(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
６３．２から６９．２モル％のＳｉＯ2、
８．９から１２．０モル％のＡｌ2Ｏ3、
９．７から１３．４モル％のＢ2Ｏ3、
３．０から７．１モル％のＭｇＯ、および
８．８から１１．８モル％のＮａ2Ｏ、
を含むガラス組成物。
【請求項２】
前記ガラスがリン酸塩またはＣａＯを含まない、請求項１記載のガラス組成物。
【請求項３】
前記ガラスが、
５５０℃から６２５℃の徐冷点、
５００℃から５７５℃の歪み点、
７８０℃から８７０℃の軟化点、
１３００℃で１０4ポアズ未満の粘度、
２．３２０から２．３８０の密度、または
５５から７５×１０-7／℃の熱膨張係数ＣＴＥ20-300℃、
の１つ以上を有する、請求項１または２記載のガラス組成物。
【請求項４】
前記ガラスが少なくとも１０μｍの層の深さまでイオン交換されており、
前記ガラスが、該ガラスの表面から前記層の深さまで延在する圧縮層を有し、
前記圧縮層が、少なくとも３００ＰＭａの圧縮応力下にあり、
必要に応じて、前記ガラスのビッカース押込み亀裂発生荷重が、少なくとも１５ｋｇｆ（１４７Ｎ）である、請求項１から３いずれか１項記載のガラス組成物。
【請求項５】
６３．２から６９．２モル％のＳｉＯ2、
８．９から１２．０モル％のＡｌ2Ｏ3、
９．７から１３．４モル％のＢ2Ｏ3、
３．０から７．１モル％のＭｇＯ、および
８．８から１１．８モル％のＮａ2Ｏ、
を含むガラス組成物をスズフロートバス上に浮かべることによってガラスシートを形成する工程を有してなる方法。
【請求項６】
前記ガラスが、必要に応じて、リン酸塩またはＣａＯを含まない、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ガラスが、
５５０℃から６２５℃の徐冷点、
５００℃から５７５℃の歪み点、
７８０℃から８７０℃の軟化点、
１３００℃で１０4ポアズ未満の粘度、
２．３２０から２．３８０の密度、または
５５から７５×１０-7／℃の熱膨張係数ＣＴＥ20-300℃、
の１つ以上を有する、請求項５または６記載の方法。
【請求項８】
前記ガラスを１５０〜３５０℃／分の速度で２５℃に冷却する工程を含む成形後の熱処理を該ガラスに施す工程をさらに含む、請求項５から７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記方法が、ガラス板を、少なくとも１０μｍの層の深さまでイオン交換する工程をさらに含み、前記ガラスが、該ガラスの表面から前記層の深さまで延在する圧縮層を有し、前記圧縮層が、少なくとも３００ＰＭａの圧縮応力下にあり、必要に応じて、前記ガラスのビッカース押込み亀裂発生荷重が、少なくとも１５ｋｇｆ（１４７Ｎ）である、請求項５から８いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１３年９月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／８７７４９２号に米国法典第３５編第１１９条の下での恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は損傷抵抗ガラスに関する。より詳しくは、本開示は、フロート法によりシートに形成可能な損傷抵抗ガラスに関する。さらにより詳しくは、本開示は、必要に応じてイオン交換により強化された、損傷抵抗のホウ素含有ガラスに関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
強化されたときに、鋭い衝撃による損傷に対して耐性であり、高速イオン交換可能なアルカリボロアルミノシリケートガラスが提供される。このガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、およびアルカリ酸化物の組合せを含み、イオン交換されたときに、少なくとも約１２ｋｇｆ（約１１８Ｎ）のビッカース押込み亀裂発生荷重を有する。
【０００４】
したがって、１つの態様は、
約６０から約７０モル％のＳｉＯ2、
約８から約１３モル％のＡｌ2Ｏ3、
約９から約１５モル％のＢ2Ｏ3、
約２から約８モル％のＭｇＯ、および
約８から約１３モル％のＭ2Ｏ、
を含むアルカリボロアルミノシリケートガラスを含む。いくつかの実施の形態において、Ｍ2ＯはＮａ2Ｏを含む。いくつかの組成物において、そのガラスは、リン酸塩を含まない、またはリン酸塩を実質的に含まない。
【０００５】
別の態様は、
約６２から約６９モル％のＳｉＯ2、
約９から約１２モル％のＡｌ2Ｏ3、
約１０から約１４モル％のＢ2Ｏ3、
約３から約７モル％のＭｇＯ、および
約９から約１２モル％のＮａ2Ｏ、
を含むアルカリボロアルミノシリケートガラスを含む。
【０００６】
いくつかの組成物において、そのガラスは、リン酸塩を含まない、またはリン酸塩を実質的に含まない。いくつかの組成物において、上記アルカリアルミノシリケートガラスのカリウム／ナトリウム相互拡散係数は、４１０℃で少なくとも約２．４×１０-10ｃｍ2／ｓである。いくつかの実施の形態において、上記ガラスの徐冷点は、約５５０℃から約６２５℃である。そのガラスの歪み点は、いくつかの実施の形態において、約５００℃から約５７５℃であることがある。ある場合には、上記ガラスの軟化点は、約７８０℃から約８７０℃である。そのガラスの粘度は、１３００℃で１０4ポアズ未満であることがある。その上、上記ガラスの密度は、約２．３２０から約２．３８０であることがある。上記ガラスのいくつかの例示の実施の形態の熱膨張係数ＣＴＥ20-300℃は、約５５から約７５×１０-7／℃であることがある。
【０００７】
いくつかの実施の形態において、上記アルカリアルミノシリケートガラスは、少なくとも約１０μｍ、２０μｍ、または３０μｍの層の深さまでイオン交換されている。いくつかの実施の形態において、そのガラスは、ガラスの表面から層の深さまで延在する圧縮層を有し、その圧縮層は、少なくとも約３００ＭＰａの圧縮応力下にある。いくつかの実施の形態において、上記イオン交換されたガラスのビッカース押込み亀裂発生荷重は、少なくとも約７ｋｇｆ（約６９Ｎ）である。いくつかの実施の形態において、そのガラスのビッカース押込み亀裂発生荷重は、少なくとも約１２ｋｇｆ（約１１８Ｎ）である。いくつかの実施の形態において、上記イオン交換されたガラスのビッカース押込み亀裂発生荷重は、約１２ｋｇｆ（約１１８Ｎ）から約４５ｋｇｆ（約４４１Ｎ）である。
【０００８】
別の態様は、
約６０から約７０モル％のＳｉＯ2、
約８から約１３モル％のＡｌ2Ｏ3、
約９から約１５モル％のＢ2Ｏ3、
約２から約８モル％のＭｇＯ、および
約８から約１３モル％のＭ2Ｏ、
または
約６２から約６９モル％のＳｉＯ2、
約９から約１２モル％のＡｌ2Ｏ3、
約１０から約１４モル％のＢ2Ｏ3、
約３から約７モル％のＭｇＯ、および
約９から約１２モル％のＮａ2Ｏ、
