CN112384487A - 制作具有不对称表面的强化制品的不对称离子交换方法 - Google Patents

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Abstract

一种制作强化制品的方法包括以下步骤：提供制品，每个制品具有第一主要面及第二主要面，所述第一主要面及所述第二主要面具有一或更多个不对称的表面特征；提供第一离子交换浴；及通过将所述制品浸没在所述第一离子交换浴中执行离子交换步骤，以形成强化制品。将所述制品布置在所述第一离子交换浴中，其中每个的所述第一主要面用第一预定距离面向所述制品中的另一者的所述第一主要面，且每个的所述第二主要面用第二预定距离面向所述制品中的另一者的所述第二主要面。将所述第一预定距离及所述第二预定距离选定为使得所述多个强化制品具有带有凸面的第一强化面及带有凹面的第二强化面。

Description

制作具有不对称表面的强化制品的不对称离子交换方法
相关申请的交互引用
本申请案依据专利法主张于2018年7月5日所提出的第62/694,136号的美国临时专利申请案的优先权权益，所述申请案的整体内容于本文中以引用方式依附及并入本文中。
技术领域
本公开内容大致与制作强化制品的方法相关，且更详细来说是与用于制作各种制品中所采用的强化玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷基板的具有不对称表面的基板的不对称离子交换方法相关。
背景技术
基于玻璃基板的保护性显示器盖用在几种工业中，包括消费电子设备(例如智能型手机、平板计算机、平板触控式计算机、笔记本电脑、电子阅读器等等)、汽车、室内建筑、国防、医疗、及包装行业。通过离子交换过程化学强化的玻璃基板提供优越的机械性能，甚至在相对薄的玻璃基板的情况下也是如此。例如，许多显示器盖采用强化的铝硅酸盐玻璃产品，其提供优越的机械性质，包括损伤抗性、抗刮性、及掉落性能。举一个制造方法，已经在工业中采用了通过玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷基板中的碱金属离子的离子交换进行的化学强化许多年以提供这些优越的机械性质。通过这些离子交换方法来产生是深度的函数的压缩应力的应力分布以提供某些机械性质。
在常规的离子交换强化过程中，将玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷基板与熔融的化学盐接触，使得基板中的相对小的离子直径的碱金属离子与化学盐中的相对大的离子直径的碱金属离子离子交换。随着相对较大的碱金属离子结合到基板中，在基板的表面处在结合离子附近产生压缩压力且产生达到基板内一定深度的压缩应力区域，这提供了强化效果。因为玻璃基板的典型故障模式与张应力相关联，通过结合较大的碱金属离子所产生的增加的压缩应力用来抵消所施加的张应力，从而导致强化效果。
与这些离子交换强化过程相关联的一个技术挑战是翘曲。详细来说，在离子交换过程在基板的两个主要面之间用不对称的方式发生时，基板的翘曲可能发生在离子交换过程期间或之后。靶基板的关于几何形状、碱金属离子的扩散性、盐浴中的碱金属离子、及其他因素的不对称性可能影响靶基板的观察到的翘曲的范围及程度。
在一些情况下，基板的表面之间的这种不对称性可能是基板的表面改性的结果。例如，越来越需要形成于化学强化玻璃基板上的有织纹的及功能性的表面或层来在用作例如显示设备中的覆盖玻璃或用作其他应用中的装饰或功能性覆盖物时增强玻璃基板的光学、视觉、或触觉性能。这些表面及层包括防眩光(AG)表面，其一般面向设备或界面的用户以增加困难环境照明条件下所显示的影像的可读性。在一些情况下，不对称性由斜切边缘(其可以用来产生用于所谓的“2.5D”效果的弯曲边缘)所引起或由织纹表面(其可以用于光学效果或用于用户所需的触感)所引起。表面不对称性可以甚至由玻璃的形成过程所引起或由最初造成不对称翘曲的努力所引起。例如，由浮法工艺所形成的玻璃基板可以是不对称的，因为污染物可能穿透基板的与熔融金属(例如锡)接触的底侧。污染物的存在可能在基板中产生固有的不对称性，但如果所述基板是化学强化的话也可能造成不对称的离子交换。
在离子交换过程之前对基板进行这些表面改性时，基板的表面不对称性可能导致盐浴中不对称的离子交换，这可能造成基板的相应表面中不对称的应力。这些不对称的应力导致基板的翘曲。例如，在基板的一个表面具有比另一个表面高的压缩应力时，较高的压缩应力可能使得所述表面朝向自身往内弯曲，从而造成凹面或“碗形”形状。然而，另一侧可以具有凸面或“圆顶”形状。
翘曲可能造成与生产成品的制品或显示器相关联的下游过程上的困难。例如，采用来制作触碰感测显示器层合结构的过程可能易于由于基板中的翘曲程度而在层合结构中形成气泡。工业中采用了管理翘曲的各种方法。一般来说，这些方法往往对显示应用中所采用的玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷基板的生产增加大量成本。在一些情况下，可以对基板采用额外的热处理及/或额外的熔融盐暴露以抵消与离子交换强化过程相关联的翘曲。然而，这些额外的过程步骤造成了显著增加的制造成本。其他的方法(包括后产生研磨及抛光或者化学或热处理)也可以抵消翘曲效应，但同样会显著增加生产成本。
因此，需要强化玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷基板的离子交换方法，所述方法在与翘曲效应相关联的良率损失及成本增加有限的情况下提供必要的强化程度。
发明内容
依据本公开内容的一些方面，提供了一种制作强化制品的方法，所述方法包括以下步骤：提供多个制品，每个制品包括玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷组成、以及第一主要面及第二主要面；提供第一离子交换浴；及通过将所述多个制品浸没在所述第一离子交换浴中执行离子交换步骤，以形成多个强化制品。进一步地，所述第一主要面在第一表面面积上方包括一或更多个表面特征，所述第一表面面积比所述第二主要面上的所述一或更多个表面特征的第二表面面积大。将所述多个制品布置在所述第一离子交换浴中，其中所述制品中的每一者的所述第一主要面用第一预定距离面向所述多个制品中的另一者的所述第一主要面或者另一个表面。所述制品中的每一者的所述第二主要面用第二预定距离面向所述多个制品中的另一者的所述第二主要面或者另一个表面。将所述第一预定距离及所述第二预定距离中的至少一者选定为使得，在执行所述离子交换步骤之后，所述多个强化制品中的每一者包括第一强化面及第二强化面，所述第一强化面由所述第一主要面所形成且具有凸面，所述第二强化面由所述第二主要面所形成且具有凹面。
依据本公开内容的一些实施例，所述方法的一个方面是，在所述离子交换步骤期间，进入所述第一主要面的离子交换量与进入所述第二主要面的离子交换量不同。所述第一预定距离可以比所述第二预定距离大。此外，所述第二预定距离的范围可以从约0.02mm到约2.5mm。在另外的方面中，所述一或更多个表面特征包括防眩光表面、防反射表面、涂覆表面、织纹表面、图案化表面、斜切边缘、倒角边缘、或圆边中的至少一者。进一步地，所述方法可以包括以下步骤：在所述离子交换步骤之后，将所述多个强化制品中的至少一者设置在包括一或更多个真空孔洞的支撑面上，其中所述第二强化面面向所述支撑面；及通过所述真空孔洞向所述第二强化主要面与所述支撑面之间的空间施加真空。
依据此公开内容的一些实施例的一个方面，提供了一种依据本文中所公开的方法来制作的化学强化玻璃制品。
依据此公开内容的一些实施例的一个方面，提供了一种载具内部组件，所述载具内部组件包括依据本文中所公开的方法来制作的强化制品。所述载具内部组件可以包括仪表板、中央控制台、仪表组、显示器、触控界面、内部顶壁、方向盘、结构柱上的贴花、或门面板。
将在随后的详细说明中阐述额外的特征及优点，且本领域中的技术人员将通过所述说明容易理解所述特征及优点，或通过实行如本文中所述的实施例来认识所述特征及优点，所述实施例包括了随后的详细说明、权利要求项、以及附图。要了解到，上述的一般说明及以下的详细说明两者描述了各种实施例，且旨在提供概观或架构以了解所请求保护的目标的本质及特性。
包括了附图以提供各种实施例的进一步了解，且将所述附图并入此说明书且构成此说明书的一部分。所述附图绘示本文中所述的各种实施例，且与说明书一起用来解释所请求保护的目标的原理及操作。
附图说明
附图说明
