KR20230041824A - 낮은 휨 및 높은 내손상성 유리 물품을 위한 비대칭 응력 프로파일 - Google Patents

낮은 휨 및 높은 내손상성 유리 물품을 위한 비대칭 응력 프로파일 Download PDF

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Abstract

유리 물품은, 휨이 없거나 또는 낮은 수준의 휨 및 고도의 비대칭성을 나타내는 비대칭 응력 프로파일을 갖는다. 유리 물품은 높은 비대칭 성능 지수 및 높은 뒤틀림 성능 지수를 갖는 응력 프로파일을 갖는다.

Description

낮은 휨 및 높은 내손상성 유리 물품을 위한 비대칭 응력 프로파일 {Asymmetric stress profiles for low warp and high damage resistance glass articles}
본 출원은, 2017년 3월 2일자에 출원된 미국 가 특허출원 제62/466,240호의 우선권을 주장하며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 인용되고 여기에 병합된다.
본 개시는 비대칭 응력 프로파일 (asymmetric stress profile)을 갖는 유리 물품에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 개시는, 낮은 수준의 휨 (warp)을 갖는 비대칭 응력 프로파일을 포함하는 화학적으로 강화된 유리 물품에 관한 것이다.
유리 물품은, 휴대 전화, 스마트폰, 태블릿, 비디오 플레이어, 정보 단말 (IT) 장치, 랩톱 컴퓨터 및 이와 유사한 것과 같은, 휴대용 또는 이동 전자 통신 및 오락 장치, 뿐만 아니라 기타 적용들 위한 커버 플레이트 또는 창 (windows)으로서 전자 장치에 널리 사용된다. 유리 물품이 더 널리 사용됨에 따라, 특히, 단단하고 및/또는 날카로운 표면과의 접촉에 의해 야기되는 비교적 깊은 흠 (flaws) 및/또는 인장 응력에 적용된 경우, 개선된 생존성 (survivability)을 갖는 강화된 유리 물품을 개발하는 것이 더욱 중요 해지고 있다. 부가적으로, 유리 물품의 다양한 표면의 주된 파손 모드 (failure modes)가 상이하므로, 유리 물품의 각 표면의 생존성을 증가시키기 위해 다른 강화 특성은 적절하다. 유리 물품의 표면에서 이러한 다른 화학적 강화 특성을 달성하기 위해, 비대칭 응력 프로파일은 사용된다.
당업계에 알려진 타입의 비대칭 응력 프로파일은, 유리 물품에서 휨을 유도한다. 낮은 수준을 초과하는 유리 물품에서 휨은, 유리 물품을 휴대용 또는 이동 전자 통신 및 오락 장치용 커버 플레이트 또는 창으로 사용하는데 부적합하게 한다. 따라서, 비대칭 응력 프로파일 및 낮은 수준의 휨을 갖는 유리 물품에 대한 요구가 있다.
본 개시는 비대칭 응력 프로파일을 갖는 유리 물품을 제공한다.
본 개시는: 관점 (1)에서, 제1 표면; 제2 표면; 상기 제1 표면으로부터 제2 표면까지 연장되는 비대칭 응력 프로파일; 적어도 약 0.5m의 비대칭 응력 프로파일의 뒤틀림 성능 지수 (Warpage Figure of Merit); 및 적어도 약 0.05의 비대칭 응력 프로파일의 비대칭성 성능 지수 (Asymmetry Figure of Merit)를 포함하는 유리 물품을 제공한다.
본 개시는: 관점 (2)에서, 제1 표면; 제2 표면; 상기 제1 표면으로부터 제2 표면까지 연장되는 비대칭 응력 프로파일; 유리 물품 두께의 약 12분의 1 미만의 비대칭 응력 프로파일의 뒤틀림 경향 (Warpage Tendency); 및 적어도 약 0.05의 비대칭 응력 프로파일의 비대칭성 성능 지수를 포함하는 유리 물품을 제공한다.
본 개시는: 관점 (3)에서, 제1 표면; 제2 표면; 상기 제1 표면으로부터 제2 표면까지 연장되는 비대칭 응력 프로파일; 및 적어도 약 0.05의 비대칭 응력 프로파일의 비대칭성 성능 지수를 포함하는 유리 물품을 제공한다.
본 개시는: 관점 (4)에서, 제1 표면; 제2 표면; 상기 제1 표면으로부터 제2 표면까지 연장되는 비대칭 응력 프로파일; 및 유리 물품 두께의 약 12분의 1 미만의 비대칭 응력 프로파일의 뒤틀림 경향을 포함하는 유리 물품을 제공한다.
본 개시는: 관점 (5)에서, 제1 표면; 제2 표면; 상기 제1 표면으로부터 제2 표면까지 연장되는 비대칭 응력 프로파일; 및 적어도 약 0.5m의 비대칭 응력 프로파일의 뒤틀림 성능 지수를 포함하는 유리 물품을 제공한다.
본 개시는, 관점 (6)에서, 약 2 mol% 내지 약 20 mol%의 B2O3를 더욱 포함하는, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공한다.
본 개시는, 관점 (7)에서, 50-75 mol% SiO2; 5-20 mol% Al2O3; 2-20 mol% B2O3; 0-10 mol% P2O5; 6-25 mol% Li2O+Na2O+K2O; 및 0-15 mol% MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO를 더욱 포함하는, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공한다.
본 개시는, 관점 (8)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 비대칭 응력 프로파일의 뒤틀림 성능 지수는, 적어도 약 1m이다.
본 개시는, 관점 (9)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 비대칭 응력 프로파일의 뒤틀림 성능 지수는, 적어도 약 10m이다.
본 개시는, 관점 (10)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 비대칭 응력 프로파일의 비대칭성 성능 지수는, 적어도 약 0.2이다.
본 개시는, 관점 (11)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 비대칭 응력 프로파일의 비대칭성 성능 지수는, 적어도 약 0.5이다.
본 개시는, 관점 (12)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 제2 표면 아래 10㎛의 깊이에서 적어도 약 500 MPa의 압축 응력을 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (13)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 제2 표면 아래 5㎛의 깊이에서 적어도 약 650 MPa의 압축 응력을 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (14)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 제1 표면과 제2 표면 사이 거리의 10%의 제1 표면 아래 깊이에서 적어도 약 40 MPa의 압축 응력을 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (15)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 제1 표면과 제2 표면 사이 거리의 15%의 제1 표면 아래 깊이에서 적어도 약 30 MPa의 압축 응력을 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (16)에서, 적어도 약 12.5m의 곡률 반경을 더욱 포함하는, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공한다.
본 개시는, 관점 (17)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품에서 제1 표면으로부터 제1 압축의 깊이로 연장되는 제1 압축 응력 층; 상기 유리 물품에서 제2 표면으로부터 제2 압축의 깊이로 연장되는 제2 압축 응력 층; 상기 제1 압축 응력 층에서 제1 최대 압축 응력; 및 상기 제2 압축 응력 층에서 제2 최대 압축 응력을 더욱 포함하며; 여기서, 상기 제1 최대 압축 응력 대 제2 최대 압축 응력의 비는 약 1:3 이하이다.
본 개시는, 관점 (18)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품은, 약 0.3 미만의 뒤틀림 억제 지수를 갖는다.
본 개시는, 관점 (19)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 제1 표면과 제2 표면 사이에 거리는 약 1㎜ 미만이다.
본 개시는, 관점 (20)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품은 제1 표면으로부터 제2 표면까지 연장되는 제2 응력 프로파일을 갖는 영역을 포함하고, 상기 제2 응력 프로파일은 비대칭 응력 프로파일과 다르다.
본 개시는, 관점 (21)에서, 관점 (20)의 유리 물품을 제공하며, 상기 비대칭 응력 프로파일의 비대칭성 성능 지수와 제2 응력 프로파일의 비대칭성 성능 지수 사이에 차이는, 적어도 0.2이다.
본 개시는, 관점 (22)에서, 유리 세라믹을 더욱 포함하는, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공한다.
본 개시는, 관점 (23)에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품은, 적어도 제1 층 및 제2 층을 포함하는 적층 구조물이고, 상기 제1 층 및 제2 층은 각각 유리 또는 유리 세라믹을 포함한다.
본 개시는: 관점 (24)에서, 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징; 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 제공되고, 적어도 컨트롤러 (controller), 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 인접하게 제공되는 디스플레이를 포함하는, 전기 구성요소; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 유리 물품을 포함하며, 여기서, 상기 커버 유리 물품 또는 상기 하우징의 일부 중 적어도 하나는, 전술한 관점들 중 어느 하나의 유리 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품을 제공한다.
본 개시는: 관점 (25)에서, 제1 표면; 제2 표면; 상기 제1 표면으로부터 제2 표면까지 연장되는 비대칭 응력 프로파일; 상기 유리 물품에서 제1 표면으로부터 제1 압축의 깊이로 연장되는 제1 압축 응력 층; 상기 유리 물품에서 제2 표면으로부터 제2 압축의 깊이로 연장되는 제2 압축 응력 층; 및 뒤틀림 높이를 포함하며, 여기서, 상기 제1 압축의 깊이 대 제2 압축의 깊이의 비는, 적어도 약 1.5:1이고, 상기 뒤틀림 높이는, 유리 물품의 최대 치수의 약 1% 미만인, 유리 물품을 제공한다.
본 개시는: 관점 (26)에서, 관점 (25)의 유리 물품을 제공하며, 상기 제1 압축 응력 층에서 제1 최대 압축 응력; 및 상기 제2 압축 응력 층에서 제2 최대 압축 응력을 더욱 포함하며, 여기서, 상기 제1 최대 압축 응력 대 제2 최대 압축 응력의 비는, 약 1:3 이하이다.
본 개시는, 관점 (27)에서, 관점 (25) 또는 (26)의 유리 물품을 제공하며, 상기 제1 압축의 깊이 대 제2 압축의 깊이의 비는 적어도 약 3:1이다.
본 개시는, 관점 (28)에서, 관점 (25) 내지 (27) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 뒤틀림 높이는, 유리 물품의 최대 치수의 약 0.1% 미만이다.
본 개시는, 관점 (29)에서, 관점 (25) 내지 (28) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품은, 적어도 약 0.2의 비대칭성 성능 지수를 갖는다.
본 개시는, 관점 (30)에서, 관점 (25) 내지 (29) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품은, 적어도 약 0.5m의 뒤틀림 성능 지수를 갖는다.
본 개시는, 관점 (31)에서, 관점 (25) 내지 (30) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품은, 약 0.3 미만의 뒤틀림 억제 지수를 갖는다.
본 개시는, 관점 (32)에서, 관점 (25) 내지 (31) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 제2 표면 아래 10㎛ 깊이에서 적어도 약 500 MPa의 압축 응력을 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (33)에서, 관점 (25) 내지 (32) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 제2 표면 아래 5㎛ 깊이에서 적어도 약 650 MPa의 압축 응력을 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (34)에서, 관점 (25) 내지 (33) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 제1 표면과 제2 표면 사이에 거리의 10%의 제1 표면 아래 깊이에서 적어도 약 40 MPa의 압축 응력을 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (35)에서, 관점 (25) 내지 (34) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 제1 표면과 제2 표면 사이에 거리의 15%의 제1 표면 아래 깊이에서 적어도 약 30 MPa의 압축 응력을 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (36)에서, 관점 (25) 내지 (35) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 제1 표면과 제2 표면 사이에 거리는, 약 1㎜ 미만이다.
본 개시는, 관점 (37)에서, 적어도 약 12.5m의 곡률 반경을 더욱 포함하는, 관점 (25) 내지 (36) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공한다.
본 개시는, 관점 (38)에서, 유리 세라믹을 더욱 포함하는, 관점 (25) 내지 (37) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공한다.
본 개시는, 관점 (39)에서, 관점 (25) 내지 (38) 중 어느 하나의 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품은, 적어도 제1 층 및 제2 층을 포함하는 적층 구조물이고, 상기 제1 층 및 제2 층은 각각 유리 또는 유리 세라믹을 포함한다.
본 개시는, 관점 (40)에서, 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징; 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 제공되고, 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 인접하게 제공되는 디스플레이를 포함하는, 전기 구성요소; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 유리 물품을 포함하며, 여기서, 상기 커버 유리 물품 또는 상기 하우징의 일부 중 적어도 하나는, 관점 (25) 내지 (39) 중 어느 하나의 유리 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품을 제공한다.
본 개시는, 관점 (41)에서, 유리 물품의 제1 표면을 이온 교환하여 제1 표면으로부터 연장되는 제1 압축 응력 층을 형성하는, 이온 교환 단계; 상기 유리 물품의 제2 표면을 이온 교환하여 제2 표면으로부터 연장되는 제2 압축 응력 층을 형성하는, 이온 교환 단계를 포함하고; 여기서, 상기 제1 압축 응력 층 및 제2 압축 응력 층을 포함하는 유리 물품은, 적어도 약 0.5m의 뒤틀림 성능 지수, 및 적어도 약 0.05의 비대칭성 성능 지수를 포함하는, 방법을 제공한다.
본 개시는, 관점 (42)에서, 유리 물품을 열처리하는 단계를 더욱 포함하는, 관점 (41)의 방법을 제공한다.
본 개시는, 관점 (43)에서, 관점 (41) 또는 (42)의 방법을 제공하며, 상기 제1 압축 응력 층 및 제2 압축 응력 층은 동시에 형성된다.
본 개시는, 관점 (44)에서, 관점 (41) 내지 (43) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 상기 제2 표면의 이온 교환 단계 전에, 유리 물품의 제1 표면에 차단층 (blocking layer)을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (45)에서, 관점 (44)의 방법을 제공하며, 여기서, 상기 차단층을 형성하는 단계는, 제1 표면을 Cu, Ca, Mg, Zn, 및 Ti 이온 중 적어도 하나로 이온 교환하는 단계를 포함한다.
본 개시는, 관점 (46)에서, 관점 (44) 또는 (45)의 방법을 제공하며, 여기서, 상기 차단층의 깊이는 1㎛ 미만이다.
본 개시는, 관점 (47)에서, 유리 물품으로부터 차단층을 제거하는 단계를 더욱 포함하는, 관점 (44) 내지 (46) 중 어느 하나의 방법을 제공한다.
본 개시는, 관점 (48)에서, 유리 물품의 이온 교환 단계 전에, 상기 유리 물품을 열처리하여 만곡된 유리 물품을 형성하는, 열처리 단계를 더욱 포함하는, 관점 (41) 내지 (47) 중 어느 하나의 방법을 제공한다.
본 개시는, 관점 (49)에서, 유리 물품의 제1 표면의 적어도 일부에 염을 배치하는 단계; 상기 유리 물품 및 염을 이온 교환 온도로 가열하여 상기 유리 물품을 이온 교환하여 비대칭 응력 프로파일을 갖는 유리 물품을 생성하는, 이온 교환 단계를 포함하며, 여기서, 상기 염은 이온 교환 온도에서 고체인 고체 성분을 포함하는, 방법을 제공한다.
본 개시는, 관점 (50)에서, 관점 (49)의 방법을 제공하며, 상기 염은, 이온 교환 온도에서 액체인 액체 성분을 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (51)에서, 관점 (49) 또는 (50)의 방법을 제공하며, 여기서, 상기 고체 성분은 알칼리 설페이트 및 알칼리 포스페이트 중 적어도 하나를 포함한다.
본 개시는, 관점 (52)에서, 관점 (49) 내지 (51) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 상기 고체 성분은, 트리-칼륨 포스페이트, 트리-나트륨 포스페이트, 칼륨 설페이트, 및 나트륨 설페이트 중 적어도 하나를 포함한다.
본 개시는, 관점 (53)에서, 관점 (49) 내지 (52) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 상기 액체 성분은, 적어도 하나의 알칼리 질산염을 포함한다.
본 개시는, 관점 (54)에서, 관점 (50) 내지 (53) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 상기 액체 성분은 KNO3 및 NaNO3 중 적어도 하나를 포함한다.
본 개시는, 관점 (55)에서, 관점 (49) 내지 (54) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 상기 고체 성분은, 5 wt% 내지 99.5 wt%의 양으로 염에 존재한다.
본 개시는, 관점 (56)에서, 관점 (49) 내지 (55) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 상기 고체 성분은, 30 wt% 내지 98 wt%의 양으로 염에 존재한다.
본 개시는, 관점 (57)에서, 관점 (49) 내지 (56) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 상기 염은, 제1 표면의 전체에 배치된다.
본 개시는, 관점 (58)에서, 관점 (49) 내지 (57) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 상기 염은, 제1 표면의 중심에 배치되지 않는다.
본 개시는, 관점 (59)에서, 관점 (49) 내지 (58) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 상기 염은, 제1 표면의 주변에만 배치된다.
본 개시는, 관점 (60)에서, 관점 (49) 내지 (59) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 상기 염을 배치하는 단계 전에, 제1 표면의 일부 상에 차단층을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (61)에서, 관점 (60)의 방법을 제공하고, 여기서, 상기 차단층은, 알칼리가 없는 유리, SiO2, 및 금속 중 적어도 하나를 포함한다.
본 개시는, 관점 (62)에서, 관점 (60) 또는 (61)의 방법을 제공하며, 상기 유리 물품의 이온 교환 단계 후에, 상기 차단층을 제거하는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (63)에서, 관점 (49) 내지 (62) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 상기 유리 물품을 용융염 욕조와 접촉시키는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (64)에서, 관점 (63)의 방법을 제공하며, 상기 유리 물품을 제2 용융염 욕조와 접촉시키는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시는, 관점 (65)에서, 관점 (49) 내지 (64) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 상기 비대칭 응력 프로파일은, 적어도 약 0.05의 비대칭성 성능 지수를 갖는다.
본 개시는, 관점 (66)에서, 관점 (49) 내지 (65) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 상기 비대칭 응력 프로파일은, 적어도 약 0.5m의 뒤틀림 성능 지수를 갖는다.
본 개시는, 관점 (67)에서, 관점 (49) 내지 (66) 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 상기 비대칭 응력 프로파일은, 유리 물품의 두께의 약 12분의 1 미만의 뒤틀림 경향을 갖는다.
이들 및 다른 관점, 장점, 및 현저한 특색은, 다음의 상세한 설명, 수반되는 도면, 및 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은, 하나 이상의 구체 예에 따른 유리 물품의 개략적인 단면도이다.
도 2는, 이론적 이온 교환된 유리 물품에 대한 깊이의 함수에 따른 응력의 그래프적 표현이다.
도 3은, 비대칭 응력 프로파일을 갖는 이론적 이온 교환된 유리 물품에 대한 깊이의 함수에 따른 응력의 그래프적 표현이다.
도 4는, 휨 없는 비대칭 응력 프로파일을 갖는 이론적 이온 교환된 유리 물품에 대한 깊이의 함수에 따른 응력의 그래프적 표현이다.
도 5는, 도 4의 휨 없는 비대칭 응력 프로파일의 대칭 및 반-대칭 구성요소의 그래프적 표현이다.
도 6은, 이온 교환 전에 구형 곡률 (spherical curvature)이 부여된 비대칭 응력 프로파일을 갖는 이론적 이온 교환된 유리 물품에 대한 깊이의 함수에 따른 응력의 그래프적 표현이다.
도 7은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 도 6의 이론적 이온 교환된 유리 물품의 정규화된 농도 프로파일의 전개의 그래프적 표현이다.
도 8은, 도 6의 비대칭 응력 프로파일의 반-대칭 구성요소 및 이온 교환 전에 유리 물품에 구형 곡률을 부여하여 얻어진 통합된 보조 구성요소의 그래프적 표현이다.
도 9는, 도 6의 자유 비대칭 응력 프로파일의 대칭 및 반-대칭 구성요소의 그래프적 표현이다.
도 10은, 여기에 기재된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품의 하나 이상의 구체 예를 포함하는 소비자 전자 제품의 개략적인, 전면 평면도이다.
도 11은, 도 10의 소비자 전자 제품의 개략적인, 사시도이다.
도 12는, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨 (cross warp)의 플롯이다.
도 13은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 도 12의 샘플에 대한 대각 휨 (diagonal warp)의 플롯이다.
도 14는, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 15는, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 도 14의 샘플에 대한 대각 휨의 플롯이다.
도 16은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 17은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 도 16의 샘플에 대한 대각 휨의 플롯이다.
도 18은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 19는, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 도 18의 샘플에 대한 대각 휨의 플롯이다.
도 20은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 21은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 도 20의 샘플에 대한 대각 휨의 플롯이다.
도 22는, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 23은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 도 22의 샘플에 대한 대각 휨의 플롯이다.
도 24는, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 25는, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 도 24의 샘플에 대한 대각 휨의 플롯이다.
도 26은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 27은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 도 26의 샘플에 대한 대각 휨의 플롯이다.
도 28은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 29는, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 도 28의 샘플에 대한 대각 휨의 플롯이다.
도 30은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 31은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 도 30의 샘플에 대한 대각 휨의 플롯이다.
도 32는, 이온 교환된 유리 물품의 표면으로부터의 거리의 함수에 따른 응력의 플롯이다.
도 33은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 34는, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 35는, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 36은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 37은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
도 38은, 이온 교환 공정의 다양한 단계에서 샘플에 대한 교차 휨의 플롯이다.
하기 상세한 설명에서, 동일한 참조 부호는, 도면에 나타낸 여러 도들에 대하여 동일하거나 또는 상응하는 부분을 나타낸다. 또한, 별도의 언급이 없는 한, "상부", "하부", "외부", "내부", 및 이와 유사한 것과 같은 용어는 편의의 단어이지 제한 용어로 해석되지 않는 것으로 이해된다. 부가적으로, 군 (group)이 요소의 군 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기재된 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여 인용된 이들 요소의 임의의 수를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어질 수 있다. 유사하게, 군이 요소의 군 및 이들의 조합 중 적어도 하나로 이루어진 것으로 기재된 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여, 인용된 이들 요소의 임의의 수로 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 별도의 언급이 없는 한, 값의 범위는, 인용된 경우, 상기 범위의 상한 및 하한뿐만 아니라 이들 사이의 임의의 범위 모두를 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, 단어의 "단수" 및 "복수"는, 특별히 구분없이 사용되며, 별도의 언급이 없는 한, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 특색은 임의의 및 모든 조합으로 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
여기서 사용되는 바와 같은, 용어 "유리 물품"은, 유리 세라믹을 포함하는, 유리로 전체적으로 또는 부분적으로 만들어진 임의의 대상을 포함하는 가장 넓은 의미로 사용된다. 별도로 명시되지 않는 한, 여기서 기재된 유리의 모든 조성물은, 몰 퍼센트 (mol%)의 측면에서 표시되며, 구성분은 산화물 기준으로 제공된다. 별도로 명시되지 않는 한, 모든 온도는 섭씨 온도 (℃)의 측면에서 표시된다. 용어 "액상선 점도 (liquidus viscosity)"는, 액상선 온도에서 용융 유리의 점도를 지칭하고, 여기서, 액상선 온도는 용융 유리가 용융 온도로부터 냉각됨에 따라 결정이 처음 나타나는 온도, 또는 온도가 실온으로부터 증가됨에 따라 가장 마지막 결정이 용융되는 온도를 지칭한다.
용어 "실질적으로" 및 "약"은, 임의의 정량적인 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 내재하는 불확실성의 정도를 나타내는 것으로 여기에서 활용될 수 있는 점에 주목된다. 이들 용어는 또한 문제의 주제의 기본적인 기능의 변화를 결과하지 않고 정량적인 표현이 명시된 기준으로부터 변할 수 있는 정도를 나타내는 것으로 여기에서 활용된다. 예를 들어, "실질적으로 K2O가 없는" 유리는, K2O가 유리에 능동적으로 첨가되거나 배칭되지 않지만, 오염물로서 매우 소량으로 존재할 수 있는 유리이다.
