特許 6130503 ３Ｄ成形のためのイオン交換可能なＬｉ含有ガラス組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6130503

(24)【登録日】2017年4月21日

(45)【発行日】2017年5月17日

(54)【発明の名称】３Ｄ成形のためのイオン交換可能なＬｉ含有ガラス組成物

(51)【国際特許分類】

   C03C 3/085 20060101AFI20170508BHJP

   C03C 3/091 20060101ALI20170508BHJP

   C03C 3/093 20060101ALI20170508BHJP

   C03C 4/02 20060101ALI20170508BHJP

   C03C 21/00 20060101ALI20170508BHJP

【ＦＩ】

   C03C3/085

   C03C3/091

   C03C3/093

   C03C4/02

   C03C21/00 101

【請求項の数】3

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2015-523150(P2015-523150)

(86)(22)【出願日】2013年7月15日

(65)【公表番号】特表2015-527970(P2015-527970A)

(43)【公表日】2015年9月24日

(86)【国際出願番号】US2013050442

(87)【国際公開番号】WO2014014798

(87)【国際公開日】20140123

【審査請求日】2015年12月16日

(31)【優先権主張番号】61/672,346

(32)【優先日】2012年7月17日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】コンテ，マリー ジャクリーン モニーク

(72)【発明者】

【氏名】ドレイク，メリンダ アン

(72)【発明者】

【氏名】ガイシンガー，カレン レスリー

(72)【発明者】

【氏名】ゴメス，シニュエ

(72)【発明者】

【氏名】モリーナ，ロバート マイケル

(72)【発明者】

【氏名】スミス，シャーリーン マリー

(72)【発明者】

【氏名】ヤングマン，ランドル ユージーン

【審査官】 立木 林

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０８４４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１５０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１５０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０５３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１４９７４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０１３０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８４０７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｃ １／００−１４／００

ＩＮＴＥＲＧＬＡＤ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

６５モル％から７１モル％のＳｉＯ₂、
７モル％から１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、
１モル％から３．５モル％のＬｉ₂Ｏ、
６モル％から１６モル％のＮａ₂Ｏ、
０モル％から５モル％のＫ₂Ｏ、
０．８から１０モル％の二価酸化物であって、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方を含む二価酸化物、および
０モル％から０．５モル％未満のＢ₂Ｏ₃
を含み、
前記Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および前記二価酸化物の濃度（モル％）の合計が１０モル％超であり、
８１０℃以下の軟化点；
２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥ；および
１５時間以下に亘る３９０℃から４５０℃の温度範囲でのＫＮＯ₃を含む塩浴中におけるイオン交換後の、６００ＭＰａ以上の圧縮応力および２５μｍ以上の層の深さ、
を有するガラス物品。

【請求項2】

５５モル％から６８モル％のＳｉＯ₂、
９モル％から１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、
４．５モル％から１２モル％のＢ₂Ｏ₃、
１モル％から７モル％のＬｉ₂Ｏ、
３モル％から１２モル％のＮａ₂Ｏ、および
０モル％から３モル％のＫ₂Ｏ、
を含み、
Ｒ₂Ｏは、Ｌｉ₂Ｏの濃度、Ｎａ₂Ｏの濃度、およびＫ₂Ｏの濃度の合計であり、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比が、１．１５以下であり、
８１０℃以下の軟化点；
２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥ；および
１５時間以下に亘る３９０℃から４５０℃の温度範囲でのＫＮＯ₃を含む塩浴中におけるイオン交換後の、６００ＭＰａ以上の圧縮応力および２５μｍ以上の層の深さ、
を有するガラス物品であって、
Ｌが０から５．０であり、ａ^*が−２．０から２．０であり、ｂ^*が０から−５．０である、Ｌ、ａ^*、ｂ^*色座標を有する、
ガラス物品。

【請求項3】

Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比が１．０２以上であり、前記ガラス物品がＴｉＯ₂およびＦｅ₂Ｏ₃をさらに含み、ＴｉＯ₂（モル％）に対するＦｅ₂Ｏ₃（モル％）の比が、０．５２以上かつ１．２２以下である、請求項２記載のガラス物品。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の説明】

【0001】

本明細書は、その全てをここに引用する、「３Ｄ成形のためのイオン交換可能なＬｉ含有ガラス組成物」と題する、２０１２年７月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／６７２３４６号に優先権を主張するものである。

【技術分野】

【0002】

本明細書は、広く、３Ｄ成形用途への使用に適したガラス組成物、およびより詳しくは、３Ｄ成形に適したイオン交換可能なＬｉ含有ガラス組成物に関する。

【背景技術】

【0003】

イオン交換可能なガラス組成物が、携帯電話、パーソナル・メディア・プレーヤー、タブレット型コンピュータなどを含む多くの電子機器におけるカバーガラスとして広く使用されている。これらの用途に使用されるカバーガラスは、一般に、平坦かつ平面である。カバーガラスは、それ自体、ダウンドロー法および／またはフロート法などの従来のガラス成形法を使用して形成されることがある。

【0004】

電子機器の美観設計における制限要因の１つは、湾曲輪郭および／または複雑な輪郭に従うようにカバーガラスを成形する能力である。イオン交換を受けやすいガラス組成物は、一般に、比較的高い軟化点を有し、これにより、そのガラス組成物は、真空サギングなどの高温成形法を使用して３Ｄ形状に成形することが難しくなる。比較的高い軟化点の結果として、そのガラス組成物は、型に保護被覆が施されている場合でさえ、型の材料と反応して、型に付着する、および／または型を劣化させる傾向にある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、高温３Ｄ成形法に使用するのに適しており、イオン交換処理による強化を受けやすい、代わりのガラス組成物が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

１つの実施の形態によれば、ガラス物品はＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏを含むことがある。そのガラス物品は、約８１０℃以下の軟化点を有することがある。そのガラス物品は、約２７×１０^-6／℃以下の高温熱膨張係数（「ＣＴＥ」）も有することがある。そのガラス物品は、このガラスが、約１５時間以下に亘る約３９０℃から約４５０℃の温度範囲にある約４１０℃でのＫＮＯ₃を含む塩浴中でのイオン交換後に、約６００ＭＰａ以上の圧縮応力および約２５μｍ以上の層の深さを有するようにイオン交換可能であることもある。

【0007】

別の実施の形態において、ガラス組成物は、約６５．８モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂、約７モル％から約１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約１モル％から約９モル％のＬｉ₂Ｏ、約６モル％から約１６モル％のＮａ₂Ｏ、および約０．８〜１０モル％の二価酸化物、並びに約０．５モル％未満のＢ₂Ｏ₃を含むことがあり、その二価酸化物は、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方を含む。Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および二価酸化物の濃度（モル％）の合計は、１０モル％超であることがある。そのガラス組成物は、約８１０℃以下の軟化点を有することがある。そのガラス組成物は、約２７×１０^-6／℃以下の高温熱膨張係数（「ＣＴＥ」）も有することがある。これらのガラス組成物は、ＺｒＯ₂を実質的に含まないことがある。

【0008】

さらに別の実施の形態において、ガラス組成物は、約５５モル％から約６８モル％のＳｉＯ₂、約９モル％から約１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約４．５モル％から約１２モル％のＢ₂Ｏ₃、約１モル％から約７モル％のＬｉ₂Ｏ、約３モル％から約１２モル％のＮａ₂Ｏ、および約０モル％から約３モル％のＫ₂Ｏを含むことがある。この実施の形態において、Ｒ₂Ｏは、Ｌｉ₂Ｏの濃度、Ｎａ₂Ｏの濃度、およびＫ₂Ｏの濃度の合計である。Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比は、約１．５以下である。そのガラス組成物は、約８１０℃以下の軟化点を有することがある。そのガラス組成物は、約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥも有することがある。

【0009】

さらに別の実施の形態において、ガラス組成物は、約６５モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂、約７モル％から約１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約１モル％から約９モル％のＬｉ₂Ｏ、約６モル％から約１６モル％のＮａ₂Ｏ、約０モル％から約５モル％のＫ₂Ｏ、約０．８から約１０モル％の二価酸化物、約０．５モル％から約２モル％のＺｒＯ₂、および約０．５モル％未満のＢ₂Ｏ₃を含むことがあり、その二価酸化物は、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方を含み、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および二価酸化物の濃度（モル％）の合計は、１０モル％超である。そのガラス組成物は、約８１０℃以下の軟化点、および約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有する。

【0010】

ここに記載されたガラス組成物の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者にとって容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって認識されるであろう。

【0011】

先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、様々な実施の形態を記載しており、請求項に記載された主題の性質と特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されているのが理解されよう。添付図面は、様々な実施の形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。それらの図面は、ここに記載された様々な実施の形態を図解しており、説明と共に、請求項に記載された主題の原理と動作を説明する働きをする。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】２つの比較用ガラス組成物に関する温度の関数（ｘ軸）としての瞬間ＣＴＥ（ｙ軸）を示すグラフ

【図2】例示のガラス組成物においてＮａ₂ＯがＬｉ₂Ｏで置換されたときの、Ｌｉ₂Ｏの濃度の関数（ｘ軸）としての軟化点（ｙ軸）を表すグラフ

【図3】例示のガラス組成物においてＮａ₂ＯがＬｉ₂Ｏで置換されたときの、Ｌｉ₂Ｏの濃度の関数（ｘ軸）としてのＨＴ ＣＴＥ（ｙ軸）を表すグラフ

【図4】例示のガラス組成物においてＮａ₂ＯおよびＫ₂ＯがＬｉ₂Ｏで置換されたときの、Ｌｉ₂Ｏの濃度の関数（ｘ軸）としての軟化点（ｙ軸）を表すグラフ

【図5】例示のガラス組成物においてＮａ₂ＯおよびＫ₂ＯがＬｉ₂Ｏで置換されたときの、Ｌｉ₂Ｏの濃度の関数（ｘ軸）としてのＨＴ ＣＴＥ（ｙ軸）を表すグラフ

【図6】様々なＬｉ₂Ｏ濃度に関してプロットされた圧縮応力とＤＯＬ値を示すグラフ

【図7】色修正成分を含有する例示のガラス組成物から形成されたイオン交換済みガラス板に関する深さの関数（ｘ軸）としてのカリウムイオンおよびナトリウムイオンの濃度（ｙ軸）を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0013】

