CN112684152B - 经过离子交换的化学强化含锂玻璃的表征方法 - Google Patents

Abstract

经过离子交换的化学强化含Li玻璃的表征方法包括：a)测量玻璃试样的模谱；b)使用模谱，估计与尖峰区域相关联的对中心张力的第一贡献，并且估计仅由于深部区域的对中心张力的第二贡献，其中，假设深部区域符合幂律型应力曲线；以及c)通过使对中心张力的第一和第二贡献相加来确定总中心张力。通过对总中心张力与提供最佳强度和耐久性的中心张力规格进行比较，所述方法可用于在玻璃试样的制造过程中进行品质控制。

Description

经过离子交换的化学强化含锂玻璃的表征方法

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2016/035449，国际申请日为2016年6月2日，进入中国国家阶段的申请号为201680032616.4，发明名称为“经过离子交换的化学强化含锂玻璃的表征方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请依据35 USC§119(e)要求于2015年6月4日提交的美国临时专利申请第62/170919号的优先权，通过引用将其纳入本文。

技术领域

本公开涉及经过化学强化的玻璃，具体而言，涉及经过化学离子交换的含锂玻璃的表征方法。

背景

经过化学强化的玻璃是经历过化学改性的玻璃，所述化学改性改善了至少一种强度相关特征，例如硬度、破裂耐性等。发现经过化学强化的玻璃特别用作基于显示器的电子装置的盖板玻璃，尤其是诸如智能电话和平板电脑这样的手持式装置的盖板玻璃。

在一种方法中，化学强化通过离子交换处理来实现，通过该离子交换处理，玻璃基质中的离子被从外部引入(例如从熔融浴引入)的离子取代。强化通常在取代离子大于原有离子(例如Na⁺离子被K⁺离子取代)时发生。离子交换处理产生从玻璃表面延伸进入玻璃基质内的折射率曲线。所述折射率曲线具有相对于玻璃表面测量的层深度或DOL，其限定离子扩散层的尺寸、厚度或“深度”。所述折射率曲线还限定多个应力相关特征，包括应力曲线、表面应力、中心张力、双折射率等。当所述曲线满足某些标准时，折射率曲线限定光学波导。

最近，具有大DOL(更具体而言，压缩深度深)的经过化学强化的玻璃已显示出在面坠落于坚硬粗糙表面上后具有优异的破裂耐性。含锂的玻璃(“含Li玻璃”)可允许进行快速离子交换(例如用Na⁺或K⁺置换Li⁺)以得到大DOL。在含Li玻璃中容易得到基本上为幂律型(例如，基本上为抛物线型)的应力曲线，其中，Na⁺的离子交换浓度曲线在基材的中心平面中相连，使深度不变的中心张力的传统中心区收缩为零或可以忽略不计的厚度。相关联的应力曲线具有可预测的且较大的压缩深度，例如为试样厚度的20％的量级，且该压缩深度相对于制造条件的变化而言十分稳健。

对于连接至接近表面的“尖峰”部分的深部区域，一种具有特定商业重要性的示例性幂律应力曲线是接近抛物线型(基本上为抛物线型)的曲线。当玻璃在其边缘上受力(例如，坠落的智能电话)时，或者当玻璃经历大幅度弯曲时，该尖峰部分(“尖峰”)特别有助于防止破裂。可通过在含有KNO₃的浴中进行离子交换来在含Li玻璃中实现尖峰。经常优选的是在具有KNO₃和NaNO₃的混合物的浴中得到尖峰，以使Na⁺离子也被置换。Na⁺离子比K⁺离子扩散得更快，因此比K⁺离子扩散得深至少一个量级。因此，曲线的更深部分(区域)主要由Na⁺离子形成，而曲线的较浅部分主要由K⁺离子形成。

为了将含Li玻璃化学强化成作为盖板玻璃以及用于其它应用时在商业上可行，必须将它们在制造过程中的品质控制到某些规格。该品质控制在很大程度上取决于对制造过程中的离子交换处理进行控制的能力，这需要快速且非破坏性地测量折射率(或应力)曲线的能力。

不幸的是，由于无法充分地以非破坏方式表征这些曲线，仍然需要对具有尖峰应力曲线的玻璃进行品质控制。这使得经过化学强化的含Li玻璃的制造难以进行，并且减缓了经过化学强化的含Li玻璃在市场中的采纳。

