CN115003637A - 低模量可离子交换玻璃 - Google Patents
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Abstract
经离子交换的碱性铝硅酸盐玻璃制品具有14或更高的峰值压缩应力值与杨氏模量值之比。玻璃制品可以包括Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％，式中，RO摩尔％＝MgO摩尔％+CaO摩尔％，并且玻璃制品可以基本不含ZnO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、Li2O和K2O。玻璃制品可以具有850MPa至1400MPa的峰值压缩应力值。玻璃制品适用于各种高强度应用，包括在使用过程中经受明显弯曲应力的覆盖玻璃应用，例如用于柔性显示器的覆盖玻璃。
Description
本申请要求2019年12月13日提交的美国临时申请62/947817以及2020年2月12日提交的NL 2024883的优先权。
技术领域
本公开内容涉及可离子交换玻璃组合物。具体来说，本文所述实施方式涉及用于各种行业(例如，消费者电子件、运输、建筑、国防、医药和包装)的可离子交换玻璃组合物。甚至更具体来说，本公开内容涉及用于覆盖玻璃应用(例如，用于柔性显示器的覆盖玻璃)的玻璃组合物。
背景技术
许多消费者产品(例如，智能手机、平板、便携式播放器、个人电脑和照相机)整合了覆盖玻璃，所述覆盖玻璃可以起到显示器覆盖物作用并且可能整合了触摸功能。通常来说，由于用户使得这些装置掉落到硬表面上，这会导致覆盖玻璃的破坏，并且可能对装置的使用造成负面影响，例如触摸功能可能受损。
薄的挠性可离子交换玻璃对于用于消费者电子应用的可折叠或者柔性显示器可能是有利的。通过涉及在玻璃表面上诱发压缩应力的离子交换工艺可以使得玻璃对于挠性失效更具有抗性。采用离子交换工艺引入的压缩应力起到了俘获会导致玻璃失效的瑕疵等作用。
因此，存在对于可离子交换玻璃组合物的持续需求，所述可离子交换玻璃组合物具有对于用于各种应用(包括覆盖玻璃应用)而言所需的机械性质。
发明内容
本公开内容涉及具有用于各种应用(例如，用于电子装置的覆盖玻璃应用)的合适强度和挠性的可离子交换玻璃组合物。本文公开的玻璃组合物具有大于或等于18摩尔％的(Al2O3摩尔％+RO摩尔％)数值。玻璃组合物设计成使得峰值压缩应力值与杨氏模量值之比最大化。高比值(例如，14或更大的比值)使得玻璃组合物在弯曲事件过程中能够抵抗住失效。此外，通过离子交换工艺赋予玻璃组合物的强度为玻璃组合物提供了抵抗使用过程中的碎裂所需的机械性质。
本申请的第1个方面(1)涉及经离子交换的碱性铝硅酸盐玻璃制品，该玻璃制品包含：SiO2，13.5摩尔％或更多的Al2O3，1摩尔％至5摩尔％MgO，CaO，Na2O，其中：Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％，RO摩尔％＝MgO摩尔％+CaO摩尔％，以及玻璃制品基本不含ZnO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、Li2O和K2O。玻璃制品还具有在离子交换之前以GPa为单位测量的杨氏模量值和从玻璃制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力层，所述压缩应力层具有以MPa为单位测量的峰值压缩应力值，其中，峰值压缩应力值与杨氏模量值之比是14或更大。
在第2个方面(2)中，提供了根据第1个方面(1)的玻璃制品，并且Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥20摩尔％。
在第3个方面(3)中，提供了根据第1个方面(1)或第2个方面(2)的玻璃制品，并且(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)≥0摩尔％。
在第4个方面(4)中，提供了根据方面(1)至(3)中任一项的玻璃制品，并且7摩尔％≥(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)≥0摩尔％。
在第5个方面(5)中，提供了根据方面(1)至(4)中任一项的玻璃制品，并且玻璃制品具有50kP至500kP的液相线粘度范围，这是在离子交换之前测量的。
在第6个方面(6)中，提供了根据方面(1)至(5)中任一项的玻璃制品，并且玻璃制品包含0.5摩尔％至2摩尔％CaO，以及Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥20摩尔％。
在第7个方面(7)中，提供了根据方面(1)至(6)中任一项的玻璃制品，并且峰值压缩应力值与杨氏模量值之比是大于或等于15且小于或等于18。
在第8个方面(8)中，提供了根据方面(1)至(7)中任一项的玻璃制品，并且杨氏模量值的范围是70MPa至80MPa。
在第9个方面(9)中，提供了根据方面(1)至(8)中任一项的玻璃制品，并且峰值压缩应力的范围是850MPa至1400MPa。
在第10个方面(10)中，提供了根据方面(1)至(9)中任一项的玻璃制品，并且压缩深度的范围是5微米至40微米。
在第11个方面(11)中，提供了根据方面(1)至(9)中任一项的玻璃制品，并且压缩深度的范围是5微米至20微米。
在第12个方面(12)中，提供了根据方面(1)至(11)中任一项的玻璃制品，并且压缩深度的范围是玻璃制品的厚度的5％至20％。
在第13个方面(13)中，提供了根据方面(1)至(12)中任一项的玻璃制品，并且峰值压缩应力的范围是1100MPa至1350MPa，以及压缩深度的范围是5微米至20微米。
在第14个方面(14)中，提供了根据方面(1)至(13)中任一项的玻璃制品，并且玻璃制品包含：59摩尔％至66摩尔％SiO2，13.5摩尔％至20摩尔％Al2O3，0.5摩尔％至2摩尔％CaO，以及15摩尔％至18摩尔％Na2O。
在第15个方面(15)中，提供了根据方面(1)至(13)中任一项的玻璃制品，并且玻璃制品包含：60摩尔％至65摩尔％SiO2，16摩尔％至18摩尔％Al2O3，2摩尔％至4摩尔％MgO，0.5摩尔％至2摩尔％CaO，以及15摩尔％至18摩尔％Na2O。
在第16个方面(16)中，提供了根据第15个方面(15)的玻璃制品，并且Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥20摩尔％。
在第17个方面(17)中，提供了根据方面(1)至(13)中任一项的玻璃制品，并且玻璃制品包含16摩尔％或更多的Al2O3。
在第18个方面(18)中，提供了根据方面(1)至(17)中任一项的玻璃制品，并且23摩尔％≥Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％。
在第19个方面(19)中，提供了根据方面(1)至(18)中任一项的玻璃制品，并且(MgO摩尔％/(MgO摩尔％+CaO摩尔％))≥0.5。
在第20个方面(20)中，提供了根据方面(1)至(18)中任一项的玻璃制品，并且(MgO摩尔％/(MgO摩尔％+CaO摩尔％))≥0.55。
在第21个方面(21)中，提供了根据方面(1)至(20)中任一项的玻璃制品，并且玻璃制品的厚度是4毫米或更薄。
在第22个方面(22)中，提供了根据方面(1)至(20)中任一项的玻璃制品，并且玻璃制品的厚度范围是15微米至200微米。
本申请的第23个方面(23)涉及电子装置，其包括电子显示器以及布置在电子显示器上方的根据方面(1)至(22)中任一项的玻璃制品。
在第24个方面(24)中，提供了根据第23个方面(23)的电子装置，并且电子装置包括：包含前表面、背表面和侧表面的外壳；以及至少部分位于外壳内的电子组件，所述电子组件包含控制器、显示器和电子显示器，所述电子显示器位于外壳的前表面或者与其相邻，其中，玻璃制品形成了至少一部分的外壳。
本申请的第25个方面(25)涉及经离子交换的玻璃制品，其包含：59摩尔％至66摩尔％SiO2，13.5摩尔％至20摩尔％Al2O3，1摩尔％至5摩尔％MgO，0.5摩尔％至2摩尔％CaO，15摩尔％至18摩尔％Na2O，在玻璃制品进行离子交换之前测得的单位为GPa的杨氏模量值，以及从经离子交换的玻璃制品的表面延伸且具有测得的单位为MPa的峰值压缩应力值的压缩应力层，其中，Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％，RO摩尔％＝MgO摩尔％+CaO摩尔％，玻璃制品基本不含ZnO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、Li2O和K2O，以及峰值压缩应力值与杨氏模量值之比是大于或等于14且小于或等于18。
在第26个方面(26)中，提供了根据第25个方面(25)的玻璃制品，并且玻璃制品包含：60摩尔％至65摩尔％SiO2，16摩尔％至18摩尔％Al2O3，2摩尔％至4摩尔％MgO，0.5摩尔％至2摩尔％CaO，以及15摩尔％至18摩尔％Na2O。
在第27个方面(27)中，提供了根据第25个方面(25)或第26个方面(26)的玻璃制品，并且玻璃制品的厚度范围是20微米至200微米。
本申请的第28个方面(28)涉及玻璃制品的强化方法，该方法包括：将玻璃制品浸入包含50重量％或更多的钾盐的离子交换溶液中，所述玻璃制品包含：SiO2，13.5摩尔％或更多的A12O3，1摩尔％至5摩尔％MgO，CaO，以及Na2O，其中：Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％，RO摩尔％＝MgO摩尔％+CaO摩尔％，以及玻璃制品基本不含ZnO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、Li2O和K2O；以及在350℃至480℃的温度范围内，使得玻璃制品在离子交换溶液中进行1小时至24小时时间段的离子交换从而实现从玻璃制品的表面延伸到压缩深度且包括850MPa至1400MPa的峰值压缩应力值的压缩应力层。
在第29个方面(29)中，提供了根据第28个方面(28)的方法，并且压缩深度的范围是5微米至40微米。
在第30个方面(30)中，提供了根据第28个方面(28)的方法，并且压缩深度的范围是5微米至20微米。
在第31个方面(31)中，提供了根据方面(28)至(30)中任一项的方法，并且峰值压缩应力值的范围是1100MPa至1350MPa，以及压缩深度的范围是5微米至20微米。
