CN108463439A

CN108463439A - 具有固有抗损坏性的可化学强化锂铝硅酸盐玻璃

Info

Publication number: CN108463439A
Application number: CN201780006069.7A
Authority: CN
Inventors: G·H·比尔; M·J·德内卡; 付强; S·戈麦斯; R·M·莫伦娜; C·M·史密斯
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2017-01-06
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2037-01-06
Also published as: KR102650166B1; TWI775541B; EP3400202A1; CN114956551A; US11993539B2; EP3400202B1; US20190084870A1; US20230278910A1; US11718554B2; JP2023002719A; JP7165055B2; US11220452B2; KR20180101429A; TWI736571B; WO2017120424A1; TW201736300A; JP2019509238A; US20170197869A1; TW202140403A; US20220064052A1

Abstract

一组Li₂O‑Al₂O₃‑SiO₂‑B₂O₃种类中的玻璃组合物，其可以在含有NaNO₃和KNO₃中的至少一种的单个或多个离子交换浴中进行短时间(2‑4小时)的化学强化，以形成深的层深度(DOL)。在一些情况中，DOL为至少70μm；在其他情况中，DOL为至少约100μm。经过离子交换的玻璃具有高的抗损坏性(压痕断裂韧性在大于10kgf至大于50kgf的范围内)，其优于钠铝硅酸盐玻璃或至少可与钠铝硅酸盐玻璃相当。

Description

具有固有抗损坏性的可化学强化锂铝硅酸盐玻璃

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119要求于2016年1月8日提交的系列号为62/276,431的美国临时申请的优先权权益，本申请以该临时申请的内容为基础，并通过引用将其全文纳入本文。

背景技术

本公开涉及可离子交换的玻璃。更具体地，本公开涉及可离子交换的锂铝硅酸盐玻璃。甚至更具体地，本公开涉及锂铝硅酸盐玻璃，当该锂铝硅盐玻璃进行离子交换时，其具有高水平的固有抗损坏性。

已经不断努力地开发了新的玻璃组合物以改进离子交换特性和具有更高的抗损坏性，同时促进熔化和成形工艺。许多具有高压痕阈值的玻璃基于SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-MgO-Na₂O-P₂O₅玻璃体系。由于存在硼或磷而产生的开放结构(即高摩尔体积)导致高的固有抗损坏性(IDR)。

发明内容

提供了Li₂O-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃种类中的一组玻璃组合物。这些玻璃可以在含有NaNO₃和KNO₃中的至少一种的单个或多个离子交换浴中进行短时间(2-4小时)的化学强化，以形成深的层深度(DOL)。在一些情况中，DOL为至少70μm；在其他情况中，DOL为至少约100μm。经过离子交换的玻璃具有高的抗损坏性(压痕断裂韧性在大于10kgf至大于50kgf的范围内)，其优于钠铝硅酸盐玻璃或至少可与钠铝硅酸盐玻璃相当。

因此，本公开的一个方面提供了一种锂铝硅酸盐玻璃。所述玻璃包括：约55摩尔％至约75摩尔％的SiO₂；约9摩尔％至约18摩尔％的Al₂O₃；约2.5摩尔％至约20摩尔％的B₂O₃；约3摩尔％至约20摩尔％的Li₂O；和0摩尔％至约4摩尔％的P₂O₅。

本公开的另一个方面提供了一种锂铝硅酸盐玻璃。所述玻璃是经过离子交换的并且具有压缩层，所述压缩层从至少一个表面延伸到玻璃中，延伸至少约70μm的层深度。所述压缩层在表面处具有至少约600MPa的最大压缩应力。所述玻璃还具有至少约10kgf的维氏裂纹引发阈值以及至少约8N的努氏划痕阈值。

根据本公开的第1个方面，提供了一种锂铝硅酸盐玻璃。所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约55摩尔％至约75摩尔％的SiO₂；约10摩尔％至约18摩尔％的Al₂O₃；约3.5摩尔％至约9.5摩尔％的B₂O₃；约7摩尔％至约14摩尔％的Li₂O；和0摩尔％至约4摩尔％的P₂O₅，其中，Li₂O(摩尔％)/R₂O(摩尔％)在约0.1至约0.4的范围内，并且R₂O＝Li₂O+Na₂O+K₂O+Rb₂O+Cs₂O。

根据本公开的第2个方面，如第1个方面所述的锂铝硅酸盐玻璃是经过离子交换的。

根据本公开的第3个方面，如第2个方面所述的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃具有压缩层，所述压缩层从至少一个表面延伸到玻璃中，延伸到至少约70μm的层深度，所述压缩层具有至少约600MPa的最大压缩应力。

根据本公开的第4个方面，在如第3个方面所述的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃中，压缩层在表面下方50μm的深度处具有至少约100MPa的压缩应力。

根据本公开的第5个方面，如第2至4个方面中任一方面所述的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃的维氏裂纹引发阈值为至少约10kgf。

根据本公开的第6个方面，如第2至5个方面中任一方面所述的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃的努氏划痕阈值为至少约8N。

根据本公开的第7个方面，如第1至6个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的液相线粘度为至少约10kP。

根据本公开的第8个方面，如第1至7个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的软化点为约840℃或更低。

根据本公开的第9个方面，如第1至8个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的退火点为至少约510℃。

根据本公开的第10个方面，如第1至9个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的弹性模量为至少约68GPa。

根据本公开的第11个方面，提供了如第1至10个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中R₂O(摩尔％)–Al₂O₃(摩尔％)在约-2摩尔％至约5.6摩尔％的范围内。

根据本公开的第12个方面，提供了如第1至11个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中Al₂O₃(摩尔％)>B₂O₃(摩尔％)。

根据本公开的第13个方面，提供了如第1至12个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约58摩尔％至约69摩尔％的SiO₂；约10摩尔％至约17摩尔％的Al₂O₃；约3.5摩尔％至约9.5摩尔％的B₂O₃；0摩尔％至约2.5摩尔％的P₂O₅；约7摩尔％至约14摩尔％的Li₂O；约0.2摩尔％至约14摩尔％的Na₂O；0摩尔％至约2.5摩尔％的K₂O；0摩尔％至约5摩尔％的MgO；和0摩尔％至约4摩尔％的ZnO，其中，Li₂O(摩尔％)/R₂O(摩尔％)在约0.1至约0.4的范围内。

根据本公开的第14个方面，提供了如第1至13个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约5摩尔％至约9摩尔％的B₂O₃；约7摩尔％至约10摩尔％的Li₂O；约4摩尔％至约14摩尔％的Na₂O；和0摩尔％至约1摩尔％的K₂O。

根据本公开的第15个方面，提供了如第1至14个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中(Al₂O₃(摩尔％)+B₂O₃(摩尔％))/R₂O(摩尔％)在约0.9至约1.9的范围内。

根据本公开的第16个方面，提供了如第1至15个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中R₂O(摩尔％)+R'O(摩尔％)–Al₂O₃(摩尔％)-B₂O₃(摩尔％)-P₂O₅(摩尔％)在约-10.5摩尔％至约-0.11摩尔％的范围内，其中R'O＝MgO+CaO+SrO+BaO。

根据本公开的第17个方面，提供了如第1至16个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括约5摩尔％至约12摩尔％的Li₂O。

