KR102584492B1

KR102584492B1 - 금속 산화물 농도 구배를 포함한 유리 및 유리 세라믹

Info

Publication number: KR102584492B1
Application number: KR1020217038346A
Authority: KR
Inventors: 구앙리 후; 찰린 마리 스미스; 종지 탱; 스티븐 앨빈 티트제
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2023-10-04
Also published as: CN112340984A; US11465937B2; US20230015444A1; TW201930217A; TW201930218A; CN108715513A; TWI620729B; TW202302481A; EP3677557A2; EP3204338B1; TW202124311A; JP6502486B2; TW201619088A; US11220456B2; JP2017537862A; CN117623625A; JP2019055911A; CN206580739U; US10364182B2; US10730791B2

Abstract

제1표면 및 약 3 millimeters 이하 (예를 들어, 약 1 millimeter 이하)의 두께 (t)를 한정하는 상기 제1표면에 대립하는 제2표면 및 응력 프로파일을 포함하는 유리-계 제품의 구체 예들은 개시되며, 여기서 약 0·t 내지 0.3·t 및 0.7·t 초과의 두께 범위 사이의 응력 프로파일의 모든 지점은 약 -0.1 MPa/micrometers 미만 또는 약 0.1 MPa/micrometers 초과인 탄젠트를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리-계 제품은 두께의 적어도 일부분 (예를 들면, 0·t 내지 약 0.3·t)을 따라 변하는 0이 아닌 금속 산화물 농도를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물 또는 알칼리 금속 산화물의 농도는 제1표면으로부터 제1표면과 제2표면 사이의 지점으로 감소하고, 상기 지점으로부터 제2표면으로 증가한다. 상기 금속 산화물의 농도는 두께 전체에 걸쳐 약 0.05mol% 이상 또는 약 0.5mol% 이상일 수 있다. 이러한 유리-계 제품을 형성하는 방법은 또한 개시된다.

Description

금속 산화물 농도 구배를 포함한 유리 및 유리 세라믹 {GLASSES AND GLASS CERAMICS INCLUDING A METAL OXIDE CONCENTRATION GRADIENT}

2014년 10월 8일자로 출원한 미국 가 특허출원 제62/061372호, 2015년 2월 18일자에 출원한 미국 가 특허출원 제62/117585호, 2015년 6월 4일자에 출원한 미국 가 특허출원 제62/171110호, 및 본 출원은 2015년 7월 21일자에 출원한 미국 가 특허출원 제62/194967호의 에 우선권을 주장하고, 이의 전체적인 내용은 참조로 여기에 참조된다.

본 개시는, 개선된 내파단성 (fracture resistance)을 포함하는, 개선된 내 손상성 (damage resistance)을 나타내는 유리-계 제품에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 두께의 실질적인 부분에 따라 변하는 0이 아닌 금속 산화물 농도 구배 (gradient) 또는 농도를 나타내는 유리 및 유리 세라믹 제품에 관한 것이다.

유리-계 제품은 종종 이러한 제품의 표면에 큰 흠 (flaws)을 도입할 수 있는 심각한 충격을 경험한다. 이러한 흠은 표면으로부터 약 200 micrometers까지의 깊이로 연장될 수 있다. 전통적으로, 열 템퍼링된 유리 (thermally tempered glass)는, 유리에 이러한 흠이 도입될 수 있는 파손 (failures)을 방지하기 위해 사용될 수 있는데, 이는 열 템퍼링된 유리가 종종, 흠이 전파되지 않도록 하여 파손을 방지할 수 있는, 큰 압축 응력 (CS) 층 (예를 들어, 유리의 전체 두께의 대략 21%)을 나타내기 때문이다. 열 템퍼링에 의해 발생된 응력 프로파일의 실시 예는 도 1에 나타낸다. 도 1에서, 열적으로 처리된 유리-계 제품 (100)은 제1표면 (101), 두께 (t₁) 및 표면 CS (110)를 포함한다. 유리-계 제품 (100)은, 여기에 정의된 바와 같이, 제1표면 (101)으로부터 층의 깊이 (DOL) (130)로 감소하는 CS를 나타내며, 이 깊이에서 응력은 압축으로부터 인장 응력으로 변하고 및 최대 중심 장력 (CT) (120)에 도달한다.

열 강화 및 원하는 잔류 응력을 달성하기 위해, 충분한 열적 구배가 이러한 제품의 코어와 표면 사이에 형성되어야 하기 때문에, 열 템퍼링은 현재 두꺼운 유리-계 제품 (즉, 약 3 millimeters 이상의 두께 (t₁)을 갖는 유리-계 제품)으로 제한된다. 이러한 두꺼운 제품은, 디스플레이 (예를 들어, 휴대 전화, 태블릿, 컴퓨터, 네비게이션 시스템, 등을 포함하는 소비자 전자 제품), 건축용 (예를 들어, 창문, 샤워 패널, 조리대, 등), 수송수단 (예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박, 등), 가전제품, 또는 박형 및 경-량 제품이지만, 우수한 내파단성을 요구하는 임의의 적용과 같은 많은 적용에 바람직하지 않거나 또는 실용적이지 않다.

공지의 화학적으로 강화된 유리-계 제품은, 비록 화학적 강화가 열 템퍼링와 동일한 방식으로 유리-계 제품의 두께에 의해 제한되지 않을지라도, 열 템퍼링된 유리-계 제품의 응력 프로파일을 나타내지 않는다. 화학적 강화 (예를 들어, 이온 교환 공정)에 의해 발생된 응력 프로파일의 실시 예는 도 2에 나타낸다. 도 2에서, 화학적으로 강화된 유리-계 제품 (200)은 제1표면 (201), 두께 (t₂) 및 표면 CS (210)를 포함한다. 유리-계 제품 (200)은, 여기에 정의된 바와 같이, 제1표면 (201)으로부터 DOC (230)로 감소하는 CS를 나타내며, 이 깊이에서, 응력은 압축으로부터 인장 응력으로 변화하고 및 최대 CT (220)에 도달한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 이러한 프로파일은, 도 1에 나타낸 최대 중심 값과 비교하여, 일정하거나 또는 거의 일정한 인장 응력 및 종종, 더 낮은 최대 CT 값을 갖는 편평한 CT 영역 또는 CT 영역을 나타낸다.

따라서, 개선된 내파단성을 나타내는 박형 유리-계 제품은 필요하다.

본 개시의 제1 관점은 제1표면 및 두께 (t) (예를 들어, 약 3 millimeters 이하, 1 millimeters 이하 또는 약 0.5 millimeters 이하)를 한정하는 상기 제1표면에 대립하는 제2표면, 및 두께를 따라 연장되는 응력 프로파일을 포함하는 유리-계 제품에 관한 것이다. 하나 이상의 구체 예에서, 약 0·t 내지 약 0.3·t의 범위 및 0.7·t를 초과하는 두께 사이의 응력 프로파일의 모든 지점은 약 -0.1 MPa/micrometers 미만 또는 약 0.1 MPa/micrometers 초과인 탄젠트 (tangent)를 포함한다.

몇몇 구체 예에서, 유리-계 제품은 두께의 상당 부분 또는 전체 두께에 따라 변하는 0이 아닌 금속 산화물 농도를 포함한다. 금속 산화물 농도에서 변화는 여기에서 구배로 언급될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는 0이 아니며, 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변한다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는 0이 아니며 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 범위에 따라 변한다. 금속 산화물은 유리-계 제품에서 응력을 발생시키는 것으로 설명될 수 있다. 금속 산화물 농도에서 변화는 약 100 micrometers의 두께 세그먼트 (thickness segment)를 따라 약 0.2mol%의 변화를 포함할 수 있다. 농도에서 변화는 상기-언급된 두께 범위를 따라 연속적일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 농도에서 변화는 약 10 micrometers 내지 약 30 micrometers 범위에서 두께 세그먼트를 따라 연속적일 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는 제1표면으로부터 제1표면과 제2표면 사이에 지점으로 감소하고 및 상기 지점으로부터 제2표면으로 증가한다.

여기에 사용된 바와 같이, 금속 산화물은 유리-계 제품에서 CS를 발생시키는 강화 이온 또는 이온을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물은 유리-계 기판에서 총 금속 산화물의 전체 중에서 가장 큰 이온 직경을 갖는다. 하나 이상의 구체 예에서, 금속 산화물(들)은 알칼리 금속 산화물(들), 또는 다른 금속 산화물들 또는 알칼리 금속 산화물들의 조합을 포함할 수 있다. 대표적인 금속 산화물은 Ag₂O를 포함한다. 대표적인 알칼리 금속 산화물은 Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O, 및 Cs₂O 중 임의의 하나 이상을 포함한다. 금속 산화물(들)은 유리-계 제품의 상당 부분 또는 전체 두께를 따라 변하는 특정 금속 산화물(들)의 0이 아닌 농도로 존재할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물(들)의 농도는 제1표면으로부터 상기 제1표면과 제2표면 사이에 지점으로 감소하고 및 상기 지점으로부터 제2표면으로 증가한다. 금속 산화물(들)의 농도는 상기 지점에서 0이 아닐 수 있다.

금속 산화물(들)의 농도는 두께 전체에 걸쳐서 약 0.05mol% 이상 또는 약 1mol% 이상일 수 있다. 예를 들어, Na₂O의 농도는 유리-계 제품의 두께에 걸쳐 약 0.05mol% 이상일 수 있지만, 이러한 Na₂O의 농도는 제1표면으로부터 상기 제1표면과 제2표면 사이에 지점으로 감소하고 및 상기 지점으로부터 제2 표면으로 증가한다. 몇몇 실시 예에서, 유리-계 제품의 전체 두께를 따른 금속 산화물의 총 농도는 약 1mol% 내지 약 20mol%의 범위이다. 몇몇 구체 예에서, 표면 근처에서 금속 산화물(들)의 농도는 약 0.4·t 내지 약 0.6·t 범위의 깊이에서 동일한 금속 산화물(들)의 농도를, 1배 초과 또는 1.5배 초과 (예를 들어, 5배, 10배, 15배 또는 심지어 20배)일 수 있다. 금속 산화물(들)의 농도는 농도 프로파일 (즉, 여기에 기재된 바와 같은, 구배 또는 변화)을 나타내기 위해 변경되기 이전의 유리-계 제품 내에 금속 산화물(들) 농도의 기준치 량 (baseline amount)으로부터 결정될 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 제1 금속 산화물 농도 및 제2 금속 산화물 농도를 포함하고, 상기 제1 금속 산화물 농도는 약 0·t 내지 약 0.5·t의 제1 두께 범위를 따라 약 0 mol% 내지 약 15 mol% 범위에 있고, 및 제2 금속 산화물 농도는 약 0 micrometers 내지 약 25 micrometers의 제2 두께 범위로부터 약 0 mol% 내지 약 10 mol% 범위에 있다. 유리-계 제품은 선택적인 제3 금속 산화물 농도를 포함할 수 있다. 제1 금속 산화물은 Na₂O일 수 있고 및 제2 금속 산화물은 K₂O일 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 약 150 MPa 이상 또는 약 200 MPa 이상의 표면 CS를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 약 300MPa 초과, 약 600MPa 초과 또는 약 700MPa 초과의 표면 CS를 나타낼 수 있다. 유리-계 제품은 약 0.4·t 이상의 화학적 깊이를 나타낼 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 유리-계 제품은 제1표면으로부터 약 0.1·t 이상의 DOC까지 연장되는 CS 층을 포함할 수 있다. 몇몇 사례에서, 유리-계 제품은 두께 (t)의 상당 부분을 따라 변하는 0이 아닌 금속 산화물 농도를 포함하는, CT의 층을 포함한다. CT의 층은 최대 CT 대 표면 CS의 비가 약 0.01 내지 약 0.5 범위에 있도록 최대 CT를 나타낼 수 있다. 최대 CT는 약 25MPa 이상일 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 유리-계 제품이 파단된 경우, 유리-계 제품이 적어도 2 파편/inch²으로 파단되도록 내파단성을 나타낼 수 있다. 몇몇 사례에서, 유리-계 제품은 3 파편/inch²이상, 5 파편/inch² 이상 또는 10 파편/inch² 이상으로 파단될 수 있다.

몇몇 사례에서, 유리-계 제품은 약 0 J/㎡ 초과 내지 20 J/㎡ 미만의 저장된 인장 에너지를 나타낼 수 있다.

유리-계 제품의 하나 이상의 구체 예의 CT 영역은 하기 수학식에 의해 정의되는 응력 프로파일을 나타낼 수 있다:

응력(x) = MaxCT - (((MaxCT·(n+1))/0.5ⁿ)·|(x/t)-0.5|ⁿ), 여기서 MaxCT는 최대 CT 값이며, MPa의 단위로 양의 값으로 제공되고, x는 micrometers 단위의 두께 (t)를 따른 위치이며, 및 n은 1.5 내지 5 (또는 1.8 내지 약 2)이다.

유리-계 제품은 비정질 구조, 결정질 구조 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 유리-계 제품은 투명하거나 불투명할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리-계 제품은 실질적으로 백색 또는 실질적으로 검정색을 나타낸다. 부가적으로 또는 선택적으로, 유리-계 제품은 특정 색상을 제공하는 착색제를 포함할 수 있다.

본 개시의 제2 관점은, mol%로, 약 68 내지 약 75 범위의 양으로 SiO₂, 약 12 내지 약 15 범위의 양으로 Al₂O₃, 약 0.5 내지 약 5 범위의 양으로 B₂O₃, 약 2 내지 약 8 범위의 양으로 Li₂O, 약 0 내지 약 6 범위의 양으로 Na₂O, 약 0 내지 약 4 범위의 양으로 Mg₂O, 0 내지 약 3의 범위의 양으로 ZnO, 및 약 0 내지 약 5의 범위의 양으로 CaO를 포함하는 조성물을 포함하는 무정형 유리 기판에 관한 것이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 기판은, 약 0.5 내지 약 1의 범위에서 R₂O에 대한 Li₂O의 비; 약 -5 내지 약 0의 범위에서 Al₂O₃의 양에 대한 R₂O의 총량 사이에 차이; 약 0 내지 약 3 범위에서 R_xO의 총량 (mol%)과 Al₂O₃의 양 사이에 차이; 및 약 0 내지 약 2 범위에서 MgO의 양 (mol%) 대 RO의 총량 (mol%)의 비; 중에서 임의의 하나 이상을 나타낸다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리 기판은 이온 교환 가능하다. 다른 구체 예에서, 유리 기판은 이온 교환 공정에 의해 강화된다.

본 개시의 제3 관점은 여기에 기재된 바와 같은 내파단성 유리-계 제품을 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법의 구체 예는 약 3 millimeters 이하의 두께를 한정하는 제1표면 및 제2표면을 갖는 유리-계 기판을 제공하는 단계, CT 층 및 CS 층을 포함하는 유리-계 기판에 응력 프로파일을 생성시키는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 CS 층은 표면 CS, 약 0.4·t 이상의 화학적 층의 깊이 및 약 0.1·t 이상의 DOC를 가지며, 및 여기서 상기 CT 층은 최대 CT를 포함하고, 표면 CS에 대한 최대 CT의 비는 약 0.01 내지 약 0.5이다.

부가적인 특색들 및 장점들은, 하기 상세한 설명에서 서술될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백할 것이고, 하기 상세한 설명, 청구 범위, 및 첨부 도면을 포함하는, 여기에 기재된 바와 같은 구체 예를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.

전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 단지 대표적인 것이며, 청구 범위의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 첨부된 도면은 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 혼입되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구체 예(들)를 예시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 구체 예의 원리 및 작동을 설명하기 위해 제공된다.