を含むガラス組成物をスズフロートバス上に浮かべることによってガラスシートを形成する工程を有してなる方法を含む。
【０００９】
いくつかの実施の形態において、Ｍ2ＯはＮａ2Ｏを含む。いくつかの組成物において、そのガラスは、リン酸塩を含まない、またはリン酸塩を実質的に含まない。いくつかの組成物において、上記アルカリアルミノシリケートガラスのカリウム／ナトリウム相互拡散係数は、４１０℃で少なくとも約２．４×１０-10ｃｍ2／ｓである。いくつかの実施の形態において、上記ガラスの徐冷点は、約５５０℃から約６２５℃である。そのガラスの歪み点は、いくつかの実施の形態において、約５００℃から約５７５℃であることがある。ある場合には、上記ガラスの軟化点は、約７８０℃から約８７０℃である。そのガラスの粘度は、１３００℃で１０4ポアズ未満であることがある。その上、上記ガラスの密度は、約２．３２０から約２．３８０であることがある。上記ガラスのいくつかの例示の実施の形態の熱膨張係数ＣＴＥ20-300℃は、約５５から約７５×１０-7／℃であることがある。
【００１０】
ある場合には、前記方法は、約１５０〜３５０℃／分の速度でガラスを室温（約２５℃）に冷却する工程を含む成形後の熱処理に上記ガラスを施す工程をさらに含む。
【００１１】
前記方法は、そのガラス板を、少なくとも約１０μｍ、２０μｍ、または３０μｍの層の深さまでイオン交換する工程をさらに含むことがある。ある場合には、そのガラスは、４、８、または１６時間超に亘り、３７５℃超でＫＮＯ3浴中でイオン交換される。
【００１２】
上記ガラスは、ガラスの表面から層の深さまで延在する圧縮層を有することがあり、その圧縮層は、少なくとも約３００、４００、５００、または６００ＭＰａの圧縮応力下にある。いくつかの実施の形態において、上記イオン交換されたガラスのビッカース押込み亀裂発生荷重は、少なくとも約７ｋｇｆ（約６９Ｎ）、１２ｋｇｆ（約１１８Ｎ）、または１５ｋｇｆ（約１４７Ｎ）である。上記方法により形成されたあるイオン交換されたガラスのビッカース押込み亀裂発生荷重は、約１２ｋｇｆ（約１１８Ｎ）から約４５ｋｇｆ（約４４１Ｎ）である。
【００１３】
これらと他の態様、利点、および顕著な特徴は、以下の詳細な説明、添付図面、付随の特許請求の範囲から明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】表１のガラスの高温粘度を示すグラフ。１００として示されたフロート法領域は、スズの蒸気圧、ルーフのヒータ容量、およびガラス成形粘度により決まる。
【図２Ａ】４時間に亘る４１０℃でのイオン交換後の、表１に列挙されたガラスに関する平均ＤＯＬ対ＣＳ値を示すデータを表すグラフ。イオン交換は、徐冷ガラス、および徐冷点より２０℃および６０℃高い温度で仮想されたガラスについて行った。
【図２Ｂ】８時間に亘る４１０℃でのイオン交換後の、表１に列挙されたガラスに関する平均ＤＯＬ対ＣＳ値を示すデータを表すグラフ。イオン交換は、徐冷ガラス、および徐冷点より２０℃および６０℃高い温度で仮想されたガラスについて行った。
【図２Ｃ】１６時間に亘る４１０℃でのイオン交換後の、表１に列挙されたガラスに関する平均ＤＯＬ対ＣＳ値を示すデータを表すグラフ。イオン交換は、徐冷ガラス、および徐冷点より２０℃および６０℃高い温度で仮想されたガラスについて行った。
【図３Ａ】表１のガラス組成物についてのビッカース押込み閾値性能を示すデータを表すグラフ。ガラスは、４時間に亘り４１０℃でイオン交換した。イオン交換は、徐冷ガラス、および徐冷点より２０℃および６０℃高い温度で仮想されたガラスについて行った。
【図３Ｂ】表１のガラス組成物についてのビッカース押込み閾値性能を示すデータを表すグラフ。ガラスは、８時間に亘り４１０℃でイオン交換した。イオン交換は、徐冷ガラス、および徐冷点より２０℃および６０℃高い温度で仮想されたガラスについて行った。
【図３Ｃ】表１のガラス組成物についてのビッカース押込み閾値性能を示すデータを表すグラフ。ガラスは、１６時間に亘り４１０℃でイオン交換した。イオン交換は、徐冷ガラス、および徐冷点より２０℃および６０℃高い温度で仮想されたガラスについて行った。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の詳細な説明において、本発明の実施の形態の完全な理解を与えるために、数多くの特定の詳細が述べられているであろう。しかしながら、本発明の実施の形態を、これらの特定の詳細のいくつかまたは全てがなくとも、実施してよい場合が、当業者に明白であろう。他の場合、周知の特徴またはプロセスは、本発明を不必要に分かりにくくしないように、詳細に記載されないことがある。その上、共通のまたは類似の要素を特定するために、同様のまたは同じ参照番号が使用されることがある。さらに、特に明記のない限り、ここに用いた全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者が通常理解するのと同じ意味を有する。対立する場合、この中の定義を含む本明細書が優先する。
【００１６】
本発明の実施または試験に、他の方法を使用しても差し支えないが、特定の適切な方法および材料がここに記載されている。
【００１７】
開示された方法および組成物に使用できる、それと共に使用できる、その調製に使用できる、またはその実施の形態である、材料、化合物、組成物、および成分が開示されている。これらと他の材料がここに開示されており、これらの材料の組合せ、部分集合、相互作用、群などが開示されている場合、これらの化合物の様々な個々と集合の組合せと置換の各々の具体的な参照が明白に開示されていなくても、各々が具体的に考えられ、ここに記載されていることが理解されよう。
【００１８】
それゆえ、置換基Ａ、ＢおよびＣの群、並びに置換基Ｄ、ＥおよびＦの群が開示され、組合せの実施の形態の一例Ａ−Ｄが開示されている場合、各々が個別と集合的に考えられる。すなわち、この例において、組合せＡ−Ｅ、Ａ−Ｆ、Ｂ−Ｄ、Ｂ−Ｅ、Ｂ−Ｆ、Ｃ−Ｄ、Ｃ−ＥおよびＣ−Ｆの各々が、具体的に考えられ、Ａ、Ｂおよび／またはＣ；Ｄ、Ｅおよび／またはＦ；並びに例の組合せＡ−Ｄの開示から開示されていると考えるべきである。同様に、これらの任意の部分集合または組合せも、具体的に考えられ、開示されている。それゆえ、例えば、Ａ−Ｅ、Ｂ−ＦおよびＣ−Ｅの部分群が、具体的に考えられ、Ａ、Ｂおよび／またはＣ；Ｄ、Ｅおよび／またはＦ；並びに例の組合せＡ−Ｄの開示から開示されていると考えるべきである。この概念は、以下に限られないが、組成物の任意の成分、並びに開示された組成物を製造する方法および使用する方法におえける工程を含む、本開示の全ての態様に適用される。より詳しくは、ここに与えられた例の組成物範囲は、本明細書の一部であると考えられ、さらに、文章におけるそれらの特定の包有にあらゆる面で同等な、例の数値範囲の端点を提供すると考えられ、全ての組合せが具体的に考えられ、開示されている。さらに、実施できる様々な追加の工程がある場合、これらの追加の工程の各々が、開示された方法のどの特定の実施の形態または実施の形態の組合せにより行えること、またそのような組合せの各々が、具体的に考えられ、開示されていると考えるべきであることが理解されよう。
