CN113825732A - 在高温下用高浓度碱性氢氧化物减小纹理化玻璃、玻璃陶瓷以及陶瓷制品的厚度的方法 - Google Patents

在高温下用高浓度碱性氢氧化物减小纹理化玻璃、玻璃陶瓷以及陶瓷制品的厚度的方法 Download PDF

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Abstract

公开一种对基材进行改性的方法，包括蚀刻步骤，此蚀刻步骤包括使玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷基材的一个或更多个主表面与溶液接触20分钟至8小时的时间段，以产生一个或更多个经蚀刻的主表面，此溶液包括超过10重量％的一种或更多种碱性氢氧化物，此溶液具有在100℃至150℃的范围之内的温度，在所述时间段内，基材的主表面之间的厚度以每小时2μm或更大的速率减小5μm至100μm。蚀刻步骤的溶液不包含氟化氢。蚀刻步骤的溶液的一种或更多种碱性氢氧化物可为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、或氢氧化钠及氢氧化钾两者的组合。

Description

在高温下用高浓度碱性氢氧化物减小纹理化玻璃、玻璃陶瓷 以及陶瓷制品的厚度的方法
相关申请的交叉引用
本申请依据35U.S.C.§119(e)，要求2019年5月28日提交的第62/853,460号美国临时专利申请和2019年5月15日提交的第62/848,215号美国临时申请的优先权权益，上述每件申请的全部公开内容通过引用纳入本文。
技术领域
本公开内容一般涉及利用高浓度碱性氢氧化物及高温，以非HF程序蚀刻纹理化玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷制品的方法。
背景技术
玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷基材通常用作如液晶显示(LCD)屏、平板电脑、智能手机、OLED、及触控屏等之类的显示装置的前盖及后盖。由于这些基材的耐刮擦性、强度、及对各种液体及化学品的抵抗性，这些基材在这些应用中具有优势。另外，可增加基材的主表面的粗糙度(有时称作“纹理化”)以在使用过程中改善触感、改善抓握、并减少指纹可见性。然而，在将主表面进行纹理化后，通常将这些纹理化表面与溶液(有时称作“蚀刻剂”)接触，此溶液以有时被称作“蚀刻”的程序减小在纹理化表面处的基材厚度。纹理化表面的蚀刻被设计用于恢复基材的强度，该基材因主表面的纹理化而可能造成了损害。然而，存在的问题是，典型的蚀刻程序使用处理成本高昂的氢氟酸(HF)，或使用已被证明以对于商业制造目的而言太慢的速率来蚀刻纹理化表面的碱性(高pH)溶液。
发明内容
本公开内容以蚀刻步骤解决此问题，此蚀刻步骤使用蚀刻溶液来蚀刻基材的纹理化表面，此溶液(a)含有高浓度碱性氢氧化物(例如，10重量％或更高)且(b)具有高温(例如，100℃或更高)。高浓度及高温协同地增加了溶液蚀刻基材的纹理化表面的速率，此手段足以适合商业制造目的。尽管高浓度及高温协同地增加了溶液蚀刻甚至玻璃陶瓷基材的速率，但是可能有利地是对玻璃基材的期望表面进行纹理化及蚀刻，随后在陶瓷化步骤中将玻璃基材转换成玻璃陶瓷基材。蚀刻溶液可进一步包含添加剂以进一步增加溶液蚀刻基材的纹理化表面的速率。进一步地，经由调整溶液中碱性氢氧化物的浓度及溶液的温度，可调节蚀刻溶液蚀刻基材的纹理化表面的速率。
根据第一方面，一种对基材进行改性的方法，包括：蚀刻步骤，此蚀刻步骤包括使玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷基材的一个或更多个主表面与蚀刻溶液接触20分钟至8小时的时间段，以产生一个或更多个经蚀刻的主表面，蚀刻溶液包含超过10重量％的一种或更多种碱性氢氧化物，蚀刻溶液具有在100℃至150℃范围内的温度，在所述时间段期间，基材在主表面之间的厚度以每小时2μm或更大的速率减小5μm至100μm。
根据第二方面，提供了第一方面，此方法进一步包括：在蚀刻步骤之前发生的纹理化步骤，此纹理化步骤包括增加基材的一个或更多个主表面的表面粗糙度(Ra)，以产生一个或更多个纹理化主表面，且蚀刻步骤包括使所述一个或更多个纹理化主表面与蚀刻溶液接触。
根据第三方面，提供了第二方面，其中，增加表面粗糙度(Ra)包括通过加压气体发射的颗粒喷击所述一个或多个主表面。
根据第四方面，提供了第一至第三方面中任一者，其中，基材为玻璃基材；且此方法进一步包括陶瓷化步骤，此陶瓷化步骤发生在蚀刻步骤之后，所述陶瓷化步骤包括将玻璃基材陶瓷化成玻璃陶瓷基材。
根据第五方面，提供了第一至第三方面中任一者，其中，基材为玻璃陶瓷基材。
根据第六方面，提供了第一至第五方面中任一者，其中，蚀刻溶液不包括氟化氢。
根据第七方面，提供了第一至第六方面中任一者，其中，蚀刻溶液进一步包括碱金属磷酸盐、碱金属碳酸盐、及螯合剂中的一种或更多种。
根据第八方面，提供了第一至第七方面中任一者，其中，蚀刻溶液进一步包括Na3PO4及EDTA中的一种或更多种。
根据第九方面，提供了第一至第八方面中任一者，其中，蚀刻溶液中的一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、或氢氧化钠及氢氧化钾两者的组合。
根据第十方面，提供了第一至第九方面中任一者，其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为50μm至5mm。
根据第十一方面，提供了第一至第九方面中任一者，其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为500μm至1.1mm。
根据第十二方面，提供了第一至第十一方面中任一者，其中，蚀刻溶液的一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)。
根据第十三方面，提供了第一至第三方面中任一者，其中，基材为玻璃陶瓷基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
根据第十四方面，提供了第一至第三方面中任一者，其中，基材为玻璃基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
根据第十五方面，一种制作玻璃陶瓷基材的方法，包括：纹理化步骤，此纹理化步骤包括增加玻璃基材的一个或更多个主表面的表面粗糙度(Ra)，以产生一个或更多个纹理化主表面；蚀刻步骤，此蚀刻步骤包括使玻璃基材的所述一个或更多个纹理化主表面与蚀刻溶液接触20分钟至8小时的时间段，以产生一个或更多个经蚀刻的主表面，此蚀刻溶液包括超过10重量％的一种或更多种碱性氢氧化物，此蚀刻溶液具有在100℃至150℃范围内的温度，在所述时间段期间，基材的主表面之间的厚度以每小时0.5μm或更大的速率减小5μm至100μm；及陶瓷化步骤，包括将玻璃基材陶瓷化成玻璃陶瓷基材。
根据第十六方面，提供了第十五方面，其中，增加表面粗糙度(Ra)包括通过加压气体发射的颗粒喷击一个或多个主表面。
根据第十七方面，提供了第十五至第十六方面中任一者，其中，蚀刻溶液不包括氟化氢。
根据第十八方面，提供了第十五至第十七方面中任一者，其中，蚀刻溶液进一步包括碱金属磷酸盐、碱金属碳酸盐、及螯合剂中的一种或更多种。
根据第十九方面，提供了第十五至第十八方面中任一者，其中，蚀刻溶液进一步包括Na3PO4及EDTA中的一种或更多种。
根据第二十方面，提供了第十五至第十九方面中任一者，其中，蚀刻溶液的一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、或氢氧化钠及氢氧化钾两者的组合。
