CN109952278A - 具有改善的破碎性能的玻璃基制品 - Google Patents

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Abstract

描述了玻璃基制品，其具有第一表面和与第二表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)(mm)；压缩应力(CS)层，其含有离子交换的钾和离子交换的银或者离子交换的钾和离子交换的铜，CS层从第一表面延伸到压缩深度(DOC)，其中，DOC的范围是0.1t至0.3t，在第一表面处的CS范围是300MPa至1500MPa，并且限定了压缩应力分布，所述压缩应力分布包括尖峰区域、尾部区域和尖峰区域与尾部区域之间的膝区域，其中，尖峰区域中的应力分布的所有点都包括范围是‑15MPa/微米至‑200MPa/微米的正切值，以及尾部区域中的所有点都包括范围是‑0.01MPa/微米至‑3MPa/微米的正切值。

Description

具有改善的破碎性能的玻璃基制品
相关申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119，要求2016年10月13日提交的美国临时申请系列第62/407751号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
背景技术
技术领域
本公开涉及展现出改进的破碎性能的玻璃基制品，更具体地，涉及含离子交换的铜或离子交换的银的玻璃基制品，其相比于不含离子交换的银或离子交换的铜的玻璃基制品展现出改进的破碎性能。
技术背景
玻璃基制品经常遭受严重冲击，这会将大的瑕疵引入此类制品的表面中。此类瑕疵会从表面延伸到高至约200微米的深度。通常来说，已经将热回火玻璃用于防止由于此类瑕疵引入玻璃中所引起的失效，因为热回火玻璃通常展现出大的压缩应力(CS)层(例如，约为玻璃总厚度的21％)，这可以防止瑕疵进一步扩展进入玻璃，从而可以防止失效。通过热回火产生的应力分布的一个例子如图1所示。在图1中，经热处理的玻璃制品100包括第一表面101、厚度t1、和表面CS 110。经热处理的玻璃制品100展现出的CS从第一表面101到层深度130发生下降，如本文所定义，在该深度，应力从压缩应力变化为拉伸应力，并达到最大中心张力(CT)120。
热回火目前受限于厚的玻璃基制品(即，厚度t1大于或等于约3毫米的玻璃基制品)，因为为了实现热强化和所需的残留应力，必须在此类制品的芯与表面之间形成足够的热梯度。在许多应用中，例如显示器(例如，消费者电子产品，包括移动电话、平板、计算机、导航系统等)，建筑(例如，窗、淋浴板、工作台面等)，运输工具(例如，车辆、火车、航天器、海轮等)，电器或者需要优异的抗破碎性但是薄且轻量化制品的任意应用，此类厚的制品是不合乎希望或者不实际的。
虽然化学强化不像热回火那样受到玻璃基制品的厚度的限制，但是已知的基于化学强化玻璃的制品无法展现出基于热回火玻璃的制品的应力分布。通过化学强化(例如，离子交换工艺)产生的应力分布的一个例子如图2所示。在图2中，基于化学强化玻璃的制品200包括第一表面201、厚度t2和表面CS 210。玻璃基制品200展现出的CS从第一表面201到DOC 230发生下降，如本文所定义，在该深度，应力从压缩应力变化为拉伸应力，并达到最大CT 220。如图2所示，此类分布展现出基本平坦的CT区域或者CT区域具有沿着至少一部分的CT区域恒定或近恒定的拉伸应力。通常，相比于图1所示的最大中心值，已知的基于化学强化玻璃的制品展现出较低的最大CT值。
需要薄的玻璃基制品，其展现出改进的性质，例如对于制品掉落所导致的破碎的抗性。
发明内容
本公开的第一个方面属于玻璃基制品，其包括第一表面和与第二表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)(mm)；和压缩应力(CS)层，其含有离子交换的钾和离子交换的银或者离子交换的钾和离子交换的铜，CS层限定了应力分布并且从第一表面延伸到压缩深度(DOC)，其中，DOC的范围是0.1t至0.3t，在第一表面处的CS范围是300MPa至1500MPa，并且限定了压缩应力分布，所述压缩应力分布包括尖峰区域、尾部区域和尖峰区域与尾部区域之间的膝区域，其中，尖峰区域中的应力分布的所有点都包括范围是-200MPa/微米至-15MPa/微米的正切值，以及尾部区域中的所有点都包括范围是-3MPa/微米至-0.01MPa/微米的正切值。
本公开的另一个方面属于制造玻璃基制品的方法，其包括：将银和钾离子交换到玻璃基基材中，所述玻璃基基材包含0.1摩尔％至20摩尔％Li2O，其中，所述玻璃基基材包括：第一表面和与第二表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)(mm)，并且离子交换导致这样的压缩应力(CS)层，其含有离子交换的钾和离子交换的银或者离子交换的钾和离子交换的铜，CS层从第一表面延伸到压缩深度(DOC)，其中，DOC的范围是0.1t至0.3t，在第一表面处的CS范围是300MPa至1500MPa，并且限定了压缩应力分布，所述压缩应力分布包括尖峰区域、尾部区域和尖峰区域与尾部区域之间的膝区域，其中，尖峰区域中的应力分布的所有点都包括范围是-200MPa/微米至-15MPa/微米的正切值，以及尾部区域中的所有点都包括范围是-3MPa/微米至-0.01MPa/微米的正切值。
在以下的详细描述中提出了本文的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。
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。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。附图说明了一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。
附图说明
图1是贯穿已知的热回火玻璃制品的厚度的应力分布的横截面图；
图2是贯穿已知的化学强化玻璃制品的厚度的应力分布的横截面图；
图3是贯穿根据本公开一个或多个实施方式的基于化学强化玻璃的制品的厚度的应力分布的横截面图；
图4是贯穿根据本公开一个或多个实施方式和根据实施例1的基于化学强化玻璃的制品的厚度的应力分布的横截面图；
图5是贯穿根据本公开一个或多个实施方式和根据实施例2的基于化学强化玻璃的制品的厚度的应力分布的横截面图；
图6是贯穿根据本公开一个或多个实施方式和根据实施例3的基于化学强化玻璃的制品的厚度的应力分布的横截面图；
图7显示比较例1-3和实施例3的砂纸上倒球测试的结果图；
图8是用于进行本公开所述的砂纸上倒球(IBoS)测试的设备的一个实施方式的横截面示意图；
图9的横截面示意图表示在用于移动电子器件或手持式电子器件的玻璃基制品中常见的破坏引入加上弯曲所导致的失效的主要机制；
图10是在本文所述设备中进行IboS测试的方法的流程图；
图11是结合了本文所述的玻璃基制品的一个或多个实施方式的电子器件的前平面示意图；和
图12是贯穿根据本公开一个或多个实施方式和根据实施例4的基于化学强化玻璃的制品的厚度的应力分布的横截面图。
具体实施方式
下面详细参考各个实施方式，这些实施方式的例子在所附的实施例和附图中示出。
在以下描述中，相同的附图标记表示附图所示的若干视图中类似或相应的部分。还应理解，除非另外说明，否则，术语如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等是方便用语，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中的至少一个要素和它们的组合时，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，或者主要由它们组成，或者由它们组成。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，以及所述范围之间的任意范围。除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该”表示“至少一(个/种)”，或者“一(个/种)或多(个/种)”。还应理解的是，在说明书和附图中揭示的各种特征可以任意和所有的组合方式使用。
如本文所用，术语“玻璃基制品”和“玻璃基基材”以它们最广泛的意义来使用，包括全部或部分由玻璃制成的任何物体。玻璃基制品包括玻璃与非玻璃材料的层叠体，玻璃与晶体材料的层叠体，以及玻璃-陶瓷(包括无定形相和晶相)。除非另外说明，否则所有组成表示为摩尔百分数(摩尔％)。
要注意的是，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的程度。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。
除非另有说明，否则所有温度都表述为摄氏度(℃)。
至于附图，大致来说，应理解图示说明是为了描述具体实施方式，这些图示说明不构成对本公开内容或所附权利要求的限制。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。
如本文所用，DOC指的是玻璃基制品内的应力从压缩变化为拉伸应力的深度。在DOC处，应力从正(压缩)应力转变为负(拉伸)应力(例如，图1中的130)，因而展现出零应力值。
如本文所用，术语“化学深度”、“化学层的深度”和“化学层深度”可以互换使用，并且指的是金属氧化物或者碱金属氧化物的离子(例如，金属离子或者碱金属离子)扩散进入玻璃基制品的深度，并且在该深度，离子的浓度到达最小值，这是通过电子探针微分析(EPMA)或辉光放电-光学发射光谱(GD-OES)确定的。具体来说，可以采用EPMA和表面应力计来确定Na2O扩散的深度或者Na+离子浓度(下文更详细描述)。
根据本领域常用习惯，压缩表示为负应力(<0)以及拉伸表示为正应力(>0)。但是，在本说明书全文中，除非另有说明，否则CS表示为正值或者绝对值，即，本文所陈述的CS＝|CS|。
本文描述的薄的基于化学强化玻璃的制品包括玻璃，例如硅酸盐玻璃(包括含碱性玻璃)和玻璃陶瓷，其可用作移动电子器件和可触摸显示器的覆盖玻璃。玻璃基制品还可用于显示器(或者作为显示器制品)(例如广告牌、销售点系统、计算机、导航系统等)，建筑制品(墙壁、固定装置、面板、窗户等)，运输制品(例如，汽车应用、火车、飞机、海运工具等)，电器(例如，洗衣机、烘干机、洗碗机、冰箱等)，或者任何需要一定抗破碎性的制品。
具体来说，本文所述的玻璃基制品是薄的并且展现出的应力分布通常仅可通过对厚玻璃制品(例如，厚度约为2mm或者3mm或者更大)进行回火实现。玻璃基制品沿其厚度展现出独特的应力分布。在一些情况下，本文所述的玻璃基制品展现出的表面CS大于经回火的玻璃制品。在一个或多个实施方式中，玻璃基制品的压缩应力层延伸更深入玻璃基制品中(其中，CS的减小和增加相比于已知的基于化学强化玻璃的制品更为逐步)，从而玻璃基制品展现出明显改善的抗破碎性，甚至当玻璃基制品或者包含其的装置跌落到硬表面(例如，花岗岩)上或者硬且粗糙表面(例如，沥青)上的时候仍然如此。一个或多个实施方式的玻璃基制品展现出的CT值大于一些已知的基于化学强化玻璃的基材。
通过表面应力计(FSM)，采用日本折原实业有限公司(Orihara Industrial Co.,Ltd.(Japan))制造的商业仪器(例如，FSM-6000)，来测量CS(包括表面CS)。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C770-16中所述的方案C(玻璃碟的方法)来测量SOC，题为“Standard Test Method forMeasurement of Glass Stress-Optical Coefficient(测量玻璃应力-光学系数的标准测试方法)”，其全文通过引用结合入本文。