본 개시에 언급된 영률 값은, 명칭이 "Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts"인, ASTM E2001-13에 서술된 일반적인 타입의 공진 초음파 분광법 (resonant ultrasonic spectroscopy technique)에 의해 측정된 값을 지칭한다.
열팽창계수 (CTE)는, 백만분의 일 (ppm)/℃의 측면에서 표시되며, 별도로 명시되지 않는 한, 약 20℃ 내지 약 300℃의 온도 범위에 걸쳐 측정된 값을 나타낸다. 고온 (또는 액체) 열팽창계수 (고온 CTE)는 또한 섭씨 온도 당 ppm (ppm/℃)의 측면에서 표시되며, 및 순간 열팽창계수 (CTE) 대 온도 곡선의 고온 플래토 영역 (plateau region)에서 측정된 값을 나타낸다. 고온 CTE는, 변형 영역을 통한 유리의 가열 또는 냉각과 관련된 부피 변화를 측정한다. 여기서 사용된 바와 같은, 용어 "연화점"은, 유리의 점도가 대략 107.6 poise (P)인 온도를 지칭하고, 용어 "어닐링점"은 유리의 점도가 대략 1013.2 poise인 온도를 지칭하며, 용어 "200 poise 온도 (T200P)"는, 유리의 점도가 대략 200 poise인 온도를 지칭하고, 용어 "1011 poise 온도"는, 유리의 점도가 대략 1011 poise인 온도를 지칭하며, 용어 "35 kP 온도 (T35kP)"는, 유리의 점도가 대략 35 kilopoise (kP)인 온도를 지칭하고, 및 용어 "160 kP 온도 (T160kP)"는, 유리의 점도가 대략 160 kP인 온도를 지칭한다. 여기서 사용된 바와 같은, 용어 "지르콘 파괴 온도 (zircon breakdown temperature)" 또는 "T파괴"는, - 유리 가공 및 제조에서 내화 물질로 흔히 사용되는 - 지르콘이 파괴되어 지르코니아 및 실리카를 형성하는 온도를 지칭하고, 및 용어 "지르콘 파괴 점도"는 T파괴에서 유리의 점도를 지칭한다. 용어 "35kP 온도" 또는 "T35kP"는, 유리 또는 유리 용융물이 35,000 Poise (P), 또는 35 kiloPoise (kP)의 점도를 갖는 온도를 지칭한다.
(표면 CS를 포함하는) 압축 응력은, Orihara Industrial Co., Ltd. (일본)에 의해 제작된, FSM-6000과 같은 시판되는 기구를 사용하여 표면 응력 측정기 (FSM)에 의해 측정된다. 표면 응력 측정은, 유리 물품의 복굴절 (birefringence)과 관련된, 응력 광학계수 (SOC)의 정밀한 측정에 의존한다. SOC는, 결과적으로, 명칭이 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"인, ASTM 표준 C770-16에 기재된 절차 C (Glass Disc Method)에 따라 측정되며, 이의 전체적인 내용은 그 전문이 여기에 참조로서 병합된다. 최대 인장 응력 또는 중심 인장 (CT) 값은, 기술분야의 알려진 산란된 광 편광기 (SCALP) 기술을 사용하여 측정된다.
여기서 사용된 바와 같은, 압축의 깊이 (DOC)는, 여기에서 기재된 화학적으로 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품에서 응력이 압축으로부터 인장으로 변화하는 깊이를 의미한다. DOC는, 이온 교환 처리에 의존하여 FSM 또는 산란된 광 편광기 (SCALP)에 의해 측정될 수 있다. 유리 물품 내로 칼륨 이온을 교환하여 유리 물품에서 응력이 발생되는 경우, FSM은 DOC를 측정하는데 사용된다. 응력이 유리 물품으로 나트륨 이온을 교환하여 발생되는 경우, SCALP는 DOC를 측정하는데 사용된다. 유리내로 칼륨 및 나트륨 이온 모두를 교환하여 유리 물품에서 응력이 발생되는 경우, DOC는 SCALP에 의해 측정되며, 나트륨의 교환 깊이가 DOC를 나타내고, 칼륨 이온의 교환 깊이가 압축 응력에서 크기의 변화 (그러나 압축에서 인장으로 응력의 변화는 아님)를 나타내는 것으로 믿어지기 때문에; 이러한 유리 물품에서 칼륨 이온의 교환 깊이는 FSM에 의해 측정된다.
K+ 이온의 침투의 깊이 ("칼륨 DOL")는, 이온 교환 공정의 결과로서 칼륨 침투 깊이를 나타내기 때문에, DOC와 구별된다. 칼륨 DOL은, 통상적으로 여기서 기재된 물품에 대한 DOC 미만이다. 칼륨 DOL은, CS 측정과 관련하여 전술된 바와 같은, 응력 광학 계수 (SOC)의 정확한 측정에 의존하는, Orihara Industrial Co., Ltd. (일본)에 의해 제작된, 상업적으로 이용 가능한 FSM-6000 표면 응력 측정기와 같은 표면 응력 측정기를 사용하여 측정된다.
일반적으로 도면 및 특히 도 1을 참조하면, 예시는, 특정 구체 예를 설명하려는 목적을 위한 것이지, 본 개시 또는 이에 첨부된 청구범위를 제한하려고 의도된 것이 아닌 것으로 이해될 것이다. 도면은, 반드시 축척대로 도시된 것은 아니며, 도면의 특정 특색 및 특정 도들은, 명확성 및 간결성을 위해 과장되거나 개략적으로 나타낼 수 있다.
도 1에 나타낸 구체 예가, 평평한 평면 시트 또는 플레이트로서, 유리 물품 (100)을 도시하지만, 상기 유리 물품은, 3차원 형상 또는 비-평면 형태와 같은 다른 형태를 가질 수 있다. 상기 유리 물품 (100)은, 두께 (t)를 한정하는 제1 표면 (110) 및 제2 표면 (112)을 갖는다. (도 1에 나타낸 구체 예와 같은) 하나 이상의 구체 예에서, 상기 유리 물품은, 두께 (t)를 한정하는 제1 표면 (110) 및 대향하는 제2 표면 (112)을 포함하는 시트이다. 상기 유리 물품 (100)은, 제1 표면 (110)으로부터 유리 물품 (100)의 벌크 내로 층의 깊이 (d1)까지 연장되는 제1 압축 층 (120)을 갖는다. 도 1에 나타낸 구체 예에서, 상기 유리 물품 (100)은 또한 제2 표면 (112)으로부터 제2 층의 깊이 (d2)로 연장되는 제2 압축 층 (122)을 갖는다. 상기 유리 물품은 또한 d1으로부터 d2로 연장되는 중심 영역 (130)을 갖는다. 중심 영역 (130)은 층들 (120 및 122)의 압축 응력과 균형을 이루거나 또는 반작용하는 인장 응력 또는 중심 장력 (CT) 하에 있다. 제1 및 제2 압축 층 (120, 122)의 깊이 (d1, d2)는, 유리 물품 (100)의 제1 및 제2 표면 (110, 112)에 날카로운 충격에 의해 도입된 흠의 전파로부터 유리 물품 (100)을 보호하는 반면, 압축 응력은, 제1 및 제2 압축 층 (120, 122)의 깊이 (d1, d2)를 통해 흠이 침투할 가능성을 최소화시킨다. 깊이 (d1 및 d2)는, 서로 같거나 또는 서로 다를 수 있고, 압축 층의 압축의 깊이 (DOC)와 연관될 수 있다.
도 2는, 이온 교환된 유리 물품의 일부에 대한 이론적 응력 프로파일을 예시한다. 도 2에 예시된 응력 프로파일은, 표면 및 더 깊은 확산 영역에서 압축 응력 스파이크 (spike)를 포함한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 응력 프로파일 (CSk)의 니 (knee)에서 압축 응력은, 응력 프로파일의 스파이크 부분과 응력 프로파일의 더 깊은 확산 영역 사이에 전환에서의 압축 응력이다. DOC 및 칼륨 DOL은, DOL로 간단히 명시된 칼륨 DOL로, 도 2에 또한 나타낸다.
강화를 거친 후 낮은 수준의 휨을 나타내는 비대칭 응력 프로파일을 갖는 유리 물품은 여기에 기재된다. 비대칭 응력 프로파일은, 유리 물품의 표면이 각 표면에서 주된 파손 모드를 처리하기 위한 다른 강화 특성을 나타내는 것을 가능하게 하면서, 또한 유리 물품의 바람직하지 않은 휨을 최소화한다.
예로서, 소비자 전자 장치에 대한 커버 유리로서 사용되는 유리 물품은, 전면 (노출 표면), 후면, 및 에지 표면을 갖는다. 사용하는 동안, 커버 유리는, 전면, 후면, 및 에지 표면에서 다른 서비스 응력 (service stresses)을 경험한다.
전면에 대한 주된 파손 모드는, 통상적으로 장력에 대한 깊은 흠의 노출 및 깊은 흠의 도입에 기인한 파손이다. 깊은 흠이 유리 물품의 굴곡성 (flexing)에 의해 또는 인장 응력 층의 깊이로 연장될 때, 깊은 흠은 장력에 노출될 수 있다. 전면에 대한 주된 파손 모드는, 도입된 흠이 장력을 받는 것을 방지하기 위해 깊은 압축의 깊이로 해결될 수 있다.
후면에 대한 주된 파손 모드는, 통상적으로 이미-존재하는 얕은 흠에 과도한 응력을 가한다. 얕은 흠은 일반적으로 10㎛ 보다 얕고, 대부분 5㎛보다 얕다. 과응력은, 종종 약 500 megapascals (MPa)를 초과하는 것과 같은, 수백 MPa의 인장 응력을 초과한다. 과응력은 사용 동안 유리 물품이 굴곡성의 결과일 수 있다. 주된 후면 파손 모드는, 후면에 대한 높은 압축 응력 스파이크, 예컨대, 약 500 MPa를 초과하는 압축 응력을 갖는 스파이크 및 약 8 microns을 초과하는 스파이크 깊이에 의해 해결될 수 있다.
커버 유리의 에지 표면은, 몇몇 적용들에선 노출되고, 다른 적용들에선, 베젤 (bezel)에 의해 보호된다. 에지 표면은, 비교적 단단한 표면에 낙하하는 동안 매우 실질적인 응력을 받을 수 있다. 따라서, 수 microns의 깊이에서 높은 압축 응력 및 높은 표면 압축 응력은 또한 커버 유리의 에지 표면에서 비롯되는 파단 가능성을 감소시킬 수 있다.
전면 및 후면의 주된 파손 모드를 해결하는 강화 특성에서 차이로 인해, 유리 물품의 두께에 걸쳐 비대칭 응력 프로파일을 형성하여, 다른 강화 특성은 부여될 수 있으며, 비대칭 응력 프로파일은 전면 및 후면 주된 파손 모드 중 적어도 하나를 완전히 해결하지 못하는 대칭 응력 프로파일과 비교할 때 개선된 성능을 제공한다. 비대칭 프로파일은 전면에 대한 큰 깊이에서 더 높은 응력 및 더 깊은 압축의 깊이 (DOC) 및 후면에 대한 표면 아래 처음 대략 5-10 microns에서 더 높은 압축 응력 및 더 높은 표면 압축 응력 (CS)을 가질 수 있다. 커버 유리의 에지는 또한 표면 아래 처음 대략 10 microns에서 더 높은 응력 및 더 높은 표면 압축 응력을 가질 수 있다.
비대칭 응력 프로파일은, 어셈블리 (assembly)에 문제가 되는, 유리 물품에 휨을 유발할 수 있고, 또한 사용 동안 유리 물품의 강도에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 어셈블리 동안 응력 변화를 결과할 수 있다. 유리 물품의 전면 및 후면에서 원하는 강화 특성을 또한 제공하는 비대칭 응력 프로파일의 적절한 설계에 의해 무시할만한 수준으로 템퍼링 (tempering) 또는 강화로부터 결과하는 휨의 감소를 가능하게 하는 방법은 여기에 기재된다.
수축 또는 팽창하지 않고, 굽힘 또는 휨이 없는, 안정된 기계적 상태에 있는 템퍼링되거나 또는 화학적으로 강화된 유리 물품은, 힘 균형 및 토크 균형 (torque balance)을 만족시킨다. 힘 균형은 하기 수학식 1에 예시된 바와 같이, 절대값으로, 두께에 걸친 압축 존 (compression zones)에 대한 총 통합된 압축 응력이 두께에 걸친 장력 존 (tension zones)에 대한 총 통합된 인장 응력과 동일한 것을 필요로 하며:
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, σ는 응력이고, x는 두께를 따른 유리 물품에서 위치이며, 유리 물품의 중간-면 (중앙)에서 x = 0이다. 이것은, 하기 수학식 2에 나타낸 바와 같이, 두께에 대한 응력의 적분을 0으로 설정하는 것과 같다:
[수학식 2]
Figure pat00002
토크 균형은, 유리 물품의 응력 프로파일이 휨을 유도하지 않는 것을 나타낸다. 토크 균형은, 하기 방정식 3에 예시된 바와 같이, 두께에 걸친 국부 응력 시간의 국부 팔 길이 (local stress times local arm length)의 적분이 0인 것을 필요로 한다:
[수학식 3]
Figure pat00003
수학식 3에서, x는 국부 응력에 의해 생성된 단위 깊이 변화 당 특정 토크를 계산하기 위한 국부 팔 길이를 더욱 나타낸다.
x에 대하여 대칭인 응력 프로파일은, 프로파일 유도 휨을 유발하지 않는다. 예를 들어, 유리 물품이 용융염에 침지되고, 물품 전반에 걸친 동일한 표면 압축 및 동일한 층의 깊이로 교환되는 평평한 시편 (flat specimens)의 이온 교환에서, 무시할 수 있는 휨은 보통 발생한다.
응력 프로파일이 비대칭인 경우, 이온 교환 동안 및 후에 힘-균형 수학식 2를 만족시킬 수 있지만, 제로-토크 조건이 만족되지 않으면, 유리 물품은 응력 프로파일에 의해 유도된 휨을 겪을 것이다. 일반적으로, 응력 프로파일이 비대칭일수록, 휨은 응력 프로파일에 의해 더 크게 유도된다. 동시에, 더 큰 비대칭도를 갖는 비대칭 프로파일은, 후면 상에 더 큰 압축 응력과 결부된 전면 상에 큰 압축의 깊이에서 DOC 및 응력의 더 큰 실질적인 증가를 가능하게 하여 감소된 파단 가능성의 측면에서 더 큰 이점을 생성할 수 있다.
이러한 충돌에 대한 해결책을 찾기 위해, 일반적으로 비대칭 프로파일은, 하기 수학식 4에 따른 2개의 구성요소 - 대칭 구성요소 (σs(x)) 및 반-대칭 구성요소 (σa(x))로 분석될 수 있고:
[수학식 4]
Figure pat00004
여기서, σs(x)는 하기 수학식 5로 정의되며:
[수학식 5]
Figure pat00005
및 여기서 σa(x)는 하기 수학식 6으로 정의된다:
[수학식 6]
Figure pat00006
반-대칭 구성요소는, 대칭 프로파일을 시작점으로 사용하여, 전면 및 후면의 특성을 상기 전면 또는 후면에 대한 특정 요구조건에 대하여 조율하는 역할을 한다. 비대칭 마손 서비스 응력 (wear-and-tear service stresses) 하에서 개선된 기계적 성능을 목적으로 하는 비대칭 프로파일에 대한 비대칭성 성능 지수 (AFOM)는, 하기 수학식 7에서 나타낸 바와 같이, 반-대칭 및 대칭 구성요소에서 응력의 절대 값의 두께에 대한 적분을 사용하여 정의된다:
[수학식 7]
Figure pat00007
AFOM이 약 0.05 초과, 예를 들어, 약 0.07 초과, 약 0.1 이상인 경우, 응력 프로파일은 실질적으로 비대칭인 것으로 간주된다. 더군다나, (전면 및 후면에 대한 각각의 주된 파손 모드와 관련한) 유리의 전면 및 후면 모두에서 동시에 강도를 개선시키는 주요 장점을 제공하는 실질적인 비대칭 프로파일은, 약 0.2 초과, 예컨대, 약 0.3 초과, 약 0.4, 약 0.5, 약 0.6 이상의 AFOM을 가질 수 있다.
응력 프로파일의 대칭 구성요소는 수학식 3에서 토크에 기여하지 않고, 프로파일에 의해 유도된 휨을 유발하지 않는다. 그러므로, 비대칭 응력 프로파일의 도입에 수반되는 전체 휨 문제는, 반-대칭 구성요소와 관련되며, 이는 또한 실질적으로 비대칭 프로파일의 이점을 얻기 위해 크게 바람직하다. 큰 반-대칭 구성요소를 갖지만, 그럼에도 불구하고 상당한 응력 프로파일에 의해 유도된 휨을 유발하지 않는 바람직한 응력 프로파일은, 이하 기재되는 바와 같이 정의될 수 있다. 반-대칭 구성요소가 전체적으로 휨을 유발하기 때문에, 상당한 응력 프로파일에 의해 유도된 휨을 생성하지 않는 큰 반-대칭 구성요소를 갖는 비대칭 응력 프로파일은, 일반적으로 예상치 못한 것이다.
프로파일의 대칭 구성요소의 굽힘 모멘트 (bending moment)는, 대칭 간격에서의 반-대칭 함수 (xσ(x))의 적분과 동일하기 때문에, 0이다. 따라서, 유리 물품의 단위 폭당 2-차원 굽힘 모멘트는, 하기 수학식 8에 나타낸 바와 같이, 프로파일의 반-대칭 구성요소에 전적으로 기인한다:
[수학식 8]
Figure pat00008
유리 물품이 완벽하게 평평하기 위해, 반-대칭 구성요소의 굽힘 모멘트는 0이며, 이는 반-대칭 프로파일 구성요소가 샘플의 각각의 절반에서 압축 및 인장 응력 영역 모두를 갖는 것을 요구한다. 따라서, 하나의 구체 예에서, 응력 프로파일은, 두께의 각각의 절반에서 압축 및 인장 응력 모두의 영역을 갖는 반-대칭 구성요소를 갖는다.
2-차원 모델에서 순수한 굽힘 (여기서 굽힘은 1-차원에서만 허용되는 경우)에서, 굽힘 모멘트 (M)는, 하기 수학식 9에 나타낸 바와 같은, 곡률 반경 (ρ)을 생성하고:
[수학식 9]
Figure pat00009
여기서, E는 Pascals로 제공될 수 있는 유리 물품의 영률이고, A는 ㎡로 제공 될 수 있는 굽힘 하에 물품의 단-면적이며, I는 m4로 제공될 수 있는 관성 모멘트이어서, 곡률 반경은 미터 단위로 제공된다.
폭 (w) 및 두께 (t)를 갖는 시트 형태의 유리 물품의 2-차원 굽힘의 예시적인 경우에, 수학식 9는, 하기 수학식 10과 같이 관성 모멘트 (I)를 제공하도록 계산된다:
[수학식 10]
Figure pat00010
그러므로, 곡률 반경 (ρ)과 굽힘 모멘트 (M) 사이에 관계는, 하기 수학식 11에 의해 제공된다:
[수학식 11]
Figure pat00011
100㎜의 길이 (L)를 갖는 시트 형태의 유리 물품은, 바람직하게는 길이 (L)에 대해 측정된 뒤틀림 높이 (H)가 0.1㎜를 초과하지 않을 수 있으며, 바람직하게는 하기 수학식 12에 의해 더욱 예시된 관계를 이용하여, 적어도 12.5m의 곡률 반경을 가질 것이다:
[수학식 12]
Figure pat00012
몇몇 구체 예에서, L은, 유리 물품의 최대 치수로서 선택될 수 있다. 다른 구체 예에서, L은, 유리 물품의 에지를 따른 치수로서 선택될 수 있다.
실제로, 유리 물품의 뒤틀림은, 단순한 구형 또는 원통형이 아니라, 복잡한 형상을 가질 수 있고, 실질적으로 더 작은 곡률 반경이 국부적으로 허용될 수 있다. 따라서, 비대칭 응력 프로파일에 의해 유도되는 최대 허용 곡률 반경은, 1m (1,000mm)과 동일할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 에지의 3㎜ 내에 유리 물품의 주변 영역은, 에지를 향해 이동하는 단조롭게 감소하는 두께를 가질 수 있으며, 이는 2.5D 형상으로 지칭될 수 있다. 에지 형상이 유리 시트의 중간-면에 대해 비대칭인 경우와 같은, 몇몇 구체 예에서, 이러한 2.5D 에지의 존재는, 비대칭 에지 형상 및 응력 프로파일의 상호작용에 의해 유도된 무시할 수 없는 뒤틀림을 생성할 수 있다. 이러한 프로파일에 의해 유도된 뒤틀림의 주요 구성요소는, 유리 시트의 내부에서 비대칭 응력 프로파일을 사용하여 도입된 뒤틀림을 부분적으로 또는 실질적으로 상쇄하도록 선택될 수 있다. 이러한 구체 예에서, 0.5m의 훨씬 더 작은 곡률 반경에 상응하는 굽힘 모멘트 (M)를 갖는 비대칭 프로파일은, 허용될 수 있다.
실제로, 몇몇 유리 물품은 설계된 곡률을 가질 수 있고, 단순히 유리 물품의 곡률 반경을 측정하는 것은, 비대칭 응력 프로파일에 의해 도입된 곡률을 나타내지 않을 수 있다. 비대칭 응력 프로파일의 도입에 기인한 곡률은, 응력 프로파일의 도입 전에 유리 물품에 존재하는 곡률과 함께 첨가될 수 있다. 응력 프로파일의 도입 전에 유리 물품에 존재하는 곡률은, 응력 프로파일의 도입 후에 실질적으로 휨이 없는 유리 물품에 대한 곡률 반경 (κ)의 역수이며, 하기 수학식 13은 응력 프로파일에 의해 유도된 곡률 반경에 의해 상쇄될 수 있는 곡률 반경의 역수를 제공한다:
[수학식 13]
Figure pat00013
2m-1을 초과하지 않는 상응하는 곡률을 갖는 비대칭 응력 프로파일은, 특히 2.5D 또는 3D 형상을 갖는 유리 물품이 사용되는 경우에 장점이 있다. 부가적으로, 더 쉬운 어셈블리 및 더 높은 공정 수율을 위해, 응력-프로파일-유도 곡률은, 1 m-1을 초과하지 않는, 예컨대, 0.5 m-1을 초과하지 않거나, 또는 0.1 m-1을 초과하지 않는 것이 바람직하다.
2-차원 굽힘 모델은, 응력 프로파일 유도 곡률에 대한 바람직한 범위가 응력 프로파일의 굽힘 모멘트에 대한 대략적인 범위와 연관될 수 있게 한다. 시트의 실제 휨이, 예컨대, 유리 물품의 응력이 시트의 평면에서 양쪽 치수에 존재하는 경우, 오직 1-차원에서 굽힘으로 예시적인 2-차원 모델에 의해 계산된 휨을 초과할 수 있는 것이 가능하다. 그러나, 예시적인 모델은 바람직한 응력 프로파일 파라미터의 범위가 비교적 단순하게 한정될 수 있게 한다.
