CN113039162A - 可水蒸气强化的不含碱性玻璃组合物 - Google Patents

可水蒸气强化的不含碱性玻璃组合物 Download PDF

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Abstract

通过将基于玻璃的基材暴露于含水蒸气环境形成基于玻璃的制品，其包括从基于玻璃的制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力层。基于玻璃的基材基本不含或者不含碱金属氧化物。形成基于玻璃的制品的方法可以包括提升的压力和/或多次暴露于含水蒸气环境。

Description

可水蒸气强化的不含碱性玻璃组合物
相关申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119，要求2018年11月16日提交的美国临时申请系列第62/768,342号的优先权，本文以其作为基础并将其全文通过引用结合于此。
背景技术
技术领域
本公开内容涉及通过蒸汽处理强化的基于玻璃的制品，用于形成基于玻璃的制品的不含碱性玻璃组合物，以及对基于玻璃的制品进行强化的蒸汽处理方法。
技术背景
便携式电子装置(例如，智能手机、平板和可穿戴装置(例如，手表和健身追踪器))持续变得越来越小和越来越复杂。由此，常规用于此类便携式电子装置的至少一个外表面上的材料也持续变得越来越复杂。例如，随着便携式电子装置变得越来越小和越来越薄从而符合消费者需求，用于这些便携式电子装置的显示器覆盖和外壳也变得越来越小和越来越薄，导致对于用于形成这些组件的材料更高的性能要求。
因此，为了用于便携式电子装置，存在对于展现出更高性能(例如，抗破坏性)以及较低的成本和便于制造的材料需求。
发明内容
在方面(1)中，提供了基于玻璃的制品。基于玻璃的制品包括：小于2mm的厚度；以及从基于玻璃的制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力层。基于玻璃的制品基本不含碱性氧化物，压缩应力层包括大于或等于10MPa的压缩应力，以及压缩深度大于5μm。
在方面(2)中，提供了方面(1)的基于玻璃的制品，其还包括从基于玻璃的制品的表面延伸到层深度的含氢层，其中，含氢层的氢浓度从最大氢浓度开始到所述层深度是减小的。
在方面(3)中，提供了方面(1)或(2)的基于玻璃的制品，其中，压缩应力大于或等于100MPa。
在方面(4)中，提供了方面(1)至(3)中任一项的基于玻璃的制品，其中，压缩深度大于或等于10μm。
在方面(5)中，提供了方面(1)至(4)中任一项的基于玻璃的制品，其中，厚度小于或等于1mm。
在方面(6)中，提供了方面(1)至(5)中任一项的基于玻璃的制品，其中，具有与基于玻璃的制品的中心相同组成的玻璃的热膨胀系数小于10ppm。
在方面(7)中，提供了方面(1)至(6)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于2摩尔％至小于或等于10摩尔％P2O5。
在方面(8)中，提供了方面(1)至(7)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于5摩尔％至小于或等于10摩尔％P2O5。
在方面(9)中，提供了方面(1)至(8)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于15摩尔％B2O3。
在方面(10)中，提供了方面(9)的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心基本不含P2O5。
在方面(11)中，提供了方面(1)至(10)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含SiO2和Al2O3。
在方面(12)中，提供了方面(1)至(11)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含SnO2。
在方面(13)中，提供了方面(1)至(12)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含以下至少一种：MgO、CaO、SrO和BaO。
在方面(14)中，提供了消费者电子产品。消费者电子产品包括：包含前表面、背表面和侧表面的外壳；至少部分位于外壳内的电子组件，所述电子组件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻；以及布置在显示器上方的覆盖基材。外壳或者覆盖基材中的至少一个的至少一部分包含方面(1)至(13)中任一项的基于玻璃的制品。
在方面(15)中，提供了基于玻璃的制品。基于玻璃的制品包括从基于玻璃的制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力层。基于玻璃的制品基本不含碱性氧化物，压缩层包括大于或等于10MPa的压缩应力，压缩深度大于5μm，以及具有与基于玻璃的制品的中心相同组成的玻璃的热膨胀系数小于10ppm。
在方面(16)中，提供了方面(15)的基于玻璃的制品，其还包括从基于玻璃的制品的表面延伸到层深度的含氢层，其中，含氢层的氢浓度从最大氢浓度开始到所述层深度是减小的。
在方面(17)中，提供了方面(15)或(16)的基于玻璃的制品，其中，压缩应力大于或等于100MPa。
在方面(18)中，提供了方面(15)至(17)中任一项的基于玻璃的制品，其中，压缩深度大于或等于10μm。
在方面(19)中，提供了方面(15)至(18)中任一项的基于玻璃的制品，其中，厚度小于或等于1mm。
在方面(20)中，提供了方面(15)至(19)中任一项的基于玻璃的制品，其中，具有与基于玻璃的制品的中心相同组成的玻璃的热膨胀系数小于8ppm。
在方面(21)中，提供了方面(15)至(20)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于2摩尔％至小于或等于10摩尔％P2O5。
在方面(22)中，提供了方面(15)至(21)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于5摩尔％至小于或等于10摩尔％P2O5。
在方面(23)中，提供了方面(15)至(22)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于15摩尔％B2O3。
在方面(24)中，提供了方面(23)的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心基本不含P2O5。
在方面(25)中，提供了方面(15)至(24)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含SiO2和Al2O3。
在方面(26)中，提供了方面(15)至(25)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含SnO2。
在方面(27)中，提供了方面(15)至(25)中任一项的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含以下至少一种：MgO、CaO、SrO和BaO。
在方面(28)中，提供了消费者电子产品。消费者电子产品包括：包含前表面、背表面和侧表面的外壳；至少部分位于外壳内的电子组件，所述电子组件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻；以及布置在显示器上方的覆盖基材。外壳或者覆盖基材中的至少一个的至少一部分包含方面(15)至(27)中任一项的基于玻璃的制品。
在方面(29)中，提供了一种方法。方法包括：将基于玻璃的基材暴露于相对湿度大于或等于75％的环境以形成基于玻璃的制品，所述基于玻璃的制品具有从基于玻璃的制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力层。基于玻璃的基材基本不含碱性氧化物；压缩深度大于或等于5μm，以及压缩应力层包括大于或等于10MPa的压缩应力。
