KR20150013200A

KR20150013200A - 엣지 형상을 갖는 강화 유리 제품 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20150013200A
Application number: KR1020147033126A
Authority: KR
Inventors: 라빈드라 쿠마르 아카라푸; 마이클 패트릭 도노반; 아이즈 리
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2015-02-04
Also published as: TW201402493A; JP2015520106A; WO2013163524A1; JP6352246B2; TWI570083B; US20130288010A1

Abstract

특히 강화 유리 시트가 4점 굽힘 시험에 적용된 경우, 개선된 엣지 강도를 제공하는 엣지 프로파일을 갖는 강화 유리 시트 또는 제품, 및 이러한 엣지를 갖는 유리 시트를 제조하는 방법은 제공된다. 상기 엣지는 절단 또는 다른 분리 방법들에 의해 형성되고, 그 다음, 연필 또는 총알 프로파일, 둥근면 프로파일, 또는 이와 유사한 것과 같은 미리결정된 프로파일로 그라인딩된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 엣지는 흠 크기를 감소시키기 위해 그라인딩 후에 연마 및/또는 에칭된다.

Description

엣지 형상을 갖는 강화 유리 제품 및 이의 제조방법 {Strengthened glass article having shaped edge and method of making}

본 출원은 2012년 4월 27일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/639,389호의 우선권을 주장하고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.

본 개시는 절단 엣지를 갖는 강화 유리 시트에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 개시는 형상화된 절단 엣지를 갖는 강화 유리 시트에 관한 것이다.

전자 통신 및 오락 장치, 자동차 창 유리, 컴퓨터, 및 이와 유사한 것과 같은, 많은 분야에서 고강도 유리에 대한 수요가 증가함에 따라, 유리 표면의 품질을 개선하기 위한 지속적인 노력은 계속되고 있다.

표면상의 흠 (flaws)의 존재에 기인하여, 유리는 장력 (tension)하에서 파손된다. 이온 교환은 유리 표면 강도를 개선하는데 사용되어 왔다. 상기 이온 교환 공정에 있어서, 상기 유리의 표면에 또는 근처에 더 작은 이온은 동일한 원자가의 더 큰 이온에 의해 대체된다. 상기 이온 교환 공정의 장점은 다수의 유리 시트를 동시에 처리하고 강화시킬 수 있다는 것이다.

많은 적용에 있어서, 상기 이온 교환 공정은 압축 응력 하에 표면층 및 인장 응력하의 내부 영역을 생성시키기 위해 약 350℃ 내지 약 500℃의 온도 범위에서 수행된다. 몇몇 적용에 있어서, 모시트 (mother sheet) (즉, 최종 사용을 위해 나중에 다수 조각으로 분리되는 시트)는 절단되기 전 이온교환되거나 또는 더 작은 조각으로 분리된다. 통합 터치 창 또는 스크린인 경우, 예를 들어, 이온 교환은 상기 모시트의 표면상에 전도성 인듐 주석 산화물 (ITO) 패턴의 증착이 뒤따르고, 상기 유리는 그 다음 부품 조각으로 절단된다. 비록 이온 교환된 층의 존재가 주요 유리 표면을 강화시킨다 할지라도, 상기 유리는 분리 또는 절단에 의해 형성된 엣지에서 내부 인장 영역의 노출에 기인하여 상대적으로 낮은 하중에서 파괴에 되기 여전히 민감하여, 4점 굽힘 강도 (four point bend strength) 측정에 의해 결정된 바와 같이, 상기 엣지의 약화를 결과한다.

하나의 접근법에 있어서, 순수 불화수소산 (hydrofluoric acid) 또는 HF-계 산 블랜드로 화학적 에칭은 이온 교환 시트의 절단/분리에 의해 형성된 엣지의 강화를 증가시키는데 또는 이온 교환 후 유리 표면 강화의 더욱 개선을 위해 사용된다. 상기 화학적 에칭 공정은 흠 크기를 효과적으로 감소시키고, 흠 팁 (flaw tips)을 둔화시켜 유리 강도를 상당히 향상시킨다. 그러나, 화학적 에칭 방법은 개인의 안전에 위험을 제기하고, 다량의 화학적 폐기물을 발생시킨다.

본 개시는 특히 강화 유리 시트가 4점 굽힘 시험에 적용된 경우, 개선된 엣지 강도를 제공하는 엣지 프로파일을 갖는 강화 유리 시트 또는 제품, 및 이러한 엣지를 갖는 유리 시트를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 엣지는 절단 또는 다른 분리 방법에 의해 형성되고, 그 다음 연필 프로파일 (pencil profile) (예를 들어, θ = 135°), 불노우즈 (bull nose) (예를 들어, θ= 126°) 프로파일, 또는 이와 유사한 것과 같은 미리결정된 프로파일로 상기 엣지를 그라인딩시킨다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 엣지는 흠 크기를 감소시키기 위해 그라인딩 후에 연마되고 및/또는 에칭된다.

따라서, 본 개시의 하나의 관점은 강화 유리 시트를 제공하는 데 있다. 상기 강화 유리 시트는 적어도 하나의 엣지에 의해 연결된 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 여기서 상기 각각의 제1 표면 및 제2 표면은 압축 응력하에 있으며, 여기서 상기 제1 표면 및 제2 표면을 연결하는 적어도 하나의 엣지는 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 각 θ를 형성하고, 여기서 90°≤ θ ≤180°이며, 여기서 상기 적어도 하나의 엣지의 일부는 제2 압축 응력하에 있다. 상기 강화 유리 시트는 또한 제1 표면 및 제2 표면 사이에 중앙 영역을 포함하고, 여기서 상기 중앙 영역은 인장 응력 하에 있으며, 여기서 강화 유리 시트는 적어도 약 350 MPa, 몇몇 구현 예에 있어서, 약 350 MPa 내지 약 700 MPa 범위의 4점 굽힘 강도를 갖는다.

본 개시의 또 다른 관점은 강화 유리 시트를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다. 상기 방법은 제1 표면, 제2 표면, 및 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 사이의 중앙 영역을 갖는 강화 유리 시트를 제공하는 단계, 여기서 각각의 상기 제1 표면 및 제2 표면은 압축 응력 하에 있으며, 상기 중앙 영역은 인장 응력 하에 있고; 및 상기 제1 표면 및 제2 표면을 연결하는 엣지를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 엣지의 일부는 제2 압축 응력 하에 있고, 여기서 적어도 하나의 엣지는 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 각 θ을 형성하며, 여기서 90°< θ < 180°이고, 여기서 상기 강화 유리 시트는 적어도 약 350 MPa의 4점 굽힘 강도를 갖는다.

또 다른 관점은 적어도 하나의 엣지에 의해 연결된 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 강화 유리 시트를 제공하는 데 있다. 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 각각은 압축 응력 하에 있다. 상기 적어도 하나의 엣지는 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 각 θ을 형성하고, 여기서 90°≤ θ ≤ 180°이며, 여기서 적어도 하나의 엣지의 일부는 강화되지 않는다. 상기 유리 시트는 또한 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 사이의 중앙 영역을 갖고, 여기서 상기 중앙 영역은 적어도 30 MPa의 인장 응력 하에 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 엣지는 1.75 kg까지의 압입 하중 (indentation load)에서 견뎌낼 수 있다.

이들 및 다른 관점, 장점, 및 핵심적인 특색은 하기 상세한 설명, 수반된 도면, 및 첨부된 청구항으로부터 명백해 질 것이다.