수학식 11에 기초하여, 시트 형태의 유리 물품에 대한 곡률 반경 (ρ)을 야기하는 굽힘 모멘트는, 하기 수학식 14에 예시된다:
[수학식 14]
Figure pat00014
따라서, 곡률 반경 (ρ) 또는 역 곡률 반경 (κ)을 생성하는 단위 폭당 굽힘 모멘트는, 하기 수학식 15에 예시된다:
[수학식 15]
Figure pat00015
더욱이, 뒤틀림 성능 지수 (WFOM)는, 뒤틀림이 최소화될 때 최대화되는 것으로 정의된다. 간단함을 위해, WFOM은 2-차원 굽힘 모델에 관하여 정의된다. 비대칭 응력 프로파일의 굽힘 모멘트에 대한 WFOM은, 하기 수학식 16에서 예시된 바와 같이 시트 형태로 유리 물품의 1-차원 굽힘에서 단위 폭 굽힘 모멘트를 유도하는 비대칭 응력 프로파일 (ρasym)에 의해 생성된 곡률 반경과 관련될 수 있다:
[수학식 16]
Figure pat00016
몇몇 구체 예에서, WFOM은 약 0.5m 초과, 예컨대, 약 1m 초과, 약 2m, 약 10m 이상이다. 몇몇 구체 예에서, 응력 프로파일에 의해 유도된 곡률 반경에서 변화는, WFOM의 직접적인 추정치로서 사용될 수 있다.
수학식 16의 값을 더욱 구하면, 단위 폭당 굽힘 모멘트는, 하기 수학식 17에서 예시된 바와 같이 정의될 수 있다:
[수학식 17]
Figure pat00017
에지 효과가 무시될 때, 응력 프로파일에 의해 유도된 뒤틀림의 이상적인 방지는, WFOM이 무한할 때 발생한다. 따라서, 뒤틀림을 최소화하기 위한 이상적인 조건은, 하기 수학식 18이 참인 경우일 것이다:
[수학식 18]
Figure pat00018
다르게 말하면, 응력 프로파일의 반-대칭 구성요소는 중간-면의 양측에서 모멘트-균형을 이룬다. 뒤틀림 및 작업 복잡성을 최소화하기 위해, 실질적인 내부적으로 균형을 이룬 반-대칭 구성요소를 갖는 비대칭 프로파일은, 하기 수학식 19로 기재된 장점을 가지며:
[수학식 19]
Figure pat00019
여기서, WSF는 뒤틀림 억제 지수이다. 몇몇 구체 예에서, WSF는 약 0.3 미만, 예컨대, 약 0.2 미만, 약 0.1, 약 0.05 이하이다.
더 두꺼운 유리 물품은 휨을 생성하기 위해 더 큰 모멘트가 필요하다는 것을 인정한다면, 수학식 17은 다른 두께에 대해 유사한 낮은 수준의 휨을 생성하는 바람직한 비대칭 응력 프로파일의 범위를 한정하는데 사용될 수 있다. 두께 독립 무차원 (independent dimensionless) 뒤틀림 경향 (WT)은, 하기 수학식 20에 의해 정의된다:
[수학식 20]
Figure pat00020
몇몇 구체 예에서, WT는 약
Figure pat00021
미만이며, 유리 물품의 두께 (t)는 미터 단위로 제공된다. 몇몇 구체 예에서, WT는 약
Figure pat00022
미만, 예컨대 약
Figure pat00023
미만, 약
Figure pat00024
이하이다.
전술한 개념을 더욱 예시하기 위해, 대표적인 비대칭 응력 프로파일이 도 3에 도시된다. 도 3에 예도된 예에서, 유리 물품의 두께는 0.5mm이지만, 프로파일은 임의의 두께로 수평적으로 스케일링될 수 있다. 전체 프로파일에 0이 아닌 상수를 곱하는 한, 응력 프로파일은 또한 임의의 응력에 수직적으로 스케일링될 수 있다. 도 3은 또한 비대칭 응력 프로파일 (200)을 대칭 구성요소 (210) 및 반-대칭 구성요소 (220)로 분해하는 것에 대한 명확한 묘사를 제공한다. 비대칭 응력 프로파일 (200)은, 후면 압축의 깊이 (DOCb=37 microns)와 실질적으로 다른 전면 압축의 깊이 (DOCf=120 microns), 전면 압축 응력 (CSf=114 MPa)보다 실질적으로 더 높은 후면 압축 강도 (CSb=874 MPa)를 갖는다. 비대칭 응력 프로파일 (200)을 갖는 유리 물품은, WFOM이 무한대에 접근함에 따라, 응력 프로파일에 의해 유도된 휨이 없다. 전면의 칼륨 층의 깊이 (DOLf=200m, t의 40%)는, 후면의 칼륨 층의 깊이 (DOLb=40㎛, t의 8%)보다 5배 더 크다. 도 3의 비대칭 응력 프로파일 (200)의 AFOM은, 0.64이고, WFOM은 실질적으로 무한하다 (예를 들어, 대략 1017 m).
비대칭 응력 프로파일 (200)은, 기초 유리 조성물에서 Na2O를 포함하고, 실질적으로 K2O가 없는 알칼리 알루미노실리케이트 유리에서 Na에 대해 K를 이온 교환시켜 얻어질 수 있다. 전면은 NaNO3 및 KNO3를 갖는 욕조에서 고온 (450-460℃)에서 교환될 수 있으며, 여기서 NaNO3 농도는 KNO3 농도를 초과한다. 예를 들어, 욕조는 약 80 wt%의 NaNO3 및 약 20 wt%의 KNO3를 함유할 수 있다. 하나의 구체 예에서, 전면은 유리의 전면 상에 KNO3를 분무-코팅한 다음, 후면상에 KNO3가 없이, 440℃ 초과의 온도에서 장시간 (10-48시간) 이온 교환시켜 이온 교환될 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 후면은 스핀-온 유리 (spin-on glass) 또는 스퍼터링된 SiO2와 같은, 알칼리 침투에 저항하는 무-알칼리 코팅을 사용하여 전면의 이온 교환 동안 이온 교환으로부터 차단된다. 전면의 이온 교환 후, 후면은 순수한 KNO3에서 420℃로 약 2시간 동안 이온 교환되어 (FSM-6000에 의해 측정된 것으로) 약 40㎛의 칼륨 DOL을 달성하는 반면, 전면은 실질적인 이온 교환을 거치지 않는다. 전면의 실질적인 이온 교환을 방지하기 위해, 전면을 차단하는 것은, 예컨대, 코팅을 통한 알칼리의 제한된 플럭스 (limited flux)를 허용하는 매우 얇거나 또는 소량의 알칼리를 갖는 차단층을 사용하여, 부분적으로, 또는 실질적으로 완성될 수 있다. 하나의 구체 예에서, 차단층은, 약 2 mol% 미만의 알칼리 산화물, 예컨대, 약 1.5 mol% 미만의 알칼리 산화물을 갖는 스핀-온 유리일 수 있다. 전면의 프로파일은, 비교적 낮은 온도와 짧은 시간으로 인해, 이 제2 단계 동안에 다소 변화된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 전면 상에 압축 깊이는 두께의 약 24%로, 매우 깊다. 전면 상에 이러한 깊은 압축의 깊이는, 비대칭 응력 프로파일의 장점이다. 비대칭 응력 프로파일은, 유리 물품을 부서지기 어렵게 하는 비교적 좁은 장력 존 및 제한된 중심 장력을 갖는다. 비대칭 응력 프로파일 (200)의 또 다른 장점은, 후면으로부터 10㎛의 깊이에서 응력이 600MPa를 초과하여, 매우 크고, 후면으로부터 5㎛의 깊이에서 응력이 700MPa를 초과한다는 점이다. 비교에서, 유리 물품에서 기존 대칭 이중 이온 교환 (DIOX) 응력 프로파일은, 5㎛에서 450MPa 미만, 또는 350MPa 미만의 응력을 갖는다. 비대칭 응력 프로파일 (200)의 또 다른 이점은, 전면으로부터 큰 깊이 (50 ㎛, t의 10%)에서 상당한 수준의 압축 응력 (66 MPa)이며, 심지어 더 깊은 깊이 (75㎛, t의 5%)에서 상당한 수준의 압축 응력(43 MPa)이다.
제2 대표적인 비대칭 응력 프로파일 (300)은 도 4에 나타낸다. 비대칭 응력 프로파일은, 표면 압축 스파이크의 바닥과 전면 상에 압축의 깊이 (DOC) 사이에서 연장되는 깊은 압축 응력 층, 및 단일-단계 이온 교환 프로파일의 특성인 후면 응력 프로파일을 포함한다. 비대칭 응력 프로파일 (300)은, 다-단계 이온-교환의 수치 시뮬레이션에 의해 선택되고 및 힘 균형을 생성하도록 선택된다.
비대칭 응력 프로파일 (300)은, 전면 깊은 K 이온 교환, 후속 열처리, 뒤이은 농축된 K의 후면 이온 교환, 그 다음 농축된 K의 양면 짧은 이온 교환시켜 압축 응력 스파이크를 생성하여 0.5mm 두께의 유리 물품에서 얻어진다. 전면은 38±3 wt% NaNO3를 갖고, 나머지가 KNO3인, 욕조에서 450℃로 약 12시간 동안 이온 교환되어, 약 300 MPa의 표면 압축 응력 및 약 125㎛의 FSM-보고 DOL을 결과한다. 샘플은 그 다음 450℃에서 약 4시간 동안 열처리하여, 전면에 반쪽-종-형상 (half-bell-shaped) 프로파일을 결과하고, 전면 CS는 약 150-170 MPa로 감소된다. 다음 단계에서, 후면은 420℃에서 약 2시간 동안 99-100 wt% KNO3 및 0-1 wt% NaNO3를 함유하는 욕조에서 이온 교환된다. 동시에, 전면은 연관된 열 사이클로 인해 부가적인 확산을 겪어서, 전면 CS가 약 140 MPa로 더욱 감소한다. 마지막으로, 전체 유리 물품은, 390℃에서 약 3-6분 동안 0-1 wt% NaNO3 및 99-100 wt% KNO3를 함유하는 욕조에 침지되어, 전면 상에 얕은 압축 응력 스파이크를 형성하고, 동시에 후면 DOL에서 약간의 증가를 생성한다. 몇몇 구체 예에서, 더 깊은 전면 스파이크는, 예컨대, 더 긴 스파이크 시간을 사용하고, 또한 더 깊은 압축 응력 스파이크를 사용할 때 평탄도를 유지하도록 초기 전면 이온 교환 후 열처리 단계의 지속시간을 증가시켜, 또한 달성될 수 있다.
대칭 응력 프로파일 (330)은 또한 도 4에 나타낸다. 대칭 응력 프로파일 (330)은, 전체 유리 물품 (전면 및 후면 모두)을 비대칭 프로파일의 전면과 동일한 이온 교환 및 열처리 단계에 적용하여 얻어진다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 비대칭 프로파일을 갖는 샘플의 후면 및 에지는, 약 830 MPa의 높은 표면 압축 응력, 약 47 ㎛의 FSM-보고 DOL 및 41.8㎛의 후면 DOC를 갖는 층에 의해 보호될 것이다. 높은 CS에도 불구하고, 후면 상에 깊이의 함수에 따른 압축 응력의 감소율은, 상대적으로 낮은 29 MPa/㎛이어서, 5㎛ 깊이에서 약 650 MPa 초과, 및 10㎛ 깊이에서 약 500 MPa 초과의 높은 압축 응력을 가능하게 한다. 후면 아래의 이러한 높은 수준의 압축 응력은, 약 10㎛ 미만의 깊이와 같은, 비교적 얕은 흠에서 시작된 파단에 대해 유리 표면의 후면 및 에지를 매우 강하게 만든다. 비대칭 (300)의 이러한 특색 (feature)은, 대칭 프로파일 (330)을 갖는 유리 물품과 비교하여 유리 물품이 과응력 파손으로부터 더 잘 보호되게 한다. 비대칭 응력 프로파일 (300)의 전면은, 대칭 응력 프로파일 (330)보다 4% 더 높은 전면 DOC, 및 전체 압축 존에 걸쳐 약 8 MPa 더 높은 압축 응력을 갖는다. 이는 전면 스파이크의 바닥 깊이에서 약 6%의 압축 응력 증가 (약 10㎛), 및 전면 DOC까지의 더 큰 깊이에서 점진적으로 더 높은 압축 응력 증가의 비율을 나타낸다.
모멘트-균형 비대칭 응력 프로파일 (300)의 대칭 구성요소 (310) 및 반-대칭 구성요소 (320)는 도 5에 나타낸다. 수학식 7로부터 계산된 비대칭 응력 프로파일 (300)에 대한 AFOM은 0.41이다. 이러한 특정 수치 예에서, 단위 폭 당 굽힘 모멘트 (Muw)는 -3.35e- 4 ㎟ MPa이고, 영률은 68 GPa (68,000 MPa)이며, 및 수학식 16으로부터 WFOM은:
Figure pat00025
이다.
비대칭 응력 프로파일 (300)은, 무차원 뒤틀림 경향 (WT)을 갖는다:
Figure pat00026
비대칭 응력 프로파일 (400)은, 수치 시뮬레이션의 도움으로, 도 6에서 예시된다. 비대칭 응력 프로파일은, AFOM에 대한 별도의 기여를 제공하는 부가적인, 보조 반-대칭 구성요소를 포함된다. 이러한 보조 반-대칭 구성요소는, 이온 교환 공정 전에 유리 시트의 형상에 휨을 부여하여 달성되며, 여기서 부여된 휨은 유리 물품의 원하는 최종 형상에 대해 측정된다. 예를 들어, 시트의 원하는 최종 형상이 실질적으로 평탄한 경우 (예를 들어, 수 미터를 초과하는, 이상적으로 10 또는 15 미터를 초과하는 곡률 반경을 갖는 경우), 그 다음 보조 반-대칭 구성요소는 반-대칭 구성요소를 생성하는 방식으로 이온 교환 전에 샘플을 뒤틀림시켜 얻어지고, 수학식 8에서 기재된 바와 같은 이의 제1 모멘트는, 유리 물품이 평평하도록 만들 경우, 이온 교환 유도 응력의 반-대칭 구성요소의 제1 모멘트와 동일한 크기 및 반대 부호를 갖는다. 유사하게, 부여된 사전-이온 교환 휨은, 이온 교환만에 기인한 비대칭 프로파일이 제공되고 형상이 변화될 수 있는 경우, 부분 (part)이 획득할 휨과 거의 동일한 크기 및 반대의 부호를 갖는다.
응력 프로파일의 보조 반-대칭 구성요소는, 물품의 전면이 오목 곡률을 갖도록, 500℃ 초과의 온도 (예를 들어, 560℃에서 5시간 동안)에서 구형 곡률을 갖는 몰드에서 열-처리에 의해 유리 물품에 구형 곡률을 부여하여 얻어진다. 응력 프로파일의 전면은, 깊은 이온 교환 (FSM-6000으로 측정한 것으로, 칼륨 DOL = 125㎛)을 사용하고, 뒤이어 열처리, 후면의 고농도 이온 교환과 동시에 수행되는 제2 열처리, 및 그 다음 두-면 농축된 이온 교환에 의해 전면 상에 6㎛ 깊이 스파이크를 형성하여 얻어진다. 후면 응력 프로파일은 (FSM-DOL로 측정된 것으로) 30㎛의 총 칼륨 DOL 및 847MPa의 높은 표면 CS를 갖는다. 대칭 응력 프로파일 (430)은, 비대칭 응력 프로파일 샘플의 전면과 동일한 조건하에서 두-면 이온 교환 후, 비대칭 응력 프로파일 샘플의 전면의 2개의 열처리와 동일한 총 확산을 갖는 열처리를 사용하여, 최종적으로 6㎛ DOL을 갖는 동일한 스파이크를 얻는다. 대칭 응력 프로파일 (430)과 비교하여, 비대칭 응력 프로파일 (400)은, 후면 상에 실질적으로 더 깊은 높은 압축의 영역 (> 400 MPa), 실질적으로 더 높은 전면 압축의 깊이 (13㎛ 또는 13%의 이득), 및 압축 응력 스파이크와 DOC 사이에 전면 압축 존에서 높은 압축 응력 (19 MPa 또는 >14%의 이득)을 갖는다. 이러한 증가의 결과로서, 전면 상에 압축 응력 스파이크의 바닥에서의 니 압축 응력 (CSk)은, 대칭 응력 프로파일 (430)의 경우 약 131 MPa에서 비대칭 응력 프로파일 (400)의 경우 약 150 MPa로 증가된다.
도 7은, 이온 교환 공정 동안 전면 정규화된 농도 프로파일의 전개를 예시한다. 이러한 예에서, 농도가 정규화됨에 따라, 정규화된 농도가 1일 때, 부분이 평평한 기하학 구조의 이온 교환-후 평면 형상으로 만들어질 경우, 이온 교환 유도 응력은 1,000 MPa이고, 응력은 정규화된 농도의 국부적 값에 비례하는 것으로 추정되는 점에 유의된다. 농도 프로파일은, 임의의 특정 쌍의 상호-확산 이온으로 제한되지 않는다. 하나의 구체 예에서, 농도 프로파일은, 유리 유래의 나트륨 이온을 칼륨 이온으로 교환하여 얻어질 수 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 전면 이온 교환 단계 후, 전면 응력 프로파일 (402)은, C=0.403에서 전면으로부터 연장되고, 125㎛의 FSM DOL을 갖는다. 조합된 열 처리 단계 후 전면의 응력 프로파일 (404)은, C=0.235에서 전면으로부터 연장되고, 두-면 압축 응력 스파이크의 적용 후의 응력 프로파일 (406)은 또한 도 7에 나타낸다. 후면 상에 발달된 농도 프로파일은 나타내지 않는다.
샘플을 사전-휨에 의해 얻어진 보조 반-대칭 구성요소 (440)와 함께, 도 4의 비대칭 프로파일 (400)은, 도 8에 나타낸다. 도 9는, 비대칭 프로파일 (400)의 대칭 구성요소 (410) 및 반-대칭 구성요소 (420)를 예시한다. 도 3-9에 나타낸 대표적인 응력 프로파일은, 하기 실시 예 1에 기재된 유리 조성물에 대해 실현될 수 있다.
유리 물품의 뒤틀림 높이는, 프로파일로미터 (profilometer) 또는 플랫마스터 시스템 (flatmaster system)에 의해 측정될 수 있다. 뒤틀림 높이는, 유리 물품의 최대 치수를 따라 측정된 것으로, 유리 물품이 평평한 평면으로부터 연장되는 높이이다. 예를 들어, 정사각 물품의 최대 치수는 유리 물품의 두 모서리 사이에서 유리 물품의 주 표면을 따라 연장되는 대각선일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품은, 유리 물품의 최대 치수의 1% 미만, 예컨대 유리 물품의 최대 치수의 0.1% 미만의 뒤틀림 높이를 갖는다.
몇몇 구체 예에서, 유리 물품은, 적어도 약 1.5:1, 예컨대, 적어도 약 2:1, 약 2.5:1, 약 3:1, 약 3.2:1 이상의 후면 압축의 깊이에 대한 전면 압축의 깊이의 비를 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품은, 적어도 약 3:1, 예컨대, 적어도 약 3.5:1, 약 4:1, 약 4.5:1, 약 5:1 이상의 전면 칼륨 층의 깊이 대 후면 칼륨 층의 깊이를 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품은, 약 1:3 미만, 예컨대, 약 1:4, 약 1:5, 약 1:6, 약 1:7 이하의 전면 최대 압축 응력 대 후면 최대 압축 응력 비를 가질 수 있다.
또 다른 구체 예에서, 보조 반-대칭 구성요소는 유리 물품 상에 코팅층을 배치하여 제공된다. 코팅은, 알루미늄 옥시-질화물 (AlON)과 같은, 높은 모듈러스를 갖는 경질 코팅일 수 있다. 코팅은 이온 교환이 완료된 후 유리 물품의 전 (외)면에 적용될 수 있다. 코팅을 적용하기 전에, 유리 물품의 응력 프로파일은, 도 4에 나타낸 비대칭 응력 프로파일 (300)과 유사할 수 있지만, 유리 물품이 DOC가 더 높은 표면에서 오목한 휨을 얻도록, 후면 상에 더 큰 DOL 및/또는 CS, 또는 전면 상에 더 작은 CS 및/또는 DOC를 갖는다. 코팅의 증착 조건은 그 다음 필름이 압축에서 형성되는 방식으로 선택된다. 하나의 구체 예에서, 코팅 두께는, 약 2㎛일 수 있고, 필름 압축 응력은 약 100 MPa 내지 약 2,000 MPa일 수 있다. 코팅의 적용은, 작은 부가적인 대칭 구성요소 및 반-대칭 보조 구성요소 모두를 이온 교환된 유리 물품의 응력 프로파일에 부여한다. 코팅에 의해 부여된 보조 반-대칭 구성요소는, 경질 코팅의 적용 전에 휨에 비교된 유리 물품의 휨을 감소시키기 위해 이온 교환 유도된 응력 프로파일의 반-대칭 구성요소와 조합될 것이다.
몇몇 구체 예에서, 유리 물품의 비대칭 응력 프로파일은, NaNO3 및 KNO3의 혼합물을 함유하는 욕조에 침지시켜 Na-함유 유리의 초기 대칭 이온 교환에 의해 얻어지며, 여기서 유리 물품의 표면 상에 Na는 적어도 부분적으로 K로 대체된다. 하나의 구체 예에서, 유리 물품의 최외측 2㎛에서 Na의 약 40%는 K로 대체된다. 유리 내에 K2O 분포의 깊이, 따라서 DOC를 증가시키기 위해, 선택적 열처리 단계는, 그 다음 바람직하게는 약 300℃ 내지 약 500℃ 사이에서 수행될 수 있다. 하나의 구체 예에서, 유리 물품은 그 다음 짧은 시간 동안 대부분 KNO3를 갖는, 통상적으로 약 5wt% 미만의 NaNO3를 갖는 욕조에서 이온 교환되어, 최외측 2㎛에서 Na의 80% 이상이 K로 대체되도록 K2O 농도의 표면 스파이크를 생성한다. 스파이크는 바람직하게는 약 5-25㎛의 범위에서 깊이를 가질 수 있으며, 이 범위를 넘는 범위에서 압축 응력은 스파이크의 부가 전에 압축 응력보다 실질적으로 더 높다. 후속 단계에서, 전면 상에 스파이크의 일부는, 예컨대, 연마 또는 에칭에 의해, 제거될 수 있는 반면, 유리 물품의 후 (내)면 상에 스파이크는 온전하거나 또는 실질적으로 덜 연마된다. 그 결과로 생긴 응력 프로파일은 비대칭이며, 전면이 오목해지는 방향으로 기판에 휨을 유발한다. (AlON과 같은) 코팅은 그 다음 코팅이 압축하에 놓이는 조건 하에 외부 표면 상에 침착되어, 코팅을 갖는 유리 물품을 평탄화시킨다.
