TWI564261B - 鹼土鋁硼矽抗裂玻璃 - Google Patents
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Description
本申請案依據專利法主張享有2010年11月30號申請之美國專利臨時申請案第61/418117號的優先權，本案係仰賴該案內容且該案內容以引用方式全部併入本案中。
本案揭示適用於攜帶式電子裝置中以作為耐久性觸控螢幕基板和保護玻璃件的玻璃材料。特別是揭示展現高抗裂性和高耐刮性的鹼土硼矽(alkaline earth borosilicate)玻璃，該鹼土硼矽玻璃可用以作為攜帶式電子裝置的觸控螢幕基板及保護玻璃件。
高抗裂性玻璃係用以作為攜帶式及固定式電子裝置中的保護玻璃/顯示器。通常，透過含鹼玻璃的離子交換作用達到高抗裂性，該含鹼玻璃係例如鈉鈣矽玻璃(soda-lime silicates)、含鹼硼鋁矽玻璃(alkali boroaluminosilicates)及鹼性鋁矽玻璃(例如，CorningGorilla玻璃，如產品編號2317和編號2318)。以較大的鹼性離子(鉀)取代玻璃中之小的鹼性離子(例如，鋰、鈉或兩者皆有)，並使玻璃冷卻至室溫，使得玻璃板每面上的交換層表現實質壓縮應力，同時該玻璃板的內部則表現拉伸應力。該壓縮應力作為阻障層以有效阻止裂紋發生和傳播。特別是，裂紋會從初始裂痕位置向外傳播，而該壓縮應力可阻礙中間/放射裂紋及橫向裂紋的生成。中間/放射裂紋特別受到關注，原因是中間/放射裂紋的位向與玻璃表面呈垂直，因此該等中間/放射裂紋作為玻璃板彎折過程中的強度限制缺陷(strength limiting flaws)。
抗裂性的一種測量法係使用維克氏鑽石壓痕器施加產生中間/放射裂紋所需的負載。例如，CorningGorilla玻璃產品編號2317在離子交換之前需利用維克氏鑽石壓痕器尖端施加約300克的力(gf)以產生橫向裂紋，然而經離子交換後，產生橫向裂紋所需的力量提高至約5000克。產生中間/放射裂紋所需力量大幅提高是為何CorningGorilla玻璃產品編號2317在消費電子應用中使用量逐漸提高的關鍵因素。
雖然非常嚮往離子交換的效能，但鹼對於某些消費電子應用有害，特別是對用於半導體電子裝置(例如顯示器或整合式觸控應用)之基板的該等玻璃有害。此狀況是因為鹼可能移動進入半導體層，而影響導通電壓(switching voltage)。此外，若玻璃板變得更薄，既定壓縮層厚度所能獲得的最大壓縮應力會因玻璃厚度方向上的應變而減小。另外，由於將已經過離子交換的玻璃板分割成兩片或更多片玻璃會暴露出處於內部拉伸應力(central tension)下的區域並嚴重損及邊緣的強度，因此必需在從玻璃板取得的每個分割塊上執行離子交換，而不能在分割成塊之前在整片玻璃板上執行離子交換。離子交換法既耗時又昂貴，且在需要大量玻璃分割塊的應用中，離子交換法的產能(capacity)可能嚴重限制完成之分割塊的總產量。最後，於實務上，藉由離子交換法所能植入的壓縮應力量無法隨意地加大。此狀況是因為一旦既定玻璃的整合內部張力超過特定值時，貫穿壓縮應力層的裂痕會造成斷層和劇烈能量釋放，而導致玻璃塊猛烈地碎裂成諸多碎片。所植入之內部拉伸應力的最大值被稱為脆度極限值(frangibility limit)。對於保護玻璃和整合式觸控應用而言，必需避免超過該脆度極限值。
