不含碱金属的低CTE硼铝硅酸盐玻璃组合物和包括该玻璃组合物的玻璃制品转让专利
申请号 : CN201380022046.7
文献号 : CN105849059B
文献日 : 2021-07-09
发明人 : J·C·莫罗
申请人 : 康宁股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种玻璃组合物,其包括:从60摩尔%到66摩尔%SiO2;
从7摩尔%到9摩尔%Al2O3;
从14摩尔%到18摩尔%B2O3;和从9摩尔%到16摩尔%碱土金属氧化物,其中所述碱土金属氧化物包括3摩尔%‑12摩尔%CaO,从2摩尔%到4摩尔%MgO,和从2.08摩尔%到4摩尔%SrO;和其中所述玻璃组合物基本上不含碱金属和包括碱金属的化合物,不含重金属,并且具有大于或等于50千泊的液相线粘度。
2.如权利要求1所述的玻璃组合物,其特征在于,所述玻璃组合物包括:从63摩尔%到65摩尔%SiO2;和从16摩尔%到17摩尔%B2O3。
3.如权利要求1所述的玻璃组合物,其特征在于,所述玻璃组合物在20‑300℃的温度范‑7
围内的平均热膨胀系数小于或等于40x10 /℃。
4.如权利要求1所述的玻璃组合物,其特征在于,所述玻璃组合物的杨氏模量小于或等于10.5Mpsi。
5.一种玻璃制品,其包括:设置在第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层之间的玻璃芯体层,其中该第一玻璃包覆层和第二玻璃报覆层由包含以下组分的玻璃组合物形成:从60摩尔%到66摩尔%SiO2;
从7摩尔%到9摩尔%Al2O3;
从14摩尔%到18摩尔%B2O3;
从9摩尔%到16摩尔%碱土金属氧化物,其中所述碱土金属氧化物包括3摩尔%‑12摩尔%CaO,从2摩尔%到4摩尔%MgO,和从2.08摩尔%到4摩尔%SrO;和其中所述玻璃组合物基本上不含碱金属和包括碱金属的化合物,不含重金属,并且具有大于或等于50千泊的液相线粘度。
6.如权利要求5所述的玻璃制品,其特征在于,第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层包括
11摩尔%‑12摩尔%的碱土金属氧化物。
7.如权利要求5所述的玻璃制品,其特征在于,第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层包括:
从63摩尔%到65摩尔%SiO2;和从16摩尔%到17摩尔%B2O3。
8.如权利要求5所述的玻璃制品,其特征在于:玻璃芯体层具有平均芯体热膨胀系数CTE芯体;
第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层具有平均包覆热膨胀系数CTE包覆,其小于平均芯体热膨胀系数CTE芯体;和
第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层具有压缩应力。
9.如权利要求8所述的玻璃制品,其特征在于,所述玻璃组合物在20‑300℃的温度范围‑7
内的平均包覆热膨胀系数CTE包覆小于或等于40x10 /℃。
10.如权利要求5所述的玻璃制品,其特征在于,所述玻璃芯体层包括碱金属离子。
11.如权利要求5所述的玻璃制品,其特征在于,第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层的杨氏模量小于或等于10.5Mpsi。
12.如权利要求5所述的玻璃制品,其特征在于,玻璃芯体层的第一表面直接邻近第一玻璃包覆层,且玻璃芯体层的第二表面直接邻近第二玻璃包覆层。
13.如权利要求5所述的玻璃制品,其特征在于,扩散层设置在第一玻璃包覆层和玻璃芯体层之间或者第二玻璃包覆层和玻璃芯体层之间;和扩散层的平均热膨胀系数的值在芯体的平均芯体热膨胀系数的值和第一玻璃包覆层或第二玻璃包覆层的平均包覆热膨胀系数的值之间。
说明书 :
不含碱金属的低CTE硼铝硅酸盐玻璃组合物和包括该玻璃组
合物的玻璃制品
技术背景
玻璃制品必须与各种物体包括用户的手指和/或手写笔装置接触,这样,玻璃必须足够的牢
固,以经受频繁的接触且不损坏。此外,这种玻璃制品还可结合到可携带电子器件如手机、
个人媒体播放器和平版电脑。在相关器件的运输和使用中,结合到这些器件的玻璃制品容
易损坏。因此,在电子器件使用的玻璃制品需要有增强的强度,从而不仅能耐受来自实际应
用的常规的“触摸”,还能耐受在运输器件时可能发生的偶然接触和冲击。
品的总体成本。此外,实施这些加工步骤的额外处理增加了损坏玻璃制品的风险,这降低了
制造产率并进一步增加了生产成本和玻璃制品的最终成本。
