CN107787310B - 边缘和角部强化的制品及其制造方法 - Google Patents

边缘和角部强化的制品及其制造方法 Download PDF

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Abstract

强化制品(以及用于制造该强化制品的方法)被提供为包括具有多个主表面、侧边缘和厚度的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷。该制品还包括从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度的压缩应力区域；从位于距主表面和边缘200μm的深度处的边界延伸到制品的质心的中心区域；以及在主表面和边缘之间延伸到边界的外部区域。进一步，在外部区域内的最大主应力不超过在中心区域内的最大主应力的两倍。主表面和侧边缘可以限定多个角部，并且角部可以由倒角、圆角或弯曲形状来限定。

Description

边缘和角部强化的制品及其制造方法
本申请根据35U.S.C.§119要求于2015年4月21日提交的美国临时申请序列号No.62/150563的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用整体结合于此。
背景
本公开大体上涉及具有增强的边缘、侧面和角部的强度特性的强化玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷制品以及用于影响这种增强的方法。
目前，化学钢化玻璃和离子交换玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷被用于许多电子设备部件中，以在外力的应用下提高这些部件的强度性能。例如，离子交换玻璃在许多移动电话设备中被用作基本上透明的显示基板。在这些应用中的许多应用中，离子交换制品的边缘和角部由于在强化过程之后存在于制品中的局部拉伸应力水平而易受这些外力的影响。
在一些情况下，在制品的角部和边缘附近观察到由来自离子交换强化过程的表面材料的生长而导致的高拉伸应力水平。在玻璃中典型的离子交换应力分布创建超过500MPa的非常高的压缩应力(CS)，其中在50微米左右的深度处具有可观的压缩应力。为了在制品内(特别是接近其主表面)创建这样高的CS，靠近边缘角部的制品的表面必须适应来自强化过程的任何表面材料生长。这可以导致来自与强化过程相关联的高局部拉伸应力的较弱的边缘和角部。根据经验，离子交换强化设备的跌落测试的结果经常表明超过50％的故障与在设备的角部和边缘处的裂缝和缺陷相关联。
因此，需要优化的方法和制品构造以适应这些制品内的压缩应力区域的发展，而不劣化这些制品的边缘和角部的强度特性。
发明内容
根据公开的一个实施例，强化制品被提供为包括具有多个主表面、多个侧边缘和厚度的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷。该制品还包括从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度的压缩应力区域；从位于距主表面和边缘200μm的深度处的边界延伸到制品的质心的中心区域；以及在主表面和侧边缘之间延伸到边界的外部区域。此外，外部区域内的最大主拉伸应力不超过中心区域内最大主拉伸应力的两倍。在实施例的某些方面，压缩应力区域中的最大压缩应力为大约400MPa或更小，并且第一选择深度为制品的厚度的至少8％。在这些强化制品的一些方面中，主表面和侧边缘限定了多个角部，并且该角部由倒角、具有平均半径为厚度的约5％至50％的圆角、或者具有在制品的厚度的约5％和100％之间的至少一个曲率半径的弯曲形状来限定。
根据公开的另一个实施例，强化制品被提供为包括具有多个主表面、多个侧边缘和厚度的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷。该制品还包括从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度的主压缩应力区域；从位于距主表面和边缘200μm的深度处的边界延伸到制品的质心的中心区域；在制品的主表面和侧边缘之间延伸到边界的外部区域；以及从侧边缘中的每个侧边缘延伸到在制品中的第二选择深度的边缘压缩应力区域。主压缩应力区域中的最大压缩应力为约700MPa或更小，且第一选择深度为在制品的厚度的约1％和10％之间。此外，外部区域内的最大主拉伸应力不超过中心区域内最大主拉伸应力的两倍。在实施例的某些方面中，边缘压缩应力区域中的最大压缩应力为约400MPa或更小，以及在另一方面为500MPa或更小。另外，对于实施例的其他方面，边缘压缩应力区域中的最大压应力可以为约700MPa或更大。
在公开的强化制品的一些方面中，主表面和侧边缘限定多个角部，并且该角部由倒角、具有平均半径为厚度的约5％至50％的圆角、或者具有在制品的厚度的约5％和100％之间的至少一个曲率半径的弯曲形状来限定。在一些情况下，主表面和侧边缘限定多个角部，并且由用于形成一个或多个压缩应力区域的一个或多个过程导致的基本上接近(insubstantial proximity to)侧边缘和角部的最大拉伸应力不超过200MPa。在某些实施例中，该最大拉伸应力不超过100MPa。
根据公开的附加实施例，设备被提供为包括具有前表面、后表面和侧表面的壳体；至少部分地在壳体里面的电气部件；在壳体的前表面处或在壳体附近的显示器；以及设置在显示器之上的盖基板。此外，盖基板包括上述强化制品中的任何制品。
根据进一步的实施例，制造强化制品的方法被提供为包括步骤：提供具有多个可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分(composition)的制品，所述制品进一步由多个主表面、多个侧边缘和厚度来限定。该方法还包括步骤：提供包括多个离子交换碱金属离子的第一离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有大于可离子交换的碱金属离子的尺寸的尺寸；以及在第一离子交换温度和持续时间下将制品浸入在第一离子交换浴中以形成从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度的压缩应力区域。进一步，该制品进一步包括：(a)从位于距主表面和边缘200μm的深度处的边界延伸到制品的质心的中心区域，以及(b)在制品的主表面和侧边缘之间延伸到边界的外部区域。此外，外部区域内的最大主拉伸应力不超过中心区域内的最大主拉伸应力的两倍。在该方法的某些方面，压缩应力区域中的最大压缩应力为大约400MPa或更小，并且第一选择深度为制品的厚度的至少8％。
根据附加的实施例，制造强化制品的方法被提供为包括步骤：提供具有多个可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品，所述制品进一步由多个主表面、多个侧边缘和厚度来限定。该方法还包括步骤：提供包括多个离子交换碱金属离子的第一离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有大于可离子交换的碱金属离子的尺寸的尺寸；用离子交换阻隔材料掩蔽制品的侧边缘中的每个侧边缘；在第一离子交换温度和持续时间下将被掩蔽的制品浸入在第一离子交换浴中以形成从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度的压缩应力区域；以及从制品移除阻隔材料。该制品进一步包括：(a)从位于距主表面和边缘200μm的深度处的边界延伸到制品的质心的中心区域，以及(b)在制品的主表面和侧边缘之间延伸到边界的外部区域。此外，外部区域内的最大主拉伸应力不超过中心区域内的最大主拉伸应力的两倍。在该实施例的某些方面，主压缩应力区域中的最大压缩应力为约800MPa或更小，且第一选择深度为在制品的厚度的约1％和10％之间。
根据另一个实施例，制造强化制品的方法被提供为包括步骤：提供具有多个可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品，所述制品进一步由多个主表面、多个侧边缘和厚度来限定。该方法还包括步骤：提供包括多个离子交换碱金属离子的第一离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有大于可离子交换的碱金属离子的尺寸的尺寸；以及包括多个离子交换碱金属离子的第二离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有大于可离子交换的碱金属离子的尺寸的尺寸；该方法进一步包括步骤：在第一离子交换温度和持续时间下将制品浸入在第一离子交换浴中以形成从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度的初始压缩应力区域；用离子交换阻隔材料掩蔽具有初始压缩应力区域的制品的侧边缘中的每个侧边缘；在第二离子交换温度和持续时间下将被掩蔽的制品浸入在第二离子交换浴中以形成从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第二选择深度的主压缩应力区域；以及从制品移除阻隔材料。该制品进一步包括：(a)从位于距主表面和边缘200μm的深度处的边界延伸到制品的质心的中心区域，以及(b)在制品的主表面和侧边缘之间延伸到边界的外部区域。此外，外部区域内的最大主拉伸应力不超过中心区域内的最大主拉伸应力的两倍。在该实施例的某些方面，主压缩应力区域中的最大压缩应力为约700MPa或更大，且第二选择深度为在制品的厚度的约1％和10％之间。
