TW202012332A - 允許高壓縮應力的玻璃組成 - Google Patents

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Abstract

本案提供一種可以被離子交換以實現超高峰值壓縮應力的鹼鋁矽酸鹽玻璃。該等玻璃可以被離子交換以實現至少約1000 MPa且高達約1500 MPa的峰值壓縮應力。高的峰值壓縮應力為具有淺缺陷尺寸分佈的玻璃提供了高的強度。這些玻璃具有高的楊氏模量，這與高的斷裂韌性及改善的失效強度對應，且適用於在使用（舉例而言，例如用作柔性顯示器中的覆蓋玻璃）時經歷很大的彎曲應力的高強度覆蓋玻璃應用。

Description

允許高壓縮應力的玻璃組成
此申請案依據專利法主張於2018年8月3日所提出的第62/714404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。
本揭示內容與可以被離子交換以實現超高峰值的壓縮應力的玻璃組成系列相關。更詳細而言，本揭示內容與具有高到足以抑制淺表面缺陷的峰值壓縮應力的化學強化玻璃相關。又更詳細而言，本揭示內容與在使用時經歷大彎曲應力的應用（例如柔性顯示器的覆蓋玻璃）中的高強度覆蓋玻璃相關。
用於電子設備（例如蜂巢式電話、智慧型手機、平板電腦、手錶、視訊播放器、資訊終端（IT）設備、膝上型電腦等等）中的顯示器的玻璃一般被用化學方式或用熱回火以產生表面壓縮層。此壓縮層用來抑制可以造成玻璃失效的缺陷。
用於電子應用的可折疊顯示器可以受益於薄的可彎曲的玻璃。然而，在經受彎曲時，將表面壓縮層的有益的缺陷抑制效果減少到表面缺陷比壓縮層更深的程度，因此使得玻璃在彎曲時失效。
本揭示內容提供了可以離子交換以實現超高峰值壓縮應力的鹼鋁矽酸鹽玻璃系列。可以將本文中所述的玻璃離子交換以實現約1000 MPa或更大且高達約1500 MPa的峰值壓縮應力。高的峰值壓縮應力為具有淺缺陷尺寸分佈的玻璃提供了高的強度。這些玻璃具有高的楊氏模量，這與高的斷裂韌性及改善的失效強度對應。本文中所述的玻璃適用於在使用（例如用作柔性及可折疊顯示器中的覆蓋玻璃）時經歷很大的彎曲應力的高強度覆蓋玻璃應用。高的峰值壓縮應力允許玻璃保持淨壓縮，且因此在玻璃經受圍繞緊緻半徑彎曲時能容納表面缺陷。高的斷裂韌性也有助於防止來自針對給定的缺陷群體所施加的應力（例如來自彎曲）的斷裂，該缺陷群體可能是在玻璃的處理期間及/或在將該玻璃用在設備中的期間引入的。
因此，本揭示內容的一個態樣是提供一種可離子交換的鹼鋁矽酸鹽玻璃。如本文中所使用的，「可離子交換」意味著，玻璃組成含有一或更多種第一金屬離子，該一或更多種第一金屬離子可以用複數種第二金屬離子替換以在玻璃中形成壓縮應力。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的離子半徑大於第一鹼金屬離子的離子半徑。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）。該等玻璃包括約17莫耳百分比或更多的Al2 O3 及非零量的Na2 O、MgO、及CaO，其中Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 21莫耳百分比，其中RO（莫耳百分比） = MgO（莫耳百分比） + CaO（莫耳百分比） + ZnO（莫耳百分比）。鹼鋁矽酸鹽玻璃實質不含SrO、BaO、B2 O3 、P2 O5 、及K2 O中的每一者。
本揭示內容的第二態樣是提供一種離子交換的玻璃。該離子交換的玻璃是一種鹼鋁矽酸鹽玻璃，該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括約17莫耳百分比或更多的Al2 O3 及非零量的Na2 O、MgO、及CaO，其中Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 21莫耳百分比，其中RO（莫耳百分比） = MgO（莫耳百分比） + CaO（莫耳百分比） + ZnO（莫耳百分比）。該離子交換的玻璃實質不含SrO、BaO、B2 O3 、P2 O5 、及K2 O中的每一者。離子交換的玻璃具有高達約4 mm的厚度t 及從離子交換的玻璃的表面向離子交換的玻璃中的壓縮線深度（DOC）延伸的壓縮層，其中該壓縮層具有約1000 MPa或更大的峰值壓縮應力，且在一些實施例中，該峰值壓縮應力位於離子交換的玻璃的表面處。
本揭示內容的第三態樣是提供一種能夠抵抗很大的彎曲應力的強化玻璃的方法。該方法包括以下步驟：將玻璃製品浸入在離子交換介質中，該離子交換介質包括至少一種鉀鹽，其中該至少一種鉀鹽包括該離子交換介質的約50重量百分比；及將該玻璃製品在浸入在該離子交換介質中的同時在從約350℃到約480℃的範圍中的預定溫度下進行離子交換達在從約1小時到約24小時的範圍中的預定時段，以實現壓縮層，該壓縮層從表面延伸到壓縮線深度DOC且具有約1000 MPa或更大的峰值壓縮應力，且在一些實施例中，該峰值壓縮應力位於離子交換的玻璃的表面處。該玻璃製品包括一種鹼鋁矽酸鹽玻璃，該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括約17莫耳百分比或更多的Al2 O3 及非零量的Na2 O、MgO、及CaO，其中Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 21莫耳百分比，其中RO（莫耳百分比） = MgO（莫耳百分比） + CaO（莫耳百分比） + ZnO（莫耳百分比），且其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃實質不含SrO、BaO、B2 O3 、P2 O5 、及K2 O中的每一者。
可以用任何及所有組合且例如依據各種的以下實施例來組合本揭示內容的各種特徵。
實施例1。一種鹼鋁矽酸鹽玻璃，包括： a. 約17莫耳百分比或更多的Al2 O3 ； b. Na2 O； c. MgO；及
d. CaO，其中Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 21莫耳百分比，其中RO（莫耳百分比） = MgO（莫耳百分比） + CaO（莫耳百分比） + ZnO（莫耳百分比），其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃實質不含SrO、BaO、B2 O3 、P2 O5 、及K2 O中的每一者，且其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃是可離子交換的。
實施例2。如實施例1所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括高達約4 mm的厚度，且可離子交換以實現壓縮層，該壓縮層從該鹼鋁矽酸鹽玻璃的表面延伸到DOC且包括約1000 MPa或更大的峰值壓縮應力。
實施例3。如實施例2或實施例3所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括高達約100 µm的厚度。
實施例4。如實施例3所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃在保持在約25℃及約50%的相對濕度下及以下項目中的至少一者的彎曲半徑下達60分鐘時無失效：5 mm；4 mm；或3 mm。
