適於化學鋼化的玻璃組合物、及化學鋼化玻璃物品的製作方法

2023-05-23 04:50:31 1

適於化學鋼化的玻璃組合物、及化學鋼化玻璃物品的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種玻璃組合物，其適於基於浮法等的使用了規模大的玻璃板的批量生產設備的製造，作為耐熱性高且適於化學鋼化的玻璃組合物，其含有以質量%表示為60～66%的SiO2、10～16%的Al2O3、0～1%的B2O3、3～10%的MgO、0～1%的CaO、1～9%的SrO、0～4%的BaO、0～2%的ZnO、0～1%的Li2O、10～20%的Na2O、0～5%的K2O、0～2%的TiO2、以及0～0.1%的ZrO2，MgO+CaO+SrO+BaO為10～20%的範圍，Li2O+Na2O+K2O為14～20%的範圍，SrO的含有率高於CaO的含有率。
【專利說明】適於化學鋼化的玻璃組合物、及化學鋼化玻璃物品
【技術領域】
[0001]本發明涉及適於化學鋼化的玻璃組合物，更詳細而言，涉及具有適合作為磁碟等磁記錄介質的玻璃基板的特性的玻璃組合物。另外，本發明涉及化學鋼化後的玻璃物品。
【背景技術】
[0002]玻璃材料是能夠實現較高的表面平滑性、較高的表面硬度等優異特性的原材料。因此，玻璃材料適合作為使用以硬磁碟驅動器(HDD)為代表的磁記錄裝置對信息進行記錄的磁記錄介質的基板。在作為磁記錄介質的基板使用的情況下，通常對玻璃基板實施用於補充強度的化學鋼化。
[0003]化學鋼化是如下的技術:通過將玻璃基板的表面所含的鹼金屬離子用半徑更大的一價離子置換，由此在玻璃基板的表面形成壓縮應力層。化學鋼化多數通過將鋰離子(Li+)用鈉離子(Na+)置換、或者將鈉離子用鉀離子(K+)置換來實施。以往，使構成玻璃基板的玻璃組合物中含有Li2O及Na2O,並且實施了組合有上述2種置換的被稱為混鹽強化的化學鋼化(專利文獻I)。專利文獻I所公開的應用於化學鋼化的玻璃組合物以重量％表示含有62-75%的Si02、5-15%的Al203、5.5-15%的Zr02、以及4-10%的Li2O及4-12%的Na2O (權利要求1)。
[0004]對於磁記錄介質用玻璃基板而言，要求在玻璃基板上成膜磁性體的工序中不發生變形或者不發生表面的平滑度降低。以往考慮Co-Pt-Cr系磁性體的成膜溫度，希望構成玻璃基板的玻璃組合物的玻璃轉化溫度Tg為500°C左右以上。但是，對於適於提高記錄密度的磁性體而言，具有對玻璃基板要求更高耐熱性的傾向。例如，Pt-Fe系磁性體需要比Co-Pt-Cr系磁性體高的成膜溫度。 因此，對玻璃基板要求提高耐熱性。
[0005]專利文獻2中公開了適於提高玻璃基板的耐熱性的玻璃組合物。從專利文獻2的實施例一欄中記載的玻璃組合物中排除使耐熱性降低的Li2o(權利要求1中允許低於I質量％)。這些玻璃組合物具有580°c左右以上的玻璃轉化溫度。Li2O的含有率沒有限制，因此對專利文獻2公開的玻璃組合物進行化學鋼化時，需要僅通過鈉離子的置換來提高強度。考慮這種情況，專利文獻2中公開了應該限制阻礙鈉離子的置換的傾向強的成分的含有率。具體而言，SrO及BaO的含有率以質量％表示分別限制為4.5%以下、1%以下(權利要求I)。但是，如果二價金屬氧化物R0(Mg0、CaO、SrO, BaO)的含有率過低，則玻璃的熔解性下降。因此，專利文獻2所公開的玻璃組合物中，MgO及CaO的含有率的上限被設定為以質量％表示分別高達10%及15%(權利要求1)。實施例一欄中公開的玻璃組合物中，MgO及CaO的含有率以質量％表示分別調整為1.9-4.5%、4.1%-8.2%的範圍。
[0006]專利文獻3中還公開了適於提高玻璃基板的耐熱性及機械強度的玻璃組合物。在專利文獻3中，為了進一步提高耐熱性、使化學鋼化所致的機械強度的提高變得顯著，而向玻璃組合物中添加I-10質量％的ZrO2 (權利要求1)。專利文獻3的實施例一欄中記載的玻璃組合物具有590°C左右以上的玻璃轉化溫度。專利文獻3中，與專利文獻2同樣，降低耐熱性的Li20、以及阻礙離子交換的SrO及BaO的含有率被抑制得較低(權利要求1)。專利文獻3的實施例一欄所公開的玻璃組合物的MgO及CaO的含有率以質量％表示分別為2.2 -4.3%、3.2% -6.5%。
