(57)【要約】  本明細書に記載される実施形態は、高い液相粘度を有する、機械的耐久性のガラス組成物を含むガラス物品に関する。該ガラス物品は、５０モル％〜８０モル％のＳｉＯ２；７モル％〜２５モル％のＡｌ２Ｏ３；２モル％〜約１４モル％のＬｉ２Ｏ；０．４モル％のＰ２Ｏ５；及び、０．５モル％以下のＺｒＯ２を有するガラス組成物を含みうる。（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））の量は０より大きく、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）はガラス組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）はガラス組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計である。（Ｌｉ２Ｏ（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））のモル比は０．５以上でありうる。実施形態では、ガラス組成物はＢ２Ｏ３を含みうる。ガラス組成物は、溶融成形可能であり、高い耐損傷性を有する。
2021501108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
５０モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２；
７モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３；
２モル％以上１４モル％以下のＬｉ２Ｏ；
０．４モル％以上１０モル％以下のＰ２Ｏ５；
１モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏ；及び
０．５モル％以下のＺｒＯ２
を含み、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））が０より大きく、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は前記組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は前記組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計であり、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））が−２モル％以上２モル％以下である、
ガラス物品。
【請求項２】
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
５０モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２；
７モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３；
２モル％以上１４モル％以下のＬｉ２Ｏ；
３モル％以上１５モル％以下のＢ２Ｏ３；
０．１モル％以上のＮａ２Ｏ；及び
０モル％超４モル％以下のＴｉＯ２
を含み、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））が０以上であり、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は前記組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は前記組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計であり、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））が２以下であり、
Ｒ２Ｏ（モル％）が１４モル％以下である、
ガラス物品。
【請求項３】
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
５０モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２；
７モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３；
２モル％以上１４モル％以下のＬｉ２Ｏ；
０．１モル％以上２０モル％以下のＢ２Ｏ３；
０．１モル％以上２０モル％以下のＰ２Ｏ５；
１モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏ；及び
１モル％以下のＺｒＯ２
を含み、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））が０より大きく、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は前記組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は前記組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計であり、
（Ｌｉ２Ｏ（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））のモル比が０．５以上である、
ガラス物品。
【請求項４】
前記組成物が１３００℃以下の液相温度を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス物品。
【請求項５】
前記組成物が２０ｋＰを超える液相粘度を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス物品。
【請求項６】
前記組成物が２．５モル％以下のＫ２Ｏをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス物品。
【請求項７】
（Ｌｉ２Ｏ（モル％）＋Ａｌ２Ｏ３（モル％））がＢ２Ｏ３（モル％）の２倍以上である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラス物品。
【請求項８】
前記組成物が０モル％超５モル％以下のＭｇＯをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガラス物品。
【請求項９】
前記組成物が０モル％超５モル％以下のＺｎＯをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のガラス物品。
【請求項１０】
前記組成物が０モル％超４モル％以下のＣａＯをさらに含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のガラス物品。
【請求項１１】
前記組成物が０モル％超４モル％以下のＳｒＯをさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のガラス物品。
【請求項１２】
前記組成物が０．３５モル％以下のＳｎＯ２をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のガラス物品。
【請求項１３】
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
５０モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２；
２モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３；
２モル％以上１５モル％以下のＬｉ２Ｏ
を含み、
ＳｉＯ２（モル％）≧［４＊Ｌｉ２Ｏ＋６＊（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）＋２．５＊ＭｇＯ＋２＊（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）］（モル％）であり、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））が０より大きく、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は前記組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は前記組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計であり、
（Ｌｉ２Ｏ（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））のモル比が０．３５以上であり、
Ｐ２Ｏ５（モル％）／［（Ａｌ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ−ＲＯ）］（モル％）が０．２５以上であり、
ＴｉＯ２（モル％）＋ＺｒＯ２（モル％）が０モル％以上１モル％以下であり、
希土類金属酸化物の総量が０モル％以上０．５モル％以下であり、
Ａが１７以上であり、ここで：
Ａ＝１３．２＋Ｐ＊［（１／６７３−１（Ａ．Ｐ．＋２７３））］であり、
Ｐ＝０．６／［（１／（Ａ．Ｐ．＋２７３））−（１／（Ｔ１２＋２７３））］であり、
Ａ．Ｐ．は単位を℃とするアニール点であり、
Ｔ１２は、前記ガラスが１０１２ポアズの粘度を有する場合に対応する、単位を℃とする温度である、
ガラス物品。
【請求項１４】
Ｐ２Ｏ５（モル％）／［（Ａｌ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ−ＲＯ）］（モル％）が０．８以上１．２５以下である、請求項１３に記載のガラス物品。
【請求項１５】
ヤング率が７０ＧＰａ以上である、請求項１３又は１４に記載のガラス物品。
【請求項１６】
破壊靭性が０．７ＭＰａ＊ｍ１／２以上である、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のガラス物品。
【請求項１７】
消費者向け電子製品であって、
前面、背面、及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、前記電気部品が少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、前記ディスプレイが前記筐体の前記前面又はそれに隣接して設けられている、電気部品；及び
前記ディスプレイの上に配置されたカバー基板
を備えており、
前記筐体の一部又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方が、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のガラス物品を含む、
消費者向け電子製品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１７年１０月３１日出願の米国仮特許出願第６２／５７９，３７４号の米国法典第３５編特許法１１９条に基づく優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、概して、ガラス組成物に関し、より詳細には、高い液相粘度及び高い耐破壊性を有する、過アルミナ質のアルミノケイ酸リチウムガラス組成物に関する。
【背景技術】
【０００３】
歴史的にガラスは、光学特性及び、他の材料と比較して優れた化学的耐久性を理由に、電子デバイスのカバーガラスとして使用されてきた。特に、強化されたガラスは、電子デバイス並びに他の用途での使用について認識されている。強化ガラスがますます利用されるようになるにつれて、とりわけ、「実世界」での使用及び用途で被るアスファルト又はコンクリートなどの固い／鋭い表面との接触によって生じる引張応力に供された場合に、サバイバビリティが改善された強化ガラス材料を開発することがより重要になってきている。しかしながら、高い耐破壊性を有するある特定の種の強化ガラスは、高い液相温度及び低い液相粘度も示す。低い液相粘度を有する幾つかのガラス組成物は、フュージョンダウンドロープロセスなどのダウンドロー成形プロセスによる製造には適さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、溶融成形プロセスによってガラス組成物を成形可能にするために、高い耐破壊性及び機械的耐久性を示し、比較的高い液相粘度（例えば、２０ｋＰを超える）を有する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】
【０００５】
第１の実施態様によれば、ガラス物品は、５０モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２、７モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、２モル％以上１４モル％以下のＬｉ２Ｏ、０．４モル％以上１０モ
ル％以下のＰ２Ｏ５、及び０．５モル％以下のＺｒＯ２を含む組成物を含む。該組成物は、０より大きい（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））を有し、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計である。
【０００６】
第１の実施態様に従う第２の実施態様では、組成物中の（Ｌｉ２Ｏ（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））のモル比は０．５以上である。上述のいずれかの実施態様に従う第３の実施態様では、組成物は、−２モル％以上の（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））を有する。上述のいずれかの実施態様に従う第４の実施態様では、組成物は、２モル％以下の（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））を有する。上述のいずれかの実施態様に従う第５の実施態様では、組成物は、−２モル％以上２モル％以下の（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））を有する。
【０００７】
上述のいずれかの実施態様に従う第６の実施態様では、組成物は１３００℃以下の液相温度を有する。上述のいずれかの実施態様に従う第７の実施態様では、組成物は２０ｋＰを超える液相粘度も有しうる。上述のいずれかの実施態様に従う第８の実施態様では、組成物は５０ｋＰを超える液相粘度を有しうる。
【０００８】
上述のいずれかの実施態様に従う第９の実施態様では、組成物は１４モル％以下のＲ２Ｏを有しうる。上述のいずれかの実施態様に従う第１０の実施態様では、組成物はさらに、７モル％以上１４モル％以下のＲ２Ｏを含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第１１の実施態様では、組成物は、２．５モル％以下のＫ２Ｏをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第１２の実施態様では、組成物はさらに、３モル％以上１５モル％以下のＢ２Ｏ３を含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第１３の実施態様では、組成物は、Ｂ２Ｏ３（モル％）の２倍以上の（Ｌｉ２Ｏ（モル％）＋Ａｌ２Ｏ３（モル％））を有しうる。
