EA025378B1

EA025378B1 - Стеклянная пластина с повышенным сопротивлением к царапинам и ударам

Info

Publication number: EA025378B1
Application number: EA201390383A
Authority: EA
Inventors: Рене Жи; Жюльен Селлье; Юг Обам
Original assignee: Сэн-Гобэн Гласс Франс
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2016-12-30
Also published as: FR2964655A1; WO2012035242A1; ES2531847T3; MX339777B; MX2013002628A; US9604876B2; US20130183512A1; FR2964655B1; CN103097319A; KR20130135840A; CA2810602A1; EP2616405A1; BR112013004091A2; CA2810602C; EP2616405B1; JP2013542159A; JP5898203B2; KR101953398B1; CN103097319B; EA201390383A1

Abstract

Объектом изобретения является стеклянная пластина, толщина которой составляет самое большее 2 мм, имеющая поверхностную зону сжатия и центральную зону растяжения, такая, что глубина, на которой происходит переход между сжатием и растяжением, составляет по меньшей мере 100 мкм, при этом отношение между указанной глубиной и указанной толщиной равно по меньшей мере 0,1 мкм, кроме того, указанная пластина такова, что разрушающее напряжение при изгибе при испытании "кольцо на трех опорах" составляет по меньшей мере 70 МПа после определения твердости по Виккерсу под нагрузкой 60 Н.

Description

Изобретение относится к области тонких стеклянных пластин. В частности, оно касается тонких стеклянных пластин, способных противостоять сильным ударам.

Тонкие стеклянные пластины часто применяют в качестве защитного стекла, смотрового окна или экрана различных электронных устройств, в частности карманных или переносных, таких как, например, умные телефоны (иногда называемые смартфонами (ктайрЬопек)), карманные персональные компьютеры (иногда называемые ΡΌΆ), цифровые фотоаппараты, мультимедийные воспроизводящие устройства, вычислительные машины и т.д. Из соображений эргономичности, целесообразно также применять тонкие стеклянные пластины в качестве покрывающих стекол тепловых или фотовольтаических преобразователей солнечной энергии.

Стеклянные пластины, используемые в таких устройствах или применениях, в состоянии подвергаться сильным нагрузкам с механической точки зрения: повторяющиеся контакты с твердыми и острыми предметами, попадание брошенных с силой предметов, удары и т.п.

Известно, что для увеличения ударной прочности пластин способами термической закалки или ионного обмена (который иногда называют химической закалкой) создают поверхностную зону сжатия и центральную зону растяжения. В этом последнем случае поверхностное замещение иона стеклянной пластины (обычно, иона щелочного металла, такого как натрий или литий) ионом с большим ионным радиусом (обычно, ионом щелочного металла, таким как калий или натрий) позволяет создать на поверхности стеклянной пластины остаточные напряжения сжатия вплоть до определенной глубины. Во всем тексте глубина соответствует, в поперечном разрезе, расстоянию между рассматриваемой точкой и поверхностью стеклянной пластины, измеренному по нормали к указанной поверхности. Также в дальнейшем подразумевается, что напряжения параллельны поверхности стеклянной пластины и представляют собой напряжения по толщине, в направлении которой, за исключением краевых зон, среднее значение напряжений по всей толщине стеклянной пластины равно нулю. На самом деле, поверхностные напряжения сжатия уравновешены наличием центральной зоны растяжения.

Следовательно, существует определенная глубина, на которой происходит переход между сжатием и растяжением, обозначаемая в продолжении текста Р. Профиль напряжения соответствует напряжению (будь то сжатие или растяжение) по поперечному сечению в зависимости от расстояния до одной из поверхностей стеклянной пластины, измеренному по нормали к указанной поверхности.

Задачей изобретения является создание стеклянных пластин, способных сохранять высокую механическую прочность даже после нанесения тяжелых повреждений, например, вследствие повторяющихся ударов.

