KR20150029685A

KR20150029685A - 강화 유리 제품 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20150029685A
Application number: KR1020157000383A
Authority: KR
Inventors: 크리스틴 엘. 베어풋; 제임스 조셉 프라이스; 조세 마리오 퀸탈; 로날드 리로이 스티와트; 데이비드 존 브록웨이
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2015-03-18
Also published as: US20150183680A1; TW201350449A; JP2015523310A; CN104379522A; WO2013184205A1; EP2858961A1; US9499431B2

Abstract

중심 인장을 갖는 강화 유리 제품은 한계 값 이상에서 상기 유리가 깨지기 쉬운 거동을 나타내는 한계 값 아래에 있다. 상기 중심 인장은 상기 유리의 두께에 따라 비-선형적으로 변한다. 상기 유리 제품은 휴대폰, 음악 플레이어와 같은, 휴대용 또는 이동 전자 장치, 랩탑 컴퓨터 및 이와 유사한 것과 같은, 정보 단말기 (IT) 장치용 커버 플레이트 또는 창으로서 사용될 수 있다.

Description

강화 유리 제품 및 이의 제조방법 {Strengthened glass articles and methods of making}

본 출원은 2012년 6월 8일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/657,279호의 우선권을 청구하며, 이의 전체적인 내용은 본 명세서에 참조로서 혼입된다.

본 발명은 강화 유리 제품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

화학적으로 강화 유리는 휴대폰, 미디어 플레이어와 같은 휴대용 장치, 및 다른 장치뿐만 아니라, 투명도, 고강도 및 내마모성을 요구하는 다른 적용에 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 유리는 깨지기 쉬운 거동 (frangible behavior)에 잠재적으로 민감하다 - 즉, 유리는, 충분한 침투력 (penetration force)으로 충격을 받는 경우, 다수의 작은 조각으로 활동적으로 부서진다.

한계치 (threshold value) 이하의 중심 인장 (central tension)을 갖는 강화 유리 (한계치 이상에서 유리는 깨지기 쉬운 거동을 나타냄)는 여기에 제공되고 설명된다. 깨지기 쉬운 거동에 대한 한계 중심 인장은 상기 유리의 두께와 비선형적으로 변화한다. 상기 유리는 휴대폰, 음악 플레이어와 같은, 휴대용 또는 이동 전자 통신 및 오락 장치들; 및 랩탑 컴퓨터 및 이와 유사한 것과 같은, 정보 단말기 (IT) 장치 용 커버 플레이트 또는 창으로서 사용될 수 있다.

따라서, 본 개시의 하나의 관점은 두께 t < 0.5 ㎜를 갖고, 외부 영역, 및 내부 영역을 포함하는 강화 유리 제품을 제공하는 것으로, 상기 외부 영역은 상기 제품의 표면으로부터 상기 제품 내의 층의 깊이 DOL로 확장되며, 여기서 상기 외부 영역은 압축 응력 CS 하에 있고, 상기 내부 영역은, 중심 인장 CT 하, 및 여기서 -15.7(MPa/㎜)·t(㎜) + 52.5(MPa) < CT(MPa) ≤ 57(MPa) - 9.0(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 49.3(MPa/㎜)·ln²(t)(㎜)에 있고, 여기서 CT는 메가파스칼로 표시되며, t는 밀리미터(㎜)로 표시된다.

본 개시의 또 다른 관점은 두께 t < 0.5 ㎜를 갖고, 외부 영역 및 내부 영역을 포함하는 강화 유리 제품을 제공하는 것으로, 상기 외부 영역은 상기 제품의 표면으로부터 상기 제품 내의 층의 깊이 DOL로 확장되며, 여기서 상기 외부 영역은 압축 응력 CS 하에 있고, 상기 내부 영역은, 메가파스칼 (MPa)로 표시되고, CT(MPa) > -38.7(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 48.2(MPa)인, 중심 인장 CT 하에 있다. 상기 강화 유리 제품은, 상기 강화 유리 제품을 파손시키기에 충분한 지점 충격 (point impact)에 적용된 경우, 실질적으로 깨지기 쉽지 않다.

본 개시의 또 다른 관점은 두께 t < 0.5 ㎜를 갖고, 외부 영역 및 내부 영역을 갖는 강화 유리 제품을 제공하는 것으로, 상기 외부 영역은 상기 제품의 표면으로부터 상기 제품 내의 적어도 30 ㎛의 층의 깊이 DOL로 확장되며, 여기서 상기 외부 영역은 적어도 600 MPa의 압축 응력 CS 하에 있고, 상기 내부 영역은 중심 인장 CT, 및 여기서 -38.7(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 48.2(MPa) ≤ CT (MPa) ≤ 57(MPa) - 9.0(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 49.3(MPa/㎜)·ln²(t)(㎜)하에 있다. 상기 강화 유리 제품은 실질적으로 깨지기 쉽지 않고, 상기 강화 유리 제품을 파손시키기에 충분한 지점 충격에 적용된 경우 3 미만의 취약성 지수 (frangibility index)를 갖는다.

이들 및 다른 관점, 장점, 및 우수한 특색은 하기 상세한 설명, 수반된 도면, 및 첨부된 청구항으로부터 명백해질 것이다.

도 1a는 1) 파쇄 (fragmentation) 시 깨지기 쉬운 거동; 및 2) 파쇄시 깨지기 쉽지 않은 거동을 나타내는 강화 유리 제품을 나타내는 사진이다.
도 1b는 파쇄시 깨지기 쉽지 않은 거동을 나타내는 강화 유리 시트를 나타내는 사진이다.
도 1c는 상기 유리 샘플 및 상기 유리 샘플 상의 충격점 모두를 위치시키고, 파편 방출을 측정하는데 사용된 그리드 (grid)의 중심에 위치된 충격 후 샘플을 나타내는 사진이다.
도 2는 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 제품에 대한 유리 두께의 함수에 따른 한계 중심 인장의 그래프를 포함한다.
도 3은 강화 유리 제품의 대표적인 개략도이다;
도 4는 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 제품에 대한 유리 두께의 함수에 따른 한계 중심 인장의 그래프를 포함한다.

이하 상세한 설명에 있어서, 같은 참조 문자는 도면에 도시된 몇몇 도들을 통하여 같거나 대응하는 부분을 지목한다. 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 군의 적어도 하나를 포함하는 것으로 기술되는 경우, 상기 군은 개별적으로, 또는 서로의 조합으로 인용된 이들 요소의 수로 이루어지거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 포함하는 것으로 이해된다. 유사하게, 군이 요소 또는 이들의 조합의 적어도 하나로 이루어지는 것으로 기술되는 경우, 상기 군은 개별적으로, 또는 서로의 조합으로 인용된 이들 요소의 수로 이루어지는 것으로 이해된다. 특별한 언급이 없는 한, 범위의 값이 인용된 경우, 상기 범위의 상한 및 하한 모두 뿐만 아니라 이들 사이의 어떤 준-범위를 포함한다.

일반적으로 도면을 참조하면, 도면은 특정 구체 예를 설명하려는 목적이지, 본 발명 또는 첨부된 청구항을 제한하는 것은 아닌 것으로 이해될 것이다. 도면은 크기를 필요로 하지 않으며, 상기 도면의 어떤 특징 및 어떤 도들은 크기를 확대하여 도시될 수 있고, 선명도 및 간결성의 관점에서 개략적일 수 있다.

깨지기 쉬운 거동 (또한 여기서 "취약성 (frangibility)"이라 한다)은 유리 제품의 극심한 파쇄 (fragmentation) 거동을 의미한다. 깨지기 쉬운 거동은, 상기 제품 내에 과잉의 내부 또는 중심 인장 CT의 발달의 결과이어서, 파단 (fracture)시 상기 제품의 강력한 또는 활동적인 파쇄를 결과한다. 열적으로 템퍼링되거나, 적층되거나, 또는 화학적으로 강화된 (예를 들어, 이온 교환에 의해 강화된) 유리 제품에 있어서, 깨지기 쉬운 거동은 상기 유리 플레이트의 중심에서 인장 응력과 상기 유리 제품 (예를 들어, 플레이트 또는 시트)의 표면 또는 외부 영역에서 압축 응력 (CS)의 균형이 상기 제품으로부터 작은 유리 조각 및/또는 입자의 방출 또는 "토싱 (tossing)"으로 다중 균열 분지 (crack branching)를 유발하기에 충분한 에너지를 제공하는 경우 발생할 수 있다. 이러한 방출이 발생하는 속도 (velocity)는 중심 인장 CT로서 저장된, 상기 유리 제품 내에 과잉의 에너지의 결과이다.

