用于3-D成形的可离子交换的含Li玻璃组合物的制作方法_2

文档序号:8385036阅读:来源:国知局
约23xl(T7°C。如上所 述,HTCTE是当将玻璃与升高的温度3-D成形工艺包括但不限于真空垂弯方法联用时玻璃 的尺寸稳定性的指示。已确定HT CTE大于27xl(T6/°C的玻璃在升高的温度的成形工艺之 时和/或之后可能发生翘曲,得到可能不符合尺寸公差的玻璃制品。但是,还确定具有较低 HT CTE例如HT CTE小于或等于约27xl〇-6/°C的玻璃,在升高的温度的成形工艺之时和之后 是尺寸稳定的。
[0038] 本文所述的玻璃组合物还适于通过离子交换过程强化。在本文所述的实施方式 中,所述玻璃组合物能取得大于或等于约25 ym的层深度(DOL)。在一些实施方式中,DOL 可大于或等于约35 ym或甚至大于或等于约45 ym。玻璃组合物的压缩应力(CS)可大于或 等于约600MPa或甚至大于或等于约650MPa。压缩应力和DOL都是在包括100% KN03的盐 浴中或者在包括KNO#P NaNO 3的盐浴中,在从约390°C -约450°C的温度下进行离子交换强 化小于或等于约15小时之后测定的。
[0039] 为了取得上述性质,本文所述的玻璃组合物通常包括Si02,Al20 3,和碱金属氧化物 例如Li20和/或Na20的组合。在一些实施方式中,所述玻璃组合物还可包括一种或更多种 二价氧化物,例如MgO,ZnO,CaO等。所述玻璃组合物还可包括B 203。在一些实施方式中,除 了 Li20和/或Na20之外,所述玻璃组合物还可包括K20。所述玻璃组合物还可包括P 205。所 述玻璃组合物还可包括一种或更多种澄清剂。用于取得具有上述性质的玻璃组合物的各种 组成成分的浓度如下文所更加详细描述。
[0040] 如上所述,本文所述的玻璃组合物可包括B203。在一些实施方式中,玻璃组合物中 B 203的浓度可小于或等于约1. 0摩尔%或甚至小于或等于约0. 5摩尔%,包括约0摩尔% (即,玻璃组合物基本上不含B203)。在本文中,将这些玻璃组合物称作"低硼玻璃组合物"。 在其他实施方式中,B 203的浓度可大于或等于约4. 5摩尔%。在本文中,将这些玻璃组合物 称作"高硼玻璃组合物"。但是,应理解低硼玻璃组合物和高硼玻璃组合物都呈现如上所述 的较低软化点,较低HT CTE和离子交换能力。
[0041] 在本文所述的玻璃组合物(即,低硼玻璃组合物和高硼玻璃组合物)的实施方式 中,310 2是该组合物的最大成分,因此5102是玻璃网络的主要成分。当玻璃组合物中Si02 的浓度较低(即,小于约55摩尔%)时,所得玻璃的化学耐久性较低。此外,所得玻璃的液 相线粘度也可能是低的,使得该玻璃不适于通过例如熔合下拉法和/或熔合层压法来熔合 成形。但是,如果玻璃组合物中Si0 2的浓度过高(即,大于约75摩尔% ),可降低玻璃组合 物的成形能力,因为更高的Si02浓度增加了熔融玻璃的难度,这依次不利地影响玻璃的成 形能力。在本文所述的实施方式中,所述玻璃组合物通常包括浓度大于或等于约55摩尔% 且小于或等于约75摩尔%的Si0 2,从而促进易于成形的玻璃组合物。
[0042] 在低硼玻璃组合物中,Si〇J9浓度可大于或等于约65摩尔%且小于或等于约71 摩尔%。在一些实施方式中,SiOj^浓度可大于或等于约65. 8摩尔%或甚至约66摩尔% 且小于或等于约71摩尔%。在一些其它实施方式中,玻璃组合物中5102的浓度可大于或 等于约67摩尔%且小于或等于约71摩尔%。在一些实施方式中,玻璃组合物中Si0 2的浓 度可大于或等于约68摩尔%且小于或等于约71摩尔%。
