CN109415250A - 掉落性能得到改进的玻璃 - Google Patents

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Abstract

当掉落到磨损表面上时表现出优异的抗损坏性的化学强化玻璃制品。所述强化玻璃制品具有应力分布，在该应力分布中，制品内的压缩应力和拉伸应力根据玻璃制品的厚度t而变化。所述应力分布具有第一区、第二区和第三区，所述第一区从玻璃制品的表面延伸到玻璃中的深度d1，其中d1≤0.025t或d1≤20μm，并且所述第一区在表面处具有至少约280MPa的最大压缩应力，所述第二区从至少是d1的深度延伸到第二深度d2并且具有局部最大压缩应力，所述第三区从玻璃中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3且DOC≥0.15t。还提供了一种对玻璃制品进行强化的方法以在掉落时提供抗损坏性。

Description

掉落性能得到改进的玻璃
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2016年6月14日提交的系列号为62/349,802的美国申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并将其全部内容结合于此。
背景
本公开涉及强化玻璃。更具体地，本公开涉及当掉落到磨损表面(abrasivesurface)上时抗损坏的强化玻璃。
通过离子交换强化的玻璃往往表现出类似互补误差函数或抛物线函数的应力分布。虽然这样的应力分布对某些类型的损坏(例如尖锐的冲击)提供了充分的保护，但是它们不能为某些类型的损坏(例如从某一高度掉落到磨损表面上)提供充分的保护。
发明内容
本公开提供了当掉落到磨损表面上时表现出优异的抗损坏性的化学强化玻璃制品。所述强化玻璃制品具有应力分布，在该应力分布中，制品内的压缩应力和拉伸应力根据玻璃制品的厚度t而变化。所述应力分布具有第一区、第二区和第三区，所述第一区从玻璃制品的表面延伸到玻璃中的深度d1，其中d1≤0.025t或d1≤20μm，并且所述第一区在表面处具有至少约280MPa的最大压缩应力，所述第二区从至少是d1的深度延伸到第二深度d2并且具有局部最大压缩应力，所述第三区从玻璃中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3且DOC≥0.15t。还提供了一种对玻璃制品进行强化的方法以在掉落时提供抗损坏性。
因此，本公开的一个方面提供了一种玻璃制品。所述玻璃制品具有厚度t和压缩层，所述压缩层从玻璃的表面延伸到压缩深度DOC。玻璃制品中的应力根据厚度t而变化，从而形成应力分布。所述应力分布包括：第一区、第二区和第三区，所述第一区从表面延伸到玻璃中的深度d1，其中d1≤0.025t，并且其中所述第一区在表面处具有至少约280MPa的最大压缩应力CS1；所述第二区从至少是d1的深度延伸到第二深度d2，其中d2≤0.0625t，其中所述第二区具有最大压缩应力CS2，其中125MPa≤CS2≤250MPa或50MPa≤CS2≤300MPa；所述第三区从玻璃中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3且DOC≥0.10t。
本公开的第二个方面提供了一种玻璃制品。所述玻璃制品具有厚度t，在约50GPa至约120GPa范围内的杨氏模量，以及从玻璃的表面延伸到压缩深度DOC的压缩层。玻璃制品中的应力根据厚度t而变化，从而形成应力分布。所述应力分布包括：第一区、第二区和第三区，所述第一区从表面延伸到玻璃中的深度d1，其中d1≤20μm，并且其中所述第一区在表面处具有至少约280MPa的最大压缩应力CS1；所述第二区从至少是d1的深度延伸到第二深度d2，其中20μm≤d2≤50μm，其中所述第二区具有最大压缩应力CS2，其中125MPa≤CS2≤250MPa或50MPa≤CS2≤300MPa；所述第三区从玻璃中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3且DOC≥0.15t。
本公开的第三个方面提供了一种玻璃制品，其具有厚度t，在约50GPa至约120GPa范围内的杨氏模量，以及从玻璃的表面延伸到压缩深度DOC的压缩层。玻璃制品中的应力根据厚度t而变化，从而形成应力分布，所述应力分布包含：第一区、第二区和第三区，所述第一区从表面延伸到玻璃制品中的深度d1，其中d1≤20μm，并且其中所述第一区在表面处具有至少约280MPa的最大压缩应力CS1；所述第二区从至少是d1的深度延伸到第二深度d2，其中20μm≤d2≤50μm，其中所述第二区具有最大压缩应力CS2，其中125MPa≤CS2≤250MPa或50MPa≤CS2≤300MPa，其中所述应力分布从深度d1处的压缩应力增加到最大压缩应力CS2并且从最大压缩应力CS2下降到第二深度d2处的第二压缩应力；所述第三区从玻璃中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3且DOC≥0.15t。
本发明的第四方面提供了一种对玻璃进行强化的方法。所述玻璃包含第一碱金属阳离子并且具有第一表面、与第一表面相对的第二表面、厚度t、在t/2处的中心。所述玻璃具有应力分布，该应力分布包含第一区、第二区和第三区，所述第一区从第一表面延伸到玻璃中的深度d1，其中d1≤0.025t，并且在表面处具有最大压缩应力CS1；所述第二区从至少是d1的深度延伸到第二深度d2，其中d2≤0.0625t，并且具有最大压缩应力CS2；所述第三区从玻璃中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3。所述方法包括：将玻璃浸没在包含第一碱金属阳离子和第二碱金属阳离子的第一离子交换浴中，其中第二碱金属阳离子不同于第一碱金属阳离子，并且其中来自离子交换浴的第二碱金属阳离子替换玻璃制品中的第一碱金属阳离子，并且其中第一离子交换浴包含约20重量％至约30重量％的第一碱金属阳离子的至少一种盐；在将玻璃制品浸没在第一离子交换浴中后，将玻璃浸没在第二离子交换浴中，其中第二离子交换浴包含第一碱金属阳离子和第二碱金属阳离子，其中第二离子交换浴包含约60重量％至约80重量％的第一碱金属阳离子的至少一种盐；以及在将玻璃制品浸没在第二离子交换浴中后，将玻璃浸没在第三离子交换浴中，其中第三离子交换浴包含约75重量％至约100重量％的第一碱金属阳离子的至少一种盐。
从以下具体实施方式、附图和所附权利要求书中将明显地看出这些方面、优点和显著特征及其他方面、优点和显著特征。
附图说明
图1是强化玻璃制品的截面示意图；
图2是针对玻璃可以获得的应力分布示意图；
图3是玻璃制品的最佳掉落性能的应力分布的统计指标的曲线图；
图4是图3所示的曲线图的细节；
图5是通过扩散模型获得的估计的应力分布曲线图；
图6是图5所示的曲线的细节；
图7是利用两步离子交换过程获得的应力分布曲线图；
图8是示出了三步离子交换过程中的第三步是如何可以用于在表面附近形成压缩尖峰的曲线图；以及
图9是消费电子产品的示意图；并且
图10是在化学强化玻璃样品上进行的掉落测试的示意图。
具体实施方式
在以下描述中，在附图所示的若干视图中，相同的附图标记表示相同或相应的部分。还应理解，除非另外说明，否则，术语例如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等是为了方便起见的用语，不应视为限制性用语。此外，每当将一个组描述为包含一组要素和它们的组合中的至少一种时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素，或者主要由任何数量的这些所列要素组成，或者由任何数量的这些所列要素组成。类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。除非另有说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限，以及所述上限和下限之间的任意范围。除非另外说明，否则，本文所用的修饰语“一个”、“一种”及其相应的修饰语“该(所述)”意为“至少一(个/种)”或者“一(个/种)或多(个/种)”。还应理解的是，在说明书和附图中公开的各个特征可以任意的和所有的组合方式使用。
