TW202012338A - 具有特定倒角形狀和高強度的超薄玻璃 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種化學鋼化的玻璃製品(1)，其具有：等於或小於0.4mm的厚度(t)；第一表面(2)和第二表面(3)；由至少100MPa的壓縮應力(CS)限定的壓縮應力區域；至少一個邊緣(4)，其連接第一表面(2)和第二表面(3)，其中所述至少一個邊緣(4)具有至少一個倒角(5)，該倒角(5)具有倒角寬度(A)和倒角高度(B)。為了提高玻璃製品(1)的彎曲強度，建議倒角(5)的倒角寬度/倒角高度(A/B)的比率在1.5-20之間，並且倒角(5)的倒角寬度/玻璃厚度(A/t)的比率至少為0.5。
Description
本發明涉及一種化學鋼化的玻璃製品，其具有：等於或小於0.4mm的厚度；第一表面；第二表面；壓縮應力區域，其由至少100MPa的壓縮應力限定；以及至少一個倒角的邊緣，其連接第一表面和第二表面。本發明還涉及該化學鋼化的玻璃製品在如下應用中作為柔性通用平面的用途：柔性和印刷電子產品、觸控板傳感器、指紋傳感器、薄膜電池基板、移動電子設備、半導體中介層(interposer)、柔性和可彎曲顯示器、太陽能電池或有必要結合高化學穩定性、溫度穩定性、低透氣性、柔性和低厚度的其它應用。除了消費者和工業電子產品之外，所述發明還可以用於工業生產或計量學中的保護應用。
具有不同組成的薄玻璃是適用於許多應用的基底材料，其中透明度、高耐化學性和耐熱性以及限定的化學和物理特性是重要的。例如，無鹼玻璃可用於顯示面板和用作晶片形式的電子封裝材料。含鹼矽酸鹽玻璃用於過濾器塗層基板、觸摸傳感器基板和指紋傳感器模塊蓋板。
鋁矽酸鹽(AS)玻璃、鋰鋁矽酸鹽(LAS)玻璃、硼矽酸鹽玻璃和鈉鈣玻璃廣泛用於諸如指紋傳感器(FPS)蓋板、保護蓋板 和顯示器蓋板的應用。在這些應用中，通常將玻璃進行化學鋼化以獲得高機械強度，這通過特殊測試來確定，例如2點彎曲法(2PB)、落球法(ball drop)、落筆法(pen drop)、耐尖銳衝擊法、耐尖銳接觸法和耐劃傷法等。
化學鋼化是一種眾所周知的提高玻璃強度的方法，所述玻璃例如鈉鈣玻璃或鋁矽酸鹽(AS)玻璃或鋰鋁矽酸鹽(LAS)玻璃或硼矽酸鹽玻璃等用作例如顯示器應用的蓋板玻璃。在這種情況下，表面壓縮應力(CS)通常在100MPa和1,000MPa之間，並且離子交換層的深度通常大於30μm，較佳大於40μm。對於運輸或航空中的安全保護應用，AS玻璃可以具有大於100μm的交換層。通常，具有高CS和高DoL的玻璃是所有這些應用的目標，並且玻璃的厚度通常在約0.5mm至10mm的範圍內。
目前，對產品新功能和更廣泛應用領域的持續需求要求玻璃基板更薄更輕，同時還具有高強度和柔性。超薄玻璃(UTG)通常應用的領域是精細電子設備的保護蓋板，即柔性和可折疊顯示器等。目前，對產品新功能的日益增長的需求以及開發新的和廣泛的應用需要更薄更輕並具有諸如柔性的新特性的玻璃基板。由於UTG的柔性，這種玻璃已被研發用於設備的蓋板玻璃和顯示器，所述設備例如智能手機、平板電腦、手錶和其他可穿戴設備。這種玻璃還可以用作指紋傳感器模塊的蓋板玻璃和相機鏡頭蓋板。
然而，如果玻璃片要薄於0.5mm，則處理將變得越來越困難，主要是由於玻璃邊緣處的裂縫和碎屑等缺陷導致破裂。而且，整體機械強度(即，反映在彎曲強度或衝擊強度上)將顯著降低。通常較厚玻璃的邊緣可以通過CNC(計算機數控)磨削來去除缺 陷，但是，機械磨削幾乎不適用於厚度小於0.3mm的超薄玻璃。邊緣蝕刻可以是對超薄玻璃去除缺陷的一種解決方案，但薄玻璃片的柔性仍然受到玻璃本身的低彎曲強度的限制。因此，玻璃的強化對於薄玻璃非常重要。然而，對超薄玻璃的強化總是伴隨著由於玻璃的高中心拉伸應力而導致自破裂的風險。
通常，<0.5mm厚的扁平超薄玻璃可以通過直接熱成型方法生產，例如下拉，溢流熔融或特殊浮法。再拉法也是可行的。與通過化學或物理方法(例如通過磨削和拋光而製備的)後處理的薄玻璃相比，直接熱成型的薄玻璃具有更好的表面均勻性和表面粗糙度，因為表面是從高溫熔融狀態冷卻到室溫的。下拉法可用於生產薄於0.3mm或甚至薄於0.1mm的玻璃，例如鋁矽酸鹽玻璃、鋰鋁矽酸鹽玻璃、鹼金屬硼矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃或無鹼鋁硼矽酸鹽玻璃。
一些發明已經描述了UTG的化學鋼化。US2015183680描述了<0.4mm玻璃的鋼化，其具有受限的中心張力範圍並且DoL>30μm。然而，DoL>30μm會導致超薄鋼化玻璃的脆性和自破裂等問題。此外，在該專利申請中沒有示出如何製備<0.4mm厚度的玻璃。WO2014036267要求保護的玻璃的壓縮應力和層深的乘積應大於21000μm．MPa以具有高抗彎強度，然而這種高CS和DoL並不應用於超薄玻璃。
US20100279067和WO2016186936要求保護沒有明顯倒角的邊緣可以帶來玻璃的高強度。相反，WO2015095089描述了一種激光加工方法，在玻璃邊緣上獲得倒角以減小尖銳邊緣上的應力集中。US20130288010給出了一些實例，通過控制倒角的角度 來提高0.1至3mm厚度的鋼化玻璃的強度，並且將邊緣磨削成特定形狀。US8110279給出了一種通過機械地使2mm厚玻璃的邊緣和表面之間的倒角角度變圓來改善玻璃的邊緣強度的方法。
本發明的目的是提供一種化學鋼化的玻璃製品，其厚度至多為0.4mm，並具有改進的彎曲強度。另一個目的是找到一種預測鋼化超薄玻璃製品的彎曲強度和彎曲半徑的方法。
玻璃製品：玻璃製品可以是任何尺寸。例如，它可以是卷起的長超薄玻璃帶(玻璃卷)或從玻璃卷或單獨的玻璃片或單個小玻璃製品(如FPS或顯示器蓋板玻璃)等切下的單個較小的玻璃部件等。
超薄玻璃：在本發明的目的中，超薄玻璃是厚度等於或小於0.4mm的玻璃，較佳等於或小於0.14mm，特佳等於或小於0.1mm。
厚度(t)：玻璃製品的厚度是待測樣品厚度的算術平均值。
壓縮應力(CS)：在玻璃表面層上進行離子交換後玻璃網絡中誘導的壓縮。這種壓縮不能通過玻璃變形釋放並且作為應力持續。可商購的試驗機如FSM6000(日本東京的Luceo公司)可以通過波導機構測量CS。
層深(DoL)：離子交換層的厚度，玻璃中存在CS的區域。可商購的試驗機如FSM6000(日本東京的Luceo公司)可以通過波導原理測量DoL。
中心張力(CT)：當在單個玻璃片的一側或兩側誘導 CS時，為了根據牛頓第三定律平衡應力，必須在玻璃的中心區域引起拉伸應力，並且其稱為中心張力。可以從測量的CS和DoL計算CT。
平均粗糙度(Ra)：表面紋理的量度，其通過真實表面與其理想形式的垂直偏差來量化。通常，幅度參數基於粗糙度輪廓與平均線的垂直偏差來表示表面特性。Ra是這些垂直偏差的絕對值的算術平均值。
彎曲強度(BS)：超薄玻璃的彎曲強度通過2點彎曲法測量，其中一塊超薄玻璃放置在兩個平行板之間，並且兩個板平行地彼此靠近直到玻璃破裂，並且記錄破裂時兩板之間的距離。
彎曲強度通過以下公式計算：
。
