TW202027986A - 包括含氫玻璃核心層之積層玻璃製品及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
茲揭示積層玻璃製品及玻璃系製品。根據一個實施例,積層玻璃製品包括:玻璃核心層,包含平均核心熱膨脹係數CTEC
;以及至少一個玻璃包覆層,直接融合至玻璃核心層,至少一個玻璃包覆層包含平均包覆熱膨脹係數CTECL
。CTEC
大於或等於CTECL
。玻璃核心層、玻璃包覆層或二者包括含氫核心區。
Description
本申請案依據專利法主張於2019年5月16日提申之美國臨時專利申請案第62/848,866號及於2018年11月16日提申之美國臨時專利申請案第62/768,383號之優先權,所述各美國臨時專利申請案作為本申請案之依據並以全文引用方式併入本文。
大體而言,本說明書涉及了玻璃製品,且更具體地,涉及了包含含氫區之玻璃製品及其形成方法。
玻璃製品(如覆蓋玻璃、玻璃背板等)已用於諸如LCD及LED顯示器、電腦螢幕、自動櫃員機(ATM)等消費性和商用電子裝置二者中。該等玻璃製品中的某些可包括「觸控」功能,這需要使玻璃製品與包括使用者的手指及/或觸控筆裝置在內的各種物體接觸,且因此,玻璃必需足夠堅固以承受常規的接觸而不損壞,例如刮損。實際上,引入玻璃製品的表面內之刮痕可能降低玻璃製品的強度,因為刮痕可能作為導致玻璃災難性破壞之裂紋的起始點。
並且,這樣的玻璃製品也可併入可攜式電子裝置,如行動電話、個人媒體播放器、膝上型電腦及平板電腦。併入這些裝置之玻璃製品在相關裝置的運輸及/或使用過程中可能會受到強烈的衝擊破壞。強烈的衝擊破壞可包括,例如,裝置掉落造成的損壞。這樣的機械性損壞可導致玻璃劣化,特別是當機械性損壞入射到玻璃的邊緣時。
因此,需要能夠抵抗由於入射在玻璃製品的表面和邊緣上之機械損壞而引起的劣化之替代玻璃製品。
可根據包括至少以下態樣之各種態樣來理解本文描述之積層玻璃製品、玻璃系製品及方法。
態樣1:一種積層玻璃製品,包含:玻璃核心層,由核心玻璃成分形成並包含從20°C溫度至300°C之平均核心熱膨脹係數CTEC
;及至少一個玻璃包覆層,直接融合至玻璃核心層,至少一個玻璃包覆層由包覆玻璃成分形成,該包覆玻璃成分不同於該核心玻璃成分,該至少一個玻璃包覆層包含從20°C至300°C之平均包覆熱膨脹係數CTECL
,其中:CTEC
大於或等於CTECL
;玻璃核心層的至少一部分於積層玻璃製品的邊緣處暴露;且玻璃核心層包含含氫核心區,該含氫核心區從積層玻璃製品的邊緣朝玻璃核心層的中心延伸,其中含氫核心區具有始於積層玻璃製品的邊緣之核心區穿透深度,且含氫核心區中之氫濃度比在核心區穿透深度處之氫濃度更接近積層玻璃製品的邊緣之氫濃度。
態樣2:如態樣1之積層玻璃製品,其中核心區穿透深度大於或等於2 µm。
態樣3:如態樣1或態樣2之積層玻璃製品,其中含氫核心區包含壓縮應力,其中壓縮應力隨著玻璃核心層中之氫濃度降低而減少。
態樣4:如態樣1至3中任一者之積層玻璃製品,其中在玻璃核心層的邊緣處之含氫核心區中之玻璃核心層中的壓縮應力大於或等於100 MPa。
態樣5:如態樣1至4中任一者之積層玻璃製品,其中玻璃核心層中之壓縮應力從玻璃核心層的邊緣延伸至大於或等於5 µm之核心區壓縮深度。
態樣6:如態樣1至5中任一者之積層玻璃製品,其中CTEC
與CTECL
之間的差大於或等於5x10-7
/°C。
態樣7:如態樣1至6中任一者之積層玻璃製品,其中至少一個玻璃包覆層包含大於或等於150 MPa之壓縮應力。
態樣8:如態樣1至7中任一者之積層玻璃製品,其中:至少一個玻璃包覆層包含含氫包覆區,含氫包覆區從積層玻璃製品的邊緣朝至少一個玻璃包覆層的中心延伸,其中含氫包覆區具有從積層玻璃製品的邊緣起算之包覆區穿透深度,且含氫包覆區中之氫濃度比在包覆區穿透深度處之氫濃度更接近積層玻璃製品的邊緣之氫濃度;且核心區穿透深度大於包覆區穿透深度。
態樣9:如態樣1至8中任一者之積層玻璃製品,其中包覆區穿透深度小於2 µm。
態樣10:如態樣1至9中任一者之積層玻璃製品,其中含氫包覆區從至少一個玻璃包覆層的表面延伸至包覆區穿透深度。
態樣11:如態樣1至10中任一者之積層玻璃製品,其中包覆玻璃成分不含鹼金屬氧化物。
態樣12:如態樣1至11中任一者之積層玻璃製品,其中核心玻璃成分包含SiO2
、Al2
O3
及P2
O5
。
態樣13:一種形成積層玻璃製品之方法,該方法包含以下步驟:將至少一個玻璃包覆層與玻璃核心層直接融合,以形成積層玻璃製品,其中:玻璃核心層包含從20°C溫度至300°C之平均核心熱膨脹係數CTEC
;至少一個玻璃包覆層包含從20°C至300°C之平均包覆熱膨脹係數CTECL
;且CTEC
大於或等於CTECL
;以及將積層玻璃製品暴露於包含汽相之環境,所述汽相包含大於或等於300克水/m3
,從而將氫擴散進入至少玻璃核心層而形成含氫核心區,該含氫核心區從積層玻璃製品的邊緣朝玻璃核心層的中心延伸,其中含氫核心區具有始於積層玻璃製品的邊緣之核心區穿透深度,且含氫核心區中之氫濃度比在核心區穿透深度處之氫濃度更接近積層玻璃製品的邊緣之氫濃度。
態樣14:如態樣13之方法,其中在暴露期間,環境包含大於或等於70°C的溫度。
態樣15:如態樣13或態樣14之方法,其中環境包含大於或等於0.1 MPa的壓力。
態樣16:如態樣13至15中任一者之方法,其中所述汽相包含大於或等於5000克水/m3
。
態樣17:如態樣13至16中任一者之方法,其中積層玻璃製品暴露於包含汽相的環境達大於或等於0.25天的時間。
態樣18:如態樣13至17中任一者之方法,進一步包含以下步驟:在暴露之前,從較大的玻璃製品單分(singulate)積層玻璃製品。
態樣19:如態樣13至18中任一者之方法,其中在暴露之後,含氫核心區包含壓縮應力,其中壓縮應力隨著玻璃核心層中之氫濃度降低而減小。
態樣20:如態樣13至19中任一者之方法,其中暴露進一步包含以下步驟:將氫擴散進入至少一個玻璃包覆層以形成含氫包覆區,含氫包覆區從積層玻璃製品的邊緣朝至少一個玻璃包覆層的中心延伸,其中:含氫包覆區具有始於積層玻璃製品的邊緣之包覆區穿透深度;含氫包覆區中之氫濃度比在包覆區穿透深度處之氫濃度更接近積層玻璃製品的邊緣之氫濃度;且核心區穿透深度大於包覆區穿透深度。
態樣21:一種玻璃系製品,包含:壓縮應力層,從玻璃系製品的表面延伸至壓縮深度;小於或等於2 mm的厚度;以及含氫層,從玻璃系製品的表面延伸至層深度,其中含氫層之氫濃度從最大氫濃度朝向層深度降低;其中壓縮深度大於5 µm,壓縮應力層包含大於或等於10 MPa的壓縮應力,且玻璃系製品的至少一部分包含之玻璃成分包含大於或等於約1莫耳%且小於或等於20莫耳%的Na2
O。
態樣22:如態樣21之玻璃系製品,其中層深度大於5 µm。
態樣23:如態樣21至22中任一者之玻璃系製品,其中壓縮深度大於或等於7 µm。
態樣24:如態樣21至23中任一者之玻璃系製品,其中壓縮應力大於或等於150 MPa。
態樣25:如態樣21至24中任一者之玻璃系製品,其中玻璃成分包含小於或等於約8莫耳%的P2
O5
。
態樣26:如態樣21至25中任一者之玻璃系製品,其中玻璃成分包含大於或等於約3莫耳%且小於或等於約20莫耳%的Al2
O3
。
態樣27:一種形成玻璃系製品之方法,該方法包含以下步驟:將玻璃製品暴露於包含汽相之環境,所述汽相包含大於或等於300克水/m3
,從而將氫擴散進入玻璃製品以形成含氫層,所述含氫層從玻璃系製品的表面延伸至層深度,其中含氫層的氫濃度從最大氫濃度朝向層深度降低;其中玻璃製品包含之玻璃成分包含大於或等於約1莫耳%且小於或等於20莫耳%的Na2
O。
態樣28:如態樣28之玻璃系製品,其中在暴露期間,環境包含大於或等於70°C的溫度。
態樣29:如態樣27至28中任一者之玻璃系製品,其中環境包含大於或等於0.1 MPa的壓力。
態樣30:一種積層玻璃製品,包含:玻璃核心層,由核心玻璃成分形成並包含從20°C溫度至300°C之平均核心熱膨脹係數CTEC
;以及至少一個玻璃包覆層,直接融合至玻璃核心層,至少一個玻璃包覆層由包覆玻璃成分形成,包覆玻璃成分不同於核心玻璃成分,至少一個玻璃包覆層包含從20°C至300°C之平均包覆熱膨脹係數CTECL
,其中:CTEC
大於或等於CTECL
;且玻璃包覆層包含含氫包覆區,該含氫包覆區從積層玻璃製品的表面延伸進入玻璃包覆層的厚度,其中含氫核心區具有始於積層玻璃製品的表面之包覆區穿透深度,且含氫包覆區中之氫濃度比在包覆區穿透深度處之氫濃度更接近積層玻璃製品的表面之氫濃度。
態樣31:如態樣30之積層玻璃製品,其中包覆區穿透深度大於或等於2 µm。
態樣32:如態樣30至31中任一者之積層玻璃製品,其中含氫包覆區包含壓縮應力,其中壓縮應力隨著玻璃包覆層中之氫濃度降低而減少。
態樣33:如態樣30至32中任一者之積層玻璃製品,其中在積層玻璃製品的邊緣處之含氫包覆區中之玻璃包覆層中的壓縮應力大於或等於100 MPa。
態樣34:如態樣30至33中任一者之積層玻璃製品,其中玻璃包覆層中之壓縮應力從玻璃包覆層的表面延伸至大於或等於5 µm之包覆區壓縮深度。
態樣35:如態樣30至34中任一者之積層玻璃製品,其中CTEC
與CTECL
之間的差大於或等於5x10-7
/°C。
態樣36:如態樣30至35中任一者之積層玻璃製品,其中CTECL
小於或等於約100 x10-7
/°C。
態樣37:如態樣30至36中任一者之積層玻璃製品,其中至少一個玻璃包覆層包含大於或等於150 MPa的壓縮應力。
態樣38:如態樣30至37中任一者之積層玻璃製品,其中玻璃包覆層包含大於或等於約1莫耳%且小於或等於20莫耳%的Na2
O。
態樣39:一種形成積層玻璃製品之方法,該方法包含以下步驟:將至少一個玻璃包覆層與玻璃核心層直接融合,以形成積層玻璃製品,其中:玻璃核心層包含從20°C溫度至300°C之平均核心熱膨脹係數CTEC
;至少一個玻璃包覆層包含從20°C至300°C之平均包覆熱膨脹係數CTECL
;且CTEC
大於或等於CTECL
;以及將積層玻璃製品暴露於包含汽相之環境,所述汽相包含大於或等於300克水/m3
,從而將氫擴散進入至少玻璃包覆層而形成含氫包覆區,含氫包覆區從積層玻璃製品的表面延伸進入玻璃包覆層的厚度,其中含氫包覆區具有始於積層玻璃製品的表面之包覆區穿透深度,且含氫包覆區中之氫濃度比在包覆區穿透深度處之氫濃度更接近積層玻璃製品的表面之氫濃度。
態樣40:如態樣39之方法,其中在暴露期間,環境包含大於或等於70°C的溫度、環境包含大於或等於0.1 MPa的壓力,或二者。
在隨後的具體實施方式中將闡述本文所述之積層玻璃製品及用於形成所述積層玻璃製品的方法之額外特徵及優勢,且本案所屬技術領域中具通常知識者將可根據該描述而部分理解額外特徵及優勢,或藉由實踐本文中(包括隨後的具體實施方式、申請專利範圍、及附隨圖式中)所描述的實施例而瞭解額外特徵及優勢。
要瞭解到,上述的一般說明及以下的詳細說明兩者描述了各種實施例,且意欲提供概觀或架構以用於瞭解所請求保護的標的的本質及特性。包括了附圖以提供各種實施例的進一步瞭解,且將該等附圖併入此說明書且構成此說明書的一部分。該等附圖繪示本文中所述的各種實施例,且與說明書一起用來解釋所主張的標的的原理及操作。
現在將詳細參考在至少玻璃核心層、玻璃包覆層或二者中包含含氫區之積層玻璃製品和玻璃系製品之實施例,其實例在附圖中繪示。只要有可能,在所有附圖中將使用相同的元件符號指稱相同或相似的部件。
積層玻璃製品的一個實施例概要地描繪於第3圖中,且在整個附圖中通常以元件符號100表示。積層玻璃製品通常包含由核心玻璃成分形成之玻璃核心層,且包含從20°C溫度至300°C之平均核心熱膨脹係數CTEC
,及直接融合至玻璃核心層之至少一個玻璃包覆層。至少一個玻璃包覆層由包覆玻璃成分形成,包覆玻璃成分不同於核心玻璃成分,且包含從20°C至300°C之平均包覆熱膨脹係數CTECL
。CTEC
大於或等於CTECL
。玻璃核心層的至少一部分於積層玻璃製品的邊緣處暴露。玻璃核心層可包括含氫核心區,含氫核心區從積層玻璃製品的邊緣朝玻璃核心層的中心延伸。含氫核心區可具有始於積層玻璃製品的邊緣之核心區穿透深度,且含氫核心區中之氫濃度比在核心區穿透深度處之氫濃度更接近積層玻璃製品的邊緣之氫濃度。在附加實施例中,玻璃包覆層可包括含氫包覆區,含氫包覆區從積層玻璃製品的表面朝積層玻璃製品的內部延伸(即,從主表面進入包覆層)。在本文中將具體參考附圖來描述在至少玻璃核心層、玻璃包覆層或二者中包含含氫區之積層玻璃製品及其製造方法之各種實施例。
本揭示內容之一或多個額外實施例涉及之玻璃成分包括Na2
O,如以下含量之Na2
O:從約1莫耳%至約20莫耳%。在一些實施例中,這種玻璃成分可包括相對少量之P2
O5
,例如小於或等於8莫耳%。玻璃成分可形成包括含氫區之玻璃系製品,所述含氫區從玻璃系製品的表面延伸並進入玻璃系製品的厚度中。這種玻璃系製品可為非積層玻璃片。在一或多個實施例中,包括Na2
O之玻璃成分可用做積層玻璃製品中之玻璃包覆層的材料。這種玻璃成分可至少由於其相對低的熱膨脹係數和當暴露於例如蒸汽處理以形成含氫區時的強化傾向而非常適合用於玻璃包覆層中。
可在本文中將範圍表示為從「約」一個特定值及/或至「約」另一個特定值。當表示這樣的範圍時,另一個實施例包括從一個特定值及/或至另一特定值(即,該範圍包括明確指明的端點)。類似地,當藉由使用先行詞「約」將值表示為近似值時,將理解到特定值形成另一個實施例。舉例而言,「從約1至約2」之範圍亦明確地包括範圍「從1至2」之範圍。類似地,範圍「約1至約2」亦明確地包括「1至2」之範圍。還將理解的是,每個範圍的端點與另一個端點的關係且獨立於另一個端點都是重要的。
本文所使用之方向性術語,例如上、下、右、左、前、後、頂部、底部,僅參考所繪示之圖式進行,且不欲暗示絕對取向。
除非另有明確表明,否則不要將本文中所闡述的任何方法解讀為需要其步驟用特定的順序執行,也不要在使用任何裝置的情況下需要特定的定向。因此,若一個方法請求項實際上並未記載要由其步驟依循的順序,或任何裝置請求項實際上並未記載個別部件的順序或定向,或在請求項或說明書中未另有具體表明步驟要受限於特定的順序,或未記載裝置的部件的特定順序或定向,則絕不要在任何方面推斷順序或定向。此對於用於解譯的任何可能的非明示基礎都是如此,包括:針對步驟、操作流程、部件順序、或部件定向的佈置的邏輯事項;推導自文法組織或標點符號的一般意義,及;說明書中所述的實施例的數量或類型。
如本文中所使用的,單數形式「一個」及「該」包括了複數的指涉對象,除非上下文另有清楚指示。例如,因此對於「一部件」的指稱包括了具有兩個或更多個此類部件的態樣,除非上下文另有清楚指示。
如本文所用之術語「CTE」指的是在從約20°C至約300°C之溫度範圍裡做平均之玻璃成分的熱膨脹係數。
以千兆帕斯卡(GPa)為單位提供玻璃積層的不同層之彈性模數(也稱作楊氏模數)。藉由共振超音波光譜法對各玻璃成分的塊體樣品確定玻璃的彈性模數。
可用表面應力計(surface stress meter;FSM)測量壓縮應力(包括表面壓縮應力),表面應力計(FSM)可如由Orihara Industrial Co.,Ltd. (日本)製造的FSM-6000等市售儀器。表面應力測量依賴於與玻璃的雙折射有關的應力光學常數(SOC)的精確測量。根據ASTM標準C770-16中描述之標題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」之程序C (玻璃盤法(Glass Disc Method))來測量SOC,所述程序C之內容以全文引用方式併入本文。亦使用FSM測量壓縮深度(DOC)。使用本案所屬技術領域中已知的散射光偏振鏡(scattered light polariscope;SCALP)技術測量最大中心張力(CT)值。
短語「壓縮深度」及「DOC」指的是玻璃中之壓縮應力轉變為拉伸應力之位置。
在本文所描述之實施例中,由本案所屬技術領域中已知的二次離子質譜法(secondary ion mass spectrometry;SIMS)技術來測量區穿透深度(zone penetration depth) (如,包覆區穿透深度及核心區穿透深度)及氫濃度。SIMS技術能夠測量給定深度處之氫濃度,但不能區分存在於玻璃製品中的氫物種。因此,所有氫物種都對SIMS測得的氫濃度有所貢獻。如本文所用,區穿透深度是指從玻璃製品的表面(或邊緣)到氫濃度等於玻璃製品中心處之氫濃度的點之距離。此定義考慮了在含水蒸氣環境中處理之前的玻璃製品之氫濃度,因此區穿透深度指的是由於處理製程所致之氫滲透到玻璃製品內的深度。實際上,可藉由從玻璃製品的表面(或邊緣)到氫濃度變得實質上恆定之深度處的氫濃度,來近似玻璃製品的中心處之氫濃度,因為不預期氫濃度會在這樣的深度與玻璃製品的中心之間改變。
傳統上,可藉由如美國專利第4,214,886號中描述之層壓來形成強化的玻璃製品。具體地,具有相對低的熱膨脹係數(CTE)之玻璃包覆層可融合至具有相對高的熱膨脹係數之玻璃核心層。融合製程發生在相對高的溫度下,使得隨著玻璃包覆層及玻璃核心層冷卻,玻璃包覆層與玻璃核心層之間的熱膨脹係數的差異導致在玻璃包覆層中產生壓縮應力,並在玻璃核心層中產生相應的拉伸應力。玻璃核心層中之壓縮應力改善了積層玻璃製品對積層玻璃製品的表面上由機械引起的損壞(如刮痕等)所致之劣化的抗性。
在從較大的積層玻璃片或帶單分出分離的積層玻璃製品之實施例中,單分可沿著分離的積層玻璃製品的至少一個邊緣暴露玻璃核心層及玻璃核心層中之拉伸應力。與暴露的玻璃核心層之機械性接觸,且更具體地,與暴露的玻璃核心層中之暴露的拉伸應力的機械性接觸,可能導致積層玻璃製品的災難性劣化。
本文描述之積層玻璃製品的一或多個實施例化解了上述習用積層玻璃製品中至少與積層製品的邊緣處之玻璃核心暴露有關之問題。具體而言,本文描述之積層玻璃製品的實施例可包含從積層玻璃製品的邊緣朝向玻璃核心層的中心延伸之含氫核心區。含氫核心區中的氫在靠近玻璃核心層的暴露邊緣附近之玻璃核心層中產生壓縮應力。因含氫核心區中之氫引致之玻璃核心層中之壓縮應力可化解因在積層玻璃製品的邊緣處與暴露的玻璃核心層之機械性接觸所引起之劣化風險。
本文描述之積層玻璃製品的一或多個額外實施例可增進一或多個玻璃包覆層中之壓縮應力。具體而言,本文描述之積層玻璃製品的實施例可包含從積層玻璃製品的外側主表面朝向玻璃核心層延伸進入積層玻璃製品的厚度之含氫包覆區。含氫包覆區中的氫在靠近玻璃包覆層的外側主表面之玻璃包覆層中產生額外的壓縮應力。因含氫核心區中之氫引致之玻璃包覆層中之壓縮應力可化解因與積層玻璃製品的包覆層機械性接觸所引起之劣化風險。
現請參見第1圖,示意性地描繪積層玻璃製品100之剖面。積層玻璃製品100通常包含玻璃核心層102及至少一個玻璃包覆層104a。在第1圖所示之積層玻璃製品100的實施例中,積層玻璃製品包括第一玻璃包覆層104a及第二玻璃包覆層104b,第一玻璃包覆層104a及第二玻璃包覆層104b位於玻璃核心層102的相對側上。儘管第1圖將積層玻璃製品100示意性地描繪為積層玻璃片,但應理解到,其他構造和形態因子是可以預期的並且是可能的。舉例而言,積層玻璃製品可以具有非平面構造,例如彎曲的玻璃片等。或者,積層玻璃製品可為積層玻璃管、容器等。
在本文所述之積層玻璃製品100的實施例中,玻璃核心層102通常包含第一主表面103a和第二主表面103b,第二主表面103b與第一主表面103a相對。第一玻璃包覆層104a融合至玻璃核心層102的第一主表面103a,且第二玻璃包覆層104b融合至玻璃核心層102的第二主表面103b。
在本文所描述之實施例中,玻璃包覆層104a、104b融合至玻璃核心層102,而在玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間未設置任何其他非玻璃材料,如黏著劑、塗層等。因此,在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b直接融合至玻璃核心層102或直接與玻璃核心層102相鄰。
仍請參見第1圖,在本文所描述之實施例中,形成積層玻璃製品100,使得玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b的熱膨脹係數(CTE)之間存在失配(mismatch)。玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b的CTE失配導致從積層玻璃製品100的表面108a、108b延伸進入積層玻璃製品的厚度之壓縮應力的形成。舉例而言,在本文所述的一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b由具有平均包覆熱膨脹係數CTECL
