CN107428585A - 玻璃组合物多级化学强化方法 - Google Patents

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许神豪
陈招娣
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Abstract

用于制造化学强化玻璃的方法以及所述方法所制造的化学强化玻璃。化学强化玻璃适合使用作为触控显示器的高强度覆盖玻璃、太阳能电池覆盖玻璃以及层叠安全玻璃，并且可在更短的时间内制造。

Description

玻璃组合物多级化学强化方法
技术领域
本发明是关于一种用于制造化学强化玻璃的方法、以及所述化学强化玻璃的应用与使用。
背景技术
化学强化玻璃一般因玻璃组成物和用以制造所述玻璃的化学强化工艺而都比退火玻璃明显更强。这种化学强化工艺可用以强化所有尺寸和形状的玻璃，而不产生光学失真，其使得能够生产无法被热回火的薄、小及形状复杂的玻璃样品。这些特性已经使得化学强化玻璃(更具体的是化学强化碱铝硅酸盐玻璃)成为用于消费性移动电子设备(例如智能电话、平板电脑与记事本)的一种受欢迎且为广泛使用的选择。
化学强化工艺一般包括离子交换工艺。在这种离子交换工艺中，玻璃是被置于熔融盐中，熔融盐含有离子半径比存在于玻璃中的离子更大的离子，使得存在于玻璃中的较小离子会被来自加热溶液中的较大离子取代。一般而言，在熔融盐中的钾离子会取代存在于玻璃中的较小的钠离子。这种由加热溶液中较大钾离子对玻璃中较小钠离子的取代会导致在玻璃两侧表面上形成压缩应力层、以及形成夹在压缩应力层之间的中央张力区。中央张力区的张应力(CT，一般是以兆帕(MPa)表示)与压缩应力层的压缩应力(CS，一般也以兆帕表示)及以下列方程式所表示的压缩层深度(DOL)有关：
CT＝CS×DOL/(t-2DOL)
其中t为玻璃的厚度。
为作为触控显示器覆盖玻璃使用，需要增加玻璃对刮伤与冲击破坏的抵抗性。这可借由增加压缩应力与压缩应力层的深度而达成。然而，一般都难以同时得到高压缩应力与压缩应力层的深度。
化学强化工艺的历时是化学强化玻璃制造成本中的关键因子。一般而言，离子交换工艺的历时必须加长，以增加压缩应力层的深度。然而，增加离子交换时间则会导致压缩应力降低。
通常也会需要较短的离子交换时间。离子交换时间越短，产线与工艺就更有竞争力。离子交换时间是由反应温度与离子扩散速率所控制。降低温度可避免玻璃翘曲，但会导致离子交换时间增加。将玻璃片加热至高于一般温度范围410-420℃的温度可增加离子扩散速率，但一般会导致玻璃的翘曲与结构松弛，接着会导致压缩应力降低。因此，虽然在较高温度下进行离子交换工艺可能缩短离子交换时间，也会产生其他不想要的结果。
业界中常用以化学强化玻璃的方法是将离子交换反应温度维持在380℃与450℃之间，然后改变离子交换时间，以得到需要的压缩应力和压缩应力层深度。然而，这种方法不仅增加生产成本且降低产能，也无法得到理想表面压缩强度和压缩应力层深度。举例而言，需要花费6至8小时来得到CS≥800MPa且DOL≥40μm的强化玻璃。玻璃组合物、离子交换反应的活化能、离子交换速率、离子交换温度，以及熔融盐浓度全部都会影响化学强化工艺。
随着化学强化玻璃的组合物变得越来越严格要求，便需要以较短的离子交换时间产制具有高CS和高DOL的玻璃。
发明内容
根据数个例示具体实施例，本发明提供一种用于制造化学强化玻璃的方法。
根据数个例示具体实施例，所述方法包括将玻璃浸没于在第一温度下的熔融盐浴中；藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第一温度下达第一历时；以第一变化速率将所述熔融盐浴的温度从所述第一温度改变为第二温度；及藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第二温度下达第二历时。根据这些具体实施例，(a)所述第一温度与所述第一历时，及(b)所述第二温度与所述第二历时中其一是在所述玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约50℃，或约160℃至约140℃，且是介于约10分钟至约20分钟，或约12分钟至约17分钟。同样根据这些具体实施例，(a)所述第一温度与所述第一历时，及(b)所述第二温度与所述第二历时中另一者是在所述玻璃的玻璃化转变温度以下约230℃至约165℃，或约230℃至约190℃，且是介于约1秒至约3.2小时，或介于约1秒至约40分钟。另外根据这些具体实施例，所述第一变化速率是介于约1.0℃/min至约5.0℃/min、介于约1.0℃/min至约4.0℃/min或介于约1.25℃/min至约3.0℃/min。
