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TW201920027A - 具有高破裂韌性之透明可離子交換的矽酸鹽玻璃 - Google Patents

具有高破裂韌性之透明可離子交換的矽酸鹽玻璃 Download PDF

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TW201920027A
TW201920027A TW107133129A TW107133129A TW201920027A TW 201920027 A TW201920027 A TW 201920027A TW 107133129 A TW107133129 A TW 107133129A TW 107133129 A TW107133129 A TW 107133129A TW 201920027 A TW201920027 A TW 201920027A
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glass
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TW107133129A
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羅建
約翰可里斯多福 馬羅
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美商康寧公司
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Abstract

本文提供玻璃系物件，包括範圍從約20 mol%至約80 mol%的SiO2；範圍從約2 mol%至約60 mol%的Al2O3；MgO；Li2O；大於或等於約3 mol%量的La2O3；鹼金屬氧化物(R2O)的總和大於或等於約6 mol%；及MgO與Al2O3的總和大於或等於約28 mol%，其中此玻璃系物件不含BeO。

Description

具有高破裂韌性之透明可離子交換的矽酸鹽玻璃
本申請案依據專利法申請2017年9月21日提出之美國臨時申請案第62/561399號之優先權權益，其全部內容在此被依賴並併入本文。
本發明大體上關於新穎的玻璃系物件。
玻璃為脆性材料，其有時會在使用時破裂。商用玻璃的破裂韌性通常接近於或低於0.8 MPa*m0.5 。有著持續需求獲得帶有高破裂韌性的玻璃(諸如，透明玻璃)，以改善抗破壞性及/或掉落表現。
在各種具體例中，本發明提供玻璃系物件，包含從約20 mol%至約80 mol%範圍中的SiO2 ；從約2 mol%至約60 mol%範圍中的Al2 O3 ；MgO；Li2 O；大於或等於約3 mol%的量之La2 O3 ；鹼金屬氧化物(R2 O)的總和大於或等於約6 mol%；及MgO與Al2 O3 的總和大於或等於約28 mol%，其中此玻璃系物件不含BeO。
定義
諸如「包括(include)」、「包括(including)」、「含有(contain)」、「含有(containing)」及類似物的開放用語意味著「包含(comprising)」。這些開放端點轉接語用於引進元件、方法步驟或類似物的開放端點列表，其不排除額外、未提及的元件或方法步驟。理解到無論在哪裡以語言「包含(comprising)」而說明的具體例，也提供了以「由…組成(consisting of)」及/或「基本上由…組成(consisting essentially of)」而說明的其他類似具體例。
轉接語「由…組成(consisting of)」及其變化排除除了通常地與其相關的雜質之外的未提及的任何元件、步驟或成分。
轉接語「基本上由…組成(consists essentially of)」或諸如「基本上由…組成(consist essentially of)」或「基本上由…組成(consisting essentially of)」的變化排除除了那些不會實質上改變明確指明的方法、結構或組成的基本或新穎性質之外的未提及的任何元件、步驟或成分。
又，在本發明的元件或組分之前的不定冠詞「一(a)」及「一(an)」意為非約束關於實例的數量，即，元件或組分的出現。因此，「一(a)」及「一(an)」應解讀為包括一個或至少一個，且元件或組分的單數字詞形式也包括複數形式，除非此數字明顯地意味為單一個。
在此使用時，修飾關於發明的一數值之用語「約」意指可發生數值數量的變動，例如，經由例行試驗及處理；經由此試驗與處理中的不經意的錯誤；經由製造、來源、或使用在本發明中的成分的純度的差異；及類似物。無論是否以用語「約」來修飾，申請專利範圍包括敘明數值的等效物。在一具體例中，用語「約」意指在記述的數值的10%之內。
