CN114514115A - 具有用于阻止裂纹的埋入式应力尖峰的玻璃层压体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种层压玻璃制品包含核心层和包覆层，所述核心层包含核心玻璃组合物，所述包覆层与所述核心层直接相邻、并且包含包覆玻璃组合物。包覆层的应力，随着从包覆层的外表面距离的增加从压缩应力增加至拉伸应力，在所述核心层和所述包覆层之间的界面区域处以阶跃变化方式转变为压缩应力，并且随着从所述界面区域到所述核心层的中心的距离的增加从压缩应力增加至拉伸应力。

Description

具有用于阻止裂纹的埋入式应力尖峰的玻璃层压体及其制造 方法
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C§119，本申请主张于2019年8月6日提交的美国临时申请系列号62/883401的优先权权益，本案依赖其内容并且其全部内容通过引用并入本文。
背景
领域
本说明书总体上涉及玻璃制品，并且更具体地涉及包含多个玻璃层的层压玻璃制品及其形成方法。
背景技术
玻璃制品可用于各种各样的产品，包含例如车用玻璃、建筑面板、家电和盖板玻璃(例如用于触摸屏装置，如智能手机、平板电脑、膝上型计算机(laptop computer)和监视器)。在使用过程中，相对较大的缺陷可能被引入所述玻璃制品的表面中。例如，当智能手机掉在粗糙表面(例如沥青)上时，由于与粗糙表面的尖锐特征接触而引起的局部凹痕(indention)可能在盖板玻璃的表面造成深达约300μm的缺陷。
因此，需要对于深层缺陷(deep flaw)所造成的断裂(breakage)具有改善的抗性、改善的机械可靠性及改善的掉落性能的玻璃制品。
发明内容
根据本文所公开的第一方面，层压玻璃制品包含核心层和包覆层，所述核心层包含核心玻璃组合物，并且所述包覆层与所述核心层直接相邻并包含包覆玻璃组合物。所述包覆层的应力，随着距所述包覆层的外表面的距离的增加从压缩应力增加至拉伸应力，在所述核心层和所述包覆层之间的界面区域处以阶跃变化方式(as a step chang)转变为压缩应力，并且随着从所述界面区域到所述核心层的中心的距离增加从压缩应力增加至拉伸应力。
根据第二方面，层压玻璃制品包含根据第一方面所述的层压玻璃制品，其中所述核心玻璃组合物具有平均核心热膨胀系数(CTE核心)，并且所述包覆层具有大于CTE核心的平均包覆热膨胀系数(CTE包覆)。
根据第三方面，层压玻璃制品包含根据第一或第二方面的层压玻璃制品，其中所述层压玻璃制品经离子交换强化。
根据第四方面，层压玻璃制品包含根据任何前述方面的层压玻璃制品，其中所述核心玻璃组合物和所述包覆玻璃组合物包含一种或多种碱金属氧化物(alkali oxides)。
根据第五方面，层压玻璃制品包含根据任何前述方面的层压玻璃制品，其中所述包覆层中的最大拉伸应力大于或等于所述核心层中的最大拉伸应力。
根据第六方面，层压玻璃制品包含根据任何前述方面的层压玻璃制品，其中所述核心层的最大压缩应力大于所述包覆层的最大压缩应力。
根据第七方面，层压玻璃制品包含根据任何前述方面的层压玻璃制品，其中所述外表面处的应力数值(magnitude)大于或等于约300MPa。
根据第八方面，层压玻璃制品包含根据任何前述方面的层压玻璃制品，其中所述层压玻璃制品的应力的最大数值小于或等于约400MPa。
根据第九方面，层压玻璃制品包括包含核心层和包覆层，所述核心层包含核心玻璃组合物，并且包覆层与所述核心层直接相邻并包含包覆玻璃组合物。Li离子的浓度随着从所述包覆层的外表面到所述核心层的中心线的距离的增加而增加；K离子的浓度随着从所述包覆层的外表面到所述包覆层和所述核心层之间的界面的距离的增加而降低；并且Na离子的浓度随着距所述包覆层的外表面的距离的增加而增加到所述包覆层中或所述包覆层与所述核心层之间界面处的Na离子最大浓度，并且经由所述包覆层与所述核心层之间的界面处的阶跃变化(via a step change)相对于所述Na离子最大浓度转变为较低的Na离子的浓度。
根据第十方面，层压玻璃制品包含根据第九方面所述的层压玻璃制品，其中随着从所述包覆层和所述核心层之间的界面到核心层的中心线的距离的增加，Na离子的浓度降低。
根据第十一方面，层压玻璃制品包含根据第九方面所述的层压玻璃制品，其中随着从所述包覆层和所述核心层之间的界面到核心层的中心线的距离的增加，Na离子的浓度先增加后降低。
根据第十二方面，层压玻璃制品包含根据第九至第十一方面中任一方面所述的层压玻璃制品，其中Li离子的浓度根据非线性关系而增加。
根据第十三方面，层压玻璃制品包含根据第九至第十二方面中任一方面所述的层压玻璃制品，其中所述核心层中K离子的浓度为零。
根据第十四方面，层压玻璃制品包含根据第九方面所述的层压玻璃制品，其中Na离子的浓度根据线性关系从所述包覆层的外表面增加至Na离子的最大浓度。
根据第十五方面，层压玻璃制品包含根据第九方面所述的层压玻璃制品，其中Na离子的浓度根据非线性关系从所述包覆层的外表面增加至Na离子的最大浓度。
根据第十六方面，一种制备层压玻璃制品的方法，其包括层压至少一个核心层和至少一个包覆层以形成层压玻璃制品，所述至少一个核心层包含可离子交换的核心玻璃组合物，并且所述至少一个包覆层包含可离子交换的包覆玻璃组合物；以及使所述层压玻璃制品与包含至少一种离子源的离子交换浴接触一段时间，使得所述至少一个核心层中的最大压缩应力大于所述至少一个包覆层中的最大压缩应力。
根据第十七方面，一种方法包括根据第十六方面所述的方法，其中所述至少一个核心层具有平均核心热膨胀系数(CTE核心)，并且所述至少一个包覆层具有大于CTE核心的平均包覆热膨胀系数(CTE包覆)。
根据第十八方面，一种方法包括根据第十六或第十七方面所述的方法，其中所述离子交换浴包含至少第一离子源和不同于所述第一离子源的第二离子源。
根据第十九方面，一种方法包括根据第十六至第十八方面中任一项所述的方法，其中在与所述离子交换浴接触之后，所述至少一个包覆层中的最大拉伸应力大于或等于所述至少一个核心层中的最大拉伸应力。
根据第二十方面，一种方法包括根据第十六至第十九方面中任一项所述的方法，其中在与所述离子交换浴接触之后，所述玻璃制品的外表面处的应力数值大于或等于约300MPa。
另外的特征和优点将在随后的详细描述中阐述，并且对于本领域技术人员而言将从该描述中部分地理解，或者通过实践本文中所描述的实施方案(包含随后的详细描述，权利要求书以及附图)而认识到。
