[发明专利]高强度碱金属-铝硅酸盐玻璃

说明书

技术领域

本发明涉及高强度碱金属-铝硅酸盐玻璃，用于制造该高强度碱金属-铝硅酸盐玻璃的方法和该高强度碱金属-铝硅酸盐玻璃的应用和用途。

背景技术

移动计算和通信装置的流行和使用的近期增长产生了用于触摸面板的、用于保护显示器和用于改善这类装置的外观的保护玻璃（防护玻璃）的需求。由于对这类装置小型和轻重量的需要，用于这类装置中的保护玻璃必须为尽可能薄和轻重量的。因此，制造满足这些要求但同时当装置被使用者跌落时保持足够的耐久性不易开裂或断裂且为极其抗刮擦的保护玻璃的需要出现了。这类相互冲突的要求使其非常需要提高这类保护玻璃的强度。

一种用于强化玻璃的这类方法基于在玻璃的表面中压缩应力层的产生。可通过物理或化学方法来实现压缩应力层的产生。用于产生压缩应力层的物理方法包括加热玻璃到高于转变温度的温度，之后快速冷却。根据这一物理方法，产生了大的压缩应力层，使得该用于产生压缩应力层的物理方法不适用于薄玻璃（小于3mm），例如保护玻璃。

在用于强化玻璃的化学方法中，在小于玻璃的应变点的温度下发生的离子交换方法已证明是特别实用的。根据这一方法，将来自玻璃的小的碱金属-离子交换为来自离子源的较大的离子，优选熔化的盐或另一离子源，例如表面涂层。一般地，玻璃的钠离子被来自硝酸钾熔体的钾离子取代。所产生的压缩应力层具有高的压缩应力值且跨接近玻璃表面的薄层延伸。所需的压缩应力强度和所需的压缩应力层深度取决于与涉及玻璃的目标用途和制造技术或该玻璃的性质的有关方法的要求。

离子交换强化方法的效率高度取决于玻璃的组成。其原因是碱金属-离子的移动性高度取决于它们到玻璃网络中的结构结合。已知与其他玻璃系统相比，当它们包含碱土和其他氧化物添加剂时，碱金属-铝硅酸盐玻璃特别良好地适合离子交换强化方法。在碱金属-铝硅酸盐玻璃中良好的钠扩散通过以下事实解释：由于可预测的较低的结合能值（由于与结合到其他玻璃系统的SiO₄四面体相比较大的到氧原子的距离），钠离子可能与四面体A1O₄基团结合。

碱金属-铝硅酸盐玻璃也允许作为短的处理时间的先决条件的高扩散速率,且在这样的玻璃表面附近提供高的压缩应力。由于经济原因，需要短的处理时间。

为了使用常规的熔体处理设备和技术制造这样的碱金属-铝硅酸盐玻璃，必须添加额外的氧化物来生产具有（高强度、抗刮擦性和抗破碎性）的所需性质的玻璃。

由于显示器玻璃例如保护玻璃的表面品质的高要求，高度需要利用通过从玻璃熔体拉拔玻璃而形成玻璃的特殊方法，该方法生产具有足够优异的表面品质的玻璃，使得可将表面处理例如研磨和抛光的需要最小化。

这样的特殊拉拔方法包括溢流下拉法或熔融法，模缝法（die slot）或狭缝下拉法（slot down-draw），或其组合。这样的方法在本文中统称为“下拉法”，且被公开在德国专利号DE1596484、德国专利号DE1201956、美国专利号3,338,696和美国专利申请公开号US2001/0038929Ａ1中。

该下拉法要求玻璃组合物也满足以下要求：

1.玻璃组合物必须适合于根据下拉法的加工。为了适合于根据向下拉拔的加工，需要玻璃组合物在加工温度范围内不结晶。只有在液相线温度（玻璃结晶的温度）下的玻璃的粘度高于最大拉拔粘度，这才可得到保证。

2.由熔化和澄清处理引起的玻璃的某些要求。这样的要求包含经济的考虑，例如能量要求和部件的耐久力，以及工作场所和环境安全及风险担忧，特别是在当使用有毒或有害的原料来提高熔化和澄清处理的时候。该目的是使用很大程度上环境中性的澄清剂系统。

美国专利号7,666,511B2公开了声称适合通过离子交换的化学强化的玻璃组合物，且其可通过不同的下拉法，例如熔融和槽下拉法向下拉拔为片材。

美国专利申请公开号2010/0087307Al公开了一种玻璃组合物，其很大程度上与在美国专利号7,666,511B2中公开的玻璃组成范围重叠。所记载的玻璃组合物据称适合多种平板玻璃加工技术，例如下拉法及层叠玻璃（水平式通过轧制成形的平板玻璃），有槽垂直引上法（垂直拉拔平板玻璃，其中玻璃向上方向逆重力拉拔），和所谓的再拉拔法，其中较厚的母体玻璃通过分段加热和拉拔力（方向垂直向下）变为所需（薄）的壁厚。