JP2019513663A - ２つの領域を含む応力プロファイルを含むガラス系物品および製造方法 - Google Patents
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Abstract
第１の表面および第１の表面の反対にある第２の表面であって、厚さ（ｔ）を画定する第１の表面および第２の表面と、応力プロファイルとを含むガラス系物品であって、約３ミリメートル以下の厚さ（ｔ）を有し、約０・ｔ〜最大０．３・ｔおよび０．７・ｔ超の厚さ範囲間の応力プロファイルの全ての点は、約−０．１ＭＰａ／マイクロメートル未満または約０．１ＭＰａ／マイクロメートル超の傾きを有する接線を含む、ガラス系物品が開示される。０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ（ｔ）を有するガラス系物品であって、約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、約０．０３５・ｔ〜０．９６５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、ガラス系物品も開示される。
Description
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１６年４月８日に出願された米国仮特許出願第６２／３２０１０９号の優先権の利益を主張し、その内容は、依拠され、かつその全体が参照により本明細書に援用される。
本開示は、改善された破壊抵抗を含む改善された損傷抵抗を示すガラス系物品に関し、特にゼロではない金属酸化物濃度勾配または厚さの実質的な部分に沿って変動する濃度を示すフュージョン成形可能なガラスおよびガラスセラミック物品に関する。本開示は、種々の接線を有する２つの領域を含む応力プロファイルを含むガラス系物品にも関する。
ガラス系物品は、そのような物品の表面内に大きい傷を発生させ得る激しい衝撃を受けることが多い。このような傷は、表面から最大約２００マイクロメートルの深さまで延在し得る。従来、ガラス中にこのような傷が導入されることによって生じる破壊を防止するために熱強化ガラスが使用されており、なぜなら、熱強化ガラスは、大きい圧縮応力（ＣＳ）層（例えば、ガラス全体の厚さの約２１％）を示すことが多く、これによってガラス中への傷のさらなる伝播を防止することができ、したがって破壊を防止できるからである。熱強化によって得られる応力プロファイルの一例が図１に示される。図１では、熱処理されたガラス物品１００は、第１の表面１０１、厚さｔ１および表面ＣＳ１１０を含む。熱処理されたガラス物品１００は、第１の表面１０１から、本明細書において定義されるように応力が圧縮応力から引張応力に変化する深さである圧縮深さ１３０（ＤＯＣ）まで減少するＣＳを示し、最大中央張力（ＣＴ）１２０に到達する。
熱強化は、現在、厚いガラス系物品（すなわち約３ミリメートル以上の厚さｔ１を有するガラス系物品）に限定され、なぜなら、熱強化および所望の残留応力を実現するために、そのような物品の中心と表面との間で十分な温度勾配を形成する必要があるからである。ディスプレイ（例えば、消費者用エレクトロニクス、例えば携帯電話、タブレット、コンピュータ、ナビゲーションシステムなど）、建築物（例えば、窓、シャワーパネル、カウンタートップなど）、輸送（例えば、自動車、列車、航空機、航洋船など）、電化製品、または優れた破壊抵抗を必要とするが薄く軽量の物品を必要とするあらゆる用途などの多くの用途では、このような物品は、望ましくないかまたは実用的でない。
化学強化は、熱強化と同じようにガラス系物品の厚さによって制限されないが、周知の化学強化ガラス系物品は、熱強化ガラス系物品の応力プロファイルを示さない。化学強化によって（例えば、イオン交換プロセスによって）得られる応力プロファイルの一例が図２に示される。図２では、化学強化ガラス系物品２００は、第１の表面２０１、厚さｔ２および表面ＣＳ２１０を含む。ガラス系物品２００は、第１の表面２０１から、本明細書において定義されるように応力が圧縮応力から引張応力まで変化する深さにおけるＤＯＣ２３０まで減少するＣＳを示し、最大ＣＴ２２０に到達する。図２に示されるように、このようなプロファイルは、実質的に平坦なＣＴ領域、すなわちＣＴ領域の少なくとも一部に沿って一定またはほぼ一定の引張張力を有するＣＴ領域を示す。多くの場合、周知の化学強化ガラス系物品は、図１に示される最大中央値と比較してより小さい最大ＣＴ値を示す。
物品の表面における比較的高い圧縮応力と、急な傾きまたは接線を有する第１の応力プロファイル領域と、あまり急ではないプロファイル領域を有する第２の応力プロファイル領域とを有するガラス系物品およびそのようなガラス物品を提供する方法が提供されることが望ましいであろう。
本開示の第１の態様は、第１の表面および第１の表面の反対にある第２の表面であって、厚さ（ｔ）を画定する第１の表面および第２の表面と、ゼロではなく、かつ約０・ｔ〜約０．３・ｔの厚さ範囲に沿って変動する金属酸化物の濃度と、約８０ＭＰａ未満の最大ＣＴを含む中央張力（ＣＴ）領域とを含むガラス系物品に関する。１つ以上の実施形態では、ガラス系物品が破壊されると、ガラス系物品は、１平方インチ（６．４５１６ｃｍ２）当たり少なくとも２つの破片に破壊される。１つ以上の実施形態では、ガラス系物品が破壊される場合、ガラス系物品は、１平方インチ（約６．４５１６ｃｍ２）当たり少なくとも１個の破片〜１平方インチ（約６．４５１６ｃｍ２）当たり最大４０個の破片に破壊される。
１つ以上の実施形態では、金属酸化物の濃度は、ゼロではなく、かつ厚さ全体に沿って変動する。１つ以上の実施形態では、金属酸化物は、厚さ範囲に沿って応力を発生させる。金属酸化物の一価イオンは、ガラス系基材中の金属酸化物の一価イオンの全ての最大イオン直径を有することができる。金属酸化物の濃度は、第１の表面から、第１の表面と第２の表面との間の点の値まで減少することができ、かつその値から第２の表面まで増加する。例えば、第１の表面における金属酸化物の濃度は、約０．５・ｔに等しい深さにおける金属酸化物の濃度の約１．５倍であり得る。いくつかの場合、金属酸化物の濃度は、厚さ全体にわたって約０．０５モル％以上（例えば、約１モル％〜約１５モル％の範囲内）である。金属酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、およびＣｓ２Ｏのいずれか１つ以上を含むことができる。１つ以上の実施形態では、金属酸化物の濃度勾配は、ガラス系物品のＣＴ領域内に存在することができる。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、厚さに沿って延在する応力プロファイルを含み、約０・ｔ〜最大０．３・ｔおよび０．７・ｔ超の厚さ範囲間の応力プロファイルの全ての点は、約−０．１ＭＰａ／マイクロメートル未満であるかまたは約０．１ＭＰａ／マイクロメートルを超える傾きを有する接線を含む。いくつかの実施形態では、応力プロファイルは、最大ＣＳと、ＤＯＣと、約８０ＭＰａ未満の最大ＣＴとを含み、ＣＳの最大絶対値に対する最大ＣＴの比は、約０．０１〜約０．２の範囲内であり、ＤＯＣは約０．１・ｔ以上である。１つ以上の実施形態のガラス系物品が破壊される場合、ガラス系物品は、１平方インチ（約６．４５１６ｃｍ２）当たり少なくとも２つの破片に破壊される。
１つ以上の実施形態のガラス系物品は、約３００ＭＰａ以上または約５００ＭＰａ以上の表面圧縮応力（ＣＳ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ガラス系物品は、約２００ＭＰａ以上の表面ＣＳ、および約０．４・ｔ以上の層の化学深さを含む。１つ以上の実施形態では、ＣＳは、第１の表面からＤＯＣまで延在することができ、ＤＯＣは、約０．１・ｔ以上である。いくつかの実施形態のガラス系物品は、約０．０１〜約０．２の範囲内の、表面ＣＳの絶対値（最大ＣＳを含むことができる）に対する最大ＣＴの比を示す。任意選択的に、表面ＣＳの絶対値は、最大ＣＴよりも大きい。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、第１の金属酸化物濃度および第２の金属酸化物濃度を含み、第１の金属酸化物濃度は、約０・ｔ〜約０．５・ｔの第１の厚さ範囲から約０モル％〜約１５モル％の範囲内であり、第２の金属酸化物濃度は、約０マイクロメートル〜約２５マイクロメートルの第２の厚さ範囲から約０モル％〜約１０モル％の範囲内である。任意選択的に、ガラス系物品は、第３の金属酸化物を含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、ゼロではなく、かつ約０・ｔ〜約０．３・ｔ（または約０・ｔ〜約０．４・ｔ、または約０・ｔ〜約０．４５・ｔ）の厚さ範囲に沿って変動する金属酸化物の濃度と、約２００ＭＰａ以上の表面圧縮応力と、約８０ＭＰａ未満の最大ＣＴ（ＭＰａ）を有するＣＴ領域とを含む。
ガラス系物品は、約３ミリメートル以下または約１ミリメートル以下の厚さｔを有することができる。ガラス系物品は、非晶質構造、結晶構造、または両方の組合せを有することができる。ガラス系物品は、約３８０ｎｍ〜約７８０ｎｍの範囲内の波長にわたって約８８％以上の透過率を示すことができる。さらに、いくつかの実施形態では、ガラス系物品は、ＣＩＥ光源Ｆ０２下において、約８８以上のＬ＊値、約−３〜約＋３の範囲内のａ＊値、および約−６〜約＋６の範囲内のｂ＊値のＣＩＥＬＡＢ色空間座標を示すことができる。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、８０ＧＰａ未満のヤング率を含む。ガラス系物品は、約１００キロポアズ（ｋＰ）（１０ｋＰａ・ｓ）以上の液相線粘度を含む。
ガラス系物品は、約１５モル％を超えるＡｌ２Ｏ３とＮａ２Ｏとの合計量を含む組成物と、約４モル％を超えるＮａ２Ｏを含む組成物と、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、またはＢ２Ｏ３とＺｎＯとの両方を実質的に含まない組成物と、ゼロではない量のＰ２Ｏ５を含む組成物とのいずれか１つ以上を有する組成物を含むことができる。
ガラス系物品は、約４６０℃において約４５０μｍ２／時以上の拡散率と、約０．１５・ｔを超えるＤＯＣとを含むことができ、表面ＣＳの絶対値は、最大ＣＴの１．５倍以上である。
いくつかの実施形態では、ガラス系物品は、約０．７ＭＰａ・ｍ１／２以上の破壊靱性（Ｋ１Ｃ）を含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、約０Ｊ／ｍ２超〜２０Ｊ／ｍ２未満の貯蔵引張エネルギーを示す。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、ＣＳ領域とＣＴ領域とを含む応力プロファイルを含み、そのＣＴ領域は、応力（ｘ）＝ＭａｘＣＴ−（（（ＭａｘＣＴ・（ｎ＋１））／０．５ｎ）・｜（ｘ／ｔ）−０．５｜ｎ）の式によって概算され、式中、ＭａｘＣＴは、最大ＣＴ値でありかつＭＰａの単位の正の値であり、ｘは、マイクロメートルの単位での厚さ（ｔ）に沿った位置であり、およびｎは、１．５〜５である。いくつかの実施形態では、ＣＴ領域は、約５０ＭＰａ〜約２５０ＭＰａの範囲内の最大ＣＴ値を含み、および最大ＣＴ値は、約０．４ｔ〜約０．６ｔの範囲内の深さに存在する。いくつかの場合、約０ｔ〜約０．１ｔマイクロメートルの範囲内の深さから、応力プロファイルは、約２０ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの範囲内の傾きを含む。１つ以上の実施形態では、応力プロファイルは、０．５ｔから表面まで測定された場合の複数の誤差関数の組合せによって画定される。
本開示の第２の態様は、（モル％単位で）約６０〜約７５の範囲内の量のＳｉＯ２、約１２〜約２０の範囲内の量のＡｌ２Ｏ３、約０〜約５の範囲内の量のＢ２Ｏ３、約２〜約８の範囲内の量のＬｉ２Ｏ、４を超える量のＮａ２Ｏ、ゼロではない量のＰ２Ｏ５、約０〜約５の範囲内の量のＭｇＯ、約０〜約３の範囲内の量のＺｎＯ、約０〜約５の範囲内の量のＣａＯを含む、強化ガラス系物品中のガラス組成物の使用であって、ガラス組成物は、イオン交換可能でありかつ非晶質であり、Ａｌ２Ｏ３およびＮａ２Ｏの総量は、約１５モル％を超え、ガラス組成物は、核形成剤を実質的に含まず、ガラス組成物は、約１００ｋＰ（１０ｋＰａ・ｓ）以上の液相線粘度を含む、使用に関する。１つ以上の実施形態では、ガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、またはＢ２Ｏ３とＺｎＯとの両方を実質的に含まない。
本開示の第３の態様は、モル％単位で約６０〜約７５の範囲内の量のＳｉＯ２、約１２〜約２０の範囲内の量のＡｌ２Ｏ３、約０〜約５の範囲内の量のＢ２Ｏ３、約２〜約８の範囲内の量のＬｉ２Ｏ、約４を超える量のＮａ２Ｏ、約０〜約５の範囲内の量のＭｇＯ、約０〜約３の範囲内の量のＺｎＯ、約０〜約５の範囲内の量のＣａＯ、およびゼロではない量のＰ２Ｏ５を含む組成物を含むガラス基材であって、イオン交換可能でありかつ非晶質であり、組成物中のＡｌ２Ｏ３およびＮａ２Ｏの総量は、約１５モル％を超え、ガラス組成物は、核形成剤を実質的に含まず、かつ約１００ｋＰ（１０ｋＰａ・ｓ）以上の液相線粘度を含む、ガラス基材に関する。
いくつかの実施形態では、ガラス基材は、非晶質でありかつ強化され、Ｎａ２Ｏ濃度は、変動し、組成物は、核形成剤を実質的に含まず、組成物中のＡｌ２Ｏ３およびＮａ２Ｏの総量は、約１５モル％を超え、かつ約１００ｋＰ（１０ｋＰａ・ｓ）以上の液相線粘度を含む。いくつかの実施形態では、ガラス基材は、ゼロではない量のＰ２Ｏ５を含む。
本開示の第４の態様は、第１の表面および第１の表面の反対にある第２の表面であって、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ（ｔ）を画定する第１の表面および第２の表面と、厚さ（ｔ）に沿って延在する応力プロファイルとを含むガラス系物品であって、約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、約０．０３５・ｔ〜０．９６５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、応力プロファイルは、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含み、応力プロファイルは、約０．１・ｔ〜０．２５・ｔの範囲のＤＯＣを含む、ガラス系物品に関する。いくつかの実施形態では、約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
１つ以上の実施形態では、第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２ＭＰａ／マイクロメートル〜約２ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
１つ以上の実施形態では、約０．０２５・ｔ〜０．９７５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。いくつかの実施形態では、第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２ＭＰａ／マイクロメートル〜約２ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
１つ以上の実施形態では、約０．０２・ｔ〜０．９８・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。いくつかの実施形態では、第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２ＭＰａ／マイクロメートル〜約２ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
１つ以上の実施形態では、第２の厚さ範囲内の応力プロファイルは、冪指数を有する冪乗則プロファイルを形成し、冪指数は、約１．２〜３．２である。いくつかの実施形態では、冪指数は、約１．３〜２．８である。
１つ以上の実施形態では、表面ＣＳは、約３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６１０、６２０ＭＰａ〜約６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０、１０００または１１００ＭＰａである。
１つ以上の実施形態では、第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。１つ以上の実施形態では、第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。いくつかの実施形態では、第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１４０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１４０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。いくつかの実施形態では、第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−１４０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１４０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
１つ以上の実施形態では、約０・ｔ〜最大０．０２５・ｔおよび０．９７５・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。１つ以上の実施形態では、約０・ｔ〜最大０．０２５・ｔおよび０．９７５・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。いくつかの実施形態では、第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、いくつかの実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、いくつかの実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−１４０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１４０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
約０・ｔ〜最大０．０３５・ｔおよび０．９６５・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、１つ以上の実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、いくつかの実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、いくつかの実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−１４０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１４０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
１つ以上の実施形態では、第１の厚さ範囲は、Ｋ含有塩中のイオン交換によって得られる。
１つ以上の実施形態では、第２の厚さ範囲は、Ｎａ含有塩中のイオン交換によって得られる。
１つ以上の実施形態では、応力プロファイルは、１つのイオン交換ステップを用いて得られる。
１つ以上の実施形態では、応力プロファイルは、２つ以上のイオン交換ステップを用いて得られる。
１つ以上の実施形態では、表面ＣＳは、約６９０ＭＰａ〜９５０ＭＰａである。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、約０．５モル％のＰ２Ｏ５〜１０モル％のＰ２Ｏ５の組成を含む。
本開示の第５の態様は、中心面を含むガラス系物品であって、中心面は、約２〜約２０モル％のＬｉ２Ｏと、第１の表面および第１の表面の反対にある第２の表面であって、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ（ｔ）を画定する第１の表面および第２の表面と、厚さ（ｔ）に沿って延在する応力プロファイルとを含み、約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、応力プロファイルは、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含み、応力プロファイルは、約０．０５・ｔ〜０．２５・ｔの範囲のＤＯＣを含む、ガラス系物品に関する。いくつかの実施形態では、約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
１つ以上の実施形態では、第１の厚さ範囲は、Ｋ含有塩中のイオン交換によって得られる。
１つ以上の実施形態では、第２の厚さ範囲は、ＮａまたはＫを含有する塩中のイオン交換によって得られる。
１つ以上の実施形態では、応力プロファイルは、１つのイオン交換ステップを用いて得られる。
１つ以上の実施形態では、応力プロファイルは、２つ以上のイオン交換ステップを用いて得られる。
１つ以上の実施形態では、表面ＣＳは、約６９０ＭＰａ〜９５０ＭＰａの範囲である。
１つ以上の実施形態では、第２の厚さ範囲内の応力プロファイルは、冪指数を有する冪乗則プロファイルを形成し、冪指数は、約１．２〜３．４である。いくつかの実施形態では、冪指数は、約１．３〜２．８である。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、約０．５モル％のＰ２Ｏ５〜１０モル％のＰ２Ｏ５を含む組成を含む。
１つ以上の実施形態では、中心面は、約０．５モル％〜２０モル％のＮａ２Ｏを含む組成をさらに含む。いくつかの実施形態では、中心面は、約２モル％〜１０モル％のＬｉ２Ｏを含む組成をさらに含む。いくつかの実施形態では、ガラス物品の中心面内のＮａ２Ｏの濃度は、約５モル％〜１６モル％である。いくつかの実施形態では、ガラス物品の中心面内のＮａ２Ｏの濃度は、約１０モル％〜１５モル％である。いくつかの実施形態では、ガラス物品の中心面内のＬｉ２Ｏの濃度は、約３モル％〜１０モル％である。
１つ以上の実施形態では、本明細書に記載の応力プロファイルを得るための方法が提供される。このような方法は、１つのイオン交換または２つ以上のイオン交換のいずれかによる比較的長いイオン交換時間を要する。１つ以上の実施形態によると、イオン交換時間は、１時間を超え、１．５時間を超え、２時間を超え、２．５時間を超え、３時間を超え、３．５時間を超え、４時間を超え、４．５時間を超え、５時間を超え、５．５時間を超え、６時間を超え、６．５時間を超え、７時間を超え、７．５時間を超え、および８時間を超える。
さらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、部分的に以下の説明から当業者に容易に明らかとなり、または以下の詳細な説明、請求項、および添付の図面を含む本明細書に記載の実施形態を実施することによって理解されるであろう。
以上の概要および以下の詳細な説明の両方は、単に例示的なものであり、請求項の性質および特性を理解するための概要または枠組みを提供することが意図されることを理解されたい。添付の図面は、さらなる理解を得るために含まれ、本明細書に含まれかつ本明細書の一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を示し、本明細書の記述とともに種々の実施形態の原理および操作を説明する役割を果たす。
ここで、種々の実施形態を詳細に参照し、それらの例が付随する実施例および図面において例示される。
以下の説明において、図面に示されるいくつかの図の全体にわたり、同様の参照文字は同様のまたは対応する部分を示す。他に明記されない限り、「上部」、「底部」、「外側」、「内側」などの用語は便宜上の単語であり、限定の用語として解釈すべきではないことも理解される。さらに、群が要素の群およびそれらの組合せの少なくとも１つを含むとして記載される場合には常に、その群は、個別または互いの組合せのいずれかで任意の数の記載の要素を含むか、それから本質的になるか、またはそれからなることができると理解される。同様に、群が要素の群またはそれらの組合せの少なくとも１つからなると記載される場合には常に、その群は、個別または互いの組合せのいずれかで任意の数の記載の要素からなることができると理解される。他に明記されない限り、ある範囲の値が記載される場合、これは、その範囲の上限および下限と、それらの間のあらゆる範囲との両方を含む。本明細書において使用される場合、不定冠詞の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および対応する定冠詞の「その（ｔｈｅ）」は、他に明記されない限り、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味する。本明細書および図面に開示される種々の特徴は、任意のおよびあらゆる組合せで使用できることも理解される。
本明細書において使用される場合、「ガラス系物品」および「ガラス系基材」という用語は、全体的または部分的にガラスでできたあらゆる物体を含む最も広い意味で使用される。ガラス系物品としては、ガラスと非ガラス材料との積層体、ガラスと結晶性材料との積層体、およびガラスセラミック（非晶質相および結晶相を含む）が挙げられる。他に明記されない限り、全ての組成は、モルパーセント（モル％）において表される。
「実質的に」および「約」という用語は、あらゆる定量的な比較、値、測定、または他の表現に起因し得る固有の不確実性の程度を表すために本明細書において使用できることに留意されたい。これらの用語は、本明細書において、ある定量的表現が、対象となる主題の基本的機能に変化を生じさせることなく記載の基準から変動できる程度を表すためにも使用される。したがって、例えば、「ＭｇＯを実質的に含まない」ガラス系物品は、ＭｇＯがガラス系物品中に積極的に加えられるかまたはバッチとして処理されすることがなく、汚染物質として非常に少量で存在し得る、ガラス系物品である。
本明細書において使用される場合、「約」という用語は、量、サイズ、処方、パラメーターならびに他の量および特性が、厳密でなくかつ厳密である必要がないが、許容範囲、換算率、丸め、測定誤差など、および当業者に周知の他の要因を反映して、必要に応じて近似でありかつ／またはより大きいかもしくはより小さいことがあり得ることを意味する。「約」という用語が、ある値またはある範囲の端点の記載に使用される場合、本開示は、言及されるその特定の値または端点を含むものと理解されるべきである。本明細書における数値またはある範囲の端点に「約」が記載される場合もされない場合も、その数値またはある範囲端点は、「約」によって修飾される実施形態および「約」によって修飾されない実施形態の２つの実施形態を含むことが意図される。それぞれの範囲の端点は、他方の端点と関連する場合および他方の端点とは独立する場合の両方で有効となることをさらに理解されたい。
他に明記されない限り、全ての温度は摂氏温度（℃）で表される。本明細書において使用される場合、「軟化点」という用語は、ガラスの粘度が約１０７．６ポアズ（Ｐ）（１０６Ｐａ・ｓ）となる温度を意味し、「徐冷点」という用語は、ガラスの粘度が約１０１３．２ポアズ（１０１２．２Ｐａ・ｓ）となる温度を意味し、「２００ポアズ温度（Ｔ２００Ｐ）」という用語は、ガラスの粘度が約２００ポアズ（２０Ｐａ・ｓ）となる温度を意味し、「１０１１ポアズ温度」という用語は、ガラスの粘度が約１０１１ポアズ（１０１０Ｐａ・ｓ）となる温度を意味し、「３５ｋＰ温度（Ｔ３５ｋＰ）」という用語は、ガラスの粘度が約３５キロポアズ（ｋＰ）（３．５ｋＰａ・ｓ）となる温度を意味し、「１６０ｋＰ温度（Ｔ１６０ｋＰ）」は、ガラスの粘度が約１６０ｋＰ（１６ｋＰａ・ｓ）となる温度を意味する。
一般に図面および特に図１〜３を参照すると、これらの図は特定の実施形態を示すことを目的とし、本開示またはそれに添付される請求項の限定を意図するものではないことが理解されるであろう。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、図面の特定の特徴および特定の図は、縮尺が誇張されて示されるか、または明確さおよび簡潔さのために概略的に示される場合がある。
本明細書において使用される場合、ＤＯＣは、ガラス系物品内の応力が圧縮応力から引張応力に変化する深さを意味する。ＤＯＣにおいて、応力は、正の（圧縮）応力から負の（引張）応力までを横切り（例えば、図１の１３０）、したがってゼロの応力値を示す。
本明細書において使用される場合、「化学深さ」、「層の化学深さ」、および「化学層深さ」という用語は、同義で使用することができ、金属酸化物またはアルカリ金属酸化物のイオン（例えば、金属イオンまたはアルカリ金属イオン）がガラス系物品中に拡散する深さ、および電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）またはグロー放電発光分光法（ＧＤ−ＯＥＳ）によって測定されてイオン濃度が最小値に到達する深さを意味する。特に、Ｎａ２Ｏ拡散深さまたはＮａ＋イオン濃度の評価は、ＥＰＭＡおよび表面応力計を用いて決定され得る（以下により詳細に記載する）。
当技術分野において一般に使用される慣習によると、他に明記されない限り、圧縮応力は、負（＜０）として表され、引張応力は、正（＞０）の応力として表される。しかし、本明細書の記述全体にわたり、ＣＳは、正または絶対値で表され、すなわち本明細書に記載される場合にはＣＳ＝｜ＣＳ｜である。