ここで、３Ｄ成形法に使用するのに適したイオン交換可能なガラス組成物の様々な実施の形態を詳しく参照する。ここに記載されたガラス組成物は、一般に、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏを含む。そのガラス組成物は、約８１０℃以下の軟化点を有することがある。そのガラス組成物は、約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥも有することがある。そのガラス組成物は、このガラスが、約１５時間以下に亘る約４１０℃でのＫＮＯ₃を含む塩浴中でのイオン交換後に、約６５０ＭＰａ以上の圧縮応力および約２５μｍ以上の層の深さを有するようにイオン交換可能であることもある。ここで、添付図面を具体的に参照して、ガラス組成物の様々な実施の形態をさらに詳しく説明する。

【0014】

ここに用いた「軟化点」という用語は、ガラス組成物の粘度が１×１０^7.6ポアズである温度を称する。

【0015】

ここに用いた「高温熱膨張係数」または「ＨＴ ＣＴＥ」という句は、ガラス組成物のガラス転移温度より上でのガラス組成物の熱膨張係数を称する。このＨＴ ＣＴＥは、温度の関数（ｘ軸）として瞬間ＣＴＥ（ｙ軸）をプロットすることにより決定される。このＨＴ ＣＴＥは、ＣＴＥ対温度の曲線の勾配が、著しい上昇後にほぼゼロである（すなわち、ＣＴＥ対温度曲線が「水平状態に達する」）ＨＴ ＣＴＥの値である。このＨＴ ＣＴＥの値は、冷却中のガラスの体積変化の尺度であり、ガラスが、以下に限られないが、真空サギング成形法を含む高温３Ｄ成形法と併せて使用されるときの、ガラス組成物の寸法安定性の指標である。

【0016】

ここに用いた「液相線粘度」という用語は、ガラス組成物の液相線温度のときの剪断粘度を称する。

【0017】

ここに用いた「液相線温度」という用語は、ガラス組成物において失透が生じる最高温度を称する。

【0018】

「実質的に含まない」という用語は、ガラス組成物中に特定の酸化物成分がないことを記載するために使用される場合、その成分が、ガラス組成物中に、約０．０５モル％未満の微量の汚染物質として存在することを意味する。

【0019】

ここに記載されたガラス組成物の実施の形態において、構成成分（例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃など）の濃度は、別記しない限り、酸化物基準のモルパーセント（モル％）で与えられている。

【0020】

家庭用電子機器においてカバーガラスとして使用される従来のイオン交換可能なガラス組成物は、一般に、８４０℃以上の軟化点を有する。軟化点がこの範囲にあるガラスは、フュージョン成形法を使用して平面シートに容易に成形されるであろう。しかしながら、そのようなガラス組成物は、高温成形法を常に適用できる訳ではない。具体的に言うと、ガラス組成物の比較的高い軟化点により、型に保護被覆が施されている場合でさえ、ガラス組成物が型にくっついて、ガラスを損傷する、および／または型を劣化させるほど、ガラス組成物が型の材料と反応してしまう。

【0021】

さらに、ガラス組成物の軟化点を低下させることによって、イオン交換可能なガラス組成物の成形性を改善する試みはうまくいっていない。具体的に言うと、軟化点がより低いガラス組成物は、真空サギングなどの高温プロセスを使用した３Ｄ成形に関して必須の寸法安定性を有していない。そのようなガラス組成物は、その組成物がガラス転移領域を通じて加熱および／または冷却されるときの成形の際に反ってしまう。

【0022】

例えば、図１は、２つの比較用ガラス組成物に関する温度の関数（ｘ軸）としての瞬間ＣＴＥ（ｙ軸）をグラフで示している。比較ガラスＡは、７５２℃の軟化点および約３９×１０^-6／℃のＨＴ ＣＴＥを有するホウケイ酸ガラスであった。理論により拘束することを意図するものではないが、この比較的高いＨＴ ＣＴＥにより、真空サギングの最中のガラスの寸法安定性が低下し、ガラスが反り、歪むと考えられている。反対に、比較ガラスＢは、８３７℃の軟化点および約２３．２×１０^-6／℃のＨＴ ＣＴＥを有するアルミノケイ酸塩ガラスであった。このガラスは比較的低いＨＴ ＣＴＥを示したが、このガラス組成物は、真空サギング中に型と反応し、および／または型にくっつき、成形を阻害することが分かった。理論により拘束することを意図するものではないが、比較ガラスＢを一貫して成形できないことは、少なくとも一部には、ガラスの比較的高い軟化点のためであったと考えられる。

【0023】

ここに記載されたガラス組成物は、比較的低い軟化点、比較的低いＨＴ ＣＴＥを有し、既存の３Ｄ成形可能なガラス組成物と比べて優れたイオン交換性能を有するガラス組成物を提供することによって、以前のガラス組成物の欠陥に対処する。

【0024】

ここに記載された実施の形態において、ガラス組成物は、約８１０℃以下の比較的低い軟化点を有する。いくつかの実施の形態において、このガラス組成物の軟化点は、約８００℃以下またさらには約７９０℃以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、軟化点は約７５０℃であることがある。これらのガラス組成物の比較的低い軟化点のために、真空サギング法を使用して、複雑な曲率などを有するガラス物品などの３Ｄ形状にガラス組成物を容易に形成することが促進される。

【0025】

そのガラス組成物はまた、約２７×１０^-6／℃以下のＨＴ ＣＴＥも有する。いくつかの実施の形態において、このガラス組成物のＨＴ ＣＴＥは、約２５×１０^-6／℃以下またさらには約２３×１０^-6／℃以下であることがある。上述したように、ＨＴ ＣＴＥは、ガラスを、制限するものではなく、真空サギング法を含む高温３Ｄ成形法と併せて使用したときの、ガラスの寸法安定性の指標である。２７×１０^-6／℃超のＨＴ ＣＴＥを有するガラスは、高温成形法の最中および／または後に反り、寸法許容差に適合しないかもしれないガラス物品を生じることが判明した。しかしながら、約２７×１０^-6／℃以下のＨＴ ＣＴＥなどの中程度に低いＨＴ ＣＴＥを有するガラスは、高温成形法の最中と後に寸法安定性であることも判明した。

【0026】

ここに記載したガラス組成物は、イオン交換プロセスによる強化も受けやすい。ここに記載した実施の形態において、そのガラス組成物は、約２５μｍ以上の層の深さ（ＤＯＬ）を達成することができる。いくつかの実施の形態において、ＤＯＬは、約３５μｍ以上またさらには約４５μｍ以上であることがある。そのガラス組成物の圧縮応力（ＣＳ）は、約６００ＭＰａ以上またさらには約６５０ＭＰａ以上であることがある。圧縮応力およびＤＯＬの両方とも、約３９０℃から約４５０℃の温度で約１５時間以下に亘り１００％のＫＮＯ₃からなる塩浴またはＫＮＯ₃およびＮａＮＯ₃を含む塩浴中のイオン交換強化後に決定される。

【0027】

上述した性質を達成するために、ここに記載したガラス組成物は、一般に、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、およびＬｉ₂Ｏおよび／またはＮａ₂Ｏなどのアルカリ酸化物の組合せを含む。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＣａＯなどの二価酸化物も１種類以上含むことがある。そのガラス組成物はＢ₂Ｏ₃も含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、Ｌｉ₂Ｏおよび／またはＮａ₂Ｏに加えて、Ｋ₂Ｏも含むことがある。そのガラス組成物は、加えて、Ｐ₂Ｏ₅を含むことがある。そのガラス組成物は、１種類以上の清澄剤も含むことがある。上述した性質を有するガラス組成物を得るために使用される様々な構成成分の濃度が、ここにさらに詳しく記載される。

【0028】

上述したように、ここに記載したガラス組成物は、Ｂ₂Ｏ₃を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物中のＢ₂Ｏ₃の濃度は、約０モル％（すなわち、Ｂ₂Ｏ₃を実質的に含まないガラス組成物）を含む、約１．０モル％以下またさらには約０．５モル％以下であってよい。これらのガラス組成物は、ここでは「低ホウ素ガラス組成物」と称されることがある。他の実施の形態において、Ｂ₂Ｏ₃の濃度は約４．５モル％以上であることがある。これらのガラス組成物は、ここでは「高ホウ素ガラス組成物」と称されることがある。しかしながら、低ホウ素ガラス組成物および高ホウ素ガラス組成物の両方とも、比較的低い軟化点、比較的低いＨＴ ＣＴＥおよび上述したイオン交換性を示すことを理解すべきである。

【0029】

ここに記載したガラス組成物（すなわち、低ホウ素ガラス組成物および高ホウ素ガラス組成物の両方）の実施の形態において、ＳｉＯ₂は組成物の最多成分であり、それゆえ、ＳｉＯ₂はガラス網目構造の主成分である。ガラス組成物中のＳｉＯ₂の濃度が低い（すなわち、約５５モル％未満）場合、結果として得られるガラスの化学的耐久性は低い。その上、得られるガラスの液相線粘度も低く、そのガラスが、フュージョン・ダウンドロー法および／またはフュージョン積層法などのフュージョン成形に不向きになるであろう。しかしながら、ガラス組成物中のＳｉＯ₂の濃度が高すぎる（すなわち、約７５モル％超）場合、ＳｉＯ₂の高い濃度のためにガラス溶融の難しさが増し、それは転じて、ガラスの成形性に悪影響を及ぼすので、そのガラス組成物の成形性が低下してしまうことがある。ここに記載した実施の形態において、ガラス組成物は、容易に成形できるガラス組成物を促進するために、一般に、約５５モル％以上かつ約７５モル％以下の濃度でＳｉＯ₂を含む。