Задача решается стеклянной пластиной, толщина которой составляет самое большее 2 мм, имеющей поверхностную зону сжатия и центральную зону растяжения, такую, что глубина, на которой происходит переход между сжатием и растяжением составляет по меньшей мере 100 мкм, при этом отношение между указанной глубиной и указанной толщиной равно по меньшей мере 0,1, причем разрушающее напряжение при изгибе пластины при испытании по схеме кольцо на трех опорах составляет по меньшей мере 70 МПа, после определения твердости по Виккерсу под нагрузкой 60 Н.

Равным образом, объектом изобретения является способ выбора стеклянной пластины, в котором измеряют разрушающее напряжение при изгибе при испытании кольцо на трех опорах после определения твердости по Виккерсу, и выбирают такие стеклянные пластины, что их разрушающее напряжение составляет по меньшей мере 70 МПа, даже 90 или 100 МПа при нагрузке при определении твердости 60 Н, даже 70 Н.

Протокол измерения разрушающего напряжения приведен ниже, в части настоящего текста, описывающей примеры согласно изобретению.

Поверхностную зону сжатия получают предпочтительно ионным обменом. Детали этого способа даны в продолжении настоящего описания.

Толщина е стеклянной пластины предпочтительно составляет самое большее 1,5 мм, даже 1,1 мм. Толщина стеклянной пластины составляет, предпочтительно по меньшей мере 0,25 мм. Боковые размеры стеклянной пластины зависят от намечаемого применения. По меньшей мере один размер обычно меньше или равен 40 см, в частности 30 см, даже 20 см. Поверхность стеклянной пластины составляет обычно самое большее 0,2 м², даже 0,1 м² В применениях в качестве покрывающего стекла для преобразователей солнечной энергии поверхность стеклянной пластины, напротив, будет обычно по меньшей мере 1 м².

Г лубина Р, на которой происходит переход между сжатием и растяжением, составляет, благоприятно, по меньшей мере 150 мкм, в частности 200 мкм, даже 300 мкм и/или самое большее 500 мкм. Авторы изобретения смогли доказать, что большие глубины Р позволяли значительно улучшить ударную прочность стеклянных пластин, что находится в противоречии с принятой идеей, согласно которой механическое упрочнение неразрывно связано с интенсивностью поверхностного напряжения сжатия. Таким образом, изобретение следует по пути, отличному от пути, по которому обычно следуют, который заключается в как можно большем увеличении поверхностного сжатия, в ущерб глубине Р.

Отношение Р/е между глубиной Р и толщиной е стеклянной пластины составляет, благоприятно, по меньшей мере 0,15, даже 0,18.

- 1 025378

Профиль напряжений по толщине стеклянной пластины предпочтительно таков, что максимальное напряжение сжатия составляет по меньшей мере 70 МПа (в частности, 80 МПа), причем зона, подвергающаяся этому максимальному напряжению сжатия, расположена не на нулевом расстоянии от поверхности стеклянной пластины. Отношение между этим расстоянием и толщиной е стеклянной пластины составляет, предпочтительно по меньшей мере 0,01 и самое большее 0,1. Такой профиль напряжений является особенно оригинальным и позволяет достичь очень больших глубин Р и предельно высоких отношений Р/е. В самом деле, обычно, профиль напряжений является таким, что максимальное напряжение получают на поверхности стеклянной пластины. С обычными профилями, которые при длительных временах обмена стремятся к параболической форме, отношение между глубиной Р и толщиной стеклянной пластины не может превышать величину 0,22.

Альтернативно или совокупно, профиль напряжений по толщине стеклянной пластины предпочтительно таков, что в центральной зоне, занимающей третью часть толщины стекла, относительное изменение интенсивности напряжения растяжения составляет по меньшей мере 10%, даже 15%. Этот оригинальный профиль в центральной зоне стекла, усиленного ионным обменом, который отличается от обычного профиля, отличающийся наличием плато растягивающих напряжений в центральной зоне, позволяет достичь самых высоких максимальных растягивающих напряжений, тем не менее, без увеличения склонности к фрагментации в случае разрушения.

Такие предпочтительные профили позволяют получить отношение между глубиной Р и толщиной стеклянной пластины предпочтительно по меньшей мере 0,2, даже 0,25 или 0,3. Отношение Р/е будет обычно равно самое большее 0,4.

