TW201922666A - 具有抗破裂應力輪廓的玻璃基製品 - Google Patents

Abstract

茲揭示玻璃基製品，具有約0.2毫米至約4.0毫米的厚度、從玻璃基製品的第一表面延伸到第一壓縮深度的第一壓縮應力層，第一壓縮深度為厚度的約5%至約20%、從玻璃基製品的第二表面延伸到第二壓縮深度的第二壓縮應力層，第二壓縮深度為厚度的約5%至約20%，其中第二表面在第一表面對面，及從第一壓縮深度延伸到第二壓縮深度的中心區並具有約0.5兆帕至約20兆帕的最大拉伸應力。亦揭示包含玻璃基製品的電子裝置和製造玻璃基製品的方法。

Description

具有抗破裂應力輪廓的玻璃基製品

本申請案主張西元2017年10月3日申請的美國臨時專利申請案第62/567,461號的優先權權益，本申請案依賴該臨時申請案全文內容且該臨時申請案全文內容以引用方式併入本文中。

本發明係關於展現抗破裂應力輪廓的玻璃基製品。

諸如手持電子裝置（例如行動電話和平板電腦）等電子裝置包括蓋基板，蓋基板一般由玻璃製成及稱作蓋玻璃。然電子裝置的蓋玻璃碎裂係永久性問題。蓋玻璃破損及碎裂可歸因於當裝置受到動態或靜態負載導致玻璃彎曲引起的撓曲破損，及當蓋玻璃掉落到粗糙表面（例如柏油、混凝土等）以致急劇壓凹玻璃表面造成損壞引起的劇烈碰觸破損。

玻璃基製品往往在遭到嚴重撞擊時會於製品表面引入大裂縫。裂縫可能從表面延伸到高達約200微米的深度。故需具改善性質的玻璃基製品，例如因應製品掉落的抗斷裂性，特別係受到劇烈碰觸損壞時。

本發明的第一態樣係關於強化玻璃基製品，包含約0.2毫米（mm）至約4.0 mm的厚度、從玻璃基製品的第一表面延伸到第一壓縮深度（DOC1）的第一壓縮應力層，第一壓縮深度為厚度的約5%至約20%、從玻璃基製品的第二表面延伸到第二壓縮深度（DOC2）的第二壓縮應力層，第二壓縮深度為厚度的約5%至約20%，及從第一壓縮深度（DOC1）延伸到第二壓縮深度（DOC2）的中心區並具有約0.5兆帕至約20兆帕的最大拉伸應力。

本發明的另一態樣係關於電子裝置，例如穿戴式電子裝置，包含所述玻璃基製品。

本發明的又一態樣係關於製造所述玻璃基製品的方法。

本發明的附加特徵和優點將詳述於後，熟諳此技術者在參閱或實行所述實施例，包括以下詳細實施方式說明、申請專利範圍和附圖後，在某種程度上將變得更清楚易懂。

應理解以上概要說明和下述詳細說明僅為舉例說明，及擬提供概觀或架構以對申請專利範圍的本質和特性有所瞭解。所含附圖提供進一步瞭解，故當併入及構成說明書的一部分。圖式描繪一或更多實施例，並連同實施方式說明一起用來解釋不同實施例的原理和操作。

在敘述數個示例性實施例前，應理解本發明不限於下文所述構造或處理步驟細節。本發明當能具有其他實施例並以各種方式實踐或施行。

本發明實施例提供強化玻璃基製品，當受到劇烈碰觸損壞時，可抗裂痕擴展。強化玻璃基製品可做為各種電子裝置的外蓋。電子裝置可為行動、可攜式，在一些例子中為手持。本文所用「手持裝置」係指具有顯示螢幕的可攜式電子裝置。非限定電子裝置實例包括行動電話、電子閱讀裝置、音樂錄放裝置和導航裝置。在一或更多實施例中，所述強化玻璃基製品亦可用於覆蓋電子裝置的顯示器或用作其他目的，包括、但不限於較大形狀因子的電子裝置（例如可攜式電腦、平板電腦、顯示器、監視器、電視等）。所述強化玻璃基製品可為穿戴式消費性電子裝置的一部分，例如手錶、媒體播放器、錢包和手鐲。穿戴式裝置配置以供個人穿戴，例如利用帶子或其他適合附接機構，將穿戴式裝置繫到個人手臂、腿、手上等。

使用時，穿戴式裝置幾乎沒有遭受施加彎曲應力（30兆帕或以下），但已看到對裝置的損壞引入現象而產生深（＞100微米）裂縫。在此情況下，據察令損壞擴展至斷裂點的張力源僅為中心張力（CT）。所述玻璃基製品的獨特應力輪廓提供抗斷裂性，從而提高可靠度和存活率。

所述玻璃基製品展現高存活力，例如行動電子裝置的蓋玻璃。在一或更多實施例中，玻璃基製品透過深壓縮深度（DOC）具有抗損壞性。在一些實施例中，一旦達目標DOC（例如製品厚度的約5%至約20%），便對製品進行離子交換或熱回火，直到中心張力（CT）量值降至約0.5兆帕至約20兆帕的最大值。實驗顯示，「貫穿裂痕」（延伸通過整個玻璃製品厚度的裂痕）引入CT=10兆帕的玻璃，且裂痕將不進一步擴展（在空氣或水中老化超過1年）。在一或更多實施例中，150兆帕至800兆帕的表面壓縮應力提供以保持表面強度（依環對環（ROR）試驗量測）和邊緣強度（依四點彎曲試驗量測）。在一或更多實施例中，應力輪廓可在混合浴離子交換（例如含有鈉與鉀）或以二步驟製程達成，包括第一步驟的熱或離子交換回火，然後為離子交換「刺穿（spike）」，此為約10微米深。在一或更多實施例中，若CT量值很小（例如小於20兆帕，較佳為小於10兆帕），如實驗結果所示，張力不足以使裂痕擴展橫越玻璃基製品厚度。拉伸應力源限於出於落下/撞擊事件的碰觸應力及/或出於彎曲的外部施加張力，此在落下/撞擊結束後立即移除。

在強化玻璃基基板中，存在應力輪廓，其中表面有壓縮應力（CS），玻璃中心則有張力（中心張力或CT）。根據一或更多實施例，玻璃基製品可熱強化、化學強化或結合熱強化與化學強化。本文所用「熱強化」係指基板經熱處理以改善基板強度，包括回火基板和熱強化基板，例如回火玻璃和熱強化玻璃。回火玻璃涉及加速冷卻製程，以於玻璃中產生高表面壓縮及/或邊緣壓縮。影響回火玻璃表面壓縮程度的因子包括空氣淬火溫度和其他變數，此可產生至少10000磅/平方吋（psi）的表面壓縮。回火玻璃通常比退火或未處理玻璃強4至5倍。熱強化玻璃由比回火玻璃慢的微差冷卻方式製造，以於表面產生較小壓縮強度，熱強化玻璃的強度一般為退火或未處理玻璃的約兩倍。

傳統上，由於回火玻璃通常展露深壓縮應力（CS）層（例如玻璃總厚度的約21%），回火玻璃已用於防止裂縫引入玻璃造成破損，此可防止裂縫進一步擴展到玻璃內，從而避免破損。回火產生的應力輪廓一例繪示於第1圖。在第1圖中，回火玻璃製品100包括第一表面101、厚度t₁ 和表面CS 110。熱處理玻璃製品100展現CS由第一表面101往壓縮深度（DOC）130減小，在此深度，應力從壓縮變成拉伸應力。拉伸應力達到最大中心張力（CT）120。

回火通常限於厚玻璃基製品（即玻璃基製品的厚度t₁ 為約3毫米或以上），因為達成熱強化及預定殘餘應力，需在製品核心與表面間形成足夠的熱梯度。厚製品在許多應用並非所期或不實用，例如顯示器（例如消費性電子產品，包括行動電話、平板電腦、電腦、導航系統等）、建築物件（例如窗戶、淋浴嵌板、檯面等）、運輸物件（例如汽車、火車、飛機、船隻等）、家電用品、或需較佳抗斷裂性又輕薄的製品的任何應用。根據一或更多實施例，所述應力輪廓可利用熱強化達成。

儘管化學強化不像熱強化受限於玻璃基製品厚度，然化學強化玻璃基製品未必展現熱強化玻璃基製品的應力輪廓。化學強化（例如利用離子交換製程）產生的應力輪廓一例繪示於第2圖。在第2圖中，化學強化玻璃基製品200包括第一表面201、厚度t₂ 和表面CS 210。玻璃基製品200展現CS由第一表面201往壓縮深度（DOC）230減小並具有最大中心張力（CT）220。如第2圖所示，輪廓展現實質平坦的CT區或沿至少部分CT區具恆定或近恆定拉伸應力的CT區。通常，相較於第1圖所示回火玻璃基製品類型的最大CT值，化學強化玻璃基製品具有較小的最大CT值。

在化學強化玻璃基板中，較大離子在低於玻璃網狀物有效鬆弛的溫度下取代較小離子可產生離子分佈遍及玻璃表面而造成應力輪廓。體積較大的進入離子在表面產生壓縮應力（CS）及在玻璃中心產生張力（中心張力或CT）。壓縮應力（包括表面CS）係利用市售儀器及表面應力計（FSM）量測，例如Orihara Industrial有限公司（日本）製造的FSM-6000。表面應力量測係依據應力光學係數（SOC）的精確量測，SOC與玻璃雙折射有關。SOC進而依據名稱為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」的ASTM標準C770-16所述程序C（玻璃盤法）量測，該文獻全文內容以引用方式併入本文中。