[0043] 在高硼玻璃组合物中,Si〇J9浓度可大于或等于约55摩尔%且小于或等于约68 摩尔%。在一些这种实施方式中,玻璃组合物中Si〇d^浓度可大于或等于约60摩尔%且 小于或等于约65摩尔%。
[0044] 本文所述的玻璃组合物(即,低硼玻璃组合物和高硼玻璃组合物)还包括A120 3。 与Si02类似,A1 203用作玻璃网络成形剂。与Si02类似,A1 203增加玻璃组合物的粘度,因为 它在由玻璃组合物形成的玻璃熔体中主要是四面体配位的。A1203通过增加玻璃的应变点和 增加碱金属离子在该玻璃网络中的扩散来改善该玻璃组合物的离子交换性能。因此,A1 203 的存在改善了离子交换过程的动力学,且增加了能获得的最大压缩应力和DOL。为了获得离 子交换过程动力学的改善,玻璃组合物中A1 203的浓度通常大于或等于约7摩尔%。
[0045] 在本文所述的低硼玻璃组合物的实施方式中,玻璃组合物中A1203的浓度通常小 于或等于约12摩尔%,以取得具有较低软化点的玻璃组合物。例如,在一些实施方式中,玻 璃组合物中A1 203的浓度大于或等于约7摩尔%且小于或等于约12摩尔%。在一些实施方 式中,玻璃组合物中A1 203的浓度可大于或等于约8摩尔%且小于或等于约12摩尔%。在 一些其它实施方式中,玻璃组合物中A1 203的浓度可大于或等于约8摩尔%且小于或等于约 11摩尔%。
[0046] 在本文所述的高硼玻璃组合物的实施方式中,玻璃组合物中A1203的浓度通常小 于或等于约15摩尔%,以取得具有较低软化点的玻璃组合物。例如,在一些实施方式中, 玻璃组合物中A1 203的浓度大于或等于约9摩尔%且小于或等于约15摩尔%。在一些实施 方式中,玻璃组合物中A1 203的浓度可大于或等于约11摩尔%且小于或等于约14摩尔%。
[0047] 本文所述的玻璃组合物(即,低硼玻璃组合物和高硼玻璃组合物)还包括碱金属 氧化物R 2〇 ;其中R是Li,Na,K或其组合中的至少一种。碱金属氧化物降低玻璃的熔融温 度和液相线温度,由此改善玻璃的成形能力。添加Li 20通常降低玻璃的软化点。可调节玻 璃组合物中Li20的量,来改善离子交换过程的反应动力学。具体来说,如果期望更快的离 子交换过程,可将玻璃组合物中Li 20的浓度任选地降低到小于约5摩尔%,例如从大于或 等于约1摩尔%到小于或等于约5摩尔%,或甚至从大于或等于约2摩尔%到小于或等于 约5摩尔%,从而增加离子交换速率并降低玻璃的软化点。
[0048] 在本文所述的低硼玻璃组合物的实施方式中,通常将Li20添加到玻璃组合物来降 低玻璃的软化点。玻璃组合物Li 20的浓度通常大于或等于约1摩尔%,从而取得具有较低 软化点的玻璃组合物。例如,在一些实施方式中,玻璃组合物中Li 20的浓度大于或等于约 1摩尔%且小于或等于约9摩尔%。在一些实施方式中,玻璃组合物中Li20的浓度可大于 或等于约1摩尔 %且小于或等于约7摩尔%。在于给定温度下期望更快的离子交换时间的 实施方式中,Li 20的浓度可大于或等于约1摩尔%且小于或等于约5摩尔%,或甚至大于或 等于约2摩尔%且小于或等于约5摩尔%。在一些其它实施方式中,玻璃组合物中Li 20的 浓度可大于或等于约2摩尔%且小于或等于约3. 5摩尔%。