【0030】

低ホウ素ガラス組成物において、ＳｉＯ₂の濃度は、約６５モル％以上かつ約７１モル％以下であることがある。いくつかの実施の形態において、ＳｉＯ₂の濃度は、約６５．８モル％以上またさらには約６６モル％以上かつ約７１モル％以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物中のＳｉＯ₂の濃度は約６７モル％以上かつ約７１モル％以下であることがある。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＳｉＯ₂の濃度は約６８モル％以上かつ約７１モル％以下であることがある。

【0031】

高ホウ素ガラス組成物において、ＳｉＯ₂の濃度は、約５５モル％以上かつ約６８モル％以下であることがある。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ガラス組成物中のＳｉＯ₂の濃度は、約６０モル％以上かつ約６５モル％以下であることがある。

【0032】

ここに記載したガラス組成物（すなわち、低ホウ素ガラス組成物および高ホウ素ガラス組成物の両方）はＡｌ₂Ｏ₃も含む。Ａｌ₂Ｏ₃は、ＳｉＯ₂と似たガラス網目構造形成剤として働く。ＳｉＯ₂のように、Ａｌ₂Ｏ₃は、ガラス組成物から形成されたガラス溶融物における主に四面体配位のために、ガラス組成物の粘度を上昇させる。Ａｌ₂Ｏ₃は、ガラスの歪み点を上昇させ、ガラス網目構造中のアルカリイオンの拡散性を増加させることによって、ガラス組成物のイオン交換性能を改善する。したがって、Ａｌ₂Ｏ₃の存在は、イオン交換プロセスの反応速度論を改善し、達成できる圧縮応力およびＤＯＬを増加させる。イオン交換プロセスの反応速度論を改善するために、ガラス組成物中のＡｌ₂Ｏ₃の濃度は、一般に、約７モル％以上である。

【0033】

ここに記載した低ホウ素ガラス組成物の実施の形態において、ガラス組成物中のＡｌ₂Ｏ₃の濃度は、比較的低い軟化点を有するガラス組成物を得るために、一般に、約１２モル％以下である。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＡｌ₂Ｏ₃の濃度は、約７モル％以上かつ約１２モル％以下である。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＡｌ₂Ｏ₃の濃度は、約８モル％以上かつ約１２モル％以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物中のＡｌ₂Ｏ₃の濃度は、約８モル％以上かつ約１１モル％以下であることがある。

【0034】

ここに記載した高ホウ素ガラス組成物の実施の形態において、ガラス組成物中のＡｌ₂Ｏ₃の濃度は、比較的低い軟化点を有するガラス組成物を得るために、一般に、約１５モル％以下である。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＡｌ₂Ｏ₃の濃度は、約９モル％以上かつ約１５モル％以下である。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＡｌ₂Ｏ₃の濃度は、約１１モル％以上かつ約１４モル％以下であることがある。

【0035】

ここに記載したガラス組成物（すなわち、低ホウ素ガラス組成物および高ホウ素ガラス組成物の両方）は、アルカリ酸化物Ｒ₂Ｏも含み、ここで、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋまたはそれらの組合せの少なくとも１つである。これらのアルカリ酸化物により、ガラスの溶融温度および液相線温度が低下し、それによって、ガラス組成物の成形性が改善される。Ｌｉ₂Ｏを添加すると、一般に、ガラスの軟化点が低下する。ガラス組成物中のＬｉ₂Ｏの量は、イオン交換プロセスの反応速度論を改善するために調節することができる。詳しくは、より速いイオン交換プロセスが望ましい場合、イオン交換速度を上昇させつつ、ガラスの軟化点を低下させるために、ガラス組成物中のＬｉ₂Ｏの濃度は、必要に応じて、１モル％以上から約５モル％以下、または約２モル％以上から約５モル％以下などのように約５モル％未満に減少させてよい。

【0036】

ここに記載した低ホウ素ガラス組成物の実施の形態において、Ｌｉ₂Ｏは、一般に、ガラスの軟化点を低下させるためにガラス組成物に加えられる。ガラス組成物中のＬｉ₂Ｏの濃度は、比較的低い軟化点を有するガラス組成物を得るために、一般に、約１モル％以上である。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＬｉ₂Ｏの濃度は、１モル％以上かつ約９モル％以下である。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＬｉ₂Ｏの濃度は、１モル％以上かつ約７モル％以下であることがある。所定の温度に関してより速いイオン交換時間が望ましい実施の形態において、Ｌｉ₂Ｏの濃度は、約１モル％以上かつ約５モル％以下、またさらには約２モル％以上かつ約５モル％以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、Ｌｉ₂Ｏの濃度は、約２モル％以上かつ約３．５モル％以下であることがある。

【0037】

ここに記載した高ホウ素ガラス組成物の実施の形態において、ガラス組成物中のＬｉ₂Ｏの濃度は、比較的低い軟化点を有するガラス組成物を得るために、一般に、約１モル％以上である。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＬｉ₂Ｏの濃度は、１モル％以上かつ約７モル％以下である。所定の温度に関してより速いイオン交換時間が望ましい実施の形態において、Ｌｉ₂Ｏの濃度は、約１モル％以上かつ約５モル％以下、またさらには約２モル％以上かつ約５モル％以下であることがある。

【0038】

ガラス組成物にＮａ₂Ｏを添加すると、ガラス組成物を強化するイオン交換が促進される。詳しくは、結果として得られるガラス網目構造中のより小さいＮａ⁺イオンが、イオン交換塩浴中のより大きいＫ⁺イオンと交換されることができる。ガラス組成物中のＮａ₂Ｏの濃度が低すぎると、イオン交換後に得られる層の深さが小さすぎてしまう。しかしながら、ガラス組成物中のＮａ₂Ｏの濃度が高すぎると、ガラス組成物のＨＴ ＣＴＥが上昇してしまう。ここに記載した実施の形態において、Ｎａ₂Ｏは、約３モル％から約１６モル％の量でガラス組成物中に存在する。

【0039】

ここに記載した低ホウ素ガラス組成物の実施の形態において、ガラス組成物中のＮａ₂Ｏの濃度は、比較的低いＨＴ ＣＴＥを維持するために、一般に、約１６モル％以下である。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＮａ₂Ｏの濃度は、約６モル％以上かつ約１６モル％以下である。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＮａ₂Ｏの濃度は、約８モル％以上かつ約１６モル％以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物中のＮａ₂Ｏの濃度は、約１０モル％以上かつ約１６モル％以下であることがある。さらに他の実施の形態において、ガラス組成物中のＮａ₂Ｏの濃度は、約１２モル％以上かつ約１５モル％以下であることがある。

【0040】

ここに記載した高ホウ素ガラス組成物の実施の形態において、ガラス組成物中のＮａ₂Ｏの濃度は、低いアルカリ対アルミナ比および結果として比較的低いＨＴ ＣＴＥを維持するために、一般に、約１２モル％以下である。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＮａ₂Ｏの濃度は、約３モル％以上かつ約１２モル％以下である。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＮａ₂Ｏの濃度は、約８モル％以上かつ約１２モル％以下であることがある。

【0041】

いくつかの実施の形態において、ここに記載したガラス組成物は、必要に応じて、アルカリ酸化物のＫ₂Ｏを含むことがある。Ｋ₂Ｏは、一般に、イオン交換性能を改善するために、ガラス組成物に加えられる。詳しくは、Ｋ₂Ｏは、所望の圧縮応力およびＤＯＬを達成するために、ガラス組成物に加えられることがある。ここに記載した実施の形態において、Ｋ₂Ｏは、含まれる場合、約３．０モル％以下の量でガラス組成物中に存在する。

【0042】

ここに記載した低ホウ素ガラス組成物の実施の形態において、ガラス組成物中のＫ₂Ｏの濃度は、一般に、約０モル％以上である。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＫ₂Ｏの濃度は、約０モル％以上かつ約５モル％以下である。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＫ₂Ｏの濃度は、約０モル％以上かつ約３モル％以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物中のＫ₂Ｏの濃度は、約０モル％以上かつ約２モル％以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物中のＫ₂Ｏの濃度は、約１モル％以下またさらには約０．５モル％以下であることがある。いくつかの実施の形態において、低ホウ素ガラス組成物はＫ₂Ｏを実質的に含まない。

【0043】

ここに記載した高ホウ素ガラス組成物の実施の形態において、ガラス組成物中のＫ₂Ｏの濃度は、一般に、約０モル％以上である。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＫ₂Ｏの濃度は、約０モル％以上かつ約３モル％以下である。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＫ₂Ｏの濃度は、約０モル％以上かつ約２モル％以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物中のＫ₂Ｏの濃度は、約１モル％以下またさらには約０．５モル％以下であることがある。いくつかの実施の形態において、高ホウ素ガラス組成物はＫ₂Ｏを実質的に含まない。