应理解，前面的一般性描述与下面的详细描述两者都描述了各种实施方案，并且旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特征的概述或框架。附图被包含以提供对各种实施方案的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图示出了本文所述的各种实施方案，并且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1是根据本文所示和所述的一个或多个实施方案的玻璃制品的截面图(cross-sectional view)；
图2是可用于形成根据本文所示和所述的一个或多个实施方案的玻璃制品的溢流分配器的截面图；
图3是示例性实施方案的离子浓度的曲线图，其中浓度绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上；
图4是对应于图3的曲线图的示例性实施方案的应力分布曲线图，其中应力绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上；
图5是另一个示例性实施方案的离子浓度的曲线图，其中浓度绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上；
图6是对应于图5的曲线图的示例性实施方案的应力分布曲线图，其中应力绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上；
图7是另一个示例性实施方案的离子浓度的曲线图，其中浓度绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上；
图8是对应于图7的曲线图的示例性实施方案的应力分布曲线图，其中应力绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上；
图9是示例性实施方案的应力分布曲线图，其中应力绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上；
图10是示例性实施方案的应力分布曲线图，其中应力绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上；
图11是示例性实施方案的应力分布曲线图，其中应力绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上。
图12是在易碎性测试之后的不易碎样品的表示图；
图13是在易碎性测试之后的易碎样品的表示图；
图14是另一个示例性实施方案的应力分布曲线图，其中应力绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上；
图15是示例性实施方案的应力分布曲线图，其中应力绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上；
图16是示例性实施方案的残留强度分布曲线图，其中残留强度绘制在y轴上，并且缺陷尺寸绘制在x轴上；
图17是示例性实施方案的应力分布曲线图，其中应力绘制在y轴上，并且玻璃制品内的深度绘制在x轴上；以及
图18是对应于图17的应力分布曲线的示例性实施方案的残留强度分布曲线图，其中残留强度绘制在y轴上，并且缺陷尺寸绘制在x轴上。
具体实施方式
现在将详细参考示例在附图中示出的各种实施方案。只要可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
范围在本文中可以表示为从“约”一个特定值，和/或至“约”另一个特定值。当表达这样的范围时，另一个实施方案包含从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应理解，特定值形成另一个实施方案。还应理解，每个范围的端点与另一个端点有关，并独立于另一个端点。
本文所用的方向术语-例如上、下、右、左、前方、后方、顶部、底部-仅参照所绘制的图成立，并不意味着绝对方向。
除非另有明确说明，本文阐述的任何方法决不旨在被解释为要求其步骤以特定的顺序执行，也不要求具有任何设备的特定方向。因此，在方法权利要求并未实际记载其步骤所遵循的顺序，或者任何设备权利要求并未实际记录各个部件的顺序或方向，或者没有在权利要求或说明书中另行具体说明步骤要限于特定顺序，或者并未记载设备的部件的特定顺序或方向的情况下，决不意图在任何方面推断顺序或方向。这适用于为了说明的任何可能的非明示基础，包括：对于步骤、操作流程、部件顺序或部件方向的安排的逻辑主题；衍生自语法组织或标点符号的普通含义，和；说明书中描述的实施方案的数量或类型。
如本文所用，单数形式“一个(a)”，“一种(an)”和“所述(the)”包含复数指示物，除非上下文另有明确说明。因此，例如，提及“一个”部件包含具有两个或多个这种部件的方面，除非上下文另有明确说明。此外，在先前没有“其中一个”(或表示“或”明确地表示排他的其它类似语言-例如，仅x或y中之一等)的情况下使用词语“或”应解释为包括性的(例如，“x或y”表示x或y中之一或两者)。
所有公开的范围应理解为涵盖并提供支持用于记载每个范围所包含的任何及所有子范围或是任何及所有单个值的权利要求。例如，1至10的规定范围应被认为包含并且提供支持用于记载最小值1与最大值10之间和/或包含最小值1及最大值10的任何和所有子范围或单个值的权利要求；即，所有子范围均以最小值1或更大的最小值开始，并以最大值10或更小的最大值结束(例如，5.5至10、2.34至3.56等)或从1至10的任何值(例如，3、5.8、9.9994等)。
如本文所用，术语“平均热膨胀系数”或“平均CTE”是指给定材料或层在0℃与300℃之间的平均线性热膨胀系数。除非另有说明，本文所用的术语“热膨胀系数”或“CTE”是指平均热膨胀系数。
压缩应力(包括表面压缩应力)通过折射近场(RNF)技术测量。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，其与所述玻璃的双折射有关。随后SOC根据标题为“Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient”的ASTM标准C770-16中描述的程序C(玻璃盘方法)测量，其内容以全文引用的方式并入本文中。压缩深度(DOC)可以使用本领域已知的RNF技术或散射光偏光镜(SCALP)技术来测量。使用本领域已知的散射光偏光镜(SCALP)技术测量最大中心张力(CT)值。
通过电子探针显微分析(EPMA)测量玻璃中各种组成成分(例如碱金属组成成分)的浓度分布。例如，EPMA可用于区分玻璃中由于碱金属离子离子交换到玻璃中而产生的压缩应力与由于层压而产生的压缩应力。