도 1은 더 큰 이온 교환된 유리 시트로부터 이온 교환된 유리 시트를 절단 한 후 형성된 엣지의 개략적인 사시도이고;
도 2의 (a)는 유리 시트 및 2차원 평면 변형 (two dimensional plane strain) 2D 모델에 사용된 경계 조건의 개략적인 사시도이며;
도 2의 (b)는 유리 시트 및 2차원 평면 변형 2D 모델에 사용된 경계 조건의 개략적인 단면도이고;
도 3은 이온 교환된 유리 시트 및 상기 시트의 절단 엣지 내부의 응력 상태의 그래프이며;
도 4는 유리 시트의 표면상에 응력 상태의 그래프이고;
도 5는 이온 교환된 유리 시트의 절단면 및 표면 모두에 수직인 XY 평면에서 주된 응력 상태의 그래프이며;
도 6의 a-f는 다른 엣지 형상에 대한 주된 응력의 그래프이고;
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는 그라인딩에 기인하여 도입된 크랙의 가능한 상호작용 및 이온 교환된 유리 시트에서 인장 응력 존을 나타내는 개략도이며;
도 8은 에칭되지 않은 엣지를 갖는 이온 교환된 유리 시트에 대한 엣지 강도 상에 대한 엣지 형상의 효과를 나타내는 웨이불 (Weibull) 그래프이고;
도 9는 HF/HCl 용액으로 에칭된 이온 교환된 유리 시트에 대한 엣지 강도에 대한 엣지 형상의 효과를 나타내는 웨이불 그래프이며;
도 10은 무딘 및 날카로운 접촉 손상에 대한 손상 전개 (damage evolution)의 개략적 측면도이고;
도 11의 (a)는 방사 크랙 (radial crack)을 갖는 유리 샘플의 현미경사진이며;
도 11의 (b)는 어레스트 마크 (arrest mark)를 갖는 유리 샘플의 현미경 사진이고; 및
도 12는 중앙 장력의 함수에 따른 압입 하중의 그래프이다.

이하 상세한 설명에 있어서, 같은 참조 문자는 도면에 나타낸 몇몇 도들을 통하여 같거나 상응하는 부분을 지명한다. 별도의 언급이 없는 한, 이것은 또한 "상부", "하부", "외부의" "내부의" 등과 같은 용어는 편리를 위한 단어이지, 제한하는 용어로서 해석되지 않는다. 부가적으로, 그룹 또는 군 (group)이 요소 및 이들의 조합의 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기재되는 경우, 상기 그룹은 개별적으로, 또는 서로의 조합으로 인용된 요소들의 어떤 수로 이루어지거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 포함하는 것으로 이해된다. 유사하게, 그룹이 요소 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로 이루어지는 것으로 기술되는 경우, 상기 군은 개별적으로, 또는 서로의 조합으로 인용된 이들 요소의 어떤 수로 이루어지는 것으로 이해된다. 특별한 언급이 없는 한, 범위의 값이 인용된 경우, 상기 범위의 상한 및 하한 모두를 포함한다. 본 발명에 사용된 바와 같은, 별도의 구분없이 사용하는 어떤 물질의 "단수" 및 "복수"는, 별도의 언급이 없는 한, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다. 본 명세서 및 도면들에 기재된 다양한 특색은 어떤 및 모든 조합에 사용될 수 있는 것으로 이해된다.

본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 "유리" 및 "유리들"은 유리 및 유리 세라믹 모두를 포함한다. 상기 용어 "유리 제품" 및 "유리 제품들"은 유리 및/또는 유리 세라믹으로 전체 또는 부분적으로 제조된 어떤 대상을 포함하는 것으로 이들의 광범위한 의미에서 사용된다. 본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 "절단"은 절단 휠 (wheels) 또는 블레이드 (blades), 기계적 스코어링 (scoring), 및 파단 (breaking), 레이저 방사에 의한 부분적 또는 완전한 분리, 또는 이와 유사한 것을 포함하지만, 이에 제한하지 않는 기술분야에서 알려진 수단들에 의해 유리 제품을 전단 또는 분리하는 것을 의미한다.

일반적인 도면, 특히, 도 1을 참조하면, 예시는 특별한 구현 예를 설명하기 위한 목적이지, 본 개시 또는 이에 첨부된 청구항을 제한하려는 의도는 없는 것으로 이해될 것이다. 도면은 스케일이 필수적인 것은 아니고, 어떤 특색 및 도면들의 어떤 시각이 명확함 및 편리함의 관점에서 개략적으로 또는 스케일을 확장시켜 나타낼 수 있다.

전자 통신 및 오락 장치, 자동차 창 유리, 컴퓨터 등과 같은, 많은 분야에서 고강도 유리에 대한 증가하는 수요에 따라, 이러한 유리 제품의 표면의 품질을 개선하기 위한 지속적인 노력은 수행되고 있다. 특히, 유리 강도는 증가시키고, 및 강도에서 변화를 감소시키는 것을 목표로 하고 있다. 표면상 흠의 존재에 기인하여, 유리가 장력하에서 파괴된다는 것은 기술분야에서 널리 알려져 있다. 불꽃 연마 (Fire polishing)는 이러한 흠을 치유하고, 유리 강도를 증가시키는데 역사적으로 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 기술은 일 회에 단일 조각의 유리를 오직 수용할 수 있고, 사실상 강도의 증진은 제한된다.

최근에는, 이온 교환이 유리 표면 강도를 증진시키는데 사용되어 왔다. 상기 이온 교환 공정에 있어서, 상기 유리의 표면 또는 표면 근처의 더 작은 이온은 동일한 원자가의 더 큰 이온에 의해 대체된다. 사실상, 상기 이온은 알칼리 금속 이온, 은 또는 이와 유사한 것과 같은 다가 금속 양이온이다. 이온 교환은, 예를 들어, 더 큰 이온을 함유하는 용융염 욕조와 같은, 이온 교환 매체와 유리 표면을 접촉시켜 발생한다. 예를 들어, 유리 표면에 존재하는 더 작은 Li⁺ 이온은 이온 교환 매체에서 더 큰 Na⁺ 이온과 교환될 수 있고, 유리에서 Na⁺ 이온은 이온 교환 매체 등등에서 K⁺ 이온과 대체될 수 있다. 상기 유리에서 더 큰 이온으로 작은 이온의 대체는 상기 표면 근처 및 표면에 압축 응력을 생성하여, 상기 유리 표면상의 몇몇 미세 흠의 마감 및 표면의 강화를 유발한다. 상기 이온 교환 공정의 장점은 다수의 유리 시트가 동시에 처리/강화되는 것이다.

많은 적용에 있어서, 상기 이온 교환 공정은 압축 응력 하에 표면층 및 인장 응력 하에 내부 영역을 생성하기 위해 약 350℃ 내지 약 500℃의 온도 범위에서 수행된다. 몇몇 적용에 있어서, 모시트 (즉, 최종 용도를 위해 나중에 다수 조각으로 분리되는 유리의 시트)는 절단되기 전 이온 교환되거나 또는 더 작은 조각으로 분리된다. 통합된 터치 창 또는 스크린의 경우, 예를 들어, 이온 교환은 상기 모시트의 표면상에 전도성 인듐 주석 산화물 (ITO) 패턴의 증착이 뒤따르고, 상기 유리는 그 다음 부품 조각으로 절단된다. 비록 이온 교환된 층의 존재가 주요 유리 표면을 강화시킨다 할지라도, 상기 유리는 분리 또는 절단에 의해 형성된 엣지에서 내부 인장 영역의 노출에 기인하여 상대적으로 낮은 하중에서 파괴에 되기 여전히 민감하여, 4점 굽힘 강도 측정에 의해 결정된 바와 같이, 상기 엣지의 약화를 결과한다.

하나의 접근법에 있어서, 순수한 불화수소산 (HF) 또는 HF-계 산 블렌드로 화학적 에칭은 이온 교환 시트의 절단/분리에 의해 형성된 엣지의 강도를 증가시키거나 또는 이온 교환 후 유리 표면 강도를 더욱 개선시키기 위해 사용된다. 상기 화학적 에칭 공정은 흠 크기를 효과적으로 감소시키고, 흠 팁을 둔화시켜 유리 강도를 상당히 향상시킨다. 상기 화학적 에칭 방법의 단점은 개인용 보호 장비가 HF를 취급하는 경우 요구되고, 다량의 화학 폐기물이 상기 공정 동안 발생한다는 것이다. 따라서, 유리 표면 품질을 개선시키기 위한 "친환경" 기술을 찾는 것이 바람직하다.