根据第二十一方面，提供了第十五至第二十方面中任一者，其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为50μm至5mm。
根据第二十二方面，提供了第十五至第二十方面中任一者，其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为500μm至1.1mm。
根据第二十三方面，提供了第十五至第二十二方面中任一者，其中，蚀刻溶液的所述一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)。
根据第二十四方面，提供了第十五至第十六方面中任一者，其中，基材为玻璃陶瓷基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
根据第二十五方面，提供了第十五至第十六方面中任一者，其中，基材为玻璃基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
根据第二十六方面，一种对基材进行改性的方法，包括：纹理化步骤，此纹理化步骤包括增加玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷基材的一个或更多个主表面的表面粗糙度(Ra)，以产生一个或更多个纹理化主表面；及蚀刻步骤，此蚀刻步骤包括使所述一个或更多个纹理化主表面与蚀刻溶液接触20分钟至8小时的时间段，以产生一个或更多个经蚀刻的主表面，蚀刻溶液包括超过10重量％的一种或更多种碱性氢氧化物，蚀刻溶液具有在100℃至150℃范围内的温度，在所述时间段内，基材在主表面之间的厚度以每小时0.5μm或更大的速率减小5μm至100μm。
根据第二十七方面，提供了第二十六方面，其中，基材为玻璃基材；且此方法进一步包括陶瓷化步骤，此陶瓷化步骤发生在蚀刻步骤之后，所述陶瓷化步骤包括将玻璃基材陶瓷化成玻璃陶瓷基材。
根据第二十八方面，提供了第二十六至第二十七方面中任一者，其中，蚀刻步骤的蚀刻溶液进一步包括碱金属磷酸盐、碱金属碳酸盐、及螯合剂中的一种或更多种。
根据第二十九方面，提供了第二十六至二十八方面中任一者，其中，增加表面粗糙度(Ra)包括通过加压气体发射的颗粒喷击所述一个或多个主表面。
根据第三十方面，提供了第二十六至二十九方面中任一者，其中蚀刻溶液的所述一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、或氢氧化钠及氢氧化钾两者的组合。
根据第三十一方面，提供了第二十六至第三十方面中任一者，其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为50μm至5mm。
根据第三十二方面，提供了第二十六至第三十方面中任一者，其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为500μm至1.1mm。
根据第三十三方面，提供了第二十六至三十一方面中任一者，其中，蚀刻溶液的所述一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)。
根据第三十四方面，提供了第二十六方面，其中，基材为玻璃陶瓷基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
根据第三十五方面，提供了第二十六方面，其中，基材为玻璃基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点，这些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具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。
应当理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例性的，且旨在提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。
包括的附图提供了对本公开原理的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了一个或多个实施方式，并与说明书一起通过示例的方式用以解释本公开的原理和操作。应理解，在本说明书和附图中公开的本公开的各种特征可以任意组合和所有组合使用。作为非限制性实例，本公开的各个特征可以按照以下各个方面相互组合。
附图简单说明
参照附图阅读本公开的以下详述，可以更好地理解本公开的这些方面、特征和优点以及其他的方面、特征和优点，其中：
图1为对基材进行改性的方法的流程图，其示意了纹理化步骤，藉此纹理化步骤增加了基材的一个或更多个主表面的表面粗糙度(Ra)，以产生一个或更多个纹理化主表面；蚀刻步骤，藉此蚀刻步骤将一个或更多个纹理化主表面与蚀刻溶液接触，以产生一个或更多个经蚀刻的主表面；任选的陶瓷化步骤，若基材为玻璃基材，该任选的陶瓷化步骤将基材陶瓷化成玻璃陶瓷基材；及任选的离子交换步骤，藉此离子交换步骤使基材得到化学强化；
图2为欲根据图1的方法来改性的基材的透视图，其示意了一对主表面及通过此对主表面所限制的厚度；
图3为通过图2的线III-III截取的截面的正视图，其示意了主表面具有通过峰及谷来标志的拓扑结构；
图4为通过图2的线III-III截取的截面的另一个正视图，但是在根据图1的方法的离子交换步骤对基材进行改性之后，其示意了与主表面相邻的压缩应力区域，及在压缩应力区域之间的拉伸应力区域；
图5A至5D为仅通过图1方法的纹理化步骤(见图5A)得到改性，或已通过图1方法的纹理化步骤及蚀刻步骤得到改性(参见图5B至5D)的基材的光学显微图，以示意表面拓扑结构的变化；
图6为绘制了在图1的方法的蚀刻步骤期间，对于具有各种组成的基材(玻璃A、玻璃B等)，基材厚度减小的速率与蚀刻液中氢氧化钠浓度和蚀刻液温度的关系的函数曲线图；
图7为绘制了在图1的方法的蚀刻步骤期间，对于具有各种组成的基材(玻璃A、玻璃B等)，基材厚度减小的速率与添加到蚀刻溶液的“添加剂”的量及类型的函数曲线图，其示意了与不使用任何一种添加剂的蚀刻溶液所实现的厚度减小速率相比，向蚀刻溶液添加Na3PO4或EDTA增大了厚度减小速率；及
图8为绘制了在图1的方法的蚀刻步骤期间，对于具体的基材，即玻璃陶瓷基材，基材厚度减小的速率与添加到蚀刻溶液中的“添加剂”的量及类型的函数曲线图，其示意了与不使用任何一种添加剂的蚀刻溶液所实现的厚度减小的速率相比，向蚀刻溶液添加Na3PO4或EDTA增大了厚度减小的速率(请注意，图8提供了与图7相同的“玻璃陶瓷C”的数据，但尺度不同)。
具体实施方式
在以下的具体实施方式中，出于解释而非限制的目的，给出了公开了具体细节的示例性实施方式，以提供对本公开的各种原理的充分理解。但是，对于本领域普通技术人员显而易见的是，在从本说明书获益后，可以按照不同于本文公开的具体细节的其他实施方式实施本公开。另外，本文可能省去对众所周知的装置、方法和材料的描述，以免干扰对本公开的各种原理的描述。最后，在任何适用的情况下，相同的附图标记表示相同的元件。
现在参考图1至3，在此描述了对基材12进行改性的方法10。通过方法10得到改性的基材12包含主表面14、16，在主表面14、16之间延伸的侧表面18a、18b..18n，及通过主表面14、16所限制的厚度20。在实施方式中，主表面14、16至少近似为平面、彼此平行、且面向大致相对的方向。在其他实施方式中，主表面14、16不平行。无论如何，厚度20为两个主表面14、16之间的最短直线距离，如延伸通过基材12的近似中心点“x”的线22。基材12具有靠近基材12中心点“x”并包含基材12的近似中心点“x”的本体组成。
