CN108349793B - 对含有锂的经过离子交换的化学强化玻璃进行表征的方法 - Google Patents
对含有锂的经过离子交换的化学强化玻璃进行表征的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108349793B CN108349793B CN201680054449.3A CN201680054449A CN108349793B CN 108349793 B CN108349793 B CN 108349793B CN 201680054449 A CN201680054449 A CN 201680054449A CN 108349793 B CN108349793 B CN 108349793B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stress
- spike
- mode spectrum
- region
- knee
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 123
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 title abstract description 32
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title abstract description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 148
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 claims abstract description 94
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 69
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 50
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 111
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 32
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 14
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 4
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 abstract description 16
- 238000003426 chemical strengthening reaction Methods 0.000 abstract description 13
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract description 7
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000011591 potassium Substances 0.000 abstract description 6
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 abstract description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 abstract description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 abstract description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 23
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 19
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 11
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 9
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Inorganic materials [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 208000021017 Weight Gain Diseases 0.000 description 7
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 7
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Inorganic materials [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 239000006123 lithium glass Substances 0.000 description 2
- 230000000926 neurological effect Effects 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 2-[(E)-N-[2-(4-chlorophenoxy)propoxy]-C-propylcarbonimidoyl]-3-hydroxy-5-(thian-3-yl)cyclohex-2-en-1-one Chemical compound CCC\C(=N/OCC(C)OC1=CC=C(Cl)C=C1)C1=C(O)CC(CC1=O)C1CCCSC1 KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 0.000 description 1
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 101150069031 CSN2 gene Proteins 0.000 description 1
- 241001274660 Modulus Species 0.000 description 1
- 241000549556 Nanos Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 244000269722 Thea sinensis Species 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 239000005345 chemically strengthened glass Substances 0.000 description 1
- 238000010954 commercial manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000012907 honey Nutrition 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012804 iterative process Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000006058 strengthened glass Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 230000001755 vocal effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/60—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrostatic variables, e.g. electrographic flaw testing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
- C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
- C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/38—Concrete; Lime; Mortar; Gypsum; Bricks; Ceramics; Glass
- G01N33/386—Glass
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
揭示了对含有锂的经过离子交换的化学强化玻璃进行表征的方法。该方法能够对化学强化含Li玻璃中的应力分布进行质量控制，所述化学强化含Li玻璃具有在含钾盐(特别是同时具有钾和钠的盐)中产生的表面应力尖峰。该方法实现了对表面压缩和尖峰深度、及其对中心张力的贡献、和尖峰底部的压缩以及总中心张力进行测量，以及计算在应力分布的尖峰与深区域相交的膝处的应力。测量是用于商业上重要的基材内部除了尖峰之外的大部分地方是近抛物线形状的分布。
Description
相关申请的交叉引用
本申请涉及2015年09月17日提交的美国临时专利申请系列第62/219,949号，其通过引用结合入本文。
技术领域
本公开涉及化学强化玻璃，具体地，涉及对含有锂的经过化学强化玻璃进行表征的方法。
技术背景
化学强化玻璃是经过化学改性从而改善诸如硬度、耐破裂性等至少一种强度相关特性的玻璃。发现化学强化玻璃特别适合用作用于基于显示器的电子器件的覆盖玻璃，特别是手持式装置，例如智能电话和平板。
在一种方法中，通过离子交换过程，使得玻璃基质中的离子被例如来自熔浴的外部引入的离子替换，从而实现化学强化。通常，当替换离子比本身离子更大时(例如，Na+离子被K+离子替换)，发生强化。离子交换过程得到了从玻璃表面延伸进入玻璃基质中的折射率分布的提升。折射率分布具有层深度或DOL，其限定了相对于玻璃表面测量的离子扩散层的尺寸、厚度或“深入度”。折射率分布还限定了许多应力相关特性，包括应力分布、表面应力、中心张力、双折射等。当分布符合某些标准时，折射率分布限定了光波导。
近来，具有非常大DOL(更具体来说，大的压缩深度)的化学强化玻璃已经显示出在掉落到粗糙硬表面上之后具有优异的耐破裂性。含有锂的玻璃(“含Li玻璃”)可以实现快速离子交换(例如，用Na+或K+交换Li+)，以获得大的DOL。在含Li玻璃中，容易获得基本抛物线形应力分布，其中，Na+的离子交换浓度分布在基材的中心平面中连接，将深度不变的中心张力的传统中心区收缩至零或可忽略不计的厚度。相关的应力分布具有可预期且大的压缩深度，例如，约为样品厚度的20％，并且该压缩深度相对于制造条件的变化是非常稳固的。
商业上特别重要的一种应力分布是近抛物线形(基本抛物线形)分布，其在靠近表面处具有“尖峰”。分布的抛物线部分与尖峰之间的过渡具有膝形状。当玻璃在其边缘上经受作用力(例如，掉落的智能手机)时，或者当玻璃经受明显弯曲时，尖峰对于防止破裂是特别有用的。含Li玻璃可以通过在含KNO3浴中进行离子交换，来实现尖峰。通常优选在具有KNO3和NaNO3的混合物的浴中获得尖峰，从而还对Na+离子进行了交换。Na+离子比K+离子扩散得更快，从而扩散得比K+离子至少更深一个数量级。因此，分布的较深部分主要是由Na+离子形成的，而分布的浅部分主要是由K+离子形成的。
为了使得经过化学强化的含Li玻璃在商业上可作为覆盖玻璃和用于其他应用，必须将它们在制造过程中的质量控制到某些规格。这种质量控制大部分取决于制造过程中控制离子交换过程的能力，这需要能够对折射率(或应力)分布(特别是膝部分的应力，称作“膝应力”)进行快速且非破坏性测量。
不幸的是，具有尖峰应力分布的玻璃的质量控制是欠缺的，这是因为无法以非破坏性方式对分布进行充分表征。这种不足使得化学强化含Li玻璃的制造是困难的，并且延缓了市场中化学强化含Li玻璃的使用。
发明内容
本公开的一个方面涉及对具有表面应力尖峰的化学强化含Li玻璃进行表征的方法，例如，该玻璃是通过例如离子交换过程产生的(即，碱性离子的内扩散)，从而Li+与K+和Na+离子发生交换(即，Na+)。该方法产生对表面压缩和尖峰深度的测量，及其对于中心张力的贡献，以及在尖峰底部的压缩和总中心张力。
优选地，进行该方法以获得商业上重要的应力分布，例如，在除了与基材表面相邻的尖峰之外的基材的大部分内部是近抛物线形状的那种。尖峰通常是通过K+离子的较缓慢扩散(且由此较浅扩散)形成的，而基本上抛物线部分是通过Na+离子的较快速扩散(且由此较深扩散)形成的。该方法能够验证分布已经达到近抛物线模式，例如，具有自我一致性检查(self-consistency check)。该方法还包括对进行加工的玻璃样品进行质量控制。此类质量控制对于商业上可行的制造工艺是重要的。
本公开提供了对化学强化含Li玻璃中的应力分布进行质量控制的方法，所述化学强化含Li玻璃具有在含钾盐(特别是同时具有钾和钠的盐)中产生的表面应力尖峰。对于商业上重要的在(除了尖峰之外的)基材的大部分内部是近抛物线形状的分布，该方法实现了对表面压缩和尖峰深度进行测量，及其对于中心张力的贡献，以及在尖峰底部的压缩和总中心张力。该方法能够检查分布已经达到近抛物线模式，例如，具有自我一致性检查(self-consistency check)。该方法提供了对于质量控制特别重要的工具，这对于采用实现制造这些重要分布的含锂玻璃是必须的。
对尖峰底部的应力水平(即，膝应力)进行测量的现有技术方法具有以下限制：横向电场(TE)角度耦合谱的临界角转变的位置的测量精度较差。这种差的精度是TE转变的固有方面，这是广泛的，并且因此在棱镜耦合光谱中显得模糊。这种锐度缺乏导致测得的模线(mode line)位置易受照明角度分布的不均匀性(例如，背景不均匀性)和简单的图像噪声的干扰。