根據一或更多實施例，玻璃基基板一側的強度增大或減小可利用磨損環對環（AROR）試驗測定。材料強度定義為發生斷裂時的應力。AROR試驗係用於測試平坦玻璃試件的表面強度量測，名稱為「Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature」的ASTM C1499-09 (2013)做為所述AROR測試法的基礎。ASTM C1499-09的全文內容以引用方式併入本文中。在環對環試驗前，利用名稱為「Standard Test Methods for Strength of Glass by Flexure (Determination of Modulus of Rupture)」的ASTM C158-02 (2012)中標題為「abrasion Procedures」的附件A2所述方法和設備，以90粒度碳化矽（SiC）粒子給予玻璃樣品來磨損玻璃試件。ASTM C158-02和特別係附件2的全文內容以引用方式併入本文中。

在環對環試驗前，如ASTM C158-02的附件2所述，使用ASTM C158-02的第A2.1圖所示設備來磨損玻璃基製品的表面，以歸一化及/或控制樣品表面缺陷條件。在15磅/平方吋的氣壓下，將研磨材料噴砂至玻璃基製品表面。建立氣流後，將5立方公分（cm³ ）的研磨材料倒入漏斗，引入研磨材料後，對樣品噴砂5秒。

在AROR試驗中，把具至少一磨損表面的玻璃基製品放在不同尺寸的二同心環之間，以測定等雙軸抗彎強度（即材料遭二同心環撓曲時所能承受的最大應力），此如第9圖所示。在AROR構造600中，磨損玻璃基製品610由具直徑D₂ 的支撐環620支撐。利用具直徑D₁ 的負載環630，以荷重元（未圖示）施加力F至玻璃基製品表面。

負載環與支撐環的直徑比率D₁ /D₂ 可為0.2至0.5。在一些實施例中，D₁ /D₂ 為0.5。負載環630和支撐環620應同心對準成在支撐環直徑D₂ 的0.5%以內。在選定範圍的任何負載下，測試用荷重元的準確度應為±1%以內。在23±2℃的溫度和40±10%的相對溼度下進行測試。

夾具設計方面，負載環630的突出表面半徑r為h/2£r£3h/2，其中h係玻璃基製品610的厚度。負載環630和支撐環620由硬度HR_c ＞40的硬化鋼製成。AROR夾具可於市面取得。

AROR試驗的擬定破損機制為觀察源自負載環630內表面630a的玻璃基製品610斷裂。資料分析可忽略此區外產生的破損，即在負載環630與支撐環620之間。然由於玻璃基製品610的薄度和高強度，有時會觀察到大幅屈曲超過試件厚度h的1/2。因此，觀察到源自負載環630底下的高破損百分比情況並不少見。在不知內側與環底下應力發展（透過應變計分析收集）和各試件破損起源下，無法精確計算應力。故AROR試驗著重於破損尖峰負載做為量測響應。

玻璃基製品強度取決於存有表面裂縫。然給定尺寸裂縫的存有可能性無法精確預估，因為玻璃強度本質為統計。因此，概率分佈可用作取得資料的統計表述。

現參照第3圖，該圖圖示包含玻璃基基板310的強化玻璃基製品320的示例性實施例截面。所示強化玻璃基製品320具有複數個裂痕。強化玻璃基製品320具有表面壓縮應力區360和中心張力區380。在第3圖中，壓縮深度（DOC）繪示於強化玻璃基製品320各側。玻璃基基板310的壓縮應力區360的小裂痕350未延伸到玻璃的中心張力區380，大裂痕390則穿透到強化玻璃基製品320的中心張力區380內。當理解特徵結構尺寸（即小裂痕350和大裂痕390）乃誇大以說明概念。若損壞超過DOC及若中心張力量值夠大，裂縫將擴展到達到材料的臨界應力強度等級，最終使玻璃斷裂為止。

根據一或更多實施例，強化玻璃基製品320具有至少一外表面355供裝置使用者接觸，外表面355易遭受劇烈碰觸損壞，例如當裝置使用者掉落裝置時。根據一或更多實施例，強化玻璃基製品320可為化學強化玻璃基基板、熱強化玻璃基基板或已化學強化及熱強化的玻璃基基板。

用於形成強化玻璃基製品320的玻璃基基板310可利用各種不同製程提供。例如，示例性玻璃基板形成方法包括浮式玻璃製程和下拉製程，例如融合抽拉及狹槽抽拉。浮式玻璃製程製備的玻璃基板特徵在於平滑表面及均勻厚度由熔融金屬床（通常為錫）上的浮置熔融玻璃製成。在示例性製程中，供給熔融錫床表面的熔融玻璃形成浮置玻璃帶。隨著玻璃帶沿錫浴流動，溫度逐漸降低，直到玻璃帶硬化成固體玻璃基板，基板再從錫抬起到軋輥上。一旦離開浴，玻璃基板即進一步冷卻及退火處理，以減小內部應力。

下拉製程製造厚度均勻的玻璃基板並具有相當原始表面。由於玻璃基板的平均撓曲強度受控於表面裂縫的數量和尺寸，故具最小接觸的原始表面有較大初始強度。當高強度玻璃基板接著進一步強化（例如化學）時，所得強度高於表面已研光及拋光的玻璃基板。下拉玻璃基板可抽拉成厚度小於約2毫米。此外，下拉玻璃基板具有非常平坦、光滑的表面，此不需昂貴的研磨及拋光便可用於最終應用。

融合抽拉製程例如使用拉製槽，拉製槽具有通道來容納熔融玻璃原料。通道具有堰，堰頂部沿通道兩側的通道長度敞開。當通道填充熔融材料時，熔融玻璃將溢出堰。因重力所致，熔融玻璃順著拉製槽的外表面往下流動而成兩個流動玻璃膜。拉製槽的外表面向下並向內延伸而於拉製槽下方邊緣接合。二流動玻璃膜在此邊緣接合而融合及形成單一流動玻璃基板。融合抽拉法所具優點為：由於流過通道的二玻璃膜融合在一起，所得玻璃基板的外表面不會接觸設備的任何零件。故融合抽拉玻璃基板的表面性質不受接觸影響。

狹槽抽拉製程不同於融合抽拉法。在狹槽抽拉製程中，熔融原料玻璃提供至拉製槽。拉製槽底部具有開槽並具有延伸槽長的噴嘴。熔融玻璃流經狹槽/噴嘴及往下抽拉成連續基板而進入退火區。

「玻璃基製品」和「玻璃基基板」一詞用於包括整體或部分由玻璃製成的任何物體。在一些實施例中，玻璃基製品包括玻璃與非玻璃材料層疊物、玻璃與結晶材料層疊物和玻璃-陶瓷（包括非晶相與結晶相）。根據一或更多實施例，玻璃基板可選自鹼石灰矽酸鹽玻璃（SLS）、鹼鋁矽酸鹽玻璃、含鹼硼矽酸鹽玻璃、含鹼鋁硼矽酸鹽玻璃和無鹼鋁矽酸鹽玻璃。

注意本文所用「實質」和「約」等用語係表示任何定量比較、數值、量測或其他表述引起的固有不確定程度。該等用語在此亦表示定量表述偏離指定參考值、又不致改變所論主題標的的基本功能的程度。故例如，玻璃基製品可「實質無MgO」。組成物組分所用「實質無」或「不含」等相關用語意指在最初批料期間不主動或刻意添加組分至組成物，而是如雜質般以小於約0.01莫耳%的量存在。

除非特別指明，否則所述所有組成物係以莫耳百分比（莫耳%）表示。

根據機械領域一般所用科學常規，壓縮應力表示為負（＜0），拉伸應力表示為正（＞0）。然在本文中，壓縮應力（CS）表示為正或絕對值，即如所述，CS=½CS½。此外，雖然第6圖圖示拉伸應力為負，但在本文中，CT值表示為正或絕對值，即CT=½CT½。

本文所用「壓縮深度」或DOC係指自玻璃基製品表面起算應力從壓縮變成拉伸的深度。DOC可以FSM或散射光偏光儀（SCALP）量測，此視離子交換處理而定。當鉀離子交換至玻璃製品內而於玻璃製品中產生應力時，FSM用於量測DOC。當鈉離子交換至玻璃製品內而產生應力時，SCALP用於量測DOC。當鉀與鈉離子均交換至玻璃內而於玻璃製品中產生應力時，以SCALP量測DOC，此係因據信鈉交換深度指示DOC，鉀離子交換深度指示壓縮應力量值變化（但不會從壓縮變成拉伸應力）；玻璃製品中的鉀離子交換深度以FSM量測。

