KR20220061272A - 금속 산화물 농도 구배를 포함하는 융합-형성가능한 유리계 제품 - Google Patents
금속 산화물 농도 구배를 포함하는 융합-형성가능한 유리계 제품 Download PDFInfo
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Abstract
약 3 mm 이하 (예를 들어, 약 1 mm 이하)의 두께 (t)를 한정하는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면, 및 응력 프로파일을 포함하며, 여기서 약 0·t 부터 0.3·t까지 및 약 0.7·t 초과 내지 t의 두께 범위 사이에서 응력 파일의 모든 지점은 약 0.1 MPa/마이크로미터보다 큰 절대값을 갖는 기울기를 갖는 탄젠트를 포함하는 유리계 제품. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품은 두께의 적어도 일부 (예를 들어, 0·t 내지 약 0.3·t)를 따라 변화하는 0이 아닌 금속 산화물 농도 및 약 71.5/√(t) (MPa) 미만의 최대 중심 인장을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 금속 산화물 또는 알칼리 금속 산화물의 농도는 제1 표면으로부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 지점에서의 값까지 감소하고, 상기 값으로부터 제2 표면까지 증가한다. 금속 산화물의 농도는 두께를 통하여 약 0.05 mol% 이상 또는 약 0.5 mol% 이상일 수 있다. 이러한 유리계 제품을 형성하는 방법이 또한 개시된다.
Description
본원은 2016년 7월 22일에 출원된 미국 가 특허출원 제62/365534호, 2016년 7월 20일에 출원된 미국 가 특허출원 제62/364687호, 2016년 4월 8일에 출원된 미국 가 특허출원 제62/320095호 및 2015년 12월 11일에 출원된 미국 가 특허출원 제62/266411호의 우선권을 주장하며, 이의 전체적인 내용은 여기에 참조로서 병합된다.
본 개시는 개선된 파단 저항성을 포함하는 개선된 손상 저항성을 나타내는 융합-형성가능한 유리계 제품에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 두께의 실질적인 일부를 따라 변화하는 0이 아닌 금속 산화물 농도 구배 또는 농도를 나타내는 융합-형성가능한 유리 및 유리 세라믹 제품에 관한 것이다.
유리계 제품은 종종 이러한 제품의 표면 안으로 큰 결함을 도입시킬 수 있는 심각한 충격을 겪는다. 이러한 결함은 표면으로부터 약 200 마이크로미터 (미크론 또는 ㎛)까지의 깊이까지 확장할 수 있다. 전통적으로, 열적으로 템퍼링된 (tempered) 유리는 이러한 결함이 유리에 도입됨으로써 야기되는 파괴를 방지하는데 사용되어 왔으며, 왜냐하면, 열적으로 템퍼링된 유리는 종종 큰 압축 응력 (CS) 층 (예를 들어, 유리의 총 두께의 약 21%)을 나타내며, 이 압축 응력 층은 결함이 유리 안으로 더 전파하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 파괴를 방지할 수 있기 때문이다. 열 템퍼링에 의해 발생된 응력 프로파일의 예가 도 1에 나타난다. 도 1에서, 열적으로 처리된 유리 제품 (100)은 제1 표면 (101), 두께 (t 1) 및 표면 CS (110)을 포함한다. 열적으로 처리된 유리 제품 (100)은 제1 표면 (101)로부터 압축의 깊이 (130)로 감소하는 CS를 나타내고, 여기서 정의된 바와 같이, 그 깊이에서 응력은 압축으로부터 인장 응력으로 변하고, 최대 중심 인장 (CT) (120)에 도달한다.
열 템퍼링은 현재 두꺼운 유리계 제품으로 제한되어 있는데 (즉, 약 3 밀리미터 이상의 두께 (t 1)를 갖는 유리계 제품), 왜냐하면 열 강화 및 원하는 잔류 응력을 달성하기 위해, 충분한 열적 구배가 이러한 유리 제품의 코어 및 표면 사이에 형성되어야 하기 때문이다. 이러한 두꺼운 제품은 디스플레이 (예를 들어, 이동전화, 태블릿, 컴퓨터, 네비게이션 시스템, 등을 포함하는 소비자 전자제품), 건축 (예를 들어, 창문, 샤워 판넬, 조리대 등), 운송 (예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박, 등), 가정용 기기와 같은 많은 적용, 또는 우수한 파단 저항성이 필요하지만, 얇고 경량 제품을 요구하는 적용에서 바람직하지 않거나 실용적이지 않다.
비록 화학적 강화는 열적 템퍼링과 동일한 방식으로 유리계 제품의 두께에 의해 제한되지 않지만, 공지된 화학적으로 강화된 유리계 제품은 열적으로 템퍼링된 유리계 제품의 응력 프로파일을 나타내지 않는다. 화학적 강화에 의해 (예를 들어, 이온 교환 공정에 의해) 생성된 응력 프로파일의 예가 도 2에 나타내어져 있다. 도 2에서, 화학적으로 강화된 유리계 제품 (200)은 제1 표면 (201), 두께 (t 2) 및 표면 CS (210)을 포함한다. 유리계 제품 (200)은 제1 표면 (201)로부터 DOC (depth of compression (압축의 깊이)) (230)로 감소하는 CS를 나타내고, 여기서 정의된 바와 같이, 그 깊이에서 응력은 압축으로부터 인장 응력으로 변하고, 최대 CT (220)에 도달한다. 도 2에서 나타낸 바와 같이, 이러한 프로파일은 CT 영역의 적어도 일부를 따라 일정하거나 거의 일정한 인장 응력을 갖는 CT 영역 또는 실질적으로 편평한 CT 영역을 나타낸다. 종종, 공지된 화학적으로 강화된 유리계 제품은 도 1에서 나타낸 최대 중심 값과 비교하여, 더 낮은 최대 CT 값을 나타낸다.
따라서, 개선된 파단 저항성을 나타내는 얇은 유리계 제품이 필요하다.
본 개시의 제1 관점은 밀리미터 (mm)로 두께 (t)를 한정하는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는 금속 산화물의 농도; 및 약 71.5/√(t) (MPa) 미만의 최대 중심 인장 CT를 포함하는 중심 인장 (CT) 영역을 포함하는 유리계 제품에 관한 것이다. 하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품이 파단되었을 때, 유리계 제품은 Z. Tang 등, Automated Apparatus for Measuring the Frangibility and Fragmentation of Strengthened Glass. 실험 기계학 (Experimental Mechanics) (2014) 54:903-912에 기재된 바와 같이, "부서지기 쉬움성 시험 (Frangibility Test)"에 의해 측정되었을 때 많아야 2 파편/인치2로 파단된다. 파편의 수는 시험되는 샘플의 면적 (평방 인치)로 나누어지며, 여기서 샘플 크기는 5 cm × 5 cm (2 inch × 2 inch) 평방이다.
몇몇 구현예에서, 금속 산화물의 농도는 0이 아니며 전체 두께를 따라 변화한다. 하나 이상의 구현예에서, 금속 산화물은 두께 범위를 따라 응력을 발생시킨다. 금속 산화물의 1가 이온은 유리계 기판에서 금속 산화물의 모든 1가 이온 중에서 가장 큰 이온 직경을 가질 수 있다. 금속 산화물의 농도는 제1 표면으로부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 지점까지 감소할 수 있고, 상기 지점으로부터 제2 표면까지 증가한다. 예를 들어, 제1 표면에서의 금속 산화물의 농도는 약 0.5·t와 동일한 깊이에서의 금속 산화물의 농도보다 약 1.5 배 (또는 그 이상) 클 수 있다. 몇몇 경우에서, 금속 산화물의 농도는 두께 전체에 걸쳐 약 0.05 mol% 이상 (예를 들어, 약 1 mol% 내지 약 15 mol% 범위)일 수 있다. 몇몇 경우에서, 금속 산화물의 농도는 제1 표면으로부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 지점에서의 값까지 감소할 수 있고, 상기 값부터 제2 표면까지 증가할 수 있다. 금속 산화물은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, 및 Cs2O 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 금속 산화물 농도 구배는 유리계 제품의 CT 영역에서 존재할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 두께를 따라 확장하는 응력 프로파일을 포함하고, 여기서 약 0·t 부터 0.3·t까지 및 약 0.7·t 초과 내지 t의 두께 범위 사이의 응력 프로파일의 모든 지점은 약 0.1 MPa/마이크로미터보다 큰 절대값을 갖는 기울기를 갖는 탄젠트 (tangent) (즉, 약 -0.1 MPa/마이크로미터보다 작은 또는 약 0.1 MPa/마이크로미터보다 큰 값을 갖는 기울기를 갖는 탄젠트)를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 탄젠트는 "국부 구배 (local gradient)"와 상호교환적으로 기재되고 사용될 수 있으며, 깊이 증분이 0에 접근함에 따라, 깊이의 함수로서 응력 크기의 변화로 정의된다. 몇몇 구현예에서, 응력 프로파일은 최대 CS, DOC 및 약 71.5/√(t) (MPa) 미만의 최대 CT를 포함하며, 여기서 최대 CT 대 최대 CS의 절대값의 비 (즉, 최대 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비)는 약 0.01 내지 약 0.2의 범위이고, 여기서 DOC는 약 0.1·t 이상이다.
하나 이상의 구현예에서, 여기에 기재된 유리계 제품은 소정의 파단 거동을 나타낸다. 예를 들어, 하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품이 단일 사건 (즉, 낙하되거나 또는 기구로 한번 충격받는 것과 같은 단일 충격)에 의해 파단될 때, 유리계 제품은 최대한 2 파편/인치2로 파단되고, 여기서 사용된 샘플 크기는 5 cm × 5 cm (2 인치 × 2 인치) 평방이었다.
하나 이상의 구현예의 유리계 제품은 약 300 MPa 이상, 또는 약 400 MPa 이상의 표면 압축 응력 (CS)를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품은 약 200 MPa 이상의 표면 CS 및 약 0.4·t 이상의 화학적 층의 깊이를 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, CS는 제1 표면으로부터 DOC로 확장할 수 있고, 여기서 DOC는 약 0.1·t 이상이다. 몇몇 구현예의 유리계 제품은 약 0.01 내지 약 0.2 범위의 (최대 CS를 포함할 수 있는) 표면 CS의 최대값에 대한 최대 CT의 비를 나타낸다. 선택적으로, 표면 CS는 최대 CT보다 크다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 제1 금속 산화물 농도 및 제2 금속 산화물 농도를 포함하고, 여기서 제1 금속 산화물 농도는 약 0·t 내지 약 0.5·t 범위의 제1 두께로부터 약 0 mol% 내지 약 15 mol% 범위에 있고, 여기서 제2 금속 산화물 농도는 약 0 마이크로미터 내지 약 25 마이크로미터 범위의 제2 두께로부터 약 0 mol% 내지 약 10 mol% 범위에 있다. 선택적으로, 유리계 제품은 제3 금속 산화물을 포함한다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 약 0·t 내지 약 0.3·t (또는 0·t 내지 약 0.4·t 또는 약 0·t 내지 약 0.45·t) 범위의 두께를 따라 변화하며 0이 아닌 금속 산화물의 농도, 약 200MPa 이상의 표면 압축 응력; 및 약 71.5/√(t) (MPa) 미만의 최대 CT 갖는 CT 영역를 포함하고, 여기서 "71.5"은 MPa·(mm)^^0.5의 단위이고, "t"는 밀리미터 (mm) 단위이다.
유리계 제품은 3 밀리미터 이하 또는 1 밀리미터 이하의 두께 (t)를 가질 수 있다. 유리계 제품은 비정질 구조, 결정질 구조 또는 이들의 조합을 가질 수 있다. 유리계 제품은 약 380 nm 내지 약 780 nm 범위의 파장에 걸쳐 약 88% 이상의 투과율을 나타낼 수 있다. 또한, 몇몇 구현예에서, 유리계 제품은 CIE 광원 F02 하에서, 약 88 이상의 L* 값, 약 -3 내지 약 +3 범위의 a* 값, 및 약 -6 내지 약 +6 범위의 b* 값의 CIELAB 색 공간 좌표를 나타낼 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 80 GPa 미만의 영률을 포함한다. 본 개시에서 영률 값은 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts"라는 제목의 ASTM E2001-13에서 설명된 일반적 유형의 공진 초음파 분광법 기술에 의해 측정된 값을 지칭한다. 유리계 제품은 약 100 킬로포이즈 (kP) 이상의 액상선 점도를 포함한다.
유리계 제품은: 약 15 mol%을 초과하는 Al2O3 및 Na2O의 조합된 양을 포함하는 조성물, 4 mol% 초과의 Na2O를 포함하는 조성물, B2O3, ZnO, 또는 B2O3과 ZnO 모두가 실질적으로 없는 조성물, 및 0이 아닌 양의 P2O5를 포함하는 조성물 중 어느 하나 이상을 갖는 조성물을 포함할 수 있다.
유리계 제품은 약 460℃에서 약 450 ㎛2/시간 이상의 1가 이온 (예를 들어, 나트륨 이온 또는 칼륨 이온) 확산률 (diffusivity)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 이 1가 이온 확산률은 약 0.15·t초과의 DOC와 조합하여 나타내어지며, 여기서 표면 CS는 최대 CT의 1.5배 이상이다.
몇몇 구현예에서, 유리계 제품은 약 0.7 MPa·m1/2 이상의 파단 인성 (K1C)을 포함한다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 약 0 J/m2 초과 내지 40 J/m2 미만의 저장된 인장 에너지를 나타낸다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 CS 영역 및 CT 영역을 포함하는 응력 프로파일을 포함하고, 여기서 CT 영역은 수학식 응력(x) = MaxT - (((CTn·(n+1))/0.5n)·|(x/t)-0.5|n)에 의해 근사화되고, 여기서 MaxT는 최대 인장 값이고, CTn은 MaxT 이하이며 MPa 단위로 양의 값이고, x는 마이크로미터로 두께 (t)를 따라서의 지점이고, n은 1.5 내지 5 (또는 1.5 내지 2)의 범위이다. 몇몇 구현예에서, CT 영역은 약 50 MPa 내지 약 250 MPa 범위의 최대 CT 값을 포함하고, 최대 CT 값은 약 0.4t 내지 약 0.6t 범위의 깊이에 있다. 몇몇 경우에서, 약 0t 내지 약 0.1t 범위의 두께로부터, 응력 프로파일은 크기가 (절대값으로) 약 20 MPa/미크론 내지 약 200 MPa/미크론 범위인 기울기를 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 응력 프로파일은 0.5t로부터 표면까지 측정된 복수의 오차 함수의 조합에 의해 근사화된다.
본 개시의 제2 관점은 강화된 유리계 제품에서 유리 조성물의 사용에 관한 것이며, 유리 조성물은 (mol%)로: 약 60 내지 약 75 범위 양의 SiO2, 약 12 내지 약 20 범위 양의 Al2O3, 약 0 내지 약 5 범위 양의 B2O3, 약 2 내지 약 8 범위 양의 Li2O, 4 초과 양의 Na2O, 0이 아닌 양의 P2O5, 약 0 내지 약 5 범위 양의 MgO, 약 0 내지 약 3 범위 양의 ZnO, 약 0 내지 약 5 범위 양의 CaO를 포함하고, 여기서 유리 조성물은 이온-교환가능하고 비정질이며, 여기서 Al2O3 및 Na2O의 총량은 약 15 mol% 초과이고, 여기서 유리 조성물은 조핵제가 실질적으로 없으며, 여기서 유리 조성물은 약 100 kP 이상의 액상선 점도를 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 B2O3, ZnO, 또는 B2O3와 ZnO 둘다가 실질적으로 없다.
본 개시의 제3 관점은, mol%로, 약 60 내지 약 75 범위 양의 SiO2, 약 12 내지 약 20 범위 양의 Al2O3, 약 0 내지 약 5 범위 양의 B2O3, 약 2 내지 약 8 범위 양의 Li2O, 약 4 초과 양의 Na2O, 약 0 내지 약 5 범위 양의 MgO, 약 0 내지 약 3 범위 양의 ZnO, 약 0 내지 약 5 범위 양의 CaO, 및 0이 아닌 양의 P2O5;를 포함하는 조성물을 포함하는 유리 기판에 관한 것이며, 여기서 유리 기판은 이온-교환가능하며 비정질이고, 여기서 조성물 내의 Al2O3 및 Na2O의 총 양은 약 15 mol%를 초과하고, 여기서, 유리 조성물은 조핵제가 실질적으로 없으며 약 100 kP 이상의 액상선 점도를 포함한다.
몇몇 구현예에서, 유리 기판은 비정질이며 강화되었고, 여기서 Na2O 농도는 변화하고, 여기서 조성물은 조핵제가 실질적으로 없고, 조성물에서 Al2O3 및 Na2O의 총 양은 약 15 mol%를 초과하고, 여기서 유리 조성물은 조핵제가 실질적으로 없으며, 약 100 kP 이상의 액상선 점도를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 유리 기판은 0이 아닌 양의 P2O5를 포함한다.
본 개시의 제4 관점은: 전면, 후면, 및 측면을 갖는 하우징; 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 구성성분; 상기 하우징의 전면에 있거나 인접하는 디스플레이; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하는 장치에 관한 것이며, 여기서 상기 커버 기판은 여기에 개시된 구현예에 따른 유리계 제품을 포함한다.
본 개시의 추가적인 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 통상의 기술자에게 쉽게 명백하거나, 또는 상세한 설명, 청구 범위, 및 첨부된 도면을 포함하여, 여기에 개시된 구현예를 실행함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단순히 예시적인 것이며, 청구범위의 속성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 본 개시의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서의 일부로서 병합되며 그 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구현예(들)을 예시하고, 발명의 설명과 함께 본 개시의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 공지된 열 템퍼링된 유리 제품의 두께를 가로지르는 단면도이다.
도 2는 공지된 화학적으로 강화된 유리 제품의 두께를 가로지르는 단면도이다.
도 3은 본 개시의 하나 이상의 구현예에 따른 화학적으로 강화된 유리계 제품의 두께를 가로지르는 단면도이다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 구현예에 따른 다양한 응력 프로파일을 예시하는 그래프이다.
도 5a 내지 5b는 하나 이상의 구현예에 따른 유리계 제품의 표면에 인가된 수직 하중 (N)의 함수로서 최대 인장 응력 (MPa)을 나타내는 그래프이다.
도 6은 링-온-링 장치의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 개시에서 기재된 샌드페이퍼 상에서 반전된 볼 (inverted ball on sandpaper, IBoS) 시험을 수행하는데 사용되는 장치의 구현예의 개략적인 단면도이다.
도 8은 모바일 또는 핸드헬드 전자 장치에서 사용되는 유리계 제품에서 전형적으로 발생하는 손상 도입 더하기 굽힘으로 인한 파괴에 대한 지배적인 메카니즘의 개략적인 단면도이다.
도 9는 여기에 기재된 장치에서 IBoS 시험을 수행하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 10은 이온 교환 시간의 함수로서 실시예 1A 내지 1G에 대한 최대 CT 값을 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예 1E의 유리계 제품의 표면으로부터 상기 유리계 제품의 안으로 확장하는 깊이의 함수로서 실시예 1E의 측정된 응력을 나타내는 그래프이다.
도 12는 상이한 하중 또는 압력에서 연마된 후에 실시예 2A에 따른 유리계 제품에 대하여 파괴 값에 대한 하중을 나타내는 그래프이다.
도 13은 실시예 2A에 따른 유리계 제품이 180 그릿 샌드페이버 상으로, 그 다음엔 30 그릿 샌드페이퍼 상으로 낙하된 후에 파괴된 높이를 나타내는 그래프이다.
도 14는 실시예 3A 및 비교예 3B에 따른 유리계 제품이 30 그릿 샌드페이퍼 상으로 낙하된 후에 파괴된 높이를 나타내는 그래프이다.
도 15는 25 psi의 하중 또는 압력에서 연마된 후에 실시예 3A 및 비교예 3B에 따른 유리계 제품의 파괴에 대한 평균 하중을 비교한 그래프이다.
도 16은 45 psi의 하중 또는 압력에서 연마된 후에 실시예 3A 및 비교예 3B에 따른 유리계 제품의 파괴에 대한 평균 하중을 비교한 그래프이다.
도 17은 깊이의 함수로서 실시예 4A-1 내지 4A-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 18은 이온 교환 시간의 함수로서 실시예 4A-1 내지 4A-6의 최대 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다.
도 19는 깊이의 함수로서 실시예 4B-1 내지 4B-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 20은 이온 교환 시간의 함수로서 실시예 4B-1 내지 4B-6의 최대 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다.
도 21은 깊이의 함수로서 실시예 4C-1 내지 4C-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 22는 이온 교환 시간의 함수로서 실시예 4C-1 내지 4C-6의 최대 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다.
도 23은 깊이의 함수로서 실시예 4D-1 내지 4D-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 24는 이온 교환 시간의 함수로서 실시예 4D-1 내지 4D-6의 최대 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다.
도 25는 깊이의 함수로서 비교예 5A 및 실시예 5B의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 26은 최대 CT의 함수로서 비교예 5A 및 실시예 5B의 저장된 인장 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 27은 최대 CT의 함수로서 비교예 5C 및 실시예 5D의 저장된 인장 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 28은 여기에 기재된 유리계 제품의 하나 이상의 구현예를 혼입한 전자 장치의 정면도이다.
도 29는 유리계 제품용 시험 장치의 측면도이다.
도 30은 도 29에서 나타낸 시험 장치의 일부의 측면도이다.
도 31은 도 29에서 나타낸 시험 장치의 후방 사시도이다.
도 32는 도 29에서 나타낸 시험 장치의 전방 사시도이다.
도 33은 유리계 제품용 시험 장치의 측면도이다.
도 34는 도 29에서 나타낸 시험 장치의 일부의 측면도이다.
도 35는 다양한 유리 샘플에 대해 도 29에서 나타낸 시험 장치 상에서 얻어진 평균 충격력 대 스윙 각도 데이타의 그래프이다.
도 36은 다양한 유리 샘플에 대해 도 29에서 나타낸 시험 장치 상에서 얻어진 평균 충격 지점 데이타의 막대 그래프이다.
도 37은 다양한 샘플에 대해 잔류 강도 값을 나타내는 그래프이다.
도 2는 공지된 화학적으로 강화된 유리 제품의 두께를 가로지르는 단면도이다.
도 3은 본 개시의 하나 이상의 구현예에 따른 화학적으로 강화된 유리계 제품의 두께를 가로지르는 단면도이다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 구현예에 따른 다양한 응력 프로파일을 예시하는 그래프이다.
도 5a 내지 5b는 하나 이상의 구현예에 따른 유리계 제품의 표면에 인가된 수직 하중 (N)의 함수로서 최대 인장 응력 (MPa)을 나타내는 그래프이다.
도 6은 링-온-링 장치의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 개시에서 기재된 샌드페이퍼 상에서 반전된 볼 (inverted ball on sandpaper, IBoS) 시험을 수행하는데 사용되는 장치의 구현예의 개략적인 단면도이다.
도 8은 모바일 또는 핸드헬드 전자 장치에서 사용되는 유리계 제품에서 전형적으로 발생하는 손상 도입 더하기 굽힘으로 인한 파괴에 대한 지배적인 메카니즘의 개략적인 단면도이다.
도 9는 여기에 기재된 장치에서 IBoS 시험을 수행하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 10은 이온 교환 시간의 함수로서 실시예 1A 내지 1G에 대한 최대 CT 값을 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예 1E의 유리계 제품의 표면으로부터 상기 유리계 제품의 안으로 확장하는 깊이의 함수로서 실시예 1E의 측정된 응력을 나타내는 그래프이다.
도 12는 상이한 하중 또는 압력에서 연마된 후에 실시예 2A에 따른 유리계 제품에 대하여 파괴 값에 대한 하중을 나타내는 그래프이다.
도 13은 실시예 2A에 따른 유리계 제품이 180 그릿 샌드페이버 상으로, 그 다음엔 30 그릿 샌드페이퍼 상으로 낙하된 후에 파괴된 높이를 나타내는 그래프이다.
도 14는 실시예 3A 및 비교예 3B에 따른 유리계 제품이 30 그릿 샌드페이퍼 상으로 낙하된 후에 파괴된 높이를 나타내는 그래프이다.
도 15는 25 psi의 하중 또는 압력에서 연마된 후에 실시예 3A 및 비교예 3B에 따른 유리계 제품의 파괴에 대한 평균 하중을 비교한 그래프이다.
도 16은 45 psi의 하중 또는 압력에서 연마된 후에 실시예 3A 및 비교예 3B에 따른 유리계 제품의 파괴에 대한 평균 하중을 비교한 그래프이다.
도 17은 깊이의 함수로서 실시예 4A-1 내지 4A-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 18은 이온 교환 시간의 함수로서 실시예 4A-1 내지 4A-6의 최대 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다.
도 19는 깊이의 함수로서 실시예 4B-1 내지 4B-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 20은 이온 교환 시간의 함수로서 실시예 4B-1 내지 4B-6의 최대 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다.
