JP2020510595A - 低たわみおよび高損傷抵抗性ガラス物品のための非対称応力プロファイル - Google Patents

低たわみおよび高損傷抵抗性ガラス物品のための非対称応力プロファイル Download PDF

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Abstract

高度の非対称性を示す非対称応力プロファイルを示し、低度のたわみを示す、またはたわみを全く示さないガラス物品。このガラス物品は、高い非対称性能指数および高い反り性能指数を有する応力プロファイルを有する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容が依拠され、その全体が参照により本明細書に援用される、２０１７年３月２日に出願された米国仮出願第６２／４６６，２４０号の優先権の利益を主張する。
本開示は、非対称応力プロファイルを有するガラス物品に関する。特に、本開示は、低度のたわみを有する非対称応力プロファイルを含む化学強化ガラス物品に関する。
ガラス物品は、携帯型または移動式の電子通信および娯楽用デバイス、例えば携帯電話、スマートフォン、タブレット、ビデオプレーヤー、情報端末（ＩＴ）デバイス、ラップトップコンピュータなどのカバープレートまたはウインドウ用として電子デバイス中、ならびにその他の用途で広く使用されている。ガラス物品がより広く使用されるにつれて、特に硬いおよび／または鋭い表面と接触することによって引張応力および／または比較的深い傷が生じる場合に改善された残存力を有する強化ガラス物品の開発がより重要となってきている。さらに、ガラス物品の種々の表面の主要な破壊形態は異なり、したがって、ガラス物品の各表面の残存力を増加させるためには、異なる強度特性が適切となる。ガラス物品の表面でこのような異なる化学強化特性を実現するために、非対称応力プロファイルが使用される。
当技術分野において周知の種類の非対称応力プロファイルは、ガラス物品中にたわみを発生させる。低度を超えるガラス物品中のたわみによって、そのガラス物品は、携帯型または移動式の電子通信および娯楽用デバイスのカバープレートまたはウインドウとしての使用には適さなくなる。したがって、非対称応力プロファイルおよび低度のたわみを有するガラス物品が必要である。
本開示は、態様（１）では：第１の表面と；第２の表面と；第１の表面から第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；少なくとも約０．５ｍの非対称応力プロファイルの反り性能指数（Ｗａｒｐａｇｅ Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ）と；少なくとも約０．０５の非対称応力プロファイルの非対称性能指数（Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ）とを含むガラス物品を提供する。
本開示は、態様（２）では：第１の表面と；第２の表面と；第１の表面から第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；ガラス物品の厚さの約１２分の１未満の非対称応力プロファイルの反り傾向（Ｗａｒｐａｇｅ Ｔｅｎｄｅｎｃｙ）と；および少なくとも約０．０５の非対称応力プロファイルの非対称性能指数とを含むガラス物品を提供する。
本開示は、態様（３）では：第１の表面と；第２の表面と；第１の表面から第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；少なくとも約０．０５の非対称応力プロファイルの非対称性能指数とを含むガラス物品を提供する。
本開示は、態様（４）では：第１の表面と；第２の表面と；第１の表面から第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；ガラス物品の厚さの約１２分の１未満の非対称応力プロファイルの反り傾向とを含むガラス物品を提供する。
本開示は、態様（５）では：第１の表面と；第２の表面と；第１の表面から第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；少なくとも約０．５ｍの非対称応力プロファイルの反り性能指数とを含むガラス物品を提供する。
本開示は、態様（６）では、約２モル％〜約２０モル％のＢ２Ｏ３をさらに含む、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（７）では：５０〜７５モル％のＳｉＯ２；５〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３；２〜２０モル％のＢ２Ｏ３；０〜１０モル％のＰ２Ｏ５；６〜２５モル％のＬｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ；および０〜１５モル％のＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯをさらに含む、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（８）では、非対称応力プロファイルの反り性能指数が少なくとも約１ｍである、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（９）では、非対称応力プロファイルが反り性能指数が少なくとも約１０ｍである、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（１０）では、非対称応力プロファイルの非対称性能指数が少なくとも約０．２である、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（１１）では、非対称応力プロファイルの非対称性能指数が少なくとも約０．５である、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（１２）では、第２の表面の下１０μｍの深さにおいて少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力をさらに含む、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（１３）では、第２の表面の下５μｍの深さにおいて少なくとも約６５０ＭＰａの圧縮応力をさらに含む、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（１４）では、第１の表面と第２の表面との間の距離の１０％の第１の表面の下の深さにおいて少なくとも約４０ＭＰａの圧縮応力をさらに含む、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（１５）では、第１の表面と第２の表面との間の距離の１５％の第１の表面の下の深さにおいて少なくとも約３０ＭＰａの圧縮応力をさらに含む、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（１６）では、少なくとも約１２．５ｍの曲率半径をさらに含む、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（１７）では：第１の表面からガラス物品中の第１の圧縮深さまで延在する第１の圧縮応力層と；第２の表面からガラス物品中の第２の圧縮深さまで延在する第２の圧縮応力層と；第１の圧縮応力層中の第１の最大圧縮応力と；第２の圧縮応力層中の第２の最大圧縮応力とをさらに含み、第１の最大圧縮応力と第２の最大圧縮応力との比が約１：３以下である、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（１８）では、ガラス物品が約０．３未満の反り抑制因子（Ｗａｒｐａｇｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ）を有する、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（１９）では、第１の表面と第２の表面との間の距離が約１ｍｍ未満である、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（２０）では、ガラス物品が、第１の表面から第２の表面まで延在する第２の応力プロファイルを有する領域を含み、第２の応力プロファイルが非対称応力プロファイルとは異なる、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（２１）では、非対称応力プロファイルの非対称性能指数と、第２の応力プロファイルの非対称性能指数との間の差が少なくとも０．２である、態様（２０）のガラス物品を提供する。
本開示は、態様（２２）では、ガラスセラミックをさらに含む、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（２３）では、ガラス物品が少なくとも第１の層と第２の層とを含む積層構造であり、第１の層および第２の層のそれぞれがガラスまたはガラスセラミックを含む、上記態様のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（２４）では：前面、裏面、および側面を有するハウジングと；少なくとも部分的にハウジング内に設けられる電気部品において、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、ディスプレイがハウジングの前面に設けられる、または前面に隣接して設けられる電気部品と；ディスプレイ上に配置されるカバーガラス物品とを含み、ハウジングの一部またはカバーガラス物品の少なくとも１つが、上記態様のいずれかのガラス物品を含む、消費者向け電子製品を提供する。
本開示は、態様（２５）では：第１の表面と；第２の表面と；第１の表面から第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；第１の表面からガラス物品中の第１の圧縮深さまで延在する第１の圧縮応力層と；第２の表面からガラス物品中の第２の圧縮深さまで延在する第２の圧縮応力層と；ある反り高さとを含み、第１の圧縮深さと第２の圧縮深さとの比が少なくとも約１．５：１であり、反り高さがガラス物品の最大寸法の約１％未満である、ガラス物品を提供する。
本開示は、態様（２６）では：第１の圧縮応力層中の第１の最大圧縮応力と；第２の圧縮応力層中の第２の最大圧縮応力とをさらに含み、第１の最大圧縮応力と第２の最大圧縮応力との比が約１：３以下である、態様（２５）のガラス物品を提供する。
本開示は、態様（２７）では、第１の圧縮深さと第２の圧縮深さとの比が少なくとも約３：１である、態様（２５）または（２６）のガラス物品を提供する。
本開示は、態様（２８）では、反り高さがガラス物品の最大寸法の約０．１％未満である、態様（２５）〜（２７）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（２９）では、ガラス物品が少なくとも約０．２の非対称性能指数を有する、態様（２５）〜（２８）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（３０）では、ガラス物品が少なくとも約０．５ｍの反り性能指数を有する、態様（２５）〜（２９）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（３１）では、ガラス物品が約０．３未満の反り抑制因子を有する、態様（２５）〜（３０）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（３２）では、第２の表面の下１０μｍの深さにおいて少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力をさらに含む、態様（２５）〜（３１）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（３３）では、第２の表面の下５μｍの深さにおいて少なくとも約６５０ＭＰａの圧縮応力をさらに含む、態様（２５）〜（３２）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（３４）では、第１の表面と第２の表面との間の距離の１０％の第１の表面の下の深さにおいて少なくとも約４０ＭＰａの圧縮応力をさらに含む、態様（２５）〜（３３）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（３５）では、第１の表面と第２の表面との間の距離の１５％の第１の表面の下の深さにおいて少なくとも約３０ＭＰａの圧縮応力をさらに含む、態様（２５）〜（３４）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（３６）では、第１の表面と第２の表面との間の距離が約１ｍｍ未満である、態様（２５）〜（３５）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（３７）では、少なくとも約１２．５ｍの曲率半径をさらに含む、態様（２５）〜（３６）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、ガラスセラミックをさらに含む、態様（３８）では、態様（２５）〜（３７）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（３９）では、ガラス物品が、少なくとも第１の層と第２の層とを含む積層構造であり、第１の層および第２の層のそれぞれがガラスまたはガラスセラミックを含む、態様（２５）〜（３８）のいずれかのガラス物品を提供する。
本開示は、態様（４０）では：消費者向け電子製品において、前面、裏面、および側面を有するハウジングと；少なくとも部分的にハウジング内に設けられる電気部品において、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、ディスプレイがハウジングの前面に設けられる、または前面に隣接して設けられる電気部品と；ディスプレイ上に配置されるカバーガラス物品とを含み、ハウジングの一部またはカバーガラス物品の少なくとも１つが、態様（２５）〜（３９）のいずれかのガラス物品を含む、消費者向け電子製品を提供する。
本開示は、態様（４１）では：ガラス物品の第１の表面をイオン交換して、第１の表面から延在する第１の圧縮応力層を形成するステップと；ガラス物品の第２の表面をイオン交換して、第２の表面から延在する第２の圧縮応力層を形成するステップとを含み、第１の圧縮応力層および第２の圧縮応力層を含むガラス物品が、少なくとも約０．５ｍの反り性能指数、および少なくとも約０．０５の非対称性能指数を含む、方法を提供する。
本開示は、態様（４２）では、ガラス物品を熱処理するステップをさらに含む、態様（４１）の方法を提供する。
本開示は、態様（４３）では、第１の圧縮応力層および第２の圧縮応力層が同時に形成される、態様（４１）または（４２）の方法を提供する。
本開示は、態様（４４）では、第２の表面をイオン交換するステップの前に、ガラス物品の第１の表面に障壁層を形成するステップをさらに含む、態様（４１）〜（４３）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（４５）では、障壁層を形成するステップが、Ｃｕ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ、およびＴｉのイオンの少なくとも１つを用いて第１の表面をイオン交換するステップを含む、態様（４４）の方法を提供する。
本開示は、態様（４６）では、障壁層が１μｍ未満の深さを有する、態様（４４）または（４５）の方法を提供する。
本開示は、態様（４７）では、ガラス物品から障壁層を除去するステップをさらに含む、態様（４４）〜（４６）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（４８）では、ガラス物品をイオン交換する前に、ガラス物品を熱処理して、湾曲したガラス物品を形成するステップをさらに含む、態様（４１）〜（４７）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（４９）では：ガラス物品の第１の表面の少なくとも一部の上に塩を配置するステップと；ガラス物品および塩をイオン交換温度まで加熱することによってガラス物品をイオン交換して、非対称応力プロファイルを有するガラス物品を製造するステップとを含み、塩が、イオン交換温度において固体である固体成分を含む、方法を提供する。
本開示は、態様（５０）では、塩が、イオン交換温度において液体である液体成分をさらに含む、態様（４９）の方法を提供する。
本開示は、態様（５１）では、固体成分が、硫酸アルカリおよびリン酸アルカリの少なくとも１つを含む、態様（４９）または（５０）の方法を提供する。
本開示は、態様（５２）では、固体成分が、リン酸三カリウム、リン酸三ナトリウム、硫酸カリウム、および硫酸ナトリウムの少なくとも１つを含む、態様（４９）〜（５１）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（５３）では、液体成分が少なくとも１つの硝酸アルカリを含む、態様（４９）〜（５２）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（５４）では、液体成分が、ＫＮＯ３およびＮａＮＯ３の少なくとも１つを含む、態様（５０）〜（５３）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（５５）では、固体成分が、５重量％〜９９．５重量％の量の塩に存在する、態様（４９）〜（５４）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（５６）では、固体成分が、３０重量％〜９８重量％の量の塩に存在する、態様（４９）〜（５５）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（５７）では、塩が第１の表面全体の上に配置される、態様（４９）〜（５６）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（５８）では、塩が第１の表面の中央の上には配置されない、態様（４９）〜（５７）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（５９）では、塩が第１の表面の周辺部にのみ配置される、態様（４９）〜（５８）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（６０）では、塩を配置するステップの前に、第１の表面の一部の上に障壁層を形成するステップをさらに含む、態様（４９）〜（５９）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（６１）では、障壁層が、アルカリフリーガラス、ＳｉＯ２、および金属の少なくとも１つを含む、態様（６０）の方法を提供する。
本開示は、態様（６２）では、ガラス物品をイオン交換するステップの後に、障壁層を除去するステップをさらに含む、態様（６０）または（６１）の方法を提供する。
本開示は、態様（６３）では、ガラス物品を溶融塩浴に接触させるステップをさらに含む、態様（４９）〜（６２）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（６４）では、ガラス物品を第２の溶融塩浴に接触させるステップをさらに含む、態様（６３）の方法を提供する。
本開示は、態様（６５）では、非対称応力プロファイルが少なくとも約０．０５の非対称性能指数を有する、態様（４９）〜（６４）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（６６）では、非対称応力プロファイルが少なくとも約０．５ｍの反り性能指数を有する、態様（４９）〜（６５）のいずれかの方法を提供する。
本開示は、態様（６７）では、非対称応力プロファイルが、ガラス物品の厚さの約１２分の１未満の反り傾向を有する、態様（４９）〜（６６）のいずれかの方法を提供する。
これらおよびその他の態様、利点、ならびに顕著な特徴は、以下の詳細な説明、添付の図面、および添付の請求項から明らかとなるであろう。
１つ以上の実施形態によるガラス物品の概略断面図である。 理論上のイオン交換されたガラス物品の深さの関数としての応力の図である。 非対称応力プロファイルを有する理論上のイオン交換されたガラス物品の深さの関数としての応力の図である。 たわみのない非対称応力プロファイルを有する理論上のイオン交換されたガラス物品の深さの関数としての応力の図である。 図４のたわみのない非対称応力プロファイルの対称成分および反対称（ａｎｔｉ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）成分の図である。 イオン交換前に球面曲率が付与された、非対称応力プロファイルを有する理論上のイオン交換されたガラス物品の深さの関数としての応力の図である。 イオン交換プロセスの種々のステップにおける図６の理論上のイオン交換されたガラス物品の規格化された濃度プロファイルの変化の図である。 図６の非対称応力プロファイルの反対称成分と、イオン交換前にガラス物品に球面曲率を付与することによって得られて導入された補助的成分との図である。 図６のフリーの非対称応力プロファイルの対称成分および反対称成分の図である。 本明細書に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品の１つ以上の実施形態を含む消費者向け電子製品の概略前平面図である。 図１０の消費者向け電子製品の概略斜視図である。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみ（ｃｒｏｓｓ ｗａｒｐ）のプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における図１２の試料の対角たわみ（ｄｉａｇｏｎａｌ ｗａｒｐ）のプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における図１４の試料の対角たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における図１６の試料の対角たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における図１８の試料の対角たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における図２０の試料の対角たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における図２２の試料の対角たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における図２４の試料の対角たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における図２６の試料の対角たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における図２８の試料の対角たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における図３０の試料の対角たわみのプロットである。 イオン交換されたガラス物品の表面からの距離の関数としての応力のプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。 イオン交換プロセスの種々の段階における試料の横断たわみのプロットである。