其中σ是測試的超薄玻璃表面的一部分接觸兩個壓板的表面時的彎曲強度。在試驗中，仔細選擇樣品的長度以確保在破裂時玻璃表面在2點彎曲時與頂板和底板表面接觸，否則彎曲強度不能通過上述公式計算。t是玻璃厚度，E是玻璃的楊氏模量，d是破裂時兩塊板之間的距離，v是玻璃的帕松比(Poisson ration)。
通過在室溫約20℃和相對濕度約50%時在小樣品上使用UTM(通用試驗機)測定彎曲強度。玻璃製品進入彎曲位置，其相對的兩端位於兩個平行板(鋼板)之間。然後，兩板之間的距離連續降低，使得玻璃製品的彎曲半徑減小直至破裂，其中加載速度為60mm/min。當由UTM軟件的信號確定超薄玻璃製品扭曲或損壞或破裂成兩塊或幾塊時，記錄兩板之間的距離。從該距離計算出破裂時玻璃製品的相應彎曲半徑，因此可以計算彎曲強度。
破裂彎曲半徑(BBR)：破裂彎曲半徑(以mm給出)是玻璃製品在扭曲或損壞或破裂之前達到最大偏轉的彎曲位置處的弧形的最小半徑(r)。它被測量為玻璃材料彎曲位置處的內部曲率。半徑越小意味著玻璃的柔性和撓曲性越大。彎曲半徑是取決於玻璃厚度、楊氏模量和玻璃強度的參數。化學鋼化超薄玻璃具有非常小的厚度、低楊氏模量和高強度。所有這三個因素都有助於降低彎曲半徑和提高柔性。BBR可以根據彎曲強度計算：
或
。
根據本發明的一個態樣，一種化學鋼化的玻璃製品，其具有：等於或小於0.4mm的厚度(t)；第一表面和與第一表面相對的第二表面；壓縮應力區域，其由至少100Mpa的壓縮應力(CS)限定；以及至少一個邊緣，其連接第一表面和第二表面，其中所述至少一個邊緣具有至少一個倒角，該倒角具有倒角寬度(A)和倒角高度(B)。倒角的倒角寬度/倒角高度的比率(A/B)在1.5-20之間，該倒角的倒角寬度/玻璃厚度的比率(A/t)為至少0.5。在本發明的上下文中，倒角可以是傾斜平面或彎曲表面。
根據本發明的這種玻璃製品具有改進的彎曲強度。令人驚奇地發現，無論玻璃類型如何，本發明關於邊緣形狀的特徵，即比率A/B和A/t，對超薄玻璃製品的彎曲強度性能具有強烈影響。與試圖通過優化邊緣曲率來改善UTG性能的現有技術相比，發明人已經發現，本發明給定的比率對於生成薄玻璃製品的高彎曲強度非常重要。壓縮應力(由化學鋼化引起)和邊緣幾何形狀的創造性組合將玻璃製品的彎曲強度提高到非常高的範圍。
根據本發明的超薄玻璃製品的厚度等於或小於400μm，較佳小於或等於330μm，亦較佳小於或等於250μm，進一步較佳小於或等於210μm，較佳小於或等於180μm，亦較佳小於或等於150μm，更佳小於或等於130μm。特別較佳的具體例的厚度小於或等於100μm，更佳小於或等於80μm，更佳小於或等於75μm，更佳小於或等於70μm，更佳小於或等於65μm，更佳小於或等於60μm，更佳小於或等於55μm，進一步較佳小於或等於50μm，更佳小於或等於45μm，更佳小於或等於40μm，更佳小於或等於35μm，進一步較佳小於或等於30μm，更佳小於或等於25μm，更佳小於或等於20μm，甚至較佳小於或等於10μm。如上所述，這種特別薄的玻璃製品可期望用於各種應用。特別是，薄的厚度賦予玻璃柔性。厚度可以為至少5μm。
根據本發明的比率A/B在
1.5至20的範圍內。本發明人驚奇地發現，如果比率變高，則彎曲強度大大增加。因此，比率A/B的有利下限可以>1.5，較佳
1.75，較佳
2.0，亦較佳
2.25，較佳
2.5，更佳
2.75，更佳
3.0，亦較佳
3.25，進一步較佳
3.5，亦較佳
3.75，較佳
4.0。然而，太高的比率A/B無助於進一步提高彎曲強度。因此，比率A/B最多為20。比率A/B的有利上限可以
19，較佳
18，較佳
17，較佳
16，較佳
15，較佳
14，較佳
13，較佳
12，較佳
11，較佳
10，較佳
9，較佳
8。比率A/B的有利範圍可以是1.5至20、1.5至15、2至10、3至8或4至8。
根據一個有利的具體例，化學鋼化的玻璃製品的至少一個邊緣具有：朝向第一表面的第一倒角，其具有比率A/B；和朝向第二表面的第二倒角，其具有比率A'/B'。因此，玻璃製品在兩 側都被倒角。該特徵提高了彎曲強度，尤其是當第一倒角和第二倒角在玻璃製品的兩側基本上對稱時。在本發明的有利變體中，A/B和A'/B'之間的差小於30%，較佳小於20%，亦較佳小於10%。這有助於進一步改善玻璃製品的彎曲性能。
另外，發明人已經發現，如果倒角寬度/玻璃厚度(A/t)的比率
0.5，較佳>0.5，則會提高彎曲強度。在一個有利的具體例中，比率A/t>0.6，較佳>0.7，更佳>0.8，亦較佳>0.9，亦較佳>1.0，進一步較佳>1.1，亦較佳>1.2。一些變體的比率A/t較佳>1.3，亦較佳>1.4，進一步較佳>1.5。
根據本發明的玻璃製品的表面壓縮應力(CS)為至少100MPa。CS較佳高於200MPa，更佳高於300MPa，更佳高於400MPa，更佳高於500MPa，更佳高於600MPa。根據本發明的較佳具體例，CS等於或更佳高於700MPa，更佳高於800MPa，更佳高於900MPa，進一步較佳高於1000MPa。然而，CS不應該非常高，否則玻璃可能易於自破裂。較佳地，CS等於或低於2000MPa，較佳等於或低於1600MPa，有利地等於或低於1500MPa，更佳等於或低於1400MPa。一些有利變體中，甚至CS等於或低於1300MPa或者等於或低於1200MPa。
在有利的具體例中，玻璃製品的層深(DoL)為>1μm至<40μm。較佳地，DoL
30μm，較佳
20μm。DoL較佳
3μm，較佳
5μm，較佳
7μm。關於厚度為至多100μm的超薄玻璃，較佳地，DoL
17μm，較佳
15μm，亦較佳
13μm，進一步較佳
11μm，亦較佳
10μm。
玻璃製品的僅一個表面被化學鋼化就足夠了。較佳 地，如上所述，第一表面和第二表面都是化學鋼化的，因此在玻璃製品的兩側都存在DoL。
根據本發明的化學鋼化的玻璃製品具有改進的彎曲強度(BS)。根據一個有利的具體例，玻璃製品的彎曲強度(BS)>700MPa，較佳>800MPa，較佳>900MPa，較佳>1000MPa。一些有利的變體具有的BS>1100MPa，較佳>1200MPa，亦較佳>1300MPa，進一步較佳>1400MPa。這確保了高彎曲強度和柔性。
通過本發明實現的彎曲性能的質量和數量也可以通過玻璃製品的彎曲強度(BS)與壓縮強度(CS)之間的差來描述。根據進一步較佳具體例，玻璃製品的(BS-CS)差為至少150MPa，較佳至少200MPa，更佳至少300MPa，亦較佳至少400MPa，亦較佳至少500MPa。
根據本發明的一個具體例，發明人發現當玻璃製品的平均彎曲強度(BS)高於
時，玻璃製品具有很大改善的彎曲性能，其中「a」是常數(因子)且
4，較佳
6，更佳
8，亦較佳
10。
當化學鋼化的玻璃製品的平均破裂彎曲半徑小於
時是進一步有利的，其中「a」是常數且
4，較佳
6，更佳
8，亦較佳
10。
當化學鋼化的玻璃製品具有小於
的彎曲半徑時是更有利的而且不會破裂，其中「a」是常數且
4，較佳
6，更佳
8，亦較佳
10。
