CN107129160A

CN107129160A - 化学强化玻璃和化学强化玻璃的制造方法

Info

Publication number: CN107129160A
Application number: CN201710102390.7A
Authority: CN
Inventors: 宫谷克明; 阿部雄
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2017-09-05
Anticipated expiration: 2037-02-24
Also published as: JP2017149628A; CN107129160B

Abstract

本发明涉及化学强化玻璃和化学强化玻璃的制造方法。本发明的目的在于提供一种即使对玻璃表面进行研磨，面强度也优良的化学强化玻璃。本发明涉及一种化学强化玻璃，其在表层具有压应力层，并且满足以下的(1)～(5)的条件：(1)在表面具有研磨损伤；(2)纹理方向指数(Stdi)为0.70以上；(3)利用下式(i)求出的表面硅烷醇基量为1以下，(表面硅烷醇基量)＝(玻璃内部的阳离子量)‑(玻璃表面的阳离子量)…式(i)；(4)自玻璃的最外表面起算的深度X＝0.1～0.4(μm)的区域内的氢浓度C小于0.070mol/L；(5)利用AFM在1μm见方的条件下测定的表面粗糙度(Ra)为0.35nm以下。

Description

化学强化玻璃和化学强化玻璃的制造方法

技术领域

本发明涉及化学强化玻璃和化学强化玻璃的制造方法。

背景技术

在数码相机、手机或便携式信息终端PDA(Personal Digital Assistants，个人数字助理)等平板显示装置、触控面板显示装置中，为了提高显示器的保护和美观，进行以成为比图像显示部分更宽广的区域的方式在显示器的正面配置薄的板状的保护玻璃。

根据对平板显示装置的轻量化和薄型化的要求，保护玻璃本身也要求变薄。另外，对于平板显示装置、触控面板显示装置而言，要求优良的外观、强度和防水性，对于保护玻璃而言，为了满足该目的，要求提高面强度。

虽然玻璃的理论强度高，但是因损伤而使得强度大幅降低，因此，使用通过离子交换等而在玻璃表面形成压应力层从而提高了面强度的化学强化玻璃作为要求强度的保护玻璃。

在化学强化后的玻璃板上存在以熔融盐的附着为代表的污染物(污染)。另外，因玻璃板表层中的氢(水分)的存在而使得玻璃的面强度降低，因此，通常进行如下工序：通过对化学强化后的玻璃表面进行研磨或者浸渍在氢氟酸等中进行蚀刻处理等方法来除去附着于玻璃板表面的污染物或玻璃板表面的含有氢(水分)的层。

在专利文献1中记载了利用含有氟化物化合物的水溶液对化学强化玻璃板进行蚀刻的耐冲击损伤性玻璃板。在专利文献2中记载了具有使玻璃物品与实质上没有氟化物的水溶性的酸性处理介质接触而形成酸处理强化玻璃物品的步骤的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2013-516387号公报

专利文献2：日本特表2014-534945号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在对化学强化后的玻璃表面进行研磨从而除去附着于玻璃表面的污染物或玻璃板表面的含有氢(水分)的层的方法中，有可能因研磨而使得玻璃表面产生损伤，反而面强度降低。另外，如专利文献1和专利文献2所记载的方法那样仅通过酸处理来确保玻璃的面强度时，因酸处理而使得玻璃表面的硅烷醇基增加，因此污染物容易附着于玻璃表面。在紧接成膜工序之前像这样附着污染物时，有时因成膜而使得污染物突出，导致外观不良。

因此，本发明的目的在于提供一种即使对玻璃表面进行研磨而具有研磨损伤，面强度也优良，而且抑制了玻璃表面的污染物附着的化学强化玻璃。

用于解决问题的手段

本发明人发现：通过将化学强化玻璃表面的纹理方向指数(Stdi)、玻璃表层中的氢浓度分布和表面粗糙度(Ra)调节为特定的范围，即使在表面具有研磨损伤也能够提高化学强化玻璃的面强度，此外，通过将表面硅烷醇基量调节为特定的范围，能够抑制化学强化玻璃的污染物附着，从而完成了本发明。

即，本发明如下所述。

[1]一种化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃在表层具有压应力层，并且满足以下的(1)～(5)的条件：

(1)在表面具有研磨损伤；

(2)纹理方向指数(Stdi)为0.70以上；

(3)利用下式(i)求出的表面硅烷醇基量为1以下；

(表面硅烷醇基量)＝(玻璃内部的阳离子量)-(玻璃表面的阳离子量)…式(i)

玻璃表面的阳离子量通过利用X射线光电子能谱法测定玻璃表面的各元素的原子浓度并利用下式(ii)求出，

玻璃内部的阳离子量通过利用C60进行溅射后利用X射线光电子能谱法测定玻璃内部的各元素的原子浓度并利用下式(ii)求出，

(阳离子量)＝K/Si+Na/Si+2×Mg/Si+3×Al/Si…式(ii)；

(4)自玻璃的最外表面起算的深度X＝0.1～0.4(μm)的区域内的氢浓度C小于0.070mol/L；

(5)利用AFM在1μm见方的条件下测定的表面粗糙度(Ra)为0.35nm以下。

[2]如上述[1]所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的纹理纵横比(Str20)为0.5以上。

[3]如上述[1]或[2]所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的核心粗糙度深度(Sk)为1nm以下。

[4]如上述[1]或[2]所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的BOR平均面强度为800N以上。

[5]如上述[1]或[2]所述的化学强化玻璃，其中，所述玻璃为铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃。

[6]一种化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃在表层具有压应力层，并且满足以下的(1)～(3)的条件：

(1)纹理方向指数(Stdi)为0.70以上；

(2)自玻璃的最外表面起算的深度X＝0.1～0.4(μm)的区域内的氢浓度C小于0.070mol/L；

(3)利用AFM在1μm见方的条件下测定的表面粗糙度(Ra)为0.35nm以下。

[7]如上述[6]所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃满足以下的条件：

(条件)利用下式(i)求出的表面硅烷醇基量为1以下，

(阳离子量)＝K/Si+Na/Si+2×Mg/Si+3×Al/Si…式(ii)。

[8]如上述[6]或[7]所述的化学强化玻璃，其在表面具有研磨损伤。

[9]如上述[6]或[7]所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的纹理纵横比(Str20)为0.5以上。

