KR102413902B1 - 내파단성 및 내스크래치성 유리 물품 - Google Patents

내파단성 및 내스크래치성 유리 물품 Download PDF

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Abstract

유리 조성물, 유리 물품 및 화학적으로 강화된 유리 물품의 구체 예는, 개시된다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 유리 조성물은, Li2O, 약 0.9mol% 초과의 B2O3, 10mol% 이상의 양으로 Al2O3 및 약 60mol% 내지 약 80mol%의 SiO2를 포함한다. 화학적으로 강화된 유리 물품의 구체 예는, 두께 (t)를 한정하는 제1 주 표면 및 대립하는 제2 주 표면, 상기 제1 주 표면으로부터 약 0.12t를 초과하는 압축의 깊이로 연장되는 압축 응력 층, 약 200MPa 이상의 최대 압축 응력, 및 상기 제1 주 표면 및 제2 주 표면 중 어느 하나에서 측정된 것으로, 약 6N을 초과하는 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 포함한다. 이러한 화학적으로 강화된 유리 물품을 형성하는 방법은 또한 개시된다.

Description

내파단성 및 내스크래치성 유리 물품{Fracture and scratch resistant glass articles}
본 출원은, 2016년 7월 5일자로 출원된 미국 가 특허출원 제62/358,379호 및 2016년 5월 27일자로 출원된 미국 가 특허출원 제62/342,558호의 우선권을 주장하며, 이들 각각의 내용은 전체적으로 여기에 참조로서 혼입된다.
본 개시는, 내파단성 (fracture resistant) 및 내스크래치성 (scratch resistant) 유리 물품 (glass articles)에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, Li2O 및 B2O3-함유 조성물을 포함하고 및 강화된 후에 깊은 압축의 깊이 및 높은 내스크래치성을 나타내는 유리 물품에 관한 것이다.
유리 물품은, 종종 이러한 물품의 표면으로 큰 흠 (flaws)을 도입할 수 있는 심한 충격을 경험한다. 이러한 흠은 표면으로부터 최대 약 200 micrometers (미크론, 또는 ㎛)의 깊이로 연장될 수 있다. 전통적으로, 열적으로 템퍼링된 유리 (thermally tempered glass)가, 이러한 흠이 유리 내로 더욱 전파되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서, 파손을 방지할 수 있는, 깊은 압축 응력 (CS) 층 (예를 들어, 유리 물품의 전체 두께의 대략 21%)을 종종 나타내기 때문에, 열적으로 템퍼링된 유리는, 유리 내로 상기 흠의 도입에 의해 발생되는 파손을 방지하기 위해 사용되어 왔다. 열적 템퍼링에 의해 발생된 응력 프로파일의 예는, 도 1에 나타낸다. 도 1은, X-축에 따라 도시된, 그 두께에 따라 열적으로 템퍼링된 유리 물품 (100)의 응력 프로파일의 단면도이다. 응력의 크기는, 압축 응력과 인장 응력 사이에 교차 및 0 응력을 나타내는 선 (101)으로 y-축 상에 예시된다.
도 1에서, 열적으로 처리된 유리 물품 (100)은, 제1표면 (101), 두께 (t1), 및 표면 CS (110)를 포함한다. 열적으로 처리된 유리 물품 (100)은, 제1표면 (101)으로부터 압축의 깊이 (DOC) (130)로 감소하는 CS를 나타내며, 유리 물품 내에 이 깊이에서 응력은 압축 응력으로부터 인장 응력으로 변화한다. DOC를 넘어서는 깊이에서, 응력은 그 다음 인장이 되어, 최대 중심 장력 (CT) (120)에 도달한다.
열적 강화 및 원하는 잔류 응력을 달성하기 위해, 충분한 열적 구배 (thermal gradient)가, 이러한 물품의 코어와 표면 사이에 형성되어야 하기 때문에, 열적 템퍼링은 현재, 두꺼운 유리 물품 (즉, 약 3 millimeters 이상의 두께 (t 1)를 갖는 유리 물품)으로 제한된다. 이러한 두꺼운 물품은, 디스플레이 (예를 들어, 휴대폰, 테블릿, 컴퓨터, 네비게이션 시스템, 및 이와 유사한 것을 포함하는, 소비자 전자제품), 건축용 물품 (예를 들어, 창, 샤워 패널, 조리대, 등), 수송용 물품 (예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박, 등), 가전기기, 또는 우수한 내파단성이지만, 얇고, 경-량의 물품을 요구하는 임의의 적용과 같은 많은 적용들에서 바람직하지 않거나 또는 실용적이지 않다.
비록 화학적 강화가 열적 템퍼링과 동일한 방식으로 유리-계 물품의 두께에 의해 제한되지 않을지라도, 알려진 화학적으로 강화된 유리-계 물품은, 열적으로 템퍼링된 유리-계 물품의 응력 프로파일을 나타내지 못한다. 화학적 강화에 의해 (예를 들어, 이온 교환 공정에 의해) 발생된 응력 프로파일의 예는, 도 2에 나타낸다. 도 2는, X-축에 따라 도시된, 그 두께에 따라 알려진 화학적으로 강화된 유리 물품 (200)의 응력 프로파일의 단면도이다. 응력의 크기는, 압축 응력으로부터 인장 응력으로 교차 및 0 응력을 나타내는 선 (201)으로 y-축 상에 예시된다. 도 2에서, 화학적으로 강화된 유리 물품 (200)은, 제1표면 (201), 두께 (t 2) 및 표면 CS (210)을 포함한다. 유리 물품 (200)은, 제1표면 (201)으로부터 DOC (230)로 감소하는 CS를 나타내며, 이 깊이에서 응력은 압축 응력으로부터 인장 응력으로 변화한다. DOC를 넘어서, 응력은 인장이 되어, 최대 CT (220)에 도달한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 이러한 프로파일은, 실질적으로 평편한 CT 영역 또는 CT 영역의 적어도 일부에 따라 일정하거나 또는 거의 일정한 인장 응력을 갖는 CT 영역을 나타낸다. 종종, 알려진 화학적으로 강화된 유리-계 물품은, 도 1에 나타낸 최대 중심 값과 비교하여, 더 낮은 최대 CT 값을 나타낸다.
따라서, 개선된 내파단성을 나타내는 얇은 유리 물품에 대한 요구가 있다.
본 개시의 제1 관점은, Li2O, P2O5, 및 약 0.9mol% 초과의 B2O3를 포함하는 조성물을 포함하는 알루미노실리케이트 유리 물품에 관한 것이다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 60mol% 내지 약 80mol%의 범위에서 양으로 SiO2; 약 10mol% 또는 13.5mol% 이상의 양으로 Al2O3; 약 5mol% 내지 약 11mol%의 범위에서 양으로 Li2O; 약 1mol% 내지 약 5mol%의 범위에서 양으로 P2O5; 약 0.9mol%를 초과하는 B2O3; 및 약 0.5mol% 내지 약 12mol%의 범위에서 양으로 Na2O를 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 60mol% 내지 약 80mol%의 범위에서 양으로 SiO2, 10mol% 이상의 양으로 Al2O3, 약 10mol% 이하의 Li2O, 약 1mol% 내지 약 5mol%의 범위에서 양으로 P2O5, 약 0.9mol% 초과의 B2O3; 및 약 0.5mol% 내지 약 12mol% 범위의 양으로 Na2O를 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, Al2O3는, 약 13.5mol% 내지 약 18mol% 범위의 양으로 조성물에 존재한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물에서 P2O5의 양은, 약 3mol% 미만일 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 B2O3의 양은, 약 0.9mol% 내지 약 6.5mol% 또는 약 1mol% 내지 약 6.5mol% 범위의 양이다. 하나 이상의 구체 예에서, B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량은, 약 80mol% 이상이다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 R2O를 포함한다. 여기에 사용된 바와 같이, R2O는 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, 및 Cs2O와 같은, 알칼리 금속 산화물을 지칭한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, (조성물 내에 임의의 및 모든 알칼리 금속 산화물의 총량을 의미하는) R2O의 총량을 약 12mol% 내지 약 20mol%의 범위에서 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, Na2O의 양은, 약 3mol% 내지 약 11mol% 범위의 양이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 5mol% 내지 약 11mol% 또는 약 5mol% 내지 약 7mol% 범위의 양으로 Li2O를 포함한다. 선택적으로, 상기 조성물은, K2O가 실질적으로 없다. 하나 이상의 구체 예에서, Na2O의 양은 Li2O의 양을 초과한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 RO를 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, RO는 MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO 및 이와 유사한 것과 같은, 알칼리토 금속 산화물을 지칭한다. 몇몇 구체 예에서, (조성물 내에 임의의 및 모든 알칼리토 금속 산화물의 총량을 의미하는) RO의 총량은, 약 0.05mol% 내지 약 4mol%의 범위이다. 하나 이상의 특정 구체 예에서, 조성물은 약 0.5mol% 내지 약 3mol% 범위의 양으로 ZnO를 포함한다.
하나 이상의 구체 예의 조성물은, SnO2를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 약 1.5mol% 미만의 ZrO2를 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 약 300 kilopoise 이하의 액상선 점도를 나타낸다. 몇몇 다른 구체 예에서, 상기 조성물은 약 300 kilopoise를 초과하는 액상선 점도를 나타낸다.
본 개시의 제2 관점은, 화학적으로 강화된 유리 물품에 관한 것이다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 화학적으로 강화된 유리 물품은, 두께 (t)를 한정하는 제1 주 표면 및 대립하는 제2 주 표면, 및 Li2O, P2O5, 약 0.9mol% 초과의 B2O3, 13.5mol% 이상의 양으로Al2O3, 및 약 0.5mol% 내지 약 12mol%의 Na2O를 포함하는 조성물을 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 화학적으로 강화된 유리 물품의 조성물은, 약 10mol% 이하의 양으로 Li2O, P2O5, 약 0.9mol%를 초과하는 B2O3, 10mol% 이상의 Al2O3, 및 약 0.5mol% 내지 약 12mol%의 Na2O를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 화학적으로 강화된 유리 물품은, 제1 주 표면으로부터 약 0.1t 초과 또는 약 0.12t 이상인 DOC까지 연장되는 CS 층을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 화학적으로 강화된 유리 물품은, 약 200MPa 이상의 최대 CS를 갖는 CS 층을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 CS 층은 약 300 이상의 표면 CS를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 화학적으로 강화된 유리 물품은, 약 40MPa를 초과하는 최대 CT 또는 약 40MPa 내지 약 100MPa의 범위에서 최대 CT를 포함한다. 몇몇 사례에서, 최대 CT는 약 100MPa 미만이다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 화학적으로 강화된 유리 물품은, 최대 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는, 약 0.01 내지 약 0.2의 범위이다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 화학적으로 강화된 유리 물품은, 전체 두께 (t)를 따라 연장되는 응력 프로파일을 포함하며, 여기서, 약 0·t 내지 0.3·t의 두께 범위와 0.7·t를 초과하는 두께 범위 사이에 응력 프로파일의 모든 지점 약 0.1MPa/micrometer를 초과하는 절대값으로 기울기를 갖는 접선 (tangent)을 포함한다. 다른 구체 예에서, 상기 화학적으로 강화된 유리 물품은, 전체 두께 (t)를 따라 연장되는 응력 프로파일을 포함하며, 여기서, 약 0·t 내지 0.3·t의 두께 범위 사이에 응력 프로파일의 적어도 하나의 지점 및 0.7·t를 초과하는 응력 프로파일의 적어도 하나의 지점 중 각각의 하나가, 약 0.1MPa/micrometer를 초과하는 절대값으로 기울기를 갖는 접선을 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 화학적으로 강화된 유리 물품은, 0이 아니며 및 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변하는 금속 산화물의 농도를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물은 Na2O, K2O Rb2O, 및 Cs2O 중 임의의 하나 이상을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 금속 산화물의 농도는, 0이 아니며 및 전체 두께에 따라 변한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 금속 산화물은 이의 농도가 0이 아니고 및 변화하는 두께 범위를 따라 응력을 발생시킨다. 선택적으로, 상기 금속 산화물의 농도는, 제1표면으로부터 상기 제1표면과 제2표면 사이의 지점에서 값으로 감소하고 및 상기 값으로부터 제2표면으로 증가한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 화학적으로 강화된 유리 물품은, 약 0.4·t 이상의 최대 화학적 깊이를 나타낸다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 화학적으로 강화된 유리 물품은, 85MPa 미만의 영률 (Young's modulus)을 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, 강화되지 않은 유리 물품 및 화학적으로 강화된 유리 물품은, 제1 주 표면 및 제2 주 표면 중 어느 하나에서 측정된 것으로, 약 6 N를 초과하는 누프 측면 균열 스크래치 임계값 (Knoop Lateral Cracking Scratch Threshold)을 포함한다.
본 개시의 제3 관점은, 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징, 상기 하우징의 내부에 적어도 부분적으로 존재하는 전기 부품, 상기 하우징의 전면에 또는 인접한 디스플레이, 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 물품을 포함하는 장치에 관한 것으로, 상기 커버 물품은 여기에 기재된 구체 예에 따른 화학적으로 강화된 유리 물품을 포함한다.
부가적인 특색 및 장점은, 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로 하기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 명백하거나, 또는 하기 상세한 설명, 청구항뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 구체 예를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.
전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 단순히 대표적인 것이고, 청구항의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 수반되는 도면은 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 혼입되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구체 예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 구체 예의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은, 알려진, 열적으로 템퍼링된 유리 물품의 두께를 가로지르는 단면도이다.
도 2는, 알려진, 화학적으로 강화된 유리 물품의 두께를 가로지르는 단면도이다.
도 3은, 하나 이상의 구체 예에 따른 유리 물품의 측면도이다.
도 4는, 본 개시의 하나 이상의 구체 예에 따른 화학적으로 강화된 유리 물품의 두께를 가로지르는 단면도이다.
도 5는, 링-온-링 (ring-on-ring) 장치의 개략적인 단면도이다.
도 6은, 본 개시에 기재된 샌드페이퍼 상에 역 볼 (inverted ball on sandpaper: IBoS) 시험을 수행하는데 사용된 장치의 구체 예의 개략적인 단면도이다.
도 7은, 휴대용 또는 핸드헬드 (hand held) 전자 장치에 사용되는 유리-계 물품에서 통상적으로 발생하는 손상 도입뿐만 아니라 굽힘 (bending)으로 인한 파손 (failure)에 대한 주된 메커니즘의 개략적인 단면도이다.
도 8은, 여기에 기재된 장치에서 IBoS 시험을 실행하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 9는, 여기에 기재된 유리 물품의 하나 이상의 구체 예를 혼입한 전자 장치의 정면도이다.
도 10은, 유리-계 물품의 시험 장치의 측면도이다.
도 11은, 도 10에 나타낸 시험 장치의 일부의 측면도이다.
도 12는, 도 10에 나타낸 시험 장치의 후면 사시도이다.
도 13은, 도 10에 나타낸 시험 장치의 전면 사시도이다.
도 14는, 유리-계 물품의 시험 장치의 개략적인 측면도이다.
도 15는, 도 10에 나타낸 시험 장치의 일부의 측면도이다.
도 16은, 유리-계 물품을 위한 또 다른 시험 장치의 사시도이다.
도 17은, 도 16의 시험 장치의 일부의 측면도이다.
도 18은, 도 10의 장치로 시험된 유리 샘플에 대한 표면 충격 시험의 결과의 플롯 (plot)이다.
도 19는, 도 16의 장치로 시험된 유리 샘플의 에지 충격 시험의 결과의 플롯이다.
이하 언급은 다양한 구체 예에 대해 상세하게 이루어질 것이다.
다음의 상세한 설명에서, 동일한 도면 부호는, 도면에 나타낸 여러 도를 통해 동일하거나 대응하는 부분을 나타낸다. 또한, 별도로 명시되지 않는 한, "상부", "하부", "외부", "내부" 등과 같은, 용어는, 편의의 단어이지 제한 용어로 해석되지 않는 것으로 이해된다. 부가적으로, 군 (group)이 요소의 군 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기재된 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여 열거된 이들 요소의 임의의 수를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 유사하게, 군이 요소의 군 및 이들의 조합 중 적어도 하나로 이루어진 것으로 기재된 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여 열거된 이들 요소의 임의의 수로 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 별도의 언급이 없는 한, 열거된 경우, 값의 범위는, 상기 범위의 상한 및 하한뿐만 아니라 그들 사이의 임의의 범위를 모두 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, "단수" 및 "복수"는 특별히 구분없이 사용되며, 별도의 언급이 없는 한, "단수" 및 "복수" 모두 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다. 또한, 본 명세서 및 도면들에 개시된 다양한 특색들은 어떤 하나 및 모두 조합하여 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "유리 물품"은 유리로 전체적으로 또는 부분적으로 만들어진 임의의 물체를 포함하는 넓은 의미로 사용된다. 유리 물품은 유리 및 비-유리 물질의 적층, 유리 및 결정질 물질의 적층, 및 (비정질 상 및 결정상 상을 포함하는) 유리-세라믹을 포함한다.
용어 "실질적으로" 및 "약"은, 임의의 정량적인 비교, 값, 측정, 또는 기타 표현에 기인할 수 있는 내재하는 불확실성의 정도를 나타내는 것으로 여기에서 활용될 수 있는 점에 주목된다. 이들 용어는 또한 문제의 주제의 기본적인 기능에서 변화를 결과하지 않고 정량적인 표현이 명시된 기준으로부터 변할 수 있는 정도를 나타내는 것으로 여기에서 활용된다. 따라서, 예를 들어, "MgO가 실질적으로 없는" 유리 물품은, MgO가 유리 물품에 능동적으로 첨가되지 않았거나 또는 배칭되지 (batched) 않았지만, 오염물로서 매우 소량으로 존재할 수 있는 물품이다.
별도로 명시하지 않는 한, 모든 온도는, 섭씨 (℃)로 표현된다. 열팽창계수 (CTE)는, 섭씨 (℃)에 대한 ppm (parts per million)으로 표현되며, 및 별도로 명시하지 않는 한, 약 20℃ 내지 약 300℃의 온도 범위에 걸쳐 측정된 값을 나타낸다. 고온 (또는 액체) CTE는, 또한 ppm/℃으로 표현되며, 및 순간 CTE (instantaneous CTE) 대 온도 곡선의 고온 플래토 영역 (plateau region)에서 측정된 값을 나타낸다. 고온 CTE는, 변형 영역 (transformation region)을 통해 유리의 가열 또는 냉각과 관련된 체적 변화를 측정한다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "연화점"은, 유리의 점도가 대략 107.6 poise (P)인 온도를 지칭하고, 용어 "어닐링점"은, 유리의 점도가 대략 1013.2 poise인 온도를 지칭하며, 용어 "200 poise 온도 (T200P)"는, 유리의 점도가 대략 200 poise인 온도를 지칭하고, 용어 "1011 poise 온도"는, 유리의 점도가 대략 1011 poise인 온도를 지칭하며, 용어 "35kP 온도 (T35kP)"는, 유리의 점도가 대략 35 kilopoise (kP)인 온도를 지칭하고, 및 "160kP 온도 (T160kP)"는, 유리의 점도가 대략 160 kP인 온도를 지칭한다.