유리 제품의 취약성은 중심 인장 CT 및 압축 응력 CS의 함수이다. 특히, 유리 제품 내의 중심 인장 CT는 압축 응력 CS로부터 계산될 수 있다. 압축 응력 CS는 표면 근처 (즉, 100 ㎛ 이내)에서 측정되어, 최대 CS 값 및 상기 압축 응력 층의 측정된 깊이 (또한 여기서 "층의 깊이" 또는 "DOL"이라 한다)를 제공한다. 압축 응력 및 층의 깊이는 기술분야에서 알려진 이들 수단들을 사용하여 측정된다. 이러한 수단들은, Luceo Co., Ltd. (Tokyo, Japan)에 의해 제조된 FSM-6000, 또는 이와 유사한 것과 같은, 상업적으로 이용가능한 기구를 사용하는 표면 응력의 측정 (FSM)을 포함하지만, 이에 제한되지 않으며, 압축 응력 및 층의 깊이를 측정하는 방법들은, 명칭이 "Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass"인 ASTM 1422C-99 및 "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 기재되며, 이들의 전체적인 내용은 여기서 참조로서 혼입된다. 표면 응력은, 유리의 복굴절 (birefringence)에 관련된, 응력 광학 계수의 정확한 측정에 의존한다. 결국 SOC는 명칭이 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"인, ASTM 표준 C770-98 (2008)에 기재되며, 이의 전체적인 내용이 참조로서 여기서 혼입되는, 섬유 및 4점 굽힘 방법들, 및 벌크 실린더 방법과 같은, 기술분야에서 알려진 이들 방법들에 의해 측정된다. CS 및 중심 인장 CT 사이의 관계는 하기 수학 식 1에 의해 제공된다:

[수학 식 1]

CT = (CS·DOL)/(t - 2 DOL)

여기서 t는 유리 제품의 두께이다. 특별한 언급이 없는 한, 중심 인장 CT 및 압축 응력 CS는 메가파스칼 (MPa)로 여기서 표시되고, 반면 두께 t 및 층의 깊이 DOL은 밀리미터 (㎜)로 표시된다. 유리 제품에 제공되거나 또는 디자인될 수 있는, 상기 압축 층의 깊이 DOL 및 압축 응력 CS의 최대 값은 이러한 깨지기 쉬운 거동에 의해 제한된다. 결과적으로, 깨지기 쉬운 거동은 다양한 유리 제품의 디자인을 고려한 하나의 고려사항이다.

깨지기 쉬운 거동은 다수의 작은 조각 (예를 들어, ≤1 ㎜)으로 강화 유리 제품 (예를 들어, 플레이트 또는 시트)의 파손; 상기 유리 제품의 단위 면적당 형성된 파편의 수; 상기 유리 제품에서 초기 균열로부터 다중 균열 분지; 및 파편의 본래의 위치로부터 명시된 거리 (예를 들어, 약 5 ㎝, 또는 약 2 inches)로 적어도 하나의 파편의 맹렬한 방출; 및 전술된 파손 (크기 및 밀도), 균열, 및 방출 거동 중 어떤 조합 중 적어도 하나를 특징으로 한다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "깨지기 쉬운 거동" 및 "취약성"은 코팅, 접착층, 또는 이와 유사한 것과 같은 어떤 외부 저지 없는 강화 유리 제품의 맹렬한 또는 활동적인 파쇄의 모드들을 의미한다. 코팅, 접착층, 및 이와 유사한 것들은 여기에 기재된 강화 유리 제품과 연관하여 사용될 수 있는 반면, 이러한 외부 저지는 상기 유리 제품의 취약성 또는 깨지기 쉬운 거동을 결정하는데 사용되지 않는다.

도 1a 및 1b는, 예를 들어, 탄화규소 팁을 갖는 압입자 (indenter)와 같은 날카로운 압입자 툴로 지점 충격시 강화 유리 제품의 깨지기 쉬운 거동 및 깨지기 쉽지 않은/실질적으로 깨지기 쉽지 않은 거동의 실시 예들을 예시한다. 깨지기 쉬운 거동을 결정하는데 사용된 지점 충격 시험은, 상기 유리 제품의 파쇄에 영향을 미치기 위해 필요한 힘을 제공하도록 측량되거나 또는 상기 유리 표면상에 낙하되는, 상기 강화 유리 제품 내에 존재하는 내부적으로 저장된 에너지를 방출하기에 정확히 충분한 힘으로 상기 유리 제품의 표면에 전달된 -상기 전술된 바와 같은- 압입자 툴을 포함한다. 즉, 상기 지점 충격력 (point impact force)은 강화 유리 시트의 표면에 적어도 하나의 새로운 균열을 생성하고, 중심 인장 CT 하에 있는 영역으로 압축 응력 CS 영역 (즉, 층의 깊이)을 통해 균열을 확장시키기에 충분하다. 이러한 균열을 생성하기에 충분한 지점 충격력은 상기 압입자 툴이 상기 유리 제품의 표면상에 낙하되는 거리 또는 상기 압입자 툴의 중량을 조정하여 조정될 수 있다. 강화 유리 시트에서 균열을 생성 또는 활성화시키기 위해 필요한 충격 에너지는 제품의 압축 응력 CS 및 층의 깊이 DOL에 의존하고, 따라서, 상기 시트가 강화된 조건 (즉, 이온 교환에 의해 유리를 강화시키는데 사용된 조건)에 의존한다. 그렇지 않으면, 각 이온 교환된 유리 플레이트는 상기 플레이트의 내부 영역에 균열을 전파하기에 충분한 날카로운 다트 압입자 (dart indenter) 접촉에 적용되고, 상기 내부 영역은 인장 응력하에 있다. 상기 유리 플레이트에 적용된 힘은 상기 균열이 상기 내부 영역의 시작에 도달하는데 정확히 충분하고, 따라서, 상기 외부 표면상에 다트 충격의 힘보다 상기 내부 영역에서 인장 응력으로부터 나오는 균열을 구동하는 에너지를 허용한다. 파편 방출을 정확히 측정하고, 상기 제품상에 충격점 및 상기 유리 제품 모두의 재현가능하게 위치시키기 위하여, 각 샘플은 이러한 재현성을 보장하기 위하여 그리드 상에 위치/배치될 수 있다. 도 1c는 이러한 그리드의 중심에 위치된 (충격 후) 샘플을 나타내는 사진이다. 배치 라인 (a)은 샘플로부터 샘플로 충격 지점의 일정한 위치 및 충격 이전에 중심 (c)에서 유리 샘플의 적절한 배치를 보장한다. 중심 (c)으로부터 방사하는 동심원 (Concentric circle) (b)은 각 유리 파편의 방출 거리를 측정하는데 사용된다.

도 1a 및 1b에 나타낸 유리 시트는, 0.5 ㎜의 두께를 갖는 샘플로서, 50 ㎜ x 50 ㎜ 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 플레이트이다. 각 샘플은 66.7 mol% SiO₂; 10.5 mol% Al₂O₃; 0.64 mol% B₂O₃; 13.8 mol% Na₂O; 2.06 mol% K₂O; 5.50 mol% MgO; 0.46 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO₂; 0.34 mol% As₂O₃; 및0.007 mol% Fe₂O₃; 또는 66.4 mol% SiO₂; 10.3 mol% Al₂O₃; 0.60 mol% B₂O₃; 14.0 mol% Na₂O; 2.10 mol% K₂O; 5.76 mol% MgO; 0.58 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO₂; 0.21 mol% SnO₂; 및0.007 mol% Fe₂O₃의 조성을 갖는다. 도 1a 및 1b에서 나타낸 각각의 유리 플레이트는 이온 교환된다.

도 1a를 참고하면, 유리 플레이트 (a) (도 1a)는 깨지기 쉬운 것으로 분류될 수 있다. 특히, 다중 유리 조각으로 파쇄된 유리 플레이트 (a)는 방출되고, 초기 균열로부터 큰 균열 분지를 나타내어 작은 조각을 생산한다. 상기 파편의 대략 50%는 1 ㎜ 미만의 크기이고, 약 8 내지 10 균열들이 초기 균열로부터 분지되는 것으로 추정된다. 유리 조각은 또한 도 1a에서 알 수 있는 바와 같이 원래의 유리 플레이트 (a)로부터 약 5 ㎝ 방출된다. 전술된 여기서 기재된 세 가지 기준 (즉, 많은 균열 분지, 방출, 및 극심한 파쇄) 중 하나를 나타내는 유리 제품은 깨지기 쉬운 것으로 분류된다. 예를 들어, 만약 유리가 단독으로 과잉의 분지를 나타내지만, 전술된 바와 같은, 방출 또는 극심한 파쇄를 나타내지 않는 경우, 상기 유리는 깨지기 쉬운 것을 특징으로 한다.