以下の説明において、同様の参照文字は、図面中に示される幾つかの図にわたって同様または対応する部分を示している。他に明記されるのでなければ、「上部」、「底部」、「外向き」、「内向き」などの用語は、便宜上の単語であり、限定的な用語と解釈すべきではないことも理解されたい。さらに、ある群が、要素およびそれらの組合せの群の少なくとも１つを含むとして記載される場合は常に、その群は、個別に、または互いの組合せのいずれかで、列挙されるそれらの要素のいくつかを含む、から本質的になる、またはからなることができることを理解されたい。同様に、ある群が、要素およびそれらの組合せの群の少なくとも１つからなるとして記載される場合は常に、その群は、個別に、または互いの組合せのいずれかで、列挙されるそれらの要素のいくつかからなることができることを理解されたい。他に明記されなければ、列挙される場合の、ある値の範囲は、その範囲の上限および下限の両方と、それらの間のあらゆる範囲とを含む。本明細書において使用される場合、不定冠詞「ａ」、「ａｎ」、および対応する定冠詞「ｔｈｅ」は、他に明記されるのでなければ、「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、ありとあらゆる組合せで使用できることも理解されたい。
本明細書において使用される場合、「ガラス物品」という用語は、全体的または部分的にガラス、例えばガラスセラミック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。特に明記されなければ、本明細書に記載のガラスの全ての組成は、モルパーセント（モル％）で表され、それらの構成要素は酸化物基準で示される。特に明記されなければ、全ての温度は摂氏温度（℃）で表される。「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、液相線温度は、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たときに最後の結晶が溶融してなくなる温度を意味する。
「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、測定値、またはその他の表現に帰することができる不確実性の固有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、問題となる主題の基本的機能の変化を引き起こすことなく、定量的表現が記載の基準から変動しうる程度をあらわすためにも本明細書において使用される。例えば、「Ｋ２Ｏを実質的に含まない」ガラスは、Ｋ２Ｏがガラス中に積極的に加えられたりガラス中にバッチとして処理されたりすることはないが、汚染物質として非常に少量で存在しうるガラスである。
本開示において列挙されるヤング率の値は、“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ Ｄｅｆｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｂｏｔｈ Ｍｅｔａｌｌｉｃ ａｎｄ Ｎｏｎ−ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｐａｒｔｓ”と題されるＡＳＴＭＥ２００１−１３に記載の一般的な種類の共鳴超音波分光技術によって測定される値を意味する。
熱膨張係数（ＣＴＥ）は、他に明記されなければ、パーツパーミリオン（ｐｐｍ）／℃で表され、約２０℃〜約３００℃の温度範囲にわたって測定される値を表す。高温（または液体）熱膨張係数（高温ＣＴＥ）もパーツパーミリオン（ｐｐｍ）／摂氏温度（ｐｐｍ／℃）で表され、瞬時熱膨張係数（ＣＴＥ）対温度曲線の高温プラトー領域中で測定される値を表す。高温ＣＴＥによって、転移領域を通過するガラスの加熱または冷却と関連する体積変化が測定される。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）（約１０６．６Ｐａ・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（約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（約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（約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）（約３．５ｋＰａ・ｓ）となる温度を意味し、「１６０ｋＰ温度（Ｔ１６０ｋＰ）」という用語は、ガラスの粘度が約１６０ｋＰ（約１６ｋＰａ・ｓ）となる温度を意味する。本明細書において使用される場合、「ジルコン破壊温度」または「Ｔｂｒｅａｋｄｏｗｎ」という用語は、ガラスの処理および製造において耐火材料として一般に使用されるジルコンが破壊されてジルコニアおよびシリカを形成する温度を意味し、用語「ジルコン破壊粘度」は、Ｔｂｒｅａｋｄｏｗｎにおけるガラスの粘度を意味する。「３５ｋＰ温度」または「Ｔ３５ｋＰ」という用語は、ガラスまたはガラス溶融物が３５，０００ポアズ（Ｐ）（３，５００Ｐａ・ｓ）、すなわち３５キロポアズ（ｋＰ）（３．５ｋＰａ・ｓ）の粘度を有する温度を意味する。
圧縮応力（表面ＣＳを含む）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、それら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 測定 ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｓｔｒｅｓｓ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ”と題されるＡＳＴＭ規格Ｃ７７０−１６に記載のＰｒｏｃｅｄｕｒｅ Ｃ（Ｇｌａｓｓ Ｄｉｓｃ Ｍｅｔｈｏｄ）により測定される。最大引張応力または中央張力（ＣＴ）の値は、当技術分野において周知の散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）技術を用いて測定される。
本明細書において使用される場合、圧縮深さ（ＤＯＣ）は、本明細書に記載の化学強化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。イオン交換処理によって左右されるが、ＤＯＣは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。ガラス物品中の応力がカリウムイオンのガラス物品中への交換によって発生する場合は、ＤＯＣの測定にＦＳＭが使用される。応力がナトリウムイオンのガラス物品中への交換によって発生する場合は、ＤＯＣの測定にＳＣＡＬＰが使用される。ガラス物品中の応力が、カリウムイオンおよびナトリウムイオンの両方のガラス中への交換によって発生する場合は、ＳＣＡＬＰによってＤＯＣが測定されるが、その理由は、ナトリウムの交換深さはＤＯＣを示し、カリウムイオンの交換深さは圧縮応力の大きさの変化（圧縮から引張への応力の変化ではない）を示す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。
Ｋ＋イオンの侵入深さ（「カリウムＤＯＬ」）は、イオン交換プロセスの結果としてのカリウム侵入深さを表しているので、ＤＯＣとは区別される。カリウムＤＯＬは、典型的には本明細書に記載の物品のＤＯＣよりも小さい。カリウムＤＯＬは、ＣＳ測定に関して前述したように応力光係数（ＳＯＣ）の正確な測定に依拠する、有限会社折原製作所（日本）製造の市販のＦＳＭ−６０００表面応力計などの表面応力計を用いて測定される。
一般に図面、特に図１を参照するが、これらの図は、特定の実施形態を説明することが目的であり、本開示または添付のそれらの請求項の限定を意図するものではないことを理解されたい。これらの図面は、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、明確さおよび簡潔さのために、縮尺を誇張して示されたり、概略的に示されたりすることがある。
図１中に示される実施形態は、平坦平面状のシートまたは板としてガラス物品１００を示しているが、ガラス物品は、３次元形状または非平面状の構成などの別の構成を有することができる。ガラス物品１００は、厚さｔを画定する第１の表面１１０と第２の表面１１２とを有する。１つ以上の実施形態（図１中に示される実施形態など）では、ガラス物品は、厚さｔを画定する第１の表面１１０と反対側の第２の表面１１２とを含むシートである。ガラス物品１００は、第１の表面１１０から、ガラス物品１００全体の中に層深さｄ１まで延在する第１の圧縮層１２０を有する。図１中に示される実施形態では、ガラス物品１００は、第２の表面１１２から第２の層深さｄ２まで延在する第２の圧縮層１２２も有する。ガラス物品１００は、ｄ１からｄ２まで延在する中央領域３３０も有する。中央領域１３０は、引張応力下または中央張力（ＣＴ）下にあり、それによって層１２０および１２２の圧縮応力と釣り合いが取られるか、またはその影響が打ち消される。第１および第２の圧縮層１２０、１２２の深さｄ１、ｄ２によって、ガラス物品１００の第１および第２の表面１１０、１１２への激しい衝撃によって生じる傷の伝播からガラス物品１００が保護され、圧縮応力によって、第１および第２の圧縮層１２０、１２２の深さｄ１、ｄ２を傷が通過する可能性が最小限になる。深さｄ１およびｄ２は、互いに等しい場合も互いに異なる場合もあり、圧縮層の圧縮深さ（ＤＯＣ）と関連している。
図２は、イオン交換されたガラス物品の一部の理論上の応力プロファイルを示している。図２中に示される応力プロファイルは、表面における圧縮応力スパイクと、より深い拡散領域とを含む。図２中に示されるように、応力プロファイルのニーにおける圧縮応力（ＣＳｋ）は、応力プロファイルのスパイク部分と、応力プロファイルのより深い拡散領域との間の変わり目における圧縮応力である。ＤＯＣおよびカリウムＤＯＬは図９中にも示され、カリウムＤＯＬは単にＤＯＬとして示されている。
強化した後に低度のたわみを示す非対称応力プロファイルを有するガラス物品が本明細書に記載される。非対称応力プロファイルによって、ガラス物品の表面は、各表面における主要な破壊形態に対処するための異なる強化特性を示すことができ、ガラス物品中の望ましくないたわみを最小限にすることもできる。
一例として、消費者向け電子デバイス上のカバーガラスとして使用されるガラス物品は前面（露出面）、裏面、およびエッジ面を有する。使用中、カバーガラスは、前面、裏面、およびエッジ面の上に異なる使用応力が生じる。
前面上の主要な破壊形態は、典型的には、深い傷が生じ、その深い傷が張力にさらされることによる破壊である。深い傷が引張応力層の深さまで延在する場合、またはガラス物品が曲げられることによって、この深い傷が張力にさらされる。前面上の主要な破壊形態は、発生した傷が張力にさらされるのを防止するために、深い圧縮深さによって対処することができる。
裏面上の主要な破壊形態は、典型的には、あらかじめ存在する浅い傷への過大応力負荷である。この浅い傷は、通常１０μｍよりも浅く、ほとんどの場合５μｍよりも浅い。この過大応力は、数百メガパスカル（ＭＰａ）の引張応力を超えることが多く、例えば約５００ＭＰａを超える。過大応力によって、使用中のガラス物品が曲がることがある。主要な裏面破壊形態は、約５００ＭＰａを超える圧縮応力および約８マイクロメートルを超えるスパイク深さを有するスパイクなどの裏面上の高圧縮応力スパイクによって対処することができる。
カバーガラスのエッジ面は、ある用途では露出し、別の用途ではベゼルによって保護される。エッジ面は、比較的硬い表面上に落下する間に非常に大きな応力にさらされうる。したがって、高表面圧縮応力、および数マイクロメートルの深さにおける高圧縮応力は、カバーガラスのエッジ面から生じる破壊の可能性を軽減することもできる。
前面および裏面の主要な破壊形態に対処する強化特性が異なるため。ガラス物品の厚さ全体にわたって非対称応力プロファイルを形成することによって異なる強化特性を付与することができ、これによって、前面および裏面の主要な破壊形態の少なくとも１つには十分に対処しない対称応力プロファイルと比較すると、改善された性能が得られる。非対称プロファイルは、より大きい圧縮深さ（ＤＯＣ）および大きな深さにおいてより大きな応力を前面上に有することができ、より高い表面圧縮応力（ＣＳ）および表面の下最初の約５〜１０マイクロメートルにおいてより高い圧縮応力を裏面上に有することができる。カバーガラスのエッジは、より高い表面圧縮応力、および表面の下最初の約１０マイクロメートルにおいてより大きな応力を有することもできる。
非対称応力プロファイルによって、ガラス物品にたわみが生じることがあり、組立の場合に問題となり、組立中に応力が変化することもある、それによって使用中のガラス物品の強度に悪影響が生じることがある。ガラス物品の前面および裏面における所望の強化特性も得られる非対称応力プロファイルを適切に設計することによって、硬化または強化によって生じるたわみを無視できるレベルまで軽減可能な方法が本明細書に記載される。
安定した機械的状態にあり、収縮もしくは膨張がなく、湾曲もしくはたわみがない強化または化学強化されたガラス物品は、力の釣り合いおよびトルク釣り合いを満たしている。力の釣り合いのためには、以下の式（１）：
Figure 2020510595
（式中、σは応力であり、ｘは厚さに沿ったガラス物品中の位置であり、ガラス物品の中央平面（中心）においてｘ＝０である）で示されるように、絶対値で、厚さを横断して圧縮ゾーンにわたって積分された圧縮応力の合計が、厚さを横断して張力ゾーンにわたって積分された圧縮応力の合計に等しいことが必要である。これは、以下の式（２）：
Figure 2020510595
に示されるように、厚さにわたる応力の積分が０と等しくなると規定することと同等である。
トルク釣り合いは、ガラス物品の応力プロファイルがたわみを誘発しないことを示している。トルク釣り合いのためには、以下の式（３）：
Figure 2020510595
に示されるように、厚さにわたる局所応力と局所的なアーム長さとの積の積分がゼロであることが必要である。式（３）中、ｘは、局所的な応力によって生じる単位深さ変化当たりの比トルクを計算するための局所的なアーム長さをさらに表している。
ｘに関して対称である応力プロファイルでは、プロファイル誘発たわみが生じない。例えば、ガラス物品が溶融塩中に浸漬され、交換されて、同じ表面圧縮および同じ層深さが得られる平坦な試験片のイオン交換では、通常は物品全体でたわみが無視できる結果となる。
応力プロファイルが非対称である場合、イオン交換の最中および後に力の釣り合いの式（２）を満たすことができるが、ゼロトルク条件が満たされない場合は、ガラス物品は、応力プロファイルによって誘発されるたわみが生じる。一般に、応力プロファイルの非対称性が高いほど、応力プロファイルによって誘発されるたわみが大きくなる。同時に、より大きな程度の非対称性を有する非対称プロファイルは、前面上のＤＯＣおよび大きな圧縮深さにおける応力のより大幅な増加と、裏面上のより大きな圧縮応力との組合せが可能となることによって、破壊の可能性の減少に関してより大きな利点が得られる場合がある。
この対立の解決策を見出すために、一般に非対称プロファイルは、以下の式（４）：
Figure 2020510595
により対称成分（σｓ（ｘ））および反対称成分（σａ（ｘ））の２つの成分に分解することができ、式中、σｓ（ｘ）は以下の式（５）：
Figure 2020510595
によって定義され、σａ（ｘ）は以下の式（６）：
Figure 2020510595
によって定義される。
反対称成分は、出発点として対称プロファイルを用いて、前面および裏面の上の性質を、上記前面または裏面の特定の要求に向けて調節する役割を果たす。以下の式（７）：
Figure 2020510595
によって示されるように、反対称成分および対称成分の応力の絶対値の厚さにわたる積分を用いることによって、非対称の損傷の使用応力下の改善された機械的性能のための非対称プロファイルの非対称性能指数（ＡＦＯＭ）が定義される。
ＡＦＯＭが約０．０５を超える、例えば約０．０７を超える、約０．１を超える、またはそれを超える場合、応力プロファイルは実質的に非対称であると見なされる。さらに、（前面および裏面の上のそれぞれの主要な破壊形態に対して）ガラスの前面および裏面の両方の同時の強化を改善するために大きな利点が得られる実質的に非対称のプロファイルは、約０．２を超える、例えば約０．３を超える、約０．４を超える、約０．５を超える、約０．６を超える、またはそれを超えるＡＦＯＭを有することができる。
応力プロファイルの対称成分は、式（３）中のトルクには寄与せず、プロファイル誘発たわみを引き起こさない。したがって、非対称応力プロファイルの導入に伴う全体的なたわみの問題は、反対称成分に関連し、これは、実質的に非対称のプロファイルの利点を得るために大きいことも望ましい。大きな反対称成分を有するにもかかわらず、プロファイルによって誘発される顕著なたわみを引き起こさない好ましい応力プロファイルは、後述のように定義することができる。反対称成分は全面的にたわみの発生の原因となるため、プロファイルによって誘発される顕著なたわみが生じない大きな反対称成分を有する非対称応力プロファイルは一般的に予期せぬものである。
プロファイルの対称成分の曲げモーメントは、対称な区間内の反対称関数（ｘσ（ｘ））の積分と同等であるため、ゼロである。したがって、以下の式（８）：
Figure 2020510595
で示されるように、ガラス物品の単位幅当たりの２次元曲げモーメントは全面的にプロファイルの反対称成分によるものである。
完全に平坦なガラス物品の場合、反対称成分の曲げモーメントは０であり、このためには反対称プロファイル成分が、試料のそれぞれ半分において圧縮応力領域および引張応力領域の両方を有することが必要である。したがって、一実施形態では、応力プロファイルは、厚さのそれぞれ半分において圧縮応力および引張応力の両方の領域を有する反対称成分を有する。
２次元モデルでの純曲げにおいては（曲げが１次元においてのみ可能となる）、以下の式（９）：
Figure 2020510595
に示されるように、曲げモーメント（Ｍ）によって曲率半径（ρ）が生じ、式中、Ｅは、パスカルの単位で表すことができるガラス物品のヤング率であり、Ａは、ｍ２の単位で表すことができる曲げ下の物品の断面積であり、Ｉは、ｍ４の単位で表すことができる慣性モーメントであり、このため曲率半径はメートルの単位で表される。
幅（ｗ）および厚さ（ｔ）を有するシート形態のガラス物品の２次元曲げの説明的な場合では、式（９）を評価すると、以下の式（１０）：
Figure 2020510595
のような慣性モーメント（Ｉ）が求められる。
したがって、曲率半径（ρ）と曲げモーメント（Ｍ）との間の関係は以下の式（１１）：
Figure 2020510595
で表される。
１００ｍｍの長さ（Ｌ）を有するシート形態のガラス物品は、望ましくは長さ（Ｌ）にわたって測定した反り高さ（Ｈ）が０．１ｍｍを超えない場合があり、望ましくは１２．５ｍ以上の曲率半径を有し、以下の式（１２）：
Figure 2020510595
によってさらに示される関係を有する。幾つかの実施形態では、Ｌは、ガラス物品の最大寸法として選択することができる。別の実施形態では、Ｌは、ガラス物品のエッジに沿った寸法として選択することができる。
実際には、ガラス物品の反りは、単純な球面または円筒形ではなく複雑な形状を有する場合があり、実質的により小さな曲率半径が局所的に許容される場合がある。例えば、非対称応力プロファイルによって誘発される最大許容曲率半径は１ｍ（１，０００ｍｍ）と等しくてよい。幾つかの実施形態では、エッジの３ｍｍ以内のガラス物品の周辺領域は、エッジに向かって単調減少する厚さを有することができ、これを２．５Ｄ形状と呼ぶことができる。幾つかの実施形態では、例えばガラスシートの中央平面に対してエッジ形状が非対称である場合は、このような２．５Ｄエッジの存在が、非対称エッジ形状と応力プロファイルとの相互作用によって誘発される無視できない反りを生じさせることがある。このようなプロファイルによって誘発される反りの主要成分は、ガラスシートの内側の非対称応力プロファイルを用いることによって導入される反りを部分的または実質的に打ち消すように選択することができる。このような実施形態では、０．５ｍのさらに小さい曲率半径に相当する曲げモーメント（Ｍ）を有する非対称プロファイルが許容されうる。
実際には、一部のガラス物品は、設計された曲率を有することができ、ガラス物品の曲率半径を単に測定しても、非対称応力プロファイルによって誘発される曲率を表さない場合がある。非対称応力プロファイルの導入に起因する曲率は、応力プロファイルの導入前のガラス物品中に存在する曲率に加えることができる。応力プロファイルの導入前にガラス物品中に存在する曲率は、応力プロファイルの導入後に実質的にたわみが存在しないガラス物品の曲率半径（κ）の逆数となり、以下の式（１３）で、応力プロファイルによって誘発される曲率半径によって打ち消されうる曲率半径の逆数が得られる：
Figure 2020510595
特に２．５Ｄまたは３Ｄの形状を有するガラス物品が使用される場合に、２ｍ−１以下の対応する曲率を有する非対称応力プロファイルが有利となる。さらに、組立を容易にし、プロセス歩留まりを高めるため、応力プロファイルによって誘発される曲率は、１ｍ−１以下、例えば０．５ｍ−１以下、または０．１ｍ−１以下であることが好ましい。
２次元曲げモデルによって、応力プロファイルによって誘発される曲率のこれらの好ましい範囲を、応力プロファイルの曲げモーメントの概算範囲と関連させることができる。シートの実際のたわみは、ガラス物品中の応力がシートの面内の両方の寸法中に存在する場合など、１次元でのみ曲げを有する説明的２次元モデルによって計算されるたわみを超えることが起こり得る。しかし、この説明的モデルによって、好ましい応力プロファイルパラメータの範囲を比較的簡単に定義することができる。
式（１１）に基づくと、シート形態のガラス物品に曲率半径（ρ）を発生させる曲げモーメントは、以下の式（１４）：
Figure 2020510595
で表すことができる。
したがって、曲率半径（ρ）または逆曲率半径（κ）が得られる単位幅当たりの曲げモーメントは、以下の式（１５）：
Figure 2020510595
で表される。
さらに、反りが最小限となる場合に最大となる反り性能指数（ＷＦＯＭ）が定義される。簡単にするため、２次元曲げモデルに関するＷＦＯＭが定義される。非対称応力プロファイルの曲げモーメントのＷＦＯＭは、以下の式（１６）：
Figure 2020510595
に示されるように、シート形態のガラス物品の１次元曲げにおける単位幅曲げモーメントを生じさせる非対称応力プロファイル（ρａｓｙｍ）によって得られる曲率半径と関連付けることができる。
幾つかの実施形態では、ＷＦＯＭは約０．５ｍを超え、例えば約１ｍを超え、約２ｍを超え、約１０ｍを超え、またはそれを超える。幾つかの実施形態では、応力プロファイルによって生じる曲率半径の変化をＷＦＯＭの直接推定値として使用することができる。
式（１６）をさらに評価することによって、単位幅当たりの曲げモーメントは、以下の式（１７）：
Figure 2020510595
に示されるように定義することができる。
応力プロファイルによって誘発される反りの理想的な回避は、エッジ硬化が無視される場合には、ＷＦＯＭが無限大となるときに得られる。したがって、反りが最小限となる理想的な条件は、以下の式（１８）：
Figure 2020510595
を満たす場合である。