본 개시의 제1 관점은 Li2O, P2O5 및 B2O3를 포함하는 조성물을 포함하는 알루미노실리케이트 유리 물품에 관한 것이다. 별도로 명시하지 않는 한, 모든 조성물은, 산화물 기준으로 분석된 몰 퍼센트 (mol%)로 기재되며, 및 여기에 기재된 바와 같이 화학적으로 강화되기 전에 유리 물품과 관련된다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 60mol% 내지 약 80mol% 범위의 양으로 SiO2, 13.5mol% 이상의 양으로 Al2O3, 약 0.9mol%를 초과하는 B2O3, 약 5mol% 내지 약 11mol% 범위의 양으로 Li2O, 약 1mol% 내지 약 5mol% 범위의 양으로 P2O5, 및 약 0.5mol% 내지 약 12mol% 범위의 양으로 Na2O를 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 60mol% 내지 약 80mol% 범위의 양으로 SiO2, 10mol% 이상의 양으로 Al2O3, 약 0.9mol%를 초과하는 B2O3, 약 5mol% 내지 약 10mol% 범위의 양으로 Li2O, 약 1mol% 내지 약 5mol% 범위의 양으로 P2O5, 및 약 0.5mol% 내지 약 12mol% 범위의 양으로 Na2O를 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 60mol% 내지 약 80mol%, 약 60mol% 내지 약 78mol%, 약 60mol% 내지 약 76mol%, 약 60mol% 내지 약 75mol%, 약 60mol% 내지 약 74mol%, 약 60mol% 내지 약 72mol%, 약 60mol% 내지 약 70mol%, 약 60mol% 내지 약 68mol%, 약 60mol% 내지 약 66mol%, 약 60mol% 내지 약 64mol%, 약 62mol% 내지 약 80mol%, 약 64mol% 내지 약 80mol%, 약 65mol% 내지 약 80mol%, 약 66mol% 내지 약 80mol%, 약 68mol% 내지 약 80mol%, 약 70mol% 내지 약 80mol%, 약 72mol% 내지 약 80mol%, 약 74mol% 내지 약 80mol%, 약 75mol% 내지 약 80mol%, 약 62mol% 내지 약 68mol%, 또는 약 63mol% 내지 약 64.5mol%의 범위, 및 이들 사이의 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 SiO2를 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 10mol% 초과, 약 12mol% 초과, 약 13mol% 초과, 약 13.5mol% 초과, 또는 약 14mol%를 초과하는 양으로 Al2O3를 포함한다. 몇몇 사례에서, Al2O3는, 여기에 기재된 조성물에, 약 10mol% 내지 약 20mol%, 약 10mol% 내지 약 18mol%, 약 10mol% 내지 약 16mol%, 약 10mol% 내지 약 15mol%, 약 10mol% 내지 약 14mol%, 약 11mol% 내지 약 20mol%, 약 12mol% 내지 약 20mol%, 약 12.5mol% 내지 약 20mol%, 약 13mol% 내지 약 20mol%, 약 13.5mol% 내지 약 20mol%, 약 14mol% 내지 약 20mol%, 또는 약 12.5mol% 내지 약 17mol%의 범위, 및 이들 사이의 모든 범위 및 서브-범위로 존재한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 약간의 양의 B2O3를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 B2O3를 약 0.1mol% 초과, 약 0.2mol% 초과, 약 0.3mol% 초과, 약 0.4mol% 초과, 약 0.5mol% 초과, 약 0.6mol% 초과, 약 0.7mol% 초과, 약 0.8mol% 초과, 약 0.9mol% 초과, 또는 약 1mol%를 초과하는 양으로 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 0.5mol% 내지 약 7.5mol%, 약 0.5mol% 내지 약 7mol%, 약 0.5mol% 내지 약 6.5mol%, 약 0.5mol% 내지 약 6mol%, 약 0.5mol% 내지 약 5.5mol%, 약 0.5mol% 내지 약 5mol%, 약 0.5mol% 내지 약 4.5mol%, 약 0.5mol% 내지 약 4mol%, 약 0.5mol% 내지 약 3.5mol%, 약 0.9mol% 내지 약 7.5mol%, 약 0.9mol% 내지 약 7mol%, 약 0.9mol% 내지 약 6.5mol%, 약 0.9mol% 내지 약 6mol%, 약 0.9mol% 내지 약 5.5mol%, 약 0.9mol% 내지 약 5mol%, 약 0.9mol% 내지 약 4.5mol%, 약 0.9mol% 내지 약 4mol%, 약 0.9mol% 내지 약 3.5mol%, 약 1mol% 내지 약 7.5mol%, 약 1mol% 내지 약 7mol%, 약 1mol% 내지 약 6.5mol%, 약 1mol% 내지 약 6mol%, 약 1mol% 내지 약 5.5mol%, 약 1mol% 내지 약 5mol%, 약 1mol% 내지 약 4.5mol%, 약 1mol% 내지 약 4mol%, 약 1mol% 내지 약 3.5mol%, 약 1.5mol% 내지 약 7.5mol%, 약 2mol% 내지 약 7.5mol%, 약 2.5mol% 내지 약 7.5mol%, 약 3mol% 내지 약 7.5mol%, 약 3.5mol% 내지 약 7.5mol%, 약 4mol% 내지 약 7.5mol%, 약 4mol% 내지 약 6mol%, 또는 약 1.5mol% 내지 약 3mol%의 범위, 및 이들 사이의 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 B2O3를 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, B2O3의 양은, 7.5mol% 이하로 제한된다. 이론에 구애됨이 없이, 더 많은 양의 B2O3는, 그 결과로 생긴 화학적으로 강화된 유리 물품에서 최대 CT 값을 저하시키는 것으로 믿어진다. 게다가, B2O3의 존재는, 여기에 기재된 바와 같은, 유리 물품 및 강화 유리 물품의 내스크래치성을 향상시킨다. 이론에 구애됨이 없이, 3-배 배위된 네트워크 형성제 (3-fold coordinated network former) (예컨대, B2O3)의 포함은, B2O3를 포함하지 않는 유리 물품에 비해, 유리 네트워크의 제약을 감소시키고, 및 (압입자 (indenter) 형상에 관계없이) 스크래치된 경우, 유리 네트워크의 재배열 및 치밀화를 가능하게 한다. B2O3와 동일하거나 유사한 방식으로 거동하는 기타 구성분은, P2O5, SiO2, 및 Al2O3를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량은, 스크래치를 개선하기 위해 최대화된다; 그러나, 이들 구성분의 총량은, 화학적 강화 후에 유리 물품에서 최대 CT 값에서 감소를 유발하는 양을 초과하지 않아야 한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물에서 B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량은 약 80mol% 이상이다. 몇몇 구체 예에서, B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량은, 약 80mol% 내지 약 94mol%, 약 80mol% 내지 약 92mol%, 약 80mol% 내지 약 90mol%, 약 80mol% 내지 약 88mol%, 약 80mol% 내지 약 86mol%, 약 82mol% 내지 약 94mol%, 약 84mol% 내지 약 94mol%, 약 86mol% 내지 약 94mol%, 또는 약 88mol% 내지 약 94mol%의 범위, 및 이들 사이의 모든 범위 및 서브-범위일 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 10mol% 내지 약 22mol%, 약 10mol% 내지 약 20mol%, 약 10mol% 내지 약 18mol%, 약 10mol% 내지 약 16mol%, 약 10mol% 내지 약 15mol%, 약 11mol% 내지 약 22mol%, 약 12mol% 내지 약 22mol%, 약 13mol% 내지 약 22mol%, 약 14mol% 내지 약 22mol%, 약 12mol% 내지 약 20mol%, 약 12mol% 내지 약 18mol%, 또는 약 13mol% 내지 약 17mol%의 범위에서 R2O의 총량을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 Rb2O, Cs2O, 또는 Rb2O 및 Cs2O 모두가 실질적으로 없을 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, 조성물의 성분에 대하여 문구 "실질적으로 없는"은, 성분이 초기 배칭 동안 조성물에 능동적으로 또는 의도적으로 첨가되지 않지만, 약 0.001mol% 미만의 양으로 불순물로서 존재할 수 있는 것을 의미한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 약간의 양의 Li2O를 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 1mol% 이상, 약 2mol% 이상, 약 3mol% 이상, 또는 약 4mol% 이상의 양으로 Li2O를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 2.5mol% 내지 약 11mol%, 약 3mol% 내지 약 11mol%, 약 3.5mol% 내지 약 11mol%, 약 4mol% 내지 약 11mol%, 약 4.5mol% 내지 약 11mol%, 약 5mol% 내지 약 11mol%, 약 5.5mol% 내지 약 11mol%, 약 6mol% 내지 약 11mol%, 약 5mol% 내지 약 10.5mol%, 약 5mol% 내지 약 10mol%, 약 5mol% 내지 약 9.5mol%, 약 5mol% 내지 약 9mol%, 약 5mol% 내지 약 8.5mol%, 약 5mol% 내지 약 8mol%, 약 5mol% 내지 약 7mol%, 약 4mol% 내지 약 10.5mol%, 약 4mol% 내지 약 10mol%, 약 4mol% 내지 약 9.5mol%, 약 4mol% 내지 약 9mol%, 약 4mol% 내지 약 8.5mol%, 약 4mol% 내지 약 8mol%, 약 4mol% 내지 약 7mol%, 약 4mol% 내지 약 6mol%, 약 4.5mol% 내지 약 10mol%, 약 5mol% 내지 약 10mol%, 약 5.5mol% 내지 약 10mol%, 약 6mol% 내지 약 10mol%, 약 6.5mol% 내지 약 10mol%, 약 7mol% 내지 약 10mol%, 약 7.5mol% 내지 약 10mol%, 약 8mol% 내지 약 10mol%, 약 8.5mol% 내지 약 10mol%, 약 9mol% 내지 약 10mol%, 또는 약 5mol% 내지 약 6mol%의 범위, 및 이들 사이의 모든 범위 및 서브-범위에서 Li2O를 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 합계 또는 총량 (B2O3 + P2O5 + SiO2 + Al2O3)에 대한 Li2O의 비는, 약 0.074 미만 (예를 들어, 약 0.073 이하, 약 0.072 이하, 약 0.071 이하, 약 0.07 이하)이다. 몇몇 구체 예에서, B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 합계 또는 총량에 대한 Li2O의 비는, 약 0.065 내지 약 0.073의 범위이다. 약간의 Li2O의 첨가는 이온-교환에 도움을 주는데, 예를 들어, 더 빠르고 및/또는 더 깊은 이온-교환을 가능하게 하여, 이로운 CS 프로파일을 제공한다. 몇몇 구체 예에서, Li2O의 양은, B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 합계 또는 총량 (B2O3 + P2O5 + SiO2 + Al2O3)에 대하여 균형을 이룰 수 있어, 내스크래치성을 제공한다. 전술한 바와 같은 (B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 합계 또는 총량에 대한 Li2O의) 비를 유지하는 것과 같은, 적당한 양의 균형으로, 유리는 (이로운 CS 프로파일 유래의) 이로운 스크래치 성능뿐만 아니라 낙하 성능을 가질 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 약간 양의 Na2O를 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 0.5mol% 이상, 약 1mol% 이상, 약 2mol% 이상, 약 3mol% 이상, 또는 약 4mol% 이상의 Na2O를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, Na2O의 양은 10mol% 이하이다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 약 0.5mol% 내지 약 12mol%, 1mol% 내지 약 12mol%, 1.5mol% 내지 약 12mol%, 2mol% 내지 약 12mol%, 약 2.5mol% 내지 약 12mol%, 약 3mol% 내지 약 12mol%, 약 3.5mol% 내지 약 12mol%, 약 4mol% 내지 약 12mol%, 약 4.5mol% 내지 약 12mol%, 약 5mol% 내지 약 12mol%, 약 5.5mol% 내지 약 12mol%, 약 6mol% 내지 약 12mol%, 약 3mol% 내지 약 12mol%, 약 3mol% 내지 약 11mol%, 약 3mol% 내지 약 10.5mol%, 약 3mol% 내지 약 10mol%, 약 3mol% 내지 약 9.5mol%, 약 3mol% 내지 약 9mol%, 약 3mol% 내지 약 8.5mol%, 약 3mol% 내지 약 8mol%, 약 3mol% 내지 약 7mol%, 약 3.5mol% 내지 약 9mol%, 또는 약 3mol% 내지 약 7.5mol%의 범위, 및 이들 사이의 모든 범위 및 서브-범위에서 Na2O를 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물에서 Na2O의 양은, Li2O의 양을 초과할 수 있다. 몇몇 사례에서, Na2O의 양은, Li2O 및 K2O의 조합된 양을 초과할 수 있다. 하나 이상의 대안적인 구체 예에서, 상기 조성물에서 Li2O의 양은, Na2O의 양 또는 Li2O 및 K2O의 조합된 양을 초과할 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 약 2mol% 미만의 K2O를 포함한다. 몇몇 사례에서, 상기 조성물은, 약 0mol% 내지 약 2mol%, 약 0mol% 내지 약 1.5mol%, 약 0mol% 내지 약 1mol%, 약 0mol% 내지 약 0.5mol%, 약 0mol% 내지 약 0.2mol%, 또는 약 0mol% 내지 약 0.1mol% 범위의 양으로 K2O를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 K2O가 실질적으로 없을 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리 조성물은 MgO, CaO, SrO, BaO 및 ZnO와 같은 하나 이상의 알칼리토 금속 산화물 (RO)을 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, RO의 총량은 0이 아닌 약 5mol% 이하일 수 있다. 하나 이상의 특정 구체 예에서, RO의 총량은, 0이 아닌 약 4.5mol% 이하, 약 4mol% 이하, 약 3.5mol% 이하, 약 3mol% 이하, 약 2.5mol% 이하, 약 2mol% 이하, 약 1.5mol% 이하, 또는 약 1mol% 이하일 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, RO의 총량은, 약 0.05mol% 내지 약 4.5mol%, 약 0.05mol% 내지 약 4mol%, 약 0.05mol% 내지 약 3.5mol%, 약 0.05mol% 내지 약 3mol%, 약 0.05mol% 내지 약 2.5mol%, 약 0.05mol% 내지 약 2mol%, 약 0.05mol% 내지 약 1.5mol%, 또는 약 0.05mol% 내지 약 1mol%의 범위일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, RO의 총량은, 약 1mol% 내지 약 4mol%, 약 1mol% 내지 약 3mol%, 또는 약 1mol% 내지 약 2mol%의 범위일 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 0이 아닌 약 2mol% 이하, 또는 약 1mol% 이하의 MgO를 포함할 수 있다. 몇몇 사례에서, 상기 조성물은 MgO가 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 0이 아닌 약 2mol% 이하, 또는 약 1mol% 이하의 CaO를 포함할 수 있다. 몇몇 사례에서, 상기 조성물은 CaO가 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 0이 아닌 약 2mol% 이하, 또는 약 1mol% 이하의 SrO를 포함할 수 있다. 몇몇 사례에서, 상기 조성물은 SrO가 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 0이 아닌 약 2mol% 이하, 또는 약 1mol% 이하의 BaO를 포함할 수 있다. 몇몇 사례에서, 상기 조성물은 BaO가 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은, 0이 아닌 약 4.5mol% 이하, 약 4mol% 이하, 약 3.5mol% 이하, 약 3mol% 이하, 약 2.5mol% 이하, 약 2mol% 이하, 약 1.5mol% 이하, 또는 약 1mol% 이하의 ZnO를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, ZnO의 총량은, 약 0.05mol% 내지 약 4.5mol%, 약 0.05mol% 내지 약 4mol%, 약 0.05mol% 내지 약 3.5mol%, 약 0.05mol% 내지 약 3mol%, 약 0.05mol% 내지 약 2.5mol%, 약 0.05mol% 내지 약 2mol%, 약 0.05mol% 내지 약 1.5mol%, 또는 약 0.05mol% 내지 약 1mol%의 범위일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, ZnO의 총량은, 약 1mol% 내지 약 4mol%, 약 1mol% 내지 약 3mol%, 약 1mol% 내지 약 2mol%, 약 0.5mol% 내지 약 4mol%, 약 0.5mol% 내지 약 3mol%, 또는 약 0.5mol% 내지 약 2mol%의 범위일 수 있다. 몇몇 사례에서, 상기 조성물은 ZnO가 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 유리 조성물은 ZnO를 포함할 수 있고, 및 MgO, CaO, SrO 및 BaO가 실질적으로 없을 수 있다. 하나의 변형에서, 유리 조성물은 ZnO 및 하나의 다른 RO (예를 들어, MgO, CaO, SrO 또는 BaO)를 포함할 수 있고, 및 다른 RO 구성분이 실질적으로 없을 수 있다. 하나 이상의 특정 구체 예에서, 유리 조성물은 MgO, CaO 및 ZnO의 알칼리토 금속 산화물 중 오직 2종을 포함할 수 있으며, 및 제3의 토금속 산화물이 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 유리 조성물은, 약 0mol% 내지 약 10mol%, 약 0mol% 내지 약 8mol%, 약 0mol% 내지 약 7mol%, 약 0mol% 내지 약 6mol%, 약 0mol% 내지 약 4mol%, 약 0mol% 내지 약 3mol%, 약 0.1mol% 내지 약 10mol%, 약 0.1mol% 내지 약 8mol%, 약 0.1mol% 내지 약 6mol%, 약 0.1mol% 내지 약 5mol% from 약 0.1mol% 내지 약 4mol%, 약 0.1mol% 내지 약 3mol%, 약 0.5mol% 내지 약 5mol%, 약 0.5mol% 내지 약 4mol%, 약 0.5mol% 내지 약 3mol%, 약 1mol% 내지 약 5mol%, 약 1mol% 내지 약 4mol%, 약 1mol% 내지 약 3mol%, 또는 약 2mol% 내지 약 3mol%의 범위에서 P2O5를 포함할 수 있다. 이론에 구애됨이 없이, 조성물에 약간의 P2O5의 포함은, 유리의 액상선 거동 (behavior)을 조정하고 및 고온 CTE를 감소시켜, 얇은 유리 물품의 형성을 가능하게 한다. 이론에 구애됨이 없이, 약간의 P2O5의 포함은 또한, 유리의 지르콘 파괴 (zircon breakdown)를 촉진한다. 몇몇 구체 예에서, 조성물은, (예를 들어, 약 12mol% 이하의, 화학적 강화에 통상적으로 활용되는 것보다) 더 적은 양의 Na2O, Li2O 및 P2O5를 포함하며, 및 이 조합은, 여기에 기재된 열 이력 (thermal history)을 제공하고 및 유리 물품의 퓨전 형성을 가능하게 하는 액상선 거동을 나타낸다. 유리 물품에 특정 열 이력의 존재는, 향상된 화학적 강화를 가능하게 한다.
하나 이상의 구체 예에서, 조성물은 약간의 TiO2를 포함할 수 있다. 이러한 구체 예에서, TiO2는 약 2mol% 미만, 약 1mol% 미만, 또는 약 0.5mol% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 하나 이상의 대안적인 구체 예에서, 유리 조성물은 TiO2가 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 조성물은 ZrO2를 포함할 수 있다. 이러한 구체 예에서, ZrO2는 약 2mol% 미만, 약 1.5mol% 미만, 약 1mol% 미만, 약 0.9mol% 미만, 약 0.8mol% 미만, 약 0.7mol% 미만, 약 0.6mol% 미만, 약 0.5mol% 미만, 약 0.4mol% 미만, 약 0.3mol% 미만, 약 0.2mol% 미만, 약 0.15mol% 미만, 또는 약 0.1mol% 미만 및 이들 사이의 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 존재할 수 있다. 하나 이상의 대안적인 구체 예에서, 유리 조성물은, 여기에서 정의된 바와 같이, ZrO2가 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 조성물은 Fe2O3를 포함할 수 있다. 이러한 구체 예에서, Fe2O3는, 약 1mol% 미만, 약 0.9mol% 미만, 약 0.8mol% 미만, 약 0.7mol% 미만, 약 0.6mol% 미만, 약 0.5mol% 미만, 약 0.4mol% 미만, 약 0.3mol% 미만, 약 0.2mol% 미만, 약 0.1mol% 미만 및 이들 사이의 모든 범위 및 서브-범위의 양으로 존재할 수 있다. 하나 이상의 대안적인 구체 예에서, 유리 조성물은, 여기에서 정의된 바와 같이, Fe2O3가 실질적으로 없을 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 조성물은, Na2SO4, NaCl, NaF, NaBr, K2SO4, KCl, KF, KBr, As2O3, Sb2O3, 및 SnO2 중 임의의 하나 이상으로부터 선택된 적어도 하나의 청징제 (fining agent)를 약 0mol% 내지 약 2mol%로 배칭될 수 있다. 하나 이상의 구체 예에 따른 조성물은, 약 0 내지 약 2mol%, 약 0 내지 약 1mol%, 약 0.1 내지 약 2mol%, 약 0.1 내지 약 1mol%, 또는 약 1 내지 약 2mol%의 범위에서 SnO2를 더욱 포함할 수 있다. 여기에 개시된 유리 조성물은, As2O3 및/또는 Sb2O3가 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 조성물은 구체적으로, 60mol% 내지 65mol% SiO2; 12mol% 내지 약 18mol% Al2O3; 4mol% 내지 약 8mol% Li2O; 0mol% 내지 약 4mol% ZnO; 0mol% 내지 약 2mol% MgO; 0mol% 내지 약 2mol% TiO2; 0.5mol% 내지 약 8mol% B2O3; 4mol% 내지 약 12mol% Na2O; 0mol% 내지 약 2mol% K2O; 0mol% 내지 약 2mol% ZrO2; 1mol% 내지 약 4mol% P2O5; 및 0.05mol% 내지 약 0.2mol% SnO2를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 조성물은 구체적으로, 62mol% 내지 65mol% SiO2; 12mol% 내지 약 18mol% Al2O3; 8mol% 내지 약 12mol% Li2O; 0mol% 내지 약 2mol% ZnO; 0mol% 내지 약 2mol% MgO; 0mol% 내지 약 2mol% TiO2; 0.5mol% 내지 약 8mol% B2O3; 2mol% 내지 약 8mol% Na2O; 0mol% 내지 약 2mol% K2O; 0mol% 내지 약 2mol% ZrO2; 1mol% 내지 약 4mol% P2O5; 및 0.05mol% 내지 약 0.2mol% SnO2를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 조성물은 구체적으로, 62mol% 내지 68mol% SiO2; 10mol% 내지 약 18mol% Al2O3; 5mol% 내지 약 11mol% Li2O; 0mol% 내지 약 2mol% ZnO; 0mol% 내지 약 2mol% MgO; 0mol% 내지 약 2mol% TiO2; 0.9mol% 내지 약 6mol% B2O3; 2mol% 내지 약 10mol% Na2O; 0mol% 내지 약 2mol% K2O; 0mol% 내지 약 2mol% ZrO2; 1mol% 내지 약 4mol% P2O5; 및 0.05mol% 내지 약 0.2mol% SnO2를 포함할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 조성물 (또는 이로부터 형성된 유리 물품)은, 특정 기술을 통해 유리 물품의 형성을 가능하게 하는 액상선 점도를 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "액상선 점도"는, 액상선 온도에서 용융 유리의 점도를 지칭하며, 여기서, 용어 "액상선 온도"는, 용융 유리가 용융 온도로부터 냉각됨에 따라 결정이 처음 나타나는 온도 (또는 온도가 실온으로부터 증가됨에 따라 가장 마지막 결정이 용융되는 온도)를 지칭한다.
하나 이상의 구체 예에서, 조성물 (또는 이로부터 형성된 유리 물품)은, 약 100 kilopoise (kP) 내지 약 500 kP의 범위에서 액상선 점도를 나타낸다. 몇몇 구체 예에서, 조성물 (또는 이로부터 형성된 유리 물품)은, 약 300 kP 이하의 액상선 점도를 나타낸다. 몇몇 구체 예에서, 조성물 (또는 이로부터 형성된 유리 물품)은, 약 250 kP 이하, 약 200 kP 이하, 또는 약 180 kP 이하의 액상선 점도를 나타낸다. 몇몇 구체 예에서, 조성물 (또는 이로부터 형성된 유리 물품)은, 약 300 kP를 초과하는 액상선 점도를 나타낸다. 몇몇 구체 예에서, 조성물 (또는 이로부터 형성된 유리 물품)은, 약 350 kP 이상, 약 400 kP 이상, 약 450 kP 이상, 약 500 kP 이상, 약 750 kP 이상, 1000 kP 이상, 또는 약 2000 kP 이상의 액상선 점도를 나타낸다.
하나 이상의 구체 예에서, 조성물 (또는 그로부터 형성된 유리 물품)은, 약 55 x 10-7ppm/℃ 내지 약 80 x 10-7ppm/℃, 약 58 x 10-7ppm/℃ 내지 약 80 x 10-7ppm/℃, 또는 약 60 x 10-7ppm/℃ 내지 약 80 x 10-7ppm/℃의 범위에서 약 20℃ 내지 약 300℃의 온도 범위에 걸쳐 측정된 CTE를 나타낸다.
몇몇 구체 예에서, 조성물 (또는 이로부터 형성된 유리 물품)은, 약 8 x 10-7ppm/℃ 내지 약 18 x 10-7ppm/℃, 약 10 x 10-7ppm/℃ 내지 약 18 x 10-7ppm/℃, 약 12 x 10-7ppm/℃ 내지 약 18 x 10-7ppm/℃, 약 8 x 10-7ppm/℃ 내지 약 16 x 10-7ppm/℃, 약 8 x 10-7ppm/℃ 내지 약 14 x 10-7ppm/℃, 약 8 x 10-7ppm/℃ 내지 약 12 x 10-7ppm/℃, 또는 약 8 x 10-7ppm/℃ 내지 약 10 x 10-7ppm/℃의 범위에서 고온 (또는 액체) CTE를 나타낸다.
하나 이상의 구체 예에서, 조성물 또는 이로부터 형성된 유리 물품은, 약 70GPa 내지 약 85GPa, 약 72GPa 내지 약 85GPa, 약 74GPa 내지 약 85GPa, 약 75GPa 내지 약 85GPa, 약 76GPa 내지 약 85GPa, 약 70GPa 내지 약 80GPa, 약 72GPa 내지 약 80GPa, 약 74GPa 내지 약 80GPa, 약 75GPa 내지 약 80GPa, 약 76GPa 내지 약 80GPa, 약 70GPa 내지 약 78GPa, 약 70GPa 내지 약 76GPa, 약 70GPa 내지 약 75GPa, 약 72GPa 내지 약 78GPa, 약 75GPa 내지 약 79GPa, 또는 약 70GPa 내지 약 77GPa의 범위에서 영률을 나타낸다. 본 개시에 열거된 영률 값은, ASTM E2001-13에서, "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts"란 명칭으로 서술된 일반적인 타입의 공진 초음파 분광법 기술에 의해 측정된 값을 지칭한다.
도 3을 참조하면, 유리 물품 (100)의 구체 예는, 제1 주 표면 (302), 상기 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이의 두께 (t) (330)를 한정하는 대립하는 제2 주 표면 (304)을 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 유리 물품은 여기에 기재된 조성물을 포함할 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 두께 (t)는, 약 3 millimeters 이하 (예를 들어, 약 0.01 millimeter 내지 약 3 millimeters, 약 0.1 millimeter 내지 약 3 millimeters, 약 0.2 millimeter 내지 약 3 millimeters, 약 0.3 millimeter 내지 약 3 millimeters, 약 0.4 millimeter 내지 약 3 millimeters, 약 0.01 millimeter 내지 약 2.5 millimeters, 약 0.01 millimeter 내지 약 2 millimeters, 약 0.01 millimeter 내지 약 1.5 millimeters, 약 0.01 millimeter 내지 약 1 millimeter, 약 0.01 millimeter 내지 약 0.9 millimeter, 약 0.01 millimeter 내지 약 0.8 millimeter, 약 0.01 millimeter 내지 약 0.7 millimeter, 약 0.01 millimeter 내지 약 0.6 millimeter, 약 0.01 millimeter 내지 약 0.5 millimeter, 약 0.1 millimeter 내지 약 0.5 millimeter, 또는 약 0.3 millimeter 내지 약 0.5 millimeter의 범위)일 수 있다.
유리 물품은 실질적으로 평편한 시트일 수 있지만, 다른 구체 예는 만곡되거나 또는 다른 형태로 된 또는 조각된 물품을 활용할 수 있다. 몇몇 사례에서, 유리 물품은 3D 또는 2.5D 형태를 가질 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 유리 물품의 두께는, 하나 이상의 치수를 따라 일정하거나 또는 미적 및/또는 기능상의 이유로 하나 이상의 치수에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 유리 물품의 에지는, 유리 물품의 더 중심 영역에 비해 두꺼울 수 있다. 유리 물품의 길이, 폭 및 두께 치수는 또한, 물품 적용 또는 용도에 따라 변할 수 있다.
유리 물품은 실질적으로 투명하고 및 광 산란 (light scattering)이 없을 수 있다. 하나 이상의 유리 물품은, 약 1 millimeters의 두께에서 측정된 경우, 약 380nm 내지 약 780nm 범위의 파장에 걸쳐 약 88% 이상의 투과율 (transmittance)을 나타낼 수 있다.
유리 물품은, 약 1.45 내지 약 1.55의 범위에서 굴절률을 가질 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, 굴절률 값은, 550nm의 파장에 관한 것이다.
유리 물품은 그것이 형성되는 방식을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 유리 물품은 플로우트-형성 가능한 (float-formable) (즉, 플로우트 공정에 의해 형성됨), 다운-인발 가능한, 및 특히, 퓨전-형성 가능한 (fusion-formable) 또는 슬롯-인발 가능한 (즉, 퓨전 인발 공정 또는 슬롯 인발 공정과 같이 다운 인발 공정에 의해 형성됨) 것을 특징으로 할 수 있다.