下文是附图中的图式的说明。所述图式不一定是依比例的，且为了明确及简洁起见，可能在比例上夸张地示出或示意地示出图式的某些特征及某些视图。
图1A及1B分别是依据一个实施例的具有对称表面的基板及具有不对称表面的基板的横截面示意图。
图2A及2B分别是依据一个实施例的浸没在熔融盐浴中以供进行离子交换过程的图1A及1B的基板对的横截面示意图。
图3A及3B分别是依据一个实施例由图2A及2B的离子交换过程所造成的一对强化制品的横截面示意图。
图4是真空吸盘上的图3B的强化制品的横截面示意图。
图5是具有依据一个实施例所形成的不对称表面的强化制品的横截面示意图。
图6A是依据一个实施例的在真空吸盘上的具有不对称表面的强化制品的横截面示意图。
图6B是依据一个实施例在通过真空吸盘施加真空来平坦化之后的图6A的强化制品的横截面示意图。
图7A是依据一个实施例的具有不对称表面且浸没在熔融盐浴中以供进行离子交换过程的一对基板的横截面示意图，这对基板彼此相距预定的距离。
图7B是依据一个实施例的具有不对称表面且浸没在熔融盐浴中以供进行离子交换过程且通过间隔物隔开的一对基板的横截面示意图，这对基板彼此相距预定的距离。
图7C是依据一个实施例的具有不对称表面且浸没在熔融盐浴中以供进行离子交换过程且通过另一个间隔物隔开的一对基板的横截面示意图，这对基板彼此相距预定的距离。
图8是依据一个实施例用预定的距离布置成对的多个基板的横截面示意图。
在与图式结合阅读时，将会更佳地了解前述概要以及以下的某些发明性技术的详细说明。应了解到，权利要求书不限于图式中所示的布置及工具。并且，图式中所示的外观是可以采用来实现所陈述的装置功能的许多装饰外观中的一者。
具体实施方式
将在以下的详细说明中阐述额外的特征及优点，且本领域中的技术人员将通过所述说明以及权利要求书及附图理解或通过实行如以下说明中所描述的实施例以及权利要求书及附图认识所述特征及优点。
本公开内容中所描述的是强化制品及制作强化制品的方法，所述强化制品包括具有玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷组成的基板。进一步地，这些强化制品由具有不对称表面特征的基板所制作，且控制强化制品的后离子交换翘曲以产生基板的相应表面的所需形状。在一些实施例中，优化翘曲使得在强化制品的所需表面上实现凸面或凹面的表面形状。举一些实施例的一个方面，优化翘曲使得由于本公开内容的方法，强化制品展现很小的翘曲或不展现翘曲，尽管所述强化制品具有的特征原本会使得所述特征容易因为不对称及/或不均匀的离子交换效应而翘曲。
一般来说，本公开内容的方法控制离子交换过程的动力，同时考虑存在于基板中的任何不对称或不均匀的离子交换条件。这些不对称或不均匀的离子交换条件包括基板的表面中的一些(但非全部)上的辅助膜的存在、这些表面上的任何不对称特征的程度的差异、这些表面的蚀刻的差异、这些表面的表面粗糙度或织构化的差异、这些表面上的边缘外形加工或塑形的差异、及可能产生不均匀的离子交换条件及/或可能用其他方式影响强化制品的翘曲的其他基板方面。进一步地，所述方法通过例如以下步骤来提供离子交换速率控制：将基板浸入在含有碱离子交换离子的浴中时，用预定的距离将基板的指定表面与表面或屏障(包括另一个基板的指定主要面)隔开。可以基于指定表面与基板的第二主要面之间的不对称性来决定所述指定表面。详细来说，指定表面的决定是基于不对称性对相应表面之间的离子交换速率的影响、或不对称性对后离子交换翘曲以及强化制品中的相应表面所需的表面形状(例如凹面或凸面)的影响。
本公开内容制作强化制品的方法以及强化制品本身相对于制造包括玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷组成的强化制品的常规方法来说拥有几个益处及优点。一个优点是，本公开内容的方法能够增加离子交换后另外的处理步骤(例如基于真空的处理、另外的表面改性等等)的效果及/或简化另外的处理步骤。依据一些实施例的另一个优点是，本公开内容的方法能够减少原本会由存在于基板中的不均匀的离子交换条件所诱发的翘曲程度。另一个优点是，本公开内容的方法在不需要用来减少翘曲或影响强化制品的表面形状的额外处理步骤(例如抛光、切割、磨光、在离子交换处理之后的热处理等等)的情况下减少或消除翘曲。这些方法的另外的优点是，相对于常规的离子交换处理，它们几乎没有提供增加的资本及/或生产量的减少。详细来说，就尺寸及成本的角度来说，与实施本公开内容的方法相关联的额外固定物是有限的(例如间隔物、网状物、夹子等等)。这些方法的另一个优点是，它们可以造成具有与常规的离子交换分布相同或实质类似的残余应力分布的压缩应力区域，同时提供显著减少依据过程来生产的强化制品中的翘曲水平的优点。
现参照图1A及1B，提供了制作强化制品的方法中所使用的对称制品100及不对称制品100a的示意说明。对称制品100由基板10组成，所述基板具有实质对称的第一主要面12及第二主要面14。相比之下，不对称制品100a由可以与图1A的基板10类似的具有第一主要面12及第二主要面14的基板10组成。例如，基板10可以包括玻璃、玻璃陶瓷、或玻璃组成。然而，制品100a的第一主要面12及第二主要面14具有不对称的性质，由制品100a的第二主要面14上的表面改性70所表示。表面改性70可以是涂敷到第二主要面14的层(例如涂层或犠牲层)，或可以是第二主要面14的区域，所述区域自身已经被变更(例如通过研磨、磨光、抛光、退火、浸出、蚀刻、边缘外形加工/斜切来变更)或暴露于能量源(例如UV、等离子体、或热(即退火))。因此，表面改性70的描绘不意味着限于例如涂敷在基板10的顶部上的额外的层或材料。在图1A-3C中，为了显示离子交换对于对称及不对称的基板的效应，制品100及100a比较地并排呈现。
在一些实施例中，可以在基板的第一主要面12及第二主要面14中的一或两者上实现上文所论述的表面改性。在第一主要面12及第二主要面14上实现表面改性的实施例中，改性的量、程度、或类型在表面12与14之间可以不同，以便在第一主要面12与第二主要面14之间造成不对称的性质或不对称的离子交换条件。例如，在斜切边缘的情况下，第二主要面14上的斜切量可以与第一主要面12上的斜切量不同。在表面织构化或蚀刻(例如对于AG表面)的情况下，第一主要面12被改性的区域可以与第二主要面14被改性的区域不同。
如本文中所使用的，“对称”表面指的是制品及/或基板的相反主要面，所述主要面具有实质相同的表面性质，包括一或更多种表面改性的不存在或存在。如本文中所论述，表面改性可以包括例如对表面或表面的一部分进行蚀刻、研磨、抛光、涂覆、及/或退火。
参照图2A及2B，示出了使用对称制品100及不对称制品100a来制作强化制品的方法。如上文所论述，将针对对于对称及不对称制品的离子交换效应的比较来论述用于这些类型的制品的方法。所述方法可以包括以下步骤：提供基板10，每个基板由具有多种可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷组成制造。所述方法更包括以下步骤：提供位于容器202中的第一离子交换浴200。浴200包括多种离子交换碱金属离子，每种离子交换碱金属离子具有比基板10中的可离子交换碱金属离子的尺寸大的尺寸。最后，所述方法包括以下步骤：用第一离子交换温度及持续时间将所述多个基板10浸没在第一离子交换浴200中以形成多个强化制品100'及100a'(分别参照图3A及3B)。
参照图3A及3B，强化制品100'包括从第一主要面12及第二主要面14向相应的第一选定深度52及第二选定深度54延伸的压缩应力区域50。类似地，强化制品100a'包括从第一主要面12'及第二主要面14'向相应的第一选定深度52'及第二选定深度54'延伸的压缩应力区域50'。然而，由于强化制品100a'的不对称性，压缩应力区域50及50'可以彼此不同。详细来说，与第一主要面12相比，表面改性70可以在第二主要面14中造成不同的离子交换性质(例如离子交换速率)。取决于表面改性的类型，进入第二主要面14的离子交换的速率或量可以比进入第一主要面12的离子交换的速率或量高或低。两个表面之间的这种离子交换速率差异可以在第一主要面12'及第二主要面14'处造成不同的压缩应力(CS)或造成从第一主要面12'及第二主要面14'所测量到的不同的压缩应力层深(DOL)。基于第一主要面12'及第二主要面14'上的不同的压缩应力条件，强化制品100a'可能翘曲。例如，如图3B中所示，包括表面改性70的第二主要面14'的形状变成凹面，而第一主要面12'变成凸面。例如，若表面改性70是防眩光(AG)表面，则AG表面将具有凹面形状。依据一些实施例，控制强化制品的翘曲使得所需的表面具有优选的形状(即平坦、凹面、或凸面)。
