DE112016003672T5

DE112016003672T5 - Chemisch verfestigtes Glas

Info

Publication number: DE112016003672T5
Application number: DE112016003672.8T
Authority: DE
Inventors: Shusaku AKIBA; Akio Koike
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-05-03
Also published as: WO2017026267A1; US20180215651A1; JPWO2017026267A1; CN107922258A

Abstract

Bereitgestellt wird ein chemisch verfestigtes Glas mit einer Schichtdicke von weniger als 300 µm, mit einer Oberflächendruckspannung von 200 MPa oder mehr und das CT ≤ 4 × (t/1000 + 0,02)+ 90 genügt, in dem eine innere Zugspannung CT (MPa) ist und die Schichtdicke t (µm) ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft chemisch verfestigtes Glas.
Technischer Hintergrund
Ein so genanntes chemisch verfestigtes Glas wird als Schutzbauteil in verschiedenen Anwendungen, wie elektronischen Geräten, wiedergegeben durch ein Smartphone und elektronisches Papier, Kraftfahrzeug-Anzeigebauteile, bereitgestellt im Kraftfahrzeuginneren und Elektrozügen, Solarzellenmodule und Beleuchtungen, verwendet. Seit einiger Zeit gibt es das Bestreben die Dicke von Glas zur Gewichtsverminderung von Geräten oder dergleichen, bei denen Glas eingesetzt wird, zu senken.
Patent-Dokument 1 offenbart ein Verfahren zum Steuern der Zerbrechlichkeit von verfestigtem Glas durch Definieren der Hauptspannung (das heißt, der inneren Zugspannung) CT im Inneren von Glas und Einstellen des Werts von CT auf einen bestimmten Zahlenbereich. Bei diesem Verfahren wird die Funktion von einer Dicke, genannt nichtlineare kritische Hauptspannung CT₁ (Einheit ist MPa) als „CT₁ = -38,7 × In(t) + 48,2“ (Formel (1)), basierend auf Beispielen von Aluminosilikat-Gläsern mit einer Schichtdicke t von 0,3 bis 1,5 mm, definiert, als die obere Grenze des Werts der inneren Zugspannung CT offenbart und wird als der kritische Wert für den Beginn von nicht hinzunehmender Zerbrechlichkeit angesehen. In speziellen Anwendungen, in denen eine Glasplatte mit geringer Schichtdicke verwendet wird, ist die Gestaltungsflexibilität, basierend auf der Formel (1), beschränkt.
Dokumente des Standes der Technik
Patent-Dokument
Patent-Dokument 1: JP-A-2011-530470
Kurzdarstellung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zum Bereitstellen eines chemisch verfestigten Glases zugrunde, das nicht fein fragmentiert, wenn das Glas zerbricht, selbst wenn die Oberflächendruckspannung oder die Tiefe der Druckspannungsschicht gegenüber üblichen Bedingungen, bei denen Durchbiegung kaum auftreten wird, angestiegen ist, auch bei einem Glas mit besonders kleiner Schichtdicke.
Mittel zum Lösen der Probleme
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein chemisch verfestigtes Glas mit einer Schichtdicke von weniger als 300 µm bereit, das eine Oberflächendruckspannung von 200 MPa oder mehr aufweist und das CT ≤ 4 × (t/1000 + 0,02)^-2 + 90 genügt, in dem eine innere Zugspannung CT (MPa) ist und die Schichtdicke t (µm) ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein chemisch verfestigtes Glas bereitgestellt, das nicht fein fragmentiert, auch wenn das Glas zerbricht, selbst wenn die Festigkeit gegenüber üblichen Bedingungen, bei denen Durchbiegung kaum auftritt, angestiegen ist, auch bei einem Glas mit besonders kleiner Schichtdicke.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Ansicht, die die Spannungsverteilung in einer Schichtdickenrichtung in einem Fall veranschaulicht, bei dem die Durchbiegung in dem chemisch verfestigten Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht erzeugt wird.
[2] 2 ist eine schematische Ansicht, die die Spannungsverteilung in einer Schichtdickenrichtung in einem Fall erläutert, bei dem die Durchbiegung unter Veranlassung einer Einsenkung auf der Oberfläche in dem chemisch verfestigten Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzeugt wird.
[3] 3 ist eine schematische Ansicht, die veranschaulicht, dass das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem zu bedeckenden Material über eine Haftschicht in Kontakt gebracht wird.
[4] 4 ist eine andere schematische Ansicht, die veranschaulicht, dass das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem zu bedeckenden Material in Kontakt gebracht wird.
[5] 5 ist eine Ansicht, die ein Beobachtungsverfahren der Anzahl von Fragmenten des chemisch verfestigten Glases gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
[6] 6 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen Schichtdicken des chemisch verfestigten Glases von Beispielen 1 bis 41 und dem Wert von CT und dem Wert von CT₄ erläutert.
[7] 7 ist eine Photographie der Beobachtung des Zustands nach Pressen eines Eindruckkörpers mit einem Kopfkegelwinkel von 60° in das chemisch verfestigte Glas von Beispiel 42 in einer Geschwindigkeit von 60 µm/s.
[8] 8 ist eine Photographie der Beobachtung des Zustands nach Pressen eines Eindruckkörpers mit einem Kopfkegelwinkel von 60° in das chemisch verfestigte Glas von Beispiel 43 in einer Geschwindigkeit von 60 µm/s.
[9] 9 ist eine Photographie der Beobachtung des Zustands nach Pressen eines Eindruckkörpers mit einem Kopfkegelwinkel von 60° in das chemisch verfestigte Glas von Beispiel 44 in einer Geschwindigkeit von 60 µm/s.
[10] 10 ist eine Photographie der Beobachtung des Zustands nach Pressen eines Eindruckkörpers mit einem Kopfkegelwinkel von 60° in das chemisch verfestigte Glas von Beispiel 45 in einer Geschwindigkeit von 60 µm/s.
[11] 11 ist eine Photographie der Beobachtung des Zustands nach Pressen eines Eindruckkörpers mit einem Kopfkegelwinkel von 60° in das chemisch verfestigte Glas von Beispiel 46 in einer Geschwindigkeit von 60 µm/s.
[12] 12 ist eine Photographie der Beobachtung des Zustands nach Pressen eines Eindruckkörpers mit einem Kopfkegelwinkel von 60° in das chemisch verfestigte Glas von Beispiel 47 in einer Geschwindigkeit von 60 µm/s.