发明概述

本公开的一个方面涉及具有表面应力尖峰的经过化学强化的含Li玻璃的表征方法，所述表面应力尖峰通过例如用K⁺和Na⁺离子置换Li⁺(即，

Na⁺)的离子交换处理来生成。所述方法导致对表面压缩和尖峰深度及其对中心张力的贡献以及尖峰底部的压缩和总中心张力进行测量。

优选实施所述方法以得到具有商业重要性的应力曲线。这种曲线的一个例子在基材的大部分内部(“深部区域”)而不是毗邻基材表面的尖峰区域(“尖峰”)中符合幂律(例如，基本上为抛物线型)。尖峰通常由扩散得更慢(因此更浅)的K⁺离子形成，而幂律部分由扩散得更快(因此更深)的Na⁺离子形成。所述方法使得能够确认曲线达到幂律，例如具有自身一致性检查。所述方法还可包括对正在处理的玻璃试样进行品质控制。所述品质控制对于商业上可行的制造工艺来说是重要的。

所述方法的一个方面包含使用棱镜偶联系统对玻璃试样的K⁺尖峰层的模线(modeline)或条纹谱图进行测量，以计算表面应力(CS)、尖峰深度(DOS)和尖峰的中心张力(CT)贡献。此外，对与尖峰底部深度处的指标相对应的强度过渡的偏移进行测量，提供对于尖峰底部处应力的估计。尖峰深度(DOS_sp)和层深度(DOL)用于证实曲线的其余部分在幂律区段中。随后，假设曲线符合幂律，并且考虑尖峰的CT贡献，以对总CT进行估计。如果预计曲线会适度偏离幂律，则可利用目标CT中的调节因子来解释预计的偏离。如果需要，还对压缩深度(DOC)进行估计，并且考虑因尖峰而导致的DOC相对于幂律型曲线的DOC的降低。

在所述方法的另一个方面中，限定测量波长与曲线的Na⁺富集的更深部分的目标性质之间的关系，以帮助确保尖峰底部处压缩的精确测量以及CT和易碎性的最精确的估计。

在所述方法的另一个方面中，使对模谱(mode spectrum)的棱镜偶联测量与对增重的测量或对试样厚度和试样重量的测量相结合，以估计扩散入试样中的Na⁺的量。

本文所公开的方法的优势包括它们是非破坏性的和高通量的，并且可提供应力曲线的关键参数的高精度测量。这些参数包括压缩应力CS、尖峰深度DOS、层深度DOL、中心张力CT和基于中心张力CT的易碎性状态。

在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性，用来提供理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。

附图的简要说明

所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了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。因此，结合附图通过以下详细描述能够更完整地理解本公开，其中：

图1A是一种平面基材形式的示例性DIOX玻璃基材的高视角图；

图1B是图1A的DIOX基材取x-z平面的剖面特写图，其例示了横跨基材表面发生并进入基材主体中的双离子交换处理；

图1C示意性地例示了形成DIOX基材的DIOX处理的结果；

图2是图1C中所例示的DIOX基材的一种示例性折射率曲线n(z)的图示。

图3是一种含Li玻璃的示例性测量模谱的示意性图示，所述含Li玻璃通过使用NaNO₃和KNO₃的混合物的离子交换处理来形成，所述模谱包括TM(上半图)和TE谱图(下半图)，且还显示了如下文解释的曲线测量参数；

图4是应力(MPa)对归一化的位置坐标z/T的变化图，显示了经历了K⁺和Na⁺离子交换的经过化学强化的含Li玻璃试样的模型应力曲线(实线)，其中，虚线代表仅Na⁺扩散的模型曲线，注意到该模型曲线具有在分别位于z/T＝-0.5和+0.5的两个表面处发生的离子交换；

图5是应力(MPa)对归一化的位置坐标z/T的变化图，分开显示了应力曲线的尖峰部分、长扩散幂律部分以及尖峰加上幂律部分的图线；

图6是所测得的模谱的示意性图示，显示了一种示例性的经过化学强化的含Li玻璃试样的TE和TM模谱；以及

图7A和7B是强度I对分别沿着图6的TE和TM模谱的模线或条纹的模谱的距离x'的变化图。

发明详述

下面详细参考本公开的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同或类似的附图标记和符号来表示相同或类似的组件。附图并不一定按照比例绘制，本领域技术人员将会意识到附图被简化以图示本公开关键方面的地方。

