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技術 化学強化用ガラス板及び化学強化ガラス

出願人 セントラル硝子株式会社
発明者 三田村直樹都築達也松田裕中村洋貴平田直也村本正
出願日 2015年3月17日 (5年9ヶ月経過) 出願番号 2015-053315
公開日 2016年9月29日 (4年3ヶ月経過) 公開番号 2016-172660
状態 特許登録済
技術分野 ガラスの表面処理 ガラス組成物(第三版)
主要キーワード 導入範囲 接触衝撃 高硬度部材 微小硬さ試験機 接触形態 ジルコンフラワー 最小側 溶融塩浴中
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題

汎用フロートガラスと同等の溶融性を有しながら、高強度な化学強化ガラスとしやすく、さらには化学的耐久性が良好なガラス板を提供することを課題とする。

解決手段

本発明の化学強化用ガラス板は、ガラス組成が、質量%で、SiO2 58〜72、Al2O3 1.5〜6、Na2O 12〜18、K2O 0〜5、MgO 1〜8、CaO 2〜8、ZrO2 1.5〜10であり、且つ、Na2O+K2Oが12〜22、MgO+CaOが3〜14、Al2O3+ZrO2 3〜15であり、Al2O3とZrO2との質量比において、Al2O3/ZrO2 が0.15〜2.7であり、Na2OとK2Oとの合計と、Al2O3とZrO2との合計との質量比において、(Na2O+K2O)/(Al2O3+ZrO2)が1.1〜3.0であり、 粘度が102dPa・sとなる温度が1520℃以下であることを特徴とする。

概要

背景

高強度の化学強化ガラスを得るためには、素板となるガラス板ガラスは、組成的に、フロートガラス板として汎用的に流通しているソーダ石灰ケイ酸塩ガラス(当該ガラスの組成は、ISO16293−1で規定されている。本明細書では、当該ガラスを以降「汎用フロートガラス」と表記する。)と比較して、Al2O3と、ZrO2を多く含有している必要がある(このようなガラスとしては、例えば、特許文献1、2等を参照されたい。)。しかしながら、Al2O3と、ZrO2を多く含有するガラスは、溶解温度が高くなる。当該ガラスに、汎用フロートガラスと同等の溶融特性を持たせようとすると、アルカリ含有量を増加させて、化学的耐久性犠牲にするか、Al2O3と、ZrO2の増加量を微増にとどめ、これら成分による化学強化後強度向上効果を微増に留める、というガラス組成の設計をせざるを得なかった。

他方で、汎用フロートガラス並みの溶融性と、良好な化学的耐久性を得ることを目的に、特許文献3は、ZrO2を含有するソーダ石灰ガラスが検討されている。ZrO2は、Al2O3と同様に化学強化を容易にするという効果を有する。しかしながら、ZrO2は、Al2O3よりもガラスの溶融温度を高くする傾向がある。SiO2−Al2O3の2成分系、SiO2−ZrO2の2成分系のそれぞれの相図非特許文献1)からも明らかなように、SiO2の高含有系においては、ZrO2を含有させた方が、溶融温度が高くなることが予見される。

概要

汎用フロートガラスと同等の溶融性を有しながら、高強度な化学強化ガラスとしやすく、さらには化学的耐久性が良好なガラス板を提供することを課題とする。本発明の化学強化用ガラス板は、ガラス組成が、質量%で、SiO2 58〜72、Al2O3 1.5〜6、Na2O 12〜18、K2O 0〜5、MgO 1〜8、CaO 2〜8、ZrO2 1.5〜10であり、且つ、Na2O+K2Oが12〜22、MgO+CaOが3〜14、Al2O3+ZrO2 3〜15であり、Al2O3とZrO2との質量比において、Al2O3/ZrO2 が0.15〜2.7であり、Na2OとK2Oとの合計と、Al2O3とZrO2との合計との質量比において、(Na2O+K2O)/(Al2O3+ZrO2)が1.1〜3.0であり、 粘度が102dPa・sとなる温度が1520℃以下であることを特徴とする。なし