根据本公开的第18个方面，提供了如第1至17个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：0摩尔％至约5摩尔％的Na₂O；0摩尔％至约4摩尔％的K₂O；0摩尔％至约8摩尔％的MgO；0摩尔％至约4摩尔％的ZnO；0摩尔％至约5摩尔％的TiO₂；以及0摩尔％至约3摩尔％的P₂O₅。

根据本公开的第19个方面，提供了如第1至18个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约55摩尔％至约60摩尔％的SiO₂；约12摩尔％至约15摩尔％的Al₂O₃；约3.5摩尔％至约7.5摩尔％的B₂O₃；约7摩尔％至约10摩尔％的Li₂O；和0摩尔％至约3摩尔％的P₂O₅。

根据本公开的第20个方面，提供了如第1至19个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括约5摩尔％至约7摩尔％的B₂O₃。

根据本公开的第21个方面，提供了如第1至20个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：0摩尔％至约5摩尔％的Na₂O；和约0.05摩尔％至约0.5摩尔％的SnO₂。

根据本公开的第22个方面，提供了一种消费者电子产品。所述消费者电子产品包括：具有前表面、后表面和侧表面的壳体；至少部分位于所述壳体内的电子部件，所述电子部件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及设置在所述显示器上方的盖板玻璃，其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如第1至21个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃。

根据本公开的第23个方面，提供了一种消费者电子产品。所述锂铝硅酸盐玻璃包括：约55摩尔％至约75摩尔％的SiO₂；约10摩尔％至约18摩尔％的Al₂O₃；约2.5摩尔％至约7.5摩尔％的B₂O₃；约5摩尔％至约14摩尔％的Li₂O；0摩尔％至约4摩尔％的P₂O₅；和0摩尔％至约1摩尔％的K₂O；其中，Li₂O(摩尔％)/R₂O(摩尔％)在约0.1至约0.4的范围内，R₂O＝Li₂O+Na₂O+K₂O+Rb₂O+Cs₂O，R₂O(摩尔％)+R'O(摩尔％)–Al₂O₃(摩尔％)-B₂O₃(摩尔％)-P₂O₅(摩尔％)在约-10.5摩尔％至约-0.11摩尔％的范围内，并且R'O＝MgO+CaO+SrO+BaO。

根据本公开的第24个方面，如第23个方面所述的锂铝硅酸盐玻璃是经过离子交换的。

根据本公开的第25个方面，如第24个方面所述的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃具有压缩层，所述压缩层从至少一个表面延伸到玻璃中，延伸到至少约70μm的层深度，所述压缩层具有至少约600MPa的最大压缩应力。

根据本公开的第26个方面，在如第25个方面所述的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃中，压缩层在表面下方50μm的深度处具有至少约100MPa的压缩应力。

根据本公开的第27个方面，如第23至26个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的维氏裂纹引发阈值为至少约10kgf。

根据本公开的第28个方面，如第23至27个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的努氏划痕阈值为至少约8N。

根据本公开的第29个方面，如第23至28个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的液相线粘度为至少约10kP。

根据本公开的第30个方面，如第23至29个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的软化点为约840℃或更低。

根据本公开的第31个方面，如第23至30个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的退火点为至少约510℃。

根据本公开的第32个方面，如第23至31个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃的弹性模量为至少约68GPa。

根据本公开的第33个方面，提供了如第23至32个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中R₂O(摩尔％)–Al₂O₃(摩尔％)在约-2摩尔％至约5.6摩尔％的范围内。

根据本公开的第34个方面，提供了如第23至33个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中Al₂O₃(摩尔％)>B₂O₃(摩尔％)。

根据本公开的第35个方面，提供了如第23至34个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中(Al₂O₃(摩尔％)+B₂O₃(摩尔％))/R₂O(摩尔％)在约0.9至约1.9的范围内。

根据本公开的第36个方面，提供了如第23至35个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：0摩尔％至约5摩尔％的Na₂O；0摩尔％至约8摩尔％的MgO；0摩尔％至约4摩尔％的ZnO；0摩尔％至约5摩尔％的TiO₂；和0摩尔％至约3摩尔％的P₂O₅。

根据本公开的第37个方面，提供了如第23至36个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括约5摩尔％至约7摩尔％的B₂O₃。

根据本公开的第38个方面，提供了如第23至37个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：0摩尔％至约5摩尔％的Na₂O；和约0.05摩尔％至约0.5摩尔％的SnO₂。

根据本公开的第39个方面，提供了一种消费者电子产品。所述消费者电子产品包括：具有前表面、后表面和侧表面的壳体；至少部分位于所述壳体内的电子部件，所述电子部件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及设置在所述显示器上方的盖板玻璃，其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如第23至38个方面中任一方面所述的锂铝硅酸盐玻璃。

根据本公开的第40个方面，提供了一种锂铝硅酸盐玻璃。所述锂铝硅酸盐玻璃是经过离子交换的，并且其具有压缩层，所述压缩层从至少一个表面延伸到玻璃中，延伸到至少约70μm的层深度，所述压缩层具有至少约600MPa的最大压缩应力，其中，所述玻璃的维氏裂纹引发阈值为至少约10kgf，并且努氏划痕阈值为至少约8N。

根据本公开的第41个方面，提供了一种消费者电子产品。所述消费者电子产品包括：具有前表面、后表面和侧表面的壳体；至少部分位于所述壳体内的电子部件，所述电子部件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及设置在所述显示器上方的盖板玻璃，其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如第40个方面所述的锂铝硅酸盐玻璃。

从以下具体实施方式、附图和所附权利要求书能明显地看出本公开的这些方面、优点和显著特征以及其他方面、优点和显著特征。

附图说明

图1是经过离子交换的玻璃制品的截面示意图；

图2是本公开的锂铝硅酸盐玻璃(A)和玻璃陶瓷(B)的从玻璃表面到玻璃内部的Na⁺浓度分布图；

图3是本公开的锂铝硅酸盐玻璃在390℃下在NaNO₃中离子交换3.5小时，以及钠铝硅酸盐玻璃在KNO₃中离子交换之后的压痕断裂阈值图；

图4示出了在10kgf、30kgf和50kgf的压头载荷下，在图3绘制的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃中的维氏压痕的光学显微图；

图5A是包含本文公开的任意制品的示例性电子装置的平面图；以及

图5B是图5A的示例性电子装置的透视图。

具体实施方式

在以下描述中，在附图所示的若干视图中，相同的附图标记表示相同或相应的部分。还应理解，除非另外说明，否则，术语例如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等是为了方便起见的用语，不应视为限制性用语。此外，每当将一个组描述为包含一组元素和它们的组合中的至少一种时，应将其理解为所述组可以单个元素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列元素，或者主要由任何数量的这些所列元素组成，或者由任何数量的这些所列元素组成。类似地，每当将一个组描述为由一组元素中的至少一个元素或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个元素或相互组合的形式由任何数量的这些所列元素组成。除非另有说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限，以及所述上限和下限之间的任意范围。除非另外说明，否则，本文所用的修饰语“一个”、“一种”及其相应的修饰语“该(所述)”意为“至少一(个/种)”或者“一(个/种)或多(个/种)”。还应理解的是，在说明书和附图中公开的各个特征可以任意的和所有的组合方式使用。