之玻璃成分形成,且玻璃核心層102由具有平均核心熱膨脹係數CTEC
之不同玻璃成分形成。CTEC
大於CTECL
(即,CTEC
> CTECL
),這導致玻璃包覆層104a、104b受到壓縮應力。
由於玻璃核心層與玻璃包覆層之間的CTE差,可用以下方程式來近似包覆層中之壓縮應力:
其中tcore
為核心厚度,tclad
為包覆厚度,αclad
為包覆熱膨脹係數,αcore
為核心熱膨脹係數,ΔT為有效溫度差(effective temperature difference),Ecore
為核心的彈性模數,Eclad
為包覆的彈性模數,νcore
為核心的帕松比,且νclad
為包覆的帕松比。一般而言,and,因此:
舉例而言,在一些實施例中,由具有小於或等於約100x10-7
/°C的平均包覆CTECL
(其在20°C至300°C的範圍內做平均)之玻璃成分形成玻璃包覆層。在一些實施例中,在20°C至300°C的範圍內做平均之包覆玻璃成分的平均包覆CTECL
可小於或等於約90x10-7
/°C、小於或等於約80x10-7
/°C,或小於或等於約70x10-7
/°C。在一些實施例中,在20°C至300°C的範圍內做平均之包覆玻璃成分的平均包覆CTECL
可小於或等於約65x10-7
/°C。在一些實施例中,在20°C至300°C的範圍內做平均之包覆玻璃成分的平均包覆CTECL
可小於或等於約60x10-7
/°C,或甚至小於或等於約55x10-7
/°C。
然而,形成玻璃核心層之玻璃成分具有之平均熱膨脹係數可大於包覆層之材料的平均熱膨脹係數。舉例而言,可由具有在20°C至300°C的範圍內大於或等於約72x10-7
/°C的平均熱膨脹係數之玻璃成分形成玻璃核心層。在一些實施例中,在20°C至300°C的範圍內,玻璃核心層的核心玻璃成分之平均核心CTEC
可大於或等於約75x10-7
/°C。在一些實施例中,在20°C至300°C的範圍內做平均之玻璃核心層的核心玻璃成分之平均核心CTEC
可大於或等於約80x10-7
/°C。在一些實施例中,在20°C至300°C的範圍內做平均之玻璃核心層的核心玻璃成分之平均核心CTEC
可大於或等於約90x10-7
/°C。
在本文所述之一或多個實施例中,玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的CTE差(即,|CTEC
– CTECL
|)足以在包覆層中產生壓縮應力。在一些實施例中,玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的CTE差足以在玻璃包覆層104a、104b中產生大於或等於100 MPa的壓縮應力,其從玻璃包覆層104a、104b的表面延伸並穿過玻璃包覆層104a、104b的厚度。在一些實施例中,因CTE差引起之玻璃包覆層104a、104b中之壓縮應力大於或等於120 MPa、大於或等於150 MPa或甚至大於200 MPa。
在一些實施例中,玻璃核心層與玻璃包覆層之間的CTE差大於或等於約5x10-7
/°C或甚至10x10-7
/°C。在一些實施例中,玻璃核心層與玻璃包覆層之間的CTE差大於或等於約20x10-7
/°C或甚至30x10-7
/°C。在一些實施例中,玻璃核心層與玻璃包覆層之間的CTE差大於或等於約40x10-7
/°C或甚至 50x10-7
/°C。
可使用各種技術來形成積層玻璃製品。在一個具體實施例中,可藉由熔融層壓製程(如美國專利第4,214,886號中所描述之製程)來形成本文所述之積層玻璃製品100,美國專利第4,214,886號以引用方式併入本文。舉例而言,請參見第2圖,一種用於形成積層玻璃製品之層壓熔融抽拉設備200包括上溢流分配器或等靜壓管(isopipe) 202,其位於下溢流分配器或等靜壓管204上方。上溢流分配器202包括槽210,熔融玻璃包覆成分206從熔化器(未示出)進料至槽210內。類似地,下溢流分配器204包括槽212,熔融玻璃核心成分208從熔化器(未示出)進料至槽212內。
當熔融玻璃核心成分208填充槽212時,其溢出槽212並流過下溢流分配器204的外側成形表面216、218上。下溢流分配器204的外側成形表面216、218在根部220會合。因此,流過外側成形表面216、218之熔融玻璃核心成分208在下溢流分配器204的根部220處重新結合,從而形成積層玻璃製品的玻璃核心層102。
同時,熔融玻璃包覆成分206溢出形成在上溢流分配器202中之槽210,並流過上溢流分配器202的外側成形表面222、224上。熔融玻璃包覆成分206被上溢流分配器202向外偏轉,使得熔融玻璃包覆成分206在下溢流分配器204周圍流動並與在下溢流分配器的外側成形表面216、218上流動之熔融玻璃核心成分208接觸,融合至熔融玻璃核心成分,並形成玻璃核心層102周圍之玻璃包覆層104a、104b。
儘管第2圖示意性地描繪用於形成諸如板或帶等平面積層玻璃製品的具體設備,但應理解到,其他幾何構造也是可能的。舉例而言,可使用例如美國專利第4,023,953號中描述之設備及方法來形成圓柱狀積層玻璃製品。
在本文所描述之實施例中,如上文所述,熔融玻璃核心成分208通常具有平均核心熱膨脹係數CTEC
,其大於熔融玻璃包覆成分206的平均包覆熱膨脹係數CTECL
。因此,當玻璃核心層102和玻璃包覆層104a、104b冷卻時,玻璃核心層102和玻璃包覆層104a、104b之熱膨脹係數的差異導致在玻璃包覆層104a、104b中產生壓縮應力,且在玻璃核心層102中產生相應的拉伸應力。壓縮應力增加了所得積層玻璃製品的強度。
儘管第2圖示意性地描繪根據熔融層壓製程形成積層玻璃製品之一個實施例,但應理解到,用於形成積層玻璃製品的其他方法是可預期且是可能的。例如但不受限於,在替代實施例中,可藉由層疊至少兩個分離的玻璃層並加熱層疊的層以將層融合在一起而形成積層玻璃製品。
現請參見第3圖,其中示意性地描繪從較大的積層玻璃製品(如片或帶)單分後但在任何額外處理前之積層玻璃製品100。在單分後,玻璃核心層102的至少一部分在積層玻璃製品100的邊緣處暴露。具體地,在單分後,玻璃核心層102包含暴露的邊緣105a、105b。 如第3圖所示,由於玻璃包覆層104a、104b與玻璃核心層102之間的CTE差,積層玻璃製品100在玻璃包覆層104a、104b中包含壓縮應力。玻璃包覆層104a、104b中之壓縮應力的發展伴隨著玻璃核心層102中之拉伸應力的發展。在從較大的積層玻璃製品單分積層玻璃製品100之後,玻璃核心層102中之拉伸應力延伸穿過玻璃核心層102至暴露的邊緣105a、105b。如本文所述,暴露的邊緣105a、105b處之拉伸應力可能因暴露的邊緣105a、105b處之拉伸應力與機械性接觸而導致增加積層玻璃製品100的災難性劣化風險。為了減輕此風險,本文所述之積層玻璃製品100可經處理而將一或多個含氫核心區引入暴露邊緣附近之玻璃核心層102。含氫核心區中之氫引起暴露邊緣附近之玻璃核心層102之壓縮應力,從而減輕因與玻璃核心層102中之拉伸應力機械性接觸而導致之積層玻璃製品100劣化風險。在附加實施例中,可透過形成一或多個含氫包覆區來升高玻璃包覆層104a、104b中之壓縮應力,增加包覆層104a、104b與玻璃核心層102之間的應力輪廓差異。在一些實施例中,一或多個含氫區形成在包覆層104a、104b的外側表面上,也形成在玻璃核心層102的暴露邊緣105a、105b上。
現請參見第4圖,其示意性地描繪在玻璃核心層102的暴露邊緣105a、105b附近包含含氫核心區110a、110b之積層玻璃製品100的實施例。具體地,第一含氫核心區110a從玻璃核心層102的第一暴露邊緣105a延伸至從第一暴露邊緣105a起算之第一核心區穿透深度CZPD1
。類似地,第二含氫核心區110b從玻璃核心層102的第二暴露邊緣105b延伸至從第二暴露邊緣105b起算之第二核心區穿透深度CZPD2
。如第4圖所示,含氫核心區110a、110b位於玻璃核心層102中,並由暴露邊緣(暴露邊緣105a或暴露邊緣105b)及核心區穿透深度(CZPD1
或CZPD2
)橫向地(即,在圖中所繪示之坐標軸的+/- X方向上)界定。含氫核心區110a、110b由玻璃包覆層104a、104b縱向地(即,在圖中所繪示之坐標軸的+/- Z方向上)界定。
儘管第4圖描繪了從玻璃核心層102的暴露邊緣105a、105b延伸之兩個含氫核心區110a、110b,但應理解,其他實施例是可預期且可能的,包括有超過兩個含氫核心區之實施例及有少於兩個含氫核心區之實施例。舉例而言,在玻璃核心層102僅有單一邊緣暴露的實施例中,積層玻璃製品100可僅包括單一含氫核心區。
如將在本文進一步詳述的,在本文所述之一或多個實施例中,含氫核心區110a、110b含有藉由將積層玻璃製品100暴露於含水蒸氣環境而擴散進入玻璃核心層102之氫物種(在本文亦稱為「含氫物種」)。可選擇玻璃核心層102的成分以促進含氫物種擴散進入玻璃內。如將在本文進一步詳述的,在一些實施例中,可將玻璃包覆層104a、104b的成分選擇為對含氫物種擴散進入玻璃較不敏感者,或甚至阻止含氫物種擴散進入玻璃。然而,在其他實施例中,可將玻璃包覆層104a、104b的成分選擇為同樣對含氫物種擴散進入玻璃敏感,或甚至激勵含氫物種擴散進入玻璃。在附加實施例中,可選擇玻璃核心層102的成分以阻止含氫物種擴散進入玻璃核心層102,同時可選擇玻璃包覆層104a、104b的成分以對含氫物種擴散進入玻璃敏感。
在一或多個實施例中,從玻璃核心層102的相應暴露邊緣105a、105b起算,玻璃核心層102中之含氫核心區110a、110b的核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
可大於或等於2 μm,例如大於或等於約2.5 μm或甚至大於或等於約3 µm。在一些實施例中,含氫核心區110a、110b的核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
可大於約5 μm,例如大於約10 μm、大於約15 μm、大於約20 μm、大於約25 μm、大於約30 μm、大於約35 μm、大於約40 μm、大於約45 μm、大於約50 μm、大於約55 μm、大於約60 μm、大於約65 μm、大於約70 μm、大於約75 μm、大於約80 μm、大於約85 μm、大於約90 μm、大於約95 μm、大於約100 μm、大於約105 μm、大於約110 μm、大於約115 μm、大於約120 μm、大於約125 μm、大於約130 μm、大於約135 μm、大於約140 μm、大於約145 μm、大於約150 μm、大於約155 μm、大於約160 μm、大於約165 μm、大於約170 μm、大於約175 μm、大於約180 μm、大於約185 μm、大於約190 μm、大於約195 μm、大於約200 μm或更大。在實施例中,含氫核心區110a、110b的核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
可為2.5 μm,或甚至約3 μm至約205 μm,例如約5 μm至約200 μm、約15 μm至約195 μm、約20 μm至約190 μm、約25 μm至約185 μm、約30 μm至約180 μm、約35 μm至約175 μm、約40 μm至約170 μm、約45 μm至約165 μm、約50 μm至約160 μm、約55 μm至約155 μm、約60 μm至約150 μm、約65 μm至約145 μm、約70 μm至約140 μm、約75 μm至約135 μm、約80 μm至約130 μm、約85 μm至約125 μm、約90 μm至約120 μm、約95 μm至約115 μm、約100 μm至約110 μm,或由任何這些端點形成之任何子範圍。一般而言,因積層玻璃製品暴露於周圍環境之故,含氫核心區110a、110b的核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
大於氫穿透深度。
在本文所描述之實施例中,可藉由本文所記述之二次離子質譜法(SIMS)測量含氫核心區110a、110b的核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
及含氫核心區110a、110b的氫濃度。
仍請參見第4圖,在朝向玻璃核心層102的中心(在第4圖中表示為CL
)之方向上,各含氫核心區110a、110b包含之氫濃度從玻璃核心層102之相應暴露邊緣105a、105b附近(即,在該處或接近該處)之最大值往相應核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
減小。在核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2處的氫濃度
最小。因此,應理解到,各含氫核心區110a、110b包含氫濃度梯度,所述氫濃度梯度從相應暴露邊緣105a、105b處或附近的最大值往相應核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
減小。
在本文所描述之實施例中,積層玻璃製品的玻璃核心層102進一步包含中心核心區112,中心核心區112位於第一含氫核心區110a與第二含氫核心區110b之間。在形成積層玻璃製品100之後,中心核心區112不含刻意添加到積層玻璃製品100之任何含氫物種,如藉由將積層玻璃製品100暴露於含水蒸氣環境而刻意擴散進入玻璃之含氫物種。在實施例中,氫濃度在整個中心核心區112中實質恆定。舉例而言,氫濃度在從第一核心區穿透深度CZPD1
至第二核心區穿透深度CZPD2
之整個中心核心區112中實質恆定。類似地,氫濃度在從第一玻璃包覆層104a至第二玻璃包覆層104b之整個中心核心區112中可為實質恆定。
如本文所記述,含氫核心區110a、110b中之含氫物種在含氫核心區110a、110b內之玻璃核心層102的玻璃中產生壓縮應力。不欲受任何理論束縛,咸信含氫核心區110a、110b中之壓縮應力是氫及/或含氫物種(如H2
O、H3
O+
及/或H+
等)擴散進入玻璃核心層102的結果。這些含氫物種與玻璃網絡反應導致體積膨脹,進而在玻璃中產生壓縮應力。壓縮應力通常隨著含氫核心區110a、110b中之氫濃度而變化。在實施例中,相應含氫核心區110a、110b的暴露邊緣105a、105b處或附近(即,氫濃度最大處)之壓縮應力最大,並隨著往相應核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
方向(即,朝向玻璃核心層102的中心CL
)增加距離而從最大值減小。一般而言,在相應核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
處或其鄰近處(即,氫濃度最小處)之壓縮應力最小。藉此,應理解到,含有壓縮應力之玻璃核心層102的區域主位位於含氫核心區110a、110b內。在實施例中,含有壓縮應力之玻璃核心層102的區域可實質上或甚至完全位於含氫核心區110a、110b內,包括當玻璃核心層102內之壓縮應力區域與含氫核心區110a、110b共同延伸(co-extensive)時。
在本文所描述之包括含氫核心區110a、110b的實施例中,含氫核心區110a、110b中之壓縮應力延伸至核心區壓縮深度(即,核心區DOC)。如本文所用,短語「核心區壓縮深度」及「核心區DOC」指的是從玻璃核心層102的相應暴露邊緣105a、105b起算之深度或距離,玻璃系製品中之應力在該深度或距離處從壓縮改變為拉伸。
在一些實施例中,含氫核心區110a、110b中之壓縮應力可包括在玻璃核心層102之暴露的邊緣105a、105b處之至少約100 MPa的壓縮應力,例如至少約150 MPa、至少約200 MPa、至少約250 MPa、至少約300 MPa、至少約350 MPa、至少約400 MPa、至少約450 MPa,或甚至至少約500 MPa。在一些實施例中,含氫核心區110a、110b中之壓縮應力可包括約100 MPa至約500 MPa的壓縮應力,例如約150 MPa至約450 MPa、約150 MPa至約400 MPa、約200 MPa至約400 MPa、約200 MPa至約350 MPa、約200 MPa至約300 MPa,或由任何這些端點形成之任何子範圍。
在一些實施例中,核心區DOC可為至少約5 μm,例如至少約10 μm、約15 μm、約20 μm、約25 μm、約30 μm,或更大。在一些實施例中,核心區DOC可為約5 μm至約50 μm,例如約5 μm至約40 μm、約5 μm至約30 μm、約5 μm至約20 μm、約5 μm至約15 μm、約5 μm至約12 μm、約5 μm至約10 μm或可由任何這些端點形成之任何子範圍。在一些實施例中,各含氫核心區110a、110b中之核心區DOC可大於或等於相應核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
。在一些實施例中,各含氫核心區110a、110b中之核心區DOC可小於相應核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
。
積層玻璃製品100亦含有拉伸應力區域,拉伸應力區域具有最大中心張力(CT),使得積層玻璃製品100內之力平衡。此拉伸應力區域主要位在玻璃核心層102的中心核心區112內。在實施例中,含有拉伸應力之玻璃核心層102的區域完全在中心核心區112內,包括當玻璃核心層102內之拉伸應力區域與中心核心區112共同延伸時。
在一些實施例中,中心核心區112內之最大CT可為至少約10 MPa,例如至少約15 MPa、約20 MPa、約30 MPa、約40 MPa、約50 MPa、約60 MPa、約70 MPa、約80 MPa、約90 MPa、約100 MPa、約110 MPa、約120 MPa、約130 MPa、約140 MPa、約150 MPa,或更大。在一些實施例中,中心核心區112內的CT可為約10 MPa至約150 MPa,例如約20 MPa至約150 MPa、約30 MPa至約150 MPa、約40 MPa至約150 MPa、約40 MPa至約150 MPa、約40 MPa至約140 MPa、約40 MPa至約130 MPa、約40 MPa至約120 MPa、約40 MPa至約110 MPa、約40 MPa至約100 MPa、約40 MPa至約90 MPa,或由任何這些端點形成之任何子範圍。
如本文所記述,咸信玻璃核心層102內之壓縮應力,特別是玻璃核心層102的含氫核心區110a、110b內之壓縮應力,是由於含氫物種擴散進入玻璃核心層102所致。進而,如本文所記述,含氫核心區110a、110b內之含氫物種具有濃度梯度,其從玻璃核心層102的暴露邊緣105a、105b處或附近的最大值向相應核心區穿透深度CZPD1
、CZPD2
減小。
在一些實施例中,積層玻璃製品100可進一步包含介面區域106a、106b,介面區域106a、106b位於玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的介面處。舉例而言,請參見第5圖,其概要地描繪玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的介面之放大視圖。當玻璃核心層102和玻璃包覆層104a、104b熔融在一起時,形成介面區域106a,106b。介面區域106a、106b為薄層,其由形成玻璃包覆層104a、104b之包覆成分和形成玻璃核心層102之核心成分的混合物所構成。舉例而言,介面區域106a、106b可包括形成於玻璃核心層與一或多個玻璃包覆層之交界處的間質玻璃層及/或擴散層(如,藉由將玻璃核心及玻璃包覆層之一或多種組分擴散進入擴散層)。在一些實施例中,積層玻璃製品100包含玻璃-玻璃層疊(如,原位熔融的多層玻璃-玻璃層疊),其中直接相鄰的玻璃層之間的介面為玻璃-玻璃介面。
現請參見第6圖,如本文所記述,可具體選擇玻璃核心層102的成分,以促進含氫物種擴散進入玻璃核心層102,同時選擇玻璃包覆層104a、104b的成分為對含氫物種擴散進入玻璃較不敏感,或甚至阻止氫物種擴散進入玻璃,這將於本文進一步詳細描述。