取决于离子交换处理，可以通过FSM或散射光偏光镜(SCALP)测量DOC。当通过将钾离子交换进入玻璃制品，在玻璃制品中产生应力时，使用FSM来测量DOC。当通过将钠离子交换进入玻璃制品，在玻璃制品中产生应力时，使用SCALP来测量DOC。当通过将钾离子和钠离子这两者交换进入玻璃中，在玻璃制品中产生应力时，通过SCALP测量DOC，因为相信钠的交换深度表示了DOC，以及钾离子的交换深度表示了压缩应力的大小的变化(而不是应力从压缩变化至拉伸)；在此类玻璃制品中，钾离子的交换深度(“钾DOL”)通过FSM测量。钾DOL不同于DOC，因为其表示的是作为离子交换过程结果的钾渗透深度。对于本文所述的制品，钾DOL通常小于DOC。
采用本领域已知的散射光偏光镜(SCALP)来测量最大CT值。可以使用折射近场(RNF)方法或者SCALP来测量应力分布。当采用RNF方法来测量应力分布时，在RNF方法中采用SCALP提供的最大CT值。具体来说，通过RNF测得的应力分布是作用力平衡的，并且用SCALP测量提供的最大CT值进行校准。RNF方法如题为“Systems and methods formeasuring a profile characteristic of a glass sample(用于测量玻璃样品的分布特性的系统和方法)”的美国专利第8,854,623号所述，其全文通过引用结合入本文。具体来说，RNF方法包括将玻璃制品靠近参照块放置，产生偏振切换光束(其以1-50Hz的速率在正交偏振之间切换)，测量偏振切换光束中的功率量，以及产生偏振切换参比信号，其中，每个正交偏振中测得的功率量是在相互50％之内。方法还包括使偏振切换光束穿过玻璃样品和参照块，进入玻璃样品不同深度，然后采用延迟光学系统来延迟穿过的偏振切换光束到达信号光检测器，所述信号光检测器产生偏振切换的检测器信号。该方法还包括：用参比信号除检测器信号以形成标准化检测器信号，以及从标准化检测器信号来确定玻璃样品的分布特性。
如上文所述，本文所述的玻璃基制品通过离子交换进行化学强化，并且展现出的应力分布不同于已知的强化玻璃制品所展现出的那些。在本公开中，玻璃基基材通常是未经强化的，而玻璃基制品通常指的是(例如通过离子交换)经过强化的玻璃基基材。在这个过程中，用具有相同价态或氧化态的较大离子代替或交换玻璃基制品的表面处或者靠近表面处的离子。在玻璃基制品包括碱性铝硅酸盐玻璃的那些实施方式中，玻璃的表面层中的离子以及较大离子是一价的碱金属阳离子，例如Li+(当存在于玻璃基制品中的时候)、Na+、K+、Rb+、和Cs+。此外，表面层中的一价阳离子可以被碱金属阳离子以外的一价阳离子，例如Ag+、或Cu+等代替。在此类实施方式中，被交换到玻璃基基材中的单价离子(或阳离子)在所得到的玻璃基制品中产生应力。
离子交换工艺通常是通过将玻璃基基材浸入熔盐浴中(或者两个或更多个熔盐浴中)来进行的，所述熔盐浴包含要与玻璃基基材中的较小离子进行交换的较大离子。应注意的是，也可以采用水性盐浴。此外，根据一个或多个实施方式，浴组成包括不止一种类型的较大离子(例如，Na+和K+)以及Ag+和/或Cu+。本领域技术人员会理解的是，离子交换工艺的参数包括但不限于浴组成和温度、浸入时间、玻璃基制品在盐浴(或多个盐浴)中的浸入次数、多盐浴的使用、其它的步骤(例如退火和洗涤等)，它们通常是由以下的因素决定的：玻璃基制品的组成(包括制品的结构和存在的任意晶相)，以及由强化获得的玻璃基制品所需的DOC和CS。例如，玻璃基基材的离子交换可以通过以下方式实现：将玻璃基基材浸入至少一个包含盐的熔浴中，所述盐是例如但不限于较大碱金属离子以及银和/或铜离子的硝酸盐、硫酸盐、和氯化物。典型的硝酸盐包括KNO3、NaNO3、LiNO3、AgNO3、CuNO3，及其组合。熔盐浴的温度通常是约350℃至最高至约480℃，而浸入时间是约15分钟至最高至100小时，这取决于玻璃厚度、浴温和玻璃(或单价离子)扩散系数。但是，也可以采用与上述不同的温度和浸入时间。
在一个或多个实施方式中，可以将玻璃基基材浸入100％NaNO3或100％KNO3的熔盐浴中，其温度是约350℃至约480℃持续的时间是约15分钟至最高至约100小时，这取决玻璃厚度、浴温和玻璃(或单价离子)扩散系数，之后浸入含100％AgNO3或CuNO3的浴中，其温度是约350℃至约480℃持续的时间是约15分钟至最高至约100小时，这取决玻璃厚度、浴温和玻璃(或单价离子)扩散系数。在本公开所述的熔浴中，所有百分比都是重量％。在一些实施方式中，可以将玻璃基基材浸入包含约5％至约90％KNO3和约10％至约95％NaNO3的温度是约350℃至约480℃的混合熔盐浴中，持续的时间是约15分钟至最高至约100小时，这取决玻璃厚度、浴温和玻璃(或单价离子)扩散系数，之后浸入含100％AgNO3或CuNO3的浴中，其温度是约350℃至约480℃持续的时间是约15分钟至最高至约100小时，这取决玻璃厚度、浴温和玻璃(或单价离子)扩散系数。
在一个或多个实施方式中，可以将玻璃基基材浸入温度是约350℃至约480℃的混合熔盐浴中，持续的时间是约15分钟至最高至约100小时，这取决于玻璃厚度、浴温和玻璃(或单价离子)扩散系数，并且所述混合熔盐浴包含99.95％、99.9％、99.85％、99.8％、99.75％、99.7％、99.65％、99.6％、99.55％、99.5％、99.45％、99.4％、99.35％、99.3％、99.25％、99.2％、99.15％、99.1％、99.05％、99％、98.95％、98.9％、98.85％、98.8％、98.75％、98.7％、98.65％、98.6％、98.55％、98.5％、98.45％、98.4％、98.35％、98.3％、98.25％、98.2％、98.15％、98.1％、98.05％、98％、97.95％、97.9％、97.85％、97.8％、97.75％、97.7％、97.65％、97.6％、97.55％、97.5％、97.45％、97.4％、97.35％、97.3％、97.25％、97.2％、97.15％、97.1％、97.05％、97％、96.95％、96.9％、96.85％、96.8％、96.75％、96.7％、96.65％、96.6％、96.55％、96.5％、96.45％、96.4％、96.35％、96.3％、96.25％、96.2％、96.15％、96.1％、96.05％、96％、95.95％、95.9％、95.85％、95.8％、95.75％、95.7％、95.65％、95.6％、95.55％、95.5％、95.45％、95.4％、95.35％、95.3％、95.25％、95.2％、95.15％、95.1％、95.05％、95％、94％、93％、92％、91％、或90％NaNO3(或者Na的硫酸盐或氯化物)，余量是AgNO3或CuNO3(或者Ag或Cu的硫酸盐或氯化物)。然后，可以将玻璃基基材浸入温度是约350℃至约480℃的浴中，并且所述浴包含99.95％、99.9％、99.85％、99.8％、99.75％、99.7％、99.65％、99.6％、99.55％、99.5％、99.45％、99.4％、99.35％、99.3％、99.25％、99.2％、99.15％、99.1％、99.05％、99％、98.95％、98.9％、98.85％、98.8％、98.75％、98.7％、98.65％、98.6％、98.55％、98.5％、98.45％、98.4％、98.35％、98.3％、98.25％、98.2％、98.15％、98.1％、98.05％、98％、97.95％、97.9％、97.85％、97.8％、97.75％、97.7％、97.65％、97.6％、97.55％、97.5％、97.45％、97.4％、97.35％、97.3％、97.25％、97.2％、97.15％、97.1％、97.05％、97％、96.95％、96.9％、96.85％、96.8％、96.75％、96.7％、96.65％、96.6％、96.55％、96.5％、96.45％、96.4％、96.35％、96.3％、96.25％、96.2％、96.15％、96.1％、96.05％、96％、95.95％、95.9％、95.85％、95.8％、95.75％、95.7％、95.65％、95.6％、95.55％、95.5％、95.45％、95.4％、95.35％、95.3％、95.25％、95.2％、95.15％、95.1％、95.05％、95％、％、94％、93％、92％、91％、或90％KNO3(或者K的硫酸盐或氯化物)，余量是AgNO3或CuNO3(或者Ag或Cu的硫酸盐或氯化物)。在一些实施方式中，顺序可以倒过来，其中，可以首先将玻璃基基材浸入含钾和银(或铜)的盐浴中，之后浸入含钠和银(或铜)的盐浴中。在一些实施方式中，玻璃基基材仅浸入含钾和银(或铜)的盐浴中，或者仅浸入含钠和银(或铜)的盐浴中。
在一些实施方式中，可以将玻璃基基材浸入混合熔盐浴中，所述混合熔盐浴的温度是约350℃至约480℃，并且包含钠盐、钾盐和银盐(或铜盐)，所述盐分别选自硝酸盐、硫酸盐和氯化物。然后，可以将玻璃基基材浸入温度是约350℃至约480℃浴中，所述浴包含10％、9％、8％、7％、6％、5％、4.95％、4.9％、4.85％、4.8％、4.75％、4.7％、4.65％、4.6％、4.55％、4.5％、4.45％、4.4％、4.35％、4.3％、4.25％、4.2％、4.15％、4.1％、4.05％、4％、3.95％、3.9％、3.85％、3.8％、3.75％、3.7％、3.65％、3.6％、3.55％、3.5％、3.45％、3.4％、3.35％、3.3％、3.25％、3.2％、3.15％、3.1％、3.05％、3％、2.95％、2.9％、2.85％、2.8％、2.75％、2.7％、2.65％、2.6％、2.55％、2.5％、2.45％、2.4％、2.35％、2.3％、2.25％、2.2％、2.15％、2.1％、2.05％、2％、1.95％、1.9％、1.85％、1.8％、1.75％、1.7％、1.65％、1.6％、1.55％、1.5％、1.45％、1.4％、1.35％、1.3％、1.25％、1.2％、1.15％、1.1％、1.05％、1％、0.95％、0.9％、0.85％、0.8％、0.75％、0.7％、0.65％、0.6％、0.55％、0.5％、0.45％、0.4％、0.35％、0.3％、0.25％、0.2％、0.15％、0.1％、或0.05％、或95％AgNO3或AgNO3，余量是KNO3/NaNO3的混合物，KNO3/NaNO3的比例是约20/1、15/1、14/1、13/1、12/1、11/1、10/1、9/1、8/1、7/1、6/1、5/1、4/1、3/1、2/1、1.5/1、1.4/1、1.3/1、1.2/1、1.1/1、1/1、1/1.1、1/1.2、1/1.3、1/1.4、1.5、1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9、1/10、1/11、1/12、1/13、1/14、1/15、或1/20。
可以对离子交换条件进行调节，以提供“尖峰”或者以增加所得到的玻璃基制品的表面处或者靠近表面处的应力分布的斜率。由于本文所述的玻璃基制品所用的玻璃组合物的独特性质，可以通过单浴或多浴实现这种尖峰，浴具有单种组成或者混合组成。
如图3所示，根据一个或多个实施方式的玻璃基制品300包括第一表面302和与第一表面相对的第二表面304，它们限定了厚度t。在一个或多个实施方式中，厚度t可以小于或等于约3毫米(例如，约0.01毫米至约3毫米、约0.1毫米至约3毫米、约0.2毫米至约3毫米、约0.3毫米至约3毫米、约0.4毫米至约3毫米、约0.01毫米至约2.5毫米、约0.01毫米至约2毫米、约0.01毫米至约1.5毫米、约0.01毫米至约1毫米、约0.01毫米至约0.9毫米、约0.01毫米至约0.8毫米、约0.01毫米至约0.7毫米、约0.01毫米至约0.6毫米、约0.01毫米至约0.5毫米、约0.1毫米至约0.5毫米、或者约0.3毫米至约0.5毫米)。
