KR20180136490A - 금속 산화물 농도 구배를 포함하는 유리-계 제품 - Google Patents

Abstract

제공되는 것은 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법이다. 특정 방법은: 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 제1 표면에 대향하는 제2 표면, 길이 치수, 너비, 및 중량을 포함하는 유리-계 제품을 제공하는 단계; 및 두께(t)의 적어도 실질직인 부분을 따라 변화하는 0이 아닌 알칼리 금속 산화물 농도를 형성하기 위해 유리-계 기판 내로 다량의 알칼리 이온을 이온 교환하는 단계를 포함한다. 상기 이온 교환하는 단계는 소정의 시간 동안 적어도 약 90 중량%의 KNO₃, 및 약 10 중량% 미만의 NaNO₃를 포함하는 용융된 염 욕 내에 유리-계 제품을 침지시키는 단계를 포함하며, 상기 소정의 시간은 동일한 용융된 염 욕 조성 및 온도를 갖는 피크 중심 장력(CT)을 제조하는 이온 교환 시간의 70% 내지 130% 범위 내의 시간이다. 또한 제공되는 것은 상기 방법에 의해 제조된 이온 교환된 유리-계 제품이다.

Description

금속 산화물 농도 구배를 포함하는 유리-계 제품

관련 출원

본 출원은 2016년 4월 20일에 출원된, 전체가 본원에 참조로서 포함된 미국 출원 제 62/325,353 호에 대한 우선권을 주장한다.

본 개시는 향상된 내파괴성을 포함하는, 향상된 내손상성을 나타내는 유리-계 제품, 보다 구체적으로는 두께의 실질적인 부분을 따라 변화하는 0이 아닌 금속 산화물 농도 구배 또는 농도를 나타내는 유리 및 유리 세라믹 제품에 관한 것이다.

유리-계 제품은 종종 이러한 제품의 표면 내에 큰 결함을 도입할 수 있는 심각한 충격(impact)을 경험한다. 이러한 결함은 표면으로부터 약 200 마이크로미터까지의 깊이로 연장할 수 있다. 전통적으로, 열적으로 템퍼링된(tempered) 유리는 종종 결함이 유리 내로 더욱 전파하는 것을 방지하여, 파손을 방지할 수 있는 큰 압축 응력(CS) 층(예를 들어, 유리의 총 두께의 약 21%)을 나타내기 때문에, 유리 내로의 이러한 결함의 도입으로 인해 유발되는 파손을 막기 위해 사용되었다. 열 템퍼링에 의해 생성된 응력 프로파일의 예가 도 1에 도시된다. 도 1에서, 열적으로 처리된 유리-계 제품(100)은 제1 표면(101), 두께(t₁) 및 표면 CS(110)를 포함한다. 열적으로 처리된 유리-계 제품(100)은 제1 표면(101)으로부터 압축 깊이(DOC)(130)로 감소하는 CS를 나타내고, 본원에 정의된 바와 같이, DOC에서 응력이 압축 응력에서 인장 응력으로 변화하며 최대 중심 장력(CT)(120)에 도달한다.

열 템퍼링은 현재 두꺼운 유리-계 제품(즉, 약 3 밀리미터 이상의 두께(t₁)를 갖는 유리-계 제품)으로 한정되어 있는데, 이는 열 강화 및 원하는 잔류 응력을 달성하기 위해, 충분한 온도 구배가 이러한 제품의 코어(core)와 표면 사이에 형성되어야 하기 때문이다. 이러한 두꺼운 제품은 디스플레이(예를 들어, 모바일 폰, 태블릿, 컴퓨터, 내비게이션 시스템 등을 포함하는 소비자 전자 제품), 건축(예를 들어, 창(window), 샤워 패널(panel), 조리대(countertop) 등), 운송 수단(예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박 등), 가정용 기기 또는 우수한 내파괴성을 가지나 얇고 경량인 제품을 요구하는 임의의 적용(application)과 같은 많은 적용에 바람직하지 않거나 실용적이지 않다.

화학적 강화는 열적 템퍼링과 동일한 방식으로 유리-계 제품의 두께에 의해 제한되지 않으나, 공지된 화학적으로 강화된 유리-계 제품은 열적으로 템퍼링된 유리-계 제품의 응력 프로파일(profile)을 나타내지 않는다. 화학적 강화에 의해(예를 들어, 이온 교환 공정에 의해) 생성된 응력 프로파일의 예는 도 2에 도시된다. 도 2에서, 화학적으로 강화된 유리-계 제품(200)은 제1 표면(201), 두께(t₂) 및 표면 CS(210)을 포함한다. 유리-계 제품(200)은 제1 표면(201)으로부터 DOC(230)로 감소하는 CS를 가지며, 본원에 정의된 바와 같이, DOC에서 응력은 압축 응력에서 인장 응력으로 변화하며 최대 CT(220)에 도달한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 프로파일은 CT 영역의 적어도 일부분을 따라 일정하거나 거의 일정한 인장 응력을 갖는 실질적으로 평탄한 CT 영역 또는 CT 영역을 나타낸다. 종종, 공지된 화학적으로 강화된 유리-계 제품은 도 1에 도시된 최대 중심 값과 비교하여, 보다 낮은 최대 CT 값을 나타낸다.

추가적으로, 화학적 강화에 사용될 수 있는 이온 교환 공정, 특히 크고, 무거운 원자가 보다 작은 이온에 대해 유리 내로 교환되는 이온 교환 공정은 기판 내에서 원하지 않는 중량 및 치수의 증가를 초래할 수 있다. 이러한 변화는 특히 비스듬한(beveled) 에지(edge) 또는 다른 비대칭 모양(feature)을 갖는 유리-계 제품에서 문제될 수 있다. 이러한 유리-계 제품에서, 중량 및 치수의 변화는 휨(warping)을 초래한다. 이온 교환 후, 최종(보다 크고 및/또는 휜) 부분에서의 이러한 원하지 않는 형상 변화를 감소시키는 방법은, 우선적으로 재료를 제거하기 위해 에칭(etching) 또는 폴리싱(polishing)하는 단계와, 이에 의해 원하는 모양을 갖는 부분을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 절차는, 필수적으로 제조를 위해 추가의 공정 단계를 추가하며; 이는 값이 비싸고 증가된 핸들링(handling)으로 인해 최종 부분의 낮은 수율을 초래할 수 있다. 게다가, 이는 보통 스파이크(spike) CS의 원하지 않는 감소, 특히, 스파이크 두께의 어쩌면 원하지 않는 감소를 초래할 것이다.

따라서, 향상된 내파괴성을 나타내는 얇은 유리-계 제품 뿐 아니라, 유리-계 제품의 원하지 않는 변화를 감소시키는 이온 교환 공정의 향상된 방법에 대한 필요가 있다.

본 개시의 제1 관점은 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 약 0.3·t 범위의 두께를 따라 변화하는 금속 산화물의 농도; 및 71.5/√(t) 이상의 최대 CT를 포함하는 중심 장력(CT) 영역을 포함하는 유리-계 제품에 관한 것이며, 여기서, 상기 유리-계 제품이 파괴될 때, 상기 유리-계 제품은 적어도 2 파편/inch²(제곱 인치 당 파편)으로 파괴된다. 본원에 사용된 바와 같이, 금속 산화물 농도의 변화는 본원에서 금속 산화물 농도 구배로서 언급될 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 금속 산화물의 농도는 0이 아니며 전체 두께를 따라 변화한다. 일 이상의 구체예에서, CT 영역은 0이 아니며 약 0·t 내지 약 0.3·t 범위의 두께를 따라 변화하는 금속 산화물 농도를 포함할 수 있다. 일 이상의 구체예의 유리-계 제품은 약 3 밀리미터(mm) 이하, 2 mm 이하, 또는 약 1 mm 이하의 두께 t를 포함할 수 있다.

본 개시의 제2 관점은 제1 표면 및 약 3 mm 미만의 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면, 및 상기 두께를 따라 연장하는 응력 프로파일을 포함하는 유리-계 제품에 관한 것이며, 여기서 약 0·t로부터 0.3·t 까지 및 0.7·t 초과의 두께 범위 사이에서의 응력 프로파일의 모든 점은, 약 0.1 MPa/마이크로미터 초과의 절대값을 갖는 탄젠트(tangent)를 포함하며, 여기서 상기 응력 프로파일은 최대 CS, DOC 및 71.5/√(t) 이상의 최대 CT를 포함하며, 여기서 최대 CT 대 최대 CS의 비는 약 0.01 내지 약 0.02 범위 내이며 여기서 상기 DOC는 약 0.1·t 이상이다.

본 개시의 제3 관점은 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 및 0이 아니며 약 0·t 내지 약 0.3·t(또는 약 0·t 내지 약 0.4·t 또는 약 0·t 내지 약 0.45·t)의 두께 범위를 따라 변화하는 금속 산화물의 농도, 약 200 MPa 이상 초과의 표면 압축 응력; 및 71.5/√(t) 이상의 최대 CT를 갖는 CT 영역을 포함하는 유리-계 제품에 관한 것이다.

본 개시의 제4 관점은 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 및 농도 구배를 형성하는 금속 산화물을 포함하는 유리-계 제품에 관한 것이며, 여기서 상기 금속 산화물의 농도는 상기 제1 표면으로부터 상기 제1 표면과 제2 표면 사이의 점까지 감소하고 상기 점으로부터 상기 제2 표면까지 증가하며, 여기서 상기 점에서의 금속 산화물의 농도는 0이 아니며, 여기서 상기 유리-계 제품은 약 0 J/m² 초과 내지 20 J/m² 미만의 저장된 인장 에너지 및 약 70 GPa 이상의 탄성 계수를 포함한다.

본 개시의 제5 관점은 제1 표면 및 약 3 밀리미터 미만의 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 및 상기 두께를 따라 연장하는 응력 프로파일을 포함하는 유리-계 제품에 관한 것이며, 여기서 약 0t로부터 0.3t까지 및 0.7t 초과의 두께 범위 사이의 모든 점에서의 상기 응력 프로파일은, 약 0.1 MPa/마이크로미터 초과의 절대값을 갖는 탄젠트를 포함하고, 여기서 상기 응력 프로파일은 최대 CS, DOC 및 최대 CT를 포함하며, 여기서 최대 CT 대 최대 CS의 비는 약 0.01 내지 약 0.2 범위 내이고 여기서 상기 DOC는 약 0.1·t 이상이며, 여기서 상기 유리-계 제품은 약 0 J/m² 초과 내지 20 J/m² 미만의 저장된 인장 에너지 및 약 70 GPa 이상의 탄성 계수를 포함한다. 일 이상의 구체예에서, 상기 유리-계 제품은 전체 두께를 따라 연속적으로 변화하는 금속 산화물의 0이 아닌 농도를 포함한다. 몇몇 경우, 금속 산화물의 0이 아닌 농도는 약 10 마이크로미터 미만의 두께 세그먼트(segment)를 따라 연속적으로 변화한다.

본 개시의 제6 관점은 CS 영역 및 CT 영역을 포함하는 응력 프로파일을 포함하는 유리-계 제품에 관한 것이며, 여기서 상기 CT 영역은 식 Stress(x) = MaxT - (((CT_n·(n+1))/0.5n)·|(x/t)-0.5|n)에 의해 정의되고, 여기서 MaxT는 최대 인장 값이고, CT_n은 MaxT 이하이며 MPa 단위의 양의 값으로 제공되며, x는 상기 두께(t)를 따른 마이크로미터 단위의 위치이고, 및 n은 1.5 내지 5 사이이다. 몇몇 구체예에서, 상기 최대 CT 값은 약 50 MPa 내지 약 250 MPa 범위 내이고 상기 최대 CT 값은 약 0.4t 내지 약 0.6t 범위 내의 깊이에 있다. 일 이상의 구체예에서, 약 0t 내지 약 0.1t 범위 내의 두께로부터, 상기 응력 프로파일은 약 20 MPa/미크론 내지 약 200 MPa/미크론 범위 내의 기울기(slope)를 포함한다. 일 이상의 구체예에서, 상기 응력 프로파일은 0.5t로부터 상기 표면까지 측정된 복수의 오차 함수에 의해 정의된다.

본원에 기술된 유리-계 제품의 일 이상의 구체예에 따르면, 금속 산화물의 1가 이온은 약 0·t 내지 약 0.3·t, 약 0·t 내지 약 0.4·t, 또는 약 0·t 내지 약 0.45·t의 두께 범위를 따라 응력을 생성한다. 일 이상의 구체예의 금속 산화물의 농도는 제1 표면으로부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 점까지 감소하며 상기 점으로부터 제2 표면까지 증가한다.

일 이상의 구체예에서, 금속 산화물 농도는 두께 전체에 걸쳐 약 0.05 mol% 이상이다. 예를 들어, 일 이상의 구체예에서, 제1 표면에서의 금속 산화물의 농도는 약 0.5·t의 깊이에서의 금속 산화물의 농도보다 약 1.5배 크다. 예시적인 구체예에서, 유리-계 제품은 약 1 mol% 내지 약 15 mol% 범위 내의 금속 산화물의 총 농도를 포함한다. 일 이상의 구체예에서, 금속 산화물의 예는 Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O, 및 Cs₂O 중 임의의 하나 이상을 포함한다. 일 이상의 구체예에서, 상기 금속 산화물은 유리-계 기판 또는 제품 내 총 금속 산화물 모두 중 가장 큰 이온 직경을 갖는다.

일 이상의 구체예에서, CT 영역은 0이 아니며 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는 금속 산화물을 포함한다. 본원에 기술된 유리-계 제품의 일 이상의 구체예에서, 최대 CT는 71.5/√(t) 이상이다.

몇몇 구체예의 유리-계 제품은 제1 금속 산화물 농도 및 제2 금속 산화물 농도를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 제1 금속 산화물 농도는 약 0·t 내지 약 0.5·t의 제1 두께 범위 내에서 약 0 mol% 내지 약 15 mol% 범위 내이다. 몇몇 구체예에서, 제2 금속 산화물 농도는 약 0 마이크로미터 내지 약 25 마이크로미터의 제2 두께 범위 내에서 약 0 mol% 내지 약 10 mol% 범위 내이다. 유리-계 제품은 선택적인 제3 금속 산화물을 포함할 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품은 최대 CT를 초과하는 표면 압축 응력(CS)을 나타낼 수 있다. 본원에 기술된 유리-계 제품의 일 이상의 구체예는 약 300 MPa 이상의 표면 CS를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 이 표면 CS는 유리-계 제품이 약 2 mm 이하의 두께를 가질 때 나타난다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 약 200 MPa 이상의 표면 CS와 약 0.4·t 이상의 층의 화학적 깊이의 조합을 나타낸다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 제1 표면으로부터 DOC까지 연장하는 CS를 포함하며, 여기서 DOC는 0.1·t 이상이다. 몇몇 경우에, 최대 CT 대 표면 CS의 비는 약 0.1 내지 약 0.8의 범위 내이다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 비정질 구조를 갖는다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 결정질 구조를 갖는다.

일 이상의 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품은 약 380 nm 내지 약 780 nm의 범위 내의 파장에 대해 약 88% 이상의 투과율을 나타낼 수 있다. 몇몇 경우에, 본원에 기술된 유리-계 제품은 CIE 광원 F02 하에서, 약 88 이상의 L* 값, 약 -3 내지 약 +3 범위 내의 a* 값, 및 약 -6 내지 +6 범위 내의 b* 값의 CIELAB 색 공간 좌표를 나타낼 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품은 약 70 GPa 이상의 탄성 계수를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품은 약 100 킬로포이즈(kP) 미만의 액상 점도(liquidus viscosity)를 포함한다. 일 이상의 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품은 약 0.65 MPa·m^1/2 이상의 파괴 인성(fracture toughness)(K_1C)를 나타낸다. 일 이상의 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품은 약 15 mol% 이하의 Al₂O₃ 및 Na₂O의 조합된 양을 포함하는 조성물, 약 4 mol% 이상의 Na₂O를 포함하는 조성물, B₂O₃ 및 ZnO 중 임의의 일 이상을 포함하는 조성물, 및 실질적으로 P₂O₅가 없는 조성물 중 임의의 일 이상을 포함한다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 460 ℃에서 약 450 ㎛²/시간(시간당 제곱 마이크로미터) 이상의 1가 이온 확산도(diffusivity)를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 이 1가 이온 확산계수는 약 0.15·t 초과의 DOC, 및 최대 CT의 1.5배 이상인 표면 CS와의 조합으로 나타난다.

일 이상의 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품은 특정 파괴 거동을 나타낸다. 예를 들어, 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품이 단일 사건(즉, 낙하되거나 일 시행으로 한번 충격이 가해지는 것과 같은 단일한 충격)에 의해 파괴될 때, 유리-계 제품은 적어도 2 파편/inch²(제곱인치 당 파편)으로 파괴된다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품이 파괴될 때, 유리-계 제품은 적어도 1 파편/inch² 내지 40 파편/inch²(제곱인치 당 파편)으로 파괴된다.

본 개시의 제7 관점은 강화된 유리-계 제품 내의 유리 기판의 사용에 관한 것이다. 일 이상의 구체예에서, 유리 기판은: 약 68% 내지 약 75% 범위 내의 양의 SiO₂; 약 12% 내지 약 15% 범위 내의 Al₂O₃; 약 0.5% 내지 약 5% 범위 내의 양의 B₂O₃; 약 2% 내지 약 10% 범위 내의 양의 Li₂O; 약 0% 내지 약 6% 범위 내의 양의 Na₂O; 약 1% 내지 약 4% 범위 내의 양의 MgO; 약 0% 내지 약 5% 범위 내의 양의 ZnO(mol% 단위)를 포함하며, 여기서 유리 기판은 이온-교환 가능하고 비정질이다. 일 이상의 구체예에서, 유리 기판은: 약 0.45 내지 약 1의 범위 내의 Li₂O 대 R₂O의 비; 약 -5% 내지 약 0%의 R₂O의 총량의 Al₂O₃의 양에 대한 차이; 약 0% 내지 약 3% 범위 내의 R_xO의 총량(mol% 단위)과 Al₂O₃의 양 사이의 차이; 및 약 0% 내지 약 1% 범위 내의 MgO의 양(mol% 단위) 대 RO의 총량(mol% 단위)의 비 중 임의의 일 이상을 나타내며, 여기서 유리 기판은 실질적으로 핵 형성제가 없다.

본 개시의 제8 관점은 mol%로, 약 68% 내지 약 75% 범위 내의 양의 SiO₂; 약 12% 내지 약 15% 범위 내의 양의 Al₂O₃; 약 0.5% 내지 약 5% 범위 내의 양의 B₂O₃; 약 2% 내지 약 10% 범위 내의 양의 Li₂O; 약 0% 내지 약 6% 범위 내의 양의 Na₂O; 약 1% 내지 약 4% 범위 내의 양의 MgO; 약 0% 내지 약 3% 범위 내의 양의 ZnO; 및 약 0% 내지 약 5% 범위 내의 양의 CaO를 포함하는 조성물을 포함하는 유리 기판에 관한 것이며, 여기서 유리 기판은 이온-교환 가능하며 비정질이다. 일 이상의 구체예에서, 유리 기판은 약 0.45 내지 약 1의 범위 내의 Li₂O 대 R₂O의 비; 약 -5% 내지 약 0% 범위 내의 R₂O의 총량의 Al₂O₃의 양에 대한 차이; 약 0% 내지 약 3% 범위 내의 R_xO의 총량(mol% 단위)과 Al₂O₃의 양 사이의 차이; 및 약 0% 내지 약 1% 범위 내의 MgO의 양(mol% 단위) 대 RO의 총량(mol% 단위)의 비 중 임의의 일 이상을 나타낸다. 일 이상의 구체예에서, 유리 기판은 실질적으로 핵 생성제가 없다.

본 개시의 제9 구체예는 mol% 단위로, 약 68% 내지 약 75% 범위 내의 양의 SiO₂; 약 12% 내지 약 15% 범위 내의 양의 Al₂O₃; 약 0.5% 내지 약 5% 범위 내의 양의 B₂O₃; 약 2% 내지 약 10% 범위 내의 양의 Li₂O; 약 0% 내지 약 6% 범위 내의 양의 Na₂O; 약 1% 내지 약 4% 범위 내의 양의 MgO; 약 0% 내지 약 3% 범위 내의 양의 ZnO; 및 약 0% 내지 약 5% 범위 내의 양의 CaO를 포함하는 유리 기판에 관한 것이며, 여기서 유리 기판은 비정질이며 강화된다. 일 이상의 구체예에서, Na₂O 농도는 유리 기판 내에서 변화한다. 일 이상의 구체예에서, 유리 기판은 실질적으로 핵 생성제가 없다. 일 이상의 구체예에 따르면, 강화된 유리 기판은 다음의 조성 관계 중 임의의 일 이상을 나타낸다: 약 0.45 내지 약 1 범위 내의 Li₂O 대 R₂O의 비; 약 -5% 내지 약 0% 범위 내의 R₂O의 총량 대 Al₂O₃의 양의 차이; 약 0% 내지 약 3% 범위 내의 R_xO의 총량(mol% 단위)과 Al₂O₃의 양 사이의 차이; 및 약 0% 내지 약 1% 범위 내의 MgO의 양(mol% 단위) 대 RO의 총량(mol% 단위)의 비.

본 개시의 제10 관점은: 전면, 후면, 및 측면을 갖는 하우징(housing); 적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 있는 전기 부품; 상기 하우징의 전면에 또는 상기 하우징의 전면에 인접하게 있는 디스플레이; 및 상기 디스플레이 위에 배치(dispose)된 커버 기판을 포함하는 장치에 관한 것이며, 여기서 상기 커버 기판 또는 하우징은 본원에 기술된 구체예에 따른 유리-계 제품을 포함한다.

본 개시의 제11 관점은 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법에 관한 것이다. 일 이상의 구체예에서, 상기 방법은: 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면, 길이 치수(dimension), 너비, 및 중량을 포함하는 유리-계 기판을 제공하는 단계; 및 유리-계 기판의 두께(t)의 적어도 실질적인 부분을 따라 변화하는 0이 아닌 알칼리 금속 산화물 농도를 갖는 유리-계 제품을 형성하기 위해 다수의 알칼리 이온을 유리-계 기판 내로 이온 교환하는 단계를 포함하며, 여기서 이온 교환하는 단계는 상기 유리-계 기판을 약 12시간 미만 동안 적어도 약 90 중량%의 칼륨 염(예를 들어, KNO₃), 및 적어도 약 10 중량%의 나트륨 염(예를 들어, NaNO₃)을 포함하는 용융된 염 욕 내에 침지(immerse)시키는 단계를 포함한다.

일 이상의 구체예에서, 상기 용융된 염 욕은 약 2 중량% 미만의 양의 리튬 염(예를 들어, LiNO₃)을 더욱 포함한다. 몇몇 구체예에서, 상기 두께는 약 2 mm 미만이다. 일 이상의 구체예에서, 상기 두께는 약 1 mm 미만이다. 몇몇 구체예에서, 상기 두께는 약 0.8 mm이다. 일 이상의 구체예에서, 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 1.6% 미만의 중량 증가가 있다. 몇몇 구체예에서, 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 0.24% 미만의 길이 치수 변화가 있다. 일 이상의 구체예에서, 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 0.24% 미만의 너비 변화가 있다. 몇몇 구체예에서, 상기 유리-계 제품은 이온 교환하는 단계 전의 유리 기판에 비해 이온 교환하는 단계 후 200 ㎛ 미만 휜다(warp). 일 이상의 구체예에서, 상기 칼륨 염(예를 들어, KNO₃)은 적어도 92 중량%의 양만큼 존재한다. 몇몇 구체예에서, 상기 칼륨 염(예를 들어, KNO₃)은 적어도 94 중량%의 양만큼 존재한다. 일 이상의 구체예에서, 상기 칼륨 염(예를 들어, KNO₃)은 약 95 중량%의 양만큼 존재한다. 몇몇 구체예에서, 상기 나트륨 염(예를 들어, NaNO₃)은 약 8 중량% 미만의 양만큼 존재한다. 일 이상의 구체예에서, 상기 나트륨 염(예를 들어, NaNO₃)은 약 5 중량% 미만의 양만큼 존재한다. 몇몇 구체예에서, 상기 나트륨 염은 약 5 중량%의 양만큼 존재한다. 일 이상의 구체예에서, 상기 칼륨 염(예를 들어, KNO₃)은 약 90 중량% 내지 약 97 중량% 범위의 양만큼 존재하고, 상기 나트륨 염(예를 들어, NaNO₃)은 약 10 중량% 내지 약 3 중량% 범위의 양만큼 존재한다. 몇몇 구체예에서, 상기 유리-계 제품은 약 12시간 미만 동안 이온 교환된다. 일 이상의 구체예에서, 상기 유리-계 제품은 약 10시간 미만 동안 이온 교환된다. 몇몇 구체예에서, 약 0.2 중량% 내지 약 0.15 중량% 범위의 이온 교환하는 단계 전에 비한 이온 교환하는 단계 후의 길이 치수 변화가 있다. 일 이상의 구체예에서, 상기 방법은 칼륨 염(예를 들어, KNO₃)을 포함하는 제2 용융된 염 욕 내에서의 제2 이온 교환을 더욱 포함한다.

본 개시의 제12 구체예는 본원에 기술된 방법에 의해 제조된 유리-계 제품에 관한 것이다. 몇몇 구체예에서, 상기 유리-계 제품은 길이 치수; 너비 치수; 중량; 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 적어도 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는 이온-교환된 금속 산화물의 농도; 및 71.5/√(t) 이상의 최대 CT를 포함하는 중심 장력(CT) 영역을 포함하는 이온-교환된 유리-계 제품이며, 여기서 상기 두께 t는 mm 단위로 주어진다. 일 이상의 구체예에서, 상기 유리-계 제품의 두께(t)가 0.8 mm인 경우: (1) 이온 교환 전의 유리-계 기판의 중량에 비해 상기 이온 교환된 금속 산화물로부터 생성된 유리-계 제품의 1.6% 미만의 중량 증가가 있고, (2) 이온 교환 전의 유리-계 기판의 길이 치수에 비해 0.24% 미만의 이온-교환된 유리-계 제품의 길이 치수 변화가 있으며, 및 (3) 이온 교환 전의 유리-계 기판의 너비 치수에 비해 0.24% 미만의 유리-계 제품의 너비 치수 변화가 있다.

몇몇 구체예에서, 이온 교환하는 단계 전의 유리-계 기판의 중량에 비해 1.4% 미만의 상기 이온-교환된 금속 산화물로부터 생성된 유리-계 제품의 중량 증가가 있다. 일 이상의 구체예에서, 이온 교환 전의 유리-계 기판의 길이 치수에 비해 0.15% 미만의 이온-교환된 유리-계 제품의 길이 치수 변화가 있다. 몇몇 구체예에서, 이온 교환 전의 유리-계 기판의 너비 치수에 비해 0.15% 미만의 유리-계 제품의 너비 치수 변화가 있다. 일 이상의 구체예에서, 상기 제품은 약 300 MPa 이상의 표면 압축 응력(CS)을 더욱 포함한다. 몇몇 구체예에서, 상기 표면 CS는 약 400 MPa 이상이다. 일 이상의 구체예에서, t는 약 1 밀리미터 이하를 포함한다.

본 개시의 제13 관점은 전면, 후면, 및 측면을 갖는 하우징; 적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 있는 전기 부품; 상기 하우징의 전면에 또는 상기 하우징의 전면에 인접하게 있는 디스플레이; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하는 장치에 관한 것이며, 여기서 상기 커버 기판 또는 하우징은 상기 구체예 중 어느 하나에 기술된 유리-계 제품을 포함한다.

본 개시의 구체예 (1)에서, 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은: 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면, 길이 치수, 너비, 및 중량을 포함하는 유리-계 기판을 제공하는단계; 및 유리-계 기판의 두께(t)의 적어도 실질적인 부분을 따라 변화하는 0이 아닌 알칼리 금속 산화물 농도를 갖는 유리-계 제품을 형성하기 위해 다수의 알칼리 이온을 유리-계 기판 내로 이온 교환하는 단계를 포함한다. 상기 이온 교환하는 단계는 상기 유리-계 기판을 약 12 시간 미만 동안 적어도 90 중량%의 칼륨 염, 및 적어도 10 중량%의 나트륨 염을 포함하는 용융된 염 욕 내에 침지시키는 단계를 포함한다.

본 개시의 구체예 (2)에서, 구체예 (1)의 방법이 제공되며, 여기서 상기 용융된 염 욕은 약 2 중량% 미만의 양의 리튬 염을 더욱 포함한다.