유리 강도에 부가하여, 상기 유리에서 강도 분포에서 낮은 변화는 또한 요구된다. 작은 범위 내로 유리 강도의 변화를 조절하는 것은 제작 공정을 쉽게 조절되고 변형될 수 있도록 허용하고, 더 높은 유리의 수율을 달성할 수 있게 한다. 에칭된 유리의 강도 변화는 에칭 전 유리의 강도 변화에 많이 의존한다. 그러나, 에칭 그 자체로는 강도의 변화의 감소를 촉진하지 못한다.

균일한 흠 크기를 생산하기 위한 절단 및 마감 기술을 개선시키는 것은 상기 유리 시트 전체적으로 및 상기 엣지에서 또는 근처에서 유리 강도의 변화를 감소시킬 수 있다. 본 명세서에의 개시는 상기 유리 엣지의 형상을 조정하여 강화된 유리의 4점 굽힘 강도를 효과적으로 증가시키기 위한 새로운 화학제-없는, 저 에너지 방법이다. 수치 모의실험 (Numerical simulations)은 강화된 유리 제품에 대한 절단 엣지에서 고유 엣지 강도 및 엣지 형상 사이의 연관관계를 이해하기 위해 사용되고, 이에 의해 유리 제품의 4점 굽힘 강도를 증가시키는 엣지 형상의 부류를 부가한다.

이온 교환된 모시트 (예를 들어, 더 큰 유리 시트)로부터 유리 시트 또는 플레이트를 절단하는 공정은 상기 절단 엣지에서 새로운 표면의 형성을 결과한다. 이온 교환에 의해 생성된 상기 내부 응력은 상기 절단 엣지가 형성됨에 따라 재분배된다. 절단 엣지의 형상은 엣지에서 응력 상태의 조작을 허용하고, 따라서, 수평적 4점 굽힘 시험에서 더 우수하게 수행하는 엣지를 결과한다. 화학적 강화로부터 잔류 응력을 조작하여, 수평적 4점 굽힘에 적용된 하중은 잔류 응력의 충격을 극복하도록 증가될 수 있다. 재분배된 엣지 응력의 수치적 계산은 이의 강도에 대한 엣지 형상의 상관관계이고, 실험적 데이터는 상기 상관관계를 확인한다.

상기 엣지 형상을 변경시켜, 절단 이온 교환된 유리의 엣지 강도는 화학적 또는 열적 처리 또는 적층 없이 증가된다. 상기 유리 제품 및 상기 절단 엣지의 강도에서 변화는, 개선된 웨이불 기울기에 의해 나타내는 바와 같이, 감소된다. 본 명세서에 기재된 방법은 어떤 두께 또는 조성의 유리에 적용가능하다.

따라서, 하나의 관점에 있어서, 적어도 약 350 MPa의 4점 굽힘 강도를 갖는 강화된 유리 시트는 제공된다. 상기 유리 시트는, 열적 강화 및 예를 들어, 이온 교환을 포함하는, 화학적 강화와 같은, 기술분야에서 알려진 수단들에 의해 강화될 수 있다. 상기 유리 시트는, 몇몇 구현 예에 있어서, 약 0.1 mm 내지 약 3 mm 범위의 두께를 갖는다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리는 약 0.1 mm 내지 약 2 mm 범위의 두께를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 4점 굽힘 강도는 약 350 MPa 내지 약 700 MPa 범위이다. 상기 강화된 유리 시트는 적어도 하나의 엣지에 의해 연결된 제1 표면 및 제2 표면, 및 상기 제1 표면 및 상기 제2표면 사이의 중심 영역을 가지며, 여기서 상기 제1 표면 및 제2 표면의 각각은 압축 응력 하에 있으며, 여기서 상기 중심 영역은 인장 응력 하에 있다. 상기 적어도 하나의 엣지는 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면을 연결하고, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 중 적어도 하나와 각 θ를 형성하며, 여기서 90°< θ< 180°이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 90°< θ< 150°이고, 다른 구현 예에 있어서, 90°< θ< 135°이며, 및, 또 다른 구현 예에 있어서, 90°< θ< 120°이다. 적어도 하나의 엣지의 일부는 상기 제1 표면 또는 제2 표면의 압축 응력 이하인, 제2 압축 응력하에 있다.

몇몇 구현 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 엣지는 기술분야에서 알려진 수단들을 사용하여 미리결정된 프로파일로 그라인딩된다. 이러한 미리결정된 프로파일은 불 노우즈 프로파일 (예를 들어, θ = 126°), 모따기 프로파일 (chamfered profile), 연필 프로파일 (예를 들어, θ = 135°), 둥근 프로파일, 타원형 프로파일, 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 엣지는 400 그릿 그라인딩 휠 (grit grinding wheel)로 그라인딩시켜 미리결정된 프로파일로 그라인딩될 수 있다. 이러한 그라인딩은, 미리결정된 프로파일을 형성하는 동안, 상기 표면상에 크랙 및/또는 흠을 생성할 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 흠 및/또는 크랙은 약 22 ㎛의 평균 흠 크기를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 평균 흠 크기는 약 0.1 ㎛ 내지 약 45 ㎛ 범위이다.

미리결정된 프로파일로 그라인딩한 후, 상기 적어도 하나의 엣지는 기술분야에서 알려진 수단들을 사용하여 더욱 연마될 수 있다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 엣지는 그라인딩 및/또는 연마된 후, 상기 엣지 상에 존재할 수 있는 흠을 더욱 제거하고 및/또는 크랙 팁을 무디게 하기 위해 불화수소산-계 에칭제를 사용하여 에칭될 수 있다. 이러한 에칭제 및 엣지 처리의 비-제한 예들로는 2010년 8월 24일에 Joseph M. Matusick et al.에 의해 출원된, 발명의 명칭이 "Method of Strengthening Edge of Glass Article"인 미국 특허출원 제12/862,096호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.

상기 강화된 유리 시트의 제1 및 제2 표면의 각각은 적어도 약 500 MPa의 압축 응력하에 있다. 상기 유리의 층은 상기 제1 표면 및 제2 표면의 각각으로부터 상기 유리의 벌크 내로 약 15 ㎛ 내지 약 70 ㎛ 범위의 층의 깊이로 확장하는 압축 응력하에 있다.

본 명세서에 기재된 유리는 이온 교환에 의해 화학적으로 강화된 어떤 유리를 포함하거나 또는 이루어질 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 알칼리 알루미노실리케이트 유리이다.

