化學(xué)強化堿鋁硅酸鹽玻璃用玻璃組合物及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是有關(guān)于用于化學(xué)強化堿鉛娃酸鹽玻璃的玻璃組合物、化學(xué)強化堿鉛娃酸 鹽玻璃的制造方法，W及化學(xué)強化堿鉛娃酸鹽玻璃的應(yīng)用及用途?；瘜W(xué)強化堿鉛娃酸鹽玻 璃的用途包括利用高強度覆蓋玻璃的觸控顯示器、太陽能電池覆蓋玻璃及積層安全玻璃； W及更特別地是包括利用曲面覆蓋玻璃及3D覆蓋玻璃的觸控顯示器W及載具玻璃。
【背景技術(shù)】
[0002] 化學(xué)強化玻璃通常是比退火的玻璃顯著更強，送是因為用于制造玻璃的玻璃組合 物及化學(xué)強化過程所致。送樣的化學(xué)強化過程可用于強化所有大小及形狀的玻璃，而不會 產(chǎn)生光學(xué)扭曲，因而可制造無法熱退火的輕薄短小且形狀復(fù)雜的玻璃樣品。送些性質(zhì)已使 化學(xué)強化玻璃（更特別是化學(xué)強化堿鉛娃酸鹽玻璃）變得普及W及廣泛使用的選擇，W用 于消費性行動電子裝置，例如智能型手機、平板及記事本。
[0003] 觸控玻璃及其應(yīng)用已達(dá)成廣泛的市場覆蓋率，而且對于曲面成形的玻璃也有增加 的需求。曲面成形玻璃的形成是大幅受到該玻璃的玻璃轉(zhuǎn)換溫度（Tg)及軟化溫度CU而 控制，一般而言，當(dāng)Tg低于545C W及L低于765C時，曲面玻璃的形成溫度是相對下降的， 送可降低其成本及產(chǎn)率。
[0004] 塑模成形是最常使用的曲面玻璃形成技術(shù)。根據(jù)塑模成形技術(shù)，首先將玻璃毛胚 裝載到塑模工具中。在達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)換溫度（Tg)之后，使玻璃符合塑模腔的輪廓形成并且成 型。在塑模成形完成后，將玻璃冷卻并且脫模，然后從塑模工具中移出。當(dāng)玻璃轉(zhuǎn)換溫度 (Tg)及玻璃軟化溫度（L)是在上述的范圍時，對于可用的塑模材料有較多的選擇。當(dāng)玻璃 轉(zhuǎn)換溫度（Tg)相當(dāng)?shù)蜁r，產(chǎn)率及維持效率是增加的，因為熱循環(huán)溫度范圍及塑模黏著時間 也是相當(dāng)?shù)偷?。此外，?dāng)玻璃轉(zhuǎn)換溫度（Tg)相當(dāng)?shù)蜁r，在設(shè)備及塑模腔之間的熱差異效應(yīng)是 小的。當(dāng)形成溫度接近脫模溫度時，制程將較為容易，甚至通過其他冷卻設(shè)備的協(xié)助，也可 達(dá)成在短時間內(nèi)將腔室冷卻至完全脫膜。W下的表1顯示數(shù)個市售強化覆蓋玻璃的樣品的 L及Tg比較。對于該市售強化覆蓋玻璃的樣品的玻璃轉(zhuǎn)換溫度燈g)及玻璃軟化溫度OU, 并不在上述范圍內(nèi)。
[0005]表 1
[0006] .釋品 A貸C NHG Schott Corning Corning Corning OragomrcUr'l T2X-1 Xensation? Gorilla" Gorilla? Gorilla? 玻璃I 玻璃2 玻璃3 83 rc 8 食滬 C 881〇C 847°C 媒1 島C 卵爐 C T" 604°C 6敝吧 '~615°C 606°C 642掃C in^~ 'h
[0007] 化學(xué)強化過程通常包括離子交換過程。在送樣的離子交換過程中，將玻璃置于包 含離子的烙化鹽中，前述離子具有比玻璃中存在的離子更大的離子半徑，使得存在玻璃中 較小的離子被熱溶液中較大的離子取代。通常，在烙化鹽中的鐘離子取代存在玻璃中較小 的鋼離子。存在玻璃中較小的鋼離子被熱溶液中較大的鐘離子取代，導(dǎo)致形成在玻璃兩個 表面上的壓縮應(yīng)力層W及夾在壓縮應(yīng)力層間的中央張力帶。中央張力帶的拉伸應(yīng)力「CT」 (通常W百萬帕斯卡（MPa)表示），是有關(guān)于壓縮應(yīng)力層的壓縮應(yīng)力「C引（通常也W百萬帕 斯卡表示），W及下列公式的壓縮應(yīng)力層的深度「DOL」；
[0008] CT = CSXD0L/(t-2D0L)
[0009] 其中t是玻璃的厚度。
[0010] 目前具有0. 7mm厚度的玻璃的規(guī)格是約40 Um的層深、不小于650MPa的壓縮應(yīng) 力W及小于60MPa的中央張力帶的拉伸應(yīng)力。實際上，中央張力帶的拉伸應(yīng)力應(yīng)保持在約 60-70MPa內(nèi)，W確保優(yōu)異的切割率。