여기에 기재된 유리 물품의 몇몇 구체 예는, 플로우트 공정에 의해 형성될 수 있다. 플로우트-형성 가능한 유리 물품은, 매끄러운 표면을 특징으로 할 수 있으며 및 균일한 두께는 용융 금속, 통상적으로 주석의 층 (bed) 상에 용융 유리를 플로우팅시켜 만들어진다. 대표 공정에서, 용융된 주석 층의 표면상으로 주입되는 용융 유리는, 플로우팅 유리 리본 (floating glass ribbon)을 형성한다. 유리 리본이 주석 욕조 (tin bath)를 따라 흐름에 따라, 유리 리본이 주석으로부터 롤러 상으로 들어 올려질 수 있는 단단한 유리 물품으로 응고될 때까지, 온도는 점차 낮아진다. 일단 욕조를 벗어나면, 유리 물품은, 내부 응력 (internal stress)을 줄이기 위해 더 냉각될 수 있고 및 어닐링될 수 있다.
여기에 기재된 유리 물품의 몇몇 구체 예는, 다운-인발 공정에 의해 형성될 수 있다. 다운-인발 공정은 비교적 본래의 표면을 보유하는 균일한 두께를 갖는 유리 물품을 생산한다. 유리 물품의 평균 휨 강도 (flexural strength)는, 표면 결함의 양과 크기에 의해 조절되기 때문에, 최소한의 접촉을 가진 본래의 표면은, 더 높은 초기 강도를 갖는다. 부가적으로, 다운 인발 유리 물품은, 비용이 드는 그라인딩 (grinding) 및 연마 없이 이의 최종 적용에 사용될 수 있는 매우 평평하고, 매끄러운 표면을 갖는다.
유리 물품의 몇몇 구체 예는, 퓨전-형성 가능한 (즉, 퓨전 인발 공정을 사용하여 형성 가능한) 것으로 설명될 수 있다. 퓨전 공정은 용융된 유리 원료를 수용하기 위한 채널을 갖는 인발 탱크 (drawing tank)를 사용한다. 채널은 채널의 양측에 채널의 길이를 따라 상부가 개방된 웨어 (weirs)를 갖는다. 상기 채널이 용융 물질로 채워지면, 용융 유리는 웨어를 범람한다. 중력으로 인해, 용융 유리는, 2개의 흐르는 유리 필름으로서 인발 탱크의 외부 표면 아래로 흐른다. 인발 탱크의 이러한 외부 표면은, 이들이 인발 탱크 아래의 에지에서 결합하도록 아래로 및 내측으로 연장된다. 두 개의 흐르는 유리 필름은, 단일의 흐르는 유리 물품을 융합하고 및 형성하기 위해 이 에지에서 결합한다. 퓨전 인발 방법은, 채널을 넘쳐 흐르는 2개의 유리 필름이 함께 융합하기 때문에, 그 결과로 생긴 유리 물품의 외부 표면 중 어느 것도, 장치의 어떤 부분과 접촉하지 않는다는 이점을 제공한다. 따라서, 퓨전 인발된 유리 물품의 표면 특성은, 이러한 접촉에 의해 영향받지 않는다.
여기에 기재된 유리 물품의 몇몇 구체 예는, 슬롯 인발 공정에 의해 형성될 수 있다. 슬롯 인발 공정은, 퓨전 인발 방법과 구별된다. 슬롯 인발 공정에서, 용융된 원료 유리는, 인발 탱크에 제공된다. 인발 탱크의 하부는, 슬롯의 길이를 연장하는 노즐을 갖는 개방 슬롯을 갖는다. 용융 유리는, 슬롯/노즐을 통해 흐르고 및 연속적인 유리 물품으로서 아닐링 영역으로 아래로 인발된다.
하나 이상의 구체 예에서, 여기에 기재된 유리 물품은, 비정질 미세구조를 나타낼 수 있고, 및 실질적으로 결정 또는 미결정 (crystallites)이 없을 수 있다. 즉, 유리 물품은, 유리-세라믹 물질을 배제한다.
하나 이상의 구체 예에서, 여기에 기재된 유리 물품은, 유리 물품의 두께 (t)를 따라 응력 프로파일을 부여하기 위해 화학적으로 강화될 수 있다. 도 4는, (x-축을 따라 도시된) 두께 (330)를 따른 화학적으로 강화된 유리 물품 (300)의 응력 프로파일의 단면도이다. 응력의 크기는, 0 응력을 나타내는 라인 (301)으로 y-축 상에 예시된다.
응력 프로파일 (312)은, 제1 주 표면 (302) 및 제2 주 표면 (304) 중 하나 또는 모두로부터 DOC (330)로 연장하는 (표면 CS 값 (310)을 갖는) CS 층 (315) 및 DOC (330)로부터 물품의 중심부로 연장되는 (최대 CT (320)를 갖는) CT 층 (325)을 포함한다.
여기에 사용된 바와 같은, DOC는 유리 물품 내에 응력이 압축으로부터 인장으로 변화하는 깊이를 지칭한다. DOC에서, 응력은, 양의 (압축) 응력으로부터 음의 (인장) 응력 (예를 들어, 도 4에서 330)으로 가로지르고, 따라서 0의 응력 값을 0으로 나타낸다. DOC는 이온 교환 처리에 의존하는 FSM 또는 산란 광 편광기 (Scattered Light Polariscope: SCALP)에 의해 측정될 수 있다. 칼륨 이온을 유리 물품 내로 교환하여 유리 물품에서 응력이 발생되는 경우, FSM은 DOC를 측정하는데 사용된다. 나트륨 이온을 유리 물품 내로 교환하여 응력이 발생하는 경우, SCALP는 DOC를 측정하는데 사용된다. 칼륨 및 나트륨이온 모두를 유리 내로 교환하여 유리 물품에서 응력이 발생하는 경우, DOC는 SCALP에 의해 측정되는데, 이는 나트륨의 교환 깊이가 DOC를 나타내며 및 칼륨 이온의 교환 깊이가 (압축으로부터 인장으로 응력에서 변화가 아닌) 압축 응력의 크기에서 변화를 나타내는 것으로 믿어지기 때문이며; 이러한 유리 물품에서 칼륨 이온의 교환 깊이는, FSM에 의해 측정된다.
CS 층은 주 표면 (302, 304)으로부터 DOC (330)로 연장하는 연관된 깊이 또는 길이 (317)를 갖는다. CT 층 (325)은, 또한 연관된 깊이 또는 길이 (327) (CT 영역 또는 층)를 갖는다.
기술분야에서 보통 사용되는 관례에 따르면, 별도로 특별하게 언급하지 않는 한, 압축 또는 압축 응력은, 음의 (< 0) 응력으로 표현되고 및 장력 또는 인장 응력은 양의 (> 0) 응력으로 표현된다. 이 설명을 통하여, 그러나, 압축 응력 (CS)의 면에서 말하면, 그것은, 양의 또는 음의 값에 관계없이 - 즉, 여기에서 열거된 바와 같이, CS = |CS| 또는 CS의 절대값으로 주어진다.
(표면 CS 포함하는) CS는, Orihara Industrial Co., Ltd. (일본)에 의해 제작된, FSM-6000과 같은 상업적으로 이용 가능한 도구를 사용하여 표면 응력 계 (FSM)에 의해 측정된다. 표면 응력 측정은, 유리의 복굴절과 관련된, 응력 광학 계수 (SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는, 결과적으로, ASTM 표준 C770-16, 명칭 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"에 기재된 절차 C (Glass Disc Method)에 따라 측정되며, 이의 전체적인 내용은 여기에 참조로서 혼입된다.
DOC 및 최대 CT 값은, 기술분야에 알려진 산란 광 편광기 (SCALP) 기술을 사용하여 측정된다. 굴절된 근거리 장 (Refracted near-field: RNF) 방법 또는 SCALP은 응력 프로파일을 측정하는데 사용될 수 있다. RNF 방법이 응력 프로파일을 측정하는데 활용되는 경우, SCALP에 의해 제공되는 최대 CT 값은 RNF 방법에서 활용된다. 특히, RNF에 의해 측정된 응력 프로파일은, 힘 균형을 이루고 및 SCALP 측정에 의해 제공되는 최대 CT 값으로 보정된다 (calibrated). RNF 방법은, 미국 특허 제8,854,623호에서 "Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample"이란 명칭으로 기재되며, 이의 전체적인 내용은 여기에 참조로서 혼입된다. 특히, RNF 방법은, 유리 물품을 기준 블록 (reference block)에 인접하게 배치하는 단계, 1Hz 내지 50Hz의 속도에서 직교 편파들 (orthogonal polarizations) 사이에서 스위칭되는 편파-스위칭 광 빔 (polarization-switched light beam)을 발생하는 단계, 편파-스위칭 광 빔에서의 전력량을 측정하는 단계, 및 편파-스위칭 기준 신호를 발생하는 단계를 포함하며, 여기서, 각각의 직교 편파에서 측정된 전력량은 서로 50% 이내이다. 상기 방법은 유리 샘플 내로 다른 깊이에 대한 기준 블록 및 유리 샘플을 통해 편파-스위칭 광 빔을 전송하는 단계, 그 다음, 릴레이 광학 시스템 (relay optical system)을 사용하여, 편파-스위칭 검출기 신호를 발생하는 신호 광검출기 (signal photodetector)로 전송된 편파-스위칭 광 빔을 릴레이하는 단계를 더욱 포함한다. 상기 방법은 또한 검출기 신호를 기준 신호로 나누어 정규화된 검출기 신호를 형성하는 단계 및 정규화된 검출기 신호로부터 유리 샘플의 프로파일 특징을 결정하는 단계를 포함한다. RNF 프로파일은 그 다음 매끄러워지고, 및 CT 영역에 대해 사용된다. 전술된 바와 같이, FSM 기법은, 표면 CS 및 표면 근처의 CS 영역에서 응력 프로파일의 기울기에 사용된다.
전술한 바와 같이, 여기에 기재된 유리 물품에 의해 나타나는 응력 프로파일은, 이온 교환에 의한 화학적 강화에 의해 발생된다. 이온 교환 공정에서, 유리 물품의 표면에 또는 그 근처의 이온은, 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온으로 대체되거나 또는 교환된다. 유리 물품이 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 구체 예에서, 물품의 표면층에서 이온 및 더 큰 이온은, Li+, Na+, K+, Rb+, 및 Cs+와 같은, 1가 알칼리 금속 양이온이다. 선택적으로, 표면층에서 1가 양이온은, Ag+ 또는 이와 유사한 것과 같은, 알칼리 금속 양이온 이외의 1가 양이온으로 대체될 수 있다. 이러한 구체 예에서, 유리 물품으로 교환된 1가 이온 (또는 양이온)은, 응력을 발생시킨다.
이온 교환 공정은 통상적으로 유리 물품 내에 더 작은 이온과 교환될 더 큰 이온을 함유하는 용융염 욕조 (또는 둘 이상의 용융염 욕조)에 유리 물품을 침지시켜 수행된다. 수성 염 욕조가 또한 활용될 수 있는 점은 주목되어야 한다. 부가적으로, 욕조(들)의 조성물은 1종을 초과하는 더 큰 이온 (예를 들어, Na+ 및 K+) 또는 단일의 더 큰 이온을 포함할 수 있다. 기술분야의 당업자는, 욕조 조성물 및 온도, 침지 시간, 염 욕조 (또는 욕조들)에서의 유리 물품의 침지의 수, 다수의 염 욕조의 사용, 부가적인 단계, 예컨대, 어닐링, 세척, 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 이온 교환 공정에 대한 파라미터가, 일반적으로 (존재하는 임의의 결정상 및 물품의 구조를 포함하는) 유리 물품의 조성물 및 강화로부터 결과하는 유리 물품의 원하는 DOC 및 CS에 의해 결정된다는 것을 인지할 것이다. 대표적인 용융 욕조 조성물은, 더 큰 알칼리 금속 이온의 질산염, 황산염, 및 염화물을 포함할 수 있다. 통상적인 질산염은, KNO3, NaNO3, LiNO3, NaSO4 및 이들의 조합을 포함한다. 용융염 욕조의 온도는, 통상적으로 약 380℃ 내지 약 450℃의 범위인 반면, 침지 시간은, 유리 물품의 두께, 욕조 온도 및 유리 (또는 1가 이온) 확산율 (diffusivity)에 의존하여 약 15분 내지 약 100시간의 범위이다. 그러나, 전술된 것과 다른 온도 및 침지 시간은 또한 사용될 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 유리 물품은, 약 370℃ 내지 약 480℃의 온도를 갖는 100% NaNO3, 100% KNO3, 또는 NaNO3 및 100% KNO3의 조합의 용융염 욕조에 침지될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품은, 약 5% 내지 약 90% KNO3 및 약 10% 내지 약 95% NaNO3를 포함하는 용융 혼합염 욕조에 침지될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품은, Na2SO4 및 NaNO3를 포함하는 용융 혼합 염 욕조에 침지될 수 있으며 및 더 넓은 온도 범위 (예를 들어, 약 500℃ 이하)를 가질 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 유리 물품은, 제1 욕조에 침지 후에 제2 욕조에 침지될 수 있다. 제1 및 제2 욕조는, 서로 다른 조성물 및/또는 온도를 가질 수 있다. 제1 및 제2 욕조에 침지 시간은, 다양할 수 있다. 예를 들어, 제1 욕조에서 침지는, 제2 욕조에서 침지보다 더 길 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 유리 물품은, 약 5시간 미만, 또는 심지어 약 4시간 이하 동안 420℃ 미만 (예를 들어, 약 400℃ 또는 약 380℃)의 온도를 갖는, NaNO3 및 KNO3를 포함하는 용융 혼합 염 욕조 (예를 들어, 49%/51%, 50%/50%, 51%/49%) 내에 침지될 수 있다.
이온교환 조건은, 그 결과로 생긴 유리 물품의 표면에 또는 근접하게 응력 프로파일의 기울기를 증가시키기 위해 또는 "스파이크 (spike)"를 제공하기 위해 조정될 수 있다. 상기 스파이크는 더 큰 표면 CS 값을 결과할 수 있다. 이러한 스파이크는, 여기에 기재된 유리 물품에 사용된 유리 조성물의 고유한 특성에 기인한, 단일 조성물 또는 혼합된 조성물을 갖는, 단일 욕조 또는 다중 욕조에 의해 달성될 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 하나 이상의 1가 이온이 유리 물품 내로 교환되는 경우, 다른 1가 이온은, 유리 물품 내에서 다른 깊이로 교환될 수 있다 (및 다른 깊이에서 유리 물품 내에서 다른 크기의 응력을 발생할 수 있다). 응력-발생 이온의 그 결과로 생긴 상대적 깊이는, 결정될 수 있고 및 응력 프로파일의 다른 특징을 유발할 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, Na+ 및 K+ 이온은, 유리 물품으로 교환되고 및 Na+ 이온은, K+ 이온보다 유리 물품 내로 더 깊은 깊이로 확산한다. K+ 이온의 침투의 깊이 ("칼륨 DOL")는, 이온 교환 공정의 결과로 칼륨 침투의 깊이를 나타내기 때문에 DOC와 구별된다. 칼륨 DOL은 통상적으로 여기에 기재된 물품에 대한 DOC 미만이다. 칼륨 DOL은, CS 측정에 대하여 전술된 바와 같은, 응력 광학 계수 (SOC)의 정확한 측정에 의존하는, Orihara Industrial Co., Ltd. (일본)에 의해 제작된, 상업적으로 이용 가능한 FSM-6000 표면 응력계와 같은 표면 응력계를 사용하여 측정된다.
하나 이상의 구체 예에서, 화학적으로 강화된 유리 물품은, 150MPa 이상 또는 약 200MPa 이상 (예를 들어, 약 250MPa 이상, 약 300MPa 이상, 약 400MPa 이상, 약 450MPa 이상, 약 500MPa 이상, 또는 약 550MPa 이상)인 표면 CS를 나타낼 수 있다. 몇몇 사례에서, 표면 CS는 약 700 MPa 이상이다. 표면 CS는 약 900MPa 이하, 약 1000MPa 이하, 약 1100MPa 이하, 또는 약 1200MPa 이하일 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 표면 CS는 약 400MPa 내지 약 900MPa의 범위일 수 있다. 여기에서 제공된 표면 CS 값은, 또한 최대 CS를 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 표면 CS는 최대 CS 미만이다.
하나 이상의 구체 예에서, 화학적으로 강화된 유리 물품은, 약 100/√(t) 미만, 약 95/√(t) 이하, 약 90/√(t) 이하, 약 85/√(t) 이하, 약 80/√(t) 이하, 또는 약 71.5/√(t) 이하를 나타내며, 여기서 t는 ㎜의 두께이다. 하나 이상의 구체 예에서, 최대 CT는, 약 45/√(t)를 초과할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 최대 CT는, 약 100MPa 이하, 약 90MPa 이하, 약 80MPa 이하, 약 75MPa 이하, 또는 약 70MPa 이하 (예를 들어, 약 60MPa 이하, 약 55MPa 이하, 50MPa 이하, 또는 약 40MPa 이하)일 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 최대 CT의 하한은, 25MPa, 40MPa 또는 50MPa일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 최대 CT (320)는, 약 25MPa 내지 약 100MPa (예를 들어, 약 25MPa 내지 약 90MPa, 약 25MPa 내지 약 85MPa, 약 25MPa 내지 약 80MPa, 약 25MPa 내지 약 75MPa, 약 25MPa 내지 약 70MPa, 약 25MPa 내지 약 65MPa, 약 40MPa 내지 약 100MPa, 약 40MPa 내지 약 90MPa, 약 40MPa 내지 약 80MPa, 약 40MPa 내지 약 75MPa, 약 40MPa 내지 약 70MPa, 약 40MPa 내지 약 65MPa, 약 45MPa 내지 약 80MPa, 약 50MPa 내지 약 80MPa, 또는 약 60MPa 내지 약 80MPa)의 범위일 수 있다.
최대 CT (320)는, 약 0.3·t 내지 약 0.7·t, 약 0.4·t 내지 약 0.6·t, 또는 약 0.45·t 내지 약 0.55·t의 범위에 위치될 수 있다. 표면 CS (310) 및 최대 CT (320) 중 임의의 하나 이상은, 유리 물품의 두께에 의존할 수 있음을 주목해야 한다. 예를 들어, 약 0.8㎜의 두께를 갖는 유리 물품은, 약 75MPa 이하의 최대 CT를 가질 수 있다. 유리 물품의 두께가 감소하는 경우, 최대 CT는 증가할 수 있다. 즉, 최대 CT는 두께가 감소함에 따라 (또는 유리 물품이 더 얇아짐에 따라) 증가한다.
몇몇 구체 예에서, 표면 CS (310)에 대한 최대 CT (320)의 비는, 약 0.01 내지 약 0.2의 범위 (예를 들어, 약 0.01 내지 약 0.18, 약 0.01 내지 약 0.16, 약 0.01 내지 약 0.15, 약 0.01 내지 약 0.14, 약 0.01 내지 약 0.1, 약 0.02 내지 약 0.2, 약 0.04 내지 약 0.2, 약 0.05 내지 약 0.2, 약 0.06 내지 약 0.2, 약 0.08 내지 약 0.2, 약 0.1 내지 약 0.2, 또는 약 0.12 내지 약 0.2의 범위)이다. 몇몇 구체 예에서, 표면 CS는, 최대 CT의 1.5배 (또는 2배 또는 2.5배) 이상일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 표면 CS는, 최대 CT의 최대 48배, 최대 CT의 최대 40배, 최대 CT의 20배, 최대 CT의 10배, 또는 최대 CT의 8배일 수 있다. 표면 CS는, 최대 CT의 약 5배 내지 약 50배의 범위일 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 응력 프로파일 (312)은, 통상적으로 표면 CS (310)이고 및 제1표면 (302) 및 제2표면 (304) 중 하나 또는 모두에서 확인될 수 있는, 최대 CS를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, CS 층 또는 영역 (315)은, 두께의 일부를 따라 DOC (317)까지 연장된다. 하나 이상의 구체 예에서, DOC (317)는 약 0.1·t 이상일 수 있다. 예를 들어, DOC (317)는, 약 0.12·t 이상, 약 0.14·t 이상, 약 0.15·t 이상, 약 0.16·t 이상, 0.17·t 이상, 0.18·t 이상, 0.19·t 이상, 0.20·t 이상, 약 0.21·t 이상, 또는 약 0.25·t 이하일 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, DOC (317)는, 물품의 제1 주 표면 (302) 및 제2 주 표면 (304)으로부터 측정된 경우 실질적으로 동일하다.
하나 이상의 구체 예에서, 유리 물품은, 약 6 micrometers 내지 약 28 micrometers의 범위에서 칼륨 DOL을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 칼륨 DOL은, 유리 물품의 두께 (t)의 함수로서 표현될 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 칼륨 DOL은, 약 0.005t 내지 약 0.07t의 범위일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 칼륨 DOL은, 약 0.005t 내지 약 0.07t, 약 0.005t 내지 약 0.065t, 약 0.005t 내지 약 0.06t, 약 0.005t 내지 약 0.055t, 약 0.005t 내지 약 0.05t, 약 0.005t 내지 약 0.045t, 약 0.005t 내지 약 0.04t, 약 0.005t 내지 약 0.035t, 약 0.005t 내지 약 0.03t, 약 0.005t 내지 약 0.025t, 약 0.005t 내지 약 0.02t, 약 0.005t 내지 약 0.015t, 약 0.005t 내지 약 0.01t, 약 0.006t 내지 약 0.07t, 약 0.008t 내지 약 0.07t, 약 0.01t 내지 약 0.07t, 약 0.015t 내지 약 0.07t, 약 0.02t 내지 약 0.07t, 약 0.027t 내지 약 0.05t, 약 0.03t 내지 약 0.07t, 또는 약 0.01t 내지 약 0.03t의 범위일 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 칼륨 DOL 깊이에서의 압축 응력 값은, 약 50MPa 내지 약 300MPa의 범위일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 칼륨 DOL 깊이에서 압축 응력 값은, 약 50MPa 내지 약 280MPa, 약 50MPa 내지 약 260MPa, 약 50MPa 내지 약 250MPa, 약 50MPa 내지 약 240MPa, 약 50MPa 내지 약 220MPa, 약 50MPa 내지 약 200MPa, 약 60MPa 내지 약 200MPa, 약 70MPa 내지 약 200MPa, 약 75MPa 내지 약 200MPa, 약 80MPa 내지 약 200MPa, 약 90MPa 내지 약 200MPa, 약 100MPa 내지 약 200MPa, 약 110MPa 내지 약 200MPa, 약 120MPa 내지 약 200MPa, 약 130MPa 내지 약 200MPa, 약 150MPa 내지 약 200MPa, 약 60MPa 내지 약 300MPa, 약 70MPa 내지 약 300MPa, 약 75MPa 내지 약 300MPa, 약 80MPa 내지 약 300MPa, 약 90MPa 내지 약 300MPa, 약 100MPa 내지 약 300MPa, 약 110MPa 내지 약 300MPa, 약 120MPa 내지 약 300MPa, 약 130MPa 내지 약 300MPa, 또는 약 150MPa 내지 약 300MPa의 범위일 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 화학적으로 강화된 유리 물품은, 약 0.4·t 이상, 0.5·t 이상, 약 55·t 이상, 또는 약 0.6·t 이상의 최대 화학적 깊이를 나타낸다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "화학적 깊이"는, 금속 산화물 또는 알칼리 금속 산화물의 이온 (예를 들어, 금속이온 또는 알칼리 금속이온)이 유리 물품 내로 확산되는 깊이 및 EPMA (Electron Probe Micro-Analysis)에 의해 결정된 것으로, 그 이온의 농도가 최소 값에 도달하는 깊이를 의미한다. 이온은, 이온 교환의 결과로 화학적으로 강화된 유리 물품으로 확산된 이온이다. 최대 화학적 깊이는, 이온 교환 공정에 의해 화학적으로 강화된 유리 물품으로 교환된 임의의 이온의 최대 확산 깊이를 지칭한다. 예를 들어, 하나 이상의 확산 이온성 종 (diffusing ionic species)을 갖는 용융염 욕조 (즉, NaNO3 및 KNO3 모두의 용융염 욕조)의 경우, 다른 이온 종들은, 화학적으로 강화된 유리 물품 내로 다른 깊이로 확산될 수 있다. 최대 화학적 깊이는, 화학적으로 강화된 유리 물품으로 이온 교환된 모든 이온성 종들의 가장 깊은 확산 깊이이다.
하나 이상의 구체 예에서, 화학적으로 강화된 유리 물품은, 약 0.7㎜ 내지 약 1.1㎜의 범위에서 두께, 약 40MPa 내지 약 75MPa의 범위에서 최대 CT, 약 475MPa 내지 약 750MPa의 범위에서 표면 CS, 약 0.11t 내지 약 0.17t의 범위에서 DOC, 및 약 6 micrometers 내지 약 30 micrometers의 범위에서 칼륨 DOL을 갖는다.