所附的权利要求书结合入本详细描述，成为本详细描述的组成部分。

在以下讨论中，术语“幂律”是指一种函数，例如符合以下一般形式f(x)＝ax+bx²+cx³+dx⁴……，其中，a、b、c和d是系数。

图1A是一种示例性的玻璃基材的高视角图，其以经过离子交换的平面基材20的形式呈现，且具有主体21和(顶部)表面22，其中，主体具有基础(本体)折射率n_s、表面折射率n₀以及沿z方向的厚度T。图1B是经过离子交换的基材20取y-z平面的剖面特写图，其例示了一种横跨表面22发生并沿z方向进入主体21中的示例性的双离子交换(DIOX)处理。

在针对本文所述的方法讨论的DIOX处理中，两种不同类型的离子Na⁺和K⁺取代作为玻璃主体21一部分的另一种不同离子Li⁺。可使用已知的离子交换技术依序或同时将Na⁺和K⁺引入玻璃主体21中。如上所述，Na⁺离子比K⁺离子扩散得更快，因此能够进入玻璃主体21的更深处。如下文所述，这将会对所得到的折射率曲线和应力曲线产生影响。

图1C是所得到的DIOX处理的示意图，图2是例如图1C中所例示的经历了DIOX处理且具有折射率曲线的基材20的一种示例性折射率曲线n(z)的图示。相应的应力曲线可以σ(z)表示。折射率曲线n(z)包括与较浅的离子交换(K⁺离子)相关联的第一“尖峰”区域R1，其具有进入主体21内的深度D1，所述深度D1限定“尖峰的层深度”，其在下文中记为DOL_sp。折射率曲线n(z)还包括与较深的离子交换(Na⁺离子)相关联的第二区域R2，其具有深度D2，所述深度D2限定层深度(DOL)。

实践中，较深的第二区域R2可在较浅区域之前产生。区域R1毗邻基材表面22，且相对较陡和浅，而区域R2没有那么陡峭且相对较深地延伸进入基材中到达上述深度D2。在一个例子中，区域R1在基材表面22处具有最大折射率n₀，并且陡峭地逐步减小至中间折射率n_i，而区域R2从中间折射率更加缓和地逐渐减小至基材(本体)折射率n_s。折射率曲线n(z)在区域R1的部分代表折射率中具有深度DOS的“尖峰”。

图3是一种含Li玻璃的示例性测量模谱50的示意性图示，所述含Li玻璃通过使用NaNO₃和KNO₃的混合物的离子交换处理来形成，所述模谱包括各自具有模线52TM和52TE的TM和TE谱图50TM和50TE(分别为图的上半部分和下半部分)。玻璃类型是假想温度为638℃的196HLS。通过将玻璃试样放入390℃的具有60重量％的KNO₃和40重量％的NaNO₃的浴中3小时，来对玻璃进行

Na⁺离子交换处理。

本领域已知，模谱中的条纹或模线52TM和52TE可用于计算与形成光学波导的离子交换层相关联的表面压缩或“压缩应力”CS以及层深度DOL。在本例中，使用市售可得的棱镜偶联系统来得到模谱50，即使用购自鲁机欧有限公司(Luceo Co.,Ltd，日本东京)的FSM6000L表面应力计(“FSM系统”)。适用于实施本文所公开的方法的示例性棱镜偶联系统还在美国专利申请第2014/0368808和2015/0066393号中有所描述，通过引用将上述文献纳入本文。

所测得的CS和DOL的值分别为575MPa和4.5微米。这些是毗邻试样表面22的K⁺富集层或尖峰区域R1的参数。在图3中在谱图的左手边添加辅助垂直虚线，其显示谱图中的一些部分，在这些部分中，常规的FSM系统分配对应于TM和TE的表面折射率。这些部分中的差异与表面应力或压缩应力CS成比例。这些部分还被用于计算DOL。

本发明人已经认识到，在经历了

Na⁺离子交换的经过化学强化的含Li玻璃的模谱50中，观察到从谱图的明亮部分过渡至较暗部分的位置在TE谱50TE中相比于在TM谱50M中发生偏移，所述位置在对应于谱图中最高阶导模的最后一根条纹52之后。这种偏移与下述深度处的压缩应力CS成比例：在该深度处，尖峰区域R1中的K⁺浓度大约减小至基板中原有的恒定水平的浓度(例如，构成基材主体21的玻璃基质中在空间上恒定的浓度)。过渡的有效折射率对应于应力曲线中的特有“拐点”或过渡深度处所发生的有效折射率，且TE与TM谱之间的过渡的偏移与拐点深度处的应力成比例。