[0007]專利文獻2及3中公開了從玻璃組合物的作業溫度(玻璃的粘度為104dPa.s時的溫度；T4)減去失透溫度TL的差值作為玻璃組合物的成形容易度的指標。該差值越大，則越容易避免成形時的玻璃的失透。實施例一欄示出的上述差值的最高值在專利文獻2中為17°C (實施例16)、在專利文獻3中為60°C (實施例4)。
[0008]現有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開平5-32431號公報
[0011]專利文獻2:日本特開2004-43295號公報
[0012]專利文獻3:日本特開2005-15328號公報

【發明內容】

[0013]發明要解決的問題
[0014]磁記錄介質用的玻璃基板可以通過將熔融玻璃投入到模具中進行成型的方法來製造。另外，還可以按照以浮法為代表的玻璃板的批量生產方法製造玻璃素板，再從該素板切出多個玻璃基板而得到。為了有效地批量生產玻璃基板，後者的製造方法是有利的。為了應用後者的製造方法，最好使從作業溫度減去失透溫度而得的差值較大。
[0015]如上所述，對於以往適於化學鋼化且耐熱性也優異的玻璃基板，該差值的最大值為60°C左右(專利文獻3的實施例4)。但是，在規模大的批量生產設備中，未必容易長時間均勻地保持裝置內的玻璃溫度。為了使用規模大的玻璃板的批量生產設備穩定地製造玻璃基板的素板，希望使從作業溫度減去失透溫度而得的差值更大。
[0016]上述差值更大的玻璃組合物公知的有例如專利文獻2的比較例1、2。但是，基於上述差值足夠大的以往的玻璃組合物不適於化學鋼化(專利文獻2的比較例I)、耐熱性不充分(專利文獻2的比較例2)等情況，不適於作為磁記錄介質的玻璃基板使用。
[0017]另外，以往向耐熱性高且從作業溫度減去失透溫度而得的差值較大的玻璃組合物中添加了 Zr02(參照專利文獻3的實施例4;Zr02=2.0質量％ )。但是，以此程度的含有率包含ZrO2的玻璃組合物不易進行原料的熔融，熔融玻璃中容易產生異物，因此不適於使用了批量生產設備的大量生產。另一方面，在以往已知的組成範圍中，如果將ZrO2的含有率抑制得較低，則不能保持較大的上述差值。例如，專利文獻2公開的組成中，如果ZrO2的含有率低於0.3質量％，則上述差值停留在13°C以下(實施例1-3，7-14)。[0018]鑑於以上情況，本發明的目的在於提供適於以浮法為代表的使用了玻璃板的批量生產設備的製造、且耐熱性高、適於化學鋼化的玻璃組合物。
[0019]用於解決問題的手段
[0020]本發明提供一種玻璃組合物，其含有以質量％表示為60-66%的Si02、10-16%的A1203、0 -1% 的 B203、3 -10% 的 Mg0、0 -1% 的 Ca0、l -9% 的 Sr0、0 -4% 的 Ba0、0 -2%的 ZnO,O -1% 的 Li2OUO -20% 的 Na20、0 -5% 的 K20、0 -2% 的 Ti02、0 -0.1% 的 ZrO2,以及O-2%的換算成Fe2O3的全部氧化鐵，其中，
[0021 ] MgO+CaO+SrO+BaO 為 10 -20% 的範圍，[0022]Li20+Na20+K20 為 14 -20% 的範圍，
[0023]SrO的含有率高於CaO的含有率。
[0024]另外，本發明從另一側面提供一種化學鋼化玻璃物品，其通過如下方式獲得:將含有本發明的玻璃組合物的玻璃物品浸潰於包含一價陽離子的熔融鹽中，由此使上述玻璃物品中含有的鈉離子與上述一價陽離子進行離子交換，其中，所述一價陽離子具有比鈉離子的離子半徑大的離子半徑。
[0025]發明效果
[0026]根據本發明，可以提供適於從玻璃組合物的作業溫度減去失透溫度而得的差值大且使用了玻璃板的批量生產設備的製造、而且耐熱性高、也適於化學鋼化的玻璃組合物。
【具體實施方式】
[0027]以下，只要沒有特別說明，表示玻璃組合物的成分的％標記均指質量％。另外，本說明書中，「實質上構成」是指列舉的成分的含有率的總和佔99.5質量％以上、優選為99.9質量％以上、更優選為99.95質量％以上。「實質上不含有」是指該成分的含有率低於0.1質量％、優選低於0.05質量％。
[0028]如專利文獻2、3所公開的 那樣，以往，限制使耐熱性降低的Li2O的含有率，並隨之將SrO及BaO的含有率抑制得較低以便不阻礙鈉離子的離子交換，基於這樣的設計思想而確定了玻璃組合物的成分比率。但是，在此種前提下，即便調整其他成分，從玻璃組合物的作業溫度減去失透溫度而得的差值的增加也存在限度。如上所述，以往，在將ZrO2的含有率抑制得較低但提高了玻璃轉化溫度的玻璃組合物(例如ZrO2的含有率低於0.3%，玻璃轉化溫度為580°C以上)中，上述差值停留在13°C左右。本發明尤其通過邊考慮各氧化物對特性的影響邊徹底地重新斟酌構成二價金屬氧化物RO的Mg0、Ca0、Sr0及BaO的含有率，並且綜合性地調整其他成分的含有率，從而提供上述差值大、耐熱性高、並且也適於化學鋼化的玻璃組合物。