[10]如上述[6]或[7]所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的核心粗糙度深度(Sk)为1nm以下。

[11]如上述[6]或[7]所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的BOR平均面强度为800N以上。

[12]如上述[6]或[7]所述的化学强化玻璃，其中，所述玻璃为铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃。

[13]一种化学强化玻璃的制造方法，其包括：

通过离子交换法在玻璃表层形成压应力层的离子交换工序、和

在上述离子交换工序后进行碱处理的玻璃表面处理工序，其中，

上述表面处理工序是以满足以下的(a)～(c)的方式对上述玻璃表面进行处理的表面处理工序，

(a)纹理方向指数(Stdi)为0.70以上；

(b)自玻璃的最外表面起算的深度X＝0.1～0.4(μm)的区域内的氢浓度C小于0.070mol/L；

(c)利用AFM在扫描尺寸为1μm×1μm的条件下测定的表面粗糙度(Ra)为0.35nm以下。

[14]如上述[13]所述的化学强化玻璃的制造方法，其中，所述表面处理工序是以还满足以下的(d)的方式对所述玻璃表面进行处理的表面处理工序，

(d)利用下式(i)求出的表面硅烷醇基量为1以下，

(阳离子量)＝K/Si+Na/Si+2×Mg/Si+3×Al/Si…式(ii)。

[15]如上述[13]或[14]所述的化学强化玻璃的制造方法，其中，所述制造方法包括在上述表面处理工序后的、在利用AFM图像解析求出的纹理方向指数(Stdi)为0.70以上的情况下判断为适合的抽样检查。

[16]如上述[13]或[14]所述的化学强化玻璃的制造方法，其中，所述制造方法包括在上述离子交换工序后且在上述表面处理工序之前对玻璃表面进行研磨的研磨工序。

发明效果

根据本发明的化学强化玻璃，通过将化学强化玻璃表面的纹理方向指数(Stdi)、玻璃表层中的氢浓度分布和表面粗糙度(Ra)调节为特定的范围，能够提高化学强化玻璃的面强度，此外，通过将表面硅烷醇基量调节为特定的范围，能够抑制玻璃表面的污染物。

附图说明

图1是示出纹理方向指数(Stdi)与面强度(BOR平均面强度)的相关性的图。

图2是用于对球-环试验的方法进行说明的示意图。

图3是示出纹理纵横比(Str20)与面强度(BOR平均面强度)的相关性的图。

图4是用于对核心粗糙度深度(Sk)进行说明的图。

图5是示于核心粗糙度深度(Sk)[单位：nm]与面强度(BOR平均面强度)的相关性的图。

具体实施方式

以下对本发明详细地进行说明，但是本发明并不限定于以下的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以任意地变形而实施。

<化学强化玻璃>

本发明的第一实施方式的化学强化玻璃是在表层具有压应力层、并且满足以下的(1)～(5)的条件的化学强化玻璃。

(1)在表面具有研磨损伤；

(2)纹理方向指数(Stdi)为0.70以上；

(3)利用下式(i)求出的表面硅烷醇基量为1以下；

(阳离子量)＝K/Si+Na/Si+2×Mg/Si+3×Al/Si…式(ii)；

本发明的第二实施方式的化学强化玻璃是在表层具有压应力层、并且满足以下的(1)～(3)的条件的化学强化玻璃。

(1)纹理方向指数(Stdi)为0.70以上；

本发明的化学强化玻璃在表层具有通过离子交换法形成的压应力层。压应力层是指通过使作为原料的玻璃与硝酸钾等无机盐接触而使玻璃表面的Na离子与无机盐中的K离子进行离子交换而形成的高密度层。

[研磨损伤]

本发明的化学强化玻璃在表面可以具有研磨损伤。在此，本发明中的研磨是指利用磨粒对玻璃表面进行磨削而进行平滑化。表面研磨的方法没有特别限定。另外，研磨损伤的有无可以通过利用AFM(Atomic Force Microscope；原子力显微镜)的表面观察来判断，在5μm×5μm区域内存在一条以上长度5μm以上的研磨损伤的情况下，可以称为在表面具有研磨损伤的状态。

[纹理方向指数(Stdi)]

纹理方向指数(Stdi)是表示在玻璃表面形成的纹理(加工表面均匀地具有的性质、状态)的方向性的优劣的指标，取从0到1的值。在纹理具有优势方向的情况下，Stdi接近0。另一方面，在纹理不具有方向性的情况下，Stdi接近1。即，在如研磨损伤这样的纹理具有优势方向的情况下，Stdi取接近0的值。但是认为，通过使研磨损伤变得平滑、纹理变得不清楚，Stdi接近1。

本发明人对Stdi与面强度[通过后述的球-环试验测定的BOR(球-环)面强度，以下也称为BOR面强度]的相关性进行了分析，结果发现具有如图1所示的相关性。如图1所示，Stdi越接近1则面强度越高。本发明的化学强化玻璃的Stdi为0.70以上，优选为0.75以上，更优选为0.80以上。

对于本发明的化学强化玻璃而言，认为通过Stdi为该范围，研磨损伤变得平滑，面强度提高。Stdi可以在利用原子力显微镜(AFM)取得形状图像后利用图像解析软件(例如，Image Metrology公司制造的SPIP)求出。

[球-环试验]

图2中示出用于对球-环试验进行说明的示意图。在球-环(Ball on Ring；BOR)试验中，在将玻璃板1水平载置的状态下，利用SUS304制造的加压夹具2(淬火钢，直径10mm，镜面精加工)对玻璃板1进行加压，并对玻璃板1的面强度进行测定。

图2中，在SUS304制造的支撑夹具3(直径30mm，接触部的曲率R2.5mm，接触部为淬火钢，镜面精加工)上水平设置作为样品的玻璃板1。在玻璃板1的上方设置用于对玻璃板1进行加压的加压夹具2。