根据进一步的实施例，制造强化制品的方法被提供为包括步骤：提供具有多个可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品，所述制品进一步由多个主表面、多个侧边缘和厚度来限定。该方法还包括步骤：提供包括多个离子交换碱金属离子的第一离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有大于可离子交换的碱金属离子的尺寸的尺寸；以及包括多个离子交换碱金属离子的第二离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有大于可离子交换的碱金属离子的尺寸的尺寸；该方法进一步包括步骤：用离子交换阻隔材料掩蔽制品的侧边缘中的每个侧边缘；在第一离子交换温度和持续时间下将被掩蔽的制品浸入在第一离子交换浴中以形成从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度的主压缩应力区域；以及从具有主压缩应力区域的制品移除阻隔材料。该方法还包括步骤：用离子交换阻隔材料掩蔽具有主压缩应力区域的制品的主表面；在第二离子交换温度和持续时间下将具有被掩蔽的主表面的制品浸入在第二离子交换浴中以形成从侧边缘中的每个侧边缘延伸到在制品中的第二选择深度的边缘压缩应力区域；以及从具有主压缩应力区域的制品移除阻隔材料。该制品进一步包括：(a)从位于距主表面和边缘200μm的深度处的边界延伸到制品的质心的中心区域，以及(b)在制品的主表面和侧边缘之间延伸到边界的外部区域。此外，外部区域内的最大主拉伸应力不超过中心区域内的最大主拉伸应力的两倍。在实施例的某些方面，主压缩应力区域中的最大压缩应力为大约700MPa或更大，并且第一选择深度为制品的厚度的至少10％。
在这些方法的某些方面，第一和/或第二离子交换温度的范围可以从460℃至520℃，并且离子交换持续时间被控制在约30分钟和约5小时之间。在这些方法的其他方面，第一和/或第二离子交换温度的范围可以从400℃至450℃，并且离子交换持续时间被控制在约3小时和约15小时之间。在某些方面，第一和/或第二离子交换浴包括按重量计约100％的熔融KNO3。在进一步的方面，第一和/或第二离子交换浴可以包括按重量计约97％-99％的熔融KNO3和按重量计约1％-3％的熔融KSO4。
以下的详细描述将阐述附加的特征和优点，这些特征和优点部分地对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施本文所述的实施例可认识到，包括以下详细描述、权利要求书以及附图。
应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者仅仅是示例性的，并旨在提供用于理解权利要求本质和特性的概览或框架。各个附图被包括以提供进一步理解，各个附图被收入并构成本说明书的一部分。附图示出一个或多个实施例，并与说明书一起用来解释各实施例的原理和操作。
附图说明
图1是根据本公开的方面的强化的制品的示意立体图。
图1A是图1中描绘的强化制品中的一个制品的角部的从上到下的放大的立体图。
图1B是图1中描绘的强化制品中的一个制品的边缘的放大的立体图。
图1C是图1中描绘的强化制品的横截面图。
图2是通过根据本公开的进一步方面的两个强化制品的厚度的应力的示意图。
图3A是根据本公开的方面的具有限定倒角的边缘的强化制品的横截面图。
图3B是根据本公开的进一步的方面的具有限定倒角和圆角的边缘的强化制品的横截面图。
图3C是根据本公开的附加方面的具有限定圆角的边缘的强化制品的横截面图。
图3D是根据本公开的方面的具有限定具有制品厚度的约5％的半径的圆角的边缘的强化制品的横截面图。
图3E是根据本公开的方面的具有限定具有制品厚度的约50％的半径的圆角的边缘的强化制品的横截面图。
图3F是根据本公开的进一步的方面的具有限定具有变化的半径的弯曲形状的边缘的强化制品的横截面图。
图4是根据本公开的方面的经受两个不同的离子交换处理条件的在图3A中描绘的制品内的X1点和X2点之间观察到的最大拉伸应力的示意曲线图。
图5是在图3A和图3B中描绘的制品内的X1点和X2点之间观察到的最大拉伸应力的示意曲线图。
图6A-图6C是描绘根据本公开的方面的三个差别的离子交换处理顺序的流程图；以及
图7A-图7D是根据本公开的进一步方面的经受四个相应的离子交换强化处理条件的强化制品的应力分布的示意性横截面绘图。
图8A是结合强化制品的示例性电子设备的平面图。
图8B是图8A的示例性电子设备的立体图。
详细描述
现在将具体参考现有优选实施例，其示例在附图中示出。在可能时，将在所有附图中使用相同的附图标号来指示相同或类似的部件。应理解，本文公开的实施例仅仅是示例，每个示例结合本发明的某些益处。
可在权利要求书的范围内对示例做出各种修改和变型，且不同示例的方面可以不同的方式被组合以实现进一步示例。因此，权利要求书的真实范围要从鉴于但不限于本文所描述的实施例的本公开的全部来理解。
诸如“水平”、“垂直”、“前”、“后”等的术语以及笛卡尔坐标的使用是为了在附图中的参考并且为了便于描述，并且不是旨在在说明书中或在权利要求书中被严格限制为绝对取向和/或方向。
一般而言，该公开包括优化的方法和制品构造，以既适应这些制品内的一个或多个压缩应力区域的发展，又增强这些制品的边缘、侧面和角部的强度特性。例如，该公开详述了在具有相对低的压缩应力(CS)水平和高的压缩应力层的深度(DOL)的制品中发展压缩应力区域的益处。低应力水平和高DOL的这种组合可以导致接近制品的边缘和角部的较少的表面材料生长以及较低的最大主(拉伸)应力。在一些方面中，制品的角部和边缘被进一步处理以包括倒角、圆角、边框或其他弯曲形状，这些特征还减小了接近制品的边缘和角部的最大拉伸应力水平。
该公开还概述了在制品中通过差别的离子交换处理条件来发展多个应力区域的益处。在这些方面中，离子交换过程通常包括一个或多个离子交换步骤，其中的一些步骤可以通过掩蔽制品的其他区域来瞄准制品的边缘和角部。由差别的离子交换过程导致的压缩应力区域用于降低和最小化在接近制品的边缘和角部所观察到的最大主拉伸应力，因此改善它们的相对强度和制品的整体可靠性。此外，具有增强强度的边缘和角部的这些制品可以被表征为使得在它们的外部区域内(例如，在距它们的外表面大约200μm的深度内)所测量或估算的最大主(拉伸)应力水平不超过在它们的中心区域内(例如，在制品的中心和距制品的外表面大约200μm的深度之间的区域)所测量的最大主(拉伸)应力的两倍。
如本文所用，使用本领域已知的手段来测量“压缩应力”(CS)和“压缩应力层的深度”(DOL)。例如，通过使用诸如由折原工业有限公司(Orihara Industrial Co.,Ltd.)(日本)制造的FSM-6000之类的可商购的仪器的表面应力计来测量CS和DOL。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，所述应力光学系数与玻璃的双折射相关。SOC反过来根据题为“用于测量玻璃应力光学系数的标准测试方法(Standard Test Method forMeasurement of Glass Stress-Optical Coefficient)”的ASTM标准C770-98(2013)中描述的程序C的修改版本来测量，其内容通过引用整体结合于此。该修改包括使用玻璃盘作为厚度为5mm到10mm以及直径为12.7mm的试样。此外，玻璃盘是各向同性的、均质的和钻芯的，两面都被抛光且平行。该修改还包括计算要施加的最大力Fmax。该力应该足以产生至少20MPa的压缩应力。根据等式(1)如下计算要施加的最大力Fmax：
Fmax＝7.854*D*h (1)
其中，Fmax是以牛顿为单位的最大力，D是玻璃盘的直径，且h是光路的厚度。对于所施加的每个力，根据等式(2)计算应力：
Figure BDA0001517797110000081
其中，Fmax是从等式(1)所得到的以牛顿为单位的最大力，D是玻璃盘的直径，且h是光路的厚度。
如本文所用，“压缩应力层的深度(DOL)”是指在强化制品内从强化过程生成的压缩应力达到零的深度位置。
参考图1，强化制品100被提供为包括具有玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分，以及多个主表面12和14的制品90。该制品还包括侧面22和24、边缘42和44、角部32和34以及厚度54。制品90还包括从主表面12、14中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度52的压缩应力区域50。如图1所描绘，压缩应力区域50从主表面12延伸到第一选择深度52。在某些方面，压缩应力区域50将从主表面14延伸至第一深度52。而且，强化制品100的一些方面将包含两个主压缩应力区域50，每个区域50从相应的主表面延伸到第一选择深度，并且取决于制品100的特定构造，这些区域的选择深度可以相同或者可以不相同。
在某些实施方式中，在强化制品100中采用的制品90的区域50中的最大压缩应力为大约400MPa或更小，并且第一选择深度52为制品厚度的至少8％。相对于本公开领域内的常规强化制品(例如，具有压缩应力为约900MPa的压缩应力区域和对于0.8mm厚的基板为约45μm-50μm的DOL的制品)，具有这种压缩应力区域50的制品90展示相对低水平的压缩应力(CS)和压缩水平的相对高深度。在某些方面，压缩应力层的深度(DOL)超过制品的厚度的10％(例如，对于0.7mm至0.8mm厚的基板为约70μm-80μm)，并且在一些情况下，可以超过制品的厚度的20％(例如，对于0.7mm至0.8mm厚的基板为约150μm-160μm)。