モバイル電子デバイスおよびタッチ可能なディスプレイのカバーガラスとして使用できる、アルカリ含有ガラス、およびガラスセラミックを含むケイ酸塩ガラスなどのガラスを含む薄い化学強化ガラス系物品が本明細書に記載される。ガラス系物品は、ディスプレイ（または表示装置として）（例えば、広告用掲示板、販売時点管理システム（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｓａｌｅ ｓｙｓｔｅｍ）、コンピュータ、ナビゲーションシステムなど）、建築物品（壁、建具、パネル、窓など）、輸送物品（例えば、自動車用途、列車、航空機、航洋船など）、電化製品（例えば、洗濯機、乾燥機、食器洗浄機、冷蔵庫など）、またはある程度の破壊抵抗を必要とするあらゆる物品に使用することもできる。
特に、本明細書に記載のガラス系物品は、薄く、典型的に厚いガラス物品（例えば、約２ｍｍまたは３ｍｍ以上の厚さを有する）の熱強化によってのみ実現可能な応力プロファイルを示す。ガラス系物品は、その厚さに沿って独特の応力プロファイルを示す。いくつかの場合、本明細書に記載のガラス系物品は、熱強化ガラス物品よりも大きい表面ＣＳを示す。１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、ガラス系物品内のより深くまで延在する圧縮応力層を有し（その中で、ＣＳは、周知の化学強化ガラス系物品よりも段階的に減少し増加する）、それにより、ガラス系物品またはそれを含むデバイスが硬い表面（例えば、花崗岩）または硬く粗い表面（例えば、アスファルト）上に落下する場合でも、このようなガラス系物品は、実質的に改善された破壊抵抗を示す。１つ以上の実施形態のガラス系物品は、いくつかの周知の化学強化ガラス基材よりも大きい最大ＣＴ値を示す。
ＣＳおよびカリウムイオン侵入深さ（「カリウムＤＯＬ」）、または典型的にカリウムイオンによって生じる特に表面スパイクの圧縮応力の深さを典型的に示す化学層深さ「ＤＯＬ」もしくは「化学ＤＯＬ」は、当技術分野において周知の手段を用いて測定される。本明細書において使用される場合、ＤＯＣは、本明細書に記載の化学強化されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品中の応力が圧縮から引張に変化する深さを意味する。ＤＯＣは、イオン交換処理に依存して、ＦＳＭまたは散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）によって測定することができる。カリウムイオンのガラス物品中への交換によってガラス物品中の応力が生じる場合、ＤＯＣを測定するためにＦＳＭが使用される。ナトリウムイオンのガラス物品中への交換によって応力が生じる場合、ＤＯＣを測定するためにＳＣＡＬＰが使用される。カリウムイオンおよびナトリウムイオンの両方の交換によってガラス物品中の応力が生じる場合、ＳＣＡＬＰによってＤＯＣが測定され、なぜなら、ナトリウムの交換深さがＤＯＣを示し、カリウムイオンの交換深さが圧縮応力の大きさの変化を示す（しかし、圧縮から引張への応力の変化ではない）と考えられるからであり、このようなガラス物品中のカリウムイオンの交換深さは、ＦＳＭによって測定される。
イオン交換プロセスの結果としてカリウム侵入深さが示されるため、カリウムＤＯＬは、ＤＯＣとは区別される。本明細書に記載の物品の場合、カリウムＤＯＬは、典型的にＤＯＣよりも小さい。ＣＳおよびカリウムＤＯＬは、有限会社折原製作所（日本）製造のＦＳＭ−６０００などの市販の機器を用いて表面応力計（ＦＳＭ）によって測定される。表面応力測定は、ガラスの複屈折に関連する応力光係数（ＳＯＣ）を正確に測定することに依拠している。このＳＯＣは、その全体の内容が参照により本明細書に援用される“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｓｔｒｅｓｓ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ”という名称のＡＳＴＭ規格Ｃ７７０−９８（２０１３）に記載のＰｒｏｃｅｄｕｒｅ Ｃの修正版により測定される。この修正版は、５〜１０ｍｍの厚さおよび１２．７ｍｍの直径を有する試験片としてのガラス円板の使用を含み、この円板は、等方性で均一であり、中心に穴が開けられ、両面は研磨されて平行である。この修正版は、加えられる最大の力Ｆｍａｘの計算も含む。この力は２０ＭＰａ以上の圧縮応力を得るのに十分となるべきである。Ｆｍａｘは、以下のように計算される。
Ｆｍａｘ＝７．８５４・Ｄ・ｈ
式中、
Ｆｍａｘ＝ニュートン単位の力
Ｄ＝円板の直径
ｈ＝光路の厚さ
である。加えられるそれぞれの力の場合、応力は、以下のように計算される。
σＭＰａ＝８Ｆ／（π・Ｄ・ｈ）
式中、
Ｆ＝ニュートン単位の力
Ｄ＝円板の直径
ｈ＝光路の厚さ
である。
Ｆｍａｘ＝７．８５４・Ｄ・ｈ
式中、
Ｆｍａｘ＝ニュートン単位の力
Ｄ＝円板の直径
ｈ＝光路の厚さ
である。加えられるそれぞれの力の場合、応力は、以下のように計算される。
σＭＰａ＝８Ｆ／（π・Ｄ・ｈ）
式中、
Ｆ＝ニュートン単位の力
Ｄ＝円板の直径
ｈ＝光路の厚さ
である。
最大ＣＴ値は、散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）を用いて測定される。屈折近視野（ＲＮＦ）法またはＳＣＡＬＰを使用して応力プロファイルを測定することができる。ＲＮＦ法が使用される場合、ＳＣＡＬＰによって得られる最大ＣＴ値が利用される。特に、ＲＮＦ法によって測定される応力プロファイルは、力平衡が形成され、ＳＣＡＬＰ測定によって得られる最大ＣＴ値に対して較正される。ＲＮＦ法は、“Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ａ ｇｌａｓｓ ｓａｍｐｌｅ”という名称の米国特許第８，８５４，６２３号明細書に記載されており、その全体が参照により本明細書に援用される。特に、ＲＮＦ法は、ガラス系物品を基準ブロックに隣接して配置するステップと、１Ｈｚ〜５０Ｈｚの速度で直交する偏光間で切り変えられる偏光スイッチされた光ビームを発生させるステップと、偏光スイッチされた光ビームの出力量を測定するステップと、偏光スイッチされた基準信号を発生させるステップとを含み、直交する偏光のそれぞれの測定出力量は、互いの５０％の範囲内である。この方法は、ガラス試料中の種々の深さにおいて、偏光スイッチされた光ビームをガラス試料および基準ブロックに透過させるステップと、次に中継光学系を用いて、透過した偏光スイッチされた光ビームを信号光検出器に中継するステップとをさらに含み、信号光検出器は、偏光スイッチされた検出器信号を発生させる。この方法はまた、検出器信号を基準信号で除して、正規化された検出器信号を形成するステップと、正規化された検出器信号からガラス試料のプロファイル特性を求めるステップとを含む。ＲＮＦプロファイルは、次に平滑化され、ＣＴ領域のために使用される。前述のように、ＦＳＭ技術は、表面ＣＳおよび表面付近のＣＳ領域中の応力プロファイルの傾きのために使用される。
前述したように、本明細書に記載のガラス系物品は、イオン交換によって化学強化され、周知の強化ガラス物品が示すものとは区別される応力プロファイルを示す。本開示において、ガラス系基材は、一般に強化されておらず、ガラス系物品は、一般に、（例えば、イオン交換によって）強化されたガラス系基材を意味する。このプロセスでは、ガラス系物品の表面または表面付近のイオンは、同じ価数または酸化状態を有するより大きいイオンで置換または交換される。ガラス系物品がアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを含む実施形態では、ガラスの表面層中のイオンおよびより大きいイオンは、Ｌｉ＋（ガラス系物品中に存在する場合）、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋、およびＣｓ＋などの一価のアルカリ金属陽イオンである。代替的に、表面層中の一価陽イオンは、Ａｇ＋などのアルカリ金属陽イオン以外の一価陽イオンで置換することができる。
イオン交換プロセスは、典型的に、ガラス系基材中のより小さいイオンと交換されるより大きいイオンを含有する１つの溶融塩浴（または２つ以上の溶融塩浴）中にガラス系基材を浸漬することによって行われる。水性塩浴も使用できることに留意すべきである。さらに、浴の組成は、２種類以上のより大きいイオン（例えば、Ｎａ＋およびＫ＋）または１種類のより大きいイオンを含むことができる。限定するものではないが、浴の組成および温度、浸漬時間、ガラス系物品を１つの塩浴（または複数の浴）中に浸漬する回数、複数の塩浴の使用、アニール、洗浄などのさらなるステップなどのイオン交換プロセスのパラメーターが、ガラス系物品の組成（物品の構造および存在するあらゆる結晶相を含む）、ならびに強化によって得られるガラス系物品の所望のＤＯＬまたはＤＯＣおよびＣＳによって一般に決定されることを当業者は理解するであろう。例として、ガラス系基材のイオン交換は、限定するものではないが、より大きいアルカリ金属イオンの硝酸塩、硫酸塩、および塩化物などの塩を含有する少なくとも１つの溶融浴中にガラス系基材を浸漬することによって行うことができる。典型的な硝酸塩としては、ＫＮＯ３、ＮａＮＯ３、ＬｉＮＯ３、ＮａＳＯ４、およびそれらの組合せが挙げられる。溶融塩浴の温度は、典型的に約３８０℃〜最大約４５０℃の範囲内であり、一方、浸漬時間は、ガラスの厚さ、浴温度、およびガラスの拡散率に依存して約１５分〜最大約１００時間の範囲である。しかし、上記のものと異なる温度および浸漬時間を使用することもできる。
１つ以上の実施形態では、ガラス系基材は、約３７０℃〜約４８０℃の温度を有する１００％ＮａＮＯ３の溶融塩浴中に浸漬することができる。いくつかの実施形態では、ガラス系基材は、約５％〜約９０％のＫＮＯ３および約１０％〜約９５％のＮａＮＯ３を含む溶融混合塩浴中に浸漬することができる。いくつかの実施形態では、ガラス系基材は、Ｎａ２ＳＯ４およびＮａＮＯ３を含む溶融混合塩浴中に浸漬することができ、より広い温度範囲（例えば、最大約５００℃）を有することができる。１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、第１の浴中に浸漬した後に第２の浴中に浸漬することができる。第２の浴中の浸漬は、１００％ＫＮＯ３を含む溶融塩浴中への１５分〜８時間の浸漬を含むことができる。
１つ以上の実施形態では、ガラス系基材は、約４２０℃未満の温度（例えば、約４００℃または約３８０℃）を有するＮａＮＯ３およびＫＮＯ３（例えば、４９％／５１％、５０％／５０％、５１％／４９％）を含む混合溶融塩浴中に約５時間未満、またはさらには約４時間以下にわたって浸漬することができる。
イオン交換条件は、「スパイク」が得られるように、または結果として得られるガラス系物品の表面もしくは表面付近の応力プロファイルの傾きが増加するように調整することができる。このスパイクは、本明細書に記載のガラス系物品中に使用されるガラス組成物の独自の性質のため、浴が１つの組成物または混合組成物を有する１つの浴または複数の浴によって実現することができる。
図３に示されるように、１つ以上の実施形態のガラス系物品３００は、第１の表面３０２および第１の表面の反対にある第２の表面３０４であって、厚さｔを画定する第１の表面３０２および第２の表面３０４を含む。１つ以上の実施形態では、厚さｔは、約３ミリメートル以下（例えば、約０．０１ミリメートル〜約３ミリメートル、約０．１ミリメートル〜約３ミリメートル、約０．２ミリメートル〜約３ミリメートル、約０．３ミリメートル〜約３ミリメートル、約０．４ミリメートル〜約３ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約２．５ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約２ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約１．５ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約１ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約０．９ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約０．８ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約０．７ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約０．６ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約０．５ミリメートル、約０．１ミリメートル〜約０．５ミリメートル、または約０．３ミリメートル〜約０．５ミリメートルの範囲内）であり得る。
ガラス系物品は、第１の表面３０２から第２の表面３０４まで（または厚さｔの長さ全体に沿って）延在する応力プロファイルを含む。図３に示される実施形態では、本明細書に記載の技術によって測定されたときの応力プロファイル３１２は、本明細書に記載のようなＦＳＭ技術によって概算される応力プロファイル３４０とともに示される。ｘ軸は、応力値を表し、ｙ軸は、ガラス系物品中の厚さまたは深さを表す。
図３に示されるように、応力プロファイル３１２は、ＣＳ層３１５（表面ＣＳ３１０を有する）と、ＣＴ層３２５（最大ＣＴ３２０を有する）と、応力プロファイル３１２が３３０において圧縮から引張に変化するＤＯＣ３１７とを含む。ＣＴ層３２５は、関連する深さまたは長さ３２７（ＣＴ領域または層）も有する。概算される応力プロファイル３４０は、ＤＯＣよりも大きいＤＯＬを含む。本明細書において使用される場合、ＤＯＣおよびＤＯＬへの言及は、一方の表面（第１の表面３０２または第２の表面３０４のいずれか）からの深さに関するものであり、このようなＤＯＣまたはＤＯＬは、他方の表面からも存在し得ることが認識される。
表面ＣＳ３１０は、約１５０ＭＰａ以上または約２００ＭＰａ以上（例えば、約２５０ＭＰａ以上、約３００ＭＰａ以上、約４００ＭＰａ以上、約４５０ＭＰａ以上、約５００ＭＰａ以上、または約５５０ＭＰａ以上）であり得る。表面ＣＳ３１０は、最大約９００ＭＰａ、最大約１０００ＭＰａ、最大約１１００ＭＰａ、または最大約１２００ＭＰａであり得る。本明細書において提供される表面ＣＳ値は、最大ＣＳを含むこともできる。いくつかの実施形態では、表面ＣＳは最大ＣＳよりも小さい。
最大ＣＴ３２０は、約８０ＭＰａ以下、約７５ＭＰａ以下または約７０ＭＰａ以下（例えば、約６０ＭＰａ以下、約５５ＭＰａ以下、５０ＭＰａ以下、または約４０ＭＰａ以下）であり得る。いくつかの実施形態では、最大ＣＴ３２０は、約２５ＭＰａ〜約８０ＭＰａ（例えば、約２５ＭＰａ〜約７５ＭＰａ、約２５ＭＰａ〜約７０ＭＰａ、約２５ＭＰａ〜約６５ＭＰａ、約４５ＭＰａ〜約８０ＭＰａ、約５０ＭＰａ〜約８０ＭＰａ、または約６０ＭＰａ〜約８０ＭＰａ）の範囲内であり得る。
最大ＣＴ３２０は、約０．３・ｔ〜約０．７・ｔ、約０．４・ｔ〜約０．６・ｔ、または約０．４５・ｔ〜約０．５５・ｔの範囲に位置することができる。表面ＣＳ３１０および最大ＣＴ３２０のいずれか１つ以上は、ガラス系物品の厚さによって決定され得ることに留意すべきである。例えば、約０．８ｍｍの厚さを有するガラス系物品は、約７５ＭＰａ以下の最大ＣＴを有することができる。ガラス系物品の厚さが減少すると、最大ＣＴが増加し得る。換言すると、最大ＣＴは、厚さの減少とともに（すなわちガラス系物品がより薄くなると）増加する。
いくつかの実施形態では、表面ＣＳ３１０に対する最大ＣＴ３２０の比は、約０．０１〜約０．２の範囲内（例えば、約０．０１〜約０．１８、約０．０１〜約０．１６、約０．０１〜約０．１５、約０．０１〜約０．１４、約０．０１〜約０．１、約０．０２〜約０．２、約０．０４〜約０．２、約０．０５〜約０．２、約０．０６〜約０．２、約０．０８〜約０．２、約０．１〜約０．２、または約０．１２〜約０．２の範囲内）である。周知の化学強化ガラス系物品では、表面ＣＳ３１０の絶対値に対する最大ＣＴ３２０の比は、０．２以下または約０．１５以下である。いくつかの実施形態では、表面ＣＳの絶対値は、最大ＣＴの１．５倍（または２倍または２．５倍）以上であり得る。いくつかの実施形態では、表面ＣＳの絶対値は、最大ＣＴの最大約４８倍、最大ＣＴの最大約４０倍、最大ＣＴの最大約２０倍、最大ＣＴの最大約１０倍、または最大ＣＴの最大約８倍であり得る。表面ＣＳの絶対値は、ＣＴの最大約５倍〜約５０倍の範囲内であり得る。
１つ以上の実施形態では、応力プロファイル３１２は、最大ＣＳを含み、典型的に、これは表面ＣＳ３１０であり、第１の表面３０２および第２の表面３０４の一方または両方に見出すことができる。１つ以上の実施形態では、ＣＳ層または領域３１５は、厚さの一部からＤＯＣ３１７および最大ＣＴ３２０に沿って延在する。１つ以上の実施形態では、ＤＯＣ３１７は、約０．１・ｔ以上であり得る。例えば、ＤＯＣ３１７は、約０．１２・ｔ以上、約０．１４・ｔ以上、約０．１５・ｔ以上、約０．１６・ｔ以上、０．１７・ｔ以上、０．１８・ｔ以上、０．１９・ｔ以上、０．２０・ｔ以上、約０．２１・ｔ以上、または最大約０．２５・ｔであり得る。いくつかの実施形態では、ＤＯＣ３１７は、化学深さ３４２未満である。化学深さ３４２は、約０．４・ｔ以上、０．５・ｔ以上、約．５５・ｔ以上、または約０．６・ｔ以上であり得る。１つ以上の実施形態では、応力プロファイル３１２は、放物線状の形状として記載することができる。いくつかの実施形態では、引張応力を示すガラス系物品の領域または深さに沿った応力プロファイルは、放物線状の形状を示す。１つ以上の特定の実施形態では、応力プロファイル３１２は、平坦な応力（すなわち圧縮または引張）の部分または実質的に一定の応力（すなわち圧縮または引張）を示す部分を含まない。いくつかの実施形態では、ＣＴ領域は、平坦な応力を実質的に含まないかまたは実質的に一定の応力を含まない応力プロファイルを示す。１つ以上の実施形態では、約０ｔ〜最大約０．２・ｔおよび０．８・ｔ超（または約０・ｔ〜約０．３・ｔおよび０．７・ｔ超）の厚さ範囲の間の応力プロファイル３１２の全ての点は、約−０．１ＭＰａ／マイクロメートル未満または約０．１ＭＰａ／マイクロメートルを超える傾きを有する接線を含む。いくつかの実施形態では、傾きは、約−０．２ＭＰａ／マイクロメートル未満であるかまたは約０．２ＭＰａ／マイクロメートル超であり得る。いくつかの特定の実施形態では、傾きは、約−０．３ＭＰａ／マイクロメートル未満であるかまたは約０．３ＭＰａ／マイクロメートル超であり得る。さらなる特定の実施形態では、傾きは、約−０．５ＭＰａ／マイクロメートル未満または約０．５ＭＰａ／マイクロメートル超であり得る。換言すると、これらの厚さ範囲（すなわち０・ｔ〜最大約０．２・ｔおよび０．８ｔ超、または約０ｔ〜約０．３・ｔおよび０．７・ｔ以上）に沿った１つ以上の実施形態の応力プロファイルは、本明細書に記載のような傾きを有する接線を有する点を排除される。理論によって束縛されるものではないが、周知の誤差関数または準線形応力プロファイルは、約−０．１ＭＰａ／マイクロメートル〜約０．１ＭＰａ／マイクロメートルの範囲内にある傾きを有する接線を有するこれらの厚さ範囲（すなわち約０・ｔ〜最大約０．２・ｔおよび０．８・ｔ超、または約０・ｔ〜約０．３・ｔおよび０．７・ｔ以上）に沿った点を有する（図２の２２０に示されるような、このような厚さ範囲に沿った平坦またはゼロの傾きの応力プロファイルを示す）。本開示の１つ以上の実施形態のガラス系物品は、図３に示されるように、これらの厚さ範囲に沿って平坦またはゼロの傾きの応力プロファイルを有するこのような応力プロファイルを示さない。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、最大の傾きを有する接線および最小の傾きを有する接線を含む、約０．１・ｔ〜０．３・ｔおよび約０．７・ｔ〜０．９・ｔの厚さ範囲内の応力プロファイルを示す。いくつかの場合、最大の傾きと最小の傾きとの間の差は、約３．５ＭＰａ／マイクロメートル以下、約３ＭＰａ／マイクロメートル以下、約２．５ＭＰａ／マイクロメートル以下、または約２ＭＰａ／マイクロメートル以下である。別の実施形態では、最大の傾きと最小の傾きとの間の差が上記範囲内となるこの厚さ範囲は、最大約０．０２・ｔおよび０．９８０・ｔ超、例えば最大約０．０２５０・ｔおよび０．９７５０・ｔ超、または最大約０．０２７５・ｔおよび０．９７２５・ｔ超、または最大約０．０３０・ｔおよび０．９７０・ｔ超、または最大約０．０３５０・ｔおよび０．９６５０・ｔ超を含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、深さ方向、またはガラス系物品の厚さｔの少なくとも一部に沿って延在する任意の平坦部分を実質的に含まない応力プロファイル３１２を含む。換言すると、応力プロファイル３１２は、厚さｔに沿って実質的に連続的に増加または減少する。いくつかの実施形態では、応力プロファイルは、約１０マイクロメートル以上、約５０マイクロメートル以上、または約１００マイクロメートル以上、または約２００マイクロメートル以上の長さを有する深さ方向において任意の平坦部分を実質的に含まない。本明細書において使用される場合、「平坦」という用語は、平坦部分に沿って約．５ＭＰａ／マイクロメートル未満、または約．２ＭＰａ／マイクロメートル未満の大きさを有する傾きを意味する。いくつかの実施形態では、深さ方向に平坦部分を実質的に含まない応力プロファイルの１つ以上の部分は、第１の表面または第２の表面のいずれかまたは両方から約５マイクロメートル以上（例えば、１０マイクロメートル以上、または１５マイクロメートル以上）のガラス系物品中の深さで存在する。例えば、第１の表面から約０マイクロメートル〜約５マイクロメートル未満までの深さに沿って、応力プロファイルは直線部分を含むことができるが、第１の表面から約５マイクロメートル以上の深さでは、応力プロファイルは平坦部分を実質的に含まないことができる。本明細書において使用される場合、「直線」は、平坦な傾きを有する線分、および平坦な傾きを有さない線分を含み、後者の例は、表面から約１２マイクロメートルの深さの範囲内の図６に見られる。
いくつかの実施形態では、応力プロファイルは、約０ｔ〜最大約０．１ｔの深さで直線部分を含むことができ、約０．１ｔ〜約０．４ｔの深さで平坦部分を実質的に含まないことができる。いくつかの実施形態では、約０ｔ〜約０．１ｔの範囲内の厚さからの応力プロファイルは、傾きであって、約２０ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの範囲内の傾きを有することができる。本明細書に記載されるように、このような実施形態は、浴が２種類以上のアルカリ塩を含むかまたは混合アルカリ塩浴である１つのイオン交換プロセス、または複数（例えば、２つ以上）のイオン交換プロセスを用いて形成することができる。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、ＣＴ領域（図３の３２７）に沿った応力プロファイルの形状に関して記載することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ＣＴ領域（応力が張力となる場所）に沿った応力プロファイルは、式によって概算することができる。いくつかの実施形態では、ＣＴ領域に沿った応力プロファイルは、式（１）：
応力（ｘ）＝ＭａｘＣＴ−（（（ＭａｘＣＴ・（ｎ＋１））／０．５ｎ）・｜（ｘ／ｔ）−０．５｜ｎ） （１）
によって概算することができる。式（１）中、応力（ｘ）は、位置ｘにおける応力値である。ここで、応力は正（張力）である。ＭａｘＣＴは、ＭＰａの単位の正の値としての最大中央張力である。値ｘは、厚さ（ｔ）に沿った位置であり、０〜ｔの範囲であり、ｘ＝０は一方の表面（図３の３０２）であり、ｘ＝０．５ｔはガラス系物品の中央であり、応力（ｘ）＝ＭａｘＣＴであり、ｘ＝ｔは反対にある表面（図３の３０４）である。式（１）に使用されるＭａｘＣＴは、約５０ＭＰａ〜約８０ＭＰａ（例えば、約６０ＭＰａ〜約８０ＭＰａ、約７０ＭＰａ〜約８０ＭＰａ、約５０ＭＰａ〜約７５ＭＰａ、約５０ＭＰａ〜約７０ＭＰａ、または約５０ＭＰａ〜約６５ＭＰａ）の範囲内であり得、ｎは１．５〜５（例えば、２〜４、２〜３、または１．８〜２．２）のフィッティングパラメーターであり、これにより、ｎ＝２では放物線の応力プロファイルを得ることができ、ｎ＝２から逸脱する指数では、ほぼ放物線応力プロファイルを有する応力プロファイルが得られる。
応力（ｘ）＝ＭａｘＣＴ−（（（ＭａｘＣＴ・（ｎ＋１））／０．５ｎ）・｜（ｘ／ｔ）−０．５｜ｎ） （１）
によって概算することができる。式（１）中、応力（ｘ）は、位置ｘにおける応力値である。ここで、応力は正（張力）である。ＭａｘＣＴは、ＭＰａの単位の正の値としての最大中央張力である。値ｘは、厚さ（ｔ）に沿った位置であり、０〜ｔの範囲であり、ｘ＝０は一方の表面（図３の３０２）であり、ｘ＝０．５ｔはガラス系物品の中央であり、応力（ｘ）＝ＭａｘＣＴであり、ｘ＝ｔは反対にある表面（図３の３０４）である。式（１）に使用されるＭａｘＣＴは、約５０ＭＰａ〜約８０ＭＰａ（例えば、約６０ＭＰａ〜約８０ＭＰａ、約７０ＭＰａ〜約８０ＭＰａ、約５０ＭＰａ〜約７５ＭＰａ、約５０ＭＰａ〜約７０ＭＰａ、または約５０ＭＰａ〜約６５ＭＰａ）の範囲内であり得、ｎは１．５〜５（例えば、２〜４、２〜３、または１．８〜２．２）のフィッティングパラメーターであり、これにより、ｎ＝２では放物線の応力プロファイルを得ることができ、ｎ＝２から逸脱する指数では、ほぼ放物線応力プロファイルを有する応力プロファイルが得られる。
いくつかの実施形態では、応力プロファイルは、熱処理によって調整することができる。このような実施形態では、熱処理は、任意のイオン交換プロセス前、イオン交換プロセス中または全てのイオン交換プロセス後に行うことができる。いくつかの実施形態では、熱処理により、表面または表面付近の応力プロファイルの傾きを減少させることができる。いくつかの実施形態では、表面においてより急勾配、すなわちより大きい傾きが望ましい場合、「スパイク」を得るため、または表面もしくは表面付近の応力プロファイルの傾きを増加させるために、熱処理後のイオン交換プロセスを利用することができる。
１つ以上の実施形態では、応力プロファイル３１２（および／または概算された応力プロファイル３４０）は、厚さの一部に沿って、例えば約１０マイクロメートル、１００マイクロメートル、または厚さ全体の厚さ部分に沿って変動する、ゼロではない濃度の金属酸化物によって得られる。濃度の変動は、本明細書では勾配と記載される場合がある。いくつかの実施形態では、金属酸化物の濃度は、ゼロではなく、約０・ｔ〜約０．３・ｔの厚さ範囲に沿って変動する。いくつかの実施形態では、金属酸化物の濃度は、ゼロではなく、約０・ｔ〜約０．３５・ｔ、約０・ｔ〜約０．４・ｔ、約０・ｔ〜約０．４５・ｔ、または約０・ｔ〜約０．４８・ｔの厚さ範囲に沿って変動する。金属酸化物は、ガラス系物品中に応力を発生させると記載することができる。濃度の変動は、前述の厚さ範囲に沿って連続的であり得る。濃度の変動は、約１００マイクロメートルの厚さ部分に沿って約０．２モル％の金属酸化物濃度の変化を含むことができる。この変化は、実施例１に示されるようなマイクロプローブなどの当技術分野において周知の方法によって測定することができる。濃度がゼロではなく、厚さの一部に沿って変動する金属酸化物は、ガラス系物品中に応力を発生させると記載することができる。
濃度の変動は、前述の厚さ範囲に沿って連続であり得る。いくつかの実施形態では、濃度の変動は、約１０マイクロメートル〜約３０マイクロメートルの範囲内の厚さ部分に沿って連続であり得る。いくつかの実施形態では、金属酸化物の濃度は、第１の表面の値から第１の表面と第２の表面との間の点まで減少し、かつその値から第２の表面まで増加する。
金属酸化物の濃度は、２種類以上の金属酸化物（例えば、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏとの組合せ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、２種類の金属酸化物が使用され、イオンの半径がいずれかと異なる場合、浅い深さでは、より大きい半径を有するイオンの濃度が、より小さい半径を有するイオンの濃度よりも高く、一方、より深い深さでは、より小さい半径を有するイオンの濃度が、より大きい半径を有するイオンの濃度よりも高い。例えば、ＮａおよびＫを含有する１つの浴がイオン交換プロセスに使用される場合、より浅い深さでは、ガラス系物品中のＫ＋イオンの濃度がＮａ＋イオンの濃度よりも高く、一方、より深い深さでは、Ｎａ＋の濃度がＫ＋イオンの濃度よりも高い。これは、部分的には、イオンのサイズのためである。このようなガラス系物品では、表面または表面付近の領域は、表面または表面付近におけるより大きいイオン（すなわちＫ＋イオン）の量がより多いため、より大きいＣＳを含む。このより大きいＣＳは、表面または表面付近においてより急勾配の傾き（すなわち表面における応力プロファイルのスパイク）を有する応力プロファイルによって示され得る。
１つ以上の金属酸化物の濃度勾配または変動は、ガラス系基材中の複数の第１の金属イオンが複数の第２の金属イオンで交換される、本明細書で前述したようなガラス系基材の化学強化によって生じる。第１のイオンは、リチウム、ナトリウム、カリウム、およびルビジウムのイオンであり得る。第２の金属イオンは、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、およびセシウムの１つのイオンであり得、但し、第２のアルカリ金属イオンは、第１のアルカリ金属イオンのイオン半径よりも大きいイオン半径を有する。第２の金属イオンは、その酸化物（例えば、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、またはそれらの組合せ）としてガラス系基材中に存在する。
