阅读说明：本技术 具有用于热回火的优先破碎行为和高的热膨胀系数的未离子交换玻璃 (Non-ion exchanged glass with preferential fragmentation behavior and high coefficient of thermal expansion for thermal tempering ) 是由 T·M·格罗斯 P·J·莱齐 于 2018-11-30 设计创作，主要内容包括：本公开内容涉及玻璃组合物,其具有设计用于热回火的高的热膨胀系数和低的破碎韧度。理想地,当经受热回火时,这些玻璃适合产生“划割”式样,即使是薄的时候(<3mm)时也是如此。本文所揭示的玻璃在低温和高温下具有高的热膨胀,从而一旦淬冷产生增加的回火应力,结合低的破碎韧度,这促进了裂纹分叉和增强的脆性。还提供了此类玻璃的制造方法。(The present disclosure relates to glass compositions having a high coefficient of thermal expansion and low fracture toughness designed for thermal tempering. Ideally, these glasses are suitable for producing a "score" pattern when subjected to thermal tempering, even when thin (<3 mm). The glasses disclosed herein have high thermal expansion at low and high temperatures, thereby producing increased tempering stress upon quenching, combined with low fracture toughness, which promotes crack branching and enhanced brittleness. Methods of making such glasses are also provided.)

具有用于热回火的优先破碎行为和高的热膨胀系数的未离子 交换玻璃

技术领域

本申请根据35U.S.C.§120，要求2017年11月30日提交的美国申请系列第62/592,683号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

本公开内容涉及可熔融成形的玻璃，其具有设计用于热回火的高的热膨胀系数和低的破碎韧度。理想地，当经受热回火时，这些玻璃适合产生“划割(dicing)”式样，即使是非常薄的厚度时也是如此。它们在低温和高温下具有高的热膨胀，从而一旦淬冷产生增加的回火应力，结合低的破碎韧度，这促进了裂纹分叉和增强的脆性。

背景技术

热回火玻璃(有时候被称作安全玻璃)常用于需要安全破碎行为来防止失效情况下发生受伤的场景。例如，安全玻璃用于对交通工具的侧窗和后窗以及诸如淋雨门之类的物体进行强化。使得回火玻璃这么合乎安全应用的需求的性质在于，当其破裂时，其粉碎成不具有锋利边缘或针状点的岩盐状小片。这种合乎希望的破碎行为被称作“划割”，并且当玻璃实现完全回火时发生。

除了热回火玻璃的安全性方面之外，对玻璃进行回火强化使得其具有更高的抗破坏性和耐用性。由于耐用性增加，可以将回火玻璃用于正常玻璃会快速破裂的应用，例如玻璃可能受到石头或者其他硬材料撞击的交通工具窗户。由于用于建筑、交通工具和电子装置应用中的玻璃的增加，对于耐用但是当破裂时以‘安全’或划割破裂式样发生破裂的薄的热强化玻璃存在持续需求。但是，随着玻璃变得越来越薄，其变得越来越难以，以至于完全无法产生任何热回火应力，并且安全“划割”破碎式样所需要的中心张力增加，产生了复合挑战。本公开内容通过所揭示的玻璃解决了这个尚未得到满足的需求，所述玻璃产生了增加回火应力，而对于发生划割需要实现较低的应力水平。