由离子交换导致的K⁺渗透所提供的模谱50的测量可与强度过渡(例如从全内反射(TIR)向局部反射的过渡，其由所使用的棱镜偶联系统中的临界反射角限定)中的偏移相结合，并被用于对提供优异破碎耐性的应力曲线族进行有效品质控制。这族曲线在形状上与具有尖峰(区域R1)的幂律曲线(区域R2)相似。相比于基材厚度T，尖峰在厚度上较小。例如，尖峰可为10微米深(即，DOL_sp＝10微米)，而基材可以是T＝800微米厚。尖峰可具有与补余误差函数(erfc)的形状相似的形状，但也可与线性深度分布、高斯深度分布或其它分布相似。尖峰的主要特征在于，其为相对较浅的分布，且其能够使由DOL_sp限定的尖峰底部处压缩水平上的表面压缩显著增加。

图4是应力(MPa)对归一化的位置坐标z/T的变化图，显示了经历了K⁺和Na⁺离子交换的化学强化含Li玻璃试样的模型应力曲线(实线)，其中，虚线代表仅Na⁺扩散的模型曲线(注意到该模型曲线具有在分别位于z/T＝-0.5和+0.5的两个表面处发生的离子交换)。该曲线具有抛物线型的较深部分或区域R2和表面尖峰部分或区域(或仅“尖峰”)R1。

在本公开中，所假设的约定为，压缩应力CS为正而拉伸应力为负。图4的模型曲线具有添加在较深的二次分布曲线R2顶部上的线性的尖峰R1。还从图4中发现尖峰的另一个特征在于，尖峰R1中应力分布的典型斜率明显大于曲线的较深部分R2中的典型斜率，假设其符合幂律，并且可为了进行可用于品质控制的测量而将其近似成抛物线型。

为了本公开的品质控制测量方法而被充分近似成抛物线型的曲线具有Na⁺离子分布，以使在从尖峰底部至厚度中心的深度范围内(即，从z＝DOL_sp至T/2)，最低Na⁺浓度位于厚度中心处(即，位于图4中的x/L＝0处)，且尖峰底部的浓度相对于厚度中心处的最低浓度的增加比深度等于厚度四分之一(即，T/4)处浓度的增加大约3-7倍。在一些情况中，尖峰深度内任意位置处的Na⁺浓度相对于基材中心处的浓度的增加可比深度等于厚度四分之一处的Na⁺浓度(相对于中心浓度)的增加大约3-7倍。

在所述方法的一种实施方式中，使用常规棱镜偶联测量来测量尖峰的CS和DOL，例如使用上述FSM系统来进行测量。随后，使用以下公式计算尖峰的CT贡献CT_sp：

其中，T是上文所述的样品厚度。假设为抛物线型的Na⁺曲线对中心张力的贡献CT_par可以下式计算：

CT_par≈|0.5_拐点|。

其中，σ_拐点是曲线拐点处的应力，例如是尖峰底部处的应力，并且以下式给出：

其中，

和

是图1所示的临界角度强度过渡的有效折射率。SOC是应力光学系数。

如图2中的虚线所示，可将假设的幂律曲线看作辅助曲线，其不包括尖峰，且使曲线形状一直延伸至试样的表面。该辅助曲线是受力平衡的，且具有其自身的CT，从而从模型尖峰幂律曲线的幂律部分垂直偏移。辅助曲线具有如下给出的压缩深度：

总中心张力等于尖峰和幂律部分的贡献之和：

CT_tot＝CT_par+CT_sp.。

可使用以下表达式来计算尖峰幂律曲线的压缩深度DOC：

当尖峰的CT贡献显著小于辅助幂律曲线的CT贡献时，上式末端处的近似表达式有效。

总而言之，上文所述的方法包括：1)测量由尖峰而产生的模谱，并且估计尖峰对中心张力的贡献；2)使用上述模谱来测量临界角的偏移；3)估计拐点处的压缩，其与基本上幂律曲线和尖峰的贡献成比例。