在方面(30)中，提供了方面(29)的方法，其中，相对湿度是100％。
在方面(31)中，提供了方面(29)或(30)的方法，其中，环境的压力大于或等于0.1MPa。
在方面(32)中，提供了方面(29)至(31)中任一项的方法，其中，基于玻璃的基材具有小于10ppm的热膨胀系数。
在方面(33)中，提供了方面(29)至(32)中任一项的方法，其中，基于玻璃的基材的厚度小于或等于2mm。
在方面(34)中，提供了方面(29)至(33)中任一项的方法，其中，基于玻璃的基材包含大于或等于2摩尔％至小于或等于10摩尔％P2O5。
在方面(35)中，提供了方面(29)至(34)中任一项的方法，其中，基于玻璃的基材的包含大于或等于15摩尔％B2O3。
在方面(36)中，提供了方面(35)的方法，其中，基于玻璃的基材基本不含P2O5。
在方面(37)中，提供了方面(29)至(36)中任一项的方法，其中，基于玻璃的基材包含SiO2和Al2O3。
在方面(38)中，提供了方面(29)至(37)中任一项的方法，其中，基于玻璃的基材包含SnO2。
在方面(39)中，提供了方面(29)至(38)中任一项的方法，其中，基于玻璃的基材包含以下至少一种：MgO、CaO、SrO和BaO。
在方面(40)中，提供了方面(29)至(39)中任一项的方法，其中，基于玻璃的制品包括从基于玻璃的制品的表面延伸到层深度的含氢层，其中，含氢层的氢浓度从最大氢浓度开始到所述层深度是减小的。
在方面(41)中，提供了方面(29)至(40)中任一项的方法，其中，压缩应力大于或等于100MPa。
在方面(42)中，提供了方面(29)至(41)中任一项的方法，其中，压缩深度大于或等于10μm。
从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出这些及其他方面、优点和显著特征。
附图说明
图1是根据实施方式的基于玻璃的制品的横截面代表。
图2A是结合了任意本文所揭示的基于玻璃的制品的示例性电子装置的平面图。
图2B是图2A的示例性电子装置的透视图。
图3是根据实施方式的各种水化锋面分布(hydration front profile)的示意性代表。
具体实施方式
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。还要理解的是，除非另外指出，否则术语如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等是方便词语，不构成对术语的限制。除非另外说明，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子范围。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)”。还要理解的是，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“基于玻璃”以其最广泛的意义来使用，包括全部或部分由玻璃(包括玻璃陶瓷，其包含晶相和残留的无定形玻璃相)制成的任何物体。除非另有说明，否则本文所述的玻璃的所有组分以摩尔百分比(摩尔％)表示，并且组成是以氧化物计。除非另有说明，否则所有温度都表述为摄氏度(℃)。
要注意的是，本文可以用术语“基本上”和“约”来表示可能由任何定量比较、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。例如，“基本不含K2O”的玻璃是这样一种玻璃，其中，没有主动将K2O添加或者配料到玻璃中，但是可能以非常少量作为污染物存在，例如，它的量是小于约0.01摩尔％。如本文所用，当术语“约”用于修饰数值时，也公开了具体数值。例如，术语“大于约10摩尔％”也公开了“大于或等于10摩尔％”。
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。
通过如下方式形成本文公开的基于玻璃的制品：对基于玻璃的基材进行蒸汽处理，产生从制品的表面延伸到压缩深度(DOC)的压缩应力层。压缩应力层包括从最大应力开始到压缩深度是减小的应力。在一些实施方式中，最大压缩应力可以位于基于玻璃的制品的表面处。如本文所用，压缩深度(DOC)指的是基于玻璃的制品内的应力从压缩变化为拉伸的深度。因此，基于玻璃的制品还含有具有最大中心张力(CT)的拉伸应力区域，从而平衡了基于玻璃的制品中的力。
基于玻璃的制品还包括从制品的表面延伸到层深度的含氢层。含氢层包括氢浓度，所述氢浓度从基于玻璃的制品最大氢浓度开始到所述层深度是减小的。在一些实施方式中，最大氢浓度可以位于基于玻璃的制品的表面处。
可以通过如下方式形成基于玻璃的制品：将基于玻璃的基材暴露于含水蒸气的环境，从而允许氢物质渗透基于玻璃的基材并形成具有含氢层和/或压缩应力层的基于玻璃的制品。如本文所用，氢物质包括分子水、羟基、氢离子和水合氢离子。可以对基于玻璃的基材的组成进行选择以促进氢物质相互扩散进入玻璃中。如本文所用，术语“基于玻璃的基材”指的是在暴露于用于形成包括含氢层和/或压缩应力层的基于玻璃的制品的水蒸气环境之前的前体。类似地，术语“基于玻璃的制品”指的是包括含氢层和/或压缩应力层的发生暴露之后的制品。
本文公开的基于玻璃的制品可以在没有经受常规离子交换、热回火或层叠处理的情况下展现出压缩应力层。离子交换工艺产生了用过的熔盐浴的形式的明显浪费，这需要成本高昂的处置，并且还仅仅适用于一些玻璃组合物。热回火的实践方式需要厚(thich)的玻璃试样，因为薄片的热回火采用小气隙猝冷工艺，这会导致片材划痕损坏，从而降低性能和产率。此外，当对薄玻璃片进行热回火时，难以在表面和边缘区域上实现均匀压缩应力。当将大型片材切割至可用尺寸时，层叠工艺导致暴露的拉伸应力区域，这是不合乎希望的。
相比于离子交换处理，由于没有使用熔盐，用于形成基于玻璃的制品的水蒸气处理实现了减少的浪费和较低的成本，并且可以采用基于不含碱性玻璃的基材。水蒸气处理还能够对薄(<2mm)的低成本玻璃进行强化，在此类厚度下，热回火会是不合适的。此外，可以以部件水平进行水蒸气处理，避免了与层叠工艺相关的不合乎希望的暴露拉伸应力区域。总结来说，本文公开的基于玻璃的制品可以以低厚度和低成本进行生产，同时展现出高压缩应力和深的层深度。
如图1所示是根据一些实施方式的基于玻璃的制品100的代表性横截面。基于玻璃的制品100具有在第一表面110与第二表面112之间延伸的厚度t。第一压缩应力层120从第一表面110延伸到第一压缩深度，其中，第一压缩深度具有从第一表面110开始测量的进入到基于玻璃的制品100中的深度d1。第二压缩应力层122从第二表面112延伸到第二压缩深度，其中，第二压缩深度具有从第二表面112开始测量的进入到基于玻璃的制品100中的深度d2。在第一压缩深度与第二压缩深度之间存在拉伸应力区域130。在实施方式中，第一压缩深度d1可以基本等于或者等于第二压缩深度d2。
在一些实施方式中，基于玻璃的制品的压缩应力层可以包括大于或等于10MPa的压缩应力，例如：大于或等于20MPa，大于或等于30MPa，大于或等于40MPa，大于或等于50MPa，大于或等于60MPa，大于或等于70MPa，大于或等于80MPa，大于或等于90MPa，大于或等于100MPa，大于或等于110MPa，大于或等于120MPa，大于或等于130MPa，大于或等于140MPa，大于或等于145MPa，大于或等于150MPa，大于或等于160MPa，大于或等于170MPa，大于或等于180MPa，大于或等于190MPa，大于或等于200MPa，大于或等于210MPa，大于或等于220MPa，大于或等于230MPa，大于或等于240MPa，大于或等于250MPa，大于或等于260MPa，大于或等于270MPa，大于或等于280MPa，大于或等于290MPa，或者更大。在一些实施方式中，压缩应力层可以包括大于或等于10MPa至小于或等于300MPa的压缩应力，例如：大于或等于20MPa至小于或等于290MPa，大于或等于20MPa至小于或等于280MPa，大于或等于30MPa至小于或等于270MPa，大于或等于40MPa至小于或等于260MPa，大于或等于50MPa至小于或等于250MPa，大于或等于60MPa至小于或等于240MPa，大于或等于70MPa至小于或等于230MPa，大于或等于80MPa至小于或等于220MPa，大于或等于90MPa至小于或等于210MPa，大于或等于100MPa至小于或等于200MPa，大于或等于110MPa至小于或等于190MPa，大于或等于120MPa至小于或等于180MPa，大于或等于130MPa至小于或等于170MPa，大于或等于140MPa至小于或等于160MPa，150MPa，或者任意这些端点形成的任意子范围。
