用于增強的蓋板玻璃的玻璃組合物的制作方法
【專利摘要】一種蓋板玻璃和玻璃組合物，其中，所述玻璃包含：從70.5mol%至77.0mol%的SiO2；從8.5mol%至12.5mol%的Al2O3；從10.6mol%至14.6mol%的Na2O；從1.1mol%至5.1mol%的K2O；從0mol%至3mol%的B2O3；從2.8mol%至5.8mol%的MgO和從0mol%至3.7mol%的CaO；其中包含從70.5mol%至77.0mol%的二氧化硅降低蓋板玻璃的總體密度；其中玻璃的密度在從2.3至2.45g/cm3的范圍內(nèi)。該玻璃在低溫下是可離子交換的，達到至少10μm的深度。
【專利說明】用于增強的蓋板玻璃的玻璃組合物
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及玻璃組合物和蓋板玻璃。
[0002]特別地，本發(fā)明涉及玻璃組合物和蓋板玻璃，其中蓋板玻璃是耐劃傷的，并且具有高二氧化硅含量、低密度、低脆性和高強度等特征。
【背景技術(shù)】
[0003]移動設(shè)備如手機或蜂窩式便攜無線電話、掌上電腦、手表、膝上電腦、具有顯示器的便攜式游戲機、筆記本電腦、電視機、車內(nèi)顯示器、觸摸屏和其它電子設(shè)備等已成為無處不在的設(shè)備，其中包括有至少一個玻璃蓋板以保護設(shè)備(特別是保護其中的顯示部件)。蓋板通常是透明的以使用戶能夠看到顯示。
[0004]由于多種原因如不慎跌落、清潔不當以及使用次數(shù)增加，在這類設(shè)備中使用的玻璃蓋板傾向于破裂和/或損壞。期望所設(shè)計的蓋板玻璃能夠承受高水平的惡劣使用或不慎跌落，由于蓋板玻璃與銳物的接觸或受到?jīng)_擊。
[0005]此外，蓋板玻璃還必須表現(xiàn)出高強度，并且如果具有蓋板玻璃的設(shè)備被頻繁接觸或觸摸，如在觸摸式顯示屏設(shè)備中，則其同時必須是耐劃傷的。
[0006]通常,通過下述一種平板玻璃制造工藝制造蓋板玻璃，即，浮法玻璃工藝、下拉熔合工藝、狹縫拉制工藝、壓延成型(模壓成型)工藝、輥壓工藝等。
[0007]特別地，下拉熔合工藝(也稱為下拉工藝)能夠生產(chǎn)出高精度的火焰拋光表面，其無需在使用前研磨或拋光等附加修飾。美國專利US3，338，696和US3，682，609的說明書所公開的熔合下拉工藝包括讓熔融玻璃流過成型楔(稱為異管(isopipe))的邊緣或堰槽(weir)。熔融玻璃流過異管的會聚形成表面，并且分離的玻璃流在頂點或根部重聚(reunite),在該處形成表面的兩個會聚(converging)相遇以形成玻璃板。因此,在熔合工藝中，已經(jīng)與成型面接觸的玻璃位于玻璃板的的內(nèi)部而玻璃板的外表面沒有任何接觸。位于異管根部下游的拉輥捕獲玻璃板的邊緣部分，這樣成型以控制玻璃板離開異管的速率從而有助于控制成型板的厚度。當玻璃板從異管根部下來并通過拉輥時，其冷卻以形成固態(tài)彈性玻璃板，其可以被進一步加工。
[0008]為了獲得使用熔合工藝的良好品質(zhì)的蓋板玻璃，在下拉加工期間或在任何其它加工工藝中，必須將玻璃在熔融階段的各種材料特性控制在規(guī)定的極限范圍內(nèi)。
[0009]這類材料特性的其中一項便是玻璃的粘度。期望在玻璃離開異管的位置處保持玻璃的粘度為大于約105泊的值，如果不保持該值，則玻璃板沿其寬度方向的平整度和厚度將變得難于控制，其可能導致玻璃板變得不適合顯示應用。
[0010]另一個重要因數(shù)是玻璃基質(zhì)的液相粘度。期望具有較低的液相溫度并因此具有用于下拉工藝或任何其它加工工藝的較高的液相粘度。較低的液相溫度和較高的液相粘度使得在成型過程中玻璃抗結(jié)晶。由于成型始于約104至105泊的玻璃粘度， 因此期望玻璃表現(xiàn)出大于約105泊的液相粘度。
[0011]此外，還期望基質(zhì)玻璃表現(xiàn)出在TFT制造期間和長期暴露于使用的環(huán)境條件期間對化學處理的高度耐性。
[0012]此外，由于蓋板玻璃可以在如膝上電腦、鐘表、手機等重量輕的便攜式設(shè)備中使用。這意味著，形成重要部件的玻璃基質(zhì)也應該具有相對輕的重量，也就是說，基質(zhì)玻璃其自身應該是輕重量的。
[0013]此外，重量輕意味著玻璃的厚度較薄，并且用于便攜式設(shè)備的厚度小于約1.1mm、優(yōu)選小于約0.7mm并且最優(yōu)選小于約0.5mm。應該有可能制造具有理想厚度的玻璃并且也期望具有適合制造這類玻璃的玻璃組合物，其中可以將玻璃熔融拉制成理想厚度的薄板。