實施例5。如實施例2-4中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該峰值壓縮應力小於或等於約1500 MPa。
實施例6。如實施例1-5中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括在從約80 GPa到約90 GPa的範圍中的楊氏模量。
實施例7。如實施例1-6中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，更包括Li2 O。
實施例8。如實施例7所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃可離子交換以實現從表面延伸到厚度的約10%或更大的DOC的壓縮層。
實施例9。如實施例1-8中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃可離子交換以實現從約4微米到約40微米的鉀離子層深。
實施例10。如實施例1-9中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，更包括ZnO。
實施例11。如實施例1-10中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中CaO（莫耳百分比）/RO（莫耳百分比） > 0.4。
實施例12。如實施例1-11中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括在從約5 kP到約200 kP的範圍中的液相線黏度。
實施例13。如實施例1-12中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括：從約52莫耳百分比到約61莫耳百分比的SiO2 ；從約17莫耳百分比到約23莫耳百分比的Al2 O3 ；從0莫耳百分比到約7莫耳百分比的Li2 O；從約9莫耳百分比到約20莫耳百分比的Na2 O；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的MgO；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的CaO；及從大於0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO。
實施例14。如實施例13所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括：從約55莫耳百分比到約61莫耳百分比的SiO2 ；從約17莫耳百分比到約20莫耳百分比的Al2 O3 ；從4莫耳百分比到約7莫耳百分比的Li2 O；從約9莫耳百分比到約15莫耳百分比的Na2 O；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的MgO；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的CaO；及從大於0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO。
實施例15。如實施例1-14中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃形成柔性顯示器的至少一部分。
實施例16。一種離子交換的玻璃，其中該離子交換的玻璃是一鹼鋁矽酸鹽玻璃，該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括： a. 約17莫耳百分比或更多的Al2 O3 ； b. Na2 O； c. MgO；及 d. CaO，其中Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 21莫耳百分比，其中RO（莫耳百分比） = MgO（莫耳百分比） + CaO（莫耳百分比） + ZnO（莫耳百分比），其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃實質不含SrO、BaO、B2 O3 、P2 O5 、及K2 O中的每一者，且其中該離子交換的玻璃包括高達約4 mm的一厚度、包括從該離子交換的玻璃的一表面延伸到DOC的一壓縮層、且包括約1000 MPa或更大的一峰值壓縮應力。
實施例17。如實施例16所述的離子交換的玻璃，其中該離子交換的玻璃包括高達約100 µm的厚度。
實施例18。如實施例16或實施例17所述的離子交換的玻璃，其中該離子交換的玻璃在保持在約25℃及約50%的相對濕度下及以下項目中的至少一者的彎曲半徑下達60分鐘時不包括失效：5 mm；4 mm；或3 mm。
實施例19。如實施例16-18中的任一者所述的離子交換的玻璃，其中該峰值壓縮應力小於或等於約1500 MPa。
實施例20。如實施例16-19中的任一者所述的離子交換的玻璃，其中該離子交換的玻璃更包括Li2 O，且其中該DOC為厚度的約10%或更大。
實施例21。如實施例16-20中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該離子交換的玻璃包括從約4微米到約40微米的鉀離子層深。
實施例22。如實施例16-21中的任一者所述的離子交換的玻璃，其中該離子交換的玻璃包括：從約52莫耳百分比到約61莫耳百分比的SiO2 ；從約17莫耳百分比到約23莫耳百分比的Al2 O3 ；從0莫耳百分比到約7莫耳百分比的Li2 O；從約9莫耳百分比到約20莫耳百分比的Na2 O；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的MgO；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的CaO；及從大於0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO。
實施例23。如實施例22所述的離子交換的玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括：從約55莫耳百分比到約61莫耳百分比的SiO2 ；從約17莫耳百分比到約20莫耳百分比的Al2 O3 ；從4莫耳百分比到約7莫耳百分比的Li2 O；從約9莫耳百分比到約15莫耳百分比的Na2 O；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的MgO；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的CaO；及從大於0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO。
實施例24。如實施例16-23中的任一者所述的離子交換的玻璃，其中該離子交換的玻璃形成柔性顯示器的至少一部分。
實施例25。如實施例16-24中的任一者所述的離子交換的玻璃，其中該離子交換的玻璃形成電子設備的顯示器處或上方的覆蓋玻璃或該電子設備的殼體的一部分中的至少一者。
實施例26。一種電子設備，包括如實施例16-25中的任一者所述的離子交換的玻璃，該電子設備包括：殼體，包括前表面、後表面、及側表面；電氣元件，至少部分地位於該殼體內部；顯示器，位於該殼體的該前表面處或附近；及覆蓋玻璃，位於該顯示器上方，其中該覆蓋玻璃及該殼體中的至少一者包括該離子交換的玻璃，其中該覆蓋玻璃位於該殼體的該前表面處或上方，使得該覆蓋玻璃定位在該顯示器上方且保護該顯示器免於由衝擊所造成的損傷。
