(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-31
(54)【発明の名称】破壊靱性が高いイオン交換可能なガラス
(51)【国際特許分類】
C03C 3/085 20060101AFI20241024BHJP
C03C 21/00 20060101ALI20241024BHJP
【ＦＩ】
C03C3/085
C03C21/00 101
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024525423
(86)(22)【出願日】2022-10-25
(85)【翻訳文提出日】2024-06-25
(86)【国際出願番号】 US2022047707
(87)【国際公開番号】W WO2023076253
(87)【国際公開日】2023-05-04
(31)【優先権主張番号】63/271,813
(32)【優先日】2021-10-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】100175042
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 秀明
(74)【代理人】
【識別番号】100224775
【弁理士】
【氏名又は名称】南 毅
(72)【発明者】
【氏名】ビール，ジョージ ホールジー
(72)【発明者】
【氏名】フゥ，チアン
(72)【発明者】
【氏名】グオ，シアオジュー
(72)【発明者】
【氏名】レッツィ，ピーター ジョゼフ
(72)【発明者】
【氏名】リアオ，ジーハオ
(72)【発明者】
【氏名】オラム，パスカル
(72)【発明者】
【氏名】スピアー，チャリシー メアリー
(72)【発明者】
【氏名】ホイッティア，アラナ マリー
【テーマコード（参考）】
4G059
4G062
【Ｆターム（参考）】
4G059AA01
4G059AC16
4G059HB03
4G059HB13
4G059HB14
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4G062AA01
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4G062JJ01
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4G062KK01
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4G062KK05
4G062KK07
4G062KK10
4G062MM12
4G062NN33
(57)【要約】
実施の形態において、ガラスは、４５モル％から７０モル％のＳｉＯ２、１１．５モル％から２５モル％のＡｌ２Ｏ３、２モル％から２０モル％のＬｉ２Ｏ、０モル％超から１０モル％のＮａ２Ｏ、９モル％から１９モル％のＭｇＯ、０モル％超から４モル％のＺｒＯ２、および０モル％から０．５モル％のＴｉＯ２を含む。他の実施の形態において、ガラスは、４５モル％から７０モル％のＳｉＯ２、４モル％から２５モル％のＡｌ２Ｏ３、５モル％から２０モル％のＬｉ２Ｏ、０．１モル％から１０モル％のＮａ２Ｏ、６モル％から２５モル％のＭｇＯ、０．１モル％から４モル％のＺｒＯ２、０．１モル％から５モル％のＫ２Ｏ、および０．０５モル％から０．５モル％のＳｎＯ２を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガラスであって、４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、
４モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
５モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、
０．１モル％以上から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、
６モル％以上から２５モル％以下のＭｇＯ、
０．１モル％以上から４モル％以下のＺｒＯ２、
０．１モル％以上から５モル％以下のＫ２Ｏ、および
０．０５モル％以上から０．５モル％以下のＳｎＯ２、
を含むガラス。
【請求項2】
５１モル％以上から６５モル％以下のＳｉＯ２、を含む、請求項１記載のガラス。
【請求項3】
１２．０モル％以上から１９モル％以下のＡｌ２Ｏ３、を含む、請求項１または２記載のガラス。
【請求項4】
３モル％以上から１２モル％以下のＬｉ２Ｏ、を含む、請求項１または２記載のガラス。
【請求項5】
０．２５モル％以上から６モル％以下のＮａ２Ｏ、を含む、請求項１または２記載のガラス。
【請求項6】
ガラス系物品であって、前記ガラス系物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層、
中央張力領域、および
４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、
４モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
５モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、
０．１モル％以上から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、
６モル％以上から２５モル％以下のＭｇＯ、
０．１モル％以上から４モル％以下のＺｒＯ２、
０．１モル％以上から５モル％以下のＫ２Ｏ、および
０．０５モル％以上から０．５モル％以下のＳｎＯ２、
を含む前記ガラス系物品の中心での組成、
を有するガラス系物品。
【請求項7】
前記圧縮応力層が、４００ＭＰａ以上から２０００ＭＰａ以下の圧縮応力を有する、請求項６記載のガラス系物品。
【請求項8】
前記中央張力領域が、３０ＭＰａ以上から３００ＭＰａ以下の最大中央張力を有する、請求項６または７記載のガラス系物品。
【請求項9】
前記圧縮深さが０．１５ｔ以上から０．２５ｔ以下であり、ｔは前記ガラス系物品の厚さである、請求項６または７記載のガラス系物品。
【請求項10】
前記圧縮応力層が、前記ガラス系物品の表面から圧縮応力スパイク深さまで延在する圧縮応力スパイクを有し、該圧縮応力スパイク深さが３μｍ以上から１０μｍ以下である、請求項６または７記載のガラス系物品。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【0001】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０２１年１０月２６日に出願された米国仮特許出願第６３／２７１８１３号の優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【0002】
本明細書は、広く、電子機器用のカバーガラスに使用するのに適したガラス組成物に関する。より詳しくは、本明細書は、電子機器用のカバーガラスに形成できるイオン交換可能なガラスに関する。
【背景技術】
【0003】
スマートフォン、タブレット、携帯型メディアプレーヤー、パーソナルコンピュータ、およびカメラなどの携帯型機器の持ち運ばれる性質上、これらの機器は、地面などの硬質表面に偶発的に落下する状況に特になりやすい。これらの機器には、典型的に、カバーガラスが組み込まれ、このカバーガラスは硬質表面と衝突した際に損傷を受けることがある。これらの機器の多くで、カバーガラスは、ディスプレイ用カバーの機能を果たし、タッチ機能性を備えることがあり、よって、カバーガラスが損傷したときに、機器の使用が悪影響を受ける。
【0004】
関連する携帯型機器が硬質表面上に落とされたときのカバーガラスには、主要な破壊モードが２つある。これらのモードの内の一方は曲げ破壊であり、これは、機器が硬質表面との衝突による動荷重に曝されたときのガラスの曲げにより生じる。他方のモードは鋭い接触による破壊であり、これは、ガラス表面への損傷の導入により生じる。ガラスがアスファルト、花崗岩などのざらざらした硬質表面と衝突すると、ガラス表面に鋭い圧痕が生じ得る。これらの圧痕は、亀裂がそこから発生し、伝搬することのあるガラス表面の破損部位となる。
【0005】
ガラスは、ガラス表面に圧縮応力を誘発させる工程を含むイオン交換技術によって、曲げ破壊に対する耐性を向上させることができる。しかしながら、イオン交換されたガラスは、鋭い接触によるガラスの局所的な圧痕によって生じる高い応力集中のために、動的な鋭い接触に対してまだ脆弱である。
【0006】
ガラス製造業者および手持ち式機器の製造業者は、手持ち式機器の鋭い接触による破壊に対する抵抗性を改善することに継続して取り組んできた。解決策としては、カバーガラス上のコーティングから、機器が硬質表面に落下した際にカバーガラスが直接硬質表面と衝突するのを防ぐベゼルまで、様々なものがある。しかしながら、審美的要件や機能的要件の制約のために、カバーガラスが硬質表面に衝突するのを完全に防ぐことは非常に難しい。
【0007】
また、携帯型機器ができるだけ薄いことも望ましい。したがって、強度に加え、携帯型機器におけるカバーガラスとして使用すべきガラスをできるだけ薄く製造することも望ましい。それゆえ、カバーガラスの強度を増強させることに加え、ガラスが、薄いガラスシートなどの薄いガラス系物品の製造を可能にする過程によって成形できるようにする機械的特性を有することも望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
したがって、イオン交換などによって、強化することができ、薄いガラス系物品として成形できるようにする機械的性質を有するガラスが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
態様（１）によれば、ガラスが提供される。このガラスは、４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、１１．５モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、２モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、０モル％超から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、９モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯ、０モル％超から４モル％以下のＺｒＯ２、および０モル％以上から０．５モル％以下のＴｉＯ２を含む。
【0010】
態様（２）によれば、ガラスが提供される。このガラスは、４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、４モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、５モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、０．１モル％以上から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、６モル％以上から２５モル％以下のＭｇＯ、０．１モル％以上から４モル％以下のＺｒＯ２、０．１モル％以上から５モル％以下のＫ２Ｏ、および０．０５モル％以上から０．５モル％以下のＳｎＯ２を含む。
【0011】
態様（３）によれば、５１モル％以上から６５モル％以下のＳｉＯ２を含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0012】
態様（４）によれば、１２．０モル％以上から１９モル％以下のＡｌ２Ｏ３を含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0013】
態様（５）によれば、３モル％以上から１２モル％以下のＬｉ２Ｏを含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0014】
態様（６）によれば、０．２５モル％以上から６モル％以下のＮａ２Ｏを含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0015】
態様（７）によれば、１０モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯを含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0016】
態様（８）によれば、０．２５モル％以上から２モル％以下のＺｒＯ２を含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0017】
態様（９）によれば、ガラスがＴｉＯ２を実質的に含まない、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0018】
態様（１０）によれば、０モル％以上から１０モル％以下のＢ２Ｏ３を含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0019】
態様（１１）によれば、０モル％以上から６モル％以下のＢ２Ｏ３を含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0020】
態様（１２）によれば、ガラスがＢ２Ｏ３を実質的に含まない、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0021】
態様（１３）によれば、０モル％以上から４モル％以下のＰ２Ｏ５を含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0022】
態様（１４）によれば、０モル％以上から３モル％以下のＰ２Ｏ５を含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0023】
態様（１５）によれば、ガラスがＰ２Ｏ５を実質的に含まない、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0024】
態様（１６）によれば、０モル％以上から３モル％以下のＫ２Ｏを含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0025】
態様（１７）によれば、ガラスがＫ２Ｏを実質的に含まない、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0026】
態様（１８）によれば、０モル％以上から３モル％以下のＣａＯを含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0027】
態様（１９）によれば、ガラスがＣａＯを実質的に含まない、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0028】
態様（２０）によれば、０モル％以上から３モル％以下のＳｒＯを含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0029】
態様（２１）によれば、ガラスがＳｒＯを実質的に含まない、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0030】
態様（２２）によれば、０モル％以上から５モル％以下のＺｎＯを含む、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0031】
態様（２３）によれば、ガラスがＺｎＯを実質的に含まない、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0032】
態様（２４）によれば、ガラスが、０．８ＭＰａ・ｍ０．５以上から１．０ＭＰａ・Ｍ０．５以下の破壊靱性ＫＩＣを有する、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0033】
態様（２５）によれば、ガラスが、８０ＧＰａ以上から１００ＧＰａ以下のヤング率を有する、先の態様のいずれかのガラスが提供される。