【０００９】
上述のいずれかの実施態様に従う第１４の実施態様では、組成物は、０．１モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第１５の実施態様では、組成物は、０モル％超５モル％以下のＭｇＯをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第１６の実施態様では、組成物は、０モル％超５モル％以下のＺｎＯをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第１７の実施態様では、組成物は、０モル％超４モル％以下のＣａＯをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第１８の実施態様では、組成物は、０モル％超４モル％以下のＳｒＯをさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第１９の実施態様では、組成物は、０．３５モル％以下のＳｎＯ２をさらに含みうる。上述のいずれかの実施態様に従う第２０の実施態様では、組成物は、ＢａＯを実質的に含まなくてもよい。
【００１０】
第２１の実施態様では、ガラス物品は、５０モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２、７モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、２モル％以上１４モル％以下のＬｉ２Ｏ、３モル％以上１５モル％以下のＢ２Ｏ３、０．１モル％以上のＮａ２Ｏ、及び０モル％以上４モル％以下のＴｉＯ２を含む組成物を含む。組成物は、ゼロ以上の（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））を有し、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計である。組成物はまた、２以下の（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））も有し、Ｒ２Ｏ（モル％）は１４モル％以下である。
【００１１】
第２１の実施態様に従う第２２の実施態様では、組成物は、０．５以上の（Ｌｉ２Ｏ（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））のモル比を有しうる。第２１又は第２２の実施態様に従う第２３の実施態様では、組成物は、０．４モル％以上１０モル％以下のＰ２Ｏ５をさらに含みうる。第２１から第２３の実施態様のいずれかに従う第２４の実施態様では、組成物は、−２以上の（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））を有しうる。
【００１２】
第２１から第２４の実施態様のいずれかに従う第２５の実施態様では、（Ｌｉ２Ｏ（モル％）＋Ａｌ２Ｏ３（モル％））は、Ｂ２Ｏ３（モル％）の２倍以上である。第２１から第２５の実施態様のいずれかに従う第２６の実施態様では、組成物は、１．５モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏをさらに含む。第２１から第２６の実施態様のいずれかに従う第２７の実施態様では、組成物は、０．３５モル％以下のＳｎＯ２をさらに含む。第２１から第２７の実施態様のいずれかに従う第２８の実施態様では、組成物は、１３００℃以下の液相温度を有する。第２１から第２８の実施態様のいずれかに従う第２９の実施態様では、組成物は、２０ｋＰを超える液相粘度を有する。
【００１３】
第３０の実施態様では、ガラス物品は、５０モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２、７モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、２モル％以上１４モル％以下のＬｉ２Ｏ、０．１モル％以上２０モル％以下のＢ２Ｏ３、０．１モル％以上２０モル％以下のＰ２Ｏ５、及び１モル％以下のＺｒＯ２を含む組成物を含む。該組成物は、０より大きい（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））を有し、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計である。
【００１４】
第３０の実施態様に従う第３１の実施態様では、（Ｌｉ２Ｏ（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））のモル比は０．５以上である。第３０又は第３１の実施態様に従う第３２の実施態様では、（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））は、−２モル％以上である。第３０から第３２の実施態様のいずれかに従う第３３の実施態様では、（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））は、−２モル％以上２モル％以下である。第３０から第３３の実施態様のいずれかに従う第３４の実施態様では、（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））は、−２モル％以上２モル％以下である。第３０から第３４の実施態様のいずれかに従う第３５の実施態様では、組成物は、１４モル％以下のＲ２Ｏを含む。第３０から第３５の実施態様のいずれかに従う第３６の実施態様では、組成物は、７モル％以上１４モル％以下のＲ２Ｏを含む。第３０から第３６の実施態様のいずれかに従う第３７の実施態様では、（Ｌｉ２Ｏ（モル％）＋Ａｌ２Ｏ３（モル％））は、Ｂ２Ｏ３（モル％）の２倍以上である。第３０から第３７の実施態様のいずれかに従う第３８の実施態様では、組成物は、１モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏをさらに含む。第３０から第３８の実施態様のいずれかに従う第３９の実施態様では、組成物は、０モル％超０．３５モル％以下のＳｎＯ２をさらに含む。第３０から第３９の実施態様のいずれかに従う第４０の実施態様では、組成物は、１３００℃以下の液相温度を有する。第３０から第４０の実施態様のいずれかに従う第４１の実施態様では、組成物は、２０ｋＰを超える液相粘度を有する。
【００１５】
第４２の実施態様では、ガラス物品は、５０モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２；２モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３；２モル％以上１５モル％以下のＬｉ２Ｏを含む組成物を含み；ここで、ＳｉＯ２（モル％）≧［４＊Ｌｉ２Ｏ＋６＊（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）＋２．５＊ＭｇＯ＋２＊（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）］（モル％）であり、（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））は０より大きく、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計であり、（Ｌｉ２Ｏ（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））のモル比は０．３５以上であり、Ｐ２Ｏ５（モル％）／［（Ａｌ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ−ＲＯ）］（モル％）は０．２５以上であり、ＴｉＯ２（モル％）＋ＺｒＯ２（モル％）は０モル％以上１モル％以下であり、希土類金属酸化物の総量は０モル％以上０．５モル％以下であり、Ａは１７以上であり、ここで：
Ａ＝１３．２＋Ｐ＊［（１／６７３−１（Ａ．Ｐ．＋２７３））］であり、
Ｐ＝０．６／［（１／（Ａ．Ｐ．＋２７３））−（１／（Ｔ１２＋２７３））］であり、
Ａ．Ｐ．は単位を℃とするアニール点であり、
Ｔ１２は、前記ガラスが１０１２ポアズの粘度を有する場合に対応する、単位を℃とする温度である。
【００１６】
第４２の実施態様に従う第４３の実施態様では、Ｐ２Ｏ５（モル％）／［（Ａｌ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ−ＲＯ）］（モル％）は、０．８以上１．２５以下である。実施態様  第４２の実施態様に従う第４４の実施態様では、Ｐ２Ｏ５（モル％）／［（Ａｌ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ−ＲＯ）］（モル％）は、０．９以上１．１以下である。第４２から第４４の実施態様のいずれかに従う第４５の実施態様では、ヤング率は７０ＧＰａ以上である。第４２から第４４の実施態様のいずれかに従う第４６の実施態様では、ヤング率は８０ＧＰａ以上である。第４２から第４６の実施態様のいずれかに従う第４７の実施態様では、破壊靭性は０．７ＭＰａ＊ｍ１／２以上である。第４２から第４６の実施態様のいずれかに従う第４８の実施態様では、破壊靭性は０．８ＭＰａ＊ｍ１／２以上である。第４２から第４８の実施態様のいずれかに従う第４９の実施態様では、Ａは１９以上である。
【００１７】
第５０の実施態様では、消費者向け電子製品は、前面、背面、及び側面を有する筐体と、少なくとも部分的に筐体内に設けられた電気部品とを備えており、該電気部品は、少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、該ディスプレイは、筐体の前面又はそれに隣接して設けられている。消費者向け電子製品は、ディスプレイの上に配置されたカバー基板をさらに含む。筐体又はカバー基板のうちの少なくとも一方は、本明細書に開示される実施態様のいずれかに記載のガラス物品を含む。
【００１８】
追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部には、その説明から当業者に容易に明らかとなり、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含めた本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されよう。
【００１９】
前述の概要及び以下の詳細な説明はいずれも、さまざまな実施形態を説明しており、特許請求される主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図していることが理解されるべきである。添付の図面は、さまざまな実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれて、その一部を構成する。図面は、本明細書に記載されるさまざまな実施形態を例証しており、その説明とともに、特許請求の範囲の主題の原理及び動作を説明する役割を担う。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】イオン交換強化後の本発明のガラス組成物の厚さ（ｙ軸）にわたる応力（ｘ軸）プロファイルを示すグラフ
【図２Ａ】本明細書に開示されるガラス物品のいずれかを取り込む例示的な電子デバイスの平面図
【図２Ｂ】図２Ａの例示的な電子デバイスの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
これより、フュージョンダウンドロー成形プロセスで製造することができる、より機械的に耐久性のあるガラスを提供する、改善された落下性能及びより大きい液相粘度を示す、ガラス組成物のさまざまな実施形態を詳細に参照する。このようなガラス組成物は、限定はしないが、電子機器のカバーガラスとしての用途を含む、さまざまな用途での使用に適している。ガラス組成物は化学的に強化することもでき、それによりガラスに増大した機械的耐久性を与える。本明細書に記載されるガラス組成物は、概して、過アルミナ質のアルミノケイ酸リチウムとして説明することができる。したがって、本明細書に記載されるガラス組成物は、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、及び酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物はまた、ガラス組成物に化学的及び機械的耐久性を与える量の、酸化リチウムに加えてアルカリ酸化物（例えば、Ｎａ２Ｏ及び／又はＫ２Ｏなど）及びアルカリ土類酸化物（例えばＭｇＯ及び／又はＣａＯなど）と、フュージョンダウンドロー成形プロセスを使用してガラス組成物を製造するのに十分な液相粘度とを含みうる。さらには、ガラス組成物中に存在するアルカリ酸化物は、イオン交換によるガラス組成物の化学的強化を促進する。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、液相粘度、耐損傷性、又はその両方を改善するためにガラス組成物に組み込まれうる、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、又はその両方を含むことができる。ガラス組成物のさまざまな実施形態が本明細書で説明され、特定の例を参照してさらに例証される。
【００２２】
本明細書で用いられる「軟化点」という用語は、ガラス組成物の粘度が１０７．６ポアズになる温度を指す。
【００２３】
本明細書で用いられる「アニール点」という用語は、所与のガラス組成のガラスの粘度が約１０１３．２ポアズである、ＡＳＴＭ  Ｃ５９８−９３に準拠して決定された温度を指す。
【００２４】
本明細書で用いられる「Ｔ１２」という用語は、所与のガラス組成のガラスの粘度が約１０１２ポアズである、ＡＳＴＭ  Ｃ５９８−９３に準拠して決定された温度を指す。
【００２５】
本明細書で用いられる「歪み点」及び「Ｔ歪み」という用語は、所与のガラス組成のガラスの粘度が約１０１４．７ポアズである、ＡＳＴＭ  Ｃ５９８−９３に準拠して決定された温度を指す。
【００２６】
「液相温度」という用語は、それを上回るとガラス組成物が完全に液体になり、ガラスの構成成分が結晶化しない温度を指す。ガラスの液相温度は、「勾配炉法によるガラスの液相温度の測定のための標準的技法（Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method）」と題されたＡＳＴＭ  Ｃ８２９−８１（２０１５）に準拠して測定される。
【００２７】
「液相粘度」という用語は、ガラス組成物の液相温度におけるガラス組成物の粘度を指す。液相温度におけるガラスの液相粘度は、「軟化点より上のガラスの粘度を測定するための標準プラクティス（Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point）」と題されたＡＳＴＭ  Ｃ９６５−９６（２０１２）に準拠して測定される。