또 다른 구체 예에서, 코팅된 유리 물품은 형성되고, 여기서, 제1 대칭 이온 교환 및 선택적 열 처리 후, 물품의 후면은 이온 교환되어 스파이크를 형성한다. 스파이크를 형성하기 위해, KNO3의 코팅은, 예-열된 유리 물품 위에 KNO3 수용액을 분무-코팅하여 적용될 수 있으며, 그 다음 이온 교환은 유리 물품을 바람직하게는 약 300℃ 이상 또는 약 360℃ 이상의 온도로 약 3분 내지 10시간의 동안 가열시켜 수행된다. 후면 상에 원하는 스파이크 깊이는, 바람직하게는 약 3㎛ 내지 약 25㎛의 범위이다. 더 얕은 스파이크는 그 다음 후면 스파이크와 동일한 코팅 공정을 사용하거나, 또는 대부분 또는 완전히 KNO3 욕조에서 짧은 양-면 이온 교환에 의해 전면에 형성된다. 전면 스파이크는, 약 3㎛ 내지 15㎛ 범위의 깊이를 가질 수 있는 반면, 후면 스파이크는 더 큰 깊이를 갖는다. 응력 프로파일의 이러한 비대칭성은, 전면이 오목해지도록 유리 물품의 뒤틀림을 생성할 것이다. 코팅은 그 다음 압축을 유발하는 조건을 사용하여 전면에 적용되고, 코팅된 커버 유리는 실질적으로 평평해진다.
몇몇 구체 예에서, 유리 물품의 전면 및 후면의 응력 프로파일은, 중간의 압축 응력의 깊은 부분 및 높은 압축 응력의 비교적 얕은 부분을 포함한다. 농도 프로파일은, 프로파일의 깊은 부분에 대해 특징적인 깊은 확산 길이 및 얕은 부분에 대한 얕은 (스파이크) 확산 길이를 갖는 각 표면, 및 두 표면으로부터 확산하는, 확산 방정식의 오차 함수 (erfc) 기반 해법의 선형 중첩으로 충분히 근사치가 구해질 수 있다. 이러한 타입의 프로파일은, 깊이 및 얕은 (스파이크) 부분에 대해 별도의 단계를 사용하여 Na-함유 유리에서 얻어질 수 있다. 깊은 부분은, 긴 이온 교환 시간 (시간의 단위) 및/또는 400℃ 초과의 높은 이온 교환 온도를 사용하여 얻어질 수 있다. 스파이크는, 짧은 이온 교환 시간 (분 내지 시간의 단위), 및 약 300℃ 내지 약 400℃의 낮은 이온 교환 온도를 사용하여 얻어질 수 있다. 이러한 타입의 프로파일은 또한 Li, 또는 Li 및 Na를 함유하는 유리에서 얻어질 수 있고, 여기서, 프로파일의 깊은 구성요소는, Li 이온을 Na 이온 또는 Ag 이온 또는 둘 모두로 교환하여 얻어지고, 스파이크는 Li, Na, 또는 Ag 중 어느 하나에 대해 K를 교환하여 얻어진다.
Li-함유 유리에 대한 대표적인 공정에서, 후면은 먼저 KNO3의 코팅 및 약 20㎛까지 수 microns의 깊이를 갖는 K-풍부 스파이크가 형성되도록 열처리에 적용된다. 기판은 그 다음 세정되고, Li에 대한 Na 교환에 의해 프로파일의 깊은 구성요소, 및 전면 및 후면 모두에 대해 K의 얕은 스파이크를 형성하는, KNO3 및 NaNO3 모두를 함유하는 욕조에서 이온 교환에 적용되고, 여기서, 전면 상에 스파이크는, 후면 상에 이전에 형성된 K 스파이크로 인해, 후면 상에 스파이크보다 더 얕다. 동시에, 동일한 확산 길이를 가지면서, 두 표면으로부터 교환된 깊은 Na 프로파일은, 대응하는 스파이크 깊이를 초과하는 깊이에서 동일한 농도 및 동일한 수준의 압축 응력을 갖지 않도록, 배열될 수 있다. 프로파일의 깊은 구성요소의 비대칭 및 스파이크의 비대칭은, 함께 선택되어 AFOM을 증가시키지만, 응력 프로파일의 WFOM을 감소시킬 수 있다.
응력 프로파일의 깊은 구성요소 및 스파이크 구성요소를 고려하여, 수학식 8은, 하기 수학식 21을 생성할 수 있고:
[수학식 21]
Figure pat00027
여기서, t는 두께이고, zdeep은 깊은 프로파일의 확산 길이 (본 예에서, 양쪽에서 동일하다고 가정)이며,
Figure pat00028
은 후면 응력에 대한 후면 깊은 구성요소의 기여도이고,
Figure pat00029
은 전면 응력에 대한 전면 깊은 구성요소의 기여도이며, E는 유리 물품의 영률이고, ΔCSsp는 표면 압축 응력에 대한 스파이크의 기여도 (이 기여도는 본 예에서 전면 및 후면에 대해 동일하게 가정)이고, 및
Figure pat00030
및
Figure pat00031
는, 각각, 후면 및 전면에 대한 스파이크의 확산 길이이다.
*수학식 21에 기초하여, WFOM은 하기 수학식 22에 의해 제공된다:
[수학식 22]
Figure pat00032
FSM-6000 기구를 사용하여 erfc-형상화된 스파이크가 측정되고 처리된 경우, 응력-측정 소프트웨어는, 스파이크의 선형 프로파일을 가정한다. 이 경우, 스파이크에 한정된 오직 광학 모드 (스파스 모드 (sparse modes))가 상응하는 스파이크 "층의 깊이", 또는
Figure pat00033
의 계산에 포함되는 경우, 후자는 대략
Figure pat00034
과 같다. 따라서, 유리 물품의 전면에 대해,
Figure pat00035
이고, 및 후면에 대해,
Figure pat00036
이다.
더군다나, 뒤틀림이 이러한 이중-피쳐 (double-feature) 비대칭 스파이크 프로파일의 파라미터와 어떻게 관련되어 있는지에 대한 보다 명확한 이미지를 얻는데 도움이 되는 보다 간단한 수식을 얻기 위해, 일반적으로 2% 내지 3% 이내에서 정확한, 약간 조잡한 근사치가 사용될 수 있고, 이는 모델이 근사치인 경우에만 적절하다 (실제 프로파일은 좀처럼 정확히 erfc-형상화되지 않는다).
Figure pat00037
인 경우, 관계
Figure pat00038
은 유지되므로,
Figure pat00039
은 1로 대체될 수 있다.
Figure pat00040
인 경우, 관계
Figure pat00041
은 유지되므로,
Figure pat00042
은 1로 대체될 수 있다.
Figure pat00043
인 경우, 전면 및 후면 각각은, 중심에 대한 0.157의 표면 농도에 기여하여, 0.31의 표면 농도와 동일한 중심 농도를 생성하는 점이 주목된다. 일반적으로, (400㎛ 두께의 유리 물품의 경우)
Figure pat00044
이고, 및 800㎛ 두께의 유리 물품에 경우,
Figure pat00045
이다. 따라서, 상응하는 항 (term)은, 항
Figure pat00046
와 비교하여 무시될 수 있거나, 또는 단순히 0.022의 평균 값을 할당하여, 마지막 괄호 안에 전체 수식을 1.15로 반올림할 수 있다. 더 간단한 수식은 그 다음 얻어지고, 하기 수학식 23에 의해 설명된다:
[수학식 23]
Figure pat00047
바람직한 조건
Figure pat00048
이 선택된 경우 (이 경우 중심 농도는, 각 면에서 7.7% 기여와 함께, 표면 농도의 15.5%가 될 것임), 하기 수학식 24는 결과한다:
[수학식 24]
Figure pat00049
더군다나, 스파이크가 관계
Figure pat00050
을 사용하여, FSM-측정된
Figure pat00051
의 측면으로 수식화되면, 하기 수학식 25는 결과하고:
[수학식 25]
Figure pat00052
여기서,
Figure pat00053
이다.
휨을 피하기 위한 하나의 접근법은, 중괄호 안에 수식이 0에 가깝게 값을 구해지도록 요구하는 것이다. 예를 들어, 하기 수학식 26을 요구하는 것은:
[수학식 26]
Figure pat00054
보조의 깊은 프로파일의 비대칭의 효과가 스파이크의 비대칭의 상쇄 효과에 의해 적어도 10-배 감소되는 것을 보장할 것이다. 상기 수식은 하기 수학식 27로 평가된다:
[수학식 27]
Figure pat00055
곡률에 대한 제한이 엄격하지 않은 경우, 하기 수학식 28에 의해 제공된 덜 제한적인 관계는 사용될 수 있고:
[수학식 28]
Figure pat00056
그 다음 하기 수학식 29로 평가된다:
[수학식 29]
Figure pat00057
대부분의 경우, 하기 수학식 30에 의해 제공된 중간 제한은 적절할 것이다:
[수학식 30]
Figure pat00058
여기에 기재된 응력 프로파일의 비대칭 성질은, 또한 유리 물품에서의 기초 농도와 비교하여 기판 내에 이온의 농도 프로파일에 기초하여 특징화될 수 있으며, 여기서, 이온 교환 동안에 또는 후에 응력 완화는 무시할 수 있거나 또는 중간 정도이다. 유리 물품에서 위치 (x)의 함수에 따른 농도 프로파일
Figure pat00059
는, 하기 수학식 31에 의해 제공된다:
[수학식 31]
Figure pat00060
Li가 없는 유리에서 K가 Na에 대해 교환되는 경우, K 농도만이 고려될 필요가 있다. 이러한 의미에서, 제로-오프셋 K 농도 프로파일 C0(x)는, 두께를 가로지르는 K의 최소 농도에 대해 얻어질 수 있으며, 그 다음 이 프로파일은 하기 수학식 32에 의해 제공된 바와 같이, 대칭 구성요소 (
Figure pat00061
:
[수학식 32]
Figure pat00062
및 하기 수학식 33에 의해 제공된 바와 같이, 반-대칭 구성요소 (
Figure pat00063
로 분해될 수 있다:
[수학식 33]
Figure pat00064
응력 프로파일에 대해 전술된 동일한 AFOM 정의는, 농도 프로파일의 대칭 및 반-대칭 구성요소의 정의에서
Figure pat00065
및
Figure pat00066
을 대체하여 농도 프로파일에 대해 사용될 수 있다. 제로-오프셋 프로파일 C0(x)이 모든 지점 (x)에서 음이 아닌 경우에도, 제로-오프셋 농도 프로파일의 대칭 및 반-대칭 구성요소는, 전체 두께에 대해 음이 아닐 필요가 없다는 점에 유의된다. 농도 프로파일 측면에서 AFOM은, 그 다음 하기 수학식 34에 의해 제공된다:
[수학식 34]
Figure pat00067
제로-오프셋 농도 프로파일 및 대칭 및 반-대칭 농도 구성요소에 대한 동일한 정의는, 하기 수학식 35에 따라 제로-오프셋 농도를 정의하여 Li-함유 유리에 대해 사용될 수 있고:
[수학식 35]
Figure pat00068
여기서, CNa(x) 및 CK(x)는, 위치의 함수에 따른, Na 및 K의 농도 프로파일을 각각 지칭한다.
2배 곱하기 칼륨 CK(x)의 항은, Li-이온을 대체하는 Na-이온과 비교하는 경우, Li-함유 유리에서 Li-이온을 대체할 때 칼륨 이온이 대략 2배의 많은 응력을 생성한다는 관찰을 반영한다. 그러므로, 여기에 기재된 유리 물품은, 0.05를 초과, 예컨대, 0.07, 0.1, 0.2 이상인, AFOM을 갖는 제로-오프셋 농도 프로파일을 포함할 수 있다. 유리 물품의 전면 및 후면에 대한 신뢰성 문제를 더 좋게 해결하는 가장 큰 실질적인 이점을 갖는 농도 프로파일은, 0.3 초과 또는 0.4를 초과하는 AFOM을 가질 수 있다.
유리 물품의 응력 프로파일이 측정되는 방법은, 유리 물품의 조성에 기초하여 변할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 나트륨에 대한 칼륨의 이온 교환에 의해 Li-부재 유리에서 얻어진 응력 프로파일을 추출하는 바람직한 방법은, 칼륨 농도가 유리 기판의 양면으로부터 단조롭게 감소하는 깊이의 함수일 때, 추출의 IWKB 방법이다. IWKB 방법은, 깊이에 따른 K-농도의 무시할만한 추가 감소로 인해, 프로파일이 실제로 변화를 멈추는 깊이까지 프로파일을 추출한다. 기판의 양면으로부터 추출된 프로파일의 가장 깊은 부분은, 그 다음 일정한 응력의 직선과 연결될 수 있고, 그 일정한-응력 라인의 응력 수준은, 장력 존에 걸친 응력의 적분이 전면 및 후면 압축 존에 걸친 응력의 적분과 동일하도록 미세하게 조정될 수 있다. 그 후, 전체 프로파일은 완전히 복구되고, 강제 균형이 이루어지며, AFOM 및 WFOM의 계산은 상대적으로 정확하다. AFOM 및 WFOM에서 실질적인 오류를 피하기 위해, TM 및 TE 파 (TE waves)의 커플링 스펙트럼 (FSM-spectra)은 (예컨대, 기구의 편광판의 프린지 (fringes) 또는 웨지 (wedge)의 기울기에 의해 유발된) 실질적인 오프셋 없이 추출되는 것이 중요하다.
일반적으로, 응력 완화가 비교적 낮은 경우, Na에 대한 K를 이온 교환하여 얻어진 Li-부재 유리에서 응력 프로파일은, K 농도 분포와 직접 관련되며, 응력 프로파일의 대칭 및 반-대칭 구성요소를 얻는 기술은, K 분포에 직접 적용될 수 있다. 두께를 가로지르는 최저 K 농도는 전체 K 프로파일로부터 먼저 차감될 수 있고, 그 다음 잔류 K 프로파일은 0인 최소 농도를 갖는다. 이것은 그 다음 대칭 및 반-대칭 구성요소로 분해될 수 있으며, AFOM은 동일한 방식으로 계산될 수 있으며, 여기서, 반-대칭 및 대칭 응력 구성요소를 적분하는 대신, K-농도 프로파일의 반-대칭 및 대칭 구성요소의 절대 값이 적분되고, 적분의 비는 AFOM으로 간주된다. 선택적으로, 각 1 mol%의 K2O의 경우, 60±10 MPa의 응력이 생성되고, 여기서, 더 큰 값 (예를 들어, 70 MPa/mol%)은, 어닐링된 유리에 상응하며, 중간 값 (60-65 MPa/mol%)은 퓨전 시트 유리에 상응하며, 및 더 낮은 값 (50-60 MPa/mol%)은 보통 및 허용가능한 수준의 응력 완화를 갖는 경우에 상응하는 것으로 가정할 수 있다. 최소값으로 0으로 이동된 K2O 농도 분포는, (최소 0을 갖는) 응력 분포로 전환되며, 및 음의 응력의 적분이 양의 응력의 적분과 같아 질 때까지 일정한-응력 값을 차감하여 힘의 균형을 이룰 수 있다. 마지막으로, 프로파일은, 대칭 및 반-대칭 구성요소로 분해될 수 있고, AFOM은 계산될 수 있다. 더군다나, 이렇게 제조된 응력 프로파일을 사용하여, WFOM 및 뒤틀림 경향도 계산될 수 있다.
프로파일의 AFOM 및 WFOM을 추정하기 위해 농도를 사용하는 방법은, Na 및 K, 오직 Na, 또는 오직 K로 강화된 Li-함유 유리로 확장될 수 있다. 특히, K2O 프로파일 및 Na2O 프로파일은, GDOES (글로우-방전 광학 방출 분광법) 또는 EMP (전자 마이크로-프로브), 또는 당업계에 공지된 다른 분석 방법에 의해 추출될 수 있다. 농도 프로파일의 느리게-변하는 부분은, 종종 더 노이즈한 (noisy) EMP의 경우 실질적으로 노이즈가 제거되어야 한다. 그 다음, 특정 종 (particular species)에 대한 전체 공간 분포에서 각 프로파일의 최소 농도는 차감되어, 최소값이 0인 프로파일을 얻는다. 그 다음, 각 1 mol%의 Na2O는 60±10 MPa의 응력에 의해 대체되는 반면, 각 1 mol%의 K2O는 120±20 MPa의 응력에 의해 대체되며, 여기서, 더 높은 값은 유리 시트의 중간-면에서 Na2O보다 두 배 이상의 Li2O 몰 농도를 갖는 어닐링된 유리 또는 유리에 상응하고, 중간 값은 기판의 중간-면에서 유사한 몰 농도의 Li2O 및 Na2O를 갖거나, 또는 Na2O가 Li2O보다 높은 경우의 유리 또는 퓨전-인발 유리에 적용된다. 마지막으로, 범위의 하반부는, 보통 수준의 응력 완화가 있는 유리에 적용 가능하다. 이러한 전환에 의해, Na2O 및 K2O 프로파일에 상응하는 응력 구성요소의 합산으로부터 최소 응력이 0인 응력 프로파일은 얻어진다. 마지막으로, 프로파일은, 힘 균형으로 이동될 수 있으며, 이의 대칭 및 반-대칭 구성요소는 계산될 수 있다. 프로파일의 반-대칭 부분을 계산하기 위해, 힘 균형의 적용은, 필요한 단계가 아님 점에 주목된다 (예를 들어, 힘-균형을 적용하는 것은 선택적임).
프리즘 커플링 측정을 사용하여 화학적으로 강화된 Li-함유 유리의 CSk를 추출하는 방법은 또한 비대칭 프로파일의 특성을 추정하는데 사용될 수 있다. FSM-6000 또는 유사 기구에서 프리즘-커플링 스펙트럼으로부터 CSk를 정확하게 추정하려면, 파장은, 임계각의 위치의 측정을 위해 상단 (TM) 및 하단 (TE) 스펙트럼이 "스위트 스폿 (sweet spot)"에 있도록 해야 한다는 점에 주목된다. Na 및 K 염 모두를 갖는 혼합 욕조에서 강화된 Li-함유 유리의 경우, 프리즘-커플링 방법으로 얻어진 모드 스펙트럼은, 상대적으로 얕은 칼륨 스파이크의 표면 CS 및 DOL, 및 칼륨 스파이크의 바닥에서 "압축 니 응력" CSk에 대한 정보를 제공한다. Na 프로파일이 양 표면으로부터 연장되는 Na 프로파일의 공간적으로 변하는 부분이 일정한 Na 농도의 현저한 영역 없이 기판의 내부에서 연결되도록 충분히 깊을 때 (예를 들어, 기판의 중간-면 근처의 일정한-Na 농도의 임의의 영역은 기판 두께의 약 20% 미만, 바람직하게는 약 15% 미만의 폭을 가짐), 그 다음 커버-유리 시트의 전면과 후면 사이에 표면 CS, 스파이크 DOL, 및 CSk의 측정된 파라미터에서 차이는, 본 개시에서 정의된 바와 같이, 물품이 높은 AFOM 및 높은 WFOM에 의해 특징화된 범위에 속하는지 여부를 결정하는데 사용될 수 있다. 더군다나, 중심 장력 (CT)은, 산-란 편광계 (SCALP)에 의해 측정될 수 있고, 프로파일의 다른 파라미터들 중에서 일관성을 입증하기 위해 필요에 따라 사용된다.
굴절된-근역장 측정 (Refracted-near field measurements: RNF)은, 비대칭 프로파일의 전면과 후면 사이에 차이를 추출하기 위해 성공적으로 사용된다 (보조 반-대칭 구성요소를 사용하는 본 개시의 실시 예로부터 0.5㎜ 샘플 M3B). 프로파일이 비대칭인지 여부를 확립하기 위해, 일 측으로부터 시작하여 샘플을 스캔한 다음, 다른 측에서 시작하여 다시 스캔해야 하며, 2개의 스캔은 기판의 중간-면의 깊이에서 절단될 것이다. 그 다음, 이들은 연결점 (중간-면)에서 공통 응력 값으로 수직으로 이동된다. 원한다면, 그 지점에서 힘 균형은 적용될 수 있다. 이렇게-접목된 전체 프로파일의 대칭 및 반-대칭 구성요소는, 제공된 수학식으로 계산될 수 있으며, 및 AFOM 및 WFOM은 계산될 수 있다.
도 32에서, 비대칭 프로파일은, 570℃에서 3시간 동안 0.5mm 기판을 사전-휨에 의해 얻어져, 약 1,500mm의 곡률 반경으로 시트의 전면에 대해 오목 휨을 발달시킨다. 그 다음, 후면은 390℃에서 60분 동안 1 wt% LiNO3 및 99 wt% KNO3를 갖는 얕은 욕조에서 이온 교환되고, 뒤이어, 완전-침지 이온 교환은 380℃에서 1.25시간 동안 49% NaNO3 및 51% KNO3을 갖는 욕조에서 적용되며, 최종적으로 완전-침지 이온 교환은 380℃에서 20분 동안 4% NaNO3 및 96% KNO3를 갖는 욕조에서 수행된다. 전술한 절차를 사용하여 얻어진 RNF 프로파일은, 전면 니 응력 (
Figure pat00069
)이 18±2 MPa 만큼 후-면 니 응력 (
Figure pat00070
)을 초과하고, 및 전-면 압축의 깊이(
Figure pat00071
)는 후-면 압축의 깊이 (
Figure pat00072
)보다 약 6-7 microns 만큼 초과한다. 후면에서 제1 IOX 단계 후에 프리즘 커플링 응력 측정은, 약 860 MPa의 표면 CS 및 6.4 microns의 DOL을 보고한다. 제2 이온 교환 단계 후, 후-면 CS는 약 530 MPa이고, DOL은 10.5 microns이다. 마지막으로, 제3 IOX 단계 후, 후면은 CS=815 MPa 및
Figure pat00073
로 확인되는 반면, 전면은
Figure pat00074
및
Figure pat00075
로 확인된다. CS 값은 20 microns보다 얕은 가파른 응력 스파이크를 측정하기 위해 최적으로 설계되지 않은 전통적인 FSM-6000 측정에 의해 약간 과소-평가되는 점에 주의된다. 이 경우에서 표면 CS의 실제 값은 950 MPa에 가깝다. 이러한 얕은 스파이크의 경우에 표면 CS에 대한 더 정확한 측정은, 선형-스파이크 근사치를 사용하는데, 여기서, 각 편광에서의 표면 지수는, 최저-차 모드 (lowest-order mode)와 다음 모드의 지수 사이에 차이의 1.3배를 최저-차 모드의 지수에 더하여 계산된다. FSM-6000에서, 차이의 단지 0.9는 부가되며, 일반적으로 얕은 스파이크에 대한 표면 지수를 과소-평가한다.
RNF 프로파일은 제한된 해상도로 인해 정확한 표면-CS 측정을 제공하지 못하므로, 전면 및 후면 K-스파이크의 CS 및 DOL과 같은, 파라미터는, FSM에 의해 보다 정확하게 측정된다.
응력 프로파일을 평가하는데 사용될 수 있는 또 다른 응력-측정 방법은, 편광 현미경을 사용하는 DOC의 측정이다. 이것은 샘플에 대한 전면 및 후면 DOC에서 차이를 측정하는데 사용할 수 있다.
유리 시트의 사전-휨에 의해 얻은 실질적인 보조 반-대칭 구성요소를 사용하는 비대칭 응력 프로파일 (예를 들어, 사전-휨 곡률 반경 <1,000㎜)의 경우, 농도 프로파일로부터 WFOM의 계산은, 유리 시트의 최종 역 곡률 반경과 매우 많이 일치하지 않는다. 이러한 경우에, 시트의 역 곡률 반경은, WFOM의 직접 추정치로서 사용될 수 있는 반면, AFOM은 여전히 광학적으로 측정된 응력 프로파일로부터 또는 측정된 농도 프로파일을 응력으로 변환하여 얻어진 응력 프로파일로부터 추정될 수 있다.
