KR20210057084A - 개선된 파괴 저항성을 갖는 유리-계 물품 - Google Patents
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Abstract
개선된 파괴 저항성을 나타내는 유리-계 물품이 제공된다. 상기 유리-계 물품의 응력 프로파일 및 유리 조성물에 기여하는 성질들 사이의 관계는 개선된 파괴 저항성을 나타내도록 제공된다.
Description
본 출원은 2018년 9월 11일에 출원된, 미국 가출원번호 제62/729,735호의 우선권을 청구하며, 상기 내용은 그 전체가 참고로서 본원에 인용되고 혼입된다.
본 기재는 특히 전자 소자용 커버 유리로 사용하기에 적합한 유리-계 물품에 관한 것이다.
스마트폰, 테블릿, 휴대용 미디어 플레이어, 퍼스널 컴퓨터 및 카메라와 같은 휴대용 장치의 이동성은 지면과 같은, 딱딱한 표면 상에의 돌발적인 낙하에 이들 소자가 특히 취약하도록 한다. 이들 소자는 전형적으로 커버 유리를 혼입하며, 이는 딱딱한 표면과의 충격 시 손상을 입게될 수 있다. 많은 이들 소자에서, 상기 커버 유리는 디스플레이 커버로서 작용하며, 터치 기능성을 혼입할 수 있으며, 따라서 이들 소자의 사용은 커버 유리가 손상을 입는 경우 부정적인 영향을 받는다.
관련된 이동 소자가 딱딱한 표면 상에 낙하되는 경우, 커버 유리의 주요한 2가지 고장 모드가 존재한다. 상기 모드 중 하나는 굴곡 고장(flexure failure)으로, 이는 소자가 딱딱한 표면으로의 충격으로부터 동하중(dynamic load)에 투입되는 경우, 상기 유리의 굽힘에 의해 야기된다. 다른 모드는 예리한 접촉 고장으로서, 이는 유리 표면에 손상의 도입에 의해 야기된다. 거친 딱딱한 표면, 예를 들어, 아스팔트, 화강암에의 유리의 충격은 유리 표면에 예리한 압흔(indentation)으로 귀결될 수 있다. 이들 압흔은 균열이 전개되고 전파될 수 있는 유리 표면에서 고장 지점(site)이 된다.
유리는 이온-교환 기술에 의해 굴곡 고장에 대해 좀 더 저항성을 가질 수 있으며, 이온 교환 기술은 유리 표면에서 압축 응력을 도입하는 단계를 포함한다. 그러나, 상기 이온-교환된 유리는 예리한 접촉으로부터 유리 내의 국부적인 압흔에 의해 야기되는 높은 응력 농도에 기인하여, 동역학적 예리한 접촉에 여전히 취약할 것이다. 따라서, 이온-교환된 유리 물품은 유리 내에 저장된 에너지에 기인하여 다수의 파편 및/또는 가압된(energized) 파편으로 귀결되는 바람직하지 않은 파괴(fracture) 조건을 나타낼 것이다.
유리 제조자 및 휴대용 장치 제조업체들은 예리한 접촉 고장에 대한 휴대용 장치의 저항성을 개선하기 위하여 지속적인 노력을 기울이고 있다. 소자가 딱딱한 표면 상에 낙하되는 경우, 해결책은 커버 유리 상의 코팅으로부터 딱딱한 표면에 직접적인 충격으로부터 커버 유리를 보호하는 베젤까지 다양하다. 그러나, 심미적 그리고 기능적 요구에 대한 구속에 기인하여, 딱딱한 표면에의 충격으로부터 커버 유리를 완전히 보호하는 것은 상당히 어렵다.
또한, 이동 소자는 가능한 얇은 것이 바람직하다. 따라서, 강도에 덧붙여, 또한 이동 소자 내의 커버 유리로 사용될 유리는 가능한 얇은 것이 바람직하다. 따라서, 커버 유리의 강도를 증가시키는 것에 덧붙여, 박형 유리 시트와 같은, 박형 유리 물품을 제조할 수 있는 공정에 의해 형성될 수 있도록 유리가 기계적 특성을 갖는 것이 바람직하다.
따라서, 이온 교환과 같이, 강화될 수 있으며, 파괴 시 다수의 파편을 나타내지 않는 유리에 대한 요구가 존재한다.
관점 (1)에 따르면, 유리-계 물품이 제공된다. 상기 유리-계 물품은 제1의 표면; 제2의 표면; 및 제1의 표면에서부터 제1의 압축의 깊이 DOC1까지 연장하는 제1의 압축 영역, 제2의 표면에서부터 제2의 압축의 깊이 DOC2까지 연장하는 제2의 압축 영역, 및 DOC1에서부터 DOC2까지 연장하는 인장 영역을 갖는 응력 프로파일을 포함한다. 상기 인장 영역은 1.31 MPa·√(m) 이상 및 1.8·KIC 미만의 인장 응력 인자 KT를 가지며, 여기서 KIC는 상기 유리-계 물품의 중심과 동일한 조성물을 갖는 유리-계 기판의 파괴 인성이다.
관점 (2)에 따르면, 관점 (1)의 유리-계 물품이 제공되며, KT는 1.41 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (3)에 따르면, 관점 (1) 또는 (2)의 유리-계 물품이 제공되며, KT는 2.0 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (4)에 따르면, 관점 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, KT는 1.781·KIC 이하이다.
관점 (5)에 따르면, 관점 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, KIC는 0.67 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (6)에 따르면, 관점 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, KIC는 1.3 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (7)에 따르면, 관점 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 알카리 알루미노실리케이트를 포함한다.
관점 (8)에 따르면, 관점 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 제1 및 제2의 표면으로부터 각각 측정된 바에 따라, DOC1 = DOC2이다.
관점 (9)에 따르면, 관점 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 상기 유리-계 물품은 비-취성(non-frangible)이다.
관점 (10)에 따르면, 소비자 전자 제품이 제공된다. 상기 소비자 전자 제품은 전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징; 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 부품, 상기 전기 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에 또는 그 부근에 있음; 및 상기 디스플레이에 걸쳐 배치된 커버 기판을 포함한다. 상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 부분이 관점 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 유리-계 물품을 포함한다.
관점 (11)에 따르면, 유리-계 물품이 제공된다. The 유리-계 물품은 표면; 및 표면에서부터 압축의 깊이 DOC까지 연장하는 압축 영역, 및 인장 영역을 갖는 응력 프로파일을 포함한다. 상기 인장 영역은 1.31 MPa·√(m) 이상 및 KT limit 이하의 인장 응력 인자 KT 를 가지며, 여기서 KT limit는 다음과 같이 정의되며:
여기서, KIC 는 상기 유리-계 물품의 중심과 동일한 조성물을 갖는 유리-계 기판의 파괴 인성이며, t 는 유리-계 물품의 두께이다.
관점 (12)에 따르면, 관점 (11)의 유리-계 물품이 제공되며, KT 는 1.41 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (13)에 따르면, 관점 (11) 또는 (12)의 유리-계 물품이 제공되며, KT 는 2.0 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (14)에 따르면, 관점 (11) 내지 (13) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 
는 0.12를 초과한다.
관점 (15)에 따르면, 관점 (11) 내지 (14) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 
는 0.18을 초과한다.
관점 (16)에 따르면, 관점 (11) 내지 (15) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, KIC 는 0.67 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (17)에 따르면, 관점 (11) 내지 (16) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, KIC 는 1.3 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (18)에 따르면, 관점 (11) 내지 (17) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 알카리 알루미노실리케이트를 포함한다.
관점 (19)에 따르면, 관점 (11) 내지 (18) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 상기 유리-계 물품은 비-취성이다.
관점 (20)에 따르면, 소비자 전자 제품이 제공된다. 상기 소비자 전자 제품은 전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징; 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 부품, 상기 전기 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에 또는 그 부근에 있음; 및 상기 디스플레이에 걸쳐 배치된 커버 기판을 포함한다. 상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 부분이 관점 (11) 내지 (19) 중 어느 하나의 유리-계 물품을 포함한다.
관점 (21)에 따르면, 유리-계 물품이 제공된다. 상기 유리-계 물품은 제1의 표면; 제2의 표면; 및 제1의 표면에서부터 제1의 압축이 깊이 DOC1까지 연장하는 제1의 압축 영역, 제2의 표면에서부터 제2의 압축의 깊이 DOC2까지 연장하는 제2의 압축 영역, 및 DOC1에서부터 DOC2및 까지 연장하는 인장 영역을 갖는 응력 프로파일을 포함한다. 여기서 상기 인장 영역은 1.31 MPa·√(m) 이상 및 KT limit 이하의 인장 응력 인자 KT 를 가지며, 여기서 KT limit는 다음과 같이 정의되며:
여기서 KIC 는 상기 유리-계 물품의 중심과 동일한 조성물을 갖는 유리-계 기판의 파괴 인성이며, t 는 유리-계 물품의 두께이고, DOC1 및 DOC2 는 상기 제1의 표면으로부터 측정된다.
관점 (22)에 따르면, 관점 (21)의 유리-계 물품이 제공되며, KT 는 1.41 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (23)에 따르면, 관점 (21) 또는 (22)의 유리-계 물품이 제공되며, KT 는 2.0 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (24)에 따르면, 관점 (21) 내지 (23) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, KT 는 0.95·KT limit 이하이다.
관점 (25)에 따르면, 관점 (21) 내지 (24) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, KT 는 0.85·KT limit 이하이다.
관점 (26)에 따르면, 관점 (21) 내지 (25) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, KIC 는 0.67 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (27)에 따르면, 관점 (21) 내지 (26) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, KIC 는 1.3 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (28)에 따르면, 관점 (21) 내지 (27) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 알카리 알루미노실리케이트를 포함한다.
관점 (29)에 따르면, 관점 (21) 내지 (28) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, DOC1 = t-DOC2이다.
관점 (30)에 따르면, 관점 (21) 내지 (29) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 상기 유리-계 물품은 비-취성이다.
관점 (31)에 따르면, 소비자 전자 제품이 제공된다. 상기 소비자 전자 제품은 전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징; 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 부품, 상기 전기 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에 또는 그 부근에 있음; 및 상기 디스플레이에 걸쳐 배치된 커버 기판을 포함한다. 상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 부분이 관점 (21) 내지 (30) 중 어느 하나의 유리-계 물품을 포함한다.
관점 (32)에 따르면, 유리-계 물품이 제공된다. 상기 유리-계 물품은 표면; 및 표면으로부터 압축의 깊이 DOC까지 연장하는 압축 영역, 및 인장 영역을 갖는 응력 프로파일을 포함한다. 상기 압축 영역은 압축-응력 인자 KCS를 가지며, 상기 인장 영역은 1.31 MPa·√(m) 이상의 인장 응력 인자 KT 를 가지며, 그리고:
여기서 KIC 는 상기 유리-계 물품의 중심과 동일한 조성물을 갖는 유리-계 기판의 파괴 인성이다.
관점 (33)에 따르면, 관점 (32)의 유리-계 물품이 제공되며, 
이다.
관점 (34)에 따르면, 관점 (31) 내지 (33) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 
이다.
관점 (35)에 따르면, 관점 (32) 내지 (34) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, KT 는 1.41 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (36)에 따르면, 관점 (32) 내지 (35) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, KT 는 2.0 MPa·√(m) 이상이다.
관점 (37)에 따르면, 관점 (32) 내지 (36) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 알카리 알루미노실리케이트를 포함한다.
관점 (38)에 따르면, 관점 (32) 내지 (37) 중 어느 하나의 유리-계 물품이 제공되며, 상기 유리-계 물품은 비-취성이다.
관점 (39)에 따르면, 소비자 전자 제품이 제공된다. 상기 소비자 전자 제품은 전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징; 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 부품, 상기 전기 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에 또는 그 부근에 있음; 및 상기 디스플레이에 걸쳐 배치된 커버 기판을 포함한다. 상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 부분이 관점 (32) 내지 (38) 중 어느 하나의 유리-계 물품을 포함한다.
부가적인 특징 및 이점이 다음의 상세한 설명에서 서술될 것이며, 부분적으로는 상세한 설명에 이어지는 청구항 및 첨부된 도면을 포함하는, 본원에 기재된 구현 예를 실시함으로써 인식되거나 또는 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 다양한 구현 예를 기재하며, 청구된 주제의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개관 또는 틀을 제공하기 위하여 의도된다는 점이 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 다양한 구현 예의 추가적인 이해를 제공하기 위하여 포함되며, 본 명세서의 일부를 구성하며 혼입된다. 도면은 청구된 주제의 원리 및 작동을 설명하기 위하여 주어진 설명과 함께 본원에 기재된 다양한 구현 예를 예시한다.
도 1은 취성 시험 후 비-취성 샘플을 나타낸 도면이며;
도 2는 취성 시험 후 취성 샘플을 나타낸 도면이며;
도 3은 파괴 인성 KIC을 결정하기 위하여 사용된 샘플의 개략적인 도면 및 단면도이고,
도 4는 본원에 기재되고 기술된 구현 예에 따른 표면 상에 압축 응력 층을 갖는 유리-계 물품의 단면 섹션을 개략적으로 나타낸 도면이며;
도 5는 다양한 조성물에 대하여 인장 응력 인자 KT의 함수로서 균열 분점 당 분기(bifurcation)를 도시한 도면이며;
도 6은 파괴 인성 KIC의 함수로서 도 5의 조성물에 대하여 KT의 취성 한계 값을 도시한 도면이며;
도 7은 다양한 두께 및 이온 교환 처리를 갖는 조성물 2의 샘플에 대하여 KT의 함수로서 파괴 후 파편의 수를 도시한 도면이며;
도 8은 조성물 2의 샘플에 대하여 DOC/t의 함수로서 최대 비-취성 KT의 제곱을 도시한 도면이며;
도 9는 BTZ/t의 함수로서 도 8로부터의 데이터를 나타낸 도면이며;
도 10은 압축 응력 영역 내에서 응력 제곱의 총합 상의 데이터와의 결합 후 도 7 및 8로부터의 데이터를 도시한 도면이며, 여기서 KT 및 KCS 는 각각 인장 및 압축 응력 인자이며;
도 11은 압축 응력 영역 내의 응력의 제곱의 총합 상의 데이터와의 결합 후 도 7 및 8로부터의 데이터를 도시한 도면이며, 여기서 KTn 및 KCSn 은 각각 파괴 인성에 대해 표준화된 인장 및 압축 응력 인자이며;
도 12a는 본원에 기재된 임의의 유리-계 물품을 혼입한 예시적인 전자 소자의 평면도이며; 그리고
도 12b는 도 12a의 예시적인 전자 소자의 사시도이다.