在第32个方面(32)中，提供了根据方面(28)至(31)中任一项的方法，并且时间段是1小时至8小时。
在第33个方面(33)中，提供了根据方面(28)至(32)中任一项的方法，并且玻璃制品具有50kP至500kP的液相线粘度范围，这是在浸入离子交换溶液之前测量的。
在第34个方面(34)中，提供了根据方面(28)至(33)中任一项的方法，并且玻璃制品具有在浸入离子交换溶液之前测量的单位为GPa的杨氏模量值，以及峰值压缩应力值与杨氏模量值之比是大于或等于14且小于或等于18。
在第35个方面(35)中，提供了根据第34个方面(34)的方法，并且峰值压缩应力值与杨氏模量值之比是大于或等于15且小于或等于18。
在第36个方面(36)中，提供了根据方面(28)至(35)中任一项的方法，并且玻璃制品包含：59摩尔％至66摩尔％SiO2，13.5摩尔％至20摩尔％Al2O3，0.5摩尔％至2摩尔％CaO，以及15摩尔％至18摩尔％Na2O。
在第37个方面(37)中，提供了根据方面(28)至(35)中任一项的方法，并且玻璃制品包含：60摩尔％至65摩尔％SiO2，16摩尔％至18摩尔％Al2O3，2摩尔％至4摩尔％MgO，0.5摩尔％至2摩尔％CaO，以及15摩尔％至18摩尔％Na2O。
在第38个方面(38)中，提供了根据方面(28)至(37)中任一项的方法，并且23摩尔％≥Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％。
在第39个方面(39)中，提供了根据方面(28)至(38)中任一项的方法，并且玻璃制品的厚度是4毫米或更薄。
在第40个方面(40)中，提供了根据方面(28)至(15)中任一项的方法，并且玻璃制品的厚度范围是15微米至200微米。
附图说明
被结合入本文的附图形成说明书的一部分且阐述了本公开内容的实施方式。结合说明书，附图进一步起到解释所公开的实施方式的原理并使得相关领域技术人员能够执行和使用的作用。这些附图旨在是说明性的，而不是限制性的。虽然在这些实施方式的上下文中描述了本公开内容，但是应理解的是，并不旨在将本公开内容的范围限制为这些特定实施方式。在附图中，相同附图标记表示相同或功能相似元件。
图1显示根据一些实施方式具有压缩应力区域的玻璃制品的横截面。
图2显示在玻璃制品弯曲之后的根据一些实施方式的玻璃制品的横截面图。
图3A是结合了任意本文所揭示的玻璃制品的示例性电子装置的平面图。图3B是图3A的示例性电子装置的立体图。
图4是各种示例性玻璃组合物的压缩应力与层深度的关系图。
图5是在弯曲过程中在距离玻璃制品的表面各种深度处的施加到玻璃制品的应力的建模图。
图6是对于各种示例性玻璃组合物的弯曲测试的安全板间距与玻璃厚度的函数关系的建模图。
具体实施方式
本公开内容的以下例子是示意性的，而不是限制性的。通常根据各种条件和参数进行其它合适修饰和调节，这对本领域技术人员来说是显而易见的，属于本公开内容的精神和范围。
本文所述的玻璃是一类可离子交换的碱性铝硅酸盐玻璃，它们可以经过离子交换以实现高的峰值压缩应力。如本文所用，“可离子交换”表示玻璃组合物或者包含该组合物的玻璃制品能够使得位于基材的表面处或者靠近表面处的第一阳离子与同价态的第二阳离子发生交换。第一离子可以是钠离子。第二离子可以是钾、铷和铯中的一种的离子，前提是第二离子的离子半径大于第一离子的离子半径。第一离子在基于玻璃的基材中作为其氧化物存在(例如，Na2O)。如本文所用，“经离子交换的玻璃”或者“经化学强化的玻璃”表示玻璃已经经过了至少一次离子交换过程，这使得位于玻璃的表面处或者靠近表面处的阳离子与同价态的阳离子发生交换。
本文所述的玻璃组合物可以离子交换以实现高的峰值压缩应力。在一些实施方式中，本文所述的玻璃可以经过离子交换以实现约1000MPa或更高并且最高至约1400MPa的峰值压缩应力。在离子交换过程期间赋予的高的峰值压缩应力可以为玻璃提供高的强度，具有浅的瑕疵尺寸分布，从而防止了弯曲过程中的失效。高的峰值压缩应力允许玻璃保持净压缩，从而当玻璃绕着紧半径发生弯曲时容纳表面瑕疵。根据本文所述实施方式的玻璃具有低的杨氏模量，这导致弯曲过程中较低的弯曲应力值，并且由此可以防止弯曲事件过程中的失效。
此外，本文所述的玻璃组合物对于通过离子交换过程产生的压缩区域的宽范围的压缩深度上具有14或更高的峰值压缩应力值与杨氏模量值之比(峰值压缩应力值/杨氏模量值，CS/E，式中，CS的单位是MPa以及E的单位是GPa)。增加这个比值是困难的，因为在离子交换过程期间赋予的表面压缩应力会具有来自杨氏模量的强烈影响，原因在于较高的杨氏模量是改善压缩应力的常规途径。也就是说，杨氏模量是网络刚度的测量。例如：将K+离子交换到Na+点位中得到了压缩应力，但是随着网络变得更为刚性(随着杨氏模量的增加)，则膨胀应力更高。因此，得到较高CS的一种常规路径是仅仅增加杨氏模量，但是在本公开内容中完成的是在没有明显增加杨氏模量的情况下增加CS。对于高的CS/E之比，玻璃组合物甚至可以在离子交换之后保留挠性。本文所述的玻璃组合物在离子交换之前具有足够低的杨氏模量，并且在离子交换过程中会被赋予的压缩应力值足够高到在宽范围的压缩深度上实现高的CS/E之比。这导致挠性且还接受了高表面压缩应力值的玻璃组合物。玻璃组合物能够在大的压缩深度上(例如，深度最高至50微米(微米和/或μm))接受高的表面压缩应力，因为组合物抵抗了离子交换过程期间会发生的应力松弛。容易在设计成赋予高的压缩深度的离子交换过程期间发生应力松弛(随着提升的温度和时间会变得更为明显)。本文所述玻璃组合物的这些特性使得它们适用于各种工业应用，包括高强度覆盖玻璃应用，其在使用中(例如，作为柔性和可折叠显示器中的覆盖玻璃)经受明显的弯曲应力。
如本文所用，“峰值压缩应力”指的是在压缩应力区域内测得的最高的压缩应力(CS)值。在一些实施方式中，峰值压缩应力位于玻璃的表面处。在其他实施方式中，峰值压缩应力可能存在于表面下方的深度处，从而给出了外观为“埋入峰”的压缩应力分布。除非另有说明，否则通过表面应力计(FSM)，采用日本折原实业有限公司(Orihara IndustrialCo.,Ltd.(Japan))制造的商业仪器如FSM-6000，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SOC值的测量如ASTM标准C770-16所述的方案C(玻璃碟方法)进行测量，题为“Standard Test Method forMeasurement of Glass Stress-Optical Coefficient(用于测量玻璃应力光学系数的标准测试方法)”。
如本文所用，“压缩深度”(DOC)指的是玻璃制品内的应力从压缩变化为拉伸应力的深度。在DOC处，应力从压缩应力转变为拉伸应力，因而展现出零应力值。可以通过表面应力计，例如FSM-6000表面应力计来测量压缩深度和层深度。如本文所用，“层深度”(DOL)指的是玻璃制品内金属氧化物的离子扩散到玻璃制品中该离子的浓度达到最小值处的深度。在仅将钾离子交换到玻璃制品中的实施方式中，DOC会等于DOL。除非本文另有说明，否则DOC和DOL是相等的。
还可以以合理的成本制造本文所述的玻璃组合物。玻璃组合物展现出对于某些制造技术(例如，狭缝拉制)合适的高液相线温度以及合适的低液相线粘度。这些热性质可以增加由组合物制造的玻璃制品的制造便捷性，这可以降低成本。本公开内容所述的玻璃组合物具有：氧化铝含量、氧化镁含量以及有助于制造过程中发生熔化的Na2O摩尔％+RO摩尔％≥Al2O3摩尔％的数值等。在一些实施方式中，玻璃组合物可以具有50kP(千泊)至500kP的液相线粘度。
本文所述的玻璃组合物可以提供以下好处中的一种或多种。(1)组合物不含锂，但是能够在离子交换过程中在小的层深度(DOL)处实现高的压缩应力值(例如，最高至1400MPa)以及甚至在约40微米(微米，μm)的较高DOL最高至约1250MPa。(2)组合物具有低模量，这有助于较高的CS/E之比并且改善了薄的可折叠应用的可弯曲性。(3)制造这些玻璃的原材料是廉价且容易获得的。(4)组合物具有高的过改性剂(per-modifier)含量，这实现了更方便的熔化。玻璃组合物的“过改性剂”含量表示(R2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)的值大于0摩尔％，式中，R2O摩尔％是组合物中的所有碱金属氧化物的总摩尔％，以及式中，RO摩尔％是组合物中的所有碱土金属氧化物的总摩尔％。(5)组合物具有低的液相线温度、高的液相线粘度和缓慢生长的液相线相，这对于片成形都是有利的。
如本文所用，术语“玻璃”旨在包括至少部分由玻璃制造的任意材料，包括玻璃和玻璃陶瓷。“玻璃陶瓷”包括通过玻璃的受控结晶产生的材料。可以将一种或多种成核剂，例如：氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化钠(Na2O)和氧化磷(P2O5)，添加到玻璃陶瓷组合物以促进均质结晶。
对于本文所述的玻璃组合物，除非另有说明，否则构成组成组分(例如SiO2、Al2O3以及Na2O等)的浓度是基于氧化物的摩尔百分数(摩尔％)。下面各自独立地讨论根据实施方式的玻璃组合物的组分。应理解的是，一种组分的各种所陈述的任意范围可以与任意其他组分的各种所陈述的任意范围单独地结合。如本文所用，数字结尾的0旨在表示对于该数字的有效位数。例如，数字“1.0”包括两个有效位数，而数字“1.00”包括三个有效位数。如本文所用，将组合物所包含的氧化物描述在以0摩尔％作为下限的范围内表示该组合物包含的该氧化物是高于0摩尔％的任意量(例如，0.01摩尔％或0.1摩尔％)且最高至该范围的上限。
SiO2可以是玻璃组合物中的最大组分，并且因此是由玻璃组合物形成的玻璃网络的主要构成组分。纯SiO2具有较低的热膨胀系数(CTE，如本文所用，这个属性是在0℃至300℃的温度进行测量)，并且是不含碱性的。然而，纯SiO2具有高熔点。因此，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，玻璃组合物包含的SiO2的量可以是从55摩尔％或更高到70摩尔％或更低，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的SiO2的量可以是：56摩尔％或更高，57摩尔％或更高，58摩尔％或更高，59摩尔％或更高，60摩尔％或更高，61摩尔％或更高，62摩尔％或更高，63摩尔％或更高，64摩尔％或更高，65摩尔％或更高，66摩尔％或更高，67摩尔％或更高，68摩尔％或更高，69摩尔％或更高，或者70摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的SiO2的量可以是：69摩尔％或更低，68摩尔％或更低，67摩尔％或更低，66摩尔％或更低，65摩尔％或更低，64摩尔％或更低，63摩尔％或更低，62摩尔％或更低，61摩尔％或更低，60摩尔％或更低，59摩尔％或更低，58摩尔％或更低，57摩尔％或更低，56摩尔％或更低，或者55摩尔％。