在一些實施例中,例如其中具體選擇玻璃核心層102的成分,以促進含氫物種擴散進入玻璃核心層102,同時選擇玻璃包覆層104a、104b的成分為對含氫物種擴散進入玻璃較不敏感之實施例,玻璃核心層之氫擴散率DHC
可比玻璃包覆層之氫擴散率DHCL
大至少10倍(即,DHC
≥ 10*DHCL
)。在一些實施例中,玻璃核心層之氫擴散率DHC
比玻璃包覆層之氫擴散率DHCL
大至少100倍(即,DHC
≥ 100*DHCL
)。在一些實施例中,玻璃核心層之氫擴散率DHC
比玻璃包覆層之氫擴散率DHCL
大約100倍至約1000倍(即,100*DHCL
≤ DHC
≤ 1000*DHCL
)。在本文所描述之實施例中,可以根據以下關係式確定玻璃包覆層104a、104b或玻璃核心層102之氫擴散率DH
:
其中DH
為氫擴散率,X為暴露在含水蒸氣環境後之刻意添加的氫物種之滲透深度(根據SIMS測定),而t為玻璃製品暴露於含水蒸氣環境之時間。
舉例而言,在一些實施例中,積層玻璃製品100的玻璃核心層102包括含氫核心區(如參照第4圖描述於上文),且玻璃包覆層104a、104b包括含氫包覆區。玻璃包覆層104a中之含氫包覆區120示意性地描繪於第6圖。在這些實施例中,含氫包覆區120從積層玻璃製品100的暴露包覆邊緣107a、107b且從積層玻璃製品100的表面108a延伸至從暴露包覆邊緣107a、107b及/或表面108a測量之包覆區穿透深度CLZPD
。儘管第6圖僅描繪玻璃包覆層104a中的一個含氫包覆區120,但應理解玻璃包覆層104b也可含有類似的含氫包覆區。
在玻璃包覆層104a、104b包括含氫包覆區的一些實施例中,含氫包覆區的包覆區穿透深度CLZPD
可小於含氫核心區的核心區穿透深度CLZPD
,即便在暴露於相同的含水蒸氣環境後。這是因為形成玻璃包覆層104a、104b之包覆玻璃成分對於來自含水蒸氣環境之含氫物種的向內擴散較不敏感(即,包覆玻璃成分所產生之玻璃包覆層之氫擴散率DHCL
小於玻璃核心層之氫擴散率DHC
)。
在一些實施例中,玻璃包覆層104a中之含氫包覆區的包覆區穿透深度CLZPD
可自相應暴露包覆邊緣107a、107b及/或玻璃包覆層104a的表面108a延伸至小於約5 μm之深度。在一些實施例中,含氫包覆區120的包覆區穿透深度CLZPD
可小於約2.5 μm,例如小於約2 μm、小於約1.5 μm、小於約1 μm、小於約0.5 μm、小於約0.2 μm、小於約0.1 μm、小於約0.09 μm、或甚至小於約0.09 μm。
仍請參見第6圖,含氫包覆區120包含氫濃度,所述氫濃度從玻璃包覆層104a的暴露邊緣107a、107b及玻璃包覆層104a的表面108a附近(即,在該處或接近該處)之最大值往包覆區穿透深度CLZPD
減小。含氫包覆區120中之氫濃度在包覆區穿透深度CLZPD
處最小。因此,應理解到,含氫包覆區120包含氫濃度梯度,所述氫濃度梯度從暴露邊緣107a、107b及/或表面108a處或附近的最大值往相應包覆區穿透深度CLZPD
減小。
在本文所述之一些實施例中,積層玻璃製品的玻璃包覆層104a進一步包含中心包覆區122,中心包覆區122位於含氫包覆區120與玻璃核心層102之間。在形成積層玻璃製品100之後,中心包覆區122不含刻意添加到積層玻璃製品100之任何含氫物種,如藉由將積層玻璃製品100暴露於含水蒸氣環境而擴散進入玻璃之氫物種。在實施例中,氫濃度在整個中心包覆區122中實質恆定。
基於上文,應理解到,在本文描述的一些實施例中,形成積層玻璃製品100的玻璃核心層102之玻璃成分比形成玻璃包覆層104a、104b之玻璃成分對含氫物種的向內擴散更敏感且更順從(amenable)。
在一些實施例中,積層玻璃製品100的玻璃核心層102是由包括有經選擇以促進含氫物種擴散的組成部分之玻璃成分所形成,以便容易且有效率地形成包括玻璃核心層102中的含氫區之積層玻璃製品。在一些實施例中,玻璃核心層102可具有包括SiO2
、Al2
O3
及P2
O5
之成分。儘管不希望受理論束縛,咸信P2
O5
可改善及/或增進含氫物種擴散進入玻璃核心層102。在一些實施例中,玻璃核心層102可額外包括鹼金屬氧化物,如以下至少一者Li2
O、Na2
O 、K2
O、Rb2
O及Cs2
O。在一些實施例中,玻璃核心層102可至少實質上不含,或至少不含鋰。儘管不希望受理論束縛,咸信玻璃核心層102中的鋰(如Li2
O等)可能抑制含氫物種擴散進入玻璃核心層102。
在一些實施例中,玻璃核心層102可包括任何適當量的SiO2
。SiO2
為玻璃核心層的最大組分,且因此,SiO2
是由玻璃成分形成之玻璃網絡的主要組分。若玻璃成分中之SiO2
的濃度過高,則可能減損玻璃成分的可成形性(formability),因為較高的SiO2
濃度會增加玻璃熔融的難度,進而不利地影響玻璃的可成形性。在一些實施例中,玻璃核心層102的玻璃成分可包括以下含量的SiO2
:約45莫耳%至約75莫耳%,例如約46莫耳%至約74莫耳%、約47莫耳%至約73莫耳%、約48莫耳%至約72莫耳%、約49莫耳%至約71莫耳%、約50莫耳%至約70莫耳%、約51莫耳%至約69莫耳%、約52莫耳%至約68莫耳%、約53莫耳%至約67莫耳%、約54莫耳%至約66莫耳%、約55莫耳%至約65莫耳%、約56莫耳%至約64莫耳%、約57莫耳%至約63莫耳%、約58莫耳%至約62莫耳%、約59莫耳%至約61莫耳%、約60莫耳%,或由任何這些端點形成之任何子範圍。在一些實施例中,玻璃系基板可包括以下含量的SiO2
:約55莫耳%至約69莫耳%,例如約57莫耳%至約63莫耳%。
玻璃核心層102也可包括任何適當含量的Al2
O3
。類似於SiO2
,Al2
O3
可作為玻璃網絡成形劑。Al2
O3
可由於其在由玻璃成分形成的玻璃熔體(glass melt)中之四面體配位(tetrahedral coordination)而升高玻璃成分的黏度,當Al2
O3
的含量過高時會降低玻璃成分的可成形性。然而,當Al2
O3
的濃度與玻璃成分中之SiO2
的濃度和鹼金屬氧化物的濃度平衡時,Al2
O3
可降低玻璃熔體的液相溫度,從而增進液相黏度並改善玻璃成分與某些成形製程(如熔融成形製程)的相容性。在玻璃核心層102中包括Al2
O3
可防止相分離並且減少了玻璃中的非橋接氧(non-bridging oxygen;NBO)的數量。此外,如果除了含氫物種的向內擴散之外,還藉由離子交換強化積層玻璃製品100的話,Al2
O3
可改善離子交換的效率。在一些實施例中,玻璃核心層可包括以下含量的Al2
O3
:約3莫耳%至約20莫耳%,例如約4莫耳%至約19莫耳%、約5莫耳%至約18莫耳%、約6莫耳%至約17莫耳%、約7莫耳%至約16莫耳%、約8莫耳%至約15莫耳%、約9莫耳%至約14莫耳%、約10莫耳%至約13莫耳%、約11莫耳%至約12莫耳%,或由任何這些端點形成之任何子範圍。在一些實施例中,玻璃核心層102可包括以下含量的Al2
O3:約5莫耳%至約18莫耳%,例如約7莫耳%至約17莫耳%。
玻璃核心層102也可包括足以產生所需氫擴散率(diffusivity)之任何含量的P2
O5
。如本文所記述,將磷摻入玻璃核心層102中可促進及/或增強含氫物種擴散進入玻璃核心層102內。在一些實施例中,玻璃核心層102可包括以下含量的P2
O5
:約4莫耳%至約15莫耳%,例如約5莫耳%至約14莫耳%、約6莫耳%至約13莫耳%、約7莫耳%至約12莫耳%、約8莫耳%至約11莫耳%、約9莫耳%至約10莫耳%,或由任何這些端點形成之任何子範圍。在一些實施例中,玻璃核心層102可包括以下含量的P2
O5
:約5莫耳%至約15莫耳%,例如約6莫耳%至約15莫耳%、約5莫耳%至約10莫耳%、約6莫耳%至約10莫耳%,或約7莫耳%至約10莫耳%。
玻璃核心層102可包括任何適當含量之鹼金屬氧化物。玻璃成分中之鹼金屬氧化物(如,
Li2
O、Na2
O及K2
O還有包括Cs2
O及Rb2
O的其他鹼金屬氧化物)的總和可稱為「R2
O」,且可以莫耳%表示R2
O。在一些實施例中,玻璃核心層102可實質上不含,或不含鋰。在實施例中,玻璃核心層102包含以下含量之R2
O:大於或等於約6莫耳%,例如大於或等於約7莫耳%、大於或等於約8莫耳%、大於或等於約9莫耳%、大於或等於約10莫耳%、大於或等於約11莫耳%、大於或等於約12莫耳%、大於或等於約13莫耳%、大於或等於約14莫耳%、大於或等於約15莫耳%、大於或等於約16莫耳%、大於或等於約17莫耳%、大於或等於約18莫耳%、大於或等於約19莫耳%、大於或等於約20莫耳%、大於或等於約21莫耳%、大於或等於約22莫耳%、大於或等於約23莫耳%,或大於或等於約24莫耳%。在一或多個實施例中,玻璃核心層102包含以下含量之R2
O:小於或等於約25莫耳%,例如小於或等於約24莫耳%、小於或等於約23莫耳%、小於或等於約22莫耳%、小於或等於約21莫耳%、小於或等於約20莫耳%、小於或等於約19莫耳%、小於或等於約18莫耳%、小於或等於約17莫耳%、小於或等於約16莫耳%、小於或等於約15莫耳%、小於或等於約14莫耳%、小於或等於約13莫耳%、小於或等於約12莫耳%、小於或等於約11莫耳%、小於或等於約10莫耳%、小於或等於約9莫耳%、小於或等於約8莫耳%,或小於或等於約7莫耳%。應理解到,在實施例中,以上範圍中的任何範圍可以與任何其他範圍組合。在一些實施例中,玻璃核心層102包含以下含量之R2
O:從大於或等於約6.0莫耳%至小於或等於約25.0莫耳%,例如從大於或等於約7.0莫耳%至小於或等於約24.0莫耳%、從大於或等於約8.0莫耳%至小於或等於約23.0莫耳%、從大於或等於約9.0莫耳%至小於或等於約22.0莫耳%、從大於或等於約10.0莫耳%至小於或等於約21.0莫耳%、從大於或等於約11.0莫耳%至小於或等於約20.0莫耳%、從大於或等於約12.0莫耳%至小於或等於約19.0莫耳%、從大於或等於約13.0莫耳%至小於或等於約18.0莫耳%、從大於或等於約14.0莫耳%至小於或等於約17.0莫耳%,或從大於或等於約15.0莫耳%至小於或等於約16.0莫耳%,及介於前述值之間的所有範圍和子範圍。
在一些實施例中,鹼金屬氧化物可視情況包括K2
O。如下文所進一步描述,當包括K2
O時,一旦暴露於含水蒸氣環境,K2
O激勵含氫物種(如水合氫離子)擴散進入玻璃核心層102。在玻璃核心層包括K2
O的實施例中,可包括以下含量的K2
O:約2莫耳%至約25莫耳%,例如約5莫耳%至約24莫耳%、約7莫耳%至約23莫耳%、約8莫耳%至約22莫耳%、約9莫耳%至約21莫耳%、約10莫耳%至約20莫耳%、約11莫耳%至約19莫耳%、約12莫耳%至約18莫耳%、約13莫耳%至約17莫耳%、約14莫耳%至約16莫耳%,或由任何這些端點形成之任何子範圍。在一些實施例中,玻璃核心層可包括以下含量的K2
O:約10莫耳%至約25莫耳%,例如約10莫耳%至約20莫耳%、約11莫耳%至約25莫耳%、約11莫耳%至約20莫耳%,或約15莫耳%至約20莫耳%%,或由任何這些端點形成之任何子範圍。
玻璃核心層102可視情況包括任何適當含量的Rb2
O。在一些實施例中,玻璃核心層可包括以下含量的Rb2
O:0莫耳%至約10莫耳%,例如約1莫耳%至約9莫耳%、約2莫耳%至約8莫耳%、約3莫耳%至約7莫耳%、約4莫耳%至約6莫耳%、約5莫耳%,或由任何這些端點形成之任何子範圍。
玻璃核心層102可視情況包括任何適當含量的Cs2
O。在一些實施例中,玻璃核心層可包括以下含量的Cs2
O:0莫耳%至約10莫耳%,例如約1莫耳%至約9莫耳%、約2莫耳%至約8莫耳%、約3莫耳%至約7莫耳%、約4莫耳%至約6莫耳%、約5莫耳%,或由任何這些端點形成之任何子範圍。
在一些實施例中,積層玻璃製品的玻璃核心層可具有之成分包括:約45莫耳%至約75莫耳%的SiO2
、約3莫耳%至約20莫耳%的Al2
O3
、約6莫耳%至約15莫耳%的P2
O5
,及達約25莫耳%的K2
O。
在一些實施例中,積層玻璃製品的玻璃核心層可具有之成分包括:約45莫耳%至約75莫耳%的SiO2
、約3莫耳%至約20莫耳%的Al2
O3
、約4莫耳%至約15莫耳%的P2
O5
,及約6莫耳%至約25莫耳%的K2
O。
在一些實施例中,積層玻璃製品的玻璃核心層可具有之成分包括:約55莫耳%至約69莫耳%的SiO2
、約5莫耳%至約17莫耳%的Al2
O3
、約6莫耳%至約10莫耳%的P2
O5
,及達約20莫耳%的K2
O。
在一些實施例中,積層玻璃製品的玻璃核心層可具有之成分包括:約55莫耳%至約69莫耳%的SiO2
、約5莫耳%至約15莫耳%的Al2
O3
、約5莫耳%至約10莫耳%的P2
O5
,及約11莫耳%至約20莫耳%的K2
O。
在一些實施例中,積層玻璃製品的玻璃核心層可具有之成分包括:約58莫耳%至約63莫耳%的SiO2
、約7莫耳%至約14莫耳%的Al2
O3
、約7莫耳%至約10莫耳%的P2
O5
,及約15莫耳%至約20莫耳%的K2
O。
作為前述成分之替代,可由美國專利第9,156,724號、美國專利第9,346,703號、美國專利第9,682,885號、美國專利第9,783,453號、美國專利第9,815,733號、美國專利第9,969,644號、美國專利第9,975,803號及美國專利第10,017,412號中所揭示之玻璃成分形成積層玻璃製品100的玻璃核心層102。
可形成玻璃核心層102之具體玻璃成分包括列於表1中的彼等成分。然而,應理解到,用於積層玻璃製品100的玻璃核心層102之其他玻璃成分是可預期且可能的。
表1:範例玻璃核心層成分。
成分 (莫耳%) | C1 | C2 |
SiO2 | 57.43 | 58.18 |
Al2 O3 | 16.50 | 15.32 |
B2 O3 | 0.00 | 0.00 |
P2 O5 | 6.54 | 6.55 |
Na2 O | 16.65 | 16.51 |
SnO2 | 0.07 | 0.10 |
K2 O | 0.00 | 2.28 |
MgO | 2.81 | 1.07 |
BaO | 0.00 | 0.00 |
SrO | 0.00 | 0.00 |
CaO | 0.00 | 0.00 |
如本文所記述,在一些實施例中,與形成玻璃核心層102之玻璃成分相比,形成積層玻璃製品100的玻璃包覆層104a、104b之玻璃成分對於含氫物種的向內擴散(inward diffusion)較不敏感。在實施例中,可由美國專利第7,851,394號、美國專利第7,534,734號、美國專利第9,802,857號、美國專利第9,162,919號、美國專利第8,598056號及美國專利第7,833,919號中揭示之玻璃成分形成玻璃包覆層104a、104b。在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b是由不含鹼金屬氧化物(諸如K2
O、Na2
O、Li2
O等等)之玻璃成分所形成。可形成玻璃包覆層104a、104b之具體玻璃成分包括列於表2A及2B的彼等成分。然而,應理解到,用於積層玻璃製品100的玻璃包覆層104a、104b之其他玻璃成分是可預期且可能的。
表2A:範例玻璃包覆層成分。
成分 (莫耳%) | CL1 | CL2 | CL3 |
SiO2 | 67.50 | 69.69 | 69.59 |
Al2 O3 | 11.06 | 12.30 | 12.03 |
B2 O3 | 9.83 | 4.39 | 3.27 |
P2 O5 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
Na2 O | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
SnO2 | 0.08 | 0.08 | 0.08 |
K2 O | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
MgO | 2.26 | 3.93 | 4.74 |
BaO | 0.01 | 1.99 | 3.19 |
SrO | 0.50 | 1.71 | 1.25 |
CaO | 8.76 | 5.90 | 5.84 |
表2B:範例玻璃包覆層成分。
成分 (莫耳%) | CL4 | CL5 | CL6 |
SiO2 | 71.18 | 70.27 | 71.59 |
Al2 O3 | 12.50 | 12.79 | 12.43 |
B2 O3 | 2.54 | 2.08 | 0.72 |
P2 O5 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
Na2 O | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
SnO2 | 0.08 | 0.08 | 0.08 |
K2 O | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
MgO | 3.57 | 4.03 | 5.01 |
BaO | 3.43 | 3.13 | 3.36 |
SrO | 1.41 | 0.93 | 1.47 |
CaO | 5.28 | 6.69 | 5.33 |
在一些附加實施例中,具體選擇玻璃包覆層104a、104b的成分,以促進含氫物種擴散進入包覆層104a、104b。如第6圖所描繪,在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b包括含氫包覆區。在這些實施例中,含氫包覆區120從積層玻璃製品100的暴露包覆邊緣107a、107b延伸至包覆區穿透深度CLZPD
,且從積層玻璃製品100的表面108a延伸至包覆區穿透深度CLZPD
,所述包覆區穿透深度CLZPD
可從暴露包覆邊緣107a、107b及/或表面108a測量。
在此類實施例中,如將進一步於本文詳細描述的,含氫包覆區120含有藉由將積層玻璃製品100暴露於含水蒸氣環境而擴散進入玻璃包覆層104a、104b之氫的物種(在本文也稱作「含氫物種」)。可選擇玻璃包覆層104a、104b的成分以促進含氫物種擴散進入玻璃包覆層104a、104b。
在一些實施例中,從玻璃包覆層104a、104b的相應暴露包覆邊緣107a、107b及/或表面108a起算,玻璃包覆層104a、104b中之含氫包覆區120的包覆區穿透深度CLZPD
可大於或等於2 μm,例如大於或等於約2.5 μm,或甚至大於或等於約3 µm。在一些實施例中,含氫包覆區120的包覆區穿透深度CLZPD
可大於約5 μm,例如大於約10 μm、大於約15 μm、大於約20 μm、大於約25 μm、大於約30 μm、大於約35 μm、大於約40 μm、大於約45 μm、大於約50 μm、大於約55 μm、大於約60 μm、大於約65 μm、大於約70 μm、大於約75 μm、大於約80 μm、大於約85 μm、大於約90 μm、大於約95 μm、大於約100 μm、大於約105 μm、大於約110 μm、大於約115 μm、大於約120 μm、大於約125 μm、大於約130 μm、大於約135 μm、大於約140 μm、大於約145 μm、大於約150 μm、大於約155 μm、大於約160 μm、大於約165 μm、大於約170 μm、大於約175 μm、大於約180 μm、大於約185 μm、大於約190 μm、大於約195 μm、大於約200 μm,或更大。在實施例中,含氫包覆區120的包覆區穿透深度CLZPD
可為2.5 μm或甚至約3 μm至約205 μm,例如約5 μm至約200 μm、約15 μm至約195 μm、約20 μm至約190 μm、約25 μm至約185 μm、約30 μm至約180 μm、約35 μm至約175 μm、約40 μm至約170 μm、約45 μm至約165 μm、約50 μm至約160 μm、約55 μm至約155 μm、約60 μm至約150 μm、約65 μm至約145 μm、約70 μm至約140 μm、約75 μm至約135 μm、約80 μm至約130 μm、約85 μm至約125 μm、約90 μm至約120 μm、約95 μm至約115 μm、約100 μm至約110 μm,或由任何這些端點形成之任何子範圍。一般而言,因積層玻璃製品暴露於周圍環境之故,含氫包覆區120的包覆區穿透深度CLZPD
大於氫穿透深度。
在本文所描述之實施例中,可藉由本文所記述之二次離子質譜法(SIMS)測量含氫包覆區120的包覆區穿透深度CLZPD
及含氫包覆區120的氫濃度。