根据数个例示具体实施例，所述用于制造化学强化玻璃的方法进一步包括：以第二变化速率将所述熔融盐浴从所述第二温度改变为第三温度；及藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第三温度下达第三历时。根据所述用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的第三温度和第三历时是在所述玻璃的玻璃化转变温度以下约230℃至约165℃，或约230℃至约190℃，且介于约1秒至约3.2小时、或介于约1秒至约40分钟。进一步根据这些具体实施例，所述第二变化速率是介于约1.0℃/min至约5.0℃/min，或介于约1.0℃/min至约4.0℃/min，或介于约1.25℃/min至约3.0℃/min。
根据数个例示具体实施例，所述方法包括将玻璃浸没于在第一温度下的熔融盐浴中；藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第一温度下达第一历时；以介于约1.0℃/min至约5.0℃/min、介于约1.0℃/min至约4.0℃/min，或介于约1.25℃/min至约3.0℃/min的第一变化速率将所述熔融盐浴的温度从所述第一温度改变为第二温度；及藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第二温度下达第二历时。根据这些具体实施例，(a)所述第一温度与所述第一历时，及(b)所述第二温度与所述第二历时中其一为介于约460℃至约570℃，或介于约460℃至约480℃，以及约10分钟至约20分钟、或约12分钟至约17分钟。根据这些具体实施例，(a)所述第一温度与所述第一历时、及(b)所述第二温度与所述第二历时中另一者为介于约390℃至约455℃，或介于约390℃至约430℃，以及约1秒至约3.2小时，或约1秒至约40分钟。
根据数个例示具体实施例，所述用于制造化学强化玻璃的方法进一步包括：以第二变化速率将所述熔融盐浴的温度从所述第二温度改变为第三温度；及藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第三温度下达第三历时。根据所述用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的所述第三温度及所述第三历时为介于约390℃至约455℃，或介于约390℃至约430℃、介于约1秒至约3.2小时，或介于约1秒至约40分钟。进一步根据这些具体实施例，所述第二变化速率为介于约1.0℃/min至约5.0℃/min，或介于约1.0℃/min至约4.0℃/min，或介于约1.25℃/min至约3.0℃/min。
根据所述用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐包括KNO3。根据数个例示具体实施例，所述化学强化玻璃具有介于约800MPa至约925MPa、或介于约850MPa至约925MPa的压缩应力。根据数个例示具体实施例，所述化学强化玻璃具有的压缩应力层的深度为介于约20μm至约45μm。根据数个例示具体实施例，所述玻璃具有的玻璃化转变温度为介于约610℃至约630℃。
图式简单说明
图1为根据本公开例示具体实施例的化学强化方法中的温度对时间关系图。
图2为根据本公开例示具体实施例的化学强化方法中的温度对时间关系图。
图3为根据本公开例示具体实施例的化学强化方法中的温度对时间关系图。
图4为根据本公开例示具体实施例的化学强化方法中的温度对时间关系图。
图5为根据本公开例示具体实施例的化学强化方法中的温度对时间关系图。
详细说明
用传统的化学强化方法是维持介于410℃至约420℃的固定的离子交换温度。相较之下，已经发现到可藉由将玻璃浸没在温度介于玻璃的玻璃化转变温度(Tg)以下约160℃至约50℃、或160℃至约140℃的熔融盐浴中达约10分钟至约20分钟、或约12分钟至约17分钟的历时来增加玻璃的压缩应力(CS)和压缩应力层深度(DOL)。同样地，当玻璃化转变温度(Tg)为约620℃时，已经发现到可藉由将玻璃浸没在温度介于约460℃至约570℃，或460℃至约480℃的熔融盐浴中达约10分钟至约20分钟，或约12分钟至约17分钟的历时来增加玻璃的压缩应力(CS)和压缩应力层深度(DOL)。
这种方法的好处是，可大大减少离子交换工艺的总集合时间，同时使压缩应力(CS)增加至介于800MPa至约925MPa、或介于约850MPa至约925MPa的范围，并使压缩应力层的深度(DOL)增加至介于约20μm至约45μm的范围。此处理时间的减少可节省时间与金钱，同时使因长时间的离子交换所致的CS减少量达最小化。然而，当温度被维持在介于玻璃的玻璃化转变温度(Tg)以下约160℃至约50℃、或160℃至约140℃，或介于约460℃至约570℃、或460℃至约480℃达20分钟以上时，则会发生翘曲。此外，若温度被维持在介于玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约50℃、或160℃至约140℃，或介于约460℃至约570℃，或460℃至约480℃不足10分钟时，则无法显著减少处理时间。