除非特別指明，否則CT和CS在此以兆帕（MPa）表示，厚度和DOC以毫米或微米表示。折射近場（RNF）法或SCALP可用於量測應力輪廓。最大CT以SCALP量測。當RNF法用於量測應力輪廓時，SCALP提供的最大CT值用於RNF法。特別地，RNF量測的應力輪廓經力平衡及校正成SCALP量測提供的最大CT值。RNF法描述於名稱為「Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample」的美國專利案第8,854,623號，該專利案全文以引用方式併入本文中。特別地，RNF法包括把玻璃製品放置鄰接參考試塊、產生偏振切換光束且光束以1赫茲至50赫茲的速率在正交偏振間切換、量測偏振切換光束功率量，及產生偏振切換參考信號，其中各正交偏振的量測功率量彼此相差不超過50%。方法進一步包括將偏振切換光束傳送通過玻璃樣品和參考試塊而至玻璃樣品內的不同深度，接著使用中繼光學系統，將傳送偏振切換光束轉發到信號光偵測器，信號光偵測器產生偏振切換偵測信號。方法亦包括將偵測信號除以參考信號而形成無因次化偵測信號，及由無因次化偵測信號決定玻璃樣品的輪廓特性。

茲描述強化玻璃基製品，製品包括玻璃，例如矽酸鹽玻璃，包括含鹼玻璃，及玻璃-陶瓷，此可做為蓋玻璃用於行動電子裝置、穿戴式電子裝置和可觸控顯示器。玻璃基製品亦可用於顯示器（或顯示物件）（例如告示牌、銷售點系統、電腦、導航系統等）、建築物件（牆壁、固定架、嵌板、窗戶等）、運輸物件（例如汽車應用、火車、飛機、船隻等）、家電用品（例如洗衣機、烘乾機、洗碗機、冰箱等）或需若干抗斷裂性的任何物件。

在一些實施例中，玻璃基製品為熱強化。在其他實施例中，所述玻璃基製品經離子交換化學強化而展現不同於現有強化玻璃製品的應力輪廓。在本文中，「玻璃基基板」通常未經強化，「玻璃基製品」大體係指已強化的玻璃基基板（例如利用熱或化學強化）。在離子交換製程中，玻璃基製品表面或附近的離子被具相同價數或氧化態的較大離子取代或與之交換。在玻璃基製品包含鹼鋁矽酸鹽玻璃的實施例中，玻璃表層的離子和較大離子係單價鹼金屬陽離子，例如Li⁺ （若存於玻璃基製品中）、Na⁺ 、K⁺ 、Rb⁺ 和Cs⁺ 。

離子交換製程施行一般係把玻璃基基板浸入熔融鹽浴（或二或更多熔融鹽浴），鹽浴含有較大離子以與玻璃基基板的較小離子交換。應注意水性鹽浴亦可採用。此外，根據一或更多實施例，浴組成物包括一種以上的大離子（例如Na⁺ 與K⁺ ）。熟諳此技術者將明白離子交換製程的參數，包括、但不限於浴組成物與溫度、浸入時間、玻璃基製品浸入一或更多鹽浴的次數、使用多種鹽浴、諸如退火、洗滌等附加步驟，通常取決於玻璃基製品的組成物（包括製品結構與任何呈現晶相）及欲強化使玻璃基製品達成的預定DOC和CS。舉例來說，藉由把玻璃基基板浸入至少一含鹽熔融浴，例如、但不限於較大鹼金屬離子的硝酸鹽、硫酸鹽和氯化物，可達成離子交換玻璃基基板。典型硝酸鹽包括KNO₃ 、NaNO₃ 、LiNO₃ 和上述組合物。熔融鹽浴的溫度通常為約350℃至至多約480℃，浸入時間為約15分鐘至至多約100小時，此視玻璃厚度、浴溫和玻璃（或單價離子）擴散率而定。然亦可採用不同於上述的溫度和浸入時間。

在一或更多實施例中，玻璃基基板浸入溫度約350℃至約480℃的100% NaNO₃ 或100% KNO₃ 熔融鹽浴，計約15分鐘至至多約100小時，此視玻璃厚度、浴溫和玻璃（或單價離子）擴散率而定。在本文所述熔融浴中，所有百分比係重量百分比。在一些實施例中，玻璃基基板浸入溫度約350℃至約480℃及包括約5%至約90%的KNO₃ 與約10%至約95%的NaNO₃ 的熔融混合鹽浴，計約15分鐘至至多約100小時，此視玻璃厚度、浴溫和玻璃（或單價離子）擴散率而定。

根據一或更多實施例，玻璃基製品包含如美國專利案第8,951,927號中所述玻璃，該專利案全文內容以引用方式併入本文中。根據本發明的一或更多實施例，玻璃包含至少約50莫耳%的SiO₂ ；至少約10莫耳%的R₂ O，其中R₂ O包含Na₂ O；Al₂ O₃ ，其中Al₂ O₃ （莫耳%）＜R₂ O（莫耳%）；及B₂ O₃ ，其中B₂ O₃ （莫耳%）-(R₂ O（莫耳%）-Al₂ O₃ （莫耳%）)≥3莫耳%。在一些實施例中，玻璃亦包含66-74莫耳%的SiO₂ ；≥2.7莫耳%的B₂ O₃ ；9-22莫耳%的Al₂ O₃ ；9-20莫耳%的Na₂ O；及至少約0.1莫耳%的MgO與ZnO中的至少一者，其中R₂ O+CaO+SrO+BaO-Al₂ O₃ -B₂ O₃ ＜0。在特定實施例中，強化基板包含玻璃，玻璃包含至少約50莫耳%的SiO₂ ；至少約10莫耳%的R₂ O，其中R₂ O包含Na₂ O；Al₂ O₃ ；及B₂ O₃ ，其中B₂ O₃ （莫耳%）-(R₂ O（莫耳%）-Al₂ O₃ （莫耳%）)≥3莫耳%，其中玻璃具有鋯石崩解溫度，崩解溫度等於玻璃黏度為約25千泊至約40千泊時的溫度。在特定實施例中，強化基板包含玻璃，玻璃包含離子交換玻璃並具有至少3公斤力（kgf）的維氏裂痕初始閾值，例如至少4公斤力（kgf）、至少5公斤力（kgf）、至少6公斤力（kgf）、至少7公斤力（kgf）、至少8公斤力（kgf）、至少9公斤力（kgf）或至少10公斤力（kgf），玻璃包含至少約50莫耳%的SiO₂ ；至少約10莫耳%的R₂ O，其中R₂ O包含Na₂ O；Al₂ O₃ ，其中Al₂ O₃ （莫耳%）＜R₂ O（莫耳%）；B₂ O₃ ，其中B₂ O₃ （莫耳%）-(R₂ O（莫耳%）-Al₂ O₃ （莫耳%）)≥3莫耳%。在一些實施例中，強化基板包含玻璃，玻璃包含離子交換玻璃並具有至少3公斤力（kgf）的維氏裂痕初始閾值，例如至少4公斤力（kgf）、至少5公斤力（kgf）、至少6公斤力（kgf）、至少7公斤力（kgf）、至少8公斤力（kgf）、至少9公斤力（kgf）或至少10公斤力（kgf），玻璃包含66-74莫耳%的SiO₂ ；³2.7莫耳%的B₂ O₃ ；9-22莫耳%的Al₂ O₃ ；9-20莫耳%的Na₂ O；及至少約0.1莫耳%的MgO與ZnO中的至少一者，其中R₂ O+CaO+SrO+BaO-Al₂ O₃ -B₂ O₃ ＜0。在特定實施例中，強化基板包含玻璃，玻璃包含至少約50莫耳%的SiO₂ ；至少約10莫耳%的R₂ O，其中R₂ O包含Na₂ O；Al₂ O₃ ；及至少2.7莫耳%、含配位硼陽離子的B₂ O₃ ，其中B₂ O₃ -(R₂ O-Al₂ O₃ )≥3莫耳%。在特定實施例中，該等玻璃包含至少0.1莫耳%的MgO與ZnO中的至少一者。在特定實施例中，該等玻璃包含約2.7莫耳%至約4.5莫耳%的B₂ O₃ 。在極特定實施例中，強化基板包含玻璃，玻璃包含66-74莫耳%的SiO₂ ；至少約10莫耳%的R₂ O，其中R₂ O包含Na₂ O；9-22莫耳%的Al₂ O₃ ；至少2.7莫耳%的B₂ O₃ ，其中B₂ O₃ -(R₂ O-Al₂ O₃ )≥3莫耳%；及至少0.1莫耳%的MgO與ZnO中的至少一者。根據一或更多實施例，玻璃存有B₂ O₃ 的至少50%包含三次配位硼陽離子。

在一或更多實施例中，玻璃基製品在離子交換前具有約67.37莫耳% SiO₂ 、3.67莫耳% B₂ O₃ 、12.73莫耳% Al₂ O₃ 、13.77莫耳% Na₂ O、0.01莫耳% K₂ O、2.39莫耳% MgO、0.01莫耳% Fe₂ O₃ 、0.01莫耳% ZrO₂ 和0.09莫耳% SnO₂ 的標稱組成物。