本文中所使用的术语“玻璃制品”和“多个玻璃制品”以它们最广泛的意义来使用，包括全部或部分由玻璃或玻璃陶瓷制成的任何物体。除非另有说明，否则所有组成都以摩尔百分数(摩尔％)表示。
应注意的是，本文可用术语“基本上”和“约”表示可由任何定量比较、数值、测量或其它表示方法造成的内在不确定性。在本文中还使用这些术语表示数量的表示值可以与所述的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致审议的主题的基本功能改变。因此，“不含Li2O”的玻璃是指不向该玻璃中主动添加或配入Li2O，但其可作为污染物以极少的量(例如400ppm或更低)存在的玻璃。
压缩应力使用本领域已知的方式来测量。这些方式包括但不限于使用商购的仪器[例如由日本东京的折原公司(Orihara Co.,Ltd,Tokyo,Japan)制造的FSM-6000]进行的表面应力测量(FSM)。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，其与玻璃的双折射相关。进而根据ASTM标准C770-98(2013)中所述的程序C的修改版本(下文称为“修改版”)，题为“Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-OpticalCoefficient”[《测量玻璃应力-光学系数的标准测试方法》]来测量SOC，其全文通过引用结合入本文。程序C的修改版包括使用厚度为5至10mm且直径为12.7mm的玻璃盘作为测试试样。该玻璃盘是各向同性且均匀的，并且芯被钻孔同时两个主面均被抛光且彼此平行。该修改版还包括计算待施加给所述盘的最大力F最大。所述力应足以产生至少20MPa的压缩应力。使用下式计算F最大：
F最大＝7.854·D·h
其中：F最大是最大力，单位为牛顿；D是盘的直径，单位为毫米(mm)；并且h是光路的厚度，单位同样为mm。对于每次施加的力，使用下式计算应力：
σ(MPa)＝8F/(π·D·h)
其中：F是力，单位为牛顿；D是盘的直径，单位为毫米(mm)；并且h是光路的厚度，单位同样为毫米。
本文所用的术语“压缩深度”和“DOC”是指在强化玻璃内应力实际为零的深度；即，玻璃内的应力使玻璃从压缩转变为拉伸或从拉伸转变为压缩处的深度。
化学强化玻璃中的应力分布可以从针对测量光的正交偏振所进行的折射应力分布的测量推导出来，其中两种偏振状态的折射率分布差表示双折射。本文所述的应力分布和中心的(或中心)张力使用折射近场(RNF)法来确定。RNF系统和方法使用与正在测量的玻璃制品接触的参考试块。通过扫描穿过玻璃的偏振切换光束来限定透射的偏振切换光束，从而测量化学强化玻璃的应力分布。所述方法还包括测量偏振切换光束的功率量以形成偏振切换参考信号。检测偏振切换光并形成偏振切换检测信号，将其除以偏振切换参考信号以得到归一化的偏振切换检测信号。然后使用归一化信号确定应力分布。用于测量应力分布的系统和方法描述于2013年10月16日提交的Norman H.Fontaine和Vitor M.Schneider的题为“Systems and Methods for Measuring a Profile Characteristic of a GlassSample”[《用于测量玻璃样品的分布特性的系统和方法》]的第8,854,623号美国专利中，该专利要求2012年10月25日提交的第61/718,273号美国临时专利申请的优先权，它们的内容通过引用全文纳入本文。
压缩深度DOC和表面下方的压缩应力可以由使用上述RNF方法获得的应力分布来确定。或者，压缩深度DOC、中心张力CT和应力分布(其包含表面下方的压缩应力)可以使用本领域已知的偏振法和仪器来确定。例如，可以使用双折射成像显微镜，如BIREFRINGENCE MICROIMAGERTM(美国俄勒冈州希尔斯伯勒的Hinds仪器公司)来评价强化玻璃的双折射，并由此确定压缩深度DOC、中心张力CT和应力分布。可以用于确定强化玻璃内元素的浓度分布的电子显微镜分析也可以用作确定压缩深度DOC和应力分布的方式。
本文描述了当掉落到磨损表面上时表现出优异的抗损坏性的化学强化玻璃制品。所述强化玻璃制品具有应力分布，在该应力分布中，制品内的压缩应力和拉伸应力根据玻璃制品的厚度t而变化。
从总体上参见附图，并具体参见图1，应理解举例说明是为了描述具体的实施方式，而不是旨在将本公开或所附权利要求限于此。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。
图1示出了强化玻璃制品的截面示意图。玻璃制品100具有厚度t、第一表面110和第二表面112。在一些实施方式中，玻璃制品100的厚度t为约50μm至约3000μm(3mm)。在一些实施方式中，厚度t在约100μm至约2000μm(2mm)的范围内，在其他实施方式中，厚度t在约300μm至约1300μm(1.3mm)的范围内。虽然图1所示的实施方式描绘了作为平坦的平面片材或板材的玻璃制品100，但是玻璃制品100可具有其他构造，例如三维形状或非平面构造。玻璃制品100具有第一压缩层120，该第一压缩层120从第一表面110延伸到玻璃制品100的本体中的压缩深度(DOC)d1。在图1所示的实施方式中，玻璃制品100还具有第二压缩层122，该第二压缩层122从第二表面112延伸到第二压缩深度d2。除非另有说明，否则d1＝d2＝DOC。在一些实施方式中，压缩深度DOC为至少约0.10t(DOC≥0.10t)，在一些实施方式中，为至少约0.15t(DOC≥0.10t)。在一些实施方式中，DOC小于或等于0.25t(DOC≤0.25t)。第一和第二压缩层120、122各自处于压缩应力CS下。在一些实施方式中，第一和第二压缩层120、122各自在第一表面110和第二表面112处分别具有最大压缩应力CS。玻璃制品还具有中心区130，该中心区130从d1延伸至d2。中心区130处于拉伸应力或物理中心张力(CT)下，该拉伸应力或物理中心张力(CT)平衡或抵消层120和122的压缩应力，并且通常作为玻璃中心或t/2处的拉伸应力来测量。第一压缩层120和第二压缩层122的压缩深度d1、d2保护玻璃制品100免受通过对玻璃制品100的第一表面110和第二表面112的尖锐冲击引入的瑕疵扩展到中心区130中，同时压缩应力使得瑕疵穿透第一压缩层120和第二压缩层122的深度d1、d2的可能性最小。
在一个方面中，强化玻璃制品具有根据厚度t而变化的应力分布。图2示意性示出了这种应力分布的示意性非限制性实例。应力分布200包括第一区A，在一些实施方式中，该第一区A在表面处或紧邻表面处提供了压缩应力的急剧增加或“尖峰”。第一区A从强化玻璃制品100的表面(图1中的110、112)延伸到玻璃中的第一深度d1，所述第一深度d1为至少约0.007t(d1≥0.0t)或至少约0.010t(d1≥0.010t)。在一些实施方式中，d1小于或等于0.025t(d1≤0.025t)。A区在玻璃制品的表面处(图2中的位置＝0μm)具有至少约280MPa的最大压缩应力CS1。