玻璃基制品300包括应力分布301，其从第一表面302延伸到第二表面304(或者沿着整个厚度t的尺度延伸)。在如图3所示的实施方式中，显示了通过SCALP或RNF测得的本文所述的应力分布301。x轴表示应力值，而y轴表示玻璃基制品内的厚度或深度。
如图3所示，应力分布301包括CS层315(具有表面CS 310)、CT层325(具有最大CT320)和应力分布301从压缩转变为拉伸的DOC 330。CS层具有从表面302、304延伸到DOC 330的相关深度或长度317。CT层325也具有相关深度或长度327(CT区域或层)。
在一个或多个实施方式中，表面CS 310是大于或等于约300MPa或者大于后等于约450MPa(例如，约300MPa至1500MPa、约300MPa至1400MPa、约300MPa至1300MPa、约300MPa至1200MPa、约300MPa至1100MPa、约300MPa至1000MPa、约350MPa至1500MPa、约350MPa至1400MPa、约350MPa至1300MPa、约350MPa至1200MPa、约350MPa至1100MPa、约350MPa至1000MPa、约400MPa至1500MPa、约400MPa至1400MPa、约400MPa至1300MPa、约400MPa至1200MPa、约400MPa至1100MPa、约400MPa至1000MPa、约450MPa至1500MPa、约450MPa至1400MPa、约450MPa至1300MPa、约450MPa至1200MPa、约450MPa至1100MPa、约450MPa至1000MPa、约500MPa至1500MPa、约500MPa至1400MPa、约500MPa至1300MPa、约500MPa至1200MPa、约500MPa至1100MPa、约500MPa至1000MPa、约550MPa至1500MPa、约550MPa至1400MPa、约550MPa至1300MPa、约550MPa至1200MPa、约550MPa至1100MPa、约550MPa至1000MPa、约600MPa至1500MPa、约600MPa至1400MPa、约600MPa至1300MPa、约600MPa至1200MPa、约600MPa至1100MPa、约600MPa至1000MPa、约700MPa至1500MPa、约700MPa至1400MPa、约700MPa至1300MPa、约700MPa至1200MPa、约700MPa至1100MPa、约700MPa至1000MPa)。表面CS 310可以最高至约900MPa、最高至约1000MPa、最高至约1100MPa、或者最高至约1200MPa。本文所提供的表面CS值还可以包括最大CS。
最大CT 320可以置于约0.3t至约0.7t、或者约0.25t至约0.75t、或者约0.2t至约0.8t的范围。应注意的是，表面CS 310和最大CT 320中的任意一个或多个可取决于玻璃基制品的厚度。例如，厚度约为0.8mm的玻璃基制品的最大CT可以小于或等于约75MPa。当玻璃基制品的厚度下降时，最大CT可以增加。换言之，最大CT随着厚度的降低(或者随着玻璃基制品变得较薄)而增加。
在一些实施方式中，表面CS可以是最大CT的1.5倍(或者2倍或者2.5倍)或者更大。在一些实施方式中，表面CS可以最高至最大CT的约48倍，可以最高至最大CT的40倍，可以最高至最大CT的20倍，可以最高至最大CT的10倍，或者可以最高至最大CT的8倍。表面CS可以是最大CT的约5倍至最高至约50倍。
在一个或多个实施方式中，应力分布301包括最大CS，其通常是表面CS 310，并且可以位于第一表面302和第二表面304中的一个或两个处。在一个或多个实施方式中，CS层或区域315沿着一部分的厚度延伸到DOC 317和最大CT 320。在一个或多个实施方式中，DOC317可以大于或等于约0.02t。例如，DOC 317可以是：约0.03t至0.4t、约0.03t至0.35t、约0.03t至0.3t、约0.03t至0.25t、约0.03t至0.2t、约0.04t至0.4t、约0.04t至0.35t、约0.04t至0.3t、约0.04t至0.25t、约0.04t至0.2t、约0.05t至0.5t、约0.05t至0.35t、约0.05t至0.3t、约0.05t至0.25t、约0.05t至0.2t。在一些实施方式中，DOC 317小于化学深度。化学深度可以比DOC 317大了约0.4t或更大、约0.5t或更大、约55t或更大、或者0.6t或更大。
在一个或多个实施方式中，应力分布可以描述为具有第一区域，其在本文中被称作从表面CS 310延伸到膝314的尖峰区域312。在一个或多个实施方式中，应力分布包括第二区域316，其被称作尾部区域316。在一个或多个实施方式中，应力分布包括膝区域314，其是尖峰区域与尾部区域316之间的过渡区域。
在一个或多个实施方式中，应力分布在尖峰区域312中的所有点都包括如下正切值：-200MPa/微米至-9MPa/微米、-200MPa/微米至-10MPa/微米、-200MPa/微米至-11MPa/微米、-200MPa/微米至-12MPa/微米、-200MPa/微米至-13MPa/微米、-200MPa/微米至-14MPa/微米、-200MPa/微米至-15MPa/微米、-200MPa/微米至-20MPa/微米、-200MPa/微米至-25MPa/微米、-200MPa/微米至-30MPa/微米、-200MPa/微米至-35MPa/微米、-200MPa/微米至-40MPa/微米、-200MPa/微米至-45MPa/微米、-200MPa/微米至-50MPa/微米、-200MPa/微米至-55MPa/微米、-200MPa/微米至-60MPa/微米、-200MPa/微米至-65MPa/微米、-200MPa/微米至-70MPa/微米、-200MPa/微米至-75MPa/微米、-200MPa/微米至-80MPa/微米、-200MPa/微米至-85MPa/微米、-200MPa/微米至-90MPa/微米、-200MPa/微米至-95MPa/微米、或-200MPa/微米至-100MPa/微米、，以及尾部区域316中的所有点都包括如下正切值：-3MPa/微米至-0.01MPa/微米、-2.5MPa/微米至-0.01MPa/微米、-2MPa/微米至-0.01MPa/微米、-1.5MPa/微米至-0.01MPa/微米、-1MPa/微米至-0.01MPa/微米、或-0.5MPa/微米至-0.01MPa/微米。在一些实施方式中，正切可以与“局部梯度”互换描述和使用，其定义为随着深度增量接近零，应力大小的变化与深度的函数关系。
在一个或多个实施方式中，尖峰区域312从第一表面302延伸到0.1t。例如，尖峰区域312可以从第一表面302延伸到0.09t，从第一表面302延伸到0.08t，从第一表面302延伸到0.07t，从第一表面302延伸到0.06t，从第一表面302延伸到0.05t，从第一表面302延伸到0.04t，从第一表面302延伸到0.03t，或者从第一表面302延伸到0.02t，以及尾部区域是0.05t至0.5t、0.05t至0.4t、0.05t至0.3t、0.05t至0.2t、或0.05t至0.1t。
在一个或多个实施方式中，应力分布301使得在尾部区域中，在0.05t处存在大于100MPa、大于90MPa、大于80MPa、大于70MPa、大于60MPa或大于50MPa的压缩应力。在一个或多个实施方式中，应力分布301使得在尾部区域中，在0.1t处存在大于100MPa、大于90MPa、大于80MPa、大于70MPa、大于60MPa、大于50MPa、大于40MPa或大于30MPa的压缩应力。
在一个或多个实施方式中，应力分布在尾部区域中的所有点形成具有幂指数的幂律分布，其中，幂指数是约1.2至3.4。在一些实施方式中，尾部区域的幂指数是约1.3至2.8。如本文所用，“幂律函数”指的是应力相对于深度或厚度呈指数比例的曲线。认为具有较低幂系数的分布通常在尾部区域中具有较小正切，通常低于1MPa/微米。因此，根据一个或多个实施方式，提供的方法包括两个或更多个离子交换步骤，其包括改变Na与K之间的浓度比，持续的时间足以实现本文所述的应力曲线。在含Li玻璃中，甚至单次IOX扩散在应力分布中产生尖峰和尾部。认为这是由于含不同量的Li、Na和K的玻璃同时以不同扩散速率发生交换的事实所导致的。由于实际深应力分布与幂律近似之间的小的局部偏差以及点对点应力分布测量中的精度限制，在尖峰的底部处的实际应力与模型尖峰幂分布的膝应力之间可能有最高至10-15MPa的差异。
在一个或多个实施方式中，玻璃基制品包括应力分布，其基本不含或者不含以深度方向或者沿着玻璃基制品的至少一部分厚度t延伸的任何线性区段。换言之，应力分布沿着厚度t明显连续增加或减小。在一些实施方式中，应力分布在长度大于或等于约10微米、大于或等于约50微米、或者大于或等于约100微米、或者大于或等于约200微米的深度方向基本不含或者不含任何线性区段。如本文所用，术语“线性”指的是沿着线性区段的斜率的绝对值大小小于约5MPa/微米、或者小于约2MPa/微米。在一些实施方式中，在深度方向上基本不含或者不含任何线性区段的应力分布的一个或多个部分存在于玻璃基制品内距离第一表面或第二表面中的一个或两个大于或等于约5微米(例如，大于或等于10微米或者大于或等于15微米)的深度内。例如，沿着距离第一表面约0微米至小于约5微米的深度，应力分布可以包括线性区段，但是从距离第一表面大于或等于约5微米的深度开始，应力分布可以基本不含或者不含线性区段。
在一些实施方式中，可以通过热处理改变应力分布。在此类实施方式中，可以在任意离子交换过程之前、在离子交换过程之间、或者在所有的离子交换过程之后进行热处理。在一些实施方式中，热处理可导致表面处或者靠近表面处的应力分布的斜率减小。在一些实施方式中，当在表面处需要更为陡峭或者更大斜率时，可以采用热处理之后的离子交换过程，以提供“尖峰”或者以增加表面处或者靠近表面处的应力分布的斜率。
在一个或多个实施方式中，应力分布是由于沿着一部分的厚度变化的金属氧化物的非零浓度产生的。如上文所述，金属氧化物浓度的变化可以在本文中被成为金属氧化物浓度梯度。
金属氧化物的浓度可以包括不止一种金属氧化物(例如，Na2O和K2O以及Ag2O(或Cu2O)的组合)。在一些实施方式中，当采用两种金属氧化物以及当离子半径相互不同时，在浅深度处，具有较大半径的离子的浓度大于具有较小半径的离子的浓度，而在较深深度处，具有较小半径的离子的浓度大于具有较大半径的离子的浓度。例如，当在离子交换过程中使用含有Na和K的单个浴时，在较浅深度处，玻璃基制品中的K+离子的浓度大于Na+离子的浓度，而在较深深度处，Na+离子的浓度大于K+离子的浓度。这至少部分是由于与较小单价离子发生交换进入到玻璃中的单价离子的尺寸所导致的。在此类玻璃基制品中，由于表面处或者靠近表面处的更大量的较大离子(即，K+离子)，表面处的区域或者靠近表面处的区域包括较大的CS。在表面处或者靠近表面处具有更陡峭斜率的应力分布(即，表面处的应力分布中的尖峰)可以展现出该较大CS。
如上文所述，通过对玻璃基基材进行化学强化，产生一种或多种金属氧化物的浓度梯度或变化，其中，玻璃基基材中的多种第一金属离子与多种第二金属离子发生交换。第一离子可以是锂、钠、钾、铷和银(或铜)的离子。第二金属离子可以是钠、钾、铷、铯和银(或铜)中的一种离子，前提是第二碱金属离子的离子半径大于第一碱金属离子的离子半径。第二金属离子在玻璃基基材中作为其氧化物存在(例如，Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、Ag2O(或Cu2O)或其组合)。
