无碱的硼磷硅酸盐玻璃的制作方法
【专利说明】无碱的硼磷硅酸盐玻璃
[0001] 本申请根据35U.S.C. § 119要求2013年5月9日提交的美国临时申请系列第 61/821，426号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。
[0002] 背景
[0003] 本发明涉及不包含碱金属或它们的氧化物的玻璃。具体来说，本发明涉及无碱玻 璃，其可通过下拉法例如狭缝拉制和熔合拉制技术来成形。甚至更具体地，本发明涉及可成 形为玻璃层压件的包覆层的无碱玻璃。
[0004] 概述
[0005] 提供无碱硼磷铝硅酸盐玻璃。玻璃包含网络形成剂A1203和P205中的至少一种以 及Si02，B203。在一些实施方式中，玻璃的杨氏模量可小于约78GPa和/或在约20°C-约 300°C的温度范围中平均的玻璃的热膨胀系数可小于约38x10 7°C。玻璃可用作用于电子 装置的盖板玻璃或用作用于玻璃层压件的外部包覆层。
[0006] 因此，本发明一个方面是提供一种玻璃，所述玻璃包含：约50摩尔％-约75摩 尔％Si02;大于0摩尔％ -约20摩尔％A1 203;大于0摩尔％ -约35摩尔％B203;大于0摩 尔％ -约20摩尔％卩205;最高达约5摩尔％MgO;最高达约10摩尔％CaO;最高达约5摩 尔％SrO;最高达约0. 5摩尔％Fe203;和最高达约0. 1摩尔％ZrO2，其中该玻璃基本上不含 碱金属改性剂。
[0007] 本发明的第二方面是提供一种玻璃，该玻璃包含Si02，B203，Al203，和P205。玻璃 基本上不含碱金属改性剂，且具有下述性质中的至少一种：杨氏模量小于约78GPa和在约 20°C-约300°C的温度范围中平均的热膨胀系数小于约38x10 7/°C。
[0008] 本发明的第三方面是提供玻璃层压件，其包含芯体玻璃和层压到芯体玻璃的外部 表面上的包覆玻璃。包覆玻璃层包含Si02，B203，Al203，和P205，且基本上不含碱金属改性剂。 包覆玻璃具有小于约38x10 7°C的在约20°C-约300°C的温度范围中平均的第一热膨胀系 数，芯体玻璃具有大于第一热膨胀系数的在约20°C-约300°C的温度范围中平均的第二热 膨胀系数。
[0009] 本发明的第四方面是提供一种制造玻璃的方法。所述方法包括：提供玻璃熔体， 该玻璃熔体包含A1203和P205中的至少一种以及SiO2、B203，其中该玻璃熔体基本上不含碱 金属改性剂；和下拉该玻璃熔体来形成玻璃。
[0010] 从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出本发明的上述及其它方 面、优点和显著特征。
[0011] 附图简要说明
[0012] 图1是玻璃层压件的横截面视图示意图；
[0013] 具体描述
[0014] 在下面的描述中，在图中所示的多个视图中，类似的附图标记表示类似或相应的 部分。还应理解，除非另外指出，术语如"顶部"，"底部"，"向外"，"向内"等是常用词语，不 构成对术语的限制。此外，应理解，描述一组对象为包含一组元素和它们的组合中的至少一 个时，该组可包含所列元素中的一种或者它们的组合，或者由所列元素中的一种或者它们 的组合组成，或者主要由所列元素中的一种或者它们的组合组成。类似的，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 素或要素的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，以及所述上限和下限之间的任意范围。除非另外说 明，否则，本文所用的不定冠词"一个"或"一种"及其相应的定冠词"该"表示至少一（个/ 种），或者一（个/种）或多（个/种）。还应理解，本说明书和附图所批露的各种特征可 以任意和全部组合来使用。