하나의 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 약 64 mol% 내지 약 68 mol% SiO₂; 약 12 mol% 내지 약 16 mol% Na₂O; 약 8 mol% 내지 약 12 mol% Al₂O₃; 0 mol% 내지 약 3 mol% B₂O₃; 약 2 mol% 내지 약 5 mol% K₂O; 약 4 mol% 내지 약 6 mol% MgO; 및 0 mol% 내지 약 5 mol% CaO; 여기서: 66 mol% ≤ SiO₂ + B₂O₃ + CaO ≤ 69 mol%; Na₂O + K₂O + B₂O₃+ MgO + CaO + SrO > 10 mol%; 5 mol% ≤ MgO + CaO + SrO ≤ 8 mol%; (Na₂O + B₂O₃) - Al₂O₃ ≥ 2 mol%; 2 mol% ≤ Na₂O - Al₂O₃ ≤ 6 mol%; 및 4 mol% ≤ (Na₂O + K₂O) - Al₂O₃ ≤ 10 mol%를 포함한다. 상기 유리는 2007년 5월 18일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제60/930,808호의 우선권을 주장하고, 2007년 7월 27일자에, 발명의 명칭이 "Down-Drawable, Chemically Strengthened Glass for Cover Plate"로, Adam J. Ellison et al.에 의해 출원된, 미국 특허 제7,666,511호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 알루미나 및 붕소 산화물 중 적어도 하나, 및 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하고, 여기서 -15 mol% ≤ (R₂O + R'O - Al₂O₃ - ZrO₂) - B₂O₃ ≤ 4 mol%이며, 여기서 R은 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 하나이고, R'는 Mg, Ca, Sr, 및 Ba 중 하나이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 약 62 mol% 내지 약 70 mol.% SiO₂; 0 mol% 내지 약 18 mol% Al₂O₃; 0 mol% 내지 약 10 mol% B₂O₃; 0 mol% 내지 약 15 mol% Li₂O; 0 mol% 내지 약 20 mol% Na₂O; 0 mol% 내지 약 18 mol% K₂O; 0 mol% 내지 약 17 mol% MgO; 0 mol% 내지 약 18 mol% CaO; 및 0 mol% 내지 약 5 mol% ZrO₂를 포함한다. 상기 유리는 2008년 11월 25일에 출원된, 발명의 명칭이 "Glasses Having Improved Toughness and Scratch Resistance"로, Matthew J. Dejneka et al.에 의한 미국 특허출원 제12/277,573호에 기재되고, 및 2008년 11월 29일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/004,677호의 우선권을 주장하며, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 약 60 mol% 내지 약 70 mol% SiO₂; 약 6 mol% 내지 약 14 mol% Al₂O₃; 0 mol% 내지 약 15 mol% B₂O₃; 0 mol% 내지 약 15 mol% Li₂O; 0 mol% 내지 약 20 mol% Na₂O; 0 mol% 내지 약 10 mol% K₂O; 0 mol% 내지 약 8 mol% MgO; 0 mol% 내지 약 10 mol% CaO; 0 mol% 내지 약 5 mol% ZrO₂; 0 mol% 내지 약 1 mol% SnO₂; 0 mol% 내지 약 1 mol% CeO₂; 약 50 ppm 미만의 As₂O₃; 및 약 50 ppm 미만의 Sb₂O₃를 포함하고; 여기서 12 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 20 mol% 및 0 mol% ≤ MgO + CaO ≤ 10 mol%이다. 어떤 구현 예에 있어서, 상기 유리는 60-72 mol% SiO₂; 6-14 mol% Al₂O₃; 0-15 mol% B₂O₃; 0-1 mol% Li₂O; 0-20 mol% Na₂O; 0-10 mol% K₂O; 0-2.5 mol% CaO; 0-5 mol% ZrO₂; 0-1 mol% SnO₂; 및 0-1 mol% CeO₂를 포함하고, 여기서 12 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 20 mol%, 및 50 ppm 미만의 As₂O₃이다. 상기 유리는 2009년 2월 25일자에, 발명의 명칭이 "Fining Agents for Silicate Glasses"로 Sinue Gomez et al.에 의해 출원된, 미국 특허 제8,158,543호, 및 2012년 6월 13일자에, 발명의 명칭이 "Silicate Glasses Having Low Seed Concentration"로 Sinue Gomez et al.에 의해 출원된, 미국 특허출원 제13/495,355 호에 기재되고, 이들은 2008년 2월 26일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/067,130호의 우선권을 주장하며, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 SiO₂ 및 Na₂O을 포함하고, 여기서 상기 유리는 상기 유리가 35 kilo poise (kpoise)의 점도를 갖는, 온도 T_35kp를 갖고, 여기서 지르콘이 분해되어 ZrO₂ 및 SiO₂를 형성하는 온도 T_{분해 (} _breakdown ₎는 T_35kp를 초과한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 약 61 mol% 내지 약 75 mol% SiO₂; 약 7 mol% 내지 약 15 mol% Al₂O₃; 0 mol% 내지 약 12 mol% B₂O₃; 약 9 mol% 내지 약 21 mol% Na₂O; 0 mol% 내지 약 4 mol% K₂O; 0 mol% 내지 약 7 mol% MgO; 및 0 mol% 내지 약 3 mol% CaO를 포함한다. 상기 유리는 2009년 8월 29일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제61/235,762호의 우선권을 주장하고, 2010년 8월 10일자에 발명의 명칭이 "Zircon Compatible Glasses for Down Draw"로 Matthew J. Dejneka et al.에 의해 출원된, 미국 특허 출원 제12/856,840호에 기재되며, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 50 mol%의 SiO₂ 및 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 포함하고, 여기서 [(Al₂O₃ (mol%)+B₂O₃(mol%))/(∑알칼리 금속 개질제 (mol%))] > 1이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 50 mol% 내지 약 72 mol% SiO₂; 약 9 mol% 내지 약 17 mol% Al₂O₃; 약 2 mol% 내지 약 12 mol% B₂O₃; 약 8 mol% 내지 약 16 mol% Na₂O; 및 0 mol% 내지 약 4 mol% K₂O를 포함한다. 상기 유리는 2009년 8월 21일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/235,767호의 우선권을 주장하고, 2010년 8월 18일자에, 발명의 명칭이 "Crack And Scratch Resistant Glass and Enclosures Made Therefrom"으로, Kristen L. Barefoot et al.에 의해 출원된, 미국 특허출원 제12/858,490호에 기재되며, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 SiO₂, Al₂O₃, P₂O₅, 및 적어도 하나의 알칼리 금속 산화물 (R₂O)을 포함하고, 여기서 0.75 ≤ [(P₂O₅(mol%) + R₂O(mol%)) / M₂O₃ (mol%)] ≤ 1.2이며, 여기서 M₂O₃ = Al₂O₃ + B₂O₃이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 약 40 mol% 내지 약 70 mol% SiO₂; 0 mol% 내지 약 28 mol% B₂O₃; 0 mol% 내지 약 28 mol% Al₂O₃; 약 1 mol% 내지 약 14 mol% P₂O₅; 및 약 12 mol% 내지 약 16 mol% R₂O; 및, 특정한 구현 예에 있어서, 약 40 내지 약 64 mol% SiO₂; 0 mol% 내지 약 8 mol% B₂O₃; 약 16 mol% 내지 약 28 mol% Al₂O₃; 약 2 mol% 내지 약 12% P₂O₅; 및 약 12 mol% 내지 약 16 mol% R₂O를 포함한다. 상기 유리는 2010년 11월 30일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/417,941호의 우선권을 주장하며, 2011년 11월 28일자에, 발명의 명칭이 "Ion Exchangeable Glass with Deep Compressive Layer and High Damage Threshold"로, Dana C. Bookbinder et al.에 의해 출원된, 미국 특허출원 제13/305,271호에 기재되며, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.

여전히 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 4 mol% P₂O₅를 포함하고, 여기서 (M₂O₃(mol%) / R_xO(mol%)) < 1이며, 여기서 M₂O₃ = Al₂O₃ + B₂O₃이고, 여기서 R_xO는 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 일가 및 이가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 일가 및 이가 양이온 산화물은 Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0 mol% B₂O₃를 포함한다. 상기 유리는 2011년 11월 16일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/560,434호의 우선권을 주장하고, 2012년 11월 15일자에 발명의 명칭이 "Ion Exchangeable Glass with High Crack Initiation Threshold"로 Timothy M. Gross에 의해 출원된, 미국 특허출원 제13/677,805호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 50 mol%의 SiO₂ 및 적어도 약 11 mol%의 Na₂O를 포함하고, 압축 응력은 적어도 약 900 MPa이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 Al₂O₃ 및 B₂O₃, K₂O, MgO 및 ZnO 중 적어도 하나를 더욱 포함하고, 여기서 -340 + 27.1ㆍAl₂O₃ - 28.7ㆍB₂O₃ + 15.6ㆍNa₂O -61.4ㆍK₂O + 8.1ㆍ(MgO + ZnO) ≥ 0 mol%이다. 특정 구현 예에 있어서, 상기 유리는: 약 7 mol% 내지 약 26 mol% Al₂O₃; 0 mol% 내지 약 9 mol% B₂O₃; 약 11 mol% 내지 약 25 mol% Na₂O; 0 mol% 내지 약 2.5 mol% K₂O; 0 mol% 내지 약 8.5 mol% MgO; 및 0 mol% 내지 약 1.5 mol% CaO를 포함한다. 상기 유리는 2011년 7월 1일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제61/503,734호의 우선권을 주장하고, 2012년 6월 26일자에, 발명의 명칭이 "Ion Exchangeable Glass with High Compressive Stress"로 Matthew J. Dejneka et al.에 의해 출원된, 미국 특허출원 제13/533,298호에 기재되며, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.

