TW201934513A - 在一定深度處具有高應力數值的玻璃基製品 - Google Patents

在一定深度處具有高應力數值的玻璃基製品 Download PDF

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Abstract

玻璃基製品具有:第一表面及與該第一表面相反的第二表面,在該第一表面與該第二表面之間界定厚度(t )及中心,該玻璃基製品含有Li2 O、離子交換的鉀、及離子交換的鈉。該玻璃基製品具有應力分佈,該應力分佈包括:突峰應力區域,從該第一表面或該第一表面下方的點延伸到在0.001•t 到0.1•t 的範圍中的頂點。該頂點處的壓縮應力為從25到750 MPa。該突峰區域包括漸增應力區域及漸減應力區域。壓縮線深度是從0.1•t 到0.25•t 。張應力區域從該壓縮線深度延伸到最大張應力。

Description

在一定深度處具有高應力數值的玻璃基製品
此申請案依據專利法主張於2018年1月24日所提出的第62/621241號的美國臨時專利申請案的優先權權益,該申請案的整體內容於本文中以引用方式依附及併入本文中。
此揭示內容與在一定深度處展現高應力數值的玻璃基製品相關,且更詳細而言是與含有離子交換的鈉及鉀且展現一種應力分佈的玻璃基製品相關,該應力分佈具有深的壓縮線深度且包括在一定深度處的高應力數值的區域。
玻璃基製品經常經歷嚴重的衝擊,該等衝擊可以將大型瑕疵引入到此類製品的表面中。此類瑕疵可以從表面延伸到高達約200微米的深度。傳統上,因為熱回火玻璃通常展現大型的壓縮應力(CS)層(例如玻璃的總厚度的約21%),這可以防止瑕疵進一步傳播到玻璃中且因此可以防止故障,所以已經使用熱回火玻璃來防止藉由將此類瑕疵引入到玻璃中所造成的故障。圖1中示出了由熱回火所產生的應力分佈的一個示例。在圖1中,熱處理的玻璃基製品100包括第一表面101、厚度t 1 、及表面CS 110。熱處理的玻璃基製品100展現了從第一表面101向壓縮線深度(DOC)130減小的CS,如本文中所界定的,在該壓縮線深度處,應力從壓縮應力改變成張應力。張應力在120處達到最大中心張力(CT)。
因為為了實現熱強化及所需的殘留應力,必須在此類製品的核心與表面之間形成充分的熱梯度,故熱回火目前僅限於厚的玻璃基基板(例如具有約3毫米或更大的厚度t 1 的玻璃基基板)。在許多應用(例如顯示器(例如消費性電子產品,包括手機、平板電腦、電腦、導航系統、手錶等等)、建築(例如窗戶、淋浴板、臺面等等)、運輸(例如汽車、火車、飛機、航海器等等)、家電、或會受益於優越斷裂抗性但是薄且輕量的製品的任何應用)中,此類厚的製品是不合需要的或不實用的。
雖然化學強化不像熱回火一樣受到玻璃基基板的厚度限制,但是習知的化學強化玻璃基製品並未展現熱回火玻璃基製品的應力分佈。圖2中示出了由化學強化(例如由離子交換過程)所產生的應力分佈的示例。在圖2中,化學強化玻璃基製品200包括第一表面201、厚度t 2 、及表面CS 210。玻璃基製品200展現了一種CS,該CS從第一表面201向DOC 230減小且達到最大CT 220。如圖2中所示,此類分佈展現了實質扁平的CT區域或沿著CT區域的至少一部分具有恆定或接近恆定的張應力的CT區域。通常,與圖1中所示的最大中心值相比,習知的化學強化玻璃基製品展現了較低的最大CT值。
存在著對展現改善的性質(例如對由製品掉落引起的斷裂的抗性及穩定的裂縫生長)的薄玻璃基製品的需要。
此揭示內容的第一態樣與一種玻璃基製品相關,該玻璃基製品包括:第一表面及與該第一表面相反的一第二表面,在該第一表面與該第二表面之間界定厚度(t )及中心,該玻璃基製品包括Li2 O、離子交換的鉀、及離子交換的鈉;及應力分佈,包括:突峰應力區域,從該第一表面(或該第一表面下方的點)延伸到在0.001•t 到0.1•t 的範圍中的頂點;在該頂點處且在25 MPa到750 MPa(或25 MPa到500 MPa)的範圍中的壓縮應力,其中該第一表面與該頂點之間的該突峰應力區域的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從25 MPa/微米到500 MPa/微米的值;漸減應力區域,從該頂點延伸,且減小為使得從該頂點朝向該中心延伸的該漸減應力區域的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從-20 MPa/微米到-200 MPa/微米的值,直到該漸減應力區域達到壓縮線深度為止,在該壓縮線深度處,該玻璃基製品具有為零的應力值,該壓縮線深度是在0.1•t 到0.25•t 的範圍中;及張應力區域,從該壓縮線深度延伸到最大張應力,其中該玻璃基製品包括從0.01 mm到3 mm的厚度。
此揭示內容的另一態樣與一種製作玻璃基製品的方法相關,該方法包括以下步驟:將鈉及鉀離子交換到包括在0.1莫耳百分比到20莫耳百分比的範圍中的Li2 O的玻璃基基板中,其中該玻璃基基板包括:第一表面及與該第一表面相反的第二表面,在該第一表面與該第二表面之間界定厚度(t )(mm)及中心;及應力分佈,包括:突峰應力區域,從該第一表面(或該第一表面下方的點)延伸到在0.001•t 到0.1•t 的範圍中的頂點;在該頂點處且從25 MPa到750 MPa(或25 MPa到500 MPa)的壓縮應力,其中該第一表面與該頂點之間的該突峰區域的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從25 MPa/微米到500 MPa/微米的值;漸減應力區域,從該頂點延伸,且減小為使得從該頂點朝向該中心延伸的該漸減應力區域的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從-20 MPa/微米到-200 MPa/微米的值,直到該漸減應力區域達到壓縮線深度為止,在該壓縮線深度處,該玻璃基製品具有為零的應力值,該壓縮線深度是在0.1•t 到0.25•t 的範圍中;及張應力區域,從該壓縮線深度延伸到最大張應力,其中該玻璃基製品包括從0.01 mm到3 mm的厚度。
將在隨後的詳細說明中闡述額外的特徵及優點,且本領域中的技術人員將藉由該說明容易理解該等特徵及優點的一部分,或藉由實行如本文中所述的實施例來認識該等特徵及優點,該等實施例包括了隨後的詳細說明、請求項以及附圖。
要了解到,以上的概括說明及以下的詳細說明兩者僅為示例性的,且是要用來提供概觀或架構以了解請求項的本質及特質。包括了附圖以提供進一步的了解,且該等附圖被併入及構成此說明書的一部分。該等繪圖繪示一或更多個實施例,且與本說明書一起用來解釋各種實施例的原理及操作。
現將詳細參照各種實施例,所附的示例及繪圖中說明了該等實施例的示例。
在以下說明中,類似的參考字符在圖式中所示的整體的若干視圖中標記類似或對應的部件。此外,每當將一個群組描述為包括一群元素中的至少一者及該等元素的組合,要了解該群組可以個別地或彼此結合地包括任何數量的彼等所載元素、基本上由任何數量的彼等所載元素個別地或彼此結合地組成、或由任何數量的彼等所載元素個別地或彼此結合地組成。類似地,每當將一個群組描述為由一群元素中的至少一者或該等元素的組合所組成,要了解該群組可以由任何數量的彼等所載元素個別地或彼此結合地組成。除另有指定外,一定範圍的值在記載時包括了該範圍的上限及下限以及其間的任何範圍。如本文中所使用的,除另有指定外,不定冠詞「一」及對應的定冠詞「該」意指「至少一個」或「一或更多個」。也要了解到,可以用任何組合及所有組合來使用說明書及繪圖中所揭露的各種特徵。
如本文中所使用的方向性用語(例如上、下、右、左、前、後、頂、底、向內、向外)是僅參照如所繪製的圖式而作出的,且不是要暗示絕對的定向。
如本文中所使用的,用語「玻璃基」意指包括至少部分地由玻璃製作的任何材料,包括玻璃、玻璃陶瓷、及藍寶石。「玻璃陶瓷」包括經由受控的玻璃結晶生產的材料。在實施例中,玻璃陶瓷具有約1%到約99%的結晶度。合適的玻璃陶瓷的示例可以包括Li2 O-Al2 O3 -SiO2 系統(即LAS系統)玻璃陶瓷、MgO-Al2 O3 -SiO2 系統(即MAS系統)玻璃陶瓷、ZnO-Al2 O3 -nSiO2 (即ZAS系統)、及/或包括一種主要晶相的玻璃陶瓷,該主要晶相包括β-石英固溶體、β-鋰輝石、堇青石、及二矽酸鋰。可以使用本文中所揭露的化學強化過程來強化玻璃陶瓷基板。在一或更多個實施例中,可以在Li2 SO4 熔鹽中強化MAS系統玻璃陶瓷基板,由此可以發生2Li+ 與Mg2+ 的交換。除另有指定外,所有組成都是用莫耳百分比(mol%)為單位來表示的。
如本文中所使用的,用語「約」意味著,數量、尺寸、配方、參數、及其他量及特性是不準確或不需要是準確的,而是依需要可以是近似及/或較大或較小的反射容差、轉換因素、捨入、量測誤差等等、及本領域中的技術人員所習知的其他因素。在將用語「約」用於描述值或範圍的端點時,應將本揭示內容了解為包括所指稱的特定值或端點。無論本說明書中的數值或範圍端點是否記載「約」,數值或範圍端點都是要包括兩種實施例:一種被「約」修飾,而一種不被「約」修飾。將進一步了解到,範圍中的各者的端點相對於另一端點是有意義的(significant)且是與另一端點無關地有意義的。
如本文中所使用的用語「實質」、「實質上」、及其變化要敘述的是,所述特徵等於或幾乎等於一個值或描述。例如,「實質平坦」的表面是要指示平坦或幾乎平坦的表面。並且,「實質」要用來指示兩個值是相等或幾乎相等的。在一些實施例中,「實質」可以指示在彼此約10%內的值,例如在彼此約5%內的值,或在彼此約2%內的值。
除另有指定外,所有溫度都是用攝氏溫度(℃)為單位來表示的。
大致參照繪圖,將了解到,該等插圖是為了描述特定實施例的目的,且不是要用來限制本揭示內容或隨附於本揭示內容的請求項。該等繪圖不一定是按照比例的,且為了明確及簡潔起見,可能在比例上誇張地示出或示意地示出繪圖的某些特徵及某些視圖。
如本文中所使用的,用語「化學深度」及「化學層深(chemical depth of layer、depth of chemical layer)」可以可交換地使用,且指由電子探針微量分析(EPMA)或輝光放電-光發射光譜術(GD-OES)所決定的金屬氧化物或鹼金屬氧化物的離子(例如金屬離子或鹼金屬離子)擴散到玻璃基製品中的深度及該離子的濃度達到最小值的深度。詳細而言,為了評估Na2 O擴散或Na+ 的深度,可以使用EPMA及表面應力計來決定離子濃度(於下文更詳細地描述)。
除非另有指出,壓縮被表示為負(< 0)的應力,而伸張被表示為正(> 0)的應力。然而,且除非另有指出,在整本此說明書中,CS被表示為正的或絕對的值,即如本文中所記載地CS = ½CS½。
本文中所描述的是薄的、化學強化玻璃基製品及玻璃陶瓷,該等製品包括玻璃,例如包括含鹼玻璃的矽酸鹽玻璃,該等玻璃陶瓷可以用作行動電子設備及允許觸控的顯示器的覆蓋玻璃。也可以將玻璃基製品用在顯示器(或用作顯示製品)(例如廣告牌、銷售點系統、電腦、導航系統、手錶、電話等等)、建築製品(牆壁、固定物、面板、窗戶等等)、運輸製品(例如汽車應用、火車、飛行器、航海器等等)、家電(例如洗衣機、烘乾機、洗碗機、冰箱等等)、或會受益於某種斷裂抗性的任何製品中。
詳細而言,本文中所述的玻璃基製品是薄的且展現一般可經由熱回火厚玻璃基基板(即具有約3 mm或更大的厚度)實現的應力分佈。玻璃基製品沿著其厚度展現了獨特的應力分佈。在一些情況下,本文中所述的玻璃基製品展現了較回火玻璃基製品為大的表面CS。在一或更多個實施例中,玻璃基製品具有與習知的化學強化玻璃基製品相比延伸到玻璃基製品中更深的壓縮應力層(其中CS更加逐漸地減小及增加),此類玻璃基製品即使在玻璃基製品或包括該玻璃基製品的設備掉落在硬的表面(例如花岡岩)或硬且粗糙的表面(例如瀝青)上時亦展現了實質改善的斷裂抗性。一或更多個實施例的玻璃基製品展現了較一些習知的化學強化玻璃基製品為大的最大中心張力(CT)值。並且,依據一或更多個實施例,玻璃基製品(包括玻璃基基板及用作行動電子設備的覆蓋玻璃的玻璃基基板)與現有的玻璃相比展現了穩定的裂縫生長。
壓縮應力(包括表面CS)是由使用例如FSM-6000(由Orihara Industrial有限公司(日本)製造)的市售儀器的表面應力計(FSM)所量測的。表面應力量測依賴精確地量測應力光學係數(SOC),該應力光學係數與玻璃的雙折射率相關。SOC轉而是依據標題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」的ASTM標準C770-16中所描述的程序C(玻璃碟法)來量測的,其整體內容以引用方式併入本文中。
可以使用折射近場(RNF)法或散射光偏光儀(SCALP)來量測應力分佈。在利用RNF法來量測應力分佈時,在RNF法中利用了由SCALP所提供的最大CT值。詳細而言,由RNF所量測到的應力分佈是力平衡的且校準到由SCALP量測所提供的最大CT值。RNF法被描述在標題為「Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample」的第8,854,623號的美國專利中,其整體內容以引用方式併入本文中。詳細而言,RNF法包括以下步驟:將玻璃製品安置在參考試塊附近;產生用1 Hz與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;及產生偏振切換參考訊號,其中正交偏振中的每一者中所量測到的功率量在彼此的50%內。該方法更包括以下步驟:針對不同的進入玻璃試樣的深度將偏振切換光束傳送通過玻璃試樣及參考試塊,接著使用中繼光學系統將傳送的偏振切換光束中繼到訊號光偵測器,其中訊號光偵測器產生偏振切換偵測器訊號。該方法也包括以下步驟:將偵測器訊號除以參考訊號以形成標準化偵測器訊號,及從標準化的偵測器訊號決定玻璃試樣的分佈特性。
最大CT值是使用SCALP來量測的。如本文中所使用的,壓縮線深度(DOC)意指本文中所述的化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃製品中的應力從壓縮改變成伸張的深度。取決於離子交換處理,可以藉由FSM或SCALP來量測DOC。若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的,則使用FSM來量測DOC。若應力是藉由將鈉離子交換到玻璃製品中來產生的,則使用SCALP來量測DOC。若玻璃製品中的應力是藉由將鉀及鈉離子兩者交換到玻璃中來產生的,則由SCALP量測DOC,因為據信鈉的交換深度指示DOC而鉀離子的交換深度指示壓縮應力數值的改變(但不是從壓縮到伸張的應力的改變);此類玻璃製品中的鉀離子的交換深度是由FSM量測的。