도 2는 취성 시험 후 취성 샘플을 나타낸 도면이며;
도 3은 파괴 인성 KIC을 결정하기 위하여 사용된 샘플의 개략적인 도면 및 단면도이고,
도 4는 본원에 기재되고 기술된 구현 예에 따른 표면 상에 압축 응력 층을 갖는 유리-계 물품의 단면 섹션을 개략적으로 나타낸 도면이며;
도 5는 다양한 조성물에 대하여 인장 응력 인자 KT의 함수로서 균열 분점 당 분기(bifurcation)를 도시한 도면이며;
도 6은 파괴 인성 KIC의 함수로서 도 5의 조성물에 대하여 KT의 취성 한계 값을 도시한 도면이며;
도 7은 다양한 두께 및 이온 교환 처리를 갖는 조성물 2의 샘플에 대하여 KT의 함수로서 파괴 후 파편의 수를 도시한 도면이며;
도 8은 조성물 2의 샘플에 대하여 DOC/t의 함수로서 최대 비-취성 KT의 제곱을 도시한 도면이며;
도 9는 BTZ/t의 함수로서 도 8로부터의 데이터를 나타낸 도면이며;
도 10은 압축 응력 영역 내에서 응력 제곱의 총합 상의 데이터와의 결합 후 도 7 및 8로부터의 데이터를 도시한 도면이며, 여기서 KT 및 KCS 는 각각 인장 및 압축 응력 인자이며;
도 11은 압축 응력 영역 내의 응력의 제곱의 총합 상의 데이터와의 결합 후 도 7 및 8로부터의 데이터를 도시한 도면이며, 여기서 KTn 및 KCSn 은 각각 파괴 인성에 대해 표준화된 인장 및 압축 응력 인자이며;
도 12a는 본원에 기재된 임의의 유리-계 물품을 혼입한 예시적인 전자 소자의 평면도이며; 그리고
도 12b는 도 12a의 예시적인 전자 소자의 사시도이다.
다양한 구현 예에 따른 유리-계 물품에 대하여 참조가 상세히 이루어질 것이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "유리-계"는 유리 또는 유리-세라믹 조성물과 같은, 유리를 포함하며, 여기서 유리-세라믹은 하나 이상의 결정질 상 및 잔여 유리 상을 포함한다. 일반적으로, "유리-계 기판"은 이온 교환 전의 물품을 나타내며, "유리-계 물품"은 이온 교환된 물품을 나타낸다.
상기 유리-계 물품은 개선된 낙하 성능을 나타내는 한편 또한 다수의 파편을 생산하는 파괴 조건을 나타내지 않는다. 이러한 품질은 전자 소자, 특히 사용 동안 유리-계 물품에 파괴를 야기하는 조건에 투입될 수 있는 이동 전자 소자에 사용하기에 특히 적합한 유리-계 물품을 제조한다. 상기 유리-계 물품은 유리-계 물품의 표면으로부터 압축의 깊이까지 연장하는 압축 응력 층을 포함한다.
유리 조성물에 기여가능한 특정 성질 및 유리-계 물품의 응력 프로파일에 기여가능한 성질의 특정 조합의 효과는 전자 소자에 사용하기위한 유리-계 물품을 선택하는 경우 전체로서 고려될 수 있다. 이온 교환된 유리-계 물품의 거동을 다르게 진술하는 것은 유리-계 물품을 형성하기 위하여 이온 교환에 투입되는 유리-계 기판의 조성물과 관련된 인자 및 이온 교환 공정에 의해 생산된 응력 프로파일에 기여가능한 인자에 기여할 수 있다.
유리-계 물품이 이온 교환에 의해서와 같이, 화학적으로 강화되는 정도는 좀 더 큰 파괴 저항성을 추구하여 증가하므로, 유리-계 물품이 종종 취성으로 언급되는 큰 수의 파편을 생산하는 바람직하지 않은 파괴 조건을 나타낼 위험이 증가한다. 이전에, 강화된 유리 내의 취성을 방지하기 위한 기준은 강화된 유리-계 물품의 최대 중심 장력(CT), 저장된 변형 에너지(SSE) 또는 인장-응력 인자(KT)를 한정하는 것에 기반하였다. 그러나, 이러한 한정들은 보편적으로 적용 가능하지 않다. 본원에서는 유리-계 물품의 취성, 특히 기존의 유리-계 물품보다 좀 더 높은 파괴 인성 및/또는 두께에 대한 압축의 깊이를 갖는 유리-계 물품의 취성을 결정하는 신규 기준이 기재된다. 이들 기준은 파괴 인성 및 영률과 같은 유리-계 물품을 형성하는데 사용되는 유리-계 기판의 성질, 및 압축의 깊이 및 인장-응력 인자와 같은 응력 프로파일의 성질 사이의 관계에 기반한다. 부가적으로, 이들 기준은 일부 구현 예에서 유리-계 물품의 파괴(destruction) 없이 적용될 수 있으며, 따라서 품질 제어 적용에 사용되는 것을 가능하게 한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 유리-계 물품은 취성 시험의 결과로서 시험 영역에서 다음 중 적어도 하나를 나타내는 경우, "비-취성"으로 고려된다: (1) 적어도 1 mm의 가장 큰 치수를 갖는 4개 이하의 파편, 및/또는 (2) 분기의 수가 균열 분점(crack branch) 당 1.5 분기 이하임. 상기 파편, 분기, 및 균열 분점은 충격 지점 상에 중심을 둔 임의의 5 cm × 5 cm 정사각형에 기반하여 계산된다. 따라서, 유리는 파손(breakage)이 후술된 과정에 따라 생성되는 충격 지점 상에 중심을 둔 임의의 5 cm × 5 cm 정사각형에 대해서 시험 (1) 및 (2) 중 하나 또는 둘 모두를 만족시키는 경우 비-취성으로 고려된다. 취성 시험에서, 충격 프로브는 연속적인 접촉 반복에서 증가하는 유리 내로 충격 프로브가 연장하는 깊이로 유리와 접촉된다. 상기 충격 프로브의 깊이에서의 단계적 증가는 유리의 취성 거동의 정확한 결정을 방해할 수 있는 과도한 외부힘의 적용을 방지하는 한편 충격 프로브에 의해 생산된 흠이 인장 영역에 다다르는 것을 가능하게 한다. 상기 유리-계 물품은 Newport Corporation으로부터 입수 가능한 MVN 정밀 수직 스테이지(precision vertical stage)와 같은 강철 표면 상에 위치된다. 상기 충격 프로브는 탄화 텅스텐 팁을 갖는 스타일러스(60도 반-구의 팁을 갖는, 제조업체 식별 번호 #13-378 및 상품명 TOSCO® 하에, Fisher Scientific Industries로부터 입수 가능함)이며, 40 g의 무게를 가지며, 상하로 상기 스타일러스를 이동시키는 기어 구동 방식 상의 클램프에 연결된다. 일 구현 예에서, 상기 유리 내의 충격 프로브 상의 깊이는 각 반복 사이에 유리와의 접촉을 제거하는 충격 프로브로, 각 반복에서 약 5 ㎛에 의해 증가될 수 있다. 상기 시험 면적(test area)은 상기 충격 지점에 중심이 있는 임의의 5 cm × 5 cm 정사각형이다. 도 1은 비-취성 시험 결과를 도시한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 시험 면적은 상기 충격 지점(135)에서 중심에 있는 정사각형이며, 여기서 정사각형 d의 측면의 길이는 5 cm이다. 도 1에 나타낸 비-취성 샘플은 3개의 파편(142) 및 2개의 균열 분점(140) 및 단일 분기(150)를 포함한다. 따라서, 도 1에 나타낸 비-취성 샘플은 적어도 1 mm의 가장 큰 치수를 갖는 4 파편 미만을 함유하며, 분기의 수는 균열 분점의 수 이하이다(균열 분점 당 0.5 분기). 본원에서 사용되는 바와 같이, 균열 분점은 충격 지점에서 유래하며, 파편은 상기 파편의 임의의 부분이 시험 면적 내로 연장하는 경우 시험 면적 내에 있는 것으로 고려된다. 코팅, 접착층 및 그 유사물이 본원에 기술된 강화된 유리-계 물품과 함께 사용될 수 있는 한편, 이러한 외적 규제는 유리-계 물품의 취성 또는 취성 거동을 결정하는데 사용되지 않는다. 일부 구현 예에서, 유리-계 물품의 파괴 거동에 영향을 주지 않는 필름이 유리-계 물품으로부터의 파편의 분출을 방지하기 위하여 취성 시험 전에 유리-계 물품에 적용될 수 있으며, 이로써 시험을 수행하는 사람의 안전을 증가시킨다.
취성 샘플이 도 2에 도시된다. 상기 취성 샘플은 적어도 1 mm의 가장 큰 치수를 갖는 6개의 파편(142)을 포함한다. 도 2에 도시된 샘플은 2개의 균열 분점(140) 및 4개의 분기(150)를 포함하며, 이는 균열 분점보다 더욱 많은 분기를 생산한다(균열 분점 당 2개의 분기). 따라서, 도 2에 도시된 샘플은 균열 분점 당 1.5 분기 이하 또는 4개 이하의 파편을 나타내지 않는다. 도 1 및 2는 충격 지점(135)으로부터 유래하는 2개의 균열 분점(140)을 포함하는 한편, 2개 초과의 균열 분점이 3 이상의 균열 분점과 같은, 충격 지점에서 유래할 수 있다는 점이 이해된다.
본원에 기술된 취성 시험에서, 상기 충격은 강화된 유리 물품 내에 존재하는 내부적으로 저장된 에너지를 방출하는데 단지 충분한 힘으로 유리 물품의 표면에 전달된다. 즉, 상기 지점 충격 힘은 강화된 유리 시트의 표면에서 적어도 하나의 새로운 균열을 생성하고 상기 압축 응력 CS 영역을 통해서(즉, 압축의 깊이를 지나서) 균열을 중심 인장 영역 내로 연장하기에 충분하다.
따라서, 본원에 기술된 유리-계 물품은 "비-취성"이다 - 즉, 이들은 예리한 대상에 의해 충격을 받는 경우 상술한 바와 같은 취성 거동을 나타내지 않는다.
이전에, 화학적으로 강화된 유리-계 물품에 대해서 가장 폭넓게 적용 가능한 경험적 취성 한계는 강화된 유리-계 물품의 인장 영역에서 저장된 인장-변형 에너지에 기반하였다. 본원에서 사용되는 바에 따라, 용어 인장-변형 에너지 (TSE)는 유리-계 물품 시트(1 제곱미터)의 단위 면적의 인장 구역(zone) 내에 저장된 에너지를 나타낸다. 상기 TSE 한계는 약 18 J/m2으로 관찰되었으며, 여기서 상기 유리-계 물품의 표면에 평행한, 상기 각각 2개의 상호 직교하는 치수 x 및 y는 약 9 J/m2의 비축(budget)이 허용된다. 치수(x 및 y) 당 TSE는 다음과 같이 주어진다:
여기서 E는 영률이며, ν는 푸아송 비(Poisson's ratio)이며, DOC1 은 제1의 압축의 깊이이며, DOC2 는 제2의 압축의 깊이이며, z 는 두께 방향에서의 위치이며, σx 및 σy는 유리-계 물품의 2-차원 공간을 정의하는 대응하는 x 및 y 축의 방향에서, 상기 유리-계 물품 표면에 평한한 평면에서 응력 장근의 요소(component)이다. 상기 유리-계 물품 시트의 면적의 내부에서 이들 면내(in-plane) 응력의 2개의 요소는 대략 동일하며, 따라서 이들 각각은 대략 동일한 변형 에너지를 운반하며, 18 J/m2의 총 인장-변형 에너지에 대한 취성 한계가 면내 응력의 단일 요소, 예를 들어, σx에 대해서 9 J/m2의 한계에 의해 대체될 수 있다.
관련된 접근에서, 취성 한계는 응력-강도 인자의 단위, 예를 들어, 
을 갖는, KT로 표지된 양의 항목으로 이전에 정의되었다. 본원에서 기술되는 바와 같이, 양(quantity) KT 는 다음의 식에 의해 주어지는 인장-응력 인자이다:
여기서 σ는 면내 요소 중 하나에 의해 나타나며(상기 면내 요소는 동일할 것으로 추측되므로), z 는 두께 방향에서의 위치이다. 
의 단위에서 KT의 값을 얻기 위하여, 상기 적분 하의 응력 값은 MPa로 나타내야 하는 한편, 두께 위치 스케일 z는 m이어야 한다.
미국 특허번호 제9,604,876 B2호는 표 2에서 1.4 
이상의 KT를 갖는 샘플은 파괴되는 경우 다수의 파편을 생산하는 한편, 1.3 
이하의 KT를 갖는 샘플은 과도한 파편을 생산하지 않음을 기재하고 있다. 동시에, 상기 인장 구역 내의 최대 중심 장력(CT)은 크게 파편화된 예에 대해서 74 MPa 및 72 MPa이었고, 다른 모든 예에서 68 MPa를 초과하지 않았다. 화학 강화의 전형적인 대부분의 경우에서, 상기 CT는 유리 시트의 두께의 중간에 있다는 점이 주지되어야 한다. 이들 예들은 E. Bouyne 및 O. Gaume, "Fragmentation of thin chemically tempered glass plates" Glass Technology 2002, 43C, pp. 300-302에 의한 출판물과 대략 일치하며, 여기서 파편화의 큰 정도는 KT의 증가하는 값으로서 보고되며, 1.4 
이상의 KT를 갖는 모든 샘플은 큰 수의 파편을 생산하였다(5 cm x 5 cm 정사각형 면적에서 적어도 5).
