無堿的硼磷硅酸鹽玻璃的制作方法
【專利說明】無堿的硼磷硅酸鹽玻璃
[0001] 本申請根據(jù)35U.S.C. § 119要求2013年5月9日提交的美國臨時申請系列第 61/821，426號的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過參考將其完整地結(jié)合于此。
[0002] 背景
[0003] 本發(fā)明涉及不包含堿金屬或它們的氧化物的玻璃。具體來說，本發(fā)明涉及無堿玻 璃，其可通過下拉法例如狹縫拉制和熔合拉制技術(shù)來成形。甚至更具體地，本發(fā)明涉及可成 形為玻璃層壓件的包覆層的無堿玻璃。
[0004] 概述
[0005] 提供無堿硼磷鋁硅酸鹽玻璃。玻璃包含網(wǎng)絡(luò)形成劑A1203和P205中的至少一種以 及Si02，B203。在一些實施方式中，玻璃的楊氏模量可小于約78GPa和/或在約20°C-約 300°C的溫度范圍中平均的玻璃的熱膨脹系數(shù)可小于約38x10 7°C。玻璃可用作用于電子 裝置的蓋板玻璃或用作用于玻璃層壓件的外部包覆層。
[0006] 因此，本發(fā)明一個方面是提供一種玻璃，所述玻璃包含：約50摩爾％-約75摩 爾％Si02;大于0摩爾％ -約20摩爾％A1 203;大于0摩爾％ -約35摩爾％B203;大于0摩 爾％ -約20摩爾％卩205;最高達約5摩爾％MgO;最高達約10摩爾％CaO;最高達約5摩 爾％SrO;最高達約0. 5摩爾％Fe203;和最高達約0. 1摩爾％ZrO2，其中該玻璃基本上不含 堿金屬改性劑。
[0007] 本發(fā)明的第二方面是提供一種玻璃，該玻璃包含Si02，B203，Al203，和P205。玻璃 基本上不含堿金屬改性劑，且具有下述性質(zhì)中的至少一種：楊氏模量小于約78GPa和在約 20°C-約300°C的溫度范圍中平均的熱膨脹系數(shù)小于約38x10 7/°C。
[0008] 本發(fā)明的第三方面是提供玻璃層壓件，其包含芯體玻璃和層壓到芯體玻璃的外部 表面上的包覆玻璃。包覆玻璃層包含Si02，B203，Al203，和P205，且基本上不含堿金屬改性劑。 包覆玻璃具有小于約38x10 7°C的在約20°C-約300°C的溫度范圍中平均的第一熱膨脹系 數(shù)，芯體玻璃具有大于第一熱膨脹系數(shù)的在約20°C-約300°C的溫度范圍中平均的第二熱 膨脹系數(shù)。
[0009] 本發(fā)明的第四方面是提供一種制造玻璃的方法。所述方法包括：提供玻璃熔體， 該玻璃熔體包含A1203和P205中的至少一種以及SiO2、B203，其中該玻璃熔體基本上不含堿 金屬改性劑；和下拉該玻璃熔體來形成玻璃。
[0010] 從以下詳細(xì)描述、附圖和所附權(quán)利要求書能明顯地看出本發(fā)明的上述及其它方 面、優(yōu)點和顯著特征。
[0011] 附圖簡要說明
[0012] 圖1是玻璃層壓件的橫截面視圖示意圖；
[0013] 具體描述
[0014] 在下面的描述中，在圖中所示的多個視圖中，類似的附圖標(biāo)記表示類似或相應(yīng)的 部分。還應(yīng)理解，除非另外指出，術(shù)語如"頂部"，"底部"，"向外"，"向內(nèi)"等是常用詞語，不 構(gòu)成對術(shù)語的限制。此外，應(yīng)理解，描述一組對象為包含一組元素和它們的組合中的至少一 個時，該組可包含所列元素中的一種或者它們的組合，或者由所列元素中的一種或者它們 的組合組成，或者主要由所列元素中的一種或者它們的組合組成。類似的，每當(dāng)將一個組描 述為由一組要素中的至少一個要素或它們的組合組成時，應(yīng)將其理解為所述組可以單個要 素或要素的相互組合的形式由任何數(shù)量的這些所列要素組成。除非另外說明，列舉的數(shù)值 范圍同時包括所述范圍的上限和下限，以及所述上限和下限之間的任意范圍。除非另外說 明，否則，本文所用的不定冠詞"一個"或"一種"及其相應(yīng)的定冠詞"該"表示至少一（個/ 種），或者一（個/種）或多（個/種）。還應(yīng)理解，本說明書和附圖所批露的各種特征可 以任意和全部組合來使用。