基於此等原因，期望分辨出本質上能抵抗裂紋生成的組成，而不欲倚賴離子交換法。更期望此類玻璃實質上不含鹼，使該等玻璃可隨意使用以作為電子裝置應用中的基板。亦期望該等玻璃具有黏彈性、莫耳體積、熱膨脹係數、耐久性，等等，使得該等玻璃可用於一般消費電子裝置應用中，例如作為整合式觸控應用的保護面板或基板。相對於離子交換式的玻璃而言，此類玻璃具有本質上不易碎的附加優點。
本案揭示鹼土硼矽玻璃件，該鹼土硼矽玻璃件展現出增進的抗損壞性/抗裂性及耐刮性，且該鹼土硼矽玻璃件特別適用於作為攜帶式電子裝置之觸控螢幕基板及/或保護玻璃件。
在一實施例中，此等鹼土鋁硼矽玻璃實質不含鹼(free of alkalis)且包含下列條件：(1)至少55莫耳%的SiO2；(2)至少5莫耳%的Al2O3；(3)至少一種鹼土RO；(4)Al2O3+B2O3與RO的莫耳%比值大於1；及(5)Al2O3與RO的莫耳%比值大於0.65。另外，本案所揭示的鋁硼矽玻璃展現下列性質：(1)大於1000 gf的維克氏起裂負載；(2)當利用移動的維克氏壓痕器施加負載時，在沒有橫向裂紋存在下測得至少900 g的耐刮性；(3)楊氏模數<75 GPa；及(4)莫耳體積>27.5立方公分/莫耳(cm3/mol)。
根據第二實施例，該鹼土鋁硼矽玻璃包含：55-75莫耳%之SiO2、8-15莫耳%之Al2O3、10-20莫耳%之B2O3、0-8%之MgO、0-8莫耳%之CaO、0-8莫耳%之SrO及0-8莫耳%之BaO。
本案揭示的無鹼之鋁矽玻璃觸控螢幕基板/保護玻璃件可用於各種消費電子物品，舉例而言，如行動電話及其他電子裝置，例如音樂播放器、筆記型電腦、個人數位助理(PDA)、遊戲控制器、電子書閱讀器和其他需要觸控螢幕能力的裝置。
以下實施方式將闡明本案揭示實施例之附加特徵和優點，且部分之所述特徵和優點將顯見於發明說明中，或藉由實施本案所述實施例(包括以下實施方式、申請專利範圍及附圖)可認知部分的特徵與優點。
可理解，上述概括說明及下述實施方式描述各種實施例且意欲提供概觀綱要或架構，以助於瞭解本案請求標的之本質與特性。本案所含附圖係為各種實施例提供進一步瞭解，該等附圖併入本案說明書中且構成本案說明書之一部分。該等圖式繪示本案所述之各種實施例，且配合本案說明內容解說所請標的之原理和操作。
當用於本案中，「觸控螢幕(touchscreen)」一詞係指所有種類的觸控螢幕，但特別是指可用於攜帶式及非攜帶式消費性電子裝置的電容式多點觸碰感測器型觸控螢幕。明確言之，該術語包含藉由在置於顯示器面板上或與顯示器面板整合之透明基板上沉積單層或多層銦錫氧化物(ITO)所製成的該等觸控螢幕。
以下敘述內容中，每當描述一個群組包含某群元素中的至少一種元素及該等元素之組合時，可理解為該群組可包含或主要包含該等所述元素中之任意數目的元素，或由該等所述元素中之任意數目元素所組成，且該等元素可單獨使用或互相組合使用。同樣地，每當描述一個群組係由某群元素中的至少一種元素或該等元素之組合所組成時，可理解為該群組可由該等所述元素中之任意數目的元素所組成，且該等元素可單獨使用或互相組合使用。除非文中另有說明，否則當舉出一數值範圍時，該數值範圍包含該範圍之上下限值及介於上下限值之間的任何子範圍。
如本案以下所述，藉由使用本案揭示之耐久性玻璃物件能滿足工業上對於具有更高抗損壞性之電子裝置觸控螢幕基板及/或保護玻璃件的需求。發現此等無鹼/鹼土硼鋁矽玻璃特別適用於此類電子裝置，舉例而言，如行動電話、音樂播放器、筆記型電腦、遊戲控制器、電子書閱讀器和其他裝置。此等玻璃材料提供某些優點，例如所提供增進的抗損壞性/抗裂性及耐刮性勝過目前用於作為觸控基板和保護玻璃材料的鈉鈣矽玻璃及含鹼硼鋁矽玻璃材料。