본원에서 사용되는 바에 따라, "취성 한계"는 유리-계 물품이 과도한 파편화(취성)를 나타내고, 상기 유리-계 물품이 과도한 파편화를 나타내지 않는(비-취성) 조건 사이의 경계를 나타낸다. 상기 취성 한계에서의 조건은 파편화의 정도와 관련되어 나타나는 인장-변형 에너지 TSE 또는 인장-응력 인자 KT와 같은 파라미터의 임계(취성-한계) 값의 항목으로 표현될 수 있다. 상기 총 인장-변형 에너지(변형의 x 및 y 치수 모두에 대해서 계산되는)는 다음 식에 의해서 단일 응력 요소 (x 또는 y)에 대해 측정된 인장-변형 인자 KT와 관련된다:
x 및 y를 따라 응력 요소가 실질적으로 다르고 측정될 수 있는 경우, 각각의 치수에 저장된 인장-변형 에너지는 다음과 같이 개별적으로 계산될 수 있다:
상기 TSE의 취성 한계 값 및 본원에 기재된 KT는 상기 유리-계 기판의 파괴 인성과 같은 물질 성질에, 그리고 상기 유리-계 물품의 두께에 대한 압축의 깊이의 비와 같은, 응력 프로파일의 파라미터에 적어도 부분적으로 좌우된다. 다르게 말하면, 본원에 기술된 취성 한계는 이전의 취성 결정에서 고려되지 않았던 파괴 인성을 참작한다.
일반적으로, 상기 유리-계 물품의 중심에서 조성물과 동일한 조성물을 갖는 유리를 언급하는 본원에 기술된 성질은 이온 교환되어 유리-계 물품을 형성하는 유리-계 기판의 조성물에 좌우된다. 실제, 상기 유리-계 물품의 중심에서의 조성물은 당해 분야에 알려진 기술에 의해 측정될 수 있으며, 상기 측정된 조성물을 갖는 유리 조성물의 파괴 인성 (KIC) 및 영률 (E) 값이 측정될 수 있다. 부가적으로, 상기 유리-계 물품의 중심은 이온 교환 공정에 의해 영향받지 않거나 또는 최소한으로 영향을 받으며, 따라서 상기 유리-계 물품의 중심에서의 조성물은 상기 유리-계 기판의 조성물과 실질적으로 동일하거나 또는 동일하다. 이러한 이유에서, 상기 유리-계 물품의 중심에서 조성물을 갖는 유리 조성물의 다른 값 중 KIC 및 E 값은 이온 교환 처리 전에 유리-계 기판의 이들 성질을 측정함으로써 결정될 수 있다.
상기 유리-계 물품의 성질이 이제 논의될 것이다. 이들 성질들은 상기 유리-계 물품의 유리-계 조성물 또는 응력 프로파일의 요소 양을 변형함으로써 달성될 수 있다.
본 구현 예에 따른 유리-계 물품을 형성하는데 사용되는 조성물은 높은 파괴 인성 (KIC)을 갖는다. 일부 구현 예에서, 상기 유리-계 물품을 형성하는데 사용되는 조성물은 0.67 
이상의 a KIC 값을 나타내며, 가령 0.68 
이상, 0.69 
이상, 0.70 
이상, 0.71 
이상, 0.72 
이상, 0.73 
이상, 0.74 
이상, 0.75 
이상, 0.76 
이상, 0.77 
이상, 0.78 
이상, 0.79 MPa m0.5 이상, 0.80 MPa m0.5 이상 이상, 0.81 
이상, 0.82 
이상, 0.83 
이상, 0.84 
이상, 0.86 
이상, 0.87 
이상, 0.88 
이상, 0.89 
이상, 0.90 
이상, 0.91 
이상, 0.92 
이상, 0.93 
이상, 0.94 
이상, 0.95 
이상, 0.96 
이상, 0.97 
이상, 0.98 
이상, 0.99 
이상, 1.00 
이상, 1.01 
이상, 1.02 
이상, 1.03 
이상, 1.04 
이상, 1.05 
이상, 1.06 
이상, 1.07 
이상, 1.08 
이상, 1.09 
이상, 1.10 
이상, 1.11 
이상, 1.12 
이상, 1.13 
이상, 1.14 
이상, 1.15 
이상, 1.16 
이상, 1.17 
이상, 1.18 
이상, 1.19 
이상, 1.20 
이상, 1.21 
이상, 1.22 
이상, 1.23 
이상, 1.24 
이상, 1.25 
이상, 1.26 
이상, 1.27 
이상, 1.28 
이상, 1.29 
이상, 1.30 
이상, 1.31 
이상, 1.32 
이상, 1.33 
, 또는 1.34 
이상의 KIC 값을 나타낸다. 구현 예에서, 상기 유리-계 물품을 형성하는데 사용되는 조성물은 0.67 
이상 내지 1.34 
이하의 KIC 값, 가령 0.68 
이상 내지 1.33 
이하, 0.70 
이상 내지 1.32 
이하, 0.72 
이상 내지 1.31 
이하, 0.74 
이상 내지 1.30 
이하, 0.76 
이상 내지 1.29 
이하, 0.78 
이상 내지 1.28 
이하, 0.80 
이상 내지 1.27 
이하, 0.82 
이상 내지 1.26 
이하, 0.84 
이상 내지 1.25 
이하, 0.85 
이상 내지 1.24 
이하, 0.86 
이상 내지 1.23 
이하, 0.87 
이상 내지 1.22 
이하, 0.88 
이상 내지 1.21 
이하, 0.89 
이상 내지 1.20 
이하, 0.90 
이상 내지 1.19 
이하, 0.91 
이상 내지 1.18 
이하, 0.92 
이상 내지 1.17 
이하, 0.93 
이상 내지 1.16 
이하, 0.94 
이상 내지 1.15 
이하, 0.95 
이상 내지 1.14 
이하, 0.96 
이상 내지 1.13 
이하, 0.97 
이상 내지 1.12 
이하, 0.98 
이상 내지 1.11 
이하, 0.99 
이상 내지 1.10 
이하, 1.00 
이상 내지 1.09 
이하, 1.01 
이상 내지 1.08 
이하, 1.02 
이상 내지 1.07 
이하, 1.03 
이상 내지 1.06 
이하, 1.04 
이상 내지 1.05 
이하, 및 이들 사이의 모든 범위 및 서브-범위를 포함하는 KIC 값을 나타낸다. 일부 구현 예에서, 상기 유리-계 물품을 형성하는데 사용되는 조성물은 0.90 
이상의 KIC 값을 나타낸다. 일부 구현 예에서, 상기 유리-계 물품을 형성하는데 사용되는 조성물은 1.5 
이하의 KIC 값을 나타낸다.
본원에서 사용되는 바와 같이, KIC 파괴 인성은 양외팔보(double cantilever beam) (DCB) 방법에 의해 측정된다. 상기 KIC 값은 유리-계 물품을 형성하기 위하여 이온 교환되기 전에 유리-계 기판 상에서 측정되었다. 상기 DCB 시료 기하학적 구조는 균열 길이 a, 적용된 하중 P, 단면적 치수 w 및 2h, 및 균열-가이딩 그루브의 두께 b인, 중요 파라미터와 함께 도 3에 도시된다. 상기 샘플은 샘플의 전체 두께로 폭 2h = 1.25 cm 및 w = 0.3 mm 내지 1 mm의 두께 범위인 직사각형으로 절단되며, 이는 5 cm에서 10 cm까지 변화하는, 임계 치수가 아니다. 다이아몬드 드릴로 양 단부 상에서 홀이 드릴되어 샘플 홀더에 그리고 하중에 샘플을 부착하기 위한 수단을 제공하였다. 균열 "가이딩 그루브"는 다이아몬드 블레이드를 갖는 웨이퍼 다이싱 톱을 사용하여 양 평평한 면 상에서 샘플의 길이 아래로 절단되어 총 플레이트 두께(도 3의 치수 b)의 대략 절반이고 상기 블레이드 두께에 대응하는 180 ㎛의 높이를 갖는, 물질의 "웹"을 남겼다. 상기 다이싱 톱의 높은 정밀 치수 공차는 최소의 샘플-대-샘플의 변동을 허용한다. 상기 다이싱 톱은 또한 a = 15 mm인 초기 균열을 절단하는데 사용되었다. 상기 최종 작업의 결과로서, 물질의 매우 얇은 웨지가 샘플 내에 좀 더 용이한 균열 개시를 허용하는 균열 팁(블레이드 곡률에 따라) 부근에서 생성되었다. 상기 샘플은 상기 샘플의 맨 아래 홀 내에 강철 와이어를 갖는 금속 샘플 홀더 내에 마운트되었다. 상기 샘플은 또한 낮은 로딩 조건 하에 상기 샘플 수준을 유지하기 위하여 맞은편 단부 상에 지지되었다. 하중 셀(FUTEK, LSB200)과 일렬로 있는 스프링은 상부 홀에 갈고리로 걸려진 후, 로프 및 고정밀 슬라이드를 사용하여 점진적으로 하중을 적용하도록 연장되었다. 균열은 디지털 카메라 및 컴퓨터에 부착된 5 ㎛ 해상도를 갖는 현미경을 사용하여 모니터되었다. 적용된 응력 세기 KP는 다음의 수학식을 사용하여 계산되었다:
각 샘플에 대해서, 균열은 상기 웹의 팁에서 먼저 개시되었고, 다음으로 치수의 비 a/h가 응력 세기를 정확하게 계산하기 위하여 상기 식에 요구되는, 1.5를 초과할 때까지 첫 균열이 조심스럽게 임계-미만으로 성장되었다. 상기 지점에서, 균열 길이 a가 측정되어 5 ㎛ 해상도를 갖는 이동 현미경을 사용하여 기록되었다. 톨루엔의 낙하는 다음으로 균열 그루브 내로 위치되어 모세관힘에 의해 그루브의 전길이를 따라 흡수되었고, 파괴 인성이 다다를 때까지 움직임으로부터 균열을 고정하였다. 다음으로 샘플 파괴가 일어날 때까지 하중이 증가되었고, 임계 응력 세기 KIC가 측정 방법에 기인하여 KIC와 균등한 K P 를 갖는, 고장 하중 및 샘플 치수로부터 계산되었다.
상기 유리-계 물품을 형성하기 위하여 사용된 유리 조성물의 영률 (E)는 유리-계 물품의 낙하 성능과 부정적인 관련성을 갖는다. 구현 예에서, 상기 유리-계 물품을 형성하는데 사용된 조성물은 60 GPa 이상 120 GPa 이하, 가령, 62 GPa 이상 115 GPa 이하, 64 GPa 이상 113 GPa 이하, 66 GPa 이상 112 GPa 이하, 68 GPa 이상 111 GPa 이하, 70 GPa 이상 110 GPa 이하, 72 GPa 이상 109 GPa 이하, 74 GPa 이상 108 GPa 이하, 76 GPa 이상 107 GPa 이하, 78 GPa 이상 106 GPa 이하, 80 GPa 이상 105 GPa 이하, 82 GPa 이상 104 GPa 이하, 84 GPa 이상 103 GPa 이하, 86 GPa 이상 102 GPa 이하, 88 GPa 이상 101 GPa 이하, 90 GPa 이상 100 GPa 이하, 91 GPa 이상 99 GPa 이하, 92 GPa 이상 98 GPa 이하, 93 GPa 이상 97 GPa 이하, 94 GPa 이상 96 GPa 이하, 또는 95 GPa, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브-범위의 영률 (E)을 나타낸다. 구현 예에서, 상기 유리-계 물품을 형성하는데 사용되는 조성물은 80 GPa 이상 및 120 GPa 이하의 영률 (E)을 나타낸다. 일부 구현 예에서, 상기 유리-계 물품을 형성하는데 사용되는 조성물은 120 MPa 이상의 열률 (E)을 가질 수 있다. 본 기재에서 언급된 영률 값은 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic 및 Non-metallic Parts." 명칭의 ASTM E2001-13에 서술된 일반적인 형태의 공명 초음파 분광법에 의해 측정된 바와 같은 값을 나타낸다.
상기 유리-계 물품은 어느 적합한 두께를 가질 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리-계 물품은 0.2 mm 이상 내지 2.0 mm 이하, 가령 0.3 mm 이상 내지 1.0 mm 이하, 0.4 mm 이상 내지 0.9 mm 이하, 0.5 mm 이상 내지 0.8 mm 이하, 0.6 mm 이상 내지 0.7 mm 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브-범위의 두께(t)를 가질 수 있다.
본 기재에서 언급된 푸아송 비 값은 명칭 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic 및 Non-metallic Parts."으로 ASTM E2001-13에 서술된 일반적인 형태의 공명 초음파 분광법 기술에 의해 측정된 바에 따른 값을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 상기 유리-계 물품은 이에 한정되는 것은 아니나 디스플레이 커버 또는 전자 소자 하우징용 물품과 같은 적용을 위한 내손상성을 갖는 유리를 제조하는, 이온 교환과 같은 것에 의해 강화된다. 도 4를 참조하면, 상기 유리-계 물품은 상기 유리-계 물품의 표면에서부터 압축의 깊이 (DOC)까지 연장하는 압축 응력(예를 들어, 도 4에서 제1의 및 제2의 압축 층(120, 122)) 하의 제1의 영역 및 유리-계 물품의 DOC로부터 중심 또는 내부 영역 내로 연장하는 인장 응력 또는 중심 장력(CT) 하의 제2의 영역(예를 들어, 도 4에서 중심 영역(130))을 갖는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, DOC는 유리-계 물품 내의 응력이 압축에서부터 인장까지 변화하는 깊이를 나타낸다. 상기 DOC에서, 상기 응력은 양의(압축) 응력에서 음의(인장) 응력까지 가로지르며 따라서 0의 응력 값을 나타낸다.