別の言い方では、応力プロファイルの反対称成分は、中央平面のいずれかの側でモーメントの釣り合いが取られる。反りおよび作業の複雑さを最小限にするため、実質的に内部で釣り合いのとれた反対称成分を有する非対称プロファイルは、以下の式（１９）：
Figure 2020510595
で示される利点を有する。式中、ＷＳＦは反り抑制因子である。幾つかの実施形態では、ＷＳＦは約０．３未満、例えば約０．２未満、約０．１未満、約０．０５未満、またはそれ未満である。
より厚いガラス物品は、たわみを発生させるためにより大きなモーメントが必要なことを認めると、式（１７）を用いることで、異なる厚さで同様の低レベルのたわみを発生させる好ましい非対称応力プロファイルの範囲を画定することができる。厚さに依存しない無次元のたわみ傾向（Ｗａｒｐｉｎｇ Ｔｅｎｄｅｎｃｙ）（ＷＴ）は、以下の式（２０）：
Figure 2020510595
によって定義される。
幾つかの実施形態では、ＷＴは約
ｔ／１２未満であり、ガラス物品の厚さ（ｔ）はメートルの単位で示される。幾つかの実施形態では、ＷＴは約ｔ／２４未満、例えば約ｔ／４８未満、約ｔ／２４０未満、またはそれ未満となる。
上記概念をさらに説明するため、代表的な非対称応力プロファイルを図３中に示されている。図３中に示される例では、ガラス物品の厚さは０．５ｍｍであるが、プロファイルは、横方向であらゆる厚さに拡大縮小が可能である。プロファイル全体にゼロでない定数が乗じられる限りは、応力プロファイルは、縦方向であらゆる応力にも拡大縮小が可能である。図３は、非対称応力プロファイル２００の対称成分２１０および反対称成分２２０への分解も明確に説明している。非対称応力プロファイル２００は、前側圧縮深さ（ＤＯＣｆ＝１２０マイクロメートル）が裏面圧縮深さ（ＤＯＣｂ＝３７マイクロメートル）と実質的に異なり、裏側圧縮強度（ＣＳｂ＝８７４ＭＰａ）が前側圧縮応力（ＣＳｆ＝１１４ＭＰａ）よりも実質的に高い。非対称応力プロファイル２００を有するガラス物品は、応力プロファイルによって誘発されるたわみを有さず、ＷＦＯＭは無限大に近づく。前側カリウム層深さ（ＤＯＬｆ＝２００ｍ、ｔの４０％）は、裏側カリウム層深さ（ＤＯＬｂ＝４０μｍ、ｔの８％）の５倍である。図３の非対称応力プロファイル２００のＡＦＯＭは０．６４であり、ＷＦＯＭは実質的に無限大（例えば、約１０１７ｍのオーダー）である。
非対称応力プロファイル２００は、ベースガラス組成中にＮａ２Ｏを含みＫ２Ｏを実質的に含まないアルカリアルミノケイ酸塩ガラス中のＫをＮａにイオン交換することによって得ることができる。前面は、ＮａＮＯ３およびＫＮＯ３を有しＮａＮＯ３濃度がＫＮＯ３濃度よりも高い浴中で高温（４５０〜４６０℃）において交換することができる。例えば、この浴は約８０重量％のＮａＮＯ３および約２０重量％ＫＮＯ３を含むことができる。一実施形態では、前面は、ガラスの前面上にＫＮＯ３をスプレーコーティングして、次に、４４０℃を超える温度で長時間（１０〜４８時間）イオン交換することによって、イオン交換することができ、裏側上にはＫＮＯ３は使用されない。別の一実施形態では、スピンオンガラスまたはスパッタリングされたＳｉＯ２などのアルカリの侵入に抵抗するアルカリフリーのコーティングを用いて、前面のイオン交換中に、裏面のイオン交換が阻止される。前面のイオン交換後、裏面は、純ＫＮＯ３中４２０℃で約２時間のイオン交換が行われて、（ＦＳＭ−６０００によって測定して）約４０μｍのカリウムＤＯＬが得られ、この間、前側では実質的なイオン交換は行われない。前面の実質的なイオン交換を防止するために、前側上での阻止は、コーティングを通過するアルカリの制限された流れを可能にする非常に薄いか、少量のアルカリを有するかのいずれかの障壁層の使用などによる部分的なものであってよいし、または実質的に完全なものであってよい。一実施形態では、障壁層は、約２モル％未満のアルカリ酸化物、例えば約１．５モル％未満のアルカリ酸化物を有するスピンオンガラスであってよい。比較的低温および短時間であるため、この第２のステップ中の前側上のプロファイルの変化はごくわずかである。
図３中に示されるように、前面上の圧縮深さは非常に大きく、厚さの約２４％である。非対称応力プロファイルの利点の前面上のこの深い圧縮深さ。非対称応力プロファイルは比較的狭い張力ゾーンおよび制限された中央張力を有し、これによってガラス物品が壊れにくくなる。非対称応力プロファイル２００の別の利点は、裏面から１０μｍの深さにおける応力が非常に高く６００ＭＰａを超え、裏面から５μｍの深さにおける応力が７００ＭＰａを超えることである。比較として、ガラス物品中にあらかじめ存在する対称二重イオン交換（ＤＩＯＸ）応力プロファイルの５μｍにおける応力は４５０ＭＰａ未満、または３５０ＭＰａ未満である。非対称応力プロファイル２００の別の利点は、前面からの大きな深さ（５０μｍ、ｔの１０％）における実質的なレベルの圧縮応力（６６ＭＰａ）、およびさらに大きな深さ（７５μｍ、ｔの５％）における実質的なレベルの圧縮応力（４３ＭＰａ）である。
第２の代表的な非対称応力プロファイル３００を図４中に示す。この非対称応力プロファイルは、表面圧縮スパイクの底部と前面の圧縮深さ（ＤＯＣ）との間に延在する深い圧縮応力層と、１ステップイオン交換プロファイルの特徴である裏面応力プロファイルとを含む。非対称応力プロファイル３００は、マルチステップイオン交換の数値シミュレーションによって選択され、力の釣り合いが得られるように選択された。
前面の深いＫイオン交換、引き続く熱処理、次に濃Ｋの裏面イオン交換、次に、圧縮応力スパイクを形成するための濃Ｋの両面の短いイオン交換によって、厚さ０．５ｍｍのガラス物品中に非対称応力プロファイル３００を得た。前面は、３８±３重量％のＮａＮＯ３を有し、残りがＫＮＯ３である浴中４５０℃において約１２時間イオン交換すると、約３００ＭＰａの表面圧縮応力が得られ、ＦＳＭで求められるＤＯＬは約１２５μｍであった。次に、試料に対して４５０℃で約４時間の熱処理を行うと、前面上に半釣鐘型のプロファイルが得られ、前面ＣＳは約１５０〜１７０ＭＰａまで低下した。次のステップでは、裏面を、９９〜１００重量％のＫＮＯ３および０〜１重量％のＮａＮＯ３を含む浴中４２０℃において約２時間イオン交換した。同時に、前面では、関連する熱サイクルのためにさらなる拡散が起こり、前面ＣＳは約１４０ＭＰａまでさらに低下した。最後に、ガラス物品全体を０〜１重量％のＮａＮＯ３および９９〜１００重量％のＫＮＯ３を含む３９０℃の浴中に約３〜６分間浸漬して、前面上に浅い圧縮応力スパイクを形成し、同時に裏面ＤＯＬは少し増加した。幾つかの実施形態では、より長いスパイク時間を使用し、より深い圧縮応力スパイクを用いる場合に平坦性の維持を促進するために、最初の前面イオン交換の後の熱処理ステップ時間も増加させることなどによって、より深い前面スパイクも実現可能である。
図４中には対称応力プロファイル３３０も示している。対称応力プロファイル３３０は、非対称プロファイルの前面と同じイオン交換および熱処理ステップをガラス物品全体（前面および裏面の両方）に行うことによって得られた。図４中に示されるように、非対称プロファイルを有する試料の裏面およびエッジは、約８３０ＭＰａの高表面圧縮応力、ＦＳＭで求められる約４７μｍのＤＯＬ、および４１．８μｍの裏面ＤＯＣを有する層によって保護される。裏面上の深さの関数としての圧縮応力の減少率は、高ＣＳにもかかわらず、比較的低く２９ＭＰａ／μｍであり、５μｍの深さにおいて約６５０ＭＰａを超え、１０μｍの深さにおいて約５００ＭＰａを超える高圧縮応力が可能となる。裏面の下のこの高レベルの圧縮応力によって、ガラス物品の裏面およびエッジは、深さ約１０μｍ未満などの比較的浅い傷によって開始する破壊に対して非常に強くなる。この非対称応力プロファイル３００の特徴によって、対称プロファイル３３０を有するガラス物品よりも、過大応力による破壊に対してガラス物品がより十分に保護される。非対称応力プロファイル３００の前面は、対称応力プロファイル３３０よりも４％高い前面ＤＯＣと、圧縮ゾーン全体にわたって約８ＭＰａ高い圧縮応力とを有する。これは、前面スパイクの底部の深さ（約１０μｍ）において圧縮応力が６％増加し、前面ＤＯＣまでの大きい深さにおいて圧縮応力の増加のパーセント値が徐々に大きくなることを示している。
モーメントの釣り合いが取れた非対称応力プロファイル３００の対称成分３１０および反対称成分３２０を図５中に示している。式（７）から計算される非対称応力プロファイル３００のＡＦＯＭは０．４１である。この特定の数値例では、単位幅当たりの曲げモーメントＭｕｗは−３．３５ｅ−４ｍｍ２ＭＰａと計算され、ヤング率は６８ＧＰａ（６８，０００ＭＰａ）であり、式（１６）よりＷＦＯＭは：
Figure 2020510595
となる。
非対称応力プロファイル３００は、無次元たわみ傾向：
Figure 2020510595
を有する。
数値シミュレーションを用いて、図６中に非対称応力プロファイル４００を示している。この非対称応力プロファイルは、ＡＦＯＭに対して別個の寄与がある追加の補助反対称成分を含む。この補助反対称成分は、イオン交換プロセス前のガラスシートの形状にたわみを付与することによって実現され、付与されるたわみは、ガラス物品の最終的な所望の形状に対して測定される。例えば、シートの最終的な所望の形状が実質的に平坦である（例えば、数メートルを超え、理想的には１０または１５メートルを超える）場合は、式（８）中に記載の一次モーメントが、ガラス物品が平坦になるように制約を受ける場合にイオン交換によって誘発される応力の反対称成分の一次モーメントと、同じ大きさおよび反対の符号を有する反対称成分が得られるように、イオン交換前の試料にたわみを生じさせることによって、補助反対称成分が得られる。同様に、付与されたイオン交換前のたわみは、得られるとすればイオン交換単独により非対称プロファイルが得られ形状を変化させることが可能なたわみと、符号が逆であり、大きさはほぼ同じである。
応力プロファイルの補助反対称成分は、５００℃を超える温度（例えば、５６０℃で５時間）で球面曲率を有する金型中で熱処理することによって、ガラス物品に球面曲率を付与することによって得られ、これによって物品の前面は凹面曲率を有する。応力プロファイルの前面は、深いイオン交換（ＦＳＭ−６０００によって測定して、カリウムＤＯＬ＝１２５μｍ）、続いて、熱処理、裏面の高濃度イオン交換と同時に行われる第２の熱処理、次に両側の濃イオン交換を用いて得られ、前面上に６μｍの深さのスパイクが形成される。裏面応力プロファイルは、（ＦＳＭ−ＤＯＬによって測定して）３０μｍの全カリウムＤＯＬ、および８４７ＭＰａの高表面ＣＳを有する。対称応力プロファイル４３０は、非対称応力プロファイル試料の前面と同じ条件下の両側イオン交換、次に、非対称応力プロファイル試料の前面の２つの熱処理と同じ全拡散を有する熱処理、および最後に６μｍのＤＯＬを有する同じスパイクを用いて得られた。対称応力プロファイル４３０と比較すると、非対称応力プロファイル４００は、裏面上に実質的により深い高圧縮領域（＞４００ＭＰａ）、実質的により大きい前面圧縮深さ（１３μｍまたは１３％の増加）、および圧縮応力スパイクとＤＯＣとの間の前面圧縮ゾーンにおけるより高い圧縮応力（１９ＭＰａまたは＞１４％の増加）を有する。この増加の結果として、前面上の圧縮応力スパイクの底部におけるニー圧縮応力（ＣＳｋ）は、対称応力プロファイル４３０の約１３１ＭＰａから、非対称応力プロファイル４００の約１５０ＭＰａまで増加する。
図７は、イオン交換プロセス中の前面の規格化された濃度プロファイルの変化を示している。規格化された濃度が１であり、応力が規格化された濃度の局所的な値に比例すると仮定される場合、イオン交換に誘発される応力が、その部分がイオン交換後に平坦な形状に制約される場合に、１，０００ＭＰａとなるように、この例では濃度が規格化されることを留意されたい。濃度プロファイルは、内部拡散するイオンの特定の組に制限されることはない。一実施形態では、濃度プロファイルは、ガラスからのナトリウムイオンをカリウムイオンと交換することによって得ることができる。図７中に示されるように、前面イオン交換ステップの後、前面応力プロファイル４０２は、Ｃ＝０．４０３で前面から延在し、１２５μｍのＦＳＭ ＤＯＬを有する。一連の熱処理ステップの後の前面の応力プロファイル４０４は、Ｃ＝０．２３５において前面から延在し、両側の圧縮応力スパイクを加えた後の応力プロファイル４０６も図７中に示される。裏側で得られる濃度プロファイルは示されていない。
図４の非対称プロファイル４００を、試料に予備たわみを付与する（ｐｒｅ−ｗａｒｐｉｎｇ）ことによって得られる補助反対称成分４４０とともに図８中に示している。図９は、非対称プロファイル４００の対称成分４１０および反対称成分４２０を示している。図３〜９中に示される代表的な応力プロファイルは、以下の実施例１に記載のガラス組成の場合に実現可能である。
ガラス物品の反り高さは、プロフィロメーターまたはフラットマスターシステム（ｆｌａｔｍａｓｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）によって測定することができる。反り高さは、ガラス物品の最大寸法に沿って測定して平坦面からガラス物品が延在する高さである。例えば、正方形の物品の最大寸法は、ガラス物品の主面に沿ってガラス物品の２つのコーナーの間に延在する対角線であってよい。幾つかの実施形態では、ガラス物品は、ガラス物品の最大寸法の１％未満、例えばガラス物品の最大寸法の０．１％未満の反り高さを有する。
幾つかの実施形態では、ガラス物品は、少なくとも約１．５：１、例えば少なくとも約２：１、約２．５：１、約３：１、約３．２：１、またはそれを超える前面圧縮深さと裏面圧縮深さと比を有することができる。幾つかの実施形態では、ガラス物品は、少なくとも約３：１、例えば少なくとも約３．５：１、約４：１、約４．５：１、約５：１、またはそれを超える前面カリウム層深さ対裏面カリウム層深さを有することができる。幾つかの実施形態では、ガラス物品は、約１：３未満、例えば約１：４未満、約１：５未満、約１：６未満、約１：７未満、またはそれ未満の前面最大圧縮応力と裏面最大圧縮応力との比を有することができる。
別の一実施形態では、ガラス物品上にコーティング層を配置することによって、補助反対称成分が得られる。このコーティングは、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）などの高モジュラスの硬質コーティングであってよい。コーティングは、イオン交換の終了後のガラス物品の前（外）面上に塗布することができる。コーティングの塗布前、ガラス物品の応力プロファイルは、図４中に示される非対称応力プロファイル３００と類似していてよいが、裏面上でより大きなＤＯＬおよび／またはＣＳ、または前面上でより小さなＣＳおよび／またはＤＯＣを有することができ、それによって、ガラス物品は、ＤＯＣがより高い表面上で凹形のたわみが生じる。次にコーティングの堆積条件は、圧縮状態でフィルムが形成されるような方法で選択される。一実施形態では、コーティング厚さは約２μｍであってよく、フィルムの圧縮応力は約１００ＭＰａ〜約２，０００ＭＰａの間であってよい。コーティングの塗布によって、小さな追加の対称成分および反対称補助的成分の両方が、イオン交換されたガラス物品の応力プロファイルに付与される。コーティングによって付与される補助反対称成分が、イオン交換によって誘発される応力プロファイルの反対称成分と一緒になることで、硬質コーティングの塗布前のたわみよりもガラス物品のたわみが軽減される。
幾つかの実施形態では、ガラス物品中の非対称応力プロファイルは、ＮａＮＯ３およびＫＮＯ３の混合物を含む浴中に浸漬することによってＮａ含有ガラスの対称イオン交換を最初に行うことによって得られ、ここでガラス物品の表面上のＮａが少なくとも部分的にＫで置換されうる。一実施形態では、ガラス物品の最外の２μｍにおいて約４０％のＮａがＫで置換される。次に、任意選択の熱処理ステップを、好ましくは約３００℃〜約５００℃の間で行うことで、ガラス中のＫ２Ｏ分布の深さを増加させることができ、したがってＤＯＣを増加させることができる。一実施形態では、次にガラス物品を、ほとんどがＫＮＯ３であり典型的には約５重量％未満のＮａＮＯ３を有する浴中で短時間イオン交換することで、最外の２μｍにおいて８０％を超えるＮａがＫで置換されるようにＫ２Ｏ濃度の表面スパイクが発生する。このスパイクは好ましくは約５〜２５μｍの範囲内の深さを有することができ、その上の圧縮応力は、スパイクを加える前の圧縮応力よりも実質的に高くなる。引き続くステップでは、前面上のスパイクの一部は、研磨またはエッチングなどによって除去することができ、一方、ガラス物品の裏（内）面上のスパイクは、無傷であるか、または実質的により少ない研磨が行われる。この結果得られる応力プロファイルは、非対称となり、前面が凹形となる方向で基材にたわみが生じる。次に、コーティングが圧縮される条件下で、コーティング（ＡｌＯＮなど）が外面上に堆積されると、コーティングを有するガラス物品が平坦になる。
別の一実施形態では、最初の対称イオン交換および任意選択の熱処理の後に、物品の裏面がイオン交換されてスパイクが形成される、コーティングされたガラス物品が形成される。スパイク形成するために、予熱したガラス物品上にＫＮＯ３水溶液をスプレーコーティングすることによってＫＮＯ３のコーティングを塗布することができ、次に、ガラス物品を、好ましくは約３００℃を超えるまたは約３６０℃を超える温度に、約３分〜１０時間の間の時間加熱することによって、イオン交換が行われる。裏面上の所望のスパイク深さは好ましくは約３μｍ〜約２５μｍの範囲内である。次に、裏面スパイクの場合と同じコーティングプロセスを用いることによって、または大部分もしくは完全にＫＮＯ３の浴中の短い両側イオン交換によってのいずれかで、前面上により浅いスパイクが形成される。前面スパイクは約３μｍ〜１５μｍの間の範囲の深さを有することができ、一方、裏面スパイクはより大きな深さを有する。この応力プロファイルの非対称性によって、前面が凹形になるようにガラス物品に反りが生じる。次に、圧縮状態となるような条件を用いて、前面にコーティングが塗布され、コーティングされたカバーガラスは実質的に平坦となる。
幾つかの実施形態では、ガラス物品の前面および裏面の両方の応力プロファイルは、中程度の圧縮応力の深い部分と、高圧縮応力の比較的浅い部分とを含む。濃度プロファイルは、２つの表面を拡散し、それぞれの表面がプロファイルの深い部分の特徴的な深い拡散距離および浅い部分の浅い（スパイク）拡散距離を有する拡散方程式の誤差関数（ｅｒｆｃ）に基づく解の線形重ね合わせとして適切に概算することができる。この種類のプロファイルは、深い部分および浅い（スパイク）部分の別個のステップを用いることによってＮａ含有ガラス中で得ることができる。深い部分は、長いイオン交換時間（時間のオーダー）および／または４００℃を超える高いイオン交換温度を用いることによって得ることができる。スパイクは、短いイオン交換時間（分から時間のオーダー）、および約３００℃〜約４００℃の間のより低いイオン交換温度を用いて得ることができる。これらの種類のプロファイルは、プロファイルの深部成分がＬｉイオンをＮａイオンまたはＡｇイオンまたはその両方で交換することによって得られ、スパイクがＫをＬｉ、Ｎａ、またはＡｇのいずれかと交換することによって得られるＬｉを含むまたはＬｉおよびＮａを含むガラス中でも得ることができる。
Ｌｉ含有ガラスの代表的な方法の１つでは、裏面は最初に、数マイクロメートルから約２０μｍの深さでＫに富むスパイクが形成されるように、ＫＮＯ３のコーティングおよび熱処理が行われる。次にこの基材を洗浄し、ＫＮＯ３およびＮａＮＯ３の両方を含む浴中でイオン交換を行うと、ＬｉがＮａで交換されることによってプロファイルの深部成分が形成され、前面および裏面の両方の上で浅いスパイクが形成され、前面上のスパイクは、裏面上に先に形成されたＫスパイクのため、裏面上のスパイクよりも浅い。同時に、深いＮａプロファイルが２つの表面から交換され、対応するスパイク深さを超える深さにおいて、同じ拡散距離を有するが、同じ濃度および同じレベルの圧縮応力は有さないように配置することができる。プロファイルの深部成分の非対称性と、スパイクの非対称性とは、ＡＦＯＭが増加するが、応力プロファイルのＷＦＯＭは減少するようにともに選択することができる。
応力プロファイルの深部成分およびスパイク成分を考慮すると、式（８）から以下の式（２１）：
Figure 2020510595
を得ることができ、式中、ｔは厚さであり、ｚｄｅｅｐは深部プロファイルの拡散距離であり（この例では両側から等しいと仮定される）、σｂ ｄｅｅｐは裏面応力への裏面深部成分の寄与であり、σｆ ｄｅｅｐは前面応力への前面深部成分の寄与であり、Ｅはガラス物品のヤング率であり、ΔＣＳｓｐは表面圧縮応力へのスパイクの寄与であり（この例ではこの寄与は前面および裏面から等しいと仮定される）、Ｚｂ ｓｐおよびＺｆ ｓｐは、それぞれ裏面および前面の上のスパイクの拡散距離である。
式（２１）に基づくと、ＷＦＯＭは以下の式（２２）：
Figure 2020510595
によって求められる。
ＦＳＭ−６０００装置を用いてｅｒｆｃの形状のスパイクが測定される処理される場合、その応力測定ソフトウェアはスパイクの線形プロファイルを仮定している。この場合、スパイクに限定される光学モードのみ（スパースモード）が対応するスパイク「層深さ」、すなわちＤＯＬｓｐの計算に含まれる場合、後者は約１．３８ｚｓｐと等しくなる。したがって、ガラス物品の前面上では
Figure 2020510595
であり、裏面上では
Figure 2020510595
である。
さらに、この二重の特徴の非対称でスパイクを有するプロファイルのパラメータに反りがどのように関連するかをより明確に示すのに役立つ、より単純な式を得るために、わずかにより粗い近似を使用することができ、通常は２％〜３％の範囲内の精度となり、モデルが単に近似である場合には適切となる（実際のプロファイルは厳密にｅｒｆｃの形状となることはまれである）。ｚｄｅｅｐ＜０．６ｔの場合、関係
Figure 2020510595
が維持され、そのため
Figure 2020510595
を１で置き換えることができる。ｚｄｅｅｐ＜０．５ｔの場合、関係
Figure 2020510595
が維持され、そのため
Figure 2020510595
を１で置き換えることができる。ｚｄｅｅｐ＝０．５ｔの場合、前面および裏面のそれぞれでは、表面濃度の０．１５７が中央に寄与し、これによって表面濃度の０．３１の中央濃度が得られることに留意されたい。通常、
Figure 2020510595
（厚さ４００μｍのガラス物品の場合）であり、厚さ８００μｍのガラス物品の場合
Figure 2020510595
である。したがって、対応する項は項
Figure 2020510595
と比較して無視することができるか、または単に平均値の０．０２２を代入して、最後の丸括弧内の式全体を１．１５に丸めることができる。次に、より単純な式が得られ、以下の式（２３）：
Figure 2020510595
で表される。
好ましい条件
Figure 2020510595
が選択される場合（その場合、中央濃度は表面濃度の１５．５％となり、それぞれの側から７．７％の寄与となる）、以下の式（２４）：
Figure 2020510595
が得られる。
さらに、スパイクがＦＳＭで測定されたＤＯＬｓｐに関して表される場合、ＤＯＬｓｐ＝１．３８２４＊ｚｓｐの関係を用いると、以下の式（２５）：
Figure 2020510595
が得られ、式中、
Figure 2020510595
である。
たわみを回避する方法の１つは、波括弧内の式の値が０に近づくことが必要である。例えば、以下の式（２６）：
Figure 2020510595
が要求されることで、補助深部プロファイルの非対称性効果は、スパイクの非対称性の反作用効果によって少なくとも１０分の１に減少することが保証される。上記式から以下の式（２７）：
