KR20170139094A - 에지 및 모서리 강화 제품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

유리, 유리-세라믹 또는 세라믹을 포함하며, 복수의 주 표면, 측면 에지, 및 두께를 갖는 강화 제품 (및 이를 제조하는 방법)은 제공된다. 상기 제품은 또한 주 표면들 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 압축 응력 영역; 상기 주 표면 및 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 상기 제품의 무게중심까지 연장되는 중심 영역; 및 상기 주 표면들 및 에지들 사이에서 상기 경계까지 연장되는 외부 영역을 포함한다. 더욱이, 외부 영역 내에 최대 주 응력은, 중심 영역 내에 최대 주 응력의 2배 이하이다. 상기 주 표면 및 측면 에지는, 복수의 모서리를 한정할 수 있고, 및 상기 모서리는 챔퍼, 필릿, 또는 곡선 형상에 의해 한정될 수 있다.

Description

에지 및 모서리 강화 제품 및 이의 제조 방법

본 출원은 2015년 4월 21일자에 출원된 미국 가 특허출원 제62/150,563호의 우선권을 주장하며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.

본 개시는 일반적으로 강화된 에지, 측면 및 모서리 강도 특성을 갖는 강화된 유리, 유리-세라믹 및 세라믹 제품, 및 이러한 향상을 이루는 방법에 관한 것이다.

현재, 화학적-템퍼링된 및 이온-교환된 유리, 유리-세라믹, 및 세라믹은, 다수의 전자 장치 부품에 사용되어 외력의 적용하에서 이들 부품의 강도 성능을 개선시킨다. 예를 들어, 이온-교환 유리는 많은 이동 전화 장치에서 실질적으로 투명한 디스플레이 기판으로 사용된다. 다수의 적용에서, 이온-교환 제품의 에지 및 모서리는, 강화 공정 후에 제품에 존재하는 국부적인 인장 응력 수준에 기인하여 이들 외력에 취약할 수 있다.

몇몇 경우에서, 높은 인장 응력 수준은, 이온-교환 강화 공정 유래의 표면 물질의 성장으로 인해, 제품의 모서리 및 에지 근처에서 관찰된다. 유리에서 통상적인 이온-교환 응력 프로파일은, 대략 50 microns의 깊이에서 인지 가능한 압축 응력으로 500MPa를 초과하는 매우 높은 압축 응력 (CS)을 생성한다. 제품 내에서, 특히 제품의 주 표면에 근접하여, 이러한 높은 CS를 생성하기 위하여, 에지 모서리에 가까운 제품의 표면은, 강화 공정으로부터 임의의 표면 물질 성장을 수용해야 한다. 이것은 강화 공정과 관련된 높은, 국부적인 인장 응력으로부터 더 약한 에지 및 모서리를 결과할 수 있다. 특히 경험적으로, 이온 교환-강화된 장치의 낙하-시험의 결과는 종종 50%를 초과하는 파손이 장치의 모서리 및 에지에서 균열 및 결함과 연관되어 있다는 것을 보여준다.

결과적으로, 이들 제품의 에지 및 모서리의 강도 특성을 저하시키지 않으면서 이들 제품 내에 압축 응력 영역의 발달 (development)을 수용하기 위한 최적화된 방법 및 제품 구조가 필요하다.

본 개시의 하나의 구체 예에 따르면, 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지, 및 두께를 갖는, 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹을 포함하는 강화 제품은 제공된다. 상기 제품은 또한 주 표면들 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 압축 응력 영역; 상기 주 표면 및 상기 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 제품의 무게중심으로 연장되는 중심 영역; 및 상기 주 표면들 및 측면 에지들 사이에서 경계로 연장되는 외부 영역을 포함한다. 더욱이, 상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은, 상기 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배를 초과하지 않는다. 구체 예의 특정 관점들에서, 상기 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은, 약 400MPa 이하이고, 및 상기 제1 선택 깊이는 상기 제품의 두께의 적어도 8%이다. 이들 강화 제품의 몇몇 관점에서, 상기 주 표면 및 측면 에지는 복수의 모서리를 한정하고, 및 상기 모서리는 챔퍼 (chamfer), 두께의 약 5% 내지 50%의 평균 반경을 갖는 필릿 (fillet), 또는 제품의 두께의 약 5% 내지 100%의 적어도 하나의 곡률 반경을 갖는 곡선 형상에 의해 한정된다.

본 개시의 또 다른 구체 예에 따르면, 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지, 및 두께를 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹을 포함하는 강화 제품은 제공된다. 상기 제품은 또한 주 표면들 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역; 상기 주 표면 및 상기 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 제품의 무게중심으로 연장되는 중심 영역; 상기 제품의 주 표면들 및 측면 에지들 사이에서 경계로 연장되는 외부 영역; 및 각각의 측면 에지로부터 제품 내에 제2 선택 깊이까지 연장되는 에지 압축 응력 영역을 포함한다. 상기 주 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 700MPa 이하이며, 및 상기 제1 선택 깊이는 상기 제품의 두께의 약 1% 내지 10%이다. 더욱이, 상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은, 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배 이하이다. 구체 예의 어떤 관점들에서, 에지 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은, 다른 관점에서 약 400MPa 이하, 또는 500MPa 이하이다. 부가적으로, 에지 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 구체 예의 다른 관점에 대해 약 700MPa 이상일 수 있다.

본 개시의 강화 제품의 몇몇 관점에서, 주 표면 및 측면 에지는 복수의 모서리를 한정하고, 상기 모서리는 챔퍼, 두께의 약 5% 내지 50%의 평균 반경을 갖는 필릿, 또는 제품의 두께의 약 5% 내지 100%의 적어도 하나의 곡률 반경을 갖는 곡선 형상에 의해 한정된다. 몇몇 경우에, 주 표면 및 측면 에지는 복수의 모서리를 한정하고, 및 압축 응력 영역 또는 영역들을 형성하기 위한 하나 이상의 공정으로부터 결과하는 측면 에지 및 모서리에 실질적으로 근접하여 최대 인장 응력은, 200MPa를 초과하지 않는다. 어떤 구체 예에서, 이 최대 인장 응력은 100MPa를 초과하지 않는다.

본 개시의 부가적인 구체 예에 따르면, 전면, 배면 및 측면을 갖는 하우징; 상기 하우징 내부에 적어도 부분적으로 존재하는 전기 구성요소들; 상기 하우징의 전면에 또는 인접한 디스플레이; 및 상기 디스플레이 걸쳐 배치된 커버 기판을 포함하는 장치는, 제공된다. 더욱이, 상기 커버 기판은 전술된 강화 제품들 중 어느 하나를 포함한다.

또 다른 구체 예에 따르면, 복수의 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 가지며, 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지, 및 두께에 의해 더욱 한정된, 제품을 제공하는 단계를 포함하는, 강화 제품의 제조 방법은 제공된다. 상기 방법은 또한, 복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제1 이온-교환 욕조를 제공하는 단계; 및 상기 제1 이온-교환 욕조에 상기 제품을 제1 이온-교환 온도 및 지속시간 동안 침지시켜 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 압축 응력 영역을 형성시키는, 침지 단계를 포함한다. 더욱이, 상기 제품은: (a) 상기 주 표면 및 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 제품의 무게중심까지 연장되는 중심 영역, 및 (b) 상기 제품의 주 표면들 및 측면 에지들 사이에서 상기 경계까지 연장되는 외부 영역을 더욱 포함한다. 부가적으로, 상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은, 상기 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배 이하이다. 상기 방법의 어떤 관점에서, 상기 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 400MPa 이하이고, 및 상기 제1 선택 깊이는 상기 제품의 두께의 적어도 8%이다.

부가적인 구체 예에 따르면, 복수의 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 가지며, 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지, 및 두께에 의해 더욱 한정된, 제품을 제공하는 단계를 포함하는, 강화 제품의 제조 방법은 제공된다. 상기 방법은 또한 복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제1 이온-교환 욕조를 제공하는 단계; 상기 제품의 각각의 측면 에지를 이온-교환 배리어 물질 (barrier material)로 마스킹 (masking)하는 단계; 상기 마스킹된 제품을 상기 제1 이온교환 욕조에서 제1 이온-교환 온도 및 지속시간 동안 침지시켜 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계; 및 상기 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 제품은: (a) 상기 주 표면 및 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 제품의 무게중심까지 연장되는 중심 영역, 및 (b) 상기 제품의 주 표면들 및 측면 에지들 사이에서 상기 경계까지 연장되는 외부 영역을 더욱 포함한다. 부가적으로, 상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은, 상기 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배 이하이다. 이 구체 예의 어떤 관점에서, 상기 주 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 800MPa 이상이며, 및 상기 제1 선택 깊이는 상기 제품의 두께의 약 1% 내지 10%이다.

또 다른 구체 예에 따르면, 복수의 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 가지며, 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지, 및 두께에 의해 더욱 한정된, 제품을 제공하는 단계를 포함하는 강화 제품의 제조 방법은, 제공된다. 상기 방법은 또한 복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제1 이온-교환 욕조를 제공하는 단계; 및 복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제2 이온-교환 욕조를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 제1 이온-교환 욕조에 제품을 제1 이온-교환 온도 및 지속시간 동안 침지시켜 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 압축 응력 영역을 형성시키는, 침지 단계; 초기 압축 응력 영역을 갖는 제품의 각각의 측면 에지를 이온-교환 배리어 물질로 마스킹하는 단계; 상기 마스킹된 제품을 상기 제2 이온교환 욕조에서 제2 이온-교환 온도 및 지속시간 동안 침지시켜 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제2 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계; 및 상기 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계를 더욱 포함한다. 상기 제품은: (a) 주 표면 및 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치하는 경계로부터 제품의 무게중심으로 연장되는 중심 영역, 및 (b) 상기 제품의 측면 에지 및 주 표면들 사이에서 상기 경계까지 연장되는 외부 영역을 더욱 포함한다. 부가적으로, 상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배 이하이다. 이 구체 예의 특정 관점에서, 주 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 700MPa 이상이며, 및 제2 선택 깊이는 제품 두께의 약 1% 내지 10%이다.

또 다른 구체 예에 따르면, 복수의 이온 교환 가능한 알칼리 금속 이온을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 갖는 제품을 제공하며, 상기 제품은 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지 및 두께에 의해 한정되는, 제공 단계를 포함하는 강화 제품을 제조하는 방법은 제공된다. 상기 방법은 또한, 복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제1 이온-교환 욕조; 및 복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제2 이온교환 욕조를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은: 상기 제품의 각각의 측면 에지를 이온-교환 배리어 물질로 마스킹하는 단계; 상기 제1 이온교환 욕조에 마스킹된 제품을 제1 이온교환 온도 및 지속기간으로 침지시켜 상기 주 표면들 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역을 형성시키는, 침지 단계; 및 상기 주 압축 응력 영역을 갖는 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계를 더욱 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 주 압축 응력 영역을 갖는 제품의 주 표면을 이온-교환 배리어 물질로 마스킹하는 단계; 상기 마스킹된 주 표면을 갖는 제품을 상기 제2 이온교환 욕조에서 제2 이온-교환 온도 및 지속시간 동안 침지시켜 각각의 측면 에지로부터 제품 내에 제2 선택 깊이까지 연장되는 에지 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계; 및 상기 주 압축 응력 영역을 갖는 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 제품은: (a) 상기 주 표면 및 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 제품의 무게중심까지 연장되는 중심 영역, 및 (b) 상기 제품의 주 표면들 및 측면 에지들 사이에서 상기 경계까지 연장되는 외부 영역을 더욱 포함한다. 부가적으로, 상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배 이하이다. 구체 예의 어떤 관점들에서, 상기 주 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 700MPa 이상이며, 및 제1 선택 깊이는 제품 두께의 적어도 10%이다.

이들 방법의 어떤 관점에서, 제1 및/또는 제2 이온교환 온도는 460℃ 내지 520℃의 범위일 수 있고, 및 이온 교환 지속기간은 약 30분 내지 약 5시간으로 조절된다. 이들 방법의 다른 관점에서, 제1 및/또는 제2 이온교환 온도는 400℃ 내지 450℃의 범위일 수 있고, 및 이온 교환 지속기간은 약 3시간 내지 약 15시간으로 조절된다. 어떤 관점에서, 제1 및/또는 제2 이온교환 욕조는 약 100 중량%의 용융 KNO₃를 포함한다. 또 다른 관점에서, 제1 및/또는 제2 이온교환 욕조는 약 97 내지 99 중량%의 용융 KNO₃ 및 약 1 내지 3 중량%의 용융 KSO₄를 포함할 수 있다.