应力分布200还包括处于压缩状态下的第二区(图2中的B区)，其从至少为d1的深度延伸到玻璃制品表面下方的第二深度d2，其中d2小于或等于约0.0625t(d2≤0.0625t)。在一些实施方式中，d2在约20μm至约50μm的范围内(20μm≤d2≤50μm)。应力分布从深度d1处的压缩应力增加到局部最大压缩应力CS2，并且从最大压缩应力CS2下降到第二深度d2处的第二压缩应力。“掩埋的”局部最大CS2出现在玻璃表面下方的大于d1且小于d2的深度处的B区内，其中CS1>CS2。在一些实施方式中，局部最大压缩应力CS2在约125MPa至约250MPa的范围内(125MPa≤CS2≤250MPa)或50MPa至约300MPa(50MPa≤CS2≤300MPa)的范围内。超出出现局部最大CS2的点，压缩应力随着深度增加而下降。
应力分布200还包括处理压缩应力下的第三区C(图2)。第三区C从表面下方的第三深度d3(未示出)——其中d2≤d3——延伸到压缩深度DOC；即，d2≤d3<DOC。在一些实施方式中，压缩深度DOC为至少约0.10t(DOC≥0.10t)，在一些实施方式中，为至少约0.15t(DOC≥0.10t)。在一些实施方式中，DOC小于或等于0.25t(DOC≤0.25t)。
应力分布200还包含拉伸区(图2中的D)，其从压缩深度DOC延伸到强化玻璃制品的一半厚度t(t/2)处的中点或中心。在一些实施方式中，拉伸应力或物理中心张力在强化玻璃制品的中心t/2处具有约100MPa的最大绝对值。或者，当采用拉伸应力小于零的惯例时，拉伸应力在t/2处具有最小值-100MPa。
使用三步离子交换过程获得上述应力分布200。相应地，提供了一种对玻璃进行离子交换以获得上述应力分布的方法。
在第一步中，将包含第一碱金属阳离子的玻璃制品浸没在第一离子交换浴中。该第一离子交换浴包含第一碱金属阳离子和第二碱金属阳离子，其中，第二碱金属阳离子不同于第一碱金属阳离子，并且尺寸比第一碱金属阳离子的大。在一些实施方式中，第一阳离子为Na+，并且第二阳离子为K+。Na+和K+阳离子作为盐，例如卤化物、硫酸盐、硝酸盐等引入到本文所述的全部离子交换浴中。最常用的是硝酸盐KNO3和NaNO3。在一些实施方式中，第一碱金属阳离子可以包含Li+以及Na+。在一些实施方式中，第二阳离子可以包含K+、Rb+和Cs+中的至少一种。在一些实施方式中，第一碱金属阳离子可以为Li+并且第二碱金属阳离子可以包含Na+、K+、Rb+和Cs+中的至少一种。
在第一离子交换浴中，第一碱金属阳离子的盐占浴的小于50重量％，在一些实施方式中，占浴的约20重量％至约30重量％，所述浴的余量为第二碱金属阳离子的盐和少量(<5重量％)的添加剂，例如稳定剂等。第一离子交换步骤在约450℃至约470℃的温度下进行约18小时至约30小时的时间。在某些实施方式中，第一离子交换步骤在460℃下在某一离子交换浴中进行约24小时，所述离子交换浴包含约20重量％至约30重量％NaNO3和约70重量％至约80重量％KNO3。
在第一离子交换浴中进行了离子交换后，将玻璃浸没在第二离子交换浴中，所述第二离子交换浴包含第一碱金属阳离子和第二碱金属阳离子。第二离子交换步骤用第一碱金属阳离子替换玻璃表面附近的一些第二碱金属阳离子，这些第二碱金属阳离子是在第一离子交换步骤中引入的。在第一碱金属阳离子为Na+且第二碱金属阳离子为K+的情况中，例如，第二离子交换步骤用Na+离子替换玻璃表面附近的一些K+离子。因此，第二离子交换步骤用于形成局部压缩应力和K+浓度最大值，该局部压缩应力和K+浓度最大值“掩埋”在玻璃制品表面下方的上述应力分布的B区(图2)中。
第二离子交换浴包含约60重量％至约70重量％的第一碱金属阳离子的盐，并且浴的余量为第二碱金属阳离子的盐和少量(<5重量％)的添加剂，例如稳定剂等。第二离子交换步骤在约450℃至约470℃的温度下进行约4小时至约8小时的时间。在某些实施方式中，第二离子交换步骤在460℃下在包含约65重量％NaNO3和约35重量％KNO3的浴中进行约6小时。
在第二离子交换步骤后，使玻璃在第三离子交换浴中进行离子交换。第三离子交换步骤将额外量的第二碱金属阳离子引入到玻璃表面处和紧邻玻璃表面处的区域(上文所述的第一区A)，从而在表面处建立最大压缩应力或“尖峰”。
第三离子交换浴包含75重量％至约100重量％的第二碱金属阳离子的盐，并且浴的余量为第一碱金属阳离子的盐和少量(<5重量％)的添加剂，例如稳定剂等。第三离子交换步骤在约380℃至约400℃的温度下进行约0.15小时至约0.8小时的时间。在某些实施方式中，第三离子交换步骤在390℃下在某一浴中进行约0.2小时至约0.6小时，所述浴包含约15重量％至约25重量％NaNO3和约75重量％至约85重量％KNO3。
在一些实施方式中，本文所述的玻璃制品具有约50吉帕(GPa)至约120GPa的杨氏模量。在一些实施方式中，杨氏模量在约55GPa至约100GPa的范围内，在其他实施方式中，其在约60GPa至约90GPa的范围内。
在一些实施方式中，所述方法还包括至少一个热扩散步骤，在该步骤中使第一和第二碱金属阳离子更深地扩散到玻璃制品中。在一些实施方式中，使第一碱金属阳离子和第二碱金属阳离子从玻璃的各相对表面扩散，直到扩散的阳离子在t/2深度处的玻璃中心处相遇。在一些实施方式中，热扩散步骤包括将玻璃加热到约400℃至约500℃范围内的温度，保持约0.5小时至约40小时范围内的时间。热扩散步骤可以在第一离子交换步骤与第二离子交换步骤之间发生和/或在第二离子交换步骤与第三离子交换步骤之间发生。表1列出了上述三步离子交换过程的离子交换参数。用于三步离子交换研究的玻璃样品的厚度为800μm且具有以下标称组成：约58摩尔％SiO2、约16摩尔％Al2O3、约6摩尔％P2O5、约17摩尔％Na2O和约3摩尔％MgO。
表1.三步离子交换过程的离子交换参数。
为了确定强化玻璃制品掉落到磨损表面上时的性能，进行典型的180号和30号砂纸的表面的统计分析，以及进行磨损表面的平均粒度——包括尺寸和高度——的分析。统计模型基于180号和30号砂纸中的尺寸和高度的测量以及特征密度的测量得到。对于装置的给定质量以及掉落高度，一定量的能量将被传递给所述装置，例如包含本文所述的玻璃的手持式电子装置。因此，最佳应力分布在某种程度上根据砂纸中的特征分布而改变，所述砂纸用作掉落测试中的表面。
图3示出了对于厚度为800μm的玻璃制品的最佳掉落性能，基于30号和180号砂纸的表面形态学的应力分布的统计指标。虽然不完整，但是这种类推得到了独特的应力分布目标，其不易通过单步离子交换(SIOX)或两步离子交换(双重IOX或DIOX)过程实现。然而，三步离子交换(三重IOX或TRIOX)过程能够非常接近经验目标分布。目标应力分布也根据材料的杨氏模量而变化。图3示出了杨氏模量为约65GPa的玻璃的目标应力分布，其是理想化的分布并且采用基于三个误差函数(erfc)的统计模型计算得到。
图4是图3所示的最佳性能的应力分布的统计指标曲线图细节，并且该图示出了从表面(0μm位置)至玻璃内300μm的应力分布部分。该指标是理想化分布，其采用基于三个误差函数(erfc)的统计模型计算到得。
还对表1列出的四个离子交换试验进行扩散建模，这些试验围绕统计指标进行。该指标是理想化分布，其采用基于三个误差函数(erfc)的统计模型计算得到。图5绘制了通过扩散建模得到的估计的应力分布。图6示出了图5所绘制的模型化应力分布的0-300μm区的细节。为了比较，图5和6还包括抛物线应力分布(图5和6中的A)，如果玻璃经过热强化或回火并且具有约100MPa的中心张力CT，则会获得该抛物线应力分布。本文所述的三步离子交换过程紧密遵循附图所示的模型化分布，而热强化玻璃的抛物线分布缺少压缩应力中的表面“尖峰”和局部或“掩埋”的最大压缩应力。