图4中示出了为何需要控制表面形状的示例。具体来说，在图2B中所示的离子交换步骤之后，可以在强化制品上执行进一步的处理步骤。然而，这些处理步骤可能因为制品的特定表面具有凸面形状或凹面形状的事实而变得复杂。例如，在图4中，具有第一主要面22及第二主要面24的强化制品200在离子交换之后已经翘曲，所述第二主要面具有表面改性72。具体来说，第二主要面24具有凹面形状。将强化制品200安置在例如具有多个真空孔洞254的真空吸盘250的塑形面252上。真空吸盘250的目的可以是平坦化或用其他方式改变强化制品200的形状，以影响强化制品的形状的永久改变或使进一步的处理步骤(例如将涂层、表面改性、或组件(例如显示器、框架、或支撑物)施用于第二主要面24)变得容易。然而，由于强化制品的弯曲形状，可能难以实现或在一些情况下不可能实现足够的真空密封，特别是在强化制品的边缘处，在所述边缘处，第二主要面24的凹面形状在第一主要面22与塑形面252之间造成间隙260。这可能导致成品中的缺陷(例如覆盖玻璃在边缘处不精确地配合)或由于涂覆期间的表面的凹面形状导致不均匀的表面涂层。
例如，在制作显示器或电子设备的覆盖玻璃时，通常需要将防反射(AR)涂层涂敷在AG表面的顶部上。为了均匀涂敷AR涂层，覆盖玻璃能够良好顺应于真空吸盘级是重要的。此外，在将覆盖玻璃组装成显示设备时，具有面向使用者的凹面AG表面的覆盖玻璃可能显示边缘升高的倾向且可能不能良好地配合到显示器壳体中，或边缘周围的残余应力可能导致局部脱层、光学失真、或环境暴露。相比之下，具有些微凸面形状的面向外的显示面并不会遭受相同的问题。
鉴于上述情况，一些实施例提供了强化制品或制作强化制品的方法，所述强化制品具有不对称的表面性质且在离子交换之后具有指定的形状。参照图5，一些实施例包括强化制品300，所述强化制品包括具有第一主要面42'及第二主要面44'的基板40'。由于第二主要面44'上的表面改性74'，基板40'是不对称的。基板40'更包括压缩应力区域60，所述压缩应力区域具有相对于第一主要面42'的第一压缩应力层深(DOL)62及相对于第二主要面44'的第二压缩应力DOL 64。与图4的强化制品200相比，强化制品300具有位于凹面(第二主要面44')上的表面改性74'。
在一或更多个实施例中，此类强化制品可以是与显示器一起组装以形成载具内部组件的覆盖玻璃。例如，此类强化制品可以包括第一主要面及第二主要面，其中第二主要面包如本文中所述的表面改性(例如防眩光表面或其他表面)。在一或更多个实施例中，第二主要面被设置在显示器附近。在一或更多个实施例中，第一主要面被设置在显示器附近。强化制品可以包括在从约-0.01到约小于-0.7(例如从约-0.05到约小于-0.7、从约-0.1到约小于-0.7、从约-0.2到约小于-0.7、从约-0.3到约小于-0.7、从约-0.4到约小于-0.7、从约-0.5到约小于-0.7、从约-0.6到约小于-0.7、从约-0.01到约小于-0.6、从约-0.01到约小于-0.5、从约-0.01到约小于-0.4、从约-0.01到约小于-0.3、从约-0.01到约小于-0.2、从约-0.01到约小于-0.1、从约-0.2到约小于-0.6、或从约-0.25到约小于-0.55)的范围中的最大翘曲。
在一或更多个实施例中，强化制品可以包括压缩应力区域，所述压缩应力区域具有从第一主要面延伸的第一压缩应力层深(DOL)及从第二主要面延伸的第二压缩应力DOL。在一或更多个实施例中，第二DOL与第一DOL不同。例如，第二DOL可以小于第一DOL。在另一个示例中，第二DOL可以大于第一DOL。
在一或更多个实施例中，第一DOL及第二DOL中的一者或两者为约20微米或更大(例如约25微米或更大、约30微米或更大、约35微米或更大、约40微米或更大、约45微米或更大、约50微米或更大)。DOL的上限可以为强化玻璃制品的厚度的约0.21倍。在一或更多个实施例中，第一主要面及第二主要面中的一者或两者包括约600MPa或更大(例如约650MPa或更大、约700MPa或更大、约750MPa或更大、约800MPa或更大、约850MPa或更大、约900MPa或更大、约950MPa或更大、约1000MPa或更大、或约1100MPa或更大)的表面CS。在一或更多个实施例中，表面CS可以是在从约600MPa到约1500MPa的范围中。
在一或更多个实施例中，第一主要面包括凹面形状，且第二主要面包括凸面形状。换句话说，凸面第二主要面包括表面改性。
强化玻璃制品可以具有大的尺寸，这适于与载具内部组件中较大型的显示器一起使用。例如，强化制品覆盖制品可以包括约10,000mm或更大(例如约15,000mm或更大、约20,000mm或更大、约25,000mm或更大、约30,000mm或更大、约35,000mm或更大、约40,000mm或更大、约45,000mm或更大、约50,000mm或更大、约55,000mm或更大、或约60,000mm或更大)的表面面积。
在一或更多个实施例中，第二主要面可以包括表面改性上的涂层。例如，涂层可以是真空沉积的涂层。在其他的实施例中，可以通过本领域中习知的其他方法来涂敷涂层。在一或更多个实施例中，涂层是防反射涂层、容易清洁的涂层、墨水涂层、或上述项目的组合。例如，制品可以包括设置在表面改性上的防反射涂层及层迭在防反射涂层的顶部上的容易清洁涂层。
因此，在如图6A中所示地将强化制品300安置在真空吸盘250的塑形面252上时，基板30的边缘不背向塑形面252升高而在边缘处产生间隙。虽然在第一主要面32的内部区域中可能由于所述第一主要面的凹面形状而存在内部间隙360，但内部间隙360可能不会导致与图4中的边缘间隙260相同的有害影响。详细来说，真空孔洞254可以仍然实现良好的真空，因为内部间隙360被包封。因此，如图6B中所示，可以使得强化制品300'的第一主要面32顺应于塑形面252的形状，无论是实质平坦的(如所示)还是某些其他的形状。例如，在一些实施例中，塑形面252可以包括一或更多个弯曲区域，所述一或更多个弯曲区域包括复杂弯曲的表面，所述复杂弯曲的表面具有不同的方向上的二或更多个曲率半径。
参照图7A-7C，依据一些实施例，一种制作强化制品的方法包括以下步骤：提供多个基板40，基板40中的每一者具有第一主要面42及第二主要面44。所述方法更包括以下步骤：提供位于容器402中的第一离子交换浴400。每个基板40包括具有多种可离子交换的碱金属离子的玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷组成。浴400包括多种离子交换碱金属离子，每种离子交换碱金属离子具有比基板40中的可离子交换碱金属离子的尺寸大的尺寸。所述方法也包括以下步骤：用第一离子交换温度及持续时间将所述多个基板40浸没在第一离子交换浴400中以形成多个强化制品(参照图5中的强化制品300)。参照图5，每个强化制品300包括从第一主要面42'及第二主要面44'向相应的第一选定深度62及第二选定深度64延伸的压缩应力区域60。
依据一些实施例的一个方面，所述多个基板40被布置在第一离子交换浴400中，其中基板40中的每一者的第一主要面42用第一预定距离面向所述多个基板40中的另一者的第一主要面42。在一些实施例中，可以将所述多个基板40中的一或更多者布置为使得第一主要面42用第一预定距离d面向另一个表面(例如容器壁402或另一个壁或屏障)。
依据一些实施例，可以通过以下步骤来实现第一预定距离d：将基板40安插到熔融盐浴中，同时在离子交换期间在第一主要面42之间维持第一预定距离d。可以用适于耐受熔融盐浴环境的多种方式来实现此种分离。在一些实施例中，通过一或更多个间隔物45来设置第一预定距离d，如图7B中所示。在实施方式中，间隔物45可以具有与第一预定距离d相同或实质类似的厚度尺度。进一步地，依据多个方面，可以在浴400内的基板40之间采用任何数量的间隔物45。在一些实施例中，将间隔物45安置在每对基板40之间在所述基板的角处，以最小化基板40被间隔物本身掩蔽的表面面积。间隔物45可以由不与浴400以及基板40的玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷组成起反应的各种材料制造，所述材料包括但不限于300系列不锈钢、镍合金、In800合金、Cr-Mo合金、氧化硅、氧化铝、氧化锆、及这些材料的聚合物涂覆方面。进一步地，间隔物45可以采取各种形状及结构中的任一者，包括但不限于圆柱形垫圈、立方形垫圈、矩形垫圈、夹子、支架、支撑物、线、纤维等等。