组合物还可包括约9摩尔%‑16摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属氧化物至少包括CaO。CaO
可以约3摩尔%‑12摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。玻璃组合物可基本上不含碱金属和
包括碱金属的化合物。玻璃组合物在约20‑300℃的温度范围内的热膨胀系数小于或等于
‑7
40x10 /℃。玻璃组合物特别适于用作层压玻璃制品中的玻璃包覆层,例如用熔合层压法成
形的层压玻璃制品。
对的第二表面,其中第一玻璃包覆层可与玻璃芯体层的第一表面熔合,且第二玻璃包覆层
可与玻璃芯体层的第二表面熔合。在其他实施方式中,可在玻璃芯体层和第一玻璃包覆层
之间设置第一扩散层;此外,可在玻璃芯体层和第二玻璃包覆层之间设置第二扩散层;这些
扩散层可在例如熔合成形法中形成。第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层可由一玻璃组合物
形成,该玻璃组合物包括:从约60摩尔%到约66摩尔%SiO2;从约7摩尔%到约10摩尔%
Al2O3;和从约14摩尔%到约18摩尔%B2O3作为玻璃网络形成剂。玻璃组合物还可包括约9摩
尔%‑16摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属氧化物至少包括CaO。CaO可以约3摩尔%‑12摩
尔%的浓度存在于玻璃组合物中。玻璃包覆层可基本上不含碱金属和包括碱金属的化合
‑7
物。玻璃包覆层在约20‑300℃的温度范围内平均的热膨胀系数可小于或等于40x10 /℃。
出,或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被
认识。
进一步的理解,附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了
本文所述的各种实施方式,并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
表示相同或类似的部分。本文所述的玻璃组合物一般具有较低的热膨胀系数,因此可与具
有较高热膨胀系数的芯体玻璃组合物联用,以制备层压玻璃制品,该制品具有压缩应力且
没有进行离子交换或其它热学钢化。在一种实施方式中,玻璃组合物可包括:从约60摩尔%
到约66摩尔%SiO2;从约7摩尔%到约10摩尔%Al2O3;和从约14摩尔%到约18摩尔%B2O3作
为玻璃网络形成剂。玻璃组合物还可包括约9摩尔%‑16摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属
氧化物至少包括CaO。CaO可以约3摩尔%‑12摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。玻璃组合
物可基本上不含碱金属和包括碱金属的化合物。玻璃组合物在约20‑300℃的温度范围内平
‑7
均的热膨胀系数小于或等于40x10 /℃。下面将具体参考附图,更加详细地描述玻璃组合物
和由该玻璃组合物形成的玻璃制品。
些性质归因于玻璃的具体组成。
SiO2具有极其高的熔点。因此,如果SiO2在本文所述的玻璃组合物的浓度过高,玻璃组合物
的成形性会降低,因为更高的SiO2浓度增加了熔融该玻璃的难度,依次负面影响该玻璃的
成形性。在本发明的实施方式中,该玻璃组合物包括的SiO2的浓度范围一般小于或等于约
66摩尔%,以促进该玻璃组合物的熔合成形。例如,在一些实施方式中,该玻璃组合物中
SiO2的浓度大于或等于约60摩尔%且小于或等于约66摩尔%。在一些其它实施方式中,所
述玻璃组合物存在大于或等于约63摩尔%且小于或等于约65摩尔%的量的SiO2。
体配位的。但是,当Al2O3的浓度与玻璃组合物中SiO2的浓度和碱土金属氧化物的浓度平衡
时,Al2O3可降低玻璃熔体的液相线温度,由此增强液相线粘度并改善玻璃组合物和某些成
形法例如熔合成形法的相容性。
Al2O3的浓度大于或等于约7摩尔%且小于或等于约10摩尔%。在一些实施方式中,该玻璃组
合物中Al2O3的浓度可小于或等于约9摩尔%或甚至小于或等于约8摩尔%。例如,在一些实
施方式中,该玻璃组合物中Al2O3的浓度大于或等于约7摩尔%且小于或等于约9摩尔%,或
甚至大于或等于约7摩尔%且小于或等于约8摩尔%。
说,取决于玻璃的具体组成,B2O3浓度每增加1摩尔%,可将获得相当粘度所需的温度降低
10‑14℃。但是,B2O3可以18‑22℃每摩尔%B2O3的方式,降低玻璃组合物的液相线温度。这