본 개시의 구체예 (3)에서, 구체예 (1) 또는 (2)의 방법이 제공되며, 여기서 상기 두께는 약 2 mm 미만이다.

본 개시의 구체예 (4)에서, 구체예 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 두께는 약 1 mm 미만이다.

본 개시의 구체예 (5)에서, 구체예 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 두께는 약 0.8 mm이다.

본 개시의 구체예 (6)에서, 구체예 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 칼륨 염은 KNO₃이고, 상기 나트륨 염은 NaNO₃이며, 및 상기 리튬 염은 LiNO₃이고, 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 1.6% 미만의 중량 증가가 있다.

본 개시의 구체예 (7)에서, 구체예 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 0.24% 미만의 길이 치수 변화가 있다.

본 개시의 구체예 (8)에서, 구체예 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 0.24% 미만의 너비 변화가 있다.

본 개시의 구체예 (9)에서, 구체예 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품은 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 200 ㎛ 미만 휜다.

본 개시의 구체예 (10)에서, 구체예 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 칼륨 염은 적어도 92 중량%의 양만큼 존재한다.

본 개시의 구체예 (11)에서, 구체예 (1) 내지 (10) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 칼륨 염은 적어도 94 중량%의 양만큼 존재한다.

본 개시의 구체예 (12)에서, 구체예 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 칼륨 염은 약 95 중량%의 양만큼 존재한다.

본 개시의 구체예 (13)에서, 구체예 (1) 내지 (12) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 나트륨 염은 약 8 중량% 미만의 양만큼 존재한다.

본 개시의 구체예 (14)에서, 구체예 (1) 내지 (13) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 나트륨 염은 약 6 중량% 미만의 양만큼 존재한다.

본 개시의 구체예 (15)에서, 구체예 (1) 내지 (14) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 나트륨 염은 약 5 중량%의 양만큼 존재한다.

본 개시의 구체예 (16)에서, 구체예 (1) 내지 (15) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 칼륨 염은 약 90 내지 약 97 중량% 범위의 양만큼 존재하고 상기 나트륨 염은 약 10 내지 약 3 중량% 범위의 양만큼 존재한다.

본 개시의 구체예 (17)에서, 구체예 (1) 내지 (16) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품은 약 12시간 미만 동안 이온 교환된다.

본 개시의 구체예 (18)에서, 구체예 (1) 내지 (17) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품은 약 10 시간 미만 동안 이온 교환된다.

본 개시의 구체예 (19)에서, 구체예 (1) 내지 (18) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 약 0.2 내지 약 0.15 중량% 범위의 이온 교환하는 단계 전에 비한 이온 교환하는 단계 후의 길이 치수의 변화가 있다.

본 개시의 구체예 (20)에서, 구체예 (1) 내지 (19) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 상기 방법은 칼륨 염을 포함하는 제2 용융된 염 욕 내에서의 제2 이온 교환을 더욱 포함한다.

본 개시의 구체예 (21)에서, 구체예 (1) 내지 (20) 중 어느 하나의 방법에 의해 제조된 유리-계 제품이 제공된다.

본 개시의 구체예 (22)에서, 이온-교환된 유리-계 제품이 제공된다. 상기 이온-교환된 유리-계 제품은: 길이 치수; 너비 치수; 중량; 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 적어도 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는 이온-교환된 금속 산화물의 농도; 및 71.5/√(t) 이상의 최대 CT를 포함하는 중심 장력(CT) 영역을 포함하며, 여기서 상기 두께 t는 mm 단위로 제공된다. 상기 유리-계 제품의 두께(t)는 0.8 mm이다. 이온 교환 전의 유리-계 기판의 중량에 비해 상기 이온-교환된 금속 산화물로부터 생성된 유리-계 제품의 1.6% 미만의 중량 증가가 있으며, 이온 교환 전의 유리-계 기판의 길이 치수에 비해 0.24% 미만의 상기 이온-교환된 유리-계 제품의 길이 치수 변화가 있고, 및 이온 교환 전의 유리-계 기판의 너비 치수에 비해 0.24% 미만의 상기 유리-계 제품의 너비 치수 변화가 있다.

본 개시의 구체예 (23)에서, 구체예 (22)의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 이온 교환하는 단계 전의 유리-계 기판의 중량에 비해 1.4% 미만의 상기 이온-교환된 금속 산화물로부터 생성된 유리-계 제품의 중량 증가가 있다.

본 개시의 구체예 (24)에서, 구체예 (22) 또는 (23)의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 이온 교환 전의 유리-계 기판의 길이 치수에 비해 0.15% 미만의 상기 이온-교환된 유리-계 제품의 길이 치수 변화가 있다.

본 개시의 구체예 (25)에서, 구체예 (22) 내지 (24) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 이온 교환 전의 유리-계 기판의 너비 치수에 비해 0.15% 미만의 상기 유리-계 제품의 너비 치수 변화가 있다.

본 개시의 구체예 (26)에서, 구체예 (22) 내지 (25) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 상기 유리-계 제품은 약 300 MPa 이상의 표면 압축 응력(CS)을 더욱 포함한다.

본 개시의 구체예 (27)에서, 구체예 (22) 내지 (26) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 상기 표면 CS는 약 400 MPa 이상이다.

본 개시의 구체예 (28)에서, 구체예 (22) 내지 (27) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 t는 약 1 mm 이하를 포함한다.

본 개시의 구체예 (29)에서, 전면, 후면, 및 측면을 포함하는 하우징; 적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 있는 전기 부품; 상기 하우징의 전면에 또는 상기 하우징의 전면에 인접하게 있는 디스플레이; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하는 장치가 제공되며, 여기서 상기 커버 기판 또는 하우징은 구체예 (22) 내지 (28) 중 어느 하나의 유리-계 제품을 포함한다.

본 개시의 관점 (1)에서, 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은: 유리-계 기판의 두께(t)의 적어도 실질적인 부분을 따라 변화하는 0이 아닌 알칼리 금속 산화물 농도를 갖는 유리-계 제품을 형성하기 위해 다수의 알칼리 이온을 유리-계 기판 내로 이온 교환하는 단계를 포함한다. 상기 유리-계 기판은 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면, 길이 치수, 너비, 및 중량을 포함하는 유리-계 기판을 포함한다. 상기 이온 교환하는 단계는 소정의 시간 동안 (a) 2.5:1 미만 및 (b) 상기 유리-계 기판 내의 (Li₂O+K₂O):Na₂O의 몰비를 초과하는 칼륨 염 대 나트륨 염의 중량비를 포함하는 용융된 염 욕 내에 침지시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 소정의 시간은 상기 유리-계 기판을 동일한 용융된 염 욕 조성 및 온도로 피크(peak) 중심 장력(CT)을 제조하는 이온 교환 시간의 50% 내지 130% 범위 내의 시간이다.

본 개시의 관점 (2)에서, 관점 (1)의 방법이 제공되며, 여기서 상기 용융된 염 욕은 약 2 중량% 미만의 양의 리튬 염을 더욱 포함한다.

본 개시의 관점 (3)에서, 관점 (1) 또는 (2)의 방법이 제공되며, 여기서 상기 두께는 약 2 mm 미만이다.

본 개시의 관점 (4)에서, 관점 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 두께는 약 1 mm 미만이다.

본 개시의 관점 (5)에서, 관점 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 두께는 약 0.8 mm이다.

본 개시의 관점 (6)에서, 관점 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 칼륨 염은 KNO₃이고, 상기 나트륨 염은 NaNO₃이며, 및 상기 리튬 염은 LiNO₃이고, 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 1.6% 미만의 중량 증가가 있다.

본 개시의 관점 (7)에서, 관점 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 0.24% 미만의 상기 길이 치수의 변화가 있다.

본 개시의 관점 (8)에서, 관점 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 0.24% 미만의 상기 너비의 변화가 있다.

본 개시의 관점 (9)에서, 관점 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품은 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 200 ㎛ 미만 휜다.

본 개시의 관점 (10)에서, 관점 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 칼륨 염은 적어도 92 중량%의 양만큼 존재한다.

본 개시의 관점 (11)에서, 관점 (1) 내지 (10) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 칼륨 염은 적어도 94 중량%의 양만큼 존재한다.

본 개시의 관점 (12)에서, 관점 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 칼륨 염은 약 95 중량%의 양만큼 존재한다.

본 개시의 관점 (13)에서, 관점 (1) 내지 (12) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 나트륨 염은 약 8 중량% 미만의 양만큼 존재한다.

본 개시의 관점 (14)에서, 관점 (1) 내지 (13) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 나트륨 염은 약 6 중량% 미만의 양만큼 존재한다.

본 개시의 관점 (15)에서, 관점 (1) 내지 (14) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 나트륨 염은 약 5 중량%의 양만큼 존재한다.

본 개시의 관점 (16)에서, 관점 (1) 내지 (15) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 칼륨 염은 적어도 약 90 중량%의 양만큼 존재하고 상기 나트륨 염은 약 10 중량% 이하의 양만큼 존재한다.

본 개시의 관점 (17)에서, 관점 (1) 내지 (16) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 칼륨 염은 약 90 중량% 내지 약 97 중량% 범위의 양만큼 존재하고 상기 나트륨 염은 약 10 중량% 내지 약 3 중량% 범위의 양만큼 존재한다.

본 개시의 관점 (18)에서, 관점 (1) 내지 (17) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품은 소정의 시간 동안 이온 교환되며, 여기서 상기 소정의 시간은 동일한 용융된 염 욕 조성 및 온도로 피크 중심 장력(CT)을 제조하는 이온 교환 시간의 70% 내지 130%의 범위 내의 시간이다.

본 개시의 관점 (19)에서, 관점 (1) 내지 (18)의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품은 약 12시간 미만 동안 이온 교환된다.

본 개시의 관점 (20)에서, 관점 (1) 내지 (19) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품은 약 10시간 미만 동안 이온 교환된다.

본 개시의 관점 (21)에서, 관점 (1) 내지 (20) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 약 0.1% 내지 약 0.2% 범위의 이온 교환하는 단계 전에 비한 이온 교환하는 단계 후의 상기 길이 치수의 변화가 있다.

본 개시의 관점 (22)에서, 관점 (1) 내지 (21) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 상기 방법은 칼륨 염을 포함하는 제2 용융된 염 욕 내에서의 제2 이온 교환을 더욱 포함한다.

본 개시의 관점 (23)에서, 관점 (1) 내지 (22) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리 기판은 2.5D 또는 3D 형상을 갖는다.

본 개시의 관점 (24)에서, 관점 (1) 내지 (23) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 이온 교환하는 단계는 1.3 mol% 미만의 상기 유리 기판의 중심점에서의 Na₂O 농도의 증가를 제조한다.

본 개시의 관점 (25)에서, 관점 (1) 내지 (24) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품은 압축 응력 스파이크(spike), 및 층의 스파이크 깊이(DOL_spike)를 포함하며, 여기서 DOL_spike/t는 약 0.006 내지 약 0.014 범위 내이다.

본 개시의 관점 (26)에서, 관점 (25)의 방법이 제공되며, 여기서 DOL_spike/t는 약 0.008 내지 약 0.012 범위 내이다.

본 개시의 관점 (27)에서, 관점 (1) 내지 (26) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품은 리튬을 포함한다.

본 개시의 관점 (28)에서, 관점 (1) 내지 (27) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품의 중심점에서의 상기 Na₂O 몰 농도는 상기 중심점에서의 상기 유리-계 제품의 총 알칼리 금속 산화물 몰 농도의 45% 미만이다.

본 개시의 관점 (29)에서, 관점 (1) 내지 (28) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품의 중심점에서의 상기 Na₂O 농도는 4.5 mol% 미만이다.

본 개시의 관점 (30)에서, 관점 (1) 내지 (29) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품은 71.5/√(t) 이상의 최대 중심 장력을 가지며, 여기서 상기 두께 t는 mm로 주어진다.

본 개시의 관점 (31)에서, 관점 (1) 내지 (30) 중 어느 하나의 방법에 의해 제조되는 유리-계 제품이 제공된다.

본 개시의 관점 (32)에서, 유리-계 제품이 제공된다. 상기 유리-계 제품은: 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 적어도 약 0.3·t 범위의 두께를 따라 변화하는 이온-교환된 금속 산화물의 농도; 및 Li₂O; 및 Na₂O를 포함한다. 상기 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O 함량은 약 4.5 mol% 미만이다.

본 개시의 관점 (33)에서, 관점 (32)의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O의 함량은 약 4.0 mol% 미만이다.

본 개시의 관점 (34)에서, 관점 (32) 또는 (33)의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O의 함량은 약 3.0 mol% 미만이다.

본 개시의 관점 (35)에서, 유리-계 제품이 제공된다. 상기 유리-계 제품은: 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 적어도 약 0.3·t 범위의 두께를 따라 변화하는 이온-교환된 금속 산화물 농도; 및 Na₂O를 포함한다. 상기 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O의 몰 농도는 상기 중심점에서의 상기 유리-계 제품의 총 알칼리 금속 산화물 몰 농도의 약 45% 미만이다.

본 개시의 관점 (36)에서, 관점 (35)의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O의 몰 농도는 상기 중심점에서의 상기 유리-계 제품의 총 알칼리 금속 산화물 몰 농도의 약 40% 미만이다.

본 개시의 관점 (37)에서, 유리-계 제품이 제공된다. 상기 유리-계 제품은: 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 적어도 약 0.3·t 범위의 두께를 따라 변화하는 이온-교환된 금속 산화물의 농도; 및 층의 압축 응력 스파이크 깊이(DOL_spike)를 포함한다. DOL_spike/t는 약 0.006 내지 약 0.014 범위 내이다.

본 개시의 관점 (38)에서, 관점 (37)의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 DOL_spike/t는 약 0.008 내지 약 0.012 범위 내이다.

본 개시의 관점 (39)에서, 관점 (37) 또는 (38)의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 DOL_spike/t는 약 0.009 내지 약 0.011 범위 내이다.

본 개시의 관점 (40)에서, 관점 (37) 내지 (39) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 DOL_spike/t는 약 0.01이다.

본 개시의 관점 (41)에서, 관점 (32) 내지 (40) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 t는 약 0.03 mm 내지 약 1.3 mm 범위 내이다.

본 개시의 관점 (42)에서, 관점 (32) 내지 (41) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 t는 약 0.8 mm이다.

본 개시의 관점 (43)에서, 관점 (32) 내지 (42) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 상기 유리-계 제품은 약 300 MPa 이상의 표면 압축 응력(CS)을 더욱 포함한다.

본 개시의 관점 (44)에서, 관점 (32) 내지 (43) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 상기 표면 CS는 약 400 MPa 이상이다.

본 개시의 관점 (45)에서, 관점 (32) 내지 (44) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 상기 유리-계 제품은 2.5D 또는 3D 형상이다.

본 개시의 관점 (46)에서, 관점 (32) 내지 (45) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 Na₂O 농도는 상기 유리-계 제품의 중심에서 최소이다.

본 개시의 관점 (47)에서, 관점 (32) 내지 (46) 중 어느 하나의 유리-계 제품이 제공되며, 상기 유리-계 제품은 약 200 ㎛ 미만의 휨(warp)을 더욱 포함한다.

본 개시의 관점 (48)에서, 강화된 유리-계 제품이 제공된다. 상기 강화된 유리-계 제품은: 중심 장력 CT 하의 내부 영역; 압축 응력 CS 하의 적어도 하나의 압축 응력 층을 포함하고, 상기 압축 응력 층은 상기 유리-계 제품의 표면으로부터 압축 깊이 DOC까지 연장하며, 여기서 t < 0.5 mm인 경우 DOC ≥ 0.1·t이고 t ≥ 0.5 mm인 경우 DOC ≥ 50 ㎛이며, 상기 압축 응력 층은 상기 내부 영역과 인접한다. 상기 강화된 유리-계 제품은 100 cm의 높이로부터 상기 사포와 상기 유리의 표면 사이에 100 ㎛ 에어 갭(air gap)이 있도록 상기 유리의 표면 위에 위치된 30 그릿(grit) 사포 상으로의 10 mm의 직경을 갖는 4.2g 스테인레스 강철(steel) 볼을 사용하는 인버티드(inverted) 볼 낙하 테스트에 도입되었을 때 적어도 60%의 생존율을 가지며, 여기서 상기 생존율은 적어도 5개의 샘플을 테스트하는 것에 기초한다.

본 개시의 관점 (49)에서, 관점 (48)의 유리-계 제품이 제공되며, 여기서 상기 강화된 유리-계 제품은 150 cm의 높이로부터의 상기 인버티드 볼 낙하 테스트에 도입될 때 적어도 60% 생존율을 갖는다.

본 개시의 관점 (50)에서 장치가 제공된다. 상기 장치는: 전면, 후면, 및 측면을 갖는 하우징; 적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 있는 전기 부품; 상기 하우징의 전면에 또는 상기 하우징의 전면에 인접하게 있는 디스플레이; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하고, 여기서 상기 커버 기판 또는 하우징은 관점 (31) 내지 (49) 중 어느 하나의 유리-계 제품을 포함한다.

추가적인 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 본 기술분야의 기술자에게 매우 명백할 것이거나 또는 다음의 상세한 설명, 청구항, 및 첨부된 도면을 포함하는 본원에 기술된 바와 같은 구체예를 실시함에 의해 인식될 것이다.

전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 예시적이며, 청구항의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하는 목적임이 이해되어야 한다. 수반된 도면은 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 일 이상의 구체예(들)를 도시하고, 설명과 함께 다양한 구체예의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.

도 1은 공지된, 열적으로 템퍼링된 유리-계 제품의 두께를 가로지르는 단면도이고;
도 2는 공지된, 화학적으로 강화된 유리-계 제품의 두께를 가로지르는 단면도이며;
도 3은 본 개시의 일 이상의 구체예에 따른 화학적으로 강화된 유리-계 제품의 두께를 가로지르는 단면도이고;
도 4는 양의 응력을 갖는 CT 영역 및 음의 응력을 갖는 CS 영역을 갖는 본 개시의 일 이상의 구체예에 따른 깊이의 함수로서의 다양한 응력 프로파일을 도시하는 그래프이며;
도 5는 링-온-링(ring-on-ring) 장치의 개략적인 단면도이고;
도 6은 본 개시에서 기술된 사포 상의 인버티드 볼(IBoS) 테스트를 수행하는데 사용되는 장치의 구체예의 개략적인 단면도이며;
도 7은 모바일 또는 핸드헬드(handheld) 전자 장치에 사용되는 유리-계 제품 내에서 전형적으로 발생하는 손상 도입과 굽힘의 결합으로 인한 파손에 대한 지배적인 메커니즘의 개략적인 단면도이고;
도 8은 본원에 기술된 장치에서 IBoS 테스트를 수행하는 방법에 대한 흐름도이며;
도 9는 공지된 화학적으로 강화된 유리-계 제품 및 본 개시의 일 이상의 구체예에 따른 유리-계 제품 내의 Na₂O의 농도를 나타내는 그래프이고;
도 10은 본 개시의 일 이상의 구체예에 따른 이온 교환 시간의 함수로서의 CT 값 및 DOC 값을 나타내는 그래프이며;
도 11은 공지된 화학적으로 강화된 유리-계 제품 및 양의 응력을 갖는 CT 영역 및 음의 응력을 갖는 CS 영역을 갖는 본 개시의 일 이상의 구체예에 따른 유리-계 제품의 깊이의 함수로서의 응력 프로파일을 비교하는 그래프이고;
도 12는 공지된 화학적으로 강화된 유리 및 유리-세라믹의 응력 프로파일의 그래프를 나타내며;
도 13은 본 개시의 일 이상의 구체예에 따른 유리 및 유리-세라믹의 응력 프로파일의 그래프를 나타내고;
도 13a는 실시예 3D의 낙하 테스트에서의 파손 높이의 그래프를 나타내며;
도 14는 화학적으로 강화된 유리-계 제품 및 본 개시의 일 이상의 구체예에 따른 유리-계 제품의 깊이의 함수로서의 공지된 응력 프로파일을 비교하는 그래프이고;
도 15는 양의 응력을 갖는 CT 영역 및 음의 응력을 갖는 CS 영역을 갖는 실시예 4A 내지 4D의 깊이의 함수로서의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이며;
도 16은 실시예 4B 내지 4D에 대한 불연속 저장된 인장 에너지 데이터 포인트를 나타내는그래프이고;
도 17은 실시예 4A 내지 4D에서의 깊이의 함수로서의 K₂O 및 Na₂O의 농도를 나타내는 그래프이며;
도 18은 도 17과 동일한 데이터를 나타내지만, 깊이의 함수로서 Na₂O의 농도를 보다 명확하게 도시하기 위해 상이한 스케일(scale)을 갖는 그래프이고;
도 19는 양의 응력을 갖는 CT 영역 및 음의 응력을 나타내는 CS 영역을 갖는 깊이의 함수로서의 실시예4A 및 4C 내지 4F의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이며;
도 20은 양의 응력을 갖는 CT 영역 및 음의 응력을 갖는 CS 영역을 갖는 상이한 스케일에서의 도 19와 동일한 데이터를 나타내는 그래프이고;
도 21은 양의 응력을 갖는 CT 영역 및 음의 응력을 갖는 CS 영역을 갖는 깊이의 함수로서의 실시예 5A 내지 5G의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이며;
도 22는 제2 및/또는 제3 이온 교환 단계의 소요시간의 함수로서의 실시예 5A 내지 5G에 대한 DOC 값을 나타내는 그래프이고;
도 23은 제2 및/또는 제3 이온 교환 단계의 소요시간의 함수로서의 실시예 5A 내지 5G에 대한 CT 값을 나타내는 그래프이며;
도 24는 양의 응력을 갖는 CT 영역 및 음의 응력을 갖는 CS 영역을 갖는 실시예 7A 내지 7G에 대한 깊이의 함수로서의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이고;
도 25는 실시예 7A 내지 7G에 대해, 이온 교환 시간의 함수로서, 중심 장력 값 및 저장된 인장 에너지 모두를 나타내는 그래프이며;
도 26은 양의 값을 갖는 CT 영역 및 음의 응력을 갖는 CS 영역을 갖는 깊이의 함수로서의 비교예 8A 및 실시예 8B의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이고;
도 27은 CT의 함수로서 비교예 8A 및 실시예 8B의 저장된 인장 에너지를 나타내는 그래프이며;
도 28은 CT의 함수로서 비교예 8C 및 실시예 8D의 저장된 인장 에너지를 나타내는 그래프이고;
도 29는 실시예2 및 9, 및 비교예 9A 및 9B에 대한 파손 낙하 높이를 나타내는 그래프이며;
도 30은 실시예 2 및 9, 및 비교예 9B 및 9C에 대한 연마된(abraded) 링-온-링 결과를 나타내는 그래프이고;
도 31은 실시예 2 및 9에 대한 4-점 굽힘 테스트 결과를 나타내는 와이블(Weibull) 분포 플롯이며;
도 32는 이온 교환 시간의 함수로서 실시예 10A 내지 10E에 대한 최대 CT 값을 나타내는 그래프이고;
도 33은 실시예 10D의 유리-계 제품의 표면으로부터 유리-계 제품 내로 연장하는 깊이의 함수로서 실시예 10D의 측정된 응력을 나타내는 그래프이며;
도 34는 상이한 하중 또는 압력에서 연마된 후의 실시예 11A에 따른 유리-계 제품에 대한 파손 하중 값을 나타내는 그래프이고;
도 35는 180 그릿 사포 상 및 30 그릿 사포 상으로 낙하된 후 파손된 실시예 11A에 따른 유리-계 제품의 낙하된 높이를 나타내는 그래프이며;
도 36은 30 그릿 사포 상으로 낙하된 후 파손된 실시예 11A 및 비교예 11B에 따른 유리-계 제품의 낙하된 높이를 나타내는 그래프이고;
도 37은 25 psi의 하중 또는 압력에서 연마된 후의 실시예 11A 및 비교예 11B에 따른 유리-계 제품의 평균 파손 하중을 비교하는 그래프이며;
도 38은 45 psi의 하중 또는 압력에서 연마된 후의 실시예 11A 및 비교예 11B에 따른 유리-계 제품의 평균 파손 하중을 비교하는 그래프이고;
도 39는 본원에 기술된 유리-계 제품의 일 이상의 구체예를 포함하는 전자 장치의 정면도이며;
도 40은 실시예 13A 내지 E에 따른 유리-계 제품에 대한 깊이의 함수로서의 Na₂O 조성 프로파일을 나타내는 그래프이고;
도 41은 실시예 13A 내지 E에 따른 유리-계 제품에 대한 CT, DOC 및 CS를 나타내는 그래프이며;
도 42는 실시예 14A1 내지 14A5 및 14B1 내지 14B4에 따른 유리-계 제품에 대한 CT 대 이온 교환 시간을 나타내는 그래프이고;
도 43은 양의 응력을 갖는 CT 영역 및 음의 응력을 갖는 CS 영역을 갖는 실시예 14B1 내지 14B4에 따른 유리-계 제품에 대한 SCALP 데이터를 나타내는 그래프이며;
도 44는 실시예 14B1 내지 14B4의 유리-계 제품에 대한 FSM에 의해 얻어진 표면 응력 및 니(knee) 응력 값의 범위를 나타내는 그래프이고;
도 45는 양의 응력을 갖는 CT 영역 및 음의 응력을 갖는 CS 영역을 갖는 실시예 14A4 및 14B3에 따른 유리-계 제품에 대한 SCALP 데이터를 나타내는 그래프이며;
도 46은 실시예 14A4 및 14B3에 따른 유리-계 제품에 대한 낙하 결과를 나타내는 플롯이고;
도 47은 이온-교환의 결과로서 휠 수 있는 유리 부분의 비스듬한 에지의 개략도를 나타내며;
도 48은 실시예 14A4 및 14B3에 따른 유리-계 제품에 대한 깊이의 함수로서 Na₂O 및 K₂O 조성 프로파일을 나타내는 그래프이고; 및
도 49는 실시예 14A4 및 14B3에 따른 유리-계 제품에 대한 Na₂O 프로파일의 수평 스캔(horizontal scan)을 나타내는 그래프이다.

참조는 이제 다양한 구체예에 대해 자세하게 만들어질 것이고, 이들의 예는 수반된 실시예 및 도면에 설명된다.

본원에 기술된 구체예는 향상된 낙하 성능, 이온-교환으로 인한 감소된 휨, 및 이온-교환으로 인한 감소된 중량 증가를 갖는다. 유리-계 제품의 향상된 특성은 적어도 부분적으로 유리 조성, 이온-교환에 사용된 용융된 염 욕 조성, 및 이온-교환의 소요 시간으로 인한 것이다. 용융된 염 욕 조성 및 이온-교환 시간은 유리-계 제품의 중심 장력, 휨, 및 중량 증가가 최적화되도록 선택된다. 중심 장력의 양은 유리-계 제품의 총 압축 응력과 관련되어, 보다 높은 중심 장력은 힘 균형으로 인해 보다 높은 정도의 압축 응력을 나타내도록 한다. 높은 정도의 압축 응력은 유리-계 제품의 향상된 낙하 성능에 기여한다. 본원에 기술된 바와 같이, 이온-교환의 소요시간은 유리-계 제품 내로의 금속 산화물 확산의 총량을 최소화하면서 높은 중심 장력을 달성하도록 선택되며, 이는 생성된 휨 및 중량 증가 또한 최소화되도록 한다.

이하의 설명에서, 동일한 참조 번호는 도면에 도시된 몇몇 뷰(view)를 통해 동일하거나 대응하는 부분을 나타낸다. 달리 명시되지 않는 한, "탑(top)", "버텀(bottom)", "외측(outward)", "내측(inward)" 등과 같은 용어는 편의상의 단어이며 제한 용어로 이해되어서는 안됨이 이해되어야 한다. 또한, 일 군이 요소의 일 군 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기술될 때마다, 상기 군은 열거된 임의의 수의 이들 요소 개별적으로 또는 서로의 조합으로 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어질 수 있음이 이해된다. 유사하게, 일 군이 요소의 일 군 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로 이루어지는 것으로 기술될 때마다, 상기 군은 열거된 임의의 수의 이들 요소 개별적으로 또는 서로의 조합으로 이루어질 수 있음이 이해된다. 달리 명시되지 않는 한, 값의 범위는, 열거될 때, 범위의 상한 및 하한 뿐 아니라 이들 사이의 임의의 범위를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, 부정 관사 "하나의(a, an)" 및 대응하는 관사 "상기(the)"는 달리 명시되지 않는 한, "적어도 하나" 또는 "일 이상"을 의미한다. 또한, 명세서 및 도면에 개시된 다양한 특징은 임의 및 모든 조합으로 사용될 수 있음이 이해된다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "유리-계 제품" 및 "유리-계 기판"은 전체 또는 부분적으로 유리로 만들어진 임의의 물체를 포함하는 가장 넓은 의미로 사용된다. 유리-계 제품은 유리 및 비-유리 재료의 적층체(laminate), 유리 및 결정질 재료의 적층체, 및 유리-세라믹(비정질상 및 결정질상을 포함함)을 포함한다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 조성은 몰 퍼센트(mol%)로 표현된다.