从玻璃板1的上方对玻璃板1的中央区域进行加压。需要说明的是，试验条件如下所示。

加压夹具2的下降速度：1.0(mm/分钟)

此时，将玻璃被破坏时的破坏载荷(单位N)作为BOR面强度，将20次测定的平均值作为BOR平均面强度(BOR平均强度)。但是，将玻璃板的破坏起点距离球按压位置2mm以上的情况从用于计算平均值的数据中排除。

本发明的化学强化玻璃的BOR平均面强度优选为800N以上，更优选为900N以上，特别优选为1000N以上。

[表面硅烷醇基量]

本发明的第一实施方式的化学强化玻璃的表面硅烷醇基量为1以下，优选为0.9以下，更优选为0.85以下。

本发明的第二实施方式的化学强化玻璃的表面硅烷醇基量优选为1以下，更优选为0.9以下，进一步优选为0.85以下。

[表面硅烷醇基量测定方法]

表面硅烷醇基量通过下述1)～5)的步骤求出。

1)利用X射线光电子能谱法(XPS)测定玻璃表面的各元素的原子浓度。

2)利用下式(ii)计算玻璃表面的阳离子量。

3)利用C60进行溅射后，利用X射线光电子能谱法测定玻璃内部的各元素的原子浓度。

4)利用下式(ii)计算玻璃内部的阳离子量。

5)利用式(i)，玻璃内部的阳离子量减去玻璃表面的阳离子量，求出表面硅烷醇基量。

(阳离子量)＝K/Si+Na/Si+2×Mg/Si+3×Al/Si…式(ii)

通过上述表面硅烷醇基量为1以下，污染物难以附着，能够抑制保护玻璃的清洗后的成膜工序中的污染物。

[氢浓度]

关于本发明的化学强化玻璃，玻璃表层中的氢浓度分布处于特定的范围。具体而言，自玻璃的最外表面起算的深度X＝0.1～0.4(μm)的区域内的氢浓度C小于0.070mol/L、优选为0.060mol/L以下。通过氢浓度C小于0.070mol/L，能够提高化学强化玻璃的面强度。

关于玻璃的面强度，已知玻璃的面强度因玻璃表层中的氢(水分)的存在而降低，但是有时在化学强化处理后面强度降低。进行各种研究的结果推定：其主要原因是由于气氛中的水分进入玻璃而生成化学缺陷。

玻璃表层中的氢浓度高时，氢以Si-OH的形式进入玻璃的Si-O-Si键网络中，Si-O-Si键被切断。认为：玻璃表层中的氢浓度高时，Si-O-Si键被切断的部分增多，容易生成化学缺陷，面强度降低。

氢浓度C在自最外表面起算的深度X＝0.1μm～0.4μm的区域内为特定范围。通过离子交换形成的压应力层的厚度虽然取决于化学强化的程度，但是在5μm～50μm的范围内形成。而且，氢在玻璃中的进入深度取决于扩散系数、温度和时间，对于氢的进入量而言，除了这些以外还受气氛中的水分量影响。关于化学强化后的氢浓度，最外表面最高，向着未形成压应力层的深部(主体)逐渐降低。在最外表面(X＝0μm)，水分浓度有可能因经时变质而变化，因此，在认为没有该影响的近表面(X＝0.1μm～0.4μm)的区域内使氢浓度C为特定范围。

[氢浓度分布测定方法]

在此，玻璃表层中的氢浓度分布(H₂O换算浓度、mol/L)为在下述分析条件下测定的分布。在玻璃表层中的氢浓度分布的测定中使用次级离子质谱法(Secondary Ion MassSpectrometory：SIMS)。

在利用SIMS得到定量的氢浓度分布的情况下，需要氢浓度已知的标准试样。以下记载了标准试样的制作方法和氢浓度定量方法。

1)切割出测定对象的玻璃的一部分。

2)通过研磨或化学蚀刻除去切割出的玻璃的自表面起50μm以上的区域。除去处理可以对双面都进行。即，双面的除去厚度合计达到100μm以上。将该除去处理后的玻璃作为标准试样。

3)对标准试样实施红外光谱法(Infrared spectroscopy：IR)，求出IR谱图的3550cm^-1附近的峰顶的吸光度高度A₃₅₅₀和4000cm^-1的吸光度高度A₄₀₀₀(基线)。

4)利用测微计等板厚测定器测定标准试样的板厚d(cm)。

5)参考S.Ilievski et al.,Glastech.Ber.Glass Sci.Technol.,73(2000)39，将玻璃的H₂O的红外实际消光系数ε_pract[L/(mol·cm)]设为75，利用式(a)求出标准试样的氢浓度(H₂O换算，mol/L)。

标准试样的氢浓度＝(A₃₅₅₀-A₄₀₀₀)/(ε_pract·d)…式(a)

将测定对象的玻璃和通过上述方法得到的氢浓度已知的标准试样同时向SIMS装置内运送，依次进行测定，得到¹H^-和³⁰Si-的强度的深度方向分布。然后，用¹H^-分布除以³⁰Si-分布，得到¹H^-/³⁰Si-强度比的深度方向分布。

由标准试样的¹H^-/³⁰Si-强度比的深度方向分布，计算出深度从1μm到2μm的区域内的平均¹H^-/³⁰Si-强度比，以通过原点的方式作出该值与氢浓度的标准曲线(一个水平的标准试样的标准曲线)。利用该标准曲线，将测定对象的玻璃的分布的纵轴的¹H^-/³⁰Si-强度比变换为氢浓度。由此，得到测定对象的玻璃的氢浓度分布。

需要说明的是，SIMS和IR的测定条件如下所述。

[SIMS的测定条件]

装置：ULVAC·PHI公司制造的ADEPT1010

初级离子种类：Cs⁺

初级离子的加速电压：5kV

初级离子的电流值：500nA

初级离子的入射角：相对于试样面的法线为60°

初级离子的光栅尺寸：300×300(μm²)

初级离子的极性：负

初级离子的检测区域：60×60(μm²)(初级离子的光栅尺寸的4％)