在一些实施方式中，压缩应力层的DOC可以大于或等于5μm，例如：大于或等于7μm，大于或等于10μm，大于或等于15μm，大于或等于20μm，大于或等于25μm，大于或等于30μm，大于或等于35μm，大于或等于40μm，大于或等于45μm，大于或等于50μm，大于或等于55μm，大于或等于60μm，大于或等于65μm，大于或等于70μm，大于或等于75μm，大于或等于80μm，大于或等于85μm，大于或等于90μm，大于或等于95μm，或者更大。在一些实施方式中，压缩应力层的DOC可以大于或等于5μm至小于或等于100μm，例如：大于或等于7μm至小于或等于95μm，大于或等于10μm至小于或等于90μm，大于或等于15μm至小于或等于85μm，大于或等于20μm至小于或等于80μm，大于或等于25μm至小于或等于75μm，大于或等于30μm至小于或等于70μm，大于或等于35μm至小于或等于65μm，大于或等于40μm至小于或等于60μm，大于或等于45μm至小于或等于55μm，50μm，或者是可以由任意这些端点形成的任意子范围。
在一些实施方式中，基于玻璃的制品的DOC可以大于或等于0.05t，其中，t是基于玻璃的制品的厚度，例如：大于或等于0.06t，大于或等于0.07t，大于或等于0.08t，大于或等于0.09t，大于或等于0.10t，大于或等于0.11t，大于或等于0.12t，大于或等于0.13t，大于或等于0.14t，大于或等于0.15t，大于或等于0.16t，大于或等于0.17t，大于或等于0.18t，大于或等于0.19t，或者更大。在一些实施方式中，基于玻璃的制品的DOC可以大于或等于0.05t至小于或等于0.20t，例如：大于或等于0.06t至小于或等于0.19t，大于或等于0.07t至小于或等于0.18t，大于或等于0.08t至小于或等于0.17t，大于或等于0.09t至小于或等于0.16t，大于或等于0.10t至小于或等于0.15t，大于或等于0.11t至小于或等于0.14t，大于或等于0.12t至小于或等于0.13t，或者任意这些端点形成的任意子范围。
通过表面应力计，采用日本折原实业有限公司(Orihara Industrial Co.,Ltd.(Japan))制造的商业仪器如FSM-6000(FSM)，来测量压缩应力(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。通过FSM测量DOC。采用本领域已知的散射光偏光镜(SCALP)技术来测量最大中心张力(CT)值。
基于玻璃的制品的含氢层的层深度(DOL)可以大于5μm。在一些实施方式中，层深度可以大于或等于10μm，例如：大于或等于15μm，大于或等于20μm，大于或等于25μm，大于或等于30μm，大于或等于35μm，大于或等于40μm，大于或等于45μm，大于或等于50μm，大于或等于55μm，大于或等于60μm，大于或等于65μm，大于或等于70μm，大于或等于75μm，大于或等于80μm，大于或等于85μm，大于或等于90μm，大于或等于95μm，或者更大。在一些实施方式中，层深度可以是大于5μm至小于或等于100μm，例如：大于或等于10μm至小于或等于95μm，大于或等于15μm至小于或等于90μm，大于或等于20μm至小于或等于85μm，大于或等于25μm至小于或等于80μm，大于或等于30μm至小于或等于75μm，大于或等于35μm至小于或等于70μm，大于或等于40μm至小于或等于65μm，大于或等于45μm至小于或等于60μm，大于或等于50μm至小于或等于55μm，或者由任意这些端点形成的任意子范围。通常来说，基于玻璃的制品所展现出的层深度大于通过暴露于周围环境所可以产生的层深度。
基于玻璃的制品的含氢层的层深度(DOL)可以大于0.005t，其中，t是基于玻璃的制品的厚度。在一些实施方式中，层深度可以大于或等于0.010t，例如：大于或等于0.015t，大于或等于0.020t，大于或等于0.025t，大于或等于0.030t，大于或等于0.035t，大于或等于0.040t，大于或等于0.045t，大于或等于0.050t，大于或等于0.055t，大于或等于0.060t，大于或等于0.065t，大于或等于0.070t，大于或等于0.075t，大于或等于0.080t，大于或等于0.085t，大于或等于0.090t，大于或等于0.095t，大于或等于0.10t，大于或等于0.15t，大于或等于0.20t,，或者更大。在一些实施方式中，DOL可以是大于0.005t至小于或等于0.205t，例如：大于或等于0.010t至小于或等于0.200t，大于或等于0.015t至小于或等于0.195t，大于或等于0.020t至小于或等于0.190t，大于或等于0.025t至小于或等于0.185t，大于或等于0.030t至小于或等于0.180t，大于或等于0.035t至小于或等于0.175t，大于或等于0.040t至小于或等于0.170t，大于或等于0.045t至小于或等于0.165t，大于或等于0.050t至小于或等于0.160t，大于或等于0.055t至小于或等于0.155t，大于或等于0.060t至小于或等于0.150t，大于或等于0.065t至小于或等于0.145t，大于或等于0.070t至小于或等于0.140t，大于或等于0.075t至小于或等于0.135t，大于或等于0.080t至小于或等于0.130t，大于或等于0.085t至小于或等于0.125t，大于或等于0.090t至小于或等于0.120t，大于或等于0.095t至小于或等于0.115t，大于或等于0.100t至小于或等于0.110t，或者任意这些端点形成的任意子范围。
通过本领域已知的二次离子质谱(SIMS)技术测量层深度和氢浓度。SIMS技术能够测量给定深度处的氢浓度，但是无法对基于玻璃的制品中存在的氢物质进行区分。出于这个原因，所有氢物质都对SIMS测量得到的氢浓度具有贡献作用。如本文所用，层深度(DOL)指的是基于玻璃的制品的表面下方的第一深度，在那里，氢浓度等于基于玻璃的制品的中心处的氢浓度。这个定义考虑了处理之前的基于玻璃的基材的氢浓度，从而层深度指的是通过处理过程添加的氢深度。实际上，基于玻璃的制品的中心处的氢浓度可以近似为距离基于玻璃的制品的表面的氢浓度变得基本恒定的深度处的氢浓度，因为预期氢浓度不在该深度与基于玻璃的制品的中心之间发生变化。这种近似实现了在没有对基于玻璃的制品的整个深度上进行氢浓度测量的情况下确定DOL。
不希望受限于任何特定理论，基于玻璃的制品的含氢层可能是氢物质与基于玻璃的基材的组成所含的离子的相互扩散的结果。含氢物质(例如，H3O+、H2O和/或H+)可以扩散进入基于玻璃的基材中，从而形成基于玻璃的制品。水可以通过形成硅烷醇基团、破开网络结构和引入玻璃的体积膨胀从而渗透基于玻璃的基材。此类体积膨胀可以在基于玻璃的制品中产生压缩应力层。压缩应力层的压缩应力和压缩深度可以取决于用于形成基于玻璃的制品的基于玻璃的基材的组成以及水蒸气处理条件(例如，温度、压力、水含量和持续时间)。通过水蒸气处理产生的基于玻璃的制品的应力分布可以类似于通过钾与钠的离子交换强化过程产生的应力分布。
相比于水蒸气处理过程之前的基于玻璃的基材，具有压缩应力层的基于玻璃的制品还展现出增重。可以根据如下等式来估算通过水蒸气处理过程在基于玻璃的制品中形成的含氢层的水含量，假定水化锋面符合步阶状分布：
Figure BDA0003066497530000111
式中，Cw是水含量(单位是水克数/玻璃克数)，W是基于玻璃的制品的重量增加(单位是克)，A是基于玻璃的制品的表面积，DOL表述单位为厘米，以及ρ是玻璃密度。如图3显示了步阶状分布的水化锋面1。Cw可以转化为含氢层中的水重量百分比，将这个值除以1+Cw即可。如果假定具有线性分布水化锋面2，则近表面区域中的水浓度几乎会是步阶状分布1的水浓度的两倍，如图3所示。