任意上述SiO2范围可以与任意其他范围相结合。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物包含的SiO2的量可以是：55摩尔％至70摩尔％、56摩尔％至69摩尔％、57摩尔％至68摩尔％、58摩尔％至67摩尔％、59摩尔％至66摩尔％、60摩尔％至65摩尔％、61摩尔％至64摩尔％或者62摩尔％至63摩尔％，以及前述值之间的具有所列出的SiO2值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的SiO2的范围可以是59摩尔％至66摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的SiO2的范围可以是60摩尔％至65摩尔％。
本文公开的玻璃组合物包含Al2O3。添加Al2O3可以起到玻璃网络成形剂的作用。此外，当Al2O3的浓度被组合物中的SiO2的浓度以及碱性氧化物的浓度所平衡时，其可以降低玻璃熔体的液相线温度，从而增强液相线粘度。
在一些实施方式中，组合物中的Al2O3的摩尔％加上RO的摩尔％(Al2O3摩尔％+RO摩尔％)可以大于或等于18摩尔％。在一些实施方式中，Al2O3摩尔％+RO摩尔％可以大于或等于18摩尔％至小于或等于23摩尔％(例如，23摩尔％≥Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％)，包括前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，Al2O3摩尔％+RO摩尔％可以大于或等于19摩尔％、大于或等于20摩尔％、大于或等于21摩尔％或者大于或等于22摩尔％。在一些实施方式中，Al2O3摩尔％+RO摩尔％可以小于或等于22摩尔％、小于或等于21摩尔％、小于或等于20摩尔％或者小于或等于19摩尔％。在上述方程式中，RO摩尔％等于MgO摩尔％加上CaO摩尔％。
任意上述范围可以与任意其他范围相结合。例如，在一些实施方式中，Al2O3摩尔％+RO摩尔％可以是18摩尔％至23摩尔％、19摩尔％至22摩尔％或者20摩尔％至21摩尔％，以及前述值之间的具有所列出的数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。在一些实施方式中，Al2O3摩尔％+RO摩尔％可以大于或等于20摩尔％。
上文所述的(Al2O3摩尔％+RO摩尔％)数值对于本文公开的玻璃组合物是有利的。通过上文所述的(Al2O3摩尔％+RO摩尔％)数值，玻璃组合物能够在如本文所讨论的宽范围的压缩深度上实现高的峰值压缩应力。如果(Al2O3摩尔％+RO摩尔％)低于18摩尔％，则可能无法形成所希望的高离子交换应力。如果(Al2O3摩尔％+RO摩尔％)高于23摩尔％，则离子交换过程可能太过于缓慢和/或杨氏模量会高到不合乎希望。此外，对于高于23摩尔％的数值，玻璃组合物的可制造性可能有问题。
在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的浓度可以是从13摩尔％或更高到20摩尔％或更低，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的量可以是：13摩尔％或更高，13.5摩尔％或更高，14摩尔％或更高，14.5摩尔％或更高，15摩尔％或更高，15.5摩尔％或更高，16摩尔％或更高，16.5摩尔％或更高，17摩尔％或更高，17.5摩尔％或更高，18摩尔％或更高，18.5摩尔％或更高，19摩尔％或更高，19.5摩尔％或更高，或者20摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的量可以是：20摩尔％或更低，19.5摩尔％或更低，19摩尔％或更低，18.5摩尔％或更低，18摩尔％或更低，17.5摩尔％或更低，17摩尔％或更低，16.5摩尔％或更低，16摩尔％或更低，15.5摩尔％或更低，15摩尔％或更低，14.5摩尔％或更低，14摩尔％或更低，13.5摩尔％或更低，或者13摩尔％。
任意上述Al2O3范围可以与任意其他范围相结合。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的量可以是：13摩尔％至20摩尔％、13.5摩尔％至19.5摩尔％、14摩尔％至19摩尔％、14.5摩尔％至18.5摩尔％、15摩尔％至18摩尔％、15.5摩尔％至17.5摩尔％或者16摩尔％至17摩尔％，以及前述值之间的具有所列出的Al2O3值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的量可以是13.5摩尔％至20摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的量可以是16摩尔％或更高。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Al2O3的量可以是16摩尔％至18摩尔％。
本文所述的玻璃组合物包含Na2O。Na2O可以有助于玻璃组合物的可离子交换性，并且可以改善可成形性，从而可以改善玻璃组合物的可制造性。然而，如果向玻璃组合物添加太多Na2O的话，则CTE可能太低，而熔点可能太高。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Na2O的浓度可以是从15摩尔％或更高到18摩尔％或更低，以及前述值之间的具有所列出的数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Na2O的量可以是15摩尔％或更高、15.5摩尔％或更高、16摩尔％或更高、16.5摩尔％或更高、17摩尔％或更高、17.5摩尔％或更高或者18摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Na2O的量可以是18摩尔％或更低、17.5摩尔％或更低、17摩尔％或更低、16.5摩尔％或更低、16摩尔％或更低、15.5摩尔％或更低或者15摩尔％。
任意上述Na2O范围可以与任意其他范围相结合。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物包含的Na2O的量可以是15.5摩尔％至17.5摩尔％、16摩尔％至17摩尔％或者16.5摩尔％至17摩尔％，以及前述值之间的具有所列出的Na2O数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。
在一些实施方式中，对于玻璃组合物，Na2O的摩尔％+RO的摩尔％-Al2O3的摩尔％(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)大于或等于0摩尔％。在一些实施方式中，Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％可以大于或等于0摩尔％且小于或等于7摩尔％(例如，7摩尔％≥(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)≥0摩尔％)，包括前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％可以是：大于或等于1摩尔％、大于或等于2摩尔％、大于或等于3摩尔％、大于或等于4摩尔％、大于或等于5摩尔％或者大于或等于6摩尔％。在一些实施方式中，Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％可以是：小于或等于7摩尔％、小于或等于6摩尔％、小于或等于5摩尔％、小于或等于4摩尔％、小于或等于3摩尔％、小于或等于2摩尔％或者小于或等于1摩尔％。在上述方程式中，RO摩尔％等于MgO摩尔％加上CaO摩尔％。
任意上述范围可以与任意其他范围相结合。例如，在一些实施方式中，Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3可以是1摩尔％至6摩尔％、2摩尔％至5摩尔％或者3摩尔％至4摩尔％，以及前述值之间的具有所列出的数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。
上文所述的(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)数值对于本文公开的玻璃组合物是有利的。对于上文所述的(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)数值，玻璃组合物展现出如下优势性质。首先，调节(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)数值如上文所述改善了玻璃组合物的可熔融性。(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)数值产生了有利的热性质(例如，本文所讨论的液相线温度和液相线粘度)，这增加了由组合物制造玻璃制品的便捷性。如果(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)数值低于0摩尔％，则玻璃组合物的可熔融性存在问题。其次，调节(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)数值如上文所述确保了可以产生所需的组成梯度的同时避免玻璃制品发生明显应力松弛从而抵消掉通过离子交换过程所赋予的压缩应力的离子交换窗口。如果数值(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)高于7摩尔％，则在离子交换过程期间会在玻璃制品中发生显著量的应力松弛。这种应力松弛降低了离子交换过程期间所赋予的压缩应力，特别是峰值压缩应力。
本文所述的玻璃组合物包含MgO。MgO可以降低玻璃的粘度，这增强了玻璃的可成形性和可制造性。在玻璃组合物中包含MgO还可以改善玻璃组合物的应变点和杨氏模量以及玻璃的离子交换能力。然而，如果向玻璃组合物添加太多MgO的话，则玻璃组合物的密度和CTE可能增加到不合乎希望的水平。