【００２８】
本明細書で用いられる「ＣＴＥ」という用語は、室温（ＲＴ）から３００℃までの温度範囲にわたるガラス組成物の線熱膨張係数を指し、ＡＳＴＭ  Ｅ２２８−１１に準拠して押し棒式膨張計を使用して決定される。
【００２９】
本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態では、特に明記しない限り、構成成分（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３など）の濃度は、酸化物基準のモルパーセント（モル％）で指定される。ガラス組成物中の成分のモルパーセントは、ガラス組成物の単位モル当たりの成分のモル数に１００を掛けたものを指す。
【００３０】
本明細書で用いられる「過アルミナ質」という用語は、Ａｌ２Ｏ３（モル％）がＲ２Ｏモル％（アルカリ酸化物）とＲＯモル％（アルカリ性酸化物及びＺｎＯ）との合計より大きいガラスを指す。
【００３１】
「含まない」及び「実質的に含まない」という用語は、ガラス組成物中の特定の構成成分の濃度及び／又は不存在を説明するために使用される場合には、構成成分が意図的にガラス組成物に添加されないことを意味する。しかしながら、ガラス組成物は、汚染物質又はトランプとして微量の構成成分を０．０５モル％未満の量で含みうる。
【００３２】
「トランプ」という用語は、ガラス組成物中の特定の構成成分を説明するために使用される場合、ガラス組成物に意図的には添加されず、０．０５モル％未満の量で存在する構成成分を指す。トランプ成分は、別の構成成分中の不純物として、又はガラス組成物の処理中のトランプ成分の組成物への移動を通じて、ガラス組成物に意図せずに添加される可能性がある。
【００３３】
本明細書に記載されるガラス組成物は、過アルミナ質のアルミノケイ酸リチウムガラス組成物であり、これは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＬｉ２Ｏの組合せを含むことができ、幾つかの実施形態では、追加のアルカリ酸化物Ｎａ２Ｏ及び／又はＫ２Ｏを含むことができる。ガラス組成物は、イオン交換による化学強化に適しており、フュージョンダウンドロー成形プロセスによってガラス組成物を成形することができるように十分に高い液相粘度を有する。イオン交換後、得られるガラスは、携帯用電子機器用の従来のカバーガラスと比較して、優れた落下性能を示す。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、少なくとも１つのアルカリ土類酸化物、又はこれらの組合せも含みうる。これらの成分を加えることにより、液相粘度をさらに高め、及び／又はガラスの機械的耐久性及び落下性能を改善することができる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物はさらに、本明細書に記載されるように、例えば、ＳｎＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、Ａｓ２Ｏ３など、１つ以上の追加の酸化物をより少ない量で含みうる。これらの成分は、清澄剤として、及び／又は得られるガラスの化学的耐久性をさらに高めるために、添加することができる。
【００３４】
本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態では、ＳｉＯ２は、組成物の最大の構成要素であり、それ自体、得られるガラスネットワークの主要な構成要素である。ＳｉＯ２は、ガラスの化学的耐久性、ガラス組成物の酸分解に対する耐性、及びガラス組成物の水中分解に対する耐性を高める。ＳｉＯ２の含有量が少なすぎると、ガラスの化学的耐久性及び耐薬品性が低下する可能性があり、ガラスが腐食しやすくなりうる。したがって、高いＳｉＯ２濃度が一般に望ましい。しかしながら、ＳｉＯ２の含有量が高すぎると、高濃度のＳｉＯ２がガラスの溶融の困難さを増大させ、これが次にガラスの成形性に悪影響を与えるため、ガラスの成形性が低下する可能性がある。本明細書に記載の実施形態では、ガラス組成物は、概して、ＳｉＯ２を、５０モル％以上かつ約８０モル％以下、７５モル％以下、７４モル％以下、７２モル％以下、又はさらには７０モル％以下の量、及びそれらの間の任意の範囲又は部分範囲の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のＳｉＯ２の量は、約５８モル％超、約６５モル％超、又はさらには約６７モル％超でありうる。幾つかの他の実施形態では、ガラス組成物中のＳｉＯ２の量は、７０モル％超、７２モル％超、又はさらには７４モル％超でありうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、約５８モル％〜約８０モル％、約５８モル％〜約７５モル％、約５８モル％〜約７４モル％、約５８モル％〜約７２モル％、又はさらには約５８モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２を含みうる。幾つかの他の実施形態では、ガラス組成物は、約６５モル％〜約８０モル％、６５モル％〜約７５モル％、約６５モル％〜約７４モル％、約６５モル％〜約７２モル％、又はさらには約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２を含みうる。幾つかの他の実施形態では、ガラス組成物は、約６７モル％〜約８０モル％、約６７モル％〜約７５モル％、約６７モル％〜約７４モル％、約６７モル％〜約７２モル％、又はさらには約６７モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２を含みうる。さらに他の実施形態では、ガラス組成物は、５８モル％以上７４モル％以下のＳｉＯ２を含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、６５モル％以上７２モル％以下のＳｉＯ２を含む。さらに他の実施形態では、ガラス組成物は、６７モル％以上７０モル％以下のＳｉＯ２を含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス中のＳｉＯ２のモル％は、次の関係を満たす：ＳｉＯ２（モル％）≧［４＊Ｌｉ２Ｏ＋６＊（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）＋２．５＊ＭｇＯ＋２＊（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）］（モル％）。理論に縛られはしないが、シリカ含有量は、アルミナが豊富な耐火性鉱物の結晶化を防ぐために上記の関係を満たす必要があると考え
られている。
【００３５】
本明細書に記載されるガラス組成物は、Ａｌ２Ｏ３をさらに含みうる。Ａｌ２Ｏ３は、Ｌｉ２Ｏなどのガラス組成物中に存在するアルカリ酸化物と共に、ガラスのイオン交換強化に対する感受性を改善する。より具体的には、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量を増加させると、ガラス内のイオン交換の速度が増加し、イオン交換の結果としてガラスの圧縮層に生成される圧縮応力が増加する。Ａｌ２Ｏ３で補償されたアルカリ酸化物は、Ａｌ２Ｏ３で補償されていないアルカリ酸化物と比較して、イオン交換中に大きな移動度を示す。Ａｌ２Ｏ３はまた、ガラスの硬度及び損傷耐性も向上させることができる。しかしながら、ガラスの液相粘度は、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の濃度が増加するにつれて低下する。ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の濃度が高すぎる場合、ガラス組成物の液相粘度が低下し、それにより、フュージョンダウンドロープロセスでの製造中にガラス組成物が結晶化する可能性がある。本明細書に記載の実施形態では、Ａｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３（モル％）でガラス組成物中に存在し、一方、アルカリ酸化物は、Ｒ２Ｏ（モル％）でガラス組成物中に存在し、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）はＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル分率の合計に等しい。
【００３６】
幾つかの実施形態では、アルカリ酸化物をＡｌ２Ｏ３で完全に補償して、イオン交換強化に対する感受性を促進するためには、ガラス組成物中の（Ａｌ２Ｏ３（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））のモル比は１以上である。別の言い方をすれば、ガラス組成物は、ゼロ以上の（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％））を有することができ、ここで、Ｒ２Ｏはガラス組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計である。具体的には、ガラス組成物の拡散係数又は拡散率Ｄは、イオン交換中にアルカリイオンがガラス表面に浸透する速度に関係する。比（Ａｌ２Ｏ３（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））が１に等しいガラス組成物は、同じ総アルカリ含有量（Ｒ２Ｏ（モル％））を有するが比（Ａｌ２Ｏ３（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））が１未満又は１を超えるガラスと比較して、ガラス組成物を通るアルカリ酸化物イオンの拡散率（すなわち、移動度）が大きい。アルカリイオンの拡散率が高いガラスは、アルカリイオンの拡散率が低いガラスよりも、所与のイオン交換浸漬時間及びイオン交換温度で、より大きい層の深さを得ることができる。
【００３７】
本明細書に記載される実施形態では、アルカリ土類酸化物（例えば、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯ）及び／又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）がガラス組成物中に存在してもよい。ガラス組成物中のアルカリ土類酸化物及びＺｎＯの総量は、ＲＯ（モル％）でありうる。ＢｅＯ及びＺｎＯを含まないアルカリ土類酸化物の総量（すなわち、ＲＯ（モル％）−ＢｅＯ（モル％）−ＺｎＯ（モル％））は、Ａモル％でありうる。ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量が増加すると、ガラス組成物におけるイオン交換が改善する。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３（モル％）が（Ｒ２Ｏ（モル％）＋ＲＯ（モル％））を１又は２モル％超える場合、液相温度は急速に上昇する。ＢｅＯ及びＺｎＯは、他のアルカリ土類酸化物ほど活性ではない可能性があり、他のアルカリ土類酸化物ほどイオン交換特性又は液相温度に影響を与えない可能性がある。したがって、Ａｌ２Ｏ３（モル％）が（Ｒ２Ｏ（モル％）＋Ａ（モル％））を超える場合も、液相温度は急速に上昇しうる。ガラスの液相温度が上昇すると、ガラスの液相粘度は低下する。ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量が高すぎると、液相温度は、ガラスの失透に起因して、フュージョンダウンドロープロセスでガラスがもはや溶融成形できない点まで上昇する。失透とは、形成（例えば、クリストバライト、スポジュメン、ムライト、ルチル、コランダム、他の結晶成分、又はこれらの組合せの形成）中のガラス組成物の１つ以上の成分の結晶化を指す。したがって、幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３（モル％）は、合計（Ｒ２Ｏ（モル％）＋ＲＯ（モル％））又は（Ｒ２Ｏ（モル％）＋Ａ（モル％））を、１０モル％を超えて超過してはならない。幾つかの実施形態では、Ａｌ２Ｏ３（モル％）は、合計（Ｒ２Ｏ（モル％）＋ＲＯ（モル％））又は（Ｒ２Ｏ（モル％）＋Ａ（モル％））を、５モル％を超えて、２モル％を超えて、又はさらには１モル％を超えて超過してはならない。例えば、ガラス組成物は、１０モル％以下、５モル％以下、２モル％以下、又はさらには１モル％以下の（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））を有することができ、ここで、ＲＯ（モル％）はＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計である。幾つかの実施形態では、（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））は、０モル％超１０モル％以下、０モル％超５モル％以下、０モル％超２モル％以上、又はさらには０モル％超１モル％以下でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を実質的に含まない。Ｐ２Ｏ５が過剰のＡｌ２Ｏ３を補償するためにガラス組成物中に存在しないこれらの実施形態では、量（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））は、ガラス組成物中に４モル％以下、２モル％以下、又はさらには１モル％以下でありうる。
【００３８】
本明細書に記載されるガラス組成物は、概して、Ａｌ２Ｏ３を、約２モル％以上約２５モル％以下、又は約７モル％以上約２５モル％以下、及びそれらの間の任意の範囲又は部分範囲の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量は、約１０モル％以上約１８モル％以下でありうる。幾つかの他の実施形態では、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量は、約１２モル％以上約１６モル％以下でありうる。幾つかの他の実施形態では、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量は、約１０モル％以上約１６モル％以下でありうる。さらに他の実施形態では、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量は、約１２モル％以上約１８モル％以下でありうる。
【００３９】