本文所揭示的基于玻璃的制品可以被整合到另一制品中，例如具有显示屏的制品(或显示器制品)(例如，消费者电子件，包括移动电话、平板、电脑、导航系统以及可穿戴装置(如手表)等)，建筑制品，运输制品(例如，车辆、火车、飞行器、航海器等)，电器制品，或者任意需要部分透明性、耐划痕性、耐磨性或其组合的制品。结合了如本文所揭示的任意基于玻璃的制品的示例性制品如图2A和2B所示。具体来说，图2A和2B显示消费者电子装置200，其包括：具有前表面204、背表面206和侧表面208的外壳202；(未示出的)电子组件，其至少部分位于或者完全位于外壳内并且至少包括控制器、存储器和位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻的显示器210；以及位于外壳的前表面或者在外壳的前表面上方的覆盖基材212，从而使其位于显示器上方。在一些实施方式中，覆盖基材212和外壳202中的至少一个的至少一部分可以包括本文所揭示的任意基于玻璃的制品。
可以从具有任意合适组成的基于玻璃的基材形成基于玻璃的制品。可以对基于玻璃的基材的组成进行具体选择以促进含氢物质的扩散，从而可以高效地形成包括含氢层和压缩应力层的基于玻璃的制品。基于玻璃的基材基本不含或者不含碱金属氧化物。使用基本不含碱金属氧化物的基于玻璃的基材实现了将基于玻璃的制品用于碱金属阳离子可能迁移进入电子组件或者使得晶体管“中毒”的诸如半导体或显示器相关产品的应用中。在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以具有包含SiO2、Al2O3和P2O5的组成。在一些实施方式中，氢物质没有扩散到基于玻璃的制品的中心。换言之，基于玻璃的制品的中心是受到水蒸气处理影响最小的区域。出于这个原因，基于玻璃的制品的中心的组成可以与含水环境中进行处理之前的基于玻璃的基材的组成基本相同或者相同。
在一些实施方式中，基于玻璃的基材的热膨胀系数(CTE)可能低于热回火通常所实现的CTE。在一些实施方式中，基于玻璃的基材的CTE可以小于或等于10ppm，例如：小于或等于9ppm，小于或等于8ppm，小于或等于7ppm，小于或等于6ppm，小于或等于5ppm，小于或等于4ppm，小于或等于3ppm，或者更小。在一些实施方式中，基于玻璃的基材的CTE可以是大于或等于2ppm至小于或等于10ppm，例如：大于或等于3ppm至小于或等于9ppm，大于或等于4ppm至小于或等于8ppm，大于或等于5ppm至小于或等于7ppm，6ppm，以及由任意这些端点形成的任意和全部子范围。在25℃至300℃温度范围上的线性热膨胀系数(CTE)表述为107/℃，并且采用根据ASTM E228-11的推杆式膨胀计进行确定。
基于玻璃的基材可以包括任意合适量的SiO2。SiO2是最主要的组分，由此，SiO2是由玻璃组合物所形成的玻璃网络的主要组分。如果玻璃组合物中SiO2的浓度过高，则玻璃组合物的可成形性可能下降，因为较高的SiO2浓度增加了使得玻璃熔化的难度，这进而对玻璃的可成形性造成负面影响。在一些实施方式中，基于玻璃的基材包含的SiO2的量可以是大于或等于50摩尔％至小于或等于72摩尔％，例如：大于或等于52摩尔％至小于或等于70摩尔％，大于或等于54摩尔％至小于或等于68摩尔％，大于或等于56摩尔％至小于或等于66摩尔％，大于或等于58摩尔％至小于或等于64摩尔％，大于或等于60摩尔％至小于或等于62摩尔％，或者任意这些端点形成的任意子范围。
基于玻璃的基材可以包括任意合适量的Al2O3。类似于SiO2，Al2O3可以具有玻璃网络成形剂的作用。Al2O3可以增加玻璃组合物的粘度，因为它在由玻璃组合物形成的玻璃熔体中是四面体配位的，当Al2O3的量太高时，降低了玻璃组合物的可成形性。但是，当Al2O3的浓度与玻璃组合物中SiO2的浓度以及碱性氧化物的浓度平衡时，Al2O3会降低玻璃熔体的液相线温度，由此增强液相线粘度并改善玻璃组合物与某些成形工艺(例如熔合成形工艺)的相容性。在基于玻璃的基材中包含Al2O3防止了相分离并且减少了玻璃中的非桥接氧(NBO)的数量。此外，Al2O3可以改善离子交换的效率。在一些实施方式中，基于玻璃的基材包含的Al2O3的量可以是大于或等于1摩尔％至小于或等于25摩尔％，例如：大于或等于2摩尔％至小于或等于23摩尔％，大于或等于3摩尔％至小于或等于21摩尔％，大于或等于4摩尔％至小于或等于20摩尔％，大于或等于5摩尔％至小于或等于19摩尔％，大于或等于6摩尔％至小于或等于17摩尔％，大于或等于7摩尔％至小于或等于15摩尔％，大于或等于8摩尔％至小于或等于14摩尔％，大于或等于9摩尔％至小于或等于13摩尔％，大于或等于10摩尔％至小于或等于12摩尔％，11摩尔％，或者任意这些端点形成的任意子范围。
基于玻璃的基材可以包含足以产生所需的氢扩散性的任意量的P2O5。在基于玻璃的基材中包含磷促进了更快速的互扩散。因此，基于含磷玻璃的基材实现了高效形成包含含氢层的基于玻璃的制品。包含P2O5还实现了在较短处理时间内产生具有深的层深度(例如，大于约10μm)的基于玻璃的制品。在一些实施方式中，基于玻璃的基材包含的P2O5的量可以是大于或等于0摩尔％至小于或等于15摩尔％，例如：大于或等于1摩尔％至小于或等于14摩尔％，大于或等于2摩尔％至小于或等于13摩尔％，大于或等于3摩尔％至小于或等于12摩尔％，大于或等于4摩尔％至小于或等于11摩尔％，大于或等于5摩尔％至小于或等于10摩尔％，大于或等于6摩尔％至小于或等于9摩尔％，大于或等于7摩尔％至小于或等于8摩尔％，或者任意这些端点形成的任意子范围。在一些实施方式中，基于玻璃的基材包含的P2O5的量可以是大于或等于2摩尔％至小于或等于10摩尔％，例如大于或等于5摩尔％至小于或等于10摩尔％。在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以基本不含或者不含P2O5。更具体来说，在基于玻璃的基材中存在大量(大于或等于15摩尔％的)B2O3的一些实施方式中，基于玻璃的基材可以基本不含或者不含P2O5。
基于玻璃的基材可以额外地包含B2O3。在基于玻璃的基材中包含B2O3可以增加基于玻璃的基材的抗破坏性，并且由此增加由其形成的基于玻璃的制品的抗破坏性。在一些实施方式中，基于玻璃的基材包含的B2O3的量可以是大于或等于0摩尔％至小于或等于30摩尔％，例如：大于或等于1摩尔％至小于或等于28摩尔％，大于或等于2摩尔％至小于或等于26摩尔％，大于或等于3摩尔％至小于或等于25摩尔％，大于或等于4摩尔％至小于或等于24摩尔％，大于或等于5摩尔％至小于或等于23摩尔％，大于或等于6摩尔％至小于或等于22摩尔％，大于或等于7摩尔％至小于或等于21摩尔％，大于或等于8摩尔％至小于或等于20摩尔％，大于或等于9摩尔％至小于或等于19摩尔％，大于或等于10摩尔％至小于或等于18摩尔％，大于或等于11摩尔％至小于或等于17摩尔％，大于或等于12摩尔％至小于或等于16摩尔％，大于或等于13摩尔％至小于或等于15摩尔％，14摩尔％，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以含有大于或等于15摩尔％B2O3。在实施方式中，基于玻璃的基材可以基本不含或者不含B2O3。
基于玻璃的基材可以额外地包含MgO。在一些实施方式中，基于玻璃的基材包含的MgO的量可以是大于或等于0摩尔％至小于或等于3摩尔％，例如：大于或等于1摩尔％至小于或等于2摩尔％，或者由这些端点形成的任意和全部子范围。在实施方式中，基于玻璃的基材可以基本不含或者不含MgO。
基于玻璃的基材可以额外地包含CaO。在一些实施方式中，基于玻璃的基材包含的CaO的量可以是大于或等于0摩尔％至小于或等于8摩尔％，例如：大于或等于1摩尔％至小于或等于7摩尔％，大于或等于2摩尔％至小于或等于6摩尔％，大于或等于3摩尔％至小于或等于5摩尔％，4摩尔％，或者这些端点形成的任意和全部子范围。在实施方式中，基于玻璃的基材可以基本不含或者不含CaO。
基于玻璃的基材可以额外地包含SrO。在一些实施方式中，基于玻璃的基材包含的SrO的量可以是大于或等于0摩尔％至小于或等于7摩尔％，例如：大于或等于1摩尔％至小于或等于6摩尔％，大于或等于2摩尔％至小于或等于5摩尔％，大于或等于3摩尔％至小于或等于4摩尔％，或者这些端点形成的任意和全部子范围。在实施方式中，基于玻璃的基材可以基本不含或者不含SrO。