通過使用UTM(萬能試驗機)在約20℃的室溫和約 50%的相對濕度下測定破裂彎曲半徑。玻璃製品進入彎曲位置，其相對端位於兩個平行板(鋼板)之間。然後降低兩板之間的距離，使得玻璃製品的彎曲半徑減小，其中加載速度為60mm/min。當超薄玻璃製品扭曲或損壞或破裂成用肉眼確定的兩塊或幾塊時，記錄兩板之間的距離。從該距離計算破裂時玻璃製品的相應彎曲半徑。這種2點彎曲試驗被調整為並且特別適用於超薄玻璃製品，並且以非常簡單的方式再現上述問題，即玻璃製品(例如FPS或觸摸顯示器或柔性顯示器)在受到載荷時彎曲。在這種情況下，對於超薄玻璃，2點彎曲方法比其他已知的彎曲強度測試(例如3點和4點彎曲測試)更可靠。
如上所述，根據本發明的化學鋼化的玻璃製品可具有完全不同的尺寸。因此，在確定彎曲強度和破裂彎曲半徑等特性的過程中，必須考慮以下因素：
在較大的玻璃製品(例如玻璃卷或大玻璃片)的情況下，測量多個樣品。為此，探用隨機樣本N值。N應該足夠高以獲得統計上確保的平均值。較佳測試至少15個，更佳至少20個，更佳至少30個樣品。樣品的數量取決於待測玻璃製品的相應尺寸。將測量值取平均值，並用平均值來表示彎曲強度。
然而，在小玻璃製品(例如單獨的小蓋板玻璃)的情況下，單次測量的彎曲強度值就足夠了並且可用來表示彎曲強度。
對於破裂彎曲半徑，可以計算平均值。為此，採用N值的隨機樣本。樣品的數量取決於待評估的玻璃製品的相應尺寸。較佳地，N應該足夠高以獲得統計上確保的平均值。較佳測試至少 20個，更佳至少30個樣品。因此，對於破裂彎曲半徑R1...RN採用N值的隨機樣本，並且對於這些隨機樣本的值，計算平均值<R>：
和方差：
。
平均破裂彎曲半徑用於表示要求保護的破裂彎曲半徑。然而，在小玻璃製品(例如單獨的小蓋板玻璃)的情況下，破裂彎曲半徑的單次測量值就足夠了並且用來代表要求保護的破裂彎曲半徑。
根據本發明玻璃製品的有利變體，邊緣具有結構化截面，該結構化截面具有多個圓形的基本上半球形的凹陷。
根據本發明的另一個有利態樣，化學鋼化的玻璃製品可以抵抗高於20mm的落筆破裂高度，在該玻璃製品上沉積或層疊有附加材料或未沉積或層疊附加材料。落筆抗性是超薄玻璃的強度的重要特徵，落筆抗性即為當重約5克並具有直徑等於或小於0.7毫米的碳化鎢球的筆垂直落到玻璃製品上時玻璃製品的抗破裂性。本發明中使用的倒角加工和幾何形狀保持了超薄玻璃的落筆性能。當將倒角加工的超薄玻璃放置在厚度為100μm的PE膜上時，落筆破裂高度高於20mm。可通過在超薄玻璃製品的表面上層疊或沉積一種以上材料來進一步改進落筆破裂高度，該材料例如金屬、陶瓷、另一層玻璃和/或聚合物。
在一個有利的具體例中，化學鋼化的玻璃製品至少在一個表面上包括有機或無機材料的塗覆層或層疊層，以改善例如抗衝擊性。合適的材料如下所述。
在一個具體例中，玻璃是含鹼玻璃，例如鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃、鹼金屬矽酸鹽玻璃、鹼金屬硼矽酸鹽玻璃、鹼金屬鋁硼 矽酸鹽玻璃、鹼金屬硼玻璃、鹼金屬鍺酸鹽玻璃、鹼金屬硼鍺酸鹽玻璃、鹼金屬鈉鈣玻璃，以及它們的組合。
從以下描述、附圖和所附申請專利範圍，本發明的這些和其他態樣將變得顯而易見。
1‧‧‧玻璃製品
2‧‧‧第一表面
3‧‧‧第二表面
4‧‧‧邊緣
5‧‧‧倒角
5'‧‧‧倒角
6‧‧‧端部截面
7‧‧‧邊界點
8‧‧‧切線
9‧‧‧凹陷
A‧‧‧倒角寬度
A'‧‧‧倒角寬度
B‧‧‧倒角高度
B'‧‧‧倒角高度
t‧‧‧厚度
以下是對附圖中的各個圖式的描述。附圖不一定按比例繪製，而是為了清楚和簡明起見，在比例上或在示意圖中被誇大地示出。
圖1是化學鋼化的玻璃製品的一部分的橫截面，顯示了根據本發明的第一示例性邊緣類型。
圖2是化學鋼化的玻璃製品的一部分的橫截面，顯示了根據本發明的第二示例性邊緣類型。
圖3是化學鋼化的玻璃製品的一部分的橫截面，顯示了根據本發明的第三示例性邊緣類型。
圖4是化學鋼化的玻璃製品的一部分的橫截面，顯示了根據本發明的第四示例性邊緣類型。
圖5是化學鋼化的玻璃製品的一部分的橫截面，顯示了根據本發明的第五示例性邊緣類型。
圖6是本發明的玻璃製品邊緣的垂直截面的光學顯微照片。
圖7是顯示比較例和工作實施例的(彎曲強度-CS)差與倒角寬度/倒角厚度比率的關係圖。
圖8是顯示比較例和工作實施例的(彎曲強度-CS)差與倒角寬度/倒角高度比率的關係圖。
在圖1至6中，以橫截面顯示了根據本發明的化學鋼化的玻璃製品的不同較佳具體例。在每種情況下，玻璃製品1具有小於0.4mm的厚度t、第一表面2、第二表面3以及至少一個邊緣4，其連接第一表面2和第二表面3。玻璃的總厚度為t。在第一表面2和邊緣4之間的連接處，存在倒角5，其具有倒角寬度A和倒角高度B。在第二表面3和邊緣4之間的連接處，存在另一個倒角5'，其具有倒角寬度A'和倒角高度B'。存在從第一表面2延伸到玻璃製品中的第一深度(DoL)的壓縮應力區域，該區域由壓縮應力(CS)限定，其中CS在第一表面處為至少100MPa。較佳地，存在從第二表面3延伸到玻璃製品中的第二深度(DoL)的壓縮應力區域，該區域由壓縮應力(CS)限定，其中CS在第二表面處為至少100MPa。玻璃製品1具有限定的倒角寬度/倒角高度的倒角比率(A/B，A'/B')以及限定的倒角寬度/玻璃厚度的比率(A/t，A'/t)。在每種情況下，倒角寬度A、A'遠高於倒角高度B、B'，因此其比率大於1。比率A/B、A'/B'
1.5-20，較佳1.5-15，較佳2-10，甚至較佳3-8，較佳4-8。倒角在兩側幾乎對稱，即A/B和A'/B'之間的差小於30%、20%和10%。倒角寬度A、A'與玻璃厚度t之比>0.5，>0.6，>0.8，>1。通過這種特殊的邊緣幾何形狀，可以大大提高化學鋼化的玻璃製品的彎曲強度。
CS值和倒角形狀都會影響彎曲強度並決定彎曲半徑。超薄玻璃的平均彎曲強度高於CS+10*a*A/B-a*(A/B-1)^2+20*a*A/t，其中「a」是常數(係數)且a
4，較佳
6，較佳
8，較佳
10。發明人發現在超薄玻璃的情況下，如果實現上述參數，這種玻璃可以達到極高的彎曲強度。
圖1至5以示意性方式示出了化學鋼化的玻璃製品的部分的有利橫截面的不同圖示。這裡，倒角5、5'在兩側是對稱的，這是較佳的設計。
在每種情況下，玻璃製品1的總厚度為t。在第一表面2和邊緣4之間的連接處，存在具有寬度A和高度B的倒角5。為了限定寬度A和高度B，需要首先限定兩個表面。在圖1和2中，倒角5可以是通過使用y=f1(x)的函數表示的相對於第一表面2的傾斜平面或彎曲表面。在這些具體例中，邊緣4還包括端部截面6，其在此為垂直截面，即垂直於第一表面2和第二表面3定向的平面。在第二表面3和邊緣4之間的連接處，還有寬度為A'且高度為B'的另一個倒角5'。A或A'可以由曲線y=f1(x)在x軸上的投影長度來定義，而B或B'可以由曲線y=f1(x)在y軸上的投影長度來定義，如圖1和2所示。
在圖3中，倒角5、5'是連續的彎曲表面，邊緣4的端部截面6不包括明顯的垂直截面。倒角寬度和倒角高度的邊界點7用於定義曲線與y軸的切線8角度大於45°的位置。然後，將從第一表面2到邊界點7的曲面作為高度和寬度的基礎。然後，可以遵循結合圖1和2描述的方法確定A、A'和B、B'。
在圖4和5中，邊緣4的倒角5、5'和端部截面6都是兩個不連續的彎曲表面。兩個表面的邊界點7(或當考慮三維時為邊界線)被定義在二次微分的不等點處f1”(x)≠f2”(x)。然後，確定圖4和5中所示的倒角5、5'的寬度A和高度B時可以遵循結合圖1和2描述的方法。