Указанные предпочтительные профили демонстрируют также меньшие сжатия поверхности, обычно связанные с более низкой начальной механической прочностью. Однако авторы изобретения смогли доказать, что, неожиданным образом, прочность материалов, демонстрирующих эти профили напряжений, была на самом деле существенно улучшена после повреждения, например, при ударе. Максимальное напряжение сжатия было, таким образом, предпочтительно меньше или равно 300 МПа, даже 200 МПа.

Профиль напряжений по толщине стекла может быть определен известным образом при помощи поляризационного микроскопа, снабженного компенсатором Бабине (ВаЫие!). Такой способ описан Абеном и Гилметом (Н. АЬеи е1 С. ОиШете!) в Рйо1ое1а8Йсйу οί §1а88, Бргтдег Уег1ад. 1993, р. 65, 123, 124, 146.

Параметр К, определенный как корень квадратный из интеграла по центральной зоне растяжения от квадрата напряжения, составляет предпочтительно самое большее 1,4 МПа-м^1/2, даже 1,3 МПа-м^1/2 Таким образом, стеклянная пластина обладает тем преимуществом, что не фрагментируется в случае разрушения. Под фрагментацией подразумевают способность стекла разбиваться с образованием множества небольших стеклянных фрагментов, даже частиц стекла, которые могут быть выброшены. Даже когда фрагменты остаются на месте, их небольшой размер делает видимость сквозь стеклянную пластину предельно низкой и даже нулевой. Ограничивая величину фактора К, разрушение стеклянной пластины напротив характеризуется наличием небольшого числа трещин, которые, при отсутствии эстетичности, оказывают меньшее влияние на видимость и на склонность к выбросу фрагментов.

Разрушающее напряжение при изгибе кольцо на трех опорах после определения твердости по Виккерсу с усилием 60 Н (даже 70 Н) составляет, предпочтительно по меньшей мере 80 МПа, даже 90 и даже 100 МПа.

Разрушающее напряжение при изгибе кольцо на трех опорах после определения твердости по Виккерсу с усилием 20 Н составляет предпочтительно самое большее 300 МПа, даже 200 МПа, и по меньшей мере 50 МПа. Вопреки ожиданию, выбор более низких величин разрушающего напряжения после определения твердости методом вдавливания при более низких нагрузках проявляется без влияния на прочность после повреждения в случае удара конечного продукта, при этом действительно дискриминирующим критерием является разрушающее напряжение при определении твердости методом вдавливания при более высоких нагрузках.

Предпочтительно, стекло представляет собой стекло типа алюмосиликата лития или натрия. Этот тип стекла в самом деле годится для осуществления ионного обмена.

Среди этих стекол предпочтительным стеклом является такое, что его химический состав содержит следующие оксиды в интервалах массовых содержаний, определенных ниже:

- 2 025378

ЗЮз	55-72%	/	б частности	, 60-71
А1₂О₃	2-15%,	Б	частности,	3-12%
Ча₂0	9-17%,	Б	частности,	10-15%
К₂О	0-12%,	Б	частности,	1-10%
МдО	2-13%,	Б	частности,	4-12%
СаО	0-2%,	В	частности,	0-1%
В₂0з	0-1%,	Б	частности,	0

Эти оксиды составляют, предпочтительно по меньшей мере 95, даже 98 мас.% от всего состава. Это стекло является стеклом типа алюмосиликата натрия, пригодным для упрочнения обменом ионов натрия на ионы калия.

Другим предпочтительным стеклом является стекло, в химический состав которого входят следующие оксиды в интервалах массовых содержаний, определенных ниже:

3ίΟ₂	52-75	о. 'О /	в частности	65-70%
А1₂О₃	15-27	а о г	в частности	18-19,8
Ы₂О	2-10%	, в частности,	2,5-3,8%
К₂О	0-5%,	в	частности,	0-1%
Νη₂Ο	0-5%,	в	частности,	0-1%
ΖηΟ	0-5%,	в	частности,	1,2-2,8%
МдО	0-5%,	в	частности,	0,55-1,5%
ВаО	0-5%,	в	частности,	0-1,4%
ЗгО	0-3%,	в	частности,	0-1,4%
Т1О₂	0-6%,	в	частности,	1,8-3,2%
ΖγΟ₂	0-3%,	в	частности,	1, 0-2,5%
Р₂О₅	0-8%

Это стекло является стеклом типа алюмосиликата лития, пригодным для упрочнения обменом ионов лития на ионы натрия и/или калия. Скорость обмена этого типа стекла является особенно высокой, так же как его устойчивость к царапанию.