在数个例示具体实施例中，本发明提供了用于制造具有高压缩应力(CS)和高压缩应力层深度(DOL)的化学强化玻璃的方法。高CS与高DOL是经由化学强化工艺而得，其中在玻璃上的钠离子会被较大的钾离子所取代。具有高CS和高DOL的玻璃表面产生了可抗刮伤及抵抗增加的外部冲击力的强玻璃。根据数个例示具体实施例，所述化学强化玻璃具有的CS为介于约800MPa至约925MPa，或介于约850MPa至约925MPa。根据数个例示具体实施例，所述化学强化玻璃具有的DOL为介于约20μm至约45μm、或介于约20μm至约41μm、或介于约21μm至约29μm。在数个例示具体实施例中，所述化学强化玻璃具有至少为800MPa的CS及至少为40μm的DOL。在数个例示具体实施例中，所述化学强化玻璃具有至少为900MPa的CS及至少为20μm的DOL。
根据数个例示具体实施例，提供了一种利用多级温度控制工艺来制造化学强化玻璃的方法，以在比传统离子交换工艺的相对短的时间制造出具有高CS与高DOL的玻璃。根据数个例示具体实施例，所述玻璃是藉由离子交换达约0.3小时至约5小时、约0.5小时至约4小时，或约0.5小时至约2小时而化学强化。
根据数个例示具体实施例，本文所述方法为于离子交换工艺中改变(亦即增加或降低)熔融盐浴的温度。根据数个例示具体实施例，玻璃样品被浸没于在第一温度下的熔融盐浴中达第一历时，以藉由离子交换、同时保持所述第一温度而化学强化所述玻璃。接着，以第一变化速率使熔融盐浴的温度从所述第一温度改变为第二温度。在此时，所述玻璃为藉由离子交换、同时使所述温度保持为所述第二温度达第二历时而进一步化学强化。根据数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的温度为以第二变化速率从所述第二温度改变至第三温度。所述玻璃为藉由离子交换、同时使所述温度保持为所述第三温度达第三历时而进一步化学强化。
根据数个例示具体实施例，每一组温度和历时都是链接的。用语「(a)所述第一温度与所述第一历时、及(b)所述第二温度与所述第二历时中其一」是表示所述第一温度与所述第一历时及所述第二温度与所述第二历时的组合中其一。用语「(a)所述第一温度与所述第一历时、及(b)所述第二温度与所述第二历时中另一者」是指不包含在用语「其一」中的成对的所述第一温度与所述第一历时及所述第二温度与所述第二历时。因此，用语「其一」是在温度与历时的两种选项中选择其中一种，而用语「另一者」必然是描述的前没有被用语「其一」所选择的另一对温度与历时。
根据数个例示具体实施例，(a)所述第一温度与所述第一历时、及(b)所述第二温度与所述第二历时中其一是在所述玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约50℃、或介于所述玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约140℃，且是介于约10分钟至约20分钟，或约12分钟至约17分钟。若所述第一温度与所述第一历时，及所述第二温度与所述第二历时两者都是在所述玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约50℃，或约160℃至约140℃，且是介于约10分钟至约20分钟，或约12分钟至约17分钟，则会发生翘曲。然而，若所述第一温度与所述第一历时、及所述第二温度与所述第二历时都不是在所述玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约50℃、或约160℃至约140℃，不是在介于约10分钟至约20分钟、或约12分钟至约17分钟，就不会发生提高熔融盐温度至高于410℃至420℃的一般离子交换温度范围的优点。
应理解可集合在给定温度下的一或多个历时。举例而言，若第一温度是在玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约50℃，或约160℃至约140℃，且达约6分钟的历时，而不同的第二温度为介于玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约50℃，或约160℃至约140℃，且达约6分钟的历时，则这些历时的集合可满足「(a)所述第一温度与所述第一历时、以及(b)所述第二温度与所述第二历时中其一是介于玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约50℃、或约160℃至约140℃，且是介于约10分钟至约20分钟、或介于约12分钟至约17分钟」。这是因为在所述范围内的两个温度历时可有效地集合以产生等同或类似的效果。
