TW201329003A - 改良玻璃物件強度之方法 - Google Patents

Abstract

一種改良化學強化的玻璃物件之強度的方法，該方法包含以下步驟：將該玻璃物件之目標表面曝露於離子交換強化製程，該離子交換強化製程於該玻璃物件中產生化學誘導壓縮層。之後，進行該玻璃物件之該目標表面與剪切的磁流變流體之動態接合，以從該玻璃物件去除至少一部分的該化學誘導壓縮層，其中動態地接合該玻璃物件與該剪切的磁流變流體之參數為使得該化學誘導壓縮層之去除部分之厚度小於約20%的該化學誘導壓縮層。

Description

改良玻璃物件強度之方法 【相關申請案的交叉引用】

本專利申請案根據專利法主張於2011年11月28日提出申請的美國臨時專利申請案序號第61/563,910號為優先權權益，該申請案之內容為本案所依據且該申請案之內容以引用方式全部併入本文中。

本揭示係關於改良玻璃物件強度之方法。

現有的技術仍然存在缺陷，本發明旨在解決這樣的缺陷及/或提供優於現有技術的改良。

強化玻璃可以被使用於許多應用中，該等應用包括例如大型顯示器、手持顯示器、觸控螢幕顯示器等。在強化之後，玻璃是相對堅固的。然而，在某些情況下，玻璃的製 造、加工及處理會產生影響性能的小表面缺陷，即使是在強化之後。依據本揭示之標的物，描述改良玻璃物件強度之方法，藉由該方法可去除一定量的玻璃材料，以最小化現存於玻璃物件的至少一個表面上的任何表面缺陷之數量和顯著性。

依據本揭示的一個實施例，描述改良化學強化的玻璃物件之強度的方法，該方法包含以下步驟：將該玻璃物件之目標表面曝露於離子交換強化製程，該離子交換強化製程於該玻璃物件中產生化學誘導壓縮層；及動態地接合該玻璃物件之該目標表面與剪切的磁流變流體，以從該玻璃物件去除至少一部分的該化學誘導壓縮層，其中動態地接合該玻璃物件與該剪切的磁流變流體之參數為使得該化學誘導壓縮層之去除部分之厚度小於約20%的該化學誘導壓縮層。

依據本揭示的另一個實施例，描述改良熱強化的玻璃物件之強度的方法，該方法包含以下步驟：將該玻璃物件之目標表面曝露於非化學性強化製程，該強化製程於該玻璃物件中產生熱誘導壓縮層；及動態地接合該玻璃物件之該目標表面與剪切的磁流變流體，以從該玻璃物件去除至少一部分的該熱誘導壓縮層，其中動態地接合該玻璃物件與該剪切的磁流變流體之參數為使得該熱誘導壓縮層之去除部分之厚度小於約20%的該熱誘導壓縮層。

依據本揭示的又另一個實施例，描述改良玻璃物件之強度的方法，該方法包含以下步驟：識別具有至少一可偵測缺陷的玻璃物件之目標表面；及動態地接合該目標表面與 剪切的磁流變流體，以從該玻璃物件去除至少一部分的該目標表面及該至少一可偵測缺陷之至少一部分，其中該動態地接合該玻璃物件與該剪切的磁流變流體之參數為使得約1微米(μm)的厚度被從該目標表面去除。

10‧‧‧玻璃物件

12‧‧‧目標表面

14‧‧‧目標表面

16‧‧‧壓縮層

18‧‧‧張力層

20‧‧‧鹼金屬鹽浴

40‧‧‧MRF設備

結合以下圖式閱讀時，可以最佳地瞭解以下本揭示的具體實施例之實施方式：第1圖為改良化學強化的玻璃物件之強度的方法之示意圖。

本揭示介紹改良玻璃物件強度之方法。一般來說，構想的方法包含強化製程及磁流變流體(MRF)處理步驟。如下面的附加細節中描述的，一個實施例描述了一種方法，其中該強化製程可以包含非化學的製程，該非化學的製程於該玻璃物件中提供一個壓縮層(或多個壓縮層)。在另一個實施例中，該強化製程可以包含化學的製程，該化學的製程於該玻璃物件中提供一個壓縮層(或多個壓縮層)。為了清晰性和一致性之故，將藉由任一方法賦予在玻璃物件上的壓縮層指稱為熱誘導壓縮層(非化學性強化)或化學誘導壓縮層(化學性強化)。仍進一步構想的實施例係更一般性地關於玻璃物件，且不考慮玻璃物件是否經化學強化或熱強化。