용어 "실질적으로" 및 "약"은 임의의 정량적인 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 고유의 불확실성의 정도를 나타내기 위해 본원에서 이용될 수 있음에 유의해야 한다. 이들 용어는 또한 정량적 표현이 계쟁 중인 주제의 기본 기능의 변화를 초래함이 없이 명시된 기준으로부터 변화할 수 있는 정도를 나타내기 위해 본원에서 이용된다. 따라서, 예를 들어 "MgO가 실질적으로 없는" 유리-계 제품은 MgO가 유리-계 제품 내에 적극적으로 첨가되거나 배치(batch)되지 않지만, 오염물로서 매우 소량 존재할 수 있는 것이다.

달리 명시되지 않는 한, 모든 온도는 섭씨 온도(℃)로 표현된다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "연화점(softening point)"은 유리의 점도가 약 10^7.6 poise (P)인 온도를 의미하고, 용어 "어닐링점(anneal point)"은 유리의 점도가 약 10^13.2 poise인 온도를 의미하며, 용어 "200 poise 온도(T^200P)"는 유리의 점도가 약 200 poise인 온도이고, 용어 "10¹¹ poise 온도"는 유리의 점도가 약 10¹¹ poise인 온도를 의미하며, 용어 "35kP 온도(T^35kP)"는 유리의 점도가 약 35 kilopoise (kP)인 온도를 의미하고, 및 용어 "160 kP 온도(T^160kP)"는 유리의 점도가 약 160 kP인 온도를 의미한다.

일반적으로 도면을, 특히 도 1 내지 3을 참조하면, 도면은 특정 구체예를 설명하는 목적이며 본 개시 또는 첨부된 청구항을 제한하는 의도가 아님이 이해될 것이다. 도면은 스케일(scale)될 필요가 없으며, 특정 특징 및 도면의 특정 뷰는 명료함 및 간결함을 위해 스케일 또는 도식으로 과장되게 도시될 수 있다.

본원에 사용된 바와 같이, 압축 깊이(DOC)는 유리-계 제품 내의 응력이 압축 응력에서 인장 응력으로 변화하는 깊이를 의미한다. DOC에서, 응력은 양의(압축) 응력으로부터 음의(인장) 응력으로 교차하여(예를 들어, 도 1의 130) 0의 응력 값을 나타낸다. 그러나, 도 4, 11, 14, 15, 19, 20, 21, 24, 26, 43, 및 45와 같은 몇몇 도면에서, 압축 응력은 음수로 도시되고 인장 응력은 양수로 도시된다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "화학적 깊이", "층의 화학적 깊이" 및 "화학적 층의 깊이"는 상호 교환적으로 사용될 수 있으며 금속 산화물 또는 알칼리 금속 산화물(예를 들어, 금속 이온 또는 알칼리 금속 이온)이 유리-계 제품 내로 확산하는 깊이 및 이온의 농도가 Electron Probe Micro-Analysis(EPMA) 또는 Glow Discharge - Optival Emission Spectroscopy(GD-OES)에 의해 결정된 바와 같은 최소값에 도달하는 깊이를 의미할 수 있다. 특히, Na₂O 확산의 깊이 또는 Na⁺ 이온 농도는 EPMA 및 표면 응력계(이하 상세히 기술됨)를 사용하여 결정될 수 있다.

본 기술분야에서 일반적으로 사용되는 관습에 의하면, 압축은 음(< 0)의 응력으로 표현되고 장력은 양(> 0)의 응력으로 표현된다. 그러나, 이 설명을 통해, 달리 언급되지 않는 한, CS는 양의 값 또는 절대값-즉, 본원에 열거된 바와 같이, CS = │CS│으로 표현된다.

본원에 기술된 것은 모바일 전자 장치 및 터치-가능한 디스플레이의 커버 유리로서 사용될 수 있는 알칼리-함유 유리, 및 유리-세라믹을 포함하는 실리케이트 유리와 같은 유리를 포함하는 얇은, 화학적으로 강화된 유리-계 제품이다. 유리-계 제품은 또한 디스플레이(또는 디스플레이 제품으로)(예를 들어, 광고판, 판매시점 정보관리시스템(point of sale system), 컴퓨터, 내비게이션 시스템 등), 건축용 제품(벽, 설치물(fixture), 패널, 창 등), 운송 수단 제품(예를 들어, 자동차 적용, 기차, 항공기, 해상 선박 등), 가정용 기기(예를 들어, 세탁기, 드라이어, 식기세척기, 냉장고 등), 또는 일부 내파괴성을 요구하는 임의의 제품에 사용될 수 있다.

특히, 본원에 기술된 유리-계 제품은 얇으며, 전형적으로 두꺼운 유리-계 제품(예를 들어, 약 2 mm 또는 3 mm 이상의 두께를 갖는)의 템퍼링을 통하여만 달성 가능한 응력 프로파일을 나타낸다. 유리-계 제품은 이들의 두께를 따라 독특한 응력 프로파일을 나타낸다. 몇몇 경우에, 본원에 기술된 유리-계 제품은 템퍼링된 유리-계 제품보다 큰 표면 CS를 나타낸다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 유리-계 제품 내로 보다 깊이 연장하는 압축 층(CS가 공지된 화학적으로 강화된 유리-계 제품보다 서서히 증가 또는 감소하는)을 가져, 심지어 유리-계 제품 또는 이와 동일한 것을 포함하는 장치가 단단한 표면(예를 들어, 화강암) 또는 단단하고 거친 표면(예를 들어, 아스팔트) 상으로 낙하될 때도 유리-계 제품이 실질적으로 향상된 내파괴성을 나타내도록 한다. 일 이상의 구체예의 유리-계 제품은 몇몇 공지된 화학적으로 강화된 유리 기판보다 큰 최대 CT값을 나타낸다.

DOC는 (1) Luceo Co., Ltd. (도쿄, 일본)에 의해 제조된 FSM-6000(일반적으로 FSM 기술로 언급됨)과 같은, 상업적으로 구입 가능한 기기를 사용하는 표면 응력계 또는 (2) 이온 교환 처리에 따른 산란 광 편광기(SCALP)에 의해 측정될 수 있다. 유리 제품 내의 응력이 칼륨 이온을 유리 내로 교환시킴에 의해 생성되는 경우, FSM은 DOC를 측정하는데 사용된다. 응력이 나트륨 이온을 유리 제품 내로 교환시킴에 의해 생성되는 경우, SCALP가 DOC를 측정하는데 사용된다. 유리 제품 내의 응력이 칼륨 및 나트륨 이온 모두를 유리 내로 교환시킴에 의해 생성되는 경우, 나트륨의 교환 깊이가 DOC를 나타내는 것으로 생각되기 때문에 DOC는 SCALP에 의해 측정되고, 유리 제품이 FSM에 의해 측정되는 경우 칼륨 이온의 교환 깊이가 압축 응력의 크기 변화(압축 응력으로부터 인장 응력으로의 변화는 아님); 칼륨 이온의 교환 깊이("칼륨 DOL")를 나타내는 것으로 생각된다.

표면 CS를 포함하여, CS는 FSM 기술에 의해 측정될 수 있다. 표면 응력 측정은 유리의 복굴절과 관계된 응력 광학 계수(SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는 차례로 내용 전체가 참조로서 본원에 포함된 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"로 명명된, ASTM 표준 C770-16에 기술된 Procedure C(유리 디스크 방법)에 따라 측정된다.

일 이상의 구체예에서, 최대 CT 값은 본 기술분야에서 공지된 산란 광 편광기(SCALP) 기술을 사용하여 측정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본원에 기술된 유리-계 제품은 이온 교환에 의해 화학적으로 강화되고 공지된 강화된 유리-계 제품에 의해 나타나는 것과 구별되는 응력 프로파일을 나타낸다. 본 개시에서 유리-계 기판은 일반적으로 강화되지 않고 유리-계 제품은 일반적으로 강화된(예를 들어, 이온 교환에 의해) 유리-계 기판을 의미한다. 이 공정에서, 유리-계 제품의 표면에서 또는 표면 근처에서의 이온은 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 보다 큰 이온으로-대체되거나-또는 교환된다. 유리-계 제품이 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 구체예에서, 유리의 표면 층 내의 이온 및 보다 큰 이온은 Li⁺(유리-계 제품 내에 존재하는 경우), Na⁺, K⁺, Rb⁺, 및 Cs⁺와 같은 1가 알칼리 금속 양이온이다. 대안적으로, 표면 층 내의 1가 양이온은 Ag⁺ 등의 알칼리 금속 양이온 외의 1가 양이온으로 대체될 수 있다. 이러한 구체예에서, 유리-계 기판 내로 교환되는 1가 이온(또는 양이온)은 생성된 유리-계 제품 내에서 응력을 생성한다.

이온 교환 공정은 전형적으로 유리-계 기판 내의 보다 작은 이온과 교환될 보다 큰 이온을 함유하는 용융된 염 욕(또는 2 이상의 용융된 염 욕) 내에 유리-계 기판을 침지시킴으로써 수행된다. 수성(aqueous) 염 욕 또한 이용될 수 있음에 주목해야 한다. 또한, 욕(들)의 조성은 1 유형을 초과하는 보다 큰 이온(예를 들어, Na⁺ 및 K⁺) 또는 하나의 보다 큰 이온을 포함할 수 있다. 욕 조성 및 온도; 침지 시간; 염 욕(또는 욕들) 내의 유리-계 제품의 침지 횟수; 다중 염 욕의 사용; 어닐링; 세척 등과 같은 추가적인 단계를 포함하나, 이에 제한되지는 않는 이온 교환 공정의 파라미터는 일반적으로 유리-계 제품의 조성(제품 및 존재하는 임의의 결정질상의 구조를 포함하는) 및 강화로부터 생성된 유리-계 제품의 원하는 DOL 또는 DOC 및 CS에 의해 결정됨이 본 기술분야의 기술자에 의해 인식될 것이다. 예를 들어, 유리-계 기판의 이온 교환은 보다 큰 알칼리 금속 이온의 질산염, 황산염 및 염화물과 같은, 그러나 이에 제한되는 것은 아닌 염을 함유하는 적어도 하나의 용융된 욕 내의 유리-계 기판의 침지에 의해 달성될 수 있다. 전형적인 염은 KNO₃, NaNO₃, LiNO₃, NaSO₄, 및 이들의 조합을 포함한다. 용융된 염 욕의 온도는 전형적으로 약 380 ℃ 내지 약 450 ℃ 범위 내이며, 침지 시간은 유리 두께, 욕 온도 및 유리(또는 1가 이온) 확산에 따라 약 15분 내지 약 100시간 까지의 범위이다. 그러나, 전술한 것과 상이한 온도 및 침지 시간 또한 사용될 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 기판은 약 370 ℃ 내지 약 480 ℃의 온도를 갖는 100% NaNO₃의 용융된 염 욕 내에 침지될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 기판은 약 5% 내지 약 90% KNO₃ 및 약 10% 내지 약 95% NaNO₃을 포함하는 용융된 염 욕 내에 침지될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 기판은 Na₂SO₄ 및 NaNO₃을 포함하는 보다 넓은 온도 범위(예를 들어, 500 ℃ 까지)를 갖는 용융된 혼합 염 욕 내에 침지될 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 제1 욕 내에 침지 후, 제2 욕 내에 침지될 수 있다. 제2 욕 내의 침지는 15분 내지 8시간 동안 100 KNO₃를 포함하는 용융된 염 욕 내에서의 침지를 포함할 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 기판은 약 5시간 미만, 또는 심지어 약 4시간 이하 동안 NaNO₃ 및 KNO₃(예를 들어, 49%/51%, 50%/50%, 51%/49%)를 포함하는, 약 420 ℃ 미만의 온도(예를 들어, 약 400 ℃ 또는 약 380 ℃)를 갖는 용융된, 혼합 염 욕 내에 침지될 수 있다.

이온 교환 조건은 "스파이크"를 제공하거나 생성된 유리-계 제품의 표면에서 또는 표면 근처에서의 응력 프로파일의 기울기를 증가시키기 위해 조정(tailor)될 수 있다. 이 스파이크는 본원에 기술된 유리-계 제품 내에서 사용되는 유리 조성물의 독특한 특성으로 인해 단일 조성 또는 혼합된 조성을 갖는 욕(들)을 사용한 단일 욕 또는 다중 욕에 의해 달성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 일 이상의 구체예의 유리-계 제품(300)은 제1 표면(302) 및 두께 t를 정의하는 제1 표면에 대향하는 제2 표면(304)을 포함한다. 일 이상의 구체예에서, 두께 t는 약 0.01 밀리미터 내지 약 3 밀리미터, 약 0.1 밀리미터 내지 약 3 밀리미터, 약 0.2 밀리미터 내지 약 3 밀리미터, 약 0.3 밀리미터 내지 약 3 밀리미터, 약 0.4 밀리미터 내지 약 3 밀리미터, 약 0.01 밀리미터 내지 약 2.5 밀리미터, 약 0.01 밀리미터 내지 약 2 밀리미터, 약 0.01 밀리미터 내지 약 1.5 밀리미터, 약 0.01 밀리미터 내지 약 1 밀리미터, 약 0.01 밀리미터 내지 약 0.9 밀리미터, 약 0.01 밀리미터 내지 약 0.8 밀리미터, 약 0.01 밀리미터 내지 약 0.7 밀리미터, 약 0.01 밀리미터 내지 약 0.6 밀리미터, 약 0.01 밀리미터 내지 약 0.5 밀리미터, 약 0.1 밀리미터 내지 약 0.5 밀리미터, 약 0.3 밀리미터 내지 약 0.5 밀리미터, 또는 이에 함유되는 임의의 하위 범위와 같이, 약 3 밀리미터 이하일 수 있다.

유리-계 제품은 제1 표면(302)으로부터 제2 표면(304)까지(또는 두께 t의 전체 길이를 따라) 연장하는 응력 프로파일(312)을 포함한다. 도 3에서, x-축은 응력 값을 나타내며 y-축은 유리-계 제품 내의 두께 또는 깊이를 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 응력 프로파일(312)은 CS 층(315)(표면 CS(310)를 가짐), CT 층(325)(최대 CT(320)를 가짐) 및 응력 프로파일(312)이 330에서 압축으로부터 인장으로 변하는 DOC(317)를 포함한다. CT 층(325)은 또한 관련된 깊이 또는 길이(327)를 갖는다. 본원에 사용된 바와 같이, DOC 및 DOL에 대한 참조는 일 표면(제1 표면(302) 또는 제2 표면(304))으로부터의 깊이에 관한 것이며, 이러한 DOC 또는 DOL은 또한 다른 표면으로부터 존재할 수 있음에 대해 이해해야 한다.

표면 CS(310)는 약 150 MPa 이상 또는 약 200 MPa 이상(예를 들어, 약 250 MPa 이상, 약 300 MPa 이상, 약 400 MPa 이상, 약 450 MPa 이상, 약 500 MPa 이상, 또는 약 550 MPa 이상)일 수 있다. 표면 CS(310)는 약 900 MPa 까지, 약 1000 MPa 까지, 약 1100 MPa 까지, 또는 약 1200 MPa 까지일 수 있다. 본원에서 제공되는 표면 CS 값은 또한 최대 CS를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 표면 CS는 최대 CS 미만이다.

최대 CT(320)는 약 71.5/√(t) 이상일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 최대 CT(320)는 약 80 MPa 이상, 약 85 MPa 이상 또는 약 90 MPa 이상이다. 몇몇 구체예에서, 최대 CT(320)는 약 80 MPa 초과 내지 약 100 MPa(예를 들어, 약 85 MPa 내지 약 100 MPa, 약 90 MPa 내지 약 100 MPa, 약 80 MPa 내지 약 95 MPa, 약 80 MPa 내지 약 90 MPa, 약 85 MPa 내지 약 95 MPa, 또는 약 88 MPa 내지 약 92 MPa)의 범위 내일 수 있다. 최대 CT(320)는 약 0.3·t 내지 약 0.7·t, 약 0.4·t 내지 약 0.6·t 또는 약 0.45·t 내지 약 0.55·t 범위에 위치될 수 있다. 표면 CS(310) 및 최대 CT(320) 중 임의의 일 이상은 유리-계 제품의 두께에 의존할 수 있음에 주목해야 한다. 예를 들어, 약 0.8 mm의 두께를 갖는 유리-계 제품은 약 85 MPa 내지 약 100 MPa 범위 내의 최대 CT를 갖는다. 유리-계 제품의 두께가 감소하면, 최대 CT는 증가할 수 있다. 다시 말해, 최대 CT는 두께가 감소함에 따라(또는 유리-계 제품이 얇아짐에 따라) 증가한다.

몇몇 구체예에서, 최대 CT(320) 대 표면 CS(310)의 비는 약 0.1 내지 약 0.8 범위 내(예를 들어, 약 0.1 내지 약 0.7, 약 0.1 내지 약 0.6, 약 0.1 내지 약 0.5, 약 0.1 내지 약 0.4, 약 0.1 내지 약 0.3, 약 0.1 내지 약 0.25, 약 0.1 내지 약 0.2, 약 0.15 내지 약 0.8, 약 0.2 내지 약 0.8, 약 0.3 내지 약 0.8, 약 0.4 내지 약 0.8, 약 0.5 내지 약 0.8, 또는 약 0.6 내지 0.8 범위 내)이다. 공지된 화학적으로 강화된 유리-계 제품에서, 최대 CT(320) 대 표면 CS(310)의 비는 0.1 이하이다. 몇몇 구체예에서, 표면 CS는 최대 CT의 4배 이상(예를 들어, 5배, 6배 또는 6.5배)일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 표면 CS는 최대 CT의 약 47.5배 까지일 수 있다. 표면 CS는 최대 CT의 약 4배 내지 약 7.5배 까지의 범위 내일 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 응력 프로파일(312)은 전형적으로 표면 CS(310)이며 제1 표면(302) 및 제2 표면(304) 중 하나 또는 둘 모두에서 발견될 수 있는 최대 CS를 포함한다. 일 이상의 구체예에서, CS층 또는 영역(315)은 DOC(317)의 두께의 일부 및 최대 CT(320)를 따라 연장한다. 일 이상의 구체예에서, DOC(317)는 약 0.1·t 이상일 수 있다. 예를 들어, DOC(317)는 약 0.12·t 이상, 약 0.14·t 이상, 약 0.15·t 이상, 약 0.16·t 이상, 0.17·t 이상, 0.18·t 이상, 0.19·t 이상, 0.20·t 이상, 약 0.21·t 이상, 또는 약 0.25·t 까지일 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 응력 프로파일(312)은 포물선-형 형상으로 기술될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 인장 응력을 나타내는 유리-계 제품의 영역 또는 두께를 따른 응력 프로파일은 포물선-형 형상을 나타낸다. 일 이상의 구체적인 구체예에서, 응력 프로파일(312)은 평탄한 응력(즉, 압축 또는 인장) 부분 또는 실질적으로 일정한 응력(즉, 압축 또는 인장)을 나타내는 부분이 없다. 몇몇 구체예에서, CT 영역은 실질적으로 평탄한 응력이 없거나 실질적으로 일정한 응력이 없는 응력 프로파일을 나타낸다. 일 이상의 구체예에서, 약 0t 내지 약 0.2·t 까지 및 0.8·t 초과(또는 약 0·t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t 초과)의 두께 범위 사이의 응력 프로파일(312)의 모든 점은 약 0.1 MPa/마이크로미터 초과의 절대값을 갖는 탄젠트를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 탄젠트는 약 0.2 MPa/마이크로미터 초과의 절대값을 가질 수 있다. 몇몇 보다 구체적인 구체예에서, 탄젠트는 약 0.3 MPa/마이크로미터 초과의 절대값을 가질 수 있다. 보다 더 구체적인 구체예에서, 탄젠트는 약 0.5 MPa/마이크로미터 초과의 절대값을 가질 수 있다. 다시 말해서, 이들 두께 범위(즉, 0·t 내지 약 2·t 까지 및 0.8t 초과, 또는 약 0t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t 이상)를 따른 일 이상의 구체예의 응력 프로파일은 본원에 기술된 바와 같이, 소정의 탄젠트를 갖는 점을 배제한다. 이론에 구애됨이 없이, 공지의 오차 함수 또는 유사(quasi)-선형 응력 프로파일은 약 0.1 MPa/마이크로미터 미만, 약 0.2 MPa/마이크로미터 미만, 약 0.3 MPa/마이크로미터 미만, 또는 약 0.5 MPa/마이크로미터 미만의 절대값을 가질 수 있는 탄젠트(도 2, 220에 도시된 바와 같이, 이러한 두께 범위를 따라 평탄 또는 0의 기울기의 응력 프로파일을 나타냄)를 갖는 이들 두께 범위(즉, 0·t 내지 약 2·t 까지 및 0.8t 초과, 또는 약 0·t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t 이상)를 따른 점을 갖는다. 본 개시의 일 이상의 구체예의 유리-계 제품은 도 3에 도시된 바와 같이 이들 두께 범위를 따라 평탄 또는 0의 기울기의 응력 프로파일을 갖는 이러한 응력 프로파일을 나타내지 않는다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 최대 탄젠트 및 최소 탄젠트를 포함하는 약 0.1·t 내지 0.3·t 및 약 0.7·t 내지 0.9·t의 두께 범위 내의 응력 프로파일을 나타낸다. 몇몇 경우에, 최대 탄젠트와 최소 탄젠트의 차는 약 3.5 MPa/마이크로미터 이하, 약 3 MPa/마이크로미터 이하, 약 2.5 MPa/마이크로미터 이하, 또는 약 2 MPa/마이크로미터 이하이다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 깊이 방향 또는 유리-계 제품의 두께 t의 적어도 일부분을 따라 연장하는 임의의 선형 세그먼트(segment)가 실질적으로 없는 응력 프로파일(312)을 포함한다. 다시 말해서, 응력 프로파일(312)은 실질적으로 두께 t를 따라 연속적으로 증가 또는 감소하고 있다. 몇몇 구체예에서, 응력 프로파일은 약 10 마이크로미터 이상, 약 50 마이크로미터 이상, 또는 약 100 마이크로미터 이상, 또는 약 200 마이크로미터 이상의 길이를 갖는 깊이 방향으로의 임의의 선형 세그먼트가 실질적으로 없다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "선형"은 선형 세그먼트를 따라약 5 MPa/마이크로미터 미만, 또는 약 2 MPa/마이크로미터 미만의 크기를 갖는 기울기를 의미한다. 몇몇 구체예에서, 깊이 방향으로의 임의의 선형 세그먼트가 실질적으로 없는 응력 프로파일의 일 이상의 부분은 제1 표면 또는 제2 표면 중 하나 또는 둘 모두로부터 약 5 마이크로미터 이상(예를 들어, 10 마이크로미터 이상, 또는 15 마이크로미터 이상)의 유리-계 제품 내의 깊이에 존재한다. 예를 들어, 제1 표면으로부터 약 0 마이크로미터 내지 약 5 마이크로미터 미만의 깊이를 따라, 응력 프로파일은 선형 세그먼트를 포함할 수 있으나, 제1 표면으로부터 약 5 마이크로미터 이상의 깊이로부터, 응력 프로파일은 선형 세그먼트가 실질적으로 없을 수 있다.

몇몇 구체예에서, 응력 프로파일은 약 0t 내지 약 0.1t 까지의 깊이에서 선형 세그먼트를 포함할 수 있고 약 0.1t 내지 약 0.4t의 깊이에서 선형 세그먼트가 실질적으로 없을 수 있다. 몇몇 구체예에서, 약 0t 내지 약 0.1t 범위 내의 두께로부터의 응력 프로파일은 약 20 MPa/미크론 내지 약 200 MPa/미크론 범위 내의 기울기를 가질 수 있다. 본원에 기술될 바와 같이, 이러한 구체예는 2 이상의 알칼리 염을 포함하는 욕 또는 혼합된 알칼리 염 욕에 의한 단일 이온-교환 공정 또는 다중(예를 들어, 2 이상) 이온 교환 공정을 사용하여 형성될 수 있다.

몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 CT 영역(도 3의 327)을 따른 응력 프로파일의 형상에 관하여 기술될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체예에서, CT 영역(응력이 장력인)을 따른 응력 프로파일은 식에 의해 근사(approximate)될 수 있다. 몇몇 구체예에서, CT 영역을 따른 응력 프로파일은 식 (1)에 의해 근사될 수 있다.

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

식 (1)에서, 응력(x)는 위치 x에서의 응력 값이다. 여기서 응력은 양(장력)이다. 식 (1)에서, 최대T는 최대 장력 값이며 CT_n은 n에서의 장력 값이며 최대T 이하이다. 최대T 및 CT_n 모두는 MPa 단위의 양의 값으로 표현된다. 값 x는 마이크로미터 단위의 두께(t)를 따른 위치이며, 0 내지 t 범위이고; x=0은 일 표면(도 3의 302)이고, x=0.5t는 유리-계 제품의 중심이며, x=t는 대향 표면(도 3의 304)이다. 식 (1)에서 사용되는 최대T는 최대 CT와 동일하며, 이는 약 71.5√(t) 이상일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 식 (1)에서 사용되는 최대T는 약 80 MPa 내지 약 100 MPa(예를 들어, 약 85 MPa 내지 약 100 MPa, 약 90 MPa 내지 약 100 MPa, 약 80 MPa 초과 내지 약 95 MPa, 약 80 초과 내지 약 90 MPa, 또는 약 85 MPa 내지 약 95 MPa) 범위 내일 수 있으며, n은 1.5 내지 5(예를 들어, 2 내지 4, 2 내지 3 또는 1.8 내지 2.2) 또는 약 1.5 내지 약 2의 피팅(fitting) 파라미터이다. 일 이상의 구체예에서, n=2는 포물선 응력 프로파일을 제공할 수 있으며, n=2로부터 벗어나는 지수(exponent)는 응력 프로파일에 포물선 유사한 응력 프로파일을 제공한다. 도 4는 피팅 파라미터 n의 변화에 기초한, 본 개시의 일 이상의 구체예에 따른 다양한 응력 프로파일을 도시하는 그래프이다.

일 이상의 구체예에서, CT_n는 유리 제품의 주 표면 하나 또는 둘 모두 상에 압축 응력 스파이크가 있는 최대T 미만일 수 있다. 일 이상의 구체예에서, CT_n는 유리 제품의 주 표면 하나 또는 둘 모두 상에 압축 응력 스파이크가 없는 경우 최대T와 동일하다.

몇몇 구체예에서, 응력 프로파일은 열처리에 의해 변경될 수 있다. 이러한 구체예에서, 열처리는 임의의 이온-교환 공정 전, 이온-교환 공정 사이, 또는 모든 이온-교환 공정 후에 발생할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 열처리는 표면에서의 또는 표면 근처에서의 응력 프로파일의 기울기 감소를 초래할 수 있다. 표면에서 보다 가파르거나 큰 기울기가 요구되는 몇몇 구체예에서, 열처리 후의 이온-교환 공정은 "스파이크"를 제공하거나 표면에서의 또는 표면 근처에서의 응력 프로파일의 기울기를 증가시키기 위해 이용될 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 응력 프로파일(312)은 두께의 일부분을 따라 변화하는 금속 산화물(들)의 0이 아닌 농도로 인해 생성된다. 상기 언급된 바와 같이, 금속 산화물 농도의 변화는 본원에서 금속 산화물 농도 구배로 언급될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 금속 산화물의 농도는 0이 아니며, 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화한다. 몇몇 구체예에서, 금속 산화물의 농도는 0이 아니며 약 0·t 내지 약 0.35·t, 약 0·t 내지 약 0.4·t, 약 0·t 내지 약 0.45·t 또는 약 0·t 내지 약 0.48·t의 두께 범위를 따라 변화한다. 금속 산화물은 유리-계 제품 내 응력을 생성하는 것으로 기술될 수 있다. 농도의 변화는 상기-언급된 두께 범위를 따라 연속적일 수 있다. 농도의 변화는 약 100 마이크로미터의 두께 세그먼트를 따른 약 0.2 mol%의 금속 산화물 농도 변화를 포함할 수 있다. 이러한 변화는 실시예 1에 도시된 바와 같은 마이크로프로브(microprobe)를 포함하는 본 기술분야의 공지된 방법에 의해 측정될 수 있다. 농도가 0이 아니며 두께의 일부분을 따라 변화하는 금속 산화물은 유리-계 제품 내 응력을 생성하는 것으로서 기술될 수 있다.