Стекло может также быть стеклом кремниево-натриево-кальциевого типа, в частности, таким, что его химический состав содержит следующие оксиды в интервалах массовых содержаний, определенных ниже:

3ίΟ₂	60-75%
А1₂О₃	0-4%
Ыа₂О	9-18%
К₂О	0-5%
МдО	0-10%
СаО	4-15%

Этот тип стекла также может быть подвергнут ионным обменам, но времена обмена обычно бывают очень продолжительными.

Объектом изобретения также являются электронное устройство, в частности карманное или переносное, такое как, в частности, смартфон, карманный персональный компьютер, цифровой фотоаппарат, мультимедийное воспроизводящее устройство, вычислительная машина, планшет, телевизор, содержащее по меньшей мере одну стеклянную пластину согласно изобретению в качестве защитного стекла, смотрового окна, экрана, декоративного элемента, прозрачную или непрозрачную;

тепловой или фотовольтаический преобразователь солнечного излучения, содержащий по меньшей мере одну стеклянную пластину согласно изобретению.

Объектом изобретения является также способ получения стеклянной пластины согласно изобретению, включающий в себя стадию плавления стекла, формования, резки и ионного обмена.

Стадия формования может быть осуществлена различными вместе с тем известными способами, такими как флотационный способ, в котором расплавленное стекло выливают на ванну с расплавом олова, прокатка между двумя роликами, способ, называемый плавление с вытяжкой (Гикюп-йтак'), в котором расплавленное стекло переливается через край желоба и образует лист под действием силы тяжести, или способ, называемый вытяжка вниз (йотеп-йтак'), в котором расплавленное стекло вытекает вниз

- 3 025378 через щель перед тем, как быть вытянутым до желаемой толщины и одновременно охлажденным.

За стадией резки, благоприятно, следует стадия обработки или шлифования краев, перед стадией ионного обмена.

Ионный обмен заключается в замещении части ионов щелочных металлов стеклянной пластины ионами щелочных металлов, имеющих больший ионный радиус. Ионы щелочных металлов представляют собой, обычно, натрий и литий, соответственно, частично замещенные калием или натрием. Равным образом, могут быть использованы другие ионы, такие как ионы рубидия или цезия, и даже ионы таллия, серебра или меди.

После ионного обмена предпочтительно следует стадия термообработки (помимо ванны с расплавом соли), обычно в тех же самых интервалах температур, что интервалы температур, применяемые при ионном обмене. Эта термообработка позволяет увеличить отношение Р/е или уменьшить интенсивность напряжений. Таким образом, можно, в частности для стекол на основе алюмосиликатов лития, получить высокие отношения Р/е, подвергая тонкую стеклянную пластину очень коротким ионообменным обработкам (например, продолжительностью самое большее 2 ч и даже 1 ч).

Ионный обмен осуществляют, обычно, помещая стеклянную пластину в ванну, заполненную расплавом соли желаемого иона щелочного металла. Высокая температура, но ниже температуры стеклования обрабатываемого стекла, позволяет инициировать явление взаимной диффузии, воздействующее сначала на поверхностные слои стекла.

Можно также осуществлять ионный обмен, нанося на поверхность стекла пасту. Ионный обмен может быть также облегчен, прикладывая электрическое поле или воздействуя ультразвуком.

По меньшей мере, стадию ионного обмена предпочтительно осуществляют при помощи расплава соли калия и/или натрия, выбранной среди нитратов, сульфатов, хлоридов или любой из их смесей. Смесь соли натрия и соли калия позволяет ограничить интенсивность напряжений. Нитрат калия является особенно предпочтительным.