實施例27。一種強化玻璃的方法，該方法包括以下步驟： a. 將玻璃製品浸入在離子交換介質中，該離子交換介質包括至少一種鉀鹽，其中該至少一種鉀鹽包括該離子交換介質的約50重量百分比，其中該玻璃製品包括鹼鋁矽酸鹽玻璃，該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括約17莫耳百分比或更多的Al2 O3 及非零量的Na2 O、MgO、及CaO，其中Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 21莫耳百分比，其中RO（莫耳百分比） = MgO（莫耳百分比） + CaO（莫耳百分比） + ZnO（莫耳百分比），且其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃實質不含SrO、BaO、B2 O3 、P2 O5 、及K2 O中的每一者；及 b. 將該玻璃製品在浸入在該離子交換介質中的同時在從約350℃到約480℃的範圍中的預定溫度下進行離子交換達在從約1小時到約24小時的範圍中的預定時段，以實現壓縮層，該壓縮層從表面延伸到DOC且包括約1000 MPa或更大的峰值壓縮應力。
實施例28。如實施例27所述的方法，更包括以下步驟：在將該玻璃製品浸入在該離子交換介質中之前藉由熔融拉製、軋製、溢流下拉法、狹槽形成、上拉法、或浮製中的至少一者形成該玻璃製品。
實施例29。如實施例27或實施例28所述的方法，更包括以下步驟：將該玻璃製品加熱到該玻璃製品的1011 P溫度，且在將該玻璃製品浸入在該離子交換介質中之前將加熱的該玻璃製品淬火到室溫。
實施例30。如實施例27-29中的任一者所述的方法，其中該峰值壓縮應力小於或等於約1500 MPa。
實施例31。如實施例27-30中的任一者所述的方法，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃更包括Li2 O，且其中該DOC為厚度的約10%或更大。
實施例32。如實施例27-31中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃可離子交換以實現從約4微米到約40微米的鉀離子層深。
實施例33。 如實施例27-32中的任一者所述的方法，更包括以下步驟：將該玻璃製品浸入在第一離子交換介質中，該第一離子交換介質基本上由至少一種鈉鹽組成；及將該玻璃製品在浸入在該第一離子交換介質中的同時在從約350℃到約480℃的範圍中的預定溫度下進行離子交換達在從約1小時到約24小時的範圍中的預定時段。
根據以下的實施方式、附圖、及隨附請求項，將理解該等及其他的態樣、優點、及突出的特徵。
在以下說明中，類似的參考字符在圖式中所示的整體的幾個視圖中標記類似或對應的部件。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，且不旨在暗示絕對的定向。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，應了解，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，應了解，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，值的範圍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，可以用任何組合及所有組合來使用說明書及附圖中所揭露的各種特徵。
如本文中所使用的，用語「玻璃製品」是用其最廣泛的意義使用以包括完全地或部分地由玻璃製作的任何物體，包括玻璃陶瓷。除非另有指定，本文中所述的玻璃的所有組成都是用莫耳百分比（mol%）表示的。用於離子交換的所有熔融鹽浴以及任何其他離子交換介質的組成都是用重量百分比（wt%）表示的。熱膨脹係數（CTE）是按照百萬分之一（ppm）/℃來表示的，且表示在從約20℃到約300℃的溫度範圍內所量測到的值，除非另有指定。高溫（或液體）熱膨脹係數（高溫CTE）也是按照每攝氏度百萬分之一（ppm）（ppm/℃）來表示的，且表示在高溫平台或轉變區域中所量測到的瞬時熱膨脹係數（CTE）與溫度曲線的關係值。高溫CTE量測與玻璃穿過平台或轉變區域的加熱或冷卻相關聯的體積改變。
除另有指定外，所有溫度都是按照攝氏度（℃）來表示的。如本文中所使用的，用語「軟化點」指的是玻璃的黏度為約107.6 泊（P）的溫度；用語「退火點」指的是玻璃的黏度為約1013.2 泊的溫度；用語「200泊溫度（T200P ）」指的是玻璃的黏度為約200泊的溫度；用語「1011 泊溫度」指的是玻璃的黏度為約1011 泊的溫度；用語「35 kP溫度（T35kP ）」指的是玻璃的黏度為約35,000泊（P）或35千泊（kP）的溫度；及用語「200泊溫度（T200kP ）」指的是玻璃的黏度為約200 kP的溫度。
如本文中所使用的，用語「液相線黏度」指的是液相線溫度處的熔融玻璃的黏度，其中液相線溫度指的是在熔融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。
注意，在本文中可以利用用語「實質上」及「約」來表示固有的不確定性程度，該不確定性歸因於任何定量、值、量測、或其他表示。這些用語在本文中也用來表示定量表示在不造成討論中的標的的基本功能改變的情況下可以從所陳述的參考變化的程度。因此，「實質不含B2 O3 」的玻璃是一種玻璃，其中未主動將B2 O3 添加或拌合到玻璃中，但B2 O3 可能作為污染物用非常小的量存在。
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，應將本揭示內容了理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，範圍中的每一者的端點與另一個端點相比是有意義的（significant）且是獨立地與另一個端點有意義。
如本文中所使用的用語「實質」、「實質上」、及其變化旨在敘述，所述特徵等於或幾乎等於一個值或描述。例如，「實質平坦」的表面旨在指示平坦或幾乎平坦的表面。並且，「實質」旨在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。
如本文中所使用的，「峰值壓縮應力」指的是在壓縮層內所量測到的最高壓縮應力值。在一些實施例中，峰值壓縮應力位在玻璃的表面處。在其他的實施例中，峰值壓縮應力可以發生在表面下方的一定深度處，從而給予了壓縮應力分佈「埋藏尖峰」的外觀。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。表面應力量測依賴應力光學係數（SOC）的準確量測，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。
大致參照附圖且特別是圖1，應理解，該等插圖是為了描述特定實施例的目的，且不旨在將本揭示內容或隨附請求項限於該等特定實施例。該等附圖不一定是按照比例繪製的，且為了明確及簡潔起見，可能在比例上誇張地示出或用示意圖示出附圖的某些特徵及某些視圖。
本文中所述的是鹼鋁矽酸鹽玻璃，該等鹼鋁矽酸鹽玻璃可以被離子交換以實現超過已經在類似的玻璃中實現的壓縮應力的峰值壓縮應力。例如，在本文中所述的玻璃的1 mm厚的試件在410℃下的熔融硝酸鉀的離子交換浴中離子交換達45分鐘時，獲得了超過約1000 MPa或在一些實施例中超過約1050 MPa的峰值壓縮應力。這些玻璃的假想溫度等於玻璃的1011 P溫度。