[0029]以下，對於構成本發明的玻璃組合物的各成分進行說明。
[0030](MgO)
[0031]在RO中，MgO促進玻璃組合物中的鈉離子與玻璃組合物所接觸的環境(例如硝酸鹽)中含有的鉀離子的離子交換的效果最大。為了得到該效果，玻璃組合物中優選含有3%以上的MgO。MgO是提高玻璃的熔解性、且提高耐熱性的成分。如果考慮這些情況，則MgO的含有率越高越好。但是，如果MgO的含有率過高，則玻璃組合物的失透溫度上升。該傾向在MgO的含有率超過10%時變得顯著。
[0032]因此，MgO的含有率在3-10%的範圍是合適的。MgO的含有率優選為4%以上、進一步優選為4.8%以上、特別優選為5%以上，根據情況，也可以為5.2%以上。另外，MgO的含有率優選低於7%、進一步優選為6.5%以下、特別優選為6.2%以下，根據情況也可以為6%以下。
[0033]根據上述的理由，基本上MgO是優選被大量含有的成分。另一方面，根據後述的理由，CaO的含有率應抑制得較低。MgO的含有率可以為CaO的含有率的4倍以上、進一步為5倍以上。另外，優選的是，MgO的含有率不僅多於應抑制得較低的BaO的含有率，而且還多於SrO的含有率。[0034](CaO)
[0035]CaO是構成Ca0.Mg0.2Si02 (透輝石:diopside)的成分。該結晶經常在失透後的玻璃組合物中被觀察到。若CaO的含有率超過1%，則明顯出現由該結晶的生成所致的失透生長速度的增大。另一方面，即便添加極少量的CaO，也具有改善玻璃的熔解性的效果。
[0036]因此，CaO的含有率為O-1%的範圍是合適的。CaO的含有率優選為0.9%以下、進一步優選為0.8%以下、特別優選為0.7%以下、尤其優選為0.5%以下，根據情況還可以為0.4%以下。
[0037](SrO)
[0038]SrO具有降低玻璃組合物的粘性、使失透溫度降低的效果。如果考慮該效果，則SrO的含有率越高越好。但是，如果SrO的含有率過高，則阻礙玻璃組合物中的鈉離子的移動。如果SrO的含有率超過9%，則該影響變得顯著。另外，如果SrO的含有率過高，則還出現耐熱性降低等影響。SrO也是提高比重的成分，但不及BaO的程度。
[0039]因此，SrO的含有率在I-9%的範圍是合適的。SrO的含有率優選為3%以上、進一步優選為4%以上、特別優選為4.3%以上，根據情況可以超過4.5%。另外，SrO的含有率優選為7%以下、進一步優選為6%以下、特別優選為5.7%以下。
[0040]SrO的含有率可以在考慮與BaO含有率的關係的情況下進行調整。在BaO的含有率為1%以下時，為了充分降低失透溫度，SrO的含有率可以設為4%以上、尤其可以設為超過4.5%的範圍。尤其在實質上不含有BaO的情況下，優選使SrO的含有率在上述範圍。在BaO的含有率為1%以下的情況下，若SrO的含有率為4%以上、尤其超過4.5%的範圍，則失透生長速度大大減少，失透溫度也降低。
[0041]在BaO的含有率超過1%的範圍的情況下，SrO的優選含有率的範圍稍微降低。在BaO的含有率超過1%且為4%以下的範圍的情況下，SrO的含有率優選為例如I-6%、進一步優選為I-5%，根據情況也可以為I-4.5%。
[0042]根據上述的理由，SrO是應該比CaO優先添加的成分，SrO的含有率按照比CaO的含有率多的方式進行調整。從SrO的含有率減去CaO的含有率而得到的差值優選為1%以上、進一步優選為1.5%以上、特別優選為1.8%以上、尤其優選為2%以上，根據情況也可以為3%以上。如果該差值大，則容易使從作業溫度減去失透溫度而得的差值增大。
[0043](BaO)
[0044]BaO具有如下效果:降低玻璃組合物的粘性；尤其通過與上述含有率的SrO共存，從而在不使失透溫度上升的情況下降低失透生長速度。但是，BaO明顯妨礙玻璃組合物中的鹼的移動。另外，如果BaO的含有率過高，則玻璃組合物的耐熱性降低，比重變高。由於鋇原料是有害物質，所以還存在處理困難的問題。