在一些实施方式中，玻璃组合物包含的MgO的浓度可以是从1摩尔％或更高到5摩尔％或更低，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的MgO的量可以是1.5摩尔％或更高、2摩尔％或更高、2.5摩尔％或更高、3摩尔％或更高、3.5摩尔％或更高、4摩尔％或更高、4.5摩尔％或更高或者5摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的MgO的量可以是4.5摩尔％或更低、4摩尔％或更低、3.8摩尔％或更低、3摩尔％或更低、2.5摩尔％或更低、2摩尔％或更低、1.5摩尔％或更低或者1摩尔％。
任意上述MgO范围可以与任意其他范围相结合。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物包含的MgO的量可以是1摩尔％至5摩尔％、1.5摩尔％至4.5摩尔％、2摩尔％至4摩尔％、2.5摩尔％至3.5摩尔％或者2.5摩尔％至3摩尔％，以及前述值之间的具有所列出的MgO数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的MgO的范围可以是2摩尔％至4摩尔％。
本文所述的玻璃组合物包含CaO。CaO可以降低玻璃的粘度，这可以增强可成形性、应变点和杨氏模量，并且可以改善玻璃的离子交换能力。然而，如果向玻璃组合物添加太多CaO的话，则玻璃组合物的密度和CTE可能增加到不合乎希望的水平。
在一些实施方式中，玻璃组合物包含的CaO的浓度可以是从0.1摩尔％或更高到2.5摩尔％或更低，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的CaO的量可以是0.5摩尔％或更高、1摩尔％或更高、1.5摩尔％或更高、2摩尔％或更高或者2.5摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的CaO的量可以是2.5摩尔％或更低、2摩尔％或更低、1.5摩尔％或更低、1摩尔％或更低、0.5摩尔％或更低或者0.1摩尔％。
任意上述范围可以与任意其他范围相结合。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物包含的CaO的量可以是0.1摩尔％至2.5摩尔％、0.5摩尔％至2摩尔％或者1摩尔％至1.5摩尔％，以及前述值之间的具有所列出的CaO数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的CaO的范围可以是0.5摩尔％至2摩尔％。
在一些实施方式中，对于玻璃组合物，MgO的摩尔％与MgO的摩尔％加上CaO的摩尔％之比(MgO摩尔％/(MgO摩尔％+CaO摩尔％))可以是0.5或更大。在一些实施方式中，MgO摩尔％/(MgO摩尔％+CaO摩尔％)可以大于或等于0.5且小于或等于0.9(例如，0.9≥(MgO摩尔％/(MgO摩尔％+CaO摩尔％))≥0.5)，包括前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，MgO摩尔％/(MgO摩尔％+CaO摩尔％)可以是：大于或等于0.55、大于或等于0.6、大于或等于0.65、大于或等于0.7、大于或等于0.75、大于或等于0.8、大于或等于0.85或者等于0.9。在一些实施方式中，MgO摩尔％/(MgO摩尔％+CaO摩尔％)可以是：小于或等于0.9、小于或等于0.85、小于或等于0.8、小于或等于0.75、小于或等于0.7、小于或等于0.65、小于或等于0.6、小于或等于0.55或者等于0.5。
任意上述范围可以与任意其他范围相结合。例如，在一些实施方式中，MgO摩尔％/(MgO摩尔％+CaO摩尔％)可以是0.5至0.9、0.55至0.85、0.6至0.8、0.65至0.75或者0.65至0.7，以及前述值之间的具有所列出的数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。
本文所述的玻璃组合物可以不含或者基本不含以下一种或多种：ZnO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、Li2O和K2O。在一些实施方式中，玻璃组合物可以不含或者基本不含以下全部：ZnO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、Li2O和K2O。这些氧化物中的一些可能是昂贵的和/或供应受限。碱土金属氧化物会不合乎希望地增加杨氏模量并且会减缓离子交换过程。B2O3、P2O5和K2O会降低离子交换过程期间赋予的压缩应力量。本文所述的玻璃制品能够在无需这些氧化物的情况下实现有利的性质。因此，可以从组成排除这些氧化物。如本文所用，术语“基本不含”指的是尽管在最终玻璃中该组分可能作为污染物以非常少的量存在，但是该组分没有作为批料材料的组分添加。作为用于生产本公开内容的玻璃组合物的原材料和/或设备的结果，会在最终的玻璃组合物中存在某些不是故意添加的杂质或组分。此类材料在玻璃组合物中以少量存在，被称作“杂物”。组合物“基本不含”一种组分表示没有有目的性地向组合物添加该组分，但是组合物仍然可能以杂物或者痕量包含该组分。组合物“基本不含”一种氧化物表示该氧化物以小于或等于0.1摩尔％的量(例如，0摩尔％至0.1摩尔％)存在。如本文所用，将“不含”一种组分的玻璃组合物定义为表示在组合物中不存在该组分(例如，氧化物)，甚至不以杂物或痕量存在。
在一些实施方式中，玻璃组合物可以任选地包含一种或多种澄清剂。在一些实施方式中，澄清剂可以包括例如SnO2。在此类实施方式中，玻璃组合物中存在的SnO2的量可以是2摩尔％或更少，例如0摩尔％至2摩尔％，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物中存在的SnO2的量可以是0.1摩尔％至2摩尔％、0.1摩尔％至1.5摩尔％、0.1摩尔％至1摩尔％或者0.1摩尔％至0.5摩尔％。
下面对本文公开的玻璃组合物以及由玻璃组合物制造的玻璃制品的物理性质进行讨论。可以通过对玻璃组合物的组分量进行调节来实现这些物理性质，会参照实施例进行更详细讨论。
在一些实施方式中，玻璃组合物的杨氏模量(E)可以是从70吉帕斯卡(GPa)或更高到80GPa或更低，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物可以具有如下杨氏模量：从71GPa或更高到79GPa或更低，72GPa或更高到78GPa或更低，73GPa或更高到77GPa或更低，74GPa或更高到76GPa或更低，或者75GPa或更高到76GPa或更低，以及前述值之间的具有所列出的杨氏模量数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物可以具有如下范围的杨氏模量：70GPa至80GPa，71GPa至79GPa，72GPa至78GPa，73GPa至77GPa，74GPa至76GPa，或者75GPa至76GPa。在一些实施方式中，玻璃组合物可以具有70GPa至75GPa的杨氏模量范围。除非另有说明，否则本公开内容中所公开的杨氏模量值和泊松比值指的是通过ASTM E2001-13中，题为“Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection inBoth Metallic 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所测得的值。此外，除非另有说明，否则玻璃组合物或制品的杨氏模量和泊松比是组合物或制品在经过任意离子交换过程或者任何其他强化过程之前测量的。具体来说，在组合物或制品暴露于离子交换溶液之前(例如，浸入到离子交换溶液中之前)，测量玻璃组合物或制品的杨氏模量和泊松比。基于由ASTM E2001-13测试获得的杨氏模量值(E)和剪切模量值(G)采用如下方程式：E＝2G(1+v)，计算得到泊松比数值(v)。
在一些实施方式中，玻璃组合物的液相线粘度可以是从50千泊(kP)或更高到500kP或更低，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物可以具有如下液相线粘度：从100kP或更高到450kP或更低，从150kP或更高到400kP或更低，从200kP或更高到350kP或更低，或者从250kP或更高到300kP或更低，以及前述值之间的具有所列出的液相线粘度数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。例如，在一些实施方式中，玻璃组合物可以具有如下范围的液相线粘度：50kP至500kP，100kP至450kP，150kP至400kP，200kP至350kP，或者250kP至300kP。
如本文所用，术语“液相线粘度”指的是熔融玻璃在液相线温度的粘度，其中，液相线温度指的是如下温度：随着熔融玻璃从熔化温度开始冷却晶体第一次出现的温度，或者随着温度从室温开始增加，最后一点晶体熔化时的温度。除非另有说明，否则通过如下方法确定本申请公开的液相线粘度值。首先根据ASTM C829-81(2015)来测量玻璃的液相线温度，题为“Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass bythe Gradient Furnace Method(通过梯度炉方法测量玻璃的液相线温度的标准实践)”。接着，根据ASTM C965-96(2012)来测量玻璃在液相线温度的粘度，题为“Standard Practicefor Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point(测量高于软化点的玻璃粘度的标准实践)”。除非另有说明，否则玻璃组合物或制品的液相线粘度和温度是组合物或制品在经过任意离子交换过程或者任何其他强化过程之前测量的。具体来说，在组合物或制品暴露于离子交换溶液之前(例如，浸入到离子交换溶液中之前)，测量玻璃组合物或制品的液相线粘度和温度。
根据实施方式的玻璃制品可以通过任意合适的方法由上文所述的组合物形成，例如：狭缝成形、浮法成形、辊制工艺、熔合成形工艺等。玻璃组合物以及由此制备的制品可以通过其形成的方法进行表征。例如，玻璃组合物可以表征为可浮法成形(即，通过浮法工艺形成)、可下拉成形，具体地，可熔合成形或者可狭缝拉制(例如，通过下拉工艺例如熔合拉制工艺或者狭缝拉制工艺形成)。
