具有高断裂韧度的透明硅酸盐玻璃制造技术

本文提供的玻璃基制品包含SiO2、Al2O3，以及选自下组的两种或更多种金属氧化物：La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2。玻璃基制品通常表征为：高断裂韧度(例如，至少0.86MPa*m

Transparent silicate glass with high fracture toughness

The glass-based products provided in this paper include SiO 2, AlO 3 and two or more metal oxides selected from the following group: La 2 O 3, BaO, Ta 2 O 5, YO 3, and HfO 2. Glass-based products are usually characterized by high fracture toughness (e.g., at least 0.86 MPa*m).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高断裂韧度的透明硅酸盐玻璃相关申请的交叉参考本申请要求2016年07月21日提交的美国申请系列第62/365049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。
和
技术介绍
本公开一般地涉及新的玻璃基制品。玻璃是脆性材料，其在使用过程中有时会发生破裂。商用玻璃的断裂韧度通常接近或低于0.8MPa*m0.5。存在对于获得具有高断裂韧度的玻璃(例如透明玻璃)的不断需求，以改善抗破坏性和/或跌落性能。
技术实现思路
在各种实施方式中，本公开提供了一种玻璃基制品，其包含选自下组的一种或多种金属氧化物：La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2。在一些实施方式中，玻璃基制品包含SiO2、Al2O3，以及选自下组的两种或更多种金属氧化物：La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2。在一些实施方式中，玻璃基制品包含SiO2的范围是约35摩尔％至约80摩尔％。在一些实施方式中，玻璃基制品包含Al2O3的范围是约1摩尔％至约15摩尔％。在一些实施方式中，所述两种或更多种金属氧化物选自下组：La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2，其中，所述两种或更多种金属氧化物的总摩尔％是至少15摩尔％。在一些实施方式中，玻璃基制品包含：HfO2的范围是约1摩尔％至约7摩尔％，Y2O3的范围是约1摩尔％至约29摩尔％，Ta2O5的范围是约1摩尔％至约30摩尔％，La2O3的范围是约1摩尔％至约29摩尔％，和/或BaO的范围是约1摩尔％至约33摩尔％。在本文所述的任意实施方式中，玻璃基制品可以包括不超过5摩尔％(例如，不超过3摩尔％、不超过2摩尔％、不超过1摩尔％、不超过0.5摩尔％、或者不超过0.1摩尔％)的碱金属和/或硼。在一些实施方式中，在消费者电子器件中包含玻璃基制品，例如作为覆盖玻璃。在一些实施方式中，玻璃基制品包含SiO2、Al2O3、La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2。在一些实施方式中，玻璃基制品由SiO2、Al2O3、La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2构成，或者基本由它们构成。例如，在一些实施方式中，玻璃基制品可以包含：SiO2的范围是约40摩尔％至约75摩尔％，Al2O3的范围是约3摩尔％至约10摩尔％，La2O3的范围是约2摩尔％至约25摩尔％，Ta2O5的范围是约2摩尔％至约20摩尔％，Y2O3的范围是约2摩尔％至约21摩尔％，HfO2的范围是约1.5摩尔％至约6摩尔％，和BaO的范围是约2摩尔％至约25摩尔％。在其他实施方式中，玻璃基制品可以包含：SiO2的范围是约45摩尔％至约70摩尔％，Al2O3的范围是约4摩尔％至约9摩尔％，La2O3的范围是约4摩尔％至约22摩尔％，Ta2O5的范围是约2.5摩尔％至约18摩尔％，Y2O3的范围是约4摩尔％至约21摩尔％，HfO2的范围是约2摩尔％至约5摩尔％，和BaO的范围是约4摩尔％至约25摩尔％。可以通过某些性质表征本文所述的玻璃基制品。例如，在一些实施方式中，玻璃基制品可以表征为：(i)断裂韧度是至少0.86MPa*m0.5(例如，约1MPa*m0.5至约1.6MPa*m0.5)；(ii)杨氏模量值是至少85GPa(例如，约110GPa至约140GPa)；和/或(iii)应力光学系数(SOC)不超过3布鲁斯特(例如，约1.3布鲁斯特至约2布鲁斯特)。本公开的某些实施方式涉及表征为高断裂韧度的玻璃基制品。在一些实施方式中，玻璃基制品包含SiO2、Al2O3，以及选自下组的两种或更多种金属氧化物：La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2，其中，玻璃基制品表征为断裂韧度是至少0.86MPa*m0.5。在一些实施方式中，玻璃基制品包含不超过5摩尔％(例如，不超过3摩尔％、不超过2摩尔％、不超过1摩尔％、不超过0.5摩尔％、或者不超过0.1摩尔％)的碱金属和/或硼。在一些实施方式中，所述两种或更多种金属氧化物包括La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2。在一些实施方式中，玻璃基制品的断裂韧度是约1.0MPa*m0.5至约1.6MPa*m0.5。在一些实施方式中，玻璃基制品还可表征为：杨氏模量值是至少85GPa(例如，约110GPa至约140GPa)；和/或应力光学系数(SOC)不超过3布鲁斯特(例如，约1.3布鲁斯特至约2布鲁斯特)。