在一些实施例中，通过网状物47或一片类似材料来设置第一预定距离d，如图7C中所示。在实施方式中，网状物47具有与第一预定距离d相同或实质类似的厚度尺度。进一步地，依据方面，可以在浴400内在基板40之间采用各种多种类型的网状物47(即各种过滤水平)中的任一者。网状物47可以由不与浴400以及基板40的玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷组成起反应的各种材料制造，所述材料包括但不限于300系列不锈钢、镍合金、In800合金、Cr-Mo合金、氧化硅、氧化铝、氧化锆、及这些材料的聚合物涂覆方面。
参照图8，也将所述多个基板40布置为使得基板40中的每一者的第二主要面44用第二预定距离D面向所述多个基板40中的另一者的第二主要面44。并且，第二主要面44中的一或二或更多者可以用第二预定距离面向另一个表面，例如容器壁402(参照图7A-7C)。
第一预定距离d及第二预定距离D被选择为使得，在执行离子交换步骤之后，所述多个强化制品各自包括由第一主要面42所形成且具有凸面的第一强化面以及由第二主要面44所形成且具有凹面的第二强化面。然而，实施例不限于具有由具有表面改性的第二主要面所形成的凸面的强化制品。在一些实施例中，强化制品的凸面可以由不具有表面改性的第一主要面所形成或具有较少程度的表面改性。如本文中所论述，可以通过多个因素造成表面的不对称性，所述因素在表面之间造成不相等的离子交换或在相应的表面上造成不相等的压缩应力分布。进一步地，生成的强化制品中的哪个表面应是凸面或凹面的决定可以基于强化制品的预期用途或要在离子交换之后执行的额外处理步骤而变化。
在一些实施例的一个方面中，不对称的强化玻璃制品中的翘曲或弯曲的量是通过优化比率A/d来控制的，其中A是基板的表面面积，且d是相邻基板的第一主要面之间的第一预定距离。
依据一些实施例，可以进行制作强化制品的方法使得以下条件中的至少一者成立：(a)离子交换碱金属离子进入第一主要面42的交换速率比进入基板40的第二主要面44高；及(b)第二主要面44包括一或更多个不对称特征，所述一或更多个不对称特征具有超过基板40的第一主要面42的任何不对称特征的总表面面积的总表面面积。
与基板40之间的间隙显著较大或未受控制的情况相比，第一预定距离d在相邻基板40的第一主要面42之间产生相对小的间隙(例如从约0.01mm到约10mm)。方法中所采用的不对称基板40被配置为使得离子交换碱金属离子会在针对它们的第一主要面及第二主要面的不均匀的条件下与它们的可离子交换离子进行交换。但是，由所述方法所提供的控制(包括在浸没步骤期间基板40的第一主要面42之间的第一预定距离d(例如从约0.01mm到约10mm)的存在)控制了与基板40相关联的这些不均匀离子交换条件而在生成的强化制品中实现所需的翘曲或形状。
虽然不被现有理论束缚，但第一预定距离d相对于碱金属离子结合到第二主要面44中的速率对于碱金属离子结合到基板40的第一主要面42中的速率提供了额外的控制。随着第一预定距离d的大小减少(例如相对于基板10之间的间隙显著较大或未受控制的情况，这是常规离子交换过程中的情况)，碱金属离子结合到第一主要面42中的速率相对于碱金属离子结合到基板40的第二主要面44中的速率减少。其结果是，可以通过第一预定距离d的存在抵消基板40相对于第二主要面44在第一主要面42处经历增加的离子交换的任何倾向。虽然不被现有理论束缚，但认为，第一预定距离d控制离子交换过程的动力，特别是可离子交换碱金属离子被交换出基板40且被来自浴400的离子交换碱金属离子替换的速率。并且，且虽然不被现有理论束缚，但认为，第一预定距离d的下限可以依据方法而存在，在所述下限处，第一预定距离d对控制翘曲的有益效果最终被毛细管效应抵销，所述毛细管效应将抑制离子交换碱金属离子进入基板40的交换速率。
依据一些实施例，在离子交换步骤期间所采用的基板之间的第一预定距离d的范围可以从0.01mm到约5mm。因此，第一预定距离d是基板之间的受控间隙。在一些实施方式中，第一预定距离d的范围可以从约0.01mm到约10mm、从约0.01mm到约7.5mm、从约0.01mm到约5mm、从约0.01mm到约2.5mm、从约0.01mm到约1mm、从约0.01mm到约0.9mm、从约0.01mm到约0.8mm、从约0.01mm到约0.7mm、从约0.01mm到约0.6mm、从约0.01mm到约0.5mm、从约0.02mm到约10mm、从约0.02mm到约7.5mm、从约0.02mm到约5mm、从约0.02mm到约2.5mm、从约0.02mm到约1mm、从约0.02mm到约0.9mm、从约0.02mm到约0.8mm、从约0.02mm到约0.7mm、从约0.02mm到约0.6mm、从约0.02mm到约0.5mm、及这些距离端点之间的所有值。
依据一个额外的实施方式，第一预定距离d比从基板40中的每一者的第二主要面44到另一个基板(例如基板40)或固持浴400的容器402的壁的距离大。依据一个另外的实施方式，第一预定距离d比从基板40中的每一者的第二主要面44到另一个基板(例如基板40)或固持浴400的容器402的壁的距离大25％、50％、75％、100％、150％、200％、或更大。
依据一些实施例，可以在离子交换步骤之前使不对称的基板预先翘曲。在一些实施例的一个方面中，可以逆转此预先翘曲以将基板的在离子交换之前是凹面的表面改变成在离子交换之后是凸面的表面。例如，在第二主要面上具有AG表面(例如来自化学蚀刻)的形式的表面改性的基板可以具有甚至对于离子交换步骤来说是凹面的第二主要面。然而，依据此公开内容的方法，可以将相邻基板的第一主要面设置为在离子交换期间用第一预定距离面向彼此，且由于第一主要面与第二主要面之间的离子交换不对称性，AG表面可以在离子交换之后转变成凸面。
依据一些实施例，所述方法造成了包括约200微米或更小的翘曲(Δ翘曲)的强化制品。在一些实施方式中，制品的翘曲(Δ翘曲)为约200微米或更小、约175微米或更小、约150微米或更小、约125微米或更小、约100微米或更小、约75微米或更小、约50微米或更小、约25微米或更小、及这些水平之间的所有翘曲水平。类似地，方法100可以造成强化制品，所述强化制品展现小于制品的最长尺寸的0.5％、小于制品的最长尺度的0.1％、或甚至小于制品的最长尺度的0.01％的最大翘曲。例如，可以依据方法来生产具有防眩光或防反射表面的150mm x 75mm的手机盖的形式的强化制品，所述强化制品具有小于0.15mm的翘曲(表示小于所述强化制品的最长尺度的0.01％的翘曲)。
制作强化制品的方法中所采用的基板40可以包括各种玻璃组成、玻璃陶瓷组成、及陶瓷组成。玻璃的选择不限于特定的玻璃组成。例如，所选择的组成可以是范围广泛的硅酸盐、硼硅酸盐、铝硅酸盐、或硼铝硅酸盐玻璃组成中的任一者，所述组成可选地可以包括一或更多种碱金属及/或碱土金属改性剂。
通过说明的方式，可以采用在基板40中的一个组成族包括具有氧化铝或氧化硼中的至少一者及碱金属氧化物或碱土金属氧化物中的至少一者的那些组成，其中–15摩尔百分比≤(R2O+R’O–Al2O3–ZrO2)–B2O3≤4摩尔百分比，其中R可以是Li、Na、K、Rb、及/或Cs，且R'可以是Mg、Ca、Sr、及/或Ba。此组成族的一个子集包括从约62摩尔百分比到约70摩尔百分比的SiO2；从0摩尔百分比到约18摩尔百分比的Al2O3；从0摩尔百分比到约10摩尔百分比的B2O3；从0摩尔百分比到约15摩尔百分比的Li2O；从0摩尔百分比到约20摩尔百分比的Na2O；从0摩尔百分比到约18摩尔百分比的K2O；从0摩尔百分比到约17摩尔百分比的MgO；从0摩尔百分比到约18摩尔百分比的CaO；及从0摩尔百分比到约5摩尔百分比的ZrO2。第8,969,226及8,652,978号的美国专利中更全面地描述了此类玻璃，所述美国专利的整体内容特此以引用方式并入，好像在下文被全面阐述一般。
可以采用在基板40中的另一个说明性组成族包括具有至少50摩尔百分比的SiO2及至少一种改性剂的那些组成，所述至少一种改性剂选自由以下项目所组成的群组：碱金属氧化物及碱土金属氧化物，其中[(Al2O3(摩尔百分比)+B2O3(摩尔百分比))/(∑碱金属改性剂(摩尔百分比))]>1。此族的一个子集包括从50摩尔百分比到约72摩尔百分比的SiO2；从约9摩尔百分比到约17摩尔百分比的Al2O3；从约2摩尔百分比到约12摩尔百分比的B2O3；从约8摩尔百分比到约16摩尔百分比的Na2O；及从0摩尔百分比到约4摩尔百分比的K2O。美国专利8,586,492中更全面地描述了此类玻璃，所述美国专利的整体内容特此以引用方式并入，好像在下文被全面阐述一般。