使用在此的用語「發明」或「本發明」為非限制用語且不應被當作特定發明之任何單一具體例，但涵蓋本申請案中所述的所有可能的具體例。
在此使用時，用語「玻璃系物件(glass based article)」及「多個玻璃系物件(glass based articles)」被使用為其最寬廣的意義以包括完全地或部分地由玻璃所製成的任何物體並包括玻璃陶瓷。在此使用時，玻璃陶瓷具有一非晶相及一或多個結晶相。
每當一群組被描述為包含元件的一群組之至少一者及其組合時，理解到此群組可包含、基本上由、或由所提及的任意數目之這些元件所組成，彼此為獨立的或結合的。類似地，每當一群組被描述為由元件的一群組之至少一者或其組合所組成時，理解到此群組可由所提及的任意數目的這些元件所組成，彼此為獨立的或結合的。除非另外指明，當提及一數值範圍，其包括此範圍的上限與下限值兩者及其間的任何子範圍。除非另外指明，包括本文所述的組成之成分的所有組成與關係以金屬氧化物為基礎表示成莫耳百分率(mol%)。
玻璃組成
在各種具體例中，本發明提供包括La2 O3 之玻璃系物件。在某些具體例中，玻璃系物件包含SiO2 、Al2 O3 、La2 O3 、MgO、Li2 O，而不含BeO。在某些具體例中，玻璃系物件由或基本上由SiO2 、Al2 O3 、La2 O3 、MgO、Li2 O所組成。
本文所述的玻璃系物件可包括各種數量的二氧化矽或SiO2 。然而不願受到理論束縛，相信SiO2 為主要的玻璃形成氧化物，其形成玻璃的網路骨幹。純SiO2 不相容於大部分的製造處理，由於其極高的熔化溫度。因為純SiO2 或高SiO2 玻璃的黏度在熔化區域中過高，會出現諸如澄清氣泡的缺陷，且耐火物的腐蝕與鉑的劣化會變得太極端而不允許在連續處理中的長期製造。再者，隨著二氧化矽濃度增加，由於方矽石(cristobalite；一種SiO2 的同質異形體，其在連續處理中為不期望的脫玻相)之增加的穩定性，會增加液相溫度。然而，需要最小程度的SiO2 以確保良好的化學耐久性及與使用在製造中的耐火材料的相容性。本領域的熟習技藝者依據本發明能調整SiO2 的含量。
在本發明的玻璃系物件中，SiO2 的濃度可在約20 mol%至約80 mol%範圍中(例如，約25 mol%、約30 mol%、約35 mol%、約40 mol%、約45 mol%、約50 mol%、約55 mol%、約60 mol%、約65 mol%、約70 mol%、約75 mol%、約80 mol%、或指明值之間的任何範圍)。例如，在某些具體例中，SiO2 的濃度範圍從約20 mol%至約75 mol%、約20 mol%至約70 mol%、約20 mol%至約65 mol%、約20 mol%至約60 mol%、約25 mol%至約80 mol%、約25 mol%至約75 mol%、約25 mol%至約70 mol%、約25 mol%至約65 mol%、約25 mol%至約60 mol%、約30 mol%至約80 mol%、約30 mol%至約75 mol%、約30 mol%至約70 mol%、約30 mol%至約65 mol%、約30 mol%至約60 mol%、約35 mol%至約80 mol%、約35 mol%至約75 mol%、約35 mol%至約70 mol%、約35 mol%至約65 mol%、約35 mol%至約60 mol%、約40 mol%至約80 mol%、約40 mol%至約75 mol%、約40 mol%至約70 mol%、約40 mol%至約65 mol%、約40 mol%至約60 mol%、約45 mol%至約80 mol%、約45 mol%至約75 mol%、約45 mol%至約70 mol%、約45 mol%至約65 mol%、約45 mol%至約60 mol%、約50 mol%至約80 mol%、約50 mol%至約75 mol%、約50 mol%至約70 mol%、約50 mol%至約65 mol%、約50 mol%至約60 mol%、約60 mol%至約80 mol%、約70 mol%至約80 mol%，或上述範圍之間的所有範圍與子範圍。
本文所述的玻璃系物件通常包括氧化鋁或Al2 O3 。然而不願受到理論束縛，相信Al2 O3 也可做為玻璃形成物。如同SiO2 ，Al2 O3 也可貢獻剛性於玻璃網路，由於其之四面體配位。類似地，相對於其他玻璃改質劑氧化物之Al2 O3 的含量增加通常造成降低的密度、降低的熱膨脹係數、及改善的耐久性。然而，Al2 O3 的濃度不能過高。例如，當濃度過高時，Al2 O3 會促進鋯石耐火材料的分解，其會造成氧化鋯缺陷的融合線，且會造成對於3D玻璃形成之不利的高軟化點。因此，調整Al2 O3 的含量以平衡這些各種性質。