包含这样的压缩应力区域50的特性的这些强化制品100拥有接近制品的边缘和角部的降低的最大拉伸应力，因此增强了制品的角部和边缘的强度。利用这些边缘和角部的强度增强，可以改善包含制品的设备的整体可靠性。在某些方面，接近制品的边缘和角部的最大拉伸应力不超过200MPa。根据该公开的某些方面，强化制品可以在基本上接近玻璃的边缘和角部展示不超过100MPa的最大拉伸应力。
还如图1和图1C所示，强化制品100可以包括在制品90中的从位于距主表面12、14和边缘42、44的深度72处的边界延伸到制品的质心(未示出)的中心区域70。在强化制品100的某些实施方式中，深度72被限定在大约200μm处。此外，中心区域70也可被限定为使得其位于距主表面12、14的深度72a处，距侧面24的深度72b处和/或距角部42、44的深度72c处(见图1C)。相应地，深度72在制品90的整个体积中可能不是恒定的。还应该理解，制品90的质心是由制品90的内部限定的体积的近似几何中心。还如图1所描绘，制品90可以包括在制品90的主表面12、14和侧边缘42、44之间延伸到由深度72限定的中心区域70的边界的外部区域80。在这些构造下，在外部区域80内的最大主拉伸应力不超过在中心区域70内的最大主拉伸应力的两倍。相反，常规强化的制品通常展示出远超过在制品的中心区域中的最大主应力的两倍的接近其角部和边缘的最大主应力。就是说，强化制品100的强度增强方面用于减小在外部区域80内的最大主(拉伸)应力，使得其仅为制品的中心区域70中的最大主应力的两倍或更小。例如，如果中心区域70展示80MPa的最大主拉伸应力，则外部区域80中的最大主应力将为160MPa或更小。接近制品的边缘42、44(和角部32,34)的主应力的这些显著减小提高了制品90的整体可靠性。
强化制品100中采用的制品90可以包含各种玻璃成分、玻璃陶瓷成分和陶瓷成分。玻璃的选择不限于特定的玻璃成分。例如，所选择的成分可以是硅酸盐、硼硅酸盐、铝硅酸盐或硼铝硅酸盐玻璃成分的宽范围中的任一种，其任选地可以包括一种或多种碱和/或碱土改性剂。
作为说明，可以在制品90中采用的一族组合物包括具有氧化铝或氧化硼中的至少一种以及碱金属氧化物或碱土金属氧化物中的至少一种的那些，其中–15摩尔％≤(R2O+R′O–Al2O3–ZrO2)–B2O3≤4摩尔％，其中R可以是Li、Na、K、Rb和/或Cs，且R′可以是Mg、Ca、Sr和/或Ba。该族组合物的一个子集包括从约62摩尔％至约70摩尔％的SiO2；从0摩尔％至约18摩尔％的Al2O3；从0摩尔％至约10摩尔％的B2O3；从0摩尔％至约15摩尔％的Li2O；从0摩尔％至约20摩尔％的Na2O；从0摩尔％至约18摩尔％的K2O；从0摩尔％至约17摩尔％的MgO；从0摩尔％至约18摩尔％的CaO；和从0摩尔％至约5摩尔％的ZrO2。这种玻璃在美国专利8,969,226和8,652,978中被更充分地描述，通过引用其整体被结合于此，如同下文充分阐述。
可以在制品90中采用的另一族说明性组合物包括具有至少50摩尔％SiO2和至少一种选自由碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成的组的改性剂的那些，其中[(Al2O3(摩尔％)+B2O3(摩尔％))/(∑碱金属改性剂(摩尔％))]>1。该族的一个子集包括从50摩尔％至约72摩尔％SiO2；从约9摩尔％至约17摩尔％的Al2O3；从约2摩尔％至约12摩尔％的B2O3；从约8摩尔％至约16摩尔％的Na2O；和从0摩尔％至约4摩尔％的K2O。这种玻璃在美国专利8,586,492中被更充分地描述，通过引用其整体被结合于此，如同下文充分阐述。
可以在制品90中采用的又另一族说明性组合物包括具有SiO2、Al2O3、P2O5和至少一种碱金属氧化物(R2O)的那些，其中0.75≤[(P2O5(摩尔％)+R2O(摩尔％))/M2O3(摩尔％)]≤1.2,其中M2O3＝Al2O3+B2O3。该族组合物的一个子集包括从约40摩尔％至约70摩尔％的SiO2；从0摩尔％至约28摩尔％的B2O3；从0摩尔％至约28摩尔％的Al2O3；从约1摩尔％至约14摩尔％的P2O5；和从约12摩尔％至约16摩尔％的R2O。该族组合物的另一个子集包括从约40摩尔％至约64摩尔％的SiO2；从0摩尔％至约8摩尔％的B2O3；从约16摩尔％至约28摩尔％的Al2O3；从约2摩尔％至约12摩尔％的P2O5；和从约12摩尔％至约16摩尔％的R2O。这种玻璃在美国专利申请No.13/305,271中被更充分地描述，通过引用其整体被结合于此，如同下文充分阐述。
可以在制品90中采用的又另一族说明性组合物包括具有至少约4摩尔％P2O5的那些，其中(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中RxO是玻璃中存在的单价和二价阳离子氧化物的总和。单价和二价阳离子氧化物可以选自由Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O,、MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO组成的组。该族组合物的一个子集包括具有0摩尔％B2O3的玻璃。这种玻璃在美国专利申请No.13/678,013和美国专利8,765,262中被更充分地描述，该专利的内容通过引用整体被结合于此，如同下文充分阐述。
可以在制品90中采用的还另一族说明性组合物包括具有Al2O3、B2O3、碱金属氧化物的那些并包含具有三配位的硼阳离子。当离子交换时，这些玻璃可具有至少约30千克力(kgf)的维氏裂纹引发阈值(Vickers crack initiation threshold)。该族组合物的一个子集包括至少约50摩尔％的SiO2；至少约10摩尔％的R2O，其中R2O包括Na2O；Al2O3，其中-0.5摩尔％≤Al2O3(摩尔％)–R2O(摩尔％)≤2摩尔％；以及B2O3，且其中B2O3(摩尔％)–(R2O(摩尔％)–Al2O3(摩尔％))≥4.5摩尔％。该族组合物的另一个子集包括至少约50摩尔％的SiO2，从约9摩尔％至约22摩尔％的Al2O3；从约4.5摩尔％至约10摩尔％的B2O3；从约10摩尔％至约20摩尔％的Na2O；从0摩尔％至约5摩尔％的K2O；至少约0.1摩尔％的MgO和/或ZnO，其中0≤MgO+ZnO≤6摩尔％；以及任选地，CaO、BaO和SrO中的至少一种，其中0摩尔％≤CaO+SrO+BaO≤2摩尔％。这种玻璃在美国专利申请No.13/903,398中被更充分地描述，其内容通过引用整体被结合于此，如同下文充分阐述。
除非另外指出，在该公开中概述的边缘强化和角部强化的制品和用于生产它们的相关方法通过具有68.96摩尔％SiO2、0摩尔％B2O3、10.28摩尔％Al2O3、15.21摩尔％Na2O、0.012摩尔％K2O、5.37摩尔％MgO、0.0007摩尔％Fe2O3、0.006摩尔％ZrO2和0.17摩尔％SnO2的铝硅酸盐玻璃成分的制品来例示。典型的铝硅酸盐玻璃在美国专利申请No.13/533,298中被描述，且通过引用结合于此。
类似地，关于陶瓷，针对在强化制品100中采用的制品90所选择的材料可以是无机结晶氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、碳氮化物和/或类似物的宽范围中的任何一种。示意性的陶瓷包括具有氧化铝、钛酸铝、莫来石、堇青石、锆石、尖晶石、钙钛矿、氧化锆、二氧化铈、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅铝或沸石相的那些材料。
类似地，关于玻璃陶瓷，针对制品90所选择的材料可以是具有玻璃相和陶瓷相两者的宽范围的材料中的任何一种。示意性的玻璃陶瓷包括玻璃相是从硅酸盐、硼硅酸盐、硅铝酸盐或硼铝硅酸盐形成的，并且陶瓷相是从β-锂辉石、β-石英、霞石、六方钾霞石或三斜霞石形成的那些材料。
在强化制品100内采用的制品90可以采取各种物理形式，包括玻璃基板。就是说，从横截面视角，制品90当被配置为基板时可以是平坦的或平面的，或者它可以是弯曲的和/或急剧弯的。类似地，制品90可以是单个一体式物体、多层结构或层压件。当制品90以基板或板状的形式被采用时，厚度(例如，厚度54)优选地在约0.2mm至1.5mm的范围内，并且更优选地在约0.8mm至1mm的范围内。进一步，制品90可拥有在可见光谱中基本上透明并且在其压缩应力区域50的发展之后保持基本上透明的成分。
不管它的成分或物理形式，如在强化制品100中采用的制品90将包括处于压缩应力下的区域50，该区域50从基板的表面(例如，主表面12、14)向内延伸到其中的特定深度(即，“第一深度”)。该压缩应力区域可以由强化过程(例如，通过热回火、化学离子交换或类似过程)来形成。与压缩应力区域50相关联的压缩应力(CS)的量和压缩应力层的深度(DOL)可以基于制品100的特定用途而变化。一个通常的限制(特别地对于具有玻璃成分的制品90)是CS和DOL应该被限制使得作为压缩应力区域50的结果的在制品90的块体(bulk)内创建的拉伸应力不会变得如此过度以致使制品易碎。