如上所述,本文中所述的玻璃基製品是藉由離子交換來化學強化的,且展現與由習知的強化玻璃基製品所展現的彼等應力分佈有區別的應力分佈。在此揭示內容中,玻璃基基板一般是未強化的,且強化玻璃基製品一般指已經強化(例如藉由離子交換強化)的玻璃基基板。在此過程中,在玻璃基製品的表面處或附近的離子被具有相同的價或氧化態的較大離子替換或與該等較大離子交換。在玻璃基製品包括鹼鋁矽酸鹽玻璃的彼等實施例中,玻璃表層中的離子及較大的離子是單價的鹼金屬陽離子,例如Li+ (在存在於玻璃基製品中時)、Na+ 、K+ 、Rb+ 及Cs+
一般是藉由將玻璃基基板浸入在包含要與玻璃基基板中的較小離子交換的較大離子的熔融鹽浴(或二或更多種熔融鹽浴)中來實現離子交換過程。應注意,也可以利用含水鹽浴。此外,依據一或更多個實施例的浴的組成包括多於一種的較大離子(例如Na+ 及K+ )。本領域中的技術人員將理解到,離子交換過程的參數(包括但不限於浴的組成及溫度、浸入時間、將玻璃基製品浸入在鹽浴(或多種浴)中的次數、多種鹽浴的使用、例如退火、洗滌等等的額外步驟)一般是由玻璃基製品的組成(包括製品的結構及存在的任何晶相)及藉由強化所造成的玻璃基製品的所需DOC及CS所決定的。藉由示例的方式,可以藉由將玻璃基基板浸入在至少一種熔融鹽浴中來實現玻璃基基板的離子交換,該至少一種熔融鹽浴包含例如但不限於較大鹼金屬離子的硝酸鹽、硫酸鹽、及氯化物的鹽。典型的硝酸鹽包括KNO3 、NaNO3 、LiNO3 、及上述項目的組合。取決於玻璃厚度、浴溫度、及玻璃(或單價離子)擴散度,熔融鹽浴的溫度一般是在從約350℃最高到約480℃的範圍中,而浸入時間的範圍是從約15分鐘最高到約100小時。然而,也可以使用與上述的彼等溫度及浸入時間不同的溫度及浸入時間。
在一或更多個實施例中,取決於玻璃厚度、浴溫度、及玻璃(或單價離子)擴散度,可以將玻璃基基板浸入在具有從約350℃到約480℃的溫度的100%的NaNO3 或100%的KNO3 的熔融鹽浴中達範圍從約15分鐘最高到約100小時的時間。在此揭示內容中所描述的熔融浴中,所有百分比都是重量百分比。在一些實施例中,取決於玻璃厚度、浴溫度、及玻璃(或單價離子)擴散度,可以將玻璃基基板浸入在具有從約350 ℃到約480 ℃的溫度且包括從約5%到約90%的KNO3 及從約10%到約95%的NaNO3 的熔融混合鹽浴中達範圍從約15分鐘最高到約100小時的時間。
可以將離子交換條件定制為在玻璃基製品中提供突峰區域。由於本文中所述的玻璃基製品中所使用的玻璃組成的獨特性質,可以藉由單種溶或多種浴來實現此突峰區域,其中浴具有單種組成或混合組成。
如由圖3所繪示,依據一或更多個實施例的玻璃基製品300包括第一表面302及與該第一表面相對的第二表面304,從而界定了厚度t 。在一或更多個實施例中,厚度t 可以是約3毫米或更小(例如在從約0.01毫米到約3毫米、從約0.1毫米到約3毫米、從約0.2毫米到約3毫米、從約0.3毫米到約3毫米、從約0.4毫米到約3毫米、從約0.01毫米到約2.5毫米、從約0.01毫米到約2毫米、從約0.01毫米到約1.5毫米、從約0.01毫米到約1毫米、從約0.01毫米到約0.9毫米、從約0.01毫米到約0.8毫米、從約0.01毫米到約0.7毫米、從約0.01毫米到約0.6毫米、從約0.01毫米到約0.5毫米、從約0.1毫米到約0.5毫米、或從約0.3毫米到約0.5毫米的範圍中)。圖3示出厚度t 是0.8毫米的一些實施例。
在圖3中,玻璃基製品300包括從第一表面302延伸到第二表面304(或沿著厚度t 的整個維度延伸)的應力分佈301,其中中心在該第一表面與該第二表面之間(在0.5t處,且一般與最大CT 320點對應)。在圖3中,張應力被示為是負的,而壓縮應力被示為是正的。在圖3中所示的實施例中,繪示了如本文中所述由SCALP或RNF所量測到的應力分佈301。y軸表示應力值而x軸表示玻璃基製品內的厚度或深度。並且,應力分佈301包括表面應力310、突峰應力區域315、頂點317、漸減應力區域316、應力分佈301從壓縮轉變成伸張的DOC 330、張應力區域325、及最大張應力320。在所示的實施例中,表面應力310是表面CS。在一或更多個實施例中,表面應力310可以是張應力。如圖3中所示,表面302處的CS約為100 MPa。在一或更多個實施例中,在第一表面302處可以存在張應力,且該張應力的值從-200 MPa到小於0 MPa。然而,在圖3中所示的實施例中,在第一表面處存在從大於0 MPa到500 MPa、或大於0 MPa到750 MPa的壓縮應力。CT層325也具有界定CT區域或層的相關聯的深度或長度327(沿著厚度)。為了簡單起見,將詳細解釋一側(如圖3中所示的左側),其中了解另一側(如圖3中所示的右側)可以是與所解釋的該側相同、類似或不同的。圖式的一半的CT層325與DOC 330與最大CT 320之間的距離對應,而對於整個應力分佈(如此圖式中所示),CT層325包括從一側的DOC 330到另一側的DOC 330的整個距離327。DOC的範圍可以從0.1•t到0.25•t。玻璃基製品的厚度從0.01 mm到3 mm。
突峰應力區域315從第一表面302(或第一表面302下方的點)延伸到頂點317。在一些實施例中,頂點317是在0.001•t到0.1•t的範圍中。在具體的實施例中,頂點是從0.003•t到0.03•t。如本文中所使用的,「頂點」指的是突峰應力區域的頂部或最高部分,且可以是局部最大值(在一些實施例中,它可以高於表面CS且因此是整體最大CS,而在其他的實施例中,它可以低於表面CS且不是整體最大值)。如圖3中所示,在一或更多個實施例中,突峰應力區域315中的壓縮應力從第一表面302(或第一表面302下方的點)向頂點317增加。同樣地,對於第二表面304而言,第二突峰應力區域315從第二表面304(或第二表面304下方的點)延伸到在0.999•t到0.9•t的範圍中的頂點317。在具體的實施例中,頂點是從0.997•t到0.97•t。頂點317具有從25 MPa到500 MPa(或25 MPa到500 MPa)的CS。在一或更多個實施例中,頂點處的CS將高於表面應力。在具體的實施例中,頂點317處的CS是從100 MPa到300 MPa。在具體的實施例中,頂點317的壓縮應力是從25 MPa到750 MPa、或25 MPa到700 MPa、或25 MPa到650 MPa、或25 MPa到600 MPa、或25 MPa到550 MPa、或25 MPa到575 MPa、25 MPa到450 MPa、25 MPa到400 MPa、25 MPa到350 MPa、25 MPa到300 MPa、25 MPa到250 MPa、25 MPa到200 MPa、25 MPa到150 MPa、25 MPa到100 MPa、25 MPa到50 MPa、50 MPa到450 MPa、50 MPa到400 MPa、50 MPa到350 MPa、50 MPa到300 MPa、50 MPa到250 MPa、50 MPa到200 MPa、50 MPa到150 MPa、50 MPa到100 MPa、100 MPa到450 MPa、100 MPa到400 MPa、100 MPa到350 MPa、100 MPa到300 MPa、100 MPa到250 MPa、100 MPa到200 MPa、100 MPa到150 MPa、150 MPa到750 MPa、150 MPa到700 MPa、150 MPa到650 MPa、150 MPa到600 MPa、150 MPa到550 MPa、150 MPa到500 MPa、150 MPa到450 MPa、150 MPa到400 MPa、150 MPa到350 MPa、150 MPa到300 MPa、150 MPa到250 MPa、150 MPa到200 MPa、200 MPa到750 MPa、200 MPa到700 MPa、200 MPa到650 MPa、600 MPa到550 MPa、200 MPa到500 MPa、200 MPa到450 MPa、200 MPa到400 MPa、200 MPa到350 MPa、200 MPa到300 MPa、或200 MPa到250 MPa。
在一些實施例中,突峰應力區域315的所有點都包括具有值從25 MPa/微米到500 MPa/微米的斜率的切線。在一些實施例中,突峰應力區域315的至少一個點包括具有值從25 MPa/微米到500 MPa/微米的斜率的切線。如本文中所使用的,在應力分佈被描述為具有「具有一定值的斜率的切線」時,應了解到,表示應力分佈的數學公式或曲線在沿著曲線的一或更多個點處包括此類切線。在其他的實施例中,突峰應力區域315是不含或實質不含扁平節段的。
在一些實施例中,突峰應力區域315包括延伸於第一表面302與頂點317之間的漸增應力區域312。在一些實施例中,漸增應力區域312中的應力分佈的至少一個點包括具有值從20 MPa/微米到200 MPa/微米的斜率的切線。在一些實施例中,漸增應力區域312的所有點都包括具有值從20 MPa/微米到200 MPa/微米的斜率的切線。在其他的實施例中,漸增應力區域312不含扁平的節段。在一或更多個實施例中,突峰應力區域315被埋在第一表面302下方,即突峰應力區域315沿著基板的厚度方向從第一表面302下方的位置延伸且朝向厚度的中心延伸。在一些實施例中,第二突峰區域被類似地埋在第二表面304下方。
漸減應力區域316延伸於頂點317與DOC之間。在一些實施例中,漸減應力區域316的所有點都包括具有值從-20 MPa/微米到-200 MPa/微米的斜率的切線。在一些實施例中,漸減應力區域316的至少一個點包括具有值從-20 MPa/微米到-200 MPa/微米的斜率的切線。在其他的實施例中,漸減應力區域316是不含或實質不含扁平節段的。
在一或更多個實施例中,頂點317與中心(在最大CT 320點處)之間的應力分佈的所有點呈現具有一定冪指數的冪律分佈的形式,其中該冪指數從約1.2到3.4。在一些實施例中,頂點317與中心之間的應力分佈的所有點形成冪律函數,其中冪指數為從約1.3到約2.8。如本文中所使用的,「冪律函數」指的是應力與深度或厚度成指數比例的曲線。
可以藉由兩步離子交換過程來實現圖3中所示的應力分佈。本文中所述及圖3中舉例的應力分佈在第一表面302及第二表面304下方的分佈的深部區域處提供了顯著高的應力。在一或更多個實施例中,可以藉由將多種離子擴散於玻璃內部來增強此類應力分佈。包含LiO2 的玻璃基基板允許同時交換鉀(K)、鈉(Na)、及鋰(Li)(例如藉由將鹽浴中的鈉交換到玻璃基基板中以交換玻璃基基板中的鋰,及同時將鹽浴中的鉀交換到玻璃基基板中以交換鈉(最初在玻璃基基板中的鈉或已被交換到玻璃基基板中以交換玻璃基基板中的鋰的鈉))及產生在由鈉玻璃基基板中的單種鉀離子交換所實現的合理離子交換時間中會難以獲得的獨特應力分佈。依據一或更多個實施例,三種離子的離子交換同時提供了具有獨特應力分佈的離子交換玻璃基製品的製造。
在一或更多個實施例中,與先前的離子交換玻璃基製品相比,可能在一定深度處產生較大的壓縮應力。因此,可能提供具有一種應力分佈的玻璃基製品,在該應力分佈中,應力在玻璃基基板的表面處較內部為低,其中突峰應力區域可以具有有著較表面處為高的應力的頂點。或者,應力在表面處可以較突峰應力區域的頂點處為高,且在一些實施例中,這可以用額外的離子交換步驟來實現。在一或更多個實施例中,可以將抗刮膜/塗料沉積於玻璃基製品的第一表面或第二表面中的一或兩者上。在包括此類抗刮塗料的實施例中,不須要玻璃基基板的表面處的高應力來避免刮痕。在一或更多個實施例中,可以使用在第一表面下方一定深度處的突峰應力區域來提供改善的掉落性能或其他所需的屬性。依據一或更多個實施例,本文中所提供的獨特應力分佈與現有的玻璃基製品相比可以提供改善的刮痕行為。
現參照圖4,示出了具有應力分佈401的玻璃基基板400的一些實施例,該應力分佈具有與圖3中所示的應力分佈類似的區域。然而,在圖4中所示的玻璃基基板的應力分佈中,在表面處存在相對高的表面應力區域。依據一或更多個實施例的玻璃基製品400包括第一表面402及與第一表面相反的第二表面404,從而界定厚度t ,其中中心在該第一表面與該第二表面之間(在0.5t處,且一般與最大CT 420點對應)。
在圖4中,玻璃基製品400包括從第一表面402延伸到第二表面404(或沿著厚度t 的整個尺度延伸)的應力分佈401。在圖4中繪示了由如本文中所述的SCALP或RNF所量測到的應力分佈401。y軸表示應力值而x軸表示玻璃基製品內的厚度或深度。在此示例中,厚度(t)是800微米(μm)。
如圖4中所繪示,應力分佈401包括CS層414及CT區域425(具有最大CT 420)、及應力分佈401從壓縮轉變成伸張的DOC 430。CS層414包括表面應力區域413(或尖峰區域)、過渡區421、突峰應力區域415、頂點417、及漸減應力區域416。CT層425具有界定CT區域或層的相關聯的深度或長度427(沿著厚度)。為了簡單起見,將詳細解釋一側(如圖4中所示的左側),其中了解另一側(如圖4中所示的右側)可以是與所解釋的該側相同、類似或不同的。圖式的一半的CT層425與DOC 430與最大CT 420之間的距離對應,而對於整個應力分佈(如此圖式中所示),CT層425包括從一側的DOC 430到另一側的DOC 430的整個距離427。
第一表面402處的應力可以是從0到1500 MPa。在一或更多個實施例中,第一表面402處的表面應力是從約150 MPa到1500 MPa、或從約200 MPa到約1500 MPa、或從約300 MPa到約1500、或從約400 MPa到約1500、或從約500 MPa到約1500 MPa、或從約600 MPa到約1500 MPa。前述範圍中的任一者的最大表面應力可以是800 MPa、900 MPa、1000 MPa、1100 MPa、或 1200 MPa。在一或更多個實施例中,第一表面處的壓縮應力是從650 MPa到1100 MPa。在圖4中,表面402處的CS約為1000 MPa。