농도의 변화는 상기-언급된 두께 범위를 따라 연속적일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 농도의 변화는 약 10 마이크로미터 내지 약 30 마이크로미터 범위 내의 두께 세그먼트를 따라 연속적일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 금속 산화물의 농도는 제1 표면으로부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 점까지 감소하고 상기 점으로부터 제2 표면까지 증가한다.

금속 산화물의 농도는 하나를 초과하는 금속 산화물(예를 들어, Na₂O 및 K₂O의 조합)을 포함할 수 있다. 2개의 금속 산화물이 이용되고 이온의 반지름이 서로 상이한 몇몇 구체예에서, 보다 큰 반지름을 갖는 이온의 농도는 얕은 깊이에서 보다 작은 반지름을 갖는 이온의 농도보다 큰 반면, 보다 깊은 깊이에서는, 보다 작은 반지름을 갖는 이온의 농도가 보다 큰 반지름을 갖는 이온의 농도보다 크다. 예를 들어, 단일 Na- 및 K-함유 욕이 이온 교환 공정에 사용되는 경우, 유리-계 제품 내 K⁺ 이온의 농도는 보다 얕은 깊이에서 Na⁺ 이온의 농도보다 큰 반면, Na⁺의 농도는 보다 깊은 깊이에서 K⁺ 이온의 농도보다 크다. 이는 부분적으로, 유리 내에서 보다 작은 1가 이온으로 교환되는 1가 이온의 크기로 인한 것이다. 이러한 유리-계 제품에서, 표면의 또는 표면 근처의 영역은 표면의 또는 표면 근처의 보다 큰 이온(즉, K⁺ 이온)의 보다 큰 양으로 인한 보다 큰 CS를 포함한다. 이러한 보다 큰 CS는 표면 또는 표면 근처의 보다 가파른 기울기를 갖는 응력 프로파일(즉, 표면에서의 응력 프로파일 내의 스파이크)에 의해 나타날 수 있다.

일 이상의 금속 산화물의 농도 구배 또는 변화는 본원에서 전술한 바와 같이 유리-계 기판을 화학적으로 강화함으로써 만들어지며, 여기서 유리-계 기판 내의 다수의 제1 금속 이온이 다수의 제2 금속 이온으로 교환된다. 제1 이온은 리튬, 나트륨, 칼륨, 및 루비듐의 이온일 수 있다. 제2 금속 이온은 제2 알칼리 금속 이온이 제1 알칼리 금속 이온의 이온 반지름보다 큰 이온 반지름을 갖는다는 단서 하에서, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐 및 세슘의 이온일 수 있다. 제2 금속 이온은 이들의 산화물(예를 들어, Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O 또는 이들의 조합)로서 유리-계 기판 내에 존재한다.

일 이상의 구체예에서, 금속 산화물 농도 구배는 두께 t의 실질적인 부분 또는 CT 층(327)을 포함하는 유리-계 제품의 전체 두께 t를 통해 연장한다. 일 이상의 구체예에서, 금속 산화물의 농도는 CT 층(327) 내에서 약 0.5 mol% 이상이다. 몇몇 구체예에서, 금속 산화물의 농도는 유리-계 제품의 전체 두께를 따라 약 0.5 mol% 이상(예를 들어, 1 mol% 이상)일 수 있고, 제1 표면(302) 및/또는 제2 표면(304)에서 최대이고 제1 표면(302) 및 제2 표면(304) 사이의 점까지 실질적으로 일정하게 감소한다. 그 점에서, 금속 산화물의 농도는 전체 두께 t를 따라 최소이나; 농도는 그 점에서 또한 0이 아니다. 다시 말해서, 특정 금속 산화물의 0이 아닌 농도는 두께 t의 실질적인 부분(본원에 기술된 바와 같음) 또는 전체 두께 t를 따라 연장한다. 몇몇 구체예에서, 특정 금속 산화물 내의 최저 농도는 CT 층(327) 내이다. 유리-계 제품 내 특정 금속 산화물의 총 농도는 약 1 mol% 내지 약 20 mol% 범위 내일 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 제1 금속 산화물 농도 및 제2 금속 산화물 농도를 포함하여, 제1 금속 산화물 농도는 약 0t 내지 약 0.5t의 제1 두께를 따라 약 0 mol% 내지 약 15 mol% 범위 내이고 제2 금속 산화물 농도는 약 0 마이크로미터 내지 약 25 마이크로미터(또는 약 0 마이크로미터 내지 약 12 마이크로미터)의 제2 두께 범위로부터 약 0 mol% 내지 약 10 mol% 범위 내이도록 한다; 하지만, 제1 금속 산화물 및 제2 금속 산화물 중 하나 또는 둘 모두의 농도는 유리-계 제품의 실질적인 부분 또는 전체 두께를 따라 0이 아니다. 유리-계 제품은 선택적인 제3 금속 산화물 농도를 포함할 수 있다. 제1 금속 산화물은 Na₂O를 포함할 수 있는 반면 제2 금속 산화물은 K₂O를 포함할 수 있다.

금속 산화물의 농도는 이러한 금속 산화물의 농도 구배를 포함하기 위해 변형되기 전의 유리-계 제품 내의 금속 산화물의 기초선(baseline) 양으로부터 결정될 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 비-이온 교환된 유리 기판에 비해, 약 1.2 mol% 미만, 약 1.1 mol% 미만, 또는 약 1.0 mol% 미만과 같이, 약 1.3 mol% 미만의 유리-계 제품의 중심에서의 Na₂O 농도 증가를 나타낼 수 있다. 1.3 mol%를 초과하는 유리-계 제품의 중심에서의 Na₂O 농도 증가는 유리-계 제품 내로의 나트륨 이온의 과도한 확산이 발생함을 나타내며, 원하지 않은 휨 및 중량 증가가 제조될 수 있다. 추가적으로, 본원에 기술된 바와 같이, 나트륨 이온의 과도한 확산은 향상된 압축 깊이, 내손상성, 또는 낙하 성능을 제공하지 않는다. 본원에서 이용된 바와 같이, "중심점"은 유리 제품 내로 0.5t(수직으로)의 깊이 및 유리-계 제품의 가장 가까운 주변(peripheral) 에지로부터 적어도 5t(수평으로)에 위치된 유리-계 제품 내의 임의의 점을 의미한다. 수직 방향은 (1) 제1 및 제2 표면을 연결하고 중심점을 통과하며, 및 (2) 라인이 제1 및 제2 표면과 교차하는 점에서 제1 및 제2 표면과 직교하는 라인을 따라 측정된다. 수평 방향은 주변 에지와 중심점 사이에 있고 수직 방향을 측정하는데 사용되는 라인과 직교하는 라인을 따라 측정된다.

몇몇 구체예에서, 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O 몰 농도는 총 알칼리 금속 몰 농도의 약 40% 미만과 같이, 중심점에서의 유리-계 제품의 총 알칼리 금속 산화물(R₂O) 몰 농도의 약 45% 미만이다. Na₂O에 기인하는 총 금속 알칼리 산화물 몰 농도의 백분율은, 이온-교환이 총 금속 알칼리 몰 농도가 변화하지 않는 1:1 공정이기 때문에 유리-계 제품 내로의 나트륨 이온-교환이 발생하는 정도를 나타낸다. 중심점에서의 총 알칼리 금속 산화물의 약 45%를 초과하는 중심점에서의 Na₂O 농도는 유리-계 제품 내로의 나트륨 이온의 과도한 확산이 발생함을 나타내며, 원하지 않는 휨 및 중량 증가가 제조될 수 있다.

몇몇 구체예에서, 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O 몰 농도는 약 4 mol%, 약 3 mol%, 또는 약 2.5 mol% 미만과 같이, 약 4.5 mol% 미만이다. 예로서, 몇몇 구체예에서 약 4.5 mol% 미만의 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O 몰 농도를 갖는 유리-계 제품은 리튬 함유 유리-계 기판으로부터 형성될 수 있다. 4.5 mol%를 초과하는 중심점에서의 Na₂O 농도는 유리-계 제품 내로의 나트륨 이온의 과도한 확산이 발생함을 나타내며, 원하지 않는 휨 및 중량 증가가 제조될 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 이들이 어떻게 파괴되는지 및 이러한 파괴로부터 초래된 조각과 관련하여 기술될 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 파괴될 때, 유리-계 제품은 유리-계 제품(파괴 전)의 제곱 인치 당(또는 6.4516 제곱 센티미터 당) 2 이상의 파편으로 파괴된다. 몇몇 경우에, 유리-계 제품은 유리-계 제품(파괴 전)의 제곱 인치 당(또는 6.4516 제곱 센티미터 당) 3 이상, 4 이상, 5 이상, 또는 10 이상의 파편으로 파괴된다. 몇몇 경우에, 파괴될 때, 유리-계 제품은 파편의 50% 이상이 유리-계 제품(파괴 전)의 표면적의 5% 미만, 2% 미만, 또는 1% 미만인 표면적을 갖도록 파편으로 파괴된다. 몇몇 구체예에서, 파괴될 때, 유리-계 제품은 90% 이상 또는 심지어 100%의 파편이 유리-계 제품(파괴 전)의 표면적의 5% 미만, 2% 미만, 또는 1% 미만인 표면적을 갖도록 파편으로 파괴된다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품을 화학적으로 강화한 후, 유리-계 제품의 생성된 응력 프로파일(317)은 향상된 내파괴성을 제공한다. 예를 들어, 몇몇 구체예에서, 파괴 시에, 유리-계 제품은 약 2·t 이하(예를 들어, 1.8·t, 1.6·t, 1.5·t, 1.4·t, 1.2·t 또는 1·t 이하)의 평균 최장 단면 치수를 갖는 파편을 포함한다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 약 0.65 MPa·m^1/2 이상의 파괴 인성을 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 파괴 인성은 약 0.69 MPa·m^1/2 이상, 약 0.7 MPa·m^1/2 이상, 약 0.8 MPa·m^1/2 이상, 또는 약 0.9 MPa·m^1/2 이상일 수 있다. 몇몇 구체예에서 파괴 인성은 약 0.65 MPa·m^1/2 내지 약 1 MPa·m^1/2 범위 내일 수 있다.

몇몇 구체예에서, 기판은 또한 200 g 하중에서의 비커스(Vicker's) 경도 테스트에 의해 측정될 때, 약 500 HVN 내지 약 800 HVN(kgf/mm²)의 경도(hardness)를 갖는 특징을 가질 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 약 600 HVN 내지 약 800 HVN 범위 내의 비커스 경도를 포함할 수 있다.

본원에 기술된 유리-계 제품은 0 J/m² 초과 내지 약 40 J/m² 범위 내의 저장된 인장 에너지를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우에, 저장된 인장 에너지는 약 5 J/m² 내지 약 40 J/m², 약 10 J/m² 내지 약 40 J/m², 약 15 J/m² 내지 약 40 J/m², 약 20 J/m² 내지 약 40 J/m², 약 1 J/m² 내지 약 35 J/m², 약 1 J/m² 내지 약 30 J/m², 약 1 J/m² 내지 약 25 J/m², 약 1 J/m² 내지 약 20 J/m², 약 1 J/m² 내지 약 15 J/m², 약 1 J/m² 내지 약 10 J/m², 약 10 J/m² 내지 약 30 J/m², 약 10 J/m² 내지 약 25 J/m², 약 15 J/m² 내지 약 30 J/m², 약 15 J/m² 내지 약 25 J/m², 약 18 J/m² 내지 약 22 J/m², 약 25 J/m² 내지 약 40 J/m², 또는 약 25 J/m² 내지 약 30 J/m²의 범위 내일 수 있다. 일 이상의 구체예의 열적으로 및 화학적으로 강화된 유리-계 제품은 약 6 J/m² 이상, 약 10 J/m² 이상, 약 15 J/m² 이상, 또는 약 20 J/m² 이상의 저장된 인장 에너지를 나타낼 수 있다.

저장된 인장 에너지는 다음의 식 (2)를 사용하여 계산될 수 있으며:

저장된 인장 에너지 (J/m²) = 1-νE∫σ^2dt (2)

여기서 ν는 포아송 비(Poisson's ratio)이고, E는 탄성 계수이며 적분은 인장 영역에 대해서만 계산된다.

본원에 기술된 유리-계 제품은 일반적으로 약 70 GPa 이상(예를 들어, 약 70 GPa 내지 약 100 GPa, 약 72 GPa 내지 약 100 GPa, 약 75 GPa 내지 약 100 GPa, 약 76 GPa 내지 약 100 GPa, 약 78 GPa 내지 약 100 GPa, 약 80 GPa 내지 약 100 GPa, 약 82 GPa 내지 약 100 GPa, 약 84 GPa 내지 약 100 GPa, 약 86 GPa 내지 약 100 GPa, 약 88 GPa 내지 약 100 GPa, 약 90 GPa 내지 약 100 GPa, 약 70 GPa 내지 약 95 GPa, 약 70 GPa 내지 약 90 GPa, 약 70 GPa 내지 약 88 GPa, 약 70 GPa 내지 약 86 GPa, 약 70 GPa 내지 약 85 GPa, 약 70 GPa 내지 약 84 GPa, 약 70 GPa 내지 약 82 GPa, 또는 약 70 GPa 내지 약 80 GPa 범위 내)의 탄성 계수 또는 영 계수(Young's modulus)를 갖는다. 유리-계 제품의 조성물에 내재된(intrinsic) 탄성 계수는, 이들로부터 제조된 궁극적인 유리-계 제품에 외인성(extrinsic) 특성인 원하는 고 강성(stiffness)을 제공할 수 있다. 명료함을 위해, 특정 유형의 탄성 계수 측정이 명확하게 지시되지 않는 한, 본원에 기술된 탄성 계수는 예를 들어, 전단 계수(shear modulus), 벌크(bulk) 계수, 포아송 비 등이 아닌 재료의 영 계수일 것이다.

몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 얇은 롤링(rolling) 기술을 통해 유리-계 제품의 형성을 가능하게 하는 낮은 액상 점도를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "액상 점도"는 액상 온도에서의 용융된 유리의 점도를 의미하며, 여기서 용어 "액상 온도"는 용융된 유리가 용융 온도(또는 온도가 실온으로부터 증가됨에 따라 가장 최종의 결정이 용융되는 온도)로부터 냉각됨에 따라 결정이 처음으로 나타나는 온도를 의미한다. 일반적으로, 유리-계 제품(또는 이러한 제품을 형성하는데 사용되는 조성물)은 본원에서 약 100 kilopoise(kP) 미만의 액상 점도를 기술하였다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품(또는 이러한 제품을 형성하는데 사용되는 조성물)은 약 80 kP 미만, 약 60 kP 미만, 약 40 kP 미만, 약 30 kP 미만(예를 들어, 약 15 kP 내지 약 30 kP 범위 내)의 액상 점도를 나타낸다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 약 4 N 내지 약 7 N, 약 4.5 N 내지 약 7 N, 약 5 N 내지 약 7 N, 약 4 N 내지 약 6.5 N, 약 4 N 내지 약 6 N, 또는 약 5 N 내지 약 6 N 범위 내의 누프 측면 크래킹 스크래치 임계값(Knoop Lateral Cracking Scratch Threshold)을 나타낸다. 본원에 사용된 바와 같이, 누프 스크래치 측면 크래킹 임계값은 누프 압입자(indenter)를 사용하여 형성된 마이크로연성(microductile) 스크래치 그루브(groove)의 너비의 2배 이상으로 연장하는 측면 크래킹(5개의 압입 사건 중 3 이상에서)의 시작에서의 하중이다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 약 10 kgf 이상, 약 12 kgf 이상, 또는 약 15 kgf 이상의 범위 내의 비커스 압입 파괴 임계값을 나타낸다. 몇몇 경우에, 유리-계 제품은 약 15 kgf 내지 약 25 kgf 범위 내의 비커스 압입 파괴 임계값을 나타낸다. 본원에 사용된 바와 같이, 비커스 압입 파괴 임계값은 압입 장소의 적어도 하나의 모서리(corner)로부터 연장하는 메디안(median)/레이디얼(radial) 크래킹(5개의 압입 사건 중 3 이상에서)의 시작에서의 하중이다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 연마된 링-온-링(AROR) 테스팅에 도입될 때 향상된 표면 강도를 나타낸다. 재료의 강도는 파괴가 발생하는 응력으로서 정의된다. AROR 테스트는 평탄한 유리 시편을 테스트하는 표면 강도 측정이며, "Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature"로 명명된 ASTM C1499-09(2013)은, 본원에 기술된 AROR 테스트 방법론의 기초 역할을 한다. ASTM C1499-09의 내용은 전체가 본원에 참조로서 포함된다.

일 구체예에서, 유리 시편은 "Standard Test Methods for Strength of Glass by Flexure (Determination of Modulus of Rupture)"로 명명된 ASTM C158-02(2012)의 "abrasion Procedures"로 명명된 Annex A2에 기술된 방법 및 장치를 사용하여 유리 샘플로 전달되는 90 그릿 실리콘 카바이드(SiC) 입자로 링-온-링 테스팅 전 샘플의 표면 결함 조건을 정상화하고(normalize) 및/또는 제어하기 위해 연마된다. ASTM C158-02의 내용 및 특히 Annex 2의 내용은 전체가 본원에 참조로서 포함된다. 연마재는 전형적으로 304 kPa(44 psi)의 기압을 사용하여 15 psi의 하중에서 유리-계 제품의 표면 상에서 샌드블라스트(sandblast)되나; 이하의 실시예에서, 연마재는 다른 하중(예를 들어, 25 psi 또는 45 psi)에서 표면 상에서 샌드블라스트된다. 기류가 확립된 후, 5 cm³의 연마재는 깔때기 내로 덤프(dump)되고 샘플은 연마재의 도입 후 5초간 샌드블라스트된다.

AROR 테스트의 경우, 도 5에 도시된 바와 같은 적어도 하나의 연마된 표면을 갖는 유리-계 제품(410)은 또한 도 5에 도시된 바와 같이, 동 이축(equibiaxial) 굽힘 강도(flexural strength)(즉, 2개의 동심(concentric) 링 사이의 만곡(flexure)에 도입될 때 재료가 견딜 수 있는 최대 응력)를 결정하기 위해 상이한 크기의 2개의 동심 링 사이에 위치된다. AROR 배열(400)에서, 연마된 유리-계 제품(410)은 직경 D2를 갖는 지지 링(420)에 의해 지지된다. 힘 F는 하중 셀(도시되지 않음)에 의해 직경 D1을 갖는 하중 링(430)에 의해 유리-계 제품의 표면에 적용된다.

하중 링 및 지지 링의 직경의 비 D1/D2는 약 0.2 내지 약 0.5 범위 내일 수 있다. 몇몇 구체예에서, D1/D2는 약 0.5이다. 하중 및 지지 링(130, 120)은 지지 링 직경 D2의 0.5% 내에서 동심으로 정렬(align)되어야 한다. 테스팅에 사용된 하중 셀은 선택된 범위 내의 임의의 하중에서 ±1% 내로 정확해야 한다. 몇몇 구체예에서, 테스팅은 23±2 ℃의 온도 및 40±10%의 상대 습도에서 수행된다.

설치물(fixture) 설계에서, 하중 링(430)의 돌출된(protruding) 표면의 반지름 r은, h/2 ≤ r ≤ 3h/2이고, 여기서 h는 유리-계 제품(410)의 두께이다. 하중 및 지지 링(430, 420)은 전형적으로 경도 HRc > 40인 경화된(hardened) 강철로 만들어진다. AROR 설치물은 상업적으로 구매 가능하다.

AROR 테스트의 의도된 파손 메커니즘은 하중 링(430) 내의 표면(430a)로부터 유래된 유리-계 제품(410)의 파괴를 관측하는 것이다. 이 영역-즉, 하중 링(430)과 지지 링(420) 사이-의 외부에서 발생하는 파손은 데이터 분석에서 생략된다. 그러나, 유리-계 제품(410)의 얇음 및 고 강도로 인해, 시편 두께 h의 ½를 초과하는 큰 편향(deflection)이 종종 관측된다. 따라서, 하중 링(430) 아래로부터 유래한 파손의 높은 백분율을 관측하는 것은 드물지 않다. 응력은 링의 내부 및 하부 모두의 응력 발달(변형 게이지(strain gauge) 분석을 통해 수집됨) 및 각 시편 내의 파손의 원인에 대한 인식 없이는 정확하게 계산될 수 없다. 따라서, AROR 테스팅은 측정된 응답으로서의 파손 시 피크 하중에 초점을 맞춘다.

유리-계 제품의 강도는 표면 결함의 존재에 의존한다. 그러나 유리의 강도는 본질적으로 통계적이므로, 주어진 크기의 결합이 존재할 가능성이 정확하게 예측될 수는 없다. 따라서 확률 분포는 일반적으로 얻어진 데이터의 통계적 표현으로 사용될 수 있다.

몇몇 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품은 표면을 연마하기 위해 25 psi 또는 심지어 45 psi의 하중을 사용한 AROR 테스팅에 의해 결정된 적어도 20 kgf 및 약 30 kgf 까지의 표면 또는 동 이축 굽힘 강도를 갖는다. 다른 구체예에서, 표면 강도는 적어도 25 kgf이며, 또 다른 구체예에서는 적어도 30 kgf이다.

몇몇 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품은 사포 상의 인버티드 볼(IBoS) 테스트에서의 성능 면에서 기술될 수 있다. IBoS 테스트는 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이 모바일 또는 핸드 헬드 전자 장치에 사용되는 유리-계 제품에서 전형적으로 발생하는 손상 도입 더하기(plus) 굽힘으로 인한 파손에 대한 지배적인 메커니즘을 모방한 동적 구성 요소 수준 테스트이다. 현장에서는, 손상 도입(도 7의 a)이 유리-계 제품의 탑 표면 상에서 발생한다. 파괴는 유리-계 제품의 탑 표면 상에서 시작하고 손상은 유리-계 제품을 관통하거나(도 7의 b) 또는 파괴는 탑 표면상의 굽힘으로부터 또는 유리-계 제품의 내부 표면으로부터 전파한다(도 7의 c). IBoS 테스트는 유리의 표면에 손상을 도입하는 동시에 동적 하중 하에서 굽힘을 적용하도록 설계된다. 몇몇 경우에, 유리-계 제품은 압축 응력을 포함하는 경우 동일한 유리-계 제품이 압축 응력을 포함하지 않는 경우에 비해 향상된 낙하 성능을 나타낸다.

IBoS 테스트 장치는 도 6에 개략적으로 도시된다. 장치(500)는 테스트 스탠드(510) 및 볼(530)을 포함한다. 볼(530)은 예를 들어, 스테인레스 강철 볼 등과 같이, 단단한(rigid) 고체 볼이다. 일 구체예에서, 볼(530)은 10 mm의 직경을 갖는 4.2 그램 스테인레스 강철 볼이다. 볼(530)은 미리 정해진 높이 h로부터 유리-계 제품 샘플(518) 상으로 직접 낙하된다. 테스트 스탠드(510)는 화강암 등과 같은 딱딱하고, 단단한 재료를 포함하는 고체 베이스(512)를 포함한다. 표면 상에 배치된 연마재를 갖는 시트(514)는 연마재를 갖는 표면이 위를 향하도록 고체 베이스(512)의 상부 표면 상에 위치된다. 몇몇 구체예에서, 시트는 30 그릿 표면을, 몇몇 구체예에서는, 180 그릿 표면을 갖는 사포이다. 유리-계 제품 샘플(518)은 에어 갭(516)이 유리-계 제품 샘플(518)과 시트(514) 사이에 존재하도록 샘플 홀더(515)에 의해 시트(514) 위의 위치에 고정된다. 시트(514)와 유리-계 제품 샘플(518) 사이의 에어 갭(516)은 볼(530)에 의한 시트의 연마 표면 상으로의 충격 시 유리-계 제품이 구부러지는 것을 허용한다. 일 구체예에서, 유리-계 제품 샘플(518)은 볼 충격의 점에서만 함유된 굽힘을 유지하고 반복성을 보장하기 위해 모든 모서리를 가로질러 체결(clamp)된다. 몇몇 구체예에서, 샘플 홀더(514) 및 테스트 스탠드(510)은 약 2 mm 까지의 샘플 두께를 수용하도록 맞춰진다. 에어 갭(516)은 약 50 ㎛ 내지 약 100 ㎛ 범위 내이다. 에어 갭(516)은 재료 강성의 차이(영 계수, E)를 조정하도록 맞춰지지만, 또한 탄성 계수 및 샘플의 두께를 포함한다. 접착 테이프(520)는 볼(530)의 충격 시 유리-계 제품 샘플(518)의 파괴의 사건에서의 파편을 수집하기 위해 유리-계 제품 샘플의 상부 표면을 덮는데 사용될 수 있다.

다양한 재료가 연마 표면으로서 사용될 수 있다. 일 특정 구체예에서, 연마 표면은 실리콘 카바이드 또는 알루미나 사포와 같은 사포, 엔지니어링된(engineered) 사포, 또는 비슷한 경도 및/또는 날카로움을 갖는 본 기술분야의 기술자에게 공지된 임의의 연마재이다. 몇몇 구체예에서, 30 그릿을 갖는 사포가 콘크리트 또는 아스팔트보다 더 일정한 표면 토포그래피(topography), 및 원하는 수준의 시편 표면 손상을 제조하는 입자 크기 및 날카로움을 갖기 때문에 사용될 수 있다.

일 관점에서, 본원에 전술한 장치(500)을 사용하여 IBoS 테스트를 수행하는 방법(600)이 도 8에 도시된다. 단계(610)에서, 유리-계 제품 샘플(도 6의 518)은 전술된 테스트 스탠드(510) 내에 위치되고, 샘플 홀더(515) 내에 고정(secure)되어 에어 갭(516)이 유리-계 제품 샘플(518)과 연마 표면을 갖는 시트(514) 사이에 형성되도록 한다. 방법(600)은 연마 표면을 갖는 시트(514)가 이미 테스트 스탠드(510) 내에 위치되었음을 가정한다. 그러나, 몇몇 구체예에서, 상기 방법은 연마재를 갖는 표면이 위를 향하도록 테스트(510) 내에 시트(514)를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서(단계(610a)), 접착 테이프(520)는 샘플 홀더(510) 내에 유리-계 제품 샘플(518)을 고정시키기 전에 유리-계 제품 샘플(518)의 상부 표면에 적용된다.

단계(620)에서, 미리 정해진 질량 및 크기의 고체 볼(530)은 미리 정해진 높이 h로부터 유리-계 제품 샘플(518)의 상부 표면 상으로 낙하되어, 볼(530)은 상부 표면의 기하학적 중심 부근(즉, 기하학적 중심의 1 mm 이내, 또는 3 mm 이내, 또는 5 mm 이내, 또는 10 mm 이내)에서 상부 표면(또는 상부 표면에 부착된(affixed) 접착 테이프(520))과 충격한다. 단계(620)에서의 충격 후, 유리-계 제품 샘플(518)에 대한 손상의 정도가 결정된다(단계 630). 본원에서 전술한 바와 같이, 본원에서, 용어 "파괴"는 기판이 낙하되거나 물체에 의해 충격을 받을 때 크랙이 기판의 전체 두께 및/또는 전체 표면을 가로질러 전파하는 것을 의미한다.

방법(600)에서, 연마 표면을 갖는 시트(518)는 다른 유형의 낙하 테스트 표면(예를 들어, 콘크리트 또는 아스팔트)의 반복된 사용에서 관측된 "에이징(aging)"을 회피하기 위해 각 낙하 후에 대체될 수 있다.

다양한 미리 정해진 낙하 높이 h 및 증분(increment)이 방법(600)에서 전형적으로 사용된다. 테스트는, 예를 들어, 시작하기 위해 최소 낙하 높이(예를 들어, 약 10 cm-20 cm)를 이용할 수 있다. 이후 높이는 설정 증분 또는 가변 증분에 의한 연속적인 낙하에 대해 증가될 수 있다. 방법(600)에 기술된 테스트는 유리-계 샘플(518)이 부서지거나 파괴되면 중단된다(단계 631). 대안적으로, 낙하 높이 h가 파괴 없이 최대 낙하 높이(예를 들어, 약 100 cm)에 도달한다면, 방법(600)의 낙하 테스트는 또한 중단되거나, 또는 단계(620)가 파괴가 발생할 때까지 최대 높이에서 반복될 수 있다.

몇몇 구체예에서, 방법(600)의 IBoS 테스트는 각각의 미리 정해진 높이 h에서 각각의 유리-계 제품 샘플(518)에 대해 단 한번 수행된다. 그러나 다른 구체예에서, 각각의 샘플은 각 높이에서의 다중의 테스트에 도입될 수 있다.