短语“压缩深度”和“DOC”是指玻璃中压缩应力转变为拉伸应力的位置。
术语“由…形成”可意指包含、基本上由…组成或由…组成中的一个或多个。例如，由特定材料形成的部件可包含特定材料，基本上由特定材料组成，或由特定材料组成。
在各种实施方案中，玻璃制品包含至少第一层和第二层。例如，所述第一层包含核心层，并且所述第二层包含与所述核心层相邻的一个或多个包覆层104、106。所述第一层和/或所述第二层是包含玻璃材料、陶瓷材料、玻璃-陶瓷材料或其组合的玻璃层。在一些实施方案中，所述第一层和/或第二层是透明玻璃层。
所述核心层具有核心CTE，并且所述包覆层具有包覆CTE。例如，所述核心层由具有所述核心CTE的第一玻璃组合物形成，并且所述包覆层由具有所述包覆CTE的第二玻璃组合物形成。在本文所述的一些实施方案中，在任何离子交换处理之前，所述核心CTE小于所述包覆CTE(即，所述包覆CTE大于所述核心CTE)，使得所述核心层处于压缩状态而所述包覆层处于拉伸状态。在一些实施方案中，在对玻璃制品进行离子交换处理之后，所述玻璃制品的应力分布，随着距所述包覆层的外表面的距离的增加从压缩应力增加至拉伸应力，在所述核心层和所述包覆层之间的界面区域处以阶跃变化方式转变为压缩应力，并且随着从所述界面区域到所述核心层中心的距离的增加从压缩应力增加至拉伸应力。玻璃制品中的这种“跳跃”拉伸-压缩曲线和其它非常规的应力曲线能够阻止更深的裂纹，这将在下面更详细地描述。
图1是玻璃制品100的一个实施方案的截面图。玻璃制品100是包含多个玻璃层的层压片材。在实施方案中，层压片材可以是基本上平面的，如图1所示，或者层压片材可以是非平面的。玻璃制品100包含设置在第一包覆层104和第二包覆层106之间的核心层102。在一些实施方案中，第一包覆层104和第二包覆层106是相对于核心层102的外层，如图1所示。例如，所述第一包覆层104的外表面108用作玻璃制品100的外表面和/或所述第二包覆层106的外表面110用作玻璃制品100的外表面。在其它实施方案中，第一包覆层104和/或第二包覆层106是设置在核心层102和外层(未示出)之间的中间层。
核心层102包含第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面。在一些实施方案中，第一包覆层104熔合(fused)到核心层102的第一主表面。另外地或可选地，第二包覆层106熔合到核心层102的第二主表面。在这类实施方案中，第一包覆层104和核心层102之间的界面112和/或第二包覆层106和核心层102之间的界面114没有任何结合材料(bondingmaterial)，例如添加或配置成将各个包覆层104、106粘附到核心层102的粘合剂、涂层、或任何非玻璃材料。因此，第一包覆层104和/或第二包覆层106直接熔合到核心层102和/或直接邻近核心层102。在一些实施方案中，玻璃制品100包含设置在核心层102和第一包覆层之间和/或核心层102和第二包覆层之间的一个或多个中间层。例如，中间层可以包含在核心层102和包覆层的界面处形成的中间玻璃层和/或扩散层。扩散层可以包含混合区域，其包含与扩散层相邻的每一层的成分(例如，在两个直接相邻的玻璃层之间的混合区域)。在一些实施方案中，玻璃制品100包含玻璃-玻璃层压体，其中直接相邻的玻璃层之间的界面是玻璃-玻璃界面。
在一些实施方案中，核心层102包含第一玻璃组合物(本文中也称为核心玻璃组合物)，并且第一包覆层104和/或第二包覆层106包含不同于第一玻璃组合物的第二玻璃组合物(本文中也称为包覆玻璃组合物)。在如本文所述将玻璃制品100进行化学强化之前，第一玻璃组合物和第二玻璃组合物彼此不同。例如，在图1所示的实施方案中，核心层102包含第一玻璃组合物，并且第一包覆层104和第二包覆层106各自包含第二玻璃组合物。在其它实施方案中，第一包覆层包含第二玻璃组合物，并且第二包覆层包含不同于第一玻璃组合物和/或第二玻璃组合物的第三玻璃组合物。
在各种实施方案中，核心层102由可离子交换的核心玻璃组合物形成，并且包覆层104、106由可离子交换的包覆玻璃组合物形成。在实施方案中，如上文和下文所述，核心玻璃组合物和包覆玻璃组合物具有不同的热膨胀系数。
玻璃制品可使用合适的方法形成，例如熔融拉伸法、下拉伸法、狭缝拉伸法、上拉伸法或浮法。在一些实施方案中，玻璃制品100使用熔融拉伸法形成。图2是可用于形成玻璃制品(例如玻璃制品100)的溢流分配器200的示例性实施方案的截面图。
溢流分配器200可以如美国专利号4,214,886中所述的方式配置，其通过引用整体并入本文。例如，熔合拉伸设备包含下溢流分配器220和定位于下溢流分配器220上方的上溢流分配器240。下溢流分配器220包含槽222。第一玻璃组合物224经熔融并以粘性状态进料到槽222中。如下文进一步所述，第一玻璃组合物224形成玻璃制品100的核心层102。上溢流分配器240包含槽242。第二玻璃组合物244经熔融并以粘性状态进料到槽242中。如下文进一步所述，第二玻璃组合物244形成玻璃制品100的第一包覆层104和第二包覆层106。
第一玻璃组合物224溢出槽222，并沿着下溢流分配器220的相对的外形成表面226和228向下流动。外形成表面226和228在拉伸线230处汇集。沿着下溢流分配器220的相应外形成表面226和228向下流动的第一玻璃组合物224的单独液流在拉伸线230处汇集，在此它们熔合在一起以形成玻璃制品100的核心层102。
第二玻璃组合物244溢出槽242，并沿着上溢流分配器240的相对的外形成表面246和248向下流动。第二玻璃组合物244通过上溢流分配器240向外偏转，使得第二玻璃组合物244围绕下溢流分配器220流动，并接触流经下溢流分配器220的外形成表面226和228的第一玻璃组合物224。第二玻璃组合物244的单独液流与沿着下溢流分配器220的相应外形成表面226和288向下流动的第一玻璃组合物224的相应单独液流熔合。当第一玻璃组合物224的液流在拉伸线230处汇集之后，第二玻璃组合物244形成玻璃制品100的第一包覆层104和第二包覆层106。
在一些实施方案中，粘性状态下的核心层102的第一玻璃组合物224与粘性状态下的第一包覆层104和第二包覆层106的第二玻璃组合物244接触以形成层压片材。在一些这类实施方案中，如图2所示，层压片材是远离下溢流分配器220的拉伸线230行进的玻璃带的一部分。玻璃带可以通过合适的方式(包含例如重力和/或牵引辊)从下溢流分配器220拉出。玻璃带在离开下溢流分配器220时冷却。玻璃带被处理(served)以从其分离出层压片材。因此，从玻璃带切割出层压片材。可以使用合适的技术例如刻划、弯曲、热冲击和/或激光切割来处理玻璃带。在一些实施方案中，玻璃制品100包含如图1所示的层压片材。在其它实施方案中，可进一步加工(例如，通过切割或模制)层压片材以形成玻璃制品。