Температуру и время обмена регулируют в зависимости от состава стекла, его толщины и желаемого профиля напряжений.

Авторы изобретения смогли продемонстрировать, что увеличение температуры обмена и времени обмена дает возможность увеличить глубину Р и получить оригинальный профиль, описанный перед этим, в котором зона, подвергающаяся максимальному напряжению сжатия, расположена на не нулевом расстоянии от поверхности стеклянной пластины, профиль, который, напомним, позволяет достичь особенно высоких отношений Р/е, по меньшей мере 0,2 и даже 0,25. Оригинальный профиль, в котором в центральной зоне, занимающей третью часть толщины стекла, относительное изменение интенсивности напряжения растяжения составляет по меньшей мере 10%, может, что касается его, быть также получен увеличением температуры и времени обмена, использованием более тонкой стеклянной пластины или при помощи последующей термообработки, такой, как описанная перед этим.

В частности, для алюмосиликатов натрия, таких как описанные перед этим, температура обмена составляет предпочтительно по меньшей мере 450°С, и даже 480°С. Структурная релаксация поверхности, допускаемая этими высокими температурами, позволяет достигнуть указанного оригинального профиля, в частности при времени обмена по меньшей мере 48 ч, даже 72 ч.

Следующие ниже примеры, не носящие ограничительного характера, иллюстрируют настоящее изобретение.

Стекло, использованное для различных примеров (за исключением сравнительного примера 4), представляло собой алюмосиликат натрия, имеющий следующий массовый состав:

3ίΟ₂	62%
А1₂0з	8%
Νη₂Ο	12, 5%
К₂0	9%
МдО	7,5%
СаО	0,5%

Флотационным способом изготавливали стеклянные пластины этого состава толщиной 3 мм, затем их шлифовали, чтобы достичь толщины е приблизительно 1 мм. Эти стеклянные пластины подвергали различным ионообменным обработкам, которые осуществляли, погружая стеклянную пластину в ванну с расплавом нитрата калия. Стеклянная пластина сравнительного примера С4 имела состав кремниевонатриево-кальциевого типа и толщину 2 мм.

В табл. 1, приведенной ниже, для разных примеров представлены температура обмена (в °С) и время обмена (в часах), глубина Р, на которой происходит переход между сжатием и растяжением, и отношение Р/е, где е представляет собой толщину стеклянной пластины, а также параметр V, который соответствует относительному изменению напряжения, наблюдающемуся в центральной зоне, занимающей треть толщины стеклянной пластины. Значение V вычислено как максимальное изменение напряжения в

- 4 025378 центральной зоне, деленное на максимум напряжения.

Профиль напряжения, из которого извлекали величины Р, V и величины напряжений, определяли при помощи поляризационного микроскопа, снабженного компенсатором Бабине.

Таблица 1

Пример	Температура (°С)	Время (часы)	Р (мкм)	Е (мм)	Р/е	V (%)
С1	360	32	31	0, 98	0, 03	3
С2	380	24	38	0, 96	0, 04	4
СЗ	380	34	46	0, 90	0, 05	4
С4	460	432	90	1,95	0, 05	2
1	490	24	125	0, 98	0, 13	7
2	490	48	234	0, 97	0, 24	30
3	490	72	270	1,06	0, 25	36
4	490	96	280	0, 98	0, 29	69
5	490	120	309	0, 98	0, 32	69
6	490	144	315	1,05	0, 30	71
7	490	168	320	0, 97	0, 32	108

Примеры с С1 по С4 являются сравнительными примерами. Из результатов табл. 1 можно сделать вывод, что применение высоких температур позволяет значительно увеличить глубину Р. В результате увеличения времени обработки, отношение Р/е может очень намного превысить теоретический предел 0,2.

В табл. 2, следующей ниже, для каждого образца показаны максимальная величина напряжения растяжения, максимальная величина напряжения сжатия, величина параметра К и число фрагментов, полученных при разрушении стекла. Большое число является характерным для фрагментации стекла.