静电分析器输入透镜(ESA Input Lens)：0

使用中和枪

将横轴从溅射时间变换为深度的方法：利用触针式表面形状测定器(Veeco公司制造的Dektak150)对分析弧坑的深度进行测定，求出初级离子的溅射速率。利用该溅射速率，将横轴从溅射时间变换为深度。

¹H^-检测时的场轴电位(Field Axis Potential)：每个装置的最佳值有可能发生变化。测定者一边注意一边设定场轴电位的值以使得背景被充分消除。

[IR的测定条件]

装置：Thermo Fisher Scientific公司制造的Nic-plan/Nicolet 6700

分辨率：4cm^-1

累计：16

检测器：TGS检测器

[表面粗糙度(Ra)]

关于本发明的化学强化玻璃，利用AFM在扫描尺寸为1μm×1μm见方的条件下测定的表面粗糙度(Ra)为0.35nm以下，优选为0.3nm以下，更优选为0.2nm以下。通过表面粗糙度(Ra)为0.35nm以下，能够提高化学强化玻璃的面强度。

[纹理纵横比(Str20)]

纹理纵横比(Str20)可以如下求出。即，可以利用原子力显微镜(AFM)得到形状图像，然后利用图像解析软件(Image Metrology公司制造的SPIP图像解析软件版本6.4.3)，实施形状图像的平整(レべリング)处理和L-滤波处理(ISO值2.0μm)，利用粗糙度解析求出纹理纵横比(Str20)。

本发明人对Str20与面强度(BOR平均面强度)的相关性进行分析，结果发现存在如图3所示的相关性。如图3所示，Str20越接近1则面强度越高。本发明的化学强化玻璃的Str20优选为0.5以上，更优选为0.6以上，进一步优选为0.65以上，特别优选为0.75以上。

另外，本发明的化学强化玻璃的Str20为该范围，因此认为是具有凹凸小的研磨损伤或者不能确认到研磨损伤的玻璃。

[核心粗糙度深度(Sk)]

核心粗糙度深度(Sk)(DIN 4776)是关于凹凸的偏差的指标。图4所示的艾卜特(アボット)曲线(高度分布的直方图的积分值)中的支承曲线(ベアリング曲線)的近似线中，引出达到最小斜率的线的情况下的图4所示的“Sk”为核心粗糙度深度，“Spk”为缩小峰顶高度(縮小サミット高さ)，“Svk”为缩小谷底高度(縮小バレー高さ)。

本发明人对Sk与面强度(BOR平均面强度)的相关性进行了分析，结果发现了存在如图5所示的相关性。本发明的化学强化玻璃的Sk优选为1nm以下。认为：通过Sk处于该范围，小凹凸所占的比例增大，面强度提高。Sk可以在利用原子力显微镜(AFM)得到形状图像后利用图像解析软件(例如Image Metrology公司制造的SPIP图像解析软件版本6.4.3)求出。

(玻璃组成)

本发明中使用的玻璃只要含有钠即可，只要具有能够成形、能够利用化学强化处理进行强化的组成就可以使用各种组成的玻璃。具体而言，可以列举例如铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、铅玻璃、碱钡玻璃和铝硼硅酸盐玻璃等。其中，优选铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃和钠钙玻璃。

玻璃的制造方法没有特别限定，可以通过将期望的玻璃原料投入连续熔化炉中，将玻璃原料在优选为1500℃～1600℃进行加热熔化、澄清，然后在供给至成形装置后将熔融玻璃成形为板状，并进行退火，由此来制造。

需要说明的是，在玻璃的成形中可以采用各种方法。例如，可以采用下拉法(例如，溢流下拉法、狭缝下拉法和再曳引法(リドロー法)等)、浮法、辊压法和压制法等各种成形方法。

玻璃的厚度没有特别限制，为了有效地进行化学强化处理，通常优选为5mm以下，更优选为3mm以下。

另外，本发明中使用的玻璃的形状没有特别限定。例如可以采用具有均匀的板厚的平板形状、表面和背面中的至少一者具有曲面的形状和具有弯曲部等的立体形状等各种形状的玻璃。

作为本发明的化学强化玻璃的组成，没有特别限定，可以列举例如下述玻璃的组成。

(i)以由摩尔％表示的组成计，含有50％～80％的SiO₂、2％～25％的Al₂O₃、0％～10％的Li₂O、0％～18％的Na₂O、0％～10％的K₂O、0％～15％的MgO、0％～5％的CaO和0％～5％的ZrO₂的玻璃

(ii)以由摩尔％表示的组成计，含有50％～74％的SiO₂、1％～10％的Al₂O₃、6％～14％的Na₂O、3％～11％的K₂O、2％～15％的MgO、0％～6％的CaO和0％～5％的ZrO₂，SiO₂和Al₂O₃的含量合计为75％以下，Na₂O和K₂O的含量合计为12％～25％、MgO和CaO的含量合计为7％～15％的玻璃

(iii)以由摩尔％表示的组成计，含有68％～80％的SiO₂、4％～10％的Al₂O₃、5％～15％的Na₂O、0％～1％的K₂O、4％～15％的MgO和0％～1％的ZrO₂的玻璃

(iv)以由摩尔％表示的组成计，含有67％～75％的SiO₂、0％～4％的Al₂O₃、7％～15％的Na₂O、1％～9％的K₂O、6％～14％的MgO和0％～1.5％的ZrO₂，SiO₂和Al₂O₃的含量合计为71％～75％，Na₂O和K₂O的含量合计为12％～20％，在含有CaO的情况下其含量小于1％的玻璃