第1圖為依據本揭示改良化學強化的玻璃物件之強 度的方法之示意性圖示。第1圖之示意性圖示僅是為了說明的目的，並且不應該被理解為用以限制本揭示中構想的各種製程參數之變化。構想的化學性強化玻璃物件之方法包括但不限於離子交換強化製程及磁流變流體(MRF)處理步驟。

一般來說，離子交換是一種化學強化製程，其中在目標表面上的鹼金屬離子被置換成鹽浴溶液中提供的較大鹼金屬離子。大的離子「塞滿」目標表面區域，而產生壓縮的狀態。此處，玻璃被放置在溫度約300℃的熔融鹽熱浴中。較小的鈉離子從玻璃遷移到離子化溶液，而較大的鉀離子從鹽浴遷移到玻璃並取代鈉離子。如第1圖中圖示的，這些較大的鉀離子佔據了更多的空間，且當玻璃冷卻時該些較大的鉀離子被擠壓在一起，而在玻璃物件10的表面產生壓縮層16，並在玻璃的次表面內產生張力層18，該張力層向外對壓縮層16施加偏置力。此壓縮產生了具有增加的強度的表面。替代的化學強化製程包括在約450℃的鈉鹽浴中以鈉離子飽和玻璃物件，之後進行上述的離子交換製程。

本發明人已經認可到，壓縮層16通常將含有缺陷、碎片、裂縫、裂痕、刮痕、瑕疵或上述破壞的組合，該等破壞可能會在形成、處理及/或中間強化製程過程中發生。為了解決這些潛在的破壞來源，參照第1圖，使玻璃物件的目標表面12、14與剪切的磁流變流體(MRF)動態接合，以從玻璃物件10去除至少一部分的化學誘導壓縮層16。對於多數形式的玻璃物件，動態地接合該玻璃物件與該剪切的磁流變流體之參數為使得該化學誘導壓縮層16之去除部分之厚度小於 約20%的壓縮層16。

據構想，可以交替地將玻璃物件的目標表面曝露於非化學性製程，通常是以熱基處理(heat-based treatments)的形式，如回火。在另一個實例中，與第1圖中繪示的類似，藉由例如使玻璃物件10曝露於加熱的鹼金屬鹽浴20而使玻璃物件10的目標表面12及/或14曝露於離子交換強化製程，以在玻璃物件10形成化學誘導壓縮層16。該離子交換強化製程及熱強化製程之具體參數係在本揭示的範疇之外，並且可從各式各樣立即可得的針對該標的物的教示中蒐集得到。或者，可以使用市購可得的離子交換強化或熱強化製程。

據構想，玻璃物件10的目標表面12及/或14可以依序在壓力下與剪切的MRF接合，以從玻璃物件10去除至少一部分的化學誘導壓縮層16，不管該壓縮層是否被化學性或非化學性引入。注意到，「剪切的」MRF為任何在施加磁場下的MRF，該施加磁場之大小和架構將視玻璃物件10、該MRF及相關的操作元件之特定結構和性質而變化。

在操作中及依據所描述的實施例，該方法使用磁流變拋光設備40，其中玻璃物件10與MRF接合。例如，據構想，MRF設備40可以包括可程式化硬體，並且MRF設備40可以被程式化來定位玻璃物件及回應手動或自動的命令，該等命令提供玻璃物件與MRF設備40之拋光頭的相對運動(例如旋轉或光柵移動)。例如，該設備可以包括選擇性旋轉的球體或輪子及位在輪子表面下方的電磁鐵。該電磁鐵提供可變程度的磁場梯度。MRF的研磨顆粒回應所施加的磁場而集中 在MRF的表面處或附近，以與該目標表面進行物理性交流，而去除或修飾玻璃物件10上存在的缺陷。MRF可以包含各式各樣的研磨顆粒，包括金剛石基流體或鈰氧化物基流體，僅提供幾個實例。