表面應力區域413延伸於第一表面402與過渡區421之間。表面應力區域413具有從表面應力區域最大值419處的第一表面402向提供過渡區421的表面應力區域最小值移動時數值減小的壓縮應力。在一些實施例中,表面應力區域413的所有點都包括具有值從-25 MPa/微米到-200 MPa/微米的斜率的切線。在具體的實施例中,表面應力區域413的所有點包括具有值從-30 MPa/微米到-170 MPa/微米且在更具體的實施例中是從-35 MPa/微米到-140 MPa/微米的斜率的切線。在一些實施例中,表面應力區域413中的應力分佈的至少一個點包括具有值從-25 MPa/微米到-200 MPa/微米的斜率的切線。在具體的實施例中,表面應力區域413的應力分佈的至少一個點包括具有值從-30 MPa/微米到-170 MPa/微米且在更具體的實施例中是從-35 MPa/微米到-140 MPa/微米的斜率的切線。在一些實施例中,表面應力區域413是不含或實質不含扁平節段的。也可以將表面應力區域413稱為尖峰區域。
突峰應力區域415包括漸增應力區域412。漸增應力區域412延伸於過渡區421與頂點417之間,使得漸增應力區域412的所有點或至少一個點包括具有值從20 MPa/微米到200 MPa/微米的斜率的切線。在一或更多個實施例中,突峰應力區域415被埋在第一表面402下方。在一些實施例中,第二突峰區域415被類似地埋在第二表面404下方。在一些實施例中,漸增應力區域412的所有點都包括具有值從20 MPa/微米到200 MPa/微米的斜率的切線。在一些實施例中,漸增應力區域412中的應力分佈的至少一個點包括具有值從20 MPa/微米到200 MPa/微米的斜率的切線。在一些實施例中,漸增應力區域412並不包括任何扁平節段。
頂點417可以是在0.001•t到0.1•t的範圍中。在具體的實施例中,頂點417是從0.003•t到0.03•t。同樣地,對於第二表面404而言,在一些實施例中,第二突峰應力區域415從第二表面404處的點(或第二表面404下方的點)延伸到在0.999•t到0.9•t的範圍中的頂點417。在具體的實施例中,頂點是從0.997•t到0.97•t。頂點417在頂點處具有從25 MPa到500 MPa(或從25 MPa到750 MPa)的CS。在一或更多個實施例中,頂點處的CS將低於表面應力。在具體的實施例中,頂點417處的CS是從100 MPa到300 MPa。在具體的實施例中,頂點417的CS是在從25 MPa到750 MPa、25 MPa到700 MPa、25 MPa到650 MPa、25 MPa到600 MPa、25 MPa到550 MPa、25 MPa到500 MPa、25 MPa到450 MPa、25 MPa到400 MPa、25 MPa到350 MPa、25 MPa到300 MPa、25 MPa到250 MPa、25 MPa到200 MPa、25 MPa到150 MPa、25 MPa到100 MPa、25 MPa到50 MPa、50 MPa到450 MPa、50 MPa到400 MPa、50 MPa到350 MPa、50 MPa到300 MPa、50 MPa到250 MPa、50 MPa到200 MPa、50 MPa到150 MPa、50 MPa到100 MPa、100 MPa到450 MPa、100 MPa到400 MPa、100 MPa到350 MPa、100 MPa到300 MPa、100 MPa到250 MPa、100 MPa到200 MPa、100 MPa到150 MPa、150 MPa到750 MPa、150 MPa到700 MPa、150 MPa到650 MPa、150 MPa到600 MPa、150 MPa到550 MPa、150 MPa到500 MPa、150 MPa到450 MPa、150 MPa到400 MPa、150 MPa到350 MPa、150 MPa到300 MPa、150 MPa到250 MPa、150 MPa到200 MPa、200 MPa到750 MPa、200 MPa到700 MPa、200 MPa到650 MPa、200 MPa到600 MPa、200 MPa到550 MPa、200 MPa到500 MPa、200 MPa到450 MPa、200 MPa到400 MPa、200 MPa到350 MPa、200 MPa到300 MPa、或200 MPa到250 MPa的範圍中。
如圖4中所示,表面應力區域413及突峰應力區域415允許應力分佈在向頂點417增加之前從表面朝向中心減小。
漸減應力區域416延伸於頂點417與DOC 430之間。在一些實施例中,漸減應力區域416的所有點都包括具有值從-20 MPa/微米到-200 MPa/微米的斜率的切線。在一些實施例中,漸減應力區域416中的應力分佈的至少一個點包括具有值從-20 MPa/微米到-200 MPa/微米的斜率的切線。在一些實施例中,漸減應力區域416是不含或實質不含扁平節段的。DOC是從0.1•t到0.25•t,且張應力區域425從DOC 430向最大張應力420延伸。
在一或更多個實施例中,頂點417與中心之間的應力分佈的所有點呈現具有一定冪指數的冪律函數的形式,其中該冪指數從約1.2到約3.4。在一些實施例中,頂點417與中心之間的應力分佈的所有點形成冪律函數,該冪律函數的冪指數為從約1.3到約2.8。如本文中所使用的,「冪律函數」指的是應力與深度或厚度成指數比例的曲線。
在一或更多個實施例中,0.1莫耳百分比到20莫耳百分比且在更具體的實施例中是從0.1莫耳百分比到10莫耳百分比的範圍中的Li2 O存在於玻璃基製品及/或玻璃基基板中。在一或更多個實施例中,0.1莫耳百分比到10莫耳百分比的範圍中的P2 O5 存在於玻璃基製品及/或玻璃基基板中。在一或更多個實施例中,玻璃基製品及/或玻璃基基板不含K2 O。
依據一或更多個實施例,具有圖4中所示的分佈401的玻璃基製品是使用三步離子交換過程來製作的。
本文中所述的玻璃基製品可以藉由兩步離子交換過程或三步離子交換過程來製作,且與藉由單步離子交換過程製作的玻璃基製品相比展現了改善的裂縫生長穩定性。本文中所述的玻璃基製品可以更包括第一表面及第二表面中的一或兩者上的塗料,例如抗刮塗料。
在一或更多個實施例中,玻璃基製品包括不含或實質不含任何扁平節段的應力分佈,該扁平節段在深度方向上延伸或沿著玻璃基製品的厚度t 的至少一部分延伸。換言之,應力分佈沿著厚度t 實質連續地增加或減小。在一些實施例中,應力分佈在深度方向上不含或實質不含具有約10微米或更大、約50微米或更大、或約100微米或更大、或約200微米或更大的長度的任何扁平節段。如本文中所使用的,用語「扁平」指的是沿著節段具有小於約5 MPa/微米、或小於約2 MPa/微米、或小於約1 MPa/微米、或小於0.5 MPa/微米、或小於0.3 MPa/微米、或小於0.2 MPa/微米、或小於0.1 MPa/微米、最低到且包括零斜率的數值的斜率。在一些實施例中,應力分佈在深度方向上不含或實質不含任何扁平節段的一或更多個部分存在於玻璃基製品內相對於第一表面或第二表面中的一或兩者約5微米或更大(例如10微米或更大、或15微米或更大)的深度處。例如,沿著相對於第一表面約0微米到小於約5微米的深度,應力分佈可以包括扁平節段,但從相對於第一表面約5微米或更大的深度,應力分佈可以不含或實質不含扁平節段。
在一些實施例中,可以藉由熱處理來更改應力分佈。在此類實施例中,熱處理可以發生在任何離子交換過程之前、在離子交換過程之間、或在所有離子交換過程之後。在一些實施例中,熱處理可以減小表面處或附近的應力分佈的斜率。在一些實施例中,若在表面處需要較陡峭或較大的斜率,則可以利用熱處理之後的離子交換過程來提供「尖峰」或增加表面處或附近的應力分佈的斜率。
在一或更多個實施例中,應力分佈是由於金屬氧化物沿著厚度的一部分變化的非零濃度而產生的。如上所述,在本文中可以將金屬氧化物濃度的變化稱為金屬氧化物濃度梯度。
金屬氧化物的濃度可以包括多於一種的金屬氧化物(例如Na2 O與K2 O的組合)。在一些實施例中,若利用了兩種金屬氧化物且若離子的半徑彼此不同,則在淺的深度處,具有較大半徑的離子的濃度大於具有較小半徑的離子的濃度,而在較深的深度處,具有較小半徑的離子的濃度大於具有較大半徑的離子的濃度。例如,若在離子交換過程中使用單種含Na及K的浴,則玻璃基製品中的K+ 離子的濃度在較淺的深度處大於Na+ 離子的濃度,而Na+ 的濃度在較深的深度處大於K+ 離子的濃度。這部分地是由被交換到玻璃中以交換較小單價離子的單價離子的尺寸所引起的。在此類玻璃基製品中,表面處或附近的區域由於表面處或附近的較大的較大離子量(例如K+ 離子)而包括較大的CS。可以由在表面處或附近具有較陡峭的斜率(例如表面處的應力分佈中的尖峰)的應力分佈展現此種較大的CS。
一或更多種金屬氧化物的濃度梯度或變化是藉由化學強化玻璃基基板來產生的,如先前於本文中所述,其中玻璃基基板中的複數種第一金屬離子與複數種第二金屬離子交換。第一離子可以是鋰、鈉、鉀、及銣的離子。第二金屬離子可以是鈉、鉀、銣、及銫中的一者的離子,條件是第二鹼金屬離子具有大於第一鹼金屬離子的離子半徑的離子半徑。第二金屬離子存在於玻璃基基板中作為其氧化物(例如Na2 O、K2 O、Rb2 O、Cs2 O、或上述項目的組合)。
在一或更多個實施例中,金屬氧化物濃度梯度延伸通過玻璃基製品的厚度t 的大部分或整個厚度t ,包括CT層。在一或更多個實施例中,金屬氧化物的濃度在CT層中約為0.5莫耳百分比或更大。在一些實施例中,金屬氧化物的濃度沿著玻璃基製品的整個厚度可以約為0.5莫耳百分比或更大(例如約1莫耳百分比或更大),且在第一表面及/或第二表面處最大,且實質恆定地減小到第一表面與第二表面之間的一個點處的一定值。在該點處,金屬氧化物的濃度沿著整個厚度t 是最小的;然而濃度在該點處也是非零的。換言之,該特定金屬氧化物的非零濃度沿著厚度t 的大部分(如本文中所述)或整個厚度t 延伸。在一些實施例中,特定金屬氧化物的最小濃度是在CT層中。玻璃基製品中的特定金屬氧化物的總濃度的範圍可以從約1莫耳百分比到約20莫耳百分比。
在一或更多個實施例中,玻璃基製品包括第一金屬氧化物濃度及第二金屬氧化物濃度,使得第一金屬氧化物濃度沿著範圍從約0t到約0.5t的第一厚度是在從約0莫耳百分比到約15莫耳百分比的範圍中,而第二金屬氧化物濃度從約0微米到約25微米(或從約0微米到約12微米、或從約2微米到約25微米、或從約2微米到約22微米、或從約2微米到約20微米、或從約2微米到約19微米、或從約2微米到約18微米、或從約2微米到約17微米、或從約2微米到約16微米、或從約2微米到約15微米、或從約2微米到約14微米、或從約2微米到約12微米、或從約4微米到約22微米、或從約5微米到約20微米、或從約5微米到約18微米、或從約5微米到約16微米、或從約5微米到約14微米、或從約5微米到約12微米、或從約7微米到約12微米、或從約7微米到約14微米、或從約7微米到約15微米、或從約7微米到約16微米、或從約7微米到約17微米、或從約7微米到約18微米、或從約7微米到約19微米)的第二厚度範圍是在從約0莫耳百分比到約10莫耳百分比的範圍中;然而,第一金屬氧化物及第二金屬氧化物中的一或兩者的濃度沿著玻璃基製品的大部分或整個厚度是非零的。玻璃基製品可以包括可選的第三金屬氧化物濃度。第一金屬氧化物可以包括Na2 O,而第二金屬氧化物可以包括K2 O。可以在被改性為包括此類金屬氧化物的濃度梯度之前從玻璃基基板中的金屬氧化物的基準量決定金屬氧化物的濃度。
在一些實施例中,玻璃基基板包括高的液相線黏度,高的液相線黏度允許經由下拉技術(例如熔融拉製、槽拉法、及其他類似的方法)形成玻璃基基板,這可以提供高精度表面平滑度。如本文中所使用的,用語「液相線黏度」指的是液相線溫度下的熔化玻璃的黏度,其中用語「液相線溫度」指的是在熔化玻璃從熔化溫度冷卻時第一次出現晶體的溫度(或在溫度從室溫增加時最後的晶體熔掉的溫度)。一般而言,用來製作本文中所述的玻璃基基板(或製品)的玻璃具有約100千泊(kP)或更大的液相線黏度。在為了下拉可處理性需要較高的液相線黏度的情境中,用來製作玻璃基基板(或製品)的玻璃展現了約200 kP或更大(例如約300 kP或更大、或約400 kP或更大、或約500 kP或更大、或600 kP或更大)的液相線黏度。液相線黏度是由以下方法所決定的。首先,玻璃的液相線溫度是依據標題為「Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method」的ASTM C829-81(2015)來量測的。接下來,液相線溫度下的玻璃的黏度是依據標題為「Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point」的ASTM C965-96(2012)來量測的。
在一些實例中,與相同的玻璃基製品不包括依據本文中所述的概念的壓縮應力分佈時相比,玻璃基製品在其包括依據本文中所述的概念的壓縮應力分佈時展現了改善的掉落斷裂性能。斷裂性能是用掉落測試來估算的,如本文所述。
針對掉落測試使用了包括30粒度或180粒度的碳化矽或氧化鋁工程設計的砂紙的磨料面。在一些版本的掉落測試中是使用具有30粒度的砂紙,因為它具有較混凝土或瀝青更一致的表面形貌、及產生所需的試件表面損傷水平的顆粒尺寸及尖銳度。如本文中所使用的,用語「斷裂」意指裂縫在基板掉落或被物體衝擊時傳播跨越基板的整個厚度及/或整個表面。
為了實現掉落測試,玻璃基製品被改裝到i-phone® 3G作為覆蓋玻璃。電括接著正面掉落(即覆蓋玻璃面朝下)到面朝上的磨料面(指定為180粒度砂紙或30粒度砂紙)上。砂紙被支撐在標準的鋁測試台上。電話首先從20 cm的高度掉落。若玻璃基製品並未斷裂,則從高10 cm之處(或從30 cm)用類似的方式將電話再次掉落到相同的砂紙上。若電話再次經受得住先前的掉落高度,則高度增量10 cm等等,直到達到最大掉落高度為止。最大掉落高度是指定的測試最大值、或由斷裂引起的玻璃基製品故障。若試樣未通過特定的掉落高度,則該掉落高度由黑點表示,且因此,該試樣經受得住比由該黑點所指示的高度小10 cm的掉落高度。若試樣通過最大掉落高度,則此類試樣由灰點所指示。因此,例如,參照圖5,對於示例1而言,四個試樣通過了220 cm的最大掉落高度,而經受得住的平均掉落高度對於該圖式中所示的10個試樣而言是192 cm。對每個試樣使用一片新的砂紙,且將該相同的砂紙片用於該試樣的所有掉落高度。