【００１９】
さらに、上限値および下限値を含む、数値の範囲がここに列挙されている場合、特定の環境において特に明記のない限り、その範囲は、当該範囲内に、その端点、並びに全ての整数および分数を含むことが意図されている。本発明の領域は、ある範囲を定義する場合に列挙された特定の値に制限されることは意図されていない。さらに、量、濃度、もしくは他の値またはパラメータが、範囲、１つ以上の好ましい範囲もしくは好ましい上限値と好ましい下限値のリストとして与えられている場合、これは、そのような対が別々に開示されているか否かにかかわらず、任意の上限範囲値または好ましい値および任意の下限範囲値または好ましい値の任意の対から形成される全ての範囲が具体的に開示されていると考えるべきである。最後に、値または範囲の端点を記述する際に、「約」という用語が使用されている場合、その開示は、称された特定の値または端点を含むと理解すべきである。
【００２０】
ここに用いたように、「約」という用語は、量、サイズ、配合、パラメータ、および他の数量と特徴が、正確ではなく、正確である必要がないが、許容誤差、換算率、丸め、測定誤差など、および当業者に公知の他の要因を反映して、所望のように、近似および／またはより大きいかより小さくてもよいことを意味する。一般に、量、サイズ、配合、パラメータ、および他の数量と特徴は、そうであると明白に述べられているか否かにかかわらず、「約」または「近似」である。
【００２１】
ここに用いた「または」という用語は、包含的である；より詳しくは、「ＡまたはＢ」という句は、「Ａ、Ｂ、またはＡとＢの両方」を意味する。排他的な「または」は、例えば、「ＡまたはＢのいずれか」および「ＡまたはＢの一方」などの用語によりここに示される。
【００２２】
名詞は、本発明の要素および成分を記載するために用いられている。名詞の使用は、これらの要素または成分の１つまたは少なくとも１つが存在することを意味する。名詞は、従来、特定の場合に特に明記のない限り、単数だけではなく、複数の対象を示すために用いられる。
【００２３】
実施の形態を記述する目的で、ある変数が、あるパラメータまたは別の変数の「関数」であるという言及は、その変数が、排他的に、列挙されたパラメータまたは変数の関数であることを意味することは意図していないことに留意のこと。そうではなく、列挙されたパラメータの「関数」である変数への言及は、その変数が単一のパラメータまたは複数のパラメータの関数であってよいように、制約がないことを意図している。
【００２４】
「好ましくは」、「通常」、および「典型的に」などの用語は、ここに用いられる場合、請求項に記載された発明の範囲を制限するため、または特定の特徴が、請求項に記載された発明の構造または機能にとって絶対不可欠、必須または重要でさえあることを示唆するために用いられていないことを留意のこと。そうではなく、これらの用語は、本開示の実施の形態の特定の態様を特定すること、または本開示の特定の実施の形態に使用されてもされなくてもよい代わりのまたは追加の特徴を強調することが単に意図されている。
【００２５】
請求項の１つ以上が、移行句において「ここで」という用語を使用することがあることに留意のこと。本発明を定義する目的で、この用語は、構造の一連の特徴の列挙を導入するために使用される制限のない移行句として請求項に導入され、より一般に使用される制約のない前置き用語の「含む」と同様の様式で解釈すべきであることに留意のこと。
【００２６】
本発明のガラスまたはガラスセラミック組成物を製造するために使用される原料および／または設備の結果として、意図的に添加されないある不純物または成分が、最終的なガラスまたはガラスセラミック組成物中に存在し得る。そのような材料は、微量にガラスまたはガラスセラミック組成物中に存在し、ここでは、「混入物」と称される。
【００２７】
ここに用いたように、０モル％の化合物を有するガラスまたはガラスセラミック組成物は、その化合物、分子、または元素が、その組成物に意図的に加えられなかったが、その組成物は、それでも、その化合物を、典型的に混入量すなわち微量で含むことがあることを意味するものとして定義される。同様に、「鉄不含有」、「ナトリウム不含有」、「リチウム不含有」、「ジルコニウム不含有」、「アルカリ土類金属不含有」、「重金属不含有」などは、その化合物、分子、または元素が、その組成物に意図的に加えられなかったが、その組成物は、それでも、鉄、ナトリウム、リチウム、ジルコニウム、アルカリ土類金属、または重金属などを、おおよそ混入量すなわち微量で含むことがある。
【００２８】
「実質的に含まない」という用語は、ガラス組成物における特定の酸化物成分の不在を記載するために使用される場合、その成分がガラス組成物中に、１モル％未満の微量で汚染物質として存在することを意味する。
【００２９】
ここに記載されたガラス組成物の実施の形態において、構成成分（例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3など）の濃度は、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。
【００３０】
ここに用いた「液相線粘度」という用語は、液相線温度でのガラス組成物の剪断粘度を称する。
【００３１】
ここに用いた「液相線温度」という用語は、ガラス組成物中で失透が生じる最高温度を称する。
【００３２】
ここに用いた「ＣＴＥ」という用語は、約２０℃から約３００℃の温度範囲に亘り平均したガラス組成物の熱膨張係数を称する。
【００３３】
ガラス
損傷抵抗が高い（すなわち、１５キログラム重（ｋｇｆ）（約１４７Ｎ）超、いくつかの実施の形態において、２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）超のビッカース亀裂閾値を有する）化学強化したアルカリアルミノシリケートガラスは、典型的に、規定［（Ａｌ2Ｏ3（モル％）＋Ｂ2Ｏ3（モル％））／（Σ改質剤酸化物（モル％））］＞１を満たす組成を有し、ここで、改質剤酸化物はアルカリ酸化物およびアルカリ土類酸化物を含む。そのようなガラスが、その内容をここに全て引用する、「Crack and Scratch Resistant Glass and Enclosures Made Therefrom」と題する、Kristen L. Barefoot等により２０１０年８月１８日に出願された米国特許出願第１２／８５８４９０号明細書において以前に記載された。
【００３４】