虽然玻璃制品100在图1中显示为包含三层，但也可考虑其它实施方案。例如，玻璃制品可具有两层、四层或多层。包含两层的玻璃制品可使用经定位的两个溢流分配器来形成，使得所述两层在远离溢流分配器的相应拉伸线行进时接合，或通过使用具有分开的槽的单个溢流分配器来形成，使得两种玻璃组合物流过溢流分配器的相对的外形成表面，并在溢流分配器的拉伸线处汇集。可以使用另外的溢流分配器和/或使用具有分开的槽的溢流分配器形成包含四层的玻璃制品。因此，可以通过相应地修改溢流分配器来形成具有预先确定的层数的玻璃制品。
虽然玻璃制品100在图1中显示为包含层压片材，但也可考虑其它形式。例如，玻璃制品可以是包含多个管状层(例如，由一个或多个环形孔形成)的层压管的形式，并且层压管的部分横截面可以具有类似于图1所示的层压结构。在其它实施方案中，玻璃制品可以是成形的玻璃制品，例如可以通过成形或模制层压片材而形成。
在一些实施方案中，玻璃制品100的厚度为至少约0.05mm，至少约0.1mm，至少约0.2mm，或至少约0.3mm。另外地或可选地，玻璃制品100的厚度小于约2mm，小于约1.5mm，小于约1mm，小于约0.7mm，或小于约0.5mm。在一些实施方案中，核心层102的厚度与玻璃制品100的厚度的比率为至少约0.7，至少约0.8，至少约0.85，至少约0.9，或至少约0.95。另外地或可选地，核心层102的厚度与玻璃制品100的厚度的比率小于约0.95，小于约0.93，小于约0.9，小于约0.87，或小于约0.85。在一些实施方案中，第二层(例如，第一包覆层104和第二包覆层106中的每一个)的厚度为约0.01mm至约0.3mm。
在一些实施方案中，第一玻璃组合物和/或第二玻璃组合物具有适于使用本文所述的熔融拉伸方法形成玻璃制品100的液相线粘度。例如，核心层102的第一玻璃组合物可具有至少约100kP，至少约200kP或至少约300kP的液相线粘度。另外地或可选地，第一玻璃组合物包含小于约3000kP，小于约2500kP，小于约1000kP或小于约800kP的液相线粘度。第一包覆层104和/或第二包覆层106的第二玻璃组合物可以具有至少约50kP，至少约100kP或至少约200kP的液相线粘度。另外地或可选地，第二玻璃组合物包含小于约3000kP，小于约2500kP，小于约1000kP或小于约800kP的液相线粘度。第一玻璃组合物可有助于在溢流分配器上携带第二玻璃组合物以形成第二层。因此，第二玻璃组合物的液相线粘度可以低于通常认为适合于使用熔融拉伸法形成单层片材的液相线粘度。
在本文所述的各种实施方案中，玻璃制品100通过机械强化和化学强化的组合来强化。例如，玻璃制品100可以具有如本文所述的CTE错配，并且可以化学强化，例如通过离子交换处理，以进一步增加第二层外表面附近的压缩应力和/或在第二层内形成压缩尖峰。
在各种实施方案中，玻璃制品100是机械强化的。例如，形成第一包覆层104和/或第二包覆层106的第二玻璃组合物可以具有与形成核心层102的第一玻璃组合物不同的CTE。特别地，在一些实施方案中，相比于核心层102的玻璃组合物，第一包覆层104和第二包覆层106可以由具有较高的CTE的玻璃组合物形成。在冷却玻璃制品100之后，CTE错配(即，第一包覆层104和第二包覆层106的CTE与核心层102的CTE之间的差异)导致在核心层102中形成压缩应力，在包覆层104、106中形成拉伸应力。在各种实施方案中，第一包覆层104和第二包覆层106中的每一个可独立地具有比核心层102较高的CTE、较低的CTE或基本相同的CTE。表面压缩应力倾向于抑制现存表面缺陷发展成裂纹。
在实施方案中，核心层102的CTE与第一包覆层104和/或第二包覆层106的CTE相差至少约5×10-7℃-1，至少约15×10-7℃-1，至少约25×10-7℃-1或至少约30×10-7℃-1。另外地或可选地，核心层102的CTE与第一包覆层104和/或第二包覆层106的CTE相差小于约100×10-7℃-1，小于约75×10-7℃-1，小于约50×10-7℃-1，小于约40×10-7℃-1，小于约30×10-7℃-1，小于约20×10-7℃-1，或小于约10×10-7℃-1。例如，在一些实施方案中，核心层102的CTE与第一包覆层104和/或第二包覆层106的CTE相差约5×10-7℃-1至约30×10-7℃-1，或约5×10-7℃-1至约20×10-7℃-1。在一些实施方案中，第一和/或第二包覆层的第二玻璃组合物的CTE小于约66×10-7℃-1，小于约55×10-7℃-1，小于约50×10-7℃-1，小于约40×10-7℃-1，或小于约35×10-7℃-1。另外地或可选地，第一和/或第二包覆层的第二玻璃组合物的CTE为至少约10×10-7℃-1，至少约15×10-7℃-1，至少约25×10-7℃-1，或至少约30×10-7℃-1。核心层102的第一玻璃组合物可以具有至少约40×10-7℃-1，至少约50×10-7℃-1，至少约55×10-7℃-1，至少约65×10-7℃-1，至少约70×10-7℃-1，至少约80×10-7℃-1或至少约90×10-7℃-1的CTE。另外地或可选地，核心层的第一玻璃组合物的CTE可以小于约120×10-7℃-1，小于约110×10-7℃-1，小于约100×10-7℃-1，小于约90×10-7℃-1，小于约75×10-7℃-1，或小于约70×10-7℃-1。
在本文所述的各种实施方案中，玻璃制品100是化学强化的。例如，玻璃制品100经由离子交换处理以增加玻璃制品外表面(例如，包覆层的外部)处的玻璃制品区域中的压缩应力。在一些实施方案中，离子交换处理包括将离子交换介质施加到玻璃制品100的一个或多个表面。离子交换介质可以是溶液、糊剂、凝胶或另一种合适的介质，包含较大离子以与玻璃(例如，第二层的玻璃)中的较小离子交换。术语“较大离子”和“较小离子”是相对术语，是指较大离子与较小离子相比相对较大，而较小离子与较大离子相比相对较小。因此，较大离子的离子半径大于较小离子的离子半径，而较小离子的离子半径小于较大离子的离子半径。在一些实施方案中，玻璃制品100的包覆层包含碱金属铝硅酸盐玻璃。因此，玻璃制品的包覆层中的较小离子和离子交换介质中的较大离子可以是单价碱金属阳离子(例如Li+，Na+和/或K+)。可选地，玻璃制品100中的一价阳离子可用除碱金属阳离子之外的一价阳离子(例如Ag+等)代替。在一些实施方案中，玻璃制品100的包覆层包含碱土金属铝硅酸盐玻璃。因此，玻璃制品的包覆层中的较小离子和离子交换介质中的较大离子可以是二价碱土阳离子(例如Be2+，Mg2+，Ca2+和/或Sr2+)。在一些实施方案中，离子交换介质包含熔融盐溶液，并且离子交换处理包括将层压玻璃制品浸入包含较大离子(例如，K+，Na+，Sr2+和/或Ca2+)的熔融盐浴中，所述较大离子要与玻璃中的较小离子(例如，Na+，Li+，Ca2+和/或Mg2+)交换。在一些实施方案中，熔融盐浴包含较大离子的盐(例如硝酸盐、硫酸盐和/或氯化物)。例如，熔融盐浴可包含熔融KNO3、熔融NaNO3或其组合。另外地或可选地，熔融盐浴的温度可为约380℃至约450℃，并且浸入时间为约2小时至约16小时。