유리 플레이트 (b, c) (도 1b) 및 (d) (도 1a)는 깨지기 쉽지 않거나 또는 실질적으로 깨지기 쉽지 않은 것으로 분류된다. 각각의 이들 샘플에 있어서, 상기 유리 시트는 작은 수의 큰 조각으로 파손된다. 유리 플레이트 (b) (도 1b)는, 예를 들어, 균열 분지 없는 두 개의 큰 조작으로 파손되고; 유리 플레이트 (c) (도 1b)는 초기 균열로부터 두 개의 균열 분지를 갖는 네 조각으로 파손되며; 및 유리 플레이트 (d) (도 1a)는 초기 균열로부터 두 개의 균열 분지를 갖는 네 조각으로 파손된다. 방출된 파편의 부제 (즉, 이들의 원래 위치로부터 2 인치를 초과하여 더 힘있게 방출된 유리 조각이 없음), 보이지 않는 파편 ≤1 ㎜ 크기, 및 최소량의 관찰된 균열 분지에 기초하여, 샘플 (b, c 및 d)은 깨지기 쉽지 않은 또는 실질적으로 깨지기 쉽지 않은 것으로 분류된다.

전술된 것에 기초하여, 취약성 지수 (표 1)는 또 다른 사물과 충격시 유리, 유리 세라믹, 및/또는 세라믹 제품의 깨지기 쉬운 또는 깨지기 쉽지 않은 거동의 정도를 정량화하기 위해 구성될 수 있다. 깨지기 쉽지 않은 거동에 대한 1로부터 매우 깨지기 쉬운 거동 5까지의 범위인, 지수 숫자는 다른 수준의 취약성 또는 비-취약성을 묘사하기 위해 할당된다. 상기 지수를 사용하여, 취약성은 다수의 파라미터의 관점을 특징으로 한다: 1) 1 ㎜ 미만의 직경 (즉, 최대 치수)를 갖는 파편의 군집의 퍼센트 (표 1에서 "파편 크기"); 2) 상기 샘플의 단위 면적당 (이러한 경우에, ㎠) 형성된 파편의 수 (표 1에서 "파편 밀도"); 3) 충격시 형성된 초기 균열로부터 균열 분지의 수 (표 1에서 "균열 분지"); 및 4) 파편의 원래 위치로부터 약 5 ㎝ (또는 약 2 인치)를 초과하는 충격시 방출된 파편의 군집의 퍼센트 (표 1에서 "방출").

취약성 및 취약성 지수의 정도를 결정하기 위한 기준

취약성의 정도	취약성 지수	파편 크기 (% ≤1 ㎜)	파편 밀도 (파편/㎠)	균열 분지	방출 (% ≥ 5 ㎝)
고	5	> 20	>7	> 9	>6
중간	4	10 < n ≤ 20	5 < n ≤7	7 < n ≤9	4< n ≤6
저	3	5 < n ≤ 10	3 < n ≤5	5 < n ≤7	2 < n ≤4
무	2	0 < n ≤5	1< n ≤3	2 < n ≤5	0 < n ≤2
무	1	0	n ≤1	n ≤2	0

취약성 지수는 만약 제품이 특정 지수 값과 연관된 기준 중 적어도 하나를 충족시킨다면 유리 제품에 할당된다. 선택적으로, 만약 유리 제품이 두 개의 특정 수준의 취약성 사이의 기준을 충족한다면, 상기 제품은 취약성 지수 범위 (예를 들어, 2-3의 취약성 지수)로 할당될 수 있다. 상기 유리 제품은, 표 1에 열거된 개별적 기준으로부터 결정된 바와 같은, 취약성 지수의 가장 높은 값으로 할당될 수 있다. 다수의 경우들에 있어서, 표 1에 열거된, 파쇄 밀도 또는 이들의 원래 위치로부터 5 ㎝를 초과하여 방출된 파편의 퍼센트와 같은, 각각의 기준의 값을 확인하는 것이 가능하지 않다. 따라서 다른 기준은, 하나의 기준 수준 내에 속하는 유리 제품이 취약성 및 취약성 지수의 상응하는 정도에 할당되도록, 깨지기 쉬운 거동 및 취약성 지수의 개별적, 선택적 측정들이 고려된다. 만약 표 1에 열거된 네 개의 기준 중 어느 하나에 기초한 취약성 지수가 3 이상이라면, 상기 유리 제품은 깨지기 쉬운 것으로 분류된다.

도 1a 및 1b에서 나타낸 샘플에 전술한 취약성 지수를 적용하여, 다수로 분열된 유리 플레이트 (a)는 작은 조각으로 방출되고, 초기 균열로부터 큰 균열 분지를 나타내어 상기 작은 조각을 생산한다. 상기 파편의 대략 50%는 1㎜ 미만의 크기이고, 약 8 내지 10 균열들이 상기 초기 균열로부터 분지되는 것으로 추정된다. 표 1에 열거된 기준에 기초하여, 유리 플레이트 (a)는 4-5의 취약성 지수를 갖고, 중간-고 정도의 취약성을 갖는 것으로 구분된다.

3 미만의 취약성 지수 (저 취약성)을 갖는 유리 제품은 깨지기 쉽지 않거나, 또는 실질적으로 깨지기 쉽지 않은 것으로 고려될 수 있다. 유리 플레이트 (b, c, 및 d) 각각은 충격시 형성된 초기 균열로부터 다중 분지하는, 1㎜ 미만의 직경을 갖는 파편 및 파편들의 원래 위치로부터 5 ㎝를 초과하여 방출된 파편이 없다. 유리 플레이트 (b, c 및 d)는 깨지기 쉽지 않고, 따라서 1의 취약성 지수 (쉽게 깨지지 않는)를 갖는다.

이전에 논의된 바와 같이, 도 1a 및 1b에서, 깨지기 쉬운 거동을 나타내는, 유리 플레이트 (a) 및 깨지기 쉽지 않은 거동을 나타내는, 유리 플레이트 (b, c 및 d) 사이의 거동에서 관찰된 차이는 상기 시험된 샘플 중에서 중심 인장 CT에서 차이의 결과로 볼 수 있다. 이러한 깨지기 쉬운 거동의 가능성은, 휴대폰, 오락 장치와 같은 휴대용 또는 이동용 전자 장치를 위한 커버 플레이트 또는 창과 같은, 다양한 유리 제품뿐만 아니라 랩탑 컴퓨터와 같은 정보 단말기 (IT) 장치를 위한 디스플레이를 디자인하는데 하나의 고려사항이다. 더군다나, 유리 제품으로 디자인되거나 또는 제공될 수 있는, 상기 압축 층의 깊이 DOL 및 압축 응력 CS의 최대 값은 이러한 깨지기 쉬운 거동에 의해 제한된다.

따라서, 취약성을 피하기 위해 및 깨지기 쉽지 않거나 또는 실질적으로 깨지기 쉽지 않게 하기 (즉, 유리 플레이트 또는 유리 제품이 깨지기 쉬운 거동을 나타낼 5% 이하의 개연성 (probability)) 위하여, 유리 제품은, 압축 응력 CS 및 층의 깊이 DOL 모두를 고려하면서, 상기 유리 제품이 또 다른 물건으로 충격시 취약성을 피하기 위해 임계 (critical) 또는 한계 중심 인장 CT 이하의 중심 인장 CT를 갖도록 디자인될 수 있다. 약 2 ㎜ 이상의 두께를 갖는 유리 제품의 깨지기 쉬운 거동의 실험적 관찰에 기초하여, 지금까지는 허용가능하지 않는 깨지기 쉬운 거동을 생산하는 중심 인장의 "임계" 또는 "한계" 양 및 유리 두께 t 사이의 관계는 선형인 것으로 믿어진다. 허용가능하지 않은 깨지기 쉬운 거동의 시작 (또한 여기서 "임계" 또는 "한계" 중심 인장 값이라 한다)이 일어나는 것으로 믿어지는 상기 한계 중심 인장 CT의 예 (또한 여기서 "한계 CT"라 한다)는 도 2에서 두께 t의 함수에 따라 플롯된다 (선 (2)).