【0044】

さらに、ここに記載した高ホウ素ガラス組成物の実施の形態において、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比は、一般に、約１．１５またさらには１．１以下であり、ここで、Ｒ₂Ｏは、Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＫ₂Ｏの濃度の合計である。これらの実施の形態のいくつかにおいて、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比は、一般に、約０．９以上である。いくつかの実施の形態において、比Ｒ₂Ｏ：Ａｌ₂Ｏ₃は、約１．１以下かつ約０．９以上である。いくつかの実施の形態において、比Ｒ₂Ｏ：Ａｌ₂Ｏ₃は、約１．１以下かつ約１．０以上である。いくつかの他の実施の形態において、ＨＴ ＣＴＥは、約１．０以下かつ０．９以上である。高ホウ素ガラス組成物において比Ｒ₂Ｏ：Ａｌ₂Ｏ₃を約１．１５またさらには１．１未満に維持すると、一般に、ＨＴ ＣＴＥが約２７×１０^-6／℃以下に低下する。特に、ここに記載したガラス組成物の実施の形態において、アルカリ酸化物成分の濃度の合計は、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対して釣り合わされる。この釣合いにより、結果として得られるガラスにおいていくつかの望ましい特徴が生じる。詳しくは、Ａｌ₂Ｏ₃は、電荷安定化のために、カリウム、リチウム、およびナトリウムなどのアルカリ金属を利用する。ガラス組成物中に過剰のアルカリが存在する（すなわち、Ｒ₂Ｏ：Ａｌ₂Ｏ₃が１．１５またさらには１．１以上である）と、ガラス組成物中の過剰のアルカリがガラス組成物中のホウ素と相互作用し、ホウ素を標準的な三角（三重配位）構造から四面体（四重配位）構造に転化させる。ホウ素の三角から四面体への配位の変化により、ガラスのＨＴ ＣＴＥが上昇する。したがって、Ａｌ₂Ｏ₃に対するＲ₂Ｏの比を約１．１５以下またさらには１．１以下に維持することによって、ガラス中のホウ素が、ガラス中で四面体配位をとるのを防ぎ、それによって、比較的低いＨＴ ＣＴＥが促進される。

【0045】

ここに記載したいくつかの実施の形態において、ガラス組成物はＢ₂Ｏ₃を含むことがある。ＳｉＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃のように、Ｂ₂Ｏ₃は、ガラス網目構造の形成に寄与する。従来、ガラス組成物の粘度を低下させるために、Ｂ₂Ｏ₃がガラス組成物に加えられる。一般に、Ｂ₂Ｏ₃は、軟化点が低いガラス組成物を形成するために利用されることがある融剤して働く。しかしながら、Ｂ₂Ｏ₃の存在は、Ａｌ₂Ｏ₃と関連しない過剰のアルカリ酸化物が存在する場合、ＨＴ ＣＴＥを著しく上昇させる。しかしながら、アルカリ酸化物の濃度がＡｌ₂Ｏ₃の濃度に対して釣り合わされる場合、より高い酸化ホウ素の濃度は、ガラス組成物のＨＴ ＣＴＥに著しく影響しない。したがって、ここに記載したガラス組成物は、所望の性質を有するガラス組成物を得るために、低濃度のＢ₂Ｏ₃（すなわち、「低ホウ素ガラス組成物」）または高濃度のＢ₂Ｏ₃（すなわち、高ホウ素ガラス組成物）を含有することがある。

【0046】

低ホウ素ガラス組成物において、Ｂ₂Ｏ₃は、Ｂ₂Ｏ₃と過剰のアルカリ酸化物との間の相互作用を制限することによって、ＨＴ ＣＴＥの上昇を最小にするために、一般に、約１モル％以下の量でガラス組成物中に存在する。例えば、いくつかの実施の形態において、Ｂ₂Ｏ₃は、約０モル％以上かつ約１モル％以下の濃度でガラス組成物中に存在する。ここに記載した他の実施の形態において、Ｂ₂Ｏ₃は、約０．５モル％未満の濃度でガラス組成物中に存在する。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のＢ₂Ｏ₃の濃度は、約０モル％以上かつ約０．５モル％以下またさらには約０．４モル％以下である。

【0047】

高ホウ素ガラス組成物において、Ｂ₂Ｏ₃は、一般に、約４．５モル％以上の量でガラス組成物中に存在する。これらの実施の形態において、ＨＴ ＣＴＥへのＢ₂Ｏ₃の影響は、上述したように、比Ｒ₂Ｏ：Ａｌ₂Ｏ₃を制御することによって緩和される。例えば、いくつかの実施の形態において、Ｂ₂Ｏ₃は、約４．５モル％またさらには５モル％以上かつ約１２モル％以下の濃度でガラス組成物中に存在する。ここに記載した他の実施の形態において、ガラス組成物中のＢ₂Ｏ₃の濃度は、約７モル％以上かつ約１２モル％以下、またさらには約９モル％以上かつ約１２モル％以下である。

【0048】

ここに記載したガラス組成物は、１種類以上の二価酸化物ＭＯをさらに含むことがあり、ここで、Ｍはアルカリ土類金属（ＭｇまたはＣａなど）および／またはＺｎである。二価酸化物は、ガラス組成物の溶融挙動を改善する。ＭｇＯおよびＺｎＯの添加は、ガラス組成物のイオン交換性能も改善する。特に、ＭｇＯおよびＺｎＯの添加は、一般に、ガラス組成物の軟化点を上昇させずに、所定のイオン交換条件（時間および温度）について、圧縮応力およびＤＯＬを上昇させることが分かった。ＣａＯのガラス組成物への添加は、一般に、イオン交換強化後に圧縮応力の十分なＤＯＬを維持するのに役立つ。

【0049】

ここに記載した低ホウ素ガラス組成物において、このガラス組成物は、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方を含み、二価酸化物の総濃度は、約０．８モル％またさらには１モル％以上かつ約１０モル％以下である。さらに、ここに記載した低ホウ素ガラス組成物において、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および二価酸化物の濃度（モル％）の合計は、一般に、約１０モル％以上であり、これにより、ガラスのイオン交換性能が一般に改善される。

【0050】

ここに記載した低ホウ素ガラス組成物において、ＭｇＯは、約０モル％から約７モル％の濃度で存在することがある。例えば、いくつかの実施の形態において、ＭｇＯの濃度は、約３モル％以上かつ約５モル％以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、ＭｇＯの濃度は、約２モル％以上かつ約４モル％以下であることがある。

【0051】

さらに、ここに記載した低ホウ素ガラスにおいて、ＣａＯは、約０モル％以上かつ約１モル％以下の濃度で存在することがある。例えば、いくつかの実施の形態において、ＣａＯの濃度は、約０モル％以上かつ約０．５モル％以下であることがある。

【0052】

ここに記載した低ホウ素ガラス組成物において、ＺｎＯは、約０モル％から約６モル％の濃度で存在することがある。例えば、いくつかの実施の形態において、ＺｎＯの濃度は、約２モル％以上かつ約４モル％以下であることがある。

【0053】

ここに記載した高ホウ素ガラス組成物は、１種類以上の二価酸化物ＭＯも含むことがある。例えば、ＭｇＯを含む高ホウ素ガラス組成物のいくつかの実施の形態において、ＭｇＯは、約０モル％以上かつ約５モル％以下の濃度で存在することがある。ＺｎＯを含む高ホウ素ガラス組成物のいくつかの実施の形態において、ＺｎＯは、約０モル％以上かつ約５モル％以下の濃度で存在することがある。ＣａＯを含む高ホウ素ガラス組成物のいくつかの実施の形態において、ＣａＯは、約０モル％以上かつ約２モル％以下の濃度で存在することがある。

【0054】

ここに記載したガラス組成物（すなわち、低ホウ素ガラス組成物および高ホウ素ガラス組成物の両方）は、Ｐ₂Ｏ₅も含むことがある。Ｐ₂Ｏ₅の添加により、より 短い期間で同等の層の深さに到達できるほど、所定の温度でのイオン交換の速度が上昇する。ここに記載したガラス組成物のいくつかの実施の形態において、Ｐ₂Ｏ₅は、約０モル％以上かつ約３モル％以下の濃度でそのガラス組成物中に存在することがある。いくつかの実施の形態において、Ｐ₂Ｏ₅の濃度は、約０モル％以上かつ約２モル％以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、Ｐ₂Ｏ₅の濃度は、約０．５モル％以上かつ約１．０モル％以下であることがある。

【0055】

ここに記載したガラス組成物は、必要に応じて、１種類以上の清澄剤を含むことがある。清澄剤の例としては、ＳｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃、ＮａＣｌ、（Ａｌ）ＯＨ₃、およびＣｅＯ₂、並びにそれらの組合せが挙げられる。清澄剤は、約０モル％以上かつ約１．０モル％以下の量でガラス組成物中に存在してよい。例示の実施の形態において、清澄剤はＳｎＯ₂である。ＳｎＯ₂は、約０モル％以上かつ約１．０モル％以下の濃度でガラス組成物中に存在してよい。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ＳｎＯ₂は、約０モル％以上かつ約０．５モル％以下またさらには約０．３モル％以下の濃度でそのガラス組成物中に存在することがある。

【0056】

ここに記載した低ホウ素ガラス組成物のいくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、必要に応じて、ジルコニア（ＺｒＯ₂）を含むことがある。ジルコニアの添加により、達成できる層の深さを増加させることによって、ガラス組成物のイオン交換性能が改善される。しかしながら、ジルコニアの量が約３モル％を超えると、ガラス組成物の液相線粘度が上昇し、ガラス組成物を形成するのが難しくなってしまう。したがって、ジルコニアを含有するガラス組成物の実施の形態において、そのガラス組成物は、約０．５モル％以上かつ約２モル％以下のＺｒＯ₂を含んでよい。これらの実施の形態のいくつかにおいて、低ホウ素ガラス組成物は、約１．０モル％以上かつ約１．５モル％以下のＺｒＯ₂を含むことがある。これらの実施の形態のいくつかにおいて、低ホウ素ガラス組成物中のＺｒＯ₂の濃度は約１モル％である。しかしながら、ここに記載した低ホウ素ガラス組成物のいくつかの実施の形態において、ガラス組成物はジルコニア（ＺｒＯ₂）を実質的に含まない。