如在本文中所使用的，术语“玻璃制品”和“多个玻璃制品”以它们最广泛的意义来使用，包括全部或部分由玻璃制成的任何物体。除非另有说明，否则所有组成都以摩尔百分数(摩尔％)表示。热膨胀系数(CTE)的单位是10^-7/℃，并且除非另有说明，其表示在约20℃至约300℃温度范围内的测量值。

除非另有说明，所有温度以摄氏度(℃)表示。本文所用术语“软化点”指的是玻璃的粘度为约10^7.6泊(P)时的温度，术语“退火点”指的是玻璃的粘度为约10^13.2泊时的温度，术语“200泊温度(T^200P)”指的是玻璃的粘度为约200泊时的温度，术语“10¹¹泊温度”指的是玻璃的粘度为约10¹¹泊时的温度，术语“35kP温度(T^35kP)”指的是玻璃的粘度为约35千泊(kP)时的温度，以及术语“160kP温度(T^160kP)”指的是玻璃的粘度为约160kP的温度。如在本文中所用的，术语“液相线温度”或“T^L”是指随着熔融玻璃从熔融温度开始冷却，晶体第一次出现时的温度，或者随着温度从室温开始升高，最后一点晶体熔化掉时的温度。

应注意，本文可用术语“基本上“和”约“表示可由任何定量比较、数值、测量或其他表示方法造成的固有不确定程度。在本文中还使用这些术语表示定量表达可以与所述的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致所针对的对象的基本功能改变。因此，“基本上不含MgO”的玻璃是指不向该玻璃中主动添加或配入MgO，但其可作为污染物以极少的量(例如小于0.1摩尔％)存在的玻璃。

从总体上参见附图，并具体参见图1，应理解，举例说明是为了描述本公开的具体的实施方式，而不是用来限制本公开或所附权利要求书。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。

本文描述了可进行离子交换的锂铝硅酸盐玻璃，当进行化学强化时，其表现出高水平的抗损坏性——也被称为原生抗损坏性或固有抗损坏性，所述抗损坏性通过维氏裂纹引发阈值和努氏划痕测试表征。这些玻璃在钠盐(如NaNO₃)中离子交换的速率一般比类似的钠碱金属铝硅酸盐玻璃在钾盐(如KNO₃)中离子交换的速率更快。使用含锂玻璃在较低温度下也可以实现更深的压缩深度(也称为“层深度”或“DOL”)。当Na+代替玻璃中的Li+时，扩散速率可比K⁺交换玻璃中的Na⁺快约10倍。可以使用混合盐浴以进行双重离子交换，其中既发生K⁺交换Na⁺又发生Na⁺交换Li⁺，从而由于Na⁺交换Li⁺而形成深的压缩深度，以及由于K⁺交换Na⁺而形成高的表面压缩应力。

本文所述的锂铝硅酸盐玻璃包括以下物质或者基本上由以下物质组成：约55摩尔％至约75摩尔％的SiO₂(55摩尔％≤SiO₂≤75摩尔％)；约9摩尔％至约18摩尔％的Al₂O₃(9摩尔％≤Al₂O₃≤18摩尔％)；约2.5摩尔％至约20摩尔％的B₂O₃(2.5摩尔％≤B₂O₃≤20摩尔％)；约3摩尔％至约20摩尔％的Li₂O(3摩尔％≤Li₂O≤20摩尔％)；0摩尔％至约4摩尔％的P₂O₅(0摩尔％≤P₂O₅≤4摩尔％)。在一些实施方式中，所述玻璃还包括以下至少一种：0摩尔％至约5摩尔％的Na₂O；0摩尔％至约4摩尔％的K₂O；0摩尔％至约8摩尔％的MgO；0摩尔％至约4摩尔％的ZnO和0摩尔％至约5摩尔％的TiO₂。

在具体的实施方式中，本文所述的锂铝硅酸盐玻璃包括以下物质或者基本上由以下物质组成：约55摩尔％至约75摩尔％的SiO₂；约10摩尔％至约18摩尔％的Al₂O₃；0摩尔％至约20摩尔％的B₂O₃；约5摩尔％至约14摩尔％的Li₂O；0摩尔％至约5摩尔％的Na₂O；0摩尔％至约4摩尔％的K₂O；0摩尔％至约8摩尔％的MgO；0摩尔％至约4摩尔％的ZnO；0摩尔％至约5摩尔％的TiO₂；0摩尔％至约4摩尔％的P₂O₅和约0.05摩尔％至约0.5摩尔％的SnO₂。甚至更具体地，所述玻璃可以包括以下物质或基本上由以下物质组成：约55摩尔％至约60摩尔％的SiO₂(55摩尔％≤SiO₂≤60摩尔％)；约12摩尔％至约15摩尔％的Al₂O₃(12摩尔％≤Al₂O₃≤15摩尔％)；约2.5摩尔％至约7.5摩尔％的B₂O₃(2.5摩尔％≤B₂O₃≤7.5摩尔％)；约7摩尔％至约10摩尔％的Li₂O(7摩尔％≤Li₂O≤10摩尔％)；和0摩尔％至约3摩尔％的P₂O₅(0摩尔％≤P₂O₅≤3摩尔％)。最优选地，B₂O₃在约5摩尔％至约7摩尔％的范围内。所述的玻璃的组成的非限制性实例及参比组成(9667)列于表1。

表1.锂铝硅酸盐玻璃的实例

在具体的实施方式中，本文所述的锂铝硅酸盐玻璃包括以下物质或者基本上由以下物质组成：约58摩尔％至约69摩尔％的SiO₂(58摩尔％≤SiO₂≤69摩尔％)；约9摩尔％至约17摩尔％的Al₂O₃(9摩尔％≤Al₂O₃≤17摩尔％)；约3.5摩尔％至约9.5摩尔％的B₂O₃(3.5摩尔％≤B₂O₃≤9.5摩尔％)；0摩尔％至约2.5摩尔％的P₂O₅(0摩尔％≤P₂O₅≤4摩尔％)；约2.5摩尔％至约12摩尔％的Li₂O(2.5摩尔％≤Li₂O≤12摩尔％)；约0.2摩尔％至约12摩尔％的Na₂O(0.2摩尔％≤Na₂O≤13摩尔％)；0摩尔％至约2.5摩尔％的K₂O(0摩尔％≤K₂O≤2.5摩尔％)；0摩尔％至约5摩尔％的MgO(0摩尔％≤MgO≤5摩尔％)；和/或0摩尔％至约4摩尔％的ZnO(0摩尔％≤ZnO≤4摩尔％)。更具体地，所述玻璃可包含：约5摩尔％至约9摩尔％的B₂O₃(5摩尔％≤B₂O₃≤9摩尔％)；约4摩尔％至约10摩尔％的Li₂O(4摩尔％≤Li₂O≤10摩尔％)；约4摩尔％至约14摩尔％的Na₂O(4摩尔％≤Na₂O≤14摩尔％)；0摩尔％至约1摩尔％的K₂O(0摩尔％≤K₂O≤1摩尔％)；0摩尔％至约3摩尔％的MgO(0摩尔％≤MgO≤3摩尔％)；和/或0摩尔％至约3摩尔％的ZnO(0摩尔％≤ZnO≤3摩尔％)。这些玻璃还可以包括约0.05摩尔％至约0.5摩尔％的SnO₂(0.05摩尔％≤SnO₂≤0.5摩尔％)。所述玻璃的组成的非限定性实例列于表2。