１つ以上の実施形態では、金属酸化物の濃度勾配は、ＣＴ層３２７を含むガラス系物品の厚さｔの実質的な部分または厚さｔ全体に延在する。１つ以上の実施形態では、金属酸化物の濃度は、ＣＴ層３２７中で約０．５モル％以上である。いくつかの実施形態では、金属酸化物の濃度は、ガラス系物品の厚さ全体に沿って約０．５モル％以上（例えば、約１モル％以上）であり得、第１の表面３０２および／または第２の表面３０４において最も高く、第１の表面３０２と第２の表面３０４との間の点の値まで実質的に減少し続ける。その点において、金属酸化物の濃度は、厚さｔ全体に沿って最低となるが、その点における濃度もゼロではない。換言すると、その特定の金属酸化物のゼロではない濃度は、（本明細書に記載のような）厚さｔの実質的な部分または厚さｔ全体に沿って延在する。いくつかの実施形態では、特定の金属酸化物の最低濃度は、ＣＴ層３２７において存在する。ガラス系物品中の特定の金属酸化物の全濃度は、約１モル％〜約２０モル％の範囲内であり得る。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、第１の金属酸化物濃度および第２の金属酸化物濃度を含み、第１の金属酸化物濃度は、約０ｔ〜約０．５ｔの第１の厚さ範囲に沿って約０モル％〜約１５モル％の範囲内であり、および第２の金属酸化物濃度は、約０マイクロメートル〜約２５マイクロメートル（または約０マイクロメートル〜約１２マイクロメートル）の第２の厚さ範囲から約０モル％〜約１０モル％の範囲内であるが、しかし、第１の金属酸化物および第２の金属酸化物の一方または両方の濃度は、ガラス系物品の厚さの実質的な部分または厚さ全体に沿ってゼロではない。ガラス系物品は、任意選択的な第３の金属酸化物の濃度を含むことができる。第１の金属酸化物はＮａ２Ｏを含むことができ、一方、第２の金属酸化物はＫ２Ｏを含むことができる。
金属酸化物の濃度は、そのような金属酸化物の濃度勾配を含むように調整される前のガラス系物品中の金属酸化物のベースライン量から求めることができる。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、それらがどのように破壊されるか、およびそのような破壊の結果として得られる破片に関して表すことができる。１つ以上の実施形態では、破壊されると、ガラス系物品は、ガラス系物品（破壊前）１平方インチ当たり（または６．４５１６平方センチメートル当たり）２個以上の破片に破壊され、ここで、使用された試料サイズは、５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ（２インチ×２インチ）の正方形であった。いくつかの場合、ガラス系物品は、ガラス系物品（破壊前）１平方インチ当たり（または６．４５１６平方センチメートル当たり）３個以上、４個以上、５個以上、または１０個以上の破片に破壊され、ここで、使用された試料サイズは、５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ（２インチ×２インチ）の正方形であった。いくつかの場合、破壊されると、ガラス系物品は、５０％以上の破片がガラス系物品（破壊前）の表面積の５％未満、２％未満または１％未満の表面積を有するような破片に破壊される。いくつかの実施形態では、破壊されると、ガラス系物品は、９０％以上またはさらには１００％の破片がガラス系物品（破壊前）の表面積の５％未満、２％未満または１％未満の表面積を有するような破片に破壊される。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品の化学強化後、結果として得られるガラス系物品の応力プロファイル３１７（および概算された応力プロファイル３４０）によって改善された破壊抵抗が得られる。例えば、いくつかの実施形態では、破壊後、ガラス系物品は、約０．２・ｔ以下（例えば、１．８・ｔ、１．６・ｔ、１．５・ｔ、１．４・ｔ、１．２・ｔ、または１．・ｔ以下）の平均最大断面寸法を有する破片を含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、約０．７ＭＰａ・ｍ１／２以上の破壊靱性（Ｋ１Ｃ）を示すことができる。いくつかの場合、破壊靱性は、約０．８ＭＰａ・ｍ１／２以上または約０．９ＭＰａ・ｍ１／２以上であり得る。いくつかの実施形態では、破壊靱性は、約０．７ＭＰａ・ｍ１／２〜約１ＭＰａ・ｍ１／２の範囲内であり得る。本開示に記載の破壊靱性値（Ｋ１Ｃ）は、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，ｐｐ．１−３０（Ｏｃｔｏｂｅｒ １９９２）の式５を用いてＹ＊ ｍが計算されることを除いて、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）に開示されるシェブロンノッチ付きショートバー（ＣＮＳＢ）方法によって測定される値を意味する。
いくつかの実施形態では、基材は、２００ｇの荷重においてビッカース硬度試験によって測定して約５００ＨＶＮ〜約８００ＨＶＮの硬度を有するとして特徴付けることもできる。
本明細書に記載のガラス系物品は、０Ｊ／ｍ２超〜約２０Ｊ／ｍ２の範囲内の貯蔵引張エネルギーを示すことができる。いくつかの場合、貯蔵引張エネルギーは、約１Ｊ／ｍ２〜約２０Ｊ／ｍ２、約２Ｊ／ｍ２〜約２０Ｊ／ｍ２、約３Ｊ／ｍ２〜約２０Ｊ／ｍ２、約４Ｊ／ｍ２〜約２０Ｊ／ｍ２、約１Ｊ／ｍ２〜約１９Ｊ／ｍ２、約１Ｊ／ｍ２〜約１８Ｊ／ｍ２、約１Ｊ／ｍ２〜約１６Ｊ／ｍ２、約４Ｊ／ｍ２〜約２０Ｊ／ｍ２、または約４Ｊ／ｍ２〜約１８Ｊ／ｍ２の範囲内であり得る。貯蔵引張エネルギーは、以下の式（２）：
貯蔵引張エネルギー（Ｊ／ｍ２）＝［（１−ν）／Ｅ］∫（σ＾２）（ｄｔ） （２）
で計算され、式中、νは、ポアソン比であり、Ｅは、ヤング率（単位ＭＰａ）であり、σは、応力（単位ＭＰａ）であり、および積分は、引張領域のみの厚さ（単位マイクロメートル）にわたって計算される。
貯蔵引張エネルギー（Ｊ／ｍ２）＝［（１−ν）／Ｅ］∫（σ＾２）（ｄｔ） （２）
で計算され、式中、νは、ポアソン比であり、Ｅは、ヤング率（単位ＭＰａ）であり、σは、応力（単位ＭＰａ）であり、および積分は、引張領域のみの厚さ（単位マイクロメートル）にわたって計算される。
本明細書に記載のガラス系物品は、一般に約８０ＧＰａ未満の弾性率またはヤング率を有する。ガラス系物品の組成に固有のものである弾性率により、外因的性質である所望の高い硬度を、それから製造される最終的なガラス系物品に付与することができる。明確にするため、弾性率測定の具体的な種類が明示されるのでなければ、本明細書に記載の弾性率は、例えば、剛性率、体積弾性率、ポアソン比などではなく材料のヤング率である。
いくつかの実施形態では、ガラス系物品は、高精度の表面平滑性を得ることが可能なダウンドロー技術（例えば、フュージョンドロー、スロットドロー、および他の同様の方法）によるガラス系物品の形成を可能にする高い液相線粘度を含む。本明細書において使用される場合、「液相線粘度」という用語は、液相線温度における溶融ガラスの粘度を意味し、ここで、「液相線温度」という用語は、溶融ガラスを溶融温度から冷却したときに結晶が最初に現れる温度（または温度を室温から上昇させるときに最後に結晶が融解する温度）を意味する。液相線粘度は、以下の方法によって求められる。最初に、“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄｕｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ Ｇｌａｓｓ ｂｙ ｔｈｅ Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｍｅｔｈｏｄ”という名称のＡＳＴＭ Ｃ８２９−８１（２０１５）に準拠してガラスの液相線温度を測定する。次に、“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ａｂｏｖｅ ｔｈｅ Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ Ｐｏｉｎｔ”という名称のＡＳＴＭ Ｃ９６５−９６（２０１２）に準拠して液相線温度におけるガラスの粘度を測定する。一般に、本明細書に記載のガラス系物品（またはそのような物品の形成に使用される組成物）は、約１００キロポアズ（ｋＰ）（１０ｋＰａ・ｓ）以上の液相線粘度を示す。ダウンドロー加工性のためにより高い液相線粘度が望ましい場合、ガラス系物品（またはそのような物品の形成に使用される組成物）は、２００ｋＰ（２０ｋＰａ・ｓ）以上（例えば、約６００ｋＰ（６０ｋＰａ・ｓ）以上）の液相線粘度を示す。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、約４Ｎ〜約７Ｎ、約４．５Ｎ〜約７Ｎ、約５Ｎ〜約７Ｎ、約４Ｎ〜約６．５Ｎ、約４Ｎ〜約６Ｎ、または約５Ｎ〜約６Ｎの範囲内のヌープ側方亀裂引っ掻き閾値（Ｋｎｏｏｐ Ｌａｔｅｒａｌ Ｃｒａｃｋｉｎｇ Ｓｃｒａｔｃｈ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を示す。本明細書において使用される場合、ヌープ引っ掻き側方亀裂閾値は、ヌープ圧子を用いて形成される微小延性引っ掻き溝の幅の２倍以上に延在する側方亀裂の開始である（５回の圧入事象のうちの３回以上）。いくつかの実施形態では、ヌープ側方亀裂引っ掻き閾値は、約１０〜約１６ニュートンの範囲内であり得る。本明細書において使用される場合、ヌープ引っ掻き側方亀裂閾値は、側方亀裂の開始である（５回の圧入事象のうちの３回以上）。一連の増加する一定荷重の引っ掻き（各荷重で最低３回であるが、信頼水準を高めるために各荷重でより多くの回数を使用することができる）が行われて、ヌープ引っ掻き閾値が決定される。ヌープ引っ掻き側方亀裂閾値試験では、各荷重において、ガラス基材および／または物品の試料を０．２５ｍｍ／ｓの速度で１０ｍｍの長さにわたってヌープ圧子で引っ掻いた。ヌープ引っ掻き閾値範囲は、試験片を以下の３つの破壊形式の１つと比較することによって求めることができる：１）溝の幅の２倍を超える持続的側面の亀裂、２）溝内に損傷が含まれるが、溝の幅の２倍未満の側面の亀裂が存在し、肉眼で確認可能な損傷が存在すること、または３）溝の幅の２倍を超える大きい表面下の側方亀裂が存在し、かつ／もしくは引っ掻きの頂点における中央の亀裂が存在すること。次に、引っ掻き閾値は、５回の事象のうちの３回以上で破壊が起こらない最大荷重である。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、約１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）以上、約１２ｋｇｆ（約１１８Ｎ）以上、または約１５ｋｇｆ（約１４７Ｎ）以上の範囲内のビッカース圧入破壊閾値を示す。本明細書において使用される場合、圧入破壊閾値（またはビッカース亀裂開始閾値）は、ビッカース圧子によって測定した。ビッカース圧入破壊閾値は、ガラスの圧入損傷抵抗の尺度の１つである。この試験は、ビッカース圧子と呼ばれる面間角度１３６°の正方形底面の角錐型ダイヤモンド圧子の使用を伴った。このビッカース圧子は、標準的なマイクロ硬度試験（参照ＡＳＴＭ−Ｅ３８４−１１）に使用されるものと同じであった。対象となるガラスの種類および／または系統を代表するために最少で５つの試験片を選択した。各試験片について、複数の組の５回の圧痕を試験片表面に導入した。各組の５つの圧痕は、特定の荷重で導入し、それぞれの個別の圧痕は最小で５ｍｍだけ離し、５ｍｍよりも試験片端部に近づくことはなかった。５０ｋｇ／分の圧子の荷重付加／荷重除去速度を試験荷重≧２ｋｇの場合に使用した。試験荷重＜２ｋｇの場合、５ｋｇ／分の速度を使用した。目標荷重において１０秒のドウェル（すなわち保持）時間を使用した。機械により、ドウェル時間中の荷重制御を維持した。少なくとも１２時間の時間後、反射光下で複合顕微鏡を使用して５００倍の倍率で圧痕を調べた。次に、中央／放射状の亀裂または試験片の破壊の存在もしくは非存在を各圧痕の場合に記録した。この試験の場合、中央／放射状の亀裂の形成または試験片の破壊が対象であったため、側方亀裂の形成は、閾値挙動を示すものと見なさなかったことに留意されたい。試験片の閾値は、個別の圧痕の５０％超が適合する閾値を一括した最小連続圧入荷重の中点として定義される。例えば、個別の試験片において、５ｋｇの荷重で誘導される５つの圧痕のうちの２つ（４０％）が閾値を超え、６ｋｇの荷重で誘導される５つの圧痕のうちの３つ（６０％）が閾値を超える場合、試験片の閾値は５ｋｇおよび６ｋｇの中点、すなわち５．５ｋｇと定義される。試料の平均閾値は、全ての個別の試験片の閾値の算術平均として定義される。平均とともに、全ての試験片の中点の範囲（最小値〜最大値）を各試料で報告した。ガラス試験片の疲労（応力腐食）挙動のばらつきを最小限にするため、試験前環境、試験環境、および試験後環境は、２３±２℃および５０±５％ＲＨに制御した。最初に未知の組成物または系統を試験する場合、必要な圧入荷重および階層の増分は、「反復調査」を行うことによって求めたことに留意されたい。試料の性能をよく知ることができれば、予想される閾値に近い荷重でのみ試験することにより、その後の試験を合理化することができ、次に、必要な場合にのみ、さらなる圧入荷重を「埋め込む」ことができる。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、研磨時リングオンリング（ＡＲＯＲ）試験を行った場合に改善された表面強度を示す。材料の強度は、破壊が生じるときの応力として定義される。ＡＲＯＲ試験は、平坦なガラス試験片を試験するための表面強度測定であり、“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｏｎｏｔｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｂｉａｘｉａｌ Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｔ Ａｍｂｉｅｎｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ”という名称のＡＳＴＭ Ｃ１４９９−０９（２０１３）が、本明細書に記載のＡＲＯＲ試験方法の基礎となる。ＡＳＴＭ Ｃ１４９９−０９の内容は、その全体が参照により本明細書に援用される。一実施形態では、“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｇｌａｓｓ ｂｙ Ｆｌｅｘｕｒｅ（Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ Ｒｕｐｔｕｒｅ）という名称のＡＳＴＭ Ｃ１５８−０２（２０１２）”の「ａｂｒａｓｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ」という名称のＡｎｎｅｘ Ａ２に記載の方法および装置を使用して、ガラス試料に供給される９０グリットの炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子を用いてガラス試験片をリングオンリング試験前に研磨する。ＡＳＴＭ Ｃ１５８−０２の内容および特にＡｎｎｅｘ ２の内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。
リングオンリング試験前に、ガラス系物品の表面は、ＡＳＴＭ Ｃ１５８−０２、Ａｎｎｅｘ ２に記載されるように研磨することで、ＡＳＴＭ Ｃ１５８−０２の図Ａ２．１に示される装置を用いた試料の表面欠陥条件の正規化および／または制御が行われる。典型的に、研磨材料は、３０４ｋＰａ（４４ｐｓｉ）の空気圧を用いて１５ｐｓｉ（１０３ｋＰａ）の荷重でガラス系物品の表面１１０上にサンドブラストされるが、以下の実施例では、研磨材料は、別の荷重（例えば、２５ｐｓｉ（１７２ｋＰａ）または４５ｐｓｉ（３１０ｋＰａ））で表面１１０上にサンドブラストした。気流が安定した後、５ｃｍ３の研磨材料を漏斗中に投入し、研磨材料導入後に試料のサンドブラストを５秒間行った。
ＡＲＯＲ試験の場合、図４に示されるような少なくとも１つの研磨された表面を有するガラス系物品４１０は、これも図４に示されるように、等二軸曲げ強度（すなわち、２つの同心円状のリング間で曲げが加えられるときに材料が耐えることができる最大応力）を求めるために異なるサイズの２つの同心円状のリング間に配置される。ＡＲＯＲ構成４００では、研磨されたガラス系物品４１０は、直径Ｄ２を有する支持リング４２０によって支持される。直径Ｄ１を有する荷重リング４３０によってガラス系物品の表面にロードセル（図示せず）による力Ｆが加えられる。
荷重リングおよび支持リングの直径の比Ｄ１／Ｄ２は、約０．２〜約０．５の範囲内であり得る。いくつかの実施形態では、Ｄ１／Ｄ２は約０．５である。荷重リングおよび支持リング４３０、４２０は、支持リング直径Ｄ２の０．５％の範囲内で同心円状に配置すべきである。試験に使用されるロードセルは、選択される範囲内の任意の荷重において±１％の範囲内の精度となるべきである。いくつかの実施形態では、試験は、２３±２℃の温度および４０±１０％の相対湿度で行われる。
固定具の設計に関して、荷重リング４３０の突出面の半径ｒについて、ｈ／２≦ｒ≦３ｈ／２であり、式中、ｈは、ガラス系物品４１０の厚さである。荷重リングおよび支持リング４３０、４２０は、典型的に、硬度ＨＲｃ＞４０を有する硬化鋼でできている。ＡＲＯＲ固定具は市販されている。
ＡＲＯＲ試験の意図される破壊機構は、荷重リング４３０内の表面４３０ａから生じるガラス系物品４１０の破壊を観察することである。この領域外、すなわち荷重リング４３０と支持リング４２０との間で生じる破壊は、データ分析から除外される。しかし、ガラス系物品４１０の薄さおよび高強度のため、場合により試験片厚さｈの１／２を超える大きいたわみが観察される。したがって、荷重リング４３０の下から発生する破壊が高パーセント値で観察されることは珍しくない。リングの内側と下との両方での応力発生（ひずみゲージ分析によって集められる）および各試験片の破壊の起点を知らなければ、応力を正確に計算することはできない。したがって、ＡＲＯＲ試験は、測定される応答としての破壊時のピーク荷重に焦点を合わせている。
ガラス系物品の強度は、表面の傷の存在に左右される。しかし、ガラスの強度は統計的な性質であるため、特定のサイズの傷が存在する可能性を正確に予測することはできない。したがって、得られたデータの統計的表現として確率分布を一般に使用することができる。
いくつかの実施形態では、表面を研磨するために２５ｐｓｉ（１７２ｋＰａ）またはさらには４５ｐｓｉ（３１０ｋＰａ）の荷重を使用してＡＲＯＲ試験によって測定すると、本明細書に記載のガラス系物品は、２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）以上および最大約３０ｋｇｆ（約２９４Ｎ）の表面または等二軸曲げ強度を有する。別の実施形態では、表面強度は２５ｋｇｆ以上（約２４５Ｎ）であり、さらに別の実施形態では３０ｋｇｆ以上（約２９４Ｎ）である。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のガラス系物品は、研磨紙上反転球（ＩＢｏＳ）試験における性能に関して記載することができる。ＩＢｏＳ試験は、図２７Ａに概略的に示されるように、モバイルまたは手持ち式の電子デバイスに使用されるガラス系物品に典型的に生じる損傷導入および曲げによる破壊の主要な機構を模倣する動的成分レベル試験である。この分野では、損傷導入（図２７Ａのａ）は、ガラス系物品の上面上で行われる。ガラス系物品の上面上で破壊が開始し、損傷がガラス系物品（図２７Ａのｂ）を貫通するか、または上面上の曲げからもしくはガラス系物品の内部部分（図２７Ａのｃ）から破壊が伝播する。ＩＢｏＳ試験は、ガラスの表面への損傷導入と、動荷重下で曲げを加えることとが同時に行われるように計画される。いくつかの場合、ガラス系物品は、同じガラス系物品が圧縮応力を含まない場合よりも圧縮応力を含む場合に改善された落下性能を示す。
ＩＢｏＳ試験装置を図２７Ｂに概略的に示す。装置５００は、試験スタンド５１０および球５３０を含む。球５３０は、例えば、ステンレス鋼球などの剛性または中実の球である。一実施形態では、球５３０は、１０ｍｍの直径を有する４．２グラムのステンレス鋼球である。球５３０は、あらかじめ決定された高さｈからガラス系物品試料５１８上に直接落下させる。試験スタンド５１０は、花崗岩などの硬質剛性材料を含む固体土台５１２を含む。表面上に研磨材料が配置されたシート５１４を、研磨材料を有する面が上を向くように固体土台５１２の上面上に配置する。シート５１４は、いくつかの実施形態では３０グリットの表面、別の実施形態では１８０グリットの表面を有する研磨紙である。ガラス系物品試料５１８とシート５１４との間に空隙５１６が存在するように、ガラス系物品試料５１８は、試料ホルダー５１５によってシート５１４の上に維持される。シート５１４とガラス系物品試料５１８との間の空隙５１６により、ガラス系物品試料５１８は、球５３０による衝撃でシート５１４の研磨面上まで曲がることができる。一実施形態では、ガラス系物品試料２１８は、全ての角にわたって固定することで、球が衝突する点でのみ曲げが含まれるように維持され、再現性が保証される。いくつかの実施形態では、試料ホルダー５１５および試験スタンド５１０は、最大約２ｍｍの試料厚さを収容するように適合される。空隙５１６は約５０μｍ〜約１００μｍの範囲内である。空隙５１６は、材料の剛性（ヤング率、Ｅｍｏｄ）の違いに合わせて調節されるように適合されるが、試料の弾性率および厚さも含まれる。ガラス系物品試料の上面を覆って、球５３０の衝突時のガラス系物品試料５１８の破壊事象中の破片を収集するために、接着テープ５２０を使用することができる。
研磨面として種々の材料を使用することができる。特定の一実施形態では、研磨面は、研磨紙、例えば炭化ケイ素もしくはアルミナの研磨紙、工業用研磨紙、または同等の硬度および／もしくは鋭さを有するとして当業者に周知のあらゆる研磨材料であり得る。いくつかの実施形態では、コンクリートまたはアスファルトのいずれよりも均一な表面トポロジーを有し、所望のレベルの試験片表面の損傷を生じさせる粒度および鋭さを有するため、３０グリットを有する研磨紙を使用することができる。
一態様では、本明細書で前述した装置５００を使用するＩＢｏＳ試験を実施する方法６００が図２８に示される。ステップ６１０では、ガラス系物品試料（図３６の２１８）は、前述の試験スタンド５１０中に配置され、ガラス系物品試料５１８と、研磨面を有するシート５１４との間に空隙５１６が形成されるように試料ホルダー５１５中に固定される。方法６００は、研磨面を有するシート５１４が既に試験スタンド５１０中に配置されていることを想定している。しかし、いくつかの実施形態では、この方法は、研磨材料を有する面が上向きになるようにシート５１４を試験スタンド５１０中に配置するステップを含むことができる。いくつかの実施形態では（ステップ６１０ａ）、ガラス系物品試料５１８を試料ホルダー５１０中に固定する前に、ガラス系物品試料５１８の上面に接着テープ５２０が取り付けられる。
ステップ６２０では、球５３０が上面のほぼ中心（すなわち中心の１ｍｍ以内、または３ｍｍ以内、または５ｍｍ以内、または１０ｍｍ以内）で上面（または上面に貼り付けた接着テープ５２０）に衝突するように、あらかじめ決定された質量およびサイズの中実球５３０を、あらかじめ決定された高さｈからガラス系物品試料５１８の上面上に落下させる。ステップ６２０における衝突後、ガラス系物品試料５１８の損傷の程度を測定する（ステップ６３０）。本明細書で前述したように、本明細書では、「破壊」という用語は、基材を落下させたときまたは物体を衝突させたときに基材の厚さ全体および／または全表面にわたって亀裂が伝播することを意味する。
方法６００では、別の種類（例えば、コンクリートまたはアスファルト）の落下試験面を繰り返し使用する際に確認されている「老化」効果を回避するために、各落下後、研磨面を有するシート５１８を取り替えることができる。
典型的に、種々のあらかじめ決定された落下高さｈおよび増分が方法６００で使用される。この試験は、例えば、開始するために最低落下高さ（例えば、約１０〜２０ｃｍ）を使用することができる。次に、高さは、設定された増分または可変の増分のいずれかだけ、連続する落下のために増加され得る。方法６００に記載の試験は、ガラス系物品試料５１８が破断または破壊されたときに停止される（ステップ６３１）。代替的に、破壊されることなく、落下高さｈが最大落下高さ（例えば、約１００ｃｍ）に到達した場合、方法６００の落下試験を停止することができ、または破壊が起こるまで最大高さでステップ６２０を繰り返すことができる。
いくつかの実施形態では、方法６００のＩＢｏＳ試験は、それぞれのあらかじめ決定された高さｈにおいて、それぞれのガラス系物品試料５１８に対して１回のみ行われる。しかし、別の実施形態では、それぞれの試料は、それぞれの高さで複数の試験を行うことができる。
ガラス系物品試料５１８の破壊が起こった場合（図２８のステップ６３１）、方法６００によるＩＢｏＳ試験を終了する（ステップ６４０）。あらかじめ決定された落下高さにおいて球を落下させて破壊が確認されない場合（ステップ６３２）、例えば５、１０、または２０ｃｍなど、あらかじめ決定された増分だけ落下高さを増加させ（ステップ６３４）、試料の破壊が観察される（６３１）か、または試料が破壊されずに最大試験高さに到達する（６３６）かのいずれかとなるまで、ステップ６２０および６３０を繰り返す。ステップ６３１または６３６に到達したときに方法６００による試験を終了する。
前述の研磨紙上反転球（ＩＢｏＳ）試験を行うと、１００ｃｍの高さからガラスの表面上に球を落下させたときに、本明細書に記載のガラス系物品の実施形態は、約６０％以上の残存率を有する。例えば、５つの同一（またはほぼ同一）の試料（すなわち、ほぼ同じ組成を有し、本明細書に記載のように、強化した場合、ほぼ同じ圧縮応力および圧縮もしくは圧縮応力層の深さを有する）のうちの３つが規定の高さ（この場合には１００ｃｍ）から落下させた場合に破壊されずにＩＢｏＳ落下試験で残存する場合、特定の高さから落下させたときにガラス系物品は６０％の残存率を有すると記載される。別の実施形態では、強化されるガラス系物品の１００ｃｍＩＢｏＳ試験における残存率は、約７０％以上、別の実施形態では約８０％以上、さらに別の実施形態では約９０％以上である。別の実施形態では、ＩＢｏＳ試験において１００ｃｍの高さから落下させた強化ガラス系物品の残存率は、約６０％以上、別の実施形態では約７０％以上、さらに別の実施形態では約８０％以上、別の実施形態では約９０％以上である。１つ以上の実施形態では、ＩＢｏＳ試験において１５０ｃｍの高さから落下させた強化ガラス系物品の残存率は、約６０％以上、別の実施形態では約７０％以上、さらに別の実施形態では約８０％以上、別の実施形態では約９０％以上である。
本明細書で前述したＩＢｏＳ試験方法および装置を用いてあらかじめ決定された高さから落下させた場合のガラス系物品の残存率を求めるために、ガラス系物品の少なくとも５つの同一（またはほぼ同一）の試料（すなわち、ほぼ同じ組成を有し、強化した場合、ほぼ同じ圧縮応力および圧縮または層深さを有する）が試験されるが、試験結果の信頼水準を高めるためにより多い数（例えば、１０、２０、３０など）の試料の試験を行うことができる。各試料は、あらかじめ決定された高さ（例えば、１００ｃｍまたは１５０ｃｍ）から１回落下させるか、または代替的に、あらかじめ決定された高さに到達するまで破壊されることなく徐々により高い高さから落下させ、視覚的に（すなわち肉眼で）破壊（亀裂の形成、ならびに試料の厚さ全体および／または表面全体にわたる伝播）の形跡を調べる。あらかじめ決定された高さから落下させた後に破壊が全く観察されない場合、試料は落下試験に「残存した」と見なされ、あらかじめ決定された高さ以下の高さから試料を落下させたときに破壊が観察される場合、試料は「不合格」（または「残存しなかった」）と見なされる。残存率は、落下試験で残存した試料群のパーセントであると判断される。例えば、１０の群から７つの試料があらかじめ決定された高さから落下させたときに破壊されなかった場合、ガラスの残存率は７０％となる。
ここで、図２９〜３３を参照すると、脆性基材の別の衝突試験のための装置１１００の一実施形態が示されており、この装置は、試料の主面および試料の端部の「衝撃閾値試験」を行うために使用される。装置１１００は、ピボット１１０６に取り付けられたおもり１１０４を含む振子１１０２を含む。振子上のおもりは、ピボットから吊り下げられ、アームによってピボットに接続されているウエイトである。したがって、図に示されるおもり１１０４は、ひも、または１つの棒、または図示されるような２つの棒などの複数の棒の形態であり得るアーム１１０８によってピボット１１０６に接続される。図３３に最もよく示されるように、おもり１１０４は、角度βがゼロとなるような破線で示される平衡位置１１０５を有する。換言すると、アーム１１０８は、上昇した位置にはない。
おもり１１０４は、脆性基材を収容するための台座１１１０を含む。より詳細に図３４に示されるように、２つの末端１１１４、１１１６、内面１１１３、および外面１１１５を有する、脆性基材１１１２を収容するための台座１１１０である。台座１１１０は、第１の末端１１２０および第２の末端１１２２、ならびに第１の末端１１２０と第２の末端１１２２との間にある曲率半径を画定する曲面１１２４を有する。台座１１１０に適切な材料は金属である。曲面１１２４は頂点１１２５を有する。
１つ以上の実施形態による装置１１００は、脆性基材１１１２の２つの末端１１１４、１１１６を保持し、曲面１１２４に関して脆性基材１１１２を曲げる力を加え、脆性基材をその曲率半径に適合させるための第１の固定具１１３０および第２の固定具１１３２をさらに含む。脆性基材１１１２を曲げることにより、脆性基材は、曲面１１２４の頂点１１２５に適合する頂点１１２７を有する。１つ以上の特定の実施形態では、曲面１１２４および脆性基材１１１２の曲率は、一定の半径または複合的な半径を有することができる。第１の固定具１１３０および第２の固定具１１３２のそれぞれは、クランプであり、図３４に示されるようなトグルクランプである。
装置１１００は、粗面をさらに含み、これは、基材１１１２の外面１１１５（または図３５に示されるような角３５０１、３５０３など）に接触するように配置される研磨面を有する研磨シートである。研磨シートは、研磨シートの研磨面が、基材１１１２がその上に搭載される曲面１１２４に面するように（後述の衝突用物体１１４０の）衝突面１１５０に両面テープで取り付けられる。適切な研磨シートの１つは、Ｉｎｄａｓａ Ｒｈｙｎｏｗｅｔ（登録商標）Ｐｌｕｓ Ｌｉｎｅ Ｐ１８０グリット研磨紙である。１つ以上の実施形態による研磨紙は、２５ｍｍの正方形の断片に切断され、切断プロセス中に断片が曲がる場合には研磨紙を平らにする。