당해 기술 분야에 일반적으로 사용되는 관례에 따르면, 압축 또는 압축 응력은 음의(< 0) 응력으로서 표현되며, 인장 또는 인장 응력은 양의(> 0) 응력으로서 표현된다. 그러나, 본 기재 전반에 걸쳐, CS는 양 또는 절대 값으로 표현된다 - 즉, 본원에서 CS = ｜CS｜로 기술되는 바와 같이. 상기 압축 응력 (CS)은 상기 유리-계 물품의 표면에서 또는 그 부근에서 최대를 가지며, 상기 CS는 함수에 따라 표면으로부터 거리 d로 달라진다. 도 4를 다시 참조하면, 제1의 세그먼트(120)는 제1의 표면(110)에서부터 깊이(d1)까지 연장하고, 제2의 세그먼트(122)는 제2의 표면(122)에서부터 깊이(d2)까지 연장한다. 함께, 이들 세그먼트는 유리-계 물품(100)의 압축 또는 CS를 정의한다. 양 주 표면(도 4에서 110, 112)의 압축 응력은 유리의 중심 영역(130)에서 저장된 인자에 의해 균형이 맞추어진다. 일부 구현 예에서, 각각 제1의 표면(110) 및 제2의 표면(112)에서부터 측정된 바와 같이 d1=d2 이다. 편의의 목적으로, 단일 DOC가 본원에서 언급되는 경우, 상기 응력 프로파일은 각각 제1의 표면(110) 및 제2의 표면(112)에서부터 측정된 바에 따라 DOC1=DOC2이도록 대칭으로 추정된다.
상기 유리-계 물품의 응력 프로파일은 상기 유리-계 물품을 형성하는데 사용된 유리-계 기판의 조성물에 기반하여 다르게 측정되었다. 나트륨 알루미노실리케이트 유리용으로 사용된 방법은 리튬 알루미노실리케이트 유리에 대한 것과 달랐다.
나트륨에 대해서 칼륨의 이온 교환을 통해서 강화된 나트륨 알루미노실리케이트 (SAS) 유리-계 기판으로부터 형성된 유리-계 물품의 응력 프로파일은 633 nm 또는 595 nm 중 어느 하나에서, 프리즘-커플링 기술을 사용하여 TM 및 TE 웨이브에 대해 가이드된 모드의 측정된 실효 굴절률에 적용된 역의-WKB 프로파일 추출을 사용하여 얻어진 TM 및 TE 웨이브에 대한 굴절률 프로파일로부터 측정되었다. 상기 응력 프로파일은 2개의 굴절률 프로파일을 빼고 응력-광학 계수에 의해 나누어 K-침투의 정도로 얻어졌다(extracted). 다음으로, 상기 인장 구역 내에서 DOC로부터 프로파일이 편평해지는 깊이 dc까지의 포물선 형상으로 시작하고 이후 상기 프로파일 CT와 동일한 일정한 인장이 중간-두께를 통해서 다른 면 상의 동일 두께 dc까지 연장하는 것으로 추정이 이루어졌다. 상기 깊이 dc 는 베이스 유리에서 어떠한 K도 갖지 않는 조성물 2에 대해서 1.15·DOLK, 이온 교환 전 베이스 유리 내에서 실질적인 양의 K를 갖는 조성물 1 및 4에 대해서 1.4·DOLK와 같은 경험적 관찰에 기반하여 선택되었으며, 여기서 DOLK 는 Orihara Industrial Co., Ltd. (Japan)에서 제작된 프리즘-커플링 응력 미터 FSM-6000에 의해 단일-단계 이온 교환된 프로파일에 대해서 결정된 바와 같은 이온 교환 공정의 결과로서 칼륨 침투의 깊이 또는 "층의 깊이 - 칼륨"을 나타낸다. 본 가정에서, 인장 구역 내의 인장의 관통 두께 적분은 두께 t, DOC, 및 깊이 dc가 알려진 경우, CT의 단순 함수가 되고, 인장 구역의 어느 한 면 상에서(힘 균형을 보장하기 위하여) 측정된 압축 응력의 적분에 대해 상기 적분을 동등화한 후, 상기 중심 인장 CT가 발견된다. CT 값을 아는 경우, KT 및 TSE 의 값은 인장 구역의 추정된 형상으로부터 얻어진다.
유리-계 물품의 응력 프로파일은 리튬 알루미노실리케이트(LAS) 유리-계 기판으로부터 형성되었고, 여기서 상기 응력 프로파일은 Li에 대한 Na 교환에 의해 생산된 깊은 요소(deep component)를 가지며, Li에 대해서 또는 Na 및 Li에 대해서 K 교환에 의해 얻어진 좁은 요소(shallow component)를 가질 수 있으며, TSE 및 KT의 값은 Orihara instruments에 의해 제작된 다른(different) 산란된-광 편광계 (SLP-1000)를 사용한 DOC의 측정과 GlassStress에 의해 제작된 적합하게 보정된(calibrated) 산란된-광 편광계 (SCALP)를 사용하여 CT의 측정을 결합함으로써 얻어졌다. K-풍부 고-압축 층이 표면 상에 존재하는 경우, 프리즘-커플링 응력 측정을 사용한 표면 압축 응력 CS의 측정, 층 DOLsp의 스파이크 깊이, 및 DOLsp에서의 무릎(knee) 응력의 측정이 또한 사용되었다.
상기 프리즘-커플링 측정은 굴절된 근거리-장(refracted near field)(RNF) 방법을 사용하였다. SCALP에 의해 제공된 최대 CT 값은 RNF 방법에서 사용된다. 특히, RNF에 측정된 응력 프로파일은 SCALP 측정에 의해 제공된 최대 CT 값으로 보정되며 힘 균형이 맞추어진다. 상기 RNF 방법은 "Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample"의 명칭으로 미국특허번호 제8,854,623호에 기재되어 있으며, 상기 문헌은 그 전체가 참고로서 본원에 혼입된다. 특히, 상기 RNF 방법은 참조 블록(reference block)에 근접하여 유리 물품을 위치시키는 단계, 1 Hz 내지 50 Hz의 속도로 수직 편광(orthogonal polarization) 사이에 스위치된 편광-스위치된 광 빔을 생성시키는 단계, 상기 편광-스위치된 광 빔 내의 출력의 양을 측정하는 단계, 및 편광-스위치된 참조 신호를 발생시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 각 수직 편광 내의 출력의 측정된 양은 서로 50% 이내이다. 상기 방법은 다른 깊이에 대해서 유리 샘플 및 참조 블록을 통해서 편광-스위치된 광 빔을 유리 샘플 내로 전송하는 단계, 및 이어서 편광-스위치된 검출기 신호를 발생시키는 신호 광검출기를 갖는 중계 광학 시스템을 사용하여 상기 전송된 편광-스위치된 광 빔을 신호 광검출기로 중계하는 단계를 더욱 포함한다. 상기 방법은 또한 참조 신호로 검출기 신호를 나누어 표준화된 검출기 신호를 형성하는 단계, 및 상기 표준화된 검출기 신호로부터 유리 샘플의 프로파일 특성을 결정하는 단계를 더욱 포함한다.
RNF에 의해 측정된 응력 프로파일을 힘 균형 맞추기 위하여, 상기 응력 프로파일은 상기 압축 영역 내의 총 응력-깊이 면적이 인장 영역 내의 면적과 동일할 때까지 수직으로 시프트된다. 상기 응력 프로파일이 대칭인 경우, 상기 참조 블록에 가장 인접한 압축 영역의 면적을 인장 영역의 절반의 면적과 동일시하며, 상기 참조 블록에 가장 가까운 인장 영역은 좀 더 나은 정확도를 위하여 동일시될 수 있다. 힘 균형을 맞춘 후, 상기 힘 균형 맞춰진 RNF 프로파일의 CT는 SCALP CT로 나누어져 보정(스케일링) 인자를 찾는다. 상기 힘 균형 맞추어진 프로파일은 다음으로 보정 인자에 의해 나우어져 힘 균형 맞추어지고 보정된 응력 프로파일을 생산한다.
상기 CT에의 K의 표면 스파이크의 기여는 다음에 의해 계산된다:
여기서 t 는 유리-계 물품의 두께이다. 상기 스파이크는 칼륨이 풍부하고 높은 압축을 나타내는 표면 부근의 응력 프로파일의 가파른 부분(steep portion)을 나타낸다. 구현 예에서, 상기 DOLsp 는 리튬 함유 유리-계 기판으로부터 형성되고 칼륨 함유 염 욕으로 이온 교환된 유리-계 물품에 대한 DOLK와 같을 수 있다. Li에 대한 Na 이온 교환에 의해 생산된 응력 프로파일의 깊은 요소의 기여는 다음과 같이 계산된다:
CTdeep = CT - CTsp
LAS 유리를 사용한 관심 실시 예에 대한 Na 확산 깊이는 유리-시트 두께의 절반과 대적할만하며, 상기 인장 구역 내의 응력 프로파일의 형상은 1.5-3 (여기서 p=2 는 포물선 형상에 대응될 수 있음) 범위에 속하는 출력 계수 p를 갖는 멱-법칙 형상의 절대 값으로서 대략 근사치를 낼 수 있다. 상기 추정으로, p, CTdeep, 및 SCALP에 의해 측정된 총 CT가 주어지는 경우 비 DOC/t에 대한 정확한 해법은 다음과 같다:
전술한 바와 같이 CT 및 DOC를 측정하고, 마이크로미터로 두께를 측정하고, CTdeep를 계산한 후, 출력 계수 p는 상기 측정된 DOC/t 값이 상기 식에 기반하여 계산된 비율에 일치할 때까지 변화되었다. 상기 CT 및 DOC와 함께 고정된 p 값은 인장 영역을 충분히 결정하도록 한다.
다음과 같이 값 z0를 상기 유리-계 물품의 중간-두께로부터 압축이 인장이 되는 지점까지의 거리로 지정한다:
Z0 = 0.5t - DOC
다음으로 상기 인장-응력 인자 (KT) 및 TSE는 다음에 의해 출력 계수의 함수로서 계산된다:
레이저-스펙클 및 기타 소음원에 의해 야기되는 오차를 감소시키기 위하여, 각 샘플에 대한 CT 및 DOC 값은 적어도 20 측정에 걸쳐 평균되었고, 각각은 상기 기구 상에서 약간 시프트된 샘플 위치로 얻어진 개별적인 스캔으로부터 얻어졌다. SLP-1000에 대한 샘플 표면의 위치의 확인은 IWKB-계 응력-프로파일 추출 방법(IWKB-based stress-profile extraction method)에 의해 DOC가 정확하게 결정된 SAS-유리의 샘플을 측정함으로써 보정되었다.
표면 응력 측정은 응력 광학 계수(SOC)의 정확한 측정에 좌우하며, 이는 유리의 복굴절과 관련된다. SOC는 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"의 명칭으로 ASTM standard C770-16에 기재된 Procedure C (유리 디스크 방법)에 따라 측정되며, 상기 내용은 그 전체가 참고로서 본원에 혼입된다.
일부 구현 예에서, 인장-응력 인자 K-T 및 인장-변형 에너지 TSE의 항목에서 유리-계 물품에 대한 취성 한계는 상수가 아니며, 유리의 파괴 인성 KIC에 좌우된다. 도 5는 다른 파괴 인성을 갖는 3개의 다른 SAS 유리 조성물에 대해서 인장-응력 인자 KT의 함수로서 균열 분점 당 평균 수의 분기를 나타낸다. 상기 균열 분점의 수는 보통 2 또는 3이었고, 각각은 5 cm x 5 cm 정사각형 유리-계 물품의 중심에서 파괴-유리 위치에서 유래되었다. 도 5에서의 실험에서, 상기 유리-계 물품은 0.8mm 두께였다. 도 5의 조성물을 아래 표 1에서 상세히 나타낸다. 실질적인 목적을 위한 취성 한계는 유리-계 물품이 취성인 KT 또는 TSE의 임계 값으로서 정의된다. 도 5에 나타낸 조성물에서, 분점 당 1.5 분기의 임계 값은 조성물 1, 2 및 3에 대해서 각각 1.18, 1.215, 및 1.29의 KT 값에서 발생하였다.
(표 1)
조성물 8은 투명 유리 세라믹이다. 상기 조성물은 전구체 유리를 세라믹화함으로써 형성되었다.
하기 표 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 도 5에서의 실시 예는 단일 단계 이온 교환을 사용하여 생산되었고, 여기서 욕은 주 성분으로 KNO3 및 소량의 NaNO3로 구성된다. 상기 이온 교환의 기간은 다른 인장 응력 인자 및 DOC/t를 갖는 샘플을 생산하기 위하여 표 2에 기재된 범위에서 변화되었다. 상기 결과적인 압축 응력은 조성물 2에 대해서 약 800 MPa이었고, 조성물 1 및 3에 대해서 750 MPa 내지 800 MPa이었다. DOC는 43 내지 60 ㎛ 범위였다. 도 5에 나타낸 곡선의 가파른 영역은 조성물 1 및 3에 대해서 약 53 ㎛ 초과의 DOC에서 시작되었고, 조성물 2에 대해서 약 48 ㎛ 초과의 DOC에서 시작되었다. 도 5에서 곡선의 가파른 영역의 시작에서 비 DOC/t 는 모든 조성물에 대해서 0.058 내지 0.070에 해당되었다.
(표 2)
IOX 조건 10 및 11은 동일한 염 농도 및 동일한 이온 교환 시간을 사용하였다. 그러나, 조건 10은 유리 샘플의 조밀한 패킹(염의 kg 당 ≥0.01 m2 의 유리)을 사용한 한편, 조건 11은 덜 조밀한 패킹을 사용하였다(염의 kg 당 <0.005 m2 의 유리).