在实施方式中，基材12为玻璃基材、玻璃陶瓷基材、或陶瓷基材。术语“玻璃基材”、“玻璃陶瓷基材”、及“玻璃-陶瓷基材”以其最广义使用，分别包含具有玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷组成的任何基材。在实施方式中，作为玻璃基材或玻璃陶瓷基材的基材12为可离子交换的。为了可离子交换，基材12包含基体及在基体之内的诸如碱金属离子(例如，锂离子、钠离子)的金属离子，这些金属离子能从基体扩散出并进入到离子交换介质之中，诸如碱金属离子(通常更大，如钾离子)之类的金属离子同时从离子交换介质扩散到基体之中。
在实施方式中，基材12为玻璃基材，具有约40摩尔％(mol％)至80mol％的二氧化硅及一种或多种其他成分(如氧化铝、氧化钙、钠氧化物、氧化硼等)余量的本体组成。在实施方式中，基材12为选自铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、及磷硅酸盐玻璃的玻璃基材。在实施方式中，基材12为选自铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、及碱性铝硼硅酸盐玻璃的玻璃基材。
在实施方式中，基材12为玻璃基材，特别是碱性铝硅酸盐玻璃基材，其本体组成包括氧化铝、至少一种碱金属，及在一些实施方式中，包含大于50mol％的SiO2、在其他实施方式中，包含至少58mol％的SiO2、在其他实施方式中，包含至少60mol％的SiO2，其中，比值(Al2O3(mol％)+B2O3(mol％))/∑碱金属改性剂(mol％)＞1，其中，改性剂为碱金属氧化物。在具体的实施方式中，基材12在本体之内具有的成分包括以下物质、基本上由以下物质组成、或由以下物质组成：约58mol％至72mol％的SiO2；约9mol％至17mol％的Al2O3；约2mol％至12mol％的B2O3；约8mol％至16mol％的Na2O；及0mol％至4mol％的K2O，其中比值(Al2O3(mol％)+B2O3(mol％))/∑碱金属改性剂(mol％)＞1，其中改性剂为碱金属氧化物。
在其他特别实施方式中，基材12具有的本体组包括以下物质、基本上由以下物质组成、或由以下物质组成：约61mol％至约75mol％的SiO2；约7mol％至约15mol％的Al2O3；0mol％至约12mol％的B2O3；约9mol％至约21mol％的Na2O；0mol％至约4mol％的K2O；0mol％至约7mol％的MgO；及0mol％至约3mol％的CaO。
在其他具体的实施方式中，基材12具有的本体组成分包括以下物质、基本上由下列物质组成、或由下列物质组成：约60mol％至约70mol％的SiO2；约6mol％至约14mol％的Al2O3；0mol％至约15mol％的B2O3；0mol％至约15mol％的Li2O；0mol％至约20mol％的Na2O；0mol％至约10mol％的K2O；0mol％至约8mol％的MgO；0mol％至约10mol％的CaO；0mol％至约5mol％的ZrO2；0mol％至约1mol％的SnO2；0mol％至约1mol％的CeO2；少于约50ppm的As2O3；及少于约50ppm的Sb2O3；其中12mol％≦Li2O+Na2O+K2O≦20mol％及0mol％的≦MgO+Ca≦10mol％。
在其他具体的实施方式中，基材12具有的本体组成包括下列物质、主要由下列物质组成、或由下列物质组成：约64mol％至约68mol％的SiO2；约12mol％至约16mol％的Na2O；约8mol％至约12mol％的Al2O3；0mol％至约3mol％的B2O3；约2mol％至约5mol％的K2O；约4mol％至约6mol％的MgO；及0mol％至约5mol％的CaO，其中：66mol％≦SiO2+B2O3+CaO≦69mol％；Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO＞10mol％；5mol％≦MgO+CaO+SrO≦8mol％；(Na2O+B2O3)—Al2O3≦2mol％；2mol％≦Na2O—Al2O3≦6mol％；及4mol％≦(Na2O+K2O)—Al2O3≦10mol％。
在其他实施方式中，基材12具有的本体组成包括SiO2、Al2O3、P2O5、及至少一种碱金属氧化物(R2O)，其中0.75＞[(P2O5(mol％)+R2O(mol％))/M2O3(mol％)]≦1.2，其中M2O3＝Al2O3+B2O3。在一些实施方式中，[(P2O5(mol％)+R2O(mol％))/M2O3(mol％)]＝1，并且在一些实施方式中，玻璃不包含B2O3且M2O3＝Al2O3。在其他实施方式中，基材12具有的本体组成包括：约40至约70mol％的SiO2；0至约28mol％的B2O3；约0至约28mol％的Al2O3；约1至约14mol％的P2O5；及约12至约16mol％的R2O。在其他实施方式中，基材12具有的本体组成包括：约40至约64mol％的SiO2；0至约8mol％的B2O3；约16至约28mol％的Al2O3；约2至约12mol％的P2O5；及约12至约16mol％的R2O。在其他实施方式中，基材12具有的本体组成包括至少一种碱土金属氧化物，如，但不限于，MgO或CaO。
在其他实施方式中，基材12具有的本体组成基本上不含锂；即，本体内的组成包括小于1mol％的Li2O，在其他实施方式中，包括小于0.1mol％的Li2O，在其他实施方式中，包括0.01mol％的Li2O，以及在其他实施方式中，包括0mol％的Li2O。在一些实施方式中，这样的组成不含砷、锑、及钡中的至少一种；即，本体组成包含少于1mol％的As2O3、SB2O3、和/或BaO、在其他实施方式中，包含少于0.1mol％的As2O3、SB2O3、和/或BaO，在其他实施方式中，包含0mol％的As2O3、SB2O3、和/或BaO。
在实施方式中，基材12为玻璃陶瓷基材。适用的玻璃陶瓷基材的实例包含Li2O-Al2O3-SiO2体系(即，LAS体系)玻璃陶瓷、MgO-Al2O3-SiO2体系(即，MAS体系)玻璃陶瓷、和/或包含主晶相并且主晶相包含β-石英固溶体、β-锂辉石ss、堇青石、及二硅酸锂的玻璃陶瓷。晶相可包含单晶，其可包含Al2O3。此单晶相基材称作蓝宝石。用于结晶基材的其他适用的材料包含多晶氧化铝层及/或尖晶石(MgAl2O4)。
在实施方式中，基材12的厚度20为50μm至5mm。厚度20的适用实例在50μm至500μm的范围之内，如50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、及500μm。厚度20的进一步适用实例落在500μm至1.1mm的范围之内，如500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、及1.1mm。基材12的厚度20可大于1.1mm、如2mm、3mm、4mm、及5mm。
再参照图1，在实施方式中，方法10包含纹理化步骤24。纹理化步骤24包括增加基材12的一个或更多个主表面14、16的表面粗糙度(Ra)，以产生一个或更多个纹理化主表面14、16。决定表面的表面粗糙度(Ra)的一种方法为获取表面的轮廓，此轮廓显示出限定轮廓的各种峰26(亦称作凸体)及谷28，如图3所示意，该图为基材12的某区域的二维切片。二维切片可具有长度30。生成平均线32(亦称作中心线)。平均线32为通过计算代表主表面14沿长度30的每个数据点(n)的加权平均值，使得在此线上方的面积和下方的面积相等而生成的直线。随后确定沿着长度30的代表表面的每个数据点距离平均线32的垂直距离(yi)34。数据点(n)等距分布。表面粗糙度(Ra)为这些垂直距离(yi)34的绝对值的算术平均值。下文紧随的为使用这些变量的表面粗糙度(Ra)等式。