도 2에 도시된 선 (2)에 의한 나타낸 데이터는, 이온 교환에 의해 강화된, 66.7 mol% SiO₂; 10.5 mol% Al₂O₃; 0.64 mol% B₂O₃; 13.8 mol% Na₂O; 2.06 mol% K₂O; 5.50 mol% MgO; 0.46 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO₂; 0.34 mol% As₂O₃; 및0.007 mol% Fe₂O₃; 또는 66.4 mol% SiO₂; 10.3 mol% Al₂O₃; 0.60 mol% B₂O₃; 14.0 mol% Na₂O; 2.10 mol% K₂O; 5.76 mol% MgO; 0.58 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO₂; 0.21 mol% SnO₂; 및0.007 mol% Fe₂O₃의 조성을 갖는, 일련의 화학적으로 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 샘플에 대해 실험적으로 관찰된 거동에 기초한다. 상기 샘플의 각각은 적어도 2㎜의 두께를 갖는다. 도 2에서 선 (2)에 의해 나타낸 데이터는 상기 유리의 두께 t 및 (수학 식 1 및 CS, DOL, 및 t로부터 결정된 바와 같은) 한계 중심 인장 CT 사이의 관계가 선형 ("선형 한계 중심 인장 CT₂" 또는 "CT₂)인 것을 보여주며, 하기 수학 식 2로 표시된다:

[수학 식 2]

CT₂(MPa) = -15.7(MPa/㎜)·t(㎜) + 52.5(MPa)

수학 식 2는 적어도 2 ㎜의 두께를 갖는, 각각의 화학적으로 강화 유리 샘플들에 대해 얻어진 실험적 압축 응력 및 층의 깊이 데이터로부터 유도된다. 더 작은 두께로 추정하면, 수학 식 2는 여기에 기재된 강화 유리에 대한 CT의 더 낮은 한도를 제공한다. 두께 t ≥ 2 ㎜ 및 수학 식 2에서 표시된 샘플에 대해 얻어진 데이터로부터 유도된 중심 인장, 압축 응력, 및 층의 깊이 사이의 관계에 기인하여, 두께 t에 관련된 한계 CT₂의 선형 거동은 생성될 수 있는 압축 응력 및 층의 깊이의 양을 제한한다. 결과적으로, 어떤 적용, 특히 더 얇은 시트의 유리가 사용된 적용에 대한 디자인 유연성 (design flexibility)은, 이러한 선형 거동에 기초하여 제한되는 것으로 예상될 수 있다. 예를 들어, 유리 시트는 수학 식 2에 의해 예상되고, 도 2에서 선 (2)에 의해 예시된 한계 CT₂ 값 이하인 중심 인장을 달성하기 위한 CS 및 DOL 값을 달성하도록 강화될 수 있다.

여기에 기재된 바와 같이, 강화 유리 제품들, 특히, 2㎜ 미만의 두께 t를 갖는 유리 제품들에서 깨지기 쉬운 거동을 생산하는 중심 인장 CT의 임계 또는 한계 양 사이의 관계는 비선형이라는 것을 확인하였다. 따라서, 여기에 기재된 기준에 의해 정의된 바와 같은, 실질적으로 깨지기 쉽지 않은 (즉, 깨지기 쉬운 거동이 없는) 강화된 시트 또는 플레이트와 같은, 강화 유리 제품은 제공되고, 도 3에서 개략적으로 나타낸다. 강화 유리 제품 (300)은 상기 강화 유리 제품 (300)의 벌크로 제1 표면 (310)으로부터 층의 깊이 d₁까지 확장하는 제1 압축 층 (320)인, 두께 t를 갖는다. 도 3에서 나타낸 구현 예에 있어서, 유리 제품 (300)은 또한 제2 표면 (312)으로부터 층의 깊이 d₂까지 확장하는 제2 압축 층 (332)을 갖는다. 강화 유리 제품 (300)은 또한 d₁으로부터 d₂까지 확장하는 중심 영역 (330)을 갖는다. 중심 영역 (330)은, 압축 응력의 층들 (320 및 322)을 균형을 유지시키거나 또는 대응하는, 인장 응력 (tensile stress) 또는 중심 인장 (CT) 하에 있다. 제1 및 제2 압축 층 (320, 322)의 깊이 (d₁, d₂)는 제1 및 제2 표면 (310, 312)에 날카로운 충격에 의해 도입된 흠 (flaw)의 전파로부터 강화 유리 제품 (300)을 보호하는 반면, 상기 압축 응력은 제1 및 제2 압축 층 (210, 322)의 깊이 (d₁, d₂)를 통한 흠 침투의 가능성을 최소화시킨다. 상기 압축 응력 층 (320, 322)의 깊이 DOL은 상기 표면으로부터 측정된 압축 응력이 인장 응력 존 (내부 영역 (330))과 경계에서 응력을 0으로 감소시키는 점까지의 깊이이다. 중심 인장 CT 및 압축 응력 CS 사이의 관계는 이전에 나타낸 수학 식 1에 의해 제공된다:

[수학 식 1]

CT = (CS ·DOL)/(t - 2 DOL)

도 2를 참조하면, 허용가능하지 않는 깨지기 쉬운 거동의 시작 (또한 여기에서 임계 또는 한계 중심 인장이라 한다)이 사실상 발생하는 한계 중심 인장 (한계 CT)는 두께 t의 함수에 따라 플롯되고, 도 2에서 선 (1)에 의해 나타낸다. 선 (1)은 이온 교환된, 66.7 mol% SiO₂; 10.5 mol% Al₂O₃; 0.64 mol% B₂O₃; 13.8 mol% Na₂O; 2.06 mol% K₂O; 5.50 mol% MgO; 0.46 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO₂; 0.34 mol% As₂O₃; 및0.007 mol% Fe₂O₃; 또는 66.4 mol% SiO₂; 10.3 mol% Al₂O₃; 0.60 mol% B₂O₃; 14.0 mol% Na₂O; 2.10 mol% K₂O; 5.76 mol% MgO; 0.58 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO₂; 0.21 mol% SnO₂; 및0.007 mol% Fe₂O₃의 조성을 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 실험적으로 관찰된 거동에 기초한다. 선 (1)에 의해 나타낸 데이터는 상기 유리의 중심 인장 CT (이하 "비선형 한계 중심 인장 CT₁" 또는 "CT₁"이라 한다) 및 두께 t 사이의 관계가 사실상 비선형인 것을 나타내고, 하기 수학 식 3으로 표시된다:

[수학 식 3]

CT₁(MPa) ≤ -38.7(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 48.2(MPa)

수학 식 3은 약 1.4 ㎜ 미만의 두께를 각각 갖는, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 샘플의 압축 응력 CS 및 층의 깊이 DOL의 실험적 측정으로부터 유도된다. 유리 제품이 수학 식 2에 의해 나타낸 CT 및 t 사이의 이미 예상된 선형 관계에 의해 정의된 선형 중심 인장 CT₂를 초과하는 비선형 한계 중심 인장 CT₁을 갖는 것으로 관찰되었다. 따라서, 허용가능하지 않은 깨지기 쉬운 거동이 최소화되거나 또는 없는, 중심 인장 CT₁의 예상치 못한 범위는 하기 수학 식 4로 표시된다:

[수학 식 4]

-15.7(MPa/㎜)·t(㎜) + 52.5(MPa) ≤ CT₁(MPa) ≤ -38.7(MPa/㎜)·ln(t) (MPa) + 48.2(MPa)

도 2의 선 (1) 및 수학 식 3에 의해 예를 들면, 유리 제품 두께로 허용가능한 최대 CT₁ 사이의 비선형 관계는 유사하거나 또는 동일한 조성의 더 두꺼운 강화 유리 샘플에 대해 이전에 관찰된 거동에 비추어 예상되지 않는다. 만약 CT 및 두께 사이의 관계가 도 2의 선 (2)에 의해 입증되고, 수학 식 2로 표시된 바와 같이, 선형 (CT₂)이라면, 약 0.2 내지 2 ㎜ 범위의 부분 두께에 대한 CT 한계 취약성은 수학 식 3으로부터 결정된 것 미만일 것이고, CS 및 DOL 중 적어도 하나는 상응하게 제한될 것이다. 얇은 두께에서 압축 층의 깊이 (DOL) 및 압축 응력 CS의 최대 값은 또한 감소되어야 할 것이다. 도 2에서 나타낸 선형 거동에 의해 영향받는 바와 같은, 이들 범위에서 CS 및 DOL에서 이러한 감소는 어떤 적용에 대해 디자인 유연성을 제한할 것이다.