[0045]因此，BaO的含有率為O-4%的範圍是合適的。BaO的含有率優選為2%以下、進一步優選為1.5%以下、特別優選為1%以下、尤其優選為0.5%以下。本發明的玻璃組合物優選實質上不含有BaO。
[0046](RO)
[0047]RO表示Mg0、Ca0、Sr0及BaO。如果RO的含有率過低，則降低玻璃組合物的粘性的成分不足而變得難以熔解。另一方面，若RO的含有率過高，則失透溫度上升而使耐熱性降低。另外，如果RO的含有率過高，則化學耐久性及化學鋼化性也降低。[0048]因此，RO的含有率(MgO、CaO、SrO及BaO的含有率的總和)為10-20%是合適的。RO的含有率優選為10-17%、進一步優選為10-15%、特別優選為10-13%。
[0049](SiO2)
[0050]SiO2為構成玻璃組合物的主要成分，如果其含有率過低，則玻璃的化學耐久性及耐熱性降低。另一方面，如果SiO2的含有率過高，則高溫下的玻璃組合物的粘性變高，使熔解及成形變得困難。
[0051]因此，SiO2的含有率為60-66%是合適的。SiO2的含有率優選為60-64%、進一步優選為60-63.5%、特別優選為60-62.7%。
[0052](Al2O3)
[0053]Al2O3提高玻璃組合物的耐熱性及化學耐久性，進而使化學鋼化容易進行。另外，Al2O3是實現高耐熱性並且有助於維持化學鋼化後的強度的成分。另一方面，如果Al2O3的含有率過高，則失透溫度上升，成形為板狀的成形性降低。
[0054]因此，Al2O3的含有率為10-16%是合適的。Al2O3的含有率優選為11%以上。另外，Al2O3的含有率優選為14%以下、進一步優選為13%以下。
[0055](Li2O)
[0056]Li2O是通過被鈉離 子置換來提高玻璃組合物的強度的成分。但是，如果Li2O的含有率高，則玻璃的耐熱性降低。因此，Li2O的含有率為1%以下是合適的，優選為0.5%以下。本發明的玻璃組合物優選實質上不含有Li20。
[0057](Na2O)
[0058]Na2O是提高熔解性的成分，並且也是通過被鉀離子置換而提高玻璃組合物的強度的成分。本發明的玻璃組合物中限制Li2O的含有率。因此，需要事先添加化學鋼化所以需要量的Na20。另一方面，如果Na2O的含有率過高，則玻璃組合物的耐熱性降低。
[0059]因此，Na2O的含有率為10-20%是合適的。Na2O的含有率優選為11%以上、進一步優選為12%以上。另外，Na2O的含有率優選為18%以下、進一步優選為16%以下。
[0060](K2O)
[0061]K2O與Na2O同樣是提高玻璃的熔解性的成分。與Na2O相比，K2O是使由化學鋼化所致的壓縮應力層較深地形成的作用優異的成分。但是，如果K2O的含有率過多，則化學鋼化後的表面壓縮應力的值降低。另外，與Na2O相比，K2O是提高玻璃組合物的高溫下的粘性的傾向大的成分。因此，K2O的含有率為5%以下是合適的，優選為3.5%以下、進一步優選為2%以下。另外，Na2O及K2O的含有率的總和優選調整為14-18%。
[0062](R2O)
[0063]R2O表示Li20、Na20及1(20。如果R2O的含有率過低，則玻璃的熔解性降低。另一方面，如果R2O的含有率過高，則耐熱性降低，熱膨脹係數變得過高。
[0064]因此，R2O的含有率(Li20、Na2O及K2O的含有率的總和)為14-20%是合適的。R2O的含有率優選為14.5-18%、進一步優選為14.5-17%、特別優選為14.5-16%。
[0065](TiO2)
[0066]TiO2是降低高溫粘性、提高耐熱性、為促進離子交換而含有的優選成分。但是，如果其含有率過高，則原料的熔解性降低，容易產生以TiO2為核的失透。因此，TiO2的含有率為2%以下是合適的。TiO2的含有率優選為1.5%以下，特別優選為1.4%以下，根據情況也可以為1.3%以下。本發明中TiO2的添加不是必須的，可以製成實質上不含有TiO2的玻璃組合物。但是，在應重視由高溫粘性的降低所致的熔融溫度及作業溫度的降低等效果的情況下，TiO2的含有率優選為0.1%以上、進一步優選為0.3%以上、特別優選為0.6%以上。
[0067](ZrO2)
[0068]ZrO2是提高耐熱性、促進離子交換的成分。但是，如果其含有率過高，則原料的熔解變得困難，ZrO2本身失透而容易產生異物。因此，ZrO2的含有率為0.1%以下是合適的，優選低於0.05%。本發明中，可以製成實質上不含有ZrO2的玻璃組合物。需要說明的是，ZrO2不僅從工業用原料混入到玻璃組合物中，而且還從用於玻璃板的批量生產設備的耐火物混入到玻璃組合物中。本發明中，含有作為雜質混入的ZrO2的ZrO2的總量優選為上述程度的微量。