发明内容

在方面(1)中，本公开内容提供了玻璃组合物，其包含：大于70摩尔％SiO₂，大于0至20摩尔％Al₂O₃，大于0至20摩尔％的选自下组的以下至少一种碱土氧化物：MgO、CaO、BaO或SrO，3-16摩尔％K₂O，>0-10摩尔％B₂O₃。在方面(2)中，本公开内容提供了方面(1)的玻璃组合物，其包含72-90摩尔％SiO₂。在方面(3)中，本公开内容提供了方面(1)或(2)的玻璃组合物，其还包含0-16摩尔％Na₂O和3-22摩尔％Na₂O+K₂O。在方面(4)中，本公开内容提供了方面(1)-(3)中任一项的玻璃组合物，其中，从25-300℃的低温热膨胀系数大于75x10^-7 ppm/℃。在方面(5)中，本公开内容提供了方面(1)-(4)中任一项的玻璃组合物，其中，高温热膨胀系数大于250x10^-7 ppm/℃。在方面(6)中，本公开内容提供了方面(1)-(5)中任一项的玻璃组合物，其中，破碎韧度KIC小于0.65MPa-m^1/2。在方面(7)中，本公开内容提供了方面(1)-(6)中任一项的玻璃组合物，其中，玻璃在1000-1200℃温度时的粘度是200kP。在方面(8)中，本公开内容提供了方面(1)-(7)中任一项的玻璃组合物，其中，玻璃在1100-1300℃温度时的粘度是35kP。在方面(9)中，本公开内容提供了方面(1)-(8)中任一项的玻璃组合物，其包含0.5至8摩尔％或者1至5摩尔％B₂O₃。在方面(10)中，本公开内容提供了方面(1)-(9)中任一项的玻璃组合物，其包含>0-10摩尔％或者3至10摩尔％Al₂O₃。在方面(11)中，本公开内容提供了方面(1)-(10)中任一项的玻璃组合物，其包含2-20摩尔％或者2至15摩尔％MO。在方面(12)中，本公开内容提供了方面(1)-(11)中任一项的玻璃组合物，其包含8-16摩尔％Na₂O+K₂O。在方面(13)中，本公开内容提供了方面(1)-(12)中任一项的玻璃组合物，其包含5-15摩尔％K₂O。在方面(14)中，本公开内容提供了方面(1)-(13)中任一项的玻璃组合物，其中，玻璃经过热回火以及具有至少约10微米的压缩深度。在方面(15)中，本公开内容提供了方面(1)-(14)中任一项的玻璃组合物，其中，玻璃经过热回火以及具有至少250MPa的表面压缩应力。在方面(16)中，本公开内容提供了方面(1)-(15)中任一项的玻璃组合物，其中，玻璃符合划割标准ASTM C1048。

在方面(17)中，本公开内容提供了方面(1)-(16)中任一项的玻璃组合物的制造方法，该方法包括对SiO₂，Al₂O₃，选自下组的以下至少一种碱土氧化物：MgO、CaO、BaO或SrO，K₂O，和B₂O₃进行混合，从而产生均质熔体。在方面(18)中，本公开内容提供了方面(17)的方法，其中，将熔体形成为玻璃片，以及后续对玻璃片进行热回火。在方面(19)中，本公开内容提供了方面(17)或方面(18)的方法，其中，玻璃组合物符合划割标准ASTM C1048。在方面(20)中，本公开内容提供了方面(17)-(19)中任一项的方法，其中，玻璃熔化以及维持在1100-1650℃的温度范围持续约6-16小时的时间范围，以及在约500-650℃进行退火，其中，玻璃维持在温度持续约1小时以及后续冷却持续至少6小时。

具体实施方式

在下文描述中，每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一个要素和它们的组合时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素，或者主要由它们组成，或者由它们组成。类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。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，以及所述范围之间的任意范围。除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该”表示“至少一(个/种)”或者“一(个/种)或多(个/种)”。还要理解的是，在说明书和附图中揭示的各种特征可以任意和所有的组合方式使用。

除非在具体情况下另外指出，否则本文所陈述的数值范围包括上限和下限值，且该范围旨在包括其端点和该范围内的所有整数和分数。当限定了范围时，并不旨在将权利要求的范围限制到所陈述的具体值。此外，当以范围、一种或更多种优选范围、或者优选的数值上限以及优选的数值下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑这种成对结合是否具体揭示。最后，当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本公开内容包括所参考的具体值或者端点。当数值范围或者范围的端点没有陈述“约”时，该数值范围或范围的端点旨在包括两种实施方式：一种用“约”修饰，一种没有用“约”修饰。

如本文所用，术语“约”表示量、尺寸、制剂、参数和其他变量和特性不是也不需要是确切的，而是可以按照需要是近似的和/或更大或更小的，反映了容差、转换因子、舍入和测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。应注意，本文可用术语“基本上”表示可由任何定量比较、数值、测量或其它表示方法造成的内在不确定性程度。在本文中还使用这些术语表示数量的表示值可以与所述的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致审议的主题的基本功能改变。因而，“不含Al₂O₃”的玻璃是这样一种玻璃，其中，没有主动将Al₂O₃添加或者配料到玻璃中，但是可能以非常少量作为污染物存在，(例如，500、400、300、200或100每百万份数(ppm)或更少)。