유리-계 제품 샘플(518)의 파괴가 발생하면(도 8의 단계 631), 방법(600)에 따른 IBoS 테스트는 종료된다(단계 640). 미리 정해진 낙하 높이에서의 볼 낙하로부터 초래된 파괴가 관측되지 않으면(단계 632), 낙하 높이는-예를 들어, 5, 10, 또는 20 cm과 같은-미리 정해진 증분으로 증가되며, 단계(620 및 630)는 샘플 파괴가 관측(631)되거나 최대 테스트 높이에 샘플 파괴 없이 도달될 때까지(636) 반복된다. 단계(631 또는 636)에 도달할 때, 방법(600)에 따른 테스트는 종료된다.

전술한 사포 상의 인버티드 볼(IBoS) 테스트에 도입될 때, 본원에 기술된 유리-계 제품의 구체예는 볼이 100 cm의 높이로부터 유리의 표면 상으로 낙하될 때 적어도 약 60%의 생존율을 갖는다. 예를 들어, 유리-계 제품은 5개 중 3개의 동일한(또는 거의 동일한) 샘플(즉, 강화될 때, 거의 동일한 조건, 거의 동일한 압축 응력 및 본원에 기술된 바와 같은 압축 또는 압축 응력 층의 깊이를 가짐)이 전술된 높이(여기서 100 cm)로부터 낙하될 때 파괴 없이 IBoS 낙하 테스트에서 생존할 때의 주어진 높이로부터 낙하되는 경우 60% 생존율을 갖는 것으로 기술된다. 다른 구체예에서, 강화된 유리-계 제품의 100 cm IBoS 테스트에서의 생존율은 적어도 약 70%, 다른 구체예에서는, 적어도 약 80%, 및, 또 다른 구체예에서는, 적어도 약 90%이다. 다른 구체예에서, IBoS 테스트에서 100 cm의 높이로부터 낙하된 강화된 유리-계 제품의 생존율은 적어도 약 60%, 다른 구체예에서, 적어도 약 70%, 또 다른 구체예에서, 적어도 약 80%, 및, 다른 구체예에서, 적어도 약 90%이다. 일 이상의 구체예에서, IBoS 테스트에서 150 cm의 높이로부터 낙하된 강화된 유리-계 제품의 생존율은 적어도 약 60%, 다른 구체예에서, 적어도 약 70%, 또 다른 구체예에서, 적어도 약 80%, 및, 다른 구체예에서, 적어도 약 90%이다.

전술된 IBoS 테스트 방법 및 장치를 사용하여 미리 정해진 높이로부터 낙하될 때 유리-계 제품의 생존율을 결정하기 위해, 유리-계 제품의 적어도 5개의 동일한(또는 거의 동일한) 샘플(즉, 거의 동일한 조성 및, 강화되는 경우, 거의 동일한 압축 응력 및 층의 압축 깊이를 가짐)이 테스트되지만, 보다 많은 수(예를 들어, 10, 20, 30 등)의 샘플이 테스트 결과의 신뢰 수준을 높이기 위해 테스팅에 도입될 수 있다. 다른 구체예에서, 적어도 10개의 샘플이 생존율을 결정하기 위해 테스트된다. 각 샘플은 미리 정해진 높이(예를 들어, 100 cm 또는 150 cm)로부터 1회 낙하되거나 또는, 대안적으로, 미리 정해진 높이에 도달하고, 및 외관상으로(즉, 육안으로) 파괴의 증거(크랙 형성 및 샘플의 전체 두께 및/또는 전체 표면을 가로지르는 전파)가 조사될 때까지 파괴 없이 점진적으로 보다 높은 높이로부터 낙하된다. 샘플은 미리 정해진 높이로부터 낙하된 후 파괴가 관측되지 않으면 낙하 테스트에서 "생존"한 것으로 간주되며, 샘플은 미리 정해진 높이 이하인 높이로부터 낙하될 때 파괴가 관측되면 "파손"(또는 "생존하지 못함")된 것으로 간주된다. 생존율은 낙하 테스트에서 생존된 샘플의 개체군의 백분율로 결정된다. 예를 들어, 10개의 군 중 7개의 샘플이 미리 정해진 높이로부터 낙하될 때 파괴되지 않았다면, 유리의 생존율은 70%인 것이다.

본원에 기술된 유리-계 제품은 투명할 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 약 1 밀리미터 이하의 두께를 가질 수 있으며 약 380 nm 내지 약 780 nm 범위 내의 파장에 대해 약 88% 이상의 투과율을 나타낼 수 있다.

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

기판의 선택은 특별히 제한되지 않는다. 몇몇 예에서, 유리-계 제품은 이온 교환에 대해 높은 양이온 확산도를 갖는 것으로 기술될 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 유리 또는 유리-세라믹은 빠른 이온-교환 능력을 가지며, 즉, 유리 또는 유리-세라믹은 460 ℃에서 약 450 μm²/시간 이상 또는 460 ℃에서 약 500 μm²/시간 이상인 1가 이온 확산도를 나타낸다.

특정 온도에서 확산도는 식 (3)을 사용하여 계산되며:

확산도 = DOL_IOX^2/5.6*T (3)

DOL_IOX은 이온-교환 층의 깊이이고 T는 DOL_IOX에 도달하는데 걸리는 IOX 시간이다.

유리-계 제품은 비정질 기판, 결정질 기판 또는 이들의 조합(예를 들어, 유리-세라믹 기판)을 포함할 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품 기판(본원에 기술된 바와 같이 화학적으로 강화되기 전)은 몰 퍼센트(mole%)로, 다음을 포함하는 유리 조성을 포함할 수 있다: 약 40 내지 약 80 범위 내의 SiO₂, 약 10 내지 약 30 범위 내의 Al₂O₃, 약 0 내지 약 10 범위 내의 B₂O₃, 약 0 내지 약 20 범위 내의 R₂O, 및 약 0 내지 약 15 범위 내의 RO. 본원에 사용된 바와 같이, R₂O는 Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O, and Cs₂O와 같은 알칼리 금속 산화물의 총량을 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이 RO는 MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO 등과 같은 알칼리 토 금속 산화물의 총량을 의미한다. 몇몇 경우에, 상기 조성물은 약 0 mol% 내지 약 5 mol% 범위 내의 ZrO₂ 및 약 0 내지 약 15 mol% 범위 내의 P₂O₅ 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. TiO₂는 약 0 mol% 내지 약 2 mol% 존재할 수 있다.

몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 SiO₂를, mol% 단위로, 약 45 내지 약 80, 약 45 내지 약 75, 약 45 내지 약 70, 약 45 내지 약 65, 약 45 내지 약 60, 약 50 내지 약 70, 약 55 내지 약 70, 약 60 내지 약 70, 약 70 내지 약 75, 약 70 내지 약 72, 약 50 내지 약 65의 범위 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내의 양만큼 포함할 수 있다.

몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 Al₂O₃을, mol% 단위로, 약 5 내지 약 28, 약 5 내지 약 26, 약 5 내지 약 25, 약 5 내지 약 24, 약 5 내지 약 22, 약 5 내지 약 20, 약 6 내지 약 30, 약 8 내지 약 30, 약 10 내지 약 30, 약 12 내지 약 30, 약 12 내지 약 18, 약 12 내지 약 14의 범위 또는 여기에 함유되는 임의의 하위-범위 내의 양만큼 포함할 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리 조성물은 B₂O₃을, mol% 단위로, 약 0 내지 약 8, 약 0 내지 약 6, 약 0 내지 약 4, 약 0.1 내지 약 8, 약 0.1 내지 약 6, 약 0.1 내지 약 4, 약 1 내지 약 10, 약 2 내지 약 10, 약 4 내지 약 10, 약 2 내지 약 8, 약 0.1 내지 약 5, 약 1 내지 약 3의 범위 또는 여기에 함유되는 임의의 하위-범위 내의 양만큼 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 유리 조성물은 B₂O₃이 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 유리 조성물의 구성 요소와 관련하여 문구 "실질적으로 없는"은 구성 요소가 초기 배치 단계 또는 이후 이온 교환 동안 유리 조성물에 적극적으로 또는 의도적으로 첨가되지 않았으나, 불순물로서 존재할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 유리는 구성 요소가 약 0.1 mol% 미만의 양만큼 존재할 때, 상기 구성요소가 실질적으로 없는 것으로 기술될 수 있다.

몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 MgO, CaO 및 ZnO와 같은 일 이상의 알칼리 토금속 산화물을 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 일 이상의 알칼리 토금속 산화물의 총량은 0이 아닌 양으로부터 약 15 mol%일 수 있다. 일 이상의 구체적인 구체예에서, 임의의 알칼리 금속 산화물의 총량은 0이 아닌 양으로부터 약 14 mol%까지, 약 12 mol%까지, 약 10 mol%까지, 약 8 mol%까지, 약 6 mol%까지, 약 4 mol%까지, 약 2 mol%까지, 또는 약 1.5 mol%까지일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 일 이상의 알칼리 토금속 산화물의 총량은, mol% 단위로, 약 0.1 내지 10, 약 0.1 내지 8, 약 0.1 내지 6, 약 0.1 내지 5, 약 1 내지 10, 약 2 내지 10, 약 2.5 내지 8의 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내일 수 있다. MgO의 양은, 약 0 mol% 내지 약 5 mol%, 약 2 mol% 내지 약 4 mol%의 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내일 수 있다. ZnO의 양은, 약 0 내지 약 2 mol%, 약 0.1 mol% 내지 약 2 mol%, 약 0.1 mol% 내지 약 1 mol%, 약 0.5 mol% 내지 약 1.5 mol%의 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내일 수 있다. CaO의 양은 약 0 mol% 내지 약 2 mol%일 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 유리 조성물은 MgO를 포함할 수 있으며 CaO 및 ZnO가 실질적으로 없을 수 있다. 일 구체예에서, 유리 조성물은 CaO 또는 ZnO 중 임의의 하나를 포함할 수 있으며 MgO, CaO 및 ZnO 중 나머지가 실질적으로 없을 수 있다. 일 이상의 구체적인 구체예에서, 유리 조성물은 MgO,CaO, 및 ZnO의 알칼리 토금속 산화물 중 2개만을 포함할 수 있으며, 상기 알칼리 토금속 산화물 중 나머지 하나가 실질적으로 없을 수 있다.

유리 조성물 내의 알칼리 금속 산화물 R₂O의 총량은, mol% 단위로, 약 5 내지 약 20, 약 5 내지 약 18, 약 5 내지 약 16, 약 5 내지 약 15, 약 5 내지 약 14, 약 5 내지 약 12, 약 5 내지 약 10, 약 5 내지 약 8, 약 6 내지 약 20, 약 7 내지 약 20, 약 8 내지 약 20, 약 8 내지 약 18, 약 8 내지 약 16, 약 8 내지 약 14, 약 8 내지 약 12, 약 8 내지 약 11의 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내일 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리 조성물은 약 0 mol% 내지 약 18 mol%, 약 0 mol% 내지 약 16 mol%, 약 0 mol% 내지 약 14 mol%, 약 0 mol% 내지 약 12 mol%, 약 1 mol% 내지 약 18 mol%, 약 1 mol% 내지 약 16 mol%, 약 1 mol% 내지 약 14 mol%, 약 1 mol% 내지 약 12 mol%, 약 1 mol% 내지 약 10 mol%, 약 1 mol% 내지 약 8 mol%, 약 1 mol% 내지 약 5 mol%, 약 1 mol% 내지 약 4 mol%, 약 1 mol% 내지 약 3 mol% 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내의 양의 Na₂O를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 상기 조성물은 약 4 mol% 미만의 Na₂O를 포함할 수 있다.

몇몇 구체예에서, Li₂O 및 Na₂O의 양은 성형성(formability) 및 이온 교환 가능성의 균형을 이루기 위해 특정 양 또는 비로 제어될 수 있다. 예를 들어, Li₂O의 양이 증가하면, 액상 점도는 감소할 수 있고, 따라서 몇몇 성형 방법이 사용되는 것을 방지할 수 있다; 그러나, 이러한 유리 조성물은 본원에 기술된 바와 같이 보다 깊은 DOC 수준으로 이온 교환된다. Na₂O의 양은 액상 점도를 조정할 수 있으나 보다 깊은 DOC 수준으로의 이온 교환을 억제할 수 있다. 일 이상의 구체예에서, Li₂O 함유 유리 조성물(또는 Na⁺의 Li⁺로의 교환이 주요 강화 메커니즘인 조성물) 내 깊이에서의 충분한 응력을 위해, 일 이상의 구체예의 유리 조성물은 약 0.3 초과, 약 0.45 이상, 약 0.5 이상, 또는 약 0.7 이상의 Li₂O/(R₂O)의 조성 비를 포함한다. 본원에 기술된 유리-계 제품 내, 및 특히 Na₂O를 포함하는 이러한 유리-계 제품(또는 K⁺의 Na⁺로의 교환이 주요 강화 메커니즘인 조성물) 내의 보다 깊은 깊이에서 보다 높은 CS 값을 유지하기 위해, 일 이상의 구체예의 유리 조성물은 약 0.3 초과, 약 0.5 이상, 또는 약 0.7 이상의 Na₂O/(R₂O)의 조성 비를 포함할 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리 조성물은 약 5 mol% 미만, 약 4 mol% 미만, 약 3 mol% 미만, 약 2 mol% 미만, 또는 약 1 mol% 미만의 양의 K₂O를 포함할 수 있다. 일 이상의 대안적인 구체예에서, 유리 조성물은 K₂O가 없거나, 본원에 정의된 바와 같이, 실질적으로 없을 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리 조성물은 약 0 mol% 내지 약 18 mol%, 약 0 mol% 내지 약 15 mol% 또는 약 0 mol% 내지 약 10 mol%, 약 0 mol% 내지 약 8 mol%, 약 0 mol% 내지 약 6 mol%, 약 0 mol% 내지 약 4 mol%, 약 0 mol% 내지 약 2 mol% 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위 범위의 양의 Li₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 약 2 mol% 내지 약 10 mol%, 약 4 mol% 내지 약 10 mol%, 약 6 mol% 내지 약 10 mol%, 약 5 mol% 내지 약 8 mol% 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위의 양의 Li₂O를 포함할 수 있다. 일 이상의 대안적인 구체예에서, 유리 조성물은 Li₂O가 없거나, 본원에 정의된 바와 같이, 실질적으로 없을 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리 조성물은 Fe₂O₃를 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, Fe₂O₃는 약 1 mol% 미만, 약 0.9 mol% 미만, 약 0.8 mol% 미만, 약 0.7 mol% 미만, 약 0.6 mol% 미만, 약 0.5 mol% 미만, 약 0.4 mol% 미만, 약 0.3 mol% 미만, 약 0.2 mol% 미만, 약 0.1 mol% 미만, 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 양만큼 존재할 수 있다. 일 이상의 대안적인 구체예에서, 유리 조성물은 Fe₂O₃가 없거나, 본원에 정의된 바와 같이, 실질적으로 없을 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리 조성물은 ZrO₂를 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, ZrO₂는 약 1 mol% 미만, 약 0.9 mol% 미만, 약 0.8 mol% 미만, 약 0.7 mol% 미만, 약 0.6 mol% 미만, 약 0.5 mol% 미만, 약 0.4 mol% 미만, 약 0.3 mol% 미만, 약 0.2 mol% 미만, 약 0.1 mol% 미만, 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위-범위의 양만큼 존재할 수 있다. 일 이상의 대안적인 구체예에서, 유리 조성물은 ZrO₂가 없거나, 본원에 정의된 바와 같이, 실질적으로 없을 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리 조성물은 약 0 mol% 내지 약 10 mol%, 약 0 mol% 내지 약 8 mol%, 약 0 mol% 내지 약 6 mol%, 약 0 mol% 내지 약 4 mol%, 약 0.1 mol% 내지 약 10 mol%, 약 0.1 mol% 내지 약 8 mol%, 약 2 mol% 내지 약 8 mol%, 약 2 mol% 내지 약 6 mol%, 약 2 mol% 내지 약 4 mol% 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내의 P₂O₅를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 유리 조성물은 P₂O₅가 없거나 실질적으로 없을 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리 조성물은 TiO₂를 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, TiO₂는 약 6 mol% 미만, 약 4mol% 미만, 약 2 mol% 미만, 또는 약 1 mol% 미만의 양만큼 존재할 수 있다. 일 이상의 대안적인 구체예에서, 유리 조성물은 TiO₂가 없거나, 본원에 정의된 바와 같이, 실질적으로 없을 수 있다. 몇몇 구체예에서, TiO₂는 약 0.1 mol% 내지 약 6 mol%, 약 0.1 mol% 내지 약 4 mol% 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내의 양만큼 존재한다.

몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 다양한 조성 관계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리 조성물은 약 0 내지 약 1, 약 0.4 내지 약 1, 약 0.45 내지 약 1, 약 0.5 내지 약 1, 약 0.6 내지 약 1 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내의 Li₂O의 양(mol% 단위) 대 R₂O의 총량(mol% 단위)의 비를 포함할 수 있다.

몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 약 -5 내지 약 2, 약 -5 내지 약 1.5, 약 -5 내지 약 1, 약 -5 내지 약 0, 약 -5 내지 약 -1, 약 -5 내지 약 -2, 약 -4 내지 약 2, 약 -3 내지 약 2, 약 -2 내지 약 2, 약 -3 내지 약 -1 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내의 R₂O의 총량(mol% 단위)과 Al₂O₃의 양(mol% 단위) 사이의 차(R₂O - Al₂O₃)를 포함할 수 있다.

몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 약 0 내지 약 5, 약 0 내지 약 4, 약 0 내지 약 3, 약 0.1 내지 약 4, 약 0.1 내지 약 3, 약 1 내지 약 3, 약 1 내지 약 2 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내의 R_xO의 총량(mol% 단위)와 Al₂O₃의 양(mol% 단위) 사이의 차(R_XO - Al₂O₃)를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, R_XO는 본원에 정의된 바와 같이, R₂O 및 RO를 포함한다.

몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 약 -4 내지 약 5, 약 -2 내지 약 4, 약 0.1 내지 약 5 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내의 R₂O의 총량(mol% 단위) 대 Al₂O₃의 양(mol% 단위)의 비(R₂O/Al₂O₃)를 포함할 수 있다. 예를 들어, R₂O의 총량(mol% 단위) 대 Al₂O₃의 양(mol% 단위)의 비(R₂O/Al₂O₃)는 약 -4 내지 약 4.5, 약 -4 내지 약 4, 약 -4 내지 약 3.5, 약 -4 내지 약 3, 약 -4 내지 약 2.5, 약 -4 내지 약 2, 약 -4 내지 약 1.5, 약 -4 내지 약 1, -3.5 내지 약 5, 약 -3 내지 약 5, 약 -2.5 내지 약 5, 약 -2 내지 약 5, 약 -1.5 내지 약 5, 약 -1 내지 약 5, 약 0 내지 약 5, 약 0 내지 약 4, 약 0 내지 약 3, 약 0.1 내지 약 4, 약 0.1 내지 약 3, 약 0.1 내지 약 2 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내일 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리 조성물은 약 15 mol% 이하, 14 mol% 이하, 13 mol% 이하, 12 mol% 이하, 11 mol% 이하, 또는 약 10.5 mol% 이하의 Al₂O₃ 및 Na₂O의 결합된 양을 포함한다. Al₂O₃ 및 Na₂O의 조합된 양은 약 5 mol% 초과일 수 있다.

일 이상의 구체예의 유리 조성물은 약 0 내지 약 1 범위 내의 MgO의 양(mol% 단위) 대 RO의 총량(mol% 단위)의 비를 나타낼 수 있다. 몇몇 구체예에서, MgO/RO 비는 약 0 내지 약 0.9, 약 0 내지 약 0.8, 약 0 내지 약 0.7, 약 0 내지 약 0.6, 약 0 내지 약 0.5, 약 0.1 내지 약 1, 약 0.2 내지 약 1, 약 0.3 내지 약 1, 약 0.4 내지 약 1, 약 0.5 내지 약 1 범위 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내이다.

몇몇 구체예에서, 유리 조성물은 핵 형성제가 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 전형적인 핵 형성제의 예는 TiO₂, ZrO₂ 등이다. 핵 형성제는 핵 형성제가 유리 내 미결정(crystallite)의 형성을 개시할 수 있는 유리 내의 성분이라는 기능에 관하여 기술될 수 있다.

몇몇 구체예에서, 유리 기판에 사용되는 조성물은 Na₂SO₄, NaCl, NaF, NaBr, K₂SO₄, KCl, KF, KBr, As₂O₃, Sb₂O₃, and SnO₂ 중 임의의 일 이상으로부터 선택되는 적어도 하나의 청징제(fining agent)의 약 0 mol% 내지 약 2 mol%로 배치(batch)될 수 있다. 일 이상의 구체예에 따른 유리 조성물은 약 0 내지 약 2, 약 0 내지 약 1, 약 0.1 내지 약 2, 약 0.1 내지 약 1, 약 1 내지 약 2 범위, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내의 SnO₂를 더욱 포함할 수 있다. 본원에 개시된 유리 조성물은 As₂O₃ 및/또는 Sb₂O₃이 없거나 실질적으로 없을 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 상기 조성물은 특히 62 mol% 내지 75　mol% SiO₂; 10.5 mol% 내지 약 17 mol%　Al₂O₃; 5 mol%　내지 약 13　mol%　Li₂O; 0 mol% 내지 약 4 mol%　　ZnO; 0 mol% 내지 약 8　mol% MgO; 2 mol% 내지 약 5　mol% TiO₂; 0 mol% 내지 약 4 mol%　B₂O₃; 0 mol% 내지 약 5 mol%　Na₂O; 0 mol% 내지 약 4　mol% K₂O; 0 mol% 내지 약 2　mol% ZrO₂; 0 mol% 내지 약 7 mol%　P₂O₅; 0 mol% 내지 약 0.3 mol%　Fe₂O₃; 0 mol% 내지 약 2 mol%　MnO_x; 및 0.05 mol% 내지 약 0.2　mol%　SnO₂을 포함할 수 있다. 본원에 이용된 바와 같이, MnO_x는 모든 종류의 망간 산화물을 의미한다.

일 이상의 구체예에서, 상기 조성물은 67 mol% 내지 약 74　mol% SiO₂; 11 mol% 내지 약 15　mol% Al₂O₃; 5.5 mol% 내지 약 9　mol% Li₂O; 0.5 mol% 내지 약 2　mol% ZnO; 2 mol% 내지 약 4.5 mol%　MgO; 3 mol% 내지 약 4.5　mol% TiO₂; 0 mol% 내지 약 2.2 mol%　B₂O₃; 0 mol% 내지 약 1　mol% Na₂O; 0 mol% 내지 약 1 mol%　K₂O; 0 mol% 내지 약 1　mol% ZrO₂; 0 mol% 내지 약 4　mol% P₂O₅; 0 mol% 내지 약 0.1 mol%　Fe₂O₃; 0 mol% 내지 약 1.5 mol%　MnO_x; 및 0.08 mol% 내지 약 0.16　mol% SnO₂를 포함할 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 상기 조성물은 70 mol% 내지 75　mol% SiO₂; 10 mol% 내지 약 15 mol%　Al₂O₃; 5 mol%　내지 약 13　mol%　Li₂O; 0 mol% 내지 약 4 mol%　　ZnO; 0.1 mol% 내지 약 8　mol% MgO; 0 mol% 내지 약 5　mol% TiO₂; 0.1 mol% 내지 약 4 mol%　B₂O₃; 0.1 mol% 내지 약 5 mol%　Na₂O; 0 mol% 내지 약 4　mol% K₂O; 0 mol% 내지 약 2　mol% ZrO₂; 0 mol% 내지 약 7 mol%　P₂O₅; 0 mol% 내지 약 0.3 mol%　Fe₂O₃; 0 mol% 내지 약 2 mol%　MnO_x; 및 0.05 mol% 내지 약 0.2 mol%　SnO₂를 포함할 수 있다.

본원에 기술된 바와 같이, 화학적으로 강화되기 전의 유리-계 제품의 다양한 예시적인 조성이 표 1A에 나타난다. 표 1B는 표 1A에 열거된 실시예에 대해 결정된 선택된 물리적 특성을 열거한다. 표 1B에 열거된 물리적 특성은: 밀도; 저온 및 고온 CTE; 변형(strain)점, 어닐링 점, 및 연화점; 10¹¹ Poise, 35 kP, 200 kP, 액상, 및 지르콘 항복(breakdown) 온도; 지르콘 항복 및 액상 점도; 포아송 비; 영 계수; 굴절률, 및 응력 광학 계수를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품 및 유리 기판은 330 ppm/℃ 이하의 고온 CTE 및/또는 적어도 70 GPa의 탄성 계수 및, 몇몇 구체예에서, 80 GPa 까지의 탄성 계수를 갖는다.

*는 강화 전에 측정된 유리 기판 특성을 나타냄.

*는 강화 전에 측정된 유리 기판 특성을 나타냄

유리 제품이 유리-세라믹을 포함하는 경우, 결정상은 β-스포듀민, 금홍석(rutile), 가나이트 또는 다른 공지된 결정상 및 이들의 조합을 포함한다.

유리-계 제품은 실질적으로 평면일 수 있지만, 다른 구체예는 굽거나 그렇지 않으면 성형되거나 조각된(sculpted) 기판을 이용할 수 있다. 몇몇 경우, 유리-계 기판은 3차원("3D") 또는 2와 2분의1차원("2.5D") 형상을 가질 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 비-평면, 접시-형상, 또는 슬레드(sled)-형상인 3D 형상을 가질 수 있으며, 여기서 기판의 양측 주(major) 표면은 비-평면이다. 몇몇 다른 구체예에서, 유리-계 제품은 비대칭 프로파일을 갖는 유리-제품의 적어도 하나의 에지를 갖는 2.5D 형상이어서, 기판의 주 표면 중 하나가 비-평면이도록 할 수 있다. 유리-계 제품은 실질적으로 광학적으로 맑고(clear), 투명하며 광 산란이 없을 수 있다. 유리-계 제품은 약 1.45 내지 약 1.55 범위 내의 굴절률을 가질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 굴절률 값은 550 nm의 파장에 대한 것이다.

추가적으로 또는 대안적으로, 유리-계 제품의 두께는 미적 및/또는 기능적인 이유로 일 이상의 치수를 따라 일정할 수 있으며 또는 일 이상의 치수를 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 유리-계 제품의 에지는 유리-계 제품의 보다 중심인 영역에 비해 두꺼울 수 있다. 유리-계 제품의 길이, 너비 및 두께 치수는 또한 제품 적용 또는 사용에 따라 변화할 수 있다.

유리-계 제품은 그것이 형성된 방식으로 특성화될 수 있다. 예를 들어, 유리-계 제품이 플로트-형성 가능(float-formable)(즉, 플로트 공정에 의해 형성됨), 다운-드로우 가능(down-drawable) 및, 특히, 퓨전-형성 가능(fusion-formable) 또는 슬롯 드로우 가능(slot-drawable)(즉, 퓨전 드로우 공정 또는 슬롯 드로우 공정과 같은 다운 드로우 공정에 의해 형성됨)한 것을 특징으로 할 수 있다.

플로트-성형 가능한 유리-계 제품은 매끄러운 평면을 특징으로 할 수 있으며, 균일한 두께는 용융된 금속, 전형적으로 주석의 베드(bed) 상에 용융된 유리를 플로팅함으로써 만들어진다. 예시적인 공정에서, 용융된 주석 베드의 표면 상으로 공급되는 용융된 유리는 플로팅 유리 리본을 형성한다. 유리 리본이 주석 욕을 따라 유동함에 따라, 온도는 주석으로부터 롤러 상으로 리프트(lift)될 수 있는 고체 유리-계 제품으로 유리 리본이 응고될 때까지 점차 감소된다. 일단 욕에서 꺼내면, 유리-계 제품은 더욱 냉각되고 내부 응력을 감소시키기 위해 어닐링될 수 있다. 유리-계 제품이 유리 세라믹인 경우, 플로트 공정으로부터 형성된 유리-계 제품은 일 이상의 결정질상이 생성되는 세라믹화(ceramming) 공정에 도입될 수 있다.