在許多實施例中，選擇玻璃物件動態地與剪切的MRF接合的參數，以最佳化玻璃物件10的修飾及/或從玻璃物件10去除缺陷。此外，可以進行修飾及/或去除缺陷而不會在目標表面上引入或賦予任何附加的缺陷。這樣的參數包括化學誘導壓縮層16之去除部分的厚度大於約0.1 μm。在仍進一步構想的實施例中，化學誘導壓縮層16之去除部分的厚度係在約1 μm的等級，或更具體地，在約0.5 μm與約1 μm之間。在其他的實施例中，據構想，可以去除厚度多達約1.5 μm的化學誘導壓縮層16。

據展望，可以藉由增加去除的深度來增強改良的表面強度。進一步展望到，依據循環時間和整體改良時間標準之公差可以實現更大的去除深度。假定玻璃物件具有厚度x，則據構想將去除小於1%的玻璃物件之總平均厚度x。可以依據與現有的機械設備整合的可用系統來自動化或程式化修飾及/或去除步驟。該(等)步驟在製程及/或結果可以是一致的，以在需要時產出提高的幾何精確度。

可以執行本揭示的強化方法，以改良化學強化的玻璃物件之強度，而無需使用任何化學蝕刻步驟，而且剪切的MRF可以為完全非酸性的。

本揭示的強化方法非常適合包含大致上平的顯示表 面的玻璃物件，在這種情況下，該大致上平的顯示表面的玻璃物件係玻璃物件與剪切的MRF動態接合的參數。

依據另一個實施例，一種改良熱強化玻璃物件之強度的方法，與熱處理的原理和上面提供的步驟一致，包含以下步驟：(a)使玻璃物件之目標表面曝露於熱強化製程，該熱強化製程於該玻璃物件產生熱誘導壓縮層；及(b)動態地接合玻璃物件之目標表面與剪切的磁流變流體，以從該玻璃物件去除至少一部分的熱誘導壓縮層，其中該動態地接合玻璃物件與剪切的磁流變流體的參數為使得該熱誘導壓縮層之去除部分之厚度小於約20%的該熱誘導壓縮層。

依據另一個實施例，改良玻璃物件強度的方法，與上述的一般性原則一致，包含以下步驟：(a)識別具有至少一可偵測缺陷的玻璃物件之目標表面；及(b)在壓力下，動態地接合該目標表面與剪切的磁流變流體，以從該玻璃物件去除至少一部分的該目標表面及該至少一可偵測缺陷之至少一部分。

更具體地，據展望，改良的玻璃物件可以用於作為電子裝置之顯示器，該電子裝置包括電視、電腦顯示器、行動電話以及用於這種裝置之互動介面，包括用於顯示器、電話及客戶服務亭或終端的觸控螢幕顯示器或面板，僅提及幾個實例。

據展望，依據本揭示的玻璃物件可包括多種材料並可使用於各種應用中。例如(而不是藉此方式限制)玻璃物件可以包括以下的非消耗性組合物，如二氧化矽基玻璃、鹼 石灰玻璃、聚合物玻璃、包括玻璃陶瓷、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯及聚乙烯基材，以及金屬合金、離子熔化物及分子液體。此外，本文中構想的玻璃物件可以包括具有一般用途的材料，該等用途係平板玻璃、容器玻璃、網路玻璃、電解質及非晶形金屬。更具體地，玻璃物件可以包括玻璃強化材料(塑料或混凝土)、熱絕緣體、光學儀器、光電器件及玻璃藝術。

進一步展望到，可以在一般的半導體製造、陶瓷製造及/或其他目前瞭解的材料製造或加工方法等領域中找到具有改良的表面強度(由本文所述的方法及其變形所賦予的)的物體之額外實例，包括針對某些材料的應用，且該等材料通常具有硬而脆的特徵。據展望，具有容許微米及/或奈米去除及/或修飾的微米及/或奈米結構的材料和物件尺寸為適用於所述方法及其變形的候選者。

在以下的比較實例中，生產出的玻璃物件樣品具有50毫米(mm)乘50 mm的尺寸及均勻的正方形幾何形狀。目標的修飾及/或去除區域設於正方形樣品的中心，且施加的修飾及/或去除面積為30 mm乘30 mm。設定去除深度之目標為1.5 μm至2.0 μm。生產足夠數量的樣品，以允許使用本領域中眾所周知且瞭解的環對環試驗和球落試驗進行測試。

