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CN1886348A - 含氧化锂－氧化铝－氧化硅的玻璃组合物和适于化学钢化的玻璃以及使用该化学钢化玻璃制成的制品 - Google Patents

含氧化锂－氧化铝－氧化硅的玻璃组合物和适于化学钢化的玻璃以及使用该化学钢化玻璃制成的制品 Download PDF

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Abstract

适于化学钢化的玻璃组成，以wt％范围包含如下氧化物：SiO2 60至75；Al2O318至28；Li2O 3至9；Na2O 0至3；K2O 0至0.5；CaO 0至3；MgO 0至3；ZrO2 0至3；其中MgO+CaO为0至6wt％；Al2O3+ZrO2为18至28wt％，且Na2O+K2O为0.05至3.00wt％。该玻璃具有1328°F(720℃)至1499°F(815℃)范围内的log10粘度温度；2437°F(1336℃)至2575°F(1413℃)范围内的液相线温度，和1544°F(840℃)至1724°F(940℃)范围内的log7.6的软化点温度。该化学钢化玻璃具有72至78KPSI的磨损断裂模量，和76至112KPSI的断裂模量。

Description

含氧化锂-氧化铝-氧化硅的玻璃组合物和 适于化学钢化的玻璃以及使用该化学钢化玻璃制成的制品
                  相互引用的申请
[0001]本发明要求享有2003年10月24日提出的美国临时专利申请序列号60/514,136的权益，这里整体并入该申请。
                     发明背景
1.发明领域
[0002]本发明涉及含氧化锂-氧化铝-氧化硅的玻璃组合物和适于化学钢化的玻璃，以及使用该化学钢化玻璃制成的制品，例如飞机透明窗(transparency)。
2.技术和效用讨论
[0003]玻璃的化学强化(或“化学钢化”)涉及用来自外部源的离子替换玻璃(例如玻璃制品)表面附近的离子以便在玻璃的表面附近产生相对玻璃内部处于压缩状态的区域，该外部源典型为熔融无机盐浴。有两种类型的离子交换强化，它们在理论和操作上显著不同。第一种类型的离子交换处理是在玻璃的应变点之上进行的处理而且其目的是改变玻璃的表面组成以便降低表面层中的热膨胀系数。当玻璃冷却时，由于膨胀的差异在玻璃表面产生压应力。美国专利No.2,779,136中讨论了第一种类型的离子交换强化。第二种类型的离子交换强化的特征在于，在玻璃的应变点以下进行处理。在第二种类型中，用来自外部源(例如熔融盐浴)的大离子取代玻璃中的较小离子产生表面压缩。典型地，该取代是用钠离子或钾离子取代氧化锂-氧化铝-氧化硅玻璃中的锂离子，例如美国专利No.3,218,220；No.3,752,729；No.3,900,329；No.4,156,755和No.5,928,793中所述的类型的玻璃，或者用钾离子取代碳酸钠-氧化铝-氧化硅玻璃中的钠离子，例如美国专利No.3,485,702；No.3,752,729；No.4,055,703和No.4,015,045中所述的类型。
[0004]在两种类型的离子交换强化中，对于大规模的商业应用优选使用第二种类型(低于应变点)，因为维持玻璃低于其应变点可避免玻璃中产生不希望的变形缺陷。在两种类型的玻璃组合物中，氧化锂-氧化铝-氧化硅玻璃组合物相对于碳酸钠-氧化铝-氧化硅玻璃组合物较为优选，并且优选的离子交换是钠离子替换锂离子。优选氧化锂-氧化铝-氧化硅组合物和用钠离子替换锂离子，因为可以在较低温度下和较短时间内获得更深的离子交换(“硬化层深度(case depth)”)。
[0005]当对比钠离子、锂离子和钾离子的离子晶体半径时，可以理解为何选择氧化锂-氧化铝-氧化硅玻璃组合物以及用钠离子替换锂离子。钠原子的离子晶体半径约为95皮米(“pm”)，锂原子的离子晶体半径是60pm而钾离子的离子晶体半径是大约133pm。锂离子的离子晶体半径小于钠离子，从玻璃中置换出锂离子需要的能量小于钠离子，而钠离子的离子晶体半径小于钾离子，因此钠离子从玻璃中置换锂离子需要的能量小于钾离子。
[0006]如上文所述，可以获得氧化锂-氧化铝-氧化硅玻璃，例如美国专利No.3,218,220；No.3,752,729；No.3,900,329；No.4,156,755和No.5,928,793中所公开的氧化锂-氧化铝-氧化硅玻璃。本领域的技术人员清楚，提供另外的氧化锂-氧化铝-氧化硅玻璃组合物用于离子交换强化将是有益的，特别是可达到高于现有氧化锂-氧化铝-氧化硅玻璃组合物的强度的氧化锂-氧化铝-氧化硅玻璃组合物。
                     发明概述
[0007]本发明涉及玻璃与玻璃组合物。在本发明的一个非限定实施方案中，对玻璃和玻璃组合物进行化学强化，并且该玻璃和玻璃组合物包括但不限于具有以wt％表示的如下成分和下列性能的玻璃。在本发明的一个非限定实施方案中，该玻璃包括：
    成分            重量百分比
    SiO2           60至75
    Al2O3         选自18-29，18-28，19-28.5和20-25
    Li2O         3至9
    ZrO2         0至3
其中定义为NF的Al2O3+ZrO2选自18至28wt％，19至27wt％，20至26wt％，18至29wt％，19至28.5wt％和20至26wt％，并且其中该玻璃具有至少一种下列性质：(a)至少1280(694℃)的log10粘度温度和(b)至少2350(1288℃)的液相线温度。
[0008]本发明的其它非限定实施方案包括：
A.SiO2的重量百分比范围是64至72wt％，Al2O3的重量百分比范围是20至25wt％，LiO2的重量百分比范围是4.5至7wt％的玻璃，并且该玻璃具有至少1413(767℃)的log10粘度温度范围和至少2436(1336℃)的液相线温度；
B.含有如下成分的玻璃
成分                    重量百分比
SiO2                   63.42-74.29
Al2O3                18.26-28.51
Li2O                   4.94-7.5
Na2O                   0.39-2.39
K2O                    0.07-0.25
CaO                     0-1.27
MgO                     0-2.6
SO3                    0-0.19
以Fe2O3计的总铁量    0.05-0.061
MnO2                   0-0.02
ZrO2                   0-1.5
以SnO2计的总锡量       0-0.5
TiO2                   0-1.89
P2O5                  0-1.06
ZnO                     0-0.5
B2O3                  0-2
NF(Al2O3+ZrO2)         18.26-28.51
RO(CaO+MgO)                0.04-2.64
R2O(Na2O+K2O)          0.49-2.49；
C.含有如下成分的玻璃：
成分                      重量百分比
SiO2                     64.83-69.29
Al2O3                   21-23.51
Li2O                     4.94-6.5
Na2O                     0.39-2
K2O                      0.07-0.1
CaO                       0-1.27
MgO                       0-2.49
SO3                      0-0.19
以Fe2O3计的总铁量      0.05-0.061
MnO2                     0-0.02
ZrO2                     0-1.19
以SnO2计的总锡量         0-0.5
TiO2                     0-1.89
P2O5                   0-1.06
ZnO                       0-0.5
B2O3                    0-1.55
NF(Al2O3+ZrO2)        21-23.51
RO(CaO+MgO)               0.04-2.54
R2O(Na2O+K2O)         0.49-2.07；
和D.玻璃，该玻璃具有如下性质：1328(720℃)至1499(815℃)范围内的log10粘度；2437(1336℃)至2575(1413℃)范围内的液相线温度，和1544(840℃)至1724(940℃)范围内的log7.6的软化点温度。
[0009]本发明另外的非限定实施方案包括具有如下成分的玻璃组成：
成分                    重量百分比
SiO2                   60-75
Al2O3                18-28
Li2O                   3-9
其中该玻璃组成具有至少1413(767℃)的log10粘度温度和/或至少2436(1336℃)的液相线温度。
[0010]除上述成分之外，玻璃组成可以另外包括：
Na2O                    0-3
K2O                     0-0.5
CaO                      0-3
MgO                      0-3
SO3                     0-0.20
以Fe2O3计的总铁量      0-1.25
ZrO2                    0-3
以SnO2计的总锡量        0-0.70
TiO2                    0-5
P2O5                   0-1.75
ZnO                       0-1.25
B2O3                   0-1.75
其中定义为RO的CaO+MgO是0至6wt％；定义为NF的Al2O3+ZrO2是18至28wt％，而定义为R2O的Na2O+K2O是0.05至3.00wt％。
[0011]在另一个非限定玻璃组合物中，包括：
成分                        重量百分比
SiO2                      64.60-69.29
Al2O3                    21.97-23.51
Li2O                      4.94-6.50
Na2O                      0.93-2.00
其中该玻璃组合物具有至少1413(767℃)的log10粘度温度和/或至少2436(1336℃)的液相线温度，并可选进一步包括：
K2O                  0.07-0.25
CaO                   0.00-1.27
MgO                   0.00-2.49
SO3                  0.00-0.19
以Fe2O3计的总铁量   0.05-0.15
MnO2                 0.00-0.02
ZrO2                 0.00-1.50
以SnO2计的总锡量     0.00-0.50
TiO2                 0.00-1.89
P2O5                0.00-1.06
ZnO                    0.00-0.57
B2O3                0.00-1.55
其中RO为0.04至2.54wt％；NF为22.00至23.51wt％，而R2O为0.49-2.04wt％。
[0012]在本发明的又一个非限定实施方案中，玻璃组合物包括：
成分                        重量百分比
SiO2                      64.83-69.29
Al2O3                    21.97-23.51
Li2O                      4.94-6.50
Na2O                      0.39-2.00
K2O                       0.07-0.10
其中该玻璃组合物具有至少1413(767℃)的log10粘度温度和/或至少2436(1336℃)的液相线温度，并且R2O为0.49至2.07wt％。
[0013]该玻璃组成可选包括：
CaO                        0.00-1.27
MgO                        0.00-2.49
SO3                       0.00-0.19
以Fe2O3计的总铁量    0.05-0.15