높은 CS (예를 들어, >650 MPa)를 갖는 표면 스파이크를 갖는 프로파일은, 유리의 스크래칭에 대한 내성을 개선하는데 도움이 될 수 있는 것으로 보여진다. 본 개시의 많은 구체 예는, 전-면 압축의 깊이 (
Figure pat00076
)를 최대화하기 위해, 전면에 실질적으로 얕은 응력 스파이크를 갖거나, 또는 전면에 스파이크가 전혀 없는 것을 추구한다. 몇몇 구체 예에서, 이러한 비대칭 프로파일은, 실질적으로 1 mol%, 1.5 mol% 또는 2 mol%를 초과하고, 및 바람직하게는 40 mol%, 30 mol%, 25 mol%, 20 mol%, 15 mol%, 10 mol% 또는 7 mol%를 초과하지 않는 B2O3의 실질적 농도를 갖는 유리 물품에 활용될 수 있다. B2O3 함량에 대한 이러한 권장사항은, 특히 전면에 스파이크가 없거나, 또는 후-면 스파이크보다 더 얇은 전-면 스파이크를 갖거나, 또는 후면보다 적어도 50 MPa 낮은 전면에 대한 CS를 갖거나, 또는 600MPa 미만의 전-면 CS를 갖는 비대칭 프로파일에 대해 권장된다. 유사하게, 전술된 CS 특성을 갖는 비대칭 프로파일을 포함하는 유리 물품이 적어도 1 mol%, 1.5 mol% 또는 2 mol%의 P2O5, 및 바람직하게는 15 mol% 이하, 10 mol% 이하, 또는 7 mol% 이하의 P2O5를 함유하는 것이 권장될 수 있다.
본 개시의 또 다른 구체 예에서, 최종 연마는, 비대칭 응력 프로파일을 갖는 이온 교환된 유리 물품의 양면 중 하나에 적용될 수 있어, 미관 불량을 제거하거나, 또는 목표 최종 형상에 대한 임의의 바람직하지 않은 잔류 휨, 예를 들어, 가열 또는 냉각 조건의 변동, 이온 교환 동안 염 농도, 또는 K 및 Na 이온의 코팅 소스의 획일성에 의해 유발된 가변성 잔류 뒤틀림을 제거할 수 있다. 결과적으로, 전면에 대한 CS는, 최종 이온 교환 단계가 최종 미관 연마 전에 전면 및 후면에서 실질적으로 동일한 표면 압축을 생성하더라도, 30 MPa 이상 만큼 후면에 대한 CS와 다를 수 있다.
본 개시의 또 다른 구체 예에서, 본 개시의 유리 물품은 4 MPa 초과, 바람직하게는 6 MPa, 및 이상적으로 8 MPa 초과 만큼 후-면 니 응력 (
Figure pat00077
)보다 더 큰 전-면 니 응력 (
Figure pat00078
)을 갖고, 상기 물품은 (500㎜를 초과하는 반경 곡률을 갖는) 실질적으로 평평하다. 측정된 비대칭 실험 프로파일을 갖는 전술된 0.5㎜ Li-함유 유리 물품은, 이러한 본 개시의 유리 물품의 예이다. 특정 구체 예에서, 유리 물품은 Li-함유 유리일 수 있지만, 동일한 타입의 비대칭 프로파일은, Li-없는 유리에서도, 일반적으로 두께가 동일한 경우 더 긴 이온 교환 공정에 의해 얻어질 수 있다. 유리 물품의 전면과 후면 사이에 CSK에서 차이는, 물품을 대표하는 유리 시트의 하나 또는 모두의 큰 표면에 가벼운 미관 연마가 적용될 때, 무시할 정도로 (보통 1 MPa 미만으로) 변화하므로, 유리 물품의 전면과 후면 사이에 CSk에서 실질적 차이는, 유리 물품의 비대칭 특성을 확립하고, AFOM을 측정하기 위한 비교적 강력한 방법이다.
몇몇 구체 예에서, 여기서 기재된 유리 물품은, 슬롯-인발 및 퓨전-인발 공정과 같이, 당업계에 공지된 다운-인발 공정에 의해 형성될 수 있다. 퓨전 인발 공정은, 얇은 유리 시트의 대규모 제조에 사용된 산업 기술이다. 플로우트 또는 슬롯 인발 공정과 같은, 다른 평면 유리 제조 기술과 비교하여, 퓨전 인발 공정은, 우수한 평탄성 및 표면 품질을 갖는 얇은 유리 시트를 산출한다. 결과적으로, 퓨전 인발 공정은, 노트북, 오락 장치, 테블릿, 랩톱, 휴대 전화, 및 이와 유사한 것과 같은, 개인용 전자 장치에 대한 커버 유리뿐만 아니라, 액정 디스플레이에 대한 얇은 유리 기판의 제작에서 지배적인 제작 기술이 되었다.
퓨전 인발 공정은, 지르콘 또는 또 다른 내화 물질로 통상적으로 만들어진, "아이소파이프"로 알려진 홈통 (trough)을 넘는 용융 유리의 흐름을 포함한다. 용융 유리는, 아이소파이프의 상단을 양 측면으로부터 범람하여, 아이소파이프의 버텀에서 만나, 최종 시트의 내부 만이 아이소파이프와 직접 접촉하는 단일 시트를 형성한다. 인발 공정 동안 최종 유리 시트의 노출된 표면이 아이소파이프 물질과 접촉하지 않기 때문에, 유리의 외부 표면 모두는 원래 그대로의 품질이며, 후속 마무리 손질을 요구하지 않는다.
퓨전 인발 가능하기 위해, 유리 조성물은, 충분히 높은 액상선 점도 (즉, 액상선 온도에서의 용융 유리의 점도)를 가져야 한다. 몇몇 구체 예에서, 여기서 기재된 유리 물품을 형성하는데 사용된 조성물은, 적어도 약 50 kilopoise (kP), 예컨대, 적어도 약 100 kP, 약 200 kP, 약 300 kP, 약 400 kP, 약 500 kP, 약 600 kP 이상의 액상선 점도를 갖는다.
몇몇 구체 예에서, 유리 물품은, 적층 유리 물품일 수 있다. 적층 유리 물품은, 적어도 2의 유리 물품 층, 예컨대, 적어도 3층, 4층, 5층 이상을 포함할 수 있다. 유리 물품 층은, 다른 열팽창계수를 갖도록 선택되어, 적층 유리 물품에서 응력 프로파일이 생성될 수 있다. 유리 물품 층들 사이에 특성의 차이에 의해 적층 유리 물품에서 생성된 응력 프로파일은, 전술한 비대칭 응력 프로파일과 조합될 수 있다. 몇몇 다른 구체 예에서, 유리 물품 층은, 다른 이온 확산 특성을 갖도록 선택되어, 동일한 이온 교환 조건이 유리 물품 층에서 다른 정도의 이온 확산을 생성시킬 수 있다. 적층된 유리 물품은, 별개로 형성된 유리 물품 층을 결합시켜, 또는 유리 물품 층을 동시에 형성하여 형성될 수 있다.
유리 물품은 임의의 적절한 조성물일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품은, 알루미노실리케이트 유리, 예컨대, 알칼리 알루미노실리케이트 유리이다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품은 리튬을 함유한다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품은, 약 2 mol% 내지 약 20 mol%의 양으로 B2O3를 포함할 수 있다. 유리 물품은: 50-75 mol% SiO2, 5-20 mol% Al2O3, 2-20 mol% B2O3, 0-10 mol% P2O5, 6-25 mol% Li2O+Na2O+K2O, 및 0-15 mol% MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO를 포함하는 조성물을 가질 수 있다.
유리 물품이 형성된 후에, 유리 물품은 화학적으로 강화된다. 이온 교환은, 유리를 화학적으로 강화시키는데 널리 사용된다. 하나의 특정 실시 예에서, 이러한 양이온의 공급원 (예를 들어, 용융염, 또는 "이온 교환" 욕조) 내에 알칼리 양이온은, 유리 내에서 더 작은 알칼리 양이온과 교환되어, 유리 물품의 표면 가까이에서 압축 응력하에 있는 층을 달성한다. 압축 층은, 표면으로부터 유리 물품 내에 DOC까지 연장된다. 여기서 기재된 유리 물품에서, 예를 들어, 양이온 공급원 유래의 칼륨 이온은, 질산 칼륨 (KNO3)과 같은, 그러나, 이에 제한되지 않는, 칼륨염을 포함하는 용융염 욕조에 유리를 침지시켜 이온 교환 동안 유리 내에 나트륨 이온에 대해 교환된다. 이온 교환 공정에 사용될 수 있는 다른 칼륨염은, 염화칼륨 (KCl), 황산칼륨 (K2SO4), 이들의 조합, 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서 기재된 이온 교환 욕조는, 칼륨 및 상응하는 염 이외에 알칼리 이온을 함유할 수 있다. 예를 들어, 이온 교환 욕조는, 질산나트륨 (NaNO3), 황산나트륨, 염화나트륨, 또는 이와 유사한 것과 같은, 나트륨염을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 2개의 다른 염의 혼합물은 활용될 수 있다. 예를 들어, 유리 물품은, KNO3 및 NaNO3의 염 욕조에 침지될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 하나 이상의 욕조는, 유리를 하나의 욕조에 침지시키고 이어서 다른 욕조에 연속적으로 침지시키는데 사용될 수 있다. 욕조는, 같거나 또는 다른 조성, 온도를 가질 수 있고, 및/또는 다른 침지시간 동안 사용될 수 있다.
여기에 기재된 이온 교환 욕조는, 약 320℃ 내지 약 520℃, 예컨대, 약 320℃ 내지 약 450℃의 온도 범위를 가질 수 있다. 욕조에서 침지 시간은, 약 15분 내지 약 48시간, 예컨대, 약 15분 내지 약 16시간으로 변할 수 있다.
여기서 기재된 비대칭 프로파일은, 임의의 적절한 이온 교환 공정에 의해 생성될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 전면 및 후면은 별개의 공정으로 이온 교환될 수 있다. 이것은 원하는 이온 교환 표면만을 교환될 이온을 함유하는 염과 접촉시켜 달성될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 이온 교환 염과의 선택적 접촉은, 유리 물품의 다른 표면과 접촉하지 않고, 이온 교환 염을 함유하는 용액 또는 페이스트를 원하는 표면에 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 다른 구체 예에서, 차단층은, 이온 교환 공정에 적용되기를 원하지 않는 유리 물품의 표면에 걸쳐 적용될 수 있다. 차단층은 이온 확산을 완전히 차단할 수 있거나, 몇몇 구체 예에서, 차단층이 배치된 표면이 차단층을 갖지 않는 표면보다 덜한 정도로 이온 교환되도록 부분 이온 확산을 가능하게 할 수 있다. 대표적인 차단층은, 실유리 (spun glass) 또는 실리카일 수 있다.
차단층은 임의의 적절한 공정에 의해 임의의 적절한 물질로 형성될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 차단층은 무-알칼리 스핀 온 유리 (SOG), 스퍼터링된 SiO2, 또는 증발 또는 스퍼터링된 금속 코팅으로부터 형성될 수 있다. 몇몇 구체 예들에서, 차단층은 스퍼터링된 SiO2층일 수 있다. 스퍼터링된 층은 약 40㎚ 내지 약 70㎚의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 차단층은, 탄탈륨, 몰리브덴, 또는 알루미늄을 함유하는 코팅과 같은, 금속 코팅일 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 차단층은 무-알칼리 스핀 온 유리일 수 있고, 코팅된 유리를 약 400℃에서 약 1시간 동안 경화시키기 전에 3000 내지 6000 rpm의 속도로 스핀-코팅하여 침착될 수 있다. 경화된 SOG 층의 두께는 약 50㎚ 내지 약 200㎚일 수 있다. SOG 층은, 불화 암모늄 또는 불화수소산을 함유하는 BOE (buffered oxide etch)와 같은, BOE에서 에칭하여 이온 교환 후에 제거될 수 있다. 에칭은 실온에서 약 15초 내지 약 3분의 지속기간 동안 연장될 수 있다. BOE 용액에서 에천트의 희석 성질은, 이온 교환된 유리의, 대략 나노미터로, 최소 제거로 SOG 차단층의 제거를 가능하게 한다. BOE 공정은 또한 스퍼터링된 SiO2 차단층을 제거하는데 사용될 수 있다.
몇몇 다른 구체 예에서, 차단층은 적어도 하나의 2가 금속 이온을 유리 물품 내로 이온 교환하여 형성될 수 있다. 2가 금속 이온은, Cu, Ca, Mg, Zn, 및 Ti 중 적어도 하나일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 하나 이상의 2가 양이온의 혼합물은, 염에 사용될 수 있으며, 이는 후속 이온 교환을 더 긴 시간 동안 억제하는 차단층의 효과를 증가시킬 수 있다. 2가 금속 이온은, Cu(NO3)2 또는 Ca(NO3)2와 같은, 2가 금속 이온의 질산염을 사용하여 달성될 수 있다. 염은 표면에 분무 코팅되어 하기 기재된 방식으로 교환될 수 있다. 이온 교환은, 염-코팅된 기판을 약 400℃ 내지 약 500℃의 온도에서 약 5분 내지 약 3시간의 시간 동안, 예를 들어 약 420℃의 온도에서 약 2시간 동안 가열하여 수행될 수 있다. 2가 금속 이온은 약 1㎛ 미만의 층의 깊이로 교환될 수 있다. 이온 교환 후에 염은 세척된다. 몇몇 구체 예에서, 차단층은, 산 세척 또는 기계적 연마와 같은, 화학적 또는 기계적 공정에 의해 제거될 수 있다. 차단층 제거 후에 유리 물품은, 부가적인 이온 교환 단계를 거칠 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리 물품은 하나 또는 양쪽 표면에 압축 응력 스파이크를 형성하기 위해 이온 교환될 수 있다. 압축 응력 스파이크가 전면 및 후면 모두에 형성되는 몇몇 구체 예에서, 스파이크는 각 표면에서 유사한 압축 응력 값을 가질 수 있다. 유리 물품의 양쪽 표면에 압축 응력 스파이크가 형성된 몇몇 구체 예에서, 전면 및 후면 상에 압축 응력의 값은, 동일한 스파이크 이온 교환 조건이 적용됨에도 불구하고 실질적으로 다를 수 있다. 압축 응력 스파이크 값에서 이러한 차이는, 유리 물품의 이온 확산성을 변경시키는, 이전의 표면의 이온 교환 처리가 적어도 부분적으로 다르기 때문일 수 있다.
유리 물품의 이온 교환은 하나 이상의 열처리와 조합될 수 있다. 열 처리는 이전의 이온 교환 처리를 통해 유리 물품으로 교환된 이온이 유리 물품 전체에 걸쳐 더욱 확산되도록 하여 압축의 깊이 및 칼륨 층의 깊이를 증가시킬 수 있다. 이온 교환 전에, 예컨대, 몰드로부터 유리 물품에 사전-휨 형상을 부여하기 위해 열처리는 사용될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 사전-휨 유리 물품은 이온 교환 전에 응력이 없다. 유리 물품에 부여된 미리-휨 정도는, 이온 교환 동안 비대칭 응력 프로파일의 형성에 의해 유도될 휨에 대응하도록 선택될 수 있다.
유리 물품의 어느 하나의 표면 상에 DOC는, 두께 (t)의 일부 (fraction)로서 설명될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 구체 예들에서, 전면 또는 후면 상에 DOC는, 약 0.1t 이상, 약 0.11t 이상, 약 0.12t 이상, 약 0.13t 이상, 약 0.14t 이상, 약 0.15t 이상, 약 0.16t 이상, 약 0.17t 이상, 약 0.18t 이상, 약 0.19t 이상, 약 0.2t 이상, 약 0.21t 이상일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품의 전면 또는 후면 상에 DOC는, 약 0.08t 내지 약 0.25t, 약 0.09t 내지 약 0.24t, 약 0.10t 내지 약 0.23t, 약 0.11t 내지 약 0.22t, 약 0.12t 내지 약 0.21t, 약 0.13t 내지 약 0.20t, 약 0.14t 내지 약 0.19t, 약 0.15t 내지 약 0.18t, 약 0.16t 내지 약 0.19t의 범위, 또는 그 안에 함유되거나 또는 이들 말단점 중 임의의 것으로부터 형성된 임의의 하위-범위일 수 있다. 몇몇 사례에서, 전면 또는 후면의 DOC는 약 20㎛ 이하일 수 있다. 하나 이상의 구체 예들에서, 전면 또는 후면의 DOC는, 약 40㎛ 이상, 예컨대, 약 40㎛ 내지 약 300㎛, 약 50㎛ 내지 약 280㎛, 약 60㎛ 내지 약 260㎛, 약 70㎛ 내지 약 240㎛, 약 80㎛ 내지 약 220㎛, 약 90㎛ 내지 약 200㎛, 약 100㎛ 내지 약 190㎛, 약 110㎛ 내지 약 180㎛, 약 120㎛ 내지 약 170㎛, 약 140㎛ 내지 약 160㎛, 약 150㎛ 내지 약 300㎛, 또는 그 안에 함유되거나 또는 이들 말단점 중 임의의 것으로부터 형성된 임의의 하위-범위일 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품은, 약 400 MPa 이상, 약 500 MPa 이상, 약 600 MPa 이상, 약 700 MPa 이상, 약 800 MPa 이상, 약 900 MPa 이상, 약 930 MPa 이상, 약 1,000 MPa 이상, 또는 약 1,050 MPa 이상의 (유리 물품 내에 깊이 또는 표면에서 확인될 수 있는) 전면 또는 후면에서 최대 압축 응력을 가질 수 있다.
하나 이상의 구체 예에서, 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 물품은, 약 40 MPa 이상; 예컨대, 약 45 MPa 이상, 약 50 MPa 이상, 약 60 MPa 이상, 약 70 MPa 이상, 약 75 MPa 이상, 약 80 MPa 이상, 또는 약 85 MPa 이상의 최대 인장 응력 또는 중심 장력 (CT)을 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 최대 인장 응력 또는 중심 장력 (CT)은, 약 40 MPa 내지 약 100 MPa의 범위일 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리 물품은 다른 응력 프로파일을 갖는 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리 물품의 제1 영역은 제1 응력 프로파일을 포함할 수 있고, 유리 물품의 제2 영역은 제2 유리 물품을 포함할 수 있으며, 여기서, 제1 응력 프로파일 및 제2 응력 프로파일 중 적어도 하나는 비대칭 응력 프로파일이다. 유리 물품은 비대칭 및 대칭 응력 프로파일의 혼합물을 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품의 영역에서 응력 프로파일은, 유리 물품이 사용 중일 때 일반적인 파손 모드를 해결하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 유리 물품의 모서리 및/또는 에지는, 소비자 전자 장치에서 사용될 유리 물품의 중심 영역과 비교하는 경우 증가된 강도를 나타낼 수 있고, 여기서 모서리 및 에지는, 단단한 표면 상으로 낙하와 같은, 충격에 대해 적용될 가능성이 있다. 부가적으로, 유리 물품에 다수의 응력 프로파일을 포함시켜, 더 큰 비대칭도를 갖는 응력 프로파일은 유리 물품의 구역에 포함될 수 있고, 여기서, 이러한 프로파일은, 더 높은 비대칭의 이점이 낮은 수준의 휨으로 실현될 수 있도록, 다른 영역에서 더 낮은 비대칭을 갖는 응력 프로파일을 포함하면서 증가된 성능을 제공한다. 국부화된 비대칭 응력 프로파일에 기인한 휨은, 일반적으로 비대칭 응력 프로파일을 나타내는 영역으로 제한될 수 있어서, 국부화된 비대칭 응력 프로파일을 갖는 유리 물품은, 유리 물품의 전체를 가로지르는 단일 비대칭 응력 프로파일을 갖는 유리 물품보다 덜한 휨을 나타낼 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리 물품은, 약 0.2 초과, 예컨대, 약 0.3, 약 0.4, 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7 이상의 AFOM에서 차이를 갖는 응력 프로파일을 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품의 모서리 또는 에지와 같은, 국부적으로 강화된 구역에서의 비대칭 응력 프로파일의 AFOM은, 약 0.2 초과, 예컨대, 약 0.3, 약 0.4, 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7 이상의 AFOM을 가질 수 있다. 유리 물품은, 약 2㎠를 초과하는 구역을 갖는 영역을 포함할 수 있고, 여기서, 이 영역에서 응력 프로파일로 인한 곡률 반경은, 약 10m를 초과하고, 약 5m 미만, 예컨대, 약 3m, 약 1m, 약 0.6m, 약 0.4m 이하의 WFOM를 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다. 부가적으로, 제2 영역은, 적어도 약 0.2, 예컨대, 적어도 약 0.3, 약 0.4, 약 0.5, 약 0.6 이상의 AFOM을 가질 수 있다. 일반적으로, 유리 물품의 영역은, 여기에 기재된 임의의 타입의 응력 프로파일을 특징으로 할 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 이온 교환된 유리 물품은, 은, 구리, 세슘, 또는 루비듐과 같은, 큰 이온을 포함할 수 있다. 이온 교환된 유리 물품에서 이들 큰 이온의 함량은, 최대 약 5 mol%, 예컨대, 최대 약 3 mol%일 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리 물품은 유리 물품의 제1 표면의 적어도 일부에 고체 성분을 함유하는 염을 배치하여 제조될 수 있다. 유리 물품은 그 다음 유리 물품을 이온 교환 온도로 가열하여 이온 교환되어 비대칭 응력 프로파일을 생성한다. 고체 성분은, 이온 교환 온도에서 고체로 선택된다. 몇몇 구체 예에서, 염은 이온 교환 온도에서 액체로 선택되는 액체 성분을 더욱 포함할 수 있다.
고체 성분은 황산염 또는 인산염일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 고체 성분은, 알칼리 황산염 또는 알칼리 인산염, 예컨대, 트리-칼륨 포스페이트 (TKP), 트리-나트륨 포스페이트 (TSP), 황산 칼륨 또는 황산나트륨일 수 있다. 고체 성분은 하나 이상의 황산염 또는 인산염, 예컨대, 인산염 및/또는 황산염의 혼합물을 포함할 수 있다. 고체 성분은, 약 5 wt% 내지 약 99.5 wt%, 예컨대, 약 15 wt% 내지 약 99.5 wt%, 약 30 wt% 내지 약 98 wt%, 또는 그 안에 함유된 임의의 서브-범위의 양으로 염에 존재할 수 있다. 염에서 고체 성분의 양은, 이하 더욱 기재되는 바와 같이, 포함되는 고체 성분의 원하는 효과에 기초하여 선택될 수 있다. 고체 성분이 약 30 wt% 내지 약 98 wt%의 양으로 염에 존재하는 구체 예에서, 이온 교환 동안 염의 확산 억제, 중독의 방지, 및 용이한 표면-응력 측정은 달성된다.
액체 성분은 이온 교환 공정을 위해 용융 상태에서 일반적으로 사용되는 염일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 액체 성분은, KNO3 또는 NaNO3와 같은, 알칼리 질산염일 수 있다. 액체 성분은, KNO3와 NaNO3의 혼합물과 같은, 하나 이상의 알칼리 질산염을 포함할 수 있다. TKP 및 TSP 및 KNO3 및 NaNO3의 유사한 밀도는, TKP, TSP, KNO3 및 NaNO3를 포함하는 임의의 염 혼합물이 고체 성분 및 액체 성분의 중량 분율이 유사한 경우 유사한 결과를 생성할 것으로 예상됨을 나타낸다.
