(57)【要約】  高い圧縮応力が生じるまでイオン交換可能であり、速いイオン交換反応速度および高い固有損傷抵抗を有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが開示されている。これらのガラスは、少量のＰ2Ｏ5（＜１モル％）だけで、またはＰ2Ｏ5を全く添加せずにのいずれかで、上述した所望の性質の全てを達成する。
2016537290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約５０モル％から約７２モル％のＳｉＯ2、約１２モル％から約２２モル％のＡｌ2Ｏ3、約１５モル％までのＢ2Ｏ3、約１モル％までのＰ2Ｏ5、約１１モル％から約２１モル％のＮａ2Ｏ、約５モル％までのＫ2Ｏ、約４モル％までのＭｇＯ、約５モル％までのＺｎＯ、および約２モル％までのＣａＯを含むガラスであって、５６モル％≦ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3≦７５モル％、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦２．０モル％、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞１モル％、および２４モル％≦ＲＡｌＯ4≦４５モル％、式中、ＲはＮａ、Ｋ、およびＡｇの内の少なくとも１つである、ガラス。
【請求項２】
Ｐ2Ｏ5およびＬｉ2Ｏの少なくとも一方を実質的に含まない、請求項１記載のガラス。
【請求項３】
前記ガラスが、イオン交換されており、少なくとも約９．５ｋｇｆ（約９３Ｎ）のビッカース亀裂押込み閾値を有する、請求項１または２記載のガラス。
【請求項４】
前記ガラスが、約５００ＭＰａ超の圧縮応力ＣＳ下にある層を有し、該層が、該ガラスの表面から層の深さＤＯＬまで延在し、ＣＳ・ＤＯＬ＝４４０００ＭＰａ・μｍである、請求項３記載のガラス。
【請求項５】
約８００ＭＰａ超の圧縮応力ＣＳおよび少なくとも約４０μｍの層の深さを有する、請求項３または４記載のガラス。
【請求項６】
前記ガラスが少なくとも１種類の清澄剤をさらに含み、該少なくとも１種類の清澄剤が、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、Ｃｌ-、およびＦ-の内の少なくとも１つを含む、請求項１から５いずれか１項記載のガラス。
【請求項７】
前記ガラスが、約５５モル％から約６２モル％のＳｉＯ2、約１６モル％から約２０モル％のＡｌ2Ｏ3、約２モル％から約１０モル％のＢ2Ｏ3、約１モル％までのＰ2Ｏ5、約１４モル％から約１８モル％のＮａ2Ｏ、約０．２モル％から約４モル％のＫ2Ｏ、約０．５モル％までのＭｇＯ、約０．５モル％までのＺｎＯ、および約０．５モル％までのＣａＯを含む、請求項１から６いずれか１項記載のガラス。
【請求項８】
ガラスをイオン交換する方法において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスを、約４１０℃以下の温度でイオン交換浴中において約８時間までイオン交換する工程を有してなり、前記イオン交換浴はカリウム塩を含み、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約５０モル％から約７２モル％のＳｉＯ2、約１２モル％から約２２モル％のＡｌ2Ｏ3、約１５モル％までのＢ2Ｏ3、約１モル％までのＰ2Ｏ5、約１１モル％から約２１モル％のＮａ2Ｏ、約５モル％までのＫ2Ｏ、約４モル％までのＭｇＯ、約５モル％までのＺｎＯ、および約１モル％までのＣａＯを含み、イオン交換された前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、表面から少なくとも３０μｍの層の深さＤＯＬまで延在する圧縮層を有し、該圧縮層が、少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力ＣＳを有し、ＣＳ・ＤＯＬ＝４４０００ＭＰａ・μｍである、方法。
【請求項９】
前記ガラスが、４時間以内のイオン交換時間でイオン交換されて、少なくとも約８００ＭＰａの圧縮応力および少なくとも約４０μｍの層の深さを達成する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ガラスが、２時間以内のイオン交換時間でイオン交換されて、少なくとも約８００ＭＰａの圧縮応力および少なくとも約３０μｍの層の深さを達成する、請求項８または９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、ここに全てが引用される、２０１３年１１月２６日に出願された米国仮特許出願第６１／９０９０４９号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、高い圧縮応力が生じるまでイオン交換可能であり、速いイオン交換反応速度および高い固有損傷抵抗を有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスに関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示は、高い圧縮応力が生じるまでイオン交換可能であり、速いイオン交換反応速度および高い固有損傷抵抗を有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを提供する。ここに記載されたガラスは、少量のＰ2Ｏ5（＜１モル％）だけで、またはＰ2Ｏ5を全く添加せずにのいずれかで、上述した所望の性質の全てを達成する。
