TW201829337A - 具有玻璃表面附近修改的k2o分佈的含鋰玻璃或玻璃陶瓷製品 - Google Patents

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Abstract

提供一種對含鋰離子交換玻璃製品進行重工的方法。該方法包括在進行離子交換之前使玻璃製品返回到大約生產玻璃製品的玻璃的成分的逆離子交換製程。重工的玻璃製品展現的K2 O濃度分佈包含其中K2 O濃度增加到局部K2 O濃度最大值的部分。

Description

具有玻璃表面附近修改的K2O分佈的含鋰玻璃或玻璃陶瓷製品
本揭示係關於化學強化玻璃製品。更具體言之，本揭示係關於包含表面層的化學強化玻璃製品，該表面層具有壓縮應力和在該玻璃製品表面下方的K2 O濃度峰。
玻璃製品被廣泛用於電子裝置中作為用於可攜式或行動電子通訊娛樂裝置（例如行動電話、智慧型手機、平板電腦、影音播放器、資訊終端（IT）裝置、膝上型電腦等）的蓋板或訊窗、以及其他應用中。隨著玻璃製品變得更廣泛被使用，開發具有改善倖存性（尤其是當經受由與硬及/或尖銳表面接觸引起的拉伸應力及/或相對深的缺陷時）的強化玻璃製品變得更加重要。
化學強化製程可能產生具有表面缺陷（例如刮痕）或不期望的應力分佈的玻璃製品。出於經濟的原因，理想的是對具有這類缺陷的玻璃製品進行重工以提高具有期望特性的強化玻璃製品的產率。然而，從強化玻璃製品的表面移除材料需要將材料再離子交換以實現所需的表面壓縮應力特性，此舉可能產生不期望的玻璃製品尺寸變化或翹曲。另外，再離子交換步驟可能產生在化學強化程序期間引入的離子的不期望內部擴散和玻璃製品中的應力鬆弛。因此，需要一種藉由使具有非期望應力分佈或表面缺陷的化學強化玻璃製品能夠重工來提高化學強化製品的產率的方法，使得生成的玻璃製品表現出所需的應力分佈和表面壓縮應力。
本揭示在態樣（1）提供一種鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含：Li2 O、Na2 O、及K2 O；從該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃的表面延伸到壓縮深度（DOC）的壓縮應力層；從層深度延伸到該玻璃製品中並具有至少約40 MPa的最大拉伸應力的拉伸區域；以及包含其中K2 O濃度增加到局部K2 O濃度最大值的部分的K2 O濃度分佈。
在態樣（2）提供態樣（1）的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該局部K2 O濃度最大值所在的深度在該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的表面下方約3 μm至約30 μm的範圍中。
在態樣（3）提供態樣（1）或（2）的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該局部K2 O濃度最大值具有0.05莫耳％至1.2莫耳％的K2 O濃度。
在態樣（4）提供前述態樣中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該局部K2 O濃度最大值具有在該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的表面的K2 O濃度之0.5％至15％的K2 O濃度。
在態樣（5）提供前述態樣中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該最大拉伸應力為至少約50 MPa。
在態樣（6）提供前述態樣中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該壓縮應力層的最大壓縮應力為至少約600 MPa。
在態樣（7）提供前述態樣中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，進一步包含約0.1莫耳％至約10莫耳％的B2 O3 。
在態樣（8）提供前述態樣中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品基本上不含B2 O3 。
在態樣（9）提供前述態樣中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含：約58莫耳％至約65莫耳％的SiO2 ；約11莫耳％至約20莫耳％的Al2 O3 ；約6莫耳％至約18莫耳％的Na2 O；0莫耳％至約6莫耳％的MgO；0.1莫耳％至約13莫耳％的Li2 O；及0莫耳％至約6莫耳％的ZnO。
在態樣（10）提供前述態樣中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含約0.5莫耳％至約2.8莫耳％的P2 O5 。
在態樣（11）提供前述態樣中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，進一步包含在約0.05 mm至約1.5 mm的範圍中的厚度。
在態樣（12）提供前述態樣中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，進一步包含銀、銅、銫、及銣中之至少一者。
在態樣（13）提供前述態樣中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含玻璃陶瓷。
在態樣（14）提供一種消費性電子裝置，該消費性電子裝置包含：殼體；至少部分設置在該殼體內部的電元件，該等電元件至少包括控制器、記憶體、及顯示器，該顯示器被設置在該殼體的前表面處或附近；及被配置在該殼體的該前表面處或上方並在該顯示器上方的蓋製品，其中該殼體或蓋製品包含前述態樣中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品。
在態樣（15）提供一種鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含：Li2 O、Na2 O、及K2 O；從該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃的表面延伸到壓縮深度（DOC）的壓縮應力層；從層深度延伸到該玻璃製品中並具有至少約40 MPa的最大拉伸應力的拉伸區域；以及在約15 μm至約25 μm的深度處、比在該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的中心處的K2 O濃度高至少約0.3莫耳％的K2 O濃度。
在態樣（16）提供態樣（15）的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該局部K2 O濃度最大值具有0.3莫耳％至1.2莫耳％的K2 O濃度。
在態樣（17）提供態樣（15）或（16）的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中約15 μm至約25 μm的深度包含在該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的表面的K2 O濃度之0.5％至15％的K2 O濃度。
在態樣（18）提供態樣（15）至（17）中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該壓縮應力層的最大壓縮應力為至少約600 MPa。
在態樣（19）提供態樣（15）至（18）中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，進一步包含在約0.05 mm至約1.5 mm的範圍中的厚度。
在態樣（20）提供態樣（15）至（19）中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，進一步包含銀、銅、銫、及銣中之至少一者。
在態樣（21）提供態樣（15）至（20）中任一態樣的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含玻璃陶瓷。
在態樣（22）提供一種方法，該方法包含以下步驟：在逆離子交換浴中將離子交換玻璃製品進行逆離子交換，以產生逆離子交換玻璃製品，其中該逆離子交換浴包含鋰鹽；以及在再離子交換浴中將該逆離子交換玻璃製品進行再離子交換以形成再離子交換玻璃製品，其中該再離子交換玻璃製品包含：Li2 O、Na2 O、及K2 O；從該再離子交換玻璃製品的表面延伸到壓縮深度（DOC）的壓縮應力層；從層深度延伸到該再離子交換玻璃製品中並具有至少約40 MPa的最大拉伸應力的拉伸區域；及包含其中K2 O濃度增加到局部K2 O濃度最大值的部分的K2 O濃度分佈。
在態樣（23）提供態樣（22）的方法，進一步包含以下步驟：從該逆離子交換玻璃製品的表面移除1 μm至10 μm。
在態樣（24）提供態樣（23）的方法，其中該移除包含機械拋光或化學蝕刻。
在態樣（25）提供態樣（22）至（24）中任一態樣的方法，其中該逆離子交換浴包含：3重量％至40重量％的LiNO3 ；及55重量％至97重量％的NaNO3 。
在態樣（26）提供態樣（22）至（25）中任一態樣的方法，其中該逆離子交換浴包含至多1重量％的KNO3 。
在態樣（27）提供態樣（22）至（26）中任一態樣的方法，其中該逆離子交換浴不含KNO3 。
在態樣（28）提供態樣（22）至（27）中任一態樣的方法，其中該逆離子交換浴處於約320℃至約520℃的溫度。
在態樣（29）提供態樣（22）至（28）中任一態樣的方法，進一步包含在第二逆離子交換浴中將該逆離子交換玻璃製品進行逆離子交換，其中該第二逆離子交換浴包含鋰鹽。
在態樣（30）提供態樣（29）的方法，其中該第二逆離子交換浴包含：0.1重量％至約5.0重量％的LiNO3 ；及NaNO3 。
在態樣（31）提供態樣（29）或（30）的方法，其中該第二逆離子交換浴基本上不含KNO3 。
在態樣（32）提供態樣（29）至（31）中任一態樣的方法，其中在該第二逆離子交換浴中的逆離子交換延長約5至約30分鐘的時間。
在態樣（33）提供態樣（29）至（32）中任一態樣的方法，其中該第二逆離子交換浴處於約320℃至約520℃的溫度。
在態樣（34）提供態樣（22）至（33）中任一態樣的方法，其中在該逆離子交換浴中的逆離子交換延長約2小時至約48小時的時間。
在態樣（35）提供態樣（22）至（34）中任一態樣的方法，其中該再離子交換浴包含：約15重量％至約40重量％的NaNO3 ；及約60重量％至約85重量％的KNO3 。
在態樣（36）提供態樣（22）至（35）中任一態樣的方法，其中在該再離子交換浴中的再離子交換延長約30分鐘至約120分鐘的時間。
在態樣（37）提供態樣（22）至（36）中任一態樣的方法，其中該再離子交換浴處於約350℃至約420℃的溫度。
在態樣（38）提供態樣（22）至（37）中任一態樣的方法，進一步包含在第二再離子交換浴中將該再離子交換玻璃製品進行再離子交換。
在態樣（39）提供態樣（38）的方法，其中該第二再離子交換浴包含：約3重量％至約15重量％的NaNO3 ；及約85重量％至約97重量％的KNO3 。
在態樣（40）提供態樣（38）或（39）的方法，其中該第二再離子交換浴處於約350℃至約420℃的溫度。
在態樣（41）提供態樣（38）至（40）中任一態樣的方法，其中在該第二再離子交換浴中的再離子交換延長約10分鐘至約30分鐘的時間。
在態樣（42）提供態樣（22）至（41）中任一態樣的方法，進一步包含在離子交換浴中將玻璃製品進行離子交換以形成離子交換玻璃製品。
在態樣（43）提供態樣（42）的方法，其中該離子交換浴包含：約15重量％至約40重量％的NaNO3 ；及約60重量％至約85重量％的KNO3 。