도 21은 깊이의 함수로서 실시예 4C-1 내지 4C-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 22는 이온 교환 시간의 함수로서 실시예 4C-1 내지 4C-6의 최대 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다.
도 23은 깊이의 함수로서 실시예 4D-1 내지 4D-6의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 24는 이온 교환 시간의 함수로서 실시예 4D-1 내지 4D-6의 최대 CT 및 DOC 값을 나타내는 그래프이다.
도 25는 깊이의 함수로서 비교예 5A 및 실시예 5B의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 26은 최대 CT의 함수로서 비교예 5A 및 실시예 5B의 저장된 인장 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 27은 최대 CT의 함수로서 비교예 5C 및 실시예 5D의 저장된 인장 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 28은 여기에 기재된 유리계 제품의 하나 이상의 구현예를 혼입한 전자 장치의 정면도이다.
도 29는 유리계 제품용 시험 장치의 측면도이다.
도 30은 도 29에서 나타낸 시험 장치의 일부의 측면도이다.
도 31은 도 29에서 나타낸 시험 장치의 후방 사시도이다.
도 32는 도 29에서 나타낸 시험 장치의 전방 사시도이다.
도 33은 유리계 제품용 시험 장치의 측면도이다.
도 34는 도 29에서 나타낸 시험 장치의 일부의 측면도이다.
도 35는 다양한 유리 샘플에 대해 도 29에서 나타낸 시험 장치 상에서 얻어진 평균 충격력 대 스윙 각도 데이타의 그래프이다.
도 36은 다양한 유리 샘플에 대해 도 29에서 나타낸 시험 장치 상에서 얻어진 평균 충격 지점 데이타의 막대 그래프이다.
도 37은 다양한 샘플에 대해 잔류 강도 값을 나타내는 그래프이다.
다양한 구현예에 대한 참조가 상세하게 만들어질 것이며, 이의 실시예는 수반되는 실시예 및 도면에서 예시된다.
다음의 설명에서, 동일한 참조 문자는 도면에서 나타낸 여러 도면을 통하여 동일하거나 대응하는 부분을 지명한다. 달리 특정되지 않는 한, "상부", "하부", "외측" "내측" 등과 같은 용어는 편의상의 단어이지, 제한하는 용어로 해석되어서는 안됨을 이해해야 한다. 또한, 군이 일 군의 구성요소 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기재될 때마다, 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여, 열거된 그들 구성요소 중 임의의 개수를(로), 포함하거나, 본질적으로 이루어지거나, 또는 이루어질 수 있다는 것이 이해된다. 유사하게, 군이 일 군의 구성요소 또는 이들의 조합의 적어도 하나로 이루어지는 것으로 기재될 때마다, 상기 군은 개별적으로, 또는 서로 조합하여, 열거된 그들 구성요소 중 임의의 개수로 이루어질 수 있다는 것이 이해된다. 달리 특정되지 않는 한, 범위의 값은, 기재되었을 때, 상기 범위의 상한 및 하한 둘다 뿐만아니라 이들 사이의 임의의 범위도 포함한다. 여기에 사용된 바와 같이, 단수는, 달리 특정하지 않는 한, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 개시된 다양한 특징은 어떤 및 모든 조합으로 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어 "유리계 제품 (glass-based article)" 및 "유리계 기판"은 그들의 가장 넓은 의미로 사용되어, 전체적으로 또는 부분적으로 유리로 만들어진 임의의 대상물을 포함한다. 유리계 제품은 유리 및 유리-아닌 물질의 적층체, 유리 및 결정질 물질의 적층체, 및 유리-세라믹 (비정질 상 및 결정질 상을 포함)을 포함한다. 달리 특정하지 않는 한, 모든 조성물은 몰 퍼센트 (mol%)로 표현된다.
용어 "실질적으로 (substantially)" 및 "약"은 임의의 정량적 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에서 기인할 수 있는 고유한 정도의 불확실성을 나타내기 위해 여기에서 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 이들 용어들은 또한 그 정도에 의해서는 정량적 표현이 쟁점이 되고 있는 주제의 기본 기능에서의 변화를 초래하지 않는다는 것을 나타내기위해 여기서 사용될 수 있다.
달리 특정되지 않는 한, 모든 온도는 섭씨 온도 (℃)로 표현된다. 여기에 사용되는 용어 "연화점"은 유리의 점도가 대략 107.6 포이즈 (P)인 온도를 지칭하며, 용어 "어닐링점"은 유리의 점도가 대략 1013.2 포이즈 (P)인 온도를 지칭하며, 용어 "200 포이즈 온도 (T200P)"는 유리의 점도가 대략 200 포이즈인 온도를 지칭하며, 용어 "1011 포이즈 온도"는 유리의 점도가 대략 1011 포이즈인 온도를 지칭하며, 용어 "35 kP 온도 (T35kP)"는 유리의 점도가 대략 35 킬로포이즈 (kP)인 온도를 지칭하며, 용어 "160 kP 온도 (T160kP)"는 유리의 점도가 대략 160 kP인 온도를 지칭한다.
일반적으로 도면들 및 특히 도 1 내지 도 3을 참조하면, 예시된 것들은 특정 구현예를 설명하기 위한 목적이며 본 개시 또는 첨부된 청구범위를 제한하려는 의도가 아니라는 것을 이해할 것이다. 도면은 반드시 일정한 축척이 아니며, 도면의 어떤 특징 및 어떤 관점은 명료함 및 간결함을 위해 축척으로 또는 개략적으로 과장되어 나타낼 수 있다.
여기에 사용된 바와 같이, DOC는 유리계 제품 내의 응력이 압축에서 인장 응력으로 변하는 깊이를 지칭한다. DOC에서, 응력은 포지티브 (압축) 응력에서 네거티브 (인장) 응력으로 교차하고 (예를 들어, 도 1에서 130), 따라서 0의 응력 값을 나타낸다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어 "화학적 깊이 (chemical depth)", "층의 화학적 깊이 (chemical depth of layer)" 및 "화학적 층의 깊이 (depth of chemical layer)"는 상호교환적으로 사용될 수 있고, 금속 산화물 또는 알칼리 금속 산화물의 이온 (예를 들어, 금속 이온 또는 알칼리 금속 이온)이 유리계 제품 안으로 확산하는 깊이를 지칭할 수 있고, 상기 이온의 농도가 전자 탐침 미소 분석 (Electron Probe Micro-Analysis, EPMA) 또는 글로우 방전-광학적 방출 분광법 (Glow Discharge-Optical Emission Spectroscopy, GD-OES)에 의해 결정되었을 때, 최소값에 도달하는 깊이를 지칭할 수 있다. 특히, Na2O 확산의 깊이 또는 Na+ 이온 농도를 평가하는 것은 EPMA 및 표면 응력 계측기 (아래에서 보다 상세히 설명됨)를 사용하여 결정될 수 있다.
당 업계에서 통상적으로 사용되는 협약에 따르면, 달리 특별히 언급되지 않으면, 압축은 음의 (< 0) 응력으로 표현되고, 인장은 양의 (> 0) 응력으로 표현된다. 그러나, 본 개시 전체를 통해, 압축 응력 (CS)에 관하여 말할 때, 이것은 양의 또는 음의 값에 관계없이 주어지며, 즉, 여기에 기재된 바와 같이, CS = |CS|이다.
여기에, 알칼리-함유 유리를 포함하는 실리케이트 유리와 같은 유리, 및 모바일 전자 장치 및 터치-가능한 디스플레이용 커버 유리로 사용될 수 있는 유리-세라믹을 포함하는 얇고, 화학적으로 강화된 유리계 제품이 개시된다. 유리계 제품은 또한 디스플레이에서 (또는 디스플레이로서) (예를 들어, 옥외 광고판, 판매 시점 관리 시스템, 컴퓨터, 네비게이션 시스템, 등), 건축 제품에서 (벽, 고정물, 판넬, 창 등), 운송 제품에서 (예를 들어, 자동차 적용, 기차, 항공기, 해양 선박, 등), 가전 제품에서 (예를 들어, 세탁기, 건조기, 식기 세척기, 냉장고 등), 또는 소정의 파단 저항성이 요구되는 임의의 제품에서 사용될 수 있다.
특히, 여기에 기재된 유리계 제품은 얇으며, 통상적으로는 오직 두꺼운 (예를 들어, 2 mm 또는 3 mm 이상의 두께를 갖는) 유리 제품의 템퍼링을 통해 달성할 수 있는 응력 프로파일을 나타낸다. 유리계 제품은 그 두께를 따라 독특한 응력 프로파일을 나타낸다. 몇몇 경우에서, 여기에 기재된 유리계 제품은 템퍼링된 유리 제품보다 더 큰 표면 CS를 나타낸다. 하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 유리계 제품 안으로 깊게 확장하는 압축 응력 층을 갖게 되어 (여기서 CS는 공지된 화학적으로 강화된 유리계 제품보다 좀더 점진적으로 감소하고 증가한다), 유리계 제품 또는 이를 포함하는 장치가 단단한 표면 (예를 들어, 화강암) 또는 단단하고 거친 표면 (예를 들어, 아스팔트)에 낙하된 때에도, 유리계 제품은 상당히 개선된 파단 저항성을 나타낸다. 하나 이상의 구현예의 유리계 제품은 몇몇 공지된 화학적으로 강화된 유리 기판보다 큰 최대 CT 값을 나타낸다.
CS 및 칼륨 이온의 침투 깊이 ("칼륨 DOL")는 당업계에서 공지된 수단을 사용하여 측정된다. 칼륨 DOL은 이온 교환 공정의 결과로서 칼륨 침투의 깊이를 나타내기 때문에 DOC와 구별된다. 칼륨 DOL은 여기에 기재된 제품에 대하여 DOC보다 일반적으로 적다. CS 및 칼륨 DOL은 Orihara Industrial Co., Ltd (일본)에 의해 제조된 FSM-6000와 같은 상업적으로 구할 수 있는 계기를 사용한 표면 응력계 (FSM)에 의해 측정된다. 표면 응력 측정은 유리의 복굴절과 관련된 응력 광학 계수 (stress optical coefficient, SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는 결국, "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"라고 명명된 ASTM 표준 C770-98 (2013)에 기재된 절차 C의 변형된 버전에 따라 측정되며, 이의 전체적인 내용은 여기에 참조로서 병합된다. 변형은 5 내지 10 mm의 두께 및 12.7 mm의 직경을 갖는 시편으로서 유리 디스크를 사용하는 것을 포함하며, 여기서 디스크는 등방성이고 균질성이며, 코어 드릴링되며, 폴리싱되고 평행한 양면을 갖는다. 변형은 또한 적용되는 최대 힘, Fmax를 계산하는 것을 포함한다. 힘은 20 MPa 이상의 압축 응력을 발생시키기에 충분해야 한다. Fmax는 다음과 같이 계산된다:
Fmax = 7.854·D·h
여기서:
Fmax = 뉴톤으로 힘
D = 디스크의 직경
h= 광 경로의 두께
각각의 적용된 힘에 대하여, 응력은 다음과 같이 계산된다:
σ MPa = 8F/(π·D·h)
여기서:
F = 뉴톤으로 힘
D = 디스크의 직경
h= 광 경로의 두께
DOC 및 최대 CT 값은 산란 광 편광기 (scattered light polariscope, SCALP)를 사용하여 측정된다. 굴절된 근위-장 (Refracted near-field, RNF) 방법 또는 SCALP는 응력 프로파일을 측정하는데 사용될 수 있다. RNF 방법이 사용될 때, SCALP에 의해 제공된 최대 CT 값이 이용된다. 특히, RNF 방법에 의해 측정된 응력 프로파일은 SCALP 측정에 의해 제공된 최대 CT 값에 대해 힘 균형을 이루고 보정된다. RNF 방법은 "Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample" 명칭의 미국 특허 제8,854,623호에 기재되어 있으며, 이의 전체적인 내용은 여기에 참조로서 병합된다. 특히, RNF 방법은 유리계 제품을 기준 블록에 인접하게 배치하는 단계, 1 Hz와 50 Hz 사이의 속도로 직교 편광들 사이에서 스위치되는 편광-스위치된 광 빔을 생성시키는 단계, 편광-스위치된 광 빔에서 파워의 양을 측정하는 단계 및 편광-스위치된 기준 신호를 생성시키는 단계를 포함하고, 여기서 각각의 직교 편광에서 측정된 파워의 양은 서로의 50% 이내이다. 상기 방법은 유리 샘플 안으로 다른 깊이에 대하여 유리 샘플 및 기준 블록을 통하여 편광-스위치된 광 빔을 전송하는 단계, 그 다음에, 편광-스위치된 검출기 신호를 발생시키는 신호 광검출기를 갖는 중계 광학 시스템을 갖는 중계 광학 시스템을 사용하여 전송된 편광-스위치된 광 빔을 신호 광검출기로 중계하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 검출기 신호를 기준 신호로 나누어 정규화된 검출기 신호를 형성하는 단계 및 정규화된 검출기 신호로부터 유리 샘플의 프로파일 특성을 결정하는 단계를 포함한다. 그 다음, RNF 프로파일은 평활화되고, CT 영역에 대해 사용된다. 위에서 언급한 바와 같이, FSM 기술은 표면 근처의 CS 영역에서 응력 프로파일의 기울기 및 표면 CS에 대해 사용된다.
전술한 바와 같이, 여기에 기재된 유리계 제품은 이온 교환에 의해 화학적으로 강화되고, 공지된 강화된 유리 제품에 의해 나타나는 것과 구별되는 응력 프로파일을 나타낸다. 본 개시에서, 유리계 기판은 일반적으로 강화되지 않고, 유리계 제품은 (예를 들어, 이온 교환에 의해) 강화된 유리계 기판을 일반적으로 지칭한다. 이 공정에서, 유리계 제품의 표면 또는 그 부근의 이온은 동일한 원자가 (valence) 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온으로 대체되거나 또는 교환된다. 유리계 제품이 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 구현예에서, 유리의 표면 층 내의 유리 및 상기 더 큰 이온은 Li+ (유리계 제품에서 존재할 때), Na+, K+, Rb+, 및 Cs+와 같은 1가 알칼리 금속 양이온이다. 대안으로, 표면층 내의 1가 양이온은 Ag+ 등과 같은 알칼리 금속 양이온 이외의 1가 양이온으로 대체될 수 있다. 이러한 구현예에서, 유리계 기판 안으로 교환된 1가 이온 (또는 양이온)은 결과로 생긴 유리계 제품에서 응력을 발생시킨다.
이온 교환 공정은 일반적으로 유리계 기판을, 유리계 기판 내의 더 작은 이온과 교환되어야 하는 더 큰 이온을 함유하는, 용융 염 욕 (또는 둘 이상의 용융 염 욕)에 침지시키는 것에 의해 수행된다. 수성 염 욕이 또한 사용될 수 있음을 유의해야 한다. 또한, 욕(들)의 조성물은 하나의 유형보다 많은 더 큰 이온 (예를 들어, Na+ 및 K+) 또는 단일의 더 큰 이온을 포함할 수 있다. 당해 분야의 통상의 기술자라면, 이에 제한되는 것은 아니지만, 욕 조성물 및 온도, 침지 시간, 염 욕 (또는 욕들)에서 유리계 제품의 침지 횟수, 다중 염 욕의 사용, 어닐링, 세척 등과 같은 부가적인 단계를 포함하는 이온 교환 공정에 대한 파라미터는 유리계 제품의 조성물 (제품의 구조 및 존재하는 임의의 결정상을 포함함) 및 강화로부터 비롯된 목적하는 DOC 및 CS에 의해 일반적으로 결정된다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 유리계 기판의 이온 교환은, 이에 제한되지는 않지만, 더 큰 알칼리 금속 이온의 질산염, 황산염, 및 염화물과 같은 염을 함유하는 적어도 하나의 용융 욕에서 유리계 기판을 침지함으로써 달성될 수 있다. 전형적인 질산염은 KNO3, NaNO3, LiNO3, NaSO4 및 이들의 조합을 포함한다. 용융 염 욕의 온도는 전형적으로 약 380 ℃ 부터 약 450 ℃까지의 범위이고, 한편 침지 시간은 유리 두께, 욕 온도 및 유리 (또는 1가 이온) 확산률 (diffusivity)에 의존하여 약 15 분 부터 약 100 시간까지의 범위이다. 그러나, 전술한 것과 다른 온도 및 침지 시간이 또한 사용될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 기판은 약 370 ℃ 내지 약 480 ℃의 온도를 갖는 100% NaNO3의 용융 염 욕에서 침지될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 기판은 약 5% 내지 약 90% KNO3 및 약 10% 내지 약 95% NaNO3를 포함하는 용융 혼합된 염 욕에서 침지될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 기판은 더 넓은 온도 범위 (예를 들어, 약 500 ℃까지)를 갖는 Na2SO4 및 NaNO3를 포함하는 용융 혼합된 염 욕에서 침지될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 제1 욕에서 침지된 후에, 제2 욕에서 침지될 수 있다. 제2 욕에서의 침지는 15 분 내지 8 시간 동안 100% KNO3를 포함하는 용융 염 욕에서의 침지를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 기판은 약 5 시간 미만, 또는 심지어 약 4 시간 이하 동안 약 420 ℃ 미만의 (예를 들어, 약 400 ℃ 또는 약 380 ℃) 온도를 갖는 NaNO3 및 KNO3 (예를 들어, 49%/51%, 50%/50%, 51%/49%)를 포함하는 용융, 혼합된 염 욕에서 침지될 수 있다.
이온 교환 조건은 "스파이크 (spike)"를 제공하거나 또는 결과로 생긴 유리계 제품의 표면 또는 그 부근에서 응력 프로파일의 기울기를 증가시키도록 조정될 수 있다. 이 스파이크는 여기에 기재된 유리계 제품에서 사용된 유리 조성물의 독특한 특성으로 인해, 단일 조성물 또는 혼합 조성물을 갖는 욕(들)을 구비한 단일 욕 또는 다중 욕에 의해 달성될 수 있다.
도 3에서 예시된 바와 같이, 하나 이상의 구현예의 유리계 제품 (300)은 두께 (t)를 한정하는, 제1 표면 (302) 및 제1 표면에 대향하는 제2 표면 (304)을 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 두께 (t)는 약 3 밀리미터 이하일 수 있다 (예를 들어, 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, 또는 약 0.3 밀리미터 내지 약 0.5 밀리미터의 범위).
유리계 제품은 제1 표면 (302)으로부터 제2 표면 (304)으로 (또는 두께 (t)의 전체 길이를 따라) 확장하는 응력 프로파일을 포함한다. 도 3에서 나타낸 구현예에서, 여기에 기재된 SCALP 또는 RNF에 의해 측정된 응력 프로파일 (312)이 예시된다. y-축은 응력 값을 나타내고, x-축은 유리계 제품 내의 두께 또는 깊이를 나타낸다.
도 3에서 예시된 바와 같이, 응력 프로파일 (312)은 (표면 CS (310)를 갖는) CS 층 (315), (최대 CT (320)를 갖는) CT 층 (325) 및 응력 프로파일 (312)이 압축에서 인장으로 전환하는 곳인 DOC (330)를 포함한다. CS층은 표면 (302, 304)으로부터 DOC (330)로 확장하는 관련된 깊이 또는 길이 (317)를 갖는다. CT층 (325)은 또한 관련된 깊이 또는 길이 (327) (CT 영역 또는 층)를 갖는다.
표면 CS (310)는 약 150 MPa 이상 또는 약 200 MPa 이상일 수 있다 (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). 표면 CS (310)는 약 900 MPa까지, 약 1000 MPa까지, 약 1100 MPa까지, 또는 약 1200 MPa까지일 수 있다. 여기서 표면 CS 값은 또한 최대 CS를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 표면 CS는 최대 CS보다 작다.
최대 CT (320)은 약 71.5/√(t)보다 작을 수 있고, 여기서 t는 mm로 두께이다. 하나 이상의 구현예에서, 최대 CT (320)는 약 45/√(t)보다 클 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 최대 CT는 약 80 MPa 이하, 약 75 MPa 이하, 또는 약 70 MPa 이하일 수 있다 (예를 들어, 약 60 MPa 이하, 약 55 MPa 이하, 약 50 MPa 이하, 또는 약 40 MPa 이하). 하나 이상의 구현예에서, 최대 CT의 하한은 25 MPa, 40 MPa 또는 50 MPa일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 최대 CT (320)는 약 25 MPa 내지 80 MPa의 범위일 수 있다 (예를 들어, 약 25 MPa 내지 약 75 MPa, 약 25 MPa 내지 약 70 MPa, 약 25 MPa 내지 약 65 MPa, 약 40 MPa 내지 약 80 MPa, 약 40 MPa 내지 약 75 MPa, 약 40 MPa 내지 약 70 MPa, 약 40 MPa 내지 약 65 MPa, 약 45 MPa 내지 약 80 MPa, 약 50 MPa 내지 약 80 MPa, 또는 약 60 MPa 내지 약 80 MPa).
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·t의 범위에서 위치할 수 있다. 표면 CS (310) 및 최대 CT (320) 중 어느 하나 이상은 유리계 제품의 두께에 의존할 수 있음을 주목해야 한다. 예를 들어, 약 0.8 mm의 두께를 갖는 유리계 제품은 75 MPa 이하의 최대 CT를 가질 수 있다. 유리계 제품의 두께가 감소할 때, 최대 CT는 증가할 수 있다. 다시 말하면, 최대 CT는 두께가 감소함에 따라 (또는 유리계 제품이 얇아짐에 따라) 증가한다.