除非另外说明，否则所有组成表示为摩尔百分数(摩尔％)。除非另有说明，否则热膨胀系数(CTE)的单位是10^-7/℃。在25℃至300℃的温度范围上测量低温CTE(LTCTE)，并且单位是10^-7/℃。在高于玻璃转化区域的温度测量高温CTE(HTCTE)，并且单位是10^-7/℃。LTCTE与HTCTE之和的单位是10^-7/℃。密度通过阿基米德(Archimedes)法(ASTM C693)测量，单位为克/厘米³。通过ASTM C623标准测量杨氏模量、剪切模量和泊松比。

玻璃组合物

在热回火中，将玻璃产品加热到接近软化温度，然后通过例如在表面上吹冷空气进行快速淬冷。作为结果，在冷却过程中，玻璃会具有比内部低的表面温度。由于玻璃的中心以较为缓慢的方式冷却到室温，其收缩到较小的比容(specific volume)，而表面层的高比容保持不变。这导致使得回火玻璃其具有强度的表面压缩层。比容的差异是由于玻璃在冷却之后的热膨胀的差异以及表面与本体之间的假想温度的差异的组合所导致的。对于初步近似，可以通过简单的抛物线来表示热回火玻璃中的应力分布，表面压缩应力的大小近似等于中心张力的两倍。

不同于退火玻璃，当热回火玻璃破裂时，其粉碎成不具有锋利边缘或者针状形状的岩盐状片。这种行为对于必须要有安全破碎行为的场景是特别有用的，并且出于这个原因，对热回火玻璃的破碎行为进行表征是极为重要的。将合乎希望的破碎行为称作“划割”，并且当玻璃实现完全回火时发生。回火玻璃的划割阈值是略微有点任意定义的破碎行为，可以将其认为在玻璃发生失效的事件中，对用户而言是“安全”的情况。在世界范围内存在对于划割阈值的标准，例如：美国的ASTM C1048和ANSI Z97.1，欧洲的EN12150-1，俄罗斯的GOST 5727-88，日本的JIS R 3206，以及中国的GB 15763.2(它们全都通过引用结合入本文)。各国的标准是相似的，它们通常规定了对于厚玻璃(>3mm)，经过回火的钠钙玻璃的破碎片需要在50mm x 50mm面积中含有至少30-40块碎片(1.6块碎片/cm²)，而日本标准特别规定了在较薄玻璃的情况下，需要至少60块碎片。

本文所揭示的玻璃具有高的热膨胀系数，以及可以采用热回火工艺来获得相比于市售可得薄玻璃而言改进的破碎行为。需要本文所述的玻璃来满足对于更牢固但是更薄的热强化玻璃的增长需求，用于需要耐用性和/或耐划痕性以及“安全”破裂式样的商业电子产品、交通工具和建筑应用。此外，玻璃必须还保留明显的化学耐用性，因为它们可能会长时间暴露于元素。

已经发现，为了使得薄玻璃(3mm或更薄、2mm或更薄或者1mm或更薄)是可热回火的以及保留所需的破碎式样，低温热膨胀系数(LTCTE)应该是75x10^-7/℃或更大以及高温热膨胀系数(HTCTE)应该是250x10^-7/℃或更大。在一些实施方式中，发现除了LTCTE和HTCTE限制之外，玻璃必须还具有小于0.65MPa·m^1/2的破碎韧度(K_IC)。

在一些实施方式中，玻璃包括SiO₂、K₂O、Al₂O₃、B₂O₃和碱土氧化物的组合。例如，实施方式可以包含：大于70摩尔％SiO₂，大于0摩尔％Al₂O₃，大于0摩尔％B₂O₃，大于3摩尔％K₂O，以及大于0摩尔％MO，式中，M是Ca、Ba、Sr或Mg。在一些实施方式中，玻璃可以包含：72摩尔％SiO₂，>0至10摩尔％Al₂O₃，0.5至5摩尔％B₂O₃，3至20摩尔％K₂O，以及2至20摩尔％MO，式中，M是Ca、Ba、Sr或Mg。在其他实施方式中，玻璃可以包含：72至90摩尔％SiO₂，3至10摩尔％Al₂O₃，1至5摩尔％B₂O₃，8至18摩尔％K₂O，以及2至15摩尔％MO，式中，M是Ca、Ba、Sr或Mg。