在態樣（44）提供態樣（42）或（43）的方法，其中在該離子交換浴中的離子交換延長約30分鐘至約120分鐘的時間。
在態樣（45）提供態樣（42）至（44）中任一態樣的方法，其中該離子交換浴處於約350℃至約420℃的溫度。
在態樣（46）提供態樣（42）至（45）中任一態樣的方法，進一步包含在第二離子交換浴中將該離子交換玻璃製品進行離子交換。
在態樣（47）提供態樣（46）的方法，其中該第二離子交換浴包含：約3重量％至約15重量％的NaNO3 ；及約85重量％至約97重量％的KNO3 。
在態樣（48）提供態樣（46）或（47）的方法，其中該第二離子交換浴處於約350℃至約420℃的溫度。
在態樣（49）提供態樣（46）至（48）中任一態樣的方法，其中在該第二再離子交換浴中的再離子交換延長約10分鐘至約30分鐘的時間。
在態樣（50）提供態樣（22）至（49）中任一態樣的方法，其中該再離子交換玻璃製品包含：在該再離子交換玻璃製品的表面下方10 μm的深度處的Li2 O濃度為在該再離子交換玻璃製品的表面處的Li2 O濃度之約0.5％至約20％；及在該再離子交換玻璃製品的表面下方10 μm的深度處的K2 O濃度為在該再離子交換玻璃製品的表面處的K2 O濃度之約0.5％至約20％。
在態樣（51）提供一種含鋰玻璃製品，該含鋰玻璃製品包含：包括複數個耦合共振的強度耦合分佈；其中第一耦合共振具有的半寬半最大值比第二耦合共振的半寬半最大值大至少1.8倍。
在態樣（52）提供態樣（51）的含鋰玻璃製品，其中該第一耦合共振具有的半寬半最大值比第二耦合共振的半寬半最大值大至少2倍。
在態樣（53）提供態樣（51）或（52）的含鋰玻璃製品，其中橫向磁極化和橫向電極化的強度耦合分佈包含的第一耦合共振具有的半寬半最大值比第二耦合共振的半寬半最大值大至少1.8倍。
在態樣（54）提供態樣（51）至（53）中任一態樣的含鋰玻璃製品，其中第一耦合共振具有的半寬半最大值比第二耦合共振和第三耦合共振的半寬半最大值大至少1.8倍。
在態樣（55）提供一種含鋰玻璃製品，該含鋰玻璃製品包含：包括複數個耦合共振的平滑強度耦合分佈；其中該平滑強度耦合分佈在第一耦合共振處的二階導數比該平滑耦合分佈在第二耦合共振處的二階導數大至少1.8倍。
在態樣（56）提供態樣（55）的含鋰玻璃製品，其中該平滑強度耦合分佈在該第一耦合共振處的二階導數比該平滑耦合分佈在該第二耦合共振處的二階導數大至少1.8倍。
在態樣（57）提供態樣（55）或（56）的含鋰玻璃製品，其中橫向磁極化和橫向電極化的強度耦合分佈包含該平滑強度耦合分佈在第一耦合共振處的二階導數比該平滑耦合分佈在第二耦合共振處的二階導數大至少1.8倍。
在態樣（58）提供態樣（55）至（57）中任一態樣的含鋰玻璃製品，其中該平滑強度耦合分佈在第一耦合共振處的二階導數比該平滑耦合分佈在第二耦合共振和第三耦合共振處的二階導數大至少1.8倍。
從以下的實施方式、附圖、及所附申請專利範圍來看，這些和其他的態樣、優點、及突出的特徵將變得顯而易見。
在以下描述中，貫穿圖式所示的若干視圖，相同的元件符號表示相同或相應的部分。還應當理解的是，除非另有說明，否則諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」等用語是方便的詞語，不應被解讀為限制性用語。此外，每當一個群組被描述為包含一組要件及該等要件之組合中之至少一者時，應當理解的是，該群組可以單獨地或彼此組合地包含任意數量的那些描述要件、基本上由任意數量的那些描述要件所組成、或由任意數量的那些描述要件所組成。類似地，每當一個群組被描述為由一組要件及該等要件之組合中之至少一者所組成時，應當理解的是，該群組可以單獨地或彼此組合地由任意數量的那些描述要件所組成。除非另有說明，否則當列舉時，值的範圍包括該範圍的上限和下限以及其間的任何範圍。除非另有說明，否則本文中使用的不定冠詞「一（a）」、「一（an）」、及相應的定冠詞「該」意指「至少一個」或「一個或更多個」。還應當理解的是，可以以任意和所有的組合使用說明書和圖式中揭示的各種特徵。
本文中使用的用語「玻璃製品」係以其最廣泛的含義使用而包括完全或部分由玻璃（包括玻璃陶瓷）製成的任何物體。除非另有說明，否則本文描述的所有玻璃成分均以莫耳百分比（莫耳％）表示，並且組分是以氧化物的基礎提供。熱膨脹係數（CTE）是以百萬分率（ppm）/℃表示，並且表示在約20℃至約300℃的溫度範圍間量測的值，除非另有說明。亦將高溫（或液體）熱膨脹係數（高溫CTE）表示為每攝氏度的百萬分率（ppm）（ppm/℃），並表示在瞬時熱膨脹係數（CTE）對溫度曲線的高溫穩定區中量測的值。高溫CTE量測與玻璃加熱或冷卻透過轉變區相關的體積變化。
除非另有說明，否則所有溫度均以攝氏度（℃）表示。本文中使用的用語「軟化點」是指玻璃的黏度為約107.6 泊（P）的溫度，用語「退火點」是指玻璃的黏度為約1013.2 泊的溫度，用語「200泊溫度（T200P ）」是指玻璃的黏度為約200泊的溫度，用語「1011 泊溫度」是指玻璃的黏度為約1011 泊的溫度，用語「35 kP溫度（T35kP ）」是指玻璃的黏度為約35千泊（kP）的溫度，用語「160 kP溫度（T160kP ）」是指玻璃的黏度為約160 kP的溫度。
本文中使用的用語「鋯石分解溫度」或「T分解 」是指鋯石（通常在玻璃加工和製造中被用作耐火材料）分解形成氧化鋯和二氧化矽時的溫度，用語「鋯石分解黏度」是指玻璃在T分解 下的黏度。用語「液相線黏度」是指熔融玻璃在液相線溫度下的黏度，其中液相線溫度是指當熔融玻璃從熔化溫度冷卻時晶體首次出現的溫度，或是隨著溫度從室溫升高時最後的晶體熔化的溫度。用語「35 kP溫度」或「T35kP 」是指玻璃或玻璃熔化物具有35,000泊（P）或35千泊（kP）的黏度時的溫度。
注意到的是，本文中可以使用用語「基本上」和「約」來表示可歸因於任何定量比較、值、量測、或其他表示的固有不確定性程度。本文中還使用這些用語來表示定量表示可以與所述參考值不同而不會導致所論述的標的物的基本功能改變的程度。例如，「基本上不含K2 O」的玻璃是其中K2 O不被主動加入或分批加入玻璃中、但可以作為雜質以極小的量存在的玻璃。
壓縮應力（包括表面CS）是使用市售儀器藉由表面應力儀（FSM）量測的，例如由Orihara Industrial Co., Ltd.（日本）製造的FSM-6000。表面應力量測依賴應力光學係數（SOC）的精確量測，應力光學係數與玻璃的雙折射有關。SOC接著又按照ASTM標準C770-16、標題為「量測玻璃應力光學係數的標準測試方法（Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient）」（內容以引用方式全部併入本文中）中描述的程序C（玻璃板方法）量測。使用所屬技術領域中習知的散射光偏振儀（SCALP）技術量測最大拉伸應力或中心張力（CT）值。
本文中使用的壓縮深度（「DOC」）意指本文描述的化學強化鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品中的應力從壓縮變為拉伸的深度。DOC可以藉由FSM或散射光偏振儀（SCALP）量測，取決於離子交換處理。當玻璃製品中的應力是藉由將鉀離子交換到玻璃製品中來產生時，則使用FSM量測DOC。當應力是藉由將鈉離子交換到玻璃製品中來產生時，則使用SCALP量測DOC。當玻璃製品中的應力是藉由將鉀和鈉離子交換到玻璃中來產生時，則DOC是藉由SCALP量測，因為據信鈉的交換深度表示DOC，而鉀離子的交換深度表示壓縮應力大小的變化（但不是應力從壓縮到拉伸的變化）；鉀離子在這類玻璃製品中的交換深度是藉由FSM量測。
K+ 離子（「鉀DOL」）的滲透深度與DOC不同，因為鉀DOL表示由於離子交換製程的鉀滲透深度。鉀DOL通常小於本文所述製品的DOC。使用表面應力儀量測鉀DOL，表面應力儀例如由Orihara Industrial Co., Ltd.（日本）製造的市售FSM-6000表面應力儀，表面應力儀的量測依賴應力光學係數（SOC）的精確量測，如以上關於CS量測所述。
通常參照圖式並特別參照第1圖，將理解的是，圖示是為了描述特定實施例的目的，並無意限制本揭示或隨附的申請專利範圍。圖式不一定依比例繪製，而且為了清楚和簡明起見，可以以誇張的比例或示意性地圖示出圖式的某些特徵和某些視圖。
本文描述的是用於將呈現製造缺陷的化學強化玻璃製品重工的方法、以及所得的重工玻璃製品。缺陷可以包括表面缺陷或不期望的應力分佈。表面缺陷可能是在製造製程期間操作的結果，並且可能包括刮痕、壓痕和凹痕。不期望的應力分佈可能從超出規格的離子交換條件產生。
可以藉由從表面移除材料（例如藉由拋光或蝕刻）來從化學強化玻璃製品移除表面缺陷。從玻璃製品表面移除材料亦移除了玻璃製品處於壓縮應力下的部分。因此，從表面移除材料之後，玻璃製品必須進行另外的離子交換以實現期望的應力分佈。另外的離子交換可能不利地影響玻璃製品的強度和尺寸穩定性。例如，另外的離子交換可能在玻璃製品中產生內部擴散和應力鬆弛、以及導致使玻璃製品處於期望的尺寸公差之外的部分生長。
本文描述的方法包括用以在化學強化離子交換之前使化學強化玻璃製品返回到大約玻璃製品的成分的逆離子交換步驟。逆離子交換步驟採用包含鋰鹽和鈉鹽的逆離子交換浴。在逆離子交換之後，可以可選地處理玻璃製品以從表面移除材料，隨後再對玻璃製品進行再離子交換以產生期望的應力分佈。重工的玻璃製品含有對應的K2 O濃度分佈具有其中K2 O濃度增加到局部K2 O濃度最大值的部分的埋入高折射率峰值，從而允許區別重工的玻璃製品與非重工的玻璃製品。
將用於製造化學強化玻璃製品和決定部件是否需要重工的例示性方法圖示於第2圖。如第2圖所示，玻璃製品製造製程可以包括對藉由熔合製程形成的玻璃片進行刻痕切割、對邊緣機械加工及/或在所得部件中形成孔、可選地將加工部件3-D成形、隨後可選地拋光部件的邊緣和表面。隨後在離子交換製程中對部件進行化學強化以形成離子交換玻璃製品。隨後可選地將離子交換玻璃製品拋光，以從離子交換玻璃製品的每一側移除少於1 μm的材料，之後再檢查玻璃製品以確定玻璃製品是否滿足製造標準。隨後將不滿足期望標準的部件進行處理作為重工以提高製造製程的產率。由於各種原因部件可能無法滿足製造標準，例如包括表面缺陷或具有不期望的應力分佈。表面缺陷可能由於製造製程的各個階段期間的操作而形成。在檢查之後，未被指定進行重工的部件可以被施加有防指紋塗層及/或裝飾。隨後再次檢查部件以確定部件是否滿足製造標準，並將無法滿足製造標準的部件進行處理作為重工。
第3圖圖示例示性重工處理方法。在一些實施例中，未進行第3圖圖示的一個或更多個步驟。在一些實施例中，可以進行第3圖未圖示的附加步驟作為重工處理方法的一部分。重工處理方法包括在含有鋰鹽的逆離子交換浴中將離子交換玻璃製品進行逆離子交換，以產生逆離子交換玻璃製品。假使離子交換製品包括裝飾，則可以在逆離子交換之前將裝飾移除。在一些實施例中，在離子交換玻璃製品進行逆離子交換之前不需要將防指紋（AF）塗層移除。逆離子交換玻璃製品可以可選地進行機械拋光或化學蝕刻，以從逆離子交換玻璃製品的表面移除材料。從逆離子交換玻璃製品的表面移除材料亦可以移除表面缺陷。隨後可以在再離子交換浴中將逆離子交換玻璃製品進行再離子交換以形成再離子交換玻璃製品。隨後檢查再離子交換玻璃製品以確定部件是否落入期望的製造標準內。隨後可以在最終檢查之前將防指紋塗層及/或裝飾施加於再離子交換玻璃製品，以確定部件是否落入期望的製造標準內。