【0057】

ここに記載したガラス組成物の特定の用途では、ガラスが不透明であり、黒などの特定の色を有することが要求されることがある。したがって、ここに記載した高ホウ素ガラス組成物の実施の形態において、ガラス組成物は、着色剤として働く成分を１種類以上含むことがある。例えば、高ホウ素ガラス組成物のいくつかは、そのガラス組成物から形成されるガラスに黒色および不透明性を与えるために組合せで使用されることがある、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＴｉＯ₂を含んでもよい。これらの実施の形態において、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＴｉＯ₂は、ＴｉＯ₂（モル％）に対するＦｅ₂Ｏ₃（モル％）の比が、約０．５２以上から約１．２２以下の範囲にあるようにガラス組成物中に存在することがある。いくつかの実施の形態において、ＴｉＯ₂（モル％）に対するＦｅ₂Ｏ₃（モル％）の比が、約０．６０以上から約１．００以下の範囲にあることがある。ＴｉＯ₂に対するＦｅ₂Ｏ₃の比が減少するにつれて、結果として得られるガラス物品は、ＣＩＥ Ｆ２光源およびＬ、ａ^*、ｂ^*スケールから決定して、黒が抑えられてくる。１つの特定の実施の形態において、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＴｉＯ₂の総濃度（すなわち、Ｆｅ₂Ｏ₃（モル％）＋ＴｉＯ₂（モル％））は約１．７５モル％である。しかしながら、１．７５モル％超の総濃度および１．７５モル％未満の総濃度を含む、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＴｉＯ₂の他の総濃度を使用してもよいことが理解されよう。

【0058】

ここに記載したいくつかの実施の形態において、黒色は、ガラス物品を熱処理することによって、色修正成分を含有するガラス組成物から形成されたガラスに達成される。例えば、１つの実施の形態において、そのガラスは、約１時間以下の期間に亘り約５６０℃から約５７５℃の範囲の温度で最初に焼き鈍され、その後、冷却されることがある。その後、ガラスは、約１０時間以下に亘り約６００℃から約６５０℃の温度で熱処理されることがあり、その後、ガラスは不透明であり、黒色である。理論により拘束することを意図するものではないが、黒色は、熱処理中にガラス中に析出する、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＴｉＯ₂の組合せから形成される析出物（擬板チタン石などの）の結果であると考えられている。

【0059】

いくつかの実施の形態において、高ホウ素ガラス組成物が、上述したものなどの色修正成分を含有する場合、アルカリ対アルミナ比（Ｒ₂Ｏ：Ａｌ₂Ｏ₃）が約１．１５以下またさらには約１．１２以下であるときに、熱処理後の黒色が生じる。いくつかの実施の形態において、アルカリ対アルミナ比（Ｒ₂Ｏ：Ａｌ₂Ｏ₃）が約０．９８またさらには約１．０２以上であるときに、黒色が生じる。例えば、いくつかの実施の形態において、黒色は、アルカリ対アルミナ比が約１．１５以下かつ約０．９８以上であるときに得られることがある。いくつかの実施の形態において、黒色は、アルカリ対アルミナ比が約１．１２以下かつ約１．０２以上であるときに得られる。いくつかの他の実施の形態において、黒色は、アルカリ対アルミナ比が約１．１以下かつ約１．０４以上であるときに得られる。

【0060】

色修正成分を含む高ホウ素ガラス組成物の実施の形態において、結果として得られるガラスは不透明であることがある。不透明の度合いは、分光測光により測定されるガラスの光吸収により決定してもよい。ここに記載した実施の形態において、不透明の度合いは、Ｘ−Ｒｉｔｅ ＣＩ７ Ｓｐｅｃｔｒｏ−Ｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒにより測定した。ここに記載した色修正剤を有する高ホウ素ガラスの例示の実施の形態において、結果として得られる不透明ガラスは、ガラス物品に入射する約３５０ｎｍから約７５０ｎｍの波長範囲に亘り約８０％以上の不透明度を有することがある。これは、ガラス物品に入射する光の約２０％未満が実際にそのガラス物品を透過することを意味する。いくつかの実施の形態において、不透明度は、約３５０ｎｍから約７５０ｎｍの波長範囲に亘り約８０％以上かつ１００％以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、不透明度は、約３５０ｎｍから約７５０ｎｍの波長範囲に亘り約１００％であることがある。

【0061】

ここに注記したように、高ホウ素ガラス組成物に添加される色修正剤により、黒色のガラスが得られることがある。その色の度合いは、ＣＩＥ Ｆ２光源およびＬ、ａ^*、ｂ^*スケールを使用して定量化してもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス物品は、Ｌが約０から約５．０であり、ａ^*が約−２．０から約２．０であり、ｂ^*が約０から約−５．０である、Ｌ、ａ^*、ｂ^*色座標を有する。これらの範囲内の色座標を有するガラスは、一般に、濃い黒色を有する。

【0062】

その上、ここに記載した色修正成分を含有する高ホウ素ガラス組成物は、イオン交換による強化を容易に受けやすいことが分かった。これらのガラス組成物の層の深さは、約２５μｍ以上であることがある。いくつかの実施の形態において、ＤＯＬは、約３５μｍ以上またさらには約４５μｍ以上であることがある。イオン交換によってこれらのガラス組成物に与えられる圧縮応力は、色修正剤を含まない同じガラス組成物の両方と少なくとも等しいか、またはそれより大きいであろうと考えられる。しかしながら、従来の技法（応力複屈折など）を使用した圧縮応力の測定は、ガラスの光学的性質（不透明および黒色）のために困難である。したがって、ガラス物品の特徴強度は、ガラスに与えられる圧縮応力の推定値として使用されるであろう。詳しくは、前記ガラス組成物から形成された複数の未研磨のガラス板サンプルのリング・オン・リング試験を、「Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature」と題するＡＳＴＭ基準Ｃ１４９９に記載された方法論を使用して行ってもよい。このデータから、破損強度のワイブル分布を構成し、特徴強度およびワイブル係数を決定してもよい。ここに記載した例示の実施の形態において、約０．８ｍｍの厚さを有する、色修正剤を含有する高ホウ素ガラス組成物から形成されたガラス板は、一般に、約２時間に亘る約５７０℃での焼き鈍し処理、約４時間に亘る約６４０℃での熱処理、および１００％のＫＮＯ₃の塩浴中での約１５時間に亘る約４４０℃でのイオン交換処理後に、約１５００ＭＰまたさらには約１６００ＭＰａ以上の特徴強度を有する。いくつかの実施の形態において、その特徴強度は、同じ処理後に、約１７００ＭＰａまたさらには約１８００ＭＰａ以上であることがある。いくつかの他の実施の形態において、その特徴強度は、同じ処理後に、約１９００ＭＰａ以上であることがある。ここに記載した実施の形態において、約０．８ｍｍの厚さを有する、色修正剤を含有する高ホウ素ガラス組成物から形成されたガラス板は、一般に、約２時間に亘る約５７０℃での焼き鈍し処理、約４時間に亘る約６４０℃での熱処理、および１００％のＫＮＯ₃の塩浴中での約１５時間に亘る約４４０℃でのイオン交換処理後に、約８またさらには約９以上のワイブル係数を有する。実施の形態において、そのワイブル係数は、同じ処理後に、約１０またさらには約１１以上であることがある。このワイブル係数は、ワイブルプロットの勾配であり、一般に、傷により破損する材料の感度を示す。実施の形態において、特徴強度は、同じ処理後に、約１３以上であることがある。特徴強度は、ワイブル分布により決定される６３．２％の破損確率での強度を示す。

【0063】

上述した、比較的低い軟化点、ＨＴ ＣＴＥ、およびイオン交換特性に加え、ここに記載したガラス組成物は、フュージョン・ダウンドロー法などの、フュージョン成形法に使用するのにそのガラス組成物を適したものにする性質も示す。詳しくは、ここに記載したガラス組成物は、約１０００℃未満の液相線温度および約１５０キロポアズ超の液相線粘度を有する。さらに、ガラス組成物は、このガラス組成物がジルコニア製アイソパイプを使用したフュージョン成形に適合するように、約３５キロポアズ未満のジルコン・ブレイクダウン粘度(zircon breakdown viscosity)も有する。さらに、ここに記載したガラス組成物は、約１５００℃から約１６５０℃の範囲の溶融温度で、約２００ポアズ未満の粘度および約１０５０℃から約１１５０℃の成形温度で約３５キロポアズの粘度も示す。

【0064】

先の記載に基づいて、比較的低い軟化点および比較的低い高温熱膨張係数を有するガラス組成物の様々な実施の形態がここに開示されていると理解されよう。第１の例示の実施の形態において、ガラス組成物は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏを含む。そのガラス組成物は、概して、約８１０℃以下の軟化点、および約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有することがある。そのガラス組成物は、約１５時間以下に亘る約４１０℃でのＫＮＯ₃を含む塩浴中でのイオン交換後に、約６５０ＭＰａ以上の圧縮応力および約２５μｍ以上の層の深さを有することがある。