此外，可通过使用模型曲线的准确公式来估计曲线的压缩深度DOC，或者使用近似公式来估计，该近似公式给出的DOC是(例如抛物线型或近似抛物线型的)辅助幂律曲线的DOC减去因尖峰而导致的小的DOC减小值。

此外，在一种示例性的实施方式中，使用尖峰深度DOL_sp来证实曲线的较深部分(区域2)位于由幂律曲线形状良好表示的状态。具体而言，随着尖峰的DOL_sp的增加，Na⁺的渗透与尖峰的DOL_sp成比例地增加。因此，对于使用K⁺和Na⁺同时向内扩散的玻璃，可为任意特定玻璃厚度设定最小DOL_sp，在所述最小DOL_sp以上，曲线的较深部分可被看作符合幂律。在另一个例子中，还可强制引入DOL_sp的上限，以排除开始基本上从因应力松弛而导致的抛物线型模型偏离的物理曲线，其可在高温下的很长时间的离子交换中变得明显。

上文所述的方法是一种更加精确的方法的略微简化版本。当尖峰的CT贡献远小于辅助幂律曲线的CT贡献时，上述简化只会导致小误差。尖峰的CT贡献使幂律部分相对于辅助幂律曲线垂直偏移了CT_sp量。其结果是，模型尖峰曲线拐点处的压缩实际上比辅助曲线在拐点深度处的压缩小CT_sp量。

此外，表面与拐点深度之间的辅助幂律曲线的压缩的变化小，并且对于受力平衡的幂律曲线，CT实际上等于表面压缩的一半。

以下步骤表示了一种用于由棱镜偶联测量来确定模型尖峰幂律曲线的参数的更加精确的方法的一个例子：

a)计算初步

b)计算初步

c)(任选地替代步骤4、5和6)计算初步

和

d)计算更精确的

e)计算更精确的

和

f)计算更精确的；

g)(任选的)—可继续进行迭代，找出CT_sp和CS_par的越来越精确的值，直至到达会聚或精确的所需水平。很少使用多于一次迭代，因为实际的曲线不太会是精确的幂律且具有精确的线性尖峰。在相对较薄的基材中，多于一次迭代可能是有用的，其中，尖峰的深度可展现出大于基材厚度的约3％。

h)(任选的)例如使用下式的一种形成来确定曲线的压缩深度DOC：

在直接处理由常规手段测得且并非为实际的层深度或尖峰位置的DOL的情况中，可能需要作一系列近似，其中的一些具有经验性质。

在许多情况中，幂律曲线可被估计为抛物线型或基本上为抛物线型，即，估计为幂为2。在另一些情况中，基本上非线性的扩散可导致应力曲线较深部分的形状最好由相对高阶的幂律曲线(例如幂为3，即三次方或更高)来表示。可使用采用高于抛物线型的曲线的方法来改善精度，籍此，品质控制模型能够代表实际应力曲线，并且以这种方式来增加离子交换条件的范围，在该范围内，品质控制方法可对于所感兴趣的特定玻璃有效。

例如，对于抛物线型曲线，CS对CT之比的绝对值是2。类似地，对于三次方曲线，相对应的比值为3，且相对于四次方曲线，该比值为4。使用3/2的幂的受力平衡的曲线图示具有1.8的CS对CT之比。注意到对于幂函数曲线，当幂不是偶数时，该曲线可构建成幂函数的绝对值。在提到的例子中，对于幂为3/2的曲线，无尖峰的辅助曲线的压缩深度是0.23T，对于幂律曲线是0.21T，对于三次方曲线是0.185T，且对于四次方曲线是0.165T。

一旦发现模型曲线形状代表中心相连的浓度和应力曲线的相对稳定的形状，就可为本发明的品质控制方法的应用中的辅助曲线使用相应的CS与CT之比以及DOC估值。

因此，在本发明的更一般的实施方式中，可用自中心的距离的幂函数的对称绝对值来代表尖峰曲线的辅助的较深部分，并且使用具有模型函数形状的受力平衡的曲线的相关CS对CT之比来从拐点处测得的压缩或在表面处估计的压缩估计CT。如果还要寻找压缩深度，则模型曲线的压缩深度可被用作近似参考，或者可如同在示例性的尖峰幂律曲线中做作的那样对完全受力平衡的模型曲线的压缩深度进行计算。在一个例子中，CS对CT之比的范围从约1.8至约4，而辅助的模型曲线的DOC在约0.16T至约0.23T的范围内。