MnO2                  0.00-0.02
ZrO2                  0.00-1.19
SnO2+SnO              0.00-0.50
TiO2                  0.00-1.89
P2O5                 0.00-1.06
ZnO                     0.00-0.50
B2O3                 0.00-1.55
其中RO为0.89至2.49wt％且NF为21.00至23.51wt％。
[0014]本发明的非限定实施方案包括但不限于具有硬化层深度的化学钢化玻璃块，其中硬化层深度是从已进行化学钢化的玻璃块表面到玻璃块内部零应力点的距离。硬化层深度内的玻璃处于压缩状态并将其定义为压缩区玻璃。玻璃块内部大于硬化层深度的地方处于拉伸状态并将其定义为拉应力区玻璃。在本发明的另一个非限定实施方案中，拉应力区内的玻璃具有上述本发明的非限定玻璃组成。
[0015]本发明化学钢化玻璃的其它非限定实施方案包括：
拉应力区内玻璃的锂浓度高于压缩区内的玻璃；
该玻璃块具有7至16.5mil(0.17至0.419毫米)的硬化层深度；
玻璃块的中心张力是5700至14900磅/平方英寸(39至103兆帕(MPa))；
该玻璃具有632至1390磅/英寸(113至248kg/cm)的CTA；
该玻璃具有76000至120000磅/平方英寸(524至827MPa)的断裂模量；
该玻璃具有67000至89000磅/平方英寸(462至614MPa)的磨损断裂模量；
该玻璃具有586至614千克力/平方毫米的HV(维氏硬度)1000；和/或
该玻璃具有503至529千克力/平方毫米的HK(努普硬度)1000。
[0016]下面讨论确定硬化层深度、中心张力、CTA、断裂模量、磨损断裂模量、HV和HK的测量技术。
[0017]本发明的另一个非限定实施方案包括飞机透明窗，该飞机透明窗具有安装框架和固定在该安装框架上的透明件。该透明件包括至少一个化学钢化玻璃板，该化学钢化玻璃板具有硬化层深度，其中拉应力区中的玻璃包括本发明的非限定玻璃组合物。该玻璃板具有本发明化学钢化玻璃的上述性质中的一种或多种。
[0018]该飞机透明窗可选在外表面上具有疏水涂层和/或自清洁涂层。
[0019]本发明进一步设想了对具有本发明的非限定玻璃组成的玻璃块进行化学强化的方法，以便提供具有一种或多种上述性质的化学强化玻璃层片。
                     发明详述
[0020]在下面的讨论中，说明书和权利要求中使用的所有表示尺寸、物理性质等的数字应认为在所有情形中被术语“大约”所修饰。因此，除非另有描述，下面说明书和权利要求中使用的数值可以根据试图通过本发明获得的所需性质而变化。起码，并且不限制对权利要求的范围适用等同原则，应至少根据报道的重要数字并利用常用的舍入技术理解各个数值参数。此外，应认为这里所公开的所有范围均包括这里所包含的任何和所有子范围。例如，应认为“1至10”的声称的范围包括介于最小值1与最大值10之间且包含最小值1与最大值10的任何及所有子范围；即，以最小值1或更大值开始并以最大值10或更大值结束的所有的子范围，例如5.5至10。此外，“通过引用并入”的任何引用是指完整并入所引用文献。
[0021]讨论玻璃组合物或玻璃涉及熔化玻璃配合料的温度对熔融玻璃进行澄清(fining)和/或由澄清的熔融玻璃成形为玻璃带的温度的热性能时，通常使用下列术语并且它们具有如下含义。术语“熔化温度”和“TM”是指玻璃的粘度为log2或100泊时的玻璃温度；术语“成形温度”和“TF”是指玻璃的粘度为log4或10000泊时的玻璃温度，而术语“液相线温度”和“TL”是指微晶与玻璃熔体液相平衡时的温度。将TF与TL之间的差值称为“成形窗口”，“工作范围”或“ΔT”，这是给定熔体组合物的结晶势的常用量度。ΔT越低，即成形温度与液相线温度之间的差别越小，则结晶势越大。应当清楚的是，上述术语在用于说明本发明的非限定实施方案和权利要求时，应当具有上述的含义。
[0022]这里使用的术语“应变点”是指粘度为log14.5或1014.5泊的玻璃中的应力经过4小时后被释放时的温度。这里使用的术语“退火点”是指粘度为log13或1013泊的玻璃中的应力经15分钟被释放时的温度。术语“硬化层深度”是指从玻璃块表面到玻璃块内部应力为零的位置测得的距离。硬化层深度以内的玻璃也被称为“压缩区玻璃”。正如本领域的技术人员所理解的，硬化层深度并非始终等于玻璃块中的离子交换深度。离子交换深度是新的被交换离子的浓度约等于玻璃块内部的新被交换的离子浓度处的玻璃块中的深度。该表面可以是暴露到离子交换浴液的熔融盐的玻璃块的任何表面，例如(但并非对本发明进行限制)，硝酸钠熔融盐浴。在化学钢化玻璃的一般实践中，将玻璃块浸入硝酸钠熔融盐浴中。在该情形中，与熔融盐浴接触的所有玻璃块表面都具有硬化层深度。此外，压缩区内的玻璃块组成与压缩区以外的玻璃块部分，也称为“拉应力区玻璃”的组成不同。换言之，“拉应力区玻璃”是与玻璃块表面的距离大于硬化层深度的玻璃块内部。玻璃块拉应力区与玻璃块压缩区具有不同组成的原因在于，压缩区内玻璃块部分中的钠离子多于拉应力区中的玻璃块部分。应当清楚，上述术语用于讨论本发明的非限定实施方案和权利要求时，应具有以上含义。
[0023]下文关于本发明玻璃组合物的非限定实施方案的讨论中，成分以重量百分比(“wt％”)给出；然而，可以清楚的是，本发明不限于此并且可以用任何量纲给出成分，例如摩尔或摩尔百分比，它标志配合料中成分的量或玻璃组合物中的成分如氧化物的量。此外在下文的讨论中，在玻璃中表示为“杂质”或“夹杂(tramp)”的成分或物质的重量百分比范围是指，以该重量百分比存在于玻璃中的杂质或夹杂成分或物质，是有意加入到配合料中的杂质或夹杂成分或物质，或者是作为杂质或夹杂物质或成分存在于配合料中。
[0024]下面使用包含氧化锂(Li2O)，氧化铝(Al2O3)，氧化硅(SiO2)以及碱金属氧化物和碱土金属氧化物的普通玻璃系统对本发明和/或本发明的实施进行讨论，但本发明或本发明的实施不限于此，例如这样的玻璃系统，该玻璃系统包含Li2O，Al2O3和SiO2的，和选定种类和/或选定量的Na2O，MgO，SnO2，P2O5，B2O3和K2O，和作为添加剂或夹杂物质的可选的其它金属氧化物，例如CaO，SO3，Fe2O3，TiO2，MnO2，ZrO2和ZnO，但本发明不限于此。
[0025]当SiO2，Al2O3，B2O3，P2O5，ZrO2和SnO2存在于玻璃中时，它们是网络形成体。可以推断，作为玻璃组合物中重量百分比最大的氧化物成分的SiO2，当它在这种类型的给定组合物中减少时，熔体粘度以及产生的log4成形温度下降，反之亦然。包含SiO2以便提供具有高温稳定性和化学耐久性的玻璃。低的SiO2浓度，例如低于50wt％，会降低玻璃的耐久性，然而较高的浓度如高于80wt％，需要更高的熔化温度和更长的熔化时间。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自60至75wt％，62至72wt％和64至72wt％范围的SiO2。
[0026]Al2O3在玻璃系统中用来提高离子交换后的玻璃强度并促进离子交换的倾向。玻璃中高的Al2O3浓度，如高于7wt％，可提高玻璃的应变点，这可以在较高温度下进行离子交换，例如高于752(400℃)的温度，产生更快的离子交换速率，更深的硬化层深度和更好的离子交换穿透性。更高的Al2O3浓度，例如高于30wt％，还可以提高玻璃的熔化温度从而产生具有不良酸耐久性的玻璃。Al2O3在玻璃中的浓度低于7wt％会减小硬化层深度。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自18至29wt％，18至28wt％和19至28.5wt％和20至25wt％范围的Al2O3。
[0027]B2O3和P2O5是网络形成体并可选加入到配合料中以便降低玻璃的log2熔化粘度。玻璃中各自含量低于0.05wt％的B2O3和P2O5被视为杂质或夹杂成分。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0至1.75wt％如不大于1.75wt％；0至1.5wt％如不大于1.5wt％；0至1.25wt％如不大于1.25wt％；0至2.5wt％如不大于2.5wt％；0至2.25wt％如不大于2.25wt％；和0至2wt％如不大于2wt％范围的B2O3。此外，在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0至1.75wt％如不大于1.75wt％，优选0至1.5wt％如不大于1.5wt％，和更优选0至1.25wt％如不大于1.25wt％范围的P2O5。
[0028]与B2O3和P2O5类似，ZrO2是网络形成体并可选加入到配合料中以便降低玻璃的log2熔化粘度。含量最多约3wt％的ZrO2可提高玻璃强度并降低玻璃的熔化温度。高于10wt％的ZrO2会提高结晶温度并降低玻璃的工作范围。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0至3wt％如不大于3wt％；0至2wt％如不大于2wt％；和0至1.75wt％如不大于1.75wt％范围的ZrO2。
[0029]Al2O3+ZrO2(下文中也称为“NF”)的重量百分比的总数是描述给定玻璃的组成配方(compositiona envelope)的另一个参数。对于给定的熔体，较低的Al2O3+ZrO2值将典型产生较低的结晶势；较高的Al2O3+ZrO2值将典型产生较高的结晶势。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自18至28wt％；19至27wt％；20至26wt％；18至29wt％；19至28.5wt％和20至26wt％范围的NF。
[0030]如上文所述，SnO2是网络形成体。在加热过程中，作为澄清过程的一部分SnO2放出氧形成SnO。正如本领域技术人员所了解的，根据标准分析实践用SnO2来表示这里公开的玻璃组合物中的“总锡量”，与锡在玻璃中的实际存在形式无关。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0至0.7wt％如不大于0.7wt％；0至0.6wt％如不大于0.6wt％；和0至0.55wt％如不大于0.55wt％范围的SnO2。
[0031]CaO和MgO是网络调节剂，和促进配合料中的网络形成体熔化的助熔剂。通常的实践是将CaO和MgO重量百分比的总数称为RO，即RO等于(CaO+MgO)。增加RO将减小工作窗口或ΔT；更具体地，增加RO会提高所得熔体的流动性，即降低熔体的粘度和成形温度，并提高所得熔体的结晶性，即提高其液相线温度。在本发明的实施中，优选减小CaO的重量百分比，因为CaO会减缓锂离子和钠离子的交换从而降低离子交换的速率。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0至3wt％如不大于3wt％；0至2wt％如不大于2wt％；和0至1.75wt％如不大于1.75wt％范围的CaO。
[0032]MgO阻碍锂离子与钠离子交换的作用小于CaO。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0至3wt％如不大于3wt％；0至2.75wt％如不大于2.75wt％；和0至2.5wt％如不大于2.5wt％范围的MgO。为了促进网络形成体的熔化同时提供可接受的工作范围，例如大于10℃，在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0至6wt％如不大于6wt％；0至5wt％如不大于5wt％；和0至4wt％如不大于4wt％范围的RO。
[0033]在本发明的实施中，可以使用ZnO代替或减小MgO和/或CaO的量。如玻璃制造领域的技术人员所知道的，ZnO不是碱土金属氧化物但是Zn具有+2氧化态从而以类似于Mg和Ca离子的方式起作用。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0至1.25wt％如不大于1.25wt％；0至1wt％如不大于1wt％；和0至0.75wt％如不大于0.75wt％范围的ZnO。
[0034]Li2O提供Li离子，Li离子会被来自于外部源例如硝酸钠熔融盐浴的钠离子从玻璃中取代。在本发明的实施中优选使玻璃中具有充足且均匀分布的Li离子，以致Na离子对Li离子的离子交换可以由外部源在玻璃中提供充足且均匀分布的取代Na离子。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自3至9wt％；4至7.5wt％和4.5至7wt％范围的Li2O。
[0035]氧化钠是通过降低玻璃粘度促进配合料熔化的助熔剂。玻璃中Na2O的残存量(tramp amount)等于或小于0.05wt％。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0或残存量至3wt％如不大于3wt％；0或残存量至2wt％如不大于2wt％；和0或残存量至1.5wt％如不大于1.5wt％范围的Na2O。
[0036]如氧化钠类似，氧化钾是通过降低玻璃粘度促进配合料熔化的助熔剂。玻璃中K2O的残存量等于或小于0.07wt％。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0或残存量至0.5wt％如不大于0.5wt％；0或残存量至0.35wt％如不大于0.35wt％；和0或残存量至0.3wt％如不大于0.3wt％范围的K2O。
