知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】特表2015-535521(P2015-535521A)
(43)【公表日】2015年12月14日
(54)【発明の名称】高硬度および高弾性率を有するイオン交換可能ガラス
(51)【国際特許分類】
C03C 3/095 20060101AFI20151117BHJP
C03C 3/097 20060101ALI20151117BHJP
C03C 21/00 20060101ALI20151117BHJP
【ＦＩ】
C03C3/095
C03C3/097
C03C21/00 101
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2015-544104(P2015-544104)
(86)(22)【出願日】2013年11月20日
(85)【翻訳文提出日】2015年7月16日
(86)【国際出願番号】US2013070869
(87)【国際公開番号】WO2014081747
(87)【国際公開日】20140530
(31)【優先権主張番号】61/728,944
(32)【優先日】2012年11月21日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】
AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(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】100090468
【弁理士】
【氏名又は名称】佐久間 剛
(72)【発明者】
【氏名】ブックバインダー，ダナ クレイグ
(72)【発明者】
【氏名】グロス，ティモシー マイケル
【テーマコード（参考）】
4G059
4G062
【Ｆターム（参考）】
4G059AA08
4G059AC16
4G059HB03
4G059HB14
4G059HB23
4G062AA01
4G062BB01
4G062BB06
4G062DA05
4G062DA06
4G062DA07
4G062DB03
4G062DB04
4G062DB05
4G062DC01
4G062DC02
4G062DD01
4G062DD02
4G062DE01
4G062DE02
4G062DF01
4G062EA01
4G062EB03
4G062EB04
4G062EC01
4G062ED01
4G062ED02
4G062EE01
4G062EE02
4G062EF01
4G062EF02
4G062EG01
4G062EG02
4G062FA01
4G062FB01
4G062FB02
4G062FC01
4G062FD01
4G062FE01
4G062FF01
4G062FG01
4G062FH01
4G062FJ03
4G062FK01
4G062FK02
4G062FL01
4G062FL02
4G062GA01
4G062GA10
4G062GB01
4G062GC01
4G062GD01
4G062GE01
4G062HH01
4G062HH03
4G062HH05
4G062HH07
4G062HH09
4G062HH11
4G062HH13
4G062HH15
4G062HH17
4G062HH20
4G062JJ01
4G062JJ03
4G062JJ05
4G062JJ07
4G062JJ10
4G062KK01
4G062KK02
4G062KK03
4G062KK04
4G062KK05
4G062KK06
4G062KK07
4G062KK08
4G062KK10
4G062MM12
4G062MM27
4G062NN33
(57)【要約】
高硬度および高弾性率を有するイオン交換可能ガラス。カバーガラスの基本配合組成は、Ｎａ２Ｏ、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２を含む。当該ガラスはさらに、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、ならびに任意のアルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、および希土類酸化物、ならびに他の二価の金属酸化物も含み得る。当該イオン交換可能ガラスはより高い硬度を提供し、これは、微小延性引っ掻き損傷に対してより高い抵抗性を提供する。これらのガラスのイオン交換は、摩擦損傷によって生じるクラッキングに対するそれらの抵抗性を高め、ならびに表面損傷の形成後の強度維持を向上させる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、および少なくとも７ｍｏｌ％までのＹ２Ｏ３を含み、２を超えるモル比［Ａｌ２Ｏ３（ｍｏｌ％）／Ｙ２Ｏ３（ｍｏｌ％）］および少なくとも８０ＧＰａのヤング率を有する、ガラス。
【請求項2】