다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 50 mol% SiO₂; 적어도 약 10 mol% R₂O, 여기서 R₂O는 Na₂O를 포함하고; Al₂O₃, 여기서 -0.5 mol% ≤ Al₂O₃ (mol%) - R₂O(mol%) ≤ 2 mol%; 및 B₂O₃를 포함하고, 여기서 B₂O₃(mol%) - (R₂O (mol%) - Al₂O₃ (mol%)) ≥ 4.5 mol%이다. 특정 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 50 mol% SiO₂, 약 12 mol% 내지 약 22 mol% Al₂O₃; 약 4.5 mol% 내지 약 10 mol% B₂O₃; 약 10 mol% 내지 약 20 mol% Na₂O; 0 mol% 내지 약 5 mol% K₂O; 적어도 약 0.1 mol% MgO, ZnO, 또는 이의 조합을 포함하고, 여기서 0 mol% ≤ MgO ≤ 6 및 0 ≤ ZnO ≤ 6 mol%; 및, 선택적으로, CaO, BaO, 및 SrO 중 적어도 하나, 여기서 0 mol% ≤ CaO + SrO + BaO ≤ 2 mol%이다. 상기 유리는 2012년 5월 31일자에 발명의 명칭이 "Ion Exchangeable Glass with High Damage Resistance"로 Matthew J. Dejneka et al.에 의해 출원된, 미국 가 특허출원 제61/653,485호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 혼입된다.

다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 50 mol% SiO₂; 적어도 약 10 mol% R₂O, 여기서 R₂O는 Na₂O을 포함하고; Al₂O₃, 여기서 Al₂O₃(mol%) < R₂O(mol%); 및 B₂O₃를 포함하고, 여기서 B₂O₃(mol%) - (R₂O(mol%) -Al₂O₃(mol%)) ≥ 3 mol%이다. 어떤 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 50 mol% SiO₂; 약 9 mol% 내지 약 22 mol% Al₂O₃; 약 3 mol% 내지 약 10 mol% B₂O₃; 약 9 mol% 내지 약 20 mol% Na₂O; 0 mol% 내지 약 5 mol% K₂O; 적어도 약 0.1 mol%의 MgO, ZnO, 또는 이의 조합, 여기서 0 ≤ MgO ≤ 6 mol% 및 0 ≤ ZnO ≤ 6 mol%; 및, 선택적으로, CaO, BaO, 및 SrO 중 적어도 하나를 포함하고, 여기서 0 mol% ≤ CaO + SrO + BaO ≤ 2 mol%이다. 어떤 구현 예에 있어서, 상기 유리는 상기 유리가 약 30 kPoise 내지 약 40 kPoise 범위의 점도를 갖는 온도와 동일한 지르콘 분해 온도를 갖는다. 상기 유리는 2012년 5월 31일자에, 발명의 명칭이 "Zircon Compatible, Ion Exchangeable Glass with High Damage Resistance"로 Matthew J. Dejneka et al.에 의해 출원된, 미국 가 특허출원 제61/653,489호에 기재되며, 이의 전체적인 내용들은 참조로서 혼입된다.

몇몇 구현 예에 있어서, 여기에 기재된 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 리튬, 붕소, 바륨, 스트론튬, 비스무스, 안티몬, 및 비소 중 적어도 하나가 실질적으로 없다 (즉, 0 mol%을 함유).

몇몇 구현 예에 있어서, 여기에 기재된 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 슬롯-인발, 융합 인발, 재-인발, 및 이와 유사한 것과 같은, 기술분야의 알려진 공정에 의해 다운-인발 가능하고, 적어도 130 kilopoise의 액상 점도를 갖는다.

또 다른 관점에 있어서, 여기에 기재된 상기 강화 유리 시트를 제조하는 방법은 제공된다. 제1 단계에 있어서, 상기 방법은 압축 응력하의 제1 표면 및 제2 표면 및 상기 제1 표면 및 제2 표면 사이 중앙 영역을 갖는 강화 유리 시트를 제공하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 중앙 영역은 인장 응력, 또는 중심 장력하에 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 강화 유리 시트를 제공하는 단계는 슬롯- 및 융합-인발 공정과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 기술분야에서 알려진 수단들에 의해 유리 시트를 다운-인발하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 상기 유리 시트는 플로우트, 케스팅, 몰딩, 또는 기술분야에서 알려진 다른 수단들에 의해 제공될 수 있다. 상기 강화 유리 시트를 제공하는 단계는 열적 템퍼링, 이온 교환, 또는 이와 유사한 것과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 화학적 또는 열적 수단들에 의해 유리 시트를 강화시키는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 유리는 약 400 MPa 내지 약 1000 MP 범위내에 최대 압축 응력을 얻도록 강화될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 500 MPa의 압축을 얻기 위해 이온교환된다. 압축 응력 하의 층은 상기 제1 및 제2 표면의 각각으로부터 약 15㎛ 내지 약 70 MPa 범위의 층의 깊이로 확장한다.

상기 강화 유리 시트의 제1 및 제2 표면을 연결하는 적어도 하나의 엣지는 그 다음 형성된다. 상기 적어도 하나의 엣지의 일부는 제2 압축 응력하에 있다. 상기 제2 압축 응력은 상기 제1 표면 및 제2 표면의 압축 응력 이하이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 엣지의 제2 부분은 중앙 영역의 인장 응력 이하인 인장 응력하에 있다.

몇몇 구현 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 엣지를 형성하는 단계는 둥근면, 둥근, 연필 또는 총알, 및 타원형 프로파일을 포함하는, 여기에 기재된 프로파일들과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 미리결정된 프로파일을 갖는 엣지를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 엣지를 형성하는 단계는 불화수소산-계 에칭제로 상기 엣지를 에칭 및/또는 상기 엣지를 연마한 후, 미리결정된 프로파일을 얻기 위해 상기 엣지를 그라인딩시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 엣지는 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 각 θ를 형성하고, 여기서 90°< θ < 180°이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 90°< θ < 150°, 다른 구현 예에 있어서, 90°< θ < 135°및, 또 다른 구현 예에 있어서, 90°< θ < 120°이다. 원하는 프로파일로 형성된 적어도 하나의 엣지는 약 22㎛의 평균 크기를 갖는 다수의 흠을 함유한다. 그라인딩 및 선택적 연마 및/또는 에칭에 의해 상기 엣지 상에 미리결정된 프로파일의 형성한 후, 상기 강화 유리 시트는 적어도 약 350 MPa의 4점 굽힘 강도를 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 4점 굽힘 강도는 약 350 MPa 내지 약 700 MPa의 범위이다.

이온 교환 공정은 유리 플레이트의 표면상에 2축 압축 및 상기 플레이트의 중심에 2축 장력을 생성한다. 이온 교환된 유리 플레이트가 절단되거나 또는 기계적 스코어링 및 파단, 레이저 분리, 또는 이와 유사한 것과 같은 기술분야에 알려진 기술들에 의해 분리된 경우, 잔류 응력은 이러한 절단에 의해 형성된 엣지 근처에 재분배된다. 상기 재분배된 엣지 응력 상태는 수평적 4점 굽힘 시험에서 엣지 강도에 영향을 미치는 인자이다. 수치적 모델링 및/또는 분석 방법은 재분배된 엣지 응력 상태를 계산하고, 유리 조성, 두께, 및 엣지 형상에 관한 엣지 응력을 비교하는데 사용되어 왔다. 더 큰 이온 교환된 유리 시트로부터 조각을 절단 한 후 형성된 엣지는 도 1에 개략적으로 나타낸다. 상기 유리 시트에 XYZ 좌표 시스템을 부착하여, 절단 엣지 (140)는 XY 평면에 대해 수직인 반면, 표면들 (110, 112)은 YZ 평면에 평행하고, Y 방향은 상기 유리 평면의 두께에 상응한다.

상기 엣지 (140)에서 응력 상태는 2차원 (2D) 평면 변형 모델을 사용하여 계산된다. 초기 모델은 직선 엣지 (142) 및 표면 (110)을 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 유리 (코닝사의 Gorilla^® Glass)의 1.1 mm 두께의 시트에 대한 상기 엣지 응력 상태를 계산하기 위해 개발되었다. 수치적 모의실험은 도 2a 및 2b에 나타낸 도메인에서 결과하는 ¼대칭의 이득이 있다. 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)는 또한 상기 모델에 사용된 경계 조건을 나타낸다.