부가적인 특색 및 장점은 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로 하기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 명백하거나, 또는 하기 상세한 설명, 청구항뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 구체 예를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.

전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 단순히 대표적인 것이고, 청구 범위의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 수반되는 도면은 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 혼입되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구체 예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 구체 예의 원리 및 작동을 설명하기 위해 제공된다.

도 1은 본 발명의 관점에 따른 강화 제품의 개략적인 사시도이다;
도 1a는 도 1에 도시된 강화 제품들의 하나의 모서리의 하향식, 확대 사시도이다;
도 1b는 도 1에 도시된 강화 제품들 중 하나의 에지의 확대 사시도이다;
도 1c는 도 1에 도시된 강화 제품의 단면도이다;
도 2는 본 개시의 또 다른 관점에 따른 2개의 강화 제품의 두께를 통한 응력의 개략도이다;
도 3a는 본 개시의 관점에 따른 챔퍼를 한정하는 에지를 갖는 강화 제품의 단면도이다;
도 3b는 본 개시의 또 다른 관점에 따른 챔퍼 및 필릿을 한정하는 에지를 갖는 강화 제품의 단면도이다;
도 3c는 본 개시의 부가적인 관점에 따른 필릿을 한정하는 에지를 갖는 강화 제품의 단면도이다;
도 3d는 본 개시의 관점에 따른 제품의 두께의 약 5%의 반경을 갖는 필릿을 한정하는 에지를 갖는 강화 제품의 단면도이다;
도 3e는 본 개시의 관점에 따른 제품의 두께의 약 50%의 반경을 갖는 필릿을 한정하는 에지를 갖는 강화 제품의 단면도이다;
도 3f는 본 개시의 또 다른 관점에 따른 다양한 반경을 갖는 곡선 형상을 한정하는 에지를 갖는 강화 제품의 단면도이다;
도 4는, 본 개시의 관점에 따른 2개의 다른 이온 교환 공정 조건에 적용된 것으로, 도 3a에 도시된 제품 내에 X1과 X2 지점 사이에서 관찰된 최대 인장 응력의 개략적인 그래프이다;
도 5는 도 3a 및 도 3b에 도시된 제품 내에 X1과 X2 지점 사이에서 관찰된 최대 인장 응력의 개략적인 그래프이다;
도 6a-6c는 본 개시의 관점에 따른 3개의 차등 이온교환 공정 순서를 나타내는 흐름도이다;
도 7a-7d는 본 개시의 또 다른 관점에 따른 4개의 각각의 이온 교환 강화 공정 조건에 적용된 강화 제품의 응력 프로파일의 개략적인 단면 플롯이다;
도 8a는 강화 제품을 혼입한 대표적인 전자 장치의 평면도이다;
도 8b는 도 8a의 대표적인 전자 장치의 사시도이다.

이하, 언급은 바람직한 구체 예에 대해 매우 상세하게 이루어질 것이고, 이의 실시 예는 수반되는 도면에 예시된다. 가능한 한, 동일한 참조 번호는 동일하거나 또는 유사한 부분을 나타내는 것으로 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 여기에 개시된 구체 예는 단지 대표적인 것이며, 각각은 본 발명의 특정 이점을 혼입하는 것으로 이해되어야 한다.

다양한 변형 및 변경이 본 발명의 범주 내에서 하기 실시 예에 대해 이루어질 수 있고, 다른 실시 예의 관점은 또 다른 실시 예를 달성하기 위해 다른 방식으로 혼합될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 범주는, 여기에 기재된 구체 예를 고려하여, 그러나 이에 제한되지 않고, 본 개시의 전체로부터 이해될 것이다.

"수평," "수직", "전면", "배면" 등과 같은, 용어 및 데카르트 좌표 (Cartesian Coordinates)의 사용은, 설명의 용이성 및 도면에서 기준을 위한 것이지, 절대적인 배향 및/또는 방향에 관해 청구 범위 또는 설명에서 엄격히 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

일반적으로, 본 개시는 제품 내에 하나 이상의 압축 응력 영역의 발달을 수용하고, 및 제품의 에지, 측면 및 모서리의 강도 특성을 향상시키기 위한 최적화된 방법 및 제품 구조를 포함한다. 예를 들어, 본 개시는 상대적으로 낮은 압축 응력 (CS) 수준 및 높은 압축 응력 층의 깊이 (DOL)을 갖는 제품에서 압축 응력 영역을 발달시키는 이점을 상세히 열거한다. 이러한 낮은 응력 수준 및 높은 DOL의 조합은, 제품의 에지 및 모서리 근처에서 덜한 표면 물질 성장 및 (장력에서) 더 낮은 최대 주 응력을 초래할 수 있다. 몇몇 관점에서, 제품의 모서리 및 에지는, 제품의 에지 및 모서리 근처에서 최대 인장 응력 수준을 감소시키는 피쳐들인, 챔퍼, 필릿, 베젤 또는 다른 곡선 형상을 포함하도록 더욱 처리된다.

본 개시는 또한 차등 이온교환 공정 조건을 통해 제품 내에 다중 응력 영역을 발달시키는 이점의 개요를 서술한다. 이들 관점에서, 이온 교환 공정은 일반적으로 하나 이상의 이온 교환 단계를 포함하는데, 이들 중 일부는 제품의 다른 영역의 마스킹을 통해 제품의 에지 및 모서리를 표적으로 삼을 수 있다. 차등 이온교환 공정으로부터 결과하는 압축 응력 영역은, 제품의 에지 및 모서리 근처에서 관찰되는 장력에서 최대 주 응력을 감소시키고 및 최소화시키는 역할을 하고, 따라서, 제품의 상대적 강도 및 전반적인 신뢰성을 개선시킨다. 부가적으로, 강화된-강도 에지 및 모서리를 갖는 이들 제품은, 이들의 외부 영역 내 (예를 들어, 이들의 외부 표면으로부터 약 200㎛의 깊이 이내)에서 측정되거나 또는 추정된 (장력에서) 최대 주 응력 수준이, 이들의 중심 영역 (예를 들어, 제품의 중심과 제품의 외부 표면으로부터 약 200㎛의 깊이 사이의 영역) 내에서 측정된 (장력에서) 최대 주 응력보다 2배 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.

여기에 사용된 바와 같은, "압축 응력" (CS) 및 "압축 응력 층의 깊이" (DOL)는 기술분야에서 공지된 수단을 사용하여 측정된다. 예를 들어, CS 및 DOL은, Orihara Industrial Co., Ltd. (일본)에 의해 제작된, FSM-6000과 같은, 상업적으로 이용 가능한 기구를 사용하는 표면 응력 계측기로 측정된다. 표면 응력 측정은, 유리의 복굴절과 관련된, 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 (2013)에 기재된 절차 C의 변형된 버전에 따라 측정되며, 이의 내용은 전체적으로 여기에 참조로서 혼입된다. 상기 변형은 5 내지 10㎜의 두께 및 12.7㎜의 직경을 갖는 견본으로 유리 디스크를 사용하는 것을 포함한다. 더욱이, 유리 디스크는, 양면이 연마되고 평행하게, 등방성이고, 균질이며 및 코어-드릴링된다. 상기 변경은 또한 적용될, 최대 힘, F_max를 계산하는 단계를 포함한다. 힘은 적어도 20MPa의 압축 응력을 생성시키기에 충분해야 한다. 적용될 최대 힘, F_max는 하기 수학식 1에 따라 다음과 같이 계산되고:

[수학식 1]

여기서, F_max는 뉴턴 단위의 최대 힘이며, D는 유리 디스크의 직경이고, 및 h는 광 경로 (light path)의 두께이다. 적용된 각 힘에 대해, 응력은 하기 수학식 2에 따라 계산되고:

[수학식 2]

여기서, F_max는 수학식 1로부터 얻은 뉴톤 단위의 최대 힘이며, D는 유리 디스크의 직경이고, 및 h는 광 경로의 두께이다.

여기에 사용된 바와 같은, "압축 응력 층의 깊이 (DOL)"는 강화 공정으로부터 발생된 압축 응력이 0에 도달하는 강화 제품 내에 깊이 위치를 지칭한다.

도 1을 참조하면, 복수의 주 표면 (12 및 14), 및 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 갖는 제품 (90)을 포함하는 강화 제품 (100)은 제공된다. 상기 제품은 또한 측면 (22 및 24), 에지 (42 및 44), 모서리 (32 및 34), 및 두께 (54)를 포함한다. 상기 제품 (90)은 주 표면들 (12, 14) 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이 (52)로 연장되는 압축 응력 영역 (50)을 더욱 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압축 응력 영역 (50)은, 주 표면 (12)으로부터 제1 선택 깊이 (52)까지 연장된다. 어떤 관점에서, 압축 응력 영역 (50)은 주 표면 (14)으로부터 제1 깊이 (52)까지 연장될 것이다. 게다가, 강화 제품 (100)의 몇몇 관점은, 2개의 주 압축 응력 영역 (50)을 함유할 것이고, 각각의 영역 (50)은 각각의 주 표면으로부터 제1 선택 깊이까지 연장되며, 및 이들 영역에 대하여 선택 깊이는 제품 (100)에 대한 특정 구조에 의존하여 동일할 수 있거나 또는 동일하지 않을 수 있다.

어떤 실행에서, 강화 제품 (100)에 사용된 제품 (90)의 영역 (50)에서 최대 압축 응력은, 약 400MPa 이하이고, 및 제1 선택 깊이 (52)는 제품의 두께의 적어도 8%이다. 본 개시의 분야에서 종래의 강화 제품 (예를 들어, 0.8㎜ 두께 기판에 대해 약 45-50㎛의 DOL 및 압축 응력하에 약 900MPa의 압축 응력 영역을 갖는 제품)에 비해, 이러한 압축 응력 영역 (50)을 갖는 제품 (90)은, 상대적으로 낮은 수준의 압축 응력 (CS) 및 상대적으로 높은 압축 수준의 깊이를 나타낸다. 어떤 관점에서, 압축 응력 층의 깊이 (DOL)는 제품의 두께의 10% 이상 (예를 들어, 0.7 내지 0.8㎜ 두께 기판에 대해 약 70-80㎛)이며, 및 몇몇 경우에서, 제품의 두께의 20% (예를 들어, 0.7 내지 0.8㎜ 두께 기판에 대해 약 150-160㎛)를 초과할 수 있다.

이러한 압축 응력 영역 (50) 특성을 함유하는 이들 강화 제품 (100)은, 제품의 에지 및 모서리 근처에서 감소된 최대 인장 응력을 보유하고, 따라서 제품의 모서리 및 에지의 강도를 향상시킨다. 이들 에지 및 모서리 강도 강화로, 제품을 함유하는 장치의 전반적인 신뢰성은 개선될 수 있다. 어떤 관점에서, 제품의 에지 및 모서리에 근처에서 최대 인장 응력은 200MPa 이하이다. 본 개시의 특정 관점에 따르면, 강화 제품은, 100MPa를 초과하지 않는 유리의 에지 및 모서리에 실질적인 근처에서 최대 인장 응력을 나타낼 수 있다.

도 1 및 도 1c에 또한 나타낸 바와 같이, 강화 제품 (100)은 주 표면 (12, 14) 및 에지 (42, 44)로부터 깊이 (72)에 위치한 경계로부터 제품의 무게중심 (나타내지 않음)까지 연장되는 제품 (90) 내에 중심 영역 (70)을 포함할 수 있다. 강화 제품 (100)의 어떤 실행에서, 깊이 (72)는 약 200㎛에서 한정된다. 부가적으로, 중심 영역 (70)은 또한 주 표면 (12,14)으로부터 깊이 (72a), 측면 (24)으로부터 깊이 (72b) 및/또는 모서리 (42, 44)로부터 깊이 (72c)에 위치되는 것으로 한정될 수 있다 (도 1c 참조). 따라서, 깊이 (72)는 제품 (90)의 부피 전체에 걸쳐 일정하지 않을 수 있다. 또한, 제품 (90)의 무게중심은 제품 (90)의 내부에 의해 한정된 부피의 대략적인 기하학적 중심이다. 도 1에 또한 도시된 바와 같이, 제품 (90)은, 제품 (90)의 주 표면 (12, 14) 및 측면 에지 (42, 44) 사이에서 깊이 (72)에 의해 한정된 중심 영역 (70)의 경계까지 연장되는 외부 영역 (80)을 포함할 수 있다. 이러한 구조하에서, 외부 영역 (80) 내에 장력에서 최대 주 응력은 중심 영역 (70) 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배를 초과하지 않는다. 종래의 강화 제품은, 대조적으로, 종종 제품의 중심 영역에서 최대 주 응력의 2배를 상당히 초과하는 이들의 모서리 및 에지에 근접하여 최대 주 응력을 나타낸다. 다시 말하면, 강화 제품 (100)의 강도-향상 관점은, 제품의 중심 영역 (70)에서 최대 주 응력의 오직 두 배 이하가 되도록 외부 영역 (80) 내에 (장력에서) 최대 주 응력을 감소시키는 역할을 한다. 예를 들어, 외부 영역 (80)에서 최대 주 응력은, 만약 중심 영역 (70)이 80MPa의 장력하에 최대 주 응력을 나타낸다면, 160MPa 이하일 것이다. 상기 제품의 에지 (42, 44) (및 모서리 (32, 34))에 근접하여 주 응력에서 이러한 상당한 감소는 제품 (90)의 전체 신뢰성을 향상시킨다.