目的

本発明は、汎用フロートガラスと同等の溶融性を有しながら、汎用フロートガラスよりも高強度な化学強化ガラスを得やすく、さらには化学的耐久性が良好なガラス板を提供することを目的としている。特許文献3には、汎用フロートガラス並みの溶融性と、良好な化学的耐久性を得ることを目的に、ZrO2を含有するソーダ石灰ガラスが検討されてはいるが、当文献で紹介されたガラス組成内でも、溶融温度(粘度が102dPa・sとなる領域)が、1600℃近いものとなるものがあることに留意されなければならない。
特許文献3は、高強度な化学強化ガラスを得ることが検討されてはいないので、特許文献3に開示された技術を基に当目的に沿うガラス板の提供を行うとすると、通常の着想では、適切なAl2O3量と、ZrO2量を高めとする必要があるので、アルカリの含有量を高めとして、化学的耐久性を犠牲にするガラス組成とする必要がある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ガラス組成が、質量%で、SiO258〜72、Al2O31.5〜6、Na2O12〜18、K2O0〜5、MgO1〜8、CaO2〜8、ZrO21.5〜10であり、且つ、Na2O+K2Oが12〜22、MgO+CaOが3〜14、Al2O3+ZrO2が3〜15であり、Al2O3とZrO2との質量比において、Al2O3/ZrO2が0.15〜2.7であり、Na2OとK2Oとの合計と、Al2O3とZrO2との合計との質量比において、(Na2O+K2O)/(Al2O3+ZrO2)が1.1〜3.0であり、粘度が102dPa・sとなる温度が1520℃以下であることを特徴とする化学強化用ガラス板

請求項2

Al2O3とZrO2との質量比において、Al2O3/ZrO2が0.2〜1.8であることを特徴とする請求項1に記載の化学強化用ガラス板。

請求項3

請求項1又は2に記載の化学強化用ガラス板を、Naイオンイオン半径よりも大きいイオン半径を有する一価陽イオンを含む溶融塩に浸漬することにより、前記ガラス板に含まれるNaイオンと前記一価の陽イオンとをイオン交換して得られた化学強化ガラス

技術分野

0001

本発明は、フロート法で製造しやすく、且つ、高強度な化学強化ガラスを得やすいガラス板に関する。

背景技術

0002

高強度の化学強化ガラスを得るためには、素板となるガラス板のガラスは、組成的に、フロートガラス板として汎用的に流通しているソーダ石灰ケイ酸塩ガラス(当該ガラスの組成は、ISO16293−1で規定されている。本明細書では、当該ガラスを以降「汎用フロートガラス」と表記する。)と比較して、Al2O3と、ZrO2を多く含有している必要がある(このようなガラスとしては、例えば、特許文献1、2等を参照されたい。)。しかしながら、Al2O3と、ZrO2を多く含有するガラスは、溶解温度が高くなる。当該ガラスに、汎用フロートガラスと同等の溶融特性を持たせようとすると、アルカリ含有量を増加させて、化学的耐久性犠牲にするか、Al2O3と、ZrO2の増加量を微増にとどめ、これら成分による化学強化後強度向上効果を微増に留める、というガラス組成の設計をせざるを得なかった。

0003

他方で、汎用フロートガラス並みの溶融性と、良好な化学的耐久性を得ることを目的に、特許文献3は、ZrO2を含有するソーダ石灰ガラスが検討されている。ZrO2は、Al2O3と同様に化学強化を容易にするという効果を有する。しかしながら、ZrO2は、Al2O3よりもガラスの溶融温度を高くする傾向がある。SiO2−Al2O3の2成分系、SiO2−ZrO2の2成分系のそれぞれの相図非特許文献1)からも明らかなように、SiO2の高含有系においては、ZrO2を含有させた方が、溶融温度が高くなることが予見される。