【0065】

第２の例示の実施の形態において、ガラス組成物は、約６５モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂、約７モル％から約１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約１モル％から約９モル％のＬｉ₂Ｏ、約６モル％から約１６モル％のＮａ₂Ｏ、約０モル％から約５モル％のＫ₂Ｏ、約０．８から約１０モル％の二価酸化物、および約０．５モル％未満のＢ₂Ｏ₃を含み、その二価酸化物は、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方を含み、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および二価酸化物の濃度（モル％）の合計は、１０モル％超である。この第２の例示の実施の形態において、このガラス組成物は、必要に応じて、約０．５モル％から約２モル％のＺｒＯ₂を含むことがある。あるいは、この第２の例示の組成物は、ＺｒＯ₂を実質的に含まないこともある。この第２の例示の組成物がＺｒＯ₂を実質的に含まない場合、そのガラス組成物は、約６５．８モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂を含むことがある。そのガラス組成物は、概して、約８１０℃以下の軟化点、および約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有することがある。このガラス組成物は、約１５時間以下に亘る約４１０℃でのＫＮＯ₃を含む塩浴中でのイオン交換後に、約６５０ＭＰａ以上の圧縮応力および約２５μｍ以上の層の深さを有することがある。

【0066】

第３の例示の実施の形態において、ガラス組成物は、約５５モル％から約６８モル％のＳｉＯ₂、約９モル％から約１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約４．５モル％から約１２モル％のＢ₂Ｏ₃、約１モル％から約７モル％のＬｉ₂Ｏ、約３モル％から約１２モル％のＮａ₂Ｏ、および約０モル％から約３モル％のＫ₂Ｏを含む。この実施の形態において、Ｒ₂Ｏは、Ｌｉ₂Ｏの濃度、Ｎａ₂Ｏの濃度、およびＫ₂Ｏの濃度の合計であり、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比は、約１．１以下である。そのガラス組成物は、概して、約８１０℃以下の軟化点、および約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有することがある。このガラス組成物は、約１５時間以下に亘る約４１０℃でのＫＮＯ₃を含む塩浴中でのイオン交換後に、約６５０ＭＰａ以上の圧縮応力および約２５μｍ以上の層の深さを有することがある。

【0067】

第４の例示の実施の形態において、ガラス組成物は、約６５．８モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂、約７モル％から約１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約１モル％から約９モル％のＬｉ₂Ｏ、約６モル％から約１６モル％のＮａ₂Ｏ、約１モル％から約１０モル％の二価酸化物、および約０．５モル％未満のＢ₂Ｏ₃を含み、その二価酸化物は、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方である。Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および二価酸化物の濃度（モル％）の合計は、１０モル％超である。そのガラス組成物は、概して、約８１０℃以下の軟化点、および約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有することがある。この実施の形態において、このガラス組成物は、ＺｒＯ₂を実質的に含まないことがある。

【0068】

第５の例示の実施の形態において、ガラス組成物は、約６５．８モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂、約７モル％から約１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約１モル％から約９モル％のＬｉ₂Ｏ、約６モル％から約１６モル％のＮａ₂Ｏ、および約１モル％から約１０モル％の二価酸化物を含み、その二価酸化物は、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方である。このガラス組成物は、ＺｒＯ₂およびＢ₂Ｏ₃を実質的に含まない。Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および二価酸化物の濃度（モル％）の合計は、１０モル％超である。そのガラス組成物は、概して、約８１０℃以下の軟化点、および約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有することがある。

【0069】

第６の例示の実施の形態において、ガラス組成物は、約６７モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂、約７モル％から約１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約１モル％から約９モル％のＬｉ₂Ｏ、約６モル％から約１６モル％のＮａ₂Ｏ、および約１モル％から約１０モル％の二価酸化物を含み、その二価酸化物は、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方である。このガラス組成物は、約０モル％から約７モル％のＭｇＯ、約０モル％から約１モル％のＣａＯ、および約０モル％から約６モル％のＺｎＯも含むことがある。このガラス組成物は、Ｂ₂Ｏ₃を実質的に含まない。Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および二価酸化物の濃度（モル％）の合計は、１０モル％超である。そのガラス組成物は、概して、約８１０℃以下の軟化点、および約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有することがある。

【0070】

第７の例示の実施の形態において、ガラス組成物は、約５５モル％から約６８モル％のＳｉＯ₂、約９モル％から約１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約４．５モル％から約１２モル％のＢ₂Ｏ₃、約１モル％から約７モル％のＬｉ₂Ｏ、約３モル％から約１２モル％のＮａ₂Ｏ、および約０モル％から約３モル％のＫ₂Ｏを含む。この実施の形態において、Ｒ₂Ｏは、Ｌｉ₂Ｏの濃度、Ｎａ₂Ｏの濃度、およびＫ₂Ｏの濃度の合計であり、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比は、約１．１以下である。そのガラス組成物は、概して、約８１０℃以下の軟化点、および約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有することがある。

【0071】

第８の例示の実施の形態において、ガラス組成物は、約５５モル％から約６８モル％のＳｉＯ₂、約９モル％から約１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約４．５モル％から約１２モル％のＢ₂Ｏ₃、約１モル％から約７モル％のＬｉ₂Ｏ、約３モル％から約１２モル％のＮａ₂Ｏ、および約０モル％から約３モル％のＫ₂Ｏを含む。この実施の形態において、Ｒ₂Ｏは、Ｌｉ₂Ｏの濃度、Ｎａ₂Ｏの濃度、およびＫ₂Ｏの濃度の合計であり、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比は、約１．１以下である。そのガラス組成物は、概して、約８１０℃以下の軟化点、および約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有することがある。

【0072】

第９の例示の実施の形態において、ガラス組成物は、約５５モル％から約６８モル％のＳｉＯ₂、約９モル％から約１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約４．５モル％から約１２モル％のＢ₂Ｏ₃、約１モル％から約７モル％のＬｉ₂Ｏ、約３モル％から約１２モル％のＮａ₂Ｏ、および約０モル％から約３モル％のＫ₂Ｏを含む。このガラス組成物は、約０モル％から約５モル％のＭｇＯ、約０モル％から約５モル％のＺｎＯ、および約０モル％から約２モル％のＣａＯをさらに含むことがある。この実施の形態において、Ｒ₂Ｏは、Ｌｉ₂Ｏの濃度、Ｎａ₂Ｏの濃度、およびＫ₂Ｏの濃度の合計であり、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比は、約１．１以下である。そのガラス組成物は、概して、約８１０℃以下の軟化点、および約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有することがある。

【0073】

第１０の例示の実施の形態において、ガラス組成物は、約６５モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂、約７モル％から約１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約１モル％から約９モル％のＬｉ₂Ｏ、約６モル％から約１６モル％のＮａ₂Ｏ、約０モル％から約５モル％のＫ₂Ｏ、約０．８から約１０モル％の二価酸化物、約０．５モル％から約２モル％のＺｒＯ₂、および約０．５モル％未満のＢ₂Ｏ₃を含み、その二価酸化物は、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方を含む。この例示の実施の形態において、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および二価酸化物の濃度（モル％）の合計は、１０モル％超である。そのガラス組成物は、約８１０℃以下の軟化点を有する。そのガラス組成物は、約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有する。

【実施例】

【0074】

ここに記載したガラス組成物の実施の形態を、以下の実施例によりさらに明らかにする。

【0075】

下記の表１〜６に列挙されたバッチ組成物にしたがって、複数の例示のガラス組成物を調製した。酸化物構成成分のバッチを混合し、溶融し、ガラスに形成した。ガラス組成物の性質（すなわち、軟化点、ＨＴ ＣＴＥなど）を測定し、その結果が表１〜６に報告されている。比較例（すなわち、本発明ではない実施例）には、実施例の特定において「Ｃ」が前についている。

【0076】

ここで、表１を参照すると、軟化点およびＨＴ ＣＴＥに対する、Ｎａ₂ＯのＬｉ₂Ｏによる置換の影響を調査するために、７つの例示の低ホウ素ガラス組成物を調製した。図２は、Ｎａ₂ＯをＬｉ₂Ｏで置換したときのＬｉ₂Ｏの濃度の関数（ｘ軸）としての軟化点（ｙ軸）をグラフで示している。図３は、Ｎａ₂ＯをＬｉ₂Ｏで置換したときのＬｉ₂Ｏの濃度の関数（ｘ軸）としてのＨＴ ＣＴＥ（ｙ軸）をグラフで示している。

【0077】

表１のデータ並びに図２および３により示されるように、Ｎａ₂ＯをＬｉ₂Ｏで部分的に置換すると、ガラス組成物の軟化点が漸進的に低下した。具体的には、Ｎａ₂Ｏを９モル％のＬｉ₂Ｏで置換すると、軟化点が最大で７０℃減少した。また、Ｎａ₂ＯをＬｉ₂Ｏで置換すると、ＨＴ ＣＴＥがわずかに上昇した（１〜３モル％の置換について、２４×１０^-6／℃から２５．５×１０^-6／℃）。しかしながら、置換後でさえ、これらの組成物のＨＴ ＣＴＥ値は、２７×１０^-6／℃未満であった。さらに、図３にグラフで示されるように、表１からのデータにより、ＨＴ ＣＴＥの上昇は、上昇する濃度のＬｉ₂Ｏについて、横ばい状態になることが示されている。

【0078】

【表1】

【0079】

ここで、表２を参照すると、軟化点およびＨＴ ＣＴＥに対する、Ｎａ₂ＯおよびＮａ₂Ｏ＋Ｋ₂ＯのＬｉ₂Ｏによる置換の影響を調査するために、８つの例示の低ホウ素ガラス組成物を調製した。図４は、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂ＯをＬｉ₂Ｏで置換したときのＬｉ₂Ｏの濃度の関数（ｘ軸）としての軟化点（ｙ軸）をグラフで示している。図５は、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂ＯをＬｉ₂Ｏで置換したときのＬｉ₂Ｏの濃度の関数（ｘ軸）としてのＨＴ ＣＴＥ（ｙ軸）をグラフで示している。