仍請參見第6圖,在朝向玻璃包覆層104a、104b的中心(如,在第4圖中表示為CL
)或進入玻璃包覆層104a、104b的厚度之方向上,各含氫包覆區120包含之氫濃度從相應暴露包覆邊緣107a、107b及/或玻璃包覆層104a、104b的表面108a附近(即,在該處或接近該處)之最大值往相應包覆區穿透深度CLZPD
減小。氫濃度在暴露包覆邊緣107a、107b及/或表面108a處最小。因此,應理解到,各含氫包覆區120可包含氫濃度梯度,所述氫濃度梯度從相應暴露包覆邊緣107a、107b及/或表面108a處或附近的最大值往相應包覆區穿透深度CLZPD
減小。
如本文所記述,含氫包覆區120中的含氫物種在含氫包覆區域120內之玻璃包覆層104a、104b的玻璃中產生壓縮應力。不欲受任何理論束縛,咸信含氫包覆區120中之壓縮應力是氫及/或含氫物種(如H2
O、H3
O+
及/或H+
等)擴散進入玻璃包覆層104a、104b的結果。這些含氫物種與玻璃網絡反應導致體積膨脹,進而在玻璃中產生壓縮應力。壓縮應力通常隨著含氫包覆區120中之氫濃度而變化。在實施例中,暴露包覆邊緣107a、107b及/或相應含氫包覆區120的表面108a處或附近(即,氫濃度最大處)之壓縮應力最大,並隨著往相應包覆區穿透深度CLZPD
方向增加距離而從最大值減小。一般而言,在相應包覆區穿透深度CLZPD
處或其鄰近處(即,氫濃度最小處)之壓縮應力最小。藉此,應理解到,含有最大壓縮應力之玻璃包覆層104a、104b的區域主位位於含氫包覆區120內。儘管CTE失配可能在包覆層104a、104b中產生一些壓縮應力,導入含氫包覆區120可進一步有助於在玻璃製品的表面處或附近產生壓縮應力。
在本文所描述之實施例中,含氫包覆區120中之壓縮應力可延伸至包覆區壓縮深度(即,包覆區DOC)。如本文所用,短語「包覆區壓縮深度」及「包覆區DOC」指的是從相應之暴露包覆邊緣107a、107b及/或玻璃包覆層104a、104b的表面108a起算之深度或距離,玻璃系製品中的應力在該深度或距離處從氫注入所導致之升高壓縮水平改變為由例如玻璃核心層102與包覆層104a、104b之CTE失配(mismatch)所形成之壓縮應力的「基線(baseline)」水平。
在一些實施例中,於玻璃包覆層104a、104b的暴露包覆邊緣107a、107b及/或表面108a處,含氫包覆區120中之壓縮應力可包括至少約100 MPa的壓縮應力,例如至少約150 MPa、至少約200 MPa、至少約250 MPa、至少約300 MPa、至少約350 MPa、至少約400 MPa、至少約450 MPa,或甚至至少約500 MPa。在一些實施例中,含氫包覆區120中之壓縮應力可包括約100 MPa至約500 MPa的壓縮應力,例如約150 MPa至約450 MPa、約150 MPa至約400 MPa、約200 MPa至約400 MPa、約200 MPa至約350 MPa、約200 MPa至約300 MPa,或由任何這些端點形成之任何子範圍。在一些實施例中,含氫包覆區120中之壓縮應力可大於中心包覆區122中之壓縮應力。舉例而言,中心包覆區122與含氫包覆區120之間的壓縮應力差異可為至少約150 MPa、至少約200 MPa、至少約250 MPa、至少約300 MPa、至少約350 MPa、至少約400 MPa、至少約450 MPa,或甚至至少約500 MPa。
在一些實施例中,包覆區DOC可為至少約5 μm,例如至少約10 μm、約15 μm、約20 μm、約25 μm、約30 μm,或更多。在一些實施例中,包覆區DOC可為約5 μm至約50 μm,例如約5 μm至約40 μm、約5 μm至約30 μm、約5 μm至約20 μm、約5 μm至約15 μm、約5 μm至約12 μm、約5 μm至約10 μm或可由任何這些端點形成之任何子範圍。
如本文所記述,咸信玻璃包覆層104a、104b內之壓縮應力,特別是玻璃包覆層104a、104b的含氫包覆區120內之壓縮應力,是由於含氫物種擴散進入玻璃包覆層104a、104b所致。進而,如本文所記述,含氫包覆區120內的含氫物種具有濃度梯度,其從暴露包覆邊緣107a、107b及/或玻璃包覆層104a、104b的表面108a處或附近的最大值向相應包覆區穿透深度CLZPD
減小。
在一些實施例中,積層玻璃製品100的玻璃包覆層104a、104b是由包括有經選擇以促進含氫物種擴散的組成部分之玻璃成分所形成,以便容易且有效率地形成包括玻璃包覆層104a、104b中的含氫區之積層玻璃製品。在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b可具有包括SiO2
、Al2
O3
及Na2
O之成分。儘管不希望受理論束縛,咸信Na2
O可有助於相對低的CTE,當利用CTE失配(mismatch)在積層製品中形成應力時,相對低的CTE對於如包覆層104a、104b之利用是理想的。在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b可額外包括附加的鹼金屬氧化物,如以下至少一者Li2
O、K2
O、Rb2
O及Cs2
O。此外,在一些實施例中,玻璃成分可包括如小於或等於約8莫耳%的含量之P2
O5
。在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b可至少實質上不含,或至少不含鋰。儘管不希望受理論束縛,咸信玻璃包覆層104a、104b中的鋰(如Li2
O等)可能抑制含氫物種擴散進入玻璃包覆層104a、104b。
在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b可包括任何適當量的SiO2
。SiO2
為玻璃包覆層104a、104b的最大組分,因此,SiO2
是由玻璃成分形成之玻璃網絡的主要組分。若玻璃成分中之SiO2
的濃度過高,則可能減損玻璃成分的可成形性(formability),因為較高的SiO2
濃度會增加玻璃熔融的難度,進而不利地影響玻璃的可成形性。在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b的玻璃成分可包括以下含量的SiO2
:約45莫耳%至約80莫耳%,例如至少約46莫耳%、至少約47莫耳%、至少約48莫耳%、至少約49莫耳%、至少約50莫耳%、至少約51莫耳%、至少約52莫耳%、至少約53莫耳%、至少約54莫耳%、至少約55莫耳%、至少約56莫耳%、至少約57莫耳%、至少約58莫耳%、至少約59莫耳%、至少約60莫耳%、至少約61莫耳%、至少約62莫耳%、至少約63莫耳%、至少約64莫耳%、至少約65莫耳%、至少約66莫耳%、至少約67莫耳%、至少約68莫耳%、至少約69莫耳%、至少約70莫耳%、至少約71莫耳%、至少約72莫耳%、至少約73莫耳%、至少約74莫耳%、至少約75莫耳%、至少約76莫耳%、至少約77莫耳%、至少約78莫耳%,或至少約79莫耳%,且小於或等於約80莫耳%。在附加實施例中,玻璃包覆層104a、104b的玻璃成分可包括以下含量的SiO2
:至少約45莫耳%且小於或等於約46、小於或等於約47莫耳%、小於或等於約48莫耳%、小於或等於約49莫耳%、小於或等於約50莫耳%、小於或等於約51莫耳%、小於或等於約52莫耳%、小於或等於約53莫耳%、小於或等於約54莫耳%、小於或等於約55莫耳%、小於或等於約56莫耳%、小於或等於約57莫耳%、小於或等於約58莫耳%、小於或等於約59莫耳%、小於或等於約60莫耳%、小於或等於約61莫耳%、小於或等於約62莫耳%、小於或等於約63莫耳%、小於或等於約64莫耳%、小於或等於約65莫耳%、小於或等於約66莫耳%、小於或等於約67莫耳%、小於或等於約68莫耳%、小於或等於約69莫耳%、小於或等於約70莫耳%、小於或等於約71莫耳%、小於或等於約72莫耳%、小於或等於約73莫耳%、小於或等於約74莫耳%、小於或等於約75莫耳%、小於或等於約76莫耳%、小於或等於約77莫耳%、小於或等於約78莫耳%,或小於或等於約79莫耳%。在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b可包括以下含量的SiO2
:約60莫耳%至約70莫耳%。
玻璃包覆層104a、104b也可包括任何適當含量的Al2
O3
。類似於SiO2
,Al2
O3
可作為玻璃網絡成形劑。Al2
O3
可由於其在由玻璃成分形成的玻璃熔體中之四面體配位而升高玻璃成分的黏度,當Al2
O3
的含量過高時會降低玻璃成分的可成形性。然而,當Al2
O3
的濃度與玻璃成分中之SiO2
的濃度和鹼金屬氧化物的濃度平衡時,Al2
O3
可降低玻璃熔體的液相溫度,從而增進液相黏度並改善玻璃成分與某些成形製程(如熔融成形製程)的相容性。在玻璃包覆層104a、104b中包括Al2
O3
可防止相分離並且減少了玻璃中的非橋接氧(non-bridging oxygen;NBO)的數量。此外,若除了含氫物種的向內擴散之外,還藉由離子交換強化積層玻璃製品100的話,Al2
O3
可改善離子交換的效率。
在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b可包括以下含量的Al2
O3
:約3莫耳%至約20莫耳%,例如約10莫耳%至約15莫耳%。舉例而言,玻璃包覆層104a、104b可包括以下含量的Al2
O3
:至少3莫耳%且小於或等於約4莫耳%、小於或等於約5莫耳%、小於或等於約6莫耳%、小於或等於約7莫耳%、小於或等於約8莫耳%、小於或等於約9莫耳%、小於或等於約10莫耳%、小於或等於約11莫耳%、小於或等於約12莫耳%、小於或等於約13莫耳%、小於或等於約14莫耳%、小於或等於約15莫耳%、小於或等於約16莫耳%、小於或等於約17莫耳%、小於或等於約18莫耳%,或小於或等於約19莫耳%。在附加實施例中,玻璃包覆層104a、104b可包括以下含量的Al2
O3
:至少約4莫耳%、至少約5莫耳%、至少約6莫耳%、至少約7莫耳%、至少約8莫耳%、至少約9莫耳%、至少約10莫耳%、至少約11莫耳%、至少約12莫耳%、至少約13莫耳%、至少約14莫耳%、至少約15莫耳%、至少約16莫耳%、至少約17莫耳%、至少約18莫耳%,或至少約19莫耳%,且小於或等於約20莫耳%。
玻璃包覆層104a、104b還可以包括足以產生期望的氫擴散率之任何含量的P2
O5。如本文所記述,在玻璃包覆層104a、104b中包括磷可改善及/或增進含氫物種擴散進入玻璃包覆層104a、104b。在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b可包括以下含量的P2
O5
:約0莫耳%至約8莫耳%,例如約2莫耳%至約6莫耳%。在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b可包括以下含量的P2
O5
:小於或等於8莫耳%、小於或等於約7莫耳%、小於或等於約6莫耳%、小於或等於約5莫耳%、小於或等於約4莫耳%、小於或等於約3莫耳%、小於或等於約2莫耳%,或小於或等於約1莫耳%。
玻璃包覆層104a、104b可包括適當含量的鹼金屬氧化物。玻璃成分中之鹼金屬氧化物(如,
Li2
O、Na2
O及K2
O還有包括Cs2
O及Rb2
O的其他鹼金屬氧化物)的總和可稱為「R2
O」,且可以莫耳%表示R2
O。在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b可實質上不含,或不含鋰。在實施例中,玻璃包覆層104a、104b包含以下含量之R2
O:大於或等於約6莫耳%,例如大於或等於約7莫耳%、大於或等於約8莫耳%、大於或等於約9莫耳%、大於或等於約10莫耳%、大於或等於約11莫耳%、大於或等於約12莫耳%、大於或等於約13莫耳%、大於或等於約14莫耳%、大於或等於約15莫耳%、大於或等於約16莫耳%、大於或等於約17莫耳%、大於或等於約18莫耳%、大於或等於約19莫耳%、大於或等於約20莫耳%、大於或等於約21莫耳%、大於或等於約22莫耳%、大於或等於約23莫耳%,或大於或等於約24莫耳%。在一或多個實施例中,玻璃包覆層104a、104b包含以下含量之R2
O:小於或等於約25莫耳%,例如小於或等於約24莫耳%、小於或等於約23莫耳%、小於或等於約22莫耳%、小於或等於約21莫耳%、小於或等於約20莫耳%、小於或等於約19莫耳%、小於或等於約18莫耳%、小於或等於約17莫耳%、小於或等於約16莫耳%、小於或等於約15莫耳%、小於或等於約14莫耳%、小於或等於約13莫耳%、小於或等於約12莫耳%、小於或等於約11莫耳%、小於或等於約10莫耳%、小於或等於約9莫耳%、小於或等於約8莫耳%,或小於或等於約7莫耳%。應理解到,在實施例中,以上範圍中的任何範圍可以與任何其他範圍組合。在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b包含以下含量之R2
O:從大於或等於約6.0莫耳%至小於或等於約25.0莫耳%,例如從大於或等於約7.0莫耳%至小於或等於約24.0莫耳%、從大於或等於約8.0莫耳%至小於或等於約23.0莫耳%、從大於或等於約9.0莫耳%至小於或等於約22.0莫耳%、從大於或等於約10.0莫耳%至小於或等於約21.0莫耳%、從大於或等於約11.0莫耳%至小於或等於約20.0莫耳%、從大於或等於約12.0莫耳%至小於或等於約19.0莫耳%、從大於或等於約13.0莫耳%至小於或等於約18.0莫耳%、從大於或等於約14.0莫耳%至小於或等於約17.0莫耳%、或從大於或等於約15.0莫耳%至小於或等於約16.0莫耳%,及介於前述值之間的所有範圍和子範圍。
在一些實施例中,包覆層104a、104b可包括Na2
O。相對大量的Na2
O可能有助於較低的CTE。在一或多個實施例中,玻璃包覆層104a、104b可包括以下含量的Na2
O:約1莫耳%至約20莫耳%。舉例而言,玻璃包覆層104a、104b可包括以下含量的Na2
O:至少約1莫耳%且小於或等於約2莫耳%、小於或等於約3莫耳%、小於或等於約4莫耳%、小於或等於約5莫耳%、小於或等於約6莫耳%、小於或等於約7莫耳%、小於或等於約8莫耳%、小於或等於約9莫耳%、小於或等於約10莫耳%、小於或等於約11莫耳%、小於或等於約12莫耳%、小於或等於約13莫耳%、小於或等於約14莫耳%、小於或等於約15莫耳%、小於或等於約16莫耳%、小於或等於約17莫耳%、小於或等於約18莫耳%,或小於或等於約19莫耳%。在附加實施例中,玻璃包覆層104a、104b可包括以下含量的Na2
O:至少約2莫耳%、至少約3莫耳%、至少約4莫耳%、至少約5莫耳%、至少約6莫耳%、至少約7莫耳%、至少約8莫耳%、至少約9莫耳%、至少約10莫耳%、至少約11莫耳%、至少約12莫耳%、至少約13莫耳%、至少約14莫耳%、至少約15莫耳%、至少約16莫耳%、至少約17莫耳%、至少約18莫耳%、至少約19莫耳%,且小於或等於約20莫耳%。
在一些實施例中,包覆層104a、104b可視情況包括K2
O。如下文所進一步描述,當包括K2
O時,一旦暴露於含水蒸氣環境,K2
O激勵含氫物種(如水合氫離子)擴散進入玻璃包覆層104a、104b。在玻璃包覆層104a、104b包括K2
O的實施例中,可包括以下含量的K2
O:約2莫耳%至約25莫耳%,例如約5莫耳%至約24莫耳%、約7莫耳%至約23莫耳%、約8莫耳%至約22莫耳%、約9莫耳%至約21莫耳%、約10莫耳%至約20莫耳%、約11莫耳%至約19莫耳%、約12莫耳%至約18莫耳%、約13莫耳%至約17莫耳%、約14莫耳%至約16莫耳%,或由任何這些端點形成之任何子範圍。在一些實施例中,玻璃包覆層104a、104b可包括以下含量的K2
O:約10莫耳%至約25莫耳%,例如約10莫耳%至約20莫耳%、約11莫耳%至約25莫耳%、約11莫耳%至約20莫耳%,或約15莫耳%至約20莫耳%%,或由任何這些端點形成之任何子範圍。
可形成玻璃包覆層104a、104b之具體玻璃成分包括實例4中列出的彼等成分。本文考慮的是包括實例4之玻璃成分之一種、多種或全部組成分之玻璃成分,其中對各選定玻璃組成分而言之範圍為+/- 1莫耳%、+/- 2莫耳%、+/- 3莫耳%、+/- 4莫耳%、+/- 5莫耳%、+/- 6莫耳%、+/- 17莫耳%、+/- 8莫耳%、+/- 9莫耳%,或+/- 10莫耳%。然而,應理解的是,就積層玻璃製品100的玻璃包覆層104a、104b而言,其他玻璃成分是可預期且可能的。
根據附加實施例,本文描述之具有形成含氫區傾向之玻璃成分可來自不需要包括積層幾何形貌(laminated geometry)之玻璃系製品,如玻璃片。舉例而言,可由本文所述之玻璃成分形成玻璃片或其他製品。舉例而言,根據某些實施例之玻璃系製品900的代表性剖面描繪於第13圖。玻璃系製品900具有厚度t
,厚度t
在第一表面910與第二表面912之間延伸。第一壓縮應力層920從第一表面910延伸至第一壓縮深度,其中第一壓縮深度具有經測量從第一表面910進入玻璃系製品900之深度d1
。第二壓縮應力層922從第二表面912延伸至第二壓縮深度,其中第二壓縮深度具有經測量從第二表面912進入玻璃系製品900之深度d2
。拉伸應力區域930存在於第一壓縮深度與第二壓縮深度之間。在實施例中,第一壓縮深度d1
可實質上等於第二壓縮深度d2
或等於第二壓縮深度d2
。
在一些實施例中,玻璃系製品900的壓縮應力層可包括大於或等於10 MPa之壓縮應力,例如大於或等於20 MPa、大於或等於30 MPa、大於或等於40 MPa、大於或等於50 MPa、大於或等於60 MPa、大於或等於70 MPa、大於或等於80 MPa、大於或等於90 MPa、大於或等於100 MPa、大於或等於110 MPa、大於或等於120 MPa、大於或等於130 MPa、大於或等於140 MPa、大於或等於145 MPa、大於或等於150 MPa、大於或等於160 MPa、大於或等於170 MPa、大於或等於180 MPa、大於或等於190 MPa、大於或等於200 MPa、大於或等於210 MPa、大於或等於220 MPa、大於或等於230 MPa、大於或等於240 MPa、大於或等於250 MPa、大於或等於260 MPa、大於或等於270 MPa、大於或等於280 MPa、大於或等於290 MPa、大於或等於300 MPa、大於或等於310 MPa、大於或等於320 MPa、大於或等於330 MPa、大於或等於340 MPa、大於或等於350 MPa、大於或等於360 MPa、大於或等於370 MPa、大於或等於380 MPa、大於或等於390 MPa、大於或等於400 MPa、大於或等於410 MPa、大於或等於420 MPa、大於或等於430 MPa、大於或等於440 MPa、大於或等於450 MPa,或更大。在一些實施例中,壓縮應力層可包括從大於或等於10 MPa至小於或等於500 MPa之壓縮應力,例如從大於或等於20 MPa至小於或等於490 MPa、從大於或等於20 MPa至小於或等於480 MPa、從大於或等於30 MPa至小於或等於470 MPa、從大於或等於40 MPa至小於或等於460 MPa、從大於或等於50 MPa至小於或等於450 MPa、從大於或等於60 MPa至小於或等於440 MPa、從大於或等於70 MPa至小於或等於430 MPa、從大於或等於80 MPa至小於或等於420 MPa、從大於或等於90 MPa至小於或等於410 MPa、從大於或等於100 MPa至小於或等於400 MPa、從大於或等於110 MPa至小於或等於390 MPa、從大於或等於120 MPa至小於或等於380 MPa、從大於或等於130 MPa至小於或等於370 MPa、從大於或等於140 MPa至小於或等於360 MPa、從大於或等於150 MPa至小於或等於350 MPa、從大於或等於160 MPa至小於或等於340 MPa、從大於或等於170 MPa至小於或等於330 MPa、從大於或等於180 MPa至小於或等於320 MPa、從大於或等於190 MPa至小於或等於310 MPa、從大於或等於200 MPa至小於或等於300 MPa、從大於或等於210 MPa至小於或等於290 MPa、從大於或等於220 MPa至小於或等於280 MPa、從大於或等於230 MPa至小於或等於270 MPa、從大於或等於240 MPa至小於或等於260 MPa、250 MPa,或由任何這些端點形成之任何子範圍。