몇몇 구현예에서, 최대 CT (320) 대 표면 CS (310)의 절대값의 비 (표면 CS (310)의 절대값에 대한 최대 CT (320)의 비)는 약 0.01 내지 약 0.2의 범위일 수 있다 (예를 들어, 약 0.01 내지 약 0.18, 약 0.01 내지 약 0.16, 약 0.01 내지 약 0.15, 약 0.01 내지 약 0.14, 약 0.01 내지 약 0.1, 약 0.02 내지 약 0.2, 약 0.04 내지 약 0.2, 약 0.05 내지 약 0.2, 약 0.06 내지 약 0.2, 약 0.08 내지 약 0.2, 약 0.1 내지 약 0.2, 또는 약 0.12 내지 약 0.2의 범위). 몇몇 구현예에서, 표면 CS는 최대 CT의 1.5 배 이상 (또는 2 배 이상 또는 2.5 배 이상)일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 표면 CS는 최대 CT의 48배까지, 최대 CT의 40배까지, 최대 CT의 20배까지, 최대 CT의 10배까지, 또는 최대 CT의 8배까지일 수 있다. 표면 CS는 최대 CT의 약 5배 내지 약 50배 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 응력 프로파일 (312)은, 일반적으로 표면 CS (310)이며 제1 표면 (302) 및 제2 표면 (304)의 하나 또는 둘다에서 발견될 수 있는, 최대 CS를 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, CS 층 또는 영역 (315)은 두께 (317)의 일부를 따라 DOC (330) 및 최대 CT (320)까지 확장한다. 하나 이상의 구현예에서, DOC (330)은 약 0.1·t 이상일 수 있다. 예를 들어, DOC (330)은 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 까지 일 수 있다. 몇몇 구현예에서, DOC (330)는 화학적 깊이보다 작다. 화학적 깊이는 약 0.4·t 이상, 0.5·t 이상, 약 0.55·t 이상, 또는 약 0.6·t 이상일 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 약 6 마이크로미터 내지 약 20 마이크로미터 범위에서 칼륨 DOL을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 칼륨 DOL은 유리계 제품의 두께 (t)의 함수로서 표현될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 칼륨 DOL은 약 0.005t 내지 약 0.05t 범위일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 칼륨 DOL은 약 0.005t 내지 약 0.05t, 약 0.005t 내지 약 0.045t, 약 0.005t 내지 약 0.04t, 약 0.005t 내지 약 0.035t, 약 0.005t 내지 약 0.03t, 약 0.005t 내지 약 0.025t, 약 0.005t 내지 약 0.02t, 약 0.005t 내지 약 0.015t, 약 0.005t 내지 약 0.01t, 약 0.006t 내지 약 0.05t, 약 0.008t 내지 약 0.05t, 약 0.01t 내지 약 0.05t, 약 0.015t 내지 약 0.05t, 약 0.02t 내지 약 0.05t, 약 0.025t 내지 약 0.05t, 약 0.03t 내지 약 0.05t, 또는 약 0.01t 내지 약 0.02t 범위일 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 압축 응력 값은 칼륨 DOL 깊이에서 약 50 MPa 내지 약 300 MPa 범위일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 압축 응력 값은 칼륨 DOL 깊이에서 약 50 MPa 내지 약 280 MPa, 약 50 MPa 내지 약 260 MPa, 약 50 MPa 내지 약 250 MPa, 약 50 MPa 내지 약 240 MPa, 약 50 MPa 내지 약 220 MPa, 약 50 MPa 내지 약 200 MPa, 약 60 MPa 내지 약 300 MPa, 약 70 MPa 내지 약 300 MPa, 약 75 MPa 내지 약 300 MPa, 약 80 MPa 내지 약 300 MPa, 약 90 MPa 내지 약 300 MPa, 약 100 MPa 내지 약 300 MPa, 약 1100 MPa 내지 약 300 MPa, 약 120 MPa 내지 약 300 MPa, 약 130 MPa 내지 약 300 MPa, 또는 약 150 MPa 내지 약 300 MPa 범위일 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 응력 프로파일 (312)은 포물선-같은 형상으로 기재될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 인장 응력을 나타내는 유리계 제품의 영역 또는 길이를 따라 응력 프로파일은 포물선-같은 형상을 나타낸다. 하나 이상의 특정 구현예에서, 응력 프로파일 (312)은 편평한 응력 (압축 또는 인장) 부분 또는 실질적으로 일정한 응력 (압축 또는 인장)을 나타내는 부분이 없다. 몇몇 구현예에서, CT 영역은 편평한 응력이 실질적으로 없거나 또는 실질적으로 일정한 응력이 없는 응력 프로파일을 나타낸다. 하나 이상의 구현예에서, 0t 부터 약 0.2·t 까지 및 0.8·t 초과 내지 t (또는 약 0·t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t 초과) 범위의 두께 사이에서 응력 프로파일 (312)의 모든 지점은 약 -0.1 MPa/마이크로미터 미만 또는 약 0.1 MPa/마이크로미터 초과의 기울기를 갖는 탄젠트를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 탄젠트의 기울기는 약 -0.2 MPa/마이크로미터 미만 또는 약 0.2 MPa/마이크로미터 초과일 수 있다. 몇몇 좀더 특정된 구현예에서, 탄젠트의 기울기는 약 -0.3 MPa/마이크로미터 미만 또는 약 0.3 MPa/마이크로미터 초과일 수 있다. 훨씬 좀더 특정된 구현예에서, 탄젠트의 기울기는 약 -0.5 MPa/마이크로미터 미만 또는 약 0.5 MPa/마이크로미터 초과일 수 있다. 다시 말해서, 이들 두께 범위 (즉, 0·t 부터 약 0.2·t 까지 및 0.8t 초과, 또는 약 0t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t 이상)를 따라 하나 이상의 구현예의 응력 프로파일은 0 인 기울기, 또는 0으로 근사하는 기울기, 또는 편평한 기울기를 갖는 탄젠트를 갖는 지점을 제외한다. 이론에 구속되지 않고, 공지된 오차 함수 또는 준-선형 응력 프로파일은 0 또는 0에 가까운 값, 즉, 약 -0.1 MPa/마이크로미터 초과 내지 약 0.1 MPa/마이크로미터 미만 범위의 기울기를 갖는 탄젠트를 갖는 이들 두께 범위 (즉, 약 0·t 부터 약 0.2·t 까지 및 0.8·t 초과, 또는 약 0·t 내지 약 0.3·t 및 0.7·t 이상)를 따라 지점을 갖는다 (도 2, 220에서 나타낸 바와 같이, 이러한 두께 범위를 따라 편평한 또는 0의 기울기 응력 프로파일을 나타냄). 본 개시의 하나 이상의 구현예의 유리계 제품은, 도 3에서 나타낸 바와 같이, 이들 두께 범위를 따라 편평한 또는 0의 기울기 응력 프로파일을 갖는 이러한 응력 프로파일을 나타내지 않는다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 최대-기울기 탄젠트 및 최소-기울기 탄젠트를 포함하는 약 0.1·t 내지 0.3·t 및 약 0.7·t 내지 0.9·t 범위의 두께에서 응력 프로파일을 나타낸다. 몇몇 경우에서, 최대-기울기 탄젠트 및 최소-기울기 탄젠트 사이의 차이는 약 3.5 MPa/마이크로미터 이하, 약 3 MPa/마이크로미터 이하, 약 2.5 MPa/마이크로미터 이하, 또는 약 2 MPa/마이크로미터 이하이다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 깊이 방향으로 또는 유리계 제품의 두께 (t)의 적어도 일부를 따라 확장하는 임의의 편평한 부분이 실질적으로 없는 응력 프로파일 (312)을 포함한다. 다시 말하면, 응력 프로파일 (312)은 두께 (t)를 따라 실질적으로 연속적으로 증가하고 있는 중이거나 또는 감소하고 있는 중이다. 몇몇 구현예에서, 응력 프로파일은 약 10 마이크로미터 이상, 약 50 마이크로미터 이상, 또는 약 100 마이크로미터 이상, 또는 약 200 마이크로미터 이상의 길이를 갖는 깊이 방향의 임의의 편평한 부분이 실질적으로 없다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "편평한 (flat)"은 편평한 부분을 따라 약 0.5 MPa/마이크로미터 미만, 또는 약 0.2 MPa/마이크로미터 미만의 크기를 갖는 기울기를 지칭한다. 몇몇 구현예에서, 깊이 방향으로 임의의 편평한 부분이 실질적으로 없는 응력 프로파일의 하나 이상의 일부는 제1 표면 또는 제2 표면의 어느 하나 또는 둘 다로부터 약 5 마이크로미터 이상 (예를 들어, 10 마이크로미터 이상, 또는 15 마이크로미터 이상)의 유리계 제품 내의 깊이에서 존재한다. 예를 들어, 제1 표면으로부터 약 0 마이크로미터 내지 약 5 마이크로미터 미만의 깊이를 따라, 응력 프로파일은 선형 부분을 포함할 수 있고, 그러나 제1 표면으로부터 약 5 마이크로미터 이상의 깊이로부터는, 응력 프로파일은 편평한 부분이 실질적으로 없을 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이 "선형 (linear)"은 편평한 기울기를 갖는 선 부분뿐만 아니라 편평한 기울기를 갖지 않는 선 부분을 포함하며; 후자의 예를 들면, 표면으로부터 약 12 미크론의 깊이 내에서 도 11을 참조한다.
몇몇 구현예에서, 응력 프로파일은 약 0t 내지 약 0.1t 까지의 깊이에서 선형 부분을 포함할 수 있고, 약 0.1t 내지 약 0.4t의 깊이에서 편평한 부분이 실질적으로 없을 수 있다. 몇몇 구현예에서, 약 0t 부터 약 0.1t 범위의 두께에 대한 응력 프로파일은 크기가 (절대값으로) 약 20 MPa/미크론 내지 약 200 MPa/미크론의 범위인 기울기를 가질 수 있다. 여기에 설명되는 바와 같이, 이러한 구현예는 욕이 두 개 이상의 알칼리 염을 포함하거나 또는 혼합된 알칼리 염 욕인 단일 이온-교환 공정을 사용하거나, 또는 다중 (예를 들어, 2 개 이상) 이온 교환 공정을 사용하여 형성될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 CT 영역 (도 3에서 327)을 따라 응력 프로파일의 형상 면에서 기재될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, CT 영역 (여기서 응력은 인장으로 있음)을 따라 응력 프로파일은 수학식 (1)에 의해 근사화될 수 있다.
[수학식 1]
응력(x) = MaxT - (((CTn·(n+1))/0.5n)·|(x/t)-0.5|n)
수학식 (1)에서, 응력 (x)는 지점 x에서의 응력 값이다. 여기서 응력은 양성 (인장)이다. 수학식 (1)에서, MaxT는 최대 인장 값이고, CTn는 n에서의 인장 값이며, MaxT보다 작거나 같다. MaxT 및 CTn 둘다는 MPa로 양성 값이다. x 값은 0 내지 t의 범위를 갖는 마이크로미터로 두께 (t)를 따라서의 지점이고; x=0은 하나의 표면이고 (도 3에서, 302), x=0.5t는 유리계 제품의 중심이고 (이 지점에서 응력(x)=MaxT), x=t는 반대 표면 (도 3에서, 304)이다. 수학식 (1)에서 사용된 MaxT는, 약 71.5/√(t)보다 작을 수 있는, 최대 CT와 등가이다. 몇몇 구현예에서, 수학식 (1)에서 사용된 MaxT는 약 50 MPa 내지 약 80 MPa (예를 들어, 약 60 MPa 내지 약 80 MPa, 약 70 MPa 내지 약 80 MPa, 약 50 MPa 내지 약 75 MPa, 약 50 MPa 내지 약 70 MPa, 또는 약 50 MPa 내지 약 65 MPa)의 범위일 수 있고, 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 범위의 적합 파라미터이다. 하나 이상의 구현예에서, n=2는 포물선 응력 프로파일을 제공할 수 있고, n=2로부터 벗어난 지수는 근사 포물선 응력 프로파일을 갖는 응력 프로파일을 제공한다. 도 4는 적합 파라미터 n의 변화에 기초하여, 본 개시의 하나 이상의 구현예에 따른 다양한 응력 프로파일을 예시하는 그래프이다.
하나 이상의 구현예에서, CTn은 MaxT보다 작을 수 있으며, 여기서 유리계 제품의 주된 표면들 중 하나 또는 둘다에 압축 응력 스파이크가 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품의 주된 표면들 중 하나 또는 둘다에 압축 응력 스파이크가 없을 때, CTn은 MaxT와 같다.
몇몇 구현예에서, 응력 프로파일은 열 처리에 의해 변경될 수 있다. 이러한 구현예에서, 열 처리는 임의의 이온-교환 공정 이전, 이온-교환 공정들 사이, 또는 모든 이온-교환 공정들 후에 일어날 수 있다. 몇몇 구현예에서, 열 처리는 표면 또는 그 부근의 응력 프로파일의 기울기의 크기의 절대값을 감소시킬 수 있다. 몇몇 구현예에서, 더 가파른 또는 더 큰 기울기가 표면에서 희망되는 경우, 열 처리 후 이온-교환 공정은 표면 또는 그 부근에서 응력 프로파일의 기울기를 증가시키거나 또는 "스파이크 (spike)"를 제공하기 위해서 사용될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 응력 프로파일 (312)은 두께의 일부를 따라 변화하는 금속 산화물(들)의 0이 아닌 농도로 인해 발생한다. 전술한 바와 같이, 금속 산화물 농도의 변화는 여기에서는 금속 산화물 농도 구배로 지칭될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 금속 산화물의 농도는 약 0·t 내지 약 0.3·t 범위의 두께를 따라 0이 아니며, 변화한다. 몇몇 구현예에서, 금속 산화물의 농도는 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·t 범위의 두께를 따라 0이 아니며, 변화한다. 금속 산화물은 유리계 제품에서 응력을 발생시키는 것으로 기재될 수 있다. 농도의 변화는 위에서 언급된 두께 범위를 따라 연속적일 수 있다. 농도의 변화는 약 100 마이크로미터의 두께 부분을 따라 약 0.2 mol%의 금속 산화물 농도에서의 변화를 포함할 수 있다. 이 변화는 실시예 1에서 나타낸 바와 같이, 마이크로프로브를 포함하는 당 업계에서 공지된 방법에 의해 측정될 수 있다. 농도가 0이 아니며 두께의 일부를 따라 변화하는 금속 산화물은 유리계 제품에서 응력을 발생시키는 것으로 기재될 수 있다.
농도에서의 변화는 위에서 언급된 두께 범위를 따라 연속적일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 농도에서의 변화는 약 10 마이크로미터 내지 약 30 마이크로미터 범위의 두께 부분을 따라 연속적일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 금속 산화물의 농도는 제1 표면부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 지점까지 감소하고, 상기 지점부터 제2 표면까지 증가한다.
금속 산화물의 농도는 하나보다 많은 금속 산화물 (예를 들어, Na2O 및 K2O의 조합)을 포함할 수 있다. 2개의 금속 산화물이 사용되고, 이온들의 반경이 서로 다른 몇몇 구현예에서, 더 큰 반경을 갖는 이온의 농도는 얕은 깊이에서 더 작은 반경을 갖는 이온의 농도보다 더 크고, 한편 더 깊은 깊이에서, 더 작은 반경을 갖는 이온의 농도는 더 큰 반경을 갖는 이온의 농도보다 크다. 예를 들어, 단일 Na- 및 K-함유 욕이 이온 교환 공정에서 사용되는 경우, 유리계 제품에서 K+이온의 농도는 더 얕은 깊이에서 Na+ 이온의 농도보다 크고, 한편 Na+의 농도는 더 깊은 깊이에서 K+ 이온의 농도보다 크다. 이것은, 부분적으로는, 더 작은 1가 이온에 대해 유리 안으로 교환되는 1가 이온의 크기 때문이다. 이러한 유리계 제품에서, 표면 또는 그 부근에서의 영역은 표면 또는 그 부근에서 더 큰 이온 (즉, K+ 이온)의 더 큰 양으로 인해 더 큰 CS를 포함한다. 이 더 큰 CS는 표면 또는 그 부근에서 더 가파른 기울기를 갖는 응력 프로파일에 의해 나타낼 수 있다 (즉, 표면에서 응력 프로파일에서의 스파이크).
하나 이상의 금속 산화물의 농도 구배 또는 변화는, 여기에서 전술한 바와 같이, 유리계 기판을 화학적으로 강화하는 것에 의해 생성될 수 있고, 여기서 유리계 기판 내의 복수의 제1 금속 이온은 복수의 제2 금속 이온으로 교환된다. 제1 이온은 리튬, 나트륨, 칼륨, 및 루비듐의 이온일 수 있다. 제2 알칼리 금속 이온은 제1 알칼리 금속 이온의 이온 반경보다 더 큰 이온 반경을 갖는다는 단서를 전제로, 제2 금속 이온은 나트륨, 칼륨, 루비듐, 및 세슘 중 하나의 이온일 수 있다. 제2 금속 이온은 유리계 기판에서 그의 산화물로 (예를 들어, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O 또는 이들의 조합)서 존재한다.
하나 이상의 구현예에서, 금속 산화물 농도 구배는 CT 층 (327)을 포함하는 유리계 제품의 전체 두께 (t) 또는 두께 (t)의 실질적인 일부를 통하여 확장한다. 하나 이상의 구현예에서, 금속 산화물의 농도는 CT 층 (327)에서 약 0.5 mol% 이상이다. 몇몇 구현예에서, 금속 산화물의 농도는 유리계 제품의 전체 두께를 따라 0.5 mol% 이상 (예를 들어, 약 1 mol% 이상)일 수 있고, 제1 표면 (302) 및/또는 제2 표면 (304)에서 가장 크고, 제1 표면 (302)과 제2 표면 (304)의 사이의 지점까지 실질적으로 일정하게 감소한다. 그 지점에서, 금속 산화물의 농도는 전체 두께 (t)를 따라 가장 작다; 그러나 농도는 그 지점에서 0이 아니다. 다시 말해서, 특정 금속 산화물의 0이 아닌 농도는 (여기에 기재된 바와 같이) 두께 (t)의 실질적인 일부 또는 전체 두께 (t)를 따라 확장한다. 몇몇 구현예에서, 특정 금속 산화물에서 가장 낮은 농도는 CT 층 (327)에 있다. 유리계 제품에서 특정 금속 산화물의 총 농도는 약 1 mol% 내지 약 20 mol%의 범위일 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 제1 금속 산화물 농도 및 제2 금속 산화물 농도를 포함하여, 제1 금속 산화물 농도는 약 0t 내지 약 0.5t 범위의 제1 두께를 따라 약 0 mol% 내지 약 15 mol% 범위이고, 제2 금속 산화물 농도는 약 0 마이크로미터 내지 약 25 마이크로미터 (또는 약 0 마이크로미터 내지 약 12 마이크로미터) 범위의 제2 두께로부터 약 0 mol% 내지 약 10 mol%의 범위이고; 그러나, 제1 금속 산화물 및 제2 금속 산화물의 하나 또는 둘다의 농도는 유리계 제품의 전체 두께 또는 실질적 일부를 따라 0이 아니다. 유리계 제품은 선택적인 제3 금속 산화물 농도를 포함할 수 있다. 제1 금속 산화물은 Na2O를 포함할 수 있고, 한편 제1 금속 산화물은 K2O를 포함할 수 있다.
금속 산화물의 농도는 이러한 금속 산화물의 농도 구배를 포함하도록 개질되기 이전에 유리계 제품에서 금속 산화물의 기준선 (baseline) 양으로부터 결정될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은, Z. Tang 등의 Automated Apparatus for Measuring the Frangibility and Fragmentation of Strengthened Glass. Experimental Mechanics (2014) 54:903-912에서 기재된 바와 같이, "부서지기 쉬움성 (Frangibility Test)"에 의해 측정되었을 때, 어떻게 그들이 파단되는지 및 이러한 파단으로부터 결과된 파편의 관점에서 기재될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 파단되었을 때, 유리계 제품은 (파단 전) 유리계 제품의 제곱 인치 당 (또는 6.4516 제곱 센티미터 당) 2 이하의 파편으로 파단되고, 사용된 샘플 크기는 5 cm × 5 cm (2 inch × 2 inch) 평방이었다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품을 화학적으로 강화시킨 이후에, 유리계 제품의 결과적인 응력 프로파일 (312)은 개선된 파단 저항성을 제공한다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 파단되었을 때, 유리계 제품은 Z. Tang, 등의 Automated Apparatus for Measuring the Frangibility and Fragmentation of Strengthened Glass. Experimental Mechanics (2014) 54:903-912에서 기재된 바와 같이, "부서지기 쉬움성 시험 (Frangibility Test)"에 의해 측정되었을 때, 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 가장 긴 단면 (cross-sectional) 치수를 갖는 파편을 포함한다. 파편들의 숫자는 시험되는 샘플의 면적 (제곱 인치)으로 나누어지고, 사용된 샘플 크기는 5 cm × 5 cm (2 inch × 2 inch) 평방이었다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 약 0.7 MPa·m1/2 이상의 파단 인성 (K1C)을 나타낼 수 있다. 몇몇 구현예에서, 파단 인성은 약 0.8 MPa·m1/2 이상, 또는 약 0.9 MPa·m1/2 이상 일수 있다. 몇몇 구현예에서, 파단 인성은 약 0.7 MPa·m1/2 내지 약 1 MPa·m1/2 범위일 수 있다.
몇몇 구현예에서, 기판은 또한 200 g 하중에서 비커스 경도 시험에 의해 측정될 때, 약 500 HVN 내지 약 800 HVN (kgf/mm2)의 경도를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품은 약 600 HVN 내지 약 800 HVN 범위의 비커스 경도를 포함할 수 있다.
여기에 기재된 유리계 제품은 약 0 J/m2 초과 내지 약 40 J/m2 범위의 저장된 인장 에너지를 나타낼 수 있다. 몇몇 구현예에서, 저장된 인장 에너지 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 범위일 수 있다. 하나 이상의 구현예의 열적으로 및 화학적으로 강화된 유리계 제품은 약 6 J/m2 이상, 약 10 J/m2 이상, 역 15 J/m2 이상, 또는 약 20 J/m2 이상의 저장된 인장 에너지를 나타낼 수 있다.
저장된 인장 에너지는 다음의 수학식 (2)를 사용하여 계산된다.
[수학식 2]
저장된 인장 에너지 (J/m2) = [(1-ν)/Ε]∫(σ^2)(dt)
여기서 ν는 포아송 비이고, E는 영률 (MPa)이고, σ는 응력 (MPa)이고, 적분은 오직 인장 영역의 두께 (미크론)mff 가로질러 계산된다.
여기에 기재된 유리계 제품은 일반적으로 영률 또는 약 80 GPa 미만 (예를 들어, 약 75 GPa 이하, 약 70 GPa 이하, 약 65 GPa 이하, 또는 약 60 GPa 이하)의 영률을 갖는다. 영률의 하한은 약 65 GPa보다 클 수 있다. 유리계 제품의 조성물에 내재된 영률은 그로부터 제조되는 궁극적인 유리계 제품에 외인성 특성인 희망되는 고 강성을 제공할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 유리계 제품은, 고 정밀 표면 평활성을 제공할 수 있는, 다운-인발 기술 (예를 들어, 융합 인발, 슬롯 인발, 및 다른 유사한 방법)을 통해 유리계 제품의 형성을 가능하게하는 높은 액상선 점도를 포함한다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "액상선 점도 (liquidus viscosity)"는 액상선 온도에서 용융 유리의 점도를 지칭하며, 여기서 용어 "액상선 온도 (liquidus temperature)"는 용융 유리가 용융 온도로부터 냉각될 때 결정이 처음 나타나는 온도를 의미한다 (또는 온도가 실온으로부터 증가함에 따라 최종 결정이 용융되는 온도). 액상선 점도는 다음의 방법에 의해 결정된다. 우선, 유리의 액상선 온도는 "Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method"라는 명칭의, ASTM C829-81 (2015)에 따라 측정된다. 다음으로, 액상선 온도에서의 유리의 점도가 "Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point"라는 명칭의 ASTM C965-96(2012)에 따라 측정된다. 일반적으로, 여기에 기재된 유리계 제품 (또는 이러한 제품을 형성하는데 사용되는 조성물)은 약 100 킬로포이즈 (kP) 이상의 액상선 점도를 나타낸다. 더 높은 액상선 점도가 다운-인발 가공성을 위해 요구되는 시나리오에서, 유리계 제품 (또는 이러한 제품을 형성하는데 사용되는 조성물)은 약 200 kP 이상 (예를 들어, 약 600 kP 이상)의 액상선 점도를 나타낸다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 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 범위의 누프 측방향 균열 스크래치 임계를 나타낸다. 여기에 사용된 바와 같이, 누프 스크래치 측방향 균열 임계는 (5개 압입 사건 중 3개 이상에서) 측방향 균열의 시작이다. 누프 측방향 균열 스크래치 임계 시험에서, 유리 기판 및 제품은 동적 또는 경사진 하중 하에서 누프 압자로 먼저 스크래치되어, 샘플 모집단에 대한 측방향 균열 시작 하중 범위를 확인하였다. 적용가능한 하중 범위가 확인되면, 일련의 증가하는 일정한 하중 스크래치 (하중 당 최소 3 개 이상)가 수행되어 누프 스크래치 임계를 확인하였다. 누프 스크래치 임계 범위는 시험 시편을 다음의 3 개 파괴 모드 중 하나와 비교함으로써 결정될 수 있다: 1) 홈의 폭의 2 배보다 큰 지속적인 측방향 표면 균열, 2) 손상이 홈 내에 포함되지만, 홈의 폭의 2 배보다 작은 측방향 표면 균열이 있고, 육안으로 볼 수 있는 손상이 있음, 또는 3) 홈의 폭의 2 배보다 큰 커다란 서브표면 측방향 크랙이 존재 및/또는 스크래치의 정점에서 중앙 균열이 있음.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 약 10 kgf 이상, 약 12 kgf 이상, 또는 약 15 kgf 이상의 비커스 압입 파단 임계를 나타낸다. 여기에 사용된 바와 같이, 비커스 압입 파단 임계는 압입 자리의 적어도 적어도 하나의 코너로부터 확장하는 (5개 압입 사건 중 3개 이상에서) 중앙/방사상 균열의 시작이다. 비커스 압입 파단 임계 시험에서, 유리 기판 및 제품의 샘플은 증가하는 하중에서 (136°각도에서) 다이아몬드 팁으로 반복해서 압입되었다. 각각의 압입은 압입의 각각의 코너로부터 하나씩, 4개 방사상 균열을 생성할 가능성을 갖고 있다. 각각의 압입 하중에서 방사상 균열의 평균 개수를 세고, 균열 임계는 압입 당 2개 균열의 평균 (또는 50% 균열 임계)이 있는 하중이다.
하나 이상의 구현예에서, 여기에 기재된 유리계 제품의 스크래치 저항성은 여기에 기재된 유리계 기판과 동일한 조성을 갖는 500-마이크로미터 유리 볼을 슬라이딩시킴으로써 측정될 수 있다. 예를 들어, 볼의 조성은 약 64 mol% SiO2, 15.67 mol% Al2O3, 6.4 mol% Li2O, 10.8 mol% Na2O, 1.2 mol% ZnO, 0.04 mol% SnO2, 및 2.5 mol% P2O5를 포함할 수 있다. 도 5a-5b는 유리 볼이 하나 이상의 구현예의 유리계 제품의 표면에 적용될 때, 유리 볼로부터 표면에 적용되는 최대 인장 응력 (MPa)을 나타낸다. 도 5a-5b에서, 접촉 응력 (다이아몬드 데이타 점) 및 0.1의 마찰계수 (정사각형 데이타 점) 및 0.2의 마찰계수 (삼각형 데이타 점)를 띠는 슬라이딩 접촉력이 적용된 수직 하중 (N)의 함수로서 나타난다. 도 5a에서, 유리계 제품은 약 500 MPa의 표면 CS를 가졌다. 도 5b에서, 유리계 제품은 약 750 MPa의 표면 CS를 가졌다.