通过在玻璃制品100的表面处用较大的离子取代玻璃中较小的离子，包覆层的压缩应力在玻璃制品的外表面处增加。例如，在离子交换处理过程中，来自离子交换介质的较大离子扩散进入玻璃制品100的包覆层的外部，而来自玻璃的较小离子扩散离开玻璃制品的包覆层的外部。因此，包覆层的外部包含玻璃制品的交换区域。离子交换区域中较大离子浓度的增加导致玻璃的拥挤(crowding)，并增加离子交换区域中玻璃制品100的压缩应力。在一些实施方案中，使玻璃制品100经受离子交换处理而将玻璃制品外表面上的表面压缩应力(例如，由CTE错配产生的初始表面压缩应力)增加至最终压缩应力值。例如，最终压缩应力值为至少约200MPa，至少约300MPa，至少约400MPa，至少约500MPa，至少约600MPa，至少约700MPa，至少约800MPa，至少约900MPa，或至少约1,000MPa。另外地或可选地，最终压缩应力值小于约1300MPa，小于约1200MPa，小于约1000MPa，小于约900MPa，小于约800MPa或小于约600MPa。
在本文的各种实施方案中，核心层102通过包覆层104、106进行离子交换强化。核心层102和包覆层104、106具有不同的组成特性以实现这些性质。在通过离子交换强化之后，每种玻璃组合物的组成特性在层压玻璃制品的整个厚度上产生独特的碱金属离子(alkali ion)扩散分布曲线。
在离子交换强化之前，包覆层104、106的玻璃网络的各种组成成分(例如，SiO2和B2O3等玻璃形成剂，Al2O3等中间体，和CaO、Na2O等改性剂)的浓度通常从层压玻璃制品的外表面均匀分布到各自的界面区域。例如，包覆层104、106包含至少一种玻璃形成剂，并且玻璃形成剂的浓度从玻璃制品的外表面到包覆层和核心层102之间的界面基本上是恒定的。此外，包覆层104、106包含至少一种改性剂，例如Na2O和/或另一种碱金属氧化物，并且改性剂的浓度从玻璃制品的外表面到包覆层与核心层102之间的界面基本上是恒定的。
类似地，核心层102的玻璃网络的各种组成成分(例如，SiO2和B2O3等玻璃形成剂，Al2O3等中间体，和CaO、Na2O等改性剂)的浓度通常从各自的界面均匀分布到核心层102的中心线。本文所用术语“中心线”是指核心层102厚度的中点。例如，核心层102包含至少一种玻璃形成剂，并且玻璃形成剂的浓度从界面的核心侧到核心层102的中心线基本上是恒定的。此外，核心层102包含至少一种改性剂，例如Na2O和/或另一种碱金属氧化物，并且玻璃改性剂的浓度从界面的核心侧到核心层102的中心线基本上是恒定的。
然而，如图3所示，在离子交换之后，碱金属氧化物(例如K2O)的浓度在核心层102和包覆层104、106中都随着距离玻璃制品100的表面108、110的深度而变化。具体地，K2O302的浓度从玻璃制品100的表面108、110穿过包覆层104、106到界面112、114的包覆侧而降低。即，包覆层104、106中的K2O 302的浓度作为距离表面108、110的距离的函数具有负斜率。类似地，K2O 302的浓度从界面的核心侧沿着核心层102的中心线CL的方向而降低。
另外，Na2O 304的浓度从玻璃制品100的表面108、110穿过包覆层104、106到界面112、114的包覆侧而增加。即，包覆层104、106中的Na2O 304的浓度作为距离表面108、110的距离的函数具有正斜率。然后，Na2O浓度304在包覆层104、106和核心层102之间的界面处以阶跃变化方式改变，然后在核心层102内持续降低。
此外，在图3中，随着从包覆层104、106的表面到核心层102中的中心线CL的距离的增加，Li2O浓度306从零的表面浓度增大至中心线处的最大Li2O浓度306。
虽然包覆层104、106中的碱金属氧化物的浓度由于离子交换强化而改变，但是应理解，玻璃网络的其它组成(即玻璃形成剂、中间体和碱土金属氧化物(CaO、MgO等)等非移动改性剂)的浓度保持基本上相同(即在包覆层104、106的厚度上基本上均匀，并且在核心层102的厚度上基本上均匀)。
离子交换处理还产生独特的应力分布曲线，其中一个示例如图4中所示。如图4所示，玻璃包覆层由于离子交换而具有应力分布曲线。从玻璃表面到100μm处的核心-包覆界面的区域的应力包含由于离子交换强化引起的压缩应力和拉伸应力。核心层102(即，在大于100μm的深度处的层压体的部分)还包含由于离子交换强化包覆层至核心层102而产生的压缩应力的区域和处于拉伸应力下的区域。在图4所示的示例中，应力分布曲线402对应于使用本文所述的双离子交换处理化学强化的玻璃的分布曲线。
更具体地，在图4中，随着从包覆层的外表面的距离的增加，包覆层的应力从压缩应力增加至拉伸应力，并且然后在核心层102和包覆层之间的界面区域处以阶跃变化方式转变为压缩应力。随着从界面区域到核心层102的中心的距离的增加，核心层102的应力从压缩应力增加至拉伸应力。
使用含锂包覆层104、106和含钠核心层102获得图3的碱金属浓度分布曲线和图4的应力分布曲线。图5-8各自示出了包含含锂核心层102和含钠包覆层104、106的玻璃层压体的碱金属浓度分布曲线(图5和图7)或应力分布曲线(图6和图8)。使用70μm的包覆层厚度获得图5和图6中的分布曲线，而使用25μm的包覆层厚度获得图7和图8中的分布曲线。
与前述示例相同，如图5和图7所示，在离子交换之后，碱金属氧化物(例如K2O)的浓度在核心层102和包覆层104、106中随着距离玻璃制品100的表面108、110的深度而变化。具体而言，K2O 502、702的浓度从玻璃制品100的表面108、110穿过包覆层104、106至界面112、114的包覆侧而降低。即包覆层104、106中的K2O 502、702的浓度作为距离表面108、110的距离的函数具有负斜率。类似地，K2O 502、702的浓度从界面的核心侧沿着核心层102的中心线CL的方向降低。