상기 한계 CT의 이전에 예상된 선형 거동 (도 2의 선 (2)에 의해 나타낸 CT₂)은 두께의 함수에 따른 취약성 t (도 2의 선 (1))에 대한 실제 한계 CT 한도 (CT₁) 사이의 비-선형 관계의 어떠한 암시도 제공하지 않는다. 이러한 예상치 못한 결과를 더욱 예시하기 위하여, 표 2는, 여기에 기재된, 도 2의 선 (1)으로부터 수학 식 3을 사용하여 계산된 사실상 비선형 한계 중심 인장 CT₁, 도 2의 선 (2)으로부터 수학 식 2를 사용하여 계산된 선형 한계 중심 인장 CT₂, 및 선택된 두께의 유리에 대한 수학 식들 (2 및 3)을 사용하여 계산된 한계 CT 값 (CT₁- CT₂) 사이의 차이점을 열거한다.

t (㎜)	CT₁ -38.7 ln(t) + 48.2 (MPa)	CT₂ -15.7 t + 52.5 (MPa)	(CT₁- CT₂) (-38.7 ln(t) + 48.2) - (-15.7 t + 52.5) (MPa)
1.5	32.5	28.9	3.6
1.25	37.6	32.9	4.7
1.0	48.2	36.8	11.4
0.75	59.3	40.7	18.6
0.5	75.0	44.7	30.4
0.45	79.1	45.4	33.7
0.40	83.7	46.2	37.5
0.35	88.8	47	41.8
0.3	94.8	47.8	47.0
0.25	101.8	48.6	53.2
0.20	110.5	49.4	61.1
0.16	119	50	69
0.11	134	50.8	83.2

표 2에 열거된 값으로부터 알 수 있는 바와 같이, 예상된 기대 한계 CT₂ (수학 식 2) 및 비선형 관계에 의해 예상된 사실상 한계 CT₁ (수학 식 3) 사이의 차이 (CT₁-CT₂)는 두께 t를 감소시킴에 따라 증가한다. CT가 두께 t, 층의 깊이 DOL, 및 압축 응력 CS (수학 식 1)과 연관되기 때문에, 여기에 기재된 비선형 관계 (CT₁; 수학 식 3)에 의해 예상된 더 큰 한계 CT 값은 깨지기 쉽지 않은 거동을 나타내는 강화 유리 시트를 디자인 및 제조하는데 사용될 수 있는 CS 및 DOL 값의 더 큰 범위를 제공한다; 즉, 3 미만의 취약성 지수를 갖는다. 그 결과, 깨지기 쉽지 않은 강화 유리 제품은 어떤 두께로 만들어질 수 있고, 가능한 이전에 믿는 것보다 더 큰 한계 중심 인장 CT를 갖도록 강화될 수 있다.

하나의 구현 예에 있어서, 상기 강화 유리 제품 (300)은, 전술된 바와 같이, 실질적으로 깨지기 쉽지 않거나, 또는 깨지기 쉬운 거동이 없다. 즉, 강화 유리 제품 (300)은 여기에 표 1에 기재된 바와 같이, 3 미만의 취약성 지수를 갖는다. 강화 유리 (300)의 파쇄를 유발하기에 충분한 힘으로 충격시, 1 ㎜ 이하 (표 1에서 "파편 크기")의 직경 (즉, 최대 치수)을 갖는 파편의 군집의 퍼센트 n₁은 5% 이하 (즉, 0% ≤ n ₁ ≤5%)이고; 상기 샘플의 단위 면적당 (예를 들어, ㎠) 형성된 파편의 수 n ₂ (표 1에서 "파편 밀도")는 3 파편/㎠ 이하이며; 충격시 형성된 초기 균열로부터 분지하는 균열의 수 n ₃ (표 1에 "균열 분지")는 5 이하 (즉, 0 ≤ n ₃ ≤5)이고; 및 충격시 파편들의 원래 위치로부터 약 5 ㎝ (또는 약 2 인치) 이상 방출되는 파편의 군집의 퍼센트 n ₄ 는 2% 이하 (즉, 0% ≤ n ₄ ≤2%)이다.

도 1의 선 (2)에서 알 수 있는 데이터는 두께의 함수에 따른 취약성의 한계 CT 한도 CT₁의 비-선형 거동의 어떠한 제안도 제공하지 않는다. 표 2에 열거된 값으로부터 알 수 있는 바와 같이, 수학 식 2에 의해 예견된 한계 CT 및 비선형 관계 (수학 식 3)에 의해 예견된 한계 CT 사이의 차이는 두께 t를 감소시킴에 따라 증가한다.

취약성을 피하기 위하여, 유리 제품이 허용가능하지 않는 깨지기 쉬운 거동 (즉, 더 얇은 두께에 대하여, 유리는 도 2에서 두께 t의 함수에 따라 플롯된 것 (선 (2)) 이상의 중심 인장을 가질 수 있다)을 생산하는 것으로 이전에 믿어진 비선형 중심 인장 한계보다 실질적으로 이상인 더 낮은 두께에서 중심 인장 CT를 갖도록 디자인될 수 있는 것으로 또한 발견하였다. 도 4를 참조하면, 허용가능하지 않는 깨지기 쉬운 거동의 시작이 0.75 ㎜ 이하의 두께를 갖는 유리 제품에서 사실상 발생하는, 한계 중심 인장은 두께 t의 함수에 따라 플롯되고, 선 (3)에 의해 나타낸다. 선 (3)은 1) 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 Sb₂O₃; 여기서 12 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 20 mol% 및 0 mol% ≤ MgO + CaO ≤ 10 mol; 또는 2) 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% CaO; 또는 3) 적어도 약 50 mol% SiO₂ 및 적어도 약 11 mol% Na₂O; 약 7 mol% 내지 약 26 mol% Al₂O₃; 0 mol% 내지 약 9 mol% B₂O₃; 0 mol% 내지 약 2.5 mol% K₂O; 0 mol% 내지 약 8.5 mol% MgO; 및 0 mol% 내지 약 1.5 mol% CaO의 조성을 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 실험적으로 관찰된 거동에 기초한다.

선 (3)에 의해 나타낸 데이터는 상기 유리의 두께 t 및 중심 인장 CT 사이의 관계가, 적어도 도 2에서 선 (1) (CT₁(MPa) ≤ -38.7(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 48.2(MPa)) 이상에서 0.75 ㎜ 미만의 두께에 대한 것이고, 하기 수학 식 5로 표시되는 것으로 나타낸다:

[수학 식 5]

CT₃(MPa) ≤ 57(MPa) - 9.0(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 49.3(MPa/㎜)·ln²(t)(㎜)

수학 식 5는 약 0.75㎜ 이하의 두께를 각각 갖는, 이온 교환된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 샘플의 층의 깊이 DOL 및 압축 응력 CS의 실험적 측정에 의해 유도된다. 비선형 한계 중심 인장 CT₃를 갖는 유리 제품이 수학 식 1에 의해 나타낸 CT 및 t 사이의 이미 예상된 선형 관계에 의해 정의된 선형 중심 인장 CT₂보다 크고, 및 0.75 ㎜ 미만 두께에 대해, 수학 식 3에 의해 나타낸 비선형 중심 인장 CT₁보다 큰 것으로 관찰되었다. 허용가능하지 않는 깨지기 쉬운 거동이 최소화되거나 또는 없는 (유리 플레이트 또는 유리 제품이 깨지기 쉬운 거동은 나타낼 5% 이하의 개연성) 중심 인장 CT₃의 예상치 않은 총 범위는, 따라서, 하기 수학 식 6으로 표시된다:

[수학 식 6]

-15.7(MPa/㎜)·t(㎜) + 52.5(MPa) < CT₃(MPa) ≤ 57(MPa) - 9.0(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 49.3(MPa/㎜)·ln²(t)(㎜)

허용가능하지 않은 깨지기 쉬운 거동이 최소화되거나 또는 없는 (유리 플레이트 또는 유리 제품이 깨지기 쉬운 거동은 나타낼 5% 이하의 개연성) CT₁ 이상의 예상치 못한 범위의 중심인장 CT₃는, 하기 수학 식 7에 의해 표시된다:

[수학 식 7]

-38.7(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 48.2(MPa) ≤ CT₃(MPa) ≤ 57(MPa) - 9.0(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 49.3(MPa/㎜)·ln²(t)(㎜)

도 4의 선 (3) 및 수학 식 5에 의해 예를 들면, 유리 제품 두께로 허용가능한 최대 CT₃ 사이의 관계는 더 두꺼운 강화 유리 샘플에 대해 이전에 관찰된 거동을 비추어 예상되지 않는다. 이러한 예상치못한 결과를 더욱 예시하기 위하여, 표 3은 0.3 ㎜ 두께만큼 낮은 샘플 상에서 측정된 사실상 비선형 한계 중심 인장 CT₃를 포함한다.

t (㎜)	CT₁ -38.7 ln(t) + 48.2 (MPa)	CT₃ 57 - 9.0·ln(t) + 49.3·ln²(t) (MPa)
0.75	59.3	64
0.7	62	67
0.5	75.0	87
0.45	79.1	95.6
0.4	83.7	106.6
0.35	88.8	120.8
0.3	94.8	132
0.25	101.8	164.2
0.2	110.5	199.2
0.16	119	250
0.11	134	312

표 3은 0.75 ㎜ 이하의 두께 t를 감소에 따른 한계 CT₁ (수학 식 3) 및 한계 CT₃ (수학 식 5) 사이의 차이를 반영한다. CT가 두께 t, 층의 깊이 DOL, 및 압축 응력 CS (수학 식 1)와 관련됨에 따라, 여기에 기재된 비선형 관계에 의해 예상되는 더 큰 한계 CT 값 (CT₃, 수학 식 5)은 수학 식 3에서 예상된 바와 같은 3 미만 (즉, 유리 플레이트 또는 유리 제품이 깨지기 쉬운 거동은 나타낼 5% 이하의 개연성을 갖는 깨지기 쉽지 않거나 또는 실질적으로 깨지기 쉽지 않은 거동)인 취약성 지수를 갖는 강화 유리 시트를 디자인하고 제조하는데 사용될 수 있는 더 큰 범위의 CS 및 DOL을 제공한다. 그 결과, 깨지기 쉽지 않은 강화 유리 제품은 어떤 두께에서 만들어질 수 있고, 이전에 가능하다고 믿었던 것보다 더 큰 한계 중심 인장 CT를 갖도록 강화될 수 있다.

