TW201726392A - 具經決定的應力輪廓之積層玻璃製品以及形成其之方法 - Google Patents

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胡廣立
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Abstract

一種玻璃積層體包括：玻璃芯層，其具有芯部熱膨脹係數(CTE)；以及玻璃包層，其鄰近於該芯層且具有包層CTE，該包層CTE小於該芯部CTE以使得該芯層處於張力中且該包層處於壓縮中。該玻璃積層體之應力輪廓包括安置在該包層之外表面與該包層之內表面之間的壓縮峰值。

Description

具經決定的應力輪廓之積層玻璃製品以及形成其之方法
本申請案主張於2015年10月14日申請的美國臨時申請案第62/241373號之優先權權益，該美國臨時申請案之內容係以全文引用方式併入本文。
本揭示內容係關於玻璃製品，且更特定而言係關於包含複數個玻璃層之積層玻璃製品及其形成方法。
玻璃製品可用於多種產品，包括例如汽車窗玻璃(auto-glazing)、建築學面板、電器及蓋玻璃(例如，用於觸控螢幕裝置，諸如智慧型電話、平板、膝上型電腦及監視器)。相對大的瑕疵可在使用期間引入玻璃製品之表面中。例如，已觀察到，當智慧型電話掉落至諸如瀝青之粗糙表面上時，由與粗糙表面之尖銳特徵的接觸所引起的局部壓痕可引起在蓋玻璃之表面中深達約300 μm之瑕疵。因此，合乎需要的將為提供一種玻璃製品，該玻璃製品對由深瑕疵所引起的破裂具有改良抗性以便致能改良的機械可靠性及掉落效能。
本文揭示具經決定的應力輪廓之玻璃製品及形成其之方法。
本文揭示一種玻璃積層體，其包含：玻璃芯層，其包含芯部熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion；CTE)；以及玻璃包層，其鄰近於該芯層且包含包層CTE，該包層CTE小於該芯部CTE以使得該芯層處於張力中且該包層處於壓縮中。該玻璃積層體之應力輪廓包含安置在該包層之外表面與該包層之內表面之間的壓縮峰值。
本文亦揭示一種玻璃積層體，其包含：玻璃芯層，其包含芯部熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion；CTE)；以及玻璃包層，其鄰近於該芯層且包含包層CTE，該包層CTE小於該芯部CTE，藉以該芯層處於張力中且該包層處於壓縮中。該包層之壓縮應力隨著深度增加而自該包層之外表面處的表面壓縮應力增加至峰值層深度(depth of layer；DOL)處的峰值壓縮應力，隨著深度增加而自該峰值DOL減小至第一恆定DOL處的恆定壓縮應力，且隨著深度增加而自該第一恆定DOL保持實質上恆定至第二恆定DOL。
本文亦揭示一種方法，其包含：使玻璃積層體經受第一離子交換處理。該玻璃積層體包含：玻璃芯層、鄰近於該玻璃芯層之玻璃包層、以及該玻璃包層與該玻璃芯層之間的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion；CTE)失配，以便在使該玻璃積層體經受該第一離子交換處理之前在該玻璃積層體之外表面處產生表面壓縮應力。使該玻璃積層體經受該第一離子交換處理增加該表面壓縮應力至中間壓縮應力值。使該玻璃積層體經受第二離子交換處理以減少該表面壓縮應力至最終壓縮應力值。
另外特徵及優點將在以下的詳細描述中闡述，且在部分程度上，熟習此項技術者將根據該描述而容易明白該等特徵及優點，或藉由實踐如本文(包括隨後的實施方式、發明申請專利範圍以及隨附圖式)所述的實施例來認識該等特徵及優點。
應理解，前述的一般描述及以下詳細描述僅僅為示範性的，且意欲提供用於理解發明申請專利範圍之性質及特性的概述及框架。隨附圖式係併入來提供進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書之一部分。圖式例示一或多個實施例，且連同說明書一起用以解釋各種實施例之原理及操作。
現將詳細參考示範性實施例，該等示範性實施例例示於隨附圖式中。在任何可能的情況下，整個圖式中將使用相同元件符號來代表相同或相似部件。圖式中之部件未必按比例繪製，而重點是關注對示範性實施例之原理的例示。
如本文所使用，術語「平均熱膨脹係數」或「平均CTE」係指給定材料或層在0℃與300℃之間的平均線性熱膨脹係數。如本文所使用，除非另外指示，否則術語「熱膨脹係數」或「CTE」係指平均熱膨脹係數。
在各種實施例中，玻璃製品至少包含第一層及第二層。例如，第一層包含芯層，且第二層包含鄰近於芯層之一或多個包層。第一層及/或第二層均為包含玻璃材料、陶瓷材料、玻璃陶瓷材料或其組合之玻璃層。在一些實施例中，第一層及/或第二層均為透明玻璃層。芯層具有芯部CTE，且該包層具有包層CTE。例如，芯層由具有芯部CTE之第一玻璃組成物組成，且包層由具有包層CTE之第二玻璃組成物組成。芯部CTE大於包層CTE以使得在任何離子交換處理之前芯層處於張力中且包層處於壓縮中。在一些實施例中，玻璃積層體之應力輪廓包含安置在包層內的壓縮峰值(例如，在包層之外表面與包層之內表面之間)。另外或替代地，玻璃積層體之應力輪廓包含安置在包層內的恆定區(例如，在壓縮峰值與包層之內表面之間)。在一些實施例中，包層之壓縮應力隨著玻璃製品內的深度增加而自包層之外表面處的表面壓縮應力增加至峰值層深度(depth of layer；DOL)處的峰值壓縮應力，隨著玻璃製品內的深度增加而自峰值DOL減小至第一恆定DOL處的恆定壓縮應力，且隨著玻璃製品內的深度增加而自第一恆定DOL保持實質上恆定至第二恆定DOL。
第 1 圖 為玻璃製品100之一個示範性實施例之橫截面圖。在一些實施例中，玻璃製品100包含積層片，該積層片包含複數個玻璃層。積層片可如第 1 圖 所示為實質上平面的，或為非平面的。玻璃製品100包含芯層102，該芯層102安置於第一包層104與第二包層106之間。在一些實施例中，第一包層104及第二包層106如第 1 圖 所示為外部層。例如，第一包層104之外表面108充當玻璃製品100之外表面及/或第二包層106之外表面110充當玻璃製品之外表面。在其他實施例中，第一包層及/或第二包層為安置於芯層與外部層之間的中間層。