(표 3)
여기서 "L"은 샘플이 취성 한계에 있음을 나타내며, "N"은 샘플이 비-취성임을 나타내며, "Y"는 샘플이 취성임을 나타내며, 그리고 "L/Y"는 샘플이 한계에 있거나 또는 종종 약간 취성을 나타내었음을 나타낸다.
도 5의 조성물 1, 2 및 3에 대한 KT의 취성 한계 값을 파괴 인성 KIC의 함수로서 도 6에 나타낸다. 상기 유래를 통한 선형 적합 추세선은 KIC의 측정에서 실험적 표준 편차에 대해 고려되는 경우 도 6의 실험적 결과에 대해 만족스러운 적합(satisfactory fit)을 제공한다. 상기 선형의 적합은 KT의 항목에서의 취성 한계가 파괴 인성 KIC에 비례하며, 도 5에서의 실시 예에서의 경우에서와 같이, DOC/t가 약 0.06인 경우, 1.78의 비례 계수를 갖는 것을 증명한다. 상기 이유로, 강화된 유리-계 물품은 1.3 
초과 및 값 1.78*KIC을 초과하지 않는 인장-응력 인자 KT를 갖는 구현 예가 제공된다. 이러한 유리-계 물품은 1.3 
아래의 KT를 갖는 유리-계 물품보다 큰 파괴 저항성을 갖는 한편, 비-취성으로 남는다. 일부 구현 예에서, 상기 인장-응력 인자 KT 는 1.4
를 초과하나 1.78*KIC를 초과하지 않는다.
일부 구현 예에서, 상기 유리-계 물품은 1.4
를 초과하는 인장-변형 인자 KT 및 다음과 같이 주어지는 TSE의 항목에서의 취성 한계를 초과하지 않는 인장-변형 에너지에 의해 특성화된다:
예시를 위하여, TSE 항목의 취성 한계는 다음과 같이 주어진다:
조성물 2의 푸아송 비 및 영률에 대한 값이 상기 식 내로 치환되는 경우.
구현 예에서, 인장-응력 인자 KT 또는 인장-변형 에너지 TSE 항목에서 유리-계 물품의 취성 한계는 비 DOC/t에 좌우되거나, 또는 대안적으로 비 BTZ/t에 좌우되며, 예를 들어 시트 두께로 나뉜 인장 구역의 너비에 좌우된다. BTZ는 대안적으로 DOC2-DOC1로서 나타낼 수 있다. 도 7은 약 13 시간 내지 24.5 시간의 연장된 기간 동안 450℃에서 대략 중량%로 35% 또는 37% NaNO3 및 65% 또는 63% KNO3를 갖는 욕 내에서 장시간 이온 교환함으로써 화학적으로 강화된, 유리 조성물 2의 5 cm x 5 cm 정사각형 시트의 6개의 다른 두께를 사용한 실험 데이터를 나타낸다. 도 7의 가로축은 IWKB-방법에 의한 응력 프로파일의 추출로부터 얻어진 인장-응력 인자 KT를 나타내는 한편, 세로축은 각 파괴된 샘플의 파편 수의 베이스 2로의 로그를 나타낸다. 5 이상의 파편으로 파손된 샘플은 2 초과의 로그를 가질 것이며, 취성으로 고려되었다. 모든 두께에 대한 데이터는 수 개의 이상점을 제외하고는, 일반적으로 동일한 경향을 따른다. 이들 이상점(outlier)은 위양성(false positive)에 기인할 것이며, 예를 들어, 파괴 툴의 팁이 둔하거나 또는 샘플이 살짝 휜 경우, 각각은 샘플로의 파괴 툴에 의해 외적으로 제공된 에너지(위치 또는 동적)의 도입을 촉진할 수 있다. 도 7에 나타낸 데이터는 인자 KT (및, 따라서 TSE)의 임계 값이 두께에 실질적으로 좌우되지 않음을 나타낸다. 나아가, 도 7에 나타낸 강화 조건에 대한 KT의 임계 값은 도 5에 나타낸 동일 조성물 2에 대해 나타낸 것보다 살짝 높다. 도 7에 나타낸 샘플 및 도 5에 나타낸 샘플 사이의 실질적인 하나의 차이는 비 DOC/t의 값이다. 도 5의 샘플은 800 MPa 주변의 높은 표면 CS 및 보통의(moderate) DOC를 갖는 응력 프로파일로 귀결되는 주로 KNO3에서의 상대적으로 좁은 이온 교환에 의해 얻어졌고, 여기서 비 DOC/t 는 취성 한계에 있거나 또는 그 부근에 있는 조성물 2의 부분에 대하여 약 0.058이었다. 한편, 도 7에 나타낸 샘플은 240-320 MPa 범위의 낮은 표면 CS, 및 약 0.13 내지 0.21의, 실질적으로 더 높은 DOC/t 비, 및 좀 더 작은 두께에 대해 얻어지는 좀 더 높은 비 및 그 반대를 갖는, 상당히 좀 더 깊은 이온 교환에 의해 강화되었다.
도 7에서 각각 나타낸 두께에서, 상기 인장 변형 에너지 TSE 및 인자 KT는 이온 교환 시간 및 DOC/t 비를 증가시킴으로써 증가된다. KT의 보고된 범위에서, 각각의 두께에 대해서, 상대적으로 좀 더 좁은 범위에서 변화된 비 DOC/t는 t=0.4 mm에 대해서 0.193-0.206, t=0.5 mm에 대해서 0.161-0.179, t=0.55 mm에 대해서 0.164-0.177, t=0.6 mm에 대해서 0.143-0.161, t=0.7 mm에 대해서 0.138-0.167, 및 t=0.8 mm에 대해서 0.134-0.145이다. 비-취성 샘플이 다음의 가장 높은 KT 수준에서 관찰되었다 - t=0.4 mm에 대해서 1.379 
, t=0.5 mm에 대해서 1.37 
, t=0.55 mm에 대해서 1.375 
, t=0.6 mm에 대해서 1.36 
, t=0.7 mm에 대해서 1.37 
, 및 t=0.8 mm에 대해서 1.344 
. 취성 샘플은 다음의 가장 낮은 수준의 KT에서 각각의 두께에 대해서 생산되었다 - t=0.4 mm에 대해서 1.313 
, t=0.5 mm에 대해서 1.24 
, t=0.55 mm에 대해서 1.368 
, t=0.6 mm에 대해서 1.376 
, t=0.7 mm에 대해서 1.334 
, 및 t=0.8 mm에 대해서 1.296 
. 상기 일반적인 경향을 초과하는 스탠드가 위양성으로서 지정되거나 무시되는 경우, 8 이상의 파편을 갖는 취성 부분에 대한 가장 낮은 수준의 KT 는 다음과 같다: t=0.4 mm에 대해서 1.366 
, t=0.5 mm에 대해서 1.355 
, t=0.55 mm에 대해서 1.368 
, t=0.6 mm에 대해서 1.376 
, t=0.7 mm에 대해서 1.357 
, 및 t=0.8 mm에 대해서 1.343 
.
도 5 및 7의 KT 값은 제곱되었고, 도 8에 도시된 0.4 mm의 두께에 대해 얻어진 동일한 유리 조성물 2에 대한 부가적인 데이터와 결합되었다. 부가적인 데이터는 취성 거동이 더 이상 관찰되지 않을 때까지 0.2 초과의 큰 비 DOC/t를 갖는 취성 샘플의 가열 처리에 의해 DOC/t의 매우 큰 비에 대해서 얻어진 취성-한계 추정(estimate)을 포함한다. 이러한 샘플은 14.4 내지 16.5 시간 동안 450℃에서 35% NaNO3 및 65% KNO3를 갖는 욕 내에서, 또는 430℃에서 11.5 시간 동안에 이어 450℃에서 1.25 시간 동안 17% NaNO3 및 83% KNO3를 갖는 욕 내에서 이온 교환에 의해 제조되었다. 후자의 샘플은 큰 취성을 가지나, 400℃에서 12시간 동안의 열 처리 후 취성 한계에 가까워졌다. 상기 DOC는 열 처리 후 약 0.23t로 증가하였다. 상기 샘플들은 이온 교환 후 좀 더 낮은 KT 값을 가지므로, 이온 교환 후 취성 조건으로부터 비-취성 상태로 돌아가기 위하여 좀 더 단 기간의 열 처리가 요구되는 좀 더 높은 Na 함량을 갖는 욕 내에서 교환되었다. KT 2 대 DOC/t에 대해서 도 8의 데이터는 경험적인 선형 모델에 잘 맞으며, 이는 비 DOC/t 상의 KT (및 TSE)에 대한 취성-한계 값의 정확한 경험적 의존성의 전개를 허용한다. 특히, 조성물 2에 대해서 모델은 다음과 같이 주어진다:
및
이들 관계식에 기반하여, 그리고 조성물 2의 파괴 인성 KIC가 0.767 
임을 고려하면, KT에 대한 취성-한계, 파괴 인성 KIC, 및 비 DOC/t 사이의 다음의 경험적 일반적인 관계식이 생산된다:
일부 구현 예에서, 취성-한계 KT에 대한 상기 경험적인 일반 관계식은 다음과 같은 신뢰 인자(CF)에 의해 변형될 수 있다:
여기서 상기 신뢰 인자 (CF)는 파편 고장을 방지하는 것이 매우 크게 중요하며, 기구의 한정된 정밀도가 단지 수 %의 정밀도로 KT의 결정을 가능하게 하는 경우, 1보다 낮은 값으로 주어질 수 있으며, 가령 0.9 내지 0.95일 수 있다. 0.95 내지 1의 범위와 같은, 1에 가까운 값을 갖는 신뢰 인자 (CF)는 응력 프로파일의 임계 파라미터의 고-정밀 측정이 KT의 값이 1% 이하의 차수 상의 정밀도를 갖는 것이 가능하도록 하는 경우 적절할 수 있다.
TSE 및 KT의 관계식에 기반하여, 다음의 한계가 TSE에 동등하게 적용될 수 있다:
조성물 2에 대해서, 상기 푸아송 비 및 영률은 각각 0.22 및 66 GPa의 값을 갖는다. 이들 값은 다음에 의해 주어진 일반적인 TSE 한계를 발생시키는데 사용될 수 있다:
도 9는 DOC/t 대신 BTZ/t의 함수로서 도 8의 데이터를 나타낸다. 조성물 2 데이터에 대한 BTZ/t의 함수로서 KT 2의 취성 한계 값의 선형 맞춤은 다음과 같이 주어지는 것으로 발견되었다:
및
BTZ의 사용은 상기 관계식이 제1 및 제2의 표면으로부터 각각 측정되는 경우 DOC1가 DOC2와 동일하지 않은 응력 프로파일과 같은, 비대칭성 응력 프로파일을 갖는 유리-계 물품에 적용되는 것을 가능하게 한다. 파괴 인성의 항목으로 표현되는 경우, 상기 관계식은 다음과 같다:
상기 신뢰 인자 (CF)는 0.85 내지 1 범위일 수 있으며, 전술한 것과 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
관련된 TSE 한계는 다음과 같이 주어진다:
부가적으로, 상기 압축 응력 인자 KCS 는 다음과 같이, 응력, x 또는 y의 단일 요소에 대해서, 인장-응력 영역의 어느 하나의 면 상에서 압축-응력 영역에 걸쳐 적분된 압축 응력의 제곱근과 같다:
또는 일반적으로, 어느 하나의 요소에 대해서:
z=0에서 제1의 표면으로부터 제1의 압축의 깊이 DOC1까지의 중심 장력 영역의 하나의 면 상에서, 그리고 각각 제2의 표면 z=t에서부터 DOC2까지의 제2의 면 상에서 연장하는 2개의 압축 영역을 갖는 응력 프로파일의 경우, 상기 압축-응력 인자는 다음의 형태로 취해진다:
DOC1=DOC2인 대칭 응력 프로파일에 대해서, 대칭 응력 분포를 가지며, 각각 제1 및 제2의 표면으로부터 측정되는 경우, 상기 압축 응력 인자는 다음에 의해 주어진다:
상기 유리-계 물품의 압축 응력 에너지 값은 다음에 의해 기재될 수 있다:
여기서 KCS, x = KCS, y =KCS인 경우 다음과 같이 간소화될 수 있다:
KT의 항목으로 취성 한계에서의 분명한 증가는 비 DOC/t에 단지 연관될 뿐 아니라 TSE 및 CSE의 상대적인 크기에도 연관되었다. 특히, 비 DOC/t의 증가로 상기 TSE는 화학 강화의 결과로서 유리-계 물품 내에 저장된 총 변형 에너지 (TSE+CSE)의 좀 더 큰 분획을 포함하였다. 표 4 및 5는 조성물 2 및 다양한 두께 및 응력 프로파일로 생산된 샘플에 대한 데이터의 요약을 포함한다.
(표 4)
(표 5)
TSE는 KT 2에 비례하는 한편, CSE는 KCS 2에 비례한다. 조성물 2로의 실험에서, 비 DOC/t에 관계없이 파괴 인성에 대해 표준화된 제곱된 인자 KT 및 KCS의 구체적인 합(specific sum)은 취성 한계 조건에서 실질적으로 변화되지 않는다는 점이 결정되었다. 도 10은 유리 조성물 2에 대해서, KT 2 및 KCS 2/28.5의 합이 비 DOC/t의 시험된 범위에 대해서 취성 한계에서 일정하다는 점을 보여준다:
이는 1.215 
와 같이 낮고, 1.418 
와 같이 높은 비-취성 실시 예 및 1.244
, 1.344
, 1.35
, 1.37
, 1.375
, 및 1.379 
에서의 부가적인 실시 예의 KT를 갖는 비-취성 실시 예를 포함한다. 따라서, 구현 예에서, 1.2 
이상의 KT를 갖는 유리 물품은 다음의 조건을 만족시킨다:
구현 예에서, 상기 유리-계 물품은 1.24
, 1.3
, 1.34
, 1.36
, 1.37
, 1.4
, 또는 1.41 
이상의 KT를 갖는다. 나아가, 일부 구현 예에서 KT 는 2.2KIC, 2.1KIC, 2.0KIC, 1.9KIC , 1.8KIC, 또는 1.78KIC를 초과하지 않으며, 여기서 KIC는 유리의 파괴 인성, 또는 가장 높은 인장(통상 유리 시트의 중면(mid-plane))을 갖는 위치에서의 국부적인 유리 조성물이다.