0004

特開2005−015328号公報
特開平10−182182号公報
特開2000−143280号公報

先行技術

0005

PHASE DIAGRAMSFOR CERMISTS 1969 SUPPLEMNT(Figures 2067−4149) THEAMERICAN CERAMICSOCIETY,INC.1969。97頁、110頁”

発明が解決しようとする課題

0006

本発明は、汎用フロートガラスと同等の溶融性を有しながら、汎用フロートガラスよりも高強度な化学強化ガラスを得やすく、さらには化学的耐久性が良好なガラス板を提供することを目的としている。特許文献3には、汎用フロートガラス並みの溶融性と、良好な化学的耐久性を得ることを目的に、ZrO2を含有するソーダ石灰ガラスが検討されてはいるが、当文献で紹介されたガラス組成内でも、溶融温度(粘度が102dPa・sとなる領域)が、1600℃近いものとなるものがあることに留意されなければならない。
特許文献3は、高強度な化学強化ガラスを得ることが検討されてはいないので、特許文献3に開示された技術を基に当目的に沿うガラス板の提供を行うとすると、通常の着想では、適切なAl2O3量と、ZrO2量を高めとする必要があるので、アルカリの含有量を高めとして、化学的耐久性を犠牲にするガラス組成とする必要がある。

0007

本発明は、以上を鑑み、汎用フロートガラスと同等の溶融性を有しながら、汎用フローとガラスよりも高強度な化学強化ガラスとしやすく、さらには化学的耐久性が良好なガラス板を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明の化学強化用ガラス板は、ガラス組成が、質量%で、SiO2 58〜72、Al2O3 1.5〜6、Na2O 12〜18、K2O 0〜5、MgO 1〜8、CaO 2〜8、ZrO2 1.5〜10であり、且つ、Na2O+K2Oが12〜22、MgO+CaOが3〜14、Al2O3+ZrO2 3〜15であり、
Al2O3とZrO2との質量比において、Al2O3/ZrO2 が0.15〜2.7であり、
Na2OとK2Oとの合計と、Al2O3とZrO2との合計との質量比において、(Na2O+K2O)/(Al2O3+ZrO2)が1.1〜3.0であり、
粘度が102dPa・sとなる温度が1520℃以下であることを特徴とする。

0009

尚、本発明では、数値範囲や、質量比を規定する数値範囲は、特別に記載がない限り、表記されている数値有効桁として考え、表記外の桁(小さい側桁)においては、最大の桁を四捨五入して本発明の数値範囲内かどうかを決める。例えば、SiO2 65〜70にあっては、最小側は、64.5、最大側は、70.4がその射程内と定義できる。
上記ガラス組成を有するガラス板とすることで、化学的耐久性に優れ、フロート法で製造しやすいガラス板とすることができる。尚、本発明で化学的耐久性に優れるとは、プレッシャークッカー試験(温度が121℃、湿度が99.8%RHの環境にてガラス板を24時間保持)後のガラスのヘイズ値(Haze)が1.5%未満、好ましくは、1.0%未満、より好ましくは、0.8%未満にあることを意味する。試験後のヘイズ値が高いことは、ガラス表面が水蒸気により劣化していることを意味している。また、粘度が102dPa・sとなる温度は、溶融温度と称されており、ガラス原料やガラスを溶融してガラス融液化を可能とする温度を示し、この値が1520℃以下であれば、汎用フロートガラスと同等のエネルギー量によりガラス原料やガラスを容易に溶かすことができ、脱泡清澄が促進される。粘度が102dPa・sとなる温度は、好ましくは、1510℃以下、より好ましくは、1500℃以下である。この温度については、下限は特にはないが、1400℃未満とだと得られるガラス板の物理的強度や化学的耐久性が低下するという傾向があるので、この下限は1400℃としてもよい。