ガラス組成物はまた、１つ以上のアルカリ酸化物も含む。アルカリ酸化物は、ガラス組成物のイオン交換能を促進し、したがって、ガラスの化学的強化を促進する。アルカリ酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのうちの１つ以上を含みうる。前述のように、アルカリ酸化物は、概して、ガラス組成物中にＲ２Ｏモル％の総濃度で存在する。アルカリ酸化物の量が増加すると、得られるガラスにおけるイオン交換が改善される。しかしながら、１４モル％を上回るなど、アルカリ酸化物の量が高すぎると、ガラス組成物の液相粘度は低下する。液相粘度が低下し、溶融ガラス組成物の温度を下げ、溶融成形のための粘度を上げると、成形中にガラス組成物に失透が生じる。したがって、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、１４モル％以下のＲ２Ｏ（モル％）を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、７（モル％）以上１４（モル％）以下のＲ２Ｏを含みうる。
【００４０】
本明細書に記載されるガラス組成物から形成されるガラスのイオン交換能は、主に、イオン交換前にガラス組成物中に最初に存在するアルカリ酸化物Ｌｉ２Ｏの量によってガラスに付与される。したがって、本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態では、ガラス組成物中に存在するアルカリ酸化物は、少なくともＬｉ２Ｏを含む。リチウムイオンは、他のアルカリイオン、例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、及びセシウムイオン（Ｃｓ＋）などより小さい。Ｌｉ２Ｏを含むガラス組成物から形成されたガラスがナトリウム又はカリウムイオンでイオン交換される場合、ナトリウム及び／又はカリウムイオンと他のナトリウム又はカリウムイオンとのイオン交換と比較して、より大きいナトリウム及び／又はカリウムイオンからより小さいリチウムイオンへのイオン交換が急速に起こる。したがって、他のアルカリ酸化物と比較してガラス組成物中のＬｉ２Ｏの量が多いほど、得られるガラスのイオン交換性能が良好になる。例えば、ガラス中のリチウムイオンとナトリウム及び／又はカリウムイオンとのイオン交換は、ガラス中の他のアルカリイオンとナトリウム及び／又はカリウムイオンとのイオン交換と比較して、ガラスの圧縮応力とガラスの圧縮層の深さをより大きくする。ガラスをナトリウムイオンでイオン交換する場合、他のアルカリ酸化物と比較してガラス中のＬｉ２Ｏの量が多いほど、表面の圧縮応力がより大きくなる。加えて、アルカリ酸化物は、化学的耐久性を低下させ、粘度を低下させ、イオン交換のプロセスを遅延させうる非架橋酸素をガラスのネットワーク内に生成する可能性がある。したがって、イオン交換強化時にガラスにおける所望の圧縮強度と層の深さを達成するために、実施形態では、ガラス組成物中のＬｉ２Ｏの総Ｒ２Ｏに対するモル比は０．３５以上であり、ここで、Ｒ２Ｏはガラス組成物中のアルカリ酸化物Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏの総モル量である（すなわち、（Ｌｉ２Ｏ（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））は０．３５以上である）。ガラス組成物中のＬｉ２ＯのＲ２Ｏに対するモル比が０．３５未満の場合、イオン交換によって生じる圧縮応力が低下し、その結果、ガラスがより脆弱になり、ガラスの落下性能が低下する。幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のＬｉ２ＯのＲ２Ｏに対するモル比は、０．４以上、０．５以上、０．６以上、０．７以上、又はさらには０．８以上でありうる。
【００４１】
具体的には、イオン交換強化時にガラスの所望の圧縮応力及び圧縮深さを達成するために、実施形態では、ガラス組成物は、Ｌｉ２Ｏを、約２モル％〜約１５モル％、又は約２モル％〜約１４モル％、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。例えば２モル％未満など、ガラス組成物中のＬｉ２Ｏの量が低すぎると、ガラス内のイオン交換の速度が低下し、イオン交換によって生成されるガラス内の圧縮応力も低下する。例えば１４モル％超又は１５モル％超など、ガラス組成物中のＬｉ２Ｏの量が高すぎると、ガラス組成物の液相粘度は低下し、ガラスはフュージョン成形中に結晶化する可能性がある。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、少なくとも約４モル％のＬｉ２Ｏを含む。例えば、ガラス組成物中のＬｉ２Ｏの濃度は、５モル％超、又は６モル％超でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、４モル％以上のＬｉ２Ｏ、５モル％以上のＬｉ２Ｏ、又はさらには６モル％以上のＬｉ２Ｏを有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、約１２モル％未満のＬｉ２Ｏ、約１０モル％未満のＬｉ２Ｏ、又はさらには約９モル％未満のＬｉ２Ｏを含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、１４モル％以下のＬｉ２Ｏ、１２モル％以下のＬｉ２Ｏ、１０モル％以下のＬｉ２Ｏ、又はさらには９モル％以下のＬｉ２Ｏを有しうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、２モル％以上１４モル％以下のＬｉ２Ｏ、４モル％以上１２モル％以下のＬｉ２Ｏ、５モル％以上１０モル％以下のＬｉ２Ｏ、又はさらには６モル％以上９モル％以下のＬｉ２Ｏを含みうる。
【００４２】
上述したように、ガラス組成物中のアルカリ酸化物はＮａ２Ｏをさらに含みうる。ガラス組成物中に存在するＮａ２Ｏの量もまた、ガラス組成物から製造されたガラスのイオン交換能に関係する。具体的には、ガラス組成物中のＮａ２Ｏの存在は、ガラスマトリックスを通るイオンの拡散率を増加させることにより、ガラスのイオン交換強化中のイオン交換率を増加させることができる。しかしながら、ガラス組成物中に存在するＮａ２Ｏの量が増加するにつれて、ナトリウムイオンが他のナトリウムイオンと交換する結果として、イオン交換を通じてガラスに得られる圧縮応力が低下する。例えば、ナトリウムイオンを同じサイズの別のナトリウムイオンとイオン交換しても、圧縮層の圧縮応力は正味の増加を生じない。したがって、ガラス組成物中のＮａ２Ｏの量が増加すると、イオン交換によってガラスに生じる圧縮応力が低下する。よって、ガラス組成物中に存在するＮａ２Ｏの量を制限することが望ましい。幾つかの実施形態では、Ｎａ２Ｏの量は、０モル％以上６モル％以下、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲である。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、少なくとも約０．１モル％のＮａ２Ｏを含む。例えば、ガラス組成物は、０．１モル％以上のＮａ２Ｏ、０．２モル％以上のＮａ２Ｏ、０．３モル％以上のＮａ２Ｏ、０．５モル％以上のＮａ２Ｏ、１モル％以上のＮａ２Ｏ、又はさらには１．５モル％以上のＮａ２Ｏを有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、６モル％以下のＮａ２Ｏ、５モル％以下のＮａ２Ｏ、又はさらには約４モル％以下のＮａ２Ｏを含みうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、０モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏ、０．１モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏ、０．２モル％以上５モル％以下のＮａ２Ｏ、０．３モル％以上４モル％以下のＮａ２Ｏ、０．５モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏ、１モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏ、又は１．５モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏを含みうる。したがって、Ｎａ２Ｏがガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、Ｎａ２Ｏがガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のＮａ２Ｏの量は、概して、約６モル％未満である。
【００４３】
上述したように、ガラス組成物中のアルカリ酸化物はさらに、Ｋ２Ｏを含みうる。ガラス組成物中に存在するＫ２Ｏの量もまた、ガラス組成物のイオン交換能に関係する。具体的には、ガラス組成物中に存在するＫ２Ｏの量が増加するにつれて、カリウムイオン及びナトリウムイオンの交換の結果として、イオン交換を通じて得られるガラスの圧縮応力が低下する。したがって、ガラス組成物中に存在するＫ２Ｏの量を制限することが望ましい。幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のＫ２Ｏの量は、０モル％以上２．５モル％以下、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲である。幾つかの実施形態では、ガラス組成物中のＫ２Ｏの量は、１モル％以下、又はさらには０．２５モル％以下である。実施形態では、ガラス組成物は、約０．０１モル％以上約２．５モル％以下のＫ２Ｏ、約０．０１モル％以上約１モル％以下のＫ２Ｏ、又はさらには約０．０１モル％以上約０．２５モル％以下のＫ２Ｏを含みうる。したがって、Ｋ２Ｏがガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、Ｋ２Ｏがガラス組成物中に含まれる場合、Ｋ２Ｏの量は、概して、約２．５モル％未満である。
【００４４】
ガラス組成物は、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）も含みうる。Ｐ２Ｏ５の存在は、ガラス組成物中のムライトの結晶化を抑制することにより、ガラス組成物の液相粘度を増加させる。ガラス組成物の液相温度は、Ａｌ２Ｏ３の量がガラス組成物中のアルカリ酸化物（Ｒ２Ｏモル％）及びアルカリ土類酸化物（ＲＯモル％）の量の合計を、２モル％を超えて、又はさらには１モル％を超えて超過する場合に、急速に上昇する。Ａｌ２Ｏ３（モル％）が（Ｒ２Ｏ（モル％）＋ＲＯ（モル％））より１モル％を超えて大きい場合、ガラス組成物中のＰ２Ｏ５の存在により、液相温度が低下し、したがってガラス組成物の液相粘度が増加することによって、過剰のＡｌ２Ｏ３を相殺する。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、過剰のＡｌ２Ｏ３を相殺するのに十分な量のＰ２Ｏ５を有しうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））が２以下、又はさらには１以下になるように十分な量のＰ２Ｏ５を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））が−２以上、又はさらには−１以上になるような量のＰ２Ｏ５を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））が−２以上２以下、又はさらには−１以上１以下になるように十分な量のＰ２Ｏ５を有しうる。幾つかの実施形態では、Ｐ２Ｏ５（モル％）／［（Ａｌ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ−ＲＯ）］（モル％）の比が、０．２５〜１．５、０．２５〜１．４、０．２５〜１．３、０．２５〜１．２５、０．２５〜１．２、０．２５〜１．１、０．２５〜１、０．２５〜０．９、０．２５〜０．８、０．２５〜０．７、０．２５〜０．６、０．５〜１．５、０．５〜１．４、０．５〜１．３、０．５〜１．２５、０．５〜１．２、０．５〜１．１、０．５〜１、０．５〜０．９、０．５〜０．８、０．５〜０．７、０．５〜０．６、０．６〜１．５、０．６〜１．４、０．６〜１．３、０．６〜１．２５、０．６〜１．２、０．６〜１．１、０．６〜１、０．６〜０．９、０．６〜０．８、０．６〜０．７、０．７〜１．５、０．７〜１．４、０．７〜１．３、０．７〜１．２５、０．７〜１．２、０．７〜１．１、０．７〜１、０．７〜０．９、０．７〜０．８、０．８〜１．５、０．８〜１．４、０．８〜１．３、０．８〜１．２５、０．８〜１．２、０．８〜１．１、０．８〜１、０．８〜０．９、０．９〜１．５、０．９〜１．４、０．９〜１．３、０．９〜１．２５、０．９〜１．２、０．９〜１．１、又は０．９〜１の範囲、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲である場合には、Ｐ２Ｏ５の存在もまた、上記効果を達成する。幾つかの実施形態では、ガラス組成物はＰ２Ｏ５を含まず、上述したように、Ｐ２Ｏ５の不存在下では、ガラス組成物は、０以上２以下、又はさらには０以上１以下の（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））を有する。
【００４５】
Ｐ２Ｏ５の量はまた、ガラス組成物から製造されたガラスのイオン交換能にも関係する。ガラス組成物中のＰ２Ｏ５の量を増加させると、ガラスネットワーク内に空間を作ることにより、ガラスにおけるイオン交換の速度を増加させることができる。Ｐ２Ｏ５はまた、ガラス組成物から製造されたガラスの耐損傷性の向上にも貢献しうる。しかしながら、ガラス組成物中のＰ２Ｏ５の量が増加すると、ガラスのイオン交換強化によって達成可能な圧縮応力の量が減少する。加えて、Ｐ２Ｏ５の量が増加しすぎると、高温でリン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ４）が結晶化する可能性があり、クラス組成物の液相温度が高くなる可能性がある。ガラス組成物中のＰ２Ｏ５の量が多すぎる場合、ガラスの耐久性も低下する可能性がある。したがって、ガラス組成物中のＰ２Ｏ５の総量は、例えば２０モル％以下などに限定されうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、Ｐ２Ｏ５を、約０．１モル％〜約２０モル％、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。例えば、ガラス組成物中のＰ２Ｏ５の量は、約０．４モル％超、約１モル％超、約３モル％超、又はさらには約３．５モル％超でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、０．１モル％以上のＰ２Ｏ５、０．４モル％以上のＰ２Ｏ５、１モル％以上のＰ２Ｏ５、３モル％以上のＰ２Ｏ５、又はさらには３．５モル％以上のＰ２Ｏ５を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、約２０モル％未満のＰ２Ｏ５、約１０モル％未満のＰ２Ｏ５、約８モル％未満のＰ２Ｏ５、約６モル％未満のＰ２Ｏ５、又はさらには約５．５モル％未満のＰ２Ｏ５を含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、２０モル％以下のＰ２Ｏ５、１０モル％以下のＰ２Ｏ５、８モル％以下のＰ２Ｏ５、６モル％以下のＰ２Ｏ５、又はさらには５．５モル％以下のＰ２Ｏ５を有しうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、０．１モル％以上２０モル％以下のＰ２Ｏ５、０．４モル％以上１０モル％以下のＰ２Ｏ５、１モル％以上８モル％以下のＰ２Ｏ５、３モル％以上６モル％以下のＰ２Ｏ５、又はさらには３．５モル％以上５．５モル％以下のＰ２Ｏ５を含みうる。したがって、Ｐ２Ｏ５がガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、Ｐ２Ｏ５ガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のＰ２Ｏ５の量は、概して、約２０モル％未満である。