样,B2O3降低玻璃组合物液相线温度的速度比它降低玻璃组合物液相线粘度的速度更快。此
外,将B2O3添加到玻璃组合物来软化玻璃网络。此外,当玻璃组合物用于熔合成形的层压玻
璃制品中的玻璃包覆层时,利用玻璃包覆层中的B2O3来使玻璃包覆层的粘度和玻璃芯体层
的粘度匹配,特别是当玻璃芯体层是含碱金属的玻璃芯体层时。此外,将B2O3添加到玻璃组
合物还降低玻璃组合物的杨氏模量,改善玻璃的固有耐损坏性。
摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。在一些实施方式中,该玻璃组合物中B2O3的浓度可小于
或等于约17摩尔%或甚至小于或等于约16摩尔%。在本文所述的其它实施方式中,B2O3以大
于或等于约16摩尔%且小于或等于约17摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。
结合,有助于降低玻璃组合物的液相线温度并增加玻璃组合物的液相线粘度。本文所述的
玻璃组合物包括的碱土金属氧化物是CaO,MgO,SrO及其组合。
摩尔%的碱土金属氧化物。在本文所述的各实施方式中,玻璃组合物至少包括大于或等于
约3摩尔%且小于或等于约12摩尔%浓度的CaO作为碱土金属氧化物。在一些实施方式中,
该玻璃组合物中CaO的浓度可大于或等于约7摩尔%且小于或等于约12摩尔%。该碱土金属
氧化物还可包括大于或等于约0摩尔%且小于或等于约6摩尔%浓度的MgO。在一些实施方
式中,该玻璃组合物中MgO的浓度可大于或等于约2摩尔%且小于或等于约4摩尔%。玻璃组
合物中的碱土金属氧化物还可包括大于或等于约0摩尔%且小于或等于约6摩尔%浓度的
SrO。在一些实施方式中,SrO可以约1摩尔%‑4摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。
K2O,Na2O和Li2O。
量存在于玻璃组合物中。在示例实施方式中,澄清剂是SnO2。在这些实施方式中,SnO2可以大
于或等于约0摩尔%且小于或等于约0.2摩尔%或者甚至小于或等于约0.15摩尔%的浓度
存在于玻璃组合物中。
的Fe2O3。附加的或可选的,该玻璃组合物可包括大于或等于0摩尔%且小于或等于约0.08摩
尔%的ZrO2。
(SuperGreen)”玻璃组合物。如本文所使用,术语“重金属”指Ba,As,Sb,Cd和Pb。
约40x10 /℃。在一些实施方式中,玻璃组合物在20‑300℃的范围内的CTE可小于或等于约
‑7
37x10 /℃。又在一些实施方式中,玻璃组合物在20‑300℃的范围内的CTE可小于或等于约
‑7
35x10 /℃。玻璃组合物的较低CTE值至少部分地归因于不存在碱金属氧化物例如K2O,Na2O
和Li2O,它们会升高玻璃组合物的CTE。这些较低CTE使得玻璃组合物特别适于用作熔合成
形的层压玻璃制品的玻璃包覆层。具体来说,当在熔合层压法中将低CTE玻璃包覆层和具有
较高CTE的玻璃芯体层配对时,冷却后玻璃芯体层和玻璃包覆层的CTE差异导致在玻璃包覆
层中形成压缩应力。因此,本文所述的玻璃组合物可用来形成强化的层压玻璃制品,无需离
子交换处理。
千泊(kPoise)。在一些其它实施方式中,层深度可大于或等于100千泊或甚至大于或等于
250千泊。
10.5MPsi。在一些实施方式中,玻璃组合物的杨氏模量可小于10MPsi或甚至小于9MPsi。
尔%Al2O3;和从约14摩尔%到约18摩尔%B2O3作为玻璃网络形成剂。玻璃组合物还可包括
约9摩尔%‑16摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属氧化物至少包括CaO。CaO可以约3摩尔%‑
12摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。玻璃组合物可基本上不含碱金属和包括碱金属的化
‑7
合物。玻璃组合物在约20‑300℃的温度范围内平均的热膨胀系数小于或等于40x10 /℃。
璃组合物还可包括约9摩尔%‑16摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属氧化物包括CaO,以及
MgO和SrO中的至少一种。CaO可以约3摩尔%‑12摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。玻璃组
合物可基本上不含碱金属和包括碱金属的化合物。玻璃组合物在约20‑300℃的温度范围内
‑7
平均的热膨胀系数小于或等于40x10 /℃。
璃组合物还可包括约11摩尔%‑12摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属氧化物至少包括CaO。