另外，在图5和图7中，随着从包覆层104、106的表面到核心层102中的中心线的距离的增加，Li2O浓度504、704从0的表面浓度增加至中心线CL处的最大Li2O浓度504、704。
然而，在图5和图7中，Na2O 506、706的浓度从玻璃制品100的表面108、110穿过包覆层104、106至界面112、114的包覆侧而增加。即，包覆层104、106中的Na2O 506、706的浓度作为距离表面108、110的距离的函数具有正斜率。然后，Na2O浓度506、706在包覆层104、106和核心层102之间的界面处以阶跃变化方式改变，其中在核心层102内初始增加然后减小。
虽然包覆层104、106中的碱金属氧化物的浓度由于离子交换强化而改变，但是应理解，玻璃网络的其它组分(即，玻璃形成剂、中间体和碱土金属氧化物(CaO、MagO等)等非移动改性剂)的浓度保持基本上相同(即在包覆层104、106的厚度上基本上均匀，并且在核心层102的厚度上基本上均匀)。
在图6和图8所示的应力分布曲线中，包覆层104、106由于离子交换而具有分布曲线。在图6中，从玻璃表面至70μm处的核心-包覆界面的区域中的应力包含由于离子交换强化引起的压缩应力和拉伸应力。核心层102(即，在大于70μm的深度处的层压体的部分)还包含由于穿过包覆层104、106离子交换强化核心层102而产生的压缩应力的区域和处于拉伸应力下的区域。在图6所示的示例中，应力分布曲线602对应于使用本文所述的双离子交换处理化学强化的玻璃的分布曲线。
更具体地，在图6中，随着从包覆层的外表面的距离的增加，包覆层的应力从压缩应力增加至拉伸应力，并且然后在核心层102和包覆层之间的界面区域处以阶跃变化方式转变为压缩应力。随着从界面区域到核心层102的中心的距离的增加，核心层102的应力从压缩应力增加至拉伸应力。
然而，在图8中，应力分布曲线802表明，在从玻璃表面到25μm处核心-包覆界面的区域中的应力仅包含由于离子交换强化引起的压缩应力。核心层102(即在大于25μm的深度处的层压体的部分)包含由于穿过包覆层104、106离子交换强化核心层102而产生的压缩应力的区域和处于拉伸应力下的区域。
更具体地，在图8中，随着距包覆层外表面的距离的增加，包覆层的应力从初始压缩应力增加至最小压缩应力，并且然后在核心层102和包覆层之间的界面区域处以阶跃变化方式转变为最大压缩应力。随着从界面区域到核心层102的中心的距离的增加，核心层102的应力从压缩应力增加至拉伸应力。
值得注意的是，包覆层厚度的减小消除了包覆层中的拉伸应力，减小了玻璃制品中的中心张力，并保持约100μm或玻璃层压体总厚度的约21％的压缩深度(DOC)。换言之，可产生高水平的压缩而不会在核心层102内产生显著的张力。
玻璃制品的残留强度可以基于玻璃制品的应力分布曲线来确定。例如，通过形成从玻璃制品的表面延伸至指定深度的缺陷，然后在形成缺陷后测定玻璃制品的强度来测定残留强度。强度是使用例如环叠环(ring-on-ring)测试方法(例如，如ASTM C1499-09中所述)、球叠环(ball-on-ring)测试方法、三点弯曲测试方法、四点弯曲测试方法或另一种合适的方法或技术而测定的玻璃制品的弯曲强度。可以使用基于玻璃制品的应力分布曲线的断裂机械模拟来进行这种残留强度测定。
此外，与残留强度分布曲线602和/或残留强度分布曲线402相比，在减小拉伸区域的最大拉伸应力的同时，可以通过强度分布曲线802来实现对于大的缺陷所导致断裂的改善抗性。例如，将相对深入压缩区域(例如在中间部分之上)的压缩应力维持在相对恒定的水平可有助于维持相对较低的应力分布曲线的压缩部分下方的面积(其与拉伸区域中的最大拉伸应力成比例)，同时还提供对于由相对较深的缺陷所导致断裂的保护。因此，可以将最大拉伸应力维持在碎裂限(frangibility limit)之下。
在各种实施方案中，可以选择针对包覆层104、106和核心层102中的每一个选择的离子交换参数和玻璃组成以实现特定的应力分布曲线。在图9中描绘了各种示例应力分布曲线。
例如，可以在包覆层的较深部分中的应力梯度不连续的情况下获得应力分布曲线902。反之，包覆层中的应力从表面单调改变至包覆-核心界面，在该处其跳跃至核心层102内的压缩。可选地，考虑到在包覆层和核心层102之间存在相互扩散层，应力可能具有跨越包覆-核心界面的梯度，相互扩散层中的组成从包覆玻璃组合物逐渐变化至核心玻璃组合物。在一个具体实施方案中，可通过使用具有比包覆玻璃组合物高得多的碱金属含量的核心玻璃组合物来实现应力分布曲线902。
例如，在一个具体实施方案中，包覆玻璃组合物包含6mol％的Na2O和1mol％的K2O作为碱，并且核心玻璃组合物包含18mol％的Na2O和3mol％的K2O。将样品在具有50％的NaNO3和50％的KNO3的浴中以第一交换时间(例如但不限于，大于或等于1小时至小于或等于100小时)进行离子交换(作为第一步骤)之后，K离子基本上渗透进入核心玻璃B。然后，在第二步骤中，样品在具有100％的KNO3的浴中以第二交换时间进行离子交换，第二交换时间小于足以使K离子在包覆层内产生梯度分布曲线的第一交换时间。第二交换时间可以是，例如但不限于，约10分钟至小于或等于5小时，只要第二交换时间小于第一交换时间即可。
作为另一个示例，可在第一长离子交换步骤之后(例如，在例如但不限于从大于或等于1小时至小于或等于100小时的离子交换时间之后)获得应力分布曲线904，但是第二步骤是具有非渗透性边界条件的离子交换步骤，其中只有玻璃中已存在的离子在核心层和包覆层之间扩散，而没有来自外部来源(例如，熔融盐浴)的其他离子扩散到玻璃制品中。第二离子交换步骤可以，例如但不限于，通过将玻璃制品加热至足以进行离子交换的温度(例如约350℃至约550℃)来进行。这增加了核心层和包覆层(一层或多层)之间的离子交换，并导致核心层和包覆层之间界面处的压缩应力增加。然而，由于力的平衡，包覆层表面处或附近的压缩应力减小。作为结果，包覆层中的应力分布曲线904基本上是线性的。在这种实施方案中，为了区分机械性能，可以忽略应力分布曲线的二阶导数。
在又一示例中，可通过使用具有比核心玻璃组合物高得多的碱金属扩散率的包覆玻璃组合物来获得应力分布曲线906，因此基本上消除了包覆层(一层或多层)中的应力梯度。在该实施方案中，包覆层(一层或多层)中的应力梯度充分减小，使得其与区分机械性能的目的无关。使玻璃层压体经受第一长离子交换(例如，离子交换时间为例如但不限于大于或等于1小时至小于或等于100小时)，使得应力分布曲线一直穿透至核心层102，随后进行热处理以在包覆层表面附近产生平坦区域。