芯層102包含第一主表面及與第一主表面相反的第二主表面。在一些實施例中，第一包層104熔合至芯層102之第一主表面。另外或替代地，第二包層106熔合至芯層102之第二主表面。在此等實施例中，第一包層104與芯層102之間的界面112及/或第二包層106與芯層102之間的界面114不含任何黏結材料，諸如，例如黏合劑、塗層或任何非玻璃材料，該黏結材料係添加或配置來將各別包層黏附至芯層。因此，第一包層104及/或第二包層106直接熔合至芯層102，或直接鄰近於芯層102。在一些實施例中，玻璃製品包含一或多個中間層，該等中間層安置於芯層與第一包層之間及/或芯層與第二包層之間。例如，中間層包含形成於芯層與包層之界面處的中間玻璃層及/或擴散層。擴散層可包含摻合區，該摻合區包含鄰近於擴散層的每一層之組分(例如，兩個直接相鄰玻璃層之間的摻合區)。在一些實施例中，玻璃製品100包含玻璃-玻璃積層體(例如，現場熔合多層玻璃-玻璃積層體)，其中直接相鄰的玻璃層之間的界面為玻璃-玻璃界面。
在一些實施例中，芯層102包含第一玻璃組成物，且第一包層104及/或第二包層106包含第二玻璃組成物，該第二玻璃組成物不同於該第一玻璃組成物。在化學強化如本文描述的玻璃製品之前，第一玻璃組成物及第二玻璃組成物彼此不同。例如，在第 1 圖 所示的實施例中，芯層102包含第一玻璃組成物，且第一包層104及第二包層106中之每一者包含第二玻璃組成物。在其他實施例中，第一包層包含第二玻璃組成物，且第二包層包含第三玻璃組成物，該第三玻璃組成物不同於第一玻璃組成物及/或第二玻璃組成物。
玻璃製品可使用適合製程來形成，該製程諸如，例如熔合拉製、下拉、狹槽拉製、上拉或浮製製程。在一些實施例中，使用熔合拉製製程來形成玻璃製品。第 2 圖 為溢流分配器200之一個示範性實施例之橫截面圖，該溢流分配器200可用於形成諸如例如玻璃製品100之玻璃製品。溢流分配器200可如美國專利第4,214,886號所述來配置，該專利以全文引用方式併入本文。例如，溢流分配器200包含下溢流分配器220及定位於下溢流分配器上方之上溢流分配器240。下溢流分配器220包含流槽222。第一玻璃組成物224經熔融且以黏性狀態進料至流槽222中。第一玻璃組成物224形成玻璃製品100之芯層102，如以下進一步所述。上溢流分配器240包含流槽242。第二玻璃組成物244經熔融且以黏性狀態進料至流槽242中。第二玻璃組成物244形成玻璃製品100之第一包層104及第二包層106，如以下進一步所述。
第一玻璃組成物224溢出流槽222，且沿下溢流分配器220之相反外成型表面226及228向下流動。外成型表面226及228在拉製線230處會聚。第一玻璃組成物224沿下溢流分配器220之各別外成形表面226及228向下流動之分離流在拉製線230處會聚，在該拉製線230處，該等分離流熔合在一起以形成玻璃製品100之芯層102。
第二玻璃組成物244溢出流槽242，且沿上溢流分配器240之相反外成型表面246及248向下流動。第二玻璃組成物244由上溢流分配器240向外偏轉，以使得第二玻璃組成物圍繞下溢流分配器220流動，且接觸溢出下溢流分配器之外成型表面226及228之第一玻璃組成物224。第二玻璃組成物244之分離流熔合至第一玻璃組成物224沿下溢流分配器220之各別外成型表面226及228向下流動之各別分離流。在第一玻璃組成物224之流在拉製線230處會聚之後，第二玻璃組成物244形成玻璃製品100之第一包層104及第二包層106。
在一些實施例中，呈黏性狀態之芯層102之第一玻璃組成物224與呈黏性狀態之第一包層104及第二包層106之第二玻璃組成物244接觸以形成積層片。在此等實施例之一些實施例中，積層片為遠離如第 2 圖 所示的下溢流分配器220之拉製線230行進的玻璃帶之部分。玻璃帶可藉由適合手段自下溢流分配器220拉離，該手段包括例如重力及/或牽拉滾筒。玻璃帶在其遠離下溢流分配器220行進時冷卻。玻璃帶經切斷以自其分離積層片。因此，積層片係自玻璃帶切割。玻璃帶可使用適合技術來切斷，該適合技術諸如，例如劃線、彎曲、熱震動及/或雷射切割。在一些實施例中，玻璃製品100包含如第 1 圖 所示的積層片。在其他實施例中，積層片可經進一步處理(例如，藉由切割或模製)以形成玻璃製品100。
儘管第 1 圖 所示的玻璃製品100包含三個層，但本揭示內容包括其他實施例。在其他實施例中，玻璃製品可具有經決定的數量之層，諸如兩個、四個或四個以上層。例如，包含兩個層之玻璃製品可使用兩個溢流分配器來形成，該等溢流分配器經定位以便兩個層在遠離溢流分配器之各別拉製線行進時接合，或使用具有分開流槽之單一溢流分配器來形成，以便兩種玻璃組成物溢出溢流分配器之相反外成型表面，且在溢流分配器之拉製線處會聚。包含四個或四個以上層之玻璃製品可使用另外的溢流分配器及/或使用具有分開流槽之溢流分配器來形成。因此，具有經決定的數量之層的玻璃製品可藉由相應地修改溢流分配器來形成。
儘管第 1 圖 所示的玻璃製品100包含積層片，但本揭示內容包括其他實施例。在其他實施例中，玻璃製品包含積層管，該積層管包含多個管狀層(例如，藉由一或多個環形孔口形成)。例如，積層管之部分橫截面包含類似於第 1 圖 所示者的積層體結構。在其他實施例中，玻璃製品包含成形玻璃製品(例如，藉由成形或模製積層片來形成)。
在一些實施例中，玻璃製品100包含至少約0.05 mm、至少約0.1 mm、至少約0.2 mm或至少約0.3 mm之厚度。另外或替代地，玻璃製品100包含至多約2 mm、至多約1.5 mm、至多約1 mm、至多約0.7 mm或至多約0.5 mm之厚度。在一些實施例中，芯層102之厚度與玻璃製品100之厚度的比率為至少約0.7、至少約0.8、至少約0.85、至少約0.9或至少約0.95。另外或替代地，芯層102之厚度與玻璃製品100之厚度的比率為至多約0.95、至多約0.93、至多約0.9、至多約0.87或至多約0.85。在一些實施例中，第二層(例如，第一包層104及第二包層106中之每一者)之厚度為約0.01 mm至約0.3 mm。
在一些實施例中，第一玻璃組成物及/或第二玻璃組成物包含適合於使用如本文描述的熔合拉製製程來形成玻璃製品100之液相黏度。例如，第一層(例如，芯層102)之第一玻璃組成物包含至少約100 kP、至少約200 kP或至少約300 kP之液相黏度。另外或替代地，第一玻璃組成物包含至多約3000 kP、至多約2500 kP、至多約1000 kP或至多約800 kP之液相黏度。另外或替代地，第二層(例如，第一包層104及/或第二包層106)之第二玻璃組成物包含至少約50 kP、至少約100 kP或至少約200 kP之液相黏度。另外或替代地，第二玻璃組成物包含至多約3000 kP、至多約2500 kP、至多約1000 kP或至多約800 kP之液相黏度。第一玻璃組成物可有助於運載第二玻璃組成物經過溢流分配器以形成第二層。因此，第二玻璃組成物可包含一液相黏度，該液相黏度低於通常考慮為適合於使用熔合拉製製程來形成單層片材之液相黏度。
