具有深压缩层及高损伤阈值的可离子交换的玻璃制造技术

包含SiO2、AI2、O3及P2O5的玻璃可以通过离子交换进行化学强化，并且具有高抗损伤性。这些含磷酸盐的玻璃具有一种结构，其中，由磷酸铝（AlPO4）和/或磷酸硼（BPO4）代替二氧化硅（SiO2）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有深压缩层及高损伤阈值的可离子交换的玻璃相关申请交叉参考本申请根据35U.S.C.§119，要求2010年11月30日提交的美国临时申请系列第61/417941号的优先权，其内容是作为一个整体参照并以引用的方式并入本文中。
技术介绍
本专利技术涉及抗损伤玻璃。更具体地，本专利技术涉及抗损伤的含磷酸盐的玻璃。甚至更具体地，本专利技术涉及通过离子交换强化的抗损伤的含磷酸盐的玻璃。在许多应用中，玻璃通过离子交换进行化学强化，它在玻璃中形成压缩表层。该表层能抵抗由于冲击引起的裂纹的蔓延。通过在组合物中包含硼，例如B2O3，可以提供进一步的抗损伤性。
技术实现思路
提供了包含SiO2、Al2O3以及P2O5的玻璃，该玻璃可以通过离子交换进行化学强化，并且具有高抗损伤性。此类含磷酸盐的玻璃具有一种结构，其中，由磷酸铝（AlPO4）代替玻璃中的二氧化硅（SiO2），所述磷酸铝由四面协调的铝和磷组成，和/或由磷酸硼(BPO4)代替玻璃中的二氧化硅（SiO2），所述磷酸硼由四面协调的硼和磷组成。所述玻璃本身的维氏裂纹开裂（即，中间和/或径向裂纹开裂）阀值至少为500gf（克力）。当通过离子交换进行强化后，玻璃的维氏抗损伤阈值至少约为10kgf（千克力）。因此，本专利技术的一个方面提供了一种玻璃。所述玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5以及至少一种碱金属氧化物(R2O)，其中，0.75≤[(P2O5(mol%)+R2O(mol%))/M2O3(mol%)]≤1.3,其中M2O3=Al2O3+B2O3。本专利技术的第二个方面提供了一种玻璃。所述玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5以及至少一种碱金属氧化物（R2O），其中0.75≤[(P2O5(mol%)+R2O(mol%))/M2O3(mol%)]≤1.3,其中M2O3=Al2O3+B2O3，其中，当进行离子交换后，玻璃的维氏中间/径向裂纹开裂阈值至少约为10kgf。从以下详述，附图，及所附的权利要求书中可以明显的看出这些及其他方面，优点，及特征。附图简要说明图1是由离子交换强化的玻璃板的截面示意图；图2是压缩应力和层深度，与用于0.7mm厚的含磷酸盐玻璃样品的AlPO4浓度的关系图，该样品在410℃的KNO3熔盐浴中进行8小时的离子交换；图3是压缩应力和层深度，与用于0.7mm厚的含磷酸盐玻璃样品的AlPO4浓度的关系图，该样品在450℃的KNO3熔盐浴中进行1小时的离子交换；图4是压缩应力和层深度，与用于0.7mm厚的含磷酸盐玻璃样品的AlPO4浓度的关系图，该样品在450℃的KNO3熔盐浴中进行30分钟的离子交换；以及图5是维氏裂纹开裂阈值，与用于无硼含磷酸盐玻璃的AlPO4浓度的关系图，该无硼含磷酸盐玻璃在450℃的KNO3熔盐浴进行30分钟的离子交换。具体实施方式在以下描述中，附图中所示的若干视图中相同的附图标记表明相同的或相应的部分。还应当理解，除非另有说明，术语例如“顶部”，“底部”，“向外”，“向内”等是便捷词，不应被解读成限制性术语。另外，当群组被描述为包含至少一组元素和它的组合时，应当理解为组群可以包含任意数量的那些例举元素，基本由任意数量的那些例举元素组成，或由任意数量的那些例举元素组成，单独地或相互结合。相似地，当组群被描述为由至少一组元素或它的组合组成时，应当理解为组群可以由任意数量的那些例举元素组成，单独地或相互结合。除非另有说明，当进行列举时，值的范围同时包括范围的上限和下限。如本文中所用的，不定冠词“一个”，“一种”及相应的定冠词“该”表示“至少一个”或“一个或多个”，除非另有说明。如本文中描述的，本领域已知并且描述了用来测量裂纹开裂的维氏压头，例如，WilliamD.Callister（JohnWiley&Sons,纽约,1994）的“材料科学和工程(第三版)”的第130-132页，在本文参照引用。除非另有说明，本文中描述的维氏压痕裂纹开裂测量法是通过施加，然后将压痕负载以0.2mm/分钟的速度移至玻璃表面进行的。压痕最大负载保持10秒。所述压痕裂纹开裂定义为10个压痕中超过50%示出了任意数量的径向/中间裂纹的压痕负载，该裂纹从压痕（indentimpression）的角开裂。增加最大负载直到阈值满足给定的玻璃组合物。所有的压痕测量法在50%的相对湿度的室温下进行。