Ausführungsform der Erfindung
Die Ausführungsform zum Ausführen der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder Zeichnung werden die gleichen Bezugsziffern und -zeichen den gleichen Bestandteilen zugeteilt und überlappende Beschreibungen werden in einigen Fällen weggelassen.
<Chemisch verfestigtes Glas>
Wie vorstehend beschrieben, nimmt die Verminderung in der Schichtdicke von Glas in den letzten Jahren zu und der Wert von innerer Zugspannung CT in Abhängigkeit von einer Schichtdicke t steigt in der Regel an. Weiterhin weist Glas verminderte Biegesteifigkeit auf und wird in der Regel stark durchgebogen, wenn die Verminderung in der Schichtdicke der Glasplatte zunimmt. Die Biegesteifigkeit einer Glasplatte kann durch die nachstehende Formel (2) erhalten werden.
[Math. 1] $D = \frac{E \cdot t^{3}}{12 (1 - υ^{2})}$
Hierin ist D die Biegesteifigkeit (Einheit: N·mm) einer Glasplatte, t ist eine Schichtdicke (Einheit: mm) einer Glasplatte, E ist der Youngsche Modul (Einheit: N·mm^-2) von einer Glasplatte und v ist das Poisson-Verhältnis (keine Einheit, dimensionslos) einer Glasplatte. Es wird aus der Formel (2) verständlich, dass die Biegesteifigkeit D im Verhältnis zu der dritten Potenz der Schichtdicke t ist und Glas leicht stark durchgebogen wird, wenn die Verminderung in der Schichtdicke der Glasplatte fortschreitet.
Herkömmlich wurde chemisch verfestigtes Glas mit einer Schichtdicke t von 300 µm oder mehr durch zum Beispiel die obere Grenze des Werts der inneren Zugspannung CT wie in der Formel (1) von Patent-Dokument 1 gesteuert. Die obere Grenze des Werts der inneren Zugspannung CT in chemisch verfestigten Gläsern mit einer Schichtdicke t von weniger als 300 µm wurde nicht vollständig berücksichtigt oder hat ein ähnliches Verhalten wie die chemisch verfestigten Gläser mit einer Schichtdicke t von 300 µm oder mehr angenommen.
Jedoch ist besonders in Glas mit geringer Schichtdicke t die Biegesteifigkeit sehr viel kleiner als in der Formel (2) angezeigt und der Einfluss durch Durchbiegung kann nicht unbeachtet bleiben. Wenn zum Beispiel chemisch verfestigtes Glas mit einer Schichtdicke t von weniger als 300 µm mit einem Gegenstand kollidiert und bricht, ergibt der Gegenstand einen Riss an einem bestimmten Punkt P auf der Vorderseite des Glases und gleichzeitig wird eine Durchbiegung des chemisch verfestigten Glases, in dem die Vorderseite des Glases eine eingedrückte Form wird, als der Punkt P erzeugt, der den Scheitel durch die Belastung darstellt, wenn der Gegenstand kollidiert.
Die Erfinder haben sich auf die nachstehenden Punkte konzentriert.
1 ist eine schematische Ansicht der Spannungsverteilung in einer Schichtdickenrichtung in einem Fall, in dem Durchbiegung in dem chemisch verfestigten Glas nicht erzeugt wird. Wenn Durchbiegung nicht erzeugt wird, ist die Spannungsverteilung nahezu Linien-symmetrisch zwischen dem Vorderen und Hinteren des Glases. In einem Fall, in dem Durchbiegung in dem chemisch verfestigten Glas zusätzlich zu der Oberflächendruckspannung CS einer Druckspannungsschicht durch chemisches Verfestigen erzeugt wird, wird die Druckspannung durch Durchbiegung erneut an die Vorderseite des Punktes P addiert. Andererseits wird die Zugspannung durch Durchbiegung erneut an die Rückseite des Punktes P addiert. In der vorliegenden Beschreibung werden durch Durchbiegung erneut addierte Druckspannung und Zugspannung hierin anschließend dynamische Druckspannung bzw. dynamische Zugspannung genannt. Wenn der Zustand, in dem Durchbiegung erzeugt wird, deshalb mit dem Zustand, in dem Durchbiegung nicht erzeugt wird (ebener Zustand), verglichen wird, unterscheidet sich die Spannungsverteilung in eine Schichtdickenrichtung auf Grund der dynamischen Druckspannung und dynamischen Zugspannung.
2 erläutert eine schematische Ansicht der Spannungsverteilung in einer Schichtdickenrichtung des chemisch verfestigten Glases in einem Fall, in dem die Durchbiegung veranlasst, dass die konkave Oberfläche auf der Vorderoberflächenseite erzeugt wird. Die Erfinder haben sich überlegt, dass diese auffällige Spannungsverteilung in nicht nur der Druckspannungsschicht von einer Oberflächenschicht vorliegt, sondern auch der Zugspannungsschicht in dem Glas. Insbesondere haben sich die Erfinder überlegt, dass die Zugspannung in einer Zugspannungsschicht nahe der Vorderseite (konkave Oberfläche), in der die dynamische Druckspannung in der Druckspannungsschicht erzeugt wird, relativ angestiegen ist und andererseits, die Zugspannung in einer Zugspannungsschicht nahe der Rückseite (konvexe Oberfläche), in der die dynamische Zugspannung in der Druckspannungsschicht erzeugt wird, relativ gesenkt ist. In anderen Worten, verglichen mit der inneren Zugspannung CT in dem Zustand, dass die Durchbiegung nicht erzeugt wird, steigt die CT in Nachbarschaft der konkaven Oberfläche im Wesentlichen an und die CT in Nachbarschaft der konvexen Oberfläche in dem Zustand, der Durchbiegung erzeugt, sinkt im Wesentlichen.
Aus dem Vorstehenden haben die Erfinder gefunden, dass in chemisch verfestigten Gläsern mit besonders kleiner Schichtdicke t sich das Rissverhalten des Glases durch den Einfluss der Durchbiegung stark unterscheidet, wenn das Glas bricht (der Blickpunkt 1).
Das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, aber die Erfinder haben sich darauf konzentriert, dass sich die Durchbiegung davon in Abhängigkeit davon, wie das chemisch verfestigte Glas verwendet wird, stark unterscheidet.
Insbesondere haben sie gefunden, dass zum Beispiel auch in einem Fall, in dem es als ein Schutzbauteil in elektronischen Geräten, wie ein Smartphone, verwendet wird, das Rissverhalten sich zwischen dem Fall, in dem eine Luftschicht (Luftspalt) zwischen einem Gehäuse und dem Schutzbauteil vorliegt, und dem Fall, in dem die Luftschicht nicht vorliegt, stark unterscheidet und das Schutzbauteil direkt damit in Kontakt gebracht wird oder an dem Gehäuse durch eine transparente Haftschicht haftet oder dergleichen.
Insbesondere besteht seit einiger Zeit der Trend zu Anwendungen, in denen das Schutzbauteil direkt damit in Kontakt gebracht wird oder an einem zu bedeckenden Material haftet, zum Zweck der Dickenverminderung und Größenverminderung oder zum Verbessern der Sichtverhältnisse und Durchlässigkeit, was nicht auf elektronische Instrumente begrenzt ist. Das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in Deckglas und Berührungssensorglas von einer Touchpanel-Anzeige, bereitgestellt in Informationsgeräten, wie Tablet-PC, Notebook-PC, Smartphone und Digitalbuch-Lesegerät, Deckglas von Flüssigkristallfernseher, PC-Monitor und dergleichen, Deckglas von Kraftfahrzeugarmaturenbrettern und dergleichen, Deckglas für Solarzellen, einem Innenmaterial von Gebäudematerialien und Mehrschichtglas, verwendet in Fenstern von Gebäuden und Häusern, verwendet werden. Die vorstehend genannte Tendenz ist bei vielen Anwendungen üblich.
Die Erfinder haben gefunden, dass in den Anwendungen, in denen das Schutzbauteil direkt damit in Kontakt gebracht wird oder an einem zu bedeckenden Material haftet, ein Zustand, der kaum Durchbiegung erzeugt, erhalten wird, verglichen mit einem üblichen Zustand, dass Anhaftung zwischen dem Schutzbauteil und einem zu bedeckenden Material gering ist (der Blickpunkt 2).
Die Erfinder haben, basierend auf den vorstehenden Blickpunkten 1 und 2, gefunden, dass in einer Umgebung, sodass chemisch verfestigtes Glas, das eine besonders dünne Dicke aufweist, direkt mit einem zu bedeckenden Material in Kontakt gebracht wird, die Durchbiegung kaum erzeugt wird, eine Zugspannung in Nachbarschaft des Biegepunkts in einem solchen Fall nicht ansteigt, und im Ergebnis, das Glas nicht brüchig bzw. zerbrechlich wird (das heißt, nicht fein zerbricht), auch wenn die innere Zugspannung CT (in Durchbiegungs-freiem Zustand) auf einen Wert angestiegen ist, der höher als ein üblicher Wert ist. Basierend darauf, haben die Erfinder erreicht, die vorliegende Erfindung abzuschließen.
<Gestalt und physikalische Eigenschaft von chemisch verfestigtem Glas>
Das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist im Allgemeinen eine Plattengestalt auf, kann aber eine ebene Platte oder eine Glasplatte, die Biegen unterzogen wurde, sein. Das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Glasplatte, die durch ein übliches Glas-Form-Verfahren, wie ein Float-Verfahren, ein Fusions-Verfahren, ein Spalt-Tiefzieh-Verfahren oder dergleichen zu einer ebenen Plattengestalt geformt wurde, und weist vorzugsweise eine Flüssig-Phasen-Viskosität von 130 dPa·s oder mehr auf.
Das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist ein Größe auf, die durch die üblichen Form-Verfahren formbar ist. Insbesondere, wenn durch ein Float-Verfahren geformt, wird kontinuierliches bandförmiges Glas mit einer Float-Formbreite erhalten. Das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird schließlich zu einer Größe geschnitten, die für vorgesehene Verwendungen geeignet ist.
Die Schichtdicke t des chemisch verfestigten Glases gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist weniger als 300 µm, um zur Gewichtsverminderung beizutragen. Das chemisch verfestigte Glas mit der Schichtdicke t von weniger als 300 µm ist besonders leicht durchzubiegen, wie in der Formel (2) angezeigt. Wenn leicht durchzubiegendes Glas in einen für Durchbiegung schwierigen Zustand überführt worden ist, wird es nicht brüchig, auch wenn die innere Zugspannung CT auf einen Wert höher als ein Fall angestiegen ist, bei dem es üblicherweise durchgebogen wird. Die Schichtdicke t ist bevorzugter weniger als 260 µm, weniger als 200 µm, weniger als 180 µm, weniger als 150 µm, weniger als 130 µm und weniger als 100 µm.
Es ist bevorzugt, dass die Schichtdicke t des chemisch verfestigten Glases gemäß der vorliegenden Ausführungsform 10 µm oder mehr ist, um die Druckspannungsschicht zu einem bestimmten Ausmaß tiefer bereitzustellen. In einem chemisch verfestigten Glas mit einer Schichtdicke t von 10 µm oder mehr kann die Tiefe der Druckspannungsschicht DOL (hierin anschließend einfach als DOL bezeichnet) mindestens 3 µm oder mehr sein. Die Schichtdicke t ist bevorzugter 20 µm oder mehr, 30 µm oder mehr und 50 µm oder mehr. Zum Gewinnen großer DOL ist es bevorzugt, dass die Schichtdicke t 70 µm oder mehr ist. Dadurch kann das Glas daran gehindert werden, von der Kantenoberfläche gebrochen zu werden, wenn es stark gebogen ist.
Der maximale Fehler der Schichtdicke t, das heißt, die Differenz zwischen der Dicke in dem dicksten Abschnitt und der Dicke in dem dünnsten Abschnitt in der Schichtdicke ist vorzugsweise 10% oder weniger der Schichtdicke t. Wenn der maximale Fehler der Schichtdicke groß ist, wird die Zugspannung örtlich in der Ebene ansteigen, wenn äußere Kraft angewendet wird, und es besteht die Möglichkeit, dass das Glas leicht bricht. Der maximale Fehler der Schichtdicke t ist bevorzugter 5% oder weniger.
Das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in Deckglas und Berührungssensorglas von einer Touchpanel-Anzeige, bereitgestellt in Informationsgeräten, wie Tablet-PC, Notebook-PC, Smartphone und Digitalbuch-Lesegerät, Deckglas von Flüssigkristallfernseher, PC-Monitor und dergleichen, Deckglas von Kraftfahrzeugarmaturenbrettern und dergleichen, einem Deckglas für Solarzellen, einem Innenmaterial von Gebäudematerialien und Mehrschichtglas, verwendet in Fenstern von Gebäuden und Häusern, verwendet werden. Deshalb hat es eine Größe gemäß jeder der Anwendungen, wie die Größe einer Anzeige von Tablet-PC, Smartphone oder dergleichen, oder die Größe des Deckglases für Solarzellen.
Die Größe von chemisch verfestigtem Glas ist nicht besonders begrenzt, wie vorstehend beschrieben, aber zum Beispiel ist es bevorzugt, dass das Oberflächengebiet der Hauptoberfläche 40000 mm² oder mehr ist. Die Anhaftung an ein übliches zu bedeckendes Material ist schwierig aufrecht zu erhalten, da die Größe des Glases groß ist, und Glas üblicherweise in einem Zustand verwendet wurde, in dem Durchbiegung leicht stattfindet. Deshalb ist die Wirkung der vorliegenden Erfindung bemerkenswert. Das Oberflächengebiet ist bevorzugter 90000 mm² oder mehr und noch bevorzugter 250000 mm² oder mehr.
Das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird im Allgemeinen zu einem Rechteck geschnitten, kann aber ohne jegliches Problem anderer Gestalt sein, wie ein Kreis und ein Vieleck, und enthält Glas, das Loch-Kernen unterzogen wurde.
Das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Druckspannungsschicht auf der Oberfläche davon durch eine lonenaustauschbehandlung auf. Die Oberflächendruckspannung (CS) des chemisch verfestigten Glases ist vorzugsweise 200 MPa oder mehr und ist bevorzugter 300 MPa oder mehr, 400 MPa oder mehr, 500 MPa oder mehr, 600 MPa oder mehr, 700 MPa oder mehr, 800 MPa oder mehr, 900 MPa oder mehr und 1000 MPa oder mehr. Wenn die CS 200 MPa oder mehr ist, werden auf der Glasoberfläche kaum Risse erzeugt.
Wenn Risse mit einer Tiefe, die den Wert von DOL übersteigt, während der Verwendung des chemisch verfestigten Glases erzeugt werden, führt dies zum Bruch des chemisch verfestigten Glases. Deshalb ist tiefe DOL des chemisch verfestigten Glases bevorzugt. Die DOL ist vorzugsweise 3 µm oder mehr und ist bevorzugter 4 µm oder mehr, 5 µm oder mehr, 6 µm oder mehr, 7 µm oder mehr, 8 µm oder mehr und 9 µm oder mehr.
Wenn andererseits die DOL 50 µm oder weniger ist, kann das chemisch verfestigte Glas leicht geschnitten werden. Die DOL ist bevorzugter 40 µm oder weniger, 30 µm oder weniger, 20 µm oder weniger, 15 µm oder weniger, 12 µm oder weniger, 10 µm oder weniger und weniger als 10 µm.
Die innere Zugspannung (hierin anschließend einfach als CT bezeichnet) des chemisch verfestigten Glases der vorliegenden Ausführungsform kann durch „CT = CS × DOL/(t - 2 × DOL)“ (Formel (3)) berechnet werden. Hier ist t eine Schichtdicke (µm) von Glas, DOL ist eine Tiefe (µm) von einer Druckspannungsschicht und CS ist ein Oberflächendruckspannungs-Wert (MPa).
Die innere Zugspannung CT des chemisch verfestigten Glases in Durchbiegungs-freiem Zustand kann CS erhöhen und kann DOL tiefer machen, wenn der Wert der inneren Zugspannung CT des chemisch verfestigten Glases angestiegen ist, und dies ist bevorzugt. In anderen Worten, wenn versucht wird, CS oder DOL anzuheben, steigt CT notwendigerweise. Wenn zum Beispiel in Glas mit ähnlichem Belastungsprofil der Wert von CS oder DOL 10% angestiegen ist (der Wert ist auf 1,1 mal angestiegen), ist der Wert von CT im Allgemeinen etwa 10% angestiegen. Deshalb können CS und DOL den bevorzugteren Werten durch Erhöhen des Werts von CT angenähert werden.
Wenn die innere Zugspannung CT des chemisch verfestigten Glases gemäß der vorliegenden Ausführungsform CT ≤4 × (t/1000 + 0,02)^-2 + 90 [MPa] (Formel (4)) genügt, wird das Glas schwierig zu fragmentieren sein, wenn es in Durchbiegungs-freiem Zustand zerbricht. Hier ist t eine Schichtdicke (µm) und der Wert von CT₄, das heißt, der Wert von der rechten Seite der Formel (4), ist die obere Grenze der inneren Zugspannung CT in dem Zustand, in dem das chemisch verfestigte Glas nicht durchgebogen ist, wie im Ergebnis von intensiven Untersuchungen durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung gefunden wurde. In dem chemisch verfestigten Glas, das leicht durchgebogen wird, in dem die Schichtdicke t weniger als 300 µm ist, kann die Festigkeit des chemisch verfestigten Glases durch Steuern der inneren Zugspannung CT in dem Zahlenbereich, der der Formel (4) genügt, gesteuert werden. Die Basis des Werts von CT₄ wird hierin anschließend beschrieben.