在一些實施例中，玻璃製品100藉由機械強化及化學強化之組合來強化。例如，包含如本文描述的CTE失配的玻璃製品100 (例如，玻璃積層體)如本文描述經化學強化以進一步增加靠近第二層之外表面的壓縮應力及/或在第二層內形成壓縮峰值。
在一些實施例中，玻璃製品100為機械強化的。例如，第二層(例如，第一包層104及/或第二包層106)之第二玻璃組成物包含與第一層(例如，芯層102)之第一玻璃組成物不同的CTE。玻璃製品100之直接相鄰層之間的此種CTE失配可導致玻璃製品之機械強化。例如，第一包層104及第二包層106由具有比芯層102之玻璃組成物(例如，第一玻璃組成物)低的CTE之玻璃組成物(例如，第二玻璃組成物)製成。CTE失配(亦即，第一包層104及第二包層106之CTE與芯層102之CTE之間的差異)造成包層中之壓縮應力及芯層中之拉伸應力於玻璃製品100之冷卻之後的形成。在各種實施例中，第一包層及第二包層中之每一者可獨立地具有較高CTE、較低CTE，或實質上與芯層相同的CTE。表面壓縮應力趨向於抑制現存的表面瑕疵發展成為裂紋。較高CTE失配導致包層中較高的表面壓縮。另外，較厚包層導致較深總壓縮DOL。然而，此種較高表面壓縮應力及較深總壓縮DOL亦導致芯層中之漸增拉伸應力。因此，各種因素應如本文描述彼此平衡。
在一些實施例中，第一層(例如，芯層102)之CTE與第二層(例如，第一包層104及/或第二包層106)之CTE相差至少約5x10-7 ℃-1 、至少約15x10-7 ℃-1 、至少約25x10-7 ℃-1 或至少約30x10-7 ℃-1 。另外或替代地，第一層之CTE及第二層之CTE相差至多約100x10-7 ℃- 1 、至多約75x10-7 ℃- 1 、至多約50x10-7 ℃- 1 、至多約40x10-7 ℃- 1 、至多約30x10-7 ℃- 1 、至多約20x10-7 ℃- 1 或至多約10x10-7 ℃- 1 。例如，在一些實施例中，第一層之CTE及第二層之CTE相差約5x10-7 ℃- 1 至約30x10-7 ℃- 1 或約5x10-7 ℃- 1 至約20x10-7 ℃- 1 。在一些實施例中，第二層之第二玻璃組成物包含至多約66x10-7 ℃- 1 、至多約55x10-7 ℃- 1 、至多約50x10-7 ℃- 1 、至多約40x10-7 ℃- 1 或至多約35x10-7 ℃- 1 之CTE。另外或替代地，第二層之第二玻璃組成物包含至少約10x10-7 ℃- 1 、至少約15x10-7 ℃- 1 、至少約25x10-7 ℃- 1 或至少約30x10-7 ℃- 1 之CTE。另外或替代地，第一層之第一玻璃組成物包含至少約40x10-7 ℃- 1 、至少約50x10-7 ℃- 1 、至少約55x10-7 ℃- 1 、至少約65x10-7 ℃- 1 、至少約70x10-7 ℃- 1 、至少約80x10-7 ℃- 1 或至少約90x10-7 ℃- 1 之CTE。另外或替代地，第一層之第一玻璃組成物包含至多約120x10-7 ℃- 1 、至多約110x10-7 ℃- 1 、至多約100x10-7 ℃- 1 、至多約90x10-7 ℃- 1 、至多約75x10-7 ℃- 1 或至多約70x10-7 ℃- 1 之CTE。
在一些實施例中，玻璃製品100為化學強化的。例如，玻璃製品100經受第一離子交換處理以增加玻璃製品中靠近玻璃製品之外表面的區域(例如，第二層之外部分)中之壓縮應力。在一些實施例中，第一離子交換處理包含將第一離子交換介質應用於玻璃製品100之一或多個表面。第一離子交換介質包含溶液、漿液、凝膠或另一適合介質，其包含待與玻璃基質(例如，第二層之玻璃基質)中之較小離子交換的較大離子。術語「較大離子」及「較小離子」為相對術語，意指較大離子為相較於較小離子而言為相對大的，且較小離子為相較於較大離子而言為相對小的。因此，較大離子具有比較小離子大的離子半徑，且較小離子具有比較大離子小的離子半徑。在一些實施例中，玻璃製品100之第二層包含鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃。因此，玻璃之表面層中的較小離子及第一離子交換介質中之較大離子可為一價鹼金屬陽離子(例如，Li+ 、Na+ 、K+ 、Rb+ 及/或Cs+ )。替代地，玻璃製品100中之一價陽離子可利用不同於鹼金屬陽離子之一價陽離子(諸如Ag+ 或類似離子)置換。在一些實施例中，玻璃製品100之第二層包含鹼土金屬鋁矽酸鹽玻璃。因此，玻璃之表面層中的較小離子及第一離子交換介質中之較大離子可為二價鹼土金屬陽離子(例如，Be2+ 、Mg2+ 、Ca2+ 、Sr2+ 及/或Ba2+ )。在一些實施例中，第一離子交換介質包含熔融鹽溶液，且第一離子交換處理包含將積層玻璃製品浸入熔融鹽浴中，該熔融鹽浴包含待與玻璃基質中之較小離子(例如，Na+ 、Li+ 、Ca2+ 及/或Mg2+ )交換的較大離子(例如，K+ 、Na+ 、Ba2+ 、Sr2+ 及/或Ca2+ )。在一些實施例中，熔融鹽浴包含較大離子之鹽(例如，硝酸鹽、硫酸鹽及/或氯化物)。例如，熔融鹽浴包含熔融KNO3 、熔融NaNO3 或其組合。另外或替代地，熔融鹽浴之溫度為約380℃至約450℃，且浸沒時間為約2小時至約16小時。
藉由利用玻璃製品100之表面處的較大離子置換玻璃基質中之較小離子，第二層之壓縮應力在玻璃製品之外表面附近增加。例如，在第一離子交換處理期間，來自第一離子交換介質之較大離子擴散至玻璃製品100之第二層之外部分中，且來自玻璃基質之較小離子擴散出玻璃製品之第二層之外部分。因此，第二層之外部分包含玻璃製品之離子交換區。離子交換區中較大離子之增加濃度引起玻璃基質之排擠，且增加離子交換區中玻璃製品100之壓縮應力。在一些實施例中，使玻璃製品100經受第一離子交換處理使玻璃製品之外表面處的表面壓縮應力(例如，自CTE失配所產生的初始表面壓縮應力)增加至中間壓縮應力值。例如，中間壓縮應力值為至少約200 Mpa、至少約300 Mpa、至少約400 Mpa、至少約500 Mpa、至少約600 Mpa、至少約700 Mpa、至少約800 Mpa、至少約900 Mpa或至少約1000 Mpa。另外或替代地，中間壓縮應力值為至多約1300 MPa、至多約1200 MPa、至多約1100 MPa、至多約1000 MPa、至多約900 MPa或至多約800 MPa。