【０００４】
したがって、本開示の１つの態様は、約５０モル％から約７２モル％のＳｉＯ2、約１２モル％から約２２モル％のＡｌ2Ｏ3、約１５モル％までのＢ2Ｏ3、約１モル％までのＰ2Ｏ5、約１１モル％から約２１モル％のＮａ2Ｏ、約５モル％までのＫ2Ｏ、約４モル％までのＭｇＯ、約５モル％までのＺｎＯ、および約２モル％までのＣａＯを含むガラスを提供することにある。いくつかの実施の形態において、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦２．０モル％。いくつかの実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞１モル％。いくつかの実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞１モル％。いくつかの実施の形態において、２４モル％≦ＲＡｌＯ4≦４５モル％、式中、ＲはＮａ、Ｋ、およびＡｇの内の少なくとも１つである。
【０００５】
本開示の第２の態様は、約５５モル％から約６２モル％のＳｉＯ2、約１６モル％から約２０モル％のＡｌ2Ｏ3、約４モル％から約１０モル％のＢ2Ｏ3、約１４モル％から約１８モル％のＮａ2Ｏ、約０．２モル％から約４モル％のＫ2Ｏ、約０．５モル％までのＭｇＯ、約０．５モル％までのＺｎＯ、および約０．５モル％までのＣａＯを含むガラスであって、Ｐ2Ｏ5を実質的に含まないガラスを提供することにある。いくつかの実施の形態において、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦０．５モル％。いくつかの実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞４モル％。いくつかの実施の形態において、２８モル％≦ＲＡｌＯ4≦４５モル％、式中、ＲはＮａ、Ｋ、およびＡｇの内の少なくとも１つである。
【０００６】
別の態様は、ガラスをイオン交換する方法を提供することにある。この方法は、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスを、約４１０℃以下の温度でイオン交換浴中において約８時間までイオン交換する工程を有してなる。このイオン交換浴はカリウム塩を含み、このアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約５０モル％から約７２モル％のＳｉＯ2、約１２モル％から約２２モル％のＡｌ2Ｏ3、約１５モル％までのＢ2Ｏ3、約１モル％までのＰ2Ｏ5、約１１モル％から約２１モル％のＮａ2Ｏ、約５モル％までのＫ2Ｏ、約４モル％までのＭｇＯ、約５モル％までのＺｎＯ、および約１モル％までのＣａＯを含む。イオン交換されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、表面から層の深さＤＯＬまで延在する圧縮層を有し、その圧縮層は、少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力ＣＳを有する。
【０００７】
これらと他の態様、利点、および突出した特徴は、以下の詳細な説明、添付図面、および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】
【０００８】
【図１】イオン交換されたガラス物品の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明において、図面に示されたいくつかの図に亘り、同様の参照記号が、同様のまたは対応する部品を示す。特に明記のない限り、「上部」、「底部」、「外方」、「内方」などの用語は、便宜上の単語であり、限定用語と解釈すべきではない。その上、群が、複数の要素およびその組合せの群の少なくとも１つを含むと記載されているときはいつでも、その群は、個々にまたは互いの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつを含んでも、から実質的になっても、またはからなってもよいことが理解されよう。同様に、群が、複数の要素またはその組合せの群の少なくとも１つからなると記載されているときはいつでも、その群は、個々にまたは互いの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつからなってもよいことが理解されよう。特に明記のない限り、値の範囲は、列挙された場合、その範囲の上限と下限の両方、並びにそれらの間の任意の範囲を含む。ここに用いたように、名詞は、特に明記のない限り、「少なくとも１つ」または「１つ以上」の対象を指す。明細書および図面に開示された様々な特徴は、任意の組合せおよび全ての組合せで使用できることも理解されよう。
【００１０】
ここに用いたように、「ガラス物品」という用語は、最も広い意味で、全体または一部がガラスから製造された任意の物体を含むために使用される。特に明記のない限り、全ての組成物はモルパーセント（モル％）で表されている。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、×１０-7／℃の単位で表され、特に明記のない限り、約２０℃から約３００℃の温度範囲に亘り測定された値を表す。