本文中所述的玻璃組成可以藉由包括但不限於熔融拉製、溢流法、軋製、槽製、浮製製程等等的製程來形成。該等玻璃具有在約5 kP或更大到約200 kP的範圍中且在一些實施例中是在約30 kP或更大到約150 kP的範圍中的液相線黏度。
本文中所述的玻璃是可離子交換的，且包括約17莫耳百分比或更大的Al2 O3 ，且Na2 O、MgO、及CaO中的每一者的量非零，其中Al2 O3 （莫耳百分比）+ RO（莫耳百分比） ≥ 21莫耳百分比，或 ≥ 23莫耳百分比，或 ≥ 24莫耳百分比，其中RO選自由以下項目所組成的群組：MgO、Ca、及MgO（即RO（莫耳百分比） = MgO（莫耳百分比） + CaO（莫耳百分比） + ZnO（莫耳百分比））。在一些實施例中，CaO（莫耳百分比）/RO（莫耳百分比） > 0.4，或 > 0.5，或 > 0.6。此外，該等玻璃實質不含B2 O3 、P2 O5 、K2 O、SrO、及BaO中的每一者。本文中所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃可以更包括ZnO及Li2 O。
在一些實施例中，本文中所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃包括以下項目或基本上由以下項目組成：從約52莫耳百分比到約61莫耳百分比的SiO2 ；從約17莫耳百分比到約23莫耳百分比的Al2 O3 ；從0莫耳百分比到約7莫耳百分比的Li2 O；從約9莫耳百分比到約20莫耳百分比的Na2 O；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的MgO；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的CaO；及從大於0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO。在某些實施例中，玻璃包括：從約55莫耳百分比到約61莫耳百分比的SiO2 ；從約17莫耳百分比到約20莫耳百分比的Al2 O3 ；從4莫耳百分比到約7莫耳百分比的Li2 O；從約9莫耳百分比到約15莫耳百分比的Na2 O；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的MgO；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的CaO；及從大於0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO。
表格1列出本文中所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃的非限制性的、示例性的組成。表格2列出針對表格1中所列出的示例所決定的選定物理性質。表格2中所列出的物理性質包括：密度，其中本文中所記載的密度值是使用ASTM C693-93（2013）的浮力法來決定的；低溫CTE；應變點、退火點、及軟化點，其中應變點是使用ASTM C598-93（2013）的樑彎曲黏度法來決定的，退火點是使用ASTM C336-71（2015）的纖維伸長法來決定的，且軟化點是使用ASTM C338-93（2013）的纖維伸長法來決定的；1011 泊溫度、35 kP溫度、200 kP溫度、及液相線溫度。液相線黏度，其中液相線黏度是藉由以下方法來決定的。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，液相線溫度處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；楊氏模量，其中此揭示內容中所記載的楊氏模量值指的是如藉由標題為「Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts」的ASTM E2001-13中所闡述的一般類型共振超音波光譜技術所量測到的值；折射率；及表格1中所列出的試樣的應力光學係數。在一些實施例中，本文中所述的玻璃的楊氏模量為約80 GPa或更大，在一些實施例中為從約80 GPa到約90 GPa，且在又其他的實施例中為從約80 GPa到約85 GPa。 表格1。鹼鋁矽酸鹽玻璃組成的示例。
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 表格2。表格1中所列出的玻璃的選定物理性質。
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本文中所述的鹼的及離子交換的玻璃的氧化物成分中的每一者均發揮功能及/或對玻璃的可製造性及物理性質有影響。例如，氧化矽（SiO2 ）是主要的玻璃形成氧化物，且形成熔融玻璃的網路主幹。純的SiO2 具有低的CTE且是不含鹼金屬的。例如，相對於類玻璃的鈉鈣矽酸鹽玻璃的相對低量（即61莫耳百分比或更小）的SiO2 在玻璃被離子交換時有利於改善或增加峰值壓縮應力。在一些實施例中，本文中所述的玻璃包括從約52莫耳百分比到約61莫耳百分比的SiO2 ，在一些實施例中是從約55莫耳百分比到約61莫耳百分比的SiO2 ，且在又其他的實施例中是從約58莫耳百分比到約61莫耳百分比的SiO2 。
除了氧化矽以外，本文中所述的玻璃包括約17莫耳百分比或更大的網路形成劑Al2 O3 。氧化鋁用此量存在以實現穩定的玻璃形成、所需的峰值壓縮應力、離子交換期間的擴散性、及楊氏模量，且促進了熔化及形成。與SiO2 類似，Al2 O3 有助於玻璃網路的剛性。氧化鋁可以用四價或五價配位存在於玻璃中，這增加了玻璃網路的堆積密度且因此增加了藉由化學強化所造成的壓縮應力。在一些實施例中，本文中所述的玻璃包括從約17莫耳百分比或18莫耳百分比到約23莫耳百分比的Al2 O3 ，且在詳細的實施例中是從約17莫耳百分比或18莫耳百分比到約20莫耳百分比或到約21莫耳百分比的Al2 O3 。可以將這些玻璃中的氧化鋁的量限於較低的值以實現高的液相線黏度。
如本文中所述，本文中所述的玻璃實質不含以下項目中的每一者或包括0莫耳百分比的以下項目中的每一者：P2 O5 、B2 O3 、K2 O、SrO、及BaO。有意地從玻璃排除這些氧化物，因為它們傾向減少經由離子交換所實現的楊氏模量及壓縮應力。
鹼金屬氧化物Na2 O用來藉由離子交換實現玻璃的化學強化。本文中所述的玻璃包括Na2 O，其提供要與存在於含有至少一種鉀鹽（舉例而言，例如KNO3 ）的鹽浴中的鉀陽離子交換的Na+ 陽離子。在一些實施例中，本文中所述的玻璃包括從約9莫耳百分比、或約10莫耳百分比、或約11莫耳百分比、或約12莫耳百分比到約15莫耳百分比、或約16莫耳百分比、或約17莫耳百分比、或約18 莫耳百分比、或約19莫耳百分比、或約20莫耳百分比的Na2 O。在其他的實施例中，該等玻璃包括從約9莫耳百分比到約15莫耳百分比的Na2 O。