比率A/B和A/t(通過上述方法確定)是更重要的並且用於評估玻璃製品的彎曲強度。較佳地，所測量的超薄玻璃製品的平均彎曲強度高於
，其中「a」是a
4，較佳
6，較佳
8，較佳
10的因子。有利地，超薄玻璃的平均破裂彎曲半徑小於
。此外，所有超薄玻璃製品有利地達到 
的彎曲半徑而沒有破裂。
通過這些標準，可以確定強化的超薄玻璃製品是否具有足夠的強度和柔性，以便在它成為產品的一部分之前用於相應的應用，這是因為較薄的玻璃對由彎曲和/或與堅硬而鋒利的物體接觸引起的破裂特別敏感。
圖6顯示了本發明的玻璃製品1的邊緣4的端部截面6的光學顯微照片。可以看出，邊緣4具有結構化的垂直截面，該截面在蝕刻之後具有多個圓形的基本上半球形的凹陷9。這種邊緣具有很高的強度。圓形結構表示特別有利的形狀，以便將在表面上發生的拉伸應力向下消散直到表面的最低點，即基本上半球形的凹陷9的最低點。這有效地抑制了表面中可能的缺陷處的裂紋生長。這種圓形的基本上半球形的凹陷9對於所有邊緣形狀可能是有利的。
使用激光切割玻璃製品可以結合隨後的蝕刻來增強這種圓形凹陷的形成。例如，可以使用超短脈衝激光器，其在待切割玻璃中輻射，該脈衝或脈衝群具有至少兩個連續激光脈衝，從而產生缺陷。使用具有將脈衝群向內輻射的突發模式的激光(即，激 光能量不是作為單個脈衝提供，而是作為一系列脈衝，這一系列脈衝以短間隔彼此跟隨並且一起形成脈衝群)可能是特別有利的，從而獲得細長的均勻缺陷，例如可以使用釹摻雜的釔鋁石榴石激光器，其波長為1064nm。在該步驟之後，切割的玻璃可以暴露於蝕刻介質，該蝕刻介質從玻璃中去除材料以在邊緣的表面中產生圓形的基本上半球形的凹陷，這可以是垂直截面和/或倒角截面。可以較佳緩慢的蝕刻工藝。合適的蝕刻介質如下所述。或者，代替使用激光切割，邊緣也可以進行機械切割，例如通過切割輪或通過在邊緣表面處產生微裂紋來切片。此外，或者通過CNC磨削邊緣表面能夠誘導這種微裂紋。在該步驟之後，可以將切割的玻璃暴露於蝕刻介質，該蝕刻介質從玻璃中去除材料以在邊緣的表面中產生圓形的基本上半球形的凹陷。
令人驚訝的是，發明人發現，超薄玻璃製品的彎曲強度與A/B、A'/B'和A/t、A'/t之間的比率高度相關，如圖7和8所示。強度(由彎曲強度(BS)和壓縮強度(CS)之間的差值表示)隨著A/B和A/t的增加而在一定範圍內幾乎線性增加。然而，還發現如果A/t太小，即使A/B非常高，超薄玻璃製品也具有相對低的強度。下面的A/B值為0意味著沒有明顯的倒角。當然，這同樣適用於比率A'/B'和A'/t。
甚至令人驚訝地發現，倒角形狀、CS和彎曲強度的關係相對獨立於玻璃類型和邊緣處理方法，玻璃是鋁矽酸鹽玻璃、鋰鋁矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、硼鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃的類型，或者邊緣通過機械磨削、刷拋光、化學蝕刻或其組合來進行處理。
玻璃或玻璃製品的切割/分離可以通過種合適的方法完成，例如通過激光、切割和通過輪劃線(scribe)、蝕刻、磨削。特殊設計的倒角形狀可以通過化學蝕刻、機械磨削、激光加工、輪切割或上述處理方法的組合來生產。在一個具體例中，倒角形狀可以在中間步驟期間形成，並且後續處理步驟僅用於減少缺陷。在另一個具體例中，可以在最後的處理步驟期間產生倒角形狀。
在一個有利具體例中，切割超薄玻璃(例如，用輪進行切割和劃線)，並且較佳地，兩個表面都塗覆有表面保護層，例如聚合物或樹脂，其防止在後面的機械邊緣磨削處理中的破裂。這種層疊超薄玻璃經CNC邊緣磨削以獲得期望的倒角幾何形狀(寬度和高度)。可選擇對邊緣/倒角進行化學蝕刻，以消除CNC邊緣磨削過程中產生的缺陷。或者，可以首先用至少一個保護層塗覆UTG，然後將其切成較小的塊。
在另一個有利具體例中，切割超薄玻璃(例如，通過輪進行切割和劃線)，並且通過聚合物或樹脂(例如環氧樹脂或PMMA膠)將若干塊UTG層疊在一起。疊層的邊緣由CNC進行機械磨削，生成堆疊在一起的無倒角的超薄玻璃。然後將疊層浸入蝕刻溶液中。靠近玻璃膠界面的蝕刻速率較快，通過仔細調整蝕刻液濃度、時間、溫度和膠的性質，可以產生具有設計形狀的倒角。
在另一個可選的有利具體例中，通過聚合物或樹脂(例如環氧樹脂或PMMA膠)將幾個較大尺寸的UTG塊層疊在一起。然後將該大尺寸的疊層通過切割(例如切割輪，激光)來分離，進行任選的CNC磨削，然後進行在上一個具體例中提到的蝕刻工藝。
在另一個有利的具體例中，將超薄玻璃圖案化成具有期望的最終形狀，並用抗蝕劑膠或薄膜進行印刷或層疊。將圖案化的超薄玻璃浸入蝕刻溶液中並蝕刻玻璃。通過調節蝕刻溶液濃度、時間、溫度，可以控制倒角形狀以達到設計的形狀。
如果施加蝕刻，則較佳使用蝕刻溶液。因此在該具體例中，進行濕法化學蝕刻。這有利於在蝕刻期間從表面除去玻璃成分。作為蝕刻溶液，酸性和鹼性溶液均可以使用。作為酸性蝕刻介質，HF、HCl、H2SO4、二氟化銨、HNO3溶液或這些酸的混合物是特別合適的。對於鹼性蝕刻介質，較佳KOH或NaOH溶液。通常使用酸性蝕刻溶液可以實現更高的材料去除速率。然而，如果僅尋求緩慢去除材料，則可以應用鹼性溶液。
為了達到良好的化學鋼化性能，玻璃應含有適量的鹼金屬離子，較佳Na2O，此外，向玻璃組成物中加入較少量的K2O也可提高化學鋼化率。此外，發現向玻璃組成物中添加Al2O3可以顯著提高玻璃的鋼化性能。
SiO2是本發明玻璃中的主要玻璃網絡形成體。另外，Al2O3、B2O3和P2O5也可用作玻璃網絡形成體。對於普通的生產方法，SiO2、B2O3和P2O5之和的含量不應低於40%。否則，玻璃片可能難以形成並且可能變脆並且透明度變差。高SiO2含量要求玻璃生產的高熔融溫度和高工作溫度，其含量通常應小於90%。在較佳具體例中，玻璃中SiO2的含量為40至75重量百分比，更佳50至70重量百分比，甚至更佳55至68重量百分比。在其他較佳具體例中，玻璃中SiO2的含量為55至69重量百分比，更佳57至66重量百分比，甚至更佳57至63重量百分比。在另一個較佳具體例 中，玻璃中SiO2的含量為60至85重量百分比，更佳63至84重量百分比，甚至更佳63至83重量百分比。在另一個進一步較佳具體例中，玻璃中SiO2的含量為40至81重量百分比，更佳50至81重量百分比，甚至更佳55至76重量百分比。將B2O3和P2O5添加到SiO2中可以改變網絡性質並降低玻璃的熔融溫度和工作溫度。此外，玻璃網絡形成體對玻璃的CTE有很大影響。
此外，玻璃網絡中的B2O3形成兩個不同的多面體結構，其更適合於來自外部的加載力。添加B2O3通常可以導致較低的熱膨脹和較低的楊氏模量，這反過來導致良好的抗熱衝擊性能和較慢的化學鋼化速度，如此可以容易地獲得低CS和低DoL。因此，在超薄玻璃中加入B2O3可以大大改善超薄玻璃的化學鋼化處理窗口，拓寬化學鋼化超薄玻璃的實際應用。在較佳具體例中，在本發明的玻璃中，B2O3的量在0至20重量百分比之間，更佳在0至18重量百分比之間，更佳在0至15重量百分比之間。在一些具體例中，B2O3的量可以為0至5重量百分比，較佳0至2重量百分比。在另一個具體例中，B2O3的量可以為5至20重量百分比，較佳5至18重量百分比。如果B2O3的量太高，則玻璃的熔點可能太高。此外，當B2O3的量太高時，化學鋼化性能降低。不含B2O3的變體可以是較佳的。