【0080】

表２のデータ並びに図４および５により示されるように、Ｎａ₂ＯまたはＮａ₂Ｏ＋Ｋ₂ＯをＬｉ₂Ｏで部分的に置換すると、ガラス組成物の軟化点が漸進的に低下した。具体的には、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏを５モル％のＬｉ₂Ｏで置換すると、軟化点が最大で９０℃減少した。また、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂ＯをＬｉ₂Ｏで置換すると、ＨＴ ＣＴＥがわずかに上昇した。しかしながら、置換後でさえ、これらの組成物のＨＴ ＣＴＥ値は、２７×１０^-6／℃未満であった。表２のガラス組成物に関するように、ＨＴ ＣＴＥの横ばい状態は観察されなかった。

【0081】

【表2】

【0082】

表３は、様々な異なるイオン交換処理条件に関する、表２に列挙された例示のガラス組成物のいくつかについてのイオン交換後の性質（圧縮応力およびＤＯＬ）を含んでいる。イオン交換条件は、様々な温度および浸漬時間での１００％のＫＮＯ₃中の１回のイオン交換処理、並びに混合浴（例えば、９０％のＫＮＯ₃−１０％のＮａＮＯ₃）と、その後の１００％のＫＮＯ₃の第二浴中での浸漬を含む二段階処理を含んだ。表３に示されている圧縮応力およびＤＯＬは、ＦＳＭ装置により得られた測定値であり、圧縮応力値は、測定した応力光学係数（ＳＯＣ）に基づいている。図６は、様々なＬｉ₂Ｏ濃度（すなわち、１．０モル％、３．５モル％、および４．９と５．０モル％（集合的に））に関する圧縮応力（ｙ軸）およびＤＯＬ（ｘ軸）をグラフで示している。図６に示されるように、４０μｍのＤＯＬが、１％と３．５％のＬｉ₂Ｏ濃度で達成できるが、それより多い濃度では達成できず、それにより、少なくともＮａのＬｉによる置換について、所望のＤＯＬを達成しつつ、ガラスに導入できるＬｉ₂Ｏの量には有効上限があるであろうことが示される。

【0083】

【表3】

【0084】

ここで表４を参照すると、表４は、低ホウ素ガラス組成物のいくつかの本発明の実施例と比較例の、組成データ、並びに対応する軟化点、ＨＴ ＣＴＥ、およびイオン交換特徴を含んでいる。

【0085】

【表4-1】

【0086】

【表4-2】

【0087】

ここで表５を参照すると、ジルコニアを含有する一連の低ホウ素ガラス組成物も形成された。これらのガラス組成物の軟化点は８００℃未満であり、ＨＴ ＣＴＥは２７×１０^-6／℃未満であった。１５時間に亘る４４０℃での１００％のＫＮＯ₃の塩浴中のイオン交換後、ガラス組成物は７００ＭＰａ超の圧縮応力および４０μｍの層の深さを有した。

【0088】

【表5】

【0089】

表６を参照すると、２つの本発明の組成物（２９および３０）に、ガラス組成物がフュージョン成形法に使用するのに適しているかの判定および追加の特徴付けを行った。表６は、本発明の組成物の組成と性質、並びにフュージョン成形法に使用するのに適したイオン交換可能なガラス組成物の２つの比較例を含んでいる。本発明の低ホウ素ガラス組成物は、比較のガラス組成物の軟化点より約４０℃低い軟化点を有した。さらに、低ホウ素ガラス組成物のＨＴ ＣＴＥ値は、比較のガラス組成物のＨＴ ＣＴＥ値に匹敵するか、またはそれ未満である。本発明の低ホウ素ガラス組成物は、比較のガラス組成物と同様のイオン交換特性、並びに高温粘度、液相線温度、液相線粘度およびジルコン・ブレイクダウン温度を有し、本発明の低ホウ素ガラス組成物がフュージョン成形法に使用するのに適しているであろうことを示している。

【0090】

【表6】

【0091】

ここで表７を参照すると、表７は、本発明と比較の高ホウ素ガラス組成物に関する、組成データおよび対応する軟化点とＨＴ ＣＴＥを含んでいる。表７に示されるように、本発明のガラス組成物は、一般に、約５モル％超の、示された実施例においては、約１０モル％までのＢ₂Ｏ₃を有する。しかしながら、表７に示された本発明の高ホウ素ガラス組成物について、比Ｒ₂Ｏ：Ａｌ₂Ｏ₃は、一般に、約０．９以上つ約１．１５以下である。

【0092】

比較例Ｃ８は、Ｌｉ₂Ｏを含んでおらず、その結果、このガラスの軟化点は、本発明の高ホウ素ガラス組成物よりも高く、ガラス組成物中にＬｉ₂Ｏを有する必要性を示している。

【0093】

【表7】

【0094】

ここで表８を参照すると、不透明の黒色ガラスを生成するために、色修正成分ＴｉＯ₂およびＦｅ₂Ｏ₃を含有する５つのガラス組成物を配合した。本発明の組成物３８〜４１は、表７からの組成物３１に基づき、本発明の組成物４２は、表７の組成物３４に基づいている。各ガラス組成物のアルカリ対アルミナ比は、１．１５未満かつ１．０超であった。０．８ｍｍの厚さを有する板サンプルを製造し、測定した。組成物３９〜４２の各々は、約８１０℃未満の軟化点を示し、組成物３８は、装置の測定誤差（±５℃）を考えると約８１０℃である、約８１４℃の軟化点を有する。組成物３８および４１〜４２は、約２７×１０^-6／℃以下のＨＴ ＣＴＥも示した（組成物３９および４０のＨＴ ＣＴＥは測定しなかった）。各サンプルを２時間に亘り５７０℃で焼き鈍し、室温まで冷却し、４時間に亘り６４０℃で熱処理して、黒色を生じた。サンプルの不透明度は、板の表面に光源を照らし、その光が板の外面を透過したかを定性的に判定することによって定性的に評価した。表８に示されるように、全てのサンプルは、この定性評価に基づいて不透明に見えた。その上、Ｘ−Ｒｉｔｅ ＣＩ７ Ｓｐｅｃｔｒｏ−Ｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒを使用して、組成物３８、４１および４２について、Ｌ、ａ^*、ｂ^*座標を決定した。組成物４１および４２のサンプルも、１５時間に亘り４３０℃で１００％のＫＮＯ₃の塩浴中でイオン交換した。各サンプルにおけるカリウム拡散の結果として得られた層の深さは３０μｍ超であると判定された。

【0095】

【表8】

【0096】

ここで表９を参照すると、黒色ガラスの形成へのアルカリ（Ｒ₂Ｏ）対アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の影響を評価するために、一連のガラス組成物を配合した。表９に示されるように、Ｒ₂Ｏ：Ａｌ₂Ｏ₃比を増加させて、６つのガラス組成物を配合した。それらのガラス組成物を０．８ｍｍのガラス板に成形し、２時間に亘り５７０℃で焼き鈍し、室温に冷却し、４時間に亘り６４０℃で熱処理した。比較組成物Ｃ９およびＣ１０では、上述した定性評価を使用して、不透明ガラスにはならなかった。さらに、これらのサンプルの軟化点は８１０℃よりずっと高かった。比較組成物Ｃ１２では、上述した定性評価を使用して、不透明ガラスにはならず、そのサンプルのＨＴ ＣＴＥは２７×１０^-6／℃より大きかった。本発明の組成物４３および４４は両方とも、上述した定性評価を使用して、不透明ガラスを生成し、両方とも、２７×１０^-6／℃未満のＨＴ ＣＴＥを有した。本発明の組成物４３の軟化点は８１２℃であった。これは、装置の測定誤差（±５℃）を考えると、約８１０℃である。

【0097】

【表9】

【0098】

ここで表１０を参照すると、表８の組成物４１から形成したガラス板を調製し、異なる条件下で熱処理した。これらのサンプルのいくつかをイオン交換して、色修正成分を含有するガラス組成物から形成したガラスを強化する恩恵を評価した。詳しくは、本発明の組成物４１から形成し、０．８３ｍｍの厚さを有する第一組の１７枚の板を２時間に亘り５７０℃で焼き鈍した。本発明の組成物４１から形成し、０．８３ｍｍの厚さを有する第二組の１７枚の板を、２時間に亘り５７０℃で焼き鈍し、室温まで冷却し、次いで、１５時間に亘り４４０℃で１００％のＫＮＯ₃の塩浴中においてイオン交換した。本発明の組成物４１から形成し、０．８０ｍｍの厚さを有する第三組の１２枚の板を、２時間に亘り５７０℃で焼き鈍し、室温まで冷却し、次いで、４時間に亘り６４０℃で熱処理した。本発明の組成物４１から形成し、０．８０ｍｍの厚さを有する第四組の１５枚の板を、２時間に亘り５７０℃で焼き鈍し、室温まで冷却し、４時間に亘り６４０℃で熱処理し、次いで、１５時間に亘り４４０℃で１００％のＫＮＯ₃の塩浴中においてイオン交換した。板への深さの関数としての１枚の板についてのナトリウムとカリウムのイオン濃度が、図７にグラフで示されており、イオン交換により生じた層の深さが約３０μｍであったことを示している。板の各々は、イオン交換により達成された強化の程度を評価するために、ＡＳＴＭ基準Ｃ１４９９にしたがうリング・オン・リング試験プロトコルを使用して、未研磨状態で試験した。比較目的のために、同じ試験プロトコルにしたがって、コーニングガラスコード２３１８（商標名Ｇｏｒｉｌｌａ Ｇｌａｓｓ（商標）でコーニング社(Corning Inc.)により販売されているイオン交換により強化されたホウケイ酸ガラス）から形成された１５枚のガラス板を試験した。各組のガラス板についてのワイブル分布を構成し、特徴強度およびワイブル係数を決定した。