本文所述的玻璃制品的一些实施方式可以通过下拉工艺形成。下拉工艺生产具有均匀厚度的玻璃制品，其具有较原始的表面。因为玻璃制品的平均挠曲强度受到表面瑕疵的量和尺寸的控制，因此接触程度最小的原始表面具有较高的初始强度。此外，下拉玻璃制品具有非常平坦、光滑的表面，其可以不经高成本的研磨和抛光就用于最终应用。
玻璃制品的一些实施方式可以描述为可熔合成形(即，可以采用熔合拉制工艺成形)。熔合工艺使用拉制罐，其具有用来接受熔融玻璃原料的通道。通道具有堰，其沿着通道的长度在通道两侧的顶部开放。当用熔融材料填充通道时，熔融玻璃从堰溢流。在重力的作用下，熔融玻璃从拉制罐的外表面作为两个流动玻璃膜流下。这些拉制罐的外表面向下和向内延伸，使得它们在拉制罐下方的边缘处接合。两个流动玻璃膜在该边缘处接合以熔合并形成单个流动玻璃制品。熔合拉制法的优点在于：由于从通道溢流的两个玻璃膜熔合在一起，因此所得到的玻璃制品的任一外表面都没有与设备的任意部件相接触。因此，熔合拉制玻璃制品的表面性质不受到此类接触的影响。
本文所述的玻璃制品的一些实施方式可以通过狭缝拉制工艺形成。狭缝拉制工艺与熔合拉制方法不同。在狭缝拉制工艺中，向拉制罐提供熔融原材料玻璃。拉制罐的底部具有开放狭缝，其具有沿着狭缝的长度延伸的喷嘴。熔融玻璃流过狭缝和/或喷嘴，以连续的制品下拉并进入退火区。
用于形成玻璃制品(例如，玻璃片)的拉制工艺是合乎希望的，因为它们实现了形成几乎不具有缺陷的薄玻璃制品。之前认为为了通过拉制工艺(例如，熔合拉制或狭缝拉制)进行成形，玻璃组合物要求具有较高的液相线粘度，例如液相线粘度大于1000kP、大于1100kP或者大于1200kP。然而，拉制工艺的发展可以实现在拉制工艺中使用具有较低液相线粘度的玻璃。
在一个或多个实施方式中，本文所述的玻璃制品可以展现出无定形微结构，以及可以基本不含晶体或微晶。换言之，在一些实施方式中，玻璃制品排除了玻璃陶瓷材料。在一些实施方式中，本文所述的玻璃制品可以包括玻璃陶瓷材料。
如上文所述，可以通过离子交换过程对玻璃组合物和由玻璃组合物制得的制品进行强化。参见图1，玻璃制品100可以具有处于压缩应力的一个或多个区域。例如，玻璃制品100可以具有：第一压缩应力区域120和/或第二压缩应力区域122，从玻璃制品100的外表面(例如，表面110、112)延伸到压缩深度(DOC，d1、d2)；以及处于拉伸应力或者CT的第二区域(例如，中心区域130)，从DOC延伸到玻璃制品100的中心或者内部区域中。经过离子交换的压缩应力区域120、122所具有的金属氧化物的浓度在贯穿玻璃制品100的厚度(t)上的两点或更多点处是不同的。
根据本领域常用习惯，压缩或压缩应力(CS)表示为负应力(<0)以及张力或拉伸应力表示为正应力(>0)。然而，在本说明书全文中，CS表示为正值或者绝对值，即，本文所陈述的CS＝|CS|。CS可以在玻璃表面处具有最大值，并且可以随着距离表面的距离d根据函数发生变化。再次参见图1，第一压缩应力区域120从第一表面110延伸到深度d1，以及第二压缩应力区域122从第二表面112延伸到深度d2。这些压缩应力区域120、122一起限定了玻璃制品100的压缩区域或CS区域。
在一些实施方式中，玻璃制品的一个或多个压缩应力区域的峰值压缩应力可以是大于或等于850MPa至小于或等于1400兆帕斯卡(MPa)，例如：大于或等于900MPa至小于或等于1350MPa，大于或等于950MPa至小于或等于1300MPa，大于或等于1000MPa至小于或等于1250MPa，大于或等于1050MPa至小于或等于1200MPa，或者大于或等于1100MPa至小于或等于1150MPa，以及前述值之间的具有所列出的数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。例如，在一些实施方式中，峰值压缩应力可以是如下范围：850MPa至1400MPa、900MPa至1350MPa、950MPa至1300MPa、1000MPa至1250MPa、1050MPa至1200MPa或者1100MPa至1150MPa，或者具有这些值中的任意两个作为端点的范围内，包括端点。在一些实施方式中，玻璃制品的一个或多个压缩应力区域的峰值压缩应力可以是1100MPa至1350MPa。
在一些实施方式中，由玻璃组合物制造的玻璃制品可以具有14或更高的峰值压缩应力值与杨氏模量值之比(峰值压缩应力值/杨氏模量值，CS/E)。在一些实施方式中，玻璃制品可以具有从14或更高到18或更低的CS/E比值范围，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃制品的CS/E之比可以是15或更大、16或更大、17或更大或者18。在一些实施方式中，玻璃制品的CS/E之比可以是18或更小、17或更小、16或更小、15或更小或者14。任意上述CS/E范围可以与任意其他范围相结合。例如，在一些实施方式中，CS/E之比可以是14至18、15至17或者15至16，以及前述值之间的具有所列出的数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。在一些实施方式中，玻璃制品的CS/E之比可以是15或更大。
可以在本文所述的峰值压缩应力和/或压缩深度情况下实现这些CS/E之比和CS/E比值范围。例如，在一些实施方式中，玻璃制品可以在峰值压缩应力范围是850MPa至1400MPa的情况下具有如上文所述的CS/E比或CS/E比值范围。又例如，玻璃制品可以在压缩深度范围是5微米至40微米的情况下具有如上文所述的CS/E比或CS/E比值范围。又例如，玻璃制品可以在压缩深度范围是5微米至20微米的情况下具有如上文所述的CS/E比或CS/E比值范围。又例如，玻璃制品可以在压缩深度范围是玻璃制品的厚度的5％至20％的情况下具有如上文所述的CS/E比或CS/E比值范围。又例如，玻璃制品可以在峰值压缩应力范围是1100MPa至1350MPa且压缩深度范围是5微米至20微米的情况下具有如上文所述的CS/E比或CS/E比值范围。又例如，玻璃制品可以在峰值压缩应力范围是850MPa至1400MPa且压缩深度范围是5微米至40微米的情况下具有如上文所述的CS/E比或CS/E比值范围。又例如，玻璃制品可以在峰值压缩应力范围是850MPa至1400MPa且压缩深度范围是5微米至20微米的情况下具有如上文所述的CS/E比或CS/E比值范围。
可以通过离子交换实现的高的峰值压缩应力提供了对于给定玻璃厚度下使得玻璃弯曲成更紧密(即，更小)的弯曲半径的能力。高的峰值压缩应力允许玻璃保持净压缩，从而当玻璃绕着紧半径发生弯曲时容纳表面瑕疵。如果它们被容纳在这种净压缩或者被布置在有效表面压缩层中，则近表面瑕疵无法延伸至发生失效。
图2显示在两块板200之间的采用弯曲力202的玻璃制品100的两点弯曲。采用两点弯曲测试设备施加弯曲力202，其中，在弯曲测试过程中，以恒定作用力(弯曲力202)将两块板200压靠住玻璃制品100。如果需要的话，与测试设备相关的固定器确保了当经由板200向玻璃制品100施加弯曲力202时玻璃制品100相对于折叠线210对称弯曲。板200可以一起同步移动，直到实现特定的板间距D。如本文所用，术语在弯曲作用力下的“失效”指的是使得制品不适用于其目标用途的破裂、破坏、脱层、裂纹传播、永久变形或者其他机制。
在图2中，玻璃制品100的表面110经受来自弯曲的拉伸应力，这导致当制品未弯曲时距离表面的有效DOC相对于距离表面110的DOC是减小的，同时表面112经受来自弯曲的额外压缩应力。距离表面110的有效DOC随着板间距的增加而增加并且随着板间距的减小而减小(当制品100的表面112朝向其自身弯曲时，如图2所示)。换言之，有效DOC是微弯曲状态下的DOC减去由于弯曲诱发的拉伸应力的有效深度。
在一些实施方式中，在静态两点弯曲测试过程中，当以10毫米(mm)或更小的板间距(D)保持在两块板200之间以60℃和93％相对湿度持续240小时的情况下，玻璃制品100避免了失效。例如，在一些实施方式中，在静态两点弯曲测试过程中，当以10mm至1mm的板间距(D)保持在两块板之间以60℃和93％相对湿度持续240小时的情况下，玻璃制品100避免了失效。板间距(D)可以是例如，10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm或者1mm。
两个区域120和122的压缩应力都由玻璃制品100的中心区域130中的储存张力所平衡。除非另有说明，否则记录的CT值为最大CT值。取决于离子交换处理和测量的制品厚度，可以通过表面应力计或散射光偏振器(SCALP)来测量DOC。当通过将钾离子交换到基材中从而在基材中产生应力时，使用表面应力计(例如，FSM-6000(日本折原工业有限公司))来测量压缩深度。当通过将钠离子交换到基材中从而产生应力并且测量的制品比约400微米更厚时，使用SCALP来测量压缩深度和最大中心张力(CT)。当通过将钾离子和钠离子这两种交换到玻璃中从而在基材中产生应力并且测量的制品比约400微米更厚时，通过SCALP测量压缩深度和CT。不希望受限于理论，钠的交换深度可以表示压缩深度，而钾离子的交换深度可以表示压缩应力大小的变化(但不一定是应力从压缩变化到拉伸)。如本文所用，“层深度”表示交换进入到基材中的离子(例如，钠、钾)的深度。在本公开内容中，当无法通过SCALP直接测量最大中心张力时(当进行测量的制品比约400微米更薄时)，可以通过最大压缩应力与压缩深度的乘积除以基材厚度与两倍压缩应力的差来近似得到最大中心张力，其中，通过FSM测量压缩应力和压缩深度。
当基材厚度大于约400微米时，还可以采用折射近场(RNF)方法来导出应力分布的代表图。当采用RNF方法来得到代表了应力分布的图时，在RNF方法中采用SCALP提供的最大CT值。具体来说，通过RNF测得的应力分布是作用力平衡的，并且用SCALP测量提供的最大CT值进行校准。RNF方法如题为“Systems and methods for measuring a profilecharacteristic of a glass sample(用于测量玻璃样品的分布特性的系统和方法)”的美国专利第8,854,623号所述，其全文通过引用结合入本文。具体来说，RNF方法包括将玻璃制品靠近参照块放置，产生偏振切换光束(其以1Hz至50Hz的速率在正交偏振之间切换)，测量偏振切换光束中的功率量，以及产生偏振切换参比信号，其中，每个正交偏振中测得的功率量是在相互50％之内。方法还包括使偏振切换光束穿过玻璃样品和参照块，进入玻璃样品不同深度，然后采用延迟光学系统来延迟穿过的偏振切换光束到达信号光检测器，所述信号光检测器产生偏振切换的检测器信号。方法还包括：用参比信号除检测器信号以形成标准化检测器信号，以及从标准化检测器信号来确定玻璃样品的分布特性。