如本文中所述，为玻璃样品获得的磨损环套环（abradedring-on-ring）失败负载是通过在5psi的压力下用90碳化硅(SiC)砂粒首先攻击要研究的样品表面5秒来测定的。掩盖样品，使得磨损限定于6mm直径圆，该圆位于样品的50mmx50mm的表面的中心。样品的磨损是用1英寸直径的支撑环和1/2英寸直径的负载环通过环套环负载失败测试产生的。将样品放在支撑环上，磨损侧面朝下，以便在测试期间，将磨损的区域置于张力中。负载的施加速率为1.2mm/分钟。在50%相对湿度的室温下进行测试。环上的曲率半径为1/16英寸。一般地参考附图，特别是图1，应当理解，图示是为了描述具体的实施方式，而不是用来限制说明或所附的权利要求书。附图不需要按规定比例，为了清晰和简明，附图的一些特征和视角可以扩大比例或示意性地显示出来。为如下用途而设计的玻璃，所述用途例如消费电子产品，汽车应用，电器，建筑部件，以及需要高水平抗损伤性的其他领域，经常通过热方法（例如，热回火）或化学方法进行强化对此类玻璃进行强化。离子交换被广泛用于对用于这些应用的玻璃制品进行化学强化。在这个过程中，将含有第一金属离子（例如，Li2O、Na2O等中的碱阳离子）的玻璃制品至少部分浸入或以其他方式与离子交换浴或者含有第二金属离子的媒介接触，该第二金属离子比存在于玻璃中的第一金属离子更大或更小。所述第一金属离子从玻璃表面扩散入离子交换浴/媒介中，同时，来自于离子交换浴/媒介的第二金属离子代替了玻璃中的第一金属离子，代替的深度为低于玻璃表面的层深度。较大离子代替玻璃中的较小离子会在玻璃表面产生压缩应力，然而，较小离子代替玻璃中的较大离子一般会在玻璃表面产生拉伸应力。在一些实施方式中，第一金属离子和第二金属离子是一价碱金属离子。但是，其他一价金属离子例如Ag+、Tl+、Cu+等也可以用于离子交换过程中。图1显示了经过离子交换进行强化的玻璃板的部分（即，没有显示玻璃板的末端）截面示意图。在图1中所示的非限制性的实施例中，经过强化的玻璃板100具有厚度t，中心部分115以及第一表面110和第二表面120，这两个表面基本上是相互平行的。压缩层112、122从第一表面110和第二表面120分别延伸至低于各表面的层深度d1，d2。所述压缩层112、122处于压缩应力下，同时，中心部分115处于拉伸应力下，或在张力中。中心部分115中的拉伸应力平衡了压缩层112、122中的压缩应力，从而在强化的玻璃板100内保持平衡。然而，图1中显示了具有压缩层112、122的玻璃板，所述压缩层112、122从相对表面110、120延伸，本文中所述的玻璃可以具有单个表面，该表面是由离子交换进行强化的，而不是多个经过强化的表面110、120。这可以例如，通过在离子交换过程中掩盖表面110、120中的一个表面来实现。为了增强抗损伤性，有时候将硼作为B2O3加入玻璃中。但是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.30 US 61/417,9411.一种玻璃，它包含40-64摩尔％的SiO2、16-28摩尔％的Al2O3、1-14摩尔％的P2O5、B2O3以及至少一种碱金属氧化物(R2O)，其特征在于，所述至少一种碱金属氧化物是Na2O、K2O或其组合，0.75≤[(P2O5(摩尔％)+R2O(摩尔％))/M2O3(摩尔％)]≤1.3，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且所述玻璃是不含锂的。2.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于，该玻璃是离子交换的，并且该玻璃的维氏裂纹开裂阈值至少为20kgf。3.一种玻璃，它包含40-64摩尔％的SiO2、16-28摩尔％的Al2O3、1-14摩尔％的P2O5、B2O3以及至少一种碱金属氧化物(R2O)，其特征在于，所述至少一种碱金属氧化物是Na2O、K2O或其组合，0.75≤[(P2O5(摩尔％)+R2O(摩尔％))/M2O3(摩尔％)]≤1.3其中，M2O3＝Al2O3+B2O3，并且所述玻璃是不含锂的；当离子交换后，该玻璃的维氏裂纹开裂阈值至少为10kgf。4.如权利要求1-3中的任一项所述的玻璃，其特征在于，该玻璃从玻璃表面离子交换至至少为40μm的层深度。5.如权利要求4所述的玻璃，其特征在于，该玻璃离子交换至从玻璃表面延伸至至少60μm的层深度。6.如权利要求1-3中的任一项所述的玻璃，其特征在于，该玻璃是离子交换的，并且当对该玻璃进行磨损环套环负载时，玻璃在大于80kgf的负载时失败。7.如权利要求1-3中的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·C·布克宾德，T·M·格罗斯，M·波图扎克，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：
国别省市：