圖5示出使用180粒度砂紙及220 cm的測試最大高度的各種試樣(示例1及2以及比較示例4-6)的掉落測試的結果。圖6示出使用30粒度砂紙及220 cm的測試最大高度的各種試樣(示例1及2以及比較示例4-6)的掉落測試的結果,其中試樣中的每一者是先前經受得住圖5的掉落測試的試樣,即該等試樣各已經受得住掉落到180粒度砂紙上的220 cm最大掉落高度。在圖6中,雖然沒有試樣經受得住完整的220 cm掉落高度,但可以說例如對於示例1而言,四個試樣中有四個(或100%)經受得住50 cm或更大的最大高度。
為了決定在使用如本文中所述的掉落測試從預定高度掉落時的玻璃基製品的耐受率,測試了玻璃基製品的至少五個相同(或幾乎相同)的試樣(即具有幾乎相同的組成,且若是強化過的則具有幾乎相同的壓縮應力及壓縮線深度/層深),然而可以將更大數量(例如10個、20個、30個等等)的試樣經受測試以提高測試結果的信心水平。若沒有斷裂發生則將每個試樣從越來越高的高度掉落直到達到預定的高度為止,且視覺(即用肉眼)檢查斷裂的證據(裂縫形成及傳播跨越試樣的整個厚度及/或整個表面)。若在從預定高度掉落之後沒有觀察到斷裂,則將試樣視為已經「經受得住」掉落測試,且若在試樣從小於或等於預定高度的高度掉落時觀察到斷裂,則將試樣視為「未通過」(或「未經受得住」)。耐受率被決定是經受得住掉落測試的試樣群體的百分比。例如,若10個試樣的群組中有7個試樣在從預定高度掉落時並未斷裂,則玻璃的耐受率會是70%。
在經受上述的掉落測試時,本文中所述的玻璃基製品的實施例在從指定高度掉落到指定粒度的砂紙上時具有約60%或更大的耐受率。例如,玻璃基製品在從規定的高度(本文是100 cm)掉落時在五個相同(或幾乎相同)的試樣中有三個(如下文所述)經受得住掉落測試而不斷裂時在從給定高度掉落時被描述為具有60%的耐受率。在其他的實施例中,強化過的玻璃基製品的100 cm掉落測試(使用180粒度砂紙)中的耐受率約為70%或更大,在其他的實施例中約為80%或更大,且在又其他的實施例中約為90%或更大。在其他的實施例中,在掉落測試(使用30粒度砂紙)中從50 cm的高度掉落的強化玻璃基製品的耐受率約為60%或更大,在其他的實施例中約為70%或更大,在又其他的實施例中約為80%或更大,且在其他的實施例中約為90%或更大。在一或更多個實施例中,在掉落測試(使用180粒度砂紙)中從225 cm的高度掉落的強化玻璃基製品的耐受率約為50%或更大,在其他的實施例中約為60%或更大,在其他的實施例中約為70%或更大,在又其他的實施例中約為80%或更大,且在其他的實施例中約為90%或更大。在一些實施例中,經受得住掉落測試(使用180粒度砂紙)的強化玻璃基製品的平均掉落高度(其中測試至少10個試樣)約為150 cm或更大,在一些實施例中約為160 cm或更大,在一些實施例中約為170 cm或更大,在一些實施例中約為180 cm或更大,在一些實施例中約為190 cm或更大。在一些實施例中,經受得住掉落測試(使用30粒度砂紙)的強化玻璃基製品的平均掉落高度(其中測試至少2個試樣)約為40 cm或更大,在一些實施例中約為50 cm或更大,在一些實施例中約為60 cm或更大,在一些實施例中約為70 cm或更大。
本文中所述的玻璃基製品可以是透明的。在一或更多個中,玻璃基製品可以具有約1毫米或更小的厚度,且在從約380 nm到約780 nm的範圍中的波長上展現約88%或更大的透射率。在一或更多個實施例中,在掉落測試中將180粒度的紙用於受測的0.8 mm的玻璃基製品時,玻璃基製品展現平均大於100 cm的掉落性能。
就陽離子擴散度的角度而言,基板的選擇並不特別受限。在一些示例中,可以將玻璃基製品描述為對離子交換具有高陽離子擴散度。在一或更多個實施例中,玻璃或玻璃陶瓷具有快速的離子交換能力,例如在擴散度大於500µm2 /小時或特徵可以是在460 ℃下大於450 µm2 /小時時。在一或更多個實施例中,玻璃或玻璃陶瓷展現了在460 ℃下約450 µm2 /小時或更大或在460 ℃下約500 µm2 /小時或更大的鈉離子擴散度。在一或更多個實施例中,玻璃或玻璃陶瓷展現了在460 ℃下約450 µm2 /小時或更大或在460 ℃下約500 µm2 /小時或更大的鉀離子擴散度。
玻璃基製品可以包括非晶基板、結晶基板、或上述項目的組合(例如玻璃陶瓷基板)。在一或更多個實施例中,玻璃基基板(在被化學強化成玻璃基製品之前,如本文中所述)可以包括包含用莫耳百分比(mole%)為單位的以下項目的玻璃組成:
SiO2 的範圍從約40到約80、Al2 O3 的範圍從約10到約30、B2 O3 的範圍從約0到約10、R2 O的範圍從約0到約20、且RO的範圍從約0到約15。如本文中所使用的,R2 O指的是例如Li2 O、Na2 O、K2 O、Rb2 O、及Cs2 O的鹼金屬氧化物的總量。如本文中所使用的,RO指的是例如MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO等等的鹼土金屬氧化物的總量。在一些實例中,組成可以包括在約0莫耳百分比到約5莫耳百分比的範圍中的ZrO2 及在從約0到約15莫耳百分比的範圍中的P2 O5 中的一或兩者。可以存在約0莫耳百分比到約2莫耳百分比的TiO2
在一些實施例中,玻璃組成可以包括在以下範圍中用莫耳百分比為單位的量的SiO2 :從約45到約80、從約45到約75、從約45到約70、從約45到約65、從約45到約60、從約45到約65、從約45到約65、從約50到約70、從約55到約70、從約60到約70、從約60到約72、從約68到約75、從約70到約75、從約70到約72、從約50到約65、或從約60到約65。
在一些實施例中,玻璃組成可以包括在以下範圍中用莫耳百分比為單位的量的Al2 O3 :從約5到約28、從約5到約26、從約5到約25、從約5到約24、從約5到約22、從約5到約20、從約6到約30、從約6到約10、從約8到約30、從約10到約30、從約12到約30、從約14到約30、15到約30、從約12到約18、從約6到約28、從約6到約26、從約6到約25、從約6到約24、從約6到約22、從約6到約20、從約6到約19、從約7到約18、從約7到約17、從約7到約16、從約7到約15、從約7到約28、從約7到約26、從約7到約25、從約7到約24、從約7到約22、從約7到約20、從約7到約19、從約7到約18、從約7到約17、從約7到約16、從約7到約15、從約8到約28、從約8到約26、從約8到約25、從約8到約24、從約8到約22、從約8到約20、從約8到約19、從約8到約18、從約8到約17、從約8到約16、從約8到約15、從約9到約28、從約9到約26、從約9到約25、從約9到約24、從約9到約22、從約9到約20、從約9到約19、從約9到約18、從約9到約17、從約9到約16、從約9到約15;從約10到約28、從約10到約26、從約10到約25、從約10到約24、從約10到約22、從約10到約20、從約10到約19、從約10到約18、從約10到約17、從約10到約16、從約10到約15、從約11到約28、從約11到約26、從約11到約25、從約11到約24、從約11到約22、從約11到約20、從約11到約19、從約11到約18、從約11到約17、從約11到約16、從約11到約15、從約12到約28、從約12到約26、從約12到約25、從約12到約24、從約12到約22、從約12到約20、從約12到約19、從約12到約18、從約12到約17、從約12到約16、從約12到約15。
在一或更多個實施例中,玻璃組成可以包括在以下範圍中用莫耳百分比為單位的量的B2 O3 :從約0到約8、從約0到約6、從約0到約4、從約0.1到約10、從約0.1到約8、從約0.1到約6、從約0.1到約4、從約0.5到約5、從約1到約10、從約2到約10、從約4到約10、從約2到約8、從約0.1到約5、或從約1到約3。在一些實例中,玻璃組成可以不含或實質不含B2 O3 。如本文中所使用的,針對組成的成分的短語「實質不含」或「不含」意味著,在初始的配料期間並不主動或有意添加該成分,但該成分可能呈現為小於約0.001莫耳百分比的量的不純物。
在一些實施例中,玻璃組成可以包括一或更多種鹼土金屬氧化物,例如MgO、CaO、及ZnO。在一些實施例中,該一或更多種鹼土金屬氧化物的總量可以是最高約15莫耳百分比的非零量。在一或更多個具體實施例中,鹼土金屬氧化物中的任一者的總量可以是最高約14莫耳百分比、最高約12莫耳百分比、最高約10莫耳百分比、最高約8莫耳百分比、最高約6莫耳百分比、最高約4莫耳百分比、最高約2莫耳百分比、或最高約1.5莫耳百分比的非零量。在一些實施例中,該一或更多種鹼土金屬氧化物用莫耳百分比為單位的總量可以是在從約0.01到10、從約0.01到8、從約0.01到6、從約0.01到5、從約0.05到10、從約0.05到2、或從約0.05到1的範圍中。MgO的量可以是在約0莫耳百分比到約5莫耳百分比(例如從約0.001到約1、從約0.01到約2、或從約2到約4、從約1到約4)的範圍中。CaO的量可以是在約0莫耳百分比到約5莫耳百分比(例如從約0.001到約1、從約0.01到約2、或從約2到約4、從約1到約4)的範圍中。ZnO的量可以是在約0到約3莫耳百分比、從約0到約2莫耳百分比(例如從約1莫耳百分比到約2莫耳百分比)的範圍中。CaO的量可以從約0莫耳百分比到約2莫耳百分比(例如從約1到約2)。在一或更多個實施例中,玻璃組成可以包括MgO,且可以不含或實質不含CaO及ZnO。在一個變體中,玻璃組成可以包括CaO或ZnO中的任一者,且可以不含或實質不含MgO、CaO、及ZnO中的其他者。在一或更多個具體實施例中,玻璃組成可以僅包括MgO、CaO、及ZnO的鹼土金屬氧化物中的兩者,且可以不含或實質不含該等鹼土金屬氧化物中的第三者。在一些實施例中,MgO + CaO + ZnO的總量用莫耳百分比為單位為從約0.1到約14、從約0.1到約12、從約0.1到約10、從約0.1到約9、從約0.1到約8、從約0.1到約7、從約0.1到約6、從約0.1到約5。
玻璃組成中的鹼金屬氧化物R2 O用莫耳百分比為單位的總量可以是在以下範圍中:從約5到約20、從約5到約18、從約5到約16、從約5到約15、從約5到約14、從約5到約12、從約5到約10、從約5到約8、從約5到約20、從約6到約20、從約7到約20、從約8到約20、從約9到約20、從約10到約20、從約11到約20、從約12到約18、或從約14到約18。在一些實施例中,Li2 O + Na2 O + K2 O的總量用莫耳百分比為單位為從約5到約15、從約5到約14、從約5到約12、從約5到約10。
在一或更多個實施例中,玻璃組成包括在以下範圍中的量的Na2 O:從約0莫耳百分比到約18莫耳百分比、從約0莫耳百分比到約16莫耳百分比、或從約0莫耳百分比到約14莫耳百分比、從約0莫耳百分比到約12莫耳百分比、從約0到約10、從約0到約8、從約0到約6、從約0.1到約6、從約2莫耳百分比到約18莫耳百分比、從約4莫耳百分比到約18莫耳百分比、從約6莫耳百分比到約18莫耳百分比、從約8莫耳百分比到約18莫耳百分比、從約8莫耳百分比到約14莫耳百分比、從約8莫耳百分比到約12莫耳百分比、或從約10莫耳百分比到約12莫耳百分比。在一些實施例中,組成可以包括約4莫耳百分比或更多的Na2 O。
在一些實施例中,Li2 O及Na2 O的量被控制到特定的量或比率以平衡可成形性與離子可交換性。例如,隨著Li2 O的量增加,液相線黏度可能減小,因此防止使用一些形成方法;然而,此類玻璃組成被離子交換到更深的DOC水平,如本文中所述。Na2 O的量可以更改液相線黏度,但可能抑制對更深的DOC水平的離子交換。
在一或更多個實施例中,玻璃組成可以包括小於約5莫耳百分比、小於約4莫耳百分比、小於約3莫耳百分比、小於約2莫耳百分比、或小於約1莫耳百分比的量的K2 O。在一或更多個替代性的實施例中,玻璃組成可以不含或實質不含K2 O。
在一或更多個實施例中,玻璃組成可以包括約0莫耳百分比到約18莫耳百分比、從約0莫耳百分比到約15莫耳百分比、或從約0莫耳百分比到約10莫耳百分比、從約0莫耳百分比到約8莫耳百分比、從約0莫耳百分比到約6莫耳百分比、從約0莫耳百分比到約4莫耳百分比、或從約0莫耳百分比到約2莫耳百分比、從約2到約15、從約2到約14、從約2到約12、從約2到約10、從約2到約9的量的Li2 O。在一些實施例中,玻璃組成可以包括約1莫耳百分比到約20莫耳百分比、2莫耳百分比到約10莫耳百分比、從約4莫耳百分比到約10莫耳百分比、從約5莫耳百分比到約15莫耳百分比、從約5莫耳百分比到約10莫耳百分比、從約6莫耳百分比到約10莫耳百分比、或從約5莫耳百分比到約8莫耳百分比的量的Li2 O。
在一或更多個實施例中,玻璃組成可以包括Fe2 O3 。在此類實施例中,可以存在小於約1莫耳百分比、小於約0.9莫耳百分比、小於約0.8莫耳百分比、小於約0.7莫耳百分比、小於約0.6莫耳百分比、小於約0.5莫耳百分比、小於約0.4莫耳百分比、小於約0.3莫耳百分比、小於約0.2莫耳百分比、小於約0.1莫耳百分比、及其間的所有範圍及子範圍的量的Fe2 O3 。在一或更多個替代性的實施例中,玻璃組成可以不含或實質不含Fe2 O3
在一或更多個實施例中,玻璃組成可以包括ZrO2 。在此類實施例中,可以存在小於約1莫耳百分比、小於約0.9莫耳百分比、小於約0.8莫耳百分比、小於約0.7莫耳百分比、小於約0.6莫耳百分比、小於約0.5莫耳百分比、小於約0.4莫耳百分比、小於約0.3莫耳百分比、小於約0.2莫耳百分比、小於約0.1莫耳百分比、及其間的所有範圍及子範圍的量的ZrO2 ,包括從約0.1到約1、0.1到約0.9、從約0.1到約0.8、從約0.1到約0.7、從約0.1到約0.6、從約0.1到約0.5。在一或更多個替代性的實施例中,玻璃組成可以不含或實質不含ZrO2
在一或更多個實施例中,玻璃組成可以包括在以下範圍中的P2 O5 :從約0莫耳百分比到約10莫耳百分比、從約0莫耳百分比到約8莫耳百分比、從約0莫耳百分比到約6莫耳百分比、從約0莫耳百分比到約4莫耳百分比、從約0.1莫耳百分比到約10莫耳百分比、從約0.1莫耳百分比到約8莫耳百分比、從約2莫耳百分比到約8莫耳百分比、從約2莫耳百分比到約6莫耳百分比、或從約2莫耳百分比到約4莫耳百分比。在一些實例中,玻璃組成可以不含或實質不含P2 O5