도 1은 공지의 열 템퍼링된 유리-계 제품의 두께를 가로지르는 단면도이다;
도 2는 공지의 화학적으로 강화된 유리-계 제품의 두께를 가로지르는 단면도이다;
도 3은 본 개시의 하나 이상의 구체 예에 따라 화학적으로 강화된 유리-계 제품의 두께를 가로지르는 단면도이다;
도 4는 링-온-링 장치의 개략적인 단면도이다;
도 5는 공지의 화학적으로 강화된 유리-계 제품 및 본 개시의 하나 이상의 구체 예에 따른 유리-계 제품에서 Na₂O 농도를 나타내는 그래프이다;
도 6은 본 개시의 하나 이상의 구체 예에 따라, 이온 교환시간의 함수에 따른 CT 값 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다.
도 7은 공지의 화학적으로 강화된 유리-계 제품 및 본 개시의 하나 이상의 구체 예들에 따른 유리-계 제품의 깊이의 함수에 따른 응력 프로파일을 비교하는 그래프이다.
도 8은 공지의 화학적으로 강화된 유리 및 유리-세라믹의 응력 프로파일의 그래프를 나타낸다;
도 9는 본 개시의 하나 이상의 구체 예에 따른 유리 및 유리-세라믹의 응력 프로파일의 그래프를 나타낸다;
도 9a는 실시 예 3D의 낙하 시험에서의 파손 높이의 그래프를 나타낸다;
도 10은 본 개시의 하나 이상의 구체 예에 따른 유리-계 제품 및 화학적으로 강화된 유리-계 제품의 공지된 응력 프로파일을 비교하는 그래프이다;
도 11은 두께의 함수에 따라 실시 예 4A-4D의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 12는 실시 예 4B-4D에 대한 개별의 저장된 인장 에너지 데이터 지점을 나타내는 그래프이다;
도 13은 실시 예 4A-4D에서 깊이의 함수에 따른 K₂O 및 Na₂O의 농도를 나타내는 그래프이다;
도 14는 도 12와 동일한 데이터를 나타내는 그래프이지만, 깊이의 함수에 따른 Na₂O의 농도를 보다 명확하게 예시하기 위해 다른 스케일을 갖는 그래프이다;
도 15는 깊이의 함수에 따라 실시 예 4A 및 4C-4F의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 16은 도 14의 다른 스케일을 나타내는 그래프이다;
도 17은 두께의 함수에 따라 실시 예 5A-5G의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 18은 제2 및/또는 제3 이온교환 단계의 지속 기간의 함수에 따라 실시 예 5A-5G에 대한 DOC 값을 나타내는 그래프이다;
도 19는 제2 및/또는 제3 이온교환 단계의 지속 기간의 함수에 따라 실시 예 5A-5G에 대한 CT 값을 나타내는 그래프이다;
도 20은 깊이의 함수에 따라 실시 예 6A-1 내지 6A-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 21은 이온 교환시간의 함수에 따라 실시 예 6A-1 내지 6A-6의 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다;
도 22는 깊이의 함수에 따라 실시 예 6B-1 내지 6B-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 23은 이온 교환시간의 함수에 따라 실시 예 6B-1 내지 6B-6의 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다;
도 24는 깊이의 함수에 따라 실시 예 6C-1 내지 6C-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 25는 이온 교환시간의 함수에 따라 실시 예 6C-1 내지 6C-6의 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다;
도 26은 깊이의 함수에 따라 실시 예 6D-1 내지 6D-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 27은 이온 교환시간의 함수에 따라 실시 예 6D-1 내지 6D-6의 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다;
도 28은 실시 예 7A-7G에 대한 이온 교환시간의 함수에 따른 CT를 나타내는 그래프이다;
도 29는 실시 예 7A-7G에 대한 이온 교환시간의 함수에 따라, 중심 장력 값 및 저장된 인장 에너지에서 변화를 나타내는 그래프이다;
도 30은 깊이의 함수에 따라 비교 예 8A 및 실시 예 8B의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 31은 CT의 함수에 따라 비교 예 8A 및 실시 예 8B의 저장된 인장 에너지를 나타내는 그래프이다;
도 32는 CT의 함수에 따라 비교 예 8C 및 실시 예 8D의 저장된 인장 에너지를 나타내는 그래프이다;
도 33은 실시 예 2, 6 및 9B 및 비교 예 9I에 대한 낙하 높이 파손을 나타내는 그래프이다;
도 34는 실시 예 2, 6, 9B 및 비교 예 9J에 대한 마모된 링-온-링 (abraded ring-on-ring) 결과를 나타내는 그래프이다;
도 35는 실시 예 2 및 9B에 대한 4-점 굽힘 결과를 나타내는 웨이블 분포도 (Weibull distribution plot)이다;
도 36은 본 개시에 기재된 샌드페이퍼에 대한 역상 볼 (IBoS) 시험을 수행하는데 사용된 장치의 구체 예의 개략적인 단면도이다;
도 37은 이동 또는 휴대용 전자 장치에 사용된 유리-계 제품에서 통상적으로 발생하는 손상 도입에 더하여 굽힘으로 인한 파손에 대한 지배적 메커니즘 (dominant mechanism)의 개략적인 단면도이다;
도 38은 여기에 기재된 장치에서 IBoS 시험을 수행하는 방법에 대한 흐름도이다; 및
도 39는 본 개시의 하나 이상의 구체 예에 따른 다양한 응력 프로파일을 예시하는 그래프이다.

언급은 이하 다양한 구체 예에 대하여 상세하게 이루어질 것이며, 이의 실시 예는 수반하는 실시 예 및 도면에 예시된다.

하기 상세한 설명에서, 유사한 참조 부호는 도면에 나타낸 여러 도들의 도처에서 동일 또는 대응하는 부분을 표시한다. 또한, 별도의 언급이 없는 한, "상부", "하부", "외부", "내부" 등과 같은 용어는 편의상의 단어이며, 제한 용어로 해석되지 않는 것으로 이해된다. 부가적으로, 그룹이 요소의 그룹 중 적어도 하나 및 이들의 조합을 포함하는 것으로 기재되는 경우, 상기 그룹은 개별적으로 또는 서로 조합하여, 임의의 수의 요소를 포함할 수 있고, 필수적으로 이루어질 수 있거나 또는 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 유사하게, 그룹이 요소의 그룹 중 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것으로 기재되는 경우, 상기 그룹은 개별적으로 또는 서로 조합하여, 인용된 임의의 수의 요소로 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 별도의 언급이 없는 한, 값의 범위는, 인용된 경우, 범위의 상한 및 하한뿐만 아니라 그들 사이에 임의의 범위 모두를 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어의 "단수 형태"는, 별도로 명시되지 않는 한 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 특색은 임의의 조합 및 모든 조합으로 사용될 수 있는 것으로 이해된다.

여기에 사용된 바와 같은, 용어 "유리-계 제품" 및 "유리-계 기판"은 전체 또는 부분적으로 유리로 구성된 임의의 사물을 포함하는 가장 넓은 의미로 사용된다. 유리-계 제품은 유리 및 비-유리 물질의 적층, 유리 및 결정질 물질의 적층, 및 (비정질 상 및 결정질 상을 포함하는) 유리-세라믹을 포함한다. 별도의 언급이 없는 한, 모든 조성물은 몰 퍼센트 (mol%)로 표시된다.

용어 "실질적으로" 및 "약"은 임의의 양적 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 고유한 정도의 불확실성을 나타내기 위해 여기에 활용될 수 있는 점이 유의된다. 이들 용어들은 또한 양적 표현이 문제가 되는 주제의 기본 기능에서 변화를 결과하지 않고 명시된 기준으로부터 변할 수 있는 정도를 나타내기 위해 여기에 사용된다. 따라서, 예를 들어, "실질적으로 MgO가 없는" 유리-계 제품은, 유리-계 제품으로 MgO가 능동적으로 첨가되거나 배치되지 않았지만, 오염원으로서 매우 소량으로 존재할 수 있는 것을 의미한다.

일반적으로 도면들, 특히 도 1-3을 참조하면, 예시들은 특정 구체 예들을 설명의 목적을 위한 것이지, 본 개시 또는 첨부된 청구 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는 것으로 이해될 것이다. 도면은 반드시 스케일이 필요한 것이 아니며, 도면의 특정 특색 및 특정 도들은 명료성 및 간결성을 위해 스케일로 확대되거나 또는 개략적으로 나타낼 수 있다.

여기에 사용된 바와 같은, DOC는 유리-계 제품 내의 응력이 압축으로부터 인장 응력으로 변화하는 깊이를 의미한다. DOC에서, 응력은 양의 (압축) 응력으로부터 음의 (인장) 응력 (예를 들어, 도 1에서 130)으로 가로지르고 및 따라서 0의 응력 값을 나타낸다.

여기에 사용된 바와 같은, 용어 "화학적 깊이", "층의 화학적 깊이" 및 "화학적 층의 깊이"는 상호교환적으로 사용될 수 있으며, 및 금속 산화물 또는 알칼리 금속 산화물의 이온 (예를 들어, 금속이온 또는 알칼리 금속이온)이 유리-계 제품으로 확산하는 깊이 및 이온의 농도가, EPMA (Electron Probe Micro-Analysis) 또는 Glow-Discharge-Optival Emission Spectroscopy (GD-OES)에 의해 결정된 것으로, 최소 값에 도달하는 깊이를 의미한다. 특히, Na₂O 확산 또는 Na⁺ 이온 농도의 깊이를 평가하기 위해 EPMA 및 (이하 좀 더 상세히 기재된) FSM을 사용하여 결정될 수 있다.

당 업계에서 통상적으로 사용된 협약에 따르면, 압축은 음의 (< 0) 응력으로 표시되고 장력은 양의 (> 0) 응력으로 표시된다. 그러나, 본 상세한 설명 전반적으로, CS는 양의 값 또는 절대 값, 즉, 여기에 인용된 바와 같이, CS = |CS|로서 표시된다.

알칼리-함유 유리를 포함하는 실리케이트 유리와 같은, 유리들, 및 이동 전자 장치 및 터치-가능 디스플레이용 커버 유리로서 사용될 수 있는 유리-세라믹을 포함하는 박형의, 화학적으로 강화된 유리-계 제품은 여기에 개시된다. 유리-계 제품은 또한 디스플레이 (또는 디스플레이 제품) (예를 들어, 게시판 (billboards), 판매 시스템의 포인트, 컴퓨터, 네비게이션 시스템, 등), 건축용 제품 (벽, 고정물, 판넬, 창, 등), 수송 제품 (예를 들어, 자동차 적용, 기차, 항공기, 해상 선박, 등), 가전제품 (예를 들어, 세탁기, 건조기, 식기 세척기, 냉장고, 등) 또는 몇몇 내파단성을 요구하는 임의의 제품에 사용될 수 있다.

특히, 여기에 기재된 유리-계 제품은 박형이고, 및 (예를 들어, 약 2mm 또는 3mm 이상의 두께를 갖는) 두꺼운 유리 제품을 템퍼링을 통해 통상적으로 오직 달성 가능한 응력 프로파일을 나타낸다. 유리-계 제품은 이의 두께를 따라 특유의 응력 프로파일을 나타낸다. 몇몇 경우에서, 유리-계 제품은 템퍼링된 유리 제품보다 더 큰 표면 CS를 나타낸다. 하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품 또는 이를 포함하는 장치가 단단하고 거친 표면상에 낙하된 경우조차도, 유리-계 제품이 실질적으로 개선된 내파단성을 나타내도록, 유리-계 제품은 (공지의 화학적으로 강화된 유리-계 제품보다 CS가 감소하고 점진적으로 증가하는) 더 큰 압축 층의 깊이를 나타낸다. 하나 이상의 구체 예의 유리-계 제품은 몇몇 공지의 화학적으로 강화된 유리 기판보다 더 큰 최대 CT 값을 나타낸다.

CS 및 압축 응력 층의 깊이 ("DOL")는 당 업계에 공지된 수단을 사용하여 측정된다. DOL은 Luceo Co., Ltd. (Tokyo, Japan)에 의해 제작된, FSM-6000, 또는 이와 유사한 것과 같은 상업적으로 이용 가능한 도구를 사용하는 표면 응력 계측기 (surface stress meter, FSM)에 의해 DOL이 결정된다는 점에서, 측정 기술에 의해 DOC와 구별되며, 및 CS 및 층의 깊이를 측정하는 방법은 명칭이 "Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass"인 ASTM 1422C-99, 및 명칭이 "Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed, Heat-Strengthened, and Fully-Tempered Flat Glass"인 ASTM 1279.19779에 개시되어 있으며, 이의 전체적인 내용은 참조로 여기에 혼입된다. 표면 응력 측정은 유리의 복굴절과 연관된, 응력 광학 계수 (SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는 결과적으로, 명칭이 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"인 ASTM 표준 C770-98 (2008)에 기재되고, 이의 전체적인 내용이 참조로서 여기에 혼입된 섬유 및 4점 굽힘 방법들, 및 "벌크 실린더 (bulk cylinder)"방법과 같은 당 업계에 공지된 방법에 의해 측정된다.

CS 층이 유리-계 제품 내에 더 깊은 깊이까지 연장되는 강화된 유리-계 제품의 경우, FSM 기술은 관찰된 DOL 값에 영향을 미치는 콘트라스트 문제 (contrast issues)로 어려움을 겪을 수 있다. 더 깊은 DOL 값에서, TE와 TM 스펙트럼 사이에 부적절한 콘트라스트가 있을 수 있어, TE와 TM 스펙트럼 사이에 계산의 차이를 만들고 - 및 DOL 결정을 - 좀 더 어려게 만든다. 게다가, FSM 기술은 응력 프로파일 (즉, 유리-계 제품 내에서 깊이의 함수에 따른 CS의 변화)을 결정할 수 없다. 부가적으로, FSM 기술은, 예를 들어, 리튬에 대한 나트륨과 같은, 특정 원소의 이온 교환으로부터 결과하는 DOL을 결정할 수 없다.

이하 기재된 기술은 강화된 유리-계 제품에 대한 DOC 및 응력 프로파일을 좀 더 정확한 결정을 산출하기 위해 개발되었다.

2011년 5월 25일자에 발명의 명칭이 "Systems And Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass"로 출원된 미국 가 특허출원 제61/489,800호의 우선권을 주장하여, 2012년 5월 3일자에 Rostislav V. Roussev 등에 의해, 동일한 발명의 명칭으로 출원된 미국 특허출원 제13/463,322호 (이하 "Roussev I"이라 함)에서, 템퍼링된 또는 화학적으로 강화된 유리의 상세하고 및 정확한 응력 프로파일 (깊이의 함수에 따른 응력)을 추출하기 위한 두 가지 방법은 개시된다. TM 및 TE 편광에 대한 바운드 광학 모드 (bound optical modes)의 스펙트럼은 프리즘 연결 기술을 통해 수집되며, 및 상세하고 정밀한 TM 및 TE 굴절률 프로파일 n_TM(z) 및 n_TE(z)를 얻기 위해 전체적으로 사용된다. 상기 출원들의 내용은 전체적으로 참조로 여기에 혼입된다.

하나의 구체 예에서, 상세한 지수 프로파일 (index profiles)은 역 Wentzel-Kramers-Brillouin (IWKB) 방법을 사용하여 모드 스펙트럼으로부터 얻어진다.

또 다른 구체 예에서, 상세한 지수 프로파일은 지수 프로파일의 모양을 기재하고 최상의 적합도로부터 함수 형태 (functional forms)의 파라미터를 얻는 미리-정의된 함수 형태의 수치적으로 계산된 스펙트럼에 측정된 모드 스펙트럼을 맞추어 얻어진다. 상세한 응력 프로파일 S(z)는 공지된 응력-광학 계수 (SOC)의 값을 사용하여 회수된 TM 및 TE 지수 프로파일의 차이로부터 계산된다:

S (z) = [n_TM(z) -n_TE(z)]/SOC.

작은 값의 SOC로 인해, 임의의 깊이 z에서 복굴절 n_TM(z) - n_TE(z)는 지수 n_TM (z) 및 n_TE (z) 중 작은 부분 (small fraction) (통상적으로 대략 1%)이다. 측정된 모드 스펙트럼에서 노이즈로 인해 크게 왜곡되지 않은 응력 프로파일을 얻는 것은, 대략 0.00001 RIU의 정밀도로 모드 유효 지수의 결정을 필요로 한다. Roussev I에 개시된 방법은, 수집된 TE 및 TM 모드 스펙트럼 또는 모드 스펙트럼의 이미지에서 노이즈 및/또는 열악한 콘트라스트에도 불구하고, 측정된 모드 지수에 대해 이러한 높은 정밀도를 보장하기 위해 원시 데이터에 적용된 기술을 더욱 포함한다. 이러한 기술은 노이즈-평균화, 필터링, 및 곡선 피팅 (curve fitting)을 포함하여 서브-픽셀 해상도를 갖는 모드에 대응하는 극단 (extremes)의 위치를 찾는다.

유사하게, 2018년 9월 28일자에 발명의 명칭이 "Systems and Methods for Measuring Birefringence in Glass and Glass-Ceramics"로 출원한 미국 가 특허출원 제61/706,891호의 우선권을 주장하여, 2013년 9월 23일자에, Rostislav V. Roussev 등에 의해, 동일한 발명의 명칭으로 출원한 미국 특허출원 제14/033,954호 (이하 "Roussev II")는, 불투명 유리 및 유리 세라믹을 포함하는, 유리 및 유리 세라믹의 표면상에 복굴절을 광학적으로 측정하기 위한 장비 및 방법을 개시한다. 모드의 개별 스펙트럼이 확인되는, Roussev I과는 달리, Roussev II에 개시된 방법은, 측정의 프리즘-연결 구조에서 프리즘-샘플 계면에 의해 반사된 TM 및 TE 광에 대한 각도 세기 분포의 주의 깊은 분석에 의존한다. 이들 출원들의 전체적인 내용은 참조로 여기에 혼입된다.

그러므로, 반사된 광 세기 대 각도의 정확한 분포는, 개별 모드의 위치만 찾아내는, 전통적인 프리즘-연결 응력-측정보다 훨씬 중요하다. 이를 위해, Roussev 1 및 Roussev II에 개시된 방법은, 기준 이미지 또는 신호에 대해 정규화, 검출기의 비선형성에 대한 보정, 이미지 노이즈 및 스펙클 (speckle)을 감소시키기 위해 다중 이미지를 평균화, 및 세기 각도 스펙트럼 (intensity angular spectra)을 더욱 매끄럽게 하기 위한 디지털 필터링의 적용을 포함하는, 세기 스펙트럼을 정규화하기 위한 기술을 포함한다. 부가적으로, 하나의 방법은 콘트라스트 신호의 형성을 포함하며, 이는 부가적으로 TM과 TE 신호 사이에 형상의 근본적인 차이를 보정하기 위해 정규화된다. 전술한 방법은, 가장 가파른 영역을 함유하는 신호의 부분을 비교하여 서브- 픽셀 해상도와 이들의 상호 변위를 결정하고 및 거의 동일한 두 신호를 얻는 것에 의존한다. 복굴절은, 프리즘 기하학 및 지수, 렌즈의 초점 길이 및 센서 상에 픽셀 간격을 포함하는, 장치 디자인에 의해 결정된 계수를 갖는, 상호 변위에 비례한다. 응력은 측정된 복굴절에 공지된 응력-광학 계수를 곱하여 결정된다.

또 다른 개시된 방법에서, TM 및 TE 신호의 도함수 (derivatives)는 전술한 신호 조절 기술의 몇몇 조합의 적용 후에 결정된다. TM 및 TE 신호의 최대 도함수의 위치는, 서브-픽셀 해상도로 얻어지고, 및 복굴절은 장치 파라미터에 의해 이전에 결정된 계수로, 상기 2개의 최대 값의 간격에 비례한다.

정확한 세기 추출에 대한 요건과 연관하여, 장치는, 조명의 각도 균일성을 개선하기 위해 프리즘 입사면에 또는 입사면 상에 근접한 광-산란 표면 (정적 확산장치), 광원이 간섭성 (coherent) 또는 부분적으로 간섭성인 경우 스펙클 감소를 위한 이동 확산장치, 및 프리즘의 입력 및 출력 면들의 부분 및 프리즘의 측면 상에 광-흡수 코팅을 사용하여, 세기 신호를 왜곡하는 경향이 있는 기생 배경 (parasitic background)을 감소시키는 것과 같은, 몇 가지 강화 (enhancements)를 포함한다. 부가적으로, 장치는 불투명 물질의 측정을 가능하게 하는 적외선 광원을 포함할 수 있다.

