碱土铝硼硅酸盐抗裂玻璃制造技术

本发明专利技术涉及在便携式电子装置中用作触摸屏基材或玻璃覆片制品的玻璃制品，具体涉及基本不含碱金属的铝硼硅酸盐玻璃，该铝硼硅酸盐玻璃包含至少55摩尔%的SiO2、至少5摩尔%的Al2O3以及至少一种碱土RO组分。所述不含碱金属的铝硼硅酸盐的Al2O3+B2O3与RO的摩尔%比值大于1，并且Al2O3与RO的摩尔%比值大于0.65。本发明专利技术所揭示的铝硼硅酸盐玻璃具有高抗破坏性，证据是大于1000gf的维氏中间/径向裂纹开裂负荷以及至少900g的高耐刮擦性，后者通过当移动努氏压头施加负荷时，不存在中间/径向裂纹时测得。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术 揭示了适用于在便携式电子装置中用作耐用触摸屏基材和玻璃覆片制品的玻璃材料。具体来说，本专利技术揭示了可用作便携式电子装置的触摸屏基材和玻璃覆片制品的具有高抗裂和耐刮擦性的碱土硼硅酸盐玻璃。背景高抗裂性玻璃在便携式和固定式电子装置中都用作玻璃覆片和显示屏。通常来说，通过含碱性玻璃，例如钠钙硅酸盐、碱硼铝硅酸盐以及碱铝硅酸盐(例如Corning Gorilla 玻璃,如商品编号2317和2318)的离子交换来实现高度抗裂性。玻璃中的小的碱金属离子(如锂和/或钠)被较大碱金属离子(钾)替代，并冷却至室温，玻璃板两个表面上经过离子交换的层展现出明显的压缩应力，而玻璃板内部展现出拉伸应力。压缩应力起了有效阻挡裂纹发生和蔓延的作用。特别地，压缩应力阻碍了从起始裂纹所在处蔓延开来的中间/径向裂纹和横向裂纹的形成。中间/径向裂纹受到特别关注，原因在于它们的朝向垂直于玻璃表面，因而在对玻璃板进行弯曲的过程中起了强度限制裂纹的作用。抗裂性的一种测量方法是使用维氏金刚石刻压头产生中间/径向裂纹所需的负荷。例如，在离子交换之前，对于商品编号为2317的Corning Gorilla 玻璃，使用维氏金刚石刻压头需要约300克力(gf)以产生中间/径向裂纹，而经过离子交换之后，产生中间/径向裂纹所需的作用力增加到约5000克。在产生中间/径向裂纹所需负荷方面的这一重大改进是商品编号为2317的Corning Gorilla 玻璃在消费品电子应用中的使用不断增加的关键原因。虽然离子交换的性能是非常有利的，但是碱金属对于某些消费品电子应用是有害的，特别是对于那些将玻璃用作基于半导体的电子设备的基材的应用，例如显示屏或者集成触摸应用。这是由于碱金属会移动进入到半导体层，对开关电压造成影响。此外，随着玻璃板变得越来越薄，由于在整个玻璃厚度上的应变，对于给定的压缩层厚度所能获得的最大压缩应力下降。此外，必须对从玻璃板获得的每个部件进行离子交换，而不是在产生部件之前对整个玻璃板进行离子交换，因为将经过离子交换的玻璃板分割成两个或更多个部件使得处于中心张力下的区域发生暴露，并严重危及边缘强度。离子交换是耗时且昂贵的，并且在需要大量部件的应用中，离子交换的产能会严重限制最终部件的整体产量。最后，可以通过离子交换形成的压缩应力的量并非是无限大的。这是由于对于给定的玻璃，一旦中心张力超过特定的值，穿透压缩应力层的裂纹导致能量突然灾难性地释放，导致部件剧烈地破裂成许多片。这样形成的中心张力的最大水平称作易碎性极限。对于玻璃覆片和集成触摸应用来说，无论如何必须避免超过易碎性极限。为此，希望找到能从本质上防止裂纹形成的组合物，也就是无需离子交换。还希望此类玻璃基本不含碱金属，从而它们可以自由地用作电子应用的基材。还希望所述玻璃具有粘弹性、摩尔体积、热膨胀系数、耐用性等，从而它们可用于典型消费品电子应用，例如作为集成触摸应用的盖板或者基材。相对于经过离子交换的玻璃，此类玻璃具有的额外优势在于它们从本质上来说是不易碎的。
技术实现思路