【００１１】
ここに用いたように、「徐冷点」という用語は、ガラスが１０13.2ポアズの粘度を有する温度を称し、「歪み点」という用語は、ガラスが１０14.7ポアズの粘度を有する温度を称し、「軟化点」という用語は、ガラスが自重で目に見えて軟化する温度を称する。
【００１２】
「実質的に」および「約」という用語は、どの定量的比較、値、測定、または他の表示にも起因するであろう不正確さの固有の程度を表すためにここに使用されることがあることに留意のこと。これらの用語は、定量的表示が、問題の主題の基本機能を変えずに、規定された参照から変動してもよい程度を表すためにもここに使用される。それゆえ、「ＭｇＯを実質的に含まない」ガラスは、ＭｇＯが能動的にガラスに加えられたりバッチ配合されたりしていないが、汚染物質として非常に少量存在するかもしれないガラスである。
【００１３】
ここに記載されたビッカース亀裂発生閾値は、ガラス表面に押込み荷重を０．２ｍｍ／分の速度で印加し、次いで、取り除くことによって決定される。最大押込み荷重は１０秒間に亘り保持される。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る放射状／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して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。
【００１４】
圧縮応力および層の深さは、当該技術分野で公知の手段を使用して測定される。そのような手段としては、以下に限られないが、株式会社ルケオ（日本国、東京都所在）により製造されているＦＳＭ−６０００などの市販の装置を使用した表面応力の測定（ＦＳＭ）が挙げられ、圧縮応力および層の深さを測定する方法が、その内容がここに全体として引用される、「Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass」と題する、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」と題する、ＡＳＴＭ  １２７９．１９７７９に記載されている。表面応力測定は、ガラス物品の複屈折に関連する、応力光学係数（ＳＯＣ）の正確な測定に依存する。次に、ＳＯＣは、両方とも、その内容がここに全体として引用される、「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」と題する、ＡＳＴＭ基準Ｃ７７０−９８（２００８）に記載されている、ファイバおよび４点曲げ方法、およびバルクシリンダ法(bulk cylinder method)などの当該技術分野に公知の方法によって測定される。
【００１５】
一般に図面を、特に図１を参照すると、説明図は、特定の実施の形態を説明する目的のためであり、本開示または付随の特許請求の範囲をそれに制限することは意図されていないことが理解されよう。図面は、必ずしも原寸に比例しておらず、図面のある特徴およびある見え方は、明確さおよび簡潔さの利益のために、縮尺または図式で誇張されて示されることがある。
【００１６】
高い圧縮応力が生じるまでイオン交換可能であり、速いイオン交換反応速度および高い固有損傷抵抗を有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスがここに開示されている。これまで、これらの特徴の３つ全てを示すガラスは、多量のＰ2Ｏ5を含有している。ここに記載されたガラスは、少量のＰ2Ｏ5（＜１モル％）だけで、またはＰ2Ｏ5を全く添加せずにのいずれかで、上述した所望の性質の全てを達成する。
【００１７】
ガラスを化学強化するために、イオン交換が一般に使用される。１つの特定例において、アルカリ陽イオンであって、そのような陽イオンの供給源（例えば、溶融塩、または「イオン交換」浴）内にあるアルカリ陽イオンが、ガラス内のより小さいアルカリ陽イオンと交換されて、ガラスの表面近くに圧縮応力（ＣＳ）下にある層を生じる。例えば、陽イオン源からのカリウムイオンは、大抵、ガラス内のナトリウムイオンと交換される。あるいは、Ａｇ+、Ｃｕ+、Ｔｌ+などの他の一価の陽イオンが、そのようなイオン交換によりガラスに導入されてもよい。その圧縮層は、表面からガラス内の層の深さ（ＤＯＬ）まで延在する。
【００１８】
平面のイオン交換されたガラス物品の概略断面図が図１に示されている。ガラス物品１００は、厚さｔ、第１の表面１１０、および第２の表面１１２を有する。図１に示された実施の形態は、ガラス物品１００を平らな平面の板またはプレートとして示しているが、ガラス物品は、三次元形状または非平面構造などの他の構造を有してもよい。ガラス物品１００は、第１の表面１１０からガラス物品１００の嵩中の層の深さｄ1まで延在する第１の圧縮層１２０を有する。図１に示された実施の形態において、ガラス物品１００は、第２の表面１１２から第２の層の深さｄ2まで延在する第２の圧縮層１２２も有する。ガラス物品は、ｄ1からｄ2まで延在する中央領域１３０も有する。中央領域１３０は、引張応力または中央張力（ＣＴ）下にあり、これは、層１２０および１２２の圧縮応力と釣り合うまたはその圧縮応力を打ち消す。第１と第２の圧縮層１２０、１２２の深さｄ1、ｄ2は、ガラス物品１００の第１と第２の表面１１０、１１２に対する鋭い衝撃により導入される傷の伝搬からガラス物品１００を保護し、一方で、その圧縮応力は、傷が第１と第２の圧縮層１２０、１２２の深さｄ1、ｄ2を通って伝搬する傾向を最小にする。