在一些實施例中，本文中所述的玻璃可以更包括高達約9莫耳百分比、或高達約8.5莫耳百分比、或高達約8莫耳百分比、或高達約7.5莫耳百分比、或高達約7莫耳百分比的量的Li2 O。在一些實施例中，玻璃包括從約2莫耳百分比、或從約3莫耳百分比、或從約4莫耳百分比到約6莫耳百分比、或約7莫耳百分比、或約7.5莫耳百分比、或約8莫耳百分比、或約8.5莫耳百分比、或約9莫耳百分比的Li2 O。在某些實施例中，玻璃不含Li2 O（即含有0莫耳百分比的Li2 O）、或實質不含Li2 O。Li2 O的存在增加了峰值壓縮應力，且若需要，允許快速地離子交換達到DOL及/或達到深的DOC。此外，與其他的鹼金屬氧化物離子相比，Li2 O改善了玻璃的楊氏模量及斷裂韌性。在含鋰的玻璃被離子交換時，可以在相對短的時段內實現100 µm或更大的壓縮層深度DOC。如本文中所使用的，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拉伸的深度。取決於離子交換處理，可以藉由FSM或散射光偏光鏡（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交換到玻璃中來產生的，則由SCALP量測DOC，因為咸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大小的改變（但不是從壓縮到拉伸的應力的改變）；此類玻璃製品中的鉀離子的交換深度是由FSM量測的，且由鉀離子的層深（DOL）表示。張應力或中心張力（CT）值（包括最大CT值）是使用本領域中習知的散射光偏光鏡（SCALP）技術來量測的。除非另有陳述，本文中所報導的CT值是最大CT。
如上文中所述，最初形成的本文中所述的玻璃含有0莫耳百分比的K2 O或實質不含K2 O。玻璃中氧化鉀的存在對於經由離子交換在玻璃中實現高水平的峰值壓縮應力的能力有負面影響。然而，在離子交換之後，由離子交換所造成的壓縮層將含有鉀。玻璃表面附近的離子交換層在玻璃表面處可以含有10莫耳百分比或更多的K2 O，而在大於DOL的深度處的玻璃主體可以保持是實質不含鉀的，或可以保持在與起始組成的主體中的水平一致的水平下。
在一些實施例中，本文中所述的玻璃可以包括從0莫耳百分比高達約6莫耳百分比、或從大於0莫耳百分比到約4莫耳百分比或到約6莫耳百分比的ZnO。二價氧化物ZnO藉由減少200泊黏度下的溫度（200P溫度），改善了玻璃的熔化行為。在與Na2 O的類似添加物相比時，ZnO也有助於改善應力點。在一些實施例中，該等玻璃包括從大於0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO。
為了減少200P溫度及改善具有大於50 kP的液相線黏度的玻璃的應力點，鹼土金屬氧化物（例如MgO及CaO）可以存在於這些玻璃中。在一些實施例中，本文中所述的玻璃包括從大於0莫耳百分比高達6莫耳百分比的MgO，或在其他的實施例中，這些玻璃包括從0.02莫耳百分比到約3莫耳百分比、或到約4莫耳百分比、或到約5莫耳百分比、或到約6莫耳百分比的MgO。在一些實施例中，本文中所述的玻璃包括從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的CaO，在其他的實施例中包括從0.03莫耳百分比到約5莫耳百分比的CaO，且在又其他的實施例中包括從約0.03莫耳百分比到約1莫耳百分比、或到約1.5莫耳百分比、或到約2莫耳百分比、或到約2.5莫耳百分比、或到約3莫耳百分比的CaO。如表格1及2中所列出的示例中所見，CaO存在於具有大於50 kP的液相線黏度的玻璃中，該液相線黏度使得該等玻璃可以容易熔融形成。在一些實施例中，在玻璃將被熔融形成時，需要具有大於50 kP的液相線黏度。在其他的實施例中，若可以藉由熔融形成以外的技術來形成玻璃，則液相線黏度可以小於或等於50 kP。鹼土金屬氧化物SrO及BaO對於減少200泊黏度下的熔化溫度與ZnO、MgO、或CaO相比較低效，且也對於增加應力點與ZnO、MgO、或CaO相比較低效。因此，本文中所述的玻璃含有選自由ZnO、MgO、及CaO所組成的群組的二價氧化物，且實質不含SrO及BaO中的每一者或含有0莫耳百分比的SrO及BaO中的每一者。
在一些實施例中，Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 21莫耳百分比；在其他的實施例中，Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 22莫耳百分比；在其他的實施例中，Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 23莫耳百分比；在其他的實施例中，Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 24莫耳百分比；及在又其他的實施例中，Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 25莫耳百分比，其中RO（莫耳百分比） = MgO（莫耳百分比） + CaO（莫耳百分比） + ZnO（莫耳百分比）。在一些實施例中，CaO（莫耳百分比）/RO（莫耳百分比） > 0.4；或在一些實施例中，CaO（莫耳百分比）/RO（莫耳百分比） > 0.5；或在又其他的實施例中，CaO（莫耳百分比）/RO（莫耳百分比） > 0.6。
在一些實施例中，本文中所述的玻璃是藉由離子交換來化學強化的。在製程的至少一個示例中，用玻璃內的較小的鹼金屬陽離子交換鹼金屬陽離子來源（例如熔融鹽或「離子交換」浴）內的鹼金屬陽離子，以實現處於玻璃表面附近的壓縮應力（CS）下的層。壓縮層從表面延伸到玻璃內的壓縮線深度（DOC）。在本文中所述的玻璃中，例如，藉由將玻璃浸入於包括鉀鹽（例如但不限於硝酸鉀（KNO3 ））的熔融鹽浴中，來將來自陽離子源的鉀離子在離子交換期間與玻璃內的鈉離子及/或在一些實施例中是鋰交換。在一些實施例中，離子交換浴可以基本上由一種鉀鹽或多種鉀鹽組成。例如，可以用在離子交換製程中的其他鉀鹽包括但不限於氯化鉀（KCl）、硫酸鉀（K2 SO4 ）、及上述項目的組合。本文中所述的離子交換浴可以含有鉀及對應的鉀鹽以外的鹼金屬離子。例如，離子交換浴也可以包括鈉鹽，舉例而言，例如硝酸鈉、硫酸鈉、及/或氯化鈉。在一些實施例中，離子交換浴可以包括KNO3 與硝酸鈉（NaNO3 ）的混合物。在一些實施例中，離子交換浴可以包括高達約50重量百分比、或高達約25重量百分比的NaNO3 ，其中浴的其餘成分是KNO3 。在其他的實施例中，可以首先將玻璃在包括約100重量百分比的鈉鹽（例如Na2 SO4 、NaCl等等）的浴中進行離子交換，然後在包括鈉鹽及對應的鉀鹽的第二浴（例如包括NaNO3 及KNO3 的浴）或100重量百分比的對應鉀鹽的第二浴（例如第一離子交換浴包括NaNO3 且第二離子交換浴包括KNO3 ）中進行離子交換，以實現較深的DOL及/或較深的DOC。
圖1中示出了平坦的離子交換的玻璃製品的橫截面示意圖。玻璃製品100具有厚度 t 、第一表面110、及第二表面112，其中厚度 t 是例如在從約25 µm到約4 mm的範圍中。在一些實施例中，厚度 t 是在從約25 µm高達約50 µm、或高達約55 µm、或高達約60 µm、或高達約65 µm、或高達約70 µm、或高達約75 µm、或高達約80 µm、或高達約85 µm、或高達約90 µm、或高達約95 µm、或高達約100 µm、或高達約105 µm、或高達約110 µm、或高達約115 µm、或高達約120 µm、或高達約125 µm的範圍中。在某些其他的實施例中，厚度 t 是在從約10 µm到約20 µm的範圍中。雖然圖1將玻璃製品100描繪為扁平平坦的片材或板，但玻璃製品100也可以具有其他的配置，例如三維形狀或非平坦的配置。玻璃製品100具有第一壓縮層120，該第一壓縮層從第一表面110延伸到深度d1 處的第一DOC，進入玻璃製品100的主體中。在圖1中，玻璃製品100也具有第二壓縮層122，該第二壓縮層從第二表面112延伸到深度d2 處的第二DOC。玻璃製品100也具有延伸於d1 與d2 之間的中心區域130。中心區域130一般處於張應力或中心張力（CT）下，其平衡或抵消層120及122的壓縮應力。第一壓縮層120的深度d1 及第二壓縮層122的深度d2 分別保護玻璃製品100免受由對玻璃製品100的第一表面110及第二表面112的尖銳衝擊所引入的缺陷的傳播的影響，而壓縮應力最小化了缺陷穿透第一壓縮層120的深度d1 及第二壓縮層122的深度d2 的可能性。