Figure BDA0003354866270000091
实际中，可使用干涉仪，如
Figure BDA0003354866270000101
公司(美国康涅狄格州米德尔菲尔德)制造的
Figure BDA0003354866270000102
NEWVIEW 7300光学表面轮廓仪来确定表面粗糙度(Ra)。
在方法10的纹理化步骤24之后，基材12的一个或更多个纹理化主表面14、16的表面粗糙度(Ra)大于在纹理化步骤24之前的表面粗糙度(Ra)。在实施方式中，在纹理化步骤24之后，一个或更多个纹理化主表面14、16的表面粗糙度(Ra)在5nm至1μm的范围之内。在实施方式中，在纹理化步骤24之后，一个或更多个纹理化主表面14、16的表面粗糙度(Ra)在500nm至1μm的范围之内。在实施方式中，在纹理化步骤24之后，一个或更多个纹理化主表面14、16的表面粗糙度(Ra)在500nm至10000nm、500nm至5000nm、或500nm至2500nm的范围之内。在实施方式中，在纹理化步骤24之后，一个或更多个纹理化主表面14、16的表面粗糙度(Ra)为500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1250nm、1500nm、1750nm、2000nm、2250nm、2500nm、2750nm、3000nm、4000nm、5000nm、或10000nm、或介于任何这些数值之间的范围之内。
可通过多种过程增加一个或更多个主表面14、16的表面粗糙度(Ra)。举例而言，基材12的一个或更多个主表面14、16可用由加压气体(例如，空气)发射的颗粒以某种过程进行喷击，此过程通常称为喷沙或喷砂。在实施方式中，颗粒具有在15μm至100μm的范围之内的直径。在实施方式中，颗粒具有在200至500号粒度的范围之内的粒度。在实施方式中，加压空气的压力在10psi至100psi的范围之内，且在实施方式中，在20psi至90psi的范围之内。在实施方式中，颗粒包括碳化硅或氧化铝(Al2O3)。在实施方式中，基材12的一个或更多个主表面14、16的表面粗糙度(Ra)的增加通过单次喷击主表面14来达成。在其他实施方式中，基材12的一个或更多个主表面14、16的表面粗糙度(Ra)的增加通过多次喷击一个或更多个主表面14、16来达成。在实施方式中，加压气体发射的颗粒具有12英寸/68秒的流速。
方法10进一步包括蚀刻步骤36。蚀刻步骤36包括使基材12的一个或更多个纹理化主表面14、16与蚀刻溶液接触20分钟至8小时的时间段，以产生一个或更多个经蚀刻的主表面14、16。蚀刻溶液包括超过10重量％的一种或多种碱性氢氧化物。在实施方式中，溶液为水性溶液，此水性溶液包括溶解在水中(如去离子水)的超过10重量％的一种或更多种碱性氢氧化物。在实施方式中，蚀刻溶液具有在100℃至150℃范围之内的温度。由于蚀刻溶液接触一个或更多个纹理化主表面14、16，因此，在蚀刻步骤36的时间段期间，纹理化表面14、16之间的厚度20以每小时0.5μm或更大的速率减小5μm至100μm。在蚀刻步骤36之前的基材12的厚度20可使用千分尺沿着线22通过基材12的近似中心点“x”量测。如下文所述，方法10在蚀刻步骤期间降低了基材12的厚度20。
在实施方式中，碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、或氢氧化钠及氢氧化钾两者的组合。若执行纹理化步骤24，则在蚀刻步骤36之前执行纹理化步骤24。
“接触”或类似术语是指可致使至少一个被触碰到的实体发生物理变化、化学变化、或两者的紧密物理触碰。接触基材12的一个或更多个纹理化主表面14、16例如可涉及使用蚀刻溶液进行选择性的部分或完全浸渍、喷射、浸没、及类似处理、或多种处理的组合。在实施方式中，经由将溶液喷射到一个或更多个纹理化主表面14、16之上，使蚀刻溶液与一个或更多个纹理化主表面14、16接触。在实施方式中，经由将基材12浸没到容纳溶液(例如，浴)的容器中，使蚀刻溶液与一个或更多个纹理化主表面14、16接触。若需要一个或更多个纹理化主表面14、16中的一个或更多个主表面不与溶液接触，则在基材12与溶液接触之前，可将保护涂层放置(如，粘附)在该表面之上。保护涂层可为不溶性的无孔涂层，如丙烯酸蜡，或具有粘合剂层(举例而言，丙烯酸类、硅酮、及类似粘合剂材料)的层压膜，或它们的组合。施加涂层的方法可包含，举例而言，刷涂、辊涂、喷射、层压、及类似方法。不可溶的无孔保护涂层在与蚀刻溶液接触后可幸存，且在蚀刻步骤36的时间段结束后可很容易地被去除。可使用任何适用方法，如使保护涂层与溶解性液体接触、加热涂层使其液化并排出、及类似的方法及材料，或其组合，达成保护涂层的去除。
纹理化步骤24会造成缺陷、亚表面瑕疵、及其他裂纹引发特征，从而减小了基材12的强度。蚀刻步骤36减少了在纹理化步骤24期间产生的瑕疵的存在及程度。因此，在蚀刻步骤36之后，基材12具有的强度可等于或略小于在纹理化步骤24之前的基材12的强度。可通过多种方式来确定强度，如根据ASTM C-1499-15的在环境温度下测定高级陶瓷单调等双轴柔性强度的标准试验方法(standard test method for Monotonic EquibiaxialFlexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperatures)进行的环上环测试，此方法预测环上环(“ROR”)峰值失效负载的失效概率。
在实施方式中，预定在蚀刻步骤36期间欲实现的在一个或更多个纹理化主表面14、16之间的厚度20的目标减小量。举例而言，若在纹理化步骤24期间仅对主表面14进行纹理化，则可预定使此纹理化主表面14与蚀刻溶液接触，以将基材12的厚度20减小5μm至40μm(如10μm至30μm、或20μm)。作为另一个实施例，若两个主表面14、16在纹理化步骤24期间均被纹理化，则可预定使两个纹理化主表面14、16与溶液接触，以将基材12的厚度20减小10μm至80μm(如20μm至60μm、或30μm至50μm、或40μm)。无论如何，在实施方式中，厚度20的预定目标减小量足以将基材12的强度恢复到可接受的水平，例如，强度等于或略小于在纹理化步骤24之前的基材12的强度。用以恢复基材12强度的厚度20的最低减小量可根据被确定为可接受的强度的变化而变化。然后可通过反复试误，试验性地确定厚度的最低减小量。举例而言，21μm的厚度20减小量可能不足以恢复基材12的强度，但25μm的厚度20的减小量可能足以恢复基材12的强度。
在实施方式中，预定蚀刻溶液接触基材12的一个或更多个纹理化主表面14、16的时间段。举例而言，制造限制可能会将时间段限制为8小时、4小时与8小时之间、2小时与4小时之间、或其他一些时间段。在蚀刻步骤36期间小的期望的厚度20的减小可能需要更短的时间段，如在20分钟至1小时之间，或在30分钟至45分钟之间。在实施方式中，选择的时间段所提供的厚度20减小的速率快到足以在商业上可行，但又要慢到足以能够在期望的容差之内再现。举例而言，若基材12的厚度20的目标减小量为20μm，且若蚀刻溶液以每小时5μm的速率减小厚度20，则时间段将为4小时，这既在商业上被视为可行的，又慢到足以在期望的容差范围之内再现。然而，若基材12的厚度20的目标减小量为20μm，且若蚀刻溶液以每小时600μm的速率减小厚度20，则时间段将为2分钟，这对于商业制造目的来说可能被视为足够地快，但却太快以致无法在期望的容差范围之内再现。在实施方式中，在蚀刻步骤36期间的厚度20的减小的速率为至少每小时2μm，如每小时至少5μm。在实施方式中，在蚀刻步骤36期间的厚度20的减小的速率为2μm/hr、3μm/hr、4μm/hr、5μm/hr、10μm/hr、15μm/hr、20μm/hr、30μm/hr、40μm/hr、50μm/hr、60μm/hr、70μm/hr、80μm/hr、90μm/hr、100μm/hr、及介于其中任何两个值之间的范围，如每小时2μm至每小时50μm、每小时4μm至每小时50μm、每小时5μm至每小时50μm、每小时4μm至每小时40μm、每小时5μm至每小时30μm等的范围之内。