在一或更多個實施例中,玻璃組成可以包括TiO2 。在此類實施例中,可以存在小於約6莫耳百分比、小於約4莫耳百分比、小於約2莫耳百分比、或小於約1莫耳百分比的量的TiO2 。在一或更多個替代性的實施例中,玻璃組成可以不含或實質不含TiO2 。在一些實施例中,存在從約0.1莫耳百分比到約6莫耳百分比、或從約0.1莫耳百分比到約4莫耳百分比的範圍中的量的TiO2
在一些實施例中,玻璃組成可以包括各種組成關係。例如,玻璃組成的Li2 O的量(用莫耳百分比為單位)比R2 O的總量(用莫耳百分比為單位)的比率可以是在以下範圍中:從約0到約1、從約0到約0.5、從約0.5到約1、從約0到約0.4、從約0.4到約1、從約0.1到約0.5、或從約0.2到約0.4。
在一些實施例中,玻璃組成的R2 O的總量(用莫耳百分比為單位)與Al2 O3 的量(用莫耳百分比為單位)之間的差(R2 O - Al2 O3 )可以是在從約0到約5(例如從約0到約4、從約0到約3、從約0.1到約4、從約0.1到約3、從約0.1到約2、或從約1到約2)的範圍中。在一些實施例中,玻璃組成的R2 O的總量(用莫耳百分比為單位)與Al2 O3 的量(用莫耳百分比為單位)之間的差(R2 O - Al2 O3 )可以是在約-5到約0的範圍中。
在一些實施例中,玻璃組成的Rx O的總量(用莫耳百分比為單位)與Al2 O3 的量(用莫耳百分比為單位)之間的差(Rx O-Al2 O3 )可以是在從約0到約5(例如從約0到約4、從約0到約3、從約0.1到約4、從約0.1到約3、從約1到約3、或從約2到約3)的範圍中。如本文中所使用的,Rx O包括如本文中所界定的R2 O及RO。
在一些實施例中,玻璃組成的R2 O的總量(用莫耳百分比為單位)比Al2 O3 的量(用莫耳百分比為單位)的比率(R2 O/Al2 O3 )可以是在從約0到約5(從約0到約4、從約0到約3、從約1到約4、從約1到約3、或從約1到約2)的範圍中。
在一或更多個實施例中,玻璃組成的Al2 O3 與Na2 O的組合量大於約15莫耳百分比(例如大於18莫耳百分比、大於約20莫耳百分比、或大於約23莫耳百分比)。Al2 O3 與Na2 O的組合量可以最高到且包括30莫耳百分比、約32莫耳百分比、或約35莫耳百分比。
一或更多個實施例的玻璃組成展現MgO的量(用莫耳百分比為單位)比RO的總量(用莫耳百分比為單位)的比率可以是在從約0到約2的範圍中。
在一些實施例中,玻璃組成可以不含或實質不含成核劑。典型成核劑的示例為TiO2 、ZrO2 等等。可以就以下功能的角度描述成核劑:成核劑是玻璃中的成分且可起動玻璃中的微晶的形成。
在一些實施例中,可以將用於玻璃基基板的組成配料為具有選自包括以下項目的群組的從約0莫耳百分比到約2莫耳百分比的至少一種澄清劑:Na2 SO4 、NaCl、NaF、NaBr、K2 SO4 、KCl、KF、KBr、及SnO2 。依據一或更多個實施例的玻璃組成可以更包括在以下範圍中的SnO2 :從約0到約2、從約0到約1、從約0.1到約2、從約0.1到約1、或從約1到約2。本文中所揭露的玻璃組成可以不含或實質不含As2 O3 及/或Sb2 O3
在一或更多個實施例中,組成可以具體包括:從約62莫耳百分比到75莫耳百分比的SiO2 ;從約10.5莫耳百分比到約17莫耳百分比的Al2 O3 ;從約5莫耳百分比到約13莫耳百分比的Li2 O;從約0莫耳百分比到約4莫耳百分比的ZnO;從約0莫耳百分比到約8莫耳百分比的MgO;從約2莫耳百分比到約5莫耳百分比的TiO2 ;從約0莫耳百分比到約4莫耳百分比的B2 O3 ;從約0莫耳百分比到約5莫耳百分比的Na2 O;從約0莫耳百分比到約4莫耳百分比的K2 O;從約0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZrO2 ;從約0莫耳百分比到約7莫耳百分比的P2 O5 ;從約0莫耳百分比到約0.3莫耳百分比的Fe2 O3 ;從約0莫耳百分比到約2莫耳百分比的MnOx ;及從約0.05莫耳百分比到約0.2莫耳百分比的SnO2
在一或更多個實施例中,組成可以包括:從約67莫耳百分比到約74莫耳百分比的SiO2 ;從約11莫耳百分比到約15莫耳百分比的Al2 O3 ;從約5.5莫耳百分比到約9莫耳百分比的Li2 O;從約0.5莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO;從約2莫耳百分比到約4.5莫耳百分比的MgO;從約3莫耳百分比到約4.5莫耳百分比的TiO2 ;從約0莫耳百分比到約2.2莫耳百分比的B2 O3 ;從約0莫耳百分比到約1莫耳百分比的Na2 O;從約0莫耳百分比到約1莫耳百分比的K2 O;從約0莫耳百分比到約1莫耳百分比的ZrO2 ;從約0莫耳百分比到約4莫耳百分比的P2 O5 ;從約0莫耳百分比到約0.1莫耳百分比的Fe2 O3 ;從約0莫耳百分比到約1.5莫耳百分比的MnOx ;及從約0.08莫耳百分比到約0.16莫耳百分比的SnO2
在一或更多個實施例中,組成可以包括:從約70莫耳百分比到75莫耳百分比的SiO2 ;從約10莫耳百分比到約15莫耳百分比的Al2 O3 ;從約5莫耳百分比到約13莫耳百分比的Li2 O;從約0莫耳百分比到約4莫耳百分比的ZnO;從約0.1莫耳百分比到約8莫耳百分比的MgO;從約0莫耳百分比到約5莫耳百分比的TiO2 ;從約0.1莫耳百分比到約4莫耳百分比的B2 O3 ;從約0.1莫耳百分比到約5莫耳百分比的Na2 O;從約0莫耳百分比到約4莫耳百分比的K2 O;從約0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZrO2 ;從約0莫耳百分比到約7莫耳百分比的P2 O5 ;從約0莫耳百分比到約0.3莫耳百分比的Fe2 O3 ;從約0莫耳百分比到約2莫耳百分比的MnOx ;及從約0.05莫耳百分比到約0.2莫耳百分比的SnO2
在一或更多個實施例中,組成可以包括:從約52莫耳百分比到約65莫耳百分比的SiO2 ;從約14莫耳百分比到約18莫耳百分比的Al2 O3 ;從約5.5莫耳百分比到約7莫耳百分比的Li2 O;從約1莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO;從約0.01莫耳百分比到約2莫耳百分比的MgO;從約4莫耳百分比到約12莫耳百分比的Na2 O;從約0.1莫耳百分比到約4莫耳百分比的P2 O5 ;及從約0.01莫耳百分比到約0.16莫耳百分比的SnO2 。在一些實施例中,組成可以不含或實質不含B2 O3 、TiO2 、K2 O、及ZrO2 中的任一者或更多者。
在一或更多個實施例中,組成可以包括0.5莫耳百分比或更多的P2 O5 、Na2 O、及可選的Li2 O,其中Li2 O(莫耳百分比)/Na2 O(莫耳百分比)< 1。此外,該等組成可以不含或實質不含B2 O3 及K2 O。在一些實施例中,組成可以包括ZnO、MgO、及SnO2
在一些實施例中,組成可以包括:從約58莫耳百分比到約65莫耳百分比的SiO2 ;從約11莫耳百分比到約19莫耳百分比的Al2 O3 ;從約0.5莫耳百分比到約3莫耳百分比的P2 O5 ;從約6莫耳百分比到約18莫耳百分比的Na2 O;從0莫耳百分比到約6莫耳百分比的MgO;及從0莫耳百分比到約6莫耳百分比的ZnO。在一些實施例中,組成可以包括:從約63莫耳百分比到約65莫耳百分比的SiO2 ;從11莫耳百分比到約17莫耳百分比的Al2 O3 ;從約1莫耳百分比到約3莫耳百分比的P2 O5 ;從約9莫耳百分比到約20莫耳百分比的Na2 O;從0莫耳百分比到約6莫耳百分比的MgO;及從約0莫耳百分比到約6莫耳百分比的ZnO。
在一些實施例中,組成可以包括以下組成關係:R2 O(莫耳百分比)/Al2 O3 (莫耳百分比) < 2,其中R2 O = Li2 O + Na2 O。在一些實施例中,65莫耳百分比 < SiO2 (莫耳百分比) + P2 O5 (莫耳百分比) < 67莫耳百分比。在某些實施例中,R2 O(莫耳百分比)+ R´O(莫耳百分比) - Al2 O3 (莫耳百分比) + P2 O5 (莫耳百分比)> -3莫耳百分比,其中R2 O = Li2 O + Na2 O,而R´O是存在於組成中的二價金屬氧化物的總量。
在一或更多個實施例中,組成可以具體包括:從約68莫耳百分比到75莫耳百分比的SiO2 ;從約0.5莫耳百分比到約5莫耳百分比的B2 O3 ;從約2莫耳百分比到約10莫耳百分比的Li2 O;從約1莫耳百分比到約4莫耳百分比的MgO;Li2 O比R2 O的比率大於0.5且小於或等於1,其中R2 O是玻璃基板中Li2 O、K2 O、與Na2 O的總和(莫耳百分比);且玻璃基板實質不含TiO2 。此段落的一些實施例可以更包括以下項目中的任一者或更多者:5莫耳百分比到約28莫耳百分比的Al2 O3 ;0莫耳百分比到約6莫耳百分比的Na2 O;實質不含ZrO2 ;R2 O與Al2 O3 之間的差為從約-5到約0;Rx O與Al2 O3 之間的差為從約0到約3,其中Rx O是玻璃基板中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、ZnO、Li2 O、K2 O、與Na2 O的總和(莫耳百分比);MgO比RO的比率為從約0到約2,其中RO是玻璃基板中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、與ZnO的總和(莫耳百分比)。
在一或更多個實施例中,組成可以具體包括:約45莫耳百分比到約80莫耳百分比的SiO2 ;從約5莫耳百分比到約28莫耳百分比的Al2 O3 ;從約0.5莫耳百分比到約5莫耳百分比的B2 O3 ;從約1莫耳百分比到約4莫耳百分比的MgO;及從約2莫耳百分比到約10莫耳百分比的Li2 O,其中:R2 O與Al2 O3 之間的差從約-5到約0,其中R2 O是玻璃基板中Li2 O、K2 O、與Na2 O的總和(莫耳百分比);且玻璃基板實質不含TiO2 。此段落的一些實施例可以更包括以下項目中的任一者或更多者:存在從約68莫耳百分比到約75莫耳百分比的量的SiO2 ;存在從約5莫耳百分比到約20莫耳百分比的量的Al2 O3 ;從約0莫耳百分比到約6莫耳百分比的Na2 O;玻璃實質不含ZrO2 ;Li2 O比R2 O的比率大於0.5且小於或等於1;Rx O與Al2 O3 之間的差為從約0到約3,其中Rx O是玻璃基板中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、ZnO、Li2 O、K2 O、與Na2 O的總和(莫耳百分比);MgO與RO的比率為從約0到約2,其中RO是玻璃基板中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、與ZnO的總和(莫耳百分比)。
在一或更多個實施例中,組成可以具體包括:從約68莫耳百分比到約75莫耳百分比的SiO2 ;從約5莫耳百分比到約28莫耳百分比的Al2 O3 ;從約0.5莫耳百分比到約5莫耳百分比的B2 O3 ;從約1莫耳百分比到約4莫耳百分比的MgO;從約2莫耳百分比到約10莫耳百分比的Li2 O,其中:Rx O與Al2 O3 之間的差從約0到約3,其中Rx O是玻璃中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、ZnO、Li2 O、K2 O、與Na2 O的總和(莫耳百分比);且玻璃實質不含TiO2 。此段落的一些實施例可以更包括以下項目中的任一者或更多者:存在從約5莫耳百分比到約20莫耳百分比的量的Al2 O3 ;從約0莫耳百分比到約6莫耳百分比的Na2 O;玻璃實質不含ZrO2 ;R2 O與Al2 O3 之間的差為從約-5到約0;MgO比RO的比率為從約0到約2,其中RO是玻璃基板中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、與ZnO的總和(莫耳百分比);Li2 O比R2 O的比率大於0.5且小於或等於1。
在一或更多個實施例中,組成可以具體包括:從約68莫耳百分比到約75莫耳百分比的SiO2 ;從約5莫耳百分比到約28莫耳百分比的Al2 O3 ;從約0.5莫耳百分比到約5莫耳百分比的B2 O3 ;從約1莫耳百分比到約4莫耳百分比的MgO;及從約2莫耳百分比到約10莫耳百分比的Li2 O,其中:MgO比RO的比率為從約0到約2,其中RO是玻璃中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、與ZnO的總和(莫耳百分比);且玻璃實質不含TiO2 。此段落的一些實施例可以更包括以下項目中的任一者或更多者:存在從約5莫耳百分比到約20莫耳百分比的量的Al2 O3 ;從約0莫耳百分比到約6莫耳百分比的Na2 O;玻璃實質不含ZrO2 ;R2 O與Al2 O3 之間的差為從約-5到約0;Rx O與Al2 O3 之間的差為從約0到約3,其中Rx O是玻璃中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、ZnO、Li2 O、K2 O、與Na2 O的總和(莫耳百分比);Li2 O比R2 O的比率大於0.5且小於或等於1。
在一或更多個實施例中,組成可以具體包括:從約60莫耳百分比到約70莫耳百分比的SiO2 ;從約2莫耳百分比到約4莫耳百分比的MgO;及從約2莫耳百分比到約10莫耳百分比的Li2 O,其中:Li2 O比R2 O的比率大於0.5且小於或等於1,其中R2 O是玻璃中Li2 O、K2 O、與Na2 O的總和(莫耳百分比);且玻璃實質不含TiO2 。此段落的一些實施例可以更包括以下項目中的任一者或更多者:從約5莫耳百分比到約28莫耳百分比的Al2 O3 ;存在從約5莫耳百分比到約20莫耳百分比的量的Al2 O3 ;從約0莫耳百分比到約8莫耳百分比的B2 O3 ;從約0莫耳百分比到約6莫耳百分比的Na2 O;從約1莫耳百分比到約2莫耳百分比的CaO;玻璃實質不含ZrO2 ;R2 O與Al2 O3 之間的差為從約-5到約0;MgO比RO的比率為從約0到約2,其中RO是玻璃中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、與ZnO的總和(莫耳百分比);從約0莫耳百分比到約2莫耳百分比的SnO2
