具有相分离包覆的层叠玻璃制品及其形成方法_3

文档序号:9619949阅读:来源:国知局
玻璃制品100可具有改善的强度。例如,在一些实施方式中,玻璃包覆层104a、104b由平均热膨胀系数(CTE)低于玻璃芯层102的玻璃组合物形成。例如,当在层叠过程中将由具有较低平均CTE的玻璃组合物形成的玻璃包覆层与由具有较高平均CTE的玻璃组合物形成的玻璃芯层配对时,在冷却之后,玻璃芯层和玻璃包覆层的CTE差异导致在玻璃包覆层中形成压缩应力。在本文所述的一些实施方式中,玻璃包覆层由具有在20-300°C的范围上平均的小于或等于约40x 10 7°C的平均CTE的玻璃组合物形成。在一些实施方式中,玻璃组合物的平均CTE可以是在20-300°C的范围上平均的小于或等于约37x 107/°C。在其他实施方式中,玻璃组合物的平均CTE可以是在20-300°C的范围上平均的小于或等于约35x 10 7°C。
[0041]如上文所述,在一些实施方式中,玻璃包覆层104a、104b由基本不含碱金属以及含碱金属的化合物(包括但不限于,碱性氧化物)的玻璃组合物形成。从不含碱性氧化物(例如,1(204&20和Li20)的玻璃组合物形成玻璃包覆层104a、104b可有助于降低玻璃包覆层的CTE,这可影响层叠之后玻璃包覆层中所实现的压缩应力的大小。此外,某些应用(例如电子件基材等)可能需要层叠玻璃制品的表面不含碱性离子,从而防止高度迀移性的碱性离子从玻璃迀移到沉积在玻璃上的电子器件,这会通过所谓的“碱中毒”劣化电子器件的性能。
[0042]但是,在一些其他实施方式中,玻璃包覆层104a、104b可由含有碱性离子的玻璃组合物形成。在这些实施方式中,碱性离子的存在可有助于通过离子交换来对玻璃进行化学强化,从而改善层叠玻璃制品的强度。
[0043]现参见图3,从可相分离的玻璃组合物形成玻璃包覆层104a、104b可有助于后续通过从玻璃去除至少一个相,从而在玻璃包覆层中形成微结构。例如,在一些实施方式中,玻璃包覆层可由通过旋节线分解进行相分离的玻璃组合物形成。在这些实施方式中,玻璃包覆层包括由第一相形成的互联基质,其具有分散在第一相中的至少一种第二相。在这些实施方式中,所述至少一种第二相其自身在由第一相形成的互联基质中是互联的。其中一个相可以比另一个相较不易于溶解在水、碱性溶液和/或酸性溶液中。例如,在一些实施方式中,第二相可以比第一相更易于溶解。因此,可以通过溶解在水中和/或酸性溶液中,从由第一相形成的互联基质选择性地去除所述至少一种第二相。在从玻璃去除了所述至少一种第二相之后,玻璃包覆层具有由第一相形成的多孔、互联基质,如图3所示。图3中较亮区域是由第一相形成的互联基质,而较暗区域是对应于先前被所述至少一种第二相占据的空间的互联基质的孔隙度。
[0044]在玻璃包覆层104a、104b具有由相分离的玻璃的第一相形成的多孔、互联基质的实施方式中,多孔、互联基质可涂覆第二材料,其赋予层叠玻璃制品所需的功能性。合适的材料包括但不限于,无机材料(例如金属、合金和/或陶瓷)或者有机材料(例如聚合物和生物活性材料)。例如,在一些实施方式中,多孔、互联基质可涂覆或者至少部分填充催化活性材料。此类材料可包括但不限于,催化活性贵金属以及合金,例如铂、钯、铑、沸石以及金属氧化物等。在其他一些实施方式中,多孔、互联基质可涂覆或者至少部分填充生物活性材料。此类材料可包括但不限于,生物活性玻璃材料,例如硼酸盐玻璃和磷酸盐玻璃。其他合适的生物活性玻璃包括但不限于,Jones和Clare编著的“B1_Glasses:AnIntroduct1n (生物玻璃的介绍)”(John Wiley和Sons,2012)中所列出的玻璃材料。