[0011] 為了使用作為觸控顯示器的覆蓋玻璃，增加玻璃對刮傷及壓傷的抗性是期望的。 送可通過增加壓縮應(yīng)力及壓縮應(yīng)力層的深度而達(dá)成。然而，為了將中央張力帶的拉伸應(yīng)力 維持在可接受的范圍內(nèi)，增加壓縮應(yīng)力及壓縮應(yīng)力層的深度兩者會不期望地導(dǎo)致玻璃厚度 的增加。
[0012] 此外，對于覆蓋玻璃而言盡可能的薄也是期望的。然而，由于中央張力帶的拉伸應(yīng) 力隨著玻璃厚度的減少而增加，因此，要維持中央張力帶的可接受拉伸應(yīng)力同時也維持高 壓縮應(yīng)力及壓縮應(yīng)力層的高深度是較難的。
[0013] 化學(xué)強化過程的期間是化學(xué)強化玻璃的制造成本的關(guān)鍵因素。一般而言，離子交 換過程的期間必須延長，W增加壓縮應(yīng)力層的深度。然而，較短的離子交換時間一般是期望 的。愈短的離子交換時間，產(chǎn)品線及過程就愈有競爭力。離子交換時間是由反應(yīng)溫度及離 子擴散速率而控制。降低溫度可避免變形，但會增加離子交換時間。將玻璃片保持在較高 的溫度可增加離子擴散速率，但會導(dǎo)致變形及結(jié)構(gòu)松弛，送接著會導(dǎo)致壓縮應(yīng)力的減少。因 此，在較高的溫度進(jìn)行離子交換過程可縮短離子交換時間，但卻具有其他不期望的結(jié)果。
[0014] 化學(xué)強化過程可W兩種方式進(jìn)行；（1)小片過程，W及（2)單片玻璃解決方案 (OG巧過程。小片過程牽涉到將玻璃片切割成要使用的最終大小，然后將個別玻璃鉆孔、研 磨、斜切及拋光。然后將處理過的小片放置在烙化的鐘鹽W用于化學(xué)強化。較小尺寸的片材 提供對于溫度及烙化的鹽濃度的較大的控制。此外，小片的兩側(cè)邊緣也可被化學(xué)強化。因 此可達(dá)成高強度及低變形率，導(dǎo)致高的產(chǎn)率。
[0015] 相反地，OGS過程涉及先強化整片玻璃，將觸控傳感器及印刷電路加到玻璃表面 上，然后劃片，最后切割玻璃。相較于小片過程，OGS過程通常需要較大的熱爐。處理及放 置玻璃的方式可能導(dǎo)致玻璃的變形或破裂。在OGS過程中，化學(xué)強化玻璃表面上的CS會促 進(jìn)對于外部損害的抗性，但可能增加切割難度。此外，如果CT太高的話，當(dāng)劃片輪在切割期 間進(jìn)入CT帶時劃片輪可能會引起玻璃爆裂、碎裂或破裂。劃片的邊緣及側(cè)面在OGS過程中 無法完全被化學(xué)強化，所W由OGS過程所制得的玻璃的強度，通常是低于由小片過程所制 得的玻璃的強度。盡管在OGS過程中的困難，但OGS過程的成本效率及生產(chǎn)效率是優(yōu)于小 片過程的。
[0016] 隨著化學(xué)強化玻璃變得更薄及更強，要保持高WL及高CS而不會增加CT就變成 了一種挑戰(zhàn)。薄的、具有高CS及控制CT的化學(xué)強化玻璃，及W縮短的離子交換時間所制造 的化學(xué)強化玻璃是期望的。
[0017] 詳細(xì)說明
[0018] 在許多例示的具體實施例中，本發(fā)明提供用于制造化學(xué)強化堿鉛娃酸鹽玻璃的 離子可交換玻璃組合物，該化學(xué)強化堿鉛娃酸鹽玻璃具有高的壓縮應(yīng)力（C巧及低的層深 值OL)的表面壓縮應(yīng)力層。高的壓縮應(yīng)力（C巧與低的層深值OL)是通過化學(xué)強化過程而獲 得，其中在玻璃表面上的鋼離子是被較大的鐘離子而取代。低的WL是有益于玻璃的完成， 因為會增加劃片過程的產(chǎn)率。此外，具有高壓縮應(yīng)力的玻璃表面會產(chǎn)生較強的玻璃，其可禁 得起增加的外部擠壓力且可抵抗刮傷。
[0019] 在許多例示的具體實施例中，用于制造化學(xué)強化堿鉛娃酸鹽玻璃的離子可交換玻 璃組合物包括：
[0020]從約59. 0至約65. 0重量百分比（Wt % )的二氧化娃（Si〇2)，
[002。 從約11. 9至約13. Owt%的氧化鉛（AI2O3)，
[002引從約16. 0至約18. 5wt%的氧化鋼（胞20)，
[002引從約0至約1. Owt %的H氧化測度203)，
[0024] 從約2. 8至約3. 3wt %的氧化鐘化2〇)，W及 [00巧]從約2. 0至約6. Owt %的氧化鎮(zhèn)（MgO)，
[002引其中B203、化20及KzO的組合總量相對于Al203的重量比例是大于1. 5 ; W及
[0027