即使如果基材12对液体蚀刻相对地抗蚀(例如玻璃陶瓷基材及陶瓷基材)，在100℃至150℃范围之内的温度下，包括超过10重量％的一种或更多种碱性氢氧化物的溶液提供了足够高的基材12的厚度20的减小速率，以使其对商业制造目的可行。一般而言，一种或更多种碱性氢氧化物的重量百分比越高，且蚀刻溶液在100℃至150℃的范围内的温度越高，则基材12的厚度20的减小速率越高。
令人意外的是，在蚀刻溶液中的一种或更多种碱性氢氧化物的重量％与蚀刻溶液的温度具有协同作用。蚀刻溶液中的一种或更多种碱性氢氧化物的浓度越高，溶液的沸点越高，因此蚀刻溶液可达到的温度越高。蚀刻溶液的温度越高，基材12的厚度20减小的速率越大。进一步地，在蚀刻溶液中一种或更多种碱性氢氧化物的浓度越高，一种或更多种碱性氢氧化物就越容易与基材12的一个或更多个纹理化主表面14、16相互作用，以减小基材12的厚度。因此，在蚀刻溶液中较高的一种或更多种碱性氢氧化物的浓度因此同时(1)增加了基材12的厚度20的减小速率，和(2)增加了蚀刻溶液的沸点，使蚀刻溶液在不沸腾的前提下处于较高的温度，这进一步增加了基材12的厚度20减小的速率。迄今为止，玻璃陶瓷或陶瓷基材对于非HF湿法蚀刻技术的抵抗性太强，以致于在商业上不可行，当基材12为玻璃陶瓷或陶瓷基材时，这种双重且协同作用的发现对于减小该基材12的厚度20特别有益。
具有在100℃至150℃范围之内的温度的蚀刻溶液对于解决上述问题很重要。若蚀刻溶液的温度低于100℃，则蚀刻溶液将不会以快到足以商业上可实施的速率减小基材12的厚度20，尤其为当基材12是玻璃陶瓷基材或陶瓷基材时。若蚀刻溶液的温度高于150℃，则在基材12的厚度20充分减小之前，蚀刻溶液会沸腾并蒸发。
蚀刻溶液包括超过10重量％的一种或更多种碱性氢氧化物，对于解决上述问题亦很重要。若此蚀刻溶液具有小于10重量％的一种或更多种碱性金属氧化物，则无论蚀刻溶液的温度为何，蚀刻溶液减小基材12的厚度的速率可能不足以用于商业制造目的。一种或更多种碱性氢氧化物的浓度上限主要受一种或更多种碱性氢氧化物在蚀刻溶液温度下的溶解度所限制。在实施方式中，蚀刻溶液包括浓度为10重量％(wt.％)、15wt.％、20wt.％、25wt.％、30wt.％、35wt.％、40wt.％、45wt.％、50wt.％、55wt.％、60wt.％、及其中两个浓度之间的浓度范围，如10wt.％至50wt.％、15wt.％至50wt.％、15wt.％至40wt.％、10wt.％至40wt.％、20wt.％至50wt.％、25wt.％至40wt.％等的一种或多种碱性氢氧化物。在一些实施方式中，基材12为玻璃陶瓷基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。在一些实施方式中，基材12为玻璃基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
在时间段结束时，使蚀刻溶液不再接触基材12。举例而言，若通过将基材12浸没到蚀刻溶液的浴槽中使基材12与蚀刻溶液接触，则将基材12从浴中取出。然后可用水(如去离子水)清洗基材12并干燥。
为了确定蚀刻溶液在蚀刻步骤36期间已减小了基材12的厚度20之后，基材12的厚度20，将在蚀刻步骤36之前的基材12的质量与在蚀刻步骤36之后的基材12的质量进行比较。基材12的厚度20的降低与基材12在质量上的降低成比例。举例而言，若在蚀刻步骤36之前基材12的厚度20为1mm(“初始厚度”)，且在蚀刻步骤36之前基材12的质量为10克(“初始质量”)，且在蚀刻步骤36之后基材12的质量为9克(“最终质量”)，则从等式(1)计算出在蚀刻步骤36期间厚度20的降低量(“Δ厚度”)为100μm(0.1mm)：
Figure BDA0003354866270000141
根据下文的等式(2)，计算在蚀刻步骤36期间厚度20的降低速率，为：
Figure BDA0003354866270000142
继续该实例，因此，若蚀刻步骤36的蚀刻时间为1小时，则蚀刻速率为0.1mm/1hr＝0.1mm/hr或100μm/hr。蚀刻步骤36可致使基材12的厚度20变化。因此，根据基材12在质量上的变化来计算厚度20，可更精确地确定蚀刻步骤36之后的厚度20。与溶液接触的非主表面(如暴露的侧表面18a、18b、...18n)的表面积相比，与溶液蚀刻接触的一个或更多个纹理化主表面14、16的表面积越大，根据使用所量测的基材20在质量上的变化确定的厚度20的准确性越高。
在实施方式中，蚀刻溶液进一步包括碱金属磷酸盐、碱金属碳酸盐、及螯合剂中的一种或更多种。当作为“添加剂”添加到蚀刻溶液中时，这些成分增加了蚀刻溶液减小基材12的厚度20的速率。在实施方式中，碱金属磷酸盐、碱金属碳酸盐、及螯合剂中的一种或更多种在蚀刻溶液中的浓度在0.1重量％至20重量％、0.1重量％至15重量％、0.1重量％到10重量％、0.1重量％到5重量％、或1.5重量％至5.5重量％的范围之内。根据一个实施方式，碱金属磷酸盐为具有钠及钾离子的无机正磷酸盐或焦磷酸盐中的一种或更多种，包含但不限于，钠磷酸盐如Na3PO4及Na4P2O7、及钾磷酸盐如K3PO4及K4P2O7。根据另一实施方式，碱金属碳酸盐为Na2CO3及K2CO3中的一种或更多种。磷酸根离子及碳酸根离子被认为与蚀刻溶液从基材12去除的锂离子键合并从蚀刻溶液中沉淀出来。在一些实施方案中，螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)、氨三乙酸(NTA)、柠檬酸、水杨酸、甘氨酸、草酸、EDTA二钠、EDTA二甲、NTA三钠、及NTA三钾中的一种或更多种。螯合剂被认为与来自基材12的多价金属离子螯合，如铝离子。在一些实施方式中，蚀刻溶液进一步包括Na3PO4及EDTA中的一种或更多种。在一些实施方式中，蚀刻溶液包括NaOH及Na3PO4。在一些实施方式中，蚀刻溶液包括NaOH及EDTA。
如本文所详述，蚀刻溶液不包括氟化氢，无论其是水性形式(氢氟酸)还是其他形式。即使基材12为玻璃陶瓷或陶瓷基材，在蚀刻步骤36中使用的蚀刻溶液在蚀刻步骤36中减小了基材12的厚度20，快到足以用于商业生产目的。由于本文所公开的发现，避免了使用氟化氢作为蚀刻溶液来减小基材12的厚度20，并避免了因使用氟化氢而引起的相关问题。
在实施方式中，当基材12为玻璃基材时，则方法10任选地进一步包括陶瓷化步骤38。陶瓷化步骤38包括将基材12转变成玻璃陶瓷基材。在实施方式中，陶瓷化步骤38发生在纹理化步骤24及蚀刻步骤36之后。在基材12为玻璃形式时，执行纹理化步骤24及蚀刻步骤36，然后随后执行陶瓷化步骤38将认识到，假设蚀刻步骤36的所有其他条件保持不变(例如，蚀刻溶液中一种或更多种碱性氢氧化物的浓度，蚀刻溶液的温度等)，与玻璃基材相比，蚀刻溶液使玻璃陶瓷基材或陶瓷基材的厚度20减小得更慢。