在一實施例中，此等鹼土鋁硼矽玻璃實質不含鹼且包含下列成分：(1)至少55莫耳%的SiO2；(2)至少5莫耳%的Al2O3；及(3)至少一種鹼土RO。且需要某些成分比例，以達成具有必要抗損壞性/抗裂性及耐刮性的玻璃，特別是含有下列成分比例：(1)Al2O3+B2O3與RO的莫耳%比值大於1；及(2)Al2O3與RO的莫耳%比值大於0.65。
根據另一實施例，該鹼土鋁硼矽玻璃包含下列成分：55-75莫耳%之SiO2、8-15莫耳%之Al2O3、10-20莫耳%之B2O3、0-8%之MgO、0-8莫耳%之CaO、0-8莫耳%之SrO及0-8莫耳%之BaO。
SiO2是該玻璃的網狀結構成分。於附加實施例中，SiO2的量維持介於59-64莫耳%之間。若SiO2含量低於55%，該玻璃的耐化學不足，且該等玻璃的應變點降低，而使得該玻璃的耐熱性降至令人無法接受的程度。
Al2O3是一種可增進玻璃之耐熱性及失透明化(devitrification)傾向的成分。在附加實施例中，Al2O3的量維持介於8-12莫耳%之間，且在又另一些實施例中係介於8-10莫耳%之間。若Al2O3含量少於8%，失透明溫度係大幅升高，而造成該玻璃之失透明化作用的發生機率提高。若該含量超過15%，則耐酸性(特別是對於經緩衝之氫氟酸的抗性)會降低，而造成該玻璃基板表面處呈霧面的發生機率提高。
B2O3係一種作為助熔劑的成分，用以降低黏性從而幫助玻璃熔融。在附加實施例中，B2O3的量維持介於11-19莫耳%之間。若B2O3含量少於10%，則B2O3作為助熔劑的效果變得不足。另一方面，B2O3含量越高，越容易降低耐酸性。特別是當B2O3含量大於20%時，該玻璃對於鹽酸的抗性降低，且該玻璃之應變點(strain point)降低，而導致耐熱性降低。
如上述，B2O3是一種會影響玻璃耐酸性的成分。B2O3含量減少可增進玻璃的酸耐久度(acid durability)。金屬薄膜或ITO薄膜係形成在用於液晶顯示器之透明玻璃基板的表面上。由於是利用酸蝕刻法對此種薄膜進行圖案化，因此該玻璃必需具有相當高的耐酸性。因此期望減少玻璃中的B2O3含量。然而，單純減少B2O3含量反而可能引發其他問題，包括降低熔融能力及增加氣泡。
MgO是一種用以降低玻璃之高溫黏度而無損應變點且從而幫助玻璃熔融的成分。在又一實施例中，MgO含量係2-7%。若MgO含量大於8%，則該玻璃顯現對於經緩衝之氫氟酸的抗性明顯下降。
CaO的作用方式類似於MgO。在附加實施例中，CaO的量維持介於1-8莫耳%。若CaO含量大於8%，則該玻璃顯現對經緩衝之氫氟酸的抗性明顯下降。
BaO係一種不僅能增進玻璃之化學耐久性還能增進失透明化傾向的成分。若BaO含量大於8%，則應變點係驟降而使該玻璃的耐熱性減低。
SrO的作用類似於BaO。在附加實施例中，SrO的量維持介於1-6莫耳%之間。若SrO含量超過8%，令人不悅地，該失透明化的發生機率會提高。
本案揭示之鋁硼矽玻璃展現下列性質：(1)大於1000 gf的維克氏起裂負載(Vickers crack initiation load)；(2)當利用移動的維克氏壓痕器施加負載時，在沒有橫向裂紋存在下測得至少900 g的耐刮性；(3)楊氏模數<75 GPa；及(4)莫耳體積>27.5立方公分/莫耳(cm3/mol)。該玻璃材料進一步展現使該玻璃材料特別適用於作為電子裝置之觸控螢幕基板的更多性質，包括於0-300℃的溫度範圍內展現線性的熱膨脹係數(CTE)，該線性熱膨脹係數滿足下列關係式：25×10-7/℃≦CTE≦40×10-7/℃。