在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以包含MgO、CaO、SrO和BaO中的至少一种。在实施方式中，基于玻璃的基材含有BaO。在其他实施方式中，基于玻璃的基材基本不含或者不含BaO。
基于玻璃的基材可以额外地包含ZrO2。在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以基本不含或者不含ZrO2。
基于玻璃的基材可以额外地包含澄清剂。在一些实施方式中，澄清剂可以包括锡。在实施方式中，基于玻璃的基材包含的SnO2的量可以是大于或等于0摩尔％至小于或等于0.5摩尔％，例如：大于或等于0摩尔％至小于或等于0.1摩尔％。在实施方式中，基于玻璃的基材可以基本不含或者不含SnO2。
基于玻璃的基材可以具有任意合适的几何形貌。在一些实施方式中，基于玻璃的基材的厚度可以小于或等于2mm，例如：小于或等于1.9mm，小于或等于1.8mm，小于或等于1.7mm，小于或等于1.6mm，小于或等于1.5mm，小于或等于1.4mm，小于或等于1.3mm，小于或等于1.2mm，小于或等于1.1mm，小于或等于1mm，小于或等于900μm，小于或等于800μm，小于或等于700μm，小于或等于600μm，小于或等于500μm，小于或等于400μm，小于或等于300μm，或者更小。在实施方式中，基于玻璃的基材的厚度可以是大于或等于300μm至小于或等于2mm，例如：大于或等于400μm至小于或等于1.9mm，大于或等于500μm至小于或等于1.8mm，大于或等于600μm至小于或等于1.7mm，大于或等于700μm至小于或等于1.6mm，大于或等于800μm至小于或等于1.5mm，大于或等于900μm至小于或等于1.4mm，大于或等于1mm至小于或等于1.3mm，大于或等于1.1mm至小于或等于1.2mm，或者这些端点形成的任意和全部子范围。在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以是平坦的或者是片状形状。在一些其他实施方式中，基于玻璃的基材可以具有2.5D或者3D形状。如本文所用，“2.5D形状”指的是这样的片状制品，其具有至少一个主表面是至少部分非平坦的以及基本平坦的第二主表面。如本文所用，“3D形状”指的是具有至少部分非平坦的第一和第二相对主表面的制品。基于玻璃的制品的尺寸和形状可以与用于形成它们的基于玻璃的基材基本相似或者相同。
可以通过在任何适合的条件下暴露于水蒸气，从基于玻璃的基材产生基于玻璃的制品。可以在任意合适的装置中进行暴露，例如具有相对湿度控制的炉。还可以在提升的压力下，例如具有相对湿度和压力控制的炉或高压釜中进行暴露。
在一个实施方式中，可以通过将基于玻璃的基材暴露于压力大于环境压力且含有水蒸气的环境中生产基于玻璃的制品。该环境可以具有大于0.1MPa的压力以及大于或等于0.075MPa的水分压。提升的压力使得暴露环境能够在环境中实现更高的水蒸气浓度，特别是随着温度的增加。随着温度的增加，对于固定体积(例如，炉或高压釜的内部)，可用于扩散进入基于玻璃的基材中形成基于玻璃的制品的水量减少。因此，虽然增加水蒸气处理环境的温度可以增加氢物质进入基于玻璃的基材的扩散速率，但是降低的水蒸气总浓度和高温下的应力松弛在压力恒定时产生了减小的压缩应力。由于温度增加(例如，高于大气压饱和状态的那些情况)，施加增加的压力来达到饱和状态明显增加了环境中的水蒸气浓度。
在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于压力大于0.1MPa的环境，例如：大于或等于0.2MPa，大于或等于0.3MPa，大于或等于0.4MPa，大于或等于0.5MPa，大于或等于0.6MPa，大于或等于0.7MPa，大于或等于0.8MPa，大于或等于0.9MPa，大于或等于1.0MPa，大于或等于1.1MPa，大于或等于1.2MPa，大于或等于1.3MPa，大于或等于1.4MPa，大于或等于1.5MPa，大于或等于1.6MPa，大于或等于1.7MPa，大于或等于1.8MPa，大于或等于1.9MPa，大于或等于2.0MPa，大于或等于2.1MPa，大于或等于2.2MPa，大于或等于2.3MPa，大于或等于2.4MPa，大于或等于2.5MPa，大于或等于2.6MPa，大于或等于2.7MPa，大于或等于2.8MPa，大于或等于2.9MPa，大于或等于3.0MPa，大于或等于3.1MPa，大于或等于3.2MPa，大于或等于3.3MPa，大于或等于3.4MPa，大于或等于3.5MPa，大于或等于1.6MPa，大于或等于3.7MPa，大于或等于3.8MPa，大于或等于3.9MPa，大于或等于4.0MPa，大于或等于4.1MPa，大于或等于4.2MPa，大于或等于4.3MPa，大于或等于4.4MPa，大于或等于4.5MPa，大于或等于4.6MPa，大于或等于4.7MPa，大于或等于4.8MPa，大于或等于4.9MPa，大于或等于5.0MPa，大于或等于5.1MPa，大于或等于5.2MPa，大于或等于5.3MPa，大于或等于5.4MPa，大于或等于5.5MPa，大于或等于5.6MPa，大于或等于5.7MPa，大于或等于5.8MPa，大于或等于5.9MPa，大于或等于6.0MPa，或者更大。在实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于压力大于0.1MPa至小于或等于25MPa的环境，例如：大于或等于0.2MPa至小于或等于24MPa，大于或等于0.3MPa至小于或等于23MPa，大于或等于0.4MPa至小于或等于22MPa，大于或等于0.5MPa至小于或等于21MPa，大于或等于0.6MPa至小于或等于20MPa，大于或等于0.7MPa至小于或等于19MPa，大于或等于0.8MPa至小于或等于18MPa，大于或等于0.9MPa至小于或等于17MPa，大于或等于1.0MPa至小于或等于16MPa，大于或等于1.1MPa至小于或等于15MPa，大于或等于1.2MPa至小于或等于14MPa，大于或等于1.3MPa至小于或等于13MPa，大于或等于1.4MPa至小于或等于12MPa，大于或等于1.5MPa至小于或等于11MPa，大于或等于1.6MPa至小于或等于10MPa，大于或等于1.7MPa至小于或等于9MPa，大于或等于1.8MPa至小于或等于8MPa，大于或等于1.9MPa至小于或等于7MPa，大于或等于1.9MPa至小于或等于6.9MPa，大于或等于2.0MPa至小于或等于6.8MPa，大于或等于2.1MPa至小于或等于6.7MPa，大于或等于2.2MPa至小于或等于6.6MPa，大于或等于2.3MPa至小于或等于6.5MPa，大于或等于2.4MPa至小于或等于6.4MPa，大于或等于2.5MPa至小于或等于6.3MPa，大于或等于2.6MPa至小于或等于6.2MPa，大于或等于2.7MPa至小于或等于6.1MPa，大于或等于2.8MPa至小于或等于6.0MPa，大于或等于2.9MPa至小于或等于5.9MPa，大于或等于3.0MPa至小于或等于5.8MPa，大于或等于3.1MPa至小于或等于5.7MPa，大于或等于3.2MPa至小于或等于5.6MPa，大于或等于3.3MPa至小于或等于5.5MPa，大于或等于3.4MPa至小于或等于5.4MPa，大于或等于3.5MPa至小于或等于5.3MPa，大于或等于3.6MPa至小于或等于5.2MPa，大于或等于3.7MPa至小于或等于5.1MPa，大于或等于3.8MPa至小于或等于5.0MPa，大于或等于3.9MPa至小于或等于4.9MPa，大于或等于4.0MPa至小于或等于4.8MPa，大于或等于4.1MPa至小于或等于4.7MPa，大于或等于4.2MPa至小于或等于4.6MPa，大于或等于4.3MPa至小于或等于4.5MPa，4.4MPa，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。