如同本公开内容的领域的普通技术人员基于基材12的具体组成所理解的，可根据各种热处理温度及持续时间来实现作为玻璃基材的基材12的陶瓷化。举例而言，基材12在陶瓷化步骤38可经受570℃的温度2小时及740℃的温度1小时，适用于将作为玻璃基材的基材12转换成为玻璃陶瓷基材。可利用炉。陶瓷化步骤38被认为不会显著改变在蚀刻步骤36之后所存在的基材12的表面粗糙度(Ra)。
在实施方式中，方法10任选地进一步包括离子交换步骤40。离子交换步骤40包括使基材12经受离子交换化学回火过程(化学回火通常被称作“化学强化”)。在离子交换化学回火过程中，在基材12的主表面14、16处或附近的离子被通常具有相同价态或氧化态的较大离子替代(或交换)。在实施方式中，在基材12的表面层中，主表面14、16处或附近的离子及较大的离子为单价碱金属阳离子，如Na+(当基材12中存在Li+时)、K+、Rb+、及Cs+。或者，在主要表面14、16处或附近的单价阳离子可被碱金属阳离子以外的单价阳离子，如Ag+或类似者替代。
在实施方式中，离子交换步骤40通过将基材12浸没在熔融盐浴中完成，此熔融盐浴含有要与基材12中的较小离子进行交换的较大离子。本领域技技术人员应理解，离子交换过程的参数包含，但不限于浴的组成及温度、浸没时间、基材12在一个或多个盐浴中的浸没次数、使用多个盐浴、及诸如退火、洗涤等之类的其他步骤等，这些参数一般由基材12的组成及由强化操作获得的期望的基材12的压缩应力分布图所决定。举例而言，含碱金属的玻璃基材的离子交换可通过将玻璃基材浸没在至少一个含盐(例如如但不限于，较大的碱金属离子的硝酸盐、硫酸盐、及氯化物)的熔融浴中来实现。在实施方式中，熔融盐浸浴为碱性硝酸盐熔融盐浴，其包括硝酸钾及硝酸钠，总浓度在88wt.％至100wt.％的范围内。在实施方式中，熔融盐浴包括硝酸钾(0至100wt.％)、硝酸钠(0至100wt.％)及硝酸锂(0至12wt.％)、硝酸钾和硝酸钠的组合具有在88wt.％至100wt.％的范围之内的重量百分比。在实施方式中，熔融盐浴的温度通常在约350℃高至约500℃的范围内，而浸没时间在约15分钟高至约40小时的范围内，包含约20分钟至约10小时。然而，也可使用与上述不同的温度及浸没时间。在离子交换步骤40处的基材12为MAS体系的玻璃陶瓷基材的实施方式中，离子交换化学回火过程可包括使基材12与Li2SO4熔融盐接触，藉此可发生2Li+交换Mg2+。
现在另外参考图4，离子交换步骤40产生了基材12的处于压缩应力(“CS”)、与主表面14邻接的区域42。区域42从主表面14延伸到压缩深度44。步骤40亦可产生基材12的处于压缩应力、与主表面16邻接的第二区域46。第二区域46从主表面16延伸到第二压缩深度48。在区域42、46处产生压缩应力进一步造成处于拉伸应力的中心区域50，在中心区域50的中心处(如在“x”处)具有最大拉伸应力值，称作中央张力或中心张力(CT)。中心区域50在压缩深度44、48之间延伸，并处于拉伸应力下。中心区域50的拉伸应力平衡或抵消区域42、46的压缩应力。如本文所用，“压缩深度”及“DOC”是指基材12之内的应力从压缩应力改变成拉伸应力时的深度。在压缩深度44、48处，应力从正(压缩)应力过渡到负(拉伸)应力，因此具有零的值。在实施方式中，压缩深度44、48各分别从主表面14、16进入基材12至少20μm。
美国专利号9,140,543公开了两种用于提取具有压缩应力区域的基材的详细而精确的应力分布图(应力作为深度的函数)的方法，所述美国专利的标题为“Systems andMethods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass(测量离子交换玻璃的应力分布的系统和方法)”，由Douglas Clippinger Allan等人于2012年5月3日提交，该专利要求2011年5月25日提交的具有相同标题的美国临时专利申请号61/489,800的优先权，它们的内容通过引用方式整体并入本文中。
在实施方式中，区域42、46之内的最大压缩应力CS的绝对值至少为200MPa、高至约400MPa、或高至约1000MPa。在一些实施方式中，最大压缩应力CS位于主表面14、16处。然而，在其他实施方式中，最大压缩应力CS可位于在主表面14、16下方的某个深度处压缩应力区域42、46中。
勿将“层深度”(“DOL”)与压缩深度相混淆，层深度是使用表面应力计(FSM)测量并使用市售仪器如FSM-6000[日本东京的鲁机欧有限公司(Luceo Co.Ltd.)]确定的处在压缩应力的区域42、46的深度。在主表面14、16及层深度处测量压缩应力的方法在ASTM 1422C-99，标题为“Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass(用于化学强化的平坦玻璃的标准规格)”及ASTM 1279.19779的“Standard Test Method forNon-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses inAnnealed,Heat-Strengthened,and Fully-Tempered Flat Glass(用于退火的、热强化的、完全回火的平坦玻璃中的边缘和表面应力的非破坏性光弹性测量的标准测试方法)”中描述，它们的内容通过引用方式整体并入本文中。在实施方式中，测量的层深度至少为5μm。在一些实施方式中，本文中所述的基材12的主表面14、16在步骤40被离子交换强化时，具有至少为350MPa的压缩应力，而在压缩应力下的区域42、46则具有至少为15μm的测量的层深度。
若离子交换步骤40在纹理化步骤24及蚀刻步骤36之前执行，则之后的纹理化步骤24及蚀刻步骤36将去除在压缩应力下的区域42、46的一部分，从而抵消了离子交换步骤40的目的。因而，存在的优选项是在纹理化步骤24及蚀刻步骤36之后执行离子交换步骤40。然而，在其他实施方式中，离子交换步骤40造成足够厚的压缩应力区域42、46，以允许在随后的纹理化步骤24及蚀刻步骤36中随后去除其一部分的压缩应力区域42、46。
由本文所述的方法10所产生的基材12适用于许多应用。这些应用包含，但不限于显示装置(例如LCD屏)、平板电脑、智能手机、OLED、及触摸屏的前盖及后盖。在这些应用中使用的基材12提供了改善的触感，改善的抓握、及减少的指纹可见性。
实施例
以下实施例描述了本公开提供的各种特征及优点。
实施例1
根据此实施例，准备作为玻璃基材的基材12的四个样品[比较例1、实施例例1A(Ex.1A)、实施例1B(Ex.1B)和实施例1C(Ex.1C)]。基材12在本体之内具有与本公开内容中先前列出一致的成分。根据方法10的纹理化步骤24，在60psi的空气压力下用平均直径为63μm的220号粒度的SiC颗粒对样品进行喷砂，由此增加基材12的所有四个样品的主表面14、16的表面粗糙度(Ra)。随后，在三个样品(实施例1A至1C)上执行蚀刻步骤36。蚀刻步骤36包含使这些样品的纹理化主表面14、16与包括25wt.％的NaOH及具有110℃温度的水性蚀刻溶液接触。蚀刻步骤36导致样品的厚度20减小。更具体而言，蚀刻溶液与三个样品的纹理化主表面14、16接触的时间段足以使这些样品的厚度20在样品的每侧分别减少5μm、10μm、及30μm。换言之，样品实施例1A的厚度20减少10μm(从主表面14、16的每一者中除去5μm的厚度20)，依此类推。并未按照蚀刻步骤36减少比较样品(比较例1)的厚度20。