对表1中列出及上文所述的离子交换样品进行掉落测试。使具有相同组成和厚度，并且采用两步离子交换进行过离子交换的参考样品也进行掉落测试。两步离子交换过程包括第一离子交换和第二离子交换，所述第一离子交换在450℃下在某一浴中进行7.15小时，该浴含有46至50重量％NaNO3，且KNO3组成浴的余量；所述第二离子交换在390℃下在某一浴中进行12分钟，该浴含有0.5至3重量％NaNO3，且KNO3组成浴的余量。图10示意性示出了典型的掉落测试。将每个化学强化玻璃310的样品固定于标准测试载体320，该标准测试载体320具有与通用的“智能”手机相似的尺寸、质量和平衡性，将其从掉落高度h掉落到具有磨损表面335的一片砂纸330上。在一些实施方式中，所述磨损表面是180号碳化硅砂纸表面。掉落高度h在约0.2米至2.2米的范围内，并且增量高度为0.1米。在一些实施方式中，当玻璃制品从约220cm的高度掉落到180号碳化硅砂纸表面上时，该玻璃制品具有至少约80％或至少约90％的完好率，基于至少10个样品的掉落计。首先使用180号碳化硅砂纸表面进行掉落测试。在180号砂纸表面上通过掉落测试而没有视觉上可见的损坏(例如破裂、开裂刮擦等)的那些样品然后再进行采用30号砂纸表面的相同测试程序。掉落测试结果总结于表2。
表2.表1中列出的经过离子交换的样品以及具有相同组成和厚度的参考样品的掉落测试结果。所述参考样品已经使用上述两步离子交换过程进行过离子交换。
1测试的全部5个样品从220cm最大高度掉落时均完好。
2测试的5个样品中有4个从220cm最大高度掉落时完好。
3测试的5个样品中有2个从220cm最大高度掉落时完好。
如在表2中见到的，经过三步或三重离子交换的样品均比参考样品表现得更好。在30号掉落测试中，使用表1中的参数设定4进行离子交换的样品表现出平均失效高度是参考样品观察到的约2.5倍高。
还对使用不同方法来化学强化的样品进行利用180号砂纸掉落表面的掉落测试实验。所有的玻璃具有相同的组成(标称组成为约58摩尔％SiO2、约16摩尔％Al2O3、约6摩尔％P2O5、约17摩尔％Na2O和约3摩尔％MgO)和厚度(0.5mm)。如之前所述，使每个样品从约0.2米至2.2米且增量为0.1米的高度掉落到砂纸表面上。掉落测试的结果总结于表3中。A组样品由应力分布通过单离子交换(SIOX)过程产生的玻璃样品组成；B组样品由应力分布通过双离子交换(DIOX)过程产生的玻璃样品组成；C组样品由应力分布通过SIOX过程随后进行热退火来产生的玻璃样品组成；以及D组样品由应力分布通过SIOX过程产生并在表面处具有相对较低的压缩应力的玻璃样品组成。
E组样品由经过以下离子交换的玻璃样品组成，所述离子交换使用上表1中所述的第一和第二离子交换步骤以在玻璃表面下方产生局部或“掩埋”的最大压缩。E组样品中的玻璃的应力分布可以近似于图7所示的应力分布，其使用两步离子交换过程获得，所述两步离子交换过程包括在含有10重量％NaNO3和90重量％KNO3的熔融盐浴中于410℃下进行16小时的第一离子交换，以及随后的在含有80重量％NaNO3和20重量％KNO3的熔融盐浴中于410℃下进行10小时的第二离子交换。使用之前在上文中描述的RNF系统和方法测量完整的应力分布。图7所示的应力分布表现出在约20μm至约50μm的深度处具有约140MPa的掩埋的局部最大压缩应力，以及具有105μm的压缩深度DOC。虽然图7的应力分布在表面处的应力是有限的，但是该应力分布表现了本文所述玻璃的中间或第二区B的方面(掩埋的最大压缩应力和DOC)，因此可以用于近似B区中所述玻璃的分布。
E组样品中的样品的平均掉落失效高度为90.5cm，而DIOX玻璃(B组样品)和SIOX玻璃(A组样品)的平均掉落失效高度分别为48cm和35.2cm。因此，E组样品的掉落性能的优异程度是通过DIOX获得的应力分布观察到的掉落性能的接近2倍，并且是通过SIOX过程获得的应力分布观察到的掉落性能的2.5倍。
表3.化学强化样品的掉落测试结果。
1结果在三步离子交换过程中的前两步之后获得(所述前两步为在410℃下在10重量％NaNO3和90重量％KNO3的浴中进行16小时的第一离子交换，随后在410℃下在80重量％NaNO3/20重量％KNO3中进行10小时的第二离子交换)。
图8是示出了三步离子交换过程中的第三步是如何可以用于在表面处或紧邻表面处形成尖锐的压缩“尖峰”同时保持整个应力分布低于玻璃的易碎性极限的曲线图。图8包括厚度为0.55mm的多个估计的应力分布，这些估计的应力分布可以比两步或双重IOX过程提供得到改进的性能。出于比较，图8也示出了针对该厚度的双重IOX(DIOX)分布(A)。得到的应力分布具有大于80μm的DOC，最大值在约600MPa至约850MPa范围内的压缩应力尖峰和小于20μm的尖峰深度，接着是约20μm至约50μm的中间区，其中压缩应力大于针对具有相同中心张力CT的相同玻璃的双重IOX非易碎性方案所提供的压缩应力。
本文所述的玻璃是可离子交换的碱金属硅铝酸盐玻璃。在一个实施方式中，碱金属硅铝酸盐玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5以及至少一种碱金属氧化物(R2O)，其中0.75≤[(P2O5(摩尔％)+R2O(摩尔％))/M2O3(摩尔％)]≤1.2，其中M2O3＝Al2O3+B2O3。在一些实施方式中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含以下物质或基本上由以下物质组成：约40摩尔％至约70摩尔％SiO2；0摩尔％至约28摩尔％B2O3；0摩尔％至约28摩尔％Al2O3；约1摩尔％至约14摩尔％P2O5；以及约12摩尔％至约16摩尔％R2O，在一些实施方式中，为约40至约64摩尔％SiO2；0摩尔％至约8摩尔％B2O3；约16摩尔％至约28摩尔％Al2O3；约2摩尔％至约12摩尔％P2O5；以及约10至约16摩尔％R2O、或约12摩尔％至约16摩尔％R2O，其中R2O包括Na2O。在一些实施方式中，11摩尔％≤M2O3≤30摩尔％；在一些实施方式中，13摩尔％≤RxO≤30摩尔％，其中RxO是玻璃中存在的碱金属氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属一氧化物的总和。在一些实施方式中，所述玻璃不含锂。在其他实施方式中，所述玻璃可以包含不超过约10摩尔％的Li2O，或不超过约7摩尔％的Li2O。这些玻璃描述于Dana Craig Bookbinder等人于2011年11月28日提交的，题为“Ion Exchangeable Glass with Deep Compressive Layer and HighDamage Threshold”[《具有深压缩层和高损坏阈值的可离子交换玻璃》]的第9,346,703号美国专利中，该美国专利要求于2010年11月30日提交的具有相同名称的第61/417,941号美国临时专利申请的优先权，所述文献的内容通过引用全文纳入本文。
在某些实施方式中，碱金属硅铝酸盐玻璃包括至少约2摩尔％的P2O5，或至少约4摩尔％的P2O5，其中(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中RxO是碱金属硅铝酸盐玻璃中存在的单价和二价阳离子氧化物的总和。在一些实施方式中，单价和二价阳离子氧化物选自Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO。在一些实施方式中，所述玻璃不含锂，并且包含以下物质或基本上由以下物质组成：约40摩尔％至约70摩尔％SiO2；约11摩尔％至约25摩尔％Al2O3；约2摩尔％P2O5、或约4摩尔％至约15摩尔％P2O5；约10摩尔％Na2O、或约13摩尔％至约25摩尔％Na2O；约13至约30摩尔％RxO，其中RxO是玻璃中存在的碱金属氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属一氧化物的总和；约11摩尔％至约30摩尔％M2O3，其中M2O3＝Al2O3+B2O3；0摩尔％至约1摩尔％K2O；0摩尔％至约4摩尔％B2O3、以及3摩尔％或更少的以下物质中的一种或多种：TiO2、MnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、ZrO2、Y2O3、La2O3、HfO2、CdO、SnO2、Fe2O3、CeO2、As2O3、Sb2O3、Cl和Br；其中1.3<[(P2O5+R2O)/M2O3]≤2.3，其中R2O是玻璃中存在的单价阳离子氧化物的总和。