SiO₂是所实践的玻璃中的最大氧化物组分，可以包含其来提供高温稳定性和化学耐用性。在一些实施方式中，玻璃可以包含70摩尔％或更多SiO₂。在一些实施方式中，玻璃可以包含72摩尔％或更多SiO₂。在一些实施方式中，玻璃可以包含72至90重量％SiO₂。在一些实施方式中，玻璃可以包含75至90重量％SiO₂。在一些实施方式中，玻璃可以包含70至92摩尔％、70至90摩尔％、70至85摩尔％、70至80摩尔％、72至92摩尔％、72至90摩尔％、72至85摩尔％、72至80摩尔％、75至92摩尔％、75至90摩尔％、75至85摩尔％或者75至80摩尔％SiO₂。在一些实施方式中，玻璃包含70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91或92摩尔％SiO₂。

Al₂O₃可以影响玻璃的结构，此外，可以降低液相线温度和热膨胀系数或者可以增强应变点。在一些实施方式中，玻璃可以包含大于0摩尔％Al₂O₃。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至20摩尔％Al₂O₃。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至10摩尔％、3至10摩尔％或者5至10摩尔％Al₂O₃。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至20摩尔％、>0至18摩尔％、>0至15摩尔％、>0至12摩尔％、>0至10摩尔％、>0至8摩尔％、1至20摩尔％、1至18摩尔％、1至15摩尔％、1至12摩尔％、1至10摩尔％、1至8摩尔％、3至20摩尔％、3至18摩尔％、3至15摩尔％、3至12摩尔％、3至10摩尔％、3至8摩尔％、5至20摩尔％、5至18摩尔％、5至15摩尔％、5至12摩尔％、5至10摩尔％、5至8摩尔％、7至20摩尔％、7至18摩尔％、7至15摩尔％、7至12摩尔％或者7至10摩尔％Al₂O₃。在一些实施方式中，玻璃可包含约为>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或者20摩尔％Al₂O₃。

不受限于理论，相信在本文所述的玻璃中结合B₂O₃影响了热膨胀系数，特别是在高温的情况下，并且改善了玻璃的可回火性。在一些实施方式中，当存在时，玻璃可以包含>0摩尔％至10摩尔％B₂O₃。在一些实施方式中，玻璃可以包含0.5至10摩尔％、0.5至8摩尔％或者1至6摩尔％B₂O₃。在一些实施方式中，玻璃可以包含1至5重量％B₂O₃。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至10摩尔％、>0至8摩尔％、>0至6摩尔％、>0至5摩尔％、>0至4摩尔％、0.5至10摩尔％、0.5至8摩尔％、0.5至6摩尔％、0.5至5摩尔％、0.5至4摩尔％、1至10摩尔％、1至8摩尔％、1至6摩尔％、1至5摩尔％、1至4摩尔％、2至10摩尔％、2至8摩尔％、2至6摩尔％、2至5摩尔％或者2至4摩尔％。在一些实施方式中，玻璃可包含约为0、>0、0.5、1、1.5、2、3、4、5、6、7、8、9或10摩尔％B₂O₃。

碱土氧化物可以改善材料中的合乎希望的性质，包括影响杨氏模量和热膨胀系数。在一些实施方式中，玻璃包含>0摩尔％至约20摩尔％MO(0摩尔％<MO≤20摩尔％)，式中，M是玻璃中的碱土金属Mg、Ca、Sr和Ba之和。在一些实施方式中，玻璃可以包含2至20重量％MO。在一些实施方式中，玻璃可以包含2至15重量％MO。在一些实施方式中，玻璃可包含约为>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20摩尔％MO。