【００１９】
ここに記載されたガラス中の多量のＡｌ2Ｏ3（１２モル％から２２モル％）およびＮａ2Ｏ（１１モル％から２１モル％）により、ガラスをイオン交換して、高レベルの圧縮応力ＣＳを達成することができる。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、イオン交換されて、少なくとも約５００ＭＰ、いくつかの実施の形態において、少なくとも約７００ＭＰａ、他の実施の形態において、少なくとも約８００ＭＰａ、他の実施の形態において、少なくとも約９００ＭＰａ、他の実施の形態において、少なくとも約１０００ＭＰａ、そしてさらに他の実施の形態において、少なくとも約１１００ＭＰａの圧縮応力ＣＳを有する圧縮層１２０、１２２を生じることがある。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は、８時間以内のイオン交換時間でイオン交換されて、少なくとも約８００ＭＰａの圧縮応力および少なくとも約５２μｍの層の深さを達成することがある。他の実施の形態において、ここに記載されたガラスは、４時間以内のイオン交換時間でイオン交換されて、少なくとも約８００ＭＰａの圧縮応力および少なくとも約４０μｍの層の深さを達成することがある。さらに他の実施の形態において、ここに記載されたガラスは、２時間以内のイオン交換時間でイオン交換されて、少なくとも約８００ＭＰａの圧縮応力および少なくとも約３０μｍの層の深さを達成することがある。いくつかの実施の形態において、その圧縮応力は、約７００ＭＰａから約１２００ＭＰａ、他の実施の形態において、約８００ＭＰａから約１２００ＭＰａ、さらに他の実施の形態において、約９００ＭＰａから約１２００ＭＰａの範囲にある。
【００２０】
ここに記載されたガラスは、イオン交換されると、先に記載されたビッカース押込み閾値測定により反映されるように、固有損傷抵抗を示す。式Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）の値が高く（＞１モル％）、（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）の値が低い（≦０．５モル％）場合、そのガラスは高レベルの損傷抵抗を示す。いくつかの実施の形態において、イオン交換されたガラスは、少なくとも約９．５ｋｇｆ（約９３Ｎ）、いくつかの実施の形態において、少なくとも約１７．５ｋｇｆ（約１７２Ｎ）、他の実施の形態において、少なくとも約２２．５ｋｇｆ（約２２１Ｎ）、他の実施の形態において、少なくとも約３２．５ｋｇｆ（約３１９Ｎ）、さらに他の実施の形態において、少なくとも約４０ｋｇｆ（３９２Ｎ）のビッカース亀裂押込み閾値を有する。
【００２１】
高速のイオン交換は、高濃度のＡｌ2Ｏ3（１２モル％から２２モル％）およびＲＡｌＯ4（２４モル％から４５モル％）；ゼロではないＫ2Ｏの濃度（約５モル％までのＫ2Ｏ）；および低濃度（０モル％から５モル％）の二価金属酸化物Ｒ’Ｏ（Ｒ’は、Ｃａ、Ｍｇ、およびＺｎの内の少なくとも１つである）を含む、いくつかの組成要因の組合せに起因する。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は、約８時間未満内で少なくとも４４０００ＭＰａ・μｍのＣｓ・ＤＯＬの積を達成する速度でイオン交換可能である。
【００２２】
ここに記載されたガラスは、いくつかの実施の形態において、少なくとも約１００キロポアズ（ｋＰ）の液相粘度を有し、これにより、フュージョンドロー法およびスロットドロー法などの、当該技術分野で公知のダウンドロー技法を使用して、それらのガラスを成形することが可能になる。具体的には、これらのガラスは、フュージョンドロー法に使用されるアイソパイプなどのアルミナ製金属製品に適合している（すなわち、それと実質的に反応しない、またはそれを分解しない）。
【００２３】
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は、約５０モル％から約７２モル％のＳｉＯ2（すなわち、５０モル％≦ＳｉＯ2≦７２モル％）、約１２モル％から約２２モル％のＡｌ2Ｏ3（すなわち、１２モル％≦Ａｌ2Ｏ3≦２２モル％）、約１５モル％までのＢ2Ｏ3（すなわち、０モル％≦Ｂ2Ｏ3≦１５モル％）、約１モル％までのＰ2Ｏ5（すなわち、０モル％≦Ｐ2Ｏ5≦１モル％）、約１１モル％から約２１モル％のＮａ2Ｏ（すなわち、１１モル％≦Ｎａ2Ｏ≦２１モル％）、約５モル％までのＫ2Ｏ（すなわち、０モル％≦Ｋ2Ｏ≦５モル％）、約４モル％までのＭｇＯ（すなわち、０モル％≦ＭｇＯ≦４モル％）、約５モル％までのＺｎＯ（すなわち、０モル％≦ＺｎＯ≦４モル％）、および約２モル％までのＣａＯ（すなわち、０モル％≦ＣａＯ≦２モル％）から実質的になる、またはそれらを含む。いくつかの実施の形態において、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦２．０モル％、いくつかの実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞１モル％。いくつかの実施の形態において、２４モル％≦ＲＡｌＯ4≦４５モル％、式中、ＲはＮａ、Ｋ、およびＡｇの内の少なくとも１つである。いくつかの実施の形態において、５６モル％≦ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3≦７８モル％、いくつかの実施の形態において、０モル％≦Σ［Ｒ’Ｏ］≦５モル％、式中、Ｒ’は、Ｃａ、Ｍｇ、およびＺｎの内の少なくとも１つである。いくつかの実施の形態において、２モル％≦Ｂ2Ｏ3＋Ｐ2Ｏ5≦１２モル％。
