具有高裂缝引发阈值的离子可交换玻璃的制作方法
【专利说明】具有高裂缝引发阈值的离子可交换玻璃
[0001] 相关申请案的交叉引用
[0002] 本申请案根据专利法35U. S. C§ 119主张2013年9月13号提出申请的美国临时申请 案第61/877492号的权利，所述申请案的内容为本案的依据且所述申请案全文以引用方式 并入本文中。
【背景技术】
[0003] 本公开案涉及抗损坏玻璃。更具体来说，本公开案涉及能通过浮法工艺形成为片 的抗损坏玻璃。甚至更具体来说，本公开案涉及视情况通过离子交换强化的抗损坏含硼玻 璃。
【发明内容】
[0004] 提供碱硼铝硅酸盐玻璃，所述碱硼铝硅酸盐玻璃在经强化时抵抗因为剧烈冲击导 致的损坏且能够进行快速离子交换。玻璃包含Si0 2、Al203、B203及碱性氧化物的组合，且当玻 璃经离子交换时具有至少约12kgf的维氏压痕裂缝引发载荷。
[0005] 因此，一个方面包含碱硼铝硅酸盐玻璃，所述碱硼铝硅酸盐玻璃包含：
[0006] 约60至约70莫耳％的51〇2
[0007] 约8至约13莫耳％的厶12〇3
[0008] 约9至约15莫耳％的82〇3
[0009] 约2至约8莫耳％的]\%0
[0010] 约8至约13莫耳％的]?2〇。
[0011] 在一些实施例中，M2O包含Na2〇。在一些组成物中，玻璃不含磷酸盐或基本上不含磷 酸盐。
[0012] 另一方面包含碱硼铝硅酸盐玻璃，所述碱硼铝硅酸盐玻璃包含：
[0013] 约62至约69莫耳％的51〇2
[0014] 约9至约12莫耳％的六12〇3
[0015] 约10至约14莫耳％的82〇3
[0016] 约3至约7莫耳％的]\%0
[0017] 约9至约12莫耳％的恥2〇。
[0018] 在一些组成物中，玻璃不含磷酸盐或基本上不含磷酸盐。在一些组成物中，以上碱 铝硅酸盐玻璃在410°C下具有至少约2.4X10_ 1()cm2/s的钾/钠相互扩散系数。在一些实施例 中，以上玻璃具有约550°C至约625°C的退火点。在一些实施例中，玻璃可具有约500°C至约 575°C的应变点。在一些情况下，以上玻璃具有约780°C至约870°C的软化点。玻璃在1300°C 下可具有小于1〇4泊的黏度。此外，以上玻璃可具有约2.320至约2.380的密度。以上玻璃的 一些示例性实施例可具有约55至约75 X 10_7/°C的热膨胀系数CTE2(rc-3(xrc。
[0019] 在一些实施例中，以上碱铝硅酸盐玻璃经离子交换至至少约10μπι、20μπι或30μπι的 层深度。在一些实施例中，玻璃具有自玻璃的表面延伸至层深度的压缩层，且其中压缩层在 至少约300MPa的压缩应力之下。在一些实施例中，以上经离子交换的玻璃具有至少约7kgf 的维氏压痕裂缝引发载荷。在一些实施例中，玻璃具有至少约12kgf的维氏压痕裂缝引发载 荷。在一些实施例中，以上经离子交换的玻璃具有约12kgf至约45kgf的维氏压痕裂缝引发 载荷。
[0020] 另一方面包含一种方法，所述方法包含通过使玻璃组成物在锡浮浴上浮动来制造 玻璃片，所述玻璃组成物包含：
[0021] 约60至约70莫耳％的51〇2
[0022] 约8至约13莫耳％的六1203
[0023] 约9至约15莫耳％的出03
[0024] 约2至约8莫耳％的]\%0
[0025] 约8至约13莫耳％的跑0，
[0026] 或
[0027] 约62至约69莫耳％的3;[02
[0028] 约9至约12莫耳％的六1203
[0029] 约10至约14莫耳％的出03
[0030] 约3至约7莫耳％的]\%0
[0031] 约9至约12莫耳％的他2〇。
[0032] 在一些实施例中，M20包含Na20。在一些组成物中，玻璃不含磷酸盐或基本上不含磷 酸盐。在一些组成物中，以上碱铝硅酸盐玻璃在410°C下具有至少约2.4Xl(T1()Cm2/ S的钾/ 钠相互扩散系数。在一些实施例中，以上玻璃具有约550°C至约625°C的退火点。在一些实施 例中，玻璃可具有约500°C至约575°C的应变点。在一些情况下，以上玻璃具有约780°C至约 870°(：的软化点。玻璃在1300°(：下可具有小于10 4泊的黏度。此外，以上玻璃可具有约2.320 至约2.380的密度。以上玻璃的一些示例性实施例可具有约55至约75 X10_7/°C的热膨胀系 数 CTE2(TC-300"C。