在一些实施方式中，(Li₂O(摩尔％)/R₂O(摩尔％)在约0.1至约0.5的范围内(0.1≤(Li₂O(摩尔％)/R₂O(摩尔％)≤0.5)，其中R₂O＝Li₂O+Na₂O+K₂O+Rb₂O+Cs₂O。

在一些实施方式中，R₂O(摩尔％)–Al₂O₃(摩尔％)在约-2摩尔％至约5.6摩尔％的范围内，其中R₂O＝Li₂O+Na₂O+K₂O+Rb₂O+Cs₂O。在一些实施方式中，Al₂O₃(摩尔％)>B₂O₃(摩尔％)。在一些实施方式中，(Al₂O₃(摩尔％)+B₂O₃(摩尔％))/R₂O(摩尔％)在约0.9至约1.9的范围内。在一些实施方式中，R₂O(摩尔％)+R'O(摩尔％)–Al₂O₃(摩尔％)-B₂O₃(摩尔％)-P₂O₅(摩尔％)在约-10.5摩尔％至约-0.11摩尔％的范围内，其中R'O＝MgO+CaO+SrO+BaO。

在一些实施方式中，本文所述的锂铝硅酸盐玻璃的软化点低于钠铝硅酸盐玻璃的软化点，所述钠铝硅酸盐玻璃的软化点通常大于约900℃。在一些实施方式中，本文所述的玻璃的软化点为约840℃或更低。在某些实施方式中，所述玻璃的软化点为约820℃或更低，并且在其他实施方式中，其软化点为约800℃或更低。这些低的软化点伴随着热膨胀系数(CTE)低于钠铝硅酸盐玻璃的CTE。当对玻璃片进行再成形时，较低的CTE对于维持尺寸稳定性来说是重要的。除了用作平坦的板，本公开的玻璃的相对较低的CTE能够使其用作三维制品及用于汽车应用。

在一些实施方式中，本文所述的锂铝硅酸盐玻璃的退火点为至少约500℃。在某些实施方式中，所述玻璃的退火点为至少约520℃，在其他实施方式中，其退火点为至少约530℃。

表2列出了选定的玻璃组成的密度、应变点、软化点、退火点和热膨胀系数(CTE)。

表2.选定的锂铝硅酸盐玻璃的组成、密度、应变点、软化点、退火点和热膨胀系数(CTE)。

在一些实施方式中，本文所述的锂铝硅酸盐玻璃的弹性模量可以为至少约68吉帕(GPa)。

除了示例性的锂硅酸盐玻璃组成，表2还列出了这些示例性玻璃的物理性质，包括应变点、退火点和软化点；CTE以及密度。使用ASTM C598-93(2013)的梁弯曲粘度法来确定应变点。使用ASTM C598-93(2013)的梁弯曲粘度法来确定退火点。使用ASTM C1351M-96(2012)的平行板粘度法来确定软化点。在0-300℃的温度范围内的线性热膨胀系数(CTE)以ppm/K表示，并且使用按照ASTM E228-11的推杆式膨胀计来确定。使用ASTM C693-93(2013)的浮力法来确定密度。

在一些实施方式中，本文所述的锂铝硅酸盐玻璃的液相线粘度大于约10,000泊(P)，在某些实施方式中，大于100,000P。在一些实施方式中，这些玻璃可与熔合工艺(如熔合拉制工艺等)兼容，并且与用于成形的锆石硬件兼容。然而，在一些实施方式中(例如表1中的实例3)，这些玻璃具有低的液相线粘度，因此不可熔合成形。在这些情况中，玻璃可以通过狭缝拉制、浮法、轧制和本领域已知的其他片材成形工艺来形成。

本文所述的玻璃可以形成制品，例如但不限于平坦的板和三维制品，其厚度在约0.2mm至高达约2mm的范围内，在一些实施方式中，厚度为约0.5mm至约1.5mm。

粘度和机械性能受玻璃组合物的影响。在本文所述的玻璃组合物中，SiO₂用作主要的形成玻璃的氧化物并且可用于稳定网络结构。SiO₂的浓度应足够地高以提供化学耐久性足够高的玻璃来适于消费者应用。然而，纯SiO₂或高SiO₂含量玻璃的熔融温度(200泊温度)过高而不能通过某些方法来加工玻璃。另外，SiO₂的存在降低了由离子交换形成的压缩应力。在某些实施方式中，本文所述的锂铝硅酸盐玻璃包括约55摩尔％至约75摩尔％的SiO₂，例如约57摩尔％至约73摩尔％的SiO₂；约59摩尔％至约71摩尔％的SiO₂；约61摩尔％至约69摩尔％的SiO₂；约63摩尔％至约67摩尔％的SiO₂；约55摩尔％至约60摩尔％的SiO₂；约58摩尔％至约69摩尔％的SiO₂；或其中包含的任意子范围。

在这些玻璃中，Al₂O₃还可以用作玻璃成形剂。类似于SiO₂，氧化铝一般使熔体的粘度增加，并且相对于碱金属元素或碱土金属元素，Al₂O₃的增加一般使耐久性得到改进。铝离子的结构作用取决于玻璃组成。当碱金属氧化物(R₂O)的浓度接近或大于氧化铝(Al₂O₃)的浓度时，发现所有的铝均呈四面体配位，且碱金属离子起到电荷平衡体的作用。对于本文所述的所有玻璃均如此。一般来说，Al₂O₃还在可离子交换玻璃中起到重要作用，因为其能够提供强网络骨架(即，高应变点)，同时允许碱性离子具有相对较快的扩散率。然而，高的Al₂O₃浓度一般使液相线粘度降低，因此需要将Al₂O₃浓度控制在合理的范围内。在一些实施方式中，本文所述的玻璃包括约9摩尔％至约18摩尔％的Al₂O₃，例如约10摩尔％至约18摩尔％的Al₂O₃；约12摩尔％至约16摩尔％的Al₂O₃；约12摩尔％至约15摩尔％的Al₂O₃；约9摩尔％至约17摩尔％的Al₂O₃；或其中包含的任意子范围。

