TWI628151B - 超薄強化玻璃 - Google Patents
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Abstract
提供具備經最佳化以利形成超薄(<0.4毫米)物件並因應需要超薄玻璃的應用之特性的玻璃組成。該等特性包含例如該玻璃於液態與玻璃態兩者的熱膨脹係數(CTE)、液相線黏性等成形相關特性以及影響玻璃的機械效能之該等特性(壓應力、強化深度、彈性或楊氏模數)兩者。
Description
根據專利法，本申請案主張於2012年8月17日提出申請的美國臨時申請案第61/684392號的優先權權益，本案依賴於該申請案，且該申請案的內容以引用之方式全部併入本文。
本揭示係有關於可離子交換玻璃。更明確地說，本揭示係有關於能夠形成厚度低於約0.4毫米(約400微米)的物件之可離子交換玻璃。
對用於例如電子設備透明顯示窗的應用之化學強化玻璃的需求持續增加，而此領域的研究聚焦在最佳化玻璃組成以透過離子交換同步提供高壓應力(CS)在玻璃表面以及壓應力層的高強化深度(DOL)。傳統上將該等玻璃製成從0.5毫米至1.3毫米厚，並且已製出某些厚度約0.4毫米的商用品質
玻璃。
本發明提供具備經最佳化以利形成厚度超薄(<0.4毫米，或400微米)的物件並因應需要超薄玻璃的應用之特性的玻璃組成。該等特性包含例如該玻璃於液態與玻璃態兩者的熱膨脹係數(CTE)、液相線黏性等成形相關特性以及影響玻璃的機械效能之特性(壓應力、強化深度、彈性或楊氏模數)兩者。
據此，本揭示之一態樣在於提供一種玻璃，其包含至少約65莫耳百分比的二氧化矽與至少約6莫耳百分比的氧化鈉，並且厚度低於400微米。一第一熱膨脹係數與一第二熱膨脹係數間的差異(△CTE)小於107 x10-7℃-1，其中該第一熱膨脹係數係該玻璃處於其液態下的熱膨脹係數，而該第二熱膨脹係數係該玻璃處於其室溫的玻璃態下的熱膨脹係數。
一第二態樣在於提供一種玻璃物件，其包含：至少約65莫耳百分比的二氧化矽；從約7莫耳百分比至約16莫耳百分比的氧化鋁；從0莫耳百分比至約10莫耳百分比的氧化鋰；從約6莫耳百分比至約16莫耳百分比的氧化鈉；從0莫耳百分比至約2.5莫耳百分比的氧化鉀；從0莫耳百分比至約8.5莫耳百分比的氧化鎂；從0莫耳百分比至約1.5莫耳百分比的氧化鈣；從0莫耳百分比至約6莫耳百分比的氧化鋅；以及從0莫耳百分比至約6莫耳百分比的二氧化鋯。該玻璃物件的厚度低於400微米，並且一第一熱膨脹係數與一第二
熱膨脹係數間的差異(△CTE)小於107 x10-7℃-1，其中該第一熱膨脹係數係該玻璃物件處於其液態時的熱膨脹係數，而該第二熱膨脹係數係該玻璃物件在室溫下處於其玻璃態時的熱膨脹係數。
這些與其他態樣、優勢、及突出特徵會從如下詳細描述、該等附圖、及附屬申請專利範圍而變得顯而易見。
第1a-1d圖係在表1列出之所選玻璃的高溫熱膨脹係數(CTE)測量的作圖；第2圖係示出為表1列出之所選玻璃以氧化鋰與二氧化矽取代氧化鈉以及以二氧化鋯取代氧化鎂所產生的影響之作圖；第3圖係示出為表1列出之所選玻璃以氧化鋰與二氧化矽取代氧化鈉以及以二氧化鋯取代氧化鎂對楊氏模數所產生的影響之作圖；以及第4圖係示出表1列出之所選玻璃在硝酸鉀熔融鹽浴內於410℃下進行離子交換所造成的以氧化鋰與二氧化矽取代氧化鈉以及以二氧化鋯取代氧化鎂對該等特性所產生的影響之作圖。
在如下描述中，於該等圖式所示的若干視圖中以相同元件符號表示相同或相應部件。也能夠了解到，除非另外