Ｐ2Ｏ5含有アルカリアルミノシリケートガラスの向上した損傷抵抗が、その内容をここに全て引用する、「Ion Exchangeable Glass with Deep Compressive Layer and High Modulus」と題する、Dana Craig Bookbinder等により２０１０年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／４１７９４１号明細書において以前に記載された。この中に記載されたガラスは、それぞれ、ＡｌＰＯ4およびＢＰＯ4を形成するために、Ａｌ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3がバッチ配合されたリン酸塩を含有し、一般に、組成規定
０．７５≦［（Ｐ2Ｏ5（モル％）＋Ｒ2Ｏ（モル％））／Ｍ2Ｏ3（モル％）］≦１．３
に従い、式中、Ｍ2Ｏ3＝Ａｌ2Ｏ3＋Ｂ2Ｏ3。
【００３５】
基本的に相当なレベルのＢ2Ｏ3およびＭｇＯを有する、ここに記載されたガラス組成物は、イオン交換することができ、高い亀裂発生閾値を維持するのと同時に、そのためにそれらがフロート成形法に使用するのにうまく適したものとなる、液相線粘度および液相線温度などの性質を有する。これらの性質は、ここにさらに詳しく記載するように、ガラスの特定の組成に起因し得る。
【００３６】
ここに記載されたアルカリアルミノシリケートガラスおよび物品は、多数の化学成分を含む。ＳｉＯ2は、主要なガラス形成酸化物として働き、ガラスの網目形成構造を安定化する機能を果たす。ＳｉＯ2の濃度は、ガラスに民生用用途に適した十分に高い化学的耐久性を与えるために、十分に高いべきである。しかしながら、純粋なＳｉＯ2または高ＳｉＯ2ガラスの溶融温度（２００ポアズ温度）が高すぎるので、ガラスは、過剰な量のＳｉＯ2を含有することはできない。さらに、ほとんどの酸化物と比べて、ＳｉＯ2は、イオン交換により生じた圧縮応力を減少させる。いくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物は、約６０から約７２モル％のＳｉＯ2を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約６０から約７０モル％のＳｉＯ2を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約６２から約６９モル％のＳｉＯ2を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約６０から約７２モル％、約６２から約７２モル％、約６５から約７２モル％、約６７から約７２モル％、６０から約７０モル％、約６２から約７０モル％、約６５から約７０モル％、約６７から約７０モル％、６０から約６７モル％、約６２から約６７モル％、約６５から約６７モル％、約６０から約６５モル％、または約６２から約６５モル％のＳｉＯ2を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１または７２モル％のＳｉＯ2を含む。
【００３７】
Ａｌ2Ｏ3も、例示のガラスにおいてガラス形成剤として働くことができる。Ａｌ2Ｏ3は、ＳｉＯ2のように、一般に、溶融物の粘度を上昇させ、アルカリまたはアルカリ土類に対してＡｌ2Ｏ3が増加すると、一般に、耐久性が改善される。Ａｌ2Ｏ3も、いくつかの利益の中で、ａ）最低の可能な液相線温度を維持する、ｂ）膨張係数を低下させる、またはｃ）歪み点を高めることもある。しかしながら、アルミニウムイオンの構造的役割はガラス組成に依存する。アルカリ酸化物の濃度［Ｍ2Ｏ］がアルミナの濃度［Ａｌ2Ｏ3］に近いかまたはそれより多い場合、全てのアルミニウムは四面体配位に見られ、アルカリイオンは電荷バランサの機能を果たす。具体化したガラスの全てにこのことが当てはまる。一般に、Ａｌ2Ｏ3は、アルカリイオンの比較的速い拡散性を可能にしながら、強力な網目構造骨格（すなわち、高い歪み点）を可能にするので、イオン交換可能なガラスにおいて極めて重要な役割を果たす。しかしながら、高いＡｌ2Ｏ3濃度は一般に液相線粘度を低下させるので、Ａｌ2Ｏ3濃度は、妥当な範囲内に維持する必要がある。いくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物は、約５から約１５モル％のＡｌ2Ｏ3を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約８から約１３モル％のＡｌ2Ｏ3を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約９から約１２モル％のＡｌ2Ｏ3を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約５から約１５モル％、約８から約１５モル％、約９から約１５モル％、約１２から約１５モル％、５から約１２モル％、約８から約１２モル％、約９から約１２モル％、５から約１２モル％、約８から約１２モル％、約９から約１２モル％、５から約９モル％、約８から約９モル％、または約５から約８モル％のＡｌ2Ｏ3を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５モル％のＡｌ2Ｏ3を含み得る。
【００３８】
実施の形態におけるＢ2Ｏ3の存在は、損傷抵抗を改善することができる。ホウ素が、アルカリ酸化物または二価陽イオン酸化物により電荷の釣り合いがとられていない場合、ホウ素は三角形配位状態にあり、それゆえ、構造を開く。これらの三角形配位ホウ素の周りの網目構造は、四面体配位のものほど剛性ではなく、結合は「軟らかく(floppy)」、したがって、ガラスは、亀裂形成前にいくらかの変形に耐えることができる。いくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物は、約５から約１５モル％のＢ2Ｏ3を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約９から約１５モル％のＢ2Ｏ3を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約１０から約１４モル％のＢ2Ｏ3を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約５から約１５モル％、約９から約１５モル％、約１０から約１５モル％、約１２から約１５モル％、５から約１４モル％、約９から約１４モル％、約１０から約１４モル％、５から約１２モル％、約９から約１２モル％、または約１０から約１２モル％のＢ2Ｏ3を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５モル％のＢ2Ｏ3を含み得る。
【００３９】