本文所揭示的数种方法避免了对于精确测量TE转变的临界角位置的精确测量的需求。在方法的一个方面，测量了表面应力和尖峰中的应力斜率以及尖峰的深度(层深度或DOL)，其中，通过仅使用TM波的临界角转变，非常精确地测量了DOL。这种TM转变比TE转变更为锐利，因而实现了精确得多的测量。因此，在方法的一个例子中，没有使用TE模谱(特别是TE谱的TE转变)来确定尖峰的DOL。
知道了表面应力和尖峰的斜率以及尖峰的深度(上文所述的DOL)，则确定了尖峰底部的应力，其中，尖峰的底部存在于深度＝DOL处。这是“膝应力”并且在本文中表示为CS膝或者CSk，或者更一般形式σ膝。然后根据现有技术方法进行应力分布属性的余下计算。
本文所揭示的第二种的方法避免了对膝应力进行直接测量并且通过使用TM和TE偏振都共用的最后导模的双折射来计算膝应力，以及精确地确定了所述最后共用导模的双折射与膝处应力之间的关系。与临界角(特别是在含Li玻璃的尖峰深分布情况下TE波的临界角)测量的精度相比，利用了模位置(mode position)的测量精度通常更好的优点。
本文所揭示的方法的优点在于，它们不是破坏性的，并且可以以高产率和高精度进行，来确定与制造化学强化玻璃中的扩散工艺相关的关键参数。这些关键参数包括：CS、尖峰深度、压缩深度的估算和易碎性状态(基于通过该方法提供的CT的估算)。另一个优点在于，该方法可以在用于目前生产的化学强化玻璃的质量控制的现有硬件上，通过相对适度的软件增强来执行。
本文所揭示的新方法的一个主要具体优点在于，通过避免TE临界角直接测量中的大误差影响，明显改善了膝应力估算的精度。因为能够改善化学强化玻璃产品的质量控制，这种精度改善是重要的。
本文所揭示方法其他优点在于，增加了方法的适用范围，即增加了测量工艺窗口的尺寸。现有技术方法具有用于测量的工艺窗口或“甜蜜点(sweet spot)”，，在该位置，在对于TM和TE谱的临界角转变附近不存在泄漏模式(leaky mode)。此类泄漏模式导致转变附近的角强度分布的明显变形，是非常明显且不可接受的误差来源，在实际情况中，这是难以消除或有效弥补的。
在第一种新方法中，仅需要TM谱，不含泄漏模式干扰，这平均来说使得甜蜜点范围翻倍。
在两种新方法中，由于没有将临界角用于膝应力的直接测量，临界角测量中的误差影响得到明显降低。这导致甜蜜点的范围的有效增加。
在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。
附图说明
所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了本发明的一个或多个实施方式，并与详细描述一起用来解释各种实施方式的原理和操作。因此，结合附图，通过以下详细描述会更好地理解本公开，图中：
图1A是平坦基材形式的示例性DIOX玻璃基材的放大图；
图1B是图1A的DIOX基材沿x-y平面得到的横截面特写图，显示在基材表面上发生双离子交换过程并进入基材体中；
图1C示意性显示形成DIOX基材的DIOX工艺的结果；
图2是图1C所示的DIOX基材的示例性折射率分布n(z)图；
图3A和3B分别是基于含Li玻璃的测量模谱的模谱的照片和示意图，所述含Li玻璃是通过使用NaNO3和KNO3的混合物的离子交换过程形成的，模谱包括TM谱(上)和TE谱(下)，并且还显示了与进行本文所揭示的方法有关的选择的分布测量参数；
图4是压缩应力(CS)(MPa)与标准化位置坐标z/L的关系图，显示经过了K+和Na+离子交换的化学强化含Li玻璃样品的模型应力分布(实线)，其中，虚线曲线表示仅Na+扩散的模型分布，注意的是，模型分布具有在分别位于z/T＝-0.5和+0.5处的两个表面处进行的离子交换；
图5是应力(MPa)与标准化位置坐标z/L的关系图，显示分开的尖峰部分位置图，应力分布的长扩散抛物线部分和尖峰加抛物线部分；
图6A和6B分别显示基于测量模谱的模谱的照片和示意图，显示示例性化学强化含Li玻璃样品的TE和TM模谱；
图6C和6D分别是对于图6A的TE和TM模谱的模线或条纹(fringe)，强度I与沿着模谱的距离x'的关系图；
图7A至7C显示在示例性化学强化玻璃基材上测得的一系列模谱，其中，在不同扩散时间进行测量；
图8A和8B是测量的DOL(um)与时间关系图，其中，区域R1显示基于589nm的两个条纹(TM模式)的测量；区域R2显示在589nm使用三个条纹(TM模式)之间的过渡；以及区域R3显示在589nm使用三个条纹(TM模式)的测量；
图9A、9B和图10A、10B是测得的压缩应力CS(MPa)与时间(小时，h)关系图，显示与图8A和8B相同的区域R1、R2和R3；
图11所示表1显示数种不同玻璃样品的分布参数的计算；
图12显示相比于每个偏振两种光学模式(拟合曲线A)，在对斜率提取(slopeextraction)(拟合曲线B)用于改进的算法之后(基于使用每个偏振三种或更多种光学模式)，覆盖一定范围的DOL的测量样品的CSk的范围降低和对于CS的依赖性的降低；
图13所示的表3包括对于玻璃基材中形成的示例性波导，数种不同假定CSk、CS和DOL值的TM和TE偏振两种情况的3种导模的计算得到的有效折射率；
图14A显示对于示例性模拟的离子交换含Li玻璃，膝应力缩放因子K3对于压缩应力CS的依赖性，其目的是应用动态调节CS依赖性因子，来校正一个实施方式中的CSk测量的系统误差，该系统误差来源于假定K3是常数；
图14B显示缩放因子K3相对于CS的导数(dK3/dCS)，以及该导数对于CS值的微小依赖性，其目的是校正一个实施方式中的CSk的系统误差，其中，该系统误差是由于假定K3是常数所导致的；
图15显示缩放因子K3对于DOL的依赖性，用于覆盖一定范围的DOL的模拟分布，其目的是校正假定K3是恒定且不依赖于DOL所导致的CSk中的系统误差；以及
图16显示缩放因子K3相对于DOL的导数(dK3/dDOL)，其具有较小且几乎不发生变化的导数区域，以及快速变化的导数区域，绝对值明显增长。
具体实施方式
下面详细描述本公开的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同或类似的附图标记和符号来表示相同或类似的部分。附图不一定成比例，并且本领域技术人员会理解对附图做出简化以显示本发明的关键方面。
如下所附的权利要求书结合在该具体实施方式中并构成其部分。
图1A是平坦离子交换基材20形式的示例性玻璃基材的放大图，其具有主体21和(顶)表面22，其中，主体具有基底(块体)折射率ns、表面折射率n0和z方向的厚度T。图1B是离子交换基材20沿y-z平面得到的横截面特写图，显示在表面22上发生并以z方向进入主体21中的示例性双离子交换(DIOX)过程。
在与本文所揭示方法相关内容中讨论的DIOX过程中，两种不同类型的Na+和K+离子替换了作为玻璃主体21的一部分的另一种不同离子Li+。可以采用已知离子交换技术，以依次进行或者同时进行的方式，将Na+和K+离子引入玻璃主体21中。如上文所述，Na+离子比K+离子扩散得更快，因而进入玻璃主体21中更深。这对于所得到的折射率分布和应力分布具有影响，如下文所述。
图1C是所得到的DIOX过程的示意图，以及图2表示经过DIOX过程且具有例如如图1C所示的折射率分布的基材20的示例性折射率分布n(z)。对应的应力分布可以用σ(z)表示。折射率分布n(z)包括与区域R1相关的第一“尖峰”SP，其与较浅的离子交换(K+离子)相关，并且其具有进入主体21中的深度D1，这定义了“尖峰的层深度”，下文也称作DOLsp。折射率分布n(z)还包括第二区域R2，其与较深的离子交换(Na+离子)相关并且具有定义了层深度(DOL)的深度D2，也称作DOLp。在一个例子中，折射率分布n(z)在第二区域R2中的部分被称作PP，这是因为其具有抛物线形状或者大致幂律形状。尖峰SP和幂律分布PP在具有膝形状的位置KN处相交。
在实践中，可以在较浅区域之前产生较深区域R2。区域R1与基材表面22相邻并且较为陡峭和浅，而区域R2没有那么陡峭且延伸进入基材较深，到达上文所述的深度D2。在一个例子中，区域R1在基材表面22处具有最大折射率n0，并且陡峭地递减至中间折射率ni，而区域R2较为缓和地从中间折射率递减下降至基材(块体)折射率ns。折射率分布n(z)的区域R1的部分表示折射率中具有深度DOS的尖峰SP。
图3A是测得的示例性模谱50的照片，以及图3B是图3A的测得的示例性模谱的示意图，这是通过采用NaNO3和KNO3的混合物的离子交换过程形成的含Li玻璃。模谱50包括TM和TE谱50TM和50TE(分别是上面和下面部分)，相应的模线52TM和52TE表示更高阶模。TM和TE模谱50TM和50TE中的较低阶模线紧密地捆在一起，显示为54TM和54TE所表示的相应黑色实心区域。测量样品的玻璃类型是196HLS，假想温度是638℃。通过将玻璃样品放在具有60重量％KNO3和40重量％NaNO3的390℃的浴中持续3小时，使得玻璃样品经受Na+离子交换过程。
如本领域已知的那样，模谱中的条纹或模线52TM和52TE可用于计算与形成光学波导的离子交换层相关的表面压缩或“压缩应力”CS和层深度DOL。在本例子中，采用市售可得棱镜耦合系统(即，购自日本东京Luceo有限公司的FSM6000L表面应力计(“FSM系统”))来获得图3A和3B所基于的模谱50。美国专利申请第2014/0368808号和第2015/0066393号也描述了适用于进行本文所述方法的示例性棱镜耦合系统，其通过引用结合入本文。
测得的CS和DOL分别是575MPa和4.5微米。这些是与样品表面22相邻的K+富集层或尖峰区域R1的参数(参见图2)。图3A的谱图的左手侧的垂直虚线显示谱图中对应表面折射率的位置，一个是TM，一个是TE。这些位置的差异(如黑色箭头所示)与表面应力或压缩应力CS成比例。图3A中的一个黑色箭头表示CS总，而其他表示CS膝或CSk等，如下文所述。这些值用于计算DOL。
在经过离子交换的化学强化含Li玻璃的模谱50中，TM和TE模谱50TM和50TE的相对位置是偏移的。可以通过最后的(即，最左侧的)条纹52TM与52TE(这对应于最高阶导模)的相对位置来测量该偏移。如上文所述，这偏移在图3A和3B中表示为CS总，并且其与如下深度的压缩应力CS成比例，该深度是尖峰区域R1中的K+浓度近似降低到基材中初始的恒定水平浓度的位置(例如，构成基材主体21的玻璃基质中空间恒定浓度)。
有效的转变折射率对应于存在于应力分布中的特性“膝”或转变KN深度处的有效折射率，在图3A和3B中，对于TM和TE模谱分别表示为50TM和50TE。TE和TM谱之间的转变的偏移与膝KN深度处的压缩应力成比例，并且在图3A和3B中表示为CS膝。
从TE和TM模线52TE和52TM的临界角强度转变的双折射直接测量膝应力CS膝存在一些问题。一个问题是由于当泄漏模式或导模具有非常靠近对应于临界角的折射率的有效折射率时，转变的表观位置的偏移。例如，较宽的暗条纹会存在于近似与图3A和3B的结合谱的上半部分的临界角转变相同的位置。
图6A和6B分别是测量的示例性模谱的照片和示意图，显示示例性化学强化含Li玻璃样品的TE和TM模谱。图6C和6D分别是对于图6A的TE和TM模谱的模线或条纹(fringe)52TE和52TM，强度I与沿着模谱的距离x'(I(x’))的关系图。强度分布显示对于TM和TE模，对应条纹的位置和对应尖峰区域与连续体(最后峰)之间的转变的位置的详细的位置x'的检测。像素中的位置基本上是模和转变区域的折射率的测量。
避免上文所述的偏移诱发的误差需要上谱图和下谱图(即，TM和TE谱50TM和50TE)都具有约为0.2-0.6的模数的小数部分(fractional part)，这是相对严格的。此外，即使当满足该条件时，由于较模糊的TE强度转变，TM谱的临界角测量也不是非常精确的。例如，注意到图3A和3B的下半部分中的临界角转变较宽，而不是锋利；相反地，图6A所示的临界角TM转变即使当不存在靠近其的暗条纹时也是窄(锋利)的。
本文所揭示的方法采用对由于离子交换产生的钾渗透所提供的条纹谱的测量，以及TM谱中相对于TM条纹位置的强度转变的位置(例如，从总内反射(TIR)转变到部分反射)。可以结合这些测量并用于对帮助实现了面跌落过程中的优异耐破裂性的一类应力分布进行有效质量控制。这类分布的形状类似于具有尖峰的幂律分布。
尖峰SP是近表面区域，相比于基材厚度，其具有小的厚度。例如，尖峰可以是10um深，而基材可以是800um厚。尖峰的形状可以类似于补余误着函数形状(erfc-shape)，但是也可类似于线性深度分布、高斯深度分布或者其他分布。尖峰的主要特征是其较窄的分布并且相对于终止于膝KN的尖峰的底部(最深端)的压缩水平，具有明显的表面压缩增加。
图4显示模型应力分布，其在区域R2中具有幂律部分PP和在区域R1中具有表面尖峰SP，如图2所示。出于本公开的目的，假定的规律是压缩用力是正的，拉伸应力是负的。图4的模型分布具有增加到幂律部分PP的深二次方程分布的顶部的线性尖峰SP。
从图2中还辨识出图4中的尖峰SP的另一个特征，即尖峰SP中的应力分布的典型斜率明显高于分布的幂律部分PP中的典型斜率。在一个例子中，假定通过相对于玻璃基材的中心平面的距离的幂函数良好地描述了幂律部分PP，幂指数约为1.5-4.5。在一个例子中，该附属幂律部分PP可以假定是近抛物线形的，并且出于质量控制测量的目的近似为抛物线形。
在方法的一个实施方式中，使用常规FSM测量来测量尖峰SP的CSSP和DOLSP。为了增加DOL测量的精度，可能优选仅使用TM谱来测量尖峰的DOLSP，因为在Na和K的混合物中进行交换的示例性含Li玻璃的临界角转变明显更锋利且较不倾向于发生测量误差。注意到的是，在本公开中，DOL和DOLSP的命名也互换使用，指的是相同的量，即具有高压缩应力CSSP的K富集近表面尖峰层的层深度。
尖峰的中心张力CT贡献采用如下等式计算：
其中，T是样品厚度(参见图1)。Na分布对于中心张力的贡献会与测得的膝应力σ膝有关。通过假定用于描述Na分布产生的应力的附属分布的表面应力近似于与膝处的应力相等，可以得到粗略估算。由此，得到：
其中，σ膝是分布的膝(即，尖峰底部)处的应力，如下所示：
其中，nTE 临界和nTM 临界是临界角强度转变的有效折射率，如图3A和3B所示。参数SOC是应力-光学系数。上述表述中的分子可以定义为双折射BR，在这种情况下，等式如下：
σ膝＝CS膝＝BR/SOC.