[0037]应当通过Na2O重量百分比的增加来补偿玻璃中K2O重量百分比的减小，以便维持玻璃的粘度水平。在通常的实践中将Na2O与K2O重量百分比的总和称为“R2O”，即 。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0至3wt％；0至2.25wt％和0.15至1.75wt％范围的R2O。
[0038]其它成分可以被有意识地加入到配合料中来改变玻璃的性能，例如但并不限制本发明，颜色和太阳光吸收性能，或可以作为杂质存在于配合料中。例如，但本发明不限于此，下文所讨论的试样5具有残存量0.02wt％的MnO2。下面对可加入到本发明玻璃系统中或者作为杂质存在的成分进行非限定性讨论。正如玻璃制造特别是平板玻璃制造领域的技术人员所清楚的，可以向本发明的玻璃系统加入与下文所述成分不同的成分，或者这些成分也可以作为杂质或夹杂成分存在。
[0039]在本发明的非限定实施方案中，可选向配合料中加入TiO2来降低玻璃的Log熔化粘度。将玻璃中低于含量0.05wt％的TiO2视为杂质或夹杂成分。通常向配合料中加入至多1wt％的TiO2以便提供具有期望性能的玻璃，例如太阳光控制性能。还可以使用大于1wt％的含量来减小紫外线透射，例如参见美国专利No.5,593,929；然而，在浮法玻璃工艺中当玻璃的下表面在锡池上移动穿过成形室时，玻璃中高于1wt％的TiO2会与锡池反应。该反应使浮在锡池上的玻璃带的表面变为褐色。可以清楚，例如当玻璃颜色不是必需的玻璃性能时，或者容许玻璃具有褐色时，或者玻璃制造工艺包括去除如从玻璃的表面研磨去除材料时，或者通过薄板拉制工艺制造玻璃时，如PPG有限公司开发的薄板拉制工艺(注册商标名为PENNVERNON)，或者通过下拉(down draw)或熔融薄板工艺(fusion sheet process)制造玻璃时，可以向配合料中加入多于1wt％的TiO2，例如最高达5wt％。优选不向配合料中加入多于5wt％的TiO2，因为玻璃的液相线温度升高，这会对玻璃的成形过程产生有害影响。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0或残存量至5wt％如不大于5wt％；0或残存量至2wt％如不大于2wt％；0或残存量至1wt％如不大于1wt％；0或残存量至0.75wt％如不大于0.75wt％；和0或残存量至0.5wt％如不大于0.5wt％范围的TiO2。
[0040]可以向配合料中加入SO3作为澄清剂。通常以其它配合料成分一部分的形式向配合料中加入SO3，如CaSO4·2H2O通常以石膏形式加入，和/或Na2SO4，通常以芒硝形式加入。SO3通过防止形成氧化硅熔渣(砂粒团块)起到促进溶解的作用。在本发明的一个非限定实施方案中，当使用SO3进行化学澄清时，通常直接或者以其它包含SO3的配合料的方式间接向配合料中加入约0.2至0.4wt％的SO3。配合料中并非所有的SO3都会保留在玻璃熔体或玻璃中。在本发明的非限定实施方案中，有选自0.02至0.2wt％；0.02至0.15wt％和0.02至0.1wt％范围的SO3保留在玻璃中。
[0041]本发明的实施考虑使用SO3对熔融玻璃进行化学澄清和对熔融玻璃进行物理澄清，例如使用美国专利4,919,697中教导的真空室，这里通过引用并入该专利。对玻璃进行真空澄清时，玻璃中存在的SO3可以低于检测极限，例如低于百万分之十(“ppm”)。
[0042]向配合料中加入Fe2O3作为着色剂，并通过在熔融玻璃中建立提供热对流的温度梯度促进熔融玻璃的澄清。如果向玻璃中加入Fe2O3只是为了维持适当的温度梯度，当使用机械设备如搅拌器对熔融玻璃进行均匀化时可以将其省略。在玻璃中的总铁量低于0.05wt％时被视为杂质，或夹杂物质或夹杂成分。正如本领域技术人员所清楚的，根据标准分析实践用Fe2O3来表示这里公开的玻璃组合物中的总铁含量，与铁的实际存在形式无关。同样，将亚铁态的铁含量记录为FeO，尽管它在玻璃中的实际存在形式可能并不是FeO。术语“总铁”是指以Fe2O3表示的全部铁，而术语“FeO”是指以FeO表示的亚铁态的铁。在本发明的实施中，本发明的非限定实施方案包括但不限于，选自0或残存量至1.25wt％如不大于1.25wt％；0或残存量至1wt％如不大于1wt％；0或残存量至0.5wt％如不大于0.5wt％；和0或残存量至0.15wt％如不大于0.15wt％范围的总铁量。
[0043]除上述成分以外，可以向玻璃配合料和/或玻璃熔体中加入配合料熔化试剂和/或澄清试剂，例如但并非对本发明进行限制，NaCl，NaNO3，KNO3，BaSO4，氟化物和它们的组合。也可以向玻璃配合料和/或玻璃熔体中加入用于改变玻璃性质如太阳光控制性能和颜色的试剂，例如包含钴，镍，铈，钕，铒，铬，铜，锰，钼，钨，镧，金，银，硒和它们的组合的化合物。可以清楚的是，应当以不会损害玻璃离子交换性质的浓度向玻璃配合料和/或玻璃熔体中进行所述添加。
[0044]可以理解的是，可以由常规制玻材料生产本发明的玻璃组合物，对该制玻材料进行适当配制并彻底混合以便反应时产生需要组成的玻璃。适合的配合料包括但不限于，碎玻璃，砂，苏打灰(碳酸钠)，苛性苏打(氢氧化钠)，菱镁矿，白云石，滑石，铝的水合物，长石，细晶岩，霞石正长岩(nepheline syenite)，锆砂，碳，锂辉石，碳酸锂，和透锂长石。
[0045]本发明的非限定玻璃组合物具有高温性能，例如2732至3272(1500℃至1800℃)范围的log2温度，从而不适合以常规的浮法玻璃设备熔化，澄清，均匀化和成形，例如用于熔化钠钙硅酸盐玻璃配合料的类型的常规顶部交叉炉火(overhead cross fire)或终烧蓄热炉(end firing regenerative furnace)，通常被称为Siemens熔炉。通过对烧制设备进行改造，这种类型的炉可用于熔化本发明的玻璃配合料，澄清熔融玻璃配合料和对澄清后的玻璃进行均匀化，例如但并非对本发明进行限制，在炉内使用燃气-氧烧制设备和/或为炉提供电加热，和/或为炉壁装衬高温耐火材料。通过为成形室的壁装衬高温耐火材料，可以在浮法池中成形本发明的熔融玻璃组合物。美国专利No.4,375,235和4,632,687，以及T.Kloss等人在Journal ofGlass Technology，2000年12月，第四卷，第六期，第177-181页发表的题为“Advances in the Process of Floating BorosilicateGlass and Some Recent Applications for Boro silicate Glass”的文章中公开了可用于实施本发明的其它类型的炉和工艺，这里通过引用并入这些专利和出版物。
[0046]以如下方式制造包含本发明特征的非限定试样1-10。使用商业成分制备配合料，每种配方大约3000克。除非另外指出，这里制造和讨论的任何玻璃试样均使用具有已知杂质或夹杂物质的商业玻璃配合料。在计算玻璃试样中的氧化物时计入该杂质和夹杂物质。测量各种成分的重量并使用其确定玻璃中氧化物的成分和重量百分比。据认为原料可能发生挥发；然而假定挥发作用处于最小程度，并且根据该假设计算玻璃试样中氧化物的重量百分比。
[0047]将各试样的配合料彻底混合并将大约1500克装入铂坩埚然后放入加热到2550(1399℃)电炉中。一小时之后，将余下的大约1500克配合料加入到坩埚中，并将温度提高到2800(1538℃)。坩埚在炉中在2800(1538℃)保持一小时；随后，将炉温提高到2925(1607℃)。一小时后，将玻璃熔体(估计为log3温度或1000泊)从炉中移出并倒入温度为50(10℃)的水中。将固化的玻璃干燥，粉碎，返回到坩埚中并置于温度为2925(1607℃)的炉中。一小时之后，再次将玻璃熔体从炉中移出并倒入冷水；将干燥后的固化玻璃粉碎然后返回到坩埚中，并置于温度为2925(1607℃)的炉中。将炉温降低到2750(1510℃)并将包含玻璃熔体的坩埚保留在炉中持续一整夜(大约15到16小时)。第二天早上，将炉温提高到2925(1607℃)。一小时之后，将坩埚从炉中移出并将熔融玻璃倒入加热到500(260℃)的钢板上，然后用钢制圆柱辊压熔融玻璃。将玻璃板坯移入加热到1200(649℃)的炉中保持1小时。关闭炉的加热元件，将玻璃留在炉中冷却一整夜以便对玻璃板坯进行退火。
[0048]表1显示了试样1-10的组成。如上文所述，根据配合料的重量计算试样1-10的氧化物重量百分比。
                                表1实验试样的玻璃组成
  氧化物                                                          试样编号
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
  SiO2   66.68   66.78   66.78   67.78   69.29   64.83   65.23   68.3   68.17   66.67
  Al2O3   22   22   22   21   23.51   22.5   21.97   22   22   22
  Li2O   5.5   5.5   5.5   5.5   6.50   5.53   4.94   5.5   5.5   5.5
  Na2O   1   2   1.5   1.5   0.39   1.27   0.99   0.7   1   1
  K2O   0.07   0.07   0.07   0.07   0.1   0.07   0.07   0.15   0.15   0.15
  CaO   --   --   --   --   0.04   0.05   1.27   --   --   --
  MgO   2.2   1.6   1.6   1.60   --   2.49   0.89   1.5   1.5   1.5
  SO3   --   --   --   --   0.09   0.09   0.19   --   --   --
  Fe2O3   0.05   0.05   0.05   0.05   0.061   0.05   0.05   0.05   0.05   0.05
  MnO2   --   --   --   --   0.02   0.01   0.01   --   --   --
  ZrO2   --   --   --   --   --   --   1.19   --   --   1.5
  SnO2   0.5   0.5   0.5   0.5   --   0.5   0.27   0.47   0.43   0.43
  TiO2   --   --   --   --   0.01   0.01   1.89   --   --   --
  P2O5   1   1   1   1   --   1.05   1.06   0.76   0.68   0.68
  ZnO   --   --   0.5   0.5   --   --   --   0.57   0.51   0.51
  B2O3   1   0.5   0.5   0.5   --   1.55   --   --   --   --
  BaO   --   --   --   --   --   --   --   0.002   0.005   0.01
  总量(计算)   100   100   100   100   100   100   100.02*   100   100   100
*由于舍入误差试样7的总重量百分比大于100％
[0049]在50×至1000×的放大倍数下查看试样1-7玻璃板坯的表面。与钢辊接触的玻璃板坯表面(下文中也称之为“上表面”)具有大量微晶的间隔团簇，这些微晶的尺寸是15至50微米。这些团簇相互随机间隔分布在上表面上。与钢板接触的玻璃板坯表面(下文中也称之为“下表面”)具有少量的间隔微晶团簇。下表面团簇中微晶的数目大大小于板坯上表面中的团簇。观察到试样5的下表面上没有任何团簇。尽管没有统计试样1-7团簇中的微晶，直观上看上表面团簇中的微晶比下表面团簇多两个数量级。利用研磨浆料将上表面去除大约0.03英寸(0.76毫米(“mm”))并对该表面进行抛光。在50×至1000×的放大倍数下查看抛光后的上表面。抛光后的上表面和玻璃板坯的下表面在间隔团簇中具有大致相同数目的微晶。对微晶进行X射线衍射，结果显示微晶的相是硅酸锂铝的不同晶体(LiAl(SO3)2和LiAlSi3O8)和锂辉石(LiAlSi2O6)。冷却至室温时试样8-10的玻璃板坯结晶，并且该结晶使玻璃板坯破裂成碎片。结果，不能测量这些试样的性能。试样1-7中观察到的微晶和试样8-10中观察到的结晶的原因尚未被确定。已知引起微晶和结晶的机制包括配合料的不完全熔化，和配合料中使晶体成核的杂质，以及相分离。
[0050]如上文所述，可引起微晶的一种机制是配合料成分的不完全熔化，例如试样1-7中观察到类型的微晶。为了确定微晶的起因是否是不完全的配合料熔化，制备具有表2所示组成的试样11-16。
                                                表2实验室试样的玻璃组成