Figure 2020510595
が得られる。
曲率の制限が厳密ではない場合は、以下の式（２８）：
Figure 2020510595
によって得られるより制限の少ない関係を使用することができ、次にこれより以下の式（２９）：
Figure 2020510595
が得られる。
ほとんどの場合、以下の式（３０）：
Figure 2020510595
によって得られる中間の制限が適切となる。
本明細書に記載の応力プロファイルの非対称性は、ガラス物品中の基本濃度と比較した場合の、基材中のイオンの濃度プロファイルに基づいて特徴付けることもでき、ここでイオン交換の最中または後の応力緩和は無視できるか、または中程度である。ガラス物品中の位置（ｘ）の関数としての濃度プロファイルＣ０（ｘ）は以下の式（３１）：
Figure 2020510595
で与えられる。
ＫがＬｉフリーガラス中のＮａと交換される場合、Ｋ濃度のみ考慮が必要となる。この意味では、厚さ全体にわたるＫの最低濃度に対してゼロオフセットＫ濃度プロファイルＣ０（ｘ）を求めることができ、次にこのプロファイルは以下の式（３２）：
Figure 2020510595
で与えられる対称成分（Ｃｓ（ｘ））と、以下の式（３３）：
Figure 2020510595
で与えられる反対称成分（Ｃａ（ｘ））とに分解することができる。
応力プロファイルに関して前述した同じＡＦＯＭの定義を、この定義中のσｓおよびσａ濃度プロファイルの対称成分および反対称成分で置き換えることによって、濃度プロファイルの場合に使用することができる。ゼロオフセットプロファイルＣ０（ｘ）は、全ての点ｘにおいて非負となり得るが、ゼロオフセット濃度プロファイルの対称成分および反対称成分は、厚さ全体にわたって非負である必要はないことに留意されたい。濃度プロファイルに関するＡＦＯＭは以下の式（３４）：
Figure 2020510595
で与えられる。
以下の式（３５）：
Figure 2020510595
（式中、ＣＮａ（ｘ）およびＣＫ（ｘ）はそれぞれ、位置の関数としてのＮａおよびＫの濃度プロファイルを意味する）
によりゼロオフセット濃度を定義することによって、ゼロオフセット濃度プロファイル、ならびに対称濃度成分および反対称濃度成分に関する同じ定義をＬｉ含有ガラスに使用することができる。
カリウムＣＫ（ｘ）の項に掛けられる係数２は、Ｌｉイオンを置換するＮａイオンと比較して、カリウムイオンは、Ｌｉ含有ガラス中のＬｉイオンを置換する場合に約２倍の応力が得られるという観察を反映している。したがって、本明細書に記載のガラス物品は、０．０５を超える、例えば０．０７を超える、０．１を超える、０．２を超える、またはそれを超えるＡＦＯＭを有するゼロオフセット濃度プロファイルを含むことができる。ガラス物品の前側および裏側の信頼性の問題により良く対処する最も重要な利点を有する濃度プロファイルは、０．３またはさらには０．４を超えるＡＦＯＭを有することができる。
ガラス物品の応力プロファイルの測定方法は、ガラス物品の組成に基づいて変化しうる。幾つかの実施形態では、カリウムとナトリウムのイオン交換によってＬｉフリーガラス中に得られる応力プロファイルで、応力プロファイルを抽出するための好ましい方法は、カリウム濃度がガラス基材の両側からの深さの単調減少関数となる場合のＩＷＫＢ抽出方法である。このＩＷＫＢ方法によって、深さにともなうＫ濃度のさらなる減少が無視できるためにプロファイルが実質的に変化しなくなる深さまでのプロファイルが抽出される。次に、基材の両側から抽出されるプロファイルの最も深い部分を一定応力の直線と接続することができ、その一定応力の線の応力レベルは、張力ゾーンにわたる応力の積分が、前側および裏側の圧縮ゾーンにわたる応力の積分に等しくなるように微調整することができる。その後、全体のプロファイルは完全に回復し、力の釣り合いが取れ、ＡＦＯＭおよびＷＦＯＭの計算は比較的正確である。ＡＦＯＭおよびＷＦＯＭの実質的な誤差を回避するため、ＴＭ波およびＴＥ波の結合スペクトル（ＦＳＭスペクトル）が、実質的なオフセット（測定器の偏光子のフリンジまたはウェッジの傾斜によって生じるものなど）なしに抽出されることが重要である。
一般に、応力緩和が比較的小さい場合、ＫとＮａのイオン交換によって得られるＬｉフリーガラス中の応力プロファイルは、Ｋ濃度分布と直接関連し、応力プロファイルの対称成分および反対称成分を得るための技術をＫ分布に直接適用することができる。最初に、厚さ全体での最低Ｋ濃度を、全体のＫプロファイルから引くことができ、次に残りのＫプロファイルは最低濃度が０となる。次にこれを対称成分と反対称成分とに分解することができ、同じ方法でＡＦＯＭを計算することができ、反対称応力成分および対称応力成分を積分する代わりに、Ｋ濃度プロファイルの反対称応力成分および対称応力成分の絶対値が積分され、それらの積分の比がＡＦＯＭとして採用される。あるいは、それぞれ１モル％のＫ２Ｏの場合、６０±１０ＭＰａの応力が得られると仮定することができ、ここで、より大きな値（例えば、７０ＭＰａ／モル％）はアニールされたガラスに対応し、中間の値（６０〜６５ＭＰａ／モル％）は溶融シートガラスに対応し、より小さな（５０〜６０ＭＰａ／モル％）は中程度で許容できるレベルの応力緩和の場合に対応する。最低値０にシフトさせたＫ２Ｏ濃度分布は応力分布（最低値は０）に変換され、負の応力の積分が正の応力の積分と等しくなるまで一定応力値を引くことによって、力の釣り合いを取ることができる。最後に、このプロファイルを対称成分と反対称成分とに分解することができ、ＡＦＯＭを計算することができる。さらに、このようにして得られた応力プロファイルを用いて、ＷＦＯＭおよびたわみ傾向を計算することもできる。
プロファイルのＡＦＯＭおよびＷＦＯＭを評価するために濃度を用いる方法は、ＮａおよびＫ、Ｎａのみ、またはＫのみで強化されたＬｉ含有ガラスに拡張することができる。特に、Ｋ２ＯプロファイルおよびＮａ２Ｏプロファイルは、ＧＤＯＥＳ（グロー放電発光分光法）またはＥＭＰ（電子マイクロプローブ）、または当技術分野において周知の別の分析方法によって抽出することができる。濃度プロファイルの変化の遅い部分は、多くの場合でノイズがより多いＥＭＰの場合は、実質的にノイズを除去すべきである。次に、最低値が０のプロファイルを得るために、その個別の化学種の全体の空間分布から各プロファイルの最低濃度が引かれる。次に各１モル％のＮａ２Ｏは６０±１０ＭＰａの応力で置き換えられ、一方、各１モル％のＫ２Ｏは１２０±２０ＭＰａの応力で置き換えられ、ここで、より大きな値は、アニールされたガラス、またはガラスシートの中央平面でＮａ２Ｏの２倍以上のモル濃度のＬｉ２Ｏを有するガラスに対応し、中間の値は、フュージョンドローされたガラス、および基材の中央平面でほぼ同じモル濃度のＬｉ２ＯおよびＮａ２Ｏを有するガラス、またはＮａ２ＯがＬｉ２Ｏよりも高い場合に適用される。最後に、この範囲の下半分は、中程度のレベルの応力緩和が存在するガラスに適用可能である。この変換によって、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏのプロファイルに対応する応力成分の和から、最小応力が０の応力プロファイルが得られる。最後に、このプロファイルは力が釣り合うようにシフトさせることができ、その対称成分および反対称成分を計算することができる。プロファイルの反対称部分を計算するためには、力の釣り合いの適用は必要なステップではないことに留意されたい（例えば、力の釣り合いの適用は任意である）。
プリズム結合測定を用いることによる化学強化Ｌｉ含有ガラスのＣＳｋの抽出方法は、非対称プロファイルの性質の評価に使用することもできる。ＦＳＭ−６０００または類似の測定器においてプリズム結合スペクトルからＣＳｋを正確に評価するために、波長は、上部（ＴＭ）および下部（ＴＥ）スペクトルが、臨界角の位置の測定のための「スイートスポット」となるような波長である必要があることに留意されたい。Ｎａ塩およびＫ塩の両方を有する混合浴中で強化されたＬｉ含有ガラスの場合、プリズム結合方法によって得られるモードスペクトルでは、表面ＣＳおよび比較的浅いカリウムスパイクのＤＯＬ、ならびにカリウムスパイクの底部における「圧縮ニー応力」ＣＳｋに関する情報のみが得られる。Ｎａプロファイルが十分深く、そのため両面から延在するＮａプロファイルの空間的に変動する部分が、一定Ｎａ濃度のあまり大きな領域を有さずに基材の内側に接続される場合（例えば、基材の中央平面付近の一定Ｎａ濃度の任意の領域が、基材の厚さの約２０％未満、好ましくは約１５％未満の幅を有する）、次にカバーガラスシートの前側と裏側との間の表面ＣＳ、スパイクＤＯＬ、およびＣＳｋの測定パラメータの差を使用して、物品が、本開示において規定されるように高ＡＦＯＭおよび高ＷＦＯＭによって特徴付けられる範囲内となるかどうかを決定することができる。さらに、中央張力（ＣＴ）は、散乱光偏光計（ＳＣＡＬＰ）によって測定することができ、プロファイルの異なるパラメータ間の整合性を検証するために必要に応じて使用することができる。
非対称プロファイルの前側および裏側の間の差を抽出するために、屈折近接場測定（ＲＮＦ）を首尾よく使用することができた（補助反対称成分を使用する本開示における例からの０．５ｍｍの試料Ｍ３Ｂ）。プロファイルが非対称かどうかを確認するためには、試料は一方の側から開始して走査し、次に他方の側から出発して再び走査する必要があり、これら２つの走査を基材の中央平面の深さで切断すべきである。次にこれらを接続点（中央平面）における共通の応力値に対して垂直にシフトさせる。希望するなら、その点において力の釣り合いを利用することができる。このように継ぎ合わされた全体のプロファイルの対称成分および反対称成分は、提供した式によって計算することができ、ＡＦＯＭおよびＷＦＯＭを計算することができる。
図３２中、約１，５００ｍｍの曲率半径を有するシートの前側上の凹形のたわみを形成するために、０．５ｍｍの基材の５７０℃で３時間の予備たわみによって、非対称プロファイルを得た。次に、裏側を、１重量％のＬｉＮＯ３および９９重量％のＫＮＯ３を有する浅い浴中３９０℃で６０分間イオン交換し、次に完全に浸漬するイオン交換を、重量基準で４９％のＮａＮＯ３および５１％のＫＮＯ３を有する浴中３８０℃で１．２５時間行い、最後に完全に浸漬する最終のイオン交換を、重量基準で４％のＮａＮＯ３および９６％のＫＮＯ３を有する浴中３８０℃で２０分間行った。前述の手順を用いて得られたＲＮＦプロファイルは、前側ニー応力（ＣＳｆ ｋ）が裏側ニー応力（ＣＳｂ ｋ）よりも１８±２ＭＰａだけ大きく、前側圧縮深さ（ＤＯＣｆ）は裏側圧縮深さ（ＤＯＣｂ）よりも約６〜７マイクロメートルだけ大きいことを示している。裏側上の第１のＩＯＸステップ後のプリズム結合応力測定では、約８６０ＭＰａの表面ＣＳ、および６．４マイクロメートルのＤＯＬが報告された。第２のイオン交換ステップ後、裏側ＣＳは約５３０ＭＰａであり、ＤＯＬは１０．５マイクロメートルであった。最後に、第３のＩＯＸステップ後、裏側ではＣＳ＝８１５ＭＰａおよびＤＯＬｂ＝１０．６５μｍの読取値が得られ、一方、前側ではＣＳｆ＝８３８ＭＰおよびＤＯＬｆ＝７．８μｍの読取値が得られた。２０マイクロメートルよりも浅い急激な応力スパイクの測定には最適に設計されていない従来のＦＳＭ−６０００測定では、ＣＳ値はわずかに過小評価されることに留意されたい。表面ＣＳの実際の値は、この場合では９５０ＭＰａに近い。このような浅いスパイクの場合の表面ＣＳのより正確な測定では、各偏光における表面指数が、最低次モードの指数に、最低次モードと次のモードとの指数の間の差の１．３倍を加えることによって計算される線形スパイク近似が用いられる。ＦＳＭ−６０００では、わずか０．９の差が加えられ、通常は浅いスパイクの場合に表面指数が過小評価される。
ＲＮＦプロファイルでは、分解能が限定されるため、正確な表面ＣＳ測定値が得られず、そのため、前側および裏側のＫスパイクのＣＳおよびＤＯＬなどのパラメータはＦＳＭによってより正確に測定される。
応力プロファイルの評価に使用できる別の応力測定方法の１つは、偏光顕微鏡を用いたＤＯＣ測定である。これは試料上の前側および裏側ＤＯＣの差を測定しようとする試みに使用することができる。
ガラスシートの予備たわみによって得られる実質的な補助反対称成分を用いる非対称応力プロファイルの場合（例えば、予備たわみの曲率半径＜１，０００ｍｍである）、濃度プロファイルからのＷＦＯＭの計算では、ガラスシートの最終的な逆曲率半径に非常に近づけることはできない場合がある。このような場合、シートの逆曲率半径をＷＦＯＭの直接推定値として使用することができ、一方、ＡＦＯＭは依然として、光学的に測定される応力プロファイルから、または測定濃度プロファイルの応力への変換によって得られる応力プロファイルからのいずれかで推定することができる。
高ＣＳ（例えば、＞６５０ＭＰａ）を有する表面スパイクを有するプロファイルは、ガラスの引っかきに対する抵抗性の改善に役立ちうることが示されている。本開示の多くの実施形態は、前側圧縮深さ（ＤＯＣｆ）を最大化するために、前側上に実質的に浅い応力スパイクを有すること、または前面上に全くスパイクを有さないことを探求している。幾つかの実施形態では、このような非対称プロファイルは、好ましくは１モル％を超え、１．５モル％を超え、または２モル％を超え、好ましくは４０モル％以下、３０モル％以下、２５モル％以下、２０モル％以下、１５モル％以下、１０モル％以下、または７モル％以下の実質的な濃度のＢ２Ｏ３を有するガラス物品中に使用することができる。このＢ２Ｏ３含有量に関する推奨は、前面上にスパイクを有さない、または裏側スパイクよりも浅い前側スパイクを有する、または裏面よりも少なくとも５０ＭＰａ低いＣＳを前面上に有する、または６００ＭＰａ未満の前面ＣＳを有する非対称プロファイルの場合に特に推奨される。同様に、前述のＣＳ特性を有する非対称プロファイルを含むガラス物品が、少なくとも１モル％、１．５モル％、または２モル％のＰ２Ｏ５、好ましくは１５モル％以下、１０モル％以下、または７モル％以下のＰ２Ｏ５を含むことが推奨されうる。
本発明の別の一実施形態では、表面の欠陥を除去するため、または目標最終形状に対してあらゆる望ましくない残留するたわみを除去するため、例えば、加熱もしくは冷却条件におけるゆらぎ、イオン交換中の塩濃度、またはＫもしくはＮａのイオンのコーティング源の均一性によって生じる変化しやすい残存する反りを除去するために、非対称応力プロファイルを有するイオン交換されたガラス物品の両面の一方で最終的な研磨を行うことができる。結果として、最終イオン交換ステップによって、最終的な表面研磨前の前面および裏面の上で実質的に同一の表面圧縮が得られるとしても、前面上のＣＳは裏面上のＣＳと３０ＭＰａ以上異なる場合がある。
本発明の別の一実施形態では、本発明のガラス物品は、前側ニー応力（ＣＳｆ ｋ）が裏側ニー応力（ＣＳｂ ｋ）よりも４ＭＰａを超えて、好ましくは６ＭＰａを超えて、および理想的には８ＭＰａを超えて高く、この物品は実質的に平坦である（５００ｍｍを超える曲率半径を有する）。測定される非対称の実験的プロファイルを有する前述の０．５ｍｍのＬｉ含有ガラス物品は、このような本発明のガラス物品の一例である。特定の一実施形態では、ガラス物品はＬｉ含有ガラスであってよいが、同じ種類の非対称プロファイルは、Ｌｉフリーガラスでも、厚さが同じ場合は通常はより長いイオン交換プロセスによって、同様に得ることができる。物品を代表するガラスシートの一方または両方の大きな表面に軽い表面研磨が行われる場合、そのガラス物品の前面および裏面のＣＳＫの差の変化は無視でき（通常は１ＭＰａ未満）、したがってガラス物品の前側および裏側の間のＣＳｋの実質的な差は、ガラス物品の非対称性を確定し、ＡＦＯＭを評価するための比較的堅牢な方法である。
幾つかの実施形態では、本明細書に記載のガラス物品は、当技術分野において周知のダウンドロー法、例えばスロットドロー法およびフュージョンドロー法によって形成可能である。フュージョンドロー法は、薄いガラスシートの大規模製造に使用されている工業技術の１つである。フロート法またはスロットドロー法などの他の平坦ガラスの製造技術と比較すると、フュージョンドロー法では、優れた平坦性および表面品質の薄いガラスシートが生産される。結果として、フュージョンドロー法は、液晶ディスプレイ用、およびノートブック、娯楽用デバイス、タブレット、ラップトップ、携帯電話などの個人用電子デバイスのカバーガラス用の薄いガラス基材の製造における主要な製造技術となっている。
フュージョンドロー法は、典型的にはジルコンまたは別の耐火材料でできている「アイソパイプ」として知られるトラフ上の溶融ガラスの流れを伴う。溶融ガラスは、アイソパイプの上部で両側面からあふれだし、アイソパイプの底部で合流して、１つのシートを形成し、ここで最終シートの内部だけがアイソパイプと直接接触している。ドロー法中に最終ガラスシートのいずれの露出面もアイソパイプ材料には接触していないので、ガラスの両方の外面は初期の品質のままであり、後の仕上げは不要である。
フュージョンドロー可能となるためには、ガラス組成物が十分高い液相線粘度（すなわち、液相線温度における溶融ガラスの粘度）を有する必要がある。幾つかの実施形態では、本明細書に記載のガラス物品の形成に使用される組成物は、少なくとも約５０キロポアズ（ｋＰ）（約５ｋＰａ・ｓ）、例えば少なくとも約１００ｋＰ（約１０ｋＰａ・ｓ）、約２００ｋＰ（約２０ｋＰａ・ｓ）、約３００ｋＰ（約３０ｋＰａ・ｓ）、約４００ｋＰ（約４０ｋＰａ・ｓ）、約５００ｋＰ（約５０ｋＰａ・ｓ）、約６００ｋＰ（約６０ｋＰａ・ｓ）、またはそれを超える液相線粘度を有する。
幾つかの実施形態では、ガラス物品は積層ガラス物品であってよい。積層ガラス物品は、少なくとも２つのガラス物品層、例えば少なくとも３層、４層、５層、またはそれを超える層を含むことができる。ガラス物品層は、応力プロファイルが積層ガラス物品中に形成されるように異なる熱膨張係数を有するように選択することができる。ガラス物品層の間の性質の差によって積層ガラス物品中に形成される応力プロファイルを、前述の非対称応力プロファイルと組み合わせることができる。幾つかの別の実施形態では、同じイオン交換条件によって、ガラス物品層中にイオン拡散の程度の差が生じるように、異なるイオン拡散特性を有するようにガラス物品層を選択することができる。積層ガラス物品は、別個に形成されたガラス物品層を接合することによって、またはガラス物品層を同時に形成することによって、形成することができる。
ガラス物品は、あらゆる適切な組成を有することができる。幾つかの実施形態では、ガラス物品は、アルミノケイ酸塩ガラス、例えばアルカリアルミノケイ酸塩ガラスである。幾つかの実施形態では、ガラス物品はリチウムを含む。幾つかの実施形態では、ガラス物品は、約２モル％〜約２０モル％の量のＢ２Ｏ３を含むことができる。ガラス物品は、５０〜７５モル％ＳｉＯ２、５〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３、２〜２０モル％のＢ２Ｏ３、０〜１０モル％のＰ２Ｏ５、６〜２５モル％のＬｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、および０〜１５モル％のＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯを含む組成を有することができる。
ガラス物品が形成された後、そのガラス物品は化学強化される。ガラスの化学強化にはイオン交換が広く使用される。特定の一例では、アルカリ陽イオン源（例えば、溶融塩、または「イオン交換」浴）中のアルカリ陽イオンが、ガラス中のより小さなアルカリ陽イオンと交換されることで、ガラス物品の表面付近に圧縮応力下にある層が実現される。この圧縮層は、表面からガラス物品中のＤＯＣまで延在する。本明細書に記載のガラス物品では、例えば、限定するものではないが硝酸カリウム（ＫＮＯ３）などのカリウム塩を含む溶融塩浴中にガラスを浸漬することによるイオン交換中に、陽イオン源からのカリウムイオンが、ガラス中のナトリウムイオンと交換される。イオン交換プロセス中に使用できる別のカリウム塩としては、塩化カリウム（ＫＣｌ）、硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）、それらの組合せなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。本明細書に記載のイオン交換浴は、カリウム以外のアルカリイオンおよびそれに対応する塩を含むことができる。例えば、イオン交換浴は、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウムなどのナトリウム塩を含むこともできる。１つ以上の実施形態では、２つの異なる塩の混合物を使用することができる。例えば、ガラス物品をＫＮＯ３およびＮａＮＯ３の塩浴中に浸漬することができる。幾つかの実施形態では、２つ以上の浴を使用することができ、ガラスを１つの浴中に浸漬し、次に続けて別の浴に浸漬することができる。これらの浴は、同じまたは異なる組成、温度を有することができ、および／または異なる浸漬時間で使用することができる。
本明細書に記載のイオン交換浴は、約３２０℃〜約５２０℃、例えば約３２０℃〜約４５０℃の範囲内の温度を有することができる。浴中の浸漬時間は、約１５分〜約４８時間、例えば約１５分〜約１６時間で変動させることができる。
本明細書に記載の非対称プロファイルは、あらゆる適切なイオン交換プロセスによって形成することができる。幾つかの実施形態では、前面および裏面を別のプロセスでイオン交換することができる。これは、所望のイオン交換表面のみを、交換されるイオンを含む塩に接触させることによって実現できる。幾つかの実施形態では、イオン交換塩との選択的接触は、イオン交換塩を含む溶液またはペーストを、ガラス物品の別の表面に接触させることなく、所望の表面に塗布するステップを含むことができる。幾つかの別の実施形態では、イオン交換プロセスを行うことが望ましくないガラス物品の表面の上に障壁層を取り付けることができる。障壁層は、イオン拡散を完全に阻止する場合があり、または幾つかの実施形態では、障壁層が上に配置される表面が、障壁層を有さない表面よりも低い程度でイオン交換されるように、部分的なイオン拡散が可能な場合もある。代表的な障壁層は、スパンガラスまたはシリカであってよい。
障壁層は、あらゆる適切な方法によってあらゆる適切な材料から形成することができる。幾つかの実施形態では、障壁層は、アルカリフリースピンオンガラス（ＳＯＧ）、スパッタリングされたＳｉＯ２、または蒸着もしくはスパッタリングされた金属被覆から形成されてよい。幾つかの実施形態では、障壁層はスパッタリングされたＳｉＯ２層であってよい。スパッタリングされた層は、約４０ｎｍ〜約７０ｎｍの厚さを有することができる。幾つかの実施形態では、障壁層は、タンタル、モリブデン、またはアルミニウムを含む被覆などの金属被覆であってよい。
幾つかの実施形態では、障壁層は、アルカリフリースピンオンガラスであってよく、３０００〜６０００ｒｐｍの速度でスピンコーティングし、次にコーティングされたガラスを約４００℃で約１時間硬化させることによって堆積することができる。硬化したＳＯＧ層の厚さは約５０ｎｍ〜約２００ｎｍであってよい。ＳＯＧ層は、緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）、例えばフッ化水素酸またはフッ化アンモニウムを含むＢＯＥにおけるエッチングによって、イオン交換後に除去することができる。このエッチングは、室温において約１５秒〜約３分の時間に及ぶことができる。ＢＯＥ溶液中のエッチャントの希薄な性質のため、ナノメートルのオーダーの最小限のイオン交換ガラスの除去を伴ってＳＯＧ障壁層を除去することができる。ＢＯＥプロセスは、スパッタリングされたＳｉＯ２障壁層を除去するために使用することもできる。