더군다나, Roussev II는 연구된 샘플의 파장 및 감쇠 계수의 범위를 개시하고, 여기서 측정은 개시된 방법 및 장치 강화에 의해 가능해진다. 범위는 α_sλ <250πσ_s로 정의되고, 여기서 σ_s는 측정 파장 λ에서 광학 감쇠 계수이며, 및 σ_s는 실제 적용을 위해 통상적으로 요구된 정밀도로 측정될 응력의 예상 값이다. 이 넓은 범위는 큰 광학 감쇠가 이전에 존재하는 측정 방법을 적용할 수 없게 만드는 파장에서 얻어질 실무적으로 중요한 측정을 가능하게 한다. 예를 들어, Roussev II는, 감쇠가 약 30 dB/mm를 초과하는, 1550 nm의 파장에서 불투명한 백색 유리-세라믹의 응력-유도된 복굴절의 성공적인 측정을 개시한다.

FSM 기술은 더 깊은 DOL 값에서 몇 가지 문제가 있는 것으로 상기에서 언급되었지만, FSM은 여전히 더 깊은 DOL 값에서 최대 +/-20%까지의 오류 범위가 가능하다는 이해와 함께 활용될 수 있는 이로운 종래의 기술이다. 여기서 사용된 바와 같은 DOL은, FSM 기술을 사용하여 계산된 압축 응력 층의 깊이 값을 의미하는 반면, DOC는 Roussev I 및 II에 기재된 방법에 의해 결정된 압축 응력 층의 깊이를 의미한다.

전술한 바와 같이, 여기에 기재된 유리-계 제품은 이온 교환에 의해 화학적으로 강화될 수 있고 및 공지된 강화 유리에 의해 나타난 것과 구별되는 응력 프로파일을 나타낼 수 있다. 이 공정에서, 유리-계 제품의 표면에서 또는 근처에서 이온은, 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온으로 대체 -또는 교환 -된다. 유리-계 제품이 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 구체 예에서, 유리의 표면층에 이온들 및 더 큰 이온들은, Li⁺ (유리-계 제품에 존재하는 경우), Na⁺, K⁺, Rb⁺, 및 Cs⁺와 같은, 일가 알칼리 금속 양이온이다. 선택적으로, 표면층에 일가 양이온은, Ag⁺ 또는 이와 유사한 것과 같은, 알칼리 금속 양이온 이외의 일가 양이온으로 대체될 수 있다.

이온 교환 공정은 통상적으로 유리-계 제품 내에 더 작은 이온과 교환될 더 큰 이온을 함유하는 용융염 욕조 (또는 둘 이상의 용융염 욕조)에 유리-계 제품을 침지시켜 수행된다. 수성 염 욕조가 또한 활용될 수 있는 점에 주목해야 한다. 부가적으로, 욕조(들)의 조성물은 하나 이상의 더 큰 이온 (예를 들어, Na⁺ 및 K⁺) 또는 단일의 더 큰 이온을 포함할 수 있다. 욕조 조성물 및 온도, 침지시간, 염 욕조 (또는 욕조들) 내에 유리-계 제품의 침지의 수, 다중 염 욕조의 사용, 어닐링, 세척 등과 같은 부가적인 단계를 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 이온 교환 공정에 대한 파라미터가, (제품의 구조 및 존재하는 임의의 결정질 상을 포함하는) 유리-계 제품의 조성물 및 강화 작동으로부터 결과하는 유리-계 제품의 원하는 DOL 또는 DOC 및 CS에 의해 일반적으로 결정된다는 것은, 기술분야의 당업자에게 명백해질 것이다. 예로서, 유리-계 제품의 이온 교환은 더 큰 알칼리 금속 이온의 질산염, 황산염, 및 염화물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 염을 함유하는 적어도 하나의 용융 욕조에 유리-계 제품의 침지시켜 달성될 수 있다. 통상적인 질산염은 KNO₃, NaNO₃, LiNO₃, NaSO₄ 및 이들의 조합을 포함한다. 용융염 욕조의 온도는 통상적으로 약 380℃ 내지 약 450℃까지의 범위이며, 침지시간은 유리 두께, 욕조 온도 및 유리 확산도에 의존하여 약 15분 내지 약 100 간까지의 범위이다. 그러나, 전술한 것과 다른 온도 및 침지시간이 또한 사용될 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 약 370℃ 내지 약 480℃의 온도를 갖는 100% NaNO₃의 용융염 욕조에 침지될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리-계 기판은 약 5% 내지 약 90%의 KNO₃ 및 약 10% 내지 약 95%의 NaNO₃을 포함하는 용융 혼합 염 욕조에 침지될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리-계 기판은 Na₂SO₄ 및 NaNO₃를 포함하는 용융 혼합 염 욕조에 침지될 수 있으며, 및 더 넓은 온도 범위 (예를 들어, 약 500℃까지)를 가질 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 제1 욕조에 침지 후에, 제2 욕조에 침지될 수 있다. 제2 욕조에 침지는 100% KNO₃를 포함하는 용융염 욕조에서 15분 내지 8시간 동안 침지를 포함할 수 있다.

이온 교환 조건은 "스파이크 (spike)"를 제공하거나 또는 표면에 또는 근처에 응력 프로파일의 기울기를 증가시키 위해 조정될 수 있다. 이 스파이크는, 여기에 기재된 유리-계 제품에 사용된 유리 조성물의 독특한 특성으로 인해, 단일 조성물 또는 혼합 조성물을 갖는 욕조로, 단일 욕조 또는 다중 욕조에 의해 달성될 수 있다.

도 3에 예시된 바와 같이, 하나 이상의 구체 예의 유리-계 제품 (300)은, 제1표면 (302) 및 두께 (t)를 한정하는, 제1표면에 대립하는 제2표면 (304)을 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 두께 (t)는 약 3 millimeters 이하 (예를 들어, 약 0.01 millimeter 내지 약 3 millimeter, 약 0.1 millimeter 내지 약 3 millimeter, 약 0.2 millimeter 내지 약 3 millimeter, 약 0.3 millimeter 내지 약 3 millimeter, 약 0.4 millimeter 내지 약 3 millimeter, 약 0.01 millimeter 내지 약 2.5 millimeter, 약 0.01 millimeter 내지 약 2 millimeter, 약 0.01 millimeter 내지 약 1.5 millimeter, 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-계 제품은 제1표면 (302)으로부터 제2표면 (304)까지 (또는 두께 (t)의 전체 길이를 따라) 연장되는 응력 프로파일을 포함한다. 도 3에 나타낸 구체 예에서, 여기에 기재된 바와 같은 Roussev I 및 II에 의해 측정된 바와 같은 응력 프로파일 (312)은, 여기에 기재된 바와 같은 FSM 측정 기술에 의해 추정된 응력 프로파일 (340)과 함께 나타낸다. x-축은 응력 값을 나타내고 y-축은 유리-계 제품 내에 두께 또는 깊이를 나타낸다.

도 3에 예시된 바와 같이, 응력 프로파일 (312)은 응력 프로파일 (312)이 330에서 압축으로부터 인장으로 변하는 (표면 CS (310)를 갖는) CS 층 (315), (최대 CT (320)을 갖는) CT 층 (325) 및 DOC (317)을 나타낸다. CT 층 (325)은 또한 연관된 깊이 또는 길이 (327) (CT 영역 또는 층)를 갖는다. 추정된 응력 프로파일 (340)은 DOC를 초과하는 DOL을 나타낸다. 여기에 사용된 바와 같이, DOC 및 DOL에 대한 언급은, 하나의 표면 (제1표면 (302) 또는 제2표면 (304))으로부터 각각의 깊이에 대한 것이고, 이러한 DOC 또는 DOL은 또한 다른 표면으로부터 존재할 수 있는 것으로 이해해야 한다.

표면 CS (310)는 약 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)일 수 있다. 표면 CS (310)은 약 900 MPa까지, 약 1000 MPa까지, 약 1100 MPa까지, 또는 약 1200 MPa까지일 수 있다. 최대 CT (320)는 약 25MPa 이상, 약 50MPa 이상 또는 약 100MPa 이상 (예를 들어, 약 150MPa 이상, 약 200MPa 이상, 250MPa 이상 또는 약 300MPa 이상)일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 최대 CT (320)는 약 50 MPa 내지 약 250 MPa 범위 (예를 들어, 약 75 MPa 내지 약 250 MPa, 약 100 MPa 내지 약 250 MPa, 약 150 MPa 내지 약 250 MPa 약 50 MPa 내지 약 175 MPa, 약 50 MPa 내지 약 150 MPa, 또는 약 50 MPa 내지 약 100 MP)일 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·t 범위에 위치될 수 있다. 임의의 하나 이상의 표면 CS (310) 및 최대 CT (320)는 유리-계 제품의 두께에 의존할 수 있다는 점에 주목하여야 한다. 예를 들어, 약 0.8mm의 두께를 갖는 유리-계 제품은 약 100MPa 이상의 최대 CT를 가질 수 있다. 유리-계 제품의 두께가 감소하면, 최대 CT는 증가할 수 있다. 다시 말해서, 최대 CT는 두께가 감소함에 따라 (또는 유리-계 제품이 더 얇아짐에 따라) 증가한다.

몇몇 구체 예에서, 최대 CT (320) 대 표면 CS (310)의 비는 약 0.05 내지 약 1 범위 (예를 들어, 약 0.05 내지 약 0.5, 약 0.05 내지 약 0.3, 약 0.05 내지 약 0.2, 약 0.05 내지 약 0.1, 약 0. 5 내지 약 0.8, 약 0.0.5 내지 약 1, 약 0.2 내지 약 0.5, 약 0.3 내지 약 0.5 범위)이다. 공지의 화학적으로 강화된 유리-계 제품에서, 최대 CT (320) 대 표면 CS (310)의 비는 0.1 이하이다. 몇몇 구체 예에서, 표면 CS는 1.5배 (또는 2배 또는 2.5배) 최대 CT 이상일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 표면 CS는 최대 CT의 약 20배까지일 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 응력 프로파일 (312)은 제1표면 (302) 및 제2표면 (304) 중 하나 또는 모두에서 확인될 수 있는, 통상적으로 표면 CS (310)인, 최대 CS를 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, CS 층 또는 영역 (315)은 두께의 일부를 따라 DOC (317) 및 최대 CT (320)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·t까지일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, DOC (317)는 화학적 깊이 (342) 미만이다. 화학적 깊이 (342)는 약 0.4·t 이상, 0.5·t 이상, 약 55·t 이상, 또는 약 0.6·t 이상일 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 응력 프로파일 (312)은 포물선 모양인 것으로 기재될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 인장 응력을 나타내는 유리-계 제품의 영역 또는 깊이를 따른 응력 프로파일은 포물선 모양을 나타낸다. 하나 이상의 특정 구체 예에서, 응력 프로파일 (312)은, 평평한 응력 (즉, 압축 또는 인장) 부분 또는 실질적으로 일정한 응력 (즉, 압축 또는 인장)을 나타내는 부분이 없다. 몇몇 구체 예에서, CT 영역은 평평한 응력이 실질적으로 없거나 실질적으로 일정한 응력이 없는 응력 프로파일을 나타낸다. 하나 이상의 구체 예에서, 약 0·t 내지 약 0.2·t의 범위 및 0.8·t 초과 (또는 약 0·t 내지 약 0.3·t의 범위 및 0.7·t 초과) 두께 사이에 모든 지점의 응력 프로파일 (312)은 약 -0.1 MPa/micrometers 미만이거나 또는 약 0.1 MPa/micrometers 초과의 탄젠트를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 탄젠트는 약 -0.2MPa/micrometers 미만이거나 또는 약 0.2MPa/micrometers 초과일 수 있다. 몇몇 좀 더 구체적인 구체 예에서, 상기 탄젠트는 약 -0.3MPa/micrometers 미만 또는 약 0.3MPa/micrometers 초과일 수 있다. 더 특정한 구체 예에서, 상기 탄젠트는 약 -0.5 MPa/micrometers 미만이거나 또는 약 0.5 MPa/micrometers 초과일 수 있다. 다시 말해서, 이들 두께 범위 (즉, 0·t 내지 2·t까지 및 0.8·t 초과, 또는 0·t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t 이상)에 따른 하나 이상의 구체 예의 응력 프로파일은, 여기에 기재된 바와 같은, 탄젠트를 갖는 지점을 배제한다. 이론에 구속됨이 없이, 공지된 오차 함수 또는 준-선형 응력 프로파일은, (도 2, 220에 나타낸 바와 같이, 이러한 두께 범위에 따라 평평한 또는 0인 기울기 응력 프로파일을 나타내는) 약 -0.1 MPa/micrometers 내지 약 0.1 MPa/micrometers, 약 -0.2 MPa/micrometers 내지 약 0.2 MPa/micrometers, 약 -0.3 MPa/micrometers 내지 약 0.3 MPa/micrometers, 또는 약 -0.5 MPa/micrometers 내지 약 0.5 MPa/micrometers인 탄젠트를 갖는 이들 두께 범위 (즉, 0·t 내지 약 2·t까지, 및 0.8·t 초과, 또는 약 0·t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t 이상)에 따른 지점을 갖는다. 본 개시의 하나 이상의 구체 예의 응력 프로파일은, 도 3에 예시된 바와 같이, 이들 두께 범위를 따라 평평한 또는 0 기울기 응력 프로파일을 갖는 이러한 응력 프로파일을 나타내지 않는다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 최대 탄젠트 및 최소 탄젠트를 포함하는 약 0.1·t 내지 0.3·t 및 약 0.7·t 내지 0.9·t 두께 범위에서 응력 프로파일을 나타낸다. 몇몇 사례에서, 최대 탄젠트과 최소 탄젠트 사이에 차이는 약 3.5MPa/micrometers 이하, 약 3MPa/micrometers 이하, 약 2.5MPa/micrometers 이하, 또는 약 2MPa/micrometers 이하이다.

하나 이상의 구체 예에서, 응력 프로파일 (312)은, 유리-계 제품의 두께 (t)의 적어도 일부에 따라 또는 깊이 방향으로 연장되는 임의의 선형 세그먼트가 실질적으로 없다. 다시 말해서, 응력 프로파일 (312)은 두께 (t)를 따라 실질적으로 연속적으로 증가 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 선형 세그먼트가 실질적으로 없다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "선형"은 선형 세그먼트를 따라 약 5MPa/micrometers 미만 또는 약 2MPa/micrometers 미만의 크기를 갖는 기울기를 의미한다. 몇몇 구체 예에서, 깊이 방향에서 임의의 선형 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-계 제품 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 선형 세그먼트가 없을 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 응력 프로파일은 약 0·t 내지 약 0.1·t까지의 깊이에서 선형 세그먼트를 포함할 수 있고, 약 0.1·t 내지 약 0.4·t의 깊이에서 선형 세그먼트가 실질적으로 없을 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 약 0·t 내지 약 0.1·t의 범위의 두께로부터의 응력 프로파일은 약 20MPa/microns 내지 약 200MPa/microns 범위에서 기울기를 가질 수 있다. 여기에 기재되는 바와 같이, 이러한 구체 예는 욕조가 둘 이상의 알칼리염을 포함하거나 또는 혼합된 알칼리염 욕조 또는 다중 (예를 들어, 둘 이상) 이온 교환 공정인 단일 이온-교환 공정을 사용하여 형성될 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 CT 영역 (도 3의 327)에 따른 응력 프로파일의 형상으로 기재될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체 예들에서, CT 영역에 따른 응력 프로파일 (응력이 장력하에 있는 경우)은 수학식에 의한 근사치일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, CT 영역을 따른 응력 프로파일은 수학식 1에 의한 근사치일 수 있다:

[수학식 1]

응력(x) = MaxCT-((MaxCT·(n+1))/0.5ⁿ)·|((x/t)-0.5|ⁿ)

수학식 1에서, 응력(x)은 위치 x에서 응력 값이다. 여기서 응력은, 양의 값 (인장)이다. MaxCT는 양의 값 (MPa)으로 최대 중심 장력이다. 값 x는 0으로부터 t까지의 범위로, micrometers의 두께 (t)에 따른 위치이며; x=0는 한 표면 (도 3에서, 302)이고, x=0.5·t는 유리-계 제품의 중심이며, 응력(x)= MaxCT이고, 및 x=t는 대립 표면 (도 3의 304)이다. 수학식 1에 사용된 MaxCT는 약 50 MPa 내지 약 350 MPa (예를 들어, 60 MPa 내지 약 300 MPa, 또는 약 70 MPa 내지 약 270 MPa)의 범위일 수 있고, n은 1.5 내지 5 (예를 들어, 2 내지 4, 2 내지 3 또는 1.8 내지 2.2)의 맞춤 파라미터 (fitting parameter)이며, 이에 의해 n=2는 포물선 응력 프로파일을 제공할 수 있고, n=2에서 벗어난 지수 (exponents)는 근 포물선 (near parabolic) 응력 프로파일을 갖는 응력 프로파일을 제공한다. 도 39는 0.8mm의 두께를 갖는 유리-계 제품에 대한, MaxCT 및 n (범례에 나타낸 1.5 내지 5)의 다른 조합에 대한 예시적인 응력 프로파일을 나타낸다.

몇몇 구체 예에서, 응력 프로파일은 열처리에 의해 변경될 수 있다. 이러한 구체 예에서, 열처리는 임의의 이온-교환 공정 전, 이온-교환 공정 사이, 또는 모든 이온-교환 공정 후에 발생할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 열처리는 표면에 또는 근처에 응력 프로파일의 기울기를 감소시킬 수 있다. 가파른 또는 더 경사진 기울기가 표면에서 바람직한, 몇몇 구체 예에서, 열처리 후에 이온-교환 공정은 "스파이크"를 제공하거나 또는 표면에 또는 근처에 응력 프로파일의 기울기를 증가시키기 위해 활용될 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 응력 프로파일 (312) (및/또는 추정된 응력 프로파일 (340))은 두께의 일부를 따라 변하는 금속 산화물(들)의 0이 아닌 농도로 인해 발생된다. 농도에서 변화는 여기서 구배로 언급될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는 0이 아니며, 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변한다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는 0이 아니며, 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-계 제품에 응력을 발생시키는 것으로 기재될 수 있다. 농도에서 변화는 상기 언급된 두께 범위를 따라 연속적일 수 있다. 농도에서 변화는 약 100 micrometers의 두께 세그먼트를 따라 약 0.2 mol%의 금속 산화물 농도의 변화를 포함할 수 있다. 이 변화는, 실시 예 1에 나타낸 바와 같이, 마이크로프로브 (microprobe)를 포함하는 당 업계의 공지된 방법에 의해 측정될 수 있다. 농도가 0이 아니며 두께의 일부를 따라 변하는 금속 산화물은, 유리-계 제품에 응력을 발생시키는 것으로 기재될 수 있다.