상기 이온 교환된 유리 플레이트 (100) 및 절단 엣지 (또는 면) (140) 내부의 응력 상태는 도 3에서 그래프화된다. 상기 엣지 응력 상태의 특색은 절단 엣지 (142)의 일부에 의해 실험된 Z 방향에서 인장 응력을 포함한다. 상기 유리 표면 (110)은 직선 절단 엣지 (140)로부터 멀리 떨어진 영역에서 2축 압축에 있다. 그러나, 유리 플레이트의 두께와 동일한 거리 내에, 상기 표면 (110)은 상기 유리의 표면상의 응력 상태의 그래프인, 도 4에 나타낸 바와 같이, 절단 엣지 근처 2축 압축에 있지 않다.

이온 교환된 유리 플레이트의 절단면 (142) 및 표면 (110) 모두에 수직인 상기 XY 평면에서 주요 응력 상태는 도 5에 나타낸다. 인장 주된 응력 존은 상기 표면 (110) 및 절단면의 교차점 근처에 상기 XY 평면에서 전개한다. 상기 XY 평면에서 이러한 주된 응력의 최대 값의 크기는 상기 중앙 장력을 초과하고 (즉, 절단 전 유리에서 최대 인장 응력 CT) 및 표면 (110) 및 절단면 (142)에 근접하게 위치된다.

엣지 응력은 a) 직선 프로파일; b) 둥근면 (도 6b에 "SP 둥근면 (θ = 126˚)" 프로파일; c) 모따기; d) 연필 또는 총알 (예를 들어, θ = 135˚) 코 (도 6d에서 "FZ 총알 코") 프로파일; e) 둥근 프로파일; 및 f) 끝이 잘린 타원형을 포함하는 다른 엣지 형상/ 프로파일에 대해 계산된다. 다른 엣지 형상에 대한 주요 응력 그래프는 도 6a-f에 나타낸다. 모의실험은 1.1 mm 두께의 Gorilla^® Glass 시트에 대해 수행된다. 표면 (110) 및 절단면 (142) 사이의 각 θ (도 1)이 클수록, 최대 주된 응력의 크기는 낮춰진다.

모시트로부터 절단된 강화 유리 플레이트의 새롭게 형성된 엣지는 요구된 형상으로 그라인딩되고, 그 다음 HF 및 HCl 산의 혼합물을 사용하여 에칭된다. 상기 유리의 버텀 표면은 수평적 4점 굽힘 시험에서 엣지의 길이에 따른 방향을 갖는 인장 응력을 겪는다. 도 1에 나타낸 좌표 시스템에 따르면, 상기 절단 유리 플레이트의 버텀은 Z 방향으로 응력을 겪는다. 상기 인장 응력 존은 표면 (110, 112)의 교차점 근처에 존재하고, 엣지 (142)는 굽힘 응력에 평면 수직에 있으며, 따라서 부가 없이, 적용된 응력의 크기를 증가시킨다. 대신, 이러한 인장 응력 존은 강도-제한 흠을 생산하기 위해 기계가공하는 동안 도입된 크랙과 상호작용할 수 있다. 그라인딩에 기인하여 도입된 크랙의 가능한 상호작용 및 인장 응력 존은 도 7a 및 7b에 개략적으로 나타낸다. 도 7a 및 7b에 나타낸 바와 같이, 그라인딩 동안 코너에 도입된 크랙 (151, 152)은 인장 응력과 상호작용하고, 이러한 영역에 유리의 칩핑 (chipping)을 결과할 수 있다. 구불구불하게 가라진 금 (twist hackle)의 형성을 결과할 수 있는, 도 7a 및 7b에서 위치 "C"로 나타낸, 이러한 칩핑 행위의 말단은, 굽힘 응력에 수직으로 배향된 흠 - 몇몇의 흠은 강도를 제한할 수 있음 -을 결과한다. 따라서, 상기 엣지의 형상은 수평적 4점 굽힘 시험에 나타난 강도와 연관될 수 있다. 예를 들어, 표면 (110) (또는 112) 및 엣지 (140) (또는 142) 사이의 교차점에서 인장 응력의 크기는 둥근면 엣지/프로파일 (도 6에서 b; θ = 126˚)과 비교하여 직선 엣지 프로파일 (도 6에서 a; θ = 90˚)에 대해 더 크다. 유사하게, 둥근면 엣지 프로파일에 대한 인장 응력의 크기는 연필 또는 총알 엣지/프로파일 (도 6에서 b; θ = 135˚)의 인장 응력과 비교하여 더 크다. 이러한 분석에 기초하여, 연필 또는 총알 엣지 프로파일의 강도는 둥근면 엣지/프로파일의 강도보다 더 클 수 있고, 둥근면 엣지/프로파일의 강도는 직선 엣지 프로파일의 강도보다 더 클 수 있다.

강도 시험은 엣지 강도에 대해 그라인딩된 엣지의 형상의 효과를 평가하기 위해 수행되고, 시험 결과로부터 구성된 웨이불 그래프는 도 8 및 9에서 나타낸다. 도 8은 그라인딩된 둥근면 (θ = 126˚) 엣지 (도 8에서 라인 1); 평평한 (θ = 90˚) 엣지 (도 8에서 라인 2); 및 연필 (θ = 135˚) 엣지 (도 8에서 라인 3)를 갖는 샘플에 대한 엣지 강도에 대하여 그라인딩된 엣지의 효과를 나타내는 강도 시험으로부터의 웨이불 그래프이고, 여기서 상기 엣지는 에칭되지 않는다. 상기 그라인딩된 엣지는 400 그릿 그라인딩 휠을 사용하여 1.1 mm 두께의 이온 교환된 Gorilla^® Glass에 형성된다. 도 9는 엣지가 그라인딩되고, 32분 동안 5%HF/5%HCl 용액을 사용하여 에칭된, 평평한 (θ = 90˚) 엣지 (도 9에서 라인 1); 둥근면 (θ = 126˚) 엣지 (도 9에서 라인 2); 및 연필 (θ = 135˚) 엣지 (도 9에서 라인 3) 샘플에 대한 엣지 강도에 대한 엣지 형상의 효과를 나타내는 웨이불 그래프이다. 상기 그라인딩 엣지는 400 그릿 그라인딩 휠을 사용하여 1.1 mm의 이온 교환된 Gorilla^® Glass에 대해 형성되고, 상기 엣지는 그라인딩 후 에칭된다. 실험 데이터는 엣지 형상/프로파일이 상기 유리 시트의 엣지에서 조작 및 조절되는 응력 상태를 허용하여, 수평적 4점 굽힘 시험을 더 우수하게 수행하는 엣지를 결과하는 것으로 나타난다.

코노구형 (conospherical) 압입자 (indenter) 기하학으로부터 날카로운 및 무딘 접촉 손상에 대한 압입을 통한 잔류 인장 응력 하에서 유리 엣지의 내손상성은 또한 검토된다. 코노구형 압입 프로브 (probe)를 사용한 유리 엣지 접촉 손상은 두 개의 전개 경로를 따른다: 하중 동안 깊은 방사상 크랙으로 확대를 수반하는 중간 크랙 개시의 날카로운 접촉 손상; 또는 압입 물질의 파쇄 (spallation)를 유도하는, 하중 동안 콘 성장을 갖는 링 (ring) 크랙 개시의 무딘 접촉 손상. 만약 날카로운 접촉 손상이 잔류 인장 응력하에서 유리 엣지상에 일어난다면, 중간/방사상 크랙 시스템이 관통 크랙으로 성장할 것이고, 언로딩 (unloading) 후 확대될 것이며, 따라서 유리 샘플을 두 개로 분리시킨다. 만약 무딘 접촉 손상이 일어난다면, 최종 파쇄는 압입 영역을 제거할 것이고, 크랙 확대는 발생하지 않을 것이다. 압입자 반경, 출발 흠 군집, 및 잔류 인장 응력 크기는 콘 (파쇄) 대 방사상 크랙을 구동한다. 더 큰 반경 팁, 더 깊은 흠, 및 더 낮은 인장 응력 크기는 제공된 압입 하중에서 콘 크랙에 대한 선호를 유도한다.