逆離子交換製程從離子交換玻璃製品移除離子，以使玻璃製品返回到大約其離子交換前的狀態。選擇逆離子交換浴的成分來移除在離子交換製程期間添加到玻璃製品的離子。在一些實施例中，例如但不限於當非離子交換玻璃製品包含Li2 O和Na2 O時，逆離子交換浴可以含有LiNO3 和NaNO3 ，且選擇LiNO3 和NaNO3 的相對量，使得非離子交換玻璃製品在逆離子交換浴中的平衡重量增加接近零或正值。假使逆離子交換浴的LiNO3 含量過高，則過量的LiO2 可能積聚在逆離子交換玻璃製品的表面，從而產生可能在玻璃製品中產生表面裂紋的表面張力。逆離子交換浴可以包括約3重量％至約40重量％的LiNO3 ；例如3重量％至約33重量％的LiNO3 、約5重量％至約30重量％的LiNO3 、約10重量％至約25重量％的LiNO3 、約15重量％至約20重量％的LiNO3 、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點界定的任何子範圍。逆離子交換浴可以含有約55重量％至約97重量％的NaNO3 ；例如約60重量％至約97重量％的NaNO3 、約67重量％至約97重量％的NaNO3 、約70重量％至約95重量％的NaNO3 、約75重量％至約90重量％的NaNO3 、約80重量％至約85重量％的NaNO3 、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點界定的任何子範圍。在一些實施例中，逆離子交換浴中高達約5重量％的NaNO3 可以被KNO3 取代，例如在其中相同的逆離子交換浴用於多個重工製程循環並且從玻璃製品移除的鉀毒化逆離子交換浴的情況下。在一些實施例中，逆離子交換浴可以含有少於約5重量％的KNO3 、少於約1重量％的KNO3 、並且可以不含KNO3 。
逆離子交換浴成分可以基於玻璃製品在離子交換之前的成分來決定。合適的逆離子交換浴成分可以基於玻璃製品中所需的Li2 O和Na2 O含量來決定。具體來說，xLi_g是離子交換之前玻璃中的Li2 O相對於Li2 O和Na2 O的總量的莫耳分率；而xLi_b是逆離子交換浴中LiNO3 相對於LiNO3 和NaNO3 的總量的莫耳分率。如第4圖所示，將S形曲線適配於解釋第10圖呈現的離子交換後的重量變化實驗數據之後獲得的平均成分數據。曲線上的數據點表示對於玻璃的每個目標莫耳成分xLi_g來說，就Li相對於總Li和Na離子的分率而言較佳的逆離子交換浴莫耳成分。在逆化學強化後目標玻璃成分具有約0.36的xLi_g的實例中，較佳的浴成分具有約0.2的xLi_b（或是就重量來說，浴具有約17重量％的LiNO3 和約83重量％的NaNO3 ）。同時，不僅在具有17重量％LiNO3 的浴中進行逆離子交換之後，而且在具有約12重量％LiNO3 和約88重量％NaNO3 的浴中進行逆離子交換之後亦獲得了有利的重複化學強化結果。這些結果證明，當浴成分在約xLi_b = 0.2時，當浴成分與最佳成分相差約5重量％（類似約5莫耳％的LiNO3 ）時，可以獲得落在產品目標規格內的化學強化且目標xLi_b近似等於0.36。已知第4圖曲線的斜率變化，則促成特定玻璃成分目標xLi_g的浴成分xLi_b可以藉由與最佳成分的最大偏差來界定，對於0 ≤ xLi_g ≤ 0.2為約3莫耳％，對於0.2 ≤ xLi_g ≤ 0.3為約4莫耳％，對於0.3 ≤ xLi_g ≤ 0.4為約5莫耳％，對於0.4 ≤ xLi_g ≤ 0.8為約6莫耳％，對於0.8 ≤ xLi_g ≤ 0.9為約5莫耳％，而且對於0.9 ≤ xLi_g ≤ 1.0為約4莫耳％。
第4圖的適配可以藉由下式將以表示來描述：， 其中：。
在一個實例中，T = 693 K，kT = 0.05973 eV，且，使得相互作用能ε為負，，且。使得：， 其中：， 其中，並且和為相對於LiNO3 + NaNO3 的總量測得的LiNO3 和NaNO3 莫耳濃度。至少為了以下實例1描述的含鋰玻璃成分的目的，可以將最佳成分描繪成第4圖的曲線，並由下式界定。下式通常亦適用於類似實例1所述玻璃成分的含鋰玻璃成分。
對於在420℃下進行的本實驗來說，當玻璃中的目標Na超過玻璃中的目標Li時，：。
當玻璃中的目標Li超過玻璃中的目標Na時，：。
在上文中採用以下的定義，將kT的值以電子伏特（eV）表示，而且對本實例進行對應於420℃的溫度kT = 0.05973 eV的取代。
在鹽浴中LiNO3 與LiNO3 和NaNO3 總量的莫耳比xLi_b或由下式給出：。
在玻璃中Li2 O與Li2 O和Na2 O總量的莫耳比xLi_g或由下式給出：。
在玻璃中Na2 O與Na2 O和Li2 O總量的莫耳比xNa_g或由下式給出：。
除了上述建議的、與第4圖的平衡曲線描述的最佳值的最大偏差之外，在最佳值的2莫耳％內的較窄範圍會是較佳的，此外，在一些情況下，可能需要在由平衡曲線和描述該平衡曲線的方程式給出的最佳值的1莫耳％內。
當時，的建議範圍是：。
當時，的建議範圍是：。
當時，的建議範圍是：。
在一些實施例中，這些的範圍更窄可能更佳，例如最佳值的±0.02，而且在一些情況下最佳值的±0.01。
類似地，當目標大於0.5時，以下是的建議範圍。當時，的建議範圍是：。
當時，的建議範圍是：。
當時，將選擇為不超過1.0，並且在以下範圍內：。
在一些實施例中，這些的範圍更窄可能更佳，例如最佳值的±0.02，而且在一些情況下最佳值的±0.01。
更一般來說，假使逆離子交換在基本上不同於420℃的溫度下進行，則浴的莫耳成分應在最佳莫耳成分的約內，其中取如上所述0.06、0.05、0.04、0.03、0.02或0.01中的一個值，而且當目標玻璃成分為時： 。
當目標玻璃成分為時： 。
逆離子交換製程可以包括離子交換玻璃製品在逆離子交換浴中逆離子交換約2小時至約48小時的時間，例如約2小時至約24小時、約2小時至約16小時、約4小時至約14小時、約6小時至約12小時、約8小時至約10小時、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點界定的任何子範圍。逆離子交換浴可以在約320℃至約520℃的溫度下，例如約320℃至約450℃、約380℃至約420℃、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點界定的任何子範圍。
在一些實施例中，重工製程可以包括在第二逆離子交換浴中的第二逆離子交換。第二逆離子交換浴可以包含比第一逆離子交換浴更多或更少的LiNO3 。
在一些實施例中，例如其中玻璃製品的鈉含量被消耗到比在第一逆離子交換製程期間所需的更大的程度的實施例，第二逆離子交換浴可以包括比第一逆離子交換浴更少的LiNO3 和更多的NaNO3 。在這種情況下，第二逆離子交換浴可以包含少於約5重量％的LiNO3 ，例如少於約4重量％的LiNO3 、少於約3重量％的LiNO3 、少於約2重量％的LiNO3 、或上述範圍中包含的任何子範圍，其餘包含NaNO3 和可能的KNO3 毒化貢獻。第二逆離子交換可以在約320℃至約520℃的溫度下進行，例如約320℃至約450℃、約380℃至約420℃、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點界定的任何子範圍。第二逆離子交換可以延長約5分鐘至約30分鐘的時間。
在一些實施例中，第二逆離子交換浴可以包含比第一逆離子交換浴更多的LiNO3 。可以在離子交換之前玻璃製品的鋰含量會需要逆離子交換浴的LiNO3 含量（假使在單一逆離子交換製程中進行可能在玻璃製品中產生裂紋）時使用此類逆離子交換浴。使用多個逆離子交換浴允許在隨後的逆離子交換浴中增加LiNO3 的含量，直到實現所需的LiNO3 含量達到原始玻璃製品的LiO2 含量而不會使玻璃製品破裂。第二和可能的隨後逆離子交換浴的溫度和延長的時間可以在上述用於逆離子交換的參數內。
隨後可以對逆離子交換玻璃製品進行機械拋光或化學蝕刻，以從玻璃製品的表面移除材料、及存在於逆離子交換玻璃製品的表面的任何表面缺陷。從逆離子交換玻璃製品移除的材料量可以在約1 μm至約10 μm的範圍中，例如約3 μm至約10 μm、約5 μm至約10 μm、或上述範圍中包含的任何子範圍。化學蝕刻製程可以是酸蝕刻製程，例如氫氟酸蝕刻製程。
可以在再離子交換浴中對逆離子交換玻璃製品進行再離子交換，以產生再離子交換玻璃製品。再離子交換浴可以與用以產生離子交換玻璃製品的離子交換浴相同。類似地，可以在第二再離子交換浴中對再離子交換玻璃製品進行第二再離子交換製程。第二再離子交換浴可以與用以產生離子交換玻璃製品的第二離子交換浴相同。
再離子交換玻璃製品表現出埋入的高折射率峰值。埋入的高折射率峰值可以表示再離子交換玻璃製品中存在的K2 O濃度分佈具有其中K2 O濃度增加到局部K2 O濃度最大值的部分。局部K2 O濃度最大值可以位於再離子交換玻璃製品的表面下方約3 μm至約30 μm的深度。在局部最大值處的K2 O濃度可以是離子交換玻璃製品的起始表面K2 O濃度的約0.05莫耳％至約1.2莫耳％，而且可以是約0.5％至約15％。再離子交換玻璃製品可以具有在離子交換玻璃製品的表面下方深度10 μm的離子交換玻璃製品K2 O濃度的約0.5％至約20％的K2 O濃度。在一些實施例中，再離子交換玻璃製品可以在表面下方10 μm的深度處具有比在再離子交換玻璃製品中心處的K2 O濃度大至少約0.3莫耳％、例如大0.5莫耳％、大1莫耳％、大1.5莫耳％、大2莫耳％或更多的K2 O濃度。
在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品具有均勻的微結構（即玻璃不是相分離的）。在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品是非晶形的。當用於描述玻璃製品時，本文中使用的「非晶形」意指基本上不含微晶或結晶相（即含有少於1體積％的微晶或結晶相）。
本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品可由可熔合成形的玻璃組成物形成。在一個或更多個實施例中，可熔合形成的玻璃組成物可以具有大於約200千泊（kP）的液相線黏度，而且在一些實施例中具有至少約600 kP的液相線黏度。在一些實施例中，這些玻璃製品和組成物與鋯石溢流槽相容：玻璃分解鋯石溢流槽而產生氧化鋯缺陷的黏度小於35 kP。在本文所述成分範圍內的選定玻璃組成物可以具有大於35 kP的鋯石分解黏度。在這種情況下，可以使用氧化鋁溢流槽來將這些玻璃製品熔合成形。
在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品可以包括包含至少0.5莫耳％P2 O5 、Na2 O及Li2 O的玻璃組成物。在一些實施例中，Li2 O（莫耳％）/Na2 O（莫耳％）可以小於1。此外，這些玻璃可以不含B2 O3 和K2 O。本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃可以進一步包括ZnO、MgO、及SnO2 。
在一些實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含或基本上組成為至少約58莫耳％的SiO2 、約0.5莫耳％至約3莫耳％的P2 O5 、至少約11莫耳％的Al2 O3 、Na2 O及Li2 O。
在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含或基本上組成為約58莫耳％至約65莫耳％的SiO2 ；約11莫耳％至約20莫耳％的Al2 O3 ；約0.5莫耳％至約3莫耳％的P2 O5 ；約6莫耳％至約18莫耳％的Na2 O；約0.1莫耳％至10莫耳％的Li2 O；0莫耳％至約6莫耳％的MgO；及0莫耳％至約6莫耳％的ZnO。在某些實施例中，玻璃包含或基本上組成為約63莫耳％至約65莫耳％的SiO2 ；11莫耳％至約19莫耳％的Al2 O3 ；約1莫耳％至約3莫耳％的P2 O5 ；約9莫耳％至約20莫耳％的Na2 O；約2莫耳％至10莫耳％的Li2 O；0莫耳％至約6莫耳％的MgO；及0莫耳％至約6莫耳％的ZnO。