約４０ｍｏｌ％〜約８２ｍｏｌ％のＳｉＯ２と；約４ｍｏｌ％〜約４０ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３と；約４ｍｏｌ％〜約２６ｍｏｌ％のＮａ２Ｏと；約１．５ｍｏｌ％〜約７ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３とを含む、請求項１に記載のガラス。
【請求項3】
Ａｌ２Ｏ３（ｍｏｌ％）／Ｎａ２Ｏ（ｍｏｌ％）＞１である、請求項１または２に記載のガラス。
【請求項4】
Ａｌ２Ｏ３（ｍｏｌ％）／Ｎａ２Ｏ（ｍｏｌ％）＜１である、請求項１または２に記載のガラス。
【請求項5】
さらに、少なくとも１種の二価の金属酸化物を含み、該少なくとも１種の二価の金属酸化物が、ＺｎＯおよび１種以上のアルカリ土類酸化物のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項6】
さらに、Ｙ２Ｏ３以外の少なくとも１種の希土類酸化物を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項7】
さらに、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、およびＴｉＯ２のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項8】
少なくとも７００℃の歪み点を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項9】
少なくとも６６０ｋｇｆ／ｍｍ２（約６４６８ＭＰａ）の２００ｇｆ（約１．９６Ｎ）ビッカース硬度を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項10】
イオン交換され、該イオン交換されたガラスが、その表面から内部へと少なくとも４０μｍの圧縮応力層深さまで広がる圧縮層を有し、該圧縮層が、少なくとも８００ＭＰａの圧縮応力を有し、該イオン交換されたガラスが、少なくとも７５０ｋｇｆ／ｍｍ２（約７３５０ＭＰａ）の２００ｇｆ（約１．９６Ｎ）ビッカース硬度を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載のガラス。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【0001】
本出願は、米国特許法第１１９条の下、２０１２年１１月２１日に出願された米国特許出願第６１／７２８９４４号明細書に対する優先権の恩典を主張するものであり、なお、本出願は当該出願の内容に依拠し、ならびに当該出願の全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【技術分野】
【0002】
本開示は、イオン交換可能なアルカリアルミノケイ酸ガラスに関する。とりわけ、本開示は、イットリア含有アルカリアルミノケイ酸ガラスに関する。さらにより具体的には、本開示は、高レベルの硬度および弾性率を有するイットリア含有アルカリアルミノケイ酸ガラスの例について説明する。
【背景技術】
【0003】
硬質で透明なカバー材料、例えば、単結晶サファイアなど、は、時々、家電製品用のカバーガラスまたはディスプレイウィンドウなどのガラス物品において保護層として使用される。硬質コーティングは、硬度の好適な増加を提供することができる一方で、そのようなコーティングは、接触剥離に対して影響を受けやすい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
高硬度および高弾性率を有するイオン交換可能ガラスを提供する。カバーガラスの基本の配合組成は、Ｎａ２Ｏ、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２を含む。当該ガラスはさらに、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ならびに任意のアルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、および希土類酸化物、ならびに他の二価の金属酸化物も含み得る。本明細書において説明されるイオン交換可能ガラスはより高い硬度を提供し、これは、微小延性引っ掻き損傷に対してより高い抵抗性を提供する。これらのガラスのイオン交換は、摩擦損傷によって生じるクラッキングに対するそれらの抵抗性を高め、さらに表面損傷の形成後の強度維持を向上させる。
【0005】
したがって、本開示の一態様は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、および約７ｍｏｌ％までのＹ２Ｏ３を含みかつ２を超えるモル比［Ａｌ２Ｏ３（ｍｏｌ％）／Ｙ２Ｏ３（ｍｏｌ％）］を有するイオン交換可能ガラスを提供する。
【0006】
第二態様は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、およびＹ２Ｏ３を含みかつ２を超えるモル比［Ａｌ２Ｏ３（ｍｏｌ％）／Ｙ２Ｏ３（ｍｏｌ％）］および少なくとも７５ＧＰａのヤング率を有するガラスを提供する。