[0069](B2O3)
[0070]B2O3是降低玻璃組合物的粘性、改善熔解性的成分。但是，如果其含有率過高，則玻璃組合物的耐熱性及耐水性降低，玻璃組合物容易分相。另外，B2O3與鹼金屬氧化物形成的化合物發生揮發，而有產生損傷玻璃熔解室的耐火物的可能。因此，B2O3的含有率為1%以下是合適的。本發明中，可以製成實質上不含有B2O3的玻璃組合物。
[0071](ZnO)
[0072]ZnO是降低玻璃組合物的粘性、促進離子交換的成分。但是，如果其含有率過高，則玻璃組合物容易分相，耐失透性降低，比重增大。另外，熔解玻璃原料時容易以氧化鋅的形式揮發，損傷耐火物。因此，ZnO的含有率為2%以下是合適的，優選為1%以下。本發明中，可以製成實質上不含有ZnO的玻璃 組合物。
[0073](Fe2O3)
[0074]氧化鐵給玻璃組合物在可見區域及近紅外區域帶來光吸收。通過該光吸收，可有效進行由在利用濺射在玻璃基板上成膜磁性體時的輻射熱所致的非接觸加熱。因此，可以以換算成Fe2O3計為2%以下的範圍添加氧化鐵。換算成Fe2O3的全部氧化鐵(T-Fe2O3)含有率優選為0.05%以上、進一步優選為0.1%以上，並且優選為1%以下、進一步優選為0.5%以下、特別優選為0.3%以下，根據情況優選為0.2%以下。本發明中可以製成實質上不含有Fe2O3的玻璃組合物。
[0075](其他成分)
[0076]本發明的玻璃組合物優選實質上由上述列舉的各成分(MgO-Fe2O3)構成。但是，本發明的玻璃組合物還可以以優選各成分的含有率低於0.5%、更優選低於0.1%的範圍含有上述列舉的成分以外的成分。作為允許含有的成分，可例示以熔融玻璃的脫泡為目的而進行添加的As205、Sb2O5, S03、SnO2, CeO2, Cl、F。其中，從對環境影響大等理由出發，優選不添加As205、Sb2O5, Cl、F。作為用於脫泡的添加成分，優選從以硫酸鹽形式添加的原料產生的S03。SO3的含有率根據所需澄清程度，而可以設為0.05%以上、進一步設為0.1%以上。但是，如果SO3的含有率過高，則尤其在使用槽式熔解窯的情況下，有時在澄清槽中產生由再沸騰產生的泡而在玻璃中殘留氣泡。因此，SO3的含有率優選低於0.5%，進一步優選低於
0.2%。另外，作為允許含有的成分的其他例子，有為了著色而添加的Co0、Ni0等過渡金屬氧化物。進而，作為允許含有的另外的其他例子，有P2O5、GeO2、Ga2O3、Y2O3、La2O3。即便是源自工業上使用的原料的上述以外的成分，只要是不超過0.5%的範圍，則也是被允許的。由於這些成分為根據需要適當添加的成分或者不可避免地混入的成分，因此本發明的玻璃組合物可以是實質上不含有這些成分的玻璃組合物。
[0077](易化學鋼化性)
[0078]本發明的玻璃組合物中，基於以摩爾％表示的各成分的含有率，通過以下的式子算出的比M優選為0.90-1.20。
[0079]M= (Al203+Mg0) / (Na2CHK2O)
[0080]在M的值為上述範圍時，由化學鋼化所致的壓縮應力層容易擴大。具體而言，表面應力變大，壓縮應力層容易形成得較深，因此有破壞荷重也變大的傾向。M的值優選為0.90以上、進一步優選為1.00以上、特別優選為1.05以上、根據情況優選為1.10以上，並且優選為1.20以下、進一步優選為1.17以下，根據情況優選為1.15以下。通過將M的值進行適當調整，可以顯著得到由化學鋼化所帶來的效果。M的值的適當的調整，即便對於大量含有阻礙離子交換的SrO及BaO的玻璃組合物也有效果。
[0081]以下對本發明的玻 璃組合物的特性進行說明。
[0082](玻璃轉化溫度:Tg)
[0083]根據本發明，將玻璃組合物的玻璃轉化溫度(Tg)上升至580°C以上、進一步為590°C以上、特別為593°C以上、根據情況為595°C以上，從而可以改善玻璃組合物的耐熱性。該玻璃組合物作為用於形成磁性體(磁記錄層)而在高溫下被加熱的垂直磁記錄介質用玻璃基板是合適的。另外，玻璃轉化溫度的上限沒有特別限制，可以為700°C以下、進一步為650°C以下。
[0084](玻璃的特性溫度、尤其是作業溫度與失透溫度的差值:T4-TL)