【００４６】
酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）は、所与の温度（例えば、ガラスが溶融する、２００ポアズの粘度に対応する温度であり、通常、ガラス溶融炉で最も高い温度である）でガラスの粘度を下げるためにガラス組成物に添加することができるフラックスであり、それによってガラスの品質及び成形性が改善する。Ｂ２Ｏ３の存在はまた、ガラス組成物から製造されたガラスの耐損傷性も改善することができる。しかしながら、Ｂ２Ｏ３の添加は、ガラス組成物中のナトリウム及びカリウムイオンの拡散率を著しく低下させ、それにより、結果として得られるガラスのイオン交換性能に悪影響を与えることが見出された。特に、Ｂ２Ｏ３を添加すると、ホウ素を含まないガラス組成物と比較して、ガラス内に所与の層深さを達成するのに必要とされる時間が長くなりうることが分かった。Ｂ２Ｏ３の添加はまた、所与の時間内にガラスにおいて目標の層深さに到達するために必要なイオン交換率を達成するために、イオン交換が行われる温度を上昇させる可能性がある。
【００４７】
ガラスのイオン交換性能におけるＢ２Ｏ３の影響は、ガラス組成物中のＢ２Ｏ３の存在を相殺することができる多量のＬｉ２Ｏ及びＡｌ２Ｏ３をガラス組成物に添加することによって、相殺することができる。例えば、ガラスのイオン交換性能に対するＢ２Ｏ３の影響は、ガラス組成物中のＬｉ２Ｏ及びＡｌ２Ｏ３の量の合計に対するＢ２Ｏ３の量の比率を制御することによって軽減することができることが分かった。特に、（Ｌｉ２Ｏ（モル％）＋Ａｌ２Ｏ３（モル％））の合計がガラス組成物中のＢ２Ｏ３の量（モル％）の２倍を超えると、得られるガラス中のアルカリ酸化物の拡散率は減少せず、したがって、ガラスのイオン交換性能が維持されることが分かった。したがって、幾つかの実施形態では、ガラス組成物中の（Ｌｉ２Ｏ（モル％）＋Ａｌ２Ｏ３（モル％））／（Ｂ２Ｏ３（モル％））の比は２以上である。ガラス組成物中の（Ｌｉ２Ｏ（モル％）＋Ａｌ２Ｏ３（モル％））／（Ｂ２Ｏ３（モル％））の比が２未満の場合、ガラス組成物中のアルカリ酸化物の拡散率は低下し、イオン交換性能もまた低下する。
【００４８】
本明細書に記載の実施形態では、ガラス組成物中のＢ２Ｏ３の量は、約０．１モル％〜約２０モル％、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲でありうる。例えば、ガラス組成物中のＢ２Ｏ３の量は、約０．１モル％超、約３モル％超、又はさらには約４モル％超でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、０．１モル％以上のＢ２Ｏ３、３モル％以上のＢ２Ｏ３、又はさらには４モル％以上のＢ２Ｏ３を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、約２０モル％未満のＢ２Ｏ３、約１５モル％未満のＢ２Ｏ３、約１０モル％未満のＢ２Ｏ３、又はさらには約７モル％未満のＢ２Ｏ３を含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、２０モル％以下のＢ２Ｏ３、１５モル％以下のＢ２Ｏ３、１０モル％以下のＢ２Ｏ３、又はさらには７モル％以下のＢ２Ｏ３を含みうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、０．１モル％以上２０モル％以下のＢ２Ｏ３、３モル％以上１５モル％以下のＢ２Ｏ３、４モル％以上１０モル％以下のＢ２Ｏ３、又はさらには４モル％以上７モル％以下のＢ２Ｏ３を含みうる。したがって、Ｂ２Ｏ３がガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、Ｂ２Ｏ３がガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のＢ２Ｏ３の量は、概して、約２０モル％未満である。
【００４９】
アルカリ土類酸化物は、ガラスバッチ材料の溶融性を改善し、得られるガラスの化学的耐久性を高めるために、ガラス組成物中に存在しうる。特に、少量のアルカリ土類酸化物の存在は、ガラス組成物の液相粘度を増加させるように作用することができる。しかしながら、ガラス組成物中のアルカリ土類酸化物が多すぎると、アルミノケイ酸塩の結晶化が生じ、したがって、ガラス組成物の液相粘度が低下する。アルカリ土類酸化物の存在はまた、得られるガラスのイオン交換性能にも影響を与える可能性がある。例えば、本明細書に記載されているガラス組成物では、ガラス組成物中に存在するアルカリ土類酸化物の総量（モル％）（すなわち、ＲＯ（モル％））は概して、ガラスのイオン交換性を改善するために、ガラス組成物に存在するアルカリ酸化物のモル％での総量（すなわち、Ｒ２Ｏ（モル％））より少ない。本明細書に記載の実施形態では、ガラス組成物は、概して、約０モル％〜約５モル％、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲のアルカリ土類酸化物を含む。これらの実施形態の幾つかでは、ガラス組成物中のアルカリ土類酸化物の量は、約０モル％〜約３モル％、又はさらには約０モル％〜約２モル％でありうる。
【００５０】
ガラス組成物中のアルカリ土類酸化物は、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、又はそれらの組合せを含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ＢａＯを含まないか、又は実質的に含まなくてもよい。幾つかの実施形態では、アルカリ土類酸化物は、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、又はそれらの組合せを含みうる。例えば、本明細書に記載の実施形態では、アルカリ土類酸化物は、ＭｇＯを含みうる。実施形態では、ガラス組成物は、約０モル％以上約５モル％以下、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲のＭｇＯを含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、０モル％超のＭｇＯを含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、０モル％超約５モル％以下のＭｇＯ、０モル％超３モル％以下のＭｇＯ、又はさらには０モル％超０．２モル％以下のＭｇＯを含みうる。したがって、ＭｇＯがガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、ＭｇＯがガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のＭｇＯの量は、概して、約５モル％未満である。
【００５１】
幾つかの実施形態では、アルカリ土類酸化物はさらに、任意選択的にＣａＯを含みうる。ＣａＯの存在は、ガラス組成物の液相粘度を増加させることができる。しかしながら、ガラス組成物中のＣａＯが多すぎると、得られるガラスのイオン交換の速度が低下する可能性がある。実施形態では、ＣａＯは、約０モル％〜約４モル％、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲の量でガラス組成物中に存在しうる。例えば、ガラス組成物中に存在するＣａＯの量は、４モル％以下、２モル％以下、又はさらには１モル％以下でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、０モル％を超えるＣａＯを含みうる。これらの実施形態の幾つかでは、ガラス組成物は、０モル％超約４モル％以下のＣａＯを含みうる。例えば、ガラス組成物は、０モル％超約２モル％以下のＣａＯ、又はさらには０モル％超約１モル％以下のＣａＯを含みうる。したがって、ＣａＯがガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、ＣａＯがガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のＣａＯの量は、概して、約４モル％未満である。
【００５２】
幾つかの実施形態では、アルカリ土類酸化物はさらに、任意選択的にＳｒＯを含みうる。ＳｒＯの存在は、ガラス組成物の液相粘度を増加させるように作用しうるが、しかしながら、ガラス組成物中のＳｒＯが多すぎると、得られるガラスのイオン交換の速度が低下する可能性がある。実施形態では、ＳｒＯは、約０モル％〜４モル％以下、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲の量でガラス組成物中に存在しうる。例えば、ガラス組成物中に存在するＳｒＯの量は、４モル％以下、２モル％以下、又はさらには１モル％以下でありうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、０モル％を超えるＳｒＯを含みうる。これらの実施形態の幾つかでは、ガラス組成物は、０モル％超約４モル％以下のＳｒＯを含みうる。例えば、ガラス組成物は、０モル％超約２モル％以下のＳｒＯ、又はさらには０モル％超約１モル％以下のＳｒＯを含みうる。したがって、ＳｒＯがガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、ＳｒＯがガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のＳｒＯの量は、概して、約４モル％未満である。
【００５３】
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、アルカリ酸化物、及びアルカリ土類酸化物に加えて、本明細書に記載されるガラス組成物は、任意選択的に、１つ以上の清澄剤、例えば、ＳｎＯ２、Ａｓ２Ｏ３、及び／又はＣｌ−（ＮａＣｌなどに由来する）などをさらに含みうる。清澄剤は、成形中にガラス組成物中の気泡を最小限に抑えるか、又は排除するためにガラス組成物中に含まれうる。しかしながら、清澄剤は一般に、ガラス組成物への溶解度が低い。したがって、ガラス組成物中の清澄剤の量が多すぎる場合、溶融成形中に清澄剤の失透が起こる可能性がある。清澄剤がガラス組成物中に存在する場合、清澄剤は、０．３５モル％以下、０．２モル％以下、又はさらには０．１モル％以下の量で存在しうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、清澄剤としてＳｎＯ２を含みうる。これらの実施形態では、ガラス組成物は、０モル％以上０．３５モル％以下のＳｎＯ２、０モル％超約０．２モル％以下のＳｎＯ２、０モル％超０．１モル％以下の量のＳｎＯ２、又はさらには約０．０１モル％以上約０．０５モル％以下の量のＳｎＯ２を含みうる。したがって、ＳｎＯ２又は他の清澄剤がガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、ＳｎＯ２又は他の清澄剤がガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のＳｎＯ２及び他の清澄剤の総量は、概して、約０．３５モル％未満である。
【００５４】
さらには、本明細書に記載されるガラス組成物は、得られるガラスの化学的耐久性をさらに改善するために、１つ以上の追加の金属酸化物を含みうる。例えば、ガラス組成物はさらに、任意選択的に、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、又はこれらの組合せなどの遷移金属酸化物を含むことができる。これらの金属酸化物の各々は、化学的攻撃に対するガラスの耐性をさらに向上させることができる。しかしながら、これらの追加の金属酸化物はガラス組成物に対してあまり溶解性ではなく、結晶化する傾向があり、その結果、溶融成形中に失透する。これらの実施形態では、追加の金属酸化物は、約０モル％以上約５モル％以下、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲で存在しうる。例えば、追加の金属酸化物がＺｎＯである場合、ＺｎＯは、０モル％以上約５モル％以下、０モル％以上３モル％以下、又はさらには０モル％以上２モル％以下の量で存在しうる。幾つかの実施形態では、追加の金属酸化物がＺｒＯ２又はＴｉＯ２である場合、ＺｒＯ２又はＴｉＯ２は、約１モル％以下の量で存在しうる。したがって、これらの追加の金属酸化物がガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、又はＴｉＯ２がガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中のＺｎＯ、ＺｒＯ２、及びＴｉＯ２の総量は、概して、約５モル％未満である。
【００５５】
幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、１つ以上の希土類金属酸化物を含みうる。希土類金属とは、ＩＵＰＡＣ周期表のランタニド系列に列挙されている金属、並びにイットリウム及びスカンジウムを指す。ガラス組成物中の希土類金属酸化物の存在は、得られるガラスの弾性率、剛性、又は弾性率及び剛性を高めることができる。希土類金属酸化物はまた、ガラス組成物の液相粘度を高めるのにも役立ちうる。加えて、ある特定の希土類金属酸化物は、ガラスに色を加えることができる。色を必要としない場合又は望まない場合には、ガラス組成物は、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテリウム（Ｌｕ２Ｏ３）、又はこれらの組合せを含みうる。無色のガラスについては、希土類金属酸化物は、Ｃｅ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、又はこれらの組合せを含みうる。実施形態では、ガラス組成物は、０モル％〜４モル％の希土類金属酸化物の総量、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分範囲を含みうる。例えば、ガラス組成物は、０モル％超４モル％以下の希土類金属酸化物、０モル％超２モル％以上の希土類金属酸化物、０モル％超１．５モル％以下の希土類金属酸化物、０モル％超１モル％以下の希土類金属酸化物、０モル％超０．５モル％以下の希土類金属酸化物、４モル％未満の希土類金属酸化物、３モル％未満の希土類金属酸化物、２モル％未満の希土類金属酸化物、１モル％未満の希土類金属酸化物、又は０．５モル％未満の希土類金属酸化物を含みうる。幾つかの実施形態では、希土類金属酸化物はＬａ２Ｏ３を含みうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、０モル％超４モル％以下のＬａ２Ｏ３を含みうる。したがって、希土類金属酸化物がガラス組成物中に存在する必要はないことが理解されるべきである。しかしながら、希土類金属酸化物がガラス組成物中に含まれる場合、ガラス組成物中の希土類金属酸化物の総量は、概して、約４モル％未満である。