강화 제품 (100)에 사용된 제품 (90)은, 다양한 유리 조성물, 유리-세라믹 조성물 및 세라믹 조성물을 포함할 수 있다. 유리의 선택은 특정 유리 조성물에 국한되지 않는다. 예를 들어, 선택된 조성물은, 선택적으로 하나 이상의 알칼리 및/또는 알칼리토 개질제를 포함할 수 있는, 광범위한 실리케이트, 보로실리케이트, 알루미노실리케이트, 또는 보로알루미노실리케이트 유리 조성물 중 어느 하나일 수 있다.

예시로서, 제품 (90)에 사용될 수 있는 조성물의 한 부류는, 산화알루미늄 또는 산화붕소 중 적어도 하나 및 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리토 금속 산화물 중 적어도 하나를 갖는 것들을 포함하고, 여기서, -15 mol% ≤ (R₂O + R'O - Al₂O₃ - ZrO₂) - B₂O₃ ≤ 4 mol%이며, 여기서 R은 Li, Na, K, Rb, 및/또는 Cs이고, 및 R'은 Mg, Ca, Sr, 및/또는 Ba일 수 있다. 이러한 조성물의 부류의 하나의 부분 집합은 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. 이러한 유리는 미국 특허 제8,969,226호 및 제8,652,978호에 좀 더 충분히 기재되어 있으며, 이의 전체 내용은 여기에 참조로서 혼입된다.

제품 (90)에 사용될 수 있는 다른 예시적인 조성물 부류는 적어도 50mol%의 SiO₂ 및 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 포함하고, 여기서 [(Al₂O₃ (mol%) + B₂O₃ (mol%))/(∑ 알칼리 금속 개질제 (mol%))> 1이다. 이 부류의 하나의 부분 집합은 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. 이러한 유리는 미국 특허 제8,586,492호에 좀 더 상세히 기재되어 있으며, 이의 전체 내용은 여기에 참조로서 혼입된다.

제품 (90)에 사용될 수 있는 조성물의 또 다른 예시적인 부류는 SiO₂, Al₂O₃, P₂O₅, 및 적어도 하나의 알칼리 금속 산화물 (R₂O)을 갖는 것들을 포함하고, 여기서 0.75 ≤ [(P₂O₅(mol%) + R₂O(mol%))/ M₂O₃ (mol%)] ≤ 1.2이며, 여기서 M₂O₃ = Al₂O₃ + B₂O₃이다. 이 조성물의 부류의 하나의 부분 집합은 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% R₂O를 포함한다. 이 조성물의 또 다른 부분 집합은 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 mol% P₂O₅; 및 약 12 mol% 내지 약 16 mol% R₂O를 포함한다. 이러한 유리는 미국 특허출원 제13/305,271호에 좀 더 충분히 기재되어 있으며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.

제품 (90)에 사용될 수 있는 조성물의 또 다른 예시적인 부류는, 적어도 약 4 mol% P₂O₅를 가지며, 여기서 (M₂O₃(mol%)/R_xO(mol%)) < 1이고, 여기서 M₂O₃ = Al₂O₃ + B₂O₃이며, 및 여기서 R_xO는 유리 내에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합인 것들을 포함한다. 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이 조성물의 부류의 하나의 부분 집합은 0 mol% B₂O₃을 갖는 유리를 포함한다. 이러한 유리는 미국 특허출원 제13/678,013호 및 미국 특허 제8,765,262호에 좀 더 충분히 기재되어 있으며, 이의 전체적인 내용은 이하 완전히 서술된 바와 같이 참조로서 여기에 혼입된다.

제품 (90)에 사용될 수 있는 조성물의 또 다른 대표적인 부류는 Al₂O₃, B₂O₃, 알칼리 금속 산화물을 갖는 것을 포함하고, 및 3-중 배위 (three-fold coordination)를 갖는 붕소 양이온을 함유한다. 이온 교환된 경우, 이들 유리들은 적어도 약 30 kilograms force (kgf)의 비커스 균열 개시 임계값 (Vickers crack initiation threshold)을 가질 수 있다. 이러한 조성물의 부류의 하나의 부분 집합은 적어도 약 50 mol% SiO₂; 적어도 약 10 mol% R₂O, 여기서 R₂O는 Na₂O를 포함; Al₂O₃, 여기서 -0.5 mol% ≤ Al₂O₃(mol%) - R₂O(mol%) ≤ 2 mol%; 및 B₂O₃를 포함하고, 및 여기서 B₂O₃(mol%) - (R₂O(mol%) - Al₂O₃(mol%)) ≥ 4.5 mol%이다. 이 조성물의 부류의 또 다른 부분 집합은, 적어도 약 50 mol% SiO₂, 약 9　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 및/또는 ZnO, 여기서 0 ≤ MgO + ZnO ≤ 6 mol%; 및, 선택적으로, CaO, BaO, 및 SrO 중 적어도 하나를 포함하고, 여기서 0 mol% ≤ CaO + SrO + BaO ≤ 2 mol%이다. 이러한 유리는 미국 특허출원 제13/903,398호에 좀 더 충분히 기재되어 있으며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.

별도의 언급이 없다면, 에지- 및 모서리-강화 제품 및 본 개시에서 개요가 서술된 이들을 제조하기 위한 관련 방법은, 68.96 mol% SiO₂, 0 mol% B₂O₃, 10.28 mol% Al₂O₃, 15.21 mol% Na₂O, 0.012 mol% K₂O, 5.37 mol% MgO, 0.0007 mol% Fe₂O₃, 0.006 mol% ZrO₂, 및 0.17 mol% SnO₂의 알루미노-실리케이트 유리 조성물을 갖는 제품에 의해 대표화된다. 통상적인 알루미노실리케이트 유리는 미국 특허출원 제13/533,298호에 기재되며, 여기에 참조로서 혼입된다.

유사하게, 세라믹과 관련하여, 강화 제품 (100)에 사용된 제품 (90)에 대해 선택된 물질은, 광범위한 무기 결정질 산화물, 질화물, 탄화물, 산질화물, 탄질화물 및/또는 이와 유사한 것 중 어느 하나일 수 있다. 예시적인 세라믹은 알루미나, 알루미늄 티타네이트, 멀라이트, 코디어라이트, 지르콘, 스피넬, 페로브스카이트, 지르코니아, 세리아, 탄화실리콘, 질화실리콘, 실리콘 알루미늄 옥시니트라이드, 또는 제올라이트 상을 갖는 물질을 포함한다.

유사하게, 유리-세라믹과 관련하여, 제품 (90)에 대해 선택된 물질은 유리질 상 및 세라믹 상을 모두 갖는 광범위한 물질 중 어느 하나일 수 있다. 예시적인 유리-세라믹은 유리질 상이 실리케이트, 보로실리케이트, 알루미노실리케이트, 또는 보로알루미노실리케이트로부터 형성된 물질을 포함하고, 및 세라믹 상은 β-스포듀멘, β-석영, 네펠린 (nepheline), 칼실라이트 (kalsilite), 또는 카네기에이트 (carnegieite)로부터 형성된다.

강화 제품 (100) 내에 사용된 제품 (90)은, 유리 기판을 포함하는, 다양한 물리적 형태를 채택할 수 있다. 즉, 횡단면의 시각에서, 기판으로 구성된 경우, 제품 (90)은 편평하거나 평면일 수 있거나, 또는 곡선형 및/또는 가파르게-굽을 수 있다. 유사하게, 제품 (90)은 단일의 단일 물체, 다-층 구조, 또는 적층일 수 있다. 제품 (90)이 기판 또는 플레이트-같은 형태로 사용될 경우, 두께 (예를 들어, 두께 (54))는, 바람직하게는 약 0.2 내지 1.5㎜의 범위이고, 및 좀 더 바람직하게는 약 0.8 내지 1㎜의 범위이다. 더욱이, 제품 (90)은 가시 스펙트럼에서 실질적으로 투명한 조성물을 보유할 수 있고, 및 이의 압축 응력 영역 (50)의 발달 후에 실질적으로 투명하게 유지된다.

제품의 조성물 또는 물리적 형태와 관계없이, 강화 제품 (100)에 사용된 바와 같은, 제품 (90)은, 기판의 표면 (예를 들어, 주 표면 (12,14))으로부터 그 안에 특정 깊이 (즉, "제1 깊이)까지 내측으로 연장되는 압축 응력 하에 영역 (50)을 포함할 것이다. 이 압축 응력 영역은 강화 공정으로부터 (예를 들면, 열 템퍼링, 화학적 이온-교환, 또는 이와 유사한 공정에 의해) 형성될 수 있다. 압축 응력 영역 (50)과 관련된 압축 응력 층의 깊이 (DOL) 및 압축 응력 (CS)의 양은, 제품 (100)에 대한 특정 용도에 기초하여 변화될 수 있다. 하나의 일반적인 제한, 특히 유리 조성물을 갖는 제품 (90)에 대한 하나의 일반적인 제한은, 압축 응력 영역 (50)의 결과로서 제품 (90)의 벌크 내에 생성된 인장 응력이 제품을 파손시킬 정도로 과도하게 되지 않도록 CS 및 DOL을 제한하여야 한다는 점이다.

본 개시의 어떤 관점에서, 이온 교환 공정을 사용하여 강화된 유리 조성물을 갖는 제품 (90)의 압축 응력 (CS) 프로파일은, 이온-교환 유리에서 형성된 광 도파관의 TM 및 TE 가이드 모드 스펙트럼에 기초한 응력 프로파일을 측정하기 위한 방법을 사용하여 결정된다 (이하 "WKB 방법"이라 함). 상기 방법은 TM 및 TE 가이드 모드 스펙트럼으로부터 강도 극값 (intensity extrema)의 위치를 디지털적으로 정의하는 단계, 및 이들 위치로부터 각각의 TM 및 TE 유효 굴절률을 계산하는 단계를 포함한다. TM 및 TE 굴절률 프로파일인, n_TM (z) 및 n_TE (z)는, 역 WKB 계산을 사용하여 계산된다. 상기 방법은 또한 응력 프로파일 S(z) = [n_TM(z) - n_TE(z)]/SOC를 계산하는 단계를 포함하며, 여기서 SOC는 유리 기판에 대한 응력 광학 계수이다. 이 방법은, 2011년 5월 25일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/489,800호의 우선권을 주장하여, 발명의 명칭이 "Systems and Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass"로, 2012년 5월 3일자에 Douglas C. Allan 등이 출원한 미국 특허출원 제13/463,322호에 기재되어 있으며, 이의 전체적인 내용은 참조로 여기에 혼입된다. 깊이의 함수에 따라 이들 제품에 응력 수준을 측정하기 위한 다른 기술은, 미국 가 특허출원 제61/835,823호 및 제61/860,560호에 개요가 서술되며, 이의 전체적인 내용은 참조로 여기에 혼입된다.

도 1을 다시 참조하면, 강화 제품 (100)에서 압축 응력 영역 (50)을 발달시키는 방법은, 제품 (90)을 강화 욕조에 침지시키는 단계를 포함한다. 몇몇 관점에서, 욕조는 복수의 이온-교환 금속 이온을 함유하고, 및 제품 (90)은 복수의 이온-교환 가능한 금속 이온을 갖는 유리 조성물을 갖는다. 예를 들어, 욕조는, 나트륨과 같은, 제품 (90) 내에 이온-교환 가능한 이온보다 크기가 큰 복수의 칼륨 이온을 함유할 수 있다. 상기 욕조 내에 이온-교환 이온은 제품 (90) 내에 이온-교환 가능한 이온과 우선적으로 교환될 것이다.

어떤 관점에서, 압축 응력 영역 (50)을 생성시키는데 사용되는 강화 욕조는, 기술분야의 당업자에 의해 이해되는 바와 같은 첨가제로 100 중량%에 가까운 농도, 또는 100 중량%의 농도로, 용융 KNO₃ 욕조를 포함한다. 이러한 욕조는 제품 (90)의 공정 동안에 KNO₃가 용융 상태로 유지되는 것을 보장하기 위해 충분히 가열된다. 강화 욕조는 또한 KNO₃ 및 LiNO₃ 및 NaNO₃ 중 하나 또는 둘 모두의 조합을 포함할 수 있다.