Die innere Zugspannung CT des chemisch verfestigten Glases gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist vorzugsweise 30 MPa oder mehr und ist bevorzugter 50 MPa oder mehr, 70 MPa oder mehr, 100 MPa oder mehr, 120 MPa oder mehr, 150 MPa oder mehr und 200 MPa oder mehr, um CS und DOL den bevorzugteren Werten anzunähern. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die innere Zugspannung CT größer als der CT₁-Wert ist, definiert durch die Formel (1), um Materialdesign zu ermöglichen, das zu einem üblichen, zum geeigneten Erhöhen von CS und DOL verschieden ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist selbst in dem dünnen chemisch verfestigten Glas mit der Schichtdicke t von weniger als 300 µm, durch Verwendung des Glases in der Umgebung, sodass es mit einem zu bedeckenden Material in Kontakt kommt, Durchbiegung schwierig zu erzeugen und die Wirkung der vorliegenden Erfindung ist leicht zu zeigen, was bevorzugt ist. 3 veranschaulicht das Beispiel, dass chemisch verfestigtes Glas 200 der vorliegenden Ausführungsform mit einem durch eine Haftschicht 300 zu bedeckenden Material 400 in Kontakt gebracht wird. Es ist bevorzugt, dass das chemisch verfestigte Glas der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, indem es, über eine Haftschicht, mit einem zu bedeckenden Material mit Biegesteifigkeit D, erhalten durch die Formel (2), größer als jene von chemisch verfestigtem Glas in Kontakt gebracht wird. Dadurch ist das Glas kaum durchzubiegen und im Ergebnis wird es schwierig, es beim Zerbrechen fein zu fragmentieren, auch in einem Fall, in dem die innere Zugspannung CT hoch ist. Bevorzugter ist die Biegesteifigkeit D des zu bedeckenden Materials 2 mal oder mehr, 3 mal oder mehr, 5 mal oder mehr, 10 mal oder mehr und 100 mal oder mehr höher als die Biegesteifigkeit D des chemisch verfestigten Glases.
Das in der Haftschicht enthaltene Harz kann ein beliebiges sein, solange wie die Haftschicht an dem zu bedeckenden Material anhaften kann und übliche im Allgemeinen verwendete Klebstoff-Zusammensetzungen können verwendet werden. Beispiele davon schließen ein Acryl-Harz, ein Urethan-Harz, ein Silikon-Harz, ein Phenol-Harz, ein Epoxid-Harz, ein Melamin-Harz, ein Harnstoff-Harz, ein ungesättigtes Polyester-Harz, ein Alkyd-Harz, ein Polyimid-Harz und ein Fluor-Harz ein. Die Klebstoff-Zusammensetzung kann ein Copolymer-Harz (Copolymer), in dem verschiedene Arten von Monomeren polymerisiert wurden, sein und kann ein Gemisch von verschiedenen Arten von Harzen sein. Von jenen haben ein Acryl-Harz und ein Silikon-Harz ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Schälbeständigkeit und Transparenz und sind deshalb bevorzugt.
In dem Fall von einer Umgebung, die das chemisch verfestigte Glas mit dem zu bedeckenden Material in Kontakt bringt, kann die Haftschicht 300 nicht immer mit der gesamten Oberfläche von dem zu bedeckenden Material in Kontakt gebracht werden, und kann mit nur einem Teil des zu bedeckenden Materials in Kontakt gebracht werden. 4 erläutert ein anderes Beispiel, dass das chemisch verfestigte Glas 200 der vorliegenden Ausführungsform mit dem zu bedeckenden Material 400 in Kontakt bringt. Wie in 4 erläutert, ist es nur ausreichend, wenn die Haftschicht 300 bereitgestellt wird, um damit das Kantenteil des chemisch verfestigten Glases 200 zu fixieren. Die Durchlässigkeit an dem Hauptteil des chemisch verfestigten Glases 200 ist dadurch angestiegen. Weiterhin enthält im Fall des Fixierens wie in 4 die Haftschicht nicht immer ein Harz und das Fixieren kann durch ein wahlweises Material ausgeführt werden, solange, wie es eine Funktion zum Bringen des chemisch verfestigten Glases in Kontakt mit dem zu bedeckenden Material aufweist.
Das chemisch verfestigte Glas der vorliegenden Ausführungsform kann durch Inkontaktbringen mit oder Anheften an dem zu bedeckenden Material verwendet werden, kann aber für den Zweck von zum Beispiel Unterdrücken von Rissbildung in einem Teil von einem Herstellungsverfahren verwendet werden. Nachdem zum Beispiel einmal damit in Kontakt gebracht oder an dem zu bedeckenden Material angeheftet, kann das chemisch verfestigte Glas von dem zu bedeckenden Material getrennt und als einfaches chemisch verfestigtes Glas verwendet werden.
Das chemisch verfestigte Glas der vorliegenden Ausführungsform weist Biegsamkeit auf und kann deshalb mit der Oberfläche des zu bedeckenden Material, das von einer Ebene verschieden ist, in Kontakt gebracht werden. Zum Beispiel ist ein Oberflächen-Krümmungsradius von dem zu bedeckenden Material, mit dem das chemisch verfestigte Glas in Kontakt gebracht wurde, vorzugsweise 10000 mm oder weniger bei Anwendungen, die ein Design erfordern, und bevorzugter 1000 mm oder weniger. Bei den gleichen Anwendungen ist ein Krümmungsradius der Hauptoberfläche des chemisch verfestigten Glases der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise 10000 mm oder weniger und bevorzugter 1000 mm oder weniger. Wenn ein Krümmungsradius von der Hauptoberfläche des chemisch verfestigten Glases 30 mm oder mehr ist, ist der Einfluss durch dynamische Druckspannung nicht zu groß und dies ist bevorzugt.
(Glas zum chemischen Verfestigen)
Die zum Herstellen des chemisch verfestigten Glases der vorliegenden Ausführungsform verwendete Zusammensetzung des Glases zum chemischen Verfestigen wird durch Verwendung des durch Mol-% auf der Basis von Oxiden ausgedrückten Gehalts beschrieben, sofern nicht anders ausgewiesen.
SiO₂ ist als eine Komponente zum Bilden einer Netzwerkstruktur in der Glas-Mikrostruktur bekannt. Der Gehalt von SiO₂ ist vorzugsweise 64% oder mehr und ist bevorzugter 65% oder mehr, 66% oder mehr und 67% oder mehr. Der Gehalt von SiO₂ ist vorzugsweise 72% oder weniger und ist bevorzugter 71,5% oder weniger und 71% oder weniger. Der Gehalt von SiO₂ von 65% oder mehr ist in der Stabilität und Wetterbeständigkeit als Glas vorteilhaft. Andererseits ist der Gehalt von SiO₂ von 72% oder weniger in der Schmelzbarkeit und Formbarkeit vorteilhaft.
Al₂O₃ weist eine Wirkung zum Verbessern der lonenaustauschbarkeit beim chemischen Verfestigen auf, und besonders die Wirkung zum Verbessern von CS ist groß. Es ist auch als eine Komponente zum Verbessern der Wetterbeständigkeit von Glas bekannt. Es weist weiterhin die Wirkung zum Unterdrücken von Eindringen von Zinn aus einer unteren Oberfläche auf, die ein Zinnbad beim Durchführen der Floatformung unter Verwendung des Zinnbads kontaktiert. Der Gehalt von Al₂O₃ ist vorzugsweise 1% oder mehr, ist bevorzugter 1,5% oder mehr, 2% oder mehr, 2,5% oder mehr, 3% oder mehr und ist noch bevorzugter 3,4% oder mehr. Der Gehalt von Al₂O₃ ist vorzugsweise 9% oder weniger und ist bevorzugter 8% oder weniger, 7% oder weniger, 6% oder weniger, 5% oder weniger und 4% oder weniger. Wenn der Gehalt von Al₂O₃ 1% oder mehr ist, wird der gewünschte CS-Wert durch lonenaustausch erhalten, und weiterhin werden die Wirkung zum Unterdrücken von Eindringen von Zinn, die Wirkung der Änderung einer Menge von Feuchtigkeit auf die Stabilität und Entalkalisierungsbeschleunigungswirkung erhalten. Andererseits ist der Gehalt von Al₂O₃ von 9% oder weniger dahingehend vorteilhaft, dass der DOL-Wert nicht zu stark ansteigt und der CT-Wert auf einen festen Wert oder weniger unterdrückt werden kann.
MgO ist eine Komponente zum Stabilisieren von Glas. Der Gehalt von MgO ist vorzugsweise 1 % oder mehr und ist bevorzugter 2% oder mehr, 3% oder mehr und 4% oder mehr. Der Gehalt von MgO ist vorzugsweise 12% oder weniger und ist bevorzugter 11% oder weniger, 10% oder weniger, 9% oder weniger, 8% oder weniger und 7% oder weniger. Wenn der Gehalt von MgO 1% oder mehr ist, ist die Schmelzbarkeit bei hoher Temperatur verbessert, und Entglasung wird schwierig auftreten. Wenn andererseits der Gehalt von MgO 11% oder weniger ist, wird Entglasung kaum auftreten und ausreichend lonenaustauschgeschwindigkeit wird erhalten.
CaO ist eine Komponente zum Stabilisieren von Glas. Wenn CaO enthalten ist, ist der Gehalt davon vorzugsweise 3% oder mehr und ist bevorzugter 4% oder mehr, 5% oder mehr, mehr als 5%, 6% oder mehr, und 7% oder mehr. Der Gehalt von CaO ist vorzugsweise 10% oder weniger und ist bevorzugter 9% oder weniger und 8% oder weniger. Besonders wenn der Gehalt von CaO mehr als 5% ist, steigt der DOL-Wert nicht übermäßig an und der CT-Wert kann auf einen festen Wert oder weniger unterdrückt werden. Wenn andererseits der Gehalt von CaO 9% oder weniger ist, wird ausreichend Ionenaustauschgeschwindigkeit erhalten und der gewünschte DOL-Wert wird erhalten.
Na₂O ist eine Komponente zum Bilden einer Druckspannungsschicht durch lonenaustausch, und weist die Wirkung zum Absenken von DOL auf. Weiterhin ist es eine Komponente zum Senken der Hoch-Temperatur-Viskosität und Entglasungstemperatur von Glas und Verbessern der Schmelzbarkeit und Formbarkeit von Glas. Na₂O ist eine Komponente, die Nicht-Brücken-Sauerstoff (NBO) erzeugt, und Feuchtigkeit in Glas ist eine Komponente zum Erzeugen von Nicht-Brücken-Sauerstoff. Aus diesem Grund, wenn Na₂O in Glas in einer festen Menge oder mehr enthalten ist, ist Variation von Eigenschaften des Glases auf Grund der Variation der Menge von Nicht-Brücken-Sauerstoff, wenn zum Beispiel die Menge an Feuchtigkeit in Glas geändert wurde, die Variation von chemischer Verfestigungseigenschaft gesenkt. Der Gehalt von Na₂O ist vorzugsweise 10% oder mehr und ist bevorzugter 11% oder mehr, 12% oder mehr und 13% oder mehr. Der Gehalt von Na₂O ist vorzugsweise 18% oder weniger und ist bevorzugter 17% oder weniger und 16% oder weniger. Wenn der Gehalt von Na₂O 10% oder mehr ist, kann die gewünschte Druckspannungsschicht durch lonenaustausch gebildet werden und die Variation für die Änderung der Menge von Feuchtigkeit kann unterdrückt werden. Wenn andererseits der Gehalt von Na₂O 18% oder weniger ist, wird ausreichend Wetterbeständigkeit erhalten, die Eindringmenge von Zinn von einer unteren Oberfläche beim Ausführen der Floatbildung unterdrückt werden und Glas kann nach einer chemischen Verfestigungsbehandlung kaum gekrümmt werden.
Der Gesamtgehalt von SiO₂, Al₂O₃, MgO, CaO und Na₂O ist vorzugsweise 98% oder mehr. Wenn der Gesamtgehalt weniger als 98% ist, kann die gewünschte Druckspannungsschicht unter Halten der Rissbeständigkeit kaum gewonnen werden. Er ist bevorzugter 98,3% oder mehr, 98,7% oder mehr und 99% oder mehr.
K₂O weist die Wirkung des Erhöhens einer Ionenaustauschgeschwindigkeit und Senkens von DOL auf, und ist eine Komponente zum Erhöhen von Nicht-Brücken-Sauerstoff. Wenn daher K₂O enthalten ist, ist es vorzugsweise 5% oder weniger und ist bevorzugter 4% oder weniger, 3% oder weniger, 2% oder weniger, 1% oder weniger, 0,8% oder weniger und 0,6% oder weniger. Insbesondere, wenn es 1% oder weniger ist, wird DOL nicht zu tief und ausreichend CS wird erhalten. Eine kleine Menge von K₂O weist die Wirkung zum Unterdrücken von Eindringen von Zinn von einer unteren Oberfläche beim Durchführen der Floatbildung auf. Deshalb ist es bevorzugt, dass es beim Durchführen der Floatbildung enthalten ist. In diesem Fall ist der Gehalt von K₂O vorzugsweise 0,05% oder mehr und bevorzugter 0,1% oder mehr.
Wie vorstehend beschrieben, weist Al₂O₃ die Wirkung zum Verbessern von CS auf, wohingegen Na₂O die Wirkung zum Senken von DOL und Senken von CS aufweist. K₂O weist die Wirkung zum Erhöhen einer Ionenaustauschgeschwindigkeit und Absenken von DOL auf. Wenn daher Al₂O₃, Na₂O und K₂O in speziellen Anteilen enthalten sind, ist es möglich, den Wert von CS zu erhöhen und nach einer chemischen Verfestigungsbehandlung zu stoppen. Von diesem Standpunkt ist das Verhältnis von (Na₂O+K₂O)/Al₂O₃ 5 oder weniger, vorzugsweise 4,5 oder weniger und bevorzugter 4 oder weniger.
Al₂O₃ ist auch eine Komponente zum Erhöhen von Hoch-Temperatur-Viskosität und Entglasungstemperatur, und Na₂O und K₂O sind auch Komponenten zum Senken derselben. Wenn (Na₂O+K₂O)/Al₂O₃ 1,8 oder mehr ist, wird die Hoch-Temperatur-Viskosität gesenkt und die Entglasungstemperatur gesenkt. Weiterhin kann DOL ausreichend tief gemacht werden. Al₂O₃ ist eine Komponente zum Senken des Nicht-Brücken-Sauerstoffs und Na₂O und K₂O sind Komponenten zum Erhöhen desselben. Zur stabilen Herstellung von Glas, Halten von DOL notwendigerweise zum Verbessern der Festigkeit und Gewinnen von stabiler chemischer Verfestigungseigenschaft für die Änderung der Menge von Feuchtigkeit ist das Verhältnis von (Na₂O + K₂O)Al₂O₃ vorzugsweise 1,8 oder mehr, bevorzugter 2,2 oder mehr und noch bevorzugter 2,4 oder mehr.
Wenn Gläser mit der gleichen Matrixzusammensetzung und verschiedener Menge an Feuchtigkeit chemischem Verfestigen unterzogen werden, sinkt der Wert von CS mit dem Erhöhen der Menge an Feuchtigkeit und der Wert von DOL sinkt leicht mit dem Erhöhen der Menge an Feuchtigkeit und hängt nicht stark davon ab. Wenn der Gehalt von Na₂O oder K₂O im Glas erhöht sind, sinkt die Änderung von CS, wenn sich die Menge an Feuchtigkeit ändert. Dies wird in Betracht gezogen, weil der Nicht-Brücken-Sauerstoff im Glas erhöht ist und der Einfluss der Erhöhung und Senkung der Menge an Nicht-Brücken-Sauerstoff durch die Änderung der Menge an Feuchtigkeit vermindert ist. Wenn andererseits der Gehalt an Al₂O₃ erhöht ist, sinkt der Nicht-Brücken-Sauerstoff im Glas. Zum Gewinnen stabiler chemischer Verfestigungseigenschaft ungeachtet der Menge an Feuchtigkeit im Glas, das 1% oder mehr Al₂O₃ enthält, ist es bevorzugt, dass das Verhältnis von (Na₂O + K₂O)/Al₂O₃ 1,8 oder mehr ist.
In durch ein Float-Verfahren gebildetem Glas beeinflusst der Gehalt an Al₂O₃ das Eindringen von Zinn in das Glas und die Al₂O₃-Komponente weist die Wirkung zum Unterdrücken von Eindringen von Zinn auf, wenn es zunimmt. Weiterhin beeinflusst der Gehalt von einer Alkali-Komponente, das heißt Na₂O, das Eindringen von Zinn, und die Alkali-Komponente weist die Wirkung zum Erhöhen von Eindringen von Zinn auf. Deshalb wird durch Halten des Werts von Na₂O/Al₂O₃ in einem geeigneten Bereich Zinn am Eindringen bei der Bildung durch ein Float-Verfahren unterdrückt und die Durchbiegung von Glas nach chemischem Verfestigen kann vermindert werden.
Zu beachten sind die zwei Komponenten von Al₂O₃ und Na₂O, die gegenteilige Wirkungen in CS und DOL, Hoch-Temperatur-Viskosität, Entglasungstemperatur und Eindringmenge von Zinn von einer unteren Oberfläche aufweisen. Es ist bevorzugt, dass Al₂O₃ und Na₂O in einem speziellen Verhältnis enthalten sind, und zum Verbessern des Werts von CS und zum Vermindern der Eindringmenge von Zinn ist Na₂O/Al₂O₃ vorzugsweise 5 oder weniger, bevorzugter 4,5 oder weniger und noch bevorzugter 4 oder weniger. Andererseits ist zum Halten der DOL, die zum Verbessern der Festigkeit und zum Unterdrücken der Erhöhung von Hoch-Temperatur-Viskosität und Entglasungstemperatur notwendig ist, Na₂O/Al₂O₃ vorzugsweise 1,8 oder mehr, bevorzugter 2 oder mehr und noch bevorzugter 2,4 oder mehr.
TiO₂ liegt in vielen natürlichen Rohmaterialien vor und es ist bekannt, dass es eine Farbquelle für gelb ist. Der Gehalt von TiO₂ ist 0,2% oder weniger, vorzugsweise 0,13% oder weniger und bevorzugter 0,1% oder weniger. Wenn der Gehalt von TiO₂ 0,2% überschreitet, zeigt das Glas gelbliche Farbe. Die untere Grenze des TiO₂-Gehalts ist wünschenswerterweise 0%.
Fe₂O₃ liegt überall in der natürlichen Welt und Herstellungslinie vor. Deshalb ist es eine Komponente, bei der es stark schwierig ist, den Gehalt davon auf Null einzustellen. Es ist bekannt, dass Fe₂O₃ in einem oxidierten Zustand gelbe Färbung verursacht und FeO in einem reduzierten Zustand blaue Färbung verursacht und es ist bekannt, dass Glas in grün durch den Ausgleich von jenen gefärbt wird. Wenn das Glas der vorliegenden Ausführungsform in einer Anzeige, Fensterglas, Deckglas von Solarzellen und dergleichen verwendet wird, ist es bevorzugt, dass die Färbung geringer ist. Die Gesamteisenmenge (Gesamt-Fe) wird zu Fe₂O₃ umgewandelt und der Gehalt davon ist vorzugsweise 0,15% oder weniger, bevorzugter 0,13% oder weniger und noch bevorzugter 0,11% oder weniger. Er ist wünschenswerterweise 0%.