装置１１００は、衝突用物体１１４０において、おもり１１０４が、平衡位置１１０５からゼロより大きい角度βにおける位置から放されるときに、おもり１１０４の曲面１１２４（または曲面１１２４上に搭載された基材１１１２）が衝突用物体１１４０の衝突面１１５０（または衝突面１１５０上に配置された研磨シートの研磨側）と接触するように配置される衝突用物体１１４０をさらに含む。図示される実施形態では、衝突用物体１１４０は、台１１４２に取り付けられるＬ字型のブラケットであり、衝突用物体１１４０は、ねじ１１４４によって台１１４２に取り付けられる。衝突用物体１１４０は、ボルト、リベット、クランプなどのあらゆる別の適切な機構によって取り付けることもできる。台１１４２は、作業台１１４８の末端に装置１１００を保持できるようにするストッパー１１４６を含む。図示される実施形態では、衝突用物体１１４０は、固定され、おもり１１０４が衝突面１１５０で衝突用物体１１４０と接触するときに動かない。衝突面１１５０は、図３２に最もよく示されるようにスロット１１５２内のｘ−ｙ面内で移動可能な別個の要素であり得る。あるいは、衝突面１１５０は、衝突用物体１１４０に対して移動する必要はない。１つ以上の実施形態では、脆性基材が台座１１１０に取り付けられ、おもり１１０４が、平衡位置１１０５からゼロより大きい角度βにおける位置から放される場合、携帯電話またはタブレットデバイスの使用者が携帯電話またはタブレットデバイスを地面に落下させたときの、携帯電話またはタブレットデバイスの化学強化カバーガラスの曲げ半径を模倣する曲げ半径および衝撃力を脆性基材１１１２が受けるように、おもり１１０４および台座１１１０のサイズが決められかつ成形される。
１つ以上の実施形態では、台座１１１０上の曲面１１２４の曲率半径は、基材が曲面１１２４の周囲で曲げられるときに１００ＭＰａの曲げ引張力が得られるように選択され、そのため、この引張力は、基材の曲げの応力の結果として得られる、外部から加えられる引張力である。したがって、基材が曲げられるとき、引張力は脆性基材の頂点１１２５に存在する。１つ以上の実施形態によると、曲率半径は、０．２５ｍ〜１．５ｍの範囲、例えば０．５ｍ〜１ｍの範囲内である。
１つ以上の実施形態では、第１の固定具１１３０および第２の固定具１１３２は、携帯電話またはタブレットのカバーガラスの長さの距離だけ離して配置される。特定の実施形態では、第１の固定具１１３０および第２の固定具１１３２は、５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内の距離だけ離して配置される。
本開示の別の一態様は、脆性シートの衝撃試験方法に関し、その表面衝突閾値試験方法は、接触面を有する脆性シートを曲げて、ある曲率半径および頂点を接触面上に有する曲がったシートを得るステップと、振子を使用して、曲がったシートの頂点に衝突用物体を衝突させるステップとを含む。一実施形態では、曲がったシートは、振子のおもりに取り付けられる。一実施形態では、振子のおもりに取り付けられた曲がったシートは、衝突用物体が接触面の頂点に接触するように配置される。１つ以上の実施形態では、脆性シートは、ガラスであり、および曲率半径は、携帯電話またはタブレットデバイスの使用者が携帯電話またはタブレットデバイスを地面に落下させたときの、携帯電話またはタブレットデバイスの化学または熱強化カバーガラスの曲げ半径を模倣する範囲内であり、落下事象は、デバイスの端部が最初に地面に接触するような落下である（接触面が地面とほぼ平行となるような向きでデバイスが全体的に地面に衝突する面が最初となる落下とは対照的である）。ガラス系物品の少なくとも５つの同一（またはほぼ同一）の試料（すなわち、ほぼ同じ組成物を有し、強化した場合にほぼ同じ圧縮応力および圧縮または層深さを有する）が試験されるが、試験結果の信頼水準を高めるためにより多い数（例えば、１０、２０、３０など）の試料の試験を行うことができる。
１つ以上の実施形態では、アーム１１０８のスイング運動によって脆性シートの頂点に接触するような位置で衝突面１１５０上に研磨シートが配置される。１つ以上の実施形態では、脆性シートは、両面テープで衝突用物体に固定される。
別の一実施形態は、脆性シートの衝突試験方法であって、脆性シート上の接触面が露出するように脆性シートを振子のおもりに取り付けるステップと、振子のおもりに取り付けた脆性シートを有する振子のおもりを動かして、接触面を衝突物体に接触させるステップとを含む方法に関する。一実施形態では、この方法は、脆性シートを曲げて、ある曲率半径および頂点を接触面上に有する曲がったシートを得るステップを含む。一実施形態では、振子のおもりに取り付けられた曲がったシートは、衝突物体が接触面の頂点に接触するように配置される。１つ以上の実施形態では、脆性シートは、ガラスであり、および曲率半径は、携帯電話またはタブレットデバイスの使用者が携帯電話またはタブレットデバイスを地面に落下させたときの、携帯電話またはタブレットデバイスの化学または熱強化カバーガラスの曲げ半径を模倣する範囲内であり、落下事象は、デバイスの端部が最初に地面に接触するような落下である（接触面が地面とほぼ平行となるような向きでデバイスが全体的に地面に衝突する面が最初となる落下とは対照的である）。いくつかの実施形態では、脆性シートは、頂点が衝突用物体に衝突する前に曲面に固定される。
ここで、図２９および３０を参照すると、装置の操作の特定の非限定的な詳細は、ピボット１１０６上にポインターノッチ１２００を含み、これは、種々の試験位置１２０２、すなわちアーム１１０８が平衡位置１１０５に対して角度βで配置される位置、および振子の運動が開始する位置を指し得る。ポインターノッチ１２００により、種々の試験位置１２０２との位置合わせが可能となり、種々の試験位置は、あらゆる適切な数の試験位置であり得、例えば１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０など、最大５０以上まで増加させることができる。装置１１００は、ロックをさらに含むことができ、これは、台座１１１０が衝突用物体１１４０の衝突面１１５０と直角になるように、その中心の長手方向軸に対する所望の回転向きにアーム１１０８を固定するためのナット１２０４の形態であり得る。
装置１１００は、１つ以上の実施形態により実際の電話の落下事象をシミュレートする。入射衝突エネルギーＥおよび平均衝撃力
は、式
Ｅ＝ｍｇＬ｛１−ｃｏｓβ｝
Ｅ＝ｍｇＬ｛１−ｃｏｓβ｝
によって得られる。
式中、ｍ＝振子１１０２（スイングアーム１１０８、おもり１１０４、および台座１１１０を含む）の質量、Ｌ＝アームの長さ、ｇ＝重力加速度であり、ｖｆは、初期衝突速度（すなわち、ガラスが最初に衝突用物体１１４０の衝突面１１５０に接触するときの速度）であり、ｖｉは、最終衝突速度（すなわち、ガラスが衝突用物体１１４０の衝突面１１５０を離れる速度、または換言するとガラスが最初に衝突用物体１１４０の衝突面１１５０から離れるときの速度）であり、およびΔｔ＝接触相互作用時間（すなわちガラスが衝突用物体１１４０の衝突面１１５０に接触している間の時間）である。接触相互作用時間は、高速度ビデオカメラによって測定され、ガラスが衝突面１１５０に接触している間のフレーム数を観察し、高速度ビデオカメラが単位時間当たりに撮影するフレーム数を乗じることによって測定される。平均力の式は、依然として破壊されていない試料の場合に有用であり、すなわち、試験前の装置１１００に搭載された試料は、依然として破壊されていない試料である。スイングアームの質量および長さが既知であり、角度βが、選択された位置に設定される場合、特定の高さから落下するときのデバイス上の衝撃をシミュレートするために衝撃力を計算して使用することができる。例えば、１３０ｇの携帯電話デバイス上の基材カバーガラスが１メートルの高さから落下したときに受ける平均力は、８００Ｎと計算される。質量、アームの長さ、および角度βを使用すると、この力は、図２９〜３４に示される装置１１１０を使用して再現することができる。
あるいは、図３５に示されるように、端部衝撃閾値試験により、基材１１１２の端部に衝突用物体が衝突できるようにおもり１１０４を再配置することができる。この場合、衝突用物体１１４０の衝突面１１５０は、引き上げられないが、衝突用物体１１４０がおもり１１０４に面する平面位置に単に存在する。この向きでは、基材１１１２の角３５０１は、前述と同じ方法で、研磨シートが取り付けられる衝突用物体１１４０に接触する。例えば、この向きは、電子デバイスの端部上への落下を模倣しており、それにより、次に基材端部が耐えることができる衝撃エネルギーが前述と同様の方法で求められる。端部試験の場合、基材１１１２は、それぞれの角で１回のみ試験され、基材端部の上部が衝突用物体１１４０との衝突点となるように試験される。角３５０１が最初に試験され、次に高さが徐々に増加する振子の高さで反対にある角３５０３が試験される。損傷導入が積み重なることを回避するため、試料の同じ位置で２回以上の衝突試験を行わない。ガラス系物品の少なくとも５つの同一（またはほぼ同一）の試料（すなわち、ほぼ同じ組成を有し、強化した場合にほぼ同じ圧縮応力および圧縮または層深さを有する）が試験されるが、試験結果の信頼水準を高めるためにより多い数（例えば、１０、２０、３０など）の試料の試験を行うことができる。
本明細書に記載のガラス系物品は透明であり得る。１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、約１ミリメートル以下の厚さを有することができ、約３８０ｎｍ〜約７８０ｎｍの範囲内の波長にわたって約８８％以上の透過率を示すことができる。
ガラス系物品は、実質的に白色を示すことができる。例えば、ガラス系物品は、ＣＩＥ光源Ｆ０２下において、約８８以上のＬ＊値、約−３〜約＋３の範囲内のａ＊値、および約−６〜約＋６の範囲内のｂ＊値のＣＩＥＬＡＢ色空間座標を示すことができる。
基材の選択は特に限定されない。いくつかの例では、ガラス系物品は、イオン交換の場合に高い陽イオン拡散率を有するとして記載することができる。１つ以上の実施形態では、ガラスまたはガラスセラミックは、速いイオン交換能力を有し、すなわち拡散率が５００μｍ２／時を超え、または４６０℃において４５０μｍ２／時を超えると特徴付けることができる。
ある温度において、拡散率は、式（４）：
拡散率＝ＤＯＬ＾２／５．６×Ｔ （４）
を用いて計算され、式中、ＤＯＬは、イオン交換層の深さであり、およびＴは、そのＤＯＬに到達するのに要するＩＯＸ時間である。
拡散率＝ＤＯＬ＾２／５．６×Ｔ （４）
を用いて計算され、式中、ＤＯＬは、イオン交換層の深さであり、およびＴは、そのＤＯＬに到達するのに要するＩＯＸ時間である。
ガラス系物品は、非晶質基材、結晶性基材、またはそれらの組合せ（例えば、ガラスセラミック基材）を含むことができる。１つ以上の実施形態では、ガラス系物品基材（本明細書に記載のような化学強化が行われる前）は、モルパーセント（モル％）単位で約４０〜約８０の範囲内のＳｉＯ２、約１０〜約３０の範囲内のＡｌ２Ｏ３、約０〜約１０の範囲内のＢ２Ｏ３、約０〜約２０の範囲内のＲ２Ｏ、および約０〜約１５の範囲内のＲＯを含むガラス組成物を含むことができる。いくつかの場合、組成物は、約０モル％〜約５モル％の範囲内のＺｒＯ２および約０〜約１５モル％の範囲内のＰ２Ｏ５のいずれか一方または両方を含むことができる。ＴｉＯ２は、約０モル％〜約２モル％で存在することができる。
いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、モル％単位で約４５〜約８０、約４５〜約７５、約４５〜約７０、約４５〜約６５、約４５〜約６０、約４５〜約６５、約４５〜約６５、約５０〜約７０、約５５〜約７０、約６０〜約７０、約７０〜約７５、約７０〜約７２、または約５０〜約６５の範囲内の量のＳｉＯ２を含むことができる。
いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、モル％単位で約５〜約２８、約５〜約２６、約５〜約２５、約５〜約２４、約５〜約２２、約５〜約２０、約６〜約３０、約８〜約３０、約１０〜約３０、約１２〜約３０、約１４〜約３０、約１６〜約３０、約１８〜約３０、約１８〜約２８、または約１２〜約１５の範囲内の量のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。
１つ以上の実施形態では、ガラス組成物は、モル％の単位で約０〜約８、約０〜約６、約０〜約４、約０．１〜約８、約０．１〜約６、約０．１〜約４、約１〜約１０、約２〜約１０、約４〜約１０、約２〜約８、約０．１〜約５、または約１〜約３の範囲内の量のＢ２Ｏ３を含むことができる。いくつかの場合、ガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３を実質的に含まなくてよい。本明細書において使用される場合、ガラス組成物の成分に関する「実質的に含まない」という語句は、その成分が、初期のバッチングまたは後のイオン交換中にガラス組成物に積極的または意図的には加えられないが、不純物として存在し得ることを意味する。例えば、ある成分が約０．１００１モル％未満の量で存在する場合、ガラスは、その成分を実質的に含まないと記載され得る。
いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、およびＺｎＯなどの１種類以上のアルカリ土類金属酸化物を含むことができる。いくつかの実施形態では、１種類以上のアルカリ土類金属酸化物の総量は、ゼロではない量〜最大約１５モル％であり得る。１つ以上の特定の実施形態では、任意のアルカリ土類金属酸化物の総量は、ゼロではない量〜最大約１４モル％、最大約１２モル％、最大約１０モル％、最大約８モル％、最大約６モル％、最大約４モル％、最大約２モル％、または最大約１．５モル％であり得る。いくつかの実施形態では、１種類以上のアルカリ土類金属酸化物の総量は、モル％単位で約０．１〜１０、約０．１〜８、約０．１〜６、約０．１〜５、約１〜１０、約２〜１０、または約２．５〜８の範囲内であり得る。ＭｇＯの量は、約０モル％〜約５モル％（例えば、約２モル％〜約４モル％、約０．０１〜約２、または約０．００１〜約１）の範囲内であり得る。ＺｎＯの量は、約０〜約２モル％（例えば、約１〜約２）の範囲内であり得る。ＣａＯの量は、約０モル％〜約２モル％であり得る。１つ以上の実施形態では、ガラス組成物は、ＭｇＯを含むことができ、ＣａＯおよびＺｎＯを実質的に含まなくてよい。一変形形態では、ガラス組成物は、ＣａＯまたはＺｎＯのいずれか１つを含むことができ、ＭｇＯ、ＣａＯ、およびＺｎＯの別のものを実質的に含まなくてよい。１つ以上の特定の実施形態では、ガラス組成物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、およびＺｎＯのアルカリ土類金属酸化物の２種類のみを含むことができ、第３のアルカリ土類金属酸化物を実質的に含まなくてよい。
ガラス組成物中のアルカリ金属酸化物Ｒ２Ｏの総量は、モル％単位で約５〜約２０、約５〜約１８、約５〜約１６、約５〜約１５、約５〜約１４、約５〜約１２、約５〜約１０、約５〜約８、約５〜約２０、約６〜約２０、約７〜約２０、約８〜約２０、約９〜約２０、約１０〜約２０、約１１〜約２０、約１２〜約１８、または約１４〜約１８の範囲内であり得る。
１つ以上の実施形態では、ガラス組成物は、約０モル％〜約１８モル％、約０モル％〜約１６モル％、または約０モル％〜約１４モル％、約０モル％〜約１２モル％、約２モル％〜約１８モル％、約４モル％〜約１８モル％、約６モル％〜約１８モル％、約８モル％〜約１８モル％、約８モル％〜約１４モル％、約８モル％〜約１２モル％、または約１０モル％〜約１２モル％の範囲内の量のＮａ２Ｏを含む。いくつかの実施形態では、組成物は、約４モル％以上のＮａ２Ｏを含むことができる。
いくつかの実施形態では、成形性およびイオン交換性のバランスをとるために、Ｌｉ２ＯおよびＮａ２Ｏの量は、特定の量または比に制御される。例えば、Ｌｉ２Ｏの量が増加すると、液相線粘度が減少することがあり、したがって一部の成形方法の使用が妨げられるが、そのようなガラス組成物は、本明細書に記載のようにより深いＤＯＣレベルでイオン交換される。Ｎａ２Ｏの量により、液相線粘度を変化させることがあるが、より深いＤＯＣレベルでのイオン交換を妨害することがある。
１つ以上の実施形態では、ガラス組成物は、約５モル％未満、約４モル％未満、約３モル％未満、約２モル％未満、または約１モル％未満の量のＫ２Ｏを含むことができる。１つ以上の別の実施形態では、ガラス組成物は、本明細書に規定のようにＫ２Ｏを実質的に含まなくてよい。
１つ以上の実施形態では、ガラス組成物は、約０モル％〜約１８モル％、約０モル％〜約１５モル％、または約０モル％〜約１０モル％、約０モル％〜約８モル％、約０モル％〜約６モル％、約０モル％〜約４モル％、または約０モル％〜約２モル％の量のＬｉ２Ｏを含むことができる。いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、約２モル％〜約１０モル％、約４モル％〜約１０モル％、約６モル％〜約１０モル％、または約５モル％〜約８モル％の量のＬｉ２Ｏを含むことができる。１つ以上の別の実施形態では、ガラス組成物は、本明細書に規定のようにＬｉ２Ｏを実質的に含まなくてよい。
１つ以上の実施形態では、ガラス組成物はＦｅ２Ｏ３を含むことができる。このような実施形態では、Ｆｅ２Ｏ３は、約１モル％未満、約０．９モル％未満、約０．８モル％未満、約０．７モル％未満、約０．６モル％未満、約０．５モル％未満、約０．４モル％未満、約０．３モル％未満、約０．２モル％未満、約０．１モル％未満、ならびにそれらの間の全ての範囲および部分的範囲の量で存在することができる。１つ以上の別の実施形態では、ガラス組成物は、本明細書に規定のようにＦｅ２Ｏ３を実質的に含まなくてよい。
１つ以上の実施形態では、ガラス組成物はＺｒＯ２を含むことができる。このような実施形態では、ＺｒＯ２は、約１モル％未満、約０．９モル％未満、約０．８モル％未満、約０．７モル％未満、約０．６モル％未満、約０．５モル％未満、約０．４モル％未満、約０．３モル％未満、約０．２モル％未満、約０．１モル％未満、ならびにそれらの間の全ての範囲および部分的範囲の量で存在することができる。１つ以上の別の実施形態では、ガラス組成物は、本明細書に規定のようにＺｒＯ２を実質的に含まなくてよい。
１つ以上の実施形態では、ガラス組成物は、約０モル％〜約１０モル％、約０モル％〜約８モル％、約０モル％〜約６モル％、約０モル％〜約４モル％、約０．１モル％〜約１０モル％、約０．１モル％〜約８モル％、約２モル％〜約８モル％、約２モル％〜約６モル％、または約２モル％〜約４モル％の範囲内のＰ２Ｏ５を含むことができる。いくつかの場合、ガラス組成物はＰ２Ｏ５を実質的に含まなくてよい。
１つ以上の実施形態では、ガラス組成物はＴｉＯ２を含むことができる。このような実施形態では、ＴｉＯ２は、約６モル％未満、約４モル％未満、約２モル％未満、または約１モル％未満の量で存在することができる。１つ以上の別の実施形態では、ガラス組成物は、本明細書に規定のようにＴｉＯ２を実質的に含まなくてよい。いくつかの実施形態では、ＴｉＯ２は、約０．１モル％〜約６モル％、または約０．１モル％〜約４モル％の範囲内の量で存在する。
いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、種々の組成関係を含むことができる。例えば、ガラス組成物は、約０〜約１、約０〜約０．５、約０〜約０．４、約０．１〜約０．５、または約０．２〜約０．４の範囲内の、Ｌｉ２Ｏの量（モル％単位）のＲ２Ｏの総量（モル％単位）に対する比を含むことができる。
いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、約０〜約５（例えば、約０〜約４、約０〜約３、約０．１〜約４、約０．１〜約３、約０．１〜約２、または約１〜約２）の範囲内の、Ｒ２Ｏの総量（モル％単位）とＡｌ２Ｏ３の量（モル％単位）との間の差（Ｒ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３）を含むことができる。
いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、約０〜約５（例えば、約０〜約４、約０〜約３、約０．１〜約４、約０．１〜約３、約１〜約３、または約２〜約３）の範囲内の、ＲｘＯの総量（モル％単位）とＡｌ２Ｏ３の量（モル％単位）との間の差（ＲｘＯ−Ａｌ２Ｏ３）を含むことができる。
いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、約０〜約５（例えば、約０〜約４、約０〜約３、約１〜約４、約１〜約３、または約１〜約２）の範囲内の、Ｒ２Ｏの総量（モル％単位）のＡｌ２Ｏ３の量（モル％単位）に対する比（Ｒ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３）を含むことができる。
１つ以上の実施形態では、ガラス組成物は、約１５モル％を超える（例えば、１８モル％を超え、約２０モル％を超え、または約２３モル％を超える）Ａｌ２Ｏ３とＮａ２Ｏとの合計量を含む。Ａｌ２Ｏ３とＮａ２Ｏとの合計量は、最大約３０モル％、約３２モル％、または約３５モル％（これらの値を含む）であり得る。
１つ以上の実施形態のガラス組成物は、約０〜約２の範囲内のＭｇＯの量（モル％単位）のＲＯの総量（モル％単位）に対する比を示すことができる。
いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、核形成剤を実質的に含まなくてよい。典型的な核形成剤の例は、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２などである。核形成剤は、核形成剤がガラス中の微結晶の形成を開始することができるガラス中の構成要素という機能に関して記載することができる。
いくつかの実施形態では、ガラス基材に使用される組成物は、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＢｒ、Ｋ２ＳＯ４、ＫＣｌ、ＫＦ、ＫＢｒ、およびＳｎＯ２を含む群から選択される０〜２モル％の少なくとも１種類の清澄剤とまとめることができる。１つ以上の実施形態によるガラス組成物は、約０〜約２、約０〜約１、約０．１〜約２、約０．１〜約１、または約１〜約２の範囲内のＳｎＯ２をさらに含むことができる。本明細書に開示されるガラス組成物は、Ａｓ２Ｏ３および／またはＳｂ２Ｏ３を実質的に含まなくてよい。
１つ以上の実施形態では、組成物は特に、６２モル％〜７５モル％のＳｉＯ２；１０．５モル％〜約１７モル％のＡｌ２Ｏ３；５モル％〜約１３モル％のＬｉ２Ｏ；０モル％〜約４モル％のＺｎＯ；０モル％〜約８モル％のＭｇＯ；２モル％〜約５モル％のＴｉＯ２；０モル％〜約４モル％のＢ２Ｏ３；０モル％〜約５モル％のＮａ２Ｏ；０モル％〜約４モル％のＫ２Ｏ；０モル％〜約２モル％のＺｒＯ２；０モル％〜約７モル％のＰ２Ｏ５；０モル％〜約０．３モル％のＦｅ２Ｏ３；０モル％〜約２モル％のＭｎＯｘ；および０．０５モル％〜約０．２モル％のＳｎＯ２を含むことができる。
１つ以上の実施形態では、組成物は、６７モル％〜約７４モル％のＳｉＯ２；１１モル％〜約１５モル％のＡｌ２Ｏ３；５．５モル％〜約９モル％のＬｉ２Ｏ；０．５モル％〜約２モル％のＺｎＯ；２モル％〜約４．５モル％のＭｇＯ；３モル％〜約４．５モル％のＴｉＯ２；０モル％〜約２．２モル％のＢ２Ｏ３；０モル％〜約１モル％のＮａ２Ｏ；０モル％〜約１モル％のＫ２Ｏ；０モル％〜約１モル％のＺｒＯ２；０モル％〜約４モル％のＰ２Ｏ５；０モル％〜約０．１モル％のＦｅ２Ｏ３；０モル％〜約１．５モル％のＭｎＯｘ；および０．０８モル％〜約０．１６モル％のＳｎＯ２を含むことができる。
１つ以上の実施形態では、組成物は、７０モル％〜７５モル％のＳｉＯ２；１０モル％〜約１５モル％のＡｌ２Ｏ３；５モル％〜約１３モル％のＬｉ２Ｏ；０モル％〜約４モル％のＺｎＯ；０．１モル％〜約８モル％のＭｇＯ；０モル％〜約５モル％のＴｉＯ２；０．１モル％〜約４モル％のＢ２Ｏ３；０．１モル％〜約５モル％のＮａ２Ｏ；０モル％〜約４モル％のＫ２Ｏ；０モル％〜約２モル％のＺｒＯ２；０モル％〜約７モル％のＰ２Ｏ５；０モル％〜約０．３モル％のＦｅ２Ｏ３；０モル％〜約２モル％のＭｎＯｘ；および０．０５モル％〜約０．２モル％のＳｎＯ２を含むことができる。
１つ以上の実施形態では、組成物は、５２モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２；１４モル％〜約１８モル％のＡｌ２Ｏ３；５．５モル％〜約７モル％のＬｉ２Ｏ；１モル％〜約２モル％のＺｎＯ；０．０１モル％〜約２モル％のＭｇＯ；４モル％〜約１２モル％のＮａ２Ｏ；０．１モル％〜約４モル％のＰ２Ｏ５；および０．０１モル％〜約０．１６モル％のＳｎＯ２を含むことができる。いくつかの実施形態では、組成物は、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｋ２Ｏ、およびＺｒＯ２のいずれか１つ以上を実質的に含まなくてよい。
１つ以上の実施形態では、組成物は、０．５モル％以上のＰ２Ｏ５、Ｎａ２Ｏ、および任意選択的にＬｉ２Ｏを含むことができ、Ｌｉ２Ｏ（モル％）／Ｎａ２Ｏ（モル％）＜１である。さらに、これらの組成物はＢ２Ｏ３およびＫ２Ｏを実質的に含まなくてよい。いくつかの実施形態では、組成物は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、およびＳｎＯ２を含むことができる。
いくつかの実施形態では、組成物は、約５８モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２；約１１モル％〜約１９モル％のＡｌ２Ｏ３；約０．５モル％〜約３モル％のＰ２Ｏ５；約６モル％〜約１８モル％のＮａ２Ｏ；０モル％〜約６モル％のＭｇＯ；および０モル％〜約６モル％のＺｎＯを含むことができる。ある実施形態では、組成物は、約６３モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２；１１モル％〜約１７モル％のＡｌ２Ｏ３；約１モル％〜約３モル％のＰ２Ｏ５；約９モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏ；０モル％〜約６モル％のＭｇＯ；および０モル％〜約６モル％のＺｎＯを含むことができる。
いくつかの実施形態では、組成物は、Ｒ２Ｏ（モル％）／Ａｌ２Ｏ３（モル％）＜２の組成関係を含むことができ、ここで、Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏである。いくつかの実施形態では、６５モル％＜ＳｉＯ２（モル％）＋Ｐ２Ｏ５（モル％）＜６７モル％である。ある実施形態では、Ｒ２Ｏ（モル％）＋Ｒ’Ｏ（モル％）−Ａｌ２Ｏ３（モル％）＋Ｐ２Ｏ５（モル％）＞−３モル％であり、ここで、Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏであり、Ｒ’Ｏは、組成物中に存在する二価の金属酸化物の総量である。
本明細書に記載のような化学強化前のガラス系物品の別の代表的な組成を表１Ａに示す。表１Ｂは、表１Ａに列挙される例に関して測定した選択された物理的性質を列挙する。表１Ｂに列挙される物理的性質は、密度；低温および高温ＣＴＥ；ひずみ点、徐冷点、および軟化点；１０１１ポアズ温度、３５ｋ温度Ｐ、２００ｋＰ温度、液相線温度、およびジルコン破壊温度；ジルコン破壊粘度および液相線粘度；ポアソン比；ヤング率；屈折率、ならびに応力光係数を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のガラス系物品およびガラス基材は、３０ｐｐｍ／℃以下の高温ＣＴＥおよび／または７０ＧＰａ以上のヤング率を有し、いくつかの実施形態では最大８０ＧＰａのヤング率を有する。
ガラス系物品がガラスセラミックを含む場合、その結晶相は、β−スポジュメン、ルチル、ガーナイト、もしくは別の周知の結晶相、およびそれらの組合せを含むことができる。
ガラス系物品は、実質的に平坦であり得るが、別の実施形態は、湾曲した基材または別の成形もしくは造形された基材を使用することができる。いくつかの場合、ガラス系物品は、３Ｄまたは２．５Ｄの形状を有することができる。ガラス系物品は、実質的に光学的に透明で透過性であり得、かつ光散乱が起こらなくてよい。ガラス系物品は、約１．４５〜約１．５５の範囲内の屈折率を有することができる。本明細書において使用される場合、屈折率値は５５０ｎｍの波長に関するものである。
さらにまたは代替的に、ガラス系物品の厚さは、１つ以上の寸法に沿って一定であり得、または美的および／もしくは機能的理由でその寸法の１つ以上に沿って変動し得る。例えば、ガラス系物品の端部は、ガラス系物品のより中央の領域よりも厚いことができる。ガラス系物品の長さ、幅、および厚さの寸法は、物品の用途または使用により変更することもできる。
ガラス系物品は、形成時の方法によって特徴付けることができる。例えば、ガラス系物品は、フロート成形可能（すなわちフロート法によって形成される）、ダウンドロー可能、および特にフュージョン成形可能もしくはスロットドロー可能（すなわちフュージョンドロー法またはスロットドロー法などのダウンドロー法によって形成される）として特徴付けることができる。特定の実施形態では、ガラス系物品はフュージョン成形可能である。
フロート成形可能なガラス系物品は、滑らかな表面によって特徴付けることができ、均一な厚さは、溶融金属、典型的にスズの床の上に溶融ガラスを浮遊させることによって形成される。例示的な方法の１つでは、溶融スズ床の表面上に供給される溶融ガラスは、浮遊するガラスリボンを形成する。ガラスリボンがスズ浴に沿って流れるとき、温度が徐々に低下し、ガラスリボンは固化して、スズからローラー上に引き上げ可能な固体ガラス系物品となる。浴を離れた後、ガラス系物品は、さらに冷却し、内部応力を減少させるために徐冷することができる。ガラス系物品がガラスセラミックである場合、フロート法によって形成されたガラス系物品は、１つ以上の結晶相が形成されるセラミック化プロセスを行うことができる。