註明，例如「頂」、「底」、「往外」、「往內」及諸如此類用語係方便性用詞而不應解釋為限制性用語。此外，當一族群被描述為包含由元素及其組合物所組成的族群之至少一者時，可以了解到該族群可包含所述該等元素、主要由其組成、或由其任意數量組成，個別地或彼此結合。同樣地，當一族群被描述為由元素及其組合物所組成的族群之至少一者所組成時，可以了解到該族群可由任意數量的所述該等元素組成，個別地或彼此結合。除非另外註明，一個值的範圍，在敘述時，包含該範圍的上限與下限兩者及其間的任何範圍。如在此所使用者，不定冠詞「一」以及對應的定冠詞「該」表示「至少一者」或「一或多者」，除非另外註明。也能夠了解在本說明書及圖式中所揭示的各種特徵可在任何與所有組合中使用。
如在此所使用者，「玻璃」與「該等玻璃」之用語包含玻璃與玻璃陶瓷。「玻璃物件」與「該等玻璃物件」之用語係以其最廣泛義涵使用，以包含完全或部分由玻璃及/或玻璃陶瓷製成的任何物體。如在此所使用者，「超薄玻璃」一詞意指厚度低於0.4毫米，或400微米(μm)的玻璃與玻璃物件，除非另外註明。除非另外註明，所有濃度均以莫耳百分比表示(mol%)。
注意到可能在此使用「實質上」與「約」之用語來表示固有的不確定程度，該不確定程度可能歸因於任何數量比較、值、測量、或其他表述。在此也用該等用語來代表數量表示法可從所述參照偏離而不會造成討論中標的物之基本功
能改變的程度。
參見該等圖式整體，特別是第1圖，可理解該等圖示目的在於描述特定實施例，而非旨在限制本揭示案或其附屬申請專利範圍。該等圖式並不必定按照尺寸繪製，並且該等圖式的某些特徵及某些視圖可能在尺寸上或概圖上誇大示出，以求清楚簡潔。
對用於例如電子設備透明顯示窗的應用之化學強化玻璃的需求持續增加，而此領域的研究聚焦在最佳化玻璃組成以透過離子交換同步提供高壓應力(CS)在玻璃表面以及壓應力層的高強化深度(DOL)。傳統上將該等玻璃製成從0.5毫米至1.3毫米厚，並且已製出某些厚度約0.4毫米的商用品質玻璃。
但是，設備設計的新近趨勢需要用到較薄的化學強化玻璃。超薄玻璃的化學強化造成一額外挑戰，因為該玻璃表面的整合壓應力必須由等量的該玻璃內部的整合張應力平衡。若該張應力太高，此所謂的「中央張力」會導致該玻璃物件災難性的易碎失效。因此，所需要的是對於超薄玻璃(即，厚度低於0.4毫米或400微米(μm)的玻璃)的特性與失效模式的了解。也需要的是擁有適於超薄應用之最佳化特性及可製造性(例如，防損)的玻璃組成。明確地說，必須降低該高溫液態與低溫玻璃態間的熱膨脹係數差異(△CTE)以促進超薄玻璃的製造。
在此所述者係具備經最佳化以利超薄成形並因應需要超薄玻璃的應用之特性的玻璃組成。該等特性包含例如該
玻璃於液態的熱膨脹係數(CTE)(也稱為「高溫CTE」)與玻璃態的熱膨脹係數(CTE)以及液相線黏性等成形相關特性以及影響該玻璃的機械效能之特性(壓應力(CS)、強化深度(DOL)、彈性或楊氏模數)兩者。
在此所述玻璃係可離子交換或者是用技藝中熟知方式進行化學強化的玻璃。該等玻璃組成係，在某些實施例中，經設計而可利用技藝中熟知的下拉製程進行超薄成形，該下拉製程例如，但不限於，熔融拉製(fusion-draw)與下拉(down-draw)製程。在某些實施例中，該等玻璃組成係經設計以容許該玻璃在一段相對短的時間內離子交換成為高壓應力。
在此所述之玻璃與玻璃物件包含至少約65莫耳百分比的二氧化矽與至少約6莫耳百分比的氧化鈉，並且厚度低於400微米(μm)，或0.4毫米。