在又另一實施例中，該用以作為攜帶式電子裝置中之觸控螢幕基板的玻璃物件包含無鹼之鋁矽玻璃，當利用維克氏壓痕器施加負載於該玻璃時，在未出現放射裂紋下測得該無鹼之鋁矽玻璃展現至少1100 gf的高損壞臨界值。在又另一實施例中，該無鹼鋁矽玻璃展現至少1300 gf的高損壞臨界值。
高損壞臨界值係定義為在無放射裂紋出現下可施加高達1000 gf的負載，且可使用維克氏壓痕器測量該臨界值。雖然沒有針對維克氏壓痕試驗的ASTM標準試驗法，但於下列文獻中描述可用的試驗方法：T. Tandon等人發表之論文(「表面應力對於壓痕破裂關係的影響(Surface Stress Effects on Indentation Fracture Sequence),」J. Am. Ceram Soc. 73[9] 2619-2627,1990)；R. Tandon等人發表之論文(「離子交換玻璃之壓痕行為(Indentation Behavior of Ion-Exchanges Glasses),」J. Am. Ceram Soc. 73[4] 970-077,1990)；及P.H. Kobrin等人發表之論文(「壓縮性薄膜對壓痕破裂強度測量的影響(The Effects of Thin Compressive Films on Indentation Fracture Toughness Measurements),」J. Mater. Sci. 24[4] 1363-1367,1989)。所施加之負載處在小於1000 gf的施力負載範圍內時，經化學調整/強化的SLS玻璃出現放射狀破裂情形，且多數情況下，該負載小於800 gf。
係使用ASTM G171-03刮痕試驗法及微型摩擦計型號UMT-2測量耐刮性或橫向裂紋臨界值。該UMT係一種市售儀器(CETR Inc.,Campbell,CA)，該儀器允許進行各類型的摩擦試驗，該等摩擦試驗包括刮痕試驗。合適的參考文獻係V. Le Houerou等人發表之論文(「(鈉鈣矽玻璃之表面損壞：壓痕刮傷行為)Surface Damage of Soda-lime-silica Glasses: Indentation Scratch Behavior,」J. Non-Cryst Solids,316[1] 54-63,2003)。在此試驗中，拖曳努氏(Knoop)壓痕器在約100秒內以持續增加壓痕負載至500 g的最大負載方式劃過該表面，以分辨玻璃與玻璃之間的差異。處在500 g以下之負載範圍內的施加負載下，且多數情況下處在小於200 g之負載下，經化學調整/強化的SLS玻璃易顯現橫向破裂情形。如上述，本案揭示之無鹼/鹼土鋁硼矽玻璃件在高達900 g的施加負載下通常展現無橫向裂紋存在的情形。
在本案揭示內容中，可使用與上述方法稍有不同的可行測試方法測量耐刮性，該可行測試方法如下。所施加的壓痕器負載係於45秒的期間內從0 kgf增至該刮痕負載(scratch load)。使用恆定負載以0.4毫米/秒的速率製造出長度10毫米的刮痕，因此產生該刮痕的時間長度係25秒。於45秒的期間內從該刮痕負載降至0 kgf而移除該負載。該努氏壓痕器尖端的位向係經配置，使得該前線的該壓痕器具有一廣角。該刮痕破裂臨界值(scratch cracking threshold)係定義為可產生沿著與該刮傷塑性變形痕跡成垂直的方向延伸出長度比該刮傷痕跡大兩倍以上之橫向裂紋的刮痕負載。所有刮痕試驗皆於室溫且50%相對濕度下執行。