在一或更多特定實施例中，強化基板包含鹼鋁矽酸鹽玻璃，此具抗劇烈碰觸損壞性且能快速離子交換。玻璃實例揭示於美國專利案第9,156,724號，該專利案全文內容以引用方式併入本文中。鹼鋁矽酸鹽玻璃實例包含至少4莫耳%的P₂ O₅ ，離子交換時，維氏裂痕初始閾值為至少約3 kgf，例如至少約4 kgf、至少約5 kgf、至少約6 kgf或至少約7 kgf。在一或更多特定實施例中，強化基板包含鹼鋁矽酸鹽玻璃，玻璃包含至少約4莫耳%的P₂ O₅ 及0莫耳%至約4莫耳%的B₂ O₃ ，其中鹼鋁矽酸鹽玻璃不含Li₂ O，其中：1.3＜[(P₂ O₅ +R₂ O)/M₂ O₃ ]≤2.3；其中M₂ O₃ =Al₂ O₃ +B₂ O₃ ，R₂ O係存於鹼鋁矽酸鹽玻璃的單價陽離子氧化物總和。在特定實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含小於1莫耳%的K₂ O，例如0莫耳%的K₂ O。在特定實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含小於1莫耳%的B₂ O₃ ，例如0莫耳%的B₂ O₃ 。在特定實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包括選自由Na₂ O、K₂ O、Rb₂ O、Cs₂ O、MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO所組成群組的單價與二價陽離子氧化物。在極特定實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含約40莫耳%至約70莫耳%的SiO₂ 、約11莫耳%至約25莫耳%的Al₂ O₃ 、約4莫耳%至約15莫耳%的P₂ O₅ 和約13莫耳%至約25莫耳%的Na₂ O。

在一或更多實施例中，玻璃基製品在離子交換前具有約57.43莫耳% SiO₂ 、16.10莫耳% Al₂ O₃ 、17.05莫耳%、2.81莫耳% MgO、0.003莫耳% TiO₂ 、6.54莫耳% P₂ O₅ 和0.07莫耳% SnO₂ 的標稱組成物。

在一或更多實施例中，0.1莫耳%至20莫耳%的Li₂ O存於玻璃基製品，在更特定實施例中為0.1莫耳%至10莫耳%。在一或更多實施例中，0.1莫耳%至10莫耳%的P₂ O₅ 存於玻璃基製品。在一或更多實施例中，玻璃基製品不含K₂ O。

在一或更多實施例中，玻璃基製品基板（如所述經化學強化前）可包括玻璃組成物，按莫耳百分比（莫耳%）計，包括：約40%至約80%的SiO₂ 、約10%至約30%的Al₂ O₃ 、約0%至約10%的B₂ O₃ 、約0%至約20%的R₂ O和約0%至約15%的RO。在此所用「R₂ O」係指鹼金屬氧化物總量，例如Li₂ O、Na₂ O、K₂ O、Rb₂ O和Cs₂ O。在此所用「RO」係指鹼土金屬氧化物總量，例如MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO。在一些情況下，組成物可包括約0莫耳%至約5莫耳%的ZrO₂ 及/或約0至約15莫耳%的P₂ O₅ 。在一些實施例中，TiO₂ 存量為約0莫耳%至約2莫耳%。

在一些實施例中，玻璃組成物按莫耳%計包括約45%至約80%的SiO₂ ，例如約45%至約75%、約45%至約70%、約45%至約65%、約45%至約60%、約50%至約80%、約50%至約75%、約50%至約70%、約50%至約65%、約55%至約80%、約55%至約75%、約55%至約70%、約55%至約65%、約60%至約80%、約60%至約75%、約60%至約70%、約60%至約65%或其中所含任何子範圍。

在一些實施例中，玻璃組成物按莫耳%計包括約5%至約30%的Al₂ O₃ ，例如約5%至約28%、約5%至約26%、約5%至約25%、約5%至約24%、約5%至約22%、約5%至約20%、約6%至約30%、約8%至約30%、約10%至約30%、約12%至約30%、約14%至約30%、約15%至約30%、約12%至約18%或其中所含任何子範圍。

在一或更多實施例中，玻璃組成物按莫耳%計包括約0%至約10%的B₂ O₃ ，例如約0%至約8%、約0%至約6%、約0%至約4%、約0.1%至約10%、約0.1%至約8%、約0.1%至約6%、約0.1%至約4%、約1%至約10%、約2%至約10%、約4%至約10%、約2%至約8%、約0.1%至約5%、約1%至約3%或其中所含任何子範圍。在一些情況下，玻璃組成物實質無或不含B₂ O₃ 。

在一些實施例中，玻璃組成物可包括一或更多鹼土金屬氧化物，例如MgO、CaO和ZnO。在一些實施例中，一或更多鹼土金屬氧化物的總量為至多約15莫耳%的非零量。在一或更多特定實施例中，任何鹼土金屬氧化物總量可為至多約14莫耳%的非零量，例如至多約12莫耳%、至多約10莫耳%、至多約8莫耳%、至多約6莫耳%、至多約4莫耳%、至多約2莫耳%或至多約1.5莫耳%。在一些實施例中，一或更多鹼土金屬氧化物的總量按莫耳%計為約0.01%至約10%、約0.01%至約8%、約0.01%至約6%、約0.01%至約5%、約0.05%至約10%、約0.05%至約2%、約0.05%至約1%或其中所含任何子範圍。MgO量可為約0莫耳%至約5莫耳%，例如約0.001莫耳%至約1莫耳%、約0.01莫耳%至約2莫耳%、約2莫耳%至約4莫耳%或其中所含任何子範圍。ZnO量可為約0莫耳%至約2莫耳%，例如約1莫耳%至約2莫耳%或其中所含任何子範圍。CaO量可為約0莫耳%至約2莫耳%。在一或更多實施例中，玻璃組成物包括MgO，且實質無或不含CaO和ZnO。在一變型中，玻璃組成物包括CaO或ZnO的任一者，且實質無或不含MgO、CaO與ZnO的另二者。在一或更多特定實施例中，玻璃組成物只包括MgO、CaO和ZnO中的兩種鹼土金屬氧化物，且實質無或不含第三種鹼土金屬氧化物。

玻璃組成物中的R₂ O鹼金屬氧化物總量按莫耳%計可為約5%至約20%，例如約5%至約18%、約5%至約16%、約5%至約15%、約5%至約14%、約5%至約12%、約5%至約10%、約5%至約8%、約5%至約20%、約6%至約20%、約7%至約20%、約8%至約20%、約9%至約20%、約10%至約20%、約11%至約20%、約12%至約18、約14%至約18或其中所含任何子範圍。

在一或更多實施例中，玻璃組成物包括約0莫耳%至約18莫耳%的Na₂ O，例如約0莫耳%至約16莫耳%、約0莫耳%至約14莫耳%、約0莫耳%至約12莫耳%、約2莫耳%至約18莫耳%、約4莫耳%至約18莫耳%、約6莫耳%至約18莫耳%、約8莫耳%至約18莫耳%、約8莫耳%至約14莫耳%、約8莫耳%至約12莫耳%、約10莫耳%至約12莫耳%或其中所含任何子範圍。在一些實施例中，組成物可包括至少約4莫耳%的Na₂ O。

在一或更多實施例中，玻璃組成物可包括小於約5莫耳%的K₂ O，例如小於約4莫耳%、小於約3莫耳%、小於約2莫耳%或小於約1莫耳%。在一或更多替代實施例中，玻璃組成物實質無或不含K₂ O。

在一或更多實施例中，玻璃組成物可包括約0莫耳%至約18莫耳%的Li₂ O，例如約0莫耳%至約15莫耳%、約0莫耳%至約10莫耳%、約0莫耳%至約8莫耳%、約0莫耳%至約6莫耳%、約0莫耳%至約4莫耳%、約0莫耳%至約2莫耳%或其中所含任何子範圍。在一些實施例中，玻璃組成物可包括約1莫耳%至約20莫耳%的Li₂ O，例如2莫耳%至約10莫耳%、約4莫耳%至約10莫耳%、約6莫耳%至約10莫耳%、約5莫耳%至約8莫耳%或其中所含任何子範圍。

在一或更多實施例中，玻璃組成物可包括Fe₂ O₃ 。在此實施例中，Fe₂ O₃ 存量為小於約1莫耳%，例如小於約0.9莫耳%、小於約0.8莫耳%、小於約0.7莫耳%、小於約0.6莫耳%、小於約0.5莫耳%、小於約0.4莫耳%、小於約0.3莫耳%、小於約0.2莫耳%、小於約0.1莫耳%和其間所有範圍與子範圍。在一或更多實施例中，玻璃組成物實質無或不含Fe₂ O₃ 。

在一或更多實施例中，玻璃組成物可包括ZrO₂ 。在此實施例中，ZrO₂ 存量為小於約1莫耳%，例如小於約0.9莫耳%、小於約0.8莫耳%、小於約0.7莫耳%、小於約0.6莫耳%、小於約0.5莫耳%、小於約0.4莫耳%、小於約0.3莫耳%、小於約0.2莫耳%、小於約0.1莫耳%和其間所有範圍與子範圍。在一或更多替代實施例中，玻璃組成物實質無或不含ZrO₂ 。

在一或更多實施例中，玻璃組成物可包括約0莫耳%至約10莫耳%的P₂ O₅ ，例如約0莫耳%至約8莫耳%、約0莫耳%至約6莫耳%、約0莫耳%至約4莫耳%、約0.1莫耳%至約10莫耳%、約0.1莫耳%至約8莫耳%、約2莫耳%至約8莫耳%、約2莫耳%至約6莫耳%、約2莫耳%至約4莫耳%或其中所含任何子範圍。在一些情況下，玻璃組成物實質無或不含P₂ O₅ 。