Al2O3既可用作玻璃網絡形成體，也可用作玻璃網絡改性劑。根據Al2O3的量，[AlO4]四面體和[AlO6]六面體將在玻璃網絡中形成，並且它們可以通過改變玻璃網絡內部離子交換空間的大小來調節離子交換速度。通常，該組分的含量根據各玻璃類型而變化。因此，本發明的一些玻璃較佳包含至少2重量百分比，更佳至 少10重量百分比或甚至至少15重量百分比的Al2O3。但是，如果Al2O3的含量太高，玻璃的熔融溫度和工作溫度也會很高，很容易形成結晶，使玻璃失去透明性和柔性。因此，本發明的一些玻璃較佳包含至多30重量百分比，更佳至多27重量百分比，更佳至多25重量百分比的Al2O3。一些有利的具體例可包含Al2O3的量為至多20重量百分比，較佳至多15重量百分比或至多10重量百分比，或甚至較佳至多8重量百分比，較佳至多7重量百分比，較佳至多6重量百分比，較佳至多5重量百分比。一些玻璃變體可以不含Al2O3。其他有利的玻璃變體可包含至少15重量百分比，較佳至少18重量百分比的Al2O3和/或至多25重量百分比，較佳至多23重量百分比，更佳至多22重量百分比的Al2O3。
鹼性氧化物如K2O、Na2O和Li2O用作玻璃網絡改性劑。它們可以破壞玻璃網絡並在玻璃網絡內形成非橋氧化物。添加鹼會降低玻璃的工作溫度，增加玻璃的CTE。對於化學鋼化的超薄柔性玻璃而言，鈉和鋰含量非常重要，因為Na+/Li+、Na+/K+、Li+/K+離子交換是鋼化的必要步驟，如果玻璃本身不含鹼則玻璃不會被鋼化。然而，鈉優於鋰，因為鋰可顯著降低玻璃的擴散性。因此，本發明的一些玻璃較佳包含至多7重量百分比，較佳至多5重量百分比，更佳至多4重量百分比，更佳至多2重量百分比，更佳至多1重量百分比，更佳至多0.1重量百分比的Li2O。一些較佳具體例甚至不含Li2O。根據玻璃類型，Li2O的下限可以是3重量百分比，較佳3.5重量百分比。
本發明的玻璃較佳包含Na2O，其量為至少4重量百分比，更佳至少5重量百分比，更佳至少6重量百分比，更佳至少8重 量百分比，更佳至少10重量百分比。鈉對於化學鋼化性能非常重要，因為化學鋼化較佳包括玻璃中鈉與化學鋼化介質中的鉀的離子交換。然而，鈉的含量也不應太高，因為玻璃網絡可能嚴重劣化並且玻璃可能極難形成。另一個重要因素是超薄玻璃應具有低CTE，為滿足這種要求，玻璃不應含有太多的Na2O。因此，玻璃較佳包含Na2O的量為至多30重量百分比，更佳至多28重量百分比，更佳至多27重量百分比，更佳至多25重量百分比，更佳至多20重量百分比。
本發明的玻璃可以包含K2O。然而，由於較佳通過用化學鋼化介質中的鉀離子交換玻璃中的鈉離子對玻璃進行化學鋼化，因此玻璃中過量的K2O會損害化學鋼化性能。因此，本發明的玻璃較佳包含至多10重量百分比，更佳至多8重量百分比的K2O。一些較佳具體例，K2O的含量至多7重量百分比，其他較佳具體例至多4重量百分比，更佳至多2重量百分比，更佳至多1重量百分比，更佳至多0.1重量百分比。一些較佳具體例甚至不含K2O。
但鹼含量的總量應較佳不高於35重量百分比，較佳不高於30重量百分比，更佳不高於28重量百分比，更佳不高於27重量百分比，甚至更佳不高於25重量百分比，這是由於玻璃網絡可能嚴重劣化，並且玻璃可能極難形成。一些變體包含至多16重量百分比，較佳至多14重量百分比的鹼含量。另一個重要因素是超薄玻璃應具有低CTE，為滿足這種要求，玻璃不應含有過多的鹼金屬元素。然而，如上所述，玻璃應含有鹼金屬元素以促進化學鋼化。因此，本發明的玻璃較佳含有至少2重量百分比，更佳至少3重量百分比，更佳至少4重量百分比，更佳至少5重量百分比，更佳至少6重量百分比的鹼金屬氧化物。
諸如MgO、CaO、SrO、BaO的鹼土金屬氧化物用作網絡改性劑並降低玻璃的形成溫度。可加入這些氧化物以調節玻璃的CTE和楊氏模量。鹼土金屬氧化物具有非常重要的功能，它們可以改變玻璃的折射率以滿足特殊要求。例如，MgO可以降低玻璃的折射率，BaO可以提高折射率。鹼土金屬氧化物的重量含量應較佳不高於40重量百分比，較佳不高於30重量百分比，較佳不高於25重量百分比，亦較佳不高於20重量百分比，更佳不高於15重量百分比，更佳不高於13重量百分比，更佳不高於12重量百分比。一些玻璃變體可包含至多10重量百分比，較佳至多5重量百分比，更佳至多4重量百分比的鹼土金屬氧化物。如果鹼土金屬氧化物的量太高，則化學鋼化性能可能劣化。鹼土金屬氧化物的下限可以是1重量百分比，或5重量百分比。此外，如果鹼土金屬氧化物的量太高，則可能增加結晶趨勢。一些有利的變體可以不含鹼土金屬氧化物。
玻璃中的一些過渡金屬氧化物，例如ZnO和ZrO2，具有與鹼土金屬氧化物類似的功能，並且可以包括在一些具體例中。其他過渡金屬氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2和Cr2O3，作為著色劑來製造具有特定的光學或光子功能的玻璃，例如濾色器或光轉換器。As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F也可以作為精製劑(refining agent)加入，其量為0-2重量百分比。還可以添加0至5重量百分比的稀土氧化物以向玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
以下有利的組成物是指鋼化前的不同玻璃類型。
在一個具體例中，超薄柔性玻璃是鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃，其包含指定量的以下組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可以加入0至2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0至5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
本發明的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃較佳含有指定量的下列組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
最佳地，本發明的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含指定量的 下列組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以向玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
在一個具體例中，超薄柔性玻璃是鈉鈣玻璃，其包含指定量的以下組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