염에서 고체 성분은, 염이 또한 액체 성분을 함유하는 구체 예에서도, 이온 교환 동안 염의 위킹 (wicking)을 방지한다. 위킹의 방지는, 이온 교환이 요구되는 구역에서, 염이 유리 물품의 표면에 배치는 것을 가능하게 하고, 이온 교환 공정 동안 염의 원하는 패턴이 유지되는 것을 가능하게 한다. 위킹의 감소는 염의 액체 성분과 고체 성분의 표면적 사이의 인력에 적어도 부분적으로 기인할 수 있다. 비교하여, 여기서 기재된 타입의 고체 성분을 함유하지 않는 염이 활용되는 경우, 이온 교환 공정 동안 가열될 때 염이 위킹되거나 퍼질 수 있으며, 이는 염이 유리 물품의 구역으로 이동하는 것을 결과할 수 있고, 여기서 이온 교환은 바람직하지 않다. 염의 퍼짐의 억제는, 염에서 고체 함량이 약 15 wt% 내지 약 99.5 wt%일 때 달성 될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 고체 성분은 또한 유리 물품으로부터 교환될 수 있는 독성 이온을 위한 게터 (getter)로서 작용할 수 있다. 예를 들어, Li+는 Li-함유 유리에 대한 독성 이온이고, Na+는 Na-함유 유리에 대한 독성 이온이다. 고체 성분은 그 다음 독성 이온이 유리 물품 표면에서 역 이온 교환 공정에 참여하는 것을 방지하여 독성 효과를 억제할 수 있다. 독성 효과의 억제는, 교환 이온의 원하는 표면 농도가 달성되는 가능하게 한다. 독성 효과의 억제는, 고체 성분이 염에 약 5 wt% 내지 약 99.5 wt%의 양으로 존재할 때 관찰될 수 있다.
염은 임의의 적절한 공정을 통해 제1 표면 상에 배치될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 원하는 염을 함유하는 용액은, 유리 물품 상으로 분무 코팅될 수 있다. 염 혼합물은 그 다음 건조시켜 용매를 제거하고, 유리 물품 상에 건조 염 코팅을 남긴다. 몇몇 구체 예에서, 용매는 탈이온수와 같은, 물일 수 있다. 다른 구체 예에서, 염은, 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 또는 롤링과 같은, 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 침착될 수 있다.
염은, 제1 표면의 영역이 염과 접촉하지 않도록, 패턴으로 제1 표면 상에 배치될 수 있다. 이는 유리 물품이 이온 교환 온도로 가열될 때 이온 교환되지 않은 제1 표면의 구역을 생성하는 것을 가능하게 한다. 그 결과로 생긴 유리 물품은 그 다음 다른 응력 프로파일을 갖는 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 염은 제1 표면의 중심에 있지 않고 제1 표면의 주변에 침착되어, 제1 표면의 중심을 이온 교환하지 않고 모서리의 이온 교환을 결과할 수 있다. 이러한 국소 이온 교환은, 사용시 충격을 받기 쉬운 모서리 및 에지와 같이, 부가적인 강화가 요구된 유리 물품 구역의 우선적인 이온 교환을 가능하게 한다. 다른 구체 예에서, 염은 유리 물품의 제1 표면 전체에 걸쳐 배치될 수 있다.
제1 표면 상에 염 패턴은, 임의의 적절한 공정에 의해 생성될 수 있다. 몇몇 구체 예들에서, 이온 교환되지 않을 제1 표면의 구역들을 차단하기 위해 마스크는 사용될 수 있다. 유리 물품이 이온 교환 온도로 가열되기 전에 마스크는 제거될 수 있다. 마스크는, 중합체, 유리, 또는 금속과 같은, 임의의 적절한 물질로 형성될 수 있다.
염 층 (salt layer)은, 유리 층을 이온 교환 한 후에 제거된다. 염 층은, 임의의 적절한 공정, 예컨대, 용매로 세척하여 제거될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 염은 유리 물품을 물로 세척하여 제거된다. 유리 물품은 또한 이온 교환 공정에 의해 생성된 얼룩을 제거하기 위해 산 세척으로 세정될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품은, 유리 물품의 제1 표면으로부터 얼룩을 제거하기 위해 아세트산으로 세척될 수 있다.
세정된 이온 교환된 유리 물품은 이후에 부가적인 이온 교환 공정을 거칠 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 세정된 유리 물품은, 유리 물품을 당업계에서 통상적으로 사용되는 타입의 용융염 욕조에 침지시켜 이온 교환될 수 있다. 제1 및 제2 표면은 부가적인 이온 교환 공정 동안 모두 이온 교환될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 세정된 이온 교환 물품은, 다른 염 욕조 조성물을 갖는 2개의 부가적인 이온 교환 공정에 적용될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 차단층은 염의 침착 전에 유리 물품의 적어도 일부 상에 배치될 수 있다. 차단층은, 전술한 바와 같은, 임의의 적절한 공정에 의해 임의의 적절한 물질로 형성될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 차단층은, 무-알칼리 스핀 온 유리 (SOG), 스퍼터링된 SiO2, 또는 증발 또는 스퍼터링된 금속 코팅으로부터 형성될 수 있다. 몇몇 다른 구체 예에서, 차단층은, 적어도 하나의 2가 금속 이온을 유리 물품 내로 이온 교환하여 형성될 수 있다. 2가 금속 이온은, Cu, Ca, Mg, Zn, 및 Ti 중 적어도 하나일 수 있다. 차단층은, 임의의 적절한 공정에 의해 이온 교환 후에 제거될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 차단층은 산 세척 또는 기계적 연마 공정에 의해 제거된다.
몇몇 구체 예에서, 유리 물품을 용융염 욕조에 침지시키기 전에 유리 물품의 제1 표면에 차단층은 형성될 수 있다. 용융염 욕조는, 약 460℃의 온도에서 약 40 wt%의 NaNO3 및 약 50 wt%의 KNO3를 함유할 수 있다. 유리 물품은, 약 14시간 동안 용융염 욕조에 침지될 수 있다. 몇몇 다른 구체 예에서, 용융염 욕조는, KNO3 및 약 5 wt% 내지 약 60 wt% NaNO3를 함유할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품은 약 6시간 내지 약 30시간 동안 약 450℃ 내지 약 460℃의 온도에서 용융염 욕조에 함침될 수 있다. 이러한 제1 이온 교환 단계에 의해 생성된 칼륨 층의 깊이는, 약 60㎛ 내지 약 250㎛, 또는 약 200㎛ 내지 약 400㎛일 수 있다. 유리 물품은 용융된 염욕조로부터 제거한 후, 세정되고, 차단층은 제거된다. 세정 및 차단층 없는 유리 물품의 비-이온 교환된 부분은 그 다음, 이온 교환된 부분을 차단층으로 코팅하거나 또는 전술한 타입의 고체 성분을 함유하는 염으로 비-이온 교환 부분을 이온 교환하여, 이온 교환 처리에 적용될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 유리 물품의 이온 교환된 표면은, 전술된 타입의 차단층으로 코팅될 수 있다. 차단층을 갖는 이온 교환된 유리 물품은 그 다음 용융염 욕조에 함침될 수 있다. 용융염 욕조는 5 wt% 미만의 NaNO3를 함유하거나, 또는 NaNO3가 없는 용융염 욕조와 같이, 주로 KNO3을 함유한다. 용융염 욕조에서의 이온 교환은, 420℃에서 약 2시간과 같은, 임의의 적절한 시간 및 온도 동안 수행될 수 있다. 그 결과로 생긴 압축 응력 층은, 약 40m의 깊이 및 약 800 MPa 내지 약 900 MPa의 표면 압축 응력을 가질 수 있다. 용융염 욕조에 함침은, 용융염 욕조에 함침에 의해 겪는 열 처리로 인해, 유리 물품의 이전에 이온 교환된 영역에서 표면 압축 응력을 감소시킬 수 있다. 용융염 욕조로부터 제거한 후에, 차단층은 화학적 에칭 또는 기계적 연마에 의해 제거될 수 있다. 부가적으로, 압축 표면 응력 "스파이크"는 용융염 욕조에서 차단층을 제거한 후, 유리 물품을 침지하여 유리 물품에 적용될 수 있다. "스파이크" 용융염 욕조는, 5 wt% 미만의 NaNO3, 또는 NaNO3을 함유하지 않는, KNO3를 주로 함유한다. "스파이크" 이온 교환은, 약 390℃에서 약 10 내지 약 15분 동안 일어날 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 염은 유리 물품의 비-이온 교환 표면에 배치될 수 있다. 염은 여기서 기재된 타입의 고체 성분을 포함할 수 있고, 여기서 기재된 바와 같은 분무 코팅 공정에 적용될 수 있다. 유리 물품은 그 다음 이온 교환 온도로 가열하여 유리 물품을 이온 교환시킨다. 이온 교환에 의해 형성된 압축 응력 층은, 약 40㎛ 내지 약 50㎛의 깊이 및 약 900MPa의 표면 압축 응력을 가질 수 있다. 이온 교환은, 약 420℃의 이온 교환 온도에서 약 2시간 동안 일어날 수 있다. 염 층은 그 다음, 예컨대, 세척에 의해, 유리 물품으로부터 제거될 수 있다. 부가적으로, 압축 표면 응력 "스파이크"는, 용융염 욕조에서 차단층을 제거한 후에 유리 물품을 침지하여 유리 물품에 적용될 수 있다. "스파이크" 용융염 욕조는, 5 wt% 미만의 NaNO3와 같은, KNO3를 주로 함유하거나 또는 NaNO3을 함유하지 않는다. "스파이크" 이온 교환은, 약 390℃에서 약 10 내지 약 15분 동안 일어날 수 있다. "스파이크" 처리 후, 유리 물품의 제1 면은, K+가 풍부한 얕은 층을 나타낼 수 있으며, 여기서 K2O 농도는, 약 6㎛ 내지 약 12㎛와 같은, 수 microns의 거리에 걸쳐 5 mol% 미만까지 표면에서 약 14 mol% 내지 약 16 mol%로 감소한다. 분무 코팅된 염을 갖는 표면 이온 교환된 유리 물품의 제2 면은, 증가된 칼륨 층의 깊이를 나타낸다. 제2 면은, 유리 물품이 약 0.8㎜의 두께를 갖는 경우, 약 40㎛ 내지 약 50㎛의 칼륨 층의 깊이를 가질 수 있다. 제2 면의 칼륨 층의 깊이는, 유리 물품의 두께가 바람직하지 않은 취약성 거동을 피하기 위해 더 적을 때 더 얇을 수 있는데, 예컨대, 약 0.5㎜의 두께에 대해 약 30㎛ 내지 약 42㎛일 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 여기서 기재된 차단층 공정 및 고체 함유 염 공정의 사용은, 원하는 응력 프로파일을 달성하기 위해 임의의 조합으로 및 임의의 순서로 함께 활용될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 여기서 기재된 유리 물품은, 휴대 전화 또는 스마트 폰, 랩탑 컴퓨터, 태블릿, 또는 이와 유사한 것과 같은, 소비자 전자 제품의 일부를 형성한다. 소비자 전자 제품 (예를 들어, 스마트 폰)의 개략도는, 도 10 및 11에 나타낸다. 소비자 전자 장치 (500)은, 전면 (504), 후면 (506), 및 측면 (508)을 갖는 하우징 (502); 상기 하우징 내에 전체적으로 또는 내부에 적어도 부분적으로 존재하고, 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 인접하게 디스플레이 (510)를 포함하는, 전기 구성요소 (미도시); 및 상기 디스플레이의 위에 있도록 하우징의 전면에 또는 위에 커버 기판 (512)을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 커버 기판 (512)은 여기서 개시된 유리 물품 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
대표적인 구체 예
실시 예 1
유리 물품 샘플은, 57.43 mol% SiO2, 16.10 mol% Al2O3, 17.05 mol% Na2O, 2.81 mol% MgO, 0.003 mol% TiO2, 0.07 mol% SnO2, 및 6.54 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은, 0.4㎜, 0.5㎜, 또는 0.8㎜의 두께를 갖는, 평평한 2 인치 x 2 인치 정사각형 시트의 형태이다.
샘플은 탈이온수 (DI)로 세척되고, 고정밀 스케일로 칭량된다. 샘플의 표면에 분무된 염 용액이 빠르게 건조되고, 그 결과로 생긴 염 침전물에 잔류수가 존재하지 않는 것을 보장하기 위해, 샘플은 그 다음 200℃로 설정된 고온 플레이트 상에 배치된다. 샘플의 온도는, 약 80℃ 내지 150℃인 것으로 추정된다. 샘플의 표면에 적용되는 실제 분무의 횟수는, 샘플에서 원하는 염의 중량에 의존한다. 분무 적용의 횟수는 15 내지 30이다. 분무 적용이 완료된 후, 샘플의 무게를 다시 측정하여 염의 총 중량 이득을 결정한다. 샘플에 대한 염의 총 중량은, 사용된 염 조성에 따라 0.07g 내지 0.15g이다. 샘플은 그 다음 분무 코팅된 면이 위로 향하게 하여, 샘플의 두께가 0.4㎜일 때 8시간 동안, 및 샘플의 두께가 0.5㎜ 또는 0.8㎜일 때 14시간 동안, 460℃의 오븐에 배치된다. 샘플은 또한 오븐에 놓을 때 샘플의 표면과 접촉하지 않는 유리 페트리 접시 뚜껑으로 덮는다. 코팅된 샘플의 표면은, 음의 휨 및 볼록한 형상을 갖는 "후면"으로 지정된다. 하기 표 1은 1st IOX 단계에 사용된 조건을 보고한다.
분무 코팅 공정에 사용된 중량으로 염의 총 부피는, 200mL의 탈이온수에서 58g 용해된다. 4개의 다른 염 용액은, 100% KNO3, 10% NaNO3/90% KNO3, 40% NaNO3/60% KNO3, 및 50% NaNO3/50% KNO3을 포함하고, 제1 IOX 단계에서 사용하기 위해 제조된다. 이들 염 용액들은, 별도의 용기에서 제조되고, 분무 병에 붓기 전에 염을 용해시켜 큰 오염 입자를 제거한다.
샘플은 제1 IOX 단계 후에, DI 수로 샘플을 세척하여 임의의 잔류 염을 제거하는 단계, 프로파일로미터로 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 압축 응력, 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계에 의해, 특징화된다.
IOX 공정에서 제2 단계는, 제1 IOX 단계 유래의 샘플의 반대면 상에 분무 코팅이다. 이러한 반대면은 "전면"으로 지정되며, 음의 휨 및 오목한 형상을 갖는다. 공정은 중량으로 대략 0.18 g 내지 0.2 g의 염을 갖는 100% KNO3 염을 사용한다. 제2 IOX 단계의 표면은, 고온 플레이트를 사용하여, 첫 번째와 동일한 방식으로 코팅된다. 샘플이 코팅되면, 이것을, 420℃에서 총 1.5시간 내지 2시간 동안 염이 위를 향하도록 오븐에 넣고, 및 제1 IOX 단계와 동일한 방식으로 다시 덮는다.
제3 IOX 단계는 양면 이온 교환 욕조이며, 여기서 샘플의 양면은 99.5% KNO3/0.5% NaNO3 용액으로 스파이크된다. 샘플은 250℃에서 5분 동안, 그 다음 380℃에서 5분 동안 예열한다. 샘플은 그 다음 390℃에서 8분 또는 11분 동안 염 욕조에서 이온 교환된다. 하기 표 1에 보고된 모든 샘플은, 99.5% KNO3/0.5% NaNO3 염 욕조에서 8분 동안 제3 IOX 단계를 갖는다.
제2 및 제3 IOX 단계 후에 특징화는, 임의의 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 프로파일로미터로 휨을 측정하는 단계, 플랫마스터 시스템으로 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일로 중량을 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다. 각각의 샘플에 대한 전체 응력 프로파일 및 기계적 특성은 그 다음 계산된다.
ID 사전 휨 t
(㎜)		 전면상에 460℃에서 1st 단계 IOX 후면상에 100%K/420℃에서 2nd 단계 IOX 최종 휨
교차 (㎛) 대각 (㎛) %NaNO3 염 질량 (g/㎠) IOX시간 (hr) 염 질량 (g/㎠) IOX 시간 (hr) 교차 (㎛) 대각 (㎛)
F3I 539 525 0.5 40 0.0028 14 0.0072

1.5		 15 43
F3J 546 1076 0.5 40 0.0028 14 0.0072 29 97
F3L 663 1342 0.4 40 0.0028 8 0.0072 197 436
F3M 610 1238 0.4 50 0.004 8 0.0072 156 265
F3N 548 1116 0.5 50 0.004 14 0.0072 95 189
F3O 534 1051 0.5 50 0.004 14 0.0072 2 21 56
교차 휨은, 샘플의 에지의 길이와 동등한 길이를 갖는 라인을 따라, 샘플의 주 표면의 중심을 통해 및 주 표면의 에지에 평행하게 연장되어 측정되고, 이러한 라인을 따라 샘플 표면의 최대와 최소 높이 사이의 차이이다. 대각 휨은 두 모서리 사이에서 대각으로 연장되고, 샘플의 주 표면의 중심을 통과하는 라인을 따라 측정되며, 이러한 라인을 따라 샘플 표면의 최대 및 최소 높이의 차이이다. 사전 휨은, IOX 처리 전에 샘플의 휨을 지칭하며, 최종 휨은, IOX 처리가 완료된 후에 샘플의 휨을 지칭한다. 도 12 및 13은, IOX 공정에서 각 단계 후에, 제1 IOX 단계에 사용된 2개의 다른 염 조성물을 갖는, 0.4㎜ 두께의 샘플에 대해, 각각, 교차 휨 및 대각 휨을 도시한다. 제1 IOX 단계에 사용된 염 농도는, 각각 약 0.07 g 및 약 0.1 g의 총 염 중량을 갖는, 40% NaNO3/60% KNO3 및 50% NaNO3/50% KNO3이다. 제2 IOX 단계는, 약 0.2g의 총 염 중량을 갖는, 100% KNO3로 420℃의 온도에서 2시간 동안 수행된다. 제3 IOX 단계는 390℃의 온도에서 99.5% KNO3로 8분 동안 수행된다.
도 14 및 15는, 다른 제1 IOX 조건으로, IOX 공정에서 각 단계 후에 0.5㎜ 두께의 샘플에 대한 각각의 교차 휨 및 대각 휨을 도시한다. 제1 IOX 단계에 사용된 염 농도는, 각각 약 0.07 g 및 약 0.1 g의 총 염 중량을 갖는, 40% NaNO3/60% KNO3 및 50% NaNO3/50% KNO3이다. 제2 IOX 단계는, 2시간의 제2 IOX 단계를 갖는 샘플 F3O를 제외하고, 약 0.18g의 총 염 중량으로, 1.5시간 동안 420℃의 온도에서 100% KNO3로 수행된다. 제3 IOX 단계는, 390℃의 온도에서 99.5% KNO3로 8분 동안 수행된다. 샘플 F3J는 부가적으로 430℃에서 6시간 동안 제1 및 제2 IOX 단계 사이에 열처리를 포함한다.
실시 예 2
유리 물품 샘플은, 63.60 mol% SiO2, 15.67 mol% Al2O3, 10.81 mol% Na2O, 1.16 mol% ZnO, 6.24 mol% Li2O, 0.04 mol% SnO2, 및 2.48 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은, 0.5㎜ 또는 0.8㎜의 두께를 갖는, 평평한 2 인치 x 2 인치 정사각형 시트 형태이다.
초기에 평평한 샘플로 비대칭 응력 프로파일을 만드는데 사용된 공정은 제3 단계 이온 교환으로 이루어진다. 샘플은 탈이온수 (DI)로 세척되고, 고정밀 스케일로 칭량된다. 샘플의 표면에 분무된 염 용액이 빠르게 건조되고, 그 결과로 생긴 염 침전물에 잔류수가 존재하지 않는 것을 보장하기 위해, 샘플은 그 다음 200℃로 설정된 고온 플레이트 상에 배치된다. 샘플의 온도는 약 80℃ 내지 150℃인 것으로 추정된다. 샘플의 표면에 적용되는 실제 분무의 횟수는, 샘플에서 원하는 염의 중량에 의존한다. 분무 적용의 횟수는 15 내지 30이다. 분무 적용이 완료된 후, 샘플의 무게를 다시 측정하여 염의 총 중량 이득을 결정한다. 샘플에 대한 염의 총 중량은, 사용된 염 조성에 따라 0.07g 내지 0.15g이다. 샘플은 그 다음 370℃의 온도에서 0.5시간 내지 1시간 동안 코팅된 면이 위를 향하도록 오븐에 배치된다. 오븐 온도가 390℃인 경우, 시간은 1시간 내지 2시간이다. 샘플은 또한 오븐에 놓을 때 샘플의 표면과 접촉하지 않는 유리 페트리 접시 뚜껑으로 덮는다. 코팅된 샘플의 표면은, 음의 휨 및 볼록한 형상을 갖는 "후면"으로 지정된다.
분무 코팅 용액은 탈이온수에 100% KNO3를 포함한다. 사용된 염의 총 부피는, 200 mL의 탈이온수에서 58 g 용해된다. 염 용액은, 별도의 용기에서 제조되고, 분무 병에 붓기 전에 염을 용해시켜 큰 오염 입자를 제거한다.
열 처리는 또한 제1 IOX 단계 후에 사용된다. 열처리는, 390℃에서 1시간, 1.5시간, 및 2시간의 시간 동안 수행된다. 열처리는, 사용된 조건에 따라 휨에서 약간의 변화를 일으킨다. 열처리는 압축의 깊이를 증가시키는 역할을 한다.
제1 IOX 단계 후에 특징화는, DI 수로 샘플을 세척하여 임의의 잔류 염을 제거하는 단계, 프로파일로미터를 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 공정에서 제2 IOX 단계는 양면 이온 교환이다. 제2 IOX 단계는, 다양한 염 조성물로 다양한 시간에서 수행된다. 사용된 염 조성물은, 25% NaNO3/75% KNO3, 70% NaNO3/30% KNO3 및 49% NaNO3/51% KNO3이다. 사용된 다양한 시간은, 1.5시간, 2시간, 2.5시간, 3.17시간, 3.5시간, 및 3.67시간이다. 샘플은, 동일한 온도의 옥조에서 욕조와 함께 챔버 내에서 총 10분 동안 예열 된다. 샘플은 그 다음 염 욕조에 함침된다.
상기 공정에서 제3 IOX 단계는 이온교환 욕조이고, 여기서, 유리의 양면은 380℃에서 30분 내지 36분 동안 94% KNO3/6% NaNO3 용액으로 스파이크된다. 샘플은 동일한 온도의 욕조에서 욕조와 함께 챔버 내에서 총 10분 동안 예열 된다.
제2 및 제3 IOX 단계 후에 특징화는, 임의의 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 프로파일로미터로 휨을 측정하는 단계, 플랫마스터 시스템으로 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일로 무게를 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계 및, 압축 응력, 니 응력 및 층 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다. 각각의 샘플에 대한 전체 응력 프로파일 및 기계적 특성은 그 다음 계산된다. 샘플에 대한 결과는 표 2에 보고된다.