0010

また、本発明は、上記化学強化用ガラス板を、Naイオンイオン半径よりも大きいイオン半径を有する一価陽イオンを含む溶融塩に浸漬することにより、前記ガラス板に含まれるNaイオンと前記一価の陽イオンとをイオン交換して得られた化学強化ガラス板である。本発明の化学強化ガラスでは、表面圧縮応力(CS)が500〜1300MPa、圧縮層深さ(DOL)が5〜50μmと比較的、高強度なものとすることができる。

発明の効果

0011

本発明の化学強化用ガラス板は、汎用フロートガラスと同等の溶融性を有しながら、高強度な化学強化ガラスとでき、さらには化学的耐久性が良好とすることに奏功する。

0012

本発明のガラス板は、平面状で厚さ0.1mm〜4mm、好ましくは0.2〜3.5mm、より好ましくは0.3〜3.0mmであり、フロート法で製造されたものとすることが好ましい。以下、本発明のガラス板を形成するガラス組成の各成分と、その導入範囲について説明する。

0013

1.ガラス組成の各成分について
<SiO2>
SiO2はガラスの主成分となるもので、ガラスの網目構造の形成上必須不可欠の成分であり、その含有量は、58〜72質量%とされる。58質量%未満だと、ガラス構造が不安定となり、72%質量%超だと溶融温度が高くなり溶融し難くなる。好ましくは、60〜71質量%、より好ましくは、65〜70質量%である。

0014

<Al2O3>
Al2O3はガラス板の化学強化を容易にする成分で、その含有量は1.5〜6質量%とされる。その含有量において、1.5質量%未満だと、ガラス板は化学強化により得られる性能を発揮できなくなる傾向があり、6質量%超だと、溶融温度が高くなり溶融し難くなる傾向がある。これらを考慮すると、Al2O3の含有量は、好ましくは、2〜5.5質量%、さらには、2.5〜5質量%とすることが好ましい。

0015

<ZrO2>
ZrO2は、ガラス板の化学強化を容易にする成分で、その含有量は1.5〜10質量%とされる。ZrO2は、Al2O3と同様に化学強化を容易にするという効果を有する。しかしながら、ZrO2は、Al2O3よりもガラスの溶融温度を高くする傾向がある。SiO2−Al2O3の2成分系、SiO2−ZrO2の2成分系のそれぞれの相図(非特許文献1)からも明らかなように、SiO2の高含有系においては、ZrO2を含有させた方が、溶融温度が高くなることが予見される。本発明では、その他の成分を適切化することで、1.5〜10質量%の含有量としても、ガラスの溶融温度が上がることがなく、溶融しやすいガラスとすることができたのである。また、ZrO2は、ガラス板の化学強化を容易にするだけでなく、ガラス板の化学的耐久性を良好なものとする効果を有する。ZrO2は、その含有量において、1.5質量%未満だと、化学的耐久性が悪くなる傾向があり、10質量%超だと、ガラスの密度が高くなり、ガラス板としての重量が重くなる。これらを考慮すると、ZrO2の含有量は、好ましくは、1.7〜8質量%、さらには、2〜6質量%とすることが好ましい。

0016

<Al2O3とZrO2との質量比>
本発明では、汎用フロートガラスと同等の溶融性を有しながら、高強度な化学強化ガラスとでき、さらには化学的耐久性が良好なガラス板を提供している。本発明で見出したガラス組成系においては、ZrO2量を比較的高含有なものとすることができる。そして、Al2O3とZrO2との質量比において、Al2O3/ZrO2 を0.15〜2.7とされる。この質量比において、2.7超だと、化学的耐久性が悪化する傾向がある。これを考慮すると、上限については、2.5、さらには、1.8とすることもできる。