在一或更多個實施例中,組成可以具體包括:從約60莫耳百分比到約70莫耳百分比的SiO2 ;從約5莫耳百分比到約28莫耳百分比的Al2 O3 ;小於約5莫耳百分比的MgO;及從約2莫耳百分比到約10莫耳百分比的Li2 O,其中:Rx O與Al2 O3 之間的差為從約0到約3,其中Rx O是玻璃中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、ZnO、Li2 O、K2 O、與Na2 O的總和(莫耳百分比);且玻璃實質不含TiO2 。此段落的一些實施例可以更包括以下項目中的任一者或更多者:從約5莫耳百分比到約20莫耳百分比的Al2 O3 ;從約0.1莫耳百分比到約4莫耳百分比的B2 O3 ;玻璃實質不含B2 O3 ;從約0莫耳百分比到約6莫耳百分比的Na2 O;從約0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO;玻璃實質不含ZrO2 ;MgO比RO的比率為從約0到約2,其中RO是玻璃基板中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、與ZnO的總和(莫耳百分比);從約0莫耳百分比到約2莫耳百分比的SnO2 ;從約0.1莫耳百分比到約10莫耳百分比的P2 O5
在一或更多個實施例中,組成可以具體包括:從約60到約72的量的SiO2 ;從約6到約10的量的Al2 O3 ;MgO + CaO + ZnO的總量為從約0.1到約8;Li2 O + Na2 O + K2 O的總量為從約5到約15;從約6到約10的量的Li2 O;從約0到約10的量的Na2 O;小於約2的量的K2 O;及約0.1到約1的量的ZrO2 ,其中:玻璃組成實質不含Ti2 O;玻璃組成實質不含Fe2 O3 ;且Li2 O比(Li2 O + Na2 O + K2 O)的比率為從約0.5到約1。此段落的一些實施例可以更包括以下項目中的任一者或更多者:玻璃組成實質不含B2 O3 ;玻璃組成包括從約0.1到約6的量的Na2 O;玻璃組成包括從約0到約3的量的ZnO;玻璃組成包括從約0到約5的量的CaO;MgO的量(用莫耳百分比為單位)比RO的總量(用莫耳百分比為單位)的比率為從約0到約2。
在一或更多個實施例中,組成可以具體包括:從約60到約72的量的SiO2 ;從約6到約10的量的Al2 O3 ;MgO + CaO + ZnO的總量為從約0.1到約8;Li2 O + Na2 O + K2 O的總量為從約5到約15;從約6到約10的量的Li2 O;從約0到約10的量的Na2 O;小於約2的量的K2 O;及約0.1到約1的量的ZrO2 ,其中:玻璃基板實質不含Ti2 O;玻璃基板實質不含Fe2 O3 ;且Li2 O比(Li2 O + Na2 O + K2 O)的比率為從約0.5到約1。此段落的一些實施例可以更包括以下項目中的任一者或更多者:玻璃組成是可離子交換的且是非晶的;玻璃組成實質不含B2 O3 ;從約0.1到約6的量的Na2 O;從約0到約3的量的ZnO;從約0到約5的量的CaO;MgO的量(用莫耳百分比為單位)比RO的總量(用莫耳百分比為單位)的比率為從約0到約2。
在一或更多個實施例中,組成可以具體包括:從約60到約70的量的SiO2 ;從約6到約10的量的Al2 O3 ;MgO + CaO + ZnO的總量為最高約15莫耳百分比的非零量;Li2 O + Na2 O + K2 O的總量為從約5到約15;從約6到約10的量的Li2 O;從約0到約10的量的Na2 O;小於約2的量的K2 O;及約0.1到約1的量的ZrO2 ,其中:組成實質不含Ti2 O;組成實質不含Fe2 O3 ;且MgO(莫耳百分比)比RO(莫耳百分比)的比率為從約0到約2,其中RO是玻璃中BaO、CaO、MgO、PbO、SrO、與ZnO的總和(莫耳百分比)。此段落的一些實施例可以更包括以下項目中的任一者或更多者:玻璃是可離子交換的且是非晶的;玻璃組成實質不含B2 O3 ;從約0.1到約6的量的Na2 O;從約0到約3的量的ZnO;從約0到約5的量的CaO;MgO + CaO + ZnO的總量是最高約12莫耳百分比的非零量。
在一或更多個實施例中,組成可以具體包括:從約60到約70的量的SiO2 ;從約6到約10的量的Al2 O3 ;MgO + CaO + ZnO的總量為最高約15莫耳百分比的非零量;Li2 O + Na2 O + K2 O的總量為從約5到約15;從約6到約10的量的Li2 O;從約0到約10的量的Na2 O;小於約2的量的K2 O;及約0.1到約1的量的ZrO2 ,其中:組成實質不含Ti2 O;且組成實質不含Fe2 O3 。此段落的一些實施例可以更包括以下項目中的任一者或更多者:Na2 O濃度沿著由其製作的玻璃基板的深度變化;玻璃是可離子交換的且是非晶的;玻璃組成實質不含B2 O3 ;從約0.1到約6的量的Na2 O;從約0到約3的量的ZnO;從約0到約5的量的CaO;MgO + CaO + ZnO的總量是最高約14莫耳百分比的非零量。
在一或更多個具體實施例中,玻璃基基板在交換之前可以具有以下標稱組成:約63.60莫耳百分比的SiO2 、15.67莫耳百分比的Al2 O3 、6.24莫耳百分比的Li2 O、10.81莫耳百分比的Na2 O、1.16莫耳百分比的ZnO、2.48莫耳百分比的P2 O5 、及0.04莫耳百分比的SnO2
若玻璃基基板包括玻璃陶瓷,則晶相可以包括β‑鋰輝石、金紅石、鋅尖晶石、或其他已知晶相、及上述項目的組合。合適的玻璃陶瓷的示例可以包括Li2 O-Al2 O3 -SiO2 系統(即LAS系統)玻璃陶瓷、MgO-Al2 O3 -SiO2 系統(即MAS系統)玻璃陶瓷、ZnO-Al2 O3 -nSiO2 (即ZAS系統)、及/或包括一種主要晶相的玻璃陶瓷,該主要晶相例如包括β-石英固溶體、β-鋰輝石、堇青石、及二矽酸鋰。
玻璃基製品及/或玻璃基基板可以是實質平坦的,然而其他的實施例可以利用彎曲或其他形狀或雕刻的基板。在一些實例中,玻璃基製品及/或玻璃基基板可以具有3D或2.5D的形狀。玻璃基製品及/或玻璃基基板可以是實質光學清澈的、透明的、且無或實質無光散射的。玻璃基製品及/或玻璃基基板可以具有在從約1.45到約1.55的範圍中的折射率。如本文中所使用的,折射率值是針對550 nm的波長。
附加性或替代性地,玻璃基製品及/或玻璃基基板的厚度沿著一或更多個尺度可以是恆定的,或可以基於美觀及/或功能的理由沿著其尺度中的一或更多者變化。例如,玻璃基製品及/或玻璃基基板的邊緣與玻璃基製品及/或玻璃基基板的更中心的區域相比可以是較厚的。玻璃基製品及/或玻璃基基板的長度、寬度、及厚度尺度也可以依據製品的應用或用途而變化。
玻璃基基板的特徵可以是其形成的方式。例如,玻璃基基板的特徵可以是可浮製成形的(例如藉由浮製過程形成)、可軋製的、可下拉製的、且特別是可熔融成形或可槽拉製的(例如藉由例如熔融拉製過程或槽拉過程的下拉過程形成)。
特徵可以是平滑的表面及均勻的厚度的可浮製成形的玻璃基基板是藉由將熔化玻璃浮在熔化金屬(一般是錫)床上來製作的。在一個示例過程中,被饋送到熔化錫床的表面上的熔化玻璃形成了浮動的玻璃條帶。隨著玻璃條帶沿著錫浴流動,溫度逐漸減小,直到玻璃條帶固化成固態玻璃基基板為止,可以從錫將該基板升降到滾筒上。一旦離開浴,就可以將玻璃基基板進一步冷卻及退火以減小內部應力。若玻璃基基板是玻璃陶瓷,則可以將由浮製過程所形成的玻璃基基板經受陶瓷化過程,藉由該陶瓷化過程產生了一或更多種晶相。
下拉過程產生了具有均勻的厚度且具有相對原始的表面的玻璃基基板。因為玻璃基基板的平均抗撓強度受表面瑕玼的量及尺寸控制,具有最小接觸的原始表面具有較高的初始強度。在接著將此高強度的玻璃基基板進一步強化(例如化學強化)時,生成的強度可以較具有經過研磨及拋光的表面的玻璃基製品的強度為高。可以將下拉的玻璃基基板拉製到小於約3 mm的厚度。此外,下拉的玻璃基製品具有可以用在其最終應用中而不需要昂貴地研磨及拋光的非常扁平、平滑的表面。若玻璃基製品是玻璃陶瓷,則可以將由下拉過程所形成的玻璃基製品經受陶瓷化過程,藉由該陶瓷化過程產生了一或更多種晶相。
熔融拉製過程例如使用了具有用於接受熔化玻璃原料的通道的拉製槽。通道在通道的兩側上沿著通道的長度具有在頂部開放的堰。在通道填有熔化材料時,熔化玻璃溢出堰。由於重力,熔化玻璃流下拉製槽的外表面成為兩道流動的玻璃膜。拉製槽的該等外表面向下及向內延伸,使得該等外表面在拉製槽下方的邊緣處接合。兩道流動的玻璃膜在此邊緣處接合以融合及形成單道的流動玻璃基基板。熔融拉製法提供了以下優點:因為流過通道的兩道玻璃膜融合在一起,生成的玻璃基基板的外表面都不與裝置的任何部分接觸。因此,熔融拉製的玻璃基基板的表面性質不被此類接觸影響。若玻璃基製品是玻璃陶瓷,則可以將由熔融過程所形成的玻璃基基板經受陶瓷化過程,藉由該陶瓷化過程產生了一或更多種晶相。
槽拉過程與熔融拉製法不同。在槽拉過程中,熔化的原料玻璃被提供到拉製槽。拉製槽的底部具有開口狹槽,該開口狹槽具有延伸狹槽長度的噴嘴。熔化玻璃流過狹槽/噴嘴且被向下拉動成為連續的玻璃基基板且進入退火區域。
可以將玻璃基基板酸拋光或用其他方式處理以除去或減小表面瑕玼的效應。
此揭示內容的一些實施例與包括本文中所述的玻璃基製品的設備相關。例如,該等設備可以包括包含顯示器的任何設備。在一或更多個實施例中,該等設備是電子設備,該等電子設備可以包括行動設備(例如手機、膝上型電腦、平板電腦、mp3播放器、手錶、導航設備等等)或靜止設備(例如車輛資訊/娛樂系統、廣告牌、銷售點系統、導航系統中的電腦、電子顯示器等等)。在一些實施例中,可以將本文中所述的玻璃基製品合併到建築製品(牆壁、固定物、面板、窗戶等等)、運輸製品(汽車應用、火車、飛機、航海器中的玻璃窗或內表面等等)、家電(例如洗衣機、烘乾機、洗碗機、冰箱等等)、或會受益於某種斷裂抗性的任何製品中。如圖10中所示,電子設備1000可以包括依據本文中所述的一或更多個實施例的玻璃基製品100。設備1000包括:外殼1020,具有前表面1040、後表面1060、及側表面1080;電元件(未示出),至少部分地在該外殼內部或完全在該外殼內,且至少包括控制器、記憶體、及該外殼的該前表面處或附近的顯示器1120。玻璃基製品100被示為一個蓋子,該蓋子被設置在該外殼的該前表面處或上方,使得該蓋子在顯示器1120上方。在一些實施例中,可以將玻璃基製品用作後蓋。
此揭示內容的一些實施例與一種形成玻璃基製品的方法相關。該方法包括以下步驟:提供玻璃基基板,該玻璃基基板具有界定約3毫米或更小(例如在以下範圍中:從約0.01毫米到約3毫米、從約0.1毫米到約3毫米、從約0.2毫米到約3毫米、從約0.3毫米到約3毫米、從約0.4毫米到約3毫米、從約0.01毫米到約2.5毫米、從約0.01毫米到約2毫米、從約0.01毫米到約1.5毫米、從約0.01毫米到約1毫米、從約0.01毫米到約0.9毫米、從約0.01毫米到約0.8毫米、從約0.01毫米到約0.7毫米、從約0.01毫米到約0.6毫米、從約0.01毫米到約0.5毫米、從約0.1毫米到約0.5毫米、或從約0.3毫米到約0.5毫米)的厚度的第一表面及第二表面;及在玻璃基基板中產生如本文中所述(例如圖3或圖4中所示)的應力分佈以提供抗斷裂的玻璃基製品。在一或更多個實施例中,產生該應力分佈的步驟包括以下步驟:將複數種鹼離子離子交換到該玻璃基基板中以形成沿著該厚度的大部分(如本文中所述)或沿著整個該厚度變化的非零鹼金屬氧化物濃度。在一個示例中,產生應力分佈的步驟包括以下步驟:將該玻璃基基板浸入熔融鹽浴中,該熔融鹽浴包括Na+ 、K+ 、Rb+ 、Cs+ 、或上述項目的組合的硝酸鹽且具有約350 ℃或更大(例如約350 ℃到約500 ℃)的溫度。在一個示例中,該熔融浴可以包括NaNO3 、KNO3 、或上述項目的組合,且可以具有約485 ℃或更小的溫度。在另一個示例中,該浴可以包括NaNO3 與KNO3 的混合物且具有約460 ℃的溫度。可以將玻璃基基板浸入在該浴中達約2小時或更長,最長約48小時(例如從約2小時到約10小時、從約2小時到約8小時、從約2小時到約6小時、從約3小時到約10小時、或從約3.5小時到約10小時)。
在一些實施例中,該方法可以包括以下步驟:在單種浴中或在使用多於一種浴中的連續浸入步驟的多於一個步驟中化學強化或離子交換該玻璃基基板。例如,可以連續使用二或更多種浴。該一或更多種浴的組成可以包括單種金屬(例如Ag+ 、Na+ 、K+ 、Rb+ 、Cs+ )或在相同的浴中包括金屬的組合。在利用多於一種浴時,該等浴可以具有彼此相同或不同的組成及/或溫度。每種此類浴中的浸入時間可以相同或可以變化以提供所需的應力分佈。
在該方法的一或更多個實施例中,可以利用第二浴或後續的浴來產生更大的表面CS。在一些實例中,該方法包括以下步驟:將該玻璃基基板浸入在該第二或後續的浴中以在不顯著影響化學層深及/或DOC的情況下產生較大的表面CS。在此類實施例中,該第二或後續的浴可以包括單種金屬(例如KNO3 或NaNO3 )或金屬的混合物(KNO3 與NaNO3 )。可以將該第二或後續的浴的溫度定制為產生該較大的表面CS。在一些實施例中,也可以將該玻璃基基板在該第二或後續的浴中的浸入時間定制為在不影響化質層深及/或DOC的情況下產生較大的表面CS。例如,該第二或後續的浴中的該浸入時間可以小於10小時(例如約8小時或更短、約5小時或更短、約4小時或更短、約2小時或更短、約1小時或更短、約30分鐘或更短、約15分鐘或更短、或約10分鐘或更短)。
在一或更多個替代性實施例中,該方法可以包括一或更多個熱處理步驟,可以將該等熱處理步驟與本文中所述的離子交換過程結合使用。該熱處理包括以下步驟:熱處理該玻璃基製品以獲得所需的應力分佈。在一些實施例中,熱處理包括以下步驟:退火、回火、或加熱該玻璃基基板到在從約300℃到約600℃的範圍中的溫度。該熱處理可以持續達1分鐘最長到18小時。在一些實施例中,可以在一或更多個離子交換過程之後或在離子交換過程之間使用該熱處理。
本揭示內容的實施例與玻璃基製品及用於製造該等玻璃基製品的方法相關,該等方法在應力分佈的深部區域處提供了顯著高的應力。在一或更多個實施例中,在四離子交互作用中擴散鉀(K)及鈉(Na),其中K、Li、Na、及將在表面附近交互作用,以提供獨特的應力分佈及與不具有圖3及4中所示的應力分佈的製品相比具有改善的掉落抗性的玻璃基製品。因為鉀(K)是非常緩慢的且具有較低的擴散係數,它將大部分存在於近表面中,而鈉(Na)將存在於表面中且也存在於玻璃內部中,其中鋰(Li)在不同的水平滲透玻璃。除了提供改善的應力分佈及掉落誘發的斷裂性能以外,依據一或更多個實施例,玻璃基製品也可以具有抗菌性質。