在一些實施例中,玻璃系製品900的壓縮應力層之DOC可大於或等於5 µm,例如大於或等於7 µm、大於或等於10 µm、大於或等於15 µm、大於或等於20 µm、大於或等於25 µm、大於或等於30 µm、大於或等於35 µm、大於或等於40 µm、大於或等於45 µm、大於或等於50 µm、大於或等於55 µm、大於或等於60 µm、大於或等於65 µm、大於或等於70 µm、大於或等於75 µm、大於或等於80 µm、大於或等於85 µm、大於或等於90 µm、大於或等於95 µm、大於或等於100 µm、大於或等於105 µm、大於或等於110 µm、大於或等於115 µm、大於或等於120 µm、大於或等於125 µm、大於或等於130 µm、大於或等於135 µm、大於或等於140 µm、大於或等於145 µm、大於或等於150 µm、大於或等於155 µm、大於或等於160 µm、大於或等於165 µm、大於或等於170 µm、大於或等於175 µm、大於或等於180 µm、大於或等於185 µm、大於或等於190 µm、大於或等於195 µm,或更大。在一些實施例中,壓縮應力層的DOC可從大於或等於5 µm至小於或等於200 µm,例如從大於或等於7 µm至小於或等於195 µm、從大於或等於10 µm至小於或等於190 µm、從大於或等於15 µm至小於或等於185 µm、從大於或等於20 µm至小於或等於180 µm、從大於或等於25 µm至小於或等於175 µm、從大於或等於30 µm至小於或等於170 µm、從大於或等於35 µm至小於或等於165 µm、從大於或等於40 µm至小於或等於160 µm、從大於或等於45 µm至小於或等於155 µm、從大於或等於50 µm至小於或等於150 µm、從大於或等於55 µm至小於或等於145 µm、從大於或等於60 µm至小於或等於140 µm、從大於或等於65 µm至小於或等於135 µm、從大於或等於70 µm至小於或等於130 µm、從大於或等於75 µm至小於或等於125 µm、從大於或等於80 µm至小於或等於120 µm、從大於或等於85 µm至小於或等於115 µm、從大於或等於90 µm至小於或等於110 µm、100 µm,或可由任何這些端點形成之任何子範圍。
在一些實施例中,玻璃系製品900可具有大於或等於0.05t
之DOC,其中t
為玻璃系製品900的厚度,例如大於或等於0.06t
、大於或等於0.07t
、大於或等於0.08t
、大於或等於0.09t
、大於或等於0.10t
、大於或等於0.11t
、大於或等於0.12t
、大於或等於0.13t
、大於或等於0.14t
、大於或等於0.15t
、大於或等於0.16t
、大於或等於0.17t
、大於或等於0.18t
、大於或等於0.19t
,或更大。在一些實施例中,玻璃系製品900可具有從大於或等於0.05t
至小於或等於0.20t
之DOC,例如從大於或等於0.06t
至小於或等於0.19t
、從大於或等於0.07t
至小於或等於0.18t
、從大於或等於0.08t
至小於或等於0.17t
、從大於或等於0.09t
至小於或等於0.16t
、從大於或等於0.10t
至小於或等於0.15t
、從大於或等於0.11t
至小於或等於0.14t
、從大於或等於0.12t
至小於或等於0.13t
,或由任何這些端點形成之任何子範圍。
在一些實施例中,玻璃系製品900的最大中心張力(CT)可大於或等於10 MPa,例如大於或等於11 MPa、大於或等於12 MPa、大於或等於13 MPa、大於或等於14 MPa、大於或等於15 MPa、大於或等於16 MPa、大於或等於17 MPa、大於或等於18 MPa、大於或等於19 MPa、大於或等於20 MPa、大於或等於22 MPa、大於或等於24 MPa、大於或等於26 MPa、大於或等於28 MPa、大於或等於30 MPa、大於或等於32 MPa,或更大。在一些實施例中,玻璃系製品900的CT可從大於或等於10 MPa至小於或等於35 MPa,例如從大於或等於11 MPa至小於或等於34 MPa、從大於或等於12 MPa至小於或等於33 MPa、從大於或等於13 MPa至小於或等於32 MPa、從大於或等於14 MPa至小於或等於32 MPa、從大於或等於15 MPa至小於或等於31 MPa、從大於或等於16 MPa至小於或等於30 MPa、從大於或等於17 MPa至小於或等於28 MPa、從大於或等於18 MPa至小於或等於26 MPa、從大於或等於19 MPa至小於或等於24 MPa、從大於或等於20 MPa至小於或等於22 MPa,或由任何這些端點形成之任何子範圍。
玻璃系製品900的含氫層可具有大於5 µm的層深度(DOL)。在一些實施例中,層深度可大於或等於10 µm,例如大於或等於15 µm、大於或等於20 µm、大於或等於25 µm、大於或等於30 µm、大於或等於35 µm、大於或等於40 µm、大於或等於45 µm、大於或等於50 µm、大於或等於55 µm、大於或等於60 µm、大於或等於65 µm、大於或等於70 µm、大於或等於75 µm、大於或等於80 µm、大於或等於85 µm、大於或等於90 µm、大於或等於95 µm、大於或等於100 µm、大於或等於105 µm、大於或等於110 µm、大於或等於115 µm、大於或等於120 µm、大於或等於125 µm、大於或等於130 µm、大於或等於135 µm、大於或等於140 µm、大於或等於145 µm、大於或等於150 µm、大於或等於155 µm、大於或等於160 µm、大於或等於165 µm、大於或等於170 µm、大於或等於175 µm、大於或等於180 µm、大於或等於185 µm、大於或等於190 µm、大於或等於195 µm、大於或等於200 µm,或更大。在一些實施例中,層深度可從大於5 µm至小於或等於205 µm,例如從大於或等於10 µm至小於或等於200 µm、從大於或等於15 µm至小於或等於200 µm、從大於或等於20 µm至小於或等於195 µm、從大於或等於25 µm至小於或等於190 µm、從大於或等於30 µm至小於或等於185 µm、從大於或等於35 µm至小於或等於180 µm、從大於或等於40 µm至小於或等於175 µm、從大於或等於45 µm至小於或等於170 µm、從大於或等於50 µm至小於或等於165 µm、從大於或等於55 µm至小於或等於160 µm、從大於或等於60 µm至小於或等於155 µm、從大於或等於65 µm至小於或等於150 µm、從大於或等於70 µm至小於或等於145 µm、從大於或等於75 µm至小於或等於140 µm、從大於或等於80 µm至小於或等於135 µm、從大於或等於85 µm至小於或等於130 µm、從大於或等於90 µm至小於或等於125 µm、從大於或等於95 µm至小於或等於120 µm、從大於或等於100 µm至小於或等於115 µm、從大於或等於105 µm至小於或等於110 µm,或由任何這些端點形成之任何子範圍。一般而言,玻璃系製品900呈現之層深度大於可藉由暴露於周圍環境而產生之層深度。
玻璃系製品900的含氫層可具有大於0.005t
之層深度(DOL),其中t
為玻璃系製品的厚度。在一些實施例中,層深度可大於或等於0.010t
,例如大於或等於0.015t
、大於或等於0.020t
、大於或等於0.025t
、大於或等於0.030t
、大於或等於0.035t
、大於或等於0.040t
、大於或等於0.045t
、大於或等於0.050t
、大於或等於0.055t
、大於或等於0.060t
、大於或等於0.065t
、大於或等於0.070t
、大於或等於0.075t
、大於或等於0.080t
、大於或等於0.085t
、大於或等於0.090t
、大於或等於0.095t
、大於或等於0.10t
、大於或等於0.15t
、大於或等於0.20t
,或更大。在一些實施例中,DOL可從大於0.005t
至小於或等於0.205t
,例如從大於或等於0.010t
至小於或等於0.200t
、從大於或等於0.015t
至小於或等於0.195t
、從大於或等於0.020t
至小於或等於0.190t
、從大於或等於0.025t
至小於或等於0.185t
、從大於或等於0.030t
至小於或等於0.180t
、從大於或等於0.035t
至小於或等於0.175t
、從大於或等於0.040t
至小於或等於0.170t
、從大於或等於0.045t
至小於或等於0.165t
、從大於或等於0.050t
至小於或等於0.160t
、從大於或等於0.055t
至小於或等於0.155t
、從大於或等於0.060t
至小於或等於0.150t
、從大於或等於0.065t
至小於或等於0.145t
、從大於或等於0.070t
至小於或等於0.140t
、從大於或等於0.075t
至小於或等於0.135t
、從大於或等於0.080t
至小於或等於0.130t
、從大於或等於0.085t
至小於或等於0.125t
、從大於或等於0.090t
至小於或等於0.120t
、從大於或等於0.095t
至小於或等於0.115t
、從大於或等於0.100t
至小於或等於0.110t
,或由任何這些端點形成之任何子範圍。
在本文所描述之實施例中,在形成積層玻璃製品100 (例如藉由本文所述的熔融層壓製程)並從較大的玻璃製品(如玻璃帶)單分(singulate)之後,含氫物種可擴散進入玻璃核心層102、包覆層104a、104b或二者。類似地,在形成玻璃系製品900之後,含氫物種可擴散進入玻璃系製品900。舉例而言,可藉由在適當條件(如,溫度、壓力和濕度)下將積層玻璃製品100或玻璃系製品900暴露於包含水蒸氣的環境,使來自環境之含氫物種擴散進入玻璃核心層102,而將含氫物種擴散進入玻璃核心層102。
現請參見第7圖,其示意性地描繪用於將含氫物種擴散到積層玻璃製品100或玻璃系製品900中的設備500。設備500包含壓力容器501耦接壓力源510。設備500進一步包含支撐件508,一或多個積層玻璃製品100或玻璃系製品900可安置於支撐件508上而位於壓力容器501內。設備500也包括如加熱元件等熱源506,用於加熱位於壓力容器501內之液態水502,從而在升高的溫度(即,大於室溫 (20°C))下於壓力容器501內產生含水蒸氣環境504。
在實施例中,藉由將一或多個積層玻璃製品100或玻璃系製品900安置於壓力容器501中之支撐件508上,使得積層玻璃製品100或玻璃系製品900升高到液態水502上方,以將含氫物種擴散進入積層玻璃製品100或玻璃系製品900。接著將壓力容器501加壓至大於或等於0.1 MPa (標準大氣壓力)之壓力,並以熱源506加熱液態水502,以於壓力容器501內產生含水蒸氣環境504。來自含水蒸氣環境504之含氫物種擴散進入積層玻璃製品100或玻璃系製品900,例如進入積層玻璃製品的玻璃核心層102或玻璃包覆層104a、104b,或進入任何玻璃系製品900的外邊緣。可例如藉由調節含水蒸氣環境504中之溫度、壓力及/或水的濃度,來改變含氫物種的擴散速率。
具體地,壓力和溫度的各種組合可與設備500一起使用,以促進將含氫物種擴散到安置於壓力容器501中之一或多個積層玻璃製品100的玻璃核心層102及/或玻璃包覆層104a、104b內,或玻璃系製品900內。在實施例中,壓力容器501的溫度及/或壓力受控制以產生包含大於或等於300克水/m3
之含水蒸氣環境504。在實施例中,含水蒸氣環境504包含大於或等於400克水/m3
或甚至大於或等於500克水/m3
。在實施例中,含水蒸氣環境504包含大於或等於750克水/m3
或甚至大於或等於1000克水/m3
。在實施例中,含水蒸氣環境504包含大於或等於5000克水/m3
或甚至大於或等於10,000克水/m3
。在實施例中,含水蒸氣環境504包含大於或等於15,000克水/m3
或甚至大於或等於20,000克水/m3
。在實施例中,含水蒸氣環境504包含大於或等於30,000克水/m3
或甚至大於或等於40,000克水/m3
。在實施例中,含水蒸氣環境504包含大於或等於50,000 克水/m3
或甚至大於或等於100,000克水/m3
。
在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於0.075 MPa,以利於將含氫物種擴散到安置於壓力容器501中之一或多個積層玻璃製品100的玻璃核心層102及/或玻璃包覆層104a、104b內,或玻璃系製品900的表面內。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於0.1 MPa或甚至大於或等於0.5 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於1 MPa或甚至大於或等於1.5 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於2 MPa 或甚至大於或等於2.5 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於3 MPa 或甚至大於或等於3.5 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於4 MPa或甚至大於或等於4.5 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於5 MPa 或甚至大於或等於5.5 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於6 MPa或甚至大於或等於6.5 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於7 MPa或甚至大於或等於7.5 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於8 MPa 或甚至大於或等於8.5 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於9 MPa 或甚至大於或等於9.5 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於10 MPa 或甚至大於或等於11 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於12 MPa 或甚至大於或等於13 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於14 MPa 或甚至大於或等於15 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於16 MPa 或甚至大於或等於17 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於18 MPa 或甚至大於或等於19 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於20 MPa或甚至大於或等於21 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於22 MPa。
在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於0.075 MPa且小於或等於9 MPa,以促進含氫物種擴散進入安置於壓力容器501中之一或多個積層玻璃製品100的玻璃核心層102及/或玻璃包覆層104a、104b內,或一或多個玻璃系製品900內。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於0.1 MPa且小於或等於8.5。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於0.5 MPa且小於或等於8.5。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於1 MPa且小於或等於8 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於2 MPa且小於或等於8 MPa。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於3 MPa且小於或等於7.5。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於4 MPa且小於或等於7。在實施例中,含水蒸氣環境中之水的分壓大於或等於5 MPa且小於或等於7。
在實施例中,將含水蒸氣環境504加熱至至少約70°C之溫度,以使含氫物種擴散進入一或多個積層玻璃製品100的玻璃核心層102及/或玻璃包覆層104a、104b或一或多個玻璃系製品900。舉例而言,在實施例中,可將含水蒸氣環境504加熱至以下溫度:至少約75°C、至少約80°C、至少約90°C、至少約100°C、至少約110°C、至少約120°C、至少約130°C、至少約140°C、至少約150°C、至少約160°C、至少約170°C、至少約180°C、至少約190°C、至少約200°C、至少約210°C、至少約220°C、至少約230°C、至少約240°C、至少約250°C、至少約260°C、至少約270°C、至少約280°C、至少約290°C、至少約300°C、至少約310°C、至少約320°C、至少約330°C、至少約340°C,或甚至至少約350°C或更高。在一些實施例中,可將積層玻璃製品100或玻璃系製品900暴露於處在以下溫度之含水蒸氣環境:約70°C至約350°C,例如約75°C至約345°C、約80°C至約340°C、約85°C至約335°C、約90°C至約330°C、約95°C至約325°C、約100°C至約320°C、約105°C至約315°C、約110°C至約310°C、約115°C至約305°C、約120°C至約300°C、約125°C至約295°C、約130°C至約290°C、約135°C至約285°C,或由這些端點形成之任何子範圍。
在實施例中,亦將含水蒸氣環境504加壓至大於或等於0.1 MPa之處理壓力,以將含氫物種擴散進入一或多個積層玻璃製品100的玻璃核心層102及/或玻璃包覆層104a、104b或一或多個玻璃系製品900內。加壓含水蒸氣環境504會增加壓力容器501中之水蒸氣的濃度(即,克水/m3
),從而提升含氫物種進入一或多個積層玻璃製品100的玻璃核心層102及/或玻璃包覆層104a、104b或一或多個玻璃系製品900之擴散速率。在實施例中,處理壓力大於或等於約0.1 MPa、大於或等於0.2 MPa、大於或等於0.3 MPa、大於或等於0.4 MPa、大於或等於0.5 MPa、大於或等於1.0 MPa、大於或等於約2.0 MPa、大於或等於3.0 MPa、大於或等於4.0 MPa、大於或等於5.0 MPa、大於或等於6.0 MPa、大於或等於7.0 MPa、大於或等於8.0 MPa、大於或等於9.0 MPa、大於或等於10.0 MPa、大於或等於11.0 MPa、大於或等於12.0 MPa、大於或等於13.0 MPa、大於或等於14.0 MPa、大於或等於15.0 MPa、大於或等於16.0 MPa、大於或等於17.0 MPa、大於或等於18.0 MPa、大於或等於19.0 MPa、大於或等於20.0 MPa、大於或等於21.0 MPa、大於或等於22.0 MPa、大於或等於23.0 MPa、大於或等於24.0 MPa,或甚至大於或等於25.0 MPa。舉例而言,在一些實施例中,處理壓力大於或等於0.1 MPa且小於或等於25.0 MPa,例如大於或等於1.0 MPa且小於或等於25.0 MPa、大於或等於5.0 MPa且小於或等於25.0 MPa,或甚至大於或等於10.0 MPa且小於或等於25.0 MPa,或由這些端點形成之任何子範圍。