【００５６】
ガラス組成物には、０．０５モル％未満のトランプ化合物、例えば、マンガン化合物、セリウム化合物、ハフニウム化合物、又は他の化合物などが含まれる可能性があり、これらは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、アルカリ性金属酸化物、他の金属酸化物、又はガラス組成物の他の意図的に含まれる成分中の不純物として、ガラス組成物中に含まれうる。トランプ化合物はまた、フュージョンダウンドロー成形プロセスの耐火性構成要素などの処理機器との接触を通じてガラス組成物に入る可能性がある。
【００５７】
以下で論じるように、本明細書に記載のガラス組成物は、イオン交換を通じて化学的に強化することにより、ガラス物品の表面に圧縮応力を付与することができる。しかしながら、イオン交換プロセス中に、ガラス表面近くに形成される圧縮応力は、応力緩和として知られるプロセスの結果として、低下する可能性があり、これは、ガラスの粘度によって制御され、ガラスの粘度が低いほど、応力の緩和が速くなり、化学強化プロセスの効率が低下する。幾つかの実施形態では、ガラスの組成を制御して、応力緩和の影響を最小限に抑えることができる。ガラスは、イオン交換の最も典型的な温度に近い４００℃に等しい温度における粘度（ポアズ）の対数の推定値である、量Ａによって特徴付けることができる：
Ａ＝１３．２＋Ｐ＊［（１／６７３−１（Ａ．Ｐ．＋２７３））］であり、
式中、Ｐ＝０．６／［（１／（Ａ．Ｐ．＋２７３））−（１／（Ｔ１２＋２７３））］であり、
Ａ．Ｐ．は単位を℃とするアニール点であり、
Ｔ１２は、ガラスが１０１２ポアズの粘度を有する場合に対応する温度である。
【００５８】
幾つかの実施形態では、Ａが１７以上、１８以上、１９以上、又は２０以上の場合、応力緩和が最小限に抑えられる。
【００５９】
本明細書に記載されるガラス組成物は、ガラス原材料のバッチが所望の組成を有するように、ガラス原材料（例えば、スポジュメン、砂、酸化アルミニウム、メタリン酸アルミニウム、ホウ酸、炭酸アルカリ、硝酸アルカリ、アルカリ土類炭酸塩、アルカリ土類酸化物など）のバッチを混合することによって形成される。その後、ガラス原材料のバッチを加熱して、溶融ガラス組成物を形成し、その後、これを冷却及び固化して、ガラス組成物を形成する。固化中（すなわち、ガラス組成物が塑性変形可能であるとき）に、ガラス組成物は標準的な成形技術を使用して成形されて、ガラス組成物を所望の最終的な形態へと形作られうる。あるいは、ガラス物品は、シート、リボン、チューブなどのストック形態へと成形され、その後、再加熱され、所望の最終形態へと成形されてもよい。
【００６０】
本明細書に記載されるガラス組成物は、例えば、シート、リボン、チューブなどのさまざまな形態を有するガラス物品へと成形されうる。しかしながら、機械的耐久性を所与とすれば、本明細書に記載されるガラス組成物は、携帯型電子デバイスなどの電子デバイス用のカバーガラスの形成における使用に特によく適している。さらには、イオン交換によってガラス組成物を化学的に強化する能力を利用して、本明細書に開示されるガラス組成物から作られるガラスシート及び物品の機械的耐久性をさらに改善することができる。したがって、少なくとも一実施形態では、ガラス組成物は、電子デバイスの機械的耐久性を改善するために電子デバイスに組み込まれることが理解されるべきである。
【００６１】
フュージョンダウンドロープロセスは、ガラス組成物の固化中に、本明細書に記載される溶融ガラス組成物をガラスシート及びガラスリボンへと成形するための１つの技法である。フュージョンダウンドロープロセスは、フロートプロセス及びスロットドロープロセスなどの他のガラスリボン成形プロセスを使用して作られたリボンと比較して、欠陥の量が比較的少なく、優れた平坦性を有する表面を備えたガラスシート及びリボンを生成する。その結果、フュージョンダウンドロープロセスは、ＬＥＤ及びＬＣＤディスプレイの製造に使用されるガラス基板、並びに優れた平坦性を必要とする他の基板の製造に広く使用されている。典型的なフュージョンダウンドロープロセスでは、ガラス組成物が調製及び溶融され、溶融したガラス組成物は、ルートで収束する成形表面を備えた成形本体（アイソパイプとも称される）に供給される。溶融ガラスは、成形本体の成形面上を均一に流れ、無傷の表面を有する平坦なガラスのリボンを形成する。平坦なガラスのリボンは、重力下でガラスが成形本体の成形面に沿って流下する速度よりも速い速度で成形本体のルートから延伸される。ガラス組成物の粘度は、概して、温度の上昇とともに指数関数的に低下する。したがって、ガラス組成物は、液相温度でのガラス組成物の粘度（すなわち、液相粘度）を高めるために、可能な限り低い液相温度を有しうる。これにより、ガラスリボンがルートから延伸される速度が、ガラス組成物が成形本体の成形面を流下する速度よりも速くなることが確保される。ガラス組成物の液相温度が高すぎる場合、液相粘度が低くなりすぎて、ガラス組成物を効果的に延伸することができなくなる。ガラス組成物の粘度を下げるために温度を液相温度未満に下げると、溶融成形プロセス中にガラス組成物が失透する。溶融成形中のガラス組成物の成分の失透は、ガラスリボン、特にガラスリボンの表面に、傷及び／又は欠陥をもたらす。加えて、成分の結晶化は、ガラスの成形性も低下させる。
【００６２】
前述のように、本明細書に開示されるガラス組成物は、該ガラス組成物の液相粘度が、フュージョンダウンドロー成形プロセスによってガラス組成物を成形可能にするために十分に高くなるように、十分に低い液相温度を有する。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、１３００℃以下の液相温度を有しうる。他の実施形態では、ガラス組成物は、１２５０℃以下、１２００℃以下、又はさらには１１５０℃以下の液相温度を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、１１００℃以上１３００℃以下、１１００℃以上１２５０℃以下、１１５０℃以上１３００℃以下、又は１１５０℃以上１２５０℃以下の液相温度を有しうる。実施形態では、ガラス組成物は、フュージョンダウンドロー成形プロセスを使用してガラス組成物を成形可能にするために十分な液相粘度を有する。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、少なくとも２０キロポアズ（ｋＰ）（２０，０００ポアズ（Ｐ）又は２０００パスカル秒（Ｐａ・ｓ）の高い液相粘度を有することができ、ここで、１ｋＰは１００パスカル秒（Ｐａ・ｓ）に等しい。他の実施形態では、ガラス組成物は、少なくとも５０ｋＰ、少なくとも１００ｋＰ、少なくとも２００ｋＰ、少なくとも３００ｋＰ、又はさらには少なくとも５００ｋＰの液相粘度を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、２０ｋＰ以上、５０ｋＰ以上、１００ｋＰ以上、２００ｋＰ以上、３００ｋＰ以上、５００ｋＰ以上、又はさらには１０００ｋＰ以上の液相粘度を有しうる。他の実施形態では、ガラス組成物は、約１２００ｋＰ未満、又はさらには１０００ｋＰ未満の液相粘度を有しうる。さらに他の実施形態では、ガラス組成物は、２０ｋＰ以上１０００ｋＰ以下の液相粘度を有しうる。例えば、ガラス組成物は、５０ｋＰ以上１０００ｋＰ以下、１００ｋＰ以上１０００ｋＰ以下、又はさらには５００ｋＰ以上及び１０００ｋＰ以下の液相粘度を有しうる。
【００６３】
説明したように、本明細書に開示されるガラス組成物は、フュージョンダウンドロー成形プロセスを使用して、ガラスリボン及び／又はシートへの成形などの成形を可能にするために十分に高い液相粘度を有する。しかしながら、ガラス組成物はまた、例えば、フロート法又はスロットドロー法などの他の既知のガラス成形法を使用して製造することもできる。フロート法では、溶融ガラス組成物を、溶融スズ浴などの溶融金属浴の１つの浴の上に浮かせる。溶融ガラス組成物は、ガラスがガラス組成物から形成されたガラスリボンとして浴の表面から取り出されるまで、溶融金属の表面に沿って通過する際に、冷却される。他のガラス成形プロセスも考えられる。
【００６４】
本明細書に記載されるガラス組成物から製造されるガラス物品及びガラスシートは、イオン交換によって化学的に強化することができる。イオン交換強化プロセスでは、ガラス組成物から製造されたガラスの表面層中のイオンは、同じ原子価又は酸化状態を有する、より大きいイオンによって置き換えられるか、又は交換される。実施形態では、ガラス組成物の表面層中のイオン及びより大きいイオンは、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋、及びＣｓ＋などの一価のアルカリ金属カチオンである。あるいは、表面層内の一価のカチオンを、アルカリ金属カチオン以外の一価のカチオン、例えばＡｇ＋などで置き換えてもよい。
【００６５】
商業規模でのイオン交換プロセスは、通常、ガラス組成物中のより小さいイオンと交換されるより大きいイオンを含む溶融塩浴中に、ガラス組成物から製造されたガラス物品又はガラスシートを浸漬することによって行われる。浴組成及び温度、浸漬時間、（一又は複数の）塩浴へのガラスの浸漬回数、複数の塩浴の使用、アニーリング、洗浄などの追加の工程を含むが、それらに限定されない、イオン交換プロセスのためのパラメータは、一般に、ガラス組成、並びにイオン交換強化プロセスから得られるガラス組成物の所望の層の深さ及び圧縮応力によって決定されることは、当業者にとって認識されるであろう。例として、アルカリ金属含有ガラスのイオン交換は、限定はしないが、より大きいアルカリ金属イオンの硝酸塩、硫酸塩、及び塩化物などの塩を含む少なくとも１つの溶融浴に浸漬することによって達成することができる。溶融塩浴の温度は、通常、摂氏約３５０度（℃）から最高で約４５０℃までの範囲であり、一方、浸漬時間は約０．１時間から最長で約３６時間までの範囲である。しかしながら、上述のものとは異なる温度及び浸漬時間も使用することができる。
【００６６】
イオン交換強化は、ガラスの外側領域の複数の第１のアルカリ金属イオンを、該外側領域が複数の第２の金属イオンを含むように、溶融塩浴に由来する複数の第２の金属イオンで置き換えることにより、ガラス組成物から製造されたガラスの外側領域に圧縮応力を生じる。第１のアルカリ金属イオンの各々は第１のイオン半径を有しており、第２の金属イオンの各々は第２のイオン半径を有している。第２のイオン半径は第１のイオン半径より大きく、外側領域におけるより大きい第２の金属イオンの存在により、外側領域に圧縮応力が生成する。第１のアルカリ金属イオンは、リチウム、ナトリウム、カリウム、又はルビジウムのイオンでありうる。第２の金属イオンは、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、及びセシウムのうちの少なくとも１つのイオンでありうる。概して、第２の金属イオンは、第１のアルカリ金属イオンとは異なっており、かつ、第１のアルカリ金属イオンのイオン半径より大きいイオン半径を有している。
【００６７】
イオン交換から生じる特定のイオンの圧縮応力（ＣＳ）、圧縮深さ（ＤＯＣ）、及び層の深さ（ＤＯＬ）は、既知の技術を使用して測定することができる。圧縮応力（表面ＣＳを含む）は、折原製作所（日本所在）製造のＦＳＭ−６０００などの市販の機器を使用して、表面応力計（ＦＳＭ）によって測定される。表面応力測定は、ガラスの複屈折に関連する応力光学係数（ＳＯＣ）の正確な測定に依拠している。ＳＯＣは、「ガラス応力−光学係数の測定のための標準試験方法（Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient）」と題されたＡＳＴＭ規格Ｃ７７０−１６に記載される手順Ｃ（ガラスディスク法）に準拠して測定される。
【００６８】
本明細書で用いられる場合、ＤＯＣとは、本明細書に記載される化学的に強化されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品の応力が圧縮から引張に変化する深さを意味する。ＤＯＣは、イオン交換処理に応じて、ＦＳＭまたは散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）によって測定することができる。カリウムイオンをガラス物品内へと交換することによってガラス物品の応力が発生する場合には、ＦＳＭを使用してＤＯＣを測定する。ナトリウムイオンをガラス物品内へと交換することによって応力が発生する場合には、ＳＣＡＬＰを使用してＤＯＣを測定する。カリウムとナトリウムの両方のイオンをガラス内へと交換することによってガラス物品の応力が生じる場合には、ナトリウムの交換深さはＤＯＣを示し、カリウムイオンの層の交換深さ（カリウムＤＯＬ又はＫ  ＤＯＬ）は圧縮応力の規模の変化（ただし、圧縮から引張への応力変化ではない）を示すと考えられていることから、ＤＯＣはＳＣＡＬＰで測定される；このようなガラス物品中のカリウムイオンの交換深さは、ＦＳＭによって測定される。
【００６９】
本明細書に開示されるＤＯＣ値、具体的にはガラスの厚さの少なくとも１０％、さらに好ましくはガラスの厚さの２０％以上のＤＯＣ値は、ＳＣＡＬＰ技術を使用して計算されたＤＯＣ値を反映する。明確にするために、ＤＯＣ値は少なくとも１つの圧縮応力層の厚さを表しており、これは、強化ガラス物品又はシートが、ガラスの厚さの少なくとも２０％のＤＯＣを有する１つの圧縮層、若しくはそれぞれがガラスの厚さの少なくとも２０％のＤＯＣを有する２つの圧縮層を有しうることを意味する。開示されたＤＯＣ値は、例えば合計又は平均などの２つの圧縮応力層の組合せではない。
【００７０】