【0007】
本開示の第三態様は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、およびＹ２Ｏ３を含みかつ少なくとも２のモル比［Ａｌ２Ｏ３（ｍｏｌ％）／（Ｙ２Ｏ３（ｍｏｌ％））］および少なくとも６６０ｋｇｆ／ｍｍ２（約６４６８ＭＰａ）の２００ｇｆ（約１．９６Ｎ）ビッカース硬度を有するガラスを提供する。
【0008】
本開示のこれらおよび他の態様、利点、および顕著な特徴は、以下の詳細な説明、添付の図面、および添付の特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下の説明において、同様の参照文字は、図面に示される幾つかの図全体を通じて、同様のまたは対応する部分を示す。特に明記されない限り、「上部」、「底部」、「外側」、「内側」などの用語は、便宜のための言葉であって、限定的な用語として解釈されるべきではないことも理解されたい。さらに、ある群が、複数の要素およびそれらの組み合わせの群のうちの少なくとも１つを含むと記載される場合には常に、当該群は、個別にまたはお互いとの組み合わせのいずれかにおいて、任意の数のこれらの列挙される要素を含み得るか、から実質的になり得るか、またはからなり得ることは理解されたい。同様に、ある群が、複数の要素およびその組み合わせの群の少なくとも１つからなると記載されている場合は常に、当該群は、個々にまたはお互いとの組み合わせのいずれかにおいて、任意の数のこれらの列記された要素からなり得ることは理解されたい。特に明記されない限り、数値の範囲は、列挙される場合、当該範囲の上限および下限の両方、ならびにそれらの間の任意の範囲を含む。本明細書において使用される場合、特に明記されない限り、単数形の名詞は、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味する。本明細書および図面において開示される様々な特徴は、あらゆる組み合わせにおいて使用することができることも理解されたい。
【0011】
本明細書において使用される場合、用語「ガラス」は、ガラスおよびガラスセラミックの両方を包含する。用語「ガラス物品」は、それらの広義の意味において使用され、よって全体的にまたは部分的にガラスおよび／またはガラスセラミックで作製された任意の物体を包含する。
【0012】
用語「実質的に」および「約」は、任意の定量比較、値、測定値、または他の表現に起因し得る不確実性の本質的度合いを表すために、本明細書において用いられ得ることに留意されたい。これらの用語も、検討中の主題の基本機能における変化を結果として生じることなく、定量的表現が、述べられた参考値から変わり得る程度を表すために、本明細書において用いられる。
【0013】
概して図に対し、特に図１に関して、例示は、特定の実施形態を説明する目的のためであって、本発明をそれらに限定することを意図するものではないことは理解されるであろう。
【0014】
本明細書において、イオン交換可能ガラスならびに、高硬度および高弾性率を有するイオン交換ガラスについて説明する。これらのガラスは、ＳｉＯ２（シリカ）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、Ｎａ２Ｏ、およびＹ２Ｏ３（イットリア）を含み、この場合、当該ガラスのモル比Ａｌ２Ｏ３（ｍｏｌ％）／Ｙ２Ｏ３（ｍｏｌ％）は２を超え、いくつかの実施形態では、２．１を超える。本明細書において説明されるイオン交換可能ガラスは、単結晶サファイアほど硬くはないが、イオン交換することにより、高表面圧縮および深い圧縮層深さを達成することが可能である。イオン交換は、摩擦損傷によって生じるクラッキングに対するガラスの抵抗性を高め、ならびに表面損傷の形成後の当該ガラスの強度維持を向上させる。当該イオン交換可能ガラスは、多くのイオン交換可能なもしくはイオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスよりも硬く、微小延性引っ掻きに対して抵抗性である。
【0015】
図１は、イットリアナトリウムアルミノケイ酸ガラスの三元系状態図の等温線であり、ガラスを形成したか、多層へと分離したか、または失透した試料の組成を示している。図１にプロットされた各試料は、１４ｍｏｌ％のＮａ２Ｏを含有する。図１に示されるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、およびＹ２Ｏ３の成分は、三元系状態図上での組成を表すために、８６で割られている。図１から分かるように、イットリアを含有するナトリウムアルミノケイ酸ガラスは、相分離もしくは失透が容易に生じる大きな組成上の範囲もしくは領域を有する。いくつかの実施形態において、本明細書において説明されるガラスは、最大７ｍｏｌ％までのＹ２Ｏ３を含み、したがって、そのような失透は避けられる。
【0016】