ここに記載されたガラスは、一般に、Ｐ2Ｏ5を含有しないか、または実質的に含まない。いくつかの実施の形態において、約０、０超、０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、または４モル％のＰ2Ｏ5が存在してよい。いくつかの実施の形態において、４、３、２、または１モル％未満のＰ2Ｏ5が存在してよい。いくつかの実施の形態において、混入量のＰ2Ｏ5が存在してよい。いくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物は、約０モル％のＰ2Ｏ5を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラスは０から約１モル％のＰ2Ｏ5を含み得る。他の実施の形態において、ガラスは、０超から約１モル％のＰ2Ｏ5を含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、０から約２モル％、０から約１．５モル％、０から約１モル％、０から約０．９モル％、０から約０．８モル％、０から約０．７モル％、０から約０．６モル％、０から約０．５モル％、０から約０．４モル％、０から約０．３モル％、０から約０．２モル％、または０から約０．１モル％のＰ2Ｏ5を含み得る。ガラス組成物は、いくつかの実施の形態によれば、意図的に添加されるＰ2Ｏ5を含まない。
【００４０】
アルカリ酸化物（Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、およびＣｓ2Ｏ）は、低い溶融温度および低い液相線温度を達成する上で助剤として働く。他方で、アルカリ酸化物を添加すると、熱膨張係数（ＣＴＥ）が劇的に上昇し、化学的耐久性が低下する。最も重要なことには、イオン交換を行うために、小さいアルカリ酸化物（Ｌｉ2ＯおよびＮａ2Ｏなど）の存在が、塩浴からより大きいアルカリイオン（例えば、Ｋ+）で交換するのに必要である。一般に、３つのタイプのイオン交換を行うことができる。Ｌｉ+のＮａ+による交換は、深い層の深さをもたらすが、圧縮応力は小さい。Ｌｉ+のＫ+による交換は、浅い層の深さをもらたすが、圧縮応力が比較的大きい。Ｎａ+のＫ+による交換は、中くらいの層の深さおよび圧縮応力をもたらす。圧縮応力は、ガラスから交換されてなくなるアルカリイオンの数に正比例するので、ガラス中に大きい圧縮応力を生じるには、十分に高濃度の小さいアルカリ酸化物が必要である。Ｍ2Ｏは、ガラス組成物中に存在するアルカリ金属酸化物の合計である。ある場合には、ガラスは、約５から約１５モル％のＭ2Ｏを含み得る。他の実施の形態において、ガラスは、約８から約１３モル％のＭ2Ｏを含み得る。他の実施の形態において、ガラスは、約９から約１２モル％のＭ2Ｏを含み得る。いくつかの組成物において、ガラスは、約５から約１５モル％、約８から約１５モル％、約９から約１５モル％、約１２から約１５モル％、５から約１４モル％、約８から約１４モル％、約９から約１４モル％、５から約１２モル％、約８から約１２モル％、または約９から約１２モル％のＭ2Ｏを含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５モル％のＭ2Ｏを含み得る。
【００４１】
具体化されたガラスにおけるイオン交換のために、Ｎａ2Ｏを使用してもよい。いくつかの実施の形態において、ガラスは、約５から約１５モル％のＮａ2Ｏを含み得る。他の実施の形態において、ガラスは、約８から約１３モル％のＮａ2Ｏを含み得る。他の実施の形態において、ガラスは、約９から約１２モル％のＮａ2Ｏを含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラスは、約５から約１５モル％、約８から約１５モル％、約９から約１５モル％、約１２から約１５モル％、５から約１４モル％、約８から約１４モル％、約９から約１４モル％、５から約１２モル％、約８から約１２モル％、または約９から約１２モル％のＮａ2Ｏを含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５モル％のＮａ2Ｏを含み得る。
【００４２】
Ｋ2Ｏは、いくつかの実施の形態において、イオン交換に使用することができるが、圧縮応力にとって悪影響をもたらし得る。いくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物はＫ2Ｏを含まない。ガラス組成物は、例えば、Ｋ2Ｏの含有量が０．５モルパーセント以下、０．２５モル％以下、０．１モル％以下、約０．０５モル％以下、０．００１モル％以下、０．０００５モル％以下、または０．０００１モル％以下である場合に、実質的にＫ2Ｏを含まない。前記ガラスシートは、いくつかの実施の形態によれば、意図的に添加されるナトリウムを含まない。いくつかの実施の形態において、ガラスは、０から約１モル％のＫ2Ｏを含み得る。他の実施の形態において、ガラスは、０超から約１モル％のＫ2Ｏを含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、０から約２モル％、０から約１．５モル％、０から約１モル％、０から約０．９モル％、０から約０．８モル％、０から約０．７モル％、０から約０．６モル％、０から約０．５モル％、０から約０．４モル％、０から約０．３モル％、０から約０．２モル％、または０から約０．１モル％のＫ2Ｏを含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラスは、約０、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．７、０．８、０．９、または１モル％のＫ2Ｏを含み得る。
【００４３】
二価陽イオン酸化物（アルカリ土類酸化物など）も、ガラスの溶融挙動を改善するが、イオン交換性能に関して、二価陽イオンの存在は、アルカリ移動度を減少させる働きをする。イオン交換性能に対するマイナスの影響は、より大きい二価陽イオンについて特に著しい。さらに、より小さい二価陽イオン酸化物は、一般に、より大きいものよりも、圧縮応力に役立つ。それゆえ、ＭｇＯは、アルカリ拡散性に対するマイナスの影響を最小にしながら、改善された応力緩和に関していくつかの利点を提示する。しかしながら、ＭｇＯの含有量が高い場合、それらは、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）を形成する傾向にあり、それゆえ、ＭｇＯ含有量が特定のレベルを超えると、液相線温度が非常に急激に上昇する。ここで、具体化されたガラスは、主要な二価陽イオン酸化物としてＭｇＯを含有する。ここに定義されるように、ＲＯは、ガラス組成物中のＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯのモル％を表す。いくつかの例示の実施の形態において、ガラス組成物は、約２から約２５モル％のＲＯを含み得る。いくつかの組成物において、ガラス組成物は、約２から約１５モル％のＲＯを含み得る。他の組成物において、ガラス組成物は、約３から約１０モル％のＲＯを含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約２から約２５モル％、約２から約２０モル％、約２から約１５モル％、約２から約１０モル％、約２から約７モル％、約３から約２５モル％、約３から約２０モル％、約３から約１５モル％、約３から約１０モル％、約３から約７モル％、約５から約２５モル％、約５から約２０モル％、約５から約１５モル％、約５から約１０モル％、約５から約７モル％、約７から約２５モル％、約７から約２０モル％、約７から約１５モル％、または約７から約１０モル％のＲＯを含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、または２５モル％のＲＯを含み得る。