SO₃ ist ein beim Schmelzen der Glas-Rohmaterialien und Formen von Glas verwendetes Klärmittel. Im Allgemeinen ist der Gehalt davon im Glas eine Hälfte oder weniger von der von Rohmaterialien zugeführten Menge davon. Der Gehalt von SO₃ im Glas ist 0,02% oder mehr, vorzugsweise 0,05% oder mehr und bevorzugter 0,1% oder mehr. Der Gehalt von SO₃ ist 0,4% oder weniger, vorzugsweise 0,35% oder weniger und bevorzugter 0,3% oder weniger. Wenn der Gehalt von SO₃ 0,02% oder mehr ist, ist Läutern ausreichend und Blasenfehler können unterdrückt werden. Wenn andererseits der Gehalt von SO₃ 0,4% oder weniger ist, kann der Fehler von im Glas gebildetem Natriumsulfat unterdrückt werden.
Anders als das Vorstehende kann ein Chlorid, ein Fluorid und dergleichen geeigneterweise als Klärmittel bzw. Läuterungsmittel enthalten sein. Das Glas der vorliegenden Erfindung setzt sich im Wesentlichen aus den vorstehend beschriebenen Komponenten zusammen, aber andere Komponenten können in einem Bereich enthalten sein, der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt. Wenn solche Komponenten enthalten sind, ist der Gesamtgehalt der Komponenten vorzugsweise 5% oder weniger, bevorzugter 3% oder weniger und typischerweise 1% oder weniger. Die anderen Komponenten werden beispielhaft nachstehend beschrieben.
Es ist bekannt, dass ZrO₂ im Allgemeinen die Wirkung zum Erhöhen der Oberflächendruckspannung beim chemischen Verfestigen aufweist. Jedoch auch wenn eine kleine Menge von ZrO₂ enthalten ist, ist seine Wirkung für den Kostenanstieg nicht groß. Deshalb kann ZrO₂ in wahlweisem Anteil in einem Bereich enthalten sein, der für die Kosten annehmbar ist. Wenn enthalten, ist er vorzugsweise 1 % oder weniger.
SrO und BaO können in kleinen Mengen für den Zweck zum Senken der Hoch-Temperatur-Viskosität von Glas und Senken der Entglasungstemperatur von Glas enthalten sein. SrO oder BaO weisen die Wirkung zum Senken einer Ionenaustauschgeschwindigkeit auf. Wenn daher enthalten, ist sie vorzugsweise 0,5% oder weniger als SrO oder BaO.
ZnO kann in einer Menge von zum Beispiel bis zu 2% enthalten sein, um die Schmelzbarkeit bei hoher Temperatur von Glas zu verbessern. Jedoch in dem Fall des Herstellens durch ein Float-Verfahren ist sie in dem Floatbad vermindert, was zu einem Produkt-Fehler führt. Deshalb ist sie vorzugsweise weniger als 0,1% und sie ist bevorzugter im Wesentlichen nicht enthalten. Der hierin verwendete Begriff „ist im Wesentlichen nicht enthalten“ bedeutet, dass sie in einer Menge gleich oder mehr als eine als unvermeidbare Verunreinigungen in einem Herstellungsverfahren enthaltene Menge nicht enthalten ist.
B₂O₃ kann in einem Bereich von weniger als 1% enthalten sein, um die Schmelzbarkeit bei hoher Temperatur oder Glas-Festigkeit zu verbessern. Im Allgemeinen, wenn eine Alkali-Komponente von Na₂O oder K₂O und B₂O₃ gleichzeitig enthalten sind, wird die Verflüchtigung heftig und ein Ziegel wird stark korrodiert. Deshalb ist der Gehalt von B₂O₃ vorzugsweise weniger als 0,5% und bevorzugter weniger als 0,1%. Es ist weiterhin vorzugsweise im Wesentlichen nicht enthalten.
Li₂O ist eine Komponente zum Senken eines Belastungspunkts und veranlasst leicht Belastungsentspannung und im Ergebnis ist eine stabilisierte Druckspannungsschicht nicht erhalten. Deshalb ist sie vorzugsweise nicht enthalten. Auch wenn enthalten, ist der Gehalt davon vorzugsweise weniger als 1%, bevorzugter 0,05% oder weniger und besonders bevorzugt weniger als 0,01%.
Ein Chlorid, ein Fluorid und dergleichen können geeigneterweise als ein Klärmittel beim Schmelzen des Glases enthalten sein. Jedoch zum Steigern der Sichtverhältnisse einer Anzeige-Vorrichtung, wie ein Touchpanel, ist es bevorzugt, dass Komponenten, eingemischt als Verunreinigungen von Rohmaterialien, wie Fe₂O₃, NiO und Cr₂O₃ mit Absorption in einem sichtbaren Bereich, falls möglich, vermindert werden sollten. Jedes von ihnen ist vorzugsweise 0,15% oder weniger und bevorzugter 0,05% oder weniger, in Bezug auf den Masseprozentsatz.
Ein Verfahren zum Herstellen von Glas zum chemischen Verfestigen ist nicht besonders begrenzt. Gewünschte Glas-Rohmaterialien werden in einem kontinuierlichen Schmelzofen angeordnet, die Glas-Rohmaterialien werden erhitzt und bei vorzugsweise 1500 bis 1600°C geschmolzen und geläutert. Dann wird das geschmolzene Glas durch Bereitstellen in einer Formapparatur zu einer Scheibengestalt geformt und geglüht. Somit kann das Glas zum chemischen Verfestigen hergestellt werden.
Verschiedene Verfahren können beim Formen der Gläser zum chemischen Verfestigen verwendet werden. Zum Beispiel können verschiedene Form-Verfahren, wie ein Tiefzieh-Verfahren (zum Beispiel Überlauf-Tiefzieh-Verfahren, Slot-down-Verfahren, Redraw-Verfahren oder dergleichen), ein Float-Verfahren, ein Auswalz-Verfahren und Druck-Verfahren verwendet werden.
Die Schichtdicke t des Glases zum chemischen Verfestigen kann durch Verschlankung durch eine Ätz-Behandlung dünn eingestellt werden. Zum Beispiel wird eine gemischte Säure mit einer HF-Konzentration von 1 bis 5 Masse-% und HCI-Konzentration von 1 Masse-% oder mehr als eine Ätzflüssigkeit verwendet und die Ätzflüssigkeit wird gleichförmig mit der gesamten Oberfläche des Glases zum chemischen Verfestigen durch ein Tauch-Verfahren, ein Sprüh-Verfahren, ein Schauer-Verfahren oder dergleichen in Kontakt gebracht. Das Glas zum chemischen Verfestigen wird in einem Bereich von 1 bis 300 µm von der Oberfläche davon durch die Ätz-Behandlung entfernt und die Schichtdicke kann in Einheiten von 1 µm eingestellt werden.
Das in dem chemisch verfestigten Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendete Glas zum chemischen Verfestigen wird vorzugsweise Verschlankung unterzogen. Das durch chemisches Verfestigen von Glas zum chemischen Verfestigen erhaltene chemisch verfestigte Glas, das keiner Verschlankung unterzogen wurde, ist jenes, bei dem Schwankung in der Konzentration von Alkalimetallionen (zum Beispiel Na⁺ und K⁺) auf der Oberfläche vorliegt. Deshalb liegt der Teil, der schwierig zu lokalisieren ist, Ionen-geändert in der Ebene in dem chemischen Verfestigungsbehandlungsschritt vor. Deshalb ist die von der Oberflächenfestigkeit des chemisch verfestigten Glases somit erhaltene Betriebssicherheit gering. Die Konzentration von Alkalimetallionen auf der Oberfläche kann durch Ausführen der Verschlankung gleichförmig gemacht werden und im Ergebnis ist die von Oberflächenfestigkeit des chemisch verfestigten Glases erhaltene Betriebssicherheit weit verbessert.
Die Oberflächenrauheit Ra auf der Oberfläche des chemisch verfestigten Glases, das keiner Verschlankung unterzogen wurde, ist im Allgemeinen 0,2 bis 0,5 nm, während die Oberflächenrauheit Ra des chemisch verfestigten Glases nach Unterziehen der Verschlankung 1 nm oder mehr chemisch verfestigt ist. Es ist bevorzugt, dass die Oberflächenrauheit Ra 300 nm oder weniger ist, um Transparenz und gutes Aussehen nicht zu beeinträchtigen.
Die Zusammensetzung des chemisch verfestigten Glases gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann als die gleiche wie die Zusammensetzung des vorstehend beschriebenen Glases zum chemischen Verfestigen angesehen werden. Na-Ionen auf der Glasoberfläche sind mit K-Ionen in einem anorganischen Salz durch das hierin anschließend beschriebene chemische Verfestigen lonenausgetauscht, aber dies kann als Änderung der gesamten Zusammensetzung unbeachtet bleiben.
(Chemische Verfestigungsbehandlung)
Durch eine chemische Verfestigungsbehandlung wird ein Glassubstrat mit einer Schmelze von einem Alkalimetallsalz (zum Beispiel Kaliumnitrat), enthaltend Alkalimetallionen (typischerweise K-Ionen) mit großem lonenradius durch Tauchen oder dergleichen, in Kontakt gebracht, wobei Metallionen (typischerweise Na-Ionen) mit kleinem lonenradius in dem Glassubstrat gegen Metallionen mit großem lonenradius ausgetauscht werden. Dadurch wird Druckspannung auf der Glasoberfläche durch die Differenz in dem durch Alkalimetallionen eingenommenen Gebiet erzeugt, um eine Druckspannungsschicht zu bilden.
Die Behandlungstemperatur und Behandlungszeit zum Inkontaktbringen des Glases mit dem Alkalimetallionen enthaltenden geschmolzenen Salz werden in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Glases und geschmolzenem Salz geeignet eingestellt. Die Heiztemperatur von dem geschmolzenen Salz ist im Allgemeinen vorzugsweise 350°C oder höher, und bevorzugter 370°C oder höher. Sie ist im Allgemeinen vorzugsweise 500°C oder niedriger und bevorzugter 450°C oder niedriger. Wenn die Heiztemperatur des geschmolzenen Salzes 350°C oder höher ist, wird das chemische Verfestigen daran gehindert, schwierig bewirkt zu werden, durch die Senkung der Ionenaustauschgeschwindigkeit. Wenn sie 500°C oder niedriger ist, können die Zersetzung und der Abbau des geschmolzenen Salzes unterdrückt werden.
Zum Beispiel ist die Zeit zum Inkontaktbringen von Aluminosilikatglas mit dem geschmolzenen Salz im Allgemeinen vorzugsweise 1 Stunde oder mehr und bevorzugter 2 Stunden oder mehr, um ausreichend Oberflächendruckspannung zu ergeben. Zum Beispiel ist die Zeit zum Inkontaktbringen von Kalknatronglas mit dem geschmolzenen Salz vorzugsweise 3 Stunden oder mehr, 4 Stunden oder mehr, 5 Stunden oder mehr und 6 Stunden oder mehr, um tiefere Druckspannungsschicht zu ergeben. Bei dem lonenaustausch für einen langen Zeitraum fällt die Produktivität ab und zusätzlich sinkt ein Oberflächendruckspannungs-Wert durch Entspannung. Deshalb ist sie in dem Fall von dem Aluminosilikatglas vorzugsweise 72 Stunden oder weniger und bevorzugter 24 Stunden oder weniger und 8 Stunden oder weniger. In dem Fall von dem Kalknatronglas ist die erforderliche Zeit beim lonenaustausch relativ lang. Deshalb ist sie vorzugsweise 300 Stunden oder weniger und bevorzugter 200 Stunden oder weniger und 100 Stunden oder weniger.
Beispiele von dem geschmolzenen Salz zum Ausführen einer Ionenaustauschbehandlung schließen ein Alkalinitrat, ein Alkalisulfat und ein Alkalichlorid, wie Kaliumnitrat, Kaliumsulfat, Kaliumcarbonat und Kaliumchlorid, ein. Jene geschmolzenen Salze können einzeln oder als Gemische von vielen Arten davon verwendet werden. Ein Natrium (Na-Ionen) oder Lithium (Li-Ionen) enthaltendes Salz kann gemischt werden, um die chemische Verfestigungseigenschaft einzustellen.
Es ist bevorzugt, dass als das geschmolzene Salz zum Ausführen der Ionenaustauschbehandlung ein Behandlungssalz, das mindestens Kaliumionen enthält, verwendet wird. Beispiele von dem Behandlungssalz enthalten vorzugsweise Salze, die 50 Masse-% oder mehr Kaliumnitrat enthalten. Ein gemischtes geschmolzenes Salz kann andere Komponenten enthalten. Beispiele von den anderen Komponenten enthalten Alkalisulfate, wie Natriumsulfat und Kaliumsulfat, und Alkalichloride, wie Natriumchlorid und Kaliumchlorid.
In dem chemisch verfestigten Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Behandlungsbedingungen der chemischen Verfestigungsbehandlung nicht besonders begrenzt, und optimale Bedingungen können ausgewählt werden unter in Betracht ziehen der Eigenschaften von Glas, einem geschmolzenen Salz und dergleichen.
Die chemische Verfestigungsbehandlung kann nacheinander on-line zu einem Glasband unter kontinuierlichem Bewegen in einem kontinuierlichen Schritt zum Beispiel einem Glasplatten-Herstellungsschritt durchgeführt werden und kann on-line diskontinuierlich durchgeführt werden.
Anwendungen des chemisch verfestigten Glases gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind nicht besonders begrenzt. Auf Grund des Aufweisens hoher mechanischer Festigkeit ist es zur Verwendung an Orten geeignet, die Stoß durch Sturz und Kontakt mit anderen Materialien erwarten lassen. Zum Beispiel kann das chemisch verfestigte Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Deckglas und Berührungssensorglas von einer in Informationsgeräten bereitgestellten Touchpanel-Anzeige, wie Tablet-PC, Notebook-PC, Smartphone und Digitalbuch-Lesegerät, Deckglas von Flüssigkristallfernseher, PC-Monitor und dergleichen, Deckglas von Kraftfahrzeugarmaturenbrettern und dergleichen, Deckglas für Solarzellen, einem Innenmaterial von Gebäudematerialien und in Fenstern von Gebäuden und Häusern verwendetem Mehrschichtglas, verwendet werden. Insbesondere weist es eine Größe gemäß jeder der Anwendungen, wie eine Größe von einer Anzeige von Tablet-PC, Smartphone oder dergleichen, oder eine Größe des Deckglases für Solarzellen auf.
[Beispiele]
Beispiele entsprechend dem chemisch verfestigten Glas gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nachstehend beschrieben.
<Bewertungsverfahren>
Verschiedene Bewertungen in den Beispielen wurden durch die nachstehend beschriebenen Analyse-Verfahren durchgeführt.
(Bewertung von Glas: Oberflächenbelastung)
(Bewertung von chemisch verfestigtem Glas: Rissverhalten)
Das Rissverhalten des chemisch verfestigten Glases wurde wie nachstehend bewertet. Das Bewertungsverfahren wird in einer schematischen Ansicht von 5 erläutert. Ein Eindruckkörper 110 wurde unter statischen Beladungsbedingungen so gepresst, dass seine Spitze 111 vertikal zu einer Oberfläche 210 des chemisch verfestigten Glases ist. Als Vickers-Härte-Tester 100 mit dem daran befestigten Eindruckkörper 110 wurde FLS-ARS9000, hergestellt durch Future-Tech Corp, verwendet. Als der Eindruckkörper 110 wurde einer mit einem zugewandten Winkel von der Spitze 111 von 60° verwendet. Der Eindruckkörper 110 wurde so aufgepresst, dass eine Last von 1,0 kgf (etwa 9,8 N) in der Oberfläche 210 des chemisch verfestigten Glases in einer Geschwindigkeit von 60 µm/s darauf angewendet wird und wurde für 15 Sekunden in dem Zustand von dem Erreichen der Last gehalten. Die Last des Eindruckkörpers wurde dann entfernt und 15 Sekunden danach wurde das chemisch verfestigte Glas 200 beobachtet. Die Anzahl von gebrochenen Stücken (die Anzahl von Fragmenten) des chemisch verfestigten Glases 200, das dadurch gebrochen wurde, wurde berechnet, und das Rissverhalten des chemisch verfestigten Glases 200 wurde bewertet.
<Beispiele 1 bis 33>
(Erster chemischer Verfestigungsschritt)
Aluminosilikat-Gläser (die Zusammensetzungen werden nachstehend gezeigt) mit einer Schichtdicke von 330 µm wurden Verschlankung durch eine Ätz-Behandlung zum Gewinnen von Aluminosilikat-Gläsern von 50 mm × 50 mm × 98 bis 256 µm t unterzogen. Kaliumnitrat (KNO₃) und Natriumnitrat (NaNO₃) wurden zu einem SUS-Becher so zugegeben, dass die Gesamtmenge von jenen 3500 g ist und die Konzentration (Masse-%) von KNO₃ ist wie in dem Punkt der ersten chemischen Verfestigungsbehandlung in Tabelle 1 gezeigt, und auf eine vorbestimmte Temperatur durch einen Heizmantel erhitzt, um ein gemischtes geschmolzenes Salz von Kaliumnitrat und Natriumnitrat herzustellen. Die Aluminosilikat-Gläser wurden auf 425°C vorgeheizt, in das geschmolzene Salz für eine vorbestimmte Zeit getaucht, einer lonenaustauschbehandlung unterzogen und dann nahe Raumtemperatur gekühlt. Somit wurde eine chemische Verfestigungsbehandlung durchgeführt. Die Bedingungen der chemischen Verfestigungsbehandlung werden in Tabelle 1 gezeigt. Die erhaltenen chemisch verfestigten Gläser wurden einige Male mit reinem Wasser gewaschen und dann durch Blasluft getrocknet. Somit wurden die chemisch verfestigten Gläser von Beispielen 1 bis 33 erhalten.
Aluminosilikatglas (spezifisches Gewicht: 2,41) Zusammensetzung (Mol-% Ausdruck): SiO₂ 64,5%, Al₂O₃ 8%, Na₂O 12,5%, K₂O 4,0%, MgO 10,5%, ZrO₂ 0,5%
Jedes der somit erhaltenen chemisch verfestigten Gläser wurde verschiedenen Bewertungen unterzogen. Aus durch jene Bewertungen erhaltenem CS-Wert, DOL-Wert und Schichtdicke t (Einheit: µm) wurde der CT-Wert, basierend auf der Formel (3), erhalten. Der CT₁-Wert wurde als CT₁ = -38,7 × ln(t/1000) + 48,2 [MPa] von der Schichtdicke t (Einheit: µm) erhalten. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.