在某些實施例中，該玻璃係一鋁矽酸鹽玻璃，包含氧化鋁，與氧化鋰、氧化鉀、氧化鎂、氧化鈣及氧化鋅的至少一者，其中氧化鈉+氧化鉀+氧化鋰-氧化鋁≧0莫耳百分比。在某些實施例中，該玻璃包含從約7莫耳百分比至約16莫耳百分比的氧化鋁；從0莫耳百分比至約10莫耳百分比的氧化鋰；從約6莫耳百分比至約16莫耳百分比的氧化鈉；從0莫耳百分比至約2.5莫耳百分比的氧化鉀；從0莫耳百分比至約8.5莫耳百分比的氧化鎂；從0莫耳百分比至約1.5莫耳百分比的氧化鈣；從0莫耳百分比至約6莫耳百分比的氧化鋅；以及從0莫耳百分比至約6莫耳百分比的二氧化鋯。在
某些實施例中，3莫耳百分比≦氧化鎂+氧化鈣+氧化鋅≦4莫耳百分比。
在此間所述玻璃組成中，二氧化矽做為主要的玻璃形成氧化物，並構成至少約65莫耳百分比的玻璃。該玻璃，在某些實施例中，包含從約65莫耳百分比至約75莫耳百分比的二氧化矽。二氧化矽的濃度係足夠高以提供該玻璃高度化學耐久性，其係適用於例如，觸控銀幕或諸如此類等應用。但是，純二氧化矽或含較高水準二氧化矽之玻璃的熔點(200泊溫度，T200)過高，因為例如細小的泡泡等缺陷有出現在該玻璃內的傾向。除此之外，二氧化矽，與大部分氧化物相比，降低離子交換造成的壓應力。
在某些實施例中，包含在此所述玻璃的約7莫耳百分比至約16莫耳百分比的氧化鋁(Al2O3)也可做為玻璃形成劑，且，在其他實施例中，包含在此所述玻璃的約8莫耳百分比至約11莫耳百分比的氧化鋁也可做為玻璃形成劑。如二氧化矽，氧化鋁一般會增加該熔體的黏度。玻璃中氧化鋁相對於鹼或鹼土金屬的增加通常會致使玻璃有改善的耐久性。鋁離子的結構作用取決於玻璃組成。當鹼金屬氧化物R2O的濃度大於氧化鋁時，所有的鋁皆與該等鹼金屬離子成四面體、四重配位，作用為電荷平衡器。這是在此所述所有玻璃的情況。二價陽離子氧化物(RO)也可電荷平衡四面體鋁至各種程度。例如鈣、鍶，與鋇等元素表現等同於兩個鹼金屬離子，而鎂離子的高場強度則使其不完全電荷平衡四面體配位中的鋁，轉而造成五重與六重配位鋁的形成。氧化鋁賦予強
的網路骨幹(即，高應變點)，同時容許鹼金屬離子相對快速地擴散，因此氧化鋁在可離子交換玻璃中扮演重要角色。但是，高氧化鋁濃度通常會降低玻璃的液相線黏性。一種替代方案是在維持或改善玻璃的離子交換效能的同時以其他氧化物部分取代氧化鋁。
在此所述玻璃包含至少6莫耳百分比的氧化鈉並且，在某些實施例中，從約6莫耳百分比至約16莫耳百分比的氧化鈉，以及，選擇性地，至少一種其他鹼金屬氧化物，例如，氧化鋰與氧化鉀，而使氧化鈉+氧化鉀+氧化鋰-氧化鋁≧0莫耳百分比。鹼金屬氧化物(氧化鋰、氧化鈉、氧化鉀、氧化銣，與氧化銫)作用為輔助玻璃達到低熔點與低液相溫度。但是，鹼金屬氧化物的添加會提高熱膨脹係數(CTE)並降低玻璃的化學耐久性。為了達到離子交換，玻璃內必須有一小的鹼金屬氧化物(例如，氧化鋰和氧化鈉)以與來自一熔融鹽浴的較大鹼金屬離子(例如K+)交換。一般可執行三種類型的離子交換：Na+交換Li+，其造成高的強化深度但低的壓應力；K+交換Li+，其造成小的強化深度但相對大的壓應力；以及K+交換Na+，其造成中度的強化深度與壓應力。小鹼金屬氧化物的濃度必須夠高以在玻璃內產生大的壓應力，因為壓應力與從玻璃交換出的鹼金屬離子數量成比例。據此，在此所述玻璃包含從6莫耳百分比至約16莫耳百分比的氧化鈉並且，在其他實施例中，從約11莫耳百分比至約16莫耳百分比的氧化鈉。少量氧化鉀的存在通常會改善擴散性並降低玻璃的液相溫度，但增加CTE。據此，在此所述玻璃，在某些實施
例中，可包含從0莫耳百分比至約2.5莫耳百分比的氧化鉀並且，在其他實施例中，從約0莫耳百分比至約1.5莫耳百分比的氧化鉀。在某些實施例中，該等玻璃可包含從0莫耳百分比至約10莫耳百分比的氧化鋰，在其他實施例中，從0莫耳百分比至6莫耳百分比的氧化鋰並且，在又其他實施例中，0莫耳百分比的氧化鋰。以氧化銣及/或氧化銫部分取代氧化鈉會降低所強化玻璃的壓應力和強化深度。