조성물 2의 파괴 인성이 0.676 
인 것을 고려하면, 도 10의 데이터는 도 11에 나타내지며, 여기서 KT 2 및 KCS 2의 가중 기여부는 파괴 인성의 제곱으로 표준화되었다. 다음으로 취성을 방지한다:
또는:
도 11에 나타낸 KTn=KT/KIC 및 KCSn=KCS/KIC인 표준화된 값의 항목에서, 상기 조건은 다음과 같이 더욱 간소화될 수 있다:
구현 예에서, 1.31 
이상의 KT를 갖는 유리-계 물품은 또한 다음 조건을 만족시켜야 한다:
좀 더 보수적인 기준이 또한 다음과 같이 사용될 수 있다:
또는:
구현 예에서, KT는 1.2
이상, 가령 1.24
이상, 1.3
이상, 1.31
이상, 1.34
이상, 1.36
이상, 1.37
이상, 1.4
이상, 1.41 
이상, 1.43 
이상, 1.44 
이상, 1.45 
이상, 1.46 
이상, 1.47 
이상, 1.48 
이상, 1.49 
이상, 1.50 
이상, 1.51 
이상, 1.52 
이상, 1.53 
이상, 1.54 
이상, 1.55 
이상, 1.56 
이상, 1.57 
이상, 1.58 
이상, 1.59 
이상, 1.60 
이상, 1.7 
이상, 1.8 
이상, 1.9 
, 또는 2 
이상이다. 일부 구현 예에서, KT는 2.2KIC,를 초과하지 않으며, 가령, 2.1KIC 이하, 2.0KIC 이하, 1.9KIC 이하, 1.8KIC 이하, 1.78KIC 이하, 1.75KIC 이하, 1.7KIC 이하, 1.65KIC 이하이다.
일부 구현 예에서, 상기 유리-계 물품의 CS는 300 MPa 이상 내지 1300 MPa 이하, 가령 325 MPa 이상 내지 1250 MPa 이하, 350 MPa 이상 내지 1200 MPa 이하, 375 MPa 이상 내지 1150 MPa 이하, 400 MPa 이상 내지 1100 MPa 이하, 425 MPa 이상 내지 1050 MPa 이하, 450 MPa 이상 내지 1000 MPa 이하, 475 MPa 이상 내지 975 MPa 이하, 500 MPa 이상 내지 950 MPa 이하, 525 MPa 이상 내지 925 MPa 이하, 550 MPa 이상 내지 900 MPa 이하, 575 MPa 이상 내지 875 MPa 이하, 600 MPa 이상 내지 850 MPa 이하, 625 MPa 이상 내지 825 MPa 이하, 650 MPa 이상 내지 800 MPa 이하, 675 MPa 이상 내지 775 MPa, 또는 700 MPa 이상 내지 750 MPa 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브-범위이다. 일부 구현 예에서, 상기 유리-계 물품의 CS는 100 MPa 이상이다.
상기 DOLK는 본원에 기재된 물품에 대하여 전형적으로 DOC 미만이다. 상기 각각의 제1 및 제2의 압축 층(120, 122)의 DOLK 는 5 ㎛ 이상 내지 30 ㎛ 이하, 가령 6 ㎛ 이상 내지 25 ㎛ 이하, 7 ㎛ 이상 내지 20 ㎛ 이하, 8 ㎛ 이상 내지 15 ㎛, 또는 9 ㎛ 이상 내지 10 ㎛ 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브-범위이다. 다른 구현 예에서, 상기 제1 및 제의 압축 층(120, 122) 각각의 DOLK 는 6 ㎛ 이상 내지 30 ㎛ 이하, 가령 10 ㎛ 이상 내지 30 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이상 내지 30 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이상 내지 30 ㎛ 이하, 25 ㎛ 이상 내지 30 ㎛ 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브-범위이다. 또 다른 구현 예에서, 상기 제1 및 제2의 압축 층(120, 122) 각각의 DOLK 는 5 ㎛ 이상 내지 25 ㎛ 이하, 가령 5 ㎛ 이상 내지 20 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이상 내지 15 ㎛ 이하, 또는 5 ㎛ 이상 내지 10 ㎛ 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브-범위이다.
구현 예에서, 상기 유리-계 물품은 70 MPa 이상, 가령 75 MPa 이상, 80 MPa 이상, 85 MPa 이상, 90 MPa 이상, 95 MPa 이상, 100 MPa 이상, 105 MPa 이상, 110 MPa 이상, 110 MPa 이상, 120 MPa 이상, 130 MPa 이상, 140 MPa 이상, 150 MPa 이상, 155 MPa 이상의 최대 CT를 가질 수 있다. 일부 구현 예에서s, 상기 유리-계 물품은 400 MPa 이하, 가령 350 MPa이하, 300 MPa이하, 250 MPa이하, 190 MPa이하, 180 MPa이하, 170 MPa이하, 160 MPa이하, 150 MPa이하, 140 MPa이하, 130 MPa이하, 120 MPa이하, 110 MPa 이하, 또는 100 MPa 이하의 최대 CT를 가질 수 있다. 구현 예에서, 전술한 어느 범위는 다른 어느 범위와 조합될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 그러나, 다른 구현 예에서, 상기 유리 물품은 70 MPa 이상 내지 400 MPa 이하, 가령 90 MPa 이상 내지 350 MPa 이하, 110 MPa 이상 내지 200 MPa 이하, 120 MPa 이상 내지 180 MPa 이하, 130 MPa 이상 내지 160 MPa 이하, 또는 140 MPa 이상 내지 150 MPa 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브-범위의 최대 CT를 가질 수 있다.
구현 예에서, 상기 최대 중심 장력 (CT)은 또한 상기 유리-계 물품의 두께를 참조하여 기재될 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리-계 물품은 t 가 mm로 나타낸 경우, 360/√(t) MPa 이하, 가령 350/√(t) MPa 이하, 330/√(t) MPa 이하, 310/√(t) MPa 이하, 300/√(t) MPa 이하, 280/√(t) MPa 이하, 260/√(t) MPa 이하, 240/√(t) MPa 이하, 220/√(t) MPa 이하, 200/√(t) MPa 이하, 190/√(t) MPa 이하, 180/√(t) MPa 이하, 170/√(t) MPa 이하, 160/√(t) MPa 이하, 150/√(t) MPa 이하, 140/√(t) MPa 이하, 130/√(t) MPa 이하, 120/√(t) MPa 이하, 110/√(t) MPa 이하, 100/√(t) MPa 이하, 90/√(t) MPa 이하, 80/√(t) MPa 이하, 70/√(t) MPa 이하를 가질 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리-계 물품은 t 가 mm로 나타낸 경우, 60/√(t) MPa 이상, 가령 70/√(t) MPa 이상, 80/√(t) MPa 이상, 90/√(t) MPa 이상, 100/√(t) MPa 이상, 110/√(t) MPa 이상, 120/√(t) MPa 이상, 130/√(t) MPa 이상, 140/√(t) MPa 이상, 150/√(t) MPa 이상, 160/√(t) MPa 이상, 170/√(t) MPa 이상, 180/√(t) MPa 이상, 190/√(t) MPa 이상, 200/√(t) MPa 이상, 220/√(t) MPa 이상, 240/√(t) MPa 이상, 260/√(t) MPa 이상, 280/√(t) MPa 이상, 300/√(t) MPa 이상, 320/√(t) MPa 이상, 340/√(t) MPa 이상, 350/√(t) MPa 이상의 최대 CT를 가질 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리-계 물품은 t 가 mm로 나타낸 경우, 60/√(t) MPa 이상 내지 360/√(t) MPa 이하, 가령 70/√(t) MPa 이상 내지 350/√(t) MPa 이하, 80/√(t) MPa 이상 내지 340/√(t) MPa 이하, 90/√(t) MPa 이상 내지 320/√(t) MPa 이하, 90/√(t) MPa 이상 내지 300/√(t) MPa 이하, 100/√(t) MPa 이상 내지 280/√(t) MPa 이하, 120/√(t) MPa 이상 내지 260/√(t) MPa 이하, 140/√(t) MPa 이상 내지 240/√(t) MPa 이하, 160/√(t) MPa 이상 내지 220/√(t) MPa 이하, 180/√(t) MPa 이상 내지 200/√(t) MPa 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브-범위의 최대 CT를 가질 수 있다.
상기 유리-계 물품은 어느 적합한 압축의 깊이 (DOC)를 가질 수 있다. 구현 예에서, 상기 DOC는 75 ㎛ 이상 내지 300 ㎛ 이하, 가령, 85 ㎛ 이상 내지 290 ㎛ 이하, 95 ㎛ 이상 내지 280 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이상 내지 270 ㎛ 이하, 110 ㎛ 이상 내지 260 ㎛ 이하, 120 ㎛ 이상 내지 250 ㎛ 이하, 130 ㎛ 이상 내지 240 ㎛ 이하, 140 ㎛ 이상 내지 230 ㎛ 이하, 150 ㎛ 이상 내지 220 ㎛ 이하, 160 ㎛ 이상 내지 210 ㎛ 이하, 170 ㎛ 이상 내지 200 ㎛ 이하, 180 ㎛ 이상 내지 190 ㎛, 및 전술한 값드 사이의 모든 범위 및 서브-범위이다.
상기 DOC는 일부 구현 예에서 상기 유리-계 물품의 두께(t)의 부분으로서 본원에서 제공된다. 구현 예에서, 상기 유리 물품은 0.15t 이상 내지 0.40t 이하, 가령, 0.18t 이상 내지 0.38t 이하, 0.19t 이상 내지 0.36t 이하, 0.20t 이상 내지 0.34t 이하, 0.18t 이상 내지 0.32t 이하, 0.19t 이상 내지 0.30t 이하, 0.20t 이상 내지 0.29t 이하, 0.21t 이상 내지 0.28t 이하, 0.22t 이상 내지 0.27t 이하, 0.23t 이상 내지 0.26t 이하, 0.24t 이상 내지 0.25t, 및 전술한 값 사이의 모든 범위 및 서브-범위의 압축의 깊이 (DOC)를 가질 수 있다.
구현 예에서, 상기 유리-계 물품은 어느 적합한 값의 DOC/t에 의해 특성화될 수 있다. 예를 들어, DOC/t 0.12 이상, 가령, 0.13 이상, 0.14 이상, 0.15 이상, 0.16 이상, 0.17 이상, 0.18 이상, 0.19 이상, 0.20 이상, 0.21 이상, 0.22 이상, 0.23 이상이다.
상기 유리-계 물품은 유리-계 기판을 이온 교환 용액에 노출시켜 상기 유리-계 물품의 표면으로부터 압축의 깊이까지 연장하는 압축 응력을 갖는 유리-계 물품을 형성함으로써 형성될 수 있다. 상기 이온 교환 공정은 본원에 기재된 임의의 취성 한계를 만족시는 유리-계 물품을 생산하기에 충분한 조건 하에서 수행될 수 있다. 구현 예에서, 상기 이온 교환 용액은 용융 질산 염일 수 있다. 일부 구현 예에서, 상기 이온 교환 용액은 용융된 KNO3, 용융된 NaNO3, 또는 이들의 조합일 수 있다. 소정의 구현 예에서, 상기 이온 교환 용액은 약 95% 미만의 용융된 KNO3, 가령 약 90% 미만의 용융된 KNO3, 약 80% 미만의 용융된 KNO-3, 약 70% 미만의 용융된 KNO3, 약 60% 미만의 용융된 KNO-3, 또는 약 50% 미만의 용융된 KNO-3.를 포함할 수 있다. 소정의 구현 예에서, 상기 이온 교환 용액은 적어도 약 5% 용융된 NaNO3, 가령 적어도 약 10% 용융된 NaNO3, 적어도 약 20% 용융된 NaNO3, 적어도 약 30% 용융된 NaNO3, 또는 적어도 약 40% 용융된 NaNO3를 포함할 수 있다.
다른 구현 예에서, 상기 이온 교환 용액은 약 95% 용융된 KNO3 및 약 5% 용융된 NaNO3, 약 94% 용융된 KNO3 및 약 6% 용융된 NaNO3, 약 93% 용융된 KNO3 및 약 7% 용융된 NaNO3, 약 80% 용융된 KNO3 및 약 20% 용융된 NaNO3, 약 75% 용융된 KNO3 및 약 25% 용융된 NaNO3, 약 70% 용융된 KNO3 및 약 30% 용융된 NaNO3, 약 65% 용융된 KNO3 및 약 35% 용융된 NaNO3, 또는 약 60% 용융된 KNO3 및 약 40% 용융된 NaNO3, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위를 포함할 수 있다. 구현 예에서, 다른 나트륨 및 칼륨 염이 상기 이온 교환 용액 내에서 사용될 수 있으며, 가령, 예를 들어, 나트륨 또는 칼륨의 질산염, 인산염 또는 황산염이 사용될 수 있다. 일부 구현 예에서, 상기 이온 교환 용액은 LiNO3와 같은 리튬 염을 포함할 수 있다.
상기 유리-계 기판은 이온 교환 용액 의 욕 내로 유리-계 기판을 침지시키거나, 상기 유리-계 기판 상에 이온 교환 용액을 스프레이하거나, 또는 상기 유리-계 기판에 이온 교환 용액을 물리적으로 적용시킴으로써 이온 교환 용액에 노출될 수 있다. 상기 유리-계 기판에의 노출 시, 상기 이온 교환 용액은 일 구현 예에 따르면, 340 ℃ 이상 내지 500 ℃ 이하, 가령 350 ℃ 이상 내지 490 ℃ 이하, 360 ℃ 이상 내지 480 ℃ 이하, 370 ℃ 이상 내지 470 ℃ 이하, 380 ℃ 이상 내지 460 ℃ 이하, 390 ℃ 이상 내지 450 ℃ 이하, 400 ℃ 이상 내지 440 ℃ 이하, 410 ℃ 이상 내지 430 ℃, 420 ℃, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 온도에 있을 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 2 시간 이상 내지 48 시간 이하, 가령 시간 이상 내지 44 시간 이하, 8 시간 이상 내지 40 시간 이하, 12 시간 이상 내지 36 시간 이하, 16 시간 이상 내지 32 시간 이하, 20 시간 이상 내지 28 시간, 24 시간, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 기간 동안 상기 이온 교환 용액에 노출될 수 있다.