在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于水分压大于或等于0.075MPa的环境，例如：大于或等于0.1MPa，大于或等于0.2MPa，大于或等于0.3MPa，大于或等于0.4MPa，大于或等于0.5MPa，大于或等于0.6MPa，大于或等于0.7MPa，大于或等于0.8MPa，大于或等于0.9MPa，大于或等于1.0MPa，大于或等于1.1MPa，大于或等于1.2MPa，大于或等于1.3MPa，大于或等于1.4MPa，大于或等于1.5MPa，大于或等于1.6MPa，大于或等于1.7MPa，大于或等于1.8MPa，大于或等于1.9MPa，大于或等于2.0MPa，大于或等于2.1MPa，大于或等于2.2MPa，大于或等于2.3MPa，大于或等于2.4MPa，大于或等于2.5MPa，大于或等于2.6MPa，大于或等于2.7MPa，大于或等于2.8MPa，大于或等于2.9MPa，大于或等于3.0MPa，大于或等于3.1MPa，大于或等于3.2MPa，大于或等于3.3MPa，大于或等于3.4MPa，大于或等于3.5MPa，大于或等于1.6MPa，大于或等于3.7MPa，大于或等于3.8MPa，大于或等于3.9MPa，大于或等于4.0MPa，大于或等于4.1MPa，大于或等于4.2MPa，大于或等于4.3MPa，大于或等于4.4MPa，大于或等于4.5MPa，大于或等于4.6MPa，大于或等于4.7MPa，大于或等于4.8MPa，大于或等于4.9MPa，大于或等于5.0MPa，大于或等于5.1MPa，大于或等于5.2MPa，大于或等于5.3MPa，大于或等于5.4MPa，大于或等于5.5MPa，大于或等于5.6MPa，大于或等于5.7MPa，大于或等于5.8MPa，大于或等于5.9MPa，大于或等于6.0MPa，大于或等于7.0MPa，大于或等于8.0MPa，大于或等于9.0MPa，大于或等于10.0MPa，大于或等于11.0MPa，大于或等于12.0MPa，大于或等于13.0MPa，大于或等于14.0MPa，大于或等于15.0MPa，大于或等于16.0MPa，大于或等于17.0MPa，大于或等于18.0MPa，大于或等于19.0MPa，大于或等于20.0MPa，大于或等于21.0MPa，大于或等于22.0MPa，或者更大。在实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于水分压大于或等于0.075MPa至小于或等于22MPa的环境，例如：大于或等于0.1MPa至小于或等于21MPa，大于或等于0.2MPa至小于或等于20MPa，大于或等于0.3MPa至小于或等于19MPa，大于或等于0.4MPa至小于或等于18MPa，大于或等于0.5MPa至小于或等于17MPa，大于或等于0.6MPa至小于或等于16MPa，大于或等于0.7MPa至小于或等于15MPa，大于或等于0.8MPa至小于或等于14MPa，大于或等于0.9MPa至小于或等于13MPa，大于或等于1.0MPa至小于或等于12MPa，大于或等于1.1MPa至小于或等于11MPa，大于或等于1.2MPa至小于或等于10MPa，大于或等于1.3MPa至小于或等于9MPa，大于或等于1.4MPa至小于或等于8MPa，大于或等于1.5MPa至小于或等于7MPa，大于或等于1.6MPa至小于或等于6.9MPa，大于或等于1.7MPa至小于或等于6.8MPa，大于或等于1.8MPa至小于或等于6.7MPa，大于或等于1.9MPa至小于或等于6.6MPa，大于或等于2.0MPa至小于或等于6.5MPa，大于或等于2.1MPa至小于或等于6.4MPa，大于或等于2.2MPa至小于或等于6.3MPa，大于或等于2.3MPa至小于或等于6.2MPa，大于或等于2.4MPa至小于或等于6.1MPa，大于或等于2.5MPa至小于或等于6.0MPa，大于或等于2.6MPa至小于或等于5.9MPa，大于或等于2.7MPa至小于或等于5.8MPa，大于或等于2.8MPa至小于或等于5.7MPa，大于或等于2.9MPa至小于或等于5.6MPa，大于或等于3.0MPa至小于或等于5.5MPa，大于或等于3.1MPa至小于或等于5.4MPa，大于或等于3.2MPa至小于或等于5.3MPa，大于或等于3.3MPa至小于或等于5.2MPa，大于或等于3.4MPa至小于或等于5.1MPa，大于或等于3.5MPa至小于或等于5.0MPa，大于或等于3.6MPa至小于或等于4.9MPa，大于或等于3.7MPa至小于或等于4.8MPa，大于或等于3.8MPa至小于或等于4.7MPa，大于或等于3.9MPa至小于或等于4.6MPa，大于或等于4.0MPa至小于或等于4.5MPa，大于或等于4.1MPa至小于或等于4.4MPa，大于或等于4.2MPa至小于或等于4.3MPa，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。
在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露相对湿度大于或等于75％的环境，例如：大于或等于80％，大于或等于85％，大于或等于90％，大于或等于95％，大于或等于99％，或更大。在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于100％相对湿度的环境。
在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于温度大于或等于100℃的环境，例如：大于或等于105℃，大于或等于110℃，大于或等于115℃，大于或等于120℃，大于或等于125℃，大于或等于130℃，大于或等于135℃，大于或等于140℃，大于或等于145℃，大于或等于150℃，大于或等于155℃，大于或等于160℃，大于或等于165℃，大于或等于170℃，大于或等于175℃，大于或等于180℃，大于或等于185℃，大于或等于190℃，大于或等于195℃，大于或等于200℃，大于或等于205℃，大于或等于210℃，大于或等于215℃，大于或等于220℃，大于或等于225℃，大于或等于230℃，大于或等于235℃，大于或等于240℃，大于或等于245℃，大于或等于250℃，大于或等于255℃，大于或等于260℃，大于或等于265℃，大于或等于270℃，大于或等于275℃，大于或等于280℃，大于或等于285℃，大于或等于290℃，大于或等于295℃，大于或等于300℃，或者更大。在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于温度大于或等于100℃至小于或等于400℃的环境，例如：大于或等于105℃至小于或等于390℃，大于或等于110℃至小于或等于380℃，大于或等于115℃至小于或等于370℃，大于或等于120℃至小于或等于360℃，大于或等于125℃至小于或等于350℃，大于或等于130℃至小于或等于340℃，大于或等于135℃至小于或等于330℃，大于或等于140℃至小于或等于320℃，大于或等于145℃至小于或等于310℃，大于或等于150℃至小于或等于300℃，大于或等于155℃至小于或等于295℃，大于或等于160℃至小于或等于290℃，大于或等于165℃至小于或等于285℃，大于或等于170℃至小于或等于280℃，大于或等于175℃至小于或等于275℃，大于或等于180℃至小于或等于270℃，大于或等于185℃至小于或等于265℃，大于或等于190℃至小于或等于260℃，大于或等于195℃至小于或等于255℃，大于或等于200℃至小于或等于250℃，大于或等于205℃至小于或等于245℃，大于或等于210℃至小于或等于240℃，大于或等于215℃至小于或等于235℃，大于或等于220℃至小于或等于230℃，225℃，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。