농도에서 변화는 상기 언급된 두께 범위를 따라 연속적일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 농도에서 변화는 약 10 micrometers 내지 약 30 micrometers 범위에서 두께 세그먼트를 따라 연속적일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는 제1표면으로부터 제1표면과 제2표면 사이에 지점으로 감소하고, 및 상기 지점으로부터 제2표면으로 증가한다.

금속 산화물의 농도는 하나 이상의 금속 산화물 (예를 들어, Na₂O 및 K₂O의 조합)을 포함할 수 있다. 2개의 금속 산화물이 활용되고 이온의 반경이 서로 다른, 몇몇 구체 예에서, 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, 단일 Na- 및 K-함유 욕조가 이온 교환 공정에서 사용되는 경우, 유리-계 제품 내에 K+ 이온의 농도는 얕은 깊이에서 Na+ 이온의 농도를 초과하고, 반면에 Na+ 이온의 농도는 더 깊은 깊이에서 K+ 이온의 농도를 초과한다. 이것은, 이온의 크기에 인해, 부분적으로, 기인한다. 이러한 유리-계 제품에서, 표면에 또는 근처에 구역은 표면에서 또는 표면 근처에서 더 많은 양의 더 큰 이온으로 인해 더 큰 CS를 포함한다. 이 더 큰 CS는 표면에 또는 근처에 더 가파른 기울기 (즉, 표면에서 응력 프로파일의 스파이크)를 갖는 응력 프로파일에 의해 나타낼 수 있다.

하나 이상의 금속 산화물의 농도 구배 또는 변화는, 유리-계 제품을 화학적으로 강화시켜, 예를 들어, 여기에 이미 기재된 이온 교환 공정에 의해 생성되고, 여기서 유리-계 제품 내에 복수의 제1 금속 이온은 복수의 제2 금속 이온과 교환된다. 제1 이온은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 루비듐의 이온일 수 있다. 제2 금속 이온은 제2 알칼리 금속 이온이 제1 알칼리 금속 이온보다 큰 이온 반경을 갖는 조건이라면, 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-계 기판에 존재한다.

하나 이상의 구체 예에서, 금속 산화물 농도 구배는, CT 층 (325)을 포함하는, 유리-계 제품의 두께 (t)의 상당 부분 또는 전체 두께 (t)을 통해 연장된다. 하나 이상의 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는 CT 층 (325)에서 약 0.5 mol% 이상이다. 몇몇 구체 예에서, 금속 산화물의 농도는, 유리-계 제품의 전체 두께를 따라 약 0.5mol% 이상 (예를 들어, 약 1mol% 이상)일 수 있고, 제1표면 (302) 및/또는 제2표면 (304)에서 가장 크며, 및 제1표면 (302) 및 제2표면 (304) 사이에 지점까지 실질적으로 일정하게 감소한다. 그 지점에서, 금속 산화물의 농도는 전체 두께 (t)를 따라 적어도 있지만; 농도는 또한 그 지점에서 0이 아니다. 다시 말해서, 특정 금속 산화물의 0이 아닌 농도는 (여기에 기재된 바와 같은) 두께 (t)의 상당 부분 또는 전체 두께 (t)를 따라 연장된다. 몇몇 구체 예에서, 특정 금속 산화물의 가장 낮은 농도는 CT 층 (327)에 있다. 유리-계 제품 내에 특정 금속 산화물의 총 농도는 약 1mol% 내지 약 20mol%의 범위 내에 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 제1 금속 산화물 농도 및 제2 금속 산화물 농도를 포함하여, 제1 금속 산화물 농도는 약 0·t 내지 약 0.5·t의 제1 두께 범위를 따라 약 0 mol% 내지 약 15 mol%의 범위 내에 있고, 및 제2 금속 산화물 농도는 약 0 micrometers 내지 약 25 micrometers (또는 약 0 micrometers 내지 약 12 micrometers)의 제2 두께 범위를 따라 약 0 mol% 내지 약 10 mol%의 범위 내에 있다. 유리-계 제품은 선택적인 제3 금속 산화물 농도를 포함할 수 있다. 상기 제1 금속 산화물은 Na₂O를 포함할 수 있으며, 상기 제2 금속 산화물은 K₂O를 포함할 수 있다.

금속 산화물의 농도는 이러한 금속 산화물의 농도 구배를 포함하도록 변형되기 이전의 유리-계 제품 내에 금속 산화물의 기준치 량으로부터 결정될 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 그들이 어떻게 파단되는지 및 그러한 파단으로부터 결과하는 파편의 관점에서 기재될 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 파단시, 유리-계 제품은 (파단 이전) 유리-계 제품의 평방 인치당 (또는 6.4516 제곱 센티미터 당) 둘 이상의 파편으로 파단된다. 몇몇 경우에서, 유리-계 제품은 (파단 전) 유리-계 제품의 평방 인치당 (또는 6.4516㎠ 당) 3 이상, 4 이상, 5 이상 또는 10 이상의 파편으로 파단된다. 몇몇 사례에서, 파단시, 유리-계 제품은 파편으로 파단되어, 파편의 50% 이상이 (파단 전) 유리-계 제품의 표면적의 5% 미만, 2% 미만, 또는 1% 미만인 표면적을 갖는다. 몇몇 구체 예에서, 파단시, 파편의 90% 이상 또는 심지어 100%가 (파단 전) 유리-계 제품의 표면적의 5% 미만, 2% 미만, 또는 1% 미만인 표면적을 갖도록 유리-계 제품은 파편으로 파단된다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품을 화학적으로 강화시킨 후에, 유리-계 제품의 최종 응력 프로파일 (317) (및 추정된 응력 프로파일 (340))은 개선된 내파단성을 제공한다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 파단시, 유리-계 제품은 약 2·t 이하 (예를 들어, 1.8·t, 1.6·t, 1.5·t, 1.4·t, 1.2·t 또는 1.·t 이하)의 평균 가장 긴 단면 치수를 갖는 파편을 포함한다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 약 0.7 MPa·m^1/2 이상의 파괴 인성 (K_1C)을 나타낼 수 있다. 몇몇 경우에서, 파괴 인성은 약 0.8 MPa·m^{1 / 2} 이상, 또는 약 0.9 MPa·m^{1 / 2} 이상일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 파괴 인성은 약 0.7MPa·m^{1 / 2} 내지 약 1MPa·m^{1 / 2} 범위일 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 기판은 또한 200g의 하중에서 비커스 경도 시험에 의해 측정된 것으로, 약 500 HVN 내지 약 800 HVN의 경도를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기에 기재된 유리-계 제품은 0 J/㎡ 초과 내지 약 20 J/㎡ 범위에서 저장된 인장 에너지를 나타낼 수 있다. 몇몇 사례에서, 저장된 인장 에너지는 약 1 J/㎡ 내지 약 20 J/㎡, 약 2 J/㎡ 내지 약 20 J/㎡, 약 3 J/㎡ 내지 약 20 J/㎡, 약 4 J/㎡ 내지 약 20 J/㎡, 약 1 J/㎡ 내지 약 19 J/㎡, 약 1 J/㎡ 내지 약 18 J/㎡, 약 1 J/㎡ 내지 약 16 J/㎡, 약 4 J/㎡ 내지 약 20 J/㎡, 또는 약 4 J/㎡ 내지 약 18 J/㎡의 범위일 수 있다. 저장된 인장 에너지는 수학식 2를 사용하여 두께 (t)의 표본의 단위 면적당 저장된 탄성 에너지 Σ를 인장 영역에서 적분하여 계산된다:

[수학식 2]

Σ=0.5σ²t/E

여기서 σ는 응력이고, E는 영률이다.

좀 더 구체적으로, 저장된 인장 에너지는 하기 수학식 3을 사용하여 계산된다:

[수학식 3]

저장된 인장 에너지 (J/㎡) = 1-ν/2E∫σ^2dt (3)

여기서, n은 푸아송의 비이고, E는 탄성률이며, 적분은 오직 인장 영역에 대해서만 계산된다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리-계 제품은 마모된 링-온-링 (AROR) 시험에 적용되는 경우 개선된 표면 강도를 나타낸다. 물질의 강도는 파단이 발생하는 응력으로 정의된다. A-ROR 시험은 평평한 유리 시험 표본을 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)은, 여기에 기재된 링-온-링 마모된 ROR 시험 방법론에 대한 기초로서 제공된다. ASTM C1499-09의 내용은 그 전체가 여기에 참조로 혼입된다. 하나의 구체 예에서, 유리 표본은, 명칭이 "Standard Test Methods for Strength of Glass by Flexure (Determination of Modulus of Rupture)인, ASTM C158-02(2012)의, Annex A2의, 표제 "연마 절차 (abrasion Procedures)"에 기재된 방법 및 장치를 사용하여 유리 샘플에 전달되는 90 그릿 실리콘 카바이드 (SiC) 입자로 링-온-링 전에 마모된다. ASTM C158-02의 내용 및 특히 Annex 2의 내용은 그 전체가 참조로 여기에 혼입된다.

링-온-링 시험을 하기 전에, 유리-계 제품의 표면은, ASTM C158-02의 도 A2.1에 나타낸 장치를 사용하여 샘플의 표면 결함 조건을 정규화 및/또는 조절하기 위해, ASTM C158-02, Annex 2에 기재된 바와 같이 마모된다. 연마재는 통상적으로 304 kPa (44 psi)의 기압을 사용하여 15 psi의 하중에서 유리-계 제품의 표면 (110) 상으로 샌드블라스팅되지만; 하기 실시 예에서, 연마재는 25 psi 및 45 psi의 하중에서 표면 (110) 상으로 샌드블라스팅된다. 기류 (air flow)가 설정된 후에, 5 ㎤의 연마재는 깔때기에 버리고 샘플은 연마재를 도입 후에 5초 동안 샌드블라스팅된다.

링-온-링 시험을 위해, 도 4에 나타낸 바와 같은 적어도 하나의 마모된 표면 (410)을 갖는 유리-계 제품은, 동이축 휨 강도 (equibiaxial flexural strength) (즉, 두 개의 동심 고리 사이에 휨에 적용된 경우 물질이 지속할 수 있는 최대 응력)를 결정하기 위해 다른 크기의 2개의 동심 링 사이에 놓인다. 마모된 링-온-링 구성 (400)에서, 마모된 유리-계 제품 (410)은 직경 (D2)을 갖는 지지 링 (420)에 의해 지지된다. 힘 (F)은 하중 셀 (도시되지 않음)에 의해 직경 (D1)을 갖는 하중 링 (430)에 의해 유리-계 제품의 표면에 적용된다.

하중 링 및 지지 링의 직경의 비 D1/D2는 약 0.2 내지 약 0.5 범위일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, D1/D2는 약 0.5이다. 하중 및 지지 링들 (130, 120)은 지지 링 직경 (D2)의 0.5% 내로 동심으로 정렬되어야 한다. 시험에 사용된 하중 셀은 선택한 범위 내에 임의의 하중에서 ±1% 내로 정확해야 한다. 몇몇 구체 예에서, 시험은 23±2℃의 온도 및 40±10%의 상대 습도에서 수행된다.

고정물 디자인 (fixture design)을 위해, 하중 링 (430)의 돌출 표면의 반경 (r)은, h/2 ≤ r ≤ 3h/2h이고, 여기서 h는 유리-계 제품 (410)의 두께이다. 하중 및 지지 링들 (430, 420)은 통상적으로 경도 HRc > 40인 경화 강 (hardened steel)으로 만들어진다. ROR 고정물은 상업적으로 이용 가능하다.

ROR 시험을 위한 의도된 파손 메커니즘은 하중 링 (430) 내에 표면 (430a)으로부터 기원하는 유리-계 제품 (410)의 파단을 관찰하는데 있다. 이 영역의 밖에서, - 즉, 하중 링 (430)과 지지 링 (420) 사이에서- 발생하는 파손은 데이터 분석에서 생략된다. 그러나, 유리 유리-계 제품 (410)의 얇고 및 높은 강도 때문에, 표본 두께 h의 ½을 초과하는 큰 편차 (deflections)는 때때로 관찰된다. 따라서, 하중 링 (430) 아래로부터 기원하는 높은 비율의 파손을 관찰하는 것은 흔하다. 응력은 (변형 게이지 분석을 통해 수집된) 링 안쪽 및 아래 모두에 응력 발달 (stress development) 및 각 표본에서 파손의 기원의 지식 없이 정확하게 계산될 수 없다. 따라서 AROR 시험은 측정된 응답으로서 파손시 피크 하중에 초점을 맞춘다.

유리-계 제품의 강도는 표면 흠의 존재 여부에 의존한다. 그러나, 유리의 강도가 본질적으로 통계적이기 때문에, 주어진 크기의 흠이 존재할 가능성은 정밀하게 예측할 수 없다. 따라서, 가능성 분포는 일반적으로 얻어진 데이터의 통계적 표현으로 사용될 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 강화된 유리-계 제품은, 표면을 마모하기 위해 25psi 또는 심지어 45psi의 하중을 사용하여 마모된 링-온-링 시험에 의해 결정된 것으로 적어도 20 kgf 및 약 30kgf 까지의 표면 또는 동이축 휨 강도를 갖는다. 다른 구체 예에서, 표면 강도는 적어도 25kgf이고, 또 다른 구체 예에서, 적어도 30kgf이다.

몇몇 구체 예에서, 여기에 기재된 강화된 유리-계 제품은 샌드페이퍼 (IBoS) 시험에 대한 역상 볼에서 성능의 면에서 기재될 수 있다. IBoS 시험은, 도 36에서 개략적으로 나타낸 바와 같이, 이동 또는 휴대용 전자 장치에 사용된 유리-계 제품에서 통상적으로 발생하는 손상 도입에 더하여 굽힘으로 인한 파손에 대한 지배적 메커니즘을 모방한 동적 구성요소 수준 시험 (dynamic component level test)이다. 현장에서, 유리-계 제품의 상부 표면에서 손상 도입 (도 37의 a)은 발생한다. 파단은 유리-계 제품의 상부 표면에서 시작되고 및 손상은 유리-계 제품 (도 37의 b)을 침투하거나 또는 파단은 유리-계 제품의 상부 표면 또는 내부 부분으로부터 굽힘에서 전파된다 (도 37에서 c). IBoS 시험은 유리의 표면에 손상을 동시에 도입하고 및 동적 하중하에서 굽힘을 적용하도록 디자인된다. 몇몇 사례에서, 유리-계 제품은, 동일한 유리-계 제품이 압축 응력을 포함하지 않는 경우보다 압축 응력을 포함하는 경우 개선된 낙하 성능을 나타낸다.

IBoS 시험 장치는 도 36에 개략적으로 나타낸다. 장치 (500)는 시험 지지대 (510) 및 볼 (530)을 포함한다. 볼 (530)은, 예를 들어, 스테인리스강 볼 등과 같은 단단한 또는 고체 볼이다. 하나의 구체 예에서, 볼 (530)은 10mm의 직경을 갖는 4.2g 스테인리스강 볼이다. 볼 (530)은 미리 결정된 높이 (h)로부터 유리-계 제품 샘플 (518) 상으로 직접 낙하된다. 시험 지지대 (510)는 화강암 등과 같은 경질의, 단단한 물질을 포함하는 고체 베이스 (512)를 포함한다. 표면에 배치된 연마재를 갖는 시트 (514)는, 연마재를 갖는 표면이 위로 향하도록 고체 베이스 (512)의 상부 표면상에 놓인다. 몇몇 구체 예에서, 시트 (514)는 30 그릿 표면을 갖는 샌드페이퍼이고, 다른 구체 예에서, 180 그릿 표면이다. 유리-계 제품 샘플 (518)은 공기-갭 (516)이 유리-계 제품 샘플 (518)과 시트 (514) 사이에 존재하도록 샘플 홀더 (515)에 의해 시트 (514) 위의 제 위치에 유지된다. 시트 (514)와 유리-계 제품 샘플 (518) 사이의 에어 갭 (516)은, 유리-계 제품 샘플 (518)이 볼 (530)에 의한 충격시 시트 (514)의 연마 표면상에 굽혀지는 것을 가능하게 한다. 하나의 구체 예에서, 유리-계 제품 샘플 (218)은 볼 충격 지점에만 함유된 굽힘을 유지하고 및 반복성을 보장하기 위해 모든 코너들을 가로질러 클램핑된다. 몇몇 구체 예에서, 샘플 홀더 (514) 및 시험 지지대 (510)는 약 2 mm 이하의 샘플 두께를 수용하도록 채택된다. 에어 갭 (516)은 약 50 ㎛ 내지 약 100 ㎛ 범위이다. 에어 갭 (516)은 물질 강성 (영률, Emod)의 차이를 조정하도록 채택되지만, 또한, 샘플의 두께 및 탄성률을 포함한다. 접착테이프 (520)는 볼 (530)의 충격시 유리-계 제품 샘플 (518)의 파단의 사건에서 파편을 수집하기 위해 유리-계 제품 샘플의 상부 표면을 덮는데 사용될 수 있다.

다양한 물질은 연마 표면으로 사용될 수 있다. 하나의 특정 구체 예에서, 연마 표면은 실리콘 카바이드 또는 알루미나 샌드페이퍼, 조작된 샌드페이퍼 또는 비슷한 경도 및/또는 날카로움 (sharpness)을 갖는 당업자에게 공지된 임의의 연마재와 같은, 샌드페이퍼이다. 몇몇 구체 예에서, 콘크리트 또는 아스팔트보다 좀 더 일정한 표면 토포그래피, 및 원하는 수준의 표본 표면 손상을 생성하는 입자 크기 및 날카로움을 갖기 때문에, 30 그릿을 갖는 샌드페이퍼는 사용될 수 있다.