<化学强化玻璃的制造方法>

本发明的化学强化玻璃的制造方法包括：

在上述离子交换工序之后进行碱处理的玻璃表面处理工序。

表面处理工序为以满足下述(a)～(c)的方式对玻璃表面进行处理的表面处理工序。另外，优选为以满足下述(d)的方式对玻璃表面进行处理的表面处理工序。

(a)纹理方向指数(Stdi)为0.70以上。

(b)自玻璃的最外表面起算的深度X＝0.1～0.4(μm)的区域内的氢浓度C小于0.070mol/L。

(c)利用AFM在扫描尺寸为1μm×1μm见方的条件下测定的表面粗糙度(Ra)为0.35nm以下。

(d)利用下式(i)求出的表面硅烷醇基量为1以下，

玻璃表面的阳离子量通过利用X射线光电子能谱法测定玻璃表面的各元素的原子浓度并利用下式(ii)求出。

玻璃内部的阳离子量通过利用C60进行溅射后利用X射线光电子能谱法测定玻璃内部的各元素的原子浓度并利用下式(ii)求出。

(阳离子量)＝K/Si+Na/Si+2×Mg/Si+3×Al/Si…式(ii)

以下，对各工序进行说明。

[离子交换工序]

本发明的化学强化玻璃在玻璃表面具有通过离子交换而形成的压应力层。在离子交换法中，对玻璃的表面进行离子交换，形成残留有压应力的表面层。具体而言，在玻璃化转变温度以下的温度下，通过离子交换，将玻璃表层的离子半径小的碱金属离子(典型地为Li离子、Na离子)置换成离子半径较大的碱离子(典型地，对于Li离子为Na离子或K离子，对于Na离子为K离子)。由此，在玻璃的表面残留压应力，玻璃的面强度提高。

离子交换处理的方法没有特别限定，可以使用公知的方法。作为离子交换处理的方法，只要是能够使玻璃表层的Li₂O或Na₂O与熔融盐中的Na₂O或K₂O进行离子交换的方法就没有特别限定，可以列举例如：将玻璃浸渍在加热后的含有硝酸钾(KNO₃)的熔融盐中的方法。

离子交换处理的条件没有特别限定，虽然根据玻璃的厚度而不同，但是温度条件优选为520℃以下，更优选为500℃以下，另外，优选为350℃以上，更优选为400℃以上。

另外，进行离子交换处理的时间优选为1小时～72小时，更优选为2小时～24小时。为了提高生产率，优选为12小时以下。作为熔融盐，可以列举例如KNO₃等。

具体而言，例如，典型地是将玻璃在400℃～500℃的KNO₃熔融盐中浸渍1小时～72小时。另外，离子交换处理后，出于除去附着于玻璃的熔融盐等附着物等的目的，优选利用水进行清洗。

[研磨工序]

在本发明的化学强化玻璃的制造方法中，可以包括在上述离子交换工序后且后述的表面处理工序之前对玻璃表面进行研磨的研磨工序。研磨工序是在供给研磨浆料的同时利用研磨垫对玻璃进行研磨的工序。研磨条件没有特别限制，可以在达到期望的表面粗糙度的条件下进行。通过对玻璃表面进行研磨，除去玻璃表面的宏观损伤。

研磨工序可以通过例如使平均粒径约0.7μm的氧化铈分散在水中而制作比重0.9的浆料，利用无纺布型或绒面革型的研磨垫在研磨压力为10kPa的条件下对玻璃的表面进行每单面0.5μm以上的研磨等一般的方法来进行。

使用氧化铈的平均粒子直径(d50)通常为0.5μm～1.5μm的研磨磨粒对玻璃表面进行研磨的情况下，如果在玻璃表面残留由该研磨产生的研磨损伤，则面强度有可能降低，但是通过在研磨工序后进行后述的表面处理工序，可以使该研磨损伤变薄而使Stdi为规定的范围，由此提高面强度。

[表面处理工序]

在本发明的化学强化玻璃的制造方法中，优选在离子交换处理后进行包括碱处理的表面处理。另外，可以将碱处理和酸处理或蚀刻处理组合。认为通过碱处理除去表面的水合层，能够得到玻璃表面裂纹不易扩展的表面。另外认为：通过碱处理，形成表面硅烷醇基量满足上述特定的关系式(i)的表层，由此能够抑制附着于玻璃表面的污染物。

通过上述表面处理，除去玻璃表层中的氢，氢浓度C达到规定的范围。另外认为：通过上述表面处理，同时也除去存在于玻璃表面的损伤，Stdi和表面粗糙度(Ra)达到规定的范围，由此面强度提高。

通过表面处理产生的表面除去量通常优选为5nm以上，更优选为50nm以上。通过将表面除去量设定为5nm以上，在存在研磨损伤的情况下，能够减小由该损伤产生的凹凸，能够制造面强度高的化学强化玻璃。表面除去量可以通过适当调节供于化学强化的玻璃的组成、表面处理中使用的溶液的温度或浓度等来进行调节。

(碱处理)

碱处理通过使化学强化玻璃浸渍在碱性溶液中来进行。只要溶液为碱性就没有特别限制，溶液的pH超过7即可，既可以使用弱碱也可以使用强碱。具体而言，优选氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、氨或有机胺等碱。这些碱既可以单独使用也可以组合使用多种。另外，可以添加有机酸盐等作为螯合剂。

进行碱处理的温度虽然根据所使用的碱的种类或浓度、时间而不同，但是优选为10℃～80℃，更优选为20℃～70℃，特别优选为40℃～60℃。如果为该温度范围，则玻璃不会发生腐蚀，因此优选。

进行碱处理的时间虽然根据所使用的碱的种类或浓度、温度而不同，但是从生产率的观点出发优选为1分钟～120分钟，更优选为1分钟～60分钟。进行碱处理的溶液的浓度虽然根据所使用的碱的种类、时间、温度而不同，但是从玻璃表面除去性的观点出发优选为0.1质量％～10质量％，更优选为1质量％～5质量％。

(酸处理)

酸处理可以通过使化学强化玻璃浸渍在酸性溶液中来进行。溶液只要为酸性就没有特别限制，溶液的pH小于7即可，所使用的酸既可以为弱酸也可以为强酸。具体而言，优选盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、乙酸、草酸、碳酸或柠檬酸等酸。这些酸既可以单独使用也可以组合使用多种。

进行酸处理的温度虽然根据所使用的酸的种类或浓度、时间而不同，但是优选在100℃以下进行。进行酸处理的时间虽然根据所使用的酸的种类或浓度、温度而不同，但是从生产率的观点出发优选为10秒钟～5小时，更优选为1分钟～2小时。