该等式还可更一般地写成：
σ膝＝CS膝＝(CFD)(BR)/SOC
其中，CFD是0.5-1.5的校准因子，其考虑了需要恢复的临界角值与TM和TE强度转变的根本不同斜率之间的系统偏差，膝附近的TM和TE折射率分布的不同形状，以及鉴定强度转变的位置的方法的具体情况。如上文所述，参数σ膝、CS膝、CSk和CKK全都指的是相同的量，即，膝应力。
如图4的虚线曲线所示，可以将幂律部分PP的假定的幂律或幂律分布作为附属分布，其不包括尖峰但是使得幂律或抛物线形状一直延伸到样品表面。该附属分布是力平衡的，具有其自身的压缩张力CT，因此相对于模型尖峰幂律分布的幂律部分发生垂直偏移。
附属幂律分布关系
现在提供附属幂律分布所具有的关系的详细描述以及使用它们来计算用于质量控制目的的模型尖峰分布的参数。
附属幂律分布提供了应力与相对于中心的距离z的关系。
尖峰分布具有略微较小的压缩深度DOC，其如下所示：
尖峰分布的压缩深度DOC小于附属幂分布，近似如下：
由于分布中的尖峰导致的压缩深度DOC的变化可以通过如下方式相对于附属幂分布的压缩张力CT进行标准化：
在抛物线附属分布的具体例子中，具有如下关系：
附属分布具有压缩深度DOCpar，其如下所示：
分布的总中心张力CT总等于尖峰中心张力CTsp与抛物线部分中心张力CTp之和：
CT总＝CTp+CTsp
可以通过采用如下表述来计算尖峰幂律分布的压缩深度DOC：
当尖峰的CT贡献明显小于附属部分(即，抛物线部分PP)的CT贡献时，在上述等式最后的近似表述是有效的。
基于近似的示例性方法
质量控制的示例性方法采用包括对由于尖峰的模谱进行测量的近似方法。然后，该方法包括如下方式估算尖峰对于中心张力CT的贡献：估算分布的膝KN处的压缩，在计算中心张力的尖峰贡献时，从表面压缩减去膝压缩。然后，该方法包括：估算由于排除了尖峰(还利用了估算的膝应力)的深幂律分布部分PP所导致的对于中心张力CT的贡献。然后，该方法包括：获得作为附属深幂律分布和尖峰的贡献之和的总中心张力CT总，即，CT总＝CTsp+CTp。通常来说，深部分的CT贡献可以命名为CT深，当深部分表示为具有幂律形状时，这会是与CTp可互换使用的。
此外，该方法可以包括通过如下方式估算分布的压缩深度DOC：使用模型分布的精确公式，或者使用近似公式(其将DOC作为附属幂分布的减去由于尖峰导致的小的DOC下降，即DOC＝DOCp+ΔDOCsp)(在数学方程式中，负的ΔDOCsp加到DOCp)。还注意到的是，在本公开中，有时将ΔDOCsp简化标记为ΔDOC，因为在本公开中，仅考虑了由于尖峰导致的DOC的偏移。
在方法的一个例子中，将尖峰SP的DOL用于验证分布的幂律部分PP(参见图4)处于经由幂律分布形状良好表示的状态中。具体来说，随着尖峰DOL的增加，Na渗透的增加近似于与尖峰的DOL成比例。因此，对于同时使用K和Na的内扩散的玻璃基材，对于任意具体玻璃厚度，可以设定最小尖峰DOLSP，高于此，可以将分布的深部分认为是抛物线形的。在另一个例子中，还可利用DOLSP的上限来排除开始从假定幂律模型发生明显偏离的物理分布。
更精确方法
上文所述的方法是基于近似的，因此是更精确方法的略微更为简化的版本。当尖峰的CT贡献远小于附属幂律分布的CT贡献时，简化仅导致小误差。尖峰的CT贡献使得深幂律部分PP相对于附属幂律分布垂直偏移了CTsp的量。作为结果，模型尖峰分布的膝处的压缩实际上比膝深度处的附属分布的压缩小CTsp的量。
此外，在表面与膝深度之间，附属幂律分布的压缩存在小的变化，因此，对于力平衡幂律分布，CT实际上等CSp/p。
如下表示用于确定从化学强化玻璃样品的棱镜耦合测量获得的模谱的模型尖峰幂律分布的参数的更精确方法：
a)初步计算
b)初步计算附属分布的表面压缩
c)(对于步骤4、5和6是任选替代的)初步计算 和
d)更精确计算
e)更精确计算和
f)更精确计算
g)(任选地，通常没有必要)可以继续迭代，获得越来越精确的CTsp和CSpar值，直到期望的收敛水平或精度。很少会需要超过一次的迭代。对于尖峰的深度占据了超过约3％的基材厚度的较薄基材，超过一次的迭代可能是有用的。
h)(任选地)确定分布的压缩深度，例如，使用如下等式形式中的一种：
上文所述方法实现了将通用附属幂律分布用于尖峰双离子交换分布的QC，所述尖峰双离子交换分布具有由尖峰幂律分布模型相当好地进行描述的应力分布。该方法避免了膝应力的直接测量。作为nTE 临界的直接测量的替代，从之前所述的方程式估算膝应力：
通过如下方式获得膝应力：观察到其存在于等于尖峰离子的渗透的深度处，例如，尖峰深度DOLsp。
CS膝≡σ膝＝σ(深度＝DOLsp).
上述膝应力的严格定义对于分布的斜率在膝位置具有突然变化的情况是最容易理解的。在实践中，在深度＝DOLsp附近，尽管快，但是大部分分布的斜率是逐渐变化的，以及σ膝近似发生在深度＝DOLsp处，这是从模谱测得的。因此，在σ膝的计算中，通常使用量级相当于1的校准因子，部分是考虑在模型的简化明确描述中的应力的连续分布与应力斜率的突然变化之间的差异，所述模型具有与应力缓慢变化的深区域相连的陡峭线性截短应力尖峰。
通过测量CS、尖峰的应力斜率sσ和DOL，从限定在尖峰区域深度中的TM和TE模的有效折射率的棱镜耦合测量获得表面应力及其斜率。
表面应力和线性尖峰的斜率可以采用如下分析获得：WKB近似，可以采用如下关系式获得光波导的两个最低阶模中的转变点x1和x2：
其中，n0是深度电介质易感性线性下降的分布的表面折射率，n1是最低阶模的折射率，n2是倒数第二低阶模的有效折射率，以及λ是光波长。通过如下关系式，从相同的最初两个模获得线性分布的表面折射率：
对于n1-n2<<n1的分布，可以使用甚至更简化的关系：
n0≡n表面≈n1+1.3(n1-n2)
然后分别得到与尖峰应力分布相关的TM和TE折射率分布的折射率斜率，如下所示：
用于表面折射率和线性分布的折射率斜率的上述关系可同时用于TM和TE模谱，以获得TM和TE表面折射率nTM 表面和nTE 表面，以及TM和TE分布折射率斜率sTM n和sTE n。由此，可以获得表面应力CS和应力斜率sσ：
其中，如上文所述，SOC表示应力光学系数。注意到的是，当在TM和/或TE偏振中支持超过两种导模时，则可以通过如下方式改善斜率测量的精度：利用每个偏振超过两种模的所测得的有效折射率，利用线性回归使得测得的多模的有效折射率与每种偏振的单折射率斜率相关联。
现在对于获得膝应力还剩下一步，即测量尖峰深度OLsp，其通过分析TM谱获得。最高阶导模与对应于TM临界角的折射率之间的折射率间距被分配了一部分的模，基于该部分表示的是前述两种模的间距，并且如果对于更高精度需要的话，是基于引导了多少导模。通常通过FSM-6000仪器完成这类DOL计算。
最后，尖峰深度如下方程式所示：
其中，N是TM模的导模数量，包括被分配到最后导模与强度转变的临界折射率n临界之间的空间的模部分，λ是测量波长，以及n临界是对应于TM谱中的临界角的有效折射率，在图3A和3B中表示为nTM 膝。
利用从TM耦合谱测得的具有良好精度的DOLsp，采用如下关系式获得尖峰底部的膝应力CS膝：
CS膝≡σ膝≡σsp(x＝DOLsp)＝CS+sσ×DOLsp
考虑膝点附近的实际分布与尖峰形状的假定模型之间的系统差异，可以通过如下更一般关系式获得膝应力：
CS膝≡σ膝≡σsp(x＝DOLsp)＝CS+KCF×sσ×DOLsp
其中，膝校正因子KCF通常是0.2-2，并且用于弥补实际尖峰分布与尖峰形状假定模型之间的形状差异，以及从模谱计算的DOLsp的具体方式。例如，表面折射率常用的等式如下：
n0≡n表面≈n1+0.9(n1-n2).