[0014]另外地，期望基質(zhì)玻璃應該表現(xiàn)出低的熱膨脹系數(shù)(CTE)，通常，在為從約72X10_V°C至76X10_V°C的范圍內(nèi)以與用于鈉鈣玻璃(Soda Lime glass)的方法相容，鈉鈣玻璃具有接近80X 10-7/°C的CTE。
[0015]進一步，通常通過離子交換法化學地增強用于電子設(shè)備的觸敏屏的屏幕或玻璃。離子交換法進行離子化學增強的玻璃能給玻璃提供額外的強度。在玻璃板成型后，通過使用具有大于玻璃表面存在的離子直徑的離子的加熱溶液化學地處理加熱的玻璃板進行離子交換步驟，從而用較大離子替換較小離子。通常，較小離子是鈉離子并且用如鉀離子等較大離子替換。
[0016]已知如“鈉鈣”類玻璃等玻璃適合通過浮法工藝進行大規(guī)模板材玻璃制造，但無法通過特別是下拉法工藝成型，原因是鈉玻璃的高的液相溫度導致的其粘度過低。期望有能夠采用上述任何用于使玻璃板成型的工藝來成型的玻璃。
[0017]此外,商業(yè)鈉韓玻璃的密度接近2.5g/cc,這使得玻璃過重而不適用于顯示起蓋板玻璃的應用。
[0018]上文描述的屬性或性質(zhì)受蓋板玻璃組合物的影響。
[0019]發(fā)明目的
[0020]以下描述本發(fā)明的部分目的:
[0021]本發(fā)明的一個目的是改進先有技術(shù)的一個或多個問題，或者至少提供有用的選擇對象。
[0022]本發(fā)明的另一個目的是提供蓋板玻璃和用于蓋板玻璃的玻璃組合物，其滿足幾乎所有上述屬性而密度小于2.45g/cc。
[0023]本發(fā)明的再一個目的是提供與下拉工藝或浮法玻璃工藝或狹縫拉制工藝或壓延成型(模壓成型)工藝或輥壓工藝相容的蓋板玻璃和玻璃組合物。
[0024]本發(fā)明的又一個目的是提供具有較高粘度的蓋板玻璃和玻璃組合物。
[0025]本發(fā)明的進一步的一個目的是提供液相粘度較高的蓋板玻璃和玻璃組合物。
[0026]本發(fā)明的再進一步的一個目的是提供重量輕的蓋板玻璃和玻璃組合物。
[0027]本發(fā)明另一個目的是提供具有范圍為從72X10_V°C至76X10_V°C的熱膨脹系數(shù)的蓋板玻璃和玻璃組合物。
[0028]本發(fā)明的另一個目的是具有用于手機或蜂窩式便攜無線電話、電視機、掌上電腦、手表、膝上電腦、具有顯示器的便攜式游戲機、筆記本電腦、車內(nèi)顯示器、觸摸屏和其它電子設(shè)備的蓋板玻璃和玻璃組合物。
[0029]本發(fā)明的另一個目的是具有其中由其形成的玻璃是可離子交換的玻璃組合物。
[0030]本發(fā)明的另一個目的是具有玻璃組合物，其中該玻璃可以由包括下拉工藝、浮法玻璃工藝、狹縫拉制工藝、壓延成型工藝、輥壓工藝等的任何玻璃成型工藝來成型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031]將在本說明書中大篇幅論述本發(fā)明的這些和其它目的。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種玻璃，其包含從70.5mol%至 77.0mol% 的 SiO2、從8.5mol%至 12.5mol% 的 Al2O3、從 10.6mol%至 14.6mol% 的 Na2O、從 1.1mo 1% 至 5.1mo 1% 的 K20、從 Omol% 至 3mol% 的 B203、從 2.8mol%至5.8mol%的MgO、從Omol%至3.7mol%的CaO和從Omol%至0.8mol%的至少一種精煉劑，所述精煉劑選自由Ti02、As203、Sb2O3、金屬鹵化物和硫酸鈉組成的組。
[0032]通常，包含從70.5mol%至77.0mo 1%的二氧化硅降低蓋板玻璃的總體密度。通常，玻璃的密度范圍為從2.3至2.45g/cm3的范圍內(nèi)，其中可以使用熔合拉制工藝來下拉玻璃。
[0033]根據(jù)一個實施方式，玻璃滿足下列條件的至少一個:
[0034]-B2O3> Na2O, K20、MgO 和 CaO 的 mol% 的總和范圍為從 14.5mol% 至 21.7mol% ；
[0035]-Na2O 和 K2O 的 mol% 的總和范圍為從 11.7mol% 至 16.9mol% ；
[0036]-MgO 和 CaO 的 mol% 的總和范圍為從 2.8mol% 至 6.5mol% ；
[0037]-SiO2 和 Al2O3 的 mol% 的總和范圍為從 78.1mo 1% 至 85.5mol% ；
[0038]-Al2O3 和 B2O3 的 mol% 的總和范圍為從 8.1mo 1% 至 12.5mol% ；
[0039]-R0/A1203的比率范圍為從0至0.7，其中R表示Mg或Ca ；