此必要的高損壞臨界值(高達1000 gf的負載仍無放射裂紋)及耐刮性(高達900 g的負載仍無橫向裂紋)作用下產生足夠堅實且耐久的觸控螢幕基板，故經得住一般消費者的使用/應用。簡言之，本發明實施例之無鹼鹼土鋁矽玻璃提供展現出比SLS玻璃具有更高抗損壞性且因而極利於作為觸控螢幕之ITO或DITO基板玻璃(特別是必需具有機械可靠性)及保護玻璃件等應用的基板。
係知，一般鋁矽玻璃在維克氏壓痕發生後部分藉由緻密化作用且部分藉由剪切流動作用而產生變形。然而，形成本案所述玻璃基板的玻璃在至少1000 gf壓痕負載下不會因表面下之剪力斷層而發生變形，改藉由緻密化作用發生內縮變形的玻璃所形成，而該內縮變形使該缺陷/裂紋形成作用更難以發生。以上描述之緻密化機制可歸因於該玻璃結構內未橋接氧(non-bridging oxygens，NBOs)的含量低、高莫耳體積、該玻璃基板之低楊氏模數、高B2O3含量及不含鹼。雖不欲受限於理論，可解釋鹼土陽離子在此等玻璃中扮演不尋常角色的可能機制是，將較於鹼類而言，該等鹼土陽離子對於穩定硼與氧之四面體配位鍵結的效果相當不佳。四面體硼產生較緊密的結構，使得四面體硼的可壓縮性較小，且因而使得該四面體硼會在較低負載下破裂。因此避免形成四面體硼對於高起裂臨界值而言是重要的。
如上述，此等玻璃極適合用於某些消費電子產品和顯示器應用，因為此等玻璃實質不含鹼、本身可抵抗中間/放射裂紋的生成、無需進行離子交換以獲得該性質，且與傳統AMLCD應用領域中所使用之該等玻璃具有相似的物理性質。該等玻璃可在液晶顯示器應用領域方面提供增強的抗損壞性。當作為攜帶式裝置的保護玻璃時，該等玻璃將比離子交換式玻璃更能防止發生常見於刮痕和尖端觸碰點周圍的橫向裂紋損傷。該鹼土鋁硼矽玻璃將不易碎，而易碎則是某些離子交換式玻璃的典型特性。
特別是相較於工業上常規且目前使用的鈉鈣矽(soda-lime silicate，SLS)玻璃而言，使用無鹼玻璃作為觸控螢幕基板的其他優點包括下列幾點(1)：
‧ 由於此等玻璃本身具有抗損壞性和耐刮性，故無需對此等玻璃進行強化，且因而此等玻璃可整片接受處理且隨後以雷射切割，而不會產生當經離子交換處理之SLS玻璃係經雷射切割之SLS時所常見的翹曲情形；
‧ 使用下拉法製成的無鹼之鹼土鋁矽玻璃允許使用原始的薄玻璃(0.1毫米至1毫米厚)，但SLS玻璃通常需要研磨處理以達到此等較薄規格。
‧ 缺少離子交換暗示著處理溫度可高於離子交換玻璃的處理溫度，即離子交換玻璃需要在低於該交換溫度下進行處理，以確保最小的離子移動性且產生強度上的變化。
‧ 所揭示之無鹼鹼土鋁矽觸控玻璃基板的表現極為接近一般顯示器玻璃，從而允許用於未來ITO玻璃與顯示器玻璃的混合集成。
‧ 缺少離子交換暗示著邊緣係均勻一致且無部分邊緣處於壓縮狀態及部分邊緣處於拉伸狀態下的情形(此點與SLS玻璃的特性互為相反對照，當進行尺寸裁切時SLS玻璃顯示僅有位於頂部和底部處的邊緣經化學強化，但該等邊緣的主體則未經強化且處於拉伸狀態下)。因此，該無鹼之鹼土鋁矽觸控螢幕基板不易發生因該玻璃內之疲勞效應造成的延遲破壞，該延遲破壞通常存在於該等具有處於拉伸張力下且露出之邊緣的基板中並導致該等邊緣的強度隨著時間而老化。此等延遲的疲勞效應可能與該玻璃所受的溫度或濕度或兩者之組合有關。
如上文所述，特別是與以SLS玻璃為基礎的觸控螢幕基板和保護玻璃件做比較時，由於無鹼之鹼土鋁矽玻璃所組成的玻璃具有足夠的耐久性和機械性質，故由無鹼之鹼土鋁矽玻璃組成的玻璃特別適用於作為電子裝置觸控螢幕基板及保護玻璃件材料。
表I列出屬本案所述並請求之組成及耐損壞性範圍內的13種無鹼/鹼土鋁硼矽玻璃，且表II列出16種對照玻璃。