其使用0.9的因子代替1.317的因子，这对于线性尖峰更为准确。当用于表面折射率的方程式使用0.9的因子时，计算所得到的DOL看上去比纯线性尖峰DOL要高。
这种改进的膝应力测量方法采用DOLsp的精确测量，当用于近似算法或者用于更精确的迭代算法来对一般幂律附属分布(或者上文公开的二次附属分布)的上文所述的尖峰深度分布的参数进行提取时，提供了具有改进的CT估算精度的质量控制方法，用于易碎性控制。膝应力自身是玻璃强度的重要参数，并且该参数的精度改善也是有价值的。该改进的方法还使得测量的甜蜜点宽幅增加了通常两倍或甚至更大的倍数。
在涉及膝应力间接测量的另一个实施方式中，方法利用了膝应力与尖峰的最后导模的双折射之间的强相关性。当尖峰CS和DOL保持在各自非常窄的范围内时，则在膝应力之后的探寻与尖峰的最后导模TM模和最后导模TE模之间的有效折射率之间形成强相关性。
该方法利用通过棱镜耦合仪取得的谱图的最后导模的双折射，用于质量控制(QC)测量。这里，我们会使用具有指数‘n’的一般幂分布公式。对于幂律分布n＝2，对于三次方n＝3，但是诸如n＝2.37之类的小数分布也可用于通用方程式。在本公开中，当n指的是分布的幂时，其具有与同样用于命名附属深分布的幂的p相同含义。
使用幂(在该情况下，n＝2为抛物线形)附属分布(参见图5所示)，使用如下表示力平衡分布：
其中，L是厚度。具有指数‘n’的该幂分布的深部分的层深度DOL深如下：
FSM测量了尖峰的FSM_DOL，扩散深度近似为其中，D是扩散系数，以及τ是扩散时间。
对于具有补余误着函数形状的尖峰，经验上来说，可以假定在约为K1x FSM_DOL＝1.25x FSM_DOL的深度存在膝应力，从而将大部分的尖峰应力区域包括在CT计算内。
由于尖峰贡献，可以得到ΔCT尖峰的近似方程式。这里，对于该具体情况，K1是设定为1.25的经验因子。因子K1通过调节对膝应力进行估算的点，起到补偿由于深度＝FSM_DOL处的尖峰尾部所贡献的非零残留应力。
点σ2'(K1x FSM_DOL)＝σ2'(1.25x FSM_DOL)非常接近导模之间的转变与尖峰锂玻璃样品中的连续体之间的CS。该点被称作CS膝，如图3A和3B显示是合理的近似。对应力和由于更深入玻璃内的CT尖峰的贡献的偏差进行近似也是合理的。
由于相比于尖峰幂律分布会缓慢改变，可以假定抛物线区域中的～(K2)x FSM_DOL～(1-3)x FSM_DOL处的应力不会感受到尖峰的存在。
这允许使用如下进行近似：
和，
当在(1)中使用抛物线等式时，得到：
和
考虑非零尖峰应力分布的因子K2超过了从模谱计算的深度DOLsp。
可以证实，如果使用因子2代替因子3，结果几乎相同，在一些情况下，σ1(0)变化仅1-3％。因此，如果在FSM中可以得到如下近似值：
或
则方程式(6)可以在该误差范围内计算第一应力抛物线的初始应力。
在实践中，可以通过如下方式近似测量至观察Li玻璃样品上尖峰的连续体与导模之间的转变处产生的应力。
该点近似是：
至
可以用作点CS膝，如图3A和3B所示，作为合理近似，这可以通过计算TM和TE偏振中的模线之间的距离以及它们的折射率来测量。考虑材料的应力光学系数SOC，用SOC除该点的折射率差异会得到CS膝应力值。
这是作为尖峰的FSM的FSM_DOL和cs～σ2'(0)的补充。因此，CT深＝～σ1(0)/n，其中，对于抛物线深分布，n＝2，以及(3)中的ΔCT尖峰如下(重复是为了方便缘故)：
由此，可以(重复上述方程式)然后计算总中心张力等于尖峰和抛物线部分的贡献之和：
CT总＝CT深+ΔCT尖峰 (7)
如果需要的话，可以通过采用如下表述来计算/估算尖峰幂律分布的压缩深度：
这些方程式假定分布的深部分天然地是一般幂分布(抛物线为n＝2)，并且在靠近表面具有增加的尖峰。当尖峰的应力振幅是小的并且相比于分布的较深部分没有那么深时，其有效性更好地得以相匹配。
除了通用幂‘n’分布，本公开内容与现有技术方法之间的重要差异是如何计算FSM_DOL，以及如何采用测得的“最后的共同模”来得到 参考同时出现在TM和TE谱中的最高阶导模。在一个例子中，当模是按降序有效折射率排序时，如果每个TM具有3模和TE模具有3模，则将最后共用模设定为每个谱的第三模。当每个谱中的模是按降序有效折射率排序时，如果TM谱具有3模而TE模具有2模，则最后共用模是每个谱的第二模。
这对于具有合理噪声和确定性的可行测量的值范围具有直接对应性。这如图7A至7C所示，其分别显示在化学强化玻璃基材形成过程中的示例性模谱。在包含51重量％KNO3和49％NaNO3的浴中，在380C的温度扩散1.1小时之后得到模谱(图7A)，扩散2.2小时之后得到模谱(图7B)，以及扩散3.8小时之后得到模谱(图7C)。
测量光波长是598nm，使用棱镜耦合系统和照相机。可以观察到，取决于扩散时间，在屏幕的边缘处开始显示出“新模/条纹”。这导致图像中的噪声，以及应力分布的尖峰与长尾之间的转变的无法稳定确定。这点被称作边界/连续体或者“膝点”，这是由于其存在应力曲线上的变化，如图3A和3B显示为可以发现折射率nTE 膝和nTM 膝的位置。
图7A仅显示2个条纹。图7B显示第二和第三条纹之间的转变区域TR，边界中显示一个模。图7C仅显示3个条纹。当使用所有模加上边界/连续体或膝点(称作“化学模”)对比仅使用所有已知模进行测量的情况(特别是使用‘最后共用模/条纹’来确定FSM_DOL和CS膝(如上文所述，“热模式”))，这里的概念是检查测量稳定性而不考虑准确性。
通过在上文所述的样品时间序列中进行数次测试，可以观察到明显的趋势。图8A和8B是层深度(um)与时间(小时)的关系图。在图中，区域R1显示基于589nm的两个条纹(TM模式)的测量；区域R2显示在589nm使用三个条纹(TM模式)之间的过渡；以及区域R3显示使用在589nm使用三个条纹(TM模式)的测量。图8A和8B显示尖峰的层深度DOL的时间序列测量(FSM_DOL)，图8A采用的是上文所述的“化学模式”或“全模条纹”加上最后条纹和膝点之间的分开用于计算，以及图8B采用的仅仅是“热模式”或“全模条纹”进行计算，这受到最后条纹的限制。
图8A和8B能够清楚地观察到区域R1和R3提供了对于FSM_DOL的较稳定测量，其中，测得的FSM_DOL没有振荡(此处，没有模进入连续体区域)。但是，存在区域R2，其中由于有时计算了模谱的连续体区域中的额外模存在FSM_DOL振荡。
出于本文的目的，具有2个或更多个模的区域是可接受的，但是在实践中，感兴趣的是扩散时间为T～3.5小时作为设定点的情况。在该情况下，还可以看到当仅使用“全部条纹”进行测试而不包括最后已知条纹与连续体之间的间隔时(参见图6B的54TE、54TE)，FSM_DOL测量具有较少的展开(即，较小的标准差)。因此，这提供了更为牢靠地对工艺进行控制的方式，并且更有效地鉴定这些稳定测量区域R1和R4的位置。
图9A和9B与图8A和8B类似，是表面处的压缩应力CS(MPa)与时间的关系图。图9A的图采用化学模式或者“全模条纹”加上最后条纹与膝点之间的分开进行计算，相比较而言，图9B仅采用热模式或“全模条纹”，计算受到最后条纹的限制。在该情况下，没有预期值的大变化，因为在CS的计算中仅使用了最前面2个条纹，这是事实就是所观察到的情况。
图10A和10B与图9A和9B类似。图10A使用化学模式或边界/连续体或膝点来计算膝处的应力。图10B使用热模式或“最后共用模”，没有使用膝点来计算局部应力，通过乘以缩放常数来估算膝处的近似应力。
在该情况下，重要的是，要注意到在FSM-6000棱镜耦合应力计的“化学模式”中，临界角及其对应的有效折射率是通过具有离散模的TIR区域和与深区域耦合的辐射模连续体之间鉴定和储存的边界的位置得到的，以及膝应力可以计算如下：
FSM-6000仪器的“热模式”计算了对应于TM和TE谱共用的每种模的抽象应力值(abstract stress value)。这些抽象应力值是通过用考虑的TM与TM模的有效折射率差异除以应力光学系数(SOC)得到的。本发明的发明人确定对应于“最后共用模”的抽象应力可用于计算膝处的应力，因为在尖峰中的最后导模的空间分布与应力分布的膝区域之间存在明显的空间重叠。在一种相对粗糙的实施方式中，可以通过将替代性最后共用模应力乘以缩放因子K3来近似获得膝应力。通过如下经验方式获得该校准因子：对比最后共用模的替代性应力与通过独立方式(例如，通过折射近场技术，通过偏振应力测量，或者通过扩散与得到的应力分布的计算机模拟)测得的实际膝应力。
需要通过“膝点”处的测量以及最后共用模的替代性应力计算产生可用于特定调制范围的缩放，来取得该经验因子K3。
此处，在具体情况下，对于约为T＝3.5h的扩散时间，该缩放因子是K3＝0.646。因此，使用“最后共用模”，可以计算膝处的应力，并且在前述方程式中使用该信息，得到如下：
最后的步骤是得到K2因子。在一个例子中，这是通过以其他方式(例如，通过破坏性测量)测量应力分布并与采用FSM_DOL获得的值进行对比，以实验方式完成的。如上文所述，K2的该值是1-3。因此，对于某一样品范围，K2是与测得的FSM_DOL有关的膝的正确位置的缩放。如上文所述，由于分布的深部分缓慢变化，这里一定水平的不准确性不会导致大的误差。
最后，还已知通过FSM测得的CS是考虑线性扩散分布的近似。在一些情况下，如果需要更准确地确定CS，其可以通过另一校正因子K4校正。该因子通常非常接近1。在实践中，发现约为1.08的K4在显著范围内得到更为准确的CS表示。因此，如果需要的话，对于更准确的CS确定，还可以使用如下关系式：
CS校正＝K4×CS (11)
使用用于“最后已知模”方法的所有上述方程式的例子见图11中的表1所示。在表1中，对于一定时间范围的玻璃样品，使用方程式来产生应力分布的所有关键参数。使用的常数如下：n＝2(抛物线深部分PDP上的幂律分布)，K1＝1.25，K2＝2，K3＝0.646，以及K4＝1(没有对CS进行校正)。在380C的温度，在包含51重量％KNO3和49重量％NaNO3的浴中制备样品。
在方法的另一个实施方式中，由于离子交换导致的样品的增重与棱镜耦合测量结合使用。增重可用于验证足够的Na+离子已经与Li+离子发生交换，从而使用抛物线分布模型进行质量控制是有用的。出于该目的，基于样品的总表面积和样品厚度，规定了离子交换的可接受的目标增重。在离子交换之前和之后测量代表性样品的重量，如果每个样品所测得的增重落在目标范围内，则认为质量控制棱镜耦合测量是有用的。
在方法的另一个实施方式中，利用样品形状的精确控制，以及利用在一些生产工艺中常见的单个样品厚度测量。在该情况下，可以通过以高精度(例如，+/-1微米)简单测量样品厚度以及通过测量离子交换后的样品重量，来验证样品得到了足够的增重。从已知的形状规格，测得的厚度，以及已知的离子交换前的玻璃密度，计算离子交换前样品的重量。
可以应用校正因子来补偿由于离子交换结果导致的典型体积变化。通过从测得的离子交换后重量减去估算的交换前重量，来估算增重。如果增重落在目标范围内，则视作质量控制模型分布充分代表了分布，以及认为棱镜耦合QC测量是有用的。
相比于仅采用来自最开始两个导模的有效折射率和尖峰的DOL所测得的尖峰的斜率的实施方式，用于CSk的间接测量的应力-斜率方法的另一个实施方式提供了CSk测量精度的明显改善。本文所述的初始方法存在与检测对应于这些模中的耦合谱中的条纹位置的标准变化性相关的精度限制。
本文改进的方法(当可用时)对至少一个偏振采用3个或更多个模式，来计算应力斜率，具有明显改善的精度，从而实现了精确得多的CSk计算。该方法工作良好的原因在于，相邻条纹间距中的图像噪声诱发的误差是反相关的，并且当采用通过3个或更多个条纹位置的单个线性拟合时，得到明显消除。
该方法明显改善了CSk测量以及通过采用两个偏振中的至少一个(TM和/或TE)中的至少三个条纹的明显线性尖峰的CS测量的精度(参见图12以及表2A和2B，在下文引入并进行讨论)。相对于基本线性形状发生略微至中等程度偏差的尖峰形状仍然会得到精度改进，尽管可能需要对相对于线性的形状偏差进行校正从而获得最准确的CSk值。可以通过例如，对每种具体的尖峰形状进行一次性校准来获得这类校正。校准可涉及鉴定CSk进行计算的DOL的分数，其中，该分数可以大于或小于1(对于严格线性尖峰，分数等于1)。
计算膝应力的方法