0017

<Na2O、K2O>
Na2Oは、ガラスの溶解性を向上させる成分でガラスの溶融温度の低減に効果を有する。また、ガラス板を溶融塩に浸漬した際に、溶融塩中のKイオンなどのNaイオンのイオン半径よりも大きいイオン半径を有する一価の陽イオンとイオン交換されることにより、ガラス板の表面圧縮応力を向上させる成分でもある。本発明において、Na2Oの含有量は、12〜18質量%とされる。その含有量において、12質量%未満だと、化学強化で得られる表面圧縮応力が低くなる傾向があり、18質量%超だと、化学的耐久性が悪化する傾向がある。これらを考慮すると、Na2Oの含有量は、好ましくは、13〜17質量%、さらには、13.5〜16質量%とすることが好ましい。

0018

K2Oは、Na2Oと同じくガラスの溶解性を向上させる成分であり、ガラスの溶融温度の低減に効果を有する。また、ガラス板を溶融塩に浸漬した際に、溶融塩中のKイオンなどのNaイオンのイオン半径よりも大きいイオン半径を有する一価の陽イオンとイオン交換されることにより、ガラス板の圧縮層深さを深くさせる成分でもある。K2Oは必ずしも必須となるわけではないが、0〜5質量%の範囲内でガラス板に含有させることができる。K2Oの含有量が5質量%超だと、Na2Oとの混合アルカリ効果によりNaイオンの移動を抑制してイオン交換し難くなる傾向がある。これを考慮すると、K2Oの含有量は、4質量%以下、さらには、3質量%以下とすることが好ましい。一方、ガラス板中にNa2Oと、K2Oと共存すると混合アルカリ効果により、ガラス板の耐水性などが向上するので、K2Oの含有量の下限は0.3質量%、さらには0.5質量%と設定してもよい。

0019

また、Na2O含有量とK2O含有量の合計は12〜22質量%とされる。これら成分の合計量は、ガラスの溶融性と、ガラス板の化学的耐久性に影響が大きいものである。その含有量において、12質量%未満だと、化学強化性能を発揮できなく、ガラス粘性を高くなり生産性が悪くなる傾向があり、22質量%超となると、化学的耐久性が悪くなる傾向がある。これらを考慮すると、Na2O含有量とK2O含有量の合計は、好ましくは、13〜20質量%、さらには、14〜18質量%とすることが好ましい。

0020

<Na2OとK2Oとの合計と、Al2O3とZrO2との合計との質量比>
(Na2O+K2O)/(Al2O3+ZrO2)は、ガラス板を溶融塩に浸漬した際のイオン交換能、すなわち、ガラス板の化学強化の容易性に影響する数値であり、その範囲は、1.1〜3.0とされる。1.1未満だと、化学強化性能が発揮されない傾向があり、3.0%超だと、化学的耐久性が悪化する傾向がある。これらを考慮すると、当該数値範囲は、好ましくは、1.2〜2.9、より好ましくは、1.2〜2.5と設定としてもよい。

0021

<CaO、MgO>
CaOは、ガラス溶融時の溶融ガラスの粘性を下げる作用を有する成分であり、生産性を向上させる効果を有する。2〜8質量%の範囲内でガラス板に含有させることができる。CaOの含有量が8質量%超だと、イオン交換を抑制し、所望の化学強化性能が得られなくなる傾向がある。これを考慮すると、CaOの含有量は、7質量%以下、さらには6質量%以下とすることが好ましい。

0022

MgOは、CaOと比較して、化学強化におけるイオン交換を妨げないという利点を有するが、ガラス溶融時の溶融ガラスの粘性を下げる作用はCaOと比較して小さい。そのため、1〜8質量%の範囲で調整される。8質量%超だと、ガラス粘性が高くなってしまい、生産性を悪化させる傾向がある。これらを考慮すると、MgOの含有量は、好ましくは、1.5〜7質量%、さらには、2〜6質量%とすることが好ましい。
また、MgO含有量とCaO含有量の合計は、3〜14質量%とされる。これら成分の合計量は、ガラスの溶融性と、ガラス板の化学的耐久性に影響が大きいものである。その含有量において、3質量%未満だと、ガラス粘性が高くなる傾向があり、14質量%超となると、化学的耐久性が悪化する傾向がある。これらを考慮すると、MgO含有量とCaO含有量の合計は、好ましくは、5〜12質量%、さらには、6〜11質量%とすることが好ましい。