【００４４】
前記ガラスは、約２から約１０モル％のＭｇＯを含み得る。いくつかの組成物において、ガラス組成物は、約２から約８モル％のＭｇＯを含み得る。他の場合、ガラス組成物は、約３から約１０モル％のＭｇＯを含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約２から約１０モル％、約２から約８モル％、約２から約７モル％、約２から約５モル％、約３から約１０モル％、約３から約８モル％、約３から約７モル％、約３から約５モル％、約５から約１０モル％、約５から約８モル％、または約５から約７モル％のＭｇＯを含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約０、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０モル％のＭｇＯを含み得る。
【００４５】
いくつかの実施の形態において、ＣａＯは、より高い歪み点、より低い密度、およびより低い溶融温度に寄与し得る。ＣａＯ源としては、体積と低コストが要因である限りは、安価な材料である石灰石が挙げられ、いくつかの実施の形態において、ＣａＯ含有量を、他のアルカリ土類酸化物に対して適度に達成できるほど高くすることが、有用であり得る。ＳｒＯおよびＢａＯは、より高い熱膨張係数に寄与し得、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの相対的比率は、液相線温度、それゆえ、液相線粘度を改善するために操作することかできる。ここに具体化されたガラスは、０から１０モル％のＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯを含み得る。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、０超から約１０モル％のＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯを独立して含み得る。ガラス組成物は、０から約１０モル％、０から約８モル％、０から約５モル％、０から約３モル％、０から約１モル％、０超から約１０モル％、０超から約８モル％、０超から約６モル％、０超から約５モル％、０超から３モル％、０超から約１モル％、約２から約１０モル％、約２から約８モル％、約２から約６モル％、約２から約５モル％、約３から約１０モル％、約３から約８モル％、約３から約６モル％、約３から約５モル％、約５から約１０モル％、または約５から約８モル％のＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯを含み得る。いくつかの場合、ガラス組成物は、約０、０超、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０モル％のＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯを含み得る。
【００４６】
ＺｒＯ2の濃度が、随意的に、成形過程の作用としてガラス中に見つけられる、または追加の成分として添加されることがある。いくつかの実施の形態において、ガラスは、０から約３モル％、０から約２モル％、０から約１モル％、０から０．５モル％、０から０．１モル％、０から０．０５モル％、０から０．０１モル％、０超から約３モル％、０超から約２モル％、０超から約１モル％、０超から０．５モル％、０超から０．１モル％、０超から０．０５モル％のＺｒＯ2を含み得る。
【００４７】
本発明のガラスまたはガラスセラミック組成物を製造するのに使用される原料および／または設備の結果として、意図的に加えられない特定の不純物または成分が、最終的なガラスまたはガラスセラミック組成物中に存在し得る。そのような材料は、そのガラスまたはガラスセラミック組成物中に微量で存在し、ここでは「混入物」と称される。
【００４８】
ここに用いたように、０モル％の化合物を有するガラスまたはガラスセラミック組成物は、その化合物、分子、または元素が、その組成物に意図的に加えられなかったが、その組成物はそれでもその化合物を、典型的に、混入量すなわち微量で含むことがあることを意味するものと定義される。同様に、「鉄不含有」、「ナトリウム不含有」、「リチウム不含有」、「ジルコニウム不含有」、「アルカリ土類金属不含有」、「重金属不含有」などは、その化合物、分子、または元素が、その組成物に意図的に加えられなかったが、その組成物は、それでも、鉄、ナトリウム、リチウム、ジルコニウム、アルカリ土類金属、または重金属などを、おおよそ混入量すなわち微量で含むことがあることを意味するものと定義される。ここに具体化されたガラスまたはガラスセラミック中に見つけられることのある混入化合物としては、以下に限られないが、Ｎａ2Ｏ、ＴｉＯ2、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＭｏＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＷＯ3、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＨｆＯ2、ＣｄＯ、ＳｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、硫酸塩などの硫黄系化合物、ハロゲン、またはそれらの組合せが挙げられる。
【００４９】
いくつかの実施の形態において、前記ガラスまたはガラスセラミックは、化学的清澄剤をさらに含む。そのような清澄剤としては、以下に限られないが、ＳｎＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、Ｆ、ＣｌおよびＢｒが挙げられる。いくつかの実施の形態において、化学的清澄剤の濃度は、３、２、１、または０．５、＞０モル％のレベルに維持される。いくつかの実施の形態において、清澄剤の量は、０超から約３モル％である。化学的清澄剤は、ＣｅＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、およびＭｎＯ2などの遷移金属の他の酸化物も含んでよい。これらの酸化物は、ガラス中のそれらの最終的な原子価状態における可視吸収のために、ガラスまたはガラスセラミックに色を与えることがあり、それゆえ、存在する場合、それらの濃度は、通常、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１または＞０モル％のレベルに維持される。