하나의 관점에서, 여기에 기재된 장치 (500)를 사용하여 IBoS 시험을 수행하는 방법 (600)은 도 38에 나타낸다. 단계 (610)에서, 유리-계 제품 샘플 (도 36의 218)은, 이전에 기재된 시험 지지대 (510)에 놓이고 및 샘플 홀더 (515)에 고정되어, 에어 갭 (516)은 유리-계 제품 샘플 (518) 및 연마 표면을 갖는 시트 사이에 형성된다. 방법 (600)은 연마 표면을 갖는 시트 (514)가 이미 시험 지지대 (510)에 놓여 있는 것으로 가정한다. 그러나, 몇몇 구체 예에서, 상기 방법은 연마재를 갖는 표면이 위로 향하도록 시험 지지대 (510)에 시트 (514)를 놓는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예 (단계 610a)에서, 접착테이프 (520)는 유리-계 제품 샘플 (518)을 샘플 홀더 (510)에 고정하기 전에 유리-계 제품 (518)의 상부 표면에 적용된다.

단계 (520)에서, 미리결정된 질량 및 크기의 고체 볼 (530)은, 볼 (530)이 상부 표면의 대략 중심 (즉, 중심으로부터 1mm 이내, 3mm 이내, 또는 5mm 이내, 또는 10mm 이내)에서 상부 표면 (또는 상부 표면에 부착된 접착테이프 (520))에 충격되도록, 미리결정된 높이 (h)로부터 유리-계 제품 샘플 (518)의 상부 표면상으로 낙하된다. 단계 (520)에서 충격 후에, 유리-계 제품 샘플 (518)에 대한 손상 정도는 결정된다 (단계 630). 이미 전술한 바와 같이, 용어 "파단"은 기판이 물체에 의해 낙하되거나 또는 충돌되는 경우 기판의 전체 두께 및/또는 전체 표면을 가로질러 균열이 전파되는 것을 의미한다.

방법 (600)에서, 연마 표면을 갖는 시트 (518)는 낙하 시험 표면의 다른 타입 (예를 들어, 콘크리트 또는 아스팔트)의 반복된 사용에서 관찰된 "에이징" 효과를 피하기 위해 각 낙하 후에 대체될 수 있다.

다양한 미리결정된 낙하 높이 (h) 및 증분 (increments)은 방법 (600)에서 통상적으로 사용된다. 시험은, 예를 들어, 시작을 위해 최소 낙하 높이 (예를 들어, 약 10-20cm)를 활용할 수 있다. 그 다음 높이는 설정 증분 또는 가변 증분으로 연속적 낙하에 대해 증가될 수 있다. 방법 (600)에 기재된 시험은 유리-계 제품 샘플 (518)이 파괴되거나 파단되면 중단된다 (단계 631). 선택적으로, 낙하 높이 (h)가 파단 없이 최대 낙하 높이 (예를 들어, 약 100cm)에 도달하면, 방법 (300)의 낙하 시험은 또한 중지되거나, 또는 단계 (520)는 파단이 발생할 때까지 최대 높이에서 반복될 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 방법 (600)의 IBoS 시험은 각각의 미리결정된 높이 (h)에서 각각의 유리-계 제품 샘플 (518)에 대해 오직 한 번 수행된다. 그러나, 다른 구체 예에서, 각 샘플은 각각의 높이에서 다중 시험에 적용될 수 있다.

유리-계 제품 샘플 (518)의 파단이 발생하면 (도 38의 단계 (631)), 방법 (600)에 따른 IBoS 시험은 종료된다 (단계 640). 미리결정된 낙하 높이에서 볼 낙하로부터 결과하는 파단이 관찰되지 않으면 (단계 632), 낙하 높이는 - 예를 들어 5, 10 또는 20cm와 같이 - 미리결정된 증분만큼 증가되고 (단계 634), 및 단계 (620 및 630)는 샘플 파단이 관찰될 때까지 반복되거나 (631) 또는 최대 시험 높이는 샘플 파단 없이 도달할 때까지 반복된다 (636). 단계 (631) 또는 단계 (636)에 도달하면, 방법 (600)에 따른 시험은 종료된다.

전술한 샌드페이퍼에 대한 역상 볼 (IBoS) 시험을 적용할 경우, 여기에 기재된 유리-계 제품의 구체 예는, 볼이 100cm의 높이로부터 유리 표면상에 낙하된 경우 적어도 약 60%의 생존율을 갖는다. 예를 들어, 유리-계 제품은, 5개의 동일한 (또는 거의 동일한) 샘플 (즉, 거의 동일한 조성물 및 강화된 경우, 여기에 기재된 바와 같은, 대략 동일한 압축 응력 및 층의 깊이 또는 압축 응력 층을 갖는 샘플) 중 3개가 규정된 높이 (여기서 100cm)로부터 낙하된 경우 파단 없이 IBoS 낙하 시험에서 생존하는 경우를, 주어진 높이로부터 낙하된 경우 60% 생존율을 갖는 것으로 기재된다. 다른 구체 예에서, 강화된 유리-계 제품의 100cm IBoS 시험에서 생존율은, 적어도 약 70%, 다른 구체 예에서, 적어도 약 80%, 또 다른 구체 예에서, 적어도 약 90%이다. 다른 구체 예에서, IBoS 시험에서 100cm의 높이로부터 낙하되는 강화된 유리-계 제품의 생존율은 적어도 약 60%, 다른 구체 예에서, 적어도 약 70%, 또 다른 구체 예에서, 적어도 약 80%, 및 다른 구체 예에서, 적어도 약 90%이다. 하나 이상의 구체 예에서, IBoS 시험에서 150cm의 높이로부터 낙하되는 강화된 유리-계 제품의 생존율은 적어도 60%, 다른 구체 예에서, 적어도 약 70%, 또 다른 구체 예에서, 적어도 약 80%, 및 다른 구체 예에서, 적어도 약 90%이다.

전술된 IBoS 시험 방법 및 장치를 사용하여 미리결정된 높이로부터 낙하된 경우 유리-계 제품의 생존율을 결정하기 위해, 비록 더 많은 샘플 (예를 들어, 10, 20, 30, 등)이 시험 결과의 신뢰 수준을 상승시키기 위해 시험에 적용될 수 있을지라도, 유리-계 제품의 적어도 5개의 동일한 (또는 거의 동일한) 샘플 (즉, 대략 동일한 조성물, 및 만약 강화된다면, 대략 동일한 압축 응력 및 압축의 또는 층의 깊이를 갖는 샘플)은 시험된다. 각 샘플은 미리결정된 높이 (예를 들어, 100cm 또는 150cm)로부터 한 번 낙하시키거나 또는 선택적으로, 미리결정된 높이에 도달될 때까지 파단 없이 점진적으로 더 높은 높이로부터 낙하시키고, 가시적으로 (즉, 육안으로) 파단의 증거 (샘플의 전체 두께 및/또는 전체 표면에 가로지르는 균열 형성 및 전파)에 대해 조사된다. 샘플은, 미리결정된 높이로부터 낙하된 후 파단이 관찰되지 않으면 낙하 시험에서 "생존한" 것으로 간주되며, 샘플이 미리결정된 높이 이하인 높이로부터 낙하된 경우 파단이 관찰된다면 "파손 (또는 "생존하지 못함")으로 간주된다. 생존율은 낙하 시험에서 생존한 샘플 집단의 비율로 결정된다. 예를 들어, 만약 10개의 그룹 중 7개의 샘플이 미리결정된 높이에서 낙하된 경우 파단되지 않으면 유리의 생존율은 70%가 된다.

여기에 기재된 유리-계 제품은 투명하거나 불투명할 수 있다. 하나 이상의 유리-계 제품은 약 1 millimeters 이하의 두께를 가질 수 있으며, 약 380 nm 내지 약 780 nm 범위의 파장에 걸쳐 약 88% 이상의 투과율을 나타낸다. 또 다른 구체 예에서, 유리-계 제품은 약 1 millimeters 이하의 두께를 가질 수 있으며, 약 380 nm 내지 약 780 nm 범위의 파장에 걸쳐 약 10% 이하의 투과율을 나타낸다.

유리-계 제품은 또한 실질적으로 백색을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 유리-계 제품은 약 88 이상의 L* 값, 약 -3 내지 약 +3의 범위에서 a* 값, 및 약 -6 내지 약 +6 범위에서 b* 값의, CIE 광원 F02 하에서, CIELAB 색 공간 좌표를 나타낼 수 있다. 선택적으로, 유리-계 제품은 약 40 이하의 L* 값, 약 -3 내지 약 +3의 범위에서 a* 값 및 약 -6 내지 약 +6 범위에서 b* 값의, CIE 광원 F02 하에서, CIELAB 색 공간 좌표를 나타낼 수 있다. 이러한 색 공간 좌표는 다른 CIE 광원 (예를 들어, D65) 하에 존재할 수 있다.

기판의 선택은 특별히 제한되지 않는다. 몇몇 실시 예에서, 유리-계 제품은 이온 교환에 대해 높은 양이온 확산도를 갖는 것으로 기재될 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 유리 또는 유리-세라믹은, 빠른 이온 교환 능력, 즉 확산도가 500μ㎡/hr을 초과하는 이온 교환 능력을 갖거나 또는 460℃에서 450μ㎡/hour을 초과하는 것을 특징으로 할 수 있다.

특정 온도에서, 확산도는 수학식 4를 사용하여 계산된다:

[수학식 4]

확산도=DOL^2/5.6*T

여기서, DOL은 이온-교환 층의 깊이이고 및 T는 그 DOL에 도달하는데 걸리는 IOX 시간이다.

유리-계 제품은 비정질 기판, 결정질 기판 또는 이들의 조합 (예를 들어, 유리-세라믹 기판)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, (여기에 기재된 바와 같은 화학적으로 강화되기 전에) 유리-계 제품 기판은, 몰 퍼센트 (mol%)로, 하기 성분을 포함하는 조성물을 갖는 유리를 포함할 수 있다:

약 40 내지 약 80의 범위에서 SiO₂, 약 10 내지 약 30의 범위에서 Al₂O₃, 약 0 내지 약 10의 범위에서 B₂O₃, 약 0 내지 약 20의 범위에서 R₂O 및 약 0 내지 약 15의 범위에서 RO. 몇몇 사례에서, 조성물은 약 0mol% 내지 약 5mol% 범위에서 ZrO₂ 및 약 0mol% 내지 약 15mol% 범위에서 P₂O₅ 중 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. TiO₂는 약 0 mol% 내지 약 2 mol%로 존재할 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 유리 조성물은, SiO₂를, mol%로, 약 45 내지 약 80, 약 45 내지 약 75, 약 45 내지 약 70, 약 45 내지 약 65, 약 45 내지 약 60, 약 45 내지 약 65, 약 45 내지 약 65, 약 50 내지 약 70, 약 55 내지 약 70, 약 60 내지 약 70, 약 70 내지 약 75, 약 70 내지 약 72, 또는 약 50 내지 약 65의 범위의 양으로 포함할 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 유리 조성물은, Al₂O₃를, mol%로, 약 5 내지 약 28, 약 5 내지 약 26, 약 5 내지 약 25, 약 5 내지 약 24, 약 5 내지 약 22, 약 5 내지 약 20, 약 6 내지 약 30, 약 8 내지 약 30, 약 10 내지 약 30, 약 12 내지 약 30, 약 14 내지 약 30, 약 16 내지 약 30, 약 18 내지 약 30, 약 18 내지 약 28, 또는 약 12 내지 약 15의 범위의 양으로 포함할 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리 조성물은, B₂O₃를, mol%로, 약 0 내지 약 8, 약 0 내지 약 6, 약 0 내지 약 4, 약 0.1 내지 약 8, 약 0.1 내지 약 6, 약 0.1 내지 약 4, 약 1 내지 약 10, 약 2 내지 약 10, 약 4 내지 약 10, 약 2 내지 약 8, 약 0.1 내지 약 5, 또는 약 1 내지 약 3의 범위의 양으로 포함할 수 있다. 몇몇 사례에서, 유리 조성물은 실질적으로 B₂O₃가 없을 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 유리 조성물의 성분에 대해 문구 "실질적으로 없는"은 성분이 초기 배칭 또는 후속 이온 교환 동안 유리 조성물에 능동적으로 또는 의도적으로 첨가되지 않았지만, 불순물로서 존재할 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 유리는, 성분이 약 0.1001 mol% 미만의 양으로 존재하는 경우, 성분이 실질적으로 없는 것으로 기재할 수 있다.

예를 들어, RO는 알칼리 토금속 산화물 BaO, CaO, MgO, 및 SrO와 함께 PbO, 및 ZnO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 조성물은 MgO, CaO 및 ZnO과 같은, 하나 이상의 알칼리 토금속 산화물을 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 하나 이상의 알칼리 토 금속 산화물의 총량은 0이 아닌 양 내지 약 15mol%까지일 수 있다. 하나 이상의 특정 구체 예에서, 임의의 알칼리 토금속 산화물의 총량은 0이 아닌 양 내지 약 14 mol%까지, 약 12 mol%까지, 약 10 mol%까지, 약 8 mol%까지, 약 6 mol%까지, 약 4 mol%까지, 약 2 mol%까지 또는 약 1.5 mol%까지 일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 하나 이상의 알칼리 토금속 산화물의 mol%로 나타낸 총량은 약 0.1 내지 10, 약 0.1 내지 8, 약 0.1 내지 6, 약 0.1 내지 5, 약 1 내지 10, 약 2 내지 10, 또는 약 2.5 내지 8의 범위일 수 있다. MgO의 양은 약 0 mol% 내지 약 5 mol% (예를 들어, 약 2 mol% 내지 약 4 mol%)의 범위일 수 있다. ZnO의 양은 약 0 내지 약 2 mol%의 범위일 수 있다. CaO의 양은 약 0 mol% 내지 약 2 mol%일 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 유리 조성물은 MgO를 포함할 수 있고, CaO 및 ZnO가 실질적으로 없을 수 있다. 하나의 변형에서, 유리 조성물은 CaO 또는 ZnO 중 임의의 하나를 포함할 수 있고, MgO, CaO 및 ZnO 중 다른 것이 실질적으로 없을 수 있다. 하나 이상의 특정 구체 예에서, 유리 조성물은 MgO, CaO 및 ZnO의 2종의 알칼리 토금속 산화물만을 포함할 수 있으며, 제3의 토금속 산화물이 실질적으로 없을 수 있다.

유리 조성물 중의 알칼리 금속 산화물 R₂O의 총량 (mol%)은 약 5 내지 약 20, 약 5 내지 약 18, 약 5 내지 약 16, 약 5 내지 약 15, 약 5 내지 약 14, 약 5 내지 약 12, 약 5 내지 약 10, 약 5 내지 약 8, 약 5 내지 약 20, 약 6 내지 약 20, 약 7 내지 약 20, 약 8 내지 약 20, 약 9 내지 약 20, 약 10 내지 약 20, 약 6 내지 약 13, 또는 약 8 내지 약 12의 범위일 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리 조성물은 Na₂O를 약 0 mol% 내지 약 18 mol%, 약 0 mol% 내지 약 16 mol% 또는 약 0 mol% 내지 약 14 mol%, 약 0 mol% 내지 약 10 mol%, 약 0 mol% 내지 약 5 mol%, 약 0 mol% 내지 약 2 mol%, 약 0.1 mol% 내지 약 6 mol%, 약 0.1 mol% 내지 약 5 mol%, 약 1 mol% 내지 약 5 mol%, 약 2 mol% 내지 약 5 mol%, 또는 약 10 mol% 내지 약 20 mol% 범위의 양으로 포함한다.

몇몇 구체 예에서, Li₂O 및 Na₂O의 양은 성형성 (formability) 및 이온 교환성의 균형을 이루기 위해 특정 양 또는 비로 조절된다. 예를 들어, Li₂O의 양이 증가함에 따라, 액상선 점도는 감소될 수 있으며, 따라서 몇몇 형성 방법이 사용되는 것을 방지하지만; 그러나, 이러한 유리 조성물은, 여기에 기재된 바와 같이, 더 깊은 DOC 수준으로 이온 교환된다. Na₂O의 양은 액상선 점도를 변경할 수 있지만, 더 깊은 DOC 수준으로의 이온 교환을 억제할 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리 조성물은 약 5mol% 미만, 약 4mol% 미만, 약 3mol% 미만, 약 2mol% 미만, 또는 약 1mol% 미만의 양으로 K₂O를 포함할 수 있다. 하나 이상의 선택적인 구체 예에서, 유리 조성물은, 여기에 정의된 바와 같이, K₂O가 실질적으로 없을 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리 조성물은 약 0 mol% 내지 약 18 mol%, 약 0 mol% 내지 약 15 mol% 또는 약 0 mol% 내지 약 10 mol%, 약 0 mol% 내지 약 8 mol%, 약 0mol% 내지 약 6 mol%, 약 0 mol% 내지 약 4 mol% 또는 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 양으로 Li₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 조성물은 약 2 mol% 내지 약 10 mol%, 약 4 mol% 내지 약 10 mol%, 약 6 mol% 내지 약 10 mol, 또는 약 5 mol% 내지 약 8 mol%의 양으로 Li₂O를 포함할 수 있다. 하나 이상의 선택적인 구체 예에서, 유리 조성물은, 여기에 정의된 바와 같이, Li₂O가 실질적으로 없을 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리 조성물은 Fe₂O₃를 포함할 수 있다. 이러한 구체 예에서, Fe₂O₃는 약 1 mol% 미만, 약 0.9 mol% 미만, 약 0.8 mol% 미만, 약 0.7 mol% 미만, 약 0.6 mol% 미만, 약 0.5 mol% 미만 mol% 미만, 약 0.4 mol% 미만, 약 0.3 mol% 미만, 약 0.2 mol% 미만, 약 0.1 mol% 미만 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 양으로 존재할 수 있다. 하나 이상의 선택적인 구체 예에서, 유리 조성물은, 여기에 정의된 바와 같이, Fe₂O₃가 실질적으로 없을 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리 조성물은 ZrO₂를 포함할 수 있다. 이러한 구체 예에서, ZrO₂는 약 1 mol% 미만, 약 0.9 mol% 미만, 약 0.8 mol% 미만, 약 0.7 mol% 미만, 약 0.6 mol% 미만, 약 0.5 mol% 미만 mol% 미만, 약 0.4 mol% 미만, 약 0.3 mol% 미만, 약 0.2 mol% 미만, 약 0.1 mol% 미만 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 양으로 존재할 수 있다. 하나 이상의 선택적인 구체 예에서, 유리 조성물은, 여기에 정의된 바와 같이 ZrO₂가 실질적으로 없을 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리 조성물은, 약 0 mol% 내지 약 10 mol%, 약 0 mol% 내지 약 8 mol%, 약 0 mol% 내지 약 6mol%, 약 0 mol% 내지 약 4 mol%, 약 0.1 mol% 내지 약 10 mol%, 약 0.1 mol% 내지 약 8 mol%, 약 4 mol% 내지 약 8 mol%, 또는 약 5 mol% 내지 약 8 mol%의 범위로 P₂O₅를 포함할 수 있다. 몇몇 사례에서, 유리 조성물은 실질적으로 P₂O₅가 없을 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 유리 조성물은 TiO₂를 포함할 수 있다. 이러한 구체 예에서, TiO₂는 약 6mol% 미만, 약 4mol% 미만, 약 2mol% 미만, 또는 약 1mol% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 하나 이상의 선택적인 구체 예에서, 유리 조성물은, 여기에 정의된 바와 같이, TiO₂가 실질적으로 없을 수 있다. 몇몇 구체 예에서, TiO₂는 약 0.1mol% 내지 약 6mol%, 또는 약 0.1mol% 내지 약 4mol% 범위의 양으로 존재한다.