在一个或多个实施方式中，金属氧化物浓度梯度延伸通过玻璃基制品的大部分厚度t或者整个厚度t，包括CT层327。在一个或多个实施方式中，金属氧化物的浓度在CT层327中大于或等于约0.5摩尔％。在一些实施方式中，金属氧化物的浓度可以沿着玻璃基制品的整个厚度大于或等于约0.5摩尔％(例如，大于或等于约1摩尔％)，并且在第一表面302和/或第二表面304处最大，以及基本恒定地降低至第一表面302与第二表面304之间的一点。在该点，金属氧化物的浓度是沿着整个厚度t最小的；但是，浓度在该点也是非零的。换言之，该特定金属氧化物的非零浓度沿着大部分的厚度t(如本文所述)或者沿着整个厚度t延伸。在一些实施方式中，特定金属氧化物中的最低浓度在CT层327中。玻璃基制品中的特定金属氧化物的总浓度可以是约1摩尔％至约20摩尔％。
在一个或多个实施方式中，玻璃基制品包括第一金属氧化物浓度和第二金属氧化物浓度，使得沿着约0t至约0.5t的第一厚度范围的第一金属氧化物浓度是约0摩尔％至约15摩尔％，以及约0微米至约25微米(或者约0微米至约12微米)的第二厚度范围的第二金属氧化物浓度是约0摩尔％至约10摩尔％；但是，第一金属氧化物和第二金属氧化物中的一个或两个的浓度沿着玻璃基制品的大部分厚度或者整个厚度是非零的。玻璃基制品可包括任选的第三金属氧化物浓度。第一金属氧化物可以包括Na2O和Ag2O(或Cu2O)，而第二金属氧化物可以包括K2O。
可以通过在改性以包含该金属氧化物浓度梯度之前的玻璃基制品中的该金属氧化物的基线量，来确定金属氧化物的浓度。
在一些实施方式中，玻璃基制品包括高液相线粘度，这实现了通过下拉技术(例如，熔合拉制、狭缝拉制、和其他类似方法)形成玻璃基制品，这可以提供高精度的表面光滑度。如本文所用，术语“液相线粘度”指的是熔融玻璃在液相线温度的粘度，其中，术语“液相线温度”指的是如下温度：随着熔融玻璃从熔化温度开始冷却晶体第一次出现的温度，或者随着温度从室温开始增加，最后一点晶体熔化时的温度。通常来说，本文所述的玻璃基制品(或者用于形成此类制品的组合物)的液相线粘度是大于或等于约100千泊(kP)。在出于下拉可加工性希望较高液相线粘度的情形下，玻璃基制品(或者用于形成此类制品的组合物)展现出至少约200kP(例如，大于或等于约600kP)的液相线粘度。
在一些实施方式中，本文所述的玻璃基制品可以用砂纸上倒球(IBoS)测试的性能进行描述。IBoS测试是动态组件水平测试，其模拟了在用于移动电子器件或手持式电子器件的玻璃基制品中常见的破坏引入加上弯曲所导致的失效的主要机制，如图8示意性所示。在现场，在玻璃基制品的顶表面上发生破坏引入(图9中的a)。破碎开始于玻璃基制品的顶表面，并且破坏渗透玻璃基制品(图9中的b)或者破碎从顶表面上的弯曲开始扩展或者从玻璃基制品的内部部分开始扩展(图9中的c)。IBoS测试设计成同时向玻璃的表面引入破坏以及在动态负荷下施加弯曲。在一些情况下，相比于不包含压缩应力的相同玻璃基制品，当其包括压缩应力时，玻璃基制品展现出改进的跌落破碎性能。
IBoS测试设备如图7示意性所示。设备500包括测试支架510和球530。球530是刚性球或者固体球，例如，不锈钢球等。在一个实施方式中，球530是4.2克的不锈钢球，其直径为10mm。球530从预定高度h直接掉落到玻璃基制品样品518上。测试支架510包括固体底座512，其包含硬的刚性材料，例如花岗石等。将表面上布置有研磨材料的片材514放在固体底座512的上表面上，从而具有研磨材料的表面朝上。在一些实施方式中，片材514是具有30目表面(以及在其他实施方式中，180目表面)的砂纸。通过样品固定器515将玻璃基制品样品518原位固定在片材515上，使得在玻璃基制品样品518与片材514之间存在空气间隙516。片材514与玻璃基制品样品518之间的空气间隙516允许玻璃基制品样品518在受到球530的冲击之后发生弯曲并弯曲到片材514的研磨表面上。在一个实施方式中，在所有的角夹住玻璃基制品样品218，以保持仅在球冲击点含有弯曲以及确保可重复性。在一些实施方式中，样品固定器514和测试支架510适于容纳高至约2mm的样品厚度。空气间隙516是约50μm至约100μm。采用空气间隙516来调节材料的刚度(杨氏模量，E模量)(但是也包括样品的杨氏模量和厚度)的差异。可以使用粘合条带520覆盖玻璃基制品样品的上表面，以收集玻璃基制品样品518在球530冲击之后的破碎事件中的碎片。
可以使用各种材料作为研磨表面。在一个特定实施方式中，研磨表面是砂纸，例如碳化硅或者氧化铝砂纸、工程砂纸或者本领域技术人员已知的具有相当硬度和/或锐度的任意研磨材料。在一些实施方式中，可以使用30目的砂纸，因为其表面形貌比混凝土或沥青更一致，并且粒度和锐度产生所需的试样表面破坏水平。
在一个方面，图10显示使用上文所述的设备500进行IBoS测试的方法600。在步骤610中，玻璃基制品样品(图10中的218)放在上文所述的测试支架510中并固定在样品固定器515中，从而使得在玻璃基制品样品518和具有研磨表面的片材514之间形成空气间隙516。方法600假定具有研磨表面的片材514已经放入测试支架510中。但是，在一些实施方式中，方法可包括将片材514放入测试支架510中，从而使得具有研磨材料的表面朝上。在一些实施方式中(步骤610a)，在将玻璃基制品样品518固定在样品固定器510中之前，向玻璃基制品样品518的上表面施加粘合条带520。
在步骤520中，将具有预定质量和尺寸的固体球530从预定高度h掉落到玻璃基制品样品518的上表面上，使得球530在上表面的近似中心处(例如，中心的1mm内、或者3mm内、或者5mm内、或者10mm内)冲击上表面(或者粘附于上表面的粘合条带520)。在步骤520的冲击之后，确定对于玻璃基制品样品518的破坏程度(步骤630)。如上文所述，本文的术语“破碎”指的是当物体掉落或者冲击基材时，裂纹扩展穿过基材的整个厚度和/或整个表面。
在方法600中，在每次跌落之后可以替换具有研磨表面的片材518，以避免在其他类型(例如，混凝土或沥青)跌落测试表面的重复使用中已经观察到的“老化”效应。
通常在方法600中使用各种预定跌落高度h和增量。例如，测试开始时可以采用最小跌落高度(例如，约10-20cm)。然后，对于连续跌落，可以以固定增量或者变化增量来增加高度。一旦玻璃基制品样品518破碎或破裂，则停止方法600所述的测试(步骤631)。或者，如果跌落高度h达到最大跌落高度(例如，约100cm)而没有发生破碎，则也可停止方法300的跌落测试，或者可以在最大高度重复步骤520，直到产生破碎。
在一些实施方式中，在每个预定高度h，每个玻璃基制品样品518仅进行一次方法600的IBoS测试。但是，在其他实施方式中，在每个高度，每个样品可进行多次测试。
如果玻璃基制品样品518发生破碎(图10中的步骤631)，则停止根据方法600的IBoS测试(步骤640)。如果没有观察到预定跌落高度的落球所导致的破碎(步骤632)，则以预定增量增加跌落高度(步骤634)，例如5、10或20cm，以及重复步骤620和630，直至观察到样品破碎(631)或者达到最大测试高度(636)而没有发生样品破碎。当到达步骤631或者636时，终止根据方法600的测试。
当经受上文所述的砂纸上的倒球(IBoS)测试时，当球从100cm的高度掉落到玻璃表面上时，本文所述的玻璃基制品的实施方式具有至少约60％的存活率。例如，当5个同样(或近乎同样)的样品(即，具有近似相同组成，且当经过强化具有近似相同的压缩应力和压缩深度或压缩应力层，如本文所述)中的3个在从预定高度(此处为100cm)跌落后通过IBoS跌落测试而没有发生破碎，则将强化玻璃制品描述为从给定高度跌落具有60％的存活率。在其他实施方式中，经过强化的玻璃基制品的100cm IBoS测试的存活率至少约70％，在其他实施方式中，至少约80％，以及在其他实施方式中，至少约90％。在其他实施方式中，在IBoS测试中，从100cm高度跌落的基于强化玻璃的制品存活率至少约60％，在其他实施方式中，至少约70％，在其他实施方式中，至少约80％，以及在其他实施方式中，至少约90％。在一个或多个实施方式中，在IBoS测试中，从150cm、160cm、170cm、或180cm高度跌落的基于强化玻璃的制品存活率至少约60％，在其他实施方式中，至少约70％，在其他实施方式中，至少约80％，以及在其他实施方式中，至少约90％。
为了确定当采用上文所述的IBoS测试方法和设备从预定高度跌落时玻璃基制品的可存活率，可以测试玻璃基制品的至少5个同样(或近似相同)样品(即，近似相同组成，以及如果经过强化的话，近似相同的压缩应力以及压缩深度或层深度)，但是也可以使得更多数量(例如，10个、20个、30个等)的样品经受测试，以提升测试结果的置信水平。每个样品从预定高度(例如，100cm或150cm)跌落单次，或者从逐渐变高的高度跌落而不发生破裂直至达到预定高度，并视觉(即，裸眼)检查破碎证据(形成裂纹以及扩展穿过样品的整个厚度和/或整个表面)。如果在从预定高度跌落之后没有观察到破碎，则将样品视为“通过”跌落测试，如果当样品从小于或等于预定高度的高度跌落观察到破碎，则将样品视为“失效”(或者“没有通过”)。将可存活率确定为通过跌落测试的样品数量的百分比。例如，如果一组10个样品中的7个样品在从预定高度跌落时没有发生破碎，则玻璃的可存活率会是70％。
本文所述的玻璃基制品可以是透明的。在一个或多个基于玻璃的制品中，其厚度可以小于或等于约1毫米，并且在约380nm至约780nm的波长范围展现出大于或等于约88％的透射率。在一个或多个实施方式中，当采用80目纸对0.8mm的玻璃基制品用直径为10mm的4.2克不锈钢球进行测试时，玻璃基制品展现出的跌落性能的平均值大于100cm。
基材的选择没有特别的限制。在一些例子中，玻璃基制品可描述为具有高的离子交换的阳离子扩散系数。在一个或多个实施方式中，玻璃或者玻璃陶瓷具有快速离子交换能力，即，在460℃扩散系数大于500μm2/小时，或者可以表征为大于450μm2/小时。在一个或多个实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷展现出的钠离子扩散系数是460℃大于或等于约450μm2/小时，或者是460℃大于或等于约500μm2/小时。在一个或多个实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷展现出的钾离子扩散系数是460℃大于或等于约450μm2/小时，或者是460℃大于或等于约500μm2/小时。
玻璃基制品可以包括无定形基材、晶体基材或其组合(例如，玻璃陶瓷基材)。在一个或多个实施方式中，玻璃基基材(在进行本文所述的化学强化之前)可以包括如下玻璃组合物，以摩尔百分比(摩尔％)计，其包含：约40至约80的SiO2，约10至约30的Al2O3，约0至约10的B2O3，约0至约20的R2O，和约0至约15的RO。如本文所用，R2O指的是碱金属氧化物(例如Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、和Cs2O)的总量。如本文所用，RO指的是碱土金属氧化物(例如MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO等)的总量。在一些情况下，组合物可包括以下任意一种或两种：约0摩尔％至约5摩尔％的ZrO2和约0至约15摩尔％的P2O5。可以存在约0摩尔％至约2摩尔％的TiO2。
在一些实施方式中，以摩尔％计，玻璃组合物可包含如下量的SiO2：约为45至约80、约为45至约75、约为45至约70、约为45至约65、约为45至约60、约为45至约65、约为45至约65、约为50至约70、约为55至约70、约为60至约70、约为70至约75、约为70至约72、约为50至约65、或者约为60至约65。
在一些实施方式中，以摩尔％计，玻璃组合物可包含如下量的Al2O3：约为5至约28、约为5至约26、约为5至约25、约为5至约24、约为5至约22、约为5至约20、约为6至约30、约为8至约30、约为10至约30、约为12至约30、约为14至约30、约为15至约30、或者约为12至约18。