몇몇 관점에 있어서, 여기에 기재된 강화 유리 시트는 적어도 약 24 Mpa의 중앙 장력, 몇몇 구현 예에 있어서, 적어도 약 30 Mpa, 및 다른 구현 예에 있어서, 적어도 약 50 MPa의 중앙 장력을 가지며, 이온 교환에 의해 비강화되거나 또는 강화되지 않은 적어도 하나의 엣지를 갖는다. 약 55 미크론 (㎛) 및, 몇몇 구현 예에 있어서, 약 45㎛ 미만의 반경을 갖는 30°원뿔형 압입자와 접촉하는 경우, 상기 적어도 하나의 엣지는 약 1.75 kg까지의 압입 하중에서 견딜 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 엣지는 약 1.4kg, 다른 구현 예에 있어서, 약 0.8 kg의 압입 하중에서 견딜 수 있다. 원뿔형 압입자가 약 55㎛ 초과의 반경을 갖는 이들 예에 있어서, 압입은 무딘 압입으로 간주된다. 이러한 경우에 있어서, 압입 하중 하에서 파괴는 파쇄에 의해 발생한다. 원뿔형 압입자가 약 55㎛ 미만의 반경을 갖는 경우, 상기 압입은 날카로운 압입으로 간주되고, 압입 하중 하 파괴는 방사상 크랙킹에 의해 발생한다.

무딘 및 날카로운 접촉 손상 모두에 대한 손상 전개는 도 10에 개략적으로 나타낸다. 코노구형 접촉 손상 전개는 상기 유리 엣지 (210)와 압입자 (200)의 초기 접촉 동안 시작한다. 만약 상기 팁 (205)이 전단 흐름을 개시하기 위해 충분히 날카롭다면, 그 다음 중간 크랙 (220)은 압입 부위 (212) 아래에 형성된다. 샘플 방향과 같은 플레이트에 평행으로 유리 엣지 (210)상에 잔류 인장 응력이 있기 때문에, 상기 중간 크랙 (220)은 잔류 응력 장에 수직으로 배향된다. 상기 중간 크랙은 그 다음 압입 행위의 하중 부분동안 방사상 크랙 (222)으로 성장한다. 이러한 방사상 크랙은 그 다음 관통 크랙으로 성장을 계속할 것이고, 상기 샘플은 하중 동안 파손될 것이다. 상기 압입 행위가 관통 크랙을 확대하지 않지만 방사상 크랙을 생성하기에 필수적인 하중에서 하중을 중단하도록 선택된다면, 어레스트 마트 (230)는 형성될 것이고, 상기 크랙은 이온 교환 공정으로부터의 상기 유리에서의 잔류 인장 응력에 기인하여 상기 압입 행위 후 몇 시간 동안 확대될 것이다. 상기 유리의 두께 (240)로 성장한 후, 상기 관통-크랙은 이온 교환으로부터의 잔류 인장 응력에 기인하여 파괴로 확대된다.

최종 엣지 손상은 상기 압입자 팀 (indenter tip) 반경이 55 미크론 (㎛) 초과인 경우 무딘 손상 전개 경로를 따른다. 무딘 접촉 손상은 전단 흐름 모체 없는 순수한 탄성이 있고, 하중시 링 크랙 팝-인 (pop-in) (도 10에서 (214))에 의해 확인되며, 하중이 증가함에 따라 콘 크랙 확대 (216)이 뒤따른다. 언로딩 후, 상기 콘 크랙은 압입된 표면에 평행하게 시작하는 성장과 함께, 이온 교환으로부터의 잔류 인장 응력에 기인하여 성장을 계속할 수 있고, 그 다음 국부적 강성 (local stiffness)이 이들의 성장에 기인하여 변화함에 따라 상향으로 전환시키고, 결국 상기 압입된 표면을 교차하며, 따라서, 압입된 물질의 파쇄를 유발하고, 압입 부위를 효과적으로 제거하며, 큰 구멍 (crater)을 남긴다. 상기 팁 반경이 약 75㎛를 초과하는 경우, 콘 크랙은 방사상 크랙 성장을 넘어 우세하다.

이러한 작업을 위하여, 이온 교환을 통해 높은 잔류 인장 응력 모두를 갖는 코닝 Gorilla^® Glass 샘플은 제조되고, 낮은 잔류 인장 응력을 달성하기 위하여 이온 교환을 통한 낮은 흠 군집 및 기계 가공 (400 그릿 둥근면)에 의해, 또는 레이저 스크라이브 (laser scribe) 및 파괴 (LSB) 기술에 의해 분리된다. 상기 낮은 잔류 인장 응력 샘플은 손상 전개를 기록하기 위해 주로 사용되는 반면, 높은 잔류 인장 응력 견본은 기계가공된 유리 엣지의 내손상성을 수량화하기 위해 사용된다. 표 1은 샘플 연구를 위한 FSM 중앙 장력 (CT) 수준 및 엣지 조건을 열거한다. 기계가공된 엣지는 그릿 둥근면을 나타내고, LSB는 레이저 스크라이브 (laser scribe) 및 파괴 엣지를 나타낸다.

샘플 잔류 중앙 장력 값 및 엣지 제작 기술의 목록

두께 (mm)	FSM CT (MPa)	엣지
0.7	24	기계가공됨
0.7	24	LSB
0.7	30	기계가공됨
0.7	30	LSB
0.7	53	기계가공됨
0.7	63	기계가공됨
0.7	68	기계가공됨

프로파일러 캐파빌러티 (Profiler capability)를 갖는 인스트론 4400 하중 프레인은 압입 행위를 설정하는데 사용된다. 표준 행위는 명시된 하중까지 0.2 mm/min에서 하중부, 15초 유지, 및 그 다음 0.2 mm/min에서 언로딩을 수반한다. 이러한 작업을 위해 사용된 압입 팁은 기하학적으로 코노구형인 텅스텐 카바이드 "연필형" 스크라이브이다. 상기 콘 각은 30°이고, 개시 팁 반경은 45㎛이다. 상기 팁이 사용됨에 따라, 반경은 55㎛를 초과하여 무뎌지고, 이 지점에서 상기 접촉 손상 점이 날카로움으로부터 무디게 이행되며, 상기 압입자는 폐기된다. 상기 팁이 전단 흐름을 개시하기에 충분히 날카로운 예들에 있어서, 그 다음 중간 크랙 (220)은, 압입 부위의 현미경 사진인, 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 압입 부위 아래에 형성된다. 플레이트-같은 견본 방향에 평행한 유리 엣지상에 잔류 인장 응력이 있기 때문에, 상기 중간 크랙은 잔류 응력 장에 대해 수직으로 배향된다. 도 11a에 나타낸 방사상 크랙은 잔류 인장 응력에 기인하여 파괴로 확대되는 관통 크랙으로 점진적으로 성장한다. 도 11b에 나타낸 샘플에 있어서, 상기 압입 행위는 방사상 크랙을 생성하는데 필요한 하중에서 로딩을 중단할 뿐만 아니라 관통 크랙 및 어레스트 마크 (230)로 확대되지 않게 형성된다.

잔류 인장 응력하에서 유리에서 접촉 손상 전개의 정보에 기초하여, 이온 교환에 기인한 엣지의 접촉 내손상성 대 잔류 인장 응력의 양은 평가된다. 임계 시험은 도입된 흠이 압입 행위 후 몇 초 내에 파괴되는 하중을 결정하기 위해 샘플에서 수행된다. 도 12에서 그래프화된 데이터는 잔류 인장 응력이 증가함에 따라, 흠 도입 후 자체-확대를 위해 요구된 하중이 감소하는 것을 나타낸다. 이러한 기하학을 갖는 샘플에 대하여, 관찰가능한 크랙 확대를 생성하는; 즉, 견본의 일 측면으로부터 다른 쪽으로 수 초 안에 성장하는 크랙에 대하여, 잔류 인장 응력 수준의 레짐 (regime)이 있다. 상기 크랙 속도가 관찰가능하거나 또는 종료되었는지의 여부뿐만 아니라, 자체-분리를 위한 임계 압입 하중은, 표 2에 열거된다.