本發明的鈉鈣玻璃較佳含有指定量的下列組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
本發明的鈉鈣玻璃較佳含有指定量的下列組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以向玻璃片添加磁性或光子 或光學功能。
本發明的鈉鈣玻璃較佳含有指定量的下列組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以向玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
最佳地，本發明的鈉鈣玻璃包含指定量的以下組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO，CeO2，Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還 可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
最佳地，本發明的鈉鈣玻璃包含指定量的以下組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
在一個具體例中，超薄柔性玻璃是鋰鋁矽酸鹽玻璃，其包含指定量的以下組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可以加入0至2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0至5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
本發明的鋰鋁矽酸鹽玻璃較佳包含指定量的下列組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO，NiO，V2O5，MnO2，CuO，CeO2，Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
最佳地，本發明的鋰鋁矽酸鹽玻璃包含指定量的以下組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
在一個具體例中，超薄柔性玻璃是硼矽酸鹽玻璃，其包含指定量的以下組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
本發明的硼矽酸鹽玻璃較佳包含指定量的下列組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、 CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
本發明的硼矽酸鹽玻璃較佳包含指定量的下列組分(以重量百分比wt.%計)：
任選地，可以添加著色氧化物，例如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、CuO、CeO2、Cr2O3。還可加入0-2重量百分比的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl和/或F作為精製劑。還可以添加0-5重量百分比的稀土氧化物以對玻璃片添加磁性或光子或光學功能。
通常，根據本發明的超薄玻璃可以通過由較厚的玻璃向下拋光或蝕刻來製備。這兩種方法不經濟並且導致表面質量差，表面質量例如通過Ra粗糙度來量化。
對於大規模生產，較佳直接熱成型生產，如下拉、溢流熔融法。再拉法也是有利的。這些方法經濟實惠，並且玻璃表面質量高。
強化(也稱為鋼化)，可以通過將玻璃浸入含鉀離子的溶鹽浴中或通過用鉀離子或其他含鹼金屬離子的漿料覆蓋玻璃並在高溫下加熱一定時間來完成。鹽浴或漿料中離子半徑較大的鹼金屬離子與玻璃製品中半徑較小的鹼金屬離子交換，由於離子交換而形成表面壓縮應力。
本發明的化學鋼化的玻璃製品是通過對可化學鋼化的玻璃製品進行化學鋼化而獲得的。可以通過將超薄玻璃製品浸入含有一價離子的鹽浴中以與玻璃內的鹼金屬離子交換來完成鋼化處理。鹽浴中的一價離子的半徑大於玻璃內的鹼金屬離子的半徑。由於玻璃網絡中較大的離子擠壓，在離子交換之後建立了對玻璃的壓縮應力。離子交換後，超薄玻璃的強度和柔性得到驚人和顯著的改善。此外，通過化學鋼化引起的CS改善了鋼化玻璃製品的彎曲性能，並且可以增加玻璃的耐刮擦性和抗衝擊性，使得鋼化玻璃不易被刮傷，並且Dol可以增加耐刮擦性使得玻璃即使被刮擦也不易破裂。
用於化學鋼化的最常用的鹽是含Na+或含K+的熔鹽或它們的混合物。常用的鹽是NaNO3、KNO3、NaCl、KCl、K2SO4、Na2SO4、Na2CO3和K2CO3。NaOH、KOH和其他鈉鹽或鉀鹽等添加劑也可用於在化學鋼化過程中更好地控制離子交換的速度、CS和DoL。含Ag+或含Cu2+的鹽浴可用於增加超薄玻璃的抗微生物功能。
化學鋼化不限於單個步驟。它可以包括在鹽浴中使用各種濃度的鹼金屬離子的多個步驟，以達到更好的鋼化性能。因此，根據本發明的化學鋼化的玻璃製品可以在一個步驟中或在幾個步驟(例如兩個步驟)的過程中鋼化。
根據本發明的化學鋼化的玻璃製品可以僅有一個表面(第一表面)處存在從第一表面延伸到玻璃製品中的第一深度(DoL)的壓縮應力區域，其中該區域由壓縮應力(CS)限定。在這種情況下，玻璃製品僅包括一個鋼化側面。較佳地，根據本發明的玻璃製品還包括與第一表面相對的第二表面，在第二表面處存在從第二表面延伸到玻璃製品中的第二深度(DoL)的第二壓縮應力區域，該區域由壓縮應力(CS)限定。這種較佳的玻璃製品是兩面鋼化的。
CS主要取決於玻璃的成分。較高含量的Al2O3可有助於實現更高的CS。鋼化後，超薄玻璃應具有足夠高的CS以實現高強度。因此，CS等於或大於100MPa，較佳大於100MPa，較佳大於200MPa，更佳大於300MPa，亦較佳大於400MPa，進一步較佳大於500MPa。在特別較佳具體例中，CS大於600MPa，進一步較佳大於700MPa，更佳大於800MPa。
通常，DoL取決於玻璃成分，但隨著鋼化時間和鋼化溫度的增加，它可以幾乎無限地增加。限定的DoL對於確保鋼化玻璃的穩定強度是必要的，但是當超薄玻璃製品處於壓縮應力下時，過高的DoL會增加自破裂率和強度性能，因此應較佳控制DoL。
在一些具體例中，需要裸玻璃具有高的耐尖銳接觸性，並且低DoL是較佳的。為了達到限定的低DoL，降低了鋼化溫度和/或鋼化時間。根據本發明，較低的鋼化溫度可能是較佳的，因為DoL對溫度更敏感並且在大規模生產期間容易設定更長的鋼化時間。然而，縮短鋼化時間也是可能的，以減少玻璃製品的DoL。
DoL的有利值在每種情況下取決於相應玻璃製品的玻璃組分、厚度和施加的CS。通常，根據上述有利具體例的玻璃 製品具有非常低的DoL。通過降低DoL，則CT降低。如果通過尖銳物體對這些具體例施加高衝擊力和/或壓力，則所引起的缺陷將僅在玻璃表面上。由於CT顯著減少，所引起的缺陷不能克服玻璃製品的內部強度，因此玻璃製品不會破裂成兩塊或幾塊。這種具有低DoL的玻璃製品具有改善的耐尖銳接觸性。