본 개시의 몇몇 관점에 따르면, 알루미노실리케이트 유리 조성물을 갖는 제품 (90) 내에 제품의 두께의 적어도 8%의 제1 선택 깊이 (52) 및 약 400MPa 이하의 최대 압축 응력을 갖는 압축 응력 영역 (50)을 발달시키기 위한 방법은, 약 3 내지 60시간의 침지 지속기간으로 약 400℃ 내지 500℃ 범위의 온도로 유지되는 강화 욕조에 상기 제품 (90)을 침지시키는 단계를 포함한다. 좀 더 바람직하게는, 압축 응력 영역 (50)은 약 0.25 내지 약 50시간의 지속기간 동안 약 420℃ 내지 500℃의 온도 범위에서 강화 욕조에 제품 (90)을 침지시켜 발달될 수 있다. 어떤 관점에서, 강화 욕조에 대한 상한 온도 범위는 유리의 어닐링점 (예를 들어, 제품 (90)이 유리 조성물을 보유하는 경우)보다 약 30℃ 미만으로 설정된다. 침지 단계의 특히 바람직한 지속기간은 0.5 내지 25시간의 범위이다. 어떤 구체 예에서, 강화 욕조는 약 400℃ 내지 450℃에서 유지되고, 및 제1 이온교환 지속기간은 약 3 내지 15시간이다.

하나의 대표적인 관점에서, 제품 (90)은, 약 10시간의 지속기간 동안 약 41중량%의 NaNO₃ 및 59중량%의 KNO₃를 포함하는 450℃의 강화 욕조에 침지되어 (예를 들어, 약 0.8 내지 1㎜의 두께를 갖는 제품 (90)에 대해) 300MPa 이하의 최대 압축 응력 및 DOL > 80㎛을 갖는 압축 응력 영역 (50)을 얻는다. 또 다른 실시 예에서, 강화 욕조는 중량으로 약 65중량%의 NaNO₃ 및 35중량%의 KNO₃를 포함하고, 460℃로 유지되며, 및 침지 단계는 약 40 내지 50시간 동안 수행되어 (예를 들어, 약 0.8 ㎜의 두께를 갖는 제품 (90)에 대해) 약 150㎛ 이상의 DOL로 약 160MPa 이하의 최대 압축 응력을 갖는 압축 응력 영역 (50)을 발달시킨다.

또 다른 관점에 따르면, 알루미노-실리케이트 유리 조성물을 갖는 제품 (90) 및 이의 에지 및 모서리에 근접하여 인장 응력을 최소화하는 약 0.8 내지 1㎜의 두께에서 압축 응력 영역 (50)을 발달시키기 위해 침지 단계 및 이온 교환 욕조에 대해 바람직한 조건의 범위는: 각각 약 40-55% NaNO₃ 및 60-45% KNO₃를 가지며, 약 440℃ 내지 470℃의 온도로 유지되는 욕조를 포함한다. 바람직하게는, 욕조 온도는 450℃ 내지 460℃로 설정되고 및 침지의 지속기간은 약 8-10시간이다. 더 높은 DOL 수준을 함유하는 강화 제품 (100)의 적용에 대해, 욕조 내에 더 높은 NaNO₃ 수준은 바람직하게는 더 긴 침지 지속기간이 사용되어야 한다. 예를 들어, 다음의 독성 수준 (poisoning levels) 및 침지 지속기간은 120 ± 25 ㎛, 170 ± 25 ㎛, 및 220 ± 25 ㎛의 DOL을 발생시키기 위해 사용될 수 있다: 각각, 45-55% NaNO₃, 52-62% NaNO₃, 및 58-68% NaNO₃ 및 12-50시간, 40-100시간, 및 80-200시간의 침지 지속기간. 과도한 이온 교환 지속기간을 피하기 위해, 약 180㎛를 초과하는 DOL 값은, 바람직하게는 0.9㎜ 이상의 두께, 예를 들면, 약 0.9㎜ 내지 1.3㎜의 두께를 갖는 유리 제품 (90)으로 얻어질 수 있다. 유사하게, 고도하게 긴 이온 교환 지속기간을 피하기 위해, 200 ㎛ 이상의 DOL 값은, 바람직하게는 1㎜ 이상, 예를 들어, 약 1㎜ 내지 1.3㎜의 두께를 갖는 유리 제품 (90)에 대해 얻어져야 한다. 더 높은 농도의 NaNO₃는 더 높은 DOL이 목표가 되는 경우 바람직하다. 예를 들어, 유리 제품에서 더 높은 DOL은, 취약성 (frangibility)의 조건, 즉, 파단-유도 조건 시 더 많은 수의 작은 조각으로 유리 제품의 파괴와 연관된 안전 문제를 피하기 위해 몇몇 관점에서 유용하다.

약 0.3 내지 0.8mm의 두께를 갖는 알루미노-실리케이트 유리 제품 (90)에 대해, DOL > 60 ㎛은 약 5.5 내지 15시간의 침지 지속기간으로 450℃의 온도에서 유지된 40 내지 60중량% NaNO₃ (KNO₃으로 균형을 이룸)의 범위의 강화 욕조 조성물로 달성될 수 있다. 바람직하게는, 침지 시간은 약 6 내지 10시간이고, 및 상기 강화 욕조는 44 내지 54 중량%의 NaNO₃ (KNO₃으로 균형을 이룸)의 범위의 조성물로 유지된다.

상당한 양의 P₂O₅를 갖는 알루미노-실리케이트 유리를 함유하는 제품 (90)의 구체 예에 대해, 강화 욕조는 유사한 압축 응력 영역 (50)을 발달시키기 위해 다소 낮은 온도로 유지될 수 있다. 예를 들어, 강화 욕조는, 유사한 결과와 함께 380℃보다 낮게 유지될 수 있고, 반면에 상기에서 개요가 서술된 개략적인 상한 범위는 여전히 실행 가능하다. 또 다른 관점에서, 제품 (90)은 리튬-함유 유리 조성물을 보유할 수 있고, 및 상당히 더 낮은 온도 프로파일은 유사한 압축 응력 영역 (50)을 발생하기 위해 사용될 수 있다. 이들 관점에서, 강화 욕조는 약 350℃ 내지 약 500℃, 및 바람직하게는 약 380℃ 내지 약 480℃의 온도 범위에서 유지된다. 이들 관점에 대한 침지 시간은 약 0.25시간 내지 약 50시간, 및 좀 더 바람직하게는, 약 0.5 내지 약 25시간의 범위이다.

도 2를 참조하면, 2개의 강화 제품의 두께를 통해 응력의 개략적인, 모의실험된 프로파일은 제공된다. "A1"로 표시된 프로파일은, 약 40 내지 50시간 동안 460℃로 약 65중량%의 NaNO₃ 및 약 35중량%의 KNO₃ 갖는 강화 욕조에서 이온-교환 침지에 의해 발달된 압축 응력 영역 (50)을 갖는 유리 조성물을 갖는 제품 (90)을 포함하는 본 개시의 관점에 따른 강화 유리 제품에 상응한다. A1 프로파일은 약 160MPa의 최대 압축 응력 및 약 160㎛의 DOL을 보여준다. 대조적으로, "C1"으로 표시된 프로파일은, 약 50㎛의 DOL로 900MPa의 압축 응력 수준으로 이온-교환 처리된, 높은 CS 수준 및 낮은 DOL을 갖는 종래의 강화된 유리 제품에 상응한다.

도 2에 도시된 A1 프로파일을 나타내는 강화 제품은, C1 프로파일을 보유하는 제품과 비교하여 이의 모서리 및 에지에 실질적으로 근접하여 상당히 감소된 최대 인장 응력 수준을 갖는다. 이러한 효과는 도 3a 및 4에 의해 입증된다. 도 3a를 참조하면, A1 응력 프로파일 (도 2 참조)을 갖는 강화 제품 (100a)의 단면도는 도시된다. 나타낸 바와 같이, 강화 제품 (100a)은 주 표면 (12, 14), 깎아 작은 면을 낸 표면 (12a, 14a) 및 측면 (24)을 포함한다. 에지 (42 및 44)는 측면 (24)과 깎아 작은 면을 낸 표면 (12a, 14a) 사이에서 각각 한정된다. 이로써, 측면 (24), 주 표면 (12,14), 및/또는 깎아 작은 면을 낸 표면 (12a, 14a)은, 제품 (100a)의 하나 이상의 모서리 (나타내지 않음)에서 챔퍼를 효과적으로 한정할 수 있다. 이들 챔퍼된 모서리는, 기하학적-관련 응력 농도 수준을 감소시켜 모서리, 에지 (42, 44) 및 측면 (24)에 근접하여 (장력에서) 최대 주 응력의 약간의 감소를 제공하는 역할을 할 수 있다.

도 3a에서, 지점 "X1" 및 "X2"는 제품의 측면 (24)으로부터 제품의 벌크로의 경로를 한정한다. 도 4를 참조하면, 최대 인장 응력의 개략적인 플롯은, A1 및 C1 프로파일을 보유하는 제품에 대해 X1과 X2 지점 사이에서 관찰된다 (도 2 참조). 도 4에 나타낸 바와 같이, X1 내지 X2 경로에서 최대 인장 응력은 C1 프로파일을 갖는 제품과 비교하여 A1 프로파일을 갖는 제품에서 상당히 감소된다 (즉, 약 150MPa에 대하여 약 30MPa).

강화 제품 (100 및 100a) (도 1 및 도 3a 참조)의 몇몇 관점에서, 에지 및 모서리 (예를 들어, 에지 (42,44) 및 모서리 (32,34))는, 필릿 (예를 들어, 특정 반경으로 둥글어짐), 또는 하나 이상의 곡률 반경을 갖는 또 다른 곡선 형상에 의해 한정될 수 있다. 몇몇 실행에서, 강화 제품 (100b)에 사용된 필릿 또는 필릿들은, 제품의 두께 (예를 들어, 도 1에 도시된 제품 (90)의 두께 (54), 참조)의 약 5% 내지 약 50%의 반경을 가질 것이다. 다른 실행에서, 강화 제품 (100b)에 사용된 곡선 형상 또는 형상들은, 제품의 두께의 약 5% 내지 약 100%의 각각의 반경을 갖는, 복수의 곡률 반경을 보유할 것이다.

도 3b를 참고하면, 강화 제품 (100b)은 둥근 윤곽 (예를 들어, 필릿)을 갖는 에지 (42a, 44a)로 도시된다. 부가적으로, 도 3b에 도시된 강화 제품 (100b)은, 주 표면 (12)과 에지 (42a) 사이에 한정된 깎아 작은 면을 낸 표면 (12a)을 포함한다. 따라서, 도 3b에 도시된 강화 제품 (100b)은, 이러한 기하학적 피쳐가 결여된 강화 제품 (예를 들어, 날카로운 모서리 및 에지를 갖는 강화 제품)과 비교하여 이들 에지에 근접하여 더 낮은 최대 인장 응력을 나타내도록 구성된다.

도 3b를 다시 참조하면, 지점 "X1" 및 "X2"는, 강화 제품 (100b)의 측면 (24)으로부터 제품의 벌크로의 경로를 한정한다. 최대 응력 수준은 이러한 기하학적 피쳐가 결여된 강화 제품과 비교하여 챔퍼된 표면에 부가하여 필릿을 갖는 도 3b에 도시된 제품 (100b)의 지점 X1과 점 X2 사이에서 추정될 수 있다. 도 5에서, 최대 인장 응력 (MPa)은, 도에서 "A3"로 표시된, 도 3b에 도시된 필릿을 갖는 제품 (100b)에 대한 X1 및 X2 지점 사이에서 추정된다. 동일한 도에서, 최대 인장 응력 (MPa)은, 도에 "A2"로 표시된, (예를 들어, 도 3a에 도시된 제품 (100)과 비슷한) 날카로운 에지 및 모서리를 갖는 깎아 작은 면을 낸 표면을 갖는 제품에 대해 추정된다. 도 5에 도시된 모의실험된 응력 프로파일을 전개하기 위해 사용된 제품 (A2 및 A3)는, 약 900MPa의 압축 응력 수준 및 약 75㎛의 DOL을 갖는 이온-교환 공정에 따라 발달된, 동일한 압축 응력 영역 (50)을 보유하는 것으로 것으로 추측되는 점에 주목된다.