図１から分かるように、相分離は、Ｎａ２Ｏとアルミナのモル比（Ｎａ２Ｏ（ｍｏｌ％）／Ａｌ２Ｏ３（ｍｏｌ％））が１：１である組成において容易に生じるように見え、そのような相分離の程度は、イットリアの含有量の増加に伴って増加する。アルミナに対してＮａ２Ｏが過剰に存在するかまたはアルミナがＮａ２Ｏに対して過剰に存在するガラスは、高品質の（すなわち、非常に透明でクリアな）均質ガラスを形成する。したがって、本明細書において説明されるガラスにおいて、そのような相分離を避けるために、いくつかの実施形態では、当該比率（Ｎａ２Ｏ（ｍｏｌ％）／Ａｌ２Ｏ３（ｍｏｌ％））は１を超え、他の実施形態では、当該比率（Ｎａ２Ｏ（ｍｏｌ％）／Ａｌ２Ｏ３（ｍｏｌ％））は１未満である。
【0017】
いくつかの実施形態において、本明細書において説明されるガラスは、約４０ｍｏｌ％〜約８２ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含み、いくつかの実施形態においては、約５０ｍｏｌ％〜約８０ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含む。本明細書において説明されるガラスは、約４ｍｏｌ％〜約４０ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３も含み、いくつかの実施形態においては、約４ｍｏｌ％〜約３０ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３を含む。本明細書において説明されるガラスは、約４ｍｏｌ％〜約２６ｍｏｌ％のＮａ２Ｏも含み、いくつかの実施形態においては、約１２．５ｍｏｌ％〜約１８ｍｏｌ％のＮａ２Ｏを含む。最後に、いくつかの実施形態において、本明細書において説明されるガラスは、約１．５ｍｏｌ％〜約７ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３を含む。いくつかの実施形態においては、当該ガラスは、約４０ｍｏｌ％〜約８２ｍｏｌ％のＳｉＯ２；約４ｍｏｌ％〜約４０ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３；約４ｍｏｌ％〜約２６ｍｏｌ％のＮａ２Ｏ；および約１．５ｍｏｌ％〜約７ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３を含む。他の実施形態において、当該ガラスは、約５０ｍｏｌ％〜約８０ｍｏｌ％のＳｉＯ２；約４ｍｏｌ％〜約３０ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３；約１２．５ｍｏｌ％〜約１８ｍｏｌ％のＮａ２Ｏ；および約１．５ｍｏｌ％〜約７ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３を含む。
【0018】
いくつかの実施形態において、当該ガラスはさらに、Ｎａ２Ｏ以外の少なくとも１種のアルカリ金属酸化物；すなわち、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、および／またはＣｓ２Ｏ、を含み得る。ある特定の実施形態において、当該ガラスは、リチア（Ｌｉ２Ｏ）を実質的に含み得ない。いくつかの実施形態において、当該ガラスはさらに、少なくとも１種のアルカリ土類酸化物および／または他の二価の金属の酸化物（例えば、ＺｎＯ）を含み得る。いくつかの実施形態において、当該ガラスはさらに、イットリア以外に少なくとも１種の追加の希土類（すなわち、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ）の酸化物、例えば、Ｌａ２Ｏ３および／またはＳｃ２Ｏ３、も含み得る。いくつかの実施形態において、当該ガラスはさらに、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、およびＴｉＯ２のうちの少なくとも１つを含み得る。
【0019】
本明細書において説明されるイットリア含有ガラスの実施例が、表１に一覧されている。様々な実施例に対して特定されたＡｌ２Ｏ３／Ｙ２Ｏ３モル比の値と、これらのガラスの物理特性（密度、モル体積、ヤング率、剛性率、ポアソン比、歪み点、アニール点、および軟化点）も表１に一覧されている。
【0020】
いくつかの実施形態において、本明細書において説明されるガラスは、当技術分野において公知のダウンドロー法、例えば、フュージョンドロー法およびスロットドロー法など、を用いたガラスの製造を可能にする、温度に対する粘度依存性を有する。例えば、当該ガラスは、約１１５４℃の温度において１６０ｋＰ（キロポアズ）（約１６ｋＰａ・ｓ）、約１５３９℃の温度において２００Ｐ（約２０Ｐａ・ｓ）、約１２１３℃の温度において３５ｋＰ（約３．５ｋＰａ・ｓ）を有し得る。あるいは、当該ガラスは、当技術分野において公知の他の方法、例えば、フロート法およびキャスト法など、によって形成することができる。