實例1-比較實例環對環試驗數據

進行了三種形式的表面強化並經由環對環方法測試尖峰負荷強度。第1組是藉由離子交換(IX)製程強化的玻璃物件。第2組是藉由離子交換(IX)製程和施加磁流變流體(MRF)的組合強化的玻璃物件。對於第2組，IX+MRF處理去除了 一層深度約1.5 μm至2.0 μm的玻璃。第3組是藉由離子交換(IX)製程和施加氫氟(HF)酸蝕刻的組合強化的玻璃物件。

從該數據可知，僅有IX的處理所提供的平均尖峰負荷容量小於一半的IX+HF酸化學蝕刻組合可實現的容量值。重要的是，IX+MRF組合非常接近IX+HF酸處理的平均尖峰負荷容量。據預期，增加藉由IX+MRF製程從玻璃物件去除的層深度將進一步最佳化平均尖峰負荷容量值，而且可能更加接近IX+HF酸處理的組合所提供的平均值。

表2表示多個玻璃物件的五個回合測試，該等玻璃物件已經進行了各種強化製程，如上表1中所指定的強化製程。球落試驗僅是鋼球從指定的高度落下的處理，以測定臨界破壞值。每個測試組的數據包含四個強化製程：僅有IX的；IX+HF(組1)；IX+MRF；及IX+HF(組2)，以比較不同的強化製程。改變IX+HF組1和組2的製程，以限制在組2的曝露時間，該組2產生了較不優化的球落破壞高度和降低的結構完整性。一致的是，僅有IX的製程產生了最低的球落高度臨界值，表示相對較低的強度和較低的損傷抵抗。IX+MRF的應用從玻璃物件的表面去除了約1.5 μm至2.0 μm的材料。球落測試數據顯示，IX+MRF的處理一致地落入IX+HF酸處理(組1和組2)之間的範圍內。正如前面提到的，預期增加在IX+MRF處理中的去除深度將會影響球落臨界值的上升趨勢，並接近最佳化的球落數據及與該數據相關的相應強度和抗性。這表示IX+MRF處理可表現出等同近似於IX+HF酸處理的強度，該IX+HF酸處理係一般性用於增強玻璃及其他物體的強度。

為了描述並界定本發明的目的，注意到，本文中使用用語「約」、「相對」及「大致上」來表示固有程度的不確 定性，該固有程度的不確定性可歸因於任何數量的比較、值、量測或其他表達。本文中也使用用語「約」、「相對」及「大致上」來表示數量表達可從陳述的參考值變化而不會導致討論的標的物產生基本功能變化的程度。

已經詳細地藉由參照具體實施例來描述本發明，顯而易見地，在不偏離本發明於所附申請專利範圍中界定的範疇之下，可以有各種修改和變化。更具體地，雖然本文中認可本發明的一些態樣為較佳的或特別有利的，但據構想本發明並非必須限定於本發明的這些較佳態樣。

值得注意的是，本文中將本揭示之元件陳述為以特定的方式「設置」、為了體現特定的性質或以特定的方式發揮功能，該等陳述係為結構性陳述而非意圖使用的陳述。更具體地，本文中提及元件被「設置」的方式係表示該元件存在的物理性條件，因此可將對元件被「設置」的方式之描述視為對元件的結構特性之明確陳述。

注意到，用語如「較佳地」、「一般地」及「通常」當用於本文中時，並非用以限制本發明主張的範疇或暗示某些特徵對於本發明主張的結構或功能是關鍵的、必需的或甚至是重要的。應該說，這些用語只是意圖確定本揭示的實施例之特定態樣或是為了強調替代或額外的特徵，該等替代或額外的特徵可能會或可能不會用在本揭示的特定實施例中。

已經詳細地藉由參照具體實施例來描述本揭示之標的物，但注意到不應將本文中揭示的各種細節視為暗示這些細節係有關某些屬於本文所述的各種實施例之基本元件的零 件，甚至是在特定的零件圖示於每個伴隨本描述的圖式之情況下。應該說，應將本文隨附的申請專利範圍視為本揭示的廣度及本文所述各種發明的相應範疇之唯一表示。進一步地，在不偏離本發明於所附申請專利範圍中界定的範疇之下，可以有各種修改和變化將是顯而易見的。更具體地，雖然本文中認可本揭示的一些態樣為較佳的或特別有利的，但據構想本揭示並非必須限定於這些態樣。