【００２４】
ある実施の形態において、前記ガラスは、Ｐ2Ｏ5を実質的に含まない、すなわち、０モル％のＰ2Ｏ5を含む。このガラスは、いくつかの実施の形態において、Ｌｉ2Ｏを実質的に含まない、すなわち、０モル％のＬｉ2Ｏを含む。
【００２５】
前記ガラスは、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、Ｃｌ-、Ｆ-などの清澄剤を少なくとも１種類さらに含んでもよい。いくつかの実施の形態において、そのガラスは、約０．５モル％までのＳｎＯ2（すなわち、０モル％≦ＳｎＯ2≦０．５モル％）、約０．５モル％までのＳｂ2Ｏ5（すなわち、０モル％≦ＣｅＯ2≦０．５モル％）、および／または約０．５モル％までのＡｓ2Ｏ3（すなわち、０モル％≦Ａｓ2Ｏ3≦０．５モル％）を含むことがある。
【００２６】
特定の実施の形態において、前記ガラスは、約５５モル％から約６２モル％のＳｉＯ2（すなわち、５５モル％≦ＳｉＯ2≦６２モル％）、約１６モル％から約２０モル％のＡｌ2Ｏ3（すなわち、１６モル％≦Ａｌ2Ｏ3≦２０モル％）、約２モル％から約１０モル％のＢ2Ｏ3（すなわち、２モル％≦Ｂ2Ｏ3≦１０モル％）、約１モル％までのＰ2Ｏ5（すなわち、０モル％≦Ｐ2Ｏ5≦１モル％）、約１４モル％から約１８モル％のＮａ2Ｏ（すなわち、１４モル％≦Ｎａ2Ｏ≦１８モル％）、約０．２モル％から約４モル％のＫ2Ｏ（すなわち、０．２モル％≦Ｋ2Ｏ≦４モル％）、約０．５モル％までのＭｇＯ（すなわち、０モル％≦ＭｇＯ≦０．５モル％）、約０．５モル％までのＺｎＯ（すなわち、０モル％≦ＺｎＯ≦０．５モル％）、および約０．５モル％までのＣａＯ（すなわち、０モル％≦ＣａＯ≦０．５モル％）から実質的になる、またはそれらを含む。いくつかの実施の形態において、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦０．５モル％、いくつかの実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞４モル％。いくつかの実施の形態において、２４モル％≦ＲＡｌＯ4≦４５モル％、式中、ＲはＮａ、Ｋ、およびＡｇの内の少なくとも１つである。いくつかの実施の形態において、５６モル％≦ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3≦７５モル％、いくつかの実施の形態において、０モル％≦Σ［Ｒ’Ｏ］≦０．５モル％、式中、Ｒ’は、Ｃａ、Ｍｇ、およびＺｎの内の少なくとも１つである。いくつかの実施の形態において、Ｋ2Ｏ≦０．５（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ）。ある実施の形態において、そのガラスは、Ｐ2Ｏ5を実質的に含まない、すなわち、０モル％のＰ2Ｏ5を含む。そのガラスは、いくつかの実施の形態において、Ｌｉ2Ｏを実質的に含まない、すなわち、０モル％のＬｉ2Ｏを含む。
【００２７】
前記ガラスは、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、Ｃｌ-、Ｆ-などの清澄剤を少なくとも１種類さらに含んでもよい。いくつかの実施の形態において、そのガラスは、約０．５モル％までのＳｎＯ2（すなわち、０モル％≦ＳｎＯ2≦０．５モル％）、約０．５モル％までのＳｂ2Ｏ5（すなわち、０モル％≦ＣｅＯ2≦０．５モル％）、および／または約０．５モル％までのＡｓ2Ｏ3（すなわち、０モル％≦Ａｓ2Ｏ3≦０．５モル％）を含むことがある。
【００２８】
さらに他の実施の形態において、ここに記載されたガラスは、約５５モル％から約６２モル％のＳｉＯ2（すなわち、５５モル％≦ＳｉＯ2≦６２モル％）、約１６モル％から約２０モル％のＡｌ2Ｏ3（すなわち、１６モル％≦Ａｌ2Ｏ3≦２０モル％）、約４モル％から約１０モル％のＢ2Ｏ3（すなわち、４モル％≦Ｂ2Ｏ3≦１０モル％）、約１４モル％から約１８モル％のＮａ2Ｏ（すなわち、１４モル％≦Ｎａ2Ｏ≦１８モル％）、約０．２モル％から約４モル％のＫ2Ｏ（すなわち、０．２モル％≦Ｋ2Ｏ≦４モル％）、約０．５モル％までのＭｇＯ（すなわち、０モル％≦ＭｇＯ≦０．５モル％）、約０．５モル％までのＺｎＯ（すなわち、０モル％≦ＺｎＯ≦０．５モル％）、約０．５モル％までのＣａＯ（すなわち、０モル％≦ＣａＯ≦０．５モル％）から実質的になる、またはそれらを含み、Ｐ2Ｏ5を実質的に含まない、すなわち、０モル％のＰ2Ｏ5を含む。いくつかの実施の形態において、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦０．５モル％、いくつかの実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞４モル％。いくつかの実施の形態において、２８モル％≦ＲＡｌＯ4≦４５モル％、式中、ＲはＮａ、Ｋ、およびＡｇの内の少なくとも１つである。いくつかの実施の形態において、５６モル％≦ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3≦７０モル％、いくつかの実施の形態において、０モル％≦Σ［Ｒ’Ｏ］≦０．５モル％、式中、Ｒ’は、Ｃａ、Ｍｇ、およびＺｎの内の少なくとも１つである。いくつかの実施の形態において、Ｋ2Ｏ≦０．２５（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ）。ある実施の形態において、そのガラスは、Ｌｉ2Ｏを実質的に含まない、すなわち、０モル％のＬｉ2Ｏを含む。