上述したように、ガラス組成物中のアルカリ酸化物の存在は、イオン交換によって得られるガラスの化学的強化を促進する。具体的には、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンなどのアルカリイオンは、ガラス組成物中で十分に移動して、イオン交換を促進する。幾つかの実施形態では、ガラスは、例えば、ガラス組成物でできたガラス物品又はガラスシートなどのガラスを、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）、又はその両方を含むイオン交換浴に導入する（例えば、ガラスをイオン交換浴に浸漬する）ことによってイオン交換することができる。実施形態では、イオン交換浴は、該イオン交換浴の総重量に基づいて、１質量パーセント（質量％〜１００質量％のＮａＮＯ３を含みうる。例えば、イオン交換浴は、イオン交換浴の総重量に基づいて、１質量％〜９９質量％、１質量％〜８０質量％、１質量％〜２０質量％、２０質量％〜１００質量％、２０質量％〜９９質量％、２０質量％〜８０質量％、８０質量％〜１００質量％、又は８０質量％〜９９質量％のＮａＮＯ３を含みうる。イオン交換浴はまた、ガラスの表面での圧縮応力を増加させるのに十分な量のＫＮＯ３も含みうる。例えば、実施形態では、イオン交換浴は、イオン交換浴の総重量に基づいて、０質量％〜９９質量％のＫＮＯ３を含みうる。幾つかの実施形態では、イオン交換浴は、イオン交換浴の総重量に基づいて、０質量％〜９８質量％、０質量％〜８０質量％、０質量％〜２０質量％、２０質量％〜９９質量％、２０質量％〜９８質量％、２０質量％〜８０質量％、８０質量％〜９９質量％、又は８０質量％〜９８質量％のＫＮＯ３を含みうる。イオン交換浴は、任意選択的に、０．１質量％〜２質量％のケイ酸Ｈ４ＳｉＯ４を含みうる。
【００７１】
ガラス組成物から製造されたガラスのイオン交換強化は、イオン交換温度で、ガラス内に目標応力プロファイルをもたらすのに十分な浸漬時間の間、行うことができる。例えば、実施形態では、イオン交換浴は３５０℃〜４５０℃の温度で維持されうる。他の実施形態では、イオン交換浴は、３６５℃〜４４０℃の温度で維持されてもよい。幾つかの実施形態では、イオン交換は、０．１時間〜３６時間の浸漬時間にわたって行われうる。他の実施形態では、イオン交換は、０．１時間〜３０時間、０．１時間〜２０時間、０．１時間〜１０時間、１時間〜３６時間、１時間〜３０時間、１時間〜２０時間、１時間〜１０時間、又は１０時間〜２０時間の浸漬時間にわたって行われうる。イオン交換の浸漬時間は、イオン交換されるガラスの厚さに応じて決まりうる。イオン交換の浸漬時間はまた、本開示で前述されたガラス組成物に応じても決まりうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物から作られ、０．５ミリメートル（ｍｍ）〜１ｍｍの厚さを有する平坦なガラスシートについて、イオン交換は、１時間以上１０時間以下の浸漬時間にわたって行われうる。
【００７２】
幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ナトリウムイオンがガラスの厚さの中心に到達するまで、ガラスがイオン交換されることが可能になりうる。ナトリウムイオンがガラスの厚さの中心で出会うまでガラス組成物をイオン交換することにより、ガラスの厚さを通るナトリウムイオン濃度勾配が生成され、ガラスの厚さを通る放物線状の応力プロファイルをもたらす。図１を参照すると、ガラス組成物から作られた２つの例となるガラスの応力プロファイルが、ガラスを通る厚さの関数として示されている。図１では、負の応力は圧縮応力を示し、正の応力は引張応力（すなわち、中心張力（ＣＴ））を示している。ＤＯＣは、ガラスの応力が圧縮応力（すなわち、図１の負の応力）から中心張力（すなわち、図１の正の応力）に移行する点である。図１に示されるように、中央引張領域（すなわち、図１の約１．５ｍｍ〜約６ｍｍの領域）に浸透するナトリウムイオンの勾配により、応力プロファイルは中央引張領域で湾曲する。応力プロファイルが中央引張領域で湾曲しているため、ガラスの中央引張領域に保存されている張力の合計は小さくなる。ガラスの中心張力が大きくなりすぎると、ガラスは脆弱になりうる。したがって、ガラスをイオン交換して、ガラスの中心張力を低減する放物線状の応力プロファイルを生成することにより、ガラスを脆弱にすることなく、より大きいＤＯＣを達成することができる。本明細書で用いられる場合、「脆弱な挙動」及び「脆弱性」という用語は、コーティング、接着層などの外部拘束が存在しない場合の強化ガラスの激しい又はエネルギー的な断片化のモードを指す。コーティング、接着剤層などは、本明細書に記載のガラス組成物から製造された強化ガラスと共に使用することができるが、このような外部拘束は、ガラスの脆弱性又は脆弱な挙動の決定には使用しない。
【００７３】
幾つかの実施形態では、放物線状応力プロファイルにより、ガラス組成物の中心張力を、１２０メガパスカル（ＭＰａ）未満、又はさらには１００ＭＰａ未満にすることができる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物の中心張力は、５０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ未満、又はさらには７０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下でありうる。幾つかの実施形態では、本明細書に開示されるガラス組成物から製造されたガラスの厚さ０．８ｍｍの試料は、４３０℃、８時間未満で放物線プロファイルへとイオン交換することができる。
【００７４】
実施形態では、ガラス組成物から製造されたガラス物品又はガラスシートをイオン交換して放物線状の応力プロファイルを生成した後、ガラスのＤＯＣは、最大でガラスの厚さの１５％まででありうる。例えば、幾つかの実施形態では、ガラスをイオン交換して放物線状の応力プロファイルを生成した後、ＤＯＣは、最大でガラスの厚さの１８％、最大でガラスの厚さの２０％、最大でガラスの厚さの２２％、又はさらには最大でガラスの厚さの２５％でありうる。幾つかの実施形態では、イオン交換後に、ガラス組成物は、ガラス組成物の厚さの５％〜２５％のＤＯＣを有しうる。例えば、ガラス組成物から製造されたガラスのイオン交換後に、該ガラスは、ガラスの厚さの５％〜１８％、５％〜２０％、５％〜２０％、５％〜２２％、１０％〜１５％、１０％〜１８％、１０％〜２０％、１０％〜２２％、１０％〜２５％、１５％〜１８％、１５％〜２０％、１５％〜２２％、１５％〜２５％、１８％〜２０％、又は１８％〜２２％のＤＯＣを有しうる。一例では、ガラス組成物から製造された、０．８ｍｍの厚さを有するガラスのシートは、最大で約１２０μｍ、又は最大で約１４５μｍ、又はさらには最大で約１６０μｍのＤＯＣを有しうる。別の例では、ガラス組成物から製造された、１ｍｍの厚さを有するガラスのシートは、最大で約１５０μｍ、又は最大で約１８０μｍ、又はさらには最大で約２００μｍのＤＯＣを有しうる。放物線状応力プロファイルを達成するためにガラスをイオン交換することにより、ガラスが０．５ｍｍ〜１ｍｍの厚さを有するガラスについて１００μｍ〜２００μｍの範囲のＤＯＣを有することが可能になりうる。典型的な従来のアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、イオン交換後に４０μｍ〜５０μｍのＤＯＣを有する。したがって、本明細書に開示されるガラス組成物は、該ガラス組成物から製造されたガラスのイオン交換を可能にして、ガラス中に放物線状応力プロファイルを生成し、それによってガラスに実質的に大きいＤＯＣを生じることができる。
【００７５】
本明細書に記載されるガラス組成物は、イオン交換中にナトリウムイオンがガラスの中心に移動することを可能にする。しかしながら、カリウムイオンは、イオン交換浴中に存在する場合、ナトリウムイオンと比較してカリウムイオンのサイズが大きいことに起因して、ナトリウムイオンと比較してガラス組成物から製造されたガラスにまで移動しない可能性がある。カリウムイオンがイオン交換浴に含まれる実施形態では、カリウムイオンは、５μｍ〜２５μｍ、５μｍ〜１５μｍ、又はさらには８μｍ〜１２μｍの深さまでガラスに浸透する（Ｋ  ＤＯＬ）。
【００７６】
幾つかの実施形態では、イオン交換後に、ガラス組成物から製造されたガラスは、ガラスに耐損傷性を提供するのに十分な圧縮応力を有しうる。例えば、幾つかの実施形態では、イオン交換後に、ガラスは、４００ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以上、又はさらには６００ＭＰａ以上のガラスの表面における圧縮応力を有しうる。
【００７７】
幾つかの実施形態では、ガラス組成物から形成されたガラスの外側領域の圧縮応力をさらに増加させるために、第２のイオン交換工程を行うことができる。理論に縛られるわけではないが、第２のイオン交換工程は、ガラスの表面近くに圧縮応力の「スパイク」を生成する迅速なイオン交換工程と考えられている。１つ以上の実施形態では、第２のイオン交換工程は、３０分以下の時間、又は１５分以下の時間にわたって行うことができ、あるいは任意選択的に、約１０〜約１５分の範囲で行われてもよい。第２のイオン交換浴の組成は、第２のイオン交換工程が第１のイオン交換工程とは異なるイオンをガラスに送達することを対象としている場合など、第１のイオン交換浴とは異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、第２のイオン交換浴は、硝酸カリウム、硫酸カリウム、塩化カリウム、他のカリウム塩、又はこれらの組合せなどのカリウム塩を有しうる。１つ以上の実施形態では、第２のイオン交換浴は、少なくとも約８０質量％のカリウム塩を有しうる。特定の実施形態では、第２のイオン交換浴は、約９５質量％〜約９９．５質量％のカリウム塩を有しうる。第２のイオン交換浴はカリウム塩のみを含むことが可能であるが、第２のイオン交換浴は、幾つかの実施形態では、０〜２質量％、又は約０．５〜１．５質量％のナトリウム塩、例えばＮａＮＯ３を含むことができる。例示的な実施形態では、カリウム塩はＫＮＯ３である。さらなる実施形態では、第２のイオン交換工程の温度は３９０℃以上でありうる。第１のイオン交換後のイオン交換されたガラスの圧縮応力が十分でない場合には、第２のイオン交換工程を行って、ガラスの外表面をカリウムイオンで「スパイク」し、ガラスの表面の圧縮応力を増加させることができる。
【００７８】
本明細書に記載されるガラス組成物から製造されたガラスは、概して、約５００℃以上約６５０℃以下の歪み点を有しうる。本明細書に開示されるガラス組成物から製造されたガラスはまた、約５５０℃以上約７２５℃以下のアニール点及び約７７５℃以上約９６０℃以下の軟化点も有しうる。
【００７９】
本明細書に記載の実施形態では、ガラス組成物から製造されたガラスは、約７５×１０−７Ｋ−１未満、又はさらには約６０×１０−７Ｋ−１未満のＣＴＥを有しうる。これらのより低いＣＴＥ値は、より高いＣＴＥを有するガラス組成物と比較して、熱サイクル又は熱応力条件に対するガラスのサバイバビリティを改善する。
【００８０】
本明細書に開示されるガラス物品は、ディスプレイを備えた（一又は複数の）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消費者向け電化製品）、建築用品、輸送用品（例えば、自動車、列車、航空機、船舶など）、電化製品、又は透明度、耐スクラッチ性、耐摩耗性、又はそれら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むことができる。本明細書に開示されるガラス物品のいずれかを組み込む例示的な物品が図２Ａ及び２Ｂに示されている。具体的には、図２Ａ及び２Ｂは、前面３０４、背面３０６、及び側面３０８を有する筐体３０２；筐体内部に少なくとも部分的に、又は筐体内に全体的にあり、少なくともコントローラと、メモリと、筐体の前面にあるか又はそれに隣接するディスプレイ３１０とを含む電気部品（図示せず）；並びに、ディスプレイの上方になるように、筐体の前面又はその上にあるカバー基板３１２を含む、消費者向け電子機器３００を示している。幾つかの実施形態では、カバー基板３１２又は筐体３０２の一部のうちの少なくとも一方は、本明細書に開示されるガラス物品のいずれかを含みうる。
【実施例】
【００８１】
本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態は、以下の実施例によってさらに明確になるであろう。
【００８２】
実施例１
１０３の例示的なガラス組成物（組成物１〜１０３）を調製した。各例示的なガラス組成物の特定の組成が以下の表１に報告されている。ガラス組成物の成分を１５００℃〜１６００℃で５〜６時間、プラチナ製るつぼで溶融し、均一性及び溶融品質を改善するために、１６００℃〜１６５０℃のより高い温度で５〜６時間、再溶融した。実施例１のガラス組成物の液相温度及び液相粘度を測定した。次に、ガラスを鋼板にキャストし、表１に与えられたアニール温度近くで１時間、アニールした。各ガラス組成の複数の試料を、特性の測定及びさらなるイオン交換実験のために切断し、研磨した。すべての試料は厚さ０．８ｍｍであった。試料の各々を、熱膨張係数（ＣＴＥ）、密度、靱性、及びヤング率について試験した。本開示で列挙される密度値は、ＡＳＴＭ  Ｃ６９３−９３（２０１３）の浮力法によって測定された値を指す。この開示に列挙されるヤング率の値は、「金属および非金属部品の欠陥検出のための共鳴超音波分光法の標準ガイド（Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts）」と題されたＡＳＴＭ  Ｅ２００１−１３に記載されている一般的なタイプの共鳴超音波分光法技術によって測定された値を指す。幾つかの実施形態では、ヤング率は７０ＧＰａ以上又は８０ＧＰａ以上である。すべてのガラス組成物についての結果が以下の表１に報告されている。本開示に記載されている破壊靭性値（Ｋ１Ｃ）は、Bubsey, R.T. et al., “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, pp. 1-30 (October 1992)の式５を使用してＹ＊ｍを計算したことを除き、Reddy, K.P.R. et al, “Fracture Toughness Measurement of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-Notched Specimens,” J. Am. Ceram. Soc., 71 [6], C-310-C-313 (1988)に開示されているシェブロンノッチ付小形角棒（ＣＮＳＢ）法によって測定された値を指す。幾つかの実施形態では、破壊靭性は、約０．７ＭＰａ・ｍ１／２以上、又は約０．７ＭＰａ・ｍ１／２以上である。
【００８３】
【表１−１】
2021501108.tif 000003
【００８４】
【表１−２】
2021501108.tif 000004
【００８５】
【表１−３】
2021501108.tif 000005
【００８６】
【表１−４】
2021501108.tif 000006
【００８７】
【表１−５】
2021501108.tif 000007
【００８８】
【表１−６】
2021501108.tif 000008
【００８９】
【表１−７】
2021501108.tif 000009
【００９０】
【表１−８】
2021501108.tif 000010
【００９１】
【表１−９】
2021501108.tif 000011
【００９２】
【表１−１０】
2021501108.tif 000012
【００９３】
【表１−１１】
2021501108.tif 000013
【００９４】
【表１−１２】
2021501108.tif 000014