[Tabelle 1]

	Schichtdicke t [µm]	Chemischer Verfestigungsschritt			CS [MPa]	DOL [µm]	CT [MPa]	CT₁ [MPa]	CT₄ [MPa]	Anzahl von Fragmenten [Anzahl]
		KNO₃-Konzentration [Masse-%]	Verfestigungszeit	Verfestigungs-Temperatur
		KNO₃-Konzentration [Masse-%]	[Stunde]	[°C]
Bsp. 1	117	100	2	375	801	18	178	131,2	303,1	9
Bsp. 2	116	100	3	375	786	22	240	131,6	306,3	10
Bsp. 3	124	100	4	375	759	24	240	129,0	282,9	10
Bsp. 4	108	100	5	375	702	29	407	134,3	334,1	1000
Bsp. 5	103	100	2	400	729	24,3	326	136,2	354,4	2
Bsp. 6	98	100	2,5	400	710	24,5	355	138,1	377,3	9
Bsp. 7	125	100	2	375	799	17	149	128,7	280,2	2
Bsp. 8	138	100	3	375	822	18	145	124,8	250,2	2
Bsp. 9	130	100	4	375	800	22	205	127,2	267,8	2
Bsp. 10	140	100	5	375	771	27	242	124,3	246,3	3
Bsp. 11	129	100	3	400	736	28,8	297	127,5	270,2	100
Bsp. 12	123	100	3,5	400	721	29	322	129,3	285,6	1000
Bsp. 13	146	100	4	400	796	24,1	196	122,7	235,2	3
Bsp. 14	144	100	4,5	400	774	26,7	228	123,2	238,7	10
Bsp. 15	152	100	4	375	778	22	158	121,1	225,2	3
Bsp. 16	148	100	5	375	772	24	185	122,1	231,7	3
Bsp. 17	149	100	6	375	810	27	230	121,9	230,1	2
Bsp. 18	148	100	7	375	789	29	254	122,1	231,7	100
Bsp. 19	159	100	8	375	771	33,7	284	119,4	214,8	1000
Bsp. 20	186	100	3	400	796	24,6	143	113,3	184,3	3
Bsp. 21	198	100	5	400	784	36	224	110,9	174,2	1000