因此，提供了一種方法，該方法強化上文所述的玻璃，使得該等玻璃能夠抵抗很大的彎曲應力及經由離子交換實現高的峰值壓縮應力。將包括上文所述的鹼鋁酸鹽玻璃的玻璃製品浸入在離子交換介質（例如熔融鹽浴、糊劑等等）中。離子交換介質包括至少一種鉀鹽，其中該至少一種鉀鹽包括約50重量百分比或更多的離子交換介質。在浸入之前，該方法可以包括以下步驟：藉由本領域中習知的彼等手段來形成玻璃製品，例如但不限於熔融拉製、軋製、溢流拉製、狹槽形成、上拉製、或浮製。此外，玻璃製品一旦形成，就可以在浸入在離子交換介質中之前經受玻璃製品的1011 泊溫度下的熱處理。在浸入在離子交換介質中的期間，玻璃製品在範圍從約350℃到約480℃（例如從約350℃到到約475℃、或從約350℃到約470℃、或從約350℃到約460℃、或從約350℃到約450℃、或從約350℃到約440℃、或從約350℃到約430℃）的預定溫度下在離子交換介質中進行離子交換達範圍從約1小時到約24小時的預定時段，以實現從表面延伸到DOL的離子濃度及從表面延伸到DOC的壓縮層。壓縮層的峰值壓縮應力（其中在一些實施例中，峰值壓縮應力位於離子交換的玻璃製品的表面處）為約1000 MPa或更大，或在一些實施例中為約1050 MPa或更大，或在一些實施例中為約1100 MPa或更大，或在又其他的實施例中為約1200 MPa或更大，且高達約1500 MPa。
可以藉由離子交換來實現的高的峰值壓縮應力提供了針對給定的玻璃厚度將玻璃彎曲到較緊緻（即較小）的彎曲半徑的能力。高的峰值壓縮應力允許玻璃保持淨壓縮，且因此在玻璃經受圍繞緊緻半徑彎曲時能容納表面缺陷。近表面缺陷在它們被容納在此淨壓縮下或有效表面壓縮層內時不能延伸達到失效。
圖2是在彎曲誘發的應力下的離子交換的玻璃片的示意橫截面圖。在彎曲到彎曲半徑R （其為圖2中的厚度t 與內半徑r 的總和）時，離子交換的玻璃片100的外表面110a經受來自彎曲的張應力，這使得外表面110a上的DOC減少到有效DOC，而內表面112a經受來自彎曲的額外的壓縮應力。外表面110a上的有效DOC隨著彎曲半徑增加而增加且隨著彎曲半徑減少而減少（在曲率中心位於與外表面110a相對的側時，如圖2中所示）。在離子交換時，本文中所述的玻璃可以在約25℃及50%的相對濕度下耐得住（在不破碎的情況下耐得住）3 mm的彎曲半徑（即R = 3 mm）達60分鐘。在一些實施例中，在相同的環境條件下達相同的持續時間的情況下，本文中所述的玻璃可以耐得住（在不破碎的情況下耐得住）4 mm的彎曲半徑（即R = 4 mm）。在又其他的實施例中，在相同的環境條件下達相同的持續時間的情況下，本文中所述的玻璃可以耐得住（在不破碎的情況下耐得住）5 mm的彎曲半徑（即R = 5 mm）。
表格3列出針對表格1中所列出的試樣在離子交換之後所量測到的峰值CS及DOL。1 mm厚度且分別具有表格1及2中所描述的示例的組成及物理性質的玻璃試件在KNO3 浴中在410℃下離子交換達2小時或6小時中的任一者。玻璃試件在1011 泊（P）溫度下熱處理且在兩分鐘內快速淬火到室溫，以在離子交換之前將假想溫度設定到約1011 P黏度溫度。這樣做是為了設定假想溫度以表示熔融拉製片材的熱歷史。在經受離子交換時，本文中所述的玻璃具有壓縮層，該壓縮層的峰值壓縮應力CS為約1000 MPa或更大，在一些實施例中為約1050 MPa或更大，或在其他的實施例中為約1100 MPa或更大，或在又其他的實施例中為約1200 MPa或更大、高達約1300 MPa、或高達約1350 MPa、或高達約1400 MPa、或高達約1450 MPa、或高達約1500 MPa。本文中所述的玻璃可以連同上述的峰值CS值一起實現從約4 μm到約40 μm（例如從約4 μm、或約5 μm、或約6 μm、或約7 μm、或約8 μm、或約9 μm、或約10 μm、或約11 μm、或約12 μm、或約13 μm、或約14 μm、或約15 μm高達約40 μm、或約35 μm、或約30 μm、或約25 μm、或約24 μm、或約23 μm、或約22 μm、或約21 μm、或約20 μm）的鉀離子DOL。在玻璃包括鋰（Li2 O）的彼等實施例中，玻璃可以被離子交換到與上文剛剛描述的CS及DOL實質相同的峰值CS及DOC，例如在離子交換包括僅將鉀離子交換到玻璃中的步驟時，因為在僅將鉀離子交換到玻璃中時，DOL及DOC是實質相同的。進一步地，在玻璃包括鋰（Li2 O）且離子交換包括將鉀及鈉離子交換到玻璃中的步驟的彼等實施例中，類似的峰值CS值可以用類似的鉀DOL值獲得及/或進一步可以實現大於100 μm（例如大於110 μm、大於120 μm、大於130 μm、大於140 μm、大於150 μm、或大於10%的厚度、或大於11%的厚度、或大於12%的厚度、或大於13%的厚度、或大於14%的厚度、或大於15%的厚度、或大於16%的厚度、或大於17%的厚度、或大於18%的厚度、高達約24%的厚度）的DOC。 表格3。針對1 mm厚的試樣在100重量百分比的KNO3 的熔融鹽浴中在410℃下進行離子交換分別達2及6小時之後量測壓縮應力（CS）及DOL，該等試樣具有表格1中所列出的組成。
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Figure 108127376-A0304-0017
Figure 108127376-A0304-0018
Figure 108127376-A0304-0019
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以下示例說明本揭示內容的特徵及優點，且絕不旨在將本揭示內容限於該等示例。 示例1
具有本揭示內容中所描述的組成（表格1-3中的示例29）及物理性質的玻璃試樣在三種單獨的熔融鹽浴中進行離子交換：一種離子交換浴，含有100重量百分比的KNO3 （表格4a）；第二離子交換浴，含有50重量百分比的KNO3 及50重量百分比的KaNO3 （表格4b）；及第三浴，含有75重量百分比KNO3 及25重量百分比的NaNO3 （表格4b）。表格4a-4c中列出了對於1 mm厚的玻璃試樣進行的該等離子交換實驗的結果。在試樣是在混合的KNO3 /NaNO3 浴中進行離子交換時獲得的結果展示了以下能力：將本文中所述的含鋰玻璃離子交換到獲得與其他示例一致的DOL，但DOC深得多。例如，表格4a示例具有約4 μm到約15 μm的數量級的DOL及DOC（其中DOC與此些情況的DOL實質相同，因為在熔融鹽浴中僅使用KNO3 ）。另一方面，在試樣是在混合的KNO3 /NaNO3 浴中進行離子交換時，表格4b及4c示出約6 μm到約8 μm的數量級的DOL及約160 μm到約170 μm的數量級的DOC（1 mm的厚度的16%或17%倍）。進一步地，使用具有較高百分比的KNO3 的浴，玻璃試樣實現了與較低百分比的KNO3 浴類似的DOL及DOC，但是能夠實現較高的CS。在一些實施例中，700 MPa的數量級的CS可以是有用的。 表格4a。針對1 mm厚的玻璃獲得的離子交換資料，該玻璃具有示例29（表格1）的組成及約712℃的假想溫度。玻璃試樣在100重量百分比的KNO3 的熔融鹽浴中在410℃或370℃下進行離子交換。