现在参考图5A至5D，其描绘了所得样品的光学显微图。从图5A所示的比较样品(比较例1)的显微图明显看出，纹理化步骤24产生了具有许多峰26及谷28的高度粗糙的主表面14。反之，随后经受蚀刻步骤36持续时间逐渐更长的样品(实施例1A至1C)的图5B至5D中的显微图显示，与比较样品(比较例1)相比，经蚀刻的主表面14具有逐渐更少的峰26及谷28。蚀刻步骤36的时间段越大，样品的经蚀刻的主表面14处的峰26及谷28越少。
实施例2
根据此实施例，准备了四种基材12，即，玻璃A(实施例2A)、玻璃B(实施例2B)、玻璃C(实施例2C)、及玻璃陶瓷C(实施例2D)。然后，为四种基材12中的每种基材准备五个样品，总共20个样品。基材12的玻璃A、玻璃B、及玻璃C的组成与上文阐述的一致。基材12玻璃陶瓷C的组成与上文阐述的一致，且是由与玻璃C相同组成的基材12陶瓷化而成。根据方法10的纹理化步骤24，凭借与本公开内容中先前公开的那些参数相一致的喷砂来增加所有二十个样品的表面粗糙度(Ra)，生成纹理化主表面14、16。
在方法10的蚀刻步骤36之前，用千分尺测量所有样品的厚度20，且用天平测量所有样品的质量。所有样品的厚度20为0.8毫米(即，约800μm)。随后，按照方法10的蚀刻步骤36，使所有二十个样品的纹理化主表面14、16与包含至少10重量％的碱性氢氧化物(氢氧化钠，NaOH)，且温度至少为100℃的水性蚀刻溶液接触。更具体而言，使来自每种基材12的每个样品的纹理化主表面14、16与具有不同浓度的氢氧化钠及不同温度的蚀刻溶液接触。这些浓度及温度为(1)10重量％及101℃、(2)20重量％及107.1℃、(3)30重量％及116.7℃、(4)40重量％及128.8℃、及(5)50重量％及132.5℃。然后使用天平测量在蚀刻步骤36之后所有样品的质量。
然后，如前所述计算基材12的样品厚度20的减小速率根据蚀刻溶液与样品接触的时间段、在蚀刻步骤36之前用千分尺所测量的样品厚度20，及由于蚀刻步骤36导致的样品质量改变而变化的情况。结果如下表1所示及图6所示。“蚀刻速率”为在蚀刻步骤36期间厚度减小的速率。
表1
Figure BDA0003354866270000191
Figure BDA0003354866270000201
现在参考图6，提供了表1中所示数据的图表。特别地，图6描绘了针对如上文所述制备并与蚀刻溶液接触的样品，厚度20的减小速率相对蚀刻溶液中的NaOH浓度关系的图表。从图6及表1明显看出，与基材12的纹理化主表面14、16接触的蚀刻溶液中的碱性氢氧化物(NaOH)的浓度越高，且蚀刻溶液的温度越高，基材12的厚度20减小得越快。对于玻璃A、玻璃B、及玻璃陶瓷C(即，实施例2A、2B、及2D)中的每一者，与在101℃下、10wt.％的NaOH的厚度20的减小速率相比，在132℃下、50wt.％的NaOH的厚度20减小速率高超过10倍。进一步地，明显看出，在每种浓度和温度条件下，基材玻璃C(玻璃陶瓷C的“生坯玻璃“形式，即，玻璃C，实施例2C)比玻璃陶瓷C(实施例2D)展现出显著更高的厚度20的减小速率。举例而言，在20wt.％的NaOH/107.1℃及50wt.％的NaOH/132.5℃下，玻璃陶瓷C(实施例2D)的厚度20的减小速率分别为0.85μm/hr及5.51μm/hr。反之，“生坯玻璃”形式(玻璃C，实施例2C)在20wt.％的NaOH/107.1℃及50wt.％的NaOH/132.5℃下，厚度20的减小速率显著更高，即，分别为5.63μm/hr及19.38μm/hr，这些均指示厚度20的减小速率至少增加了4倍。
实施例3
根据此实施例，将在107.1℃下经受20wt.％的NaOH溶液(实施例2A至2D)的先前实施例的样品，与用某种蚀刻溶液蚀刻的样品进行比较，该蚀刻溶液具有相同浓度的NaOH且大致上相同温度，但是还包括添加到蚀刻溶液中的各种添加剂(实施例3A、3B、及比较例3A)。特别地，与实施例3A中的基材12接触的蚀刻溶液进一步包括在108.2℃的温度下、5wt.％的Na3PO4，与例实施3B中的基材12接触此蚀刻溶液进一步包含在107℃的温度下、2wt.％的EDTA，且与比较例3C中的基材12接触的蚀刻溶液进一步包括在104.9℃的温度、0.1wt.％的H3SiF6。蚀刻溶液与基材12接触的时间段为5小时。
如下表2至5所阐述，在蚀刻步骤36之前分别使用天平及千分尺测量每个样品的质量及厚度20作为“初始质量”及“初始厚度”，并于下文中重复执行。在蚀刻步骤36之后，再次使用天平测量每个样品的质量。然后将初始质量减去最终质量，计算由于蚀刻步骤36而引起的质量变化。然后使用上文的等式(1)计算厚度的变化(“厚度减小”)。然后使用上面的等式(2)计算在蚀刻步骤36期间厚度20的减小速率(“蚀刻速率”)。表2代表玻璃A，表3代表玻璃B，表4代表玻璃C，表5代表玻璃陶瓷C。为了便于比较，在以下阐述的表2至5中重复从上文表1的实施例2A至2D的蚀刻速率。
表2—玻璃A
Figure BDA0003354866270000211
表3——玻璃B
Figure BDA0003354866270000212
表4——玻璃C
Figure BDA0003354866270000213
表5—玻璃陶瓷C
Figure BDA0003354866270000214
Figure BDA0003354866270000221
现在参考图7及8，其提供了该实施例的样品的条形图。具体地，图7示出了当与包含20重量％的NaOH及各种添加剂(即，Na3PO4、EDTA、及H3SiF6)的蚀刻溶液接触时(实施例3A、3B，及比较例3A)，图5的基材12(即，先前实施例，例2A至2D)的厚度20的减少速率。从图7及8明显看出，与不含Na3PO4及EDTA的蚀刻溶液接触的样品(实施例2A-2D)相比，与包含Na3PO4及EDTA的蚀刻溶液接触的样品(实施例3A和3B)的厚度20减小速率得到明显改善。反之，相比于样品仅与蚀刻溶液接触，与包含H3SiF6(比较例3A)的NaOH蚀刻溶液接触的样品的厚度20的减小速率没有经历类似的改善。举例而言，图8最佳地示意出，与包含Na3PO4(实施例3A)及EDTA(实施例3B)的蚀刻溶液接触的玻璃陶瓷C的样品，经历分别为1.06μm/hr及0.99μm/hr的厚度20的减小速率。反之，仅与蚀刻溶液接触的玻璃陶瓷基材的样品(实施例2D)的厚度20的减小速率为0.85μm/hr。
可以对本公开的上述实施方式进行许多改变和调整而基本上不偏离本公开的精神和各种原理。所有这些变动和修改旨在包括在本公开和所附权利要求保护的范围内。

Claims (35)

1.一种对基材进行改性的方法，所述方法包括：
蚀刻步骤，此蚀刻步骤包括使玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷基材的一个或更多个主表面与蚀刻溶液接触20分钟至8小时的时间段，以产生一个或更多个经蚀刻的主表面，蚀刻溶液包含超过10重量％的一种或更多种碱性氢氧化物，蚀刻溶液具有在100℃至150℃范围内的温度，在所述时间段期间，基材在主表面之间的厚度以每小时2μm或更大的速率减小5μm至100μm。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在蚀刻步骤之前发生的纹理化步骤，此纹理化步骤包括增加基材的一个或更多个主表面的表面粗糙度(Ra)，以产生一个或更多个纹理化主表面，且蚀刻步骤包括使所述一个或更多个纹理化主表面与蚀刻溶液接触。
3.如权利要求2所述的方法，
其中，增加表面粗糙度(Ra)包括用加压气体发射的颗粒喷击所述一个或更多个主表面。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，
其中，基材是玻璃基材；并且