在一些实施方式中，所述玻璃不含锂，在另一些实施方式中，所述玻璃包含不超过约10摩尔％的Li2O，或不超过约7摩尔％的Li2O。所述玻璃描述于2012年11月15日提交的Timothy M.Gross的题为“Ion ExchangeableGlass with High Crack Initiation Threshold”[《具有高裂纹引发阈值的可离子交换玻璃》]的美国专利9,156,724，以及2012年11月15日提交的Timothy M.Gross的题为“IonExchangeable Glass with High Crack Initiation Threshold”[《具有高裂纹引发阈值的可离子交换玻璃》]的第8,756,262号美国专利，两件专利均要求2011年11月16日提交的第61/560,434号美国临时专利申请的优先权。上述的专利和申请的内容通过引用全文纳入本文。
在一些实施方式中，本文所述的碱金属硅铝酸盐玻璃能够利用本领域已知的下拉法来形成，例如狭缝拉制法和熔合拉制法。
熔合拉制法是一种已用于大规模制造薄玻璃片材的工业技术。相比于其他平坦玻璃制造技术，例如浮法或狭缝拉制法，熔合拉制法制得的薄玻璃片具有优异的平坦度和表面品质。因此，熔合拉制法成为了制造用于液晶显示器以及个人电子装置(例如笔记本电脑、娱乐装置、桌面、便携式电脑等)的盖板玻璃的薄玻璃基材的主流制造技术。
熔合拉制法涉及使熔融玻璃从称为“等压槽”的槽中溢流出来，所述等压槽通常由锆石或另外的耐火材料制成。熔融玻璃从两侧溢流出等压槽顶部，在等压槽的底部汇合以形成单一片材，其中，使等压槽只与最终片材的内部直接接触。由于在拉制过程期间，最终玻璃片材的暴露表面都不与等压槽材料相接触，因此玻璃的两个外表面都具有原始品质而无需后续的精整。
本文所述的玻璃在化学上可与锆石等压槽以及下拉法中使用的其他硬件相容；即，玻璃熔体不明显地反应而造成锆石分解而在拉制出的玻璃中产生固体夹杂物，例如氧化锆。在这样的实施方式中，T分解——锆石分解并与玻璃熔体反应的温度——大于T35kP，所述T35kP为玻璃或玻璃熔体的粘度为35千泊(kP)时的温度；即，T分解>T35kP。
为了能够进行熔合拉制，玻璃必须具有足够高的液相线粘度(即，熔融玻璃在液相线温度下的粘度)。在一些实施方式中，本文所述的玻璃的液相线粘度为至少约100千泊(kP)，或者在一些实施方式中，为至少约130kP。在一些实施方式中，玻璃的液相线粘度为至少约200千泊(kP)，或者在其他实施方式中，为至少约500kP。
在一些实施方式中，本文所述的玻璃制品和离子交换玻璃制品形成了消费电子产品(例如手机或智能手机、笔记本电脑、平板电脑等)的一部分。消费电子产品(例如，智能手机)的示意图在图9中示出。消费电子产品900通常包括具有前表面912、后表面914和侧表面916的壳体910；并且包括至少部分位于所述壳体910内的电子部件(未示出)。电子部件至少包括电源、控制器、存储器和显示器920。在一些实施方式中，显示器920在壳体的前表面912处或与之相邻。盖板玻璃930包括本文所述的离子交换玻璃，其位于壳体900的前表面912处或上方，使得盖板玻璃930位于显示器920的上方并保护显示器920免受由冲击或损坏造成的损坏。在一些实施方式中，显示器920和/或盖板玻璃930是可弯曲的。在一些实施方式中，盖板基材930或一部分壳体910中的至少一种可以包含本文公开的任意一种强化制品。
方面(1)包括具有厚度t的玻璃制品，所述玻璃制品包含压缩层，所述压缩层从玻璃制品的表面延伸到压缩深度DOC，其中，玻璃制品中的应力根据厚度t而变化以形成应力分布，所述应力分布包含：
第一区，其从表面延伸到玻璃中的深度d1，其中d1≤0.025t，并且其中所述第一区在表面处具有最大压缩应力CS1，其中最大压缩应力CS1为至少约280MPa；
第二区，其从至少是d1的深度延伸到第二深度d2，其中d2≤0.0625t，其中第二区具有最大压缩应力CS2，并且其中所述应力分布从深度d1处的压缩应力增加到最大压缩应力CS2，并且从最大压缩应力CS2减小到第二深度d2处的第二压缩应力；和
第三区，其从玻璃制品中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3且DOC≥0.10t。
根据方面(1)所述的方面(2)，其中所述玻璃制品的杨氏模量在约50GPa至约120GPa的范围内。
根据方面(1)或(2)所述的方面(3)，其中125MPa≤CS2≤250MPa或50MPa≤CS2≤300MPa。
根据前述方面中任一个方面所述的方面(4)，其中，所述应力分布包含拉伸区，其从压缩深度DOC延伸到t/2处的玻璃制品的中心，其中，所述拉伸区在t/2处具有最高达约100MPa的最大拉伸应力。
根据前述方面中任一个方面所述的方面(5)，其中50μm≤t≤3000μm。
根据前述方面中任一个方面所述的方面(6)，其中0.15t≤DOC≤0.25t。
根据前述方面中任一个方面所述的方面(7)，其中，当玻璃制品进行掉落测试而从约220cm的高度掉落到180号碳化硅砂纸表面上时，该玻璃制品具有至少约90％的完好率，基于至少10个样品的掉落计。
根据前述方面中任一个方面所述的方面(8)，其中，所述玻璃制品包括碱金属硅铝酸盐玻璃。
根据方面(8)所述的方面(9)，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含至少约4摩尔％P2O5，其中，(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中RxO是碱金属硅铝酸盐玻璃中存在的单价和二价阳离子氧化物的总和。
根据方面(8)所述的方面(10)，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含：约40摩尔％至约70摩尔％SiO2；约11摩尔％至约25摩尔％Al2O3；约2摩尔％至约15摩尔％P2O5；约10摩尔％至约25摩尔％Na2O；约10摩尔％至约30摩尔％RxO，其中RxO是玻璃中存在的碱金属氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属一氧化物的总和。
根据前述方面中任一个方面所述的方面(11)，其中，所述玻璃制品可熔合成形。
方面(12)包括消费电子装置，其包含：
壳体，其具有前表面、后表面和侧表面；
至少部分位于所述壳体内的电子部件，所述电子部件至少包含控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及
设置在所述显示器上方的盖板玻璃，
其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如前述方面中任一个方面所述的玻璃制品。
方面(13)包括一种玻璃制品，其具有厚度t和约50GPa至约120GPa的杨氏模量，所述玻璃制品包含压缩层，所述压缩层从玻璃的表面延伸到压缩深度DOC，其中，玻璃制品中的应力根据厚度t而变化以形成应力分布，所述应力分布包含：
第一区，其从表面延伸到玻璃制品中的深度d1，其中d1≤20μm，并且其中所述第一区在表面处具有最大压缩应力CS1，其中最大压缩应力CS1为至少约280MPa；
第二区，其从至少是d1的深度延伸到第二深度d2，其中20μm≤d2≤50μm，其中第二区具有最大压缩应力CS2，并且其中所述应力分布从深度d1处的压缩应力增加到最大压缩应力CS2，并且从最大压缩应力CS2减小到第二深度d2处的第二压缩应力；和