在一些实施方式中，玻璃包含MgO、CaO或SrO。在一些实施方式中，玻璃可以包含大于0摩尔％MgO。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至10摩尔％MgO。在一些实施方式中，玻璃可以包含3至10摩尔％、5在10摩尔％、5至8摩尔％MgO。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至10摩尔％、>0至8摩尔％、>0至6摩尔％、>0至4摩尔％、>0至2摩尔％、1至10摩尔％、1至8摩尔％、1至6摩尔％、1至4摩尔％、1至2摩尔％、3至8摩尔％、3至6摩尔％、3至10摩尔％、5至8摩尔％、5至10摩尔％、7至10摩尔％或者8至10摩尔％MgO。在一些实施方式中，玻璃可包含约为>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10摩尔％MgO。

在一些实施方式中，玻璃可以包含大于0摩尔％CaO。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至15摩尔％CaO。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至5摩尔％、6至13摩尔％、5至15摩尔％、7至13摩尔％、7至11摩尔％、8至12摩尔％CaO。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至15摩尔％、>0至13摩尔％、>0至11摩尔％、>0至9摩尔％、>0至7摩尔％、>0至5摩尔％、1至15摩尔％、1至13摩尔％、1至11摩尔％、1至9摩尔％、1至7摩尔％、1至5摩尔％、3至15摩尔％、3至13摩尔％、3至11摩尔％、3至9摩尔％、3至7摩尔％、3至5摩尔％、5至15摩尔％、5至13摩尔％、5至11摩尔％、5至9摩尔％、5至7摩尔％、7至15摩尔％、7至13摩尔％、7至11摩尔％、7至9摩尔％、9至15摩尔％、9至13摩尔％、9至11摩尔％、11至15摩尔％或者11至13摩尔％CaO。在一些实施方式中，玻璃可包含约为>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15摩尔％CaO。

在一些实施方式中，可以存在SrO，以及在此类实施方式中，玻璃可以包含0至10重量％SrO。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至10摩尔％SrO。在一些实施方式中，玻璃可以包含3至10摩尔％、5在10摩尔％、5至8摩尔％SrO。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至10摩尔％、>0至8摩尔％、>0至6摩尔％、>0至4摩尔％、>0至2摩尔％、1至10摩尔％、1至8摩尔％、1至6摩尔％、1至4摩尔％、1至2摩尔％、3至8摩尔％、3至6摩尔％、3至10摩尔％、5至8摩尔％、5至10摩尔％、7至10摩尔％或者8至10摩尔％SrO。在一些实施方式中，玻璃可包含约为>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10摩尔％SrO。

在一些实施方式中，可以存在BaO，以及在此类实施方式中，玻璃可以包含0至15重量％BaO。在一些实施方式中，玻璃可以包含0至10摩尔％、>0至5摩尔％、6至13摩尔％、5至15摩尔％、7至13摩尔％、7至11摩尔％、8至12摩尔％BaO。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至15摩尔％、>0至13摩尔％、>0至11摩尔％、>0至9摩尔％、>0至7摩尔％、>0至5摩尔％、1至15摩尔％、1至13摩尔％、1至11摩尔％、1至9摩尔％、1至7摩尔％、1至5摩尔％、3至15摩尔％、3至13摩尔％、3至11摩尔％、3至9摩尔％、3至7摩尔％、3至5摩尔％、5至15摩尔％、5至13摩尔％、5至11摩尔％、5至9摩尔％、5至7摩尔％、7至15摩尔％、7至13摩尔％、7至11摩尔％、7至9摩尔％、9至15摩尔％、9至13摩尔％、9至11摩尔％、11至15摩尔％或者11至13摩尔％BaO。在一些实施方式中，玻璃可包含约为>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15摩尔％BaO。

Na₂O和K₂O可以改善玻璃的可回火性以及影响热膨胀系数，特别是在低温的情况下。在一些实施方式中，玻璃可以包含0至10摩尔％Na₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至10摩尔％Na₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含0至8摩尔％Na₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含2至6摩尔％Na₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含0至10摩尔％、0至8摩尔％、0至6摩尔％、0至4摩尔％、0至2摩尔％、>0至10摩尔％、>0至8摩尔％、>0至6摩尔％、>0至4摩尔％、>0至2摩尔％、2至10摩尔％、2至8摩尔％、2至6摩尔％、2至4摩尔％、5至16摩尔％、5至10摩尔％、5至8摩尔％或者8至10摩尔％Na₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含0、>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或者10摩尔％Na₂O.。