可通过结合长离子交换以及使用具有比核心玻璃组合物高得多的扩散率(但该扩散率比用于获得应力分布曲线906的包覆玻璃组合物的低)的包覆玻璃组合物作为第一步骤来获得应力分布曲线908，因此应力分布曲线一直穿透至核心层102，随后进行热处理以在包覆层表面附近产生应力分布曲线的平坦区域。
在各种实施方案中，使离子交换能够沿着包覆-核心界面也可导致各种应力分布曲线。例如，如图10所示，样品经受离子交换过程的时间量可以改变所得的应力分布曲线。在图10中，将具有富钠包覆玻璃组合物和富钾核心玻璃组合物的玻璃层压体离子交换不同的时间量。特别地，在第一持续时间D1(小时)的离子交换步骤之后获得应力分布曲线1002，在大约4×D1的离子交换步骤之后获得应力分布曲线1004，在大约15×D1的离子交换步骤之后获得应力分布曲线1006，以及在25×D1的离子交换步骤之后获得应力分布曲线1008。尽管来自包覆层和核心层102之间的CTE错配的应力不包含在图10所示的应力分布曲线中，但CTE应力将使包覆层内的应力沿-Y方向偏移，而CTE应力将使核心层102内的应力沿+Y方向偏移。因此，通过在核心和包覆玻璃组合物中碱金属的这种特定组合，可以采用较厚的包覆层而不会将拉伸应力引入包覆层。
通过反转包覆层和核心层102的碱金属含量可以获得其它应力分布曲线。例如，如图11所示，将具有富钾包覆玻璃组合物和富钠核心玻璃组合物的玻璃层压体离子交换不同的时间量。特别地，在第一持续时间D1(小时)的离子交换步骤之后获得应力分布曲线1102，在大约4×D1的离子交换步骤之后获得应力分布曲线1104，在大约15×D1的离子交换步骤之后获得应力分布曲线1106，以及在大约25×D1的离子交换步骤之后获得应力分布曲线1108。尽管来自包覆层和核心层102之间的CTE错配的应力不包含在图11所示的应力分布曲线中，但CTE应力将使包覆层内的应力在+Y方向上偏移，而CTE应力将使核心层102内的应力在-Y方向上偏移。因此，通过在核心和包覆玻璃组合物中碱金属的这种特定组合，可以采用较厚的包覆层来降低玻璃层压体内的中心张力。此外，玻璃组合物与CTE错配的组合可导致核心层102中的压缩应力。
本文所述的各种实施方案也可用于降低玻璃层压体的易碎性。在一些实施方案中，本文所公开的玻璃制品在离子交换后是不易碎的。易碎行为是指当玻璃制品经受撞击或损伤时的特定断裂行为。如本文所用，当玻璃在测试区域中表现出以下中的至少之一作为易碎性测试的结果时，认为玻璃是不易碎的：(1)最大尺寸至少为1mm的四个或更少的碎片，和/或(2)分叉的数量小于或等于裂纹分支的数量。碎片、分叉和裂纹分支是基于以撞击点为中心的任意2英寸×2平方英寸进行计数。因此，如果对于根据下述程序来造成破裂的撞击点为中心的任何2英寸×2英寸的正方形，玻璃满足测试(1)和(2)中的一个或两个，则认为该玻璃是不易碎的。在易碎性测试中，使撞击探针与玻璃接触，撞击探针延伸到玻璃中的深度在连续接触迭代中增加。撞击探针深度的逐步增加允许由撞击探针产生的缺陷到达张力区域，同时防止施加过大的外力(过大的外力会妨碍玻璃易碎行为的准确确定)。在一个实施方案中，撞击探针在玻璃中的深度可以在每次迭代中增加约5μm，其中撞击探针在每次迭代之间从与玻璃的接触中移除。测试区域是以撞击点为中心的任意2英寸×2英寸的正方形。图12示出了不易碎性测试结果。如图12所示，测试区域是以撞击点1230为中心的正方形，其中正方形a的侧边的长度是2英寸。图12所示的不易碎样品包含三个碎片1242，和两个裂纹分支1240和单一分叉1250。因此，图12所示的不易碎样品包含少于4个最大尺寸为至少1mm的碎片，并且分叉的数量小于或等于裂纹分支的数量。如本文所用，裂纹分支起源于撞击点，并且如果碎片的任何部分延伸到测试区域中，则认为碎片在测试区域内。虽然可以将涂层、粘合剂层等与本文所述的强化玻璃制品结合使用，但这种外部约束不用于确定玻璃制品的易碎性或易碎行为。在一些实施方案中，可以在易碎性测试之前将不影响玻璃制品的断裂行为的膜施加到玻璃制品，以防止碎片从玻璃制品中弹出，而提高进行测试人员的安全。
图13描述了易碎样品。易碎样品包含5个最大尺寸至少为1mm的碎片1242。图13所示的样品包含2个裂纹分支1240和3个分叉1250，其产生比裂纹分支更多的分叉。因此，图13中描述的样品没有表现出四个或更少的碎片，或者分叉的数量小于或等于裂纹分支的数量。
在本文所述的易碎性测试中，用刚好足以释放存在于强化玻璃制品内的内部存储能量的力将撞击传递到玻璃制品的表面。即，点撞击力足以在强化玻璃片材的表面处产生至少一个新裂纹，并使裂纹延伸穿过压缩应力CS区域(即，压缩深度)进入处于中心张力CT下的区域。
因此，本文所述的化学强化玻璃是“不易碎的”，即，当经历尖锐物体的撞击时，它们不表现出如上文所述的易碎行为。
可通过将压缩应力尖峰埋在核心层102内来降低本文所述的化学强化玻璃的易碎性。例如，如图14所示，具有低钾浓度的薄核心层102和包含钾离子的厚包覆层104、106的玻璃制品可具有应力分布曲线1402。当玻璃制品经受离子交换处理时，来自包覆层的钾离子交换到核心层102中，这增加了核心层102内的压缩。不受理论的约束，据信核心层102越薄和CTE错配越强，玻璃中可形成的压缩应力屏障越高。该压缩通过划分拉伸区域降低易碎性，并阻止裂纹。
如上文所述，在各种实施方案中，通过核心层102和包覆层104、106之间的CTE错配来机械强化玻璃制品。图15描绘说明本文所述的双离子交换过程的各种应力分布曲线和CTE差异。
在图15中，应力分布曲线1502和1506对应于经受如本文所述的双离子交换过程但未层压的玻璃制品。应力分布曲线1504和1508分别对应于经受相同的产生应力分布曲线1502和1506的双离子交换工艺的层压玻璃制品。与对应于应力分布曲线1504的玻璃制品相比，对应于应力分布曲线1508的玻璃制品具有较低的层压CTE差异、较低的尖峰压缩应力和较深的离子交换和阶形分布曲线的压缩深度。如图15所示，机械和化学强化玻璃制品的应力分布曲线1504和1508提供了对短裂纹和深裂纹两者的良好保护，并且层压体的添加(并且特别是恒定应力分布区域)，能够在压缩深度处产生较高的应力，而不是会在压缩深度之前产生低应力区域的误差函数衰减。另外，双离子交换使得应力分布具有随着深度变化的非恒定应力。