例如鹼土金屬氧化物與氧化鋅的二價陽離子氧化物也能夠改善玻璃的熔融行為。在此所述玻璃可，在某些實施例中，包含高至約8.5莫耳百分比的氧化鎂、高至約1.5莫耳百分比的氧化鈣、及/或高至約6莫耳百分比的氧化鋅。在某些實施例中，玻璃可包含從約2莫耳百分比至約6莫耳百分比的氧化鎂，在某些實施例中，0莫耳百分比至約3莫耳百分比的氧化鋅及/或，在某些實施例中，0莫耳百分比至約1.5莫耳百分比的氧化鈣。在某些實施例中，3莫耳百分比≦氧化鎂+氧化鈣+氧化鋅≦4莫耳百分比。或者，在此所述玻璃可包含0莫耳百分比的任何上述二價陽離子。但是，關於離子交換效能，二價陽離子的存在傾向於降低鹼遷移性。二價離子對離子交換效能產生的影響在運用，例如，氧化鍶、氧化鋇及諸如此類的較大二價陽離子時特別顯著。此外，較小二價陽離子氧化物通常會比較大二價陽離子更加強化壓應力。氧化鎂與氧化鋅，例如，在改善應力鬆弛同時最小化對鹼金屬擴散的不利效應方面提供若干優勢。但是，濃度較高的氧化鎂與氧化鋅促進矽酸鎂石(Mg2SiO4)與鋅尖晶石(ZnAl2O4)，或
矽酸鋅(Zn2SiO4)的形成，因而使玻璃的液相溫度隨著增加的氧化鎂及/或氧化鋅含量而驟升。在某些實施例中，例如氧化鋅與二氧化鋯的過渡金屬氧化物可取代玻璃中至少一部分的氧化鎂，同時維持或改善玻璃的離子交換效能。
二氧化鋯(ZrO2)輔助改善玻璃的化學耐久性。在電荷補償陽離子的存在下，六重配位的鋯係藉由形成矽-氧-鋯鍵嵌入在該矽酸鹽網路內。在某些實施例中，在此所述玻璃可包含高至6莫耳百分比的二氧化鋯，在某些實施例中，高至3莫耳百分比的二氧化鋯。因此，[ZrO6]2-基係由兩個正電荷做電荷補償；亦即，兩個鹼金屬離子或一個鹼土金屬離子。在某些實施例中，二氧化鋯部分取代在此所述某些玻璃中的二氧化矽並且，在特定實施例中，氧化鎂係完全(或實質上完全)被二氧化鋯取代。二氧化鋯的取代提高玻璃的退火點、折射率、與彈性模數，但降低液相線黏性。
熱膨脹係數(CTE)是能夠彼此分離的振動與結構作用之總和。玻璃態主要含有振動自由度，而超冷液態則含有振動與結構自由度兩者，並且總CTE是這兩個作用的總和。因此，CTE從超冷液態至玻璃態的改變對應結構CTE，其應被最小化以利超薄玻璃形成。已證實結構CTE係透過玻璃轉換溫度(T g)與液體脆弱參數(m)而與平衡液體動力學有關。較低的脆弱度與較高的玻璃轉換溫度會降低結構CTE。
在此所述每一個玻璃均存在擁有一第一熱膨脹係數-或高溫CTE-的液態與擁有室溫下的第二熱膨脹係數(約25℃；例如25±5℃)，或即玻璃CTE的玻璃態。該第一CTE
與第二CTE間的差異(△CTE)係小於約107 x 10-7℃-1。在某些實施例中，該第一，或高溫，CTE係至多約200 x 10-7℃-1。
在某些實施例中，在此所述玻璃擁有至少約100千泊(kP)的液相線黏性，其使玻璃能夠藉由下拉技術形成，例如技藝中已知的熔融拉製或流孔拉製(slot draw)法。
在某些實施例中，該玻璃物件係經離子交換。如在此所使用者，「離子交換」一詞與玻璃製造技藝中已知的強化製程有關。此類離子交換製程包含，但不限於，以含有與存在於玻璃中的陽離子同價(最常見的是單價)，但離子半徑大於玻璃中陽離子的陽離子之加熱溶液處理含有至少一種陽離子，例如鹼金屬陽離子或諸如此類者的玻璃。例如，溶液中的鉀離子(K+)可取代鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃中的鈉離子(Na+)。或者，離子半徑較大的鹼金屬陽離子，銣或銫，可取代玻璃中較小的鹼金屬陽離子。