  氧化物                                                                   试样编号
  11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   工业制品A   工业制品B
  SiO2   69.29   64.29   74.29   68.54   63.54   73.54   66.29   63.42   63.42   63.42   61.38   70.54
  Al2O3   23.51   28.51   18.51   23.26   28.26   18.26   26   24.87   24.87   24.87   18.02   19.25
  Li2O   6.5   6.5   6.5   7.5   7.5   7.5   7   7   7   7   5.3   4.14
  Na2O   0.39   0.39   0.39   0.39   0.39   0.39   0.39   2.39   2.39   0.39   10.79   0.26
  K2O   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.11   0.23
  CaO   0.04   0.04   0.04   0.04   0.04   0.04   0.04   0.04   0.04   0.04   0.11   ---
  MgO   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   2.6   2   0.05   ---
  SO3   0.09   0.09   0.09   0.09   0.09   0.09   0.09   0.09   0.09   0.09   0.08   ---
  Fe2O3   0.061   0.061   0.061   0.061   0.061   0.061   0.061   0.061   0.061   0.061   0.118   0.05
  MnO2   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   ---   ---
  ZrO2   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   4.02   1.47
  SnO2   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---
  TiO2   0.01   0.01   0.01   0.01   0.01   0.01   0.01   0.01   0.01   0.01   0.02   1.78
  P2O5   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---
  ZnO   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   --- 1.66
  B2O3   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   2.00   ---   2.00   ---   ---
  Sb2O3   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   0.32
  F-   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   --- 0.26
  总量   100   100   100   100   100   100   100   100   100   100   99.96*   99.91*
*由于舍入误差工业制品A和B的总重量百分比小于100％
[0051]实施下列程序制备试样11-16。将每种试样的100克配合料彻底混合并装入铂坩埚中，然后置于3000(1649℃)的电炉。2.5小时之后，将玻璃熔体(估计在log3温度或1000泊)从炉中移出并倒入温度为50(10℃)的水中。将固化的玻璃干燥，粉碎，返回到坩埚中并置于温度为3000(1649℃)的炉中。2小时之后，再次将玻璃熔体从炉中移出并倒入冷水；将干燥后的固化玻璃粉碎然后返回到坩埚中，并放入温度为3000(1649℃)的炉中。将炉温降低到2750(1510℃)并将包含玻璃熔体的坩埚保留在炉中持续一整夜(大约15到16小时)。第二天早上，将炉温提高到3000(1649℃)。2小时之后，将坩埚从炉中移出并将熔融玻璃倒在钢板上，熔融玻璃冷却时形成玻璃板坯。将玻璃板坯移入1350(732℃)炉中持续1小时。关闭炉，将玻璃留在炉中冷却一整夜以便对玻璃板坯进行退火。
[0052]试样11的玻璃组成与试样5的玻璃组成类似。复制试样5的原因在于它具有较少的微晶，而且如下文所示和所述，它具有比试样1-4，6和7更好的化学强度结果，下文将对此进行详细说明。试样13，14和16的玻璃板坯不透明。如上文所述对试样11，12和15的玻璃板坯的上表面进行研磨，清洗，干燥，并在50×至1000×的放大倍数进行观察。试样11，12和15的微晶数与试样5的微晶数类似。根据该实验的结果，断定微晶并非由未熔化的配合料引起。
[0053]制备具有表2所示组成的试样17-20以便观察通过改变SiO2，Al2O3，Li2O，Na2O，MgO和B2O3的重量百分比或添加这些成分对结晶的影响，与试样5成分的重量百分比进行比较。使用制造试样1-7的程序制造试样17-20。试样17的玻璃块具有与试样5类似的微晶数。比较试样5和17的成分重量百分比，SiO2减少而Al2O3和Li2O增加。根据两个试样的对比，显示减小SiO2和Li2O重量百分比和增加Al2O3的重量百分比对结晶具有(如果有的话)非常小的影响。对比试样18与试样5的成分重量百分比，试样18的SiO2减少，Al2O3，Li2O和Na2O增加并且加入B2O3。试样18的玻璃块的微晶显著多于试样5。对比试样19与试样5和18的成分重量百分比，试样19与试样18类似只是试样19没有B2O3而添加MgO。试样18和19的玻璃块的微晶显著多于试样5。根据三个试样的比较，与试样5中成分的重量百分比相比，显示SiO2重量百分比的显著减少如10％的减少，Na2O重量百分比的显著增加如600％的增加，和Al2O3重量百分比的温和增加如5％的增加，会提高结晶。两试样对比如试样18和19的比较，添加MgO和B2O3没有确定结论，即或者对结晶没有影响或对结晶影响很大。没有收集到试样20结晶的相关数据，因为试样20在1300(704℃)下结晶，这低于期望的玻璃弯曲温度。
[0054]表2中还显示了工业制品A和B。工业制品A是由PPGIndustry公司位于Carlisle，Pennsylvania的Carlisle Plant在1997年1月25日制造的玻璃。工业制品B是PPG公司1973年制造并以注册商标Hercuvit销售的玻璃陶瓷。图2中显示工业制品A和B，以便对包括本发明非限定实施方案的玻璃的玻璃组成和性质与现有商购制品的玻璃组成和选定性质进行比较。
[0055]进行下列实验以确定，热对微晶的影响(如果有的话)。对从试样1-7，17和20的玻璃板坯上切下的玻璃块进行热处理。热处理过程包括如下步骤：将玻璃块放入Lindberg炉中，将炉子升高到希望的温度，将玻璃块留在炉中持续希望的时间段，关闭热源，部分打开炉门并使玻璃块冷却。通过读取热电偶的输出确定玻璃块的温度，该热电偶具有设置在玻璃块表面上的锆丝。玻璃块达到室温后，在50×至1000×的放大倍数下查看玻璃块的主要表面。除非下文另外说明，每次加热操作使用新的玻璃块。
[0056]将试样1-4和6的玻璃块加热到900(482℃)的温度并持续4小时。未观察到微晶的数目或尺寸发生变化。将试样1和6的玻璃块在1100(593℃)下加热4小时；未观察到微晶的数目或尺寸发生变化。将试样1-4和6的玻璃块加热到1300(704℃)的温度并持续1小时；未观察到试样1-4微晶的数目或尺寸发生变化；然而试样6的玻璃块显示微晶的尺寸略有增加。将试样1-4和6的玻璃块加热到1300(704℃)的温度并持续2小时。与试样6微晶尺寸的增加相比，试样1和2中微晶的尺寸略有增加；与试样1，2和6微晶尺寸的增加相比，试样3和4的微晶尺寸具有温和增加，并且与试样1和2的微晶尺寸相比试样6的微晶尺寸具有大的增加。
[0057]将试样1-4，6和7的玻璃块加热到1300(704℃)的温度并持续4小时。对试样1-4，6和7的玻璃块观察到以下结果。试样1：微晶尺寸加倍，表面微晶的数目增加而且锆热电偶丝的区域存在微晶；试样2-4：微晶尺寸加倍，锆热电偶丝的区域存在微晶；试样6：玻璃块为白色并且为多晶体，具有少数表面微晶，试样7：微晶的数目略有增加。将试样5，17和20的玻璃块加热到1300(704℃)的温度并持续6.2小时。没有观察到试样5和17微晶数目和尺寸的变化。试样20的玻璃块具有模糊外观，这表明微晶的尺寸或数目增加。将试样5，17和20的玻璃块加热到1427(775℃)的温度并持续1小时。未观察到试样5和17微晶数目或尺寸的变化；然而，试样17在锆热电偶丝位置处具有微晶。试样20的玻璃块模糊并充满微晶。
[0058]将试样1，5-7，17和20的玻璃块加热到1600(871℃)的温度并持续1小时。试样1和6的玻璃块为淡棕色(beige)；试样7的玻璃块为灰色；试样20的玻璃块为白色，且试样1，6，7和20的玻璃块几乎完全结晶化。试样5和17的玻璃块模糊并且微晶的尺寸增加。将试样1，5-7，17和20的玻璃块加热到1800(982℃)的温度并持续1小时。试样1和6的玻璃块为淡棕色；试样7的玻璃块为灰色；试样5，17和20的玻璃块为白色，且试样1，5-6，7，17和20的玻璃块几乎完全结晶化。将试样5的玻璃块加热到2051(1122℃)的温度下并持续3分钟并在2054(982℃)的温度下持续22.7分钟。试样5的玻璃块为白色并且几乎完全结晶化。
[0059]对在实验室坩埚中在高温下熔化和退火的玻璃进行上述实验，表明可以在不发生显著结晶的情况下形成这些玻璃。主要存在于上表面的晶体外观表明，这些晶体的出现至少部分取决于玻璃表面上的工艺条件，而并不仅仅是由于玻璃组成。该实验进一步表明玻璃成形后的热接触可以引起分布广泛的玻璃结晶。该结晶需要的温度通常高于预期的玻璃弯曲温度，这可以使玻璃在二次弯曲操作中变形而不发生明显的结晶。
[0060]由上述实验可以推断，玻璃组成对确定高温热处理过程中发生多少结晶较为重要。
[0061]不对每一试样的玻璃块在每一时间和温度下进行热处理，因为不预期对于上面讨论的所有时间和温度下对所有试样的玻璃块进行的热处理能够提供有关时间和温度对微晶影响的任何其它启示。
[0062]如上文所述，表2列出了工业制品A和B的组成。使用X射线荧光光谱测定工业制品A除Li2O以外的成分的重量百分比，而使用原子吸收光谱测量Li2O的重量百分比。未得到描述确定工业制品B的成分，以及成分重量百分比过程的文件；然而据认为使用X射线荧光光谱确定除Li2O以外的所有成分的重量百分比。此外据认为使用原子吸收光谱对Li2O进行测定。
[0063]从试样1-7和工业制品A的板坯切下样块用来确定玻璃组合物的热性能和强度性能。通常，使用与水混合的粗砂将试样1-7和工业制品A的玻璃板坯或玻璃板坯片段抛光至需要的厚度。从抛光后的板坯上切下各种尺寸的样块。可以按照需要对样块进行研磨和抛光以便提供光滑的表面。使用220粒度的带式磨床(220grit beltsander)将样块的边缘稍加圆化。
[0064]测量了试样1和工业制品A的log10粘度温度(弯曲温度)和液相线温度。依照ASTM C1350M-96测量log10温度，它是通过梁的弯曲测量软化点和退火范围之间玻璃的粘度的标准测试方法(AnnualBook of ASTM standards，Vol.15.02(2001)423-426)。样块的长度为3.5厘米(cm)，厚度约为3.1毫米(mm)且宽度为2.8毫米。测试过程中使温度每分钟提高5℃，然后每分钟降低4℃。重复该过程另外三次，并对四次测量结果取平均。依照ASTM方法C829-81中确定的程序测量液相线温度。
[0065]试样1平均具有1414(768℃)的log10粘度温度和2437(1336℃)的液相线温度。试样5平均具有1490(810℃)的log10粘度温度，2575(1413℃)的液相线温度和1724(940℃)的软化点温度(log7.6)；试样17平均具有1499(815℃)的平均log10粘度温度，2575(1413℃)的液相线温度和1720(938℃)的软化点温度；而试样20平均具有1328(720℃)的平均log10粘度温度，2493(1367℃)的液相线温度，和1544(840℃)的软化点温度(log7.6)。工业制品A具有1112(600℃)的log10粘度温度和1533(834℃)的液相线温度。工业制品B历史记录的软化点温度(log7.6)是1765(963℃)而历史记录的液相线温度是2430(1332℃)。以上结果显示试样1，5，17和20的玻璃组合物具有高于工业制品A的log10粘度温度和液相线温度，并且试样5，17和20的软化点温度低于工业制品B的软化点温度，其液相线温度近似等于或略高于工业制品B。由上述结果，应注意在显著高于工业制品A的温度下，试样1，5，17和20的玻璃将维持它们的形状。这使得本发明的玻璃适用于受热环境。