Figure 108127376-A0304-0022
 表格4b。針對1 mm厚的玻璃獲得的離子交換資料，該玻璃具有示例29（表格1）的組成及約712℃的假想溫度。玻璃在50重量百分比的KNO3 及50重量百分比的NaNO3 的熔融鹽浴中在380℃下進行離子交換。
Figure 108127376-A0304-0023
 表格4c。針對1 mm厚的玻璃獲得的離子交換資料，該玻璃具有示例29（表格1）的組成及約712℃的假想溫度。玻璃在75重量百分比的KNO3 及25重量百分比的NaNO3 的熔融鹽浴中在380℃下進行離子交換。
Figure 108127376-A0304-0024
 示例2
具有100 µm的厚度及表格1中所列出的示例29的組成的試樣在包括100重量百分比的KNO3 的熔融鹽浴中在410℃下進行離子交換達6小時，且輕蝕刻之前及之後的壓縮應力示於表格5中。具有100 µm、75 µm、及50 µm的厚度的GORILLA GLASS 2®試樣（組成：70莫耳百分比的SiO2 、10莫耳百分比的Al2 O3 、15莫耳百分比的Na2 O、及5莫耳百分比的MgO）在包括100重量百分比的KNO3 的熔融鹽浴中在410℃下進行離子交換達1小時，且輕蝕刻之前及之後的壓縮應力示於表格5中。
在一些情況下，將輕蝕刻施用於離子交換之後的試樣，以移除製程誘發的損傷。輕蝕刻包括酸，該酸包括含有氟化物的含水處理介質，該介質含有選自由以下項目所組成的群組的至少一種活性玻璃蝕刻化合物：HF、HF與HCL、H2 NO3 、及H2 SO4 中的一或更多者的組合、二氟化銨、二氟化鈉等等。在一個具體的示例中，酸性水溶液由5體積百分比的HF（48%）及5體積百分比的H2 SO4 組成。將蝕刻過程描述於John Frederick Bayne等人的在2014年11月18日所公告且標題為「Impact-Damage-Resistant Glass Sheet」的第8,889,254號的美國專利中，該文獻的整體內容以引用方式併入本文中。因此，根據表格5中的結果，顯示可以對本文中所揭露的玻璃執行此類輕蝕刻過程且仍然使得彼等玻璃保留足量的壓縮應力（在一些實施例中，CS大於或等於1000 MPa，且在其他的實施例中，CS大於由先前的玻璃組成（例如GORILLA GLASS 2®）所獲得的CS）。
更具體而言，如從表格5中的結果可以看出的，可以將具有示例29組成的玻璃離子交換以實現與用GORILLA GLASS 2®實現的壓縮應力相比明顯更大的壓縮應力。考慮到在這些條件下進行離子交換的類似玻璃的行為，此結果是出乎意料的。並且，表格5顯示，本揭示內容的玻璃適於在薄的玻璃（例如具有從約25 μm到約125 μm、從約30 μm到約120 μm、從約35 μm到約115 μm、從約40 μm到約110 μm、從約45 μm到約105 μm、從約50 μm到約100 μm、從約50 μm到約75 μm、或從約75 μm到約100 μm的厚度的玻璃）中實現高的CS值。 表格5。康寧GORILLA GLASS 2®的試樣及具有示例29（表格1）的組成的玻璃在100重量百分比的KNO3 的熔融鹽浴中在410℃下進行離子交換達6小時之後的壓縮應力。
Figure 108127376-A0304-0025
 示例3
本文中所述的玻璃內的緊密堆積的網路允許實現高壓縮應力。圖3中針對1 mm厚的GORILLA GLASS 2®試樣（方形資料點）以及本文中所述的玻璃中的一者（表格1-3中的示例29，菱形資料點）示出了在410℃下在包括約100重量百分比的KNO3 的熔融鹽浴中進行離子交換達1、2、3、4、5、6、8、及16小時之後從表面進入玻璃厚度的各種深度處的壓縮應力。例如，點302是針對交換達6小時的示例29玻璃的試樣，且該試樣實現了1291的峰值CS及15.3微米的DOL，而點304是針對交換達1小時的GORILLA GLASS 2®試樣，且該試樣實現了988的峰值CS及15.8 μm的DOL。因此，對於約15 µm的相同DOL而言，具有示例29組成的玻璃展現了比針對GORILLA GLASS 2®試樣所觀察到的彼等峰值壓縮應力大300 MPa或更大的峰值壓縮應力。在約15 µm到20 µm的相同DOL範圍內，具有示例29組成的玻璃展現了比針對GORILLA GLASS 2®試樣所觀察到的彼等峰值壓縮應力大200 MPa或更大的峰值壓縮應力。雖然示例29試樣的CS比具有相同DOL的GORILLA GLASS 2®的CS高，但獲得相同DOL的時間對於示例29試樣而言較長。增加的處理時間可能是由於玻璃內的緊密堆積網路，這可能導致離子擴散性減少。然而，在一些實施例中，增加CS的益處勝過來自減少的離子擴散性的較長處理時間。 示例4
具有1 mm的厚度及表格1中的示例42的組成（具有最高的鋰含量）的玻璃的試樣經受如下文在表格6中所闡述的各種離子交換條件，包括兩步驟離子交換過程。表格6中也闡述了所得的性質。因為示例42試樣具有高鋰含量，預期該試樣（依據此揭示內容的原理）具有高的楊氏模量及斷裂韌性。進一步地，預期這些試樣的DOC將是在厚度的15%到20%的範圍中。 表格6。具有示例42（表格1）的組成的玻璃的離子交換條件及生成的性質。
Figure 108127376-A0304-0026
可以將本文中所揭露的強化玻璃合併到另一個製品中，例如具有顯示器（或顯示製品）（例如消費電子設備，包括行動電話、平板電腦、電腦、導航系統、可穿戴式設備（例如手錶）等等）的製品、建築製品、運輸製品（例如汽車、火車、飛機、航海器等等）、電器製品、或可以受益於某種透明度、抗刮性、抗磨性、或上述項目的組合的任何製品。合併本文中所揭露的強化玻璃中的任一者的示例性製品示於圖4A及4B中。具體而言，圖4A及4B示出了消費電子設備400，該消費電子設備包括：殼體402，具有前表面404、後表面406、及側表面408；電元件（未示出），至少部分地位在殼體內部或全部在殼體內，且包括控制器、記憶體、及位在殼體的前表面處或附近的顯示器410；及覆蓋基板412，位在殼體的前表面處或上方，使其位在顯示器上方。在一些實施例中，覆蓋基板412、或殼體402的一部分中的至少一者可以包括本文中所揭露的強化玻璃中的任一者。覆蓋玻璃及/或殼體具有從約0.4 mm到約4 mm的厚度，且在化學強化時，具有約1000 MPa或更大、或約1050 MPa或更大、或約1100 MPa或更大、或約1200 MPa或更大、或約1250 MPa或更大高達約1300 MPa、或高達約1350 MPa、或高達約1400 MPa、或高達約1450 MPa、或高達約1500 MPa的峰值壓縮應力。
雖然已經為了說明的目的闡述了典型的實施例，但不應將上述說明視為本揭示內容或隨附請求項的範圍的限制。因此，在不脫離本揭示內容或隨附請求項的精神及範圍的情況下，本領域中的技術人員可以想到各種變體、調適、及替代方案。
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 302:點 304:點 400:消費電子設備 402:殼體 404:前表面 406:後表面 408:側表面 410:顯示器 412:覆蓋基板 110a:外表面 112a:內表面 d1:深度 d2:深度 r:內半徑 R:彎曲半徑 t:厚度
圖1是離子交換的玻璃片的示意橫截面圖；
圖2是在彎曲誘發的應力下的離子交換的玻璃片的示意橫截面圖；及
圖3是壓縮應力與鉀離子的層深（DOL）的關係圖，該等數據是針對在100% KNO3 的熔融鹽浴中在410℃下進行離子交換達範圍從1小時到16小時的時間之後的離子交換的玻璃試樣量測到的。