在本發明的玻璃系物件中，Al2 O3 的濃度可在從約2 mol%至約60 mol%範圍(例如，約1 mol%、約2 mol%、約3 mol%、約4 mol%、約5 mol%、約6 mol%、約7 mol%、約8 mol%、約9 mol%、約10 mol%、約11 mol%、約12 mol%、約13 mol%、約14 mol%、約15 mol%、約20 mol%、約25 mol%、約30 mol%、約35 mol%、約40 mol%、約45 mol%、約50 mol%、約60 mol%、或指明值之間的任何範圍)。例如，在某些具體例中，Al2 O3 的濃度範圍從約2 mol% 至約55 mol%、約2 mol%至約50 mol%、約2 mol% 至約45 mol%、約2 mol%至約40 mol%、約2 mol% 至約35 mol%、約2 mol%至約30 mol%、約2 mol% 至約25 mol%、約2 mol%至約20 mol%、約2 mol% 至約15 mol%、約2 mol%至約10 mol%、約4 mol% 至約60 mol%、約4 mol%至約55 mol%、約4 mol% 至約50 mol%、約4 mol%至約45 mol%、約4 mol% 至約40 mol%、約4 mol%至約35 mol%、約4 mol% 至約30 mol%、約4 mol%至約25 mol%、約4 mol% 至約20 mol%、約4 mol%至約15 mol%、約4 mol% 至約10 mol%、約8 mol%至約60 mol%、約8 mol% 至約55 mol%、約8 mol%至約50 mol%、約8 mol% 至約45 mol%、約8 mol%至約40 mol%、約8 mol% 至約35 mol%、約8 mol%至約30 mol%、約8 mol% 至約25 mol%、約8 mol%至約20 mol%、約8 mol% 至約15 mol%、約10 mol%至約60 mol%、約10 mol% 至約 55 mol%、約10 mol% 至約50 mol%、約10 mol% 至約45 mol%、約10 mol%至約40 mol%、約10 mol% 至約35 mol%、約10 mol%至約30 mol%、約10 mol% 至約25 mol%、約10 mol%至約20 mol%、約10 mol% 至約15 mol%、約15 mol%至約60 mol%、約15 mol% 至約55 mol%、約15 mol%至約50 mol%、約15 mol% 至約45 mol%、約15 mol%至約40 mol%、約15 mol% 至約35 mol%、約15 mol%至約30 mol%、約15 mol% 至約25 mol%、約15 mol%至約20 mol%、約20 mol% 至約60 mol%、約20 mol%至約55 mol%、約20 mol% 至約50 mol%、約20 mol%至約45 mol%、約20 mol% 至約40 mol%、約20 mol%至約35 mol%、約20 mol% 至約30 mol%、約20 mol%至約25 mol%、或上述範圍之間的所有範圍與子範圍。
在某些具體例中，本文所述的玻璃系物件包含氧化鑭或La2 O3 。然而不願受到理論束縛，相信La2 O3 對於增加鍵結強度與減少角度約束(angular constraint)是重要的。然而過高的La2 O3 濃度會增加熔化溫度並使得組成物不相容於大部分的製造處理且會促進結晶化。在本發明的玻璃系物件中，La2 O3 的濃度可大於或等於約3 mol%、約4 mol%、約5 mol%、約6 mol%、約7 mol%、約8 mol%、約9 mol%、約10 mol%、約11 mol%、約12 mol%、約13 mol%、約14 mol%、約15 mol%、約16 mol%、約17 mol%、約18 mol%、或指明值之間的所有範圍。在某些具體例中，La2 O3 的濃度範圍從約3 mol%至約18 mol%、約3 mol%至約15 mol%、約3 mol%至約10 mol%、約5 mol%至約18 mol%、約5 mol%至約15 mol%、約5 mol%至約10 mol%、約10 mol%至約18 mol%、約10 mol%至約15 mol%，或上述範圍之間的所有範圍與子範圍。