根据数个例示具体实施例，每一组温度和历时都是链接的。根据数个例示具体实施例，(a)所述第一温度与所述第一历时、及(b)所述第二温度与所述第二历时中其一为介于约460℃至约570℃、或介于约460℃至约480℃，以及约10分钟至约20分钟，或约12分钟至约17分钟。如果第一温度与第一历时、以及第二温度与第二历时两者都是介于约460℃至约570℃，或介于约460℃至约480℃，以及约10分钟至约20分钟、或约12分钟至约17分钟，则会发生翘曲。然而，如果第一温度与第一历时、以及第二温度与第二历时两者都没有介于约460℃至约570℃、或介于约460℃至约480℃，不是约10分钟至约20分钟，或约12分钟至约17分钟，就不会发生提高熔融盐温度至高于410℃至420℃的一般温度范围的优点。
在本文所述方法中，稳定地使用含碱性金属氧化物的铝硅酸盐玻璃样品，例如第二代大猩猩玻璃(glass 2)，作为玻璃样品，其可自康宁公司商业取得。除氧化铝(Al2O3)与二氧化硅(SiO2)以外，玻璃样品一般还含有一或多种碱金属成分。举例而言，玻璃样品可包含例如氧化钠(Na2O)的碱金属氧化物。Na2O是提供钠离子的成分，其于离子交换工艺中主要会被钾离子所取代。根据数个例示具体实施例，玻璃化转变温度(Tg)是介于约610℃至约630℃、介于约615℃至约625℃，或约620℃。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述玻璃是藉由在第一温度下浸没于熔融盐浴中而离子交换，其中所述熔融盐浴包括一或多种碱性金属成分。根据数个例示具体实施例，所述熔融盐浴包括硝酸钾(KNO3)。
在离子交换期间，玻璃样品中原本含有的碱金属氧化物的碱性金属离子会被熔融盐浴中具有较大离子半径的碱性金属离子取代。因此，举例而言，玻璃样品中所含的钠离子(Na+)会被来自熔融盐浴的钾离子(K+)取代。结果为，在所述玻璃的表面层部分处形成了具有压缩应力的层。同时，在玻璃样品的较深层部分处形成了具有张应力的层，以平衡内部应力。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，熔融盐浴的第一温度是介于约390℃至约455℃，或介于约390℃至约430℃。根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，熔融盐浴的第一温度是介于约460℃至约570℃，或介于约460℃至约480℃。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的第一温度是维持达介于1秒至约3.2小时、介于约1秒至约40分钟、介于约10分钟至约20分钟，或介于约12分钟至约17分钟的第一历时。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，在所述玻璃已经被浸没于所述第一温度下的所述熔融盐浴达所述第一历时之后，所述熔融盐浴的温度改变(例如升高或降低)至第二温度。根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴是以介于约1.0℃/min至约5.0℃/min、或介于约1.0℃/min至约4.0℃/min、或介于约1.25℃/min至约3.0℃/min的变化速率而升高或降低至所述第二温度。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，熔融盐浴的第二温度是介于约390℃至约455℃，或介于约390℃至约430℃。根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，熔融盐浴的第二温度是介于约460℃至约570℃，或介于约460℃至约480℃。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的第二温度是维持达介于1秒至约3.2小时、介于约1秒至约40分钟、介于约10分钟至约20分钟，或介于约12分钟至约17分钟的第二历时。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述方法包括将玻璃浸没于第一温度下的熔融盐浴中，藉由将所述熔融盐浴维持在所述第一温度下达第一历时进行离子交换而化学强化所述玻璃；以第一变化速率，使所述熔融盐浴的温度从所述第一温度改变至第二温度；以及将所述熔融盐浴维持在所述第二温度下达第二历时进行离子交换而化学强化所述玻璃。根据这些具体实施例，第一温度与第一历时是介于玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约50℃、或约160℃至约140℃，且是介于约10分钟至约20分钟，或介于约12分钟至约17分钟。同时根据这些具体实施例，第二温度与所述第二历时是在所述玻璃的玻璃化转变温度以下约230℃至约165℃、或约230℃至约190℃，且是介于约1秒至约3.2小时、或介于约1秒至约40分钟。