在本文所描述之實施例中,可將積層玻璃製品100或玻璃系製品900暴露於含水蒸氣環境504達至少約0.04天或甚至至少約0.25天,以促進含氫物種擴散進入一或多個積層玻璃製品100的玻璃核心層102及/或玻璃包覆層104a、104b或一或多個玻璃系製品900。舉例而言,在一些實施例中,可將積層玻璃製品100暴露於含水蒸氣環境504達至少約0.3天、至少約0.4天、至少約0.5天、至少約0.6天、至少約0.7天、至少約0.8天、至少約0.9天,或甚至至少約1天。在一些實施例中,可將積層玻璃製品100暴露於含水蒸氣環境504達至少約2天、至少約3天、至少約4天、至少約5天、至少約6天、至少約7天、至少約8天、至少約9天、至少約10天、至少約15天、至少約20天、至少約25天、至少約30天、至少約35天、至少約40天、至少約45天、至少約50天、至少約55天、至少約60天,或甚至至少約65天。在一些實施例中,可將玻璃系基板暴露於含水蒸氣環境達約0.04天或甚至約0.25天至約70天,例如約0.5天至約65天、約1天至約60天、約2天至約55天、約3天至約45天、約4天至約40天、約5天至約35天、約6天至約30天、約7天至約25天、約8天至約20天,或由任何這些端點形成之任何子範圍。
應理解的是,可修改積層玻璃製品100或玻璃系製品900暴露於含水蒸氣環境504之條件,以減少將含氫物種擴散進入一或多個積層玻璃製品100的玻璃核心層102及/或玻璃包覆層104a、104b或一或多個玻璃系製品900所需的時間。舉例而言,在實施例中,可升高溫度及/或處理壓力以減少達到進入一或多個積層玻璃製品100的玻璃核心層102及/或玻璃包覆層104a、104b或一或多個玻璃系製品900之含氫物種的擴散量所需的時間。然而,應理解的是,應避免會導致壓力容器501內的水蒸氣504冷凝成液態水之壓力和溫度的組合。
基於前文,應理解到,可利用含氫物種向內擴散進入積層玻璃製品的玻璃核心層或玻璃包覆層,或進入玻璃系製品的任何表面,以在玻璃中產生壓縮應力。當僅有玻璃核心藉由氫擴散而強化時,這些壓縮應力抵消了因層壓而導致之靠近邊緣之玻璃核心層中的拉伸應力,從而降低了積層玻璃製品因與玻璃核心層的暴露邊緣機械接觸而失效的敏感性。此外,氫擴散可增加在玻璃系製品或積層製品的包覆層之至少主表面上的壓縮應力。
本文揭示之積層玻璃製品或玻璃系製品可併入其他製品,如具有顯示器製品(或顯示器製品) (如,消費性電子產品,包括監視器、電視、行動電話、平板電腦、電腦、導航系統、可穿戴設備(如手錶)等)、建築製品、運輸製品(如,包括車、卡車、火車、飛機、海上航行器等交通工具之窗戶)、家電製品,或需要一定透明度和改良的抗損壞能力之任何製品。併入本文揭示之積層玻璃製品或玻璃系製品中之任一者的範例製品概要地描繪於第8A及8B圖。具體地,第8A及8B圖顯示消費性電子裝置300,其包括殼體302,殼體302具有前面304、背面306及側表面308;電子部件(未示出)至少部分地或完全位於殼體內部,並包括至少一控制器、記憶體及顯示器310,顯示器310位在殼體的前表面處或鄰近殼體的前表面;及覆蓋基板312,位在殼體的前表面處或上方,致使覆蓋基板312位於顯示器上方。在一些實施例中,覆蓋基板312及殼體302中之一者的至少一部分包括本文揭示之積層玻璃製品或玻璃系製品中之任一者。
實例
將經由以下實例進一步闡明本文所述的實施例。
實例1
為了評估由於含氫物種擴散進入玻璃基板內而導致之處理條件對壓應力和層深度之影響,在下表3A及3B中制訂的條件下,將由表1所列之玻璃包覆層成分形成之1 mm厚的玻璃樣品暴露於含水蒸氣環境。在暴露之後,用表面應力計(FSM)分析樣品,以測定由於暴露於含水環境而引起的壓縮應力(MPa)和壓縮應力的壓縮深度(DOC)。
表3A:在升高的溫度和壓力下暴露於水蒸氣之玻璃基板。
樣品 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
玻璃成分 | C2 | C2 | C2 | C2 | C1 |
蒸汽 | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% |
壓力(MPa) | 2.5 | 2.5 | 4.0 | 1.6 | 4.0 |
溫度(o C) | 225 | 225 | 250 | 200 | 250 |
水濃度(g/m3 ) | 11546 | 11546 | 19965 | 7862 | 19965 |
時間(h) | 6 | 48 | 24 | 48 | 24 |
FSM壓縮應力(MPa) | 435 | 254 | 432 | 413 | 259 |
FSM壓縮深度(微米) | 5.6 | 11.5 | 7 | 7.8 | 6 |
表3B:在升高的溫度和環境壓力下暴露於水蒸氣之玻璃基板。
樣品 | 6 | 7 |
玻璃成分 | C1 | C2 |
蒸汽 | 100% | 100% |
壓力(MPa) | 0.1 | 0.1 |
溫度 (o C) | 200 | 200 |
水濃度 (g/m3 ) | 460 | 460 |
時間(h) | 72 | 72 |
FSM 壓縮應力 (MPa) | 298 | 240 |
FSM壓縮深度(微米) | 6 | 7 |
表3A及3B表明了在暴露於水蒸氣期間增加壓力會顯著減少達到類似壓縮深度所需的時間(比較例如,表3A,樣品4及表3B,樣品7)。資料亦指出增加壓力會在較短的時間段內導致玻璃表面處之壓縮應力顯著增加,但在相同壓力下之較長時間的暴露會降低表面壓縮應力同時增加壓縮深度(比較例如,表3A,樣品1及樣品2)。然而,在較長的暴露期間降低溫度和壓力可將表面壓縮應力維持在較高水平,同時還提供輕微增加之壓縮深度(比較例如,表3A,樣品1及樣品4)。
實例2
為了評估不同核心玻璃成分之氫擴散率,由表1之成分C1和C2 (即,玻璃核心層成分)和表2A的成分CL1及表2B的成分CL5 (即,玻璃包覆層成分)形成1 mm玻璃基板之樣品。在200°C的溫度及1.6 MPa的處理壓力下暴露於含水蒸氣環境(7862 g/m3
H2
O)達6小時之處理時間之前和之後,藉由二次離子質譜法分析樣品,以測定含氫物種之擴散深度還有暴露對玻璃網絡中之其他物種的濃度之影響。SIMS分析的結果呈現於第9至12圖。
請參見第9圖,第9圖以圖形方式描繪玻璃包覆層成分CL5在暴露於含水蒸氣環境之前和之後,氫濃度(左側Y座標)及鈣濃度(右側Y座標)作為深度(X座標)之函數。如第9圖所示,在暴露於含水蒸氣環境之前和之後,鈣濃度作為深度的函數約略相同,表示暴露不影響玻璃成分的其他組成部分。第9圖亦顯示,在暴露於含水蒸氣環境之前,氫濃度低並且作為深度的函數而言相當一致。然而,在暴露後,玻璃含有額外的氫,所述氫滲透到約略50 nm之淺深度。第9圖顯示,在暴露後,玻璃中之氫濃度從玻璃表面快速下降,表示含氫物種在玻璃中的較差擴散率。
現請參見第10圖,第10圖以圖形化方式描繪玻璃包覆層成分CL1在暴露於含水蒸氣環境之前和之後,氫濃度(左側Y座標)及硼濃度(右側Y座標)作為深度(X座標)之函數。如第10圖所示,在暴露於含水蒸氣環境之前和之後,硼濃度作為深度的函數約略相同,表示暴露不影響玻璃成分的其他組成部分。第10圖亦顯示,在暴露於含水蒸氣環境之前,氫濃度低並且作為深度的函數而言相當一致。然而,在暴露後,玻璃含有額外的氫,所述氫滲透到約略80 nm之淺深度。第10圖顯示氫濃度從玻璃表面快速下降,表示含氫物種在玻璃中的較差擴散率。
現請參見第11圖,第11圖以圖形化方式描繪玻璃核心層成分C1在暴露於含水蒸氣環境之前和之後,氫濃度(左側Y座標)及鋁濃度(右側Y座標)作為深度(X座標)之函數。如第11圖所示,在暴露於含水蒸氣環境之前和之後,鋁濃度作為深度的函數約略相同,表示暴露不影響玻璃成分的其他組成部分。第11圖亦顯示,在暴露於含水蒸氣環境之前,氫濃度低並且作為深度的函數而言相當一致。然而,在暴露後,玻璃含有額外的氫,所述氫滲透到約略750 nm之深度。因此,第11圖表示含氫物種在玻璃中具有相對良好的擴散率,特別是相較於玻璃包覆層成分CL5 (第9圖)及玻璃包覆層成分CL1 (第10圖)。
現請參見第12圖,第12圖以圖形化方式描繪玻璃核心層成分C2在暴露於含水蒸氣環境之後,氫、磷和鋁的比例相對強度(scaled relative intensity) (左側Y座標)作為深度(X座標)之函數。第12圖顯示在暴露於含水蒸氣環境後鋁的濃度作為深度的函數實質上一致。第12圖亦顯示,在暴露於含水蒸氣環境之後,靠近玻璃表面之磷的濃度降低,這潛在表示,除了含氫物種擴散進入玻璃表面之外,磷離子也可能在暴露期間被交換出來。此資料支持了在玻璃中添加磷(如P2
O5
)改善了玻璃對含氫物種向內擴散的敏感性之假設。第12圖亦顯示,在暴露後,玻璃含有額外的氫,所述氫滲透到約略3 µm之深度。因此,第12圖表示含氫物種在玻璃中具有相對良好的擴散性,特別是相較於玻璃包覆層成分CL5 (第9圖)及玻璃包覆層成分CL1 (第10圖)。
實例3
根據表1中之玻璃核心層成分C1及C2還有表2A及2B中之玻璃包覆層成分CL1至CL8,建立包含玻璃核心層與玻璃包覆層融合之積層玻璃製品(如第1圖所描繪)之模型。經過建模之積層玻璃製品具有厚度為750 µm之玻璃核心層和厚度為15 µm之玻璃包覆層 (總積層厚度 = 780 µm)。使用本文所述之公式計算玻璃包覆層中之應力。就各種玻璃核心層與玻璃包覆層之組合的資料示於下表4A至4B,其中顯示經識別之核心/包覆對在玻璃包覆層中產生壓縮應力。
表4A:模型化之積層玻璃製品。
核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | ||||||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | |
成分 | C1 | CL1 | C2 | CL1 | C1 | CL2 | C2 | CL2 | |
RUS E (GPa) | 65.8 | 73.8 | 63.9 | 73.8 | 65.8 | 79.6 | 63.9 | 79.6 | |
RUS帕松比 | 0.219 | 0.223 | 0.205 | 0.223 | 0.219 | 0.229 | 0.205 | 0.229 | |
BBV應變點(°C) | 591 | 682.8 | 556 | 682.8 | 591 | 721.1 | 556 | 721.1 | |
核心厚度 | 750 | 750 | 750 | 750 | |||||
包覆厚度 | 25 | 25 | 25 | 25 | |||||
k | 15 | 15 | 15 | 15 | |||||
Eeff 核心 | 96 | 90 | 96 | 90 | |||||
Eeff 包覆 | 109 | 109 | 119 | 119 | |||||
CTE (x10-7 /°C) | 84.9 | 37.1 | 84.9 | 37.1 | 84.9 | 33.9 | 97.3 | 33.9 | |
有效溫度 | 658 | 658 | 696 | 696 | |||||
包覆應力 (MPa) | 235 | 234 | 271 | 270 |
表4B:模型化之積層玻璃製品。
核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | |||||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 |
成分 | C1 | CL3 | C2 | CL3 | C1 | CL4 | C2 | CL4 |
RUS E (GPa) | 65.8 | 80.8 | 63.9 | 80.8 | 65.8 | 81.1 | 63.9 | 81.1 |
RUS 帕松比 | 0.219 | 0.229 | 0.205 | 0.229 | 0.219 | 0.231 | 0.205 | 0.231 |
BBV 應變點(°C) | 591 | 728.1 | 556 | 728.1 | 591 | 749.6 | 556 | 749.6 |
核心厚度 | 750 | 750 | 750 | 750 | ||||
包覆厚度 | 25 | 25 | 25 | 25 | ||||
k | 15 | 15 | 15 | 15 | ||||
Eeff 核心 | 96 | 90 | 96 | 90 | ||||
Eeff 包覆 | 121 | 121 | 122 | 122 | ||||
CTE (x10-7 /°C) | 84.9 | 37.2 | 97.3 | 36.2 | 84.9 | 34.5 | 97.3 | 34.5 |
有效溫度 | 703 | 703 | 725 | 725 | ||||
包覆應力 (MPa) | 278 | 276 | 289 | 287 |
表4C:模型化之積層玻璃製品。
實例4
將特別適合於形成本文所述之某些實施玻璃系製品之玻璃成分形成為玻璃系基板,且玻璃成分提供於下表5A至5E。使用ASTM C693-93(2013)之浮力法(buoyancy method)來測定玻璃成分的密度。在25 °C至300 °C之溫度範圍內的線性熱膨脹係數(CTE)以10-7
/°C表示,並根據ASTM E228-11使用推桿膨脹計(push-rod dilatometer)測定。使用ASTM C598-93(2013)之束彎曲黏度法(beam bending viscosity method)來測定應變點及退火點。使用ASTM C1351M-96(2012)之平行板黏度法(parallel plate viscosity method)來測定軟化點。根據ASTM標準C770-16中描述之標題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」之程序C (玻璃盤法)來測量SOC。當SOC和折射係數 (RI)未見於表5A至5E,對彼等成分使用這些特性之預設值,其中SOC為3.0 nm/mm/MPa且RI為1.5。藉由共振超音波光譜法對各玻璃成分的塊體樣品確定玻璃的楊氏模數、剪力模數及帕松比。
核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | ||||||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | |
成分 | C1 | CL5 | C2 | CL5 | C1 | CL6 | C2 | CL6 | |
RUS E (GPa) | 65.8 | 82.6 | 63.9 | 82.6 | 65.8 | 84.1 | 63.9 | 84.1 | |
RUS 帕松比 | 0.219 | 0.231 | 0.205 | 0.231 | 0.219 | 0.227 | 0.205 | 0.227 | |
BBV 應變點(°C) | 591 | 749.3 | 556 | 749.3 | 591 | 760.8 | 556 | 760.8 | |
核心厚度 | 750 | 750 | 750 | 750 | |||||
包覆厚度 | 25 | 25 | 25 | 25 | |||||
k | 15 | 15 | 15 | 15 | |||||
Eeff 核心 | 96 | 90 | 96 | 90 | |||||
Eeff 包覆 | 125 | 125 | 126 | 126 | |||||
CTE (x10-7 /°C) | 84.9 | 35.3 | 97.3 | 35.3 | 84.9 | 34.9 | 97.3 | 34.9 | |
有效溫度 | 724 | 724 | 736 | 736 | |||||
包覆應力 (MPa) | 293 | 292 | 300 | 298 |
表5A:玻璃成分。
玻璃成分 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 |
SiO2 | 65.28 | 65.34 | 65.33 | 65.36 | 65.53 | 65.37 |
Al2 O3 | 13.99 | 13.97 | 13.97 | 11.99 | 12.00 | 11.99 |
P2 O5 | 4.90 | 4.94 | 4.91 | 4.85 | 4.81 | 4.89 |
B2 O3 | ||||||
Li2 O | ||||||
Na2 O | 15.82 | 13.76 | 11.79 | 17.76 | 15.63 | 13.71 |
K2 O | ||||||
Rb2 O | ||||||
MgO | 0.02 | 1.99 | 3.99 | 0.00 | 1.98 | 3.99 |
CaO | 0.02 | 0.03 | 0.04 | |||
BaO | ||||||
ZnO | ||||||
ZrO2 | ||||||
SnO2 | ||||||
密度 (g/cm3 ) | 2.392 | 2.388 | 2.388 | 2.401 | 2.4 | 2.398 |
CTE *10-7 (1/o C) | 83.10 | 77.40 | 70.20 | |||
應變點(o C) | 622.7 | 654.1 | 678.9 | |||
退火點(o C) | 680.6 | 713.1 | 738.8 | |||
軟化點(o C) | 964.6 | 985.3 | 1010.8 | |||
應力光學常數 (nm/mm/MPa) | 3.126 | 3.173 | 3.16 | |||
589.3 nm處之折射係數 | 1.4879 | 1.4885 | 1.4891 | |||
楊氏模數 (GPa) | 63.85 | 65.64 | 68.05 | 63.36 | 64.95 | 66.12 |
剪力模數 (GPa) | 21.53 | 27.51 | 28.41 | 26.27 | 26.96 | 27.65 |
帕松比 | 0.2 | 0.192 | 0.196 | 0.207 | 0.204 | 0.195 |
表5B:玻璃成分。
玻璃成分 | D7 | D8 | D9 | D10 | D11 | D12 |
SiO2 | 65.42 | 65.32 | 63.3 | 63.92 | 63.16 | 61.96 |
Al2 O3 | 11.97 | 11.96 | 15.75 | 10.06 | 11.15 | 12.06 |
P2 O5 | 4.88 | 4.91 | 2.5 | 6.82 | 6.64 | 6.80 |
B2 O3 | ||||||
Li2 O | ||||||
Na2 O | 11.67 | 9.77 | 17.2 | 4.91 | 4.86 | 4.91 |
K2 O | 9.18 | 9.15 | 9.16 | |||
Rb2 O | ||||||
MgO | 5.99 | 7.96 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | |
CaO | 0.06 | 0.07 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | |
BaO | ||||||
ZnO | 1.2 | 4.98 | 4.90 | 4.97 | ||
ZrO2 | ||||||
SnO2 | 0.05 | 0.06 | 0.06 | 0.06 | ||
密度 (g/cm3 ) | 2.399 | 2.402 | 2.444 | 2.449 | 2.454 | 2.454 |
CTE *10-7 (1/o C) | 86.2 | 92.3 | 91 | 88.7 | ||
應變點(o C) | 646.6 | 650 | 646 | 644 | ||
退火點(o C) | 703.7 | 727 | 724 | 719 | ||
軟化點(o C) | 996.2 | 1010.6 | 996.7 | 984 | ||
應力光學常數 (nm/mm/MPa) | 3.242 | 3.224 | 3.244 | |||
589.3 nm處之折射係數 | 1.4907 | 1.4921 | 1.4928 | |||
楊氏模數 (GPa) | 67.91 | 70.12 | 67.91 | |||
剪力模數 (GPa) | 28.41 | 29.37 | 28.13 | |||
帕松比 | 0.195 | 0.195 | 0.208 |
表5C:玻璃成分。
玻璃成分 | D13 | D14 | D15 | D16 | D17 | D18 |
SiO2 | 66.76 | 66.08 | 64.84 | 58.8 | 48.50 | 62.06 |
Al2 O3 | 10.11 | 11.14 | 12.11 | 4.0 | 19.98 | 13.47 |
P2 O5 | 3.88 | 3.73 | 3.89 | 3.2 | 3.37 | 4.79 |