在某些具體例中，本文所述的玻璃系物件包含氧化鎂或MgO。然而不願受到理論束縛，相信MgO具有高場強度，其增加玻璃系物件的楊氏模數。然而過高的MgO濃度會促進結晶化。在本發明的玻璃系物件中，MgO的濃度範圍從約1 mol%至約42 mol%(例如，約1 mol%、約2 mol%、約3 mol%、約4 mol%、約5 mol%、約6 mol%、約7 mol%、約8 mol%、約9 mol%、約10 mol%、約15 mol%、約20 mol%、約25 mol%、約30 mol%、約32 mol%、約35 mol%、約37 mol%、約40 mol%、約42 mol%、或指明值之間的任何範圍)。在某些具體例中， MgO的濃度範圍從約1 mol%至約42 mol%、約1 mol%至約40 mol%、約1 mol%至約37 mol%、約1 mol%至約35 mol%、約1 mol%至約32 mol%、約1 mol%至約30 mol%、約1 mol%至約25 mol%、約1 mol%至約20 mol%、約1 mol%至約15 mol%、約1 mol%至約10 mol%、約2 mol%至約42 mol%、約2 mol%至約40 mol%、約2 mol%至約37 mol%、約2 mol%至約35 mol%、約2 mol%至約32 mol%、約2 mol%至約30 mol%、約2 mol%至約25 mol%、約2 mol%至約20 mol%、約2 mol%至約15 mol%、約2 mol%至約10 mol%、約3 mol%至約42 mol%、約3 mol%至約40 mol%、約3 mol%至約37 mol%、約3 mol%至約35 mol%、約3 mol%至約32 mol%、約3 mol%至約30 mol%、約3 mol%至約25 mol%、約3 mol%至約20 mol%、約3 mol%至約15 mol%、約3 mol%至約10 mol%、約5 mol%至約42 mol%、約5 mol%至約40 mol%、約5 mol%至約37 mol%、約5 mol%至約35 mol%、約5 mol%至約32 mol%、約5 mol%至約30 mol%、約5 mol%至約25 mol%、約5 mol%至約20 mol%、約5 mol%至約15 mol%、約5 mol%至約10 mol%、約10 mol%至約42 mol%、約10 mol%至約40 mol%、約10 mol%至約37 mol%、約10 mol%至約35 mol%、約10 mol%至約32 mol%、約10 mol%至約30 mol%、約10 mol%至約25 mol%、約10 mol%至約20 mol%、約10 mol%至約15 mol%、或上述範圍之間的任何範圍與子範圍。
在某些具體例中，本文所述的玻璃系物件包含一或多個鹼金屬氧化物或R2 O，其中R是鹼金屬，諸如鋰、鈉、鉀、銣、或銫。在某些具體例中，玻璃系物件包含Li2 O、Na2 O、K2 O、Rb2 O、或CS2 O的一者或多者、 Li2 O、Na2 O、K2 O、Rb2 O、或CS2 O的兩者或多者、Li2 O、Na2 O、K2 O、Rb2 O、或CS2 O的三者或多者、或Li2 O、Na2 O、K2 O、Rb2 O、或CS2 O的四者或多者。因此在某些具體例中，玻璃系物件可包含僅Li2 O、僅Na2 O、或僅K2 O。在其他具體例中，玻璃系物件可包含僅Li2 O及Na2 O、僅Li2 O及K2 O、或僅K2 O及Na2 O。鹼金屬氧化物容許玻璃系物件被離子交換以化學強化玻璃系物件。具有諸如鋰或鈉之帶有小離子半徑的鹼金屬之鹼金屬氧化物也具有高場強度，其增加玻璃系物件的楊氏模數。然而過高的鹼金屬氧化物濃度會增加結晶化的傾向。在本發明的玻璃系物件中，鹼金屬氧化物的總和之濃度可大於或等於約5 mol%、約6 mol%、約7 mol%、約8 mol%、約9 mol%、約10 mol%、約11 mol%、約12 mol%、約13 mol%、約14 mol%、約15 mol%、約16 mol%、約17 mol%、約18 mol%、約19 mol%、約20 mol%或指明值之間的任何範圍。 在某些具體例中，鹼金屬氧化物的總和之濃度可在範圍從約6 mol%至約20 mol%、約6 mol%至約18 mol%、約6 mol%至約15 mol%、約6 mol%至約12 mol%、約6 mol%至約10 mol%、約8 mol%至約20 mol%、約8 mol%至約18 mol%、約8 mol%至約15 mol%、約8 mol%至約12 mol%、約8 mol%至約10 mol%、約10 mol%至約20 mol%、約10 mol%至約18 mol%、約10 mol%至約15 mol%、約10 mol%至約12 mol%、或上述範圍之間的任何範圍與子範圍。