碱金属氧化物(Li₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O和Cs₂O)在达到低的熔融温度和低的液相线温度中起到酸的作用。另一方面，加入碱金属氧化物使热膨胀系数(CTE)急剧升高并且使化学耐久性降低。最重要的是，为了进行离子交换，需要存在至少一种小的碱金属氧化物(例如Li₂O和Na₂O)以与来自离子交换介质(例如盐浴)的更大的碱金属离子(例如K⁺)交换。一般可进行三种类型的离子交换：Na⁺交换Li⁺，这使得形成了深的层深度但是形成了低的压缩应力；K⁺交换Li⁺，这使得形成了浅的层深度但是形成了相对较大的压缩应力；以及K⁺交换Na⁺，这使得形成了中等的层深度和压缩应力。由于压缩应力与从玻璃中离子交换出的碱金属离子的数量成正比，因此浓度足够高的至少一种小的碱金属氧化物对于在玻璃中产生大的压缩应力是必须的。在某些实施方式中，本文所述的玻璃包括约2.5摩尔％至约20摩尔％的Li₂O，例如约3摩尔％至约20摩尔％的Li₂O；约4摩尔％至约18摩尔％的Li₂O；约5摩尔％至约16摩尔％的Li₂O；约6摩尔％至约14摩尔％的Li₂O；约5摩尔％至约14摩尔％的Li₂O；约7摩尔％至约10摩尔％的Li₂O；约2.5摩尔％至约12摩尔％的Li₂O；约4摩尔％至约10摩尔％的Li₂O；或其中包含的任意子范围。在一些实施方式中，这些玻璃包括0摩尔％至约14摩尔％的Na₂O，例如0摩尔％至约5摩尔％的Na₂O；约0.2摩尔％至约12摩尔％的Na₂O；约4摩尔％至约14摩尔％的Na₂O；0.2摩尔％至约14摩尔％的Na₂O；或其中包含的任意子范围。在一些实施方式中，本文所述的玻璃可以包括0摩尔％至约4摩尔％的K₂O，例如0摩尔％至约2.5摩尔％的K₂O；0摩尔％至约1摩尔％的K₂O；或其中包含的任意子范围。

为了获得高的液相线粘度并因此通过下拉技术，尤其是通过熔合拉制法来成形，以摩尔计，玻璃的Li₂O应占到小于总的碱金属氧化物含量的一半。当Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O+Rb₂O+Cs₂O)超过0.5时，锂辉石液相线粘度增加并且玻璃不可再与熔合技术兼容。因此，在一些实施方式中，Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O+Rb₂O+Cs₂O)在约0.1至约0.5的范围内；例如0.1≤Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O+Rb₂O+Cs₂O)≤0.4、0.2≤Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O+Rb₂O+Cs₂O)≤0.4，或者本文包含的任意子范围。然而，为了在离子交换后获得高的压缩应力，理想的是使Li₂O含量最大化。因此，为了在大于40um的深度处获得大于100MPa的压缩应力，Li₂O含量应大于约4摩尔％，在一些实施方式中，优选大于约5摩尔％，并且应小于约10摩尔％。

K₂O的存在使K⁺离子交换Na⁺的速率增加，但是使离子交换后的压缩应力急剧降低。在一些实施方式中，玻璃应包括小于约2.5摩尔％的K₂O，并且在某些实施方式中，K₂O浓度应不超过1摩尔％。

二价阳离子氧化物(例如，碱土金属氧化物和ZnO)也改善了玻璃的熔融性。然而，对于离子交换性能，二价阳离子的存在降低了碱金属阳离子的移动性。这一对离子交换性能的负面影响对于较大的二价阳离子来说成为显著。此外，较小的二价阳离子氧化物一般比较大的二价阳离子氧化物更有助于增强压缩应力。因此，MgO在改善应力松弛上提供许多优势，同时将对碱金属扩散性的不利影响降到最低。然而，当MgO的含量高时，玻璃易于形成镁橄榄石(Mg₂SiO₄)，随着MgO浓度上升到高于某一水平，这造成液相线温度极陡峭地升高。在一些实施方式中，MgO是玻璃中仅存的二价阳离子氧化物。在其他实施方式中，本文所述的玻璃可以包含MgO和ZnO中的至少一种。因此，在一些实施方式中，这些玻璃可以包括0摩尔％至约8摩尔％的MgO，例如0摩尔％至约6摩尔％的MgO；0摩尔％至约5摩尔％的MgO；0摩尔％至约3摩尔％的MgO；0摩尔％至约1摩尔％的MgO；或其中包含的任意子范围。在一些实施方式中，所述玻璃包括0摩尔％至约4摩尔％的ZnO，例如0摩尔％至约3摩尔％的ZnO；0摩尔％至约2摩尔％的ZnO；0摩尔％至约1摩尔％的ZnO，或其中包含的任意子范围。

当硼未被碱金属氧化物或二价阳离子氧化物电荷平衡时，其将处于三配位态，并使玻璃结构打开。在三配位硼周围的网络不如围绕四配位硼的网络刚性那么大；键是“松软的(即，弹性、挠性或能够弯曲或伸展)”，因此允许玻璃在裂纹形成之前承受某种程度的变形。另外，硼降低了熔融粘度并有效地有助于抑制玻璃的锆石分解粘度。在一些实施方式中，本文所述的玻璃包括0摩尔％至约20摩尔％的B₂O₃，例如约2.5摩尔％至约20摩尔％的B₂O₃；约3摩尔％至约18摩尔％的B₂O₃；约3.5摩尔％至约16摩尔％的B₂O₃；约4摩尔％至约16摩尔％的B₂O₃；约4.5摩尔％至约14摩尔％的B₂O₃；约5摩尔％至约12摩尔％的B₂O₃；约2.5摩尔％至约7.5摩尔％的B₂O₃；约5摩尔％至约7摩尔％的B₂O₃；约3.5摩尔％至约9.5摩尔％的B₂O₃；约5摩尔％至约9摩尔％的B₂O₃；或其中包含的任意子范围。

P₂O₅改进了抗损坏性并且不妨碍离子交换。在一些实施方式中，向玻璃中添加磷形成了二氧化硅(玻璃中的SiO₂)被磷酸铝(AlPO₄)替代的结构，该结构由四配位的铝以及磷和/或磷酸硼(BPO₄)构成，所述磷酸硼由四配位的硼和磷构成。在一些实施方式中，所述玻璃包括0摩尔％至约4摩尔％的P₂O₅，例如0摩尔％至约3摩尔％的P₂O₅；0摩尔％至约2.5摩尔％的P₂O₅；0摩尔％至约1摩尔％的P₂O₅；或其中包含的任意子范围。

如果需要玻璃陶瓷制品，则TiO₂起到成核剂的作用以产生本体成核(bulknucleation)。如果TiO₂的浓度过低，则前体玻璃不结晶。如果浓度过高，则在前体玻璃形成期间，在冷却后难以控制析晶。在一些实施方式中，本文所述的玻璃可以包括0摩尔％至约5摩尔％的TiO₂，例如0摩尔％至约4摩尔％的TiO₂；0摩尔％至约3摩尔％的TiO₂；0摩尔％至约2摩尔％的TiO₂；0摩尔％至约1摩尔％的TiO₂；或其中包含的任意子范围。

在一些实施方式中，本文所述的玻璃还可以包括至少一种澄清剂，例如但不限于SnO₂、As₂O₃、Sb₂O₃等。由于环境和毒性问题，玻璃中通常不包括As₂O₃和Sb₂O₃。因此，本文所述的玻璃通常不含As₂O₃和Sb₂O₃，而在一些实施方式中，这些玻璃可以包括约0.05摩尔％至约0.5摩尔％的SnO₂。

稀土氧化物可以增加玻璃的硬度和弹性模量，但是它们妨碍离子交换，增加玻璃的密度和成本，以及使玻璃具有许多颜色。因此，理想的是将稀土氧化物的总含量限制在小于0.1摩尔％。