[0015] 如本文所使用，术语"玻璃制品"和"多种玻璃制品（glassarticles) "以它们最 广泛的意义来使用，包括全部或部分由玻璃制成的任何物体。除非另有说明，所有的组成通 过摩尔百分比（摩尔％ )表示，热膨胀系数（CTE)通过10 7/°C表示。
[0016] 应注意，本文可用术语"基本上"和"约"表示可由任何定量比较、数值、测量或其 它表示方法造成的内在不确定性。在本文中还使用这些术语表示数量的表示值可以与所述 的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致审议的主题的基本功能改变。
[0017] 参见所有附图，并具体参见图1，应理解这些图的目的是描述本发明的具体实施方 式，这些图不构成对本发明的说明书或所附权利要求书的限制。为了清楚和简明起见，附图 不一定按比例绘制，所示的附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意性方 式显不。
[0018] 本文所述的是玻璃和由该玻璃制成的玻璃制品，该玻璃包含网络形成剂 Si02，Al203，B203,和卩205,且不含碱金属和碱金属氧化物，并具有较低（艮P，当在约20。。-约 300°C的温度范围下测量时小于约40x107/°C)热膨胀系数（CTE)。此外，还使得碱土氧化 物的量最小化，以进一步降低玻璃的CTE。在一些实施方式中，这些玻璃还具有较低数值的 杨氏模量和剪切模量，从而改善玻璃的固有或天然的耐损坏性。
[0019] 在一些实施方式中，本文所述的玻璃可通过本技术领域所公知的下拉法例如狭 缝拉制和熔合拉制法来成形。熔合拉制法是工业化技术，其已用于大规模制造薄的玻璃板。 和其它平坦玻璃制造技术例如浮拉法或狭缝拉制法相比，熔合拉制法得到具有优异平坦度 和表面质量的薄玻璃板。结果，所述熔合拉制方法成为了制造用于液晶显示器的薄玻璃基 材和用于个人电子装置（例如笔记本、娱乐设备、平板电脑、手提电脑等）盖板玻璃的主要 制造技术。
[0020] 熔合拉制法涉及使熔融的玻璃溢流过称作"等压槽（isopipe) "的槽，其通常由锆 石或另一种耐火材料制成。熔融的玻璃从等压槽顶部的两侧溢流，在等压槽的底部汇合以 形成单一板材，其中只有成品板的内部和等压槽直接接触。因为在拉制过程中，成品玻璃板 的暴露表面都没有和等压槽直接接触，玻璃的两个外部表面都具有纯净的质量，且无需后 续的精磨（finishing)。
[0021] 为了能进行熔合拉制，玻璃必须具有足够高的液相线粘度（即，液相线温度下熔 融的玻璃的粘度）。在一些实施方式中，本文所述的玻璃的液相线粘度是至少约150千泊 (千泊（kpoise))。在一些实施方式中，这些玻璃的液相线粘度是至少约300千泊。
[0022] 传统的熔合拉制使用单一等压槽来进行，得到均匀的玻璃产品。更复杂的层压熔 合法利用两个等压槽来形成层压的板，其包含在任一侧面（或两个侧面）上被外部包覆层 环绕的芯体玻璃组合物。层压熔合的主要优势之一是当包覆玻璃的热膨胀系数小于芯体玻 璃的热膨胀系数时，CTE差异导致在外部包覆层中形成压缩应力。该压缩应力在无需进行 离子交换处理的情况下，增加最终玻璃产品的强度。不像离子交换，这种强化不使用玻璃 中的碱金属离子就可实现。
[0023] 因此，在一些实施方式中，本文所述的无碱玻璃可用来形成玻璃层压件，如图1 示意性地显示。玻璃层压件100包含芯体玻璃110,其被由本文所述的无碱玻璃形成的包覆 玻璃120或"包覆层"环绕。芯体玻璃110的CTE大于包覆层120中的无碱玻璃的CTE。在一 些实施方式中，芯体玻璃可为碱性错娃酸盐玻璃。在非限制性例子中，芯体玻璃是碱性错 硅酸盐玻璃，其具有下述组成：