在一些实施方式中，以摩尔％计，玻璃组合物可包含如下量的B2O3：约为0至约8、约为0至约6、约为0至约4、约为0.1至约10、约为0.1至约8、约为0.1至约6、约为0.1至约4、约为1至约10、约为2至约10、约为4至约10、约为2至约8、约为0.1至约5、或者约为1至约3。在一些情况下，玻璃组合物可以基本不含或者不含B2O3。如本文所用，相对于组合物组分的术语“基本不含”或“不含”指的是在初始配料中，没有主动或者故意将该组分添加到组合物，但是可能作为杂质以小于约0.001摩尔％的量存在。
在一些实施方式中，玻璃组合物可以包含一种或多种碱土金属氧化物，例如MgO、CaO和ZnO。在一些实施方式中，所述一种或多种碱土金属氧化物的总量可以是非零量最高至约15摩尔％。在一个或多个具体实施方式中，任意碱土金属氧化物的总量可以是非零量最高至约14摩尔％，最高至约12摩尔％，最高至约10摩尔％，最高至约8摩尔％，最高至约6摩尔％，最高至约4摩尔％，最高至约2摩尔％，或者最高至约1.5摩尔％。在一些实施方式中，以摩尔％计，所述一种或多种碱土金属氧化物的总量可以是约0.01至10、约0.01至8、约0.01至6、约0.01至5、约0.05至10、约0.05至2、或者约0.05至1。MgO的量可以是约0摩尔％至约5摩尔％(例如，约0.001至约1、约0.01至约2、或者约2摩尔％至约4摩尔％)。ZnO的量可以是约0至约2摩尔％(例如约1摩尔％至约2摩尔％)。CaO的量可以是约0摩尔％至约2摩尔％。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可以包含MgO，并且可以基本不含或者不含CaO和ZnO。在一个变化形式中，玻璃组合物可以包含CaO或ZnO中的任意一种，并且可以基本不含或不含MgO、CaO和ZnO中的其他那些。在一个或多个具体实施方式中，玻璃组合物可以仅包含碱土金属氧化物MgO、CaO和ZnO中的两种，并且可以基本不含或不含碱土金属氧化物中的第三种。
以摩尔％计，玻璃组合物中的碱金属氧化物R2O的总量可以是如下范围：约为5至约20、约为5至约18、约为5至约16、约为5至约15、约为5至约14、约为5至约12、约为5至约10、约为5至约8、约为5至约20、约为6至约20、约为7至约20、约为8至约20、约为9至约20、约为10至约20、约为11至约20、约为12至约18、或者约为14至约18。
在一个或多个实施方式中，以摩尔％计，玻璃组合物可包含如下量的Na2O：约为0摩尔％至约18摩尔％、约为0摩尔％至约16摩尔％或者约为0摩尔％至约14摩尔％、约为0摩尔％至约12摩尔％、约为2摩尔％至约18摩尔％、约为4摩尔％至约18摩尔％、约为6摩尔％至约18摩尔％、约为8摩尔％至约18摩尔％、约为8摩尔％至约14摩尔％、约为8摩尔％至约12摩尔％、或者约为10摩尔％至约12摩尔％。在一些实施方式中，组合物可以包含至少约4摩尔％Na2O。
在一些实施方式中，将Li2O和Na2O的量控制到具体量或比例，以平衡可成形性和可离子交换性。例如，随着Li2O的量增加，液相线粘度可能降低，从而阻止了对于一些成形方法的使用；但是，此类玻璃组合物经离子交换至更深的DOC水平，如本文所述。Na2O的量可以对液相线粘度进行改善，但是会抑制在更深的DOC水平进行离子交换。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包含如下量的K2O：小于约5摩尔％、小于约4摩尔％、小于约2摩尔％、或者小于约1摩尔％。在一个或多个替代实施方式中，玻璃组合物可以基本不含或不含K2O，如本文所定义。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可以包含如下量的Li2O：约0摩尔％至约18摩尔％、约0摩尔％至约15摩尔％或者约0摩尔％至约10摩尔％、约0摩尔％至约8摩尔％、约0摩尔％至约6摩尔％、约0摩尔％至约4摩尔％或者约0摩尔％至约2摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物可以包含如下量的Li2O：约1摩尔％至约20摩尔％、2摩尔％约10摩尔％、约4摩尔％至约10摩尔％、约6摩尔％至约10摩尔、或者约5摩尔％至约8摩尔％。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可以包含Fe2O3。在此类实施方式中，Fe2O3存在的量可以小于约1摩尔％、小于约0.9摩尔％、小于约0.8摩尔％、小于约0.7摩尔％、小于约0.6摩尔％、小于约0.5摩尔％、小于约0.4摩尔％、小于约0.3摩尔％、小于约0.2摩尔％、小于约0.1摩尔％，以及其间的所有范围和子范围。在一个或多个替代实施方式中，玻璃组合物可以基本不含或不含Fe2O3，如本文所定义。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可以包含ZrO2。在此类实施方式中，ZrO2存在的量可以小于约1摩尔％、小于约0.9摩尔％、小于约0.8摩尔％、小于约0.7摩尔％、小于约0.6摩尔％、小于约0.5摩尔％、小于约0.4摩尔％、小于约0.3摩尔％、小于约0.2摩尔％、小于约0.1摩尔％，以及其间的所有范围和子范围。在一个或多个替代实施方式中，玻璃组合物可以基本不含或不含ZrO2，如本文所定义。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可以包含如下量的P2O5：约为0摩尔％至约10摩尔％、约为0摩尔％至约8摩尔％、约为0摩尔％至约6摩尔％、约为0摩尔％至约4摩尔％、约为0.1摩尔％至约10摩尔％、约为0.1摩尔％至约8摩尔％、约为2摩尔％至约8摩尔％、约为2摩尔％至约6摩尔％或者约为2摩尔％至约4摩尔％。在一些情况下，玻璃组合物可以基本不含或不含P2O5，如本文所定义。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可以包含TiO2。在此类实施方式中，TiO2存在的量小于约6摩尔％、小于约4摩尔％、小于约2摩尔％、或者小于约1摩尔％。在一个或多个替代实施方式中，玻璃组合物可以基本不含或不含TiO2，如本文所定义。在一些实施方式中，TiO2存在的量是约0.1摩尔％至约6摩尔％，或者约0.1摩尔％至约4摩尔％。
在一些实施方式中，玻璃组合物可以包括各种组成关系。例如，玻璃组合物可以包括如下LiO2的量(单位，摩尔％)与R2O的总量(单位，摩尔％)的比例：约0至约1，约0至约0.5，约0至约0.4，约0.1至约0.5，或者约0.2至约0.4。
在一些实施方式中，玻璃组合物可以包括如下R2O的总量(单位，摩尔％)与Al2O3的量(单位，摩尔％)的差异(R2O-Al2O3)：约0至约5(例如，约0至约4，约0至约3，约0.1至约4，约0.1至约3，约0.1至约2或者约1至约2)。
在一些实施方式中，玻璃组合物可以包括如下RxO的总量(单位，摩尔％)与Al2O3的量(单位，摩尔％)的差异(RxO-Al2O3)：约0至约5(例如，约0至约4，约0至约3，约0.1至约4，约0.1至约3，约1至约3，或者约2至约3)。如本文所用，RxO包括R2O和RO，如本文所定义。
在一些实施方式中，玻璃组合物可以包括如下R2O的总量(单位，摩尔％)与Al2O3的量(单位，摩尔％)的比例(R2O/Al2O3)：约0至约5(例如，约0至约4，约0至约3，约1至约4，约1至约3，或者约1至约2)。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物包括的Al2O3和Na2O的总量大于约15摩尔％(例如，大于18摩尔％、大于约20摩尔％、或者大于约23摩尔％)。Al2O3和Na2O的总量可以最高至和包括约30摩尔％、约32摩尔％或者约35摩尔％。
一个或多个实施方式的玻璃组合物可展现出约0至约2的MgO的量(单位，摩尔％)与RO总量(单位，摩尔％)之比。
在一些实施方式中，玻璃组合物可以基本不含或不含成核剂。典型成核剂的例子是TiO2和ZrO2等。成核剂可以描述为成核剂的功能是玻璃中可以引发玻璃中的晶体形成的组分。
在一些实施方式中，用于玻璃基材的组合物可配料有约0摩尔％至约2摩尔％的选自下组的至少一种澄清剂，包括：Na2SO4、NaCl、NaF、NaBr、K2SO4、KCl、KF、KBr、和SnO2。根据一个或多个实施方式，玻璃组合物还可包含约0至约2、约0至约1、约0.1至约2、约0.1至约1、或者约1至约2的SnO2。本文所揭示的玻璃组合物可以基本不含或不含As2O3和/或Sb2O3。
在一个或多个实施方式中，具体来说，组合物可以包含：约62摩尔％to 75摩尔％SiO2；约10.5摩尔％至约17摩尔％Al2O3；约5摩尔％至约13摩尔％Li2O；约0摩尔％至约4摩尔％ZnO；约0摩尔％至约8摩尔％MgO；约2摩尔％至约5摩尔％TiO2；约0摩尔％至约4摩尔％B2O3；约0摩尔％至约5摩尔％Na2O；约0摩尔％至约4摩尔％K2O；约0摩尔％至约2摩尔％ZrO2；约0摩尔％至约7摩尔％P2O5；约0摩尔％至约0.3摩尔％Fe2O3；约0摩尔％至约2摩尔％MnOx；和约0.05摩尔％至约0.2摩尔％SnO2。
在一个或多个实施方式中，具体来说，组合物可以包含：约67摩尔％至约74摩尔％SiO2；约11摩尔％至约15摩尔％Al2O3；约5.5摩尔％至约9摩尔％Li2O；约0.5摩尔％至约2摩尔％ZnO；约2摩尔％至约4.5摩尔％MgO；约3摩尔％至约4.5摩尔％TiO2；约0摩尔％至约2.2摩尔％B2O3；约0摩尔％至约1摩尔％Na2O；约0摩尔％至约1摩尔％K2O；约0摩尔％至约1摩尔％ZrO2；约0摩尔％至约4摩尔％P2O5；约0摩尔％至约0.1摩尔％Fe2O3；约0摩尔％至约1.5摩尔％MnOx；和约0.08摩尔％至约0.16摩尔％SnO2。
在一个或多个实施方式中，组合物可以包含：约70摩尔％至75摩尔％SiO2；约10摩尔％至约15摩尔％Al2O3；约5摩尔％至约13摩尔％Li2O；约0摩尔％至约4摩尔％ZnO；约0.1摩尔％至约8摩尔％MgO；约0摩尔％至约5摩尔％TiO2；约0.1摩尔％至约4摩尔％B2O3；约0.1摩尔％至约5摩尔％Na2O；约0摩尔％至约4摩尔％K2O；约0摩尔％至约2摩尔％ZrO2；约0摩尔％至约7摩尔％P2O5；约0摩尔％至约0.3摩尔％Fe2O3；约0摩尔％至约2摩尔％MnOx；和约0.05摩尔％至约0.2摩尔％SnO2。
在一个或多个实施方式中，组合物可以包含：约52摩尔％至约65摩尔％SiO2；约14摩尔％至约18摩尔％Al2O3；约5.5摩尔％至约7摩尔％Li2O；约1摩尔％至约2摩尔％ZnO；约0.01摩尔％至约2摩尔％MgO；约4摩尔％至约12摩尔％Na2O；约0.1摩尔％至约4摩尔％P2O5；和约0.01摩尔％至约0.16摩尔％SnO2。在一些实施方式中，组合物可以基本不含或者不含B2O3、TiO2、K2O和ZrO2中的任意一种或多种。
在一个或多个实施方式中，组合物可以包含至少0.5摩尔％的P2O5、Na2O和任选的Li2O，其中，Li2O(摩尔％)/Na2O(摩尔％)<1。此外，这些组合物可以基本不含或者不含B2O3和K2O。在一些实施方式中，组合物可以包含ZnO、MgO、和SnO2。
在一些实施方式中，组合物可以包含：约为58摩尔％至约65摩尔％SiO2；约为11摩尔％至约19摩尔％Al2O3；约为0.5摩尔％至约3摩尔％P2O5；约为6摩尔％至约18摩尔％Na2O；0摩尔％至约6摩尔％MgO；以及0摩尔％至约6摩尔％ZnO。在某些实施方式中，组合物可以包含：约63至约65摩尔％SiO2；约11至约17摩尔％Al2O3；约1至约3摩尔％P2O5；约9至约20摩尔％Na2O；0摩尔％至约6摩尔％MgO；以及0摩尔％至约6摩尔％ZnO。