【0021】
本明細書において説明されるガラスは、いくつかの実施形態において、イオン交換によって強化され得る。当該ガラスは、例えば、ＫＮＯ３を含むかまたはＫＮＯ３から実質的になる溶融塩浴に約４５０℃の温度で約２４時間浸漬することによってイオン交換することができるが、他のカリウム塩（例えば、ＫＣｌ、Ｋ２ＳＯ４など）、異なる温度（例えば、３００℃〜５００℃）、異なるイオン交換時間（例えば、１〜４８時間）、および複数のイオン交換浴への連続浸漬も使用することができる。イオン交換プロセスにおいて、ガラスの表面もしくは表面近傍のナトリウムイオンの一部が、ガラスのある深さまで塩浴中のカリウムイオンと交換され、その結果として、圧縮応力下にあり（圧縮層とも呼ばれる）かつ表面からガラスのバルク中のある深さまで（圧縮応力層深さ）広がる層が当該ガラスに形成される。ガラス中でのＮａ＋イオンとＫ＋イオンとの交換の結果として、当該圧縮層は、カリウムで富化され得る。いくつかの実施形態において、カリウム濃度は、表面において最大値を有し、修正誤差関数に従って減少する。
【0022】
圧縮応力および圧縮応力層深さは、当技術分野において公知の手段を用いて測定される。そのような手段としては、これらに限定されるわけではないが、市販の器具（例えば、Ｌｕｃｅｏ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．（東京、日本）によって製造されたＦＳＭ−６０００など）を使用した表面応力の測定（ＦＳＭ）が挙げられ、ならびに圧縮応力および圧縮応力層深さを測定する方法は、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ Ｆｌａｔ Ｇｌａｓｓ」と題されるＡＳＴＭ １４２２Ｃ−９９、および「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｎｏｎ−Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｐｈｏｔｏｅｌａｓｔｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｄｇｅ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｉｎ Ａｎｎｅａｌｅｄ， Ｈｅａｔ−Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ， ａｎｄ Ｆｕｌｌｙ−Ｔｅｍｐｅｒｅｄ Ｆｌａｔ Ｇｌａｓｓ」と題されるＡＳＴＭ １２７９．１９７７９に記載されており、なお、これらの参考文献の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。表面応力測定は、ガラスの複屈折に関連する応力光係数（ＳＯＣ）の正確な測定に依拠する。一方で、ＳＯＣは、ファイバおよび四点曲げ試験法（これらは両方とも、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｓｔｒｅｓｓ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ」と題されるＡＳＴＭ ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃ７７０−９８（２００８）に記載されており、それらの内容は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる）、およびバルクシリンダー法など、当技術分野において公知の方法によって測定される。ＦＳＭ−６０００の使用により複数の画像が得られ、これは、イットリア含有ガラスのより高い屈折率にアクセスするために組み合わされる。
【0023】
ガラス表面に損傷抵抗性および引っ掻き抵抗性を提供するが剥離しやすい傾向にある、ダイアモンド状炭素やサファイアなどの引っ掻き抵抗性コーティングと異なり、ガラスの圧縮層は、ガラスのそれ自体の表面に圧縮応力を提供する。本明細書において説明されるガラスは、イオン交換することによって、少なくとも約８００ＭＰａの圧縮応力と少なくとも４０μｍの圧縮応力層深さとを有する圧縮層を形成することができる。表２には、４５０℃のＫＮＯ３溶融塩浴において２４時間イオン交換した場合の、表１に一覧されるガラスにおいて得られた圧縮応力および圧縮応力層深さが一覧されている。
【0024】
本明細書において説明されるガラスはさらに、他のイオン交換可能なアルカリアルミノケイ酸ガラスにおいて観察される歪み点よりもかなり高い歪み点も有する。一実施形態において、当該ガラスは、少なくとも約７００℃の歪み点を有し、いくつかの実施形態においては、少なくとも約７６０℃の歪み点を有する。それに対し、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標） Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄによって製造されたガラスコード２３１７は、約６４０℃未満の歪み点を有する。
