用于增强的盖板玻璃的玻璃组合物的制作方法
【专利摘要】一种盖板玻璃和玻璃组合物，其中，所述玻璃包含：从70.5mol%至77.0mol%的SiO2；从8.5mol%至12.5mol%的Al2O3；从10.6mol%至14.6mol%的Na2O；从1.1mol%至5.1mol%的K2O；从0mol%至3mol%的B2O3；从2.8mol%至5.8mol%的MgO和从0mol%至3.7mol%的CaO；其中包含从70.5mol%至77.0mol%的二氧化硅降低盖板玻璃的总体密度；其中玻璃的密度在从2.3至2.45g/cm3的范围内。该玻璃在低温下是可离子交换的，达到至少10μm的深度。
【专利说明】用于增强的盖板玻璃的玻璃组合物
【技术领域】
[0001]本发明涉及玻璃组合物和盖板玻璃。
[0002]特别地，本发明涉及玻璃组合物和盖板玻璃，其中盖板玻璃是耐划伤的，并且具有高二氧化硅含量、低密度、低脆性和高强度等特征。
【背景技术】
[0003]移动设备如手机或蜂窝式便携无线电话、掌上电脑、手表、膝上电脑、具有显示器的便携式游戏机、笔记本电脑、电视机、车内显示器、触摸屏和其它电子设备等已成为无处不在的设备，其中包括有至少一个玻璃盖板以保护设备(特别是保护其中的显示部件)。盖板通常是透明的以使用户能够看到显示。
[0004]由于多种原因如不慎跌落、清洁不当以及使用次数增加，在这类设备中使用的玻璃盖板倾向于破裂和/或损坏。期望所设计的盖板玻璃能够承受高水平的恶劣使用或不慎跌落，由于盖板玻璃与锐物的接触或受到冲击。
[0005]此外，盖板玻璃还必须表现出高强度，并且如果具有盖板玻璃的设备被频繁接触或触摸，如在触摸式显示屏设备中，则其同时必须是耐划伤的。
[0006]通常,通过下述一种平板玻璃制造工艺制造盖板玻璃，即，浮法玻璃工艺、下拉熔合工艺、狭缝拉制工艺、压延成型(模压成型)工艺、辊压工艺等。
[0007]特别地，下拉熔合工艺(也称为下拉工艺)能够生产出高精度的火焰抛光表面，其无需在使用前研磨或抛光等附加修饰。美国专利US3，338，696和US3，682，609的说明书所公开的熔合下拉工艺包括让熔融玻璃流过成型楔(称为异管(isopipe))的边缘或堰槽(weir)。熔融玻璃流过异管的会聚形成表面，并且分离的玻璃流在顶点或根部重聚(reunite),在该处形成表面的两个会聚(converging)相遇以形成玻璃板。因此,在熔合工艺中，已经与成型面接触的玻璃位于玻璃板的的内部而玻璃板的外表面没有任何接触。位于异管根部下游的拉辊捕获玻璃板的边缘部分，这样成型以控制玻璃板离开异管的速率从而有助于控制成型板的厚度。当玻璃板从异管根部下来并通过拉辊时，其冷却以形成固态弹性玻璃板，其可以被进一步加工。
[0008]为了获得使用熔合工艺的良好品质的盖板玻璃，在下拉加工期间或在任何其它加工工艺中，必须将玻璃在熔融阶段的各种材料特性控制在规定的极限范围内。
[0009]这类材料特性的其中一项便是玻璃的粘度。期望在玻璃离开异管的位置处保持玻璃的粘度为大于约105泊的值，如果不保持该值，则玻璃板沿其宽度方向的平整度和厚度将变得难于控制，其可能导致玻璃板变得不适合显示应用。
[0010]另一个重要因数是玻璃基质的液相粘度。期望具有较低的液相温度并因此具有用于下拉工艺或任何其它加工工艺的较高的液相粘度。较低的液相温度和较高的液相粘度使得在成型过程中玻璃抗结晶。由于成型始于约104至105泊的玻璃粘度， 因此期望玻璃表现出大于约105泊的液相粘度。
[0011]此外，还期望基质玻璃表现出在TFT制造期间和长期暴露于使用的环境条件期间对化学处理的高度耐性。
[0012]此外，由于盖板玻璃可以在如膝上电脑、钟表、手机等重量轻的便携式设备中使用。这意味着，形成重要部件的玻璃基质也应该具有相对轻的重量，也就是说，基质玻璃其自身应该是轻重量的。