此外，根据这些具体实施例，所述第一变化速率是介于约1.0℃/min至约5.0℃/min，或介于约1.0℃/min至约4.0℃/min，或介于约1.25℃/min至约3.0℃/min。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述方法包括将玻璃浸没于第一温度下的熔融盐浴中，藉由将所述熔融盐浴维持在所述第一温度下达第一历时进行离子交换而化学强化所述玻璃；以第一变化速率，使所述熔融盐浴的温度从所述第一温度改变至第二温度；以及将所述熔融盐浴维持在所述第二温度下达第二历时进行离子交换而化学强化所述玻璃。根据这些具体实施例，第一温度与第一历时是介于玻璃的玻璃化转变温度以下约230℃至约165℃，或约230℃至约190℃，且是介于约1秒至约3.2小时，或介于约1秒至约40分钟。同时，根据这些具体实施例，第二温度与第二历时是介于玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约50℃，或约160℃至约140℃，且是介于约10分钟至约20分钟、或介于约12分钟至约17分钟。此外，根据这些具体实施例，所述第一变化速率是介于约1.0℃/min至约5.0℃/min、或介于约1.0℃/min至约4.0℃/min，或介于约1.25℃/min至约3.0℃/min。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述方法包括将玻璃浸没于第一温度下的熔融盐浴中，藉由将所述熔融盐浴维持在所述第一温度下达第一历时进行离子交换而化学强化所述玻璃；以介于约1.0℃/min至约5.0℃/min、或介于约1.0℃/min至约4.0℃/min、或介于约1.25℃/min至约3.0℃/min的第一变化速率，使所述熔融盐浴的温度从所述第一温度改变至第二温度；以及将所述熔融盐浴维持在所述第二温度下达第二历时进行离子交换而化学强化所述玻璃。根据这些具体实施例，所述第一温度与所述第一历时是介于约460℃至约570℃，或介于约460℃至约480℃，以及介于约10分钟至约20分钟、或介于约12分钟至约17分钟。同样根据这些具体实施例，所述第二温度与所述第二历时是介于约390℃至约455℃，或介于约390℃至约430℃，以及介于约1秒至约3.2小时，或介于约1秒至约40分钟。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述方法包括将玻璃浸没于第一温度下的熔融盐浴中，藉由将所述熔融盐浴维持在所述第一温度下达第一历时进行离子交换而化学强化所述玻璃；以介于约1.0℃/min至约5.0℃/min，或介于约1.0℃/min至约4.0℃/min，或介于约1.25℃/min至约3.0℃/min的第一变化速率，使所述熔融盐浴的温度从所述第一温度改变至第二温度；以及将所述熔融盐浴维持在所述第二温度下达第二历时进行离子交换而化学强化所述玻璃。根据这些具体实施例，所述第一温度与所述第一历时是介于约390℃至约455℃，或介于约390℃至约430℃，以及介于约1秒至约3.2小时、或介于约1秒至约40分钟。同样根据这些具体实施例，所述第二温度与所述第二历时是介于约460℃至约570℃，或介于约460℃至约480℃，以及介于约10分钟至约20分钟，或介于约12分钟至约17分钟。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，在所述玻璃已经被浸没于所述第二温度下的所述熔融盐浴达所述第二历时之后，所述熔融盐浴的温度为改变(例如升高或降低)至第三温度。根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的温度是以介于约1.0℃/min至约5.0℃/min，或介于约1.0℃/min至约4.0℃/min，或介于约1.25℃/min至约3.0℃/min的变化速率而升高或降低至所述第三温度。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的第三温度是介于约390℃至约455℃，或介于约390℃至约430℃。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的第三温度被维持达介于约1秒至约3.2小时的第三历时。