在一些实施方式中，组合物可以包含如下组成关系：R2O(摩尔％)/Al2O3(摩尔％)<2，其中R2O＝Li2O+Na2O。在一些实施方式中，65摩尔％<SiO2(摩尔％)+P2O5(摩尔％)<67摩尔％。在某些实施方式中，R2O(摩尔％)+R′O(摩尔％)-Al2O3(摩尔％)+P2O5(摩尔％)>-3摩尔％，其中，R2O＝Li2O+Na2O，以及R′O是组合物中存在的二价金属氧化物的总量。
在一个或多个具体实施方式中，玻璃基制品在进行交换之前可以具有如下标称组成：约63.60摩尔％SiO2、15.67摩尔％Al2O3、6.24摩尔％Li2O、10.81摩尔％Na2O、1.16摩尔％ZnO、2.48摩尔％P2O5、和0.04摩尔％SnO2。
当玻璃基制品包括玻璃陶瓷时，晶相可以包括β-锂辉石、金红石、锌尖晶石或者其他已知晶相，及其组合。
玻璃基制品可以是基本平坦片，但是其他实施方式可采用弯曲或任意其他形状或造型的基材。在一些情况下，玻璃基制品可以具有3D或者2.5D形状。玻璃基制品可以是基本上光学透澈、透明和没有光散射的。玻璃基制品可具有约1.45至约1.55的折射率。如本文所用，折射率值是相对于550nm波长而言。
作为补充或替代，出于美观和/或功能原因，玻璃基制品的厚度可沿一个或多个尺寸是恒定的，或者可沿其一个或多个尺寸发生变化。例如，玻璃基制品的边缘可以相比于玻璃基制品的更为中心的区域更厚。根据制品的应用或用途，玻璃基制品的长度、宽度和厚度尺寸也可以发生变化。
玻璃基制品可以通过其形成的方式进行表征。例如，玻璃基制品可表征为可浮法成形(即，通过浮法工艺形成)、可下拉成形，具体地，可熔合成形或者可狭缝拉制(即，通过下拉工艺例如熔合拉制工艺或者狭缝拉制工艺形成)。
可浮法成形的玻璃基制品可表征为通过使得熔融玻璃在熔融金属(通常是锡)床上浮动，所制得的光滑表面和均匀厚度。在一个示例性过程中，将熔融玻璃进料到熔融锡床表面上，形成浮动玻璃带。随着玻璃带沿着锡浴流动，温度逐渐降低直至玻璃带固化成固体的玻璃基制品，可以将其从锡上举起到辊上。一旦离开浴，可以对玻璃基制品进行进一步冷却并退火以降低内应力。当玻璃基制品是玻璃陶瓷时，由浮法工艺形成的玻璃基制品可经受陶瓷化工艺，通过该工艺产生一个或多个晶相。
下拉工艺产生具有均匀厚度的玻璃基制品，玻璃基制品具有较原始的表面。因为玻璃基制品的平均挠曲强度受到表面瑕疵的量和尺寸的控制，因此接触程度最小的原始表面具有较高的初始强度。当随后对这种高强度的玻璃基制品进行进一步强化(例如化学强化)时，所得到的强度可以高于表面已经进行过磨光和抛光的玻璃基制品的强度。基于下拉玻璃的制品可以被拉制成小于约2mm的厚度。此外，基于下拉玻璃的制品具有非常平坦、光滑的表面，其可以不经高成本的研磨和抛光就用于最终应用。当玻璃基制品是玻璃陶瓷时，由下拉工艺形成的玻璃基制品可经受陶瓷化工艺，通过该工艺产生一个或多个晶相。
熔合拉制工艺使用例如拉制罐，该拉制罐具有用来接收熔融玻璃原材料的通道。通道具有堰，其沿着通道的长度在通道两侧的顶部开放。当用熔融材料填充通道时，熔融玻璃从堰溢流。在重力的作用下，熔融玻璃从拉制罐的外表面作为两个流动玻璃膜流下。这些拉制罐的外表面向下和向内延伸，使得它们在拉制罐下方的边缘处接合。两个流动玻璃膜在该边缘处接合以熔合并形成单个流动的玻璃基制品。熔合拉制法的优点在于：由于从通道溢流的两个玻璃膜熔合在一起，因此所得到的玻璃基制品的任一外表面都没有与设备的任意部件相接触。因此，基于熔合拉制玻璃的制品的表面性质不受到此类接触的影响。当玻璃基制品是玻璃陶瓷时，由熔合工艺形成的玻璃基制品可经受陶瓷化工艺，通过该工艺产生一个或多个晶相。
狭缝拉制工艺与熔合拉制方法不同。在狭缝拉制法中，向拉制罐提供熔融原材料玻璃。拉制容器的底部具有开放狭缝，其具有沿着狭缝的长度延伸的喷嘴。熔融玻璃流过狭缝/喷嘴，以连续的玻璃基制品下拉并进入退火区。
玻璃基制品可经过酸性抛光或者任意其他方式的处理，以去除或减少表面瑕疵的影响。
本公开的另一个方面属于包括本文所述的玻璃基制品的装置。例如，装置可以包括包含显示器或者需要强化薄玻璃的任何装置。在一个或多个实施方式中，装置是电子器件，其可以包括手持式装置，例如，手机、笔记本电脑、平板、mp3播放器、导航装置等，或者固定装置，例如，计算机、电子显示器、车内信息/娱乐系统、广告板、销售点系统、导航系统等)。在一些实施方式中，本文所述的玻璃基制品可以被结合到建筑制品(墙壁、固定装置、面板、窗户等)、运输制品(例如，车辆应用、火车、飞机、海运工具等中的玻璃窗或内表面)、电器(例如，洗衣机、干燥机、洗碗机、冰箱等)或者需要一定耐破碎性的任意制品中。如图11所示，电子器件1000可以包括根据本文所述一个或多个实施方式的玻璃基制品100。器件100包括：具有前表面1040、背表面1060和侧表面1080的外壳1020；(未示出的)电子组件，其至少部分位于外壳内或者完全位于外壳内，并且至少包括控制器、存储器；以及位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻的显示器1120。显示玻璃基制品100作为覆盖布置在外壳的表面处或者前表面上，从而使其覆盖了显示器1120。在一些实施方式中，玻璃基制品可以用作外壳的背面覆盖或者部分外壳。
本公开的另一个方面属于形成玻璃基制品的方法。方法包括提供玻璃基基材，所述玻璃基基材具有第一表面和第二表面，它们限定了小于或等于约3毫米的厚度(例如，约0.01毫米至约3毫米、约0.1毫米至约3毫米、约0.2毫米至约3毫米、约0.3毫米至约3毫米、约0.4毫米至约3毫米、约0.01毫米至约2.5毫米、约0.01毫米至约2毫米、约0.01毫米至约1.5毫米、约0.01毫米至约1毫米、约0.01毫米至约0.9毫米、约0.01毫米至约0.8毫米、约0.01毫米至约0.7毫米、约0.01毫米至约0.6毫米、约0.01毫米至约0.5毫米、约0.1毫米至约0.5毫米、或者约0.3毫米至约0.5毫米)，和在玻璃基基材中产生应力分布，如本文所述，从而提供抗破碎的玻璃基制品。在一个或多个实施方式中，产生应力分布包括：将多种碱性离子离子交换进入玻璃基基材中，以形成非零的碱金属氧化物浓度，其沿着大部分的厚度(如本文所述)或者沿着整个厚度发生变化。在一个例子中，产生应力分布包括将玻璃基基材浸入熔盐浴中，所述熔盐浴包含Na+、K+、Rb+、Cs+、Ag+(或Cu+)的硝酸盐或其组合，其温度大于或等于约350℃(例如，约350℃至约500℃)。在一个例子中，熔浴可以包含NaNO3、KNO3或其组合，并且温度可以约为小于或等于485℃。在另一个例子中，浴可以包含NaNO3和KNO3的混合物，并且温度约为460℃。玻璃基基材可以在浴中浸入大于或等于约2小时、最高至约48小时(例如，约2小时至约10小时，约2小时至约8小时，约2小时至约6小时，约3小时至约10小时，或者约3.5小时至约10小时)。
在一些实施方式中，方法可以包括在单个浴中或者在不止一个浴中采用连续浸入步骤以不止一个步骤的方式对玻璃基基材进行化学强化或者离子交换。例如，可以依次使用两个或更多个浴。所述一个或多个浴的组成可以包括单种金属(例如，Ag+、Na+、K+、Rb+、Cs+、Ag+或Cu+)，或者在同一浴中包括金属的组合。当使用不止一个浴时，浴相互可具有相同或不同组成和/或温度。每个此类浴中的浸入时间可以相同或者可以发生变化，以提供所需的应力分布。
在方法的一个或多个实施方式中，可以采用第二浴或者后续浴来产生较大的表面CS。在一些情况下，方法包括：将玻璃基基材浸入第二浴或后续浴中，以产生较大的表面CS，而不显著影响层的化学深度和/或DOC。在此类实施方式中，第二浴或后续浴可以包括单种金属(例如，KNO3或NaNO3)或者金属的混合物(KNO3和NaNO3)。第二浴或后续浴的温度可以进行调节以产生较大的表面CS。在一些实施方式中，还可以对玻璃基基材在第二浴或后续浴中的浸入时间进行调节，以产生较大的表面CS，而不显著影响层的化学深度和/或DOC。例如，第二浴或后续浴中的浸入时间可以小于10小时(例如，小于或等于约8小时，小于或等于约5小时，小于或等于约4小时，小于或等于约2小时，小于或等于约1小时，小于或等于约30分钟，小于或等于约15分钟，或者小于或等于约10分钟)。
在一个或多个替代实施方式中，方法可以包括一个或多个热处理步骤，其可以与本文所述的离子交换工艺结合使用。热处理包括对基于玻璃的制品进行热处理，以获得所需的应力分布。在一些实施方式中，热处理包括将玻璃基基材退火、回火或加热至约300℃至约600℃的温度。热处理可以持续1分钟至最高至约18小时。在一些实施方式中，可以在一个或多个离子交换过程之后使用热处理，或者可以在离子交换过程之间使用热处理。
本公开的实施方式属于玻璃基制品和它们的制造方法，这在应力分布的深区域提供了非常高的应力。在一个或多个实施方式中，钾(K)和钠(Na)以及银(Ag)(或铜(Cu))的扩散是4种离子相互作用，其中，K、Li、Na和Ag(或Cu)会在靠近表面处相互作用以提供独特的应力分布，并且玻璃基制品相比于不包括Ag或Cu的离子交换的制品具有改进的抗跌落性。由于钾(K)非常缓慢且具有较低的扩散系数，其最主要存在于靠近表面，而银(Ag)(或铜(Cu))和钠(Na)会存在于表面且还存在于玻璃内部，锂(Li)以不同水平渗透整个玻璃。除了提供改进的应力分布和跌落诱发的破碎性能之外，根据一个或多个实施方式，玻璃基制品还具有抗微生物性。
离子的离子半径是例如K>Ag>Na>Li。因此，当被钠(Na)和锂(Li)交换时，银(Ag)会诱发压缩应力。但是，当银(Ag)与钾(K)交换时，产生拉伸应力。对于扩散系数而言，通常来说，相比于银(Ag)、钠(Na)和锂，钾(K)是非常缓慢的。因而，Li或K的扩散率比Ag、Na、和Li慢。
通过离子交换向玻璃添加银的一个可能的问题在于，它可能改变玻璃的颜色。这是由于强化了靠近UV至蓝色波长的吸收所导致的。但是，下面的结果表明，可以使得这种颜色变化最小化且对于人眼来说基本察觉不到。
在一个或多个实施方式中，已经显示用银对含锂玻璃进行离子交换实现了在深度处形成额外的应力水平，这是由于Li、Na、和Ag的快速离子交换所导致的。在具体实施方式中，对于基础玻璃中没有钾(K)的情况，实现了特别好的结果。在基础玻璃中存在一些钾(K)的实施方式中，在深度处会发生K、Li、Na、和Ag的4种离子交换，并且出现张力或压缩会取决于离子交换过程之后的位置中的每种离子的化学计量或摩尔含量。
在一个或多个实施方式中，银离子的扩散深度是至少0.003t、0.004t、0.005t、0.01t、0.02t、0.03t、0.04t、0.05t、0.1t、0.5t、或1t(在制品的整个厚度上)。如本文所用，“扩散深度指的是在玻璃基制品的表面处的离子浓度的e-1离子浓度。
在一个或多个实施方式中，本文所述的玻璃基制品在第一表面和/或第二表面上包括涂层，以保护玻璃基制品免受破坏(例如，锋利接触诱发的破碎和表面划痕)。在一个或多个实施方式中，可以出于其他功能施涂一层或多层涂层，例如用于电容触摸传感器、或者其他光学质量。因此，本公开的实施方式属于在玻璃基制品上具有多层涂层的玻璃基制品。在一个实施方式中，提供了厚度约为2微米的多层耐划痕涂层(例如，8层的耐划痕涂层)，其可以是仅有的涂层，或者可以与减反射涂层、使得涂层的反射率与下方玻璃基基材相匹配的涂层、和其他功能涂层相结合。在一个或多个实施方式中，耐划痕涂层的杨氏模量值是100GPa至300GPa。在一个或多个实施方式中，耐划痕涂层选自下组：Al2O3、Mn、AlOxNy、Si3N4、SiOxNy、SiuAlvOxNy、钻石、钻石状碳、SixCy、SixOyCz、ZrO2、TiOxNy，及其组合。
在一个或多个实施方式中，本文所述的玻璃基制品的第一表面和/或第二表面上具有易清洁(ETC)涂层。在一个或多个实施方式中，ETC涂层包括化学式为(RF)y-SiX4-y的全氟烷基硅烷，式中，y＝1、2、或3，RF基团是全氟烷基基团，具有从硅原子到该链最大长度端部的6-130个碳原子的碳链长度，以及X是-Cl、乙酰氧基、-OCH3或-OCH2CH3。施涂ETC涂层以最小化和/或防止玻璃基制品上的污点和/或指纹。