상기 이온 교환 공정은 예를 들어, 미국공개특허 제2016/0102011호에 기재된 바와 같은 개선된 압축 응력 프로파일을 제공하는 공정 조건 하에 이온 교환 용액에서 수행될 수 있으며 상기 문헌은 그 전체가 참고로서 본원에 혼입된다. 일부 구현 예에서, 상기 이온 교환 공정은 유리 물품 내의 포물선 응력 프로파일, 가령 미국 공개특허번호 제2016/0102014호에 개시된 바와 같은 응력 프로파일을 형성하도록 선택될 수 있으며, 상기 문헌은 그 전체가 참고로서 본원에 혼입된다.
이온 교환 공정이 수행된 후, 상기 유리-계 물품의 표면에서의 조성물은 이온 교환 공정을 겪기 전의 유리-계 기판의 조성물과 다르다는 점이 이해되어야 한다. 이는 형성된 대로 유리 내의 하나의 유형의 알카리 금속 이온으로부터 귀결되며, 가령 예를 들어, 각각 좀 더 큰 알카리 금속 이온, Na+ 또는 K+으로 대체되는, 가령 예를 들어 Li+ 또는 Na+로부터 귀결된다. 그러나, 상기 유리 물품의 깊이의 중심에서 또는 그 부근에서의 유리 조성물은 구현 예에서 유리-계 기판의 조성물을 여전히 가질 것이다.
상기 유리-계 물품을 형성하기 위하여 이온 교환되는 유리-계 기판은 어느 적합한 조성물, 가령 알카리 알루미노실리케이트 조성물을 가질 것이다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 SiO2, Al2O3, B2O3, 및 적어도 하나의 알카리 금속 산화물을 포함한다. 상기 적어도 하나의 알카리 금속 산화물은 유리-계 기판의 이온 교환을 촉진한다. 예를 들어, 상기 유리-계 기판은 Na+ 및 K+ 이온의 유리-계 기판 내로의 교환을 촉진하여 유리-계 물품을 형성하는 Li2O 및/또는 Na2O를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 유리-계 기판의 조성물은 상기 유리-계 물품의 중심에서 조성물과 균등할 수 있다.
본원에 기재된 유리-계 기판의 구현 예에서, 구성 요소의 농도(예를 들어, SiO2, Al2O3, Li2O, 및 및 그 유사물)는 산화물 기준으로 다르게 명시되지 않는 한 몰%(mol%)로 주어진다. 구현 예에 따른 유리-계 기판의 요소는 아래에서 개별적으로 언급된다. 하나의 요소의 다양하게 기재된 어느 범위는 어느 다른 요소에 대하여 다양하게 기재된 어느 범위와 개별적으로 조합될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
본원에 기재된 유리-계 기판의 구현 예에서, SiO2 는 가장 큰 구성성분이며, 가령, SiO2 는 상기 유리 조성물로부터 형성된 유리 네트워크의 주요 구성성분이다. 순수 SiO2 는 상대적으로 낮은 CTE를 가지며 무 알카리이다. 그러나, 순수 SiO2 는 높은 용융점을 갖는다. 따라서, 상기 유리-계 기판 내의 SiO2의 농도가 너무 높은 경우, 유리 조성물의 형성성은 SiO2의 좀 더 높은 농도가 유리의 용융의 어려움을 증가시키므로 약해지며, 유리의 형성성에 악영향을 미친다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 일반적으로 50.0 mol% 이상 내지 75.0 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 SiO2를 포함한다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 51.0 mol% 이상 내지 74.0 mol% 이하, 가령 52.0 mol% 이상 내지 73.0 mol% 이하, 53.0 mol% 이상 내지 72.0 mol% 이하, 54.0 mol% 이상 내지 71.0 mol% 이하, 55.0 mol% 이상 내지 70.0 mol% 이하, 56.0 mol% 이상 내지 69.0 mol% 이하, 57.0 mol% 이상 내지 68.0 mol% 이하, 58.0 mol% 이상 내지 67.0 mol% 이하, 60.0 mol% 이상 내지 66.0 mol% 이하, 61.0 mol% 이상 내지 65.0 mol% 이하, 62.0 mol% 이상 내지 64.0 mol% 이하, 63.0 mol% 이상 내지 64.0 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 SiO2를 포함한다.
구현 예의 유리-계 기판은 Al2O3를 더욱 포함할 수 있다. Al2O3는 SiO2와 유사하게 유리 네트워크 형성자로서 기능할 수 있다. Al2O3는 유리 조성물로부터 형성된 유리 용융물 내에 4면체 배위에 기인하여 유리 조성물의 점도를 증가시킬 수 있으며, Al2O3의 양이 너무 높은 경우, 유리 조성물의 형성성을 감소시킨다. 그러나, Al2O3의 농도는 SiO2의 농도 및 유리-계 기판 내의 알카리 산화물의 농도에 대하여 균형이 맞추어지는 경우, Al2O3 는 유리 용융물의 액상 온도를 감소시킬 수 있으므로, 용융 형성 공정과 같은 소정의 형성 공정과 유리 조성물의 양립성을 개선하고 액상 점도를 향상시킬 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 일반적으로 4 mol% 이상 내지 25.0 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 농도로 Al2O3를 포함한다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 5.0 mol% 이상 내지 24.5 mol% 이하, 가령 6 mol% 이상 내지 24.0 mol% 이하, 7 mol% 이상 내지 23.5 mol% 이하, 8 mol% 이상 내지 23.0 mol% 이하, 9 mol% 이상 내지 22.5 mol% 이하, 10 mol% 이상 내지 22.0 mol% 이하, 11 mol% 이상 내지 21.5 mol% 이하, 12 mol% 이상 내지 21.0 mol% 이하, 13 mol% 이상 내지 20.5 mol% 이하, 14 mol% 이상 내지 20.0 mol% 이하, 15 mol% 이상 내지 19.5 mol% 이하, 또는 16 mol% 이상 내지 19.0 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 Al2O3를 포함한다.
SiO2 및 Al2O3와 유사하게, B2O3는 네트워크 형성자로서 유리-계 기판에 부가될 수 있으므로, 유리 조성물의 용융성 및 형성성을 감소시킬 수 있다. 따라서, B2O3 는 이들 성질을 전체적으로 감소시키지 않는 양으로 부가될 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 0 mol% B2O3 이상 내지 8.0 mol% 이하의 B2O3, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 B2O3를 포함할 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 0.5 mol% 이상 내지 7.5 mol% 이하, 가령 1.0 mol% 이상 내지 7.0 mol% 이하, 1.5 mol% 이상 내지 6.5 mol% 이하, 2.0 mol% 이상 내지 6.0 mol% 이하, 2.5 mol% 이상 내지 5.5 mol% 이하, 3.0 mol% 이상 내지 5.0 mol% 이하, 또는 3.5 mol% 이상 내지 4.5 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 B2O3를 포함한다.
상기 유리-계 기판 내 Li2O의 포함은 이온 교환 공정의 좀 더 나은 제어를 가능하게 하며, 유리의 연화점을 더욱 감소시킴으로써, 유리의 제조가능성을 증가시킨다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 일반적으로 8.0 mol% 이상 내지 18.0 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 Li2O를 포함한다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 8.5 mol% 이상 내지 17.5 mol% 이하, 가령 9.0 mol% 이상 내지 17.0 mol% 이하, 9.5 mol% 이상 내지 16.5 mol% 이하, 10.0 mol% 이상 내지 16.0 mol% 이하, 10.5 mol% 이상 내지 15.5 mol% 이하, 11.0 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하, 11.5 mol% 이상 내지 14.5 mol% 이하, 12.0 mol% 이상 내지 14.0 mol% 이하, 또는 12.5 mol% 이상 내지 13.5 mol%, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 Li2O를 포함한다. 일부 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 Li2O를 실질적으로 함유하지 않거나 함유하지 않을 수 있다.
구현 예에 따르면, 상기 유리-계 기판은 Li2O 외에 또는 이에 덧붙여, 다른 알카리 금속 산화물, 가령 Na2O를 포함할 수 있다. Na2O는 유리 조성물의 이온 교환가능성에서 도움을 주며, 또한 형성성을 향상시키며, 따라서 유리 조성물의 제조가능성을 향상시킨다. 그러나, 너무 많은 Na2O가 유리-계 기판에 부가되는 경우, CTE가 너무 낮아질 수 있고, 용융점이 너무 높아질 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 일반적으로 0.5 mol% Na2O 이상 내지 20.0 mol% Na2O 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 Na2O를 포함한다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 1.0 mol% 이상 내지 18 mol% 이하, 가령 1.5 mol% 이상 내지 16 mol% 이하, 2.0 mol% 이상 내지 14 mol% 이하, 2.5 mol% 이상 내지 12 mol% 이하, 3.0 mol% 이상 내지 10 mol% 이하, 3.5 mol% 이상 내지 8 mol%, 또는 4.0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 Na2O를 포함한다. 일부 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 Na2O를 함유하지 않거나 또는 실질적으로 함유하지 않을 수 있다.
Na2O와 유사하게, K2O는 또한 이온 교환을 촉진하고 압축 응력 층의 DOC를 증가시킨다. 그러나, K2O를 부가하는 것은 CTE를 너무 낮게 할 수 있으며, 용융점을 너무 높게 할 수 있다. 일부 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 K2O를 포함할 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리 조성물은 칼륨을 실질적으로 함유하지 않는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적으로 함유하지 않는"은 요소가 최종 유리 내에 매우 소량으로 오염물로서, 가령 0.01 mol% 미만으로 존재할 수 있을지라도 배치 물질(batch material)의 요소로서 부가되지 않는다는 점을 의미한다. 다른 구현 예에서, K2O는 1 mol% 미만의 양으로 유리-계 기판 내에 존재할 수 있다.
MgO는 유리의 점도를 낮추며, 이는 유리의 형성성 및 제조가능성을 향상시킨다. 상기 유리-계 기판 내의 MgO의 포함은 또한 유리 조성물의 변형점 및 영률을 개선하며, 또한 유리의 이온 교환 가능성을 개선할 수 있다. 그러나, 너무 많은 MgO가 유리 조성물에 부가되는 경우, 상기 유리 조성물의 밀도 및 CTE는 바람직하지 않게 증가한다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 0 mol% 이상 내지 17.5 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 농도로 MgO를 포함한다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 0.5 mol% 이상 내지 17.0 mol% 이하, 가령 1.0 mol% 이상 내지 16.5 mol% 이하, 1.5 mol% 이상 내지 16.0 mol% 이하, 2.0 mol% 이상 내지 15.5 mol% 이하, 2.5 mol% 이상 내지 15.0 mol% 이하, 3.0 mol% 이상 내지 14.5 mol% 이하, 3.5 mol% 이상 내지 14.0 mol% 이하, 4.0 mol% 이상 내지 13.5 mol% 이하, 4.5 mol% 이상 내지 13.0 mol% 이하, 5.0 mol% 이상 내지 12.5 mol% 이하, 5.5 mol% 이상 내지 12.0 mol% 이하, 6.0 mol% 이상 내지 11.5 mol% 이하, 6.5 mol% 이상 내지 11.0 mol% 이하, 7.0 mol% 이상 내지 10.5 mol% 이하, 7.5 mol% 이상 내지 10.0 mol% 이하, 8.0 mol% 이상 내지 9.5 mol% 이하, 또는 8.5 mol% 이상 내지 9.0 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 MgO를 포함한다.
CaO는 유리의 점도를 낮추며, 이는 형성성, 변형점 및 영률을 향상시키며, 이온 교환 가능성을 개선할 수 있다. 그러나, 너무 많은 CaO가 유리-계 기판에 부가되는 경우, 상기 유리 조성물의 밀도 및 CTE가 증가한다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 일반적으로 0 mol% 이상 내지 4.0 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 농도로 CaO를 포함한다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 0.5 mol% 이상 내지 3.5 mol% 이하, 가령 1.0 mol% 이상 내지 3.0 mol% 이하, 또는 1.5 mol% 이상 내지 2.5 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 CaO를 포함한다.
TiO2 는 또한 유리의 증가된 인성에 기여하며, 반면 또한 동시에 유리를 연화시킨다. 그러나, 너무 많은 TiO2가 상기 유리 조성물에 부가되는 경우, 유리는 실투에 민감하게 되며 바람직하지 않은 착색을 나타낸다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 TiO2, 가령 0 mol% 이상 내지 2.0 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 농도로서 TiO2를 포함한다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 0.5 mol% 이상 내지 1.5 mol% 이하의 양으로 TiO2를 포함한다. 일부 구현 예에서s, 상기 유리-계 기판은 TiO2를 함유하지 않거나 또는 실질적으로 함유하지 않는다.
ZrO2는 유리의 인성에 기여한다. 그러나, 너무 많은 ZrO2가 유리 조성물에 부가되는 경우, 바람직하지 않은 지르코니아 함유물이 유리 내의 ZrO2의 낮은 용해성에 적어도 부분적으로 기인하여 유리 내에 형성될 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 ZrO2를, 가령 0 mol% 이상 내지 2.5 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 농도로 포함한다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 0.5 mol% 이상 내지 2.0 mol% 이하, 가령 1.0 mol% 이상 내지 1.5 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 ZrO2를 포함한다. 일부 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 ZrO2를 함유하지 않거나 또는 실질적으로 함유하지 않는다.