ダウンドロー法では、比較的無垢の表面を有し均一な厚さを有するガラス系物品が製造される。ガラス系物品の平均曲げ強度は、表面の傷の量およびサイズによって制御されるため、接触が最小限であった無垢の表面は、より高い初期強度を有する。この高強度のガラス系物品が次に（例えば、化学的に）さらに強化されると、得られる強度は、ラップ仕上げおよび研磨が行われた表面を有するガラス系物品の強度よりも高くなる場合がある。ダウンドローされたガラス系物品は、約２ｍｍ未満の厚さまで延伸することができる。さらに、ダウンドローされたガラス系物品は、費用のかかる研削および研磨を行わずにその最終用途に使用可能な非常に平坦で滑らかな表面を有する。ガラス系物品がガラスセラミックである場合、ダウンドロー法によって形成されたガラス系物品は、１つ以上の結晶相が形成されるセラミック化プロセスを行うことができる。
フュージョンドロー法では、例えば、溶融ガラス原材料を受け入れるためのチャネルを有するドロー用タンクが使用される。チャネルは、チャネルの両側面上のチャネルの長さに沿った上部で開放された堰を有する。チャネルが溶融材料で満たされると、溶融ガラスが堰からあふれ出る。重力のために、溶融ガラスは、ドロー用タンクの外面を、２つの流動するガラス膜として流れ落ちる。ドロー用タンクのこれらの外面は、ドロー用タンクの下の端部でつながるように下方および内側に延在している。２つの流動するガラス膜は、この端部で合流して融合し、１つの流動するガラス系物品を形成する。フュージョンドロー法は、チャネルを越えて流れる２つのガラス膜が互いに融合するため、結果として得られるガラス系物品のいずれの外面も、装置のいずれの部分とも接触しないという利点が得られる。したがって、フュージョンドローされたガラス系物品の表面特性は、このような接触による影響を受けない。ガラス系物品がガラスセラミックである場合、フュージョン法によって形成されたガラス系物品は、１つ以上の結晶相が形成されるセラミック化プロセスを行うことができる。
スロットドロー法は、フュージョンドロー方法と異なる。スロットドロー法では、溶融原材料ガラスがドロー用タンクに供給される。ドロー用タンクの底部は、開放スロットを有し、これはスロットの長さに沿って延在するノズルを有する。溶融ガラスはスロット／ノズルを通って流れ、連続ガラス系物品として下方に延伸され、徐冷領域中に入る。
ガラス系物品は、表面の傷の影響をなくすかまたは軽減するために、酸磨きまたは別の処理を行うことができる。
本開示の別の一態様は、破壊抵抗性ガラス系物品の形成方法に関する。この方法は、約１ミリメートル以下の厚さを画定する第１の表面および第２の表面を有するガラス系基材を提供するステップと、本明細書に記載のようにガラス系基材中に応力プロファイルを生じさせて、破壊抵抗性ガラス系物品を得るステップとを含む。１つ以上の実施形態では、応力プロファイルを生じさせるステップは、複数のアルカリイオンのイオン交換をガラス系基材中で行って、厚さの実質的な部分に沿って（本明細書に記載のように）または厚さ全体に沿って変動するゼロではないアルカリ金属酸化物濃度を形成するステップを含む。一例では、応力プロファイルを生じさせるステップは、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋、Ｃｓ＋、またはそれらの組合せの硝酸塩を含み、約３５０℃以上（例えば、約３５０℃〜約５００℃）の温度を有する溶融塩浴中にガラス系基材を浸漬するステップを含む。一例では、溶融浴は、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、またはそれらの組合せを含むことができ、約４８５℃以下の温度を有することができる。別の一例では、浴は、ＮａＮＯ３とＫＮＯ３との混合物を含むことができ、約４６０℃の温度を有することができる。ガラス系基材は、浴中に約２時間以上、最大約４８時間（例えば、約２時間〜約１０時間、約２時間〜約８時間、約２時間〜約６時間、約３時間〜約１０時間、または約３．５時間〜約１０時間）にわたって浸漬することができる。
いくつかの実施形態では、方法は、１つの浴中または２つ以上の浴中での連続浸漬ステップを使用する２つ以上のステップにおいて、ガラス系基材の化学強化またはイオン交換を行うステップを含むことができる。例えば、２つ以上の浴を連続して使用することができる。１つ以上の浴の組成は、１種類の金属（例えば、Ａｇ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋、またはＣｓ＋）または複数の金属の組合せを同じ浴中に含むことができる。２つ以上の浴が利用される場合、浴は、互いに同じまたは異なる組成および／または温度を有することができる。そのような各浴中の浸漬時間は、同じであり得るか、または所望の応力プロファイルを得るために変更され得る。
方法の１つ以上の実施形態では、より大きい表面ＣＳを得るために、第２の浴またはそれに続く浴を利用することができる。いくつかの場合、この方法は、ガラス系基材を第２またはそれに続く浴中に浸漬して、層の化学深さおよび／またはＤＯＣに顕著な影響を与えることなく、より大きい表面ＣＳを得るステップを含む。このような実施形態では、第２またはそれに続く浴は、１種類の金属（例えば、ＫＮＯ３またはＮａＮＯ３）または金属の混合物（ＫＮＯ３およびＮａＮＯ３）を含むことができる。第２またはそれに続く浴の温度は、より大きい表面ＣＳを得るために調節することができる。いくつかの実施形態では、第２またはそれに続く浴中のガラス系基材の浸漬時間も、層の化学深さおよび／またはＤＯＣに影響を与えることなくより大きい表面ＣＳを得るために調節することができる。例えば、第２またはそれに続く浴中の浸漬時間は、１０時間未満（例えば、約８時間以下、約５時間以下、約４時間以下、約２時間以下、約１時間以下、約３０分以下、約１５分以下、または約１０分以下）であり得る。
１つ以上の別の実施形態では、方法は、本明細書に記載のイオン交換プロセスと組み合わせて使用できる１つ以上の熱処理ステップを含むことができる。熱処理は、所望の応力プロファイルを得るためにガラス系物品の熱処理を行うステップを含む。いくつかの実施形態では、熱処理は、約３００℃〜約６００℃の範囲内の温度へのガラス系基材の徐冷、強化、または加熱を行うことを含む。熱処理は、１分〜最大約１８時間にわたって続けることができる。いくつかの実施形態では、熱処理は、１つ以上のイオン交換プロセス後または複数のイオン交換プロセスで使用することができる。
本開示の別の一態様は、
第１の表面および第１の表面の反対にある第２の表面であって、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ（ｔ）を画定する第１の表面および第２の表面と、
厚さ（ｔ）に沿って延在する応力プロファイルと
を含むガラス系物品であって、
約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約２５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
約０．０３５・ｔ〜０．９６５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
応力プロファイルは、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含み、
応力プロファイルは、約０．１・ｔ〜０．２５・ｔの範囲のＤＯＣを含む、ガラス系物品に関する。いくつかの実施形態では、約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約２５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。いくつかの実施形態では、第２の厚さ範囲の場合の言及される傾きは、約０．１・ｔ〜０．９・ｔ、または０．１５・ｔ〜０．８５・ｔ、または０．２・ｔ〜０．８・ｔ、または０．２２・ｔ〜０．７８・ｔ、または０．２４・ｔ〜０．７６・ｔ、または０．２６・ｔ〜０．７４・ｔ、または０．２８・ｔ〜０．７２・ｔ、または０．３・ｔ〜０．７・ｔ、または０．３５・ｔ〜０．６５・ｔ、または０．４・ｔ〜０．６・ｔ、または０．４５・ｔ〜０．５５・ｔの範囲内であり得る。
第１の表面および第１の表面の反対にある第２の表面であって、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ（ｔ）を画定する第１の表面および第２の表面と、
厚さ（ｔ）に沿って延在する応力プロファイルと
を含むガラス系物品であって、
約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約２５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
約０．０３５・ｔ〜０．９６５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
応力プロファイルは、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含み、
応力プロファイルは、約０．１・ｔ〜０．２５・ｔの範囲のＤＯＣを含む、ガラス系物品に関する。いくつかの実施形態では、約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約２５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。いくつかの実施形態では、第２の厚さ範囲の場合の言及される傾きは、約０．１・ｔ〜０．９・ｔ、または０．１５・ｔ〜０．８５・ｔ、または０．２・ｔ〜０．８・ｔ、または０．２２・ｔ〜０．７８・ｔ、または０．２４・ｔ〜０．７６・ｔ、または０．２６・ｔ〜０．７４・ｔ、または０．２８・ｔ〜０．７２・ｔ、または０．３・ｔ〜０．７・ｔ、または０．３５・ｔ〜０．６５・ｔ、または０．４・ｔ〜０．６・ｔ、または０．４５・ｔ〜０．５５・ｔの範囲内であり得る。
本明細書に記載のガラス系物品の１つ以上の実施形態は、ガラス表面に向上した引っ掻き性能を付与することができる特定の応力プロファイルを含む。さらに、落下性能（例えば、１８０グリット研磨紙および３０グリット研磨紙の両方の上で同時に）が低下せず、現場使用で妥当なレベルの性能が維持される。このような実験用粗面により、顕著であり現場性能に関連する一連の傷がガラス中に導入される。例えば、これらの応力プロファイルは、改善された引っ掻き抵抗を示し、落下試験における良好な破壊抵抗性は本開示の焦点である。これらの応力プロファイルは壊れやすいものでもない。
１つ以上の実施形態によると、引っ掻き性能の驚くべき改善が得られる複数のイオンの拡散の場合の応力プロファイルが開示される。いくつかの応力プロファイルは、１つのイオン交換ステップで得ることができ、別のものは２つ以上のイオン交換ステップを用いて得られる。１つ以上の実施形態では、応力プロファイルは２つの領域、すなわちより大きい傾きのスパイク領域と、それに続いて実質的により小さい傾きの深いテールとを示し、それにより、ガラス内で応力が圧縮から引張に変化する点として定義される圧縮深さが非常に大きくなる。
薄いガラス（すなわち０．０５ｍｍ〜２ｍｍの範囲の厚さ）に関する実施形態では、厚さの２つの半分における深いプロファイルが、イオン交換されていない基材中の元のＮａ濃度に等しい実質的に一定のＮａ濃度の中央領域を有さない中間部分に接続されるように、拡散プロセスは、イオン交換浴からガラス中に交換されるＮａイオンの少なくない部分がガラスの中心に到達可能となるのに十分な時間の長さである。１つ以上の実施形態では、イオン交換の時間は、１時間を超え、１．５時間を超え、２時間を超え、２．５時間を超え、３時間を超え、３．５時間を超え、４時間を超え、４．５時間を超え、５時間を超え、５．５時間を超え、６時間を超え、６．５時間を超え、７時間を超え、７．５時間を超え、および８時間を超える。
１つ以上の実施形態では、応力プロファイルにより、壊れやすくない物品が得られる。本明細書において使用される場合、「壊れやすくない」は、ガラスが破壊される場合、ガラスが数個の比較的大きい破片に破壊されることを意味する。対照的に、壊れやすいガラスは、非常に小さい破片に破壊され、ガラス物品中に貯蔵される高い弾性エネルギーのためにガラス粒子が長距離で放出される可能性がある。
１つ以上の実施形態のガラス系物品は、第１の表面および第１の表面の反対にある第２の表面であって、厚さｔを画定する第１の表面および第２の表面を含む。１つ以上の実施形態では、厚さｔは、約２ミリメートル以下（例えば、約０．０１ミリメートル〜約２ミリメートル、約０．１ミリメートル〜約２ミリメートル、約０．２ミリメートル〜約２ミリメートル、約０．３ミリメートル〜約２ミリメートル、約０．４ミリメートル〜約２ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約１．７５ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約１．５ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約１ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約０．９ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約０．８ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約０．７ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約０．６ミリメートル、約０．０１ミリメートル〜約０．５ミリメートル、約０．１ミリメートル〜約０．５ミリメートル、または約０．３ミリメートル〜約０．５ミリメートルの範囲内）であり得る。
１つ以上の実施形態の応力プロファイルは、特定の範囲内にある傾きを有する接線を有する２つの別個の領域である、比較的急な傾きを有する領域および浅い傾きを有する領域が存在することを特徴とする。一般に、応力プロファイルは、２つの異なる方法で実現することができる。第１の方法は、２種類以上のイオンが同時に拡散される１つのイオン交換拡散を特徴とする。第２の方法は、２種類以上のイオンが同時に拡散される２つ以上のイオン交換拡散を特徴とする。それぞれの方法が特定の利点を有する。例えば、１つのイオン交換拡散ステップは、実施および／または制御がより単純およびより容易であり得る。しかし、複数のイオン交換拡散ステップは、応力プロファイルを調整するための自由度をより高めることができる。１つ以上の実施形態では、イオン交換の時間は、１時間を超え、１．５時間を超え、２時間を超え、２．５時間を超え、３時間を超え、３．５時間を超え、４時間を超え、４．５時間を超え、５時間を超え、５．５時間を超え、６時間を超え、６．５時間を超え、７時間を超え、７．５時間を超え、および８時間を超える。
１つのステップで２つの領域を含む本明細書に記載の応力プロファイルでは、より大きいＫイオンがより遅く拡散すると考えられる。対照的に、より小さいＮａイオンはより速く拡散し、より深く浸透すると考えられる。より大きい比体積変化、したがってＣＳにおけるより浅いスパイクのため、より大きいＫイオンによってより大きい応力が得られるとも考えられる。
一般に、大きいＤＯＣおよび高いＣＳスパイクを有する応力プロファイルは、前面の損傷導入による破壊の軽減に役立ち、過大応力破壊を許容できる比率に維持するのにも役立つ。これらのプロファイルにより、Ｌｉ含有ガラスにおいて改善された結果を得ることができ、これにより、ＮａイオンおよびＬｉイオンの迅速なイオン交換相互拡散によって大きい圧縮深さを迅速に実現する性質が得られる。同時に、これらにより、５〜１５マイクロメートル程度の浅い深さまでカリウム（Ｋ）が拡散することで高圧縮（スパイク）表面層も実現できる。１つのイオン交換を用いると、一方では中〜高のスパイクの層深さ（ＤＯＬｓｐ）を伴う表面における圧縮応力ＣＳと、応力の傾きが大きく変化する深さである、高圧縮表面層の底部で生じるニー応力ＣＳｋとの間にトレードオフが存在する。
強化されていない基材中にＬｉおよびＮａの両方をかなりの量で有するＬｉ含有ガラスの問題の１つは、比較的高いＣＳｋを有する１つのイオン交換（ＳＩＯＸ、すなわち１つの浴またはステップで行われるイオン交換であり、二重イオン交換、すなわち２つの浴またはステップで同じ基材またはガラス系物品に対して行われるイオン交換を意味する「ＤＩＯＸ」とは対照的である）のプロファイルが、強い非線形拡散から得られるプロファイルの深い部分の大きい正の曲率のため、制限された圧縮深さ（ＤＯＣ）を有する傾向にあることである。
本開示により、ＣＳとＣＳｋとの間のトレードオフがなくなり、高いＣＳおよび比較的高いＣＳｋが同時に得られながら、依然として比較的高いＤＯＬｓｐが実現される組合せが実現される性質が得られる。さらに、本発明では、プロファイルの深い部分の正の曲率を実質的に減少させ、場合により圧縮領域の部分に負の曲率をさらに導入することによってＤＯＣが実質的に増加する。
いくつかの実施形態では、両方のステップがＮａＮＯ３およびＫＮＯ３などのＮａ＋イオンおよびＫ＋イオンを含有する塩の混合物を有する、イオン交換の２ステッププロセスが使用される。第１のステップの塩混合物は、第２のステップの塩混合物よりも多いＮａ含有量を有することができる。例えば、第１のステップの混合物は、塩混合物がＮａＮＯ３＋ＫＮＯ３である場合、３８〜９０重量％のＮａＮＯ３を有することができる。第１のステップの塩混合物により、Ｋ２Ｏスパイクを表面付近に形成して中間の表面濃度（例えば、＜５モル％）を有することができ、Ｋスパイクが存在するにもかかわらず実質的なＣＳｋを形成することができる。第１のステップでは、典型的に６０ＭＰａを超える実質的な中央張力ＣＴを形成することもできる。
第２のステップは、Ｎａ含有塩が実質的により少ない（例えば、３〜１５重量％のＮａＮＯ３）塩混合物中で行うことができる。さらに、第２のステップは、第１のステップよりも実質的に短いことができ（いくつかの実施形態では１／３以下の短さ）、または実質的により低い温度で行うことができる。
このプロセスは、ガラス中の全アルカリ酸化物のモル含有量の約８％未満の非常に少ない量のＫ２Ｏをベースガラスが有する場合のＫの非線形拡散を利用している。例えば、第２のステップのスパイクは、第１のステップよりも実質的に大きいＫ＋イオンの有効拡散係数により、ＣＳＫをあまり犠牲にすることなく、高ＣＳスパイクの全ＤＯＬを短い第２のステップで維持できることを特徴とする。第２のステップの塩混合物中の少量のＮａは、スパイク中のＮａの外への拡散を防止する目的を果たし、したがって、イオン交換温度または時間の比較的小さいばらつきでＣＳｋがあまり変化しない場合、比較的安定なプロセスを得る役割を果たす。
結果として得られるプロファイルは、第２の混合物単独を使用して得られるＣＳと同様の高いＣＳを有する。さらに、これは、第２のステップの塩単独の典型的なＣＳｋよりも（１０ＭＰａ超だけ）実質的に高いが、第１のステップのＣＳＫよりも（１０ＭＰａ超だけ）実質的に低いＣＳｋを有する。短い第２のステップ後、比較的高いＣＴが維持されるか、場合によりわずかに増加する。このＣＴは、第２のステップの塩組成物のみを使用することによって得ることができる最大ＣＴよりも実質的に高い。最後に、応力プロファイルは、多くの場合、約．２・ｔ（基材の厚さ２０％）であり、単独で使用される場合の第１の塩混合物または第２の塩混合物のいずれかで可能となる最大深さよりも大きいＤＯＣを有することができる。
使用中、同じカバーガラス部品は、前（外）側、裏（内）側、および端部の上に種々の使用応力（損耗作用を意味する）が生じる。破壊（破損）の最も一般的な原因としては、先端深さが、場合により化学強化で得ることができる圧縮深さ（ＤＯＣ）をさらに超え得る深い傷（＞１０μｍ）の導入による破壊、および数百ＭＰａの高い局所的張力を受けた比較的浅い傷（１〜１０μｍ）の過大応力（ＯＳ）による破壊が挙げられる。非常に多くの場合、ＤＯＣよりも幾分小さい先端深さを有する深い傷が使用中のカバーガラス部品の小さい曲げによる中程度の張力に曝露されると、破壊が開始し得る。したがって、化学強化の有益なパラメーターの中では、大きいＤＯＣ、および深い圧縮層中の比較的大きい深さにおける圧縮応力の値が挙げられる。このような深い傷は、粗い面またはとがった物体との接触中にガラス中に導入され得る。
本開示によるような適切な方法で行われる場合、プロファイルの深い部分およびスパイクが実質的に独立に得られることが２ステッププロセスの利点の１つである。短い比較的低温の「スパイク」ステップ中のプロファイルの深い部分の変化は、ほとんど無視できる（典型的にＤＯＬおよび深い部分の応力の１％未満の変化ならびにＤＯＣの小さい変化）。
Ｌｉ含有ガラスは、非常に大きいＤＯＣを有するスパイク付きプロファイルを得るためのある有用な性質が得られるが、いくつかの大きい問題も生じる。利点の１つは、ガラスの軟化点よりもはるかに低い温度における比較的短いイオン交換を使用して、非常に大きいＤＯＣを得ることができることである。ＫおよびＮａのそれぞれと比較すると、より小さいＮａおよびＬｉは拡散率が高いため、ＫがＮａと同様の深さまで交換可能であるよりもはるかに速く、Ｎａはガラス中の深くのＬｉと交換できるため、大きいＤＯＣが迅速に実現できる。この利点によって同時にある問題が生じ、なぜなら、Ｌｉ含有ガラス中の高ＣＳの表面スパイクの形成のために、通常、約１０μｍの所望の深さまでＫ＋イオンが内部に拡散する必要があるからである。Ｎａの拡散率に対してＬｉ系ガラス中のＫの拡散率が非常に低いことは、純ＮａＮＯ３のイオン交換またはＮａＮＯ３−ＬｉＮＯ３混合物中の交換の第１のステップ後に第２のステップを用いて公称上の純ＫＮＯ３浴中で表面圧縮スパイクを実施すると、ＤＯＬｓｐを超える深さ（例えば、スパイク深さＤＯＬｓｐからＤＯＣまで）における圧縮レベルが大きく低下することを一般に意味し、なぜなら、第１のイオン交換ステップ後に得られたＮａイオンの勾配は、スパイク形成（第２のイオン交換）ステップ中に大きく減少するからである。
さらに、いくつかの商業的に関心の高いＬｉ含有ガラスは、ベースガラス中にＬｉ２ＯおよびＮａ２Ｏの両方をかなりの量および同等の量で含有する。一例では、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（Ｃｏｒｎｉｎｇ、ＮＹ）から市販されるガラスの１つは、約６モル％のＬｉ２Ｏおよび１１モル％のＮａ２Ｏを含有する。同様に、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（Ｃｏｒｎｉｎｇ、ＮＹ）の別の市販のガラスは、約６モル％のＬｉ２Ｏおよび約９モル％のＮａ２Ｏを含有する。かなりの量のＬｉ２ＯおよびＮａ２Ｏの両方を有するこのような組成を有するガラスが、Ｌｉを犠牲にしてＮａが実質的に多いガラスが得られるように設計された浴中でイオン交換されると、結果として得られるＮａ濃度プロファイルは、実質的に非線形の拡散の結果として非常に大きい正の曲率をもたらす傾向にある。結果として、スパイク深さを超える深さにおける応力プロファイルの深い部分も、１２０ＭＰａを超えるなどで顕著である場合、大きい正の曲率を有する。例えば、以下にさらに詳細に議論される図３６の曲線２８０１（比較例７Ｂ）および２８０２（比較例７Ｃ）を参照されたい。このようなプロファイルは、比較的小さく中間の深さにおいて顕著なレベルの圧縮応力をもたらし、圧縮深さに近い大きい深さでは比較的低い圧縮応力をもたらす傾向にある。曲線２８０１および２８０２が曲線２８０４（実施例７Ａ）の下に下がる図３６を参照されたい。さらに、これらは、スパイク深さＤＯＬｓｐおよびＤＯＣ間の領域の圧縮応力の同様のＣＳｋを有するが曲率を有さない（または負の曲率の部分を有する）曲線よりも小さい圧縮深さを有する傾向もある。特に、実質的に正の曲率を有するプロファイルにおいて、ほとんどの場合の圧縮応力は、表面からＤＯＣの約１／３まで大きくなるが、ＤＯＣの１／３または１／２からＤＯＣまでの領域ほど大きくない。例えば、曲線２８０１が、５０マイクロメートル（約１５０マイクロメートルのＤＯＣの１／３）における曲線２８０４とほぼ同じＣＳを有するが、１００マイクロメートル（ＤＯＣの約２／３）だけ曲線２８０４のＣＳよりも低いＣＳを有する図３６を参照されたい。同様に、再び図３６において、曲線２８０２は、５０マイクロメートル（約１／３ＤＯＣ）だけ曲線２８０４のＣＳよりもすでに小さいＣＳを有し、７５マイクロメートル（約１／２ＤＯＣ）および１００マイクロメートル（約２／３ＤＯＣ）において曲線２８０２よりも依然として小さい。さらに、このようなプロファイル（曲線２８０１および２８０２など）は、圧縮領域の深い部分において小さい曲率を有し、同様のスパイクおよび同様のニー応力を有するプロファイル、例えば、非強化組成物中で多量のＬｉ２Ｏを有するが、Ｎａ２Ｏをほとんどまたは全く有さないガラスで得ることができるプロファイルよりも幾分小さいＤＯＣを有する傾向にある。
化学強化されたＬｉ含有カバーガラスでは、化学強化の利点の１つは、ＤＯＣが安定なレジームにある場合に実現される。ＤＯＣが厚さの２０％程度で安定化され（ＤＯＣが約０．２ｔである）、より大きい正の曲率を有するプロファイルは、通常、幾分より小さい値を有するが、より小さい正の曲率を有するか、またはさらには負の曲率を有する部分を有するプロファイルは、幾分より大きい値のＤＯＣを有する傾向にある。この安定なＤＯＣレジームでは、野外での使用中、カバーガラスは、砂の粒子または小石などのとがった物体によって深い傷が形成されることがある。強度を制限する傷は、ほとんどの場合に最も深い傷であり、０．３ＤＯＣ〜ＤＯＣの範囲などの大きい深さでより大きい圧縮応力を有することは、鋭い接触の事象の結果としての破壊の可能性を低下させるために有益であり得る。これは、１ｍｍ以下、例えば０．８ｍｍ以下または０．６ｍｍ以下などのより小さい厚さの場合に特に重要となり、なぜなら、ＤＯＣは厚さに比例して減少し、圧縮応力によって阻止する必要がある傷の先端は、ＤＯＣの一層大きい部分に到達するからである。
本開示は、特に、大きいスパイクＤＯＬ、大きいスパイクＣＳ、深いＤＯＣ、大きいＣＳｋ、および０．３ＤＯＣ〜ＤＯＣの大きい深さにおける大きい圧縮応力（いくつかの実施形態では、圧縮応力プロファイルの深い部分の小さい正の曲率の結果として）を同時に実現することができる二重イオン交換プロセスを説明する。
いくつかの実施形態は、良好な深さのスパイクおよび高ＣＳを同時に実現しながら、良好な破壊抵抗のための所望のレベルのＣＳｋを実現することの結果としての引っ掻き抵抗の改善を含むことができる。
いくつかの実施形態では、リチウム含有ガラスの２ステップ（以上）のイオン交換によって得られる応力プロファイルは、ＮａおよびＫを含有する塩の混合浴中の１ステップイオン交換、または従来の２ステップイオン交換のいずれかによって同じガラス中で得ることができるプロファイルよりも実質的な利点を有する。
１００％ＮａＮＯ３中の比較的長いステップと、続いてＮａＮＯ３およびＫＮＯ３の混合物中のより短い第２のステップとを有するＤＩＯＸを使用して得られる応力プロファイルにより、ＤＩＯＸの第２のステップと同じ塩混合物を使用するＳＩＯＸプロセスと比較すると、より高いＣＳｋおよび小さいＤＯＬｓｐとの間のトレードオフがほとんどの場合に得られる。イオン交換の第１のステップおよび第２のステップの両方がＫＮＯ３およびＮａＮＯ３の混合物中で行われるが、ＤＩＯＸ（６５％のＮａを有するステップ１、４０％のＮａを有するステップ２を有する）と異なり、第２のステップの浴は、第１のステップの浴のＮａ：Ｋのモル比よりも実質的に小さい（例えば、１／３〜１／１０）のＮａ：Ｋのモル比を有する場合、より良好なＤＩＯＸプロファイルが得られる。
いくつかの実施形態によるＬｉ含有ガラス中の応力プロファイルは、イオン交換の両方のステップがＮａ含有塩およびＫ含有塩の両方を含む浴中で行われ、ガラス組成物中のＮａ：Ｌｉ比に依存して、第１の浴中のＫイオンに対するＮａイオンの比が、第２の浴中のＫイオンに対するＮａイオンの比の２．５倍以上、例えば３倍以上、または５倍もしくは８倍以上であるが、８００倍以下、例えば６００倍以下、５００倍以下、または４００倍以下である２ステップイオン交換によって得られる。さらに、いくつかの実施形態では、第２の塩は、ガラス組成に依存して、０．０３以上、例えば０．０４以上、または０．０４７以上、いくつかの場合には０．０６以上または０．０７以上、および０．４以下、または０．３５以下、または０．３０以下、または０．２１以下、０．１６以下、または０．１３以下であるＫに対するＮａの比を有する。一般に、Ｌｉよりも実質的に多いＮａをガラス中に有する組成物は、浴中のＮａ：Ｋのより大きい比率、例えば０．２１および０．１６が第２の浴中で許容される。
いくつかの実施形態では、第２のステップの有効拡散時間は、第１のステップの拡散時間の１／２０〜１／２、例えば１／２０〜１／３、または１／２０〜１／４である。
いくつかの実施形態では、第２のステップの有効拡散時間は、第１のステップの拡散時間の１／２０〜１／２、例えば１／２０〜１／３、または１／２０〜１／４である。
本明細書に記載のＤＩＯＸプロセスのいくつかの特徴は以下の通りである。
いくつかの実施形態では、第２のステップの低Ｎａ組成物を用いて得られた高表面ＣＳに非常に類似し、高Ｎａ第１のステップの浴を用いて通常得られる表面ＣＳよりも実質的に高い高表面ＣＳである。例えば、比較例７Ｂの７０Ｎａ／３０Ｋ浴によって得られる高表面ＣＳを有する曲線２８０１、および比較される曲線２８０４の実施例７Ａを参照されたい。ＤＩＯＸプロファイルの表面ＣＳは、６００ＭＰａ以上、例えば６５０ＭＰａ以上、７００ＭＰａ以上、７５０ＭＰａ以上、８００ＭＰａ以上、または８５０ＭＰａ以上であり得る。