【0025】
本明細書において説明されるガラスは、高められた硬度およびヤング率を有する。硬度値は、通常、押し込みクラッキング抵抗性の増加と共に減少するが、当該ガラスの硬度は、パッキング密度の減少に伴って減少し、これは、低弾性率にも反映される。低いパッキング密度は、強度を制限するクラックの形成前のかなりの程度の変形を可能にするが、微小延性形態での小さな溝状の引っ掻きに対するガラスの抵抗性に対しても有害である。微小延性引っ掻き形態は、任意の横方向のクラックが表面または任意の表面の放射状クラックと交差することのない、永久的な引っ掻き溝の存在として定義される。このタイプの引っ掻きは、小体積のガラスを移動させる接触の際に生じる。イットリアをドープしたガラスの硬度を高めることで、より柔らかいガラスと比較した場合、所定の接触に対する引っ掻きの幅および／または深さはより小さくなる。本明細書において説明されるガラスは、そのような小さな溝状の引っ掻きに対するガラスの抵抗性を高める、少なくとも７５ギガパスカル（ＧＰａ）のヤング率を有し、いくつかの実施形態においては８０ＧＰａのヤング率を有する。それに対し、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標） Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄによって製造される、コード２３１７ガラスおよび関連するアルカリアルミノケイ酸ガラスは、典型的には、約７５ＧＰａ以下のヤング率を有する。塩基性ナトリウムアルミノケイ酸ガラスの基本組成にイットリウムなどの希土類金属を添加することで、結果として、非常に密に詰まったガラスネットワークが生じ、これにより、結果として、より高い硬度およびヤング率が得られる。
【0026】
イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸ガラスは、典型的には、約６５０ｋｇｆ／ｍ２（約６３７０Ｐａ）の２００グラム重（ｇｆ）（約１．９６Ｎ）ビッカース硬度値を有するが、その一方で、本明細書において説明されるガラスは、少なくとも７５０ｋｇｆ／ｍｍ２（約７３５０ＭＰａ）の２００グラム重（ｇｆ）（約１．９６Ｎ）ビッカース硬度値を有し、いくつかの実施形態においては、イオン交換した場合、少なくとも７９０ｋｇｆ／ｍｍ２（約７７４２ＭＰａ）の２００グラム重（ｇｆ）（約１．９６Ｎ）ビッカース硬度値を有する。非強化（すなわち、イオン交換されていない）の場合、本明細書において説明されるガラスは、少なくとも６６０ｋｇｆ／ｍｍ２（約６４６８ＭＰａ）の２００ｇｆ（約１．９６Ｎ）ビッカース硬度を有する。表３には、表１に一覧されているガラスから選択されたガラスにおいて得られたビッカース硬度値が一覧されており、これには、イオン交換されたガラスのデータとイオン交換されていないガラスのデータとが含まれる。
【0027】
本明細書において説明されるガラスは、いくつかの実施形態において、電子装置、例えば、これらに限定されるわけではないが、エンターテイメントデバイス、ラップトップコンピュータ、タブレットなどのディスプレイのカバーガラスまたはウィンドウとして使用することができる。そのような用途のために、当該ガラスは、平面シートまたは三次元シートへと形成され、ならびに、典型的には、所望のレベルの表面圧縮応力を提供するためにイオン交換される。いくつかの実施形態において、当該ガラスは、約０．１ｍｍ〜約１．５ｍｍの範囲の厚さを有し、他の実施形態では、約０．２ｍｍ〜約１．０ｍｍの範囲、さらに他の実施形態では約０．２ｍｍ〜約０．７ｍｍの範囲、さらに他の実施形態では約０．２ｍｍ〜約０．５ｍｍの範囲の厚さを有する。
【0028】
イオン交換した表１に一覧されるガラスを測定したビッカース押し込み放射状クラッキング閾値を表２に一覧する。本明細書において説明されるビッカース押し込み半径方向クラッキング閾値測定は、押し込み荷重を０．２ｍｍ／分においてガラス表面に適用し、その後荷重を取り除くことによって実施した。押し込み最大荷重は１０秒間維持する。押し込みクラッキング閾値は、１０回の押し込みうちの５０％が、押し込み圧痕の隅から発生する任意の数の放射状／中央クラックを示すような、押し込み荷重において定義される。所定のガラス組成に対して閾値が満たされるまで最大荷重を増加させる。全ての押し込み測定は、５０％の相対湿度の室温において実施する。
【0029】
【表1-1】
【0030】
【表1-2】
【0031】
【表1-3】
【0032】
【表1-4】
【0033】
【表2】
【0034】
【表3】
【0035】
説明目的で典型的な実施の形態を述べてきたが、先の記載は、本発明の範囲への制限と考えるべきではない。したがって、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、様々な改変、適用、および変更が当業者に想起されるであろう。
【図1】
【国際調査報告】