在本公开的某些方面中，使用离子交换过程强化的具有玻璃成分的制品90的压缩应力(CS)分布使用用于基于在离子交换玻璃中形成的光波导的TM和TE导模谱测量应力分布的方法(下文称为“WKB方法”)来确定。该方法包括数字地限定来自TM和TE导模谱的强度极值的位置，并且从这些位置计算相应的TM和TE有效折射率。使用逆WKB计算来计算TM和TE折射率分布nTM(z)和nTE(z)。该方法还包括计算应力分布S(z)＝[nTM(z)-nTE(z)]/SOC，其中SOC是针对玻璃基板的应力光学系数。该方法在Douglas C.Allan等人于2012年5月3日提交的题为“用于测量离子交换玻璃的应力分布的系统和方法(Systems and Methods forMeasuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass)”且要求于2011年5月25日提交的美国临时专利申请No.61/489,800的优先权的美国专利申请No.13/463,322中被描述，该美国专利申请的内容通过引用整体并入本文。在美国临时申请No.61/835,823和No.61/860,560中概述了用于测量作为深度的函数的这些制品中的应力水平的其它技术，该申请通过引用并入于此。
再次参考图1，用于在强化制品100中发展压缩应力区域50的方法涉及将制品90浸入强化浴中。在一些方面，浴包含多个离子交换金属离子，并且制品90具有含有多个可离子交换的金属离子的玻璃成分。例如，浴可以包含在尺寸上比在制品90中的可离子交换的离子(诸如钠)大的多个钾离子。浴中的离子交换离子将优选地与制品90中的可离子交换的离子交换。
在某些方面，采用来创建压缩应力区域50的强化浴包括按重量计浓度接近100％的具有如本领域普通技术人员所理解的添加剂的熔融KNO3浴，或者按重量计浓度为100％的熔融KNO3浴。这样的浴被充分加热到一定的温度以确保在制品90的处理期间KNO3保持在熔融状态。强化浴也可以包括KNO3以及LiNO3和NaNO3中的一者或两者的组合。
根据本公开的一些方面，一种用于在具有铝硅酸盐玻璃成分的制品90中发展具有约400MPa或更小的最大压缩应力以及制品的厚度的至少8％的第一选择深度52的压缩应力区域50的方法涉及将制品90浸入保持在从约400℃至500℃范围内的温度下的强化浴中，其中浸入持续时间在约3小时与60小时之间。更优选地，压缩应力区域50可以通过将制品90浸入在从约420℃至500℃的温度范围内的强化浴中持续约0.25小时至约50小时之间的持续时间来发展。在某些方面，强化浴的上温度范围被设定为比玻璃的退火点低约30℃(例如，当制品90具有玻璃成分时)。针对浸入步骤的特别优选的持续时间范围为0.5小时至25小时。在某些实施方案中，强化浴保持在约400℃至450℃，并且第一离子交换持续时间在约3小时至15小时之间。
在一个示例性的方面，将制品90浸入在450℃下的包括按重量计约41％的NaNO3和约59％的KNO3的强化浴中达约10小时的持续时间，以获得具有DOL>80μm和最大压缩应力为300MPa或以下的压缩应力区域50(例如，针对具有厚度为约0.8mm至1mm的制品90)。在另一个示例中，强化浴包括按重量计约65％的NaNO3和35％的KNO3，被保持在460℃下，且浸入步骤进行约40小时至50小时以发展具有最大压缩应力为160MPa或以下具有DOL为约150μm或以上的压缩应力区域50(例如，针对具有厚度为约0.8mm的制品90)。
根据进一步的方面，用于离子交换浴和浸入步骤以在具有铝硅酸盐玻璃成分和在约0.8mm到1mm之间的厚度的制品90中发展最小化接近其边缘和角部的拉伸应力的压缩应力区域50的优选条件范围包括：分别具有约40％-55％NaNO3和60％-45％KNO3的保持在约440℃至470℃之间的温度下的浴。优选地，浴温度设定在450℃和460℃之间，并且浸入的持续时间为约8小时-10小时。对于含有较高DOL水平的强化制品100的应用，应当优选与较长的浸没持续时间一起采用在浴中较高的NaNO3水平。例如，以下毒化水平(poisoninglevel)和浸没持续时间可以被采用以分别生成120±25μm、170±25μm和220±25μm的DOL：45-55％的NaNO3、52-62％的NaNO3和58-68％的NaNO3以及12小时-50小时、40小时-100小时和80小时-200小时的浸没持续时间。使用具有0.9mm以上(例如，约0.9mm至1.3mm)的厚度的玻璃制品90将优选地获得大于约180μm的DOL值，以便避免过量的离子交换持续时间。类似地，对于具有1mm以上(例如，约1mm至1.3mm)的厚度的玻璃制品90应当优选地获得200μm以上的DOL值，以便避免过长的离子交换持续时间。当较高的DOL被作为目标时，较高浓度的NaNO3是优选的。例如，玻璃制品中较高的DOL在避免易碎性条件的某些方面是有用的，即在断裂诱导条件下与玻璃制品破裂成大量小片相关联的安全问题。
对于具有约0.3mm至0.8mm的厚度的铝硅酸盐玻璃制品90，用按重量计在40％至60％的NaNO3(其余为KNO3)的范围中的强化浴成分、被保持在450℃的温度下且具有在约5.5小时至15小时之间的浸入持续时间，可以实现DOL>60μm。优选地，浸入持续时间在约6小时至10小时之间，并且强化浴保持在按重量计在44％至54％的NaNO3(其余为KNO3)范围中的成分下。
对于含有具有可观量的P2O5的铝硅酸盐玻璃的制品90的实施例，强化浴可保持在稍低的温度下以发展类似的压缩应力区域50。例如，强化浴可保持低至380℃且具有类似结果，而上文概述的上限仍然可行。在另一方面，制品90可以具有含锂玻璃成分，并且可以采用明显较低的温度分布以生成类似的压缩应力区域50。在这些方面，强化浴被保持在从约350°至约500℃范围的且优选地从约380℃至约480℃的温度。这些方面的浸入时间为从约0.25小时至约50小时的范围，且更优选地从约0.5小时至约25小时。
参考图2，提供了通过两个强化制品的厚度的应力的示意性模拟分布。指示为“A1”的分布对应于根据本公开的方面的强化玻璃制品，其包括拥有压缩应力区域50的具有玻璃成分的制品90，该压缩应力区域通过离子交换浸入在460℃下具有(按重量计)约65％的NaNO3和约35％的KNO3的强化浴中达约40小时至50小时的持续时间来发展。A1分布表明约160MPa的最大压缩应力和约160μm的DOL。相反，指示为“C1”的分布对应于具有高CS水平和低DOL的常规地强化的玻璃制品，被离子交换处理为900MPa的压缩应力水平以及约50μm的DOL。
展示了图2所描绘的A1分布的强化制品相比于拥有C1分布的制品具有基本接近于其角部和边缘的显著降低的最大拉伸应力水平。这种效果由图3A和图4来表明。参考图3A，描绘了具有A1应力分布(参见图2)的强化制品100a的横截面图。如所示，强化制品100a包括主表面12、14，有小面的(faceted)表面12a、14a和侧面24。边缘42和44各自被限定在侧面24和有小面的表面12a、14a之间。由此，侧面24、主表面12、14和/或有小面的表面12a、14a可以有效地在制品100a的角部的一个或多个(未示出)处限定倒角(chamfer)。这些倒角的角部可以用于通过降低几何相关的应力集中水平来提供接近角部、边缘42、44和侧面24的最大主(拉伸)应力的一些降低。
在图3A中，点“X1”和“X2”限定从制品的侧面24进入到制品的块体的路径。参考图4，对于拥有A1分布和C1分布的制品(参见图2)，在X1点和X2点之间观察最大拉伸应力(MPa)的示意曲线图。如图4所示，与具有C1分布的制品相比，X1至X2路径中的最大拉伸应力在具有A1分布的制品中显著降低(即，约30MPa对约150MPa)。
在强化制品100和100a的一些方面中(参见图1和图3A)，边缘和角部(例如，边缘42、44和角部32、34)可以由圆角(fillet)(例如，变圆到特定的半径)或者具有多于一个的曲率半径的另一个弯曲形状来限定。在一些实施方式中，在强化制品100b中采用的圆角或多个圆角将具有制品的厚度的约5％至约50％的半径(参见，例如，图1中描绘的制品90的厚度54)。在其他实施方式中，强化制品100b中采用的弯曲形状或多个弯曲形状将拥有多个曲率半径，每个半径在制品的厚度的约5％和约100％之间。
参考图3B，强化制品100b被描绘成具有有着圆形轮廓(例如，圆角)的边缘42a、44a。另外，图3B所描绘的强化制品100b包括在主表面12和边缘42a之间限定的有小面的表面12a。相应地，图3B中所描绘的强化制品100b被配置为与缺少这种几何特征的强化制品(例如，具有尖锐的角部和边缘的强化制品)相比，展示接近这些边缘的较低的最大拉伸应力。
再次参考图3B，点“X1”和“X2”限定了从强化制品100b的侧面24进入到制品的块体的路径。可以在图3B中描绘的制品100b的点X1和X2之间估算最大应力水平，与缺少这种几何特征的强化制品相比，该制品100b除了倒角表面还具有圆角。在图5中，对于在图中指示为“A3”的图3B所描绘的具有圆角的制品100b的X1点和X2点之间估算最大拉伸应力(MPa)。在同一图中，对于在图中指示为“A2”的具有较尖锐边缘和角部的拥有有小面的表面的制品(例如，可相较于图3A中描绘的制品100)估算最大拉伸应力(MPa)。注意，被采用以发展图5中所描绘的模拟应力分布的制品A2和A3被假设拥有具有压缩应力水平约为900MPa且DOL约为75μm的相同的压缩应力区域50，该压缩应力区域根据离子交换过程来发展。
