的B2O3；约7摩尔％至约10摩尔％的Li2O；约4摩尔％至约14摩尔％的Na2O；和0摩尔％至约1摩尔％的K2O。根据本公开的第15个方面，提供了如第1至14个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中(Al2O3(摩尔％)+B2O3(摩尔％))/R2O(摩尔％)在约0.9至约1.9的范围内。根据本公开的第16个方面，提供了如第1至15个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中R2O(摩尔％)+R'O(摩尔％)–Al2O3(摩尔％)-B2O3(摩尔％)-P2O5(摩尔％)在约-10.5摩尔％至约-0.11摩尔％的范围内，其中R'O＝MgO+CaO+SrO+BaO。根据本公开的第17个方面，提供了如第1至16个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括约5摩尔％至约12摩尔％的Li2O。根据本公开的第18个方面，提供了如第1至17个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：0摩尔％至约5摩尔％的Na2O；0摩尔％至约4摩尔％的K2O；0摩尔％至约8摩尔％的MgO；0摩尔％至约4摩尔％的ZnO；0摩尔％至约5摩尔％的TiO2；以及0摩尔％至约3摩尔％的P2O5。根据本公开的第19个方面，提供了如第1至18个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约55摩尔％至约60摩尔％的SiO2；约12摩尔％至约15摩尔％的Al2O3；约3.5摩尔％至约7.5摩尔％的B2O3；约7摩尔％至约10摩尔％的Li2O；和0摩尔％至约3摩尔％的P2O5。根据本公开的第20个方面，提供了如第1至19个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括约5摩尔％至约7摩尔％的B2O3。根据本公开的第21个方面，提供了如第1至20个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：0摩尔％至约5摩尔％的Na2O；和约0.05摩尔％至约0.5摩尔％的SnO2。根据本公开的第22个方面，提供了一种消费者电子产品。所述消费者电子产品包括：具有前表面、后表面和侧表面的壳体；至少部分位于所述壳体内的电子部件，所述电子部件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及设置在所述显示器上方的盖板玻璃，其中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂铝硅酸盐玻璃，其包括：约50摩尔％至约75摩尔％的SiO2；约10摩尔％至约18摩尔％的Al2O3；约3.5摩尔％至约9.5摩尔％的B2O3；约7摩尔％至约14摩尔％的Li2O；以及0摩尔％至约4摩尔％的P2O5，其中，Li2O(摩尔％)/R2O(摩尔％)在约0.1至约0.4的范围内，并且R2O＝Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.08 US 62/276,4311.一种锂铝硅酸盐玻璃，其包括：约50摩尔％至约75摩尔％的SiO2；约10摩尔％至约18摩尔％的Al2O3；约3.5摩尔％至约9.5摩尔％的B2O3；约7摩尔％至约14摩尔％的Li2O；以及0摩尔％至约4摩尔％的P2O5，其中，Li2O(摩尔％)/R2O(摩尔％)在约0.1至约0.4的范围内，并且R2O＝Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O。2.如权利要求1所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃是经过离子交换的。3.如权利要求2所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，经过交换的锂铝硅酸盐玻璃具有压缩层，所述压缩层从至少一个表面延伸到玻璃中，延伸到至少约70μm的层深度，所述压缩层具有至少约600MPa的最大压缩应力。4.如权利要求3所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，压缩层在表面下方50μm的深度处具有至少约100MPa的压缩应力。5.如权利要求2至4中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的维氏裂纹引发阈值为至少约10kgf。6.如权利要求2至4中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的努氏划痕阈值为至少约8N。7.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的液相线粘度为至少约10kP。8.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的软化点为约840℃或更低。9.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的退火点为至少约510℃。10.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的弹性模量为至少约68GPa。11.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，R2O(摩尔％)–Al2O3(摩尔％)在约-2摩尔％至约5.6摩尔％的范围内。12.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，Al2O3(摩尔％)>B2O3(摩尔％)。13.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约58摩尔％至约69摩尔％的SiO2；约10摩尔％至约17摩尔％的Al2O3；约3.5摩尔％至约9.5摩尔％的B2O3；0摩尔％至约2.5摩尔％的P2O5；约7摩尔％至约14摩尔％的Li2O；约0.2摩尔％至约14摩尔％的Na2O；0摩尔％至约2.5摩尔％的K2O；0摩尔％至约5摩尔％的MgO；和0摩尔％至约4摩尔％的ZnO，其中，Li2O(摩尔％)/R2O(摩尔％)在约0.1至约0.4的范围内。14.如权利要求13所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约5摩尔％至约9摩尔％的B2O3；约7摩尔％至约10摩尔％的Li2O；约4摩尔％至约14摩尔％的Na2O；和0摩尔％至约1摩尔％的K2O。15.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，(Al2O3(摩尔％)+B2O3(摩尔％))/R2O(摩尔％)在约0.9至约1.9的范围内。16.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，R2O(摩尔％)+R'O(摩尔％)–Al2O3(摩尔％)-B2O3(摩尔％)-P2O5(摩尔％)在约-10.5摩尔％至约-0.11摩尔％的范围内，其中R'O＝MgO+CaO+SrO+BaO。17.如权利要求1至12、15和16中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括约5摩尔％至约12摩尔％的Li2O。18.如权利要求1至12及15至17中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：0摩尔％至约5摩尔％的Na2O；0摩尔％至约4摩尔％的K2O；0摩尔％至约8摩尔％的MgO；0摩尔％至约4摩尔％的ZnO；0摩尔％至约5摩尔％的TiO2；和0摩尔％至约3摩尔％的P2O5。19.如权利要求18所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约55摩尔％至约60摩尔％的SiO2；约12摩尔％至约15摩尔％的Al2O3；约3.5摩尔％至约7.5摩尔％的B2O3；约7摩尔％至约10摩尔％的Li2O；和0摩尔％至约3摩尔％的P2O5。20.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括约5摩尔％至约7摩尔％的B2O3。21.如权利要求1至12、15至17和20中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：0摩尔％至约5摩尔％的Na2O；和约0.05摩尔％至约0.5摩尔％的SnO2。22.一种消费者电子产品，其包括：壳体，所述壳体具有前表面、后表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·H·比尔，M·J·德内卡，付强，S·戈麦斯，R·M·莫伦娜，C·M·史密斯，
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