하나 이상의 구체 예에서, 강화된 유리 물품은, 약 0.7mm 내지 약 1.1mm의 범위에서 두께, 약 45MPa 내지 약 80MPa의 범위에서 최대 CT, 약 700 내지 약 900MPa의 범위에서 표면 CS, 약 0.11t 내지 약 0.2t의 범위에서 DOC, 및 약 8 micrometers 내지 약 26 micrometers의 범위에서 칼륨 DOL을 갖는다.
하나 이상의 구체 예에서, 화학적으로 강화된 유리 물품은, 약 0.7㎜ 내지 약 1.1㎜의 범위에서 두께, 약 70MPa 내지 약 100MPa의 범위에서 최대 CT, 약 700 내지 약 900MPa의 범위에서 표면 CS, 및 약 0.17t 내지 약 0.2t의 범위에서 DOC를 갖는다.
하나 이상의 구체 예에서, 응력 프로파일 (312)은, 포물선-같은 형상으로 묘사될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 인장 응력을 나타내는 유리-물품의 영역 또는 깊이를 따른 응력 프로파일은, 포물선-같은 형상을 나타낸다. 하나 이상의 특정 구체 예에서, 응력 프로파일 (312)은, 편평한 응력 (즉, 압축 또는 인장) 부분 또는 실질적으로 일정한 응력 (즉, 압축 또는 인장)을 나타내는 부분이 없다. 몇몇 구체 예에서, CT 영역은, 편평한 응력이 실질적으로 없거나 또는 실질적으로 일정한 응력이 없는 응력 프로파일을 나타낸다. 하나 이상의 구체 예에서, 약 0t 내지 약 0.2·t 및 약 0.8·t를 초과하는 (또는 약 0·t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t를 초과하는) 두께 범위에서 응력 프로파일 (312)의 모든 지점은, 약 -0.1MPa/micrometer 미만이거나 또는 약 0.1MPa/micrometer를 초과하는 기울기를 갖는 접선을 포함한다. 다른 구체 예에서, 약 0t 내지 약 0.2·t의 두께 범위에서 응력 프로파일 (312)의 적어도 하나의 지점 및 0.8·t를 초과하는 두께 (또는 약 0·t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t 초과)에서 응력 프로파일의 적어도 하나의 지점은, 약 -0.1MPa/micrometer 미만이거나 또는 약 0.1MPa/micrometer를 초과하는 기울기를 갖는 접선을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 접선 기울기는, 약 -0.2MPa/micrometer 미만이거나 또는 약 0.2MPa/micrometer를 초과할 수 있다. 몇몇 더 특정한 구체 예에서, 접선 기울기는, 약 -0.3MPa/micrometer 미만이거나 또는 약 0.3MPa/micrometer를 초과할 수 있다. 더욱 특정한 구체 예에서, 접선 기울기는, 약 -0.5MPa/micrometer 미만이거나 또는 약 0.5MPa/micrometer를 초과할 수 있다. 다시 말하면, 이들 두께 범위 (즉, 0·t 내지 약 0.2·t 및 0.8t 초과, 또는 약 0t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t 이상)에 따른 하나 이상의 구체 예의 응력 프로파일은, 여기에 기재된 바와 같은, 접선 기울기를 갖는 지점을 배제한다. 이론에 구애됨이 없이, 알려진 오차 함수 또는 준-선형 응력 프로파일은, 0 또는 0에 가까운 값, 즉, (도 2에서 나타낸 바와 같이, 이러한 두께 범위 (220)에 따라 편평한 또는 0 기울기의 응력 프로파일을 나타내는) 약 -0.1MPa/micrometer 초과 내지 약 0.1MPa/micrometer 미만의 범위에서 기울기를 갖는 접선을 갖는, 이들 두께 범위 (즉, 약 0·t 내지 약 0.2·t 및 0.8t 초과, 또는 약 0t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t 이상)에 따른 지점을 갖는다. 본 개시의 하나 이상의 구체 예의 유리 물품은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 이들 두께 범위를 따라 평탄하거나 또는 0 기울기의 응력 프로파일을 갖는 응력 프로파일을 갖는 응력 프로파일을 나타내지 않는다.
하나 이상의 구체 예에서, 유리 물품은, 최대 접선 기울기 및 최소 접선 기울기를 포함하는, 약 0.1·t to 0.3·t 및 약 0.7·t to 0.9·t의 두께 범위에서 응력 프로파일을 나타낸다. 몇몇 사례에서, 최대 접선 기울기와 최소 접선 기울기 사이에 차이는. 약 3.5MPa/micrometer 이하, 약 3MPa/micrometer 이하, 약 2.5MPa/micrometer 이하, 또는 약 2MPa/micrometer 이하이다.
하나 이상의 구체 예에서, 유리 물품은, 유리 물품의 두께 (t)의 적어도 일부를 따라 또는 깊이 방향에서 연장하는 임의의 편평한 세그먼트 (flat segments)가 실질적으로 없는 응력 프로파일 (312)을 포함한다. 다시 말하면, 응력 프로파일 (312)은, 두께 (t)를 따라 실질적으로 연속적으로 증가하거나 또는 감소한다. 몇몇 구체 예에서, 응력 프로파일은, 약 10 micrometers 이상, 약 50 micrometers 이상, 또는 약 100 micrometers 이상, 또는 약 200 micrometers 이상의 길이를 갖는 깊이 방향에서 임의의 편평한 세그먼트가 실질적으로 없다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "편평한"은, 편평한 세그먼트를 따라 약 0.55MPa/micrometer 미만 또는 약 0.22MPa/micrometer 미만의 크기를 갖는 기울기를 지칭한다. 몇몇 구체 예에서, 깊이 방향으로 임의의 편평한 세그먼트가 실질적으로 없는 응력 프로파일의 하나 이상의 부분은, 제1표면 또는 제2표면 중 하나 또는 모두로부터 약 5 micrometers 이상 (예를 들어, 10 micrometers 이상, 또는 15 micrometers 이상)의 유리 물품 내에 깊이에 존재한다. 예를 들어, 제1표면으로부터 약 0 micrometers 내지 약 5 micrometers 미만의 깊이를 따라, 응력 프로파일은, 선형 세그먼트를 포함할 수 있지만, 제1표면으로부터 약 5 micrometers 이상의 깊이로부터, 응력 프로파일은, 실질적으로 편평한 세그먼트가 없을 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, "선형"은, 편평한 기울기를 갖는 선분 (line segments)뿐만 아니라 편평한 기울기를 갖지 않는 선분을 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 응력 프로파일은, 약 0t 내지 약 0.1t의 깊이에서 선형 세그먼트를 포함할 수 있고, 및 약 0.1t 내지 약 0.4t의 깊이에서 선형 세그먼트가 실질적으로 없을 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 약 0t 내지 약 0.1t 범위의 두께로부터의 응력 프로파일은, 기울기의 크기가 (절대값으로) 약 20MPa/micron 내지 약 200MPa/micron의 범위인 기울기를 가질 수 있다. 여기에서 기재되는 바와 같은, 이러한 구체 예는, 욕조가 둘 이상의 알칼리염을 포함하거나 또는 혼합된 알칼리염 욕조인 단일 이온-교환 공정 또는 다중 (예를 들어, 둘 이상의) 이온 교환 공정을 사용하여 형성될 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 유리 물품은, CT 영역 (도 4에서 327)을 따른 응력 프로파일의 형상의 면에서 설명될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, CT 영역을 따른 응력 프로파일 (여기서, 응력은 인장하에 있음)은, 수학식에 의해 근삿값을 구할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, CT 영역을 따른 응력 프로파일은, 하기 수학식 1에 의해 근삿값이 구해질 수 있다:
[수학식 1]
응력 (x) = MaxT-(((CTn·(n+1))/0.5n)·|(x/t)-0.5|n)
수학식 1에서, 응력 (x)은 위치 x에서의 응력 값이다. 여기서, 응력은 정수 (positive) (장력)이다. 수학식 1에서, MaxT는 최대 장력 값이고, 및 CTn은 n에서의 장력 값이며, MaxT 이하이다. MaxT 및 CTn은 모두 MPa 단위로 정수 값이다. 값 x는, 0 내지 t의 범위를 갖는, micrometers 단위의 두께 (t)에 따른 위치이고; x=0은 일 표면 (도 3에서 302)이며, x=0.5t는 유리 물품의 중심이고, 이 위치에서 응력 (x) = MaxT이며, 및 x=t는 대립 표면 (도 3에서 304)이다. 수학식 1에 사용된 MaxT는, 약 71.5/√(t) 미만일 수 있는, 최대 CT와 대등하다. 몇몇 구체 예에서, 수학식 1에 사용된 MaxT는, 약 50MPa 내지 약 80MPa (예를 들어, 약 60MPa 내지 약 80MPa, 약 70MPa 내지 약 80MPa, 약 50MPa 내지 약 75MPa, 약 50MPa 내지 약 70MPa, 또는 약 50MPa 내지 약 65MPa)의 범위일 수 있고, 및 n은 1.5 내지 5 (예를 들어, 2 내지 4, 2 내지 3 또는 1.8 내지 2.2) 또는 약 1.5 내지 약 2의 적합 파라미터 (fitting parameter)이다. 하나 이상의 구체 예에서, n=2는, 포물선 응력 프로파일을 제공할 수 있고, n=2에서 벗어난 지수는, 근 포물선 응력 프로파일 (near parabolic stress profiles)을 갖는 응력 프로파일을 제공한다. 하나 이상의 구체 예에서, CTn은 MaxT 미만일 수 있으며, 여기서, 유리 물품의 주 표면 중 하나 또는 모두에 대해 압축 응력 스파이크가 있다. 하나 이상의 구체 예에서, CTn은, 유리 물품의 주 표면 중 하나 또는 모두에 대해 압축 응력 스파이크가 없는 경우, MaxT와 같다.
몇몇 구체 예에서, 응력 프로파일은, 열처리에 의해 변경될 수 있다. 이러한 구체 예에서, 열처리는, 임의의 이온-교환 공정 전에, 이온-교환 공정 사이에, 또는 모든 이온-교환 공정 후에 발생할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 열처리는 표면에서 또는 그 근처에서 응력 프로파일의 기울기의 크기의 절대값을 감소시킬 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 가파른 또는 더 큰 기울기가 표면에서 요구되는 경우, 열처리 후에 이온 교환 공정은, "스파이크"를 제공하거나 또는 표면에서 또는 그 근처에서 응력 프로파일의 기울기를 증가시키기 위해 활용될 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 화학적으로 강화된 유리 물품의 응력 프로파일 (312)은, 두께의 일부를 따라 변하는 0이 아닌 농도의 금속 산화물(들)에 기인하여 발생된다. 금속 산화물 농도에서 이러한 변화는, 여기에서 금속 산화물 농도 구배로 지칭될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 화학적으로 강화된 유리 물품의 금속 산화물의 농도는, 0이 아니며, 및 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변한다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는, 0이 아니며, 및 약 0·t 내지 약 0.35·t, 약 0·t 내지 약 0.4·t, 약 0·t 내지 약 0.45·t 또는 약 0·t 내지 약 0.48·t의 두께 범위를 따라 변한다. 금속 산화물은, 유리 물품에서 응력을 발생시키는 것으로 기재될 수 있다. 농도에서 변화는, 전술된 두께 범위를 따라 연속적일 수 있다. 농도에서 변화는, 약 100 micrometers의 두께 세그먼트를 따라 약 0.2mol%의 금속 산화물 농도에서 변화를 포함할 수 있다. 이러한 변화는, 마이크로프로브 (microprobe)를 포함하는, 기술분야에 알려진 방법에 의해 측정될 수 있다. 농도가 0이 아니며 및 두께의 일부를 따라 변하는 금속 산화물은, 유리 물품에서 응력을 발생시키는 것으로 기재될 수 있다.
화학적으로 강화된 유리 물품의 금속 산화물 농도의 변화는, 전술된 두께 범위를 따라 연속적일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 농도에서 변화는, 약 10 micrometers 내지 약 30 micrometers의 범위에서 두께 세그먼트를 따라 연속적일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는, 제1표면으로부터 상기 제1표면과 제2표면 사이에 지점에서의 값으로 감소하고 및 상기 값으로부터 제2표면으로 증가한다.
화학적으로 강화된 유리 물품의 금속 산화물의 농도는, 하나 이상의 금속 산화물 (예를 들어, Na2O 및 K2O의 조합)을 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 2종의 금속 산화물이 활용되고 및 이온의 반경이 서로 다른 경우, 더 큰 반경을 갖는 이온의 농도는, 얕은 깊이에서 더 작은 반경을 갖는 이온의 농도를 초과하고, 반면에 더 깊은 깊이에서, 더 작은 반경을 갖는 이온의 농도는, 더 큰 반경을 갖는 이온의 농도를 초과한다. 예를 들어, 이온 교환 공정에서 단일 Na- 및 K-함유 욕조가 사용되는 경우, 유리 물품에서 K+ 이온의 농도는, 더 얕은 깊이에서 Na+ 이온의 농도를 초과하는 반면, Na+의 농도는, 더 깊은 깊이에서 K+ 이온의 농도를 초과한다. 이것은, 부분적으로, 더 작은 1가 이온에 대해 유리 내로 교환되는 1가 이온의 크기에 기인하기 때문이다. 이러한 유리 물품에서, 표면 또는 그 근처의 구역은, 표면에서 또는 그 근처에서 더 많은 양의 더 큰 이온 (즉, K+ 이온)으로 인해 더 큰 CS를 포함한다. 이러한 더 큰 CS는, 표면에서 또는 그 근처에서 더 가파른 기울기를 갖는 응력 프로파일 (즉, 표면에서 응력 프로파일의 스파이크)에 의해 나타낼 수 있다.
하나 이상의 금속 산화물의 농도 구배 또는 변화는, 여기에서 전술된 바와 같이, 유리 물품을 화학적으로 강화시켜 생성되며, 여기서, 유리 물품 내에 복수의 제1 금속 이온은 복수의 제2 금속 이온으로 교환된다. 제1 이온은, 리튬, 나트륨, 칼륨, 및 루비듐의 이온일 수 있다. 제2 금속 이온은, 제2 알칼리 금속 이온이 제1 알칼리 금속 이온의 이온 반경을 초과하는 이온 반경을 갖는다는 전제하에서, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 및 세슘 중 하나의 이온일 수 있다. 제2 금속 이온은, 이의 산화물 (예를 들어, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O 또는 이들의 조합)로서 유리 물품에 존재한다.
하나 이상의 구체 예에서, 화학적으로 강화된 유리 물품의 금속 산화물 농도 구배는, CT 층 (327)을 포함하는, 유리 물품의 두께 (t)의 실질적인 부분 또는 전체 두께 (t)을 통해 연장된다. 하나 이상의 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는, CT 층 (327)에서 약 0.5mol% 이상이다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는, 유리 물품의 전체 두께에 따라 약 0.5mol% 이상 (예를 들어, 약 1mol% 이상)일 수 있고, 및 제1표면 (302) 및/또는 제2표면 (304)에서 가장 크며, 제1표면 (302)과 제2표면 (304) 사이에 지점으로 실질적으로 일정하게 감소한다. 이 지점에서, 금속 산화물의 농도는, 전체 두께 (t)를 따라 최소한이지만; 그러나, 농도는 또한 그 지점에서 0은 아니다. 다시 말하면, 특정 금속 산화물의 0이 아닌 농도는, (여기서 기재된 바와 같은) 두께 (t)의 실질적인 부분 또는 전체 두께 (t)을 따라 연장된다. 몇몇 구체 예에서, 특정 금속 산화물의 최저 농도는, CT 층 (327)에 있다. 유리 물품에서 특정 금속 산화물의 총 농도는, 약 1mol% 내지 약 20mol%의 범위일 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 화학적으로 강화된 유리 물품은, 제1 금속 산화물 농도 및 제2 금속 산화물 농도를 포함하며, 상기 제1 금속 산화물 농도는, 약 0t 내지 약 0.5t의 제1 두께 범위를 따라 약 0mol% 내지 약 15mol%의 범위이고, 및 상기 제2 금속 산화물 농도는, 약 0 micrometers 내지 약 25 micrometers (또는 약 0 micrometers 내지 약 12 micrometers)의 제2 두께 범위로부터 약 0mol% 내지 약 10mol%의 범위이지만; 상기 제1 금속 산화물 및 제2 금속 산화물 중 하나 또는 모두의 농도는, 유리 물품의 실질적인 부분 또는 전체 두께를 따라 0이 아니다. 화학적으로 강화된 유리 물품은, 선택적인 제3 금속 산화물 농도를 포함할 수 있다. 상기 제1 금속 산화물은, Na2O를 포함할 수 있는 반면, 상기 제2 금속 산화물은 K2O를 포함할 수 있다.
화학적으로 강화된 유리 물품의 구체 예에서 금속 산화물의 농도는, 이러한 금속 산화물의 농도 구배를 포함하도록 변경되기 전에, 유리 물품에서 금속 산화물의 기준량 (baseline amount)으로부터 결정될 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 강화되지 않은 및 화학적으로 강화된 유리 물품은, 약 6 N 이상, 약 8 N 이상, 약 10 N 이상, 약 12 N 이상, 약 14 N 이상, 또는 약 16 N 이상의 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 나타낸다. 몇몇 구체 예에서, 강화되지 않은 및 화학적으로 강화된 유리 물품은, 약 6 N 내지 약 26 N, 약 8 N 내지 약 26 N, 약 10 N 내지 약 26 N, 약 12 N 내지 약 26 N, 약 14 N 내지 약 26 N, 약 15 N 내지 약 26 N, 약 16 N 내지 약 26 N, 약 18 N 내지 약 26 N, 약 6 N 내지 약 24 N, 약 6 N 내지 약 22 N, 약 6 N 내지 약 20 N, 약 6 N 내지 약 18 N, 약 6 N 내지 약 16 N, 또는 약 18 N 내지 약 24 N의 범위에서 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 나타낸다. 상기 누프 측면 균열 스크래치 임계값은, 강화되지 않은 및 화학적으로 강화된 유리 물품의 제1 주 표면 (302) 또는 제2 주 표면 (304)에 대해 측정될 수 있다. 여기서 사용된 바와 같은, 누프 측면 균열 스크래치 임계값은, (5개의 압입 사건 (indentation events) 중 3개 이상에서) 측면 균열의 시작이다. 누프 측면 균열 스크래치 임계값 시험에서, 유리 물품 및 물품의 샘플은, 동적 또는 경사진 하중 (dynamic or ramped load)하에 누프 압입자로 먼저 스크래치되어 샘플 모집단에 대한 측면 균열 시작 하중 범위를 확인한다. 적용 가능한 하중 범위가 확인되면, 누프 스크래치 임계값을 확인하기 위해 일련의 증가하는 일정한 하중 스크래치 (하중당 최소 3개 이상)는 수행된다. 누프 스크래치 임계값 범위는, 시험편을 다음의 3가지 파손 모드 (failure modes) 중 하나와 비교하여 결정될 수 있다: 1) 홈 (groove)의 폭을 2배 초과하는 지속된 측면 표면 균열이거나, 2) 손상이 홈 내에 포함되지만, 홈의 폭의 2배 미만인 측면 표면 균열이 있고 및 육안으로 가시적인 손상이 있거나, 또는 3) 홈의 폭을 2배 초과하는 큰 표면 아래의 측면 균열의 존재 및/또는 스크래치의 정점 (vertex)에서 중앙 균열 (median crack)이 있다.
유리 물품 (강화되지 않은 및 화학적으로 강화된 것 모두)의 구체 예는, 이동식 전자 장치 및 터치-가능 디스플레이용 커버 유리로서 사용될 수 있다. 유리 물품은, 또한 디스플레이 (또는 디스플레이 물품) (예를 들어, 게시판, 매장 (point of sale) 시스템, 컴퓨터, 네비게이션 시스템 및 이와 유사한 것), 건축용 물품 (벽, 고정장치, 패널, 창, 등), 수송용 물품 (예를 들어, 자동차 적용, 기차, 항공기, 해상 선박, 등), 가전기기 (예를 들어, 세탁기, 건조기, 식기 세척기, 냉장고 및 이와 유사한 것), 또는 약간의 내파단성을 요구하는 임의의 물품에 사용될 수 있다.
특히, 여기에 기재된 유리 물품은 얇으며, 및 여기에 기재된 바와 같이 화학적으로 강화된 경우, 통상적으로 (예를 들어, 약 2mm 또는 3mm 이상의 두께를 갖는) 두꺼운 유리 물품을 템퍼링을 통해서 오직 달성 가능한 응력 프로파일을 나타낸다. 유리 물품은 그 두께를 따라 특유의 응력 프로파일을 나타낸다. 몇몇 사례에서, 여기에 기재된 유리 물품은, 템퍼링된 유리 물품보다 더 큰 표면 CS를 나타낸다. 하나 이상의 구체 예에서, 유리 물품은, 유리 물품 내로 더 깊게 연장하는 압축 응력 층 (여기서, CS는 알려진 화학적으로 강화된 유리 물품보다 더 서서히 감소하고 및 증가함)을 가져서, 유리 물품 또는 이를 포함하는 장치가 단단한 표면 (예를 들어, 화강암) 또는 단단하고 거친 표면 (예를 들어, 아스팔트)에 낙하된 경우에서도, 이러한 유리 물품은 실질적으로 개선된 내파단성을 나타낸다. 하나 이상의 구체 예의 유리 물품은, 몇몇 알려진 화학적으로 강화된 유리 물품보다 더 큰 최대 CT 값을 나타낸다.
하나 이상의 구체 예에서, 여기에 기재된 화학적으로 강화된 유리 물품은, 마모된 링-온-링 (AROR) 시험에 적용된 경우, 개선된 표면 강도를 나타낸다. 물질의 강도는, 파단이 발생하는 응력으로 정의된다. AROR 시험은, 평편한 유리 시편을 시험하기 위한 표면 강도 측정이며, 명칭이 "Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature"인, ASTM C1499-09(2013)는, 여기에 기재된 AROR 시험 방법론에 대한 기초로서 역할을 한다. ASTM C1499-09의 내용은, 전체적으로 여기에 참조로서 혼입된다. 하나의 구체 예에서, 유리 시편은, 명칭이 "Standard Test Methods for Strength of Glass by Flexure (Determination of Modulus of Rupture)"인, ASTM C158-02(2012)의, 명칭이 "abrasion Procedures"인, Annex A2에 기재된 방법 및 장치를 사용하여 유리 샘플에 전달되는 90 그릿의 탄화규소 (SiC) 입자로 링-온-링 시험 전에 마모된다. 특히, ASTM C158-02의 내용 및 Annex 2의 내용은, 전체적으로 여기에 참조로서 혼입된다.
링-온-링 시험 전에, 유리 물품의 표면은, ASTM C158-02의 도 A2.1에 나타낸 장치를 사용하여 샘플의 표면 결함 상태를 정규화 및/또는 조절하기 위해, ASTM C158-02, Annex 2에 기재된 대로 마모된다. 마모성 물질 (abrasive material)는, 304kPa (44psi)의 공기압을 사용하여 15psi의 하중으로 유리 물품의 표면 (110) 상으로 샌드블라스팅된다 (sandblasted). 기류 (air flow)가 설정된 후, 5㎤의 마모성 물질은 깔때기에 버려지고, 및 샘플은 마모성 물질의 도입 후에 5초 동안 샌드블라스팅된다.
AROR 시험의 경우, 도 5에 나타낸 바와 같은 적어도 하나의 마모된 표면 (410)을 갖는 화학적으로 강화된 유리 물품은, 도 5에 또한 나타낸 바와 같이, 등축 휨 강도 (equibiaxial flexural strength) (즉, 2개의 동심 링 사이에 휨이 적용된 경우 물질이 지탱할 수 있는 최대 응력)를 결정하기 위해 다른 크기의 2개의 동심 링 사이에 배치된다. AROR 구성 (400)에서, 마모된 유리 물품 (410)은, 직경 (D2)을 갖는 지지 링 (420)에 의해 지지된다. 힘 (F)은, 로드 셀 (load cell) (도시되지 않음)에 의해 직경 (D1)을 갖는 로딩 링 (loading ring: 430)에 의해 유리 물품의 표면에 가해진다.
로딩 링 및 지지 링의 직경의 비 (D1/D2)는, 약 0.2 내지 약 0.5의 범위일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, D1/D2는 약 0.5이다. 로딩 링 및 지지 링 (130, 120)은, 지지 링 직경 (D2)의 0.5% 내에서 동심원으로 정렬되어야 한다. 시험에 사용된 로드 셀은, 선택된 범위 내에 임의의 하중에서 ±1% 내에서 정확해야 한다. 몇몇 구체 예에서, 시험은 23±2℃의 온도 및 40±10%의 상대 습도에서 수행된다.