第三区，其从玻璃制品中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3且DOC≥0.15t。
根据方面(13)所述的方面(14)，其中125MPa≤CS2≤250MPa或50MPa≤CS2≤300MPa。
根据方面(13)或(14)所述的方面(15)，其中，所述应力分布包含拉伸区，其从压缩深度DOC延伸到t/2处的玻璃制品的中心，其中，所述拉伸区在t/2处具有最高达约100MPa的最大拉伸应力。
根据方面(13)-(15)中任一个方面所述的方面(16)，其中50μm≤t≤3000μm。
根据方面(13)-(16)中任一个方面所述的方面(17)，其中0.15t≤DOC≤0.25t。
根据方面(13)-(17)中任一个方面所述的方面(18)，其中，当玻璃制品进行掉落测试而从约220cm的高度掉落到180号碳化硅砂纸表面上时，该玻璃制品具有至少约90％的完好率，基于至少10个样品的掉落计。
根据方面(13)-(18)中任一个方面所述的方面(19)，其中，所述玻璃制品包括碱金属硅铝酸盐玻璃。
根据方面(19)所述的方面(20)，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含至少约4摩尔％P2O5，其中，(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中RxO是碱金属硅铝酸盐玻璃中存在的单价和二价阳离子氧化物的总和。
根据方面(19)所述的方面(21)，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含：约40摩尔％至约70摩尔％SiO2；约11摩尔％至约25摩尔％Al2O3；约2摩尔％至约15摩尔％P2O5；约10摩尔％至约25摩尔％Na2O；约10摩尔％至约30摩尔％RxO，其中RxO是玻璃中存在的碱金属氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属一氧化物的总和。
根据方面(13)-(21)中任一个方面所述的方面(22)，其中，所述玻璃可熔合成形。
方面(23)包括消费电子装置，其包含：
壳体，其具有前表面、后表面和侧表面；
至少部分位于所述壳体内的电子部件，所述电子部件至少包含控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及
设置在所述显示器上方的盖板玻璃，
其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如方面(13)-(22)中任一个方面所述的玻璃制品。
方面(24)包括一种玻璃制品，其具有厚度t和约50GPa至约120GPa的杨氏模量，所述玻璃制品包含压缩层，所述压缩层从玻璃制品的表面延伸到压缩深度DOC，其中，玻璃制品中的应力根据厚度t而变化以形成应力分布，所述应力分布包含：
第一区，其从表面延伸到玻璃制品中的深度d1，其中d1≤0.025t，并且其中所述第一区在表面处具有最大压缩应力CS1，其中所述最大压缩应力CS1为至少约280MPa；
第二区，其从至少是d1的深度延伸到第二深度d2，其中d2≤0.0625t，其中第二区具有最大压缩应力CS2，其中50MPa≤CS2≤300MPa或者125MPa≤CS2≤250MPa，其中所述应力分布从深度d1处的压缩应力增加到最大压缩应力CS2，并且从最大压缩应力CS2减小到第二深度d2处的第二压缩应力；和
第三区，其从玻璃制品中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3且DOC≥0.15t。
根据方面(24)所述的方面(25)，其中，当玻璃制品进行掉落测试而从约220cm的高度掉落到180号碳化硅砂纸表面上时，该玻璃制品具有至少约90％的完好率，基于至少5个样品的掉落计。
根据方面(24)或(25)所述的方面(26)，其中，所述应力分布包含拉伸区，其从压缩深度DOC延伸到t/2处的玻璃制品的中心，其中，所述拉伸区在t/2处具有最高达约100MPa的最大拉伸应力。
根据方面(24)-(26)中任一个方面所述的方面(27)，其中50μm≤t≤3000μm。
根据方面(24)-(27)中任一个方面所述的方面(28)，其中0.15t≤DOC≤0.25t。
根据方面(24)-(28)中任一个方面所述的方面(29)，其中，当玻璃制品进行掉落测试而从约220cm的高度掉落到180号碳化硅砂纸表面上时，该玻璃制品具有至少约90％的完好率，基于至少10个样品的掉落计。
根据方面(24)-(29)中任一个方面所述的方面(30)，其中，所述玻璃制品包括碱金属硅铝酸盐玻璃。
根据方面(30)所述的方面(31)，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含至少约4摩尔％P2O5，其中，(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中RxO是碱金属硅铝酸盐玻璃中存在的单价和二价阳离子氧化物的总和。
根据方面(30)所述的方面(32)，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含：约40摩尔％至约70摩尔％SiO2；约11摩尔％至约25摩尔％Al2O3；约2摩尔％至约15摩尔％P2O5；约10摩尔％至约25摩尔％Na2O；约10摩尔％至约30摩尔％RxO，其中RxO是玻璃中存在的碱金属氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属一氧化物的总和。
根据方面(24)-(32)中任一个方面所述的方面(33)，其中，所述玻璃可熔合成形。
方面(34)包括消费电子装置，其包含：
壳体，其具有前表面、后表面和侧表面；
至少部分位于所述壳体内的电子部件，所述电子部件至少包含控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及
设置在所述显示器上方的盖板玻璃，
其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如方面(24)-(33)中任一个方面所述的玻璃制品。
方面(35)包括一种对玻璃进行强化的方法，所述玻璃包含第一碱金属阳离子，并且具有第一表面、与第一表面相对的第二表面和厚度t以及位于t/2处的中心，其中，所述玻璃制品具有应力分布，所述应力分布包含第一区、第二区和第三区，所述第一区从第一表面延伸至玻璃中的深度d1，其中d1≤0.025t并且在表面处具有最大压缩应力CS1，所述第二区从至少是d1的深度延伸至第二深度d2，其中d2≤0.0625t并且其具有最大压缩应力CS2，所述第三区从玻璃中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3，所述方法包括：
a.将玻璃浸没在第一离子交换浴中，所述第一离子交换浴包含第一碱金属阳离子和第二碱金属阳离子，其中，第一离子交换浴包含约20重量％至约30重量％的第一碱金属阳离子的至少一种盐，第二碱金属阳离子与第一碱金属阳离子不相同，其中，来自离子交换浴的第二碱金属阳离子替换玻璃制品中的第一碱金属阳离子；
b.在将玻璃制品浸没在第一离子交换浴中之后，将玻璃浸没在第二离子交换浴中，所述第二离子交换浴包含第一碱金属阳离子和第二碱金属阳离子，其中，第二离子交换浴包含约60重量％至约80重量％的第一碱金属阳离子的至少一种盐；以及
c.在将玻璃制品浸没在第二离子交换浴中之后，将玻璃浸没在第三离子交换浴中，所述第二离子交换浴包含第一碱金属阳离子和第二碱金属阳离子，其中，第三离子交换浴包含约75重量％至约100重量％的第二碱金属阳离子的至少一种盐。