在一些实施方式中，本公开还提供了一种玻璃基制品，其包含具有某些浓度要求的SiO2和两种或更多种氧化物MxOy，其中，M是Ba、La、Ta、Y、Al或Hf。在一些实施方式中，所述两种或更多种氧化物MxOy选自下组：Al2O3、La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2。在一些实施方式中，玻璃基制品中的氧化物浓度满足如下关系，使得SiO2的总摩尔％与参照玻璃基制品相同或基本相同(例如，在95％内、90％内、85％内、或者80％内)，所述参照玻璃基制品包含两种或多种MxOy-SiO2的二元组合物，其中，所述参照玻璃基制品具有相同摩尔％的每种MxOy，以及每种二元组合物中的MxOy与SiO2的摩尔比是4/(c*x)，其中，c是M的电荷数量。在一些实施方式中，所述两种或更多种氧化物MxOy是Al2O3、La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2。在一些实施方式中，还提供了玻璃基制品的制备工艺。在一些实施方式中，方法包括根据单种氧化物在玻璃基制品中各自的摩尔％，对它们进行混合和加热。在一些实施方式中，方法包括：混合和加热两种或更多种MxOy-SiO2的二元组合物，其中，M是Ba、La、Ta、Y、Al或Hf；以及加热所述两种或更多种MxOy-SiO2的二元组合物，以形成玻璃基制品，其中，每种二元组合物表征为SiO2与MxOy的摩尔比是1:4/(c*x)，其中，c是M的电荷数。在一些实施方式中，所述两种或更多种MxOy-SiO2二元组合物包括：BaO-SiO2、La2O3-SiO2、Ta2O5-SiO2、Y2O3-SiO2、Al2O3-SiO2和HfO2-SiO2。在一些实施方式中，SiO2的总量是约30摩尔％至约80摩尔％。附图说明结合附图进行阅读时将更好地理解上述内容和以下实施方式的具体描述。出于示意性目的，附图可以对具体实施方式的使用进行描述。但是，应理解的是，本文所述的组成和方法不限于附图中所讨论或描述的精确实施方式。图1A是结合了任意本文所揭示的基于玻璃的制品的示例性电子器件的平面图。图1B是图1A的示例性电子器件的透视图。具体实施方式定义开放式术语，例如“包含”、“包含了”、“含有”、“含”等表示“包括”。这些开放式过渡用语用来引入开放式的元素列表，方法步骤等，这不排除其他未列举的元素或方法步骤。要理解的是，在用“包括”语言描述的实施方式的任何地方，还提供了以“由...组成”和/或“基本上由...组成”描述的其他类似实施方式。过渡用语“由......组成”及其变化形式排除了任何未陈述的元素、步骤或成分，除了通常与之相关的杂质之外。过渡用语“基本由......组成”或者诸如“基本上由......组成”或“基本上由......构成”的变化形式排除了未陈述的任何元素、步骤或成分，除了不会实质上改变指定方法、结构或组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃基制品，其包括：SiO2，其范围是约35摩尔％至约80摩尔％；Al2O3，其范围是约1摩尔％至约15摩尔％；和两种或更多种金属氧化物，其选自下组：La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2，其中，所述两种或更多种金属氧化物的总摩尔％是至少15摩尔％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.21 US 62/365,0491.一种玻璃基制品，其包括：SiO2，其范围是约35摩尔％至约80摩尔％；Al2O3，其范围是约1摩尔％至约15摩尔％；和两种或更多种金属氧化物，其选自下组：La2O3、BaO、Ta2O5、Y2O3、和HfO2，其中，所述两种或更多种金属氧化物的总摩尔％是至少15摩尔％。2.如权利要求1所述的玻璃基制品，所述玻璃基制品包含HfO2，其范围是约1摩尔％至约7摩尔％。3.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，所述玻璃基制品包含Y2O3，其范围是约1摩尔％至约29摩尔％。4.如权利要求1-3中任一项所述的玻璃基制品，所述玻璃基制品包含Ta2O5，其范围是约1摩尔％至约30摩尔％。5.如权利要求1-4中任一项所述的玻璃基制品，所述玻璃基制品包含La2O3，其范围是约1摩尔％至约29摩尔％。6.如权利要求1-5中任一项所述的玻璃基制品，所述玻璃基制品包含BaO，其范围是约1摩尔％至约33摩尔％。7.如权利要求1-6中任一项所述的玻璃基制品，其包括：SiO2，其范围是约40摩尔％至约75摩尔％；Al2O3，其范围是约3摩尔％至约10摩尔％；La2O3，其范围是约2摩尔％至约25摩尔％；Ta2O5，其范围是约2摩尔％至约20摩尔％；Y2O3，其范围是约2摩尔％至约21摩尔％；HfO2，其范围是约1.5摩尔％至约6摩尔％；和BaO，其范围是约2摩尔％至约25摩尔％。8.如权利要求1-7中任一项所述的玻璃基制品，其包括：SiO2，其范围是约45摩尔％至约70摩尔％；Al2O3，其范围是约4摩尔％至约9摩尔％；La2O3，其范围是约4摩尔％至约22摩尔％；Ta2O5，其范围是约2.5摩尔％至约18摩尔％；Y2O3，其范围是约4摩尔％至约21摩尔％；HfO2，其范围是约2摩尔％至约5摩尔％；和BaO，其范围是约4摩尔％至约25摩尔％。9.如权利要求1-8中任一项所述的玻璃基制品，所述玻璃基制品包含不超过5摩尔％的碱金属。10.如权利要求1-9中任一项所述的玻璃基制品，所述玻璃基制品包含不超过5摩尔％的硼。11.如权利要求1-10中任一项所述的玻璃基制品，其表征为...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗健，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