在一些實施例中，玻璃製品100在第一離子交換處理之後經受第二離子交換處理。第二離子交換處理可減少玻璃製品中靠近玻璃製品之外表面的區域(例如，如本文描述的第二層之外部分之外子部分)中之壓縮應力。在一些實施例中，第二離子交換處理包含將第二離子交換介質應用於玻璃製品100之一或多個表面。第二離子交換介質包含溶液、漿液、凝膠或另一適合介質，其包含待與玻璃基質中之較大離子交換的較小離子。例如，第二離子交換介質中之較小離子與第一離子交換處理中涉及的玻璃基質中之較小離子相同(例如，Na+ 、Li+ 、Ca2+ 及/或Mg2+ )。另外或替代地，玻璃基質中之較大離子與第一離子交換處理中涉及的第一離子交換介質中之較大離子相同(例如，K+ 、Na+ 、Ba2+ 、Sr2+ 及/或Ca2+ )。在其他實施例中，第二離子交換處理中涉及的較小離子及較大離子不同於第一離子交換處理中涉及的較小離子及較大離子。在一些實施例中，第二離子交換介質包含熔融鹽溶液，且第二離子交換處理包含將積層玻璃製品浸入熔融鹽浴中，該熔融鹽浴包含待與玻璃基質中之較大離子(例如，K+ 、Na+ 、Ba2+ 、Sr2+ 及/或Ca2+ )交換的較小離子(例如，Na+ 、Li+ 、Ca2+ 及/或Mg2+ )。在一些實施例中，熔融鹽浴包含較小離子之鹽(例如，硝酸鹽、硫酸鹽及/或氯化物)。例如，熔融鹽浴包含熔融NaNO3 、熔融LiNO3 或其組合。另外或替代地，熔融鹽浴之溫度為約380℃至約450℃，且浸沒時間為約2小時至約16小時。在一些實施例中，第二離子交換處理之暴露時間(例如，浸沒時間或玻璃製品藉由離子交換介質接觸的時間)小於第一離子交換處理之暴露時間。例如，第一離子交換處理之暴露時間與第二離子交換處理之暴露時間的比率為至少約6、至少約7、至少約8、至少約9或至少約10。另外或替代地，第一離子交換處理之暴露時間與第二離子交換處理之暴露時間的比率為至多約18、至多約17、至多約16、至多約15或至多約14。
藉由利用玻璃製品100之表面處的較小離子置換玻璃基質中之較大離子，第二層之壓縮應力在玻璃製品之外表面(離子交換區之外部分)附近減少。因此，第二離子交換處理可部分地反轉或抵消藉由在第一離子交換處理期間進行的離子交換所產生的應力，此藉由利用來自第二離子交換介質之較小離子置換在第一離子交換處理期間擴散至玻璃基質中之一些較大離子或玻璃基質內的其他較大離子而達成。例如，在第二離子交換處理期間，來自第二離子交換介質之較小離子擴散至玻璃製品100之第二層之離子交換區的外部分中，且來自玻璃基質之較大離子擴散出玻璃製品之第二層之離子交換區的外部分。因此，第二層之離子交換區之外部分包含玻璃製品之離子交換子區。離子交換子區中較大離子之減少濃度引起玻璃基質之減少排擠，且減少離子交換子區中之壓縮應力。在一些實施例中，使玻璃製品100經受第二離子交換處理使玻璃製品之外表面處的表面壓縮應力(例如，自在第一離子交換處理之後的中間壓縮應力值)減小至最終壓縮應力值。例如，最終壓縮應力值為至少約100 MPa、至少約200 MPa、至少約300 Mpa、至少約400 Mpa、至少約500 Mpa、至少約600 Mpa、至少約700 Mpa、至少約800 Mpa、至少約900 Mpa或至少約1000 Mpa。另外或替代地，最終壓縮應力值為至多約1300 MPa、至多約1200 MPa、至多約1100 MPa、至多約1000 MPa、至多約900 MPa、至多約800 MPa、至多約700 MPa、至多約600 MPa、至多約500 MPa、至多約400 MPa或至多約300 MPa。
第 3 圖 為示範性應力輪廓300之圖形圖解，該示範性應力輪廓300藉由機械強化及如本文描述的兩步化學強化(例如，第一離子交換處理及第二離子交換處理)之組合形成。應力輪廓包含玻璃製品100中的應力，其隨玻璃製品內的深度而變化。玻璃製品100內的深度繪製於x軸上，該深度係以離玻璃製品之外表面(例如，外表面108或外表面110)之距離給出，而應力繪製於y軸上。玻璃製品內的深度可在本文中稱為層深度(depth of layer；DOL)。壓縮應力展示於負y軸上，且拉伸應力展示於正y軸上。然而，本文描述的壓縮應力及拉伸應力之值係指應力之絕對值。因此，壓縮應力在本文中給出為與負值相反的正值。應認識到，第 3 圖 僅展示穿過玻璃製品之厚度之一部分(例如，穿過一個包層及芯層之一部分)的玻璃製品100之應力輪廓之一部分。對於如第 1 圖 所示的對稱玻璃製品而言，在相對外表面處的穿過玻璃製品之厚度之該部分的應力輪廓為第 3 圖 所示的應力輪廓之該部分之鏡像。
在一些實施例中，玻璃製品100之應力輪廓包含安置在第二層內的壓縮峰值302。例如，壓縮峰值302安置在第二層之外表面(例如，玻璃製品之第一包層104及/或第二包層106及/或外表面)與第二層之內表面(例如，界面112及/或界面114)之間。壓縮峰值302包含應力輪廓曲線之一階導數(例如，應力輪廓曲線之斜率)隨深度增加而改變符號(例如，自負變正)的點或一系列點之中點。例如，第二層之壓縮應力隨深度增加而增加至壓縮峰值處的峰值壓縮應力，且隨後隨深度增加而自壓縮峰值處的峰值壓縮應力減小。在一些實施例中，峰值壓縮應力包含玻璃製品100之最大壓縮應力。
在一些實施例中，玻璃製品100之應力輪廓包含安置在壓縮峰值與第二層之內表面之間的恆定區304。在一些實施例中，恆定區包含玻璃製品100之非離子交換區。非離子交換區包含玻璃製品之第二層的實質上無或不含如本文描述自第一離子交換介質、第二離子交換介質及/或玻璃製品之第一層擴散至玻璃製品之第二層中的離子之區域。在一些實施例中，應力輪廓之一階導數實質上遍及恆定區為零。另外或替代地，在恆定區上使用簡單線性迴歸所決定的應力輪廓之線性趨向線之斜率實質上為零。例如，應力輪廓之一階導數及/或線性趨向線之斜率遍及恆定區處於約-7 MPa/μm與約7 MPa/μm、處於約-5MPa/μm與約5 MPa/μm之間、處於約-3 MPa/μm與約3 MPa/μm之間或處於約-1 MPa/μm與約1 MPa/μm。在一些實施例中，在恆定區之每一5 μm厚節段或每一10 μm厚節段上使用簡單線性迴歸所決定的應力輪廓之一階導數及/或應力輪廓之線性趨向線之斜率實質上為零。例如，恆定區係分為複數個節段，每一節段具有5 μm或10 μm之厚度，且在複數個節段中之每一者上使用簡單線性迴歸所決定的應力輪廓之一階導數及/或應力輪廓之線性趨向線之斜率實質上為零。因此，應力輪廓在恆定區之每一5 μm厚節段或每一10 μm厚節段上為實質上平坦的。恆定壓縮應力為恆定區內玻璃製品之平均壓縮應力。在一些實施例中，玻璃製品100之壓縮應力處於遍及恆定區之恆定壓縮應力之約20%內、約10%內、約5%內、約2%內或約1%內。