如图5所示，对于A3样品的X1至X2路径中的最大拉伸应力分布表明与拥有一组角部和边缘的没有圆角的强化制品A2相比，具有边缘和角部的带圆角的强化制品的最大主(拉伸)应力的总体下降。还应该理解，对于具有不同于所采用的以发展图5中所描绘的估算数据的压缩应力区域的压缩应力区域的制品，预期这样的效果。相应地，可以在本公开的强化制品中采用展示倒角、圆角或其他弯曲形状的边缘和角部，以进一步增加压缩应力区域50的益处。在某些方面，采用具有较高的表面压缩应力水平的压缩应力区域50的强化制品100(例如，可能导致接近边缘和角部的材料生长的那些压缩应力和DOL水平)可以被制备有倒角、圆角或其它弯曲形状，以使接近这些边缘和角部的拉伸应力水平偏移，这些拉伸应力水平原本将与表面材料生长相关联地发展。
如图3C-图3E所示，描绘了拥有具有一个或多个圆角的边缘和/或角部的强化制品100b的各种实施方式。在图3C中，边缘42a和44a展示具有中间曲率半径(例如，在制品90的厚度54的5％和50％之间)的圆角。在图3D和图3E中，边缘42a和44a拥有具有曲率半径各自为制品90的厚度54的约5％和约50％的圆角。带具有圆角的边缘42a和44a的强化制品100b的这些描绘是示例性的。取决于制品90的形状(包括其侧面、边缘和角部的数量)，一个或多个圆角可被采用以降低接近这些特征的最大主拉伸应力。还应该理解，包含两个或多个圆角的强化制品100b可被配置为使得这些圆角中的每个圆角具有相同或不同的半径，这再次取决于制品90的形状和接近圆角的期望的拉伸应力降低。
参考图3F，强化制品被描绘为具有边缘42b、44b，该边缘拥有有着超过一个曲率半径的弯曲形状。在这种强化制品100b的某些实施方式中，边缘42b、44b的形状可以被拟合成数学样条函数；因此，边缘42b、44b可以具有样条类形状。更一般地，边缘42b、44b可拥有两个或多个曲率半径值，每个曲率半径值在制品90的厚度的约5％和约100％之间。如图3F所示，例如，显而易见的是，紧密接近主表面12、14的过渡区域具有接近制品的厚度的大曲率半径。还应理解的是，制品90的形状(包括其侧面、边缘和角部的数量)可以是配置具有有着弯曲的形状和轮廓(该弯曲的形状和轮廓具有两个或多个曲率半径值)的边缘和/或角部的强化制品100b中的因素，以减少接近这些特征的最大主拉伸应力。还应该理解，包含两个或多个这种弯曲形状的强化制品100b可被配置为使得这些弯曲形状中的每个弯曲形状具有大致相同或不同的形状，这再次取决于制品90的整体形状和接近这些特征的期望的拉伸应力降低。
根据本公开的另一方面，强化制品被提供有多个压缩应力区域。根据实施例，该多个应力区域可以通过差别的离子交换处理条件来制备。离子交换过程通常包括一个或多个离子交换步骤，其中一些步骤可以通过在浸入一个或多个强化浴期间掩蔽制品的其他区域来瞄准制品的突出的几何特征，这些突出的几何特征名义上易受高拉伸应力的发展的影响，这些突出的几何特征包括边缘和角部。对于利用多个强化浴的差别的离子交换过程，浴可以具有相同的成分或者可以采用不同的成分，这取决于在最终的强化制品中期望的所期望的差别的应力分布。由差别的离子交换过程所导致的压缩应力区域用于降低和最小化接近制品的边缘和角部(和其他突出的几何特征)所观察到的最大拉伸应力，因此改善了它们的相对强度和制品的整体可靠性。
再次参考图1、图1A和图1B，强化制品100c被提供有多个压缩应力区域。除非在本公开中另外指出，否则在强化制品100c和制品100中采用的类似编号的元素具有相同或相似的配置。在一个方面，强化制品100c被提供为包括具有玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品90、多个主表面12、14、边缘42、44、角部32和厚度54。强化制品100c包括从主表面12、14中的一个主表面延伸到制品中的第一选择深度52的主压缩应力区域50。在某些实施方式中，主压缩应力区域50的第一选择深度52在主表面12、14下方的制品90的体积内是基本上恒定的。由此，主压缩应力区域50可以基本上在主表面12、14的下方延伸到侧面22和24。在其他方面，主压缩应力区域50可以大体在主表面12、14的下方朝向侧面22、24延伸，但不与它们齐平。
再次参考图1、图1A和图1B，制品100c进一步包括在制品中从边缘42、44和/或角部32、34中的每一个延伸到制品内的第二选择深度62(参见图1A和图1B)的一个或多个边缘压缩应力区域60。如图1A和图1B所描绘，边缘压缩应力区域60可拥有距侧面22、24的基本上恒定的第二选择深度62，使得边缘压缩应力区域60朝向制品90的质心延伸。在其它实施方式中，第二选择深度62可在制品90内变化，反映可被用于创建边缘压缩应力区域60的各种过程(例如，通过其中主表面12、14的全部或部分被掩蔽，暴露一个或多个侧面22、24的浸入制品90的离子交换过程)。还应该理解，制品90内的区域可以具有重叠的体积区域，其分别具有受主压缩应力区域50和边缘压缩应力区域60两者影响的压缩应力。
在强化制品100c的特定方面，主压缩应力区域50中的最大压缩应力为约700MPa或更大，且第一选择深度52为在制品的厚度的约1％和10％之间。在强化制品100c的其他实施方式中(即，包含主压缩应力区域和边缘压缩应力区域两者的强化制品)，主压缩应力区域50中的最大压缩应力为约500MPa或更大、550MPa或更大、600MPa或更大、650MPa或更大、700MPa或更大、750MPa或更大、800MPa或更大、850MPa或更大、900MPa或更大，950MPa或更大、以及甚至高达1000MPa或更大。这种强化制品100c也可以拥有具有最大压缩应力为约400MPa或更小的边缘压缩应力区域60。在某些方面，边缘压缩应力区域60具有为约500MPa或更小、450MPa或更小、400MPa或更小、350MPa或更小、300MPa或更小、250MPa或更小、200MPa或更小、150MPa或更小、以及100MPa或更小的最大压缩应力。强化制品100c的其他实施方式展示一个或多个边缘压缩应力区域60，其具有在与主压缩应力区域50中的压缩应力水平可比较的水平的最大压缩应力，例如，在约500MPa或更大、550MPa或更大、600MPa或更大、650MPa或更大、700MPa或更大、750MPa或更大、800MPa或更大、850MPa或更大、900MPa或更大，950MPa或更大、以及甚至高达1000MPa或更大。
根据本公开的方面的用于发展强化制品100c中的多个压缩应力区域的典型过程包括以下步骤：(a)将制品90(例如，具有包括第一金属离子的碱铝硅酸盐玻璃成分的基板)浸没或浸入在包括至少一种第二金属的盐的熔融盐浴中，其中第二金属的阳离子大于第一金属的阳离子；和(b)在大于约420℃且低于玻璃的退火点至少约30℃的温度下将来自熔融盐浴的第二金属的阳离子与在碱铝硅酸盐玻璃中的第一金属阳离子进行离子交换。在足以将压缩应力(CS)的区域发展到玻璃中的持续时间内进行离子交换。这些步骤可以首先被执行和/或在其中基板的特定区域被掩蔽的制品90上被重复。还应该理解，在离子交换浴的外部进行用于移除或添加掩模或其他阻隔材料的步骤。进一步，在这些序列中的每个序列中(即，其中制品未掩蔽或使一个或多个区域被掩蔽)的盐浴成分、温度和离子交换持续时间可以保持恒定或者可以被改变以实现在强化制品内的多个压缩应力区域。总地一起，这些压缩应力区域可以用于最小化和降低接近强化制品100c的边缘和角部所观察到的最大主(拉伸)应力。
本公开构想各种差别的离子交换处理方案，以影响接近强化制品的边缘和角部的最大拉伸应力的降低。取决于对于强化制品的应用环境(例如，高频率的跌落冲击、挠曲、点接触、磨损等)，各种最大压缩应力水平和DOL水平在制品的特定区域中可以是有优势的，同时在基本上接近基板的边缘和角部维持相对低的最大拉伸应力。在图6A-图6C中描绘了考虑各种应用环境的示例性的差别的离子交换处理方案。
参考图6A，方法被描绘用于差别地(即部分地和顺序地)化学地强化玻璃制品以创建优选的通过制品的厚度、边缘和角部的应力分布，其实现对于制品的挠曲强度与对于其主表面、边缘和角部的抗冲击性的良好平衡。首先，玻璃制品被切割并被彻底清洁，并接着用阻隔物覆盖制品的部分。阻隔物由对所选择的盐浴呈惰性的材料(例如，氧化铟锡(ITO)涂层)制成，并且可以作为薄膜被涂布、印刷和/或以其它方式附接在玻璃制品的一个或多个部分上。被覆盖的玻璃制品接着被浸没在第一温度下的第一盐浴中达预定的持续时间。玻璃和玻璃制品的未覆盖部分被化学地强化到特定的压缩应力分布。接着，从部分强化的玻璃制品移除阻隔物。
再次参考图6A，在这个阶段，部分强化的玻璃制品被任选地放置在第二盐浴中，并经受在第二浴温度下的浸没达预定的持续时间。在一些方面，第二盐浴的成分、温度和持续时间可以与第一盐浴的成分、温度和持续时间相同。在其它方面，第二盐浴的成分、温度和持续时间中的一个或多个可以相对于与第一盐浴相关联的参数而变化。在已经完成在第二盐浴中任选的浸没之后，可以根据至少部分地基于玻璃制品的成分所选择的热处理分布在玻璃制品上执行任选的退火步骤。例如，具有
Figure BDA0001517797110000211
大猩猩
Figure BDA0001517797110000212
(
Figure BDA0001517797110000213
Gorilla
Figure BDA0001517797110000214
)成分的根据图6A所阐释的条件强化的玻璃制品可以在约510℃与550℃之间被热处理达约1分钟至约5小时。可采用热处理来控制强化玻璃制品的最终保留(retained)强度和强度可变性。
参考图6B，方法被描绘用于差别地化学地强化玻璃制品以创建优选的通过制品的厚度、边缘和角部的应力分布，其实现对于制品的挠曲强度与对于其主表面、边缘和角部的抗冲击性的良好平衡。首先，玻璃制品被切割并被彻底清洁，并接着制品被浸没在第一温度下的第一盐浴中达预定的持续时间。整个玻璃制品因此以设计的压缩应力分布被化学地强化。