하나의 구현 예에 있어서, 수학 식 5에 따라 제작된 강화 유리 제품 (예를 들어, 강화 유리 제품 (300))은, 전술된 바와 같이, 깨지기 쉽지 않거나, 실질적으로 깨지기 쉽지 않거나, 또는 깨지기 쉬운 거동이 없다. 즉, 강화 유리 제품 (300)은 여기서 표 1에 기재된 바와 같은, 3 미만의 취약성 지수를 갖는다. 강화 유리 (300)의 파쇄를 유발하기에 충분한 힘으로 충격시, 1 ㎜ 이하의 직경 (즉, 최대 치수)을 갖는 파편의 군집의 퍼센트 n ₁ (표 1에서 "파편 크기")은 5% 이하 (즉, 0% ≤ n ₁ ≤5%)이고; 상기 샘플의 단위면적당 (예를 들어, ㎠) 형성된 파편의 수 (표 1에서 "파편 밀도")는 3 파편/㎠ 이하이며; 충격식 형성된 초기 균열로부터 분지하는 균열의 수 n ₃ (표 1에서 "균열 분지) 는 5 이하 (즉, 0 ≤ n ₃ ≤ 5)이고; 및 충격시 파편들의 본래 위치로부터 약 5 ㎝ (또는 약 2 인치) 이상 방출된 파편의 군집의 퍼센트 (표 1에서 "방출")은 2% 이하 (즉, 0% ≤ n ₄ ≤ 2%)이다.

여기에 기재된 강화 유리 제품은 다수의 조성물을 포함할 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 강화 유리 제품은 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함한다. 하나의 특정 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 66.7 mol% SiO₂; 10.5 mol% Al₂O₃; 0.64 mol% B₂O₃; 13.8 mol% Na₂O; 2.06 mol% K₂O; 5.50 mol% MgO; 0.46 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO₂; 0.34 mol% As₂O₃; 및0.007 mol% Fe₂O₃인 조성물을 갖는다. 또 다른 특정 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 66.4 mol% SiO₂; 10.3 mol% Al₂O₃; 0.60 mol% B₂O₃; 14.0 mol% Na₂O; 2.10 mol% K₂O; 5.76 mol% MgO; 0.58 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO₂; 0.21 mol% SnO₂; 및0.007 mol% Fe₂O₃인 조성물을 갖는다.

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% CaO을 포함하고; 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%이다. 상기 유리는, 2007년 5월 18일자로 출원된 미국 가 특허출원 제60/930,808호에 우선권을 주장하여, 2007년 7월 27일자로 Adam J. Ellison 등에 의해, 발명의 명칭이 "Down-Drawable, Chemically Strengthened Glass for Cover Plate"로 출원된, 미국특허 제7,666,511호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 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, 및 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; 0mol% 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 29일자로 출원된 미국 가 특허출원 제61/004,677호의 우선권을 주장하여, 2008년 11월 25일자로 Matthew J. Dejneka 등에 의해, 발명의 명칭이 "Slasses Having Improved Toughness And Scratch Resistance"로 출원된, 미국 특허출원 제12/277,573호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 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% CeO₂, 여기서 12 mol% ≤ Li₂O + Na₂O + K₂O ≤ 20 mol%, 및 50 ppm 미만의 As₂O₃를 포함한다. 상기 유리는, 2008년 2월 26일자로 출원된 미국 가 특허출원 제61/067,130호의 우선권을 주장하여, 2009년 2월 25일자로 Sinue Gomez 등에 의해, 발명의 명칭이 "Fining Agents for Silicate Glasses"로 출원된, 미국특허 제8,158,543호, 및 2012년 6월 13일자로 Sinue Gomez 등에 의해 발명의 명칭이 "Silicate Glasses Having Low Seed Concentration"로 출원된, 미국 특허출원 제13/495,355호에 기재되며, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 SiO₂ 및 Na₂O를 포함하고, 여기서 상기 유리는 상기 유리가 35 kilo poise (kpoise)의 점도를 갖는 온도 T_35kp를 갖고, 여기서 지르콘이 ZrO₂ 및 SiO₂를 형성하기 위해 파괴되는 온도 T_파괴는 T_35kp보다 더 높다. 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 29일자로 출원된 미국 가 특허출원 제61/235,762호의 우선권을 주장하여, 2010년 8월 10일자로 Matthew J. Dejneka 등에 의해, 발명의 명칭이 "Zircon Compatible Glasses for Down Draw"로 출원된, 미국 특허출원 제12/856,840호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 50 mol% 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 21일자로 출원된 미국 가 특허출원 제61/235,767호의 우선권을 주장하여, 2010년 8월 18일자로 Kristen L. Barefoot 등에 의해, 발명의 명칭이 "Crack And Scratch Resistant Glass and Enclosures Made Therefrom"으로 출원된, 미국 특허출원 제12/858,490호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 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%)] ≤ 1.2, 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 어떤 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 30일자로 출원된 미국 가 특허출원 제61/417,941호의 우선권을 주장하여, 2011년 11월 28일자로, Dana C. Bookbinder 등에 의해 발명의 명칭이 "Ion Exchangeable Glass with Deep Compressive Layer and High Damage Threshold"로 출원된, 미국 특허출원 제13/305,271호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 4 mol% P₂O₅를 포함하고, 여기서 (M₂O₃(mol%)/R_xO(mol%)) < 1, 여기서 M₂O₃ = Al₂O₃ + B₂O₃, 및 여기서 R_xO는 상기 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 16일자로 출원된 미국 가 특허출원 제61/560,434호의 우선권을 주장하여, 2012년 11월 15일자로 Timothy M. Gross에 의해, 발명의 명칭이 "Ion Exchangeable Glass with High Crack Initiation Threshold"로 출원된, 미국 특허출원 제13/677,805호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 50 mol% SiO₂ 및 적어도 약 11 mol% Na₂O를 포함하고, 상기 압축 응력은 적어도 약 900 MPa이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 Al₂O₃ 및 B₂O₃, K₂O, MgO 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함하고, 여기서 -340 + 27.1·Al₂O₃ - 28.7·B₂O₃ + 15.6·Na₂O - 61.4·K₂O + 8.1·(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 1일자로 출원된 미국 가 특허출원 제61/503,734호의 우선권을 주장하여, 2011년 6원 26일자로 Matthew J. Dejneka 등에 의해, 발명의 명칭이 "Ion Exchangeable Glass with High Compressive Stress"로 출원된, 미국 특허출원 제13/533,298호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.

다른 구현 예에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트는 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%이고; 및 B₂O₃를 포함하며, 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 조합, 여기서 0 mol% ≤ MgO ≤ 6 및 0 ≤ ZnO ≤ 6 mol%이고; 및 선택적으로, CaO, BaO, 및 SrO 중 적어도 하나를 포함하고, 여기서 0 mol% ≤ CaO + SrO + BaO ≤ 2 mol%이다. 상기 유리는 2012년 5월 31일자 Matthew J. Dejneka 등에 의해, 발명의 명칭이 "Ion Exchangeable Glass with High Damage Resistance"로 출원된, 미국 가 특허출원 제61/653,485호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 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 Al₂O₃(mol%) < R₂O(mol%); 및 B₂O₃를 포함하고, 여기서B₂O₃(mol%) - (R₂O(mol%) - Al₂O₃(mol%)) ≥ 3 mol%이다. 어떤 구현 예에 있어서, 상기 유리는 적어도 약 50 mol%의 SiO₂, 약 9 mol% 내지 약 22 mol%의 Al₂O₃; 약 3 mol% 내지 약 10 mol%의 B₂O₃; 약 9 mol% 내지 약 20 mol%의 Na₂O; 0 mol% 내지 약 5 mol%의 K₂O; 적어도 약 0.1 mol% 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 범위에서 점도를 갖는 온도와 동일한 지르콘 파괴 온도를 갖는다. 상기 유리는 2012년 5월 31일자로 Matthew J. Dejneka 등에 의해, 발명의 명칭이 "Zircon Compatible, Ion Exchangeable Glass with High Damage Resistance"로 출원된, 미국 가 특허출원 제61/653,489호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.