0023

<その他の成分>
なお、本発明のガラス板において、ガラス組成には、上記の成分以外に、例えば、溶解時の脱泡を目的としたガラス清澄剤としてのNa2SO4由来のSO3、Sb2O3、SnO2、ガラスの着色を目的としたFe2O3、TiO2、CoO、NiOなどの遷移金属化合物、工業ガラス原料起源不純物などの各種成分を、本発明のガラス板の特性の本質を変えない程度に、例えば、それらの合計量が、0 .5質量%を超えない程度に含んでいてもよい。また、フッ素、ZnO、B2O3、Li2O,P2O5等については、ガラス原料からの不可避的に混入される不純物量として、0.1量%を超えない程度に含有してもよい。

0024

2.化学強化用ガラス板の製造について
本発明のガラス板は、好適には、フロート法で製造される。また、フロート法以外にも、フュージョン法オーバーフローダウンドロー法を含む)、ダウンドロー法リドロー法ロールアウト法プレス法等の様々な成形方法を採用することができる。
なお、ガラス板の表面は、上記の成形方法により成形されたままの状態でもよいし、弗酸などにより化学的に荒らす、もしくは、研磨ブラストなどにより物理的に荒らす、もしくは、その掛け合わせにより表面を荒らし、防眩性等の機能性を付与しても良い。また、ガラスの形状は特に限定されないが、板状体であることが好ましい。また、ガラスの形状が板状である場合、ガラス面に穴あけ加工等されたもの、又は、平板での曲げ板でもよく、種々の形状を包含する。また、平板状において、短形円盤状なども本発明の範疇である。

0025

3.化学強化ガラスの製造について
本発明の化学強化ガラスは、従来に開示された技術を適用でき、化学強化用ガラス板の表面層で、ガラス板中に最も多く含まれるアルカリ金属イオンAを、上記アルカリ金属イオンAよりもイオン半径の大きいアルカリ金属イオンBに置換するイオン交換により製造される。

0026

例えば、アルカリ金属イオンAがナトリウムイオン(Naイオン)である場合には、アルカリ金属イオンBとして、カリウムイオン(Kイオン)、ルビジウム(Rbイオン)及びセシウムイオン(Csイオン)の少なくとも1つを用いることができる。アルカリ金属イオンAがナトリウムイオンである場合、アルカリ金属イオンBとして、カリウムイオンを用いることが好ましい。

0027

また、イオン交換には、少なくともアルカリ金属イオンBを含む硝酸塩硫酸塩、炭酸塩水酸化物塩及びリン酸塩のうち1種又は2種以上を用いることができる。そして、アルカリ金属イオンAがナトリウムイオンである場合、少なくともカリウムイオンを含む硝酸塩を用いることが好ましい。

0028

前記アルカリ金属イオンBを含む塩に化学強化用ガラス板を接触させる工程により、化学強化ガラスが製造される。「塩に化学強化用ガラス板を接触させる」とは、化学強化ガラス板を塩浴に接触又は浸漬させることをいう。このように、本明細書において、「接触」とは「浸漬」も含む概念とする。

0029

また、塩の接触形態としては、ペースト状の塩を直接接触させるような形態、又は、融点以上に加熱した溶融塩に浸漬させるような形態なども可能であるが、これらの中では、溶融塩に浸漬させるのが望ましい。

0030

予熱工程)
塩に接触させる化学強化用ガラス板の温度は、特に限定しない。即ち、室温でも良く、予め加熱しても良いが、好ましくは加熱された状態が良い。ただし、予熱温度は、ガラス板のガラス転移点以下であることが好ましい。ガラス転移点以上であると、該ガラス板の形状が変形し、化学強化後の所望の形状、又は、寸法が得られない。なお、予熱温度は、後述する接触させる塩の温度以上、もしくは、同じ温度、もしくは、それ以下でも構わない。予熱時間は特に限定されない。