【００２９】
前記ガラスは、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、Ｃｌ-、Ｆ-などの清澄剤を少なくとも１種類さらに含んでもよい。いくつかの実施の形態において、そのガラスは、約０．５モル％までのＳｎＯ2（すなわち、０モル％≦ＳｎＯ2≦０．５モル％）、約０．５モル％までのＳｂ2Ｏ5（すなわち、０モル％≦ＣｅＯ2≦０．５モル％）、および／または約０．５モル％までのＡｓ2Ｏ3（すなわち、０モル％≦Ａｓ2Ｏ3≦０．５モル％）を含むことがある。
【００３０】
Ｐ2Ｏ5を含むこれらのガラスの組成および非限定的例が、表１に列挙されている。Ｐ2Ｏ5を実質的に含まないこれらのガラスの組成および非限定的例が、表２に列挙されている。これらのガラスの酸化物成分の各々が役割を果たす。例えば、シリカ（ＳｉＯ2）は、主要ガラス形成酸化物であり、溶融ガラスの網目構造骨格を形成する。純粋なＳｉＯ2は、低いＣＴＥを有し、アルカリ金属を含まない。しかしながら、純粋なＳｉＯ2は、その極めて高い溶融温度のために、フュージョンドロー法には適合しない。その粘度曲線も、高すぎて、積層構造においてどのコアガラスとも一致しない。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中のＳｉＯ2量は、約５０モル％から約７２モル％に及ぶ。他の実施の形態において、ＳｉＯ2濃度は、約５５モル％から約６２モル％に及ぶ。
【００３１】
ここに記載されたガラスは、シリカに加え、安定なガラス形成、低いＣＴＥ、低いヤング率、低い剛性率を達成し、溶融および／または形成を促進するために、網目構造形成剤のＡｌ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3を含む。これらの網目構造形成剤の３つの全てを適切な濃度で混合することによって、ＣＴＥおよび率を増加させる働きをする、アルカリまたはアルカリ土類酸化物などの網目構造変性剤の必要を最小にしつつ、安定なバルクガラスの形成を行うことが可能になる。Ａｌ2Ｏ3は、ＳｉＯ2のように、ガラス網目構造に対する剛性に寄与する。アルミナは、４配位または５配位いずれかでガラス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、ここに記載されたガラスは、約１２モル％から約２２モル％のＡｌ2Ｏ3、特定の実施の形態において、約１６モル％から約２０モル％のＡｌ2Ｏ3を含む。
【００３２】
酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）も、粘度を減少させ、それゆえ、ガラスを溶融し形成する能力を改善するために使用されるガラス形成酸化物である。Ｂ2Ｏ3は、ガラス網目構造において３配位または４配位いずれかで存在することがある。３配位Ｂ2Ｏ3は、ヤング率および剛性率を減少させ、それゆえ、ガラスの固有損傷抵抗を改善する最も効果的な酸化物である。したがって、ここに記載されたガラスは、いくつかの実施の形態において、約０モル％から約１５モル％までのＢ2Ｏ3、他の実施の形態において、約２モル％から約１０モル％のＢ2Ｏ3、他の実施の形態において、約２モル％から約１０モル％のＢ2Ｏ3、さらに他の実施の形態において、約４モル％から約８モル％のＢ2Ｏ3を含む。いくつかの実施の形態において、５６モル％≦ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3≦７８モル％、他の実施の形態において、６６モル％≦ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3≦７５モル％。ある実施の形態において、Ｂ2Ｏ3≦Ａｌ2Ｏ3。
【００３３】
アルカリ酸化物のＮａ2ＯおよびＫ2Ｏは、イオン交換によりガラスを化学強化するために使用される。いくつかの実施の形態において、そのガラスはＮａ2Ｏを含み、このＮａ2Ｏは、例えば、ＫＮＯ3を含有する塩浴中のカリウムと交換され得る。いくつかの実施の形態において、０モル％≦Ｋ2Ｏ≦５モル％、ある実施の形態において、０モル％≦Ｋ2Ｏ≦４モル％。いくつかの実施の形態において、１１モル％≦Ｎａ2Ｏ≦２１モル％、他の実施の形態において、１４モル％≦Ｎａ2Ｏ≦１８モル％。他の実施の形態において、１モル％≦Ｌｉ2Ｏ≦１５モル％、ある実施の形態において、６モル％≦Ｌｉ2Ｏ≦１３モル％。ここに記載されたガラスは、Ｌｉ2Ｏを実質的に含まない、すなわち、０モル％のＬｉ2Ｏを含む。いくつかの実施の形態において、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦２．０モル％、他の実施の形態において、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦０．５モル％。いくつかの実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞１モル％、他の実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞４モル％。いくつかの実施の形態において、２４モル％≦ＲＡｌＯ4≦４５モル％、式中、ＲはＮａ、Ｋ、およびＡｇの内の少なくとも１つであり、他の実施の形態において、２４モル％≦ＲＡｌＯ4≦４５モル％、式中、ＲはＮａ、Ｋ、およびＡｇの内の少なくとも１つである。