[0066]从上面测得的温度可以理解，本发明的非限定实施方案具有大于1328(720℃)，大于1414(768℃)的log10粘度温度，并且在1328(720℃)至1499(815℃)的温度范围内；大于2437(1336℃)，大于2493(1367℃)的log10液相线温度，并且在2437(1336℃)至2575(1413℃)的温度范围内；以及大于1544(840℃)，大于1720(938℃)的软化点温度，并且在1544(840℃)至1724(940℃)的温度范围内。本发明不限于上面所述的温度范围，并且本发明的非限定实施方案设想的玻璃，具有大于1280(694℃)，大于1350(732℃)和大于1414(768℃)的log粘度温度，和大于2350(1288℃)，大于2400(1316℃)和大于2436(1336℃)的液相线温度。
[0067]在100％纯度等级硝酸钠的熔融盐浴中，使用变化的时间和温度条件对实施例1-7和工业制品A的玻璃样块进行化学钢化。可以理解的是，本发明不限于硝酸钠熔融盐浴的组成，而且可以使用本领域内众所周知的包含(或部分包含)其它钠盐如硫酸钠和氯化钠的浴液。可选地，该浴液可以是钠盐和钾盐的混合物，尽管优选钠盐比例较高，例如高于50％，以便在钢化玻璃制品中获得合格的磨损强度，例如高于40KPSI(276MPa)。用于化学强化玻璃的硝酸钠盐浴在本领域中是众所周知的，并且本发明不限于此。根据前述，相信无需进一步的讨论。
[0068]对试样1-7和工业制品A的玻璃样块进行称重并置于筐缝(slot)内然后浸入硝酸钠盐浴持续预定的时间段，并使盐浴保持在预定的温度。表3显示了各试样和工业制品A的样块以小时表示的时间段和以℃表示的温度的数据。浸渍完成时，将试样从浴液中移出，使其在环境空气中冷却，用水冲洗以便从玻璃表面上除去固化的盐，并将样块干燥。
[0069]化学钢化之后对玻璃样块进行称重，以便确定样块的重量增加。测量称重样块每个表面的面积，并将六个表面的面积相加，将样块的重量增加除以面积总数从而得出单位面积的重量增加。样块的重量增加提供了离子交换程度的量化度量。表3中列出了样块和工业制品A的单位面积重量增加的平均值。
表3试样1-7样块和工业制品的化学强化细节。含“-”的单元格表示未得到测试结果
试样编号 时间(小时) 温度℃ 重量增加(mg/cm2) 硬化层深度(mils) AMOR(KPSI) MOR(KPSI)   中心张力(KPSI)(硬化层深度样块) 中心张力(KPSI)(0.35×3英寸样块)
  1   16   374   1.4   7/10.8B   --   --   6.1   6.5
  1   22   374   1.6   10.6/12.8B   76   89   6.4   7
  1   16   405   2.0   12.7/15.2B   78   108   8   9/9.6C
  1   22   405   2.4   14/17.4B   77   112   8.7   10.4
  2   16   374   --   10.4   --   --   6.7   7.4
  2   22   374   1.9   12.7   72   91   6.5   8.6
  2   16   405   2.3   14.9   77   93   9.0   10.4/10.9C
  2   22   405   2.7   16.5   75   82   11   11.9
  3   16   374   --   9.7   --   --   6.2   7
  3   22   374   1.8   11.3   75   90   7   7.8
  3   16   405   2.2   14.1   78   90   8.3   9.8/10.3C
  3   22   405   2.6   16   77   102   10   11.7
  4   16   374   --   10.1   --   --   5.5   7
  4   22   374   1.8   12.1   74   76   5.7   8.3
  4   16   405   2.2   14.2   67   78   8.3   10.2/10.5C
  4   22   405   2.6   15.7   73   71   10.1   12
  5   8   374   1.4   9.7   43   --   --   7.4
  5   16   374   2.5   13.3   --   --   --   10.3
  5   8   405   2.5   14.8   --   --   --   12.6
  5   18   405   3.6   16.5   --   --   --   14.9
  6   16   374   1.4   8.1   --   --   --   5.7
  6   22   374   1.5   10.4   --   --   --   6.7
  6   16   405   1.8   12.1   --   --   7.6   --
  6   22   405   2.2   12.7   --   --   --   --
  7   22   374   1.6   10.7   78.6   106   --   6.9to7.7/8.3C
  7   16   385   1.4   10.2   --   --   --   7.3
  7   22   385   1.6   11.1   --   --   --   8.4
  7   16   405   2.0   11.5   78.3   99   --   8.4to8.6/10C
  7   22   405   2.3   13.3   79.8   107   --   9.7to10.1/11.7C
  7   46   425   3.3   14.7   74.7   93   --   15.1/16.6C
  7   16   425   2.4   15.1   --   --   --   11.2
  7   22   425   2.7   16.8   --   --   --   12.6
  CP-A   22   385   1.0   15.6   --   --   --   2.7
  CP-A   16   405   1.1   13.7   --   66   --   2.8
  CP-A   22   405   1.3   15.2   --   72   --   3.1
  CP-A   46   405   1.9   20.3   --   66   --   4.1
  CP-A   16   425   1.4   15.3   --   --   --   2.5
  CP-A   22   425   1.6   15.8/18.3B   --   62   --   2.8/3C
表3(续)
试样编号 时间(小时) 温度℃ CTACD样块(磅/英寸)   CTA0.35×3英寸样块(磅/英寸)   HV1000维氏硬度(kg/mm2)(注G)   HK1000努普硬度(kg/mm2)(注G)
  1   16   374   678   700   614(576)   520(503)
  1   22   374   600   718   604(576)   513(503)
  1   16   405   749   886/919C   598(576)   522(503)
  1   22   405   733   977   586(576)   505(503)
  2   16   374   684   754   606(580)   529(499)
  2   22   374   554   831   600(580)   503(499)
  2   16   405   813   961/1006C   600(580)   510(499)
  2   22   405   979   1072   597(580)   508(499)
  3   16   374   656   730   611(584)   526(503)
  3   22   374   680   790   606(584)   509(503)
  3   16   405   743   944/984C   599(584)   505(503)
  3   22   405   910   1080   600(584)   519(503)
  4   16   374   688   697   606(577)   520(495)
  4   22   374   632   804   601(577)   524(495)
  4   16   405   768   922/959C   606(577)   505(495)
  4   22   405   947   1045   590(577)   506(495)
  5   8   374   --   789   --   --
  5   16   374   --   1033   --   --
  5   8   405   --   1176   --   --
  5   18   405   --   1390   --   --
  6   16   374   --   632   --   --
  6   22   374   --   706   --   --
  6   16   405   769   --   --   --
  6   22   405   --   --   --   --
  7   22   374   --   689 to 773   --   --
  7   16   385   --   742   --   --
  7   22   385   --   839   --   --
  7   16   405   --   822/828H   --   --
  7   22   405   --   895/951H   --   --
  7   46   405   --   1269   --   --
  7   16   425   --   1012   --   --
  7   22   425   --   1123   --   --
  CP-A   22   374   --   --   --   --
  CP-A   22   385   --   --   --   --
  CP-A   16   405   --   --   --   --
  CP-A   22   405   --   --   --   --
  CP-A   46   405   --   --   --   --
  CP-A   16   425   --   --   --   --
  CP-A   22   425   --   --   --   --
注意：
A.CP-A指代工业制品A
B.右侧值是对于尺寸为0.22英寸×0.24英寸×3英寸(5.6mm×6.1mm×76mm)的样块。否则，在约0.11英寸×0.11英寸×1.5英寸(2.8mm×2.8mm×.8cm)的试样上测量所述值。
C.左侧数值是对于接触面积为0.35英寸×3英寸(0.89mm×7.6cm)的样块，而右侧数值是对于接触面积为1英寸×8英寸(2.54cm×20cm)的样块。
D.数值显示了测量值的分布范围。
E.以“至(to)”连接的数值表示了测量值的分布范围。
F.样块的尺寸为1英寸×8英寸(2.54cm×20cm)。
G.圆括号中的数值是未进行化学钢化的样块的试验结果。
H.两个数值是相同样块的两个不同测量结果。
[0070]对于相似的时间和温度，试样1-7与工业制品A的样块的重量增加的对比显示，以试样1-7为代表的本发明的非限定玻璃组合物具有高于工业制品A的重量增加。较高的重量增加代表较快的交换速率和较大的离子交换程度。如果应力松弛不显著，它可以表现出较高的应力水平和强度。未确定工业制品B的历史重量增加数据。
[0071]用石英锲(quartz wedge)显微镜查看样块的横截面，测量各个试样1-7的两个3mm×3mm×3.8cm的样块在每个不同时间和温度下的硬化层深度。试样1的两个样块的尺寸为5.6mm×6.1mm×7.6cm，测量它们的硬化层深度与更厚玻璃块的硬化层深度进行比较。工业制品A样块的尺寸为4.8mm×3.0mm×3.8cm。表3中列出了测量结果。对于相同的时间和温度，较薄样块的硬化层深度看起来等于或小于工业制品A的硬化层深度。然而，试样1的较厚样块具有较大的硬化层深度。本领域中认为较厚的玻璃具有较深的硬化层深度；因此，不应对厚玻璃样块与较薄玻璃样块的硬化层深度进行比较。5.6mm厚的工业制品B的历史数据显示，在454℃的温度下加热4小时的样块具有13.5mil的硬化层深度，而在相同温度下加热16小时的样块具有26mil的硬化层深度。硬化层深度是一个指示抗损伤性的有用性能，而且据认为对于某些玻璃用途如飞机透明窗，希望大于约10mil的硬化层深度。本发明的非限定玻璃组合物满足该标准。