依據一或更多個實施例,可能進一步藉由在離子交換步驟中使用不同的Na/K比率及不同的相對離子交換持續時間來定制應力分佈形狀。在具體的實施例中,可以不需要表面附近的高壓縮應力,這允許將應力分佈額外定制為使用更朝向基板中心的表面附近的呈現埋藏尖峰的形式的應力。這可以被實現,同時仍然維持非常深的DOC,在DOC處,應力在試樣內部為零。這會可適用的特殊情況會是玻璃具有塗料(特別是界定厚度的一或兩個表面上的抗刮塗料)的情況。因為塗料可以在一定程度上保護玻璃基基板,現在可以將近表面處的應力使用在玻璃內部的其他處。
因此,在一或更多個實施例中,玻璃基製品(例如如圖9中所示)包括基板700及塗料720,該基板具有界定厚度t的第一表面702及第二表面704。塗料可以是在第一表面及/或第二表面上以保護玻璃基製品免於損傷,例如尖銳接觸誘發的斷裂及表面刮痕。在一或更多個實施例中,可以針對其他功能(例如針對電容觸碰感測器)或其他光學品質塗敷一或更多種塗料。因此,本揭示內容的實施例與玻璃基製品相關,該等玻璃基製品在玻璃基製品上具有多個塗層。在一些實施例中,提供了具有約2微米的厚度的多層抗刮塗料(例如8層抗刮塗料),該塗料可以是唯一的塗料、該塗料可以與其他防反射塗料結合(用以將塗料的反射率與下層的玻璃基基板匹配)、或該塗料可以與其他功能塗料結合。在一或更多個實施例中,抗刮塗料具有從100 GPa到300 GPa的楊氏模量值。在一或更多個實施例中,抗刮塗料選自Al2 O3 、Mn、AlOx Ny 、Si3 N4 、SiOx Ny 、Siu Alv Ox Ny 、鑽石、類鑽石碳、Six Cy 、Six Oy Cz 、ZrO2 、TiOx Ny 、及上述項目的組合。
在一或更多個實施例中,容易清潔(ETC)的塗料在本文中所述的玻璃基製品的第一表面及/或第二表面上。在一或更多個實施例中,ETC塗料包括配方為(RF )y –SiX4-y 的全氟烴基矽烷,其中y = 1、2、或3,RF 基團是全氟烴基基團,該全氟烴基基團在其最大長度上從矽原子到鏈的末端具有6-130個碳原子的碳鏈長度,且X是-Cl、乙醯氧基、-OCH3 、或OCH2 H3 。ETC塗料被塗敷為最小化及/或防止玻璃基製品上的污漬及/或指紋。
可以使用本文中所述的玻璃組成的一或更多個實施例來製作如本文中所述的玻璃基製品(包括以下的示例1-3)以及本文中所述的組成範圍。
示例
將藉由以下示例進一步闡明各種實施例。在該等示例中,在被強化之前,該等示例被稱為「基板」。在經受強化之後,該等示例被稱為「製品」或「玻璃基製品」。
以下示例中的每一者利用玻璃基基板,該等玻璃基基板具有以下標稱組成:約63.60莫耳百分比的SiO2 、15.67莫耳百分比的Al2 O3 、6.24莫耳百分比的Li2 O、10.81莫耳百分比的Na2 O、1.16莫耳百分比的ZnO、2.48莫耳百分比的P2 O5 、及0.04莫耳百分比的SnO2 。玻璃基基板具有0.8 mm的厚度。
示例1
玻璃基板被浸入在溫度為380 ℃的含有約74重量百分比的KNO3 及26重量百分比的NaNO3 的浴中達10小時的持續時間。在基板中心處量測到的中心張力為59.56 MPa。在第二離子交換步驟中,玻璃基板被浸入在溫度為380 ℃的含有100重量百分比的NaNO3 的浴中達3小時的持續時間。圖3中示出了生成的應力分佈。在基板中心處量測到的中心張力為59.41 MPa。混合浴中的第一離子交換步驟由於同時擴散K及Na產生了與圖2中的分佈類似的雙IOX分佈。第二離子交換步驟由於Li及Na擴散到玻璃基板中而產生了具有非常深的DOC的埋藏尖峰或突峰應力區域。
示例2
玻璃基板被浸入在溫度為380 ℃的含有約74重量百分比的KNO3 及26重量百分比的NaNO3 的浴中達10小時的持續時間。在第二離子交換步驟中,玻璃基板被浸入在溫度為380 ℃的含有100重量百分比的NaNO3 的浴中達3小時的持續時間。在第三離子交換步驟中,玻璃基板被浸入在溫度為380 ℃的含有100重量百分比的KNO3 的浴中達0.2小時的持續時間。圖4中示出了生成的應力分佈。第三離子交換步驟在表面附近產生了尖鋒區域。在基板中心處量測到的中心張力為64.43 MPa。
比較示例3
玻璃基板被浸入在溫度為380 ℃的含有約15重量百分比的KNO3 及85重量百分比的NaNO3 的浴中達3.6小時的持續時間。在第二離子交換步驟中,玻璃基板被浸入在溫度為390 °C的含有95重量百分比的KNO3 及5重量百分比的NaNO3 的浴中達0.5小時的持續時間。
比較示例4
玻璃基板被浸入在溫度為380 ℃的含有約51重量百分比的KNO3 及49重量百分比的NaNO3 的浴中達3.75小時的持續時間。
比較示例5
玻璃基板被浸入在溫度為390 °C的含有約80重量百分比的KNO3 及20重量百分比的NaNO3 的浴中達3小時的持續時間。
比較示例6
玻璃基板被浸入在溫度為390 °C的含有約80重量百分比的KNO3 及20重量百分比的NaNO3 的浴中達7.5小時的持續時間。
示例7 - 掉落測試
在依據示例1-2及比較示例3-6製作的基板上利用上述的掉落測試。圖5示出180粒度砂紙的結果,其中:示例1對於至少10個試樣而言具有192 cm(超過190 cm)的平均掉落高度,且此掉落高度與比較示例3-6的彼等掉落高度相當;示例2對於至少10個試樣而言具有153 cm(超過150 cm)的平均掉落高度,這看起來略低於比較示例3-6的彼等掉落高度;示例1在具有225 cm的最大掉落高度的掉落測試中對於至少10個試樣而言具有50%的耐受率;及示例2在具有225 cm的最大掉落高度的掉落測試中對於至少10個試樣而言具有20%的耐受率。圖6示出30粒度砂紙的結果,其中:示例1對於至少4個試樣而言具有73 cm(超過70 cm)的平均掉落高度,且此掉落高度與比較示例3-6的彼等掉落高度相當;示例2對於至少2個試樣而言具有45 cm(超過40 cm)的平均掉落高度,這略低於比較示例3-6的彼等掉落高度;示例1對於至少4個試樣而言具有100%的耐受率,其中最大掉落高度是50 cm。關於掉落性能,兩步驟IOX(示例1)表現得非常好,而三步驟IOX(示例2)似乎表現得不像兩步驟IOX或比較示例那麼好。然而,三步驟IOX在第二組刮痕測試中表現得好得多(與示例1或比較示例3-6相比),且因此對於一些應用而言是掉落及刮痕抗性之間的良好折衷方案,該第二組刮痕測試如下文所述地使用136°的4面鑽石尖端。
示例7 - 刮痕測試
在第一測試中,在比較示例4、示例1、及示例2上執行使用球形尖端的錐形輪廓尖端(錐球(conosphere)的球形部分的直徑是20微米)的漸變刮痕測試。尖端上的負載在20秒的測試持續時間內從0線性漸變到2N。尖端用0.4 mm/秒的速率行進8 mm,且負載用每10秒1N的速率線性漸變。圖7A中示出了比較示例4的刮痕結果,圖7B中示出了示例1的刮痕結果,而圖7C中示出了示例2的刮痕結果。示例1及2的表現優於比較示例4,如由較窄的刮痕圖案所指示的。圖7A(比較示例4)中針對三個試樣示出了345微米、406微米、及345微米的刮痕「長度」(刮痕的最寬部分處的垂直線之間的水平距離,由雙箭頭線指示)。平均刮痕長度是365微米,且最短長度是345微米。圖7B(示例1)中針對三個試樣示出了233微米、224微米、及294微米的刮痕長度。平均刮痕長度是250微米,且最短長度是224微米。因此,例如,一些實施例包括了小於300微米、或小於275微米、或小於250微米、或小於225微米的刮痕長度。一些實施例包括了小於300微米、或小於275微米、或小於或等於250微米的平均刮痕長度(使用球形尖端的錐形輪廓尖端的情況下,其中試樣量為3個或更多)。圖7C(示例2)中針對三個試樣示出了311微米、371微米、及319微米的刮痕長度。平均刮痕長度是334微米,且最短長度是311微米。因此,例如,一些實施例包括了小於340微米、或小於325微米、或小於320微米的刮痕長度。一些實施例包括了小於350微米、或小於340微米、或小於或等於334微米的平均刮痕長度(使用球形尖端的錐形輪廓尖端的情況下,其中試樣量為3個或更多)。依據上述內容,示例1(圖7B)似乎提供了最佳的刮痕抗性。
第二組刮痕測試是在比較示例4、示例1、及示例2上使用136°的四面鑽石尖端來執行的。尖端上的負載用每10秒1N力的速率從0線性漸變到0.5N。測試持續時間是5秒,且尖端用0.4 mm/秒的速率行進2 mm。圖8A中示出了比較示例4的刮痕結果,圖8B中示出了示例1的刮痕結果,而圖8C中示出了示例2的刮痕結果。圖8A示出,比較示例4具有195微米的刮痕長度。圖8B示出,圖11B具有141微米的刮痕長度。而圖8C示出,示例2在使用此漸變測試的該等負載下並未形成裂縫。此處,具有埋藏的突峰應力區域的示例1及示例2兩者再次表現得較比較示例4為佳,證據是較窄(較短的裂縫「長度」)的裂縫。因此,一些實施例包括以下刮痕長度(在用136°的4面鑽石尖端在5秒的測試持續時間內用的0.4 mm/秒的探針速率用每10秒1 N力的速率從0漸變到0.5N來測試時):小於190微米、或小於175微米、或小於150微米、或小於145微米、或小於125微米、或小於100微米、或小於75微米、或小於50微米、或小於40微米、或小於30微米、或小於25微米、或小於20微米、或小於15微米、或小於10微米、或小於5微米、或小於4微米、或小於3微米、或從0到小於190微米、或上述值中的任一者之間的任何及所有子範圍。
本領域中的技術人員將理解到,在不脫離本揭示內容的精神或範圍的情況下,可以作出各種更改及變化。以下實施例中闡述了各種示例性的特徵組合。
實施例1。一種玻璃基製品,包括:
第一表面及與該第一表面相反的第二表面,在該第一表面與該第二表面之間界定厚度(t)及中心,該玻璃基製品包括Li2O、離子交換的鉀、及離子交換的鈉;及
應力分佈,包括:突峰應力區域,從該第一表面(或該第一表面下方的點)延伸到在0.001•t到0.1•t的範圍中的頂點;在該頂點處且在25 MPa到750 MPa的範圍中的壓縮應力,其中該第一表面與該頂點之間的該突峰應力區域中的該應力分佈的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從25 MPa/微米到500 MPa/微米的值;漸減應力區域,從該頂點延伸,且減小為使得從該頂點朝向該中心延伸的該漸減應力區域中的該應力分佈的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從-20 MPa/微米到-200 MPa/微米的值,直到該漸減應力區域達到壓縮線深度為止,在該壓縮線深度處,該玻璃基製品具有為零的應力值,該壓縮線深度是在0.1•t到0.25•t的範圍中;及張應力區域,從該壓縮線深度延伸到最大張應力,其中該玻璃基製品包括從0.01 mm到3 mm的厚度。
實施例2。如實施例1所述的玻璃基製品,其中該頂點處的應力是從100 MPa到300 MPa的壓縮應力。
實施例3。如實施例1或實施例2所述的玻璃基製品,其中在該第一表面處存在張應力,該張應力的絕對值是在從200 MPa到0 MPa的範圍中,且該突峰應力區域包括漸增應力區域,該漸增應力區域從該第一表面延伸到該頂點,使得從該第一表面延伸到該頂點的該漸增應力區域中的該應力分佈的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從20 MPa/微米到200 MPa/微米的值,其中在該漸增應力區域中,應力變得越來越具壓縮性。
實施例4。如實施例1或實施例2所述的玻璃基製品,其中在該第一表面處存在壓縮應力,該壓縮應力的絕對值為從大於0 MPa到750 MPa,且該突峰應力區域包括漸增應力區域,該漸增應力區域從該第一表面延伸到該頂點,使得從該第一表面延伸到該頂點的該漸增應力區域中的該應力分佈的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從20 MPa/微米到200 MPa/微米的值,其中在該漸增應力區域中,應力變得越來越具壓縮性。
實施例5。如實施例1-4中的任一者所述的玻璃基製品,其中該突峰區域從該第一表面下方的點延伸。
實施例6。如實施例1或實施例2所述的玻璃基製品,該應力分佈更包括:壓縮應力層,包括該離子交換的鉀及該離子交換的鈉,該壓縮應力層界定從該第一表面延伸到該突峰應力區域的表面應力區域,該表面應力區域包括壓縮應力,該壓縮應力的數值在從該第一表面移動時減小,使得從該第一表面延伸到具有該突峰區域的過渡區的該表面應力區域中的該應力分佈的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從-25 MPa/微米到-200 MPa/微米的值。
實施例7。如實施例6所述的玻璃基製品,其中從該第一表面延伸到具有該突峰區域的過渡區的該表面應力區域的該應力分佈的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從-30 MPa/微米到-170 MPa/微米的值。
實施例8。如實施例6或實施例7所述的玻璃基製品,其中該第一表面處的該壓縮應力為從500 MPa到1500 MPa。
實施例9。如實施例8所述的玻璃基製品,其中該第一表面處的該壓縮應力為從650 MPa到1100 MPa。
實施例10。如實施例1-9中的任一者所述的玻璃基製品,其中該玻璃基製品中存在0.1莫耳百分比到20莫耳百分比的範圍中的Li2 O。
實施例11。如實施例1-10中的任一者所述的玻璃基製品,其中該玻璃基製品中存在0.1莫耳百分比到20莫耳百分比的範圍中的B2 O3
實施例12。如實施例1-11中的任一者所述的玻璃基製品,其中該玻璃基製品中存在0.1莫耳百分比到10莫耳百分比的範圍中的P2 O5
實施例13。如實施例1-12中的任一者所述的玻璃基製品,其中該玻璃基製品不含K2 O。
實施例14。如實施例1-13中的任一者所述的玻璃基製品,其中該頂點與該中心之間的該應力分佈的所有點都呈現包括冪指數的冪律分佈的形式,其中該冪指數為從約1.2到約3.4。