【0099】

表１０に示されるように、本発明のガラス組成物４１は、焼き鈍し条件と、焼き鈍し、熱処理した条件の両方でのイオン交換後に、著しい強度の増加を示した。これにより、コーニングガラスコード２３１８のものと類似の強化の程度がもたらされた。

【0100】

【表10】

【0101】

今では、ここに記載したガラス組成物は、ガラス組成物を３Ｄ成形ガラス物品に成形するための高温成形法と併せて使用するのに適していることが理解されるはずである。詳しくは、ここに記載したガラス組成物の比較的低い軟化点（すなわち、約８１０℃以下の軟化点）は、高温成形中の型とガラス組成物との間の相互作用を減少させ、それによって、ガラス組成物の成形性を改善し、また対応する型の有効寿命を増加させる。

【0102】

さらに、ここに記載したガラス組成物は、ガラス転移温度より高い温度で比較的低い高温熱膨張係数（すなわち、約２７×１０^-6／℃以下のＨＴ ＣＴＥ）も示す。この比較的低いＨＴ ＣＴＥにより、ガラス組成物に、高温成形法後のガラス組成物の良好な寸法制御が与えられる。

【0103】

ここに記載したガラスは比較的低い軟化点および比較的低いＨＴ ＣＴＥを有する一方で、そのガラス組成物はイオン交換可能でもある。例えば、ここに記載したガラス組成物をイオン交換して、約１５時間以下に亘る約４１０℃でのＫＮＯ₃を含む塩浴中での浸漬後に約２５μｍ以上の層の深さおよび約６５０ＭＰａの圧縮応力を達成することがある。

【0104】

さらに、ここに記載したガラス組成物は、そのガラス組成物がフュージョンドロー法に適合し、容易に溶融されるように、約１６２０℃で約２００ポアズ未満の粘度および液相線粘度を有する。

【0105】

今では、ガラス物品およびガラス組成物のいくつかの態様がここに開示されているのが理解されよう。第１の態様において、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏを含むガラス物品は、約８１０℃以下の軟化点；約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥ；並びに約１５時間以下に亘る約３９０℃から約４５０℃の温度範囲でのＫＮＯ₃を含む塩浴中におけるイオン交換後の、約６００ＭＰａ以上の圧縮応力および約２５μｍ以上の層の深さを有する。

【0106】

第２の態様において、第１の態様のガラス物品は、Ｌが約０から約５．０であり、ａ^*が約−２．０から約２．０であり、ｂ^*が約０から約−５．０である、Ｌ、ａ^*、ｂ^*色座標を有する。

【0107】

第３の態様において、第１または第２の態様のガラス物品は、約３５０ｎｍから約７５０ｎｍの波長範囲に亘り約８０％以上の不透明度を有する。

【0108】

第４の態様において、第１から第３の態様のいずれかのガラス物品は、約６５モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂、約７モル％から約１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約１モル％から約９モル％のＬｉ₂Ｏ、約６モル％から約１６モル％のＮａ₂Ｏ、約０モル％から約５モル％のＫ₂Ｏ、約０．８から約１０モル％の二価酸化物、および約０．５モル％未満のＢ₂Ｏ₃を含み、その二価酸化物は、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方を含み、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および二価酸化物の濃度（モル％）の合計は、１０モル％超である。

【0109】

第５の態様において、第４の態様のガラス物品は、約０．５モル％から約２モル％のＺｒＯ₂をさらに含む。

【0110】

第６の態様において、第４または第５の態様のガラス物品は、約０モル％から約３モル％のＰ₂Ｏ₅を含む。

【0111】

第７の態様において、第４から第６の態様のいずれかのガラス物品は、ＺｒＯ₂を実質的に含まない。

【0112】

第８の態様において、第７の態様のガラス物品は、約６５．８モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂を含む。

【0113】

第９の態様において、第１から第３の態様のいずれかのガラス物品は、約５５モル％から約６８モル％のＳｉＯ₂、約９モル％から約１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約４．５モル％から約１２モル％のＢ₂Ｏ₃、約１モル％から約７モル％のＬｉ₂Ｏ、約３モル％から約１２モル％のＮａ₂Ｏ、および約０モル％から約３モル％のＫ₂Ｏを含む。この第９の態様において、Ｒ₂Ｏは、Ｌｉ₂Ｏの濃度、Ｎａ₂Ｏの濃度、およびＫ₂Ｏの濃度の合計であり、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比は、約１．１５以下である。

【0114】

第１０の態様は、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比が約１．０２以上である、第９の態様のガラス物品を含む。

【0115】

第１１の態様において、第９または第１０の態様のいずれかのガラス物品は、ＴｉＯ₂およびＦｅ₂Ｏ₃をさらに含む。

【0116】

第１２の態様は、ＴｉＯ₂（モル％）に対するＦｅ₂Ｏ₃（モル％）の比が、約０．５２以上かつ約１．２２以下である、第１１の態様のガラス物品を含む。

【0117】

第１３の態様において、ガラス組成物は、約６５．８モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂、約７モル％から約１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約１モル％から約９モル％のＬｉ₂Ｏ、約６モル％から約１６モル％のＮａ₂Ｏ、約０．８から１０モル％の二価酸化物、および約０．５モル％未満のＢ₂Ｏ₃を含み、その二価酸化物は、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方である。Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および二価酸化物の濃度（モル％）の合計は、約１０モル％超である。そのガラス組成物は、約８１０℃以下の軟化点を有する。そのガラス組成物は、約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥも有する。このガラス組成物は、ＺｒＯ₂を実質的に含まないことがある。

【0118】

第１４の態様は、前記ガラス組成物がＢ₂Ｏ₃を実質的に含まない、第１３の態様のガラス組成物を含む。

【0119】

第１５の態様において、第１３から第１４の態様のいずれかのガラス組成物は、約２５１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有する。

【0120】

第１６の態様において、第１３から第１４の態様のいずれかのガラス組成物は、約０モル％から約７モル％のＭｇＯ、約０モル％から約１モル％のＣａＯ、および約０モル％から約６モル％のＺｎＯをさらに含む。

【0121】

第１７の態様において、第１６の態様のガラス組成物は、約３モル％以上かつ約５モル％以下のＭｇＯ濃度を有する。

【0122】

第１８の態様において、第１３から第１７の態様のいずれかのガラス組成物は、約６８モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂濃度を含む。

【0123】

第１９の態様において、ガラス組成物は、約５５モル％から約６８モル％のＳｉＯ₂、約９モル％から約１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約４．５モル％から約１２モル％のＢ₂Ｏ₃、約１モル％から約７モル％のＬｉ₂Ｏ、約３モル％から約１２モル％のＮａ₂Ｏ、および約０モル％から約３モル％のＫ₂Ｏを含む。この態様において、Ｒ₂Ｏは、Ｌｉ₂Ｏの濃度、Ｎａ₂Ｏの濃度、およびＫ₂Ｏの濃度の合計であり、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比は、約１．１５以下である。そのガラス組成物は、約８１０℃以下の軟化点を有することがある。そのガラス組成物は、約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥも有することがある。

【0124】

第２０の態様は、軟化点が約８００℃以下である、第１９の態様のガラス組成物を含む。

【0125】

第２１の態様は、高温ＣＴＥが約２５×１０^-6／℃以下である、第１９から第２０の態様のいずれかのガラス組成物を含む。

【0126】

第２２の態様は、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度に対するＲ₂Ｏの比が約１．０２以上であり、そのガラス組成物がＴｉＯ₂およびＦｅ₂Ｏ₃をさらに含む、第１９から第２０の態様のいずれかのガラス組成物を含む。

【0127】

第２３の態様は、ＴｉＯ₂（モル％）に対するＦｅ₂Ｏ₃（モル％）の比が、約０．５２以上かつ約１．２２以下である、第１９から第２２の態様のいずれかのガラス組成物を含む。

【0128】

第２４の態様は、そのガラス組成物が、約０モル％から約５モル％のＭｇＯ、約０モル％から約５モル％のＺｎＯ、および約０モル％から約２モル％のＣａＯをさらに含む、第１９から第２３の態様のいずれかのガラス組成物を含む。

【0129】

第２５の態様は、Ｂ₂Ｏ₃の濃度が７モル％以上かつ１２モル％以下である、第１９から第２４の態様のいずれかのガラス組成物を含む。

【0130】

第２６の態様は、そのガラス組成物が約０モル％から約３モル％のＰ₂Ｏ₅を含む、第１９から第２５の態様のいずれかのガラス組成物を含む。

【0131】

第２７の態様は、約６５モル％から約７１モル％のＳｉＯ₂、約７モル％から約１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約１モル％から約９モル％のＬｉ₂Ｏ、約６モル％から約１６モル％のＮａ₂Ｏ、約０モル％から約５モル％のＫ₂Ｏ、約０．８から約１０モル％の二価酸化物、約０モル％から約３モル％のＰ₂Ｏ₅、約０．５モル％から約２モル％のＺｒＯ₂、および約０．５モル％未満のＢ₂Ｏ₃を含み、その二価酸化物がＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも一方を含む、ガラス組成物を含む。この態様において、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度（モル％）および二価酸化物の濃度（モル％）の合計は、約１０モル％超である。そのガラス組成物は、約８１０℃以下の軟化点を有することがある。そのガラス組成物は、約２７×１０^-6／℃以下の高温ＣＴＥを有することがある。

【0132】

請求項に記載された主題の精神および範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に様々な改変および変更を行えることが当業者には明白であろう。それゆえ、この明細書は、そのような改変および変更が、付随の特許請求の範囲およびその同等物の範囲に入るという条件で、ここに記載した様々な実施の形態の改変および変更を対象とすることが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】