在一或更多實施例中，玻璃組成物可包括TiO₂ 。在此實施例中，TiO₂ 存量為小於約6莫耳%，例如小於約4莫耳%、小於約2莫耳%或小於約1莫耳%。在一或更多替代實施例中，玻璃組成物實質無或不含TiO₂ 。在一些實施例中，TiO₂ 存量為約0.1莫耳%至約6莫耳%，例如約0.1莫耳%至約4莫耳%或其中所含任何子範圍。

在一些實施例中，玻璃組成物可包括各種組分關係。例如，玻璃組成物可包括Li₂ O量（莫耳%）與R₂ O總量（莫耳%）比率為約0至約1，例如約0至約0.5、約0至約0.4、約0.1至約0.5、約0.2至約0.4或其中所含任何子範圍。

在一些實施例中，玻璃組成物可包括R₂ O總量（莫耳%）與Al₂ O₃ 量（莫耳%）相差（R₂ O-Al₂ O₃ ）約0莫耳%至約5莫耳%，例如約0莫耳%至約4莫耳%、約0莫耳%至約3莫耳%、約0.1莫耳%至約4莫耳%、約0.1莫耳%至約3莫耳%、約0.1莫耳%至約2莫耳%、約1莫耳%至約2莫耳%或其中所含任何子範圍。

在一些實施例中，玻璃組成物可包括R_x O總量（莫耳%）與Al₂ O₃ 量（莫耳%）相差（R_x O-Al₂ O₃ ）約0莫耳%至約5莫耳%，例如約0莫耳%至約4莫耳%、約0莫耳%至約3莫耳%、約0.1莫耳%至約4莫耳%、約0.1莫耳%至約3莫耳%、約1莫耳%至約3莫耳%、約2莫耳%至約3莫耳%或其中所含任何子範圍。在此所述R_x O包括R₂ O和RO。

在一些實施例中，玻璃組成物可包括R₂ O總量（莫耳%）與Al₂ O₃ 量（莫耳%）比率（R₂ O/Al₂ O₃ ）為約0至約5，例如約0至約4、約0至約3、約1至約4、約1至約3、約1至約2或其中所含任何子範圍。

在一或更多實施例中，玻璃組成物包括Al₂ O₃ 與Na₂ O合計量大於約15莫耳%，例如大於18莫耳%、大於約20莫耳%或大於約23莫耳%。Al₂ O₃ 與Na₂ O合計量可高達及包括約35莫耳%，例如高達及包括約32莫耳%、或高達及包括約30莫耳%。

一或更多玻璃組成物實施例具有約0至約2的MgO量（莫耳%）與RO總量（莫耳%）比率。

在一些實施例中，玻璃組成物實質無或不含成核劑。成核劑實例為TiO₂ 、ZrO₂ 等。成核劑可就功能方面而論，因為成核劑係玻璃中能於玻璃引發微晶形成的成分。

在一些實施例中，用於玻璃基板的組成物可分批加入約0莫耳%至約2莫耳%的至少一澄清劑，澄清劑選自包括Na₂ SO₄ 、NaCl、NaF、NaBr、K₂ SO₄ 、KCl、KF、KBr和SnO₂ 的群組。根據一或更多實施例，玻璃組成物可進一步包括約0莫耳%至約2莫耳%的SnO₂ ，例如約0莫耳%至約1莫耳%、約0.1莫耳%至約2莫耳%、約0.1莫耳%至約1莫耳%、約1莫耳%至約2莫耳%或其中所含任何子範圍。所述玻璃組成物可實質無或不含As₂ O₃ 及/或Sb₂ O₃ 。

在一或更多實施例中，組成物特定言之為包括約62莫耳%至75莫耳%的SiO₂ 、約10.5莫耳%至約17莫耳%的Al₂ O₃ 、約5莫耳%至約13莫耳%的Li₂ O、約0莫耳%至約4莫耳%的ZnO、約0莫耳%至約8莫耳%的MgO、約2莫耳%至約5莫耳%的TiO₂ 、約0莫耳%至約4莫耳%的B₂ O₃ 、約0莫耳%至約5莫耳%的Na₂ O、約0莫耳%至約4莫耳%的K₂ O、約0莫耳%至約2莫耳%的ZrO₂ 、約0莫耳%至約7莫耳%的P₂ O₅ 、約0莫耳%至約0.3莫耳%的Fe₂ O₃ 、約0莫耳%至約2莫耳%的MnO_x 和約0.05莫耳%至約0.2莫耳%的SnO₂ 。

在一或更多實施例中，組成物可包括約67莫耳%至約74莫耳%的SiO₂ 、約11莫耳%至約15莫耳%的Al₂ O₃ 、約5.5莫耳%至約9莫耳%的Li₂ O、約0.5莫耳%至約2莫耳%的ZnO、約2莫耳%至約4.5莫耳%的MgO、約3莫耳%至約4.5莫耳%的TiO₂ 、約0莫耳%至約2.2莫耳%的B₂ O₃ 、約0莫耳%至約1莫耳%的Na₂ O、約0莫耳%至約1莫耳%的K₂ O、約0莫耳%至約1莫耳%的ZrO₂ 、約0莫耳%至約4莫耳%的P₂ O₅ 、約0莫耳%至約0.1莫耳%的Fe₂ O₃ 、約0莫耳%至約1.5莫耳%的MnO_x 和約0.08莫耳%至約0.16莫耳%的SnO₂ 。

在一或更多實施例中，組成物可包括約70莫耳%至75莫耳%的SiO₂ 、約10莫耳%至約15莫耳%的Al₂ O₃ 、約5莫耳%至約13莫耳%的Li₂ O、約0莫耳%至約4莫耳%的ZnO、約0.1莫耳%至約8莫耳%的MgO、約0莫耳%至約5莫耳%的TiO₂ 、約0.1莫耳%至約4莫耳%的B₂ O₃ 、約0.1莫耳%至約5莫耳%的Na₂ O、約0莫耳%至約4莫耳%的K₂ O、約0莫耳%至約2莫耳%的ZrO₂ 、約0莫耳%至約7莫耳%的P₂ O₅ 、約0莫耳%至約0.3莫耳%的Fe₂ O₃ 、約0莫耳%至約2莫耳%的MnO_x 和約0.05莫耳%至約0.2莫耳%的SnO₂ 。

在一或更多實施例中，組成物可包括約52莫耳%至約65莫耳%的SiO₂ 、約14莫耳%至約18莫耳%的Al₂ O₃ 、約5.5莫耳%至約7莫耳%的Li₂ O、約1莫耳%至約2莫耳%的ZnO、約0.01莫耳%至約2莫耳%的MgO、約4莫耳%至約12莫耳%的Na₂ O、約0.1莫耳%至約4莫耳%的P₂ O₅ 和約0.01莫耳%至約0.16莫耳%的SnO₂ 。在一些實施例中，組成物實質無或不含任一或更多的B₂ O₃ 、TiO₂ 、K₂ O和ZrO₂ 。

在一或更多實施例中，組成物包括至少0.5莫耳%的P₂ O₅ 、Na₂ O及選擇性Li₂ O，其中Li₂ O（莫耳%）/Na₂ O（莫耳%）＜1。此外，組成物可實質無或不含B₂ O₃ 和K₂ O。在一些實施例中，組成物可包括ZnO、MgO和SnO₂ 。

在一些實施例中，組成物可包含約58莫耳%至約65莫耳%的SiO₂ 、約11莫耳%至約19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、0莫耳%至約6莫耳%的MgO和0莫耳%至約6莫耳%的ZnO。在某些實施例中，組成物可包含約63莫耳%至約65莫耳%的SiO₂ 、11莫耳%至約17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、0莫耳%至約6莫耳%的MgO和0莫耳%至約6莫耳%的ZnO。

在一些實施例中，組成物可包括下列組分關係：R₂ O（莫耳%）/Al₂ O₃ （莫耳%）＜2，其中R₂ O=Li₂ O+Na₂ O。在一些實施例中，65莫耳%＜SiO₂ （莫耳%）+P₂ O₅ （莫耳%）＜67莫耳%。在一些實施例中，R₂ O（莫耳%）+RO（莫耳%）-Al₂ O₃ （莫耳%）+P₂ O₅ （莫耳%）＞-3莫耳%，其中R₂ O=Li₂ O+Na₂ O，RO係存於組成物的二價金屬氧化物總量。

在一或更多特定實施例中，玻璃基製品在交換前具有約63.60莫耳% SiO₂ 、15.67莫耳% Al₂ O₃ 、6.24莫耳% Li₂ O、10.81莫耳% Na₂ O、1.16莫耳% ZnO、2.48莫耳% P₂ O₅ 和0.04莫耳% SnO₂ 的標稱組成物。

當玻璃基製品包括玻璃-陶瓷時，晶相可包括β-鋰輝石、金紅石、鋅尖晶石或其他晶相和上述組合物。

玻璃基製品可呈實質平面，然其他實施例可採用彎曲或其他形狀或造形的基板。在一些情況下，玻璃基製品可具3D形狀或2.5D形狀。在此所用「2.5D形狀」係指片狀製品具有至少一主要表面呈至少部分非平面及第二主要表面呈實質平面。在此所用「3D形狀」係指製品具有呈至少部分非平面的第一與第二相對主要表面。玻璃基製品可為實質透光、透明且無光散射。玻璃基製品的折射率可為約1.45至約1.55。在此所用折射率值係相應550 nm波長。