熟习所述领域技术的人士将理解，在所述熔融盐浴的温度的第一次﹑第二次与第三次变化前后，都会有温度变化与持温时段。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，在所述玻璃已经被浸没于所述第三温度下的所述熔融盐浴达所述第三历时之后，所述熔融盐浴的温度改变(例如升高或降低)至第四温度。根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的温度是以介于约0.8℃/min至约3.0℃/min，或介于约1.0℃/min至约2.5℃/min，或介于约1.1℃/min至约1.7℃/min的速率而升高或降低至所述第四温度。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的第四温度是介于约390℃至约455℃，或介于约390℃至约430℃。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的第四温度被维持达介于约8分钟至约220分钟，或介于约12分钟至约200分钟的第四历时。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，在所述玻璃已经被浸没于所述第四温度下的所述熔融盐浴达所述第四历时之后，所述熔融盐浴的温度改变(例如升高或降低)至第五温度。根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的温度是以介于约2.0℃/min至约5.0℃/min、介于约2.5℃/min至约4.5℃/min、或介于约3.0℃/min至约4.0℃/min的速率而升高或降低至所述第五温度。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的第五温度是介于约390℃至约455℃，或介于约390℃至约430℃。
根据用于制造化学强化玻璃的方法的数个例示具体实施例，所述熔融盐浴的第五温度被维持达介于约100分钟至约180分钟，或介于约130分钟至约160分钟的第五历时。
根据在上述方法中所制得的化学强化玻璃的数个例示具体实施例，所述玻璃于例如太阳能板、冰箱门，或其他家电产品等应用中作为保护玻璃使用。根据上述化学强化玻璃的数个例示具体实施例，所述玻璃可被使用作为电视的保护玻璃、自动提款机及其他电子产品的安全玻璃。根据上述化学强化玻璃的数个例示具体实施例，所述玻璃可被使用作为消费性移动电子设备(例如智能电话、平板计算机与笔记本)的覆盖玻璃。所述玻璃也可被使用于例如车辆挡风板的应用中，以及作为建筑智能窗户的基板。根据上述化学强化玻璃的数个例示具体实施例，所述玻璃为因其高强度而可被使用作为触控屏幕或触控面板。
下述实例为作为上述组成物与方法的例示说明。
实例
使用厚度为大约0.7mm的第二代大猩猩玻璃(glass 2)作为下述实例的起始材料。对所述玻璃进行各种加热排程，以产生具有特定DOL范围的化学强化玻璃。所产生的化学强化玻璃的DOL范围、加热排程与性质提供于下表1中。表1中所示的DOL、CS与CT的数据是以日本折员工业公司(Orihara Industrial Co.Ltd.(Japan))所制造的FSM-6000LE表面应力计进行测量。
在实例1、2、4-8、12与13中，样品于所示离子交换时段的温度下于一KNO3熔融盐浴中加热。在实例3、9-11与14中，于不同温度与不同时间时段范围加热及冷却样品。进一步于下文中讨论这些实例。
表1
NC＝无改变
在实例3中，玻璃样品被放置于温度约为470℃的KNO3熔融盐浴中达约15分钟。以大约4.0℃/min的速率使熔融盐浴的温度降低至大约450℃。熔融盐浴的温度维持在大约450℃达约10分钟，接着以大约4.0℃/min的速率下降至大约430℃。熔融盐浴的温度维持在大约430℃达约7分钟，然后自所述熔融盐浴中移除所述样品。根据实例3的总离子交换时间大约为43分钟，或大约为0.7小时。
图1描述了根据实例3所进行的加热与冷却过程。藉由使用在提高的温度下的熔融盐浴，可实现高扩散速率与较短的离子交换时间。然而，因为所述样品于提高的温度下暴露有限时间量，因此不会发生翘曲或弯曲。
在实例9中，玻璃样品被放置于温度约为410℃的KNO3熔融盐浴中。以大约1.33℃/min的速率使熔融盐浴的温度稳定地升高至大约430℃。熔融盐浴的温度维持在大约430℃达约7分钟，接着以大约1.33℃/min的速率升高至大约450℃。熔融盐浴的温度维持在大约450℃达约10分钟，接着以大约1.25℃/min的速率升高至大约470℃。熔融盐浴的温度维持在大约470℃达约15分钟，然后自所述熔融盐浴中移除所述样品。根据实例9的总离子交换时间大约为80分钟，或大约为1.3小时。
图2描述了根据实例9所进行的加热与冷却过程。藉由使用在提高的温度下的熔融盐浴，可实现高扩散速率与较短的离子交换时间。然而，因为所述样品于提高的温度下暴露有限时间量，因此不会发生翘曲或弯曲。
在实例10中，玻璃样品被放置于温度约为470℃的KNO3熔融盐浴中。使熔融盐浴的温度维持在大约470℃达约15分钟。以大约0.8℃/min的速率使熔融盐浴的温度稳定地下降至大约450℃。熔融盐浴的温度维持在大约450℃达约10分钟，接着以大约1.6℃/min的速率降低至大约430℃。熔融盐浴的温度维持在大约430℃达约7分钟，接着以大约1.6℃/min的速率减少至大约410℃。熔融盐浴的温度维持在大约410℃达约192分钟，然后自所述熔融盐浴中移除所述样品。总离子交换时间大约为240分钟、或大约为4小时。