고정장치 (fixture) 설계의 경우, 로딩 링 (430)의 돌출 표면의 반경 (r)은, h/2≤r≤3h/2이고, 여기서, h는 유리 물품 (410)의 두께이다. 로딩 링 및 지지 링 (430, 420)은, 통상적으로 경도 (HRc)가 > 40인 강철로 제조된다. AROR 고정장치는 상업적으로 이용 가능하다.
AROR 시험에 대하여 의도된 파손 메커니즘은, 로딩 링 (430) 내에 표면 (430a)으로부터 기원하는 유리 물품 (410)의 파단을 관찰하는 것이다. 이 영역의 외부 -즉, 로딩 링 (430)과 지지 링 (420) 사이 -에서 발생하는 파손은, 데이터 분석에서 생략된다. 그러나, 얇고 고강도의 유리 물품 (410)에 기인하여, 시편 두께 (h)의 ½을 초과하는 큰 변위 (deflections)는, 종종 관찰된다. 따라서, 로딩 링 (430) 아래에서 기원하는 높은 퍼센트의 파손을 관찰하는 것은 드문 일이 아니다. 응력은, 각 시편에서 파손의 기원 및 (변형계 (strain gauge) 분석을 통해 수집된) 링 아래 및 내부 모두에서 응력 발달의 지식 없이 정확하게 계산될 수 없다. 따라서, AROR 시험은, 측정된 반응으로서 파손시 절정 하중 (peak load)에 초점을 맞춘다.
유리 물품의 강도는, 표면 흠들의 존재에 의존한다. 그러나, 유리의 강도가 본질적으로 통계에 근거하기 때문에, 존재하는 주어진 크기의 흠의 가능성은, 정확하게 예측될 수 없다. 따라서, 확률 분포는 일반적으로 얻어진 데이터의 통계학적 표현으로 사용될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리 물품은, 표면을 마모시키기 위해 25psi 또는 심지어 45psi의 하중을 사용하는 AROR 시험에 의해 결정된 것으로 20 kgf 이상, 및 약 30 kgf까지의 표면 또는 등가 휨 강도를 갖는다. 다른 구체 예에서, 표면 강도는, 25 kgf 이상이고, 및 또 다른 구체 예에서, 30 kgf 이상이다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 화학적으로 강화된 유리 물품은, 샌드페이퍼 상에 역 볼 (IBoS) 시험에서 성능의 면에서 설명될 수 있다. 상기 IBoS 시험은, 도 7에서 개략적으로 나타낸 바와 같이, 휴대용 또는 핸드헬드 전자 장치에 사용되는 유리 물품에서 통상적으로 발생하는 손상 도입 및 굽힘에 기인한 파손에 대한 지배적인 메커니즘을 모방한 동적 구성요소 수준 시험 (dynamic component level test)이다. 실제로, 손상 도입 (도 7에서 a)은 유리 물품의 상부 표면에서 발생한다. 파단은, 유리 물품의 상부 표면에서 시작되고 및 손상은 유리 물품을 침투하거나 (도 7에서 b) 또는 파단은 유리 물품의 상부 표면상에 굽힘으로부터 또는 내부 일부로부터 전파된다 (도 7에서 c). IBoS 시험은, 유리의 표면에 손상을 동시에 도입하고 및 동적 하중하에서 굽힘을 가하도록 설계된다. 몇몇 사례에서, 유리 물품은, 동일한 유리 물품이 압축 응력을 포함하지 않는 경우보다 압축 응력을 포함할 때, 개선된 낙하 성능을 나타낸다.
IBoS 시험 장치는, 도 6에 개략적으로 나타낸다. 장치 (500)는, 시험대 (510) 및 볼 (530)을 포함한다. 볼 (530)은, 예를 들어, 스테인리스 스틸 볼과 같은, 단단한 또는 고체 볼, 또는 이와 유사한 것이다. 하나의 구체 예에서, 볼 (530)은, 10㎜의 직경을 갖는 4.2g의 스테인리스 스틸 볼이다. 상기 볼 (530)은, 미리 결정된 높이 (h)로부터 유리 물품 샘플 (518) 상으로 직접 낙하된다. 시험대 (510)는, 화강암 또는 이와 유사한 것과 같은, 경질의, 단단한 물질을 포함하는 고체 베이스 (solid base: 512)를 포함한다. 표면상에 배치된 마모성 물질을 갖는 시트 (514)는, 마모성 물질을 갖는 표면이 위로 향하도록, 고체 베이스 (512)의 윗면 상에 놓인다. 몇몇 구체 예에서, 시트 (514)는, 30 그릿 표면을 갖는 샌드페이퍼이고, 및 다른 구체 예에서, 180 그릿 표면을 갖는 샌드페이퍼이다. 유리 물품 샘플 (518)은, 유리 물품 샘플 (518)과 시트 (514) 사이에 공기 갭 (516)이 존재하도록, 샘플 홀더 (515)에 의해 시트 (514) 위에서 제자리에 유지된다. 시트 (514)와 유리 물품 샘플 (518) 사이에 공기 갭 (516)은, 유리 물품 샘플 (518)이 볼 (530)에 의한 충격시에 시트 (514)의 마모 표면상으로 굽혀지는 것을 가능하게 한다. 하나의 구체 예에서, 유리 물품 샘플 (518)은, 볼 충격의 지점에만 억제된 굽힘을 유지하고 및 반복성을 보장하기 위해, 모든 모서리에 걸쳐서 클램프된다. 몇몇 구체 예에서, 샘플 홀더 (514) 및 시험대 (510)는, 약 2㎜까지의 샘플 두께를 수용하도록 개조된다. 에어 갭 (516)은, 약 50㎛ 내지 약 100㎛의 범위이다. 에어 갭 (516)은, 물질 강성 (stiffness) (영률)의 차이를 조정하도록 개조되지만, 또한, 샘플의 두께 및 탄성 계수를 포함한다. 접착테이프 (520)는, 볼 (530)의 충격시 유리 물품 샘플 (518)의 파단의 사건에서 파편을 수집하기 위해 유리 물품 샘플의 윗면을 덮는데 사용될 수 있다.
다양한 물질은 마모 표면으로 사용될 수 있다. 하나의 특정 구체 예에서, 마모 표면은, 탄화규소 또는 알루미나 샌드페이퍼, 엔지니어링 샌드페이퍼 (engineered sandpaper), 또는 비슷한 경도 및/또는 날카로움 (sharpness)을 갖는 기술분야의 당업자에게 알려진 임의의 마모성 물질과 같은, 샌드페이퍼이다. 몇몇 구체 예에서, 30 그릿을 갖는 샌드페이퍼는, 콘크리트 또는 아스팔트보다 더 일관된 표면 지형 (topography), 및 원하는 수준의 시편 표면 손상을 생성하는 입자 크기 및 날카로움을 가짐에 따라, 사용될 수 있다.
하나의 관점에서, 전술된 장치 (500)를 사용하여 IBoS 시험을 수행하는 방법 (600)은, 도 8에 나타낸다. 단계 (610)에서, 유리 물품은, 이전에 기재된, 시험대 (510)에 놓이고, 샘플 홀더 (515)에 고정되어, 유리 물품 샘플 (518)과 마모 표면을 갖는 시트 (514) 사이에 공기 갭 (516)을 형성시킨다. 방법 (600)은, 마모 표면을 갖는 시트 (514)가 이미 시험대 (510)에 놓여 있는 것으로 가정한다. 그러나, 몇몇 구체 예에서, 상기 방법은, 마모성 물질을 갖는 표면이 위로 향하도록 시험대 (510)에 시트 (514)를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예 (단계 610a)에서, 접착테이프 (520)는, 유리 물품 샘플 (518)을 샘플 홀더 (510)에 고정하기 전에, 유리 물품 샘플 (518)의 윗면에 적용된다.
단계 (620)에서, 미리 결정된 질량 및 크기의 고체 볼 (530)은, 볼 (530)이 윗면의 대략 중심 (즉, 중심의 1㎜ 이내, 또는 3㎜ 이내, 또는 5㎜ 이내, 또는 10㎜ 이내)에서 윗면 (또는 윗면에 부착된 접착테이프 (520))에 충격을 가하도록, 유리 물품 샘플 (518)의 윗면 상으로 미리 결정된 높이 (h)로부터 낙하된다. 단계 (620)에서 충격 후에, 유리 물품 샘플 (518)에 대한 손상의 정도는, 결정된다 (단계 630). 여기에서 전술된 바와 같이, 용어 "파단"은, 기판이 낙하되거나 또는 물체에 의해 충격을 받았을 경우, 기판의 전체 두께 및/또는 전체 표면에 걸쳐서 균열이 전파되는 것을 의미한다.
방법 (600)에서, 마모 표면을 갖는 시트 (518)는, 낙하 시험 표면의 다른 타입 (예를 들어, 콘크리트 또는 아스팔트)의 반복된 사용에서 관찰된 "노화 (aging)" 효과를 피하기 위해 각각의 낙하 후에 대체될 수 있다.
다양한 미리 결정된 낙하 높이 (h) 및 증분 (increments)은, 통상적으로 방법 (600)에서 사용된다. 시험은, 예를 들어, 시작을 위한 최소 낙하 높이 (예를 들어, 약 10-20cm)를 활용할 수 있다. 높이는, 그 다음, 연속적인 낙하를 위해 설정 증분 또는 가변 증분 만큼 증가될 수 있다. 방법 (600)에 기재된 시험은, 유리 물품 샘플 (518)이 파괴되거나 또는 파단시 중단된다 (단계 631). 선택적으로, 낙하 높이 (h)가 파단 없이 최대 낙하 높이 (예를 들어, 약 100cm)에 도달하면, 방법 (600)의 낙하 시험은 또한 중단될 수 있으며, 또는 파단이 발생할 때까지, 단계 (620)는 최대 높이에서 반복될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 방법 (600)의 IBoS 시험은, 각각의 미리 결정된 높이 (h)에서 각각의 유리 물품 샘플 (518)에 대해 오직 한번 수행된다. 그러나, 다른 구체 예에서, 각 샘플은, 각각의 높이에서 다중 시험에 적용될 수 있다.
유리 물품 샘플 (518)의 파단이 발생하면 (도 8에서 단계 631), 방법 (600)에 따른 IBoS 시험은 종료된다 (단계 640). 미리 결정된 낙하 높이에서 볼 낙하로부터 결과하는 파단이 관찰되지 않으면 (단계 632), 낙하 높이는, 예를 들어 5, 10, 또는 20cm와 같이, 미리 결정된 증분 만큼 증가되고 (단계 634), 및 단계들 (620 및 630)은, 샘플 파단이 관찰될 때까지 (631) 또는 샘플 파단 없이 최대 시험 높이에 도달 (636)될 때까지 반복된다. 단계 (631) 또는 단계 (636)에 도달한 경우, 방법 (600)에 따른 시험은 종료된다.
전술된 샌드페이퍼 상에 역 볼 (IBoS) 시험에 적용된 경우, 여기에 기재된 유리 물품의 구체 예는, 볼이 100cm의 높이로부터 유리의 표면상으로 낙하된 경우, 적어도 약 60%의 생존율 (즉, 60% 이상의 생존율)을 갖는다. 예를 들어, 유리 물품은, 5개의 동일한 (또는 거의 동일한) 샘플 (즉, 거의 동일한 조성을 가지며, 및 강화된 경우, 여기에 기재된 바와 같은, 거의 동일한 압축 응력 및 압축의 깊이 또는 압축 응력 층을 가짐) 중 3개가, 규정된 높이 (여기서는 100cm)에서 낙하될 때 파단 없이 IBoS 낙하 시험을 견디는 경우, 주어진 높이로부터 낙하될 때 60% 생존율을 갖는 것으로 기재된다. 다른 구체 예에서, 강화된 유리 물품의 100cm IBoS 시험에서의 생존율은, 적어도 약 70% (70% 이상), 다른 구체 예에서, 적어도 약 80% (80% 이상)이며, 및 또 다른 구체 예에서, 적어도 약 90% (90% 이상)이다. 다른 구체 예에서, IBoS 시험에서 100cm의 높이로부터 낙하된 강화된 유리 물품의 생존율은, 적어도 약 60% (60% 이상), 다른 구체 예에서, 적어도 약 70% (70% 이상), 또 다른 구체 예에서, 적어도 약 80% (80% 이상), 및 다른 구체 예에서, 적어도 약 90% (90% 이상)이다. 하나 이상의 구체 예에서, IBoS 시험에서 150cm의 높이로부터 낙하된 강화된 유리 물품의 생존율은, 적어도 약 60% (60% 이상), 다른 구체 예에서, 적어도 약 70% (70% 이상), 또 다른 구체 예에서, 적어도 약 80% (80% 이상), 및 다른 구체 예에서, 적어도 약 90% (90% 이상)이다.
전술된 IBoS 시험 방법 및 장치를 사용하여 미리 결정된 높이로부터 낙하된 경우 유리 물품의 생존율을 결정하기 위해, 비록 시험 결과의 신뢰도를 높이기 위해 더 많은 수 (예를 들어, 10, 20, 30, 등)의 샘플이 시험에 적용될 수 있을지라도, 적어도 5개의 동일한 (또는 거의 동일한) 샘플 (즉, 거의 동일한 조성을 가지며, 및 강화된 경우, 거의 동일한 압축 응력 및 압축 또는 층의 깊이를 가짐)은, 시험된다. 각 샘플은, 미리 결정된 높이 (예를 들어, 100cm 또는 150cm)로부터 한 번 낙하되거나, 또는 선택적으로, 미리 결정된 높이에 도달될 때까지 파단 없이 점차 더 높은 높이에서 낙하되며, 및 파단의 증거 (샘플의 전체 두께 및/또는 전체 표면에 걸친 균열 형성 및 전파)를 시각적으로 (즉, 육안으로) 검사한다. 샘플은, 미리 결정된 높이로부터 낙하된 후에 파단이 관찰되지 않으면, 낙하 시험을 "생존한" 것으로 간주되며, 및 샘플이 미리 결정된 높이 이하인 높이로부터 낙하된 때 파단이 관찰되면, 샘플은, "파손된 (또는 "생존하지 못한") 것으로 간주된다. 생존율은, 낙하 시험에서 생존한 샘플 모집단의 퍼센트로 결정된다. 예를 들어, 10개의 군으로부터 7개 샘플이 미리 결정된 높이로부터 낙하시 파단되지 않은 경우, 유리의 생존율은, 70%가 될 것이다.
본 개시의 또 다른 관점은, 여기에 기재된 유리 물품을 포함하는 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 디스플레이를 포함하는 또는 강화된 얇은 유리를 요구하는, 임의의 장치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 장치는, 휴대폰, 랩탑, 태블릿, mp3 플레이어, 내비게이션 장치 및 이와 유사한 것과 같은 이동 장치, 또는 컴퓨터, 차량 정보/오락 시스템에서 전자 디스플레이, 게시판, 매장 시스템, 내비게이션 시스템, 및 이와 유사한 것과 같은 고정 장치를 포함할 수 있는, 전자 장치이다. 몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 유리 물품은, 건축용 물품 (벽, 고정장치, 패널, 창문, 등), 수송용 물품 (예를 들어, 자동차 적용에서 글레이징 (glazing) 또는 내부 표면, 기차, 항공기, 해상 선박, 등), 가전기기 (예를 들어, 세탁기, 건조기, 식기 세척기, 냉장고 및 이와 유사한 것), 또는 약간의 내파단성을 요구하는 임의의 물품으로 혼입될 수 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 전자 장치 (1000)는, 여기에 기재된 하나 이상의 구체 예에 따른 유리 물품 (100)을 포함할 수 있다. 장치 (1000)는, 전면 (1040), 후면 (1060), 및 측면 (1080)을 갖는 하우징 (1020); 상기 하우징 내에 전체적으로 또는 내부에 적어도 부분적으로 있고 및 적어도 컨트롤러, 메모리 및 상기 하우징의 전면에 또는 인접한 디스플레이 (1120)를 포함하는 전기 부품 (도시되지 않음)을 포함한다. 유리 물품 (100)은, 하우징의 전면에 또는 그 위에 배치된 커버로서 나타내며, 이것은 디스플레이 (1120) 위에 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품은 후면 커버로서 사용될 수 있다.
본 개시의 또 다른 관점은, 여기에 기재된 화학적으로 강화된 유리 물품의 구체 예를 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 약 3 millimeters 이하의 두께를 한정하는 제1표면 및 제2표면을 갖는 유리 물품을 제공하는 단계 및 상기 유리 물품에서 응력 프로파일을 발생시키는 단계를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 응력 프로파일을 발생시키는 단계는, 다수의 알칼리 이온을 유리 물품 내로 이온 교환하여 (여기에 기재된 바와 같은) 상당 부분의 두께를 따라 또는 전체 두께를 따라 변하는 0이 아닌 알칼리 금속 산화물 농도를 형성하는, 이온 교환 단계를 포함한다. 하나의 실시 예에서, 응력 프로파일을 발생시키는 단계는, 약 350℃ 이상 (예를 들어, 약 350℃ 내지 약 500℃)의 온도를 갖는, Na+, K+, Rb+, Cs+ 또는 이들의 조합의 질산염을 포함하는 용융염 욕조에 유리 물품을 침지시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시 예에서, 용융 욕조는, NaNO3, KNO3 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 및 약 485℃ 이하의 온도를 가질 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 상기 욕조는, NaNO3 및 KNO3의 혼합물을 포함할 수 있으며, 및 약 460℃의 온도를 가질 수 있다. 유리 물품은, 약 2시간 이상, 약 48시간 이하 (예를 들어, 약 2시간 내지 약 10시간, 약 2시간 내지 약 8시간, 약 2시간 내지 약 6시간, 약 3시간 내지 약 10시간, 또는 약 3.5시간 내지 약 10시간) 동안 욕조에 침지될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 상기 방법은, 유리 물품을 단일 욕조에 침지시키는 단계 또는 연속 침지 단계에서, 하나를 초과하는 욕조에 유리 물품을 침지시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 둘 이상의 욕조는 연속적으로 사용될 수 있다. 하나 이상의 욕조의 조성물은, 동일 욕조에서 단일 금속 (예를 들어, Ag+, Na+, K+, Rb+, 또는 Cs+) 또는 금속들의 조합을 포함할 수 있다. 하나를 초과하는 욕조가 활용되는 경우, 욕조는 서로 같거나 다른 조성물 및/또는 온도를 가질 수 있다. 각각의 이러한 욕조에서 침지 시간은, 동일할 수 있거나 또는 원하는 응력 프로파일을 제공하기 위해 변할 수 있다.
상기 방법의 하나 이상의 구체 예에서, 제2 욕조 또는 후속 욕조는 더 큰 표면 CS를 발생하기 위해 활용될 수 있다. 몇몇 사례에서, 상기 방법은, DOC에 상당한 영향을 미치지 않으면서, 더 큰 표면 CS를 발생하기 위해 제2 또는 후속 욕조에 유리 물품을 침지시키는 단계를 포함한다. 이러한 구체 예에서, 제2 또는 후속 욕조는, 단일 금속 (예를 들어, KNO3 또는 NaNO3) 또는 금속의 혼합물 (KNO3 및 NaNO3)을 포함할 수 있다. 제2 또는 후속 욕조의 온도는, 더 큰 표면 CS을 발생하기 위해 조정될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 제2 또는 후속 욕조에서 유리 물품의 침지 시간은, 또한 DOC에 실질적으로 영향을 미치지 않으면서, 더 큰 표면 CS을 발생하기 위해 조정될 수 있다. 예를 들어, 제2 또는 후속 욕조에서의 침지 시간은, 10시간 미만 (예를 들어, 약 8시간 이하, 약 5시간 이하, 약 4시간 이하, 약 2시간 이하, 약 1시간 이하, 약 30분 이하, 약 15분 이하, 또는 약 10분 이하)일 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 방법은, 유리 물품을 약 2시간 내지 약 10시간 범위의 지속시간 (예를 들어, 7시간) 동안 390℃의 온도를 갖는 100% NaNO3의 용융염 욕조에 침지시키는 단계를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 방법은, 유리 물품을 약 2시간 내지 약 10시간의 범위의 지속시간 (예를 들어, 7시간) 동안 390℃의 온도를 갖는 80% KNO3 및 20% NaNO3의 용융염 욕조에 침지시키는 단계를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 방법은, 유리 물품을 약 2시간 내지 약 10시간 범위의 지속시간 (예를 들어, 4.5, 5, 6, 또는 7시간) 동안 390℃의 온도를 갖는 60% KNO3 및 40% NaNO3의 용융염 욕조에 침지시키는 단계를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 방법은, 유리 물품을 약 2시간 내지 약 10시간 범위의 지속시간 (예를 들어, 4.5, 5, 6, 또는 7시간) 동안 390℃의 온도를 갖는 70% KNO3 및 30% NaNO3의 용융염 욕조에 침지시키는 단계를 포함한다.
하나 이상의 구체 예에서, 상기 방법은, 유리 물품을 이온 교환 (즉, 용융염 욕조에서 유리 물품을 침지) 전에 유리 물품에 열 이력을 부여하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 열 이력을 부여하는 단계는, 유리 물품을 이온 교환 (즉, 용융염 욕조에 침지) 전에, 유리 물품을 어닐링 (annealing) 또는 가상화하는 단계 (fictivating)를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 유리 물품을 어닐링하는 단계는, 유리 물품이 1013.2 poise의 점도를 나타내는 온도로 유리 물품을 가열하는 단계를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 방법은 유리 물품을 1011 poise 온도 (즉, 유리 물품의 점도가 대략 1011 poise인 온도)로 가상화시키는 단계를 포함한다. 여기에서 사용된 바와 같은, 유리 물품을 어닐링하는 단계 또는 유리 물품을 가상화시키는 단계는, 유리가 미리 정해진 점도 (즉, 가상화에 대해 1011 poise 및 어닐링에 대해 1013.2 poise)를 나타내는 온도로 유리 물품을 가열하는 단계, 및 그 다음, 유리 물품을 실온으로 빠르게 퀀칭하는 단계를 포함한다. 이론에 구애됨이 없이, 이러한 방식에서 유리 물품을 어닐링하는 단계 또는 가상화하는 단계는, 그 점도에 상응하는 유리 구조물를 제한하거나 또는 고정시킨다. 이러한 열 이력을 유리 물품에 제공하는 것은, 화학적 강화를 용이하게 하는 구조를 제공한다. 게다가, 이러한 어닐링 또는 가상화 레짐 (regime) 및 관련 점도 수준의 선택은, 퓨전 형성된 유리의 열 이력을 모방하므로, 동일한 열 이력 및 향상된 화학적 강화를 생성하기 위해 퓨전 형성되지 않은 유리에 적용될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 구체 예에서, 상기 방법은 플로우트-형성 유리 물품, 슬롯-인발 유리 물품, 또는 기타 퓨전 형성되지 않은 유리 물품을 어닐링 또는 가상화하는 단계를 포함한다.
하나 이상의 대안적인 구체 예에서, 상기 방법은, 여기에 기재된 이온-교환 공정과 조합하여 사용될 수 있는 하나 이상의 열처리 단계를 포함할 수 있다. 열 처리는 원하는 응력 프로파일을 얻기 위해 유리 물품을 열 처리하는 단계를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 열 처리 단계는, 유리 물품을 약 300℃ 내지 약 600℃ 범위의 온도로 어닐링, 템퍼링 또는 가열하는 단계를 포함한다. 열 처리는 1분 내지 최대 18시간 동안 지속될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 열 처리는, 하나 이상의 이온-교환 공정 후에, 또는 이온 교환 공정들 사이에 사용될 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 유리 물품은, 표면 흠의 영향을 제거하거나 감소시키기 위해 산 연마되거나 또는 별도로 처리될 수 있다.
여기서 사용되고 및 보고된 바와 같은, 변형점 온도는 ASTM C336-71 (2015)의 섬유 신장법 (fiber elongation method)을 사용하여 결정되고; 어닐링 온도는 ASTM C336-71 (2015)의 섬유 신장법을 사용하여 결정되며; 연화점 온도는 ASTM C338-93 (2013)의 섬유 신장법을 사용하여 결정되고; 및 액상선 점도는 다음과 같이 결정된다 - 먼저, 유리의 액상선 온도를 ASTM C829-81(2015), 명칭 "Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method"에 따라 측정하고, 및 그 다음, 상기 액상선 온도에서 유리의 점도를, ASTM C965-96 (2012), 명칭 "Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point"에 따라 측정한다.