当进行SCALP测量时，这是采用SCALP偏振器完成的(例如：购自爱沙尼亚塔林的玻璃应力有限公司的SCALP-04或SCALP-05)。当对样品进行测量从而对至少一个应力相关特性进行表征时，为了使得旋光仪中的测量噪声降低到可接受水平的精确样品速度SS和曝光时间tE取决于多个因素。这些因素包括：图像传感装置的特性(例如：增益、图像捕获速率(帧/秒)、像素尺寸、内部像素平均技术等)以及非应力相关(NSR)散射特征的特性，输入光束的强度、所使用的偏振状态数量等。其他因素包括来自激光源的光束的测量波长以及散射光束的强度。示例性测量波长可以包括640纳米(nm)、518nm和405nm。示例性曝光时间范围可以是0.05毫秒至100毫秒。示例性帧速率范围可以是10至200帧每秒。光学延迟的示例性计算可以采用0.1秒至10秒测量时间tM上的两帧至两百帧。
在一些实施方式中，玻璃制品可以具有大于或等于20MPa至小于或等于400兆帕斯卡(MPa)的最大CT，例如：大于或等于50MPa至小于或等于350MPa、大于或等于75MPa至小于或等于300MPa、大于或等于100MPa至小于或等于250MPa或者大于或等于150MPa至小于或等于200MPa，以及前述值之间的具有所列出的数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。例如，在一些实施方式中，最大CT可以是如下范围：20MPa至400MPa、50MPa至350MPa、75MPa至300MPa、100MPa至250MPa或者150MPa至200MPa，或者具有这些值中的任意两个作为端点的范围内，包括端点。
在一些实施方式中，区域120和/或区域122的DOC可以是5微米至50微米，包括子范围。例如，DOC可以是：5微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米或者50微米，或者在这些值中的任意两个作为端点的范围内，包括端点。在一些实施方式中，区域120和/或区域122的DOC可以是如下范围：10微米至45微米、15微米至40微米、20微米至35微米或者25微米至30微米。在一些实施方式中，DOC的范围可以是5微米至40微米。在一些实施方式中，DOC的范围可以是5微米至20微米。
在一些实施方式中，DOC可以记录为玻璃制品100的厚度(t)的比例。在实施方式中，玻璃制品可以具有如下压缩深度(DOC)：大于或等于玻璃制品的厚度的5％(0.05t)至小于或等于玻璃制品的厚度的20％(0.20t)，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，DOC可以是玻璃制品的厚度的5％至20％，玻璃制品的厚度的5％至10％，玻璃制品的厚度的5％至15％。
在表面110与表面112之间测量玻璃制品100的厚度(t)。在一些实施方式中，玻璃制品100的厚度可以是4毫米(mm)或更小。在一些实施方式中，玻璃制品100的厚度范围可以是15微米至4mm，包括子范围。例如，玻璃制品100的厚度可以是：15微米、20微米、30微米、50微米、75微米、100微米、150微米、200微米、250微米、500微米、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm，或者具有这些值中的任意两个作为端点的范围内，包括端点。在一些实施方式中，玻璃制品100的厚度可以是如下范围：20微米至3.5mm、30微米至3mm、50微米至2.5mm、75微米至2mm、100微米至1.5mm、150微米至1mm、200微米至500微米或者200微米至250微米。在一些实施方式中，玻璃制品100的厚度范围可以是15微米至200微米。在一些实施方式中，玻璃制品100的厚度范围可以是15微米至100微米。
可以通过将玻璃制品暴露于离子交换溶液，从而在玻璃制品中形成压缩应力层。在一些实施方式中，离子交换溶液可以包括熔融钾盐。在一些实施方式中，离子交换溶液可以包含50重量％或更多的钾盐，60重量％或更多的钾盐，70重量％或更多的钾盐，80重量％或更多的钾盐，90重量％或更多的钾盐，或者100重量％的钾盐，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，离子交换溶液可以包含50重量％至100重量％的钾盐，60重量％至100重量％的钾盐，70重量％至100重量％的钾盐，80重量％至100重量％的钾盐，或者90重量％至100重量％的钾盐。在一些实施方式中，钾盐可以是KNO3。在一些实施方式中，离子交换溶液中的全部或者一部分的剩余重量百分比可以是熔融硝酸盐，例如NaNO3。
可以通过如下方式将玻璃制品暴露于离子交换溶液：将由玻璃组合物制造的玻璃制品浸入离子交换溶液浴中，将离子交换溶液喷洒到由玻璃组合物制造的玻璃制品上，或者任意其他方式将离子交换溶液物理施加到玻璃制品。在暴露于玻璃制品之后，根据实施方式，离子交换溶液的温度可以是大于或等于350℃至小于或等于480℃，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中、温度可以是：大于或等于360℃至小于或等于470℃、大于或等于370℃至小于或等于460℃、大于或等于380℃至小于或等于450℃、大于或等于390℃至小于或等于440℃、大于或等于400℃至小于或等于430℃或者大于或等于410℃至小于或等于420℃，以及前述值之间的具有所列出的数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。在一些实施方式中，离子交换溶液的温度可以是如下范围：350℃至480℃、360℃至470℃、370℃至460℃、380℃至450℃、390℃至440℃、400℃至430℃或者410℃至420℃。
在一些实施方式中，玻璃制品可以暴露于离子交换溶液持续大于或等于1小时至小于或等于24小时的持续时间，以及前述值之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，持续时间可以是：大于或等于2小时至小于或等于20小时、大于或等于4小时至小于或等于16小时、大于或等于6小时至小于或等于12小时或者大于或等于8小时至小于或等于12小时，以及前述值之间的具有所列出的数值中的任意两个作为端点的所有范围和子范围，包括端点。在一些实施方式中，玻璃制品可以暴露于离子交换溶液持续1小时至24小时、2小时至20小时、4小时至16小时或者8小时至12小时的持续时间。在一些实施方式中，持续时间可以是1小时至10小时或者2小时至8小时。
在进行了离子交换过程之后，应理解的是，玻璃制品的表面处的组成可能不同于刚形成的玻璃制品(例如，玻璃制品在其经过离子交换过程之前)的组成。这来源于刚形成的玻璃中的一种类型的碱金属离子(例如，Na+)被较大的碱金属离子(例如，K+)所替代。然而，在一些实施方式中，在玻璃制品的深度中心处或者靠近深度中心处的组成仍然会具有刚形成的玻璃制品的组成。除非另有说明，否则本申请中公开的玻璃组合物是这样的玻璃制品组成，在靠近制品的中心深度处，在那里的组成未受到离子交换过程的影响(或者受到最小影响)，即刚形成的玻璃制品的组成。
本文所揭示的玻璃制品可以被整合到另一制品中，例如具有显示器的制品(或显示器制品)(例如，消费者电子件，包括移动电话、平板、电脑、手表和导航系统等)，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，或者任何可以受益于部分透明性、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玻璃制品的示例性制品如图3A和3B所示。具体来说，图3A和3B显示消费者电子装置300，其包括具有前表面304、背表面306和侧表面308的外壳302。至少部分位于外壳内或者完全在其中的电子组件至少可以包括：控制器320、存储器332以及位于外壳302的前表面306或者与其相邻的显示器310。显示器310可以是例如：发光二极管(LED)显示器或者有机发光二极管(OLED)显示器。
覆盖基材312可以布置在外壳302的前表面304处或其上方，从而使其布置在显示器310的上方。覆盖基材312可以包括本文公开的任意玻璃制品并且可以被称作“覆盖玻璃”。覆盖基材312可以起到保护显示器310以及消费者电子产品300的其他组件(例如，控制器320和存储器322)免受破坏的作用。在一些实施方式中，可以通过粘合剂将覆盖基材312粘结到显示器310。在一些实施方式中，覆盖基材312可以限定外壳302的全部或者一部分的前表面304。在一些实施方式中，覆盖基材312可以限定外壳302的前表面304以及外壳302的全部或者一部分的侧表面308。在一些实施方式中，消费者电子产品300可以包括限定了外壳302的全部或者一部分的背表面306的覆盖基材。
实施例
通过以下的实施例对实施方式做进一步澄清。应理解的是，这些实施例不是对上文所述实施方式的限制。
通过常规玻璃成形方法来制备具有下表1所列出的组分的玻璃组合物。表1中的组合物1-4是根据本申请实施方式的玻璃组合物。表1中的组合物A是由相似氧化物制造的对比组合物。在表1中，所有组分都是摩尔％。表1中记录的SC和CT值是在表格中每个组合物所记录的样品厚度测量的。
表2列出了表1中的组合物的材料性质。根据本说明书公开的方法测量表2中记录的杨氏模量(E)值。类似地，通过ASTM E2001-13中，题为“Standard Guide for ResonantUltrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic 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来测量剪切模量值。
表2中列出的其他材料性质包括：密度，其中采用ASTM C693-93(2013)的浮力法确定密度值；低温(0℃至300℃)CTE，测量单位为每摄氏度每百万份数(ppm)(ppm/℃)；应变点、退火点和软化点，其中，采用ASTM C598-93(2013)的梁弯曲粘度法确定应变点，采用ASTM C336-71(2015)的纤维拉长法确定退火点，以及采用ASTM C338-93(2013)的纤维拉长法确定软化点；1011泊、35kP、200kP和液相线温度；液相线粘度，其中，如本文所讨论的那样确定液相线粘度；以及应力光学系数(SOC)，其与玻璃的双折射相关。除非另有说明，否则根据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 TestMethod for Measurement 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。除非另有说明，否则在组合物或制品经受任何离子交换过程或者任何其他强化过程之前测量表2中所列出的性质。表2中所记录的CTE值是采用纤维拉长技术进行测量的。根据ASTM E228(“利用推动杆膨胀计的固体材料的线性热膨胀的标准测试方法”)设定膨胀计。对于纤维拉长测试，将安装在膨胀计中的特定组成的纤维样品插入到0℃冰浴中然后插入到300℃等热炉中，从而确定该温度范围上的平均线性热膨胀系数。通过火焰加工制备纤维样品。
表3包括表1的组合物1-4以及组合物A的离子交换条件和性质。对于表3所记录的离子交换工艺，每种组合物的样品浸入包含100重量％KNO3的熔盐浴中。每个样品具有1英寸的长度、1英寸的宽度以及0.8mm的厚度。通过最大压缩应力与压缩深度的乘积除以基材厚度与两倍压缩深度的差值来近似得到表3中记录的最大CT值，其中，通过FSM测量压缩应力和压缩深度。
表1
表2
表3
如表3所示，对于每一种离子交换时间，组合物1-4所实现的CS/E之比全都能够高于组合物A的CS/E之比。对于2小时的离子交换时间，组合物A实现23.4微米的DOC和13.69的CS/E之比，而组合物1-4实现相当的DOC且明显更高的CS/E之比。每种组合物1-4实现了至少23微米的DOC以及至少15.53的CS/E之比(相比于组合物A增加了至少约13.4％)。对于4小时的离子交换时间，组合物A实现32.6微米的DOC和13.38的CS/E之比，而组合物1-4实现相当的DOC且明显更高的CS/E之比。每种组合物1-4实现了至少32.6微米的DOC以及至少15.16的CS/E之比(相比于组合物A增加了至少约13.3％)。对于6小时的离子交换时间，组合物A实现39.4微米的DOC和13.09的CS/E之比，而组合物1-4实现相当的DOL且明显更高的CS/E之比。每种组合物1-4实现了至少39.4微米的DOC以及至少15.15的CS/E之比(相比于组合物A增加了至少约15.7％)。对于8小时的离子交换时间，组合物A实现45.7微米的DOC和12.85的CS/E之比，而组合物1-4实现相当的DOC且明显更高的CS/E之比。每种组合物1-4实现了至少45.9微米的DOC以及至少14.85的CS/E之比(相比于组合物A增加了至少约15.6％)。
图4中的图表400绘制了表3中的组合物1-4以及组合物A在每种离子交换时间的压缩应力值与层深度的关系。表3中记录以及图表400中绘制的结果显示根据本文所述实施方式的玻璃组合物是如何在挠性和强度方面性能优于相对比的玻璃组合物的。根据本文所述实施方式的玻璃组合物可以在各种离子交换时间实现比相对比的玻璃组合物更高的CS/E之比。并且，随着离子交换时间和/或DOC的增加，本文所述的玻璃组合物的CS/E之比实际上是增加的，而相对比的玻璃组合物的CS/E比会随着离子交换温度和时间的增加而减小。
模型用于显示根据本文所述实施方式的玻璃组合物以及由这些组合物制造的玻璃制品是如何能够提供用于在使用中经受明显弯曲应力的高强度应用(例如，挠性覆盖玻璃应用)的改进的机械性质。下表4显示了每种组合物的建模组成以及建模泊松比和杨氏模量。组合物B建模作为另一种参照组合物。建模为组合物B的组成是：60.33摩尔％SiO2、19.17摩尔％Al2O3、1.81摩尔％MgO、1.72摩尔％CaO、16.84摩尔％Na2O、0.01摩尔％K2O、0.01摩尔％TiO2、0.09摩尔％SnO2和0.01摩尔％Fe2O3。
表4
| 组合物A | 组合物B | 组合物1 | 组合物2 | 组合物3 | |
| 泊松比 | 0.205 | 0.214 | 0.214 | 0.212 | 0.211 |
| 杨氏模量(GPa) | 71.3 | 75.4 | 74.7 | 74.1 | 73.7 |
模型预测了在弯曲测试过程中，作为厚度以及板间距(称为“板间距(D)”)的函数的玻璃的弯曲性能。模型考虑了已经存在的离子交换分布减去弯曲应力(对于任意给定的板间距)然后计算任意长度的表面瑕疵(例如，裂纹)的应力强度。
例如，图5中的图表500显示在弯曲过程中，在距离玻璃制品的表面的各种深度处，施加到包含组合物A的75微米厚的玻璃制品的建模弯曲离子交换和得到的总应力。对于图表500，建模得到的峰值压缩应力是800MPa，建模得到的DOC是15.3微米，以及建模得到的板间距是9.4mm。在图表500中，通过9.4mm板间距施加的建模得到的弯曲应力显示为实线。
对于模型，当瑕疵深度处的总应力(“结果应力分布”)等于零时，认为是“安全弯曲”板间距，从而弯曲拉伸应力完美地补偿了离子交换诱发的压缩。如图表500所示，当瑕疵尺寸为1微米或更小时(最小深度是Y轴上的应力为零的情况)，对于组合物A，当存在模制应力(molded stress)时，在9.4mm的板间距为“安全弯曲”。对于下表5A所示的每种组成和厚度，产生了类似的图表，具有表5A所记录的峰值压缩应力值(单位为MPa)。表6记录了对于表5A所示的每种组成和厚度的1微米瑕疵长度情况下的“安全弯曲”板间距。为了确定表6所记录的安全板间距，增加作为建模板间距的函数的建模弯曲应力(图表500中的实线)直到板间距导致对于每种建模制品的“安全弯曲”板间距值。图6中的图表600绘制了表6中的安全弯曲板间距结果与玻璃制品厚度的关系。表5B记录了每种建模制品的建模最大中心张力值。通过最大压缩应力与压缩深度的乘积除以基材厚度与两倍压缩深度的差值来近似得到表5B中记录的最大CT值。
表5A
表5B
表6
如表6所示，模型预测组合物1-3能够在明显小于组合物A的板间距的情况下，在弯曲测试过程中以1微米瑕疵的情况避免失效。更小的板间距意味着该玻璃组合物能够更好地避免弯曲过程中的失效。在35微米厚度时，建模得到包含组合物1-3的玻璃制品实现了最高达4.44 mm的安全板间距，而建模得到包含组合物A的玻璃制品实现5.38 mm的安全板间距。在50微米厚度时，建模得到包含组合物1-3的玻璃制品实现了最高达5.88 mm的安全板间距，而建模得到包含组合物A的玻璃制品实现7.12 mm的安全板间距。在75微米厚度时，建模得到包含组合物1-3的玻璃制品实现了最高达7.77 mm的安全板间距，而建模得到包含组合物A的玻璃制品实现9.39 mm的安全板间距。在100微米厚度时，建模得到包含组合物1-3的玻璃制品实现了最高达9.91 mm的安全板间距，而建模得到包含组合物A的玻璃制品实现12.0 mm的安全板间距。
尽管本文已经描述了各种实施方式，但是它们通过示例方式给出，并不构成限制。应注意的是，基于本文所列出的教导和指导，旨在将调试和改良包括在所揭示的实施方式的含义和等价内容范围之内。因此，对于本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离本公开的精神和范围的情况下，对本文所揭示的实施方式进行形式和细节上的各种修改和变动。本文所呈现的实施方式的元素不一定是相互排斥的，而是可以互换以满足各种情形，这是本领域技术人员会理解的。
参考如附图所示的本公开的实施方式来详细描述本公开的实施方式，其中相同的附图标记用于表示相同或功能相似的元件。对于“一个实施方式”、“一种实施方式”、“一些实施方式”、“在某些实施方式中”等的参照表明所描述的实施方式可以包括特定的特征、结构、或特性，但是不一定每个实施方式都包括该特定的特征、结构、或特性。此外，此类表述不一定指的是同一个实施方式。除此之外，当结合一个实施方式描述特定的特征、结构、或特性时，指的是本领域技术人员有能力结合其他实施方式影响此类特征、结构、或特性，无论是否明确描述出来。
本公开内容的例子是示意性的，而不是限制性的。通常根据各种条件和参数进行其它合适修饰和调节，这对本领域技术人员来说是显而易见的，属于本公开内容的精神和范围。
用于描述元件或组件的不定冠词“一个”和“一种”表示存在这些元件或组件中的一个或不止一个。尽管这些冠词通常用于预示修饰的名词是单数名词，但是除非另有说明，否则本文所用的冠词“一个”和“一种”也包括复数。类似地，同样除非另有说明，否则如本文所使用，定冠词“该”也预示修饰的名词可以是单数或复数。
本文所用的方向术语，例如上、下、左、右、前、后、顶、底、内、外，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来表示绝对的取向。
如权利要求所用，“包括”是开放式过渡用语。跟在过渡用语“包括”之后的一系列元件是非排他性举例，从而还可能存在除了那些具体列出之外的元件。如权利要求所用，短语“基本由......组成”或者“基本由......构成”将材料的组成限制到指定的材料以及不会对材料基本和新颖特征造成显著影响的那些。如权利要求所用，“由......构成”或者“完全由......组成”将材料的组成限制到具体的材料，并且排除任何没有指定的材料。
除非在具体情况下另外指出，否则本文所陈述的数值范围包括上限和下限值，且该范围旨在包括其端点和该范围内的所有整数和分数。当限定了范围时，并不旨在将权利要求的范围限制到所陈述的具体值。此外，当以范围、一种或更多种优选范围、或者优选的数值上限以及优选的数值下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑这种成对结合是否具体揭示。最后，当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本公开包括所参考的具体值或者端点。无论数值或者范围的端点有没有陈述“约”，该数值或范围的端点旨在包括两种实施方式：一种用“约”修饰，而一种没有用“约”修饰。
如本文所用，术语“约”表示量、尺寸、制剂、参数和其他变量和特性不是也不需要是确切的，而是可以按照需要是近似的和/或更大或更小的，反映了容差、转换因子、舍入和测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。
本文所用术语“基本”、“基本上”及其变化形式旨在表示所描述的特征与数值或描述相等同或近似相同。例如，“基本平面”表面旨在表示平面或近似平面的表面。此外，“基本上”旨在表示两个值是相等或者近似相等的。在一些实施方式中，“基本上”可以表示数值相互在约为10％之内，例如相互在约为5％之内，或者相互在约为2％之内。
上面已经借助于显示执行特定功能及其关系的功能构建块描述了本文实施方式。为了便于描述，本文任意定义了这些功能构建块的边界。可以定义替代边界，只要适当地执行指定的功能及其关系即可。
要理解的是，本文使用的短语和术语的目的是描述而非限制。本公开内容的宽度和范围不应局限于任何上述示例性实施方式，而仅由下面的权利要求书和其等价形式来限定。
Claims (46)
1.一种经离子交换的碱性铝硅酸盐玻璃制品，其包括：
61摩尔％或更高的SiO2；
13.5摩尔％或更高的A12O3；
1摩尔％至5摩尔％MgO；
CaO；
Na2O，
其中，Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％，其中，RO摩尔％＝MgO摩尔％+CaO摩尔％，其中，玻璃制品基本不含ZnO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、Li2O和K2O；
在离子交换之前测量的单位为GPa的杨氏模量值；以及
从玻璃制品的表面延伸到压缩深度的压缩应力层，所述压缩应力层包括测量的单位为MPa的峰值压缩应力值，
其中，峰值压缩应力值与杨氏模量值之比是14或更高。
2.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥20摩尔％。
3.如权利要求1或2所述的玻璃制品，其中，(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)≥0摩尔％。
4.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，7摩尔％≥(Na2O摩尔％+RO摩尔％-Al2O3摩尔％)≥0摩尔％。
5.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其包含大于或等于62摩尔％SiO2。
6.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其包含少于17摩尔％Al2O3。
7.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，玻璃制品包括50kP至500kP的液相线粘度，这是在离子交换之前测量的。
8.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，玻璃制品包含0.5摩尔％至2摩尔％CaO，以及其中，Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥20摩尔％。
9.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，峰值压缩应力值与杨氏模量值之比是大于或等于15且小于或等于18。
10.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，杨氏模量值的范围是70MPa至80MPa。
11.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，峰值压缩应力的范围是850MPa至1400MPa。
12.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，压缩深度的范围是5微米至40微米。
13.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，压缩深度的范围是5微米至20微米。
14.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，压缩深度的范围是玻璃制品的厚度的5％至20％。
15.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，峰值压缩应力的范围是1100MPa至1350MPa，以及压缩深度的范围是5微米至20微米。
16.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其包括：
61摩尔％至66摩尔％SiO2；
13.5摩尔％至20摩尔％Al2O3；
0.5摩尔％至2摩尔％CaO；以及
15摩尔％至18摩尔％Na2O。
17.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其包括：
61摩尔％至65摩尔％SiO2；或者大于61摩尔％至65摩尔％SiO2；
16摩尔％至18摩尔％Al2O3；
2摩尔％至4摩尔％MgO；
0.5摩尔％至2摩尔％CaO；以及
15摩尔％至18摩尔％Na2O。
18.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥20摩尔％。
19.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其包含16摩尔％或更多的Al2O3。
20.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，23摩尔％≥Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％。
21.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，(MgO摩尔％/(MgO摩尔％+CaO摩尔％))≥0.5。
22.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其中，(MgO摩尔％/(MgO摩尔％+CaO摩尔％))≥0.55。
23.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其包括4毫米或更小的厚度。
24.如任意前述权利要求所述的玻璃制品，其包括15微米至200微米的厚度范围。
25.一种电子装置，其包括：
电子显示器；以及
布置在电子显示器上方的如任意前述权利要求1-24所述的玻璃制品。
26.如权利要求25所述的电子装置，其还包括：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，所述电子组件包含控制器、存储器和所述电子显示器，所述电子显示器布置在外壳的前表面处或者与外壳的前表面相邻，
其中，玻璃制品形成至少一部分的外壳。
27.一种经离子交换的玻璃制品，其包括：
61摩尔％至66摩尔％SiO2；或者大于61摩尔％至66摩尔％SiO2；
13.5摩尔％至20摩尔％Al2O3；
1摩尔％至5摩尔％MgO；
0.5摩尔％至2摩尔％CaO；
15摩尔％至18摩尔％Na2O；
在对玻璃制品进行离子交换之前测量的单位为GPa的杨氏模量值；以及
压缩应力层，其从经离子交换的玻璃制品的表面延伸并且具有测量的单位为MPa的峰值压缩应力值，
其中，
Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％，
RO摩尔％＝MgO摩尔％+CaO摩尔％，
玻璃制品基本不含ZnO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、Li2O和K2O，以及
峰值压缩应力值与杨氏模量值之比是大于或等于14且小于或等于18。
28.如权利要求27所述的玻璃制品，其包含少于17摩尔％Al2O3。
29.如权利要求27或28所述的玻璃制品，其包含：
61摩尔％至65摩尔％SiO2或者大于61摩尔％至65摩尔％SiO2；
16摩尔％至18摩尔％Al2O3；
2摩尔％至4摩尔％MgO；
0.5摩尔％至2摩尔％CaO；以及
15摩尔％至18摩尔％Na2O。
30.如权利要求27-29中任一项所述的玻璃制品，其包括20微米至200微米的厚度范围。
31.如权利要求27-30中任一项所述的玻璃制品，其包含大于或等于62摩尔％SiO2。
32.一种对玻璃制品进行强化的方法，该方法包括：
将玻璃制品浸入包含50重量％或更多钾盐的离子交换溶液中，所述玻璃制品包含：
61摩尔％或更高的SiO2；
13.5摩尔％或更高的A12O3；
1摩尔％至5摩尔％MgO；
CaO；和
Na2O，其中，Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％，其中，RO摩尔％＝MgO摩尔％+CaO摩尔％，以及其中，玻璃制品基本不含ZnO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、Li2O和K2O；以及
在350℃至480℃的温度范围内，使得玻璃制品在离子交换溶液中进行1小时至24小时时间段的离子交换从而实现从玻璃制品的表面延伸到压缩深度且包括850MPa至1400MPa的峰值压缩应力值的压缩应力层。
33.如权利要求32所述的玻璃制品，其中，压缩深度的范围是5微米至40微米。
34.如权利要求32或33所述的方法，其中，压缩深度的范围是5微米至20微米。
35.如权利要求32-34中任一项所述的方法，其中，峰值压缩应力值的范围是1100MPa至1350MPa，以及压缩深度的范围是5微米至20微米。
36.如权利要求32-35中任一项所述的方法，其中，时间段是1小时至8小时。
37.如权利要求32-36中任一项所述的方法，其中，玻璃制品包括50kP至500kP的液相线粘度，这是在浸入离子交换溶液之前测量的。
38.如权利要求32-37中任一项所述的方法，其中，玻璃制品包括在浸入离子交换溶液之前测量的单位为GPa的杨氏模量值，以及其中，峰值压缩应力值与杨氏模量值之比是大于或等于14且小于或等于18。
39.如权利要求38所述的方法，其中，峰值压缩应力值与杨氏模量值之比是大于或等于15且小于或等于18。
40.如权利要求32-39中任一项所述的方法，其包含少于17摩尔％Al2O3。
41.如权利要求32-40中任一项所述的方法，其中，所述玻璃制品包含：
61摩尔％至66摩尔％SiO2或者大于61摩尔％至66摩尔％SiO2；
13.5摩尔％至20摩尔％Al2O3；
0.5摩尔％至2摩尔％CaO；以及
15摩尔％至18摩尔％Na2O。
42.如权利要求32-41中任一项所述的方法，其中，所述玻璃制品包含：
61摩尔％至65摩尔％SiO2或者大于61摩尔％至65摩尔％SiO2；
16摩尔％至18摩尔％Al2O3；
2摩尔％至4摩尔％MgO；
0.5摩尔％至2摩尔％CaO；以及
15摩尔％至18摩尔％Na2O。
43.如权利要求32-42中任一项所述的方法，其中，23摩尔％≥Al2O3摩尔％+RO摩尔％≥18摩尔％。
44.如权利要求32-43中任一项所述的方法，其中，所述玻璃制品包括4毫米或更小的厚度。
45.如权利要求32-44中任一项所述的方法，其中，所述玻璃制品包括15微米至200微米的厚度范围。
46.如权利要求32-45中任一项所述的方法，其包含大于或等于62摩尔％SiO2。
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