하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 연마된 링-온-링 (abraded ring-on-ring, AROR) 시험에 적용되었을 때, 개선된 표면 강도를 나타낸다. 재료의 강도는 파단이 발생하는 곳에서의 응력이다. AROR 시험은 편평한 유리 시편을 시험하기 위한 표면 강도 측정이며, "Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature" 명칭의 ASTM C1499-09(2013)는 여기에 기재된 AROR 시험 방법론의 기초역할을 한다. ASTM C1499-09의 내용은 그 전체가 참조를 위해 여기에 병합된다. 하나의 구현예에서, 유리 시편은 링-온-링 시험 전에, "굴곡에 의한 유리 강도에 대한 표준 시험 방법 (파열 계수의 결정) (Standard Test Methods for Strength of Glass by Flexure (Determination of Modulus of Rupture))"이라는 명칭의 ASTM C158-02(2012)의 "연마 절차 (abrasion Procedures)"라는 명칭의 부록 A2에서 기재된 방법 및 장치를 사용하여 유리 샘플로 전달되는, 90 그릿 탄화규소 (SiC) 입자로 연마된다. ASTM C158-02의 내용 및 특히 부록 2의 내용은 그 전체가 참고로 여기에 포함된다.
링-온-링 시험을 하기 전에, 유리계 제품의 표면은 ASTM C158-02, 부록 2에 기재된 대로 연마되어 ASTM C158-02의 도 A2.1에서 나타낸 장치를 사용하여 샘플의 표면 결함 상태를 정상화 하거나 및/또는 제어한다. 연마 물질은 전형적으로 304 kPa (44 psi)의 공기 압력을 사용하여 15 psi의 하중에서 유리계 제품의 표면 (110) 상으로 샌드블라스팅된다; 다만 아래의 실시예에서, 연마 물질은 다른 하중에서 (예를 들어, 25 psi 또는 45 psi) 표면 (110) 상으로 샌드블라스팅되었다. 공기 흐름이 확립된 후, 5 cm3의 연마 물질 깔때기 안으로 버려지고, 샘플은 연마 물질의 도입 이후에 5 초 동안 샌드블라스팅된다.
AROR 시험의 경우, 도 6에서 나타낸 바와 같이 적어도 하나의 연마된 표면 (410)을 갖는 유리계 제품은 상이한 크기의 2 개의 동심 링 사이에 배치되어, 도 6에서 또한 나타낸 바와 같이, 등이축 굴곡 강도 (즉, 2개의 동심 링 사이에서 굽힘에 적용되었을 때, 재료가 유지할 수 있는 최대 응력)를 결정한다. AROR 구성 (400)에서, 연마된 유리계 제품 (410)은 직경 (D2)를 갖는 지지 링에 의해 지지된다. 힘 (F)이 직경 (D1)을 갖는 로딩 링 (430)에 의해 유리계 제품의 표면에 하중 셀 (미도시)에 의해 적용된다.
로딩 링 및 지지 링의 직경 비 D1/D2는 약 0.2 내지 약 0.5의 범위일 수 있다. 몇몇 구현예에서, D1/D2는 약 0.5이다. 로딩 및 지지 링 (130, 120)은 지지 링 직경 (D2)의 0.5% 내에서 동심원으로 정렬되어야 한다. 시험에 사용된 하중 셀은 선택된 범위 내의 임의의 하중에서 ±1% 내에서 정확해야 한다. 몇몇 구현예에서, 시험은 23±2℃의 온도에서 및 40±10%의 상대 습도에서 수행된다.
고정물 설계를 위해, 로딩 링 (430)의 돌출 표면의 반경 r은, h/2 ≤ r ≤ 3h/2 이고, 여기서 h는 유리계 제품 (410)의 두께이다. 로딩 및 지지 링 (430, 420)은 전형적으로 경도 HRc > 40을 갖는 경화된 스틸로 제조된다. AROR 고정물은 상업적으로 입수 가능하다.
AROR 시험을 위한 의도된 파단 메카니즘은 로딩 링 (430) 내의 표면 (430a)으로부터 기원하는 유리계 제품 (410)의 파단을 관찰하는 것이다. 이 영역 -즉, 로딩 링 (430) 및 지지 링 (420) 사이-의 외부에서 발생하는 파괴는 데이타 분석에서 생략된다. 그러나, 유리계 제품 (410)의 얇음 및 높은 강도로 인해, 시편 두께 (h)의 ½을 초과하는 큰 편향이 가끔 관찰된다. 따라서, 로딩 링 (430) 아래로부터 기원하는 파괴의 높은 퍼센트를 관찰하는 것은 드문 일이 아니다. 응력은 (스트레인 게이지 분석을 통해 수집된) 링의 내부 및 아래 둘 다에서 응력 발달 및 각각의 시편에서 파괴의 기원에 대학 지식 없이는 정확하게 계산될 수 없다. 따라서, AROR 시험은 측정된 응답으로서 파괴에서의 피크 하중에 초점을 맞춘다.
유리계 제품의 강도는 표면 결함의 존재에 의존한다. 그러나, 유리의 강도가 본질적으로 통계적이기 때문에, 존재하는 주어진 크기의 결함의 가능성은 정확하게 예측될 수 없다. 따라서, 확률 분포는 얻어진 데이타의 통계적 표현으로서 일반적으로 사용될 수 있다
몇몇 구현예에서, 여기에 기재된 유리계 제품은 표면을 연마하기 위해 25 psi 또는 심지어 45 psi 하중을 사용하는 AROR 시험에 의해 측정될 때, 20 kgf 이상, 및 약 30 kgf까지의 표면 또는 등이축 굴곡 강도를 갖는다. 다른 구현예에서, 표면 강도는 25 kgf 이상, 및 또 다른 구현예에서, 30 kgf 이상이다.
몇몇 구현예에서, 여기에 기재된 유리계 제품은 샌드페이퍼 상에서 반전된 볼 (inverted ball on sandpaper, IBoS) 시험에서의 성능의 관점에서 기재될 수 있다. IBoS 시험은 도 7에서 개략적으로 나타낸 바와 같이, 모바일 또는 핸드헬드 전자 장치에서 사용되는 유리계 제품에서 전형적으로 발생하는 손상 도입 더하기 굽힙으로 인한 파괴 (failure)에 대하여 지배적인 메카니즘을 모방하는 동적 구성성분 수준 시험이다. 현장에서, 손상 도입 (도 8에서 a)은 유리계 제품의 상부 표면 상에서 발생한다. 파단은 유리계 제품의 상부 표면 상에서 시작하고, 손상은 유리계 제품을 관통하거나 (도 8에서 b), 또는 파단은 상부 표면 상에서 굽힘으로부터 또는 유리계 제품의 내부 부분으로부터 전파된다 (도 8에서 c). IBoS 시험은 동시에 유리의 표면에 손상을 도입하고 동적 하중 하에서 굽힘을 적용하도록 설계된다. 몇몇 경우에서, 유리계 제품은, 유리계 제품이 압축 응력을 포함할 때, 동일한 유리계 제품이 압축 응력을 포함하지 않는 경우 보다, 개선된 낙하 성능을 나타낸다.
IBoS 시험 장치가 도 7에서 개략적으로 나타난다. 장치 (500)는 시험 스탠드 (510) 및 볼 (530)을 포함한다. 볼 (530)은 예를 들어 스테인리스 스틸 볼, 등과 같은 강체성 또는 고체 볼이다. 하나의 구현예에서, 볼 (530)은 10 mm의 직경을 갖는 4.2 그램의 스테인리스 스틸 볼이다. 볼 (530)은 미리결정된 높이 (h)로부터 유리계 제품 샘풀 상으로 똑바로 낙하된다. 시험 스탠드 (510)는 화강암 등과 같은 단단하고 강성인 물질을 포함하는 고체 베이스 (512)를 포함한다. 표면 상에 배치된 연마 재료를 갖는 시트 (514)는 고체 베이스 (512)의 상부 표면상에 배치되어, 연마 재료를 구비한 표면이 위를 향하도록 한다. 몇몇 구현예에서, 시트 (514)는 30 그릿 표면, 및 다른 구현예에서는, 180 그릿 표면을 갖는 샌드페이퍼이다. 유리계 제품 샘플 (518)은 샘플 홀더 (515)에 의해 시트 (514) 위의 자리에서 유지되어, 공기 갭 (516)이 유리계 제품 샘플 (518) 및 시트 (514)의 사이에 존재하도록 한다. 유리계 제품 샘플 (518) 및 시트 (514) 사이의 공기 갭 (516)은 유리계 제품 샘플 (518)이 볼 (530)에 의한 충격시 시트 (514)의 연마 표면으로 굽혀지는 것을 허용한다. 하나의 구현예에서, 유리계 제품 샘플 (518)은 볼 충격 지점에만 굽혀진 상태를 유지하고, 반복성을 보장하기 위해, 모든 코너를 가로질러 클램핑된다. 몇몇 구현예에서, 샘플 홀더 (515) 및 시험 스탠드 (510)는 약 2 mm까지의 샘플 두께를 수용하도록 맞춰져 있다. 공기 갭 (516)은 약 50 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위이다. 공기 갭 (516)은 재료 강성 (stiffness) (영률, Emod)의 차이를 조정하도록 맞춰져 있지만, 또한 샘플의 두께 및 영률을 포함한다. 접착 테이프 (520)는 볼 (530)의 충격시 유리계 제품 샘플 (518)의 파단이 일어나면 파편을 수집하기 위해 유리계 제품 샘플의 상부 표면을 덮는데 사용될 수 있다.
다양한 재료가 연마 표면으로서 사용될 수 있다. 하나의 특정 구현예에서, 연마 표면은 실리콘 카바이드 또는 알루미나 샌드페이버와 같은 샌드페이퍼, 공학적 샌드페이퍼, 또는 비슷한 경도 및/또는 날카로움을 갖는 당업계의 통상의 기술자에게 알려진 임의의 연마 재료이다. 몇몇 구현예에서, 콘크리트 또는 아스팔트보다 더 일정한 표면 지형 (topography), 및 원하는 수준의 시편 표면 손상을 생성하는 입자 크기 및 날카로움을 갖기 때문에, 30 그릿을 갖는 샌드페이퍼가 사용될 수 있다.
하나의 관점에서, 전술한 장치 (500)를 사용하여 IBoS 시험을 수행하는 방법 (600)이 도 9에 나타나 있다. 단계 (610)에서, 유리계 제품 샘플 (도 7에서 518)은 전술한 시험 스탠드 (510)에 배치되고, 샘플 홀더(515)에서 고정되어, 공기 갭 (516)이 유리계 제품 샘플 (518)과 연마 표면을 구비한 시트 (514)의 사이에서 형성된다. 방법 (600)은 연마 표면을 구비한 시트 (514)가 이미 시험 스탠드 (510)에 배치되었다고 가정한다. 그러나, 몇몇 구현예에서, 상기 방법은 연마 재료를 구비한 표면이 위로 향하도록 시험 스탠드 (510)에 시트 (514)를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예 (단계 610a)에서, 유리계 제품 샘플 (518)을 샘플 홀더 (515)에 고정하기 전에 접착 테이프 (520)는 유리계 제품 샘플 (518)의 상부 표면에 적용된다.
단계 (620)에서, 미리결정된 질량 및 크기의 고체 볼 (530)이 소정의 높이 (h)로부터 유리계 제품 샘플 (518)의 상부 표면 상으로 낙하되어, 볼 (530)은 상기 상부 표면의 거의 중심에서 (즉, 중심에서 1 mm 이내, 또는 3 mm 이내, 또는 5 mm 이내, 또는 10 mm 이내에서) 상기 상부 표면 (또는 상기 상부 표면에 부착된 접착 테이프 (520))에 충격을 준다. 단계 (620)에서의 충격 다음에, 유리계 제품 샘플 (518)에 대한 손상의 정도가 결정된다 (단계 630). 여기에서 전술한 바와 같이, 용어 "파단 (fracture)"은 기판이 낙하되거나 또는 물체에 의해 충격을 받았을 때, 기판의 전체 두께 및/또는 전체 표면을 가로질러 균열이 전파되는 것을 의미한다.
방법 (600)에서, 연마 표면을 구비한 시트 (514)는 다른 유형 (예를 들어, 콘크리트 또는 아스팔트)의 낙하 시험 표면의 반복된 사용에서 관찰되는 "노화 (aging)" 효과를 피하기 위해 각각의 낙하 후에 교체될 수 있다.
다양한 미리결정된 낙하 높이 (h) 및 증분이 방법 (600)에서 전형적으로 사용된다. 예를 들어, 시험은 시작하기 위해 최소 낙하 높이 (예를 들어, 약 10-20 cm)를 이용할 수 있다. 그 다음, 높이는 연속적인 낙하에 대해 설정된 증분 또는 가변 증분으로 증가될 수 있다. 방법 (600)에서 기재된 시험은 유리계 제품 샘플 (518)이 깨지거나 또는 파단되면 중단 된다 (단계 631). 대안적으로, 낙하 높이 (h)가 파단 없이 최대 낙하 높이 (예를 들어, 약 100 cm)에 도달하면, 방법 (600)의 낙하 시험은 또한 중단되거나, 또는 파단이 발생할 때까지 단계 (620)이 최대 높이에서 반복될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 방법 (600)의 IBoS 시험은 각각의 미리결정된 높이 (h)에서 각각의 유리계 제품 샘플 (518) 상에서 오직 한번 수행된다. 그러나, 다른 구현예에서, 각각의 샘플은 각각의 높이에서 다중 시험을 받을 수 있다.
유리계 제품 샘플 (518)의 파단이 발생하면 (도 9에서 단계 631), 방법 (600)에 따른 IBoS 시험은 종료된다 (단계 640). 미리결정된 낙하 높이에서 볼 낙하로부터 결과되는 파단이 관찰되지 않으면 (단계 632), 낙하 높이는 예를 들면 5, 10, 또는 20 cm와 같은 미리결정된 증분 만큼 증가되고 (단계 634), 단계 620 및 630은 샘플 파단이 관찰될 때까지 (631) 또는 샘플 파단 없이 최대 시험 높이에 도달할 때까지 반복된다. 단계 631 또는 636에 도달하면, 방법 (600)에 따른 시험은 종료된다.
전술한 샌드페이퍼 상에서 반전된 볼 (IBoS) 시험에 적용될 때, 여기에 기재된 유리계 제품의 구현예는 볼이 100 cm의 높이로부터 유리의 표면 상으로 낙하될 때 약 60% 이상의 생존율을 갖는다. 예를 들어, 5 개의 동일한 (또는 거의 동일한) 샘플 (즉, 거의 동일한 조성을 가지며, 강화되었을 때, 여기에 기재된 바와 같이, 거의 동일한 압축 응력 및 압축 또는 압축 응력 층의 깊이를 갖는 샘플) 중 3 개가 파단 없이 지정된 높이 (여기서 100 cm)에서 낙하되어 IBoS 낙하 시험에서 생존했을 때 유리계 제품은 주어진 높이에서 낙하되었을때 60%의 생존율을 갖는다고 기재된다. 다른 구현예에서, 강화된 유리계 제품의 100 cm IBoS 시험에서의 생존율은 약 70% 이상이고, 다른 구현예에서, 약 80% 이상이고, 또 다른 구현예에서, 약 90% 이상이다. 다른 구현예에서, IBoS 시험에서 100 cm의 높이에서 낙하된 강화된 유리계 제품의 생존율은 약 60% 이상이고, 다른 구현예에서, 약 70% 이상이고, 또 다른 구현예에서, 약 80% 이상이고, 다른 구현예에서, 약 90% 이상이다. 하나 이상의 구현예에서, IBoS 시험에서 150 cm의 높이에서 낙하된 강화된 유리계 제품의 생존율은 약 60% 이고, 다른 구현예에서, 약 70% 이상이고, 또다른 구현예에서, 약 80% 이상이고, 다른 구현예에서, 약 90% 이상이다.
전술한 IBoS 시험 방법 및 장치를 사용하여 미리결정된 높이로부터 낙하되었을 때 유리계 제품의 생존율을 결정하기 위해, 유리계 제품의 적어도 5 개의 동일한 (또는 거의 동일한) 샘플 (즉, 거의 동일한 종성을 가지며, 강화된 경우, 거의 동일한 압축 응력 및 압축 또는 층의 깊이를 갖는 샘플)이 시험되며, 그렇지만 더 많은 수 (예를 들어, 10, 20, 30, 등)의 샘플이 시험 결과의 신뢰 수준을 높이기 위해 시험에 적용될 수 있다. 각각의 샘플은 미리결정된 높이 (예를 들어, 100 cm 또는 150 cm)에서 한 번 낙하되거나, 또는 대안적으로, 파단 없이 미리결정된 높이에 도달할 때까지 계속해서 더 높은 높이에서 낙하되며, 샘플의 전체 두께 및/또는 전체 표면을 가로지른 파단 (샘플의 전체 두께 및/또는 전체 표면을 가로질러 균열 형성 및 전파)의 증거에 대해 시각적으로 (즉, 육안으로) 검사된다. 미리결정된 높이에서 낙하된 후 파단이 관찰되지 않으면, 샘플은 낙하 시험에서 "생존"한 것으로 간주되며, 샘플이 미리결정된 높이 이하인 높이에서 낙하되었을 때, 파단이 관찰되면, 샘플은 "파괴된" (또는 "생존하지 않은") 것으로 간주된다. 생존율은 낙하 시험에서 생존한 샘플 집단의 퍼센트로 결정된다. 예를 들어, 미리결정된 높이에서 낙하되었을 때, 그룹의 10 개 중 7 개 샘플이 파단되지 않았다면, 유리의 생존율은 70%가 된다.
여기에 기재된 유리계 제품은 투명할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 약 1 밀리미터 이하의 두께를 가질 수 있고, 약 380 nm 내지 약 780 nm 범위의 파장에 걸쳐 약 88% 이상의 투과율을 나타낼 수 있다.
유리계 제품은 또한 실질적으로 백색을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 유리계 제품은 CIE 광원 F02 하에서, 약 88 이상의 L* 값, 약 -3 내지 약 +3 범위의 a* 값, 및 약 -6 내지 약 +6 범위의 b* 값의 CIELAB 색 공간 좌표를 나타낼 수 있다.
기판의 선택은 특별히 제한되지 않는다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품은 이온 교환에 대해 높은 양이온 확산율을 갖는 것으로 기재될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 또는 유리-세라믹은 빠른 이온-교환 능력을 가지며, 즉 여기서 확산율은 460 ℃에서 500㎛2/hr보다 크거나, 또는 450 ㎛2/시간보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 또는 유리-세라믹은 460 ℃에서 약 450 ㎛2/시간 이상, 또는 460 ℃에서 약 500 ㎛2/시간 이상인 나트륨 이온 확산율을 나타낸다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 또는 유리-세라믹은 460 ℃에서 약 450 ㎛2/시간 이상, 또는 460 ℃에서 약 500 ㎛2/시간 이상인 칼륨 이온 확산율을 나타낸다.
유리계 제품은 비정질 기판, 결정질 기판 또는 이들의 조합 (예를 들어, 유리-세라믹 기판)을 포함할 수 있다. 하나의 구현예에서, 유리계 제품 기판은 (여기에 기재된 화학적으로 강화되기 전에) 몰퍼센트 (몰%)로 다음을 포함하는 유리 조성물을 포함할 수 있다: 약 40 내지 약 80 범위의 SiO2, 약 10 내지 약 30 범위의 Al2O3, 약 0 내지 약 10 범위의 B2O3, 약 0 내지 약 20 범위의 R2O, 및 약 0 내지 약 15 범위의 RO. 여기에서 사용된 바와 같이, R2O는 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, 및 Cs2O와 같은 알칼리 금속 산화물의 총량을 나타낸다. 여기에서 사용된 바와 같이, RO는 MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO 등과 같은 알칼리 토금속 산화물의 총량을 나타낸다. 몇몇 경우에서, 상기 조성물은 약 0 mol% 내지 약 5 mol% 범위의 ZrO2 및 약 0 내지 약 15 mol% 범위의 P2O5 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. TiO2는 약 0 mol% 내지 약 2 mol%로 존재할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 mol%로 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 45 내지 약 65, 약 45 내지 약 65, 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 65, 또는 약 60 내지 약 65의 범위의 양으로 SiO2를 포함할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 mol%로 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 14 내지 약 30, 15 내지 약 30, 또는 약 12 내지 약 18의 범위의 양으로 Al2O3를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 mol%로 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, 또는 약 1 내지 약 3의 범위의 양으로 B2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 B2O3가 실질적으로 없을 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 조성물의 성분에 대하여 "실질적으로 없는"이라는 문구 는 성분이 초기 뱃치 (batching) 단계 동안 조성물에 적극적으로 또는 의도적으로 첨가되지는 않지만, 약 0.001 mol% 미만의 양으로 불순물로서 존재할 수 있음을 의미한다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 MgO, CaO 및 ZnO와 같은 하나 이상의 알칼리 토금속 산화물을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 알칼리 토금속 산화물의 총량은 0이 아닌 양부터 약 15 mol%까지일 수 있다. 하나 이상의 좀더 구체적인 구현예에서, 알칼리 토금속 산화물 중 어느 것의 총량은 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 1.5 mol%까지의 0이 아닌 양일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 알칼리 토금속 산화물의 총량은 몰%로 약 0.01 내지 10, 약 0.01 내지 8, 약 0.01 내지 6, 약 0.01 내지 5, 약 0.05 내지 10, 약 0.05 내지 2, 또는 약 0.05 내지 1의 범위일 수 있다. MgO의 양은 약 0 mol% 내지 약 5 mol% (예를 들어, 약 0.001 내지 약 1, 약 0.01 내지 약 2, 또는 약 2 mol% 내지 약 4 mol%)의 범위일 수 있다. ZnO의 양은 약 0 내지 약 2 mol% (예를 들어, 약 1 mol% 내지 약 2 mol%)의 범위일 수 있다. CaO의 양은 약 0 mol% 내지 약 2 mol%일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 MgO를 포함할 수 있고, CaO 및 ZnO가 실질적으로 없을 수 있다. 하나의 변형에서, 유리 조성물은 CaO 또는 ZnO 중 어느 하나를 포함할 수 있고, MgO, CaO 및 ZnO의 다른 것들이 실질적으로 없을 수 있다. 하나 이상의 좀더 구체적인 구현예에서, 유리 조성물은 MgO, CaO 및 ZnO의 알칼리 토금속 산화물 중 오직 2 개만 포할할 수 있고, 제3의 알칼리 토금속 산화물이 실질적으로 없을 수 있다.
유리 조성물에서 알칼리 금속 산화물 R2O의 총량은 mol%로 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 5 내지 약 20, 약 6 내지 약 20, 약 7 내지 약 20, 약 8 내지 약 20, 약 9 내지 약 20, 약 10 내지 약 20, 약 11 내지 약 20, 약 12 내지 약 18, 또는 약 14 내지 약 18의 범위일 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 0 mol% 내지 약 18 mol%, 약 0 mol% 내지 약 16 mol% 또는 약 0 mol% 내지 약 14 mol%, 약 0 mol% 내지 약 12 mol%, 약 2 mol% 내지 약 18 mol%, 약 4 mol% 내지 약 18 mol%, 약 6 mol% 내지 약 18 mol%, 약 8 mol% 내지 약 18 mol%, 약 8 mol% 내지 약 14 mol%, 약 8 mol% 내지 약 12 mol%, 또는 약 10 mol% 내지 약 12 mol% 범위의 양으로 Na2O를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 상기 조성물은 약 4 mol% 이상의 Na2O를 포함할 수 있다.