도 5에 나타낸 바와 같이, A3 샘플에 대한 X1 내지 X2 경로에서 최대 인장 응력 프로파일은, 필릿 없는 일련의 모서리 및 에지를 보유하는 강화 제품 (A2)과 비교하여 필릿을 갖는 에지 및 모서리를 갖는 강화 제품의 (장력에서) 최대 주 응력에서 전반적인 감소를 보여준다. 이러한 효과가, 도 5에 도시된 추정 데이터를 전개하기 위해 사용된 압축 응력 영역과 다른 압축 응력 영역을 갖는 제품에 대하여 예상된다는 것이 또한 이해되어야 한다. 따라서, 챔퍼, 필릿 또는 다른 곡선 형상을 나타내는 에지 및 모서리는, 압축 응력 영역 (50)의 이점을 더욱 증가시키기 위해 본 개시의 강화 제품에 사용될 수 있다. 어떤 관점에서, 더 높은 표면 압축 응력 수준 (예를 들어, 에지 및 모서리에 근접하여 물질 성장을 초래할 수 있는 압축 응력 및 DOL 수준)을 갖는 압축 응력 영역 (50)을 사용하는 강화 제품 (100)은, 표면 물질 성장과 연관되어 달리 전개될 에지 및 모서리에 근접하여 인장 응력 수준을 상쇄하기 위해 챔버, 필릿, 또는 또 다른 곡선 형상으로 준비될 수 있다.

도 3c-3e에서 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 필릿을 갖는 에지 및/또는 모서리를 보유하는 강화 제품 (100b)의 다양한 실행은 도시된다. 도 3c에서, 에지 (42a 및 44a)는 중간 곡률 반경 (예를 들어, 제품 (90)의 두께 (54)의 5% 내지 50%)을 갖는 필릿을 나타낸다. 도 3d 및 도 3e에서, 에지 (42a 및 44a)는 제품 (90)의 두께 (54)의 각각 약 5% 및 약 50%의 곡률 반경을 갖는 필릿을 보유한다. 필릿을 갖는 에지 (42a 및 44a)를 갖는 강화 제품 (100b)의 묘사는 대표적이다. 측면, 에지 및 모서리의 수를 포함하는, 제품 (90)의 형상에 의존하여, 하나 이상의 필릿은 이들 피처들에 근접하여 장력에서 최대 주 응력을 감소시키는데 사용될 수 있다. 또한, 둘 이상의 필릿을 함유하는 강화 제품 (100b)은, 이들 필릿의 각각이 제품 (90)의 형상 및 상기 필릿에 근접하여 원하는 인장 응력 감소에 다시 의존하여 동일하거나 다른 반경을 갖도록 구성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

도 3f를 참조하면, 강화 제품은, 하나 이상의 곡률 반경을 갖는 곡선 형상을 보유하는 에지 (42b, 44b)로 도시된다. 이러한 강화 제품 (100b)의 어떤 실행에서, 에지 (42b, 44b)의 형상은 수학적 스플라인 함수 (mathematical spline function)에 부합될 수 있다; 결과적으로, 에지 (42b, 44b)는 스플라인-유사 형상을 보유할 수 있다. 좀 더 일반적으로, 에지 (42b, 44b)는 둘 이상의 곡률 반경을 보유할 수 있고, 각각은 제품 (90)의 두께의 약 5% 내지 약 100%이다. 도 3f에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, 주 표면 (12, 14)에 매우 근접한 전환 영역 (transition regions)은, 제품의 두께에 근접하는 큰 곡률 반경을 갖는 것이 명백하다. 또한, 측면, 에지 및 모서리의 수를 포함하는, 제품 (90)의 형상은, 이들 피쳐에 근접하여 장력에서 최대 주 응력을 감소시키기 위해 둘 이상의 곡률 반경 값을 갖는 곡선 형상 및 윤곽을 갖는 에지 및/또는 모서리를 갖는 강화 제품 (100b)을 구성하는 요소일 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 둘 이상의 이러한 곡선 형상을 함유하는 강화 제품 (100b)은, 각각의 이들 곡선 형상이 제품 (90)의 전체 형상 및 이들 피쳐에 근접하여 원하는 인장 응력 감소에 다시 의존하여, 동일하거나 또는 다른 형상을 거의 갖도록 구성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 개시의 또 다른 관점에 따르면, 강화 제품은 다중 압축 응력 영역을 제공한다. 다중 응력 영역은, 구체 예에 따르면, 차등 이온교환 공정 조건을 통해 제조될 수 있다. 이온 교환 공정은 일반적으로 하나 이상의 이온 교환 단계를 포함하며, 이들 중 일부는, 하나 이상의 강화 욕조에 침지 동안 제품의 다른 영역의 마스킹을 통해, 에지 및 모서리를 포함하는, 높은 인장 응력의 발달에 명목상으로 민감한 제품의 중요한 기하학적 피쳐의 목적이 될 수 있다. 다중 강화 욕조를 활용하는 차등 이온교환 공정의 경우, 욕조는, 최종, 강화된 제품에서 원하는 다른 응력 프로파일에 의존하여, 동일한 조성물을 가질 수 있거나 또는 다른 조성물을 사용할 수 있다. 차등 이온교환 공정으로부터 결과하는 압축 응력 영역은, 제품의 에지 및 모서리 (및 다른 중요한 기하학적 특색)에 근접하여 관찰되는 최대 인장 응력을 감소시키고 및 최소화하는 역할을 하고, 따라서 제품의 상대적 강도 및 전체 신뢰성을 개선시킨다.

도 1, 도 1a 및 도 1b를 다시 참조하면, 강화 제품 (100c)은 다중 압축 응력 영역을 제공한다. 강화된 제품 (100c) 및 제품 (100)에 사용된 유사한-번호의 요소는, 본 개시에서 별도로 언급하지 않는 한, 동일하거나 또는 유사한 구성을 갖는다. 하나의 관점에서, 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물, 복수의 주 표면 (12, 14), 에지 (42, 44), 모서리 (32), 및 두께 (54)를 갖는 제품 (90)을 포함하는 강화 제품 (100c)은 제공된다. 강화 제품 (100c)은 주 표면 (12, 14) 중 하나에서 제품 (52) 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역 (50)을 포함한다. 어떤 실행에서, 주 표면 응력 영역 (50)의 제1 선택 깊이 (52)는, 주 표면 (12, 14) 밑에 제품 (90)의 부피 내에서 실질적으로 일정하다. 이로써, 주 압축 응력 영역 (50)은 주 표면 (12, 14) 밑에서 측면 (22 및 24)까지 실질적으로 연장될 수 있다. 다른 관점에서, 주 압축 응력 영역 (50)은 일반적으로 측면 (22, 24)을 향해 주 표면 (12, 14) 아래로 연장될 수는 있지만, 이들과 동일 평면은 아니다.

도 1, 도 1a 및 도 1b를 다시 참조하면, 제품 (100c)은 각각의 에지 (42, 44) 및/또는 모서리 (32, 34)로부터 제품의 내에 제2 선택 깊이 (62)까지 연장되는 하나 이상의 에지 압축 응력 영역 (60)을 더욱 포함한다 (도 1a 및 도 1b, 참조). 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 에지 압축 응력 영역 (60)은, 에지 압축 응력 영역 (60)이 제품 (90)의 무게중심을 향하여 연장되도록 측면 (22, 24)로부터 실질적으로 일정한 제2 선택 깊이 (62)를 보유할 수 있다. 다른 실행에서, 제2 선택 깊이 (62)는, 에지 압축 응력 영역 (60)을 생성하는데 사용될 수 있는 다양한 공정을 반영하여, (예를 들어, 마스킹된 주 표면 (12, 14)의 전부 또는 일부를 갖는 제품 (90)을 침지하여, 하나 이상의 측면 (22, 24)을 노출하는, 이온 교환 공정에 의해) 제품 (90) 내에서 변화될 수 있다. 또한, 제품 (90) 내에 영역은, 주 압축 응력 영역 (50) 및 에지 압축 응력 영역 (60) 모두에 의해, 각각 영향을 받는 압축 응력을 갖는 중첩하는 부피 영역을 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

강화 제품 (100c)의 어떤 관점에서, 주 압축 응력 영역 (50)의 최대 압축 응력은 약 700MPa 이상이며, 및 제1 선택 깊이 (52)는 제품의 두께의 약 1% 내지 10%이다. 강화 제품 (100c) (즉, 주 압축 응력 영역 및 에지 압축 응력 영역 모두를 함유하는 강화 제품)의 다른 실행에서, 주 압축 응력 영역 (50)에서 최대 압축 응력은, 약 500MPa 이상, 550MPa 이상, 600MPa 이상, 650MPa 이상, 700MPa 이상, 750MPa 이상, 800MPa 이상, 850MPa 이상, 900MPa 이상, 950MPa 이상, 및 심지어 1000MPa 이상까지이다. 이러한 강화 제품 (100c)은 또한 약 400MPa 이하의 최대 압축 응력을 갖는 에지 압축 응력 영역 (60)을 보유할 수 있다. 어떤 관점에서, 에지 압축 응력 영역 (60)은 약 500MPa 이하, 450MPa 이하, 400MPa 이하, 350MPa 이하, 300MPa 이하, 250MPa 이하, 200MPa 이하, 150MPa 이하, 및 100MPa 이하의 최대 압축 응력을 갖는다. 강화 제품 (100c)의 다른 실행은, 예를 들어, 약 500MPa 이상, 550MPa 이상, 600MPa 이상, 650MPa 이상, 700MPa 이상, 750MPa 이상, 800MPa 이상, 850MPa 이상, 900MPa 이상, 950MPa 이상, 및 심지어 1000MPa 이상까지의, 주 표면 압축 응력 영역 (50)에서 압축 응력 수준과 비슷한 수준에서 최대 압축 응력을 갖는 하나 이상의 에지 압축 응력 영역 (60)을 나타낸다.

본 개시의 관점에 따른 강화 제품 (100c)에서 다중 압축 응력 영역을 발달시키기 위한 통상적인 공정은: (a) 적어도 하나의 제2 금속의 염을 포함하는 용융염 욕조에 제품 (90) (예를 들어, 제1 금속 이온을 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물을 갖는 기판)을 침지하는 단계 또는 함침하는 단계, 여기서 제2 금속의 양이온은 제1 금속 양이온보다 크고; 및 (b) 약 420℃ 초과 및 유리의 어닐링점보다 적어도 약 30℃의 낮은 온도에서 알칼리 알루미노실리케이트 유리 내에 제1 금속 양이온에 대해 용융염 욕조 유래의 제2 금속의 양이온을 이온 교환하는 단계를 포함한다. 이온 교환은 유리 내로 압축 응력 (CS)의 영역을 발달시키기에 충분한 지속기간 동안 수행된다. 이들 단계들은 제1 사례에서 수행될 수 있고, 및/또는 마스킹된 기판의 특정 영역을 갖는 제품 (90)에 대해 반복될 수 있다. 또한, 마스크 또는 다른 배리어 물질을 제거 또는 부가하는 단계는 이온교환 욕조 외부에서 수행되는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 이들 각각의 순서에서 (즉, 마스킹되지 않은 또는 마스킹된 하나 이상의 영역을 갖는 제품으로) 염 욕조 조성물, 온도 및 이온 교환 지속기간은, 일정하게 유지될 수 있거나 또는 강화 제품 내에 다중 압축 응력 영역을 달성하기 위해 변화될 수 있다. 동시에, 이들 압축 응력 영역은, 강화 제품 (100c)의 에지 및 모서리 근처에서 관찰되는 (장력에서) 최대 주 응력을 최소화 및 감소시키는 역할을 할 수 있다.

다양한 차등 이온교환 공정 방식은, 강화 제품의 에지 및 모서리에 근접하여 최대 인장 응력에서 감소를 달성하기 위해 본 개시에 의해 고려된다. 강화 제품에 대한 적용 환경 (예를 들어, 높은 빈도의 낙하 충격, 굽힘, 점 접촉 (point contacts), 마모, 등)에 의존하여, 다양한 최대 압축 응력 수준 및 DOL 수준은, 제품의 특정 영역에서 이로울 수 있으면서, 기판의 에지 및 모서리에 실질적으로 근접하여 상대적으로 낮은 최대 인장 응력 수준을 유지시킨다. 대표적인 차등 이온교환 공정 방식은 다양한 적용 환경을 설명하는 도 6a-6c에 묘사된다.