在一些方面中，本文所述的锂铝硅酸盐玻璃通过在玻璃表面上形成压缩层而得到强化。在某些实施方式中，这些玻璃是经过化学强化的，在具体的实施方式中，这些玻璃是通过离子交换来得到化学强化的。

离子交换是用玻璃中的较小阳离子交换离子交换介质(例如熔融盐浴或糊料)中存在的较大阳离子的过程。在一个具体的实施方式中，通过将玻璃浸没在基本上包含较大阳离子的盐的熔融浴中来进行离子交换。所述离子交换浴也可以包含玻璃中存在的较小阳离子的盐。如本文中所使用的，术语“基本上包含”意为在熔融盐浴中可以存在其他组分。这些组分可以包括但不限于用于减少熔融盐对浴容器或玻璃制品的侵蚀的化合物。这些额外的组分可以包括但不限于玻璃的选定组分，例如硅酸、凝胶形式的氧化铝、凝胶形式的二氧化硅等。

图1示出了经过离子交换的玻璃制品的截面示意图。玻璃制品100具有厚度t、第一表面110和第二表面112。在一些实施方式中，玻璃制品100的厚度t最高至约1mm。虽然图1所示的实施方式描绘了作为平坦的平面片材或板材的玻璃制品100，但是玻璃制品可具有其他构造，例如三维形状或非平面构造。玻璃制品100具有第一压缩层120，该第一压缩层120从第一表面110延伸到玻璃制品100本体中的层深度(DOL)d₁。在图1所示的实施方式中，玻璃制品100还具有第二压缩层122，该第二压缩层122从第二表面112延伸到第二层深度d₂。第一和第二压缩层120、122各自处于压缩应力CS下。在一些实施方式中，第一和第二压缩层120、122分别各自在第一和第二表面110、112处具有最大压缩应力。玻璃制品还具有中心区域130，该中心区域130从d₁延伸至d₂。中心区域130处于拉伸应力或中心张力(CT)下，这平衡或抵消了层120和122的压缩应力。第一和第二压缩层120、122的层深度d₁、d₂保护玻璃制品100免受瑕疵扩展，所述瑕疵通过对玻璃制品100的第一和第二表面110、112的尖锐冲击引入，同时，至少约900MPa的压缩应力使得瑕疵渗透通过第一和第二压缩层120、122的深度d₁、d₂的可能性最小。

当进行离子交换时，本文所述的锂铝硅酸盐玻璃通常比钠铝硅酸盐玻璃表现出更深的层深度和更低的中心张力，因此能够使极薄的(即<0.5mm)玻璃片进行化学强化，同时不易受易碎性影响。

通过表面应力计(FSM)，使用商购仪器，例如日本折原实业有限公司[OriharaIndustrial Co.,Ltd.(Japan)]制造的FSM-6000，来测量压缩应力(包括表面CS)。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，而应力光学系数与玻璃的双折射相关。进而根据ASTM标准C770-16中所述的方案C(玻璃盘方法)，题为“Standard Test Method forMeasurement of Glass Stress-Optical Coefficient”[《测量玻璃应力-光学系数的标准测试方法》]来测量SOC，其全文通过引用结合入本文。

如本文所用，DOL表示本文所述的经过化学强化的碱金属铝硅酸盐玻璃制品中的应力从压缩应力变为拉伸应力处的深度。取决于离子交换处理方式，DOL可以通过FSM或散射光偏振镜(SCALP)来测量。如果玻璃制品中的应力是通过将钾离子交换到玻璃制品中产生的，则使用FSM测量DOL。如果玻璃制品中的应力是通过将钠离子交换到玻璃制品中产生的，则使用SCALP测量DOL。如果玻璃制品中的应力是通过将钾离子和钠离子二者交换到玻璃中产生的，则通过SCALP测量DOL，因为认为Na⁺离子的交换深度(“钾DOL”)表示的是DOL，而钾离子的交换深度表示压缩应力的变化幅度(但不表示应力从压缩变为拉伸)。K+离子的渗透深度(“钾DOL”)表示离子交换过程的造成的钾渗透的深度。本文所述的制品的钾DOL通常小于DOL。使用表面应力计来测量钾DOL，所述表面应力计例如由日本东京的鲁机欧有限公司(Luceo Co.,Ltd.,Tokyo,Japan)制造的商购FSM-6000表面应力计，如上文关于CS测量所述，钾DOL的测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量。

可以使本文所述的锂铝硅酸盐玻璃在含有钠盐、钾盐中的任一者或含有钠盐和钾盐两者的至少一个熔融盐浴中进行离子交换过程。在离子交换过程中通常使用硝酸盐NaNO₃和KNO₃。将玻璃保持在盐浴中足够的时间，该时间足以使离子交换在表面上发生并深入到制品中的某一深度。在一个实施方式中，通过将玻璃浸没在包含NaNO₃的熔融盐中一段预定的时间以实现所需的离子交换水平来进行化学强化。由于离子交换，因为玻璃表面层中的Li⁺离子被Na⁺或K⁺离子取代，并且Na⁺离子和K⁺离子的离子半径均大于的Li⁺离子半径，因而形成了表面压缩层。在一个实施方式中，所述熔融盐浴的温度为约390℃，并且预定的时间在约1至4小时的范围内。在其他实施方式中，离子交换在约370℃至约390℃的温度下，在至少一个熔融盐浴中进行。

在一些实施方式中，本文所述的玻璃可以经历利用单价银阳离子的离子交换，从而提供具有抗微生物性质的玻璃表面。由于Ag⁺的离子半径大于Li⁺或Na⁺任一种的离子半径，因此这些玻璃的银离子交换使得压缩应力的损失低于在仅含有钠和钾的离子交换玻璃中观察到的压缩应力损失。

在一些实施方式中，当离子交换的时间小于约7小时时，本文所述的锂铝硅酸盐玻璃可以进行离子交换以获得至少约70μm的层深度。另外，可以使这些玻璃进行离子交换以在一步离子交换过程中在玻璃表面处获得至少约500MPa的最大压缩应力，或者在两步离子交换过程中在玻璃表面处获得至少约600MPa的最大压缩应力，其中，一些玻璃在一步离子交换中获得了高达840MPa的最大压缩应力，并且在两步离子交换过程中在玻璃表面处获得了高达1000MPa的最大压缩应力。在一些实施方式中，利用一步离子交换过程或两步离子交换过程中的任一种可以获得至少约700MPa，或者至少约800MPa，或者至少约900MPa的压缩应力。在一些实施方式中，在这些离子交换玻璃中的表面下方100μm或更深的深度处的压缩应力可以为约50MPa或更高。

通过一步离子交换过程或两步离子交换过程中的任一种，本文所述的锂铝硅酸盐玻璃可以进行离子交换以获得至少约70μm的压缩层深度；在某个实施方式中，压缩层深度为至少约100μm；而在其他实施方式中，压缩层深度为至少约150μm。在370℃至约390℃的温度下，通过一步离子交换过程或两步离子交换过程中的任一种获得这些层深度所需的离子交换时间小于约7小时。