(Tabelle 1 fortgesetzt)

	Schicht - dicke t [µm]	Chemischer Verfestigungsschritt			CS [MPa]	DOL [µm]	CT [MPa]	CT₁ [MPa]	CT₄ [MPa]	Anzahl von Fragmenten [Anzahl]
		KNO₃-Konzentration	Verfestigungszeit [Stunde]	Verfestigungs-Temperatur
		[Masse-%]		[°C]
Bsp. 22	195	100	6	400	778	38	248	111,5	176,5	1000
Bsp. 23	205	100	8	400	809	33,6	197	109,5	169,0	100
Bsp. 24	199	100	3	400	804	29	165	110,7	173,4	2
Bsp. 25	227	100	4	400	815	29,1	141	105,6	155,6	2
Bsp. 26	219	100	6	400	823	24,6	119	107,0	160,0	2
Bsp. 27	223	100	6	400	840	36,5	204	106,3	157,7	1000
Bsp. 28	23	100	5,5	400	797	36	182	105,1	154,0	1000
Bsp. 29	228	100	4,5	400	878	31,3	166	105,4	155,0	100
Bsp. 30	256	100	4	400	820	32	137	100,9	142,5	2
Bsp. 31	251	100	5	400	823	35,8	164	101,7	144,5	100
Bsp. 32	253	100	6	400	806	38,2	174	101,4	143,7	1000
Bsp. 33	114	100	1	375	782	11	94	110,9	174,2	10