CaO可以约3摩尔%‑12摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。玻璃组合物可基本上不含碱金
属和包括碱金属的化合物。玻璃组合物在约20‑300℃的温度范围内平均的热膨胀系数小于
‑7
或等于40x10 /℃。
璃组合物还可包括约9摩尔%‑16摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属氧化物至少包括CaO。碱
土金属氧化物还可包括MgO和SrO中的至少一种。CaO可以约3摩尔%‑12摩尔%的浓度存在
于玻璃组合物中。MgO可以约0摩尔%‑6摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。SrO可以约0摩
尔%‑6摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。玻璃组合物可基本上不含碱金属和包括碱金属
‑7
的化合物。玻璃组合物在约20‑300℃的温度范围内平均的热膨胀系数小于或等于40x10 /
℃。
璃组合物还可包括约9摩尔%‑16摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属氧化物包括CaO,MgO和
SrO。CaO可以约3摩尔%‑12摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。MgO可以约2摩尔%‑4摩
尔%的浓度存在于玻璃组合物中。SrO可以约1摩尔%‑4摩尔%的浓度存在于玻璃组合物
中。玻璃组合物可基本上不含碱金属和包括碱金属的化合物。玻璃组合物在约20‑300℃的
‑7
温度范围内平均的热膨胀系数小于或等于40x10 /℃。
璃组合物还可包括约9摩尔%‑16摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属氧化物包括CaO,MgO和
SrO。CaO可以约3摩尔%‑12摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。MgO可以约2摩尔%‑4摩
尔%的浓度存在于玻璃组合物中。SrO可以约1摩尔%‑4摩尔%的浓度存在于玻璃组合物
中。玻璃组合物可基本上不含碱金属和包括碱金属的化合物。玻璃组合物在约20‑300℃的
‑7
温度范围内平均的热膨胀系数小于或等于40x10 /℃。
璃组合物还可包括约9摩尔%‑16摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属氧化物至少包括CaO。
CaO可以约3摩尔%‑12摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。玻璃组合物可基本上不含碱金
属和包括碱金属的化合物。玻璃组合物在约20‑300℃的温度范围内平均的热膨胀系数小于
‑7
或等于40x10 /℃。
上所述的、用于该组成组分的一种或更多种更窄的组成范围。此外,还应理解,为了制备具
有所需性质的玻璃,本文所述的玻璃组合物的任意实施方式都可结合这些组成组分更窄的
范围和/或各种组成组分之间的关系。
包覆层104a,104b。如下文更加详细描述,因为它们相对低的热膨胀系数,本文所述的玻璃
组合物特别适于用作玻璃包覆层。
和玻璃芯体层102的第二表面103b熔合。玻璃包覆层104a,104b熔合到玻璃芯体层102,且在
玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a,104b之间不设置任何其它材料例如粘合剂、涂层等。因
此,玻璃芯体层的第一表面直接邻近第一玻璃包覆层,且玻璃芯体层的第二表面直接邻近
第二玻璃包覆层。在一些实施方式中,通过熔合层压法来成形玻璃芯体层102和玻璃包覆层
104a,104b。可在玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a之间,或者在玻璃芯体层102和玻璃包覆
层104b之间,或者上述两种情况下同时形成扩散层(未显示)。在这种情况下,第一扩散层的
平均包覆热膨胀系数的值在芯体的平均包覆热膨胀系数的值和第一包覆层的平均包覆热
膨胀系数的值之间,或者第二扩散层的平均包覆热膨胀系数的值在芯体的平均包覆热膨胀
系数的值和第二包覆层的平均包覆热膨胀系数的值之间。
数CTE芯体的不同的第二玻璃组合物形成。CTE芯体大于CTE包覆,这使得玻璃包覆层104a,104b具
有压缩应力,且无需进行离子交换或热学钢化。