进行酸处理的溶液的浓度虽然根据所使用的酸的种类、时间、温度而不同，但是优选容器腐蚀的可能性小的浓度，具体而言优选为0.1质量％～20质量％。

(蚀刻处理)

作为蚀刻处理中使用的蚀刻液，使用含有玻璃溶解性的化学品的水溶液。作为玻璃溶解性的化学品，优选含有氟化物的水溶液。作为氟化物，可以列举例如氟化氢、氟化铵、氟化钾和氟化钠等。另外，在这些水溶液中可以含有无机酸和有机酸中的至少一者。作为无机酸，可以从盐酸、硫酸、磷酸和硝酸等中选择一种或两种以上，作为有机酸，可以从乙酸和琥珀酸等中选择一种或两种以上。

蚀刻速率优选为0.1μm/分钟以下，更优选为0.05μm/分钟以下。通过将蚀刻速率设定为0.1μm/分钟以下，能够制造玻璃表面的粗糙度小的化学强化玻璃。蚀刻速率可以通过适当调节供于离子交换工序的玻璃的组成、蚀刻液的温度或浓度等来进行调节。

蚀刻温度通常优选为10℃～60℃，更优选为20℃～40℃。此外，蚀刻时间通常优选为30秒钟～30分钟，更优选为1分钟～10分钟。关于这些蚀刻的条件，本领域技术人员可以根据所使用的玻璃的材质等适当选择以使得不析出反应产物。

化学强化玻璃的制造方法根据用途而不同，作为上述离子交换工序后的表面处理工序以外的其它工序，没有特别限定。下述示出一例，但是本发明并不限定于该例。

首先，将准备的玻璃坯板经过切割、开孔、切口、研磨或轻倒角(糸面取り)等工序成形为最终精加工的期望的尺寸、形状。此时，为了提高后续工序的操作性以及削减工艺成本，可以预先切割成比最终精加工的期望的尺寸大的尺寸，全部加工工序结束后，成形为期望的尺寸、形状。

成形后的玻璃通过离子交换工序进行化学强化，然后通过表面处理工序除去污染物和含有水分的层，从而得到化学强化玻璃。对化学强化玻璃进行例如印刷、防反射涂布和功能性膜的贴合等，从而制造保护玻璃。表面处理工序后，可以进行在利用AFM图像解析求出的纹理方向指数(Stdi)为0.70以上的情况下判断为适合的抽样检查。

本发明的化学强化玻璃能够用于在手机、数码相机、车载用显示装置等中使用的平板显示装置、触控面板显示装置等的显示器用保护玻璃。

实施例

以下对本发明的实施例具体地进行说明，但是本发明并不限定于这些实施例。

<评价方法>

本实施例中的各种评价通过如下所示的分析方法进行。

[除去量]

玻璃的除去量厚度通过利用分析用电子天平(HR-202i；AND制造)测定试剂处理前后的重量，并利用下式进行厚度换算而求出。

(每单面的除去量厚度)＝[(处理前重量)-(处理后重量)]/(玻璃比重)/(处理面积)/2

此时，将玻璃比重设为2.41(g/cm³)进行计算。

[纹理方向指数(Stdi)]

首先，利用原子力显微镜(Seiko Instruments公司制造的PA400)、测定模式：轻敲模式、扫描尺寸：1μm×1μm、扫描速度：1Hz、悬臂：Cantilever(SII公司制造的SI-DF40)得到形状图像。然后，利用图像解析软件(Image Metrology公司制造的SPIP图像解析软件版本6.2.6)实施形状图像的平整处理，通过粗糙度分析求出纹理方向指数(Stdi)。

[纹理纵横比(Str20)]

首先，利用原子力显微镜(Seiko Instruments公司制造的PA400)、测定模式：轻敲模式、扫描尺寸：1μm×1μm、扫描速度：1Hz、悬臂：Cantilever(SII公司制造的SI-DF40)得到形状图像。然后，利用图像解析软件(Image Metrology公司制造的SPIP图像解析软件版本6.2.6)实施形状图像的平整处理，通过粗糙度分析求出纹理纵横比(Str20)。

[核心粗糙度深度(Sk)]

首先，利用原子力显微镜(Seiko Instruments公司制造的PA400)、测定模式：轻敲模式、扫描尺寸：1μm×1μm、扫描速度：1Hz、悬臂：Cantilever(SII公司制造的SI-DF40)得到形状图像。然后，利用图像解析软件(Image Metrology公司制造的SPIP图像解析软件版本6.2.6)实施形状图像的平整处理，通过支承曲线求出核心粗糙度深度(Sk)。

[面强度]

玻璃面强度通过球-环(Ball on Ring；BOR)试验进行测定。图2中示出了用于对本发明中使用的球-环试验进行说明的示意图。在将玻璃板1水平载置的状态下，使用SUS304制造的加压夹具2(淬火钢，直径10mm，镜面精加工)对玻璃板1进行加压，测定玻璃板1的面强度。

在本实施方式中，从实施例和比较例中得到的玻璃板1的上方对玻璃板1的中央区域进行加压。需要说明的是，试验条件如下所述。加压夹具2的下降速度：1.0(mm/分钟)

此时，将玻璃被破坏时的破坏载荷(单位N)作为BOR面强度，将20次测定的平均值作为BOR平均面强度。但是，将玻璃板的破坏起点距球按压位置2mm以上的情况从用于计算平均值的数据中排除。

[氢浓度]

按照上述[氢浓度分布测定方法]中记载的方法测定氢浓度分布。

[表面硅烷醇基量]

按照上述[表面硅烷醇基量测定方法]中记载的方法，利用X射线光电子能谱法(XPS)进行玻璃表面的分析，测定表面硅烷醇基量。关于XPS分析方法和装置，如下所示。

(XPS分析)