在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于含水蒸气的环境，持续的时间段足以产生所需的含氢物质扩散程度和所需的压缩应力层。在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于含水蒸气环境持续大于或等于2小时，例如：大于或等于4小时，大于或等于6小时，大于或等于8小时，大于或等于10小时，大于或等于12小时，大于或等于14小时，大于或等于16小时，大于或等于18小时，大于或等于20小时，大于或等于22小时，大于或等于24小时，大于或等于30小时，大于或等于36小时，大于或等于42小时，大于或等于48小时，大于或等于54小时，大于或等于60小时，大于或等于66小时，大于或等于72小时，大于或等于78小时，大于或等于84小时，大于或等于90小时，大于或等于96小时，大于或等于102小时，大于或等于108小时，大于或等于114小时，大于或等于120小时，大于或等于126小时，大于或等于132小时，大于或等于138小时，大于或等于144小时，大于或等于150小时，大于或等于156小时，大于或等于162小时，大于或等于168小时，或者更久。在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于含水蒸气环境持续大于或等于2小时至小于或等于10天的时间段，例如：大于或等于4小时至小于或等于9天，大于或等于6小时至小于或等于8天，大于或等于8小时至小于或等于168小时，大于或等于10小时至小于或等于162小时，大于或等于12小时至小于或等于156小时，大于或等于14小时至小于或等于150小时，大于或等于16小时至小于或等于144小时，大于或等于18小时至小于或等于138小时，大于或等于20小时至小于或等于132小时，大于或等于22小时至小于或等于126小时，大于或等于24小时至小于或等于120小时，大于或等于30小时至小于或等于114小时，大于或等于36小时至小于或等于108小时，大于或等于42小时至小于或等于102小时，大于或等于48小时至小于或等于96小时，大于或等于54小时至小于或等于90小时，大于或等于60小时至小于或等于84小时，大于或等于66小时至小于或等于78小时，72小时，或者任意这些端点形成的任意和全部子范围。
在一些实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于多个含水蒸气环境。在实施方式中，基于玻璃的基材可以暴露于第一环境形成第一基于玻璃的制品，其具有从第一基于玻璃的制品的表面延伸到第一压缩深度的第一压缩应力层，以及然后第一基于玻璃的制品可以暴露于第二环境形成第二基于玻璃的制品，其具有从第二基于玻璃的制品的表面延伸到第二压缩深度的第二压缩应力层。第一环境具有第一水分压和第一温度，以及基于玻璃的基材暴露于第一环境持续第一时间段。第二环境具有第二水分压和第二温度，以及第一基于玻璃的制品暴露于第二环境持续第二时间段。
第一水分压和第二水分压可以是任意合适的分压，例如大于或等于0.075MPa。第一和第二分压可以是本文相对于用于升高压力方法中所用的水分压所公开的任意值。在实施方式中，第一和第二环境可以独立地具有大于或等于75％的相对湿度，例如：大于或等于80％，大于或等于90％，大于或等于95％，或者等于100％。在一些实施方式中，第一环境和第二环境中的至少一个具有100％的相对湿度。
第一压缩应力层包括第一最大压缩应力，以及第二压缩应力层包括第二最大压缩应力。在实施方式中，第一最大压缩应力小于第二最大压缩应力。第二最大压缩应力可以相比于(compare to)经由多步骤或者混合浴离子交换技术形成的压缩应力“尖峰”类型。第一和第二最大压缩应力可以具有本文关于基于玻璃的制品的压缩应力所公开的任意值。在实施方式中，第二最大压缩应力可以大于或等于50MPa。
第一压缩深度可以小于或等于第二压缩深度。在一些实施方式中，第一压缩深度小于第二压缩深度。第一压缩深度和第二压缩深度可以具有本文关于压缩深度所公开的任意值。在实施方式中，第二压缩深度大于5μm。
第一温度可以大于或等于第二温度。在实施方式中，第一温度大于第二温度。第一和第二温度可以是结合提升的压力方法中公开的任意温度。
第一时间段可以小于或等于第二时间段。在实施方式中，第一时间段小于第二时间段。第一和第二时间段可以是结合提升的压力方法中公开的任意时间段。
在实施方式中，可以在提升的压力下进行所述多次暴露于含水蒸气环境中中的任意或者全部。例如，第一环境和第二环境中的至少一个可以具有大于0.1MPa的压力。第一和第二环境可以具有结合提升的压力方法中公开的任意压力。
在一些实施方式中，所述多次水蒸气环境暴露技术可以包括超过两种暴露环境。在实施方式中，第二基于玻璃的制品可以暴露于第三环境形成第三基于玻璃的制品。第三环境具有第三水分压和第三温度，以及第二基于玻璃的制品暴露于第三环境持续第三时间段。第三基于玻璃的制品包括从制品表面延伸到第三压缩深度且具有第三最大压缩应力的第三压缩应力层。第三水分压可以大于或等于0.075MPa。第三环境和第三基于玻璃的制品的任意属性值可以选自结合提升的压力方法中的对应属性所公开的那些。
在一些实施方式中，第一基于玻璃的制品可以冷却至环境温度，或者在结束了第一时间段之后且在暴露于第二环境之前以任意方式从第一环境取出。在一些实施方式中，第一基于玻璃的制品可以在第一时间段结束之后留在第一环境中，以及可以在没有冷却至环境温度或者将第一基于玻璃的制品从含水蒸气环境取出的情况下将第一环境条件改变为第二环境条件。
本文公开的基于玻璃的制品的生产方法可以不含利用碱性离子源的离子交换处理。在实施方式中，通过不包括利用碱性离子源的离子交换的方法生产基于玻璃的制品。
可以改变暴露条件以减少产生所希望的含氢物质扩散进入基于玻璃的基材中的量所需要的时间。例如，可以增加温度和/或相对湿度，从而减少实现所需的含氢物质扩散程度和进入基于玻璃的基材中的层深度所需要的时间。
示例性实施方式
将特别适合形成本文所述的基于玻璃的制品的不含碱性玻璃组合物形成为基于玻璃的基材，以及下表I中提供了所述玻璃组合物。采用ASTM C693-93(2013)的浮力法来确定玻璃组合物的密度。在25℃至300℃温度范围上的线性热膨胀系数(CTE)表述为ppm/℃，并且采用根据ASTM E228-11的推杆式膨胀计进行确定。采用ASTM C598-93(2013)的梁弯曲粘度法来确定应变点和退火点。采用ASTM C1351M-96(2012)的平行板粘度方法来确定软化点。杨氏模量值、剪切模量值和泊松比值指的是通过ASTM E2001-13中，题为“StandardGuide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in BothMetallic and Non-metallic Parts(共振超声波光谱法用于金属和非金属部件缺陷检测的标准指南)”提出的一般类型的共振超声波谱技术的测量值。
表I
Figure BDA0003066497530000221
Figure BDA0003066497530000231
将具有表I所示组成的样品暴露于含水蒸气环境以形成具有压缩应力层的玻璃制品。下表II显示了样品组成以及样品发生暴露的环境(包括温度、压力和暴露时间)。每个处理环境都是水蒸气饱和的。表II还记录了通过表面应力计(FSM)测得的所得到的最大压缩应力和压缩深度。
表II
Figure BDA0003066497530000232
表II(续)
玻璃组成 D E F G H I
温度(℃) 400 400 400 400 400 400
压力(MPa) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
时间(天) 7 7 7 7 7 7
压缩应力(MPa) 8 3 13 86 89 110
压缩深度(um) 45 24.8 28 16 17 10
玻璃组成C的样品经受多步骤水处理工艺。下表III显示了每个处理步骤中样品发生暴露的环境(包括温度、压力和暴露时间)。每个处理环境都是水蒸气饱和的。表III还记录了通过表面应力计(FSM)测得的所得到的最大压缩应力和压缩深度。
表III
Figure BDA0003066497530000241
Figure BDA0003066497530000251
虽然为了说明的目的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说明书或所附权利要求书的范围的限制。因此，在不偏离本说明书或者所附权利要求书的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以想到各种改进、修改和替换形式。

Claims (42)