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

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

하나의 구현 예에 있어서, 유리 제품 (300)과 같은, 여기에 기재된 유리 제품은, 이온 교환에 의해 화학적으로 강화된다. 이러한 공정에 있어서, 상기 유리의 표면층에서 이온은 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온으로 대체 - 또는 교환-된다. 상기 유리 제품이 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 또는 이루어는 이들 구현 예에 있어서, 상기 유리의 표면층에서 이온 및 더 큰 이온은 (상기 유리에 존재하는 경우) Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, 및 Cs⁺과 같은, 일가 알칼리 금속 양이온이다. 선택적으로, 상기 표면층에서 일가 양이온은 Ag⁺ 또는 이와 유사한 것과 같은, 알칼리 금속 양이온 외에 다른 일가 양이온으로 대체될 수 있다.

이온 교환 공정은 통상적으로 유리에서 더 작은 이온과 교환되는 더 큰 이온을 함유하는 용융염 욕조에 유리 제품을 함침시켜 수행된다. 욕조 조성물 및 온도, 함침 시간, 염 욕조 (또는 욕조들)에 유리의 함침의 수, 다중 염 욕조들의 사용, 어닐링, 세척, 및 이와 유사한 것과 같은 부가적 단계를 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 이온 교환 공정에 대한 파라미터는 일반적으로 상기 유리의 조성물 및 강화 작동의 결과로서 원하는 층의 깊이 및 압축 응력에 의해 결정되는 것으로 기술분야의 당업자에게 쉽게 인식될 것이다. 예로서, 알칼리 금속-함유 유리의 이온 교환은 더 큰 알칼리 금속 이온의 질산염, 황산염, 및 염화물과 같은 염을 함유하지만, 이에 제한되지 않는, 적어도 하나의 용융 욕조에 함침시켜 달성될 수 있다. 상기 용융염 욕조의 온도는 통상적으로 약 380℃ 내지 약 450℃의 범위이고, 함침 시간은 약 15분 내지 약 16 시간의 범위이다. 그러나, 전술된 것과 다른 온도 및 함침 시간은 또한 사용될 수 있다. 이러한 이온 교환 처리는 통상적으로 약 200 MPa 내지 약 800 MPa의 범위인 압축 응력 및 약 200 MPa 미만의 중심 인장을 갖는 약 10 ㎛ 내지 적어도 50 ㎛ 범위의 층의 깊이를 갖는 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 결과한다.

이온 교환 공정의 비-제한적인 실시 예들은 이미 전술된 미국 특허출원 및 가 특허출원에서 제공된다. 부가적으로, 유리가 함침 사이에 세척 및/또는 어닐링 단계와 함께, 다중 이온 교환 욕조에 함침되는, 이온 교환 공정의 비-제한적 실시 예들은 Douglas C. Allan 등에 의해, 발명의 명칭이 "Slass with Compressive Surface for Consumer Applications"으로 출원되고, 2008년 7월 11일자로 출원된, 미국 가 특허출원 제61/079,995호의 우선권을 청구하는, 미국 특허출원 제12/500,650호에서 기재되며, 여기서 유리는 다른 농도의 염 욕조에서 다중, 연속적, 이온 교환 처리로 함침시켜 강화되고; 및 2008년 7월 29일자로 출원된 미국 가 특허출원 제61/084,398호에 우선권을 청구하고, 2009년 7월 28일자로 Christopher M. Lee 등에 의해, 발명의 명칭이 "Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass"으로 출원된, 미국특허 제8,312,739호에 기재되며, 여기서 유리는 유출 이온으로 희석된, 제1 욕조에서 이온 교환에 의해 강화되고, 상기 제1 욕조보다 더 작은 농도의 유출 이온 (effluent ion)을 갖는 제2 욕조에 함침을 수반한다. 미국 가 특허출원 제61/079,995호 및 제61/084,398호의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.

하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 슬롯-인발, 융합 인발, 재-인발, 및 이와 유사한 것과 같은 기술분야에서 알려진 공정에 의해 다운-인발 가능하고, 적어도 130 kilopoise의 액상 점도를 갖는다.

몇몇 구현 예에 있어서, 상기 강화 유리 제품은 약 2 ㎜까지 두께를 갖고, 특정 구현 예에 있어서, 상기 두께는 약 0.1 ㎜ 내지 약 2 ㎜의 범위이다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 제품의 두께는 약 0.1 ㎜ 내지 약 0.7 ㎜, 약 0.5 ㎜ 내지 약 0.75 ㎜ 또는, 다른 구현 예에 있어서, 약 0.9 ㎜ 내지 약 2 ㎜의 범위이다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 강화 유리 제품은 또한 더 얇은 두께, 예를 들어, 0.5 ㎜ 미만의 두께에서 실질적으로 깨지기 쉽지 않을 수 있다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 강화 유리 제품은 0.3 ≤ t < 0.5 ㎜으로 정의된, 두께를 포함할 수 있다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 강화 유리 제품의 두께는 0.3 내지 0.45 ㎜사이일 수 있다.

더군다나, 상기 강화 유리 제품의 외부 영역은 적어도 30 ㎛의 층의 깊이 및 적어도 600 MPa의 압축 응력을 가질 수 있다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 층의 깊이는 적어도 약 40 ㎛, 또는 적어도 약 52 ㎛일 수 있다. 더욱이, 상기 강화 유리 제품의 외부 영역은 700 MPa 초과, 또는 약 700 내지 800 MPa 사이의 압축 응력을 포함할 수 있다.

실질적으로 깨지기 쉽지 않거나, 또는 (즉, 여기에 기재된 바와 같은, 3 미만의 취약성 지수를 갖는) 깨지기 쉬운 거동이 없는 강화 유리 제품의 제조방법은 또한 제공된다. 두께 t를 갖는 유리 제품은 먼저 제공된다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리 제품은, 전술된 바와 같은, 알칼리 알루미노실리케이트 유리이다. 압축 응력 CS는 상기 유리 제품을 강화하기 위해 상기 유리 제품의 외부 영역에 생성된다. 상기 압축 응력 CS는 CT(MPa) ≤ -38.7(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 48.2(MPa)이 되도록 상기 유리 제품의 중심 영역에서 중심 인장 CT를 발생시키는데 충분하다. 하나의 구현 예에 있어서, 압축 응력 CS는 -15.7 t + 52.5 ≤ CT ≤ -38.7 ln(t) + 48.2이 되도록 상기 유리 제품의 중심 영역에서 중심 인장 CT를 발생시키는데 충분하다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 제품은, 전술된 바와 같은, 알칼리 알루미노실리케이트 유리이다. 상기 압축 응력 CS는 상기 유리 제품을 강화하기 위해 상기 유리 제품의 외부 영역에 생성된다. 상기 압축 응력 CS는 CT(MPa) ≤ 57(MPa) - 9.0(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 49.3(MPa/㎜)·ln²(t)(㎜). - 38.7(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 48.2(MPa)이 되도록 상기 유리 제품의 중심 영역에 중심 인장 CT를 발생시키는데 충분하다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 압축 응력 CS는 -15.7 t + 52.5 ≤ CT ≤57(MPa) - 9.0(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 49.3(MPa/㎜)·ln²(t)(㎜) 또는 -38.7(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 48.2(MPa) ≤ CT (MPa) ≤ 57(MPa) - 9.0(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 49.3(MPa/㎜)·ln²(t)(㎜)이 되도록 상기 유리 제품의 중심 영역에 중심 인장 CT를 발생시키는데 충분하다.

하나의 구현 예에 있어서, 상기 압축 응력은, 예를 들어, 여기에서 전술된, 이온 교환 공정에 의해, 상기 유리 제품을 화학적으로 강화시켜 생성되고, 여기서 상기 유리 제품의 외부 영역에 복수의 제1 금속 이온은, 상기 외부 영역이 복수의 제2 금속 이온을 포함하도록, 복수의 제2 금속 이온과 교환된다. 각각의 제1 금속 이온은 제1 이온 반경을 갖고, 각각의 제2 알칼리 금속 이온은 제2 이온 반경을 갖는다. 상기 제2 이온 반경은 상기 제1 이온 반경보다 크고, 외부 영역에 더 큰 제2 알칼리 금속 이온의 존재는 상기 외부 영역에 압축 응력을 생성한다.