此外或或者，基於美觀及/或功能，玻璃基製品的厚度可沿一或更多維度固定不變或沿一或更多維度變化。例如，玻璃基製品的邊緣可比玻璃基製品的中心區厚。玻璃基製品的長度、寬度和厚度亦可依物件應用或用途改變。

現參照第4圖，該圖圖示強化玻璃基製品400的實施例。在特定實施例中，強化玻璃基製品400係玻璃基板，且為熱強化及/或化學強化。強化玻璃基製品400具有外表面405和相對外表面405的內表面425，其中外表面405和內表面425各自經離子交換以提供化學強化及壓縮應力區410、420。外表面405供電子裝置使用者接觸，當裝置掉落時，易遭受劇烈碰觸損壞。

強化玻璃基製品400的壓縮應力區410、420從各表面向內延伸到DOC（如第2圖所示），中心張力區430位在二壓縮應力區410、420之間。根據一或更多實施例，強化玻璃基製品400在中心張力區430具有大於0.5兆帕至小於20兆帕的最大中心張力值。

本發明的實施例提供具獨特應力輪廓的玻璃基製品，此可由離子交換或熱處理達成。在一或更多實施例中，達成深DOC（例如DOC為玻璃厚度的約5%至約20%）。根據一些實施例達成的應力輪廓可描繪為「拋物線」，例如如第1圖所示。離子交換或熱回火可持續進行到最大中心張力（CT）小於20兆帕為止，例如約0.5兆帕至約20兆帕。CT值量值很小，如此引入裂縫或裂痕尖端不會只因此CT量值就擴展，而是需要外部施加拉伸應力（例如出自施加彎曲），才使裂痕進一步擴展橫越蓋玻璃。

所述玻璃基製品可用於製造電子裝置。參照第5圖，電子裝置1000可包括根據所述一或更多實施例的玻璃基製品1011。裝置1000包括具正面1040、背面1060和側面1080的外殼1020；電子部件（未圖示）至少部分或整個置於外殼內，並包括至少一控制器、記憶體和顯示器1120，顯示器位於或鄰接外殼的正面。玻璃基製品1011圖示為蓋子且設在外殼正面或上面而覆蓋顯示器1120。在一些實施例中，玻璃基製品可用作背蓋或外殼的某些其他部分。

在第一實施例中，玻璃基製品包含約0.2 mm至約4.0 mm的厚度、從玻璃基製品的第一表面延伸到第一壓縮深度（DOC1）的第一壓縮應力層，第一壓縮深度為厚度的約5%至約20%、從玻璃基製品的第二表面延伸到第二壓縮深度（DOC2）的第二壓縮應力層，第二壓縮深度為厚度的約5%至約20%，其中第二表面在第一表面對面，及從第一壓縮深度（DOC1）延伸到第二壓縮深度（DOC2）的中心區並具有約0.5兆帕至約20兆帕的最大拉伸應力。

第一實施例可修改使厚度為約0.2 mm至約3.5 mm，例如約0.2 mm至約3.0 mm、約0.2 mm至約2.5 mm、約0.2 mm至約2.0 mm、約0.2 mm至約1.5 mm、約0.2 mm至約1.0 mm、約0.3至約4.0 mm、約0.3 mm至約3.5 mm、約0.3 mm至約3.0 mm、約0.3 mm至約2.5 mm、約0.3 mm至約2.0 mm、約0.3 mm至約1.5 mm、約0.3 mm至約1.0 mm、約0.4至約4.0 mm、約0.4 mm至約3.5 mm、約0.4 mm至約3.0 mm、約0.4 mm至約2.5 mm、約0.4 mm至約2.0 mm、約0.4 mm至約1.5 mm、約0.4 mm至約1.0 mm、約0.5至約4.0 mm、約0.5 mm至約3.5 mm、約0.5 mm至約3.0 mm、約0.5 mm至約2.5 mm、約0.5 mm至約2.0 mm、約0.5 mm至約1.5 mm、約0.5 mm至約1.0 mm或其中所含任何子範圍。

第一實施例可修改使第一壓縮深度（DOC1）及/或第二壓縮深度（DOC2）為厚度的約6%至約20%，例如約7%至約20%、約8%至約20%、約9%至約20%、約10%至約20%、約11%至約20%、約12%至約20%、約13%至約20%、約14%至約20%、約15%至約20%、約16%至約20%、約17%至約20%或其中所含任何子範圍。

第一實施例可修改使中心區具有約1兆帕至約20兆帕的最大拉伸應力，例如約1.5至約20兆帕、約2兆帕至約20兆帕、約3兆帕至約20兆帕、約4兆帕至約20兆帕、約5兆帕至約20兆帕、約6兆帕至約20兆帕、約7兆帕至約20兆帕、約8兆帕至約20兆帕、約9兆帕至約20兆帕、約10兆帕至約20兆帕、約11兆帕至約20兆帕、約12兆帕至約20兆帕、約13兆帕至約20兆帕、約14兆帕至約20兆帕、約15兆帕至約20兆帕、約1兆帕至約15兆帕、約1.5至約15兆帕、約2兆帕至約15兆帕、約3兆帕至約15兆帕、約4兆帕至約15兆帕、約5兆帕至約15兆帕、約6兆帕至約15兆帕、約7兆帕至約15兆帕、約8兆帕至約15兆帕、約9兆帕至約15兆帕、約10兆帕至約15兆帕、約11兆帕至約15兆帕、約12兆帕至約15兆帕、約1兆帕至約10兆帕、約1.5至約10兆帕、約2兆帕至約10兆帕、約3兆帕至約10兆帕、約4兆帕至約10兆帕、約5兆帕至約10兆帕、約6兆帕至約10兆帕、約7兆帕至約10兆帕、約8兆帕至約10兆帕或其中所含任何子範圍。

在第二實施例中，第一實施例的玻璃基製品為熱強化。

在第三實施例中，第一實施例的玻璃基製品為化學強化。

在第四實施例中，第一至第三實施例中任一實施例的玻璃基製品具有拋物線應力輪廓。

在第五實施例中，在第一至第四實施例的任一實施例中，於第一表面和第二表面至少之一的壓縮應力為約150兆帕至約800兆帕，例如約150兆帕至約700兆帕、約150兆帕至約600兆帕、約150兆帕至約500兆帕、約200兆帕至約800兆帕、約200兆帕至約700兆帕、約200兆帕至約600兆帕、約200兆帕至約500兆帕、約250兆帕至約800兆帕、約250兆帕至約700兆帕、約250兆帕至約600兆帕、約250兆帕至約500兆帕、約300兆帕至約800兆帕、約300兆帕至約700兆帕、約300兆帕至約600兆帕、約300兆帕至約500兆帕或其中所含任何子範圍。

在第六實施例中，在第五實施例的玻璃基製品中，於第一表面和第二表面至少之一的壓縮應力為約300兆帕至約600兆帕。

在第七實施例中，第一至第六實施例中任一實施例的玻璃基製品包含鹼鋁矽酸鹽玻璃。

在第八實施例中，第一至第七實施例中任一實施例的強化玻璃基製品包含鋰鋁矽酸鹽玻璃。

在第九實施例中，第一至第八實施例中任一實施例的強化玻璃基製品由包括0.1莫耳%至20莫耳% Li₂ O的組成物形成。

在第十實施例中，第一至第九實施例中任一實施例的強化玻璃基製品由包括約58莫耳%至約65莫耳% SiO₂ 、約11莫耳%至約19莫耳% Al₂ O₃ 、約0.5莫耳%至約3莫耳% P₂ O₅ 、約6莫耳%至約18莫耳% Na₂ O、0莫耳%至約6莫耳% MgO和0莫耳%至約6莫耳% ZnO的組成物形成。

在第十一實施例中，第一至第九實施例中任一實施例的強化玻璃基製品由包括約63莫耳%至約65莫耳% SiO₂ 、約11莫耳%至約17莫耳% Al₂ O₃ 、約1莫耳%至約3莫耳% P₂ O₅ 、約9莫耳%至約20莫耳% Na₂ O、0莫耳%至約6莫耳% MgO和0莫耳%至約6莫耳% ZnO的組成物形成。

在第十二實施例中，第十一實施例的玻璃基製品由組成物形成，其中R₂ O（莫耳%）/Al₂ O₃ （莫耳%）＜2，其中R₂ O=Li₂ O+Na₂ O。

在第十三實施例中，第十一實施例的玻璃基製品由組成物形成，其中65莫耳%＜SiO₂ （莫耳%）+P₂ O₅ （莫耳%）＜67莫耳%，R₂ O（莫耳%）+R’O（莫耳%）-Al₂ O₃ （莫耳%）+P₂ O₅ （莫耳%）＞-3莫耳%，其中R₂ O=Li₂ O+Na₂ O，R’O係存於組成物的二價金屬氧化物總量。

第十四實施例提供消費性電子裝置，包含：外殼；電子部件，至少部分設在外殼內，電子部件包括至少一控制器、記憶體和顯示器，顯示器設於或鄰接外殼的正面；及蓋製品，置於或覆蓋外殼的正面且在顯示器上面，其中蓋製品或外殼包含第一至第十三實施例中任一實施例的玻璃基製品。