【００３４】
ＭｇＯおよびＣａＯなどのアルカリ土類酸化物、並びにＺｎＯなどの他の二価酸化物も、Ｂ2Ｏ3のように、ガラスの溶融挙動を改善する。しかしながら、それらは、ＣＴＥ並びにヤング率および剛性率を上昇させる働きもする。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は、約４モル％までのＭｇＯ、約１モル％までのＣａＯ、および約４モル％までのＺｎＯを含む。他の実施の形態において、これらのガラスは、約０．５モル％までのＭｇＯ、約０．５モル％までのＣａＯ、および約０．５モル％までのＺｎＯを含む。いくつかの実施の形態において、０モル％≦Σ［Ｒ’Ｏ］≦５モル％、他の実施の形態において、０モル％≦Σ［Ｒ’Ｏ］≦０．５モル％、式中、Ｒ’は、Ｃａ、Ｍｇ、およびＺｎの内の少なくとも１つである。
【００３５】
ガラス中のＢ2Ｏ3の大部分が３配位状態にあることを確実にし、それによって、高い本来の引っ掻き抵抗を得るために、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦２．０モル％、いくつかの実施の形態において、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦０．５モル％。いくつかの実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞１モル％、いくつかの実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞４モル％。
【００３６】
前記ガラスは、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、Ｃｌ-、Ｆ-などの清澄剤も少なくとも１種類、低濃度で含んで、溶融中にガス状包有物の除去に役立ててもよい。いくつかの実施の形態において、そのガラスは、約０．５モル％までのＳｎＯ2、約０．５モル％までのＡｓ2Ｏ3、および／または約０．５モル％までのＳｂ2Ｏ3を含むことがある。
【００３７】
約１モル％までのＰ2Ｏ5を含む、ここに記載されたガラスの組成の非限定的例およびそれらの選択された物理的性質（歪み点、徐冷点および軟化点、密度、ＣＴＥ、液相線温度、率、屈折率、および応力光学係数（ＳＯＣ））が、表１に列挙されている。Ｐ2Ｏ5を含まない、ここに記載されたガラスの組成の非限定的例およびそれらの選択された物理的性質が、表２に列挙されている。
【００３８】
先に記載されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラスをイオン交換する方法が提供される。この方法は、前記ガラスを、約４１０℃までの温度でカリウム塩を含むイオン交換浴中において約８時間までイオン交換して、少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力ＣＳを有し、表面から層の深さＤＯＬまで延在する圧縮層を形成する工程を有してなる。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は、８時間以内のイオン交換時間でイオン交換されて、少なくとも約８００ＭＰａの圧縮応力および少なくとも約５２μｍの層の深さを達成することがある。他の実施の形態において、ここに記載されたガラスは、４時間以内のイオン交換時間でイオン交換されて、少なくとも約８００ＭＰａの圧縮応力および少なくとも約４０μｍの層の深さを達成することがある。さらに他の実施の形態において、ここに記載されたガラスは、２時間以内のイオン交換時間でイオン交換されて、少なくとも約８００ＭＰａの圧縮応力および少なくとも約３０μｍの層の深さを達成することがある。いくつかの実施の形態において、ＣＳ・ＤＯＬ＝４４０００ＭＰａ・μｍ。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
【表２−１】
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【００４１】
【表２−２】
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【００４２】
【表２−３】
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【００４３】
【表２−４】
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【００４４】
【表２−５】
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【００４５】
【表２−６】
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【００４６】
【表２−７】