【００５０】
Ａｓ2Ｏ3およびＳｂ2Ｏ3による清澄と比べると、スズによる清澄（すなわち、ＳｎＯ2による清澄）はそれほど効果的ではないが、ＳｎＯ2は、公知の有害性がない、至る所にある材料である。スズによる清澄は、単独で、または所望であれば、他の清澄技法との併用で、使用することができる。例えば、スズによる清澄を、ハロゲン化物による清澄、例えば、臭素による清澄と組み合わせることができる。他の可能性のある組合せとしては、以下に限られないが、スズによる清澄に加えて、硫酸塩、硫化物、酸化セリウム、機械式泡立て、および／または真空による清澄が挙げられる。これらの他の清澄技法を単独で使用しても差し支えないと考えられる。それらの全てをここに全体として引用する、米国特許第５７８５７２６号、同第６１２８９２４号、同第５８２４１２７号、および同時係属出願である米国特許出願第１１／１１６６６９号の各明細書には、ヒ素不含有ガラスを製造するプロセスが開示されている。その全体が引用される、米国特許第７６９６１１３号明細書には、ガス状包有物を最小にするために、鉄およびスズを使用して、ヒ素およびアンチモン不含有ガラスを製造するプロセスが開示されている。
【００５１】
前記ガラスまたはガラスセラミックは、酸化スズ電極を使用したジュール溶融の結果として、スズ含有材料、例えば、ＳｎＯ2、ＳｎＯ、ＳｎＣＯ3、ＳｎＣ2Ｏ2などのバッチ配合により、または様々な物理的特性、溶融特性、および成形性を調節するための作用物質としてのＳｎＯ2の添加により、ＳｎＯ2も含有し得る。そのガラスは、０から約３モル％、０から約２モル％、０から約１モル％、０から０．５モル％、または０から０．１モル％のＳｎＯ2を含有し得る。
【００５２】
いくつかの実施の形態において、前記ガラスは、Ｓｂ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ3、またはそれらの組合せを実質的に含まないことがあり得る。例えば、ガラスは、０．０５質量パーセント以下しかＳｂ2Ｏ3またはＡｓ2Ｏ3もしくはそれらの組合せを含まないことがあり得る、ガラスは、ゼロ質量パーセントのＳｂ2Ｏ3またはＡｓ2Ｏ3もしくはそれらの組合せを含むことがある、あるいはガラスは、例えば、意図的に添加されたＳｂ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ3、またはそれらの組合せのいずれも含まないことがある。
【００５３】
追加の成分は、追加の恩恵を提供するためにガラス組成物中に含むことができる、あるいは、商業的に調製されたガラス中に典型的に見られる汚染物質をさらに含み得る。例えば、追加の成分は、様々な物理的特性、溶融特性、および成形性を調節するために添加することができる。いくつかの実施の形態によるガラスは、バッチ材料に関連する、および／またはガラスを製造するために使用される溶融、清澄、および／または成形設備によりガラス中に導入される（例えば、ＺｒＯ2）様々な汚染物質も含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラスは、紫外線吸収剤として有用な化合物を１種類以上含むことがある。いくつかの実施の形態において、ガラスは、３モル％以下のＴｉＯ2、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＭｏＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＷＯ3、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＨｆＯ2、ＣｄＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｅＯ2、ハロゲン、またはそれらの組合せを含み得る。いくつかの実施の形態において、ガラスは、０から約３モル％、０から約２モル％、０から約１モル％、０から０．５モル％、０から０．１モル％、０から０．０５モル％、または０から０．０１モル％のＴｉＯ2、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＭｏＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＷＯ3、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＨｆＯ2、ＣｄＯ、ＣｅＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ハロゲン、またはそれらの組合せを含み得る。
【００５４】
具体化したガラスの非限定的例が、表１に列挙されている。それらの組成は、蛍光ｘ線およびＩＣＰにより分析した。徐冷点および歪み点は、ビーム曲げ粘度測定法により決定した。軟化点は、平行板粘度測定法によって決定した。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、２０℃と３００℃の間の平均値である。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
図１に示されるように、具体化したガラスの高温粘度は、フロートに基づく技術に関する最適な加工領域と交差する。この加工領域は、その全てが完全に引用される、米国特許第６０６５３０９号、並びに米国特許出願公開第２００６／０２８８７３６号および同第２００８／００２８７９５号の各明細書に述べられているように、スズの蒸気圧、ルーフのヒータ容量およびガラス成形粘度によって決まる。
【００５７】
家庭用電化製品、自動車用途、電気器具、建築部材、および高レベルの損傷抵抗が望ましい他の分野に使用するためのガラス物品を化学強化するために、イオン交換が広く使用されている。イオン交換法において、第１の金属イオン（例えば、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏなどにおけるアルカリ陽イオン）を含有するガラス物品を、ガラス中に存在する第１の金属イオンよりも大きいかまたは小さい第２の金属イオンを含有するイオン交換浴または媒質中に少なくとも部分的に浸漬するか、または他の様式で接触させる。第１の金属イオンがガラス表面からイオン交換浴／媒質中に拡散する一方で、イオン交換浴／媒質からの第２の金属イオンがガラス中の第１の金属イオンをガラスの表面の下の層の深さまで置き換える。ガラス中のより小さいイオンがより大きいイオンで置換されると、ガラス表面に圧縮応力が生じるのに対し、ガラス中のより大きいイオンがより小さいイオンで置換されると、典型的に、ガラスの表面に引張応力が生じる。いくつかの実施の形態において、第１の金属イオンおよび第２の金属イオンは一価のアルカリ金属イオンである。しかしながら、イオン交換法において、Ａｇ+、Ｔｌ+、Ｃｕ+などの他の一価の金属イオンも使用してよい。Ａｇ+およびＣｕ+の少なくとも一方で、ガラス中の金属イオンが交換される場合、そのようなガラスは、抗ウイルスおよび／または抗菌用途にとって特に有用であろう。