實施例15。如實施例1-14中的任一者所述的玻璃基製品,其中該玻璃基製品更包括以下項目中的任一者或更多者:對於至少10個試樣而言包括掉落到180粒度砂紙上的超過190 cm的平均掉落高度;對於至少10個試樣而言包括掉落到180粒度砂紙上的192 cm或更大的平均掉落高度;在掉落到180粒度砂紙上的具有225 cm的最大掉落高度的掉落測試中對於至少10個試樣而言包括50%或更大的耐受率;對於至少4個試樣而言包括掉落到30粒度砂紙上的超過70 cm的平均掉落高度;對於至少4個試樣而言包括掉落到30粒度砂紙上的73 cm或更大的平均掉落高度;對於至少4個試樣而言包括掉落到30粒度砂紙上的100%的耐受率,其中最大掉落高度是50 cm。
實施例16。如實施例1-15中的任一者所述的玻璃基製品,更包括以下項目中的至少一者的平均刮痕長度(使用球形尖端的錐形輪廓尖端,其中試樣量為3個或更多):(i)小於300微米;或(ii)小於275微米;或(iii)小於或等於250微米。
實施例17。如實施例1-16中的任一者所述的玻璃基製品,更包括以下項目中的至少一者的刮痕長度(在5秒的測試持續時間內用0.4 mm/秒的探針速率用每10秒1 N力的速率從0漸變到0.5N的136°的4面鑽石尖端測試時):(i)小於190微米;或(ii)小於175微米;或(iii)小於150微米;或(iv)小於145微米。
實施例18。如實施例1-14中的任一者所述的玻璃基製品,其中該玻璃基製品更包括以下項目中的至少一者:對於至少10個試樣而言包括掉落到180粒度砂紙上的超過150 cm的平均掉落高度;對於至少10個試樣而言包括掉落到180粒度砂紙上的153 cm或更大的平均掉落高度;在掉落到180粒度砂紙上的具有225 cm的最大掉落高度的掉落測試中對於至少10個試樣而言包括20%或更大的耐受率;對於至少2個試樣而言包括掉落到30粒度砂紙上的超過40 cm的平均掉落高度;及對於至少2個試樣而言包括掉落到30粒度砂紙上的43 cm或更大的平均掉落高度。
實施例19。如實施例1-14或18所述的玻璃基製品,更包括小於350微米、或小於340微米、或小於或等於334微米的平均刮痕長度(使用球形尖端的錐形輪廓尖端的情況下,其中試樣量為3個或更多)。
實施例20。如實施例1-14或18-19中的任一者所述的玻璃基製品,更包括以下項目中的至少一者的刮痕長度(在5秒的測試持續時間內用0.4 mm/秒的探針速率用每10秒1 N力的速率從0漸變到0.5N的136°的4面鑽石尖端測試時):(i)小於190微米;或(ii)小於175微米;或(iii)小於150微米;或(iv)小於145微米;或(v)小於125微米;或(vi)小於100微米;或(vii)小於75微米;或(viii)小於50微米;或(ix)小於40微米;或(x)小於30微米;或(xi)小於25微米;或(xii)小於20微米;或(xiii)小於15微米;或(xiv)小於10微米;或(xv)小於5微米;或(xvi)小於4微米;或(xvii)小於3微米;或(xviii)0到小於190微米。
實施例21。如實施例1-20中的任一者所述的玻璃基製品,更包括該第一表面上的塗料。
實施例22。如實施例21中的任一者所述的玻璃基製品,更包括該第二表面上的塗料。
實施例23。如實施例21或實施例22所述的玻璃基製品,其中該塗料包括抗刮塗料。
實施例24。一種設備,包括:
外殼,包括前表面、後表面、及側表面;
電元件,至少部分地在該外殼內部;
顯示器,在該外殼的該前表面處或附近;及
覆蓋基板,設置在該顯示器上方,其中該覆蓋基板包括如實施例1-23中的任一者所述的玻璃基製品。
實施例25。一種製作玻璃基製品的方法,該方法包括以下步驟:
將鈉及鉀離子交換到包括在0.1莫耳百分比到20莫耳百分比的範圍中的Li2 O的玻璃基基板中,使得該玻璃基基板包括:
第一表面及與該第一表面相反的第二表面,在該第一表面與該第二表面之間界定厚度(t)(mm)及中心;及
應力分佈,包括:突峰應力區域,從該第一表面(或該第一表面下方的點)延伸到在0.001•t到0.1•t的範圍中的頂點;在該頂點處且從25 MPa到750 MPa的壓縮應力,其中該第一表面與該頂點之間的該突峰區域的該應力分佈的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從25 MPa/微米到500 MPa/微米的值;漸減應力區域,從該頂點延伸,且減小為使得從該頂點朝向該中心延伸的該漸減應力區域的該應力分佈的至少一個點包括具有斜率的切線,該斜率具有從-20 MPa/微米到-200 MPa/微米的值,直到該漸減應力區域達到壓縮線深度為止,在該壓縮線深度處,該玻璃基製品具有為零的應力值,該壓縮線深度是在0.1•t到0.25•t的範圍中;及張應力區域,從該壓縮線深度延伸到最大張應力,其中該玻璃基製品包括從0.01 mm到3 mm的厚度。
實施例26。如實施例25所述的方法,其中該應力分佈更包括:壓縮應力層,包括該離子交換的鉀及該離子交換的鈉,該壓縮應力層界定從該第一表面延伸到該突峰應力區域的表面應力區域,該表面應力區域包括壓縮應力,該壓縮應力的數值在從該第一表面移動時減小,使得從該第一表面延伸到具有該突峰區域的過渡區的該表面應力區域的該應力分佈的至少一個點包括包含斜率的切線,該斜率具有從-25 MPa/微米到-200 MPa/微米的值。
實施例27。如實施例25或實施例26所述的方法,更包括以下步驟:使該玻璃基基板經受兩個離子交換過程。
實施例28。如實施例25或26中的任一者所述的方法,更包括以下步驟:使該玻璃基基板經受三個離子交換過程。
100‧‧‧玻璃基製品
101‧‧‧第一表面
110‧‧‧表面CS
120‧‧‧最大中心張力(CT)
130‧‧‧壓縮線深度(DOC)
200‧‧‧玻璃基製品
201‧‧‧第一表面
210‧‧‧表面CS
220‧‧‧最大CT
230‧‧‧DOC
300‧‧‧玻璃基製品
301‧‧‧應力分佈
302‧‧‧第一表面
304‧‧‧第二表面
310‧‧‧表面應力
312‧‧‧漸增應力區域
315‧‧‧突峰應力區域
316‧‧‧漸減應力區域
317‧‧‧頂點
320‧‧‧最大張應力
325‧‧‧張應力區域
327‧‧‧深度
330‧‧‧DOC
400‧‧‧玻璃基製品
401‧‧‧應力分佈
402‧‧‧第一表面
404‧‧‧第二表面
412‧‧‧漸增應力區域
413‧‧‧表面應力區域
414‧‧‧CS層
415‧‧‧突峰應力區域
416‧‧‧漸減應力區域
417‧‧‧頂點
419‧‧‧表面應力區域最大值
420‧‧‧最大CT
421‧‧‧過渡區
425‧‧‧CT區域
427‧‧‧深度
430‧‧‧DOC
700‧‧‧基板
702‧‧‧第一表面
704‧‧‧第二表面
720‧‧‧塗料
1000‧‧‧電子設備
1020‧‧‧外殼
1040‧‧‧前表面
1060‧‧‧後表面
1080‧‧‧側表面
1120‧‧‧顯示器
t‧‧‧厚度
t1‧‧‧厚度
t2‧‧‧厚度
圖1是跨習知的熱回火玻璃基製品的厚度的應力分佈的橫截面圖;
圖2是跨習知的化學強化玻璃基製品的厚度的應力分佈的橫截面圖;
圖3是跨依據此揭示內容的一或更多個實施例的化學強化玻璃基製品的厚度的應力分佈的橫截面圖;
圖4是跨依據示例1及依據此揭示內容的一或更多個實施例的化學強化玻璃基製品的厚度的應力分佈的橫截面圖;
圖5是一張圖表,示出比較示例1及2及比較示例4-6的砂紙上增量正面掉落測試的結果;
圖6是一張圖表,示出比較示例1及2及比較示例4-6的砂紙上增量正面掉落測試的結果;
圖7A-C是在漸變刮痕測試之後的試樣的影像;
圖8A-C是在漸變刮痕測試之後的試樣的影像;
圖9是玻璃基基板的視圖,該基板在界定厚度t的表面上具有塗料;及
圖10是併入本文中所述的玻璃基製品的一或更多個實施例的電子設備的正視平面圖。
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國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)

Claims (15)

  1. 一種玻璃基製品,包括: 一第一表面及與該第一表面相反的一第二表面,在該第一表面與該第二表面之間界定一厚度(t )及一中心,該玻璃基製品包括Li2 O、離子交換的鉀、及離子交換的鈉;及 一應力分佈,包括:一突峰應力區域,從該第一表面或該第一表面下方的一點延伸到在0.001•t 到0.1•t 的一範圍中的一頂點;在該頂點處且在25 MPa到750 MPa的一範圍中的一壓縮應力,其中該第一表面與該頂點之間的該突峰應力區域的該應力分佈的至少一個點包括具有一斜率的一切線,該斜率具有從25 MPa/微米到500 MPa/微米的一值;一漸減應力區域,從該頂點延伸,且減小為使得從該頂點朝向該中心延伸的該漸減應力區域的該應力分佈的至少一個點包括具有一斜率的一切線,該斜率具有從-20 MPa/微米到-200 MPa/微米的一值,直到該漸減應力區域達到一壓縮線深度為止,在該壓縮線深度處,該玻璃基製品具有為零的一應力值,該壓縮線深度是在0.1•t 到0.25•t 的一範圍中;及一張應力區域,從該壓縮線深度延伸到一最大張應力,其中該玻璃基製品包括從0.01 mm到3 mm的一厚度。
  2. 如請求項1所述之玻璃基製品,其中在該第一表面處存在壓縮應力,該壓縮應力的一絕對值為從大於0 MPa到750 MPa,且該突峰應力區域包括一漸增應力區域,該漸增應力區域從該第一表面延伸到該頂點,使得從該第一表面延伸到該頂點的該漸增應力區域的該應力分佈的至少一個點包括具有一斜率的一切線,該斜率具有從20 MPa/微米到200 MPa/微米的一值,其中在該漸增應力區域中,應力變得越來越具壓縮性。
  3. 如請求項1所述之玻璃基製品,其中該突峰區域從該第一表面下方的一點延伸。
  4. 如請求項1所述之玻璃基製品,該應力分佈更包括:一壓縮應力層,包括該離子交換的鉀及該離子交換的鈉,該壓縮應力層界定從該第一表面延伸到該突峰應力區域的一表面應力區域,該表面應力區域包括一壓縮應力,該壓縮應力的數值在從該第一表面移動時減小,使得從該第一表面延伸到具有該突峰區域的一過渡區的該表面應力區域的該應力分佈的至少一個點包括具有一斜率的一切線,該斜率具有從-25 MPa/微米到-200 MPa/微米的一值。
  5. 如請求項4所述之玻璃基製品,其中該第一表面處的該壓縮應力為從500 MPa到1500 MPa。
  6. 如請求項1-5中的任一者所述之玻璃基製品,其中以下條件中的至少一者成立: 該玻璃基製品中存在0.1莫耳百分比到20莫耳百分比的一範圍中的Li2 O; 該玻璃基製品中存在0.1莫耳百分比到10莫耳百分比的一範圍中的B2 O3 ; 該玻璃基製品中存在0.1莫耳百分比到10莫耳百分比的一範圍中的P2 O5 ; 該玻璃基製品不含K2 O。
  7. 如請求項1-5中的任一者所述之玻璃基製品,其中該頂點與該中心之間的該應力分佈的所有點都呈現包括一冪指數的一冪律分佈的形式,其中該冪指數為從約1.2到約3.4。
  8. 如請求項1-5中的任一者所述之玻璃基製品,其中在該第一表面處存在張應力,該張應力的一絕對值是在從200 MPa到0 MPa的一範圍中,且該突峰應力區域包括一漸增應力區域,該漸增應力區域從該第一表面延伸到該頂點,使得從該第一表面延伸到該頂點的該漸增應力區域的該應力分佈的至少一個點包括具有一斜率的一切線,該斜率具有從20 MPa/微米到200 MPa/微米的一值,其中在該漸增應力區域中,應力變得越來越具壓縮性。
  9. 如請求項1-5中的任一者所述之玻璃基製品,其中該玻璃基製品更包括以下項目中的任一者或更多者:對於至少10個試樣而言包括掉落到180粒度砂紙上的超過190 cm的一平均掉落高度;對於至少10個試樣而言包括掉落到180粒度砂紙上的192 cm或更大的一平均掉落高度;在掉落到180粒度砂紙上的具有225 cm的一最大掉落高度的掉落測試中對於至少10個試樣而言包括50%或更大的一耐受率;對於至少4個試樣而言包括掉落到30粒度砂紙上的超過70 cm的一平均掉落高度;對於至少4個試樣而言包括掉落到30粒度砂紙上的73 cm或更大的一平均掉落高度;對於至少4個試樣而言包括掉落到30粒度砂紙上的100%的一耐受率,其中最大掉落高度是50 cm。
  10. 如請求項1-5中的任一者所述之玻璃基製品,更包括以下項目中的至少一者的一平均刮痕長度(使用一球形尖端的錐形輪廓尖端,其中一試樣量為3個或更多):(i)小於300微米;或(ii)小於275微米;或(iii)小於或等於250微米。
  11. 如請求項1-5中的任一者所述之玻璃基製品,更包括以下項目中的至少一者的一刮痕長度(在5秒的一測試持續時間內用0.4 mm/秒的一探針速率用每10秒1 N力的速率從0漸變到0.5N的136°的4面鑽石尖端測試時):(i)小於190微米;或(ii)小於175微米;或(iii)小於150微米;或(iv)小於145微米。
  12. 如請求項1-5中的任一者所述之玻璃基製品,更包括該第一表面上的一塗料。
  13. 一種設備,包括: 一外殼,包括前表面、後表面、及側表面; 電元件,至少部分地在該外殼內部; 一顯示器,在該外殼的該前表面處或附近;及 一覆蓋基板,設置在該顯示器上方,其中該覆蓋基板包括如請求項1-5中的任一者所述的玻璃基製品。
  14. 一種製作一玻璃基製品的方法,該方法包括以下步驟: 將鈉及鉀離子交換到包括在0.1莫耳百分比到20莫耳百分比的一範圍中的Li2 O的一玻璃基基板中,使得該玻璃基基板包括: 一第一表面及與該第一表面相反的一第二表面,在該第一表面與該第二表面之間界定一厚度(t )(mm)及一中心;及 一應力分佈,包括:一突峰應力區域,從該第一表面或該第一表面下方的一點延伸到在0.001•t 到0.1•t 的一範圍中的一頂點;在該頂點處且從25 MPa到750 MPa的一壓縮應力,其中該第一表面與該頂點之間的該突峰區域的該應力分佈的至少一個點包括具有一斜率的一切線,該斜率具有從25 MPa/微米到500 MPa/微米的一值;一漸減應力區域,從該頂點延伸,且減小為使得從該頂點朝向該中心延伸的該漸減應力區域的該應力分佈的至少一個點包括具有一斜率的一切線,該斜率具有從-20 MPa/微米到-200 MPa/微米的一值,直到該漸減應力區域達到一壓縮線深度為止,在該壓縮線深度處,該玻璃基製品具有為零的一應力值,該壓縮線深度是在0.1•t 到0.25•t 的一範圍中;及一張應力區域,從該壓縮線深度延伸到一最大張應力,其中該玻璃基製品包括從0.01 mm到3 mm的一厚度。
  15. 如請求項14所述之方法,更包括以下步驟中的至少一者: 使該玻璃基基板經受兩個離子交換過程;或 使該玻璃基基板經受三個離子交換過程。
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