根據本發明的一些有利具體例，鋼化玻璃製品可具有小於或等於1000MPa的CT，更佳小於或等於700MPa的CT。較佳的是玻璃製品具有的CT小於或等於300MPa，更佳小於或等於200MPa，更佳小於或等於100MPa。一些有利具體例可具有小於或等於65MPa的CT。其他有利具體例可具有小於或等於45MPa的CT。一些變體甚至可以具有小於或等於25MPa的CT。
如上所述，CS、DoL和CT取決於玻璃組分(玻璃類型)、玻璃厚度和鋼化條件。
為了改善抗衝擊性，化學鋼化的玻璃製品較佳至少在一個表面上包含有機或無機材料的塗覆層或層疊層。
根據有利的具體例，所述鋼化玻璃製品包含至少一個層疊聚合物層，其中所述聚合物層的厚度為至少1μm，較佳至少5μm，進一步較佳至少10μm，更佳至少20μm，最佳至少40μm，以達到改善的尖銳接觸力。聚合物層的厚度的上限可以是200μm。層疊可以通過不同的已知方法進行。
在層疊的情況下，聚合物材料可例如選自由矽氧烷聚合物、溶膠-凝膠聚合物、聚碳酸酯(PC)、聚醚碸、聚丙烯酸酯、聚醯亞胺(PI)、無機氧化矽/聚合物雜化物、環烯烴共聚物、聚烯烴、矽樹脂、聚乙烯(PE)、聚丙烯、聚丙烯聚氯乙烯、聚苯乙烯、苯乙 烯-丙烯腈共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚醯胺(PA)、聚縮醛、聚苯醚、聚苯硫醚、氟化聚合物、氯化聚合物、乙烯-四氟乙烯(共聚物)(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、由四氟乙烯製成的三元共聚物、由六氟丙烯製成的三元共聚物和由偏二氟乙烯(THV)或聚氨酯製成的三元共聚物組成的群組中，或它們的混合物。可以通過任何已知方法將聚合物層施加到超薄化學鋼化的玻璃製品上。
由諸如化學氣相沉積法(CVD)、浸漬塗布、旋塗、噴墨、澆鑄、絲網印刷、塗繪和噴施等不同的方法進行保護層的塗覆可能是有利的，尤其是作為處理後的最終層。然而，本發明不限於這些過程。合適的材料也是本領域已知的。例如，它們可以包含硬質塑料反應樹脂，其是選自由酚醛塑料、酚醛樹脂、氨基塑料、脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、苯丙烯酸酯樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、有機矽樹脂、交聯聚氨酯樹脂、聚甲基丙烯酸酯反應樹脂和聚丙烯酸酯反應樹脂組成的群組中的聚合物。
可另外塗覆玻璃製品，以得到例如抗反射、抗刮擦、抗指紋、抗微生物、防眩光和這些功能的組合。
可以使用該玻璃製品用於柔性和可折疊電子設備的蓋板和基板的領域，如圖像傳感器、顯示器蓋板、屏幕保護器。另外，它可以用於例如以下應用領域：顯示基板或保護蓋板、指紋傳感器蓋板、一般傳感器基板或蓋板，消費電子產品的蓋板玻璃，顯 示器的保護蓋板和其他表面，尤其是彎曲表面。此外，該玻璃製品還可用於顯示器基板和蓋板、指紋傳感器模塊基板或蓋板、半導體封裝件、薄膜電池基板和蓋板和可折疊顯示器的應用中。在特定具體例中，該玻璃製品可用作電阻屏的覆膜，以及用於顯示屏、手機、照相機、遊戲裝置附件、平板電腦、筆記本電腦、電視、鏡子、窗戶、航空窗、家具以及白色商品的消耗性保護膜。
本發明特別適用於顯示器基板和蓋板、易碎傳感器、指紋傳感器模塊基板或蓋板、半導體封裝件、薄膜電池基板和蓋板、可折疊顯示器的應用。此外，它可以用於提供薄、輕和柔性特性的柔性電子設備(例如，彎曲顯示器、可穿戴設備)。這種柔性設備還需要柔性基板，例如用於保持或安裝部件。此外，柔性顯示器可具有高的耐接觸性和小的彎曲半徑。
根據本發明，還提供了一種製備根據本發明的玻璃製品的方法，該方法包括以下步驟：a)為所需的玻璃提供原料組分，b)將這些組分熔融，c)以平板玻璃工藝生產玻璃製品，d)生產具有特殊倒角形狀的切割尺寸的玻璃製品e)對玻璃製品化學鋼化，和f)任選地用塗層塗覆製品的至少一個表面，g)任選地用聚合物層層疊製品的至少一個表面，其中鋼化溫度和/或鋼化時間減少。當然，如果有利或期望，則步驟d至g可以以不同的順序執行。
較佳地，平板玻璃工藝是下拉工藝或再拉工藝。
有利地，化學鋼化處理包括離子交換處理。對於大規模生產，如果離子交換處理包括將玻璃製品或玻璃製品的一部分浸入含有一價陽離子的鹽浴中將是有利的。較佳地，一價陽離子是鉀離子和/或鈉離子(soda ions)。
特殊的倒角形狀可以通過化學蝕刻、機械磨削、激光處理、輪切割或上述處理的組合來製造。
此外有利的是，將玻璃製品或玻璃製品的一部分浸入鹽浴中30秒至48小時，溫度在340℃至480℃之間。
對於一些玻璃類型，如果化學鋼化包括兩個連續的鋼化步驟可能是較佳的，其中第一步包括用第一鋼化劑鋼化，第二步包括用第二鋼化劑鋼化。較佳地，第一鋼化劑和第二鋼化劑包含KNO3和/或NaNO3和/或其混合物或者由它們組成。
上面已經描述了製造和鋼化過程的進一步細節。
對具體例的說明：
表1示出了化學可鋼化的直接熱成型超薄玻璃的幾種典型具體例的組成物。
以下拉工藝生產不同玻璃類型的玻璃製品並進行化學鋼化以形成超薄化學鋼化的玻璃製品。每個超薄玻璃製品具有第一表面和第二表面。在所示的具體例中，代表玻璃製品的每個樣品在兩側都是鋼化的。因此，在玻璃製品的每一側存在具有一定深度(DoL)的壓縮應力區域。這裡，首先產生倒角邊緣，然後進行化學鋼化。為了確定比較例(表2)和工作實施例(表3)的性質，每種各製備並測試了至少15個樣品。
比較例1、2、4、7、8是各種厚度的玻璃和幾乎沒有倒角的玻璃類型。在某些情況下，可以通過激光切割、輪切割和劃線以及蝕刻隨後進行邊緣磨削來製造無倒角的邊緣。這些比較例的彎曲強度BS僅略高於CS的值，並且它們位於圖7和8的左下角。
比較例3、5、6和9的倒角尺寸模擬類似於厚玻璃邊緣處理，即倒角寬度與倒角高度的比率接近1(類似於45°倒角)，並且彎曲強度沒有明顯高於CS。為了避免薄玻璃破裂並減少碎屑尺寸，在CNC邊緣磨削之前在玻璃的兩側沉積了100μm的環氧樹脂保護膜(比較例3、6)，並且在進一步清潔和鋼化過程之前用丙酮清除環氧保護層。上面已經提到了適合作為保護膜的其他材料。在CNC磨削過程之後可以應用輕微的化學蝕刻來修復在機械磨削過程中產生的缺陷。
在下文中，工作實施例僅稱為「實施例」。實施例1是鋁矽酸鹽玻璃，並且通過與比較例3相同的邊緣處理進行處理， 同時使用不同的磨削輪，因此其具有更高的倒角寬度/倒角高度比，因此彎曲強度顯著高於比較例(特別是比較例3)。
實施例2是另一種鋁矽酸鹽玻璃，並使用不同的技術來獲得所需的倒角形狀。通過UV可固化PMMA或環氧基膠將切割尺寸的薄玻璃層疊在一起。在將10塊薄玻璃層疊在一起以獲得足夠的硬度之後，疊層被固化以進一步改善硬度。然後通過CNC磨削處理疊層以獲得沒有倒角的垂直邊緣。然後在稀釋的HF溶液中對疊層進行化學蝕刻一定時間，直到獲得所需的倒角尺寸。然後烘烤疊層以降低膠合層疊力，並從疊層上剝離單片超薄玻璃。稍後應用正常的清潔和鋼化處理。如此獲得更高的倒角寬度/高度比率，並且獲得比樣品的CS值高很多的彎曲強度值。