本公开包括如下实施方式：
第1个实施方式属于玻璃基制品，其包括第一表面和与第二表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)(mm)；和压缩应力(CS)层，其含有离子交换的钾和离子交换的银或者离子交换的钾和离子交换的铜，CS层限定了应力分布并且从第一表面延伸到压缩深度(DOC)，其中，DOC的范围是0.1t至0.3t，在第一表面处的CS范围是300MPa至1500MPa，并且限定了压缩应力分布，所述压缩应力分布包括尖峰区域、尾部区域和尖峰区域与尾部区域之间的膝区域，其中，尖峰区域中的应力分布的所有点都包括范围是-200MPa/微米至-15MPa/微米的正切值，以及尾部区域中的所有点都包括范围是-3MPa/微米至-0.01MPa/微米的正切值。
在第2个实施方式中，第1个实施方式使得CS层含有离子交换的银、离子交换的钾和离子交换的钠。在第3个实施方式中，第1至第2个实施方式中的任一个使得玻璃基制品含有Li2O。在第4个实施方式中，第1至第3个实施方式中的任一个使得玻璃基制品中存在的Li2O是0.1摩尔％至20摩尔％。在第5个实施方式中，第1至第4个实施方式中的任一个使得玻璃基制品中存在的B2O3是0.1摩尔％至10摩尔％。
在第6个实施方式中，第1至第5个实施方式中的任一个使得玻璃基制品中存在的P2O5是0.1摩尔％至10摩尔％。在第7个实施方式中，第1至第6个实施方式中的任一个使得玻璃基制品不含K2O。在第8个实施方式中，第1至第7个实施方式中的任一个使得第一表面处的压缩应力(CS)是450MPa至1200MPa。在第9个实施方式中，第1至第8个实施方式中的任一个使得表面压缩应力(CS)是600MPa至1200MPa。
在第10个实施方式中，第1至第9个实施方式中的任一个使得尖峰区域中的应力分布的所有点都包括范围是-200MPa/微米至-45MPa/微米的正切值，以及尾部区域中的所有点都包括范围是-2MPa/微米至-0.01MPa/微米的正切值。在第11个实施方式中，第1至第10个实施方式中的任一个使得尖峰区域中的应力分布的所有点都包括范围是-200MPa/微米至-75MPa/微米的正切值，以及尾部区域中的所有点都包括范围是-1MPa/微米至-0.01MPa/微米的正切值。在第12个实施方式中，第1至第11个实施方式中的任一个使得在尾部区域中，在0.1t处的压缩应力大于80MPa。
在第13个实施方式中，第1至第12个实施方式中的任一个使得其中，在尾部区域中，在0.1t处的压缩应力大于50MPa。在第14个实施方式中，第1至第13个实施方式中的任一个使得尾部区域中的应力分布的所有点形成具有幂指数的幂律分布，其中，幂指数是约1.2至3.4。
在第15个实施方式中，第1至第14个实施方式中的任一个使得t是约0.1毫米至3毫米。在第16个实施方式中，第1至第15个实施方式中的任一个使得t是约0.1毫米至2毫米。在第17个实施方式中，第1至第16个实施方式中的任一个使得尾部区域中的应力分布的所有点形成具有幂指数的幂律分布，其中，幂指数是约1.2至3.4。在第18个实施方式中，第1至第17个实施方式中的任一个使得制品在CIE光源F02下还展现出如下CIELAB色空间坐标：L*值大于或等于约90，a*值是约-0.10至约0，和b*值是约-0.10至约0。
在第19个实施方式中，第1至第18个实施方式中的任一个使得制品对于大肠杆菌还展现出大于2对数杀灭的抗微生物功效。在第20个实施方式中，第1至第19个实施方式中的任一个使得制品还包括在第一表面上包含涂层。在第21个实施方式中，第20个实施方式使得涂层包括耐划痕涂层。在第22个实施方式中，第20个实施方式使得涂层包括易清洁涂层。
第23个实施方式属于处于压缩应力CS的压缩应力层，其中，压缩应力层包括离子交换的银或离子交换的铜，其中，当用直径为10mm的4.2g不锈钢球从约150cm的高度掉落到布置在玻璃表面上的30目砂纸进行倒球跌落测试时，玻璃基制品具有至少60％的幸存率，在所述砂纸与所述玻璃的表面之间存在100μm的空气间隙，以及其中，所述幸存率是基于至少5个样品的测试。
本文的第24个实施方式属于装置，其包括：具有前表面、后表面和侧表面的外壳；至少部分位于外壳内部的电子组件；位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻的显示器；以及布置在显示器上的覆盖基材，其中，覆盖基材或者外壳的至少一部分包括第1至第23个实施方式中任一项的玻璃基制品。
第25个实施方式属于制造玻璃基制品的方法，其包括：将银和钾离子交换到玻璃基基材中，所述玻璃基基材包含0.1摩尔％至20摩尔％Li2O，其中，所述玻璃基基材包括：第一表面和与第二表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)，并且离子交换导致这样的压缩应力(CS)层，其含有离子交换的钾和离子交换的银或者离子交换的钾和离子交换的铜，CS层从第一表面延伸到压缩深度(DOC)，其中，DOC的范围是0.1t至0.3t，在第一表面处的CS范围是300MPa至1500MPa，并且限定了压缩应力分布，所述压缩应力分布包括尖峰区域、尾部区域和尖峰区域与尾部区域之间的膝区域，其中，尖峰区域中的应力分布的所有点都包括范围是-200MPa/微米至-15MPa/微米的正切值，以及尾部区域中的所有点都包括范围是-3MPa/微米至-0.01MPa/微米的正切值。在第26个实施方式中，第25个实施方式使得玻璃基基材进行1次、2次或3次离子交换过程。在第27个实施方式中，第25或26个实施方式使得钠被离子交换到玻璃基基材中。
本文所述的玻璃组合物的一个或多个实施方式可以用于制造本文所述的玻璃基制品，包括下面的实施例1-3，以及本文所述的组成范围。
实施例
通过以下实施例进一步阐述各个实施方式。在实施例中，在经过强化之前，将实施例称作“基材”。在经过强化之后，将实施例称作“制品”或者“玻璃基制品”。
实施例1-3采用的玻璃基材具有如下标称组成：约63.60摩尔％SiO2、15.67摩尔％Al2O3、6.24摩尔％Li2O、10.81摩尔％Na2O、1.16摩尔％ZnO、2.48摩尔％P2O5、和0.04摩尔％SnO2。玻璃基材的厚度是0.8mm。
实施例1
玻璃基材浸入温度为390℃的含有约99.25重量％KNO3和0.75重量％AgNO3的浴中，持续时间是4小时。所得到的应力分布如图4所示，并且如上文所述采用RNF测量，不同之处在于，如上文所述采用FSM测量表面处的压缩应力。钾交换非常缓慢，产生尖峰区域，所述尖峰区域延伸到约14.5微米深，在表面处具有约1.1GPa的非常大的应力。应力分布还包括在约15微米至约140微米深度的长尾部应力区域。尽管浴中的银(Ag)是0.75重量％的低浓度，但是这个实施例证实了如下的应力分布，所述应力分布包括膝，在膝处，尖峰区域和尾部区域这两者会聚在约50MPa，这是由于在约14.5um的那点的银(Ag)浓度所导致的。虽然不希望受限于特定理论，但是相信由于4种离子K、Na、Ag和Li之间的复杂相互作用，银贡献了表面处的立即应力(immediate stress)(CS)中的约40-50MPa或更多。
实施例2
玻璃基材浸入温度为390℃的含有约83重量％KNO3、16重量％NaNO3、和0.75重量％AgNO3的浴中，持续时间是3小时。所得到的应力分布如图5所示，并且如上文所述采用RNF测量，不同之处在于，如上文所述采用FSM测量表面处的压缩应力。钾交换非常缓慢，产生尖峰区域，所述尖峰区域延伸到约14.5um深度，在表面处具有约1.1GPa的非常大的应力。图5中的应力分布还显示在深度处的长的应力尾部区域。在约15微米至120微米深度处的应力高于实施例1和图4的情况。这是由于如下事实导致的：现在是银(Ag)和钠(Na)两者都在深度处进行交换，导致对于深度处的应力强度的双重贡献。尽管浴中的银(Ag)是0.75重量％的低浓度，但是相信在这个情况下，在约14.5um的那点，银对于应力贡献了约50MPa。虽然不希望受限于特定理论，但是相信由于玻璃基材中4种离子K、Na、Ag和Li之间的复杂相互作用，银贡献了表面处的立即应力(immediate stress)(CS)中的约40-50MPa或更多。
实施例3
玻璃基材浸入温度为380℃的含有约51重量％KNO3、48.25重量％NaNO3、和0.75重量％AgNO3的浴中，持续时间是3.75小时。所得到的应力分布如图6所示，并且如上文所述采用RNF测量，不同之处在于，如上文所述采用FSM测量表面处的压缩应力。钾交换非常缓慢，产生尖峰区域，所述尖峰区域从表面延伸到约12微米深，在表面处具有约550MPa的非常大的应力。还具有从约12微米延伸到约140微米深度的长尾部应力区域。尾部区域中的应力高于实施例1和图3的情况，这是由于如下事实导致的：银(Ag)和钠(Na)两者都在深度处进行交换，导致对于深度处的应力强度的双重贡献。尽管浴中的银(Ag)是0.75重量％的低浓度，但是在这个情况下，在约12微米深度处，总应力约180MPa。虽然不希望受限于特定理论，但是相信由于4种离子K、Na、Ag和Li之间的复杂相互作用，银贡献了表面处的立即应力(immediate stress)(CS)中的约40-50MPa或更多。
采用FSM-6000仪器，可以观察到通过棱镜耦合器方法测量的对于表面波导的耦合模式的图像，发现银在深度处对于所得到的应力的影响，这是由于现在存在超过钾发生扩散的区域的折射率的正变化。这实现了对于由于所有条纹(引导模式)的可视化以及来自这些条纹的深度处的应力分布的更全面的分析和测量。
实施例4
实施例4采用的玻璃基材具有如下标称组成：约63.60摩尔％SiO2、15.67摩尔％Al2O3、6.24摩尔％Li2O、10.81摩尔％Na2O、1.16摩尔％ZnO、2.48摩尔％P2O5、和0.04摩尔％SnO2。玻璃基材的厚度是0.507mm。玻璃基材浸入温度为380℃的含有约62重量％KNO3和38重量％NaNO3的第一浴中，持续时间是1小时33分钟。然后，玻璃基材浸入温度为380℃的含有约85重量％KNO3、38重量％NaNO3和0.75重量％AgNO3的第二浴中，持续时间是12分钟。所得到的应力分布如图12所示，并且如上文所述采用RNF测量，不同之处在于，如上文所述采用FSM测量表面处的压缩应力。显示尖峰区域、膝、和尾部区域。相比于实施例1-3所进行的单次离子交换，这个实施例中进行的两次离子交换(DIOX)使得昂贵的银的使用最小化。
实施例5
测量来自实施例1、2和3的样品的透射率，并用A、D65和F02光源分析。在390℃的含99.25重量％KNO3和0.75重量％KNO3的浴中持续0.5小时、1.0小时、2.0小时和4.0小时的持续时间发生扩散进入玻璃基材之后，重复相同的过程和测量。通过本领域技术人员已知的方法，由总反射率(包括镜面反射)测量确定CIELAB色空间坐标(例如，CIE L*；CIE a*；以及CIE b*；或者CIE L*、a*和b*；或者L*、a*和b*)，例如，位于http://www.xphotonics.com/tech/Color％20Measurement/Current％20American％20Practice％20in％20Color％20Measurement.pdf的F.W.Billmeyer,Jr的“Current American Practice in ColorMeasurement(颜色测量的现有美国实践)”，其通过引用结合入本文。
用于进行此类总反射率(包括镜面反射)测量，以及将结果转换获得L*；a*；以及b*色空间坐标的设备和用品包括：