몇몇 구체 예에서, 유리 조성물은 다양한 조성적 관계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리 조성물은 약 0.5 내지 약 1 범위에서 R₂O (mol%)의 총량에 대한 Li₂O의 양 (mol%)의 비를 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 조성물은 약 -5 내지 약 0 범위에서 Al₂O₃의 양 (mol%)에 대한 R₂O의 총량 (mol%) 사이에 차이를 포함할 수 있다. 몇몇 사례에서, 유리 조성물은 R_xO의 총량 (mol%) 및 Al₂O₃의 양 사이의 차이를 약 0 내지 약 3의 범위에서 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예의 유리 조성물은, 약 0 내지 약 2 범위에서 RO (mol%)의 총량에 대한 MgO의 양 (mol%)의 비를 나타낼 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 유리 조성물은 핵 형성제 (nucleating agents)가 실질적으로 없을 수 있다. 통상적인 핵 형성제의 예로는 TiO₂, ZrO₂ 및 이와 유사한 것이다. 핵 형성제는, 핵 형성제가 유리 내에 결정질의 형성을 개시할 수 있는 유리 내에 구성분인 것으로 기능적 관점에서 기재될 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 유리 기판에 사용된 조성물은 Na₂SO₄, NaCl, NaF, NaBr, K₂SO₄, KCl, KF, KBr 및 SnO₂를 포함하는 군으로부터 선택된 0-2 mol%의 적어도 하나의 청징제로 배칭될 수 있다. 하나 이상의 구체 예에 따른 유리 조성물은 SnO₂를 약 0 내지 약 2, 약 0 내지 약 1, 약 0.1 내지 약 2, 약 0.1 내지 약 1, 또는 약 1 내지 약 2의 범위에서 더욱 포함할 수 있다. 여기에 개시된 유리 조성물은 As₂O₃ 및/또는 Sb₂O₃가 실질적으로 없을 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 조성물은 62 mol% 내지 75　mol% SiO₂; 10.5 mol% 내지 약 17 mol%　Al₂O₃; 5 mol%　내지 약 13　mol%　Li₂O; 0 mol% 내지 약 4 mol%　　ZnO; 0 mol% 내지 약 8　mol% MgO; 2 mol% 내지 약 5　mol% TiO₂; 0 mol% 내지 약 4 mol%　B₂O₃; 0 mol% 내지 약 5 mol%　Na₂O; 0 mol% 내지 약 4　mol% K₂O; 0 mol% 내지 약 2　mol% ZrO₂; 0 mol% 내지 약 7 mol%　P₂O₅; 0 mol% 내지 약 0.3 mol%　Fe₂O₃; 0 mol% 내지 약 2 mol%　MnOx; 및 0.05 mol% 내지 약 0.2 mol%　SnO₂를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 조성물은 67 mol% 내지 약 74　mol% SiO₂; 11 mol% 내지 약 15　mol% Al₂O₃; 5.5 mol% 내지 약 9　mol% Li₂O; 0.5 mol% 내지 약 2　mol% ZnO; 2 mol% 내지 약 4.5 mol%　MgO; 3 mol% 내지 약 4.5　mol% TiO₂; 0 mol% 내지 약 2.2 mol%　B₂O₃; 0 mol% 내지 약 1　mol% Na₂O; 0 mol% 내지 약 1 mol%　K₂O; 0 mol% 내지 약 1　mol% ZrO₂; 0 mol% 내지 약 4　mol% P₂O₅; 0 mol% 내지 약 0.1 mol%　Fe₂O₃; 0 mol% 내지 약 1.5 mol%　MnOx; 및 0.08 mol% 내지 약 0.16　mol% SnO₂를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 상기 조성물은 70 mol% 내지 75　mol% SiO₂; 10 mol% 내지 약 15 mol%　Al₂O₃; 5 mol%　내지 약 13　mol%　Li₂O; 0 mol% 내지 약 4 mol%　　ZnO; 0.1 mol% 내지 약 8　mol% MgO; 0 mol% 내지 약 5　mol% TiO₂; 0.1 mol% 내지 약 4 mol%　B₂O₃; 0.1 mol% 내지 약 5 mol%　Na₂O; 0 mol% 내지 약 4　mol% K₂O; 0 mol% 내지 약 2　mol% ZrO₂; 0 mol% 내지 약 7 mol%　P₂O₅; 0 mol% 내지 약 0.3 mol%　Fe₂O₃; 0 mol% 내지 약 2 mol%　MnOx; 및 0.05 mol% 내지 약 0.2 mol%　SnO₂를 포함할 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 조성물은 52 mol% 내지 약 63 mol% SiO₂; 11 mol% 내지 약 15　mol% Al₂O₃; 5.5 mol% 내지 약 9　mol% Li₂O; 0.5 mol% 내지 약 2　mol% ZnO; 2 mol% 내지 약 4.5 mol%　MgO; 3 mol% 내지 약 4.5　mol% TiO₂; 0 mol% 내지 약 2.2 mol%　B₂O₃; 0 mol% 내지 약 1　mol% Na₂O; 0 mol% 내지 약 1 mol%　K₂O; 0 mol% 내지 약 1　mol% ZrO₂; 0 mol% 내지 약 4　mol% P₂O₅; 0 mol% 내지 약 0.1 mol%　Fe₂O₃; 0 mol% 내지 약 1.5 mol%　MnOx; 및 0.08 mol% 내지 약 0.16　mol% SnO₂를 포함할 수 있다.

여기에 기재된 바와 같이, 화학적으로 강화되기 이전의 유리-계 제품의 다른 대표적인 조성물은, 표 1에 나타낸다.

화학적 강화 이전의 대표적인 조성물

Mol%	Ex. A	Ex. B	Ex. C	Ex. D	Ex. E	Ex. F
SiO₂	71.8	69.8	69.8	69.8	69.8	69.8
Al₂O₃	13.1	13	13	13	13	13
B₂O₃	2	2.5	4	2.5	2.5	4
Li₂O	8	8.5	8	8.5	8.5	8
MgO	3	3.5	3	3.5	1.5	1.5
ZnO	1.8	2.3	1.8	2.3	2.3	1.8
Na₂O	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
TiO₂	0	0	0	1	1	1
Fe₂O₃	0	0	0	0.8	0.8	0.8
SnO₂	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1

유리-계 제품이 유리-세라믹을 포함하는 경우, 결정상은 β-스포듀멘, 루틸, 가나이트 또는 다른 공지된 결정상 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.

비록 다른 구체 예가 만곡된 또는 다른 형상화된 또는 조각된 기판을 활용할 수 있을지라도, 유리-계 제품은 실질적으로 평면일 수 있다. 몇몇 사례에서, 유리-계 제품은 3D 또는 2.5D 형태를 가질 수 있다. 유리-계 제품은 실질적으로 광학적으로 맑고, 투명하며 광 산란이 없을 수 있다. 유리-계 제품은 약 1.45 내지 약 1.55 범위에서 굴절률을 가질 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, 굴절률 값은 550 nm의 파장에 대한 값이다.

부가적으로 또는 선택적으로, 유리-계 제품의 두께는 하나 이상의 치수를 따라 일정하거나 또는 미적 및/또는 기능상의 이유로 하나 이상의 치수에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 유리-계 제품의 가장자리는 유리-계 제품의 좀 더 중심 영역에 비해 두꺼울 수 있다. 유리-계 제품의 길이, 폭 및 두께 치수는 또한 제품 적용 또는 용도에 따라 변화될 수 있다.

유리-계 제품은 그것이 형성되는 방식을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 유리-계 제품이 플로우트-형성 가능한 (즉, 플로우트 공정에 의해 형성됨), 다운-인발 가능한, 및 특히, 퓨전-형성 가능한 또는 슬롯-인발 가능한 (즉, 퓨전 인발 공정 또는 슬롯 인발 공정과 같은 다운 인발 공정에 의해 형성됨) 것을 특징으로 할 수 있다.

플로우트-형성 가능한 유리-계 제품은 매끄러운 표면을 특징으로 할 수 있으며, 균일한 두께는 용융 금속, 통상적으로 주석의 층 (bed) 위에 용융 유리를 플로우팅시켜 만들어진다. 대표 공정에서, 용융된 주석 층의 표면상에 공급되는 용융 유리는 플로우팅 유리 리본을 형성한다. 유리 리본이 주석 욕조를 따라 흐름에 따라, 온도는, 롤러 상으로 주석으로부터 들어올릴 수 있는 고체 유리-계 제품으로 유리 리본이 고체화될 때까지 점진적으로 감소된다. 일단 욕조에서 꺼내면, 유리-계 제품은 더욱 냉각되고 및 내부 응력을 줄이기 위해 어닐링될 수 있다. 유리-계 제품이 유리 세라믹인 경우, 플로우트 공정으로부터 형성된 유리-계 제품은, 하나 이상의 결정질 상이 생성되는 세라믹화 공정에 적용될 수 있다.

다운-인발 공정은 상대적으로 원래 그대로의 표면을 보유하는 균일한 두께를 갖는 유리-계 제품을 생산한다. 유리-계 제품의 평균 휨 강도가 표면 흠의 양과 크기에 의해 조절되기 때문에, 최소한의 접촉을 가진 원래 그대로의 표면은 더 높은 초기 강도를 갖는다. 그 다음, 이 고강도 유리-계 제품이 (예를 들어, 화학적으로) 더욱 강화된 경우, 최종 강도는 랩핑 및 연마된 표면을 갖는 유리-계 제품의 강도보다 더 높을 수 있다. 다운-인발 유리-계 제품은 약 2mm 미만의 두께로 인발될 수 있다. 부가적으로, 다운 인발 유리-계 제품은, 비용이 드는 분쇄 및 연마 없이 이의 최종 적용에 사용될 수 있는 매우 평평하고, 매끄러운 표면을 갖는다. 유리-계 제품이 유리 세라믹인 경우, 다운 인발 공정으로부터 형성된 유리-계 제품은, 하나 이상의 결정질 상이 생성되는 세라믹화 공정에 적용될 수 있다.

퓨전 인발 공정은, 예를 들어, 용융된 유리 원료를 수용하기 위한 채널을 갖는 인발 탱크를 사용한다. 채널은 채널 양 측면의 채널 길이를 따라 상부가 개방된 웨어 (weirs)를 갖는다. 채널이 용융 물질로 채워진 경우, 용융 유리가 상기 웨어를 넘친다. 중력으로 인해, 용융 유리는 2개의 유동 유리 필름으로서 인발 탱크의 외부 표면 아래로 흐른다. 인발 탱크의 외부 표면들은 이들이 인발 탱크 아래의 에지에서 결합하도록 아래쪽 및 내측으로 연장된다. 두 개의 유동 유리 필름은 이 가장자리에서 결합하여 융합하고 단일 유동 유리-계 제품을 형성한다. 퓨전 인발 방법은, 채널을 넘쳐 흐르는 2개의 유리 필름이 함께 융합되기 때문에, 최종 유리-계 제품의 외부 표면 중 어느 것도 장치의 어느 부분과도 접촉하지 않는다는 이점을 제공한다. 따라서, 퓨전 인발 유리-계 제품의 표면 특성은 이러한 접촉에 의해 영향을 받지 않는다. 유리-계 제품이 유리 세라믹인 경우, 퓨전 공정으로부터 형성된 유리-계 제품은 하나 이상의 결정질 상이 생성되는 세라믹화 공정에 적용될 수 있다.

슬롯 인발 공정은 퓨전 인발 방법과 구별된다. 슬롯 인발 공정에서, 용융된 원료 유리는 인발 탱크에 제공된다. 인발 탱크의 바닥은 슬롯의 길이를 연장하는 노즐을 갖는 개방 슬롯을 갖는다. 용융된 유리는 슬롯/노즐을 통해 흐르고 연속적인 유리-계 제품으로서 아닐링 영역으로 아래로 인발된다. 유리-계 제품이 유리 세라믹인 경우, 슬롯 인발 공정으로부터 형성된 유리-계 제품은 하나 이상의 결정질 상이 생성되는 세라믹화 공정에 적용될 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 유리-계 제품은, 발명의 명칭이 "Precision Glass Roll Forming Process and Apparatus"인 미국 특허 제8,713,972호, 발명의 명칭이 "Precision Roll Forming of Textured Sheet Glass"인 미국 특허 제9,003,835호, 발명의 명칭이 "Methods And Apparatus For Forming A Glass Ribbon"인 미국 공개특허 제20150027169호, 및 발명의 명칭이 "Apparatus and Method for Forming Thin Glass Articles"인 미국 공개특허 제20050099618호에 기재된 바와 같은, 박형 롤링 공정을 사용하여 형성될 수 있고, 이들의 전체적인 내용은 참조로 여기에 혼입된다. 좀 더 구체적으로, 유리-계 제품은 용융 유리의 수직 스트림을 공급하는 단계, 약 500℃ 이상 또는 약 600℃ 이상의 표면 온도에서 유지된 한 쌍의 형성 롤로 용융 유리 또는 유리-세라믹의 공급된 스트림을 형성시켜, 형성된 두께를 갖는 형성된 유리 리본을 형성하는 단계, 약 400℃ 이하의 표면 온도로 유지된 한 쌍의 사이징 롤 (sizing rolls)로 유리의 형성된 리본을 사이징하여, 형성된 두께 미만의 원하는 두께 및 원하는 두께 균일도를 갖는 어떤 크기로 만들어진 유리 리본을 생산하는 단계에 의해 형성될 수 있다. 유리 리본을 형성하는데 사용된 장치는, 용융 유리의 공급된 스트림을 공급하기 위한 유리 피드 장치; 약 500℃ 이상의 표면 온도로 유지되는 한 쌍의 형성 롤로, 상기 형성 롤은 용융 유리의 공급된 스트림을 수신하기 위한 유리 피드 장치 아래에 수직적으로 위치된 유리 형성 갭을 갖는 형성 롤 사이에 유리 형성 갭을 한정하고, 형성 롤 사이에 용융 유리의 공급된 스트림을 얇게 하여 형성된 두께를 갖는 형성된 유리 리본을 형성하는, 서로 가까이 인접하게 이격된 한 쌍의 형성 롤; 및 약 400℃ 이하의 표면 온도로 유지되는 한 쌍의 사이징 롤을 포함할 수 있고, 상기 사이징 롤은, 형성된 유리 리본을 수신하기 위한 형성 롤 아래에 수직적으로 위치된 유리 사이징 갭을 갖는 사이징 롤 사이에 유리 사이징 갭을 한정하고, 형성된 유리 리본을 얇게 하여 원하는 두께 및 원하는 두께 균일도를 갖는 어떤 크기로 만들어진 유리 리본을 생산하는, 서로 가까이 인접하게 이격된 한 쌍의 사이징 롤을 포함할 수 있다.

몇몇 사례에서, 박형 롤링 공정은 유리의 점도가 퓨전 또는 슬롯 인발 방법의 사용을 허용하지 않는 경우에 활용될 수 있다. 예를 들어, 박형 롤링은, 유리가 100kP 미만의 액상선 점도를 나타내는 경우, 유리-계 제품을 형성하는데 활용될 수 있다.

유리-계 제품은 표면 흠의 효과를 제거 또는 감소시키기 위해 산 연마되거나 또는 다른 방법으로 처리될 수 있다.

본 개시의 또 다른 관점은 내파손성 유리-계 제품을 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 약 1 millimeters 이하의 두께를 한정하는 제1표면 및 제2표면을 갖는 유리-계 기판을 제공하는 단계, 및 여기에 기재된 바와 같이, 유리-계 기판에 응력 프로파일을 생성시키는 단계를 포함하여 내-파단성 유리-계 제품을 제공한다. 하나 이상의 구체 예에서, 응력 프로파일을 생성시키는 단계는 복수의 알칼리 이온을 유리-계 기판으로 이온 교환하여 (여기에 기재된 바와 같은) 두께의 상당 부분 또는 전체 두께에 따라 변하는 0이 아닌 알칼리 금속 산화물 농도를 형성한다. 하나의 실시 예에서, 응력 프로파일을 생성시키는 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-계 제품을 침지시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시 예에서, 용융 욕조는 NaNO₃를 포함할 수 있으며, 및 약 485℃의 온도를 가질 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 상기 욕조는 NaNO₃를 포함하고 약 430℃의 온도를 가질 수 있다. 유리-계 기판은 약 2시간 이상, 약 48시간까지 (예를 들어, 약 12시간 내지 약 48시간, 약 12시간 내지 약 32시간, 약 16시간 내지 약 32시간, 약 16시간 내지 약 24시간, 또는 약 24시간 내지 약 32시간) 욕조에 침지될 수 있다.