[0072]用于测量断裂模量(MOR)的样块为5.4cm×5.4cm×3.0mm厚，而用于测量磨损断裂模量(AMOR)的样块为2.54cm×20.3cm×3mm厚。8至12个用于AMOR的样块在样块主要表面的中心具有使用2cm3的100B Norton Alundum研磨剂或等效的研磨剂以30磅/平方英寸(psi)处理5秒钟磨损出的直径2.54cm的圆。准备相似数目的没有磨损表面的样块进行MOR测试。测量AMOR的测试使用四点简单支撑布置，这包括将样块的主要表面放置在直径6.2mm的间隔为15.2cm的平行圆柱上，并将托板(platform)放置在试样上表面上彼此间隔5.08cm的两个直径6.2mm的平行圆柱上。对于AMOR测试，样块具有磨损部分的表面朝向托板，并且该磨损部分处在支撑托板的圆柱之间。向托板施加不断提高的测量力，直到样块断裂。
[0073]使用同心环设备对MOR样块进行测试。在该测试中，将玻璃样块放在直径2英寸(5.08cm)的支撑环上，然后将直径1英寸(2.54cm)的加载环放在玻璃上以便使两个环同心并使玻璃中心在各环之间。装配之前，检查玻璃上的明显缺陷，并将其标出，然后用胶带将试样粘住以便可以确定断裂源的位置。在罕见的情形中，玻璃在预定裂纹处或高应力区外侧断裂，在这些情形中，不考虑这些数据。
[0074]根据已知的公式，使用样块断裂所需的力和样块的尺寸来计算破坏时的应力。表3中列出了各试样1-7和工业制品A的样块的平均值。未利用该测试测量工业制品A的AMOR。工业制品B的历史数据显示在454℃下分别化学强化4和16小时之后，具有60KPSI和50KPSI的MOR。试样1-7样块的AMOR和MOR值通常高于工业制品A，并且认为即使本发明的化学钢化玻璃不比工业制品A的玻璃强度高，它也是有同等强度的。
[0075]利用测量硬化层深度所用的各试样1-7的样块来测量中心张力。利用测量硬化层深度所用的各试样1-6的样块来测量中心张力。试样7的尺寸为3.0mm厚×4.8mm深×3.8cm长。使用石英锲显微镜获得试样中心处的光延迟来测量中心张力。使用1.84(psi-inch)/mu的应力-光学系数将除以试样深度的光延迟或双折射转换为拉应力。由于玻璃组成的相对类似，对试样1-7使用该系数可以提供的中心张力的很接近的近似值。题为“中心张力(PKSI)(硬化层深度样块)”一栏中列出了所测量的硬化层深度样块的中心张力值。中心张力值在很大程度上依赖于样块的厚度，因为所有样块的表面几乎被相似地压缩，并且施加在中心区域上的玻璃内部的平衡张力可以在厚度方向广泛变化。
[0076]试样1-7和工业制品A的样块的主要表面为0.35英寸×3英寸(8.9mm×7.6cm)或1英寸×8英寸(2.54cm×20cm)，采用上述过程另外测量这些样块的中心张力。表3中列出了测量结果。据认为这些数值提供了较大板中心张力的更精确评估，因为边缘效应发生在试样深度的较小部分中。在405℃下处理16小时的试样1-4的左侧数值是0.35英寸×3英寸表面上的测量结果，而右侧数值是1英寸×8英寸表面上的测量结果。由此可以观察到，对于小深度的试样，报道值低估了较大板中的值。由于试样变得过深和拉应力变大时通过石英锲显微镜观测到的应力分布的图像变差，因此使用小试样。
[0077]中心张力区(CTA)数值提供了玻璃中总应力的度量，并且部分考虑了变化的试样厚度。根据试样的厚度，硬化层深度，和中心张力值计算CTA值，它是估算玻璃厚度上的应力的尝试。因此，将中心张力值乘以(样块厚度减2乘以样块的硬化层深度)以便获得以磅/英寸表示的CTA值。该数据显示试样1-7具有大大高于工业制品A的CTA。
[0078]根据ASTM C-730-98[2003]使用1000克力测量试样1-7的化学钢化样块和非钢化样块的努普硬度和维氏硬度，以确定该试样抵抗表面穿透的能力。表3中“HV 1000”一栏中列出了维氏硬度测试的结果，而“HK 1000”一栏中列出了努普硬度测试的结果。以每平方毫米千克力(kg-f/mm2)给出这些数值。圆括号中的值是无钢化样块的测量结果。由表3可以看出，所有的化学钢化样块均强于无钢化样块。没有得到工业制品A和B的测量结果。
[0079]将试样玻璃块浸入沸腾的0.5wt％硫酸的容器中并将容器盖上，由此测量试样1-4和7的玻璃的化学耐久性。30分钟以后，将玻璃块从酸中移出，冷却，冲洗并干燥。测量玻璃块在放入酸中之前和试样干燥之后的以克计的玻璃块重量和以平方厘米计的玻璃块面积。将玻璃块的重量差除以玻璃块的面积并将所得商除以2以便得到每平方厘米-小时的以克计的损失。下面是以毫克/平方厘米-小时(mg/cm2-hr)表示试样1-4和7的玻璃损失：损失在0.002至0.014mg/cm2-hr的范围内。
试样                        损失
1                           0.013
2                           0.014
3                           0.005
4                           0.002
7                           0.007
[0080]工业制品A的历史数据显示其损失为0.007mg/cm2-hr。使用不同玻璃的先前实验表明约0.02mg/cm2-hr和更小的值适用于暴露玻璃表面的用途。从上面的数据可以得出结论，本发明玻璃的耐酸性与工业制品A的耐酸性相近。工业制品A具有相当耐久的商业使用历史。没有得到工业制品B的历史数据。基于上述讨论的试样1-20的成分和性能配制出表4中列出的试样21-26的组合物。
[0081]表4所列试样21-26的组成是基于上述讨论的试样1-20的成分和性能所配制的假想组成。
表4预测性实施例的玻璃组成
  氧化物                                试样编号
  21   22   23   24   25   26
  SiO2   66.75   66.25   66.75   65.1   64.6   65.25
  Al2O3   22   22   22   22   22   22
  Li2O   6   6.5   6   6   6.5   6
  Na2O   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5
  K2O   0.1   0.1   0.1   0.25   0.25   0.1
  CaO   --   0.5   0.5   0.5
  MgO   1.6   1.6   1.6   1.6   1.6   1.6
  SO3   --   --   --   --   --   --
  Fe2O3   0.05   0.05   0.05   0.05   0.05   0.05
  MnO2   --   --   --   --   --   --
  ZrO2   --   --   1.5   1   1   1.5
  SnO2   0.5   0.5   0.5   0.5   0.5   0.5
  TiO2   --   --   --   0.5   0.5   0.5
  P2O5   1   1   --   --   --   --
  ZnO   0.5   0.5   --   0.5   0.5   --
  B2O3   --   --   --   0.5   0.5   0.5
  Sb2O3   --   --   --   --   --   --
  总量   100   100   100   100   100   100
[0082]表5中列出了由表1，2和4开发出的本发明非限定玻璃组合物的成分以及各成分的重量百分比范围。第一栏列出了由表1，2和4所列试样1-7和11-26的成分开发出的玻璃的成分和重量百分比范围。第二栏列出了由表1，2所列试样1-7和17-20的成分开发出的玻璃的成分和重量百分比范围。第三栏列出了由表2所列试样17-20的成分开发出的玻璃的成分和重量百分比范围，考虑了基于其它试样的成分的操作范围。第四栏列出了由表1所列试样1-7的成分开发出的玻璃的成分和重量百分比范围。第五栏列出了由表4所列试样21-26的成分开发出的玻璃的成分和重量百分比范围。
                                                    表5
成分   第一栏试样1-7和11-26重量百分比   第二栏试样1-7和17-20重量百分比   第三栏试样17-20重量百分比   第四栏试样1-7重量百分比   第五栏试样21-26重量百分比
  SiO2   63.42 to 74.29   63.42 to 69.29   63.42 to 66.29   64.83 to 69.29   64.6 to 66.75
  Al2O3   18.26 to 28.51   21 to 26   24.87 to 26   21 to 23.51   22
  Li2O   4.94 to 7.5   4.94 to 7   5 to 7   4.94 to 6.5   6 to 6.5
  Na2O   0.39 to 2.39   0.39 to 2.39   0.39 to 2.39   0.39 to 2   1.5
  K2O   0.07 to 0.25   0.07 to 0.1   0.07 to 0.1   0.07 to 0.1   0.1 to 0.25
  CaO   0 to 1.27   0 to 1.27   0 to 0.04   0 to 1.27   0 to 0.5
  MgO   0 to 2.6   0 to 2.6   0 to 2.6   0 to 2.49   1.6
  SO3   0 to 0.19   0 to 0.19   0 to 0.09   0 to 0.19   0
  以Fe2O3计的总铁   0.05 to 0.061   0.05 to 0.061   0.05 to 0.061   0.05 to 0.061   0.05
  MnO2   0 to 0.02   0 to 0.02   0 to 0.02   0 to 0.02   0
  ZrO2   0 to 1.5   0 to 1.19   0   0 to 1.19   0 to 1.5
  以SnO2计的总锡   0 to 0.5   0 to 0.5   0   0 to 0.5   0.5
  TiO2   0 to 1.89   0 to 1.89   0 to 0.01   0 to 1.89   0 to 0.5
  P2O5   0 to 1.06   0 to 1.06   0   0 to 1.06   0 to 1
  ZnO   0 to 0.5   0 to 0.5   0   0 to 0.5   0 to 0.5
  B2O3   0 to 2   0 to 2   0 to 2   0 to 1.55   0 to 0.5
  NF(Al2O3+ZrO2)   18.26 to 28.51   21 to 26   24.87 to 26   21 to 23.51   22 to 23.5
  RO(CaO+MgO)   0.04 to 2.64   0.04 to 2.64   0.04 to 2.64   0.04 to 2.54   1.6 to 2.1
  R2O(Na2O+K2O)   0.49 to 2.49   0.49 to 2.49   0.49 to 2.49   0.49 to2.07   1.6 to 1.75
[0083]可以理解的是，认为范围下限为0的成分可以从组合物中省略。此外在本发明的实施中，可以将窄范围或重量百分比单一值扩展到关于该成分所述的任何范围之内或扩展到该范围。举例来说(本发明不限于此)，0.05至0.061范围或0.050wt％的Fe2O3可以被扩展到小于1.25wt％的范围，例如0或残存量至1.25wt％的范围，优选小于1.00wt％，例如0或残存量至1.00wt％的范围，且更优选小于0.50wt％，例如0或残存量至0.50wt％的范围。
[0084]具有上面第五栏所列范围成分，并在100％纯度等级的硝酸钠熔融盐浴中在374℃下加热16至22小时的玻璃，本发明关于该玻璃非限定实施方案包括但不限于，具有至少一种下列性质的玻璃：重量增加的范围是1.4至2.5mg/cm2，硬化层深度的范围是7至13.3mil，AMOR的范围是72至78.6KPSI，MOR的范围是76至106KPSI，中心张力的范围是6.1至10.3KPSI，CTA的范围是554至1033磅/英寸，维氏硬度的范围是600至614kg/mm2，和/或努普硬度的范围是503至526kg/mm2。此外，具有上面第五栏所列范围成分，并在100％纯度等级的硝酸钠熔融盐浴中在405℃下加热16至22小时的玻璃，本发明关于该玻璃非限定实施方案包括但不限于，具有至少一种下列性质的玻璃：重量增加的范围是1.8至2.7mg/cm2，硬化层深度的范围是11.5至17.4mil，AMOR的范围是77至78KPSI，MOR的范围是71至112KPSI，中心张力的范围是6.1至10.3KPSI，CTA的范围是749至1080磅/英寸，维氏硬度的范围是598至606kg/mm2，和/或努普硬度的范围是505至522kg/mm2。上述范围是由表3的数据发展得到。