[0013]此外，重量轻意味着玻璃的厚度较薄，并且用于便携式设备的厚度小于约1.1mm、优选小于约0.7mm并且最优选小于约0.5mm。应该有可能制造具有理想厚度的玻璃并且也期望具有适合制造这类玻璃的玻璃组合物，其中可以将玻璃熔融拉制成理想厚度的薄板。
[0014]另外地，期望基质玻璃应该表现出低的热膨胀系数(CTE)，通常，在为从约72X10_V°C至76X10_V°C的范围内以与用于钠钙玻璃(Soda Lime glass)的方法相容，钠钙玻璃具有接近80X 10-7/°C的CTE。
[0015]进一步，通常通过离子交换法化学地增强用于电子设备的触敏屏的屏幕或玻璃。离子交换法进行离子化学增强的玻璃能给玻璃提供额外的强度。在玻璃板成型后，通过使用具有大于玻璃表面存在的离子直径的离子的加热溶液化学地处理加热的玻璃板进行离子交换步骤，从而用较大离子替换较小离子。通常，较小离子是钠离子并且用如钾离子等较大离子替换。
[0016]已知如“钠钙”类玻璃等玻璃适合通过浮法工艺进行大规模板材玻璃制造，但无法通过特别是下拉法工艺成型，原因是钠玻璃的高的液相温度导致的其粘度过低。期望有能够采用上述任何用于使玻璃板成型的工艺来成型的玻璃。
[0017]此外,商业钠韩玻璃的密度接近2.5g/cc,这使得玻璃过重而不适用于显示起盖板玻璃的应用。
[0018]上文描述的属性或性质受盖板玻璃组合物的影响。
[0019]发明目的
[0020]以下描述本发明的部分目的:
[0021]本发明的一个目的是改进先有技术的一个或多个问题，或者至少提供有用的选择对象。
[0022]本发明的另一个目的是提供盖板玻璃和用于盖板玻璃的玻璃组合物，其满足几乎所有上述属性而密度小于2.45g/cc。
[0023]本发明的再一个目的是提供与下拉工艺或浮法玻璃工艺或狭缝拉制工艺或压延成型(模压成型)工艺或辊压工艺相容的盖板玻璃和玻璃组合物。
[0024]本发明的又一个目的是提供具有较高粘度的盖板玻璃和玻璃组合物。
[0025]本发明的进一步的一个目的是提供液相粘度较高的盖板玻璃和玻璃组合物。
[0026]本发明的再进一步的一个目的是提供重量轻的盖板玻璃和玻璃组合物。
[0027]本发明另一个目的是提供具有范围为从72X10_V°C至76X10_V°C的热膨胀系数的盖板玻璃和玻璃组合物。
[0028]本发明的另一个目的是具有用于手机或蜂窝式便携无线电话、电视机、掌上电脑、手表、膝上电脑、具有显示器的便携式游戏机、笔记本电脑、车内显示器、触摸屏和其它电子设备的盖板玻璃和玻璃组合物。
[0029]本发明的另一个目的是具有其中由其形成的玻璃是可离子交换的玻璃组合物。
[0030]本发明的另一个目的是具有玻璃组合物，其中该玻璃可以由包括下拉工艺、浮法玻璃工艺、狭缝拉制工艺、压延成型工艺、辊压工艺等的任何玻璃成型工艺来成型。
【发明内容】
[0031]将在本说明书中大篇幅论述本发明的这些和其它目的。根据本发明，提供了一种玻璃，其包含从70.5mol%至 77.0mol% 的 SiO2、从8.5mol%至 12.5mol% 的 Al2O3、从 10.6mol%至 14.6mol% 的 Na2O、从 1.1mo 1% 至 5.1mo 1% 的 K20、从 Omol% 至 3mol% 的 B203、从 2.8mol%至5.8mol%的MgO、从Omol%至3.7mol%的CaO和从Omol%至0.8mol%的至少一种精炼剂，所述精炼剂选自由Ti02、As203、Sb2O3、金属卤化物和硫酸钠组成的组。
[0032]通常，包含从70.5mol%至77.0mo 1%的二氧化硅降低盖板玻璃的总体密度。通常，玻璃的密度范围为从2.3至2.45g/cm3的范围内，其中可以使用熔合拉制工艺来下拉玻璃。
[0033]根据一个实施方式，玻璃满足下列条件的至少一个:
[0034]-B2O3> Na2O, K20、MgO 和 CaO 的 mol% 的总和范围为从 14.5mol% 至 21.7mol% ；