在第十五實施例中，第十四實施例係使裝置為穿戴式電子裝置並配置以供個人穿戴，穿戴式電子裝置選自由手錶、媒體播放器、錢包和手鐲所組成的群組。

第十六實施例係關於穿戴式消費性電子裝置，包含：外殼；電子部件，至少部分設在外殼內，電子部件包括至少一控制器、記憶體和顯示器，顯示器設於或鄰接外殼的正面；及蓋子，置於或覆蓋外殼的正面且在顯示器上面，其中蓋子包含玻璃基製品，玻璃基製品具有約0.2 mm至約4.0 mm的厚度、從玻璃基製品的第一表面延伸到第一壓縮深度（DOC1）的第一壓縮應力層，第一壓縮深度為厚度的約5%至約20%、從玻璃基製品的第二表面延伸到第二壓縮深度（DOC2）的第二壓縮應力層，第二壓縮深度為厚度的約5%至約20%，其中第二表面在第一表面對面，及從第一壓縮深度（DOC1）延伸到第二壓縮深度（DOC2）的中心區並具有約0.5兆帕至約20兆帕的最大拉伸應力，其中玻璃基製品包含化學強化鋰鋁矽酸鹽玻璃，其中穿戴式消費性電子裝置配置以供個人穿戴，穿戴式電子裝置選自由手錶、媒體播放器、錢包和手鐲所組成的群組。

在第十七實施例中，提供第十六實施例，其中玻璃基製品由包括約58莫耳%至約65莫耳% SiO₂ 、約11莫耳%至約19莫耳% Al₂ O₃ 、約0.5莫耳%至約3莫耳% P₂ O₅ 、約6莫耳%至約18莫耳% Na₂ O、0莫耳%至約6莫耳% MgO和0莫耳%至約6莫耳% ZnO的組成物形成。

本發明的另一態樣係關於製造玻璃基製品的方法。在第十八實施例中，方法包含強化玻璃基製品，以提供厚度約0.2 mm至約2.0 mm的玻璃基製品及提供從玻璃基製品的第一表面延伸到第一壓縮深度（DOC1）的第一壓縮應力層，第一壓縮深度為厚度的約5%至約20%、從玻璃基製品的第二表面延伸到第二壓縮深度（DOC2）的第二壓縮應力層，第二壓縮深度為厚度的約5%至約20%，其中第二表面在第一表面對面；及持續強化，直到玻璃基製品從第一壓縮深度（DOC1）延伸到第二壓縮深度（DOC2）的中心區具有約0.5兆帕至約20兆帕的拉伸應力。

第十八實施例可修改使厚度為約0.2 mm至約3.5 mm，例如約0.2 mm至約3.0 mm、約0.2 mm至約2.5 mm、約0.2 mm至約2.0 mm、約0.2 mm至約1.5 mm、約0.2 mm至約1.0 mm、約0.3至約4.0 mm、約0.3 mm至約3.5 mm、約0.3 mm至約3.0 mm、約0.3 mm至約2.5 mm、約0.3 mm至約2.0 mm、約0.3 mm至約1.5 mm、約0.3 mm至約1.0 mm、約0.4至約4.0 mm、約0.4 mm至約3.5 mm、約0.4 mm至約3.0 mm、約0.4 mm至約2.5 mm、約0.4 mm至約2.0 mm、約0.4 mm至約1.5 mm、約0.4 mm至約1.0 mm、約0.5至約4.0 mm、約0.5 mm至約3.5 mm、約0.5 mm至約3.0 mm、約0.5 mm至約2.5 mm、約0.5 mm至約2.0 mm、約0.5 mm至約1.5 mm、約0.5 mm至約1.0 mm或其中所含任何子範圍。

第十八實施例可修改使第一壓縮深度（DOC1）及/或第二壓縮深度（DOC2）為厚度的約6%至約20%，例如約6%至約20%、約8%至約20%、約9%至約20%、約10%至約20%、約11%至約20%、約12%至約20%、約13%至約20%、約14%至約20%、約15%至約20%、約16%至約20%、約17%至約20%或其中所含任何子範圍。

第十八實施例可修改使中心區具有約1兆帕至約20兆帕的最大拉伸應力，例如約1.5至約20兆帕、約2兆帕至約20兆帕、約3兆帕至約20兆帕、約4兆帕至約20兆帕、約5兆帕至約20兆帕、約6兆帕至約20兆帕、約7兆帕至約20兆帕、約8兆帕至約20兆帕、約9兆帕至約20兆帕、約10兆帕至約20兆帕、約11兆帕至約20兆帕、約12兆帕至約20兆帕、約13兆帕至約20兆帕、約14兆帕至約20兆帕、約15兆帕至約20兆帕、約1兆帕至約15兆帕、約1.5至約15兆帕、約2兆帕至約15兆帕、約3兆帕至約15兆帕、約4兆帕至約15兆帕、約5兆帕至約15兆帕、約6兆帕至約15兆帕、約7兆帕至約15兆帕、約8兆帕至約15兆帕、約9兆帕至約15兆帕、約10兆帕至約15兆帕、約11兆帕至約15兆帕、約12兆帕至約15兆帕、約1兆帕至約10兆帕、約1.5至約10兆帕、約2兆帕至約10兆帕、約3兆帕至約10兆帕、約4兆帕至約10兆帕、約5兆帕至約10兆帕、約6兆帕至約10兆帕、約7兆帕至約10兆帕、約8兆帕至約10兆帕或其中所含任何子範圍。

在第十九實施例中，第十八實施例的強化包含熱強化。

在第二十實施例中，第十八實施例的強化包含化學強化。

在第二十一實施例中，第十八至第二十實施例中任一實施例的強化提供拋物線應力輪廓。

在第二十二實施例中，第十八至第二十一實施例中任一實施例的強化於第一表面和第二表面至少之一提供約150兆帕至約800兆帕的壓縮應力，例如約150兆帕至約700兆帕、約150兆帕至約600兆帕、約150兆帕至約500兆帕、約200兆帕至約800兆帕、約200兆帕至約700兆帕、約200兆帕至約600兆帕、約200兆帕至約500兆帕、約250兆帕至約800兆帕、約250兆帕至約700兆帕、約250兆帕至約600兆帕、約250兆帕至約500兆帕、約300兆帕至約800兆帕、約300兆帕至約700兆帕、約300兆帕至約600兆帕、約300兆帕至約500兆帕或其中所含任何子範圍。

在第二十三實施例中，第十八至第二十二實施例中任一實施例的玻璃基製品包含鹼鋁矽酸鹽玻璃。

在第二十四實施例中，第二十三實施例進一步包含與鹼鋁矽酸鹽玻璃交換離子。

在第二十五實施例中，第十八至第二十四實施例中任一實施例的玻璃基基板包含鋰鋁矽酸鹽玻璃。

在第二十六實施例中，在強化前，0.1莫耳%至20莫耳%的Li₂ O存於第二十五實施例的玻璃基基板。

在第二十七實施例中，第二十六實施例的玻璃基基板在強化前包含約58莫耳%至約65莫耳%的SiO₂ 、約11莫耳%至約19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、0莫耳%至約6莫耳%的MgO和0莫耳%至約6莫耳%的ZnO。

在第二十八實施例中，第十八至第二十六實施例中任一實施例的玻璃基基板在強化前包含約63莫耳%至約65莫耳%的SiO₂ 、約11莫耳%至約17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、0莫耳%至約6莫耳%的MgO和0莫耳%至約6莫耳%的ZnO。

在第二十九實施例中，第二十八實施例係在強化前，使R₂ O（莫耳%）/Al₂ O₃ （莫耳%）＜2，其中R₂ O=Li₂ O+Na₂ O。

在第三十實施例中，第二十九實施例係在強化前，使65莫耳%＜SiO₂ （莫耳%）+P₂ O₅ （莫耳%）＜67莫耳%，R₂ O（莫耳%）+R’O（莫耳%）-Al₂ O₃ （莫耳%）+P₂ O₅ （莫耳%）＞-3莫耳%，其中R₂ O=Li₂ O+Na₂ O，R’O係存於組成物的二價金屬氧化物總量。實例

不同實施例將進一步以下列實例說明。在實例中，於強化前，實例稱作「基板」。於強化後，實例稱作「製品」或「玻璃基製品」。

製備三個玻璃基基板，基板在離子交換前各自具有約63.60莫耳% SiO₂ 、15.67莫耳% Al₂ O₃ 、6.24莫耳% Li₂ O、10.81莫耳% Na₂ O、1.16莫耳% ZnO、2.48莫耳% P₂ O₅ 和0.04莫耳% SnO₂ 的標稱組成物。

樣品A未經離子交換。

樣品B在420℃下，在100% NaNO₃ 中離子交換，計48小時。

樣品C在420℃下，在100% NaNO₃ 中離子交換，計48小時，並在二次離子交換時，在390℃下，在100% KNO₃ 中離子交換，計30分鐘（0.5小時）。

於表面底下深度的應力係使用取自Glasstress（愛沙尼亞）的SCALP-5量測系統量測。表面和尖峰處的應力係利用FSM-6000 LE量測，其中條紋證實高雙折射度和應力。尖峰深度為8微米，利用此法，樣品C的表面應力為CS=1001.1兆帕。第6圖圖示利用二不同技術量測樣品C的壓縮應力。