いくつかの実施形態では、ＤＯＬｓｐは、第１のステップのＤＯＬｓｐと同等であり、第２のステップ単独で得られるＤＯＬｓｐよりもはるかに大きい（多くの場合、２倍、さらにより大きい）。これは、第２のステップのみが塩浴中にＫＮＯ３を有し、イオン交換によるスパイク形成のためのＫイオンが供給される場合に得られるＤＯＬｓｐと比較すると、ＤＯＬｓｐが比較的大きいことを意味する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるＤＩＯＸプロセスを用いて得られるＤＯＬｓｐは、５〜１６マイクロメートルの範囲内であり、厚さが１〜１．３ｍｍである場合に厚さの０．５〜１．５％であり、厚さが０．８〜１ｍｍである場合に厚さの０．６〜２％の範囲内であり、厚さが０．６５〜０．８ｍｍである場合に０．７〜２．５％の範囲内であり、厚さが０．５〜０．６５ｍｍである場合に０．９〜３％の範囲内であり、および厚さが０．３〜０．５ｍｍである場合に１〜３％の範囲内である。
いくつかの実施形態では、比較的高いＣＳｋは、第２のステップの浴の組成に典型的なＣＳｋよりも実質的に大きく、第１のステップのＣＳｋよりも小さい。例えば、実施例７Ａでは、第１のステップのＣＳｋは約１６０ＭＰａであり、ＤＩＯＸのＣＳｋは１２５ＭＰａであり、一方、７重量％のＮａＮＯ３＋９３重量％のＫＮＯ３の第２のステップの組成を有する浴では、安定なＤＯＣが実現されると、７５ＭＰａ未満のＣＳｋが得られる。
いくつかの実施形態では、第１のステップの塩での１ステップイオン交換によって得られるＤＯＣよりも高い高ＤＯＣが実現される。例えば、０．８ｍｍの試料の場合、実施例７ＡのＤＩＯＸのＤＯＣは約１６０μｍであり、すなわち厚さの２０％である。
いくつかの実施形態では、約１．５ＤＯＬｓｐ〜ＤＯＣの深さ範囲内の圧縮応力プロファイル中の正の曲率が最小限となるか、またはさらには正の曲率がなくなる。特に、その深さ範囲内の曲率は、好ましくは、基材中央を中心とし、本発明のＤＩＯＸプロファイルと同じＣＳｋを有する力のバランスが取れた放物線状プロファイルの曲率を超えない。この比較の目的で、圧縮応力は正であり、引張応力は負であるという符号規約が仮定されることに留意されたい。品質管理の目的であるが、スパイクを有する冪乗則プロファイルとしてのプロファイルの簡略化された表示を仮定し得ることにも留意すべきである。スパイクを有する放物線状プロファイルの深い部分は、２の冪係数を有する放物線に適合する。いくつかの実施形態では、プロファイルまたはＣＴ領域の深い領域の形状の場合、冪係数は、１〜３または１．７〜２．６の範囲内であり得る。本発明のＤＩＯＸプロファイルは、ＤＯＬｓｐとＤＯＣとの間の領域内において、同じ深さ範囲にわたり、深さ＝ＤＯＬｓｐにおいて同じ応力を有する放物線状プロファイルの曲率を超えない曲率を示す。
いくつかの実施形態では、ＤＯＣ／３〜ＤＯＣの深さ範囲内で比較的大きい圧縮を実現することができる。特に、ＤＩＯＸプロファイルは、この深さ範囲内の第１のステップのプロファイルと同様のまたはより大きい圧縮を有する。例えば、図３６の曲線２８０４を曲線２８０２および２８０３と約５０〜１５０マイクロメートルの範囲内で比較すると、この範囲内でより大きいＣＳが示される。このより大きいＣＳは、力のバランスと、約１．５ＤＯＬｓｐ〜ＤＯＣの深さ範囲内のプロファイルの正の曲率の減少または解消との複合効果の結果として得られる。
いくつかの実施形態では、通常、第１のステップのＣＴ±３ＭＰａの範囲内であり、同等の全イオン交換時間の場合において、通常、ステップ２の塩組成物のみを用いて得られるＣＴよりも５〜１５ＭＰａ高い比較的高いＣＴを実現することができる。実施例７では、図３６において、ＤＩＯＸプロファイル（曲線２８０４）は、１ステップの曲線２８０１のプロファイル（７０％Ｎａ、４時間、３８０℃）のＣＴとほぼ同じ約７０ＭＰａのＣＴを有し、４時間４０分のＤＩＯＸの全時間と同等の時間での第２のステップの浴（７％Ｎａ）中でのイオン交換では、５０〜５５ＭＰａの範囲内のＣＴが得られる。ＤＩＯＸプロファイルの高ＣＴは、圧縮区域内の高応力−深さの積分を示し、これは圧縮区域内に導入された傷によって開始する破壊に対するガラス物品の抵抗性を得るのに役立つ。
いくつかの実施形態では、同様の深い部分および同様の高ＣＳｋを有するが、実質的により低い表面ＣＳまたはより小さいＤＯＬｓｐを有する他の破壊抵抗性プロファイルと比較してより良好な引っ掻き抵抗が実現される。例えば、４０％ＮａＮＯ３および６０％ＫＮＯ３を有する浴中で得られた図３６の曲線２８０２のＳＩＯＸプロファイルを比較すると、ＤＩＯＸプロファイルの曲線２８０４と１２５ＭＰａにおける同様のＣＳｋ、同様のＤＯＣ、およびＤＯＬｓｐを有するが、曲線２８０２の表面ＣＳは、約２５０ＭＰａだけ低い（曲線２８０４のＤＩＯＸプロファイルの場合の８００〜８２０ＭＰａに対して５５０〜５７０ＭＰａ）。
いくつかの実施形態では、ＤＩＯＸプロファイルおよびそれを作成する方法により、ガラス物品の厚さが端部に向かって徐々に減少する場合（「２．５Ｄカバーガラス」）にガラス物品の周辺領域の非常に優れた強化が行われる。従来の（「２Ｄ」）カバーガラスの場合、ガラス物品の厚さは、実質的にガラスシートのちょうど端部まで一定であり、または端部が面取りされる場合には端部先端の０．３ｔ未満まで一定であり、ここで、ｔはシートの厚さである。本明細書に記載の実施形態によるプロファイルにより、端部周囲の任意の点から測定した圧縮深さがシート内部における大きい圧縮深さと類似しているため、従来技術のプロファイルと比較すると、この種類の端部の優れた強化が得られる。より顕著には、シートの厚さが端部に向かって徐々に減少し、通常、端部から１〜３ｍｍまたは端部から０．３ｔ以上の距離であるが、ほとんどの場合に端部から０．５ｔ以上または１．０ｔ以上の距離で減少が開始する２．５Ｄカバーガラスの場合、ガラス物品の周囲（例えば、端部の接触の形成）で開始する傷が、従来技術のプロファイルと比較すると、通常よりも圧縮応力分布によって阻止または偏向されやすいという意味で主要な強化が存在する。この亀裂阻止効果は大きい利点であり、なぜなら、電子デバイスが誤って落下され、それらがより多くの場合に端部での接触事象を経験する場合、このような端部の強化は、実際の使用中の破壊に対する抵抗性を大きく改善するために有益となるからである。
したがって、約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、１つ以上の実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約２５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。第１の厚さ範囲は、約０・ｔ〜最大約０．０２０・ｔ、０．０２５・ｔ、０．０２７５・ｔ、０．０３０・ｔ、もしくは０．０３５・ｔ、および０．９８・ｔ超、０．９７５・ｔ超、０．９７２５・ｔ超、０．９７・ｔ超、もしくは０．９６５・ｔ超に及ぶことができる。傾きは、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約２５ＭＰａ／マイクロメートルの範囲であり得る。さらなる実施形態では、傾きは、約−２００、−１９０、−１８０、−１７０、−１６０、−１５０、もしくは−１４０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５、−２７、−３０、−３１、−３２、−３３、−３４、もしくは−３５ＭＰａ／マイクロメートルの範囲、または約２５、２７、３０、３１、３２、３３、３４、または３５〜約１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、もしくは２００の範囲であり得る。したがって、例えば、第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、１つ以上の実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、いくつかの実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−１４０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１４０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
上記の傾きの範囲は、いずれかの第１の厚さ範囲と組み合わせることができる。したがって、例えば、約０・ｔ〜最大０．０２５・ｔおよび０．９７５・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、１つ以上の実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。約０・ｔ〜最大０．０２５・ｔおよび０．９７５・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、さらなる実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。約０・ｔ〜最大０．０２５・ｔおよび０．９７５・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、さらなる実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−１４０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１４０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
約０・ｔ〜最大０．０３５・ｔおよび０．９６５・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、いくつかの実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。約０・ｔ〜最大０．０３５・ｔおよび０．９６５・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、さらなる実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。約０・ｔ〜最大０．０３５・ｔおよび０．９６５・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの、さらなる実施形態では少なくとも１つの点および別の実施形態では全ての点は、約−１４０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１４０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。いくつかの実施形態では、第１の厚さ範囲が狭くなると、第１の厚さにおける点の接線の傾きが急になることがある。
この態様の１つ以上の実施形態では、約０．０３５・ｔ〜０．９６５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。すなわち、０．０３５・ｔ〜０．９６５・ｔの範囲に沿って進むと、傾きは、負になり始め、ゼロに近づき、次に正になり、冪乗則関数に近づく。本明細書において使用される場合、「冪乗則関数」は、応力が深さまたは厚さに指数関数的に比例する曲線を意味する。１つ以上の実施形態では、指数は約１．２〜約３．２の範囲である。さらなる実施形態では、指数は約１．２〜約２．８の範囲である。いくつかの実施形態では、第２の厚さ範囲の場合に言及される傾きは、約０．１・ｔ〜０．９・ｔ、または０．１５・ｔ〜０．８５・ｔ、または０．２・ｔ〜０．８・ｔ、または０．２２・ｔ〜０．７８・ｔ、または０．２４・ｔ〜０．７６・ｔ、または０．２６・ｔ〜０．７４・ｔ、または０．２８・ｔ〜０．７２・ｔ、または０．３・ｔ〜０．７・ｔ、または０．３５・ｔ〜０．６５・ｔ、または０．４・ｔ〜０．６・ｔ、または０．４５・ｔ〜０．５５・ｔの範囲内であり得る。
第２の厚さ範囲内の点は、傾きを有する接線を含むと記載することもできる。１つ以上の実施形態では、接線の傾きは、約−１５、−１０、−５、−４、−３、−２、または−１ＭＰａ／マイクロメートル〜約１、２、３、４、５、１０、または１５ＭＰａ／マイクロメートルの範囲である。いくつかの実施形態では、第２の厚さ範囲の場合に言及される傾きは、約０．１・ｔ〜０．９・ｔ、または０．１５・ｔ〜０．８５・ｔ、または０．２・ｔ〜０．８・ｔ、または０．２２・ｔ〜０．７８・ｔ、または０．２４・ｔ〜０．７６・ｔ、または０．２６・ｔ〜０．７４・ｔ、または０．２８・ｔ〜０．７２・ｔ、または０．３・ｔ〜０．７・ｔ、または０．３５・ｔ〜０．６５・ｔ、または０．４・ｔ〜０．６・ｔ、または０．４５・ｔ〜０．５５・ｔの範囲内であり得る。
上記の傾きの範囲は、いずれかの第２の厚さ範囲と組み合わせることができる。したがって、例えば、１つ以上の実施形態では、約０．０３５・ｔ〜０．９６５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２ＭＰａ／マイクロメートル〜約２ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。いくつかの実施形態では、約０．０２５・ｔ〜０．９７５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。さらなる実施形態では、約０．０２５・ｔ〜０．９７５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの点は、約−２ＭＰａ／マイクロメートル〜約２ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。１つ以上の実施形態では、約０．０２・ｔ〜０．９８・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約−２ＭＰａ／マイクロメートル〜約２ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含む。さらなる実施形態では、表面ＣＳは、約３００を超え、３５０を超え、４００を超え、４５０を超え、５００を超え、５５０を超え、６００を超え、６１０を超え、６２０を超え、６５０を超え、７００を超え、７５０を超え、および／または約６５０未満、７００未満、７５０未満、８００未満、８５０未満、９００未満、９５０未満、１０００未満、もしくは１１００未満である。
この態様の１つ以上の実施形態に記載のガラス系物品は、応力プロファイルを含み、約０．１・ｔ〜０．２５・ｔまたは０．３・ｔの範囲のＤＯＣを含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、約０．５モル％のＰ２Ｏ５〜１０モル％のＰ２Ｏ５を含む組成を含む。
この態様のガラス系物品の応力プロファイルは、１つのイオン交換ステップにより、または２つ以上のイオン交換ステップを使用してのいずれかで得ることができる。１つ以上の実施形態では、これらのイオン交換ステップは、前出の態様で前述したいずれかの特徴を含むかまたは備えることができる。１つ以上の実施形態では、第１の厚さ範囲は、カリウム含有塩中のイオン交換によって得られる。
Ｌｉ含有ガラスに対する１ステップイオン交換プロセスに関する１つ以上の実施形態では、主要制御パラメーターは、スパイクＣＳおよびプロファイルの深い部分の応力の相対的な大きさが得られるＮａとＫとの間の浴濃度比であると考えられる。その相対的な大きさに対する影響のより小さい第２のパラメーターは、イオン交換時間および温度であり、これらの両方は、プロファイル中のスパイクの深さおよび全体の応力の要求によって影響され得る。したがって、１つ以上の実施形態によると、本明細書に記載の応力プロファイルを実現するための時間中にＮａとＫとの間の濃度比が変動することを含む１つのイオン交換ステップを含む方法が提供される。
２つ以上のイオン交換ステップを有する化学強化に関する１つ以上の実施形態では、これらの２つ以上のステップの異なるＮａ／Ｋ比および異なる相対時間を使用することによってプロファイルをさらに調整することが可能である。いくつかの実施形態では、プロファイルのテール領域のためのある範囲の冪係数は、ＫＮＯ３／ＮａＮＯ３比およびイオン交換時間を調整することによって実現できる。本開示において提供される実験用プロファイルは、プロファイルの深い領域の形状のために、１〜３または１．７〜２．６の範囲内となる冪関数を有することができる。より小さい冪係数を有するプロファイルは、一般に、深い領域で典型的に１ＭＰａ／マイクロメートル未満のより小さい傾きを有すると考えられる。したがって、１つ以上の実施形態によると、本明細書に記載の応力プロファイルを実現するための時間中にＮａとＫとの間の濃度比が変動することを含む２つ以上のイオン交換ステップを含む方法が提供される。
本開示の別の一態様は、約２〜約２０モル％のＬｉ２Ｏを含む中心面と、第１の表面および第１の表面の反対にある第２の表面であって、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ（ｔ）を画定する第１の表面および第２の表面と、厚さ（ｔ）に沿って延在する応力プロファイルとを含むガラス系物品であって、約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、応力プロファイルは、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含み、応力プロファイルは、約０．０５・ｔ〜０．２５・ｔの範囲のＤＯＣを含む、ガラス系物品に関する。前述のいずれかの実施形態は、特に前の態様に関してこの態様に適用され得る。別の実施形態では、約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む。
１つ以上の実施形態では、第１の厚さ範囲は、Ｋ含有塩中でのイオン交換によって得られる。
１つ以上の実施形態では、第２の厚さ範囲は、Ｎａ含有塩またはＫ含有塩中でのイオン交換によって得られる。
１つ以上の実施形態では、応力プロファイルは、１つのイオン交換ステップを用いて得られる。
１つ以上の実施形態では、応力プロファイルは、２つ以上のイオン交換ステップを用いて得られる。
１つ以上の実施形態では、表面ＣＳは、約６９０ＭＰａ〜９５０ＭＰａの範囲である。
１つ以上の実施形態では、第２の深さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、冪指数を有する冪乗則プロファイルからの範囲にわたり、冪指数は、約１．２〜３．４である。いくつかの実施形態では、冪指数は、約１．３〜２．８である。
１つ以上の実施形態では、ガラス系物品は、約０．５モル％のＰ２Ｏ５〜約１０モル％のＰ２Ｏ５を含む組成を含む。
１つ以上の実施形態では、中心面は、約０．５モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏを含む組成をさらに含む。いくつかの実施形態では、中心面は、約２モル％〜約１０モル％のＬｉ２Ｏを含む組成をさらに含む。いくつかの実施形態では、ガラス物品の中心面内のＮａ２Ｏの濃度は、約５モル％〜１６モル％である。いくつかの実施形態では、ガラス物品の中心面内のＮａ２Ｏの濃度は、約１０モル％〜１５モル％である。いくつかの実施形態では、ガラス物品の中心面内のＬｉ２Ｏの濃度は、約３モル％〜１０モル％である。
本明細書に記載の開示の１つ以上の実施形態によるガラス系物品は、特にＬｉを主成分として含むガラス系物品の場合、落下性能を犠牲にすることなく引っ掻き抵抗のレベルが改善される。本明細書に記載の開示の１つ以上の実施形態によるガラス系物品は、３０グリットおよび１８０グリットの両方の研磨紙で示されるように優れた落下性能が得られる。本明細書に記載の開示の１つ以上の実施形態によるガラス系物品は、壊れやすくない方法を提供し、ガラスの破壊は、主として準均一である。本明細書に記載の開示の１つ以上の実施形態によるガラス系物品は、イオン交換プロセスに使用される温度および組成に関するガラス形状のひずみが許容されるレベルとなる。本明細書に記載の開示の１つ以上の実施形態によるガラス系物品は、製造プロセスが複雑になることなく実現可能な応力プロファイルを含む。
１つ以上の実施形態では、本開示によるガラス中の濃度プロファイルは、線形拡散近似を用いて計算できる相補誤差関数に基づくプロファイルと異なることが確認された。したがって、本明細書に記載の１つ以上の実施形態によるガラスは、線形拡散近似を用いて計算できる相補誤差関数に基づくプロファイルを示さない。
１つ以上の実施形態によると、１つ以上の実施形態によるガラス中のＮａ／Ｌｉ、Ｋ／（Ｎａ＋Ｌｉ）相互拡散を表すために使用できる相互拡散率は、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫの局所濃度に依存する。化学強化されるＬｉ含有ガラスが文献に記載されている。しかし、文献に記載のこのようなガラスは、応力プロファイルの曲率に対する濃度依存性拡散率の効果を無視しており、このようなガラスは、線形拡散近似に一致するプロファイルを示し（すなわち２セグメントプロファイルの相補誤差関数型の浅いおよび深い分岐）、本開示の１つ以上の実施形態のガラスは文献のガラスとは区別される。本開示の１つ以上の実施形態により記載されるガラスと、文献のガラスとの間の別の差は、周知の強化された基材中の強化用イオン種（例えば、Ｎａ＋またはＫ＋またはそれらの組合せ）の拡散が基材のより深い深さまで及ばず、またはいくつかの場合、基材の中央（すなわち約０．４ｔ〜約０．６ｔの範囲内）まで及ばないことである。さらに、文献は、本明細書に記載の応力プロファイルが結果として得られるガラス拡散率、基材厚さ、およびイオン交換条件の組合せを開示していない。特に、文献には、より厚い基材（例えば、２．５ｍｍを超える厚さを有する基材）が記載されている。特に、本開示の１つ以上の実施形態によるガラスと、文献に記載のガラスとの間のこれらの差により、プロファイル全体の形状の差、特に１つ以上の実施形態による冪乗則近似の差も結果として得られる。
以下の実施例によって種々の実施形態をさらに明らかにする。実施例において、強化前に実施例は「基材」と呼ばれる。強化された後、実施例は「物品」または「ガラス系物品」と呼ばれる。
実施例１
実施例１Ａ〜１Ｇは、約６３．４６モル％のＳｉＯ２、１５．７１モル％のＡｌ２Ｏ３、６．３７モル％のＬｉ２Ｏ、１０．６９モル％のＮａ２Ｏ、０．０６モル％のＭｇＯ、１．１５モル％のＺｎＯ、２．４５モル％のＰ２Ｏ５、および０．０４モル％のＳｎＯ２の公称組成を有するガラス基材を含んだ。ガラス基材は０．８ｍｍの厚さを有する。実施例１Ａ〜１Ｇのガラス基材は、１００％ＮａＮＯ３を含み、約３９０℃の温度を有する溶融塩浴中において、表２に示される条件によりイオン交換した。結果として得られたガラス系物品は、図５のイオン交換時間の関数としてプロットされる最大ＣＴ値を示した。
実施例１Ａ〜１Ｇは、約６３．４６モル％のＳｉＯ２、１５．７１モル％のＡｌ２Ｏ３、６．３７モル％のＬｉ２Ｏ、１０．６９モル％のＮａ２Ｏ、０．０６モル％のＭｇＯ、１．１５モル％のＺｎＯ、２．４５モル％のＰ２Ｏ５、および０．０４モル％のＳｎＯ２の公称組成を有するガラス基材を含んだ。ガラス基材は０．８ｍｍの厚さを有する。実施例１Ａ〜１Ｇのガラス基材は、１００％ＮａＮＯ３を含み、約３９０℃の温度を有する溶融塩浴中において、表２に示される条件によりイオン交換した。結果として得られたガラス系物品は、図５のイオン交換時間の関数としてプロットされる最大ＣＴ値を示した。
“Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ａ ｇｌａｓｓ ｓａｍｐｌｅ”という名称の、その全体が参照により本明細書に援用される米国特許第８，８５４，６２３号明細書に記載されるような屈折近接場（ＲＮＦ）測定を用いて、実施例１Ｅの応力プロファイルを測定した。図６は、実施例１Ｅのガラス系物品の表面からガラス系物品中に延在する深さの関数として測定した応力を示す。ニーを含む特定の深さにおける応力を表３に示す。図６では、正の数は圧縮応力に使用され、負の数は引張応力を示す。この同じ規約（圧縮応力はｙ軸上の正の値として示され、引張応力はｙ軸上の負の値によって示される）が図１〜３、２３、および２７にも使用される。しかし、残りの図では、圧縮応力はｙ軸上の負の値として示され、引張応力はｙ軸上の正の値として示される。
実施例２
実施例２Ａは、実施例１と同じ組成および０．８ｍｍの厚さを有するガラス基材を含んだ。ガラス基材は、５１％のＫＮＯ３および４９％のＮａＮＯ３を含み、約３８０℃の温度を有する１つの溶融塩浴中で３．７５時間のイオン交換を行った。結果として得られたガラス系物品は、表４に記載の応力プロファイルを示した。
実施例２Ａは、実施例１と同じ組成および０．８ｍｍの厚さを有するガラス基材を含んだ。ガラス基材は、５１％のＫＮＯ３および４９％のＮａＮＯ３を含み、約３８０℃の温度を有する１つの溶融塩浴中で３．７５時間のイオン交換を行った。結果として得られたガラス系物品は、表４に記載の応力プロファイルを示した。
実施例２Ａによるガラス系物品に対して、本明細書に記載のＡＲＯＲ試験を行った。第１の組のガラス系物品は、５ｐｓｉ（３４．５ｋＰａ）の荷重または圧力を用いて研磨し、第２の組のガラス系物品は、２５ｐｓｉ（１７２ｋＰａ）の荷重または圧力を用いて研磨し、第３の組のガラス系物品は、４５ｐｓｉ（３１０ｋＰａ）の荷重または圧力を用いて研磨した。ＡＲＯＲデータを図７に示す。図７に示されるように、実施例２Ａによる全てのガラス系物品は、約２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ））を超える平均破壊荷重を示した。
実施例２Ａによるガラス系物品を同一の携帯電話デバイス上に後付けした。２０センチメートルから出発して徐々に増加する高さから、これらの電話デバイスを１８０グリット研磨紙上に落下させた。ガラス系物品がある高さ（例えば、２０ｃｍ）からの落下に残存した場合、携帯電話を、より高い高さ（例えば、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍなど）で最大２２５ｃｍの高さから再び落下させた。残存したガラス系物品は、次に３０グリット研磨紙上に落下させた（同じ電話デバイス中）。１８０グリットの研磨紙および３０グリットの研磨紙の両方の上でガラス系物品が破壊される高さを図８にプロットしている。図８に示されるように、実施例２Ａの２つのガラス系物品を除いた全ては、１８０グリット研磨紙上に最大約２２５ｃｍの高さからの落下で残存した（約２１６ｃｍの平均残存落下高さが得られた）。３０グリット研磨紙上への平均残存落下高さは６６ｃｍであり、一部は１００ｃｍを超える落下高さで残存した。
実施例２Ａによるガラス系物品は、約４８０ｍＨｚ〜約３０００ｍＨｚの周波数範囲にわたって約６．９〜約７．０５の誘電率を示した。実施例２Ａによるガラス系物品は、約４８０ｍＨｚ〜約３０００ｍＨｚの周波数範囲にわたって約０．０１２〜約０．０１５の範囲内の誘電正接を示した。
実施例２Ａによるガラス系物品の屈折率は、約３８０ｎｍ〜約１５５０ｎｍの範囲にわたって約１．１５８〜約１．４９の範囲内であり、約３８０ｎｍ〜約８００ｎｍの波長範囲にわたって約１．５１８〜約１．４９７の範囲内である。
実施例２Ａによるガラス系物品に対して、表５に示されるような種々の化学処理を行った。ガラス系物品の化学耐久性を比較例２Ｅ、２Ｆ、および２Ｇと比較した。比較例２Ｅは、６４．３モル％のＳｉＯ２、７．０２モル％のＢ２Ｏ３、１４モル％のＡｌ２Ｏ３、１４モル％のＮａ２Ｏ、０．５モル％のＫ２Ｏ、０．０３モル％のＦｅ２Ｏ３、および０．１モル％のＳｎＯ２の公称組成を有するガラス基材であった。比較例２Ｆは、６４．７５モル％のＳｉＯ２、５モル％のＢ２Ｏ３、１４モル％のＡｌ２Ｏ３、１３．７５モル％のＮａ２Ｏ、２．４モル％のＭｇＯ、および０．０８モル％のＳｎＯ２の公称組成を有するガラス基材であった。比較例２Ｇは、５７．５モル％のＳｉＯ２、１６．５モル％のＡｌ２Ｏ３、１６．７１モル％のＮａ２Ｏ、２．８モル％のＭｇＯ、および０．０５モル％のＳｎＯ２の公称組成を有するガラス基材を含んだ。
実施例３
実施例３Ａは、実施例１と同じ組成および０．８ｍｍの厚さを有するガラス基材を含んだ。比較例３Ｂは、比較例２Ｇと同じ組成および０．８ｍｍの厚さを有するガラス基材を含んだ。実施例３Ａのガラス基材は、表６に記載されるように１つの浴を用いる１ステップで化学強化した。比較例３Ｂのガラス基材は、表６に記載されるように２ステッププロセスでイオン交換した。
実施例３Ａは、実施例１と同じ組成および０．８ｍｍの厚さを有するガラス基材を含んだ。比較例３Ｂは、比較例２Ｇと同じ組成および０．８ｍｍの厚さを有するガラス基材を含んだ。実施例３Ａのガラス基材は、表６に記載されるように１つの浴を用いる１ステップで化学強化した。比較例３Ｂのガラス基材は、表６に記載されるように２ステッププロセスでイオン交換した。
実施例３Ａおよび比較例３Ｂによるガラス系物品を同一の携帯電話デバイス上に後付けした。２０センチメートルから出発して徐々に増加する高さから、これらの電話デバイスを３０グリット研磨紙上に落下させた。３０グリット研磨紙上でガラス系物品が破壊される高さを図９にプロットしている。図９に示されるように、実施例３Ａのガラス系物品は、比較例３Ｂの平均残存落下高さ（すなわち３８ｃｍ）の２倍を超える平均残存落下高さ（すなわち９１ｃｍ）を示した。
実施例３Ａおよび比較例３Ｂによるガラス系物品に対して、２５ｐｓｉ（１７２ｋＰａ）の荷重または圧力を用いて本明細書に記載のＡＲＯＲ試験を行った。図１０に示されるように、実施例３Ａのガラス系基材は約３０ｋｇｆ（約２９４Ｎ）の平均破壊荷重を示し、一方、比較例３Ｂのガラス系基材は約２７ｋｇｆの平均破壊荷重を示した。研磨荷重または圧力を４５ｐｓｉ（３１０ｋＰａ）まで増加させると、実施例３Ａおよび比較例３Ｂの平均破壊荷重の差が増加した。特に、４５ｐｓｉ（３１０ｋＰａ）の荷重または圧力下では、図１１に示されるように、実施例３Ａは約２５．９ｋｇｆ（約２５４Ｎ）の平均破壊荷重を示し、一方、比較例３Ｂは約１９．６ｋｇｆ（約１９２Ｎ）の平均破壊荷重を示した。
実施例４
５７．５モル％のＳｉＯ２、１６．５モル％のＡｌ２Ｏ３、１６．７モル％のＮａ２Ｏ、２．５モル％のＭｇＯ、および６．５モル％のＰ２Ｏ５の公称組成、および約０．４ｍｍ、０．５５ｍｍ、または１ｍｍの厚さを有するガラス基材に対して化学強化を行った。厚さおよび化学強化の条件を表７に示す。