可以采用在基板40中的又另一个说明性组成族包括具有SiO2、Al2O3、P2O5、及至少一种碱金属氧化物(R2O)的那些组成，其中0.75≤[(P2O5(摩尔百分比)+R2O(摩尔百分比))/M2O3(摩尔百分比)]≤1.2，其中M2O3＝Al2O3+B2O3。此组成族的一个子集包括从约40摩尔百分比到约70摩尔百分比的SiO2；从0摩尔百分比到约28摩尔百分比的B2O3；从0摩尔百分比到约28摩尔百分比的Al2O3；从约1摩尔百分比到约14摩尔百分比的P2O5；及从约12摩尔百分比到约16摩尔百分比的R2O。此组成族的另一个子集包括从约40到约64摩尔百分比的SiO2；从0摩尔百分比到约8摩尔百分比的B2O3；从约16摩尔百分比到约28摩尔百分比的Al2O3；从约2摩尔百分比到约12摩尔百分比的P2O5；及从约12摩尔百分比到约16摩尔百分比的R2O。第13/305,271号的美国专利申请案中更全面地描述了此类玻璃，所述美国专利的整体内容特此以引用方式并入，好像在下文被全面阐述一般。
可以采用在基板40中的又另一个说明性组成族包括具有至少约4摩尔百分比的P2O5的那些组成，其中(M2O3(摩尔百分比)/RxO(摩尔百分比))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，且其中RxO是存在于玻璃中的一价及二价阳离子氧化物的总和。一价及二价阳离子氧化物可以选自由以下项目所组成的群组：Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO、及ZnO。此组成族的一个子集包括具有0摩尔百分比的B2O3的玻璃。第13/678,013号的美国专利申请案及美国专利8,765,262中更全面地描述了此类玻璃，所述文献的整体内容特此以引用方式并入，好像在下文被全面阐述一般。
可以采用在基板40中的又另一个说明性组成族包括具有Al2O3、B2O3、碱金属氧化物的那些组成且含有具有三重配位的硼阳离子。在被离子交换时，这些玻璃可以具有至少约30千克力(kgf)的维氏裂缝发源临界值。此组成族的一个子集包括至少约50摩尔百分比的SiO2；至少约10摩尔百分比的R2O，其中R2O包括Na2O；Al2O3，其中-0.5摩尔百分比≤Al2O3(摩尔百分比)–R2O(摩尔百分比)≤2摩尔百分比；及B2O3，且其中B2O3(摩尔百分比)–(R2O(摩尔百分比)–Al2O3(摩尔百分比))≥4.5摩尔百分比。此组成族的另一个子集包括至少约50摩尔百分比的SiO2、从约9摩尔百分比到约22摩尔百分比的Al2O3；从约4.5摩尔百分比到约10摩尔百分比的B2O3；从约10摩尔百分比到约20摩尔百分比的Na2O；从0摩尔百分比到约5摩尔百分比的K2O；至少约0.1摩尔百分比的MgO及/或ZnO，其中0≤MgO+ZnO≤6摩尔百分比；及可选地CaO、BaO、及SrO中的至少一者，其中0摩尔百分比≤CaO+SrO+BaO≤2摩尔百分比。第13/903,398号的美国专利申请案中更全面地描述了此类玻璃，所述申请案的整体内容以引用方式并入本文中，好像在下文被全面阐述一般。
除非另有指出，此公开内容中所概述的强化制品(例如制品300)及用于生产所述强化制品的相关联方法可以由具有68.96摩尔百分比的SiO2、0摩尔百分比的B2O3、10.28摩尔百分比的Al2O3、15.21摩尔百分比的Na2O、0.012摩尔百分比的K2O、5.37摩尔百分比的MgO、0.0007摩尔百分比的Fe2O3、0.006摩尔百分比的ZrO2、及0.17摩尔百分比的SnO2的铝硅酸盐玻璃组成的基板制造。第13/533,298号的美国专利申请案中描述了典型的铝硅酸盐玻璃，且特此以引用方式并入。
类似地，针对陶瓷，针对制作强化制品的方法中所采用的基板40所选择的材料可以是范围广泛的无机结晶氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、碳氮化物等中的任一者。说明性的陶瓷包括具有氧化铝、钛酸铝、莫来石、堇青石、锆石、尖晶石、钙钛矿、氧化锆、二氧化铈、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅铝、或沸石相的那些材料。
类似地，针对玻璃陶瓷，针对基板40所选择的材料可以是范围广泛的具有玻璃相及陶瓷相的材料中的任一者。说明性的玻璃陶瓷包括玻璃相是由硅酸盐、硼硅酸盐、铝硅酸盐、或硼铝硅酸盐所形成的且陶瓷相是由β-锂辉石、β-石英、霞石、六方钾霞石、或三斜霞石所形成的那些材料。
由制作强化制品的方法所造成的强化制品可以采取各种实体形式，包括玻璃基板。也就是说，从横截面的角度来看，制品在被配置为基板时可以是平坦或平面的，或可以是弯曲及/或尖锐地弯曲的。类似地，制品可以是单个单体物体、多层结构、或层合结构。在用基板或板状形式采用制品时，制品的厚度优选地是在约0.2到1.5mm的范围中、或在约0.3到1mm的范围中、或为约0.7mm。进一步地，制品300可以拥有在可见光谱中实质透明的组成，且所述组成在产生其压缩应力区域60之后保持实质透明。
无论其组成或实体形式如何，由制作强化制品的方法所造成的强化制品300将包括处于压缩应力下的区域60，所述区域从表面(例如第一主要面42'及第二主要面44')向其中的特定深度(例如第一选定深度62及第二选定深度64)向内延伸。与压缩应力区域60相关联的压缩应力(CS)量及压缩应力层深(DOL)可以基于依据本文中所公开的方法来形成的制品300的特定用途而变化。
再次参照图7A-7C，一种制作强化制品的方法涉及将一对基板40浸没在强化浴400中。在一些方面中，浴400含有多种离子交换金属离子，且基板40具有带有多种可离子交换金属离子的玻璃组成。例如，浴400可以含有尺寸比基板40中的可离子交换离子(例如钠)大的多个钾离子。浴400中的离子交换离子将优先与基板40中的可离子交换离子交换。
在一些方面中，采用来产生压缩应力区域60的强化浴400包括熔融KNO3浴，所述熔融KNO3浴的浓度接近100重量百分比且具有本领域中的技术人员所了解的添加剂，或浓度为100重量百分比。将此类浴充分加热到一定温度以确保KNO3在基板40的处理期间保持在熔融态下。强化浴400也可以包括KNO3与LiNO3及NaNO3中的一或两者的组合。
依据本公开内容的一些方面，提供了一种用于制作强化制品的方法，所述方法包括以下步骤：在强化制品300中产生压缩应力区域60，所述压缩应力区域具有约400MPa或更小的最大压缩应力及制品300的厚度的至少8％的第一选定深度62。制品300包括具有铝硅酸盐玻璃组成的基板，且所述方法涉及将基板浸没在强化浴400中，所述强化浴被保持在从约400℃到500℃的范围中的温度下且浸没持续时间是在约3与60小时之间。更优选地，可以通过在范围从约420℃到500℃的温度下将基板浸没在强化浴400中达约0.25到约50小时之间的持续时间来在强化制品300中产生压缩应力区域60。在一些方面中，将强化浴的上限温度范围设置为比基板40'的退火点小约30℃(例如在基板拥有玻璃或玻璃陶瓷组成时)。浸没步骤的特别优选的持续时间的范围从0.5到25小时。在某些实施例中，将强化浴400保持在约400℃到450℃下，且第一离子交换持续时间是在约3与15小时之间。
在一个示例性方面中，在450℃下将基板10浸没在包括约41重量百分比的NaNO3及59重量百分比的KNO3的强化浴400中达约10小时的持续时间，以获得具有DOL>80μm及300MPa或更小的最大压缩应力的压缩应力区域60。在另一个示例中，强化浴400包括约65重量百分比的NaNO3及35重量百分比的KNO3且被保持在460℃下，且进行浸没步骤达约40到50小时，以产生具有约160MPa或更小的最大压缩应力且具有约150μm或更大的DOL的压缩应力区域60(例如对于具有约0.8mm的厚度的制品300来说)。
对于具有约0.3到0.8mm的厚度的铝硅酸盐玻璃基板来说，可以在依据本公开内容的方法制作的强化制品中实现DOL>60μm，其中强化浴组成是在40到60重量百分比的NaNO3的范围中(余量为KNO3)且被保持在450℃的温度下且浸没持续时间是在约5.5到15小时之间。优选地，浸没持续时间是在约6到10小时之间，且强化浴被保持在44到54重量百分比的NaNO3的范围中的组成下(其余为KNO3)。