[0040]-A2OAl2O3的比率范圍為從0至1.8，其中A表示Na或K ;以及
[0041]-B2O3Al2O3的比率范圍為從0至0.36。
[0042]根據(jù)本發(fā)明，玻璃表現(xiàn)出在從72 X 10_7/°C至76 X 10_7/°C范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)范圍、在從6至7.4范圍內(nèi)的對數(shù)液相粘度、在從72Gpa至76Gpa范圍內(nèi)的楊氏模量和在從500V至700°C范圍內(nèi)的退火溫度。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，玻璃在模具中是可下拉或可狹縫拉制或可壓延成型的，或者是通過輥壓拉制或通過浮法工藝可拉制的。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，玻璃能夠通過離子交換化學地增強并且呈現(xiàn)能夠通過包括下拉工藝、浮法玻璃工藝、狹縫拉制工藝、壓延成型工藝、輥壓工藝等現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何成型工藝成型的組合物。
[0045]根據(jù)本發(fā)明，玻璃可能被離子交換的深度達IOiim以上。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,玻璃表現(xiàn)出至少IOOMpa的壓縮應力、至少IOiim的層深度和至少0.3mm的厚度。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了由本發(fā)明的玻璃制備的玻璃蓋板。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了包括玻璃蓋板的電子設(shè)備，其中所述玻璃蓋板是由本發(fā)明的玻璃制備的。
【具體實施方式】
[0049]參考以下說明書中的非限制性實施例說明本文的實施方式和各種性質(zhì)及其有利的詳情。省略了眾所周知的組分和加工工藝以避免使本文的實施方式不必要地不清楚。本文所使用的實施例僅意在有助于理解實踐本文的實施方式的方法和進一步有助于本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本文中的實施方式。[0050]因此，這些實施例不應被詮釋為限制本文中實施方式的范圍。
[0051]本發(fā)明涉及玻璃組合物和蓋板玻璃。本發(fā)明的發(fā)明人特別開發(fā)了一種蓋板玻璃，其是耐劃傷的并且具有高二氧化硅含量、降低的密度、降低的脆性和高強度的特征。玻璃蓋板可以在如手機或蜂窩式便攜移動電話、電視機、掌上電腦、手表、膝上電腦、具有顯示器的便攜式游戲機、筆記本電腦、車內(nèi)顯示器、觸摸屏和其它電子設(shè)備的設(shè)備中使用。
[0052]根據(jù)本發(fā)明，玻璃包含以下主要組分:二氧化硅(Si02)、氧化鋁(A1203)、三氧化二硼(B203)、如MgO和CaO等堿土金屬氧化物(AEO)^n Na2O和K2O等堿金屬氧化物。
[0053]根據(jù)本發(fā)明，二氧化硅(SiO2)作為基本玻璃形成物，其中形成物(在本案中為二氧化硅)形成基本骨架或網(wǎng)絡。單獨的形成物可以形成玻璃，但在某些情況下(特別是當形成物為二氧化硅時)熔點太高而使得商業(yè)熔融玻璃不切實際。根據(jù)本發(fā)明，玻璃具有在從70.5mol%至77mol%范圍內(nèi)的高二氧化硅含量。由于二氧化硅的密度為2.2g/cm3，高二氧化硅含量降低蓋板玻璃的總體密度。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的玻璃主要包含各種氧化物，其濃度以摩爾百分數(shù)表示。根據(jù)本發(fā)明，玻璃包含在從8.5%至12.5% (摩爾百分數(shù))范圍內(nèi)的Al2O3，其中Al2O3提高玻璃的粘度。
[0055]根據(jù)本發(fā)明，玻璃包含在從0至3mol%范圍內(nèi)的B2O3。
[0056]根據(jù)本發(fā)明，堿金屬氧化物降低玻璃的熔融溫度并且也獲得低的液相溫度。引入本發(fā)明的玻璃的堿金屬氧化物包括Na2O和1(20。特別地，根據(jù)本發(fā)明，Na2O用于進行離子交換以加工相當程度提高的玻璃強度。根據(jù)本發(fā)明，以在從10.6至14.6mol%的范圍內(nèi)提供Na2O0根據(jù)本發(fā)明，所提供的玻璃具有在從1.1至5.lmol%范圍內(nèi)的氧化鉀(K2O),其中K2O獲得低的液相溫度以及降低玻璃粘度。