在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含小於約2（例如小於約1.8、小於約1.6、小於約1.5、或小於約1.4）的R2 O（莫耳％）/Al2 O3 （莫耳％）比率，其中R2 O = Li2 O + Na2 O。
在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含其中SiO2 和P2 O5 的總量大於65莫耳％且小於67莫耳％的關係（即65莫耳％ ＜ SiO2 （莫耳％） + P2 O5 （莫耳％） ＜ 67莫耳％）。例如，SiO2 和P2 O5 的總量可以在約65.1莫耳％至約66.9莫耳％、約65.2莫耳％至約66.8莫耳％、約65.3莫耳％至約66.7莫耳％、約65.4莫耳％至約66.6莫耳％、約65.5莫耳％至約66.5莫耳％、約65.6莫耳％至約66.4莫耳％、約65.7莫耳％至約66.3莫耳％、約65.8莫耳％至約66.2莫耳％、約65.9莫耳％至約66.1莫耳％的範圍中、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點形成的任何子範圍中。
在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含R2 O（莫耳％）+ R'O（莫耳％）-Al2 O3 （莫耳％）+ P2 O5 （莫耳％）大於約-3莫耳％的關係（即R2 O（莫耳％）+ R'O（莫耳％） - Al2 O3 （莫耳％）+ P2 O5 （莫耳％）＞ -3莫耳％）。在一個或更多個實施例中，R2 O是Li2 O和Na2 O的總量（即R2 O = Li2 O + Na2 O）。在一個或更多個實施例中，R'O是存在於鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃中的二價金屬氧化物的總量。在一個或更多個實施例中，R2 O（莫耳％）+ R'O（莫耳％）-Al2 O3 （莫耳％）+ P2 O5 （莫耳％）的關係大於約-2.5莫耳％、大於約-2莫耳％、大於約-1.5莫耳％、大於約-1莫耳％、大於約-0.5莫耳％、大於約0莫耳％、大於約0.5莫耳％、大於約1莫耳％、大於約1.5莫耳％、大於約2莫耳％、大於約2.5莫耳％、大於約3莫耳％、大於約3.5莫耳％、大於約4莫耳％、大於約4.5莫耳％、大於約5莫耳％、大於約5.5莫耳％、或大於約6莫耳％、大於約6.5莫耳％、大於約7莫耳％、大於約7.5莫耳％、大於約8莫耳％、大於約8.5莫耳％、大於約9莫耳％、或大於約9.5莫耳％。
本文描述的基料（或未強化）和強化（即藉由離子交換化學強化的）鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的每一種氧化物成分都對玻璃的可製造性和物理性質發揮功能及/或具有作用。例如，二氧化矽（SiO2 ）是主要的玻璃成形氧化物，並形成熔融玻璃的網絡骨架。純SiO2 具有低CTE並且不含鹼金屬。然而，由於純SiO2 的極高熔化溫度，純SiO2 與熔合拉伸製程不相容。黏度曲線亦太高而無法與層壓結構中的任何芯玻璃匹配。在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含的SiO2 量在約58莫耳％至約65莫耳％、約59莫耳％至約64莫耳％、約60莫耳％至約63莫耳％、約61莫耳％至約62莫耳％、約63.2莫耳％至約65莫耳％、約63.3莫耳％至約65莫耳％的範圍中、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點形成的任何子範圍中。
除了二氧化矽之外，本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含網絡形成劑Al2 O3 以實現穩定的玻璃成形、低CTE、低楊氏模量、低剪切模量，並且有利於熔化和成形。就像SiO2 ，Al2 O3 有助於玻璃網絡的堅硬性。氧化鋁可以以四重或五重配位存在於玻璃中，此舉提高玻璃網絡的填充密度，並因此增加由化學強化產生的壓縮應力。在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含的Al2 O3 量在約11莫耳％至約20莫耳％、約12莫耳％至約19莫耳％、約13莫耳％至約18莫耳％、約14莫耳％至約17莫耳％、約15莫耳％至約16莫耳％的範圍中、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點形成的任何子範圍中。
五氧化二磷（P2 O5 ）是摻入本文所述鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品中的網絡形成劑。P2 O5 在玻璃網絡中採用準四面體結構；即P2 O5 與四個氧原子配位，但其中只有三個氧原子連接到網絡的其餘部分。第四個氧原子是與磷陽離子雙重鍵結的末端氧。在玻璃網絡中摻入P2 O5 對於降低楊氏模量和剪切模量是高度有效的。在玻璃網絡中摻入P2 O5 還降低高溫CTE、提高離子交換相互擴散速率、並改善與鋯石耐火材料的玻璃相容性。在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含的P2 O5 量在約0.5莫耳％至約5莫耳％、約0.6莫耳％至約5莫耳％、約0.8莫耳％至約5莫耳％、約1莫耳％至約5莫耳％、約1.2莫耳％至約5莫耳％、約1.4莫耳％至約5莫耳％、約1.5莫耳％至約5莫耳％、約1.6莫耳％至約5莫耳％、約1.8莫耳％至約5莫耳％、約2莫耳％至約5莫耳％、約0.5莫耳％至約3莫耳％、約0.5莫耳％至約2.8莫耳％、約0.5莫耳％至約2.6莫耳％、約0.5莫耳％至約2.5莫耳％、約0.5莫耳％至約2.4莫耳％、約0.5莫耳％至約2.2莫耳％、約0.5莫耳％至約2莫耳％、約2.5莫耳％至約5莫耳％、約2.5莫耳％至約4莫耳％、約2.5莫耳％至約3莫耳％的範圍中、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點形成的任何子範圍中。
本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品可以不含B2 O3 ，因為當玻璃藉由離子交換強化時，B2 O3 的存在對壓縮應力有負面影響。本文中使用的詞語「不含B2 O3 」是指本文所述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包括少於約0.1莫耳％的B2 O3 、少於約0.05莫耳％的B2 O3 或少於約0.01莫耳％的B2 O3 。在一些實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品可以包括量約0.1莫耳％至多達約10莫耳％的B2 O3 ；例如約0.5莫耳％至多達約9莫耳％、約1莫耳％至多達約8莫耳％、約2莫耳％至多達約7莫耳％、約3莫耳％至多達約6莫耳％、約4莫耳％至多達約5莫耳％、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點形成的任何子範圍的B2 O3 。
鹼金屬氧化物Na2 O用於藉由離子交換實現本文所述鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的化學強化。本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包括Na2 O，Na2 O提供Na+陽離子以與存在於含有例如KNO3 的鹽浴中的鉀陽離子交換。在一些實施例中，本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含約4莫耳％至約20莫耳％的Na2 O。在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含的Na2 O量在約4.5莫耳％至約19.5莫耳％、約5莫耳％至約19莫耳％、約5.5莫耳％至約18.5莫耳％、約6莫耳％至約18莫耳％、約6.5莫耳％至約17.5莫耳％、約7莫耳％至約17莫耳％、約7.5莫耳％至約16.5莫耳％、約8莫耳％至約16莫耳％、約8.5莫耳％至約15.5莫耳％、約9莫耳％至約15莫耳％、約9.5莫耳％至約14.5莫耳％、約10莫耳％至約14莫耳％、約10.5莫耳％至約13.5莫耳％、約11莫耳％至約13莫耳％、約11.5莫耳％至約12.5莫耳％的範圍中、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點形成的任何子範圍中。
本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品含有Li2 O。在一些實施例中，還包括至多約13莫耳％的Li2 O或多達約10莫耳％的Li2 O。在一些實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含的Li2 O量在約0.1莫耳％至約10莫耳％、約0.5莫耳％至約9.5莫耳％、約1莫耳％至約9莫耳％、約1.5莫耳％至約8.5莫耳％、約2莫耳％至約8莫耳％、約2.5莫耳％至約7.5莫耳％、約3莫耳％至約7莫耳％、約3.5莫耳％至約6.5莫耳％、約4莫耳％至約6莫耳％、約4.5莫耳％至約5.5莫耳％、或約4莫耳％至約8莫耳％的範圍中、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點形成的任何子範圍中。當取代Na2 O時，Li2 O降低鋯石分解溫度並軟化玻璃，此舉允許將額外的Al2 O3 添加到玻璃中。在本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品中，存在的Na2 O量可以超過Li2 O的量，其中Li2 O（莫耳％）/Na2 O（莫耳％）＜ 1。在一些實施例中，Li2 O（莫耳％）/Na2 O（莫耳％）＜0.75。在一些實施例中，R2 O（莫耳％）/Al2 O3 （莫耳％）＜ 2，而且在一些實施例中，0.9 ≤ R2 O（莫耳％）/ Al2 O3 （莫耳％）≤ 1.6，其中R2 O = Li2 O + Na2 O。
玻璃中存在氧化鉀對於透過離子交換在玻璃中實現高水平表面壓縮應力的能力有負面的影響。本文所述最初形成的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品可以不含K2 O。在一個或更多個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包括少於約0.2莫耳％的K2 O。然而，當在含鉀熔融鹽（例如含KNO3 ）浴中進行離子交換時，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃可以包括一定量的K2 O（即少於約1莫耳％），實際量取決於離子交換條件（例如離子交換浴中的鉀鹽濃度、浴溫度、離子交換時間、以及K+ 離子取代Li+ 和Na+ 離子的程度）。所得的壓縮層將含有鉀 - 在玻璃表面附近的離子交換層可以在玻璃表面含有10莫耳％或更多的K2 O，而深度大於壓縮層深度的玻璃主體保持基本上不含鉀。
在一些實施例中，本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品可以包含0莫耳％至高達約6莫耳％的ZnO，例如約0.5莫耳％至約5.5莫耳％、約1莫耳％至約5莫耳％、約1.5莫耳％至約4.5莫耳％、約2莫耳％至約4莫耳％、約2.5莫耳％至約3.5莫耳％、約0.1莫耳％至約6莫耳％、約0.1莫耳％至約3莫耳％、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點形成的任何子範圍的ZnO。二價氧化物ZnO藉由降低在200泊黏度下的溫度（200P溫度）來改善玻璃的熔化行為。與同樣添加P2 O5 及/或Na2 O相比時，ZnO亦有利於改善應變點。