熔合拉制设备200包括上部等压槽202,其位于下部等压槽204之上。上部等压槽202包括凹
槽210,将熔融的玻璃包覆组合物206从熔融器(未显示)加入该凹槽210。类似低,下部等压
槽204包括凹槽212,将熔融的玻璃芯体组合物208从熔融器(未显示)加入该凹槽212。在本
文所述的一些实施方式中,熔融的玻璃芯体组合物208的平均包覆热膨胀系数CTE芯体大于熔
融的玻璃包覆组合物206的平均包覆热膨胀系数CTE包覆。
因此,流经外部成形表面216,218的熔融的玻璃芯体组合物208在下部等压槽204的根部220
再次结合,由此形成层压玻璃制品的玻璃芯体层102。
206向外挠曲,从而熔融的玻璃包覆组合物206绕着下部等压槽204流动,并与流经下部等压
槽外部成形表面216,218的玻璃芯体组合物208接触,熔合到熔融的玻璃芯体组合物,形成
绕着玻璃芯体层102的玻璃包覆层104a,104b。
104a,104b冷却时,玻璃芯体层102和玻璃包覆层104a,104b的热膨胀系数的差异,导致在玻
璃包覆层104a,104b中形成压缩应力。压缩应力增加了所得层压玻璃制品的强度,无需进行
离子交换处理或热学钢化处理。
‑7
热膨胀系数小于或等于40x10 /℃。
Al2O3;和从约14摩尔%到约18摩尔%B2O3作为玻璃网络形成剂。用于玻璃包覆层的玻璃组
合物还可包括约9摩尔%‑16摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属氧化物至少包括CaO。CaO可
以约3摩尔%‑12摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。用于这些玻璃包覆层的玻璃组合物可
基本上不含碱金属和包括碱金属的化合物。
Al2O3;和从约16摩尔%到约17摩尔%B2O3作为玻璃网络形成剂。用于玻璃包覆层的玻璃组
合物还可包括约9摩尔%‑16摩尔%碱土金属氧化物。碱土金属氧化物包括CaO,MgO和SrO的
组合。CaO可以约3摩尔%‑12摩尔%的浓度存在于玻璃组合物中。MgO可以约2摩尔%‑4摩
尔%的浓度存在于玻璃组合物中。SrO可以约1摩尔%‑4摩尔%的浓度存在于组合物中。用
于这些玻璃包覆层的玻璃组合物可基本上不含碱金属和包括碱金属的化合物。
更高的平均热膨胀系数的玻璃组合物形成,以促进在熔合成形后对层压制品进行冷却时在
包覆层中形成压缩应力。例如,玻璃芯体层可由包括碱金属离子的玻璃组合物形成,例如在
转让给康宁有限公司(Corning Incorporated)的、题目为“高CTE钾硼硅酸盐芯体玻璃和包
括该芯体玻璃的玻璃制品(High CTE Potassium Borosilicate Core Glasses and Glass
Articles Comprising the Same)”的共同待审的美国专利申请号61/607,869所述的玻璃
‑7
组合物,该玻璃组合物在20‑300℃的温度范围中的热膨胀系数大于或等于75x10 /℃。例
如,玻璃芯体层可由玻璃组合物形成,该玻璃组合物包括:约70摩尔%‑约80摩尔%SiO2;约
0摩尔%‑约8摩尔%Al2O3;约3摩尔%‑约10摩尔%B2O3;约0摩尔%‑约2摩尔%Na2O;约10摩
尔%‑约15摩尔%K2O;和约5摩尔%‑约6摩尔%碱土金属氧化物,其中所述碱土金属氧化物
是CaO,SrO和BaO中的至少一种,但不含MgO。但是,应理解其它玻璃组合物也可用来成形层
叠玻璃制品100的玻璃芯体层102,只要玻璃芯体层102的平均热膨胀系数大于玻璃包覆层
104a,104b的平均热膨胀系数。
实施例
火点等),结果见表1‑3。
‑7
度(大于约50千泊)和较低的热膨胀系数(小于或等于约40x10 /℃),这使得该玻璃组合物
非常适用于熔合成形法,且特别适于用作熔合成形的层压玻璃制品中的玻璃包覆层。这些
玻璃还呈现较高的退火点(大于约650℃),这使得当在强化之后暴露于升高的温度时,玻璃
更不容易发生应力松弛。
至少部分的因为组合物中锡(SnO2)相对于该特定组合物中其它成分的浓度。
之间不平衡。
具有压缩应力的层压玻璃制品。这些玻璃制品可用于各自消费者电子器件包括,但不限于:
移动电话、个人音乐播放器、平板电脑、LCD和LED显示器,自动柜员机等。
上的薄膜晶体管。本文所述的玻璃组合物可用来形成整个背板基片,或者可用作包括含碱
金属玻璃芯体的层压玻璃基片的包覆玻璃。
玻璃,用于显示器设备的背板玻璃和其它类似的玻璃制品。
的各种实施方式的修改和变化形式,只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同
内容的范围之内。