再次参考图6B，玻璃制品的一部分现在用阻隔物来覆盖。阻隔物由对所选择的盐浴成分呈惰性的材料制成，并且可以作为薄膜被涂布、印刷和/或以其它方式附接在玻璃制品的部分上。被掩蔽的玻璃制品被放置在第二温度下的第二盐浴中达预定的持续时间，以化学地强化玻璃制品的未掩蔽部分，直至最终的设计的压缩应力分布被创建在整个制品上。在一些方面，最终的设计的压缩应力分布包括与制品的主表面相关联的压缩应力分布和与玻璃制品的一个或多个边缘和/或角部相关联的边缘压缩应力分布。在一些方面，第二盐浴的成分、温度和持续时间可以与第一盐浴的成分、温度和持续时间相同。在其它方面，第二盐浴的成分、温度和持续时间中的一个或多个可以相对于与第一盐浴相关联的参数而变化。
根据图6B所描绘的方法在已经完成第二盐浴中的浸没之后，阻隔物被从强化玻璃制品移除。现在可以根据至少部分地基于玻璃制品的成分所选择的热处理分布在玻璃制品上执行任选的退火步骤。结合图6B中所描绘的过程条件执行的退火步骤与和图6A中所描绘的方法相关联的任选的退火步骤一致。例如，具有
Figure BDA0001517797110000215
大猩猩
Figure BDA0001517797110000216
(
Figure BDA0001517797110000217
Gorilla
Figure BDA0001517797110000218
)成分的根据图6B所阐释的条件强化的玻璃制品可以在约510℃与550℃之间被热处理达约1分钟至约5小时。
如图6C所示，另一种方法被描绘用于差别地化学地强化玻璃制品以创建优选的通过制品的厚度、边缘和角部的应力分布，其实现对于制品的挠曲强度与对于其主表面、边缘和角部的抗冲击性的良好平衡。首先，玻璃制品被切割并被彻底清洁，并接着用阻隔物覆盖制品的部分。阻隔物由对所选择的盐浴呈惰性的材料(例如，氧化铟锡(ITO)涂层)制成，并且可以作为薄膜被涂布、印刷和/或以其它方式附接在玻璃制品的一个或多个部分上。被覆盖的玻璃制品接着被浸没在第一温度下的第一盐浴中达预定的持续时间。玻璃和玻璃制品的未覆盖部分被化学地强化到特定的压缩应力分布。接着，从部分强化的玻璃制品移除阻隔物。
再次参考图6C，玻璃制品的一部分现在用阻隔物来覆盖。阻隔物由对所选择的盐浴成分呈惰性的材料制成，并且可以作为薄膜被涂布、印刷和/或以其它方式附接在玻璃制品的部分上。被掩蔽的玻璃制品被放置在第二温度下的第二盐浴中达预定的持续时间，以化学地强化玻璃制品的未掩蔽部分，直至最终的设计的压缩应力分布被创建在整个制品上。在一些方面，最终的设计的压缩应力分布包括与制品的主表面相关联的压缩应力分布和与玻璃制品的一个或多个边缘和/或角部相关联的边缘压缩应力分布。在一些方面，第二盐浴的成分、温度和持续时间可以与第一盐浴的成分、温度和持续时间相同。在其它方面，第二盐浴的成分、温度和持续时间中的一个或多个可以相对于与第一盐浴相关联的参数而变化。
根据图6C所描绘的方法在已经完成第二盐浴中的浸没之后，阻隔物被从强化玻璃制品移除。现在可以根据至少部分地基于玻璃制品的成分所选择的热处理分布在玻璃制品上执行任选的退火步骤。结合图6B中所描绘的过程条件执行的退火步骤与和图6A和图6B中所描绘的方法相关联的任选的退火步骤一致。
根据本公开的进一步的方面，提供了制造涉及差别的离子交换过程的强化制品(例如，强化制品100c)的方法(下文为“示例1”)。该方法还与早前描述的图6A中描绘的方法一致。特别地，该方法包括以下步骤：提供具有有着多个可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品(例如，制品90)，所述制品进一步由多个主表面、边缘和角部，以及厚度来限定。该方法还包括步骤：提供包括多个离子交换碱金属离子的第一离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有大于可离子交换的碱金属离子的尺寸的尺寸；用离子交换阻隔材料掩蔽制品的边缘和角部中的每个边缘和角部；在第一离子交换温度和持续时间下将被掩蔽的制品浸入在第一离子交换浴中以形成从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度的主压缩应力区域；以及从制品移除阻隔材料。此外，在该区域中的最大压缩应力为约800MPa或更大，且第一选择深度为在制品的厚度的约1％和10％之间。
根据没有掩蔽步骤的前述方法生产的常规制品可以在其主表面处展示约900MPa的最大压缩应力，以及当制品的厚度为约0.8mm时具有约为45μm的DOL(下文称为“比较示例”)。这样的制品将根据上述的方法在具有按重量计大于约99.4％的KNO3和0.6％的NaNO3的浴中在420℃的温度下进行2.1小时的离子交换来处理。在这个示例中，以及其它的上述示例中，离子交换玻璃是在成分中具有一些P2O5的铝硅酸盐玻璃以促进快速离子交换。显著地，比较示例将展示接近其角部的约240MPa的相对高的最大拉伸应力，如由图7A中描绘的应力分布所例示。
相反，根据根据与比较示例相同的浴成分、温度和持续时间(参见前面段)的前述示例1的方法(即，具有对侧面的指定的掩蔽)特定地生产的强化制品100c展示接近其角部中的一个角部的约165MPa的最大拉伸应力，如由图7B中描绘的应力分布所例示。这代表在制品的角部处所观察到的最大拉伸应力的大约30％的降低。此外，这样的制品100c在其主表面处将展示约900MPa的最大压缩应力，具有约45μm的DOL。因为制品100c的侧面不暴露于盐浴，所以沿着制品的侧面的压缩应力从在边缘处的约316MPa的最大值向下变化到沿着侧面的中线的约77MPa的最小值。
更一般地，根据示例1方法生产的强化制品100c(参见图1)可以包括具有玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品90、多个主表面12、14、边缘42、44、角部32、34和厚度54。该制品90还包括从主表面12、14中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度52的主压缩应力区域50；以及从边缘和角部中的每个边缘和角部延伸到在制品中的第二选择深度62的边缘压缩应力区域60(参见图1A和图1B)。主压缩应力区域50中的最大压缩应力为约800MPa或更小，且第一选择深度52为在制品的厚度的约1％和10％之间。此外，边缘压缩应力区域60中的最大压缩应力为约400MPa或更小。这样的强化制品100c可以展示接近其角部和边缘的约120MPa或更小的最大主(拉伸)应力。
根据本公开的进一步的方面，提供了制造涉及差别的离子交换过程的强化制品(例如，强化制品100c)的方法(下文为“示例2”)。”该方法也与早前描述的图6B中描绘的方法一致。该方法包括步骤：提供具有有着多个可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品(例如，制品90)，所述制品进一步由多个主表面、边缘和角部，以及厚度来限定。该方法还包括步骤：提供包括多个离子交换碱金属离子的第一离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有大于可离子交换的碱金属离子的尺寸的尺寸；以及包括多个离子交换碱金属离子的第二离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有大于可离子交换的碱金属离子的尺寸的尺寸。
示例2的方法进一步包括在第一离子交换温度和持续时间下将未被掩蔽的制品浸入在第一离子交换浴中以形成从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度的初始压缩应力区域的步骤。该制品现在从第一离子交换浴移除。接着，该方法包括步骤：用离子交换阻隔材料掩蔽具有初始压缩应力区域的制品的边缘和角部中的每个边缘和角部；在第二离子交换温度和持续时间下将被掩蔽的制品浸入在第二离子交换浴中以形成从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第二选择深度的主压缩应力区域；以及在其在第二离子交换浴中的浸入之后从制品移除阻隔材料。此外，在主压缩应力区域中的最大压缩应力为约700MPa或更大，且第二选择深度为在制品的厚度的约1％和10％之间。
根据根据与比较示例相同的浴成分、温度和持续时间的前述示例2的方法生产的强化制品100c展示119MPa的最大拉伸应力，如由图7C中描绘的应力分布所例示。这代表与根据比较示例的方法制备的制品相比，在制品的角部处所观察到的最大拉伸应力的显著降低(即，约240MPa(参见图7A)对119MPa)。此外，根据示例2的方法生产的强化制品100c展示在主表面处的约812MPa的最大压缩应力以及从其所有主表面的约170μm的压缩应力层的深度(DOL)。总之，根据示例2的方法生产的制品100c显著地降低了在制品的角部处的最大拉伸应力，同时展示在顶部主表面和底部主表面上的有利地高程度的表面压缩，并具有沿着侧面的深DOL。
更一般地，根据示例2的方法生产的强化制品100c可以包括具有玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品90、多个主表面12、14、边缘42、44、角部32、34和厚度54。制品90还包括从主表面12、14中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度52的主压缩应力区域50；以及从边缘和角部中的每个边缘和角部延伸到在制品中的第二选择深度62的边缘压缩应力区域60(参见图1A和图1B)。主压缩应力区域50中的最大压缩应力为约700MPa或更小，且第一选择深度为在制品的厚度的约1％和10％之间。此外，边缘压缩应力区域60中的最大压缩应力为约500MPa或更小。