Фрагментацию характеризовали плотностью фрагментов после разрушения. Для этого образцы покрывали с обеих сторон клейкой пленкой. Затем воздействовали на стекло на расстоянии 1 см от одного из его краев при помощи острия из карбида и молотка. Подсчет числа фрагментов осуществляли на расстоянии по меньшей мере 2 см от точки удара в квадрате 3x3 см².

Таблица 2

Пример	Мак сималь но е напряжение растяжения (МПа)	Максимальное напряжение сжатия (МПа)	К (МПа'м^1/2)	Число фрагментов
С1	33	>500	1, 0	1
С2	36	>500	1,1	1
СЗ	39	>500	1,2	1
С4	<15	270	<0,4	1
1	72	>300	1, 6	58
2	74	>150	1, 4	17
3	68	91	1, 3	1
4	56	56	0,7	1
5	47	37	0,7	2
6	39	35	0, 5	1
7	12	21	0, 2	1

Фигуры 1а и 1б представляют собой микрофотографии, полученные при наблюдении среза стеклянных пластин по примерам 3 и С3 при помощи поляризационного микроскопа, снабженного компенсатором Бобине. Такое устройство, обычно используемое в технике, позволяет определить профиль напряжений по толщине стекла, то есть величину напряжения в зависимости от глубины.

Форма интерференционных полос, наблюдаемых при помощи устройства, воспроизводит распределение напряжений в середине стеклянной пластины, в то время как смещение полос пропорционально интенсивности напряжений. Уровень стандарта произвольно зафиксирован на самой черной полосе, и изменение этой полосы (указано на фигуре белыми стрелками) позволяет определить профиль напряжения. Напряжения растяжения соответствуют полосам, расположенным выше уровня стандарта, при этом

- 5 025378 напряжения сжатия расположены ниже уровня стандарта. Полосы становятся трудно различимыми близко от поверхности, если градиент напряжения является слишком значительным.

Глубина, на которой черная полоса пересекает уровень стандарта, представляет собой глубину Р. Профиль стеклянной пластины по примеру 3 является, в частности, атипичным, потому что он показывает отношение Р/е больше 0,22, и сильное относительное изменение напряжения растяжения на уровне центральной зоны без всякого плато. Напротив, сравнительный пример 3 показывает отношение Р/е только 0,05 с почти постоянным напряжением растяжения в середине.

На фиг. 2 изображены профили напряжений для примера 3 (сплошные квадратные точки) и сравнительного примера 3 (сквозные ромбические точки). Как принято, напряжения сжатия являются отрицательными, тогда как напряжения растяжения представлены положительными величинами. Точные величины напряжения сжатия на предельной поверхности не указаны, так как измерение вблизи поверхности становится затруднительным, если градиент напряжения там слишком значительный.

Результаты испытаний представлены на фиг. 3, на которой изображено разрушающее напряжение при испытании на изгиб кольцо на трех опорах (выражено в МПа) в зависимости от нагрузки при определении твердости по Виккерсу, которому образец подвергся перед этим.

Разрушающее напряжение при изгибе кольцо на трех опорах после определения твердости по Виккерсу измеряли следующим образом, при этом за результат принимали среднее из 5 испытаний. Образцы 70x70 мм² вырезали из стеклянной пластины, которая не подвергалась никакой обработке после ее изготовления. После ионного обмена образцы очищали водой и сушили.

Одну любую сторону каждого образца покрывали затем клейкой пленкой со стороны, которая впоследствии будет подвергнута сжатию. Роль этой пленки заключается в том, чтобы дать возможность определения места начала разрушения.

Определение твердости методом вдавливания осуществляли на стороне, противоположной клейкой пленке, при помощи грузов, расположенных над пирамидой Виккерса. Образец размещали под пирамидой таким образом, чтобы определение твердости методом вдавливания осуществлялось в середине образца с точностью до 1 мм.

Опускание пирамиды на образец осуществляли благодаря установке Ιηκΐτοη 4505, снабженной датчиком усилия 5 кН. В исходном положении вершина пирамиды находилась над образцом на расстоянии от 2 до 5 мм. Затем пирамиду приближали к стеклу со скоростью 10 мм/мин. После контакта между вершиной пирамиды и стеклом усилие, прикладываемое установкой, становилось нулевым, и только грузы, помещаемые на пирамиду, вызывали ее вдавливание в стекло. Определение твердости методом вдавливания продолжалось 20 с, затем пирамиду вновь поднимали установкой.