鹼土金屬氧化物例如MgO和CaO亦可以取代ZnO，以對200P溫度和應變點實現類似的效果。然而，當與MgO和CaO相比時，ZnO在P2 O5 存在下較不易促進相分離。在一些實施例中，本文描述的玻璃包括0莫耳％至多達6莫耳％的MgO，或者在其他實施例中，這些玻璃包含0.02莫耳％至約6莫耳％的MgO。儘管其他的鹼土金屬氧化物（包括SrO和BaO）亦可以取代ZnO，但SrO和BaO對於降低在200泊黏度下的熔化溫度不如ZnO、MgO或CaO有效，而且在提高應變點上亦不如ZnO、MgO或CaO有效。
在一些實施例中，本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品可藉由所屬技術領域中習知的下拉製程成形，例如狹縫拉伸和熔合拉伸製程。鋰可以作為鋰輝石或碳酸鋰分批投料到熔化物中。
熔合拉伸製程是已被用於大規模製造薄玻璃片的工業技術。與其他平坦玻璃製造技術（例如浮法或狹縫拉伸製程）相比，熔合拉伸製程產生具有優異平坦度和表面品質的薄玻璃片。結果，熔合拉伸製程已成為用於液晶顯示器、以及用於個人電子裝置（例如筆記型電腦、娛樂裝置、平板電腦、膝上型電腦、行動電話、及類似物）的蓋玻璃的薄玻璃基材的製造中的主要製造技術。
熔合拉伸製程涉及熔融玻璃在稱為「溢流槽」的槽上方的流動，溢流槽通常由鋯石或另一種耐火材料製成。熔融玻璃從兩側溢流出溢流槽的頂部、在溢流槽的底部會合而形成單片，其中只有最終片材的內部曾與溢流槽直接接觸。由於最終玻璃片的暴露表面在拉伸製程期間都未曾與溢流槽材料接觸，所以玻璃的兩個外表面都具有未受污染的品質且不需要隨後的修整。
為了是可熔合拉伸的，玻璃組成物必須具有足夠高的液相線黏度（即熔融玻璃在液相線溫度下的黏度）。在一些實施例中，用於形成本文所述鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的組成物具有至少約200千泊（kP）、在其他實施例中至少約600 kP的液相線黏度。
在形成鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品之後，對製品進行化學強化。離子交換被廣泛用於對玻璃進行化學強化。在一個具體實例中，這類陽離子源（例如熔融鹽或「離子交換」浴）中的鹼金屬陽離子與玻璃內的較小鹼金屬陽離子交換，以在玻璃製品表面附近形成處於壓縮應力下的層。壓縮層從表面延伸到玻璃製品內的DOC。例如在本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品中，藉由將玻璃浸入包含鉀鹽（例如但不限於硝酸鉀（KNO3 ））的熔融鹽浴中而在離子交換期間使來自陽離子源的鉀離子與玻璃內的鈉離子交換。可用於離子交換製程的其他鉀鹽包括但不限於氯化鉀（KCl）、硫酸鉀（K2 SO4 ）、氯化鉀與硫酸鉀之組合等。本文描述的離子交換浴可以含有鉀和相應的鹽以外的鹼金屬離子。例如，離子交換浴還可以包括鈉鹽，例如硝酸鈉（NaNO3 ）、硫酸鈉、氯化鈉等。在一個或更多個實施例中，可以使用兩種不同鹽的混合物。例如，可以將玻璃製品浸入KNO3 和NaNO3 的鹽浴中。在一些實施例中，可以使用多於一個浴，且將玻璃浸沒在一個浴中隨後接著在另一個浴中。浴可以具有相同或不同的成分、溫度及/或可以用於不同的浸沒時間。
離子交換浴可以具有在約320℃至約520℃的範圍內、例如約320℃至約450℃的溫度。浴中的浸沒時間可以在約15分鐘至約48小時之間變化，例如約15分鐘至約16小時。在一些實施例中，離子交換浴可包含約15重量％至約40重量％的NaNO3 ；和約60重量％至約85重量％的KNO3 。
儘管第1圖圖示的實施例將強化的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品100描繪成平坦的片或板，但鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品可具有其他構型，例如三維形狀或非平面構型。強化的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品100具有界定厚度t 的第一表面110和第二表面112。在一個或更多個實施例（例如第1圖圖示的實施例）中，強化的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品是包括界定厚度t 的第一表面110和相對的第二表面112的片材。強化的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品100具有從第一表面110延伸到玻璃製品100的主體中的層深度d1 的第一壓縮層120。在第1圖圖示的實施例中，強化的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品100還具有從第二表面112延伸到第二層深度d2 的第二壓縮層122。玻璃製品還具有從d1 延伸到d2 的中心區域330。中心區域130處於拉伸應力或中心張力（CT），該中心張力平衡或抵銷層120和122的壓縮應力。第一和第二壓縮層120、122的深度d1 、d2 保護強化的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品100免於因尖銳衝擊引入到強化的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品100的第一和第二表面110、112的裂紋延伸，同時壓縮應力使裂紋穿透第一和第二壓縮層120、122的深度d1 、d2 的可能性最小化。DOC d1和DOC d2可以彼此相等或彼此不同。在一些實施例中，中心區域的至少一部分（例如，從DOC延伸到等於製品厚度的0.5倍的深度的部分）可以不含K2 O（如本文所界定）。
可以將DOC描述為厚度t的分率。例如，在一個或更多個實施例中，DOC可以等於或大於約0.1t、等於或大於約0.11t、等於或大於約0.12t、等於或大於約0.13t、等於或大於約0.14t、等於或大於約0.15t、等於或大於約0.16t、等於或大於約0.17t、等於或大於約0.18t、等於或大於約0.19t、等於或大於約0.2t、等於或大於約0.21t。在一些實施例中，DOC可以在約0.08t至約0.25t、約0.09t至約0.24t、約0.10t至約0.23t、約0.11t至約0.22t、約0.12t至約0.21t、約0.13t至約0.20t、約0.14t至約0.19t、約0.15t至約0.18t、約0.16t至約0.19t的範圍中、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點形成的任何子範圍中。在一些情況下，DOC可以是約20 μm或更小。在一個或更多個實施例中，DOC可以是約40 μm或更大，例如約40 μm至約300 μm、約50 μm至約280 μm、約60 μm至約260 μm、約70 μm至約240 μm、約80 μm至約220 μm、約90 μm至約200 μm、約100 μm至約190 μm、約110 μm至約180 μm、約120 μm至約170 μm、約140 μm至約160 μm、約150 μm至約300 μm、或上述範圍中包含的或由這些端點中的任何端點形成的任何子範圍。
在一個或更多個實施例中，強化的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品可以具有約400 MPa或更大、約500 MPa或更大、約600 MPa或更大、約700 MPa或更大、約800 MPa或更大、約900 MPa或更大、約930 MPa或更大、約1000 MPa或更大、或約1050 MPa或更大的最大壓縮應力（可以在表面或玻璃製品內的深度找到）。
在一個或更多個實施例中，強化的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品可以具有約40 MPa或更大的最大拉伸應力或中心張力（CT），例如約45 MPa或更大、約50 MPa或更大、約60 MPa或更大、約70 MPa或更大、約75 MPa或更大、約80 MPa或更大、或約85 MPa或更大的最大拉伸應力或中心張力（CT）。在一些實施例中，最大拉伸應力或中心張力（CT）可以在約40 MPa至約100 MPa的範圍內。
在一些實施例中，本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品藉由浸入熔融鹽浴中進行離子交換，該熔融鹽浴包含約100重量％（少量的添加劑，例如矽酸等可被加到浴中）的KNO3 或基本上由約100重量％的KNO3 所組成。為了最大化表面壓縮應力，玻璃可經歷熱處理，隨後進行離子交換。
在一些實施例中，離子交換玻璃製品可以包括大離子，例如銀、銅、銫或銣。這些大離子在離子交換玻璃製品中的含量可以高達約5莫耳％，例如高達約3莫耳％。在一些實施例中，再離子交換浴可以包括大離子的鹽，使得大離子被再離子交換到逆離子交換玻璃製品中作為重工製程的一部分。
在一些實施例中，本文描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品形成消費性電子產品的一部分，消費性電子產品例如行動電話或智慧型手機、膝上型電腦、平板電腦等。第5圖和第6圖圖示出消費性電子產品（例如智慧型手機）的示意圖。消費性電子裝置500包括具有前表面504、後表面506及側表面508的殼體502；至少部分或完全在該殼體內的電氣元件（未圖示），並且該電氣元件至少包括控制器、記憶體及在該殼體的該前表面處或附近的顯示器510；以及位於該殼體的該前表面處或上方的蓋基材512，使得蓋基材512位於該顯示器上方。在一些實施例中，蓋基材512可以包括本文揭示的任何強化製品。例示性實施例 實例 1
將成分為64.13莫耳％SiO2 、15.98莫耳％Al2 O3 、1.24莫耳％P2 O5 、6.41莫耳％Li2 O、10.86莫耳％Na2 O、0.03莫耳％K2 O、1.17莫耳％ZnO、0.05莫耳％SnO2 、0.08莫耳％MgO、0.02莫耳％CaO、及0.02莫耳％Fe2 O3 的0.8 mm厚玻璃製品在雙離子交換製程中進行離子交換。雙離子交換製程包括第一和第二離子交換，其中第一離子交換包括含有75重量％NaNO3 和25重量％KNO3 的浴在380℃的溫度下3小時30分鐘。第二離子交換包括含有5重量％NaNO3 和95重量％KNO3 的浴在380℃的溫度下30分鐘。將藉由輝光放電發射光譜法（GDOES）測得的Li2 O、Na2 O及K2 O生成濃度作為玻璃製品表面下方的深度的函數圖示於第7圖。
將離子交換玻璃製品拋光以從其表面移除7 μm。隨後將拋光的離子交換玻璃製品在包括9重量％NaNO3 和91重量％KNO3 的離子交換浴中進行離子交換，以恢復所需的表面壓縮應力（CS）和壓縮深度（DOC）。將離子交換玻璃製品及拋光和離子交換玻璃製品的應力分佈圖示於第8圖。與未拋光的離子交換玻璃製品相比，在拋光和離子交換玻璃製品中應力分佈（CSk）的膝部處的壓縮應力減小了約50 MPa。第8圖的應力分佈是藉由折射近場（RNF）法量測。當使用RNF法量測應力分佈時，在RNF法中利用由SCALP提供的最大CT值。具體來說，藉由RNF量測的應力分佈被力平衡並校準到由SCALP量測提供的最大CT值。RNF法被描述於標題為「用於量測玻璃樣品之分佈特徵的系統與方法（Systems and methods for measuring a profile characteristic of glass sample）」的美國專利第8,854,623號中，將該專利以引用方式全部併入本文中。具體來說，RNF法包括將玻璃製品放置成與參考塊相鄰、產生以1 Hz和50 Hz之間的速率在正交偏振之間切換的偏振切換光束、量測偏振切換光束中的功率量、以及產生偏振切換參考訊號，其中在每個正交偏振中測得的功率量在彼此的50％內。該方法還包括將偏振切換光束傳送透過玻璃樣品和參考塊到玻璃樣品中的不同深度，隨後使用中繼光學系統將傳送的偏振切換光束中繼到訊號光電偵測器，且訊號光電偵測器產生偏振切換偵測器訊號。該方法還包括將偵測器訊號除以參考訊號以形成正規化偵測器訊號，並從正規化偵測器訊號確定玻璃樣品的分佈特徵。