다운-드로우 공정은 비교적 깨끗한(pristine) 표면을 갖는 균일한 두께를 갖는 유리-계 제품을 제조한다. 유리-계 제품의 평균 굽힘 강도가 표면 결함의 양 및 크기에 의해 제어되기 때문에, 최소의 접촉을 갖는 깨끗한 표면은 보다 높은 초기 강도를 갖는다. 이러한 고강도 유리-계 제품이 이후 더욱 강화되는 경우(예를 들어, 화학적으로), 그 결과로 생긴 강도는 랩핑되고(lapped) 폴리싱된(polished)표면을 갖는 유리-계 제품의 강도보다 높을 수 있다. 다운-드로우된 유리-계 제품은 약 2 mm 미만의 두께로 드로우된다. 또한, 다운 드로우된 유리-계 제품은 비용이 큰 그라인딩(grinding) 및 폴리싱 없이 최종 적용에 사용될 수 있는 매우 평탄하고, 매끄러운 표면을 갖는다. 유리-계 제품이 유리 세라믹인 경우, 다운 드로우 공정으로부터 형성된 유리-계 제품은 일 이상의 결정질상이 생성되는 세라믹화 공정에 도입될 수 있다.

퓨전 드로우 공정은, 예를 들어, 용융된 유리 원료를 수용하기 위한 채널을 갖는 드로잉 탱크를 사용한다. 채널은 채널의 양측 상의 채널의 길이를 따른 탑에 개방된 위어(weir)를 갖는다. 채널이 용융된 재료로 채워지면, 용융된 유리는 위어를 오버플로우(overflow)한다. 중력으로 인해, 용융된 유리는 2개의 유동 유리 필름으로서 드로잉 탱크의 외부 표면을 아래로 유동한다. 드로잉 탱크의 이러한 외부 표면은 드로잉 탱크 아래의 에지에서 이들이 연결하도록 아래 및 내측으로 연장한다. 2개의 유동 유리 필름은 융합하여 단일 유동 유리-계 제품을 형성하기 위해 이 에지에서 연결된다. 퓨전 드로우 방법은 채널을 통해 유동하는 2개의 유리 필름이 함께 융합하기 때문에, 생성된 유리-계 제품의 외부 표면 중 어느 것도 장치의 임의의 부분과 접촉하지 않는다는 이점을 제공한다. 따라서, 퓨전 드로우된 유리-계 제품의 표면 특성은 이러한 접촉에 의해 영향을 받지 않는다. 유리-계 제품이 유리 세라믹인 경우, 퓨전 공정으로부터 형성된 유리-계 제품은 일 이상의 결정질상이 생성되는 세라믹화 공정에 도입될 수 있다.

슬롯 드로우 공정은 퓨전 드로우 방법과 구별된다. 슬롯 드로우 공정에서, 용융된 원료 유리는 드로잉 탱크에 제공된다. 드로잉 탱크의 버텀은 슬롯의 길이를 연장하는 노즐을 갖는 개방된 슬롯을 갖는다. 용융된 유리는 슬롯/노즐을 통해 유동하고 연속적인 유리-계 제품으로서 아래로 및 어닐링 영역 내로 드로우된다. 유리-계 제품이 유리 세라믹인 경우, 슬롯 드로우 공정으로부터 형성된 유리-계 제품은 일 이상의 결정질상이 생성되는 세라믹화 공정에 도입될 수 있다.

몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 그 내용 전체가 본원에 참조로서 포함된 "Precision Glass Roll Forming Process and Apparatus"로 명명된 미국 특허 제 8,713,972 호, "Precision Roll Forming of Textured Sheet Glass"로 명명된 미국 특허 제 9,003,835 호, "Methods And Apparatus For Forming A Glass Ribbon"로 명명된 미국 특허 공보 제 20150027169 호, 및 "Apparatus and Method for Forming Thin Glass Articles"로 명명된 미국 특허 공보 제 20050099618 호에 기술된 바와 같은 얇은 롤링 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 유리-계 제품은 용융된 유리의 수직 스트림을 공급하는 단계, 형성된 두께를 갖는 형성된 유리 리본을 형성하기 위해 용융된 유리 또는 유리-세라믹의 공급된 스트림을 약 500 ℃ 이상 또는 약 600 ℃ 이상의 표면 온도로 유지되는 한 쌍의 형성 롤을 사용하여 형성하는 단계, 형성된 두께보다 작은 원하는 두께 및 원하는 두께 균일성을 갖는 사이징된(sized) 유리 리본을 제조하기 위해 약 400 ℃ 이하의 표면 온도로 유지되는 한 쌍의 사이징 롤을 사용하여 유리의 형성된 리본을 사이징하는 단계에 의해 형성될 수 있다. 유리 리본을 형성하는데 사용되는 장치는 용융된 유리의 공급된 스트림을 공급하기 위한 유리 공급 장치; 약 500 ℃ 이상의 표면 온도로 유지되는 한 쌍의 형성 롤, 상기 형성 롤은 서로 매우 인접하게 이격되고, 용융된 유리의 공급된 스트림을 수용하고 형성 롤 사이에서 용융된 유리의 공급된 스트림을 얇게 만들어 형성된 두께를 갖는 형성된 유리를 형성하기 위한 유리 공급 장치의 수직적으로 아래에 위치된 유리 형성 갭을 갖는 형성 롤 사이의 유리 형성 갭을 정의하며; 및 약 400 ℃ 이하의 표면 온도로 유지되는 한 쌍의 사이징 롤을 포함할 수 있으며, 상기 사이징 롤은 서로 매우 인접하게 이격되고, 형성된 유리 리본을 수용하고 형형성된 유리 리본을 얇게 만들어 원하는 두께 및 원하는 두께 균일성을 갖는 사이징된 유리 리본을 제조하기 위한 형성 롤의 수직적으로 아래에 위치된 유리 사이징 갭을 갖는 사이징 롤 사이의 유리 사이징 갭을 정의한다.

몇몇 경우, 얇은 롤링 공정은 유리의 점도가 퓨전 또는 슬롯 드로우 방법의 사용을 허용하지 않는 경우 이용될 수 있다. 예를 들어, 얇은 롤은 유리가 100 kP 미만의 액상 점도를 나타낼 때 유리-계 제품을 형성하기 위해 이용될 수 있다.

유리 계 제품은 표면 결함의 효과를 제거 또는 감소시키기 위해 산(acid) 폴리싱되거나 다르게 처리될 수 있다.

본 개시의 또 다른 관점은 본원에 기술된 유리-계 제품을 포함하는 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 디스플레이를 포함하거나 또는 강화된 얇은 유리를 필요로 하는 임의의 장치를 포함할 수 있다. 일 이상의 구체예에서 상기 장치는 모바일 폰, 랩탑, 태블릿, mp3 플레이어, 내비게이션 등과 같은 모바일 장치, 또는 컴퓨터, 전자 디스플레이, 차량 정보/오락 시스템에서, 광고판, 판매시점 정보관리시스템, 내비게이션 시스템 등과 같은 정지된(stationary) 장치를 포함할 수 있는 전자 장치이다. 몇몇 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품은 건축용 제품(벽, 설치물, 패널, 창 등), 운송 수단 제품(예를 들어, 자동차 적용, 기차, 항공기, 해상 선박 등의 글레이징(glazing) 또는 내부 표면), 가정용 기기(예를 들어, 세탁기, 드라이어, 식기세척기, 냉장고 등), 또는 일부 내파괴성을 요구하는 임의의 제품 내에 포함될 수 있다. 도 39에 도시된 바와 같이, 전자 장치(1000)는 본원에 기술된 일 이상의 구체예에 따른 유리-계 제품(100)을 포함할 수 있다. 상기 장치(1000)는 전면(1040), 후면(1060), 및 측면(1080)을 갖는 하우징(1020); 적어도 부분적으로 또는 전체가 하우징 내에 있으며, 적어도 컨트롤러, 메모리 및 하우징의 전면에 또는 하우징의 전면에 인접하게 있는 디스플레이(1120)를 포함하는 전기 부품(도시되지 않음)을 포함한다. 유리-계 제품(100)은 그것이 디스플레이(1120) 위에 있도록 하우징의 전면 또는 하우징의 전면 위에 배치된 커버 기판으로 도시된다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 후면 커버로서 또는 하우징(1020)의 일부로서 사용될 수 있다.

본 개시의 또 다른 관점은 내파괴성 유리-계 제품을 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 제1 표면 및 약 1 밀리미터 이하의 두께를 정의하는 제2 표면을 갖는 유리-계 기판을 제공하는 단계 및 본원에 기술된 바와 같이 내파괴성 유리-계 제품을 제공하기 위해 유리-계 기판 내에 응력 프로파일을 생성하는 단계를 포함한다. 일 이상의 구체예에서, 응력 프로파일을 생성하는 단계는 두께의 실질적인 부분(본원에 기술된 바와 같음)을 따라 또는 전체 두께를 따라 변화하는 0이 아닌 알칼리 금속 산화물 농도를 형성하기 위해 유리-계 기판 내로 다수의 알칼리 이온을 이온 교환하는 단계를 포함한다. 일 예에서, 응력 프로파일을 생성하는 단계는 Na+, K+, Rb+, Cs+의 질산염 또는 이들의 조합을 포함하고, 약 350 ℃ 이상(예를 들어, 약 350 ℃ 내지 약 500 ℃)의 온도를 갖는 용융된 염 욕 내에 유리-계 기판을 침지시키는 단계를 포함한다. 일 예에서, 용융된 염 욕은 NaNO₃, KNO₃ 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 약 485 ℃ 이하의 온도를 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 욕은 NaNO₃ 및 KNO₃의 혼합물을 포함할 수 있고 약 460 ℃의 온도를 가질 수 있다. 유리-계 제품은 약 2시간 이상, 약 48시간까지(예를 들어, 약 2시간 내지 약 10시간, 약 2시간 내지 약 8시간, 약 2시간 내지 약 6시간, 약 3시간 내지 약 10시간, 또는 약 3.5시간 내지 약 10시간) 동안 욕 내에 침지될 수 있다.

몇몇 구체예에서, 상기 방법은 단일 욕 또는 하나를 초과하는 욕에서의 연속적인 침지 단계를 사용하는 하나를 초과하는 단계에서 유리-계 기판을 화학적으로 강화하는 단계 또는 이온 교환하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2 이상의 욕이 연속적으로 사용될 수 있다. 일 이상의 욕의 조성은 단일 금속(예를 들어, Ag+, Na+, K+, Rb+, 또는 Cs+) 또는 동일한 욕 내의 금속의 조합을 포함할 수 있다. 하나를 초과하는 욕이 이용될 때, 욕은 서로 동일하거나 상이한 조성 및/또는 온도를 가질 수 있다. 각각의 침지 시간은 동일하거나 원하는 응력 프로파일을 제공하도록 변화할 수 있다.

상기 방법의 일 이상의 구체예에서, 제2 욕 또는 후속의 욕이 보다 큰 표면 CS를 생성하기 위해 이용될 수 있다. 몇몇 경우에, 상기 방법은 층의 화학적 깊이 및/또는 DOC에 상당한 영향을 미치지 않고 보다 큰 표면 CS를 생성하기 위해 제2 또는 후속의 욕에 유리-계 기판을 침지시키는 단계를 포함한다. 이러한 구체예에서, 제2 또는 후속의 욕은 단일 금속(예를 들어, KNO₃ 또는 NaNO₃) 또는 금속(KNO₃ 또는 NaNO₃)의 혼합물을 포함할 수 있다. 제2 또는 후속의 욕의 온도는 보다 큰 표면 CS를 생성하기 위해 조정될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 제2 또는 후속의 욕 내의 유리-계 기판의 침지 시간은 또한 층의 화학적 깊이 및/또는 DOC에 영향을 미치지 않고 보다 큰 표면 CS를 생성하기 위해 조정될 수 있다. 예를 들어, 제2 또는 후속의 욕 내의 침지 시간은 10시간 미만(예를 들어, 약 8시간 이하, 약 5시간 이하, 약 4시간 이하, 약 2시간 이하, 약 1시간 이하, 약 30분 이하, 약 15분 이하, 또는 약 10분 이하)일 수 있다.

일 이상의 대안적인 구체예에서, 상기 방법은 본원에 기술된 이온-교환하는 공정과의 조합으로 사용될 수 있는 일 이상의 열 처리 단계를 포함할 수 있다. 열 처리는 원하는 응력 프로파일을 얻기 위해 유리-계 제품을 처리하는 단계를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 열 처리하는 단계는 유리-계 기판을 어닐링, 템퍼링, 또는 약 300 ℃ 내지 약 600 ℃ 범위 내의 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 열 처리는 1분 내지 약 18시간까지 지속될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 열 처리는 일 이상의 이온-교환하는 공정 후, 또는 이온-교환하는 공정 사이에 사용될 수 있다.

본 개시의 또 다른 관점은 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 제1 표면 및 두께(t), 길이 치수, 너비, 및 중량을 정의하는 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 제공하는 단계; 두께(t)의 적어도 일부분을 따라 변화하는 0이 아닌 알칼리 금속 산화물 농도를 형성하기 위해 유리-계 기판 내로 다량의 알칼리 이온을 이온 교환하는 단계를 포함하며, 여기서 이온 교환하는 단계는 약 12시간 미만 동안 적어도 약 90 중량%의 칼륨 염(예를 들어, KNO₃), 및 약 10 중량% 미만의 나트륨 염(예를 들어, NaNO₃)을 포함하는 용융된 염 욕 내에 침지시키는 단계를 포함한다. 이 방법의 세부 사항은 전술된 임의의 구체예와 조합될 수 있다.

압축의 표면 스파이크를 갖거나, 압축의 표면 스파이크가 없는 깊은 압축 깊이(> 두께의 10%)를 달성하기 위해 이온-교환될 수 있는 유리 조성물은 낙하 테스팅, 연마된 링-온-링 및 4점 굽힘 테스팅에서 향상된 기계적 성능을 나타낸다. 이러한 방식으로 달성된 응력 프로파일은 유리 내로의 깊은 이온 교환의 결과이다. 몇몇 경우에, 상기 교환하는 이온은 충분히 확산되어 상기 부분의 중심점 또는 중심점 부근이 매우 깊은 압축 깊이를 초래하는 이온 교환을 겪도록 한다.

예를 들어, 비스듬한 에지 또는 다른 비대칭 특징을 갖는 유리 또는 유리-세라믹 부분에서, 다양한 문제점이 존재할 수 있다. 이러한 유리-계 제품에서, 중량 및 치수 변화는 2 내지 3차원에서 상기 부분의 원하지 않는 휨을 유도할 수 있다. 이러한 휨은 시스템 어셈블리(assembly)에 문제가 될 수 있으므로 공정은 이온-교환에 의해 유도된 휨을 감소시킬 필요가 있다. 이온-교환에 의해 유도된 치수 변화 및/또는 휨은 얼마나 많은 이온이 상기 부분 내로 교환되는지에 비례한다. 깊은 이온 교환 프로파일에서, 이온 교환 동안 0.3%를 초과하는 상당한 중량 증가가 있을 수 있다. 압축 응력 내 표면 스파이크의 존재(2-단계 또는 혼합된 욕 이온 교환을 사용하여 얻어질 수 있음)는 중량 증가/치수 변화 및 휨에 대해 측정 가능하나 덜 중요한 영향을 갖는다.

또한, 유리-계 제품이 매우 높은 CT 값을 달성할 수 있는 경우, 유리-계 기판은 CT가 적은 수의 파편을 갖는 유리의 선호되는("부서지기 쉽지 않은(non-frangible)") 최종 파괴 패턴을 달성하기에 충분하게 감소될 때까지 최대 CT를 달성하는데 필요한 시간보다 상당히 더 긴 시간 동안 이온 교환된다. 결과적으로 유리-계 기판은 이러한 보다 낮은 CT 값을 달성하기 위해 이온 교환 욕 내에서 장기적인 시간을 소비하고 예를 들어, 2 중량%의 Na의 Li로의 대체로부터의 상당한 중량 증가를 축적한다. 중량 증가는 이온 교환된 부분의 과도한 변형/휨을 초래할 수 있다.

본원에 기술된 방법의 일 이상의 구체예는 "2.5D"(예를 들어, 비스듬한) 및 3D 부분 내의 치수 변화 및/또는 휨을 완화시킴이 발견되었다. 이온 교환 조건은 이온 교환 시간, 및 그에 따라 유리 내로 교환되는 이온의 수를 최소화하면서 상기 개설(outline)된 바와 같은 최대화되거나 거의-최대인 DOC를 갖는 응력 프로파일이 달성되도록 정의된다. 이들 방법은 치수 변화 및/또는 휨을 관리(manage)하기 위한 임의의 2차, 이온 교환-후(post) 공정의 과제(challenge)를 감소시키거나 심지어 그 필요성을 제거한다. 기계적 성능 및 휨 제어를 동시에 최적화하기 위해, 이온 교환 욕 조성, 시간 및 온도는 신중하게 선택되어야 한다.

일 이상의 구체예는 일반적으로 약 3 mm 미만, 약 2.5 mm 미만, 약 2 mm 미만, 약 1.5 mm 미만, 약 1.4 mm 미만, 약 1.3 mm 미만, 약 1.2 mm 미만, 약 1.1 mm 미만, 약 1 mm 미만, 약 0.9 mm 미만, 약 0.8 mm 미만, 약 0.7 mm 미만, 약 0.6 mm 미만, 또는 약 0.5 mm 미만의 두께 치수를 갖는 유리-계 제품 기판에 관한 것이다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품의 두께는 약 0.3 mm 내지 약 1.3 mm이다. 몇몇 구체예에서, 두께는 약 1 mm 또는 약 0.8 mm이다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 유리-계 제품의 국부적인(localized) 영역이 유리-계 제품의 다수의 두께 미만 또는 초과인 두께를 가질 수 있도록 하는 비-균일 두께를 가질 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 상기 방법은 유리-계 제품이 비교적 적은 파편으로 파손되도록 부서지기 쉽지 않은 유리-계 제품을 제공한다.

비교적 빠른 이온 확산도(>300um²/hr)를 갖는 유리는 본원에 기술된 방법을 사용하여 이온-교환될 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 리튬-함유 유리를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 상기 방법은 Li₂O/R₂O > 0.65를 갖는 유리-계 제품에 적용된다.

용융된 염 욕의 온도는 380 ℃ 내지 약 450 ℃까지의 범위일 수 있다. 다른 구체예에서, 온도는 약 400 ℃ 내지 약 460 ℃까지, 또는 420 ℃ 내지 약 440 ℃까지, 약 430 ℃, 또는 이에 함유된 하위-범위이다.

용융된 염 욕은 변화될 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 용융된 염 욕은 약 2 중량%, 1.5 중량%, 또는 1 중량% 미만의 0이 아닌 양의 리튬 염(예를 들어, LiNO₃)을 더욱 포함한다. 몇몇 구체예에서, 칼륨 염(예를 들어, KNO₃)은 적어도 90 중량%, 91 중량%, 92 중량%, 93 중량%, 94 중량%, 95 중량%, 또는 96 중량%의 양만큼 존재하며, 나머지는 나트륨 염 및 선택적으로 리튬 염이다. 일 이상의 구체예에서, 칼륨 염(예를 들어, KNO₃)은 약 90 중량%, 91 중량%, 92 중량%, 93 중량%, 94 중량%, 95 중량%, 96 중량%, 또는 97 중량%의 양만큼 존재한다. 다른 구체예에서, 필수적으로 칼륨 염(예를 들어, KNO₃)으로 이루어지는 용융된 욕이 사용된다. 칼륨 염(예를 들어, KNO₃)의 예시적인 범위는 약 90 중량% 내지 약 97 중량%와 같이, 적어도 약 90 중량%이다. 나트륨 염(예를 들어, NaNO₃)의 양 또한 변화될 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 나트륨 염(예를 들어, NaNO₃)은 약 70 중량%, 9 중량%, 8 중량%, 7 중량%, 6 중량%, 또는 5 중량% 미만의 양만큼 존재한다. 몇몇 구체예에서, 나트륨 염(예를 들어, NaNO₃)은 8 중량%, 7 중량%, 6 중량%, 5 중량%, 4 중량%, 또는 3 중량%의 양만큼 존재한다. 나트륨 염(예를 들어, NaNO₃)의 예시적인 범위는 약 10 중량% 내지 약 3 중량%와 같이, 약 10 중량% 미만이다. 몇몇 구체예에서, 용융된 염 욕 내의 칼륨 염 대 나트륨 염의 중량비는 (a) 2.5:1 미만 및 (b) 유리-계 기판 내 (Li₂O+K₂O):Na₂O의 몰비 초과이다. 다르게 말하면, 용융된 염 욕의 조성은 부분적으로 유리-기판의 조성에 기초하여 결정될 수 있다. 욕 내의 칼륨 염의 양이 본원에 기술된 양보다 낮으면, 유리-계 제품 내로의 과도한 나트륨 확산이 발생할 수 있고, 이는 원하지 않은 휨 및 중량 증가를 제조한다.

마찬가지로, 욕 시간은 변화될 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 약 12시간, 11시간, 10시간, 9시간, 8시간, 7시간, 6시간, 5시간, 또는 4시간 미만, 및 1시간 초과 동안 이온 교환된다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 약 7시간 동안 이온 교환된다. 몇몇 구체예에서, 욕 시간은 동일한 유리 기판 및 욕 조건(조성 및 온도)에 대한 유리-계 제품 내 최대 중심 장력을 제조하는 욕 시간에 관하여 정의될 수 있다. 이러한 환경에서, 욕 시간은 최대 중심 장력 욕 시간의 약 55% 내지 약 130%, 최대 중심 장력 욕 시간의 약 60% 내지 약 130%, 최대 중심 장력 욕 시간의 약 65% 내지 약 130%, 최대 중심 장력 욕 시간의 약 70% 내지 약 130%, 최대 중심 장력 욕 시간의 약 75% 내지 약 125%, 최대 중심 장력 욕 시간의 약 80% 내지 약 120%, 최대 중심 장력 욕 시간의 약 85% 내지 약 115%, 최대 중심 장력 욕 시간의 약 90% 내지 약 110%, 최대 중심 장력 욕 시간의 약 95% 내지 약 105%, 최대 중심 장력 욕 시간의 약 100%, 또는 이에 함유되거나 이들 끝점(endpoint)에 의해 정의된 임의의 하위-범위와 같은, 최대 중심 장력을 제조하는 욕 시간의 약 50% 내지 약 130%일 수 있다. 욕 시간이 최대 중심 장력 욕 시간의 50% 미만인 경우, 유리-계 제품은 원하는 내손상성 및 낙하 성능을 제공하기에 너무 낮은 중심 장력 및 대응하는 총 압축 응력을 나타낸다. 욕 시간이 최대 중심 장력 욕 시간의 130% 초과인 경우, 유리-계 제품은 연장된 이온-교환 시간관련된 중심 장력의 하락으로 인해 원하는 내손상성 및 낙하 성능을 제공하기에 너무 낮은 중심 장력 및 대응하는 총 압축 응력 및 유리-계 제품 내로의 추가적인 금속 이온 확산으로 인한 원하는 범위를 초과하는 휨의 정도 및 중량 증가를 나타낸다. 게다가, 최대 중심 장력 욕 시간의 130%를 초과하는 욕 시간은 원하지 않는 휨 및 중량 증가를 상쇄하는 압축 깊이의 증가를 제공하지 않는다.

몇몇 구체예에서, 상기 방법은 전술된 이온 교환 전 또는 후에 수행될 수 있는 제2 이온 교환을 더욱 포함한다. 제2 이온 교환은 본원에 기술된 임의의 구체예를 포함할 수 있다. 예시적인 방법은 430 ℃의 80 wt.% 칼륨 염/20 wt.% 나트륨 염(예를 들어, 80 wt.% KNO₃/20 wt.% NaNO₃)에서 예를 들어, 7시간, 6시간, 5시간, 또는 4시간동안의 제1 이온 교환, 및 이후 혼합된 칼륨 염/나트륨 염(예를 들어, KNO₃/NaNO₃) 또는 순수한 나트륨 염(e.g., KNO₃) 욕 내의 제2 단계를 포함한다. 또 다른 예시적인 방법은 순수한 KNO₃에서의 제1 이온 교환 및 그 이후 예를 들어, 7시간, 6시간, 5시간, 또는 4시간 동안의 예를 들어, 95 wt.% 칼륨 염/5 wt.% 나트륨 염(예를 들어, 95 wt.% KNO₃/5 wt.% NaNO₃)내에서의 이온 교환을 포함한다.

상기 논의된 바와 같이, 상기 방법은 바람직한 응력 프로파일을 유지하면서 프리(pre)-이온 교환된 제품 기판에 비해 비교적 적은 중량 증가, 길이 또는 치수 변화 또는 휨을 나타내는 유리-계 제품을 제공한다. 일 이상의 구체예에서, 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 1.6%, 1.5%, 1.4%, 1.3%, 1.2%, 1.1%, 1%, 또는 0.9% 미만의 중량 증가가 있다. 다른 구체예에서, 적어도 0.3%의 중량 증가가 있다. 몇몇 구체예에서, 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 0.24%, 0.23%, 0.20%, 0.19%, 0.18%, 0.17%, 0.16%, 0.15%, 0.14%, 0.13%, 0.12%, 0.11%, 또는 0.10% 미만의 길이 치수 변화가 있다. 다른 구체예에서, 적어도 0.2%의 길이 치수 변화와 같은, 적어도 0.1%의 길이 치수 변화가 있다. 몇몇 구체예에서 길이 치수 변화는 약 0.15% 내지 약 0.2%와 같이, 약 0.1% 내지 약 0.2%이다. 일 이상의 구체예에서, 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 0.24%, 0.23%, 0.20%, 0.19%, 0.18%, 0.17%, 0.16%, 0.15%, 0.14%, 0.13%, 0.12%, 0.11%, 또는 0.10% 미만의 너비 변화가 있다. 다른 구체예에서, 0.2%의 너비 치수 변화와 같이, 적어도 0.1%의 너비 치수 변화가 있다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 이온 교환 전의 유리-계 기판에 비해 이온 교환하는 단계 후 80 ㎛, 160 ㎛, 150 ㎛, 130 ㎛, 또는 120 ㎛과 같이, 200 ㎛ 미만 휜다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 유리-계 제품의 장축(major axis)에 대한 핏(fit)에 의해 정의되는 평탄한 평면으로부터 측정될 때 약 180 ㎛, 약 160 ㎛, 약 150 ㎛, 약 130 ㎛, 또는 약 120 ㎛ 미만과 같이, 약 200 ㎛ 미만의 휨을 나타낼 수 있다.

이들 방법의 한가지 이점은 유리-계 제품의 바람직한 특성(우수한 기계적 성능을 결과하는 CT, CS, DOC 및 DOL 값)을 유지하면서 유리-계 제품의 왜곡이 최소화된다는 것이다. 유리의 이온-교환에 의해 유도된 휨은 이온 교환-후의 폴리싱 또는 에칭의 신중한(judicious) 사용을 통해 감소될 수 있는 반면, 이 계획은 응력 프로파일의 중요한 특징을 손상시킴 없이 얼마나 많은 재료가 제거될 수 있는지에 의해 제한될 수 있다. 이온 교환-후의 폴리싱 또는 에칭이 작동하는 경우에도, 이들 방법은 제조 공정을 복잡하게 하는 추가 단계이다. 이러한 추가적인 단계는 시간과 비용이 들며 또한 최종 부분 수율에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 추가적인 핸들링 단계를 도입한다. 본원에 기술된 방법은 이온 교환 공정 자체에서의 휨을 최소화하는 이온 교환 레시피(recipe)(시간, 온도, 욕 조성)를 규정함으로써 이온-교환에 의해 유도된 루트(root)에서의 유리 변형의 문제점을 다룬다. 발명된 이온 교환 공정은 또한 이온 교환 욕에서의 짧은 시간을 허용하여, 이에 의해 리튬 피독(poisoning)에 대한 이온 교환 시간 및 욕 수명에 관한 작동 효율성을 실현한다. 본원에 기술된 방법은 비스듬하거나 달리 성형된 모양을 갖는 유리-계 제품에 특히 유리하며, 이는 상당하게 이온 교환될 때 휘는 경향이 있다.

본 개시의 또 다른 관점은 본원에 기술된 방법에 의해 제조된 유리-계 제품에 관한 것이다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 길이 치수; 너비 치수; 중량; 제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 적어도 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는 이온-교환된 금속 산화물의 농도; 및 71.5/√(t) 이상의 최대 CT를 포함하는 중심 장력(CT) 영역을 포함하는 이온-교환된 유리-계 제품이며, 여기서 두께 t는 mm 단위로 주어진다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품의 두께(t)가 0.8 mm인 경우, 이온 교환 전의 유리-계 제품의 중량에 비해 이온-교환된 유리 산화물로부터 생성된 유리-계 제품의 1.6% 미만의 중량 증가가 있다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품의 두께(t)가 0.8 mm인 경우, 이온 교환 전의 유리-계 제품의 길이 치수에 비해 이온-교환된 유리-계 제품은 0.24% 미만의 길이 치수 변화가 있다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품의 두께(t)가 0.8 mm인 경우, 이온 교환 전의 유리-계 제품의 너비 치수에 비해 유리-계 제품의 0.24% 미만의 너비 치수 변화가 있다. 특성의 측정은 실온(예를 들어, 약 25 ℃ 내지 약 35 ℃ 사이)에서 수행될 수 있다.