在另一个实施例中，提供了制造涉及差别的离子交换过程的强化制品(例如，强化制品100c)的方法(下文为“示例3”)。该方法包括步骤：提供具有有着多个可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品(例如，制品90)，所述制品进一步由多个主表面、边缘和角部，以及厚度来限定。该方法还包括步骤：提供包括多个离子交换碱金属离子(例如，K+离子)的第一离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有大于可离子交换的碱金属离子(例如，Na+离子)的尺寸的尺寸；以及包括多个离子交换碱金属离子的第二离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有大于可离子交换的碱金属离子的尺寸的尺寸。该方法进一步包括步骤：用离子交换阻隔材料(例如，ITO层)掩蔽制品的边缘和角部中的每个边缘和角部；在第一离子交换温度和持续时间下将被掩蔽的制品浸入在第一离子交换浴中以形成从主表面中的一个主表面延伸到在制品中的第一选择深度的主压缩应力区域；以及在从第一离子交换浴移除制品后从具有主压缩应力区域的制品移除阻隔材料。
示例3的方法进一步包括步骤：用离子交换阻隔材料掩蔽具有主压缩应力区域的制品(例如，制品90)的主表面；在第二离子交换温度和持续时间下将具有被掩蔽的主表面的整个制品浸入在第二离子交换浴中以形成从制品的角部和边缘中的每个角部和边缘延伸到在制品中的第二选择深度的边缘压缩应力区域；以及在其在第二离子交换浴中的浸入之后从制品移除阻隔材料。此外，在主压缩应力区域中的最大压缩应力为约700MPa或更大，且第一选择深度为制品的厚度的至少10％。
根据根据与比较示例相同的浴成分、温度和持续时间的前述示例3的方法生产的强化制品100c展示161MPa的最大拉伸应力，如由图7D中描绘的应力分布所例示。这代表与根据比较示例的方法制备的制品相比，在制品的角部处所观察到的最大拉伸应力的显著降低(即，约240MPa(参见图7A)对161MPa)。此外，根据示例3的方法生产的强化制品100c展示在制品的主表面处的约800MPa的最大压缩应力以及约45μm的压缩应力层的深度(DOL)。进一步，根据示例3的方法生产的制品100c展示在制品的侧面处的约1000MPa的最大压缩应力。总之，根据示例3的方法生产的制品100c显著地降低了在制品的角部处的最大拉伸应力，同时展示在顶部主表面和底部主表面上的以及其侧面的有利地高程度的表面压缩。
更一般地，根据示例3的方法生产的强化制品100c可以包括具有玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品90、多个主表面12、14、边缘42、44、角部32、34和厚度54。制品90还包括从主表面12、14中的一个主表面延伸到在制品90中的第一选择深度52的主压缩应力区域50；以及从边缘和角部中的每个边缘和角部延伸到在制品中的第二选择深度62的边缘压缩应力区域60。主压缩应力区域中的最大压缩应力为约700MPa或更小，且第一选择深度为在制品的厚度的约1％和10％之间。此外，边缘压缩应力区域中的最大压缩应力为约700MPa或更大。
根据由示例1-3例示的前述方法生产的强化制品100c可以包括具有有着玻璃成分的基本上透明基板的制品90，该制品具有的厚度54范围从约0.4mm至约1mm。如前概述(参见图3B)，强化制品100c的边缘和角部也可以由例如平均半径为0.1mm或更大的圆角类或样条类的轮廓来限定。
在一些方面，根据示例1-3中详述的方法生产的强化制品100c由200MPa或更小的基本上接近其角部(例如，角部32、34)和边缘(例如，边缘42、44)中的一个或多个角部和边缘的最大拉伸应力来限定。在一些实施例中，基本上接近制品100c的边缘和角部的最大拉伸应力不超过100MPa。
关于示例1-3中详述的用于制造强化制品100c的前述方法，合适的离子交换温度、持续时间和强化浴成分可以结合被采用以发展强化制品100的方法从先前概述的本公开导出。例如，前述方法可以采用使用设定在约3小时与15小时之间的离子交换持续时间的从约400℃至450℃范围的离子交换温度，以及包括(按重量计)100％的熔融KNO3的浴成分。在另一个示例中，前述方法可以采用具有设定在约30分钟与约5小时之间的离子交换持续时间的从约460℃至520℃范围的第二离子交换温度，以及包括(按重量计)97％至99％的熔融KNO3和1％至3％的熔融KSO4的浴成分。
本文所公开的强化制品可以并入另一制品中，诸如具有显示器的制品(或显示器制品)(例如消费者电子产品，包括移动电话、平板电脑、计算机、导航系统以及类似物)、建筑制品、运输制品(例如汽车、火车、飞行器、船舶等)、器具制品、或需要一些透明度、耐划伤性、耐磨性或其组合的任何制品。图8A和图8B示出了结合本文公开的强化制品中的任一个的示例性制品。特别地，图8A和8B示出了消费者电子设备800，其包括具有前表面804、后表面806和侧表面808的壳体802；至少部分地在壳体里面或完全地在壳体内的电气部件(未示出)，并且包括至少控制器、存储器和在壳体的前表面处或邻近壳体的前表面的显示器810；以及盖基板812，所述盖基板在壳体的前表面处或在壳体的前表面之上使得其在显示器之上。在一些实施例中，盖基板812可以包括本文公开的强化制品中的任一个。
应该理解，用于生产其中角部和边缘具有增强强度的强化制品的前述方法是示例性的。例如，前述原理可以被采用以取决于制品的预期的应用环境通过差别的离子交换处理(包括掩蔽制品的特定角部、侧面、边缘和主表面)来优化在制品中各个位置处的压缩应力和DOL水平的量。同时，在这些制品中可以获得这些压缩应力和DOL的特性，同时经由降低基本上接近这些特征的最大拉伸应力来维持针对制品的突出的几何特征(包括其角部、边缘和侧面)的增强的强度。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离权利要求书的精神或范围的情况下，可以对本公开的制品和方法进行各种改进和变化。

Claims (37)

1.一种强化制品，包括：
具有多个主表面、多个侧边缘和厚度的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷；
从所述主表面中的一个主表面延伸到在所述制品中的第一选择深度的压缩应力区域；
从位于距所述主表面和所述侧边缘200μm的深度处的边界延伸到所述制品的质心的中心区域；以及
在所述主表面和所述侧边缘之间延伸到所述边界的外部区域，
其中，在所述外部区域内的最大主拉伸应力不超过在所述中心区域内的最大主拉伸应力的两倍。
2.如权利要求1所述的制品，其中在所述压缩应力区域中的最大压缩应力为大约400MPa或更小，并且所述第一选择深度为所述制品的所述厚度的至少8％。
3.如权利要求1或2所述的制品，其中所述压缩应力区域由离子交换过程形成并且包括多个已交换的碱金属离子。
4.如权利要求1或2所述的制品，其中所述制品包括具有玻璃成分的基本上透明的基板，并且所述厚度的范围为从0.4mm至1mm。
5.如权利要求1或2所述的制品，其中所述主表面和侧边缘限定多个角部，并且进一步其中由用于形成所述压缩应力区域的过程导致的接近所述侧边缘和角部的最大拉伸应力不超过200MPa。
6.如权利要求1或2所述的制品，其中所述主表面和侧边缘限定多个角部，并且进一步其中由用于形成所述压缩应力区域的过程导致的接近所述侧边缘和角部的最大拉伸应力不超过100MPa。
7.如权利要求1所述的制品，其中所述主表面和侧边缘限定多个角部，并且进一步其中所述角部由倒角、具有所述厚度的5％至50％的平均半径的圆角、或者具有在所述厚度的5％和100％之间的至少一个曲率半径的弯曲形状来限定。
8.一种强化制品，包括：
具有多个主表面、多个侧边缘和厚度的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷；
从所述主表面中的一个主表面延伸到在所述制品中的第一选择深度的主压缩应力区域；
从位于距主表面和侧边缘200μm的深度处的边界延伸到所述制品的质心的中心区域；
在所述制品的所述主表面和侧边缘之间延伸到所述边界的外部区域；以及
从所述侧边缘中的每个侧边缘延伸到在所述制品中的第二选择深度的边缘压缩应力区域，
其中，在所述主压缩应力区域中的最大压缩应力为约700MPa或更大，且所述第一选择深度为在所述制品的所述厚度的1％和10％之间，以及
进一步其中，在所述外部区域内的最大主拉伸应力不超过在所述中心区域内的最大主拉伸应力的两倍。
9.如权利要求8所述的制品，其中在所述边缘压缩应力区域中的最大压缩应力为约400MPa或更小。
10.如权利要求8所述的制品，其中在所述边缘压缩应力区域中的最大压缩应力为约500MPa或更小。
11.如权利要求8所述的制品，其中在所述边缘压缩应力区域中的最大压缩应力为约700MPa或更大。
12.如权利要求8至11中任一项所述的制品，其中所述主压缩应力区域和所述边缘压缩应力区域由一个或多个离子交换过程形成并且包括多个已交换的碱金属离子。
13.如权利要求8至11中任一项所述的制品，其中所述制品包括具有玻璃成分的基本上透明的基板，并且所述厚度的范围为从0.4mm至1mm。
14.如权利要求8至11中任一项所述的制品，其中所述主表面和侧边缘限定多个角部，并且进一步其中由用于形成所述主压缩应力区域的过程导致的接近所述侧边缘和角部的最大拉伸应力不超过200MPa。