图5是应力(MPa)对归一化的位置坐标x/L的变化图，分开显示了应力曲线的尖峰部分、长扩散幂律部分以及尖峰加上幂律部分的图线。另一种实施方式使用如图4所示的抛物线型辅助曲线，并且采用以下受力平衡的幂律曲线(红实线)的表达式：

使用常规测量(例如，使用上述FSM系统)来测量尖峰的“FSM_DOL”，近似作为通过

给出的扩散深度，其中，D为扩散系数，而τ为扩散时间。随后，通过使用上述约1.25×FSM_DOL使得尖峰的大部分区域被包括在内的事实，能够得到因尖峰贡献而导致的CT的近似公式，即：

点σ₂′(1.25×FSM_DOL)尽管不等于尖峰锂玻璃试样中导模与连续统之间的过渡之间的CS，但可接受地接近该CS。该点被称为CS_拐点，且作为合理近似而示于图3中。对由玻璃更深处的CT_尖峰的贡献而导致的应力和偏移进行近似也是合理的。

由于相比于曲线的尖峰部分，幂律曲线会缓慢变化，可以假设幂律区域中约(2-3)×FSM_DOL处的应力不会察觉到尖峰的存在。因此，其符合：

和

通过使用(1)中的抛物线型幂律公式，可建立以下关系：

和

用数字表示，可以证明如果使用因子2而不是3，则结果几乎是相同的，在一些情况中仅变化σ₁(0)的1％-2％。因此，如果能够找到FSM中

或

的近似值，则可使用公式(6)来计算该误差范围内的第一应力抛物线的原始应力。

实践中，可通过对在Li玻璃试样的尖峰中的导模和连续统之间的过渡处产生的应力进行检测来近似地测量约

至

近似约

至

的该点可用作图3中所示的点CS_拐点，其可作为合理近似通过计算TM和TE谱中的这些线(条纹)之间的距离以及它们的折射率来测量。根据材料的应力光学系数(SOC)，该点处的折射率差除以SOC将会得到CS_拐点应力值。

除了FSM_DOL以外，FSM还给出了尖峰的CS～σ₂′(0)。因此，CT_抛物线＝CT_par～σ₁(0)/2，且CT_尖峰在(2)中给出(为了方便，重复如下)：

自此，能够(通过重复之前的公式)在之后计算等于尖峰和幂律部分的贡献之和的总中心张力：

CT_tot＝CT_par+CT_尖峰 (7)。

如果需要，可使用以下表达式来计算/估计尖峰幂律曲线的压缩深度：

这些公式假设曲线的较深部分在本质上近似于抛物线，并且在表面附近添加有尖峰。当尖峰在应力幅度上较小且相比于曲线中更深的幂律部分而言不是那么深时，其有效性能够较好地匹配。

本公开的一个方面是使用利用上述公式的算法来处理测得的模谱。图6是所测得的模谱的示意性图示，显示了一种示例性的经过化学强化的含Li玻璃试样的基于实际测得的模谱的TE和TM模谱。在此情况中，将σ₂′(1.25×FSM_DOL)～CS_拐点和

看作是合理近似，可发现：

FSM_DOL＝DOL_sp＝7.77μm

σ₂′(0)＝CS_尖峰＝482.6MPa

CS_拐点＝138.8MPa

CT_尖峰＝4.23MPa

CS_抛物线＝σ₁′(0)＝172.3MPa

CT_抛物线＝86.14MPa

CT_总＝90.4MPa

DOC_抛物线＝169μm

DOC_总＝163.4μm

上文所述的拐点处压缩的测量方法具有一些精度极限。对于任意特定的测量波长，存在尖峰DOL的某些准周期范围(quasi-periodic range)，在这些范围内，临界角度偏移的测量精度降低。导致所述临界角度偏移的测量精度降低的原因在于，随着DOL自临界角度过渡呈清晰状态的范围的增加，出现了接近该临界角的有效折射率的漏模。

在图3的例子中，可在TM模谱中观察所述漏模的信号，其为紧邻自亮至暗的过渡的右手边的超暗且相对较窄的谱带。当漏模具有十分接近临界角折射率的有效折射率时，临界角过渡的形状被该漏模改变，导致在偏移的测量中产生误差。当漏模只影响TM谱的临界角过渡时，拐点处的压缩被略微高估。当其只影响TE谱的临界角过渡时，拐点处的压缩被略微低估。当漏模对TM和TE过渡都有影响时，拐点处压缩的净误差可正可负，且与仅一种偏振的过渡受到实质性影响时的误差相比是较小的。