100MPa의 인장 응력을 부여하기 위해 물품을 구부리는 경우, 물품이 어떤 힘 값 (certain force value)을 초과하는 임계값 파손 충격력을 나타내는 물질 특성을 포함하는 여기에 기재된 구체 예에서, 이것은 다음과 같이 시험된다. 하나 이상의 구체 예에 따르면, "임계값 파손 충격력"은, 도 7과 관련하여 전술한 바와 같이, 물품의 표면상에 관찰 가능한 파단을 일으키기에 충분한 최소 충격력을 지칭한다. 하나 이상의 구체 예에서, "임계값 파손 충격력"에 대해 시험된 물품은, 0.1 ㎜, 0.2 ㎜, 0.3 ㎜, 0.4 ㎜, 0.5 ㎜, 0.6 ㎜, 0.7 ㎜, 0.8 ㎜, 0.9 ㎜, 1 ㎜, 1.1 ㎜, 1.2 ㎜, 1.3 ㎜, 1.4 ㎜, 1.5 ㎜, 1.6 ㎜, 1.7 ㎜, 1.8 ㎜, 1.9 ㎜ 또는 2㎜의 두께를 갖는 시트이다.
장치의 신뢰성 시험 (Reliability testing)은, 이들이 이들의 적용 수명 (application lifetime) 동안 어떻게 수행될 것인지를 이해하는데 필수적이다. 장치 낙하 시험은, 통상 낙하 사건 (예를 들어, 주차장에 전화를 낙하)이 발생한 후에, 휴대용 전자 장치 (예를 들어, 스마트폰, 태블릿, 랩톱, 등)의 신뢰성을 이해하기 위해 사용되는데, 이는 이러한 사건이 장치 기능성을 손상시킬 수 있기 때문이다. 장치에 대한 하나의 관심사는 이러한 장치에 사용되는 커버 유리의 신뢰성이다. 핸드헬드, 전자 장치의 커버 유리가 손상 또는 파손은, 사용-불가능한 장치 및/또는 사용자의 안전 문제를 결과할 수 있다. 커버 물질의 한계 및 이것이 장치 디자인과 어떻게 관련되는지를 이해하는 것은, 커버 유리 성능을 개선하는데 필수적이다.
통상적으로, 실제 장치는 이들의 신뢰성을 이해하기 위해 낙하 시험된다. 그러나, 이것은 매우 고가일 수 있으며 및 장치 디자인이 완료되고 및 장치가 제작된 경우에만 이용 가능하다. 이러한 결점을 처리하기 위해, 대용의 시험 차량 (장치 치수 및 무게와 유사한, 재사용 가능한, 모형의 장치)은, 커버 유리 성능 시험용 장치를 모의 실험하기 위해 사용된다. 이러한 대용의 차량은, 고객의 요건을 충족시키고 및 커버 유리 생존 가능성 (예를 들어, 경사진 디자인)에 도움이 되는 디자인 피드백 (design feedback)을 제공하는 것을 돕기 위한 유리의 적응성을 이해하는 데 도움이 된다. 그러나, (낙하) 시험을 수행하기 위한 대용의 차량의 제작은, 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 든다. 따라서, 대신에, 유리-계 물품의 표면, 예를 들어, 이동 전자 장치용 커버 유리를 시험하기 위한 장치를 사용하여, 현장에서 일어나는 것으로 관찰된, 주로 응력 (굽힘) 및 손상 도입의 조합인, 파손 모드를 모의 실험한다. 이러한 알려진 파손 모드는, 구성요소-수준 기반의 표면 충격 시험 (component-level based surface impact test)을 사용하여 재-생성된다. 이 장치를 사용하여 광범위한 시험은 수행되고 및 이 시험을 통해, 어떤 유리 조성물 및 이온 교환 응력 프로파일이 커버 유리의 생존 가능성을 개선할 수 있는지를 알게 된다.
상기 장치는, 평편한 곳으로부터 만곡된 곳까지의 범위의 표면을 갖는 간단한 진자-계 동적 충격 시험 (pendulum-based dynamic impact test)을 포함하며, 여기서, 유리-계 물품 시험편은, 진자의 보브 (bob)에 장착되고, 그 다음 시험편이, 매끄럽거나 또는 거친 표면일 수 있는, 충격 표면에 접촉을 일으키도록 사용된다. 시험을 수행하기 위해, 샘플은, 홀더에 로딩된 다음, 진자 평형 위치에서 뒤로 당겨져서, 충격 표면에 동적 충격을 주도록 놓아 준다. 이 시험은 유리/시편이 움직이는 부분이고 및 표면이 고정된 부분인, 낙하 사건을 모방한다. 이용 가능한 만곡된 표면은, 현장 파손으로부터 얻어진 응력 수 (stress numbers) (굽힘 응력)를 흉내내는 것이다. 유리-계 물품은, 고정된 부분인, 충격 표면을 타격하기 위해 이동하는 움직이는 부분으로, 주어진 높이로부터 표면 (고정 부분)으로 반복 가능하게 낙하되는 장치 (움직이는 부분)이다.
파손 모드는, 굽힘 비율 (bending rate) 및 손상 도입의 속도에 따라 변하는 것으로 알려졌다. 커버 유리 성능을 특성화하는데 사용되는, 링-온-링 (Ring-On-Ring: ROR), 압입 파단 임계값 (indentation fracture threshold: IFT) 및 (유사-통계적 하중 적용 (quasi-statistic load application)을 통해 느린 굽힘 (slow bending)이 수반되는 손상 도입을 포함하는) 마모된 링-온-링 (ARoR)과 같은, 다른 유사-통계적 하중 적용 기반의 구성요소-수준 시험과는 달리, 이 시험은 사실상 동적이다. 더군다나, 매우 대중적인 이동 장치 적용에서 얇은 커버 물질에 대한 수요가 증가함에 따라, 다른 얇은 커버 물질을 평가하기 위한 구성요소 수준 기반의 시험을 가질 필요성은 중요하게 되었다. 이 시험은, 0.3㎜ 두께만큼 낮은, IOX 처리 및 다양한 조성물의, 이러한 얇은 유리의 잠재적인 낙하 성능 반응을 예측하는데 사용될 수 있는데, 이는 이 시험이 유리 물질의 평가에 신뢰성이 입증되었기 때문이다. 상기 시험 방법은, 시스템 수준 낙하 시험에서 발생된 것들과 적당히 비교하여, 유리 충격 에너지 및 관련 충격력의 더 빠른 평가를, 간단한 방식으로, 가능하게 한다.
도 10-15를 참조하면, 취성 기판 (brittle substrate)에 대한 "표면 임계값 파손 충격력 시험"을 수행하기 위한 장치 (1100)의 구체 예는, 피봇 (1106)에 부착된 보브 (1104)를 포함하는 진자 (1102)를 포함하는 것으로 나타낸다. 진자 상에 보브는, 피봇에 매달린 웨이트 (weight)이고, 암 (arm)에 의해 피봇에 연결된다. 따라서, 도면들에 나타낸 보브 (1104)는, 스트링 (string) 형태, 또는 막대 또는 나타낸 바와 같은 두 개의 막대와 같은, 복수의 막대 형태일 수 있는, 암 (1108)에 의해 피봇 (1104)에 연결된다. 도 14에 가장 잘 나타낸 바와 같이, 보브 (1104)는 각도 β가 0이 되도록 점선으로 나타낸 평형 위치 (1105)를 갖는다. 즉, 암 (1108)은 상승 위치 (raised position)에 있지 않다.
보브 (1104)는, 단순히, 암 (1108)의 하단부에 부착된 취성 기판일 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 보브 (1104)는 취성 기판을 수용하기 위한 베이스 (1110)를 포함한다. 도 15에 더 상세히 나타낸 바와 같이, 베이스 (1110)는, 적어도 2개의 단부 (1114, 1116), 내부 표면 (1113) 및 외부 표면 (1115)을 갖는 취성 기판 (1112)을 수용한다. 베이스 (1110)는, 제1 단부 (1120) 및 제2 단부 (1122), 및 상기 제1 단부 (1120)와 제2 단부 (1122) 사이에 곡률 반경을 한정하는 만곡된 표면 (1124)을 갖는다. 베이스 (1110)는, 충격 시험을 위한 기판을 고정하기 위한 플랫폼을 제공하기 위한 임의의 적절한 물질일 수 있으며, 이는 이하 더 설명될 것이다. 베이스 (1110) 용으로 적합한 물질은, 목재, 금속, 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 만곡된 표면 (1124)은, 정점 (1125)을 갖는다.
하나 이상의 구체 예에 따른 장치 (1100)는, 취성 기판 (1112)의 적어도 2개의 단부 (1114, 1116)를 잡아주고, 및 만곡된 표면 (1124)에 대하여 취성 기판 (1112)을 구부리기 위한 힘을 가하며, 및 취성 기판을 곡률 반경에 일치시키기 위한, 제1 고정장치 (1130) 및 제2 고정장치 (1132)를 더욱 포함한다. 취성 기판 (1112)을 굽힘으로써, 취성 기판은, 만곡된 표면 (1124)의 정점 (1125)에 일치하는 정점 (1127)을 갖는다. 하나 이상의 특정 구체 예에서, 취성 기판 (1112)의 곡률 및 만곡된 표면 (1124)은, 고정된 반경 또는 복합 반경 (compound radius)일 수 있다. 제1 고정장치 (1130) 및 제2 고정장치 (1132)는, 각각 클램프이며, 및 특정 구체 예에서, 도 15에 나타낸 바와 같은 토글 클램프 (toggle clamps)이다. 그러나, 취성 기판의 단부를 잡아주기 위한, 바 클램프 (bar clamps), C-클램프, 또는 다른 적절한 고정장치와 같은, 다른 타입의 고정장치는, 사용될 수 있다.
하나 이상의 구체 예에 따른 장치 (1100)는, 기판 (1112)의 외부 표면 (1115)과 접촉하여 배치될 마모 표면을 갖는 마모 시트 (abrasive sheet)일 수 있는, 거친 표면을 더욱 포함한다. 마모 시트는, 양면테이프에 의해 (이하 기재된 충격 물체 (1140)의) 충격 표면 (1150)에 부착되며, 상기 마모 시트의 마모 표면은, 기판 (1112)이 장착된 만곡된 표면 (1124)을 향하여 마주한다. 다른 특정 구체 예에서, 마모 시트는, 30 그릿 내지 400 그릿, 또는 100 그릿 내지 300 그릿, 예를 들어, 180 그릿의 그릿 크기를 가질 수 있는, 샌드페이퍼를 포함한다. 하나의 적절한 샌드페이퍼는 Indasa Rhynowet® Plus Line P180 그릿 샌드페이퍼이다. 하나 이상의 구체 예에 따른 샌드페이퍼는, 25㎜ 정사각형 조각으로 절단되고, 상기 조각이 절단 공정 중에 구부러진다면, 샌드 페이퍼를 평평하게 한다.
장치 (1100)는, 보브 (1104)가 평형 위치 (1105)로부터 0을 초과하는 각도 β에서의 위치로부터 놓아주는 경우, 보브 (1104)의 만곡된 표면 (1124) (또는 만곡된 표면 (1124) 상에 장착된 기판 (1112))이 충격 물체 (1140)의 충격 표면 (1150) (또는 충격 표면 (1150) 상에 배치된 마모 시트의 마모 표면)과 접촉하도록, 위치된 충격 물체 (1140)를 더욱 포함한다. 나타낸 구체 예에서, 충격 물체 (1140)는, 플랫폼 (1142)에 부착된 L-자형 브래킷이고, 상기 충격 물체 (1140)는, 나사 (1144)에 의해 플랫폼 (1142)에 부착된다. 상기 충격 물체 (1140)는 또한, 볼트, 리벳, 클램프, 등과 같은 임의의 다른 적절한 메커니즘에 의해 부착될 수 있다. 플랫폼 (1142)은, 장치 (1100)를 작업대 (work bench: 1148)의 단부에서 잡아주는, 스토퍼 (1146)를 포함한다. 나타낸 구체 예에서, 충격 물체 (1140)는 고정되며, 보브 (1104)가 충격 표면 (1150)에서 충격 물체 (1140)와 접촉하는 경우, 움직이지 않는다. 충격 표면 (1150)은, 슬롯 (1152) 내에서, 도 13에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, x-y 평면에서 이동 가능한 개별 요소 (separate element)일 수 있다. 선택적으로, 충격 표면 (1150)은, 충격 물체 (1140)에 대해 이동할 필요가 없다. 하나 이상의 구체 예에서, 취성 기판이 베이스 (1110)에 부착된 경우 및 보브 (1104)가 평형 위치 (1105)로부터 0을 초과하는 각도 β에서의 위치로부터 놓아주는 경우, 보브 (1104) 및 베이스 (1110)는, 취성 기판 (1112)이, 휴대폰 또는 태블릿 장치의 사용자에 의해 휴대폰 또는 태블릿 장치가 지표면에 낙하될 때, 휴대폰 또는 태블릿 장치의 화학적으로 강화된 커버 유리의 굽힘 반경을 모의 실험하는 충격력 및 굽힘 반경에 적용되도록, 크기가 부여되고 형상화된다.
베이스 (1110) 상에 만곡된 표면 (1124)의 곡률 반경은, 기판이 만곡된 표면 (1124)을 중심으로 굽혀지는 경우, 100MPa의 굽힘 인장력 (tensile force)을 제공하도록 선택되며, 상기 인장력은 기판의 굽힘의 응력으로부터 결과하는 외부적으로 가해진 인장력이다. 따라서, 기판이 굽혀지는 경우, 인장력은, 취성 기판의 정점 (1125)에 있다. 곡률 반경은, 0.25m 내지 1.5m의 범위, 예를 들어, 0.5m 내지 1m의 범위이다.
제1 고정장치 (1130) 및 제2 고정장치 (1132)는, 휴대폰 또는 태블릿에 대한 커버 유리 길이의 간격으로 이격되어 있다. 예를 들어, 제1 고정장치 (1130) 및 제2 고정장치 (1132)는, 50㎜ 내지 500㎜ 범위의 간격으로 이격되어 있다.
본 개시의 또 다른 관점은, 취성 시트를 충격 시험하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은: 접촉 표면을 갖는 취성 시트를 굽혀서 곡률 반경 및 접촉 표면상에 정점을 갖는 굽힘 시트를 제공하는, 굽힘 단계; 및 진자를 사용하는 충격 물체로 정점에서 굽힘 시트에 충격을 가하는 단계를 포함한다. 하나의 구체 예에서, 굽힘 시트는 진자 보브에 부착된다. 하나의 구체 예에서, 진자 보브에 부착된 굽힘 시트는, 충격 물체가 접촉 표면의 정점과 접촉하도록 위치된다. 곡률 반경은, 휴대폰 또는 태블릿 장치의 사용자에 의해 휴대폰 또는 태블릿 장치가 지면에 낙하된 경우, 휴대폰 또는 태블릿 장치의 화학적으로 또는 열적으로 강화된 커버 유리의 굽힘 반경을 모방하는 범위이고, 여기서, 낙하 사건은, (접촉 표면이 지면에 일반적으로 평행한 방향에서 일반적으로 장치가 지면에 부딪치는, 겉면의 제1 낙하와 대조적으로) 장치의 에지가 먼저 지면을 접촉하는 것이다.
마모 시트는 암 (1108)의 스윙 운동 (swinging movement)시 취성 시트의 정점과 접촉하는 위치에서 충격 표면 (1150) 상에 놓인다. 마모 시트는 양면테이프로 충격 물체에 고정된다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하면, 장치의 작동의 구체적인, 비-제한적 상세는, 다양한 시험 위치 (1202), 즉, 암 (1108)이 평형 위치 (1105)에 대해 각도 β로 위치되는 위치, 및 진자의 운동이 시작되는 위치를 알려줄 수 있는, 피봇 (1106) 상에 포인터 노치 (pointer notch: 1200)를 포함한다. 포인터 노치 (1200)는, 임의의 적절한 수의 시험 위치, 예를 들어 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 및 50 이상까지 증가할 수 있는, 다양한 시험 위치 (1202)로 정렬을 가능하게 한다. 장치 (1100)는, 너트 (1204)의 형태일 수 있는, 잠금장치를 더욱 포함할 수 있어, 암의 중심 길이 축에 대하여 원하는 회전 방향에서 암 (1108)을 잠그어 충격 물체 (1140)의 충격 표면 (1150)과 베이스 (1110)를 일치시킨다.
장치 (1100)는, 하나 이상의 구체 예에 따라 실제 휴대폰 낙하 사건을 모의 실험한다. 입사 충격 에너지 (Incident impact energy),
Figure 112021096360078-pat00001
및 평균 충격력,
Figure 112021096360078-pat00002
은, 하기 수학식 2 및 3에 의해 제공된다:
[수학식 2]
Figure 112021096360078-pat00003
[수학식 3]
Figure 112021096360078-pat00004
여기서,
Figure 112021096360078-pat00005
= (스윙 암 (1108), 보브 (1104), 및 베이스 (1110)를 포함하는) 진자 (1102)의 질량이고,
Figure 112021096360078-pat00006
= 암의 길이이며,
Figure 112021096360078-pat00007
= 자유 낙하의 가속도이고,
Figure 112021096360078-pat00008
는 초기 충격 속도 (즉, 유리가 충격 물체 (1140)의 충격 표면 (1150)에 처음 접촉하는 경우의 지점에서 속도)이며, 및
Figure 112021096360078-pat00009
는 최종 충격 속도 (즉, 유리가 충격 물체 (1140)의 충격 표면 (1150)을 떠나는 속도, 또는 다시 말하면, 유리가 충격 물체 (1140)의 충격 표면 (1150)으로부터 처음 분리되는 경우의 지점에서 속도)이고, 및
Figure 112021096360078-pat00010
= 접촉 상호작용 시간 (즉, 유리가 충격 물체 (1140)의 충격 표면 (1150)과 접촉하는 동안의 시간)이다. 접촉 상호작용 시간은, 유리가 충격 표면 (1150)과 접촉하는 동안 프레임 (frames)의 수를 관찰하고, 및 고-속 비디오 카메라에 의해 단위 시간당 찍힌 프레임 수를 곱함으로써 고-속 비디오 카메라에 의해 측정된다. 평균 힘 방정식은, 이전에 파괴되지 않은 샘플에 대해 유용하다, 즉, 시험 전에 장치 (1100)에 로딩된 샘플은, 이전에 파괴되지 않은 샘플이다. 주어진 샘플 세트의 평균값을 찾기 위해, 유리-계 물품의 적어도 5개의 동일한 (또는 거의 동일한) 샘플 (즉, 거의 동일한 조성, 및 강화된 경우, 거의 동일한 압축 응력 및 압축 또는 층의 깊이를 가짐)은, 비록 시험 결과의 신뢰 수준을 높이기 위해 더 큰 수 (예를 들어, 10, 20, 30, 등)의 샘플이 시험에 적용될지라도, 시험된다. 스윙 암의 질량 및 길이가 알려진 경우, 각도 β를 선택된 위치로 설정하면, 충격력은 계산될 수 있고, 및 특정 높이로부터 낙하된 경우 장치에 대하여 충격을 모의 실험하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 1미터 높이에서 낙하된 경우 130g의 휴대폰 장치에 대한 기판 커버 유리에 의해 경험된 평균 힘은, 800N인 것으로 계산된다. 질량, 암 길이, 및 각도 β를 사용하여, 이 힘은 도 10-15에 나타낸 장치 (1100)를 사용하여 반복될 수 있다.
이하, 도 16 및 도 17을 참조하면, 취성 기판에 대해 "에지 임계값 파손 충격력 시험"을 수행하기 위한 장치 (1600)의 구체 예는, 피봇 (1606)에 부착된 보브 (1604)를 포함하는 진자 (1602)를 포함하는 것으로 나타낸다. 진자 상에 보브는, 피봇에 매달린 웨이트 (weight)이고, 암에 의해 피봇에 연결된다. 따라서, 도 16에 나타낸 보브 (1604)는, 나타낸 바와 같은 2개의 막대 형태인, 암 (1608)에 의해 피봇 (1606)에 연결된다. 표면 임계값 충격력 시험과 유사하게, 보브 (1604)는, 각도 β가 0이 되도록 평형 위치를 갖는다. 즉, 암 (1608)은, 상승된 위치에 있지 않다. 표면 임계값 파손 충격력 시험과의 유사성 때문에, 에지 임계값 파손 충격력 시험에 대한 차이점만이 기재될 것이다.
보브 (1604)는 평면 샘플 홀더 (1610), 스토퍼 (1620), 및 지지부 (1622)를 포함한다. 샘플 홀더 (1610)는, 암 (1608)에 연결된다. 스토퍼 (1620) 및 지지부는, 샘플 홀더 (1610)에 연결된다. 샘플 (1712)은, 샘플 (1712)의 하나의 에지를 스토퍼 (1620)로 접하게 하여 샘플 홀더 (1610)에 장착된 다음, 지지부 (1622)는 나사 (1624) (또는 이와 유사한 것)에 의해 샘플 홀더 (1610)에 고정된다. 샘플 (1712)은, 시험 후에 파단 모드의 추가 분석을 위해 파편을 보유하도록 일 면상에 배치된 테이프를 가질 수 있다.
장치 (1600)는, 보브 (1604)가 평형 위치로부터 0을 초과하는 각도 β에서의 위치로부터 놓아 주는 경우, 샘플 홀더 (1610) 상에 장착된 기판 (1712)의 모서리 (1701, 1702, 1703, 또는 1704)가, 충격 물체 (1640)의 충격 표면 (1650) (또는 충격 표면 (1650) 상에 배치된 마모 시트의 마모면)을 접촉하도록, 위치된 충격 물체 (1640)를 더욱 포함한다. 나타낸 구체 예에서, 충격 물체 (1640)는, 플랫폼 (1642)에 부착된 L-형상의 브래킷이고, 및 충격 물체 (1640)는, 나사 (1644)에 의해 플랫폼 (1642)에 부착된다. 충격 물체 (1640)는 또한, 볼트, 리벳, 클램프, 등과 같은 임의의 다른 적절한 메커니즘에 의해 부착될 수 있다. 플랫폼 (1642)은, 장치 (1600)가 작업대 (1648)의 단부에 유지되는 것을 가능하게 하는 스토퍼 (1646)를 포함한다. 나타낸 구체 예에서, 충격 물체 (1640)는, 고정되어 있고, 상기 보브 (1604)가 충격 표면 (1650)에서 충격 물체 (1640)와 접촉하는 경우 움직이지 않는다.
도 17에 나타낸 바와 같이, 샘플 (1712)은, 한 번에 오직 하나의 모서리 (1701)만이 충격 표면 (1650)과 접촉하도록, 홀더 (1610)에 장착된다. 샘플 (1712)은, 나머지 모서리들 (1702, 1703 및 1704)이, 결국, 충격 표면 (1650)과 접촉하도록, 홀더 (1610) 내에서 재배향될 수 있다. 샘플 시험 동안, 오직 하나의 낙하는, 임의의 하나의 특정 모서리 (1701-1704)에 대해 수행되어, 손상 도입의 축적을 회피한다, 즉, 하나의 시험으로부터의 충격이 후속 시험에 영향을 미치지 않도록 한다. 상기 시험은, 진자를 (제1 충격력 및 에너지에 대응하는) 제1 높이로 상승시키고, 및 샘플 (1712)의 하나의 모서리를 충격 표면 (1650)에 충돌시켜 수행된다. 파단 또는 칩이 관찰되지 않으면, 샘플은, 아직 이전에 시험되지 않은 대각선 반대쪽 모서리를 시험하기 위해 재배향되고, 및 시험은 더 높은 진자 높이 (증가된 충격력 및 에너지)에서 다시 실행된다. 통상적인 시험 프로토콜은, 특정 샘플의 모서리들 (1701 및 1703)을 시험하는 단계, 또는 샘플의 모서리 (1702) 및 그 다음 모서리 (1704)를 시험하는 단계를 포함하며; 샘플의 동일 말단에 대한 모서리는 시험되지 않는다 (예를 들어, 만약 모서리 (1701)가 시험된 경우, 모리서 (1704)는 시험되지 않는다). 파단이나 또는 치핑 (chipping)이 관찰될 때까지 시험은 반복된다. 하나의 샘플 (대각선 반대쪽 2개의 모서리)이 손상 (파단 또는 칩핑) 없이 시험된 경우, 그 다음 동일한 타입 (조성물, 이온-교환 조건, 두께, 및 에지 마감)의 제2 샘플은, 유사한 방식으로 시험되고, 파단 및 치핑이 상기 동일한 타입 (조성물, 이온-교환 조건, 두께, 및 에지 마감)에 대해 발생하는 진자 높이 (충격력 및 에너지)를 찾는데 필요한 만큼 많은 샘플로 시험된다.