第9圖進一步圖示CSk的概念。如第9圖所示，CSk是在應力分佈的「尖峰」部分與應力分佈的較深擴散區域之間的過渡處的壓縮應力。亦將DOC和鉀DOL圖示於第9圖，其中將鉀DOL標示為DOL。
使具有上述玻璃成分的非離子交換玻璃製品在含有LiNO3 的各種逆離子交換浴中達到平衡。隨後基於浴中LiNO3 與LiNO3 + NaNO3 的比例計算重量增加為原始玻璃製品重量的百分比，如第10圖所示。與量測數據適配的線表示表現出沒有重量增加的理想逆離子交換浴可含有約17重量％的LiNO3 和83重量％的NaNO3 ，如第10圖所示。
隨後對離子交換玻璃製品進行各種逆離子交換處理。使用在380℃下包含5重量％LiNO3 的逆離子交換浴進行2小時、4小時及8小時的逆離子交換處理。使用在420℃下包括17重量％LiNO3 的逆離子交換浴進行8小時的逆離子交換處理。如第11圖和第12圖所示，K2 O濃度隨著逆離子交換時間增加而降低，而且17重量％LiNO3 的浴降低的K2 O濃度超過5重量％LiNO3 的浴。第11圖和第12圖圖示的K2 O濃度是使用GDOES法量測。第13圖和第14圖圖示樣品中的Na2 O濃度和Li2 O濃度。如第13圖和第14圖所示，17重量％LiNO3 的逆離子交換浴產生與原始玻璃成分大約相同的Na2 O濃度和Li2 O濃度。實例 2
將實例1的玻璃組成物成形為玻璃製品，隨後將該玻璃製品用雙離子交換處理進行處理。雙離子交換製程包括第一和第二離子交換，其中第一離子交換包括在380℃的溫度下含有36重量％NaNO3 和64重量％KNO3 的浴中進行80分鐘。第二離子交換製程包括在370℃的溫度下含有5重量％NaNO3 和95重量％KNO3 的浴中進行20分鐘。隨後對離子交換玻璃製品進行逆離子交換製程。逆離子交換製程包括在420℃的溫度下含有17重量％LiNO3 和83重量％KNO3 的浴中進行8小時。隨後採用化學蝕刻製程用氫氟酸將玻璃製品的每一側移除4 μm。隨後將蝕刻過的玻璃製品在380℃的溫度下在含有36重量％NaNO3 和64重量％KNO3 的浴中再離子交換80分鐘，並在370℃的溫度下在含有5重量％NaNO3 和95重量％KNO3 的第二離子交換浴中再離子交換20分鐘。離子交換玻璃製品的K2 O濃度由第15圖中的實線表示，逆離子交換玻璃製品的K2 O濃度由第15圖中的虛線表示，並且再離子交換玻璃製品的K2 O濃度由第15圖中的點折線表示。第15圖的圓圈區域彰顯從逆離子交換製程產生的額外K2 O濃度。第16圖圖示玻璃製品中的氧化物濃度為深度的函數，且第16圖的線對應於與第15圖相同階段的製程。實例 3
將實例1的玻璃組成物成形為厚度0.5 mm的玻璃製品，並用雙離子交換處理進行處理。雙離子交換製程包括第一和第二離子交換，其中第一離子交換包括在380℃的溫度下含有36重量％NaNO3 和64重量％KNO3 的浴中進行80分鐘。第二離子交換包括在370℃的溫度下含有10重量％NaNO3 和90重量％KNO3 的浴中進行20分鐘。隨後對離子交換玻璃製品進行逆離子交換製程。逆離子交換製程包括在420℃的溫度下含有17重量％LiNO3 和83重量％KNO3 的浴中進行8小時。隨後採用化學蝕刻製程用氫氟酸將逆離子交換玻璃製品的每一側移除4 μm。隨後將蝕刻過的玻璃製品在380℃的溫度下在含有36重量％NaNO3 和64重量％KNO3 的浴中再離子交換80分鐘，並在370℃的溫度下在含有10重量％NaNO3 和90重量％KNO3 的第二離子交換浴中再離子交換20分鐘。藉由GDOES量測氧化物濃度，如第17圖所示。第17圖的虛線矩形彰顯從逆離子交換產生的額外K2 O濃度。實例 4
將實例1的玻璃組成物成形為玻璃製品，並用雙離子交換處理進行處理。雙離子交換製程包括第一和第二離子交換，其中第一離子交換包括在380℃的溫度下含有36重量％NaNO3 和64重量％KNO3 的浴中進行80分鐘。第二離子交換包括在370℃的溫度下含有5重量％NaNO3 和95重量％KNO3 的浴中進行20分鐘。隨後藉由從玻璃製品的每一側移除3 μm來從離子交換玻璃製品移除表面刮痕和其他缺陷。隨後對玻璃製品進行逆離子交換製程。逆離子交換製程包括在420℃的溫度下含有17重量％LiNO3 和83重量％KNO3 的浴中進行8小時。隨後用雙離子交換處理來處理逆離子交換玻璃製品。雙離子交換製程包括第一和第二離子交換，其中第一離子交換包括在380℃的溫度下含有36重量％NaNO3 和64重量％KNO3 的浴中進行80分鐘。第二離子交換包括在370℃的溫度下含有5重量％NaNO3 和95重量％KNO3 的浴中進行20分鐘。將從表面移除材料之前的離子交換玻璃製品和再離子交換玻璃製品的鉀層深度（DOL）、壓縮深度（DOC）、壓縮應力（CS）、壓縮應力膝部（CSk）、及中心張力（CT）記述於表1。表 1 實例 5
將實例1的玻璃組成物成形為厚度0.5 mm的玻璃製品，並用雙離子交換處理進行處理。雙離子交換製程包括第一和第二離子交換，其中第一離子交換包括在380℃的溫度下含有36重量％NaNO3 和64重量％KNO3 的浴中進行80分鐘。第二離子交換包括在370℃的溫度下含有5重量％NaNO3 和95重量％KNO3 的浴中進行20分鐘。隨後對離子交換玻璃製品進行逆離子交換處理。逆離子交換處理包括在420℃的溫度下含有17重量％LiNO3 和83重量％NaNO3 的浴中進行8小時。另一種逆離子交換處理包括在420℃的溫度下含有17重量％LiNO3 和83重量％NaNO3 的浴中進行16小時。另一種逆離子交換處理包括在420℃的溫度下含有12重量％LiNO3 和88重量％NaNO3 的浴中進行8小時。另一種逆離子交換處理包括在420℃的溫度下含有12重量％LiNO3 和88重量％NaNO3 的浴中進行16小時。隨後將逆離子交換玻璃製品再次進行雙離子交換處理。藉由RNF量測玻璃製品所得的平滑應力分佈是類似的，如第18圖所示。實例 6
將實例1的玻璃組成物成形為厚度0.5 mm的玻璃製品，並用雙離子交換處理進行處理。雙離子交換製程包括第一和第二離子交換，其中第一離子交換包括在380℃的溫度下含有36重量％NaNO3 和64重量％KNO3 的浴中進行80分鐘。第二離子交換包括在370℃的溫度下含有5重量％NaNO3 和95重量％KNO3 的浴中進行20分鐘。隨後對離子交換玻璃製品進行逆離子交換處理。一種逆離子交換處理包括在420℃的溫度下含有17重量％LiNO3 和83重量％NaNO3 的浴中進行8小時。另一種逆離子交換處理包括在420℃的溫度下含有16重量％LiNO3 、0.2重量％KNO3 、及83.8重量％NaNO3 的浴中進行8小時。另一種逆離子交換處理包括在420℃的溫度下含有15重量％LiNO3 、0.4重量％KNO3 、及84.6重量％NaNO3 的浴中進行8小時。將逆離子交換製程之後藉由GDOES測得的K2 O濃度作為玻璃製品表面下方的深度的函數圖示於第19圖。隨後將逆離子交換玻璃製品再次進行雙離子交換製程。將離子交換玻璃製品、逆離子交換玻璃製品、及再離子交換玻璃製品的FSM光譜圖示於第20圖。將第20圖圖示的再離子交換玻璃製品（在DIOX之後）的FSM光譜中的密集條紋與由於逆離子交換的結果而存在於玻璃製品中的額外K2 O濃度相關聯。實例 7
將實例1的玻璃組成物成形為厚度0.5 mm並具有加工的邊緣分佈的玻璃製品。將玻璃製品用雙離子交換處理進行處理。雙離子交換製程包括第一和第二離子交換，其中第一離子交換包括在380℃的溫度下含有36重量％NaNO3 和64重量％KNO3 的浴中進行80分鐘。第二離子交換包括在370℃的溫度下含有5重量％NaNO3 和95重量％KNO3 的浴中進行20分鐘。隨後對其中一個玻璃製品進行包括在420℃的溫度下含有17重量％LiNO3 和83重量％NaNO3 的浴中進行8小時的逆離子交換處理。隨後用氫氟酸對逆離子交換玻璃製品進行酸蝕刻，以從玻璃製品的表面移除3 μm。隨後對酸蝕刻玻璃製品進行雙離子交換處理作為再離子交換處理。測定預期10％的玻璃製品損壞的破壞應力（B10），如第21圖所示。使用4點彎曲測試量測破壞應力。第21圖圖示的對照為在雙離子交換處理之後、但在逆離子交換之前的玻璃製品。由於與酸蝕刻以減少表面缺陷相關的邊緣強度提高，再離子交換玻璃製品的B10值可以更高。實例 8
將實例1的玻璃組成物成形為厚度0.5 mm並具有加工的邊緣分佈的玻璃製品。將玻璃製品用雙離子交換處理進行處理。雙離子交換製程包括第一和第二離子交換，其中第一離子交換包括在380℃的溫度下含有36重量％NaNO3 和64重量％KNO3 的浴中進行80分鐘。第二離子交換包括在370℃的溫度下含有5重量％NaNO3 和95重量％KNO3 的浴中進行20分鐘。隨後對其中一個玻璃製品進行包括在420℃的溫度下含有17重量％LiNO3 和83重量％NaNO3 的浴中進行8小時的逆離子交換處理。隨後對逆離子交換玻璃製品進行處理，以從玻璃製品的表面移除3 μm。隨後對表面處理玻璃製品進行雙離子交換處理作為再離子交換處理。
使用稜鏡耦合表面應力計FSM-6000獲得稜鏡耦合反射光譜，其中使用在595 nm下折射率為1.72（與稜鏡折射率相同）的界面油將離子交換玻璃基材光耦合到稜鏡。將非逆離子交換玻璃製品的稜鏡耦合反射光譜圖示於第22圖，且第22圖的上半部分對應於橫向磁（TM）偏振。將逆離子交換玻璃製品的稜鏡耦合反射光譜圖示於第23圖，且第23圖的上半部分對應於TM偏振。
隨後使用標題為「用於量測離子交換玻璃之應力分佈的系統與方法（Systems and methods for measuring the stress profile of ion-exchanged glass）」的美國專利第9,140,543號（以引用方式全部併入本文中）中描述的方法從稜鏡耦合反射光譜獲得玻璃製品的稜鏡耦合強度訊號。將來自分配給橫向磁（TM）偏振的感測區域大約250列像素的訊號加總以形成單一訊號，其中每個點對應於約250個像素的對應行的平均值。與從單列像素取得數據相比，此舉有助於提高訊號雜訊比。將非逆離子交換玻璃製品的稜鏡耦合強度訊號圖示於第24圖，並將逆離子交換玻璃製品的稜鏡耦合強度訊號圖示於第25圖。或者，可以基於橫向電子（TE）偏振來計算稜鏡耦合強度訊號，如第22圖的下半部分所示，預期得到類似的結果。
如第24圖所示，稜鏡耦合強度訊號包括在全內反射區域中的三個訊號波谷，其中每個波谷具有量測半高寬（如所屬技術領域中通常理解的）為約30至40個像素的寬度。這些波谷表示耦合共振，並且可對應於存在於離子交換玻璃製品表面處的K2 O尖峰中的K2 O。第25圖顯示逆離子交換玻璃製品在接近從全內反射到部分反射的轉變中出現的訊號表現出另外的更窄波谷，此更窄波谷不存在於非逆離子交換玻璃製品。第25圖中另外的更窄波谷與存在於逆離子交換玻璃製品、不存在於非逆離子交換玻璃製品中的殘餘K2 O濃度相關。不希望受到任何特定理論的約束，與殘餘K2 O濃度相關的波谷可能比訊號中的其他波谷更窄，因為殘餘K2 O濃度存在的深度比位於玻璃製品表面處的尖峰中的K2 O更深，從而產生更窄的耦合關係。藉由半高寬法量測，第25圖中圖示的狹窄波谷具有約10個像素的寬度。因此，第25圖的寬幅波谷具有比狹窄波谷大約3.5倍的寬度。