在一些實施例中，恆定區包含應力輪廓中相應於玻璃製品之第二層之非離子交換部分的整個部分。另外或替代地，恆定區包含安置在壓縮峰值與第二層之內表面之間的應力輪廓之整個部分，在該第二層之該內表面上，應力輪廓曲線之一階導數或線性趨向線之斜率實質上為零。例如，恆定區包含與應力輪廓之平坦部分之子部分相對的應力輪廓之整體平坦部分。
在一些實施例中，第二層之壓縮應力隨深度增加而自包層之外表面306處的表面壓縮應力增加至峰值DOL 308處的峰值壓縮應力，且隨恆定區內自第一恆定DOL 310延伸至第二恆定DOL 312的深度的增加而實質上保持恆定。第二層之壓縮應力隨深度增加而自峰值DOL減小至第一恆定DOL。
第 3 圖 所示的示範性應力輪廓藉由模型化具有第 1 圖 所示及本文描述的一般組態之玻璃製品來產生。芯層之厚度為860 μm。每一包層之厚度為70 μm。芯層與每一包層之間的CTE失配為約35.5x10-7 /℃。在任何離子交換處理之前每一包層之壓縮應力(例如，藉由芯層與包層之間的CTE失配所產生的壓縮應力)為190 MPa。因此，在任何離子交換處理之前，玻璃製品之壓縮應力遍及每一包層之厚度實質上恆定於約190 MPa。在任何離子交換處理之前芯層之拉伸應力(例如，藉由芯層與包層之間的CTE失配所產生的拉伸應力)為31 MPa。因此，在任何離子交換處理之前，玻璃製品之拉伸應力遍及芯層之厚度實質上恆定於約31 MPa。
玻璃製品經受如本文描述的第一離子交換處理及第二離子交換處理以在每一包層之離子交換區中形成壓縮峰值。如第 3 圖 所示，在離子交換處理之後，玻璃製品之表面壓縮應力為240 MPa。在8 μm之峰值DOL處，峰值壓縮應力為730 MPa。恆定壓縮應力為190 MPa，其與任何離子交換處理之前每一包層之壓縮應力相同。因此，包層之非離子交換區中之壓縮應力不受離子交換處理影響或實質上不受離子交換處理影響。恆定區自29 μm之第一恆定DOL延伸至70 μm之第二恆定DOL。因此，在第 3 圖 所示的實例中，第二恆定DOL等於包層之厚度，從而指示恆定區自第一恆定DOL延伸至包層中直接鄰近於芯層之內表面。在其他實施例中，第二恆定DOL小於包層之厚度，從而指示恆定區延伸小於第一恆定DOL與包層之內表面之間的整個距離。
在第 3 圖 所示的實例中，包層之壓縮應力隨深度增加而自包層之外表面處的240 MPa之表面壓縮應力增加至8 μm之峰值DOL處的730 MPa之峰值壓縮應力，隨深度增加而自峰值DOL處的峰值壓縮應力減小至29 μm之第一恆定DOL處的190 MPa之恆定壓縮應力，且隨深度增加而自第一恆定DOL保持實質上恆定於恆定壓縮應力下至70 μm之第二恆定DOL。
儘管第 3 圖 所示的示範性應力輪廓係藉由模型化產生，但實體玻璃製品之應力輪廓可使用包括例如基於雙折射性之量測技術或折射近場(refracted near-field；RNF)技術之任何適合技術來決定。用於應力量測之示範性標準包括例如ASTM C1422。
在一些實施例中，包層之外表面處的表面壓縮應力在恆定壓縮應力之約50%內、約40%內、約30%內、約27%內、約25%內、約20%內、約15%內、約10%內或約5%內。因此，甚至在第二離子交換處理期間得以減少之後，包層之外表面處的壓縮應力可足夠高來抵抗在表面處形成及/或傳播的瑕疵。例如，包層之外表面處的表面壓縮應力為至少約100 MPa、至少約200 MPa、至少約300 Mpa、至少約400 Mpa、至少約500 Mpa、至少約600 Mpa、至少約700 Mpa、至少約800 Mpa、至少約900 Mpa或至少約1000 Mpa。另外或替代地，包層之外表面處的表面壓縮應力為至多約1300 MPa、至多約1200 MPa、至多約1100 MPa、至多約1000 MPa、至多約900 MPa、至多約800 MPa、至多約700 MPa、至多約600 MPa、至多約500 MPa、至多約400 MPa或至多約300 MPa。
在一些實施例中，恆定區包含為包層之厚度的至少約80%、至少約85%、至少約90%或至少約95%之厚度。另外或替代地，恆定區包含為包層之厚度的至多約99.9%、至多約99%、至多約95%或至多約90%之厚度。另外或替代地，恆定區包含至少約8 μm至約300 μm之厚度。相對厚的恆定區可有助於改良玻璃製品對由深瑕疵所引起的斷裂之抵抗力，同時維持如本文描述的第一層中之相對低的張力。
在一些實施例中，峰值壓縮應力大於恆定壓縮應力至少約100%、至少約125%、至少約150%、至少約175%、至少約200%、至少約225%、至少約250%、至少約275%或至少約300%。另外或替代地，峰值壓縮應力大於包層之外表面處的表面壓縮應力至少約100%、至少約125%、至少約150%、至少約175%、至少約200%、至少約225%、至少約250%、至少約275%或至少約300%。另外或替代地，峰值壓縮應力為至少約200 MPa、至少約250 MPa、至少約300 MPa、至少約400 MPa、至少約500 MPa、至少約600 MPa、至少約700 MPa、至少約800 MPa、至少約900 MPa或至少約1000 MPa。另外或替代地，峰值壓縮應力大於恆定壓縮應力至多約600%、至多約575%、至多約550%、至多約525%、至多約500%、至多約475%、至多約450%、至多約425%、至多約400%、至多約375%、至多約350%、至多約325%或至多約300%。另外或替代地，峰值壓縮應力大於包層之外表面處的表面壓縮應力至多約600%、至多約575%、至多約550%、至多約525%、至多約500%、至多約475%、至多約450%、至多約425%、至多約400%、至多約375%、至多約350%、至多約325%或至多約300%。另外或替代地，峰值壓縮應力為至多約1300 MPa、至多約1200 MPa、至多約1100 MPa、至多約1000 MPa、至多約900 MPa、至多約800 MPa、至多約700 MPa、至多約600 MPa或至多約500 MPa。另外或替代地，壓縮峰值與包層之外表面間隔約0.1 μm至約50 μm之距離及/或包層之厚度的約0.1%至約20%之距離。