图3描述了根据实例10所进行的加热与冷却过程。藉由使用在提高的温度下的熔融盐浴，可实现高扩散速率与较短的离子交换时间。然而，因为所述样品于提高的温度下暴露有限时间量，因此不会发生翘曲或弯曲。
在实例11中，玻璃样品被放置于温度约为410℃的KNO3熔融盐浴中。以大约1.76℃/min的速率使熔融盐浴的温度升高，直到所述熔融盐浴的温度达到大约470℃为止。熔融盐浴的温度维持在大约470℃达约15分钟，接着以大约1.13℃/min的速率下降回到大约410℃。当熔融盐浴的温度达到410℃，即自所述熔融盐浴中移除所述样品。总离子交换时间大约为99分钟，或大约为1.7小时。
图4描述了根据实例11所进行的加热与冷却过程。藉由使用在提高的温度下的熔融盐浴，可实现高扩散速率与较短的离子交换时间。然而，因为所述样品于提高的温度下暴露有限时间量，因此不会发生翘曲或弯曲。
在实例14中，玻璃样品被放置于温度约为410℃的KNO3熔融盐浴中。以大约1.33℃/min的速率使熔融盐浴的温度稳定地升高，直到熔融盐浴的温度达到大约430℃为止。熔融盐浴的温度维持在大约430℃达约7分钟，接着以大约1.33℃/min的速率升高，直到熔融盐浴的温度达到大约450℃为止。熔融盐浴的温度维持在大约450℃达约10分钟，接着以大约1.25℃/min的速率升高，直到熔融盐浴的温度达到大约470℃为止。熔融盐浴的温度维持在大约470℃达约15分钟，然后以大约为4℃/min的速率降低，直到温度达到约410℃为止。熔融盐浴的温度被维持在大约410℃达约152分钟，并自所述熔融盐浴中移除所述样品。总离子交换时间大约为240分钟、或大约为4小时。
图5描述了根据实例14所进行的加热与冷却过程。藉由使用在提高的温度下的熔融盐浴，可实现高扩散速率与较短的离子交换时间。然而，因为所述样品于提高的温度下暴露有限时间量，因此不会发生翘曲或弯曲。
本文所述方法改善了离子交换速率，并且在比传统方法所需更短的时间内得到高CS与高DOL。表II说明了使用本文所述的多级化学强化工艺的例示具体实施例所节省的时间。如图所示，为了得到工业界标准的CS≧800MPa及DOL≧40μm，本发明能够减少化学强化时间约50％。对于介于20μm至30μm的间的DOL而言，则可分别减少约57％与65％的时间。多级加热过程可增加产率，降低能量消耗及节省成本。
表II
本发明虽以某些具体实施例来加以说明，然熟习所述领域技术者将理解，可在如附申请专利范围的精神与范畴内修实施本发明。
所有空间上的参考用语，例如「上」、「下」、「上方」、「下方」、「的间」、「底部」、「垂直」、「水平」、「倾斜」、「向上」、「向下」、「并邻」、「左至右」、「左」、「右」、「右至左」、「顶部至底部」、「底部至顶部」、「顶部」、「底部」、「底部向上」、「顶部向下」等，皆仅为说明的目的，而不限制上述结构的特定取向或位置。
除非另有说明，否则所有测量都为公制单位。所有范围都包括各范围的中间值。举例而言，「熔融盐浴的温度范围是介于约460℃至约570℃」是被理解为包括中间范围与温度，例如从约461℃至约570℃、从约462℃至约570℃等；以及从约460℃至约569℃、从约460℃至约568℃等。
本发明已经以特定具体实施例来加以说明。熟习所述领域技术者在阅读所揭内容后将清楚理解其改良或修改皆落于本发明的精神与范畴内。应理解数种修改例、变化例与替代例皆为前述公开内容所包含，且在部分情况下，本发明的某些特征将可于不对应使用其他特征下应用。因此，将如附权利要求书广泛地解释、且以与本发明范畴一致的方式加以解释是适当的。

Claims (19)

1.一种用于制造化学强化玻璃的方法，包括：
将玻璃浸没于在第一温度下的熔融盐浴中；
藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第一温度下达第一历时；
以第一变化速率将所述熔融盐浴的所述温度从所述第一温度改变为第二温度；及
藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第二温度下达第二历时；
其中，(a)所述第一温度与所述第一历时、及(b)所述第二温度与所述第二历时中其一是在所述玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约50℃、以及约10分钟至约20分钟；
其中，(a)所述第一温度与所述第一历时、及(b)所述第二温度与所述第二历时中另一者是在所述玻璃的玻璃化转变温度以下约230℃至约165℃、以及约1秒至约3.2小时；及