对配有累计球的紫外-可见光-近红外(UV-VIS-NIR)分光光度计，例如市售可得的Varian Cary 5G或者PerkinElmer Lambda 950UV-VIS-NIR分光光度计(参见，例如LAMBDATMUV/Vis/NIR和UV/Vis分光光度计–950、850和650；累计球的应用和使用；以及高性能Lambda光谱配件说明书，其通过引用结合入本文，分别为http://www.perkinelmer.com.cn/CMSResources/Images/46-131732BRO_Lambda950850650Americas.pdf；http://www.perkinelmer.com/CMSResources/Images/44-74191APP_LAMBDA650IntegratingSpheres.pdf；以及http://www.labsphere.com/uploads/LambdaSpectroscopyBrochure.pdf)进行合适的装配和配置，从而能够用于250-3300nm((例如，紫外UV：300-400nm)、可见光(Vis：400-700nm)和红外(IR：700-2500nm))波长范围的总反射率(包括镜面反射)测量；以及
连接到UV-VIS-NIR分光光度计的用于色测量的分析软件(购自美国佛罗里达州西棕榈滩的赛默科学公司(Thermo Scientific West Palm Beach,FL,US)的GRAMS光谱软件套装的UV/VIS/NIR应用包；参见例如GRAMS-UG1009说明书，其通过引用结合入本文，https://www.thermo.com/eThermo/CMA/PDFs/Product/productPDF_24179.pdf)，其基于F02光源和10度标准观察者将测量结果转变为CIELAB色空间坐标(L*；a*；以及b*)。
对于没有经过离子交换、离子交换了0.5小时、1小时、2小时和4小时的各种样品，a*和b*参数的对比显示对于A、D65和F02光源中的每一种，a*和b*参数变化非常小。最大变化约0.08。总ΔE变化最大为0.12。测量表明由于银的离子交换所导致的颜色变化非常小。所有样品的L*值超过90、91、92、93、94、95、95.5、96和96.5。所有样品的a*值是-0.10至0.05，以及所有样品的b*值是0.15至0.35。在CIE光源F02下，样品展现出如下CIELAB色空间坐标：L*值大于或等于约90，a*值是约-0.10至约0，以及b*值是约-0.10至约0。
比较例
比较例1和2采用的玻璃基材具有如下标称组成：57.43摩尔％SiO2、16.12摩尔％Al2O3、17.05摩尔％Na2O、2.81摩尔％MgO、6.54摩尔％P2O5、0.003摩尔％TiO2、和0.07摩尔％SnO2。玻璃基材的厚度是0.8mm。
比较例1
玻璃基材浸入温度为450℃的含约62重量％KNO3、38重量％NaNO3的浴中持续7.25小时的持续时间，然后浸入温度为390℃的含100重量％KNO3的浴中持续12分钟的持续时间。这个比较例在附图中标记为比较例1。
比较例2
玻璃基材浸入温度为460℃的含约51重量％KNO3、49重量％NaNO3的浴中持续14小时的持续时间，然后浸入温度为390℃的含100重量％KNO3的浴中持续15分钟的持续时间。这个比较例在附图中标记为比较例2。
比较例3
比较例3采用与实施例1和2相同的玻璃基材，即具有如下标称组成的玻璃基材：约63.60摩尔％SiO2、15.67摩尔％Al2O3、6.24摩尔％Li2O、10.81摩尔％Na2O、1.16摩尔％ZnO、2.48摩尔％P2O5、和0.04摩尔％SnO2。玻璃基材的厚度是0.8mm。玻璃基材浸入温度为380℃的含有约51重量％KNO3、49重量％NaNO3的浴中，持续时间是3.75小时。这个比较例在附图中标记为比较例3。
实施例6：跌落测试
在根据比较例1-3和实施例3制造的基材上进行上文所述的IBOS测试。IBOS测试如上文所述，以及使用直径为10mm的4.2克不锈钢球。图7显示结果。如图7所示，采用80目粗糙度的砂纸，以10cm增量高度从10cm增加到220cm，以连续掉落进行跌落测试。如图7所示，实施例3具有明显增加的平均掉落失效高度，这是由于引入的少量银所诱发的应力增加所导致的。对于不含银的比较例3，跌落高度约为37％。实施例3的样品在150cm具有约80％存活率。
实施例7：抗微生物测量
用于确定玻璃基材的抗菌性质的测试方法是JISZ-2801:2000方法，这是建立用于测定含抗微生物金属(例如，铜或银)的玻璃的抗菌活性的日本工业标准。通过如下方式定量测量抗菌活性：使得细菌细胞与被认为具有抗菌性的表面紧密接触并在35℃孵育24小时来确定其存活情况。在时间流逝之后，对细胞进行计数并与未经处理的表面对比。采用代替测试来确定通过喷涂施涂了易清洁涂层之后的银浸出。根据实施例3制造的基材进行测试并显示出对于大肠杆菌约6.03的对数杀灭(大于99.9999％细菌减少)，这超过了大于2对数杀灭的抗微生物功效标准。替代测试显示约95ppb的浸出物浓度。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离本公开的精神和范围的情况下对本公开进行各种修改和变动。

Claims (27)

1.一种玻璃基制品，其包括：
第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)；和
压缩应力(CS)层，其含有：(i)离子交换的钾和离子交换的银，或者(ii)离子交换的钾和离子交换的铜，CS层限定了应力分布并且从第一表面延伸到压缩深度(DOC)，其中，DOC的范围是0.1t至0.3t，在第一表面处的CS范围是300MPa至1500MPa，并且限定了压缩应力分布，所述压缩应力分布包括尖峰区域、尾部区域和尖峰区域与尾部区域之间的膝区域，其中，尖峰区域中的应力分布的所有点都包括范围是-200MPa/微米至-15MPa/微米的正切值，以及尾部区域中的所有点都包括范围是-3MPa/微米至-0.01MPa/微米的正切值。
2.如权利要求1所述的玻璃基制品，其特征在于，CS层含有离子交换的银、离子交换的钾和离子交换的钠。
3.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述玻璃基制品含Li2O。
4.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述玻璃基制品中存在的Li2O量是0.1摩尔％至20摩尔％。
5.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述玻璃基制品中存在的B2O3量是0.1摩尔％至10摩尔％。
6.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述玻璃基制品中存在的P2O5量是0.1摩尔％至10摩尔％。
7.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述玻璃基制品不含K2O。
8.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，在第一表面处的压缩应力(CS)是450MPa至1200MPa。
9.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，表面压缩应力(CS)是600MPa至1200MPa。
10.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，尖峰区域中的应力分布的所有点都包括范围是-200MPa/微米至-45MPa/微米的正切值，以及尾部区域中的所有点都包括范围是-2MPa/微米至-0.01MPa/微米的正切值。
11.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，尖峰区域中的应力分布的所有点都包括范围是-200MPa/微米至-75MPa/微米的正切值，以及尾部区域中的所有点都包括范围是-1MPa/微米至-0.01MPa/微米的正切值。
12.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，在尾部区域中，在0.1t处存在大于80MPa的压缩应力。
13.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，在尾部区域中，在0.1t处存在大于50MPa的压缩应力。
14.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，应力分布在尾部区域中的所有点形成具有幂指数的幂律分布，其中，幂指数是约1.2至3.4。
15.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，t是约0.1毫米至3毫米。
16.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，t是约0.1毫米至2毫米。
17.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，应力分布在尾部区域中的所有点形成具有幂指数的幂律分布，其中，幂指数是约1.2至3.4。
18.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其在CIE光源F02条件下还展现出如下CIELAB色空间坐标：L*值大于或等于约90，a*值是约-0.10至约0，和b*值是约-0.10至约0。
19.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，对于大肠杆菌，其还展现出大于2的对数杀灭的抗微生物功效。
20.如前述权利要求中任一项所述的玻璃基制品，其还包括第一表面上的涂层。
21.如权利要求20所述的玻璃基制品，其特征在于，所述涂层包括抗划痕涂层。
22.如权利要求20所述的玻璃基制品，其特征在于，所述涂层包括易清洁涂层。
23.一种玻璃基制品，其包括：
处于压缩应力CS的压缩应力层，其中，压缩应力层包括离子交换的银或离子交换的铜，
其中，当用直径为10mm的4.2g不锈钢球从约150cm的高度掉落到布置在玻璃表面上的30目砂纸进行倒球跌落测试时，所述玻璃基制品具有至少60％的幸存率，在所述砂纸与所述玻璃的表面之间存在100μm的空气间隙，以及
其中，所述幸存率是基于至少5个样品的测试。
24.一种装置，其包括：
具有前表面、后表面和侧表面的外壳；
至少部分位于所述外壳内的电子组件；
位于所述外壳的前表面或者与所述外壳的前表面相邻的显示器；以及
布置在所述显示器上的覆盖基材，其中，外壳或者覆盖基材至少一部分包括如权利要求1-23中任一项所述的玻璃基制品。
25.一种制造玻璃基制品的方法，其包括：
将银和钾离子交换到玻璃基基材中，所述玻璃基基材包含0.1摩尔％至20摩尔％Li2O，其中，所述玻璃基基材包括：
第一表面和与第一表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)(mm)；并且离子交换导致这样的压缩应力(CS)层，其含有：(i)离子交换的钾和离子交换的银，或者(ii)离子交换的钾和离子交换的铜，CS层从第一表面延伸到压缩深度(DOC)，其中，DOC的范围是0.1t至0.3t，在第一表面处的CS范围是300MPa至1500MPa，并且限定了压缩应力分布，所述压缩应力分布包括尖峰区域、尾部区域和尖峰区域与尾部区域之间的膝区域，其中，尖峰区域中的应力分布的所有点都包括范围是-200MPa/微米至-15MPa/微米的正切值，以及尾部区域中的所有点都包括范围是-3MPa/微米至-0.01MPa/微米的正切值。
26.如权利要求25所述的方法，所述玻璃基基材经过1次、2次或3次离子交换过程。
27.如权利要求25或26中任一项所述的方法，其特征在于，将钠离子交换到玻璃基基材中。
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