몇몇 구체 예에서, 상기 방법은 하나 이상의 욕조에 연속적인 침지 단계를 사용하여 하나 이상의 단계에서 유리-계 기판을 화학적으로 강화시키거나 또는 이온 교환하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 둘 이상의 욕조는 연속적으로 사용될 수 있다. 하나 이상의 욕조들의 조성물은 단일 욕조에 단일 금속 (예를 들어, Ag+, Na+, K+, Rb+ 또는 Cs+) 또는 금속의 조합을 포함할 수 있다. 둘 이상의 욕조가 활용되는 경우, 상기 욕조는 서로 같거나 또는 다른 조성물 및/또는 온도를 가질 수 있다. 각각의 이러한 욕조에서의 침지 시간은 같거나 또는 원하는 응력 프로파일을 제공하기 위해 변할 수 있다.

하나 이상의 구체 예에서, 제2 욕조 또는 후속 욕조는 더 큰 표면 CS를 생성시키기 위해 활용될 수 있다. 몇몇 사례에서, 상기 방법은 화학적 층의 깊이 및/또는 DOC에 크게 영향을 주지 않으면서, 더 큰 표면 CS를 생성하기 위해 제2 또는 후속 욕조에 유리-계 기판을 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 생성하도록 조정될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 제2 또는 후속 욕조에 유리-계 기판의 침지 시간은 또한, 화학적 층의 깊이 및/또는 DOC에 영향을 주지 않으면서, 더 큰 표면 (CS)을 생성하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 제2 또는 후속 욕조에서 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 선택적인 구체 예에서, 상기 방법은 여기에 기재된 이온-교환 공정과 조합하여 사용될 수 있는 하나 이상의 열처리 단계를 포함할 수 있다. 열처리는 원하는 응력 프로파일을 얻기 위해 유리-계 제품을 열처리하는 단계를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 열처리는 유리-계 기판을 약 300℃ 내지 약 600℃ 범위의 온도로 어닐링, 템퍼링 또는 가열하는 단계를 포함한다. 열처리는 1분 내지 18시간까지 동안 지속될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 열처리는 하나 이상의 이온-교환 공정 후에 또는 이온-교환 공정 사이에 사용될 수 있다.

실시 예

다양한 구체 예는 하기의 실시 예에 의해 더욱 명확해질 것이다. 실시 예에서, 강화되기 전에, 실시 예는 "기판"으로 언급된다. 강화에 적용된 후에, 실시 예들은 "제품" 또는 "유리-계 제품"으로 언급된다.

실시 예 1

하기 표 2에 나타낸 바와 같은 명목상 조성물 (nominal composition)을 갖는 유리-세라믹 기판은 제공된다. 유리-세라믹 기판은 0.8 millimeters의 두께를 갖고, 주 결정질 상으로서 β- 스포듀멘 고용체 및 루틸을 포함하는 하나 이상의 부 결정질 상을 포함하는 결정상 군집 (assemblage)을 포함한다. 유리-세라믹 기판은 485℃의 온도를 갖는 NaNO₃를 포함하는 용융염 욕조에서 10시간 동안 (조건 A), 13시간 동안 (조건 B), 또는 24시간 동안 (조건 C) , 또는 430℃의 온도를 갖는 NaNO₃를 포함하는 용융염 욕조에서 2시간 동안 (비교 조건 D) 침지시켜 유리-세라믹 제품을 형성한다.

화학적 강화 전에, 실시 예 1의 유리-세라믹 기판의 조성물.

실시 예 ⇒	1
산화물 [mole%]	1
SiO₂	69.2
Al₂O₃	12.6
B₂O₃	1.8
Li₂O	7.7
Na₂O	0.4
MgO	2.9
ZnO	1.7
TiO₂	3.5
SnO₂	0.1
[Li₂O+Na₂O+MgO+ZnO+K₂O] [Al₂O₃+B₂O₃]	= 0.88
[TiO₂+SnO₂] [SiO₂+B₂O₃]	= 0.051

유리-세라믹 제품의 응력 프로파일은 마이크로프로브에 의해 측정되며 도 5에 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, Na+ 이온은, 더 높은 온도의 욕조가 활용된 경우 (즉, 조건 A-C), 제품의 거의 전체 두께를 통해 이온 교환된다. 이러한 유리-세라믹에서, Na₂O는 약 1.2mol% 이상의 양으로 CT 영역에 존재한다. 더 낮은 온도의 욕조에서 이온 교환된 유리-세라믹 제품 (비교 조건 D)은 공지된 응력 프로파일과 유사한 응력 프로파일을 나타낸다.

실시 예 2

표 2에 나타낸 바와 같은 동일한 조성물 및 0.8 mm의 두께를 가지나, 무정형 구조를 갖는 (및 결정상이 없는) 유리 기판은, 다양한 기간 동안 약 430℃의 온도를 갖는 100% NaNO₃를 포함하는 용융염 욕조에 침지시켜 화학적으로 강화되어 유리 제품을 제공한다. 유리 제품의 DOL 및 최대 CT 값은 산란 광 편광기 (SCALP)를 사용하여 측정된다. 도 6에 나타낸 바와 같이, DOC 및 최대 CT는 침지 또는 이온 교환의 증가된 길이에 따라 증가한다. 최대 CT 값은 약 16시간 동안 유리를 침지시킨 후에 관찰된다.

실시 예 2의 유리 제품의 응력 프로파일은 SCALP를 사용하여 측정되고, 도 7에 나타낸다. 양의 응력 값을 나타내는 x-축의 상부는 CT 층이며, 음의 응력 값을 나타내는 x-축의 하부는 CS 값이다. 16시간 동안 화학적으로 강화된 유리 제품의 응력 프로파일은, 100 micrometers의 깊이 방향으로, 실질적으로 선형 부분을 포함하지 않는, 포물선-같은 모양 및 최대 CT 값 (즉, 175 MPa)을 나타낸다. SCALP에 의해 측정된 표면 CS는 약 410 MPa이다. 따라서, 실시 예 2의 최대 CT 대 표면 CS의 비는 약 0.4375이다.

실시 예 3

비교를 위해, 각각 약 0.8㎜의 두께를 갖는, 실시 예 1의 유리-세라믹 기판 및 실시 예 2의 유리 기판은, 350℃의 온도를 갖는 NaNO₃의 용융염 욕조 (3.5L)에 3.5시간 동안 침지시켜 화학적 강화에 적용된다 (실시 예 3A 및 3B). 도 8에 나타낸 유리-세라믹 제품 및 유리 제품의 최종 응력 프로파일은, 오류 함수 (erfc) 또는 준-선형 (quasi-linear) 형태와 유사하다. 게다가, 층의 CS 깊이는 유리 또는 유리-세라믹으로 교환된 알칼리 이온의 깊이 (또는 화학적 이온교환 깊이) 미만이다.

각각 약 0.8mm의 두께를 갖는, 실시 예 1의 유리-세라믹 기판 및 실시 예 2의 유리 기판은, 430℃의 온도를 갖는 NaNO₃의 용융염 욕조에서 24시간 동안 침지시켜 (각각 실시 예 3C 및 3D) 여기에 기재된 화학적 강화에 적용되고, 최종 유리-계 제품은 도 9에 나타낸 바와 같이 (EPMA에 의해 얻어진) 금속 산화물 농도 프로파일을 나타낸다. 금속 산화물 농도 프로파일은 포물선-모양이며 및 전체 두께에 걸쳐 Na+ 이온의 이온 교환을 나타낸다. 화학적 프로파일은 EMPA를 사용하여 측정되며, Na₂O 확산의 화학적 깊이는 400 micrometers 이상으로 나타난다. 게다가, Na₂O는, CT 층을 포함하는, 두께 전체에 걸쳐 약 1 mol% 이상의 농도로 존재한다. 실시 예 3D의 최종 유리-세라믹 제품은 낙하 시험에서 우수한 내파단성을 나타내는데, 여기서 유리-세라믹 기판은 동일한 이동 전화 하우징으로 장착된다. 구체적으로, 실시 예 3D의 5개의 샘플은, 휴대 전화 장치에 조립되고, 50 cm의 높이에서 시작하여 연속적인 낙하 동안 샌드페이퍼 상에 낙하된다. 각 샘플이 높이로부터 낙하에 생존한 때, 이것은 파단될 때까지 증가된 높이에서 다시 낙하시키고, 그 지점에서 그 샘플의 파손 높이는 도 9a에 기록된다. 실시 예 3D는 172.5cm의 평균 파손 높이를 나타낸다.

도 10은 공지된 공정에 따라 화학적으로 강화된 유리-계 기판 및 여기에 기재된 방법에 따라 화학적으로 강화된 유리-계 기판의 응력 프로파일을 나타낸다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 여기에 기재된 구체 예의 유리-계 제품의 응력 프로파일은 (약 50 micrometers를 초과하는 길이 또는 절대 깊이를 갖는) 선형 세그먼트가 실질적으로 없는 형상을 가지며, 약 0.2·t의 DOC를 나타내고, 반면에 공지된 응력 프로파일은 (약 0.6 millimeters 또는 600 micrometers의 총 길이에 대해) 약 0.1 millimeters 내지 약 0.7 millimeters의 깊이로부터 실질적으로 선형 부분을 나타낸다. 공지된 응력 프로파일은 또한 더 낮은 CT 값 및 더 낮은 DOC를 나타낸다.

실시 예 4

표 2의 조성물을 갖는 유리 기판들 (각각 약 1mm의 두께를 가짐)은 430℃의 온도를 갖는 NaNO₃의 제1 용융염 욕조에 24시간 동안 침지시켜 화학적 강화에 적용된다. 하나의 유리-계 제품은 임의의 부가적인 강화 단계 (실시 예 4A)에 적용되지 않는다. 3개의 유리-계 제품은 약 430℃의 온도를 갖는 KNO₃의 제2 용융염 욕조에 0.75시간, 4시간 또는 8시간 (각각, 실시 예 4B, 4C 및 4D) 동안 침지시켜 제2 강화 단계에 적용된다. 최종 유리-계 제품의 SCALP에 의해 측정된 바와 같은 응력 프로파일은, 도 11에 나타내며, 유리-계 제품의 깊이 또는 두께는 x-축 상에 플롯되고 및 응력은 y-축 상에 플롯된다. 양의 응력 값은 CT 값이며, 음의 응력 값은 CS 값이다. 기구의 공간 해상도 (Spatial resolution)는 제2 KNO₃ 이온 교환 단계와 관련된 CS의 측정을 불가능하게 한다. 실시 예 4A 및 4B의 유리-계 제품은 유사한 프로파일을 나타낸다. 실시 예 4C 및 4D의 유리-계 제품은, 제2 강화 단계에서 침지 후 및 시간의 경과에 따라, (실시 예 4A 및 4B와 비교하여) 감소하는 CT 및 (실시 예 4A 및 4B와 비교하여) 감소하는 CS를 나타낸다. 실시 예 4C 및 4D의 유리-계 제품은, 또한 실시 예 4A 및 4B와 비교하여, 증가된 DOC를 나타내며, 이러한 DOC 값은 0.2·t를 초과한다.

도 12는 각각의 실시 예 4B 내지 4D에 대한 J/㎡ 단위의 저장된 인장 에너지를 나타내며, 이는 KNO₃의 제2 용융염 욕조에 침지 시간에 의존하여 15J/㎡를 초과한다. 저장된 인장 에너지는 측정된 SCALP 응력 프로파일 데이터 및 상기 수학식 3을 사용하여 계산될 수 있다.

도 13 및 도 14는 각각의 실시 예 4B-4D의 깊이 (micrometers로)의 함수에 따른 K₂O 및 Na₂O 각각의 농도 프로파일을 나타낸다. 도 13에 나타낸 바와 같이, K₂O의 화학적 깊이는 3 micrometers (실시 예 4B, KNO₃ 욕조에서 0.75시간 동안 침지), 6 micrometers (실시 예 4C, KNO₃ 욕조에서 4시간 동안 침지) 및 5 micrometers (실시 예4D, KNO₃욕조에서 8시간 동안 침지)이다. 도 14에 나타낸 바와 같이, Na₂O는 전체 깊이를 침투하고, 유리-계 제품의 전체 깊이를 따라 각각의 실시 예 4B-4D에 대해 약 1 mol% 이상의 농도를 갖는다.

실시 예 4E 및 4F는, 430℃의 온도를 갖는 NaNO₃의 제1 용융염 욕조에 24시간 동안 침지시킨 후, 뒤이어 공기 중 430℃의 온도로 4시간 또는 8.25시간 동안 열처리하여, 화학적 강화에 적용된, 표 2의 조성물을 갖는 유리 기판 (각각 약 1 mm 두께를 가짐)을 포함한다. 실시 예 4E, 4F의 유리-계 제품의 응력 프로파일은, 비교를 위해 나타낸 실시 예 4A, 4C 및 4D의 응력 프로파일과 함께, 도 15에 나타낸다. 도 16은, 0.5·t 깊이 또는 그 근처에서 응력 프로파일의 차이를 예시하기 위해 더 작은 스케일에서, 도 15와 동일한 그래프를 나타낸다.

실시 예 5

표 2의 조성물을 갖는 유리 기판 (각각 약 1mm의 두께를 가짐)은 430℃의 온도를 갖는 NaNO₃의 제1 용융염 욕조에 24시간 동안 침지시켜 화학적 강화에 적용된다. 하나의 유리-계 제품은 임의의 부가적인 강화 단계에 적용되지 않는다 (실시 예 5A). 2개의 유리-계 제품은, 유리-계 제품을 390℃의 가열로 내에 놓아 약 8시간 또는 28시간 동안 가열로에서 유리-계 제품을 유지시켜 제2 강화 단계에 적용된다 (각각, 실시 예 5B-5C). 4개의 유리-계 제품은 430℃의 온도를 갖는 KNO₃의 제2 용융염 욕조에 4시간 또는 8시간 동안 침지시켜 (제1 강화 단계 후 및 다른 제2 강화 단계 후에) 제3 강화 단계에 적용된다 (실시 예 5D-5G). 각각의 실시 예 5A-5G에 대한 강화 단계는 표 3에 나타낸다. 측정된 CT 값은 또한 표 3에 나타낸다.

실시 예 5A 내지 5G에 대한 강화 단계

단계	Ex. 5A	Ex. 5B	Ex. 5C	Ex. 5D	Ex. 5E	Ex. 5F	Ex. 5G
1^st 단계	NaNO₃, 430℃, 24시간	NaNO₃, 430℃, 24시간	NaNO₃, 430℃, 24시간	NaNO₃, 430℃, 24시간	NaNO₃, 430℃, 24시간	NaNO₃, 430℃, 24시간	NaNO₃, 430℃, 24시간
2^nd 단계		Air, 390℃, 8시간	Air, 390℃, 28시간	Air, 390℃, 8시간	Air, 390℃, 28시간	Air, 390℃, 8시간	Air, 390℃, 28시간
3^rd 단계				KNO₃, 430℃, 4시간	KNO₃, 430℃, 4시간	KNO₃, 430℃, 8시간	KNO₃, 430℃, 8시간
CT	174 MPa	148 MPa	96 MPa	129 MPa	82 MPa	103 MPa	72 MPa

최종 유리-계 제품의 응력 프로파일은, 도 17에 나타내며, 유리-계 제품의 깊이 또는 두께는 x-축 상에 플롯되고 및 응력은 y-축 상에 플롯된다. 양의 응력 값은 CT 값이며, 음의 응력 값은 CS 값이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 제2 및/또는 제3 열처리의 지속 기간이 증가함에 따라, DOC는 증가하고 및 CT는 감소한다. DOC 및 CT의 감소는 각각 도 18 및 19에서 좀 더 명확하게 나타난다. 실시 예 5A-5G의 유리-계 제품은, 유리-계 제품의 일 면이 테이프에 접착되고 반대 노출면이 날카로운 도구로 충격을 받고 파단되는 포크 시험 (poke test)에 적용된다. 최종 파편의 수는 유리-계 제품의 저장된 인장 에너지와 상관관계가 있을 수 있다. 실시 예 5A, 5B 및 5D는 수많은 파편 (즉, 50 및 심지어 100을 초과함)을 나타 냈지만, 실시 예 5F는 10개의 파편을 나타내고, 실시 예 5C는 3개의 파편을 나타내며, 실시 예 5E 및 5G는 4개의 파편을 나타낸다. 다수의 파편으로 파단된, 실시 예 5A, 5B 및 5D는, 약 100MPa 이하의 CT 값을 모두 갖는 실시 예 5C, 5E, 5F 및 5G보다 더 높은 CT (약 100MPa 초과)를 나타낸다.

실시 예 6

57.5 mol%의 SiO₂, 16.5 mol%의 Al₂O₃, 16.7 mol%의 Na₂O, 2.5 mol%의 MgO 및 6.5 mol%의 P₂O₅의 명목상 조성물을 가지며, 약 0.4 mm, 0.55 mm 또는 1 mm의 두께를 갖는 유리 기판은 화학적 강화에 적용된다. 두께 및 화학적인 강화의 조건은 표 4에 나타낸다.