<Beispiele 34 bis 41 >
(Erster chemischer Verfestigungsschritt)
Kalknatrongläser (die Zusammensetzungen werden nachstehend gezeigt) mit einer Schichtdicke von 330 µm wurden Verschlankung durch eine Ätz-Behandlung zum Gewinnen von Kalknatrongläsern von 50 mm × 50 mm × 50 bis 119 µm t unterzogen. Kaliumnitrat (KNO₃) und Natriumnitrat (NaNO₃) wurden zu einem SUS-Becher so gegeben, dass die Gesamtmenge von jenen 3500 g ist und die Konzentration (Masse-%) von KNO₃ wie in dem Punkt von der ersten chemischen Verfestigungsbehandlung in Tabelle 1 gezeigt ist, und auf eine vorbestimmte Temperatur durch einen Heizmantel erhitzt, um ein gemischtes geschmolzenes Salz von Kaliumnitrat und Natriumnitrat herzustellen. Die Kalknatrongläser wurden auf 425°C vorgeheizt, in das geschmolzene Salz für eine vorbestimmte Zeit getaucht, einer lonenaustauschbehandlung unterzogen und dann nahe Raumtemperatur gekühlt. Somit wurde eine chemische Verfestigungsbehandlung durchgeführt. Die Bedingungen der chemischen Verfestigungsbehandlung sind wie in Tabelle 1 gezeigt. Die erhaltenen chemisch verfestigten Gläser wurden einige Male mit reinem Wasser gewaschen und dann durch Blasluft getrocknet. Somit wurden die chemisch verfestigten Gläser von Beispielen 34 bis 41 erhalten.
Kalknatronglas (spezifisches Gewicht: 2,50) Zusammensetzung (Mol-% Ausdruck): SiO₂ 68,8%, Al₂O₃ 2,9%, Na₂O 14,2%, K₂O 0,2%, MgO 6,1%, MgO 7,8%
Jedes der somit erhaltenen chemisch verfestigten Gläser wurde verschiedenen Bewertungen unterzogen. Aus durch jene Bewertungen erhaltenem CS-Wert, DOL-Wert und Schichtdicke t (Einheit: µm) wurde der CT-Wert, basierend auf der Formel (3), erhalten. Der CT₁-Wert wurde als CT₁ = -38,7 × ln(t/1000) + 48,2 [MPa] von der Schichtdicke t (Einheit: µm) erhalten. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.

[Tabelle 2]

	Schichtdicke t [µm]	Chemischer Verfestigungsschritt			CS [MPa]	DOL [µm]	CT [MPa]	CT₁ [MPa]	CT₄ [MPa]	Anzahl von Fragmenten [Anzahl]
	Schichtdicke t [µm]	KNO₃-Konzentration [Masse-%]	Verfestigungszeit [Stunde]	Verfestigungs-Temperatur [°C]	CS [MPa]	DOL [µm]	CT [MPa]	CT₁ [MPa]	CT₄ [MPa]	Anzahl von Fragmenten [Anzahl]
Bsp. 34	77	100	48	400	524	22,4	365	147,4	515,1	2
Bsp. 35	77	100	72	400	462	34,5	1992	147,4	515,1	>10
Bsp. 36	90	100	48	400	578	24,3	339	141,4	420,6	2
Bsp. 37	97	100	32	400	587	29,3	448	138,5	382,2	>10
Bsp. 38	93	100	72	400	535	31,9	584	140,1	403,3	>10
Bsp. 39	117	100	48	400	602	24,5	217	131,2	303,1	2
Bsp. 40	119	100	72	400	535	31,9	309	130,6	297,0	>10
Bsp. 41	50	100	12	200	650	9,9	213	164,1	906,3	2

Die Beziehung zwischen einer Schichtdicke und innerem Zugspannungs-CT-Wert in jeder Probe von Tabellen 1 und 2 wird in 6 aufgetragen. Eine Kurve entsprechend dem CT₁-Wert (Strichlinie in der Zeichnung) wird auch gezeigt. In 6 wurden die Proben, in denen die Anzahl von Fragmenten, wenn zerbrochen, 10 oder weniger waren, durch O aufgetragen und die Proben, in denen die Anzahl von Fragmenten, wenn zerbrochen, 10 überschritt, wurden durch × aufgetragen.
Es war aus den Ergebnissen von 6 zu sehen, dass auch bei Glas mit CT-Wert, der den CT₁-Wert überstieg, die Anzahl von Fragmenten, wenn zerbrochen, etwas kleiner ist. Dies wird auf Grund des Einflusses angenommen, dass weil der verwendete Eindruckkörper 110 einen scharf zugewandten Winkel von der Spitze 111 von 60° aufweist und der Eindruckkörper 110 langsam (statisch) in die Oberfläche 210 des chemisch verfestigten Glases aufgepresst wird, sodass eine Last von 1,0 kgf (etwa 9,8N) auf den Eindruckkörper in einer Geschwindigkeit von 60 µm/s in dem vorliegenden Test angewendet wird, auch die Probe mit kleiner Schichtdicke t im Wesentlichen nicht durchgebogen wurde.
Der Begriff „war im Wesentlichen nicht durchgebogen“ bedeutet den Zustand, dass in dem Fall, in dem eine Last angewendet wurde, Glas zeitlich zu dem Moment des Anwendens der Last durchbiegt, aber die Durchbiegung über den ganzen vorstehenden Test in dem Fall von Beobachten des gesamten Glases nicht beobachtet wird, das heißt, der Zustand des Durchbiegungs-freien Glases, das in der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
Deshalb unterscheidet sich in dem chemisch verfestigten Glas mit kleiner Schichtdicke t der Wert (obere Grenze) von CT, der beginnt, fein zu fragmentieren, wenn Glas unter der Bedingung gebrochen wurde, die keine Durchbiegung verursacht stark vom CT₁-Wert, der üblich als die obere Grenze betrachtet wurde. Dies ist das Phänomen, das in dem Fall des Beobachtens von Rissverhalten von einem üblichen chemisch verfestigten Glas nicht beobachtet wurde, das eine große Schichtdicke t aufweist und schwierig durchzubiegen ist, und dem chemisch verfestigten Glas in dem Zustand mit dem Einfluss der Durchbiegung (zum Beispiel durch die Kollision von einem Eindruckkörper), auch wenn die Schichtdicke t klein ist.
Andererseits wurde es aus den Ergebnissen von 6 verständlich, dass wenn die innere Zugspannung CT des chemisch verfestigten Glases einen bestimmten kritischen Wert überschreitet, der vom CT₁-Wert verschieden ist, die Anzahl von Fragmenten beim Zerbrechen zunimmt. Der dem kritischen Wert entsprechende Zahlenwert kann durch eine Kurve angenähert werden. Der Wert von CT₄ (das heißt die rechte Seite der Formel (4)) wird in Tabellen 1 und 2 gezeigt und eine Kurve (durchgezogene Linie in der Zeichnung), erhalten durch die vorstehende Annäherung, wird in 6 gezeigt, sodass das Rissverhalten des chemisch verfestigten Glases mit kleiner Schichtdicke t in dem Zustand frei von dem Einfluss von Durchbiegung gesteuert werden kann. Wie in Tabellen 1 und 2 und 6 gezeigt, war die Anzahl von Fragmenten in dem chemisch verfestigten Glas mit der inneren Zugspannung CT, die 4 × (t/1000 + 0,02)^-2 + 90 [MPa] in Bezug auf die Funktion der Schichtdicke t [µm] überschreitet, groß. Deshalb wurde in der vorliegenden Beschreibung die obere Grenze der inneren Zugspannung CT als CT₄ = 4 × (t/1000 + 0,02)^-2 + 90 [MPa], gezeigt als die vorstehende durchgezogene Linie, definiert. Wenn die innere Zugspannung CT der Formel (4) genügt, ist das Glas beim Zerbrechen kaum fein zu fragmentieren und dies ist bevorzugt. Diese Bedingung wurde im Ergebnis von intensiven Untersuchungen durch die Erfinder gefunden und ist die obere Grenze der inneren Zugspannung CT des chemisch verfestigten Glases frei von dem Einfluss von Durchbiegung.
<Beispiele 42 bis 47>
(Erster chemischer Verfestigungsschritt)
Kalknatronglas (die Zusammensetzung wird nachstehend gezeigt) mit einer Schichtdicke von 330 µm wurde Verschlankung durch eine Ätz-Behandlung zum Gewinnen von Kalknatronglas von 50 mm × 50 mm × 230 µm t unterzogen. Kaliumnitrat (KNO₃) und Natriumnitrat (NaNO₃) wurden zu einem SUS-Becher so gegeben, dass die Gesamtmenge von jenen 3500 g ist und die Konzentration (Masse-%) von KNO₃, wie in dem Punkt von der ersten chemischen Verfestigungsbehandlung in Tabelle 3 gezeigt, ist und auf eine vorbestimmte Temperatur durch einen Heizmantel erhitzt, um ein gemischtes geschmolzenes Salz von Kaliumnitrat und Natriumnitrat herzustellen. Das Kalknatronglas wurde auf 425°C vorgeheizt, in das geschmolzene Salz für eine vorbestimmte Zeit getaucht, einer lonenaustauschbehandlung unterzogen und dann nahe Raumtemperatur gekühlt. Somit wurde eine chemische Verfestigungsbehandlung durchgeführt. Die Bedingungen der chemischen Verfestigungsbehandlung sind wie in Tabelle 3 gezeigt. Die erhaltenen chemisch verfestigten Gläser wurden einige Male mit reinem Wasser gewaschen und dann durch Blasluft getrocknet. Somit wurden die chemisch verfestigten Gläser von Beispielen 42 bis 47 erhalten.
Kalknatronglas (spezifisches Gewicht: 2,50) Zusammensetzung (Mol-% Ausdruck): SiO₂ 68,8%, Al₂O₃ 2,9%, Na₂O 14,2%, K₂O 0,2%, MgO 6,1%, MgO 7,8%
Jedes der somit erhaltenen chemisch verfestigten Gläser wurde verschiedenen Bewertungen unterzogen. Aus durch jene Bewertungen erhaltenem CS-Wert, DOL-Wert und Schichtdicke t (Einheit: µm) wurde der CT-Wert, basierend auf der Formel (3), erhalten. Der CT₁-Wert wurde als CT₁ = -38,7 × ln(t/1000) + 48,2 [MPa] von der Schichtdicke t (Einheit: µm) erhalten und der Wert von CT₄ wurde als CT₄ = 4 × (t/1000 + 0,02)^-2 + 90 [MPa] erhalten. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.