較大陽離子在毗臨玻璃外表面的層中取代玻璃內的較小陽離子，藉此使該層承受一壓應力(CS)。有時將受壓層稱為一「壓應力層」。該壓應力層的深度，或即「強化深度(DOL)」，是玻璃內的應力從一正應力(壓應力)轉換為一負應力(張應力)的點，因此其值為零。
可在離子交換製程中使用鹼金屬鹽，例如，但不限於，硫酸鹽、鹵化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、及諸如此類。在某些實施例中，藉由將玻璃置於含有較大的鹼金屬鹽之熔融鹽浴內來進行化學強化。例如，可將一含鈉玻璃浸於含硝酸鉀(KNO3)的熔融鹽浴中一段預定時間以達到預期的離子交換
程度。此種鹽浴的溫度，在某些實施例中，通常是在從約410℃至約430℃範圍內。玻璃物件在熔融鹽浴內的留置時間可取決於預期的CS和DOL大小而改變，並且在某些實施例中，範圍可從約30分鐘至約16小時。
離子交換時，在此所述玻璃與玻璃物件擁有從該玻璃物件表面延伸至該玻璃物件內部強化深度的壓應力層。該壓應力層擁有至少500百萬帕(MPa)的壓應力及至少5微米的強化深度。壓應力與強化深度係利用技藝中已知方式測量。此類方式包含，但不限於利用市售設備之表面應力測量(FSM)，所述市售設備有例如由Luceo有限公司(日本東京)製造的FSM-6000，或諸如此類，而測量壓應力和強化深度的方法在ASTM 1422C-99，標題為「Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass(化學強化平面玻璃之標準規格)」，以及ASTM 1279.19779「Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed,Heat-Strengthened,and Fully-Tempered Flat Glass(非破壞性光彈性測量經退火、熱強化、和完全回火的平面玻璃中邊緣與表面應力的標準測試方法)」中描述，其內容在此藉由引用其整體的方式併入本文中。表面應力測量依賴應力光學係數(SOC)的精確測量，其係與該玻璃的應力誘發雙折射有關。
為了製備超薄玻璃，必須最佳化該熔融拉製製程，例如，以確保穩定的厚度控制，玻璃組成本身應具備或造成易化該製造製程並改善最終玻璃產物的性質之特性。首先，
為促進製造，從超冷液態至玻璃態的CTE變化(△CTE)應盡可能小，並且該變化應在盡可能大的溫度範圍發生。該液態的絕對CTE值應盡可能低。如上所述，可藉由改變組成來調整CTE與，相應地，△CTE，至某個程度。第二，該玻璃應有盡可能高的壓應力(CS)，以改善其機械效能，例如，在不同類型的影響下。但是，隨著玻璃厚度降低，高強化深度(DOL)的重要性也降低，因為該玻璃可儲存張力的區域也減少。第三，該玻璃應有盡可能高的彈性模數，因為表面變形可輕易發生在超薄玻璃上。與參考或「基礎」玻璃組成相比，在此所述的玻璃組成改善所有這三項要求。
在此所述玻璃組成與所選特性的非限制性範例在表1中列出。在所列出範例中，添加各種添加物及/或取代物至一坩堝-熔融基礎玻璃(下表中標示為「基礎玻璃」)。在一系列樣品中，添加額外量的二氧化矽至該基礎玻璃「頂部」(範例A-C)。此添加的目的在於降低液體脆弱參數m以降低CTE。在其他樣品中，以氧化鋰與二氧化矽取代氧化鈉(範例D-K)，此目的在於降低CTE絕對值並增加該玻璃的彈性模數。在其他範例中，二氧化鋯部分取代氧化鎂(範例L-O，R)或完全取代氧化鎂(範例V)。在範例O中，範例G的組成最初係整批以二氧化鋯部分取代(1.8莫耳百分比)氧化鎂。在範例O中，範例I的組成最初係整批以二氧化鋯部分取代(1.8莫耳百分比)氧化鎂，而在範例V中，範例J的組成最初係整批以二氧化鋯完全取代氧化鎂。此取代的目的在於增加該玻璃的彈性模數並改善離子交換性質(例如，交換率、CS、DOL