B2 O3 | 0.00 | |||||
Li2 O | ||||||
Na2 O | 4.90 | 4.86 | 4.90 | 12.1 | 7.34 | 19.55 |
K2 O | 9.27 | 9.21 | 9.20 | 12.1 | 20.71 | 0.01 |
Rb2 O | ||||||
MgO | 0.02 | 0.02 | 0.03 | 0.01 | ||
CaO | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | ||
BaO | 1.6 | |||||
ZnO | 4.95 | 4.86 | 4.92 | 6.4 | 0.00 | |
ZrO2 | 1.6 | |||||
SnO2 | 0.05 | 0.05 | 0.06 | 0.1 | 0.1 | 0.05 |
密度 (g/cm3 ) | 2.468 | 2.472 | 2.475 | 2.483 | 2.426 | |
CTE *10-7 (1/o C) | 90.8 | 91.1 | 89.6 | 94.1 | ||
應變點(o C) | 635 | 658 | 684 | 574 | ||
退火點(o C) | 708 | 733 | 758 | 625 | ||
軟化點(o C) | 100.8 | 1008.2 | 1001.8 | 872 | ||
應力光學常數 (nm/mm/MPa) | 3.304 | 3.31 | 2.688 | 2.96 | ||
589.3 nm處之折射係數 | 1.4956 | 1.4972 | 1.498 | 1.5061 | 1.492 | |
楊氏模數 (GPa) | 64.88 | |||||
剪力模數 (GPa) | 26.54 | |||||
帕松比 | 0.221 |
表5D:玻璃成分。
玻璃成分 | D19 | D20 | D21 | D22 | D23 | D24 |
SiO2 | 57.53 | 53.81 | 57.11 | 60.69 | 66.23 | 78.50 |
Al2 O3 | 13.58 | 14.54 | 12.74 | 14.01 | 16.39 | 2.07 |
P2 O5 | 9.53 | 6.78 | 6.55 | 7.73 | 1.97 | |
B2 O3 | 0.00 | 2.86 | 2.53 | 0.00 | ||
Li2 O | ||||||
Na2 O | 19.23 | 17.86 | 18.96 | 13.63 | 1.70 | 5.15 |
K2 O | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 3.80 | 7.08 | 5.62 |
Rb2 O | ||||||
MgO | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.03 | 0.42 | 7.95 |
CaO | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 6.12 | 0.03 |
BaO | ||||||
ZnO | 0.00 | 4.06 | 2.04 | 0.00 | 0.57 | |
ZrO2 | ||||||
SnO2 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 0.05 | 0.10 | 0.10 |
密度 (g/cm3 ) | 2.408 | 2.477 | 2.446 | 2.399 | 2.437 | 2.384 |
CTE *10-7 (1/o C) | 97.1 | 90.4 | 94.7 | 94.3 | 60.6 | 73.1 |
應變點(o C) | 522 | 531.9 | 521.1 | 552.1 | 724.7 | 534.7 |
退火點(o C) | 568 | 582.4 | 570.7 | 610.9 | 772.6 | 588.9 |
軟化點(o C) | 825.1 | 826 | 785 | 897.2 | 859.9 | |
應力光學常數 (nm/mm/MPa) | 2.974 | 3.249 | 3.077 | 3.006 | 2.646 | |
589.3 nm處之折射係數 | 1.4858 | 1.4989 | 1.49445 | 1.4865 | 1.5304 | |
楊氏模數 (GPa) | 73.22 | 67.62 | ||||
剪力模數 (GPa) | 30.13 | 28.32 | ||||
帕松比 | 0.215 | 0.1943 |
表5E:玻璃成分。
實例5
玻璃成分 | D25 | D26 | D27 | D28 | D29 | D30 |
SiO2 | 65.00 | 68.21 | 68.03 | 51.57 | 69.34 | 69.34 |
Al2 O3 | 17.34 | 19.50 | 16.38 | 23.72 | 10.30 | 10.27 |
P2 O5 | ||||||
B2 O3 | ||||||
Li2 O | ||||||
Na2 O | 0.64 | 4.55 | 1.74 | 4.18 | 4.31 | 0.97 |
K2 O | 5.74 | 4.42 | 7.18 | 8.31 | 10.43 | 13.84 |
Rb2 O | ||||||
MgO | 0.24 | 0.09 | 0.42 | 0.27 | 5.39 | 5.33 |
CaO | 10.94 | 3.12 | 6.15 | 11.84 | 0.05 | 0.05 |
BaO | ||||||
ZnO | ||||||
ZrO2 | ||||||
SnO2 | 0.11 | 0.11 | 0.11 | 0.11 | 0.16 | 0.17 |
密度 (g/cm3 ) | 2.495 | 2.447 | 2.45 | 2.557 | 2.427 | 2.418 |
CTE *10-7 (1/o C) | 55.3 | 51.4 | 60.9 | 74.3 | 89.8 | 88.2 |
應變點(o C) | 767.1 | 748.6 | 757.7 | 733.4 | 639 | 707 |
退火點(o C) | 818 | 804.8 | 813.9 | 780.1 | 702 | 775 |
軟化點(o C) | 1051 | 1072.2 | 1082 | 990.3 | 987.4 | |
應力光學常數 (nm/mm/MPa) | 2.847 | 2.98 | 2.942 | 2.645 | 2.925 | 2.931 |
589.3 nm處之折射係數 | 1.5222 | 1.5086 | 1.5096 | 1.5342 | 1.4991 | 1.4978 |
楊氏模數 (GPa) | 78.94 | 79.36 | 75.64 | 81.50 | 69.09 | 64.84 |
剪力模數 (GPa) | 32.20 | 32.54 | 31.10 | 32.96 | 28.55 | 26.61 |
帕松比 | 0.226 | 0.219 | 0.217 | 0.236 | 0.21 | 0.218 |
將具有表5A至5E所示之成分的樣品暴露於含水蒸氣環境,以形成具有壓縮應力層之玻璃製品。樣品成分及厚度還有樣品暴露之環境(包括溫度、壓力及暴露時間)顯示於下表6。各處理環境都水蒸氣飽和。表6還報導了藉由表面應力計(FSM)測量之最大壓縮應力和壓縮深度。
表6:在升高的溫度下暴露於水蒸氣之玻璃基板。
實例6
玻璃成分 | 溫度 (o C) | 蒸氣壓 (MPa) | 時間 (小時) | 壓縮應力 (MPa) | 層深度 (微米) |
D1 | 175 | 0.76 | 240 | 448 | 11 |
D1 | 175 | 1 | 72 | 403 | 8 |
D1 | 200 | 1.46 | 18 | 418 | 6 |
D1 | 200 | 1.6 | 16 | 379 | 7 |
D1 | 200 | 1.6 | 32 | 411 | 9 |
D1 | 225 | 2.6 | 16 | 394 | 10 |
D1 | 225 | 2.6 | 32 | 354 | 14 |
D1 | 250 | 4 | 15 | 231 | 11 |
D1 | 300 | 2.6 | 24 | 192 | 28 |
D1 | 300 | 2.6 | 96 | 95 | 51 |
D2 | 175 | 0.76 | 240 | 446 | 10 |
D2 | 175 | 1 | 72 | 399 | 7 |
D2 | 200 | 1.46 | 18 | 471 | 5 |
D2 | 200 | 1.6 | 16 | 327 | 6 |
D2 | 200 | 1.6 | 32 | 439 | 9 |
D2 | 225 | 2.6 | 4 | 383 | 5 |
D2 | 225 | 2.6 | 16 | 420 | 8 |
D2 | 225 | 2.6 | 32 | 401 | 11 |
D2 | 250 | 4 | 1 | 426 | 5 |
D2 | 250 | 4 | 16 | 439 | 14 |
D2 | 275 | 6 | 4 | 380 | 11 |
D2 | 275 | 6 | 6 | 357 | 12 |
D2 | 275 | 6 | 9 | 354 | 15 |
D2 | 300 | 2.6 | 24 | 258 | 22 |
D2 | 300 | 2.6 | 96 | 178 | 44 |
D3 | 225 | 2.6 | 32 | 440 | 8 |
D3 | 250 | 4 | 16 | 389 | 11 |
D3 | 275 | 6 | 4 | 434 | 9 |
D3 | 275 | 6 | 6 | 403 | 9 |
D3 | 275 | 6 | 9 | 352 | 12 |
D3 | 275 | 6 | 16 | 351 | 14 |
D4 | 175 | 0.67 | 240 | 427 | 10 |
D4 | 200 | 1.6 | 16 | 376 | 7 |
D4 | 200 | 1.6 | 32 | 390 | 8 |
D4 | 225 | 2.6 | 16 | 373 | 10 |
D4 | 250 | 4 | 1 | 301 | 5 |
D4 | 300 | 2.6 | 24 | 188 | 31 |
D4 | 300 | 2.6 | 96 | 52 | 47 |
D5 | 175 | 0.76 | 240 | 452 | 9 |
D5 | 175 | 1 | 72 | 367 | 7 |
D5 | 200 | 1.6 | 32 | 390 | 7 |
D5 | 225 | 2.6 | 16 | 406 | 8 |
D5 | 225 | 2.6 | 32 | 363 | 12 |
D5 | 275 | 6 | 4 | 220 | 9 |
D5 | 300 | 2.6 | 24 | 169 | 23 |
D6 | 175 | 0.76 | 240 | 452 | 9 |
D6 | 175 | 1 | 72 | 410 | 6 |
D6 | 200 | 1.6 | 32 | 385 | 7 |
D6 | 225 | 2.6 | 16 | 415 | 8 |
D6 | 225 | 2.6 | 32 | 382 | 11 |
D6 | 250 | 4 | 16 | 369 | 12 |
D6 | 275 | 6 | 4 | 388 | 10 |
D6 | 275 | 6 | 9 | 344 | 14 |
D7 | 175 | 0.76 | 240 | 427 | 8 |
D7 | 175 | 1 | 72 | 436 | 6 |
D7 | 200 | 1.6 | 32 | 397 | 7 |
D7 | 225 | 2.6 | 16 | 395 | 12 |
D7 | 275 | 6 | 4 | 417 | 9 |
D7 | 275 | 6 | 9 | 346 | 14 |
D8 | 225 | 2.6 | 32 | 495 | 8 |
D8 | 250 | 4 | 16 | 405 | 9 |
D8 | 275 | 6 | 4 | 408 | 10 |
D8 | 275 | 6 | 9 | 397 | 10 |
D9 | 175 | 0.76 | 240 | 469 | 5 |
D9 | 225 | 2.6 | 16 | 442 | 6 |
D9 | 250 | 4 | 4 | 459 | 5 |
D9 | 275 | 6 | 4 | 395 | 7 |
D9 | 275 | 6 | 9 | 391 | 10 |
D10 | 175 | 0.76 | 16 | 352 | 11 |
D10 | 175 | 0.76 | 32 | 349 | 14 |
D10 | 175 | 0.76 | 240 | 327 | 34 |
D10 | 175 | 1 | 16 | 331 | 13 |
D10 | 200 | 1.6 | 4 | 348 | 12 |
D10 | 200 | 1.6 | 9 | 313 | 16 |
D10 | 200 | 1.6 | 16 | 312 | 20 |
D10 | 250 | 4 | 1 | 248 | 14 |
D10 | 300 | 2.6 | 24 | 156 | 62 |
D11 | 175 | 0.76 | 16 | 354 | 10 |
D11 | 175 | 0.76 | 32 | 359 | 13 |
D11 | 175 | 0.76 | 240 | 291 | 33 |
D11 | 175 | 1 | 16 | 350 | 12 |
D11 | 200 | 1.6 | 9 | 332 | 15 |
D11 | 200 | 1.6 | 16 | 324 | 18 |
D11 | 250 | 4 | 1 | 245 | 13 |
D11 | 300 | 2.6 | 24 | 180 | 63 |
D12 | 175 | 0.76 | 16 | 361 | 9 |
D12 | 175 | 0.76 | 32 | 371 | 12 |
D12 | 175 | 0.76 | 240 | 352 | 27 |
D12 | 175 | 1 | 16 | 328 | 11 |
D12 | 200 | 1.6 | 4 | 363 | 10 |
D12 | 200 | 1.6 | 9 | 346 | 13 |
D12 | 200 | 1.6 | 16 | 338 | 16 |
D12 | 250 | 4 | 1 | 270 | 12 |
D12 | 300 | 2.6 | 24 | 194 | 58 |
D13 | 175 | 0.76 | 16 | 376 | 7 |
D13 | 175 | 0.76 | 32 | 365 | 9 |
D13 | 175 | 0.76 | 72 | 369 | 13 |
D13 | 175 | 0.76 | 240 | 357 | 22 |
D13 | 175 | 1 | 16 | 350 | 8 |
D13 | 200 | 1.6 | 4 | 348 | 8 |
D13 | 200 | 1.6 | 9 | 349 | 10 |
D13 | 200 | 1.6 | 16 | 343 | 12 |
D13 | 225 | 2.6 | 9 | 344 | 15 |
D13 | 225 | 2.6 | 16 | 307 | 19 |
D13 | 250 | 4 | 1 | 267 | 9 |
D13 | 300 | 2.6 | 24 | 159 | 49 |
D14 | 150 | 0.4 | 64 | 399 | 7 |
D14 | 175 | 0.76 | 72 | 381 | 12 |
D14 | 175 | 1 | 16 | 345 | 8 |
D14 | 200 | 1.6 | 16 | 360 | 12 |
D14 | 225 | 2.6 | 16 | 335 | 18 |
D14 | 250 | 4 | 4 | 322 | 16 |
D14 | 250 | 4 | 9 | 305 | 22 |
D14 | 250 | 4 | 16 | 270 | 29 |
D15 | 175 | 0.76 | 16 | 361 | 7 |
D15 | 175 | 0.76 | 32 | 395 | 9 |
D15 | 175 | 0.76 | 72 | 429 | 12 |
D15 | 175 | 0.76 | 240 | 380 | 20 |
D15 | 175 | 1 | 16 | 362 | 8 |
D15 | 200 | 1.6 | 4 | 343 | 8 |
D15 | 200 | 1.6 | 9 | 356 | 10 |
D15 | 200 | 1.6 | 16 | 358 | 12 |
D15 | 225 | 2.6 | 9 | 366 | 14 |
D15 | 225 | 2.6 | 16 | 356 | 18 |
D15 | 250 | 4 | 4 | 345 | 16 |
D15 | 275 | 6 | 9 | 285 | 33 |
D15 | 275 | 6 | 16 | 275 | 39 |
D15 | 300 | 2.6 | 24 | 244 | 43 |
D16 | 250 | 1.1 | 6 | 101 | 8 |
D17 | 150 | 0.4 | 169 | 584 | 5 |
D17 | 175 | 1 | 16 | 504 | 5 |
D17 | 175 | 1 | 32 | 444 | 6 |
D17 | 175 | 1 | 72 | 292 | 7 |
D17 | 200 | 1.6 | 4 | 503 | 5 |
D18 | 175 | 0.76 | 16 | 394 | 5 |
D18 | 175 | 0.76 | 32 | 449 | 6 |
D18 | 175 | 0.76 | 72 | 426 | 10 |
D18 | 175 | 0.76 | 240 | 395 | 17 |
D18 | 175 | 1 | 16 | 419 | 7 |
D18 | 175 | 1 | 32 | 430 | 8 |
D18 | 175 | 1 | 72 | 372 | 13 |
D18 | 200 | 1.6 | 4 | 420 | 7 |
D18 | 200 | 1.6 | 9 | 375 | 9 |
D18 | 200 | 1.6 | 16 | 388 | 11 |
D18 | 225 | 2.6 | 4 | 377 | 11 |
D18 | 225 | 2.6 | 9 | 363 | 14 |
D19 | 175 | 0.76 | 16 | 405 | 5 |
D19 | 175 | 0.76 | 32 | 431 | 7 |
D19 | 175 | 1 | 16 | 340 | 7 |
D19 | 175 | 1 | 72 | 346 | 12 |
D19 | 200 | 1.6 | 4 | 367 | 7 |
D20 | 225 | 2.6 | 16 | 380 | 7 |
D20 | 225 | 2.6 | 32 | 363 | 9 |
D20 | 300 | 2.6 | 24 | 126 | 22 |
D21 | 175 | 0.76 | 240 | 409 | 8 |
D21 | 200 | 1.6 | 16 | 318 | 5 |
D21 | 200 | 1.6 | 32 | 368 | 7 |
D21 | 225 | 2.6 | 4 | 381 | 5 |
D21 | 225 | 2.6 | 9 | 373 | 6 |
D21 | 225 | 2.6 | 16 | 354 | 6 |
D21 | 300 | 2.6 | 24 | 108 | 27 |
D21 | 300 | 2.6 | 96 | 105 | 55 |
D22 | 175 | 0.76 | 240 | 426 | 10 |
D22 | 225 | 2.6 | 4 | 422 | 6 |
D22 | 200 | 1.6 | 16 | 377 | 5 |
D22 | 200 | 1.6 | 32 | 400 | 7 |
D22 | 225 | 2.6 | 4 | 422 | 6 |
D22 | 225 | 2.6 | 9 | 417 | 6 |
D23 | 250 | 4 | 16 | 482 | 5 |