실시 예 6A-6D에 대한 두께 및 화학적 강화 조건

Ex.	두께	욕조 조성물	욕조 온도
6A	0.4 mm	80% KNO3, 20% NaNO3	430℃
6B	0.55 mm	80% KNO₃, 20% NaNO₃	430℃
6C	0.55 mm	90% KNO₃, 10% NaNO₃	430℃
6D	1.0 mm	70% KNO₃, 30% NaNO₃	430℃

실시 예 6A는, 표 4에 나타낸 바와 같은, 용융염 욕조에 4시간, 8시간, 16시간, 32시간, 64시간 및 128시간 (실시 예 6A-1 내지 6A-6) 동안 침지된다. 실시 예 6B는, 표 4에 나타낸 바와 같은, 용융염 욕조에 4시간, 8시간, 16시간, 32시간, 64시간 및 128시간 동안 침지된다 (실시 예 6B-1 내지 6B-6). 실시 예 6C는, 표 4에 나타낸 바와 같은, 용융염 욕조에 1시간, 2시간, 4시간, 8시간, 16시간 및 32시간 동안 침지된다 (실시 예 6C-1 내지 6C-6). 실시 예 6D는 표 4에 나타낸 바와 같은, 용융염 욕조에 4시간, 8시간, 16시간, 32시간, 64시간 및 128시간 동안 침지된다 (실시 예 6D-1 내지 6D-6). 실시 예 6A-1 내지 6A-6, 6B-1 내지 6B-6, 6C-1 내지 6C-6, 및 6D-1 내지 6D-6의 응력 프로파일은 각각 도 20, 22, 24 및 26에 나타낸다. 도 20, 도 22, 도 24 및 도 26에서, 유리 제품의 깊이 또는 두께는 x-축 상에 플롯되고, 및 응력은 y-축 상에 플롯된다. 양의 응력 값은 CT 값이며 음의 응력 값은 CS 값이다.

실시 예 6A-1 내지 6A-6, 실시 예 6B-1 내지 6B-6, 실시 예 6C-1 내지 6C-6 및 6D-1 내지 6D-6에 대한 용융염 욕조에 침지된 시간의 함수에 따른 CT 및 DOC 값은, 도 21, 23, 25 및 27에 각각 나타낸다.

실시 예 7

표 2에 나타낸 명목상 조성물을 가지며 및 약 1 mm의 두께를 갖는 유리 기판은, 100% NaNO₃를 포함하고 및 430℃의 온도인 용융염 욕조에서 화학적 강화에 적용된다. 유리 기판이 용융염 욕조에 침지된 기간은 표 5에 나타낸다.

실시 예 7A-7G에 대한 화학적 강화 기간 (또는 이온 교환시간)

실시 예 (Ex.)	IOX 시간 (hours)
7A	2
7B	4
7C	8
7D	16
7E	24
7F	32.5
7G	48

실시 예 7A-7G의 유리-계 제품의 응력 프로파일은 도 28에 나타낸다. 응력 프로파일은 SCALP를 사용하여 측정된다. 도 28에 나타낸 바와 같이, 유리 기판을 16시간 및 24시간 동안 용융염 욕조에 침지는, 절대치로, 가장 큰 표면 CS 값 및 최대 CT 값을 나타내는 유리-계 제품을 결과한다. 이온 교환 시간의 함수에 따른, CT 값 및 저장된 인장 에너지의 변화를 나타내는 그래프는 도 29에 나타낸다. 실시 예 8

표 2에 나타낸 명목상 조성물을 가지며 및 약 0.8 mm의 두께를 갖는 유리 기판은 NaNO₃ 및 NaSO₄의 혼합물을 포함하는 용융염 욕조 및 500℃의 온도에서 15분 동안 (비교 예 8A) 및 16시간 동안 (실시 예 8B) 화학적 강화에 적용된다. 실시 예 8A 및 8B의 유리-계 제품의 응력 프로파일은 도 30에 나타낸다. 도 30에 나타낸 바와 같이, 비교 예 8A는 공지된 응력 프로파일을 나타내지만, 실시 예 8B는 본 개시의 하나 이상의 구체 예에 따른 응력 프로파일을 나타낸다. 실시 예 8A 및 8B의 유리-계 제품의 저장된 인장 에너지는 실시 예 4B-4D와 동일한 방식으로 계산된다. 계산된 저장된 인장 에너지는, 도 31에 나타낸 바와 같이, 측정된 CT (MPa)의 함수에 따라 플롯된다.

도 31에 나타낸 바와 같이, 비교 예 8A는 (동일한 CT 값에 대하여) 실시 예 8B보다 주어진 CT 값에 대해 훨씬 더 큰 저장된 인장 에너지 값을 나타낸다. 구체적으로, 약 55MPa의 CT에서, 비교 예 8A는 약 8 J/㎡의 저장된 인장 에너지를 나타내지만, 실시 예 8B는 약 3.5 J/㎡의 저장된 인장 에너지를 나타낸다. 비교 예 8A 및 8B는 파단되었고, 실시 예 8B는, 상당히 많은 수의 조각으로 파단된, 비교 예 8A보다 더 적은 조각으로 파단되었다. 따라서, 이론에 제한되는 것을 원하지는 않지만, 저장된 인장 에너지를 조절하는 것은, 파단으로부터 결과하는 파편 패턴 또는 파편의 수를 조절하거나 또는 예측할 수 있는 방법을 제공할 수 있는 것으로 믿어진다.

표 2에 나타낸 명목상 조성물을 가지며 및 약 1mm의 두께를 갖는 유리 기판은 430℃의 온도 및 NaNO₃를 포함하는 용융염 욕조에서 4시간 동안 (비교 예 8C) 및 61.5시간 동안 (실시 예 8D) 화학적 강화에 적용된다. 비교 예 8C는 공지된 응력 프로파일을 나타내지만, 실시 예 8D는 본 개시의 하나 이상의 구체 예에 따른 응력 프로파일을 나타낸다. 실시 예 8C 및 8D의 저장된 인장 에너지는 실시 예 4B-4D에서 사용된 동일한 방법을 사용하여 계산되고, 및 도 32에 나타낸 바와 같이, 측정된 CT (MPa)의 함수에 따라 플롯된다.

도 32에 나타낸 바와 같이, 비교 예 8C는 (동일한 CT 값에 대하여) 실시 예 8D보다 주어진 CT 값에 대해 훨씬 더 큰 저장된 인장 에너지 값을 나타낸다. 비교 예 8C 및 실시 예 8D는 파단되었고, 실시 예 8D는 상당히 많은 수의 조각으로 파단된, 비교 예 8C보다 더 적은 조각으로 파단되었다.

실시 예 9

70.9 mol% SiO₂, 12.8 mol% Al₂O₃, 1.95 mol% B₂O₃, 7.95 mol% Li₂O, 2.43 mol% Na₂O, 2.98 mol% MgO, 0.89 mol% ZnO, 및 0.1 mol% SnO₂의 명목상 조성물을 갖고 및 약 0.8 mm의 두께를 갖는 유리 기판은 표 6의 이온 교환 조건에 적용된다. 실시 예 9의 다양한 특성은 표 7에서 실시 예 2와 비교된다.

실시 예 9에 대한 이온 교환 조건

조건	욕조 조성물	욕조 온도 (℃)	침지 시간
1	100% NaNO₃	430℃	16 hours
2	20% NaNO₃, 80% KNO3	430℃	11 hours
3	100% NaNO₃	430℃	24 hours
4	20% NaNO₃, 80% KNO₃	430℃	12.5 hours

실시 예 9B 및 실시 예 2에 대한 특성의 비교

특성	단위	실시 예 9B	실시 예 2
연화점	℃	592	615
어닐링점	℃	642	663
탄성률	GPa	81.4	83.8
전단 탄성률	GPa	33.8	34.3
푸아송 비		0.211	0.222
CTE (RT-300℃)	ppm/℃	4.58	3.84
열전도도	W/cm*K
SOC	nm/cm/MPa	30.94	32.65
(550 nm에서) 굴절률		1.5087	1.532

실시 예 9의 유리-계 제품의 응력 프로파일은 측정되고, 여기에 기재된 형상을 나타낸다.

실시 예 2, 실시 예 6 및 비교 예 9A에 따른 유리 기판은 실시 예 9와 동일한 두께로 제공된다. 실시 예 2에 따른 유리 기판은 430℃의 온도를 갖는 100% NaNO₃의 용융 욕조에서 33시간 동안 이온 교환된다. 실시 예 6에 따른 유리 기판은 이온 교환하여 공지된 오차 함수 응력 프로파일을 나타낸다. 비교 예 9A는 390℃의 온도를 갖는 100% NaNO₃의 용융 욕조에서 16시간 동안 이온 교환되며, 또한 공지된 오차 함수 응력 프로파일을 나타낸다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "오차 함수 응력 프로파일"은 도 1과 유사한 응력 프로파일을 의미한다.

실시 예 2, 비교 예 6, 실시 예 9 및 비교 예 9A의 유리-계 제품은 그 다음 동일한 이동 전화 장치로 장착된다. 전화 장치는 30 그릿 샌드페이퍼 상으로 20 centimeters에서 출발하여 증분 높이로부터 낙하된다. 유리-계 제품이 어떤 높이 (예를 들어, 20cm)에서 낙하하여 생존한 경우, 휴대 전화는 더 높은 높이 (예를 들어, 30cm, 40cm, 50cm 등)으로부터 다시 낙하된다. 유리-계 제품이 파손되는 높이는 도 33에 플롯되며, 또한 실시 예 2, 6 및 9 및 비교 예 9A의 샘플에 대한 평균 파손 높이를 나타낸다. 도 33에 나타낸 바와 같이, 실시 예 2 및 9는 실시 예 6 및 비교 예 9A보다 상당히 큰 낙하 높이에서 파손을 나타낸다. 구체적으로, 실시 예 6 및 비교 예 9A는 낙하 높이가 각각 약 38cm 및 55cm에서 파손을 나타내지만, 실시 예 2 및 9는 낙하 높이가 각각 약 147cm 및 132cm에서 파손을 나타낸다.

동일한 시험은 180개의 그릿 샌드페이퍼 상으로 동일한 휴대 전화 장치를 사용하는 새로운 샘플로 반복된다. 실시 예 6의 평균 파손 높이는 190 cm이고, 비교 예 9A는 204 cm이며, 실시 예 2는 214 cm이고, 실시 예 9는 214 cm이다.

65 mol% SiO₂, 5 mol% B₂O₃, 14 mol% Al₂O₃, 14 mol% Na₂O, 2 mol% MgO, 및 0.1 mol% SnO₂의 명목상 조성물을 갖고, 및 0.8mm의 두께를 갖는, 비교 예 9B에 따른 유리 기판은, 공지된 오차 함수 응력 프로파일을 나타내도록 이온 교환된다. 실시 예 2 및 비교 예 6 (본 실시 예에서 전술한 응력 프로파일을 나타냄)의 유리-계 제품, 비교 예 9B 및 표 6에 나타낸 바와 같이, 조건 4에 따라 이온 교환된 실시 예 9의 유리-계 제품은, 여기에 기재된 바와 같은, A-ROR 시험에 적용된다.

실시 예 6 및 9 및 비교 예 9B는 25psi 및 45psi의 하중 또는 압력을 사용하여 마모되고, 실시 예 2는 단지 25psi의 하중을 사용하여 마모된다. AROR 데이터는 도 34에 나타낸다. 도 34에 나타낸 바와 같이, 실시 예 2 및 9는 실시 예 6 및 비교 예 9B보다 파손에 대해 더 높은 하중을 나타낸다.

실시 예 2 (본 실시 예에서 전술된 바와 같이 이온 교환함) 및 실시 예 9 (조건 4에 따라 이온 교환함)의 유리-계 제품 샘플은 4-점 굽힘 시험에 적용된다. 결과는 도 35의 웨이블 분포도에 나타낸다. 도 35에 나타낸 바와 같이, 실시 예 9는 더 높은 응력 또는 파괴에 대한 하중 (예를 들어, 약 400 MPa 초과)을 나타낸다.

전술한 바와 같이, 525℃를 초과하는 변형점을 갖는 조성물로부터 제조된 유리-계 제품은, 약 350℃ 내지 약 480℃ 범위의 이온 교환 온도 (또는 이온 교환 욕조 온도)를 가능하게 한다. 몇몇 구체 예에서, 약 800 평방 micrometers/hour을 초과하는 확산도를 나타내는 유리 조성물은, 유리-계 제품 내로 확산하는 금속 산화물이 제품의 전체 깊이 또는 두께를 빠르게 침투하는 것을 가능하게 하여 응력 완화 (stress relaxation)가 최소화되도록 한다. 과도한 응력 완화는 유리-계 제품의 표면 압축 응력을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims

mol%로,
60 내지 75의 양의 SiO₂;
6 내지 10의 양의 Al₂O₃;
알칼리 토금속 산화물, 상기 알칼리 토금속 산화물은 MgO 및 CaO로 이루어지며, 여기서 CaO는 0 초과 2 미만의 양으로 존재하며;
2.5 내지 8의 총량의 MgO + CaO + ZnO;
9 내지 15의 총량의 Li₂O + Na₂O + K₂O;
5 내지 8의 양의 Li₂O;
0.1 내지 6의 양의 Na₂O; 및
2 미만의 양의 K₂O를 포함하는 조성물을 포함하는 유리 기판으로서,
여기서:
여기서 상기 유리 기판은 Fe₂O₃가 없으며;
Li₂O 대 (Li₂O + Na₂O + K₂O)의 비는 0.5 내지 1이며;
B₂O₃가 4 미만이고;
상기 유리 기판은 1 mm 이하의 두께 (t)를 갖고;
상기 유리 기판은 1 mm의 두께에서 380 nm 내지 780 nm 범위의 파장에 걸쳐 88% 이상의 투과율을 갖고; 및
상기 유리 기판은 이온-교환 가능한, 유리 기판.
청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 0 내지 3의 양의 ZnO를 포함하는, 유리 기판.
삭제
청구항 1에 있어서,
MgO의 양(mol%) 대 RO의 총량(mol%)의 비는 0 내지 1이고, 여기서 RO는 유리 내 BaO, CaO, MgO, PbO, SrO, 및 ZnO의 합(mol%)인, 유리 기판.
청구항 1에 있어서,
상기 유리 기판은 무정형이고, 이온-교환 후에, 상기 유리 기판은 CT 층 및 CS 층을 포함하는 응력 프로파일을 갖고, 상기 CS 층은 600 MPa 이상인 표면 CS 및 0.1·t 이상의 DOC를 갖고, 상기 CT 층은 50 MPa 내지 150 MPa의 최대 CT를 포함하고, 표면 CS에 대한 최대 CT의 비는 0.05 내지 0.2인, 유리 기판.
mol%로,
60 내지 75의 양의 SiO₂;
6 내지 10의 양의 Al₂O₃;
알칼리 토금속 산화물, 상기 알칼리 토금속 산화물은 MgO 및 CaO로 이루어지며, 여기서 CaO는 0 초과 2 미만의 양으로 존재하며;
MgO + CaO + ZnO의 총량이 0이 아니고 15 mol% 이하이며;
Li₂O + Na₂O + K₂O의 총량이 9 내지 15이며;
6 내지 10의 양의 Li₂O;
0.1 내지 6의 양의 Na₂O; 및
2 미만의 양의 K₂O를 포함하는 조성물을 포함하는 유리 기판으로서,
여기서:
상기 조성물은 Fe₂O₃가 없으며;
MgO (mol%) 대 RO (mol%)의 비는 0 내지 1이고, 여기서 RO는 상기 유리 내 BaO, CaO, MgO, PbO, SrO, 및 ZnO의 합(mol%)이며;
B₂O₃가 4 미만이고;
상기 유리 기판은 1 mm 이하의 두께 (t)를 갖고;
상기 유리 기판은 1 mm의 두께에서 380 nm 내지 780 nm 범위의 파장에 걸쳐 88% 이상의 투과율을 갖고; 및
상기 유리 기판은 이온-교환 가능한, 유리 기판.
청구항 6에 있어서,
상기 조성물은 0 내지 3의 양의 ZnO를 포함하는, 유리 기판.
삭제
청구항 6에 있어서,
MgO + CaO + ZnO의 총량은 0이 아니고, 12 mol% 이하인, 유리 기판.
청구항 6에 있어서,
상기 유리 기판은 무정형이고, 이온-교환 후에, 상기 유리 기판은 CT 층 및 CS 층을 포함하는 응력 프로파일을 갖고, 상기 CS 층은 600 MPa 이상인 표면 CS 및 0.1·t 이상의 DOC를 갖고, 상기 CT 층은 50 MPa 내지 150 MPa의 최대 CT를 포함하고, 표면 CS에 대한 최대 CT의 비는 0.05 내지 0.2인, 유리 기판.
mol%로,
60 내지 75의 양의 SiO₂;
6 내지 10의 양의 Al₂O₃;
알칼리 토금속 산화물, 상기 알칼리 토금속 산화물은 MgO 및 CaO로 이루어지며, 여기서 CaO는 0 초과 2 미만의 양으로 존재하며;
MgO + CaO + ZnO의 총량이 0이 아니고 15 mol% 이하이며;
Li₂O + Na₂O + K₂O의 총량이 9 내지 15이며;
6 내지 10의 양의 Li₂O;
0.1 내지 6의 양의 Na₂O; 및
2 미만의 양의 K₂O를 포함하는 조성물을 포함하는 유리 기판으로서,
여기서:
상기 조성물은 Fe₂O₃가 없으며;
B₂O₃가 4 미만이고;
상기 유리 기판은 1 mm 이하의 두께 (t)를 갖고;
상기 유리 기판은 1 mm의 두께에서 380 nm 내지 780 nm 범위의 파장에 걸쳐 88% 이상의 투과율을 갖고; 및
상기 유리 기판은 이온-교환 가능한, 유리 기판.
청구항 11에 있어서,
상기 Na₂O의 농도가 변하는 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 11에 있어서,
상기 유리 기판은 무정형이고, 이온-교환 후에, 상기 유리 기판은 CT 층 및 CS 층을 포함하는 응력 프로파일을 갖고, 상기 CS 층은 600 MPa 이상인 표면 CS 및 0.1·t 이상의 DOC를 갖고, 상기 CT 층은 50 MPa 내지 150 MPa의 최대 CT를 포함하고, 표면 CS에 대한 최대 CT의 비는 0.05 내지 0.2인, 유리 기판.
청구항 11에 있어서,
상기 조성물은 0 내지 3의 양의 ZnO를 포함하는, 유리 기판.
삭제
청구항 11에 있어서,
MgO + CaO + ZnO의 총량은 0이 아니고 14 mol% 이하인, 유리 기판.