샘플

열처리		 사전 휨 t
(㎜)		 후면상에 100% KNO3에서 1st 단계 IOX 380℃에서 2nd 단계 양면 IOX 380℃에서 3rd 단계 스파이크 6% NaNO3 최종 휨
교차 (㎛) 대각 (㎛) 염 질량 (g/㎠) IOX 온도
(℃)		 IOX 시간 (hr) %NaNO3 IOX 시간 (hr) IOX 시간 (hr) 교차 (㎛) 대각 (㎛)
F1A N 58 106 0.8 0.005 370 0.5 49 3.67 0.6 13 22
F1B N 52 95 0.8 0.005 370 0.5 49 2.05 0.6 15 30
F1D N 47 87 0.8 0.005 370 0.5 70 3.17 0.6 16 29
F1I Y 129 243 0.8 0.006 390 2 49 2 0.5 84 161
F1J N 142 266 0.8 0.006 390 2 49 2 0.5 68 126
F1M Y 203 373 0.5 0.006 390 1 49 2.5 0.5 94 169
F1N N 225 436 0.5 0.006 390 1 49 2.5 0.5 106 201
F1S Y 237 427 0.5 0.006 390 1 49 1.5 0.5 103 195
F1T N 253 452 0.5 0.006 390 1 49 1.5 0.5 104 189
도 16 및 17은, 다른 제2 IOX 단계 시간을 갖는, IOX 공정에서 각 단계 후에 0.8㎜ 두께의 샘플에 대한 교차 휨 및 대각 휨을 각각 도시한다. 제1 IOX 단계에서 사용된 염 농도는, 약 0.15 g의 총 염 중량으로 30분 동안 370℃의 온도에서 100% KNO3이다. 제2 IOX 단계는, 2.05시간, 3.17시간, 및 3.66시간 동안 380℃의 온도에서 49% NaNO3/51% KNO3의 염 농도를 활용한다. 제3 IOX 단계는, 380℃의 온도에서 36분 동안 6% NaNO3/94% KNO3로 수행된다. 도 18 및 19는, IOX 공정에서 각 단계 후에 0.8㎜ 두께의 샘플에 대한 교차 휨 및 대각 휨을 각각 도시한다. 제1 IOX 단계에서 사용된 염 농도는, 약 0.15 g의 총 염 중량으로 2시간 동안 390℃의 온도에서 100% KNO3이다. 제2 IOX 단계는, 380℃의 온도에서 2시간 동안 49% NaNO3/51% KNO3의 염 농도를 활용한다. 제3 IOX 단계는 380℃의 온도에서 30분 동안 6% NaNO3/94% KNO3로 수행된다. 샘플 F1I는 부가적으로 제1 및 제2 IOX 단계들 사이에 열처리를 포함한다.
도 20 및 21은, IOX 공정에서 각 단계 후에 0.5㎜ 두께의 샘플에 대한 교차 휨 및 대각 휨을 각각 도시한다. 제1 IOX 단계에서 사용된 염 농도는 약 0.15 g의 총 염 중량으로 1시간 동안 390℃의 온도에서 100% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 380℃의 온도에서 2.5시간 동안 49% NaNO3/51% KNO3의 염 농도를 활용한다. 제3 IOX 단계는, 380℃의 온도에서 30분 동안 6% NaNO3/94% KNO3로 수행된다. 샘플 F1M은 부가적으로 제1 및 제2 IOX 단계 사이에 열처리를 포함한다.
도 22 및 23은, IOX 공정에서 각 단계 후에 0.5㎜ 두께의 샘플에 대해 각각 교차 휨 및 대각 휨을 나타낸다. 제1 IOX 단계에서 사용된 염 농도는 약 0.15 g의 총 염 중량으로 1시간 동안 390℃의 온도에서 100% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 380℃의 온도에서 1.5시간 동안 49% NaNO3/51% KNO3의 염 농도를 활용한다. 제3 IOX 단계는 380℃의 온도에서 30분 동안 6% NaNO3/94% KNO3로 수행된다. 샘플 F1S는 부가적으로 제1 및 제2 IOX 단계 사이에 열처리를 포함한다.
실시 예 3
유리 물품 샘플은, 63.60 mol% SiO2, 15.67 mol% Al2O3, 10.81 mol% Na2O, 1.16 mol% ZnO, 6.24 mol% Li2O, 0.04 mol% SnO2, 및 2.48 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은 0.5㎜의 두께를 갖는, 평평한 2인치 x 2 인치 정사각형 시트 형태이다.
샘플은 큰 알루미늄 몰드에 사전 휨된다. 오븐에서 열처리 공정은 20℃/분의 램프 속도로 570℃까지이며, 그 다음 샘플은 그 온도에서 3시간 또는 5시간 동안 유지된다. 두 온도는 다른 공정에서 사용된다. 한 번에 최대 7개의 샘플은 몰드에 적합하게 배치된다. 샘플이 연질 알루미늄에 야기할 수 있는 임의의 천공 손상 (puncture damage)으로부터 몰드를 보호하기 위해 탄소 현탁액 (carbon suspension)은 사용된다. 샘플은 또한 몰드를 더욱 보호하기 위해 모서리를 둥글게하고 매끄럽게 하도록 형상화된다. 샘플이 사전 휨되면, 이들은 고정밀 스케일을 사용하여 중량으로 특징화되고, 휨 측정은 프로파일로미터를 사용하여 수행된다. 샘플의 볼록 면은 "후면"으로 지정될 것이다.
2-단계 IOX 공정은 샘플에 적용된다. 초기에 휨 샘플로 비대칭 프로파일을 만들기 위한 2-단계 이온 교환 공정은, 특정 농도의 염을 갖는 초기 일-면 욕조 (one-sided bath)에서 시작된다. 1% LiNO3/99% KNO3 및 2% LiNO3/98% KNO3 욕조 모두는, 390℃에서 수행된 일-면 IOX 단계에 사용된다. 욕조는 얕고 원형인 스테인레스 스틸 용기로 만들어진다. IOX가 시작되기 전에 샘플은 세척되고, 칭량되며, 휨에 대해 측정된다. 사전-휨 샘플의 볼록 면은, 작은 조작의 금속 메쉬 및 평평한 핀셋을 사용하여 욕조에 놓인다. 염은 샘플의 볼록 면에만 접촉한다. 제1 IOX 단계에 대한 시간은, 40분, 50분, 60분, 72분, 및 90분을 포함하여, 변한다.
제1 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 프로파일로미터를 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
제2 IOX 단계는, 샘플의 양면에서 수행된 양면 교환이다. 제2 이온 교환 전에, 샘플은, 이온 교환 욕조와 같은 온도, 350℃에서 10분 동안 2차 용기 내에 오븐에서 예열된다. 15% NaNO3/85% KNO3 및 25% NaNO3/75% KNO3를 포함하는, 이 공정에서 사용된 2개의 다른 욕조 농도가 있다. 제2 IOX 단계 욕조 조건 모두에 대해, 다중 시간은, 1시간에서 4시간으로 변하여, 사용된다.
제2 IOX 단계 후 특징화는: 잔류염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다. 모든 측정은 각각의 샘플의 전반적인 응력 프로파일 및 기계적 특성을 결정하는데 사용된다.
도 24 및 25는, IOX 공정에서 각 단계 후에 0.5㎜ 두께의 사전 휨 샘플에 대한 교차 휨 및 대각 휨을 각각 도시한다. 샘플은, 구형 몰드에서 500℃의 온도로 2시간 동안 열처리하여 사전 휨되고, 그 다음, 560℃의 온도로 램프되며, 4.5시간 동안 처리된다. 제1 IOX 단계에서 사용된 염 농도는, 50분, 60분, 72분, 및 90분의 시간 동안 390℃의 온도에서 1% LiNO3 및 99% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 350℃의 온도에서 3시간 동안 15% NaNO3/85% KNO3의 염 농도를 활용한다. 도 24 및 25에 나타낸 초기 조건은, 사전 휨 유리 물품이다.
도 26 및 27은, IOX 공정에서 각 단계 후에 0.5㎜ 두께의 사전 휨 샘플에 대한 교차 휨 및 대각 휨을 각각 도시한다. 구형 몰드에서 500℃의 온도에서 2시간 동안 열처리하여 샘플은 사전 휨된 다음, 560℃의 온도까지 상승시키고, 4.5시간 동안 처리된다. 제1 IOX 단계에서 사용된 염 농도는 72분 동안 390℃의 온도에서 1% LiNO3 및 99% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 350℃의 온도에서 2시간, 3시간, 및 4시간 동안 15% NaNO3/85% KNO3의 염 농도를 활용한다. 도 26 및 27에 나타낸 초기 조건은, 사전 휨 유리 물품이다.
실시 예 4
유리 물품 샘플은 63.60 mol% SiO2, 15.67 mol% Al2O3, 10.81 mol% Na2O, 1.16 mol% ZnO, 6.24 mol% Li2O, 0.04 mol% SnO2, 및 2.48 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은 0.5㎜의 두께를 갖는, 평평한 2 인치 x 2 인치 정사각형 시트 형태이다.
실시 예 3의 제1 IOX 단계 및 몰드에서 샘플의 사전 휨은 수행된다. 제1 IOX 단계는 40분, 50분, 또는 60분의 시간 동안 수행된다.
제2 IOX 단계는 샘플의 양면 상에 양면 교환으로서 수행된다. 제2 IOX 단계에서 사용된 욕조 농도는 49% NaNO3/51% KNO3이다. 1.25시간 및 1.67시간의 2개의 다른 이온 교환 시간은 사용된다. 제2 IOX 단계 전에, 샘플은 이온 교환의 동일한 온도인, 380℃에서 2차 용기 내 오븐에서 10분 동안 예열된다.
샘플의 양면에 압축 응력 스파이크를 부여한 제3 IOX 단계는 또한 사용된다. 제3 IOX 단계는 380℃의 온도에서 20분 동안 4% NaNO3/96% KNO3 염 용액을 사용한다. 제3 IOX 단계 전에, 샘플은 이온 교환과 동일한 온도인, 380℃에서 5분 동안 2차 용기 내 오븐에서 예열된다.
제2 및 제3 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다. 모든 측정은 각각의 샘플의 전반적인 응력 프로파일 및 기계적 특성을 결정하는데 사용된다.
도 28 및 29는, IOX 공정에서 각 단계 후에 0.5㎜ 두께의 사전 휨 샘플에 대한 교차 휨 및 대각 휨을 각각 도시한다. 구형 몰드에서 570℃의 온도에서 3시간 동안 열 처리하여 샘플은 사전 휨된다. 제1 IOX 단계에서 사용된 염 농도는 40분, 50분, 및 60분의 시간 동안 390℃의 온도에서 1% LiNO3 및 99% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 1시간 15분 동안 380℃의 온도에서 49% NaNO3/51% KNO3의 염 농도를 활용한다. 제3 IOX 단계는 20분 동안 380℃의 온도에서 4% NaNO3/96% KNO3의 염 농도를 활용한다. 도 28 및 29에 나타낸 초기 조건은 사전 휨 유리 물품이다.
실시 예 5
유리 물품 샘플은 63.60 mol% SiO2, 15.67 mol% Al2O3, 10.81 mol% Na2O, 1.16 mol% ZnO, 6.24 mol% Li2O, 0.04 mol% SnO2, 및 2.48 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은, 0.5㎜의 두께를 갖는, 평평한 2 인치 x 2 인치 정사각형 시트 형태이다.
샘플은 큰 알루미늄 몰드에서 사전 휨된다. 오븐에서 열처리 공정은 20℃/분의 램프 속도로 500℃까지이며, 여기서, 샘플은 그 온도에서 2시간 동안 처리된다. 2℃/분의 부가적인 램프는 560℃까지이며, 여기서, 샘플은 그 온도에서 4.5시간 동안 처리된다. 초기 휨을 줄이기 위해, 4.5시간 처리 동안 최종 설정점은, 몇몇 샘플의 경우 540℃로 변화된다. 한 번에 최대 7개의 샘플은 몰드에 배치된다. 샘플이 연질 알루미늄에 야기할 수 있는 임의의 천공 손상으로부터 몰드를 보호하기 위해 탄소 현탁액은 사용된다. 샘플은 또한 몰드를 더욱 보호하기 위해 모서리를 둥글게하고 매끄럽게 하도록 형상화된다. 일단 샘플이 사전 휨되면, 고정밀 스케일을 사용하여 중량으로 특징화되고, 휨 측정은 프로파일로미터를 사용하여 수행된다. 샘플의 볼록 면은 "후면"으로 지정된다.
샘플은 전술한 바와 같이 고온 플레이트를 사용하여 분무 코팅된다. 샘플 상에 염의 총 중량의 범위는 0.1 g 내지 0.2 g이다. 샘플은 그 다음 오븐에 넣고, 전술한 바와 같이 덮는다. 코팅된 면은 음의 휨 및 볼록한 형상을 가진 "후면"으로 지정된다.
초기 휨 샘플로 비대칭 프로파일을 만들기 위해 3-단계 이온 교환 공정은, 0.4㎜ 및 0.5㎜의 두께를 갖는다. 분무 코팅에 사용된 염 조성물은 100% KNO3 용액, 2% LiNO3/98% KNO3, 및 4% LiNO3/96% KNO3를 포함한다. 더 작은 부피의 염으로 2개의 분무 코팅과 함께 더 큰 부피의 염으로 단일 분무 코팅은 시도된다. 단일 및 이중 분무 코팅 모두는, 샘플에 배치된 염 질량의 변경을 갖는 동일한 절차를 사용하여 더 큰 부분으로 성공적으로 스케일링된다. 제1 IOX 단계 절차에서 사용되는 2개의 온도는 370℃ 및 390℃를 포함한다. 제1 IOX 단계 시간은, 염 용액의 단일 또는 이중 코팅이 사용되었는지에 따라, 0.25시간 내지 3시간의 범위이다.
제1 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 프로파일로미터를 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력, 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
제2 IOX 단계는, 샘플의 양면 상에 양면 교환이다. 이 공정에 사용된 욕조 농도는 49% NaNO3/51% KNO3이다. 2개의 다른 IOX 시간은 3.8시간 및 4.5시간이 사용된다. 이온 교환 전에, 샘플은 이온 교환의 동일한 온도인, 350℃에서 10분 동안 2 차 용기 내 오븐에서 예열된다.
제3 IOX 단계는 15분 내지 20분의 시간 동안 4% NaNO3/96% KNO3 염 용액을 사용하는 유리의 양면에 양면 스파이크이다. 이온 교환 전에, 샘플은 이온 교환과 동일한 온도인, 380℃에서 5분 동안 2 차 용기 내 오븐에서 예열된다.
제2 및 제3 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다. 모든 측정은 각각의 샘플의 전반적인 응력 프로파일 및 기계적 특성을 결정하는데 사용된다.
하기 표 3은, 샘플의 가공을 위한 전술한 바와 같은 다중 조건을 나타낸다. 이들 샘플들은 380℃에서 15분 동안 4% NaNO3/96% KNO3의 동일한 최종 스파이크를 갖는다.
ID: 0.5㎜ 사전 휨 후면상에 370℃에서 1st 단계 IOX 분무 후면상에 370℃에서 1st 단계 IOX 분무 100% KNO3 350℃에서 2nd 단계 양면 IOX 49% NaNO3 최종 휨
교차 (㎛) 대각 (㎛) %KNO3 %LiNO3 염질량 (g/㎠) IOX 시간 (hr) IOX 시간 (hr) 염 질량 (g/㎠) IOX 시간 (hr) 교차 (㎛) 대각 (㎛)
M6C 236 432 100 0 0.004 1.67 1.08 0.004 3.8 63 50
M6D 236 450 100 0 0.004 1.08 0.83 0.004 3.8 20 67
M6E 234 434 100 0 0.005 1.67 1.08 0.005 3.8 168 238
M6G 236 440 100 0 0.005 1.33 0.92 0.005 4.5 87 88
M7G 173 390 98 2 0.005 0.25 0.92 0.005 4.5 31 75
도 30 및 31은, IOX 공정에서 각 단계 후에 0.5㎜ 두께의 사전 휨 샘플에 대한, 교차 휨 및 대각 휨을 각각 도시한다. 도 30 및 31에 나타낸 샘플은, 표 3에 기재된 바와 같은 샘플 M6C, M6D, 및 M6E이다. 도 30 및 31에서 나타낸 초기 조건은, 사전 휨 유리 물품이다. 실시 예 6
유리 물품 샘플은, 63.76 mol% SiO2, 15.05 mol% Al2O3, 9.24 mol% Na2O, 2.37 mol% B2O3, 1.18 mol% ZnO, 5.88 mol% Li2O, 0.05 mol% SnO2, 및 2.47 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은, 0.8㎜의 두께를 갖는, 평평한 50mm x 50mm 정사각형 시트 형태이다. 샘플은 3단계 이온 교환 공정에 적용된다.
샘플은 탈이온수 (DI)로 세척되고, 고정밀 스케일로 칭량된다. 샘플은 그 다음 200℃로 설정된 고온 플레이트 상에 놓고, 샘플의 표면에 분무된 염 용액이 빠르게 건조되고 잔류수가 그 결과로 생긴 염 침전물에 존재하지 않도록 보장하였다. 샘플의 표면에 분무된 염 용액이 빠르게 건조되고, 그 결과로 생긴 염 침전물에 잔류수가 존재하지 않는 것을 보장하기 위해, 샘플은 그 다음 200℃로 설정된 고온 플레이트 상에 배치된다. 샘플의 온도는 약 80℃ 내지 150℃인 것으로 추정된다. 샘플의 표면에 적용되는 실제 분무의 횟수는, 샘플에서 원하는 염의 중량에 의존한다. 분무 적용의 횟수는 15 내지 30이다. 분무 적용이 완료된 후, 샘플의 무게를 다시 측정하여 염의 총 중량 이득을 결정한다. 샘플은 그 다음 420℃의 온도에서 1시간 동안 코팅된 면이 위로 향하게 하여 오븐에 놓고 제1 IOX 단계를 완료한다. 샘플은 또한 오븐에 놓을 때 샘플의 표면과 접촉하지 않는 유리 페트리 접시 뚜껑으로 덮는다. 코팅된 샘플의 표면은 음의 휨 및 볼록한 형상을 갖는 "후면"으로 지정된다. 따라서, "전면"은 오목한 형상을 갖는다.
제1 IOX 단계에서 염은, DI 수 내에 트리-칼륨 포스페이트 (TKP)의 근-포화 용액 (near-saturated solution)을 분무 코팅하여 침착된, 100% TKP의 코팅이다. 건조 후 총 염 중량이 0.563g인 제1 샘플 및 총 염 중량이 약 0.6g 인 제2 샘플인, 2개의 샘플은 제조된다.
제1 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 5% 아세트산 용액으로 샘플을 세척하는 단계, DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
제2 IOX 단계는, 샘플의 양면 상에 양면 교환이다. 이 공정에 사용된 욕조 농도는 70% NaNO3/30% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 4시간 동안 수행된다. 이온 교환 전에, 샘플은 이온 교환과 동일한 온도인, 380℃에서 15분 동안 오븐에서 예열된다. 제2 IOX 단계는, 전면이 볼록한 형상을 갖고, 후면이 오목한 형상을 갖도록, 샘플의 휨의 플립 (flip)을 결과한다.
제3 IOX 단계는 380℃에서 40분 동안 7% NaNO3/93% KNO3 염 용액을 사용하는 유리의 양면에 양면 스파이크이다. 이온 교환 전에, 샘플은, 별도의 오븐에서, 250℃에서 5분 동안, 뒤이어 380℃에서 부가적인 5분 동안 예열된다. 제3 IOX 단계 후, 샘플의 전면은 볼록한 형상을 갖고, 후면은 오목한 형상을 갖는다.
제2 및 제3 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
각 IOX 단계 후에 샘플의 측정된 교차 휨은, 도 33에 나타낸다. 교차 휨 측정은, 제1 IOX 단계 후에 휨 정도가 제1 IOX 염 조성물에 대해 반복 가능하지 않음을 나타낸다. 제2 및 제3 IOX 단계 후에 교차 휨 측정은, 실질적으로 일치한다. 측정된 대각 휨은 각 IOX 단계 후에 교차 휨보다 1.88 내지 2배 더 크다.
실시 예 7
유리 물품 샘플은 63.76 mol% SiO2, 15.05 mol% Al2O3, 9.24 mol% Na2O, 2.37 mol% B2O3, 1.18 mol% ZnO, 5.88 mol% Li2O, 0.05 mol% SnO2, 및 2.47 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은, 0.8㎜의 두께를 갖는, 평평한 50mm x 50mm 정사각형 시트 형태이다. 샘플은 3단계 이온 교환 공정에 적용된다.
샘플은 탈이온수 (DI) 수로 세척되고, 고정밀 스케일로 칭량된다. 샘플의 표면에 분무된 염 용액이 빠르게 건조되고, 그 결과로 생긴 염 침전물에 잔류수가 존재하지 않는 것을 보장하기 위해, 샘플은 그 다음 200℃로 설정된 고온 플레이트 상에 배치된다. 샘플의 온도는 약 80℃ 내지 150℃인 것으로 추정된다. 샘플의 표면에 적용되는 실제 분무의 횟수는 샘플에서 원하는 염의 중량에 의존한다. 분무 적용의 횟수는 15 내지 30이다. 분무 적용이 완료된 후, 샘플의 무게는 다시 측정되어 염의 총 중량 이득을 결정한다. 샘플은 그 다음 420℃의 온도에서 1시간 동안 코팅된 면이 위로 향하게 하여 오븐에 놓고, 제1 IOX 단계를 완료한다. 샘플은 또한 오븐에 놓을 때 샘플의 표면과 접촉하지 않는 유리 페트리 접시 뚜껑으로 덮는다. 코팅된 샘플의 표면은 음의 휨 및 볼록한 형상을 갖는 "후면"으로 지정된다. 따라서, "전면"은 오목한 형상을 갖는다.
제1 IOX 단계의 염은, 99% 트리-포타슘 포스페이트 (TKP) 및 1% KNO3의 코팅이며, DI 수 내에 중량으로 99% TKP 및 1% KNO3의 근-포화 용액을 분무 코팅하여 침착된다. 건조 후 총 염 중량이 0.279g인 제1 샘플 및 총 염 중량이 약 0.412g인 제2 샘플인, 2개의 샘플은 제조된다.
제1 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 5% 아세트산 용액으로 샘플을 세척하는 단계, DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
제2 IOX 단계는 샘플의 양면 상에 양면 교환이다. 이 공정에 사용된 욕조 농도는 70% NaNO3/30% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 4시간 동안 수행된다. 이온 교환 전에, 샘플은 이온 교환과 동일한 온도인, 380℃에서 15분 동안 오븐에서 예열된다. 제2 IOX 단계는, 전면이 볼록한 형상을 갖고, 후면이 오목한 형상을 갖도록, 샘플의 휨의 플립을 결과한다.
제3 IOX 단계는 380℃에서 40분 동안 7% NaNO3/93% KNO3 염 용액을 사용하는 유리의 양면에 양면 스파이크이다. 이온 교환 전에, 샘플은, 별도의 오븐에서, 250℃에서 5분 동안, 뒤이어 380℃에서 부가적인 5분 동안 예열된다. 제3 IOX 단계 후, 샘플의 전면은 볼록한 형상을 갖고, 후면은 오목한 형상을 갖는다.
제2 및 제3 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
각 IOX 단계 후에 샘플의 측정된 교차 휨은 도 34에 나타낸다. 교차 휨 측정은, 각 IOX 단계 후에 휨의 정도가 반복 가능함을 나타낸다. 측정된 대각 휨은, 각 IOX 단계 후에 교차 휨보다 1.8 내지 1.97배 더 크다.