５７．５モル％のＳｉＯ２、１６．５モル％のＡｌ２Ｏ３、１６．７モル％のＮａ２Ｏ、２．５モル％のＭｇＯ、および６．５モル％のＰ２Ｏ５の公称組成、および約０．４ｍｍ、０．５５ｍｍ、または１ｍｍの厚さを有するガラス基材に対して化学強化を行った。厚さおよび化学強化の条件を表７に示す。
実施例４Ａは、表７に示される溶融塩浴中に４時間、８時間、１６時間、３２時間、６４時間、および１２８時間浸漬した（実施例４Ａ−１〜４Ａ−６）。実施例４Ｂは、表７に示される溶融塩浴中に４時間、８時間、１６時間、３２時間、６４時間、および１２８時間浸漬した（実施例４Ｂ−１〜４Ｂ−６）。実施例４Ｃは、表７に示される溶融塩浴中に１時間、２時間、４時間、８時間、１６時間、および３２時間浸漬した（実施例４Ｃ−１〜４Ｃ−６）。実施例４Ｄは、表７に示される溶融塩浴中に４時間、８時間、１６時間、３２時間、６４時間、および１２８時間浸漬した（実施例４Ｄ−１〜４Ｄ−６）。実施例４Ａ−１〜４Ａ−６、４Ｂ−１〜４Ｂ−６、６Ｃ−１〜４Ｃ−６、および４Ｄ−１〜４Ｄ−６の応力プロファイルをそれぞれ図１２、１４、１６、および１８に示す。図１２、１４、１６、および１８では、ガラス物品の深さまたは厚さをｘ軸上にプロットし、応力をｙ軸上にプロットしている。正の応力値はＣＴ値であり、負の応力値はＣＳ値である。
実施例４Ａ−１〜４Ａ−６、実施例４Ｂ−１〜４Ｂ−６、実施例４Ｃ−１〜４Ｃ−６および４Ｄ−１〜４Ｄ−６の溶融塩浴中に浸漬した時間の関数としてのＣＴ値およびＤＯＣ値をそれぞれ図１３、１５、１７、および１９に示す。
実施例５
表８に示される公称組成および約０．８ｍｍの厚さを有するガラス基材について、それぞれＮａＮＯ３とＮａＳＯ４との混合物および５００℃の温度を含む溶融塩浴中で１５分（比較例５Ａ）および１６時間（実施例５Ｂ）の化学強化を行った。
表８に示される公称組成および約０．８ｍｍの厚さを有するガラス基材について、それぞれＮａＮＯ３とＮａＳＯ４との混合物および５００℃の温度を含む溶融塩浴中で１５分（比較例５Ａ）および１６時間（実施例５Ｂ）の化学強化を行った。
実施例５Ａおよび５Ｂのガラス系物品の応力プロファイルを図２０に示す。図２０に示されるように、比較例５Ａは、周知の応力プロファイルを示し、一方、実施例５Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態による応力プロファイルを示した。実施例５Ａおよび５Ｂのガラス系物品の貯蔵引張エネルギーを、測定ＳＣＡＬＰ応力プロファイルデータから前述の式（３）を用いて計算した。図２１に示されるように、計算した貯蔵引張エネルギーを測定ＣＴ（ＭＰａ）の関数としてプロットしている。
図２１に示されるように、比較例５Ａは、特定のＣＴ値の場合、（同じＣＴ値の場合の）実施例５Ｂよりもはるかに大きい貯蔵引張エネルギー値を示した。この図では、ＣＴは試料中の最大ＣＴである。特に約５５ＭＰａのＣＴにおいて、比較例５Ａは約１２Ｊ／ｍ２の貯蔵引張エネルギーを示し、一方、実施例５Ｂは約９Ｊ／ｍ２の貯蔵引張エネルギーを示した。比較例５Ａおよび実施例５Ｂが破壊されると、実施例５Ｂは、比較例５Ａよりも少ない数の破片に破壊され、比較例５Ａは、はるかに多数の破片に破壊された。したがって、理論によって束縛しようとするものではないが、貯蔵引張エネルギーを制御することで、破壊によって生じる断片化パターンまたは破片数を制御または予測する方法を得ることができると考えられる。これらの例では、同じ浴の温度および組成を使用しながら、より長時間イオン交換浴中に試料を維持することによってＣＴが変化した。図２１では、０，０の点は実験的なものではなく、それが該当する場合、すなわち０ＣＴが存在する場合、貯蔵引張エネルギーが０となると当業者が予測する点である。
表８に示す公称組成および約１ｍｍの厚さを有するガラス基材について、それぞれＮａＮＯ３および４３０℃の温度を含む溶融塩浴中で４時間（比較例５Ｃ）および６１．５時間（実施例５Ｄ）の化学強化を行った。比較例５Ｃは、周知の応力プロファイルを示し、一方、実施例５Ｄは、本開示の１つ以上の実施形態による応力プロファイルを示した。実施例５Ａ〜５Ｂに用いた方法と同じ方法を用いて実施例５Ｃおよび５Ｄの貯蔵引張エネルギーを計算し、図２２に示されるように測定ＣＴ（ＭＰａ）の関数としてプロットしている。
図２２に示されるように、比較例５Ｃは、特定のＣＴ値（この場合も図２１と同様に、これらは最大ＣＴ値であり、この場合もこれらの値は、同じイオン交換浴の温度および組成を使用するがより長い時間を使用することで変化した）の場合、（同じＣＴ値の場合の）実施例５Ｄよりもはるかに大きい貯蔵引張エネルギー値を示した。比較例５Ｃおよび実施例５Ｄが破壊されると、実施例５Ｄは、比較例５Ｃよりも少ない数の破片に破壊され、比較例５Ｃは、はるかに多数の破片に破壊された。
実施例６
実施例６Ａ〜６Ｄは、本開示の１つ以上の実施形態による、ベースガラス中に約１０モル％のＮａ２Ｏおよび６モル％のＬｉ２Ｏを有するガラス基材を含んだ。例えば、公称組成は、約６３．４６モル％のＳｉＯ２、１５．７１モル％のＡｌ２Ｏ３、６．３７モル％のＬｉ２Ｏ、１０．６９モル％のＮａ２Ｏ、０．０６モル％のＭｇＯ、１．１５モル％のＺｎＯ、２．４５モル％のＰ２Ｏ５、および０．０４モル％のＳｎＯ２を有する。これらのガラス基材は０．８ｍｍの厚さを有する。実施例６Ａ〜６Ｄのガラス基材は、溶融塩浴中において、表９に示される条件を含むイオン交換を行い、「ＳＩＯＸ」は１つのイオン交換を意味し、「ＤＩＯＸ」は二重イオン交換を意味する。
実施例６Ａ〜６Ｄは、本開示の１つ以上の実施形態による、ベースガラス中に約１０モル％のＮａ２Ｏおよび６モル％のＬｉ２Ｏを有するガラス基材を含んだ。例えば、公称組成は、約６３．４６モル％のＳｉＯ２、１５．７１モル％のＡｌ２Ｏ３、６．３７モル％のＬｉ２Ｏ、１０．６９モル％のＮａ２Ｏ、０．０６モル％のＭｇＯ、１．１５モル％のＺｎＯ、２．４５モル％のＰ２Ｏ５、および０．０４モル％のＳｎＯ２を有する。これらのガラス基材は０．８ｍｍの厚さを有する。実施例６Ａ〜６Ｄのガラス基材は、溶融塩浴中において、表９に示される条件を含むイオン交換を行い、「ＳＩＯＸ」は１つのイオン交換を意味し、「ＤＩＯＸ」は二重イオン交換を意味する。
ガラス基材中で応力プロファイルの種々の試験を実施した。ガラス基材は、ベースガラス中にＮａおよびＬｉを含有する組成を有する。主としてＮａおよびＫなどの２種類以上のイオンをＬｉと同時に交換することが可能である。典型的に、ガラスの中心に向かう長いテールおよびその表面内のスパイクを有するプロファイルを実現するために、その組成中にＮａなどの１種類のみの遊離のイオンを有するガラス中において、異なるＫＮＯ３／ＮａＮＯ３混合物を用いる２ステップＩＯＸプロセスが行われる。
表９は、異なるイオン交換方法で直接的な外面における応力のための点ごとの方法およびプリズム結合基測定（ＦＳＭ測定器）によるパラメーターおよび測定値も示す。表９に示されるパラメーターは、プロファイルの深い領域の冪係数、表面圧縮応力（ＣＳ）、スパイクが深いテールに接続されるニーにおける応力、およびニーが生じるスパイクの層深さを含む。実施例６Ａ〜Ｄから分かるように、スパイクのＤＯＬは、約．０１・ｔ〜約．０３５・ｔ（例えば、約．０１５・ｔ、．０２・ｔ、．０２５・ｔ、．３０・ｔ、または．３５・ｔ、およびそれらの間の任意および全ての部分的範囲）、すなわち厚さ８００マイクロメートルの試料の約７．３マイクロメートル〜約２４マイクロメートルであり得る。スパイクＤＯＬは、一般にカリウムＤＯＬに対応する。Ｌｉ含有ガラスでは、１つのＩＯＸ拡散でさえも応力プロファイル中にスパイクおよびテールが形成される。これは、異なる量のＬｉ、Ｎａ、およびＫを含有するガラスが、異なる拡散速度で同時に交換されることが理由であると考えられる。実際の深い応力プロファイルと冪乗則近似との間のわずかな局所的なずれ、および点間の応力プロファイル測定における精度の制限のために、スパイクの底部における実際の応力と、モデルのスパイクを有する冪乗プロファイルのニー応力との間で最大１０〜１５ＭＰａの差が生じ得る。
図２３は、ＴＥおよびＴＭ偏光における点ごとの屈折率測定によって測定した応力プロファイルを示す。測定技術の分解能の限界のため、表面における応力は、上部５マイクロメートルにおいて実際よりも低く示されていることに留意されたい。実際の表面応力値は、ここに示されるよりも高く、プリズム結合技術によって別に測定される。より十分な範囲の特性が表９に示されている。Ｌｉ含有ガラスがＫおよびＮａの両方を有する浴中に浸漬される場合、１つのイオン交換（ＳＩＯＸ）拡散でさえも応力プロファイル中にスパイクおよびテールが形成されることに留意されたい。何らかの特定の理論に束縛されることと望むものではないが、このスパイクおよびテールは、異なる拡散速度で同時に交換される異なる量のＬｉ、Ｎａ、およびＫを含有するためであると考えられる。
応力プロファイルの例は、図２３に見ることができる。この図から分かるように、実施例６Ａの場合、スパイク領域はカリウムの非線形拡散によって得られ、一方、プロファイルのテールはＮａおよびＬｉの非線形拡散によって得られる。イオン交換浴からのＮａが厚さの中央に到達しない短い拡散時間の場合でも、この場合のプロファイルのテールは、実質的に線形の拡散にのみ適用できる相補誤差関数で表されない。
再び図２３において、ＴＥおよびＴＭ偏光における点ごとの屈折率測定によって試験した種々の応力プロファイルの測定応力プロファイルを確認することができる。ここで、表面における応力は、測定の制限された分解能とスパイクプロファイルの大きい傾きとのために、実際よりも低く示されている。実際の表面応力値は、この図に示されるよりも高い場合があり、プリズム結合（ＦＳＭ−６０００）を用いて得られるモードスペクトルの分析を用いて別に測定される。２種類以上のイオンが同時に拡散するため、１つのイオン交換拡散で応力プロファイル中にスパイクおよびテールが形成されることに留意されたい。
図２４は、本開示の１つ以上の実施形態による、ベースガラス中に約１０モル％のＮａ２Ｏおよび６モル％のＬｉ２Ｏを有するガラス中において、５１重量％Ｋ／４９重量％Ｎａの処方を３８０℃で３．７５時間にわたって用いて（６Ａ）拡散させたＫ、Ｎａ、およびＬｉの測定し規格化したマイクロプローブデータを示す。図から分かるように、カリウムの拡散はガラス表面付近に限定されて、応力プロファイル中に表面ピークが形成される。しかし、Ｎａプロファイルは、非常に深くガラスの中央まで浸透している。内部拡散したＮａの２つのプロファイルが中央で合流した結果として、中央のＮａ濃度が実質的な方法で増加し始めると、Ｎａプロファイルの形状は、冪乗則で適度に近似できるようになり、この条件に適合する前の形状と実質的に異なる。さらに圧縮深さが安定となり、さらなる拡散時間とともに変化は非常に小さくなる。
図２４では、本来ＮａおよびＬｉのみを含有するガラス中において、５１重量％Ｋ／４９重量％Ｎａの処方を３８０℃で３．７５時間わたって用いるイオン交換拡散後（実施例６Ａ）が示されている。カリウムは、表面付近の領域でのみ拡散して、応力プロファイル中に表面ピーク（スパイク）を形成していることを確認できる。しかし、ＮａおよびＬｉは、ガラスの中心まで比較的深く交換し、厚さ全体にわたって実質的に湾曲した応力プロファイルが得られる。本発明者らは、所望の曲率のプロファイルを得ることができ、冪乗則モデルを用いて定量できるイオン交換のレジームを得た。
図２５は、円錐角で７６．５度の角度において半径３０マイクロメートルを有するダイヤモンドチップを用いた、図の上から下まで０ニュートンから４ニュートンまで直線的に増加する増加モードでの６Ａ〜６Ｄの増加引っ掻き試験の一例を示す。
以下の表１０は、図２５で例示されるような増加引っ掻き試験を光学顕微鏡により評価した場合の亀裂を有する引っ掻きのパーセント値を示す。
表１１〜１８は、顕微鏡評価によるいくつかの試験における引っ掻きの重大性の等級付けを示す。
異なる応力プロファイルは、特定の条件下での異なるレベルの引っ掻き感受性を示す。図２５には、半径３０マイクロメートルおよび７６．５度の支持円錐角度を有するダイヤモンドチップを用いた増加引っ掻き試験の一例が示されている。加えた引っ掻き力は、０ニュートン〜４ニュートンの範囲にわたって直線的に増加させた。ここで、表９の実施例６Ａの方法と比較すると、スパイクＣＳを増加させるために修正した実施例６Ｂ〜６Ｄの方法は、より狭くおよびより目に見えにくい引っ掻き欠陥として確認可能な引っ掻き性能の改善が得られることが分かる。それぞれの方法の場合に示される画像は、その方法で行った５回の過酷な試験のものである。引っ掻き性能の観察により、引っ掻きの過程で生じた幅により重大性の等級を付ける場合、ある潜在的な傾向が明らかとなった。さらに、亀裂を示す引っ掻きのパーセント値は、表１１〜１８に示されるように、ある差を示した。ニー応力は、修正した方法において表面ＣＳとともに変化することに留意されたい。何らかの特定の理論に束縛されることを望むものではないが、この実施例の引っ掻き試験では、表面における応力、ニーの位置、およびニーにおける応力、ならびに場合によりさらにはプロファイルの指数の組合せが、ある種の引っ掻き事象、および引っ掻きの可視性においてある役割を果たし得ることが示された。図２３に示されるプロファイルに対して種々の引っ掻き試験を行い、より高いＣＳが得られるように修正した実施例６Ｂ〜Ｄは、実施例６Ａと比較した場合、引っ掻きに対して平均でより良好な性能を示した。
図２６は、実施例６Ａ〜Ｄにおいて種々の条件からの３０グリット研磨紙における試料の落下性能を示し、５７．５モル％のＳｉＯ２、１６．５モル％のＡｌ２Ｏ３、１６．５モル％のＮａ２Ｏ、２．８モル％のＭｇＯ、６．５モル％のＰ２Ｏ５、および０．０５モル％のＳｎＯ２の公称値を有する基準ガラスと比較した。実施例６Ａ〜Ｄは、類似の性能を有し、基準ガラスと比較すると落下性能の改善を示すことが分かる。いくつかの実施形態では、望ましい応力プロファイルは、粗面上への面の落下後の破壊に対する抵抗性である。図２６には、本発明のガラスにおいて種々の条件から３０グリッド研磨上への試料の制御された落下試験が示されており、最近市場に出されている製品上のカバーガラス中でこの試験の場合に最も破壊抵抗性であるプロファイルを有する基準ガラスと比較している。＞１３０μｍの大きい圧縮深さＤＯＣを有する試験された全てのプロファイルは、この試験で類似の性能を有し、基準ガラスと比較すると落下性能の実質的な改善を示すことが分かる。このことから、本発明者らは、スパイクおよび大きいＤＯＣを有するこれらの非線形拡散湾曲プロファイルにより、落下性能の顕著な改善、およびいくつかの場合に改善された引っ掻き抵抗を得ることができると考えている。
実施例７
実施例７Ａ、および比較例７Ｂ〜７Ｄは、本開示の１つ以上の実施形態による、０．８ｍｍの厚さを有し、６４モル％のＳｉＯ２、１５モル％のＡｌ２Ｏ３、２．４モル％のＢ２Ｏ３、９．２モル％のＮａ２Ｏ、５．９モル％のＬｉ２Ｏ、１．２モル％のＺｎＯ、２．５モル％のＰ２Ｏ５、０．０５モル％のＳｎＯ２の公称組成を有し、ＮａＮＯ３およびＫＮＯ３の３つの異なる混合物を使用するガラス基材を含んだ。実施例７Ａ〜７Ｄのガラス基材は、表１９に示される条件を含む溶融塩浴中でイオン交換され、結果として得られた性質もその表に列挙している。
実施例７Ａ、および比較例７Ｂ〜７Ｄは、本開示の１つ以上の実施形態による、０．８ｍｍの厚さを有し、６４モル％のＳｉＯ２、１５モル％のＡｌ２Ｏ３、２．４モル％のＢ２Ｏ３、９．２モル％のＮａ２Ｏ、５．９モル％のＬｉ２Ｏ、１．２モル％のＺｎＯ、２．５モル％のＰ２Ｏ５、０．０５モル％のＳｎＯ２の公称組成を有し、ＮａＮＯ３およびＫＮＯ３の３つの異なる混合物を使用するガラス基材を含んだ。実施例７Ａ〜７Ｄのガラス基材は、表１９に示される条件を含む溶融塩浴中でイオン交換され、結果として得られた性質もその表に列挙している。
図３６は、比較例７Ｂ〜Ｄに対応し、ＲＮＦ（屈折近接場スキャン）によって測定された３つの応力プロファイル、すなわち曲線２８０１、２８０２、および２８０３を示す。ＲＮＦの制限された分解能のため、スパイクの表面ＣＳは十分に示されていない（スパイクは、ＲＮＦプロファイル中で丸められ、実際のＣＳよりも小さい最大応力を有する）。塩混合物は、７０、４０、および２８重量％のＮａＮＯ３を有し、質量の残りはＫＮＯ３であり、塩の汚染をなくす効果のため、最大０．５重量％のケイ酸を有する。これは、それぞれ２．７８、０．７９、および０．４６の塩中のＮａ：Ｋモル比に対応する。３つ全てのプロファイルは、３９０Ｃにおける約３．５時間のイオン交換（曲線２８０２）、または３８０Ｃにおける約４時間（曲線２８０１および２８０３）によって得られる安定なＤＯＣ、および高ＣＴのレジームが得られるイオン交換条件を用いて得られた。図から分かるように、Ｎａ：Ｋモル比が減少すると、スパイクの表面ＣＳが実質的に増加するが、これはスパイクの底部における応力ＣＳｋの大幅な減少を犠牲にして実現され、したがってスパイクを超える圧縮応力領域（スパイクの底部からＤＯＣまでの圧縮応力の深さでの積分）が大幅に減少する。図３６の第１のＳＩＯＸプロファイル（７０％ＮａＮＯ３、曲線２８０１）と同様の応力プロファルを有するカバーガラスを有する電話は、粗い面上に落下させた場合の深い損傷導入による破壊に対して良好な抵抗性を有するが、比較的低い表面ＣＳのために端部周辺または裏側上の浅い傷の過大応力により破壊する傾向を有し得る（例えば、その端部状に落下した場合またはとがっていない物体に衝突した場合）。第３の応力プロファイル（２８％ＮａＮＯ３、曲線２８０３）を有する応力プロファイルを有するカバーガラスを有する電話は、浅い傷の顕著な過大応力による破壊に対して良好な抵抗性を有するが、激しい接触からの深い損傷導入による破壊に対する抵抗性がより低い。中間のプロファイル（４０重量％ＮａＮＯ３、曲線２８０２）は、２つの主要な破壊方式間の妥協点を示す。しかし、第３のプロファイル（２８％ＮａＮＯ３、曲線２８０３）よりも高いＣＳを有するスパイクを有し、同時に全圧縮区域にわたって同様の圧縮積分を有する（例えば、曲線２８０１、７０％ＮａＮＯ３の第１のプロファイルと類似）と有益となる。深さ＞０．３ＤＯＣにおける圧縮応力を増加させ、ＤＯＣをさらに増加させることがさらに有益となる。本明細書に開示されるいくつかの実施形態により得られる曲線２８０４によってこれらの目的が達成される。
図３６は、６４モル％のＳｉＯ２、１５モル％のＡｌ２Ｏ３、２．４モル％のＢ２Ｏ３、９．２モル％のＮａ２Ｏ、５．９モル％のＬｉ２Ｏ、１．２モル％のＺｎＯ、２．５モル％のＰ２Ｏ５、０．０５モル％のＳｎＯ２の公称組成を有する厚さ０．８ｍｍの同じＣｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄのガラス場合の、本発明のいくつかの実施形態によるＤＩＯＸ応力プロファイルの曲線２８０４（実施例７Ａ）を３つのＳＩＯＸプロファイル（比較例７Ｂ〜７Ｄの曲線２８０１〜２８０３）とともに示す。ＤＩＯＸプロファイルは、７０重量％のＮａＮＯ３および３０重量％のＫＮＯ３（Ｎａ：Ｋの比は２．７８である）を有する塩中において３８０Ｃで４時間のイオン交換の第１のステップと、７重量％のＮａＮＯ３および９３重量％のＫＮＯ３（Ｎａ：Ｋの比は約０．０９である）を有する塩中において３８０Ｃで４０分間のイオン交換の第２のステップとによって得た。理解されるように、第２の浴中のＮａ：Ｋの比は、第１の浴中の比の約１／３１であり、第２の浴の有効イオン交換時間は、第１のステップイオン交換時間の約１／６である。第１のステップでは、Ｋの濃縮により、約４００ＭＰａの表面ＣＳおよび約９．４μｍのＤＯＬｓｐを有する表面スパイクが形成された。第２のステップにより、スパイクのＣＳが約８００ＭＰａまで増加し、約８．７μｍの有効ＤＯＬｓｐも得られた。この特定の実施例におけるＤＯＬｓｐの見掛けの減少は、ステップ１後のほぼ線形の形状から、ステップ２後の正の曲率を有する幾分湾曲した形状へのスパイクの経常の変化によって生じるアーティファクトであることに留意されたい。両方の場合のＤＯＬｓｐは、線形スパイクを仮定して計算されるため、ＤＯＬｓｐは、ステップ２後に幾分小さくなるように見える。これは、主として、ステップ２中に生じるスパイクの高圧縮部分がステップ１後のスパイクの元の深さよりも幾分浅くなることを意味する。別の実施例、特に第２のステップの有効拡散時間が第１のステップのわずかに１／３〜１／５の短さである場合、およびステップ１からステップ２へのＣＳの変化があまり顕著でない場合のより薄いガラス（例えば、０．５ｍｍ）では、ステップ２後の有効ＤＯＬｓｐは、第１のステップのＤＯＬｓｐと類似しており、多くの場合にそれよりも幾分大きい。
実施例７Ａにより試料を作製し、前述のようにヌープ引っ掻き閾値（ＫＳＴ）を測定した。ＫＳＴは、１０を超えかつ１６未満であった。
さらに、４．２グラムの重量および１０ｍｍの直径を有するステンレス鋼球および３０グリットの非積層研磨紙を使用して、試料に対するＩＢｏＳ試験を行った。ＩＢｏＳ試験の結果を図３７に示す。特に、残存した平均落下高さは７６ｃｍであった。６０パーセント（５つのうちの３つ）の試料は、８０ｃｍを超える落下高さで残存した。特に、強化ガラス物品は、１０ｍｍの直径を有する４．２ｇのステンレス鋼球を約８０ｃｍの高さから、研磨紙とガラス表面との間に１００μｍの空隙が存在するようにガラス表面上に配置した３０グリット研磨紙上に使用するＩＢｏＳ試験を行った場合に少なくとも６０％の残存率を有し、ここで、残存率は、少なくとも５つの試料の試験に基づくものであった。
次に、図２９〜３５に示されるような装置を用いて、すなわち試料の両方の主面上およびその端部上で衝撃閾値試験を行った。結果を面衝突について図３８に、および端部衝突について図３９に示す。
特に面衝突試験の場合、１８０グリット研磨紙を使用し、ブルノーズ仕上げされた端部を有する１１０ｍｍ×５６ｍｍ×０．８ｍｍの基材を、図３４による０．４ｍの曲げ半径の状態にした。図３８から分かるように、実施例７による試料は、２００Ｎを超える、例えば２５０Ｎ以上、３００Ｎ以上、３５０Ｎ以上、４００Ｎ以上、４５０Ｎ以上、５００Ｎ以上、５５０Ｎ以上、６００Ｎ以上、６５０Ｎ以上、７００Ｎ以上、７５０Ｎ以上、８００Ｎ以上、およびさらには８５０Ｎ以上の衝撃力に対して残存することができた。実際、実施例７Ａの試料は、８５１Ｎの最高衝撃荷重に到達し、破壊されなかった。
実施例７Ａの試料の結果は、図３８に「比較」と示される、必ずしも比較例７Ｂ〜Ｄではない別のガラスと比較される。特に比較用試料の組は、同一の組成（公称組成は、約６５モル％のＳｉＯ２、約８モル％のＡｌ２Ｏ３、約１２モル％のＮａ２Ｏ、約４モル％のＫ２Ｏ、約０．３モル％のＣａＯ、約１０モル％のＭｇＯ、および約０．５モル％のＺｒＯ２である）および厚さ（０．８ｍｍ）の市販のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス（Ｄｒａｇｏｎｔｒａｉｌ（登録商標）ガラス、Ａｓａｈｉ Ｇｌａｓｓ Ｃｏｍｐａｎｙによって製造）からなる。比較用試料の組のガラスは、２４μｍの層の圧縮深さＤＯＬおよび８０４ＭＰａの表面圧縮応力ＣＳを有するようにイオン交換した。対照的に、比較用の組の試料は、わずか約１５２Ｎの平均衝撃力に到達し、１０のうちのわずか３つ（または３０％）の試料が２００Ｎを超える衝撃力で残存した。したがって、本開示による、特に実施例７による強化ガラスは、落下の可能性があるモバイルデバイスへの使用に適している。
次に、ガラス端部が激しい接触により衝突する場合の残存を評価するために、図３５の構成で実施例７Ａによる試料の試験を行った。結果を図３９に示す。実施例７Ａのガラスに示される矢印は、ガラスの破壊の開始が確認された衝撃力（Ｎ）または衝撃エネルギー（Ｊ）を強調しており、このようなより大きい値によって改善された性能が得られる。実施例７Ａの試料の場合、試験した全ての試料が１．２８Ｊの条件で残存したが、次に１．５８Ｊにおいて全て破壊された。このプロットを作成するために使用した全ての試料は、イオン交換が行われ、中央で約０．８ｍｍの厚さおよび端部で約０．３ｍｍを有する２．５Ｄ形状を有した。したがって、いくつかの実施形態によると、実施例７Ａにより作製したガラス系物品は、４００Ｎ以上（例えば、４５０Ｎ）の端部衝撃力または１．２８Ｊ以上の衝撃エネルギーで残存し得る。
本開示の意図または範囲から逸脱することなく種々の修正形態および変形形態がなされ得ることは当業者に明らかであろう。
例えば、本明細書に開示されるガラス系物品は、ディスプレイを有する物品（すなわちディスプレイ物品）（例えば、携帯電話、タブレット、コンピュータ、ナビゲーションシステム、着用可能な装置（例えば、時計）などを含む消費者用エレクトロニクス）、建築物品、輸送物品（例えば、自動車、列車、航空機、航洋船など）、電化製品、またはある程度の透明性、引っ掻き抵抗、耐摩耗性もしくはそれらの組合せが有益となるあらゆる物品などの別の物品中に組み込むことができる。本明細書に開示されるガラス系物品のいずれかが組み込まれる代表的な物品を図４０Ａおよび４０Ｂに示す。特に、図４０Ａおよび４０Ｂは、前面４１０４、裏面４１０６、および側面４１０８を有するハウジング４１０２と、ハウジング内に少なくとも部分的または完全に存在し、少なくともコントローラ、メモリ、およびハウジングの前面またはその付近にディスプレイ４１１０を含む電気部品（図示せず）と、ディスプレイを覆うようにハウジングの前面またはその上のカバー基材４１１２とを含む消費者用電子デバイス４１００を示す。いくつかの実施形態では、カバー基材４１１２は、本明細書に開示されるいずれかのガラス系物品を含むことができる。いくつかの実施形態では、ハウジングの一部またはカバーガラスの少なくとも１つは、本明細書に開示されるガラス系物品を含む。
さらに、例えば、種々の特徴は、以下の代表的な実施形態により組み合わせることができる。
実施形態１。第１の表面および第１の表面の反対にある第２の表面であって、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ（ｔ）を画定する第１の表面および第２の表面と、
厚さ（ｔ）に沿って延在する応力プロファイルと
を含むガラス系物品であって、
約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
約０．０３５・ｔ〜０．９６５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
応力プロファイルは、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含み、
応力プロファイルは、約０．１・ｔ〜０．２５・ｔの範囲のＤＯＣを含む、ガラス系物品。
厚さ（ｔ）に沿って延在する応力プロファイルと
を含むガラス系物品であって、
約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
約０．０３５・ｔ〜０．９６５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
応力プロファイルは、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含み、
応力プロファイルは、約０．１・ｔ〜０．２５・ｔの範囲のＤＯＣを含む、ガラス系物品。
実施形態２。第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２ＭＰａ／マイクロメートル〜約２ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態１のガラス系物品。
実施形態３。第２の厚さ範囲は、０．０２５・ｔから０．０３５・ｔまでかつ０．９６５・ｔから０．９７５・ｔまで拡大され、および第２の厚さ範囲の拡大における応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態１のガラス系物品。
実施形態４。第２の厚さ範囲内の応力プロファイルの全ての点は、約−２ＭＰａ／マイクロメートル〜約２ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態３のガラス系物品。
実施形態５。第２の厚さ範囲は、０．０２・ｔから０．０２５・ｔまでかつ０．９７５・ｔから０．９８・ｔまでさらに拡大され、および第２の厚さ範囲のさらなる拡大における応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態１または実施形態３のガラス系物品。
実施形態６。第２の厚さ範囲のさらなる拡大における応力プロファイルの全ての点は、約−２ＭＰａ／マイクロメートル〜約２ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態５のガラス系物品。
実施形態７。第２の厚さ範囲内の応力プロファイルは、冪指数を有する冪乗則プロファイルを形成し、冪指数は、約１．２〜３．２である、実施形態１〜６のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態８。冪指数は、約１．３〜２．８である、実施形態７のガラス系物品。
実施形態９。表面ＣＳは、約３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６１０、６２０ＭＰａ〜約６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０、１０００または１１００ＭＰａである、実施形態１〜８のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態１０。第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態１〜９のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態１１。第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−１４０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１４０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態１０のガラス系物品。
実施形態１２。第１の厚さ範囲は、約０．０２・ｔから最大０．０２５・ｔまでかつ０．９７５・ｔ超から０．９８・ｔまで拡大され、および拡大された第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態１のガラス系物品。