Затем стекло выдерживали в течение по меньшей мере 12 ч, чтобы стабилизировать распространение трещин. В случае разрушения после определения твердости методом вдавливания, но перед испытанием на изгиб, разрушающее напряжение при изгибе декларировалось равным нулю.

Испытание на изгиб методом кольцо на трех опорах осуществляли при помощи установки Ιηκΐτοη 440К, настроенной на скорость опускания ползуна 2 мм/мин, снабженной датчиком усилия 10 кН, тороидным кольцом диаметром 10 мм с радиусом тора 1 мм, закрепленным на конце установки Ιηδΐτοη, и основанием, на котором приклеены 3 шарика радиусом 5 мм, расположенные под углом 120° по окружности радиусом 20 мм, центр которой совпадает с центром кольца.

Образец помещали между этими 3 шариками и кольцом таким образом, чтобы отметка от определения твердости методом вдавливания была расположена в центре кольца с точностью 1 мм. Тогда прикладывали к кольцу усилие, увеличивающееся вплоть до разрушения образца. Подсчитывали только образцы, начало разрушения которых находилось под кольцом. Разрушающее напряжение в зависимости от усилия при разрушении и толщины образца дается следующей формулой:

0,847 х Сила,™

Толщина,™..²

Незаштрихованные ромбы представляют точки, измеренные в случае сравнительного примера С3, тогда как сплошные квадраты соответствуют примеру 3 согласно изобретению.

Можно видеть, что благодаря более сильным сжатиям поверхности, сравнительный пример 3 показывает значительно более высокие разрушающие напряжения в случае измерения твердости методом вдавливания при низких нагрузках. Зато, это разрушающее напряжение головокружительно падает, когда нагрузка при определении твердости методом вдавливания увеличивается, вплоть до того, что становится равным нулю при нагрузках больше 60 Н. Стеклянная пластина согласно изобретению (пример 3) показывает весьма отличное поведение, с постоянным разрушающим напряжением порядка 100 МПа, включая напряжения при высоких нагрузках при определении твердости методом вдавливания, выше 60 Н.

- 6 025378

Вопреки ожиданию, значительно более низкое разрушающее напряжение при определениях твердости методом вдавливания при более низких нагрузках оказывается не наносящим ущерба конечным характеристикам ударной прочности. Это противоречит частному выбору разрушающего напряжения при определении твердости методом вдавливания при самых высоких нагрузках, которые можно различать.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Стеклянная пластина, толщина которой не превышает 2 мм, имеющая поверхностную зону сжатия и центральную зону растяжения, в которой глубина, на которой происходит переход между сжатием и растяжением, составляет по меньшей мере 100 мкм, при этом отношение между указанной глубиной и указанной толщиной равно по меньшей мере 0,1, при этом в пластине разрушающее напряжение при изгибе при испытании на кольце на трех опорах составляет по меньшей мере 70 МПа при определении твердости по Виккерсу под нагрузкой 60 Н, причем стекло является стеклом типа алюмосиликата натрия или кремниево-натриево-кальциевого типа, при этом химический состав стекла типа алюмосиликата натрия содержит следующие оксиды в интервалах массовых содержаний, определенных ниже:

δίθ₂ - 55-72%;

ΑΙ2Ο3 - 2-15%;

Νι.Ό - 9-17%;

К₂О - 0-12%;

МдО - 2-13%;

СаО - 0-2%;

В₂О₃ - 0-1%;

химический состав стекла кремниево-натриево-кальциевого типа содержит следующие оксиды в интервалах массовых содержаний, определенных ниже:

δίΟ₂ - 60-75%;

Α1₂Ο₃ - 0-4%;

Να₂Ο - 9-18%;

К2О - 0-5%;

МдО - 0-10%;