實施例3是另一種鋁矽酸鹽玻璃類型，並使用另一種不同的技術來獲得較佳的倒角形狀。這裡，一塊大的超薄玻璃用耐酸墨水進行雙面圖案化，墨水覆蓋了與所需最終樣品尺寸相對應的區域。將圖案化的超薄玻璃浸入化學品中以蝕刻穿通沒有油墨沉積的厚度。所獲得的樣品還具有高的倒角寬度/高度比率和高的彎曲強度。
實施例4是另一種不同的鋁矽酸鹽玻璃類型，並使用來自實施例2的改進技術來獲得較佳的倒角形狀。玻璃以比最終產品大得多的尺寸進行層疊。固化後，用輪切割疊層，使其接近最終產品形狀，然後進行CNC邊緣磨削。倒角尺寸仍然由受控的蝕刻溶液和時間限定。
實施例5和6是鋰鋁矽酸鹽玻璃類型和鈉鈣玻璃類型，並且使用與實施例1相同的倒角處理。實施例6需要更長的鋼 化時間以實現與實施例1-4類似的DoL。
實施例7是與實施例3相同的玻璃類型，但具有與實施例4相同的倒角處理。儘管倒角處理不同，但實施例7和實施例3都具有高BS。
實施例8是與實施例2相同的玻璃類型，並且具有與實施例2相同的處理，但具有更高的厚度。
實施例9是高含硼的硼矽酸鹽玻璃，它具有較低的DoL。然而，在與實施例4相同的倒角處理和鋼化之後，其彎曲強度也遵循本發明所要求保護的發現。這證明，無論玻璃類型如何，本發明中描述的倒角形狀-彎曲強度關係通常都是適用的。
實施例10使用另外的不同倒角處理。該製品的最終厚度為70μm，而起始厚度為210μm。切割210μm玻璃，然後進行CNC磨削以獲得與對實施例4相同的倒角形狀。然後將磨削的210μm玻璃樣品在沒有表面或邊緣保護的情況下浸入蝕刻溶液中。在厚度減小到70μm之後，倒角寬度/高度之間的比率也改變。與比較例3、5或6相比，鋼化後的彎曲強度也顯著增加。
實施例11是與實施例1相同的玻璃類型，並且具有與實施例4相同的處理，但是具有更高的厚度。
實施例12是一個特殊的例子，它不包括在圖7和圖8的繪製圖中。它具有非常高的倒角寬度/高度比，而彎曲強度與增加的倒角寬度/高度的比率相比沒有增加到這樣的程度。因此，倒角寬度/高度的比率應控制在小於20，較佳小於15，較佳小於10，或甚至較佳小於8，以獲得最佳的彎曲強度。
實施例13是與實施例12相同的玻璃類型，並且也具 有相同的處理，但是倒角寬度/高度的比率較小。可以看出，與實施例12相比，實施例13的彎曲強度更高。
1‧‧‧玻璃製品
2‧‧‧第一表面
3‧‧‧第二表面
4‧‧‧邊緣
5‧‧‧倒角
5'‧‧‧倒角
6‧‧‧端部截面
A‧‧‧倒角寬度
A'‧‧‧倒角寬度
B‧‧‧倒角高度
B'‧‧‧倒角高度
t‧‧‧厚度
Claims (18)
- 一種化學鋼化玻璃製品，其具有：等於或小於0.4mm的厚度(t)；第一表面(2)；第二表面(3)；由至少100MPa的壓縮應力(CS)限定的壓縮應力區域；以及至少一個邊緣(4)，其連接第一表面(2)和第二表面(3)，其中所述至少一個邊緣(4)具有至少一個倒角(5)，該倒角(5)具有倒角寬度(A)和倒角高度(B)，其中，-倒角(5)的倒角寬度/倒角高度(A/B)的比率在1.5-20之間，並且-倒角(5)的倒角寬度/玻璃厚度(A/t)的比率至少為0.5。
- 如請求項1之化學鋼化玻璃製品，其中，玻璃製品(1)的厚度0.33mm，較佳
0.25mm，更佳
0.21mm，進一步較佳
0.18mm，亦較佳
0.15mm，較佳
0.13mm，更佳
0.1mm，進一步較佳
0.08mm，亦較佳
0.07mm，亦較佳
0.05mm，亦較佳
0.03mm，亦較佳
0.01mm和/或
0.005mm。
- 如請求項1或2之化學鋼化玻璃製品，其中A/B的比率為1.5-15，較佳2-10，較佳3-8，甚至較佳4-8。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，所述至少一個邊緣(4)具有朝向所述第一表面(2)並具有比率A/B的第一倒角(5)，和朝向第二表面(3)並具有比率A'/B'的第二倒角(5')，其中第一倒角(5)和第二倒角(5')在玻璃製品(1)的兩側基本上對稱。
- 如請求項4之化學鋼化玻璃製品，其中，A/B和A'/B'之間的差小於30%，較佳小於20%，亦較佳小於10%。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，比率A/t>0.5，較佳>0.6，更佳>0.8，亦較佳>1，進一步較佳>1.2。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，CS>200 MPa，較佳>400MPa，亦較佳>600MPa，較佳>700MPa，較佳>800MPa，亦較佳>1000MPa和/或<2000MPa。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，DoL為>1μm至<40μm。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，玻璃製品(1)的彎曲強度(BS)>700MPa，較佳>800MPa，較佳>1000MPa，亦較佳>1200MPa。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，玻璃製品(1)的(BS-CS)差為至少150MPa，較佳至少200MPa，更佳至少300MPa，亦較佳至少400MPa，亦較佳至少500MPa。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，玻璃製品(1)的平均彎曲強度(BS)高於，其中「a」是常數且
4，較佳
6，更佳
8，亦較佳
10。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，玻璃製品(1)的平均破裂彎曲半徑小於，其中「a」是常數且
4，較佳
6，更佳
8，亦較佳
10。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，玻璃製品(1)的彎曲半徑小於而沒有破裂，其中a是常數且
4，較佳
6，更佳
8，亦較佳
10。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，所述邊緣(4)具有結構化截面，所述結構化截面具有多個圓弧的、基本上半球形的凹陷(9)。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，所述玻 璃製品(1)能夠抵抗高於20mm的落筆破裂高度，在玻璃製品(1)上沉積或層疊有附加材料或者未沉積或層疊附加材料。
- 如前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品，其中，玻璃製品(1)至少在一個表面上包括有機或無機材料的塗覆層或層疊層。
- 一種前述請求項中任一項之化學鋼化玻璃製品之用途，其係用於柔性和可折疊電子產品的蓋板和基板領域中，如圖像傳感器、顯示器蓋板、屏幕保護器。
- 一種請求項1至16中任一項之化學鋼化玻璃製品之用途，其係用於顯示器基板和蓋板、易碎傳感器、指紋傳感器模塊基板或蓋板、半導體封裝件、薄膜電池基板和蓋板、可折疊顯示器的應用中。
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