可以由参与离子交换过程的较大阳离子的浓度分布来确定压缩层分布和深度。图2示出了从玻璃表面到1)锂铝硅酸盐玻璃(表1中的实例3)和在975℃下经过了4小时陶瓷化的玻璃陶瓷(康宁编号9667；标称组成列于表1)的内部部分中的Na⁺浓度分布，两种物质在390℃下，在NaNO₃熔融盐浴中离子交换3.5小时。在一些实施方式中，锂铝硅酸盐玻璃可以获得至少100μm的层深度DOL(图2中的1)，通过Na₂O浓度分布来确定。

表3列出了针对选自表2的组成的一步离子交换的条件、CS、K⁺渗透到玻璃中的深度以及Na⁺渗透到玻璃中的深度。表4列出了针对选自表2的组成的两步离子交换条件、假想温度T_f、CS和DOL。

表3.针对选自表2的组成的一步离子交换条件、压缩应力(CS)以及K⁺和Na⁺的渗透。

表4.针对选自表2的组成的两步离子交换条件、假想温度T_f、CS和DOL。

通过向玻璃表面施加压痕载荷，然后以0.2mm/分钟的速率移除该压痕载荷来确定本文所述的维氏裂纹引发阈值。最大压痕载荷保持10秒。压痕裂纹阈值定义为在压痕载荷下，10次压刻中的50％表现出任意数目的从压痕印记的角落延伸出来的径向/中间裂纹时的压痕载荷。增加最大载荷直至达到给定玻璃组成的阈值。所有压痕测量都是在室温和50％相对湿度下进行的。该测试涉及使用各个面之间的角为136°的基于正方形的金刚锥压头，该压头被称为维氏压头。维氏压头与在标准显微硬度测试(参考ASTM-E384-11)中所使用的压头相同。

如本文中所使用的，术语“努氏划痕阈值”是指横向开裂的出现。在努氏阈值测试中，机械测试仪利用努氏金刚石以递增的载荷对玻璃进行划痕，以确定横向开裂的出现。如本文中所使用的，努氏划痕阈值是横向开裂的出现(在5次压痕事件中有3次或更多次)。在努氏划痕横向开裂阈值测试中，首个在动态载荷或增加的载荷下使用努氏压头对玻璃制品和各制品的样品进行划痕，以确定样品总体的横向裂纹出现的载荷范围。一旦确定了可施加的载荷范围，进行一系列递增的恒定载荷划刻(每个载荷3分钟或更久)，以确定努氏划痕阈值。通过将测试试样与以下3种失效模式中的一种进行比较来确定努氏划痕阈值范围，所述3种失效模式为：1)超过凹槽宽度两倍的持续的横向表面裂纹，2)损坏包含在凹槽中，但是存在小于凹槽宽度两倍的横向表面裂纹，且存在裸眼可见的损坏，或3)存在较大的表面下横向裂纹，其大于凹槽宽度的两倍，和/或在划痕顶点处存在中间裂纹。

当在NaNO₃中进行离子交换时，本文所述的玻璃表现出高的原生抗损坏性，并且在一些实施方式中，本文所述的玻璃能够获得超过50千克力(kgf)的维氏裂纹引发阈值。例如，本文所述的含有6摩尔％的Li₂O的玻璃在390℃下，在NaNO₃浴中离子交换3.5小时后可以获得该水平的抗损坏性。这一维氏裂纹引发阈值与具有高水平的固有抗损坏性的类似的钠铝硅酸盐玻璃所展现出的维氏裂纹引发阈值相当，或比其更大。图3是以下物质在KNO₃中离子交换后确定的压痕断裂阈值(IFT)图，所述物质为本公开的锂铝硅酸盐玻璃(表1中的实例3，在390℃下在NaNO₃中离子交换3.5小时)(图3中的C)，以及熔合成形的钠铝硅酸盐玻璃A和E(标称组成：67.6摩尔％的SiO₂；3.7摩尔％的B₂O₃；12.7摩尔％的Al₂O₃；13.7摩尔％的Na₂O；0.01摩尔％的K₂O；2.3摩尔％的MgO和0.1摩尔％的SnO₂),其中IFT为15-20kgf；玻璃B(标称组成：64.7摩尔％的SiO₂；5.1摩尔％的B₂O₃；13.9摩尔％的Al₂O₃；13.7摩尔％的Na₂O；2.4摩尔％的MgO和0.08摩尔％的SnO₂)，其中IFT为30-40kgf；以及玻璃D(标称组成：64.7摩尔％的SiO₂；5.1摩尔％的B₂O₃；13.9摩尔％的Al₂O₃；13.7摩尔％的Na₂O；2.4摩尔％的MgO和0.08摩尔％的SnO₂)，其中IFT为15kgf。图4示出了在10kgf(图4中的a)、30kgf(b)和50kgf(c)的压头载荷下，在图3绘制的经过离子交换的锂铝硅酸盐玻璃中的维氏压痕的光学显微图像。图4中的图像示出了显著的玻璃致密化而没有形成横向裂纹，表明玻璃具有高水平的固有抗损坏性。

在一些实施方式中，当进行如上详述的离子交换时，本文所述的玻璃可以表现出维氏裂纹引发阈值(VIT)为至少10kgf；在一些实施方式中，为至少15kgf；在其他实施方式中，为至少约20kgf。在某些实施方式中，维氏裂纹引发阈值在约10kgf至约35kgf的范围内，并且努氏划痕阈值(KST)在约10牛顿(N)至约20N的范围内。

表3和表4分别列出了在一步离子交换过程和两步离子交换过程中进行离子交换的玻璃的维氏裂纹引发阈值(VIT)和努氏划痕阈值(KST)。

可以将本文公开的制品并入另一种制品中，例如具有显示器(或显示制品)的制品(例如消费者电子装置，包括手机、平板电脑、电脑、导航系统等)；建筑制品；运输制品(例如汽车、火车、飞行器、船舶等)、器具制品或需要一定程度的透明度、耐划痕性、耐磨损性或以上性质的组合的任意制品。图5A和5B示出了包含本文公开的任何强化制品的示例性制品。具体来说，图5A和5B示出了消费者电子装置200，其包括壳体202，所述壳体202具有前表面204、后表面206和侧表面208；电子部件(未示出)，其至少部分或完全位于所述壳体内并且在壳体的前表面处或与之相邻处至少包括控制器、存储器和显示器210；以及盖板基材212，其在壳体的前表面处或壳体前表面上方以使得盖板基材212在显示器上方。在一些实施方式中，盖板基材212和/或壳体可以包含本文公开的强化制品中的任一种。

尽管为了说明给出了典型的实施方式，但是前面的描述不应被认为是对本公开或所附权利要求书的范围的限制。因此，本领域的技术人员可想到各种改进、修改和替换形式而不会偏离本公开和所附权利要求书的精神和范围。

Claims

1.一种锂铝硅酸盐玻璃，其包括：

约50摩尔％至约75摩尔％的SiO₂；

约10摩尔％至约18摩尔％的Al₂O₃；

约3.5摩尔％至约9.5摩尔％的B₂O₃；

约7摩尔％至约14摩尔％的Li₂O；以及

0摩尔％至约4摩尔％的P₂O₅，

其中，Li₂O(摩尔％)/R₂O(摩尔％)在约0.1至约0.4的范围内，并且R₂O＝Li₂O+Na₂O+K₂O+Rb₂O+Cs₂O。

2.如权利要求1所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃是经过离子交换的。

3.如权利要求2所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，经过交换的锂铝硅酸盐玻璃具有压缩层，所述压缩层从至少一个表面延伸到玻璃中，延伸到至少约70μm的层深度，所述压缩层具有至少约600MPa的最大压缩应力。