本专利技术揭示了碱土硼硅酸盐玻璃制品，其具有改进的抗破坏性/抗裂性以及耐刮擦性，并且它们特别适合用作便携式电子设备中的触摸屏基材和/或玻璃覆片制品。在一个实施方式中，这些碱土铝硼硅酸盐玻璃基本不含碱金属，并且它们的组成如下:(I)至少55摩尔%的SiO2 ； (2)至少5摩尔%的Al2O3 ； (3)至少一种碱土 RO ； (4)A1203+B203与RO的摩尔％比值大于I ;以及(4) Al2O3与RO的摩尔％比值大于0.65。本专利技术所揭示的铝硼硅酸盐玻璃额外地具有如下性质:(I)维氏压痕裂纹的开裂负荷大于IOOOgf ；(2)当通过移动努氏(Knoop)压头施加负荷时，不存在中间/径向裂纹时测得的耐刮擦性至少为900g ； (3)杨氏模量值<75GPa ;以及(4)摩尔体积>27.5cmVmol。根据第二个实施方式，碱土铝硼硅酸盐包含:55-75摩尔％的Si02、8_15摩尔％的Al2O3'10-20 摩尔 % 的 B2O3 ；0-8% 的 MgO,0-8 摩尔 % 的 CaO,0-8 摩尔 % 的 SrO 以及 0-8 摩尔%的BaO0本专利技术所揭示的不含碱金属的铝硅酸盐玻璃触摸屏基材/玻璃覆片制品可用于各种消费品电子制品中，例如手机和其他电子装置，如音乐播放器、笔记本电脑、PDA、游戏控制器、电子书阅读器以及其他要求触摸屏能力的装置。在以下的详细描述中提出了本专利技术的其他特征和优点，其中的部分特征和优点根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本专利技术而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。附图说明图1是本发 明所揭示的碱土铝硼硅酸盐玻璃样品所测得的裂纹开裂阈值与摩尔体积的关系；图2是本专利技术所揭示的碱土铝硼硅酸盐玻璃样品所测得的裂纹开裂阈值与杨氏丰吴量的关系；图3a是本专利技术所揭示的一种代表性碱土铝硼硅酸盐玻璃样品的I千克力(kgf )维氏压痕的显微镜俯视图；图3b是本专利技术所揭示的一种代表性碱土铝硼硅酸盐玻璃样品的I千克力(kgf)维氏压痕的显微镜截面图；图4a是对照玻璃基材的I千克力(kgf)维氏压痕的显微镜俯视图4a是对照玻璃基材的I千克力(kgf)维氏压痕的显微镜截面具体实施例方式本文所用术语“触摸屏”指的是所有类型的触摸屏，但特别指电容性触摸屏，包括用于便携式以及非便携式消费品电子装置的多触摸传感器触摸屏。具体来说，该术语包括通过在置于显示面板上的透明基材或者与显示面板集成的透明基材上沉积单层或多层氧化铟锡(ΙΤ0)制得的触摸屏。在下文描述中，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，以及所述范围之间的任意子范围。如下文所述，采用本文所揭示的耐用玻璃制品来满足工业上对于更抗破坏电子装置触摸屏基材和/或玻璃覆片的需求。这些不含碱金属的碱土金属硼铝硅酸盐玻璃具体用于如下电子装置，例如手机、音乐播放器、笔记本电脑、游戏控制器、电子书阅读器以及其他装置。这些玻璃材料具有某些优势，例如相对于如今用作触摸屏和玻璃覆片材料的现有钠钙玻璃材料和含碱金属硼铝硅酸盐玻璃材料，具有改进的抗破坏性/抗裂性和耐刮擦性。在一个实施方式中，这些碱土铝硼硅酸盐玻璃基本不含碱金属，并且它们由如下组分组成:⑴至少55摩尔％的SiO2 ；⑵至少5摩尔％的Al2O3 ；以及(3)至少一种碱土R0。玻璃需要特定的组分比以实现所需的抗破坏性/抗裂性和耐刮擦性，具体包括:(1)A1203+B2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·J·埃列森，T·M·格罗斯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：
国别省市：