0031

(イオン交換工程)
接触させる塩の温度は特に限定されないが、該ガラス板を溶融塩に浸漬させる場合は、該ガラス板の歪点温度以下から接触させる塩の融点以上であることが好ましい。歪点以上だと、イオン交換により生じる圧縮応力緩和されやすく、所望の表面圧縮応力が得られない。接触させる塩がアルカリ金属イオンBとしてカリウムイオンを用いる場合、硝酸カリウムの融点が333℃であるため、333℃から該ガラス板の歪点温度以下の温度で浸漬する。この場合、好ましくは、350℃〜(歪点温度−10℃)、より好ましくは、370℃〜(歪点温度−20℃)である。

0032

該ガラス板を塩に接触させる時間は特に限定されないが、該ガラス板を溶融塩に浸漬させる場合は、0.5〜8時間であることが好ましい。0.5時間未満だとアルカリ金属イオンAとアルカリ金属イオンBのイオン交換が充分に進まず、所望の表面圧縮応力、及び、圧縮層深さが得られない。一方、8時間以上だと、イオン交換により生じる表面圧縮応力が緩和されやすくなる。好ましくは、0.5〜6時間、より好ましくは、1〜5時間である。

0033

(冷却工程)
所定時間塩に接触させたガラス板は、冷却工程を介して、室温まで冷まされる。冷却工程とは、予め温度で保持された炉に塩に接触させたガラス板を入れて、冷却速度を制御する(徐冷)場合と、室温下に直接曝す急冷放冷)のいずれの場合を含む。但し、急冷によりガラス板が割れることもあるため、徐冷工程を用いることが好ましい。冷却速度は、ガラス板寸法により、適宜調整する。なお、冷却工程時にガラス板に塩が付着した状態でも構わず、徐冷工程の雰囲気も特に限定しない。冷却後のガラス板は、温水冷水などにより付着した塩を除去することにより、化学強化ガラスが得られる。

0034

前記、予熱工程、イオン交換工程、冷却工程により、化学強化ガラスが製造されるが、1工程である必要もない。即ち、前記化学強化ガラスの製造工程を1回以上行ってもよく、その際の予熱工程、イオン交換工程、冷却工程の温度や時間は必ずしも等しくする必要もない。また、イオン交換工程における塩の構成も必ずしも同じとする必要も無い。更に、2回以上製造工程を用いる際には、イオン交換工程間の予熱工程、及び、徐冷工程のいずれか、もしくは、両方を省略しても良い。

0035

前記製造工程を介して製造された化学強化ガラスは、光導波路効果を観測原理とする表面応力計を用いて、表面圧縮応力(CS)と圧縮層深さ(DOL)を計測でき、表面圧縮応力は500〜1300MPa、圧縮層深さ(DOL)は5〜50μmの範囲内で調整することが可能である。表面圧縮応力が500MPa未満であると、高硬度部材との接触衝撃により、あるいは落下による衝撃などにより割れてしまうという懸念が生じる。一方、表面圧縮応力が1300MPa以上であると、圧縮応力層における圧縮応力の積算値との均衡を保つために必要な内部引っ張り応力(CT)が高くなり、例えば、該化学強化ガラスを切断する際に、チッピングと呼ばれるカケが生じやすくなり、歩留まりが低下する懸念が考えられる。従って、表面圧縮応力は550〜1200MPaがより好ましく、600〜1000MPaであるのがさらに好ましい。圧縮層深さは5μm未満であると、高硬度部材との接触により圧縮応力層を超える傷が付き、強度低下の懸念が考えられる。一方、50μm以上であると、内部引っ張り応力が高くなり、また、切断等に加工が難しくなる。従って、圧縮層深さは7〜40μmが好ましく、10〜30μmであるのはさらに好ましい。

