[发明专利]化学强化碱铝硅酸盐玻璃用玻璃组合物及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于用于化学强化碱铝硅酸盐玻璃的玻璃组合物、化学强化碱铝硅酸盐玻璃的制造方法，以及化学强化碱铝硅酸盐玻璃的应用及用途。化学强化碱铝硅酸盐玻璃的用途包括利用高强度覆盖玻璃的触控显示器、太阳能电池覆盖玻璃及积层安全玻璃；以及更特别地是包括利用曲面覆盖玻璃及3D覆盖玻璃的触控显示器以及载具玻璃。

背景技术

化学强化玻璃通常是比退火的玻璃显著更强，这是因为用于制造玻璃的玻璃组合物及化学强化过程所致。这样的化学强化过程可用于强化所有大小及形状的玻璃，而不会产生光学扭曲，因而可制造无法热退火的轻薄短小且形状复杂的玻璃样品。这些性质已使化学强化玻璃(更特别是化学强化碱铝硅酸盐玻璃)变得普及以及广泛使用的选择，以用于消费性行动电子装置，例如智能型手机、平板及记事本。

触控玻璃及其应用已达成广泛的市场覆盖率，而且对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该玻璃的玻璃转换温度(T_g)及软化温度(T_s)而控制，一般而言，当T_g低于545℃以及T_s低于765℃时，曲面玻璃的形成温度是相对下降的，这可降低其成本及产率。

塑模成形是最常使用的曲面玻璃形成技术。根据塑模成形技术，首先将玻璃毛胚装载到塑模工具中。在达到玻璃转换温度(T_g)之后，使玻璃符合塑模腔的轮廓形成并且成型。在塑模成形完成后，将玻璃冷却并且脱模，然后从塑模工具中移出。当玻璃转换温度(T_g)及玻璃软化温度(T_s)是在上述的范围时，对于可用的塑模材料有较多的选择。当玻璃转换温度(T_g)相当低时，产率及维持效率是增加的，因为热循环温度范围及塑模黏着时间也是相当低的。此外，当玻璃转换温度(T_g)相当低时，在设备及塑模腔之间的热差异效应是小的。当形成温度接近脱模温度时，制程将较为容易，甚至通过其他冷却设备的协助，也可达成在短时间内将腔室冷却至完全脱膜。以下的表1显示数个市售强化覆盖玻璃的样品的T_s及T_g比较。对于该市售强化覆盖玻璃的样品的玻璃转换温度(T_g)及玻璃软化温度(T_s)，并不在上述范围内。

表1

化学强化过程通常包括离子交换过程。在这样的离子交换过程中，将玻璃置于包含离子的熔化盐中，前述离子具有比玻璃中存在的离子更大的离子半径，使得存在玻璃中较小的离子被热溶液中较大的离子取代。通常，在熔化盐中的钾离子取代存在玻璃中较小的钠离子。存在玻璃中较小的钠离子被热溶液中较大的钾离子取代，导致形成在玻璃两个表面上的压缩应力层以及夹在压缩应力层间的中央张力带。中央张力带的拉伸应力「CT」(通常以百万帕斯卡(MPa)表示)，是有关于压缩应力层的压缩应力「CS」(通常也以百万帕斯卡表示)，以及下列公式的压缩应力层的深度「DOL」：

CT＝CS×DOL/(t-2DOL)

其中t是玻璃的厚度。

目前具有0.7mm厚度的玻璃的规格是约40μm的层深、不小于650MPa的压缩应力以及小于60MPa的中央张力带的拉伸应力。实际上，中央张力带的拉伸应力应保持在约60-70MPa内，以确保优异的切割率。

为了使用作为触控显示器的覆盖玻璃，增加玻璃对刮伤及压伤的抗性是期望的。这可通过增加压缩应力及压缩应力层的深度而达成。然而，为了将中央张力带的拉伸应力维持在可接受的范围内，增加压缩应力及压缩应力层的深度两者会不期望地导致玻璃厚度的增加。

此外，对于覆盖玻璃而言尽可能的薄也是期望的。然而，由于中央张力带的拉伸应力随着玻璃厚度的减少而增加，因此，要维持中央张力带的可接受拉伸应力同时也维持高压缩应力及压缩应力层的高深度是较难的。

化学强化过程的期间是化学强化玻璃的制造成本的关键因素。一般而言，离子交换过程的期间必须延长，以增加压缩应力层的深度。然而，较短的离子交换时间一般是期望的。愈短的离子交换时间，产品线及过程就愈有竞争力。离子交换时间是由反应温度及离子扩散速率而控制。降低温度可避免变形，但会增加离子交换时间。将玻璃片保持在较高的温度可增加离子扩散速率，但会导致变形及结构松弛，这接着会导致压缩应力的减少。因此，在较高的温度进行离子交换过程可缩短离子交换时间，但却具有其他不期望的结果。