[Tabelle 3]

	Schichtdicke t [µm]	Chemischer Verfestigungsschritt			CS [MPa]	DOL [µm]	CT [MPa]	CT₁ [MPa]	CT₄ [MPa]	Anzahl von Fragmenten [Anzahl]
	Schichtdicke t [µm]	KNO₃-Konzentration [Masse-%]	Verfestigungszeit [Stunde]	Verfestigungs-Temperatur [°C]	CS [MPa]	DOL [µm]	CT [MPa]	CT₁ [MPa]	CT₄ [MPa]	Anzahl von Fragmenten [Anzahl]
Bsp. 42	230	100	55	400	671	30,6	121,5	105,1	154,0	2
Bsp. 43	230	100	75	400	639	32,2	124,0	105,1	154,0	4
Bsp. 44	230	100	93	400	561	35,0	122,7	105,1	154,0	2
Bsp. 45	230	100	120	400	605	38,4	151,6	105,1	154,0	4
Bsp. 46	230	100	192	400	446	49,4	168,1	105,1	154,0	1000
Bsp. 47	230	100	264	400	466	58,1	238,2	105,1	154,0	5150

Ein Eindruckkörper wurde in die Oberfläche von jedem der chemisch verfestigten Gläser von Beispielen 42 bis 45 so gepresst, dass eine Last von 1,0 kgf (etwa 9,8N) auf den Eindruckkörper in einer Geschwindigkeit von 60 µm/s angewendet wird, der Zustand des Erreichens der Last wurde für 15 Sekunden gehalten, die Last auf dem Eindruckkörper wurde dann entfernt und der Zustand nach 15 Sekunden davon wurde beobachtet. Die Photographien von jenen werden in 7 bzw. 10 gezeigt. Wie in Tabelle 3 gezeigt, war die Anzahl von Fragmenten von jenen chemisch verfestigten Gläsern alle 4 oder weniger.
Andererseits wurde ein Eindruckkörper auf die Oberfläche von jedem der chemisch verfestigten Gläser von Beispielen 42 bis 45 von der Höhe von 30 mm in dem Zustand, dass ein Gewicht von 10 g auf dem Eindruckkörper angebracht war, frei fallenlassen, wobei der Eindruckkörper mit den Gläsern in einer Geschwindigkeit von etwa 0,8 m/s kollidiert war und der Zustand der Gläser wurde dann beobachtet. Die Anzahl von Fragmenten überschritt in allen Fällen 10.
Weiterhin wurde ein Eindruckkörper mit einem zugewandten Winkel von der Spitze von 136° verwendet und der Eindruckkörper wurde in die Oberfläche von jedem der chemisch verfestigten Gläser von Beispielen 42 bis 45 in einer Geschwindigkeit von 60 µm/s so aufgepresst, dass eine Last von 1,0 kgf (etwa 9,8 N) auf den Eindruckkörper angewendet wird, wobei der Zustand des Erreichens der Last für 15 Sekunden gehalten wurde, die Last auf dem Eindruckkörper wurde dann entfernt und der Zustand nach 15 Sekunden davon wurde beobachtet. Die Anzahl von Fragmenten überschritt in allen Fällen 10.
Die Differenz in dem Rissverhalten hängt stark von einer Pressgeschwindigkeit von einem Eindruckkörper und einem zugewandten Winkel von einer Spitze eines Eindruckkörpers ab. Wenn ein Eindruckkörper in chemisch verfestigtes Glas mit hoher Geschwindigkeit aufgepresst wird oder ein Eindruckkörper mit großem zugewandtem Winkel von einer Spitze davon verwendet wird, wird dünnes chemisch verfestigtes Glas ähnlich zu dem Fall von Kollision durchgebogen. Deshalb kann der Einfluss der dynamischen Druckspannung und Zugspannung nicht unbeachtet bleiben. Auf Grund dessen sind die chemisch verfestigten Gläser von Beispielen 42 bis 45 fein gebrochen ungeachtet von relativ geringem CT.
Wenn andererseits ein Eindruckkörper mit geringer Geschwindigkeit (zum Beispiel einer Geschwindigkeit von 60 µm/s) aufgepresst wird, wird ein chemisch verfestigtes Glas im Wesentlichen nicht durchgebogen. Im Ergebnis brechen die chemisch verfestigten Gläser von Beispielen 42 bis 45 nicht fein. Dies reproduziert künstlich die Umgebung, die das chemisch verfestigte Glas mit einem zu bedeckenden Material in Kontakt gebracht hat und ist schwierig durchzubiegen.
Ein Eindruckkörper wurde in die Oberfläche von jedem der chemisch verfestigten Gläser von Beispielen 46 und 47 so aufgepresst, dass eine Last von 1,0 kgf (etwa 9,8N) auf den Eindruckkörper in einer Geschwindigkeit von 60 µm/s angewendet wird, wobei der Zustand des Erreichens der Last für 15 Sekunden gehalten wurde, die Last auf dem Eindruckkörper wurde dann entfernt und der Zustand nach 15 Sekunden davon wurde beobachtet. Die Photographien von jenen werden in 11 bzw. 12 gezeigt. Wie in Tabelle 3 gezeigt, war die Anzahl von Fragmenten von jenen chemisch verfestigten Gläsern alle 1000 oder mehr. In dem Fall, in dem die innere Zugspannung CT groß genug ist, nicht der Formel (4) genügen, ist es verständlich, dass das Glas fein gebrochen wird, ungeachtet der Gegenwart oder Abwesenheit von dem Einfluss der Durchbiegung.
Aus jenen Ergebnissen kann auch in einem chemisch verfestigten Glas mit kleiner Schichtdicke t Rissverhalten des chemisch verfestigten Glases unter der Bedingung, bei der Durchbiegung kaum auftritt, durch Steuern der inneren Zugspannung CT in einem Zahlenbereich, der der Formel (4) genügt, eingestellt werden.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele im Einzelnen beschrieben wurden, sind jene nicht auf die vorstehend-beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele begrenzt und verschiedene Modifizierungen oder Änderungen zu den Ausführungsformen und Beispielen können hinzugefügt werden, ohne von dem in den Ansprüchen angeführten Schutzumfang abzuweichen. Die vorstehenden Ausführungsformen können geeignet kombiniert werden. Diese Anmeldung basiert auf Japanischer Patentanmeldung (Anmelde-Nr. 2015-158843), eingereicht am 11. August 2015, deren Gesamtheit einbezogen ist. Der in der Anmeldung angeführte Inhalt ist durch diesen Bezug in seiner Gesamtheit hierin einbezogen.
Bezugszeichenliste
Beschreibung von Bezugsziffern und Zeichen

100: Vickers-Härte-Tester
110: Eindruckkörper
111: Spitze
200: Chemisch verfestigtes Glas
210: Oberfläche von chemisch verfestigtem Glas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011530470 A [0004]

Claims

Chemisch verfestigtes Glas mit einer Schichtdicke von weniger als 300 µm, mit einer Oberflächendruckspannung von 200 MPa oder mehr und das CT ≤ 4 × (t/1000 + 0,02)^-2 + 90 genügt, wobei eine innere Zugspannung CT (MPa) ist und die Schichtdicke t (µm) ist.
Chemisch verfestigtes Glas nach Anspruch 1, das CT > -38,7 × ln(t/1000) + 48,2 genügt, wobei die innere Zugspannung CT (MPa) ist und die Schichtdicke t (µm) ist.
Chemisch verfestigtes Glas nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Tiefe von einer Druckspannungsschicht von 3 µm oder mehr.
Chemisch verfestigtes Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Tiefe von einer Druckspannungsschicht von 50 µm oder weniger.
Chemisch verfestigtes Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Oberflächenrauheit Ra von einer Oberfläche des chemisch verfestigten Glases von 1 bis 300 nm.
Chemisch verfestigtes Glas nach Anspruch 5, wobei die Oberflächenrauheit Ra durch eine Verschlankung gesteuert wird.
Chemisch verfestigtes Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend, ausgedrückt durch Mol-% auf der Basis von Oxiden, 64 bis 72% SiO₂, 10 bis 18% Na₂O, 0 bis 5% K₂O und 1 bis 9% Al₂O₃, wobei ein Verhältnis von (Na₂O+K₂O)/Al₂O₃ 1,8 bis 5 ist.
Chemisch verfestigtes Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das chemisch verfestigte Glas durch Inkontaktbringen über eine Haftschicht mit einem zu bedeckenden Material mit einer Biegesteifigkeit größer als jene des chemisch verfestigten Glases zu verwenden ist.