樣品A的CT為零，樣品B的CT為14兆帕。樣品C的CT為21.6兆帕且發生在約400微米半寬處（800微米厚的樣品）。

在一些實施例中，所述玻璃基製品可就倒置球對砂紙（IBoS）試驗的效能方面描述。IBoS試驗係動態分量程度測試，此模擬損壞引入加上彎曲引起的主導破損機制，此通常發生在用於行動或手持電子裝置的玻璃基製品。在此領域中，損壞引入發生在玻璃基製品頂表面。斷裂始於玻璃基製品頂表面並破壞穿透玻璃基製品，或者斷裂從頂表面彎曲處或從玻璃基製品內部擴展。IBoS試驗設計以同時引入對玻璃表面的損壞及在動態負載下施以彎曲。在一些情況下，當玻璃基製品包括壓縮應力時，比起不包括壓縮應力的相同玻璃基製品，玻璃基製品將展現改善的落下斷裂效能

IBoS測試設備繪示於第7圖。設備500包括測試台510和球530。球530為剛硬或實心球，例如不鏽鋼球等。測試時，球530係4.2克不鏽鋼球且直徑為10 mm。球530從預定高度h 直接落下到玻璃基製品樣品518上。測試台510包括實心基底512，基底包含堅硬的剛性材料，例如花崗岩等。具研磨材料置於表面的片材514放在實心基底512的上表面，使具研磨材料的表面面朝上。在一些實施例中，片材514係具30粒度表面的砂紙，在其他實施例中為180粒度表面。玻璃基製品樣品518由樣品支架515保持在片材514上方位置，使玻璃基製品樣品518與片材514間存在氣隙516。片材514與玻璃基製品樣品518間的氣隙516容許玻璃基製品樣品518在遭球530撞擊及撞到片材514的研磨表面後彎曲。在一實施例中，玻璃基製品樣品218的所有角落都被夾住，使彎曲僅遏制在球撞擊點並確保再現性。在一些實施例中，樣品支架515和測試台510適於容納至多約2 mm的樣品厚度。氣隙516為約50微米（mm）至約100 mm。氣隙516適於調整材料勁度差異（楊氏模數）。膠帶520用於覆蓋玻璃基製品樣品的上表面，以收集玻璃基製品樣品518遭球530撞擊後斷裂的碎片。

各種材料可用作研磨表面。在一特定實施例中，研磨表面係砂紙，例如碳化矽或氧化鋁砂紙、加工砂紙或此領域已知具相當硬度及/或銳度的任何研磨材料。第8圖的資料係使用180粒度砂紙產生。

第8圖係樣品A、B、C的落下高度對破損作圖。結果顯示，落下高度因壓縮應力提高而改善。

熟諳此技術者將明白，在不脫離本發明的精神或範圍內，當可對本發明作各種更動與潤飾。

100‧‧‧玻璃製品

101‧‧‧表面

110‧‧‧表面CS

120‧‧‧CT

130‧‧‧DOC

200‧‧‧玻璃基製品

201‧‧‧表面

210‧‧‧CS

220‧‧‧CT

230‧‧‧DOC

310‧‧‧玻璃基基板

320‧‧‧強化玻璃基製品

350‧‧‧小裂痕

355‧‧‧外表面

360‧‧‧壓縮應力區

380‧‧‧中心張力區

390‧‧‧大裂痕

400‧‧‧強化玻璃基製品

405‧‧‧外表面

410、420‧‧‧壓縮應力區

425‧‧‧內表面

430‧‧‧中心區

500‧‧‧設備

510‧‧‧測試台

512‧‧‧基底

514‧‧‧片材

515‧‧‧支架

516‧‧‧氣隙

518‧‧‧樣品

520‧‧‧膠帶

530‧‧‧球

600‧‧‧AROR構造

610‧‧‧玻璃基製品

620‧‧‧支撐環

630‧‧‧負載環

630a‧‧‧表面

1000‧‧‧電子裝置

1011‧‧‧玻璃基製品

1020‧‧‧外殼

1040‧‧‧正面

1060‧‧‧背面

1080‧‧‧側面

1120‧‧‧顯示器

D₁、D₂‧‧‧直徑

F‧‧‧力

h‧‧‧高度

t₁、t₂‧‧‧厚度

第1圖係橫越強化玻璃基製品厚度的應力輪廓截面圖；

第2圖係橫越強化玻璃基製品厚度的應力輪廓截面圖；

第3圖圖示玻璃基製品的截面，其中表面具有複數個裂痕；

第4圖圖示強化玻璃基製品的截面；

第5圖係併入所述一或更多玻璃基製品實施例的電子裝置的前視圖；

第6圖係所述樣品C的部分應力輪廓曲線圖；

第7圖係設備的截面示意圖，用於進行所述倒置球對砂紙（IBoS）試驗；

第8圖係曲線圖，顯示所述樣品A、B、C的最大落下高度資料；

第9圖係設備的截面示意圖，用於進行所述磨損環對環（AROR）試驗。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (10)

1. 一種玻璃基製品，包含： 一厚度，大於或等於0.2毫米至小於或等於4.0毫米； 一第一壓縮應力層，從該玻璃基製品的一第一表面延伸到一第一壓縮深度（DOC1），該第一壓縮深度為該厚度的大於或等於5%至小於或等於20%； 一第二壓縮應力層，從該玻璃基製品的一第二表面延伸到一第二壓縮深度（DOC2），該第二壓縮深度為該厚度的大於或等於5%至小於或等於20%，其中該第二表面在該第一表面對面；及 一中心區，從該第一壓縮深度（DOC1）延伸到該第二壓縮深度（DOC2），並具有大於或等於0.5兆帕至小於或等於20兆帕的一最大拉伸應力， 其中於該第一表面和該第二表面至少之一的一壓縮應力為大於或等於300兆帕。
2. 如請求項1所述之玻璃基製品，其中該玻璃基製品具有一拋物線應力輪廓。
3. 如請求項1或2所述之玻璃基製品，其中於該第一表面和該第二表面至少之一的一壓縮應力為大於或等於300兆帕至小於或等於800兆帕。
4. 如請求項1或2所述之玻璃基製品，其中該玻璃基製品由包含0.1莫耳%至20莫耳% Li₂ O的一組成物形成。
5. 如請求項4所述之玻璃基製品，其中該玻璃基製品由一組成物形成，該組成物包含： 大於或等於58莫耳%至小於或等於65莫耳%的SiO₂ ； 大於或等於11莫耳%至小於或等於19莫耳%的Al₂ O₃ ； 大於或等於0.5莫耳%至小於或等於3莫耳%的P₂ O₅ ； 大於或等於6莫耳%至小於或等於18莫耳%的Na₂ O； 0莫耳%至小於或等於6莫耳%的MgO；及 0莫耳%至小於或等於6莫耳%的ZnO。
6. 如請求項4所述之玻璃基製品，其中該玻璃基製品由一組成物形成，該組成物包含： 大於或等於63莫耳%至小於或等於65莫耳%的SiO₂ ； 大於或等於11莫耳%至小於或等於17莫耳%的Al₂ O₃ ； 大於或等於1莫耳%至小於或等於3莫耳%的P₂ O₅ ； 大於或等於9莫耳%至小於或等於20莫耳%的Na₂ O； 0莫耳%至小於或等於6莫耳%的MgO；及 0莫耳%至小於或等於6莫耳%的ZnO。
7. 如請求項5所述之玻璃基製品，其中該玻璃基製品由一組成物形成，其中： R₂ O（莫耳%）/Al₂ O₃ （莫耳%）＜2，其中R₂ O=Li₂ O+Na₂ O；及/或 65莫耳%＜SiO₂ （莫耳%）+P₂ O₅ （莫耳%）＜67莫耳%，R₂ O（莫耳%）+R’O（莫耳%）-Al₂ O₃ （莫耳%）+P₂ O₅ （莫耳%）＞-3莫耳%，其中R₂ O=Li₂ O+Na₂ O，以及R’O係存於該組成物的二價金屬氧化物總量。
8. 一種消費性電子裝置，包含： 一外殼； 多個電子部件，至少部分提供在該外殼內，該等電子部件包括至少一控制器、一記憶體和一顯示器，該顯示器設於或鄰接該外殼的一正面；及 一蓋製品，置於或覆蓋該外殼的該正面且在該顯示器上面， 其中至少一部分的該蓋製品及/或該外殼之一包含如前述請求項中任一項之該玻璃基製品。
9. 一種製造一玻璃基製品的方法，該方法包含下列步驟： 強化一玻璃基基板，以提供該玻璃基製品，該玻璃基製品具有範圍在大於或等於0.2毫米至小於或等於2.0毫米的一厚度、從該玻璃基製品的一第一表面延伸到一第一壓縮深度（DOC1）的一第一壓縮應力層，該第一壓縮深度為該厚度的大於或等於5%至小於或等於20%、從該玻璃基製品的一第二表面延伸到一第二壓縮深度（DOC2）的一第二壓縮應力層，該第二壓縮深度為該厚度的大於或等於5%至小於或等於20%，其中該第二表面在該第一表面對面；及 持續該強化步驟，直到該玻璃基製品的一中心區具有範圍在大於或等於0.5兆帕至小於或等於20兆帕的一拉伸應力，該中心區從該第一壓縮深度（DOC1）延伸到該第二壓縮深度（DOC2）， 其中於該第一表面和該第二表面至少之一的一壓縮應力為大於或等於300兆帕。
10. 如請求項9所述之方法，其中該玻璃基製品包含一鹼鋁矽酸鹽玻璃，該強化步驟包含與該鹼鋁矽酸鹽玻璃交換離子。