以下描述了计算膝应力CSk的示例性方法，其通过一次采用数种模的斜率拟合方法，对于任何特定模的噪声的易感性下降。
以下等式用于该方法中，并且是用于线性分布，所述线性分布涉及：限定在尖峰内的两种任意模式m和l，它们的有效折射率是nm和nl，以及折射率斜率sn：
上述等式可用于进行线性回归，或者从每对模式进行sn的估算，并计算sn的平均值。对于最低阶模，模计数开始于m＝0。参数λ是用于测量的光学波长。
因而，计算膝应力的方法例子包括如下步骤：
1)设定参考折射率，从而将所有测得的模式作为实际有效折射率。良好的参考折射率通常是对应于TM临界角转变的折射率。对于Zepler和FORTE玻璃，该折射率非常接近初始玻璃折射率，所述初始玻璃折射率通常是有规定的。
2)对于每种偏振，采用导模的呈角度棱镜耦合光谱，测量所有模有效折射率nm，m＝0，1，2...
3)如果需要的话，假定nm+nl几乎不发生变化，将其指定为等于的常数。
4)对于每对整数m,l≥0，计算
5)对等式yml＝nm-nl＝SBml进行线性回归，以得到大写斜率S。
6)如果需要的话，检查线性回归的质量是否足够(例如，R2高于最小要求)。
7)采用sn＝S3/2，得到折射率斜率。
8)出于后续膝应力计算的目的，采用下式得到表面折射率：
9)如果需要更高的准确度的话，对于每对模，用上文提到的测量值的实际之和nm+nl替代
10)在使用来计算n表面的计算中，任选地使用迭代过程，其中，在第一个步骤中，使用2n0，以及在第二次迭代中，使用n0+n(0) 表面，例如使用来自第一次迭代的估算的表面折射率来计算表面和第一模的平均值。为了更快速地计算，使用：
11)出于得到膝应力的目的，采用下式计算表面CS：CS＝(nTE 表面-nTM 表面)/SOC
12)出于得到膝应力的目的，采用下式计算膝应力：sσ＝(nTE 表面-nTM 表面)/SOC
13)从上面的TM谱图得到DOL，用于更高精度
14)计算膝应力σ膝＝CS+sσx DOL
15)如果由于深侧上的截短使得尖峰的较深端略微不同于线性，则应用校正因子：σ膝＝CS+F x sσx DOL，其中，F是校正因子，通常约为0.4-1，但是对于具有负曲率区域的尖峰，其可能超过1。可以通过如下方式计算校正因子：考虑通过二次离子质谱(SIMS)、辉光放电发射光谱(GDOES)或电子微探针测得的钾(K)的实际浓度分布，或者可以通过如下经验方式得到校正因子：将测得的膝应力与上文等式对比，对F值拟合使得它们相符合。
明显地，上文方法可用于钾富集尖峰的TM和/或TE折射率分布，以改进CS和CSk的精度。当其同时用于TM和TE谱时，改进最为明显，但是这也可用于其中的一个谱仅具有2个导模(例如，对于TE谱)的情况，在该情况下，仅对具有至少3个导模的谱应用线性回归。除此之外，这显然可一般地应用到不同TM和TE模数，但是当使用相同TM和TE模数时，准确度可能是最高的。
下表2A和2B显示对于覆盖不同DOL范围的数种样品，将用于间接CSk计算的斜率方法的两个主要实施方式应用到实际棱镜耦合测量的数据。表2A显示采用两种模式的现有技术计算方法的结果，而表2B显示本文所揭示的采用额外模式的改进的计算方法的结果。
通过表2A和2B的数据，图12显示：采用仅来自最开始两个模的两种方法的CS与提取(extracted)的CSk关系图(拟合曲线A)，以及采用所有可用模用于斜率计算的CS与提取的CSk关系图(拟合曲线B)。表2B中的最后一行显示：当采用所有模式(3个或更多个)而不是如同表面2A的方法中仅使用最低的两阶模(拟合曲线A)来提取斜率时，CSk的间接测量的标准差明显下降。
对于相同的改进方法，图12的数据的CSk具有明显更小的宽幅，表明标准差减小。数据还显示对于CS小得多的依赖性，暗示了仅从两个条纹提取CSk经受倾向于使得CSk与CS相关的测量误差。
基于本文之前所揭示的其它间接方法(即，使用尖峰的最高阶导模的双折射来估算CSk的方法)，该方法的两种其他实施方式提供了CSk测量准确度的明显改进。最高阶导模的折射率仅略高于对应于发生应力分布的膝的深度的有效折射率。从而，该模式的双折射明显受到膝应力的影响。如果尖峰CS和DOL保持恒定，则膝应力CSk基本上会是仅有的驱动最高阶尖峰模的双折射率发生变化的角色。
上文所述的方法将膝应力CSk计算为最高阶尖峰模的双折射的分数。当较宽的产品规范允许CS和尖峰的DOL发生中等或明显变化时(通常如化学强化覆盖玻璃那样)，该方法会存在问题。
下文所揭示的用于计算膝应力CSk的方法的两种改进的实施方式校正了CS和尖峰DOL的变化对于替代性导模的折射率的影响，从而CSk的间接回收值(indirectlyrecovered value)更为准确。通过如下方式寻求CSk测量的准确度改进：通过最后条纹方法校正间接提取的CSk值的明显失真(最高阶导模的双折射作为膝应力诱发的双折射的替代)。
在方法的一个方面，相对于来自它们的目标产品的标称值的CS、DOL和CSk的偏差，来计算选定的替代性导模的双折射的偏差。然后，在应用了与这些计算或经验提取的偏差和对应的相对于目标值的CS和DOL的测量偏差的乘积相关的校正之后，从测得的替代性模式双折射计算CSk。
在一个例子中，可以假定尖峰形状具有从表面到膝深度的线性分布。这对于单步骤工艺是良好近似。认为补余误着函数形状尖峰对于两步骤工艺是良好近似，其中，第一步骤在浴中采用明显较低的非零钾浓度，并且形成的CS明显低于第二步骤，以及其中，第二步骤具有明显更短的离子交换时间，温度与第一步骤近似相同或较低。分布的具体形状不影响校正方法，仅影响校正因子的绝对值。
在本例中，通过采用线性尖峰近似，来计算最后条纹双折射。制造过程涉及：0.5mm厚的康宁2321玻璃样品在380C的约为20重量％NaNO3和80重量％KNO3的混合物中，经受约1.6小时的离子交换。目标的标称CS是675MPa，以及标称DOL是9微米。
图13中存在的表3显示对于数种不同的CSk、CS和DOL的假定值，TM和TE偏振这两种情况的三种导模的计算得到的有效折射率。可以通过数值方法计算有效折射率，例如通过模式解算器，其以数值方法解波方程，或者通过例如转移矩阵方法。此类方法是本领域众所周知的。
第八栏显示第三导模的双折射(模标定指数从0开始计数，所以第三导模是TM2/TE2)。第九栏显示对应于最高阶导模(在该情况下，第三导模)的双折射的抽象压缩应力CSn2。通过模双折射除以应力光学系数SOC得到该抽象压缩应力。
最右栏通过对应参数的单位变化(即，CSk变化1MPa，表面CS变化1MPa，或者DOL变化1微米)显示计算得到的抽象压缩应力中的计算变化。它们可被近似地用作抽象压缩应力相对于驱动参数变化的偏差。从表3可以看出，如此计算的偏差在参数增加侧上的变化与参数降低侧上的变化可能略微不同。这是由于采用的有限间隔来计算偏差。如果使用较小间隔进行估算的话，可以降低差异。在实践中，参数正侧与负侧的平均偏差可以用在整个间隔上，以提供相当好的校正。
如果将从最高阶共用导模的双折射计算的替代性抽象模式压缩应力标记为CS替代，则可以采用CS、DOL和CS替代的测量值以及采用CS、DOL、CSk和CS替代的标称值来计算膝应力的校正值。通常来说，可以采用如下形式的计算：
其中，校正的校正CS和校正DOL是相对于它们的标称值的CSsp和DOLsp的偏差与对应的替代性应力CS替代对于CSsp和DOLsp的变化的敏感性的乘积计算得到的。注意到的是，在本公开内容中，当使用的CS没有任何下标时，其指的是尖峰CSsp的表面压缩应力。
上述方法的简单实施方式使用如下等式：
在上述例子中，等式简化为：
上述使用了CSsp和DOLsp相对于它们的标称值的偏差与对应的校正CS和校正DOL之间的线性关系，使得当CSsp和/或DOLsp的测量经受明显随机误差(噪声)时，CSk易受到发生标准差增加。在一些情况下，这种标准差增加会是有问题的。通过使用每种校正与CSsp或DOLsp相对于其标称值的对应偏差之间的线性关系来限制校正量，可以帮助使得计算得到的CSk稳定化。在一个例子中，校正可以计算如下：
和
其中，Δ1和Δ2是校正的限制值，防止由于CSsp和DOLsp值中的噪声导致的过度补偿。
在方法的另一个实施方式中，因子K3用于使得寻求的膝应力CSk与(从最后导模的双折射计算得到的)替代性应力相关联，这允许随着表面CS和尖峰DOL发生变化，从而对于各种CS和DOL组合，从替代性应力测量得到的CSk的提取值可以与实际膝应力更好地匹配。
在一个例子中，在膝应力为150MPa附近、CS为500MPa附近和DOL在10微米附近的化学强化样品的光学模式的模拟中，CS和DOL略微变化。然后，将模拟中输入的膝应力除以通过模拟计算得到的替代性抽象模应力，以得到因子K3是如何随CS和DOL发生变化的。
图14A显示计算得到的K3对于CS的依赖性(即，K3与CS(MPa)的关系)。纵线显示在该例子中，出于计算CSk的目的，K3可以近似为常数的CS范围。在具有明显更陡峭尖峰(例如，斜率为100MPa/微米附近)的其他情况下，K3可以近似为常数的CS范围会较窄。
图14B显示从相同数据计算得到的K3相对于CS的导数(dK3/dCS)。这可以通过应用校正，用于从应力分布的校准测量(例如，偏正或折射率近场测量)过程中获得的标称K3值来计算K3值。
图15显示K3对于DOL的依赖性。在小于约9.5微米的较小DOL值，该依赖性变得更为陡峭，推测是由于第三TE模从导模转变为泄漏模式。通常来说，在该情况下，测量不是在甜蜜点中，会避免该区域。
图16显示缩放因子K3相对于DOL的导数(dK3/dDOL)，其具有较小且几乎不发生变化的导数区域，以及快速变化的导数区域，绝对值明显增长。在K3相对于DOL的导数是小的(以绝对值计)且几乎不发生变化的区域中进行操作对于涉及基于最后导模的双折射间接测量CSk的实施方式是优选的。
在一个例子中，K3的校正值可以计算如下：
在另一个例子中，K3的值可以从CS与DOL组合的矩阵制表得到，在测量中，通过选择最接近CS和DOL的测量值的CS/DOL组合的算法读取。
在方法的另一个实施方式中，K3的值不需要进行校正。相反地，可以在数个区域中分开CS、DOL组合的范围与未校正的CSk，从而具有高CS和DOL以及低CSK的该组合可以在质量控制测量中被拒绝。这考虑了如下观察情况：通过最高导模替代方法，高CS和DOL都倾向于提升间接测得的CSK。
在一个例子中，通过CS和DOL规格的乘积限定工艺空间(工艺窗)。然后将该工艺空间分成2个或更多个区域，优选平行于与点(CS最大值，DOL最小值)和点(CS最小值，DOL最大值)相关的对角线。然后，对于每个区域，使用CSK的不同下限作为拒绝部件的理由，如此要求的CSK下限通常随着CS的增加和DOL的增加而增加。在另一个例子中，CS/DOL工艺空间可以被对应于条件CS*DOL＝常数或者(CS-CSK 标称)*DOL＝常数的曲线分成2个或更多个子区域。
对本领域的技术人员而言，很清楚可以在不偏离所附权利要求所限定的本公开的精神或范围下，对本文所述的本公开的优选实施方式进行各种修改。因此，本文覆盖了此类修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求及其等同方案的范围之内。
Claims (19)
1.一种对化学强化玻璃基材的应力分布进行表征的方法，所述化学强化玻璃基材是通过碱性离子的内扩散形成的，并且具有：上表面和主体、与所述上表面紧邻的浅的应力尖峰区域、和在所述主体内的应力缓慢变化的深区域，所述深区域与所述尖峰区域在膝处相交，其中，所述方法包括：
测量所述玻璃基材的TM模谱和TE模谱，其中，所述TM模谱和TE模谱分别包括与临界角相关的转变和模线；
使用所述TM模谱和TE模谱，或者至少一种类型的碱性离子的表面浓度测量，来确定所述尖峰区域的表面压缩应力CSsp；
通过如下方式计算所述尖峰区域的层深度DOLsp：采用所述TM模谱和TE模谱中的至少一个的模线，以及包括使用所述转变和最靠近所述转变的模线之间的距离来获得非整数模计数；
测量TE和TM转变位置之间的差异，来确定双折射BR的量；以及
计算膝应力为：CS膝＝(CFD)(BR)/SOC，其中，SOC是应力光学系数，以及其中，CFD是0.5-1.5的校准因子。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性离子是Na和K，其中，所述玻璃基材含有Li，以及其中，所述分布的深区域富集Na，所述浅的应力尖峰区域富集K。