其中所述第一变化速率是介于约1.0℃/min至约5.0℃/min。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
以第二变化速率将所述熔融盐浴从所述第二温度改变为第三温度；及
藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第三温度下达第三历时；
其中所述第二变化速率是介于约1.0℃/min至约5.0℃/min。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔融盐包括KNO3。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，(a)所述第一温度与所述第一历时和(b)所述第二温度与所述第二历时中其一是在所述玻璃的玻璃化转变温度以下约160℃至约140℃、以及约12分钟至约17分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，(a)所述第一温度与所述第一历时和(b)所述第二温度与所述第二历时中其一是在所述玻璃的玻璃化转变温度以下约230℃至约190℃、以及约1秒至约40分钟。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一与第二变化速率中至少其一为介于约1.0℃/min至约4.0℃/min。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一与第二变化速率中至少其一为介于约1.25℃/min至约3.0℃/min。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述化学强化玻璃具有的压缩应力为介于约800MPa至约925MPa。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述化学强化玻璃具有的所述压缩应力层的深度为介于约20μm至约45μm。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃具有的玻璃化转变温度为介于约610℃至约630℃。
11.一种用于制造化学强化玻璃的方法，包括：
将玻璃浸没于在第一温度下的熔融盐浴中；
藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第一温度下达第一历时；
以介于约1.0℃/min至约5.0℃/min的第一变化速率将所述熔融盐浴的所述温度从所述第一温度改变为第二温度；及
藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第二温度下达第二历时；
其中(a)所述第一温度与所述第一历时、及(b)所述第二温度与所述第二历时中其一为介于460℃至约570℃、以及约10分钟至约20分钟；及
其中(a)所述第一温度与所述第一历时、及(b)所述第二温度与所述第二历时中另一者为介于约390℃至约455℃、以及约1秒至约3.2小时。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述熔融盐包括KNO3。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
以介于约1.0℃/min至约5.0℃/min的第二变化速率将所述熔融盐浴的所述温度从所述第二温度改变为第三温度；及
藉由离子交换化学强化所述玻璃，同时使所述熔融盐浴保持在所述第三温度下达第三历时。
14.根据权利要求11所述的方法，其中(a)所述第一温度与所述第一历时、及(b)所述第二温度与所述第二历时中其一为介于约460℃至约480℃、以及约12分钟至约17分钟。
15.根据权利要求11所述的方法，其中(a)所述第一温度与所述第一历时、及(b)所述第二温度与所述第二历时中另一者为介于约390℃至约430℃、以及约1秒至约40分钟。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一变化速率与所述第二变化速率中至少其一是介于约1.0℃/min至约4.0℃/min。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一变化速率与所述第二变化速率中至少其一是介于约1.25℃/min至约3.0℃/min。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述化学强化玻璃具有介于约800MPa至约925MPa的压缩应力。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述化学强化玻璃的压缩应力层的深度为介于约20μm至约45μm。
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