전술된 바와 같은 변형은 이온-교환된 유리-계 제품에 적용 가능하다. 예를 들어, 몇몇 구체예에서, 이온 교환하는 단계 전의 유리-계 제품의 중량에 비해 이온-교환된 금속 산화물로부터 생성된 유리-계 제품의 1.4% 미만의 중량 증가가 있다. 일 이상의 구체예에서, 이온 교환 전의 유리-계 제품의 길이 치수에 비해 이온-교환된 유리-계 제품의 0.15% 미만의 길이 치수 변화가 있다. 몇몇 구체예에서, 이온 교환 전의 유리-계 제품의 너비 치수에 비해 유리-계 제품의 0.15% 미만의 너비 치수 변화가 있다.

일 이상의 구체예에서, 상기 제품은 약 300 MPa 이상의 표면 압축 응력(CS)을 더욱 포함한다. 몇몇 구체예에서, 표면 CS는 약 400 MPa, 450 MPa, 또는 500 MPa 이상이다. 일 이상의 구체예에서, 표면 CS는 약 400　MPa 내지 약 750　MPa, 450　MPa 내지 약 750　MPa, 500　MPa 내지 약 750 MPa, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위의 범위이다.

몇몇 구체예에서, CT는 약 50　MPa 내지 약 100 MPa, 약 60　MPa 내지 약 90 MPa, 약 70　MPa 내지 약 80 MPa, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내의 범위일 수 있다. 다른 구체예에서, CT는 약 0.8 mm의 두께를 갖는 유리-계 제품에 대해, 약 50 MPa 내지 약 100 MPa, 약 60 MPa 내지 약 90 MPa, 약 70 MPa 내지 약 80 MPa, 또는 이에 함유된 임의의 하위-범위 내의 범위일 수 있다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 적어도 15%의 DOC를 가질 수 있다. 다른 구체예에서, DOC는 약 0.8 mm의 두께를 갖는 유리-계 제품에 대해 적어도 15%일 수 있다.

몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 약 5 ㎛ 내지 약 15 ㎛의 층의 압축 스파이크 깊이(DOL_spike)를 가질 수 있다. 다른 구체예에서, 유리-계 제품은 약 0.8 mm의 두께를 갖는 유리-계 제품에 대해 약 5 ㎛ 내지 약 15 ㎛의 DOL_spike를 가질 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 두께의 약 0.625% 내지 약 1.875%의 DOL_spike를 가질 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 제품은 약 0.008 내지 약 0.012, 약 0.009 내지 약 0.011, 약 0.01, 또는 이에 함유되거나 이들 끝점으로부터 형성된 임의의 하위-범위와 같이, 약 0.006 내지 약 0.014의 범위 내의 DOL_spike/t를 가질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, DOL_spike는 유리-계 제품 내에 형성된 압축 응력 스파이크의 깊이를 의미한다. DOL_spike는 FSM에 의해 측정된 유리-계 제품 내의 칼륨 이온 교환의 깊이("칼륨 DOL")에 기초하여 정의될 수 있으며, 또한 대략 니 응력의 깊이일 수 있다. DOL_spike/t가 0.006 미만인 경우, 유리-계 제품은 바람직하지 않게 낮은 내손상성 및 낙하 성능을 나타낸다. DOL_spike/t가 0.014 초과인 경우, 유리-계 제품은 바람직하지 않은 휨 및 중량 증가를 제조할 수 있는 과도한 이온-교환을 겪는다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 100 MPa, 110 MPa, 120 MPa, 또는 130 MPa 초과의 니 응력(CS_knee)를 가질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 CS_knee는 응력 프로파일의 기울기가 급격하게 변화하는 위치인, 응력 프로파일의 "니"에서의 압축 응력을 의미한다. 도 33에 도시된 바와 같이, DOL_spike는 약 12 ㎛이며, CS_knee는 약 151 MPa이다.

본 개시의 또 다른 관점은 전면, 후면, 및 측면을 갖는 하우징; 적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 있는 전기 부품; 상기 하우징의 전면에 또는 상기 하우징의 전면에 인접하게 있는 디스플레이; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하는 장치에 관한 것이고, 여기서 상기 커버 기판은 전술된 이온-교환된 유리-계 제품 중 임의의 것을 포함한다.

실시예

다양한 구체예는 다음의 실시예에 의해 더욱 명확해질 것이다. 실시예에서, 강화되기 전의 실시예는 "기판"으로 언급된다. 강화에 도입된 후, 실시예는 "제품" 또는 "유리-계 제품"으로 언급된다.

실시예 1

아래 표 2에 나타낸 바와 같은 공칭 조성(nominal composition)을 갖는 유리-세라믹 기판이 제공되었다. 유리-세라믹 기판은 0.8 밀리미터(mm)의 두께를 가졌고 우세한 결정질상으로서 β-스포듀민 고용체 및 금홍석을 포함하는 일 이상의 부(minor)상을 포함하는 결정상 아상블라쥬(assemblage)를 포함하였다. 유리-계 기판은 강화된 유리-세라믹 제품을 형성하기 위해 10분(조건 A), 13시간(조건 B) 또는 24시간(조건 C) 동안 485 ℃의 온도를 갖는 NaNO₃를 포함하는 용융된 염 욕 내, 또는 2시간 동안 약 430 ℃의 온도를 갖는 NaNO₃를 포함하는 용융된 염 욕 내에(비교예 D) 침지되었다.

화학적 강화 전의 실시예 1의 유리-세라믹 기판의 조성

실시예=▶	1
산화물[mole%]
SiO2	69.2
Al2O3	12.6
B2O3	1.8
Li2O	7.7
Na2O	0.4
MgO	2.9
ZnO	1.7
TiO2	3.5
SnO2	0.1
[Li 2 O+Na 2 O+MgO+ZnO+K 2 O] [Al2O3+B2O3 ]	= 0.88
[TiO 2 +SnO 2 ] [SiO2+B2O3 ]	=0.051

유리-계 제품의 화학적 프로파일은 마이크로프로브에 의해 측정되었고 도 9에 도시된다. 응력(σ)은 식 (4)를 통한 샘플의 두께를 따른 위치에서의 농도(z)에 비례한다:

식 (4)에서, B는 격자 확장 계수(lattice dilation coefficient)이고, E는 탄성 계수이며, υ는 포아송 비이고, Cavg는 샘플 전체에 걸친 농도의 적분이다. 도 9에 도시된 바와 같이, Na⁺ 이온은 보다 높은 온도의 욕이 이용될 때(즉, 조건 A 내지 C) 제품의 거의 전체 두께를 통해 이온 교환된다. 이러한 유리-세라믹에서, Na₂O는 약 1.2 mol% 이상의 양만큼 CT 영역 내에 존재한다. 유리-세라믹 제품은 공지된 응력 프로파일과 유사한 응력 프로파일을 나타내는 보다 낮은 온도의 욕(비교 조건 D) 내에서 이온 교환되었다.

실시예 2

표 2에 나타낸 것과 동일한 조성 및 0.8 mm의 두께를 가지나, 비정질 구조를 갖는(및 결정질 상이 없는) 유리 기판은 유리-계 제품을 제공하기 위해 다양한 소요 시간 동안 약 430 ℃의 온도를 갖는 100% NaNO₃를 포함하는 용융된 염 욕 내에 침지됨으로써 화학적으로 강화되었다. 유리-계 제품의 DOC 및 최대 CT 값은 산란 광 편광기(SCALP)를 사용하여 측정되었다. 도 10에 도시된 바와 같이, DOC 및 최대 CT 증가는 침지 또는 이온 교환의 길이에 의존한다. 최대 CT 값은 약 16시간 동안 유리를 침지시킨 후에 관측되었다.

실시예 2의 유리-계 제품의 응력 프로파일은 SCALP를 사용하여 측정되었고 도 11에 도시된다. 양의 응력 값을 나타내는 x-축의 상부는 CT 층이며 음의 응력 값을 나타내는 x-축의 하부는 CS 값이다. 16시간 동안 화학적으로 강화된 유리-계 제품의 응력 프로파일은 최대 CT 값(즉, 175 MPa) 및 깊이 방향으로 100 마이크로미터(㎛)의 선형 부분을 실질적으로 포함하지 않는 포물선-형인 형상을 나타내었다. SCALP에 의해 측정된 표면 CS는 약 410 MPa였다. 따라서, 실시예 2의 최대 CT 대 표면 CS의 비는 약 0.4375이다.

실시예 3

비교를 위해, 각각 약 0.8 mm의 두께를 갖는 실시예 1의 유리-세라믹 기판 및 실시예 2의 유리 기판이, 3.5 시간 동안 350 ℃의 온도를 갖는 NaNO₃의 용융된 염 욕 내에 침지됨으로써 화학적 강화에 도입되었다(각각 실시예 3A 및 3B). 도 12에 도시된 유리-세라믹 제품 및 유리-계 제품의 생성된 응력 프로파일(식 4를 사용하여 마이크로프로브에 의해 측정된 화학적 프로파일에 의해 근사됨)은 오차 함수(erfc) 또는 유사-선형 형상과 유사하다. 또한, DOC는 유리 또는 유리 세라믹 내로 교환되는 알칼리 이온의 깊이(또는 화학적 이온 교환 깊이) 미만이다.

각각 약 0.8 mm의 두께를 갖는 실시예 1의 유리-세라믹 기판 및 실시예 2의 유리 기판이 24시간 동안 430 ℃의 온도를 갖는 NaNO₃의 용융된 염 욕 내에 침지됨으로써 본원에 기술된 화학적 강화에 도입될 때, 생성된 유리-계 제품은 도 13에 도시된 바와 같은 금속 산화물 농도 프로파일(EPMA에 의해 얻어짐)을 나타내었다. 금속 산화물 농도 프로파일은 포물선-형이고 전체 두께를 통한 Na+ 이온의 이온 교환을 나타낸다. 화학적 프로파일은 EMPA를 사용하여 측정되었고 Na₂O 확산의 화학적 깊이는 400 마이크로미터 이상으로 나타난다. 또한, Na₂O는 CT 층 내를 포함하여, 두께에 걸쳐 약 1 mol% 이상의 농도로 존재한다. 실시예 3D의 생성된 유리-세라믹 제품은 유리-세라믹 기판이 동일한 모바일 폰 하우징 내로 레트로핏(retrofit)되는 낙하 테스트에서 우수한 내파괴성을 나타내었다. 특히, 실시예 3D의 5개의 샘플은 모바일 폰 장치 내에 조립되었고 50 cm의 높이에서 시작하는 연속적인 낙하에서 사포 상으로 낙하되었다. 각 샘플이 소정의 높이로부터의 낙하에서 생존하면, 이는 파괴될 때까지 증가된 높이로부터 재차 낙하되었으며, 샘플의 파손 높이인 점은 도 13A에 기록되었다. 실시예 3D는 172.5 cm의 평균 파손 높이를 나타내었다.

도 14는 공지된 공정에 따라 화학적으로 강화된 유리-계 기판 및 본원에 기술된 방법에 따른 화학적으로 강화된 유리-계 기판의 응력 프로파일을 도시한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본원에 기술된 구체예의 유리-계 제품의 응력 프로파일은 선형 세그먼트(약 50 마이크로미터 초과의 길이 또는 절대 깊이를 갖는)가 실질적으로 없고 약 0.2·t의 DOC를 나타내는 포물선 형상을 갖는 반면, erfc, 유사-선형 형상을 갖는 공지된 응력 프로파일은 약 0.1 밀리미터 내지 약 0.7 밀리미터의 깊이(약 0.6 밀리미터 또는 600 마이크로미터의 총 길이에 대해)로부터 실질적으로 선형 부분을 나타낸다. 공지된 응력 프로파일은 또한 보다 낮은 CT 값 및 보다 낮은 DOC를 나타낸다.

실시예 4

표 2의 조성을 갖는 유리 기판(각각 약 1 mm의 두께를 가짐)은 24시간 동안 430 ℃의 온도를 갖는 NaNO₃의 제1 용융된 염 욕 내에 침지시킴으로써 화학적 강화에 도입되었다. 하나의 유리-계 제품은 어떠한 추가적인 강화 단계에도 도입되지 않았다(실시예 4A). 3개의 유리-계 제품은 0.75시간, 4시간, 또는 8시간(각각 실시예 4B, 4C 및 4D) 동안 약 430 ℃의 온도를 갖는 KNO₃의 제2 용융된 염 욕 내에서의 침지에 의한 제2 강화 단계에 도입되었다. x-축에 플롯된 유리-계 제품의 깊이 또는 두께 및 y-축에 플롯된 응력을 갖는 생성된 유리-계 제품의 SCALP에 의해 측정된 응력 프로파일은 도 15에 도시된다. 양의 응력 값은 CT 값이고 음의 응력 값은 CS 값이다. 장치의 공간 해상도(spatial resolution)는 제2 KNO₃ 이온 교환 단계와 관련된 CS의 측정을 금지한다. 실시예 4A 및 4B의 유리-계 제품은 유사한 프로파일을 나타내었다. 실시예 4C 및 4D의 유리-계 제품은 제2 강화 단계에서의 침지 후 시간에 따라 감소하는 CT(실시예 4A 및 4B에 비해), 및 감소하는 CS(실시예 4A 및 4B에 비해)를 나타내었다. 실시예 4C 및 4D의 유리-계 제품은 또한 실시예 4A 및 4B에 비해 증가된 DOC를 나타내었고, 이러한 DOC 값은 0.2·t를 초과하였다.

도 16은 실시예 4B 내지 4D 각각에 대한 J/m² 단위의 저장된 인장 에너지를 도시하며, 이는 KNO₃의 제2 용융된 염 욕 내에서의 침지된 시간에 따라 15 J/m² 초과이다. 저장된 인장 에너지는 측정된 SCALP 응력 프로파일 데이터로부터 및 상기 식 (3)을 사용하여 계산될 수 있다.

도 17 및 18은 실시예 4B 내지 4D 각각에 대한 깊이(마이크로미터 단위)의 함수로서 K₂O 및 Na₂O 각각의 농도 프로파일을 도시한다. 도 17에 도시된 바와 같이, K₂O의 화학적 깊이는 실시예 4B에 대해 3 마이크로미터(KNO₃ 욕 내에서 0.75시간 동안 침지), 실시예 4C에 대해 6 마이크로미터(KNO₃ 욕 내에서 4시간 동안 침지), 및 실시예 4D에 대해 5 마이크로미터(KNO₃ 욕 내에서 8시간 동안 침지)이다. 도 18에 도시된 바와 같이, Na₂O는 전체 깊이를 관통하며 유리-계 제품의 전체 깊이를 따라 실시예 4B 내지 4D 각각에 대해 약 1 mol% 이상의 농도를 갖는다.

실시예 4E 및 4F는 표 2의 조성을 갖는 유리 기판(각각 약 1 mm의 두께를 가짐)을 포함하였으며, 이는 24시간 동안 430 ℃의 온도를 갖는 NaNO₃의 제1 용융된 염 욕 내에 침지됨으로써 화학적 강화에 도입되었고, 그 후 각각 4시간 또는 8.25시간 동안 공기 중에서 430 ℃의 온도로 열처리 되었다. 실시예 4E 및 4F의 유리-계 제품의 응력 프로파일은 비교를 위해 도시된 실시예 4A, 4C, 및 4D와 함께 도 19에 도시된다. 도 20은 0.5·t의 깊이에서 또는 이에 근처에서의 응력 프로파일의 차이를 설명하기 위해 보다 작은 스케일에서, 도 19와 동일한 그래프를 도시한다.

실시예 5

표 2의 조성을 갖는 유리 기판(각각 약 1 mm의 두께를 가짐)은 24시간 동안 430 ℃의 온도를 갖는 NaNO₃의 제1 용융된 염 욕 내에 침지됨으로써 화학적 강화에 도입되었다. 하나의 유리-계 제품은 어떠한 추가적인 강화 단계에도 도입되지 않았다(실시예 5A). 2개의 유리-계 제품은 390 ℃에서 노(furnace) 내에 유리-계 제품을 위치시키는 것 및 실시예 5B 및 5C 각각에 대해 약 8시간 또는 28시간 동안 노 내에 유리-계 제품을 유지시키는 것에 의해 제2 강화 단계에 도입되었다. 4개의 유리-계 제품은 실시예 5D 및 5G 각각에 대해 4시간 또는 8시간 동안 430 ℃의 온도를 갖는 KNO₃의 제2 용융된 염 욕 내에 침지시킴으로써 제3 강화 단계(제1 강화 단계 및 상이한 제2 강화 단계 중 어느 하나 이후)에 도입되었다. 실시예 5A 내지 5G 각각에 대한 강화 단계는 표 3에 나타난다. 측정된 CT 값 또한 표 3에 나타난다.

실시예 5A 내지 5G에 대한 강화 단계

단계	실시예 5A	실시예	실시예 5C	실시예 5D	실시예 5E	실시예 5F	실시예 5G
제1 단계	NaNO3, 430　°C, 24 시간	NaNO3, 430　°C, 24　시간	NaNO3, 430　°C, 24　시간	NaNO3, 430　°C, 24　시간	NaNO3, 430　°C, 24　시간	NaNO3, 430　°C, 24　시간	NaNO3, 430　°C, 24　시간
제2 단계		공기, 390　°C, 8　시간	공기, 390　°C, 28　시간	공기, 390　°C, 8　시간	공기, 390　°C, 28　시간	공기, 390　°C, 8　시간	공기, 390　°C, 28　시간
제3 단계				KNO3, 430　°C, 4　시간	KNO3, 430　°C, 4　시간	KNO3, 430　°C, 8　시간	KNO3, 430　°C, 8　시간
CT	174 MPa	148 MPa	96 MPa	129 MPa	82 MPa	103 MPa	72 MPa

x-축에 플롯된 유리-계 제품의 깊이 또는 두께 및 y-축에 플롯된 응력을 갖는 생성된 유리-계 제품의 응력 프로파일은 도 21에 도시된다. 양의 응력 값은 CT 값이고 음의 응력 값은 CS 값이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 제2 및/또는 제3 열처리의 소요 시간이 증가됨에 따라, DOC는 증가하였고 CT는 감소하였다. DOC 및 CT의 감소는 각각 도 22 및 23에, 이온 교환 후의 총 열처리 시간의 함수로서 보다 명확하게 도시된다.

이후 실시예 5A 내지 5G의 유리-계 제품은 유리-계 제품의 일 면이 테이프에 부착되며, 접착되지 않은 반대 면은 날카로운 도구에 의해 충격되어 파괴되는 포크(poke) 테스트에 도입되었다. 생성된 파편의 수는 유리-계 제품의 저장된 인장 에니지와 연관성이 있을 수 있다. 실시예 5A, 5B, 및 5D는 많은 파편(즉, 50 초과 및 심지어 100 초과)를 나타낸 반면, 실시예 5F는 10개의 파편을 나타내었고, 실시예 5C는 3개의 파편을 나타내었으며, 실시예 5E 및 5G는 4개의 파편을 나타내었다. 많은 파편으로 파괴된 실시예 5A, 5B 및 5D는, 모두 약 100 MPa 이하의 CT 값을 갖는 실시예 5C, 5E, 5F 및 5G보다 높은 CT(약 100 MPa 초과)를 나타내었다.

실시예 7

표 2에 나타낸 공칭 조성 및 각각 약 1 mm의 두께를 갖는 유리 기판은 100% NaNO₃ 및 430 ℃의 온도를 포함하는 용융된 염 욕 내에서의 화학적 강화에 도입되었다. 유리 기판이 용융된 염 욕 내에 침지되는 소요 시간은 표 5에 나타난다.

실시예 7A 내지 7G에 대한 화학적 강화 소요 시간(이온 교환 시간)

실시예	IOX 시간(시간)
7A	2
7B	4
7C	8
7D	16
7E	24
7F	32.5
7G	48

실시예 7A 내지 7G의 유리-계 제품의 응력 프로파일은 도 24에 도시된다. 응력 프로파일은 SCALP를 사용하여 측정되었다. CT 값 및 저장된 인장 에너지의 변화를 모두 이온 교환 시간의 함수로 나타내는 그래프는 도 25에 도시된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 16시간 및 24시간 동안의 용융된 염 욕 내의 유리 기판의 침지는 절대값으로 최대 표면 CS 값 및 최대 CT 값을 나타내는 유리-계 제품을 초래한다.

실시예 8

표 2에 나타낸 바와 같은 공칭 조성을 갖고 약 0.8 mm의 두께를 갖는 유리 기판 각각은 15분(비교예 8A) 및 16시간(실시예 8B) 동안 NaNO₃ 및 NaSO₄의 혼합물 및 500 ℃의 온도를 포함하는 용융된 염 욕 내에서의 화학적 강화에 도입되었다. 실시예 8A 및 8B의 유리-계 제품의 응력 프로파일은 도 26에 도시된다. 도 26에 도시된 바와 같이, 비교예 8A는 공지된 응력 프로파일을 나타내었던 반면, 실시예 8B는 본 개시의 일 이상의 구체예에 따른 응력 프로파일을 나타내었다. 실시예 8A 및 8B의 유리-계 제품의 저장된 인장 에너지는 실시예 4B 내지 4D와 같은 방식으로 계산되었다. 계산된 저장된 인장 에너지는 도 27에 도시된 바와 같이 측정된 CT(MPa)의 함수로서 플롯된다.

도 27에 도시된 바와 같이, 비교예 8A는 실시예 8B(동일한 CT 값에 대한)보다 주어진 CT 값에 대해 훨씬 더 큰 저장된 인장 에너지 값을 나타내었다. 특히, 약 55 MPa의 CT에서, 비교예 8A는 약 8 J/m²의 저장된 인장 에너지를 나타내었던 반면, 실시예 8B는 약 3.5 J/m²의 저장된 인장 에너지를 나타내었다. 비교예 8A 및 실시예 8B는 파괴되었고 실시예 8B는 상당히 많은 수의 조각으로 파괴된 비교예 8A보다 적은 조각으로 파괴되었다. 따라서, 이론에 구애됨이 없이, 저장된 인장 에너지를 제어하는 것은 분열(fragmentation) 패턴 또는 파괴로부터 초래된 파편의 수를 제어 또는 예측하는 방법을 제공할 수 있다고 생각된다.

표 2에 나타낸 공칭 조성을 갖고 약 1 mm의 두께를 갖는 유리 기판은 각각 4시간(비교예 8C) 및 61.5시간(실시예 8D) 동안 NaNO₃ 및 430 ℃의 온도를 포함하는 용융된 염 욕 내에서의 화학적 강화에 도입되었다. 비교예 8C는 공지된 응력 프로파일을 나타내었던 반면, 실시예 8D는 본 개시의 일 이상의 구체예에 따른 응력 프로파일을 나타내었다. 실시예 8C 및 8D의 저장된 인장 에너지는 실시예 4B 내지 4D에서 사용된 것과 동일한 방법을 사용하여 계산되었고, 도 28에 도시된 바와 같이, 측정된 CT(MPa)의 함수로서 플롯되었다.

도 28에 도시된 바와 같이, 비교예 8C는 실시예 8D(동일한 CT 값에 대해)보다 훨씬 더 큰 주어진 CT 값에 대한 저장된 인장 에너지 값을 나타내었다. 비교예 8C 및 실시예 8D는 파괴되었고 실시예 8D는 상당히 많은 수의 조각으로 파괴된 비교예 8C보다 적은 조각으로 파괴되었다.

비교예 9

70.9 mol% SiO₂, 12.8 mol% Al₂O₃, 1.95 mol% B₂O₃, 7.95 mol% Li₂O, 2.43 mol% Na₂O, 2.98 mol% MgO, 0.89 mol% ZnO, 및 0.1 mol% SnO₂의 공칭 조성을 갖고 약 0.8 mm의 두께를 갖는 유리 기판은 표 5의 이온 교환 조건에 도입되었다. 실시예 9의 다양한 특성은 표 6에서 실시예 2와 비교된다.

실시예 9에 대한 이온 교환 조건

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

실시예 9 및 실시예 2에 대한 특성의 비교

특성	단위	실시예 9	실시예 2
변형점	℃	592	615
어닐링 점	℃	642	663
탄성 계수	GPa	81.4	83.8
전단 계수	GPa	33.8	34.3
포아송 비		0.211	0.222
CTE (RT-300 ℃)	ppm/℃	4.58	3.84
열 전도도	W/cm*K
SOC	nm/cm/MPa	30.94	32.65
굴절률(550 nm에서)		1.5087	1.532

실시예 9의 유리-계 제품의 응력 프로파일이 측정되었고 본원에 기술된 형상을 나타내었다.

실시예 9와 동일한 두께를 갖는 실시예 2, 비교예 9A 및 9B에 따른 유리 기판이 제공되었다. 실시예 2에 따른 유리 기판은 33시간 동안 430 ℃의 온도를 갖는 100% NaNO₃의 용융된 염 욕 내에서 이온 교환되었다. 비교예 9A는 16시간 동안 390 ℃의 온도를 갖는 100% NaNO₃의 용융된 염 욕 내에서 이온 교환되었고 또한 공지된 오차 함수 응력 프로파일을 나타내었다. 실시예 9B에 따른 유리 기판은 57.5 mol% SiO₂, 16.5 mol% Al₂O₃, 16.7 mol% Na₂O, 2.5 mol% MgO, 및 6.5 mol% P₂O₅의 공칭 조성을 포함하였고 공지된 오차 함수 응력 프로파일을 나타내기 위해 이온 교환되었다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "오차 함수 응력 프로파일"은 도 1과 유사한 응력 프로파일을 의미한다.

실시예 2, 실시예 9 및 비교예 9A 및 9B로부터의 유리-계 제품은 이후 동일한 모바일 폰 장치 위로 레트로핏되었다. 폰 장치는 20 센티미터에서 시작하는 증가하는 높이로부터 30 그릿 사포 상으로 낙하되었다. 유리-계 제품이 소정의 높이(예를 들어, 20 cm)로부터의 낙하에서 생존하면, 상기 모바일 폰은 보다 큰 높이(예를 들어, 30 cm, 40 cm, 50 cm 등)로부터 재차 낙하되었다. 유리-계 제품이 파손되는 높이는 도 29에 플롯되고, 이는 또한 실시예 2, 및 9 및 비교예 9A 및 9B의 샘플에 대한 평균 파손 높이를 나타낸다. 도 29에 도시된 바와 같이, 실시예 2 및 9는 비교예 9A 및 9B보다 상당히 큰 낙하 높이에서의 파손을 나타내었다. 구체적으로, 비교예 9A 및 9B는 각각 약 38 cm 및 55 cm의 낙하 높이에서의 파손을 나타내었던 반면, 실시예 2 및 9는 각각 약 147 cm 및 132 cm의 낙하 높이에서의 파손을 나타내었다.

동일한 테스트가 180 그릿 사포 상의 동일한 모바일 폰 장치를 사용하여 새로운 샘플에 대해 반복되었다. 비교예 9A에 대한 평균 파손 높이는 204 cm였고, 비교예 9B에 대한 평균 파손 높이는 190 cm였으며, 실시예 2에 대한 평균 파손 높이는 214 cm였고, 및 실시예 9에 대한 평균 파손 높이는 214 cm였다.

65 mol% SiO₂, 5 mol% B₂O₃, 14 mol% Al₂O₃, 14 mol% Na₂O, 2 mol% MgO, 및 0.1 mol% SnO₂의 공칭 조성 및 0.8 mm의 두께를 갖는 비교예 9C에 따른 유리 기판은 공지된 오차 함수 응력 프로파일을 나타내기 위해 이온 교환되었다. 실시예 2 및 비교예 9B(본 실시예에서 전술된 응력 프로파일을 나타냄), 비교예 9C의 유리-계 제품 샘플 및 표 5에 나타낸 바와 같은 조건 4에 따라 이온 교환된 실시예 9의 유리-계 제품은 본원에 기술된 바와 같은 AROR 테스팅에 도입되었다.

실시예 6 및 9 및 비교예 9C는 25 psi 및 45 psi의 하중 또는 압력을 사용하여 연마되었고, 실시예 2는 25 psi의 하중만을 사용하여 연마되었다. AROR 데이터는 도 30에 도시된다. 도 30에 도시된 바와 같이, 실시예 2 및 9는 각각의 연마 하중 또는 압력에서의 비교예 9B 및 비교예 9C보다 높은 파손 하중을 나타내었다.