[0085]在浮法中使熔融玻璃從熔融窯流入到浮槽(float bath)時，熔融玻璃的粘度調整至104dPa*s (泊)左右。因此，為了以浮法進行製造，在粘度為104dPa*s時的溫度(作業溫度；T4)下熔融玻璃不發生失透，換言之，需要作業溫度(T4)高於失透溫度(TL)。另外，基於浮法的大規模的批量生產設備中，有時在流入至浮槽的熔融玻璃中產生局部的或者暫時的溫度變動。如果考慮這種情況，則希望T4與TL相比足夠高。
[0086]根據本發明，可以提供從作業溫度減去失透溫度而得的差值為80°C以上、進一步為100°C以上、特別是120°C以上、根據情況大到150°c以上的玻璃組合物。本發明的玻璃組合物適合於基於浮法的製造。根據本發明，可以提供不但將ZrO2的含有率抑制得極低，而且具有較高的玻璃轉化溫度和充分大的上述差值的玻璃組合物。但是，本發明的玻璃組合物，並不限於從作業溫度減去失透溫度而得的差值大到上述程度的組合物。
[0087]另外，根據本發明，可以將T4降低至1150°C以下、進一步為1130°C以下、根據需要為1110°C以下。T4的下限沒有特別限定，例如為1000°C。另外，根據本發明，可以將TL降低直至1100°C以下、進一步為1050°C以下、特別是1000°C以下、根據情況為950°C以下。TL的下限沒有特別限定，例如為750°C。
[0088]另外，根據本發明，可以將熔融玻璃的粘度為102dPa.s時的溫度(熔融溫度；T2)降低至1650°C以下、進一步為1600°C以下、需要時為1560°C以下。
[0089](熱膨脹係數:a)
[0090]根據本發明，可以將玻璃組合物的-50-70°C的範圍下的熱膨脹係數a L設為70X10_V°C以上。另外，根據本發明，還可以將50-350°C的範圍下的熱膨脹係數aH設為80 X 1(Τ/°C以上。a L優選為72 X 10-7/°C以上、特別優選為74X 1(T/°C以上。因此，即使在與作為HDD的部件的不鏽鋼等熱膨脹係數大的金屬材料接合的狀態下使用，也可以抑制伴隨溫度變化的玻璃基板中的裂紋發生及破壞。另外，在使磁碟的記錄溝道狹窄的的情況下，也可以抑制或者迴避來自玻璃基板和其接觸的金屬構件的熱膨脹係數的差異的跟蹤誤差(tracking eiror)。另外，熱膨脹係數的上限沒有特別限制，關於a L，為例如80X 10_7/°C以下；關於αΗ，為例如95X10_7/°C以下。
[0091](比重(密度):P)
[0092]為了減輕對旋轉驅動的負擔及降低消耗電力，優選使構成磁記錄介質用玻璃基板的玻璃組合物的比重較小。根據本發明，玻璃組合物的比重可以減少至2.60g.cm-3以下、進一步為2.57g.cnT3以下、根據情況為2.55g.cnT3以下。
[0093]在浮法等中，如果玻璃品種間的比重的差異大，則有時切換所製造的玻璃品種時熔融玻璃滯留在熔融窯的內部，對品種的切換產生影響。目前，以浮法批量生產的鹼石灰玻璃的比重為約2.5g.cm_3。因此，如果考慮基於浮法的批量生產，則玻璃組合物的比重小至上述程度，具體而言，優選為2.43-2.57g.cm—3、特別優選為2.45-2.55g.cm—3。
[0094](彈性模量:E)
[0095]如果進行伴隨離子交換的化學鋼化，則有時玻璃基板上產生翹曲。為了抑制該翹曲，優選使璃組合物的彈性模量較高。根據本發明，可以使玻璃組合物的彈性模量(楊氏模量:E)增加至70GPa以上、進一步為73GPa以上、特別為74GPa以上。
[0096]以下，對玻璃組合物的化學處理進行說明。
[0097]對於本發明的玻 璃組合物的化學處理而言，使該玻璃組合物與含有具有比鈉離子的離子半徑大的離子半徑的一價陽離子、優選鉀離子的熔融鹽接觸，並進行利用上述一價陽離子置換玻璃組合物中的鈉離子的離子交換，從而實施該化學處理。作為熔融鹽，可例示出硝酸鉀、及硝酸鉀與硝酸鈉的混鹽。本發明的玻璃組合物的化學鋼化優選使用硝酸鉀熔融鹽來進行。熔融鹽的溫度及處理時間可根據所處理的玻璃組合物的組成、大小及形狀等適當確定，但熔融鹽的溫度為例如440-480°C是合適的，使玻璃組合物與熔融鹽接觸的時間為例如30分鐘-8小時是合適的。
[0098]根據本發明，由於可以提供利用Tg示出的耐熱性高的玻璃組合物，所以可以在較高的溫度下實施化學鋼化。另外，根據本發明，至少在其優選的方式中，可提供在離子交換中難以產生應力鬆弛的玻璃組合物。因此可以使壓縮應力層擴大。