壓縮峰值之存在可有助於防止瑕疵在玻璃製品內傳播至比峰值DOL深的深度。例如，在本文描述的玻璃製品之表面處起始並開始傳播至玻璃製品內的較深處的瑕疵將與漸增的壓縮應力相遇。此種自玻璃製品之表面漸增的壓縮應力可有助於在瑕疵達到峰值DOL之前阻滯瑕疵之傳播。因此，壓縮峰值可提供對瑕疵傳播的改良抵抗力，此係相較於藉由機械強化單獨強化且遍及包層之總厚度具有實質上恆定壓縮應力之玻璃製品而言及/或相較於藉由化學強化單獨強化且具有自外表面至玻璃製品中較深處的快速降低壓縮應力之玻璃製品而言。此外，因為在任何化學強化之前，包層處於由於CTE失配之壓縮應力下，所以玻璃製品可相較於藉由兩步離子交換單獨強化的玻璃製品而言具有較高表面壓縮應力。例如，甚至在第二離子交換處理期間減少離子交換子區中之壓縮應力之後，表面壓縮應力可保持為相對高的。因此，藉由將機械強化及兩步離子交換組合，可達成壓縮峰值之益處而不會犧牲可有助於防止表面瑕疵之形成的相對高的表面壓縮應力。
若瑕疵傳播超過峰值DOL，則延伸至玻璃製品中相對深(例如，遍及恆定區)的壓縮應力可有助於防止玻璃製品由於瑕疵之斷裂(例如，藉由防止瑕疵到達處於張力中的芯層來防止)。因此，恆定區(例如，藉由機械強化提供)之存在可提供相較於藉由化學強化單獨強化且具有在玻璃製品中之較深處快速降低的壓縮應力之玻璃製品而言的改良抗斷裂性。因此，藉由機械強化及如本文描述的兩步離子交換強化之組合產生的應力輪廓可相較於習知強化技術而言致能玻璃製品之改良效能。
可藉由機械強化及如本文描述的兩步離子交換強化之組合產生的玻璃製品100之應力輪廓可向玻璃製品賦予有益保留強度特性。第 4 圖 為比較藉由機械強化單獨強化、兩步離子交換強化單獨強化及機械強化及兩步離子交換強化之組合強化的玻璃製品之示範性保留強度輪廓的圖形圖解。玻璃製品之保留強度為在玻璃製品中形成具有經決定的大小之瑕疵之後玻璃製品之強度。強度為使用例如以下各項決定的玻璃製品之撓曲強度：環對環試驗方法(例如，如ASTM C1499-09所述)、研磨環對環試驗方法、球對環試驗方法、三點彎曲試驗方法、四點彎曲試驗方法或另一適合的方法或技術。保留強度輪廓由隨瑕疵大小變化的保留強度表示。瑕疵大小繪製於x軸上，該瑕疵大小係以離玻璃製品之外表面之距離或瑕疵延伸所達之深度給出，而保留強度繪製於y軸上。第 4 圖 所示的保留強度輪廓係基於由不同強化方法產生的應力輪廓使用斷裂力學模擬來產生。機械保留強度輪廓402基於由機械強化單獨產生的應力輪廓。機械強化與參考第 3 圖 所述相同，但沒有任何離子交換處理。化學保留強度輪廓404係基於由兩步離子交換強化單獨產生的應力輪廓。兩步離子交換係與參考第 3 圖 所述相同，但在由第二玻璃組成物形成的與積層玻璃製品相對的單層玻璃製品上進行。組合保留強度輪廓406係基於由機械強化及兩步離子交換強化之組合產生的應力輪廓且在第 3 圖 中所示。
如第 4 圖 所示，機械保留強度輪廓402、化學保留強度輪廓404及組合保留強度輪廓406中之每一者包含在玻璃製品之外表面附近相對高的保留強度(例如，至少約200 MPa)，此可輔助避免由於相對淺的瑕疵(例如，小於約10 μm)所引起的玻璃製品之破裂。然而，在玻璃製品中較深處，組合保留強度輪廓406具有比機械保留強度輪廓402及化學保留強度輪廓404中之每一者高的保留強度。例如，針對深達約90 μm之瑕疵大小而言，組合保留強度輪廓406之保留強度高於機械保留強度輪廓402之彼者，且針對深達約130 μm之瑕疵大小而言，組合保留強度輪廓406之保留強度高於化學保留強度輪廓404之彼者。此種在玻璃製品中較深處的較高保留強度可輔助避免由於相對深瑕疵引起的玻璃製品之破裂。
由於電子裝置(例如，智慧型電話)掉落而引入蓋玻璃中之瑕疵可具有約70 μm或更大之瑕疵大小。因此，相較於機械保留強度輪廓402及化學保留強度輪廓404而言，對由此種瑕疵大小引起的破裂的改良抵抗性可轉化為對蓋玻璃之改良掉落效能，其具有類似於組合保留強度輪廓406之保留強度輪廓。此外，相較於機械保留強度輪廓402及/或化學保留強度輪廓404而言，可藉由組合保留強度輪廓406達成對由大的瑕疵引起的破裂的改良抵抗性，而無需實質上增加第一層(例如，芯層)之最大拉伸應力。例如，在第二層中相對深處(例如，在恆定區上)維持壓縮應力處於相對恆定位準下可有助於維持應力輪廓曲線之壓縮部分下方之區域，其與第一層中之最大拉伸應力成比例，為相對低的同時亦提供針對由相對深瑕疵所引起的破裂之保護。因此，最大拉伸應力可維持低於易碎性極值。易碎性極值可例如如美國專利申請公開案第2010/0035038號中所述來決定，該公開案以全文引用方式併入本文。另外或替代地，第一恆定DOL與第二恆定DOL之間的距離(亦即，恆定區之厚度)足夠大以在玻璃製品中較深處維持相對高的壓縮應力(例如，以達成對由大的瑕疵引起的破裂的改良抵抗性)，而無需增加最大拉伸應力至不可接受的位準(例如，超過易碎性極值)。
在一些實施例中，壓縮峰值或峰值DOL之位置可經特製以形成具有適合於特定應用的經決定的應力輪廓之玻璃製品。例如，第一離子交換處理之時間及/或溫度可增加以使得第二層之離子交換區延伸至玻璃製品中較深處，且第二離子交換處理之時間及/或溫度可增加以使得第二層之離子交換子區延伸至玻璃製品中較深處。因此，壓縮峰值之位置可移位至玻璃製品中較深處，或峰值DOL可有所增加。替代地，第一離子交換處理之時間及/或溫度可減少以使得第二層之離子交換區延伸至玻璃製品中較淺處，且第二離子交換處理之時間及/或溫度可減少以使得第二層之離子交換子區延伸至玻璃製品中較淺處。因此，壓縮峰值之位置可移位至玻璃製品中較淺處，或峰值DOL可有所減少。相較於壓縮峰值定位於玻璃製品內較淺處而言，對相同中心張力而言，壓縮峰值定位於玻璃製品內較深處可有助於改良玻璃製品之可靠性，此由保留強度表示。然而，相較於壓縮峰值定位於玻璃製品內較深處而言，對相同中心張力而言，壓縮峰值定位於玻璃製品內較淺處可有助於改良玻璃製品之強度。因此，壓縮峰值可經定位以平衡強度及可靠性。
在一些實施例中，方法包含決定可能的瑕疵深度且使玻璃積層體經受如本文描述的第一離子交換處理及第二離子交換處理，以使得峰值DOL實質上等於或等於可能的瑕疵深度。可能的瑕疵深度可表示典型地藉由用於特定應用中之玻璃製品經歷的瑕疵之深度。例如，可能的瑕疵深度可藉由在用於特定應用之後檢查一或多個玻璃製品所採集的經驗證據來決定。