[0035]-Na2O 和 K2O 的 mol% 的总和范围为从 11.7mol% 至 16.9mol% ；
[0036]-MgO 和 CaO 的 mol% 的总和范围为从 2.8mol% 至 6.5mol% ；
[0037]-SiO2 和 Al2O3 的 mol% 的总和范围为从 78.1mo 1% 至 85.5mol% ；
[0038]-Al2O3 和 B2O3 的 mol% 的总和范围为从 8.1mo 1% 至 12.5mol% ；
[0039]-R0/A1203的比率范围为从0至0.7，其中R表示Mg或Ca ；
[0040]-A2OAl2O3的比率范围为从0至1.8，其中A表示Na或K ;以及
[0041]-B2O3Al2O3的比率范围为从0至0.36。
[0042]根据本发明，玻璃表现出在从72 X 10_7/°C至76 X 10_7/°C范围内的热膨胀系数范围、在从6至7.4范围内的对数液相粘度、在从72Gpa至76Gpa范围内的杨氏模量和在从500V至700°C范围内的退火温度。
[0043]根据本发明的一个实施方式，玻璃在模具中是可下拉或可狭缝拉制或可压延成型的，或者是通过辊压拉制或通过浮法工艺可拉制的。
[0044]根据本发明的一个实施方式，玻璃能够通过离子交换化学地增强并且呈现能够通过包括下拉工艺、浮法玻璃工艺、狭缝拉制工艺、压延成型工艺、辊压工艺等现有技术中已知的任何成型工艺成型的组合物。
[0045]根据本发明，玻璃可能被离子交换的深度达IOiim以上。
[0046]根据本发明的另一个实施方式,玻璃表现出至少IOOMpa的压缩应力、至少IOiim的层深度和至少0.3mm的厚度。
[0047]根据本发明的另一个方面，提供了由本发明的玻璃制备的玻璃盖板。
[0048]根据本发明的再一个方面，提供了包括玻璃盖板的电子设备，其中所述玻璃盖板是由本发明的玻璃制备的。
【具体实施方式】
[0049]参考以下说明书中的非限制性实施例说明本文的实施方式和各种性质及其有利的详情。省略了众所周知的组分和加工工艺以避免使本文的实施方式不必要地不清楚。本文所使用的实施例仅意在有助于理解实践本文的实施方式的方法和进一步有助于本领域技术人员能够实践本文中的实施方式。[0050]因此，这些实施例不应被诠释为限制本文中实施方式的范围。
[0051]本发明涉及玻璃组合物和盖板玻璃。本发明的发明人特别开发了一种盖板玻璃，其是耐划伤的并且具有高二氧化硅含量、降低的密度、降低的脆性和高强度的特征。玻璃盖板可以在如手机或蜂窝式便携移动电话、电视机、掌上电脑、手表、膝上电脑、具有显示器的便携式游戏机、笔记本电脑、车内显示器、触摸屏和其它电子设备的设备中使用。
[0052]根据本发明，玻璃包含以下主要组分:二氧化硅(Si02)、氧化铝(A1203)、三氧化二硼(B203)、如MgO和CaO等碱土金属氧化物(AEO)^n Na2O和K2O等碱金属氧化物。
[0053]根据本发明，二氧化硅(SiO2)作为基本玻璃形成物，其中形成物(在本案中为二氧化硅)形成基本骨架或网络。单独的形成物可以形成玻璃，但在某些情况下(特别是当形成物为二氧化硅时)熔点太高而使得商业熔融玻璃不切实际。根据本发明，玻璃具有在从70.5mol%至77mol%范围内的高二氧化硅含量。由于二氧化硅的密度为2.2g/cm3，高二氧化硅含量降低盖板玻璃的总体密度。
[0054]根据本发明的玻璃主要包含各种氧化物，其浓度以摩尔百分数表示。根据本发明，玻璃包含在从8.5%至12.5% (摩尔百分数)范围内的Al2O3，其中Al2O3提高玻璃的粘度。
[0055]根据本发明，玻璃包含在从0至3mol%范围内的B2O3。
[0056]根据本发明，碱金属氧化物降低玻璃的熔融温度并且也获得低的液相温度。引入本发明的玻璃的碱金属氧化物包括Na2O和1(20。特别地，根据本发明，Na2O用于进行离子交换以加工相当程度提高的玻璃强度。根据本发明，以在从10.6至14.6mol%的范围内提供Na2O0根据本发明，所提供的玻璃具有在从1.1至5.lmol%范围内的氧化钾(K2O),其中K2O获得低的液相温度以及降低玻璃粘度。