注意到，以下申請專利範圍中之一或多者使用用語「其中」作為過渡性詞語。為了界定本發明的目的，注意到，該用語係被引入申請專利範圍中作為開放式的過渡性詞語，該過渡性詞語係用以引入一系列結構特性的陳述，並且應該以如同解釋較一般性使用的開放性前言用語「包含」的方式來解釋該過渡性詞語。

據瞭解，實施例和申請專利範圍並不限於應用於描述中提出的及/或圖式中圖示的元件之構造和配置的細節或數據(若有提供)。應該說，該描述、任何圖式或示意圖及/或數據提供所想像的實施例之實例，但申請專利範圍並不限於本說明書中揭示的及/或認可的任何特定實施例或較佳實施例。任何提供的圖式僅用於說明的目的，並且該圖式僅提供本文中揭示的發明之實際實例。因此，不應將提供的任何圖式視為將申請專利範圍的範疇限制於所繪示者。

本文中揭示的實施例和申請專利範圍進一步能夠有其他的實施例，並且能夠以各種方式實施和進行本文中揭示的實施例和申請專利範圍，包括上述步驟及/或特徵的各種組 合和次組合，但該等步驟及/或特徵的各種組合和次組合可能沒有被明確揭示在具體的組合和次組合中。因此，在本技術領域中具有通常知識者將可理解，該等實施例和申請專利範圍所根基的概念可容易地被用來作為其他結構、方法及系統的設計之基礎。此外，瞭解到，本文中採用的措辭和術語是用於說明的目的，並且不應將該等措辭和術語視為對申請專利範圍之限制。

10‧‧‧玻璃物件

12‧‧‧目標表面

14‧‧‧目標表面

16‧‧‧壓縮層

18‧‧‧張力層

20‧‧‧鹼金屬鹽浴

40‧‧‧MRF設備

Claims (10)

1. 一種改良一化學強化的玻璃物件之強度的方法，該方法包含以下步驟：將該玻璃物件之一目標表面曝露於一離子交換強化製程，該離子交換強化製程於該玻璃物件中產生一化學誘導壓縮層；以及動態地接合該玻璃物件之該目標表面與一剪切的磁流變流體，以從該玻璃物件去除至少一部分的該化學誘導壓縮層，其中動態地接合該玻璃物件與該剪切的磁流變流體之參數為使得該化學誘導壓縮層之去除部分之一厚度小於約20%的該化學誘導壓縮層。
2. 如請求項1所述之方法，其中該動態地接合該玻璃物件與該剪切的磁流變流體之該參數為使得該化學誘導壓縮層之該去除部分之一厚度在約1微米(μm)的等級。
3. 如請求項1所述之方法，其中該動態地接合該玻璃物件與該剪切的磁流變流體之該參數為使得一厚度介於約0.5 μm和約1 μm之間的該化學誘導壓縮層被去除。
4. 如請求項1所述之方法，其中該動態地接合該玻璃物件與該剪切的磁流變流體之該參數為使得該化學誘導壓縮層之去除部分之一厚度多達約1.5 μm。
5. 如請求項1所述之方法，其中該動態地接合該玻璃物件與該剪切的磁流變流體之該參數為使得小於1%的該玻璃物件之總平均厚度被去除。
6. 如請求項1所述之方法，其中該改良一化學強化的玻璃物件之強度的方法大致上沒有任何化學蝕刻步驟。
7. 如請求項1所述之方法，其中該剪切的磁流變流體為非酸性的。
8. 如請求項1所述之方法，其中該方法包含以下步驟：將該玻璃物件之複數個目標表面曝露於一離子交換強化製程；以及動態地接合該玻璃物件之該等目標表面與一剪切的磁流變流體，以從該玻璃物件去除至少一部分的該化學誘導壓縮層。
9. 如請求項1所述之方法，其中：該動態地接合該玻璃物件與該剪切的磁流變流體之該參數為使得一厚度介於約0.5 μm和約1 μm之間的該化學誘導壓縮層被去除；該玻璃物件大致上沒有任何化學蝕刻；以及該剪切的磁流變流體為非酸性的。
10. 如請求項1-9任一項所述之方法，其中該玻璃物件包含一大致上平的顯示表面。