3.如权利要求1所述的方法，其还包括通过幂系数为1.3-4的幂律来对所述深区域的应力分布进行近似。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，仅采用所述TM模谱的模线来计算所述层深度DOLsp。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用所述TM模谱的模线中的至少3条来计算所述层深度DOLsp。
6.一种对化学强化玻璃基材的应力分布进行表征的方法，所述化学强化玻璃基材是通过碱性离子的内扩散形成的，并且具有：上表面和主体、与所述上表面紧邻的浅的应力尖峰区域、和在所述主体内的应力缓慢变化的深区域，所述深区域与所述尖峰区域在膝处相交，其中，所述方法包括：
测量所述玻璃基材的TM模谱和TE模谱，其中，所述TM模谱和TE模谱分别包括：与所述尖峰区域相关的模线；一部分的总内反射(TIR)；一部分的部分反射，在该位置光学耦合进入所述基材的深区域中；以及与临界角相关的两个部分之间的转变；
使用所述TM模谱和TE模谱中的至少一种，或者使用位于靠近表面的至少一种类型的碱性离子的表面浓度测量，来确定所述尖峰区域的表面压缩应力CSsp；
采用所述TM模谱和TE模谱中的至少一种的尖峰区域的多条所述模线，来确定所述尖峰区域的应力斜率sσ；
通过如下方式计算所述尖峰区域的层深度DOLsp：采用所述TM模谱和TE模谱中的至少一个的模线，以及包括使用所述转变和最靠近所述转变的模线之间的距离来获得非整数模计数；以及
采用如下关系式，用表面压缩应力CSsp、应力斜率sσ和尖峰DOLsp，来计算膝处的压缩应力CS膝的量：
CS膝＝CSsp+(CF)(sσ)(DOLsp)
其中，CF是绝对值为0.5-2的校准因子。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述碱性离子是Na和K，其中，所述玻璃基材含有Li，以及其中，所述分布的深区域富集Na，所述浅的应力尖峰区域富集K。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，采用所述TE模谱和TM模谱中的每一个的两条最低阶模线来进行确定所述应力斜率sσ。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，采用所述TE模谱和TM模谱中的至少一个的三条或更多条模线来进行确定所述应力斜率sσ。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，采用线性回归或者通过采用模线对的取平均值过程，来进行确定所述应力斜率sσ。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，仅采用所述TM模谱的模线和转变来计算所述层深度DOLsp。
12.一种对化学强化玻璃基材的应力分布进行表征的方法，所述化学强化玻璃基材是通过碱性离子的扩散形成的，并且具有：上表面和主体、与所述上表面紧邻的浅的应力尖峰区域、和在所述主体内的应力缓慢变化的深区域，所述深区域与所述尖峰区域在膝处相交，其中，所述方法包括：
测量所述玻璃基材的TM模谱和TE模谱，其中，所述TM模谱和TE模谱分别包括：与所述尖峰区域相关的模线；一部分的总内反射(TIR)；一部分的部分反射，在该位置光学耦合进入所述基材的深区域中；以及对应于临界角的两个部分之间的转变；
使用所述TM模谱和TE模谱中的至少一种，或者使用位于靠近表面的至少一种类型的碱性离子的表面浓度测量，来确定所述尖峰区域的表面压缩应力CSsp；
通过如下方式计算所述尖峰区域的层深度DOLsp：采用所述TM模谱和TE模谱中的至少一个的模线，以及包括使用所述转变和最靠近所述转变的模线之间的距离来获得非整数模计数；
通过如下估算应力诱发的双折射BR：
其中，nTE LM是最高共用阶的TE尖峰模的有效折射率，nTM LM是最高共用阶的TM尖峰模的有效折射率；以及
计算膝应力为：CS膝＝(CFD)(BR)/SOC，其中，SOC是应力光学系数，以及其中，CFD是0.5-1.5的校准因子。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述碱性离子是Na和K，其中，所述玻璃基材含有Li，以及其中，所述分布的深区域富集Na，所述浅的应力尖峰区域富集K。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，仅采用所述TM模谱的模线和转变来计算所述层深度DOLsp。
15.一种对化学强化玻璃基材的应力分布进行表征的方法，所述化学强化玻璃基材是通过碱性离子的扩散形成的，并且具有：上表面和主体、与所述上表面紧邻的浅的应力尖峰区域、和在所述主体内的应力缓慢变化的深区域，所述深区域与所述尖峰区域在膝处相交，其中，所述方法包括：
测量所述玻璃基材的TM模谱和TE模谱，其中，所述TM模谱和TE模谱分别包括对应于临界角的转变和模线；
使用所述TM模谱和TE模谱中的至少一种，或者使用位于靠近表面的至少一种类型的碱性离子的表面浓度测量，来确定所述尖峰区域的表面压缩应力CSsp；
通过如下方式计算所述尖峰区域的层深度DOLsp：采用所述TM模谱和TE模谱中的至少一个的模线，以及包括使用所述转变区域和最靠近所述转变区域的模线之间的距离来获得非整数模计数；
测量TE和TM转变位置之间的差异，来确定双折射BR的量，其中，BR如下：
其中，nTE LM是最高共用阶TE尖峰模的有效折射率，nTM LM是最高共用阶TM尖峰模的有效折射率；以及
采用如下等式计算膝应力，CSk：
CSk＝K3xBR/SOC
其中，SOC是应力光学系数，以及K3是0.2-2的校准因子。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述碱性离子是Na和K，其中，所述玻璃基材含有Li，以及其中，所述分布的深区域富集Na，所述浅的应力尖峰区域富集K。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，仅采用所述TM模谱的模线来计算所述层深度DOLsp。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，采用所述TM模谱的至少3条模线来计算所述层深度DOLsp。
19.一种对化学强化玻璃基材的应力分布进行表征的方法，所述化学强化玻璃基材是通过碱性离子的扩散形成的，并且具有：上表面和主体、与所述上表面紧邻的浅的应力尖峰区域、和在所述主体内的应力缓慢变化的深区域，所述深区域与所述尖峰区域在膝处相交，其中，所述方法包括：
测量所述玻璃基材的TM模谱和TE模谱，其中，所述TM模谱和TE模谱分别包括：与所述尖峰区域相关的模线；一部分的总内反射(TIR)；一部分的部分反射，在该位置光学耦合进入所述基材的深区域中；以及对应于临界角的两个部分之间的转变；
使用所述TM模谱和TE模谱中的至少一种，或者使用位于靠近表面的至少一种类型的碱性离子的表面浓度测量，来确定所述尖峰区域的表面压缩应力CSsp；
通过如下方式计算所述尖峰区域的层深度DOLsp：采用所述TM模谱和TE模谱中的至少一个的模线，以及包括使用所述转变区域和最靠近所述转变区域的模线之间的距离来获得非整数模计数；
测量TE和TM转变位置之间的差异，来确定双折射BR的量，其中，BR如下：
其中，nTE LM是最高共用阶TE尖峰模的有效折射率，nTM LM是最高共用阶TM尖峰模的有效折射率；以及
采用如下等式计算膝应力，CSk：
其中，CS替代是替代性应力，CS替代＝BR/SOC，SOC表述应力光学系数；
和DOL标称是CSk、CS替代、CSsp和DOL的标称值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910824098.5A CN110501099B (zh) | 2015-09-17 | 2016-09-16 | 对含有锂的经过离子交换的化学强化玻璃进行表征的方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201562219949P | 2015-09-17 | 2015-09-17 | |
| US62/219,949 | 2015-09-17 | ||
| PCT/US2016/052045 WO2017049028A1 (en) | 2015-09-17 | 2016-09-16 | Methods of characterizing ion-exchanged chemically strengthened glasses containing lithium |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910824098.5A Division CN110501099B (zh) | 2015-09-17 | 2016-09-16 | 对含有锂的经过离子交换的化学强化玻璃进行表征的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108349793A CN108349793A (zh) | 2018-07-31 |
| CN108349793B true CN108349793B (zh) | 2019-10-01 |
Family
ID=57083362
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910824098.5A Active CN110501099B (zh) | 2015-09-17 | 2016-09-16 | 对含有锂的经过离子交换的化学强化玻璃进行表征的方法 |
| CN201680054449.3A Active CN108349793B (zh) | 2015-09-17 | 2016-09-16 | 对含有锂的经过离子交换的化学强化玻璃进行表征的方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910824098.5A Active CN110501099B (zh) | 2015-09-17 | 2016-09-16 | 对含有锂的经过离子交换的化学强化玻璃进行表征的方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (4) | US9897574B2 (zh) |
| EP (1) | EP3350137B1 (zh) |
| JP (2) | JP6868614B2 (zh) |
| KR (1) | KR102541006B1 (zh) |
| CN (2) | CN110501099B (zh) |
| TW (2) | TWI716450B (zh) |
| WO (1) | WO2017049028A1 (zh) |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10206298B2 (en) | 2016-04-21 | 2019-02-12 | Apple Inc. | Witness layers for glass articles |
| US11419231B1 (en) | 2016-09-22 | 2022-08-16 | Apple Inc. | Forming glass covers for electronic devices |
| US11535551B2 (en) | 2016-09-23 | 2022-12-27 | Apple Inc. | Thermoformed cover glass for an electronic device |
| US11565506B2 (en) | 2016-09-23 | 2023-01-31 | Apple Inc. | Thermoformed cover glass for an electronic device |