在一些实施方式中，玻璃可以包含3至20重量％K₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含5至18摩尔％K₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含8至12摩尔％K₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含3至20摩尔％、3至18摩尔％、3至15摩尔％、3至12摩尔％、3至10摩尔％、3至8摩尔％、5至20摩尔％、5至18摩尔％、5至15摩尔％、5至12摩尔％、5至10摩尔％、5至8摩尔％、8至20摩尔％、8至18摩尔％、8至15摩尔％、8至12摩尔％、8至10摩尔％、10至20摩尔％、10至18摩尔％、10至15摩尔％、10至12摩尔％、12至20摩尔％、12至18摩尔％或者12至15摩尔％K₂O。在一些实施方式中，玻璃可包含0、>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或者20摩尔％K₂O。

在一些实施方式中，可以存在Li₂O，以及在此类实施方式中，玻璃可以包含0至5摩尔％Li₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含>0至5摩尔％Li₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含约为>0至3.5摩尔％Li₂O或者0.2至3摩尔％Li₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含1至4摩尔％Li₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含0.2至5摩尔％、0.2至4摩尔％、0.2至3摩尔％、0.2至2摩尔％、>0至5摩尔％、>0至4摩尔％、>0至3摩尔％、>0至2摩尔％、1至5摩尔％、1至4摩尔％或者1至3摩尔％Li₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含约为0、>0、1、2、3、4或5摩尔％Li₂O。

在一些实施方式中，碱性物质Na₂O和K₂O或者Li₂O、Na₂O和K₂O的总量对于玻璃性质是重要的。在一些实施方式中，玻璃可以包含3至22摩尔％的Na₂O+K₂O或者Li₂O+Na₂O+K₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含5至20摩尔％的Na₂O+K₂O或者Li₂O+Na₂O+K₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含5至15摩尔％的Na₂O+K₂O或者Li₂O+Na₂O+K₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含8至16摩尔％的Na₂O+K₂O或者Li₂O+Na₂O+K₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含9至14摩尔％的Na₂O+K₂O或者Li₂O+Na₂O+K₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含3至22摩尔％、5至22摩尔％、8至22摩尔％、3至20摩尔％、5至20摩尔％、8至20摩尔％、3至15摩尔％、5至15摩尔％、8至15摩尔％、3至12摩尔％、5至12摩尔％或者8至12摩尔％的Na₂O+K₂O或者Li₂O+Na₂O+K₂O。在一些实施方式中，玻璃可以包含3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21或22摩尔％的Na₂O+K₂O或者Li₂O+Na₂O+K₂O。

可以在玻璃中结合额外组分以提供额外益处，或者可能作为商业制备玻璃中常见的污染物结合了额外组分。例如，额外组分可以作为着色剂或澄清剂(例如，用来促进从用于生产玻璃的熔融批料除去气态内含物)和/或其他目的加入。在一些实施方式中，玻璃可以包含用作紫外辐射吸收剂的一种或多种化合物。在一些实施方式中，玻璃可以包含3摩尔％或更少的以下物质：ZnO、TiO₂、CeO、MnO、Nb₂O₅、MoO₃、Ta₂O₅、WO₃、SnO₂、Fe₂O₃、As₂O₃、Sb₂O₃、Cl、Br，或其组合。在一些例子中，玻璃可以包含0至约3摩尔％、0至约2摩尔％、0至约1摩尔％、0至0.5摩尔％、0至0.1摩尔％、0至0.05摩尔％或0至0.01摩尔％的ZnO、TiO₂、CeO、MnO、Nb₂O₅、MoO₃、Ta₂O₅、WO₃、SnO₂、Fe₂O₃、As₂O₃、Sb₂O₃、Cl、Br，或其组合。根据一些实施方式，玻璃还可以包含各种与批料材料相关的污染物和/或由生产玻璃所用的熔融、澄清和/或成形设备引入玻璃的各种污染物。例如，在一些实施方式中，玻璃可能包含0至约3摩尔％，0至约2摩尔％，0至约1摩尔％，0至约0.5摩尔％，0至约0.1摩尔％，0至约0.05摩尔％或者0至约0.01摩尔％的SnO₂或Fe₂O₃，或其组合。