[0085]本发明的化学强化玻璃可用于制造飞机透明窗。该玻璃可以是层压透明窗或整体透明窗的一部分。本发明考虑对玻璃进行成形，对成形后的玻璃进行化学钢化，使用一片或多片成形玻璃与一片或多片塑料和/或标准的钠钙硅玻璃形成叠层板并为该叠层板安装框架以便提供飞机透明窗并将透明窗的框架固定到飞机机身上。上述工艺在本领域中是众所周知的，从而认为无需进一步的讨论。
[0086]本发明考虑在将该强化玻璃加工成制品如车辆透明窗之前或之后，向该化学强化玻璃的一个或两个主要表面实施涂覆。例如但不对本发明进行限制，制品的外表面可以包含自清洁涂层，如美国专利No.6,027,766中公开和/或由PPG公司以商标SUNCLEAN进行销售的类型的涂层，和/或美国专利No.6,025,025中公开并由PPG公司以商标SURFACE SEAL进行销售的疏水涂层，这里通过引用并入这些专利。此外本发明考虑向本发明玻璃的一个或两个主要表面上实施本领域中所使用的电加热涂层或太阳光控制涂层，例如美国专利5,364,685所公开的类型，这里通过引用并入该专利。
[0087]根据对本发明实施方案的描述，可以清楚本发明不限于所公开的特定实施方案，而是意图包括本发明主旨和范围之内附属权利要求所限定的变型。

Claims (51)

1.包括如下成分的玻璃：
成分      重量百分比
SiO2     60至75；
Al2O3   选自18-29，18-28，19-28.5和20-25；
Li2O     3至9；和
ZrO2     0至3；
其中定义为NF的Al2O3+ZrO2选自18至28wt％，19至27wt％，20至26wt％，18至29wt％，19至28.5wt％和20至26wt％，并且其中该玻璃具有至少一种下列性质：(a)至少1280(694℃)的log10粘度温度和(b)至少2350(1288℃)的液相线温度。
2.根据权利要求1的玻璃，其中该玻璃具有至少一种如下的性质：至少1413(767℃)的log10粘度温度和至少2436(1336℃)的液相线温度。
3.根据权利要求1的玻璃，其中SiO2的重量百分比范围选自62至72wt％和64至72wt％，且Li2O的重量百分比范围选自4至7.5wt％和4.5至7wt％。
4.根据权利要求3的玻璃，其中SiO2的重量百分比范围是64至72wt％，Al2O3的重量百分比范围是20至25wt％，LiO2的重量百分比范围是4.5至7wt％，并且该玻璃具有至少1413(767℃)的log10粘度温度和至少2436(1336℃)的液相线温度。
5.根据权利要求1的玻璃，其中该玻璃包含：
成分                重量百分比
SiO2               63.42-74.29；
Al2O3             18.26-28.51；
Li2O               4.94-7.5；
Na2O               0.39-2.39；
K2O                0.07-0.25；
CaO                  0-1.27；
MgO                  0-2.6；
SO3                 0-0.19；
以Fe2O3计的总铁   0.05-0.061；
MnO2                0-0.02；
ZrO2                0-1.5；
以SnO2计的总锡      0-0.5；
TiO2                0-1.89；
P2O5              0-1.06；
ZnO                  0-0.5；
B2O3               0-2；
NF(Al2O3+ZrO2)   18.26-28.51；
RO(CaO+MgO)          0.04-2.64；和
R2O(Na2O+K2O)    0.49-2.49。
6.根据权利要求5的玻璃，其中该玻璃包含：
成分               重量百分比
SiO2              63.42-69.29；
Al2O3            21-26；
Li2O              4.94-7；
Na2O              0.39-2.39；
K2O               0.07-0.1；
CaO                0-1.27；
MgO                0-2.6；
SO3               0-0.19；
以Fe2O3计的总铁  0.05-0.061；
MnO2              0-0.02；
ZrO2              0-1.19；
以SnO2计的总锡    0-0.5；
TiO2              0-1.89；
P2O5               0-1.06；
ZnO                   0-0.5；
B2O3               0-2；
NF(Al2O3+ZrO2)    21-26；
RO(CaO+MgO)           0.04-2.64；和
R2O(Na2O+K2O)     0.49-2.49；
7.根据权利要求5的玻璃，其中该玻璃包含：
成分                 重量百分比
SiO2                63.42-66.29；
Al2O3              24.87-26；
Li2O                5-7；
Na2O                0.39-2.39；
K2O                 0.07-0.1；
CaO                  0-0.04；
MgO                  0-2.6；
SO3                 0-0.09；
以Fe2O3计的总铁    0.05-0.061；
MnO2                0-0.02；
ZrO2                0；
以SnO2计的总锡      0；
TiO2                0-0.01；
P2O5               0；
ZnO                   0；
B2O3               0-2；
NF(Al2O3+ZrO2)    24.87-26
RO(CaO+MgO)           0.04-2.64；和
R2O(Na2O+K2O)     0.49-2.49。
8.根据权利要求5的玻璃，其中该玻璃包含：
成分               重量百分比
SiO2                64.83-69.29；
Al2O3              21-23.51；
Li2O                4.94-6.5；
Na2O                0.39-2；
K2O                 0.07-0.1；
CaO                  0-1.27；
MgO                  0-2.49；
SO3                 0-0.19；
以Fe2O3计的总铁    0.05-0.061；
MnO2                0-0.02；
ZrO2                0-1.19；
以SnO2计的总锡      0-0.5；
TiO2                0-1.89；
P2O5               0-1.06；
ZnO                   0-0.5；
B2O3               0-1.55；
NF(Al2O3+ZrO2)    21-23.51；
RO(CaO+MgO)           0.04-2.54；和
R2O(Na2O+K2O)     0.49-2.07。
9.根据权利要求8的玻璃，其中该玻璃具有1328(720℃)至1499(815℃)范围内的log10粘度温度；2437(1336℃)至2575(1413℃)范围内的液相线温度，和1544(840℃)至1724(940℃)范围内的log7.6软化点温度。
10.适于化学钢化的玻璃组合物，该玻璃组合物包含：
成分               重量百分比
SiO2              60-75；
Al2O3            18-28；和
Li2O              3-9，
其中定义为NF的Al2O3+ZrO2为18至28wt％，并且其中该玻璃组合物具有至少一种下列性质：(a)至少1413的log10粘度温度和(b)至少2436的液相线温度。
11.根据权利要求10的玻璃组合物，其中该玻璃组合物具有至少1413的log10粘度温度。
12.根据权利要求10的玻璃组合物，其中该玻璃组合物另外包含：
成分                重量百分比
Na2O               0-3；
K2O                0-0.5；
CaO                 0-3；
MgO                 0-3；
SO3                0-0.20；
以Fe2O3计的总铁   0-1.25；
ZrO2               0-3；
以SnO2计的总锡     0-0.70；
TiO2               0-5；
P2O5              0-1.75；
ZnO                 0-1.25；和
B2O3              0-1.75，
其中定义为RO的CaO+MgO是0至6wt％，而定义为R2O的Na2O+K2O是0.05至3.00wt％。
13.根据权利要求10的玻璃组合物，其中该玻璃组合物具有至少2436的液相线温度。
14.根据权利要求13的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含：
成分                重量百分比
SiO2               64-72；
Al2O3             20-25；
Li2O               4.50-7；和
Na2O               0.3-1.50，
其中RO为0至4wt％；NF为20至26wt％，而R2O为0.30-1.50wt％。
15.根据权利要求14的玻璃组合物，其中该玻璃组合物另外包含：
成分                重量百分比
Na2O               0.3-1.50；
K2O                0-0.30；
CaO                 0-1.75；
MgO                 0-2.50；
SO3                0-0.20；
以Fe2O3计的总铁   0-0.50；
ZrO2               0-1.75；
以SnO2计的总锡     0-0.55；
TiO2               0-5；
P2O5              0-1.25；
ZnO                 0-1.75；和
B2O3              0-1.25，
其中RO为0至4wt％；NF为20至26wt％，而R2O为0.30-1.50wt％。
16.根据权利要求10的玻璃组合物，其中该玻璃组合物具有(a)至少1413的log10粘度温度和(b)至少2436的液相线温度。
17.根据权利要求16的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含：
成分                重量百分比
SiO2               62-72；
Al2O3             19-27；
Li2O               4-8；和
Na2O               0.25-2.00。
18.根据权利要求17的玻璃组合物，其中该玻璃组合物另外包含：
成分                重量百分比
K2O                0-0.35；
CaO                 0-2；
MgO                 0-2.75；
SO3                0-0.20；
以Fe2O3计的总铁   0-1.00；
ZrO2               0-2；
以SnO2计的总锡     0-0.60；
TiO2               0-5；
P2O5              0-1.50；
ZnO                 0-1；和
B2O3              0-1.50；
其中RO为0至5wt％；NF为19至27wt％，而R2O为0.10-2.25wt％。
19.根据权利要求10的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含：
成分                重量百分比
SiO2               64.60-69.29；
Al2O3             21.97-23.51；
Li2O               4.94-6.50；
Na2O               0.39-2.00；和
K2O                0.07-0.25；
其中R2O为0.49至2.04wt％。
20.根据权利要求19的玻璃组合物，其中该玻璃组合物另外包含：