在一些實施例中，玻璃製品100係藉由界面離子交換來強化。界面離子交換包含在第一層(例如，芯層102)與第二層(例如，第一包層104及/或第二包層106)之間的離子交換，以使得玻璃製品之應力輪廓包含安置在壓縮峰值與第一層之間(例如，在壓縮峰值與第二層之內表面之間)的壓縮尖峰。例如，壓縮尖峰係安置在恆定區與第一層之間。在一些實施例中，第二層中具有壓縮尖峰之部分包含界面離子交換區，其中至少部分地藉由在界面離子交換區內較大離子擴散至玻璃基質中且較小離子擴散出玻璃基質(例如，藉由在包層與芯層之間於如本文描述的二者之間的界面處的離子交換)而產生玻璃組成物輪廓及/或應力輪廓。例如，界面離子交換區可識別為具有應力輪廓，該應力輪廓具有指示其至少部分地藉由離子交換產生的特定形狀(例如，誤差函數)。另外或替代地，界面離子交換區可識別為在壓縮區與張力區之間的界面處的區域，其中相較於恆定區內的實質上恆定壓縮應力而言壓縮應力隨玻璃製品內之深度變化而增加。在一些實施例中，在積層期間及/或在兩步離子交換期間加熱玻璃製品100足以引起界面離子交換，而無需任何另外或後續的界面離子交換熱處理。
第 5 圖 為藉由如本文描述的機械強化、兩步離子交換及界面離子交換之組合形成示範性應力輪廓500之圖形圖解。第 5 圖 所示的示範性應力輪廓係基於具有與本文參考第 3 圖 所述之相同組態的玻璃製品，只不過包層之第一玻璃組成物及芯層之第二玻璃組成物經選擇來致能界面離子交換。例如，第一玻璃組成物包含相對高濃度的相對大的可移動陽離子(例如，K2+ )，且第二玻璃組成物包含相對高濃度的相對小的可移動陽離子(例如，Na2+ )，以使得大離子在界面處擴散至包層中，且小離子在界面處擴散出包層，以在界面處引起包層中增加的壓縮應力。第 5 圖 所示的示範性應力輪廓包含壓縮峰值502、壓縮尖峰503及安置在壓縮峰值與壓縮尖峰之間的恆定區504。壓縮尖峰503包含直接鄰近於包層之內表面的區域，在該區域上，壓縮應力隨深度增加而增加。例如，第二層之壓縮應力隨深度增加而增加至第二層之內表面514處的尖峰壓縮應力。
如第 5 圖 所示，在兩步離子交換及界面離子交換之後，在包層之外表面506處玻璃製品之表面壓縮應力為240 MPa。在8 μm之峰值DOL 508處，峰值壓縮應力為730 MPa。恆定壓縮應力為190 MPa，其與任何離子交換處理之前每一包層之壓縮應力相同。因此，包層之非離子交換區中之壓縮應力不受離子交換處理影響或實質上不受離子交換處理影響。恆定區自29 μm之第一恆定DOL 510延伸至60 μm之第二恆定DOL 512。因此，在第 5 圖 所示的實例中，第二恆定DOL小於包層之厚度(例如，在第 5 圖 所示的實例中為70 μm)，從而指示恆定區延伸小於第一恆定DOL與包層之內表面之間的整體距離。壓縮尖峰自第二恆定DOL延伸至包層之內表面514。在包層之內表面處，尖峰壓縮應力400 MPa。
在第 5 圖 所示的實例中，包層之壓縮應力隨深度增加而自包層之外表面處的240 MPa之表面壓縮應力增加至8 μm之峰值DOL處的730 MPa之峰值壓縮應力，隨深度增加而自峰值DOL處的峰值壓縮應力減小至29 μm之第一恆定DOL處的190 MPa之恆定壓縮應力，隨深度增加而自第一恆定DOL保持實質上恆定於恆定壓縮應力至60 μm之第二恆定DOL，且隨深度增加而自第二恆定DOL增加至包層之內表面處的400 MPa之尖峰壓縮應力。
在第二恆定DOL與包層之內表面之間的距離或界面離子交換區之厚度可在如本文參考峰值DOL所述的範圍內。在各種實施例中，在第二恆定DOL與包層之內表面之間的距離可與峰值DOL相同或不同。尖峰壓縮應力可在如本文參考峰值壓縮應力所述的範圍內 在各種實施例中，尖峰壓縮應力可與峰值壓縮應力相同或不同。在一些實施例中，尖峰壓縮應力在恆定壓縮應力與峰值壓縮應力之間。另外或替代地，尖峰壓縮應力在表面壓縮應力與峰值壓縮應力之間。
壓縮尖峰之增加壓縮應力可進一步增加玻璃製品對由深瑕疵所引起的破裂的抵抗力，而無需充分地增加張力區之最大張力而引起玻璃製品顯示易碎行為。例如，傳播超過壓縮峰值之瑕疵將在壓縮尖峰處與具有增加壓縮應力之第二區域相遇。因此，瑕疵將僅在克服藉由恆定區分離的具有增加壓縮應力之兩個區域之後到達芯層之拉伸應力。因為壓縮尖峰佔用第二層之相對薄的部分，所以其導致第一層中拉伸應力之相對小的增加。
在各種實施例中，第二層(例如，第一包層104及/或第二包層106)包含相對低CTE的離子可交換玻璃組成物，且第一層(例如，芯層102)包含相對高CTE的離子可交換或非離子可交換玻璃組成物。可適用於第二層中之示範性玻璃組成物包括美國專利申請公開案第2014/0141217號及第2015/0030827號中所述之彼等者，該等公開案中之每一者以全文引用方式併入本文。可適用於第一層中之示範性玻璃組成物包括美國專利申請公開案第2014/0141217號及第2015/0037552號中所述之彼等者，該等公開案中之每一者以全文引用方式併入本文。
本文所述的玻璃製品可用於各種應用，包括例如用於消費者或商業電子裝置中之蓋玻璃或玻璃背板應用，該等消費者或商業電子裝置包括例如LED及LCD顯示器、電腦監視器及自動櫃員機(automated teller machine；ATM)；用於適於可攜式電子裝置之觸控螢幕或觸控感測器應用，該等可攜式電子裝置包括例如行動電話、個人媒體播放機及平板電腦；用於積體電路應用，包括例如半導體晶圓；用於光電應用；用於建築學玻璃應用；用於汽車或車輛玻璃應用；或用於商業或家用電器應用。在各種實施例中，消費者電子裝置(例如，智慧型電話、平板電腦、個人電腦、超極本、電視及攝影機)、建築學玻璃及/或汽車玻璃包含如本文描述的玻璃製品。
熟習此項技術者將明白的是，可在不脫離本發明之精神或範疇的情況下做出各種修改及變化。因此，除根據所附發明申請專利範圍及其等效物之外，本發明不受限制。
100‧‧‧玻璃製品
102‧‧‧芯層
104‧‧‧第一包層
106‧‧‧第二包層
108‧‧‧外表面
110‧‧‧外表面
112‧‧‧界面
114‧‧‧界面
200‧‧‧溢流分配器
220‧‧‧下溢流分配器
222‧‧‧流槽
224‧‧‧第一玻璃組成物
226‧‧‧外成型表面
228‧‧‧外成型表面
230‧‧‧拉製線
240‧‧‧上溢流分配器
242‧‧‧流槽
244‧‧‧第二玻璃組成物
246‧‧‧外成型表面
248‧‧‧外成型表面
300‧‧‧應力輪廓
302‧‧‧壓縮峰值
304‧‧‧恆定區
306‧‧‧外表面
308‧‧‧峰值DOL
310‧‧‧第一恆定DOL
312‧‧‧第二恆定DOL
402‧‧‧機械保留強度輪廓
404‧‧‧化學保留強度輪廓
406‧‧‧組合保留強度輪廓
500‧‧‧示範性應力輪廓
502‧‧‧壓縮峰值
503‧‧‧壓縮尖峰
504‧‧‧恆定區
506‧‧‧外表面
508‧‧‧峰值DOL
510‧‧‧第一恆定DOL
512‧‧‧第二恆定DOL
514‧‧‧內表面
第1圖為玻璃製品之一個示範性實施例之橫截面圖。
第2圖為可用於形成玻璃製品的溢流分配器之一個示範性實施例之橫截面圖。