表1中列出了用于形成实施方式玻璃的前体氧化物的量的非限制性例子，以及所得到的玻璃的性质。

表1

表1(续)

如上文所述，所实践的一个或多个实施方式的玻璃可以展现出颜色。在一些实施方式中，希望玻璃具有绿-黄色至金色至琥珀色颜色。在具体实施方式中，这些颜色可以与晶体硅光伏电池的蓝色颜色结合以产生从美学上来说令人愉悦的暗蓝色至黑色颜色。在一些实施方式中，玻璃展现出存在于SCE色空间坐标中的如下颜色(采用分光光度计的反射光谱测量确定，光源D65，以及排除了镜面反射)，范围如下：对于厚度为2.7mm的玻璃，a*＝约-10至约30；b*＝约0至约30；以及L*>80。在一些实施方式中，玻璃展现出存在于SCI色空间坐标中的如下颜色：对于厚度为2.7mm的玻璃，a*＝约-5至约-1；b*＝约5至约18；以及L*>83。在一些应用中，光伏电池与玻璃的组合结合在一起产生了所需的颜色。在此类应用中，玻璃与光伏电池的组合的SCE色空间坐标(采用分光光度计的反射光谱测量确定，光源D65，以及排除了镜面反射)可以包含如下范围：a*＝约0至约10；b*＝约-15至约0；以及L*是约10至约50。

在一些实施方式中，可以通过热回火或者化学回火对玻璃进行强化。在一些实施方式中，可以对玻璃进行强化以包括从其表面延伸到压缩深度(DOC)的压缩应力(CS)。压缩应力区域由展现出拉伸应力的中心部分平衡。在DOC处，应力从正(压缩)应力转化为负(拉伸)应力。此类强化方法包括热回火和化学回火两种。

本文所述的玻璃特别能够进行热回火。热回火工艺是本领域熟知的。为了对玻璃制品进行热回火，将制品加热到接近软化温度然后快速冷却或淬冷。作为结果，在冷却过程中，玻璃会具有比内部低的表面温度。维持温差直到玻璃的表面至少冷却到其应变点或更低(例如室温)。由于玻璃的中心以较为缓慢的方式冷却，其收缩到较小的比容(specificvolume)，而表面层的高比容保持不变。这导致使得回火玻璃其具有强度的表面压缩层。比容的差异部分是由于玻璃在冷却之后的热膨胀的差异以及表面与本体之间的假想温度的差异(影响较小)所导致的。对于初步近似，可以通过简单的抛物线来表示热回火玻璃中的应力分布，表面压缩应力的大小近似等于中心张力的两倍。

作为热回火的替代，可以通过浸入至少一个离子交换浴中来对本文所揭示的玻璃进行离子交换，所述离子交换浴含有至少一种碱金属(例如，锂、钠或钾)的熔盐(例如，硝酸盐、硫化物或者卤化物等)。离子交换通常用于对玻璃进行化学强化。在一个具体例子中，此类阳离子源(例如，熔盐或“离子交换”浴)中的碱性阳离子与玻璃内的较小碱性阳离子发生交换，从而实现从玻璃表面延伸到玻璃相中的压缩深度(DOC)的处于压缩应力(CS)的层。例如，来自阳离子源的钾离子通常与玻璃相中的钠离子和/或锂离子交换，以及K⁺浓度分布与压缩应力和层深度相关。离子交换浴可以含有单种碱金属的盐(或多种盐)(例如，Li、Na或K的硫化物、硝酸盐或卤化物)或者两种或更多种碱金属的盐(例如，Li和Na的硫化物、硝酸盐或卤化物，或者Na和K的硫化物、硝酸盐或卤化物)。在约390℃至约550℃的温度范围，在离子交换浴中进行离子交换，持续的时间是约0.5小时至约24小时。