因此，本文所公开的测量方法的一些方面涉及消除或减轻拐点压缩测量中因为存在漏模而导致的误差。在一种实施方式中，对目标DOL_sp进行选择，以使对于TM偏振或TE偏振而言，漏模的有效折射率都不接近于临界角过渡。如果DOL_sp的这样一个选择在总体产品应力曲线设计的优选范围内无法得到，则对测量波长进行选择，以使该测量波长处的漏模在任一偏振处不接近临界角。DOL的传统测量方式是通过将模的一部分分配给更高阶导模与临界角之间的折射率范围，目的在于模计数，以通过使用连续变化的模数来提供连续测量的DOL作为逐渐增加的扩散深度的函数。

DOL的公式为：

其中，n为测得的波导层的近似平均折射率，且Δn为假设具有截断的线性曲线的波导的最大折射率与最小折射率之间的差值。在测量尖峰的情况中，Δn是指应力曲线中表面折射率与拐点处折射率之间的差值。N是连续模数。在图3的例子中，对于TM谱，N约为2.6个模态，对于TE谱，N约为2.4个模态。

选择优选的目标DOL或优选的测量波长的条件是对于TM偏振和TE偏振，模数N的非整数部分在约0.1至0.6之间。因此，在本发明的一种实施方式中，对尖峰波长和深度的测量使得对于两种偏振，模数的非整数部分在约0.1至0.6之间，优选在0.2至0.55之间。

在另一种限制更宽松的实施方式中，在对所测得的临界过渡的偏移进行解释的过程中对漏模效应进行了修正。将TM和TE中的每一个的模数的非整数部分纳入考虑，并且进行针对漏模效应的修正。为此，可使用对测量拐点压缩上的各偏振的漏模效应进行校准。在一个例子中，在相同的盐混合物以及相同温度下制造具有以小步长增加的DOL_sp的一系列试样，并且用这些试样进行校准。拐点处的实际压缩随DOL_sp的增加而单调且平滑地减小，而因漏模而引起的误差则导致估计的压缩在实际压缩对DOL_sp的平滑依赖关系上下方波动。通过跟踪波动对TM和TE模数的非整数部分的依赖性，得到对必要修正的校准。

在另一种实施方式中，对临界角附近的强度曲线进行分析，基于强度曲线的形状和非整数的模数来估计漏模的贡献，并且在强度曲线中对估计的贡献进行修正，以计算临界角的更精确位置。对于TM和TE偏振，上述操作独立进行，且在利用强度修正找到TM和TE临界角后，估计拐点处的应力。

在另一种实施方式中，结合棱镜偶联测量使用因离子交换而导致的增重。可使用该增重来证明已使用足够多的Na离子对Li离子进行了置换，以使得使用幂律曲线模型能够有效地进行品质控制。为此，基于试样的总表面积以及试样厚度来为离子交换规定可接受的目标增重范围。在离子交换前后对具有代表性的试样的重量进行测量，且如果测得的每个试样的增重落入目标范围内，则认为品质控制棱镜偶联测量是有效的。

在所述方法的另一种实施方式中，利用了试样形状的精确控制以及在生产过程中常见的单一试样厚度的测量。在该情况下，可通过简单地对试样厚度进行高精度(例如+/-2微米)测量，并且对离子交换后的试样重量进行测量，来证明该试样已经取得了足够的增重。从已知的形状规格、测得的厚度以及离子交换前的玻璃的已知密度，来计算离子交换前的试样重量。可应用修正因子，其针对的是因离子交换而导致的典型的体积变化。随后通过测得的离子交换后重量减去估计的交换前重量来估计增重。如果增重落入目标范围，则认为足以用品质控制模型曲线来代表该曲线，并且认为棱镜偶联QC测量是有效的。

本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离所附权利要求中定义的本公开的精神或范围的情况下，对本文所述的本公开的优选实施方式进行各种修改。因此，本文覆盖这些实施方式的修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求和其等同内容的范围之内。

Claims (8)