0036

<ガラス板の調製>
原料として、珪砂酸化アルミニウムソーダ灰硫酸ナトリウム炭酸カリウム炭酸カルシウム酸化マグネシウムジルコンフラワーなどの原料を用いて表1に示す実施例1〜8、比較例1〜5に示すガラス成分の割合となるように調合された600gのガラスに相当するバッチを白金坩堝にバッチを充填し、1450〜1650℃で約8時間溶融し、清澄なガラス融液とした。その後、ガラス融液を耐熱、不活性カーボン板上に流出、流延させて板ガラス状とし、次いで電気炉内でガラス転移点を越える温度に保持後徐冷し、冷却後にガラスブロックを得た。ガラスブロックを切断・研磨加工し、特性を評価した。

0037

0038

<得られたガラスの評価>
1)溶融温度の評価
溶融温度として、粘度が102dPa・sとなる温度を測定した。当該温度は、は球引き上げ粘度計オプト企業製)を用いて球引き上げ法により測定した。

0039

2)熱膨張係数(30−300℃)、ガラス転移点、徐冷点、歪点の評価
熱膨張係数、及び、ガラス転移点は、熱機械分析装置TMA8310(リガク製)を用い、それぞれ、JIS R 3102、JIS R3103−3の規定に基づき測定した。なお、熱膨張係数は、30〜300℃における平均線膨張係数である。徐冷点、及び、歪点は、ビームベンディング式粘度計(オプト企業製)を用いて、JIS R3103−2の規定に基づくビーム曲げ法により測定した。

0040

3)密度の評価
密度は、JIS Z 8807の規定に基づき、アルキメデス法により測定した。

0041

4)化学的耐久性の評価
2〜3mm厚さの光学研磨したガラス板をPC−422R2(平山製作所社製)を用いて温度121℃、湿度99.8%、24時間でプレッシャークッカーテスト(PCT)を実施した。その後、曇り度計NDH2000(日本電色工業製)を用い、D65光源にて、ヘイズ(Haze)値を測定した。本結果は、表2中では、「PCT後のHaze」と表記している。

0042

6)化学強化処理
2〜3mm厚さの光学研磨したガラス板を、ガラスの歪点温度の0.8倍の温度に保持された硝酸カリウム溶融塩浴中に4時間浸漬することにより、化学強化処理を行った。

0043

7)化学強化処理されたガラスの表面圧縮応力(CS)、圧縮層深さ(DOL)の評価
化学強化処理されたガラス板について、表面応力計(東硝子製、FSM−60V)を用いて、表面圧縮応力(CS)、及び、ガラス表面に形成された圧縮応力層の深さ(DOL)をそれぞれ測定した。なお、表面応力計による測定において、屈折率は1.52、光弾性定数は26.8((nm/cm)/MPa)をそれぞれ用いた。尚、前記6)の処理と同様の処理を1.1mm厚さの汎用フロートガラスに行って得られた化学強化ガラスのCSは、679MPa、DOLは8μmであった。

0044

8)ビッカース硬度の評価
ビッカース硬度は微小硬さ試験機HM−124(Akashi製)を用いてJIS R 1610及びJIS Z 2244の規定に基づき測定した。

0045

以上の1)〜8)で得られた評価を表2に示す。実施例1〜8で得られたガラス板は溶融しやすく、化学的耐久性に優れたもので、化学強化処理によって、高強度なガラス板となるものであった。実施例で得られた化学強化ガラスは、圧縮層深さ10〜20μmにて、表面圧縮応力が、900〜1300MPaとなり、汎用フロートガラスから得られた化学強化ガラスよりも高強度なものであった。また、本発明で得られたガラスのビッカース硬度は、化学強化前が4.8GPa〜6GPa、化学強化後が、5.0GPa〜6.5GPaと硬度的にも優れたものであった。

実施例

0046

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