몇몇 구현예에서, Li2O 및 Na2O의 양은 성형성 및 이온 교환성의 균형을 이루기 위하여 특정 양 또는 비로 제어된다. 예를 들어, Li2O의 양이 증가함에 따라, 액상선 점도가 감소될 수 있으며, 따라서 몇몇 성형 방법이 사용되는 것을 방지한다; 그러나, 이러한 유리 조성물은 여기에 기재된 바와 같이 더 깊은 DOC 수준으로 이온 교환된다. Na2O의 양은 액상선 점도를 변경할 수 있지만, 더 깊은 DOC 수준으로 이온교환하는 것을 억제할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 5 mol% 미만, 약 4 mol% 미만, 약 3 mol% 미만, 약 2 mol% 미만, 또는 약 1 mol% 미만의 양으로 K2O를 포함할 수 있다. 하나 이상의 대안적인 구현예에서, 유리 조성물은 K2O가 여기에서 정의된 바와 같이 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 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% 또는 약 0 mol% 내지 약 2 mol% 의 양으로 Li2O를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 2 mol% 내지 약 10 mol%, 약 4 mol% 내지 약 10 mol%, 약 6 mol% 내지 약 10 mol, 또는 약 5 mol% 내지 약 8 mol% 의 양으로 Li2O를 포함할 수 있다. 하나 이상의 대안적인 구현예에서, 유리 조성물은 Li2O가 여기에 정의된 바와 같이 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 Fe2O3를 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 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 서브-범위의 양으로 존재할 수 있다. 하나 이상의 대안적인 구현예에서, 유리 조성물은 Fe2O3가 여기에 정의된 바와 같이 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 ZrO2를 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 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 서브-범위의 양으로 존재할 수 있다. 하나 이상의 대안적인 구현예에서, 유리 조성물은 ZrO2가 여기에 정의된 바와 같이 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 0 mol% 내지 약 10 mol%, 약 0 mol% 내지 약 8 mol%, 약 0 mol% 내지 약 6mol%, 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% 또는 약 2 mol% 내지 약 4 mol% 양으로 P2O5를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 유리 조성물은 P2O5가 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 TiO2를 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, TiO2는 약 6 mol% 미만, 약 4 mol% 미만, 약 2 mol% 미만, 또는 약 1 mol% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 하나 이상의 대안적인 구현예에서, 유리 조성물은 TiO2가 여기에 정의된 바와 같이 실질적으로 없을 수 있다. 몇몇 구현예에서, TiO2는 약 0.1 mol% 내지 약 6 mol%, 또는 약 0.1 mol% 내지 약 4 mol% 범위의 양으로 존재한다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 다양한 조성 관계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리 조성물은 약 0 내지 약 1, 약 0 내지 0.5, 약 0 내지 0.4, 약 0.1 내지 0.5, 또는 약 0.2 내지 0.4의 범위로 R2O (mol%)의 총량에 대한 Li2O (mol%)의 양의 비를 포함할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 0 내지 약 5 (예를 들어, 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 또는 약 1 내지 약 2)의 범위의 R2O (mol%)의 총량에서 Al2O3 (mol%)의 양 사이의 차이 (R2O - Al2O3)를 포함할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 0 내지 약 5 (예를 들어, 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, 또는 약 2 내지 약 3)의 범위의 RxO (mol%)의 총량에서 Al2O3 (mol%)의 양 사이의 차이 (RxO-Al2O3)를 포함할 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, RxO는 여기에서 정의된 R2O 및 RO를 포함한다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 0 내지 약 5 (예를 들어, 약 0 내지 약 4, 약 0 내지 약 3, 약 1 내지 약 4, 약 1 내지 약 3, 또는 약 1 내지 약 2)의 범위의 Al2O3 (mol%)의 양에 대한 R2O (mol%)의 총량의 비 (R2O/Al2O3)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 15 mol% 초과 (예를 들어, 약 18 mol% 초과, 약 20 mol% 초과, 또는 약 23 mol% 초과)의 Al2O3 및 Na2O의 조합된 양을 포함한다. Al2O3 및 Na2O의 조합된 양은 약 30 mol%까지, 약 32 mol%까지 또는 약 35 mol%까지를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예의 유리 조성물은 약 0 내지 약 2 범위의 RO (mol%)의 총량에 대한 MgO (mol%)의 양의 비를 나타낼 수 있다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 핵 형성제 (nucleating agents)가 실질적으로 없을 수 있다. 전형적인 핵 형성제의 예는 TiO2, ZrO2 등이다. 핵 형성제는 핵 형성제가 유리에서 결정자의 형성을 개시할 수 있는 유리의 구성성분이라는 기능 상의 관점에서 기재될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 유리 기판에 사용되는 조성물은 Na2SO4, NaCl, NaF, NaBr, K2SO4, KCl, KF, KBr, 및 SnO2를 포함하는 군으로부터 선택된 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 적어도 하나의 청징제와 뱃치 (batch) 처리될 수 있다. 하나 이상의 구현예에 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, 또는 약 1 내지 약 2의 범위의 SnO2를 더욱 포함할 수 있다. 여기에 개시된 유리 조성물은 As2O3 및/또는 Sb2O3가 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 62 mol% 내지 75 mol% SiO2; 약 10.5 mol% 내지 약 17 mol% Al2O3; 약 5 mol% 내지 약 13 mol% Li2O; 약 0 mol% 내지 약 4 mol% ZnO; 약 0 mol% 내지 약 8 mol% MgO; 약 2 mol% 내지 약5 mol% TiO2; 약 0 mol% 내지 약 4 mol% B2O3; 약 0 mol% 내지 약 5 mol% Na2O; 약 0 mol% 내지 약4 mol% K2O; 약 0 mol% 내지 약 2 mol% ZrO2; 약 0 mol% 내지 약 7 mol% P2O5; 약 0 mol% 내지 약 0.3 mol% Fe2O3; 약 0 mol% 내지 약 2 mol% MnOx; 및 약 0.05 mol% 내지 약 0.2 mol% SnO2를 구체적으로 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 67 mol% 내지 약 74 mol% SiO2; 약 11 mol% 내지 약 15 mol% Al2O3; 약 5.5 mol% 내지 약 9 mol% Li2O; 약 0.5 mol% 내지 약 2 mol% ZnO; 약 2 mol% 내지 약 4.5 mol% MgO; 약 3 mol% 내지 약 4.5 mol% TiO2; 약 0 mol% 내지 약 2.2 mol% B2O3; 약 0 mol% 내지 약 1 mol% Na2O; 약 0 mol% 내지 약 1 mol% K2O; 약 0 mol% 내지 약 1 mol% ZrO2; 약 0 mol% 내지 약 4 mol% P2O5; 약 0 mol% 내지 약 0.1 mol% Fe2O3; 약 0 mol% 내지 약 1.5 mol% MnOx; 및 약 0.08 mol% 내지 약 0.16 mol% SnO2를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 70 mol% 내지 75 mol% SiO2; 약 10 mol% 내지 약 15 mol% Al2O3; 약 5 mol% 내지 약 13 mol% Li2O; 약 0 mol% 내지 약 4 mol% ZnO; 약 0.1 mol% 내지 약 8 mol% MgO; 약 0 mol% 내지 약 5 mol% TiO2; 약 0.1 mol% 내지 약 4 mol% B2O3; 약 0.1 mol% 내지 약 5 mol% Na2O; 약 0 mol% 내지 약 4 mol% K2O; 약 0 mol% 내지 약 2 mol% ZrO2; 약 0 mol% 내지 약 7 mol% P2O5; 약 0 mol% 내지 약 0.3 mol% Fe2O3; 약 0 mol% 내지 약 2 mol% MnOx; 및 약 0.05 mol% 내지 약 0.2 mol% SnO2를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 52 mol% 내지 약 65 mol% SiO2; 약 14 mol% 내지 약 18 mol% Al2O3; 약 5.5 mol% 내지 약 7 mol% Li2O; 약 1 mol% 내지 약 2 mol% ZnO; 약 0.01 mol% 내지 약 2 mol% MgO; 약 4 mol% 내지 약 12 mol% Na2O; 약 0.1 mol% 내지 약 4 mol% P2O5; 및 약 0.01 mol% 내지 약 0.16 mol% SnO2를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 B2O3, TiO2, K2O 및 ZrO2 중 어느 하나 이상이 실질적으로 없을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 0.5 mol% 이상의 P2O5, Na2O 및, 선택적으로 Li2O를 포함할 수 있고, 여기서 Li2O(mol%)/Na2O(mol%) < 1이다. 또한 이들 조성물은 B2O3 및 K2O가 실질적으로 없을 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 ZnO, MgO, 및 SnO2를 포함할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 상기 조성물은 약 58 mol% 내지 약 65 mol% SiO2; 약 11 mol% 내지 약 19 mol% Al2O3; 약 0.5 mol% 내지 약 3 mol% P2O5; 약 6 mol% 내지 약 18 mol% Na2O; 약 0 mol% 내지 약 6 mol% MgO; 및 0 mol% 내지 약 6 mol% ZnO를 포함할 수 있다. 어떤 구현예에서, 상기 조성물은 약 63 mol% 내지 약 65 mol% SiO2; 11 mol% 내지 약 17 mol% Al2O3; 약 1 mol% 내지 약 3 mol% P2O5; 약 9 mol% 내지 약 20 mol% Na2O; 0 mol% 내지 약 6 mol% MgO; 및 0 mol% 내지 약 6 mol% ZnO를 포함할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 상기 조성물은 다음의 조성 관계, R2O(mol%)/Al2O3(mol%) < 2, 여기서 R2O = Li2O + Na2O를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 65 mol% < SiO2(mol%) + P2O5(mol%) < 67 mol%이다. 어떤 구현예에서, R2O(mol%) + R´O(mol%) - Al2O3(mol%) + P2O5(mol%) > -3 mol%이고, 여기서 R2O = Li2O + Na2O이며, R´O는 조성물에서 존재하는 2가 금속 산화물의 총량이다.
여기에 기재된 바와 같이, 화학적으로 강화되기 이전의 유리계 제품의 다른 예시적인 조성물이 표 1A에서 나타난다. 표 1B는 표 1A에서 열거된 예들에 대해 결정된 선택된 물리적 성질을 열거한다. 표 1B에서 열거된 물리적 성질은: 밀도; 저온 및 고온 CTE; 스트레인, 어닐링 및 연화 점; 1011 포이즈, 35 kP, 200 kP, 액상선, 및 지르콘 분해 온도; 지르콘 분해 및 액상선 점도; 푸아송 비; 영률; 굴절률, 및 응력 광학 계수를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 여기에 기재된 유리계 제품 및 유리 기판은 30 ppm/℃ 이하의 고온 CTE 및/또는 70 GPa 이상의 영률 및, 몇몇 구현예에서, 80 GPa까지의 영률을 갖는다.
[표 1A]
화학적 강화 이전의 예시적 조성물
[표 1B]
표 1A에서 열거된 유리의 선택된 물리적 성질
유리계 제품이 유리-세라믹을 포함하는 경우, 결정 상은 β-스포듀민, 루틸, 가나이트 또는 다른 공지된 결정 상 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
유리계 제품은 실질적으로 평면일 수 있지만, 다른 구현예는 만곡된 또는 다르게 성형된 또는 조각된 기판을 이용할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품은 3D 또는 2.5D 형상을 가질 수 있다. 유리계 제품은 실질적으로 광학적으로 클리어하고, 투명하며, 광 산란이 없을 수 있다. 유리계 제품은 약 1.45 내지 약 1.55 범위의 굴절률을 가질 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 굴절률 값은 550 nm의 파장에 관한 값이다.
부가적으로 또는 대안적으로, 유리계 제품의 두께는 하나 이상의 치수를 따라 일정할 수 있거나, 미적 및/또는 기능상 이유 때문에 하나 이상의 그 치수를 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 유리계 제품의 에지는 유리계 제품의 좀더 중심 영역에 비해 더 두꺼울 수 있다. 유리계 제품의 길이, 폭 및 두께 치수는 제품 적용 또는 용도에 따라 또한 변할 수 있다.
유리계 제품은 그것이 형성되는 방식을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 유리계 제품은 플로트-형성가능 (즉, 플로트 공정에 의해 형성됨), 다운-인발가능 및, 특히, 융합-형성가능 또는 슬롯-인발가능 (즉, 융합 인발 공정 또는 슬롯 인발 공정과 같은 다운 인발 공정에 의해 형성됨)을 특징으로 할 수 있다.
플로트-형성가능한 유리계 제품은 평활한 표면 및 균일한 두께가 용융 금속, 전형적으로 주석의 베드 상에서 용융 유리를 플로팅하여 만들어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 예시적인 공정에서, 용융 주석 베드의 표면 상으로 공급되는 용융 유리는 플로팅 유리 리본을 형성한다. 유리 리본이 주석 욕을 따라 흐르면서, 유리 리본이 주석으로부터 롤러 상으로 들어 올려질 수 있는 단단한 유리계 제품으로 응고될 때까지 온도가 서서히 감소된다. 일단 욕 밖으로 나오면, 유리계 제품은 더욱 냉각되고, 어닐링되어 내부 응력을 줄일 수 있다. 유리계 제품이 유리 세라믹인 경우, 플로트 공정으로부터 형성된 유리계 제품은 하나 이상의 결정 상이 생성되는 세라믹화 공정에 적용될 수 있다.
다운-인발 공정은 비교적 깨끗한 표면을 보유한 균일한 두께를 갖는 유리계 제품을 생산한다. 유리계 제품의 평균 굴곡 강도는 표면 결함의 양과 크기에 의해 제어되기 때문에, 최소한의 접촉을 가진 깨끗한 표면은 더 높은 초기 강도를 갖는다. 이 고 강도 유리계 제품이 그 다음에 더욱 (예를 들어, 화학적으로) 강화되었을 때, 그 결과로 생긴 강도는 래핑 (lap) 및 폴리싱 (polish)된 표면을 갖는 유리계 제품의 강도보다 더 높을 수 있다. 다운-인발 유리계 제품은 약 2 mm 미만의 두께로 인발될 수 있다. 또한, 다운 인발된 유리계 제품은 비용이 많이 드는 그라인딩 및 폴리싱 없이 최종 적용에 사용될 수 있는 매우 편평하고, 평활한 표면을 갖는다. 유리계 제품이 유리 세락믹인 경우, 다운 인발 공정으로부터 형성된 유리계 제품은 하나 이상의 결정 상이 생성되는 세라믹화 공정에 적용될 수 있다.
예를 들어, 융합 인발 공정은 용융 유리 원료를 수용하기 위한 채널을 갖는 인발 탱크를 사용한다. 채널은 채널의 양측 상에서 채널의 길이를 따라 상부가 개방된 위어 (weir)를 갖는다. 채널이 용융 물질로 채워질 때, 용융 유리는 위어를 넘쳐 흐른다. 중력으로 인해, 용융 유리는 2 개의 흐르는 유리 필름으로서 인발 탱크의 바깥 표면 아래로 흐른다. 인발 탱크의 이들 바깥 표면은 인발 탱크 아래의 에지에서 연결되도록 아래 및 안쪽으로 연장된다. 2 개의 흐르는 유리 필름은 이 에지에서 연결되어 융합되고 단일의 흐르는 유리계 제품을 형성한다. 융합 인발 방법은, 채널 위로 흐르는 2 개의 유리 필름이 함께 융합되기 때문에, 그 결과로 생긴 유리계 제품의 바깥 표면 중 어느 것도 기구의 어느 부분과도 접촉되지 않는다는 이점을 제공한다. 따라서, 융합 인발된 유리계 제품의 표면 성질 그러한 접촉에 의해 영향을 받지 않는다. 유리계 제품이 유리 세락믹인 경우, 융합 공정으로부터 형성된 유리계 제품은 하나 이상의 결정 상이 생성되는 세라믹화 공정에 적용될 수 있다.
슬롯 인발 공정은 융합 인발 방법과는 구별된다. 슬롯 인발 공정에서, 용융 원료 유리는 인발 탱크에 제공된다. 인발 탱크의 하부는 슬롯의 길이를 연장시키는 노즐을 구비한 개방 슬롯을 갖는다. 용융 유리는 슬롯/노즐을 통해 흐르고, 연속적인 유리계 제품으로서 어닐링 영역 내로 하향 인발된다.
유리계 제품은 표면 결함의 표과를 제거하거나 감소시키기 위해 산 폴리싱되거나 다르게 처리될 수 있다.
본 개시의 또 다른 관점은 여기에 기재된 유리계 제품을 포함하는 장치 (device)에 관한 것이다. 예를 들어, 장치는 디스플레이 또는 강화된 얇은 유리를 포함하는 임의의 장치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 장치는 이동 전화, 랩탑, 태블릿, mp3 플레이어, 네비게이션 장치 등과 같은 모바일 장치, 또는 컴퓨터, 전자 디스플레이, 차량 내의 정보/오락 시스템, 광고판, 판매 시점 관리 시스템, 네비게이션 시스템 등과 같은 고정 장치를 포함할 수 있는 전자 장치이다. 몇몇 구현예에서, 여기에 기재된 유리계 제품은 건축 제품 (벽, 고정물, 판넬, 창문 등), 운송 제품 (예를 들어, 자동차 적용에서 유리 (glazing) 또는 내부 표면, 기차, 항공기, 선박, 기차 등), 가정용 기기 (예를 들어, 세탁기, 건조기, 식기 세척기, 냉장고 등), 또는 약간의 파단 저항성이 필요한 임의의 제품에 혼입될 수 있다. 도 28에서 나타낸 바와 같이, 전자 장치 (1000)은 여기에 기재된 하나 이상의 구현예에 따른 유리계 제품 (100)을 포함할 수 있다. 장치 (1000)는 전면 (1040), 후면 (1060), 및 측면 (1080)을 갖는 하우징 (1020); 하우징 내부에 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 있으며, 적어도 제어기, 메모리를 포함하는 전기 구성성분 (미도시), 및 하우징의 전면에서 또는 그와 인접한 디스플레이 (1120)를 포함한다. 유리계 제품 (100)은 디스플레이 (1120)이 위에 있도록 하우징의 전면에 또는 그 위에 배치된 커버로서 나타난다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품은 후면 커버로서 사용될 수 있다.
본 개시의 또 다른 관점은 파단-저항성 유리계 제품을 형성하는 방법이다. 상기 방법은 약 1 밀리미터 이하의 두께를 한정하는 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 유리 기재의 기판 유리 기판을 제공하는 단계, 유리계 기판에서 응력 프로파일을 발생시켜, 여기에 기재된 바와 가티 파단-저항성 유리계 제품을 제공하는 단계를 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 응력 프로파일을 발생시키는 단계는 (여기에 기재된 바와 같이) 두께의 실질적인 부분을 따라 또는 전체 두께를 따라 변화하는 0이 아닌 알칼리 금속 산화물 농도를 형성하기 위해 유리계 기판 안으로 복수의 알칼리 이온을 이온 교환하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 응력 프로파일을 발생시키는 단계는 약 350 ℃ 이상 (예를 ㄷ들어, 약 350 ℃ 내지 약 500 ℃)의 온도를 갖고, Na+, K+, Rb+, Cs+ 또는 이들의 조합의 질산염을 포함하는 용융 염 욕에서 유리계 기판을 침지시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 용융 욕은 NaNO3, KNO3 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 약 485 ℃ 이하의 온도를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 욕은 NaNO3 및 KNO3의 혼합물을 포함할 수 있고, 약 460 ℃의 온도를 가질 수 있다. 유리계 기판은 약 2 시간 이상, 약 48 시간까지(예를 들어, 약 2 시간 내지 약 10 시간, 약 2 시간 내지 약 8 시간, 약 2 시간 내지 약 6 시간, 약 3 시간 내지 약 10 시간, 또는 약 3.5 시간 내지 약 10 시간) 동안 욕에서 침지될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 상기 방법은 단일 욕에서 또는 하나보다 많은 욕에서 연속적인 침지 단계를 사용하는 하나보다 많은 단계에서 유리계 기판을 화학적으로 강화시키는 단계 또는 이온 교환시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 두 개 이상의 욕이 연속적으로 사용될 수 있다. 하나 이상의 욕의 조성물은 단일 금속 (예를 들어, Ag+, Na+, K+, Rb+, 또는 Cs+) 또는 금속들의 조합을 동일한 욕에서 포함할 수 있다. 하나보다 많은 욕이 사용될 때, 욕은 서로 동일하거나 다른 조성물 및/또는 온도를 가질 수 있다. 각각의 이러한 욕에서 침지 시간은 원하는 응력 프로파일을 제공하기 위하여 동일하거나 또는 변화할 수 있다.
상기 방법의 하나 이상의 구현예에서, 제2 욕 또는 후속 욕이 더 큰 표면 CS를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 방법은 화학적 층의 깊이 및/또는 DOC에 크게 영향을 미치지 않으면서, 더 큰 표면 CS를 발생시키기 위해 제2 또는 후속 욕에서 유리계 기판을 침지시키는 단계를 포함한다. 이러한 구현예에서, 제2 또는 후속 욕은 단일 금속 (예를 들어, KNO3 또는 NaNO3) 또는 금속들의 혼합물 (KNO3 및 NaNO3)을 포함할 수 있다. 제2 또는 후속 욕의 온도는 더 큰 표면 CS를 발생시키도록 조정될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 제2 또는 후속 욕에서 유리계 기판의 침지 시간은 화학적 층의 깊이 및/또는 DOC에 영향을 미치지 않으면서 더 큰 표면 CS를 발생시키도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 제2 또는 후속 욕에서 침지 시간은 10 시간 미만 (예를 들어, 약 8 시간 미만, 약 5 시간 미만, 약 4 시간 미만, 약 2 시간 미만, 약 1 시간 미만, 약 30 분 미만, 약 15 분 미만, 또는 약 10 분 미만)일 수 있다.
하나 이상의 대안적인 구현예에서, 상기 방법은 여기에 기재된 이온-교환 공정과 조합하여 사용될 수 있는 하나 이상의 열처리 단계를 포함할 수 있다. 열 처리는 원하는 응력 프로파일을 얻기 위해 유리계 제품를 열 처리하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 열 처리 단계는 약 300℃ 내지 약 600℃ 범위의 온도로 유리계 기판을 어닐링, 템퍼링 또는 가열하는 단계를 포함한다. 열 처리는 1 분 내지 18 시간까지 지속될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 열 처리는 하나 이상의 이온-교환 공정 이후에, 또는 이온-교환 공정들 사이에 사용될 수 있다.
여기에 기재된 유리 조성물의 하나 이상의 구현예는 상기 실시예 1-64 및 하기 실시예 1-6 뿐만 아니라 여기에 기재된 조성물의 범위를 포함하여, 여기에 기재된 유리계 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 하나의 구현예에서, 유리계 제품은 제1 표면 및 두께 (t)(mm)를 한정하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변하는 금속 산화물의 농도; 약 71.5/√(t) 미만의 최대 CT (MPa)를 포함하는 중심 인장 (CT) 영역을 포함하며, 여기서 상기 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 500 N 초과의 임계 파괴 충격력을 나타낸다. 하나 이상의 특정 구현예에서, 유리 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 525, 550, 575, 600, 625, 650, 675, 700, 725, 750, 775, 800, 825 또는 800 N 초과의 임계 파괴 충격력을 나타낸다. 하나 이상의 구현예에 따르면, 전술한 임계 파괴 충격력 성질을 갖는 유리계 제품은 0.1 내지 3 mm, 좀더 구체적으로, 0.2 내지 2 mm, 0.2 내지 1.9 mm, 0.2 내지 1.8 mm, 0.2 내지 1.7 mm, 0.2 내지 1.6 mm, 0.2 내지 1.5 mm, 0.2 내지 1.4 mm, 0.2 내지 1.3 mm, 0.2 내지 1.2 mm, 0.2 내지 1.1 mm, 0.3 내지 1 mm, 0.3 내지 0.9 mm, 0.3 내지 0.8 mm, 0.3 내지 0.7 mm, 0.3 내지 0.6 mm, 0.3 내지 0.5 mm 및 0.3 내지 0.4 mm 범위의 두께를 갖는다. 특정 구현예에서, 전술한 임계 파괴 충격력 성질을 갖는 유리계 제품은 0.4 mm, 0.5, mm, 0.6, mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8 mm, 2 mm, 2.1 mm, 2.2 mm, 2.3 mm, 2.4 mm, 2.5 mm, 2.6 mm, 2.7 mm, 2.8 mm, 2.9 mm 또는 3 mm의 두께를 갖는다. 상기 구현예 중 어느 것에서, 전술한 임계 파괴 충격력 성질 및 두께를 갖는 유리계 제품은 약 200MPa 초과의 표면 압축 응력을 갖는다.
여기에 기재된 유리 조성물의 하나 이상의 구현예는 상기 실시예 1-64 및 하기 실시예 1-6뿐만 아니라 여기에 기재된 조성물의 범위를 포함하는, 여기에 기재된바와 같이 유리계 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 하나의 구현예에서, 유리계 제품은 제1 표면 및 두께 (t)(mm)를 한정하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t부터 약 0.3·t까지의 두께 범위를 따라 변하는 금속 산화물의 농도; 약 71.5/√(t) 미만의 최대 CT (MPa)를 포함하는 중심 인장 (CT) 영역을 포함하며, 여기서 상기 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 후에 125 MPa 이상의 잔류 강도 (retained strength)를 나타낸다. 하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 후에 135, 145, 150, 160, 170, 180, 190 또는 200 이상의 잔류 강도를 나타낸다.
여기에 기재된 유리 조성물의 하나 이상의 구현예는 상기 실시예 1-64 및 하기 실시예 1-6 뿐만 아니라 여기에 기재된 조성물의 범위를 포함하여, 여기에 기재된 바와 같이 유리계 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 하나의 구현예에서, 유리계 제품은 약 3 mm 미만의 두께 (t)를 한정하는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 두께를 따라 확장하는 응력 프로파일을 포함하며, 여기서 약 0·t부터 0.3·t까지 및 0.7·t 초과의 두께 범위 사이의 응력 프로파일의 모든 점들은 약 0.1 MPa/마이크로미터 초과의 절대값을 갖는 기울기를 갖는 탄젠트를 포함하고, 여기서 응력 프로파일은 약 71.5/√(t) (MPa) 미만의 최대 CT, 최대 CS, DOC를 포함하고, 여기서 최대 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는 약 0.01 내지 약 0.2의 범위이고, 여기서 DOC는 약 0.1·t 이상이고, 여기서 상기 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 500 N 초과의 임계 파괴 충격력을 나타낸다.