【００９５】
【表１−１３】
2021501108.tif 000015
【００９６】
【表１−１４】
2021501108.tif 000016
【００９７】
【表１−１５】
2021501108.tif 000017
【００９８】
実施例２
例示的なガラス組成物（組成物２６、６５、及び７７）の３つそれぞれについて、２組の試料をさらに処理し、イオン交換強化した。３つの例示的なガラス組成物のそれぞれについてのイオン交換前の組成が、以下の表２に提供されている。実施例２の例示的なガラス組成物のそれぞれについての試料の１つのセットを、ガラス組成物の粘度が１０１１ポアズである温度で試料を４分間熱処理し、次いで周囲温度で通流する空気中で試料を急冷することにより、フィクチベートした。これらのフィクチベートした試料は、下記表２に添え字「−Ｆ」で指定されている。この熱処理は、急冷した、溶融延伸ガラスの熱履歴を模倣している。実施例２の各例示的なガラス組成物についての試料の２つ目のセットは、単にアニールした。これらの試料は、表２に添え字「−Ａ」で指定されている。
【００９９】
次に、試料をイオン交換して、各試料に放物線状の応力プロファイルを生成した。実施例２におけるガラス組成物の試料の各々は、０．８ｍｍの厚さを有していた。試料２６−Ｆ２、６５−Ａ、６５−Ｆ、７７−Ａ、及び７７−Ｆを、８０質量パーセント（質量％）のＫＮＯ３及び２０質量％のＮａＮＯ３を含む溶融塩浴中でイオン交換した。試料２６−Ｆ１は、１００質量％のＮａＮＯ３を含む溶融塩浴中でイオン交換した。試料を、放物線状応力プロファイルを達成するのに十分な浸漬時間、４３０℃の温度でイオン交換した。各試料についての浸漬時間が下記表２に提供されている。
【０１００】
【表２】
2021501108.tif 000018
【０１０１】
図１を参照すると、ガラス試料の厚さ全体にわたる位置の関数としての試料７７−Ａ及び７７−Ｆの応力プロファイルが示されている。試料７７−Ａのアニールされたガラス（図１の参照番号１４０）は、図１に示されるように８１．７ＭＰａのより高い中心張力（ＣＴ）を達成したが、ピークＣＴを達成するために、より長いイオン交換浸漬時間がかかっている。試料７７−Ｆのフィクチベートされたガラス組成物（図１の参照番号１４２）は、試料７７−Ａの４時間と比較して、わずか３時間という短い浸漬時間でピークＣＴを得ている。しかしながら、フィクチベートされた試料７７−Ｆは、６１．６ＭＰａの低いピークＣＴを示した。図１の結果は、８０質量％のＫＮＯ３及び２０質量％のＮａＮＯ３を含んだイオン交換浴中でイオン交換された試料についてのものである。同じガラス組成物を、１００％のＮａＮＯ３でイオン交換した場合、９０ＭＰａを超えるピークＣＴが達成されるが、表面の圧縮応力は低くなる。
【０１０２】
また、本明細書に記載されるガラス組成物は、イオン交換後の化学的耐久性及び機械的耐久性を示すことが理解されるべきである。これらの特性により、ガラス組成物は、医薬品包装材料を含むがそれに限定されないさまざまな用途での使用に非常に適したものとなる。
【０１０３】
特許請求の範囲に記載の主題の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態にさまざまな修正及び変更を加えることができることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、本明細書は、このような修正及び変更が添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入る限り、本明細書に記載されるさまざまな実施形態の修正及び変更に及ぶことが意図されている。
【０１０４】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１０５】
実施形態１
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
５０モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２；
７モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３；
２モル％以上１４モル％以下のＬｉ２Ｏ；
０．４モル％以上１０モル％以下のＰ２Ｏ５；
１モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏ；及び
０．５モル％以下のＺｒＯ２
を含み、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））が０より大きく、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は前記組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は前記組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計であり、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））が−２モル％以上２モル％以下である、
ガラス物品。
【０１０６】
実施形態２
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
５０モル％以上及び８０モル％以下のＳｉＯ２；
７モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３；
２モル％以上１４モル％以下のＬｉ２Ｏ；
３モル％以上１５モル％以下のＢ２Ｏ３；
０．１モル％以上のＮａ２Ｏ；及び
０モル％超４モル％以下のＴｉＯ２
を含み、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））が０以上であり、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は前記組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は前記組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計であり、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））が２以下であり、
Ｒ２Ｏ（モル％）が１４モル％以下である、
ガラス物品。
【０１０７】
実施形態３
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
５０モル％以上及び８０モル％以下のＳｉＯ２；
７モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３；
２モル％以上１４モル％以下のＬｉ２Ｏ；
０．１モル％以上２０モル％以下のＢ２Ｏ３；
０．１モル％以上２０モル％以下のＰ２Ｏ５；
１モル％以上６モル％以下のＮａ２Ｏ；及び
１モル％以下のＺｒＯ２
を含み、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））が０より大きく、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は前記組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は前記組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計であり、
（Ｌｉ２Ｏ（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））のモル比が０．５以上である、
ガラス物品。
【０１０８】
実施形態４
（Ｌｉ２Ｏ（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））のモル比が０．５以上である、実施形態１又は２に記載のガラス物品。
【０１０９】
実施形態５
０モル％超４モル％以下のＴｉＯ２をさらに含む、実施形態１、３、及び４のいずれかに記載のガラス物品。
【０１１０】
実施形態６
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））が２モル％以下である、実施形態３に記載のガラス物品。
【０１１１】
実施形態７
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％）−Ｐ２Ｏ５（モル％））が−２モル％以上２モル％以下である、実施形態２又は３に記載のガラス物品。
【０１１２】
実施形態８
前記組成物が１３００℃以下の液相温度を有する、実施形態１〜７のいずれかに記載のガラス物品。
【０１１３】
実施形態９
前記組成物が２０ｋＰを超える液相粘度を有する、実施形態１〜８のいずれかに記載のガラス物品。
【０１１４】
実施形態１０
前記組成物が５０ｋＰを超える液相粘度を有する、実施形態１〜９のいずれかに記載のガラス物品。
【０１１５】
実施形態１１
前記組成物が１４モル％以下のＲ２Ｏを含む、実施形態１〜１０のいずれかに記載のガラス物品。
【０１１６】
実施形態１２
前記組成物が７モル％以上１４モル％以下のＲ２Ｏを含む、実施形態１１に記載のガラス物品。
【０１１７】
実施形態１３
前記組成物が２．５モル％以下のＫ２Ｏをさらに含む、実施形態１〜１２のいずれかに記載のガラス物品。
【０１１８】
実施形態１４
前記組成物が３モル％以上１５モル％以下のＢ２Ｏ３をさらに含む、実施形態１〜１３のいずれかに記載のガラス物品。
【０１１９】
実施形態１５
（Ｌｉ２Ｏ（モル％）＋Ａｌ２Ｏ３（モル％））がＢ２Ｏ３（モル％）の２倍以上である、実施形態１〜１４のいずれかに記載のガラス物品。
【０１２０】
実施形態１６
前記組成物が０モル％超５モル％以下のＭｇＯをさらに含む、実施形態１〜１５のいずれかに記載のガラス物品。
【０１２１】
実施形態１７
前記組成物が０モル％超５モル％以下のＺｎＯをさらに含む、実施形態１〜１６のいずれかに記載のガラス物品。
【０１２２】
実施形態１８
前記組成物が０モル％超４モル％以下のＣａＯをさらに含む、実施形態１〜１７のいずれかに記載のガラス物品。
【０１２３】
実施形態１９
前記組成物が０モル％超４モル％以下のＳｒＯをさらに含む、実施形態１〜１８のいずれかに記載のガラス物品。
【０１２４】
実施形態２０
前記組成物が０．３５モル％以下のＳｎＯ２をさらに含む、実施形態１〜１９のいずれかに記載のガラス物品。
【０１２５】
実施形態２１
前記組成物がＢａＯを実質的に含まない、実施形態１〜２０のいずれかに記載のガラス物品。
【０１２６】
実施形態２２
前記組成物が０．４モル％以上１０モル％以下のＰ２Ｏ５をさらに含む、実施形態１〜２１のいずれかに記載のガラス物品。
【０１２７】
実施形態２３
組成物を含むガラス物品であって、前記組成物が、
５０モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２；
２モル％以上２５モル％以下のＡｌ２Ｏ３；
２モル％以上１５モル％以下のＬｉ２Ｏ
を含み、
ＳｉＯ２（モル％）≧［４＊Ｌｉ２Ｏ＋６＊（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）＋２．５＊ＭｇＯ＋２＊（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）］（モル％）であり、
（Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）−ＲＯ（モル％））が０より大きく、ここで、Ｒ２Ｏ（モル％）は前記組成物中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びＣｓ２Ｏのモル量の合計であり、ＲＯ（モル％）は前記組成物中のＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯのモル量の合計であり、
（Ｌｉ２Ｏ（モル％））／（Ｒ２Ｏ（モル％））のモル比が０．３５以上であり、
Ｐ２Ｏ５（モル％）／［（Ａｌ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ−ＲＯ）］（モル％）が０．２５以上であり、
ＴｉＯ２（モル％）＋ＺｒＯ２（モル％）が０モル％以上１モル％以下であり、
希土類金属酸化物の総量が０モル％以上０．５モル％以下であり、
Ａが１７以上であり、ここで：
Ａ＝１３．２＋Ｐ＊［（１／６７３−１（Ａ．Ｐ．＋２７３））］であり、
Ｐ＝０．６／［（１／（Ａ．Ｐ．＋２７３））−（１／（Ｔ１２＋２７３））］であり、
Ａ．Ｐ．は単位を℃とするアニール点であり、
Ｔ１２は、前記ガラスが１０１２ポアズの粘度を有する場合に対応する、単位を℃とする温度である、
ガラス物品。
【０１２８】
実施形態２４
Ｐ２Ｏ５（モル％）／［（Ａｌ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ−ＲＯ）］（モル％）が０．８以上１．２５以下である、実施形態２３に記載のガラス物品。
【０１２９】
実施形態２５
Ｐ２Ｏ５（モル％）／［（Ａｌ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ−ＲＯ）］（モル％）が０．９以上１．１以下である、実施形態２３に記載のガラス物品。
【０１３０】
実施形態２６
ヤング率が７０ＧＰａ以上である、実施形態２３〜２５のいずれかに記載のガラス物品。
【０１３１】
実施形態２７
ヤング率が８０ＧＰａ以上である、実施形態２３〜２６のいずれかに記載のガラス物品。
【０１３２】
実施形態２８
破壊靭性が０．７ＭＰａ＊ｍ１／２以上である、実施形態２３〜２７のいずれかに記載のガラス物品。
【０１３３】
実施形態２９
破壊靭性が０．８ＭＰａ＊ｍ１／２以上である、実施形態２３〜２８のいずれかに記載のガラス物品。
【０１３４】
実施形態３０
Ａが１９以上である、実施形態２３〜２９のいずれかに記載のガラス物品。
【０１３５】
実施形態３１
消費者向け電子製品であって、
前面、背面、及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、前記電気部品が少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、前記ディスプレイが前記筐体の前記前面又はそれに隣接して設けられている、電気部品；及び
前記ディスプレイの上に配置されたカバー基板
を備えており、
前記筐体の一部又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方が、実施形態１〜３０のいずれかに記載のガラス物品を含む、
消費者向け電子製品。
【符号の説明】
【０１３６】
３００  消費者向け電子機器
３０２  筐体
３０４  前面
３０６  背面
３０８  側面
３１０  ディスプレイ
３１２  カバー基板
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【国際調査報告】
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