실시 예 8
유리 물품 샘플은, 63.76 mol% SiO2, 15.05 mol% Al2O3, 9.24 mol% Na2O, 2.37 mol% B2O3, 1.18 mol% ZnO, 5.88 mol% Li2O, 0.05 mol% SnO2, 및 2.47 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은, 0.8㎜의 두께를 갖는, 평평한 50㎜ x 50㎜ 정사각형 시트 형태이다. 샘플은 3단계 이온 교환 공정에 적용된다.
샘플을 탈이온수 (DI)로 세척되고, 고정밀 스케일로 칭량된다. 샘플의 표면에 분무된 염 용액이 빠르게 건조되고, 그 결과로 생긴 염 침전물에 잔류수가 존재하지 않는 것을 보장하기 위해, 샘플은 그 다음 200℃로 설정된 고온 플레이트 상에 배치된다. 샘플의 온도는 약 80℃ 내지 150℃인 것으로 추정된다. 샘플의 표면에 적용된 실제 분무의 횟수는, 샘플에서 원하는 염의 중량에 의존한다. 분무 적용의 횟수는 15 내지 30이다. 분무 적용이 완료된 후, 샘플의 무게를 다시 측정하여 염의 총 중량 이득을 결정한다. 샘플은 그 다음 420℃의 온도에서 1시간 동안 코팅된 면이 위로 향하게 하여 오븐에 놓고 제1 IOX 단계를 완료한다. 샘플은 또한 오븐에 놓을 때 샘플의 표면과 접촉하지 않는 유리 페트리 접시 뚜껑으로 덮는다. 코팅된 샘플의 표면은 음의 휨 및 볼록한 형상을 갖는 "후면"으로 지정된다. 따라서, "전면"은 오목한 형상을 갖는다.
제1 IOX 단계의 염은 96% 트리-포타슘 포스페이트 (TKP) 및 4% KNO3의 코팅이며, DI 수 내에 중량으로 96% TKP 및 4% KNO3의 근-포화 용액을 분무 코팅하여 침착된다. 건조 후 총 염 중량이 0.403g인 제1 샘플 및 총 염 중량이 약 0.266g인 제2 샘플인, 2개의 샘플은 제조된다.
제1 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 5% 아세트산 용액으로 샘플을 세척하는 단계, DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로필로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
제2 IOX 단계는 샘플의 양면 상에 양면 교환이다. 이 공정에 사용된 욕조 농도는 70% NaNO3/30% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 4시간 동안 수행된다. 이온 교환 전에, 샘플을 이온 교환과 동일한 온도인, 380℃에서 15분 동안 오븐에서 예열된다. 제2 IOX 단계는, 전면이 볼록한 형상을 갖고, 후면이 오목한 형상을 갖도록, 샘플의 휨의 플립을 결과한다.
제3 IOX 단계는 380℃에서 40분 동안 7% NaNO3/93% KNO3 염 용액을 사용하는 유리의 양면에 양면 스파이크이다. 이온 교환 전에, 샘플은, 별도의 오븐에서, 250℃에서 5분 동안, 뒤이어 380℃에서 부가적인 5분 동안 예열된다. 제3 IOX 단계 후, 샘플의 전면은 볼록한 형상을 갖고, 후면은 오목한 형상을 갖는다.
제2 및 제3 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
각 IOX 단계 후에 샘플의 측정된 교차 휨은 도 35에 나타낸다. 교차 휨 측정은 각 IOX 단계 후에 휨의 정도가 반복 가능함을 나타낸다. 측정된 대각 휨은 각 IOX 단계 후에 교차 휨보다 1.89 내지 1.99배 더 크다.
실시 예 9
유리 물품 샘플은, 63.76 mol% SiO2, 15.05 mol% Al2O3, 9.24 mol% Na2O, 2.37 mol% B2O3, 1.18 mol% ZnO, 5.88 mol% Li2O, 0.05 mol% SnO2, 및 2.47 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은, 0.8㎜의 두께를 갖는, 평평한 50mm x 50mm 정사각형 시트 형태이다. 샘플은 3단계 이온 교환 공정에 적용된다.
샘플은 탈이온수 (DI)로 세척되고, 고정밀 스케일로 칭량된다. 샘플의 표면에 분무된 염 용액이 빠르게 건조되고, 그 결과로 생긴 염 침전물에 잔류수가 존재하지 않는 것을 보장하기 위해, 샘플은 그 다음 200℃로 설정된 고온 플레이트 상에 배치된다. 샘플의 온도는 약 80℃ 내지 150℃인 것으로 추정된다. 샘플의 표면에 적용되는 실제 분무의 횟수는 샘플에서 원하는 염의 중량에 의존한다. 분무 적용의 횟수는 15 내지 30이다. 분무 적용이 완료된 후, 샘플의 무게를 다시 측정하여 염의 총 중량 이득을 결정한다. 샘플은 그 다음 코팅된 면이 위로 향하게 하여 오븐에 넣고 제1 IOX 단계를 완료한다. 샘플은 또한 오븐에 놓을 때 샘플의 표면과 접촉하지 않는 유리 페트리 접시 뚜껑으로 덮는다. 코팅된 샘플의 표면은 음의 휨 및 볼록한 형상을 갖는 "후면"으로 지정된다. 따라서, "전면"은 오목한 형상을 갖는다.
제1 IOX 단계의 염은, 92% 트리-포타슘 포스페이트 (TKP) 및 8% KNO3의 코팅이며, DI 수 내에 중량으로 92% TKP 및 8% KNO3의 근-포화 용액을 분무 코팅하여 침착된다. 건조 후 총 염 중량이 0.102g, 0.205g, 0.210g, 0.408g, 0.417g, 0.468g, 0.494g 및 0.575g인, 8개 샘플은 제조된다. 샘플의 총 염 중량이 0.205g 및 0.468g을 제외하고, 제1 IOX 단계는 420℃의 온도에서 1시간 동안 수행된다. 0.205g의 총 염 중량 샘플에 대한 제1 IOX 단계는, 390℃의 온도에서 2시간 동안 수행된다. 0.468g의 총 염 중량 샘플에 대한 제1 IOX 단계는, 2시간 동안 420℃의 온도에서 수행된다.
제1 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 5% 아세트산 용액으로 샘플을 세척하는 단계, DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
제2 IOX 단계는 샘플의 양면 상에 양면 교환이다. 이 공정에 사용된 욕조 농도는 70% NaNO3/30% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 4시간 동안 수행된다. 이온 교환 전에, 샘플을 이온 교환과 동일한 온도인, 380℃에서 15분 동안 오븐에서 예열된다. 제2 IOX 단계는, 전면이 볼록한 형상을 갖고, 후면이 오목한 형상을 갖도록, 샘플의 휨의 플립을 결과한다.
제3 IOX 단계는 380℃에서 40분 동안 7% NaNO3/93% KNO3 염 용액을 사용하는 유리의 양면에 양면 스파이크이다. 이온 교환 전에, 샘플은, 별도의 오븐에서, 250℃에서 5분 동안, 뒤이어 380℃에서 부가적인 5분 동안 예열된다. 제3 IOX 단계 후에, 샘플의 전면은 볼록한 형상을 갖고, 후면은 오목한 형상을 갖는다.
제2 및 제3 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
각 IOX 단계 후에 샘플의 측정된 교차 휨은 도 36에 나타낸다. 교차 휨 측정은 휨의 정도가 각각의 IOX 조건에 걸쳐 각 IOX 단계 후에 반복 가능함을 나타낸다. 측정된 대각 휨은 각 IOX 단계 후에 교차 휨보다 1.86 내지 2.1배 더 크다.
실시 예 10
유리 물품 샘플은, 63.76 mol% SiO2, 15.05 mol% Al2O3, 9.24 mol% Na2O, 2.37 mol% B2O3, 1.18 mol% ZnO, 5.88 mol% Li2O, 0.05 mol% SnO2, 및 2.47 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은, 0.8㎜의 두께를 갖는, 평평한 50mm x 50mm 정사각형 시트 형태이다. 샘플은 3단계 이온 교환 공정에 적용된다.
샘플은 탈이온수 (DI) 수로 세척되고, 고정밀 스케일로 칭량된다. 샘플의 표면에 분무된 염 용액이 빠르게 건조되고, 그 결과로 생긴 염 침전물에 잔류수가 존재하지 않는 것을 보장하기 위해, 샘플은 그 다음 200℃로 설정된 고온 플레이트 상에 배치된다. 샘플의 온도는 약 80℃ 내지 150℃인 것으로 추정된다. 샘플의 표면에 적용되는 실제 분무의 횟수는, 샘플에서 원하는 염의 중량에 의존한다. 분무 적용의 횟수는 15 내지 30이다. 분무 적용이 완료된 후, 샘플의 무게를 다시 측정하여 염의 총 중량 이득을 결정한다. 샘플은 그 다음 제1 IOX 단계를 완료하기 위해 코팅된 면을 위로 향하게 하여 오븐에 배치된다. 샘플은 또한 오븐에 놓을 때 샘플의 표면과 접촉하지 않는 유리 페트리 접시 뚜껑으로 덮는다. 코팅된 샘플의 표면은 음의 휨 및 볼록한 형상을 갖는 "후면"으로 지정된다. 따라서, "전면"은 오목한 형상을 갖는다.
제1 IOX 단계의 염은 10% 트리-포타슘 포스페이트 (TKP) 및 90% KNO3의 코팅이며, DI 수 내에 중량으로 10% TKP 및 90% KNO3의 근-포화 용액을 분무 코팅하여 침착된다. 건조 후 총 염 중량이 0.106g, 0.134g 및 0.146g인, 3개의 샘플은 제조된다. 제1 IOX 단계는 420℃의 온도에서 1시간 동안 수행된다.
제1 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 5% 아세트산 용액으로 샘플을 세척하는 단계, DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
제2 IOX 단계는 샘플의 양면 상에 양면 교환이다. 이 공정에 사용된 욕조 농도는 70% NaNO3/30% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 4시간 동안 수행된다. 이온 교환 전에, 샘플은 이온 교환과 동일한 온도인, 380℃에서 15분 동안 오븐에서 예열된다. 제2 IOX 단계는, 전면이 볼록한 형상을 갖고, 후면이 오목한 형상을 갖도록, 샘플의 휨의 플립을 결과한다.
제3 IOX 단계는 380℃에서 40분 동안 7% NaNO3/93% KNO3 염 용액을 사용하는 유리의 양면에 양면 스파이크이다. 이온 교환 전에, 샘플은, 별도의 오븐에서, 250℃에서 5분 동안, 뒤이어 380℃에서 부가적인 5분 동안 예열된다. 제3 IOX 단계 후, 샘플의 전면은 볼록한 형상을 갖고, 후면은 오목한 형상을 갖는다.
제2 및 제3 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
각 IOX 단계 후에 샘플의 측정된 교차 휨은 도 37에 나타낸다. 교차 휨 측정은 각 IOX 단계 후에 휨의 정도가 반복 가능하지 않음을 나타낸다. 이것은, 낮은 농도의 TKP로 인해, 샘플의 후면에서 전면으로 제1 IOX 단계에서 관찰된 염의 위킹에 부분적으로 기인할 수 있다. 측정된 대각 휨은, 각 IOX 단계 후에 교차 휨보다 1.78 내지 1.97배 더 크다.
실시 예 11
유리 물품 샘플은, 63.76 mol% SiO2, 15.05 mol% Al2O3, 9.24 mol% Na2O, 2.37 mol% B2O3, 1.18 mol% ZnO, 5.88 mol% Li2O, 0.05 mol% SnO2, 및 2.47 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은, 0.8㎜의 두께를 갖는, 평평한 50mm x 50mm 정사각형 시트 형태이다. 샘플은 3단계 이온 교환 공정에 적용된다.
샘플을 탈이온수 (DI)로 세척되고, 고정밀 스케일로 칭량된다. 샘플의 표면에 분무된 염 용액이 빠르게 건조되고, 그 결과로 생긴 염 침전물에 잔류수가 존재하지 않는 것을 보장하기 위해, 샘플은 그 다음 200℃로 설정된 고온 플레이트 상에 배치된다. 샘플의 온도는 약 80℃ 내지 150℃인 것으로 추정된다. 염 용액을 샘플에 분무 코팅하기 전에, 40㎜ x 40㎜ 정사각형의 알루미늄 호일은 샘플의 중앙에 놓인다. 이러한 배열은, 표면의 각 에지로부터 5㎜ 연장되는 영역인, 샘플의 주변부에만 염이 침착되는 것을 가능하게 한다. 샘플의 표면에 적용되는 실제 분무의 횟수는, 샘플에서 원하는 염의 중량에 의존한다. 분무 적용의 횟수는 15 내지 30이다. 분무 적용이 완료된 후, 알루미늄 호일을 샘플로부터 제거하고 샘플을 다시 칭량하여 염의 총 중량 이득을 결정한다. 샘플은 그 다음 코팅된 면이 위로 향하게 하여 오븐에 넣고 제1 IOX 단계를 완료한다. 샘플은 또한 오븐에 놓을 때 샘플의 표면과 접촉하지 않는 유리 페트리 접시 뚜껑으로 덮는다. 코팅된 샘플의 표면은 음의 휨 및 볼록한 형상을 갖는 "후면"으로 지정된다. 따라서, "전면"은 오목한 형상을 갖는다.
제1 IOX 단계의 염은 92% 트리-포타슘 포스페이트 (TKP) 및 8% KNO3의 코팅이며, DI 수 내에 중량으로 92% TKP 및 8% KNO3의 근-포화 용액을 분무 코팅하여 침착된다. 건조 후 총 염 중량이 0.110g, 0.111g, 0.112g 및 0.183g인, 3개의 샘플은 제조된다. 0.112g의 총 염 중량 샘플을 제외하고, 제1 IOX 단계는 420℃의 온도에서 1시간 동안 수행된다. 0.112g의 총 염 중량 샘플에 대한 제1 IOX 단계는, 420℃의 온도에서 2.42시간 동안 수행된다.
제1 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 5% 아세트산 용액으로 샘플을 세척하는 단계, DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
제2 IOX 단계는 샘플의 양면 상에 양면 교환이다. 이 공정에 사용된 욕조 농도는 70% NaNO3/30% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 4시간 동안 수행된다. 이온 교환 전에, 샘플은 이온 교환과 동일한 온도인, 380℃에서 15분 동안 오븐에서 예열된다. 제2 IOX 단계는, 전면이 볼록한 형상을 갖고, 후면이 오목한 형상을 갖도록, 샘플의 휨의 플립을 결과한다.
제3 IOX 단계는 380℃에서 40분 동안 7% NaNO3/93% KNO3 염 용액을 사용하는 유리의 양면에 양면 스파이크이다. 이온 교환 전에, 샘플은, 별도의 오븐에서, 250℃에서 5분 동안, 뒤이어 380℃에서 부가적인 5분 동안 예열된다. 제3 IOX 단계 후, 샘플의 전면은 볼록한 형상을 갖고, 후면은 오목한 형상을 갖는다.
제2 및 제3 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦아내는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
각 IOX 단계 후에 샘플의 측정된 교차 휨은, 도 38에 나타낸다. 제3 IOX 단계 후에 측정된 샘플의 교차 휨은, 8㎛ 내지 28㎛이다. 측정된 대각 휨은, 각 IOX 단계 후 교차 휨보다 1.26 내지 3.63배 더 크다. 관찰된 휨은, 제1 IOX 단계가 샘플의 전체 표면을 코팅하는 단계를 포함하는 유사한 샘플보다 샘플의 중앙이 실질적으로 더 낮은 곡률을 나타내도록, 샘플의 주변부에서 집중된다. 교차 휨 범위 및 교차 휨의 평균값은, 제1 IOX 단계가 샘플의 전체 표면을 코팅하는 단계를 포함하는 유사한 샘플보다 적어도 10배 작다.
실시 예 12
유리 물품 샘플은, 63.76 mol% SiO2, 15.05 mol% Al2O3, 9.24 mol% Na2O, 2.37 mol% B2O3, 1.18 mol% ZnO, 5.88 mol% Li2O, 0.05 mol% SnO2, 및 2.47 mol% P2O5의 조성을 갖는다. 샘플은, 0.8㎜의 두께를 갖는, 평평한 50mm x 50mm 정사각형 시트 형태이다. 샘플은 3단계 이온 교환 공정에 적용된다.
샘플은 탈이온수 (DI) 수로 세척되고, 아세톤에 젖신 깨끗한 천으로 닦아내며, 고정밀 스케일로 칭량된다. 샘플의 표면에 분무된 염 용액이 빠르게 건조되고, 그 결과로 생긴 염 침전물에 잔류수가 존재하지 않는 것을 보장하기 위해, 샘플은 그 다음 200℃로 설정된 고온 플레이트 상에 배치된다. 샘플의 온도는 약 80℃ 내지 150℃인 것으로 추정된다. 샘플의 표면에 적용되는 실제 분무의 횟수는, 샘플에서 원하는 염의 중량에 의존한다. 분무 적용의 횟수는 15 내지 30이다. 분무 적용이 완료된 후, 샘플의 무게를 다시 측정하여 염의 총 중량 이득을 결정한다. 샘플은 그 다음 제1 IOX 단계를 완료하기 위해 코팅된 면을 위로 향하게 하여 오븐에 배치된다. 샘플은 또한 오븐에 놓을 때 샘플의 표면과 접촉하지 않는 유리 페트리 접시 뚜껑으로 덮는다. 코팅된 샘플의 표면은 음의 휨 및 볼록한 형상을 갖는 "후면"으로 지정된다. 따라서, "전면"은 오목한 형상을 갖는다.
제1 IOX 단계에서 염은, DI 수에 근-포화된 분무 코팅에 의해 침착된, 하기 표 4에 나타낸 염의 코팅이다. 용액은 성분을 혼합하는 단계 및 염을 완전히 용해시키기 위해 진탕시키는 단계에 의해 제조된다. 용액은 그 다음 큰 오염 입자를 제거하기 위해 깨끗한 천을 사용하여 분무 병에 부어진다. 샘플은, 건조 후 총 염 중량이 0.1g 내지 0.6g이다.
농도 TKP (g) KNO3 (g) 물 (mL)
10% TKP 1 9 35
25% TKP 2.5 7.5 30
50% TKP 5 5 23
80% TKP 8 2 20
92% TKP 9.2 0.8 14
96% TKP 9.6 0.4 12
99% TKP 9.9 0.1 12
100% TKP 18 0 20
제1 IOX 단계는 420℃의 온도에서 1시간 동안 수행된다. 제1 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 염 침착물로부터 얼룩을 제거하기 위해 5% 아세트산 용액으로 샘플을 세척하는 단계, DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 젖신 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다. 얼룩 정도에 따라, 아세트산 세정은 약 30분 내지 약 3시간의 범위이다. 몇몇 경우에는, 얼룩을 완전히 제거할 수 없다.
제2 IOX 단계는, 샘플의 양면 상에 양면 교환이다. 이 공정에 사용된 욕조 농도는, 70% NaNO3/30% KNO3이다. 제2 IOX 단계는 4시간 동안 수행된다. 이온 교환 전에, 샘플은 이온 교환과 동일한 온도인, 380℃에서 15분 동안 오븐에서 예열된다. 제2 IOX 단계는, 전면이 볼록한 형상을 갖고, 후면이 오목한 형상을 갖도록, 샘플의 휨의 플립을 결과한다.
제3 IOX 단계는 380℃에서 40분 동안 7% NaNO3/93% KNO3 염 용액을 사용하는 유리의 양면에 양면 스파이크이다. 이온 교환 전에, 샘플은, 별도의 오븐에서, 250℃에서 5분 동안, 뒤이어 380℃에서 부가적인 5분 동안 예열된다. 제3 IOX 단계 후, 샘플의 전면은, 볼록한 형상을 갖고, 후면은 오목한 형상을 갖는다.
제2 및 제3 IOX 단계 후에 특징화는: 잔류 염을 제거하기 위해 DI 수로 샘플을 세척하는 단계, 아세톤에 함침된 천으로 샘플을 닦는 단계, 프로파일로미터 및 플랫마스터 시스템을 사용하여 휨을 측정하는 단계, 고정밀 스케일을 사용하여 중량을 측정하는 단계, SCALP로 중심 장력을 측정하는 단계, 및 압축 응력, 니 응력 및 층의 깊이를 결정하기 위해 프리즘 커플링 측정을 수행하는 단계를 포함한다.
특징화의 결과는 하기 표 5에 보고된다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 제1 IOX 염에서 고체 성분으로서 증가된 양의 TKP는, 표면 확산량을 감소시킨다. 유사하게, 증가된 양의 TKP는 또한 리튬 독성으로 인한 압축 응력 강하의 양을 감소시킨다.
TKP 농도 표면 퍼짐 5% 아세트산으로 염 침착물 제거 FSM 이미징 Li 중독으로 인한 CS 하락 (MPa)
10% N/A 어려움, 부분적으로만 효과 양호 250-350
25% 최소 용이함 양호 0-100
50% 최소 용이함 양호 하락 없음
80% No 용이함 양호 하락 없음
92% No 용이함 양호 하락 없음
96% No 보통 양호 하락 없음
99% No 보통 문제 있음 하락 없음
100% No 보통 매우 문제가 많아, 잘못된 결과를 생성하고, 프린지가 없음 하락 없음
통상적인 구체 예들이 예시의 목적을 위해 서술되는 동안, 전술한 상세한 설명은, 본 개시 또는 첨부된 청구범위의 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 따라서, 본 개시 또는 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않고, 당업자에게 다양한 변경, 개조, 및 대안은 일어날 수 있다.

Claims (9)

  1. 코팅된 물품으로서,
    대면하는 제1 및 제2 화학적으로 강화된 표면 층을 포함하는 유리 물품으로서, 상기 제1 화학적으로 강화된 표면 층은 제2 화학적으로 강화된 표면 층보다 얇은, 유리 물품; 및
    유리-세라믹의 제1 화학적으로 강화된 표면 층 상에 배치된 코팅을 포함하는, 코팅된 물품.
  2. 코팅된 물품으로서,
    대면하는 제1 및 제2 화학적으로 강화된 표면 층을 포함하는 유리 물품으로서, 상기 제1 화학적으로 강화된 표면 층은 제1 표면 압축 응력을 가지며, 제2 화학적으로 강화된 표면 층은 제2 표면 압축 응력을 가지며, 상기 제2 표면 압축 응력은 제1 표면 압축 응력보다 큰, 유리 물품; 및
    유리-세라믹의 제1 화학적으로 강화된 표면 층 상에 배치된 코팅을 포함하는, 코팅된 물품.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 유리 물품은 유리 세라믹을 포함하는, 코팅된 물품.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 코팅은 압축 응력 코팅(compressively stressed coating)인, 코팅된 물품.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    압축 응력 코팅은 약 100 MPa 내지 약 2,000 MPa의 압축 응력을 갖는, 코팅된 물품.
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 코팅은 알루미늄 옥시-질화물(aluminum oxy-nitride)을 포함하는, 코팅된 물품.
  7. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 코팅은 약 2　um 두께인, 코팅된 물품.
  8. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 제1 화학적으로 강화된 표면 층은 제2 화학적으로 강화된 표면 층의 압축 응력보다 30 MPa 이상 상이한(different by 30 MPa or more than) 압축 응력을 갖는, 코팅된 물품.
  9. 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징;
    상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 제공되고, 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 인접하게 제공되는 디스플레이를 포함하는, 전기 구성요소; 및
    상기 디스플레이 위에 배치된 커버 유리 물품을 포함하며, 여기서, 상기 커버 유리 물품 또는 상기 하우징의 일부 중 적어도 하나는, 청구항 1 또는 2의 코팅된 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품.
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