| US10800141B2 (en) | 2016-09-23 | 2020-10-13 | Apple Inc. | Electronic device having a glass component with crack hindering internal stress regions |
| TWI766041B (zh) * | 2017-06-14 | 2022-06-01 | 美商康寧公司 | 控制壓實的方法 |
| US10900850B2 (en) * | 2017-07-28 | 2021-01-26 | Corning Incorporated | Methods of improving the measurement of knee stress in ion-exchanged chemically strengthened glasses containing lithium |
| US11066322B2 (en) | 2017-12-01 | 2021-07-20 | Apple Inc. | Selectively heat-treated glass-ceramic for an electronic device |
| US10611666B2 (en) | 2017-12-01 | 2020-04-07 | Apple Inc. | Controlled crystallization of glass ceramics for electronic devices |
| CN111954804B (zh) | 2018-04-02 | 2024-03-22 | 康宁股份有限公司 | 具有宽计量工艺窗口的棱镜耦合应力计 |
| US11203550B2 (en) * | 2018-04-27 | 2021-12-21 | AGC Inc. | Chemically strengthened glass plate, portable information terminal, and manufacturing method of chemically strengthened glass plate |
| JP7255594B2 (ja) * | 2018-07-03 | 2023-04-11 | Ａｇｃ株式会社 | 化学強化ガラスおよびその製造方法 |
| EP3818022A1 (en) * | 2018-07-05 | 2021-05-12 | Corning Incorporated | Asymmetric ion-exchange methods of making strengthened articles with asymmetric surfaces |
| CN112566878B (zh) * | 2018-07-23 | 2022-10-18 | 康宁公司 | 具有改善的头部冲击性能及破裂后能见度的汽车内部及覆盖玻璃制品 |
| WO2020045093A1 (ja) * | 2018-08-29 | 2020-03-05 | Ａｇｃ株式会社 | 強化ガラスの応力分布の取得方法、強化ガラスの製造方法 |
| US11420900B2 (en) | 2018-09-26 | 2022-08-23 | Apple Inc. | Localized control of bulk material properties |
| JP7158017B2 (ja) * | 2018-11-06 | 2022-10-21 | 有限会社折原製作所 | 応力測定装置、応力測定方法 |
| US11105612B2 (en) | 2019-03-22 | 2021-08-31 | Corning Incorporated | Hybrid systems and methods for characterizing stress in chemically strengthened transparent substrates |
| TW202043168A (zh) * | 2019-03-29 | 2020-12-01 | 美商康寧公司 | 抗刮玻璃及製作方法 |
| US11680010B2 (en) | 2019-07-09 | 2023-06-20 | Apple Inc. | Evaluation of transparent components for electronic devices |
| DE102019121146A1 (de) | 2019-08-05 | 2021-02-11 | Schott Ag | Heißgeformter chemisch vorspannbarer Glasartikel mit geringem Kristallanteil, insbesondere scheibenförmiger chemisch vorspannbarer Glasartikel, sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung |
| DE102019121147A1 (de) | 2019-08-05 | 2021-02-11 | Schott Ag | Scheibenförmiger, chemisch vorgespannter Glasartikel und Verfahren zu dessen Herstellung |
| KR20220047297A (ko) | 2019-08-05 | 2022-04-15 | 쇼오트 아게 | 시트형의 화학적으로 강화되거나 화학적으로 강화 가능한 유리 물품, 및 이의 제조 방법 |
| WO2021041031A1 (en) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | Corning Incorporated | Scratch resistant glass and method of making |
| CN114729878A (zh) | 2019-11-01 | 2022-07-08 | 康宁股份有限公司 | 具有改善的强度过渡位置检测及倾斜补偿的棱镜耦合系统及方法 |
| CN114761789A (zh) | 2019-11-26 | 2022-07-15 | 康宁股份有限公司 | 使用不同波长的棱镜耦合系统和方法 |
| US11573078B2 (en) | 2019-11-27 | 2023-02-07 | Corning Incorporated | Apparatus and method for determining refractive index, central tension, or stress profile |
| US11460892B2 (en) | 2020-03-28 | 2022-10-04 | Apple Inc. | Glass cover member for an electronic device enclosure |
| CN115955798A (zh) | 2020-03-28 | 2023-04-11 | 苹果公司 | 用于电子设备壳体的玻璃覆盖构件 |
| US11666273B2 (en) | 2020-05-20 | 2023-06-06 | Apple Inc. | Electronic device enclosure including a glass ceramic region |
| CN116783152A (zh) | 2020-12-23 | 2023-09-19 | 苹果公司 | 用于电子设备的透明部件的基于激光的切割 |
| CN117321397A (zh) | 2021-04-01 | 2023-12-29 | 康宁股份有限公司 | 用于改进的光散射偏振测量的光源强度控制系统和方法 |
| DE202021103861U1 (de) | 2021-07-20 | 2021-10-04 | Schott Ag | Scheibenförmiger, chemisch vorgespannter oder chemisch vorspannbarer Glasartikel |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103619764A (zh) * | 2011-07-01 | 2014-03-05 | 旭硝子株式会社 | 化学强化用浮法玻璃 |
| CN104379522A (zh) * | 2012-06-08 | 2015-02-25 | 康宁股份有限公司 | 强化的玻璃制品以及制造方法 |
| CN104870393A (zh) * | 2012-02-29 | 2015-08-26 | 康宁股份有限公司 | 通过无误差函数压缩应力曲线的离子交换玻璃 |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5937451B2 (ja) * | 1977-05-04 | 1984-09-10 | 株式会社東芝 | 化学強化ガラスの表面応力測定装置 |
| US5117469A (en) * | 1991-02-01 | 1992-05-26 | Bell Communications Research, Inc. | Polarization-dependent and polarization-diversified opto-electronic devices using a strained quantum well |
| US8873028B2 (en) * | 2010-08-26 | 2014-10-28 | Apple Inc. | Non-destructive stress profile determination in chemically tempered glass |
| US9140543B1 (en) * | 2011-05-25 | 2015-09-22 | Corning Incorporated | Systems and methods for measuring the stress profile of ion-exchanged glass |
| US8773656B2 (en) * | 2011-08-24 | 2014-07-08 | Corning Incorporated | Apparatus and method for characterizing glass sheets |
| US8885447B2 (en) * | 2012-03-29 | 2014-11-11 | Hoya Corporation | Glass for magnetic recording medium substrate, glass substrate for magnetic recording medium, and their use |
| KR20130110701A (ko) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | 삼성디스플레이 주식회사 | 표시 장치용 글라스 기판 및 이의 제조 방법 |
| US8957374B2 (en) * | 2012-09-28 | 2015-02-17 | Corning Incorporated | Systems and methods for measuring birefringence in glass and glass-ceramics |
| US9714192B2 (en) * | 2013-02-08 | 2017-07-25 | Corning Incorporated | Ion exchangeable glass with advantaged stress profile |
| US9109881B2 (en) * | 2013-06-17 | 2015-08-18 | Corning Incorporated | Prism coupling methods with improved mode spectrum contrast for double ion-exchanged glass |