[0099]被化學處理過的本發明的玻璃組合物在用於磁碟用基板、特別是高速旋轉型的HDD的磁碟基板是合適的。但是，本發明的玻璃組合物還可以在實施化學鋼化處理或者不實施該處理的情況下用作液晶顯示裝置等的顯示器用基板、信息設備終端的觸控螢幕用基板、液晶投影機等光源燈的反射鏡、太陽能電池用玻璃基板等。
[0100]實施例
[0101](玻璃組合物的製作及評價)
[0102]按照表I-表4及表5的比較例1、6-9所示的玻璃組成，使用作為通用的玻璃原料的二氧化矽、氧化鈦、氧化鋁、碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、鹼性碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸鍶、碳酸鋇調配玻璃原料(批料)。其中，關於實施例41-48，向玻璃原料中進一步加入氧化鐵，使碳Ife納的一部分成為硫Ife納。將調配後的批料投入到怕樹禍中，在電爐內在1650 C加熱4小時製成熔融玻璃。接著，將熔融玻璃流出到鐵板上，冷卻，製成玻璃塊。將該玻璃塊再次放入電爐中，在620°C保持30分鐘後，切斷爐的電源，緩慢冷卻至室溫，製成試樣玻璃。
[0103]關於試樣玻璃，測定玻璃轉化溫度Tg、失透溫度TL、熔融溫度T2、作業溫度T4、熱膨脹係數aL、比重P、及楊氏模量E。另外，在測定失透溫度TL時，一併評價了失透生長速度。
[0104]玻璃轉化溫度Tg及熱膨脹係數aL使用差示熱膨脹計(理學電極株式會社Thermo flexTMA8140)進行測定。熔融溫度T2及作業溫度T4利用鉬球提拉法進行測定。比重P利用阿基米德法進行測定。楊氏模量E按照JISR1602進行測定。
[0105]失透溫度TL利用以下的方法進行測定。
[0106]粉碎試樣玻璃後過篩，得到通過2380 u m的篩子且殘留在1000 u m的篩子上的玻璃粒。將該玻璃粒浸潰於乙醇中，進行超聲波洗滌後，用恆溫槽乾燥。在寬12mm、長200mm、深IOmm的鉬舟上以大致一定的厚度放入該玻璃粒25g，製成測定試樣，將該鉬舟在具有約900-1160°C的溫度梯度的電爐(溫度梯度爐)內保持2小時。然後，用100倍倍率的光學顯微鏡觀察試樣，將觀察到失透的部位的最高溫度作為失透溫度。另外，在所有的實施例及比較例中，對於測定試樣 而言，在溫度梯度爐中玻璃粒彼此熔接，成為棒狀體。
[0107]另外，在測定試樣中，以肉眼觀察保持在從失透溫度TL到比TL低30°C的溫度的部分，按照以下的基準，評價了失透生長速度。
[0108]〇:全部是透明或者大致透明。
[0109]A:雖然在TL附近的高溫區域為透明或大致透明，但在低溫區域為白濁，其中間區域觀察到混池程度逐漸變化的漸變(gradation)。
[0110]X:在TL附近的高溫區域觀察到白濁，能明顯觀察到白濁的部分與更高溫的透明部分的界限。
[0111]結果示於表I-5。其中，比較例2是引用了專利文獻3的實施例4的組成及數據的例子，比較例3-5是分別引用了專利文獻2的實施例15、16、9的組成及數據的例子。比較例2-5的失透生長速度也通過與上述同樣的方法進行測定。
[0112]各實施例中，失透溫度TL為1041°C以下，作業溫度與失透溫度的差值T4-TL為88°C以上。另外，玻璃轉化溫度Tg為590°C以上。另外，各實施例中製作的試樣玻璃的比重為2.51-2.57g ? cm_3。各實施例中製作的試樣玻璃的熔融溫度T2為1642°C以下。
[0113]相對與此，對於比較例I的試樣玻璃而言，若Tg較低為不足500°C，則耐熱性不充分。對於比較例2-4的試樣玻璃而言，由於含有0.3%以上的ZrO2，所以不適於使用了玻璃板的批量生產設備的製造。如從比較例5能夠理解的那樣，如果從以往的試樣玻璃除去ZrO2,則變得難以增大T4-TL。
[0114]對於比較例6、7的試樣玻璃而言，由於不含有SrO且CaO的含有率過高，因此沒有顯示適合的特性。與比較例6、7的組成相比，在比較例8、9中CaO的含有率降低，並且以比CaO含有率高的方式添加SrO。因此，比較例8、9的試樣玻璃的T4-TL上升直至接近50°C。但是，由於CaO的含有率沒有足夠地變低，所以T4-TL的值的增加成為受限的範圍。
[0115]另外，表I-5中，在應用的溫度範圍內無法確認測定試樣的失透的試樣玻璃(在溫度梯度爐中的溫度範圍外存在TL的試樣玻璃)的TL欄中，將溫度梯度爐的最低實測溫度或最高實測溫度與不等號一起表示。最低(最高)實測溫度因在爐內不可避免產生的溫度分布的紊亂而成為稍微偏離設定溫度區域(約900-1160°C )的最低(最高)值的值。