在某些具體例中，個別的鹼金屬氧化物可具有濃度在範圍從約4 mol%至約18 mol%、約4 mol%至約15 mol%、約4 mol%至約12 mol%、約4 mol%至約10 mol%、約5 mol%至約18 mol%、約5 mol%至約15 mol%、約5 mol%至約12 mol%、約5 mol%至約10 mol%、6 mol%至約20 mol%、約6 mol%至約18 mol%、約6 mol%至約15 mol%、約6 mol%至約12 mol%、約6 mol%至約10 mol%、約8 mol%至約20 mol%、約8 mol%至約18 mol%、約8 mol%至約15 mol%、約8 mol%至約12 mol%、約8 mol%至約10 mol%、約10 mol%至約20 mol%、約10 mol%至約18 mol%、約10 mol%至約15 mol%、約10 mol%至約12 mol%、或上述範圍之間的任何範圍與子範圍。
在某些具體例中，MgO及Al2 O3 的濃度總和可大於約28 mol%、約29 mol%、約30 mol%、約31 mol%、約32 mol%、約33 mol%、約34 mol%、約35 mol%, 約36 mol%、約37 mol%、約38 mol%、約39 mol%、約40 mol%、約41 mol%、約42 mol%、或約43 mol%。在某些具體例中，MgO及Al2 O3 的濃度總和可在範圍從大於約28 mol%至約43 mol%、大於約28 mol%至約41 mol%、大於約28 mol%至約37 mol%、大於約28 mol%至約35 mol%、大於約28 mol%至約33 mol%、大於約28 mol%至約30 mol%、大於約30 mol%至約43 mol%、約30 mol%至約41 mol%、約30 mol%至約37 mol%、約30 mol%至約35 mol%、約30 mol%至約33 mol%、大於約33 mol%至約43 mol%、約33 mol%至約41 mol%、約33 mol%至約37 mol%、約33 mol%至約35 mol%、大於約35 mol%至約43 mol%、約35 mol%至約41 mol%、約35 mol%至約37 mol%、或上述範圍之間的任何範圍與子範圍。
在某些具體例中，玻璃系物件不含BeO、As2 O3 、Sb2 O3 的一者或多者。在此使用時，用語「不含(free of)」意指此成分並非被添加做為批料材料的成分，儘管此成分可以非常小量存在於最終玻璃系物件中做為汙染物，諸如小於0.1 mol%。
玻璃系物件的性質
在某些具體例中，本文所述的玻璃系物件可具有下列性質的一或多者。例如，在各種具體例中，玻璃系物件展現高破裂韌性。在某些具體例中，玻璃系物件展現高楊氏模數值，其可造成高硬度。在某些具體例中，玻璃系物件展現低應力光學係數(SOC)。在本文所述的任意具體例中，玻璃系物件在可見光譜中可為實質上透明。
剪變與劈裂的競爭操縱材料的延性/脆性行為。在裂痕頂端處，若需要用以剪變的能量或應力低於用於劈裂的能量或應力，裂痕頂端將藉由剪變而鈍化且材料將展現延性或高破裂韌性。在原子級別處，玻璃的脆性/延性行為可藉由玻璃網路中鍵結強度與角度約束之間的競爭而操縱。在鍵結強度中的相對增加或角度約束中的相對降低會藉由防止劈裂或促進剪變形變而增加延性。
然而不願受到理論束縛，相信本文所述的玻璃系物件透過鑭的存在可達到高破裂韌性，鑭強力地鍵結於氧且同時減少角度約束。
在各種具體例中，本發明提供以高破裂韌性為特徵的玻璃系物件。例如，在本文所述的任意具體例中，玻璃系物件可具有破裂韌性值為至少0.8 MPa*m0.5 (例如，至少0.85 MPa*m0.5 、至少0.9 MPa*m0.5 、至少0.95 MPa*m0.5 、至少1 MPa*m0.5 )。在某些具體例中，玻璃系物件可具有破裂韌性值為約0.8 MPa*m0.5 、約0.85 MPa*m0.5 、約0.9 MPa*m0.5 、約0.95 MPa*m0.5 、約1 MPa*m0.5 、約1.1 MPa*m0.5 、約1.2 MPa*m0.5 、約1.3 MPa*m0.5 、或指明值之間的任何範圍與子範圍。例如，在某些具體例中，玻璃系物件可具有破裂韌性值在範圍從約0.8 MPa*m0.5 至約1.3 MPa*m0.5 、約0.8 MPa*m0.5 至約1 MPa*m0.5 、約0.85 MPa*m0.5 至約1.3 MPa*m0.5 、約0.85 MPa*m0.5 至約1 MPa*m0.5 、約0.9 MPa*m0.5 至約1.3 MPa*m0.5 、約0.9 MPa*m0.5 至約1 MPa*m0.5 、約0.95 MPa*m0.5 至約1.3 MPa*m0.5 、約0.95 MPa*m0.5 至約1 MPa*m0.5 、或上述範圍之間的任何範圍與子範圍。本發明提及的破裂韌性值(K1C )指稱藉由V型凹槽短棒(chevron notched short bar；CNSB)方法而量測的值，此方法揭示在Reddy, K.P.R.