装置：ULVAC·PHI公司制造的ESCA5500

对于各样品面，首先测定宽谱，确认有无表面污染物，然后对于C(碳)、O(氧)、Na(钠)、Mg(镁)、Al(铝)、Si(硅)和K(钾)测定窄谱，并计算出玻璃的表面组成和表面硅烷醇基量的Si标准值。测定条件如下所述。

步进分辨率：0.5eV/步

通能：117.4eV

分析区域：直径800μmΦ

[表面粗糙度(Ra)]

表面粗糙度(Ra)利用原子力显微镜(Seiko Instruments公司制造的PA400)、测定模式：轻敲模式、扫描尺寸：1μm×1μm、扫描速度：1Hz、悬臂：Cantilever(SII公司制造的SI-DF40)得到形状图像，求出Ra。

[润湿性]

利用协和界面科学公司制造的PCA-1，向玻璃表面供给2μL水，测定接触角，对润湿性进行评价。

<试验例1>

(玻璃板的制作)

利用浮法制造下述组成的玻璃使得板厚为0.7mm，并切割成50mm×50mm，从而制作出玻璃板。

组成：以摩尔％计含有64％的SiO₂、7.5％的Al₂O₃、13％的Na₂O、11％的MgO的组成

在下述例子中，适当组合下述各工序进行。

(离子交换工序)

将玻璃板浸渍于KNO₃熔融盐中，进行离子交换处理，然后冷却至室温附近，由此进行了化学强化。此时，KNO₃熔融盐的温度设定为430℃，浸渍时间设定为3.5小时。所得到的化学强化玻璃进行水洗，供于下一工序。

(强化后研磨)

使平均粒子直径(d50)为0.8μm的氧化铈分散在水中而制作出浆料作为研磨浆料，使用所得到的浆料以0.25μm/分钟的研磨速率(单面)利用研磨垫(无纺布型)对玻璃板进行研磨。

(碱处理1)

在树脂制的槽中准备5.0质量％的氢氧化钠水溶液，利用氟树脂包覆加热器(フッ素樹脂被覆ヒーター)(KKS14A；八光电机制造)进行温度调节至40℃。将玻璃板在调节后的氢氧化钠水溶液中浸渍10分钟或30分钟而进行碱处理，然后利用纯水清洗多次，然后通过吹气进行干燥。

(碱处理2)

在树脂制的槽中准备1M的氢氧化钾水溶液，利用氟树脂包覆加热器(KKS14A；八光电机制造)进行温度调节至40℃。将玻璃板在调节后的氢氧化钾水溶液中浸渍10分钟而进行碱处理，然后利用纯水清洗多次，然后通过吹气进行干燥。

(蚀刻处理)

在树脂制的槽中准备0.2体积％氟化氢水溶液，利用氟树脂包覆加热器(KKS14A；八光电机制造)进行温度调节至室温。将玻璃板在调节后的氟化氢水溶液中浸渍20秒、60秒或2分钟而进行蚀刻处理，然后，利用pH10的NaOH水溶液清洗30秒钟，再利用纯水清洗多次，然后通过吹气进行干燥。

表1中示出对于通过上述方法得到的化学强化玻璃对Stdi、Str20、Sk和BOR平均面强度进行评价的结果。例1～6为实施例、例7～10为比较例。另外，基于表1所示的数值，将对Stdi和BOR平均面强度进行绘图而得到的结果示于图1中，将对Str20和BOR平均面强度进行绘图而得到的结果示于图3中，将对Sk和BOR平均面强度进行绘图而得到的结果示于图5中。

关于例1～例10，自玻璃的最外表面起算的深度0.1μm～0.4μm的区域内的氢浓度小于0.070mol/L。另外，关于例1～例6，表面粗糙度(Ra)为0.35nm以下。

[表1]

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											强化后研磨	有	有	有	无	无	无	有	有	有	有
研磨损伤	有	有	有	无	无	无	有	有	有	有
											碱处理1	无	无	无	无	无	无	有	有	无	无
碱处理2	无	无	无	无	无	无	无	无	有	无
											蚀刻处理	有	有	有	有	有	有	无	无	无	无
处理时间(分钟)	0.3	1	2	0.3	1	2	10	30	10	0
											表面除去量[nm]	74	158	270	52	97	196	19	40	11
Stdi	0.74	0.79	0.8	0.77	0.78	0.78	0.35	0.65	0.54	0.59
											Str20	0.76	0.77	0.86	0.86	0.81	0.75	0.22	0.46	0.19	0.38
sk[nm]	0.89	0.99	0.99	0.86	0.9	0.93	1.2	1.09	1.14	1.56
											BOR平均强度[N]	906	1063	1123	1093	956	971	659	619	654	615
氢浓度[mol/L]	0.065	0.06	0.063	0.067	0.068	0.062	0.053	0.052	0.049	0.058
											Ra[nm]	0.277	0.345	0.312	0.267	0.28	0.291	0.358	0.494	0.361	0.38

如图1所示，可知：Stdi与面强度存在相关关系，通过使Stdi为0.70以上，BOR平均面强度达到800N以上，能够实现高面强度。

另外，根据图3所示的结果可知：Str20与面强度存在相关关系，通过使Str20为0.5以上，BOR平均面强度达到800N以上，能够实现高面强度。

此外，如图5所示，可知：Sk与面强度存在相关关系，通过使Sk为1nm以下，BOR平均面强度达到800N以上，能够实现高面强度。

<试验例2>

[实施例2-1]

通过浮法制造下述组成的玻璃使得板厚为0.7mm，并切割成50mm×50mm，从而制作出玻璃板。

(离子交换工序)

将玻璃板浸渍在KNO₃熔融盐中，进行离子交换处理，然后冷却至室温附近，由此进行化学强化。此时，KNO₃熔融盐的温度设定为430℃、浸渍时间设定为3.5小时。所得到的化学强化玻璃进行水洗，供于下一工序。

(碱处理)

在树脂制的槽中准备4.0质量％的氢氧化钠水溶液，利用氟树脂包覆加热器(KKS14A；八光电机制造)进行温度调节至40℃。将玻璃板在调节后的氢氧化钠水溶液中浸渍30分钟而进行碱处理，然后利用纯水清洗多次，然后通过吹气进行干燥。