如第25圖所示，全內反射區域中的波谷的寬度比訊號中的較窄波谷具有的寬度大至少約3.5倍。為了證實的目的，讓具有實例1玻璃成分的玻璃製品進行在380℃的溫度下在36重量％NaNO3 和64重量％KNO3 的離子交換浴中的單步驟離子交換100分鐘、在420℃的溫度下在17重量％LiNO3 和83重量％NaNO3 的逆離子交換浴中的逆離子交換8小時、隨後在與單步驟離子交換相同的條件下的再離子交換。將此附加實例的稜鏡耦合強度訊號圖示於第26圖。如第26圖所示，以半高寬法測定，全內反射區域中的寬幅波谷具有約20個像素的寬度，並且狹窄波谷具有約10個像素的寬度。因此，寬幅波谷具有的寬度比狹窄波谷大約2倍。基於第25圖和第26圖，逆離子交換玻璃製品稜鏡耦合強度訊號具有的第一耦合共振寬度比稜鏡耦合強度訊號中的第二耦合共振大至少1.8倍；例如大至少2倍、或大至少3.5倍。
當半高寬法不可行時，稜鏡耦合強度訊號中的波谷寬度可以藉由替代方法量測，例如不對稱耦合共振。在一些情況下，可以將耦合共振的寬度量測為半高半寬。在另一種情況下，可以在從耦合共振的最暗點相對於最暗點與參考（基底）強度之間的整個差值測得的20％強度變化處量測寬度。
或者，可以利用稜鏡耦合強度訊號的二階導數的大小來區分逆離子交換玻璃製品與非逆離子交換玻璃製品。如所屬技術領域中通常實施的，稜鏡耦合強度訊號是藉由適度的低通濾波來調整以減少高頻雜訊。在本實例中，使用LOESS演算法（W. S. Cleveland，「Robust Locally Weighted Regression And Smoothing Scatterplots」，Journal of the American Statistical Association，第74卷，第368期（1979年12月），第829-836頁）來平滑化稜鏡耦合強度訊號。只要基本訊號沒有明顯失真並且耦合共振基本上未變寬，亦可以應用具有類似效果的其他低通濾波方法。還將稜鏡耦合強度訊號直方圖位移以藉由從每個點的強度減去訊號的最低值來改善對比，隨後將處理過的訊號重新縮放以涵蓋0-256的強度範圍。直方圖位移不會影響不同模式的導數之間的關係。在本實例中，圖像寬度是1272行像素。
可以使用另一種常用的方法，例如中等高通濾波或帶通濾波，以移除從照明強度的緩慢變化角分佈產生的稜鏡耦合強度訊號的緩慢變化分量。在本實例中此額外濾波不是必需的，但是可以有助於減少被照明強度的角分佈的這種緩慢變化更明顯影響的、更寬耦合共振的失真（導致不對稱性）。例示性高通濾波將具有在從1/L至多達約5/L的範圍中的空間截止頻率，其中L是訊號的長度，例如像素的行數量。在一些情況下，高通濾波的空間截止頻率可以高達1/dL，其中dL是兩個間隔最遠的相鄰耦合共振之間的像素行中的間距。
第27圖圖示來自如上所述處理的第24圖的稜鏡耦合強度訊號之一階導數和二階導數。在此實例中，在耦合共振位置（像素行位置616、893及1086）的二階導數的最大值都在彼此的2.6倍內。非逆離子交換玻璃製品的耦合共振通常表現出在彼此的3倍內的二階導數局部最大值。二階導數的局部最大值位於一階導數的過零點，表示耦合共振的位置。雜訊引發的過零點可以存在於一階導數中，並且這種雜訊引發的過零點容易被所屬技術領域中通常實施的軟體設定拒絕，例如局部強度對比的最低要求、訊號的局部二階導數的最低要求、對一階導數的下一個過零點的最小間距要求、而且還有偵測到的相鄰過零點的位置比較以確定該等過零點是否遵循物理上可能的光學模式的典型程序。操作者亦可輕易地手動識別稜鏡耦合強度訊號中的耦合共振，並拒絕任何雜訊引發的誤判。雜訊引發的過零點通常間距太靠近，而且不允許導數在大量像素上明顯偏離，從而使拒絕這類雜訊引發的誤判是容易的。
第28圖圖示來自如上所述處理的第25圖的強度訊號的一階和二階導數。識別出耦合共振在像素行數657、930、1093、1146及1159，且由軟體設定拒絕任一誤判。儘管前三個耦合共振具有在彼此的3.4倍（分別為1.67、2.59及5.59）內的最大二階導數，但最後兩個耦合共振具有分別在76.9和49.9的二階導數最大值。因此，最後兩個耦合共振具有範圍從前三個耦合共振中任一個的最大二階導數的8.9倍到46倍的二階導數最大值。
第29圖圖示來自如上所述處理的第26圖的強度訊號的一階和二階導數。耦合共振位於像素行838、1023、1124、1137及1150，為了簡單起見四捨五入到最近的行。在第一和第二耦合共振處的二階導數最大值分別近似等於13.5和14.0。最後3個耦合共振的二階導數最大值分別為88.7、71.1及42.5。因此，最後3個耦合共振具有範圍從前兩個耦合共振中的任一個的二階導數最大值的3至6.6倍的二階導數最大值。此外，相對於第29圖左側圖示的第一耦合共振，最後3個耦合共振的二階導數最大值至少大3.15至6.6倍。
在對這些實例進行分析時，選擇基本上沒有翹曲的玻璃製品，以避免由於翹曲所引起的耦合共振加寬。另外，在量測中使用的折射率流體應當具有介於玻璃製品的折射率與稜鏡的折射率之間的折射率，較佳更接近稜鏡的折射率。例如，假使玻璃製品的折射率在1.49-1.52的範圍內，並且稜鏡折射率是1.72，則折射率流體的較佳折射率範圍將是1.6-1.72。如現有技術中習知的，可以使用光學光塊來顯示具有適當對比的寬耦合共振。
在沒有內插的情況下量測二階導數最大值。或者，假使在更密集的數據點陣列上內插訊號，例如每像素5個數據點，隨後進行低通濾波，則更精確的比較是可能的，因為二階導數最大值可能出現在像素之間。在這種情況下，最窄耦合共振的二階導數的峰值將更高，並且更接近該等峰值的真實值。較寬的耦合共振基本上將不受量測感測器的限制影響，因為較寬的耦合共振通常是藉由每個耦合共振線寬中遠更多的像素來取樣。
從這些實例證明的是，當存在至少3個具有在彼此的3.5倍內的二階導數最大值的寬耦合共振時，逆離子交換玻璃製品顯現至少一個二階導數最大值比第一耦合共振的大4倍、例如大5倍、大6倍、大9倍或大更多的耦合共振。
另外，當僅存在2個具有在彼此的2倍內的二階導數最大值的寬耦合共振時，逆離子交換玻璃製品顯現至少一個二階導數比任一耦合共振的最低二階導數最大值大至少3倍、例如大4倍、大5倍、大6倍或大更多的耦合共振。
在替代的量測程序中，可以在更長的波長（例如780 nm）獲得稜鏡耦合量測值。在一些情況下，由於狹窄耦合共振的緊密間距或由於玻璃製品中的中等翹曲，稜鏡耦合量測的解析度可能不足。在諸如780 nm的較長波長的量測對翹曲具有降低的靈敏度，而且對應於導光模式的較大有效折射率間距的耦合共振有稍微較大的間距。儘管可以在780 nm對兩種共振類型的二階導數的相對寬度或相對幅度應用相同的標準，但是具有較高有效折射率和較寬耦合共振的低階模式傾向於在780 nm更強地耦合，所以若需要的話可以選擇更保守的標準。具體來說，假使在595 nm的量測由於明顯翹曲而無法進行或是有問題的，則本文描述的逆離子交換玻璃製品可以在780 nm顯現至少一個半高半寬為相同偏振狀態下的另一個耦合共振的至少1.8分之一窄的耦合共振。在具體實施例中，較寬的耦合共振是具有最高有效折射率的最低階模式的耦合共振。在更保守的標準中，本文描述的逆離子交換玻璃製品可以在780 nm顯現至少一個半高半寬為相同偏振狀態下的另一個耦合共振的至少2.5分之一窄、例如至少3分之一窄、至少4分之一窄、或更窄的耦合共振。在具體實施例中，較寬的耦合共振是具有最高有效折射率的最低階模式的耦合共振。
類似地，假使在595 nm的量測由於明顯翹曲而無法進行或是有問題的，則本文描述的逆離子交換玻璃製品可以在780 nm顯現至少一個峰值二階導數比相同偏振狀態下的另一個耦合共振高至少3倍的耦合共振。在更保守的標準中，本文描述的逆離子交換玻璃製品可以在780 nm顯現至少一個峰值二階導數比相同偏振狀態下的另一個耦合共振的峰值二階導數高至少3.5倍、例如高至少4倍、高至少5倍、高至少6倍、高至少8倍、或高更多的耦合共振。在具體實施例中，具有較低值的最大二階導數的較寬耦合共振是具有最高有效折射率的最低階模式的耦合共振。
儘管為了說明的目的闡述了典型的實施例，但不應將前面的描述視為對本揭示或所附申請專利範圍的範圍的限制。因此，在不偏離本揭示或所附申請專利範圍的精神與範疇下，所屬技術領域中具有通常知識者可以思及各種修改、適變、及替代。
100‧‧‧玻璃製品
110‧‧‧第一表面
112‧‧‧第二表面
120‧‧‧第一壓縮層
122‧‧‧第二壓縮層
130‧‧‧中心區域
500‧‧‧消費性電子裝置
502‧‧‧殼體
504‧‧‧前表面
506‧‧‧後表面
508‧‧‧側表面
510‧‧‧顯示器
512‧‧‧蓋基材
d1 ‧‧‧層深度
d2 ‧‧‧第二層深度
第1圖為依據一個或更多個實施例的強化鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品之示意性剖面圖；
第2圖為離子交換玻璃製品的生產製程之流程圖；
第3圖為包括逆離子交換製程的重工製程之流程圖；
第4圖為xLi_g基於實驗數據為xLi_b的函數和對實驗數據的適配；
第5圖為包括本文所述鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的一個或更多個實施例的消費性電子產品之示意性正面平面圖；
第6圖為第5圖的消費性電子產品之示意性預期視圖；
第7圖為氧化物濃度為離子交換玻璃製品中的深度的函數之圖；
第8圖為應力為離子交換玻璃製品和拋光和再離子交換玻璃製品中的深度的函數之圖；
第9圖為理論離子交換玻璃的應力為深度的函數之圖示；
第10圖為當允許在各種含LiNO3 離子交換浴中達到平衡時玻璃製品的重量增加百分比；
第11圖為在雙離子交換製程和各種逆離子交換製程之後K2 O濃度為玻璃製品中的深度之函數；
第12圖為各種逆離子交換浴的峰值K2 O濃度為逆離子交換時間的函數；
第13圖為在雙離子交換製程和各種逆離子交換製程之後Na2 O濃度為玻璃製品中的深度之函數；
第14圖為在雙離子交換製程和各種逆離子交換製程之後Li2 O濃度為玻璃製品中的深度之函數；
第15圖為在重工逆離子交換製程中的各個階段之後K2 O濃度為玻璃製品中的深度之函數；
第16圖為在重工逆離子交換製程中的各個階段之後氧化物濃度為玻璃製品中的深度之函數；
第17圖為在重工逆離子交換製程之後氧化物濃度為玻璃製品中的深度之函數；
第18圖為離子交換和逆離子交換玻璃製品的應力為玻璃製品表面下方的深度之函數；
第19圖為各種逆離子交換製程的K2 O濃度為玻璃製品中的深度之函數；
第20圖為在逆離子交換重工製程中的不同階段的玻璃製品之一系列FSM光譜；
第21圖為使用4點彎曲測試量測的邊緣強度之韋伯圖；
第22圖為離子交換玻璃製品之FSM光譜；
第23圖為逆離子交換玻璃製品之FSM光譜；
第24圖為第22圖的稜鏡耦合強度訊號；
第25圖為第23圖的稜鏡耦合強度訊號；
第26圖為逆離子交換玻璃製品的稜鏡耦合強度訊號；
第27圖為第24圖的一階導數和二階導數圖；
第28圖為第25圖的一階導數和二階導數圖；
第29圖為第26圖的一階導數和二階導數圖。
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Claims (58)

  1. 一種鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，包含： Li2 O、Na2 O、及K2 O；一壓縮應力層，從該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃的表面延伸到一壓縮深度（DOC）；一拉伸區域，從層深度延伸到該玻璃製品中並具有至少約40 MPa的最大拉伸應力；以及一K2 O濃度分佈，包含其中K2 O濃度增加到一局部K2 O濃度最大值的部分。