[0049] 在本文所述的高硼玻璃组合物的实施方式中,玻璃组合物中Li20的浓度通常大于 或等于约1摩尔%,以取得具有较低软化点的玻璃组合物。例如,在一些实施方式中,玻璃 组合物中Li 20的浓度大于或等于约1摩尔%且小于或等于约7摩尔%。在于给定温度下 期望更快的离子交换时间的实施方式中,Li 20的浓度可大于或等于约1摩尔%且小于或等 于约5摩尔%,或甚至大于或等于约2摩尔%且小于或等于约5摩尔%。
[0050] 在玻璃组合物中添加Na20促进玻璃组合物的离子交换强化。具体来说,所得玻璃 网络中较小的Na+离子可与离子交换盐浴中较大的K+离子进行交换。如果玻璃组合物中 的Na 20浓度过低,离子交换之后所得层深度过低。但是,如果玻璃组合物中的Na20浓度过 高,玻璃组合物的HT CTE增加。在本文所述的实施方式中,Na20以从约3摩尔% -约16摩 尔%的量存在于玻璃组合物中。
[0051] 在本文所述的低硼玻璃组合物的实施方式中,玻璃组合物中Na20的浓度通常小于 或等于约16摩尔%,以保持较低的HT CTE。例如,在一些实施方式中,玻璃组合物中Na20 的浓度大于或等于约6摩尔%且小于或等于约16摩尔%。在一些实施方式中,玻璃组合物 中Na 20的浓度可大于或等于约8摩尔%且小于或等于约16摩尔%。在一些其它实施方式 中,玻璃组合物中Na20的浓度可大于或等于约10摩尔%且小于或等于约16摩尔%。还在 一些其它实施方式中,玻璃组合物中Na 20的浓度可大于或等于约12摩尔%且小于或等于 约15摩尔%。
[0052] 在本文所述的高硼玻璃组合物的实施方式中,玻璃组合物中Na20的浓度通常小于 或等于约12摩尔%,以保持低的碱金属和氧化铝比例以及所得较低的HT CTE。例如,在 一些实施方式中,玻璃组合物中Na20的浓度大于或等于约3摩尔%且小于或等于约12摩 尔%。在一些实施方式中,玻璃组合物中Na 20的浓度可大于或等于约8摩尔%且小于或等 于约12摩尔%。
[0053] 在一些实施方式中,本文所述的玻璃组合物可任选地包括碱金属氧化物K20。通常 将K 20添加到玻璃组合物来改善离子交换性能。具体来说,可将K20添加到玻璃组合物,以 取得所需的压缩应力和DOL。在本文所述的实施方式中,K 20(当存在时)以小于或等于约 3.〇摩尔%的量存在于玻璃组合物中。
[0054] 在本文所述的低硼玻璃组合物的实施方式中,玻璃组合物中K20的浓度通常大于 或等于约0摩尔%。例如,在一些实施方式中,玻璃组合物中1( 20的浓度大于或等于约0摩 尔%且小于或等于约5摩尔%。在一些实施方式中,玻璃组合物中K20的浓度可大于或等 于约0摩尔%且小于或等于约3摩尔%。在一些其它实施方式中,玻璃组合物中K 20的浓 度可大于或等于约0摩尔%且小于或等于约2摩尔%。在一些其它实施方式中,玻璃组合 物中K 20的浓度可小于或等于约1摩尔%或甚至小于或等于约0. 5摩尔%。在一些实施方 式中,所述低硼玻璃组合物基本上不含K20。
[0055] 在本文所述的高硼玻璃组合物的实施方式中,玻璃组合物中K20的浓度通常大于 或等于约0摩尔%。例如,在一些实施方式中,玻璃组合物中1( 20的浓度大于或等于约0摩 尔%且小于或等于约3摩尔%。在一些实施方式中,玻璃组合物中K20的浓度可大于或等 于约0摩尔%且小于或等于约2摩尔%。在一些其它实施方式中,玻璃组合物中K 20的浓 度可小于或等于约1摩尔%或甚至小于或等于约0.5摩尔%。在一些实施方式中,所述高 硼玻璃组合物基本上不含K 20。
[0056] 此外,在本文所述的高硼玻璃组合物的实施方式中,R20
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