等)。在又其他樣品中，以氧化鋅取代氧化鎂(範例J、K)，目的在於增加該玻璃的彈性模數。
在該等表中列出的玻璃之組成係利用X射線螢光及/或ICP(感應耦合電漿)分析。退火、應變、及軟化點係利用纖維延伸法來判定。玻璃在其玻璃態與液態下的熱膨脹係數(CTE)係分別判定為室溫(約25℃)和300℃間的平均值與超冷液體超過玻璃轉換溫度的值，而該兩者間的差異(△CTE)係從上述兩個值計算出。表1記述的液相線溫度係持溫24小時者。彈性模數係用共振超音波頻譜判定。該等表中列出的折射率係589.3奈米者。應力光學係數(SOC)係利用直徑壓縮法判定。
表1中列出的退火玻璃係在一純(工業級)硝酸鉀熔融鹽浴中於410℃下進行離子交換達不同時間段。表2列出進行離子交換4小時至16小時後得到的壓應力與強化深度。表3示出在固定的50微米強化深度計算出的壓應力值以及達到50微米強化深度所需的離子交換時間。在表3中，括號內的值表示該等玻璃的離子交換特性不如該基礎玻璃組成。未在括號內的值表示該等離子交換特性優於該等基礎玻璃組成者。
第1a-1d圖示出表1列出的玻璃組成之高溫CTE曲線。第2圖係示出兩種類型的組成取代對在此所述以及在表1列出的玻璃之熱膨脹係數(CTE)所產生的影響之作圖。第2圖的方塊代表以氧化鋰+二氧化矽取代氧化鈉的數據，並示出結構CTE(實心方塊)與低溫CTE(空心方塊)兩者的結果。第2圖
的三角形代表以二氧化鋯取代氧化鎂的數據，並示出結構CTE(實心三角形)與低溫CTE(空心三角形)兩者的結果。第2圖的x軸對應以氧化鋰+二氧化矽取代氧化鈉所用的氧化鋰濃度及以二氧化鋯取代氧化鎂所用的二氧化鋯濃度。
第3圖係示出兩種類型的組成取代對在此所述以及在表1列出的玻璃之楊氏模數所產生的影響之作圖。第3圖的方塊代表以氧化鋰+二氧化矽取代氧化鈉的數據，而三角形代表以二氧化鋯取代氧化鎂的數據。x軸對應以氧化鋰+二氧化矽取代氧化鈉所用的氧化鋰濃度及以二氧化鋯取代氧化鎂所用的二氧化鋯濃度。
第4圖係示出在此所述以及在表1列出的玻璃在硝酸鉀熔融鹽浴內於410℃下進行離子交換造成的兩種類型的組成取代對該等特性所產生的影響之作圖。第4圖的方塊代表以氧化鋰+二氧化矽取代氧化鈉的數據，並示出50微米處的壓應力(實心方塊)與達到50微米的強化深度所需的離子交換時間(空心方塊)兩者的結果。該等三角形代表以二氧化鋯取代氧化鎂的數據，並示出50微米處的壓應力(實心三角形)與達到50微米的強化深度所需的離子交換時間(空心三角形)兩者的結果。x軸對應以氧化鋰+二氧化矽取代氧化鈉所用的氧化鋰濃度及以二氧化鋯取代氧化鎂所用的二氧化鋯濃度。
添加二氧化矽至該基礎玻璃組成的頂部降低絕對CTE值與△CTE兩者(第1a圖)。鑑於就一固定DOL而言CS降低，需要達到該DOL的離子交換時間也減少(表3)。添加3莫耳百分比的二氧化矽(範例B)造成仍然能夠熔融形成的玻
璃(液相線黏性=4.3 x 106泊)，此組成變異因此可形成在一超薄物件內。
雖然以氧化鋰+二氧化矽取代氧化鈉顯著降低玻璃的絕對CTE值(第1b圖)，但結構CTE值基本上不受該取代影響(第2圖)。但是，彈性模數因為此取代實質上增加了，在研究的組成範圍內最多增加12%(第3圖)。當以氧化鋰和二氧化矽取代氧化鈉時，由於氧化鈉濃度降低，CS降低而離子交換時間顯著增加(表3與第4圖)。