图16示出了基于断裂机械计算的残留强度与图15中的应力分布曲线相对应的玻璃制品的缺陷尺寸的函数。特别地，残留强度分布曲线1602对应于应力分布曲线1502，残留强度分布曲线1604对应于应力分布曲线1504，残留强度分布曲线1606对应于应力分布曲线1506，残留强度分布曲线1608对应于应力分布曲线1508。在图16中，可以看出，机械和化学强化的玻璃制品(对应于强度分布曲线1604和1608)对于高达约90μm的缺陷尺寸表现出较大的残留强度。另外，可以看出，与对应于强度分布曲线1604的玻璃制品相比，对应于强度分布1608的玻璃制品对于小缺陷具有降低的强度，但对于较深的缺陷具有较大的强度。因此，对于给定的临界缺陷尺寸范围，可以组合双离子交换分布曲线和层压应力以提供所需的残留强度。
在图17中示出了本文所述的各种实施方案中可以获得的各种其他应力分布曲线。特别地，如本文所述，图17中的分布曲线说明了利用从具有CTE错配的玻璃制品所获得阶形分布曲线的两种通用策略。首先，应力分布曲线1704示出高压缩应力但低厚度的包覆层104、106可用于补偿抛物线状应力分布曲线(例如应力分布曲线1702，1708或1710)中的低压缩强度。由于玻璃的高假想温度，该策略可能会导致由高压缩应力和高自由体积导致的良好的划痕性能。特别地，高自由体积(例如低密度)可导致改善的耐刮擦性和/或抗凹痕断裂性能。第二，通过比较应力分布曲线1704、1706和1712与应力分布曲线1702、1708和1710可以看出，随着压缩应力转变为拉伸应力，高压缩深度以及低斜率可导致改善的掉落性能。通过机械强化玻璃制品，可通过添加低压缩应力阶形分布曲线(其延伸至或超出组合分布曲线的压缩深度)来增加压缩深度，从而利用这两个特征。压缩应力可以有效地“隐藏”不影响掉落性能的区域。
图18示出了对应于图17的应力分布曲线的玻璃制品的残留强度，这表明两种策略在利用阶形分布曲线方面都是有效的。此外，如图18所示，可以调整包覆层的厚度，以对任何感兴趣的缺陷范围提供改善的残留强度。图18中的残余强度分布曲线进一步说明，埋入中心张力会增加残留强度，而高压缩应力增加对于浅缺陷的强度。
本文所述的各种实施方案能够通过机械和化学强化改善玻璃性能，例如耐刮擦性和抗裂性。此外，选择各种玻璃组合物以获得核心层和包覆层之间的特定CTE错配以及穿过包覆层的核心层离子交换可产生具有沿玻璃制品厚度的一系列压缩-拉伸区的玻璃制品，这可降低易碎性并阻止裂纹。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对本文描述的实施方案进行各种修改和变化。因此，本说明书旨在覆盖本文所述的各种实施方案的修改和变化，只要这种修改和变化落入所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (20)

1.一种层压玻璃制品，其包含：
核心层，其包含核心玻璃组合物；以及
包覆层，其与所述核心层直接相邻并包含包覆玻璃组合物；
其中所述包覆层的应力，随着距所述包覆层的外表面的距离的增加从压缩应力增加至拉伸应力，在所述核心层和所述包覆层之间的界面区域处以阶跃变化方式转变为压缩应力，并且随着从所述界面区域到所述核心层的中心的距离的增加从压缩应力增加至拉伸应力。
2.根据权利要求1所述的层压玻璃制品，其中所述核心玻璃组合物具有平均核心热膨胀系数(CTE核心)，并且所述包覆层具有大于CTE核心的平均包覆热膨胀系数(CTE包覆)。
3.根据权利要求1所述的层压玻璃制品，其中所述层压玻璃制品经离子交换强化。
4.根据权利要求3所述的层压玻璃制品，其中所述核心玻璃组合物和所述包覆玻璃组合物包含一种或多种碱金属氧化物。
5.根据权利要求3所述的层压玻璃制品，其中所述包覆层中的最大拉伸应力大于或等于所述核心层中的最大拉伸应力。
6.根据权利要求3所述的层压玻璃制品，其中所述核心层的最大压缩应力大于所述包覆层的最大压缩应力。
7.根据权利要求1所述的层压玻璃制品，其中所述外表面处的应力的数值大于或等于约300MPa。
8.根据权利要求1所述的层压玻璃制品，其中所述层压玻璃制品的应力的最大数值小于或等于约400MPa。
9.一种层压玻璃制品，其包含：
核心层，其包含核心玻璃组合物；以及
包覆层，其与所述核心层直接相邻并包含包覆玻璃组合物；
其中：
Li离子的浓度随着从所述包覆层的外表面到所述核心层的中心线的距离的增加而增加；
K离子的浓度随着从所述包覆层的外表面到所述包覆层和所述核心层之间的界面的距离的增加而降低；以及
Na离子的浓度随着距所述包覆层的外表面的距离的增加而增加到所述包覆层中或所述包覆层与所述核心层之间界面处的Na离子最大浓度，并且经由所述包覆层与所述核心层之间的界面处的阶跃变化相对于所述Na离子最大浓度转变为较低的Na离子的浓度。
10.根据权利要求9所述的层压玻璃制品，其中随着从所述包覆层和所述核心层之间的界面到所述核心层中心线的距离的增加，所述钠离子浓度降低。
11.根据权利要求9所述的层压玻璃制品，其中随着从所述包覆层和所述核心层之间的界面到所述核心层中心线的距离的增加，所述钠离子浓度先增加后降低。
12.根据权利要求9所述的层压玻璃制品，其中所述Li离子的浓度根据非线性关系而增加。
13.根据权利要求9所述的层压玻璃制品，其中所述核心层中K离子的浓度是零。
14.根据权利要求9所述的层压玻璃制品，其中所述Na离子的浓度根据线性关系从所述包覆层的外表面增加至所述Na离子的最大浓度。
15.根据权利要求9所述的层压玻璃制品，其中所述Na离子的浓度根据非线性关系从所述包覆层的外表面增加至所述Na离子的最大浓度。
16.一种制备层压玻璃制品的方法，其包括：
层压至少一个核心层和至少一个包覆层以形成层压玻璃制品，所述至少一个核心层包含可离子交换的核心玻璃组合物，并且所述至少一个包覆层包含可离子交换的包覆玻璃组合物；以及
使所述层压玻璃制品与包含至少一种离子源的离子交换浴接触一段时间，使得所述至少一个核心层中的最大压缩应力大于所述至少一个包覆层中的最大压缩应力。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述至少一个核心层具有平均核心热膨胀系数(CTE核心)，并且所述至少一个包覆层具有大于所述CTE核心的平均包覆热膨胀系数(CTE包覆)。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述离子交换浴包含至少第一离子源和不同于所述第一离子源的第二离子源。
19.根据权利要求16所述的方法，其中在与所述离子交换浴接触之后，所述至少一个包覆层中的最大拉伸应力大于或等于所述至少一个核心层中的最大拉伸应力。
20.根据权利要求16所述的方法，其中在与所述离子交换浴接触之后，所述玻璃制品的外表面上的应力数值大于或等于约300MPa。
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