[0057]根据本发明，添加碱土金属氧化物如MgO和CaO导致由玻璃形成物所形成的玻璃网络改变，使得降低了熔融温度并从而改善了其它玻璃成型工艺，例如精炼工艺。根据本发明，分别地以从2.8至5.8mol%和0至4.5mol%的范围将MgO和CaO用作改性剂。
[0058]本发明的发明人还开发了一种包含二氧化钛(TiO2)作为附加成分以提高玻璃的折射率以及内在强度的玻璃。以0至0.7mol`%的量使用Ti02。
[0059]在表1中列出本发明的玻璃的示例性组合物。
[0060]表1
[0061]`
【权利要求】
1.一种玻璃，包含:
a.从70.5mol% 至 77mol% 的 SiO2 ；
b.从8.5mol% 至 12.5mol% 的 Al2O3 ；
c.从Omo 1% 至 3mol% 的 B2O3 ；
d.从10.6mol% 至 14.6mol% 的 Na2O ；
e.从1.1mo 1% 至 5.1mo 1% 的 K2O ；
f.从2.8mol% 至 5.8mol% 的 MgO ；
g.从Omol% 至 3.7mol% 的 CaO ；以及
h.从Omol%至0.8mol%的至少一种精炼剂，所述精炼剂选自由Ti02、As203、Sb2O3、金属卤化物和硫酸钠所组成的组。
2.根据权利要求1所述的玻璃，其中，所述玻璃满足下列条件中的至少一个: -SiO2的mol%在70.5mol%至77mol%范围内变化，以使所述玻璃的密度低于2.45g/cm3,并且优选在从2.3至2.45g/cm3的范围内；
-B2O3> Na2O, K2O, MgO 和 CaO 的 mol% 的总和范围为从 14.5mol% 至 21.7mol% ； -Na2O和K2O的mol%的总和范围为从11.7mol%至16.9mol% ； -MgO和CaO的mol%的总和范围为从2.8mol%至6.5mol% ；
-SiO2 和 Al2O3 的 mol% 的总和范围为从 78.1mo 1% 至 85.5mol% ； -Al2O3和B2O3的mol%的总和范围为从8.1mo 1%至12.5mol% ； -ROAl2O3的比率范围为从0至0.7，其中R表示Mg或Ca之一； -A2OAl2O3的比率范围为从0至1.8，其中A表示Na和K之一； -B2O3Al2O3的比率范围为从0至0.36。
3.根据权利要求1所述的玻璃，其中，所述玻璃具有下列性质中的至少一个: 在从72X 10_7/°C至76X 10_7/°C范围内的热膨胀系数； 在从6至7.4范围内的液相粘度的对数； 在从72Gpa至76Gpa范围内的杨氏模量；以及 在从500°C至700°C范围内的退火温度。
4.根据权利要求1所述的玻璃，其中，所述玻璃具有范围为从0.3mm至2mm、优选从0.3mm至1.1mm的厚度。
5.根据权利要求1所述的玻璃，其中，所述玻璃在模具中是可下拉的或可狭缝拉制的或可压延成型的，或者是通过辊压可拉制的或通过浮法工艺可拉制的。
6.根据权利要求1所述的玻璃，其中，所述玻璃是离子交换后的，并且通常当进行离子交换时，所述玻璃具有至少IOOMpa的表面压缩应力或者具有至少有210 iim厚度的表面压缩层。
7.一种由权利要求1所述的玻璃制备的玻璃盖板。
8.一种包括玻璃盖板的电子设备，其中，所述玻璃盖板是由根据权利要求1所述的玻璃制备的。
【文档编号】C03C3/091GK103534216SQ201280021762
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年3月19日 优先权日:2011年8月26日
【发明者】吉滕德拉·塞加尔 申请人:斯德莱特技术有限公司