等人之「Fracture Toughness Measurement of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-Notched Specimens」，J. Am. Ceram. Soc., 71 [6], C-310-C-313 (1988)中，除了Y*m 是使用Bubsey, R.T.等人之「Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacement and Stress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on Experimental Compliance Measurements」，NASA Technical Memorandum 83796, pp. 1-30 (1992年10月)中的方程式5所計算的。
在某些具體例中，本發明也提供以高楊氏模數值為特徵的玻璃系物件。如本領域的熟習技藝者所理解的，楊氏模數值可反映玻璃系物件的硬度。在本文所述的任意具體例中，玻璃系物件可具有楊氏模數值為至少90 GPa(例如，至少95 GPa；至少100 GPa；至少105 GPa；至少110 GPa；至少120 GPa；至少130 GPa；或至少140 GPa)。例如，玻璃系物件可具有楊氏模數值為約90 GPa；約95 GPa；約100 GPa；約105 GPa；約110 GPa；約120 GPa、約130 GPa、約140 GPa、或指明值之間的任何範圍與子範圍。在某些具體例中，玻璃系物件具有楊氏模數值在範圍從約90 GPa至約140 GPa、約90 GPa至約135 GPa、約90 GPa至約130 GPa、約90 GPa至約125 GPa、約90 GPa至約120 GPa、約90 GPa至約115 GPa、約90 GPa至約110 GPa、約95 GPa至約140 GPa、約95 GPa至約135 GPa、約95 GPa至約130 GPa、約95 GPa至約125 GPa、約95 GPa至約120 GPa、約95 GPa至約115 GPa、約95 GPa至約110 GPa、約100 GPa至約140 GPa、約100 GPa至約135 GPa、約100 GPa至約130 GPa、約100 GPa至約125 GPa、約100 GPa至約120 GPa、約100 GPa至約115 GPa、約100 GPa至約110 GPa、約105 GPa至約140 GPa、約105 GPa至約135 GPa、約105 GPa至約130 GPa、約105 GPa至約125 GPa、約105 GPa至約120 GPa、約105 GPa至約115 GPa、約105 GPa至約110 GPa、約110 GPa至約140 GPa、約110 GPa至約135 GPa、約110 GPa至約130 GPa、約110 GPa至約125 GPa、約110 GPa至約120 GPa、約110 GPa至約115 GPa、或上述範圍之間的任何範圍與子範圍。本發明中提及的楊氏模數值指稱藉由說明在ASTM E2001-13，標題為「Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts.」中的一般型之共振超音波頻譜(resonant ultrasonic spectroscopy)技術所量測的值(換算成GPa)。
在各種具體例中，本發明也提供以低應力光學係數(SOC)為特徵的玻璃系物件。如本領域的熟習技藝者所理解的，SOC係關於玻璃的雙折射率。在本文所述的任意具體例中，玻璃系物件可具有SOC為不大於3布魯斯特(Brewster)(例如，不大於2布魯斯特、不大於1.5布魯斯特、或不大於1布魯斯特)。在某些具體例中，玻璃系物件具有SOC為約1.3布魯斯特、約1.5布魯斯特、約1.7布魯斯特、約1.9布魯斯特、約2布魯斯特、或指明值之間的任何範圍。在某些具體例中，玻璃系物件具有SOC為約1.3布魯斯特至約2布魯斯特。SOC值可如說明在ASTM標準C770-16，標題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」之步驟C(玻璃碟片方法)而量測。
本文所述的玻璃系物件可以破裂韌性、楊氏模數、及應力光學係數中的多於一種性質為特徵。例如，在某些具體例中，本文所述的玻璃系物件可以(i)至少0.8 MPa*m0.5 的破裂韌性；(ii)至少90 GPa的楊氏模數值；及/或(iii)不大於3布魯斯特的應力光學係數(SOC)為特徵。在本文所述的任意具體例中，玻璃系物件為實質上透明。
裝置
本文所述的玻璃系物件可具有各種應用，例如，期望高破裂韌性的應用。本領域的熟習技藝者將理解到本文所述的玻璃系物件可採取各種形狀、厚度、等等，根據其之特定應用。