  2. 如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該局部K2 O濃度最大值所在的深度在該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的表面下方約3 μm至約30 μm的範圍中。
  3. 如請求項1或2所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該局部K2 O濃度最大值具有0.05莫耳％至1.2莫耳％的K2 O濃度。
  4. 如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該局部K2 O濃度最大值具有在該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的表面的K2 O濃度之0.5％至15％的K2 O濃度。
  5. 如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該最大拉伸應力為至少約50 MPa。
  6. 如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該壓縮應力層的最大壓縮應力為至少約600 MPa。
  7. 如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，進一步包含約0.1莫耳％至約10莫耳％的B2 O3 。
  8. 如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品基本上不含B2 O3 。
  9. 如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含： 約58莫耳％至約65莫耳％的SiO2 ； 約11莫耳％至約20莫耳％的Al2 O3 ； 約6莫耳％至約18莫耳％的Na2 O； 0莫耳％至約6莫耳％的MgO； 0.1莫耳％至約13莫耳％的Li2 O；及 0莫耳％至約6莫耳％的ZnO。
  10. 如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含約0.5莫耳％至約2.8莫耳％的P2 O5 。
  11. 如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，進一步包含在約0.05 mm至約1.5 mm的範圍中的厚度。
  12. 如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，進一步包含銀、銅、銫、及銣中之至少一者。
  13. 如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含玻璃陶瓷。
  14. 一種消費性電子裝置，包含： 一殼體； 至少部分設置在該殼體內部的電元件，該等電元件至少包括一控制器、一記憶體、及一顯示器，該顯示器被設置在該殼體的一前表面處或附近；及 一蓋製品，被配置在該殼體的該前表面處或上方並在該顯示器上方，其中該殼體或蓋製品包含如請求項1所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品。
  15. 一種鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，包含： Li2 O、Na2 O、及K2 O； 一壓縮應力層，從該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃的表面延伸到一壓縮深度（DOC）； 一拉伸區域，從層深度延伸到該玻璃製品中並具有至少約40 MPa的最大拉伸應力；以及 在約15 μm至約25 μm的深度處、比在該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的中心處的K2 O濃度高至少約0.3莫耳％的K2 O濃度。
  16. 如請求項15所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該局部K2 O濃度最大值具有0.3莫耳％至1.2莫耳％的K2 O濃度。
  17. 如請求項15或16所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中約15 μm至約25 μm的深度包含在該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品的表面的K2 O濃度之0.5％至15％的K2 O濃度。
  18. 如請求項15所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該壓縮應力層的最大壓縮應力為至少約600 MPa。
  19. 如請求項15所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，進一步包含在約0.05 mm至約1.5 mm的範圍中的厚度。
  20. 如請求項15所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，進一步包含銀、銅、銫、及銣中之至少一者。
  21. 如請求項15所述之鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品，其中該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品包含一玻璃陶瓷。
  22. 一種方法，包含以下步驟： 在一逆離子交換浴中將一離子交換玻璃製品進行逆離子交換，以產生一逆離子交換玻璃製品，其中該逆離子交換浴包含鋰鹽；以及 在一再離子交換浴中將該逆離子交換玻璃製品進行再離子交換以形成一再離子交換玻璃製品， 其中該再離子交換玻璃製品包含： Li2 O、Na2 O、及K2 O； 一壓縮應力層，從該再離子交換玻璃製品的表面延伸到一壓縮深度（DOC）； 一拉伸區域，從層深度延伸到該再離子交換玻璃製品中並具有至少約40 MPa的最大拉伸應力；及 一K2 O濃度分佈，包含其中K2 O濃度增加到一局部K2 O濃度最大值的部分。
  23. 如請求項22所述之方法，進一步包含以下步驟： 從該逆離子交換玻璃製品的表面移除1 μm至10 μm。
  24. 如請求項23所述之方法，其中該移除包含機械拋光或化學蝕刻。
  25. 如請求項22至24中任一項所述之方法，其中該逆離子交換浴包含： 3重量％至40重量％的LiNO3 ；及 55重量％至97重量％的NaNO3 。
  26. 如請求項22所述之方法，其中該逆離子交換浴包含至多1重量％的KNO3 。
  27. 如請求項22所述之方法，其中該逆離子交換浴不含KNO3 。
  28. 如請求項22所述之方法，其中該逆離子交換浴處於約320℃至約520℃的溫度。
  29. 如請求項22所述之方法，進一步包含在一第二逆離子交換浴中將該逆離子交換玻璃製品進行逆離子交換，其中該第二逆離子交換浴包含鋰鹽。
  30. 如請求項29所述之方法，其中該第二逆離子交換浴包含： 0.1重量％至約5.0重量％的LiNO3 ；及 NaNO3 。
  31. 如請求項29或30所述之方法，其中該第二逆離子交換浴基本上不含KNO3 。
  32. 如請求項29所述之方法，其中在該第二逆離子交換浴中的逆離子交換延長約5至約30分鐘的時間。
  33. 如請求項29所述之方法，其中該第二逆離子交換浴處於約320℃至約520℃的溫度。
  34. 如請求項29所述之方法，其中在該逆離子交換浴中的逆離子交換延長約2小時至約48小時的時間。
  35. 如請求項22所述之方法，其中該再離子交換浴包含： 約15重量％至約40重量％的NaNO3 ；及 約60重量％至約85重量％的KNO3 。
  36. 如請求項22所述之方法，其中在該再離子交換浴中的再離子交換延長約30分鐘至約120分鐘的時間。
  37. 如請求項22所述之方法，其中該再離子交換浴處於約350℃至約420℃的溫度。
  38. 如請求項22所述之方法，進一步包含在一第二再離子交換浴中將該再離子交換玻璃製品進行再離子交換。
  39. 如請求項38所述之方法，其中該第二再離子交換浴包含： 約3重量％至約15重量％的NaNO3 ；及 約85重量％至約97重量％的KNO3 。
  40. 如請求項38或39所述之方法，其中該第二再離子交換浴處於約350℃至約420℃的溫度。
  41. 如請求項38所述之方法，其中在該第二再離子交換浴中的再離子交換延長約10分鐘至約30分鐘的時間。
  42. 如請求項22所述之方法，進一步包含在一離子交換浴中將一玻璃製品進行離子交換以形成離子交換玻璃製品。
  43. 如請求項42所述之方法，其中該離子交換浴包含： 約15重量％至約40重量％的NaNO3 ；及 約60重量％至約85重量％的KNO3 。
  44. 如請求項42或43所述之方法，其中在該離子交換浴中的離子交換延長約30分鐘至約120分鐘的時間。
  45. 如請求項42所述之方法，其中該離子交換浴處於約350℃至約420℃的溫度。
  46. 如請求項42所述之方法，進一步包含在一第二離子交換浴中將該離子交換玻璃製品進行離子交換。
  47. 如請求項46所述之方法，其中該第二離子交換浴包含： 約3重量％至約15重量％的NaNO3 ；及 約85重量％至約97重量％的KNO3 。
  48. 如請求項46或47所述之方法，其中該第二離子交換浴處於約350℃至約420℃的溫度。
  49. 如請求項46所述之方法，其中在該第二再離子交換浴中的再離子交換延長約10分鐘至約30分鐘的時間。
  50. 如請求項22所述之方法，其中該再離子交換玻璃製品包含： 在該再離子交換玻璃製品的表面下方10 μm的深度處的Li2 O濃度為在該再離子交換玻璃製品的表面處的Li2 O濃度之約0.5％至約20％；及 在該再離子交換玻璃製品的表面下方10 μm的深度處的K2 O濃度為在該再離子交換玻璃製品的表面處的K2 O濃度之約0.5％至約20％。
  51. 一種含鋰玻璃製品，包含： 包括複數個耦合共振的強度耦合分佈； 其中一第一耦合共振具有的半寬半最大值比一第二耦合共振的半寬半最大值大至少1.8倍。
  52. 如請求項51所述之含鋰玻璃製品，其中該第一耦合共振具有的半寬半最大值比一第二耦合共振的半寬半最大值大至少2倍。
  53. 如請求項51或52所述之含鋰玻璃製品，其中橫向磁極化和橫向電極化的強度耦合分佈包含的一第一耦合共振具有的半寬半最大值比一第二耦合共振的半寬半最大值大至少1.8倍。
  54. 如請求項51所述之含鋰玻璃製品，其中一第一耦合共振具有的半寬半最大值比一第二耦合共振和一第三耦合共振的半寬半最大值大至少1.8倍。
  55. 一種含鋰玻璃製品，包含： 包括複數個耦合共振的一平滑強度耦合分佈； 其中該平滑強度耦合分佈在一第一耦合共振處的二階導數比該平滑耦合分佈在一第二耦合共振處的二階導數大至少1.8倍。
  56. 如請求項55所述之含鋰玻璃製品，其中該平滑強度耦合分佈在該第一耦合共振處的二階導數比該平滑耦合分佈在該第二耦合共振處的二階導數大至少1.8倍。
  57. 如請求項55或56所述之含鋰玻璃製品，其中橫向磁極化和橫向電極化的強度耦合分佈包含該平滑強度耦合分佈在一第一耦合共振處的二階導數比該平滑耦合分佈在一第二耦合共振處的二階導數大至少1.8倍。
  58. 如請求項55所述之含鋰玻璃製品，其中該平滑強度耦合分佈在一第一耦合共振處的二階導數比該平滑耦合分佈在一第二耦合共振和一第三耦合共振處的二階導數大至少1.8倍。
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