对于制作强化制品的方法且其中强化制品得自含有具有可观量的P2O5的铝硅酸盐玻璃的基板的实施例来说，可以将强化浴保持在稍低的温度下以产生类似的压缩应力区域60。例如，可以将强化浴保持低达380℃且结果类似，而前述内容中所概述的上限范围仍然可行。在另外的方面中，基板可以拥有含锂玻璃组成，且可以依据所述方法采用明显更低的温度分布来在生成的强化制品中产生类似的压缩应力区域60。在这些方面中，将强化浴保持在范围从约350℃到约500℃且优选地是从约380℃到约480℃的温度下。这些方面的浸没时间的范围从约0.25小时到约50小时，且更优选地是从约0.5到约25小时。
依据本文中所公开的实施例，参照图7A-7C，制品包括表面改性74，所述表面改性可以包括设置在第二主要面44上或上方的涂层、膜、或层。表面改性74可以是本公开内容的领域中的一般技术人员所了解的多种功能膜中的任一者，例如防指纹膜、抗刮膜、防反射膜、防眩光层、及上述项目的组合。在一些实施例中，可以在离子交换之后将此类功能膜涂敷到第二主要面74的表面改性74区域，特别是对于耐不住离子交换过程期间的恶劣环境的膜来说。
示例
以下示例描述由本公开内容所提供的各种特征及优点，且绝不旨在限制本发明及随附的请求项。
示例1
依据图8中所描述的方法来制备一对铝硅酸盐覆盖玻璃试样，所述铝硅酸盐覆盖玻璃试样具有333mm x 124mm x 1.05mm的尺度且每个覆盖玻璃的一个表面上具有AG处理的形式的表面改性，其中覆盖玻璃的非AG表面面向彼此且用距离d分离。两个非AG侧之间的组合最大翘曲为0.05mm，其被视为所述对内的最大自然间隔(a)。接着将所述对垂直装载到盒子中，其中AG表面与最近的对之间的间隔大于10mm(D>10mm)。在420℃下的高纯度的KNO3盐中执行离子交换达6小时。在分离及清洁之后使用ISRA Vision 650x 1300mm弯度仪系统在试样的两侧上测量翘曲。表格1中总结了测量结果。可以看出，所述对中的两个覆盖片具有凸面的AG表面。
示例2
用与示例1相同的方式制备一对玻璃试样，不同之处在于所述对内的最大自然间隔(a)是0.06mm。表格1中总结了翘曲测量结果。所述对中的两个覆盖片具有凸面的AG表面。
示例3
用与示例1相同的方式制备一对玻璃试样，不同之处在于所述对内的最大自然间隔(a)是0.18mm。将所述对垂直装载到盒子中以供进行离子交换。两个覆盖玻璃片中的一者在搬运期间破裂了，所以表格1中总结了只有一个覆盖玻璃片的翘曲测试评估。覆盖片具有凸面的AG表面。
示例4
用与示例3相同的方式制备一对玻璃试样，不同之处在于所述对内的最大自然间隔(a)是0.14mm。覆盖玻璃片中的一者不能用于测量。表格1中总结了覆盖玻璃片中的另一者的翘曲测量结果。覆盖片具有凸面的AG表面。
比较示例1
将具有AG表面的单个覆盖玻璃片水平装载到与上述示例相同的盒子中，但位置距离最近的玻璃表面至少10mm。换句话说，覆盖玻璃不与另一个覆盖玻璃用第一预定距离d用面对的关系配对。在离子交换之后，在试样的两侧上测量翘曲，且表格1中总结了结果。不像先前的示例(其全都在AG表面上展现了凸面或圆顶形状特性)，比较示例1在AG表面上具有凹面或碗形形状。
Figure BDA0002880173930000211
表格1示例的翘曲测量总结。
如本文中所使用的，“压缩应力”(CS)及“压缩应力层深”(DOL)是使用本领域中已知的手段来测量的。例如，通过使用市售仪器(例如FSM-6000，由Orihara工业有限公司(日本)所制造)的表面应力计来测量CS及DOL。表面应力测量依赖应力光学系数(SOC)的准确测量，所述应力光学系数与玻璃的双折射率相关。SOC转而是依据标题为“Standard TestMethod for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient”的ASTM标准C770-98(2013)中所描述的程序C的修改版本来测量的，其整体内容以引用方式并入本文中。所述变体包括将玻璃碟用作样本，所述样本具有5到10mm的厚度及12.7mm的直径。进一步地，玻璃碟是各向同性的、均质的、及钻芯的，其中两个面都是抛光且平行的。所述变体也包括计算要施加的最大力(Fmax)。最大力(Fmax)是足以产生20MPa的压缩应力的力。如下依据等式(1)来计算要施加的最大力(Fmax)：
Fmax＝7.854*D*h (1)
其中Fmax是用牛顿为单位的最大力，D是玻璃碟的直径，且h是光路的厚度。针对所施加的每个力，依据等式(2)计算应力：
Figure BDA0002880173930000221
其中Fmax是从等式(1)获得的用牛顿为单位的最大力，D1是用mm为单位的玻璃碟的直径，h是用mm为单位的光路的厚度，且σ是用MPa为单位的应力。
如本文中所使用的，“压缩应力层深(DOL)”指的是强化制品内的一个深度位置，在所述深度位置处，从强化过程所产生的压缩应力接近零。
在本公开内容的一些方面中，使用一种用于基于形成于离子交换玻璃中的光学波导器的TM及TE引导模式光谱测量应力分布的方法(下文称为“WKB方法”)来决定压缩应力(CS)分布。所述方法包括以下步骤：从TM及TE引导模式光谱数字地界定强度极值的位置，及从这些位置计算相应的TM及TE有效折射率。使用逆WKB计算来计算TM及TE折射率分布nTM(z)及nTE(z)。所述方法也包括以下步骤：计算应力分布S(z)＝[nTM(z)-nTM(z)]/SOC，其中SOC是玻璃基板的应力光学系数。Douglas C.Allan等人于2012年5月3日所提出的第13/463,322号标题为“Systems and Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass”的美国专利申请案中描述了此方法，所述美国专利申请案主张于2011年5月25日所提出的第61/489,800号的美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的整体内容以引用方式并入本文中。第61/835,823及61/860,560号的美国临时申请案中概述了用于测量这些制品中的应力水平作为深度的函数的其他技术，所述申请案特此以引用方式并入。
可以在离子交换过程步骤完成之后使用表面应力计(FSM)在主要面中的每一者上进行CS及DOL测量。可以在经受离子交换过程步骤之前及之后在每个试样的两侧上使用由本公开内容的领域中的技术人员所采用的常规弯度仪来进行翘曲测量。
本公开内容的方面(1)与一种制作强化制品的方法相关，所述方法包括以下步骤：提供多个制品，每个制品包括玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷组成、以及第一主要面及第二主要面，所述第一主要面在第一表面面积上方具有一或更多个表面特征，所述第一表面面积比所述第二主要面上的所述一或更多个表面特征的第二表面面积大；提供第一离子交换浴；及通过将所述多个制品浸没在所述第一离子交换浴中执行离子交换步骤，以形成多个强化制品，其中将所述多个制品布置在所述第一离子交换浴中，其中所述制品中的每一者的所述第一主要面用第一预定距离面向所述多个制品中的另一者的所述第一主要面或者另一个表面，且所述制品中的每一者的所述第二主要面用第二预定距离面向所述多个制品中的另一者的所述第二主要面或者另一个表面，及其中将所述第一预定距离及所述第二预定距离中的至少一者选定为使得，在执行所述离子交换步骤之后，所述多个强化制品各自包括第一强化面及第二强化面，所述第一强化面由所述第一主要面所形成且具有凸面，所述第二强化面由所述第二主要面所形成且具有凹面。
方面(2)与方面(1)的方法相关，其中在所述离子交换步骤期间，进入所述第一主要面的离子交换量与进入所述第二主要面的离子交换量不同。
方面(3)与方面(1)或方面(2)的方法相关，其中所述第一预定距离比所述第二预定距离大。
方面(4)与方面(1)到(3)中的任一者的方法相关，其中所述第二预定距离的范围从约0.02mm到约2.5mm。
方面(5)与方面(1)到(4)中的任一者的方法相关，其中所述另一个表面是固持所述浴的容器的壁或固持所述多个制品中的至少一些的盒子的壁中的至少一者。
方面(6)与方面(1)到(5)中的任一者的方法相关，其中进入所述第一主要面的离子交换量比进入所述第二主要面的离子交换量大。