由於該等個別成分的總和共計100或極趨近100，因此實際上認為該等報告值可表示莫耳百分率。該實際配料成分可包含任何材料，如氧化物或其他化合物，且當該等材料與其他配料成分熔融在一起時，該等材料將以適當比例轉化成期望的氧化物。例如，SrCO3及CaCO3可分別提供SrO及CaO的來源。
用於製備表I之該等玻璃的特定配料成分係細沙、氧化鋁、硼酸、氧化鎂、碳酸鈣(limestone)、碳酸鍶或硝酸鍶及氧化錫。
對於表I列出的實施例1至實施例13及表II列出的實施例14至實施例29，係於實驗室規模的連續型焦耳加熱器中完成熔融步驟。每批45.5公斤的原料團塊經稱重後送入機械式混合器中並混合原料五分鐘。於上述混合過程的最後60秒期間內於該混合物中加入相當於約0.25公斤的水以減少粉塵產生。利用螺旋送料機將該混合物送入陶瓷內襯熔爐中，該陶瓷內襯熔爐配備氧化錫電極及用以在熔融表面上點火之相對的點火器。該等電極所供應的功率係受控制以使該玻璃保持接近恆定的抗性，相當於溫度介於1590℃至1610℃之間。從該熔爐取出該玻璃，並將該玻璃送入鉑系調節系統(platinum-based conditioning system)中，該調節系統係由高溫精煉爐(finer)後接攪拌腔室所組成。於實驗全程過程中該精煉爐及攪拌腔室的溫度保持恆定，但該陶瓷內襯熔爐的熔融溫度允許隨著組成而改變。透過經加熱之開孔從該攪拌腔室中排出該玻璃，且該玻璃捲繞成厚度約5毫米(mm)且寬度約30毫米的玻璃帶。定期分析取自該玻璃帶的玻璃以檢查缺陷，該等缺陷經辨識、計算數目並換算為每磅之缺陷數。藉由標準化學方法可得到組成，且所得到的物理性質係說明如下。
表I及表II中列出的該等玻璃性質係根據玻璃技術領域的習知技術所測量而得。因此，在0-300℃的溫度範圍內的線性熱膨脹係數(CTE)係以×10-7/℃表示，且由纖維延長技術(ASTM references E228-85)測量該線性熱膨脹係數。楊氏模數係以Mpsi表示，且利用ASTM E1875-00e1標準試驗法中所載一般型共振超音波光譜技術測量楊氏模數。
以下述方式測量起裂負載，且測得的起裂負載亦列於表I和表II中。以0.2毫米/分鐘(mm/min)的速度施加負載及移除負載。該最大負載持續施加10秒鐘。該起裂臨界值係定義為在該起裂臨界值下10個壓痕中有50%的壓痕出現從該壓痕凹點的角落延伸出任意數目的放射/中間裂紋。該最大負載係持續增加直到達到既定玻璃組成之臨界值。所有的壓痕試驗皆於室溫且50%相對濕度下執行。
第1圖圖示本案所揭示之無鹼/鹼土鋁硼矽玻璃樣本及對照玻璃樣本的測量起裂臨界值與莫耳體積之關係曲線圖。觀察該圖，圖示所有的無鹼/鹼土鋁硼矽玻璃樣本(樣本1至樣本13)展現超過27.5的莫耳體積，因此突顯出展現超過27.5的莫耳體積是達成1000 gf或更高起裂負載的關鍵成因。
第2圖圖示本案所揭示無鹼之鹼土鋁硼矽玻璃樣本及對照玻璃樣本的測量起裂臨界值與楊氏模數之曲線圖。觀察該圖，圖示所有的無鹼/鹼土鋁硼矽玻璃樣本(樣本1至樣本13)展現小於75 GPa的楊氏模數，因此突顯出展現小於75 GPa的楊氏模數是達成1000 gf或更高起裂負載的關鍵成因。
第3a圖及第3b圖係表I中編號4號之玻璃樣本接受1公斤力(kgf)之維克氏壓痕試驗的表面(或俯視)及剖面顯微影像；此樣本展現出高起裂負載(gf)，該高起裂負載經測量為1300 gf。如俯視影像(第3a圖)中所圖示，該經維克氏壓痕處理的樣本顯示沒有從該維克氏壓痕點處延伸出放射裂紋。如剖面影像(第3b圖)中所圖示，該玻璃主要藉由緻密化而發生變形且不具有剪切斷層。再者，當相較於較易破裂的玻璃(例如，稍候所述之該等對照玻璃)而言，缺乏切變線(shear lines)表示塑性流動在此玻璃的變形作用中所占份量較輕。預期所研究的其他高抗裂性鋁硼矽玻璃樣本(樣本1-3及樣本5-13)將如同此樣本4般變形，此等玻璃樣本(樣本1-3及樣本5-13)中因緻密化作用造成的總變形量將大於該等具有較低起裂負載之玻璃(例如該等對照玻璃14-19)中因緻密化作用所造成的總變形量。