1.一种对经过化学强化的含Li玻璃试样中的中心张力CT进行测量的方法，所述经过化学强化的含Li玻璃试样具有表面和主体，所述主体具有厚度T，其中，所述玻璃试样按下述方式进行强化：进行离子交换处理，所述离子交换处理用Na⁺和K⁺离子置换所述玻璃试样中的Li⁺离子，其中，K⁺离子和Na⁺离子限定应力曲线，所述应力曲线包括毗邻所述试样表面且基本上由K⁺离子限定的尖峰区域和从所述尖峰区域的底部延伸进入所述玻璃主体内且基本上由Na⁺离子限定的深部区域；所述尖峰区域和深部区域在具有拐点深度DOL_sp的拐点处连接，所述方法包括：

a)使用棱镜偶联系统测量所述玻璃试样的TE模谱和TM模谱；

b)由所述模谱：

i)估计由尖峰区域产生的表面压缩应力CS_sp；

ii)使用以下关系式，估计仅用于尖峰区域的尖峰中心张力CT_sp：

iii)使用以下关系式，估计拐点处的拐点应力CS_拐点：

式中，

和

分别是所述TE模谱和TM模谱中临界角度强度过渡的有效折射率，SOC是应力光学系数；以及

iv)使用拐点应力CS_拐点，估计仅由深部区域产生的深部区域中心张力CT_par，以及用于深部区域中心张力CT_par的抛物线型曲线近似，其中CT_par≈|0.5CS_拐点|；以及

c)通过关系式CT_sp+CT_par估计玻璃试样的中心张力CT。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括非破坏性地进行步骤a)至c)。

3.一种对经过化学强化的含Li玻璃试样中的中心张力CT进行测量的方法，所述经过化学强化的含Li玻璃试样具有表面和主体，所述主体具有厚度T，其中，所述玻璃试样通过进行离子交换处理来强化，所述玻璃试样具有应力曲线，所述应力曲线包括毗邻所述表面的尖峰区域和从所述尖峰区域的底部延伸进入所述玻璃主体内的深部区域，所述方法包括：

a)使用棱镜偶联系统测量所述玻璃试样的模谱，所述棱镜偶联系统具有控制器；

b)使用控制器，从所述模谱估计：

(i)仅用于尖峰区域的第一中心张力，所述第一中心张力使用以下关系式估计：

式中，CS_sp是表面压缩应力，DOL_sp是连接所述尖峰区域和深部区域的拐点深度；以及

(ii)仅用于深部区域的第二中心张力，所述第二中心张力使用用于深部区域的幂律型应力曲线近似估计；以及

c)通过所述第一中心张力和第二中心张力相加来估计控制器中用于所述玻璃试样的总中心张力CT。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述幂律型应力曲线基本上为抛物线型。

5.一种对经过化学强化的含Li玻璃试样进行品质控制的方法，该方法包括：

a)使用棱镜偶联系统测量所述玻璃试样的模谱，所述棱镜偶联系统具有控制器；

b)使用控制器，确定所述模谱的模数的非整数部分；以及

c)比较模谱的模数的非整数部分与模谱的模数的非整数部分的规定以确定所述玻璃试样是否满足品质控制的规定，其中，模谱的模数的非整数部分的规定为大于或等于0.1至小于或等于0.6。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述模数的非整数部分确定为用于TM偏振和TE偏振。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，将用于TM偏振和TE偏振两者的模数的非整数部分与模数的非整数部分的规定进行比较。

8.一种对经过化学强化的含Li玻璃试样中的压缩深度DOC进行测量的方法，所述经过化学强化的含Li玻璃试样具有表面和主体，所述主体具有厚度T，其中，所述玻璃试样按下述方式进行强化：进行离子交换处理，所述离子交换处理用Na⁺和K⁺离子置换所述玻璃试样中的Li⁺离子，所述方法包括：

a)使用棱镜偶联系统测量所述玻璃试样的模谱；以及

b)使用以下表达式，由所述模谱估计DOC：

其中，CT_tot＝CT_par+CT_sp，并且

包括估计：

i)仅由尖峰区域产生的尖峰中心张力CT_sp，所述CT_sp使用以下关系式估计：

式中，CS_sp是表面压缩应力，DOL_sp是在拐点处连接所述尖峰区域和深部区域的拐点深度；以及

ii)仅由深部区域产生的深部区域中心张力CT_par，所述CT_par使用以下关系式估计：

CT_par≈|0.5CS_拐点|

式中，

式中，

和

是临界角度强度过渡的有效折射率，SOC是应力光学系数。

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