幾つかの別の実施形態では、障壁層は、少なくとも１つの二価金属イオンをガラス物品中にイオン交換することによって形成することができる。二価金属イオンは、Ｃｕ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ、およびＴｉの少なくとも１つであってよい。幾つかの実施形態では、２つ以上の二価陽イオンの混合物を塩に使用することができ、それによって後のイオン交換のより長時間の抑制における障壁層の有効性を高めることができる。二価金属イオンは、Ｃｕ（ＮＯ３）２またはＣａ（ＮＯ３）２などの二価金属イオンの硝酸塩を用いることで実現できる。これらの塩は、後述の方法で交換される表面上にスプレーコーティングすることができる。イオン交換は、塩がコーティングされた基材を約４００℃〜約５００℃の温度に約５分〜約３時間の時間、例えば約４２０℃の温度に約２時間加熱することによって行うことができる。二価金属イオンは、約１μｍ未満の層深さまで交換されうる。イオン交換後に塩は洗浄して除去される。幾つかの実施形態では、障壁層は、酸洗浄または機械研磨などの化学的または機械的方法によって除去することができる。障壁層を除去した後のガラス物品に対して、さらなるイオン交換ステップを行うことができる。
幾つかの実施形態では、ガラス物品をイオン交換して、一方または両方の表面において圧縮応力スパイクを形成することができる。圧縮応力スパイクが前面および裏面の両方の上に形成される幾つかの実施形態では、各表面上でスパイクは同様の圧縮応力値を有することができる。ガラス物品の両面上に形成された圧縮応力スパイクを有する幾つかの実施形態では、前面および裏面の上の圧縮応力値は、同じスパイクイオン交換条件が使用されたにも関わらず、実質的に異なりうる。このような圧縮応力スパイク値の差は、少なくとも部分的には先に行った表面のイオン交換処理の違いによるものであってよく、それによってガラス物品のイオン拡散率が変化する。
ガラス物品のイオン交換は、１つ以上の熱処理と組み合わせることができる。熱処理によって、先に行ったイオン交換処理によってガラス物品中に交換されたイオンが、ガラス物品全体にさらに拡散することができ、それによって圧縮深さおよびカリウム層深さを増加させることができる。熱処理は、イオン交換前に、金型などから、予備たわみ形状をガラス物品に付与するために使用することもできる。幾つかの実施形態では、予備たわみを付与したガラス物品は、イオン交換前に応力を有さない。ガラス物品に付与される予備たわみの程度は、イオン交換中の非対称応力プロファイルの形成によって誘発されるたわみを打ち消すように選択することができる。
ガラス物品のいずれかの表面上のＤＯＣは、厚さｔの分率として記載することができる。例えば、１つ以上の実施形態では、前面または裏面のいずれかの上のＤＯＣは、約０．１ｔ以上、約０．１１ｔ以上、約０．１２ｔ以上、約０．１３ｔ以上、約０．１４ｔ以上、約０．１５ｔ以上、約０．１６ｔ以上、約０．１７ｔ以上、約０．１８ｔ以上、約０．１９ｔ以上、約０．２ｔ以上、約０．２１ｔ以上であってよい。幾つかの実施形態では、ガラス物品の前面または裏面の上のＤＯＣは、約０．０８ｔ〜約０．２５ｔ、約０．０９ｔ〜約０．２４ｔ、約０．１０ｔ〜約０．２３ｔ、約０．１１ｔ〜約０．２２ｔ、約０．１２ｔ〜約０．２１ｔ、約０．１３ｔ〜約０．２０ｔ、約０．１４ｔ〜約０．１９ｔ、約０．１５ｔ〜約０．１８ｔ、約０．１６ｔ〜約０．１９ｔの範囲内、またはそれらに含まれるあらゆる部分的範囲内もしくはこれらの端点のいずれかから形成されるあらゆる部分的範囲内であってよい。幾つかの場合では、前面または裏面のＤＯＣは約２０μｍ以下であってよい。１つ以上の実施形態では、ガラス物品の前面または裏面のＤＯＣは、約４０μｍ以上、例えば約４０μｍ〜約３００μｍ、約５０μｍ〜約２８０μｍ、約６０μｍ〜約２６０μｍ、約７０μｍ〜約２４０μｍ、約８０μｍ〜約２２０μｍ、約９０μｍ〜約２００μｍ、約１００μｍ〜約１９０μｍ、約１１０μｍ〜約１８０μｍ、約１２０μｍ〜約１７０μｍ、約１４０μｍ〜約１６０μｍ、約１５０μｍ〜約３００μｍ、またはそれらに含まれるあらゆる部分的範囲もしくはこれらの端点のいずれかから形成されるあらゆる部分的範囲であってよい。
１つ以上の実施形態では、強化されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品は、前面または裏面の最大圧縮応力（これは表面、またはガラス物品中のある深さで見出すことができる）が約４００ＭＰａ以上、約５００ＭＰａ以上、約６００ＭＰａ以上、約７００ＭＰａ以上、約８００ＭＰａ以上、約９００ＭＰａ以上、約９３０ＭＰａ以上、約１，０００ＭＰａ以上、または約１，０５０ＭＰａ以上となりうる。
１つ以上の実施形態では、強化されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品は、約４０ＭＰａ以上、例えば約４５ＭＰａ以上、約５０ＭＰａ以上、約６０ＭＰａ以上、約７０ＭＰａ以上、約７５ＭＰａ以上、約８０ＭＰａ以上、または約８５ＭＰａ以上の最大引張応力または中央張力（ＣＴ）を有することができる。幾つかの実施形態では、最大引張応力または中央張力（ＣＴ）は約４０ＭＰａ〜約１００ＭＰａの範囲内となりうる。
幾つかの実施形態では、ガラス物品は、異なる応力プロファイルを有する部分を含むことができる。例えば、ガラス物品の第１の領域は第１の応力プロファイルを含むことができ、ガラス物品の第２の領域は第２の応力プロファイルを含むことができ、第１の応力プロファイルおよび第２の応力プロファイルの少なくとも１つは非対称応力プロファイルである。ガラス物品は、非対称応力プロファイルおよび対称応力プロファイルを混合したものを含むことができる。幾つかの実施形態では、ガラス物品の領域中の応力プロファイルは、ガラス物品が使用中のときの一般的な破壊形態に対処するように選択することができる。例えば、ガラス物品のコーナーおよび／またはエッジは、消費者向け電子デバイス中に使用されるガラス物品の中央領域と比べると大きな強化を示すことができ、ここで、コーナーおよびエッジは、硬い表面上への落下などの衝撃を受ける可能性がより高い。さらに、ガラス物品中に複数の応力プロファイルを含むことによって、より高い程度の非対称性を有する応力プロファイルは、そのようなプロファイルによって性能の向上が得られるガラス物品の領域内に含まれてよく、別の領域中により低い非対称を有する応力プロファイルを含むことで、より高い非対称性の利点が低度のたわみで実現可能となる。局所的な非対称応力プロファイルから生じるたわみは、非対称応力プロファイルを示す領域に一般に束縛されることがあり、そのため局所的な非対称応力プロファイルを有するガラス物品は、ガラス物品全体にわたって１つの非対称応力プロファイルを有するガラス物品よりも少ないたわみを示すことができる。
幾つかの実施形態では、ガラス物品は、約０．２を超え、例えば約０．３を超え、約０．４を超え、約０．５を超え、約０．６を超え、約０．７を超え、またはそれを超えるＡＦＯＭの差を有する複数の応力プロファイルを含むことができる。幾つかの実施形態では、ガラス物品のコーナーまたはエッジなどの局所的に強化された領域中の非対称応力プロファイルのＡＦＯＭは、約０．２を超え、例えば約０．３を超え、約０．４を超え、約０．５を超え、約０．６を超え、約０．７を超え、またはそれを超えるＡＦＯＭを有することができる。ガラス物品は、面積が約２ｃｍ２を超え、その領域内の応力プロファイルのために曲率半径が約１０ｍを超える領域と、約５ｍ未満、例えば約３ｍ未満、約１ｍ未満、約０．６ｍ未満、約０．４ｍ未満、またはそれ未満のＷＦＯＭを有する第２の領域とを含むことができる。さらに、第２の領域は、少なくとも約０．２、例えば少なくとも約０．３、約０．４、約０．５、約０．６、またはそれを超えるＡＦＯＭを有することができる。一般に、ガラス物品の領域は、本明細書に記載のあらゆる種類の応力プロファイルによって特徴付けることができる。
幾つかの実施形態では、イオン交換されたガラス物品は、銀、銅、セシウム、またはルビジウムなどの大きなイオンを含むことができる。イオン交換されたガラス物品中のこれらの大きなイオンの含有量は、最大約５モル％、例えば最大約３モル％であってよい。
幾つかの実施形態では、ガラス物品は、ガラス物品の第１の表面の少なくとも一部の上に固体成分を含む塩を配置することによって製造することができる。次に、このガラス物品をイオン交換温度まで加熱することによってガラス物品をイオン交換することで、非対称応力プロファイルが形成される。固体成分は、イオン交換温度で固体であるように選択される。幾つかの実施形態では、塩は、イオン交換温度で液体となるように選択される液体成分をさらに含むことができる。
固体成分は、硫酸塩またはリン酸塩であってよい。幾つかの実施形態では、固体成分は、硫酸アルカリまたはリン酸アルカリ、例えばリン酸三カリウム（ＴＫＰ）、リン酸三ナトリウム（ＴＳＰ）、硫酸カリウム、または硫酸ナトリウムであってよい。固体成分は、リン酸塩および／または硫酸塩の混合物などの２種類以上の硫酸塩またはリン酸塩を含むことができる。固体成分は、約５重量％〜約９９．５重量％、例えば約１５重量％〜約９９．５重量％、約３０重量％〜約９８重量％、またはそれらに含まれるあらゆる部分的範囲の量で塩に存在することができる。塩の固体成分の量は、さらに後述するように、固体成分を含むことの所望の効果に基づいて選択することができる。固体成分が約３０重量％〜約９８重量％量で塩に存在する実施形態では、イオン交換中の塩の広がりの抑制、有害作用の防止、および容易な表面応力測定が実現される。
液体成分は、イオン交換プロセスに溶融状態で一般に使用される塩であってよい。幾つかの実施形態では、液体成分は、ＫＮＯ３またはＮａＮＯ３などの硝酸アルカリであってよい。液体成分は、ＫＮＯ３およびＮａＮＯ３の混合物などの２種類以上の硝酸アルカリを含むことができる。ＴＫＰおよびＴＳＰおよびＫＮＯ３およびＮａＮＯ３が同様の密度であることは、ＴＫＰ、ＴＳＰ、ＫＮＯ３、およびＮａＮＯ３を含むあらゆる塩混合物は、固体成分および液体成分の重量分率が同様である場合に類似の結果が得られると予想されることを示している。
塩の固体成分は、塩が液体成分も含む実施形態でさえも、イオン交換中の塩のウィッキングを防止する。ウィッキングが防止されることで、イオン交換が望ましい領域中のガラス物品の表面上に塩を配置することができ、イオン交換プロセス中に塩を所望のパターンで維持することができる。ウィッキングの減少は、少なくとも部分的には、塩の液体成分と固体成分の表面積との間の引力のためであろう。比較として、本明細書に記載の種類の固体成分を含まない塩が使用される場合、イオン交換プロセス中に加熱すると、塩は吸い上げられたり広がったりすることがあり、その結果、イオン交換が望ましくないガラス物品の領域まで塩が移動することがある。塩の拡散の抑制は、塩の固体含有量が約１５重量％〜約９９．５重量％である場合に実現可能である。
幾つかの実施形態では、固体成分は、ガラス物品から交換されうる有害イオンのゲッターとして機能することもできる。例えば、Ｌｉ＋はＬｉ含有ガラスの有害イオンであり、およびＮａ＋はＮａ含有ガラスの有害イオンである。次に固体成分は、有害イオンのガラス物品表面における逆イオン交換プロセスへの関与を防止して、有害作用を抑制することができる。この有害作用の抑制によって、交換イオンの所望の表面濃度を実現することができる。有害作用の抑制は、固体成分が約５重量％〜約９９．５重量％の量で塩に存在する場合に観察されうる。
塩は、あらゆる適切な方法によって第１の表面上に配置することができる。幾つかの実施形態では、所望の塩を含む溶液をガラス物品上にスプレーコーティングすることができる。次に塩混合物を乾燥させて溶媒を除去すると、乾燥した塩のコーティングがガラス物品上に残る。幾つかの実施形態では、溶媒は、水、例えば脱イオン水であってよい。別の実施形態では、塩は、当技術分野において周知の別の方法、例えばインクジェット印刷、スクリーン印刷、またはロール塗りによって堆積することができる。
第１の表面の領域が塩に接触しないように、あるパターンで塩を第１の表面上に配置することができる。これによって、ガラス物品がイオン交換温度まで加熱されるときにイオン交換されない第１の表面の領域を形成することができる。次に、この結果得られるガラス物品は、異なる応力プロファイルを有する領域を有することができる。例えば、塩を、第１の表面の周辺部に堆積し、第１の表面の中央には堆積しないことができ、その結果、第１の表面の中央はイオン交換せずにコーナーをイオン交換することができる。この局所的なイオン交換によって、使用中に衝撃にさらされる可能性がより高いコーナーおよびエッジなどのさらなる強化が望ましいガラス物品の領域の優先的なイオン交換が可能となる。別の実施形態では、塩は、ガラス物品の第１の表面の全体にわたって配置することができる。
あらゆる適切な方法によって、第１の表面上に塩のパターンを形成することができる。幾つかの実施形態では、イオン交換されない第１の表面の領域をふさぐためにマスクを使用することができる。このマスクは、ガラス物品がイオン交換温度まで加熱される前に除去することができる。マスクは、ポリマー、ガラス、または金属などのあらゆる適切な材料から形成することができる。
塩層は、ガラス物品のイオン交換後に除去される。塩層は、溶媒による洗浄など、あらゆる適切な方法によって除去することができる。幾つかの実施形態では、塩は、ガラス物品を水で洗浄することによって除去される。ガラス物品は、イオン交換プロセスによって形成される汚れを除去するために酸洗浄剤を用いて洗浄することもできる。幾つかの実施形態では、ガラス物品は、ガラス物品の第１の表面から汚れを除去するために酢酸で洗浄することができる。
洗浄したイオン交換済みガラス物品は、次に、追加のイオン交換プロセスを行うことができる。幾つかの実施形態では、洗浄したガラス物品は、当技術分野において一般に使用される種類の溶融塩浴中にガラス物品を浸漬することによってイオン交換することができる。第１および第２の表面の両方を、追加のイオン交換プロセス中にイオン交換することができる。幾つかの実施形態では、洗浄したイオン交換物品は、異なる塩浴組成で２つの追加のイオン交換プロセスを行うことができる。
幾つかの実施形態では、塩を堆積する前に、ガラス物品の少なくとも一部の上に障壁層を配置することができる。障壁層は、前述のように、あらゆる適切な方法によってあらゆる適切な材料から形成することができる。幾つかの実施形態では、障壁層は、アルカリフリースピンオンガラス（ＳＯＧ）、スパッタリングされたＳｉＯ２、または蒸着もしくはスパッタリングされた金属被覆から形成することができる。幾つかの別の実施形態では、障壁層は、少なくとも１つの二価金属イオンをガラス物品中にイオン交換することによって形成することができる。二価金属イオンは、Ｃｕ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ、およびＴｉの少なくとも１つであってよい。障壁層は、あらゆる適切な方法によってイオン交換後に除去することができる。幾つかの実施形態では、障壁層は、酸洗浄または機械研磨方法によって除去される。
幾つかの実施形態では、ガラス物品を溶融塩浴中に浸漬する前に、ガラス物品の第１の表面に障壁層を形成することができる。溶融塩浴は、約４６０℃の温度で約４０重量％のＮａＮＯ３および約５０重量％のＫＮＯ３を含むことができる。ガラス物品は、溶融塩浴中に約１４時間の時間浸漬することができる。幾つかの別の実施形態では、溶融塩浴は、ＫＮＯ３と、約５重量％〜約６０重量％のＮａＮＯ３とを含むことができる。幾つかの実施形態では、ガラス物品は、約４５０℃〜約４６０℃の温度の溶融塩浴中に約６時間〜約３０時間の時間浸漬することができる。この第１のイオン交換ステップによって形成されるカリウム層深さは、約６０μｍ〜約２５０μｍ、または約２００μｍ〜約４００μｍとなりうる。ガラス物品は、溶融塩浴から取り出した後に洗浄され、障壁層は除去される。洗浄され障壁層がないガラス物品のイオン交換されなかった部分は、次に、イオン交換されなかった部分に障壁層をコーティングすること、またはイオン交換されなかった部分を、前述の種類の固体成分を含む塩でイオン交換することなどによってイオン交換処理を行うことができる。幾つかの実施形態では、ガラス物品のイオン交換された表面に、上記開示の種類の障壁層をコーティングすることができる。イオン交換され障壁層を有するガラス物品は、次に溶融塩浴中に浸漬することができる。この溶融塩浴は、主としてＫＮＯ３を含み、例えば５重量％未満のＮａＮＯ３を含む、またはＮａＮＯ３を含まない溶融塩浴である。溶融塩浴中のイオン交換は、４２０℃で約２時間などのあらゆる適切な時間および温度で行うことができる。結果として得られる圧縮応力層は、約４０μｍの深さ、および約８００ＭＰａ〜約９００ＭＰａの表面圧縮応力を有することができる。溶融塩浴中への浸漬は、溶融塩浴中の浸漬によって生じる熱処理のために、ガラス物品の先にイオン交換された領域中の表面圧縮応力を低下させることもできる。溶融塩浴から取り出した後、障壁層は化学エッチングまたは機械研磨によって除去することができる。さらに、障壁層を除去した後のガラス物品を溶融塩浴中に浸漬することによって、圧縮表面応力「スパイク」をガラス物品に加えることができる。「スパイク」溶融塩浴は、主としてＫＮＯ３を含み、例えば５重量％未満のＮａＮＯ３を含む、またはＮａＮＯ３を含まない。「スパイク」イオン交換は、約３９０℃で約１０〜約１５分間行うことができる。
幾つかの実施形態では、ガラス物品のイオン交換されていない表面上に塩を配置することができる。塩は、本明細書に記載の種類の固体成分を含むことができ、本明細書に記載のようにスプレーコーティング法で塗布することができる。次に、ガラス物品をイオン交換温度まで加熱することによって、ガラス物品がイオン交換される。このイオン交換によって形成される圧縮応力層は、約４０μｍ〜約５０μｍの深さ、および約９００ＭＰａの表面圧縮応力を有することができる。このイオン交換は、約４２０℃のイオン交換温度で約２時間行うことができる。次に、洗浄などによって、ガラス物品から塩層を除去することができる。さらに、障壁層を除去した後のガラス物品を溶融塩浴中に浸漬することによって、圧縮表面応力「スパイク」をガラス物品に加えることができる。「スパイク」溶融塩浴は、主としてＫＮＯ３を含み、例えば５重量％未満のＮａＮＯ３を含む、またはＮａＮＯ３を含まない。「スパイク」イオン交換は、約３９０℃で約１０〜約１５分間行うことができる。「スパイク」処理後、ガラス物品の第１の側は、Ｋ＋に富む浅い層を示すことができ、ここでＫ２Ｏ濃度は、表面における約１４モル％〜約１６モル％から、数マイクロメートル、例えば約６μｍ〜約１２μｍの距離にわたって５モル％未満まで低下する。スプレーコーティングされた塩でイオン交換された表面である、ガラス物品の第２の側は、カリウム層深さの増加を示す。ガラス物品が約０．８ｍｍの厚さを有する場合、この第２の側は約４０μｍ〜約５０μｍのカリウム層深さを有することができる。望ましくない壊れやすい挙動を回避するためにガラス物品の厚さが薄い場合、第２の側のカリウム層深さが、より小さくなることがあり、例えば、約０．５ｍｍの厚さの場合、約３０μｍ〜約４２μｍとなりうる。
幾つかの実施形態では、本明細書に記載の障壁層プロセスおよび固体含有塩プロセスの使用は、所望の応力プロファイルを実現するために、あらゆる組合せおよびあらゆる順序で併用することができる。
幾つかの実施形態では、本明細書に記載のガラス物品は、携帯電話またはスマートフォン、ラップトップコンピュータ、タブレットなどの消費者向け電子製品の一部を形成する。消費者向け電子製品（例えばスマートフォン）の概略図を図１０および１１に示す。消費者向け電子デバイス５００は、前面５０４、裏面５０６、および側面５０８を有するハウジング５０２と；ハウジングの少なくとも部分的に内側、または完全にハウジング内にあり、少なくともコントローラと、メモリと、ハウジングの前面にあるもしくは前面に隣接するディスプレイ５１０とを含む電気部品（図示せず）と；ディスプレイの上に存在するように、ハウジングの前面にある、または前面の上にあるカバー基材５１２とを含む。幾つかの実施形態では、カバー基材５１２および／またはハウジングは、本明細書に開示されるいずれかのガラス物品を含むことができる。
実施例１
５７．４３モル％のＳｉＯ２、１６．１０モル％のＡｌ２Ｏ３、１７．０５モル％のＮａ２Ｏ、２．８１モル％のＭｇＯ、０．００３モル％のＴｉＯ２、０．０７モル％のＳｎＯ２、および６．５４モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な２インチ（５．０８ｃｍ）×２インチ（５．０８ｃｍ）の正方形のシートの形態であり、厚さは０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、または０．８ｍｍであった。
試料を脱イオン（ＤＩ）水で洗浄し、高精度天秤で秤量した。次に、試料の表面上にスプレーされる塩溶液が迅速に乾燥し得られた塩堆積物中に水が全く残留しないことを保証するため、試料を２００℃に設定したホットプレート上に置いた。試料の温度は約８０℃〜１５０℃の間であると推定された。試料の表面に塗布される実際のスプレーの回数は、試料上に望まれる塩の重量によって決定された。スプレー塗布の回数は１５〜３０回であった。スプレー塗布の終了後、試料を再び秤量して、塩の全重量増加を求めた。試料上の塩の全重量は、０．０７ｇ〜０．１５ｇの間であり、これはどの塩組成物が使用されたかによって決定された。次に試料を、スプレーコーティングされた側を上向きにして、４６０℃のオーブン中に、試料の厚さが０．４ｍｍである場合は８時間、試料の厚さが０．５ｍｍまたは０．８ｍｍのいずれかである場合は１４時間入れた。また試料は、オーブン中に入れるときに、試料表面と接触しないガラス製ペトリ皿のふたで覆った。コーティングされた試料表面を「裏」面と呼び、これは負のたわみおよび凸形形状を有する。以下の表１は、第１のＩＯＸステップに使用した条件を示している。
スプレーコーティングプロセス中に使用した重量基準の塩の総量は、２００ｍＬのＤＩ水中に溶解させた５８ｇであった。第１のＩＯＸステップ中に使用するために：１００％のＫＮＯ３、１０％のＮａＮＯ３／９０％のＫＮＯ３、４０％のＮａＮＯ３／６０％のＫＮＯ３、および５０％のＮａＮＯ３／５０％のＫＮＯ３を含む４つの異なる塩溶液を調製した。これらの塩溶液は、別個の容器中で調製し、塩を溶解させた後、大型汚染粒子を除去するためにスプレーボトル中に濾過して入れることができた。
試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、プロフィロメーターでたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることによって、第１のＩＯＸステップ後に試料の特性決定を行った。
ＩＯＸプロセス中の第２のステップは、試料の第１のＩＯＸステップとは反対側へのスプレーコーティングであった。この反対側を「前」面と呼び、これは負のたわみおよび凹形形状を有する。このプロセスでは、重量基準で約０．１８ｇ〜０．２ｇの塩を有する１００％ＫＮＯ３塩を使用した。第２のＩＯＸステップにおける表面に、ポットプレートを用いて第１と同じ方法でコーティングした。試料がコーティングされた後、塩が上向きになるように試料をオーブン中に４２０℃において合計１．５時間〜２時間入れ、第１のＩＯＸステップと同じ方法で再び覆った。
第３のＩＯＸステップは、試料の両側に９９．５％のＫＮＯ３／０．５％のＮａＮＯ３溶液でスパイクを加える、両側イオン交換浴であった。試料を２５０℃で５分間、次に３８０℃で５分間予熱した。次に試料を塩浴中８分または１１分のいずれかで３９０℃においてイオン交換した。以下の表Ｉに示される全ての試料は、９９．５％のＫＮＯ３／０．５％のＮａＮＯ３の塩浴中で８分間の第３のＩＯＸステップを行った。