[0045]或者,多孔、互联基质可部分或完全填充第二材料,以增强层叠玻璃制品的一个或多个物理性质。在一些实施方式中,第二材料可以是聚合物材料,其用于改变玻璃包覆层的折射率,改变玻璃包覆层的声学性质,改善玻璃包覆层的强度,在玻璃包覆层中产生特定光学或电学性质,或者为玻璃包覆层提供表面改性。例如,在一些实施方式中,多孔、互联基质可以部分或完全填充聚合物材料,以增强层叠玻璃制品的韧性。玻璃通常具有高强度但是具有低韧性,而聚合物通常具有低强度和高韧性。因此,通过用聚合物材料部分或完全填充玻璃包覆层的多孔、互联孔隙度,可以改善层叠玻璃制品的韧性。用于部分或完全填充多孔、互联基质的聚合物材料可以是反应性或者非反应性材料。反应性聚合物材料具有与玻璃表面反应以形成化学键合网络的官能团。可以以各种不同方式来引发这些反应,包括但不限于,加热、UV辐射或者电子束等。非反应性聚合物材料被动地填充玻璃的多孔表面,在玻璃和聚合物之间不发生任何化学反应。合适的聚合物材料包括但不限于,聚环氧化物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、聚醚、聚硅氧烷、聚乙烯、聚酐、聚脲、聚碳酸酯、聚硫化物和聚砜。
[0046]在其他实施方式中,多孔、互联基质可以被改变材料的热膨胀系数的第二材料填充。例如,玻璃包覆层的多孔、互联基质可以填充有具有比第一玻璃相低的热膨胀系数的第二材料,从而降低玻璃包覆层的总体热膨胀系数。在一个实施方式中,这可以通过用二氧化硅的溶胶来填充多孔、互联基质来实现,其在干燥和/或烧制之后,填充互联基质,使得二氧化硅与玻璃包覆层的第一相粘附,从而降低玻璃包覆层的热膨胀系数。
[0047]在其他实施方式中,多孔、互联基质可以部分或完全填充有改性了层叠玻璃制品的折射率的第二材料。用于改性层叠玻璃制品的折射率的合适材料包括但不限于,聚合物材料,例如聚环氧化物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、聚醚、聚硅氧烧、聚乙稀、聚酐、聚脲、聚碳酸酯、聚硫化物和聚砜。但是,应理解的是,也可使用其他类型的材料,包括但不限于,聚合物材料和陶瓷材料和/或金属材料的组合。
[0048]类似地,用聚合物材料部分或完全填充玻璃包覆层的多孔、互联基质可改变层叠玻璃制品的声学性质,提供隔音层叠玻璃制品。例如,层叠玻璃制品的声学性质通常取决于制品的刚度(模量)和衰减(损耗角正切)。通过用聚合物材料填充(或部分填充)玻璃包覆层的多孔、互联基质,改性了层叠玻璃制品的声学性质,同时芯层给予层叠玻璃制品所需的整体刚性。
[0049]在本文所述的一些实施方式中,形成玻璃包覆层104a、104b的玻璃组合物可含有一种或多种金属组分,例如金、银、铜或铂等。在这些实施方式中,可以对层叠玻璃制品进行热处理以引起金属组分在玻璃组合物的第一相中的沉淀。在玻璃包覆层104a、104b具有由相分离的玻璃组合物的第一相形成的多孔、互联基质的实施方式中,金属组分的沉淀可使得金属组分在多孔、互联基质的表面处或者表面附近沉积。
[0050]再次参见图1,玻璃芯层102可由各种不同的玻璃组合物形成,只要玻璃芯层102的组成能够与玻璃包覆层104a、104b熔合即可。在一些实施方式中,玻璃芯层可包含碱金属和/或含碱金属的化合物,而在其他实施方式中,玻璃芯层可基本不含碱金属和/或含碱金属的化合物。
[0051]在层叠玻璃制品100的玻璃包覆层104a、104b作为层叠过程的结果具有压缩应力的实施方式中,玻璃芯层102由相对于玻璃包覆层104a、104b具有高的平均热膨胀系数的玻璃组合物形成。如本文所述,当在熔合层叠过程中,由具有低的平均CTE的玻璃组合物形成的玻璃包覆层与由具有较高平均CTE的玻璃组合物形成的玻璃芯层配对时,随着层叠结构的冷却,玻璃芯层和玻璃包覆层的平均CTE差异导致在玻璃包覆层中形成压缩应力,而没有发生结构的离子交换或热回火。在一些实施方式中,玻璃芯层可由这样的玻璃组合物形成,其在20-300°C的范围内具有大于或等于约40x 10 7/°C的平均热膨胀系数(CTE)。在一些此类实施方式中,玻璃芯层的玻璃组合物的平均CTE可以是在20-300°C的范围内大于或等于约60x 107/°C。在其他实施方式中,玻璃芯层的玻璃组合物的平均CTE可以是在20-300°C的范围内大于或等于约80x10 7°C。
[0052]在本文所述的层叠玻璃制品100的一些实施方式中,形成玻璃芯层102的玻璃组合物具有适合熔合成形的液相线粘度和液相线温度。例如,形成玻璃芯层102的玻璃组合物的液相线粘度可以大于或等于约35千泊。在一些实施方式中
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