【0034】
態様（２６）によれば、方法が提供される。その方法は、ガラス系基板を溶融塩浴中でイオン交換して、ガラス系物品を形成する工程を含み、そのガラス系物品は、ガラス系物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層を含み、そのガラス系物品は中央張力領域を含み、そのガラス系基板は、先の態様のいずれかのガラスから作られている。
【0035】
態様（２７）によれば、溶融塩浴がＮａＮＯ３を含む、態様（２６）の方法が提供される。
【0036】
態様（２８）によれば、溶融塩浴がＫＮＯ３を含む、態様（２６）から直前の態様のいずれかの方法が提供される。
【0037】
態様（２９）によれば、溶融塩浴が、４００℃以上から５５０℃以下の温度である、態様（２６）から直前の態様のいずれかの方法が提供される。
【0038】
態様（３０）によれば、イオン交換が、０．５時間以上から４８時間以下の期間に及ぶ、態様（２６）から直前の態様のいずれかの方法が提供される。
【0039】
態様（３１）によれば、ガラス系物品を第２の溶融塩浴中でイオン交換する工程をさらに含む、態様（２６）から直前の態様のいずれかの方法が提供される。
【0040】
態様（３２）によれば、第２の溶融塩浴がＫＮＯ３を含む、直前の態様の方法が提供される。
【0041】
態様（３３）によれば、ガラス系物品が提供される。そのガラス系物品は、ガラス系物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層；中央張力領域；および４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、１１．５モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、２モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、０モル％超から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、９モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯ、０モル％超から４モル％以下のＺｒＯ２、および０モル％以上から０．５モル％以下のＴｉＯ２を含むガラス系物品の中心での組成を有する。
【0042】
態様（３４）によれば、ガラス系物品が提供される。そのガラス系物品は、ガラス系物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層；中央張力領域；および４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、４モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、５モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、０．１モル％以上から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、６モル％以上から２５モル％以下のＭｇＯ、０．１モル％以上から４モル％以下のＺｒＯ２、０．１モル％以上から５モル％以下のＫ２Ｏ、および０．０５モル％以上から０．５モル％以下のＳｎＯ２を含むガラス系物品の中心での組成を有する。
【0043】
態様（３５）によれば、圧縮応力層が、４００ＭＰａ以上から２０００ＭＰａ以下の圧縮応力を有する、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0044】
態様（３６）によれば、中央張力領域が、３０ＭＰａ以上から３００ＭＰａ以下の最大中央張力を有する、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0045】
態様（３７）によれば、圧縮深さが０．１５ｔ以上から０．２５ｔ以下であり、ｔはガラス系物品の厚さである、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0046】
態様（３８）によれば、圧縮応力層が、ガラス系物品の表面から圧縮応力スパイク深さまで延在する圧縮応力スパイクを有し、圧縮応力スパイク深さが３μｍ以上から１０μｍ以下である、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0047】
態様（３９）によれば、ガラス系物品が、０．２ｍｍ以上から２ｍｍ以下の厚さｔを有する、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0048】
態様（４０）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、５１モル％以上から６５モル％以下のＳｉＯ２を含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0049】
態様（４１）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、１２．０モル％以上から１９モル％以下のＡｌ２Ｏ３を含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0050】
態様（４２）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、３モル％以上から１２モル％以下のＬｉ２Ｏを含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0051】
態様（４３）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、０．２５モル％以上から６モル％以下のＮａ２Ｏを含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0052】
態様（４４）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、１０モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯを含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0053】
態様（４５）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、０．２５モル％以上から２モル％以下のＺｒＯ２を含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0054】
態様（４６）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、ＴｉＯ２を実質的に含まない、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0055】
態様（４７）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、０モル％以上から１０モル％以下のＢ２Ｏ３を含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0056】
態様（４８）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、０モル％以上から６モル％以下のＢ２Ｏ３を含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0057】
態様（４９）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、Ｂ２Ｏ３を実質的に含まない、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0058】
態様（５０）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、０モル％以上から４モル％以下のＰ２Ｏ５を含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0059】
態様（５１）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、０モル％以上から３モル％以下のＰ２Ｏ５を含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0060】
態様（５２）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、Ｐ２Ｏ５を実質的に含まない、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0061】
態様（５３）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、０モル％以上から３モル％以下のＫ２Ｏを含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0062】
態様（５４）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、Ｋ２Ｏを実質的に含まない、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0063】
態様（５５）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、０モル％以上から３モル％以下のＣａＯを含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0064】
態様（５６）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、ＣａＯを実質的に含まない、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0065】
態様（５７）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、０モル％以上から３モル％以下のＳｒＯを含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0066】
態様（５８）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、ＳｒＯを実質的に含まない、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0067】
態様（５９）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、０モル％以上から５モル％以下のＺｎＯを含む、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0068】
態様（６０）によれば、ガラス系物品の中心での組成が、ＺｎＯを実質的に含まない、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0069】
態様（６１）によれば、ガラス系物品の中心での組成と同じ組成および微細構造を有するガラスが、０．８ＭＰａ・ｍ０．５以上から１．０ＭＰａ・Ｍ０．５以下の破壊靱性ＫＩＣを有する、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0070】
態様（６２）によれば、ガラス系物品の中心での組成と同じ組成および微細構造を有するガラスが、８０ＧＰａ以上から１００ＧＰａ以下のヤング率を有する、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品が提供される。
【0071】
態様（６３）によれば、消費者向け電気製品が提供される。その消費者向け電気製品は、前面、背面、および側面を有する筐体；少なくとも部分的に筐体内に設けられた電気部品であって、少なくとも制御装置、メモリ、および筐体の前面にまたはそれに隣接して設けられたディスプレイを含む電気部品；およびディスプレイを覆って配置されたカバー基板を備える。筐体およびカバー基板の少なくとも一方の少なくとも一部は、態様（３３）から直前の態様のいずれかのガラス系物品から作られている。
【0072】
追加の特徴および利点が、以下の詳細な説明に述べられており、一部には、その説明から当業者に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。
【0073】
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、請求項の主題の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する意図があることを理解すべきである。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。図面は、ここに記載された様々な実施の形態を示しており、説明と共に、請求項の主題の原理と作動を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【0074】
【図1】ここに記載され、開示された実施の形態による、圧縮応力領域を有するガラス系物品の断面の概略図
【図2A】ここに開示されたガラス系物品のいずれかを組み込んだ例示の電子機器の平面図
【図3】例示のイオン交換済みのガラス物品および比較のイオン交換済みのガラス物品の応力プロファイルを示すグラフ
【図4】例示のガラス物品および比較のガラス物品の残留強度をプロットしたグラフ
【図5】例示のガラス物品および比較のガラス物品の残留強度をプロットしたグラフ
【図6】衝撃物体との衝撃によりガラス物品に損傷を与える装置の概略図
【図7】破壊靱性ＫＩＣを決定するための二重片持ち梁（ＤＣＢ）手順に利用される試料およびその断面を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【0075】
ここで、様々な実施の形態による、リチウムアルミノケイ酸塩ガラスを詳しく参照する。リチウムアルミノケイ酸塩ガラスは良好なイオン交換可能性を有し、リチウムアルミノケイ酸塩ガラスにおいて高強度および高靭性の特性を達成するために、化学強化過程が使用されてきた。リチウムアルミノケイ酸塩ガラスは、ガラス品質の高い、高度にイオン交換なガラスである。ケイ酸塩ガラスの網状構造中にＡｌ２Ｏ３を置換すると、イオン交換中に一価陽イオンの相互拡散性が増す。溶融塩浴（例えば、ＫＮＯ３またはＮａＮＯ３）中の化学強化によって、強度が高く、靭性が高く、圧痕亀裂形成抵抗が高いガラスを得ることができる。化学強化によって得られる応力プロファイルは、ガラス系物品の落下性能、強度、靭性、および他の属性を向上させる様々な形状を有することがある。
【0076】
したがって、物理的性質、化学的耐久性、およびイオン交換可能性が良好なリチウムアルミノケイ酸塩ガラスが、カバーガラスとしての使途のために、注目されている。具体的に、より高い破壊靭性およびより高いヤング率を有するリチウム含有アルミノケイ酸塩ガラスが、ここに提供される。異なるイオン交換過程によって、より大きい中央張力（ＣＴ）、圧縮深さ（ＤＯＣ）、および高い圧縮応力（ＣＳ）を達成することができる。しかしながら、アルミノケイ酸塩ガラス中にリチウムを添加すると、ガラスの融点、軟化点、または液相粘度が低下することがある。
【0077】