하나 이상의 특정 구현예에서, 유리 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀졌을 때, 525, 550, 575, 600, 625, 650, 675, 700, 725, 750, 775, 800, 825 또는 800 N보다 큰 임계 파괴 충격력을 나타낸다. 하나 이상의 구현예에 따르면, 전술한 임계 파괴 충격력 성질을 갖는 유리계 제품은 0.1 내지 3 mm, 좀더 구체적으로는, 0.2 내지 2 mm, 0.2 내지 1.9 mm, 0.2 내지 1.8 mm, 0.2 내지 1.7 mm, 0.2 내지 1.6 mm, 0.2 내지 1.5 mm, 0.2 내지 1.4 mm, 0.2 내지 1.3 mm, 0.2 내지 1.2 mm, 0.2 내지 1.1 mm, 0.3 내지 1 mm, 0.3 내지 0.9 mm, 0.3 내지 0.8 mm, 0.3 내지 0.7 mm, 0.3 내지 0.6 mm, 0.3 내지 0.5 mm 및 0.3 내지 0.4 mm 범위의 두께를 갖는다. 특정 구현예에서, 전술한 임계 파괴 충격력 성질을 갖는 유리계 제품은 0.4 mm, 0.5, mm, 0.6, mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8 mm, 2 mm, 2.1 mm, 2.2 mm, 2.3 mm, 2.4 mm, 2.5 mm, 2.6 mm, 2.7 mm, 2.8 mm, 2.9 mm 또는 3 mm의 두께를 갖는다. 전술한 구현예 중 어느 것에서, 전술한 임계 파괴 충격력 성질 및 두께를 갖는 유리계 제품은 약 200MPa 초과의 표면 압축 응력 갖는다.
여기에 기재된 유리 조성물의 하나 이상의 구현예는 상기 실시예 1-64 및 하기 실시예 1-6 뿐만 아니라 여기에 기재된 조성물의 범위를 포함하여, 여기에 기재된 바와 같이 유리계 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 하나의 구현예에서, 유리계 제품은 약 3 mm 미만의 두께 (t)를 한정하는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 및 두께를 따라 확장하는 응력 프로파일을 포함하며, 여기서 약 0·t부터 0.3·t까지 및 0.7·t 초과의 두께 범위 사이의 응력 프로파일의 모든 점들은 약 0.1 MPa/마이크로미터 초과의 절대값을 갖는 기울기를 갖는 탄젠트를 포함하고, 여기서 응력 프로파일은 최대 CS, DOC 및 약 71.5/√(t) (MPa) 미만의 최대 CT를 포함하고, 여기서 최대 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는 약 0.01 내지 약 0.2의 범위이고, 여기서 DOC는 약 0.1·t 이상이고, 여기서 상기 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 800 N의 충격력에 의해 충격받은 후 125 MPa 이상의 잔류 강도를 나타낸다. 하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 800 N의 충격력에 의해 충격받은 후 135, 145, 150, 160, 170, 180, 190 또는 200 MPa 이상의 잔류 강도를 나타낸다.
여기에 기재된 유리 조성물의 하나 이상의 구현예는 상기 실시예 1-64 및 하기 실시예 1-6 뿐만 아니라 여기에 기재된 조성물의 범위를 포함하여, 여기에 기재된 바와 같이 유리계 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 하나의 구현예에서, 유리계 제품은 제1 표면 및 두께 (t) (mm)를 한정하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 및 농도 구배를 형성하는 금속 산화물을 포함하고, 여기서 금속 산화물의 농도는 제1 표면으로부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 지점까지 감소하고, 상기 지점으로부터 제2 표면까지 증가하며, 여기서 상기 지점에서 금속 산화물의 농도는 0이 아니며, 여기서 상기 제품은 100 Mpa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 500 N 초과의 임계 파괴 충격력을 나타낸다.
하나 이상의 좀더 구체적인 구현예에서, 유리 제품은 100 Mpa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 525, 550, 575, 600, 625, 650, 675, 700, 725, 750, 775, 800, 825 또는 800 N 초과의 임계 파괴 충격력을 나타낸다. 하나 이상의 구현예에 따르면, 전술한 임계 파괴 충격력 성질을 갖는 유리계 제품은 0.1 내지 3 mm, 좀더 구체적으로는, 0.2 내지 2 mm, 0.2 내지 1.9 mm, 0.2 내지 1.8 mm, 0.2 내지 1.7 mm, 0.2 내지 1.6 mm, 0.2 내지 1.5 mm, 0.2 내지 1.4 mm, 0.2 내지 1.3 mm, 0.2 내지 1.2 mm, 0.2 내지 1.1 mm, 0.3 내지 1 mm, 0.3 내지 0.9 mm, 0.3 내지 0.8 mm, 0.3 내지 0.7 mm, 0.3 내지 0.6 mm, 0.3 내지 0.5 mm 및 0.3 내지 0.4 mm 범위의 두께를 갖는다. 특정 구현예에서, 전술한 임계 파괴 충격력 성질을 갖는 유리계 제품은 0.4 mm, 0.5, mm, 0.6, mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8 mm, 2 mm, 2.1 mm, 2.2 mm, 2.3 mm, 2.4 mm, 2.5 mm, 2.6 mm, 2.7 mm, 2.8 mm, 2.9 mm 또는 3 mm의 두께를 갖는다. 전술한 구현예 중 어느 것에서, 전술한 임계 파괴 충격력 성질 및 두께을 갖는 유리계 제품은 약 200MPa 초과의 표면 압축 응력을 갖는다.
여기에 기재된 유리 조성물의 하나 이상의 구현예는 상기 실시예 1-64 및 하기 실시예 1-6 뿐만 아니라 여기에 기재된 조성물의 범위를 포함하여, 여기에 기재된 바와 같이 유리계 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 하나의 구현예에서, 유리계 제품은 제1 표면 및 두께 (t) (mm)를 한정하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 및 농도 구배를 형성하는 금속 산화물을 포함하고, 여기서 금속 산화물의 농도는 제1 표면으로부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 지점까지 감소하고, 상기 지점으로부터 제2 표면까지 증가하며, 여기서 상기 지점에서 금속 산화물의 농도는 0이 아니며, 여기서 상기 제품은 100 Mpa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 후 125 MPa 이상의 잔류 강도를 나타낸다. 하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 100 Mpa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 후 135, 145, 150, 160, 170, 180, 190 또는 200 MPa 이상의 잔류 강도를 나타낸다.
여기에 기재된 유리 조성물의 하나 이상의 구현예는 상기 실시예 1-64 및 하기 실시예 1-6 뿐만 아니라 여기에 기재된 조성물의 범위를 포함하여, 여기에 기재된 바와 같이 유리계 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 하나의 구현예에서, 유리계 제품은 CS 영역 및 CT 영역을 포함하는 응력 프로파일을 포함하고, 여기서 CT 영역은 수학식 응력(x) = MaxT - (((CTn·(n+1))/0.5n)·|(x/t)-0.5|n)에 의해 근사화되고, 여기서 MaxT는 최대 인장 값이며 MPa 단위로 양의 값이고, CTn은 n에서의 인장 값이며, CTn은 MaxT 이하이며, MPa 단위로 양의 값이고, 여기서 x는 마이크로미터로 두께 (t)를 따라서의 지점이고, 여기서 n은 1.5 내지 5의 범위이고, 여기서 상기 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 500 N 초과의 임계 파괴 충격력을 나타낸다.
하나 이상의 좀더 구체적인 구현예에서, 유리 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 525, 550, 575, 600, 625, 650, 675, 700, 725, 750, 775, 800, 825 또는 800 N 초과의 임계 파괴 충격력을 나타낸다. 하나 이상의 구현예에 따르면, 전술한 임계 파괴 충격력 성질을 갖는 유리계 제품은 0.1 내지 3 mm, 좀더 구체적으로, 0.2 내지 2 mm, 0.2 내지 1.9 mm, 0.2 내지 1.8 mm, 0.2 내지 1.7 mm, 0.2 내지 1.6 mm, 0.2 내지 1.5 mm, 0.2 내지 1.4 mm, 0.2 내지 1.3 mm, 0.2 내지 1.2 mm, 0.2 내지 1.1 mm, 0.3 내지 1 mm, 0.3 내지 0.9 mm, 0.3 내지 0.8 mm, 0.3 내지 0.7 mm, 0.3 내지 0.6 mm, 0.3 내지 0.5 mm 및 0.3 내지 0.4 mm 범위의 두께를 갖는다. 특정 구현예에서, 전술한 임계 파괴 충격력 성질을 갖는 유리계 제품은 0.4 mm, 0.5, mm, 0.6, mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8 mm, 2 mm, 2.1 mm, 2.2 mm, 2.3 mm, 2.4 mm, 2.5 mm, 2.6 mm, 2.7 mm, 2.8 mm, 2.9 mm 또는 3 mm의 두께를 갖는다. 전술한 구현예 중 어느 것에서, 전술한 임계 파괴 충격력 성질 및 두께를 갖는 유리계 제품은 약 200MPa 초과의 표면 압축 응력을 갖는다.
여기에 기재된 유리 조성물의 하나 이상의 구현예는 상기 실시예 1-64 및 하기 실시예 1-6 뿐만 아니라 여기에 기재된 조성물의 범위를 포함하여, 여기에 기재된 바와 같이 유리계 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 하나의 구현예에서, 유리계 제품은 CS 영역 및 CT 영역을 포함하는 응력 프로파일을 포함하고, 여기서 CT 영역은 수학식 응력(x) = MaxT - (((CTn·(n+1))/0.5n)·|(x/t)-0.5|n)에 의해 근사화되고, 여기서 MaxT는 최대 인장 값이며 MPa 단위로 양의 값이고, 여기서 CTn은 n에서의 인장 값이며, CTn은 MaxT 이하이며, MPa 단위로 양의 값이고, 여기서 x는 마이크로미터로 두께 (t)를 따라서의 지점이고, 여기서 n은 1.5 내지 5의 범위이고, 여기서 상기 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 후 125 MPa 이상의 잔류 강도를 나타낸다. 하나 이상의 구현예에서, 유리계 제품은 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 후 135, 145, 150, 160, 170, 180, 190 또는 200 MPa 이상의 잔류 강도를 나타낸다.
유리계 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 후 어떤 값 (또는 그 이상)의 어떤 잔류 강도를 나타내거나, 또는 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때, 어떤 힘 값보다 큰 임계 파괴 충격력을 나타내는 물질 성질을 포함하는 바로 위에 기재된 구현예에서, 이들 성질은 다음과 같이 시험될 수 있다. 하나 이상의 구현예예 따르면, "임계 파괴 충격력 (threshold failure impact force)"은 도 8과 관련하여 전술한 바와 같이, 제품의 표면 상에 관찰가능한 파단을 일으키기에 최소 충격력을 지칭한다. 하나 이상의 구현예에서, "임계 파괴 충격력"에 대하여 시험된 제품은 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8 mm, 1.9 mm 또는 2 mm의 두께를 가진 시트이다.
잔류 강도는 (여기에 기재된 바와 같이) 4 점 굽힘 시험 또는 여기에 기재된 바와 같이 AROR 시험을 사용하여 측정된다. "제품이 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질 때"라는 문구는 굽힘의 결과인 유리계 제품에 외부적으로 적용된 인장 응력을 지칭한다. 따라서, 유리계 제품이 굽혀져, 여기에 기재된 시험에 따라 접촉 표면인 정점 (apex)을 형성할 때, 유리계 제품이 굽혀질 때 유리계 제품의 외부 표면에 있는 정점은 굽힘의 결과로서 외부적으로 적용된 인장 응력을 갖는다.
본 개시의 추가적인 관점은 임계 파괴 충격력을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 장치의 신뢰도 시험은 그의 적용 수명기간 동안 어떻게 수행할 것인지 이해하는데 필수적이다. 장치 낙하 시험은 낙하 사건 (예를 들어, 주차장에서 전화기를 낙하)을 발생시킨 후에, 이들 사건은 장치 기능성을 손상시키기 때문에, 핸드헬드 전자 장치 (예를 들어, 스마트폰, 태블릿, 랩탑 등) 신뢰도를 이해하는데 보통 사용된다. 장치에 대한 하나의 관심은 이들 장치에 사용된 커버 유리의 신뢰도이다. 핸드헬드 전자 장치의 커버 유리에 대한 손상 또는 파단은 사용할 수 없는 장치 및/또는 사용자에 대한 안전 문제를 초래할 수 있다. 커버 물질의 한계와 어떻게 그것이 장치 디자인에 관련되는지를 이해하는 것은 커버 유리 성능을 향상시키는데 필수적이다.
일반적으로 실제 장치는 그들의 신뢰도를 이해하기 위해 낙하 시험을 받는다. 그러나, 이것은 매우 비용이 많이 들게 되고, 장치 디자인이 완료되고 장치가 제작된 경우에만 오직 사용할 수 있다. 이러한 단점을 처리하기 위해, 대리 시험 차량 (재사용 가능하고, 장치 치수 및 중량과 유사한 장치의 모형)이 커버 유리 성능 시험을 위해 장치를 모사하기 위해 사용된다. 이들 대리 차량은 고객의 요구사항을 충족시키기 위해 유리의 능력을 이해하는데 도움이 되고, 커버 유리 생존성 (예를 들어, 경사 (bevel) 디자인)을 돕는 디자인 피드백을 제공하는데 도움이 된다. 그러나, 대리 차량의 제작과 (낙하) 시험을 수행하는 것은 시간이 많이 걸리고 비용이 매우 많이 든다. 따라서, 대부분의 현장 파괴 모드에서 볼 수 있듯이, 손상 도입 및 굽힘의 개념에 대해 좀더 적은 시간 소모와 저렴한 시험을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 개시의 관점은 유리계 제품, 예를 들어, 이동 전자 장치용 커버 유리의 표면을 시험하기 위한 장치에 관한 것으로서, 대개 응력 (굽힘) 및 손상 도입의 조합인, 현장에서 발생하는 것으로 관찰된 파괴 모드를 모사한다. 이 공지된 파괴 모드는 성분-수준 기반의 표면 충격 시험을 사용하여 재생성된다. 광범위한 시험이 이 장치를 사용하여 실시되었으며, 특정 유리 조성물과 이온 교환 응력 프로파일이 이 시험을 통해 커버 유리 생존성을 향상시킬 수 있다는 것을 알게 되었다.
하나 이상의 구현예에서, 상기 장치는 편평한 곳부터 만곡된 곳까지 범위의 표면을 갖는 간단한 진자-기반의 동적 충격 시험을 포함하며, 여기서 유리계 제품 시험 시편은 진자의 보브에 장착되고, 그 다음에, 시험 시편을 평활하거나 또는 거칠어진 표면일 수 있는 충격 표면과 접촉시키기 위해 사용된다. 하나 이상의 구현예에서, 시험을 수행하기 위해, 샘플은 홀더 상에 로딩되고, 그 다음에 진자 평형 위치로부터 후방으로 당겨지고, 충격 표면에 동적 충격을 가하기 위해 방출된다. 상기 시험은 유리/시편이 움직이는 부분이고 표면이 정지된 부분인 낙하 사건을 모방한다. 사용가능한 만곡된 표면은 현장 파괴로부터 얻은 응력 수 (굽힘 응력)를 모사한 것이다. 장치의 하나 이상의 구현예에 따르면, 유리계 제품은 정지된 부분인 충격 표면을 타격하기 위해 이동하는 움직이는 부분이고, 주어진 높이로부터 표면 (정지된 부분) 상으로 낙하된 장치 (움직이는 부분)의 복제물이다.
파괴 모드는 손상 도입의 속도 및 굽힘 속도에 따라 변한다고 알려져 있다. 커버 유리 성능을 특징짓는데 사용된 링-온-링 (ring-on-ring, ROR), 압입 파단 임계 (indentation fracture threshold, IFT) 및 연마된 링-온-링 (abraded ring-on-ring, ARoR, 이것은 손상 도입과 그 이후에 준-정적 하중 적용을 통해 느린 굽힘을 포함함)과 같은 다른 준-통계적 하중 적용 기반 성분-수준 (component-level) 시험과는 달리, 이 시험은 사실상 동적이다. 더욱이, 매우 대중화 되고 있는 모바일 장치에서 얇은 커버 재료에 대한 수요가 증가함에 따라, 상이한 얇은 커버 재료를 평가하기 위한 성분 수준 기반 시험을 가져야 할 필요성이 중요하게 된다. 이 시험은, 상이한 조성물 및 IOX 처리에서, 0.3 mm 두께 만큼이나 낮은 유리 재료의 평가에서 신뢰성을 증명하였기 때문에, 이 얇은 유리의 잠재적인 낙하 성능 응답을 예측하는데 사용될 수 있다. 하나 이상의 구현예에 따르면, 상기 시험 방법의 단순성은 유리 충격 에너지 및 관련된 충격력의 더 신속한 추정을 가능하게 하며, 이것은 시스템 수준 낙하 시험으로부터 발생된 것과 비교하여 양호한 편이다.
이제 도 29 내지 도 33을 참조하면, 부서지기 쉬운 기판을 충격 시험하기 위한 장치 (1100)의 구현예는 피봇 (1106)에 부착된 보브 (1104)를 포함하는 진자 (1102)를 포함하는 것으로 나타난다. 진자 상의 보브는 피봇으로부터 매달려 있고, 암에 의해 피봇에 연결된 추이다. 따라서, 도면에서 나타낸 보브 (1104)는 암 (1108)에 의해 피봇 (1106)에 연결되며, 암 (1108)은 줄, 또는 막대 또는 나타낸 바와 같이 두 개의 막대와 같은 복수 개의 막대 형태일 수 있다. 도 33에서 가장 잘 나타낸 바와 같이, 보브 (1104)는 각도 β가 0이 되도록 점선으로 나타낸 평형 위치 (1105)를 갖는다. 다시 말해서, 암 (1108)은 상승된 위치에 있지 않다.
보브 (1104)는 간단히 암의 하단에 부착된 취성 기판일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 보브 (1104)는 취성 기판을 수용하기 위한 베이스 (1110)를 포함한다. 도 34에서 보다 상세하게 나타낸 바와 같이, 적어도 두 개의 단부 (1114,1116), 내부 표면 (1113) 및 외부 표면 (1115)을 갖는 취성 기판 (1112)을 수용하기 위한 베이스 (1110)가 나타난다. 베이스 (1110)는 제1 단부 (1120) 및 제2 단부 (1122), 및 제1 단부 (1120)와 제2 단부 (1122) 사이의 곡률 반경을 한정하는 곡면 (1124)을 갖는다. 베이스 (1110)는 충격 시험을 위해 기판을 고정하도록 플랫폼을 제공하기 위한 임의의 적절한 재료일 수 있으며, 이는 이하에서 더욱 기재될 것이다. 베이스 (1110)에 대한 적절한 재료는 목재, 금속, 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 곡면 (1124)은 정점 (1125)을 갖는다.
하나 이상의 구현예에 따른 장치 (1100)는 취성 기판 (1112)의 적어도 두개의 단부 (1114, 1116)를 유지하고, 곡면 (1124)에 대하여 취성 기판 (1112)을 굽히기 위해 힘을 적용하고, 취성 기판을 곡률 반경에 일치시키기 위하여 제1 고정장치 (1130) 및 제2 고정장치 (1132)를 더욱 포함한다. 취성 기판 (1112)을 굽힘으로써, 취성 기판은 곡면 (1124)의 정점 (1125)에 일치하는 정점 (1127)을 갖는다. 하나 이상의 좀더 구체적인 구현예에서, 취성 기판 (1112)의 곡면 (1124) 및 곡률은 고정된 반경 또는 복합 반경일 수 있다. 제1 고정장치 (1130) 및 제2 고정장치 (1132)는 각각 클램프이고, 특정 구현예에서, 도 34에서 나타낸 바와 같이 토글 클램프이다. 그러나, 바 클램프, C-클램프, 또는 취성 기판의 단부를 유지하기 위한 다른 적절한 고정장치와 같은 다른 유형의 고정장치가 사용될 수 있다.
하나 이상의 구현예에 따른 장치 (1100)는 기판 (1112)의 외부 표면 (1115)과 접촉하여 놓여지는 연마 표면을 갖는 연마 시트일 수 있는 거칠어진 표면을 더욱 포함한다. 연마 시트의 연마 표면이 기판이 장착되는 곡면 (1124)을 향하도록, 연마 시트는 양면 테이프에 의해 (후술하는 충격 대상 (1140)의) 충격 표면 (1150)에 부착된다. 다른 특정 구현예에서, 연마 시트는 30 그릿 내지 400 그릿, 또는 100 그릿 내지 300 그릿의 범위, 예를 들어 180 grit의 그릿 크기를 가질 수 있는 샌드페이퍼를 포함한다. 하나의 적합한 샌드페이퍼는 Indasa Rhynowet® Plus Line P180 그릿 샌드페이퍼이다. 하나 이상의 구현예에 따른 샌드페이퍼는 25 mm 평방 조각으로 절단되고, 조각이 절단 공정 동안 굽혀지면 샌드페이퍼는 편평해진다.
장치 (1100)는 충격 대상 (1140)을 더욱 포함하며, 보브 (1104)를 평형 위치 (1105)로부터 0 보다 큰 각도 β에서의 위치로부터 놓았을 때, 보브 (1104)의 곡면 (1124) (또는 곡면 (1124) 상에 장착된 기판 (1112)은 충격 대상 (1140)의 충격 표면 (1150) (또는 충격 표면 (1150) 상에 배치된 연마 시트의 연마 면)과 접촉한다. 나타낸 구현예에서, 충격 대상 (1140)은 플랫폼 (1142)에 부착된 L-형 브라켓이고, 충격 대상 (1140)은 나사 (1144)에 의해 플랫폼 (1142)에 부착된다. 충격 대상 (1140)은 또한 볼트, 리벳, 클램픔 등과 같은 임의의 다른 적절한 메카니즘에 의해 부착될 수 있다. 플랫폼 (1142)은 장치 (1100)가 작업대 (1148)의 단부에서 유지되는 것을 허용하는 스토퍼 (1146)를 포함한다. 나타낸 구현예에서, 충격 대상 (1140)은 고정되어 있고, 보브 (1104)가 충격 대상 (1140)과 충격 표면 (1150)에서 접촉할 때, 움직이지 않는다. 충격 표면 (1150)은 슬롯 (1152) 내에서 도 32에서 가장 잘 나타낸 바와 같이 x-y 평면에서 움직일 수 있는 별개의 구성요소일 수 있다. 대안적으로, 충격 표면 (1150)은 충격 대상 (1140)에 대해 움직일 필요가 없다. 하나 이상의 구현예에서, 취성 기판이 베이스 (1110)에 부착되었을 때, 및 보브 (1104)를 평형 위치 (1105)로부터 0보다 큰 각도 β에서의 위치로부터 놓아 주었을 때, 취성 기판 (1112)이, 이동 전화 또는 태블릿 장치가 이동 전화 또는 태블릿 장치의 사용자에 의해 지표면 상에 낙하되었을 때, 이동 전화 또는 태블릿 장치의 화학적으로 강화된 커버 유리의 굽힘 반경을 모사하는, 굽힘 받경 및 충격력을 받도록, 보브 (1104) 및 베이스 (1110)는 크기 및 형상을 갖는다.
하나 이상의 구현예에서, 베이스 (1110) 상에서 곡면 (1124)의 곡률 반경은, 기판이 곡면 (1124) 주위로 굽혀질 때, 100 MPa의 굽힘 인장력을 제공하도록 선택되어, 인장력이 기판을 굽히는 응력으로부터 결과된 외부적으로 적용된 인장력이 되도록 한다. 따라서, 기판이 굽혀질 때, 인장력은 취성 기판의 정점 (1125)에 있다. 하나 이상의 구현예에 따르면, 곡률 반경은 0.25 m 내지 1.5 m의 범위, 예를 들어, 0.5 m 내지 1 m의 범위에 있다.
하나 이상의 구현예에서, 제1 고정장치 (1130) 및 제2 고정장치 (1132)는 이동 전화 또는 태블릿을 위한 커버 유리 길이의 간격으로 이격되어 있다. 특정 구현예에서, 제1 고정장치 (1130) 및 제2 고정장치 (1132)는 50 mm 내지 500 mm 범위의 간격으로 이격되어 있다.
본 개시의 또 다른 관점은 취성 시트를 충격 시험하는 방법에 관한 것이고, 상기 방법은: 접촉면을 갖는 취성 시트를 굽혀서 접촉 표면 상에 곡률 반경 및 정점을 갖는 굽은 시트를 제공하는 단계; 및 진자를 사용하여 충격 대상으로 정점에서 굽은 시트에 충격을 가하는 단계를 포함한다. 하나의 구현예에서, 굽은 시트는 진자 보브에 부착된다. 하나의 구현예에서, 진자 보브에 부착된 굽은 시트는 충격 대상이 접촉 표면의 정점과 접촉하도록 위치된다. 하나 이상의 구현예에서, 취성 시트는 유리이고, 곡률 반경은 이동 전화 또는 태블릿 장치가 이동 전화 또는 태블릿의 사용자에 의해 지표면에 낙하될 때 이동 전화 또는 태블릿 장치의 화학적으로 또는 열적으로 강화된 커버 유리의 굽힘 반경을 모사하는 범위 내에 있으며, 여기서, 낙하 사건은 장치의 에지가 먼저 지면과 접촉하도록 한다 (면이 먼저 낙하되는 것과는 반대이며, 여기서 접촉 표면이 지면과 일반적으로 평행하게 되는 방향으로 장치가 지면과 일반적으로 부딪친다).