第２および第３のＩＯＸステップの後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、プロフィロメーターでたわみを測定し、フラットマスターシステムでたわみを測定し、高精度天秤で重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー応力、および層深さ求めることを含んだ。次に各試料の全体の応力プロファイルおよび機械的性質を計算した。
Figure 2020510595
横断たわみは、試料のエッジの長さと同じ長さを有する線であって、試料の主面の中心を通過して延在し主面のエッジと平行である線に沿って測定され、この線に沿った試料表面の最高高さと最低高さとの間の差である。対角たわみは、２つのコーナーの間の対角線上に延在し試料の主面の中心を通過する線に沿って測定され、この線に沿った試料表面の最高高さと最低高さとの間の差である。予備たわみは、ＩＯＸ処理前の試料のたわみを意味し、最終たわみは、ＩＯＸ処理の終了後の試料のたわみを意味する。
図１２および１３は、第１のＩＯＸステップで２つの異なる塩組成を用いた、ＩＯＸプロセス中の各ステップ後の厚さ０．４ｍｍの試料の横断たわみおよび対角たわみをそれぞれ示している。第１のＩＯＸステップで使用した塩濃度は、４０％のＮａＮＯ３／６０％のＫＮＯ３および５０％のＮａＮＯ３／５０％のＫＮＯ３であり、全塩重量はそれぞれ約０．０７ｇおよび約０．１ｇであった。第２のＩＯＸステップは、１００％のＫＮＯ３を用いて４２０℃の温度において２時間の時間で行い、全塩重量は約０．２ｇであった。第３のＩＯＸステップは、９９．５％のＫＮＯ３を用いて３９０℃の温度において８分の時間で行った。
図１４および１５は、異なる第１のＩＯＸ条件が用いられる、ＩＯＸプロセス中の各ステップ後の厚さ０．５ｍｍの試料の横断たわみおよび対角たわみをそれぞれ示している。第１のＩＯＸステップで使用した塩濃度は、４０％のＮａＮＯ３／６０％のＫＮＯ３および５０％のＮａＮＯ３／５０％のＫＮＯ３であり、全塩重量はそれぞれ約０．０７ｇおよび約０．１ｇであった。第２のＩＯＸステップは、１００％のＫＮＯ３を用いて４２０℃の温度において１．５時間の時間で行い、全塩重量は約０．１８ｇであり、例外として試料Ｆ３Ｏは第２のＩＯＸステップ時間が２時間であった。第３のＩＯＸステップは、９９．５％のＫＮＯ３を用いて３９０℃の温度において８分の時間で行った。さらに試料Ｆ３Ｊは、第１および第２のＩＯＸステップの間に４３０℃において６時間の熱処理を含んだ。
実施例２
６３．６０モル％のＳｉＯ２、１５．６７モル％のＡｌ２Ｏ３、１０．８１モル％のＮａ２Ｏ、１．１６モル％のＺｎＯ、６．２４モル％のＬｉ２Ｏ、０．０４モル％のＳｎＯ２、および２．４８モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な２インチ（５．０８ｃｍ）×２インチ（５．０８ｃｍ）の正方形のシートの形態であり、厚さは０．５ｍｍまたは０．８ｍｍであった。
最初に平坦であった試料の非対称応力プロファイルの形成に使用した方法は、３ステップのイオン交換からなった。試料を脱イオン（ＤＩ）水で洗浄し、高精度天秤で秤量した。次に、試料の表面上にスプレーされる塩溶液が迅速に乾燥し得られた塩堆積物中に水が全く残留しないことを保証するため、試料を２００℃に設定したホットプレート上に置いた。試料の温度は約８０℃〜１５０℃の間であると推定された。試料の表面に塗布される実際のスプレーの回数は、試料上に望まれる塩の重量によって決定された。スプレー塗布の回数は１５〜３０回であった。スプレー塗布の終了後、試料を再び秤量して、塩の全重量増加を求めた。試料上の塩の全重量は、０．０７ｇ〜０．１５ｇの間であり、これはどの塩組成物が使用されたかによって決定された。次に試料を、コーティングされた側を上向きにして、温度３７０℃のオーブン中に０．５時間〜１時間入れた。オーブン温度が３９０℃の場合は、時間は１時間〜２時間であった。また試料は、オーブン中に入れるときに、試料表面と接触しないガラス製ペトリ皿のふたで覆った。コーティングされた試料表面を「裏」面と呼び、これは負のたわみおよび凸形形状を有した。
スプレーコーティング溶液は、ＤＩ水中１００％のＫＮＯ３を含んだ。使用した重量基準の塩の総量は、２００ｍＬのＤＩ水中に溶解させた５８ｇであった。塩溶液は別個の容器中で調製し、塩を溶解させた後、大型汚染粒子を除去するためにスプレーボトル中に濾過して入れることができた。
第１のＩＯＸステップ後に熱処理も使用した。熱処理は、３９０℃において１時間、１．５時間、および２時間の時間行った。熱処理によって、どの条件を使用したかにより、たわみにある程度変化が生じた。熱処理は圧縮深さを増加させる役割を果たした。
第１のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、プロフィロメーターでたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
プロセス中の第２のＩＯＸステップは、両側イオン交換であった。第２のＩＯＸステップは、種々の塩組成を用いて種々の時間で行った。使用した塩組成は、２５％のＮａＮＯ３／７５％のＫＮＯ３、７０％のＮａＮＯ３／３０％のＫＮＯ３、および４９％のＮａＮＯ３／５１％のＫＮＯ３であった。使用した種々の時間は、１．５時間、２時間、２．５時間、３．１７時間、３．５時間、および３．６７時間であった。試料は、チャンバー内の浴のそばで、浴と同じ温度で合計１０分間の予熱を行った。次に試料を塩浴中に浸漬した。
プロセス中の第３のＩＯＸステップは、９４％のＫＮＯ３／６％のＮａＮＯ３の溶液を用いて３８０℃において３０分〜３６分でガラスの両側にスパイクが加えられるイオン交換浴である。試料は、チャンバー内の浴のそばで、浴と同じ温度で合計１０分間の予熱を行った。
第２および第３のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、プロフィロメーターでたわみを測定し、フラットマスターシステムでたわみを測定し、高精度天秤で重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー応力、および層深さ求めることを含んだ。次に各試料の全体の応力プロファイルおよび機械的性質を計算した。試料の結果を表ＩＩ中に示す。
Figure 2020510595
図１６および１７は、第２のＩＯＸステップの時間が異なる、ＩＯＸプロセス中の各ステップ後の厚さ０．８ｍｍの試料の横断たわみおよび対角たわみをそれぞれ示している。第１のＩＯＸステップ中に使用した塩濃度は、３７０℃の温度において３０分の時間で１００％のＫＮＯ３であり、全塩重量は約０．１５ｇであった。第２のＩＯＸステップでは、３８０℃の温度において２．０５時間、３．１７時間、および３．６６時間の時間で４９％のＮａＮＯ３／５１％のＫＮＯ３の塩濃度を使用した。第３のＩＯＸステップは、３８０℃の温度において３６分の時間で６％のＮａＮＯ３／９４％のＫＮＯ３を用いて行った。
図１８および１９は、ＩＯＸプロセス中の各ステップ後の厚さ０．８ｍｍの試料の横断たわみおよび対角たわみをそれぞれ示している。第１のＩＯＸステップ中に使用した塩濃度は、３９０℃の温度において２時間の時間で１００％のＫＮＯ３であり、全塩重量は約０．１５ｇであった。第２のＩＯＸステップでは、３８０℃の温度において２時間の時間で４９％のＮａＮＯ３／５１％のＫＮＯ３の塩濃度を使用した。第３のＩＯＸステップは、３８０℃の温度において３０分の時間で６％のＮａＮＯ３／９４％のＫＮＯ３を用いて行った。試料Ｆ１Ｉは、第１および第２のＩＯＸステップの間の熱処理をさらに含んだ。
図２０および２１は、ＩＯＸプロセス中の各ステップ後の厚さ０．５ｍｍの試料の横断たわみおよび対角たわみをそれぞれ示している。第１のＩＯＸステップ中に使用した塩濃度は、３９０℃の温度において１時間の時間で１００％のＫＮＯ３であり、全塩重量は約０．１５ｇであった。第２のＩＯＸステップでは、３８０℃の温度において２．５時間の時間で４９％のＮａＮＯ３／５１％のＫＮＯ３の塩濃度を使用した。第３のＩＯＸステップは、３８０℃の温度において３０分の時間で６％のＮａＮＯ３／９４％のＫＮＯ３を用いて行った。試料Ｆ１Ｍは、第１および第２のＩＯＸステップの間の熱処理をさらに含んだ。
図２２および２３は、ＩＯＸプロセス中の各ステップ後の厚さ０．５ｍｍの試料の横断たわみおよび対角たわみをそれぞれ示している。第１のＩＯＸステップ中に使用した塩濃度は、３９０℃の温度において１時間の時間で１００％のＫＮＯ３であり、全塩重量は約０．１５ｇであった。第２のＩＯＸステップでは、３８０℃の温度において１．５時間の時間で４９％のＮａＮＯ３／５１％のＫＮＯ３の塩濃度を使用した。第３のＩＯＸステップは、３８０℃の温度において３０分の時間で６％のＮａＮＯ３／９４％のＫＮＯ３を用いて行った。試料Ｆ１Ｓは、第１および第２のＩＯＸステップの間の熱処理をさらに含んだ。
実施例３
６３．６０モル％のＳｉＯ２、１５．６７モル％のＡｌ２Ｏ３、１０．８１モル％のＮａ２Ｏ、１．１６モル％のＺｎＯ、６．２４モル％のＬｉ２Ｏ、０．０４モル％のＳｎＯ２、および２．４８モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な２インチ（５．０８ｃｍ）×２インチ（５．０８ｃｍ）の正方形のシートの形態であり、厚さは０．５ｍｍであった。
大型アルミニウム金型中で試料に予備たわみを付与した。オーブン中の熱処理プロセスは、５７０℃まで２０℃／分の昇温速度であり、次に試料をその温度で３時間または５時間のいずれかで維持する。異なるプロセスで両方の温度を使用した。一度に最大７つの試料を金型中に配置した。軟らかいアルミニウムに対して試料が引き起こしうる破壊損傷から金型を保護するためにカーボンサスペンションを使用した。また、金型をさらに保護するために、試料に丸みを付ける成形を行い、エッジを平滑にした。試料に予備たわみを付与した後、高精度天秤を用いた重量によってそれらの特性決定を行い、プロフィロメーターを用いてたわみ測定を行った。試料の凸側を「裏」側と呼ぶ。
２ステップのＩＯＸプロセスを試料に対して行った。最初にたわませた試料を用いて非対称プロファイルを形成するための２ステップイオン交換プロセスは、ある濃度の塩を有する最初の片側の浴から開始した。１％のＬｉＮＯ３／９９％のＫＮＯ３および２％のＬｉＮＯ３／９８％のＫＮＯ３の浴の両方を、３９０℃で行われる片側ＩＯＸステップに使用した。浴は、浅く円形のステンレス鋼容器中で作製した。試料を洗浄し、秤量し、ＩＯＸ開始前のたわみを測定した。金属メッシュの小片および平型ピンセットを用いて、予備たわみを付与した試料の凸側を浴中に下ろす。塩のみが試料の凸側に接触する。第１のＩＯＸステップの時間は、例えば４０分、５０分、６０分、７２分、および９０分で変動させた。
第１のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、プロフィロメーターでたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
第２のＩＯＸステップは、試料の両側で行った両側交換であった。第２のイオン交換の前に、オーブン中、二次容器中で１０分間、イオン交換浴と同じ温度の３５０℃で試料を予熱した。１５％のＮａＮＯ３／８５％のＫＮＯ３、および２５％のＮａＮＯ３／７５％のＫＮＯ３を含む、このプロセスで使用される２つの異なる浴濃度が存在する。両方の第２のＩＯＸステップの浴条件の場合、複数回使用し、１時間〜４時間で変動させた。
第２のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。全ての測定値は、各試料の全体の応力プロファイルおよび機械的性質を求めるために使用される。
図２４および２５は、ＩＯＸプロセス中の各ステップ後の厚さ０．５ｍｍの予備たわみを付与した試料の横断たわみおよび対角たわみをそれぞれ示している。試料は球状の金型中、５００℃の温度において２時間熱処理することによって予備たわみを付与し、次に温度を５６０℃まで上昇させ、４．５時間処理した。第１のＩＯＸステップ中に使用した塩濃度は、３９０℃の温度において５０分、６０分、７２分、および９０分の時間で１％のＬｉＮＯ３および９９％のＫＮＯ３であった。第２のＩＯＸステップでは、３５０℃の温度において３時間の時間で１５％のＮａＮＯ３／８５％のＫＮＯ３の塩濃度を使用した。図２４および２５中に示される初期条件は、予備たわみを付与したガラス物品である。
図２６および２７は、ＩＯＸプロセス中の各ステップ後の厚さ０．５ｍｍの予備たわみを付与した試料の横断たわみおよび対角たわみをそれぞれ示している。試料は球状の金型中、５００℃の温度において２時間熱処理することによって予備たわみを付与し、次に温度を５６０℃まで上昇させ、４．５時間処理した。第１のＩＯＸステップ中に使用した塩濃度は、３９０℃の温度において７２分の時間で１％のＬｉＮＯ３および９９％のＫＮＯ３であった。第２のＩＯＸステップでは、３５０℃の温度において２時間、３時間、および４時間の時間で１５％のＮａＮＯ３／８５％のＫＮＯ３の塩濃度を使用した。図２６および２７中に示される初期条件は、予備たわみを付与したガラス物品である。
実施例４
６３．６０モル％のＳｉＯ２、１５．６７モル％のＡｌ２Ｏ３、１０．８１モル％のＮａ２Ｏ、１．１６モル％のＺｎＯ、６．２４モル％のＬｉ２Ｏ、０．０４モル％のＳｎＯ２、および２．４８モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な２インチ（５．０８ｃｍ）×２インチ（５．０８ｃｍ）の正方形のシートの形態であり、厚さは０．５ｍｍであった。
実施例３の第１のＩＯＸステップ、および金型中での試料の予備たわみを行った。第１のＩＯＸステップは、４０分、５０分、または６０分の時間行った。
第２のＩＯＸステップは、試料の両側の上の両側交換として行った。第２のＩＯＸステップ中に使用した浴濃度は４９％のＮａＮＯ３／５１％のＫＮＯ３であった。１．２５時間および１．６７時間の２つの異なるイオン交換時間を使用した。第２のＩＯＸステップの前に、オーブン中、二次容器中で１０分間、イオン交換と同じ温度の３８０℃で試料を予熱した。
試料の両側の上に圧縮応力スパイクを付与する第３のＩＯＸステップも使用した。第３のＩＯＸステップでは、３８０℃の温度において２０分の時間で４％のＮａＮＯ３／９６％のＫＮＯ３塩溶液を使用した。第３のＩＯＸステップの前に、オーブン中、二次容器中で５分間、イオン交換と同じ温度の３８０℃で試料を予熱した。
第２および第３のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムでたわみを測定し、高精度天秤で重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー応力、および層深さ求めることを含んだ。全ての測定値は、各試料の全体の応力プロファイルおよび機械的性質を求めるために使用される。
図２８および２９は、ＩＯＸプロセス中の各ステップ後の厚さ０．５ｍｍの予備たわみを付与した試料の横断たわみおよび対角たわみをそれぞれ示している。試料は球状の金型中、５７０℃の温度において３時間熱処理することによって予備たわみを付与した。第１のＩＯＸステップ中に使用した塩濃度は、３９０℃の温度において４０分、５０分、および６０分の時間で１％のＬｉＮＯ３および９９％のＫＮＯ３であった。第２のＩＯＸステップでは、３８０℃の温度において１時間１５分の時間で４９％のＮａＮＯ３／５１％のＫＮＯ３の塩濃度を使用した。第３のＩＯＸステップでは、３８０℃の温度において２０分の時間で４％のＮａＮＯ３／９６％のＫＮＯ３の塩濃度を使用した。図２８および２９中に示される初期条件は、予備たわみを付与したガラス物品である。
実施例５
６３．６０モル％のＳｉＯ２、１５．６７モル％のＡｌ２Ｏ３、１０．８１モル％のＮａ２Ｏ、１．１６モル％のＺｎＯ、６．２４モル％のＬｉ２Ｏ、０．０４モル％のＳｎＯ２、および２．４８モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な２インチ（５．０８ｃｍ）×２インチ（５．０８ｃｍ）の正方形のシートの形態であり、厚さは０．５ｍｍであった。
大型アルミニウム金型中で試料に予備たわみを付与した。金型中の熱処理プロセスは、５００℃まで２０℃／分の昇温速度であり、この温度で試料を２時間処理した。５６０℃まで２℃／分でさらに昇温し、この温度で試料を４．５時間処理した。初期のたわみを軽減するために、一部の試料では４．５時間の処理の最終設定点を５４０℃に変更した。一度に最大７つの試料を金型中に配置した。軟らかいアルミニウムに対して試料が引き起こしうる破壊損傷から金型を保護するためにカーボンサスペンションを使用した。また、金型をさらに保護するために、試料に丸みを付ける成形を行い、エッジを平滑にした。試料に予備たわみを付与した後、高精度天秤を用いた重量によってそれらの特性決定を行い、プロフィロメーターを用いてたわみ測定を行った。試料の凸側を「裏」側と呼ぶ。
前述のようにホットプレートを使用して、試料にスプレーコーティングした。試料上の塩の全重量の範囲は０．１ｇ〜０．２ｇの間であった。次に試料をオーブン中に入れ、前述のように覆った。コーティングされた側を「裏」側と呼び、これは負のたわみおよび凸形形状を有する。
０．４ｍｍおよび０．５ｍｍの厚さを有する最初にたわませた試料を用いて非対称プロファイルを形成するための３ステップのイオン交換プロセス。スプレーコーティングに使用した塩組成は、１００％のＫＮＯ３溶液、２％のＬｉＮＯ３／９８％のＫＮＯ３、および４％のＬｉＮＯ３／９６％のＫＮＯ３を含んだ。より多い量の塩を用いる１回のスプレーコーティングを、わずかにより少ない量の２回のスプレーコーティングとともに試みた。１回および２回の両方のスプレーコーティングは、試料上に配置する塩の質量を変更して同じ手順を用いてより多い量に首尾良くスケールアップできた。第１のＩＯＸステップ手順で使用した２つの温度は３７０℃および３９０℃を含む。第１のＩＯＸステップの時間は、塩溶液の１回または２回のいずれのコーティングを使用したかによって、０．２５時間〜３時間の範囲であった。
第１のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、プロフィロメーターでたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
第２のＩＯＸステップは、試料の両側の上の両側交換であった。このプロセスに使用した浴濃度は、４９％のＮａＮＯ３／５１％のＫＮＯ３であった。３．８時間および４．５時間の２つの異なるＩＯＸ時間を使用した。イオン交換前に、オーブン中、二次容器中で１０分間、イオン交換と同じ温度の３５０℃で試料を予熱した。
第３のＩＯＸステップは、４％のＮａＮＯ３／９６％のＫＮＯ３の塩溶液を１５分〜２０分の時間使用する、ガラスの両側の上の両側スパイクであった。イオン交換前に、オーブン中、二次容器中で５分間、イオン交換と同じ温度の３８０℃で試料を予熱した。
第２および第３のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。全ての測定値は、各試料の全体の応力プロファイルおよび機械的性質を求めるために使用される。
以下の表ＩＩＩは、試料の処理のための前述の複数の条件を示している。これらの試料は、３８０℃において１５分間の４％のＮａＮＯ３／９６％のＫＮＯ３の同じ最終スパイクを有する。
Figure 2020510595
図３０および３１は、ＩＯＸプロセス中の各ステップ後の厚さ０．５ｍｍの予備たわみを付与した試料の横断たわみおよび対角たわみをそれぞれ示している。図３０および３１中に示される試料は、表ＩＩＩ中に記載の試料Ｍ６Ｃ、Ｍ６Ｄ、およびＭ６Ｅである。図３０および３１中に示される初期条件は、予備たわみを付与したガラス物品である。
実施例６
６３．７６モル％のＳｉＯ２、１５．０５モル％のＡｌ２Ｏ３、９．２４モル％のＮａ２Ｏ、２．３７モル％のＢ２Ｏ３、１．１８モル％のＺｎＯ、５．８８モル％のＬｉ２Ｏ、０．０５モル％のＳｎＯ２、および２．４７モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形のシートの形態であり、厚さは０．８ｍｍであった。これらの試料に対して３ステップのイオン交換プロセスを行った。
試料を脱イオン（ＤＩ）水で洗浄し、高精度天秤で秤量した。次に、試料の表面上にスプレーされる塩溶液が迅速に乾燥し得られた塩堆積物中に水が全く残留しないことを保証するため、試料を２００℃に設定したホットプレート上に置いた。試料の温度は約８０℃〜１５０℃の間であると推定された。試料の表面に塗布される実際のスプレーの回数は、試料上に望まれる塩の重量によって決定された。スプレー塗布の回数は１５〜３０回であった。スプレー塗布の終了後、試料を再び秤量して、塩の全重量増加を求めた。次に試料を、コーティングされた側を上向きにして、４２０℃の温度のオーブン中に１時間入れて、第１のＩＯＸステップを終了した。また試料は、オーブン中に入れるときに、試料表面と接触しないガラス製ペトリ皿のふたで覆った。コーティングされた試料表面を「裏」面と呼び、これは負のたわみおよび凸形形状を有した。したがって、「前」面は、凹形の形状を有した。
第１のＩＯＸステップ中の塩は、１００％リン酸三カリウム（ＴＫＰ）のコーティングであり、ＤＩ水中のＴＫＰのほぼ飽和した溶液のスプレーコーティングによって堆積した。２つの試料を作製し、乾燥後、第１の試料は全塩重量が０．５６３ｇであり、第２の試料は全塩重量が約０．６ｇであった。
第１のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、試料を酢酸の５％溶液で洗浄し、試料をＤＩ水で洗浄し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
第２のＩＯＸステップは、試料の両側の上の両側交換であった。このプロセスで使用した浴濃度は、７０％のＮａＮＯ３／３０％のＫＮＯ３であった。第２のＩＯＸステップは４時間行った。イオン交換の前に、オーブン中１５分間、イオン交換と同じ温度の３８０℃で試料を予熱した。第２のＩＯＸステップによって、試料のたわみが反転して、前面が凸形の形状を有し裏面が凹形の形状を有するようになった。
第３のＩＯＸステップは、３８０℃において４０分間の時間、７％のＮａＮＯ３／９３％のＫＮＯ３塩溶液を用いるガラスの両側の上の両側スパイクであった。イオン交換の前に、試料を２５０℃で５分間、次に３８０℃でさらに５分間、別個のオーブン中で予熱した。第３のＩＯＸステップ後、試料の前面は凸形の形状を有し、裏面は凹形の形状を有した。
第２および第３のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
各ＩＯＸステップ後の試料で測定された横断たわみを図３３中に示す。横断たわみの測定値は、第１のＩＯＸステップ後のたわみの程度が、この第１のＩＯＸ塩組成の場合に再現性がないことを示している。第２および第３のＩＯＸステップ後の横断たわみ測定値は実質的に一致した。各ＩＯＸステップ後、測定された対角たわみは横断たわみの１．８８倍〜２倍の間の大きさであった。
実施例７
６３．７６モル％のＳｉＯ２、１５．０５モル％のＡｌ２Ｏ３、９．２４モル％のＮａ２Ｏ、２．３７モル％のＢ２Ｏ３、１．１８モル％のＺｎＯ、５．８８モル％のＬｉ２Ｏ、０．０５モル％のＳｎＯ２、および２．４７モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形のシートの形態であり、厚さは０．８ｍｍであった。これらの試料に対して３ステップのイオン交換プロセスを行った。