[0015] 如本文所使用，術(shù)語"玻璃制品"和"多種玻璃制品（glassarticles) "以它們最 廣泛的意義來使用，包括全部或部分由玻璃制成的任何物體。除非另有說明，所有的組成通 過摩爾百分比（摩爾％ )表示，熱膨脹系數(shù)（CTE)通過10 7/°C表示。
[0016] 應(yīng)注意，本文可用術(shù)語"基本上"和"約"表示可由任何定量比較、數(shù)值、測量或其 它表示方法造成的內(nèi)在不確定性。在本文中還使用這些術(shù)語表示數(shù)量的表示值可以與所述 的參比值有一定的偏離程度，但是不會導(dǎo)致審議的主題的基本功能改變。
[0017] 參見所有附圖，并具體參見圖1，應(yīng)理解這些圖的目的是描述本發(fā)明的具體實施方 式，這些圖不構(gòu)成對本發(fā)明的說明書或所附權(quán)利要求書的限制。為了清楚和簡明起見，附圖 不一定按比例繪制，所示的附圖的某些特征和某些視圖可能按比例放大顯示或以示意性方 式顯不。
[0018] 本文所述的是玻璃和由該玻璃制成的玻璃制品，該玻璃包含網(wǎng)絡(luò)形成劑 Si02，Al203，B203,和卩205,且不含堿金屬和堿金屬氧化物，并具有較低（艮P，當(dāng)在約20。。-約 300°C的溫度范圍下測量時小于約40x107/°C)熱膨脹系數(shù)（CTE)。此外，還使得堿土氧化 物的量最小化，以進一步降低玻璃的CTE。在一些實施方式中，這些玻璃還具有較低數(shù)值的 楊氏模量和剪切模量，從而改善玻璃的固有或天然的耐損壞性。
[0019] 在一些實施方式中，本文所述的玻璃可通過本技術(shù)領(lǐng)域所公知的下拉法例如狹 縫拉制和熔合拉制法來成形。熔合拉制法是工業(yè)化技術(shù)，其已用于大規(guī)模制造薄的玻璃板。 和其它平坦玻璃制造技術(shù)例如浮拉法或狹縫拉制法相比，熔合拉制法得到具有優(yōu)異平坦度 和表面質(zhì)量的薄玻璃板。結(jié)果，所述熔合拉制方法成為了制造用于液晶顯示器的薄玻璃基 材和用于個人電子裝置（例如筆記本、娛樂設(shè)備、平板電腦、手提電腦等）蓋板玻璃的主要 制造技術(shù)。
[0020] 熔合拉制法涉及使熔融的玻璃溢流過稱作"等壓槽（isopipe) "的槽，其通常由鋯 石或另一種耐火材料制成。熔融的玻璃從等壓槽頂部的兩側(cè)溢流，在等壓槽的底部匯合以 形成單一板材，其中只有成品板的內(nèi)部和等壓槽直接接觸。因為在拉制過程中，成品玻璃板 的暴露表面都沒有和等壓槽直接接觸，玻璃的兩個外部表面都具有純凈的質(zhì)量，且無需后 續(xù)的精磨（finishing)。
[0021] 為了能進行熔合拉制，玻璃必須具有足夠高的液相線粘度（即，液相線溫度下熔 融的玻璃的粘度）。在一些實施方式中，本文所述的玻璃的液相線粘度是至少約150千泊 (千泊（kpoise))。在一些實施方式中，這些玻璃的液相線粘度是至少約300千泊。
[0022] 傳統(tǒng)的熔合拉制使用單一等壓槽來進行，得到均勻的玻璃產(chǎn)品。更復(fù)雜的層壓熔 合法利用兩個等壓槽來形成層壓的板，其包含在任一側(cè)面（或兩個側(cè)面）上被外部包覆層 環(huán)繞的芯體玻璃組合物。層壓熔合的主要優(yōu)勢之一是當(dāng)包覆玻璃的熱膨脹系數(shù)小于芯體玻 璃的熱膨脹系數(shù)時，CTE差異導(dǎo)致在外部包覆層中形成壓縮應(yīng)力。該壓縮應(yīng)力在無需進行 離子交換處理的情況下，增加最終玻璃產(chǎn)品的強度。不像離子交換，這種強化不使用玻璃 中的堿金屬離子就可實現(xiàn)。
[0023] 因此，在一些實施方式中，本文所述的無堿玻璃可用來形成玻璃層壓件，如圖1 示意性地顯示。玻璃層壓件100包含芯體玻璃110,其被由本文所述的無堿玻璃形成的包覆 玻璃120或"包覆層"環(huán)繞。芯體玻璃110的CTE大于包覆層120中的無堿玻璃的CTE。在一 些實施方式中，芯體玻璃可為堿性錯娃酸鹽玻璃。在非限制性例子中，芯體玻璃是堿性錯 硅酸鹽玻璃，其具有下述組成：