例如，本文所述的玻璃系物件可被併入另一物件中，諸如帶有顯示器(或顯示器物件)的物件(例如，消費者電子設備，包括行動電話、平板、電腦、筆記型電腦、導航系統、及類似物)、建築物件、運輸物件(例如，汽車、火車、飛行器、海船艇、等等)、電器物件、或需求某些透明性、抗刮性、抗磨性或前述性質之組合的任何物件。併入本文所述的任意玻璃系物件的一種範例物件顯示在圖1A與1B中。具體地，圖1A與1B顯示消費者電子裝置100 ，包括具有正面104 、背面106 與側面108 的外殼102 ；電子部件(未示出)至少部分地或完全地在外殼內且至少包括控制器、記憶體、及在外殼的正面處或鄰近於外殼的正面之顯示器110 ；及在外殼的正面處或上方的蓋基板112 ，使得其在顯示器上方。在某些具體例中，至少一部分的外殼102 或蓋基板112 可包括本文所述的任意玻璃系物件。
實例
下列的實例進一步闡明本發明的優點與特徵且絕不意於限制本發明。
由於個別成分的總和合計為或非常接近於大約100，記述值實際上可視為代表mole%。實際的批料成分可包含任何材料，氧化物或其他化合物，其當與其他批料成分一同熔化時，會轉變成適當比例的期望氧化物。
具有列在表I中的組成之玻璃被製備，且列在表I中的各種性質被量測。成分以氧化物為基礎呈現為mol%。 表 I. 接續 實驗中製造的實例玻璃 表 I. 接續 實驗中製造的實例玻璃 表 I. 接續 實驗中製造的實例玻璃 表 I. 接續 實驗中製造的實例玻璃
對於列在表I中樣品1-35，含有個別氧化物的每一者之原始材料被混合與熔化以得到各自組成物。經由標準物理/化學方法得到組成物及物理性質，並如下所述。
列舉在表I中的玻璃性質以根據玻璃領域中的習知技術而測定。因此，在溫度範圍0-300°C之線性熱膨脹係數(CTE)表示為ppm/K的形式且由ASTM基準E228-11之纖維伸長技術而測定。使用ASTM C693-93(2013)之浮力方法測定密度。使用說明在ASTM E2001-13中的一般型共振超音波頻譜技術測定楊氏模數值(以GPa形式)、剪切模數值(以GPa形式)、及帕松比。使用ASTM C598-93(2013)的樑彎曲黏性(beam bending viscosity)方法測定退火點與應變點。使用ASTM C338-93(2013)之平行板黏性(parallel plate viscosity)方法測定軟化點。應力光學係數(SOC)值可藉由ASTM標準C770-16之步驟C (玻璃碟片方法)而量測。使用上述方法測定破裂韌性(K1C [MPa*m0.5 ])。
在態樣(1)中，玻璃系物件包含： 從約20 mol%至約80 mol%的範圍中的SiO2 ；從約2 mol%至約60 mol%的範圍中的Al2 O3 ；MgO；Li2 O；大於或等於約3 mol%的量之La2 O3 ；鹼金屬氧化物(R2 O)的總和大於或等於約6 mol%；及 MgO與Al2 O3 的總和大於或等於約28 mol%，其中玻璃系物件不含BeO。
根據態樣(1)的態樣(2)，其中(i)破裂韌性為至少0.8 MPa*m0.5 ；(ii)楊氏模數值為至少90 Gpa；及/或(iii)應力光學係數(SOC)不大於3布魯斯特。
根據前述任一態樣的態樣(3)，其中La2 O3 在從約3 mol%至約18 mol%的範圍中。
根據前述任一態樣的態樣(4)，其中La2 O3 在從約5 mol%至約15 mol%的範圍中。
根據前述任一態樣的態樣(5)，其中MgO在從約1 mol%至約42 mol%的範圍中。
根據前述任一態樣的態樣(6)，其中MgO在從約2 mol%至約37 mol%的範圍中。
根據前述任一態樣的態樣(7)，其中MgO在從約3 mol%至約32 mol%的範圍中。
根據前述任一態樣的態樣(8)，其中R2 O的總和在從約6 mol%至約15 mol%的範圍中。
根據前述任一態樣的態樣(9)，包含： 在約1 mol%至約42 mol%的範圍中的MgO；在約3 mol%至約18 mol%的範圍中的La2 O3 ；及 R2 O的總和在約6 mol%至約15 mol%的範圍中。
根據前述任一態樣的態樣(10)，包含： 在約25 mol%至約70 mol%的範圍中的SiO2 ；及 在約4 mol%至約50 mol%的範圍中的Al2 O3 。
根據態樣(10)的態樣(11)，包含： 在約30 mol%至約60 mol%的範圍中的SiO2 ；及 在約8 mol%至約40 mol%的範圍中的Al2 O3 。
根據前述任一態樣的態樣(12)，包含： 在約25 mol%至約70 mol%的範圍中的SiO2 ； 在約4 mol%至約50 mol%的範圍中的Al2 O3 ； 在約2 mol%至約37 mol%的範圍中的MgO； 在約3 mol%至約18 mol%的範圍中的La2 O3 ；及 R2 O的總和在約6 mol%至約15 mol%的範圍中。