압입 거동 및 크랙 관찰의 요약

두께 (mm)	FSM CT (MPa)	엣지	하중 (Kg)	크랙 속도
0.7	24	기계가공됨	1.8	관찰가능함
0.7	24	LSB	1.8	관찰가능함
0.7	30	기계가공됨	1.8	빠름
0.7	30	LSB	1.4	빠름
0.7	53	기계가공됨	1.0	빠름
0.7	63	기계가공됨	0.8	빠름
0.7	68	기계가공됨	0.8	빠름

이들 결과에 기초하여, 잔류 인장 응력하에서 유리 엣지의 코노구형 (conospherical) 압입은 상기 압입자의 반경에 주로 의존하는 두 개의 손상 전개 경로를 나타낼 수 있다. 날카로운 접촉 손상은 대략 45㎛ 이하의 팁 반경으로 발생하고, 상기 팁 반경에 따른 무딘 접촉 손상으로 이행은 약 55 미크론을 초과하여 증가한다. 부가적으로, 내손상성은 잔류 인장 응력을 변화할 뿐만 아니라 자체-분리 동안 크랙 속도를 낸다.

통상적 구현 예는 예시의 목적을 위해 서술되는 것이고, 전술한 설명에 본 개시 또는 첨부된 청구항의 범주가 제한되는 것은 아니다. 따라서, 다양한 변형, 적용, 및 변경은 본 개시 또는 첨부된 청구항의 사상 및 범주에 벗어나지 않고 기술분야의 당업자에게 일어날 수 있다.

Claims

a. 적어도 하나의 엣지에 의해 연결된 제1 표면 및 제2 표면, 여기서 상기 각각의 제1 표면 및 제2 표면은 압축 응력하에 있고, 여기서 상기 적어도 하나의 엣지는 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 각 θ를 형성하며, 여기서 90°≤ θ ≤180°이고, 여기서 상기 적어도 하나의 엣지의 일부는 제2 압축 응력하에 있으며; 및
b. 상기 제1 표면 및 제2 표면 사이의 중앙 영역을 포함하는 강화 유리 시트로서, 여기서 상기 중앙 영역은 인장 응력하에 있으며, 여기서 상기 강화 유리 시트는 적어도 약 350 MPa의 4점 굽힘 강도를 갖는 강화 유리 시트.
청구항 1에 있어서,
상기 적어도 하나의 엣지는 그라인딩되고, 선택적으로, 연마된 강화 유리 시트.
청구항 2에 있어서,
상기 적어도 하나의 엣지는 다수의 흠을 가지며, 상기 흠은 약 22㎛의 평균 크기를 갖는 강화 유리 시트.
청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 적어도 하나의 엣지는 에칭된 강화 유리 시트.
청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 압축 응력은 상기 제1 표면 및 제2 표면의 압축 응력 이하인 강화 유리 시트.
청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 응력은 상기 제1 표면 및 제2 표면의 각각으로부터 유리 내로 약 15㎛ 내지 약 70㎛ 범위의 층의 깊이로 확장하는 강화 유리 시트.
청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강화 유리 시트는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 강화 유리 시트.
청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 엣지는 둥근면 프로파일 또는 연필 프로파일을 갖는 강화 유리 시트.
청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강화 유리 시트는 이온 교환된 강화 유리 시트.
a. 제1 표면 및 제2 표면 및 상기 제1 표면 및 제2 표면 사이의 중앙 영역을 갖는 강화 유리 시트를 제공하는 단계, 여기서 상기 제1 표면 및 제2 표면의 각각은 압축 응력하에 있고, 상기 중앙 영역은 인장 응력하에 있으며; 및
b. 상기 제1 표면 및 제2 표면을 연결하는 엣지를 형성시키는 단계를 포함하는 강화 유리 시트의 제조방법으로서, 여기서 상기 엣지의 일부는 제2 압축 응력하에 있고, 여기서 상기 적어도 하나의 엣지는 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 각 θ를 형성하며, 여기서 90°≤ θ ≤180°이고, 여기서 상기 강화 유리 시트는 적어도 약 350 MPa의 4점 굽힘 강도를 갖는 강화 유리 시트의 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 표면 및 제2 표면을 연결하는 엣지를 형성시키는 단계는 상기 엣지를 그라인딩시키는 단계 및 상기 엣지를 연마시키는 단계 중 적어도 하나에 의해 미리결정된 엣지 프로파일을 형성시키는 단계를 포함하는 강화 유리 시트의 제조방법.
청구항 11에 있어서,
상기 방법은 상기 엣지를 그라인딩시키는 단계 이후에 상기 엣지를 에칭시키는 단계를 더욱 포함하는 강화 유리 시트의 제조방법.
청구항 11 또는 12에 있어서,
상기 미리결정된 엣지 프로파일은 둥근면 프로파일 및 연필 프로파일 중 하나인 강화 유리 시트의 제조방법.
청구항 11 또는 12에 있어서,
상기 방법은 상기 미리결정된 엣지 프로파일을 형성한 후에 상기 엣지를 에칭시키는 단계를 더욱 포함하는 강화 유리 시트의 제조방법.
청구항 10-12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 응력은 적어도 약 400 MPa인 강화 유리 시트의 제조방법.
청구항 10-12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 응력은 상기 제1 표면 및 제2 표면의 각각으로부터 유리 내로 적어도 15㎛의 층의 깊이로 확장하는 강화 유리 시트의 제조방법.
청구항 10-12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 압축 응력은 상기 제1 표면 및 제2 표면의 압축 응력 이하인 강화 유리 시트의 제조방법.
청구항 10-12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강화 유리 시트는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 강화 유리 시트의 제조방법.
a. 적어도 하나의 엣지에 의해 연결된 제1 표면 및 제2 표면, 여기서 상기 각각의 제1 표면 및 제2 표면은 압축 응력하에 있고, 여기서 상기 적어도 하나의 엣지는 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 각 θ를 형성하며, 여기서 90°≤ θ ≤ 180°이고, 여기서 상기 적어도 하나의 엣지의 일부는 강화되지 않으며; 및
b. 상기 제1 표면 및 제2 표면 사이의 중앙 영역을 포함하는 강화 유리 시트로서, 여기서 상기 중앙 영역은 적어도 30 MPa의 인장 응력하에 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 엣지는 1.75 kg까지의 압입 하중을 견뎌낼 수 있는 강화 유리 시트.
청구항 19에 있어서,
상기 적어도 하나의 엣지는 55 미크론 미만의 반경을 갖는 30°압입자 팁에 의해 접촉시의 압입 하중에 적용된 경우의 파괴시 방사상 크랙킹을 나타내는 강화 유리 시트.
청구항 19에 있어서,
상기 적어도 하나의 엣지는 55 미크론 미만의 반경을 갖는 30°압입자 팁에 의해 접촉시의 압입 하중에 적용된 경우의 파괴시 파쇄를 나타내는 강화 유리 시트.
청구항 19-21 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 엣지는 그라인딩되고, 선택적으로, 연마된 강화 유리 시트.
청구항 22에 있어서,
상기 적어도 하나의 엣지는 다수의 흠을 가지며, 상기 흠은 약 22㎛의 평균 크기를 갖는 강화 유리 시트.
청구항 19-21 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 엣지는 에칭된 강화 유리 시트.
청구항 19-21 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 응력은 상기 제1 표면 및 제2 표면의 각각으로부터 유리 내로 약 15㎛ 내지 약 70㎛ 범위의 층의 깊이로 확장하는 강화 유리 시트.
청구항 19-21 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강화 유리 시트는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 더욱 포함하는 강화 유리 시트.
청구항 19-21 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 엣지는 둥근면 프로파일 또는 연필 프로파일을 갖는 강화 유리 시트.