15.如权利要求8至11中任一项所述的制品，其中所述主表面和侧边缘限定多个角部，并且进一步其中由用于形成所述主压缩应力区域的过程导致的接近所述侧边缘和角部的最大拉伸应力不超过100MPa。
16.如权利要求8至11中任一项所述的制品，其中所述主表面和侧边缘限定多个角部，并且进一步其中所述角部由倒角、具有所述厚度的5％至50％的平均半径的圆角、或者具有在所述厚度的5％和100％之间的至少一个曲率半径的弯曲形状来限定。
17.一种制造强化制品的方法，包括以下步骤：
提供具有有着多个可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品，所述制品进一步由多个主表面、多个侧边缘和厚度来限定；
提供包括多个离子交换碱金属离子的第一离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有比所述可离子交换的碱金属离子的尺寸大的尺寸；以及
在第一离子交换温度和持续时间下将所述制品浸入在第一离子交换浴中以形成从所述主表面中的一个主表面延伸到在所述制品中的第一选择深度的压缩应力区域，
其中所述制品进一步包括：(a)从位于距所述主表面和所述侧边缘200μm的深度处的边界延伸到所述制品的质心的中心区域，以及(b)在所述制品的所述主表面和侧边缘之间延伸到所述边界的外部区域，以及
进一步其中，在所述外部区域内的最大主拉伸应力不超过在所述中心区域内的最大主拉伸应力的两倍。
18.如权利要求17所述的方法，其中在所述压缩应力区域中的最大压缩应力为大约400MPa或更小，并且所述第一选择深度为所述制品的所述厚度的至少8％。
19.如权利要求17所述的方法，其中在所述压缩应力区域中的最大压缩应力为约200MPa或更小。
20.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中所述制品包括具有玻璃成分的基本上透明的基板，并且所述厚度的范围为从0.4mm至1mm。
21.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中所述第一离子交换温度的范围为从400℃到450℃并且所述第一离子交换持续时间为3小时和15小时之间。
22.一种形成强化制品的方法，包括以下步骤：
提供具有有着多个可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品，所述制品进一步由多个主表面、多个侧边缘和厚度来限定；
提供包括多个离子交换碱金属离子的第一离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有比所述可离子交换的碱金属离子的尺寸大的尺寸；
用离子交换阻隔材料掩蔽所述制品的所述侧边缘中的每个侧边缘；
在第一离子交换温度和持续时间下将被掩蔽的制品浸入在所述第一离子交换浴中以形成从所述主表面中的一个主表面延伸到在所述制品中的第一选择深度的主压缩应力区域；以及
从所述制品移除所述离子交换阻隔材料，
其中所述制品进一步包括：(a)从位于距所述主表面和所述侧边缘200μm的深度处的边界延伸到所述制品的质心的中心区域，以及(b)在所述制品的所述主表面和侧边缘之间延伸到所述边界的外部区域，以及
进一步其中，在所述外部区域内的最大主拉伸应力不超过在所述中心区域内的最大主拉伸应力的两倍。
23.如权利要求22所述的方法，其中在所述主压缩应力区域中的最大压缩应力为约800MPa或更大，且所述第一选择深度为在所述制品的所述厚度的1％和10％之间。
24.如权利要求22或23所述的方法，其中所述制品包括具有玻璃成分的基本上透明的基板，并且所述厚度的范围为从0.4mm至1mm。
25.如权利要求22或23所述的方法，其中所述第一离子交换温度的范围为从460℃到520℃并且所述第一离子交换持续时间为在约30分钟和约5小时之间。
26.一种形成强化制品的方法，包括以下步骤：
提供具有有着多个可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品，所述制品进一步由多个主表面、多个侧边缘和厚度来限定；
提供包括多个离子交换碱金属离子的第一离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有比所述可离子交换的碱金属离子的尺寸大的尺寸；
提供包括多个离子交换碱金属离子的第二离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有比所述可离子交换的碱金属离子的尺寸大的尺寸；
在第一离子交换温度和持续时间下将所述制品浸入在所述第一离子交换浴中以形成从所述主表面中的一个主表面延伸到在所述制品中的第一选择深度的初始压缩应力区域；
用离子交换阻隔材料掩蔽具有所述初始压缩应力区域的所述制品的所述侧边缘中的每个侧边缘；
在第二离子交换温度和持续时间下将被掩蔽的制品浸入在所述第二离子交换浴中以形成从所述主表面中的一个主表面延伸到在所述制品中的第二选择深度的主压缩应力区域；以及
从所述制品移除所述离子交换阻隔材料；
其中所述制品进一步包括：(a)从位于距所述主表面和所述侧边缘200μm的深度处的边界延伸到所述制品的质心的中心区域，以及(b)在所述制品的所述主表面和侧边缘之间延伸到所述边界的外部区域，以及
进一步其中，在所述外部区域内的最大主拉伸应力不超过在所述中心区域内的最大主拉伸应力的两倍。
27.如权利要求26所述的方法，其中在所述主压缩应力区域中的最大压缩应力为约700MPa或更大，且所述第二选择深度为在所述制品的所述厚度的1％和10％之间。
28.如权利要求26或27所述的方法，其中所述制品包括具有玻璃成分的基本上透明的基板，并且所述厚度的范围为从0.4mm至1mm。
29.如权利要求26或27所述的方法，其中所述第一离子交换温度的范围为从400℃到450℃并且所述第一离子交换持续时间为3小时和15小时之间，并且进一步其中所述第一离子交换浴包括100％的熔融KNO3(按重量计)。
30.如权利要求26或27所述的方法，其中所述第二离子交换温度的范围为从460℃到520℃并且所述第二离子交换持续时间为在约30分钟和约5小时之间，并且进一步其中所述第二离子交换浴包括97％至99％的熔融KNO3和1％至3％的熔融KSO4(按重量计)。
31.一种形成强化制品的方法，包括以下步骤：
提供具有有着多个可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷成分的制品，所述制品进一步由多个主表面、多个侧边缘和厚度来限定；
提供包括多个离子交换碱金属离子的第一离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有比所述可离子交换的碱金属离子的尺寸大的尺寸；
提供包括多个离子交换碱金属离子的第二离子交换浴，每个离子交换碱金属离子具有比所述可离子交换的碱金属离子的尺寸大的尺寸；
用离子交换阻隔材料掩蔽所述制品的所述侧边缘中的每个侧边缘；
在第一离子交换温度和持续时间下将被掩蔽的制品浸入在所述第一离子交换浴中以形成从所述主表面中的一个主表面延伸到在所述制品中的第一选择深度的主压缩应力区域；
从具有所述主压缩应力区域的所述制品移除所述离子交换阻隔材料；
用离子交换阻隔材料掩蔽具有所述主压缩应力区域的所述制品的所述主表面；
在第二离子交换温度和持续时间下将具有被掩蔽的主表面的所述制品浸入在第二离子交换浴中以形成从所述边缘和角部中的每个侧边缘和角部延伸到在所述制品中的第二选择深度的边缘压缩应力区域；以及
从具有所述边缘压缩应力区域的所述制品移除所述离子交换阻隔材料，
其中所述制品进一步包括：(a)从位于距所述主表面和所述侧边缘200μm的深度处的边界延伸到所述制品的质心的中心区域，以及(b)在所述制品的所述主表面和侧边缘之间延伸到所述边界的外部区域，以及
进一步其中，在所述外部区域内的最大主拉伸应力不超过在所述中心区域内的最大主拉伸应力的两倍。
32.如权利要求31所述的方法，其中在所述主压缩应力区域中的最大压缩应力为大约700MPa或更大，并且所述第一选择深度为所述制品的所述厚度的至少10％。
33.如权利要求31或32所述的方法，其中所述制品包括具有玻璃成分的基本上透明的基板，并且所述厚度的范围为从0.4mm至1mm。
34.如权利要求31或32所述的方法，其中所述第一离子交换温度的范围为从460℃到520℃并且所述第一离子交换持续时间为在约30分钟和约5小时之间，并且进一步其中所述第一离子交换浴包括97％至99％的熔融KNO3和1％至3％的熔融KSO4(按重量计)。
35.如权利要求31或32所述的方法，其中所述第二离子交换温度的范围为从460℃到520℃并且所述第二离子交换持续时间为在约30分钟和约5小时之间，并且进一步其中所述第二离子交换浴包括97％至99％的熔融KNO3和1％至3％的熔融KSO4(按重量计)。
36.一种设备，包括：
具有前表面、后表面和侧表面的壳体；
至少部分地在所述壳体里面的电气部件；
在所述壳体的所述前表面处或邻近所述壳体的所述前表面的显示器；以及
设置在所述显示器之上的盖基板，其中所述盖基板包括如权利要求1所述的制品。
37.一种设备，包括：
具有前表面、后表面和侧表面的壳体；
至少部分地在所述壳体里面的电气部件；
在所述壳体的所述前表面处或邻近所述壳体的所述前表面的显示器；以及
设置在所述显示器之上的盖基板，其中所述盖基板包括如权利要求8所述的制品。
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