根据方面(35)所述的方面(36)，其还包含热扩散步骤，所述热扩散步骤是在将玻璃制品浸没在第二离子交换浴中的步骤和浸没在第一离子交换浴中的步骤中的至少一步之后进行，所述热扩散步骤包含将玻璃加热到约400℃至约500℃的温度。
根据方面(35)或(36)所述的方面(37)，其中，热扩散步骤包括在所述温度下加热所述玻璃至少约16小时。
根据方面(35)-(37)中任一个方面所述的方面(38)，其中，最大压缩应力CS1为至少约280MPa。
根据方面(35)-(38)中任一个方面所述的方面(39)，其中125MPa≤CS2≤250MPa或50MPa≤CS2≤300MPa。
根据方面(35)-(39)中任一个方面所述的方面(40)，其中，所述玻璃制品包括碱金属硅铝酸盐玻璃。
根据方面(40)所述的方面(41)，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含至少约4摩尔％P2O5，其中，(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中RxO是碱金属硅铝酸盐玻璃中存在的单价和二价阳离子氧化物的总和。
根据方面(41)所述的方面(42)，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含：约40摩尔％至约70摩尔％SiO2；约11摩尔％至约25摩尔％Al2O3；约2摩尔％至约15摩尔％P2O5；约10摩尔％至约25摩尔％Na2O；约10摩尔％至约30摩尔％RxO，其中RxO是玻璃中存在的碱金属氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属一氧化物的总和。
根据方面(35)-(42)中任一个方面所述的方面(43)，其还包括熔合形成玻璃制品。
尽管为了说明给出了典型的实施方式，但是前面的描述不应被认为是对本公开或所附权利要求书的范围的限制。因此，本领域的技术人员可想到各种改进、修改和替换形式而不会偏离本公开或者所附权利要求书的精神和范围。

Claims (42)

1.一种玻璃制品，其具有厚度t，所述玻璃制品包含压缩层，所述压缩层从玻璃制品的表面延伸到压缩深度DOC，其中，玻璃制品中的应力根据厚度t而变化以形成应力分布，所述应力分布包含：
第一区，其从表面延伸到玻璃中的深度d1，其中d1≤0.025t，并且其中所述第一区在表面处具有最大压缩应力CS1，其中最大压缩应力CS1为至少约280MPa；
第二区，其从至少是d1的深度延伸到第二深度d2，其中d2≤0.0625t，其中第二区具有最大压缩应力CS2，并且其中所述应力分布从深度d1处的压缩应力增加到最大压缩应力CS2，并且从最大压缩应力CS2减小到第二深度d2处的第二压缩应力；和
第三区，其从玻璃制品中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3且DOC≥0.10t。
2.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，所述玻璃制品的杨氏模量在约50GPa至约120GPa的范围内。
3.如权利要求1或2所述的玻璃制品，其中，125MPa≤CS2≤250MPa。
4.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，所述应力分布包含拉伸区，其从压缩深度DOC延伸到t/2处的玻璃制品的中心，其中，所述拉伸区在t/2处具有最高达约100MPa的最大拉伸应力。
5.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，50μm≤t≤3000μm。
6.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中0.15t≤DOC≤0.25t。
7.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，当玻璃制品进行掉落测试而从约220cm的高度掉落到180号碳化硅砂纸表面上时，所述玻璃制品具有至少约90％的完好率，基于至少10个样品的掉落计。
8.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，所述玻璃制品包括碱金属硅铝酸盐玻璃。
9.如权利要求8所述的玻璃制品，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含至少约4摩尔％的P2O5，其中，(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中RxO是所述碱金属硅铝酸盐玻璃中存在的单价和二价阳离子氧化物的总和。
10.如权利要求8所述的玻璃制品，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含：约40摩尔％至约70摩尔％SiO2；约11摩尔％至约25摩尔％Al2O3；约2摩尔％至约15摩尔％P2O5；约10摩尔％至约25摩尔％Na2O；约10摩尔％至约30摩尔％RxO，其中，RxO是玻璃中存在的碱金属氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属一氧化物的总和。
11.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，所述玻璃制品可熔合成形。
12.一种消费电子装置，其包括：
壳体，其具有前表面、后表面和侧表面；
至少部分位于所述壳体内的电子部件，所述电子部件至少包含控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及
设置在所述显示器上方的盖板玻璃，
其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品。
13.一种玻璃制品，其具有厚度t和约50GPa至约120GPa的杨氏模量，所述玻璃制品包含压缩层，所述压缩层从玻璃的表面延伸到压缩深度DOC，其中，玻璃制品中的应力根据厚度t而变化以形成应力分布，所述应力分布包含：
第一区，其从表面延伸到玻璃制品中的深度d1，其中d1≤20μm，并且其中所述第一区在表面处具有最大压缩应力CS1，其中所述最大压缩应力CS1为至少约280MPa；
第二区，其从至少是d1的深度延伸到第二深度d2，其中20μm≤d2≤50μm，其中第二区具有最大压缩应力CS2，并且其中所述应力分布从深度d1处的压缩应力增加到最大压缩应力CS2，并且从最大压缩应力CS2减小到第二深度d2处的第二压缩应力；和
第三区，其从玻璃制品中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3且DOC≥0.15t。
14.如权利要求13所述的玻璃制品，其中，125MPa≤CS2≤250MPa。
15.如权利要求13或14所述的玻璃制品，其中，所述应力分布包含拉伸区，其从压缩深度DOC延伸到t/2处的玻璃制品的中心，其中，所述拉伸区在t/2处具有最高达约100MPa的最大拉伸应力。
16.如权利要求13-15中任一项所述的玻璃制品，其中，50μm≤t≤3000μm。
17.如权利要求13-16中任一项所述的玻璃制品，其中0.15t≤DOC≤0.25t。
18.如权利要求13-17中任一项所述的玻璃制品，其中，当玻璃制品进行掉落测试而从约220cm的高度掉落到180号碳化硅砂纸表面上时，所述玻璃制品具有至少约90％的完好率，基于至少10个样品的掉落计。
19.如权利要求13-18中任一项所述的玻璃制品，其中，所述玻璃制品包括碱金属硅铝酸盐玻璃。