所述方法还包括陶瓷化步骤，此陶瓷化步骤发生在蚀刻步骤之后，所述陶瓷化步骤包括将玻璃基材陶瓷化成玻璃陶瓷基材。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，
其中，基材是玻璃陶瓷基材。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液不包括氟化氢。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液还包括碱金属磷酸盐、碱金属碳酸盐、及螯合剂中的一种或更多种。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液还包括Na3PO4和EDTA中的一种或更多种。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液中的一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、或氢氧化钠及氢氧化钾两者的组合。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，
其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为50μm至5mm。
11.如权利要求1-9中任一项所述的方法，
其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为500μm至1.1mm。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液的一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)。
13.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中
基材为玻璃陶瓷基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
14.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中
基材为玻璃基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
15.一种制造玻璃陶瓷基材的方法，所述方法包括：
纹理化步骤，此纹理化步骤包括增加玻璃基材的一个或更多个主表面的表面粗糙度(Ra)，以产生一个或更多个纹理化主表面；
蚀刻步骤，此蚀刻步骤包括使玻璃基材的所述一个或更多个纹理化主表面与蚀刻溶液接触20分钟至8小时的时间段，以产生一个或更多个经蚀刻的主表面，此蚀刻溶液包括超过10重量％的一种或更多种碱性氢氧化物，此蚀刻溶液具有在100℃至150℃范围内的温度，在所述时间段期间，基材的主表面之间的厚度以每小时0.5μm或更大的速率减小5μm至100μm；及
陶瓷化步骤，包括将玻璃基材陶瓷化成玻璃陶瓷基材。
16.如权利要求15所述的方法，
其中，增加表面粗糙度(Ra)包括用加压气体发射的颗粒喷击所述一个或更多个主表面。
17.如权利要求15-16中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液不包括氟化氢。
18.如权利要求15-17中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液还包括碱金属磷酸盐、碱金属碳酸盐、及螯合剂中的一种或更多种。
19.如权利要求15-18中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液还包括Na3PO4和EDTA中的一种或更多种。
20.如权利要求15-19中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液中的一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、或氢氧化钠及氢氧化钾两者的组合。
21.如权利要求15-20中任一项所述的方法，
其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为50μm至5mm。
22.如权利要求15-20中任一项所述的方法，
其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为500μm至1.1mm。
23.如权利要求15-22中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液的一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)。
24.如权利要求15-16中任一项所述的方法，其中
基材为玻璃陶瓷基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
25.如权利要求15-16中任一项所述的方法，其中
基材为玻璃基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
26.一种对基材进行改性的方法，所述方法包括：
纹理化步骤，此纹理化步骤包括增加玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷基材的一个或更多个主表面的表面粗糙度(Ra)，以产生一个或更多个纹理化主表面；及
蚀刻步骤，此蚀刻步骤包括使所述一个或更多个纹理化主表面与蚀刻溶液接触20分钟至8小时的时间段，以产生一个或更多个经蚀刻的主表面，蚀刻溶液包括超过10重量％的一种或更多种碱性氢氧化物，蚀刻溶液具有在100℃至150℃范围内的温度，在所述时间段期间，基材在主表面之间的厚度以每小时0.5μm或更大的速率减小5μm至100μm。
27.如权利要求26所述的方法，
其中，基材是玻璃基材；并且
所述方法还包括陶瓷化步骤，此陶瓷化步骤发生在蚀刻步骤之后，所述陶瓷化步骤包括将玻璃基材陶瓷化成玻璃陶瓷基材。
28.如权利要求26-27中任一项所述的方法，
其中，蚀刻步骤的蚀刻溶液还包括碱金属磷酸盐、碱金属碳酸盐、及螯合剂中的一种或更多种。
29.如权利要求26-28中任一项所述的方法，
其中，增加表面粗糙度(Ra)包括用加压气体发射的颗粒喷击所述一个或更多个主表面。
30.如权利要求26-29中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液中的一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、或氢氧化钠及氢氧化钾两者的组合。
31.如权利要求26-30中任一项所述的方法，
其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为50μm至5mm。
32.如权利要求26-30中任一项所述的方法，
其中，在蚀刻步骤之前的基材的厚度为500μm至1.1mm。
33.如权利要求26-31中任一项所述的方法，
其中，蚀刻溶液的一种或更多种碱性氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)。
34.如权利要求26所述的方法，其中
基材为玻璃陶瓷基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
35.如权利要求26所述的方法，其中
基材为玻璃基材，且蚀刻溶液包括30至50重量％的NaOH，且蚀刻溶液的温度为115℃至133℃。
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