第4a圖和第4b圖圖示表II中編號14號之玻璃樣本接受1公斤力(kgf)之維克氏壓痕試驗的表面(或俯視)及剖面顯微影像；此樣本展現出極低的起裂負載(gf)，該極低起裂負載經測量為200 gf。如俯視影像(第4a圖)所圖示，該經維克氏壓痕處理的樣本顯現從該維克氏壓痕延伸出的明顯放射裂紋。如剖面影像(第4b圖)所圖示，相較於上述不含鹼/鹼土鋁硼矽玻璃樣本4而言，此對照玻璃較少藉由緻密化作用而變形且具有較高剪力。明確而言，由於表面下出現切變線，使得剪切變形在該變形作用中占較大部分。在起裂臨界值處可觀察到此等切變線(剪切裂紋)引起更大的裂紋系統，中間/放射裂紋。
可針對本案所述之材料、方法和物件製造出各種修飾及變化。藉由細讀本案說明書及實施本案所述材料、方法和物件，將可領會本案所述材料、方法及物件的其他態樣。本案說明書及實施例係欲作為示範之用。
第1圖係本案所揭示之鹼土鋁硼矽玻璃樣本的測量起裂臨界值與莫耳體積之關係曲線圖。
第2圖係本案所揭示之鹼土鋁硼矽玻璃樣本的測量起裂臨界值與楊氏模數之關係曲線圖。
第3a圖係本案所揭示之一代表性鹼土鋁硼矽玻璃樣本於1公斤力(kgf)下之維克氏壓痕的俯視顯微影像。
第3b圖係本案所揭示之一代表性鹼土鋁硼矽玻璃樣本於1公斤力(kgf)下之維克氏壓痕的剖面顯微影像。
第4a圖係對照玻璃基板於1公斤力(kgf)下之維克氏壓痕的俯視顯微影像。
第4b圖係對照玻璃基板於1公斤力(kgf)下之維克氏壓痕的剖面顯微影像。
Claims (9)
- 一種鹼土鋁硼矽玻璃，該鹼土鋁硼矽玻璃實質不含鹼，該鹼土鋁硼矽鋁硼矽玻璃包含59-64莫耳%之SiO2、8-12莫耳%之Al2O3、11-19莫耳%之B2O3、2-7莫耳%之MgO、1-8莫耳%之CaO、1-6莫耳%之SrO及0-6莫耳%之BaO，其中Al2O3(莫耳%)+B2O3(莫耳%)/RO(莫耳%)>2.25，Al2O3(莫耳%)/RO(莫耳%)>0.65，且RO為鹼土金屬氧化物。
- 如請求項1之鹼土鋁硼矽玻璃，其中該鹼土鋁硼矽玻璃展現至少1000gf的一維克氏中間/放射裂紋起裂臨界值。
- 如請求項1之鹼土鋁硼矽玻璃，其中該鹼土鋁硼矽玻璃展現至少1100gf的一維克氏中間/放射裂紋起裂臨界值。
- 如請求項1之鹼土鋁硼矽玻璃，其中該鹼土鋁硼矽玻璃展現至少1300gf的一維克氏中間/放射裂紋起裂臨界值。
- 如請求項1之鹼土鋁硼矽玻璃，其中當利用一移動的維克氏壓痕器施加一負載時在沒有橫向裂紋存在下測得 該鹼土鋁硼矽玻璃展現至少900g的耐刮性。
- 如請求項1之鹼土鋁硼矽玻璃，其中該鹼土鋁硼矽玻璃於0-300℃的溫度範圍間展現一線性熱膨脹係數(CTE)，且該線性熱膨脹係數滿足下列關係式：25×10-7/℃≦CTE≦40×10-7/℃。
- 如請求項1之鹼土鋁硼矽玻璃，其中該鹼土鋁硼矽玻璃係實質不易碎。
- 如請求項1之鹼土鋁硼矽玻璃，其中該鹼土鋁硼矽玻璃具有至少27.5立方公分/莫耳的一莫耳體積。
- 如請求項1之鹼土鋁硼矽玻璃，其中該鹼土鋁硼矽玻璃具有小於約75GPa的一楊氏模數。
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