1.一种基于玻璃的制品，其包括：
厚度小于2mm；以及
从基于玻璃的制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力层，
其中，基于玻璃的制品基本不含碱性氧化物，压缩应力层包括大于或等于10MPa的压缩应力，以及压缩深度大于5μm。
2.如权利要求1所述的基于玻璃的制品，其还包括从基于玻璃的制品的表面延伸到层深度的含氢层，其中，含氢层的氢浓度从最大氢浓度开始到所述层深度是减小的。
3.如权利要求1或2所述的基于玻璃的制品，其中，压缩应力大于或等于100MPa。
4.如权利要求1至3中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，压缩深度大于或等于10μm。
5.如权利要求1至4中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，厚度小于或等于1mm。
6.如权利要求1至5中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，具有与基于玻璃的制品的中心相同组成的玻璃的热膨胀系数小于10ppm。
7.如权利要求1至6中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于2摩尔％至小于或等于10摩尔％P2O5。
8.如权利要求1至7中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于5摩尔％至小于或等于10摩尔％P2O5。
9.如权利要求1至8中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于15摩尔％B2O3。
10.如权利要求9所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心基本不含P2O5。
11.如权利要求1至10中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含SiO2和Al2O3。
12.如权利要求1至11中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含SnO2。
13.如权利要求1至12中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含以下至少一种：MgO、CaO、SrO和BaO。
14.一种消费电子产品，其包括：
包含前表面、背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，所述电子组件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述外壳的前表面处或者与所述外壳的前表面相邻；以及
布置在显示器上方的覆盖基材，
其中，外壳或者覆盖基材中的至少一个的至少一部分包括如权利要求1至13中任一项所述的基于玻璃的制品。
15.一种基于玻璃的制品，其包括：
从基于玻璃的制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力层，
其中，基于玻璃的制品基本不含碱性氧化物，压缩层包括大于或等于10MPa的压缩应力，压缩深度大于5μm，以及具有与基于玻璃的制品的中心相同组成的玻璃的热膨胀系数小于10ppm。
16.如权利要求15所述的基于玻璃的制品，其还包括从基于玻璃的制品的表面延伸到层深度的含氢层，其中，含氢层的氢浓度从最大氢浓度开始到所述层深度是减小的。
17.如权利要求15或16所述的基于玻璃的制品，其中，压缩应力大于或等于100MPa。
18.如权利要求15至17中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，压缩深度大于或等于10μm。
19.如权利要求15至18中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，厚度小于或等于1mm。
20.如权利要求15至19中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，具有与基于玻璃的制品的中心相同组成的玻璃的热膨胀系数小于8ppm。
21.如权利要求15至20中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于2摩尔％至小于或等于10摩尔％P2O5。
22.如权利要求15至21中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于5摩尔％至小于或等于10摩尔％P2O5。
23.如权利要求15至22中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含大于或等于15摩尔％B2O3。
24.如权利要求23所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心基本不含P2O5。
25.如权利要求15至24中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含SiO2和Al2O3。
26.如权利要求15至25中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含SnO2。
27.如权利要求15至26中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品的中心包含以下至少一种：MgO、CaO、SrO和BaO。
28.一种消费电子产品，其包括：
包含前表面、背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，所述电子组件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述外壳的前表面处或者与所述外壳的前表面相邻；以及
布置在显示器上方的覆盖基材，
其中，外壳或者覆盖基材中的至少一个的至少一部分包括如权利要求15至27中任一项所述的基于玻璃的制品。
29.一种方法，其包括：
将基于玻璃的基材暴露于相对湿度大于或等于75％的环境以形成基于玻璃的制品，所述基于玻璃的制品具有从基于玻璃的制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力层，
其中，
基于玻璃的基材基本不含碱性氧化物；
压缩深度大于5μm，以及
压缩应力层包括大于或等于10MPa的压缩应力。
30.如权利要求29所述的方法，其中，相对湿度为100％。
31.如权利要求29或30所述的方法，其中，所述环境的压力大于或等于0.1MPa。
32.如权利要求29至31中任一项所述的方法，其中，基于玻璃的基材具有小于10ppm的热膨胀系数。
33.如权利要求29至32中任一项所述的方法，其中，基于玻璃的基材的厚度小于或等于2mm。
34.如权利要求29至33中任一项所述的方法，其中，基于玻璃的基材包含大于或等于2摩尔％至小于或等于10摩尔％P2O5。
35.如权利要求29至34中任一项所述的方法，其中，基于玻璃的基材包含大于或等于15摩尔％B2O3。
36.如权利要求35所述的方法，其中，基于玻璃的基材基本不含P2O5。
37.如权利要求29至36中任一项所述的方法，其中，基于玻璃的基材包含SiO2和Al2O3。
38.如权利要求29至37中任一项所述的方法，其中，基于玻璃的基材包含SnO2。
39.如权利要求29至38中任一项所述的方法，其中，基于玻璃的基材包含以下至少一种：MgO、CaO、SrO和BaO。
40.如权利要求29至39中任一项所述的方法，其中，基于玻璃的制品包括从基于玻璃的制品的表面延伸到层深度的含氢层，其中，含氢层的氢浓度从最大氢浓度开始到所述层深度是减小的。
41.如权利要求29至40中任一项所述的方法，其中，压缩应力大于或等于100MPa。
42.如权利要求29至41中任一项所述的方法，其中，压缩深度大于或等于10μm。
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