| US11079309B2 (en) * | 2013-07-26 | 2021-08-03 | Corning Incorporated | Strengthened glass articles having improved survivability |
| US10156488B2 (en) * | 2013-08-29 | 2018-12-18 | Corning Incorporated | Prism-coupling systems and methods for characterizing curved parts |
| US10160688B2 (en) * | 2013-09-13 | 2018-12-25 | Corning Incorporated | Fracture-resistant layered-substrates and articles including the same |
| US9983064B2 (en) * | 2013-10-30 | 2018-05-29 | Corning Incorporated | Apparatus and methods for measuring mode spectra for ion-exchanged glasses having steep index region |
| US10442730B2 (en) * | 2013-11-25 | 2019-10-15 | Corning Incorporated | Method for achieving a stress profile in a glass |
| US20150166407A1 (en) * | 2013-12-08 | 2015-06-18 | Saxon Glass Technologies, Inc. | Strengthened glass and methods for making utilizing electric field assist |
| US10118858B2 (en) * | 2014-02-24 | 2018-11-06 | Corning Incorporated | Strengthened glass with deep depth of compression |
| US9261429B2 (en) * | 2014-05-21 | 2016-02-16 | Corning Incorporated | Prism-coupling systems and methods for characterizing large depth-of-layer waveguides |
| CN117623625A (zh) * | 2014-10-08 | 2024-03-01 | 康宁股份有限公司 | 包含金属氧化物浓度梯度的玻璃和玻璃陶瓷 |
| GB2533589A (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-29 | Ndc Infrared Eng Ltd | Measurement of porous film |
| JP6419595B2 (ja) | 2015-01-30 | 2018-11-07 | 有限会社折原製作所 | 表面応力測定方法、表面応力測定装置 |
| CN113800783A (zh) * | 2016-01-21 | 2021-12-17 | Ａｇｃ株式会社 | 化学强化玻璃以及化学强化用玻璃 |
| CN116529211A (zh) * | 2020-09-25 | 2023-08-01 | 康宁股份有限公司 | 具有改善的掉落性能的玻璃基制品的应力分布曲线 |
-
2016
- 2016-09-14 TW TW105129985A patent/TWI716450B/zh active
- 2016-09-14 TW TW109144256A patent/TWI762083B/zh active
- 2016-09-16 CN CN201910824098.5A patent/CN110501099B/zh active Active
- 2016-09-16 JP JP2018514327A patent/JP6868614B2/ja active Active
- 2016-09-16 US US15/267,392 patent/US9897574B2/en active Active
- 2016-09-16 WO PCT/US2016/052045 patent/WO2017049028A1/en active Application Filing
- 2016-09-16 KR KR1020187010574A patent/KR102541006B1/ko active IP Right Grant
- 2016-09-16 CN CN201680054449.3A patent/CN108349793B/zh active Active
- 2016-09-16 EP EP16777836.4A patent/EP3350137B1/en active Active
-
2018
- 2018-02-19 US US15/898,948 patent/US10234422B2/en active Active
-
2019
- 2019-03-08 US US16/296,560 patent/US10768143B2/en active Active
-
2020
- 2020-09-03 US US17/010,942 patent/US11561199B2/en active Active
-
2021
- 2021-04-12 JP JP2021066954A patent/JP7203140B2/ja active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103619764A (zh) * | 2011-07-01 | 2014-03-05 | 旭硝子株式会社 | 化学强化用浮法玻璃 |
| CN104870393A (zh) * | 2012-02-29 | 2015-08-26 | 康宁股份有限公司 | 通过无误差函数压缩应力曲线的离子交换玻璃 |
| CN104379522A (zh) * | 2012-06-08 | 2015-02-25 | 康宁股份有限公司 | 强化的玻璃制品以及制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20200400613A1 (en) | 2020-12-24 |
| TWI716450B (zh) | 2021-01-21 |
| US11561199B2 (en) | 2023-01-24 |
| US20170082577A1 (en) | 2017-03-23 |
| TW201720779A (zh) | 2017-06-16 |
| US9897574B2 (en) | 2018-02-20 |
| JP6868614B2 (ja) | 2021-05-12 |
| KR102541006B1 (ko) | 2023-06-08 |
| JP2018527282A (ja) | 2018-09-20 |
| US10234422B2 (en) | 2019-03-19 |
| JP7203140B2 (ja) | 2023-01-12 |
| TWI762083B (zh) | 2022-04-21 |
| KR20180054716A (ko) | 2018-05-24 |
| CN110501099B (zh) | 2021-10-29 |
| US20180172634A1 (en) | 2018-06-21 |
| CN110501099A (zh) | 2019-11-26 |
| US10768143B2 (en) | 2020-09-08 |
| EP3350137A1 (en) | 2018-07-25 |
| TW202126600A (zh) | 2021-07-16 |
| CN108349793A (zh) | 2018-07-31 |
| US20190310228A1 (en) | 2019-10-10 |
| EP3350137B1 (en) | 2021-12-01 |
| JP2021107319A (ja) | 2021-07-29 |
| WO2017049028A1 (en) | 2017-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108349793B (zh) | 对含有锂的经过离子交换的化学强化玻璃进行表征的方法 | |
| JP6978545B2 (ja) | イオン交換により化学強化されたリチウム含有ガラスを特徴付ける方法 | |
| CN109307658A (zh) | 离子交换化学强化含锂玻璃中拐点应力测量的改进方法 | |
| Mavroeidis et al. | Empirical evidence on inflation expectations in the New Keynesian Phillips Curve | |
| Wang et al. | Recalibration and clarification of the formula applied to the ISRM-suggested CCNBD specimens for testing rock fracture toughness | |
| Alton et al. | KINETyS II: Constraints on spatial variations of the stellar initial mass function from K-band spectroscopy | |
| CN105092530B (zh) | 平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法 | |
| Dutton | Digital image correlation for evaluating structural engineering materials | |
| Song et al. | Virtual image standard (VIS) for performance evaluation of the congruent matching cells (CMC) algorithms in firearm evidence identifications | |
| Jedamzik et al. | CTE homogeneity of ZERODUR® in the ELT century | |
| JP2023089250A (ja) | 強化ガラスの応力分布の取得方法、強化ガラスの製造方法 | |
| Chugh et al. | Analyzing the Impact of Diametral Compressive Loads on Stress Distribution in Circular Discs Through Advanced Photoelastic Techniques | |
| Brabec | Analysis of the mechanical behaviour of wood by means of digital image correlation | |
| Hüser et al. | Intercomparison to validate implementations of different laboratories of algorithms for the analysis of surface texture |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |