DE202017007020U1

DE202017007020U1 - Artikel auf Glasbasis mit einem Metalloxid-Konzentrationsgradienten

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Publication number: DE202017007020U1
Application number: DE202017007020.0U
Authority: DE
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2027-04-08
Also published as: CN112159101A; US11279652B2; US11174197B2; CN109071316A; TW201806897A; US20200199019A1; US20170291849A1; JP2021130609A; US10570059B2; CN207671927U; CN112159101B; KR102018834B1; KR20210068158A; US10017417B2; US20230348322A1; JP2024073578A; JP2019510726A; KR20240033166A; EP3904302A1; KR20180129893A

Abstract

Artikel auf Glasbasis, umfassend:
eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) definiert; und
eine Metalloxidkonzentration, die sowohl ungleich null ist als auch in einem Dickenbereich von etwa 0•t bis etwa 0,3•t variiert;
eine Oberflächendruckspannung von mehr als etwa 550 MPa oder mehr; und
einen CT-Bereich mit einer maximalen CT im Bereich von etwa 71,5/√(t) bis etwa 100/√ (t).

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht Priorität nach 35 USC § 119 der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/366338 , eingereicht am 25. Juli 2016, und der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/320077 , eingereicht am 8. April 2016, deren Inhalt jeweils hierin durch Bezugnahme darauf vollständig aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Diese Offenbarung betrifft Artikel auf Glasbasis, die eine verbesserte Beständigkeit gegen Beschädigungen zeigen, einschließlich einer verbesserten Bruchfestigkeit, und insbesondere Artikel aus Glas und Glaskeramik, die einen Metalloxid-Konzentrationsgradienten oder eine Konzentration ungleich null zeigen, die entlang eines wesentlichen Teils der Dicke variiert.
Artikel auf Glasbasis erfahren oft starke Stöße, die zu großen Mängeln an der Oberfläche solcher Artikel führen können. Solche Mängel können sich bis zu einer Tiefe von bis zu etwa 200 Mikrometern (Mikrons oder µm) von der Oberfläche erstrecken. Herkömmlich wird wärmegehärtetes Glas verwendet, um Fehler zu vermeiden, die durch das Einbringen solcher Mängel in das Glas verursacht werden, da wärmegehärtetes Glas oftmals große CS-Schichten (CS - compressive stress - Druckspannung) zeigt (z. B. etwa 21% der Gesamtdicke des Glases), die verhindern können, dass sich die Mängel weiter in das Glas ausbreiten, und so ein Versagen verhindern. Ein Beispiel für ein durch Wärmehärten erzeugtes Spannungsprofil ist in 1 dargestellt. In 1 weist der wärmebehandelte Glasartikel 100 eine erste Oberfläche 101, Dicke t₁ und einer Oberflächen-CS 110 auf. Der wärmebehandelte Glasartikel 100 weist eine CS auf, die von der ersten Oberfläche 101 bis zu einer wie hierin definierten Drucktiefe (DOC) 130 abnimmt, wobei bei dieser Tiefe die Spannung von Druck- zu Zugspannung wechselt und eine maximale zentrale Zugspannung (CT) 120 erreicht.
Das Wärmehärten ist derzeit auf dicke Artikel auf Glasbasis (d. h. Artikel auf Glasbasis mit einer Dicke t₁ von etwa 3 mm oder mehr) begrenzt, da, um die thermische Verstärkung und die gewünschten Restspannungen zu erreichen, ein ausreichender Wärmegradient zwischen dem Kern solcher Artikel und der Oberfläche gebildet werden muss. Solche dicken Artikel sind in vielen Anwendungen unerwünscht oder unpraktisch, wie z. B. bei Displays (z. B. Unterhaltungselektronik, einschließlich Mobiltelefone, Tablets, Computer, Navigationssysteme und dergleichen), in der Architektur (z. B. Fenster, Duschpaneele, Tresen usw.), im Transportwesen (z. B. Kraftfahrzeuge, Züge, Flugzeuge, Seefahrzeuge usw.), bei Haushaltsgeräten oder beliebigen Anwendungen, die eine überlegene Bruchfestigkeit, aber dünne und leichte Artikel erfordern.
Obwohl die chemische Verstärkung nicht durch die Dicke des Artikels auf Glasbasis in der gleichen Weise wie beim Wärmehärten begrenzt ist, zeigen bekannte, chemisch verstärkte Artikel auf Glasbasis nicht das Spannungsprofil von wärmegehärteten Artikeln auf Glasbasis. Ein Beispiel eines Spannungsprofils, das durch chemische Verstärkung (z. B. durch ein Ionenaustauschverfahren) erzeugt wird, ist in 2 dargestellt. In 2 weist der chemisch verstärkte Artikel auf Glasbasis 200 eine erste Oberfläche 201, eine Dicke t₂ und eine Oberflächen-CS 210 auf. Der Artikel auf Glasbasis 200 zeigt eine CS, die von der ersten Oberfläche 201 zu einer DOC 230, wie hierin definiert, abnimmt, wobei bei dieser Tiefe die Spannung von Druck- zu Zugspannung wechselt und eine maximale CT 220 erreicht. Wie in 2 gezeigt, zeigen solche Profile einen im Wesentlichen flachen CT-Bereich oder einen CT-Bereich mit einer konstanten oder nahezu konstanten Zugspannung entlang zumindest eines Teils des CT-Bereichs. Bekannte chemisch verstärkte Artikel auf Glasbasis zeigen oftmals einen geringeren maximalen CT-Wert gegenüber dem maximalen zentralen Wert aus 1.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an dünnen Artikeln auf Glasbasis, die eine verbesserte Bruchfestigkeit zeigen.
KURZDARSTELLUNG
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen Artikel auf Glasbasis, aufweisend eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) definiert; eine Metalloxidkonzentration, die sowohl ungleich null ist als auch in einem Dickenbereich von etwa 0•t bis etwa 0,3•t variiert; und einen zentralen Zugspannungsbereich (CT-Bereich), der eine maximale CT größer als oder gleich 71,5/√ (t) aufweist, wobei, wenn der Artikel auf Glasbasis zerbrochen wird, der Artikel auf Glasbasis in zumindest 2 Fragmente/Zoll² (Fragmente pro Quadratzoll) zerbricht, wobei die verwendete Probengröße ein Quadrat von 5,08 cm × 5,08 cm (2 Zoll × 2 Zoll) war, wie durch den „Zerbrechlichkeitstest“ gemessen, wie von Z. Tang et al. Automated Apparatus for Measuring the Frangibility and Fragmentation ofStrengthened Glass. Experimental Mechanics (2014) 54:903-912 beschrieben. Die Anzahl der Fragmente wird durch die Fläche der getesteten Probe (in Quadratzoll) geteilt. Wie hier verwendet, kann die Variation der Metalloxidkonzentration hierin als ein Metalloxid-Konzentrationsgradient bezeichnet werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist die Metalloxidkonzentration ungleich null und variiert entlang der gesamten Dicke. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der CT-Bereich das Metalloxid aufweisen, das sowohl ungleich null ist als auch in einem Dickenbereich von etwa 0•t bis etwa 0,3•t variiert. Der Artikel auf Glasbasis einer oder mehrerer Ausführungsformen kann eine Dicke t von etwa 3 Millimeter (mm) oder weniger, 2 mm oder weniger oder etwa 1 mm oder weniger aufweisen.
Ein zweiter Aspekt dieser Offenbarung betrifft einen Artikel auf Glasbasis, aufweisend: eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) von etwa 3 Millimeter oder weniger definiert; und ein Spannungsprofil, das sich entlang der Dicke erstreckt, wobei alle Punkte des Spannungsprofils zwischen einem Dickenbereich von etwa 0•t bis zu 0,3•t und von mehr als 0,7•t bis t eine Tangente mit einer Steigung umfassen, die einen absoluten Wert von mehr als etwa 0,1 MPa/Mikrometer aufweist, wobei das Spannungsprofil eine maximale CS, eine DOC und eine maximale CT von größer oder gleich 71,5/√ (t) umfasst, wobei das Verhältnis der maximalen CT zum absoluten Wert der maximalen CS im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,2 liegt und die DOC etwa 0,1•t oder mehr beträgt.
Ein dritter Aspekt dieser Offenbarung betrifft einen Artikel auf Glasbasis, aufweisend: eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) definiert; und eine Metalloxidkonzentration, die sowohl ungleich null ist als auch in einem Dickenbereich von etwa 0•t bis etwa 0,3•t (oder von etwa 0•t bis etwa 0,4•t oder von etwa 0•t bis etwa 0,45•t) variiert, eine Oberflächendruckspannung von mehr als etwa 200 MPa oder mehr; und einen CT-Bereich mit einer maximalen CT von größer oder gleich 71,5/√ (t).
Ein vierter Aspekt dieser Offenbarung betrifft einen Artikel auf Glasbasis, umfassend: eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) definiert; und ein Metalloxid, das einen Konzentrationsgradienten bildet, wobei die Metalloxidkonzentration von der ersten Oberfläche auf einen Wert an einem Punkt zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche abnimmt und von dem Wert zur zweiten Oberfläche zunimmt, wobei die Metalloxidkonzentration an dem Punkt ungleich null ist, und wobei der Artikel auf Glasbasis eine gespeicherte Zugenergie von etwas mehr als 0 J/m² bis weniger als 20 J/m² und einen Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa oder mehr umfasst.
Ein fünfter Aspekt dieser Offenbarung betrifft einen Artikel auf Glasbasis, umfassend: eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) von etwa 3 Millimeter oder weniger definiert; und ein Spannungsprofil, das sich entlang der Dicke erstreckt, wobei das Spannungsprofil an allen Punkten zwischen einem Dickenbereich von etwa 0t bis zu 0,3t und von mehr als 0,7t eine Tangente mit einer Steigung umfasst, die einen absoluten Wert von mehr als etwa 0,1 MPa/Mikrometer aufweist, wobei das Spannungsprofil eine maximale CS, eine DOC und eine maximale CT umfasst, wobei das Verhältnis zwischen der maximalen CT und dem absoluten Wert der maximalen CS in dem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,2 liegt, und wobei die DOC etwa 0,1•t oder mehr beträgt, und wobei der Artikel auf Glasbasis eine gespeicherte Zugenergie von etwas mehr als 0 J/m² bis weniger als 20 J/m² und einen Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa oder mehr umfasst. In einer oder mehreren Ausführungsformen weist der Artikel auf Glasbasis eine Metalloxidkonzentration ungleich null auf, die entlang der gesamten Dicke kontinuierlich variiert. In einigen Fällen variiert die Metalloxidkonzentration ungleich null entlang Dickensegmenten von weniger als etwa 10 Mikrometer kontinuierlich.
Ein sechster Aspekt dieser Offenbarung betrifft einen Artikel auf Glasbasis, aufweisend: ein Spannungsprofil, das einen CS-Bereich und einen CT-Bereich umfasst, wobei der CT-Bereich durch die folgende Gleichung annähernd angegeben wird: $Spannung (x) = MaxT- ((({CT}_{n} \cdot (n + 1)) / 0,5 n) \cdot | (x / t) - 0,5 | n),$
wobei MaxT ein maximaler Zugspannungswert ist, CT_n kleiner oder gleich MaxT ist und ein positiver Wert in Einheiten von MPa ist, x die Position entlang der Dicke (t) in Mikrometern ist und n zwischen 1,5 und 5 beträgt. In einigen Ausführungsformen liegt der maximale CT-Wert im Bereich von etwa 50 MPa bis etwa 250 MPa und der maximale CT-Wert liegt in einer Tiefe im Bereich von etwa 0,4t bis etwa 0,6t. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Spannungsprofil von einer Dicke im Bereich von etwa 0t bis etwa 0,1t eine Steigung im Bereich von etwa 20 MPa/Mikrometer bis etwa 200 MPa/Mikrometer. In einer oder mehreren Ausführungsformen wird das Spannungsprofil durch eine Vielzahl von Fehlerfunktionen, gemessen ab 0,5t bis zur Oberfläche, annähernd angegeben.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis erzeugt ein einwertiges Ion des Metalloxids eine Spannung entlang des Dickenbereichs (d. h. von etwa 0•t bis etwa 0,3•t, von etwa 0•t bis etwa 0,4•t oder von etwa 0•t bis etwa 0,45•t). Die Metalloxidkonzentration einer oder mehrerer Ausführungsformen nimmt von der ersten Oberfläche auf einen Wert an einem Punkt zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche ab und von dem Wert zur zweiten Oberfläche zu.
In einer oder mehreren Ausführungsformen beträgt die Metalloxidkonzentration über die gesamte Dicke etwa 0,05 Mol-% oder mehr. Zum Beispiel ist in einer oder mehreren Ausführungsformen die Metalloxidkonzentration an der ersten Oberfläche etwa 1,5-mal (oder mehr) größer als die Konzentration der Metalloxide bei einer Tiefe von etwa 0,5•t. In Ausführungsbeispielen umfasst der Artikel auf Glasbasis eine Gesamtmetalloxidkonzentration im Bereich von etwa 1 Mol-% bis etwa 15 Mol-%. In einer oder mehreren Ausführungsformen schließen Beispiele des Metalloxids eines oder mehrere von Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O und Cs₂O ein. In einer oder mehreren Ausführungsformen hat das einwertige Ion des Metalloxids einen größten Ionendurchmesser aller der gesamten Metalloxide in dem Substrat oder Artikel auf Glasbasis.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst der CT-Bereich das Metalloxid, das sowohl ungleich null ist als auch in einem Dickenbereich von etwa 0•t bis etwa 0,3•t variiert. In einer oder mehreren Ausführungsformen der hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis ist die maximale CT größer oder gleich 71,S/√ (t) (MPa), wobei „71,5“ in Einheiten von MPa• (mm)^1/2 und „t“ in Millimeter (mm) angegeben ist.
Der Artikel auf Glasbasis einiger Ausführungsformen umfasst eine erste Metalloxidkonzentration und eine zweite Metalloxidkonzentration. In einigen Ausführungsformen liegt die erste Metalloxidkonzentration im Bereich von etwa 0 Mol-% bis etwa 15 Mol-% von einem ersten Dickenbereich von etwa 0•t bis etwa 0,5•t. In einigen Ausführungsformen liegt die zweite Metalloxidkonzentration im Bereich von etwa 0 Mol-% bis etwa 10 Mol-% von einem zweiten Dickenbereich von etwa 0 Mikrometer bis etwa 25 Mikrometer. Der Artikel auf Glasbasis kann ein optionales drittes Metalloxid aufweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis eine Oberflächendruckspannung (CS) aufweisen, die größer als die maximale CT ist. Eine oder mehrere Ausführungsformen der hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis können eine Oberflächen-CS von etwa 300 MPa oder mehr aufweisen. In einigen Fällen wird diese Oberflächen-CS gezeigt, wenn der Artikel auf Glasbasis eine Dicke von etwa 2 mm oder weniger aufweist. In einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt der Artikel auf Glasbasis eine Kombination aus einer Oberflächen-CS von etwa 200 MPa oder mehr und einer chemischen Schichttiefe von etwa 0,4•t oder mehr. In einer oder mehreren Ausführungsformen weist der Artikel auf Glasbasis eine CS auf, die sich von der ersten Oberfläche zu einer DOC erstreckt, wobei die DOC etwa 0,1•t oder mehr beträgt. In einigen Fällen liegt das Verhältnis zwischen einer maximalen CT und dem absoluten Wert der Oberflächen-CS in dem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,8.
In einer oder mehreren Ausführungsformen hat der Artikel auf Glasbasis eine amorphe Struktur. In einigen Ausführungsformen kann der Artikel auf Glasbasis eine kristalline Struktur aufweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis eine Durchlässigkeit von etwa 88% oder mehr über eine Wellenlänge im Bereich von etwa 380 nm bis etwa 780 nm aufweisen. In einigen Fällen können die hier beschriebenen Artikel auf Glasbasis CIELAB-Farbraumkoordinaten unter einem CIE-Leuchtmittel F02 mit L*-Werten von etwa 88 und mehr, a*-Werten im Bereich von etwa -3 bis etwa +3, und b*-Werten im Bereich von etwa -6 bis etwa +6 zeigen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis einen Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa oder mehr aufweisen. In einigen Ausführungsformen weisen die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis eine Liquidusviskosität von weniger als etwa 100 Kilopoise (kP) auf. In einer oder mehreren Ausführungsformen weisen die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis eine Bruchzähigkeit (K_1C) von etwa 0,65 MPa·m^1/2 oder mehr auf. In einer oder mehreren Ausführungsformen weisen die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis eines oder mehrere von Folgendem auf: eine Zusammensetzung, umfassend eine kombinierte Menge Al₂O₃ und Na₂O von etwa 15 Mol-% oder weniger, eine Zusammensetzung, umfassend etwa 4 Mol-% oder mehr Na₂O, eine Zusammensetzung, umfassend eines oder mehrere von B₂O₃ und ZnO, und eine Zusammensetzung, die im Wesentlichen frei von P₂O₅ ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst der Artikel auf Glasbasis eine Diffusionsfähigkeit von einwertigen Ionen (z. B. Natriumionen oder Kaliumionen) von etwa 450 µm²/ Stunde (Quadratmikrometer pro Stunde) oder mehr bei etwa 460°C. In einigen Ausführungsformen wird diese von einwertigen Ionen in Kombination mit einer DOC von mehr als etwa 0,15•t und einer Oberflächen-CS, die das 1,5-fache der maximalen CT oder mehr beträgt, gezeigt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen zeigen die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis ein gewisses Bruchverhalten. Beispielsweise zerbricht bei einer oder mehreren Ausführungsformen, wenn der Artikel auf Glasbasis durch ein einzelnes Ereignis zerbrochen wird (d. h. durch einen einzigen Stoß, wie beim Fallenlassen oder einmaligen Auftreffen auf ein Element), der Artikel auf Glasbasis in zumindest 2 Fragmente/Zoll² (Fragmente pro Quadratzoll), wobei die verwendete Probengröße ein Quadrat von 5,08 cm × 5,08 cm (2 Zoll × 2 Zoll) war, wie durch den „Zerbrechlichkeitstest“ gemessen, wie von Z. Tang et al. AutomatedApparatus for Measuring the Frangibility and Fragmentation ofStrengthened Glass. Experimental Mechanics (2014) 54:903-912 beschrieben. Die Anzahl der Fragmente wird durch die getesteten Probe (in Quadratzoll) geteilt. Bei einigen Ausführungsformen wird, wenn der Artikel auf Glasbasis zerbrochen wird, der Artikel auf Glasbasis in zumindest 1 Fragment/Zoll² bis zu 40 Fragmente/Zoll² (Fragmente pro Quadratzoll) zerbrochen, wobei die verwendete Probengröße ein Quadrat von 5,08 cm × 5,08 cm (2 Zoll × 2 Zoll) war.
Ein siebter Aspekt dieser Offenbarung betrifft eine Verwendung eines Glassubstrats in einem verstärkten Artikel auf Glasbasis. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Glassubstrat (in Mol-%): SiO₂ in einer Menge im Bereich von etwa 68 bis etwa 75; Al₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 12 bis etwa 15; B₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5; Li₂O in einer Menge im Bereich von etwa 2 bis etwa 10; Na₂O in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 6; MgO in einer Menge im Bereich von etwa 1 bis etwa 4; ZnO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und CaO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 5, wobei das Glassubstrat ionenaustauschbar und amorph ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen weist das Glassubstrat eines oder mehrere von Folgendem auf: ein Verhältnis von Li₂O zu R₂O im Bereich von etwa 0,45 bis etwa 1; eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge von R₂O und der Menge von Al₂O₃ im Bereich von etwa -5 bis etwa 0; eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge an RxO (in Mol-%) und der Menge an Al₂O₃ im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und ein Verhältnis zwischen der Menge an MgO (in Mol-%) und einer Gesamtmenge an RO (in Mol-%) im Bereich von etwa 0 bis etwa 1, und wobei das Glassubstrat im Wesentlichen frei von Kernbildnern ist.
Ein achter Aspekt dieser Offenbarung betrifft ein Glassubstrat, umfassend: eine Zusammensetzung, aufweisend, in Mol-%, SiO₂ in einer Menge im Bereich von etwa 68 bis etwa 75; Al₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 12 bis etwa 15; B₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5; Li₂O in einer Menge im Bereich von etwa 2 bis etwa 10; Na₂O in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 6; MgO in einer Menge im Bereich von etwa 1 bis etwa 4; ZnO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und CaO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 5, wobei das Glassubstrat ionenaustauschbar und amorph ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt das Glassubstrat eines oder mehrere von Folgendem: ein Verhältnis von Li₂O zu R₂O im Bereich von etwa 0,45 bis etwa 1; eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge an R₂O und der Menge an Al₂O₃ im Bereich von etwa -5 bis etwa 0; eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge an R_xO (in Mol-%) und der Menge an Al₂O₃ im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und ein Verhältnis der Menge an MgO (in Mol-%) zu einer Gesamtmenge an RO (in Mol-%) im Bereich von etwa 0 bis etwa 1. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Glassubstrat im Wesentlichen frei von Kernbildnern.
Ein neunter Aspekt dieser Offenbarung betrifft ein Glassubstrat, das in Mol-% aufweist: SiO₂ in einer Menge im Bereich von etwa 68 bis etwa 75; Al₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 12 bis etwa 15; B₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5; Li₂O in einer Menge im Bereich von etwa 2 bis etwa 10; Na₂O in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 6; MgO in einer Menge im Bereich von etwa 1 bis etwa 4; ZnO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und CaO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 5, wobei das Glassubstrat amorph ist und verstärkt ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen variiert die Na₂O-Konzentration im Glassubstrat. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Glassubstrat im Wesentlichen frei von Kernbildnern. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt das verstärkte Glassubstrat eine oder mehrere der folgenden Zusammensetzungsbeziehungen: ein Verhältnis von Li₂O zu R₂O im Bereich von etwa 0,45 bis etwa 1; eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge an R₂O und der Menge an Al₂O₃ im Bereich von etwa -5 bis etwa 0; eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge an R_xO (in Mol-%) und der Menge an Al₂O₃ im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und ein Verhältnis der Menge an MgO (in Mol-%) und einer Gesamtmenge an RO (in Mol-%) im Bereich von etwa 0 bis etwa 1.
Ein zehnter Aspekt dieser Offenbarung betrifft eine Vorrichtung, umfassend: ein Gehäuse mit vorderer, Rück- und Seitenoberflächen; elektrische Komponenten, die sich zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses befinden; eine Anzeige an oder benachbart der vorderen Oberfläche des Gehäuses; und ein Abdecksubstrat, das über der Anzeige angeordnet ist, wobei das Abdecksubstrat einen Artikel auf Glasbasis gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen umfasst.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung dargelegt und sind für den Fachmann aus dieser Beschreibung zum Teil leicht ersichtlich oder werden durch Ausführen der hierin beschriebenen Ausführungsformen einschließlich der folgenden ausführlichen Beschreibung, der Ansprüche sowie der beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung lediglich beispielhaft sind und einen Überblick oder Rahmen zum Verständnis der Natur und des Charakters der Ansprüche bereitstellen sollen. Die beiliegenden Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis, sind in der Beschreibung aufgenommen und bilden einen Bestandteil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen eine oder mehrere Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien und der Funktionsweise der verschiedenen Ausführungsformen.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht über eine Dicke eines bekannten wärmegehärteten Glasartikels;
2 ist eine Querschnittsansicht über eine Dicke eines bekannten, chemisch verstärkten Glasartikels;
3 ist eine Querschnittsansicht über eine Dicke eines chemisch verstärkten Artikels auf Glasbasis gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung;
4 ist ein Diagramm, das verschiedene Spannungsprofile gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung veranschaulicht;
5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Ring-auf-Ring-Vorrichtung;
6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung, die verwendet wird, um den invertierten Kugelfalltest auf Sandpapier (IBoS) durchzuführen, der in der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist;
7 ist eine schematische Querschnittsdarstellung des dominanten Mechanismus für das Versagen aufgrund der Schadenseinleitung plus Biegung, die typischerweise in Artikeln auf Glasbasis auftritt, die in mobilen oder in tragbaren elektronischen Geräten verwendet werden;
8 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Durchführen des IBoS-Tests in der hierin beschriebenen Vorrichtung;
9 ist ein Diagramm, das die Konzentration von Na₂O in bekannten chemisch verstärkten Artikeln auf Glasbasis und Artikeln auf Glasbasis gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung zeigt;
10 ist ein Diagramm, das CT-Werte und DOC-Werte in Abhängigkeit von der Ionenaustauschzeit gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung zeigt;
11 ist ein Diagramm, das die Spannungsprofile in Abhängigkeit von der Tiefe bekannter chemisch verstärkter Artikel auf Glasbasis und von Artikeln auf Glasbasis gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung vergleicht;
12 zeigt ein Diagramm der Spannungsprofile eines bekannten chemisch verstärkten Glases und einer bekannten chemisch verstärkten Glaskeramik;
13 zeigt ein Diagramm der Spannungsprofile eines Glases und einer Glaskeramik gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung;
13A zeigt eine graphische Darstellung der Versagenshöhe beim Falltest für Beispiel 3D;
14 ist ein Diagramm, das ein bekanntes Spannungsprofil eines chemisch verstärkten Artikels auf Glasbasis und eines Artikels auf Glasbasis gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung vergleicht;
15 ist ein Diagramm, das die Spannungsprofile der Beispiele 4A bis 4D in Abhängigkeit von der Dicke zeigt;
16 ist ein Diagramm, das diskrete gespeicherte Zugenergiedatenpunkte für die Beispiele 4B bis 4D zeigt;
17 ist ein Diagramm, das die Konzentration von K₂O und Na₂O in Abhängigkeit von der Tiefe in den Beispielen 4A bis 4D zeigt;
18 ist ein Diagramm, das dieselben Daten wie 16 zeigt, jedoch mit einem anderen Maßstab, um die Konzentration von Na₂O in Abhängigkeit von der Tiefe deutlicher darzustellen;
19 ist ein Diagramm, das die Spannungsprofile der Beispiele 4A und 4C bis 4F in Abhängigkeit von der Tiefe zeigt;
20 ist ein Diagramm, das einen anderen Maßstab als den aus 18 zeigt;
21 ist ein Diagramm, das die Spannungsprofile der Beispiele 5A bis 5G in Abhängigkeit von der Tiefe zeigt;
22 ist ein Diagramm, das die DOC-Werte für die Beispiele 5A bis 5G in Abhängigkeit von der Dauer des zweiten und/oder dritten Ionenaustauschschritts zeigt;
23 ist ein Diagramm, das die CT-Werte der Beispiele 5A bis 5G in Abhängigkeit von der Dauer des zweiten und/oder dritten Ionenaustauschschritts zeigt;
24 ist ein Diagramm, das die CT in Abhängigkeit von der Ionenaustauschzeit für die Beispiele 6A bis 6G zeigt;
25 ist ein Diagramm, das die Änderung der zentralen Zugspannungswerte und der gespeicherten Zugenergie zeigt, beide in Abhängigkeit von der Ionenaustauschzeit für die Beispiele 6A bis 6G;
26 ist ein Diagramm, das die Spannungsprofile des Vergleichsbeispiels 7A und des Beispiels 7B in Abhängigkeit von der Tiefe zeigt;
27 ist ein Diagramm, das die gespeicherte Zugenergie von Vergleichsbeispiel 7A und Beispiel 7B in Abhängigkeit von der CT zeigt; und
28 ist ein Diagramm, das die gespeicherte Zugenergie des Vergleichsbeispiels 7C und des Beispiels 7D in Abhängigkeit von der CT zeigt.
29 ist ein Diagramm, welches das Fallhöhenversagen für die Beispiele 2 und 8 und die Vergleichsbeispiele 8A und 8B zeigt;
30 ist ein Diagramm, das die abgeriebenen Ring-auf-Ring-Ergebnisse für die Beispiele 2 und 8 und die Vergleichsbeispiele 8B und 8C zeigt; und
31 ist ein Weibull-Verteilungsdiagramm, das die 4-Punkt-Biegeergebnisse für die Beispiele 2 und 8B zeigt.
32 ist ein Diagramm, das die maximalen CT-Werte für die Beispiele 9A bis 9E in Abhängigkeit von der Ionenaustauschzeit zeigt;
33 ist ein Diagramm, das die gemessene Spannung von Beispiel 9D in Abhängigkeit von der Tiefe zeigt, die sich von der Oberfläche des Artikels auf Glasbasis von Beispiel 9D in den Artikel auf Glasbasis erstreckt;
34 ist ein Diagramm, das die Last-bis-Versagen-Werte für Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A zeigt, nachdem sie bei unterschiedlichen Lasten oder Drücken abgerieben wurden;
35 ist ein Diagramm, das die Höhen zeigt, bei denen die Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A versagten, nachdem sie auf 180er Sandpapier und dann auf 30er Sandpapier fallen gelassen wurden;
36 ist ein Diagramm, das die Höhen zeigt, bei denen die Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A und Vergleichsbeispiel 10B nach Fallen auf 30er Sandpapier versagten;
37 ist ein Diagramm, welches die durchschnittliche Last-bis-Versagen von Artikeln auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A und Vergleichsbeispiel 10B vergleicht, nachdem sie bei einer Last oder einem Druck von 25 psi abgerieben wurden;
38 ist ein Diagramm, welches die durchschnittliche Last-bis-Versagen von Artikeln auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A und Vergleichsbeispiel 10B vergleicht, nachdem sie bei einer Last oder einem Druck von 45 psi abgerieben wurden; und
39 ist eine vordere Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung, die eine oder mehrere Ausführungsformen der hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis integriert.
40 ist ein Diagramm, das die IBoS-Testergebnisse für Proben gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Beispielen und Zeichnungen veranschaulicht sind.
In der folgenden Beschreibung bezeichnen ähnliche Bezugszeichen ähnliche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten, die in den Figuren gezeigt sind. Es versteht sich auch, dass Begriffe wie „oben“, „unten“, „außen“, „innen“ und dergleichen, wenn nicht anders angegeben, gängige Begriffe sind und nicht als einschränkende Begriffe ausgelegt werden sollen. Immer wenn eine Gruppe so beschrieben wird, dass sie zumindest eines aus einer Gruppe von Elementen und Kombinationen davon umfasst, versteht es sich außerdem, dass die Gruppe eine beliebige Anzahl dieser aufgezählten Elemente umfassen kann, im Wesentlichen daraus bestehen kann oder aus einer beliebigen Anzahl dieser aufgezählten Elemente bestehen kann, entweder einzeln oder in Kombination miteinander. Wenn eine Gruppe so beschrieben wird, als würde sie aus zumindest einem aus einer Gruppe von Elementen oder Kombinationen davon bestehen, versteht es sich gleichermaßen, dass die Gruppe aus einer beliebigen Anzahl dieser aufgezählten Elemente bestehen kann, entweder einzeln oder in Kombination miteinander. Wenn nicht anders angegeben, umfasst ein Wertebereich, wenn er angegeben ist, sowohl die oberen als auch die unteren Grenzen des Bereichs sowie beliebige Bereiche dazwischen. Wie hierin verwendet, bedeuten die unbestimmten Artikel „ein“, „eine“, „eines“ und die entsprechenden bestimmten Artikel „der, die, das“ „zumindest einen, eine, eines“ oder „einen, eine oder eines oder mehrere“, sofern nicht anders angegeben. Es versteht sich auch, dass die verschiedenen Merkmale, die in der Spezifikation und den Zeichnungen offenbart sind, in jeder beliebigen und allen Kombinationen verwendet werden können.
Wie hierin verwendet, werden die Ausdrücke „Artikel auf Glasbasis“ und „Substrate auf Glasbasis“ in ihrem weitesten Sinn verwendet, um jedes Objekt einzuschließen, der ganz oder teilweise aus Glas hergestellt ist. Artikel auf Glasbasis schließen Laminate aus Glas und Nichtglasmaterialien, Laminate aus Glas und kristallinen Materialien und Glaskeramiken (einschließlich einer amorphen Phase und einer kristallinen Phase) ein. Wenn nicht anders angegeben, werden alle Zusammensetzungen in Molprozent (Mol-%) ausgedrückt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Begriffe „im Wesentlichen“ und „etwa“ hierin verwendet werden können, um den inhärenten Unsicherheitsgrad darzustellen, der einem/einer quantitativen Vergleich, Wert, Messung oder anderen Darstellung zugeschrieben werden kann. Diese Ausdrücke werden hierin auch benutzt, um den Grad darzustellen, in dem eine quantitative Darstellung von einer genannten Referenz variieren kann, ohne zu einer Änderung der Grundfunktion des fraglichen Gegenstands zu führen.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „etwa“, dass Mengen, Größen, Formulierungen, Parameter und andere Quantitäten und Eigenschaften nicht exakt sind und sein müssen, sondern auf Wunsch nahezu dies und/oder größer oder kleiner als dies sein können, was Toleranzen, Umwandlungsfaktoren, Rundung, Messfehler und dergleichen widerspiegelt, sowie andere dem Fachmann bekannte Faktoren. Wenn der Begriff „etwa“ zum Beschreiben eines Werts oder eines Endpunkts eines Bereichs verwendet wird, ist die Offenbarung so zu verstehen, dass der spezifische Wert oder Endpunkt, auf den Bezug genommen wird, eingeschlossen ist. Unabhängig davon, ob ein numerischer Wert oder ein Endpunkt eines Bereichs in der Spezifikation „etwa“ angibt oder nicht, soll der numerische Wert oder Endpunkt eines Bereichs zwei Ausführungsformen einschließen: eine, die durch „etwa“ modifiziert ist, und eine, die nicht durch „etwa“ modifiziert ist. Es versteht sich ferner, dass die Endpunkte von jedem der Bereiche sowohl in Bezug auf den anderen Endpunkt als auch unabhängig von dem anderen Endpunkt signifikant sind.
Wenn nicht anders angegeben, sind alle Temperaturen in Grad Celsius (°C) ausgedrückt. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Erweichungspunkt“ auf die Temperatur, bei der die Viskosität eines Glases etwa 10^7,6 Poise (P) beträgt, der Begriff „Glühpunkt“ bezieht sich auf die Temperatur, bei der die Viskosität eines Glases etwa 10^13,2 Poise beträgt, der Begriff „200 Poise-Temperatur (T^200P)“ bezieht sich auf die Temperatur, bei der die Viskosität eines Glases etwa 200 Poise beträgt, der Begriff „10¹¹ Poise-Temperatur“ bezeichnet die Temperatur, bei der die Viskosität eines Glases etwa 10¹¹ Poise beträgt, der Begriff „35 kP Temperatur (T^35kP)“ bezieht sich auf die Temperatur, bei der die Viskosität eines Glases etwa 35 Kilopoise (kP) beträgt, und der Begriff „160 kP Temperatur (T^160kP)“ bezieht sich auf die Temperatur, bei der die Viskosität eines Glases etwa 160 kP beträgt.
Mit Bezug auf die Zeichnungen im Allgemeinen und auf 1 bis 3 im Besonderen versteht es sich, dass die Darstellungen zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen dienen und die Offenbarung oder die beigefügten Ansprüche nicht einschränken sollen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und bestimmte Merkmale und bestimmte Ansichten der Zeichnungen können der Klarheit und Übersichtlichkeit halber hinsichtlich des Maßstabs übertrieben oder schematisch dargestellt sein.
Wie hier verwendet, bezieht sich DOC auf die Tiefe, bei der die Spannung innerhalb des Artikels auf Glasbasis von Druck- zu Zugspannung wechselt. Bei DOC kreuzt die Spannung von einer positiven (Druck-) Spannung zu einer negativen (Zug-) Spannung (z. B. 130 in 1) und zeigt somit einen Spannungswert von null.
Wie hier verwendet, können die Ausdrücke „chemische Tiefe“, „chemische Tiefe der Schicht“ und „Tiefe der chemischen Schicht“ austauschbar verwendet werden und beziehen sich auf die Tiefe, bei der ein Ion des Metalloxids oder Alkalimetalloxids (z. B. das Metallion oder Alkalimetallion) in den Artikel auf Glasbasis diffundiert, und die Tiefe, bei der die Ionenkonzentration einen Mindestwert erreicht, bestimmt durch Elektronenstrahlmikroanalyse (EPMA) oder Glimmentladungsspektroskopie (GD-OES)). Insbesondere zur Beurteilung der Tiefe der Na₂O-Diffusions- oder Na + -Ionenkonzentration kann unter Verwendung von EPMA und eines Oberflächenspannungsmessers (nachstehend ausführlicher beschrieben) bestimmt werden.
Gemäß der üblicherweise im Stand der Technik verwendeten Konvention wird die Druckspannung als eine negative (< 0) Spannung und die Zugspannung als positive (> 0) Spannung ausgedrückt, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. In der gesamten Beschreibung wird jedoch, wenn von Druckspannung CS gesprochen wird, dies ohne Rücksicht auf positive oder negative Werte getan - d. h. wie hierin angegeben, CS = |CS|.
Hier beschrieben sind dünne, chemisch verstärkte Artikel auf Glasbasis, die Gläser einschließen, wie Silikatgläser, einschließlich alkalihaltiges Glas, und Glaskeramiken, die als Deckglas für mobile elektronische Geräte und berührungsfähige Anzeigen verwendet werden können. Die Artikel auf Glasbasis können auch in Displays (oder als Display-Artikel) (z. B. Werbetafeln, Verkaufsstellensystemen, Computern, Navigationssystemen und dergleichen), in architektonischen Artikeln (Wänden, Befestigungen, Tafeln, Fenstern usw.), Transportartikeln (z. B. in Kraftfahrzeuganwendungen, Zügen, Flugzeugen, Wasserfahrzeugen usw.), Haushaltsgeräten (z. B. Waschmaschinen, Trocknern, Geschirrspülern, Kühlschränken und dergleichen) oder jedem Artikel, der eine gewisse Bruchfestigkeit erfordert, verwendet werden.
Insbesondere sind die hier beschriebenen Artikel auf Glasbasis dünn und zeigen Spannungsprofile, die typischerweise nur durch Härten von dicken Glasartikeln (z. B. mit einer Dicke von etwa 2 mm oder 3 mm oder mehr) erreichbar sind. Die Artikel auf Glasbasis zeigen entlang ihrer Dicke einzigartige Spannungsprofile. In einigen Fällen weisen die hier beschriebenen Artikel auf Glasbasis eine größere Oberflächen-CS als Artikel aus gehärtetem Glas auf. In einer oder mehreren Ausführungsformen weisen die Artikel auf Glasbasis eine Druckspannungsschicht auf, die sich tiefer in den Artikel auf Glasbasis erstreckt (in dem die CS inkrementeller abnimmt und zunimmt als bekannte chemisch verstärkte Artikel auf Glasbasis), sodass der Artikel auf Glasbasis eine wesentlich verbesserte Bruchfestigkeit zeigt, selbst wenn der Artikel auf Glasbasis oder eine Vorrichtung, die diesen Artikel aufweist, auf eine harte Oberfläche (z. B. Granit) oder eine harte und raue Oberfläche (z. B. Asphalt) fällt. Die Artikel auf Glasbasis einer oder mehrerer Ausführungsformen zeigen einen größeren maximalen CT-Wert als einige bekannte chemisch verstärkte Glassubstrate.
Die CS und Eindringtiefe von Kaliumionen („Kalium-DOL“) werden unter Verwendung der auf dem Fachgebiet bekannten Mittel gemessen. Die Kalium-DOL unterscheidet sich von der DOC, weil sie für die Tiefe der Kaliumdurchdringung als Ergebnis eines Ionenaustauschverfahrens steht. Die Kalium-DOL ist typischerweise kleiner als die DOC für die hierin beschriebenen Artikel. Die CS und Kalium-DOL werden mit einem Oberflächenspannungsmesser (FSM) unter Verwendung von im Handel erhältlichen Instrumenten wie dem FSM-6000 von Orihara Industrial Co., Ltd. (Japan) gemessen. Oberflächenspannungsmessungen hängen von der präzisen Messung des optischen Spannungskoeffizienten (SOC) ab, der sich auf die Doppelbrechung des Glases bezieht. Der SOC wird wiederum gemäß einer modifizierten Version des Verfahrensablaufs C gemessen, der in der ASTM-Norm C770-98 (2013) mit der Bezeichnung „Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient“ beschrieben ist, wobei der Inhalt davon durch Bezugnahme darauf in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen ist. Die Modifikation beinhaltet die Verwendung einer Glasscheibe als Probe mit einer Dicke von 5 bis 10 mm und einem Durchmesser von 12,7 mm, wobei die Scheibe isotrop und homogen ist und gebohrt ist, wobei beide Seiten poliert und parallel sind. Die Modifikation beinhaltet auch das Berechnen der maximalen Kraft Fmax, die aufzubringen ist. Die Kraft sollte ausreichend sein, um eine Druckspannung von 20 MPa oder mehr zu erzeugen. Fmax wird wie folgt berechnet: $Fmax = 7,854 * D * h$
wobei:

Fmax = Kraft in Newton
D = Durchmesser der Scheibe
h = Dicke des Lichtpfads

Für jede aufgebrachte Kraft wird die Spannung wie folgt berechnet: $σ_{MPa} = 8 F / (π * D * h)$
wobei:

F = Kraft in Newton
D = Durchmesser der Scheibe
h = die Dicke des Lichtpfads.

Die DOC und maximale CT-Werte werden unter Verwendung von Streulicht-Polariskop(SCALP)-Techniken gemessen, die im Stand der Technik bekannt sind. Zur Messung des Spannungsprofils kann ein refraktiertes Nahfeld(RNF)-Verfahren oder SCALP verwendet werden. Wenn das RNF-Verfahren benutzt wird, wird der von SCALP bereitgestellte maximale CT-Wert benutzt. Insbesondere ist das durch RNF gemessene Spannungsprofil auf den maximalen CT-Wert einer SCALP-Messung kraftausgeglichen und kalibriert. Das RNF-Verfahren ist im US-Patent Nr. 8 854 623 mit der Bezeichnung „Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample“ beschrieben, das hierin durch Bezugnahme darauf vollständig aufgenommen ist. Insbesondere umfasst das RNF-Verfahren das Platzieren des Artikels auf Glasbasis neben einem Referenzblock, das Erzeugen eines polarisationsgeschalteten Lichtstrahls, der zwischen orthogonalen Polarisationen bei einer Rate zwischen 1 Hz und 50 Hz umgeschaltet wird, das Messen einer Leistungsmenge in dem polarisationsgeschalteten Lichtstrahl und das Erzeugen eines polarisationsgeschalteten Referenzsignals, wobei die gemessenen Leistungsmengen in jeder der orthogonalen Polarisationen innerhalb von 50% voneinander liegen. Das Verfahren beinhaltet ferner das Übertragen des polarisationsgeschalteten Lichtstrahls durch die Glasprobe und den Referenzblock für unterschiedliche Tiefen in der Glasprobe, dann das Weiterleiten des übertragenen polarisationsgeschalteten Lichtstrahls an einen Signalfotodetektor unter Verwendung eines optischen Relaissystems, wobei der Signalfotodetektor ein polarisationsgeschaltetes Detektorsignal erzeugt. Das Verfahren beinhaltet auch das Teilen des Detektorsignals durch das Referenzsignal, um ein normalisiertes Detektorsignal zu bilden, und das Bestimmen der Profilcharakteristik der Glasprobe von dem normalisierten Detektorsignal. Das RNF-Profil wird dann geglättet und für den CT-Bereich verwendet. Wie oben erwähnt, wird die FSM-Technik für die Oberflächen-CS und Steigung des Spannungsprofils im CS-Bereich nahe der Oberfläche verwendet.
Wie oben erwähnt, werden die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis durch Ionenaustausch chemisch verstärkt und zeigen Spannungsprofile, die sich von denen bekannter verstärkter Glasartikel unterscheiden. In dieser Offenbarung sind Substrate auf Glasbasis im Allgemeinen unverstärkt und Artikel auf Glasbasis beziehen sich im Allgemeinen auf Substrate auf Glasbasis, die (zum Beispiel durch Ionenaustausch) verstärkt wurden. Bei diesem Verfahren werden Ionen an oder in der Nähe der Oberfläche des Artikels auf Glasbasis durch größere Ionen mit der gleichen Wertigkeit oder dem gleichen Oxidationszustand ersetzt oder damit ausgetauscht. In jenen Ausführungsformen, in denen der Artikel auf Glasbasis ein Alkalialuminosilikatglas umfasst, sind Ionen in der Oberflächenschicht des Glases und die größeren Ionen einwertige Alkalimetallkationen, wie Li⁺ (falls in dem Artikel auf Glasbasis vorhanden), Na⁺, K⁺, Rb⁺und Cs⁺. Alternativ können einwertige Kationen in der Oberflächenschicht durch andere einwertige Kationen als Alkalimetallkationen wie Ag⁺ oder dergleichen ersetzt werden. In solchen Ausführungsformen erzeugen die einwertigen Ionen (oder Kationen), die in das Substrat auf Glasbasis ausgetauscht werden, eine Spannung in dem resultierenden Artikel auf Glasbasis.
Ionenaustauschverfahren erfolgen typischerweise durch Eintauchen eines Substrats auf Glasbasis in ein Salzschmelzebad (oder zwei oder mehr Salzschmelzebäder), das die größeren Ionen enthält, die mit den kleineren Ionen in dem Substrat auf Glasbasis ausgetauscht werden sollen. Es sei darauf hingewiesen, dass auch wässrige Salzbäder benutzt werden können. Zusätzlich kann die Zusammensetzung des Bades/der Bäder mehr als einen Typ eines größeren Ions (z. B. Na+ und K+) oder ein einzelnes größeres Ion aufweisen. Für den Fachmann wird ersichtlich sein, dass Parameter für das Ionenaustauschverfahren, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, Badzusammensetzung und -temperatur, Eintauchzeit, Anzahl der Eintauchungen des Artikels auf Glasbasis in ein Salzbad (oder - bäder), Verwendung mehrerer Salzbäder, zusätzliche Schritte wie Glühen, Waschen und dergleichen, im Allgemeinen durch die Zusammensetzung des Artikels auf Glasbasis (einschließlich der Struktur des Artikels und gegebenenfalls vorhandener kristalliner Phasen) und die gewünschte DOC und CS des Artikels auf Glasbasis bestimmt werden, der aus der Verstärkung resultiert. Beispielsweise kann ein Ionenaustausch von Substraten auf Glasbasis durch Eintauchen der Substrate auf Glasbasis in zumindest ein Schmelzebad, das ein Salz wie u. a. Nitrate, Sulfate und Chloride des größeren Alkalimetallions enthält, erreicht werden. Typische Nitrate umfassen KNO₃, NaNO₃, LiNO₃, NaSO₄ und Kombinationen davon. Die Temperatur des Salzschmelzebades liegt typischerweise in einem Bereich von etwa 380°C bis etwa 450°C, während die Eintauchzeiten von etwa 15 Minuten bis zu etwa 100 Stunden reichen, je nach der Glasdicke, Badtemperatur und der Diffusionsfähigkeit von Glas (oder einwertigen Ionen). Es können jedoch auch Temperaturen und Eintauchzeiten verwendet werden, die von den oben beschriebenen abweichen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Substrate auf Glasbasis in ein Salzschmelzebad aus 100% NaNO₃ mit einer Temperatur von etwa 370°C bis etwa 480°C eingetaucht werden. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat auf Glasbasis in ein gemischtes Salzschmelzebad eingetaucht werden, das etwa 5% bis etwa 90% KNO₃ und von etwa 10% bis etwa 95% NaNO₃ aufweist. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat auf Glasbasis in ein gemischtes Salzschmelzebad mit Na₂SO₄ und NaNO₃ eingetaucht werden und einen breiteren Temperaturbereich (z. B. bis zu etwa 500° C) aufweisen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Artikel auf Glasbasis nach dem Eintauchen in ein erstes Bad in ein zweites Bad eingetaucht werden. Das Eintauchen in ein zweites Bad kann das Eintauchen in ein Salzschmelzebad mit 100% KNO₃ für 15 Minuten bis 8 Stunden beinhalten.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Substrat auf Glasbasis in ein gemischtes Salzschmelzebad, das NaNO₃ und KNO₃ (z. B. 49%/51%, 50%/50%, 51%/49%) enthält mit einer Temperatur von weniger als etwa 420°C (z. B. etwa 400°C oder etwa 380°C) für weniger als etwa 5 Stunden oder sogar etwa 4 Stunden oder weniger eingetaucht werden.
Ionenaustauschbedingungen können angepasst werden, um eine „Spitze“ bereitzustellen oder um die Steigung des Spannungsprofils an oder in der Nähe der Oberfläche des resultierenden Artikels auf Glasbasis zu erhöhen. Diese Spitze kann durch ein einziges Bad oder mehrere Bäder erreicht werden, wobei das Bad bzw. die Bäder eine einzige Zusammensetzung oder eine gemischte Zusammensetzung aufweisen, und zwar aufgrund der einzigartigen Eigenschaften der Glaszusammensetzungen, die in den hierin beschriebenen Artikeln auf Glasbasis verwendet werden.
Wie in 3 veranschaulicht, umfasst der Artikel 300 auf Glasbasis einer oder mehrerer Ausführungsformen eine erste Oberfläche 302 und eine zweite Oberfläche 304, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, und eine Dicke t definiert. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Dicke t etwa 3 Millimeter oder weniger (z. B. im Bereich von etwa 0,01 Millimeter bis etwa 3 Millimeter, von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 3 Millimeter, von etwa 0,2 Millimeter bis etwa 3 Millimeter, von etwa 0,3 Millimeter bis etwa 3 Millimeter, von etwa 0,4 Millimeter bis etwa 3 Millimeter, von etwa 0,01 Millimeter bis etwa 2,5 Millimeter, von etwa 0,01 Millimeter bis etwa 2 Millimeter, von etwa 0,01 Millimeter bis etwa 1,5 Millimeter, von etwa 0,01 Millimeter bis etwa 1 Millimeter, von etwa 0,01 Millimeter bis etwa 0,9 Millimeter, von etwa 0,01 Millimeter bis etwa 0,8 Millimeter, von etwa 0,01 Millimeter bis etwa 0,7 Millimeter, von etwa 0,01 Millimeter bis etwa 0,6 Millimeter, von etwa 0,01 Millimeter bis etwa 0,5 Millimeter, von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 0,5 Millimeter oder von etwa 0,3 Millimeter bis etwa 0,5 Millimeter) betragen.
Der Artikel auf Glasbasis umfasst ein Spannungsprofil, das sich von der ersten Oberfläche 302 zur zweiten Oberfläche 304 (oder entlang der gesamten Länge der Dicke t) erstreckt. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform das Spannungsprofil 312. Die y-Achse steht für den Spannungsgrößenwert und die x-Achse für die Dicke oder Tiefe in dem Artikel auf Glasbasis.
Wie in 3 dargestellt, weist das Spannungsprofil 312 eine CS-Schicht 315 (mit einer Oberflächen-CS 310), eine CT-Schicht 325 (mit einer maximalen CT 320) und eine DOC 330 auf, bei der das Spannungsprofil 312 von Druckspannung zu Zugspannung wechselt. Die CS-Schicht hat eine zugehörige Tiefe oder Länge 317, die sich von einer Oberfläche 302, 304 zur DOC 330 erstreckt. Die CT-Schicht 325 hat auch eine zugehörige Tiefe oder Länge 327 (CT-Bereich oder -Schicht).
Die Oberflächen-CS 310 kann etwa 150 MPa oder mehr oder etwa 200 MPa oder mehr betragen (z. B. etwa 250 MPa oder mehr, etwa 300 MPa oder mehr, etwa 400 MPa oder mehr, etwa 450 MPa oder mehr, etwa 500 MPa oder mehr, oder etwa 550 MPa oder mehr). Die Oberflächen-CS 310 kann bis zu etwa 900 MPa, bis zu etwa 1000 MPa, bis zu etwa 1100 MPa oder bis zu etwa 1200 MPa betragen. Die Oberflächen-CS-Werte hierin können auch die maximale CS umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die Oberflächen-CS geringer als die maximale CS.
Die maximale CT 320 kann größer oder gleich etwa 71,5/√ (t) sein. In einigen Ausführungsformen beträgt die maximale CT 320 etwa 80 MPa oder mehr, etwa 85 MPa oder mehr oder etwa 90 MPa oder mehr. In einigen Ausführungsformen kann die maximale CT 320 im Bereich von mehr als etwa 80 MPa bis etwa 100 MPa liegen (z. B. von etwa 85 MPa bis etwa 100 MPa, von etwa 90 MPa bis etwa 100 MPa, von etwa 80 MPa bis etwa 95 MPa, von etwa 80 MPa bis etwa 90 MPa, von etwa 85 MPa bis etwa 95 MPa oder von etwa 88 MPa bis etwa 92 MP). Die maximale CT 320 kann in einem Bereich von etwa 0,3•t bis etwa 0,7•t, von etwa 0,4•t bis etwa 0,6•t oder von etwa 0,45•t bis etwa 0,55•t positioniert sein. Es sei darauf hingewiesen, dass eine oder mehrere der Oberflächen-CS 310 und der maximalen CT 320 von der Dicke des Artikels auf Glasbasis abhängen können. Zum Beispiel können Artikel auf Glasbasis mit einer Dicke von etwa 0,8 mm eine maximale CT im Bereich von etwa 85 MPa bis etwa 100 MPa aufweisen. Wenn die Dicke des Artikels auf Glasbasis abnimmt, kann die maximale CT zunehmen. Mit anderen Worten nimmt die maximale CT mit abnehmender Dicke (oder wenn der Artikel auf Glasbasis dünner wird) zu.
In einigen Ausführungsformen liegt das Verhältnis der maximalen CT 320 zur Oberflächen-CS 310 im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,8 (z. B. im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,7, von etwa 0,1 bis etwa 0,6, von etwa 0,1 bis etwa 0,5, von etwa 0,1 bis etwa 0,4, von etwa 0,1 bis etwa 0,3, von etwa 0,1 bis etwa 0,25, von etwa 0,1 bis etwa 0,2, von etwa 0,15 bis etwa 0,8, von etwa 0,2 bis etwa 0,8, von etwa 0,3 bis etwa 0,8, von etwa 0,4 bis etwa 0,8, von etwa 0,5 bis etwa 0,8 oder von etwa 0,6 bis etwa 0,8). Bei bekannten chemisch verstärkten Artikeln auf Glasbasis beträgt das Verhältnis der maximalen CT 320 zur Oberflächen-CS 310 0,1 oder weniger. In einigen Ausführungsformen kann die Oberflächen-CS 4-mal (z. B. 5-mal, 6-mal oder 6,5-mal) die maximale CT oder größer sein. In einigen Ausführungsformen kann die Oberflächen-CS bis etwa das 47,5-Fache der maximalen CT betragen. Die Oberflächen-CS kann im Bereich von etwa dem 4-Fachen bis etwa dem 7,5-Fachen der maximalen CT liegen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Spannungsprofil 312 eine maximale CS, die typischerweise die Oberflächen-CS 310 ist, und an einer oder beiden von erster Oberfläche 302 und zweiter Oberfläche 304 gefunden werden kann. In einer oder mehreren Ausführungsformen erstreckt sich die CS-Schicht oder der CS-Bereich 315 entlang eines Teils der Dicke 317 zur DOC 330 und einer maximalen CT 320. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die DOC 330 etwa 0,1•t oder größer sein. Zum Beispiel kann die DOC 330 etwa 0,12•t oder größer, etwa 0,14•t oder größer, etwa 0,15•t oder größer, etwa 0,16•t oder größer, 0,17•t oder größer, 0,18•t oder größer, 0,19•t oder größer, 0,20•t oder größer, etwa 0,21•t oder größer oder bis zu etwa 0,25•t sein. In einigen Ausführungsformen ist die DOC 330 kleiner als die chemische Tiefe. Die chemische Tiefe kann etwa 0,4•t oder größer, 0,5•t oder größer, etwa 55•t oder größer oder etwa 0,6•t oder größer sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst der Artikel auf Glasbasis eine Kalium-DOL im Bereich von etwa 6 Mikrometern bis etwa 20 Mikrometern. In einigen Ausführungsformen kann die Kalium-DOL in Abhängigkeit von der Dicke t des Artikels auf Glasbasis ausgedrückt werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Kalium-DOL im Bereich von etwa 0,005t bis etwa 0,05t liegen. In einigen Ausführungsformen kann die Kalium-DOL im Bereich von etwa 0,005t bis etwa 0,05t, von etwa 0,005t bis etwa 0,045t, von etwa 0,005t bis etwa 0,04t, von etwa 0,005t bis etwa 0,035t, von etwa 0,005t bis etwa 0,03t, von etwa 0,005t bis etwa 0,025t, von etwa 0,005t bis etwa 0,02t, von etwa 0,005t bis etwa 0,015t, von etwa 0,005t bis etwa 0,01t, von etwa 0,006t bis etwa 0,05t, von etwa 0,008t bis etwa 0,05t, von etwa 0,01t bis etwa 0,05t, von etwa 0,015t bis etwa 0,05t, von etwa 0,02t bis etwa 0,05t, von etwa 0,025t bis etwa 0,05t, von etwa 0,03t bis etwa 0,05t, oder von etwa 0,01t bis etwa 0,02t liegen.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Druckspannungswert bei der Kalium-DOL-Tiefe im Bereich von etwa 50 MPa bis etwa 300 MPa liegen. In einigen Ausführungsformen kann der Druckspannungswert bei der Kalium-DOL-Tiefe im Bereich von etwa 50 MPa bis etwa 280 MPa, von etwa 50 MPa bis etwa 260 MPa, von etwa 50 MPa bis etwa 250 MPa, von etwa 50 MPa bis etwa 240 MPa, von etwa 50 MPa bis etwa 220 MPa, von etwa 50 MPa bis etwa 200 MPa, von etwa 60 MPa bis etwa 300 MPa, von etwa 70 MPa bis etwa 300 MPa, von etwa 75 MPa bis etwa 300 MPa, von etwa 80 MPa bis etwa 300 MPa, von etwa 90 MPa bis etwa 300 MPa, von etwa 100 MPa bis etwa 300 MPa, von etwa 1100 MPa bis etwa 300 MPa, von etwa 120 MPa bis etwa 300 MPa, von etwa 130 MPa bis etwa 300 MPa oder von etwa 150 MPa bis etwa 300 MPa liegen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Spannungsprofil 312 als parabelähnliche Form beschrieben werden. In einigen Ausführungsformen zeigt das Spannungsprofil entlang des Bereichs oder der Tiefe des Artikels auf Glasbasis, der eine Zugspannung zeigt, eine parabelähnliche Form. In einer oder mehreren spezifischen Ausführungsformen ist das Spannungsprofil 312 frei von einem flachen Spannungsteil (entweder Druckspannung oder Zugspannung) oder einem Teil, der eine im Wesentlichen konstante Spannung (entweder Druck- oder Zugspannung) zeigt. In einigen Ausführungsformen weist der CT-Bereich ein Spannungsprofil auf, das im Wesentlichen frei von einer flachen Spannung oder frei von einer im Wesentlichen konstanten Spannung ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfassen alle Punkte des Spannungsprofils 312 zwischen einem Dickenbereich von etwa 0t bis zu etwa 0,2•t und größer als 0,8•t (oder von etwa 0•t bis etwa 0,3•t und größer als etwa 0,7•t bis t) eine Tangente mit einer Steigung mit einem absoluten Wert, der größer als etwa 0,1 MPa/Mikrometer ist. In einigen Ausführungsformen kann die Steigung der Tangente einen absoluten Wert von mehr als etwa 0,2 MPa/Mikrometer aufweisen. In einigen spezifischeren Ausführungsformen kann die Steigung der Tangente einen absoluten Wert von mehr als 0,3 MPa/Mikrometer aufweisen. In noch spezifischeren Ausführungsformen kann die Steigung der Tangente einen absoluten Wert von mehr als 0,5 MPa/Mikrometer aufweisen. Mit anderen Worten schließt das Spannungsprofil einer oder mehrerer Ausführungsformen entlang dieser Dickenbereiche (d. h. 0•t bis zu etwa 0,2•t und größer als 0,8t, oder von etwa 0t bis etwa 0,3•t und etwa 0,7•t oder größer) Punkte aus, die eine Tangente mit einer Steigung von Null oder einer Steigung von nahezu Null oder eine flache Steigung aufweisen. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, weisen bekannte Fehlerfünktions- oder quasi-lineare Spannungsprofile Punkte entlang dieser Dickenbereiche (d. h. von etwa 0•t bis zu etwa 0,2•t und größer als 0,8•t, oder von etwa 0•t bis etwa 0,3•t und etwa 0,7•t oder größer) auf, die eine Tangente mit einer Steigung von Null oder mit einem Wert nahe Null aufweisen, d. h. einen absoluten Wert von weniger als etwa 0,1 MPa/Mikrometer aufweisen können (was ein flaches oder Null-Steigungsspannungsprofil entlang solcher Dickenbereiche anzeigt, wie in 2, 220 gezeigt). Die Artikel auf Glasbasis einer oder mehrerer Ausführungsformen dieser Offenbarung zeigen kein derartiges Spannungsprofil, das ein flaches oder Null-Steigungsspannungsprofil entlang dieser Dickenbereiche aufweist, wie in 3 gezeigt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt der Artikel auf Glasbasis ein Spannungsprofil in einem Dickenbereich von etwa 0,1•t bis 0,3•t und von etwa 0,7•t bis 0,9 •t, das eine Tangente mit einer maximalen Steigung und einer minimalen Steigung umfasst. In einigen Fällen beträgt die Differenz zwischen der maximalen Steigung und der minimalen Steigung etwa 3,5 MPa/Mikrometer oder weniger, etwa 3 MPa/Mikrometer oder weniger, etwa 2,5 MPa/Mikrometer oder weniger oder etwa 2 MPa/Mikrometer oder weniger.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weist der Artikel auf Glasbasis ein Spannungsprofil 312 auf, das im Wesentlichen frei von jeglichen flachen Segmenten ist, die sich in eine Tiefenrichtung oder entlang zumindest eines Teils der Dicke t des Artikels auf Glasbasis erstrecken. Mit anderen Worten nimmt das Spannungsprofil 312 entlang der Dicke t im Wesentlichen kontinuierlich zu oder ab. In einigen Ausführungsformen ist das Spannungsprofil im Wesentlichen frei von jeglichen flachen Segmenten in einer Tiefenrichtung mit einer Länge von etwa 10 Mikrometern oder mehr, etwa 50 Mikrometern oder mehr oder etwa 100 Mikrometern oder mehr oder etwa 200 Mikrometern oder mehr. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „flach“ auf eine Steigung in einer Größenordnung von weniger als etwa 0,5 MPa/Mikrometer oder weniger als etwa 0,2 MPa/Mikrometer entlang des flachen Segments. In einigen Ausführungsformen sind einer oder mehrere Teile des Spannungsprofils, die im Wesentlichen frei von jeglichen flachen Segmenten in Tiefenrichtung sind, in Tiefen innerhalb des Artikels auf Glasbasis von etwa 5 Mikrometern oder mehr (z. B. 10 Mikrometern oder mehr oder 15 Mikrometern oder mehr) von einer oder beiden der ersten Oberfläche oder der zweiten Oberfläche vorhanden. Entlang einer Tiefe von etwa 0 Mikrometer bis weniger als etwa 5 Mikrometer von der ersten Oberfläche aus kann das Spannungsprofil zum Beispiel lineare Segmente aufweisen, aber ab einer Tiefe von etwa 5 Mikrometern oder mehr von der ersten Oberfläche kann das Spannungsprofil im Wesentlichen frei von flachen Segmenten sein. Wie hierin verwendet, schließt „linear“ Liniensegmente mit einer flachen Steigung sowie Liniensegmente ohne flache Steigung ein; für ein Beispiel der letzteren siehe 33 innerhalb einer Tiefe von etwa 12 Mikrons von der Oberfläche.
In einigen Ausführungsformen kann das Spannungsprofil lineare Segmente bei Tiefen von etwa 0t bis zu etwa 0,1t aufweisen und kann im Wesentlichen frei von flachen Segmenten bei Tiefen von etwa 0,1t bis etwa 0,4t sein. In einigen Ausführungsformen kann das Spannungsprofil für eine Dicke im Bereich von etwa 0t bis etwa 0,1t eine Steigung aufweisen, deren Größenordnung (im absoluten Wert) im Bereich von etwa 20 MPa/Mikron bis etwa 200 MPa/Mikron liegt. Wie hier beschrieben, können solche Ausführungsformen unter Verwendung eines einzelnen Ionenaustauschverfahrens, bei dem das Bad zwei oder mehr Alkalisalze aufweist oder ein gemischtes Alkalisalzbad ist, oder mehrerer (z. B. zwei oder mehr) Ionenaustauschverfahren gebildet werden.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Artikel auf Glasbasis im Hinblick auf die Form des Spannungsprofils entlang des CT-Bereichs (327 in 3) beschrieben werden. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen das Spannungsprofil entlang des CT-Bereichs (in dem die Spannung eine Zugspannung ist) durch eine Gleichung angenähert werden. In einigen Ausführungsformen kann das Spannungsprofil entlang des CT-Bereichs durch die folgende Gleichung (1) angenähert werden: $Spannung (x) = MaxT- ((({CT}_{n} \cdot (n + 1)) / {0,5}^{n}) \cdot {| (x / t) - 0,5 |}^{n})$
In Gleichung (1) ist die Spannung (x) der Spannungswert an Position x. Hier ist die Spannung positiv (Zugspannung). In Gleichung (1) ist MaxT der maximale Zugspannungswert und CT_n ist der Zugspannungswert bei n und ist kleiner oder gleich MaxT. Sowohl MaxT als auch CT_n sind positive Werte in Einheiten von MPa. Der Wert x ist die Position entlang der Dicke (t) in Mikrometern in einem Bereich von 0 bis t; x = 0 ist eine Oberfläche (302 in 3), x = 0,5t ist die Mitte des Artikels auf Glasbasis (die Position, an der die Spannung (x) = MaxT ist) und x = t ist die gegenüberliegende Oberfläche (304 in 3). Die in Gleichung (1) verwendete MaxT entspricht der maximalen CT, die größer oder gleich etwa 71,5/√ (t) sein kann. In einigen Ausführungsformen kann die in Gleichung (1) verwendete MaxT im Bereich von mehr als etwa 80 MPa bis etwa 100 MPa (z. B. von etwa 85 MPa bis etwa 100 MPa, von etwa 90 MPa bis etwa 100 MPa, von mehr als etwa 80 MPa bis etwa 95 MPa, von mehr als etwa 80 bis etwa 90 MPa oder von etwa 85 MPa bis etwa 95 MPa) sein und n ist ein Anpassungsparameter von 1,5 bis 5 (z. B. 2 bis 4, 2 bis 3 oder 1,8 bis 2,2) oder von etwa 1,5 bis etwa 2. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann n = 2 ein parabolisches Spannungsprofil bereitstellen, wobei Exponenten, die von n = 2 abweichen, Spannungsprofile mit nahezu parabolischen Spannungsprofilen bereitstellen. 4 ist ein Diagramm, das verschiedene Spannungsprofile gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung basierend auf Änderungen des Anpassungsparameters n darstellt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann CT_n kleiner als MaxT sein, wenn eine Druckspannungsspitze auf einer oder beiden Hauptoberflächen des Artikels auf Glasbasis vorliegt. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist CT_n gleich MaxT, wenn keine Druckspannungsspitze auf einer oder beiden Hauptoberflächen des Artikels auf Glasbasis vorliegt.
In einigen Ausführungsformen kann das Spannungsprofil durch Wärmebehandlung modifiziert werden. In solchen Ausführungsformen kann die Wärmebehandlung vor jeglichen Ionenaustauschverfahren, zwischen Ionenaustauschverfahren oder nach allen Ionenaustauschverfahren erfolgen. In einigen Ausführungsformen kann die Wärmebehandlung den absoluten Wert der Größe der Steigung des Spannungsprofils an oder in der Nähe der Oberfläche reduzieren. In einigen Ausführungsformen, in denen eine steilere oder größere Steigung an der Oberfläche gewünscht wird, kann ein Ionenaustauschverfahren nach der Wärmebehandlung benutzt werden, um eine „Spitze“ bereitzustellen oder die Steigung des Spannungsprofils an oder in der Nähe der Oberfläche zu erhöhen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen wird das Spannungsprofil 312 aufgrund einer Metalloxidkonzentration ungleich null erzeugt, die entlang eines Teils der Dicke variiert. Wie oben erwähnt, kann die Variation der Metalloxidkonzentration hierin als Metalloxid-Konzentrationsgradient bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen ist die Metalloxidkonzentration ungleich null und variiert jeweils entlang eines Dickenbereichs von etwa 0•t bis etwa 0,3•t. In einigen Ausführungsformen ist die Metalloxidkonzentration ungleich null und variiert entlang eines Dickenbereichs von etwa 0•t bis etwa 0,35•t, von etwa 0•t bis etwa 0,4•t, von etwa 0•t bis etwa 0,45•t oder von etwa 0•t bis etwa 0,48•t. Das Metalloxid kann als eine Spannung in dem Artikel auf Glasbasis erzeugend beschrieben werden. Die Konzentrationsvariation kann entlang der oben angegebenen Dickenbereiche kontinuierlich sein. Eine Konzentrationsvariation kann eine Änderung der Metalloxidkonzentration von etwa 0,2 Mol-% entlang eines Dickensegments von etwa 100 Mikrometern einschließen. Diese Änderung kann durch im Stand der Technik bekannte Verfahren gemessen werden, einschließlich einer Mikrosonde, wie in Beispiel 1 gezeigt. Das Metalloxid, das eine Konzentration ungleich null aufweist und entlang eines Teils der Dicke variiert, kann als eine Spannung in dem Artikel auf Glasbasis erzeugend beschrieben werden.
Die Variation der Konzentration kann entlang der oben angegebenen Dickenbereiche kontinuierlich sein. In einigen Ausführungsformen kann die Variation der Konzentration entlang Dickensegmenten im Bereich von etwa 10 Mikrometern bis etwa 30 Mikrometern kontinuierlich sein. In einigen Ausführungsformen nimmt die Metalloxidkonzentration von der ersten Oberfläche auf einen Wert an einem Punkt zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche ab und von dem Wert zur zweiten Oberfläche zu.
Die Metalloxidkonzentration kann mehr als ein Metalloxid einschließen (z. B. eine Kombination aus Na₂O und K₂O). In einigen Ausführungsformen, in denen zwei Metalloxide benutzt werden und sich der Radius der Ionen voneinander unterscheidet, ist die Konzentration von Ionen mit einem größeren Radius größer als die Konzentration von Ionen mit einem kleineren Radius in flachen Tiefen, während in tieferen Tiefen die Konzentration an Ionen mit einem kleineren Radius größer als die Konzentration an Ionen mit einem größeren Radius ist. Wenn zum Beispiel ein einzelnes Na- und K-haltiges Bad in dem Ionenaustauschverfahren verwendet wird, ist die Konzentration von K + -Ionen in dem Artikel auf Glasbasis größer als die Konzentration an Na + -Ionen in flacheren Tiefen, während die Konzentration von Na + größer als die Konzentration von K + -Ionen in tieferen Tiefen ist. Dies liegt zum Teil an der Größe der einwertigen Ionen, die gegen kleinere einwertige Ionen in das Glas ausgetauscht werden. In solchen Artikeln auf Glasbasis umfasst der Bereich an oder in der Nähe der Oberfläche eine größere CS aufgrund der größeren Menge an größeren Ionen (d. h. K + -Ionen) an oder in der Nähe der Oberfläche. Diese größere CS kann durch ein Spannungsprofil mit einer steileren Steigung an oder in der Nähe der Oberfläche (d. h. einer Spitze im Spannungsprofil an der Oberfläche) aufgezeigt werden.
Der Konzentrationsgradient oder die Konzentrationsvariation von einem oder mehreren Metalloxiden wird durch chemisches Verstärken eines Substrats auf Glasbasis erzeugt, wie hierin zuvor beschrieben, wobei eine Vielzahl erster Metallionen in dem Substrat auf Glasbasis mit einer Vielzahl zweiter Metallionen ausgetauscht wird. Die ersten Ionen können Lithium-, Natrium-, Kalium- und Rubidiumionen sein. Die zweiten Metallionen können Natrium-, Kalium-, Rubidium- oder Cäsiumionen sein, mit der Maßgabe, dass das zweite Alkalimetallion einen Ionenradius aufweist, der größer als der Ionenradius des ersten Alkalimetallions ist. Das zweite Metallion ist in dem Substrat auf Glasbasis als ein Oxid davon vorhanden (z. B. Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O oder eine Kombination davon).
In einer oder mehreren Ausführungsformen erstreckt sich der Metalloxidkonzentrationsgradient durch einen wesentlichen Teil der Dicke t oder die gesamte Dicke t des Artikels auf Glasbasis, einschließlich der CT-Schicht 327. In einer oder mehreren Ausführungsformen beträgt die Metalloxidkonzentration in der CT-Schicht 327 etwa 0,5 Mol-% oder mehr. In einigen Ausführungsformen kann die Metalloxidkonzentration entlang der gesamten Dicke des Artikels auf Glasbasis etwa 0,5 Mol-% oder mehr betragen (z. B. etwa 1 Mol-% oder mehr) und ist an der ersten Oberfläche 302 und/oder der zweiten Oberfläche 304 am größten und nimmt im Wesentlichen konstant auf einen Wert an einem Punkt zwischen der ersten Oberfläche 302 und der zweiten Oberfläche 304 ab. Zu diesem Zeitpunkt ist die Metalloxidkonzentration entlang der gesamten Dicke t am geringsten; an diesem Punkt ist die Konzentration jedoch auch ungleich null. Mit anderen Worten erstreckt sich die Konzentration ungleich null dieses bestimmten Metalloxids über einen wesentlichen Teil der Dicke t (wie hier beschrieben) oder die gesamte Dicke t. In einigen Ausführungsformen liegt die niedrigste Konzentration in dem bestimmten Metalloxid in der CT-Schicht 327. Die Gesamtkonzentration des bestimmten Metalloxids in dem Artikel auf Glasbasis kann im Bereich von etwa 1 Mol-% bis etwa 20 Mol-% liegen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst der Artikel auf Glasbasis eine erste Metalloxidkonzentration und eine zweite Metalloxidkonzentration, so dass die erste Metalloxidkonzentration im Bereich von etwa 0 Mol-% bis etwa 15 Mol-% entlang eines ersten Dickenbereichs von etwa 0t bis etwa 0,5t liegt, und die zweite Metalloxidkonzentration im Bereich von etwa 0 Mol-% bis etwa 10 Mol-% von einem zweiten Dickenbereich von etwa 0 Mikrometer bis etwa 25 Mikrometer (oder von etwa 0 Mikrometer bis etwa 12 Mikrometer) liegt; die Konzentration von einem oder beiden von erstem Metalloxid und zweitem Metalloxid beträgt jedoch entlang eines wesentlichen Teils oder der gesamten Dicke des Artikels auf Glasbasis ungleich null. Der Artikel auf Glasbasis kann eine optionale dritte Metalloxidkonzentration aufweisen. Das erste Metalloxid kann Na₂O aufweisen, während das zweite Metalloxid K₂O aufweisen kann.
Die Metalloxidkonzentration kann aus einer Grundlinienmenge des Metalloxids in dem Artikel auf Glasbasis bestimmt werden, bevor es modifiziert wird, um den Konzentrationsgradienten eines solchen Metalloxids aufzuweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Artikel auf Glasbasis in Bezug auf den Bruch und die Fragmente, die aus dem Bruch resultieren, beschrieben werden, wie von dem „Zerbrechlichkeitstest“ gemessen, wie von Z. Tang et al. Automated Apparatus for Measuring the Frangibility and Fragmentation ofStrengthened Glass. Experimental Mechanics (2014) 54:903-912 beschrieben. In einer oder mehreren Ausführungsformen zerbrechen die Artikel auf Glasbasis, wenn sie zerbrochen werden, in 2 oder mehr Fragmente pro Quadratzoll (oder pro 6,4516 Quadratzentimeter) des Artikels auf Glasbasis (vor dem Bruch). In einigen Fällen brechen die Artikel auf Glasbasis in 3 oder mehr, 4 oder mehr, 5 oder mehr oder 10 oder mehr Fragmente pro Quadratzoll (oder pro 6,4516 Quadratzentimeter) des Artikels auf Glasbasis (vor dem Bruch). In einigen Fällen brechen die Artikel auf Glasbasis, wenn sie zerbrochen werden, in Fragmente, so dass 50% oder mehr der Fragmente einen Oberflächenbereich aufweisen, der weniger als 5%, weniger als 2% oder weniger als 1% des Oberflächenbereichs des Artikels auf Glasbasis (vor dem Bruch) beträgt, und die verwendete Probengröße war ein Quadrat von 5,08 cm × 5,08 cm (2 Zoll × 2 Zoll). In einigen Ausführungsformen brechen die Artikel auf Glasbasis, wenn sie zerbrochen werden, in Fragmente, so dass 90% oder mehr oder sogar 100% der Fragmente einen Oberflächenbereich aufweisen, der kleiner als 5%, kleiner als 2% oder kleiner als 1% des Oberflächenbereichs des Artikels auf Glasbasis (vor dem Bruch) ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen stellt das resultierende Spannungsprofil 312 des Artikels auf Glasbasis nach der chemischen Verstärkung des Artikels auf Glasbasis eine verbesserte Bruchfestigkeit bereit. Zum Beispiel umfasst in einigen Ausführungsformen der Artikel auf Glasbasis nach dem Bruch Fragmente mit einer durchschnittlichen längsten Querschnittsabmessung von kleiner als oder gleich etwa 2•t (z. B. 1,8•t, 1,6•t, 1,5•t, 1,4•t, 1,2•t oder 1,•t oder weniger), gemessen durch den „Zerbrechlichkeitstest“, wie von Z. Tang et al. Automated Apparatus for Measuring the Frangibility and Fragmentation of Strengthened Glass. Experimental Mechanics (2014) 54:903-912 beschrieben. Die Anzahl der Fragmente wird durch die Fläche der getesteten Probe (in Quadratzoll) geteilt und die verwendete Probengröße war ein Quadrat von 5,08 cm × 5,08 cm (2 Zoll × 2 Zoll).
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Artikel auf Glasbasis eine Bruchzähigkeit (K_1C) von etwa 0,65 MPa·m^1/2 oder mehr aufweisen. In einigen Fällen kann die Bruchzähigkeit etwa 0,69 MPa·m^1/2 oder größer, etwa 0,7 MPa·m^1/2 oder größer, etwa 0,8 MPa·m^1/2 oder größer, oder etwa 0,9 MPa·m^1/2 oder größer sein. In einigen Ausführungsformen kann die Bruchzähigkeit im Bereich von etwa 0,65 MPa·m^1/2 bis etwa 1 MPa·m^1/2 liegen. Der Bruchzähigkeitswert (K_1C), der in dieser Offenbarung angeführt wird, bezieht sich auf einen Wert, der mit dem Chevron-Verfahren mit gekerbten kurzen Stangen (CNSB) gemessen wird, wie in Reddy, K.P.R. et al, „Fracture Toughness Measurement of Glass and Ceramic Materials Using Chevron-Notched Specimens,“ J. Am. Ceram. Soc., 71 [6], C-310-C-313 (1988) offenbart, außer dass Y*_m unter Verwendung der Gleichung 5 von Bubsey, R. T. et al., „Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacement and Stress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on Experimental Compliance Measurements," NASA Technical Memorandum 83796, S. 1-30 (Oktober 1992) berechnet wird.
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat auch als eine Härte von etwa 500 HVN bis etwa 800 HVN (kgf/mm²) aufweisend gekennzeichnet sein, wie durch den Vickers-Härtetest bei einer Last von 200 g gemessen. In einigen Ausführungsformen kann der Artikel auf Glasbasis eine Vickershärte aufweisen, die im Bereich von etwa 600 HVN bis etwa 800 HVN liegt.
Die hier beschriebenen Artikel auf Glasbasis können eine gespeicherte Zugenergie im Bereich von mehr als 0 J/m² bis etwa 40 J/m² aufweisen. In einigen Fällen kann die gespeicherte Zugenergie im Bereich von etwa 5 J/m² bis etwa 40 J/m², von etwa 10 J/m² bis etwa 40 J/m², von etwa 15 J/m² bis etwa 40 J/m², von etwa 20 J/m² bis etwa 40 J/m², von etwa 1 J/m² bis etwa 35 J/m², von etwa 1 J/m² bis etwa 30 J/m², von etwa 1 J/m² bis etwa 25 J/m², von etwa 1 J/m² bis etwa 20 J/m², von etwa 1 J/m² bis etwa 15 J/m², von etwa 1 J/m² bis etwa 10 J/m², von etwa 10 J/m² bis etwa 30 J/m², von etwa 10 J/m² bis etwa 25 J/m², von etwa 15 J/m² bis etwa 30 J/m², von etwa 15 J/m² bis etwa 25 J/m², von etwa 18 J/m² bis etwa 22 J/m², von etwa 25 J/m² bis etwa 40 J/m², oder von etwa 25 J/m² bis etwa 30 J/m² liegen. Die thermisch und chemisch verstärkten Artikel auf Glasbasis einer oder mehrerer Ausführungsformen können eine gespeicherte Zugenergie von etwa 6 J/m² oder mehr, etwa 10 J/m² oder mehr, etwa 15 J/m² oder mehr, oder etwa 20 J/m² oder mehr aufweisen.
Die gespeicherte Zugenergie kann mit der folgenden Gleichung (2) berechnet werden: $gespeicherte Zugenergie (J / m^{2}) = [(1 - v) / E] \int (σ^{\land} 2) (dt)$
wobei ν das Poisson-Verhältnis ist, E der Elastizitätsmodul (in MPa), σ die Spannung (in MPa), und die Integration über die Dicke (in Mikron) nur des Zugspannungsbereichs berechnet wird. Jeder der in dieser Offenbarung angegebenen Elastizitätsmodulwerte bezieht sich auf einen Wert, der mit einer Resonanz-Ultraschallspektroskopietechnik des allgemeinen Typs gemessen wird, die in der ASTM E2001-13 mit der Bezeichnung „Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts“ dargelegt ist.
Die hier beschriebenen Artikel auf Glasbasis haben im Allgemeinen einen Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa oder mehr (z. B. im Bereich von etwa 70 GPa bis etwa 100 GPa, von etwa 72 GPa bis etwa 100 GPa, von etwa 75 GPa bis etwa 100 GPa, von etwa 76 GPa bis etwa 100 GPa, von etwa 78 GPa bis etwa 100 GPa, von etwa 80 GPa bis etwa 100 GPa, von etwa 82 GPa bis etwa 100 GPa, von etwa 84 GPa bis etwa 100 GPa, von etwa 86 GPa bis etwa 100 GPa, von etwa 88 GPa bis etwa 100 GPa, von etwa 90 GPa bis etwa 100 GPa, von etwa 70 GPa bis etwa 95 GPa, von etwa 70 GPa bis etwa 90 GPa, von etwa 70 GPa bis etwa 88 GPa, von etwa 70 GPa bis etwa 86 GPa, von etwa 70 GPa bis etwa 85 GPa, von etwa 70 GPa bis etwa 84 GPa, von etwa 70 GPa bis etwa 82 GPa oder von etwa 70 GPa bis etwa 80 GPa). Der Elastizitätsmodul, der für die Zusammensetzung des Artikels auf Glasbasis wesentlich ist, kann dem fertigen Artikel auf Glasbasis, der daraus hergestellt wird, die gewünschte hohe Steifigkeit bereitstellen, die eine extrinsische Eigenschaft ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Artikel auf Glasbasis eine niedrige Liquidusviskosität, welche die Bildung der Artikel auf Glasbasis durch Dünnwalz-Techniken ermöglicht. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Liquidusviskosität“ auf die Viskosität eines geschmolzenen Glases bei Liquidustemperatur, wobei sich der Begriff „Liquidustemperatur“ auf die Temperatur bezieht, bei der Kristalle zum ersten Mal erscheinen, wenn ein geschmolzenes Glas von der Schmelztemperatur abkühlt (oder die Temperatur, bei der die letzten Kristalle wegschmelzen, während die Temperatur von Raumtemperatur erhöht wird). Im Allgemeinen haben die hier beschriebenen Artikel auf Glasbasis (oder die Zusammensetzungen, die zur Herstellung solcher Artikel verwendet werden) eine Liquidusviskosität von weniger als etwa 100 Kilopoise (kP). In einigen Ausführungsformen zeigen die Artikel auf Glasbasis (oder die zur Herstellung solcher Artikel verwendeten Zusammensetzungen) eine Liquidusviskosität von weniger als etwa 80 kP, weniger als etwa 60 kP, weniger als etwa 40 kP, weniger als etwa 30 kP (z. B. im Bereich von etwa 15 kP bis etwa 30 kP). Die Liquidusviskosität wird nach dem folgenden Verfahren bestimmt. Zunächst wird die Liquidustemperatur des Glases gemäß ASTM C829-81 (2015) mit der Bezeichnung „Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method“ gemessen. Als nächstes wird die Viskosität des Glases bei der Liquidustemperatur gemäß ASTM C965-96 (2012) mit der Bezeichnung „Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point“ gemessen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weisen die Artikel auf Glasbasis eine Knoop-Kratzschwelle für laterale Risse im Bereich von etwa 4 N bis etwa 7 N, von etwa 4,5 N bis etwa 7 N, von etwa 5 N bis etwa 7 N von etwa auf 4 N bis etwa 6,5 N, von etwa 4 N bis etwa 6 N oder von etwa 5 N bis etwa 6 N auf. Wie hier verwendet, ist die Knoop-Kratzschwelle für laterale Risse der Beginn der lateralen Rissbildung (bei 3 oder mehr von 5 Kratzereignissen). Eine Reihe von zunehmenden Kratzern mit konstanter Last (zumindest drei pro Last, aber mehr pro Last könnte zur Erhöhung des Konfidenzniveaus verwendet werden) wird durchgeführt, um die Knoop-Kratzschwelle zu identifizieren. Beim Testen der Knoop-Kratzschwelle für laterale Risse wurden für jede Last Proben der Glassubstrate und/oder -artikel mit einem Knoop-Eindringkörper über eine Länge von 10 mm mit einer Geschwindigkeit von 0,25 mm/s gekratzt. Der Knoop-Kratzschwellenbereich kann durch Vergleichen des Prüflings mit einem der drei folgenden Versagensmodi bestimmt werden: 1) anhaltende laterale Oberflächenrisse, die mehr als das Zweifache der Rillenbreite betragen, 2) Beschädigung ist auf die Rille beschränkt, es gibt aber laterale Oberflächenrisse, die weniger als das Zweifache der Breite der Rille betragen und der Schaden ist mit bloßem Auge erkennbar, oder 3) das Vorhandensein von großen internen lateralen Rissen, die größer als die zweifache Breite der Rille sind und/oder Vorhandensein eines zentralen Risses im Scheitelpunkt des Kratzers. Die Kratzschwelle ist dann die höchste Last, bei der in 3 oder mehr von 5 Ereignissen kein Versagen auftritt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weisen die Artikel auf Glasbasis eine Vickers-Eindruck-Bruchschwelle im Bereich von etwa 10 kgf oder mehr, etwa 12 kgf oder mehr oder etwa 15 kgf oder mehr auf. In einigen Fällen zeigen die Artikel auf Glasbasis eine Vickers-Eindruck-Bruchschwelle im Bereich von etwa 15 kgf bis etwa 25 kgf auf. Wie hierin verwendet, ist die Vickers-Eindruck-Bruchschwelle der Beginn von zentralen/radialen Rissen (bei 3 oder mehr von 5 Eindrucksereignissen), die sich von zumindest einer Ecke der Eindrucksstelle erstrecken. Beim Vickers-Eindruck-Bruchschwellentest wurden Proben der Glassubstrate und -artikel wiederholt mit einer Diamantspitze (im Winkel von 136°) bei zunehmender Last eingedrückt. Jeder Eindruck kann 4 radiale Risse erzeugen, einen von jeder Ecke des Eindrucks aus. Durch Zählen der durchschnittlichen Anzahl an radialen Rissen bei jeder Eindrucklast ist die Bruchschwelle die Last, bei der durchschnittlich 2 Risse pro Eindruck (oder 50%-ige Bruchschwelle) auftreten.
In einer oder mehreren Ausführungsformen zeigen die Artikel auf Glasbasis eine verbesserte Oberflächenfestigkeit, wenn sie einem abgeriebenen Ring-auf-Ring-Test (AROR) unterzogen werden. Die Festigkeit eines Materials ist die Spannung, bei der ein Bruch auftritt. Der AROR-Test ist eine Messung der Oberflächenfestigkeit zum Testen von Flachglas-Proben und die ASTM C1499-09 (2013) mit der Bezeichnung „Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature“ dient als Grundlage für die hierin beschriebene AROR-Testmethodik. Der Inhalt der ASTM C1499-09 wird hierin vollständig durch Bezugnahme darauf aufgenommen. In einer Ausführungsform wird das Glasmuster vor dem Ring-auf-Ring-Test mit Siliciumcarbid(SiC)-Partikeln mit 90er Körnung abgerieben, die der Glasprobe unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung, die in Anhang A2 mit der Bezeichnung „Abrasion procedures“ beschrieben sind, zugeführt werden, gemäß ASTM C158-02 (2012) mit der Bezeichnung „Standard Test Methods for Strength of Glass by Flexure (Determination of Modulus of Rupture).“ Der Inhalt von ASTM C158-02 und insbesondere der Inhalt von Anhang 2 sind hierin durch Bezugnahme darauf vollständig aufgenommen.
Vor dem Ring-auf-Ring-Test wird eine Oberfläche des Artikels auf Glasbasis wie in ASTM C158-02, Anhang 2, beschrieben, abgerieben, um den Oberflächendefektzustand der Probe unter Verwendung der Vorrichtung, die in Figur A2.1 in ASTM C158-02 gezeigt ist, zu normalisieren und/oder zu steuern. Das Abriebmaterial wird typischerweise bei einer Last von 15 psi unter Verwendung eines Luftdrucks von 304 kPa (44 psi) auf die Oberfläche 110 des Artikels auf Glasbasis sandgestrahlt; obwohl in den nachstehenden Beispielen das Abriebmaterial bei anderen Lasten (z. B. 25 psi oder 45 psi) auf die Oberfläche 110 sandgestrahlt wurde. Nachdem der Luftstrom hergestellt ist, wird 5 cm³ Abriebmaterial in einen Trichter gegeben und die Probe 5 Sekunden nach dem Einführen des Abriebmaterials sandgestrahlt.
Für den AROR-Test wird ein Artikel auf Glasbasis mit zumindest einer abgeriebenen Oberfläche 410, wie in 5 gezeigt, zwischen zwei konzentrischen Ringen unterschiedlicher Größe angeordnet, um die gleichachsige Biegefestigkeit (d. h. die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, wenn es der Biegung zwischen zwei konzentrischen Ringen unterzogen wird) zu bestimmen, wie ebenfalls in 5 gezeigt. In der AROR-Konfiguration 400 wird der abgeriebene Artikel 410 auf Glasbasis von einem Stützring 420 mit einem Durchmesser D2 gehalten. Eine Kraft F wird durch eine Lastzelle (nicht dargestellt) durch einen Lastring 430 mit einem Durchmesser D1 an die Oberfläche des Artikels auf Glasbasis angelegt.
Das Verhältnis der Durchmesser des Lastrings und des Stützrings D1/D2 kann in einem Bereich von etwa 0,2 bis etwa 0,5 liegen. In einigen Ausführungsformen beträgt D1/D2 etwa 0,5. Die Last- und Stützringe 130, 120 sollten konzentrisch innerhalb von 0,5% des Stützringdurchmessers D2 ausgerichtet sein. Die zum Testen verwendete Lastzelle sollte bei jeder Last innerhalb eines ausgewählten Bereichs innerhalb ± 1% präzise sein. In einigen Ausführungsformen wird das Testen bei einer Temperatur von 23 ± 2 ° C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40 ± 10% durchgeführt.
Für die Befestigungskonstruktion beträgt der Radius r der vorstehenden Oberfläche des Lastrings 430 h/2≤r≤3h/2, wobei h die Dicke des Artikels 410 auf Glasbasis ist. Die Last- und Stützringe 430, 420 bestehen typischerweise aus gehärtetem Stahl mit einer Härte HRc > 40. AROR-Befestigungsmittel sind im Handel erhältlich.
Der beabsichtigte Versagensmechanismus für den AROR-Test besteht darin, den Bruch des Artikels 410 auf Glasbasis zu beobachten, der von der Oberfläche 430a innerhalb des Lastrings 430 ausgeht. Fehler, die außerhalb dieses Bereichs - d. h. zwischen den Lastringen 430 und Stützringen 420 - auftreten, werden bei der Datenanalyse nicht berücksichtigt. Aufgrund der geringen Dicke und der hohen Festigkeit des Artikels 410 auf Glasbasis werden jedoch zuweilen starke Durchbiegungen beobachtet, die ½ der Probendicke h übersteigen. Es ist daher nicht ungewöhnlich, einen hohen Prozentsatz an Fehlern zu beobachten, die unterhalb des Lastrings 430 entstehen. Die Spannung kann nicht genau berechnet werden, ohne dass die Spannungsentwicklung sowohl innerhalb als auch unterhalb des Rings (durch Dehnmessstreifenanalyse gesammelt) und der Ursprung des Versagens in jedem Muster bekannt sind. Der AROR-Test konzentriert sich daher auf die Spitzenlast bei Versagen als die gemessene Reaktion.
Die Festigkeit des Artikels auf Glasbasis hängt vom Vorhandensein von Oberflächenmängeln ab. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Mangel einer bestimmten Größe vorliegt, kann jedoch nicht genau vorhergesagt werden, da die Festigkeit von Glas statistischer Natur ist. Eine Wahrscheinlichkeitsverteilung kann daher im Allgemeinen als statistische Darstellung der erhaltenen Daten verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen haben die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis eine Oberflächen-Biegefestigkeit oder Äquibiaxialdehnung von 20 kgf oder mehr und bis zu etwa 30 kgf, bestimmt durch AROR-Test unter Verwendung einer Last von 25 psi oder sogar 45 psi, um die Oberfläche abzureiben. In anderen Ausführungsformen beträgt die Oberflächenfestigkeit 25 kgf oder mehr und in noch anderen Ausführungsformen 30 kgf oder mehr.
In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis im Hinblick auf die Leistung in einem IBoS-Test (invertierter Kugelfalltest auf Sandpapier) beschrieben werden. Der IBoS-Test ist ein dynamischer Komponentenpegel-Test, der den vorherrschenden Mechanismus für das Versagen aufgrund von Schadenseinleitung plus Biegung imitiert, die typischerweise in Artikeln auf Glasbasis auftreten, die in mobilen oder handgetragenen elektronischen Geräten verwendet werden, wie in 6 schematisch dargestellt. Auf dem Gebiet erfolgt die Schadenseinleitung (a in 7) auf der oberen Oberfläche des Artikels auf Glasbasis. Der Bruch startet an der oberen Oberfläche des Artikels auf Glasbasis und die Beschädigung dringt entweder in den Artikel auf Glasbasis ein (b in 7) oder der Bruch breitet sich von der Biegung der oberen Oberfläche oder von den inneren Teilen des Artikels auf Glasbasis aus (c in 7). Der IBoS-Test ist so konzipiert, dass er gleichzeitig die Glasoberfläche beschädigt und unter dynamischer Belastung eine Biegung ausführt. In einigen Fällen zeigt der Artikel auf Glasbasis eine verbesserte Fallleistung, wenn er eine Druckspannung aufweist, gegenüber dem gleichen Artikel auf Glasbasis ohne Aufweisen einer Druckspannung.
Eine IBoS-Testvorrichtung ist schematisch in 6 gezeigt. Die Vorrichtung 500 weist einen Prüfstand 510 und eine Kugel 530 auf. Die Kugel 530 ist eine starre oder feste Kugel, wie z. B. eine Edelstahlkugel oder dergleichen. In einer Ausführungsform ist die Kugel 530 eine 4,2-Gramm-Edelstahlkugel mit einem Durchmesser von 10 mm. Die Kugel 530 wird aus einer vorbestimmten Höhe h direkt auf die Artikelprobe 518 auf Glasbasis fallen gelassen. Der Prüfstand 510 weist eine feste Basis 512 auf, die ein hartes, starres Material wie Granit oder dergleichen umfasst. Ein Blatt 514 mit einem auf einer Oberfläche angeordneten Abriebmaterial ist auf der oberen Oberfläche der festen Basis 512 so angeordnet, dass die Oberfläche mit dem Abriebmaterial nach oben weist. In einigen Ausführungsformen ist das Blatt 514 Sandpapier mit einer 30er-Körnungsoberfläche und in anderen Ausführungsformen mit einer 180er-Körnungsoberfläche. Die Artikelprobe 518 auf Glasbasis wird durch den Probenhalter 515 über dem Blatt 514 in Position gehalten, so dass ein Luftspalt 516 zwischen der Artikelprobe 518 auf Glasbasis und dem Blatt 514 vorhanden ist. Der Luftspalt 516 zwischen dem Blatt 514 und der Artikelprobe 518 auf Glasbasis ermöglicht, dass sich die Artikelprobe 518 auf Glasbasis beim Auftreffen der Kugel 530 auf die Abrieboberfläche des Blattes 514 biegt. In einer Ausführungsform wird die Artikelprobe 218 auf Glasbasis über alle Ecken geklemmt, um die Biegung nur bis zum Auftreffpunkt der Kugel zu halten und um eine Wiederholbarkeit zu gewährleisten. In einigen Ausführungsformen sind der Probenhalter 514 und der Prüfstand 510 dazu ausgelegt, Probendicken von bis zu etwa 2 mm aufzunehmen. Der Luftspalt 516 liegt in einem Bereich von etwa 50 µm bis etwa 100 µm. Der Luftspalt 516 ist ausgelegt, um den Unterschied der Materialsteifigkeit (Elastizitätsmodul, Emod) auszugleichen, weist aber auch den Elastizitätsmodul und die Dicke der Probe auf. Ein Klebeband 520 kann verwendet werden, um die obere Oberfläche der Artikelprobe auf Glasbasis zu bedecken, um Fragmente im Falle eines Bruchs der Artikelprobe 518 auf Glasbasis beim Auftreffen der Kugel 530 zu sammeln.
Als Abriebfläche können verschiedene Materialien verwendet werden. In einer besonderen Ausführungsform ist die Abriebfläche Sandpapier, wie Siliciumcarbid- oder Aluminiumoxid-Sandpapier, technisch bearbeitetes Sandpapier oder ein beliebiges Abriebmaterial, das dem Fachmann als eine vergleichbare Härte und/oder Schärfe aufweisend bekannt ist. In einigen Ausführungsformen kann Sandpapier mit einer Körnung von 30 verwendet werden, da es eine Oberflächentopographie aufweist, die konsistenter als entweder Beton oder Asphalt ist, und eine Partikelgröße und -schärfe aufweist, die den gewünschten Grad an Oberflächenschäden der Probe erzeugt.
In einem Aspekt ist ein Verfahren 600 zum Durchführen des IBoS-Tests unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung 500 in 8 gezeigt. In Schritt 610 wird eine Artikelprobe auf Glasbasis (218 in 6) in dem zuvor beschriebenen Prüfstand 510 platziert und im Probenhalter 515 befestigt, sodass ein Luftspalt 516 zwischen der Artikelprobe 518 auf Glasbasis und dem Blatt 514 mit einer Abriebfläche gebildet wird. Das Verfahren 600 geht davon aus, dass das Blatt 514 mit einer Abriebfläche bereits in dem Prüfstand 510 platziert wurde. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren jedoch das Platzieren des Blatts 514 in dem Prüfstand 510 einschließen, so dass die Oberfläche mit dem Abriebmaterial nach oben weist. In einigen Ausführungsformen (Schritt 610a) wird ein Klebeband 520 auf die obere Oberfläche der Artikelprobe 518 auf Glasbasis vor dem Befestigen der Artikelprobe 518 auf Glasbasis in dem Probenhalter 510 aufgebracht.
In Schritt 520 wird eine feste Kugel 530 mit vorbestimmter Masse und Größe aus einer vorbestimmten Höhe h auf die obere Oberfläche der Artikelprobe 518 auf Glasbasis fallen gelassen, so dass die Kugel 530 auf die obere Oberfläche (oder das an der oberen Oberfläche befestigte Klebeband 520) etwa in der Mitte (d. h. innerhalb von 1 mm oder innerhalb von 3 mm oder innerhalb von 5 mm oder innerhalb von 10 mm von der Mitte) auf die obere Oberfläche auftrifft. Nach dem Auftreffen in Schritt 520 wird das Ausmaß der Beschädigung der Artikelprobe 518 auf Glasbasis bestimmt (Schritt 630). Wie hierin zuvor beschrieben, bedeutet der Begriff „Bruch“ hierin, dass sich ein Riss über die gesamte Dicke und/oder die gesamte Oberfläche eines Substrats ausbreitet, wenn das Substrat fallen gelassen wird oder von einem Objekt getroffen wird.
Bei dem Verfahren 600 kann das Blatt 518 mit der Abriebfläche nach jedem Fall ersetzt werden, um „Alterungseffekte“ zu vermeiden, die bei wiederholter Verwendung anderer Typen (z. B. Beton oder Asphalt) von Falltestoberflächen beobachtet wurden.
Verschiedene vorgegebene Fallhöhen h und Abstufungen werden typischerweise in Verfahren 600 verwendet. Der Test kann zum Beispiel anfangs eine minimale Fallhöhe benutzen (z. B. etwa 10 bis 20 cm). Die Höhe kann dann für aufeinander folgende Fälle entweder um eine eingestellte Inkrementierung oder um variable Inkrementierungen erhöht werden. Der in Verfahren 600 beschriebene Test wird gestoppt, sobald die Artikelprobe 518 auf Glasbasis bricht oder reißt (Schritt 631). Alternativ kann, wenn die Fallhöhe h die maximale Fallhöhe (z. B. etwa 100 cm) ohne Bruch erreicht, der Falltest des Verfahrens 300 ebenfalls gestoppt werden, oder Schritt 520 kann bei der maximalen Höhe wiederholt werden, bis ein Bruch auftritt.
In einigen Ausführungsformen wird der IBoS-Test des Verfahrens 600 an jeder Artikelprobe auf Glasbasis 518 nur einmal bei jeder vorbestimmten Höhe h durchgeführt. In anderen Ausführungsformen kann jedoch jede Probe einer Mehrzahl von Tests bei jeder Höhe unterzogen werden.
Wenn ein Bruch der Artikelprobe 518 auf Glasbasis aufgetreten ist (Schritt 631 in 8), wird der IBoS-Test gemäß dem Verfahren 600 beendet (Schritt 640). Wenn kein Bruch aufgrund des Falls der Kugel bei der vorbestimmten Fallhöhe beobachtet wird (Schritt 632), wird die Fallhöhe um ein vorbestimmte Inkrementierung erhöht (Schritt 634) - z. B. 5, 10 oder 20 cm - und die Schritte 620 und 630 werden wiederholt, bis entweder ein Bruch der Probe beobachtet wird (631) oder die maximale Testhöhe ohne Bruch der Probe erreicht wird (636). Wenn entweder Schritt 631 oder 636 erreicht werden, wird der Test gemäß Verfahren 600 beendet.
Wenn sie dem oben beschriebenen invertierten Kugelfalltest auf Sandpapier (IBoS) unterzogen werden, haben hierin beschriebene Ausführungsformen des Artikels auf Glasbasis eine Überlebensrate von etwa 60% oder mehr, wenn die Kugel aus einer Höhe von 100 cm auf die Glasoberfläche fallen gelassen wird. Zum Beispiel wird ein Artikel auf Glasbasis mit einer Überlebensrate von 60% beschrieben, wenn er von einer gegebenen Höhe fällt, wenn drei von fünf identischen (oder nahezu identischen) Proben (d. h. die etwa die gleiche Zusammensetzung aufweisen und bei Verstärkung etwa die gleiche Druckspannung oder Drucktiefe und Druckspannungsschicht wie hierin beschrieben aufweisen) den IBoS-Falltest ohne Bruch überstehen, wenn sie aus der vorgeschriebenen Höhe (hier 100 cm) fallen gelassen werden. In anderen Ausführungsformen beträgt die Überlebensrate im 80 cm-IBoS-Test der Artikel auf Glasbasis, die verstärkt sind, etwa 70% oder mehr, in anderen Ausführungsformen etwa 80% oder mehr und in noch anderen Ausführungsformen etwa 90% oder mehr. In anderen Ausführungsformen beträgt die Überlebensrate der verstärkten Artikel auf Glasbasis, die im IBoS-Test aus einer Höhe von 100 cm fallen gelassen werden, etwa 60% oder mehr, in anderen Ausführungsformen etwa 70% oder mehr, in noch anderen Ausführungsformen etwa 80% oder mehr und in anderen Ausführungsformen etwa 90% oder mehr. In einer oder mehreren Ausführungsformen beträgt die Überlebensrate der verstärkten Artikel auf Glasbasis, die im IBoS-Test aus einer Höhe von 150 cm fallen gelassen werden, etwa 60% oder mehr, in anderen Ausführungsformen etwa 70% oder mehr, in noch anderen Ausführungsformen etwa 80% oder mehr und in anderen Ausführungsformen etwa 90% oder mehr.
Um die Überlebensrate der Artikel auf Glasbasis zu bestimmen, wenn sie aus einer vorbestimmten Höhe unter Verwendung des bzw. der oben beschriebenen IBoS-Testverfahrens und -vorrichtung fallen gelassen werden, werden zumindest fünf identische (oder nahezu identische) Proben (d. h., die etwa die gleiche Zusammensetzung aufweisen und, falls verstärkt, etwa die gleiche Druckspannung und Drucktiefe oder -schicht aufweisen) der Artikel auf Glasbasis getestet, obwohl eine größere Anzahl von Proben (z. B. 10, 20, 30 usw.) einer Prüfung unterzogen werden kann, um das Konfidenzniveau der Testergebnisse zu erhöhen. Jede Probe wird einmal aus der vorbestimmten Höhe (z. B. 100 cm oder 150 cm) fallen gelassen oder alternativ aus progressiv höheren Höhen ohne Bruch, bis die vorbestimmte Höhe erreicht ist, und visuell (d. h. mit bloßem Auge) wird diese auf einen Nachweis von Brüchen (Rissbildung und -ausbreitung über die gesamte Dicke und/oder die gesamte Oberfläche einer Probe) geprüft. Es gilt, dass eine Probe den Falltest „überlebt/überstanden“ hat, wenn nach dem Fallenlassen aus der vorgegebenen Höhe kein Bruch beobachtet wird, und es gilt, dass eine Probe „versagt“ (oder „nicht überlebt“) hat, wenn ein Bruch beim Fallenlassen der Probe von einer Höhe beobachtet wird, die kleiner oder gleich der vorbestimmten Höhe ist. Die Überlebensrate wird als Prozentsatz der Probenpopulation bestimmt, die den Falltest überlebt hat. Wenn zum Beispiel 7 Proben aus einer Gruppe von 10 keinen Bruch bei Fallenlassen aus der vorbestimmten Höhe zeigten, wäre die Überlebensrate des Glases 70%.
Die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis können transparent sein. In einer oder mehreren kann der Artikel auf Glasbasis eine Dicke von etwa 3 mm oder weniger, zum Beispiel 1 mm oder weniger aufweisen und eine Durchlässigkeit von etwa 88% oder mehr über eine Wellenlänge im Bereich von etwa 380 nm bis etwa 780 nm aufweisen.
Der Artikel auf Glasbasis kann auch eine im Wesentlichen weiße Farbe aufweisen. Zum Beispiel kann der Artikel auf Glasbasis CIELAB-Farbraumkoordinaten unter einem CIE-Leuchtmittel F02 mit L*-Werten von etwa 88 und mehr, a*-Werten im Bereich von etwa -3 bis etwa +3 und b*-Werten im Bereich von etwa -6 bis etwa +6 aufweisen. Alternativ kann der Artikel auf Glasbasis CIELAB-Farbraumkoordinaten unter einem CIE-Leuchtmittel F02 mit L*-Werten von etwa 40 und weniger, a*-Werten im Bereich von etwa -3 bis etwa +3 und b*-Werten im Bereich von etwa -6 bis etwa +6 aufweisen. Solche Farbraumkoordinaten können unter anderen CIE-Leuchtmitteln (z. B. D65) vorhanden sein.
Die Wahl der Substrate ist nicht besonders eingeschränkt. In einigen Beispielen kann der Artikel auf Glasbasis als ein hohes Kationendiffusionsvermögen für den Ionenaustausch aufweisend beschrieben werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen weist das Glas oder die Glaskeramik eine schnelle Ionenaustauschfähigkeit auf, d.h. das Glas oder die Glaskeramik zeigt ein einwertiges Ionendiffusionsvermögen von etwa 450 µm²/Stunde oder mehr bei 460°C oder etwa 500 µm²/Stunde oder mehr bei 460°C. In einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt das Glas oder die Glaskeramik ein Natriumionen-Diffusionsvermögen von etwa 450 µm²/Stunde oder mehr bei 460°C oder etwa 500 µm²/Stunde oder mehr bei 460°C. In einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt das Glas oder die Glaskeramik ein Kaliumionen-Diffusionsvermögen von 450 µm²/Stunde oder mehr bei 460°C oder etwa 500 µm²/Stunde oder mehr bei 460°C.
Der Artikel auf Glasbasis kann ein amorphes Substrat, ein kristallines Substrat oder eine Kombination davon (z. B. ein Glaskeramiksubstrat) aufweisen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Artikelsubstrat auf Glasbasis (vor dem chemischen Verstärken wie hierin beschrieben) eine Glaszusammensetzung in Molprozent (Mol-%) aufweisen, die aufweist: SiO₂ im Bereich von etwa 40 bis etwa 80, Al₂O₃ im Bereich von etwa 10 bis etwa 30, B₂O₃ im Bereich von etwa 0 bis etwa 10, R₂O im Bereich von etwa 0 bis etwa 20 und RO im Bereich von etwa 0 bis etwa 15. Wie hierin verwendet, bezieht sich R₂O auf die Gesamtmenge an Alkalimetalloxiden wie Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O und Cs₂O. Wie hier verwendet, bezieht sich RO auf die Gesamtmenge an Erdalkalimetalloxiden wie MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO und dergleichen. In einigen Fällen kann die Zusammensetzung eines oder beide von ZrO₂ im Bereich von etwa 0 Mol-% bis etwa 5 Mol-% und P₂O₅ im Bereich von etwa 0 bis etwa 15 Mol-% aufweisen. TiO₂ kann von etwa 0 Mol-% bis etwa 2 Mol-% vorliegen.
In einigen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung SiO₂ in einer Menge in Mol-% im Bereich von etwa 45 bis etwa 80, von etwa 45 bis etwa 75, von etwa 45 bis etwa 70, von etwa 45 bis etwa 65, von etwa 45 bis etwa 60, von etwa 45 bis etwa 65, von etwa 45 bis etwa 65, von etwa 50 bis etwa 70, von etwa 55 bis etwa 70, von etwa 60 bis etwa 70, von etwa 70 bis etwa 75, von etwa 70 bis etwa 72 oder von etwa 50 bis etwa 65 vorliegen.
In einigen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung Al₂O₃ in einer Menge in Mol-% im Bereich von etwa 5 bis etwa 28, von etwa 5 bis etwa 26, von etwa 5 bis etwa 25, von etwa 5 bis etwa 24, von etwa 5 bis etwa 22, von etwa 5 bis etwa 20, von etwa 6 bis etwa 30, von etwa 8 bis etwa 30, von etwa 10 bis etwa 30, von etwa 12 bis etwa 30, von etwa 12 bis etwa 18 oder von etwa 12 bis etwa 14 vorliegen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung B₂O₃ in einer Menge in Mol-% im Bereich von etwa 0 bis etwa 8, von etwa 0 bis etwa 6, von etwa 0 bis etwa 4, von etwa 0,1 bis etwa 8, von etwa 0,1 bis etwa 6, von etwa 0,1 bis etwa 4, von etwa 1 bis etwa 10, von etwa 2 bis etwa 10, von etwa 4 bis etwa 10, von etwa 2 bis etwa 8, von etwa 0,1 bis etwa 5 oder von etwa 1 bis etwa 3 vorliegen. In einigen Fällen kann die Glaszusammensetzung im Wesentlichen frei von B₂O₃ sein. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „im Wesentlichen frei“ in Bezug auf die Komponenten der Zusammensetzung, dass die Komponente während des anfänglichen Chargens der Zusammensetzung nicht aktiv oder absichtlich zugesetzt wird, sondern als Verunreinigung in einer Menge von weniger als etwa 0,001 Mol-% vorhanden sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung ein oder mehrere Erdalkalimetalloxide wie MgO, CaO und ZnO aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Gesamtmenge des einen oder der mehreren Erdalkalimetalloxide eine Menge ungleich null von bis zu etwa 15 Mol-% sein. In einer oder mehreren spezifischen Ausführungsformen kann die Gesamtmenge eines beliebigen der Erdalkalimetalloxide eine Menge ungleich null bis zu etwa 14 Mol-%, bis zu etwa 12 Mol-%, bis zu etwa 10 Mol-%, bis zu etwa 8 Mol-%, bis zu etwa 6 Mol-%, bis zu etwa 4 Mol-%, bis zu etwa 2 Mol-% oder bis zu etwa 1,5 Mol-% sein. In einigen Ausführungsformen kann die Gesamtmenge in Mol-% des einen oder der mehreren Erdalkalimetalloxide im Bereich von etwa 0,1 bis 10, von etwa 0,1 bis 8, von etwa 0,1 bis 6, von etwa 0,1 bis 5, von etwa 1 bis 10, von etwa 2 bis 10 oder von etwa 2,5 bis 8 sein. Die Menge an MgO kann im Bereich von etwa 0 Mol-% bis etwa 5 Mol-% liegen (z. B. von etwa 2 Mol-% bis etwa 4 Mol-%). Die Menge an ZnO kann im Bereich von etwa 0 bis etwa 2 Mol-% (z. B. von etwa 0,1 Mol-% bis etwa 2 Mol-%, von etwa 0,1 Mol-% bis etwa 1 Mol-% oder von etwa 0,5 Mol-% bis etwa 1,5 Mol-%) sein. Die Menge an CaO kann etwa 0 Mol-% bis etwa 2 Mol-% betragen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung MgO aufweisen und kann im Wesentlichen frei von CaO und ZnO sein. In einer Variante kann die Glaszusammensetzung ein beliebiges von CaO oder ZnO aufweisen und kann im Wesentlichen frei von den anderen von MgO, CaO und ZnO sein. In einer oder mehreren spezifischen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung nur zwei der Erdalkalimetalloxide von MgO, CaO und ZnO aufweisen und kann im Wesentlichen frei von dem dritten der Erdmetalloxide sein.
Die Gesamtmenge an Alkalimetalloxiden R₂O in der Glaszusammensetzung in Mol-% kann im Bereich von etwa 5 bis etwa 20, von etwa 5 bis etwa 18, von etwa 5 bis etwa 16, von etwa 5 bis etwa 15, von etwa 5 bis etwa 14, von etwa 5 bis etwa 12, von etwa 5 bis etwa 10, von etwa 5 bis etwa 8, von etwa 5 bis etwa 20, von etwa 6 bis etwa 20, von etwa 7 bis etwa 20, von etwa 8 bis etwa 20, von etwa 8 bis etwa 18, von etwa 8 bis etwa 16, von etwa 8 bis etwa 14, von etwa 8 bis etwa 12 oder von etwa 8 bis etwa 11 liegen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weist die Glaszusammensetzung Na₂O in einer Menge im Bereich von etwa 0 Mol-% bis etwa 18 Mol-%, von etwa 0 Mol-% bis etwa 16 Mol-% oder von etwa 0 Mol-% bis etwa 14 Mol-%, von etwa 0 Mol-% bis etwa 12 Mol-%, von etwa 1 Mol-% bis etwa 18 Mol-%, von etwa 1 Mol-% bis etwa 16 Mol-%, von etwa 1 Mol-% bis etwa 14 Mol-%, von etwa 1 Mol-% bis etwa 12 Mol-%, von etwa 1 Mol-% bis etwa 10 Mol-%, von etwa 1 Mol-% bis etwa 8 Mol-%, von etwa 1 Mol-% bis etwa 5 Mol-%, von etwa 1 Mol-% bis etwa 4 Mol-% oder von etwa 1 Mol-% bis etwa 3 Mol-% auf. In einigen Ausführungsformen kann die Zusammensetzung weniger als etwa 4 Mol-% Na₂O aufweisen.
In einigen Ausführungsformen wird die Menge an Li₂O und Na₂O auf eine bestimmte Menge oder ein bestimmtes Verhältnis reguliert, um die Formbarkeit und Ionenaustauschbarkeit auszugleichen. Zum Beispiel kann, wenn die Menge an Li₂O zunimmt, die Liquidusviskosität verringert werden, wodurch die Verwendung einiger Formverfahren verhindert wird; solche Glaszusammensetzungen werden jedoch zu tieferen DOC-Graden ionenausgetauscht, wie hierin beschrieben. Die Menge an Na₂O kann die Liquidusviskosität modifizieren, kann jedoch den Ionenaustausch für tiefere DOC-Grade hemmen. In einer oder mehreren Ausführungsformen weist für ausreichende Spannung in der Tiefe in Li₂O, das Glaszusammensetzungen (oder solche Zusammensetzungen, bei denen ein Na + für den Li +-Austausch der primäre Verstärkungsmechanismus ist) enthält, die Glaszusammensetzung einer oder mehrerer Ausführungsformen das Zusammensetzungsverhältnis von Li₂O/(R₂O) von mehr als etwa 0,3, etwa 0,45 oder mehr, etwa 0,5 oder mehr oder etwa 0,7 oder mehr auf. Zur Beibehaltung höherer CS-Werte in tieferen Tiefen in den hierin beschriebenen Artikeln auf Glasbasis und insbesondere in solchen Artikeln auf Glasbasis, die Na₂O (oder jene Zusammensetzungen, bei denen ein K+ für den Na+-Austausch der primäre Verstärkungsmechanismus ist) aufweisen, kann die Glaszusammensetzung einer oder mehrerer Ausführungsformen das Zusammensetzungsverhältnis von Na₂O/(R₂O) von mehr als etwa 0,3, etwa 0,5 oder mehr oder etwa 0,7 oder mehr aufweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung K₂O in einer Menge von weniger als etwa 5 Mol-%, weniger als etwa 4 Mol-%, weniger als etwa 3 Mol-%, weniger als etwa 2 Mol-% oder weniger als etwa 1 Mol-% aufweisen. In einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung, wie hierin definiert, im Wesentlichen frei von K₂O sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung Li₂O in einer Menge von etwa 0 Mol-% bis etwa 18 Mol-%, von etwa 0 Mol-% bis etwa 15 Mol-% oder von etwa 0 Mol-% bis etwa 10 Mol-%, von etwa 0 Mol-% bis etwa 8 Mol-%, von etwa 0 Mol-% bis etwa 6 Mol-%, von etwa 0 Mol-% bis etwa 4 Mol-% oder von etwa 0 Mol-% bis etwa 2 Mol-% aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung Li₂O in einer Menge von etwa 2 Mol-% bis etwa 10 Mol-%, von etwa 4 Mol-% bis etwa 10 Mol-%, von etwa 6 Mol-% bis etwa 10 Mol oder von etwa 5 Mol-% bis etwa 8 Mol-% aufweisen. In einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung, wie hierin definiert, im Wesentlichen frei von Li₂O sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung Fe₂O₃ aufweisen. In solchen Ausführungsformen kann Fe₂O₃ in einer Menge von weniger als etwa 1 Mol-%, weniger als etwa 0,9 Mol-%, weniger als etwa 0,8 Mol-%, weniger als etwa 0,7 Mol-%, weniger als etwa 0,6 Mol-%, weniger als etwa 0,5 Mol-%, weniger als etwa 0,4 Mol-%, weniger als etwa 0,3 Mol-%, weniger als etwa 0,2 Mol-%, weniger als etwa 0,1 Mol-% und in allen Bereichen und Unterbereichen dazwischen vorhanden sein. In einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung, wie hierin definiert, im Wesentlichen frei von Fe₂O₃ sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung ZrO₂ aufweisen. In solchen Ausführungsformen kann ZrO₂ in einer Menge von weniger als etwa 1 Mol-%, weniger als etwa 0,9 Mol-%, weniger als etwa 0,8 Mol-%, weniger als etwa 0,7 Mol-%, weniger als etwa 0,6 Mol-%, weniger als etwa 0,5 Mol-%, weniger als etwa 0,4 Mol-%, weniger als etwa 0,3 Mol-%, weniger als etwa 0,2 Mol-%, weniger als etwa 0,1 Mol-% und in allen Bereichen und Unterbereichen dazwischen vorhanden sein. In einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung, wie hierin definiert, im Wesentlichen frei von ZrO₂ sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung P₂O₅ in einem Bereich von etwa 0 Mol-% bis etwa 10 Mol-%, von etwa 0 Mol-% bis etwa 8 Mol-%, von etwa 0 Mol-% bis etwa 6 Mol-%, von etwa 0 Mol-% bis etwa 4 Mol-%, von etwa 0,1 Mol-% bis etwa 10 Mol-%, von etwa 0,1 Mol-% bis etwa 8 Mol-%, von etwa 2 Mol-% bis etwa 8 Mol-%, von etwa 2 Mol-% bis etwa 6 Mol-% oder von etwa 2 Mol-% bis etwa 4 Mol-% aufweisen. In einigen Fällen kann die Glaszusammensetzung im Wesentlichen frei von P₂O₅ sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung TiO₂ aufweisen. In solchen Ausführungsformen kann TiO₂ in einer Menge von weniger als etwa 6 Mol-%, weniger als etwa 4 Mol-%, weniger als etwa 2 Mol-% oder weniger als etwa 1 Mol-% vorhanden sein. In einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung, wie hierin definiert, im Wesentlichen frei von TiO₂ sein. In einigen Ausführungsformen kann TiO₂ in einer Menge im Bereich von etwa 0,1 Mol-% bis etwa 6 Mol-% oder von etwa 0,1 Mol-% bis etwa 4 Mol-% vorhanden sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung verschiedene Zusammensetzungsbeziehungen aufweisen. Zum Beispiel kann die Glaszusammensetzung ein Mengenverhältnis von Li₂O (in Mol-%) zur Gesamtmenge von R₂O (in Mol-%) im Bereich von etwa 0 bis etwa 1, von etwa 0,4 bis etwa 1, von etwa 0,45 bis etwa 1, von etwa 0,5 bis etwa 1 oder von etwa 0,6 bis etwa 1 aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung einen Unterschied zwischen der Gesamtmenge an R₂O (in Mol-%) zur Menge an Al₂O₃ (in Mol-%) (R₂O - Al₂O₃) im Bereich von etwa -5 bis etwa 2 (z. B. von etwa -5 bis etwa 1,5, von etwa -5 bis etwa 1, von etwa -5 bis etwa 0, von etwa -5 bis etwa -1, von etwa - 5 bis etwa -2, von etwa -4 bis etwa 2, von etwa -3 bis etwa 2, von etwa -2 bis etwa 2 oder von etwa -3 bis etwa -1) aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung einen Unterschied zwischen der Gesamtmenge an R_xO (in Mol-%) zur Menge an Al₂O₃ (in Mol-%) (R_xO - Al₂O₃) im Bereich von etwa 0 bis etwa 5 (z. B. von etwa 0 bis etwa 4, von etwa 0 bis etwa 3, von etwa 0,1 bis etwa 4, von etwa 0,1 bis etwa 3, von etwa 1 bis etwa 3 oder von etwa 1 bis etwa 2) aufweisen. Wie hier verwendet, weist R_xO R₂O und RO, wie hierin definiert, auf.
In einigen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung ein Gesamtmengenverhältnis von R₂O (in Mol-%) zur Menge an Al₂O₃ (in Mol-%) (R₂O/Al₂O₃) im Bereich von etwa -4 bis etwa 5, von etwa -2 bis etwa 4 oder von etwa 0,1 bis etwa 5 aufweisen. Zum Beispiel kann das Verhältnis der Gesamtmenge an R₂O (in Mol-%) zur Menge an Al₂O₃ (in Mol-%) (R₂O/Al₂O₃) im Bereich von etwa -4 bis etwa 4,5, von etwa -4 bis etwa 4, von etwa -4 bis etwa 3,5, von etwa -4 bis etwa 3, von etwa -4 bis etwa 2,5, von etwa -4 bis etwa 2, von etwa -4 bis etwa 1,5, von etwa -4 bis etwa 1, von etwa -3,5 bis etwa 5, von etwa -3 bis etwa 5, von etwa -2,5 bis etwa 5, von etwa -2 bis etwa 5 von etwa -1,5 bis etwa 5, von etwa -1 bis etwa 5, von etwa 0 bis etwa 5, von etwa 0 bis etwa 4, von etwa 0 bis etwa 3, von etwa 0,1 bis etwa 4, von etwa 0,1 bis etwa 3 oder von etwa 0,1 bis etwa 2 liegen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weist die Glaszusammensetzung eine kombinierte Menge Al₂O₃ und Na₂O von etwa 15 Mol-% oder weniger (z. B. 14 Mol-% oder weniger, 13 Mol-% oder weniger, 12 Mol-% oder weniger, 11 Mol-% oder weniger oder etwa 10,5 Mol-% oder weniger) auf. Die kombinierte Menge an Al₂O₃ und Na₂O kann größer als etwa 5 Mol-% sein.
Die Glaszusammensetzung einer oder mehrerer Ausführungsformen kann ein Mengenverhältnis von MgO (in Mol-%) zur Gesamtmenge an RO (in Mol-%) im Bereich von etwa 0 bis etwa 1 zeigen. In einigen Ausführungsformen liegt das Verhältnis MgO/RO im Bereich von etwa 0 bis etwa 0,9, von etwa 0 bis etwa 0,8, von etwa 0 bis etwa 0,7, von etwa 0 bis etwa 0,6, von etwa 0 bis etwa 0,5, von etwa 0,1 bis etwa 1, von etwa 0,2 bis etwa 1, von etwa 0,3 bis etwa 1, von etwa 0,4 bis etwa 1 oder von etwa 0,5 bis etwa 1.
In einigen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung im Wesentlichen frei von Kernbildnern sein. Beispiele für typische Kernbildner sind TiO₂, ZrO₂ und dergleichen. Kernbildner können hinsichtlich ihrer Funktion dahingehend beschrieben werden, dass Kernbildner Bestandteile im Glas sind, welche die Bildung von Kristalliten im Glas auslösen können.
In einigen Ausführungsformen können die für das Glassubstrat verwendeten Zusammensetzungen mit etwa 0 Mol-% bis etwa 2 Mol-% zumindest eines Läuterungsmittels, ausgewählt aus einem oder mehreren von Na₂SO₄, NaCl, NaF, NaBr, K₂SO₄, KCl, KF, KBr, As₂O₃, Sb₂O₃und SnO₂ abgemessen werden. Die Glaszusammensetzung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen kann ferner SnO₂ im Bereich von etwa 0 bis etwa 2, von etwa 0 bis etwa 1, von etwa 0,1 bis etwa 2, von etwa 0,1 bis etwa 1 oder von etwa 1 bis etwa 2 aufweisen. Die hierin offenbarten Glaszusammensetzungen können im Wesentlichen frei von As₂O₃ und/oder Sb₂O₃ sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Zusammensetzung spezifisch 62 Mol-% bis 75 Mol-% SiO₂; 10,5 Mol-% bis etwa 17 Mol-% Al₂O₃; 5 Mol-% bis etwa 13 Mol-% Li₂O; 0 Mol-% bis etwa 4 Mol-% ZnO; 0 Mol-% bis etwa 8 Mol-% MgO; 2 Mol-% bis etwa 5 Mol-% TiO₂; 0 Mol-% bis etwa 4 Mol-% B₂O₃; 0 Mol-% bis etwa 5 Mol-% Na₂O; 0 Mol-% bis etwa 4 Mol-% K₂O; 0 Mol-% bis etwa 2 Mol-% ZrO₂; 0 Mol-% bis etwa 7 Mol-% P₂O₅; 0 Mol-% bis etwa 0,3 Mol-% Fe₂O₃; 0 Mol-% bis etwa 2 Mol-% MnOx; und 0,05 Mol-% bis etwa 0,2 Mol-% SnO₂ aufweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Zusammensetzung 67 Mol-% bis etwa 74 Mol-% SiO₂; 11 Mol-% bis etwa 15 Mol-% Al₂O₃; 5,5 Mol-% bis etwa 9 Mol-% Li₂O; 0,5 Mol-% bis etwa 2 Mol-% ZnO; 2 Mol-% bis etwa 4,5 Mol-% MgO; 3 Mol-% bis etwa 4,5 Mol-% TiO₂; 0 Mol-% bis etwa 2,2 Mol-% B₂O₃; 0 Mol-% bis etwa 1 Mol-% Na₂O; 0 Mol-% bis etwa 1 Mol-% K₂O; 0 Mol-% bis etwa 1 Mol-% ZrO₂; 0 Mol-% bis etwa 4 Mol-% P₂O₅; 0 Mol-% bis etwa 0,1 Mol-% Fe₂O₃; 0 Mol-% bis etwa 1,5 Mol-% MnOx; und 0,08 Mol-% bis etwa 0,16 Mol-% SnO₂ aufweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Zusammensetzung 70 Mol-% bis 75 Mol-% SiO₂; 10 Mol-% bis etwa 15 Mol-% Al₂O₃; 5 Mol-% bis etwa 13 Mol-% Li₂O; 0 Mol-% bis etwa 4 Mol-% ZnO; 0,1 Mol-% bis etwa 8 Mol-% MgO; 0 Mol-% bis etwa 5 Mol-% TiO₂; 0,1 Mol-% bis etwa 4 Mol-% B₂O₃; 0,1 Mol-% bis etwa 5 Mol-% Na₂O; 0 Mol-% bis etwa 4 Mol-% K₂O; 0 Mol-% bis etwa 2 Mol-% ZrO₂; 0 Mol-% bis etwa 7 Mol-% P₂O₅; 0 Mol-% bis etwa 0,3 Mol-% Fe₂O₃; 0 Mol-% bis etwa 2 Mol-% MnOx; und 0,05 Mol-% bis etwa 0,2 Mol-% SnO₂ aufweisen.

Andere beispielhafte Zusammensetzungen von Artikeln auf Glasbasis, bevor sie wie hier beschrieben chemisch verstärkt werden, sind in Tabelle 1A gezeigt. Tabelle 1B listet ausgewählte physikalische Eigenschaften auf, die für die in Tabelle 1A aufgeführten Beispiele bestimmt wurden. Die in Tabelle 1B aufgeführten physikalischen Eigenschaften schließen ein: Dichte; Niedertemperatur- und Hochtemperatur-CTE; Dehnungs-, Glüh- und Erweichungspunkte; 10¹¹ Poise-, 35 kP-, 200 kP-, Liquidus- und Zerfalltemperaturen von Zirkon; Zirkonabbau und Liquidusviskositäten; Poisson-Verhältnis; Elastizitätsmodul; Brechungsindex und optischer Spannungskoeffizient. In einigen Ausführungsformen haben die Artikel auf Glasbasis und Glassubstrate, die hier beschrieben sind, eine Hochtemperatur-CTE von weniger als oder gleich 30 ppm/°C und/oder einen Elastizitätsmodul von 70 GPa oder mehr und in einigen Ausführungsformen einen Elastizitätsmodul von bis zu 80 GPa. Tabelle 1A: Beispielzusammensetzungen vor der chemischen Verstärkung.

Mol-%	Bsp. A	Bsp. B	Bsp. C	Bsp. D	Bsp. E	Bsp. F
SiO₂	71,8	69,8	69,8	69,8	69,8	69,8
Al₂O₃	13,1	13	13	13	13	13
B₂O₃	2	2,5	4	2,5	2,5	4
Li₂O	8	8,5	8	8,5	8,5	8
MgO	3	3,5	3	3,5	1,5	1,5
ZnO	1,8	2,3	1,8	2,3	2,3	1,8
Na₂O	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
TiO₂	0	0	0	1	1	1
Fe₂O₃	0	0	0	0,8	0,8	0,8
SnO₂	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1

Mol-%	Bsp. G	Bsp. H	Bsp. I	Bsp. J	Bsp. K	Bsp. L	Bsp. M	Bsp. N
SiO₂	70,18	70,91	71,28	71,65	71,65	71,65	74,77	72,00
Al₂O₃	12,50	12,78	12,93	13,07	13,07	13,07	10,00	12,50
B₂O₃	1,91	1,95	1,98	2,00	2,00	2,00	1,99	2,00
Li₂O	7,91	7,95	7,96	7,98	6,98	5,00	6,13	6,00
Na₂O	4,43	2,43	1,42	0,41	1,41	3,40	3,97	0,50
MgO	2,97	2,98	2,99	3,00	3,00	3,00	2,94	2,10
ZnO	0,00	0,89	1,34	1,80	1,80	1,80	0,00	0,00
CaO	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,05	4,90
SnO₂	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10
Li₂O/R₂O	0,64	0,77	0,85	0,95	0,83	0,60	0,61	0,92
R₂O-Al₂O₃	-0,16	-2,41	-3,54	-4,68	-4,68	-4,67	0,10	-6,00
R_xO-Al₂O₃	2,81	1,47	0,79	0,12	0,12	0,13	3,09	1,00
R₂O/Al₂O₃	0,99	0,81	0,73	0,64	0,64	0,64	1,01	0,52
MgO/RO	1,00	0,77	0,69	0,63	0,63	0,63	1,00	1,00
R₂O	12,34	10,38	9,39	8,39	8,39	8,40	10,10	6,50
RO	2,97	3,88	4,34	4,79	4,79	4,79	2,99	7,00
Na₂O + Al₂O₃	16,93	15,21	14,35	13,48	14,48	16,47

Tabelle 1B. Ausgewählte physikalische Eigenschaften der Beispiele G bis L.

	Bsp. G	Bsp. H	Bsp. I	Bsp. J	Bsp. K	Bsp. L
Dehnungspkt. (°C)	553	592	604	617	613	615
Glühpunkt (°C)	602	642	654	667	666	668
Erweichungspkt. (°C)				919	921	929
Fulcher A	-3,277	-2,717	-2,47	-3,039	-3,216	-3,212
Fulcher B	9103,3	7328,4	6642	7326,7	8338,1	8522,4
Fulcher T₀	7,1	193,8	260	176,7	147	136,1
T^{200 kP} (°C)	1640	1654	1652	1642
Liquidus-Temperatur (°C)	1175	1235	1240	1265	1280	1290
Liquidus-Phase	Spodumen	Spodumen	Spodumen	Spodumen	Gahnit	Gahnit
LiquidusViskosität (P)	33000	21000	20000	14000	13900	14500
Niedertemperatur-CTE 25-300°C (ppm/°C)		4,6
Dichte (g/cm³)		2,386
Spannungsoptischer Koeffizient (nm/cm/MPa)	30,47	30,9	30,75	30,83	31,07	31,44
Brechungsindex bei 589 nm	1,5073	1,5087	1,51	1,5112	1,51	1,5076
Elastizitätsmodul (GPa)	80,39	81,4	82,19	82,05	82,6	81,63
Schermodul (GPa)	33,16	33,8	33,85	33,78	34,13	33,58
Poisson-Verhältnis	0,211	0,205	0,213	0,215	0,209	0,214
Spezifischer Modul (GPa/g/cc)		34,1
K_1C (MPa·m^1/2)*		0,75
Vickershärte (HVN)*		605
* gibt an, dass die Eigenschaft des Glassubstrats vor der Verstärkung gemessen wurde.

Tabelle 1C zeigt die Eigenschaften von Beispiel H nach Ionenaustausch in einem Salzschmelzebad mit 80% KNO₃ und 20% NaNO₃ und einer Temperatur von 430°C für 16 Stunden.

Tabelle 1C: Eigenschaften von Beispiel H nach Ionenaustausch in einem Salzschmelzebad mit 80% KNO₃ und 20% NaNO₃ bei einer Temperatur von 430°C für 16 Stunden.

	Bsp. H
Max. CT (MPa)	75
Knoop-Kratzschwelle *	im Bereich von größer als etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 6
Vickershärte (HVN)	635
Vickers-IFT (kgf)	im Bereich von größer als etwa 10 bis weniger als oder gleich etwa 15
* gibt an, dass die Eigenschaft des Glassubstrats vor der Verstärkung gemessen wurde.

Wenn der Artikel auf Glasbasis eine Glaskeramik aufweist, können die Kristallphasen β-Spodumen, Rutil, Gahnit oder andere bekannte Kristallphasen und Kombinationen davon aufweisen.
Der Artikel auf Glasbasis kann im Wesentlichen flach sein, obwohl andere Ausführungsformen ein gekrümmtes oder anders geformtes oder ausgebildetes Substrat verwenden können. In einigen Fällen kann der Artikel auf Glasbasis eine 3D- oder 2,5D-Form haben. Der Artikel auf Glasbasis kann im Wesentlichen optisch klar, transparent und frei von Lichtstreuung sein. Der Artikel auf Glasbasis kann einen Brechungsindex im Bereich von etwa 1,45 bis etwa 1,55 aufweisen. Wie hier verwendet, beziehen sich die Brechungsindexwerte auf eine Wellenlänge von 550 nm.
Zusätzlich oder alternativ kann die Dicke des Artikels auf Glasbasis entlang einer oder mehrerer Abmessungen konstant sein oder kann aus ästhetischen und/oder funktionalen Gründen entlang einer oder mehrerer seiner Abmessungen variieren. Zum Beispiel können die Kanten des Artikels auf Glasbasis im Vergleich zu zentraleren Bereichen des Artikels auf Glasbasis dicker sein. Die Längen-, Breiten- und Dickenabmessungen des Artikels auf Glasbasis können ebenfalls je nach Anwendung oder Verwendung des Artikels variieren.
Der Artikel auf Glasbasis kann durch die Art und Weise gekennzeichnet sein, in der er gebildet wird. Zum Beispiel kann der Artikel auf Glasbasis als float-formbar (d. h. durch ein Float-Verfahren geformt), herabziehbar und insbesondere schmelz- oder schlitzziehbar (d. h. durch ein Down-Draw-Verfahren wie ein Schmelzziehverfahren oder ein Schlitzziehverfahren gebildet) gekennzeichnet werden.
Ein float-formbarer Artikel auf Glasbasis kann durch glatte Oberflächen gekennzeichnet sein und eine gleichförmige Dicke wird durch Schwimmen von geschmolzenem Glas auf einem Bett aus geschmolzenem Metall, typischerweise Zinn, hergestellt. In einem beispielhaften Verfahren bildet geschmolzenes Glas, das der Oberfläche des geschmolzenen Zinnbettes zugeführt wird, ein schwimmendes Glasband. Wenn das Glasband entlang des Zinnbads fließt, wird die Temperatur allmählich verringert, bis das Glasband zu einem festen Artikel auf Glasbasis erstarrt, der von dem Zinn auf Walzen abgehoben werden kann. Nach dem Bad kann der Artikel auf Glasbasis weiter abgekühlt und geglüht werden, um die inneren Spannungen zu reduzieren. Wenn der Artikel auf Glasbasis eine Glaskeramik ist, kann der Artikel auf Glasbasis, der aus dem Float-Verfahren gebildet ist, einem Ceramming-Verfahren unterzogen werden, durch das eine oder mehrere kristalline Phasen erzeugt werden.
Down-Draw-Verfahren erzeugen Artikel auf Glasbasis mit einer gleichmäßigen Dicke, die relativ makellose Oberflächen besitzen. Da die durchschnittliche Biegefestigkeit des Artikels auf Glasbasis durch die Menge und Größe der Oberflächenmängel gesteuert wird, hat eine makellose Oberfläche, die einen minimalen Kontakt hatte, eine höhere Anfangsfestigkeit. Wenn dieser hochfeste Artikel auf Glasbasis dann weiter verstärkt wird (z. B. chemisch), kann die resultierende Festigkeit höher sein als die eines Artikels auf Glasbasis mit einer Oberfläche, die geläppt und poliert wurde. Down-Draw-Artikel auf Glasbasis können auf eine Dicke von weniger als etwa 2 mm gezogen werden. Down-Draw-Artikel auf Glasbasis haben außerdem eine sehr flache, glatte Oberfläche, die in ihrer Endanwendung ohne kostspieliges Schleifen und Polieren verwendet werden kann. Wenn der Artikel auf Glasbasis eine Glaskeramik ist, kann der Artikel auf Glasbasis, der aus dem Down-Draw-Verfahren gebildet wird, einem Ceramming-Verfahren unterzogen werden, durch das eine oder mehrere kristalline Phasen erzeugt werden.
Der Schmelzziehverfahren verwendet beispielsweise einen Ziehbehälter, der einen Kanal zur Aufnahme von geschmolzenem Glasrohmaterial aufweist. Der Kanal weist Überläufe auf, die auf beiden Seiten des Kanals oben entlang der Länge des Kanals offen sind. Wenn sich der Kanal mit geschmolzenem Material füllt, läuft das geschmolzene Glas über die Überläufe. Aufgrund der Schwerkraft fließt das geschmolzene Glas als zwei fließende Glasfilme an den Außenflächen des Ziehbehälters nach unten. Diese Außenflächen des Ziehbehälters erstrecken sich nach unten und nach innen, so dass sie sich an einer Kante unterhalb des Ziehbehälters treffen. Die zwei fließenden Glasfilme verbinden sich an dieser Kante, um zu einem einzigen fließenden Artikel auf Glasbasis zu verschmelzen und diesen zu bilden. Das Schmelzziehverfahren bietet den Vorteil, dass, weil die zwei Glasfilme, die über den Kanal fließen, miteinander verschmelzen, keine der Außenflächen des resultierenden Artikels auf Glasbasis mit irgendeinem Teil der Vorrichtung in Kontakt treten. Dementsprechend werden die Oberflächeneigenschaften des schmelzgezogenen Artikels auf Glasbasis durch einen solchen Kontakt nicht beeinträchtigt. Wenn der Artikel auf Glasbasis eine Glaskeramik ist, kann der Artikel auf Glasbasis aus dem Schmelzprozess einem Ceramming-Verfahren unterzogen werden, durch das eine oder mehrere kristalline Phasen erzeugt werden.
Das Schlitzziehverfahren unterscheidet sich vom Schmelzziehverfahren. Beim Schlitzziehverfahren wird das geschmolzene Rohmaterialglas einem Ziehbehälter zugeführt. Der Boden des Ziehbehälters hat einen offenen Schlitz mit einer Düse, die sich über die Länge des Schlitzes erstreckt. Das geschmolzene Glas fließt durch den Schlitz/die Düse und wird als durchgehender Artikel auf Glasbasis nach unten in einen Glühbereich gezogen. Wenn der Artikel auf Glasbasis eine Glaskeramik ist, kann der Artikel auf Glasbasis, der aus dem Schlitzziehverfahren gebildet wird, einem Ceramming-Verfahren unterzogen werden, durch das eine oder mehrere kristalline Phasen erzeugt werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Artikel auf Glasbasis unter Verwendung eines Dünnwalzverfahrens gebildet werden, wie in dem US-Patent Nr. 8 713 972 mit der Bezeichnung „Precision Glass Roll Forming Process and Apparatus“, dem US-Patent Nr. 9 003 835 mit der Bezeichnung „Precision Roll Forming of Textured Sheet Glass“ und der US-Patentveröffentlichung Nr. 20150027169 mit der Bezeichnung „Methods And Apparatus For Forming A Glass Ribbon“ und der US-Patentveröffentlichung Nr. 20050099618 mit der Bezeichnung „Apparatus and Method for Forming Thin Glass Articles“ beschrieben, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme darauf in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Insbesondere kann der Artikel auf Glasbasis durch Zufuhr eines vertikalen Stroms aus geschmolzenem Glas gebildet werden, wobei der zugeführte Strom aus geschmolzenem Glas oder Glaskeramik mit einem Paar Formwalzen gebildet wird, das auf einer Oberflächentemperatur von etwa 500°C oder höher oder etwa 600°C oder höher gehalten wird, um ein geformtes Glasband mit einer geformten Dicke zu bilden, wobei das geformte Glasband mit einem Paar Bemessungswalzen bemessen wird, das eine Oberflächentemperatur von etwa 400 °C oder weniger aufweist, um ein bemessenes Glasband mit einer gewünschten Dicke von weniger als der gebildeten Dicke und einer gewünschten Dickengleichförmigkeit zuerzeugen. Die Vorrichtung, die zum Bilden des Glasbands verwendet wird, kann eine Glaszufuhrvorrichtung zum Zuführen eines zugeführten Stroms aus geschmolzenem Glas; ein Paar aus Formwalzen, das auf einer Oberflächentemperatur von 500°C oder höher gehalten wird, aufweisen, wobei die Formwalzen eng voneinander benachbart beabstandet sind und einen Glasbildungsspalt zwischen den Formwalzen definieren, wobei der Glasbildungsspalt, senkrecht unterhalb der Glaszufuhrvorrichtung zum Aufnehmen des zugeführten Stroms aus geschmolzenem Glas und zum Ausdünnen des zugeführten Stroms aus geschmolzenem Glas zwischen den Formwalzen angeordnet ist, um ein geformtes Glasband mit einer geformten Dicke zu bilden; und ein Paar von Bemessungswalzen, das auf einer Oberflächentemperatur von etwa 400°C oder weniger gehalten wird, wobei die Bemessungswalzen eng voneinander benachbart beabstandet sind und einen Glasbemessungsspalt zwischen den Bemessungswalzen definieren, wobei der Glasbemessungsspalt senkrecht unterhalb der Formwalzen zum Aufnehmen des geformten Glasbands und Ausdünnen des geformten Glasbandes zum Erzeugen eines bemessenen Glasbandes, das eine gewünschte Dicke und eine gewünschte Dickengleichförmigkeit aufweist, angeordnet ist.
In einigen Fällen kann das Dünnwalzverfahren benutzt werden, wenn die Viskosität des Glases die Verwendung von Schmelz- oder Schlitzziehverfahren nicht zulässt. Zum Beispiel kann Dünnwalzen benutzt werden, um die Artikel auf Glasbasis zu bilden, wenn das Glas eine Liquidusviskosität von weniger als 100 kP aufweist.
Der Artikel auf Glasbasis kann säurepoliert oder auf andere Weise behandelt werden, um die Auswirkung von Oberflächenmängeln zu beseitigen oder zu verringern. Ein anderer Aspekt dieser Offenbarung betrifft Vorrichtungen, welche die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis aufweisen. Zum Beispiel können die Vorrichtungen eine beliebige Vorrichtung aufweisen, die ein Display aufweist oder verstärktes dünnes Glas erfordert. In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Vorrichtungen elektronische Geräte, die mobile Geräte wie Mobiltelefone, Laptops, Tablets, MP3-Player, Navigationsgeräte und dergleichen oder stationäre Geräte wie Computer, elektronische Anzeigen in Fahrzeuginformations-/Unterhaltungssystemen, Werbetafeln, POS-Systemen, Navigationssystemen und dergleichen einschließen können. In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Artikel auf Glasbasis in architektonische Artikel (Wände, Befestigungen, Paneele, Fenster usw.), Transportartikel (z. B. Verglasung oder Innenflächen in Automobilanwendungen, Zügen, Flugzeugen, Wasserfahrzeugen usw.), Haushaltsgeräte (z. B. Waschmaschinen, Trockner, Geschirrspülmaschinen, Kühlschränke und dergleichen) oder beliebige Artikel, die eine gewisse Bruchfestigkeit erfordern, eingebaut sein. Wie in 39 gezeigt, kann ein elektronisches Gerät 1000 einen Artikel 100 auf Glasbasis gemäß einer oder mehreren hier beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Die Vorrichtung 100 weist ein Gehäuse 1020 mit einer Vorderseite 1040, einer Rückseite 1060 und Seitenflächen 1080; elektrische Komponenten (nicht gezeigt), die sich zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses oder vollständig innerhalb des Gehäuses befinden und zumindest eine Steuerung, einen Speicher und ein Display 1120 an oder benachbart der vorderen Oberfläche des Gehäuses aufweisen, auf. Der Artikel 100 auf Glasbasis ist als eine Abdeckung gezeigt, die an oder über der vorderen Oberfläche des Gehäuses derart angeordnet ist, dass sie sich über dem Display 1120 befindet. In einigen Ausführungsformen kann der Artikel auf Glasbasis als eine hintere Abdeckung verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Bilden eines bruchfesten Artikels auf Glasbasis. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines Substrats auf Glasbasis mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die eine Dicke von etwa 3 Millimeter oder weniger, zum Beispiel 1 Millimeter oder weniger, definieren und ein Spannungsprofil in dem Substrat auf Glasbasis erzeugen, das wie hierin beschrieben ist, um den bruchfesten Artikel auf Glasbasis bereitzustellen. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des Spannungsprofils das Ionenaustauschen einer Vielzahl von Alkaliionen in das Substrat auf Glasbasis, um eine Alkalimetalloxidkonzentration ungleich null zu bilden, die entlang eines wesentlichen Teils der Dicke (wie hierin beschrieben) oder entlang der gesamten Dicke variiert. In einem Beispiel umfasst das Erzeugen des Spannungsprofils das Eintauchen des Substrats auf Glasbasis in ein Salzschmelzebad, das Nitrate von Na+, K+, Rb+, Cs+ oder eine Kombination davon mit einer Temperatur von etwa 350°C oder mehr (z. B. etwa 350°C bis etwa 500°C) aufweist. In einem Beispiel kann das Schmelzbad NaNO₃, KNO₃ oder eine Kombination davon aufweisen und kann eine Temperatur von etwa 485°C oder weniger haben. In einem anderen Beispiel kann das Bad eine Mischung aus NaNO₃ und KNO₃ aufweisen und eine Temperatur von etwa 460°C haben. Das Substrat auf Glasbasis kann für etwa 2 Stunden oder mehr bis zu etwa 48 Stunden in das Bad eingetaucht werden (z. B. von etwa 2 Stunden bis etwa 10 Stunden, von etwa 2 Stunden bis etwa 8 Stunden, von etwa 2 Stunden bis etwa 6 Stunden, von etwa 3 Stunden bis etwa 10 Stunden oder von etwa 3,5 Stunden bis etwa 10 Stunden).
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren das chemische Verstärken oder Ionenaustauschen des Substrats auf Glasbasis in einem einzelnen Bad oder in mehr als einem Schritt unter Verwendung aufeinanderfolgender Eintauchschritte in mehr als ein Bad beinhalten. Zum Beispiel können zwei oder mehr Bäder nacheinander verwendet werden. Die Zusammensetzung des einen oder der mehreren Bäder kann ein einzelnes Metall (z. B. Ag +, Na +, K +, Rb + oder Cs +) oder eine Kombination von Metallen im gleichen Bad einschließen. Wenn mehr als ein Bad verwendet wird, können die Bäder dieselbe oder eine unterschiedliche Zusammensetzung und/oder Temperatur aufweisen. Die Eintauchzeiten in jedes solche Bad können gleich sein oder variieren, um das gewünschte Spannungsprofil bereitzustellen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Verfahrens können ein zweites Bad oder nachfolgende Bäder benutzt werden, um eine größere Oberflächen-CS zu erzeugen. In einigen Fällen schließt das Verfahren das Eintauchen des Substrats auf Glasbasis in das zweite oder die nachfolgenden Bäder ein, um eine größere Oberflächen-CS zu erzeugen, ohne die chemische Tiefe der Schicht und/oder die DOC wesentlich zu beeinflussen. In solchen Ausführungsformen kann das zweite oder nachfolgende Bad ein einzelnes Metall (z. B. KNO₃ oder NaNO₃) oder eine Mischung von Metallen (KNO₃ und NaNO₃) aufweisen. Die Temperatur des zweiten oder nachfolgenden Bades kann angepasst werden, um die größere Oberflächen-CS zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann die Eintauchzeit des Substrats auf Glasbasis in dem zweiten oder nachfolgenden Bad auch angepasst werden, um eine größere Oberflächen-CS zu erzeugen, ohne die chemische Tiefe der Schicht und/oder die DOC zu beeinflussen. Beispielsweise kann die Eintauchzeit in dem zweiten oder den nachfolgenden Bädern weniger als 10 Stunden betragen (z. B. etwa 8 Stunden oder weniger, etwa 5 Stunden oder weniger, etwa 4 Stunden oder weniger, etwa 2 Stunden oder weniger, etwa 1 Stunde oder weniger, etwa 30 Minuten oder weniger, etwa 15 Minuten oder weniger oder etwa 10 Minuten oder weniger).
In einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen kann das Verfahren einen oder mehrere Wärmebehandlungsschritte einschließen, die in Kombination mit den hierin beschriebenen Ionenaustauschverfahren verwendet werden können. Die Wärmebehandlung schließt die Wärmebehandlung des Artikels auf Glasbasis ein, um ein gewünschtes Spannungsprofil zu erhalten. In einigen Ausführungsformen schließt die Wärmebehandlung ein Glühen, Tempern oder Erwärmen des Substrats auf Glasbasis auf eine Temperatur im Bereich von etwa 300°C bis etwa 600°C ein. Die Wärmebehandlung kann 1 Minute bis etwa 18 Stunden dauern. In einigen Ausführungsformen kann die Wärmebehandlung nach einem oder mehreren Ionenaustauschverfahren oder zwischen Ionenaustauschverfahren verwendet werden.
Beispiele
Verschiedene Ausführungsformen werden durch die folgenden Beispiele weiter verdeutlicht. In den Beispielen werden die Beispiele vor dem Verstärken als „Substrate“ bezeichnet. Nach der Verstärkung werden die Beispiele als „Artikel“ oder „Artikel auf Glasbasis“ bezeichnet.
BEISPIEL 1

Es wurden Glaskeramiksubstrate mit einer nominalen Zusammensetzung wie unten in Tabelle 2 gezeigt bereitgestellt. Die Glaskeramiksubstrate hatten eine Dicke von 0,8 Millimetern und wiesen eine Kristallphasenanordnung, umfassend eine feste β-Spodumenlösung als vorherrschende kristalline Phase und eine oder mehrere Nebenphasen einschließlich Rutil, auf. Die Glaskeramiksubstrate wurden in ein Salzschmelzebad aufweisend NaNO₃ mit einer Temperatur von 485°C für 10 Stunden (Bedingung A), 13 Stunden (Bedingung B) oder 24 Stunden (Bedingung C) eingetaucht oder in ein Salzschmelzebad aufweisend NaNO₃ mit einer Temperatur von 430°C für 2 Stunden (Vergleichsbedingung D) zum Bilden von Glaskeramikartikeln eingetaucht. Tabelle 2: Zusammensetzung des Glaskeramiksubstrats aus Beispiel 1 vor der chemischen Verstärkung.

Beispiel =►	1
Oxid [Mol%]	1
SiO₂	69,2
Al₂O₃	12,6
B₂O₃	1,8
Li₂O	7,7
Na₂O	0,4
MgO	2,9
ZnO	1,7
TiO₂	3,5
SnO₂	0,1
$\frac{{Li}_{2} O + {Na}_{2} O + MgO + ZnO + K_{2} O}{{Al}_{2} O_{3} + B_{2} O_{3}}$	$\frac{12.7}{14.4} = 0,88$
$\frac{[{TiO}_{2} + {SnO}_{2}]}{[{SiO}_{2} + B_{2} O_{3}]}$	$\frac{3.6}{71} = 0,051$

Die chemischen Profile der Glaskeramikartikel wurden mittels einer Mikrosonde gemessen und sind in 9 gezeigt. Die Spannung ist wie in Gleichung (4) proportional zur Konzentration: $Sigma (z) = BE / 1 - n (Cavg - C (z))$
In Gleichung (4) ist B der Gitterdilatationskoeffizient, E ist der Elastizitätsmodul, n ist das Poisson-Verhältnis und Cavg liegt im Integral der Konzentration der Probe. Wie in 9 gezeigt, werden die Na + -Ionen durch fast die gesamte Dicke der Artikel ionenausgetauscht, wenn ein Bad mit höherer Temperatur verwendet wird (d. h. Bedingungen A bis C). In solchen Glaskeramiken ist Na₂O im CT-Bereich in einer Menge von etwa 1,2 Mol-% oder mehr vorhanden. Der Glaskeramikartikel, der in einem Bad mit niedrigerer Temperatur (Vergleichsbedingung D) ionenausgetauscht wurde, zeigte ein Spannungsprofil, das bekannte Spannungsprofile widerspiegelt.
BEISPIEL 2
Glassubstrate mit der gleichen Zusammensetzung wie in Tabelle 2 und einer Dicke von 0,8 mm, jedoch mit einer amorphen Struktur (und ohne kristalline Phasen) wurden durch Eintauchen in ein Salzschmelzebad aufweisend 100% NaNO₃ mit einer Temperatur von etwa 430°C für verschiedene Zeitspannen zum Bereitstellen von Glasartikeln chemisch verstärkt. Die DOC und der maximale CT-Wert der Glasartikel wurden unter Verwendung von SCALP gemessen. Wie in 10 dargestellt, sind die DOC- und maximale CT-Zunahme von der Länge des Eintauchens oder des Ionenaustauschs abhängig. Die größten CT-Werte wurden nach etwa 16 Stunden Eintauchen der Gläser beobachtet.
Die Spannungsprofile der Glasartikel aus Beispiel 2 wurden unter Verwendung von SCALP gemessen und sind in 11 gezeigt. Der obere Abschnitt der y-Achse, der einen positiven Spannungswert angibt, ist die CT-Schicht, und der untere Abschnitt der y-Achse, der einen negativen Spannungswert angibt, ist die CS-Werte. Das Spannungsprofil des Glasartikels, der 16 Stunden lang chemisch verstärkt wurde, zeigte den größten CT-Wert (d. h. 175 MPa) und eine parabelähnliche Form, die im Wesentlichen keine flachen Abschnitte in Tiefenrichtung von 100 Mikrometern aufwies. Die durch SCALP gemessene Oberflächen-CS betrug etwa 410 MPa. Dementsprechend beträgt das Verhältnis der maximalen CT zu dem absoluten Wert der Oberflächen-CS von Beispiel 2 etwa 0,4375. In 11 werden positive Zahlen für die Druckspannung verwendet, und negative Zahlen zeigen die Zugspannung an. Dasselbe gilt für 1 bis 3 und auch 33 (die Druckspannung wird als positive Werte auf der y-Achse angegeben, und die Zugspannung wird durch negative Werte auf der y-Achse angegeben). In den übrigen Figuren sind jedoch die Druckspannung als negative Werte auf der y-Achse und die Zugspannung als positive Werte auf der y-Achse angegeben.
BEISPIEL 3
Zum Vergleich wurden das Glaskeramiksubstrat aus Beispiel 1 und das Glassubstrat aus Beispiel 2, die jeweils eine Dicke von etwa 0,8 mm aufwiesen, einer chemischen Verstärkung unterzogen, indem sie in ein Salzschmelzebad aus NaNO₃ mit einer Temperatur von 350°C für 3,5 Stunden (Beispiel 3A bzw. 3B) eingetaucht wurden. Die resultierenden Spannungsprofile (wie durch das chemische Profil, das mittels der Mikrosonde unter Verwendung von Gleichung 4 gemessen wurde, angenähert) des Glaskeramikartikels und des Glasartikels aus 12 spiegeln eine Fehlerfunktion (erfc) oder eine quasi-lineare Form wider. Darüber hinaus ist die CS-Tiefe der Schicht geringer als die Tiefe der in das Glas oder die Glaskeramik ausgetauschten Alkaliionen (oder die chemische Ionenaustauschtiefe).
Wenn das Glaskeramiksubstrat aus Beispiel 1 und das Glassubstrat aus Beispiel 2, die jeweils eine Dicke von etwa 0,8 mm aufwiesen, der hier beschriebenen chemischen Verstärkung unterzogen wurden, indem sie in ein Salzschmelzebad von NaNO₃ mit einer Temperatur von 430°C für 24 Stunden (Beispiele 3C bzw. 3D) eingetaucht wurden, zeigten die resultierenden Artikel auf Glasbasis die in 13 gezeigten Metalloxid-Konzentrationsprofile (erhalten durch EPMA). Die Metalloxid-Konzentrationsprofile sind parabelartig und zeigen einen Ionenaustausch von Na + -Ionen über die gesamte Dicke. Die chemischen Profile wurden unter Verwendung von EMPA gemessen und die chemische Tiefe der Na₂O-Diffusion wird als gleich oder größer als 400 Mikrometer gezeigt. Darüber hinaus ist Na₂O in der gesamten Dicke einschließlich der CT-Schicht in einer Konzentration von etwa 1 Mol-% oder mehr vorhanden. Die resultierenden Glaskeramikartikel des Beispiels 3D zeigten eine überlegene Bruchfestigkeit in einem Falltest, bei dem die Glaskeramiksubstrate in ein identisches Mobiltelefongehäuse nachgerüstet wurden. Insbesondere wurden fünf Proben von Beispiel 3D in einem Mobiltelefongerät zusammengebaut und in aufeinander folgenden Fällen beginnend einer Höhe von 50 cm auf Sandpapier fallen gelassen. Da jede Probe den Fall aus einer Höhe überlebte, wurden sie erneut aus einer höheren Höhe fallen gelassen, bis ein Bruch erfolgte, wobei zu diesem Zeitpunkt die Versagenshöhe dieser Probe in 13A aufgezeichnet wurde. Beispiel 3D zeigte eine durchschnittliche Versagenshöhe von 172,5 cm.
14 zeigt Spannungsprofile eines Substrats auf Glasbasis, das nach bekannten Verfahren chemisch verstärkt wurde, und eines Substrats auf Glasbasis, das gemäß den hierin beschriebenen Verfahren chemisch verstärkt wurde. Wie in 14 gezeigt, hat das Spannungsprofil der Artikel auf Glasbasis der hier beschriebenen Ausführungsformen eine Form, die im Wesentlichen frei von flachen Segmenten ist (mit einer Länge oder absoluten Tiefe von mehr als etwa 50 Mikrometern) und eine DOC von etwa 0,2•t zeigt, während das bekannte Spannungsprofil einen im Wesentlichen linearen und/oder flachen Teil aus einer Tiefe von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 0,7 Millimeter (für eine Gesamtlänge von etwa 0,6 Millimeter oder 600 Mikrometern) zeigt. Das bekannte Spannungsprofil zeigt auch einen niedrigeren CT-Wert und eine niedrigere DOC.
BEISPIEL 4
Glassubstrate (jeweils mit einer Dicke von etwa 1 mm) mit der Zusammensetzung aus Tabelle 2 wurden einer chemischen Verstärkung unterzogen, indem sie in ein erstes Salzschmelzebad von NaNO₃ mit einer Temperatur von 430°C für 24 Stunden eingetaucht wurden. Ein Artikel auf Glasbasis wurde keinen zusätzlichen Verstärkungsschritten unterzogen (Beispiel 4A). Drei Artikel auf Glasbasis wurden einem zweiten Verstärkungsschritt durch Eintauchen in ein zweites Salzschmelzebad aus KNO₃ mit einer Temperatur von etwa 430°C für entweder 0,75 Stunden, 4 Stunden oder 8 Stunden (Beispiele 4B, 4C bzw. 4D) unterzogen. Die durch SCALP gemessenen Spannungsprofile der resultierenden Artikel auf Glasbasis sind in 15 gezeigt, wobei die Tiefe oder Dicke der Artikel auf Glasbasis auf der x-Achse und die Spannung auf der y-Achse aufgetragen sind. Die positiven Spannungswerte sind die CT-Werte und die negativen Spannungswerte sind die CS-Werte. Die räumliche Auflösung des Instruments verhindert die Messung der CS, die mit dem zweiten KNO₃-Ionenaustauschschritt verbunden ist. Die Artikel auf Glasbasis der Beispiele 4A und 4B zeigten ähnliche Profile. Die Artikel auf Glasbasis der Beispiele 4C und 4D zeigten eine abnehmende CT (verglichen mit den Beispielen 4A und 4B) und eine abnehmende CS (verglichen mit den Beispielen 4A und 4B) über die Zeit und nach dem Eintauchen im zweiten Verstärkungsschritt. Die Artikel auf Glasbasis der Beispiele 4C und 4D zeigten im Vergleich zu den Beispielen 4A und 4B auch eine erhöhte DOC, und solche DOC-Werte waren größer als 0,2•t.
16 zeigt die gespeicherte Zugenergie in J/m² für jedes der Beispiele 4B bis 4D, die größer als 15 J/m² abhängig von der Eintauchdauer in das zweite Salzschmelzebad aus KNO₃ ist. Die gespeicherte Zugenergie kann aus den gemessenen SCALP-Spannungsprofildaten und unter Verwendung der obigen Gleichung (2) berechnet werden.
17 und 18 zeigen die Konzentrationsprofile eines jeden von K₂O und Na₂O in Abhängigkeit von der Tiefe (in Mikrometern) jedes der Beispiele 4B bis 4D. Wie in 17 gezeigt, beträgt die chemische Tiefe von K₂O 3 Mikrometer (Bsp. 4B, Eintauchen für 0,75 Stunden in einem KNO₃-Bad), 6 Mikrometer (Bsp. 4C, Eintauchen für 4 Stunden in ein KNO₃-Bad) und 5 Mikrometer (Bsp. 4D, Eintauchen für 8 Stunden in ein KNO₃-Bad). Wie in 18 gezeigt durchdringt Na₂O die gesamte Tiefe und hat für jedes der Beispiele 4B bis 4D entlang der gesamten Tiefe des Artikels auf Glasbasis eine Konzentration von etwa 1 Mol-% oder mehr.
Die Beispiele 4E und 4F schlossen Glassubstrate (jeweils mit einer Dicke von etwa 1 mm) mit der Zusammensetzung aus Tabelle 2 ein, die durch Eintauchen in ein erstes Salzschmelzebad aus NaNO₃ mit einer Temperatur von 430°C für 24 Stunden gefolgt von einer Wärmebehandlung auf eine Temperatur bei 430°C in Luft für 4 Stunden bzw. 8,25 Stunden chemisch verstärkt wurden. Die Spannungsprofile der Artikel auf Glasbasis der Beispiele 4E, 4F sind in 19 gezeigt, wobei die Spannungsprofile für die Beispiele 4A, 4C und 4D zum Vergleich gezeigt sind. 20 zeigt das gleiche Diagramm wie 19 in einem kleineren Maßstab, um die Unterschiede in den Spannungsprofilen bei oder nahe einer Tiefe von 0,5 • t zu veranschaulichen.
BEISPIEL 5

Glassubstrate (jeweils mit einer Dicke von etwa 1 mm) mit der Zusammensetzung aus Tabelle 2 wurden einer chemischen Verstärkung unterzogen, indem sie in ein erstes Salzschmelzebad von NaNO₃ mit einer Temperatur von 430°C für 24 Stunden eingetaucht wurde. Ein Artikel auf Glasbasis wurde keinen zusätzlichen Verstärkungsschritten unterzogen (Beispiel 5A). Zwei Artikel auf Glasbasis wurden einem zweiten Verstärkungsschritt unterzogen, indem die Artikel auf Glasbasis bei 390°C in einem Ofen platziert wurden und die Artikel auf Glasbasis etwa 8 Stunden oder 28 Stunden im Ofen gehalten wurden (Beispiele 5B bzw. 5C). Vier Artikel auf Glasbasis wurden einem dritten Verstärkungsschritt (nach dem ersten Verstärkungsschritt und einem der unterschiedlichen zweiten Verstärkungsschritte) durch Eintauchen in ein zweites KNO₃-Salzschmelzebad mit einer Temperatur von 430°C für 4 Stunden oder 8 Stunden unterzogen (Beispiele 5D bis 5G). Die Verstärkungsschritte für jedes der Beispiele 5A bis 5G sind in Tabelle 3 gezeigt. Die gemessenen CT-Werte sind ebenfalls in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3: Verstärkungsschritte für die Beispiele 5A bis 5G.

Schritt	Bsp. 5A	Bsp. 5B	Bsp. 5C	Bsp. 5D	Bsp. 5E	Bsp. 5F	Bsp. 5G
1. Schritt	NaNO₃, 430 °C, 24 Stunden	NaNO₃, 430 °C, 24 Stunden	NaNO₃, 430 °C, 24 Stunden	NaNO₃, 430 °C, 24 Stunden	NaNO₃, 430 °C, 24 Stunden	NaNO₃, 430 °C, 24 Stunden	NaNO₃, 430 °C, 24 Stunden
2. Schritt		Luft, 390°C, 8 Stunden	Luft, 390°C, 28 Stunden	Luft, 390°C, 8 Stunden	Luft, 390°C, 28 Stunden	Luft, 390°C, 8 Stunden	Luft, 390°C, 28 Stunden
3. Schritt				KNO₃, 430°C, 4 Stunden	KNO₃, 430°C, 4 Stunden	KNO₃, 430°C, 8 Stunden	KNO₃, 430°C, 8 Stunden
CT	174 MPa	148 MPa	96 MPa	129 MPa	82 MPa	103 MPa	72 MPa

Die Spannungsprofile der resultierenden Artikel auf Glasbasis sind in 21 gezeigt, wobei die Tiefe oder Dicke der Artikel auf Glasbasis auf der x-Achse und die Spannung auf der y-Achse aufgetragen ist. Die positiven Spannungswerte sind CT-Werte und die negativen Spannungswerte sind die CS-Werte. Wie in 21 gezeigt, nahm mit zunehmender Dauer der zweiten und/oder dritten Wärmebehandlung die DOC zu und die CT ab. Die Abnahme von DOC und CT ist in 22 bzw. 23 deutlicher gezeigt.
Die Artikel auf Glasbasis der Beispiele 5A bis 5G wurden dann einem Stechtest unterzogen, bei dem eine Seite des Artikels auf Glasbasis an das Klebeband geklebt wird und die gegenüberliegende freie Seite mit einem scharfen Werkzeug beaufschlagt und gebrochen wird. Die resultierende Anzahl von Fragmenten kann mit der gespeicherten Zugenergie des Artikels auf Glasbasis in Beziehung gesetzt werden. Die Beispiele 5A, 5B und 5D zeigten zahlreiche Fragmente (d. h. mehr als 50 und sogar 100), während Beispiel 5F 10 Fragmente zeigte, Beispiel 5C 3 Fragmente zeigte und Beispiel 5E und 5G 4 Fragmente zeigten. Die Beispiele 5A, 5B und 5D, die in zahlreiche Fragmente zerbrachen, zeigten eine höhere CT (mehr als etwa 100 MPa) als die Beispiele 5C, 5E, 5F und 5G, die alle CT-Werte von etwa 100 MPa oder weniger aufwiesen.
BEISPIEL 6
Glassubstrate mit einer nominalen Zusammensetzung, wie in Tabelle 2 gezeigt, und jeweils mit einer Dicke von etwa 1 mm, wurden einer chemischen Verstärkung in einem Salzschmelzebad unterzogen, das 100% NaNO₃ und eine Temperatur von 430°C aufwies. Die Dauer, für welche die Glassubstrate in das Salzschmelzebad getaucht wurden, ist in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 4: Dauer der chemischen Verstärkung (oder Ionenaustauschzeiten) für die Beispiele 6A bis 6G.

Bsp. IOX-Zeit (Stunden)

6A 2

6B 4

6C 8

6D 16

6E 24

6F 32,5

6G 48
Die Spannungsprofile der Artikel auf Glasbasis der Beispiele 6A bis 6G sind in 24 gezeigt. Die Spannungsprofile wurden unter Verwendung von SCALP gemessen. Wie in 24 gezeigt, führt das Eintauchen der Glassubstrate in das Salzschmelzebad für 16 Stunden und 24 Stunden zu Artikeln auf Glasbasis, die in absoluten Zahlen die größten Oberflächen-CS-Werte und die größten CT-Werte aufweisen. Ein Diagramm, das die Änderung der CT-Werte und der gespeicherten Zugenergie in Abhängigkeit von der Ionenaustauschzeit zeigt, ist in 25 dargestellt.
BEISPIEL 7
Glassubstrate mit einer nominalen Zusammensetzung wie in Tabelle 2 gezeigt und mit einer Dicke von jeweils etwa 0,8 mm wurden einer chemischen Verstärkung in einem Salzschmelzebad unterzogen, das eine Mischung aus NaNO₃ und NaSO₄ und eine Temperatur von 500°C aufwies, für 15 Minuten (Vergleichsbeispiel 7A) und für 16 Stunden (Beispiel 7B). Das Spannungsprofil der Artikel auf Glasbasis der Beispiele 7A und 7B ist in 26 gezeigt. Wie in 26 dargestellt, zeigte Vergleichsbeispiel 7A ein bekanntes Spannungsprofil, wohingegen Beispiel 7B ein Spannungsprofil gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung zeigte. Die gespeicherte Zugenergie der Artikel auf Glasbasis der Beispiele 7A und 7B wurde auf dieselbe Weise wie in den Beispielen 4B bis 4D berechnet. Die berechnete gespeicherte Zugenergie wird in Abhängigkeit der gemessenen CT (MPa) aufgetragen, wie in 27 dargestellt.
Wie in 27 gezeigt, zeigte das Vergleichsbeispiel 7A viel größere gespeicherte Zugenergiewerte für einen gegebenen CT-Wert als Beispiel 7B (für denselben CT-Wert). In dieser Figur ist CT die maximale CT in der Probe. Bei einer CT von etwa 55 MPa zeigte das Vergleichsbeispiel 7A speziell eine gespeicherte Zugenergie von etwa 12,5 J/m², während Beispiel 7B eine gespeicherte Zugenergie von etwa 9 J/m² zeigte. Vergleichsbeispiel 7A und Beispiel 7B wurden zerbrochen und Beispiel 7B brach in weniger Stücke als Vergleichsbeispiel 7A, das in eine wesentlich größere Anzahl von Stücken zerbrach. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird daher angenommen, dass die Steuerung der gespeicherten Zugenergie einen Weg zur Steuerung oder Vorhersage von Fragmentierungsmustern oder der Anzahl von Fragmenten bereitstellen kann, die aus einem Bruch resultieren. In diesen Beispielen wurde die CT variiert, indem eine Probe über einen längeren Zeitraum im Ionenaustauschbad bei gleicher Badtemperatur und Zusammensetzung gehalten wurde. In 27 war der Punkt 0,0 nicht experimentell, der Durchschnittsfachmann würde jedoch erwarten, dass dies der Fall wäre, d. h. wenn 0 CT vorliegt, 0 gespeicherte Zugenergie vorliegt.
Glassubstrate mit einer nominalen Zusammensetzung wie in Tabelle 2 gezeigt und mit einer Dicke von jeweils etwa 1 mm wurden in einem Salzschmelzebad, aufweisend NaNO₃ und eine Temperatur von 430°C, für 4 Stunden (Vergleichsbeispiel 7C) und für 61,5 Stunden (Beispiel 7D) chemisch verstärkt. Vergleichsbeispiel 7C zeigte ein bekanntes Spannungsprofil, wohingegen Beispiel 7D ein Spannungsprofil gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung zeigte. Die gespeicherte Zugenergie der Beispiele 7C und 7D wurde unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei den Beispielen 4B bis 4D berechnet und in Abhängigkeit von der gemessenen CT (MPa) aufgetragen, wie in 28 gezeigt.
Wie in 28 gezeigt, zeigte das Vergleichsbeispiel 7C viel größere gespeicherte Zugenergiewerte für einen gegebenen CT-Wert (wie in 27 sind dies wieder die maximalen CT-Werte und die Werte wurden unter Verwendung der gleichen Ionenaustauschbadtemperatur und -zusammensetzung, aber mit längeren Zeiträumen, wieder variiert) als Beispiel 7D (für denselben CT-Wert). Vergleichsbeispiel 7C und Beispiel 7D wurden gebrochen und Beispiel 7D brach in weniger Stücke als Vergleichsbeispiel 7C, das in eine wesentlich größere Anzahl von Stücken zerbrach.
BEISPIEL 8

Glassubstrate mit einer nominalen Zusammensetzung von 70,9 Mol-% SiO₂, 12,8 Mol-% Al₂O₃, 1,95 Mol-% B₂O₃, 7,95 Mol-% Li₂O, 2,43 Mol-% Na₂O, 2,98 Mol-% MgO, 0,89 Mol-% ZnO und 0,1 Mol-% SnO₂ und mit einer Dicke von etwa 0,8 mm wurden den Ionenaustauschbedingungen aus Tabelle 5 unterzogen. Verschiedene Eigenschaften von Beispiel 8 werden in Tabelle 6 mit Beispiel 2 verglichen. Tabelle 5: Ionenaustauschbedingungen für Beispiel 8.

Bedingung	Badzusammensetzung	Badtemperatur (°C)	Eintauchzeit
1	100% NaNO₃	430 °C	16 Stunden
2	20% NaNO₃, 80% KNO₃	430 °C	11 Stunden
3	100% NaNO₃	430 °C	24 Stunden
4	20% NaNO₃, 80% KNO₃	430 °C	12,5 Stunden

Tabelle 6: Vergleich der Eigenschaften für Beispiel 8 und Beispiel 2.

Eigenschaft	Einheiten	Bsp. 8	Bsp. 2
Dehnungspunkt	°C	592	615
Glühpunkt	°C	642	663
Elastizitätsmodul	GPa	81,4	83,8
Scherungsmodul	GPa	33,8	34,3
Poisson- Verhältnis		0,211	0,222
CTE (RT-300°C)	ppm/°C	4,58	3,84
Wärmeleitfähigkeit	W/cm*K
SOC	nm/cm/MPa	30,94	32,65
Brechungsindex (bei 550 nm)		1,5087	1,532

Die Spannungsprofile der Artikel auf Glasbasis von Beispiel 8 wurden gemessen und zeigten die hier beschriebenen Formen.
Glassubstrate gemäß Beispiel 2, Vergleichsbeispielen 8A und 8B wurden mit der gleichen Dicke wie Beispiel 8 bereitgestellt. Die Glassubstrate gemäß Beispiel 2 wurden in einem Schmelzebad aus 100% NaNO₃ mit einer Temperatur von 430°C für 33 Stunden ionenausgetauscht. Vergleichsbeispiel 8A wurde in einem Schmelzebad aus 100% NaNO₃ mit einer Temperatur von 390°C für 16 Stunden ionenausgetauscht und zeigte ebenfalls ein bekanntes Fehlerfunktionsspannungsprofil. Die Glassubstrate gemäß Beispiel 8B wiesen eine nominale Zusammensetzung von 57,5 Mol-% SiO₂, 16,5 Mol-% Al₂O₃, 16,7 Mol-% Na₂O, 2,5 Mol-% MgO und 6,5 Mol-% P₂O₅ auf und wurden ionenausgetauscht, um ein bekanntes Fehlerfunktionsspannungsprofil zu zeigen. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Fehlerfunktionsspannungsprofil“ auf ein Spannungsprofil, das 1 widerspiegelt.
Die Artikel auf Glasbasis aus Beispiel 2, Beispiel 8 und den Vergleichsbeispielen 8A und 8B wurden dann auf identischen Mobiltelefongeräten nachgerüstet. Die Telefongeräte wurden aus stufenweisen Höhen ausgehend von 20 Zentimetern auf 30er Sandpapier fallen gelassen. Wenn ein Artikel auf Glasbasis den Fall aus einer Höhe (z. B. 20 cm) überstand, wurde das Mobiltelefon erneut aus einer größeren Höhe (z. B. 30 cm, 40 cm, 50 cm usw.) fallen gelassen. Die Höhe, bei welcher der Artikel auf Glasbasis versagte, ist in 29 dargestellt, die auch die durchschnittliche Versagenshöhe für die Proben der Beispiele 2 und 8 und der Vergleichsbeispiele 8A und 8B zeigt. Wie in 29 gezeigt, zeigten die Beispiele 2 und 8 ein Versagen bei einer wesentlich größeren Fallhöhe als die Vergleichsbeispiele 8A und 8B. Insbesondere zeigten Vergleichsbeispiele 8A und 8B ein Versagen bei Fallhöhen von etwa 38 cm bzw. 55 cm, während die Beispiele 2 und 8 ein Versagen bei Fallhöhen von etwa 147 cm bzw. 132 cm zeigten.
Der gleiche Test wurde mit neuen Proben unter Verwendung des gleichen Mobiltelefongeräts auf 180er Sandpapier wiederholt. Die durchschnittliche Versagenshöhe für Vergleichsbeispiel 8A betrug 204 cm, die durchschnittliche Versagenshöhe für Vergleichsbeispiel 8B betrug 190 cm, die durchschnittliche Versagenshöhe für Beispiel 2 betrug 214 cm und die durchschnittliche Versagenshöhe für Beispiel 8 betrug 214 cm.
Glassubstrate gemäß Vergleichsbeispiel 8C mit einer nominalen Zusammensetzung von 65 Mol-% SiO₂, 5 Mol-% B₂O₃, 14 Mol-% Al₂O₃, 14 Mol-% Na₂O, 2 Mol-% MgO und 0,1 Mol-% SnO₂ und einer Dicke von 0,8 mm wurden ionenausgetauscht, um ein bekanntes Fehlerfunktionsspannungsprofil zu zeigen. Die Artikelproben auf Glasbasis von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 8B (die das oben in diesem Beispiel beschriebene Spannungsprofil zeigen), Vergleichsbeispiel 8C und die Artikel auf Glasbasis aus Beispiel 8, die gemäß Bedingung 4 ionenausgetauscht wurden, wie in Tabelle 5 gezeigt, wurden wie hierin beschrieben einem AROR-Test unterzogen.
Die Beispiele 6 und 8 und das Vergleichsbeispiel 8C wurden unter Verwendung einer Last oder eines Drucks von 25 psi und 45 psi abgerieben, und Beispiel 2 wurde nur unter Verwendung einer Last von 25 psi abgerieben. Die AROR-Daten sind in 30 dargestellt. Wie in 30 gezeigt, zeigten die Beispiele 2 und 8 eine höhere Bruchlast als Vergleichsbeispiel 8B und Vergleichsbeispiel 8C bei der jeweiligen Abrieblast oder -druck.
Artikelproben auf Glasbasis der Beispiele 2 (Ionenaustausch wie oben in diesem Beispiel beschrieben) und 8 (Ionenaustausch gemäß Bedingung 4) wurden einem 4-Punkt-Biegetest unterzogen. Die Ergebnisse sind im Weibull-Verteilungsdiagramm in 31 dargestellt. Wie in 31 gezeigt, zeigte Beispiel 8 eine höhere Spannung oder Last bei Versagen (z. B. mehr als etwa 400 MPa).
Wie oben gezeigt, ermöglichen Artikel auf Glasbasis, die aus Zusammensetzungen mit einem Dehnungspunkt von mehr als 525°C hergestellt sind, Ionenaustauschtemperaturen (oder Ionenaustauschbadtemperaturen) im Bereich von etwa 350°C bis etwa 480°C. In einigen Ausführungsformen ermöglichen Glaszusammensetzungen, die eine einwertige Ionendiffusionsfähigkeit von mehr als etwa 800 Quadratmikrometer/Stunde aufweisen, den Metalloxiden, die in den Artikel auf Glasbasis diffundieren, die gesamte Tiefe oder Dicke des Artikels schnell zu durchdringen, so dass die Spannungsrelaxation minimiert wird. Eine übermäßige Spannungsrelaxation kann die Oberflächendruckspannung des Artikels auf Glasbasis reduzieren.
Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen durchgeführt werden können, ohne von dem Geist oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
BEISPIEL 9
Glassubstrate mit der gleichen Zusammensetzung wie Beispiel 8 und einer Dicke von etwa 0,8 mm wurden dem Ionenaustausch durch Eintauchen in ein Salzschmelzebad aus 100% NaNO₃ mit einer Temperatur von 430°C gemäß den in Tabelle 7 bereitgestellten Bedingungen unterzogen. Die resultierenden Artikel auf Glasbasis zeigten maximale CT-Werte, die in Abhängigkeit von der Ionenaustauschzeit in 32 aufgetragen sind. Tabelle 7: Ionenaustauschbedingungen für die Beispiele 9A bis 9E.

Beispiel Zeit im Bad (Stunden) Maximale CT (MPa)

9A 2 Stunden 105

9B 4 Stunden 145

9C 8 Stunden 144

9D 16,5 Stunden 115

9E 24 Stunden 79
Das Spannungsprofil für Beispiel 9D wurde unter Verwendung einer Messung des gebrochenen Nahfelds (RNF) gemessen, wie im US-Patent Nr. 8 854 623 mit der Bezeichnung „Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample“ beschrieben, das hierin durch Bezugnahme darauf gänzlich aufgenommen ist. 33 zeigt die gemessene Spannung in Abhängigkeit von der Tiefe, die sich von der Oberfläche des Artikels auf Glasbasis von Beispiel 9D in den Artikel auf Glasbasis erstreckt. Die Spannung in bestimmten Tiefen ist in Tabelle 8 dargestellt, einschließlich am „Knie“, d. h. der Tiefe, bei der sich die Steigung der Spannung drastisch ändert. Tabelle 8: Spannung in bestimmten Tiefen von Beispiel 9D.

Tiefe (Mikrometer) Spannung (MPa)

12 („Knie“) 151

50 105

100 66

150 20
BEISPIEL 10
Beispiel 10A wies ein Glassubstrat mit der gleichen Zusammensetzung wie Beispiel 1 und eine Dicke von 0,8 mm auf. Das Glassubstrat wurde in einem einzigen Salzschmelzebad ionenausgetauscht, das 80% KNO₃ und 20% NaNO₃ und eine Temperatur von etwa 430°C aufwies, für 16 Stunden. Der resultierende Artikel auf Glasbasis zeigte das Spannungsprofil aus Tabelle 9. Tabelle 9: Spannungsprofil von Beispiel 10A.

Oberflächendruckspannung 500 MPa

Schichttiefe für Kalium (gemessen mit der FSM-Technik) 12 Mikrometer

Spannung bei Kalium-DOL 151 MPa

Maximale CT 90 MPa

DOC 160 Mikrometer
Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A wurden wie hierin beschrieben einem AROR-Test unterzogen. Ein Satz von Artikeln auf Glasbasis wurde unter Verwendung einer Last oder eines Drucks von 5 psi abgerieben, ein zweiter Satz von Artikeln auf Glasbasis wurde unter Verwendung einer Last oder eines Drucks von 25 psi abgerieben, und ein dritter Satz von Artikeln auf Glasbasis wurde unter Verwendung einer Last oder eines Drucks von 45 psi abgerieben. Die AROR-Daten sind in 34 dargestellt. Wie in 34 gezeigt, zeigten alle Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A eine durchschnittliche Bruchlast von mehr als etwa 25 kgf.
Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A wurden auf identischen Mobiltelefongeräten nachgerüstet. Die Telefongeräte wurden aus inkrementellen Höhen ausgehend von 20 Zentimetern auf 180er Sandpapier fallen gelassen. Wenn ein Artikel auf Glasbasis den Fall aus einer Höhe (z. B. 20 cm) überstand, wurde das Mobiltelefon erneut aus einer größeren Höhe (z. B. 30 cm, 40 cm, 50 cm usw.) bis zu einer Höhe von 225 cm fallen gelassen. Die überlebenden Artikel auf Glasbasis wurden dann auf 30er Sandpapier (in den gleichen Telefongeräten) fallen gelassen. Die Höhe, bei welcher der Artikel auf Glasbasis sowohl bei 180er Sandpapier als auch 30er Sandpapier versagte, ist in 35 dargestellt. Wie in 35 gezeigt, überlebten bis auf drei alle Artikel auf Glasbasis des Beispiels 10A Fälle bis zu Höhen von etwa 225 cm (was eine durchschnittliche Überlebensfallhöhe von etwa 215 cm liefert) auf 180er Sandpapier. Die durchschnittliche Überlebensfallhöhe auf 30er Sandpapier betrug 132 cm.
Die Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A zeigten eine Dielektrizitätskonstante von etwa 5,8 bis etwa 6 über einen Frequenzbereich von etwa 480 MHz bis etwa 3000 MHz Die Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A zeigten einen dielektrischen Verlustfaktor im Bereich von etwa 0,010 bis etwa 0,013 über einen Frequenzbereich von etwa 480 MHz bis etwa 3000 MHz.
Der Brechungsindex der Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A liegt im Bereich von etwa 1,496 bis etwa 1,523 über einen Bereich von etwa 380 nm bis etwa 1550 nm und von etwa 1,496 bis etwa 1,503 über einen Wellenlängenbereich von etwa 380 nm bis etwa 800 nm.

Die Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 10A wurden verschiedenen chemischen Behandlungen unterzogen, wie in Tabelle 10 gezeigt. Die chemische Beständigkeit der Artikel auf Glasbasis wurde mit den Vergleichsbeispielen 10B, 10C und 10D verglichen. Vergleichsbeispiel 10B war ein Glassubstrat mit einer nominalen Zusammensetzung von 64,3 Mol-% SiO₂, 7,02 Mol-% B₂O₃, 14 Mol-% Al₂O₃, 14 Mol-% Na₂O, 0,5 Mol-% K₂O, 0,03 Mol-% Fe₂O₃ und 0,1 Mol-% SnO₂. Vergleichsbeispiel 10C war ein Glassubstrat mit einer nominalen Zusammensetzung von 64,75 Mol-% SiO₂, 5 Mol-% B₂O₃, 14 Mol-% Al₂O₃, 13,75 Mol-% Na₂O, 2,4 Mol-% MgO und 0,08 Mol-% SnO₂. Das Vergleichsbeispiel 10D wies ein Glassubstrat mit einer nominalen Zusammensetzung von 57,5 Mol-% SiO₂, 16,5 Mol-% Al₂O₃, 16,71 Mol-% Na₂O, 2,8 Mol-% MgO, 0,05 Mol-% SnO₂ und 6,5 Mol-% P₂O₅ auf. Tabelle 10: Chemische Beständigkeit von Beispiel 10A und Vergleichsbeispielen 10B, 10C und 10D.

Chemische Behandlung	Gewichtsverlust (mg/cm²)
Chemische Behandlung	Vergleichsbeispiel 10B	Vergleichsbeispiel 10C	Vergleichsbeispiel 10D	Beispiel 10A
5 Gew.-% HCl, 95 °C, 24 Stunden	29,3	6,7	50	5,77
5 Gew.-% NaOH, 95 °C, 6 Stunden	2,8	2,4	5,8	2,68
10% HF, Raumtemperatur, 20 Minuten	20,8	18,1	37,4	24,03
10% Ammoniumbifluorid (ABF), Raumtemperatur, 20 Minuten	2	2,7	3,2	0,98

BEISPIEL 11

Beispiel 11A wies Glassubstrate mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 und einer Dicke von 0,8 mm auf. Vergleichsbeispiel 11B wies Glassubstrate mit der gleichen Zusammensetzung wie Vergleichsbeispiel 10D und einer Dicke von 0,8 mm auf. Die Glassubstrate von Beispiel 11A wurden in einem einzigen Schritt unter Verwendung eines einzelnen Bades chemisch verstärkt, wie in Tabelle 11 beschrieben. Die Glassubstrate des Vergleichsbeispiels 3B wurden in einem zweistufigen Verfahren wie in Tabelle 11 beschrieben ionenausgetauscht. Tabelle 11: Ionenaustauschbedingungen für Beispiel 11A und Vergleichsbeispiel 11B.

		Beispiel 11A	Vergleichsbeispiel 11B
1. Schritt	Salzschmelzebad-Zusammensetzung	20% NaNO₃ /80% KNO₃	49% NaNO₃/51% KNO₃
	Badtemperatur	430 °C	460 °C
	Eintauchzeit	16 Stunden	14 Stunden
2. Schritt	Salzschmelzebad-Zusammensetzung	-	99,5% KNO₃/0,5% NaNO₃
	Badtemperatur	-	390 °C
	Eintauchzeit	-	0,25 Stunden
Eigenschaften des resultierenden Glasartikels	Oberflächen-CS	500 MPa	825 MPa
	Kalium-DOL	12 Mikrometer	10 Mikrometer
	Spannung bei Kalium-DOL	150 MPa	220 MPa
	DOC	160 Mikrometer	100 Mikrometer

Die Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 11A und Vergleichsbeispiel 11B wurden auf identischen Mobiltelefongeräten nachgerüstet. Die Telefongeräte wurden aus inkrementellen Höhen ausgehend von 20 Zentimetern auf 30er Sandpapier fallen gelassen. Die Höhe, bei welcher der Artikel auf Glasbasis auf 30er Sandpapier versagte, ist in 36 dargestellt. Wie in 36 gezeigt, zeigten die Artikel auf Glasbasis von Beispiel 11A eine durchschnittliche Überlebensfallhöhe, die mehr als das Dreifache (d. h. 127 cm) der durchschnittlichen Überlebensfallhöhe von Vergleichsbeispiel 11B (d. h. 38 cm) betrug.
Artikel auf Glasbasis gemäß Beispiel 11A und Vergleichsbeispiel 11B wurden wie hierin beschrieben einem AROR-Test unterzogen, wobei eine Last oder ein Druck von 25 psi verwendet wurde. Die Substrate auf Glasbasis des Beispiels 10A zeigten eine durchschnittliche Bruchlast von etwa 31,3 kgf, während die Substrate auf Glasbasis des Vergleichsbeispiels 10B eine durchschnittliche Bruchlast von etwa 27,4 kgf zeigten, wie in 37 dargestellt. Wenn die Abrieblast oder der Druck auf 45 psi erhöht wurde, stieg der Unterschied der durchschnittlichen Last bis Versagen für Beispiel 10A und Vergleichsbeispiel 10B. Insbesondere zeigte Beispiel 10A unter einer Last oder einem Druck von 45 psi eine durchschnittliche Last bei Versagen von etwa 28,9 kgf, während das Vergleichsbeispiel 10B eine durchschnittliche Last bei Versagen von etwa 19,6 kgf zeigte, wie in 38 dargestellt.
BEISPIEL 12

Die Beispiele 12A und 12B wiesen Glassubstrate mit der nominalen Zusammensetzung wie in Beispiel 1H und eine Dicke von 0,8 mm auf. Die Glassubstrate der Beispiele 12A wurden bei 430°C in einem Bad mit 6,5% Na: 93,5% K 4,5 Stunden lang chemisch verstärkt und führten zu einer CS von etwa 656, einer DOL von etwa 8,1 und einer CS_k (oder Druckspannung am Knie) von etwa 105 bis etwa 130 MPa. Die Substrate der Beispiele 12B wurden bei einer Temperatur von 430°C in einem Bad mit 7% Na: 93% K 4,5 Stunden lang chemisch verstärkt und führten zu einer CS von etwa 640 MPa, einer DOL von etwa 8,2 und einer CS_k von etwa 100 MPa. Die Beispiele 12A und 12B wurden gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren invertierten Kugelfalltests auf Sandpapier (IBoS) unterzogen. Die Tests wurden mit Sandpapier der Körnung 30 und einer 4,2 g Edelstahlkugel mit einem Durchmesser von 10 mm durchgeführt. Tabelle 12: Probendicke, Schichttiefe (DOL), Oberflächendruckspannung (CS), geschätzte durchschnittliche Bruchhöhe und prozentuales Überleben (Überl.) bei verschiedenen Höhen von Proben, die IBoS-Tests unterzogen wurden.

Probe	Dicke (mm)	CS (MPa)	DOL (µm)	Durchschn. Bruchhöhe (cm)	% Überl. bei 75 cm	% Überl. bei 80 cm	% Überl. bei 85 cm	% Überl. bei 90 cm
12A	0,8	656	8,1	88	80	80	80	80
12B	0,8	640	8,2	76	60	60	60	40

Der Probensatz 12A zeigte eine durchschnittliche Bruchhöhe von 88 cm. Darüber hinaus hielten vier von fünf Proben Fallhöhen von jeweils 75 cm, 80 cm, 85 cm, 90 cm und 95 cm stand, was zu einer Überlebensrate von 80% bei jeder dieser Höhen führte. Der Probensatz 12B zeigte eine durchschnittliche Bruchhöhe von 76 cm. Darüber hinaus hielten drei von fünf Proben Fallhöhen von jeweils 75 cm, 80 cm und 85 cm stand, was zu einer Überlebensrate von 60% bei jeder dieser Höhen führte.
Die Probensätze 12A und 12B wurden auch dem Knoop-Kratzschwellentest wie oben beschrieben unterzogen. Die Proben des Satzes 12A hatten eine Knoop-Kratzschwelle von mehr als 7 N und weniger als 14 N. Demgegenüber hatten die Proben des Satzes 12B eine Knoop-Kratzschwelle von mehr als 10 N und weniger als 16 N.
Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen durchgeführt werden können, ohne von dem Geist oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können die verschiedenen Merkmale gemäß den folgenden Ausführungsbeispielen kombiniert werden.

Ausführungsform 1. Artikel auf Glasbasis, umfassend:
- eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die einen Bereich (Quadratzoll) definiert, welcher der ersten Oberfläche gegenüberliegt, und eine Dicke (t) definiert;
- eine Metalloxidkonzentration, die sowohl ungleich null ist als auch in einem Dickenbereich von etwa 0•t bis etwa 0,3•t variiert; und
- einen zentralen Spannungsbereich (CT-Bereich), umfassend eine maximale CT von 71,5/√(t) bis 100/√(t),
- wobei, wenn der Artikel auf Glasbasis gebrochen wird, der Artikel auf Glasbasis in mehr als 2 Fragmente/Zoll² des Artikels auf Glasbasis zerbricht, wobei die Probengröße ein Quadrat von 5,08 cm × 5,08 cm (2 Zoll × 2 Zoll) ist.
Ausführungsform 2. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 1, wobei die Metalloxidkonzentration ungleich null ist und entlang der gesamten Dicke variiert.
Ausführungsform 3. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2, wobei ein einwertiges Ion des Metalloxids eine Spannung entlang des Dickenbereichs erzeugt.
Ausführungsform 4. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Metalloxidkonzentration von der ersten Oberfläche auf einen Wert an einem Punkt zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche abnimmt und von dem Wert zur zweiten Oberfläche zunimmt.
Ausführungsform 5. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, ferner umfassend eine Oberflächendruckspannung (CS) von etwa 300 MPa oder mehr.
Ausführungsform 6. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 5, wobei die Oberflächen-CS etwa 400 MPa oder mehr beträgt.
Ausführungsform 7. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei die Metalloxidkonzentration über die gesamte Dicke etwa 0,05 Mol-% oder mehr beträgt.
Ausführungsform 8. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei die Metalloxidkonzentration an der ersten Oberfläche etwa 1,5-mal größer ist als die Konzentration der Metalloxide bei einer Tiefe von etwa 0,5•t.
Ausführungsform 9. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Artikel auf Glasbasis eine Gesamtkonzentration an Metalloxid in dem Bereich von etwa 1 Mol-% bis etwa 15 Mol-% umfasst.
Ausführungsform 10. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Metalloxid eines oder mehrere von Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O und Cs₂O umfasst.
Ausführungsform 11. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorherigen Ausführungsformen, ferner umfassend eine Oberflächen-CS von etwa 200 MPa oder mehr und eine chemische Schichttiefe von etwa 0,4•t oder mehr.
Ausführungsform 12. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorherigen Ausführungsformen, ferner umfassend eine CS, die sich von der ersten Oberfläche zu einer DOC erstreckt, wobei die DOC etwa 0,1•t oder mehr beträgt.
Ausführungsform 13. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der CT-Bereich das Metalloxid umfasst.
Ausführungsform 14. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 11, wobei das Verhältnis zwischen einer maximalen CT und dem absoluten Wert der Oberflächen-CS in dem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,8 liegt.
Ausführungsform 15. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei t etwa 3 Millimeter oder weniger umfasst.
Ausführungsform 16. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, ferner umfassend eine amorphe Struktur.
Ausführungsform 17. Artikel auf Glasbasis der Ausführungsformen 1 bis 15, ferner umfassend eine kristalline Struktur.
Ausführungsform 18. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, ferner zeigend eine Durchlässigkeit von etwa 88% oder mehr über eine Wellenlänge im Bereich von etwa 380 nm bis etwa 780 nm.
Ausführungsform 19. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, der ferner CIELAB-Farbraumkoordinaten unter einem CIE-Leuchtmittel F02 mit L*-Werten von etwa 88 und mehr, a*-Werten im Bereich von etwa -3 bis etwa +3 und b*-Werten im Bereich von etwa -6 bis etwa +6 zeigt.
Ausführungsform 20. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, ferner umfassend:
- eine erste Metalloxidkonzentration und eine zweite Metalloxidkonzentration,
- wobei die erste Metalloxidkonzentration im Bereich von etwa 0 Mol-% bis etwa 15 Mol-% aus einem ersten Dickenbereich von etwa 0•t bis etwa 0,5 •t liegt, und
- wobei die zweite Metalloxidkonzentration im Bereich von etwa 0 Mol-% bis etwa 10 Mol-% aus einem zweiten Dickenbereich von etwa 0 Mikrometer bis etwa 25 Mikrometer liegt.
Ausführungsform 21. Artikel auf Glasbasis der Ausführungsform 20, ferner umfassend ein drittes Metalloxid.
Ausführungsform 22. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, ferner umfassend einen Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa oder mehr.
Ausführungsform 23. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, ferner umfassend eine Liquidusviskosität von weniger als etwa 100 Kilopoise (kP).
Ausführungsform 24. Artikel auf Glasbasis nach einer der vorherigen Ausführungsformen, ferner umfassend eines oder mehrere von Folgendem:
- eine Zusammensetzung, umfassend eine kombinierte Menge Al₂O₃ und Na₂O von etwa 17 Mol-% oder weniger,
- eine Zusammensetzung, umfassend etwa 4 Mol-% Na₂O oder weniger,
- eine Zusammensetzung, umfassend eines oder mehrere von B₂O₃ und ZnO, und
- eine Zusammensetzung, die im Wesentlichen frei von P₂O₅ ist.
Ausführungsform 25. Vorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse mit vorderer, Rück- und Seitenoberflächen;
- elektrische Komponenten, die sich zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses befinden;
- eine Anzeige an oder benachbart der vorderen Oberfläche des Gehäuses; und
- ein Abdecksubstrat, das über der Anzeige angeordnet ist, wobei das Abdecksubstrat den Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 1 bis 24 umfasst.
Ausführungsform 26. Artikel auf Glasbasis, umfassend:
- eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) von etwa 3 Millimeter oder weniger definiert; und
- ein Spannungsprofil, das sich entlang der Dicke erstreckt,
- wobei alle Punkte des Spannungsprofils zwischen einem Dickenbereich von etwa 0•t bis zu 0,3•t und von mehr als 0,7•t eine Tangente mit einer Steigung umfassen, die einen absoluten Wert von mehr als etwa 0,1 MPa/Mikrometer aufweist,
- wobei das Spannungsprofil eine maximale CS, eine DOC und eine maximale CT in dem Bereich von etwa 71,5/√(t) bis etwa umfasst 100/√(t), wobei das Verhältnis von maximaler CT zum absoluten Wert der maximalen CS im Bereich von ungefähr 0,01 bis etwa 0,2 liegt und wobei die DOC ungefähr 0,1•t oder mehr beträgt, und
- wobei, wenn der Artikel auf Glasbasis zerbrochen wird, der Artikel auf Glasbasis in zumindest 2 Fragmente/Zoll² zerbricht, wobei die Probengröße ein Quadrat von 5,08 cm × 5,08 cm (2 Zoll × 2 Zoll) ist.
Ausführungsform 27. Artikel auf Glasbasis der Ausführungsform 26, ferner umfassend eine Oberflächen-CS von etwa 300 MPa oder mehr.
Ausführungsform 28. Artikel auf Glasbasis der Ausführungsform 26 oder der Ausführungsform 27, ferner umfassend eine Oberflächen-CS von etwa 200 MPa oder mehr und eine chemische Schichttiefe von etwa 0,4•t oder mehr.
Ausführungsform 29. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 26 bis 28, ferner umfassend eine CS-Schicht, die sich von der ersten Oberfläche zu einer DOC erstreckt, wobei die DOC etwa 0,1•t oder mehr beträgt.
Ausführungsform 30. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 26 bis 29, ferner umfassend einen CT-Bereich, wobei der CT-Bereich eine Metalloxidkonzentration umfasst, die sowohl ungleich null ist als auch variiert.
Ausführungsform 31. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 26 bis 30, ferner umfassend ein Verhältnis zwischen einer maximalen CT und dem absoluten Wert der Oberflächen-CS in dem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,8.
Ausführungsform 32. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 26 bis 31, ferner umfassend einen Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa oder mehr.
Ausführungsform 33. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 26 bis 32, ferner umfassend eine Liquidusviskosität von weniger als etwa 100 kP.
Ausführungsform 34. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 26 bis 33, ferner umfassend eines oder mehrere von Folgendem:
- eine Zusammensetzung, umfassend eine kombinierte Menge Al₂O₃ und Na₂O von etwa 17 Mol-% oder weniger,
- eine Zusammensetzung, umfassend etwa 4 Mol-% Na₂O oder weniger,
- eine Zusammensetzung, umfassend eines oder mehrere von B₂O₃ und ZnO, und eine Zusammensetzung, die im Wesentlichen frei von P₂O₅ ist.
Ausführungsform 35. Vorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse mit vorderer, Rück- und Seitenoberflächen;
- elektrische Komponenten, die sich zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses befinden;
- eine Anzeige an oder benachbart der vorderen Oberfläche des Gehäuses; und
- ein Abdecksubstrat, das über der Anzeige angeordnet ist, wobei das Abdecksubstrat den Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 26 bis 34 umfasst.
Ausführungsform 36. Artikel auf Glasbasis, umfassend:
- eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) definiert; und
- eine Metalloxidkonzentration, die sowohl ungleich null ist als auch in einem Dickenbereich von etwa 0•t bis etwa 0,3•t variiert;
- eine Oberflächendruckspannung von etwa 200 MPa oder mehr; und
- einen CT-Bereich mit einer maximalen CT im Bereich von etwa 71,5/√(t) bis etwa 100/√(t).
Ausführungsform 37. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 36, wobei der Dickenbereich der Metalloxidkonzentration etwa 0•t bis etwa 0,4•t beträgt.
Ausführungsform 38. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 36 oder Ausführungsform 37, wobei der Dickenbereich der Metalloxidkonzentration etwa 0•t bis etwa 0,45•t beträgt.
Ausführungsform 39. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 38, wobei ein einwertiges Ion des Metalloxids eine Spannung entlang des Dickenbereichs erzeugt.
Ausführungsform 40. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 39, wobei das einwertige Ion des Metalloxids einen größten Ionendurchmesser aller einwertigen Ionen der Metalloxide in dem Substrat auf Glasbasis aufweist.
Ausführungsform 41. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 40, wobei die Metalloxidkonzentration von der ersten Oberfläche auf einen Wert an einem Punkt zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche abnimmt und von dem Wert zur zweiten Oberfläche zunimmt.
Ausführungsform 42. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 41, wobei, wenn der Artikel auf Glasbasis gebrochen wird, der Artikel auf Glasbasis in zumindest 1 Fragment/Zoll² bis zu 40 Fragmente/Zoll² zerbricht, wobei die Probengröße ein Quadrat von 5,08 cm × 5,08 cm (2 Zoll × 2 Zoll) ist.
Ausführungsform 43. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 42, wobei der Artikel auf Glasbasis eine Diffusionsfähigkeit von Natrium- oder Kaliumionen von etwa 450 µm²/Stunde oder mehr bei etwa 460°C und eine DOC von mehr als etwa 0.15•t umfasst, und wobei die Oberflächen-CS das 1,5-fache der maximalen CT oder mehr beträgt.
Ausführungsform 44. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 43, wobei der Artikel auf Glasbasis eine Bruchzähigkeit (K_1C) von etwa 0,65 MPa·m^1/2 oder mehr umfasst.
Ausführungsform 45. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 44, wobei die Oberflächen-CS größer als die maximale CT ist.
Ausführungsform 46. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 45, wobei die Oberflächen-CS etwa 300 MPa oder mehr und eine Dicke etwa 2 Millimeter oder weniger beträgt.
Ausführungsform 47. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 46, wobei die Metalloxidkonzentration über die gesamte Dicke etwa 0,05 Mol-% oder mehr beträgt.
Ausführungsform 48. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 47, wobei die Metalloxidkonzentration an der ersten Oberfläche etwa 1,5-mal größer ist als die Konzentration der Metalloxide bei einer Tiefe von etwa 0,5•t.
Ausführungsform 49. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 48, wobei die Gesamtmetalloxidkonzentration in dem Bereich von etwa 1 Mol-% bis etwa 15 Mol-% liegt.
Ausführungsform 50. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 49, ferner umfassend eine chemische Schichttiefe von etwa 0,4•t oder mehr.
Ausführungsform 51. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 50, ferner umfassend eine CS-Schicht, die sich von der ersten Oberfläche zu einer DOC erstreckt, wobei die DOC etwa 0,1•t oder mehr beträgt.
Ausführungsform 52. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 51, wobei der CT-Bereich Metalloxid umfasst.
Ausführungsform 53. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 52, wobei das Verhältnis zwischen einer maximalen CT und dem absoluten Wert der Oberflächen-CS in dem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,8 liegt.
Ausführungsform 54. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 53, wobei t etwa 3 Millimeter oder weniger umfasst.
Ausführungsform 55. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 54, ferner umfassend einen Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa oder mehr.
Ausführungsform 56. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 55, ferner umfassend eine Liquidusviskosität von weniger als etwa 100 kP.
Ausführungsform 57. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 56, ferner umfassend eines oder mehrere von Folgendem:
- eine Zusammensetzung, umfassend eine kombinierte Menge Al₂O₃ und Na₂O von etwa 17 Mol-% oder weniger,
- eine Zusammensetzung, umfassend etwa 4 Mol-% Na₂O oder weniger,
- eine Zusammensetzung, umfassend eines oder mehrere von B₂O₃ und ZnO, und
- eine Zusammensetzung, die im Wesentlichen frei von P₂O₅ ist.
Ausführungsform 58. Vorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse mit vorderer, Rück- und Seitenoberflächen;
- elektrische Komponenten, die sich zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses befinden;
- eine Anzeige an oder benachbart der vorderen Oberfläche des Gehäuses; und
- ein Abdecksubstrat, das über der Anzeige angeordnet ist, wobei das Abdecksubstrat den Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 36 bis 57 umfasst.
Ausführungsform 59. Artikel auf Glasbasis, umfassend:
- eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) definiert; und
- ein Metalloxid, das einen Konzentrationsgradienten bildet,
- wobei die Metalloxidkonzentration von der ersten Oberfläche auf einen Wert an einem Punkt zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche abnimmt und von dem Wert zur zweiten Oberfläche zunimmt,
- wobei die Metalloxidkonzentration an dem Punkt ungleich null ist, und
- wobei der Artikel auf Glasbasis eine gespeicherte Zugenergie von etwas mehr als 0 J/m² bis weniger als 20 J/m² und einen Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa oder mehr umfasst.
Ausführungsform 60. Artikel auf Glasbasis der Ausführungsform 59, ferner umfassend eine Oberflächen-CS von etwa 300 MPa oder mehr.
Ausführungsform 61. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 59 oder Ausführungsform 60, wobei die Metalloxidkonzentration über die gesamte Dicke etwa 0,05 Mol-% oder mehr beträgt.
Ausführungsform 62. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 59 bis 61, wobei die Metalloxidkonzentration an der ersten Oberfläche etwa 1,5-mal größer ist als die Konzentration der Metalloxide bei einer Tiefe von etwa 0,5•t.
Ausführungsform 63. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 59 bis 62, wobei die Gesamtmetalloxidkonzentration in dem Bereich von etwa 1 Mol-% bis etwa 15 Mol-% liegt.
Ausführungsform 64. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 59 bis 63, wobei das Metalloxid eines oder mehrere von Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O und Cs₂O umfasst.
Ausführungsform 65. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 59 bis 64, ferner umfassend eine CS-Schicht, die sich von der ersten Oberfläche zu einer DOC erstreckt, wobei die DOC etwa 0,1•t oder mehr beträgt.
Ausführungsform 66. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 59 bis 65, ferner umfassend einen CT-Bereich, wobei der CT-Bereich den Metalloxid-Konzentrationsgradienten umfasst.
Ausführungsform 67. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 66, wobei der CT-Bereich eine maximale CT umfasst und das Verhältnis zwischen der maximalen CT und den absoluten Werten der Oberflächen-CS in dem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,8 liegt.
Ausführungsform 68. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 59 bis 67, wobei t etwa 3 Millimeter oder weniger beträgt.
Ausführungsform 69. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 67, wobei die maximale CT in dem Bereich von etwa 71,5/√(t) bis etwa 100/√(t) liegt.
Ausführungsform 70. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 59 bis 69, ferner umfassend eine Liquidusviskosität von weniger als etwa 100 kP.
Ausführungsform 71. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 59 bis 70, ferner umfassend eines oder mehrere von Folgendem:
- eine Zusammensetzung, umfassend eine kombinierte Menge Al₂O₃ und Na₂O von etwa 17 Mol-% oder weniger,
- eine Zusammensetzung, umfassend etwa 4 Mol-% Na₂O oder weniger,
- eine Zusammensetzung, umfassend eines oder mehrere von B₂O₃ und ZnO, und eine Zusammensetzung, die im Wesentlichen frei von P₂O₅ ist.
Ausführungsform 72. Vorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse mit vorderer, Rück- und Seitenoberflächen;
- elektrische Komponenten, die sich zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses befinden;
- eine Anzeige an oder benachbart der vorderen Oberfläche des Gehäuses; und
- ein Abdecksubstrat, das über der Anzeige angeordnet ist, wobei das Abdecksubstrat den Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 59 bis 71 umfasst.
Ausführungsform 73. Artikel auf Glasbasis, umfassend:
- eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) von etwa 3 Millimeter oder weniger definiert; und
- ein Spannungsprofil, das sich entlang der Dicke erstreckt,
- wobei das Spannungsprofil an allen Punkten zwischen einem Dickenbereich von etwa 0t bis zu 0,3t und von mehr als 0,7t eine Tangente mit einer Steigung umfasst, die einen absoluten Wert von mehr als etwa 0,1 MPa/Mikrometer aufweist,
- wobei das Spannungsprofil eine maximale CS, eine DOC und eine maximale CT umfasst, wobei das Verhältnis von maximaler CT zu absolutem Wert der maximalen CS im Bereich von ungefähr 0,01 bis etwa 0,2 liegt und wobei die DOC ungefähr 0,1•t oder mehr beträgt, und
- wobei der Artikel auf Glasbasis eine gespeicherte Zugenergie von etwa mehr als 0 J/m² bis weniger als 20 J/m² und einen Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa oder mehr umfasst.
Ausführungsform 74. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 73, ferner umfassend eine Metalloxidkonzentration ungleich null, die entlang der gesamten Dicke kontinuierlich variiert.
Ausführungsform 75. Artikel auf Glasbasis nach Ausführungsform 73 oder Ausführungsform 74, ferner umfassend eine Metalloxidkonzentration ungleich null, die entlang Dickensegmenten von weniger als etwa 10 Mikrometer kontinuierlich variiert.
Ausführungsform 76. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 73 bis 75, wobei die maximale CS etwa 300 MPa oder mehr beträgt.
Ausführungsform 77. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 73 bis 76, ferner umfassend eine chemische Schichttiefe von etwa 0,4•t oder mehr.
Ausführungsform 78. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 73 bis 77, ferner umfassend einen CT-Bereich, wobei der CT-Bereich einen Metalloxid-Konzentrationsgradienten umfasst.
Ausführungsform 79. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 73 bis 78, wobei t etwa 3 Millimeter oder weniger beträgt.
Ausführungsform 80. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 73 bis 79, wobei die maximale CT größer oder gleich 71,5/√(t) ist.
Ausführungsform 81. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 73 bis 80, ferner umfassend eine Liquidusviskosität von weniger als etwa 100 kP.
Ausführungsform 82. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 73 bis 81, ferner umfassend eines oder mehrere von Folgendem:
- eine Zusammensetzung, umfassend eine kombinierte Menge Al₂O₃ und Na₂O von etwa 17 Mol-% oder weniger,
- eine Zusammensetzung, umfassend etwa 4 Mol-% Na₂O oder weniger,
- eine Zusammensetzung, umfassend eines oder mehrere von B₂O₃ und ZnO, und eine Zusammensetzung, die im Wesentlichen frei von P₂O₅ ist.
Ausführungsform 83. Vorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse mit vorderer, Rück- und Seitenoberflächen;
- elektrische Komponenten, die sich zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses befinden;
- eine Anzeige an oder benachbart der vorderen Oberfläche des Gehäuses; und
- ein Abdecksubstrat, das über der Anzeige angeordnet ist, wobei das Abdecksubstrat den Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 73 bis 82 umfasst.
Ausführungsform 84. Artikel auf Glasbasis, umfassend:
- ein Spannungsprofil, das einen CS-Bereich und einen CT-Bereich umfasst, wobei der CT-Bereich durch die Gleichung $Spannung (x) = MaxT- ((({CT}_{n} \cdot (n + 1)) / {0,5}^{n}) \cdot {| (x / t) - 0,5 |}^{n})$
  angenähert wird,
- wobei MaxT ein maximaler Zugspannungswert ist, CT_n kleiner oder gleich MaxT ist und als positiver Wert in MPa-Einheiten angegeben ist, x die Position entlang der Dicke (t) in Mikrometern ist, und n zwischen 1,5 und 5 liegt.
Ausführungsform 85. Artikel auf Glasbasis der Ausführungsform 84, wobei der CT-Bereich einen maximalen CT-Wert im Bereich von etwa 50 MPa bis etwa 250 MPa umfasst und der maximale CT-Wert in einer Tiefe im Bereich von etwa 0,4t bis etwa 0,6t liegt.
Ausführungsform 86. Artikel auf Glasbasis der Ausführungsform 84 oder Ausführungsform 85, wobei bei einer Dicke im Bereich von etwa 0t bis etwa 0,1t Mikron, das Spannungsprofil eine Steigung im Bereich von etwa 20 MPa/Mikron bis etwa 200 MPa/Mikron umfasst.
Ausführungsform 87. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 84 bis 86, wobei das Spannungsprofil durch eine Vielzahl von Fehlerfunktionen angenähert wird, gemessen von 0,5t bis zur Oberfläche.
Ausführungsform 88. Verwendung eines Glassubstrats in einem verstärkten Artikel auf Glasbasis, wobei das Glassubstrat (in Mol-%) umfasst:
- SiO₂ in einer Menge im Bereich von etwa 68 bis etwa 75;
- Al₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 10 bis etwa 15;
- B₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5;
- Li₂O in einer Menge im Bereich von etwa 2 bis etwa 10;
- Na₂O in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 6;
- MgO in einer Menge im Bereich von etwa 1 bis etwa 4;
- ZnO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und
- CaO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 5,
wobei das Glassubstrat ionenaustauschbar und amorph ist, wobei das Glassubstrat eines oder mehrere von Folgendem aufweist:
- ein Verhältnis von Li₂O zu R₂O im Bereich von etwa 0,45 bis etwa 1;
- eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge von R₂O und der Menge von Al₂O₃ im Bereich von etwa -5 bis etwa 0;
- eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge von R_xO (in Mol-%) und der Menge an Al₂O₃ im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und
- ein Verhältnis der Menge an MgO (in Mol-%) zu einer Gesamtmenge an RO (in Mol-%) im Bereich von etwa 0 bis etwa 1 und
- wobei das Glassubstrat im Wesentlichen frei von Kernbildnern ist.
Ausführungsform 89. Glassubstrat, umfassend eine Zusammensetzung, aufweisend in Mol-%,
- SiO₂ in einer Menge im Bereich von etwa 68 bis etwa 75;
- Al₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 10 bis etwa 15;
- B₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5;
- Li₂O in einer Menge im Bereich von etwa 2 bis etwa 10;
- Na₂O in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 6;
- MgO in einer Menge im Bereich von etwa 1 bis etwa 4;
- ZnO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und
- CaO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 5,
wobei das Glassubstrat ionenaustauschbar und amorph ist, wobei das Glassubstrat eines oder mehrere von Folgendem aufweist: ein Verhältnis von Li₂O zu R₂O im Bereich von etwa 0,45 bis etwa 1; eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge von R₂O und der Menge von Al₂O₃ im Bereich von etwa -5 bis etwa 0; eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge von R_xO (in Mol-%) und der Menge an Al₂O₃ im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und ein Verhältnis der Menge an MgO (in Mol-%) zu einer Gesamtmenge an RO (in Mol-%) im Bereich von etwa 0 bis etwa 1 und wobei das Glassubstrat im Wesentlichen frei von Kernbildnern ist.
Ausführungsform 90. Glassubstrat, umfassend eine Zusammensetzung, aufweisend in Mol-%,
- SiO₂ in einer Menge im Bereich von etwa 68 bis etwa 75;
- Al₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 10 bis etwa 15;
- B₂O₃ in einer Menge im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5;
- Li₂O in einer Menge im Bereich von etwa 2 bis etwa 10;
- Na₂O in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 6;
- MgO in einer Menge im Bereich von etwa 1 bis etwa 4;
- ZnO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und
- CaO in einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 5,
wobei das Glassubstrat amorph ist und verstärkt ist, wobei die Na₂O-Konzentration variiert und das Glassubstrat im Wesentlichen frei von Kernbildnern ist.
Ausführungsform 91. Glassubstrat der Ausführungsform 90 ferner zeigend eines oder mehrere von Folgendem:
- ein Verhältnis von Li₂O zu R₂O im Bereich von etwa 0,45 bis etwa 1;
- eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge von R₂O und der Menge von Al₂O₃ im Bereich von etwa -5 bis etwa 0;
- eine Differenz zwischen einer Gesamtmenge von R_xO (in Mol-%) und der Menge an Al₂O₃ im Bereich von etwa 0 bis etwa 3; und
- ein Verhältnis der Menge an MgO (in Mol-%) und einer Gesamtmenge an RO (in Mol-%) im Bereich von etwa 0 bis etwa 1.
Ausführungsform 92. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 1 bis 88, wobei die Knoop-Kratzschwelle zumindest einer von erster Oberfläche und/oder zweiter Oberfläche größer als 7N ist.
Ausführungsform 93. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 1 bis 88 und 92, wobei die Knoop-Kratzschwelle der zumindest einen von erster Oberfläche und/oder zweiter Oberfläche weniger als 14N beträgt.
Ausführungsform 94. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 1 bis 88 und 92 bis 93, wobei das verstärkte Substrat auf Glasbasis eine der folgenden Eigenschaften aufweist: (i) eine Überlebensrate von zumindest 60%; (ii) eine Überlebensrate von zumindest 80%; bei einem invertierten Kugelfalltest mit einer 4,2 g Edelstahlkugel mit einem Durchmesser von 10 mm aus einer Höhe von: (i) etwa 80 cm; (ii) etwa 88 cm; (iii) etwa 90 cm; und (iv) etwa 95 cm auf ein 30er Sandpapier, das oberhalb der Glasoberfläche angeordnet ist, so dass zwischen dem Sandpapier und der Glasoberfläche ein Luftspalt von 100 µm besteht, wobei die Überlebensrate auf dem Testen von zumindest 5 Proben basiert.
Ausführungsform 95. Artikel auf Glasbasis nach einer der Ausführungsformen 1 bis 88 und 92 bis 94, wobei das verstärkte Substrat auf Glasbasis eine durchschnittliche Bruchhöhe von einer der Folgenden aufweist: (i) mehr als 70 cm; (ii) mehr als 75 cm; (iii) mehr als 80 cm; und (iv) mehr als 85 cm, bei einem invertierten Kugelfalltest mit einer 4,2 g Edelstahlkugel mit einem Durchmesser von 10 mm auf ein 30er Sandpapier, das oberhalb der Glasoberfläche angeordnet ist, so dass ein Luftspalt von 100 µm zwischen dem Sandpapier und der Glasoberfläche besteht, wobei die Überlebensrate auf dem Testen von zumindest 5 Proben basiert.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62366338 [0001]
US 62320077 [0001]
US 8854623 [0042, 0178]
US 8713972 [0139]
US 9003835 [0139]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Z. Tang et al. Automated Apparatus for Measuring the Frangibility and Fragmentation ofStrengthened Glass. Experimental Mechanics (2014) 54:903-912 [0007, 0021, 0072]
Tang et al. Automated Apparatus for Measuring the Frangibility and Fragmentation ofStrengthened Glass. Experimental Mechanics (2014) 54:903-912 [0071]
Bubsey, R. T. et al., „Closed-Form Expressions for Crack-Mouth Displacement and Stress Intensity Factors for Chevron-Notched Short Bar and Short Rod Specimens Based on Experimental Compliance Measurements,“ NASA Technical Memorandum 83796, S. 1-30 (Oktober 1992) [0073]

Claims

Artikel auf Glasbasis, umfassend: eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) definiert; und eine Metalloxidkonzentration, die sowohl ungleich null ist als auch in einem Dickenbereich von etwa 0•t bis etwa 0,3•t variiert; eine Oberflächendruckspannung von mehr als etwa 550 MPa oder mehr; und einen CT-Bereich mit einer maximalen CT im Bereich von etwa 71,5/√(t) bis etwa 100/√ (t).
Artikel auf Glasbasis nach Anspruch 1, wobei der Dickenbereich der Metalloxidkonzentration etwa 0•t bis etwa 0,4•t beträgt.
Artikel auf Glasbasis nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein einwertiges Ion des Metalloxids eine Spannung entlang des Dickenbereichs erzeugt.
Artikel auf Glasbasis nach Anspruch 3, wobei das einwertige Ion des Metalloxids einen größten Ionendurchmesser aller der einwertigen Ionen der Metalloxide in dem Substrat auf Glasbasis aufweist.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Metalloxidkonzentration von der ersten Oberfläche auf einen Wert an einem Punkt zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche abnimmt und von dem Wert zur zweiten Oberfläche zunimmt.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Artikel auf Glasbasis eine Diffusionsfähigkeit von Natrium- oder Kaliumionen von etwa 450 µm²/ Stunde oder mehr bei etwa 460°C und eine DOC von mehr als etwa 0.15•t umfasst, und wobei die Oberflächen-CS das 1,5-fache der maximalen CT oder mehr beträgt.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Artikel auf Glasbasis eine Bruchzähigkeit (K_1C) von etwa 0,65 MPa·m^1/2 oder größer umfasst.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Oberflächen-CS größer als die maximale CT ist.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Oberflächen-CS etwa 1200 MPa oder weniger beträgt.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Metalloxidkonzentration während der gesamten Dicke etwa 0,05 Mol-% oder mehr beträgt.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Metalloxidkonzentration an der ersten Oberfläche etwa 1,5-mal größer ist als die Konzentration der Metalloxide bei einer Tiefe von etwa 0,5•t.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Gesamtmetalloxidkonzentration in dem Bereich von etwa 1 Mol-% bis etwa 15 Mol-% liegt.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner umfassend eine chemische Schichttiefe von etwa 0,4•t oder größer.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner umfassend eine CS-Schicht, die sich von der ersten Oberfläche zu einer DOC erstreckt, wobei die DOC etwa 0,18•t oder mehr beträgt.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der CT-Bereich das Metalloxid umfasst.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Verhältnis zwischen maximaler CT und absolutem Wert der Oberflächen-CS in dem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,2 liegt.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei t etwa 3 Millimeter oder weniger beträgt.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner umfassend eines oder mehrere von Folgendem: eine Zusammensetzung, umfassend eine kombinierte Menge Al₂O₃ und Na₂O von etwa 17 Mol-% oder weniger, eine Zusammensetzung, umfassend etwa 4 Mol-% oder weniger an Na₂O, eine Zusammensetzung, umfassend eines oder mehrere von B₂O₃ und ZnO, und eine Zusammensetzung, die im Wesentlichen frei von P₂O₅ ist.
Vorrichtung, umfassend: ein Gehäuse mit Vorder-, Rück- und Seitenoberflächen; elektrische Komponenten, die sich zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses befinden; eine Anzeige an oder benachbart der Vorderfläche des Gehäuses; und ein Abdecksubstrat, das über der Anzeige angeordnet ist, wobei das Abdecksubstrat den Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 18 umfasst.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei eines oder mehrere von Folgendem gilt: (a) die Knoop-Kratzschwelle mindestens einer von erster Oberfläche und zweiter Oberfläche ist größer als 7N und kleiner als 14N; (b) das verstärkte Substrat auf Glasbasis hat eine der folgenden Eigenschaften: (i) eine Überlebensrate von mindestens 60%; (ii) eine Überlebensrate von mindestens 80%; bei einem invertierten Kugelfalltest mit einer 4,2 g Edelstahlkugel mit einem Durchmesser von 10 mm aus einer Höhe von einem von Folgendem: (i) etwa 80 cm; (ii) etwa 88 cm; (iii) etwa 90 cm; und (iv) etwa 95 cm auf ein 30er Sandpapier, das oberhalb der Glasoberfläche angeordnet ist, so dass zwischen dem Sandpapier und der Glasoberfläche ein Luftspalt von 100 µm besteht, wobei die Überlebensrate auf dem Testen von mindestens 5 Proben basiert; (c) das verstärkte Substrat auf Glasbasis hat eine durchschnittliche Bruchhöhe von einem von Folgendem: (i) mehr als 70 cm; (ii) mehr als 75 cm; (iii) mehr als 80 cm; und (iv) mehr als 85 cm, bei einem invertierten Kugelfalltest mit einer 4,2 g Edelstahlkugel mit einem Durchmesser von 10 mm auf ein 30er Sandpapier, das oberhalb der Glasoberfläche angeordnet ist, so dass ein Luftspalt von 100 µm zwischen dem Sandpapier und der Glasoberfläche besteht, wobei die Überlebensrate auf dem Testen von mindestens 5 Proben basiert; und (d) wenn der Artikel auf Glasbasis gebrochen wird, zerbricht der Artikel auf Glasbasis in mindestens 1 Fragment/Zoll² bis zu 40 Fragmente/Zoll², wobei die Probengröße ein Quadrat von 5,08 cm × 5,08 cm ist.
Artikel auf Glasbasis, umfassend: eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Dicke (t) von etwa 3 Millimeter oder weniger definiert; eine Metalloxidkonzentration, die sowohl ungleich null ist als auch in einem Dickenbereich von etwa 0•t bis etwa 0,3•t variiert; und ein Spannungsprofil, das sich entlang der Dicke erstreckt, wobei das Spannungsprofil an allen Punkten zwischen einem Dickenbereich von etwa 01 bis zu 0,3t und von mehr als 0,7t eine Tangente mit einer Steigung umfasst, die einen absoluten Wert von mehr als etwa 0,1 MPa/Mikrometer aufweist, wobei das Spannungsprofil eine maximale CS, eine DOC und eine maximale CT umfasst, wobei das Verhältnis von maximaler CT zu absolutem Wert der maximalen CS im Bereich von ungefähr 0,01 bis etwa 0,2 liegt und wobei die DOC ungefähr 0,18•t oder mehr beträgt, wobei die maximale CT im Bereich von etwa 71,5 / √ (t) bis etwa 100 / √ (t) liegt, wobei das Spannungsprofil ferner umfasst: eine Oberflächendruckspannung von mehr als etwa 550 MPa oder mehr; und wobei der Artikel auf Glasbasis eine gespeicherte Zugenergie von etwas mehr als 10 J/m² bis weniger als 20 J/m² und einen Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa oder mehr umfasst.
Artikel auf Glasbasis nach Anspruch 21, ferner umfassend eine Metalloxidkonzentration ungleich null, die entlang der gesamten Dicke kontinuierlich variiert.
Artikel auf Glasbasis nach Anspruch 21 oder 22, ferner umfassend eine Metalloxidkonzentration ungleich null, die entlang Dickensegmenten von weniger als etwa 10 Mikrometer kontinuierlich variiert.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei die maximale CS etwa 1200 MPa oder weniger beträgt.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 21 bis 24, ferner umfassend eine chemische Schichttiefe von etwa 0,4•t oder größer.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 21 bis 25, ferner umfassend einen CT-Bereich, wobei der CT-Bereich einen Metalloxid-Konzentrationsgradienten umfasst.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei t etwa 1 Millimeter oder weniger beträgt.
Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 21 bis 27, ferner umfassend eines oder mehrere von Folgendem: eine Zusammensetzung, umfassend eine kombinierte Menge Al₂O₃ und Na₂O von etwa 17 Mol-% oder weniger, eine Zusammensetzung, umfassend etwa 4 Mol-% oder weniger an Na₂O, eine Zusammensetzung, umfassend eines oder mehrere von B₂O₃ und ZnO, und eine Zusammensetzung, die im Wesentlichen frei von P₂O₅ ist.
Vorrichtung, umfassend: ein Gehäuse mit Vorder-, Rück- und Seitenoberflächen; elektrische Komponenten, die sich mindestens teilweise innerhalb des Gehäuses befinden; eine Anzeige an oder benachbart der vorderen Oberfläche des Gehäuses; und ein Abdecksubstrat, das über der Anzeige angeordnet ist, wobei das Abdecksubstrat den Artikel auf Glasbasis nach einem der Ansprüche 21 bis 28 umfasst.