在一些实施方式中，玻璃经过离子交换以及具有从表面延伸到至少约10μm的压缩深度(DOC)的压缩层，或者在一些实施方式中，进入玻璃至少约30μm，或者在一些实施方式中，进入玻璃最高至约10、15、20或25％，以厚度(表面到中心)进行测量。在一些实施方式中，压缩层从玻璃表面延伸到最高至约20％的玻璃厚度的深度。在一些实施方式中，玻璃可以经过强化以展现出250MPa至800MPa或更大的表面压缩应力。

在强化玻璃中，可以通过如下方式确定压缩层的深度：电子微探针、辉光放电光发射光谱法(GDOES，通过溅射检测等离子体中容纳的原子的发射来测量固体样品中组成元素的深度分布的技术)，或者可以提供随深度变化的组成数据的类似技术，其中，数据会显示在表面结合了Na(在玻璃相中Na⁺代替Li⁺)和/或K。可以通过表面应力计(FSM)，采用日本折原实业有限公司(Orihara Industrial Co.,Ltd.(Japan))制造的商业仪器如FSM-6000来测量前体玻璃的DOC。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，其与玻璃的双折射相关。SOC则使用本领域已知的那些方法来进行测量，例如纤维和四点弯曲法，以及大圆柱体法，所述纤维和四点弯曲法均描述于题为“Standard Test Method forMeasurement of Glass Stress-Optical Coefficient”[《玻璃应力光学系数的测量的标准试验方法》]的ASTM标准C770-98(2013)中，其全文通过引用结合入本文。也可以通过FSM测量来测量CS。如本文所用，CS可以是“最大压缩应力”，其是在压缩应力层中测得的最高的压缩应力值。在一些实施方式中，最大压缩应力位于玻璃的表面处。在其他实施方式中，最大压缩应力可以在表面下方的某一深度处产生，从而给出了外观为“埋藏峰”的压缩分布。

可以将本文所揭示的热强化或者化学强化的玻璃或制品整合到另一制品中，例如具有显示屏的制品(或显示器制品)(例如，消费者电子件，包括移动电话、平板、电脑和导航系统等)，建筑制品(例如，窗户、天窗、带状屋顶(shingles))，运输制品(例如，车辆、火车、飞行器、航海器等)，电器制品，或者任意会受益于透明性、耐划痕性、耐磨性或其组合的制品。在其他实施方式中，玻璃形成消费者电子产品(例如，手机或智能手机、手提电脑或者平板等)的一部分。此类消费者电子产品通常包括具有前表面、后表面和侧表面的外罩，并且包括至少部分位于外罩内的电子组件，例如电源、控制器、存储器或者显示器等。在一些实施方式中，本文所述的玻璃包含至少一部分的保护元件，例如但不限于消费者电子产品的外罩和/或显示器。

玻璃的制造工艺

可以通过常规方法制造具有表1所列氧化物含量的玻璃。例如，在一些实施方式中，可以通过彻底混合所需的批料材料(例如，采用管式混合器)来形成前体玻璃，从而保护均质熔体，并之后放入二氧化硅和/或铂坩埚中。可以将坩埚放入炉中，以及玻璃批料熔化并维持在1250-1650℃的温度，持续约6-16小时的时间。然后，可以将熔体倒入钢模具中，以得到玻璃厚片。之后，可以将这些厚片立即转移到运行在约500-650℃的退火器，其中，玻璃在温度保持约1小时，之后冷却过夜。在另一个非限制性例子中，通过将适当的氧化物和矿物源干掺混持续足以彻底混合成分的时间，来制备前体玻璃。玻璃在温度是约1100℃至1650℃的铂坩埚中熔化，并在温度保持约16小时。然后，所得到的玻璃熔体倒在钢台上冷却。然后，前体玻璃在合适的温度退火。

采用常规工艺实现对所实践的玻璃的回火，其中，在辐射能炉或对流炉(或者采用这两种技术的“组合模式”炉)中将玻璃加热至预定温度，然后通常通过向玻璃表面或者沿着玻璃表面吹送大量环境空气经对流进行气体冷却(“猝冷”)。

虽然为了说明的目的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说明书或所附权利要求书的范围的限制。因此，在不偏离本说明书或者所附权利要求书的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以想到各种改进、修改和替换形式。