도 6a를 참조하면, 주 표면, 에지 및 모서리에 대하여 제품에 대한 굴곡 강도 및 내충격성에서 양호한 균형을 달성하는 제품의 두께, 에지 및 모서리를 통하여 바람직한 응력 프로파일을 생성하도록 차등적으로 (즉, 부분적으로 및 순차적으로) 유리 제품을 화학적으로 강화시키기 위한 방법은 묘사된다. 먼저, 유리 제품은 절단되고 및 완전하게 세정되며, 및 그 다음 제품의 부분은 배리어로 피복된다. 상기 배리어는, 선택된 염 욕조 (예를 들어, 인듐 주석 산화물 (ITO) 코팅)에 불활성인 물질로 만들어지고, 및 유리 제품의 하나 이상의 부분 상에 박막으로, 코팅되고, 인쇄되며 및/또는 달리 부착될 수 있다. 피복된 유리 제품은 그 다음 미리 결정된 지속기간 동안 제1 온도에서 제1 염 욕조에 함침된다. 유리 및 유리 제품의 비피복된 부분은 특정 압축 응력 프로파일로 화학적으로 강화된다. 다음, 배리어는 부분적으로 강화된 유리 제품으로부터 제거된다.

도 6a를 다시 참조하면, 이 단계에서, 부분적으로 강화된 유리 제품은, 선택적으로 제2 염 욕조에 배치되고, 미리 결정된 지속기간 동안 제2 욕조 온도에서 함침에 적용된다. 몇몇 관점에서, 제2 염 욕조 조성물, 온도 및 지속기간은 제1 염 욕조 조성물, 온도 및 지속기간과 동일할 수 있다. 다른 관점에서, 하나 이상의 제2 염 욕조 조성물, 온도 및 지속기간은 제1 염 욕조와 연관된 파라미터에 대해 변화될 수 있다. 제2 염 욕조에서 선택적 함침이 완료된 후에, 선택적 어닐링 단계는, 유리 제품의 조성물에 적어도 부분적으로 기초하여 선택된 열 처리 프로파일에 따라 유리 제품에 대해 수행될 수 있다. 예를 들어, Corning® Gorilla Glass® 조성물로, 도 6a에 서술된 조건에 따라 강화된 유리 제품은, 약 1분 내지 약 5시간 동안 약 510℃ 내지 550℃에서 열 처리될 수 있다. 열 처리는 강화 유리 제품의 최종 보유 강도 및 강도 변동성을 조절하는데 사용될 수 있다.

도 6b를 참조하면, 제품에 대한 휨 강도 및 이의 주 표면, 에지 및 모서리에 대한 내충격성의 양호한 균형을 달성하는 제품의 두께, 에지 및 모서리를 통하여 바람직한 응력 프로파일을 생성하는데 차등적으로 유리 제품을 화학적으로 강화하기 위한 방법은 묘사된다. 먼저, 유리 제품은 절단되고, 및 철저히 세정된 다음, 상기 제품은 미리 결정된 지속기간 동안 제1 온도에서 제1 염 욕조에 함침된다. 따라서, 전체 유리 제품은 설계된 압축 응력 프로파일로 화학적으로 강화된다.

도 6b를 다시 참조하면, 유리 제품의 일부는 그리고 나서 배리어로 피복된다. 상기 배리어는 선택된 염 욕조 조성물에 대해 불활성인 물질로 만들어지며, 및 유리 제품의 일부에 대해 박막으로 코팅, 인쇄 및/또는 달리 부착될 수 있다. 마스킹된 유리 제품은, 최종, 설계된 압축 응력 프로파일이 전체 제품에 걸쳐 생성될 때까지, 유리 제품의 마스킹되지 않은 부분을 화학적으로 강화하기 위해 미리 결정된 지속기간 동안 제2 온도에서 제2 염 욕조에 배치된다. 몇몇 관점에서, 최종, 설계된 압축 응력 프로파일은, 제품의 주 표면과 연관된 압축 응력 프로파일 및 유리 제품의 하나 이상의 에지 및/또는 모서리와 연관된 에지 압축 응력 프로파일을 포함한다. 몇몇 관점에서, 제2 염 욕조 조성물, 온도 및 지속기간은 제1 염 욕조 조성물, 온도 및 지속기간과 동일할 수 있다. 다른 관점에서, 하나 이상의 제2 염 욕조 조성물, 온도 및 지속기간은 제1 염 욕조와 연관된 파라미터에 대해 변화될 수 있다.

제2 염 욕조에서 함침이 도 6b에 도시된 방법에 따라 완료된 후에, 상기 배리어는 강화된 유리 제품으로부터 제거된다. 선택적 어닐링 단계는, 유리 제품의 조성물에 적어도 부분적으로 기초하여 선택된 열 처리 프로파일에 따라 유리 제품에 대해 수행될 수 있다. 도 6b에 도시된 공정 조건과 연관하여 수행된 어닐링 단계는, 도 6a에 묘사된 방법과 연관된 선택적 어닐링 단계와 일치한다. 예를 들어, Corning® Gorilla Glass® 조성물로, 도 6b에 서술된 조건에 따라 강화된 유리 제품은, 약 1분 내지 약 5시간 동안 약 510℃ 내지 550℃에서 열 처리될 수 있다.

도 6c에 나타낸 바와 같이, 제품에 대한 휨 강도 및 이의 주 표면, 에지 및 모서리에 대한 내-충격성에서 양호한 균형을 달성하는 제품의 두께, 에지, 및 모서리를 통하여 바람직한 응력 프로파일을 생성하기 위해 차등적으로 유리 제품을 화학적으로 강화시키기 위한 또 다른 방법은 묘사된다. 먼저, 유리 제품은 절단되고, 철저하게 세척된 후, 그 다음 제품의 일부는 배리어로 피복된다. 상기 배리어는 선택된 염 욕조 (예를 들어, 인듐 주석 산화물 (ITO) 코팅)에 불활성인 물질로 만들어지고, 및 유리 제품의 하나 이상의 부분에 대해 박막으로 코팅, 인쇄 및/또는 달리 부착될 수 있다. 피복된 유리 제품은 그 다음 미리 결정된 지속기간 동안 제1 온도에서 제1 염 욕조에 함침된다. 유리 및 유리 제품의 비피복된 부분은, 특정 압축 응력 프로파일로 화학적으로 강화된다. 다음, 상기 배리어는 부분적으로 강화된 유리 제품으로부터 제거된다.

도 6c를 다시 참조하면, 유리 제품의 일부는 그리고 나서 배리어로 피복된다. 상기 배리어는 선택된 염 욕조 조성물에 불활성인 물질로 만들어지고, 및 유리 제품의 일부에 대해 박막으로 코팅, 인쇄 및/또는 달리 부착될 수 있다. 마스킹된 유리 제품은, 최종, 설계된 압축 응력 프로파일이 전체 제품에 걸쳐 생성될 때까지, 유리 제품의 마스킹되지 않은 부분을 화학적으로 강화시키기 위해 미리 결정된 지속기간 동안 제2 온도에서 제2 염 욕조에 배치된다. 몇몇 관점에서, 최종, 설계된 압축 응력 프로파일은, 제품의 주 표면과 연관된 압축 응력 프로파일 및 유리 제품의 하나 이상의 에지 및/또는 모서리와 연관된 에지 압축 응력 프로파일을 포함한다. 몇몇 관점에서, 제2 염 욕조 조성물, 온도 및 지속기간은 제1 염 욕조 조성물, 온도, 및 지속기간과 동일할 수 있다. 다른 관점에서, 하나 이상의 제2 염 욕조 조성물, 온도 및 지속기간은 제1 염 욕조와 연관된 파라미터에 대해 변화될 수 있다.

제2 염 욕조에서 함침이 도 6c에 도시된 방법에 따라 완료된 후에, 상기 배리어는 강화 유리 제품으로부터 제거된다. 선택적 어닐링 단계는 유리 제품의 조성물에 적어도 부분적으로 기초하여 선택된 열 처리 프로파일에 따라 유리 제품에 대해 수행될 수 있다. 도 6c에 도시된 공정 조건과 연관하여 수행된 어닐링 단계는, 도 6a 및 6b에 묘사된 방법과 연관된 선택적 어닐링 단계와 일치한다.

본 개시의 또 다른 관점에 따르면, 차등 이온교환 공정을 포함하는 강화 제품 (예를 들어, 강화 제품 (100c))을 만드는 방법은 제공된다 (이하 "실시예 1"). 이 방법은 또한 초기에 기재된, 도 6a에 묘사된 방법과 일치한다. 특히, 상기 방법은 복수의 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 갖는 제품 (예를 들어, 제품 (90))을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 제품은 복수의 주 표면, 에지 및 모서리, 및 두께에 의해 더욱 한정된다. 상기 방법은 또한: 복수의 제1 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 더 큰 크기를 갖는, 제1 이온-교환 욕조를 제공하는 단계; 상기 제품의 에지 및 모서리의 각각을 이온-교환 배리어 물질로 마스킹하는 단계; 상기 마스킹된 제품을 제1 이온-교환 온도 및 지속기간에서 제1 이온-교환 욕조에 침지시켜 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계; 및 상기 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계를 포함한다. 부가적으로, 영역에서 최대 압축 응력은 약 800MPa 이상이고, 및 제1 선택 깊이는 제품의 두께의 약 1% 내지 10%이다.

마스킹 단계 없이, 전술된 방법에 따라 제조된 종래의 제품은, 제품의 두께가 약 0.8㎜인 경우, 약 45㎛의 DOL로, 이의 주 표면에서 약 900MPa의 최대 압축 응력을 나타낼 수 있다 (이하 "비교 예"하 한다). 이러한 제품은 약 99.4중량% 초과의 KNO₃ 및 0.6중량%의 NaNO₃를 갖는 욕조에서 420℃의 온도로 2.1-시간 이온교환을 사용하여 전술된 방법에 따라 처리될 것이다. 다른 전술된 실시 예뿐만 아니라, 이 실시 예에서, 이온-교환된 유리는, 빠른 이온 교환을 촉진하기 위해 조성물에 약간의 P₂O₅를 갖는 알루미노-실리케이트 유리이다. 특히, 비교 예는, 도 7a에 도시된 응력 프로파일로 대표되는 바와 같이, 모서리의 주변에서 약 240MPa의 상대적으로 높은 최대 인장 응력을 나타낼 것이다.

대조적으로, 비교 예 (이전 단락 참조)와 동일한 욕조 조성물, 온도 및 지속기간에 따라서 전술된 실시 예 1 방법에 따라 구체적으로 제조된 (즉, 측면의 특정 마스킹을 갖는) 강화 제품 (100c)은, 도 7b에 도시된 응력 프로파일에 의해 대표되는 바와 같이, 모서리 중 하나의 주변에서 약 165MPa의 최대 인장 응력을 나타낸다. 이것은 제품의 모서리에서 관찰된 최대 인장 응력에서 대략 30% 감소를 나타낸다. 부가적으로, 이러한 제품 (100c)는 약 45㎛의 DOL로, 이의 주 표면에서 약 900MPa의 최대 압축 응력을 나타낼 것이다. 제품 (100c)의 측면이 염 욕조에 노출되지 않기 때문에, 제품의 측면에 따른 압축 응력은, 에지에서 약 316MPa의 최대 값으로부터 측면의 중심선에 따라 약 77MPa의 최소 값으로 하향 변화된다.

좀 더 일반적으로, 실시 예 1 방법에 따라 제조된 강화 제품 (100c) (도 1 참조)은, 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물, 복수의 주 표면 (12, 14), 에지 (42, 44), 모서리 (32, 34), 및 두께 (54)를 갖는 제품 (90)을 포함할 수 있다. 상기 제품 (90)은 또한, 주 표면들 (12, 14) 중 하나로부터 제품의 제1 선택 깊이 (52)까지 연장되는 주 압축 응력 영역 (50); 및 각각의 에지 및 모서리로부터 제품의 제2 선택 깊이 (62)까지 연장되는 주 압축 응력 영역 (60) (도 1a 및 1b 참조)을 포함한다. 상기 주 압축 응력 영역 (50)에서 최대 압축 응력은 약 800MPa 이하이고, 및 제1 선택 깊이 (52)는 제품의 두께의 약 1% 내지 10%이다. 부가적으로, 에지 압축 응력 영역 (60)에서 최대 압축 응력은 약 400MPa 이하이다. 이러한 강화 제품 (100c)은, 모서리 및 에지에 근접하여 약 120MPa 이하의 (장력에서) 최대 주 응력을 나타낼 수 있다.

본 개시의 또 다른 관점에 따르면, 차등 이온교환 공정을 포함하는 강화 제품 (예를 들어, 강화 제품 (100c))을 제조하는 방법 (이하, "실시 예 2")은 제공된다. 이 방법은 또한 전술된, 도 6b에 묘사된 방법과 일치한다. 상기 방법은: 복수의 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 갖는 제품 (예를 들어, 제품 (90))을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 제품은 복수의 주 표면, 에지 및 모서리, 및 두께에 의해 더욱 한정된다. 상기 방법은 또한: 복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각이 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제1 이온-교환 욕조를 제공하는 단계; 및 복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각이 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 더 큰 크기를 갖는, 제2 이온-교환 욕조를 포함한다.