20.如权利要求19所述的玻璃制品，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含至少约4摩尔％的P2O5，其中，(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中RxO是所述碱金属硅铝酸盐玻璃中存在的单价和二价阳离子氧化物的总和。
21.如权利要求19所述的玻璃制品，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含：约40摩尔％至约70摩尔％SiO2；约11摩尔％至约25摩尔％Al2O3；约2摩尔％至约15摩尔％P2O5；约10摩尔％至约25摩尔％Na2O；约10摩尔％至约30摩尔％RxO，其中，RxO是玻璃中存在的碱金属氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属一氧化物的总和。
22.如权利要求13-21中任一项所述的玻璃制品，其中所述玻璃可熔合成形。
23.一种消费电子装置，其包括：
壳体，其具有前表面、后表面和侧表面；
至少部分位于所述壳体内的电子部件，所述电子部件至少包含控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及
设置在所述显示器上方的盖板玻璃，
其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如权利要求13-22中任一项所述的玻璃制品。
24.一种玻璃制品，其具有厚度t和约50GPa至约120GPa的杨氏模量，所述玻璃制品包含压缩层，所述压缩层从玻璃制品的表面延伸到压缩深度DOC，其中，玻璃制品中的应力根据厚度t而变化以形成应力分布，所述应力分布包含：
第一区，其从表面延伸到玻璃制品中的深度d1，其中d1≤0.025t，并且其中所述第一区在表面处具有最大压缩应力CS1，其中所述最大压缩应力CS1为至少约280MPa；
第二区，其从至少是d1的深度延伸到第二深度d2，其中d2≤0.0625t，其中第二区具有最大压缩应力CS2，其中125MPa≤CS2≤250MPa，其中所述应力分布从深度d1处的压缩应力增加到最大压缩应力CS2，并且从最大压缩应力CS2减小到第二深度d2处的第二压缩应力；和
第三区，其从玻璃制品中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3且DOC≥0.15t。
25.如权利要求24所述的玻璃制品，其中，当玻璃制品进行掉落测试而从约220cm的高度掉落到180号碳化硅砂纸表面上时，所述玻璃制品具有至少约90％的完好率，基于至少5个样品的掉落计。
26.如权利要求24或25所述的玻璃制品，其中，所述应力分布包含拉伸区，其从压缩深度DOC延伸到t/2处的玻璃制品的中心，其中，所述拉伸区在t/2处具有最高达约100MPa的最大拉伸应力。
27.如权利要求24-26中任一项所述的玻璃制品，其中，50μm≤t≤3000μm。
28.如权利要求24-27中任一项所述的玻璃制品，其中0.15t≤DOC≤0.25t。
29.如权利要求24-28中任一项所述的玻璃制品，其中，所述玻璃制品包括碱金属硅铝酸盐玻璃。
30.如权利要求29所述的玻璃制品，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含至少约4摩尔％的P2O5，其中，(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中RxO是所述碱金属硅铝酸盐玻璃中存在的单价和二价阳离子氧化物的总和。
31.如权利要求29所述的玻璃制品，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含：约40摩尔％至约70摩尔％SiO2；约11摩尔％至约25摩尔％Al2O3；约2摩尔％至约15摩尔％P2O5；约10摩尔％至约25摩尔％Na2O；约10摩尔％至约30摩尔％RxO，其中，RxO是玻璃中存在的碱金属氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属一氧化物的总和。
32.如权利要求24-31中任一项所述的玻璃制品，其中所述玻璃可熔合成形。
33.一种消费电子装置，其包括：
壳体，其具有前表面、后表面和侧表面；
至少部分位于所述壳体内的电子部件，所述电子部件至少包含控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及
设置在所述显示器上方的盖板玻璃，
其中，所述壳体的一部分或者所述盖板玻璃中的至少一者包括如权利要求24-32中任一项所述的玻璃制品。
34.一种对玻璃进行强化的方法，所述玻璃包含第一碱金属阳离子，并且具有第一表面、与第一表面相对的第二表面和厚度t以及位于t/2处的中心，其中，所述玻璃制品具有应力分布，所述应力分布包含第一区、第二区和第三区，所述第一区从第一表面延伸至玻璃中的深度d1，其中d1≤0.025t并且其在表面处具有最大压缩应力CS1，所述第二区从至少是d1的深度延伸至第二深度d2，其中d2≤0.0625t并且其具有最大压缩应力CS2，所述第三区从玻璃中的第三深度d3延伸到压缩深度DOC，其中d2≤d3，所述方法包括：
a.将玻璃浸没在第一离子交换浴中，所述第一离子交换浴包含第一碱金属阳离子和第二碱金属阳离子，其中，第一离子交换浴包含约20重量％至约30重量％的第一碱金属阳离子的至少一种盐，第二碱金属阳离子与第一碱金属阳离子不相同，其中，来自离子交换浴的第二碱金属阳离子替换玻璃制品中的第一碱金属阳离子；
b.在将玻璃制品浸没在第一离子交换浴中之后，将玻璃浸没在第二离子交换浴中，所述第二离子交换浴包含第一碱金属阳离子和第二碱金属阳离子，其中，第二离子交换浴包含约60重量％至约80重量％的第一碱金属阳离子的至少一种盐；以及
c.在将玻璃制品浸没在第二离子交换浴中之后，将玻璃浸没在第三离子交换浴中，所述第二离子交换浴包含第一碱金属阳离子和第二碱金属阳离子，其中，第三离子交换浴包含约75重量％至约100重量％的第二碱金属阳离子的至少一种盐。
35.如权利要求34所述的方法，其还包含热扩散步骤，所述热扩散步骤是在将玻璃制品浸没在第二离子交换浴中的步骤和浸没在第一离子交换浴中的步骤中的至少一步之后进行，所述热扩散步骤包含将玻璃加热到约400℃至约500℃的温度。
36.如权利要求34或35所述的方法，其中，热扩散步骤包括在所述温度下加热所述玻璃至少约16小时。
37.如权利要求34-36中任一项所述的方法，其中，所述最大压缩应力CS1为至少约280MPa。
38.如权利要求34-39中任一项所述的方法，其中，125MPa≤CS2≤250MPa。
39.如权利要求34-40中任一项所述的方法，其中，所述玻璃制品包含碱金属硅铝酸盐玻璃。
40.如权利要求39所述的方法，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含至少约4摩尔％的P2O5，其中，(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中，RxO是所述碱金属硅铝酸盐玻璃中存在的单价和二价阳离子氧化物的总和。
41.如权利要求39所述的方法，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含：约40摩尔％至约70摩尔％SiO2；约11摩尔％至约25摩尔％Al2O3；约2摩尔％至约15摩尔％P2O5；约10摩尔％至约25摩尔％Na2O；约10摩尔％至约30摩尔％RxO，其中，RxO是玻璃中存在的碱金属氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属一氧化物的总和。
42.如权利要求34-41中任一项所述的方法，其还包括熔合形成所述玻璃制品。
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