ここに用いられているような「残留強度」という用語は、引張応力を与えるために物品が曲げられたときの、衝撃力による損傷導入後のガラス物品の強度を称する。損傷は、ここに引用される、米国特許出願公開第２０１９／００７２４６９Ａ１号明細書に記載された方法にしたがって導入される。例えば、ガラス物品に衝撃試験を行うための装置が、図６に参照番号１１００で示されている。装置１１００は、旋回軸１１０６に取り付けられた下げ振り(bob)１１０４を含む振り子１１０２を備える。ここに用いられているような、振り子上の「下げ振り」という用語は、アームから吊り下げられ、アームで旋回軸に接続された重りである。それゆえ、図示された下げ振り１１０４は、アーム１１０８で旋回軸１１０６に接続されている。下げ振り１１０４は、ガラス物品を収容するためのベース１１１０を備え、そのガラス物品はこのベースに固定されている。装置１１００は、平衡位置からゼロより大きい角度にある位置から下げ振り１１０４が解放されたときに、下げ振り１１０４の表面が衝撃物体１１４０と接触するように位置付けられた衝撃物体１１４０をさらに備える。この衝撃物体は、ガラス物品の外面と接触するように配置されるべき磨耗面を有する研磨シートを含む。この研磨シートは、研磨紙を含むことがあり、この研磨紙は、３０グリットから４００グリット、または１００グリットから３００グリットの範囲にある、例えば、１８０グリットのグリットサイズを有することがある。
【0078】
本開示の目的のために、衝撃物体は、前記装置に固定された８０グリット、１２０グリット、または１８０グリットの研磨紙の直径６ｍｍのディスクの形態にあった。約６００μｍの厚さを有するガラス物品を下げ振りに固定した。各衝撃毎に、新しい研磨紙ディスクを使用した。ガラス物品に対する損傷は、装置のアームの振りを約９０°の角度に引き上げて、約５００Ｎの衝撃力で与えた。各ガラス物品について、約１０個の試料に衝撃を与えた。
【0079】
損傷導入から１２時間以上経った後、ガラス物品を４点曲げ（４ＰＢ）で割った。損傷したガラス物品を、損傷した部位を下にして（すなわち、張力側）、荷重経路の間（荷重間隔）で、支持ロッド（支持間隔）上に置いた。本開示の目的のために、荷重間隔は１８ｍｍであり、支持間隔は３６ｍｍであった。荷重ロッドと支持ロッドの曲率半径は、３．２ｍｍであった。荷重は、ガラスが割れるまで、ネジ式試験装置（Ｉｎｓｔｒｏｎ（登録商標）、米国、マサチューセッツ州、ノーウッド）を使用して、５ｍｍ／分の一定の変位速度で行った。４ＰＢ試験は、２２℃±２℃の温度および５０％±５％のＲＨ（相対湿度）で行った。
【0080】
４点曲げ（４ＰＢ）において印加された破壊応力(The applied fracture stress (or the applied stress to failure))σａｐｐは、式：
【0081】
【数1】
【0082】
から計算した。式中、Ｐは最大破壊荷重であり、Ｌ（＝３６ｍｍ）は支持ロッド間の距離（支持間隔）であり、α（＝１８ｍｍ）は荷重ロッド間の距離（荷重間隔）であり、ｂはガラス板の幅であり、ｈはガラス板の厚さであり、νはガラス組成物のポアソン比である。式（１）の項（１／（１－ν２））は、板の補強効果を考慮するものである。４点曲げにおいて、応力は、荷重間隔下で一定であり、それゆえ、損傷部位は、モードＩの一軸引張応力荷重下にある。試験片の４点曲げ試験の応力速度は、毎秒１５ＭＰａから１７ＭＰａであると推測された。ガラス組成物の残留強度は、破損が生じない最高の印加破壊応力である。
【0083】
ここに用いられている「軟化点」という用語は、ガラス組成物の粘度が１×１０７．６ポアズである温度を称する。この軟化点は、ＡＳＴＭ Ｃ１３５１Ｍ－９６（２０１２）の平行板粘度法を使用して決定した。
【0084】
ここに用いられている「徐冷点」という用語は、ガラス組成物の粘度が１×１０１３ポアズである温度を称する。
【0085】
ここに用いられている「歪み点」という用語は、ガラス組成物の粘度が１×１０１４．６８ポアズである温度を称する。
【0086】
ここに用いられている「ＣＴＥ」という用語は、特に明記のない限り、約２０℃から約３００℃の温度範囲に亘るガラス組成物の平均熱膨張係数を称する。
【0087】
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、Ｌｉ２Ｏなど）の濃度は、特に明記のない限り、酸化物基準のモルパーセント（モル％）で与えられている。実施の形態によるアルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物の成分は、下記に個別に述べられている。ある成分の様々に列挙された範囲のどれも、どの他の成分の様々に列挙された範囲のどれと個別に組み合わされてもよいことを理解すべきである。ここに用いられているように、数字の末尾の０は、その数字の有効数字を表すためである。例えば、「１．０」は有効数字２桁であり、「１．００」は有効数字３桁である。
【0088】
ここに用いられているように、「ガラス基板」は、イオン交換されていないガラス片を称する。同様に、「ガラス物品」は、イオン交換されており、ガラス基板にイオン交換過程を施すことによって形成されたガラス片を称する。「ガラス系基板」および「ガラス系物品」は、それに基づいて定義され、ガラス基板とガラス物品並びに表面コーティングを備えたガラス基板など、ガラスから全体がまたは部分的に作られた基板と物品を含む。ガラス基板とガラス物品は、広く、便宜のために本明細書において称されることがあるが、ガラス基板とガラス物品の説明は、ガラス系基板とガラス系物品に等しく適用されると理解すべきである。
【0089】
高い破壊靭性（ＫＩＣ）および高いヤング率を示す、ＭｇＯおよびＺｒＯ２を含有するリチウムアルミノケイ酸塩ガラス組成物が、ここに開示されている。実施の形態において、そのガラス組成物は、少なくとも０．８ＭＰａ・ｍ０．５のＫＩＣ破壊靭性値によって特徴付けられる。実施の形態において、そのガラス組成物は、少なくとも８０ＧＰａのヤング率によって特徴付けられる。これらの性質は、少なくとも一部には、ガラス中にＭｇＯ、ＺｒＯ２、およびＡｌ２Ｏ３を含ませることによって達成されている。
【0090】
引っ掻き傷性能が望ましいが、落下性能が、携帯型電子機器に組み込まれるガラス系物品にとっての主要な属性となる。破壊靱性およびある深さでの応力が、粗面への落下性能の改善にとって重要である。この理由のために、割れやすさ限界(frangibility limit)に到達する前にガラスに提供できる応力の量を最大にすると、ある深さでの応力および粗面落下性能が高まる。破壊靱性は、割れやすさ限界を制御することが公知であり、破壊靱性を増加させると、割れやすさ限界が増す。ここに開示されたガラス組成物は、高い破壊靱性を有し、非脆性のままでありながら、高い圧縮応力レベルを達成することができる。このガラス組成物のこれらの特徴のために、特定の破壊モードに対処するように設計された改善された応力プロファイルの開発が可能になる。この能力により、ここに記載されたガラス組成物から製造されたイオン交換済みのガラス系物品を、関心のある特定の破壊モードに対処するために異なる応力プロファイルでカスタマイズすることができる。
【0091】
高い破壊靱性およびヤング率を有するガラス組成物は、脆性とならずに、化学強化によって与えられた、多量の歪みエネルギーを貯蔵する能力のために、化学強化されたガラス系物品の形成に特に適している。市販のカバーガラスおよび携帯型機器の筐体の貯蔵歪みエネルギー（Σ０）は、破壊の際に小粒子を放出するのを避けつつ、所望の耐破壊性を達成するために管理されている。破壊の際に形成されることのある破片のサイズ（ｘ）は、以下の式：
【0092】
【数2】
【0093】
で示されるように、化学強化されたガラス系物品を形成するために利用されるガラスの破壊靱性（ＫＩＣ）およびそのガラス系物品の最大中央張力（ＣＴ）によって主に決定される。式中、ｔは、ガラス系物品の厚さであり、νは、化学強化されたガラス系物品を形成するために利用されるガラスのポアソン比であり、ＤＯＣは、そのガラス系物品の圧縮深さである。上記式は、より高い破壊靱性を有するガラス組成物は、放出される小粒子のサイズが減少した、化学強化されたガラス系物品を生成することを示している。
【0094】
ガラス系物品が破壊された際に生じる破片の数は、下記の式：
【0095】
【数3】
【0096】
にしたがって、その物品の貯蔵歪みエネルギー（Σ０）に比例し、式中、Ｅは、ガラス系物品を形成するために利用されるガラスのヤング率であり、σは、深さの関数としての応力であり、－ｚからｚが、ガラス系物品の中央張力領域を規定するようなｚ＝０．５ｔ－ＤＯＣである。上記貯蔵歪みエネルギーの式で示されるように、より高いヤング率値を有するガラス組成物は、どの所定の応力プロファイルについてもより低い貯蔵歪みエネルギーを有し、そのガラス組成物から形成されたガラス系物品が破壊されたときに生じる破片の数を減少させる。破片のサイズの式と貯蔵歪みエネルギーの式を一緒に考えると、高いヤング率と併せて高い破壊靱性を有するガラス組成物は、破砕性を避けつつ、高い最大中央張力を有するガラス系物品を製造できることが明白である。
【0097】
ここに記載された組成物は、高い破壊靱性値とヤング率値を達成しつつ、所望の程度の製造可能性も維持するように選択される。その組成物は、所望の製造限界との適合性を維持しつつ、所望の破壊靱性を生じるために多量のＡｌ２Ｏ３およびＬｉ２Ｏを含む。ここに記載されたガラス組成物から形成されたイオン交換済みのガラス系物品の落下性能は、ガラス物品に与えられる圧縮応力の量を増加させることによって改善される。ここに記載されたガラス組成物は、増加した中央張力能力および増加したイオン交換速度で証拠付けられるように、改善されたイオン交換性能を提供する。
【0098】
ここに記載されたガラス組成物において、ＳｉＯ２は、最多成分であり、よって、ＳｉＯ２は、ガラス組成物から形成されるガラス網状構造の主成分である。純粋なＳｉＯ２は、比較的低いＣＴＥを有する。しかしながら、純粋なＳｉＯ２の融点は高い。したがって、ガラス組成物中のＳｉＯ２の濃度が高すぎると、そのガラス組成物の成形性は、より高濃度のＳｉＯ２のためにガラスを溶融する難易度が増し、それは転じて、ガラスの成形性に悪影響を及ぼすので、低下するであろう。それに加え、ガラス組成物に含まれるＳｉＯ２が多すぎると、イオン交換により圧縮応力を生じるガラスの能力が低下してしまう。そのガラス組成物中のＳｉＯ２の濃度が低すぎると、そのガラスの化学的耐久性が低下することがあり、そのガラスは、成形後処理の最中に表面損傷を受けやすいであろう。実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、４５モル％以上から７０モル％以下、例えば、５０モル％以上から６５モル％以下、５１モル％以上から６５モル％以下、５１モル％以上から６４モル％以下、５２モル％以上から６３モル％以下、５３モル％以上から６２モル％以下、５４モル％以上から６１モル％以下、５５モル％以上から６０モル％以下、５６モル％以上から５９モル％以下、５７モル％以上から５８モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＳｉＯ２を含む。
【0099】
そのガラス組成物は、Ａｌ２Ｏ３を含む。Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２と同じように、ガラス網状構造形成材の働きをすることがある。Ａｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３の量が多すぎる場合、四面体配位のために、ガラス組成物から形成されるガラス溶融物の液相粘度を増加させ、ガラス組成物の成形性を低下させることがある。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３の濃度が、ガラス組成物中のＳｉＯ２の濃度とアルカリ酸化物の濃度に対して釣り合わされると、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス溶融物の液相温度を低下させ、それによって、液相粘度を向上させ、特定の成形過程とのガラス組成物の適合性を改善することができる。ガラス組成物中のアルカリ酸化物とアルカリ土類酸化物の総含有量に対するＡｌ２Ｏ３の含有量が増加すると、一般に、ガラスの耐久性が改善される。アルカリ酸化物（Ｒ２Ｏ）の濃度がガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量に近づくか、それより多くなると、ガラス中のほぼ全てまたは全てのアルミニウムが、四面体配位状態で存在し、アルカリイオンが電荷補償体の機能を果たす。この電荷平衡により、アルカリイオンの拡散性が高くなり、イオン交換の速度が増加する。ガラス組成物中にＡｌ２Ｏ３を含ませると、ここに記載されたように、破壊靱性値を高くすることができる。実施の形態において、そのガラス組成物は、１１．５モル％以上から２５モル％以下、例えば、１２．０モル％以上から１９モル％以下、１２モル％以上から２４．５モル％以下、１２．５モル％以上から２４モル％以下、１３モル％以上から２３．５モル％以下、１３．５モル％以上から２３モル％以下、１４モル％以上から２２．５モル％以下、１４．５モル％以上から２２モル％以下、１５モル％以上から２１．５モル％以下、１５．５モル％以上から２１モル％以下、１６モル％以上から２０．５モル％以下、１６．５モル％以上から２０モル％以下、１７モル％以上から１９．５モル％以下、１７．５モル％以上から１９モル％以下、１８モル％以上から１８．５モル％以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＡｌ２Ｏ３を含む。
【0100】
実施の形態において、前記ガラス組成物は、４モル％以上から２５モル％以下、例えば、５モル％以上から２４モル％以下、６モル％以上から２３モル％以下、７モル％以上から２２モル％以下、８モル％以上から２１モル％以下、９モル％以上から２０モル％以下、１０モル％以上から１９モル％以下、１１モル％以上から１８モル％以下、１２モル％以上から１７モル％以下、１３モル％以上から１６モル％以下、１４モル％以上から１５モル％以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＡｌ２Ｏ３を含む。
【0101】
そのガラス組成物はＬｉ２Ｏを含む。前記ガラス組成物中にＬｉ２Ｏを含ませることにより、イオン交換過程をよりよく制御することができ、ガラスの軟化点、液相温度、および溶融温度をさらに低下させ、それによって、ガラスの製造可能性が高まる。そのガラス組成物中にＬｉ２Ｏが存在することにより、放物形を有する応力プロファイルを形成することもできる。そのガラス組成物中のＬｉ２Ｏは、ここに記載された高い破壊靱性値を可能にもする。ガラス組成物に含まれるＬｉ２Ｏが多すぎると、ガラスの熱膨張係数が増加し、化学的耐久性が低下してしまう。ガラス組成物に含まれるＬｉ２Ｏが不十分な場合、ガラスのイオン交換される能力が望ましからず低下し、所望の応力プロファイルが達成されないことがある。実施の形態において、そのガラス組成物は、２モル％以上から２０モル％以下、例えば、３モル％以上から１２モル％以下、４モル％以上から１９モル％以下、５モル％以上から１８モル％以下、６モル％以上から１７モル％以下、７モル％以上から１６モル％以下、８モル％以上から１５モル％以下、９モル％以上から１４モル％以下、１０モル％以上から１３モル％以下、１１モル％以上から１２モル％以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＬｉ２Ｏを含む。
【0102】
実施の形態において、前記ガラス組成物は、５モル％以上から２０モル％以下、例えば、６モル％以上から１９モル％以下、７モル％以上から１８モル％以下、８モル％以上から１７モル％以下、９モル％以上から１６モル％以下、１０モル％以上から１５モル％以下、１１モル％以上から１４モル％以下、１２モル％以上から１３モル％以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＬｉ２Ｏを含む。
【0103】
ここに記載されたガラス組成物は、Ｎａ２Ｏを含む。Ｎａ２Ｏは、ガラス組成物のイオン交換可能性に役立ち、ガラス組成物の成形性、およびそれによって、製造可能性も改善する。しかしながら、ガラス組成物に加えられるＮａ２Ｏが多すぎると、ＣＴＥが低くなり過ぎることがある。それに加え、ガラス中に含まれるＮａ２Ｏが、Ｌｉ２Ｏの量と比べて多すぎると、イオン交換された時に深い圧縮深さを達成するガラスの能力が低下することがある。実施の形態において、そのガラス組成物は、０モル％超から１０モル％以下、例えば、０．２５モル％以上から６モル％以下、０．５モル％以上から９モル％以下、１モル％以上から８モル％以下、２モル％以上から７モル％以下、３モル％以上から６モル％以下、４モル％以上から５モル％以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＮａ２Ｏを含む。
【0104】
実施の形態において、前記ガラス組成物は、０．１モル％以上から１０モル％以下、例えば、０．２５モル％以上から６モル％以下、０．５モル％以上から９モル％以下、１モル％以上から８モル％以下、２モル％以上から７モル％以下、３モル％以上から６モル％以下、４モル％以上から５モル％以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＮａ２Ｏを含む。
【0105】
ここに記載されたガラス組成物は、ＭｇＯを含む。ＭｇＯはガラスの液相粘度を低下させ、溶融挙動を改善することがあり、これにより、ガラスの成形性および製造可能性が向上する。ガラス組成物にＭｇＯを含ませると、ガラス組成物の歪み点とヤング率が改善されることもある。しかしながら、ガラス組成物に加えられるＭｇＯが多すぎると、望ましい成形技術に適合するには、液相粘度が低くなりすぎることがある。ＭｇＯを多く添加し過ぎると、ガラス組成物の密度とＣＴＥが望ましくないレベルまで増加し、ガラス中のアルカリイオンの移動度を低下させ、イオン交換処理の有効性を低下させることもある。ガラス組成物にＭｇＯを含ませると、ＭｇＯの強い電界強度のために、ここに記載された高い破壊靱性値を達成するのに役立つ。実施の形態において、そのガラス組成物は、９モル％以上から１９モル％以下、例えば、１０モル％以上から１９モル％以下、１１モル％以上から１８モル％以下、１２モル％以上から１７モル％以下、１３モル％以上から１６モル％以下、１４モル％以上から１５モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＭｇＯを含む。
【0106】
実施の形態において、前記ガラス組成物は、６モル％以上から２５モル％以下、例えば、７モル％以上から２４モル％以下、８モル％以上から２３モル％以下、９モル％以上から２２モル％以下、１０モル％以上から２１モル％以下、１１モル％以上から２０モル％以下、１２モル％以上から１９モル％以下、１３モル％以上から１８モル％以下、１４モル％以上から１７モル％以下、１５モル％以上から１６モル％以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＭｇＯを含む。
【0107】
ここに記載されたガラス組成物は、ＺｒＯ２を含む。ガラスにＺｒＯ２を含ませると、破壊靱性が増し、そのガラス組成物が、高い電界強度のために、ここに記載された高い破壊靱性値を達成することができる。このガラス組成物にＺｒＯ２を含ませると、ガラスの化学的耐久性が改善もされる。そのガラス組成物に含まれるＺｒＯ２が多すぎると、少なくとも一部にはガラス中へのＺｒＯ２の低い溶解度のために、ガラス中に望ましくないジルコニア含有物が形成されることがある。それに加え、ガラス組成物に多すぎるＺｒＯ２を含ませることを望ましくなくする、費用と供給の制約がある。実施の形態において、そのガラス組成物は、０モル％超から４モル％以下、例えば、０．２５モル％以上から２モル％以下、０．２５モル％以上から３．５モル％以下、０．５モル％以上から３モル％以下、１モル％以上から２．５モル％以下、１．５モル％以上から２モル％以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＺｒＯ２を含む。
【0108】
実施の形態において、前記ガラス組成物は、０．１モル％以上から４モル％以下、例えば、０．２５モル％以上から２モル％以下、０．２５モル％以上から３．５モル％以下、０．５モル％以上から３モル％以下、１モル％以上から２．５モル％以下、１．５モル％以上から２モル％以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＺｒＯ２を含む。
【0109】
ここに記載されたガラス組成物は、ＴｉＯ２を含むことがある。そのガラス組成物に含まれるＴｉＯ２が多すぎると、ガラスが、失透しやすくなる、および／または望ましくない着色を示し、同時に液相線を望ましくなく変えることがある。ガラス組成物中にＴｉＯ２がいくらか含まれると、加工後の処理中などで、強力な紫外線に曝露された際に、ガラスの望ましくない変色が防がれることがある。実施の形態において、そのガラス組成物は、０モル％以上から０．５モル％以下、例えば、０．１モル％以上から０．４モル％以下、０．２モル％以上から０．３モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＴｉＯ２を含む。実施の形態において、そのガラス組成物は、ＴｉＯ２を実質的に含まない、または含まない。ここに用いられているように、「実質的に含まない」という用語は、たとえその成分が、０．１モル％未満など、汚染物質として非常に少量で最終的なガラス組成物中に存在するとしても、その成分は、バッチ材料の成分として意図的に添加されていないことを意味する。
【0110】
ここに記載されたガラス組成物はＢ２Ｏ３を含むことがある。Ｂ２Ｏ３を含ませると、ガラスの破壊靱性が増し、それによって、損傷抵抗が増す。詳しくは、そのガラス組成物は三方晶の形態でホウ素を含み、これにより、ガラスのヌープ引っ掻き閾値および破壊靱性が増加する。その組成物に含まれるＢ２Ｏ３が多すぎると、イオン交換過程で与えられる圧縮応力の量が減少し、製造中の自由表面での揮発性が許容できないレベルまで増すことがある。そのガラス組成物にＢ２Ｏ３を含ませると、溶液粘度が減少もし、ジルコンの破壊を抑制するのに役立つ。実施の形態において、そのガラス組成物は、０モル％以上から１０モル％以下、例えば、０モル％以上から６モル％以下、０．５モル％以上から９モル％以下、１モル％以上から８モル％以下、２モル％以上から７モル％以下、３モル％以上から６モル％以下、４モル％以上から５モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＢ２Ｏ３を含む。実施の形態において、そのガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３を実質的に含まない、または含まない。
【0111】
ここに記載されたガラス組成物はＰ２Ｏ５を含むことがある。Ｐ２Ｏ５を含ませると、ガラス中のイオンの拡散性が増し、イオン交換過程の速度が増加する。組成物に含まれるＰ２Ｏ５が多すぎると、イオン交換過程で与えられる圧縮応力の量が減少することがあり、製造中の自由表面での揮発性が許容できないレベルまで増すことがある。実施の形態において、そのガラス組成物は、０モル％以上から４モル％以下、例えば、０モル％以上から３モル％以下、０．５モル％以上から３．５モル％以下、１モル％以上から３モル％以下、１．５モル％以上から２．５モル％以下、０．５モル％以上から２モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＰ２Ｏ５を含む。実施の形態において、そのガラス組成物は、Ｐ２Ｏ５を実質的に含まない、または含まない。
【0112】
ここに記載されたガラス組成物はＫ２Ｏを含むことがある。そのガラス組成物にＫ２Ｏを含ませると、ガラス中のカリウム拡散性が増し、より深い圧縮応力スパイク深さ（ＤＯＬＳＰ）をより短いイオン交換時間で達成することができる。その組成物に含まれるＫ２Ｏが多すぎると、イオン交換過程中に与えられる圧縮応力の量が減少することがある。実施の形態において、そのガラス組成物は、０モル％以上から３モル％以下、例えば、０．２５モル％以上から２．５モル％以下、０．５モル％以上から２モル％以下、１モル％以上から１．５モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＫ２Ｏを含む。実施の形態において、そのガラス組成物は、Ｋ２Ｏを実質的に含まない、または含まない。
【0113】
実施の形態において、そのガラス組成物は、０．１モル％以上から５モル％以下、例えば、０．５モル％以上から４．５モル％以下、１モル％以上から４モル％以下、１．５モル％以上から３．５モル％以下、２モル％以上から３モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＫ２Ｏを含む。
【0114】
ここに記載されたガラス組成物は、ＣａＯを含むことがある。ＣａＯは、ガラスの液相粘度を低下させることがあり、これにより、成形性、歪み点、およびヤング率が向上することがある。しかしながら、ガラス組成物に添加されるＣａＯが多すぎると、ガラス組成物の密度とＣＴＥが許容できないレベルまで増加することがあり、アルカリイオンの移動度の低下により、ガラスのイオン交換可能性が望ましくなく妨げられることがある。実施の形態において、そのガラス組成物は、０モル％以上から３モル％以下、例えば、０．２５モル％以上から２．５モル％以下、０．５モル％以上から２モル％以下、１モル％以上から１．５モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＣａＯを含む。実施の形態において、そのガラス組成物は、ＣａＯを実質的に含まない、または含まない。
【0115】
ここに記載されたガラス組成物は、ＳｒＯを含むことがある。ＳｒＯは、ガラスの粘度を低下させることがあり、これにより、成形性、歪み点、およびヤング率が向上することがある。しかしながら、ガラス組成物に添加されるＳｒＯが多すぎると、ガラス組成物の密度とＣＴＥが許容できないレベルまで増加することがあり、ガラスのイオン交換可能性が望ましくなく妨げられることがある。実施の形態において、そのガラス組成物は、０モル％以上から３モル％以下、例えば、０．２５モル％以上から２．５モル％以下、０．５モル％以上から２モル％以下、１モル％以上から１．５モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＳｒＯを含む。実施の形態において、そのガラス組成物は、ＳｒＯを実質的に含まない、または含まない。
【0116】
ここに記載されたガラス組成物は、ＺｎＯを含むことがある。ＺｎＯは、ガラスの液相粘度を低下させることがあり、これにより、成形性、歪み点、およびヤング率が向上することがある。しかしながら、ガラス組成物に添加されるＺｎＯが多すぎると、ガラス組成物の密度とＣＴＥが許容できないレベルまで増加することがある。ガラス組成物にＺｎＯを含めることによって、ＵＶ誘起変色に対する保護も与えられる。実施の形態において、そのガラス組成物は、０モル％以上から５モル％以下、例えば、０．５モル％以上から５モル％以下、１モル％以上から４モル％以下、２モル％以上から３モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＺｎＯを含む。実施の形態において、そのガラス組成物は、ＺｎＯを実質的に含まない、または含まない。
【0117】
前記ガラス組成物は、１種類以上の清澄剤を含むことがある。実施の形態において、その清澄剤の例としては、ＳｎＯ２が挙げられるであろう。実施の形態において、ＳｎＯ２は、０．２モル％以下、例えば、０モル％以上から０．２モル％以下、０モル％以上から０．１モル％以下、０．１モル％以上から０．２モル％以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲などの量で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、そのガラス組成物は、ＳｎＯ２を実質的に含まない、または含まないことがある。実施の形態において、前記ガラス組成物は、ヒ素およびアンチモンの一方または両方を実質的に含まないことがある。他の実施の形態において、そのガラス組成物は、ヒ素およびアンチモンの一方または両方を含まないことがある。
【0118】
実施の形態において、そのガラス組成物は、０．０５モル％以上から０．５モル％以下、例えば、０．１モル％以上から０．４５モル％以下、０．１５モル％以上から０．４０モル％以下、０．２モル％以上から０．３５モル％以下、０．２５モル％以上から０．３モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＳｎＯ２を含むことがある。
【0119】
ここに記載されたガラス組成物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＭｇＯ、およびＺｒＯ２から主に形成されることがある。実施の形態において、そのガラス組成物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３およびＴｉＯ２以外の成分を実質的に含まない、または含まない。実施の形態において、そのガラス組成物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２および清澄剤以外の成分を実質的に含まない、または含まない。
【0120】
実施の形態において、前記ガラス組成物は、Ｆｅ２Ｏ３を実質的に含まない、または含まないことがある。鉄は、ガラス組成物を形成するために利用される原材料中に多くの場合存在し、その結果、ガラスバッチに能動的に添加していない場合でさえ、ここに記載されたガラス組成物中に検出可能であることがある。
【0121】
実施の形態において、前記ガラス組成物は、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｌａ２Ｏ３、およびＹ２Ｏ３の少なくとも１つを実質的に含まない、または含まないことがある。実施の形態において、そのガラス組成物は、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｌａ２Ｏ３、およびＹ２Ｏ３を実質的に含まない、または含まないことがある。これらの成分は、含まれた場合、ガラスの破壊靱性を増すことがあるが、これらの成分を商業目的に望ましくなくす費用と供給の制約がある。言い方を変えると、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｌａ２Ｏ３、およびＹ２Ｏ３を含ませることで、高い破壊靱性値を達成するここに記載されたガラス組成物の能力は、費用と製造可能性の利点を与える。
【0122】
先に開示されたガラス組成物の物理的性質をここに記載する。
【0123】
実施の形態によるガラス組成物は、高い破壊靱性を有する。どの特定の理論にも束縛される意図はないが、高い破壊靭性により、ガラス組成物に改善された落下性能が与えられることがある。ここに記載されたガラス組成物の高い破壊靱性により、ガラスの耐損傷性が増し、脆性とならずに、中央張力で特徴付けられるように、イオン交換によりガラスに与えられる応力を高くすることができる。ここに利用されるように、破壊靭性は、特に明記のない限り、シェブロンノッチ付き小形角棒法によって測定される、ＫＩＣ値を称する。ＫＩＣ値の測定に利用されるシェブロンノッチ付き小形角棒（ＣＮＳＢ）法は、Ｙ＊
ｍが、Ｂｕｂｓｅｙ，Ｒ．Ｔ．等の「Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacement and Stress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on Experimental Compliance Measurements」NASA Technical Memorandum 83796、１～３０頁（１９９２年１０月） の式５を用いて計算されることを除いて、Ｒｅｄｄｙ，Ｋ．Ｐ．Ｒ．等の「Fracture Toughness Measurement of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-Notched Specimens」J.Am.Ceram.Soc., 71 [6], C-310-C-313（１９８８年）に開示されている。それに加え、ＫＩＣ値は、ガラス系物品を形成するためにガラス系基板をイオン交換する前にＫＩＣ値を測定する場合など、非強化ガラス試料について測定される。ここに述べられたＫＩＣ値は、特に明記のない限り、ＭＰａ・ｍ０．５で報告されている。
【0124】
実施の形態において、前記ガラス組成物は、０．８ＭＰａ・ｍ０．５以上、例えば、０．８０ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．８１ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．８２ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．８３ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．８４ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．８５ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．８６ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．８７ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．８８ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．８９ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．９０ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．９１ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．９２ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．９３ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．９４ＭＰａ・ｍ０．５以上、０．９５ＭＰａ・ｍ０．５以上、またはそれより大きいＫＩＣ値を示す。実施の形態において、そのガラス組成物は、０．８ＭＰａ・ｍ０．５以上から１．０ＭＰａ・ｍ０．５以下、例えば、０．８３ＭＰａ・ｍ０．５以上から０．９５ＭＰａ・ｍ０．５以下、０．８１ＭＰａ・ｍ０．５以上から０．９９ＭＰａ・ｍ０．５以下、０．８２ＭＰａ・ｍ０．５以上から０．９８ＭＰａ・ｍ０．５以下、０．８３ＭＰａ・ｍ０．５以上から０．９７ＭＰａ・ｍ０．５以下、０．８４ＭＰａ・ｍ０．５以上から０．９６ＭＰａ・ｍ０．５以下、０．８５ＭＰａ・ｍ０．５以上から０．９５ＭＰａ・ｍ０．５以下、０．８６ＭＰａ・ｍ０．５以上から０．９４ＭＰａ・ｍ０．５以下、０．８７ＭＰａ・ｍ０．５以上から０．９３ＭＰａ・ｍ０．５以下、０．８８ＭＰａ・ｍ０．５以上から０．９２ＭＰａ・ｍ０．５以下、０．８９ＭＰａ・ｍ０．５以上から０．９１ＭＰａ・ｍ０．５以下、０．８２ＭＰａ・ｍ０．５以上から０．９０ＭＰａ・ｍ０．５以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲のＫＩＣ値を示す。
【0125】
実施の形態によるガラス組成物は、高いヤング率を有する。高いヤング率値は、イオン交換後にガラス中に存在する貯蔵歪みエネルギーを減少させる。ここに用いられているように、ヤング率（Ｅ）は、「Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts.」と題する、ＡＳＴＭ Ｅ２００１－１３に述べられた一般型の共鳴超音波スペクトロスコピー技術で測定された値を称する。実施の形態において、そのガラス組成物は、８０ＧＰａ以上、例えば、８１ＧＰａ以上、８２ＧＰａ以上、８３ＧＰａ以上、８４ＧＰａ以上、８５ＧＰａ以上、８６ＧＰａ以上、８７ＧＰａ以上、８８ＧＰａ以上、８９ＧＰａ以上、９０ＧＰａ以上、９１ＧＰａ以上、９２ＧＰａ以上、９３ＧＰａ以上、９４ＧＰａ以上、９５ＧＰａ以上、９６ＧＰａ以上、９７ＧＰａ以上、９８ＧＰａ以上、またはそれより大きいヤング率を有する。実施の形態において、そのガラス組成物は、８０ＧＰａ以上から１００ＧＰａ以下、例えば、８３ＧＰａ以上から９９ＧＰａ以下、８１ＧＰａ以上から９９ＧＰａ以下、８２ＧＰａ以上から９８ＧＰａ以下、８３ＧＰａ以上から９７ＧＰａ以下、８４ＧＰａ以上から９６ＧＰａ以下、８５ＧＰａ以上から９５ＧＰａ以下、８６ＧＰａ以上から９４ＧＰａ以下、８７ＧＰａ以上から９３ＧＰａ以下、８８ＧＰａ以上から９２ＧＰａ以下、８９ＧＰａ以上から９１ＧＰａ以下、９０ＧＰａ以上から１００ＧＰａ以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲のヤング率を有する。
【0126】
ここに記載されたガラス組成物は、薄いガラスシートの成形に特に適した製造プロセスに適合する液相粘度を有する。例えば、そのガラス組成物は、フロート法、圧延法、または加圧法などの従来の成形法に適合している。ガラス系基板の実施の形態は、フュージョン成形可能（すなわち、フュージョンドロー法を使用して成形可能）であると記載されることがある。このフュージョン法では、溶融したガラス原材料を受け取るための通路を有する延伸槽が使用される。この通路は、通路の両側に通路の長さに沿って上部で開いた堰を有する。通路が溶融材料で満たされると、溶融ガラスが堰から溢れ出る。溶融ガラスは、重力のために、延伸槽の外面を２つの流れるガラスフイルムとして流れ落ちる。延伸槽のこれらの外面は、延伸槽の下の縁で接合するように、下方かつ内側に延在する。２つの流れるガラスフイルムはこの縁で合流し、融合して、１つの流れるガラス系物品を形成する。これらのガラスフイルムの融合により、ガラス系基板内に融合線が生じ、この融合線は、製造履歴の追加の知識を必要とせずに、フュージョン成形されたガラス系基板を特定することができる。このフュージョンドロー法は、通路から溢れ出た２つのガラスフイルムが互いに融合するので、結果として得られたガラス系物品の外面のいずれも、装置のどの部分とも接触しないという利点を提示する。それゆえ、フュージョンドロー法で製造されたガラス系物品の表面特性は、そのような接触の影響を受けない。
【0127】
ここに記載されたガラス組成物は、フュージョンドロー法に適合する液相粘度を有するように選択されることがある。それゆえ、ここに記載されたガラス組成物は、既存の成形法に適合しており、そのガラス組成物から成形されたガラス系物品の製造可能性が増す。ここに用いられているように、「液相粘度」という用語は、液相温度での溶融ガラスの粘度を称し、ここで、液相温度は、溶融ガラスが溶融温度から冷めるときに、結晶が最初に現れる温度、または温度を室温から上昇させるときに、一番最後の結晶が溶けてなくなる温度を称する。特に明記のない限り、本出願に開示された液相粘度値は、以下の方法によって決定される。最初に、ガラスの液相温度を、「Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method」と題する、ＡＳＴＭ Ｃ８２９－８１（２０１５）にしたがって測定する。次に、その液相温度でのガラスの粘度を、「Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point」と題する、ＡＳＴＭ Ｃ９６５－９６（２０１２）にしたがって測定する。特に明記のない限り、ガラス組成物または物品の液相粘度および温度は、その組成物または物品にどのようなイオン交換過程も、またはどの他の強化過程も施す前に、測定される。詳しくは、ガラス組成物または物品の液相粘度および温度は、その組成物または物品がイオン交換溶液に曝露される前、例えば、イオン交換溶液に浸漬される前に、測定される。
【0128】
１つ以上の実施の形態において、ここに記載されたガラス組成物は、非晶質微細構造を示し、結晶または晶子を実質的に含まないことがあるガラス系物品を形成することがある。言い換えると、ここに記載されたガラス組成物から形成されたガラス系物品では、ガラスセラミック材料が除かれることがある。
【0129】
上述したように、実施の形態において、ここに記載されたガラス組成物は、イオン交換などによって強化して、以下に限られないが、ディスプレイ用カバーなどの用途にとって損傷抵抗であるガラス系物品を製造することができる。図１を参照すると、ガラス系物品の表面から圧縮深さ（ＤＯＣ）まで延在する圧縮応力下にある第１の領域（例えば、図１の第１と第２の圧縮応力層１２０、１２２）およびＤＯＣからガラス系物品の中央または内部領域に延在する引張応力または中央張力（ＣＴ）下にある第２の領域（例えば、図１の中央領域１３０）を有するガラス系物品が示されている。ここに用いられているように、ＤＯＣは、ガラス系物品内の応力が圧縮から引張に変化する深さを称する。ＤＯＣでは、応力は、正の（圧縮）応力から負の（引張）応力に交差し、それゆえ、ゼロの応力値を示す。
【0130】
当該技術分野において通常用いられる慣例によれば、圧縮または圧縮応力は負の（＜０）応力として表され、張力または引張応力は正の（＞０）応力として表される。しかしながら、本明細書を通じて、ＣＳは、正の値または絶対値として表される。すなわち、ここに挙げられるように、ＣＳ＝｜ＣＳ｜。圧縮応力（ＣＳ）は、ガラス系物品の表面で、またはその近くで最大値を有し、ＣＳは、関数にしたがって、表面からの距離ｄにより変動する。再び図１を参照すると、第１の区画１２０は第１の表面１１０から深さｄ１まで延在し、第２の区画１２２は第２の表面１１２から深さｄ２まで延在する。これらの区画は、共に、ガラス系物品１００の圧縮またはＣＳを規定する。表面圧縮応力（ＣＳ）は、当該技術分野で公知の散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）技術または屈折近視野（ＲＮＦ）技術を使用して測定されることがある。ここに与えられたＣＳ値は、特に明記のない限り、ＳＣＡＬＰ技術を使用して測定されている。ここに用いられているように、「ＣＳｋ」という用語は、ＲＮＦで測定される屈曲部（すなわち、転移点）の深さでの圧縮応力を称する。
【0131】
実施の形態において、前記ガラス系物品のＣＳは、４００ＭＰａ以上から２０００ＭＰａ以下、例えば、５００ＭＰａ以上から１９００ＭＰａ以下、６００ＭＰａ以上から１８００ＭＰａ以下、７００ＭＰａ以上から１７００ＭＰａ以下、８００ＭＰａ以上から１３００ＭＰａ以下、９００ＭＰａ以上から１２００ＭＰａ以下、１０００ＭＰａ以上から１１００ＭＰａ以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲にある。
【0132】
実施の形態において、Ｎａ＋およびＫ＋イオンがガラス系物品中に交換され、Ｎａ＋イオンは、Ｋ＋イオンより深い深さまでガラス系物品中に拡散する。Ｋ＋イオンの侵入深さ（「カリウムＤＯＬ」）は、イオン交換過程の結果としてのカリウム侵入深さを表すので、ＤＯＣとは区別される。カリウムＤＯＬは、典型的に、ここに記載されたガラス物品について、ＤＯＣよりも小さい。カリウムＤＯＬは、有限会社折原製作所（日本国）により製造されている市販のＦＳＭ－６０００表面応力計などの表面応力計を使用して測定されることがある。この表面応力計は、応力光学係数（ＳＯＣ）の精密測定に依存する。カリウムＤＯＬは、圧縮応力スパイクの深さ（ＤＯＬＳＰ）を規定することがあり、ここで、応力プロファイルは、急峻なスパイク領域からそれほど急峻ではない深い領域に移行する。この深い領域は、スパイク領域の底部から圧縮深さまで延在する。このガラス系物品のＤＯＬＳＰは、３μｍ以上から１０μｍ以下、例えば、４μｍ以上から９μｍ以下、５μｍ以上から８μｍ以下、６μｍ以上から７μｍ以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲にあることがある。
【0133】
両方の主面（図１における１１０、１１２）の圧縮応力は、ガラス系物品の中央領域（１３０）における貯蔵張力により釣り合わされる。表面圧縮応力（ＣＳ）、最大中央張力（ＣＴ）、およびＤＯＣは、当該技術分野で公知の散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）技術を使用して測定されることがある。ＳＣＡＬＰ法は、ガラス系物品の応力プロファイルを決定するために使用されることもある。
【0134】
最大ＣＴ値の測定は、強化物品に貯蔵された応力の総量の指標である。この理由のために、より高いＣＴ値を達成する能力は、より高度の強化と性能の向上を達成する能力に相関する。実施の形態において、そのガラス系物品は、３０ＭＰａ以上から３００ＭＰａ以下、例えば、４０ＭＰａ以上から２９０ＭＰａ以下、５０ＭＰａ以上から２８０ＭＰａ以下、６０ＭＰａ以上から２７０ＭＰａ以下、７０ＭＰａ以上から２６０ＭＰａ以下、８０ＭＰａ以上から２５０ＭＰａ以下、９０ＭＰａ以上から２４０ＭＰａ以下、１００ＭＰａ以上から２３０ＭＰａ以下、１１０ＭＰａ以上から２２０ＭＰａ以下、１２０ＭＰａ以上から２１０ＭＰａ以下、１３０ＭＰａ以上から２００ＭＰａ以下、１４０ＭＰａ以上から１９０ＭＰａ以下、１５０ＭＰａ以上から１８０ＭＰａ以下、１６ＭＰａ以上から１７０ＭＰａ以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の最大ＣＴを有することがある。
【0135】
ここに記載されたガラス組成物の高い破壊靭性値は、性能の改善を可能にすることもある。ここに記載されたガラス組成物を利用して製造されるガラス系物品の脆性限界は、少なくとも一部には破壊靱性に依存する。この理由のために、ここに記載されたガラス組成物の高い破壊靭性により、それから形成されるガラス系物品に、脆性にならずに、大量の貯蔵歪みエネルギーを与えることができる。その後、ガラス系物品に含まれることのある貯蔵歪みエネルギーの量の増加により、ガラス系物品は増加した破壊抵抗を示すことができ、これは、ガラス系物品の落下性能を通じて観察されるであろう。脆性限界と破壊靱性との間の関係は、その全てがここに引用される、２０２０年３月１２日に公開された「Glass-based Articles with Improved Fracture Resistance」と題する米国特許出願公開第２０２０／００７９６８９Ａ１号明細書に記載されている。破壊靭性と落下性能との間の関係は、その全てがここに引用される、２０１９年１２月５日に公開された「Glass with Improved Drop Performance」と題する米国特許出願公開第２０１９／０３６９６７２Ａ１号明細書に記載されている。
【0136】
上述したように、ＤＯＣは、当該技術分野で公知の散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）を使用して測定される。このＤＯＣは、いくつかの実施の形態において、ガラス系物品の厚さ（ｔ）の一部としてここに与えられる。実施の形態において、そのガラス系物品は、０．１５ｔ以上から０．２５ｔ以下、例えば、０．１６ｔ以上から０．２４ｔ以下、０．１７ｔ以上から０．２３ｔ以下、０．１８ｔ以上から０．２２ｔ以下、０．１９ｔ以上から０．２０ｔ以下、０．１５ｔ以上から０．２１ｔ以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の圧縮深さ（ＤＯＣ）を有することがある。ここに記載されたガラス組成物をイオン交換したときに生じる高いＤＯＣ値は、特に、深い傷が導入されることのある状況に関して、耐破壊性の改善を提供する。例えば、深いＤＯＣは、粗面に落とされたときの耐破壊性を改善する。
【0137】
ガラス系物品１００の厚さ（ｔ）は、表面１１０と表面１１２の間で測定される。実施の形態において、ガラス系物品１００の厚さは、０．１ｍｍ以上から４ｍｍ以下、例えば、０．２ｍｍ以上から２ｍｍ以下、０．２ｍｍ以上から３．５ｍｍ以下、０．３ｍｍ以上から３ｍｍ以下、０．４ｍｍ以上から２．５ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上から２ｍｍ以下、０．６ｍｍ以上から１．５ｍｍ以下、０．７ｍｍ以上から１ｍｍ以下、０．２ｍｍ以上から２ｍｍ以下の範囲、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲に有ることがある。このガラス系物品を形成するのに利用されるガラス基板は、ガラス系物品に望ましい厚さと同じ厚さを有することがある。
【0138】
圧縮応力層は、ガラスをイオン交換媒体に曝露することによって、ガラス中に形成されることがある。実施の形態において、そのイオン交換媒体は、溶融した硝酸塩を含有する浴などの溶融塩浴であることがある。実施の形態において、そのイオン交換媒体は、ＫＮＯ３、ＮａＮＯ３、またはその組合せを含む溶融塩浴であることがある。実施の形態において、そのイオン交換媒体中に、例えば、ナトリウムまたはカリウムの硝酸塩、リン酸塩、または硫酸塩などの他のナトリウム塩とカリウム塩が使用されることがある。実施の形態において、そのイオン交換媒体は、ＬｉＮＯ３などのリチウム塩を含むことがある。イオン交換媒体は、それに加え、ケイ酸など、ガラスをイオン交換するときに一般に含まれる添加剤を含むことがある。イオン交換過程は、ガラス系物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層および中央張力領域を含むガラス系物品を形成するために、ガラス系基板に施される。このイオン交換過程に利用されるガラス系基板は、ここに記載されたガラス組成物のいずれを含んでもよい。
【0139】
実施の形態において、前記イオン交換媒体はＮａＮＯ３を含む。このイオン交換媒体中のナトリウムはガラス中のリチウムイオンと交換して、圧縮応力を生じる。実施の形態において、そのイオン交換媒体は、９５質量％以下、例えば、９０質量％以下、８０質量％以下、７０質量％以下、６０質量％以下、５０質量％以下、４０質量％以下、３０質量％以下、２０質量％以下、１０質量％以下、またはそれより少ない量でＮａＮＯ３を含むことがある。実施の形態において、そのイオン交換媒体は、５質量％以上、例えば、１０質量％以上、２０質量％以上、３０質量％以上、４０質量％以上、５０質量％以上、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、またはそれより多い量でＮａＮＯ３を含むことがある。実施の形態において、そのイオン交換媒体は、０質量％以上から１００質量％以下、例えば、１０質量％以上から９０質量％以下、２０質量％以上から８０質量％以下、３０質量％以上から７０質量％以下、４０質量％以上から６０質量％以下、５０質量％以上から９０質量％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＮａＮＯ３を含むことがある。実施の形態において、溶融イオン交換浴は、１００質量％のＮａＮＯ３を含む。
【0140】
実施の形態において、前記イオン交換媒体はＫＮＯ３を含む。実施の形態において、そのイオン交換媒体は、９５質量％以下、例えば、９０質量％以下、８０質量％以下、７０質量％以下、６０質量％以下、５０質量％以下、４０質量％以下、３０質量％以下、２０質量％以下、１０質量％以下、またはそれより少ない量でＫＮＯ３を含むことがある。実施の形態において、そのイオン交換媒体は、５質量％以上、例えば、１０質量％以上、２０質量％以上、３０質量％以上、４０質量％以上、５０質量％以上、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、またはそれより多い量でＫＮＯ３を含むことがある。実施の形態において、そのイオン交換媒体は、０質量％以上から１００質量％以下、例えば、１０質量％以上から９０質量％以下、２０質量％以上から８０質量％以下、３０質量％以上から７０質量％以下、４０質量％以上から６０質量％以下、５０質量％以上から９０質量％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量のＫＮＯ３を含むことがある。実施の形態において、溶融イオン交換浴は、１００質量％のＫＮＯ３を含む。
【0141】
前記イオン交換媒体は、ナトリウムとカリウムの混合物を含むことがある。実施の形態において、そのイオン交換媒体は、ＮａＮＯ３とＫＮＯ３の両方を含む溶融塩浴など、カリウムとナトリウムの混合物である。実施の形態において、そのイオン交換媒体は、８０質量％のＮａＮＯ３と２０質量％のＫＮＯ３を含有する溶融塩浴など、上述した量でＮａＮＯ３とＫＮＯ３のどの組合せを含んでもよい。
【0142】
前記ガラス組成物は、そのガラス組成物から製造されたガラス基板を前記イオン交換媒体の浴中に浸漬すること、そのガラス組成物から製造されたガラス基板上に前記イオン交換媒体を吹き付けること、またはそのガラス組成物から製造されたガラス基板に前記イオン交換媒体を他のやり方で物理的に施すことによって、イオン交換媒体に曝露して、イオン交換されたガラス系物品を形成することがある。そのイオン交換媒体は、そのガラス組成物への曝露の際に、実施の形態によれば、４００℃以上から５５０℃以下、例えば、４１０℃以上から５４０℃以下、４２０℃以上から５３０℃以下、４３０℃以上から５２０℃以下、４４０℃以上から５１０℃以下、４５０℃以上から５００℃以下、４６０℃以上から４９０℃以下、４７０℃以上から４８０℃以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の温度であることがある。実施の形態において、そのガラス組成物は、０．５時間以上から４８時間以下、例えば、１時間以上から２４時間以下、２時間以上から１２時間以下、１時間以上から１８時間以下、２時間以上から１６時間以下、７時間以上から１２時間以下、および上述した値の間の全ての範囲と部分的範囲の期間に亘りそのイオン交換溶液に曝露されることがある。
【0143】
イオン交換過程は、第２のイオン交換処理を含むことがある。実施の形態において、第２のイオン交換処理は、第２の溶融塩浴中でガラス系物品をイオン交換する工程を含むことがある。第２のイオン交換処理では、ここに記載されたイオン交換媒体のいずれを利用してもよい。実施の形態において、第２のイオン交換処理では、ＫＮＯ３を含む第２の溶融塩浴が利用される。
【0144】
前記イオン交換過程は、例えば、ここに全て引用される、米国特許出願公開第２０１６／０１０２０１１号明細書に開示されたような、改善された圧縮応力プロファイルを提供する処理条件下でイオン交換媒体内で行われることがある。いくつかの実施の形態において、そのイオン交換過程は、ここに全て引用される、米国特許出願公開第２０１６／０１０２０１４号明細書に記載された応力プロファイルなどの放物線応力プロファイルをガラス系物品に形成するように選択されることがある。
【0145】
イオン交換過程が行われた後、イオン交換されたガラス系物品の表面での組成が、成形されたままのガラス基板（すなわち、イオン交換過程が行われる前のガラス基板）の組成と異なることを理解すべきである。これは、例えば、それぞれ、Ｎａ＋またはＫ＋などのより大きいアルカリ金属イオンにより交換された、例えば、Ｌｉ＋またはＮａ＋などの、形成されたままのガラス基板中のアルカリ金属イオンの一種から生じる。しかしながら、ガラス系物品の深さの中心またはその近くでのガラス組成物は、実施の形態において、それでも、そのガラス系物品を形成するために利用される成形されたままのイオン交換されていないガラス基板の組成を有するであろう。ここに用いられているように、ガラス系物品の中心は、ｔがガラス系物品の厚さである、その全ての表面から少なくとも０．５ｔの距離である、ガラス系物品における任意の位置を称する。
【0146】
ここに開示されたガラス系物品は、ディスプレイを備えた物品（またはディスプレイ物品）（例えば、携帯電話、タブレット、コンピュータ、ナビゲーションシステムなどを含む家庭用電子機器）、建築物品、輸送物品（例えば、自動車、列車、航空機、船舶など）、電化製品、またはある程度の透明性、耐引掻性、耐磨耗性またはその組合せを必要とする任意の物品などの別の物品に組み込まれることがある。ここに開示されたガラス系物品のいずれかを組み込んだ例示の物品が、図２Ａおよび２Ｂに示されている。詳しくは、図２Ａおよび２Ｂは、前面２０４、背面２０６、および側面２０８を有する筐体２０２；その筐体の少なくとも部分的に内側にまたは完全に中にあり、少なくとも制御装置、メモリ、およびその筐体の前面にまたはそれに隣接したディスプレイ２１０を含む電気部品（図示せず）；およびそのディスプレイを覆うように筐体の前面にまたはその上にあるカバー２１２を備えた家庭用電子機器２００を示している。実施の形態において、カバー２１２および筐体２０２の少なくとも一方の少なくとも一部は、ここに記載されたガラス系物品のいずれかを含むことがある。
【実施例】
【0147】
実施の形態が、以下の実施例によりさらに明白になるであろう。これらの実施例は、先に記載された実施の形態を限定するものではないことが理解されよう。
【0148】
ガラス組成物を調製し、分析した。分析したガラス組成物は、下記の表Ｉに列挙された成分を含み、従来のガラス形成法によって調製した。表Ｉにおいて、全ての成分はモル％で表され、ＫＩＣ破壊靱性は、ここに記載されたシェブロンノッチ（ＣＮＳＢ）法で測定した。液相温度と液相粘度は、ここに記載された方法にしたがって測定した。ガラス組成物のポアソン比（ν）、ヤング率（Ｅ）、および剛性率（Ｇ）は、「Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts」と題する、ＡＳＴＭ Ｅ２００１－１３に述べられた一般型の共鳴超音波スペクトロスコピー技術によって測定した。基板の５８９．３ｎｍでの屈折率および応力光学係数（ＳＯＣ）も、表Ｉに報告されている。屈折率は、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ ９５０分光計を使用して測定した。ＳＯＣは、「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」と題する、ＡＳＴＭ標準Ｃ７７０－１６に記載された手順Ｃ（ガラスディスク法）にしたがって測定した。ガラス組成物の密度は、ＡＳＴＭ Ｃ６９３－９３（２０１３）の浮力法を使用して決定した。
【0149】
代わりの破壊靭性ＫＩＣの測定を、二重片持ち梁（ＤＣＢ）法でいくつかの試料に行い、その測定値も、表Ｉに報告されている。ＤＣＢ試験片の形状が図７に示されており、重要なパラメータは、亀裂長さａ、印加荷重Ｐ、断面寸法ｗと２ｈ、および亀裂誘導溝の厚さｂである。試料を、幅２ｈ＝１．２５ｃｍおよびｗ＝０．３ｍｍから１ｍｍに及ぶ厚さの長方形に切断し、試料の全長は５ｃｍから１０ｃｍと様々であるが、これは重要な寸法ではない。ダイヤモンドドリルで両端に孔を開けて、試料を試料ホルダおよび荷重に取り付ける手段を提供した。亀裂「誘導溝」は、ダイヤモンド刃を備えたウエハーダイシングソーを使用して、平らな両面に試料の長さを切り込み、刃の厚さに相当する１８０μｍの高さで、プレートの全厚の約半分（図７の寸法ｂ）の材料の「ウェブ」を残した。ダイシングソーの高精度の寸法公差により、試料間のばらつきを最小にすることができる。このダイシングソーを、ａ＝１５ｍｍの初期亀裂を切るためにも使用した。この最終操作の結果として、亀裂先端の近くに非常に薄い材料の楔を形成し（刃の曲率のために）、試料内の亀裂発生をより容易にできた。試料の底部の孔にある鋼線で、金属製試料ホルダ内に試料を取り付けた。低荷重条件下で試料を水平に維持するために、試料を反対の端部で支持した。上部の孔に、ロードセル（ＦＵＴＥＫ、ＬＳＢ２００）と直列のバネを引っ掛け、次いで、ロープと高精度スライドを使用して、引き伸ばして、徐々に荷重を印加した。デジタルカメラおよびコンピュータに取り付けられた５μｍの解像度を有する顕微鏡を使用して、亀裂をモニタした。以下の式：
【0150】
【数4】
【0151】
を使用して、印加した応力強度ＫＰを計算した。各試料について、ウェブの先端に亀裂を最初に発生させ、次いで、応力強度を正確に計算するために、寸法比ａ／ｈが１．５より大きくなるまで、開始亀裂を注意深く、未臨界成長させた。この時点で、５μｍの解像度を有する遊動顕微鏡を使用して、亀裂の長さａを測定し、記録した。次に、トルエンを一滴、亀裂の溝に入れ、毛管力によって、溝の全長に沿って運び、破壊靭性に達するまで、動かないように亀裂をピン止めした。次に、試料が破壊されるまで、荷重を増加させ、破壊荷重および試料寸法から臨界応力強度ＫＩＣを計算した。ＫＰは、測定方法のために、ＫＩＣと等しい。
【0152】
【表1-01】
【0153】
【表1-02】
【0154】
【表1-03】
【0155】
【表1-04】
【0156】
【表1-05】
【0157】
【表1-06】
【0158】
【表1-07】
【0159】
【表1-08】
【0160】
【表1-09】
【0161】
【表1-10】
【0162】
【表1-11】
【0163】
【表1-12】
【0164】
【表1-13】
【0165】
【表1-14】
【0166】
基板を表Ｉの組成物から形成し、続いて、イオン交換して例示の物品を形成した。イオン交換は、基板を溶融塩浴中に浸漬する工程を含んだ。この塩浴は、１００質量％のＮａＮＯ３を含んでいた。表ＩＩにおいて、イオン交換の長さ、浴温度、およびイオン交換済み物品の最大中央張力（ＣＴ）が報告されている。最大中央張力（ＣＴ）は、ここに記載された方法にしたがって測定した。
【0167】
【表2】
【0168】
基板を表Ｉの組成物から形成し、続いて、イオン交換して例示の物品を形成した。イオン交換は、基板を溶融塩浴中に浸漬する工程を含んだ。この塩浴は、１００質量％のＮａＮＯ３を含み、４５０℃の温度であった。表ＩＩＩにおいて、イオン交換の長さ、イオン交換処理で生じた質量増加、並びにイオン交換済み物品の最大中央張力（ＣＴ）、表面圧縮応力（ＣＳ）、および圧縮深さ（ＤＯＣ）が報告されている。
【0169】
【表3】
【0170】
追加の基板を表Ｉの組成物から形成し、続いて、イオン交換して例示の物品を形成した。イオン交換は、基板を混合溶融塩浴中に浸漬する工程を含んだ。この塩浴は、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、およびＬｉＮＯ３の混合物を含み、４７０℃の温度であった。表ＩＶにおいて、イオン交換の長さ、イオン交換処理で生じた質量増加、並びにイオン交換済み物品の最大中央張力（ＣＴ）、表面圧縮応力（ＣＳ）、およびカリウムの層の深さ（ＤＯＬ）が報告されている。
【0171】
【表4-1】
【0172】
【表4-2】
【0173】
【表4-3】
【0174】
【表4-4】
【0175】
【表4-5】
【0176】
追加の基板を、例示のガラス組成物８４および表Ｖに報告された条件下でイオン交換を経た比較のガラス組成物ＣＡから形成した。表Ｖに報告されるように、例示のガラス組成物８４を使用して、３つのイオン交換済みガラス物品ＢＱ、ＢＲ、およびＢＳを作製し、比較のガラス組成物ＣＡを使用して、比較のイオン交換済みガラス物品ＣＡを作製した。比較のガラス組成物ＣＡは、５８．３５モル％のＳｉＯ２、１７．８１モル％のＡｌ２Ｏ３、６．０７モル％のＢ２Ｏ３、１．７３モル％のＮａ２Ｏ、０．２０モル％のＫ２Ｏ、１０．７４モル％のＬｉ２Ｏ、４．４３モル％のＭｇＯ、０．５７モル％のＣａＯ、および０．０８モル％のＳｎＯ２を含んだ。
【0177】
【表5】
【0178】
図３は、例示の物品ＢＱ、ＢＲ、およびＢＳ、並びに比較の物品ＣＡの応力プロファイルを示す。圧縮応力は、屈折近視野（ＲＮＦ）技術を使用して測定した。
【0179】
図４および５は、物品の残留強度を示す。図４に示されるように、例示のＢＱ物品は、ガラス物品の縁に５００Ｎの力で６０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、２２．５ｋｇｆ（約２２０Ｎ）から３７．５ｋｇｆ（約３６８Ｎ）に及ぶ破壊荷重を有し、平均破壊荷重は３０ｋｇｆ（約２９４Ｎ）であった。例示のＢＲ物品は、ガラス物品の縁に５００Ｎの力で６０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、２５ｋｇｆ（約２４５Ｎ）から３２．５ｋｇｆ（約３１９Ｎ）に及ぶ破壊荷重を有し、平均破壊荷重は３０ｋｇｆ（約２９４Ｎ）であった。例示のＢＳ物品は、ガラス物品の縁に５００Ｎの力で６０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、３２．５ｋｇｆ（約３１９Ｎ）から３７．５ｋｇｆ（約３６８Ｎ）に及ぶ破壊荷重を有し、平均破壊荷重は３４ｋｇｆ（約３３３Ｎ）であった。比較例のＣＡ物品は、ガラス物品の縁に５００Ｎの力で６０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、１７．５ｋｇｆ（約１７１Ｎ）から２７．５ｋｇｆ（約２７０Ｎ）に及ぶ破壊荷重を有し、平均破壊荷重は２２ｋｇｆ（約２１５Ｎ）であった。