成分                重量百分比
CaO                 0.00-1.27；
MgO                 0.00-2.49；
SO3                0.00-0.19；
以Fe2O3计的总铁   0.00-0.50；
MnO2               0.00-0.02；
ZrO2               0.00-1.50；
以SnO2计的总锡     0.00-0.50；
TiO2               0.00-1.89；
P2O5              0.00-1.06；
ZnO                 0.00-0.57；和
B2O3              0.00-1.55；
其中RO为0.04至2.54wt％且NF为22.00至23.51wt％。
21.根据权利要求20的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含：
成分                重量百分比
SiO2               64.83-69.29；
Al2O3             21.97-23.51；
Li2O               4.94-6.50；
Na2O               0.39-2.00；和
K2O                0.07-0.10；
其中R2O为0.49至2.07wt％。
22.根据权利要求21的玻璃组合物，其中该玻璃组合物另外包含：
成分                重量百分比
CaO                 0.00-1.27；
MgO                 0.00-2.49；
SO3                0.00-0.19；
以Fe2O3计的总铁   0.00-0.50；
MnO2               0.00-0.02；
ZrO2               0.00-1.19；
以SnO2计的总锡     0.00-0.50；
TiO2               0.00-1.89；
P2O5              0.00-1.06；
ZnO                 0.00-0.50；和
B2O                30.00-1.55；
其中RO为0.89至2.49wt％且NF为21.00至23.51wt％。
23.根据权利要求21的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含：
成分                重量百分比
SiO2               64.60-66.75；
Al2O3             22.00-23.00；
Li2O               6.00-6.50；
Na2O               1.00-1.50；和
K2O                0.00-0.25；
其中NF为21.00至23.50wt％，而R2O为1.60至1.75wt％。
24.根据权利要求22的玻璃组合物，其中该玻璃组合物另外包含：
成分                重量百分比
CaO                 0.00-0.50；
MgO                 0.00-1.60；
以Fe2O3计的总铁   0.00-0.50；
ZrO2               0.00-1.50；
SnO2计的总锡       0.00-0.50；
TiO2               0.00-0.50；
P2O5              0.00-1.00；
ZnO                 0.00-0.50；
B2O3              0.00-0.50；
其中RO为1.60至2.10wt％。
25.具有硬化层深度和拉应力区的化学钢化玻璃块，其中硬化层深度的定义是从已进行化学钢化的玻璃块表面到玻璃块内部零应力点的距离，拉应力区的定义是玻璃块内部深度大于硬化层深度处的内部玻璃，拉应力区内的玻璃具有如下玻璃组成：
成分            重量百分比
SiO2           60至75；
Al2O3         选自18-29，18-28，19-28.5和20-25；
Li2O           3至9；和
ZrO2           0至3；
其中定义为NF的Al2O3+ZrO2选自18至28wt％，19至27wt％，20至26wt％，18至29wt％，19至28.5wt％和20至26wt％，并且拉应力区中的玻璃具有至少一种下列性质：(a)至少1280(694℃)的log10粘度温度和(b)至少2350(1288℃)的液相线温度。
26.根据权利要求25的玻璃块，其中拉应力区中的玻璃具有1328(720℃)至1499(815℃)范围内的log10粘度；2437(1336℃)至2575(1413℃)范围内的液相线温度，和1544(840℃)至1724(940℃)范围内的log7.6的软化点温度。
27.根据权利要求26的玻璃块，其中该玻璃块具有至少一种下列性质：7至13.3mil范围的硬化层深度，72000至78600磅/平方英寸(KPSI)范围的磨损断裂模量(AMOR)，76至106KPSI范围的断裂模量(MOR)，6.1至10.3KPSI范围的中心张力，554至1033磅/英寸范围的CTA，600至614kg/mm2范围的维氏硬度，和/或503至526kg/mm2范围的努普硬度。
28.根据权利要求27的玻璃块，其中该玻璃块具有至少一种下列性质：11.5至17.4mil范围的硬化层深度，77至78KPSI范围的AMOR，71至112KPSI范围的MOR，6.1至10.3KPSI范围的中心张力，749至1080磅/英寸范围的CTA，598至606kg/mm2范围的维氏硬度，和/或505至522kg/mm2范围的努普硬度。
29.根据权利要求28的玻璃块，其中该玻璃块浸入含有0.50wt％沸腾硫酸的容器中持续30分钟时的重量损失为0.002至0.014mg/cm2-hr。
30.根据权利要求26的玻璃块，其中该玻璃块具有至少一种下列性质：11.5至17.4mil范围的硬化层深度，77至78KPSI范围的AMOR，71至112KPSI范围的MOR，6.1至10.3KPSI范围的中心张力，749至1080磅/英寸范围的CTA，598至606kg/mm2范围的维氏硬度，和/或505至522kg/mm2范围的努普硬度。
31.根据权利要求30的玻璃块，其中该玻璃块浸入含有0.50wt％沸腾硫酸的容器中持续30分钟时的重量损失为0.002至0.014mg/cm2-hr。
32.具有硬化层深度和拉应力区的化学钢化玻璃块，其中硬化层深度的定义是从已进行化学钢化的玻璃块表面到玻璃块内部零应力点的距离，拉应力区的定义是玻璃块内部深度大于硬化层深度处的内部玻璃，拉应力区内的玻璃具有如下玻璃组成：
成分          重量百分比
SiO2         60至75；
Al2O3       18-28；
Li2O         3至9；
其中定义为NF的Al2O3+ZrO2为18至28wt％，并且该玻璃组合物具有至少一种下列性质：(a)至少1413的log10粘度温度和(b)至少2436的液相线温度。
33.根据权利要求32的玻璃块，其中硬化层深度内的玻璃的锂浓度低于拉应力区内的玻璃。
34.根据权利要求32的玻璃块，其中该玻璃块具有7至16.5mil范围的硬化层深度。
35.根据权利要求32的玻璃块，其中该玻璃组合物包含：
成分                重量百分比
SiO2               64.83-69.29；
Al2O3             21.97-23.51；
Li2O               4.94-6.50；
Na2O               0.39-2.00；和
K2O                0.07-0.10；
其中R2O为0.49至2.07wt％。
36.根据权利要求35的玻璃块，其中硬化层深度的范围是7至16.5mil。
37.根据权利要求35的玻璃块，其中该玻璃块具有5700至14900磅/平方英寸的中心张力。
38.根据权利要求35的玻璃块，其中该玻璃块具有6500至11000磅/平方英寸的中心张力。
39.根据权利要求35的玻璃块，其中该玻璃块具有632至979磅/英寸的中心张力区。
40.根据权利要求35的玻璃块，其中该玻璃块具有700至1080磅/英寸的中心张力区。
41.根据权利要求35的玻璃块，其中该玻璃块具有71000至112000磅/平方英寸的断裂模量。
42.根据权利要求35的玻璃块，其中该玻璃块具有67000至78000磅/平方英寸的磨损断裂模量。
43.根据权利要求35的玻璃块，其中该玻璃块的外表面测得的HV1000是586至614kg/mm2。
44.根据权利要求35的玻璃块，其中该玻璃块的外表面测得的HK1000是503至529kg/mm2。
45.根据权利要求35的玻璃块，该玻璃块具有586至614kg/mm2范围HV1000。
46.根据权利要求35的玻璃块，该玻璃块具有503至529kg/mm2范围HK1000。
47.飞机透明窗，包括：
安装框架；
固定在该安装框架上的透明件，该透明件包括至少一片化学钢化玻璃板，该化学钢化玻璃板具有硬化层深度和拉应力区，其中硬化层深度的定义是从已化学钢化的玻璃板表面沿该表面法线方向到玻璃板内部应力为零的该线上一点的距离，拉应力区的定义是玻璃板内部深度大于硬化层深度处的内部玻璃，拉应力区内的玻璃具有如下玻璃组成：
成分          重量百分比
SiO           260至75；
Al2O3       选自18-29，18-28，19-28.5和20-25；
Li2O         3至9；和
ZrO2         0至3；
其中定义为NF的Al2O3+ZrO2选自18至28wt％，19至27wt％，20至26wt％，18至29wt％，19至28.5wt％和20至26wt％，并且其中该拉应力区内的玻璃具有至少一种下列性质：(a)至少1280(694℃)的log10粘度温度和(b)至少2350(1288℃)的液相线温度。
48.飞机透明窗，包括：
安装框架；
固定在该安装框架上的透明件，该透明件包括至少一片化学钢化玻璃板，该化学钢化玻璃板具有硬化层深度和拉应力区，其中硬化层深度的定义是从已化学钢化的玻璃板表面沿该表面法线方向到玻璃板内部应力为零的该线上一点的距离，拉应力区的定义是玻璃板内部深度大于硬化层深度处的内部玻璃，拉应力区内的玻璃具有如下玻璃组成：
成分                重量百分比
SiO2               60至75；
Al2O3             18-28；
Li2O               3至9；和
其中Al2O3+ZrO2为18至28wt％，且其中拉应力区内的玻璃具有至少1413的log10粘度温度和至少2436的液相线温度。
49.化学强化玻璃块的方法，该方法包括如下步骤：
提供具有预定形状和厚度的玻璃块，并且该玻璃块具有如下组成：
成分                重量百分比
SiO2               60-75；
Al2O3             18-28；
Li2O               3-9；
Na2O               0-3；
K2O                0-0.5；
CaO                 0-3；
MgO                 0-3；
SO3                0-0.20；
以Fe2O3计的总铁   0-1.25；
ZrO2               0-3；
以SnO2计的总锡     0-0.70；
TiO2               0-5；
P2O5              0-1.75；
ZnO                 0-1.25；和
B2O3              0-1.75；
其中CaO+MgO是0至6wt％，Al2O3+ZrO2是18至28wt％，且Na2O+K2O是0.05至3.00wt％，其中该玻璃块具有至少1413的log10粘度温度和至少2435的液相线温度，
将该玻璃块浸入加热到高于300的熔融硝酸钠盐浴中至少8小时，以便向玻璃块提供7至16.5mil的硬化层深度，和
将玻璃块从盐浴中移出。
50.根据权利要求49的方法，其中该玻璃块是成形玻璃块。
51.根据权利要求49的方法，其中该玻璃块具有至少一种下列性能：
玻璃块拉应力区内的玻璃具有高于该玻璃块压缩区内玻璃的锂浓度；
该玻璃块具有7至16.5mil(0.17至0.419毫米)的硬化层深度；
玻璃块内的中心张力是5700至14900磅/平方英寸(39至103兆帕(MPa))；
该玻璃具有632至1390磅/英寸(113至248kg/cm)的CTA；
该玻璃块具有76000至120000磅/平方英寸(524至827MPa)的断裂模量；
该玻璃块具有67000至89000磅/平方英寸(462至614MPa)的磨损断裂模量；
该玻璃块具有586至614千克力/平方毫米的HV(维氏硬度)1000；和
该玻璃块具有503至529千克力/平方毫米的HK(努普硬度)1000。
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