하나 이상의 구현예에서, 연마 시트는 암 (118)의 스윙 운동시 취성 시트의 정점과 접촉하기 위한 위치에서 충격 표면 (1150) 상에 배치된다. 하나 이상의 구현예에서, 취성 시트는 양면 테이프로 충격 대상에 고정된다.
또 다른 구현예는 취성 시트를 충격 시험하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은: 취성 시트 상에 접촉 표면을 노출시키기 위해 진자 보브에 취성 시트를 부착시키는 단계; 및 접촉 표면을 접촉 대상과 접촉시키기 위해 진자 보브에 부착된 취성 시트와 함께 진자 보브를 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 구현예에서, 상기 방법은 접촉 표면 상에 곡률 반경 및 정점을 갖는 굽은 시트를 제공하기 위하여 취성 시트를 굽히는 단계를 포함한다. 하나의 구현예에서, 진자 보브에 부착된 굽은 시트는 충격 대상이 접촉 표면의 정점과 접촉하도록 위치된다. 하나 이상의 구현예에서, 취성 시트는 유리이고, 곡률 반경은 이동 전화 또는 태블릿 장치가 이동 전화 또는 태블릿의 사용자에 의해 지표면에 낙하될 때, 이동 전화 또는 태블릿 장치의 화학적으로 또는 열적으로 강화된 커버 유리의 굽힘 반경을 모사하는 범위 내에 있으며, 여기서, 낙하 사건은 장치의 에지가 먼저 지면과 접촉하도록 한다 (면이 먼저 낙하되는 것과는 반대이며, 여기서 접촉 표면이 지면과 일반적으로 평행하게 되는 방향으로 장치가 지면과 일반적으로 부딪친다). 몇몇 구현예에서, 정점을 충격 대상과 충격시키기 전에 취성 시트는 곡면에 고정된다.
이제 도 29 및 도 30을 참조하면, 장치의 작동의 특정, 비제한적인 세부사항은 피봇 (1106) 상에 포인터 노치 (1200)을 포함하고, 이것은 다양한 시험 위치 (1202),즉, 암 (1108)이 평형 위치 (1105)에 대하여 각도 β에 위치한 위치, 및 진자의 운동이 개시되는 위치를 지시할 수 있다. 포인터 노치 (1200)는 임의의 적절한 수의 시험 위치일 수 있는, 예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 등 증가하여 50 이상까지의 다양한 시험 위치 (1202)와 정렬을 가능하게 한다. 장치 (1100)은 중심 세로 축에 대하여 원하는 회전 방향으로 암 (1108)을 잠가서, 베이스 (1110)를 충격 대상 (1140)의 충격 표면 (1150)과 직각을 만들기 위해 너트 (1204) 형태일 수 있는 잠금장치를 더욱 포함할 수 있다.
장치 (1100)은 하나 이상의 구현예에 따라 실제 전화기 낙하 사건을 모사한다. 입사 충격 에너지 (E) 및 평균 충격력 (
)은 하기 수학식에 의해 제공된다.
E=mgL{1-cosβ}
여기서, m은 진자 (1102)의 질량이고 (스윙 암 (1108), 보브 (1104), 및 베이스 (1110)을 포함), L은 암의 길이이고, g는 자유낙하 가속도이고, vi는 최초 충격 속도이고 (즉, 유리가 충격 대상 (1140)의 충격 표면 (1150)과 처음 접촉하는 시점에서의 속도), vf는 최종 충격 속도이고 (즉, 유리가 충격 대상 (1140)의 충격 표면 (1150)을 떠나는 시점에서의 속도, 또는 다시 말해서, 유리가 충격 대상 (1140)의 충격 표면 (1150)으로부터 처음 분리되는 시점에서의 속도), Δt는 접촉 상호작용 시간이다 (즉, 유리가 충격 대상 (1140)의 충격 표면 (1150)과 접촉하고 있는 동안의 시간). 접촉 상호작용 시간은 유리가 충격 표면 (1150)과 접촉하고 있는 동안 프레임의 수를 관찰하고, 고속 비디오 카메라에 의해 단위 시간당 얻어진 프레임의 수를 곱함으로써 고속 비디오 카메라에 의해 측정된다. 평균 힘 수학식은 이미 깨지지 않은 샘플에 유용하며, 즉, 시험 이전에 장치 (1100)에 로드된 샘플은 이미 깨지지 않은 샘플이다. 스윙 암의 질량 및 길이가 알려졌을 때, 각도 β를 선택된 위치로 설정하면, 특정 높이에서 낙하되었을 때, 충격력은 계산될 수 있고, 장치 상에서의 충격을 모사하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 1 미터 높이에서 낙하되었을 때, 130 g 이동 전화 장치 상에서 기판 커버 유리가 겪는 평균 힘은 800 N으로 계산된다. 질량, 암 길이 및 각도 β를 사용하여, 이 힘은 도 29 내지 도 34에 나타낸 장치 (1100)를 사용하는데 반복된다.
도 35를 참조하면, 그래프 상의 지점 (1500)은 도 29 내지 도33에서 나타낸 장치 상에서 시험된 0.5 mm의 두께를 갖는 대안적인 알루미노실리케이트 유리 기판에 대한 파괴 임계 힘을 나타낸다. 도 35는 평균 충격력과 상관 관계에 있는 스윙 각도를 나타낸다. 대안적인 알루미노실리케이트 유리은 약 200 N의 파괴 임계 힘을 가졌다. 지점 1504는 57.5 mol% SiO2, 16.5 mol% Al2O3, 16.5 mol% Na2O, 2.8 mol% MgO, 6.5 mol% P2O5, 및 0.05 mol% SnO2의 공칭 조성을 갖는 0.5 mm 두께의 유리 기판에 대한 것이다. 이 시험으로부터 (지점 1504에서) 유리 기판은 500 N 미만의 파괴 임계를 가졌다. 여기에서 청구되고, 상기 실시예 1-64 및 하기 실시예 1-6에 따라 제조된 유리 제품에 따라 제조된 유리 기판에 대한 데이타는 지점 1506으로 나타나고, 800 N을 포과하는 충격력을 갖는다. 이들 값은 ALT2로 표시된 또다른 화학적으로 강화된 유리와 함께 도 36에 도시되어 있다. 도 36에서 나타낸 바와 같이, 모든 유리 기판은, 유리 기판의 정점 상에서 굽힘으로써 100 MPa의 외부적으로 적용된 인장 응력를 주기 위해 0.4 mm의 굽힘 반경으로, 도 29 내지 도34에 관하여 기재된 진자 장치 (1100)로 시험되었다.
진자 장치 시험이 다양한 샘플에 대해 수행된 후에, 샘플은 강도에 대해 시험되었고, 이는 도 37에서 "잔류 강도 (Retained Strength)"로 지칭되며, 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주도록 굽혀질때, 지정한 대로 충격력에 의해 충격을 받은 이후 기판의 강도를 의미한다. 잔류 강도 값은 여기에 기재죈 바와 같이 4점 굽힘 시험을 사용하여 측정되었다. 도 37에서, 수직 점선은 800 N의 충격력을 나타내고, 시험 샘플에 대한 충격력은 x 축 상에서 정규화되었다. ALT (대안적인 알루미노실리케이트 유리 기판 - 다이아몬드 데이타 점)는 가장 나쁜 잔류 강도 값을 가졌으며, 모든 부품이 훨씬 낮은 충격력에서 파괴되었기 때문에, 800 N의 충격력에서 시험될 수 없었다. 800 N의 충격력으로 충격을 받은 ALT2 (삼각형 데이타 점) 유리 기판은 125 N보다 큰 잔류 강도를 갖지 않았다. 그러나, 여기에 청구되고, 상기 실시예 1-64 및 하기 실시예 1-6에 따라 제조된 유리 제품에 따라 제도된 유리 기판은 1506 (정사각형 데이타 점)으로 나타나고, 모두 125 MPa를 초과하는, 즉 150 MPa보다 큰, 몇몇은 200 MPa보다 큰 잔류 강도 값을 가졌다.
실시예
다양한 구현예는 다음의 실시예에 의해 더욱 명확해질 것이다. 실시예에서, 강화되기 전에, 실시예는 "기판 (substrates)"으로 지칭된다. 강화에 적용된 후에, 실시예는 "제품 (articles)" 또는 "유리계 제품 (glass-based articles)"으로 지칭된다.
실시예 1
실시예 1A 내지 1G는 약 63.46 mol% SiO2, 15.71 mol% Al2O3, 6.37 mol% Li2O, 10.69 mol% Na2O, 0.06 mol% MgO, 1.15 mol% ZnO, 2.45 mol% P2O5, 및 0.04 mol% SnO2의 공칭 조성을 갖는 유리 기판을 포함하였다. 유리 기판은 0.8 mm의 두께를 가졌다. 실시예 1A-1G의 유리 기판은 표 2에서의 조건에 따라, 약 390 ℃의 온도를 가지며, 100% NaNO3를 포함하는 용융 염 욕에서 이온 교환되었다. 그 결과의 유리계 제품은 도 10에서 이오 교환 시간의 함수로서 도시된 최대 CT 값을 나타내었다.
| 실시예 | 욕에서 침지된 시간 (시간) |
최대 CT |
| 1A | 0.5 | 30 |
| 1B | 1 | 42 |
| 1C | 1.5 | 52 |
| 1D | 2 | 56 |
| 1E | 3.75 | 67 |
| 1F | 8 | 63 |
| 1G | 16 | 55 |
표 2 : 실시예 1A-1G에 대한 이온 교환 조건
실시예 1E에 대한 응력 프로파일은 여기에 기재된 바와 같이 RNF 방법을 사용하여 측정되었다. 도 11은 실시예 1E의 유리계 제품의 표면으로부터 상기 유리계 제품 안으로 확장하는 깊이의 함수로서 측정된 응력을 나타낸다. 응력의 기울기가 급격하게 변하는 깊이인 "무릎 (knee)"에서의 것을 포함하여, 특정 깊이에서의 응력이 표 3에서 나타난다. 도 11에서, 양수가 압축 응력에 대해 사용되고, 음수는 인장 응력을 나타낸다. 이 동일한 관례 (압축 응력은 y 축에서 양의 값으로 표시되고, 인장 응력은 y 축에서 음의 값으로 표시됨)가 도 1 내지 도 3에서도 사용된다. 그러나, 나머지 도면에서, 압축 응력은 y 축에서 음의 값으로 표시되고, 인장 응력은 y 축에서 양의 값으로 표시된다.
| 깊이 (마이크로미터) | 응력 (MPa) |
| 12 ("무릎") | 161 |
| 50 | 95 |
| 100 | 36 |
| 150 | 0 |
표 3 : 실시예 1E의 특정 깊이에서 응력
실시예 2
실시예 2A는 0.8 mm의 두께 및 실시예 1과 동일한 조성을 갖는 유리 기판을 포함하였다. 유리 기판은 51% KNO3 및 49% NaNO3를 포함하며, 약 380 ℃의 온도를 갖는 단일 용융 염 욕에서 3.75 시간 동안 이온 교환되었다. 그 결과의 유리계 제품은 표 4에서 기재된 바와 같은 응력 프로파일을 나타내었다.
| 표면 압축 응력 | 500 MPa |
| 칼륨에 대한 칼륨 DOL | 12 마이크로미터 |
| 칼륨의 칼륨 DOL에서 응력 | 161 MPa |
| 최대 CT | 70 MPa |
| DOC | 150 마이크로미터 |
표 4 : 실시예 2A의 응력 프로파일
실시예 2A에 따른 유리계 제품은 여기에 기재된 바와 같이 AROR 시험에 적용되었다. 한 세트의 유리계 제품이 5 psi의 하중 또는 압력을 사용하여 연마되었고, 제2 세트의 유리계 제품이 25 psi의 하중 또는 압력을 사용하여 연마되었고, 제3 세트의 유리계 제품이 45 psi의 하중 또는 압력을 사용하여 연마되었다. AROR 데이타는 도 12에 나타난다. 도 12에서 나타낸 바와 같이, 실시예 2A에 따른 모든 유리계 제품은 약 20 kgf 초과의 파괴에 대한 평균 하중을 나타내었다.
실시예 2A에 따른 유리계 제품들은 동일한 이동 전화 장치들 상으로 새로이 장착되었다. 상기 전화 장치는 20 cm에서 출발하여 증가하는 높이에서 180 그릿 샌드페이퍼 상으로 낙하되었다. 유리계 제품이 하나의 높이 (예를 들어, 20 cm)로부터의 낙하에서 생존하였다면, 이동 전화는 더 높은 높이 (예를 들어, 30 cm, 40 cm, 50 cm, 등)부터 225 cm의 높이까지에서 다시 낙하되었다. 생존한 유리계 제품은 그 다음에 (동일한 전화 장치에서) 30 그릿 샌드페이퍼 상으로 낙하되었다. 유리계 제품이 180 그릿 샌드페이퍼 및 30 그릿 샌드페이퍼의 모두에서 파괴되었던 높이가 도 13에서 도시된다. 도 13에서 나타낸 바와 같이, 실시예 2A 중에서 두 개를 제외하고 모든 유리계 제품은 약 225 cm의 높이까지 180 그릿 샌드페이퍼 상으로의 낙하로부터 생존하였다 (약 216 cm의 평균 생존 낙하 높이를 제공함). 30 그릿 샌드페이퍼 상으로의 평균 생존 낙하 높이는 66 cm이었고, 몇몇은 100 cm 낙하 높이를 넘어 생존하였다.
실시예 2A에 따른 유리계 제품은 약 480 mHz 내지 약 3000 mHz의 주파수 범위에 걸쳐 약 6.9 내지 약 7.05의 유전율을 나타내었다. 실시예 2A에 따른 유리계 제품은 약 480 mHz 내지 약 3000 mHz의 주파수 범위에 걸쳐 약 0.012 내지 약 0.015 범위의 유전 손실 탄젠트를 나타내었다.
실시예 2A에 따른 유리계 제품의 굴절률은 약 380 nm 내지 약 1550 nm의 파장 범위에 걸쳐 약 1.49 내지 약 1.518이고, 약 380 nm 내지 약 800 nm의 파장 범위에 걸쳐 약 1.497 내지 약 1.518이다.
실시예 2A에 따른 유리계 제품은 표 5에 나타낸 바와 같이 다양한 화학적 처리에 적용되었다. 유리계 제품의 화학적 내구성을 비교예 2B, 2C 및 2D와 비교하였다. 비교예 2B는 64.3 mol% SiO2, 7.02 mol% B2O3, 14 mol% Al2O3, 14 mol% Na2O, 0.5 mol% K2O, 0.03 mol% Fe2O3, and 0,1 mol% SnO2의 공칭 조성을 갖는 유리 기판이었다. 비교예 2C는 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 2D는 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.
| 화학적 처리 | 중량 손실 (mg/cm2) | |||
| 비교예 2B | 비교예 2C | 비교예 2D | 실시예 2A | |
| 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, 20 분 | 20.8 | 18.1 | 37.4 | 24.03 |
| 10% 중불화 암모늄 (ABF), 실온, 20 분 | 2 | 2.7 | 3.2 | 0.98 |
표 5 : 실시예 2A 및 비교예 2B, 2C, 및 2D의 화학적 내구성
실시예 3
실시예 3A는 0.8 mm의 두께 및 실시예 1과 동일한 조성을 갖는 유리 기판을 포함하였다. 비교예 3B는 0.8 mm의 두께 및 비교예 2D와 동일한 조성을 갖는 유리 기판을 포함하였다. 실시예 3A의 유리 기판은 표 6에서 기재된 바와 같이, 단일 욕을 사용하는 단일 단계에서 화학적으로 강화되었다. 비교예 3B의 유리 기판은 표 6에서 기재된 바와 같이 2-단계 공정에서 이온 교환되었다.
| 실시예 3A | 비교예 3B | ||
| 1 단계 | 용융 염 욕 조성 | 49% NaNO3/51% KNO3 | 49% NaNO3/51% KNO3 |
| 욕 온도 | 380 ℃ | 460 ℃ | |
| 침지 시간 | 3.75 시간 | 14 시간 | |
| 2 단계 | 용융 염 욕 조성 | - | 99.5% KNO3/0.5% NaNO3 |
| 욕 온도 | - | 390 ℃ | |
| 침지 시간 | - | 0.25 시간 | |
| 결과로 생긴 유리 제품의 성질 | 표면 CS | 500 MPa | 825 MPa |
| 칼륨 DOL | 12 ㎛ | 10 ㎛ | |
| 칼륨 DOL에서 응력 | 160 MPa | 220 MPa | |
| DOC | 150 ㎛ | 100 ㎛ |
표 6 : 실시예 3A 및 비교예 3B에 대한 이온 교환 조건
실시예 3A 및 비교예 3B에 따른 유리계 제품들은 동일한 이동 전화 장치들 상으로 새로이 장착되었다. 상기 전화 장치는 20 cm에서 출발하여 증가하는 높이에서 30 그릿 샌드페이퍼 상으로 낙하되었다. 유리계 제품이 30 그릿 샌드페이퍼 상에서 파괴되었던 높이가 도 14에서 도시된다. 도 14에서 나타낸 바와 같이, 실시예 3A의 유리계 제품은 비교예 3B의 평균 생존 낙하 높이 (즉, 38 cm)의 2배 보다 큰 (즉, 91 cm) 평균 생존 낙하 높이를 나타내었다.
실시예 3A 및 비교예 3B에 따른 유리계 제품은 25 psi의 하중 또는 압력을 사용하여, 여기에 기재된 바와 같이, AROR 시험에 적용되었다. 도 15에서 나타낸 바와 같이, 실시예 3A의 유리계 기판은 약 30 kgf의 파괴에 대한 평균 하중을 나타내었고, 한편, 비교예 3B의 유리계 기판은 약 27 kgf의 파괴에 대한 평균 하중을 나타내었다. 연마 하중 또는 압력이 45 psi로 증가되었을 때, 실시예 3A 및 비교예 3B에 대하여 파괴에 대한 평균 하중의 차이가 증가하였다. 구체적으로, 도 16에서 나타낸 바와 같이, 45 psi 하중 또는 압력 하에서, 실시예 3A는 약 25.9 kgf의 파괴에 대한 평균 하중을 나타내었고, 한편, 비교예 3B는 약 19.6 kgf의 파괴에 대한 평균 하중을 나타내었다.
실시예 4
57.5 mol% SiO2, 16.5 mol% Al2O3, 16.7 mol% Na2O, 2.5 mol% MgO, 및 6.5 mol% P2O5의 공칭 조성을 갖고, 약 0.4 mm, 0.55 mm, 또는 1 mm의 두께를 갖는 유리 기판이 화학적 강화에 적용되었다. 화학적 강화의 두께 및 조건은 표 7에 나타난다.
| 실시예 | 두께 | 욕 조성 | 욕 온도 |
| 4A | 0.4 mm | 80% KNO3, 20% NaNO3 | 430 ℃ |
| 4B | 0.55 mm | 80% KNO3, 20% NaNO3 | 430 ℃ |
| 4C | 0.55 mm | 90% KNO3, 10% NaNO3 | 430 ℃ |
| 4D | 1.0 mm | 70% KNO3, 30% NaNO3 | 430 ℃ |
표 7 : 실시예 4A-4D에 대한 두께 및 화학적 강화 조건
실시예 4A를 4 시간, 8 시간, 16 시간, 32 시간, 64 시간 및 128 시간 동안 (실시예 4A-1 내지 4A-6) 표 7에서 나타낸 바와 같은 용융 염 욕에서 침지시켰다. 실시예 4B를 4 시간, 8 시간, 16 시간, 32 시간, 64 시간 및 128 시간 동안 (실시예 4B-1 내지 4B-6) 표 7에서 나타낸 바와 같은 용융 염 욕에서 침지시켰다. 실시예 4C를 1 시간, 2 시간, 4 시간, 8 시간, 16 시간 및 32 시간 동안 (실시예 (4C-1 내지 4C-6) 표 7에서 나타낸 바와 같은 용융 염 욕에서 침지시켰다. 실시예 4D를 4 시간, 8 시간, 16 시간, 32 시간, 64 시간 및 128 시간 동안 (실시예 4D-1 내지 4D-6) 표 7에서 나타낸 바와 같은 용융 염 욕에서 침지시켰다. 실시예 4A-1 내지 4A-6, 4B-1 내지 4B-6, 4C-1 내지 4C-6, 및 4D-1 내지 4D-6의 응력 프로파일이 도 17, 19, 21 및 23에서 각각 나타난다. 도 17, 19, 21 및 23에서, 유리 제품의 깊이 또는 두께는 x축 상에 도시되고, 응력은 y축 상에 도시된다. 양의 응력 값은 CT 값이고, 음의 응력 값은 CS 값이다.
실시예 4A-1 내지 4A-6, 실시예 4B-1 내지 4B-6, 실시예 4C-1 내지 4C-6 및 실시예 4D-1 내지 4D-6에 대하여, CT 및 DOC 값이 용융 염 욕에서 침지된 시간의 함수로서, 도 18, 20, 22 및 24에서 각각 나타난다.
실시예 5
표 8에서 나타낸 바와 같은 공칭 조성을 갖고, 약 0.8 mm의 두께를 각각 갖는 유리 기판들을 NaNO3 and NaSO4의 혼합물을 포함하고 500 ℃의 온도를 갖는 용융 염 욕에서 15 분 동안 (비교예 8A) 및 16 시간 동안 (실시예 8B) 화학적 강화에 적용시켰다.
표 8 : 화학적 강화 전에 실시예 5의 유리 기판의 조성
실시예 5A 및 5B의 유리계 제품의 응력 프로파일은 도 25에 나타난다. 도 25에서 나타낸 바와 같이, 비교예 5A는 공지된 응력 프로파일을 나타내었고, 반면에, 실시예 5B는 본 개시의 하나 이상의 구현예에 따른 응력 프로파일을 나타내었다. 실시예 5A 및 5B의 유리계 제품의 저장된 인장 에너지가 측정된 SCALP 응력 프로파일 데이타로부터 상기 수학식 2를 사용하여 계산되었다. 도 26에 나타낸 바와 같이, 계산된 저장된 인장 에너지는 측정된 CT (MPa)의 함수로서 도시된다.
도 26에서 나타낸 바와 같이, 비교예 5A는 주어진 CT 값에 대하여 (동일한 CT 값에 대한) 실시예 5B보다 훨씬 큰 저장된 인장 에너지 값을 나타내었다. 이 도면에서, CT는 샘플에서 최대 CT이다. 구체적으로, 약 55 MPa의 CT에서, 비교예 5A는 약 6.5 J/m2의 저장된 인장 에너지를 나타내었고, 반면에 실시예 5B는 약 3.5 J/m2의 저장된 인장 에너지를 나타내었다. 비교예 5A 및 실시예 5B는 파단되었고, 실시예 5B는 비교예 5A보다 더 적은 조각으로 파단되었으며, 비교예 5A는 상당히 더 많은 수의 조각으로 파단되었다. 따라서, 이론에 구속되지 않지만, 저장된 인장 에너지를 제어하는 것은 분열 패턴 또는 파단으로부터 결과된 파편의 수를 제어 또는 예측하는 방법을 제공할 수 있다고 믿어진다. 이들 실시예에서, 동일한 욕 온도 및 조성을 사용하면서, 더 긴 시간 간격 동안 이온 교환 욕에서 샘플을 유지시킴으로써 CT를 변화시켰다. 도 26에서, 점 (0,0)은 실험되지 않았지만, 통상의 기술자는 그러한 경우가 될 것이라고, 즉, 0 CT일 때, 0 저장된 인장 에너지일 것이라고 예상할 것이다.
표 8에서 나타낸 바와 같은 공칭 조성을 갖고, 약 1 mm의 두께를 각각 갖는 유리 기판들을 NaNO3를 포함하고 430 ℃의 온도를 갖는 용융 염 욕에서 4 시간 동안 (비교예 5C) 및 61.5 시간 동안 (실시예 5D) 화학적 강화에 적용시켰다. 비교예 5C는 공지된 응력 프로파일을 나타냈고, 반면에 실시예 5D는 본 개시의 하나 이상의 구현예에 따른 응력 프로파일을 나타냈다. 실시예 5C 및 5D의 저장된 인장 에너지가 실시예 5A-5B에서 사용되었던 동일한 방법을 사용하여 계산되었고, 도 27에서 나타낸 바와 같이, 측정된 CT (MPa)의 함수로서 도시되었다.