4.如权利要求3所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，压缩层在表面下方50μm的深度处具有至少约100MPa的压缩应力。

5.如权利要求2至4中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的维氏裂纹引发阈值为至少约10kgf。

6.如权利要求2至4中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的努氏划痕阈值为至少约8N。

7.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的液相线粘度为至少约10kP。

8.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的软化点为约840℃或更低。

9.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的退火点为至少约510℃。

10.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的弹性模量为至少约68GPa。

11.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，R₂O(摩尔％)–Al₂O₃(摩尔％)在约-2摩尔％至约5.6摩尔％的范围内。

12.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，Al₂O₃(摩尔％)>B₂O₃(摩尔％)。

13.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：

约58摩尔％至约69摩尔％的SiO₂；

约10摩尔％至约17摩尔％的Al₂O₃；

约3.5摩尔％至约9.5摩尔％的B₂O₃；

0摩尔％至约2.5摩尔％的P₂O₅；

约7摩尔％至约14摩尔％的Li₂O；

约0.2摩尔％至约14摩尔％的Na₂O；

0摩尔％至约2.5摩尔％的K₂O；

0摩尔％至约5摩尔％的MgO；和

0摩尔％至约4摩尔％的ZnO，

其中，Li₂O(摩尔％)/R₂O(摩尔％)在约0.1至约0.4的范围内。

14.如权利要求13所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：

约5摩尔％至约9摩尔％的B₂O₃；

约7摩尔％至约10摩尔％的Li₂O；

约4摩尔％至约14摩尔％的Na₂O；和

0摩尔％至约1摩尔％的K₂O。

15.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，(Al₂O₃(摩尔％)+B₂O₃(摩尔％))/R₂O(摩尔％)在约0.9至约1.9的范围内。

16.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，R₂O(摩尔％)+R'O(摩尔％)–Al₂O₃(摩尔％)-B₂O₃(摩尔％)-P₂O₅(摩尔％)在约-10.5摩尔％至约-0.11摩尔％的范围内，其中R'O＝MgO+CaO+SrO+BaO。

17.如权利要求1至12、15和16中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括约5摩尔％至约12摩尔％的Li₂O。

18.如权利要求1至12及15至17中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：

0摩尔％至约5摩尔％的Na₂O；

0摩尔％至约4摩尔％的K₂O；

0摩尔％至约8摩尔％的MgO；

0摩尔％至约4摩尔％的ZnO；

0摩尔％至约5摩尔％的TiO₂；和

0摩尔％至约3摩尔％的P₂O₅。

19.如权利要求18所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：

约55摩尔％至约60摩尔％的SiO₂；

约12摩尔％至约15摩尔％的Al₂O₃；

约3.5摩尔％至约7.5摩尔％的B₂O₃；

约7摩尔％至约10摩尔％的Li₂O；和

0摩尔％至约3摩尔％的P₂O₅。

20.如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括约5摩尔％至约7摩尔％的B₂O₃。

21.如权利要求1至12、15至17和20中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：

0摩尔％至约5摩尔％的Na₂O；和

约0.05摩尔％至约0.5摩尔％的SnO₂。

22.一种消费者电子产品，其包括：

壳体，所述壳体具有前表面、后表面和侧表面；

至少部分位于所述壳体内的电子部件，所述电子部件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及

设置在所述显示器上方的盖板玻璃，

其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如前述权利要求中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃。

23.一种锂铝硅酸盐玻璃，其包括：

约55摩尔％至约75摩尔％的SiO₂；

约10摩尔％至约18摩尔％的Al₂O₃；

约2.5摩尔％至约7.5摩尔％的B₂O₃；

约5摩尔％至约14摩尔％的Li₂O；

0摩尔％至约4摩尔％的P₂O₅；和

0摩尔％至约1摩尔％的K₂O；

其中，Li₂O(摩尔％)/R₂O(摩尔％)在约0.1至约0.4的范围内，R₂O＝Li₂O+Na₂O+K₂O+Rb₂O+Cs₂O，R₂O(摩尔％)+R'O(摩尔％)–Al₂O₃(摩尔％)-B₂O₃(摩尔％)-P₂O₅(摩尔％)在约-10.5摩尔％至约-0.11摩尔％的范围内，并且R'O＝MgO+CaO+SrO+BaO。

24.如权利要求23所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃是经过离子交换的。

25.如权利要求24所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，经过交换的锂铝硅酸盐玻璃具有压缩层，所述压缩层从至少一个表面延伸到玻璃中，延伸到至少约70μm的层深度，所述压缩层具有至少约600MPa的最大压缩应力。

26.如权利要求25所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，压缩层在表面下方50μm的深度处具有至少约100MPa的压缩应力。

27.如权利要求24至26中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的维氏裂纹引发阈值为至少约10kgf。

28.如权利要求24至27中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的努氏划痕阈值为至少约8N。

29.如权利要求23至28中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的液相线粘度为至少约10kP。

30.如权利要求23至29中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的软化点为约840℃或更低。

31.如权利要求23至30中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的退火点为至少约510℃。

32.如权利要求23至31中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃的弹性模量为至少约68GPa。

33.如权利要求23至32中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，R₂O(摩尔％)–Al₂O₃(摩尔％)在约-2摩尔％至约5.6摩尔％的范围内。

34.如权利要求23至33中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，Al₂O₃(摩尔％)>B₂O₃(摩尔％)。

35.如权利要求23至34中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，(Al₂O₃(摩尔％)+B₂O₃(摩尔％))/R₂O(摩尔％)在约0.9至约1.9的范围内。

36.如权利要求23至35中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：

0摩尔％至约5摩尔％的Na₂O；

0摩尔％至约8摩尔％的MgO；

0摩尔％至约4摩尔％的ZnO；

0摩尔％至约5摩尔％的TiO₂；和

0摩尔％至约3摩尔％的P₂O₅。

37.如权利要求23至36中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括约5摩尔％至约7摩尔％的B₂O₃。

38.如权利要求23至37中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃包括：

0摩尔％至约5摩尔％的Na₂O；和

约0.05摩尔％至约0.5摩尔％的SnO₂。

39.一种消费者电子产品，其包括：

壳体，所述壳体具有前表面、后表面和侧表面；

设置在所述显示器上方的盖板玻璃，

其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如权利要求23至38中任一项所述的锂铝硅酸盐玻璃。

40.一种锂铝硅酸盐玻璃，其中，所述锂铝硅酸盐玻璃是经过离子交换的，并且其具有压缩层，所述压缩层从至少一个表面延伸到玻璃中，延伸到至少约70μm的层深度，所述压缩层具有至少约600MPa的最大压缩应力，其中，所述玻璃的维氏裂纹引发阈值为至少约10kgf，并且努氏划痕阈值为至少约8N。

41.一种消费者电子产品，其包括：

壳体，所述壳体具有前表面、后表面和侧表面；

设置在所述显示器上方的盖板玻璃，

其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如权利要求40所述的锂铝硅酸盐玻璃。