[0116](玻璃基板的製作及評價)
[0117]將試樣玻璃切成外徑68mmX內徑20mm的環(doughnut)狀,用氧化招砥粒研削其兩面，進而使用氧化鈰研磨砥粒進行了鏡面研磨。這樣，得到兩面的表面粗糙度Ra為2nm以下的厚度0.80mm的玻璃盤(Ra基於JISB0601-1994)。使用市售的鹼洗劑對該玻璃盤進行洗滌後，在加熱至440°C的硝酸鉀熔融鹽中浸潰2小時，進行化學鋼化處理。使用市售的鹼洗劑再次洗滌處理後的盤，製成磁碟用玻璃基板。
[0118]對於化學鋼化後的磁碟用玻璃基板中的幾個實施例及比較例3的玻璃基板，使用折原製作所製造的表面應力計「FSM-6000」測定了表面壓縮應力及強化深度。另外，關於實施例2及比較例3的玻璃基板,對各10片試驗樣品利用球環試驗(Ball-on-ringtest)測定破壞荷重，進行統計學的處理，推定破壞的概率達到50%時的荷重(50%破壞荷重)。
[0119]結果示於表6。
[0120]在比M位於0.90-1.2的範圍的玻璃基板中，表面壓縮應力顯示較高的值，並且壓縮應力層從玻璃基板的表面到達直至較深的位置。由此可見，在化學鋼化處理中，不僅熔融鹽的浸潰時間對強化處理後的玻璃組合物的強度產生支配性的影響，而且熔融鹽的溫度與玻璃組合物的玻璃轉化溫度(Tg)的關係也對強化處理後的玻璃組合物的強度產生支配性的影響。如果考慮實施例2和比較例3的Tg大致相等，則認為兩試樣玻璃的強度特性的差異源於由比M的值所示的 化學鋼化性的差異。
【權利要求】
1.一種玻璃組合物，其含有以質量％表示為60-66%的Si02、10-16%的A1203、0-1% 的 B203、3 -10% 的 Mg0、0 -1% 的 CaO、I -9% 的 Sr0、0 -4% 的 Ba0、0 -2% 的 Ζη0、0 -1% 的 Li20、10 -20% 的 Na20、0 -5% 的 K20、0 -2% 的 Ti02、0 -0.1% 的 Zr02、以及 O -2%的換算成Fe2O3的全部氧化鐵，其中， MgO+CaO+SrO+BaO 為 10 -20% 的範圍，
Li20+Na20+K20 為 14 -20% 範圍， SrO的含有率高於CaO的含有率。
2.根據權利要求1所述的玻璃組合物,其中，CaO的含有率為0.9質量％以下。
3.根據權利要求1所述的玻璃組合物,其中，MgO的含有率為4.8質量％以上。
4.根據權利要求1所述的玻璃組合物，其中，從SrO的含有率減去CaO的含有率而得的差值為1.5質量％以上。
5.根據權利要求1所述的玻璃組合物,其中，SrO的含有率為4質量％以上。
6.根據權利要求5所述的玻璃組合物，其中，SrO的含有率超過4.5質量％。
7.根據權利要求5所述的玻璃組合物，其中，BaO的含有率為I質量％以下。
8.根據權利要求1所述的玻璃組合物，其實質上不含有BaO。
9.根據權利要求1所述的玻璃組合物,其中,BaO的含有率超過I質量％且為4質量％以下，SrO的含有率為I-6質量％。`
10.根據權利要求1所述的玻璃組合物，其中，基於以摩爾％表示的含有率的比M(Al203+Mg0)/(Na2CHK2O)為 0.90 -1.20。
11.根據權利要求1所述的玻璃組合物，其中，從粘度為104dPa-s時的溫度T4減去失透溫度TL而得的差值為80°C以上。
12.根據權利要求11所述的玻璃組合物，其中，所述溫度T4為1150°C以下，所述失透溫度TL為1100°C以下。
13.根據權利要求1所述的玻璃組合物，其中，玻璃轉化溫度為580°C以上。
14.根據權利要求1所述的玻璃組合物，其在溫度-50-70°C的範圍的熱膨脹係數為70X1(T7/°C 以上。
15.根據權利要求1所述的玻璃組合物，其比重為2.43-2.57g.cm_3的範圍。
16.一種化學鋼化玻璃物品，其通過如下方式獲得: 將含有權利要求1所述的玻璃組合物的玻璃物品浸潰於包含一價陽離子的熔融鹽中，由此使所述玻璃物品中含有的鈉離子與所述一價陽離子進行離子交換，其中，所述一價陽離子具有比鈉離子的離子半徑大的離子半徑。
【文檔編號】C03C3/087GK103459337SQ201180069673
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2011年12月2日 優先權日:2011年3月31日
【發明者】千秋裕, 倉知淳史 申請人:日本板硝子株式會社