실시 예
다양한 구체 예는 하기 실시 예에 의해 더욱 명확해질 것이다.
실시 예 1
조성물 1-13은 배칭되고 및 유리 물품으로 형성된다. 그 결과로 생긴 유리 물품은, 그 다음 1011 poise 온도로 가상화된 (fictivated) 다음, 다양한 지속시간 동안 이온교환 조건 A-C에 따라 이온 교환되어, 여기에 기재된 응력 프로파일을 갖는 화학적으로 강화된 유리 물품을 형성한다. 이온교환 조건 A는, 390℃의 온도를 갖는 100% NaNO3의 단일 욕조에 침지 (immersion)를 포함한다. 이온교환 조건 B는, 390℃의 온도를 갖는 80% KNO3 및 20% NaNO3의 단일 욕조에 침지를 포함한다. 이온교환 조건 C는, 390℃의 온도를 갖는 60% KNO3 및 40% NaNO3의 단일 욕조에 침지를 포함한다. 화학적으로 강화된 유리 물품의 응력 프로파일 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값의 특성은 그 다음 측정된다. 표 1은 조성물 1-13 및 강화되지 않은 유리 물품의 특성을 포함한다. 표 2는 이온교환 조건 및 조성물 1-13으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 특성을 나타낸다.
조성물 1-13 및 조성물 및 그 결과로 생긴 유리 물품의 특성.
분석된 mol% 1 2 3 4 5
Al2O3 15.68 15.60 15.45 15.34 15.18
B2O3 0 0.48 0.92 1.42 1.89
Li2O 6.07 5.90 5.93 5.91 5.86
Na2O 10.93 10.65 10.30 9.92 9.57
P2O5 2.44 2.44 2.47 2.47 2.46
SiO2 63.67 63.69 63.70 63.72 63.80
SnO2 0.04 0.05 0.05 0.05 0.05
ZnO 1.17 1.18 1.18 1.19 1.18
R2O 17 16.55 16.23 15.82 15.44
B2O3+P2O5+SiO2+Al2O3 81.79 82.22 82.54 82.94 83.33
RO 1.17 1.18 1.18 1.18 1.18
Fulchers A -2.909 -3.078 -3.569 -3.207 -3.499
Fulchers B 7908.7 8359.4 9634.4 8682.8 9471.2
Fulchers To 141.6 101.6 5.1 67.8 3
200 P 온도 (℃) 1660 1656 1646 1644 1636
35000 P 온도 (℃) 1203 1198 1193 1188 1181
200000 P 온도 (℃) 1105 1099 1091 1088 1079
밀도 (g/㎤) 2.434 2.428 2.423 2.417 2.412
CTE (*10-7/℃) 78.7 78.1 76.7 74.8 73.1
변형점 (℃) 580 573 566 558 552
어닐링점 (℃) 633 625 618 611 603
연화점 (℃) 892.4 889.4 882.9 877.7 873.7
액상선 온도 (℃) 1005 990 1000 1005 1000
액상선 점도 (P) 1782170 2145360 1302529 1141874 1001611
응력 광학 계수 (nm/mm/MPa) 3.025 3.047 3.064 3.107 3.169
굴절률 1.505 1.5045 1.504 1.5036 1.5028
영률 (GPa) 76.32 75.70 75.15 74.81 74.39
표 1 (계속): 조성물 1-13 및 조성물 및 그 결과로 생긴 유리 물품의 특성. 밀도는 ASTM C693-93(2013)의 부력법 (buoyancy method)을 사용하여 결정된다.
Figure 112021096360078-pat00011
표 1 (계속): 조성물 1-13 및 조성물 및 그 결과로 생긴 유리 물품의 특성.
Figure 112021096360078-pat00012
조성물 1-13으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
유리 물품을 형성하는데 사용된 조성물 1 2 3 4 5
2시간 동안 이온교환 조건 A
두께 t (mm) 0.79 0.71 0.79 0.73 0.74
최대 CT (MPa) 66 68 66 64 62
단편으로서 DOC t 0.14 0.13 0.14 0.13 0.14
누프 측면 균열 스크래치 임계값 (N)
7시간 동안 이온교환 조건 A
두께 t (mm) 0.79 0.68 0.8 0.72 0.77
최대 CT (MPa) 72 64 70 64 68
단편으로서 DOC t 0.13 0.13 0.15 0.13 0.16
누프 측면 균열 스크래치 임계값 (N)
10시간 동안 이온교환 조건 A
두께 t (mm) 0.8 0.72 0.81 0.71 0.73
최대 CT (MPa) 69.31 65 68 66 61
단편으로서 DOC t 0.14 0.14 0.15 0.13 0.15
누프 측면 균열 스크래치 임계값 (N)
표 2 (계속): 조성물 1-13으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00013
표 2 (계속): 조성물 1-13으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00014
표 2 (계속): 조성물 1-13으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00015
표 2 (계속): 조성물 1-13으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00016
표 2 (계속): 조성물 1-13으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00017
표 2 (계속): 조성물 1-13으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00018
표 2 (계속): 조성물 1-13으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00019
표 2: 조성물 1-13으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00020
표 2 (계속): 조성물 1-13으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00021
표 2에서, DOC는 두께의 분율 (fraction)로 보고되며 및 ㎜의 단위로, 절대치 (absolute terms)로 DOC를 계산하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 조성물 1로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 제품은, 2시간 동안 이온교환 조건 A 하에서 이온 교환된 후에, 두께의 0.14 (즉, 두께의 14% 또는 0.14t)로 보고된 DOC를 갖는다. 절대 DOC 값은, 두께의 14% (0.14*0.79)를 취하여 계산된, 0.11㎜이다.
조성물 1-13에서, B2O3의 양은, 조성물 1로부터 조성물 13으로 순차적으로, 약 0.5mol%의 증분으로 증가된다. 동시에, Al2O3 및 Na2O의 상대량은, 각각, 약 0.15mol% 및 0.35mol%의 증분으로, 조성물 1로부터 조성물 13으로 순차적으로, 감소된다. 이러한 조성 변화는, 화학적으로 강화된 유리 제품에 의해 나타나는 최대 CT 값을 유지하면서, 유리 형성 종 (forming species)을 연결하는 평균 네트워크 (average network)를 감소시킨다. 게다가, 그 결과로 생긴 화학적으로 강화된 유리 제품은, 표 2에 나타낸 바와 같이, 증가하는 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 나타낸다. 예를 들어, 조성물 10-12로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 제품은, 여전히 깊은 DOC 값 (예를 들어, 0.12t 초과) 및 비교적 높은 표면 CS 값 (예를 들어, 500MPa 초과)을 유지하면서, 높은 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 나타낸다. 조성물 6으로부터 형성되고 및 4.5시간, 5시간, 6시간 및 7시간 동안 이온교환 조건 B 하에서 이온 교환된 화학적으로 강화된 유리 제품은, 깊은 DOC 값 (0.12t 이상)을 유지하면서, 더 높은 표면 CS 값 (예를 들어, 700MPa 초과)을 나타낸다.
실시 예 6의 조성물의 샘플은, 380℃의 온도를 갖는 30% KNO3 및 70% NaNO3의 욕조에서, 4시간 동안, 침지 이후에, 380℃의 온도를 갖는 93% KNO3 및 7% NaNO3의 욕조에서 40분 동안, 침지를 포함하는 이온-교환에 적용된다. 그 결과로 생긴 샘플은, 777MPa의 CS, 8.2 microns의 칼륨 DOL, 및 66.4MPa의 CT를 갖는다. 이들 샘플들은 그 다음 (충격 표면상에 180 그릿 샌드페이퍼로) 표면 임계값 파손 충격력 시험을 사용하여 및 (충격 표면상에 30 그릿 샌드페이퍼로) 에지 임계값 파손 충격력 시험을 사용하여 시험된다. 그 결과는 도 18 및 19에 각각 나타낸다. 모든 샘플은, 0.8mm 두께였고, 둥근면 에지 마감 (bullnose edge finish)을 갖는다. 표면 임계값 파손 충격력 시험의 경우, 샘플은, 거기에 부여된 0.4 미터 (m)의 굽힘 반경을 가지며, 및 길이 곱하기 폭이 110mm x 56mm이다.
도 18에서 알 수 있는 바와 같이, (전술한 바와 같은) 실시 예 6의 샘플은, 851N의 평균 표면 충격력에서 견딜 수 있다. 더욱이, 시험된 10개의 샘플 각각은, 851N의 표면 충격력을 견디며; 파단된 샘플은 없다. 따라서, 실시 예 6의 샘플은, 적어도 10개의 샘플에 대하여, 400N 이상, 예를 들어: 400N 내지 851N; 450N 내지 851N; 500N 내지 851N; 550N 내지 851N; 600N 내지 851N; 650N 내지 851N; 700N 내지 851N; 750N 내지 851N; 또는 800N 내지 851N의 평균뿐만 아니라 최대 표면 충격력을 견딜 수 있다.
비교에서, 실시 예 6의 샘플과 동일한 크기 및 동일한 마감을 갖는, 비교 예 1 (C1) 및 비교 예 2 (C2)의 샘플은, 실시 예 6의 샘플과 동일한 방식으로 시험되고; 그 결과는 도 18에 나타낸다. 비교 예 1은, mol%로: 57.4% SiO2; 16.1% Al2O3; 17.1% NaO; 2.8% MgO; 및 6.54% P2O5의 공칭 조성 (nominal composition)을 갖는다. 비교 예 1의 샘플은, 450℃의 온도를 갖는 60% KNO3 및 40% NaNO3의 욕조에서, 7시간 동안, 침지 후에, 390℃의 온도를 갖는 99.5% KNO3 및 0.5% NaNO3의 욕조에서, 12분 동안, 침지를 포함하는 이온-교환에 적용된다. 그 결과로 생긴 샘플은 870MPa의 표면 CS, 및 74.3 microns의 칼륨 DOL을 갖는다. 도 18로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교 예 1의 샘플 (C1 데이터)은, 400N 미만의 최대 표면 충격력, 및 313N의 10개 샘플에 대한 평균 표면 충격력을 견딜 수 있다. 비교 예 2는, Asahi Glass Company (일본)에 의해 제조된 Dragontrail® 유리의 조성과 일치하는 공칭 조성, 즉, mol%로: 64.8% SiO2; 7.7% Al2O3; 12.4% NaO; 4% K2O; 10.4% MgO; 0.3% CaO; 0.1% SrO; 0.5% ZrO2; 및 0.03% BaO의 공칭 조성을 갖는다. 비교 예 2의 샘플은, 802MPa의 표면 CS 및 24 microns의 칼륨 DOL을 갖는다. 도 18에서 알 수 있는 바와 같이, 비교 예 2의 샘플 (C2 데이터)은, 약 200N의 최대 표면 충격력, 및 152N의 10개 샘플에 대한 평균 표면 충격력을 견딜 수 있다.
각 샘플 타입에 대한, 에지 임계값 파손 충격력 시험의 경우, 화살표로 표시된 지점은, 충격력 (Newtons, N) 및 충격 에너지 (Joules, J)가, 시각적으로 관찰된 바와 같이 (즉, 육안으로), 유리 파단의 시작을 가져온 곳이다. 즉, 화살표는 샘플이 견디지 못한 자리 (spot)를 표시하는 반면, 표시된 자리의 바로 왼쪽의 데이터 지점에서, 모든 샘플은 견뎌낸다. 예를 들어, 실시 예 6의 샘플의 경우, 화살표는, 110도 (degrees)의 스윙 각 (swing angle), 1.58J의 입사 충격 에너지, 및 500N을 약간 초과하는 평균 충격력에서의 데이터 지점을 표시하고; 이 데이터 지점에서, 샘플은 견디지 못했지만, 모든 샘플은, 95도의 스윙 각, 1.28J의 입사 충격 에너지, 및 약 450N의 평균 충격력에서 견딘다. 더 높은 값은, 개선된 성능을 의미한다. 모든 샘플은, 0.8mm의 두께이고, 및 에지에서 0.3mm로 2.5D 마감을 갖는다.
도 19에서 알 수 있는 바와 같이, (전술한 바와 같이) 실시 예 6의 샘플은, 약 200N 내지 약 450N의 에지 충격력, 예를 들어: 약 225 내지 450N; 약 250N 내지 약 450N; 약 275N 내지 약 450N; 약 300N 내지 약 450N; 약 325N 내지 약 450N; 약 350N 내지 약 450N; 약 400N 내지 약 450N; 또는 약 425N 내지 약 450N의 에지 충격력을 견딜 수 있다. 유사하게, (전술된 바와 같이 제조된) 실시 예 6의 샘플은, 약 0.43J 내지 약 1.3J의 에지 입사 충격 에너지, 예를 들어: 약 0.44J 내지 약 1.3J; 약 0.45J 내지 약 1.3J; 약 0.46J 내지 약 1.3J; 약 0.47J 내지 약 1.3J; 약 0.48J 내지 약 1.3J; 약 0.49J 내지 약 1.3J; 약 0.5J 내지 약 1.3J; 약 0.55J 내지 약 1.3J; 약 0.6J 내지 약 1.3J; 약 0.65J 내지 약 1.3J; 약 0.7J 내지 약 1.3J; 약 0.75J 내지 약 1.3J; 약 0.8J 내지 약 1.3J; 약 0.9J 내지 약 1.3J; 약 1.0J 내지 약 1.3J; 약 1.1J 내지 약 1.3J; 약 1.2J 내지 약 1.3J의 에지 입사 충격 에너지를 견딜 수 있다.
비교에서, 실시 예 6의 샘플과 동일한 크기 및 동일한 에지 마감을 갖는 비교 예 3 및 비교 예 4의 샘플은, 실시 예 6의 샘플과 동일한 방식으로 시험되고; 그 결과는 도 19에 나타낸다. 비교 예 3은, mol%로: 63.6% SiO2; 15.7% Al2O3; 10.8% NaO; 6.2% Li2O; 1.2% ZnO; 및 2.5% P2O5의 공칭 조성을 갖는다. 비교 예 3의 샘플은, 380℃의 온도를 갖는 75% KNO3 및 25% NaNO3의 욕조에서, 3시간 및 36분 동안, 침지한 후에, 380℃의 온도를 갖는 91% KNO3 및 9% NaNO3의 욕조에서, 30분 동안, 침지를 포함하는 이온-교환에 적용된다. 그 결과로 생긴 샘플은, 약 800MPa 내지 약 830MPa의 표면 CS, 약 155 microns의 DOC, 약 70MPa의 CT, 약 8 microns의 칼륨 DOL, 및 상기 칼륨 DOL에서 약 130MPa의 CS를 갖는다. 도 19로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교 예 3의 샘플 (C3 데이터)은, 약 200N의 에지 충격력, 및 0.42J의 에지 입사 충격 에너지 (50도의 스윙 각)를 견딜 수 있다. 비교 예 4는, mol%로: 64.6% SiO2; 5.1 B2O3; 14% Al2O3; 13.8% NaO; 및 2.4% MgO의 공칭 조성을 갖는다. 상기 샘플은, 이온-교환 처리 후에, 870MPa의 표면 CS, 46 microns의 칼륨 DOL, 및 약 57MPa의 CT를 갖는다. 도 19에서 알 수 있는 바와 같이, 비교 예 4의 샘플 (C4 데이터)은, 100N 미만의 에지 충격력, 및 0.1J 미만의 에지 입사 충격 에너지 (20도 미만의 스윙 각)을 견딜 수 있다.
실시 예 2
조성물 14-26은 배칭되고 및 유리 물품으로 형성된다. 그 결과로 생긴 유리 물품은, 그 다음 (표 4에 나타낸 바와 같이) 1013 poise 온도로 어닐링되거나 또는 1011 poise 온도로 가상화된 다음, 다양한 지속시간 동안 이온교환 조건 B에 따라 이온 교환되어, 화학적으로 강화된 유리 물품을 형성한다. 그 결과로 생긴 화학적으로 강화된 유리 물품은, 누프 측면 균열 스크래치 임계값과 함께, 측정된, 여기에 기재된 속성을 갖는 응력 프로파일을 나타낸다. 표 3은 조성물 14-26 및 강화되지 않은 유리 물품의 특성을 포함한다. 표 4는 이온교환 조건 및 조성물 14-26으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 특성을 나타낸다.
조성물 14-26 및 조성물 및 그 결과로 생긴 유리 물품의 특성.
분석된 mol% 14 15 16 17 18
Al2O3 16.68 16.57 16.43 16.26 16.13
B2O3 0.46 0.92 1.43 1.90
CaO
Li2O 9.99 9.79 9.82 9.86 9.80
MgO
Na2O 7.32 6.94 6.59 6.26 5.91
P2O5 2.45 2.48 2.47 2.49 2.48
SiO2 63.50 63.71 63.72 63.66 63.73
SnO2 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
SrO
ZnO
ZrO2
R2O 17.31 16.73 16.40 16.12 15.71
B2O3+P2O5+SiO2+Al2O3 82.64 83.21 83.55 83.83 84.24
RO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Fulchers A -3.231 -3.218 -2.945 -3.309 -3.07
Fulchers B 8275.1 8230 7638.3 8414 7920.8
Fulchers To 126.8 128.3 163.7 107.5 134.1
200 P 온도 (℃) 1623 1620 1620 1607 1609
35000 P 온도 (℃) 1191 1189 1184 1179 1174
200000 P 온도 (℃) 1097 1094 1090 1085 1080
밀도 (g/㎤) 2.401 2.396 2.39 2.385 2.38
CTE (*10-7 ppm/℃) 74.5 72.7 71.7 71 68.1
변형점 (℃) 607 595 588 582 574
어닐링점 (℃) 656 647 641 635 627
연화점 (℃) 900.7 895.7 892.4 886.8 881.7
액상선 온도 (℃) 1180 1150 1165 1135 1160
액상선 점도 (P) 42277 68739 48237 75824 44754
응력 광학 계수 (nm/mm/MPa) 2.937 2.999 3.019 3.066 3.093
굴절률 1.5071 1.5065 1.5061 1.5056 1.5051
영률 (GPa) 78.60 78.12 77.50 76.95 76.53
표 3 (계속): 조성물 14-26 및 조성물 및 그 결과로 생긴 유리 물품의 특성.
Figure 112021096360078-pat00022
표 3 (계속): 조성물 14-26 및 조성물 및 그 결과로 생긴 유리 물품의 특성.
Figure 112021096360078-pat00023
조성물 14-26으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
유리 물품을 형성하는데 사용된 조성물 14 15 16 17 18
어닐링됨, 2시간 동안 이온교환 조건 B 하에서 이온 교환됨
두께 t (mm) 0.83 1.02 1.01 0.95 0.95
최대 CT (MPa) 78 69 69 68 66
단편으로서 DOC t 0.16 0.19 0.17 0.16 0.17
누프 측면 균열 스크래치 임계값 (N) 4-6 8-12 8-10 14-16 16-18
표면 CS (MPa) 882 880 868 840 828
칼륨 DOL (micrometers) 10 10 9 9 9
가상화됨, 2시간 동안 이온교환 조건 B 하에서 이온 교환됨
두께 t (mm) 0.78 1.01 1.01 0.95 0.93
최대 CT (MPa) 79 70 66 64 63
단편으로서 DOC t 0.15 0.17 0.18 0.17 0.17
누프 측면 균열 스크래치 임계값 (N) 12-14 4-6 16-18 18-20 16-18
표면 CS (MPa) 892 887 839 814 815
칼륨 DOL (micrometers) 10 10 11 11 9
어닐링됨, 7시간 동안 이온교환 조건 B 하에서 이온 교환됨
두께 t (mm) 0.83 1.01 1.01 0.96 0.95
최대 CT (MPa) 57 68 75 72 70
단편으로서 DOC t 0.15 0.17 0.18 0.17 0.18
누프 측면 균열 스크래치 임계값 (N) 4-6 4-6 6-8 4-6 4-6
표면 CS (MPa) 836 847 841 809 793
칼륨 DOL (micrometers) 21 19 18 18 17
표 4 (계속): 조성물 14-26으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00024
표 4 (계속): 조성물 14-26으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00025
표 4 (계속): 조성물 14-26으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
Figure 112021096360078-pat00026
표 4에서, DOC는 두께의 분율로 보고되며 및 표 2와 관련하여 위에서 기재된 바와 같이, ㎜의 단위로, 절대치로 DOC를 계산하는데 사용될 수 있다.
조성물 14-26은, 일반적으로 조성물 1-13과 다른 Al2O3, Li2O, 및 Na2O 값을 갖는다. 조성물 14-26에서, B2O3의 양은 약 0.5mol%의 증분으로, 조성물 14로부터 조성물 26으로 순차적으로 증가된다. 동시에, Al2O3 및 Na2O의 상대량은, 각각, 약 0.15mol% 및 0.35mol%의 증분으로, 조성물 14로부터 조성물 26으로 순차적으로 감소된다. 이러한 조성 변화는, 화학적으로 강화된 유리 제품에 의해 나타나는 최대 CT 값을 유지하면서, 유리 형성 종을 연결하는 평균 네트워크를 감소시킨다. 게다가, 그 결과로 생긴 화학적으로 강화된 유리 제품은, 표 4에 나타낸 바와 같이, 증가하는 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 나타낸다. 예를 들어, 조성물 16-20으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 제품은, 여전히 깊은 DOC 값 (예를 들어, 0.15t 초과) 및 비교적 높은 표면 CS 값 (예를 들어, 700MPa 초과)을 유지하면서, 높은 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 나타낸다.
실시 예 3
조성물 27-33은 배칭되고 및 유리 물품으로 형성된다. 그 결과로 생긴 유리 물품은, 그 다음 1011 poise 온도로 가상화된 다음, 다양한 지속시간 동안 이온교환 조건 A에 따라 이온 교환되어, 화학적으로 강화된 유리 물품을 형성한다. 그 결과로 생긴 화학적으로 강화된 유리 물품은, 누프 측면 균열 스크래치 임계값과 함께, 측정된, 여기에 기재된 속성을 갖는 응력 프로파일을 나타낸다. 표 5는 조성물 27-33 및 강화되지 않은 유리 물품의 특성을 포함한다. 표 6은 이온교환 조건 및 조성물 27-33으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 특성을 나타낸다.
조성물 27-33 및 조성물 및 그 결과로 생긴 유리 물품의 특성.
분석된 mol% 27 28 29 30
Al2O3 16.27 15.73 16.69 16.72
B2O3 1.87 1.89 0.97 1.92
CaO
Li2O 7.40 7.40 7.40 7.40
MgO
Na2O 7.24 7.74 8.75 7.75
P2O5 2.39 2.45 2.46 2.49
SiO2 63.83 63.78 63.68 63.68
SnO2 0.04 0.04 0.05 0.05
SrO
ZnO 0.96 0.98
ZrO2
R2O 14.64 15.14 16.15 15.15
B2O3+P2O5+SiO2+Al2O3 84.36 83.84 83.80 84.80
RO 0.96 0.98 0.00 0.00
Fulchers A -3.55 -3.551 -3.41 -3.734
Fulchers B 9133.7 9324.6 8761.6 9373.1
Fulchers To 62.8 35 109.4 74
200 P 온도 (℃) 1624 1628 1644 1627
35000 P 온도 (℃) 1191 1187 1211 1206
200000 P 온도 (℃) 1095 1088 1115 1111
밀도 (g/㎤) 2.402 2.403 2.396 2.385
CTE (*10-7 ppm/℃) 66 69 73.9 69.2
변형점 (℃) 571 561 595 586
어닐링점 (℃) 626 615 650 642
연화점 (℃) 892.7 880.1 910.1 910.6
액상선 온도 (℃) 1100 1085 1085 1085
액상선 점도 (P) 180349 213585 372160 344443
응력 광학 계수 (nm/mm/MPa) 31.42 31.09 30.76 31.42
굴절률 1.5045 1.5044 1.5031 1.5025
영률 (GPa) 76.26 75.70 76.19 75.50
표 5 (계속): 조성물 27-33 및 조성물 및 그 결과로 생긴 유리 물품의 특성.
Figure 112021096360078-pat00027
조성물 27-33으로부터 형성된 화학적으로 강화된 유리 물품의 이온교환 조건, 응력 프로파일 특성 및 누프 측면 균열 스크래치 임계값.