[0033] 在一些情况下，工艺进一步包含使以上玻璃经受后形成热处理，所述后形成热处 理包含以约150-350 °C /min的速率将玻璃冷却至室温(约25 °C)。
[0034] 工艺可进一步包含离子交换玻璃片至至少约10μπι、20μπι或30μπι的层深度。在一些 情况下，在大于375°C下于ΚΝ03浴中对玻璃进行离子交换大于4小时、8小时或16小时。
[0035] 上文所述的玻璃可具有自玻璃的表面延伸至层深度的压缩层，且其中压缩层在至 少约300、400、500或600MPa的压缩应力之下。在一些实施例中，以上经离子交换的玻璃具有 至少约7kgf、12kgf或15kgf的维氏压痕裂缝引发载荷。通过以上工艺形成的一些经离子交 换的玻璃具有约12kgf至约45kgf的维氏压痕裂缝引发载荷。
[0036] 所述及其它方面、优势及显著特征将自以下详细描述、随附图式及所附专利要求 书变得显而易见。
[0037]附图简要说明
[0038]图1图示表1中的玻璃的高温黏度。图示为100的浮法工艺窗是由锡蒸气压、最高热 容量及玻璃形成黏度确定的。
[0039] 图2A至图2C呈现显示表1中所列出的玻璃在410°C下离子交换4小时、8小时及16小 时之后的平均D0L与CS值关系的资料。对经退火玻璃及在高于退火点的20°C及60°C下经不 良活化(fictivated)的玻璃执行离子交换。
[0040] 图3A至图3C呈现显示表1中的玻璃组成物的维氏压痕阈值性能的数据。在410°C下 对玻璃进行离子交换达4小时、8小时及16小时。对经退火玻璃及在高于退火点的20 °C及60 °(：下经不良活化的玻璃执行离子交换。
【具体实施方式】
[0041] 在以下详细描述中，可阐述许多特定细节以便提供对本发明的实施例的透彻理 解。然而，熟悉这项技术的人员将清楚本发明的实施例何时可在无所述特定细节中的一些 或全部的情况下得以实践。在其它情况中，可不详细描述熟知的特征或工艺以免对本发明 的不必要模糊。另外，相似或相同元件符号可用以表示共同或类似要素。此外，除非另有定 义，如本发明所属领域的一般技术人员通常所理解，本文中所使用的所有技术及科学术语 具有相同意义。在有冲突的情况下，将以本说明书(包括本文中的定义)为准。
[0042] 尽管其它方法可用于本发明的实践或测试，但本文中描述某些合适的方法及材 料。
[0043] 公开材料、化合物、组成物及组份，所述材料、化合物、组成物及组份可用于、可共 同用于、可准备用于所公开方法及组成物或为所公开方法及组成物的实施例。本文公开这 些材料及其它材料，且应理解，当公开这些材料的组合、子集、相互作用、群组等而可能未具 体引用所述化合物中的每一、各种、个别及共同组合及排列时，本文特别涵盖及描述每一 者。
[0044] 因此，若公开一类取代物A、B及C且公开一类取代物D、E及F以及组合实施例A-D的 实例，则个别地及共同地涵盖每一者。因此，在此实例中，特别涵盖组合A-E、A-F、B-D、B-E、 B-F、C-D、C-E及C-F中的每一组合且应将每一组合视为自A、B及/或C的公开内容、D、E及/或F 的公开内容以及示例性组合A-D的公开内容公开。同样，也具体地涵盖及公开所述材料中的 任何子集或组合。因此，举例来说，特别地涵盖A-E、B-F及C-E的子群组，且应将所述子群组 视为自A、B及/或C的公开内容、D、E及/或F的公开内容以及示例性组合A-D的公开内容公开。 这个概念适用于本公开案的所有方面，包括(但不限于)组成物的任何组份及制造及使用所 公开组成物的方法中的步骤。更具体来说，将本文所给定的示例性组成物范围视为本说明 书的部分，且进一步视为向本文中的范围的特定包含提供在各方面相当的示例性数值范围 端点，且特别地涵盖及公开所有