【0180】
図５に示されるように、例示のＢＱ物品は、５００Ｎの力で１８０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、２７５ＭＰａから３２５ＭＰａに及ぶ残留強度を有し、平均残留強度は３００ＭＰａであり、５００Ｎの力で８０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、１２５ＭＰａから２７５ＭＰａに及ぶ残留強度を有し、平均残留強度は２２７ＭＰａであった。例示のＢＲ物品は、５００Ｎの力で１８０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、２７５ＭＰａから３５０ＭＰａに及ぶ残留強度を有し、平均残留強度は３２２ＭＰａであり、５００Ｎの力で８０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、２００ＭＰａから２７５ＭＰａに及ぶ残留強度を有し、平均残留強度は２５６ＭＰａであった。例示のＢＳ物品は、５００Ｎの力で１８０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、２５０ＭＰａから３５０ＭＰａに及ぶ残留強度を有し、平均残留強度は３１９ＭＰａであり、５００Ｎの力で８０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、２００ＭＰａから３２５ＭＰａに及ぶ残留強度を有し、平均残留強度は２６２ＭＰａであった。比較のＣＡ物品は、５００Ｎの力で１８０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、２５０ＭＰａから３００ＭＰａに及ぶ残留強度を有し、平均残留強度は２７４ＭＰａであり、５００Ｎの力で８０グリットの研磨紙で衝撃を与えたときに、２００ＭＰａから２５０ＭＰａに及ぶ残留強度を有し、平均残留強度は２２７ＭＰａであった。図４および５で例示されるように、ここに記載されたガラス組成物から製造されたイオン交換ガラス物品は、比較のイオン交換済みガラス物品と比べて、同等かまたは改善された残留強度を有する。
【0181】
本明細書に記載された全ての組成の成分、関係、および比は、特に明記のない限り、モル％で与えられている。本明細書に開示された全ての範囲は、範囲が開示された前または後に明白に述べられていようとなかろうと、広く開示された範囲により包含される任意と全ての範囲および部分的範囲を含む。
【0182】
請求項の主題の精神および範囲から逸脱せずに、ここに開示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、当業者に明白であろう。それゆえ、本明細書は、ここに記載された様々な実施の形態の改変および変更を、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等価物の範囲内に入るという前提で、包含することが意図されている。
【0183】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【0184】
実施形態１
ガラスであって、
４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、
１１．５モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
２モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、
０モル％超から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、
９モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯ、
０モル％超から４モル％以下のＺｒＯ２、および
０モル％以上から０．５モル％以下のＴｉＯ２、
を含むガラス。
ガラスであって、
４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、
１１．５モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
２モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、
０モル％超から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、
９モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯ、
０モル％超から４モル％以下のＺｒＯ２、および
０モル％以上から０．５モル％以下のＴｉＯ２、
を含むガラス。
【0185】
実施形態２
ガラスであって、
４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、
４モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
５モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、
０．１モル％以上から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、
６モル％以上から２５モル％以下のＭｇＯ、
０．１モル％以上から４モル％以下のＺｒＯ２、
０．１モル％以上から５モル％以下のＫ２Ｏ、および
０．０５モル％以上から０．５モル％以下のＳｎＯ２、
を含むガラス。
ガラスであって、
４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、
４モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
５モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、
０．１モル％以上から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、
６モル％以上から２５モル％以下のＭｇＯ、
０．１モル％以上から４モル％以下のＺｒＯ２、
０．１モル％以上から５モル％以下のＫ２Ｏ、および
０．０５モル％以上から０．５モル％以下のＳｎＯ２、
を含むガラス。
【0186】
実施形態３
５１モル％以上から６５モル％以下のＳｉＯ２、
を含む、実施形態１または２に記載のガラス。
５１モル％以上から６５モル％以下のＳｉＯ２、
を含む、実施形態１または２に記載のガラス。
【0187】
実施形態４
１２．０モル％以上から１９モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
を含む、実施形態１から３のいずれかに記載のガラス。
１２．０モル％以上から１９モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
を含む、実施形態１から３のいずれかに記載のガラス。
【0188】
実施形態５
３モル％以上から１２モル％以下のＬｉ２Ｏ、
を含む、実施形態１から４のいずれかに記載のガラス。
３モル％以上から１２モル％以下のＬｉ２Ｏ、
を含む、実施形態１から４のいずれかに記載のガラス。
【0189】
実施形態６
０．２５モル％以上から６モル％以下のＮａ２Ｏ、
を含む、実施形態１から５のいずれかに記載のガラス。
０．２５モル％以上から６モル％以下のＮａ２Ｏ、
を含む、実施形態１から５のいずれかに記載のガラス。
【0190】
実施形態７
１０モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯ、
を含む、実施形態１から６のいずれかに記載のガラス。
１０モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯ、
を含む、実施形態１から６のいずれかに記載のガラス。
【0191】
実施形態８
０．２５モル％以上から２モル％以下のＺｒＯ２、
を含む、実施形態１から７のいずれかに記載のガラス。
０．２５モル％以上から２モル％以下のＺｒＯ２、
を含む、実施形態１から７のいずれかに記載のガラス。
【0192】
実施形態９
前記ガラスがＴｉＯ２を実質的に含まない、実施形態１から８のいずれかに記載のガラス。
前記ガラスがＴｉＯ２を実質的に含まない、実施形態１から８のいずれかに記載のガラス。
【0193】
実施形態１０
０モル％以上から１０モル％以下のＢ２Ｏ３、
を含む、実施形態１から９のいずれかに記載のガラス。
０モル％以上から１０モル％以下のＢ２Ｏ３、
を含む、実施形態１から９のいずれかに記載のガラス。
【0194】
実施形態１１
０モル％以上から６モル％以下のＢ２Ｏ３、
を含む、実施形態１から１０のいずれかに記載のガラス。
０モル％以上から６モル％以下のＢ２Ｏ３、
を含む、実施形態１から１０のいずれかに記載のガラス。
【0195】
実施形態１２
前記ガラスがＢ２Ｏ３を実質的に含まない、実施形態１から１１のいずれかに記載のガラス。
前記ガラスがＢ２Ｏ３を実質的に含まない、実施形態１から１１のいずれかに記載のガラス。
【0196】
実施形態１３
０モル％以上から４モル％以下のＰ２Ｏ５、
を含む、実施形態１から１２のいずれかに記載のガラス。
０モル％以上から４モル％以下のＰ２Ｏ５、
を含む、実施形態１から１２のいずれかに記載のガラス。
【0197】
実施形態１４
０モル％以上から３モル％以下のＰ２Ｏ５、
を含む、実施形態１から１３のいずれかに記載のガラス。
０モル％以上から３モル％以下のＰ２Ｏ５、
を含む、実施形態１から１３のいずれかに記載のガラス。
【0198】
実施形態１５
前記ガラスがＰ２Ｏ５を実質的に含まない、実施形態１から１４のいずれかに記載のガラス。
前記ガラスがＰ２Ｏ５を実質的に含まない、実施形態１から１４のいずれかに記載のガラス。
【0199】
実施形態１６
０モル％以上から３モル％以下のＫ２Ｏ、
を含む、実施形態１または実施形態３から１４のいずれかに記載のガラス。
０モル％以上から３モル％以下のＫ２Ｏ、
を含む、実施形態１または実施形態３から１４のいずれかに記載のガラス。
【0200】
実施形態１７
前記ガラスがＫ２Ｏを実質的に含まない、実施形態１または実施形態３から１５のいずれかに記載のガラス。
前記ガラスがＫ２Ｏを実質的に含まない、実施形態１または実施形態３から１５のいずれかに記載のガラス。
【0201】
実施形態１８
０モル％以上から３モル％以下のＣａＯ、
を含む、実施形態１から１７のいずれかに記載のガラス。
０モル％以上から３モル％以下のＣａＯ、
を含む、実施形態１から１７のいずれかに記載のガラス。
【0202】
実施形態１９
前記ガラスがＣａＯを実質的に含まない、実施形態１から１８のいずれかに記載のガラス。
前記ガラスがＣａＯを実質的に含まない、実施形態１から１８のいずれかに記載のガラス。
【0203】
実施形態２０
０モル％以上から３モル％以下のＳｒＯ、
を含む、実施形態１から１９のいずれかに記載のガラス。
０モル％以上から３モル％以下のＳｒＯ、
を含む、実施形態１から１９のいずれかに記載のガラス。
【0204】
実施形態２１
前記ガラスがＳｒＯを実質的に含まない、実施形態１から２０のいずれかに記載のガラス。
前記ガラスがＳｒＯを実質的に含まない、実施形態１から２０のいずれかに記載のガラス。
【0205】
実施形態２２
０モル％以上から５モル％以下のＺｎＯ、
を含む、実施形態１から２１のいずれかに記載のガラス。
０モル％以上から５モル％以下のＺｎＯ、
を含む、実施形態１から２１のいずれかに記載のガラス。
【0206】
実施形態２３
前記ガラスがＺｎＯを実質的に含まない、実施形態１から２２のいずれかに記載のガラス。
前記ガラスがＺｎＯを実質的に含まない、実施形態１から２２のいずれかに記載のガラス。
【0207】
実施形態２４
前記ガラスが、０．８ＭＰａ・ｍ０．５以上から１．０ＭＰａ・Ｍ０．５以下の破壊靱性ＫＩＣを有する、実施形態１から２３のいずれかに記載のガラス。
前記ガラスが、０．８ＭＰａ・ｍ０．５以上から１．０ＭＰａ・Ｍ０．５以下の破壊靱性ＫＩＣを有する、実施形態１から２３のいずれかに記載のガラス。
【0208】
実施形態２５
前記ガラスが、８０ＧＰａ以上から１００ＧＰａ以下のヤング率を有する、実施形態１から２４のいずれかに記載のガラス。
前記ガラスが、８０ＧＰａ以上から１００ＧＰａ以下のヤング率を有する、実施形態１から２４のいずれかに記載のガラス。
【0209】
実施形態２６
方法において、
ガラス系基板を溶融塩浴中でイオン交換して、ガラス系物品を形成する工程、
を含み、
前記ガラス系物品は、該ガラス系物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層を含み、該ガラス系物品は中央張力領域を含み、前記ガラス系基板は、実施形態１から２５のいずれかに記載のガラスから作られている、方法。
方法において、
ガラス系基板を溶融塩浴中でイオン交換して、ガラス系物品を形成する工程、
を含み、
前記ガラス系物品は、該ガラス系物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層を含み、該ガラス系物品は中央張力領域を含み、前記ガラス系基板は、実施形態１から２５のいずれかに記載のガラスから作られている、方法。
【0210】
実施形態２７
前記溶融塩浴がＮａＮＯ３を含む、実施形態２６に記載の方法。
前記溶融塩浴がＮａＮＯ３を含む、実施形態２６に記載の方法。
【0211】
実施形態２８
前記溶融塩浴がＫＮＯ３を含む、実施形態２６または２７に記載の方法。
前記溶融塩浴がＫＮＯ３を含む、実施形態２６または２７に記載の方法。
【0212】
実施形態２９
前記溶融塩浴が、４００℃以上から５５０℃以下の温度である、実施形態２６から２８のいずれかに記載の方法。
前記溶融塩浴が、４００℃以上から５５０℃以下の温度である、実施形態２６から２８のいずれかに記載の方法。
【0213】
実施形態３０
前記イオン交換が、０．５時間以上から４８時間以下の期間に及ぶ、 実施形態２６から２９のいずれかに記載の方法。
前記イオン交換が、０．５時間以上から４８時間以下の期間に及ぶ、 実施形態２６から２９のいずれかに記載の方法。
【0214】
実施形態３１
前記ガラス系物品を第２の溶融塩浴中でイオン交換する工程をさらに含む、実施形態２６から３０のいずれかに記載の方法。
前記ガラス系物品を第２の溶融塩浴中でイオン交換する工程をさらに含む、実施形態２６から３０のいずれかに記載の方法。
【0215】
実施形態３２
前記第２の溶融塩浴がＫＮＯ３を含む、実施形態３１に記載の方法。
前記第２の溶融塩浴がＫＮＯ３を含む、実施形態３１に記載の方法。
【0216】
実施形態３１
ガラス系物品であって、
前記ガラス系物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層、
中央張力領域、および
４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、
１１．５モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
２モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、
０モル％超から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、
９モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯ、
０モル％超から４モル％以下のＺｒＯ２、および
０モル％以上から０．５モル％以下のＴｉＯ２、
を含む前記ガラス系物品の中心での組成、
を有するガラス系物品。
ガラス系物品であって、
前記ガラス系物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層、
中央張力領域、および
４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、