通过上述方式得到实施例2-1的化学强化玻璃。

[实施例2-2]

在实施例2-1中的离子交换工序后且碱处理前进行下述闪光处理(フレア処理)，除此以外与实施例2-1同样地得到了实施例2-2的化学强化玻璃。

(闪光处理)

在树脂制的槽中准备含有5.0质量％的氟化氢和5.0质量％的硝酸的闪光处理用水溶液。将上述离子交换工序中得到的玻璃板在制备的闪光处理用水溶液中浸渍2分钟，进行闪光处理，然后利用纯水清洗多次。将如此得到的玻璃板供于碱处理。

[实施例2-3]

在实施例2-1中的离子交换工序后且碱处理之前进行下述酸处理，除此以外与实施例2-1同样地得到了实施例2-3的化学强化玻璃。

(酸处理)

在树脂制的槽中准备1M的硝酸，利用氟树脂包覆加热器(KKS14A；八光电机制造)进行温度调节至40℃。将上述离子交换工序中得到的玻璃板在调节后的硝酸中浸渍30分钟，进行酸处理，然后利用纯水清洗多次。将如此得到的玻璃供于碱处理。

[比较例2-1]

实施例2-2中，在离子交换工序后，闪光处理之后不进行碱处理，仅进行闪光处理，除此以外与实施例2-2同样。

[比较例2-2]

实施例2-3中，在离子交换工序后，酸处理之后不进行碱处理，仅进行酸处理，除此以外与实施例2-3同样。

对于所得到的实施例和比较例的化学强化玻璃，将XPS分析和对润湿性进行评价的结果示于表2中。在润湿性评价中，对玻璃进行处理后，在洁净室内保存4天，然后进行测定。

[表2]

	实施例2-1	实施例2-2	实施例23	比较例21	比较例22
						闪光处理	无	有	无	有	无
酸处理	无	无	有	无	有
						碱处理	有	有	有	无	无
表面除去量[nm]	65	2984	65	2903	48
						C1s	2.08	2.28	1.17	0.64	0.34
O1s	3.05	2.88	2.78	2.49	2.43
						Na2s	0.05	0.05	0.06	0.03	0.02
Mg2s	0.01	0.14	0.05	0.01	0.02
						A12p	0.21	0.25	0.22	0.13	0.09
Si2p	1	1	1	1	1
						K2s	0.13	0.1	0.13	0.05	0.04
表面阳离子量	0.83	1.18	0.96	0.49	0.37
						表面硅烷醇基量	0.81	0.46	0.68	1.15	1.27
接触角[°]	14.3	16.3	15.5	8.2	7.7

如表2所示，与未进行碱处理的比较例2-1和2-2相比，进行了碱处理的实施例2-1～2-3中，玻璃表面硅烷醇基量为1以下，接触角为14°以上。根据该结果可知：通过在离子交换工序后对玻璃表面进行碱处理，能够降低玻璃表面的硅烷醇基量，能够抑制污染物附着于玻璃表面。

详细且参考特定的实施方式对本发明进行了说明，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是：在不脱离本发明的精神和范围内能够进行各种变更、修正。

本申请基于2016年2月26日申请的日本专利申请2016-036084，其内容作为参考并入本申请中。

Claims

1.一种化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃在表层具有压应力层，并且满足以下的(1)～(5)的条件：

(1)在表面具有研磨损伤；

(2)纹理方向指数(Stdi)为0.70以上；

(3)利用下式(i)求出的表面硅烷醇基量为1以下，

(阳离子量)＝K/Si+Na/Si+2×Mg/Si+3×Al/Si…式(ii)；

2.如权利要求1所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的纹理纵横比(Str20)为0.5以上。

3.如权利要求1或2所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的核心粗糙度深度(Sk)为1nm以下。

4.如权利要求1或2所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的BOR平均面强度为800N以上。

5.如权利要求1或2所述的化学强化玻璃，其中，所述玻璃为铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃。

6.一种化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃在表层具有压应力层，并且满足以下的(1)～(3)的条件：

(1)纹理方向指数(Stdi)为0.70以上；

7.如权利要求6所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃满足以下的条件：

(条件)利用下式(i)求出的表面硅烷醇基量为1以下，

(阳离子量)＝K/Si+Na/Si+2×Mg/Si+3×Al/Si…式(ii)。

8.如权利要求6或7所述的化学强化玻璃，其在表面具有研磨损伤。

9.如权利要求6或7所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的纹理纵横比(Str20)为0.5以上。

10.如权利要求6或7所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的核心粗糙度深度(Sk)为1nm以下。

11.如权利要求6或7所述的化学强化玻璃，其中，所述化学强化玻璃的BOR平均面强度为800N以上。

12.如权利要求6或7所述的化学强化玻璃，其中，所述玻璃为铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃。

13.一种化学强化玻璃的制造方法，其包括：

在所述离子交换工序后进行碱处理的玻璃表面处理工序，

其中，

所述表面处理工序是以满足以下的(a)～(c)的方式对所述玻璃表面进行处理的表面处理工序，

(a)纹理方向指数(Stdi)为0.70以上；

(b)自玻璃的最外表面起算深度X＝0.1～0.4(μm)的区域内的氢浓度C小于0.070mol/L；

14.如权利要求13所述的化学强化玻璃的制造方法，其中，所述表面处理工序是以还满足以下的(d)的方式对所述玻璃表面进行处理的表面处理工序，

(d)利用下式(i)求出的表面硅烷醇基量为1以下，

(阳离子量)＝K/Si+Na/Si+2×Mg/Si+3×Al/Si…式(ii)。

15.如权利要求13或14所述的化学强化玻璃的制造方法，其中，所述制造方法包括在所述表面处理工序后的、在利用AFM图像解析求出的纹理方向指数(Stdi)为0.70以上的情况下判断为适合的抽样检查。

16.如权利要求13或14所述的化学强化玻璃的制造方法，其中，所述制造方法包括在所述离子交换工序后且在所述表面处理工序之前对玻璃表面进行研磨的研磨工序。