【００５８】
表２は、表１からのガラスのイオン交換特性を示している。表２のデータが、図２Ａ〜２Ｃに図示されている。イオン交換は、徐冷されたガラス、並びにそれぞれ、徐冷点より２０℃および６０℃高い温度で仮想されたガラスについて行った。圧縮応力（ＣＳ）および層の深さ（ＤＯＬ）は、精製グレードのＫＮＯ3中におけるサンプルの処理の結果として得た。イオン交換処理は、４、８および１６時間に亘り４１０℃で行った。ＣＳおよびＤＯＬは、それぞれ、ＭＰａおよびμｍの単位で述べられている。
【００５９】
【表２−１】
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【００６０】
【表２−２】
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【００６１】
【表２−３】
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【００６２】
いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスおよびガラス物品がイオン交換されて、少なくとも約３００ＭＰａの圧縮応力および／または少なくとも約１０μｍの圧縮層の深さが達成されることがある。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスおよびガラス物品がイオン交換されて、少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力および／または少なくとも約４０μｍの圧縮層の深さが達成されることがある。いくつかの実施の形態において、前記ガラスがイオン交換されて、少なくとも約２００、３００、４００、５００、または６００ＭＰａの圧縮応力が達成される。いくつかの実施の形態において、前記ガラスがイオン交換されて、少なくとも約１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、または４０μｍ、またはそれより大きい層の深さが達成される。
【００６３】
高い損傷抵抗に加え、ここに記載されたガラスがイオン交換されて、比較的短時間で、所望のレベルの圧縮応力および圧縮層の深さが達成されることがある。例えば、溶融ＫＮＯ3塩中における４時間に亘る４１０℃でのイオン交換後、約５００ＭＰａ超の圧縮応力よび約１５μｍ超の圧縮層の深さを有する圧縮層が、これらのガラスにおいて生じることがある。いくつかの実施の形態において、イオン交換は、約４００℃、４１０℃、４２０℃、４３０℃、４４０℃、４５０℃、４６０℃、４７０℃、４８０℃、４９０℃、５００℃、５１０℃、５２０℃、５３０℃、５４０℃、または５５０℃もしくはそれより高い温度で行われる。いくつかの実施の形態において、イオン交換は、約０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０時間、または１０時間超に亘り行われる。
【００６４】
ここに記載されたガラスをイオン交換する能力は、これらのガラスが、ガラスのビッカース亀裂発生閾値により特徴付けられるような、損傷抵抗が望ましい特質である用途に使用される他のフロート法が可能なガラスの相互拡散係数よりも著しく大きい相互拡散係数を有するという事実に少なくともある程度起因するであろう。４１０℃では、ここに記載されたガラスは、少なくとも約２．４×１０-10ｃｍ2／ｓ、３．０×１０-10ｃｍ2／ｓ、４．０×１０-10ｃｍ2／ｓ、または４．５×１０-10ｃｍ2／ｓ、６．０×１０-10ｃｍ2／ｓ、７．５×１０-10ｃｍ2／ｓ、９．０×１０-10ｃｍ2／ｓ、１．０×１０-9ｃｍ2／ｓ、１．２×１０-9ｃｍ2／ｓ、１．５×１０-9ｃｍ2／ｓおよびいくつかの実施の形態において、約２．４×１０-10ｃｍ2／ｓ、３．０×１０-10ｃｍ2／ｓ、４．０×１０-10ｃｍ2／ｓ、または４．５×１０-10ｃｍ2／ｓから、約７．５×１０-10ｃｍ2／ｓ、９．０×１０-10ｃｍ2／ｓ、１．０×１０-9ｃｍ2／ｓ、１．２×１０-9ｃｍ2／ｓ、または１．５×１０-9ｃｍ2／ｓまでの範囲の、カリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。これらのガラスとは対照的に、ここにその全てを引用する、米国特許出願第１２／８５８４９０号、同第１２／８５６８４０号、および同第１２／３９２５７７号の各明細書に記載されたアルカリアルミノシリケートガラスは、１．５×１０-10ｃｍ2／ｓ未満のカリウム／ナトリウム相互拡散係数を有する。
【００６５】
ここに記載されたビッカース押込み亀裂発生閾値測定は、ガラス表面に押込み荷重を印加し、次いで、０．２ｍｍ／分の速度で移動させることによって行われる。最大押込み荷重は、１０秒間に亘り保持される。この押込み亀裂発生閾値は、１０個の窪みの５０％が、その窪みの痕の角から広がった放射状／中央亀裂をいくつでも示す押込み荷重で定義される。最大荷重は、所定のガラス組成物に関する閾値が満たされるまで増やされる。全ての押込み測定は、５０％の相対湿度において室温で行われる。
【００６６】
いくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物の損傷抵抗は高い。ある場合には、ガラス組成物のビッカース亀裂発生閾値は、７キログラム重（ｋｇｆ）（約６９Ｎ）超である。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物のビッカース亀裂発生閾値は、１２ｋｇｆ（約１１８Ｎ）、１５ｋｇｆ（約１４７Ｎ）、２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）、２５ｋｇｆ（約２４５Ｎ）、３０ｋｇｆ（約２９４Ｎ）、または４０ｋｇｆ（約３９２Ｎ）超である。図３Ａ〜３Ｃは、表１のガラス組成物に関する押込み閾値性能を図示している。ガラスを４、８および１６時間に亘り４１０℃でイオン交換した。イオン交換は、徐冷したガラス、並びに徐冷点より２０℃および６０℃高い温度で仮想したガラスについて行った。
【００６７】
説明目的のために、典型的な実施の形態を述べてきたが、先の説明は、本開示の範囲または付随の特許請求の範囲への制限と考えるべきではない。したがって、本開示または特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱せずに、当業者に、様々な改変、適用、および代替手段が想起されるであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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