１１．５モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
２モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、
０モル％超から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、
９モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯ、
０モル％超から４モル％以下のＺｒＯ２、および
０モル％以上から０．５モル％以下のＴｉＯ２、
を含む前記ガラス系物品の中心での組成、
を有するガラス系物品。
【0217】
実施形態３４
ガラス系物品であって、
前記ガラス系物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層、
中央張力領域、および
４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、
４モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
５モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、
０．１モル％以上から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、
６モル％以上から２５モル％以下のＭｇＯ、
０．１モル％以上から４モル％以下のＺｒＯ２、
０．１モル％以上から５モル％以下のＫ２Ｏ、および
０．０５モル％以上から０．５モル％以下のＳｎＯ２、
を含む前記ガラス系物品の中心での組成、
を有するガラス系物品。
ガラス系物品であって、
前記ガラス系物品の表面から圧縮深さまで延在する圧縮応力層、
中央張力領域、および
４５モル％以上から７０モル％以下のＳｉＯ２、
４モル％以上から２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
５モル％以上から２０モル％以下のＬｉ２Ｏ、
０．１モル％以上から１０モル％以下のＮａ２Ｏ、
６モル％以上から２５モル％以下のＭｇＯ、
０．１モル％以上から４モル％以下のＺｒＯ２、
０．１モル％以上から５モル％以下のＫ２Ｏ、および
０．０５モル％以上から０．５モル％以下のＳｎＯ２、
を含む前記ガラス系物品の中心での組成、
を有するガラス系物品。
【0218】
実施形態３５
前記圧縮応力層が、４００ＭＰａ以上から２０００ＭＰａ以下の圧縮応力を有する、実施形態３３または３４に記載のガラス系物品。
前記圧縮応力層が、４００ＭＰａ以上から２０００ＭＰａ以下の圧縮応力を有する、実施形態３３または３４に記載のガラス系物品。
【0219】
実施形態３６
前記中央張力領域が、３０ＭＰａ以上から３００ＭＰａ以下の最大中央張力を有する、実施形態３３から３５のいずれかに記載のガラス系物品。
前記中央張力領域が、３０ＭＰａ以上から３００ＭＰａ以下の最大中央張力を有する、実施形態３３から３５のいずれかに記載のガラス系物品。
【0220】
実施形態３７
前記圧縮深さが０．１５ｔ以上から０．２５ｔ以下であり、ｔは前記ガラス系物品の厚さである、実施形態３３から３６のいずれかに記載のガラス系物品。
前記圧縮深さが０．１５ｔ以上から０．２５ｔ以下であり、ｔは前記ガラス系物品の厚さである、実施形態３３から３６のいずれかに記載のガラス系物品。
【0221】
実施形態３８
前記圧縮応力層が、前記ガラス系物品の表面から圧縮応力スパイク深さまで延在する圧縮応力スパイクを有し、該圧縮応力スパイク深さが３μｍ以上から１０μｍ以下である、実施形態３３から３７のいずれかに記載のガラス系物品。
前記圧縮応力層が、前記ガラス系物品の表面から圧縮応力スパイク深さまで延在する圧縮応力スパイクを有し、該圧縮応力スパイク深さが３μｍ以上から１０μｍ以下である、実施形態３３から３７のいずれかに記載のガラス系物品。
【0222】
実施形態３９
前記ガラス系物品が、０．２ｍｍ以上から２ｍｍ以下の厚さｔを有する、実施形態３３から３８のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品が、０．２ｍｍ以上から２ｍｍ以下の厚さｔを有する、実施形態３３から３８のいずれかに記載のガラス系物品。
【0223】
実施形態４０
前記ガラス系物品の中心での組成が、
５１モル％以上から６５モル％以下のＳｉＯ２、
を含む、実施形態３３から３９のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
５１モル％以上から６５モル％以下のＳｉＯ２、
を含む、実施形態３３から３９のいずれかに記載のガラス系物品。
【0224】
実施形態４１
前記ガラス系物品の中心での組成が、
１２．０モル％以上から１９モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
を含む、実施形態３３から４０のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
１２．０モル％以上から１９モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
を含む、実施形態３３から４０のいずれかに記載のガラス系物品。
【0225】
実施形態４２
前記ガラス系物品の中心での組成が、
３モル％以上から１２モル％以下のＬｉ２Ｏ、
を含む、実施形態３３から４１のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
３モル％以上から１２モル％以下のＬｉ２Ｏ、
を含む、実施形態３３から４１のいずれかに記載のガラス系物品。
【0226】
実施形態４３
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０．２５モル％以上から６モル％以下のＮａ２Ｏ、
を含む、実施形態３３から４２のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０．２５モル％以上から６モル％以下のＮａ２Ｏ、
を含む、実施形態３３から４２のいずれかに記載のガラス系物品。
【0227】
実施形態４４
前記ガラス系物品の中心での組成が、
１０モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯ、
を含む、実施形態３３から４３のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
１０モル％以上から１９モル％以下のＭｇＯ、
を含む、実施形態３３から４３のいずれかに記載のガラス系物品。
【0228】
実施形態４５
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０．２５モル％以上から２モル％以下のＺｒＯ２、
を含む、実施形態３３から４４のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０．２５モル％以上から２モル％以下のＺｒＯ２、
を含む、実施形態３３から４４のいずれかに記載のガラス系物品。
【0229】
実施形態４６
前記ガラス系物品の中心での組成が、ＴｉＯ２を実質的に含まない、実施形態３３から４５のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、ＴｉＯ２を実質的に含まない、実施形態３３から４５のいずれかに記載のガラス系物品。
【0230】
実施形態４７
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から１０モル％以下のＢ２Ｏ３、
を含む、実施形態３３から４６のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から１０モル％以下のＢ２Ｏ３、
を含む、実施形態３３から４６のいずれかに記載のガラス系物品。
【0231】
実施形態４８
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から６モル％以下のＢ２Ｏ３、
を含む、実施形態３３から４７のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から６モル％以下のＢ２Ｏ３、
を含む、実施形態３３から４７のいずれかに記載のガラス系物品。
【0232】
実施形態４９
前記ガラス系物品の中心での組成が、Ｂ２Ｏ３を実質的に含まない、実施形態３３から４８のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、Ｂ２Ｏ３を実質的に含まない、実施形態３３から４８のいずれかに記載のガラス系物品。
【0233】
実施形態５０
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から４モル％以下のＰ２Ｏ５、
を含む、実施形態３３から４９のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から４モル％以下のＰ２Ｏ５、
を含む、実施形態３３から４９のいずれかに記載のガラス系物品。
【0234】
実施形態５１
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から３モル％以下のＰ２Ｏ５、
を含む、実施形態３３から５０のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から３モル％以下のＰ２Ｏ５、
を含む、実施形態３３から５０のいずれかに記載のガラス系物品。
【0235】
実施形態５２
前記ガラス系物品の中心での組成が、Ｐ２Ｏ５を実質的に含まない、実施形態３３から５１のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、Ｐ２Ｏ５を実質的に含まない、実施形態３３から５１のいずれかに記載のガラス系物品。
【0236】
実施形態５３
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から３モル％以下のＫ２Ｏ、
を含む、実施形態３３または実施形態３５から５２のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から３モル％以下のＫ２Ｏ、
を含む、実施形態３３または実施形態３５から５２のいずれかに記載のガラス系物品。
【0237】
実施形態５４
前記ガラス系物品の中心での組成が、Ｋ２Ｏを実質的に含まない、実施形態３３または実施形態３５から５３のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、Ｋ２Ｏを実質的に含まない、実施形態３３または実施形態３５から５３のいずれかに記載のガラス系物品。
【0238】
実施形態５５
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から３モル％以下のＣａＯ、
を含む、実施形態３３から５４のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から３モル％以下のＣａＯ、
を含む、実施形態３３から５４のいずれかに記載のガラス系物品。
【0239】
実施形態５６
前記ガラス系物品の中心での組成が、ＣａＯを実質的に含まない、実施形態３３から５５のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、ＣａＯを実質的に含まない、実施形態３３から５５のいずれかに記載のガラス系物品。
【0240】
実施形態５７
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から３モル％以下のＳｒＯ、
を含む、実施形態３３から５６のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から３モル％以下のＳｒＯ、
を含む、実施形態３３から５６のいずれかに記載のガラス系物品。
【0241】
実施形態５８
前記ガラス系物品の中心での組成が、ＳｒＯを実質的に含まない、実施形態３３から５７のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、ＳｒＯを実質的に含まない、実施形態３３から５７のいずれかに記載のガラス系物品。
【0242】
実施形態５９
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から５モル％以下のＺｎＯ、
を含む、実施形態３３から５８のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、
０モル％以上から５モル％以下のＺｎＯ、
を含む、実施形態３３から５８のいずれかに記載のガラス系物品。
【0243】
実施形態６０
前記ガラス系物品の中心での組成が、ＺｎＯを実質的に含まない、実施形態３３から５９のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成が、ＺｎＯを実質的に含まない、実施形態３３から５９のいずれかに記載のガラス系物品。
【0244】
実施形態６１
前記ガラス系物品の中心での組成と同じ組成および微細構造を有するガラスが、０．８ＭＰａ・ｍ０．５以上から１．０ＭＰａ・Ｍ０．５以下の破壊靱性ＫＩＣを有する、実施形態３３から６０のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成と同じ組成および微細構造を有するガラスが、０．８ＭＰａ・ｍ０．５以上から１．０ＭＰａ・Ｍ０．５以下の破壊靱性ＫＩＣを有する、実施形態３３から６０のいずれかに記載のガラス系物品。
【0245】
実施形態６２
前記ガラス系物品の中心での組成と同じ組成および微細構造を有するガラスが、８０ＧＰａ以上から１００ＧＰａ以下のヤング率を有する、実施形態３３から６１のいずれかに記載のガラス系物品。
前記ガラス系物品の中心での組成と同じ組成および微細構造を有するガラスが、８０ＧＰａ以上から１００ＧＰａ以下のヤング率を有する、実施形態３３から６１のいずれかに記載のガラス系物品。
【0246】
実施形態６３
消費者向け電気製品において、
前面、背面、および側面を有する筐体、
少なくとも部分的に前記筐体内に設けられた電気部品であって、少なくとも制御装置、メモリ、および該筐体の前面にまたはそれに隣接して設けられたディスプレイを含む電気部品、および
前記ディスプレイを覆って配置されたカバー基板、
を備え、
前記筐体および前記カバー基板の少なくとも一方の少なくとも一部は、実施形態３３から６２のいずれかに記載のガラス系物品から作られている、消費者向け電気製品。
消費者向け電気製品において、
前面、背面、および側面を有する筐体、
少なくとも部分的に前記筐体内に設けられた電気部品であって、少なくとも制御装置、メモリ、および該筐体の前面にまたはそれに隣接して設けられたディスプレイを含む電気部品、および
前記ディスプレイを覆って配置されたカバー基板、
を備え、
前記筐体および前記カバー基板の少なくとも一方の少なくとも一部は、実施形態３３から６２のいずれかに記載のガラス系物品から作られている、消費者向け電気製品。
【符号の説明】
【0247】
１００ ガラス系物品
１１０ 第１の表面
１１２ 第２の表面
１２０ 第１の区画
１２２ 第２の区画
１３０ 中央領域
２００ 家庭用電子機器
２０２ 筐体
２０４ 前面
２０６ 背面
２０８ 側面
２１０ ディスプレイ
２１２ カバー
１１００ 衝撃試験を行うための装置
１１０２ 振り子
１１０４ 下げ振り
１１０６ 旋回軸
１１０８ アーム
１１１０ ベース
１１４０ 衝撃物体
１１０ 第１の表面
１１２ 第２の表面
１２０ 第１の区画
１２２ 第２の区画
１３０ 中央領域
２００ 家庭用電子機器
２０２ 筐体
２０４ 前面
２０６ 背面
２０８ 側面
２１０ ディスプレイ
２１２ カバー
１１００ 衝撃試験を行うための装置
１１０２ 振り子
１１０４ 下げ振り
１１０６ 旋回軸
１１０８ アーム
１１１０ ベース
１１４０ 衝撃物体
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】