以少量二氧化鋯取代氧化鎂使△CTE減少，但進一步以二氧化鋯取代氧化鎂則使△CTE增加(第1c圖與第2圖)。此外，添加二氧化鋯時，彈性模數先增加然後稍微降低(第3圖)。壓應力由於此取代而顯著改善，且僅有微量的離子交換時間增加(表3與第4圖)。就超薄玻璃形成觀點而言，範例L所述實施以二氧化鋯取代氧化鎂的玻璃是超薄形成的較佳候選者，因其合併了降低的△CTE與改善的楊氏模數、壓應力、與液相線黏性(>6 x 106泊)。
以二氧化鋯取代氧化鎂也與以氧化鋰和二氧化矽取代氧化鈉合併。但是，合併二氧化鋯取代氧化鎂以及氧化鋰和二氧化矽取代氧化鈉的該等玻璃並沒有提供超越單獨以二氧化鋯取代氧化鎂者任何優勢，因為CTE值相同或更高(第1d圖)，而離子交換時間實質上比在二氧化鋯取代氧化鎂所觀察到的值更長(表3)。最後，以氧化鋅部分取代氧化鎂並不提供超越僅含氧化鎂的玻璃任何優勢，如在表1中見到者。
表1：玻璃的組成與特性
雖然已為了說明而提出典型實施例，但不應將前述視為對本揭示或附屬申請專利範圍的限制。據此，熟知技藝者可在不背離本揭示或附屬申請專利範圍的精神與範圍下產出若干調整、適應性變動、與替代方案。
Claims (10)
- 一種玻璃，該玻璃包含至少約65莫耳百分比的二氧化矽與至少約6莫耳百分比的氧化鈉，該玻璃具有低於400微米的一厚度並且一第一熱膨脹係數與一第二熱膨脹係數間的一差異△CTE小於107 x 10-7℃-1，其中該玻璃不含B2O3，以及其中該第一熱膨脹係數係該玻璃處於其液態下的熱膨脹係數，而該第二熱膨脹係數係該玻璃處於其室溫的玻璃態下之熱膨脹係數。
- 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃係經離子交換並具有從一表面延伸至一強化深度的一承受壓應力的層，其中該壓應力係至少約500百萬帕，而該強化深度係至少約5微米。
- 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃具有至少約100千泊的液相線黏性。
- 如請求項1所述之玻璃，其中該第一熱膨脹係數係低於約195 x 10-7℃-1。
- 如請求項1至4中任一項所述之玻璃，其中該玻璃更包含氧化鋁，以及氧化鋰、氧化鉀、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅之至少一者，並且其中氧化鈉+氧化鉀+氧化鋰-氧化鋁≧0莫耳百分比。
- 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃包含：從約65莫耳百分比至約75莫耳百分比的二氧化矽；從約7莫耳百分比至約16莫耳百分比的氧化鋁；從0莫耳百分比至約10莫耳百分比的氧化鋰；從約6莫耳百分比至約16莫耳百分比的氧化鈉；從0莫耳百分比至約2.5莫耳百分比的氧化鉀；從0莫耳百分比至約8.5莫耳百分比的氧化鎂；從0莫耳百分比至約1.5莫耳百分比的氧化鈣；從0莫耳百分比至約6莫耳百分比的氧化鋅；以及從0莫耳百分比至約6莫耳百分比的二氧化鋯。
- 如請求項1至4與6中任一項所述之玻璃，其中該玻璃包含從約8莫耳百分比至約11莫耳百分比的氧化鋁。
- 如請求項1至4與6中任一項所述之玻璃，其中該玻璃包含從約11莫耳百分比至約16莫耳百分比的氧化鈉。
- 如請求項1至4與6中任一項所述之玻璃，其中該玻璃包含0莫耳百分比的氧化鋰。
- 如請求項1至4與6中任一項所述之玻璃，其中3莫耳百分比≦氧化鎂+氧化鈣+氧化鋅≦4莫耳百分比。
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