제1 금속 이온 및 제2 금속 이온 중 적어도 하나는 알칼리 금속의 이온이 바람직하다. 상기 제1 이온은 리튬, 나트륨, 칼륨, 및 루비듐의 이온일 수 있다. 상기 제2 금속 이온은 제2 알칼리 금속 이온이 제1 알칼리 금속 이온보다 이온 반경이 더 크다는 조건으로, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 및 세슘 중 하나의 이온 일 수 있다.

(도 3에 나타낸, 유리 제품 (300)과 같은) 강화 유리 제품 (300)은, 전화, 음악 플레이어, 비디오 플레이어, 또는 이와 유사한 것과 같은 휴대용 통신 및 오락장치와 같은, 디스플레이 및 터치 스크린 적용을 위한 보호용 커버 플레이트 (여기서 사용된 바와 같은, 용어 "커버 플레이트"는 창 또는 이와 유사한 것을 포함한다); 및 정보-관련 단말기 (IT) (예를 들어, 휴대용 또는 랩탑 컴퓨터) 장치를 위한 디스플레이 스크린; 뿐만 아니라 기타 적용들에 사용될 수 있다.

통상적인 구현 예들이 예시를 목적으로 서술되는 것으로, 상기 상세한 설명은 본 개시 또는 첨부된 청구항의 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 예를 들어, 이온 교환 이외의 공정들이 유리를 강화하는데 사용될 수 있고, 상기 유리를 강화시키는 다른 수단은 상기 유리에 압축 응력을 달성하기 위해 서로 조합되어 사용될 수 있다. 하나의 선택적인 구현 예에 있어서, 은 또는 이와 유사한 것과 같은, 금속 이온은 이온 교환 공정에서 알칼리 금속 이온 대신에 -또는 조합시켜- 사용될 수 있다. 따라서, 다양한 변형, 채택, 및 변경은 본 개시 또는 첨부된 청구항의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 당업자에 의해 발생할 수 있다.

Claims

두께 t < 0.5 ㎜를 갖는 외부 영역, 및 내부 영역을 포함하는 강화 유리 제품으로:
상기 외부 영역은 상기 제품의 표면으로부터 상기 제품 내의 층의 깊이 DOL로 확장되며, 여기서 상기 외부 영역은 압축 응력 CS 하에 있고; 및
상기 내부 영역은, 중심 인장 CT 하, 및 여기서 -15.7(MPa/㎜)·t(㎜) + 52.5(MPa) < CT(MPa) ≤ 57(MPa) - 9.0(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 49.3(MPa/㎜)·ln²(t)(㎜)에 있는 강화 유리 제품.
청구항 1에 있어서,
상기 강화 유리 제품은, 강화 유리 제품을 파손시키기에 충분한 충격점에 적용된 경우, 실질적으로 깨지지 않는 강화 유리 제품.
청구항 1에 있어서,
상기 강화 유리 제품은, 강화 유리 제품을 파손시키기에 충분한 충격점에 적용된 경우, 3 미만의 취약성 지수를 갖는 강화 유리 제품.
청구항 3에 있어서,
상기 강화 유리 제품은 충격점에 의해 파손되고, 상기 강화 유리 제품은 0% ≤ n ₁ ≤5%의 파편 크기 n ₁ (% ≤1 ㎜), 0 파편/㎠ ≤ n ₂ ≤ 3 파편/㎠의 파편 밀도 n ₂ (파편/㎠) , 0 ≤ n ₃ ≤ 5의 균열 분지 n ₃ 및 0% ≤ n ₄ ≤ 2%의 방출 n ₄ (% ≥ 5 ㎝), 또는 이의 조합 중 적어도 하나를 나타내는 강화 유리 제품.
청구항 1에 있어서,
상기 외부 층은 적어도 30 ㎛의 층의 깊이 및 적어도 600 MPa의 압축 응력을 포함하는 강화 유리 제품.
청구항 5에 있어서,
상기 외부 층은 적어도 약 700 MPa의 압축 응력을 포함하는 강화 유리 제품.
청구항 5에 있어서,
상기 외부 층은 적어도 약 52 ㎛의 층의 깊이를 포함하는 강화 유리 제품.
청구항 1에 있어서,
상기 강화 유리 제품의 두께는 0.3 ≤ t < 0.5 ㎜인 강화 유리 제품.
청구항 8에 있어서,
상기 강화 유리 제품의 두께는 0.3 ≤ t ≤ 0.45 ㎜인 강화 유리 제품.
청구항 1에 있어서,
상기 강화 유리 제품은 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 강화 유리 제품.
두께 t < 0.5 ㎜를 갖고, 외부 영역 및 내부 영역을 포함하는 강화 유리 제품으로:
상기 외부 영역은 상기 제품의 표면으로부터 상기 제품 내의 층의 깊이 DOL로 확장하며, 여기서 상기 외부 영역은 압축 응력 CS 하에 있고; 및
상기 내부 영역은 중심 인장 CT 하에 있으며, 여기서 CT(MPa) > -38.7(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 48.2(MPa), 및 상기 강화 유리 제품은, 상기 강화 유리 제품을 파손시키기에 충분한 충격점에 적용된 경우, 실질적으로 깨지기 쉽지 않은 강화 유리 제품.
청구항 11에 있어서,
상기 외부 층은 적어도 30 ㎛의 층의 깊이 및 적어도 600 MPa의 압축 응력을 포함하는 강화 유리 제품.
청구항 12에 있어서,
상기 외부 층은 적어도 약 700 MPa의 압축 응력을 포함하는 강화 유리 제품.
청구항 12에 있어서,
상기 외부 층은 적어도 약 52 ㎛의 층의 깊이를 포함하는 강화 유리 제품.
청구항 11에 있어서,
상기 강화 유리 제품의 두께는 0.3 ≤ t < 0.5 ㎜인 강화 유리 제품.
청구항 15에 있어서,
상기 강화 유리 제품의 두께는 0.3 ≤ t ≤ 0.45 ㎜인 강화 유리 제품.
청구항 11에 있어서,
상기 강화 유리 제품은 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 강화 유리 제품.
두께 t < 0.5 ㎜를 갖고, 외부 영역 및 내부 영역을 갖는 강화 유리 제품으로:
상기 외부 영역은 상기 제품의 표면으로부터 상기 제품 내의 적어도 30 ㎛의 층의 깊이 DOL로 확장하며, 여기서 상기 외부 영역은 적어도 600 MPa의 압축 응력 CS 하에 있고; 및
상기 내부 영역은 중심 인장 CT, 및 여기서 -38.7(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 48.2(MPa) ≤ CT (MPa) ≤ 57(MPa) - 9.0(MPa/㎜)·ln(t)(㎜) + 49.3(MPa/㎜)·ln²(t)(㎜)하에 있으며;
여기서 상기 강화 유리 제품은 실질적으로 깨지기 쉽지 않고, 상기 강화 유리 제품을 파손시키기에 충분한 충격점에 적용된 경우, 3 미만의 취약성 지수를 갖는 강화 유리 제품.
청구항 18에 있어서,
상기 강화 유리 제품은 충격점에 의해 파손되고, 상기 강화 유리 제품은 0% ≤ n ₁ ≤5%의 파편 크기 n ₁ (% ≤1 ㎜), 0 파편/㎠ ≤ n ₂ ≤ 3 파편/㎠의 파편 밀도 n ₂ (파편/㎠) , 0 ≤ n ₃ ≤ 5의 균열 분지 n ₃ 및 0% ≤ n ₄ ≤ 2%의 방출 n ₄ (% ≥ 5 ㎝), 또는 이의 조합 중 적어도 하나를 나타내는 강화 유리 제품.
청구항 18에 있어서,
상기 외부 층은 적어도 700 MPa의 압축 응력을 포함하는 강화 유리 제품.
청구항 18에 있어서,
상기 외부 층은 적어도 약 52 ㎛의 층의 깊이를 포함하는 강화 유리 제품.
청구항 18에 있어서,
상기 강화 유리 제품의 두께는 0.3 ≤ t < 0.5 ㎜인 강화 유리 제품.
청구항 22에 있어서,
상기 강화 유리 제품의 두께는 0.3 ≤ t ≤ 0.45 ㎜인 강화 유리 제품.
청구항 18에 있어서,
상기 강화 유리 제품은 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 강화 유리 제품.