[0057]根據(jù)本發(fā)明，添加堿土金屬氧化物如MgO和CaO導致由玻璃形成物所形成的玻璃網(wǎng)絡改變，使得降低了熔融溫度并從而改善了其它玻璃成型工藝，例如精煉工藝。根據(jù)本發(fā)明，分別地以從2.8至5.8mol%和0至4.5mol%的范圍將MgO和CaO用作改性劑。
[0058]本發(fā)明的發(fā)明人還開發(fā)了一種包含二氧化鈦(TiO2)作為附加成分以提高玻璃的折射率以及內(nèi)在強度的玻璃。以0至0.7mol`%的量使用Ti02。
[0059]在表1中列出本發(fā)明的玻璃的示例性組合物。
[0060]表1
[0061]`
【權(quán)利要求】
1.一種玻璃，包含:
a.從70.5mol% 至 77mol% 的 SiO2 ；
b.從8.5mol% 至 12.5mol% 的 Al2O3 ；
c.從Omo 1% 至 3mol% 的 B2O3 ；
d.從10.6mol% 至 14.6mol% 的 Na2O ；
e.從1.1mo 1% 至 5.1mo 1% 的 K2O ；
f.從2.8mol% 至 5.8mol% 的 MgO ；
g.從Omol% 至 3.7mol% 的 CaO ；以及
h.從Omol%至0.8mol%的至少一種精煉劑，所述精煉劑選自由Ti02、As203、Sb2O3、金屬鹵化物和硫酸鈉所組成的組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃，其中，所述玻璃滿足下列條件中的至少一個: -SiO2的mol%在70.5mol%至77mol%范圍內(nèi)變化，以使所述玻璃的密度低于2.45g/cm3,并且優(yōu)選在從2.3至2.45g/cm3的范圍內(nèi)；
-B2O3> Na2O, K2O, MgO 和 CaO 的 mol% 的總和范圍為從 14.5mol% 至 21.7mol% ； -Na2O和K2O的mol%的總和范圍為從11.7mol%至16.9mol% ； -MgO和CaO的mol%的總和范圍為從2.8mol%至6.5mol% ；
-SiO2 和 Al2O3 的 mol% 的總和范圍為從 78.1mo 1% 至 85.5mol% ； -Al2O3和B2O3的mol%的總和范圍為從8.1mo 1%至12.5mol% ； -ROAl2O3的比率范圍為從0至0.7，其中R表示Mg或Ca之一； -A2OAl2O3的比率范圍為從0至1.8，其中A表示Na和K之一； -B2O3Al2O3的比率范圍為從0至0.36。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃，其中，所述玻璃具有下列性質(zhì)中的至少一個: 在從72X 10_7/°C至76X 10_7/°C范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)； 在從6至7.4范圍內(nèi)的液相粘度的對數(shù)； 在從72Gpa至76Gpa范圍內(nèi)的楊氏模量；以及 在從500°C至700°C范圍內(nèi)的退火溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃，其中，所述玻璃具有范圍為從0.3mm至2mm、優(yōu)選從0.3mm至1.1mm的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃，其中，所述玻璃在模具中是可下拉的或可狹縫拉制的或可壓延成型的，或者是通過輥壓可拉制的或通過浮法工藝可拉制的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃，其中，所述玻璃是離子交換后的，并且通常當進行離子交換時，所述玻璃具有至少IOOMpa的表面壓縮應力或者具有至少有210 iim厚度的表面壓縮層。
7.一種由權(quán)利要求1所述的玻璃制備的玻璃蓋板。
8.一種包括玻璃蓋板的電子設(shè)備，其中，所述玻璃蓋板是由根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃制備的。
【文檔編號】C03C3/091GK103534216SQ201280021762
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月26日
【發(fā)明者】吉滕德拉·塞加爾 申請人:斯德萊特技術(shù)有限公司