第3圖為玻璃製品之一個示範性實施例的應力輪廓之圖形圖解。
第4圖為比較機械強化玻璃製品、化學強化玻璃製品，及藉由機械強化及化學強化之組合強化的玻璃製品之一個示範性實施例的保留強度輪廓之圖形圖解。
第5圖為玻璃製品之一個示範性實施例的應力輪廓之圖形圖解。
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100‧‧‧玻璃製品
102‧‧‧芯層
104‧‧‧第一包層
106‧‧‧第二包層
108‧‧‧外表面
110‧‧‧外表面
112‧‧‧界面
114‧‧‧界面

Claims (30)

  1. 一種玻璃積層體，其包含： 一玻璃芯層，包含一芯部熱膨脹係數(CTE)；以及一玻璃包層，鄰近於該芯層且包含一包層CTE，該包層CTE小於該芯部CTE以使得該芯層處於張力中且該包層處於壓縮中；其中該玻璃積層體之一應力輪廓包含安置在該包層之一外表面與該包層之一內表面之間的一壓縮峰值。
  2. 如請求項1所述之玻璃積層體，其中： 該包層之該應力輪廓包含一恆定區，該恆定區安置在該壓縮峰值與該包層之該內表面之間；以及在該恆定區上使用簡單線性迴歸決定的該應力輪廓之一線性趨向線之一斜率在約-7 MPa/μm與約7 MPa/μm之間。
  3. 如請求項2所述之玻璃積層體，其中在該恆定區之每一5 μm厚節段上使用簡單線性迴歸決定的該應力輪廓之一線性趨向線之一斜率在約-7 MPa/μm與約7 MPa/μm之間。
  4. 如請求項2所述之玻璃積層體，其中： 一恆定壓縮應力為在該恆定區內該包層之一平均壓縮應力；以及在該包層之該外表面處的一表面壓縮應力在該恆定壓縮應力之約50%內。
  5. 如請求項2至4中任一項所述之玻璃積層體，其中該恆定區包含至少約8 μm之一厚度。
  6. 如請求項2所述之玻璃積層體，其中該恆定區包含一厚度，該厚度為該包層之厚度之至少約80%。
  7. 如請求項2所述之玻璃積層體，其中： 一恆定壓縮應力為在該恆定區內該包層之一平均壓縮應力；以及該壓縮峰值包含一峰值壓縮應力，該峰值壓縮應力大於該恆定壓縮應力至少約100%。
  8. 如請求項2所述之玻璃積層體，其中該玻璃積層體之該應力輪廓包含一壓縮尖峰，該壓縮尖峰安置在該恆定區與該包層之該內表面之間。
  9. 如請求項1所述之玻璃積層體，其中該玻璃積層體之該應力輪廓包含一壓縮尖峰，該壓縮尖峰安置在該壓縮峰值與該包層之該內表面之間。
  10. 如請求項1所述之玻璃積層體，其中該壓縮峰值包含一峰值壓縮應力，該峰值壓縮應力大於該包層之該外表面處的一表面壓縮應力至少約100%。
  11. 如請求項1所述之玻璃積層體，其中該壓縮峰值與該包層之該外表面間隔約0.1 μm至約50 μm之一距離。
  12. 如請求項1所述之玻璃積層體，其中該壓縮峰值與該包層之該外表面間隔該包層之一厚度的約0.1%至約20%之一距離。
  13. 如請求項1所述之玻璃積層體，其中該芯部CTE與該包層CTE之間的一差異為至少約5x10-7 /℃。
  14. 如請求項1所述之玻璃積層體，其中該包層包含鄰近於該芯層之一玻璃第一包層及鄰近於該芯層之一玻璃第二包層，該芯層係安置在該第一包層與該第二包層之間。
  15. 一種玻璃積層體，其包含： 一玻璃芯層，包含一芯部熱膨脹係數(CTE)；以及一玻璃包層，鄰近於該芯層且包含一包層CTE，該包層CTE小於該芯部CTE，藉以該芯層處於張力中且該包層處於壓縮中；其中該包層之一壓縮應力隨著深度增加而自該包層之一外表面處的一表面壓縮應力增加至一峰值層深度(DOL)處的一峰值壓縮應力，隨著深度增加而自該峰值DOL減小至一第一恆定DOL處的一恆定壓縮應力，且隨著深度增加而自該第一恆定DOL保持實質上恆定至一第二恆定DOL。
  16. 如請求項15所述之玻璃積層體，其中該包層之該壓縮應力隨深度增加而自該第二恆定DOL增加至該包層之一內表面。
  17. 如請求項15所述之玻璃積層體，其中在該包層之該外表面處的該表面壓縮應力在該恆定壓縮應力之約50%內。
  18. 如請求項15所述之玻璃積層體，其中在該第一恆定DOL與該第二恆定DOL之間的一距離為至少約8 μm。
  19. 如請求項15所述之玻璃積層體，其中在該第一恆定DOL與該第二恆定DOL之間的一距離為該包層之一厚度之至少約80%。
  20. 如請求項15所述之玻璃積層體，其中該包層之該壓縮應力在該第一恆定DOL與該第二恆定DOL之間的所有深度處為在該恆定壓縮應力之約20%內。
  21. 如請求項15所述之玻璃積層體，其中該峰值壓縮應力大於該恆定壓縮應力至少約100%。
  22. 如請求項15所述之玻璃積層體，其中該峰值壓縮應力大於該表面壓縮應力至少約100%。
  23. 如請求項15所述之玻璃積層體，其中該峰值DOL為約0.1 μm至約50 μm。
  24. 如請求項15所述之玻璃積層體，其中該峰值DOL為該包層之一厚度之約0.1%至約20%。
  25. 如請求項15所述之玻璃積層體，其中該芯部CTE與該包層CTE之間的一差異為至少約5x10-7 /℃。
  26. 如請求項15所述之玻璃積層體，其中該包層包含鄰近於該芯層之一玻璃第一包層及鄰近於該芯層之一玻璃第二包層，該芯層係安置在該第一包層與該第二包層之間。
  27. 一種方法，其包含以下步驟： 使一玻璃積層體經受一第一離子交換處理，該玻璃積層體包含：一玻璃芯層、鄰近於該玻璃芯層之一玻璃包層以及該玻璃包層與該玻璃芯層之間的一熱膨脹係數(CTE)失配，以便在使該玻璃積層體經受該第一離子交換處理之前在該玻璃積層體之一外表面處產生一表面壓縮應力，其中使該玻璃積層體經受該第一離子交換處理增加該表面壓縮應力至一中間壓縮應力值；以及使該玻璃積層體經受一第二離子交換處理以減少該表面壓縮應力至一最終壓縮應力值。
  28. 如請求項27所述之方法，其進一步包含以下步驟：利用該玻璃芯層中之相對大的離子交換該玻璃包層中之相對小的離子。
  29. 如請求項27或請求項28所述之方法，其中： 該使該玻璃積層體經受該第一離子交換處理之步驟包含以下步驟：利用在一第一離子交換介質中之相對大的離子交換該玻璃包層中之相對小的離子；以及該使該玻璃積層體經受該第二離子交換處理之步驟包含以下步驟：利用在一第二離子交換介質中之相對小的離子交換該玻璃包層中之相對大的離子。
  30. 一種消費者電子裝置、一種建築學玻璃或一種汽車玻璃，其包含如請求項1至26中任一項所述之積層玻璃製品。
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