도 27에서 나타낸 바와 같이, 비교예 5C 주어진 CT 값 (다시, 도 27과 같이, 이들은 최대 CT 값들이며, 다시, 상기 값들은 더 긴 시간으로, 그러나 동일한 이온 교환 욕 온도 및 조성을 사용함으로써 변화되었음)에 대하여 (동일한 CT 값에 대한) 실시예 5D보다 훨씬 더 큰 저장된 인장 에너지 값을 나타냈다. 비교예 5C 및 실시예 5D는 파단되었고, 실시예 5D는 비교예 5C보다 더 적은 조각들로 파단되었으며, 비교예 5C는 상당히 더 많은 수의 조각들로 파단되었다.
실시예 6
표 9는 여기에 기대된 유리 기판의 예시적인 조성물 (실시예 6A-6J)를 열거한다. 표 10은 표 9에서 열거된 실시예에 대해 결정된 선택된 물리적 성질을 열거한다. 표 10에서 열거된 물리적 성질은: 밀도; CTE, 스트레인, 어닐링 및 연화 점; 액상선 온도; 액상선 점도; 영률; 굴절률 및 응력 광학 계수를 포함한다.
표 9 : 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물의 실시예
표 10 : 표 9에 열거된 유리의 선택된 물리적 성질
실시예 6A-6H는 (시트 형태 및 특정 두께를 갖는) 유리 제품으로 형성되고, 그 다음에, 특정 기간 동안, 특정 온도를 갖는 용융 염 욕에서 침지시킴으로서 화학적으로 강화되었다. 표 11은 각각의 유리 제품의 두께, 화학적 강화 조건, 및 그 결과인 강화된 유리 제품의 측정된 최대 CT 및 DOC 값을 나타낸다.
표 11 : 화학적 강화 조건 및 결과적인 유리 제품의 속성
본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변형이 만들어질 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 다양한 특징들이 다음의 예시적인 구현예를 따라 결합될 수 있다.
구현예 1. 유리계 제품으로서, 두께 (t) (mm)를 한정하는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는 금속 산화물의 농도; 및 약 71.5/√(t) 미만의 최대 중심 인장 CT (MPa)를 포함하는 중심 인장 (CT) 영역을 포함하며, 여기서, 상기 유리계 제품이 파단될 때, 유리계 제품은 2 이하 조각/인치2로 파단되며, 여기서 사용된 샘플의 크기는 5 cm × 5 cm (2 인치 × 2 인치) 평방인 유리계 제품.
구현예 2. 구현예 1에 있어서, 상기 금속 산화물의 농도는 0이 아니고 전체 두께를 따라 변화하는 유리계 제품.
구현예 3. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, 약 300 MPa 이상의 표면 압축 응력 (CS)을 포함하는 유리계 제품.
구현예 4. 구현예 3에 있어서, 상기 표면 CS는 약 400 MPa 이상인 유리계 제품.
구현예 5. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 CT 영역은 금속 산화물 농도 구배를 포함하는 유리계 제품.
구현예 6. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, 제1 금속 산화물 농도 및 제2 금속 산화물 농도를 포함하며, 여기서 상기 제1 금속 산화물 농도는, 두께가 약 0·t 내지 약 0.5·t의 제1 범위에 걸쳐 변화함에 따라, 약 15 mol% 내지 약 0 mol%의 범위에서 변화하며, 여기서 상기 제2 금속 산화물 농도는, 두께가 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나로부터 약 0 ㎛ 내지 약 25 ㎛의 제2 범위에 걸쳐 변화함에 따라, 약 0 mol % 내지 약 10 mol %의 범위에서 변화하는 유리계 제품.
구현예 7. 구현예 6에 있어서, 제3 금속 산화물을 포함하는 유리계 제품.
구현예 8. 유리계 제품으로서, 제1 표면 및 두께 (t)를 한정하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는 금속 산화물의 농도; 약 200MPa 이상의 표면 압축 응력; 및 약 71.5/√(t) 미만의 최대 CT를 갖는 CT 영역를 포함하는 유리계 제품.
구현예 9. 구현예 8에 있어서, 상기 금속 산화물 농도의 두께 범위는 약 0·t 내지 약 0.4·t인 유리계 제품.
구현예 10. 구현예 8 또는 9에 있어서, 상기 금속 산화물 농도의 두께 범위는 약 0·t 내지 약 0.45·t인 유리계 제품.
구현예 11. 구현예 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 상기 금속 산화물의 1가 이온은 두께 범위를 따라 응력을 발생시키는 유리계 제품.
구현예 12. 구현예 11에 있어서, 상기 금속 산화물의 1가 이온은 유리계 제품에서 금속 산화물의 모든 1가 이온 중에서 가장 큰 이온 직경을 갖는 유리계 제품.
구현예 13. 구현예 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 금속 산화물의 농도는 제1 표면으로부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 지점에서의 값까지 감소하고, 상기 값으로부터 제2 표면까지 증가하는 유리계 제품.
구현예 14. 구현예 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 상기 유리계 제품은 약 460℃에서 약 450 ㎛2/시간 이상의 나트륨 또는 칼륨 이온 확산률 및 약 0.15·t 보다 큰 DOC를 포함하고, 여기서 표면 CS는 최대 CT의 1.5 배 이상인 유리계 제품.
구현예 15. 구현예 8 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 표면 CS의 절대값은 최대 CT의 절대값보다 큰 유리계 제품.
구현예 16. 구현예 8 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 표면 CS는 약 300 MPa 이상이고, 두께는 약 2 밀리미터 이하인 유리계 제품.
구현예 17. 구현예 8 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 상기 CT 영역은, 0이 아니며 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는, 금속 산화물을 포함하는 유리계 제품.
구현예 18. 구현예 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 상기 표면 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는 약 0.1 내지 약 0.2의 범위인 유리계 제품.
구현예 19. 유리계 제품으로서, 제1 표면 및 약 3 mm 미만의 두께 (t)를 한정하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 및 상기 두께를 따라 확장하는 응력 프로파일을 포함하며, 여기서 약 0·t 부터 0.3·t까지 및 약 0.7·t 초과부터 t까지의 두께 범위 사이에서 응력 파일의 모든 지점은 약 0.1 MPa/마이크로미터보다 큰 절대값을 갖는 기울기를 갖는 탄젠트 (tangent)를 포함하고, 여기서 상기 응력 프로파일은 최대 CS, DOC 및 약 71.5/√(t) (MPa) 미만의 최대 CT를 포함하고, 여기서 최대 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는 약 0.01 내지 약 0.2의 범위이고, 여기서 DOC는 약 0.1·t 이상이며, 여기서, 유리계 제품이 파단되었을 때, 유리계 제품은 2 조각/인치2 이하로 파단되며, 여기서 사용된 샘플 크기는 5 cm × 5 cm (2 인치 × 2 인치) 평방인 유리계 제품.
구현예 20. 구현예 1 내지 7 또는 19 중 어느 하나에 있어서, 약 200 MPa 이상의 표면 CS 및 약 0.4·t 이상의 화학적 층의 깊이를 포함하는 유리계 제품.
구현예 21. 유리계 제품으로서, 제1 표면 및 두께 (t) (mm)를 한정하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 0이 아니며 약 0·t 내지 약 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는 금속 산화물의 농도; 및 약 71.5/√(t) 미만의 최대 중심 인장 (CT) (MPa)을 포함하는 중심 인장 (CT) 영역을 포함하며, 여기서 상기 제품은: (i) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 500 N 초과의 임계 파괴 충격력; 및 (ii) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 이후에 125 MPa 이상의 잔류 강도; 중 적어도 하나를 나타내는 유리계 제품.
구현예 22. 구현예 21에 있어서, 상기 유리계 제품은 약 200MPa 초과의 표면 압축 응력을 갖는 유리계 제품.
구현예 23. 유리계 제품으로서, 제1 표면 및 약 3 mm 미만의 두께 (t)를 한정하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 및 상기 두께를 따라 확장하는 응력 프로파일을 포함하고, 여기서 약 0·t 부터 0.3·t까지 및 약 0.7·t 초과부터 t까지의 두께 범위 사이에서 응력 프로파일의 모든 지점은 약 0.1 MPa/㎛ 초과의 절대값을 갖는 기울기를 갖는 탄젠트 (tangent)를 포함하고, 여기서 상기 응력 프로파일은 최대 CS, DOC 및 약 71.5/√(t) (MPa) 미만의 최대 CT를 포함하고, 여기서 최대 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는 약 0.01 내지 약 0.2의 범위이고, 여기서 DOC는 약 0.1·t 이상이며, 여기 상기 제품은: (i) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 500 N 초과의 임계 파괴 충격력; 및 (ii) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 이후에 125 MPa 이상의 잔류 강도 (retained strength); 중 적어도 하나를 나타내는 유리계 제품.
구현예 24. 유리계 제품으로서, 제1 표면 및 두께 (t) (mm)를 한정하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 및 농도 구배를 형성하는 금속 산화물을 포함하며, 여기서 상기 금속 산화물의 농도는 제1 표면으로부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 지점에서의 값까지 감소하고, 상기 값으로부터 제2 표면까지 증가하며, 여기서 상기 지점에서 금속 산화물의 농도는 0이 아니며, 여기서 상기 유리계 제품은 0 J/m2 초과 내지 25 J/m2 미만의 저장된 인장 에너지 및 약 80 GPa 미만의 영률을 포함하는 유리계 제품.
구현예 25. 구현예 1 내지 18, 또는 24 중 어느 하나에 있어서, 상기 금속 산화물의 농도는 전체 두께에서 약 0.05 mol% 이상인 유리계 제품.
구현예 26. 구현예 1 내지 18, 24, 또는 25 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 표면에서의 금속 산화물의 농도는 약 0.5·t와 동일한 깊이에서의 금속 산화물의 농도보다 약 1.5배 이상인 유리계 제품.
구현예 27. 구현예 1 내지 18, 20, 또는 24 내지 26 중 어느 하나에 있어서,
상기 금속 산화물의 총 농도는 약 1 mol% 내지 약 15 mol% 범위인 유리계 제품.
구현예 28. 청구현예 1 내지 18, 20, 또는 24 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 상기 금속 산화물은 Li2O Na2O, K2O, Rb2O, 및 Cs2O 중 어느 하나 이상을 포함하는 유리계 제품.
구현예 29. 구현예 1 내지 18, 20, 또는 24 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 표면으로부터 DOC까지 확장하는 CS층을 포함하고, 여기서 DOC는 약 0.1·t 이상인 유리계 제품.
구현예 30. 구현예 19, 20, 또는 24 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 상기 CT 영역은 최대 CT를 포함하고, 표면 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는 약 0.01 내지 약 0.2의 범위인 유리계 제품.
구현예 31. 유리계 제품으로서, 제1 표면 및 약 3 mm 미만의 두께 (t)를 한정하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 및 상기 두께를 따라 확장하는 응력 프로파일을 포함하며, 여기서 약 0·t 부터 0.3·t까지 및 약 0.7·t 초과 내지 t의 두께 범위 사이의 모든 지점에서의 응력 파일은 약 0.1 MPa/㎛ 초과의 절대값을 갖는 국부 구배를 포함하고, 여기서 상기 응력 파일은 최대 CS, DOC 및 최대 CT를 포함하고, 여기서 최대 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는 약 0.01 내지 약 0.2의 범위이고, 여기서 DOC는 약 0.1·t 이상이며, 여기서 유리계 제품은 약 0 J/m2 초과 내지 25 J/m2 미만의 저장된 인장 에너지 및 약 80 GPa 미만의 영률을 포함하는 유리계 제품.
구현예 32. 구현예 31에 있어서, 전체 두께를 따라 연속적으로 변화하는 금속 산화물의 0이 아닌 농도를 포함하는 유리계 제품.
구현예 33. 구현예 31 또는 32에 있어서, 약 10 ㎛의 두께 부분을 따라 연속적으로 변화하는 금속 산화물의 0이 아닌 농도를 포함하는 유리계 제품.
구현예 34. 구현예 19, 20, 25, 또는 31 내지 33 중 어느 하나에 있어서, 상기 최대 CS는 약 300 MPa 이상을 포함하는 유리계 제품.
구현예 35. 구현예 8 내지 18, 또는 31 내지 34 중 어느 하나에 있어서, 약 0.4·t 이상의 화학적 층의 깊이를 포함하는 유리계 제품.
구현예 36. 구현예 19, 20, 24 내지 29, 31 내지 35 중 어느 하나에 있어서, CT 영역을 포함하고, 여기서 상기 CT 영역은 금속 산화물 농도 구배를 포함하는 유리계 제품.
구현예 37. 구현예 24 내지 36 중 어느 하나에 있어서, 상기 최대 CT는 약 71.5/√(t) (MPa) 미만인 유리계 제품.
구현예 38. 유리계 제품으로서, CS 영역 및 CT 영역을 포함하는 응력 프로파일을 포함하고, 여기서 CT 영역은 수학식 응력(x) = MaxT - (((CTn·(n+1))/0.5n)·|(x/t)-0.5|n)에 의해 근사화되고, 여기서 MaxT는 최대 인장 값이고, MPa 단위로 양의 값이며, 여기서 CTn은 n에서 인장 값이고, CTn은 MaxT 이하이며, MPa 단위로 양의 값이고, 여기서 x는 마이크로미터로 두께 (t)를 따라서의 지점이고, 유리계 제품의 표면에서 x=0이고, 여기서 n은 1.5 내지 5의 범위인 유리계 제품.
구현예 39. 구현예 38에 있어서, n은 1.5 내지 2의 범위인 유리계 제품.
구현예 40. 구현예 38 또는 39에 있어서, 상기 CT 영역은 약 50 MPa 내지 약 250 MPa 범위의 최대 CT 값을 포함하고, 상기 최대 CT 값은 0.4t 내지 약 0.6t 범위의 깊이에 있는 유리계 제품.
구현예 41. 구현예 38 내지 40 중 어느 하나에 있어서, 약 0·t 내지 약 0.1·t 범위의 두께에 대해, 상기 응력 프로파일은 절대값의 크기가 약 20 MPa /미크론 내지 약 200 MPa/미크론의 범위에 있는 기울기 (slope)를 포함하는 유리계 제품.
구현예 42. 구현예 38 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 응력 프로파일은 0.5·t부터 표면까지 측정된 복수의 오차 (error) 함수의 조합에 의해 근사화되는 유리계 제품.
구현예 43. 유리계 제품으로서, CS 영역 및 CT 영역을 포함하는 응력 프로파일을 포함하고, 여기서 CT 영역은 수학식 응력(x) = MaxT - (((CTn·(n+1))/0.5n)·|(x/t)-0.5|n)에 의해 근사화되고, 여기서 MaxT는 최대 인장 값이고, MPa 단위로 양의 값이며, 여기서 CTn은 n에서 인장 값이고, CTn은 MaxT 이하이며, MPa 단위로 양의 값이고, 여기서 x는 마이크로미터로 두께 (t)를 따라서의 지점이고, 유리계 제품의 표면에서 x=0이고, 여기서 n은 1.5 내지 5의 범위이고, 여기서 상기 제품은: (i) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 500 N 초과의 임계 파괴 충격력; 및 (ii) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 이후에 125 MPa 이상의 잔류 강도 (retained strength); 중 적어도 하나를 나타내는 유리계 제품.
구현예 44. 유리계 제품으로서, 제1 표면 및 두께 (t) (mm)를 한정하는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면; 및 농도 구배를 형성하는 금속 산화물을 포함하며, 여기서 상기 금속 산화물의 농도는 제1 표면으로부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 지점에서의 값까지 감소하고, 상기 값으로부터 제2 표면까지 증가하며, 여기서 상기 지점에서 금속 산화물의 농도는 0이 아니며, 여기서 상기 제품은: (i) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 500 N 초과의 임계 파괴 충격력; 및 (ii) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 이후에 125 MPa 이상의 잔류 강도 (retained strength); 중 적어도 하나를 나타내는 유리계 제품.
구현예 45. 구현예 21 내지 23, 43 또는 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 제품은 600 N 초과의 임계 파괴 충격력을 나타내는 유리계 제품.
구현예 46. 구현예 21 내지 23, 43 또는 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 제품은 700 N 초과의 임계 파괴 충격력을 나타내는 유리계 제품.
구현예 47. 구현예 21 내지 23, 43 또는 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 제품은 800 N 초과의 임계 파괴 충격력을 나타내는 유리계 제품.
구현예 48. 구현예 21 내지 23, 43 또는 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 제품은 150 MPa 이상의 잔류 강도를 나타내는 유리계 제품.
구현예 49. 구현예 21 내지 23, 43 또는 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 제품은 200 MPa 이상의 잔류 강도를 나타내는 유리계 제품.
구현예 50. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, t는 약 3 밀리미터 이하를 포함하는 유리계 제품.
구현예 51. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 유리계 제품은 비정질인 유리계 제품.
구현예 52. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 유리계 제품은 결정질인 유리계 제품.
구현예 53. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, 약 380 nm 내지 약 780 nm 범위의 파장에 걸쳐서 약 88% 이상의 투과율을 더욱 나타내는 유리계 제품.
구현예 54. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, CIE 광원 F02 하에서, 약 88 이상의 L* 값, 약 -3 내지 약 +3 범위의 a* 값, 및 약 -6 내지 약 +6 범위의 b* 값의 CIELAB 색 공간 좌표를 더욱 나타내는 유리계 제품.
구현예 55. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 유리계 제품은 약 0.65 MPa·m1/2 이상의 파단 인성 (K1C)을 포함하는 유리계 제품.
구현예 56. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, 80 GPa 미만의 영률을 포함하는 유리계 제품.
구현예 57. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, t는 약 1 밀리미터 이하를 포함하는 유리계 제품.
구현예 58. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, 약 100 kP 이상의 액상선 점도를 포함하는 유리계 제품.
구현예 59. 전술한 구현예 중 어느 하나에 있어서, 약 17 mol% 초과의 Al2O3 및 Na2O의 조합된 양을 포함하는 조성물, 약 4 mol% 초과의 Na2O를 포함하는 조성물, B2O3, ZnO, 또는 B2O3와 ZnO 둘 다가 실질적으로 없는 조성물, 및 0이 아닌 양의 P2O5를 포함하는 조성물, 중 어느 하나 이상을 포함하는 유리계 제품.
구현예 60. 장치로서, 전면, 후면, 및 측면을 갖는 하우징; 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 구성성분; 상기 하우징의 전면에 있거나 인접하는 디스플레이; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하고, 여기서 상기 커버 기판은 전술한 구현예 중 어느 하나의 유리계 제품을 포함하는 장치.
Claims (26)
- 유리계 제품으로서,
두께 (t) (mm)를 한정하는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면;
0이 아니며 0·t 내지 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는 금속 산화물의 농도;
500 MPa 이상의 표면 압축 응력 (CS);
71.5/√(t) 미만 및 45/√(t) 초과의 최대 중심 인장 (CT) (MPa)을 포함하는 중심 인장 (CT) 영역;
10 J/m2 내지 40 J/m2 범위의 저장된 인장 에너지; 및
0.14·t 이상의 DOC를 포함하며,
여기서 상기 두께 (t)는 3mm 이하이고,
여기서 상기 유리계 제품은 다음의 조성물을 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 유리 기판으로부터 유래되는 유리계 제품:
1 내지 5 범위의 Al2O3 (mol%)의 양에 대한 R2O (mol%)의 총량의 비 (R2O/Al2O3), 여기서 R2O의 총량은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O 및 Cs2O의 총량을 나타냄; 및
0.1 내지 1의 범위의 R2O (mol%)의 총량에 대한 Li2O (mol%)의 양의 비 (Li2O/R2O), 여기서 R2O의 총량은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O 및 Cs2O의 총량을 나타냄. - 청구항 1에 있어서,
상기 금속 산화물의 농도는 0이 아니고 전체 두께를 따라 변화하는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
제1 금속 산화물 농도 및 제2 금속 산화물 농도를 포함하며,
여기서 상기 제1 금속 산화물 농도는, 두께가 0·t 내지 0.5·t의 제1 범위에 걸쳐 변화함에 따라, 15 mol% 내지 0 mol%의 범위에서 변화하며,
여기서 상기 제2 금속 산화물 농도는, 두께가 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나로부터 0 ㎛ 내지 25 ㎛의 제2 범위에 걸쳐 변화함에 따라, 0 mol % 내지 10 mol %의 범위에서 변화하는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 CT 영역은, 0이 아니며 0·t 내지 0.3·t의 두께 범위를 따라 변화하는, 금속 산화물을 더욱 포함하는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 금속 산화물의 1가 이온은 두께 범위를 따라 응력을 발생시키며, 상기 금속 산화물의 1가 이온은 유리계 제품에서 금속 산화물의 모든 1가 이온 중에서 가장 큰 이온 직경을 갖는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 금속 산화물의 농도는 제1 표면으로부터 제1 표면과 제2 표면 사이의 지점에서의 값까지 감소하고, 상기 값으로부터 제2 표면까지 증가하는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 유리계 제품은 460℃에서 450 ㎛2/시간 이상의 나트륨 또는 칼륨 이온 확산률 및 0.15·t 보다 큰 DOC를 포함하고, 여기서 표면 CS는 최대 CT의 1.5 배 이상인 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 표면 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는 0.02 내지 0.2의 범위인 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 두께를 따라 확장하는 응력 프로파일을 포함하며,
여기서 0·t 부터 0.3·t까지 및 0.7·t 초과부터 t까지의 두께 범위 사이에서 응력 파일의 모든 지점은 0.1 MPa/마이크로미터보다 큰 절대값을 갖는 기울기를 갖는 탄젠트 (tangent)를 포함하고,
여기서 상기 응력 프로파일은 최대 CS, DOC 및 최대 CT를 포함하고, 여기서 최대 CS의 절대값에 대한 최대 CT의 비는 0.02 내지 0.2의 범위인 유리계 제품. - 청구항 4에 있어서,
상기 제품은:
(i) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 500 N 초과의 임계 파괴 충격력; 및
(ii) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 이후에 125 MPa 이상의 잔류 강도; 중 적어도 하나를 나타내는 유리계 제품. - 청구항 9에 있어서,
상기 제품은:
(i) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 500 N 초과의 임계 파괴 충격력; 및
(ii) 상기 제품이 100 MPa의 인장 응력을 주기 위해 굽혀졌을 때, 800 N의 충격력에 의해 충격 받은 이후에 125 MPa 이상의 잔류 강도; 중 적어도 하나를 나타내는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
380 nm 내지 780 nm 범위의 파장에 걸쳐서 88% 이상의 투과율을 더욱 나타내는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
CIE 광원 F02 하에서, 88 이상의 L* 값, -3 내지 +3 범위의 a* 값, 및 -6 내지 +6 범위의 b* 값의 CIELAB 색 공간 좌표를 더욱 나타내는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 유리계 제품은 0.65 MPa·m1/2 이상의 파단 인성 (K1C)을 포함하는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
80 GPa 미만의 영률을 포함하는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
t는 1 밀리미터 이하를 포함하는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
100 kP 이상의 액상선 점도를 포함하는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
17 mol% 초과의 Al2O3 및 Na2O의 조합된 양을 포함하는 조성물,
4 mol% 초과의 Na2O를 포함하는 조성물,
B2O3, ZnO, 또는 B2O3와 ZnO 둘 다가 없는 조성물, 및
0이 아닌 양의 P2O5를 포함하는 조성물,
중 하나 이상을 포함하는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
2 인치 × 2 인치 평방의 샘플 크기에 대하여 시험되었을 때, 유리계 제품이 파단되었을 때, 유리계 제품은 2 조각/인치2 이하로 파단되는 유리계 제품. - 장치로서,
전면, 후면, 및 측면을 갖는 하우징;
상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있는 전기 구성성분;
상기 하우징의 전면에 있거나 인접하는 디스플레이; 및
상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하고, 여기서 상기 커버 기판은 청구항 1의 유리계 제품을 포함하는 장치. - 청구항 1에 있어서,
15 J/m2 내지 40 J/m2 범위의 저장된 인장 에너지를 나타내는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 유리계 제품은 CT 영역을 따라 응력 프로파일을 가지며, 여기서 상기 응력은 인장으로 있고, 여기서 상기 응력 프로파일은 하기 수학식 (1)에 의해 나타낼 수 있으며:
[수학식 1]
응력(x) = MaxT - (((CTn·(n+1))/0.5n)·|(x/t)-0.5|n)
여기서, 응력 (x)는 지점 x에서의 양의 인장 값이고; MaxT는 최대 인장 값이고; CTn는 n에서의 인장 값이며, MaxT 이하이고; MaxT 및 CTn 둘다는 MPa로 양의 값이며; x 값은 0 내지 t의 범위를 갖는 마이크로미터로 두께 (t)를 따른 지점이고; MaxT는 최대 CT와 등가이고; n은 1.5 내지 3의 파라미터인 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 최대 CT는 50 MPa 이상인 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 유리계 기판은 5 mol% 내지 18 mol%의 양으로 Li2O를 갖는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 유리계 기판은 0 mol% 내지 6 mol%의 양으로 B2O3를 갖는 유리계 제품. - 청구항 1에 있어서,
상기 유리계 기판은 3mol% 미만의 양으로 K2O를 갖는 유리계 제품.
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