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【００４７】
【表２−８】
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【００４８】
【表２−９】
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【００４９】
【表２−１０】
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【００５０】
【表２−１１】
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【００５１】
【表２−１２】
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【００５２】
【表２−１３】
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【００５３】
【表２−１４】
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【００５４】
【表２−１５】
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【００５５】
【表２−１６】
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【００５６】
【表２−１７】
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【００５７】
【表２−１８】
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【００５８】
【表２−１９】
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【００５９】
【表２−２０】
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【００６０】
【表２−２１】
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【００６１】
【表２−２２】
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【００６２】
【表２−２３】
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【００６３】
【表２−２４】
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【００６４】
【表２−２５】
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【００６５】
【表２−２６】
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【００６６】
【表２−２７】
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【００６７】
【表２−２８】
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【００６８】
【表２−２９】
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【００６９】
【表２−３０】
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【００７０】
【表２−３１】
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【００７１】
【表２−３２】
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【００７２】
【表２−３３】
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【００７３】
【表２−３４】
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【００７４】
【表２−３５】
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【００７５】
【表２−３６】
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【００７６】
説明目的で、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限定と考えるべきではない。したがって、本開示の精神および範囲または付随の特許請求の範囲から逸脱せずに、様々な改変、適用、および代替手段が、当業者に想起されるであろう。
【符号の説明】
【００７７】
１００    ガラス物品
１１０    第１の表面
１１２    第２の表面
１２０    第１の圧縮層
１２２    第２の圧縮層
１３０    中央領域
【図１】
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【国際調査報告】
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