試料を脱イオン（ＤＩ）水で洗浄し、高精度天秤で秤量した。次に、試料の表面上にスプレーされる塩溶液が迅速に乾燥し得られた塩堆積物中に水が全く残留しないことを保証するため、試料を２００℃に設定したホットプレート上に置いた。試料の温度は約８０℃〜１５０℃の間であると推定された。試料の表面に塗布される実際のスプレーの回数は、試料上に望まれる塩の重量によって決定された。スプレー塗布の回数は１５〜３０回であった。スプレー塗布の終了後、試料を再び秤量して、塩の全重量増加を求めた。次に試料を、コーティングされた側を上向きにして、４２０℃の温度のオーブン中に１時間入れて、第１のＩＯＸステップを終了した。また試料は、オーブン中に入れるときに、試料表面と接触しないガラス製ペトリ皿のふたで覆った。コーティングされた試料表面を「裏」面と呼び、これは負のたわみおよび凸形形状を有した。したがって、「前」面は、凹形の形状を有した。
第１のＩＯＸステップ中の塩は、９９％のリン酸三カリウム（ＴＫＰ）および１％のＫＮＯ３のコーティングであり、ＤＩ水中に重量基準で９９％のＴＫＰおよび１％のＫＮＯ３のほぼ飽和した溶液のスプレーコーティングによって堆積した。２つの試料を作製し、乾燥後、第１の試料は全塩重量が０．２７９ｇであり、第２の試料は全塩重量が約０．４１２ｇであった。
第１のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、試料を酢酸の５％溶液で洗浄し、試料をＤＩ水で洗浄し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
第２のＩＯＸステップは、試料の両側の上の両側交換であった。このプロセスで使用した浴濃度は、７０％のＮａＮＯ３／３０％のＫＮＯ３であった。第２のＩＯＸステップは４時間行った。イオン交換の前に、オーブン中１５分間、イオン交換と同じ温度の３８０℃で試料を予熱した。第２のＩＯＸステップによって、試料のたわみが反転して、前面が凸形の形状を有し裏面が凹形の形状を有するようになった。
第３のＩＯＸステップは、３８０℃において４０分間の時間、７％のＮａＮＯ３／９３％のＫＮＯ３塩溶液を用いるガラスの両側の上の両側スパイクであった。イオン交換の前に、試料を２５０℃で５分間、次に３８０℃でさらに５分間、別個のオーブン中で予熱した。第３のＩＯＸステップ後、試料の前面は凸形の形状を有し、裏面は凹形の形状を有した。
第２および第３のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
各ＩＯＸステップ後の試料で測定された横断たわみを図３４中に示す。横断たわみの測定値は、各ＩＯＸステップ後でたわみの程度が再現性があったことを示している。各ＩＯＸステップ後、測定された対角たわみは横断たわみの１．８倍〜１．９７倍の間の大きさであった。
実施例８
６３．７６モル％のＳｉＯ２、１５．０５モル％のＡｌ２Ｏ３、９．２４モル％のＮａ２Ｏ、２．３７モル％のＢ２Ｏ３、１．１８モル％のＺｎＯ、５．８８モル％のＬｉ２Ｏ、０．０５モル％のＳｎＯ２、および２．４７モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形のシートの形態であり、厚さは０．８ｍｍであった。これらの試料に対して３ステップのイオン交換プロセスを行った。
試料を脱イオン（ＤＩ）水で洗浄し、高精度天秤で秤量した。次に、試料の表面上にスプレーされる塩溶液が迅速に乾燥し得られた塩堆積物中に水が全く残留しないことを保証するため、試料を２００℃に設定したホットプレート上に置いた。試料の温度は約８０℃〜１５０℃の間であると推定された。試料の表面に塗布される実際のスプレーの回数は、試料上に望まれる塩の重量によって決定された。スプレー塗布の回数は１５〜３０回であった。スプレー塗布の終了後、試料を再び秤量して、塩の全重量増加を求めた。次に試料を、コーティングされた側を上向きにして、４２０℃の温度のオーブン中に１時間入れて、第１のＩＯＸステップを終了した。また試料は、オーブン中に入れるときに、試料表面と接触しないガラス製ペトリ皿のふたで覆った。コーティングされた試料表面を「裏」面と呼び、これは負のたわみおよび凸形形状を有した。したがって、「前」面は、凹形の形状を有した。
第１のＩＯＸステップ中の塩は、９６％のリン酸三カリウム（ＴＫＰ）および４％のＫＮＯ３のコーティングであり、ＤＩ水中に重量基準で９６％のＴＫＰおよび４％のＫＮＯ３のほぼ飽和した溶液のスプレーコーティングによって堆積した。２つの試料を作製し、乾燥後、第１の試料は全塩重量が０．４０３ｇであり、第２の試料は全塩重量が約０．２６６ｇであった。
第１のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、試料を酢酸の５％溶液で洗浄し、試料をＤＩ水で洗浄し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
第２のＩＯＸステップは、試料の両側の上の両側交換であった。このプロセスで使用した浴濃度は、７０％のＮａＮＯ３／３０％のＫＮＯ３であった。第２のＩＯＸステップは４時間行った。イオン交換の前に、オーブン中１５分間、イオン交換と同じ温度の３８０℃で試料を予熱した。第２のＩＯＸステップによって、試料のたわみが反転して、前面が凸形の形状を有し裏面が凹形の形状を有するようになった。
第３のＩＯＸステップは、３８０℃において４０分間の時間、７％のＮａＮＯ３／９３％のＫＮＯ３塩溶液を用いるガラスの両側の上の両側スパイクであった。イオン交換の前に、試料を２５０℃で５分間、次に３８０℃でさらに５分間、別個のオーブン中で予熱した。第３のＩＯＸステップ後、試料の前面は凸形の形状を有し、裏面は凹形の形状を有した。
第２および第３のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
各ＩＯＸステップ後の試料で測定された横断たわみを図３５中に示す。横断たわみの測定値は、各ＩＯＸステップ後でたわみの程度が再現性があったことを示している。各ＩＯＸステップ後、測定された対角たわみは横断たわみの１．８９倍〜１．９９倍の間の大きさであった。
実施例９
６３．７６モル％のＳｉＯ２、１５．０５モル％のＡｌ２Ｏ３、９．２４モル％のＮａ２Ｏ、２．３７モル％のＢ２Ｏ３、１．１８モル％のＺｎＯ、５．８８モル％のＬｉ２Ｏ、０．０５モル％のＳｎＯ２、および２．４７モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形のシートの形態であり、厚さは０．８ｍｍであった。これらの試料に対して３ステップのイオン交換プロセスを行った。
試料を脱イオン（ＤＩ）水で洗浄し、高精度天秤で秤量した。次に、試料の表面上にスプレーされる塩溶液が迅速に乾燥し得られた塩堆積物中に水が全く残留しないことを保証するため、試料を２００℃に設定したホットプレート上に置いた。試料の温度は約８０℃〜１５０℃の間であると推定された。試料の表面に塗布される実際のスプレーの回数は、試料上に望まれる塩の重量によって決定された。スプレー塗布の回数は１５〜３０回であった。スプレー塗布の終了後、試料を再び秤量して、塩の全重量増加を求めた。次に試料を、コーティングされた側を上向きにして、オーブン中に入れて、第１のＩＯＸステップを終了した。また試料は、オーブン中に入れるときに、試料表面と接触しないガラス製ペトリ皿のふたで覆った。コーティングされた試料表面を「裏」面と呼び、これは負のたわみおよび凸形形状を有した。したがって、「前」面は、凹形の形状を有した。
第１のＩＯＸステップ中の塩は、９２％のリン酸三カリウム（ＴＫＰ）および８％のＫＮＯ３のコーティングであり、ＤＩ水中に重量基準で９２％のＴＫＰおよび８％のＫＮＯ３のほぼ飽和した溶液のスプレーコーティングによって堆積した。８つの試料を作製し、乾燥後の全塩重量は０．１０２ｇ、０．２０５ｇ、０．２１０ｇ、０．４０８ｇ、０．４１７ｇ、０．４６８ｇ、０．４９４ｇ、および０．５７５ｇであった。０．２０５ｇおよび０．４６８ｇの全塩重量の試料を除けば、第１のＩＯＸステップは、４２０℃の温度で１時間行った。０．２０５ｇの全塩重量の試料の第１のＩＯＸステップは、３９０℃の温度で２時間行った。０．４６８ｇの全塩重量の試料の第１のＩＯＸステップは、４２０℃の温度で２時間行った。
第１のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、試料を酢酸の５％溶液で洗浄し、試料をＤＩ水で洗浄し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
第２のＩＯＸステップは、試料の両側の上の両側交換であった。このプロセスで使用した浴濃度は、７０％のＮａＮＯ３／３０％のＫＮＯ３であった。第２のＩＯＸステップは４時間行った。イオン交換の前に、オーブン中１５分間、イオン交換と同じ温度の３８０℃で試料を予熱した。第２のＩＯＸステップによって、試料のたわみが反転して、前面が凸形の形状を有し裏面が凹形の形状を有するようになった。
第３のＩＯＸステップは、３８０℃において４０分間の時間、７％のＮａＮＯ３／９３％のＫＮＯ３塩溶液を用いるガラスの両側の上の両側スパイクであった。イオン交換の前に、試料を２５０℃で５分間、次に３８０℃でさらに５分間、別個のオーブン中で予熱した。第３のＩＯＸステップ後、試料の前面は凸形の形状を有し、裏面は凹形の形状を有した。
第２および第３のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
各ＩＯＸステップ後の試料で測定された横断たわみを図３６中に示す。横断たわみの測定値は、各ＩＯＸステップ後でたわみの程度が再現性があったことを示している。各ＩＯＸステップ後、測定された対角たわみは横断たわみの１．８６倍〜２．１倍の間の大きさであった。
実施例１０
６３．７６モル％のＳｉＯ２、１５．０５モル％のＡｌ２Ｏ３、９．２４モル％のＮａ２Ｏ、２．３７モル％のＢ２Ｏ３、１．１８モル％のＺｎＯ、５．８８モル％のＬｉ２Ｏ、０．０５モル％のＳｎＯ２、および２．４７モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形のシートの形態であり、厚さは０．８ｍｍであった。これらの試料に対して３ステップのイオン交換プロセスを行った。
試料を脱イオン（ＤＩ）水で洗浄し、高精度天秤で秤量した。次に、試料の表面上にスプレーされる塩溶液が迅速に乾燥し得られた塩堆積物中に水が全く残留しないことを保証するため、試料を２００℃に設定したホットプレート上に置いた。試料の温度は約８０℃〜１５０℃の間であると推定された。試料の表面に塗布される実際のスプレーの回数は、試料上に望まれる塩の重量によって決定された。スプレー塗布の回数は１５〜３０回であった。スプレー塗布の終了後、試料を再び秤量して、塩の全重量増加を求めた。次に試料を、コーティングされた側を上向きにして、オーブン中に入れて、第１のＩＯＸステップを終了した。また試料は、オーブン中に入れるときに、試料表面と接触しないガラス製ペトリ皿のふたで覆った。コーティングされた試料表面を「裏」面と呼び、これは負のたわみおよび凸形形状を有した。したがって、「前」面は、凹形の形状を有した。
第１のＩＯＸステップ中の塩は、１０％のリン酸三カリウム（ＴＫＰ）および９０％のＫＮＯ３のコーティングであり、ＤＩ水中に重量基準で１０％のＴＫＰおよび９０％のＫＮＯ３のほぼ飽和した溶液のスプレーコーティングによって堆積した。３つの試料を作製し、乾燥後の全塩重量は０．１０６ｇ、０．１３４ｇ、および０．１４６ｇであった。第１のＩＯＸステップは４２０℃の温度で１時間行った。
第１のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、試料を酢酸の５％溶液で洗浄し、試料をＤＩ水で洗浄し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
第２のＩＯＸステップは、試料の両側の上の両側交換であった。このプロセスで使用した浴濃度は、７０％のＮａＮＯ３／３０％のＫＮＯ３であった。第２のＩＯＸステップは４時間行った。イオン交換の前に、オーブン中１５分間、イオン交換と同じ温度の３８０℃で試料を予熱した。第２のＩＯＸステップによって、試料のたわみが反転して、前面が凸形の形状を有し裏面が凹形の形状を有するようになった。
第３のＩＯＸステップは、３８０℃において４０分間の時間、７％のＮａＮＯ３／９３％のＫＮＯ３塩溶液を用いるガラスの両側の上の両側スパイクであった。イオン交換の前に、試料を２５０℃で５分間、次に３８０℃でさらに５分間、別個のオーブン中で予熱した。第３のＩＯＸステップ後、試料の前面は凸形の形状を有し、裏面は凹形の形状を有した。
第２および第３のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
各ＩＯＸステップ後の試料で測定された横断たわみを図３７中に示す。横断たわみ測定値は、各ＩＯＸステップ後に再現性がなかったことを示している。これは、部分的には試料の裏面から前面への第１のＩＯＸステップ中の塩のウィッキングが観察されたためであり、低濃度のＴＫＰのためである可能性がある。各ＩＯＸステップ後、測定された対角たわみは横断たわみの１．７８倍〜１．９７倍の間の大きさであった。
実施例１１
６３．７６モル％のＳｉＯ２、１５．０５モル％のＡｌ２Ｏ３、９．２４モル％のＮａ２Ｏ、２．３７モル％のＢ２Ｏ３、１．１８モル％のＺｎＯ、５．８８モル％のＬｉ２Ｏ、０．０５モル％のＳｎＯ２、および２．４７モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形のシートの形態であり、厚さは０．８ｍｍであった。これらの試料に対して３ステップのイオン交換プロセスを行った。
試料を脱イオン（ＤＩ）水で洗浄し、高精度天秤で秤量した。次に、試料の表面上にスプレーされる塩溶液が迅速に乾燥し得られた塩堆積物中に水が全く残留しないことを保証するため、試料を２００℃に設定したホットプレート上に置いた。試料の温度は約８０℃〜１５０℃の間であると推定された。試料上に塩溶液をスプレーコーティングする前に、試料の中央に４０ｍｍ×４０ｍｍの正方形のアルミニウム箔を置いた。この配置によって、表面の各エッジから５ｍｍ延在する領域である、試料の周辺部にのみ塩を堆積することができる。試料の表面に塗布される実際のスプレーの回数は、試料上に望まれる塩の重量によって決定された。スプレー塗布の回数は１５〜３０回であった。スプレー塗布の終了後、試料からアルミニウム箔を取り外し、試料を再び秤量して、塩の全重量増加を求めた。次に試料を、コーティングされた側を上向きにして、オーブン中に入れて、第１のＩＯＸステップを終了した。また試料は、オーブン中に入れるときに、試料表面と接触しないガラス製ペトリ皿のふたで覆った。コーティングされた試料表面を「裏」面と呼び、これは負のたわみおよび凸形形状を有した。したがって、「前」面は、凹形の形状を有した。
第１のＩＯＸステップ中の塩は、９２％のリン酸三カリウム（ＴＫＰ）および８％のＫＮＯ３のコーティングであり、ＤＩ水中に重量基準で９２％のＴＫＰおよび８％のＫＮＯ３のほぼ飽和した溶液のスプレーコーティングによって堆積した。３つの試料を作製し、乾燥後の全塩重量は０．１１０ｇ、０．１１１ｇ、０．１１２ｇ、および０．１８３ｇであった。０．１１２ｇの全塩重量の試料を除けば、第１のＩＯＸステップは４２０℃の温度で１時間行った。０．１１２ｇの全塩重量の試料の第１のＩＯＸステップは、４２０℃の温度で２．４２時間行った。
第１のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、試料を酢酸の５％溶液で洗浄し、試料をＤＩ水で洗浄し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
第２のＩＯＸステップは、試料の両側の上の両側交換であった。このプロセスで使用した浴濃度は、７０％のＮａＮＯ３／３０％のＫＮＯ３であった。第２のＩＯＸステップは４時間行った。イオン交換の前に、オーブン中１５分間、イオン交換と同じ温度の３８０℃で試料を予熱した。第２のＩＯＸステップによって、試料のたわみが反転して、前面が凸形の形状を有し裏面が凹形の形状を有するようになった。
第３のＩＯＸステップは、３８０℃において４０分間の時間、７％のＮａＮＯ３／９３％のＫＮＯ３塩溶液を用いるガラスの両側の上の両側スパイクであった。イオン交換の前に、試料を２５０℃で５分間、次に３８０℃でさらに５分間、別個のオーブン中で予熱した。第３のＩＯＸステップ後、試料の前面は凸形の形状を有し、裏面は凹形の形状を有した。
第２および第３のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
各ＩＯＸステップ後の試料で測定された横断たわみを図３８中に示す。第３のＩＯＸステップ後の試料で測定された横断たわみは８μｍ〜２８μｍの間であった。各ＩＯＸステップ後、測定された対角たわみは横断たわみの１．２６倍〜３．６３倍の間の大きさであった。観察されたたわみは、周辺部に集中し、そのため試料の中央は、第１のＩＯＸステップが試料の表面全体のコーティングを伴った同様の試料よりも実質的に低い曲率を示した。横断たわみの範囲および横断たわみの平均値は、第１のＩＯＸステップが試料の表面全体のコーティングを伴った同様の試料よりも少なくとも１桁小さかった。
実施例１２
６３．７６モル％のＳｉＯ２、１５．０５モル％のＡｌ２Ｏ３、９．２４モル％のＮａ２Ｏ、２．３７モル％のＢ２Ｏ３、１．１８モル％のＺｎＯ、５．８８モル％のＬｉ２Ｏ、０．０５モル％のＳｎＯ２、および２．４７モル％のＰ２Ｏ５の組成を有するガラス物品試料。試料は、平坦な５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形のシートの形態であり、厚さは０．８ｍｍであった。これらの試料に対して３ステップのイオン交換プロセスを行った。
試料を脱イオン（ＤＩ）水で洗浄し、アセトン中に浸したきれいな布で拭き、高精度天秤で秤量した。試料の表面上にスプレーされる塩溶液が迅速に乾燥し得られた塩堆積物中に水が全く残留しないことを保証するため、試料を２００℃〜２５０℃に設定したホットプレート上に置いた。試料の温度は約８０℃〜１５０℃の間であると推定された。試料の表面に塗布される実際のスプレーの回数は、試料上に望まれる塩の重量によって決定された。スプレー塗布の回数は１５〜３０回であった。スプレー塗布の終了後、試料を再び秤量して、塩の全重量増加を求めた。次に試料を、コーティングされた側を上向きにして、オーブン中に入れて、第１のＩＯＸステップを終了した。また試料は、オーブン中に入れるときに、試料表面と接触しないガラス製ペトリ皿のふたで覆った。コーティングされた試料表面を「裏」面と呼び、これは負のたわみおよび凸形形状を有した。したがって、「前」面は、凹形の形状を有した。
第１のＩＯＸステップ中の塩は、以下の表ＩＶに示される塩のコーティングであり、ＤＩ水中でほぼ飽和した溶液のスプレーコーティングによって体積した。これらの溶液は、成分の混合および振盪を行って塩を完全に溶解させることで調製した。次にこれらの溶液は、大型汚染粒子を除去するために、きれいな布を用いてスプレーボトル中に濾過して入れた。乾燥後の試料の全塩重量は０．１ｇ〜０．６ｇであった。
Figure 2020510595
第１のＩＯＸステップは４２０℃の温度で１時間行った。
第１のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、塩の堆積による汚れを除去するために試料を酢酸の５％溶液で洗浄し、試料をＤＩ水で洗浄し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。汚れの程度によるが、酢酸洗浄は約３０分〜約３時間の範囲であった。幾つかの場合では、汚れを完全に除去することはできなかった。
第２のＩＯＸステップは、試料の両側の上の両側交換であった。このプロセスで使用した浴濃度は、７０％のＮａＮＯ３／３０％のＫＮＯ３であった。第２のＩＯＸステップは４時間行った。イオン交換の前に、オーブン中１５分間、イオン交換と同じ温度の３８０℃で試料を予熱した。第２のＩＯＸステップによって、試料のたわみが反転して、前面が凸形の形状を有し裏面が凹形の形状を有するようになった。
第３のＩＯＸステップは、３８０℃において４０分間の時間、７％のＮａＮＯ３／９３％のＫＮＯ３塩溶液を用いるガラスの両側の上の両側スパイクであった。イオン交換の前に、試料を２５０℃で５分間、次に３８０℃でさらに５分間、別個のオーブン中で予熱した。第３のＩＯＸステップ後、試料の前面は凸形の形状を有し、裏面は凹形の形状を有した。
第２および第３のＩＯＸステップ後の特性決定は、試料をＤＩ水で洗浄して残留する塩を除去し、アセトン中に浸した布で試料を拭き、プロフィロメーターおよびフラットマスターシステムを用いてたわみを測定し、高精度天秤を用いて重量を測定し、ＳＣＡＬＰで中央張力を測定し、プリズム結合測定を行って圧縮応力、ニー圧縮応力、および層深さを求めることを含んだ。
特性決定の結果を以下の表Ｖに示す。表５中に示されるように、第１のＩＯＸ塩中の固体成分としてのＴＫＰの量が増加すると、表面に広がる量が減少する。同様に、ＴＫＰの量が増加すると、リチウムの有害作用が低下するために圧縮応力の低下の量も減少する。
Figure 2020510595
説明の目的で典型的な実施形態を示してきたが、以上の記述は、本開示または添付の請求項の範囲を限定するものであると見なすべきではない。したがって、本開示の意図および範囲または添付の請求項から逸脱しない種々の修正、適応、および代案を当業者は見出すことができる。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
ガラス物品において：
第１の表面と；
第２の表面と；
前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；
少なくとも約０．５ｍの前記非対称応力プロファイルの反り性能指数（Ｗａｒｐａｇｅ Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ）と；
少なくとも約０．０５の前記非対称応力プロファイルの非対称性能指数（Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ）と、
を含むことを特徴とするガラス物品。
実施形態２
ガラス物品において：
第１の表面と；
第２の表面と；
前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；
前記ガラス物品の厚さの約１２分の１未満の前記非対称応力プロファイルの反り傾向（Ｗａｒｐａｇｅ Ｔｅｎｄｅｎｃｙ）と；
少なくとも約０．０５の前記非対称応力プロファイルの非対称性能指数と、
を含むことを特徴とするガラス物品。
実施形態３
ガラス物品において：
第１の表面と；
第２の表面と；
前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；
少なくとも約０．０５の前記非対称応力プロファイルの非対称性能指数と、
を含むことを特徴とするガラス物品。
実施形態４
ガラス物品において：
第１の表面と；
第２の表面と；
前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；
前記ガラス物品の厚さの約１２分の１未満の前記非対称応力プロファイルの反り傾向と、
を含むことを特徴とするガラス物品。
実施形態５
ガラス物品において：
第１の表面と；
第２の表面と；
前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；