СаО - 4-15%.
2. Стеклянная пластина по п.1, в которой поверхностная зона сжатия получена ионным обменом.
3. Стеклянная пластина по одному из предыдущих пунктов, толщина которой находится в диапазоне от 0,25 до 1,10 мм.
4. Стеклянная пластина по одному из предыдущих пунктов, в которой глубина, на которой происходит переход между сжатием и растяжением, составляет по меньшей мере 200 мкм и не более 500 мкм.
5. Стеклянная пластина по одному из предыдущих пунктов, у которой профиль напряжений по толщине стеклянной пластины является таковым, что максимальное напряжение сжатия составляет по меньшей мере 70 МПа, при этом зона, подверженная этому максимальному напряжению сжатия, находится на не нулевом расстоянии от поверхности стеклянной пластины.
6. Стеклянная пластина по одному из предыдущих пунктов, профиль напряжений которой по толщине стеклянной пластины таков, что в центральной зоне, занимающей треть толщины стекла, относительное изменение интенсивности растягивающего напряжения составляет по меньшей мере 10%.
7. Стеклянная пластина по одному из пп.5 или 6, в которой отношение между глубиной, на которой происходит переход между сжатием и растяжением, и толщиной составляет по меньшей мере 0,2 и не превышает 0,4.
8. Стеклянная пластина по одному из предыдущих пунктов, в которой параметр К не превышает 1,4 МПа-м¹'² и даже 1,3 МПа-м, при этом К представляет собой корень квадратный из интеграла по центральной зоне растяжения из квадрата напряжения.
9. Стеклянная пластина по одному из предыдущих пунктов, в которой химический состав стекла типа алюмосиликата натрия предпочтительно содержит следующие оксиды в интервалах массовых содержаний, определенных ниже:

δίΟ₂ - 60-71%;

ΑΙ2Ο3 - 3-12%;

Νι.Ό - 10-15%;

К₂О - 1-10%;

МдО - 4-12%;

СаО - 0-1%;

В₂О₃ - 0%.
10. Стеклянная пластина по п.1, в которой указанные оксиды стекла типа алюмосиликата натрия составляют по меньшей мере 95 мас.% от всего состава.

- 7 025378
11. Стеклянная пластина по п.1, в которой указанные оксиды стекла типа алюмосиликата натрия составляют по меньшей мере 98 мас.% от всего состава.
12. Стеклянная пластина по п.1, в которой максимальное напряжение сжатия меньше или равно 200 МПа.
13. Электронное устройство, в частности карманное или переносное, такое как, в частности, смартфон, карманный персональный компьютер, цифровой фотоаппарат, мультимедийное воспроизводящее устройство, вычислительная машина, планшет, телевизор, содержащее по меньшей мере одну стеклянную пластину по одному из предыдущих пунктов в качестве защитного стекла, смотрового окна, экрана или декоративного элемента.
14. Преобразователь солнечного излучения, содержащий по меньшей мере одну стеклянную пластину по одному из пп.1-12.
15. Способ получения стеклянной пластины по одному из пп.1-12, включающий в себя стадию плавления стекла, формования, резки и ионного обмена, отличающийся тем, что используют стекло типа алюмосиликата натрия со следующим химическим составом оксидов в интервалах массовых содержаний:

δίθ₂ - 55-72%;

А1₂О₃ - 2-15%;

Να₂Ο - 9-17%;

К₂О - 0-12%;

МдО - 2-13%;

СаО - 0-2%;

В2О3 - 0-1%;

или стекло кремниево-натриево-кальциевого типа со следующим химическим составом оксидов в интервалах массовых содержаний:

81О2 - 60-75%;

А1₂О₃ - 0-4%;

№-ьО - 9-18%;

К2О - 0-5%;

МдО - 0-10%;

СаО - 4-15%;

ионный обмен проводят при температуре не менее 450°С в течение по меньшей мере 48 ч.
16. Способ по предыдущему пункту, в котором стадию ионного обмена осуществляют в расплаве соли калия и/или натрия, выбранной среди нитратов, сульфатов, хлоридов или любой из их смесей.
17. Способ по предыдущему пункту, в котором температура обмена составляет по меньшей мере 480°С.