유리 물품을 형성하는데 사용된 조성물 27 28 29 30
4시간 동안 이온교환 조건 A
두께 t (mm) 1.05 1.09 1.07 1.04
최대 CT (MPa) 75 71 79 82
단편으로서 DOC t 0.17 0.17 0.18 0.17
누프 측면 균열 스크래치 임계값 (N) 16-18
6시간 동안 이온교환 조건 A
두께 t (mm) 1.07 1.11 1.09 1.04
최대 CT (MPa) 90 90 88 92
단편으로서 DOC t 0.2 0.19 0.2 0.19
누프 측면 균열 스크래치 임계값 (N)
8시간 동안 이온교환 조건 A
두께 t (mm) 1.06 1.09 1.07 1.04
최대 CT (MPa) 87 86 91 86
단편으로서 DOC t 0.19 0.19 0.18 0.19
누프 측면 균열 스크래치 임계값 (N) 18-20
표 6에서, DOC는 두께의 분율로 보고되며 및 표 2와 관련하여 위에서 기재된 바와 같이, ㎜의 단위로, 절대치로 DOC를 계산하는데 사용될 수 있다. 조성물 27-33은 일반적으로 조성물 1-13과 다른 Al2O3, Li2O, 및 Na2O 값을 갖는다. 조성물 14-26에서, Li2O의 양은 증가되는 반면, Na2O의 양은 감소되며, 조성물 27로부터 조성물 33을 통해 순차적으로 감소된다. 조성물에서 Na2O를 Li2O로 대체 및 이어서 100% NaNO3 용융염 욕조에 침지에 의한 이온 교환은, 적어도 하나의 사례에서 0.2t를 달성하는 및 접근하는 깊은 CT를 유지하면서, 증가하는 최대 CT를 갖는 화학적으로 강화된 유리 물품을 결과한다.
본 발명의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고, 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 다양한 특색은 다음의 대표적인 구체 예에 따라 조합될 수 있다.
구체 예 1. 조성물을 포함하는 유리 물품으로서, 상기 조성물은:
약 60mol% 내지 약 80mol%의 범위에서 양으로 SiO2;
약 13.5mol% 이상의 양으로 Al2O3;
약 5mol% 내지 약 11mol%의 범위에서 양으로 Li2O;
약 1mol% 내지 약 5mol%의 범위에서 양으로 P2O5;
약 0.9mol%를 초과하는 B2O3; 및
약 0.5mol% 내지 약 12mol%의 범위에서 양으로 Na2O를 포함한다.
구체 예 2. 조성물을 포함하는 유리 물품으로서, 상기 조성물은:
약 60mol% 내지 약 80mol%의 범위에서 양으로 SiO2;
약 10mol% 이상의 양으로 Al2O3;
약 4mol% 내지 약 11mol%의 범위에서 양으로 Li2O;
약 0.9mol% 내지 약 7.5mol%의 범위에서 양으로 B2O3;
약 80mol% 이상의 B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량; 및
0.074 미만의 B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량에 대한 Li2O의 비를 포함한다.
구체 예 3. 구체 예 2의 유리 물품에서, 상기 SiO2의 양은, 약 65mol% 내지 약 80mol%의 범위이다.
구체 예 4. 구체 예 2 또는 3의 유리 물품에서, 상기 물품은, 0이 아닌 양의 P2O5; 및 1.0mol% 미만의 양의 K2O를 더욱 포함한다.
구체 예 5. 구체 예 1-4 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 B2O3의 양은, 약 0.9mol% 내지 약 6.5mol% 범위의 양이다.
구체 예 6. 구체 예 1-5 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 Na2O의 양은, 약 3mol% 내지 약 11mol% 범위의 양이다.
구체 예 7. 전술한 구체 예 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은, 약 5mol% 내지 약 11mol% 범위의 양으로 Li2O를 포함한다.
구체 예 8. 전술한 구체 예 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은, RO를 더욱 포함하고, 여기서, 상기 RO는 MgO, CaO, SrO, BaO 및 ZnO 중 임의의 하나 이상을 포함한다.
구체 예 9. 구체 예 8의 유리 물품에서, 상기 RO의 총량은, 약 0.05mol% 내지 약 4mol%; 및 약 0.05mol% 내지 약 2mol% 중 적어도 하나의 범위이다.
구체 예 10. 전술한 구체 예 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은, K2O가 실질적으로 없다.
구체 예 11. 구체 예 1 또는 5-10 중 어느 하나의 유리 물품에서, B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량은 약 80mol% 이상이다.
구체 예 12. 전술한 구체 예 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은, inmol%로:
약 13.5mol% 내지 약 18mol%의 범위에서 Al2O3; 및
약 0.5mol% 내지 약 3mol%의 범위에서 ZnO를 더욱 포함한다.
구체 예 13. 전술한 구체 예 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 Na2O의 양은, Li2O의 양을 초과한다.
구체 예 14. 전술한 구체 예 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 P2O5의 양은 약 3mol% 미만이다.
구체 예 15. 전술한 구체 예 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은 SnO2를 더욱 포함한다.
구체 예 16. 전술한 구체 예 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은, 약 300 kilopoise 이하의 액상선 점도를 더욱 포함한다.
구체 예 17. 구체 예 1-16 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은, 약 300 kilopoise를 초과하는 액상선 점도를 더욱 포함한다.
구체 예 18. 전술한 구체 예 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은, 약 1.5mol% 미만의 ZrO2를 더욱 포함한다.
구체 예 19. 조성물을 포함하는 유리 물품으로서, 상기 조성물은:
약 60mol% 내지 약 80mol%의 범위에서 양으로 SiO2;
약 10mol% 이상의 양으로 Al2O3;
약 5mol% 내지 약 10mol%의 범위에서 양으로 Li2O;
약 1mol% 내지 약 5mol%의 범위에서 양으로 P2O5;
약 0.9mol%를 초과하는 B2O3; 및
약 0.5mol% 내지 약 12mol%의 범위에서 양으로 Na2O을 포함한다.
구체 예 20. 구체 예 19의 유리 물품에서, 상기 조성물은, 약 12mol% 내지 약 20mol%의 범위에서 R2O의 총량을 더욱 포함한다.
구체 예 21. 구체 예 19-20 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 B2O3의 양은, 약 1mol% 내지 약 6.5mol% 범위이다.
구체 예 22. 구체 예 19-21 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 Na2O의 양은, 약 3mol% 내지 약 11mol% 범위이다.
구체 예 23. 구체 예 19-22 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 Li2O의 양은 약 5mol% 내지 약 7mol%의 범위이다.
구체 예 24. 구체 예 19-23 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은, RO를 더욱 포함하고, 여기서, 상기 RO는 MgO, CaO, SrO, BaO 및 ZnO중 임의의 하나 이상을 포함한다.
구체 예 25. 구체 예 24의 유리 물품에서, 상기 RO의 총량은, 약 0.05mol% 내지 약 4mol%의 범위이다.
구체 예 26. 구체 예 19-25 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은, K2O가 실질적으로 없고 및 약 1.5mol% 미만의 ZrO2를 포함한다.
구체 예 27. 구체 예 19-26 중 어느 하나의 유리 물품에서, B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량은 약 80mol%를 초과한다.
구체 예 28. 구체 예 19-27 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은:
약 10mol% 내지 약 16mol%의 범위에서 Al2O3; 및
약 0.5mol% 내지 약 3mol%의 범위에서 ZnO를 더욱 포함한다.
구체 예 29. 구체 예 19-28 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 Na2O의 양은 Li2O의 양을 초과한다.
구체 예 30. 구체 예 19-29 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 P2O5의 양은, 약 3mol% 미만이다.
구체 예 31. 구체 예 19-30 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은, SnO2를 더욱 포함한다.
구체 예 32. 구체 예 19-31 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은, 약 300 kilopoise 이하의 액상선 점도를 더욱 포함한다.
구체 예 33. 구체 예 19-32 중 어느 하나의 유리 물품에서, 상기 조성물은 약 300 kilopoise를 초과하는 액상선 점도를 더욱 포함한다.
구체 예 34. 화학적으로 강화된 유리 물품으로서:
약 0.3㎜ 내지 약 1.5㎜ 범위의 두께 (t)를 한정하는 제1 주 표면 및 대립하는 제2 주 표면;
Li2O; P2O5; 약 0.9mol%를 초과하는 B2O3; 13.5mol% 이상의 양으로 Al2O3; 및 약 0.5mol% 내지 약 12mol%의 Na2O를 포함하는 조성물;
상기 제1 주 표면으로부터 약 0.12t를 초과하는 압축의 깊이 (DOC)로 연장되는 압축 응력 (CS) 층을 포함하며,
여기서, 상기 CS 층은, 약 200MPa 이상의 최대 응력을 포함하고, 및
여기서, 상기 유리 물품은, 상기 제1 주 표면 및 제2 주 표면 중 어느 하나에서 측정된 것으로, 약 6 N을 초과하는 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 포함한다.
구체 예 35. 화학적으로 강화된 유리 물품으로서:
약 0.3㎜ 내지 약 1.5㎜ 범위의 두께 (t)를 한정하는 제1 주 표면 및 대립하는 제2 주 표면;
약 60mol% 내지 약 80mol%의 범위에서 양으로 SiO2; 약 10mol% 이상의 양으로 Al2O3; 약 4mol% 내지 약 11mol%의 범위에서 양으로 Li2O; 약 0.9mol% 내지 약 7.5mol%의 범위에서 양으로 B2O3; 약 80mol% 이상의 B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량; 및 0.074 미만의 B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량에 대한 Li2O의 비를 포함하는 조성물;
상기 제1 주 표면으로부터 약 0.12t를 초과하는 압축의 깊이 (DOC)로 연장되는 압축 응력 (CS) 층을 포함하며,
여기서, 상기 CS 층은, 약 200MPa 이상의 최대 응력을 포함하고, 및
여기서, 상기 유리 물품은, 상기 제1 주 표면 및 제2 주 표면 중 어느 하나에서 측정된 것으로, 약 6 N을 초과하는 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 포함한다.
구체 예 36. 구체 예 35의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 SiO2의 양은 약 65mol% 내지 약 80mol% 범위이다.
구체 예 37. 구체 예 35 또는 36의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은: 0이 아닌 양의 P2O5; 및 1.0mol% 미만의 양으로 K2O를 더욱 포함한다.
구체 예 38. 구체 예 34-37 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 0이 아니고 및 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변하는 금속 산화물의 농도를 더욱 포함하고, 여기서 상기 금속 산화물은, Na2O, K2O Rb2O, 및 Cs2O 중 임의의 하나 이상을 포함한다.
구체 예 39. 구체 예 34-38 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 금속 산화물의 농도는, 0이 아니고 및 전체 두께에 따라 변한다.
구체 예 40. 구체 예 34-39 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 금속 산화물은, 두께 범위를 따라 응력을 발생시킨다.
구체 예 41. 구체 예 34-40 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 금속 산화물의 농도는, 상기 제1표면으로부터 상기 제1표면과 제2표면 사이에 지점의 값으로 감소하고, 및 상기 값으로부터 상기 제2표면으로 증가한다.
구체 예 42. 구체 예 34-41 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 약 40MPa를 초과하는 최대 중심 장력을 더욱 포함한다.
구체 예 43. 구체 예 42의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 최대 CT는, 약 40MPa 내지 약 100MPa의 범위이다.
구체 예 44. 구체 예 43의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 85MPa 미만의 영률을 더욱 포함한다.
구체 예 45. 구체 예 34-44 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 표면 임계값 파손 충격력 시험에 의해 측정된 것으로, 약 400N 내지 약 851N의 최대 표면 충격력을 견딘다.
구체 예 46. 구체 예 34-45 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 에지 임계값 파손 충격력 시험으로 측정된 것으로, 약 200N 초과 내지 약 500N의 평균 에지 입사 충격력을 견딘다.
구체 예 47. 구체 예 34-46 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 에지 임계값 파손 충격력 시험에 의해 측정된 것으로, 약 0.43J 초과 내지 약 1.3J의 에지 입사 충격 에너지를 견딘다.
구체 예 48. 장치로서:
전면, 배면 및 측면을 갖는 하우징;
상기 하우징 내부에 적어도 부분적으로 있는 전기 부품들;
*상기 하우징의 전면에 또는 인접한 디스플레이; 및
상기 디스플레이 위에 배치된 커버 물품을 포함하며, 여기서, 상기 커버 물품 및 상기 하우징의 적어도 일부 중 적어도 하나는, 구체 예 34-47 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품을 포함한다.
구체 예 49. 화학적으로 강화된 유리 물품으로서:
약 3 millimeters 미만의 두께 (t)를 한정하는, 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면을 대립하는 제2 주 표면;
약 10mol% 이상의 양으로 Li2O; P2O5; 0.9mol%을 초과하는 B2O3; 약 10mol% 이상의 양으로 Al2O3; 및 약 0.5mol% 내지 약 12mol%의 Na2O를 포함하는 조성물; 및
상기 두께를 따라 연장되는 응력 프로파일을 포함하며,
여기서, 0.7·t를 초과하는 두께 유래의 응력 프로파일의 적어도 하나의 지점 및 약 0·t 내지 0.3·t의 두께 범위 사이에 응력 프로파일의 적어도 하나의 지점은, 약 0.1MPa/micrometer를 초과하는 절대값으로 기울기를 갖는 접선을 포함하고,
여기서, 상기 응력 프로파일은, 최대 CS, DOC 및 약 100MPa 미만의 최대 CT를 포함하며, 여기서, 최대 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는, 약 0.01 내지 약 0.2의 범위이고, 및 여기서, DOC는 약 0.1·t 이상이다.
구체 예 50. 화학적으로 강화된 유리 물품으로서:
약 3 millimeters 미만의 두께 (t)를 한정하는 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면을 대립하는 제2 주 표면;
약 60mol% 내지 약 80mol%의 범위에서 양으로 SiO2; 약 10mol% 이상의 양으로 Al2O3; 약 4mol% 내지 약 11mol%의 범위에서 양으로 Li2O; 약 0.9mol% 내지 약 7.5mol%의 범위에서 양으로 B2O3; 약 80mol% 이상의 B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량; 및 0.074 미만의 B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량에 대한 Li2O의 비를 포함하는 조성물; 및
상기 두께를 따라 연장되는 응력 프로파일을 포함하며,
여기서, 0.7·t를 초과하는 두께 유래의 응력 프로파일의 적어도 하나의 지점 및 약 0·t 내지 0.3·t의 두께 범위 사이에 응력 프로파일의 적어도 하나의 지점은, 약 0.1MPa/micrometer를 초과하는 절대값으로 기울기를 갖는 접선을 포함하고,
여기서, 상기 응력 프로파일은, 최대 CS, DOC 및 약 100MPa 미만의 최대 CT를 포함하며, 여기서, 최대 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는 약 0.01 내지 약 0.2의 범위이고, 및 여기서, DOC는 약 0.1·t 이상이다.
구체 예 51. 구체 예 50의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 SiO2의 양은, 약 65mol% 내지 약 80mol%의 범위이다.
구체 예 52. 구체 예 50 또는 51의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 0이 아닌 양의 P2O5; 및 1.0mol% 미만의 양으로 K2O를 더욱 포함한다.
구체 예 53. 구체 예 49-52 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 약 300MPa 이상의 표면 CS를 더욱 포함한다.
구체 예 54. 구체 예 49-53 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 85MPa 미만의 영률을 더욱 포함한다.
구체 예 55. 구체 예 49-54 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 약 200MPa 이상의 표면 CS 및 약 0.4·t 이상의 최대 화학적 깊이를 더욱 포함한다.
구체 예 56. 구체 예 49-55 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 상기 제1표면으로부터 DOC로 연장되는 CS 층을 더욱 포함하며, 여기서, 상기 DOC는 약 0.1·t 이상이다.
구체 예 57. 구체 예 49-56 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, CT 영역을 더욱 포함하고, 여기서, 상기 CT 영역은, 금속 산화물 농도 구배를 포함하며, 및 상기 금속 산화물은 Na2O, K2O Rb2O, 및 Cs2O 중 임의의 하나 이상을 포함한다.
구체 예 58. 구체 예 49-57 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 약 0.01 내지 약 0.2의 범위에서 표면 CS에 대한 최대 CT의 비를 더욱 포함한다.
구체 예 59. 구체 예 49-58 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 유리 물품은, 상기 제1 주 표면 및 제2 주 표면 중 어느 하나에서 측정된 것으로, 약 6 N을 초과하는 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 포함한다.
구체 예 60. 구체 예 49-59 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 표면 임계값 파손 충격력 시험에 의해 측정된 것으로, 약 400N 내지 약 851N의 최대 표면 충격력을 견딘다.
구체 예 61. 구체 예 49-60 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 에지 임계값 파손 충격력 시험으로 측정된 것으로, 약 200N 초과 내지 약 500N의 평균 에지 입사 충격력을 견딘다.
구체 예 62. 구체 예 49-61 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 에지 임계값 파손 충격력 시험에 의해 측정된 것으로, 약 0.43J 초과 내지 약 1.3J의 에지 입사 충격 에너지를 견딘다.
구체 예 63. 소비자 전자 제품으로:
전면, 배면 및 측면을 갖는 하우징;
상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있고, 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 인접하여 제공된 디스플레이를 포함하는 전기 부품; 및
상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하며,
여기서, 상기 하우징 또는 상기 커버 기판의 일부 중 적어도 하나는, 구체 예 49-62 중 어느 하나의 강화된 유리 물품을 포함한다.
구체 예 64. 화학적으로 강화된 유리 물품으로서:
약 0.3㎜ 내지 약 1.5㎜ 범위의 두께 (t)를 한정하는 제1 주 표면 및 대립하는 제2 주 표면;
Li2O 및 B2O3를 포함하는 알칼리알루미노실리케이트의 조성물;
상기 제1 주 표면으로부터 약 0.12t를 초과하는 압축의 깊이 (DOC)로 연장되는 압축 응력 (CS) 층을 포함하며,
여기서, 상기 CS 층은, 약 200MPa 이상의 최대 응력을 포함하고, 및
여기서, 상기 유리 물품은, 상기 제1 주 표면 및 제2 주 표면 중 어느 하나에서 측정된 것으로, 약 6 N을 초과하는 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 포함하며, 및
여기서,
(i) 상기 물품은, 표면 임계값 파손 충격력 시험에 의해 측정된 것으로, 약 400N 내지 약 851N의 최대 표면 충격력을 견디는 것;
(ⅱ) 상기 물품은, 에지 임계값 파손 충격력 시험으로 측정된 것으로, 약 200N 초과 내지 약 500N의 평균 에지 입사 충격력을 견디는 것; 및
(ⅲ) 상기 물품은, 에지 임계값 파손 충격력 시험에 의해 측정된 것으로, 약 0.43J 초과 내지 약 1.3J의 에지 입사 충격 에너지를 견디는 것; 중 적어도 하나이다.
구체 예 65. 구체 예 64의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 조성물은: 약 60mol% 내지 약 80mol%의 범위에서 양으로 SiO2; 약 10mol% 이상의 양으로 Al2O3; 약 4mol% 내지 약 11mol%의 범위에서 양으로 Li2O; 약 0.9mol% 내지 약 7.5mol%의 범위에서 양으로 B2O3; 약 80mol% 이상의 B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량; 및 0.074 미만의 B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량에 대한 Li2O의 비를 더욱 포함한다.
구체 예 66. 구체 예 64 또는 65의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 0이 아닌 양의 P2O5; 및 1.0mol% 미만의 양으로 K2O를 더욱 포함한다.
구체 예 67. 구체 예 64-66 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 0이 아니고 및 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변하는 금속 산화물의 농도를 더욱 포함하고, 여기서 상기 금속 산화물은, Na2O, K2O Rb2O, 및 Cs2O 중 임의의 하나 이상을 포함한다.
구체 예 68. 구체 예 64-67 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 금속 산화물의 농도는, 0이 아니고 및 전체 두께에 따라 변한다.
구체 예 69. 구체 예 64-68 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 금속 산화물은, 두께 범위를 따라 응력을 발생시킨다.
구체 예 70. 구체 예 64-69 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 금속 산화물의 농도는, 상기 제1표면으로부터 상기 제1표면과 제2표면 사이에 지점의 값으로 감소하고, 및 상기 값으로부터 상기 제2표면으로 증가한다.
구체 예 71. 구체 예 64-70 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 약 40MPa 내지 약 100MPa 범위의 최대 중심 장력을 더욱 포함한다.
구체 예 72. 구체 예 71의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 물품은, 85MPa 미만의 영률을 더욱 포함한다.
구체 예 73. 구체 예 64-72 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품에서, 상기 SiO2의 양은, 약 65mol% 내지 약 80mol%의 범위이다.
구체 예 74. 장치로서:
전면, 배면 및 측면을 갖는 하우징;
상기 하우징 내부에 적어도 부분적으로 있는 전기 부품들;
상기 하우징의 전면에 또는 인접한 디스플레이; 및
상기 디스플레이 위에 배치된 커버 물품을 포함하며, 여기서, 상기 커버 물품 및 상기 하우징의 적어도 일부 중 적어도 하나는, 구체 예 64-73 중 어느 하나의 화학적으로 강화된 유리 물품을 포함한다.

Claims (11)

  1. 화학적으로 강화된 유리 물품으로서:
    0.3㎜ 내지 1.5㎜ 범위의 두께(t)를 한정하는 제1 주 표면 및 대향하는 제2 주 표면;
    Li2O; B2O3; 13 mol% 이상의 양의 Al2O3; 및 0이 아닌 양의 P2O5를 포함하는 알칼리알루미노실리케이트의 조성물:
    상기 제1 주 표면으로부터 0.12t를 초과하는 압축의 깊이(DOC)로 연장하는 압축 응력(CS) 층을 포함하며,
    여기서, 상기 CS 층은, 200MPa 이상의 최대 응력을 포함하고,
    여기서, 상기 유리 물품은, 상기 제1 주 표면 및 제2 주 표면 중 어느 하나에서 측정된 것으로, 6 N을 초과하는 누프 측면 균열 스크래치 임계값을 포함하며, 및
    여기서,
    (i) 상기 물품은, 표면 임계값 파손 충격력 시험에 의해 측정된 것으로, 400N 내지 851N의 최대 표면 충격력을 견디는 것;
    (ⅱ) 상기 물품은, 에지 임계값 파손 충격력 시험으로 측정된 것으로, 200N 초과 내지 500N의 평균 에지 입사 충격력을 견디는 것; 및
    (ⅲ) 상기 물품은, 에지 임계값 파손 충격력 시험에 의해 측정된 것으로, 0.43J 초과 내지 1.3J의 에지 입사 충격 에너지를 견디는 것; 중 적어도 하나인, 화학적으로 강화된 유리 물품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물은:
    60 mol% 내지 80 mol% 범위의 양의 조성 SiO2; 4 mol% 내지 11 mol% 범위의 양의 Li2O를 더욱 포함하며,
    B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량은 80 mol% 이상이고,
    Li2O 대 B2O3, P2O5, SiO2 및 Al2O3의 총량의 비는 0.074 미만인, 화학적으로 강화된 유리 물품.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 유리 물품은: 1.0 mol% 미만의 양의 K2O를 더욱 포함하는, 화학적으로 강화된 유리 물품.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 유리 물품은 0이 아니고 0·t 내지 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는 금속 산화물의 농도를 더욱 포함하며, 여기서 상기 금속 산화물은 Na2O, K2O Rb2O, 및 Cs2O 중 일 이상을 포함하는, 화학적으로 강화된 유리 물품.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 금속 산화물의 농도는 0이 아니며 전체 두께를 따라 변화하는, 화학적으로 강화된 유리 물품.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 금속 산화물은 상기 두께 범위를 따라 응력을 생성하는, 화학적으로 강화된 유리 물품.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 금속 산화물의 농도는 상기 제1 표면으로부터 상기 제1 표면과 제2 표면 사이의 지점에서의 값으로 감소하고 상기 값으로부터 상기 제2 표면까지 증가하는, 화학적으로 강화된 유리 물품.
  8. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 유리 물품은 40 MPa 내지 100 MPa 범위의 최대 중심 장력을 더욱 포함하는, 화학적으로 강화된 유리 물품.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 유리 물품은 85 MPa 미만의 영률을 더욱 포함하는, 화학적으로 강화된 유리 물품.
  10. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    SiO2의 양은 65 mol% 내지 80 mol%의 범위인, 화학적으로 강화된 유리 물품.
  11. 장치로서:
    전면, 배면 및 측면을 갖는 하우징;
    상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 부품;
    상기 하우징의 전면에 또는 이에 인접하게 있는 디스플레이; 및
    상기 디스플레이 위에 배치된 커버 물품을 포함하며,
    여기서, 상기 커버 물품 및 상기 하우징의 적어도 일부 중 적어도 하나는, 청구항 1 또는 2의 화학적으로 강화된 유리 물품을 포함하는, 장치.
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