方面(7)与方面(1)到(6)中的任一者的方法相关，更包括以下步骤：向所述第一主要面及所述第二主要面中的至少一者执行一或更多种表面改性以形成所述一或更多个表面特征。
方面(8)与方面(7)的方法相关，其中所述一或更多种表面改性包括涂层、机械处理、及化学处理中的一或更多者。
方面(9)与方面(8)的方法相关，其中所述机械处理包括抛光、磨光、及研磨中的至少一者。
方面(10)与方面(8)或方面(9)的方法相关，其中所述化学处理包括酸蚀刻或浸出中的至少一者。
方面(11)与方面(7)到(10)中的任一者的方法相关，其中所述一或更多种表面改性包括UV暴露步骤、等离子体暴露步骤、或离子植入步骤。
方面(12)与方面(1)到(11)中的任一者的方法相关，其中所述一或更多个表面特征包括防眩光表面、防反射表面、涂覆表面、织纹表面、图案化表面、斜切边缘、倒角边缘、或圆边中的至少一者。
方面(13)与方面(1)到(12)中的任一者的方法相关，其中所述第一表面面积实质等于所述第一主要面的表面面积。
方面(14)与方面(1)到(12)中的任一者的方法相关，其中所述第一表面面积比所述第一主要面的表面面积小。
方面(15)与方面(1)到(14)中的任一者的方法相关，其中所述第二表面面积比所述第二主要面的表面面积小。
方面(16)与方面(15)的方法相关，其中所述第二表面面积为零。
方面(17)与方面(1)到(16)中的任一者的方法相关，其中将所述第二预定距离设置为与一对多个制品的所述第二主要面接触的空间。
方面(18)与方面(1)到(17)中的任一者的方法相关，其中所述间隔物是网片、线、玻璃纤维、金属条带、涂层、及箔中的至少一者。
方面(19)与方面(1)到(18)中的任一者的方法相关，其中所述多个强化制品中的每一者包括150微米或更小的翘曲(Δ翘曲)。
方面(20)与方面(1)到(19)中的任一者的方法相关，其中所述多个强化制品中的每一者包括50微米或更小的翘曲(Δ翘曲)。
方面(21)与方面(1)到(20)中的任一者的方法相关，其中每个制品包括玻璃组成，所述玻璃组成选自由以下项目所组成的群组：钠钙硅酸盐、碱铝硅酸盐、铝硼硅酸盐、及磷酸盐玻璃。
方面(22)与方面(1)到(21)中的任一者的方法相关，其中所述多个强化制品中的每一者包括小于所述制品的最大尺度的0.1％的最大翘曲。
方面(23)与方面(1)到(22)中的任一者的方法相关，其中所述多个强化制品各自包括由所述第一主要面所形成的第一强化主要面及由所述第二主要面所形成的第二强化主要面。
方面(24)与方面(1)到(23)中的任一者的方法相关，其中所述方法更包括以下步骤：在所述离子交换步骤之后，将所述多个强化制品中的至少一者设置在包括一或更多个真空孔洞的支撑面上，所述第二强化面面向所述支撑面；及通过所述真空孔洞向所述第二强化主要面与所述支撑面之间的空间施加真空。
方面(25)与方面(24)的方法相关，其中所述方法更包括以下步骤：将涂层涂敷于所述第一强化面。
方面(26)与方面(25)的方法相关，其中涂敷所述涂层的所述步骤是在施加所述真空的同时执行的。
方面(27)与一种依据前述请求项中的任一者的方法来制作的化学强化玻璃制品相关。
方面(28)与方面(27)的化学强化玻璃制品相关，其中所述化学强化玻璃制品是显示器或触控界面中的至少一者的覆盖玻璃。
方面(29)与一种载具内部组件相关，所述载具内部组件包括依据方面(1)到(26)中的任一者的方法来制作的强化制品。
方面(30)与方面(29)的载具内部组件相关，其中所述载具内部组件是仪表板、中央控制台、仪表组、显示器、触控界面、内部顶壁、方向盘、结构柱上的贴花、或门面板中的至少一者。
方面(31)与一种载具内部组件相关，所述载具内部组件包括：显示器；及强化覆盖制品，设置在所述显示器上方，所述制品包括：第一主要面及第二主要面，其中所述第二主要面包括表面改性，压缩应力区域，具有从所述第一主要面延伸的第一压缩应力层深(DOL)，及第二压缩应力DOL，从所述第二主要面延伸，其中所述第二DOL与所述第一DOL不同，其中所述第一主要面包括凹面形状，且所述第二主要面包括凸面形状。
方面(32)与方面(31)的载具内部组件相关，其中所述覆盖制品包括约40,000mm或更大的面积。
方面(33)与方面(31)或方面(32)的载具内部组件相关，其中所述第二主要面在所述表面改性上包括涂层。
方面(34)与方面(33)的载具内部组件相关，其中所述涂层是真空沉积的。
方面(35)与方面(33)或方面(34)的载具内部组件相关，其中所述涂层是防反射涂层。
方面(36)与方面(33)或方面(34)的载具内部组件相关，其中所述涂层是容易清洁涂层。
方面(37)与方面(33)到方面(36)中的任一者的载具内部组件相关，其中所述涂层是层迭在防反射涂层的顶部上的容易清洁涂层。
方面(38)与方面(31)到方面(37)中的任一者的载具内部组件相关，其中所述表面改性是防眩光表面。
方面(39)与方面(31)到方面(38)中的任一者的载具内部组件相关，其中所述第一DOL及所述第二DOL中的一者或两者为约35微米或更大。
方面(40)与方面(31)到方面(39)中的任一者的载具内部组件相关，其中所述第一主要面及所述第二主要面中的一者或两者包括约600MPa或更大的表面CS。
方面(41)与方面(31)到方面(40)中的任一者的载具内部组件相关，其中第二主要面被设置在所述显示器附近。
方面(42)与方面(31)到方面(40)中的任一者的载具内部组件相关，其中所述第一主要面被设置在所述显示器附近。
方面(43)与方面(31)到方面(42)中的任一者的载具内部组件相关，其中所述制品包括在从约-0.01到约小于-0.7的范围中的最大翘曲。
如本文中所使用的，用语“及/或”在用于二或更多个项目的列表中时，意指可以采用所列出的项目中的任何一者本身或可以采用所列出的项目中的二或更多者的任何组合。例如，若将组成描述为包含成分A、B、及/或C，则所述组成可以单独包含A；单独包含B；单独包含C；包含A及B的组合；包含A及C的组合；包含B及C的组合；或包含A、B、及C的组合。
在此文件中，例如为第一及第二、顶部及底部等等的关系用语仅用来将一个实体或行动与另一个实体或行动进行区隔，而不一定需要或暗示此类实体或行动之间的任何实际的此类关系或顺序。
本领域中的技术人员及制作或使用本公开内容的那些人将想到本公开内容的变体。因此，应了解，附图中所示出的及上文所描述的实施例仅是为了说明的目的且不旨在限制本公开内容的范围，如依据专利法的原理(包括等同原则)所解读的，所述范围是由以下的请求项所界定的。
本文中所使用的用语“约”意味着，数量、尺寸、配方、参数、及其他量及特性是不准确或不需要是准确的，而是依需要可以是近似及/或较大或较小的反射容差、转换因素、舍入、测量误差等等、及本领域中的技术人员所已知的其他因素。在将用语“约”用于描述值或范围的端点时，应将本公开内容了解为包括所指称的特定值或端点。无论本说明书中的数值或范围端点是否记载“约”，数值或范围端点都是要包括两种实施例：一种被“约”修饰，而一种不被“约”修饰。进一步了解到，范围中的每一者的端点与另一个端点相比是有意义的(significant)且是与另一个端点无关地有意义的。
本文中所使用的用语“实质”、“实质上”、及其变化旨在叙述，所述特征等于或几乎等于一个值或描述。例如，“实质平坦”的表面旨在指示平坦或几乎平坦的表面。并且，“实质”旨在指示两个值是相等或几乎相等的。在一些实施例中，“实质”可以指示在彼此约10％内的值，例如在彼此约5％内的值，或在彼此约2％内的值。
如本文中所使用的方向性用语(例如上、下、右、左、前、后、顶、底)是仅参照如所绘制的图式而作出的，且不是要暗示绝对的定向。
如本文中所使用的，用语“所述”或“一”意味着“至少一个”，且不应限于“只有一个”，除非明确地相反指示。例如，因此对于“一组件”的指称包括了具有二或更多个此类组件的实施例，除非上下文另有清楚指示。
虽然已经为了说明的目的阐述了示例性实施例及示例，但上述说明无论如何并不旨在限制公开内容及随附请求项的范围。因此，可以在不实质脱离本公开内容的精神及各种原理的情况下对上述实施例及示例作出变化及修改。旨在将所有此类修改及变化在本文中包括在此公开内容的范围内且由以下的权利要求书保护。

Claims (43)

1.一种制作强化制品的方法，包括以下步骤：
提供多个制品，每个制品包括玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷组成、以及第一主要面及第二主要面，所述第一主要面在第一表面面积上方具有一或更多个表面特征，所述第一表面面积比所述第二主要面上的所述一或更多个表面特征的第二表面面积大；