実施形態１３。拡大された第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態１２のガラス系物品。
実施形態１４。拡大された第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−１４０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１４０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態１３のガラス系物品。
実施形態１５。第１の厚さ範囲は、約０．０２５・ｔから最大０．０３５・ｔまでかつ０．９６５・ｔ超から最大約０．９７５・ｔまでさらに拡大され、および第１の厚さ範囲のさらなる拡大における応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態１または実施形態１２〜１４のガラス系物品。
実施形態１６。第１の厚さ範囲のさらなる拡大における応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態１５のガラス系物品。
実施形態１７。第１の厚さ範囲のさらなる拡大における応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−１４０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１４０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含む、実施形態１６のガラス系物品。
実施形態１８。第１の厚さ範囲は、カリウム含有塩中のイオン交換によって得られる、実施形態１〜１７のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態１９。第２の厚さ範囲は、Ｎａ含有塩中のイオン交換によって得られる、実施形態１〜１８のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態２０。応力プロファイルは、１つのイオン交換ステップを用いて得られる、実施形態１〜１９のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態２１。応力プロファイルは、２つ以上のイオン交換ステップを用いて得られる、実施形態１〜１９のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態２２。表面ＣＳは、約６９０ＭＰａ〜９５０ＭＰａである、実施形態１〜２１のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態２３。約０．５モル％〜約１０モル％のＰ２Ｏ５を含む組成を含む、実施形態１〜２２のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態２４。約２〜約２０モル％のＬｉ２Ｏを含む中心面と、
厚さ（ｔ）に沿って延在する応力プロファイルと
を含むガラス系物品であって、
約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
応力プロファイルは、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含み、
応力プロファイルは、約０．０５・ｔ〜０．２５・ｔの範囲のＤＯＣを含む、ガラス系物品。
厚さ（ｔ）に沿って延在する応力プロファイルと
を含むガラス系物品であって、
約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
応力プロファイルは、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含み、
応力プロファイルは、約０．０５・ｔ〜０．２５・ｔの範囲のＤＯＣを含む、ガラス系物品。
実施形態２５。第１の厚さ範囲は、カリウム含有塩中のイオン交換によって得られる、実施形態２４のガラス系物品。
実施形態２６。第２の厚さ範囲は、Ｎａ含有塩またはＫ含有塩中のイオン交換によって得られる、実施形態２４のガラス系物品。
実施形態２７。応力プロファイルは、１つのイオン交換ステップを用いて得られる、実施形態２４〜２６のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態２８。応力プロファイルは、２つ以上のイオン交換ステップを用いて得られる、実施形態２４〜２６の１つのガラス系物品。
実施形態２９。表面ＣＳは、約６９０ＭＰａ〜９５０ＭＰａの範囲である、実施形態２４〜２８の１つのガラス系物品。
実施形態３０。第２の厚さ範囲内の応力プロファイルは、冪指数を有する冪乗則プロファイルを形成し、冪指数は、約１．２〜３．４である、実施形態２４〜２９の１つのガラス系物品。
実施形態３１。冪指数は、約１．３〜２．８である、実施形態３０のガラス系物品。
実施形態３２。約０．５モル％〜約１０モル％のＰ２Ｏ５を含む組成を含む、実施形態２４〜３１の１つのガラス系物品。
実施形態３３。中心面は、約０．５モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏを含む組成をさらに含む、実施形態２４〜３２の１つのガラス系物品。
実施形態３４。中心面は、約２モル％〜約１０モル％のＬｉ２Ｏを含む組成をさらに含む、実施形態２４〜３３の１つのガラス系物品。
実施形態３５。ガラス物品の中心面内のＮａ２Ｏの濃度は、約５モル％〜約１６モル％である、実施形態３３または実施形態３４のガラス系物品。
実施形態３６。ガラス物品の中心面内のＮａ２Ｏの濃度は、約１０モル％〜１５モル％である、実施形態３３または実施形態３４のガラス系物品。
実施形態３７。ガラス物品の中心面内のＬｉ２Ｏの濃度は、約３モル％〜１０モル％である、実施形態３６のガラス系物品。
実施形態３８。０・ｔ〜最大０．３・ｔの厚さにわたり、応力プロファイルは、最小の傾きを含む接線および最大の傾きを含む接線をさらに含み、最大の傾きと最小の傾きとの間の差は、３．５ＭＰａ／マイクロメートル以下である、実施形態２４〜３７のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態３９。約０・ｔ〜約０．３・ｔおよび０．７・ｔ超の厚さ間の応力プロファイルの全ての点は、約−０．１ＭＰａ／マイクロメートル未満であるかまたは約０．１ＭＰａ／マイクロメートルを超える接線を含む、実施形態２４〜３８のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態４０。第１の厚さ範囲にわたって延在するカリウムＤＯＬをさらに含む、実施形態２４〜３９のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態４１。第１の表面および第１の表面の反対にある第２の表面であって、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ（ｔ）を画定する第１の表面および第２の表面をさらに含む、実施形態２４〜４０のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態４２。０・ｔ〜最大０．３・ｔの厚さにわたり、応力プロファイルは、最小の傾きを含む接線および最大の傾きを含む接線をさらに含み、最大の傾きと最小の傾きとの間の差は、３．５ＭＰａ／マイクロメートル以下である、実施形態１〜２３のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態４３。約０・ｔ〜約０．３・ｔおよび０．７・ｔ超の厚さ間の応力プロファイルの全ての点は、約−０．１ＭＰａ／マイクロメートル未満であるかまたは約０．１ＭＰａ／マイクロメートルを超える接線を含む、実施形態１〜２３、または４２のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態４４。第１の厚さ範囲にわたって延在するカリウムＤＯＬをさらに含む、実施形態１〜２３、または４２〜４３のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態４５。第１の表面から、第１の表面と第２の表面との間の点における値まで減少し、かつその値から第２の表面まで増加する金属酸化物の濃度をさらに含む、実施形態１〜２３または４１〜４４のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態４６。第１の主面と、第２の主面と、第１および第２の主面間に垂直に延在する平均厚さｔと、第１および第２の主面間に延在する端部とを含むガラス系基材を化学強化する方法であって、
ガラス系基材を、ナトリウムイオンおよびカリウムイオンの混合物を含む第１の浴中に第１の時間にわたって保持することにより、第１のＩＯＸステップを行うステップと、
第１のＩＯＸステップ後、ガラス系基材を、ナトリウムイオンおよびカリウムイオンの混合物を含む第２の浴中に第２の時間にわたって保持することにより、第２のＩＯＸステップを行って、ガラス系基材中に応力プロファイルを形成するステップであって、応力プロファイルは、ＣＳ領域およびＣＴ領域を有する、ステップと
を含み、
第２の浴は、第１の浴のＮａ：Ｋモル比の１／３〜１／１０であるＮａ：Ｋのモルを有する、方法。
ガラス系基材を、ナトリウムイオンおよびカリウムイオンの混合物を含む第１の浴中に第１の時間にわたって保持することにより、第１のＩＯＸステップを行うステップと、
第１のＩＯＸステップ後、ガラス系基材を、ナトリウムイオンおよびカリウムイオンの混合物を含む第２の浴中に第２の時間にわたって保持することにより、第２のＩＯＸステップを行って、ガラス系基材中に応力プロファイルを形成するステップであって、応力プロファイルは、ＣＳ領域およびＣＴ領域を有する、ステップと
を含み、
第２の浴は、第１の浴のＮａ：Ｋモル比の１／３〜１／１０であるＮａ：Ｋのモルを有する、方法。
実施形態４７。イオン交換の両方のステップは、Ｎａ含有塩およびＫ含有塩の両方を含む浴中で完了され、第１の浴中のＫイオンに対するＮａイオンの比は、（ｉ）第２の浴中のＫイオンに対するＮａイオンの比の２．５倍以上、（ｉｉ）３倍以上、（ｉｉｉ）５倍以上、または（ｉｖ）８倍以上の１つであり、かつ（ｉ）８００倍以下、（ｉｉ）６００倍以下、（ｉｉｉ）５００倍以下、および（ｉｖ）４００倍以下の１つである、実施形態４６の方法。
実施形態４８。第２の浴は、（ｉ）０．０３以上、（ｉｉ）０．０４以上、（ｉｉｉ）０．０４７以上、（ｉｖ）０．０６以上、および（ｖ）０．０７以上の１つであり、かつ（ｉ）０．４以下、（ｉｉ）０．３５以下、（ｉｉ）０．３０以下、（ｉｉｉ）０．２１以下、（ｉｖ）０．１６以下、または（ｖ）０．１３以下の１つである、Ｋに対するＮａのモル比を有する、実施形態４６〜４７のいずれか１つの方法。
実施形態４９。第２のＩＯＸステップの有効拡散時間は、（ｉ）第１のステップの１／２０〜１／２、（ｉｉ）第１のステップの１／２０〜１／３、および（ｉｉｉ）第１のステップの１／２０〜１／４の１つである、実施形態４６〜４８のいずれか１つの方法。
実施形態５０。第２のＩＯＸステップ後のガラス系物品の表面ＣＳは、（ｉ）６００ＭＰａ以上、（ｉｉ）６５０ＭＰａ以上、（ｉｉｉ）７００ＭＰａ以上、（ｉｖ）７５０ＭＰａ以上、（ｖ）８００ＭＰａ以上、（ｖｉ）８５０ＭＰａ以上の１つである、実施形態４６〜４９のいずれか１つの方法。
実施形態５１。ＤＯＬｓｐは、（ｉ）厚さが１〜１．３ｍｍである場合に厚さの０．５〜１．５％であり、（ｉｉ）厚さが０．８〜１ｍｍである場合に厚さの０．６〜２％の範囲内であり、（ｉｉｉ）厚さが０．６５〜０．８ｍｍである場合に厚さの０．７〜２．５％の範囲内であり、（ｉｖ）厚さが０．５〜０．６５ｍｍである場合に厚さの０．９〜３％の範囲内であり、および（ｖ）厚さが０．３〜０．５ｍｍである場合に１〜３％の範囲内である、実施形態４６〜５０のいずれか１つの方法。
実施形態５２。ＤＯＣは、（ｉ）０．１ｔ以上、（ｉｉ）０．１５ｔ以上、（ｉｉｉ）０．２ｔ以上の１つである、実施形態４６〜５１のいずれか１つの方法。
実施形態５３。ＣＴ領域内の応力プロファイルは、冪指数を有する冪乗則プロファイルを含み、冪指数は、（ｉ）１〜３．４、（ｉｉ）１．２〜３．０、および（ｉｉｉ）１．７〜２．６の１つである、実施形態４６〜５２のいずれか１つの方法。
実施形態５４。強化ガラス系基材のヌープ引っ掻き閾値は、１０Ｎを超える、実施形態４６〜５３のいずれか１つの方法。
実施形態５５。強化ガラス系基材のヌープ引っ掻き閾値は、１６Ｎ未満である、実施形態５４の方法。
実施形態５６。１０ｍｍの直径を有する４．２ｇのステンレス鋼球を約８０ｃｍの高さから、研磨紙とガラス表面との間に１００μｍの空隙が存在するようにガラス表面上に配置した３０グリット研磨紙上に使用する反転球落下試験を行った場合、強化ガラス系基材は、少なくとも６０％の残存率を有し、残存率は、少なくとも５つの試料の試験に基づく、実施形態４６〜５５のいずれか１つの方法。
実施形態５７。強化ガラス系基材は、１８０グリット研磨材を用いた表面衝突閾値試験に準拠して（ｉ）２００Ｎ以上、（ｉｉ）２５０Ｎ以上、（ｉｉｉ）３００Ｎ以上、（ｉｖ）３５０Ｎ以上、（ｖ）４００Ｎ以上、（ｖｉ）４５０Ｎ以上、（ｖｉｉ）５００Ｎ以上、（ｖｉｉｉ）５５０Ｎ以上、（ｉｘ）６００Ｎ以上、（ｘ）６５０Ｎ以上、（ｘｉ）７００Ｎ以上、（ｘｉｉ）７５０Ｎ以上、（ｘｉｉｉ）８００Ｎ以上、（ｘｉｖ）８５０Ｎ以上の１つの力で第１および第２の主面の一方に衝突された場合、（ｉ）６０％以上、（ｉｉ）７０％以上、（ｉｉｉ）８０％以上、（ｉｖ）９０％以上、（ｖ）１００％以下の１つの残存率を有する、実施形態４６〜５６のいずれか１つの方法。
実施形態５８。強化ガラス系基材は、１８０グリット研磨材を用いた表面衝突閾値試験に準拠して９００Ｎ以下の力で第１および第２の主面の一方に衝突された場合、１００％以下の残存率を有する、実施形態５７の方法。
実施形態５９。強化ガラス系基材は、（ｉ）３００Ｎを超える、（ｉｉ）４００Ｎ以上、（ｉｉｉ）４５０Ｎ以上の端部衝撃または（ｉ）０．６８Ｊを超える、（ｉｉ）０．９７Ｊ以上、（ｉｉｉ）１．２８Ｊ以上の端部衝撃で残存し得る、実施形態４６〜４６のいずれか１つの方法。
実施形態６０。強化ガラス系基材は、５００Ｎ未満の端部衝撃または１．５８Ｊ未満の端部衝撃で残存し得る、実施形態５９の方法。
実施形態６１。強化ガラス系基材のヌープ引っ掻き閾値は、１０Ｎを超える、実施形態１〜４５のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態６２。強化ガラス系基材のヌープ引っ掻き閾値は、１６Ｎ未満である、実施形態６１のガラス系物品。
実施形態６３。１０ｍｍの直径を有する４．２ｇのステンレス鋼球を約８０ｃｍの高さから、研磨紙とガラス表面との間に１００μｍの空隙が存在するようにガラス表面上に配置した３０グリット研磨紙上に使用する反転球落下試験を行った場合、強化ガラス系基材は、少なくとも６０％の残存率を有し、残存率は、少なくとも５つの試料の試験に基づく、実施形態１〜４５のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態６４。強化ガラス系基材は、１８０グリット研磨材を用いた表面衝突閾値試験に準拠して（ｉ）２００Ｎ以上、（ｉｉ）２５０Ｎ以上、（ｉｉｉ）３００Ｎ以上、（ｉｖ）３５０Ｎ以上、（ｖ）４００Ｎ以上、（ｖｉ）４５０Ｎ以上、（ｖｉｉ）５００Ｎ以上、（ｖｉｉｉ）５５０Ｎ以上、（ｉｘ）６００Ｎ以上、（ｘ）６５０Ｎ以上、（ｘｉ）７００Ｎ以上、（ｘｉｉ）７５０Ｎ以上、（ｘｉｉｉ）８００Ｎ以上、（ｘｉｖ）８５０Ｎ以上の１つの力で第１および第２の主面の一方に衝突された場合、（ｉ）６０％以上、（ｉｉ）７０％以上、（ｉｉｉ）８０％以上、（ｉｖ）９０％以上、（ｖ）１００％以下の１つの残存率を有する、実施形態１〜４５のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態６５。強化ガラス系基材は、１８０グリット研磨材を用いた表面衝突閾値試験に準拠して９００Ｎ以下の力で第１および第２の主面の一方に衝突された場合、１００％以下の残存率を有する、実施形態６４のガラス系物品。
実施形態６６。強化ガラス系基材は、（ｉ）３００Ｎを超える、（ｉｉ）４００Ｎ以上、（ｉｉｉ）４５０Ｎ以上の端部衝撃または（ｉ）０．６８Ｊを超える、（ｉｉ）０．９７Ｊ以上、（ｉｉｉ）１．２８Ｊ以上の端部衝撃で残存し得る、実施形態１〜４５のいずれか１つのガラス系物品。
実施形態６７。強化ガラス系基材は、５００Ｎ未満の端部衝撃または１．５８Ｊ未満の端部衝撃で残存し得る、実施形態６６のガラス系物品。
実施形態６８。消費者用電子製品であって、
前面、背面、および側面を有するハウジングと、
ハウジング内に少なくとも部分的に設けられた電気部品であって、少なくともコントローラ、メモリおよびディスプレイを含み、ディスプレイは、ハウジングの前面またはその付近に設けられる、電気部品と、
ディスプレイの上に配置されるカバー基材と
を含み、
ハウジングの一部またはカバー基材の少なくとも１つは、実施形態１〜４５または６１〜６７のいずれか１つのガラス系物品を含む、消費者用電子製品。
前面、背面、および側面を有するハウジングと、
ハウジング内に少なくとも部分的に設けられた電気部品であって、少なくともコントローラ、メモリおよびディスプレイを含み、ディスプレイは、ハウジングの前面またはその付近に設けられる、電気部品と、
ディスプレイの上に配置されるカバー基材と
を含み、
ハウジングの一部またはカバー基材の少なくとも１つは、実施形態１〜４５または６１〜６７のいずれか１つのガラス系物品を含む、消費者用電子製品。
Claims (36)
- 第１の表面および前記第１の表面の反対にある第２の表面であって、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ（ｔ）を画定する第１の表面および第２の表面と、
前記厚さ（ｔ）に沿って延在する応力プロファイルと
を含むガラス系物品において、
約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の前記応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
約０．０３５・ｔ〜０．９６５・ｔ未満の第２の厚さ範囲内の前記応力プロファイルの全ての点は、約−１５ＭＰａ／マイクロメートル〜約１５ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
前記応力プロファイルは、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含み、
前記応力プロファイルは、約０．１・ｔ〜０．２５・ｔの範囲のＤＯＣを含むことを特徴とするガラス系物品。 - 前記第１の厚さ範囲は、約０．０２・ｔから最大０．０２５・ｔまでかつ０．９７５・ｔ超から０．９８・ｔまで拡大され、および前記拡大された第１の厚さ範囲内の前記応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含むことを特徴とする、請求項１に記載のガラス系物品。
- 前記第１の厚さ範囲は、約０．０２５・ｔから最大０．０３５・ｔまでかつ０．９６５・ｔ超から最大約０．９７５・ｔまでさらに拡大され、および前記第１の厚さ範囲の前記さらなる拡大における前記応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含むことを特徴とする、請求項２に記載のガラス系物品。
- 前記さらに拡大された第１の厚さ範囲内の前記応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−１７０ＭＰａ／マイクロメートル〜約−３０ＭＰａ／マイクロメートルまたは約３０ＭＰａ／マイクロメートル〜約１７０ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含むことを特徴とする、請求項３に記載のガラス系物品。
- ０・ｔ〜最大０．３・ｔの厚さにわたり、前記応力プロファイルは、最小の傾きを含む接線および最大の傾きを含む接線をさらに含み、前記最大の傾きと前記最小の傾きとの間の差は、３．５ＭＰａ／マイクロメートル以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 約０・ｔ〜約０．３・ｔおよび０．７・ｔ超の厚さ間の前記応力プロファイルの全ての点は、約−０．１ＭＰａ／マイクロメートル未満であるかまたは約０．１ＭＰａ／マイクロメートルを超える接線を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 前記第１の厚さ範囲にわたって延在するカリウムＤＯＬをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 前記第２の厚さ範囲内の前記応力プロファイルは、冪指数を有する冪乗則プロファイルを形成し、前記冪指数は、約１．２〜３．２であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 約２〜約２０モル％のＬｉ２Ｏを含む中心面と、
厚さ（ｔ）に沿って延在する応力プロファイルと
を含むガラス系物品において、
約０・ｔ〜最大０．０２０・ｔおよび０．９８・ｔ超の第１の厚さ範囲内の前記応力プロファイルの少なくとも１つの点は、約−２００ＭＰａ／マイクロメートル〜約−２５ＭＰａ／マイクロメートルまたは約２５ＭＰａ／マイクロメートル〜約２００ＭＰａ／マイクロメートルの傾きを有する接線を含み、
前記応力プロファイルは、約２００ＭＰａ〜約１１００ＭＰａの表面ＣＳを含み、
前記応力プロファイルは、約０．０５・ｔ〜０．２５・ｔの範囲のＤＯＣを含むことを特徴とするガラス系物品。 - 第１の表面および前記第１の表面の反対にある第２の表面であって、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ（ｔ）を画定する第１の表面および第２の表面をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のガラス系物品。
- 約０．５モル％〜約１０モル％のＰ２Ｏ５を含む組成を含むことを特徴とする、請求項９または１０に記載のガラス系物品。
- 前記中心面は、約０．５モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏを含む組成をさらに含むことを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 前記中心面は、約２モル％〜約１０モル％のＬｉ２Ｏを含む組成をさらに含むことを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- ０・ｔ〜最大０．３・ｔの厚さにわたり、前記応力プロファイルは、最小の傾きを含む接線および最大の傾きを含む接線をさらに含み、前記最大の傾きと前記最小の傾きとの間の差は、３．５ＭＰａ／マイクロメートル以下であることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 約０・ｔ〜約０．３・ｔおよび０．７・ｔ超の厚さ間の前記応力プロファイルの全ての点は、約−０．１ＭＰａ／マイクロメートル未満であるかまたは約０．１ＭＰａ／マイクロメートルを超える接線を含むことを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 前記第１の厚さ範囲にわたって延在するカリウムＤＯＬをさらに含むことを特徴とする、請求項９〜１５のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 前記表面ＣＳは、約６９０ＭＰａ〜９５０ＭＰａの範囲であることを特徴とする、請求項９〜１６のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 前記第２の厚さ範囲内の前記応力プロファイルは、冪指数を有する冪乗則プロファイルを形成し、前記冪指数は、約１．２〜３．４であることを特徴とする、請求項９〜１７のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 強化ガラス系基材のヌープ引っ掻き閾値は、１０Ｎを超えることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 前記強化ガラス系基材の前記ヌープ引っ掻き閾値は、１６Ｎ未満であることを特徴とする、請求項１９に記載のガラス系物品。
- 前記強化ガラス系基材は、１８０グリット研磨材を用いる表面衝突閾値試験に準拠して４００Ｎ以上の力で前記第１および第２の主面の一方に衝突された場合、４０％〜１００％の残存率を有することを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 前記強化ガラス系基材は、３０グリット研磨材を用いる端部衝突閾値試験に準拠して３００Ｎ超〜５００Ｎ未満の端部衝撃または０．６８Ｊ超〜１．５８Ｊ未満の端部衝撃で残存し得ることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 前記第１の表面から、前記第１の表面と前記第２の表面との間の点における値まで減少し、かつ前記値から前記第２の表面まで増加する金属酸化物の濃度をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のガラス系物品。
- 消費者用電子製品において、
前面、背面、および側面を有するハウジングと、
前記ハウジング内に少なくとも部分的に設けられた電気部品であって、少なくともコントローラ、メモリおよびディスプレイを含み、前記ディスプレイは、前記ハウジングの前記前面またはその付近に設けられる、電気部品と、
前記ディスプレイの上に配置されるカバー基材と
を含み、
前記ハウジングの一部または前記カバー基材の少なくとも１つは、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のガラス系物品を含むことを特徴とする消費者用電子製品。 - 第１の主面と、第２の主面と、前記第１および第２の主面間に垂直に延在する平均厚さｔと、前記第１および第２の主面間に延在する端部とを含むガラス系基材を化学強化する方法において、
前記ガラス系基材を、ナトリウムイオンおよびカリウムイオンの混合物を含む第１の浴中に第１の時間にわたって保持することにより、第１のＩＯＸステップを行うステップと、
前記第１のＩＯＸステップ後、前記ガラス系基材を、ナトリウムイオンおよびカリウムイオンの混合物を含む第２の浴中に第２の時間にわたって保持することにより、第２のＩＯＸステップを行って、前記ガラス系基材中に応力プロファイルを形成するステップであって、前記応力プロファイルは、ＣＳ領域およびＣＴ領域を有する、ステップと
を含み、
前記第２の浴は、前記第１の浴のＮａ：Ｋモル比の１／３〜１／１０であるＮａ：Ｋのモル比を有することを特徴とする方法。 - イオン交換の両方のステップは、Ｎａ含有塩およびＫ含有塩の両方を含む浴中で完了され、前記第１の浴中のＫイオンに対するＮａイオンの比は、前記第２の浴中のＫイオンに対するＮａイオンの比の２．５〜８００倍であり、および８００であることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
- 前記第２の浴は、０．０３〜０．４である、Ｋに対するＮａのモル比を有することを特徴とする、請求項２５または２６に記載の方法。
- 前記第２のＩＯＸステップの有効拡散時間は、前記第１のステップの有効拡散時間の１／２０〜１／２であることを特徴とする、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の方法。
- ＤＯＬｓｐは、（ｉ）前記厚さが１〜１．３ｍｍである場合に前記厚さの０．５〜１．５％であり、（ｉｉ）前記厚さが０．８〜１ｍｍである場合に厚さの０．６〜２％であり、（ｉｉｉ）前記厚さが０．６５〜０．８ｍｍである場合に前記厚さの０．７〜２．５％であり、（ｉｖ）前記厚さが０．５〜０．６５ｍｍである場合に前記厚さの０．９〜３％であり、および（ｖ）前記厚さが０．３〜０．５ｍｍである場合に１〜３％であることを特徴とする、請求項２５〜２８のいずれか一項に記載の方法。
- ０．１・ｔ以上であるＤＯＣを特徴とする、請求項２５〜２９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ＣＴ領域内の前記応力プロファイルは、冪指数を有する冪乗則プロファイルを含み、前記冪指数は、１〜３．４であることを特徴とする、請求項２５〜３０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記強化ガラス系基材のヌープ引っ掻き閾値は、１０Ｎを超えることを特徴とする、請求項２５〜３１のいずれか一項に記載の方法。
- 前記強化ガラス系基材の前記ヌープ引っ掻き閾値は、１６Ｎ未満であることを特徴とする、請求項３２に記載の方法。
- 前記強化ガラス系基材は、１８０グリット研磨材を用いる表面衝突閾値試験に準拠して４００Ｎ以上の力で前記第１および第２の主面の一方に衝突された場合、４０％〜１００％の残存率を有することを特徴とする、請求項２５〜３３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記強化ガラス系基材は、３０グリット研磨材を用いる端部衝突閾値試験に準拠して３００Ｎ超〜５００Ｎ未満の端部衝撃または０．６８Ｊ超〜１．５８Ｊ未満の端部衝撃で残存し得ることを特徴とする、請求項２５〜３４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第２のＩＯＸステップ後の前記ガラス系物品の表面ＣＳは、６００ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項２５〜３５のいずれか一項に記載の方法。
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