根據前述任一態樣的態樣(13)，包含： 在約30 mol%至約60 mol%的範圍中的SiO2 ； 在約8 mol%至約40 mol%的範圍中的Al2 O3 ； 在約3 mol%至約32 mol%的範圍中的MgO； 在約5 mol%至約15 mol%的範圍中的La2 O3 ；及 R2 O的總和在約6 mol%至約15 mol%的範圍中。
在態樣(14)中，一種消費者電子裝置包含： 外殼，包含正面、背面與多個側面； 至少部分地在外殼內的多個電子部件，該等電子部件至少包含控制器、記憶體、及顯示器，顯示器在外殼的正面處或鄰近於外殼的正面；及 安置在顯示器上方的蓋基板， 其中外殼的一部分或蓋基板的至少一者包含前述任一態樣的玻璃系物件。
特定具體例的前述說明會充分地顯露本發明的一般本質，使得其他人藉由應用本領域的技藝知識可容易地修改及/或改編特定具體例於各種應用而不必過度試驗，且不背離本發明的一般概念。因此，基於本文所示的教導與指引，此等改編與修改意為在所揭示的具體例的等效物的意義與範圍內。將理解到本文的措辭或術語係用於說明目的且非為限制，使得本說明書的措辭或術語將被熟習技藝者按照教示與指引而理解。
本發明的幅度與範疇不應侷限於任何上述範例具體例。
本文所述的所有的各種態樣、具體例、及選擇可以任何及所有變化而結合。
在本說明書中提到的所有出版物、專利、及專利申請案藉由參照其相同的程度而併入，如每一個別的出版物、專利、或專利申請案被具體地且個別地指示為藉由參考而併入。
100‧‧‧消費者電子裝置
102‧‧‧外殼
104‧‧‧正面
106‧‧‧背面
108‧‧‧側面
110‧‧‧顯示器
112‧‧‧蓋基板
當結合隨附圖式而閱讀時，將更佳地理解前述的發明內容及之後的具體例之詳細說明。為了說明目的，圖式會說明特定具體例的使用。然而，應理解到本文所述的組成與方法並不侷限於在圖式中討論或說明的精確具體例。
圖1A為併入本文所揭示的任何玻璃系物件的範例電子裝置的平面視圖。
圖1B為圖1A的範例電子裝置的透視圖。
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Claims (10)

  1. 一種玻璃系物件，包含： 從約20 mol%至約80 mol%的一範圍中的SiO2 ；從約2 mol%至約60 mol%的一範圍中的Al2 O3 ；MgO；Li2 O；大於或等於約3 mol%的一量的La2 O3 ；多個鹼金屬氧化物(R2 O)的一總和大於或等於約6 mol%；及MgO與Al2 O3 的一總和大於或等於約28 mol%，其中該玻璃系物件不含BeO。
  2. 如請求項1所述之玻璃系物件，其中(i)一破裂韌性為至少0.8 MPa*m0.5 ；(ii)一楊氏模數值為至少90 Gpa；及/或(iii)一應力光學係數(SOC)不大於3布魯斯特(Brewster)。
  3. 如請求項1或2所述之玻璃系物件，其中La2 O3 在從約3 mol%至約18 mol%的一範圍中。
  4. 如請求項1或2所述之玻璃系物件，其中MgO在從約1 mol%至約42 mol%的一範圍中。
  5. 如請求項4所述之玻璃系物件，其中MgO在從約2 mol%至約37 mol%的一範圍中。
  6. 如請求項1或2所述之玻璃系物件，其中R2 O的該總和在從約6 mol%至約15 mol%的一範圍中。
  7. 如請求項1或2所述之玻璃系物件，包含： 在約1 mol%至約42 mol%的範圍中的MgO；在約3 mol%至約18 mol%的範圍中的La2 O3 ；及R2 O的該總和在約6 mol%至約15 mol%的一範圍中。
  8. 如請求項7所述之玻璃系物件，包含： 在約25 mol%至約70 mol%的範圍中的SiO2 ；及 在約4 mol%至約50 mol%的範圍中的Al2 O3 。
  9. 如請求項7所述之玻璃系物件，包含： 在約25 mol%至約70 mol%的範圍中的SiO2 ； 在約4 mol%至約50 mol%的範圍中的Al2 O3 ； 在約2 mol%至約37 mol%的範圍中的MgO； 在約3 mol%至約18 mol%的範圍中的La2 O3 ；及 R2 O的該總和在約6 mol%至約15 mol%的一範圍中。
  10. 一種消費者電子產品，包含： 一外殼，包含一正面、一背面與多個側面； 至少部分地在該外殼內的多個電子部件，該等電子部件至少包含一控制器、一記憶體、及一顯示器，該顯示器在該外殼的該正面處或鄰近於該外殼的該正面；及 安置在該顯示器上方的一蓋基板， 其中該外殼的一部分或該蓋基板的至少一者包含請求項1或2所述的該玻璃系物件。
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