圖4A是合併本文中所揭露的強化玻璃中的任一者的示例性電子設備的平面圖。
圖4B是圖4A的示例性電子設備的透視圖。
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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
d1:深度
d2:深度
t:厚度

Claims (15)

  1. 一種鹼鋁矽酸鹽玻璃，包括： a. 約17莫耳百分比或更多的Al2 O3 ； b. Na2 O； c. MgO；及 d. CaO，其中Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 21莫耳百分比，其中RO（莫耳百分比） = MgO（莫耳百分比） + CaO（莫耳百分比） + ZnO（莫耳百分比），其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃實質不含SrO、BaO、B2 O3 、P2 O5 、及K2 O中的每一者，且其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃是可離子交換的。
  2. 如請求項1所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括高達約4 mm的一厚度，且可離子交換以實現一壓縮層，該壓縮層從該鹼鋁矽酸鹽玻璃的一表面延伸到一DOC且包括約1000 MPa或更大的一峰值壓縮應力。
  3. 如請求項2所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃在保持在約25℃及約50%的相對濕度下及以下項目中的至少一者的一彎曲半徑下達60分鐘時無失效：5 mm；4 mm；或3 mm。
  4. 如請求項1所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，更包括Li2 O，且其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括在從約80 GPa到約90 GPa的一範圍中的一楊氏模量，且其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃可離子交換以實現從一表面延伸到厚度的約10%或更大的一DO的一壓縮層。
  5. 如請求項1-4中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，更包括ZnO。
  6. 如請求項1-4中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中CaO（莫耳百分比）/RO（莫耳百分比） > 0.4。
  7. 如請求項1-4中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括在從約5 kP到約200 kP的一範圍中的一液相線黏度。
  8. 如請求項1-4中的任一者所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃，其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括：從約52莫耳百分比到約61莫耳百分比的SiO2 ；從約17莫耳百分比到約23莫耳百分比的Al2 O3 ；從0莫耳百分比到約7莫耳百分比的Li2 O；從約9莫耳百分比到約20莫耳百分比的Na2 O；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的MgO；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的CaO；及從大於0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO。
  9. 一種離子交換的玻璃，其中該離子交換的玻璃是一鹼鋁矽酸鹽玻璃，該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括： a. 約17莫耳百分比或更多的Al2 O3 ； b. Na2 O； c. MgO；及 d. CaO，其中Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 21莫耳百分比，其中RO（莫耳百分比） = MgO（莫耳百分比） + CaO（莫耳百分比） + ZnO（莫耳百分比），其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃實質不含SrO、BaO、B2 O3 、P2 O5 、及K2 O中的每一者，且其中該離子交換的玻璃包括高達約4 mm的一厚度、包括從該離子交換的玻璃的一表面延伸到一DOC的一壓縮層、且包括約1000 MPa或更大的一峰值壓縮應力。
  10. 如請求項9所述的離子交換的玻璃，其中： 該離子交換的玻璃包括高達約100 µm的一厚度； 該離子交換的玻璃在保持在約25℃及約50%的相對濕度下及以下項目中的至少一者的一彎曲半徑下達60分鐘時無失效：5 mm；4 mm；或3 mm；及 該峰值壓縮應力小於或等於約1500 MPa。
  11. 如請求項9所述的離子交換的玻璃，其中該離子交換的玻璃更包括Li2 O，且其中該DOC為厚度的約10%或更大，且其中該離子交換的玻璃包括從約4微米到約40微米的一鉀離子層深。
  12. 如請求項9-11中的任一者所述的離子交換的玻璃，其中該離子交換的玻璃包括：從約52莫耳百分比到約61莫耳百分比的SiO2 ；從約17莫耳百分比到約23莫耳百分比的Al2 O3 ；從0莫耳百分比到約7莫耳百分比的Li2 O；從約9莫耳百分比到約20莫耳百分比的Na2 O；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的MgO；從大於0莫耳百分比到約5莫耳百分比的CaO；及從大於0莫耳百分比到約2莫耳百分比的ZnO。
  13. 如請求項9-11中的任一者所述的離子交換的玻璃，其中該離子交換的玻璃形成一柔性顯示器的至少一部分。
  14. 一種強化一玻璃的方法，該方法包括以下步驟： a. 將一玻璃製品浸入在一離子交換介質中，該離子交換介質包括至少一種鉀鹽，其中該至少一種鉀鹽包括該離子交換介質的約50重量百分比，其中該玻璃製品包括一鹼鋁矽酸鹽玻璃，該鹼鋁矽酸鹽玻璃包括約17莫耳百分比或更多的Al2 O3 及非零量的Na2 O、MgO、及CaO，其中Al2 O3 （莫耳百分比） + RO（莫耳百分比） ≥ 21莫耳百分比，其中RO（莫耳百分比） = MgO（莫耳百分比） + CaO（莫耳百分比） + ZnO（莫耳百分比），且其中該鹼鋁矽酸鹽玻璃實質不含SrO、BaO、B2 O3 、P2 O5 、及K2 O中的每一者；及 b. 將該玻璃製品在浸入在該離子交換介質中的同時在從約350℃到約480℃的一範圍中的一預定溫度下進行離子交換達在從約1小時到約24小時的一範圍中的一預定時段，以實現一壓縮層，該壓縮層從一表面延伸到一DOC且包括約1000 MPa或更大的一峰值壓縮應力。
  15. 如請求項14所述的方法，更包括以下步驟：將該玻璃製品加熱到該玻璃製品的1011 P溫度，且在將該玻璃製品浸入在該離子交換介質中之前將加熱的該玻璃製品淬火到室溫。
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