SrO는 본원에 기재된 유리 조성물의 액상 온도를 낮춘다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 0 mol% 이상 내지 2.0 mol% 이하, 가령 0.2 mol% 이상 내지 1.5 mol% 이하, 또는 0.4 mol% 이상 내지 1.0 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 SrO를 포함할 수 있다. 일부 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 SrO를 함유하지 않거나 또는 실질적으로 함유하지 않을 수 있다.
구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 선택적으로 하나 이상의 청징제를 포함할 수 있다. 일부 구현 예에서, 상기 청징제는 예를 들어, SnO2를 포함할 수 있다. 이러한 구현 예에서, SnO2는 상기 유리-계 기판 내에 0.2 mol% 이하의 양으로, 가령, 0 mol% 이상 내지 0.1 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 존재할 수 있다. 다른 구현 예에서, SnO2는 상기 유리-계 기판 내에 0 mol% 이상 내지 0.2 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이상 내지 0.2 mol% 이하, 및 전술한 값들 사이의 모든 범위 및 서브 -범위의 양으로 존재할 수 있다. 일부 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 SnO2를 함유하지 않거나 실질적으로 함유하지 않을 수 있다.
구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 비소 및 안티몬 중 하나 또는 둘 모두를 실질적으로 함유하지 않을 수 있다. 다른 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 비소 및 안티몬 중 하나 또는 둘 모두를 함유하지 않을 수 있다.
하나 이상의 구현 예에서, 본원에 기재된 유리-계 물품은 비정질 미세구조를 나타낼 수 있으며, 결정 또는 결정자를 실질적으로 함유하지 않을 수 있다. 즉, 상기 유리-계 물품은 일부 구현 예에서 유리 세라믹 물질을 배제할 수 있다.
상기 유리-계 기판은 유리 세라믹을 포함할 수 있다. 상기 유리 세라믹은 어느 적합한 결정 구조, 가령 리튬 실리케이트, 베타-스포듀민, 또는 스피넬 결정 구조를 포함할 수 있다. 상기 유리-계 기판을 함유하는 유리 세라믹은 어느 적합한 방법, 가령 전구체 유리를 세라믹화하는 것에 의해 형성될 수 있다.
상기 유리-계 기판은 어느 적합한 방법에 의해 생산될 수 있다. 구현 예에서, 상기 유리-계 기판은 슬롯 형성, 플로우트 형성, 롤링 공정, 및 용융 형성 공정을 포함하는 공정에 의해 형성될 수 있다. 유리-계 기판을 형성하기 위한 인발 공정은 결점이 거의 없도록 박형의 유리 물품이 형성되는 것을 가능하게 하므로 바람직하다.
상기 유리-계 기판은 형성될 수 있는 방식으로 특성화될 수 있다. 예를 들어, 상기 유리-계 기판은 플로우트-형성가능한(즉, 플로우트 공정에 의해 형성된), 하향-인발가능한 및 특히 용융-형성가능한 또는 슬롯-인발가능한(즉, 용융 인발 공정 또는 슬롯 인발 공정과 같은 하향 인발 공정에 의해 형성된) 것에 의해 특성화될 수 있다.
본원에 기재된 유리-계 물품의 일부 구현 예는 하향-인발 공정에 의해 형성될 수 있다. 하향-인발 공정은 상대적으로 원시적(pristine) 표면을 갖는 균일한 두께를 갖는 유리-계 기판을 생산한다. 상기 유리-계 기판 및 결과적인 유리-계 물품의 평균 굴곡 강도(flexural strength)는 흠의 양 및 크기에 의해 제어되므로, 최소 접점을 갖는 원시적 표면은 좀 더 높은 초기 강도를 갖는다. 부가적으로, 하향 인발된 유리-계 기판은 값비싼 그라인딩 및 폴리싱 없이 그 최종 적용에 사용될 수 있는 매우 편평하고, 매끈한(smooth) 표면을 갖는다.
상기 유리-계 기판의 일부 구현 예는 용융-형성가능한 것(즉, 용융 인발 공정을 사용하여 형성가능한)으로 기재될 수 있다. 상기 용융 공정은 용융된 유리 원료 물질을 수용하기 위한 채널을 갖는 인발 탱크를 사용한다. 상기 채널은 상기 채널의 양 면 상에 채널의 길이를 따라 맨 위에서 오픈되는 보(weir)를 갖는다. 상기 채널이 용융된 물질로 채워지는 경우, 상기 용융된 유리는 보를 흘러넘친다. 중력에 기인하여, 상기 용융된 유리는 두 개의 흐르는 유리 필름과 같이 인발 탱크의 겉면(outside)으로 아래로 흐른다. 상기 인발 탱크의 이들 겉면은 아래 및 안쪽으로 연장되어 인발 탱크 아래의 에지에서 합쳐진다. 상기 2개의 흐르는 유리 필름은 상기 에지에서 합쳐져 단일로(singler) 흐르는 유리 물품을 용융하고 형성한다. 상기 용융 인발 방법은 상기 채널에 걸쳐 흐르는 상기 2개의 유리 필름이 함께 용융되므로, 결과적인 유리-계 기판의 겉면 중 어느 것도 상기 기기의 어느 부분과 접촉하지 않는다. 따라서, 상기 용융 인발된 유리-계 기판의 표면 성질은 이러한 접촉에 의해 영향을 받지 않는다.
본원에 기재된 유리-계 기판의 일부 구현 예는 슬롯 인발 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 슬롯 인발 공정은 용융 인발 공정과 구별된다. 슬롯 인발 공정에서, 상기 용융된 원료 물질 유리는 인발 탱크로 제공된다. 상기 인발 탱크의 맨 아랫면은 슬롯의 길이를 연장하는 노즐을 갖는 오픈 슬롯을 갖는다. 상기 용융된 유리는 슬롯/노즐을 통해서 흐르며 어닐링 영역 내로 연속적인 유리-계 기판으로서 아래로 인발된다.
본원에 기재된 유리-계 물품은 또 다른 물품, 가령 디스플레이(또는 디스플레이 물품)을 갖는 물품(예를 들어, 이동 전화, 테블릿, 컴퓨터, 네비게이션 시스템, 및 그 유사품을 포함하는 소비자 전자제품), 건축용 물품, 수송 물품(예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 원양 항해선, 등), 가전제품 물품, 또는 소정의 투명성, 내-스크래치성, 내마모성 또는 이들의 조합을 요구하는 어느 물품 내로 혼입될 수 있다. 본원에 기재된 어느 유리-계 물품을 혼입한 예시적인 물품을 도 12a 및 12b에 나타낸다. 구체적으로, 도 12a 및 12b는 전면(204), 후면(206), 및 측면(208)을 갖는 하우징(202); 및 상기 하우징의 전면에 또는 그 부근에 있는 디스플레이(210), 컨트롤러, 메모리를 적어도 포함하는 하우징 내부에 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 있는 전기 부품(미도시); 및 상기 디스플레이 위에 있도록 하우징의 전면에 또는 전면에 걸쳐 있는 커버 기판(212)을 포함하는 소비자 전자 소자(200)를 나타낸다. 상기 커버 기판(212) 및/또는 상기 하우징은 본원에 기재된 어느 유리-계 물품을 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 모든 범위는 범위가 기재되기 전 또는 후에 명시적으로 개시되거나 또는 개시되지 않거나에 상관없이 넓게 기재된 범위에 의해 포괄되는 어느 및 모든 범위 및 서브범위를 포함한다.
당해 기술 분야의 당업자에게 다양한 변형 및 변화가 청구된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본원에 기재된 구현 예에 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 이러한 변형 및 변화가 첨부된 청구항 및 그 균등물의 범위 내에 있는 경우, 본 명세서는 본원에 기재된 다양한 구현 예의 변형 및 변화를 커버하는 것으로 의도된다.
Claims (39)
- 유리-계 물품으로서,
제1의 표면;
제2의 표면; 및
제1의 표면에서부터 제1의 압축의 깊이 DOC1까지 연장하는 제1의 압축 영역, 제2의 표면에서부터 제2의 압축의 깊이 DOC2까지 연장하는 제2의 압축 영역, 및 DOC1에서부터 DOC2까지 연장하는 인장 영역을 갖는 응력 프로파일을 포함하며,
여기서 상기 인장 영역은 1.31 MPa·√(m) 이상 및 1.8·KIC 미만의 인장 응력 인자 KT를 가지며, 여기서 KIC는 상기 유리-계 물품의 중심과 동일한 조성물을 갖는 유리-계 기판의 파괴 인성인, 유리-계 물품. - 청구항 1에 있어서,
KT는 1.41 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 1에 있어서,
KT는 2.0 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 1에 있어서,
KT는 1.781·KIC 이하인, 유리-계 물품. - 청구항 1에 있어서,
KIC는 0.67 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 1에 있어서,
KIC는 1.3 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 1에 있어서,
알카리 알루미노실리케이트를 포함하는, 유리-계 물품. - 청구항 1에 있어서,
제1 및 제2의 표면으로부터 각각 측정된 바에 따라, DOC1 = DOC2인, 유리-계 물품. - 청구항 1에 있어서,
상기 유리-계 물품은 비-취성(non-frangible)인, 유리-계 물품. - 소비자 전자 제품으로서,
전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징;
상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 부품, 상기 전기 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에 또는 그 부근에 있음; 및
상기 디스플레이에 걸쳐 배치된 커버 기판을 포함하며,
상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 부분이 청구항 1의 유리-계 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품. - 유리-계 물품으로서,
표면; 및
표면에서부터 압축의 깊이 DOC까지 연장하는 압축 영역, 및 인장 영역을 갖는 응력 프로파일을 포함하며,
여기서 상기 인장 영역은 1.31 MPa·√(m) 이상 및 KT limit 이하의 인장 응력 인자 KT 를 가지며, 여기서 KT limit는 다음과 같이 정의되며:
여기서, KIC 는 상기 유리-계 물품의 중심과 동일한 조성물을 갖는 유리-계 기판의 파괴 인성이며, t 는 유리-계 물품의 두께인, 유리-계 물품. - 청구항 11에 있어서,
KT 는 1.41 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 11에 있어서,
KT 는 2.0 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 11에 있어서,
는 0.12를 초과하는, 유리-계 물품.
- 청구항 11에 있어서,
는 0.18을 초과하는, 유리-계 물품.
- 청구항 11에 있어서,
KIC 는 0.67 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 11에 있어서,
KIC 는 1.3 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 11에 있어서,
알카리 알루미노실리케이트를 포함하는, 유리-계 물품. - 청구항 11에 있어서,
상기 유리-계 물품은 비-취성인, 유리-계 물품. - 소비자 전자 제품으로서,
전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징;
상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 부품, 상기 전기 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에 또는 그 부근에 있음; 및
상기 디스플레이에 걸쳐 배치된 커버 기판을 포함하며,
상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 부분이 청구항 11의 유리-계 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품. - 유리-계 물품으로서,
제1의 표면;
제2의 표면; 및
제1의 표면에서부터 제1의 압축이 깊이 DOC1까지 연장하는 제1의 압축 영역, 제2의 표면에서부터 제2의 압축의 깊이 DOC2까지 연장하는 제2의 압축 영역, 및 DOC1에서부터 DOC2및 까지 연장하는 인장 영역을 갖는 응력 프로파일을 포함하며,
여기서 상기 인장 영역은 1.31 MPa·√(m) 이상 및 KT limit 이하의 인장 응력 인자 KT 를 가지며, 여기서 KT limit는 다음과 같이 정의되며:
여기서 KIC 는 상기 유리-계 물품의 중심과 동일한 조성물을 갖는 유리-계 기판의 파괴 인성이며, t 는 유리-계 물품의 두께이고, DOC1 및 DOC2 는 상기 제1의 표면으로부터 측정된, 유리-계 물품. - 청구항 21에 있어서,
KT 는 1.41 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 21에 있어서,
KT 는 2.0 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 21에 있어서,
KT 는 0.95·KT limit 이하인, 유리-계 물품. - 청구항 21에 있어서,
KT 는 0.85·KT limit 이하인, 유리-계 물품. - 청구항 21에 있어서,
KIC 는 0.67 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 21에 있어서,
KIC 는 1.3 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 21에 있어서,
알카리 알루미노실리케이트를 포함하는, 유리-계 물품. - 청구항 21에 있어서,
DOC1 = t-DOC2인 유리-계 물품. - 청구항 21에 있어서,
상기 유리-계 물품은 비-취성인, 유리-계 물품. - 소비자 전자 제품으로서,
전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징;
상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 부품, 상기 전기 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에 또는 그 부근에 있음; 및
상기 디스플레이에 걸쳐 배치된 커버 기판을 포함하며,
상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 부분이 청구항 21의 유리-계 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품. - 유리-계 물품으로서,
표면; 및
표면으로부터 압축의 깊이 DOC까지 연장하는 압축 영역, 및 인장 영역을 갖는 응력 프로파일을 포함하며,
여기서 상기 압축 영역은 압축-응력 인자 KCS를 가지며, 상기 인장 영역은 1.31 MPa·√(m) 이상의 인장 응력 인자 KT 를 가지며, 그리고:
이며,
여기서 KIC 는 상기 유리-계 물품의 중심과 동일한 조성물을 갖는 유리-계 기판의 파괴 인성인, 유리-계 물품. - 청구항 32에 있어서,
인, 유리-계 물품.
- 청구항 32에 있어서,
인, 유리-계 물품.
- 청구항 32에 있어서,
KT 는 1.41 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 32에 있어서,
KT 는 2.0 MPa·√(m) 이상인, 유리-계 물품. - 청구항 32에 있어서,
알카리 알루미노실리케이트를 포함하는, 유리-계 물품. - 청구항 32에 있어서,
상기 유리-계 물품은 비-취성인, 유리-계 물품. - 소비자 전자 제품으로서,
전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징;
상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 부품, 상기 전기 부품은 적어도 컨트롤러, 메모리 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에 또는 그 부근에 있음; 및
상기 디스플레이에 걸쳐 배치된 커버 기판을 포함하며,
상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 부분이 청구항 32의 유리-계 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품.
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