提供第一离子交换浴；及
通过将所述多个制品浸没在所述第一离子交换浴中执行离子交换步骤，以形成多个强化制品，
其中将所述多个制品布置在所述第一离子交换浴中，其中所述制品中的每一者的所述第一主要面用第一预定距离面向所述多个制品中的另一者的所述第一主要面或者另一个表面，且所述制品中的每一者的所述第二主要面用第二预定距离面向所述多个制品中的另一者的所述第二主要面或者另一个表面，及
其中将所述第一预定距离及所述第二预定距离中的至少一者选定为使得，在执行所述离子交换步骤之后，所述多个强化制品各自包括第一强化面及第二强化面，所述第一强化面由所述第一主要面所形成且具有凸面，所述第二强化面由所述第二主要面所形成且具有凹面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述离子交换步骤期间，进入所述第一主要面的离子交换量与进入所述第二主要面的离子交换量不同。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一预定距离比所述第二预定距离大。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述第二预定距离的范围从约0.02mm到约2.5mm。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述另一个表面是固持所述浴的容器的壁或固持所述多个制品中的至少一些的盒子的壁中的至少一者。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中进入所述第一主要面的离子交换量比进入所述第二主要面的离子交换量大。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，更包括以下步骤：向所述第一主要面及所述第二主要面中的至少一者执行一或更多种表面改性以形成所述一或更多个表面特征。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述一或更多种表面改性包括涂覆、机械处理和化学处理中的至少一者。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述机械处理包括抛光(polishing)、研磨(grinding)及研磨(lapping)中的至少一者。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述化学处理包括酸腐蚀和浸出中的至少一者。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的方法，其中所述一或更多种表面改性包括UV暴露步骤、等离子体暴露步骤、或离子植入步骤。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述一或更多个表面特征包括防眩光表面、防反射表面、涂覆表面、织纹表面、图案化表面、斜切边缘、倒角边缘、或圆边中的至少一者。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述第一表面积实质上等于所述第一主要面的表面积。
14.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其中所述第一表面积小于所述第一主要面的表面积。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述第二表面积小于所述第二主要面的表面积。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二表面积是零。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中将所述第二预定距离设置为与一对多个制品的所述第二主要面接触的空间。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述间隔物是网片、线、玻璃纤维、金属条带、涂层、及箔中的至少一者。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述多个强化制品中的每一者包括150微米或更小的翘曲(Δ翘曲)。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述多个强化制品中的每一者包括50微米或更小的翘曲(Δ翘曲)。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中每个制品包括玻璃组成，所述玻璃组成选自由以下项目所组成的群组：钠钙硅酸盐、碱铝硅酸盐、铝硼硅酸盐、及磷酸盐玻璃。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述多个强化制品中的每一者包括小于所述制品的最大尺度的0.1％的最大翘曲。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述多个强化制品各自包括由所述第一主要面所形成的第一强化主要面及由所述第二主要面所形成的第二强化主要面。
24.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法更包括以下步骤：
在所述离子交换步骤之后，将所述多个强化制品中的至少一者设置在包括一或更多个真空孔洞的支撑面上，所述第二强化面面向所述支撑面；及
通过所述真空孔洞向所述第二强化主要面与所述支撑面之间的空间施加真空。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述方法更包括以下步骤：将涂层涂敷于所述第一强化面。
26.根据权利要求25所述的方法，其中涂敷所述涂层的所述步骤是在施加所述真空的同时执行的。
27.一种化学强化玻璃制品，其由根据前述权利要求中任一项所述的方法制成。
28.根据权利要求27所述的化学强化玻璃制品，其中所述化学强化玻璃制品是显示器或触控界面中的至少一者的盖玻璃。
29.一种载具内部组件，包括根据权利要求1至26中任一项所述的方法制成的强化制品。
30.根据权利要求29所述的载具内部组件，其中所述载具内部组件是仪表板、中央控制台、仪表组、显示器、触控界面、内部顶壁、方向盘、结构柱上的贴花、或门面板是的至少一者。
31.一种载具内部组件，包括：
显示器；及
强化覆盖制品，设置在所述显示器上方，所述制品包括：
第一主要面及第二主要面，其中所述第二主要面包括表面改性，
压缩应力区域，具有从所述第一主要面延伸的第一压缩应力层深(DOL)，及
第二压缩应力DOL，从所述第二主要面延伸，其中所述第二DOL与所述第一DOL不同，
其中所述第一主要面包括凹面形状，且所述第二主要面包括凸面形状。
32.根据权利要求31所述的载具内部组件，其中所述覆盖制品包括约40,000mm或更大的面积。
33.根据权利要求31或32所述的载具内部组件，其中所述第二主要面在所述表面改性上包括涂层。
34.根据权利要求33所述的载具内部组件，其中所述涂层是真空沉积的。
35.根据权利要求33或34所述的载具内部组件，其中所述涂层是防反射涂层。
36.根据权利要求33或34所述的载具内部组件，其中所述涂层是容易清洁涂层。
37.根据权利要求33至36中任一项所述的载具内部组件，其中所述涂层是层迭在防反射涂层的顶部上的容易清洁涂层。
38.根据权利要求31至37中的任一项所述的载具内部组件，其中所述表面改性是防眩光表面。
39.根据权利要求31至38中的任一项所述的载具内部组件，其中所述第一DOL及所述第二DOL中的一者或两者为约35微米或更大。
40.根据权利要求31至39中的任一项所述的载具内部组件，其中所述第一主要面及所述第二主要面中的一者或两者包括约600MPa或更大的表面CS。
41.根据权利要求31至40中的任一项所述的载具内部组件，其中第二主要面被设置在所述显示器附近。
42.根据权利要求31至40中的任一项所述的载具内部组件，其中第一主要面被设置在所述显示器附近。
43.根据权利要求31至42中的任一项所述的载具内部组件，其中所述制品包括在从约-0.01到约小于-0.7的范围中的最大翘曲。
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