실시 예 2의 방법은, 제1 이온-교환 온도 및 지속기간에서 제1 이온-교환 욕조에 마스크되지 않은 제품을 침지시켜 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 초기 압축 응력 영역을 형성하는 침지 단계를 더욱 포함한다. 상기 제품은 그리고 나서 제1 이온-교환 욕조에서 제거된다. 그 다음, 상기 방법은: 이온 교환 배리어 물질로 초기 압축 응력 영역을 갖는 제품의 각각의 에지 및 모서리를 마스킹하는 단계; 상기 마스킹된 제품을 제2 이온-교환 온도 및 지속기간 동안 제2 이온교환 욕조에 침지시켜 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제2 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계; 및 제2 이온교환 욕조에 이의 침지 후에 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계를 포함한다. 부가적으로, 주 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 700MPa 이상이며, 및 제2 선택 깊이는 제품의 두께의 약 1% 내지 10%이다.

비교 예와 동일한 욕조 조성물, 온도 및 지속기간에 따라서 전술된 실시 예 2 방법에 따라 제조된 강화 제품 (100c)은, 도 7c에 묘사된 응력 프로파일에 의해 대표되는 바와 같이, 119MPa의 최대 인장 응력을 나타낸다. 이것은 비교 예의 방법에 따라 제조된 제품과 비교하여 제품의 모서리에서 관찰된 최대 인장 응력에서 상당한 감소를 나타낸다 (즉, 약 240MPa (도 7a 참조) 대 119MPa). 부가적으로, 실시 예 2의 방법에 따라 제조된 강화 제품 (100c)은, 이의 주 표면 전체로부터 약 170㎛의 압축 응력 층의 깊이 (DOL) 및 약 812MPa의 주 표면에서 최대 압축 응력을 나타낸다. 요약하면, 실시 예 2의 방법에 따라 제조된 제품 (100c)은, 제품의 모서리에서의 최대 인장 응력을 현저하게 감소시키면서, 측면에 따라 깊은 DOL로, 상부 및 하부 주 표면에 대해 유리한 고도의 표면 압축을 나타낸다.

좀 더 일반적으로, 실시 예 2의 방법에 따라 제조된 강화 제품 (100c)은, 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물, 복수의 주 표면 (12, 14), 에지 (42, 44), 모서리 (32, 34), 및 두께 (54)를 갖는 제품 (90)을 포함할 수 있다. 상기 제품 (90)은 또한, 주 표면들 (12, 14) 중 하나로부터 제품의 제1 선택 깊이 (52)까지 연장되는 주 압축 응력 영역 (50); 및 각각의 에지 및 모서리로부터 제품의 제2 선택 깊이 (62)까지 연장되는 에지 압축 응력 영역 (60) (도 1a 및 도 1b 참조)을 포함한다. 상기 주 압축 응력 영역 (50)에서 최대 압축 응력은 약 700MPa 이하이고, 및 제1 선택 깊이는 제품 두께의 약 1% 내지 10%이다. 부가적으로, 에지 압축 응력 영역 (60)에서 최대 압축 응력은 약 500MPa 이하이다.

또 다른 구체 예에서, 차등 이온교환 공정을 포함하는 강화 제품 (예를 들어, 강화 제품 (100c))을 만드는 방법은 제공된다 (이하 "실시 예3"). 상기 방법은: 복수의 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 갖는 제품 (예를 들어, 제품 (90))을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 제품은 복수의 주 표면, 에지 및 모서리, 및 두께에 의해 더욱 한정된다. 상기 방법은 또한: 복수의 이온-교환 알칼리 금속이온 (예를 들어, K⁺ 이온)을 포함하며, 각각이 이온-교환 가능한 알칼리 금속이온 (예를 들어, Na⁺ 이온)의 크기보다 더 큰 크기를 갖는, 제1 이온-교환 욕조를 제공하는 단계; 및 복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각이 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 더 큰 크기를 갖는, 제2 이온-교환 욕조를 포함한다. 상기 방법은: 이온-교환 배리어 물질 (예를 들어, ITO 층)로 제품의 에지 및 모서리의 각각을 마스킹하는 단계; 상기 마스킹된 제품을 제1 이온-교환 온도 및 지속기간에서 제1 이온-교환 욕조에 침지하여, 주 표면 중 하나로부터 제품의 제1 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계; 및 상기 제1 이온-교환 욕조로부터 제품을 제거한 후에 주 압축 응력 영역을 갖는 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계를 더욱 포함한다.

실시 예 3의 방법은: 이온-교환 배리어 물질로 주 압축 응력 영역을 갖는 제품 (예를 들어, 제품 (90))의 주 표면을 마스킹하는 단계; 상기 마스킹된 주 표면을 갖는 전체 제품을 제2 이온-교환 온도 및 지속기간에서 제2 이온-교환 욕조에 침지하여, 제품의 각각의 모서리 및 에지로부터 제품 내에 제2 선택 깊이까지 연장되는 에지 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계; 및 상기 제2 이온-교환 욕조에서 이의 침지 후에, 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계를 더욱 포함한다. 부가적으로, 상기 주 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 700MPa 이상이며, 및 제1 선택 깊이는 제품 두께의 적어도 10%이다.

비교 예와 동일한 욕조 조성물, 온도 및 지속기간에 따라서 전술된 실시 예 3의 방법에 따라 제조된 강화 제품 (100c)은, 도 7d에 묘사된 응력 프로파일에 의해 대표되는 바와 같이, 161MPa의 최대 인장 응력을 나타낸다. 이는 비교 예의 방법에 따라 제조된 제품과 비교하여 제품의 모서리에서 관찰된 최대 인장 응력에 상당한 감소를 나타낸다 (즉, 약 240MPa (도 7a 참조) 대 161MPa). 부가적으로, 실시 예 3의 방법에 따라 제조된 강화 제품 (100c)은, 약 45㎛의 압축 응력 층의 깊이 (DOL) 및 약 800MPa의 제품의 주 표면에서 최대 압축 응력을 나타낸다. 더욱이, 실시 예 3의 방법에 따라 제조된 강화 제품 (100c)은 약 1000MPa의 제품의 측면에서 최대 압축 응력을 나타낸다. 요약하면, 실시 예 3의 방법에 따라 제조된 제품 (100c)은, 제품의 모서리에서 최대 인장 응력을 현저히 감소시키면서, 이의 측면과 함께, 상부 및 하부 주 표면에 대해 유리한 고도의 표면 압축을 나타낸다.

좀 더 일반적으로, 실시 예 3의 방법에 따라 제조된 강화 제품 (100c)은, 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물, 복수의 주 표면 (12, 14), 에지 (42, 44), 모서리 (32, 34), 및 두께 (54)를 갖는 제품 (90)을 포함할 수 있다. 상기 제품 (90)은 또한 주 표면 (12, 14) 중 하나로부터 제품 (90)의 제1 선택 깊이 (52)까지 연장되는 주 압축 응력 영역 (50); 및 각각의 에지 및 모서리로부터 제품의 제2 선택 깊이 (62)까지 연장되는 에지 압축 응력 영역 (60)을 포함한다. 상기 주 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 700MPa 이하이고, 및 제1 선택 깊이는 제품의 두께의 약 1% 내지 10%이다. 부가적으로, 에지 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 700MPa 이상이다.

실시 예 1-3으로 대표되는 전술된 방법에 따라 제조된 강화 제품 (100c)은, 약 0.4㎜ 내지 약 1㎜ 범위의 두께 (54)로 유리 조성물을 갖는 실질적으로 투명 기판을 갖는 제품 (90)을 포함할 수 있다. 앞서 개요가 서술된 바와 같이 (도 3b 참조), 강화 제품 (100c)의 에지 및 모서리는 또한, 예를 들어, 0.1㎜ 이상의 평균 반경으로, 필릿-유사 또는 스플라인-유사 윤곽에 의해 한정될 수 있다.

몇몇 관점에서, 실시 예 1-3에 상세히 열거된 방법에 따라 제조된 강화 제품 (100c)은, 하나 이상의 이의 모서리 (예를 들어, 모서리 (32, 34)) 및 에지 (예를 들어, 에지 (42, 44))에 실질적으로 근접하여 200MPa 이하의 최대 인장 응력에 의해 한정된다. 몇몇 구체 예에서, 제품 (100c)의 에지 및 모서리에 실질적으로 근접하여 최대 인장 응력은 100MPa를 초과하지 않는다.

강화 제품 (100c)을 제조하기 위해 실시 예 1-3에서 상세히 열거된 전술된 방법과 관련하여, 적절한 이온 교환 온도, 지속기간 및 강화된 욕조 조성물은, 강화제품 (100)을 개발하기 위해 사용된 방법과 관련하여 앞서 개요가 서술된 개시로부터 파생될 수 있다. 예를 들어, 전술된 방법은, 약 3 내지 15시간으로 설정된 이온 교환 지속기간으로 약 400℃ 내지 450℃의 범위의 이온 교환 온도, 및 100중량% 용융 KNO₃를 포함하는 욕조 조성물을 사용할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 전술된 방법은, 약 30분 내지 약 5시간으로 설정된 이온 교환 지속기간으로 약 460℃ 내지 520℃의 범위의 이온 교환 온도, 및 97 내지 99중량%의 용융 KNO₃ 및 1 내지 3중량%의 용융 KSO₄를 포함하는 욕조 조성물을 사용할 수 있다.

여기에 개시된 강화 제품은, 디스플레이를 갖는 제품 (또는 디스플레이 제품) (예를 들어, 이동 전화, 테블릿, 컴퓨터, 네비게이션 시스템, 및 이와 유사한 것을 포함하는, 소비자 전자 제품), 건축용 제품, 운송용 제품 (예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박, 등), 가전제품, 또는 약간의 투명성, 내-스크래치성, 내마모성 또는 이들의 조합이 요구되는 임의의 제품과 같은, 또 다른 제품으로 혼입될 수 있다. 여기에 개시된 강화 제품 중 어느 하나를 혼입하는 대표적인 제품은 도 8a 및 도 8b에 나타낸다. 구체적으로, 도 8a 및 8b는, 전면 (804), 후면 (806), 및 측면 (808)을 갖는 하우징 (802); 상기 하우징 내에 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 내부에 있고, 및 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 인접한 디스플레이 (810)을 포함하는, 전자 부품 (도시되지 않음); 및 디스플레이에 걸쳐 있도록 하우징의 전면에 또는 전면에 걸친 커버 기판 (812)를 포함하는, 소비자 전자 장치 (800)을 나타낸다. 몇몇 구체 예에서, 커버 기판 (812)은 여기에 개시된 강화 제품 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

향상된 강도를 갖는 모서리 및 에지를 갖는 강화 제품을 제조하기 위한 전술한 방법은 대표적인 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 전술한 원리들은, 제품에 대한 예측된 적용 환경에 의존하여, 제품의 특정 모서리, 측면, 에지 및 주 표면을 마스킹하는 단계를 포함하는, 차등 이온교환 처리를 통해 제품의 다양한 위치에서 압축 응력 및 DOL 수준의 양을 최적화하는데 사용될 수 있다. 동시에, 이들 압축 응력 및 DOL 특성은, 이들 제품에서 얻으면서, 피쳐에 실질적인 주변의 최대 인장 응력의 감소를 통해, 이의 모서리, 에지 및 측면을 포함하는, 제품의 중요한 기하학적 피쳐에 대한 강화된 강도를 유지할 수 있다.