少なくとも約０．５ｍの前記非対称応力プロファイルの反り性能指数と、
を含むことを特徴とするガラス物品。
実施形態６
約２モル％〜約２０モル％のＢ２Ｏ３をさらに含むことを特徴とする実施形態１〜５のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態７
５０〜７５モル％のＳｉＯ２；
５〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３；
２〜２０モル％のＢ２Ｏ３；
０〜１０モル％のＰ２Ｏ５；
６〜２５モル％のＬｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ；および
０〜１５モル％のＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ
をさらに含むことを特徴とする実施形態１〜６のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態８
前記非対称応力プロファイルの前記反り性能指数が少なくとも約１ｍであることを特徴とする実施形態１〜７のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態９
前記非対称応力プロファイルの前記反り性能指数が少なくとも約１０ｍであることを特徴とする実施形態１〜８のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態１０
前記非対称応力プロファイルの前記非対称性能指数が少なくとも約０．２であることを特徴とする実施形態１〜９のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態１１
前記非対称応力プロファイルの前記非対称性能指数が少なくとも約０．５であることを特徴とする実施形態１〜１０のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態１２
前記第２の表面の下１０μｍの深さにおいて少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力をさらに含むことを特徴とする実施形態１〜１２のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態１３
前記第２の表面の下５μｍの深さにおいて少なくとも約６５０ＭＰａの圧縮応力をさらに含むことを特徴とする実施形態１〜１２のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態１４
前記第１の表面と前記第２の表面との間の距離の１０％の前記第１の表面の下の深さにおいて少なくとも約４０ＭＰａの圧縮応力をさらに含むことを特徴とする実施形態１〜１３のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態１５
前記第１の表面と前記第２の表面との間の距離の１５％の前記第１の表面の下の深さにおいて少なくとも約３０ＭＰａの圧縮応力をさらに含むことを特徴とする実施形態１〜１４のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態１６
少なくとも約１２．５ｍの曲率半径をさらに含むことを特徴とする実施形態１〜１５のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態１７
前記第１の表面から前記ガラス物品中の第１の圧縮深さまで延在する第１の圧縮応力層と；
前記第２の表面から前記ガラス物品中の第２の圧縮深さまで延在する第２の圧縮応力層と；
前記第１の圧縮応力層中の第１の最大圧縮応力と；
前記第２の圧縮応力層中の第２の最大圧縮応力と
をさらに含み、
前記第１の最大圧縮応力と前記第２の最大圧縮応力との比が約１：３以下であることを特徴とする実施形態１〜１６のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態１８
前記ガラス物品が約０．３未満の反り抑制因子を有することを特徴とする実施形態１〜１７のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態１９
前記第１の表面と前記第２の表面との間の距離が約１ｍｍ未満であることを特徴とする実施形態１〜１８のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態２０
前記ガラス物品が、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する第２の応力プロファイルを有する領域を含み、前記第２の応力プロファイルが前記非対称応力プロファイルとは異なることを特徴とする実施形態１〜１９のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態２１
前記非対称応力プロファイルの非対称性能指数と前記第２の応力プロファイルの非対称性能指数との間の差が少なくとも０．２であることを特徴とする実施形態２０に記載のガラス物品。
実施形態２２
ガラスセラミックをさらに含むことを特徴とする実施形態１〜２１のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態２３
前記ガラス物品が、少なくとも第１の層および第２の層を含む積層構造であり、前記第１の層および第２の層のそれぞれがガラスまたはガラスセラミックを含むことを特徴とする実施形態１〜２２のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態２４
消費者向け電子製品において：
前面、裏面、および側面を有するハウジングと；
少なくとも部分的に前記ハウジング内に設けられる電気部品において、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、前記ディスプレイが前記ハウジングの前記前面に設けられる、または前記前面に隣接して設けられる電気部品と；
前記ディスプレイ上に配置されるカバーガラス物品と
を含み、前記ハウジングの一部または前記カバーガラス物品の少なくとも１つが、実施形態１〜２３のいずれか一項に記載のガラス物品を含むことを特徴とする消費者向け電子部品。
実施形態２５
ガラス物品において：
第１の表面と；
第２の表面と；
前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；
前記第１の表面から前記ガラス物品中の第１の圧縮深さまで延在する第１の圧縮応力層と；
前記第２の表面から前記ガラス物品中の第２の圧縮深さまで延在する第２の圧縮応力層と；
反り高さと
を含み、
前記第１の圧縮深さと前記第２の圧縮深さとの比が少なくとも約１．５：１であり、前記反り高さが前記ガラス物品の最大寸法の約１％未満であることを特徴とするガラス物品。
実施形態２６
前記第１の圧縮応力層中の第１の最大圧縮応力と；
前記第２の圧縮応力層中の第２の最大圧縮応力と
をさらに含み、
前記第１の最大圧縮応力と前記第２の最大圧縮応力との比が約１：３以下であることを特徴とする実施形態２５に記載のガラス物品。
実施形態２７
前記第１の圧縮深さと前記第２の圧縮深さとの比が少なくとも約３：１であることを特徴とする実施形態２５または２６に記載のガラス物品。
実施形態２８
前記反り高さが、前記ガラス物品の最大寸法の約０．１％未満であることを特徴とする実施形態２５〜２７のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態２９
前記ガラス物品が少なくとも約０．２の非対称性能指数を有することを特徴とする実施形態２５〜２８のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態３０
前記ガラス物品が少なくとも約０．５ｍの反り性能指数を有することを特徴とする実施形態２５〜２９のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態３１
前記ガラス物品が約０．３未満の反り抑制因子を有することを特徴とする実施形態２５〜３０のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態３２
前記第２の表面の下１０μｍの深さにおいて少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力をさらに含むことを特徴とする実施形態２５〜３１のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態３３
前記第２の表面の下５μｍの深さにおいて少なくとも約６５０ＭＰａの圧縮応力をさらに含むことを特徴とする実施形態２５〜３２のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態３４
前記第１の表面と前記第２の表面との間の距離の１０％の前記第１の表面の下の深さにおいて少なくとも約４０ＭＰａの圧縮応力をさらに含むことを特徴とする実施形態２５〜３３のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態３５
前記第１の表面と前記第２の表面との間の距離の１５％の前記第１の表面の下の深さにおいて少なくとも約３０ＭＰａの圧縮応力をさらに含むことを特徴とする実施形態２５〜３４のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態３６
前記第１の表面と前記第２の表面との間の距離が約１ｍｍ未満であることを特徴とする実施形態２５〜３５のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態３７
少なくとも約１２．５ｍの曲率半径をさらに含むことを特徴とする実施形態２５〜３６のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態３８
ガラスセラミックをさらに含むことを特徴とする実施形態２５〜３７のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態３９
前記ガラス物品が、少なくとも第１の層および第２の層を含む積層構造であり、前記第１の層および第２の層のそれぞれがガラスまたはガラスセラミックを含むことを特徴とする実施形態２５〜３８のいずれか一項に記載のガラス物品。
実施形態４０
消費者向け電子製品において：
前面、裏面、および側面を有するハウジングと；
少なくとも部分的に前記ハウジング内に設けられる電気部品において、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、前記ディスプレイが、前記ハウジングの前記前面に設けられる、または前記前面に隣接して設けられる電気部品と；
前記ディスプレイ上に配置されるカバーガラス物品と
を含み、前記ハウジングの一部または前記カバーガラス物品の少なくとも１つが、実施形態２５〜３９のいずれか一項に記載のガラス物品を含むことを特徴とする消費者向け電子製品。
実施形態４１
ガラス物品の第１の表面をイオン交換して、前記第１の表面から延在する第１の圧縮応力層を形成するステップと；
前記ガラス物品の第２の表面をイオン交換して、前記第２の表面から延在する第２の圧縮応力層を形成するステップと
を含み、
前記第１の圧縮応力層および前記第２の圧縮応力層を含む前記ガラス物品が、少なくとも約０．５ｍの反り性能指数、および少なくとも約０．０５の非対称性能指数を含むことを特徴とする方法。
実施形態４２
前記ガラス物品を熱処理するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態４１に記載の方法。
実施形態４３
前記第１の圧縮応力層と前記第２の圧縮応力層とが同時に形成されることを特徴とする実施形態４１または４２に記載の方法。
実施形態４４
前記第２の表面をイオン交換するステップの前に、前記ガラス物品の前記第１の表面に障壁層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態４１〜４３のいずれか一項に記載の方法。
実施形態４５
前記障壁層を形成するステップが、前記第１の表面をＣｕ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ、およびＴｉのイオンの少なくとも１つでイオン交換するステップを含むことを特徴とする実施形態４４に記載の方法。
実施形態４６
前記障壁層が１μｍ未満の深さを有することを特徴とする実施形態４４または４５に記載の方法。
実施形態４７
前記障壁層を前記ガラス物品から除去するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態４４〜４６のいずれか一項に記載の方法。
実施形態４８
前記ガラス物品をイオン交換するステップの前に、前記ガラス物品を熱処理して湾曲したガラス物品を形成するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態４１〜４７のいずれか一項に記載の方法。
実施形態４９
ガラス物品の第１の表面の少なくとも一部の上に塩を配置するステップと；
前記ガラス物品および塩をイオン交換温度まで加熱することによって、前記ガラス物品をイオン交換して、非対称応力プロファイルを有するガラス物品を形成するステップと
を含み、
前記塩が、前記イオン交換温度において固体である固体成分を含むことを特徴とする方法。
実施形態５０
前記塩が、前記イオン交換温度において液体である液体成分をさらに含むことを特徴とする実施形態４９に記載の方法。
実施形態５１
前記固体成分が硫酸アルカリおよびリン酸アルカリの少なくとも１つを含むことを特徴とする実施形態４９または５０に記載の方法。
実施形態５２
前記固体成分が、リン酸三カリウム、リン酸三ナトリウム、硫酸カリウム、および硫酸ナトリウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする実施形態４９〜５１のいずれか一項に記載の方法。
実施形態５３
前記液体成分が少なくとも１つの硝酸アルカリを含むことを特徴とする実施形態５０〜５２のいずれか一項に記載の方法。
実施形態５４
前記液体成分がＫＮＯ３およびＮａＮＯ３の少なくとも１つを含むことを特徴とする実施形態５０〜５３のいずれか一項に記載の方法。
実施形態５５
前記固体成分が５重量％〜９９．５重量％の量で前記塩に存在することを特徴とする実施形態４９〜５４のいずれか一項に記載の方法。
実施形態５６
前記固体成分が３０重量％〜９８重量％の量で前記塩に存在することを特徴とする実施形態４９〜５５のいずれか一項に記載の方法。
実施形態５７
前記塩が、前記第１の表面の全体の上に配置されることを特徴とする実施形態４９〜５６のいずれか一項に記載の方法。
実施形態５８
前記塩が、前記第１の表面の中央の上には配置されないことを特徴とする実施形態４９〜５７のいずれか一項に記載の方法。
実施形態５９
前記塩が、前記第１の表面の周辺部にのみ配置されることを特徴とする実施形態４９〜５８のいずれか一項に記載の方法。
実施形態６０
前記塩を配置するステップの前に、前記第１の表面の一部の上に障壁層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態４９〜５９のいずれか一項に記載の方法。
実施形態６１
前記障壁層が、アルカリフリーガラス、ＳｉＯ２、および金属の少なくとも１つを含むことを特徴とする実施形態６０に記載の方法。
実施形態６２
前記ガラス物品のイオン交換のステップの後に前記障壁層を除去するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態６０または６１に記載の方法。
実施形態６３
前記ガラス物品を溶融塩浴に接触させるステップをさらに含むことを特徴とする実施形態４９〜６２のいずれか一項に記載の方法。
実施形態６４
前記ガラス物品を第２の溶融塩浴に接触させるステップをさらに含むことを特徴とする実施形態６３に記載の方法。
実施形態６５
前記非対称応力プロファイルが少なくとも約０．０５の非対称性能指数を有することを特徴とする実施形態４９〜６４のいずれか一項に記載の方法。
実施形態６６
前記非対称応力プロファイルが少なくとも約０．５ｍの反り性能指数を有することを特徴とする実施形態４９〜６５のいずれか一項に記載の方法。
実施形態６７
前記非対称応力プロファイルが、前記ガラス物品の厚さの約１２分の１未満の反り傾向を有することを特徴とする実施形態４９〜６６のいずれか一項に記載の方法。

Claims (16)

  1. ガラス物品において：
    第１の表面と；
    第２の表面と；
    前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；
    少なくとも約０．５ｍの前記非対称応力プロファイルの反り性能指数（Ｗａｒｐａｇｅ Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ）と；
    少なくとも約０．０５の前記非対称応力プロファイルの非対称性能指数（Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ）と、
    を含むことを特徴とするガラス物品。
  2. ガラス物品において：
    第１の表面と；
    第２の表面と；
    前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；
    前記ガラス物品の厚さの約１２分の１未満の前記非対称応力プロファイルの反り傾向（Ｗａｒｐａｇｅ Ｔｅｎｄｅｎｃｙ）と；
    少なくとも約０．０５の前記非対称応力プロファイルの非対称性能指数と、
    を含むことを特徴とするガラス物品。
  3. ５０〜７５モル％のＳｉＯ２；
    ５〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３；
    ２〜２０モル％のＢ２Ｏ３；
    ０〜１０モル％のＰ２Ｏ５；
    ６〜２５モル％のＬｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ；および
    ０〜１５モル％のＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ
    をさらに含むことを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載のガラス物品。
  4. 前記ガラス物品が、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する第２の応力プロファイルを有する領域を含み、前記第２の応力プロファイルが前記非対称応力プロファイルとは異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス物品。
  5. ガラス物品において：
    第１の表面と；
    第２の表面と；
    前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する非対称応力プロファイルと；
    前記第１の表面から前記ガラス物品中の第１の圧縮深さまで延在する第１の圧縮応力層；
    前記第２の表面から前記ガラス物品中の第２の圧縮深さまで延在する第２の圧縮応力層と；
    反り高さと
    を含み、
    前記第１の圧縮深さと前記第２の圧縮深さとの比が少なくとも約１．５：１であり、前記反り高さが前記ガラス物品の最大寸法の約１％未満であることを特徴とするガラス物品。
  6. 前記第１の圧縮応力層中の第１の最大圧縮応力と；
    前記第２の圧縮応力層中の第２の最大圧縮応力と
    をさらに含み、
    前記第１の最大圧縮応力と前記第２の最大圧縮応力との比が約１：３以下であることを特徴とする請求項５に記載のガラス物品。
  7. 前記第１の圧縮深さと前記第２の圧縮深さとの比が少なくとも約３：１であることを特徴とする請求項５または６に記載のガラス物品。
  8. 前記非対称応力プロファイルの前記非対称性能指数が少なくとも約０．２である；
    約０．３未満の反り抑制因子；および
    前記非対称応力プロファイルの前記反り性能指数が少なくとも約１ｍである、
    の少なくとも１つ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物品。
  9. 前記第２の表面の下１０μｍの深さにおいて少なくとも約５００ＭＰａの圧縮応力；
    前記第２の表面の下５μｍの深さにおいて少なくとも約６５０ＭＰａの圧縮応力；
    前記第１の表面と前記第２の表面との間の距離の１０％の前記第１の表面の下の深さにおいて少なくとも約４０ＭＰａの圧縮応力；
    前記第１の表面と前記第２の表面との間の距離の１５％の前記第１の表面の下の深さにおいて少なくとも約３０ＭＰａの圧縮応力；および
    少なくとも約１２．５ｍの曲率半径
    の少なくとも１つをさらに含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のガラス物品。
  10. 消費者向け電子製品において：
    前面、裏面、および側面を有するハウジングと；
    少なくとも部分的に前記ハウジング内に設けられる電気部品において、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、前記ディスプレイが前記ハウジングの前記前面に設けられる、または前記前面に隣接して設けられる電気部品と；
    前記ディスプレイ上に配置されるカバーガラス物品と
    を含み、前記ハウジングの一部または前記カバーガラス物品の少なくとも１つが、請求項１〜９のいずれか一項に記載のガラス物品を含むことを特徴とする消費者向け電子部品。
  11. ガラス物品の第１の表面をイオン交換して、前記第１の表面から延在する第１の圧縮応力層を形成するステップと；
    前記ガラス物品の第２の表面をイオン交換して、前記第２の表面から延在する第２の圧縮応力層を形成するステップと
    を含み、
    前記第１の圧縮応力層および前記第２の圧縮応力層を含む前記ガラス物品が、少なくとも約０．５ｍの反り性能指数、および少なくとも約０．０５の非対称性能指数を含むことを特徴とする方法。
  12. 前記ガラス物品をイオン交換するステップの前に、前記ガラス物品を熱処理して湾曲したガラス物品を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. ガラス物品の第１の表面の少なくとも一部の上に塩を配置するステップと；
    前記ガラス物品および塩をイオン交換温度まで加熱することによって、前記ガラス物品をイオン交換して、非対称応力プロファイルを有するガラス物品を形成するステップと
    を含み、
    前記塩が、前記イオン交換温度において固体である固体成分を含むことを特徴とする方法。
  14. 前記塩が、前記イオン交換温度において液体である液体成分をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 前記固体成分が硫酸アルカリおよびリン酸アルカリの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
  16. 前記液体成分が少なくとも１つの硝酸アルカリを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
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