실시예 2(본 실시예에서 전술된 바와 같이 이온 교환됨) 및 9(조건 4에 따라 이온 교환됨)의 유리-계 제품 샘플은 4-점 굽힘 테스트에 도입되었다. 결과는 도 31의 와이블 분포 플롯에 도시된다. 도 31에 도시된 바와 같이, 실시예9는 보다 높은 파손 응력 또는 하중(예를 들어, 약 400 MPa 초과)을 나타내었다.

상기 나타낸 바와 같이, 525 ℃ 초과의 변형점을 갖는 조성물으로부터 만들어진 유리-계 제품은 약 350 ℃ 내지 약 480 ℃ 범위 내의 이온 교환 온도(또는 이온 교환 욕 온도)를 가능하게 한다. 몇몇 구체예에서, 약 800 제곱 마이크로미터/시간 초과의 1가 이온 확산도를 나타내는 유리 조성물은 유리계 제품 내로 확산하는 금속 산화물이 빠르게 제품의 전체 깊이 또는 두께를 관통할 수 있도록 하여 응력 완화가 최소화되도록 한다. 과도한 응력 완화는 유리-계 제품의 표면 압축 응력을 감소시킬 수 있다.

다양한 변형 및 변경이 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어남이 없이 만들어질 수 있음은 본 기술분야의 기술자에게 명백해질 것이다.

실시예 10

실시예 9와 동일한 조성 및 약 0.8 mm의 두께를 갖는 유리 기판은 표 7에 제공된 조건에 따라 430 ℃의 온도를 갖는 100% NaNO₃ 용융된 염 욕 내에 침지시킴으로써 이온 교환에 도입되었다. 생성된 유리-계 제품은 도 32에 이온 교환 시간의 함수로서 플롯된, 최대 CT 값을 나타내었다.

실시예 10A 내지 10E에 대한 이온 교환 조건

실시예	욕 내에 침지된 시간(시간)	최대 CT(MPa)
10A	2 시간	105
10B	4 시간	145
10C	8 시간	144
10D	16.5 시간	115
10E	24 시간	79

실시예 10D에 대한 응력 프로파일은 전체가 본원에 참조로서 포함된 "Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample"로 명명된, 미국 특허 제 8,854,623 호에 기술된 바와 같은 굴절된 근접- 장(RNF) 방법을 사용하여 측정되었다. 도 33은 실시예 10D의 유리-계 제품의 표면으로부터 유리 -계 제품 내로 연장하는 깊이의 함수로서 측정된 응력을 나타낸다. 특정 깊이에서의 응력은 응력의 기울기가 급격하게 변화하는 깊이인 "니"를 포함하여, 표 8에 나타난다.

실시예 10의 특정 깊이에서의 응력

깊이(㎛)	응력(MPa)
12("니")	151
50	105
100	66
150	20

실시예 11

실시예 11A는 실시예 1과 동일한 조성 및 0.8 mm의 두께를 갖는 유리 기판을 포함하였다. 유리 기판은 80% KNO₃ 및 20% NaNO₃을 포함하고, 약 430 ℃의 온도를 갖는 단일 용융된 염 욕 내에서 16시간 동안 이온 교환되었다. 생성된 유리-계 제품은 표 9에 기술된 바와 같은 응력 프로파일을 나타내었다.

실시예 11A의 응력 프로파일

표면 압축 응력	500 MPa
칼륨에 대한 층의 깊이(FSM에 의해 측정됨)	12 마이크로미터
칼륨의 DOL에서의 응력	151 MPa
최대 CT	90 MPa
DOC	160 마이크로미터

실시예 11A에 따른 유리-계 제품은 본원에 기술된 바와 같은 AROR 테스팅에 도입되었다. 유리-계 제품의 일 세트는 5 psi의 하중 또는 압력을 사용하여 연마되었고, 유리-계 제품의 제2 세트는 25 psi의 하중 또는 압력을 사용하여 연마되었으며, 유리-계 제품의 제3 세트는 45 psi의 하중 또는 압력을 사용하여 연마되었다. AROR 데이터는 도 34에 도시된다. 도 34에 도시된 바와 같이, 실시예 11A에 따른 모든 유리-계 제품은 약 25 kgf 초과의 평균 파손 하중을 나타내었다.

실시예 11A에 따른 유리-계 제품은 동일한 모바일 폰 장치 상으로 레트로핏되었다. 폰 장치는 180 그릿 사포 상으로 20 cm에서 시작하는 증가하는 높이로부터 낙하되었다. 유리-계 제품이 소정의 높이(예를 들어, 20 cm)로부터의 낙하에서 생존하면, 모바일 폰은 225 cm의 높이까지의 보다 큰 높이(예를 들어, 30 cm, 40 cm, 50 cm 등)으로부터 재차 낙하되었다. 생존한 유리-계 제품은 이후 30 그릿 사포 상으로 낙하되었다(동일한 폰 장치에서). 180 그릿 사포 및 30 그릿 사포 모두에서 유리 제품이 파손되는 높이는 도 35에 플롯된다. 도 35에 도시된 바와 같이, 약 225 cm까지의 높이(약 215 cm의 평균 생존 낙하 높이를 제공함)로부터 180 그릿 사포 상으로 낙하된 실시예 11의 모든 제품 중 3개의 유리-계 제품만이 생존하였다. 30 그릿 사포 상으로의 평균 생존 낙하 높이는 132 cm였다.

실시예 11A에 따른 유리계 제품은 약 480 mHz 내지 약 3000 mHz 범위의 진동수에 대해 약 5.8 내지 약 6의 유전 상수를 나타내었다. 실시예 11A에 따른 유리-계 제품은 약 480 mHz 내지 약 3000 mHz 범위의 진동수에 대해 약 0.010 내지 약 0.013 범위 내의 유전 손실 탄젠트(dielectric loss tangent)를 나타내었다.

실시예 11A에 따른 유리-계 제품의 굴절률은 약 380 nm 내지 약 1550 nm 범위에 대해 약 1.496 내지 약 1.523, 약 380 nm 내지 약 800 nm 범위의 파장에 대해 약 1.496 내지 약 1.503 범위 내이다.

실시예 11A에 따른 유리-계 제품은 표 10에 나타낸 바와 같은 다양한 화학적 처리에 도입되었다. 유리-계 제품의 화학적 내구성은 실시예 11B, 11C 및 11D와 비교되었다. 비교예 11B는 64.3 mol% SiO₂, 7.02 mol% B₂O₃, 14 mol% Al₂O₃, 14 mol% Na₂O, 0.5 mol% K₂O, 0.03 mol% Fe₂O₃, 및 0,1 mol% SnO₂의 공칭 조성을 갖는 유리 기판이었다. 비교예 11C는 64.75 mol% SiO₂, 5 mol% B₂O₃, 14 mol% Al₂O₃, 13.75 mol% Na₂O, 2.4 mol% MgO, 및 0.08 mol% SnO₂의 공칭 조성을 갖는 유리 기판이었다. 비교예 11D는 57.5 mol% SiO₂, 16.5 mol% Al₂O₃, 16.71 mol% Na₂O, 2.8 mol% MgO, 0.05 mol% SnO₂ and 6.5 mol% P₂O₅의 공칭 조성을 갖는 유리 기판을 포함하였다.

실시예 11A 및 비교예 11B, 11C 및 11D의 화학적 내구성

화학적 처리	중량 손실(mg/cm 2 )
	비교예 11B	비교예 11C	비교예 11D	실시예 11A
5% w/w HCl, 95　℃, 24　시간	29.3	6.7	50	5.77
5% w/w NaOH, 95　℃, 6　시간	2.8	2.4	5.8	2.68
10% HF, 실온, 20분	20.8	18.1	37.4	24.03
10% 암모늄 바이플루오라이드(ammonium bifluoride) (ABF), 실온, 20분	2	2.7	3.2	0.98

실시예 12

실시예 12A는 실시예 1과 동일한 조성 및 0.8 mm의 두께를 갖는 유리 기판을 포함하였다. 비교예 12B는 비교예 11D와 동일한 조성 및 0.8 mm의 두께를 갖는 유리 기판을 포함하였다. 실시예 12A의 유리 기판은 표 11에 기술된 바와 같이 단일 욕을 사용하는 단일 단계에서 화학적으로 강화되었다. 비교예 12B의 유리 기판은 표 11에 기술된 바와 같이 2-단계 공정에서 이온 교환되었다.

실시예 12A 및 비교예 12B에 대한 이온 교환 조건

		실시예 12A	비교예 12B
제1 단계	용융된 염 욕 조성	20% NaNO3/80% KNO3	49% NaNO3/51% KNO3
	욕 온도	430 ℃	460 ℃
	침지 시간	16시간	14시간
제2 단계	용융된 염 욕 조성	-	99.5% KNO3/0.5% NaNO3
	욕 온도	-	390 ℃
	침지 시간	-	0.25시간
생성된 유리-계 제품의 특성	표면 CS	500 MPa	825 MPa
	칼륨의 DOL	12 마이크로미터	10 마이크로미터
	칼륨의 DOL에서의 응력	150 MPa	220 MPa
	DOC	160 마이크로미터	100 마이크로미터

실시예 12A 및 비교예 12B에 따른 유리-계 제품은 동일한 모바일 폰 장치 상으로 레트로핏되었다. 폰 장치는 30 그릿 사포 상으로 20 센티미터에서 시작하는 증가하는 높이로부터 낙하되었다. 30 그릿 사포 상에서 유리-계 제품이 파손되는 높이가 도 36에 플롯된다. 도 36에 도시된 바와 같이, 실시예 12A의 유리-계 제품은 비교예 12B의 평균 생존 낙하 높이(즉, 38 cm)의 3배를 초과하는 평균 생존 낙하 높이(즉, 127 cm)를 나타내었다.

실시예 12A 및 비교예 12B에 따른 유리-계 제품은 본원에 기술된 바와 같이, 25 psi의 하중 또는 압력을 사용하여 AROR 테스팅에 도입되었다. 실시예 12A의 유리-계 기판은 약 31.3 kgf의 평균 파손 하중을 나타내었던 반면, 비교예 12B의 유리-계 기판은 도 37에 도시된 바와 같이, 약 27.4 kgf의 평균 파손 하중을 나타내었다. 연마 하중 또는 압력이 45 psi로 증가된 경우, 실시예 12A 및 비교예 12B에 대한 평균 파손 하중의 차이가 증가하였다. 구체적으로, 도 38에 도시된 바와 같이, 45 psi 하중 또는 압력 하에서, 실시예 12A는 약 28.9 kgf의 평균 파손 하중을 나타내었던 반면 비교예 12B는 약 19.6 kgf의 평균 파손 하중을 나타내었다.

실시예 13

실시예 13A-E는 0.8 mm의 두께 및 ~900 um²/시간의 상호(mutual) Na/Li 확산도 및 0.77의 Li₂O/R₂O를 갖는 유리 기판을 특징으로 한다. 화학적 조성은 아래 표 12에 나타난다:

이온 교환 전의 실시예 13A-E에 사용된 유리 기판의 화학적 조성

산화물	Mole %
SiO2	70.60
Al2O3	12.70
B2O3	1.98
Li2O	8.24
Na2O	2.40
MgO	2.90
ZnO	0.86
P2O5	0
SnO2	0.12

실시예 13A, 13B, 13C, 13D 및 13E의 유리 기판은 이후 각각 2시간, 4시간, 8시간, 16시간, 및 24시간 동안 NaNO₃를 포함하는 용융된 염 욕 내에서 430 ℃에서 이온 교환되었다. 실시예 13A-E에 대한 NaNO₃ 조성 프로파일은 도 40에 도시된다. 상기 도면으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 조성 프로파일은 이온 교환 시간의 증가와 함께 발달(evolve)한다. 실시예 13A-E의 이온 교환 조건에 대한 CT, DOC 및 CS는 도 41에 도시된다. 음의 수는 압축 응력이며; 양의 수는 CT 및 DOC이다.

도 41은 이온 교환 시간의 함수로서 도 40에 도시된 유리에 대한 CT 및 DOC의 플롯을 도시한다. 유사한 데이터가 혼합된 욕(예를 들어, 95% KNO₃/5% NaNO₃ 또는 80% KNO₃/20% NaNO₃)에서 이온 교환된 샘플에서 얻어진다. 응력 프로파일에 관하여, 중심 장력(CT)은 이온 교환 시간의 함수로서 최대를 거치는 것으로 밝혀졌으며, 압축 깊이(DOC)는 도 41에 도시된 바와 같이 피크 CT가 접근하고 초월(surpass)함에 따라 두께의 약 15%를 초과하는 깊이에서 안정화된다. Li-함유 유리의 이온 교환에 순수한 Na-욕을 사용하면, 표면 압축(CS)은 증가된 이온 교환 시간에 따라 감소한다.

실시예 14

실시예 14A1 내지 14A5 및 14B1 내지 14B4는 0.8 mm의 두께 및 상기 표 12에 나타낸 것과 동일한 조성을 갖는 유리 기판을 특징으로 하였다. 실시예 14A1, 14A2, 14A3, 14A4, 및 14A5는 이후 각각 2시간, 4시간, 8시간, 16시간, 및 24시간 동안 80% KNO₃/20% NaNO₃를 포함하는 용융된 염 욕 내에서 430 ℃에서 이온 교환되었다. 실시예 14B1, 14B2, 14B3, 및 14B4의 유리 기판은 각각 5시간, 6시간, 7시간, 및 8시간 동안 95% KNO₃/5% NaNO₃를 포함하는 용융된 염 욕 내에서 430 ℃에서 이온 교환되었다.

도 42는 14A1-14A5 및 14B1-14B4에 대한 CT 대 시간 단위의 이온 교환 시간을 도시한다. 80%　KNO₃/20%　NaNO₃에서 교환된 실시예 14A1 내지 14A5는 16시간의 이온 교환 후 ~100 MPa의 CT를 나타낸다. 95%　KNO₃/5%　NaNO₃에서 교환된 실시예 14B1 내지 14B4는, 단 7시간만에 비슷한 CT를 나타낸다. 몇몇 구체예에서 95/5 욕 내에서의 스케쥴(schedule)은 이온 교환 욕에서의 감소된 시간 및 감소된 중량 증가 때문에 바람직할 수 있다.

도 43은 실시예 14B1 내지 14B4에 대한 SCALP 데이터를 도시한다. 음수는 압축을 나타내며; 양수는 장력을 나타낸다. 압축 깊이는 부분 두께의 18% 초과이다. 도면은 CT 값의 제어된 좁은 범위가 비교적 넓은 범위의 이온 교환 시간에 대해 달성될 수 있는 방법의 유연성을 나타낸다. 또한, 이온 교환 시간에 대한 압축 깊이는 모든 스케쥴에 대해 두께의 15%를 훨씬 초과하고 관심 범위 내에서 이온 교환 시간의 함수로서 매우 안정하다. 안정한 CT 및 DOC를 갖는 이러한 넓은 공정 창(window)으로 인해, 이온 교환 방법은 다양한 제조 조건에 적용 가능할 수 있으며 이온 교환 공정에 대해 높은 정도의 견고성(robustness)을 부여한다.

도 44는 실시예 14B1 내지 14B4에 대해 FSM에 의해 얻어진 표면 응력 및 니 응력 값의 범위를 나타낸다. 100 MPa 미만의 니 응력 값은 두께의 15%를 초과하는 큰 DOC와의 조합으로 > 130 MPa와 같은 실질적으로 보다 높은 니 응력 값으로 달성되는 우수한 낙하 성능을 가능하게 하지 못한다. 실시예 14B1 내지 14B4는 니 응력에서 적어도 140 MPa를 달성한다.

도 45는 실시예 14A4 및 14B3에 대한 SCALP 데이터를 도시한다. 도 45에 도시된 바와 같이, 실시예 14B3(7시간 동안 95%　KNO₃/5%　NaNO₃ 욕)는 실시예 14A4(16시간 동안 80%　KNO₃/20%　NaNO₃ 욕)에서 밝혀진 원하는 CT를 유지할 수 있었다.

아래 표 13은 실시예 14A4 및 14B3에 대한 중량 증가 퍼센트, 치수 변화 퍼센트 및 약 60 mm×130 mm×0.8 mm의 비스듬한 에지를 갖는 부분에 대한 미크론 단위의 측정된 휨을 나타낸다. 중량 증가, 성장 및 휨은 모두 실시예 14B3에서 실질적으로 감소된 반면, 도 42에 나타낸 바와 같이 CT는 유지된다. 휨은 Tropel Flatmaster FM200 간섭계(interferometer)를 사용하여 평탄한 판으로부터 최소 제곱법(least squares fit)을 취하여 측정되었다.

실시예 14A4 및 14B3에 대한 중량 증가, 길이 및 너비(%) 변화 및 비스듬한 에지를 갖는 유리 샘플에 대한 미크론 단위의 유도된 휨

실시예	농도	시간/온도	중량 증가(%)	길이 변화(%)	너비 변화(%)	휨(㎛)
14A4	80%　K/20%　Na	16　hr/430℃	2.00	0.299	0.299	231.98
14B3	95%　K/5%　Na	7　hr/430℃	1.06	0.154	0.143	147.97

표 14는 실시예 14A4 및 14B3에 대한 비교 및 발명된 이온에 대한 표면 CS의 비교이다. 실시예 14B3는 200 MPa 만큼 보다 높은 표면 응력을 나타내며, 이는 4-점 굽힘 테스트 성능 및 몇몇 유형의 스크래치에 대한 증가된 내성에 유리할 수 있다.

실시예 14A4 및 14B3에 대한 표면 스파이크 압축 응력(CS, MPa) 및 층의 깊이(DOL, um)의 비교

실시예	농도	시간/온도	CS (MPa)	DOL (㎛)
14A4	80%　K/20%　Na	16　hr/430℃	501.8	12.3
14B3	95%　K/5%　Na	7　hr/430℃	695.0	8.9

도 46은 실시예 14A4 및 14B3에 대한 낙하 결과를 나타낸다. 보다 낮은 중량 증가 및 적은 휨을 갖는 실시예 14B3는 실시예 14A4과 비슷한 180 그릿 및 30 그릿 상으로의 낙하 성능을 갖는 것으로 밝혀진다.

도 47은 이온-교환의 결과로서 휠 수 있는 유리 부분의 비스듬한 에지의 개략도를 도시한다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 점선은 도 48 및 49에 도시된 바와 같은 수직 및 수평 성분 스캔(scan)이 취해지는 일반적인 영역을 나타낸다.

도 48은 실시예 14B3에서 보다 낮은 Na₂O 농도를 갖는 유사한 조성 프로파일을 나타내는 2.5D 형상의 부분의 0.8 mm 두께 영역을 통해 마이크로프로브에 의해 얻어진 실시예 14A4 및 14B3에 대한 Na₂O 및 K₂O 조성 프로파일을 나타낸다. 이는 표 13에 개시된 중량 증가 데이터와 일치한다.

도 49는 표 14에 기술된 스케쥴에 대한 Na₂O 프로파일을 도 47에 도시된 수평 방향을 따라 나타낸다.

실시예 14B3는 파손 모드에 관하여 이점인 부분의 에지 주변에서 낮은 CS의 '라인드(rind)'를 유지한다. 또한, 장력이 발견되는 실시예 14B3의 에지 상의 점이 없다.

Claims (50)

1. 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법으로서, 상기 방법은:
   유리-계 기판의 두께(t)의 적어도 실질적인 부분을 따라 변화하는 0이 아닌 알칼리 금속 산화물 농도를 갖는 유리-계 제품을 형성하기 위해 다수의 알칼리 이온을 유리-계 기판 내로 이온 교환하는 단계를 포함하고,
   여기서 상기 이온 교환하는 단계는 소정의 시간 동안 용융된 염 욕 내에 상기 유리-계 기판을 침지(immerse)시키는 단계를 포함하며, 상기 소정의 시간은 동일한 용융된 염 욕 조성 및 온도로 피크(peak) 중심 장력(CT)을 제조하는 이온 교환 시간의 50% 내지 130% 범위 내의 시간이고, 여기서 상기 용융된 염 욕은:
   (a) 2.5:1 미만 및 (b) 상기 유리-계 기판 내의 (Li₂O+K₂O):Na₂O의 몰비를 초과하는 칼륨 염 대 나트륨 염의 중량비를 포함하고, 및 여기서 상기 유리-계 기판은:
   제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면;
   길이 치수(dimension)
   너비, 및
   중량을 포함하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 용융된 염 욕은 약 2 중량% 미만의 양의 리튬 염을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 두께는 약 2 mm 미만인 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 두께는 약 1 mm 미만인 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 두께는 약 0.8 mm인 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 칼륨 염은 KNO₃이고, 상기 나트륨 염은 NaNO₃이며, 및 상기 리튬 염은 LiNO₃이고, 이온 교환하는 단계 전과 비해 이온 교환하는 단계 후 1.6% 미만의 중량 증가가 있는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
   이온 교환하는 단계 전과 비교하여 이온 교환하는 단계 후 0.24% 미만의 상기 길이 치수의 변화가 있는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
   이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후 0.24% 미만의 상기 너비의 변화가 있는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유리-계 제품은 이온 교환하는 단계 전의 상기 유리 기판에 비해 이온 교환하는 단계 후에 200 ㎛ 미만 휘는(warp) 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼륨 염은 적어도 92 중량%의 양만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼륨 염은 적어도 94 중량%의 양만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼륨 염은 약 95 중량%의 양만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나트륨 염은 약 8 중량% 미만의 양만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나트륨 염은 약 6 중량% 미만의 양만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나트륨 염은 약 5 중량% 미만의 양만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
16. 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼륨 염은 적어도 약 90 중량%의 양만큼 존재하고 상기 나트륨 염은 약 10 중량% 이하의 양만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
17. 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼륨 염은 약 90 중량% 내지 약 97 중량% 범위의 양만큼 존재하고 상기 나트륨 염은 약 10 중량% 내지 약 3 중량% 범위의 양만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
18. 청구항 1 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 제품은 소정의 시간 동안 이온 교환되며, 여기서 상기 소정의 시간은 동일한 용융된 염 욕 조성 및 온도를 갖는 피크 중심 장력(CT)을 제조하는 이온 교환 시간의 70% 내지 130%의 범위 내의 시간인 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
19. 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 제품은 약 12시간 미만 동안 이온 교환되는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
20. 청구항 1 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 제품은 약 10시간 미만 동안 이온 교환되는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
21. 청구항 1 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    약 0.1% 내지 약 0.2% 범위의 이온 교환하는 단계 전에 비해 이온 교환하는 단계 후의 상기 길이 치수의 변화가 있는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
22. 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 칼륨 염을 포함하는 제2 용융된 염 욕 내에서의 제2 이온 교환을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
23. 청구항 1 내지 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 기판은 2.5D 또는 3D 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
24. 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 교환하는 단계는 1.3 mol% 미만의 상기 유리 기판의 중심점에서의 Na₂O 농도의 증가를 제조하는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
25. 청구항 1 내지 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 제품은 압축 응력 스파이크(spike), 및 층의 스파이크 깊이(DOL_spike)를 포함하며, 여기서 DOL_spike/t는 약 0.006 내지 약 0.014 범위 내인 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
26. 청구항 25에 있어서,
    DOL_spike/t는 약 0.008 내지 약 0.012 범위 내인 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
27. 청구항 1 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 제품은 리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
28. 청구항 1 내지 27 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 제품의 중심점에서의 상기 Na₂O 몰 농도는 상기 중심점에서의 상기 유리-계 제품의 총 알칼리 금속 산화물 몰 농도의 45% 미만인 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
29. 청구항 1 내지 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 제품의 중심점에서의 상기 Na₂O 농도는 4.5 mol% 미만인 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
30. 청구항 1 내지 29 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 제품은 71.5/√(t) 이상의 최대 중심 장력을 가지며, 여기서 상기 두께 t는 mm로 주어지는 것을 특징으로 하는 화학적으로 강화된 유리-계 제품을 형성하는 방법.
31. 청구항 1 내지 30 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 유리-계 제품.
32. 유리-계 제품으로서:
    제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면;
    0이 아니며 약 0·t 내지 적어도 약 0.3·t 범위의 두께를 따라 변화하는 이온-교환된 금속 산화물의 농도;
    Li₂O; 및
    Na₂O를 포함하고, 여기서 상기 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O 농도는 약 4.5 mol% 미만인 유리-계 제품.
33. 청구항 32에 있어서,
    상기 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O의 함량은 약 4.0 mol% 미만인 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
34. 청구항 32 또는 33에 있어서,
    상기 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O의 함량은 약 3.0 mol% 미만인 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
35. 유리-계 제품으로서:
    제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면;
    0이 아니며 약 0·t 내지 적어도 약 0.3·t 범위의 두께를 따라 변화하는 이온-교환된 금속 산화물의 농도; 및
    Na₂O를 포함하고, 여기서 상기 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O의 몰 농도는 상기 유리-계 제품의 중심점에서의 총 알칼리 금속 산화물 몰 농도의 약 45% 미만인 유리-계 제품.
36. 청구항 35에 있어서,
    상기 유리-계 제품의 중심점에서의 Na₂O의 몰 농도는 상기 유리-계 제품의 중심점에서의 총 알칼리 금속 산화물 몰 농도의 약 40% 미만인 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
37. 유리-계 제품으로서:
    제1 표면 및 두께(t)를 정의하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면;
    0이 아니며 약 0·t 내지 적어도 약 0.3·t 범위의 두께를 따라 변화하는 이온-교환된 금속 산화물의 농도; 및
    층의 압축 응력 스파이크 깊이(DOL_spike)를 포함하고,
    여기서 DOL_spike/t는 약 0.006 내지 약 0.014 범위 내인 유리-계 제품.
38. 청구항 37에 있어서,
    DOL_spike/t는 약 0.008 내지 약 0.012 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
39. 청구항 37 또는 38에 있어서,
    DOL_spike/t는 약 0.009 내지 약 0.011 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
40. 청구항 37 내지 39 중 어느 한 항에 있어서,
    DOL_spike/t는 약 0.01인 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
41. 청구항 32 내지 40 중 어느 한 항에 있어서,
    t는 약 0.03 mm 내지 약 1.3 mm 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
42. 청구항 32 내지 41 중 어느 한 항에 있어서,
    t는 약 0.8 mm인 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
43. 청구항 32 내지 42 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 제품은 약 300 MPa 이상의 표면 압축 응력(CS)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
44. 청구항 32 내지 43 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면 CS는 약 400 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
45. 청구항 32 내지 44 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 제품은 2.5D 또는 3D 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
46. 청구항 32 내지 45 중 어느 한 항에 있어서,
    Na₂O 농도는 상기 유리-계 제품의 중심에서 최소인 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
47. 청구항 32 내지 46 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 제품은 약 200 ㎛ 미만의 휨(warp)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
48. 강화된 유리-계 제품으로서:
    중심 장력 CT 하의 내부 영역;
    압축 응력 CS하의 적어도 하나의 압축 응력 층을 포함하고, 상기 압축 응력 층은 상기 유리-계 제품의 표면으로부터 압축 깊이 DOC까지 연장하며, 여기서 t < 0.5 mm인 경우 DOC ≥ 0.1·t이고 t ≥ 0.5 mm인 경우 DOC ≥ 50 ㎛이며, 상기 압축 응력 층은 상기 내부 영역과 인접하고,
    여기서 상기 강화된 유리-계 제품은 100 cm의 높이로부터 상기 유리의 표면 위에 위치된 30 그릿(grit) 사포 상으로의 10 mm의 직경을 갖는 4.2g 스테일레스 강철(steel) 볼을 사용하는 인버티드(inverted) 볼 낙하 테스트에 도입되었을 때 적어도 60%의 생존율을 가져 상기 사포와 상기 유리의 표면 사이에 100 ㎛ 에어 갭(air gap)이 있도록 하며, 여기서 상기 생존율은 적어도 5개의 샘플을 테스트하는 것에 기초하는, 강화된 유리-계 제품.
49. 청구항 48에 있어서,
    상기 강화된 유리-계 제품은 150 cm의 높이로부터의 상기 인버티드 볼 낙하 테스트에 도입될 때 적어도 60% 생존율을 갖는 것을 특징으로 하는 강화된 유리-계 제품.
50. 전면, 후면, 및 측면을 갖는 하우징(housing);
    적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 있는 전기 부품;
    상기 하우징의 전면에 또는 상기 하우징의 전면에 인접하게 있는 디스플레이; 및
    상기 디스플레이 위에 배치(dispose)된 커버 기판을 포함하고,
    여기서 상기 커버 기판 또는 하우징은 청구항 29 내지 49 중 어느 한 항의 유리-계 제품을 포함하는 장치.

Images