청구 범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 개시의 제품 및 방법에 대하여 다양한 변형 및 변화가 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (37)

1. 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지 및 두께를 갖는, 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹;
   상기 주 표면들 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 압축 응력 영역;
   상기 주 표면 및 상기 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 제품의 무게중심으로 연장되는 중심 영역; 및
   상기 주 표면들 및 측면 에지들 사이에서 경계로 연장되는 외부 영역을 포함하고,
   여기서, 상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은, 상기 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배를 초과하지 않는, 강화 제품.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 400MPa 이하이고, 및 상기 제1 선택 깊이는 상기 제품의 두께의 적어도 8%인, 강화 제품.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 압축 응력 영역은, 이온 교환 공정으로부터 형성되고 및 복수의 교환된 알칼리 금속 이온을 포함하는, 강화 제품.
4. 청구항 1 내지 3중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제품은, 약 0.4㎜ 내지 1㎜의 두께 범위, 및 유리 조성물을 갖는 실질적으로 투명한 기판을 포함하는, 강화 제품.
5. 청구항 1 내지 4중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주 표면 및 측면 에지는 복수의 모서리를 한정하고, 및 상기 압축 응력 영역을 형성하는 공정으로부터 결과하는 측면 에지 및 모서리에 실질적인 주변의 최대 인장 응력은 200MPa를 초과하지 않는, 강화 제품.
6. 청구항 1 내지 4중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주 표면 및 측면 에지는 복수의 모서리를 한정하고, 및 상기 압축 응력 영역을 형성하는 공정으로부터 결과하는 측면 에지 및 모서리에 실질적인 주변의 최대 인장 응력은 100MPa를 초과하지 않는, 강화 제품.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 주 표면 및 측면 에지는 복수의 모서리를 한정하고, 및 상기 모서리는 챔퍼, 두께의 약 5% 내지 50%의 평균 반경을 갖는 필릿, 또는 두께의 약 5% 내지 100%의 적어도 하나의 곡률 반경을 갖는 곡선 형상에 의해 한정되는, 강화 제품.
8. 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지, 및 두께를 갖는, 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹;
   상기 주 표면들 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역;
   상기 주 표면 및 상기 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 제품의 무게중심으로 연장되는 중심 영역;
   상기 제품의 주 표면들 및 측면 에지들 사이에서 경계로 연장되는 외부 영역; 및
   각각의 측면 에지로부터 제품 내에 제2 선택 깊이까지 연장되는 에지 압축 응력 영역을 포함하고,
   여기서, 상기 주 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 700MPa 이상이며, 및 상기 제1 선택 깊이는 상기 제품의 두께의 약 1% 내지 10%이고, 및
   상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배 이하인, 강화 제품.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 에지 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 400MPa 이하인, 강화 제품.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 에지 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 500MPa 이하인, 강화 제품.
11. 청구항 8에 있어서,
    상기 에지 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은, 약 700MPa 이상인, 강화 제품.
12. 청구항 8 내지 11중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 응력 영역은, 하나 이상의 이온 교환 공정으로부터 형성되고 및 복수의 교환된 알칼리 금속 이온을 포함하는, 강화 제품.
13. 청구항 8 내지 12중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제품은, 약 0.4mm 내지 1mm의 두께 범위, 및 유리 조성물을 갖는 실질적으로 투명한 기판을 포함하는, 강화 제품.
14. 청구항 8 내지 13중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 표면 및 측면 에지는 복수의 모서리를 한정하고, 및 상기 압축 응력 영역을 형성하는 공정으로부터 결과하는 측면 에지 및 모서리에 실질적인 주변의 최대 인장 응력은 200MPa를 초과하지 않는, 강화 제품.
15. 청구항 8 내지 13중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 표면 및 측면 에지는 복수의 모서리를 한정하고, 및 상기 압축 응력 영역을 형성하는 공정으로부터 결과하는 측면 에지 및 모서리에 실질적인 주변의 최대 인장 응력은 100MPa를 초과하지 않는, 강화 제품.
16. 청구항 8 내지 15중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 표면 및 측면 에지는 복수의 모서리를 한정하고, 및 상기 모서리는, 챔퍼, 두께의 약 5% 내지 50%의 평균 반경을 갖는 필릿, 또는 두께의 약 5% 내지 100%의 적어도 하나의 곡률 반경을 갖는 곡선 형상에 의해 한정되는, 강화 제품.
17. 복수의 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 가지며, 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지, 및 두께에 의해 더욱 한정된, 제품을 제공하는 단계;
    복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제1 이온교환 욕조를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 이온교환 욕조에 상기 제품을 제1 이온-교환 온도 및 지속시간 동안 침지시켜 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 압축 응력 영역을 형성시키는, 침지 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 제품은: (a) 상기 주 표면 및 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 제품의 무게중심까지 연장되는 중심 영역, 및 (b) 상기 제품의 주 표면들 및 측면 에지들 사이에서 상기 경계까지 연장되는 외부 영역을 더욱 포함하고, 및
    상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은, 상기 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배 이하인, 강화 제품의 제조 방법.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 400MPa 이하이고, 및 상기 제1 선택 깊이는 상기 제품의 두께의 적어도 8%인, 강화 제품의 제조 방법.
19. 청구항 17에 있어서,
    상기 압축 영역에서 최대 압축 응력은 약 200MPa 이하인, 강화 제품의 제조 방법.
20. 청구항 17 내지 19중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제품은, 약 0.4mm 내지 1mm의 두께 범위, 및 유리 조성물을 갖는 실질적으로 투명한 기판을 포함하는, 강화 제품의 제조 방법.
21. 청구항 17 내지 20중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이온교환 온도는 약 400℃ 내지 450℃의 범위이고, 및 상기 제1 이온교환 지속기간은 약 3 내지 15시간인, 강화 제품의 제조 방법.
22. 복수의 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 가지며, 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지, 및 두께에 의해 더욱 한정된, 제품을 제공하는 단계;
    복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제1 이온-교환 욕조를 제공하는 단계;
    상기 제품의 각각의 측면 에지를 이온-교환 배리어 물질로 마스킹하는 단계;
    상기 마스킹된 제품을 상기 제1 이온교환 욕조에서 제1 이온-교환 온도 및 지속시간 동안 침지시켜 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계; 및
    상기 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 제품은: (a) 상기 주 표면 및 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 제품의 무게중심까지 연장되는 중심 영역, 및 (b) 상기 제품의 주 표면들 및 측면 에지들 사이에서 상기 경계까지 연장되는 외부 영역을 더욱 포함하고, 및
    상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은, 상기 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배 이하인, 강화 제품의 형성 방법.
23. 청구항 22에 있어서,
    상기 주 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 800MPa 이상이며, 및 상기 제1 선택 깊이는 상기 제품의 두께의 약 1% 내지 10%인, 강화 제품의 형성 방법.
24. 청구항 22 또는 23에 있어서,
    상기 제품은, 약 0.4mm 내지 1mm의 두께 범위, 및 유리 조성물을 갖는 실질적으로 투명한 기판을 포함하는, 강화 제품의 형성 방법.
25. 청구항 22 내지 24중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이온교환 온도는 약 460℃ 내지 520℃의 범위이고, 및 상기 제1 이온교환 지속기간은 약 30분 내지 약 5시간인, 강화 제품의 형성 방법.
26. 복수의 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 가지며, 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지, 및 두께에 의해 더욱 한정된, 제품을 제공하는 단계;
    복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제1 이온-교환 욕조를 제공하는 단계;
    복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제2 이온-교환 욕조를 제공하는 단계;
    상기 제품을 상기 제1 이온교환 욕조에서 제1 이온-교환 온도 및 지속시간 동안 침지시켜 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 초기 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계;
    상기 초기 압축 응력 영역을 갖는 제품의 각각의 측면 에지를 이온-교환 배리어 물질로 마스킹하는 단계;
    상기 마스킹된 제품을 상기 제2 이온교환 욕조에서 제2 이온-교환 온도 및 지속시간 동안 침지시켜 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제2 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계; 및
    상기 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 제품은: (a) 상기 주 표면 및 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 제품의 무게중심까지 연장되는 중심 영역, 및 (b) 상기 제품의 주 표면들 및 측면 에지들 사이에서 상기 경계까지 연장되는 외부 영역을 더욱 포함하고, 및
    상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은, 상기 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배 이하인, 강화 제품의 형성 방법.
27. 청구항 26에 있어서,
    상기 주 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 700MPa 이상이며, 및 상기 제2 선택 깊이는 상기 제품의 두께의 약 1% 내지 10%인, 강화 제품의 형성 방법.
28. 청구항 26 또는 27에 있어서,
    상기 제품은, 약 0.4mm 내지 1mm의 두께 범위, 및 유리 조성물을 갖는 실질적으로 투명한 기판을 포함하는, 강화 제품의 형성 방법.
29. 청구항 26 내지 28중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이온교환 온도는 약 400℃ 내지 450℃이고, 및 상기 제1 이온교환 지속기간은 약 3 내지 15시간이며, 및 상기 제1 이온교환 욕조는 100% 용융 KNO₃ (중량 기준)를 포함하는, 강화 제품의 형성 방법.
30. 청구항 26 내지 29중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 이온교환 온도는, 약 460℃ 내지 520℃의 범위이고, 및 상기 제2 이온교환 지속기간은, 약 30분 내지 약 5시간이며, 및 상기 제2 이온교환 욕조는, 97 내지 99%의 용융 KNO₃ 및 1 내지 3%의 용융 KSO₄ (중량 기준)를 포함하는, 강화 제품의 형성 방법.
31. 복수의 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 조성물을 가지며, 복수의 주 표면, 복수의 측면 에지, 및 두께에 의해 더욱 한정된, 제품을 제공하는 단계;
    복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제1 이온-교환 욕조를 제공하는 단계;
    복수의 이온-교환 알칼리 금속 이온을 포함하며, 각각은 이온-교환 가능한 알칼리 금속 이온의 크기보다 큰 크기를 갖는, 제2 이온-교환 욕조를 제공하는 단계;
    상기 제품의 각각의 측면 에지를 이온 교환 배리어 물질로 마스킹하는 단계;
    상기 마스킹된 제품을 상기 제1 이온교환 욕조에서 제1 이온-교환 온도 및 지속시간 동안 침지시켜, 주 표면 중 하나로부터 제품 내에 제1 선택 깊이까지 연장되는 주 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계;
    상기 주 압축 응력 영역을 갖는 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계;
    상기 주 압축 응력 영역을 갖는 제품의 주 표면을 이온-교환 배리어 물질로 마스킹하는 단계;
    상기 마스킹된 주 표면을 갖는 제품을 상기 제2 이온교환 욕조에서 제2 이온-교환 온도 및 지속시간 동안 침지시켜, 각각의 에지 및 모서리로부터 제품 내에 제2 선택 깊이까지 연장되는 에지 압축 응력 영역을 형성하는, 침지 단계; 및
    상기 에지 압축 응력 영역을 갖는 제품으로부터 배리어 물질을 제거하는 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 제품은: (a) 상기 주 표면 및 에지로부터 200㎛의 깊이에 위치된 경계로부터 제품의 무게중심까지 연장되는 중심 영역, 및 (b) 상기 제품의 주 표면들 및 측면 에지들 사이에서 상기 경계까지 연장되는 외부 영역을 더욱 포함하고, 및
    상기 외부 영역 내에 장력에서 최대 주 응력은, 상기 중심 영역 내에 장력에서 최대 주 응력의 2배 이하인, 강화 제품의 형성 방법.
32. 청구항 31에 있어서,
    상기 주 압축 응력 영역에서 최대 압축 응력은 약 700MPa 이상이고, 및 상기 제1 선택 깊이는 상기 제품의 두께의 적어도 10%인, 강화 제품의 형성 방법.
33. 청구항 31 또는 32에 있어서,
    상기 제품은, 약 0.4mm 내지 1mm의 두께 범위, 및 유리 조성물을 갖는 실질적으로 투명한 기판을 포함하는, 강화 제품의 형성 방법.
34. 청구항 31 내지 33중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이온교환 온도는 약 460℃ 내지 520℃ 범위이고, 및 상기 제1 이온교환 지속기간은 약 30분 내지 약 5시간이며, 및 상기 제1 이온교환 욕조는 97 내지 99%의 용융 KNO₃ 및 1 내지 3%의 용융 KSO₄ (중량 기준)를 포함하는, 강화 제품의 형성 방법.
35. 청구항 31 내지 34중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 이온교환 온도는 약 460℃ 내지 520℃ 범위이고, 및 상기 제2 이온교환 지속기간은 약 30분 내지 약 5시간이며, 및 상기 제2 이온교환 욕조는 97 내지 99%의 용융 KNO₃ 및 1 내지 3%의 용융 KSO₄ (중량 기준)를 포함하는, 강화 제품의 형성 방법.
36. 전면, 배면 및 측면을 갖는 하우징;
    상기 하우징 내부에 적어도 부분적으로 존재하는 전기 구성요소들;
    상기 하우징의 전면에 또는 인접한 디스플레이; 및
    상기 디스플레이상에 배치된 커버 기판을 포함하며, 여기서 상기 커버 기판은 청구항 1의 제품을 포함하는, 장치.
37. 전면, 배면, 및 측면을 갖는 하우징;
    상기 하우징 내부에 적어도 부분적으로 존재하는 전기 구성요소들;
    상기 하우징의 전면에 또는 인접한 디스플레이; 및
    상기 디스플레이상에 배치된 커버 기판을 포함하며, 여기서 상기 커버 기판은 청구항 8의 제품을 포함하는, 장치.
    

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