D23 | 275 | 6 | 4 | 549 | 5 |
D23 | 300 | 2.6 | 24 | 374 | 10 |
D23 | 300 | 2.6 | 98 | 317 | 17 |
D24 | 250 | 0.1 | 168 | 107 | 19 |
D24 | 200 | 1.6 | 4 | 394 | 10 |
D24 | 200 | 1.6 | 6 | 388 | 11 |
D24 | 200 | 1.46 | 18 | 415 | 4 |
D25 | 400 | 0.1 | 168 | 101 | 13 |
D26 | 400 | 0.1 | 168 | 85 | 21 |
D26 | 300 | 2.6 | 96 | 350 | 7 |
D27 | 400 | 0.1 | 168 | 78 | 34 |
D27 | 300 | 2.6 | 96 | 366 | 12 |
D28 | 400 | 0.1 | 168 | 85 | 13.5 |
D29 | 200 | 1.46 | 21.5 | 468 | 6 |
D30 | 200 | 1.46 | 21.5 | 463 | 8 |
根據實例4之表5A至5E的玻璃成分(顯示玻璃成分D1至D30)及下表7A至7C的玻璃包覆層成分(顯示玻璃成分E1至E13),建立包含玻璃核心層與玻璃包覆層融合之積層玻璃製品(如第1圖所描繪)之模型。經過建模之積層玻璃製品具有厚度為750 µm之玻璃核心層和厚度為15 µm之玻璃包覆層 (總積層厚度 = 780 µm)。使用本文所述之公式計算玻璃包覆層中之應力。接著在表7A至7I所示之條件下以蒸汽處理積層玻璃樣品。在蒸汽處理之前和之後的各種玻璃核心層與玻璃包覆層之組合的資料示於下表7A至7I。所報導的「包覆應力」是未經蒸汽處理之包覆層的壓縮應力。所報導的「累積性表面CS」為蒸汽處理之後的壓縮應力。
數個積層玻璃樣品中之核心經蒸汽處理而強化,但包覆層則未被蒸汽處理強化,如,利用D22 (核心)和D26 (包覆),及利用E1 (核心)及D26 (包覆)。儘管可在如實例5所示之更嚴苛的蒸汽條件下強化包覆樣品,但所報導之條件並未增加壓縮應力。然而,大多數樣品顯現藉由蒸汽而在包覆層中增加的表面壓縮應力,還有藉由蒸汽在核心的邊緣處增加的壓縮應力。
表7A:積層玻璃製品。
核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | ||||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 |
玻璃成分 | D22 | D26 | E1 | D26 | D14 | D2 |
CTE (10^-7) | 94.3 | 51.4 | 108.7 | 51.4 | 91.1 | 77.4 |
楊氏模數 (GPa) | 62.05 | 79.36 | 48.06 | 79.36 | 65.64 | |
帕松比 | 0.212 | 0.219 | 0.226 | 0.219 | 0.192 | |
應變點 (ºC) | 521.1 | 757.7 | 540.9 | 757.7 | 658 | 654.1 |
核心厚度 (um) | 750 | 750 | 750 | |||
包覆厚度 (um) | 25 | 25 | 25 | |||
k | 15 | 15 | 15 | |||
E (effect)-核心 | 88.88 | 71.53 | ||||
E (effect)-包覆 | 115.84 | 115.84 | 89.39 | |||
有效溫度 (ºC) | 496.1 | 515.9 | 629.1 | |||
包覆應力 (Mpa) | 227 | 309 | ||||
蒸汽條件和結果 | ||||||
溫度 (ºC) | 225 | 225 | 150 | 150 | 200 | 200 |
蒸氣壓 (Mpa) | 2.6 | 2.6 | 0.5 | 0.5 | 1.6 | 1.6 |
時間 (小時) | 4 | 4 | 6 | 6 | 16 | 16 |
CS (Mpa) | 422 | 0 | 433 | 0 | 360 | 327 |
DOL (um) | 6 | 0 | 11 | 0 | 12 | 6 |
累積性表面CS (Mpa) | 227 | 309 |
表7B:積層玻璃製品。
核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | ||||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 |
玻璃成分 | E2 | D3 | E2 | D3 | E2 | D3 |
CTE (10^-7) | 89.8 | 70.2 | 89.8 | 70.2 | 89.8 | 70.2 |
楊氏模數 (GPa) | 64.60 | 68.05 | 64.60 | 68.05 | 64.60 | 68.05 |
帕松比 | 0.208 | 0.196 | 0.208 | 0.196 | 0.208 | 0.196 |
應變點 (ºC) | 632 | 678.9 | 632 | 678.9 | 632 | 678.9 |
核心厚度 (um) | 750 | 750 | 750 | |||
包覆厚度 (um) | 25 | 25 | 25 | |||
k | 15 | 15 | 15 | |||
E (effect)-核心 | 91.58 | 91.58 | 91.58 | |||
E (effect)-包覆 | 93.58 | 93.58 | 93.58 | |||
有效溫度 (ºC) | 607 | 607 | 607 | |||
包覆應力 (Mpa) | 104 | 104 | 104 | |||
蒸汽條件和結果 | ||||||
溫度 (ºC) | 250 | 250 | 275 | 275 | 275 | 275 |
蒸氣壓 (Mpa) | 4 | 4 | 6 | 6 | 6 | 6 |
時間 (小時) | 16 | 16 | 6 | 6 | 9 | 9 |
CS (Mpa) | 336 | 389 | 326 | 403 | 298 | 352 |
DOL (um) | 31 | 11 | 27 | 9 | 35 | 12 |
累積性表面CS (Mpa) | 493 | 507 | 456 |
表7C:積層玻璃製品。
核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | ||||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 |
玻璃成分 | E3 | D2 | E4 | D2 | E5 | D2 |
CTE (10^-7) | 93 | 77.4 | 93.1 | 77.4 | 92.7 | 77.4 |
楊氏模數 (GPa) | 53.02 | 65.64 | 54.40 | 65.64 | 54.61 | 65.64 |
帕松比 | 0.22 | 0.192 | 0.217 | 0.192 | 0.222 | 0.192 |
應變點 (ºC) | 569 | 654.1 | 579 | 654.1 | 595 | 654.1 |
核心厚度 (um) | 750 | 750 | 750 | |||
包覆厚度 (um) | 25 | 25 | 25 | |||
k | 15 | 15 | 15 | |||
E (effect)-核心 | 77.61 | 78.97 | 80.37 | |||
E (effect)-包覆 | 89.39 | 89.39 | 89.39 | |||
有效溫度 (ºC) | 544 | 629.1 | 554 | 629.1 | 570 | 629.1 |
包覆應力 (Mpa) | 70 | 72 | 73 | |||
蒸汽條件和結果 | ||||||
溫度 (ºC) | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 |
蒸氣壓 (Mpa) | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 |
時間 (小時) | 18 | 16 | 18 | 16 | 18 | 16 |
CS (Mpa) | 279 | 327 | 294 | 327 | 299 | 327 |
DOL (um) | 33 | 6 | 32 | 6 | 33 | 6 |
累積性表面CS (Mpa) | 397 | 399 | 400 |
表7D:積層玻璃製品。
核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | ||||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 |
玻璃成分 | E5 | D2 | E6 | D2 | E7 | D2 |
CTE (10^-7) | 92.7 | 77.4 | 93.3 | 77.4 | 97.3 | 77.4 |
楊氏模數 (GPa) | 54.61 | 65.64 | 53.23 | 65.64 | 52.81 | 65.64 |
帕松比 | 0.222 | 0.192 | 0.215 | 0.192 | 0.22 | 0.192 |
應變點 (ºC) | 595 | 654.1 | 548.2 | 654.1 | 548 | 654.1 |
核心厚度 (um) | 750 | 750 | 750 | |||
包覆厚度 (um) | 25 | 25 | 25 | |||
k | 15 | 15 | 15 | |||
E (effect)-核心 | 80.37 | 76.86 | 77.30 | |||
E (effect)-包覆 | 89.39 | 89.39 | 89.39 | |||
有效溫度 (ºC) | 570 | 629.1 | 523.2 | 629.1 | 523 | 629.1 |
包覆應力 (Mpa) | 73 | 69 | 86 | |||
蒸汽條件和結果 | ||||||
溫度 (ºC) | 300 | 300 | 200 | 200 | 200 | 200 |
蒸氣壓 (Mpa) | 2.6 | 2.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.46 |
時間 (小時) | 96 | 96 | 18 | 16 | 16 | 18 |
CS (Mpa) | 99 | 178 | 243 | 327 | 263 | 471 |
DOL (um) | 51 | 44 | 31 | 6 | 32 | 5 |
累積性表面CS (Mpa) | 251 | 396 | 557 |
表7E:積層玻璃製品。
核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | ||||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 |
玻璃成分 | E8 | D2 | E9 | D2 | E10 | D2 |
CTE (10^-7) | 96.6 | 77.4 | 96.2 | 77.4 | 95.1 | 77.4 |
楊氏模數 (GPa) | 54.40 | 65.64 | 54.33 | 65.64 | 55.92 | 65.64 |
帕松比 | 0.222 | 0.192 | 0.22 | 0.192 | 0.223 | 0.192 |
應變點 (ºC) | 573.8 | 654.1 | 573.1 | 654.1 | 593.6 | 654.1 |
核心厚度 (um) | 750 | 750 | 750 | |||
包覆厚度 (um) | 25 | 25 | 25 | |||
k | 15 | 15 | 15 | |||
E (effect)-核心 | 80.07 | 79.52 | 82.53 | |||
E (effect)-包覆 | 89.39 | 89.39 | 89.39 | |||
有效溫度 (ºC) | 548.8 | 629.1 | 548.1 | 629.1 | 568.6 | 629.1 |
包覆應力 (Mpa) | 88 | 86 | 84 | |||
蒸汽條件和結果 | ||||||
溫度 (ºC) | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 |
蒸氣壓 (Mpa) | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 |
時間 (小時) | 16 | 16 | 16 | 16 | 16 | 16 |
CS (Mpa) | 274 | 327 | 283 | 327 | 300 | 327 |
DOL (um) | 29 | 6 | 29 | 6 | 25 | 6 |
累積性表面CS (Mpa) | 415 | 413 | 411 |
表7F:積層玻璃製品。
核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | ||||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 |
玻璃成分 | E11 | D2 | E12 | D2 | E12 | D2 |
CTE (10^-7) | 94 | 77.4 | 102.4 | 77.4 | 102.4 | 77.4 |
楊氏模數 (GPa) | 55.99 | 65.64 | 55.71 | 65.64 | 55.71 | 65.64 |
帕松比 | 0.222 | 0.192 | 0.196 | 0.192 | 0.196 | 0.192 |
應變點 (ºC) | 598.7 | 654.1 | 641.7 | 654.1 | 641.7 | 654.1 |
核心厚度 (um) | 750 | 750 | 750 | |||
包覆厚度 (um) | 25 | 25 | 25 | |||
k | 15 | 15 | 15 | |||
E (effect)-核心 | 82.40 | 76.61 | 76.61 | |||
E (effect)-包覆 | 89.39 | 89.39 | 89.39 | |||
有效溫度 (ºC) | 573.7 | 629.1 | 616.7 | 629.1 | 616.7 | 629.1 |
包覆應力 (Mpa) | 79 | 128 | 128 | |||
蒸汽條件和結果 | ||||||
溫度 (ºC) | 200 | 200 | 200 | 200 | 225 | 225 |
蒸氣壓 (Mpa) | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 2.6 | 2.6 |
時間 (小時) | 16 | 16 | 16 | 16 | 16 | 16 |
CS (Mpa) | 314 | 327 | 302 | 327 | 247 | 420 |
DOL (um) | 25 | 6 | 29 | 6 | 36 | 8 |
累積性表面CS (Mpa) | 406 | 455 | 548 |
表7G:積層玻璃製品。
核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | ||||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 |
玻璃成分 | E12 | D2 | E13 | D2 | E13 | D2 |
CTE (10^-7) | 102.4 | 77.4 | 110.3 | 77.4 | 110.3 | 77.4 |
楊氏模數 (GPa) | 55.71 | 65.64 | 57.43 | 65.64 | 57.43 | 65.64 |
帕松比 | 0.196 | 0.192 | 0.226 | 0.192 | 0.226 | 0.192 |
應變點 (ºC) | 641.7 | 654.1 | 651.2 | 654.1 | 651.2 | 654.1 |
核心厚度 (um) | 750 | 750 | 750 | |||
包覆厚度 (um) | 25 | 25 | 25 | |||
k | 15 | 15 | 15 | |||
E (effect)-核心 | 76.61 | 85.49 | 85.49 | |||
E (effect)-包覆 | 89.39 | 89.39 | 89.39 | |||
有效溫度 (ºC) | 616.7 | 629.1 | 626.2 | 629.1 | 626.2 | 629.1 |
包覆應力 (Mpa) | 128 | 172 | 172 | |||
蒸汽條件和結果 | ||||||
溫度 (ºC) | 300 | 300 | 200 | 200 | 225 | 225 |
蒸氣壓 (Mpa) | 2.6 | 2.6 | 1.6 | 1.6 | 2.6 | 2.6 |
時間 (小時) | 24 | 24 | 16 | 16 | 4 | 4 |
CS (Mpa) | 115 | 258 | 320 | 327 | 375 | 383 |
DOL (um) | 95 | 22 | 26 | 6 | 13 | 5 |
累積性表面CS (Mpa) | 386 | 499 | 555 |
表7H:積層玻璃製品。
核心/包覆對 | 核心/包覆對 | 核心/包覆對 | ||||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 | 核心 | 包覆 |
玻璃成分 | E13 | D2 | E13 | D2 | E2 | D23 |
CTE (10^-7) | 110.3 | 77.4 | 110.3 | 77.4 | 89.8 | 60.6 |
楊氏模數 (GPa) | 57.43 | 65.64 | 57.43 | 65.64 | 64.60 | 73.22 |
帕松比 | 0.226 | 0.192 | 0.226 | 0.192 | 0.208 | 0.215 |
應變點 (ºC) | 651.2 | 654.1 | 651.2 | 654.1 | 632 | 724.7 |
核心厚度 (um) | 750 | 750 | 750 | |||
包覆厚度 (um) | 25 | 25 | 25 | |||
k | 15 | 15 | 15 | |||
E (effect)-核心 | 85.49 | 85.49 | 91.58 | |||
E (effect)-包覆 | 89.39 | 89.39 | 105.73 | |||
有效溫度 (ºC) | 626.2 | 629.1 | 626.2 | 629.1 | 607 | 699.7 |
包覆應力 (Mpa) | 172 | 172 | 174 | |||
蒸汽條件和結果 | ||||||
溫度 (ºC) | 225 | 225 | 300 | 300 | 250 | 250 |
蒸氣壓 (Mpa) | 2.6 | 2.6 | 2.6 | 2.6 | 4 | 4 |
時間 (小時) | 16 | 16 | 24 | 24 | 16 | 16 |
CS (Mpa) | 373 | 420 | 72 | 258 | 336 | 482 |
DOL (um) | 20 | 8 | 98 | 22 | 31 | 5 |
累積性表面CS (Mpa) | 592 | 430 | 656 |
表7I:積層玻璃製品。
核心/包覆對 | ||
核心/包覆 | 核心 | 包覆 |
玻璃成分 | E2 | D23 |
CTE (10^-7) | 89.8 | 60.6 |
楊氏模數 (GPa) | 64.60 | 73.22 |
帕松比 | 0.208 | 0.215 |
應變點 (ºC) | 632 | 724.7 |
核心厚度 (um) | 750 | |
包覆厚度 (um) | 25 | |
k | 15 | |
E (effect)-核心 | 91.58 | |
E (effect)-包覆 | 105.73 | |
有效溫度 (ºC) | 607 | 699.7 |
包覆應力 (Mpa) | 174 | |
蒸汽條件和結果 | ||
溫度 (ºC) | 300 | 300 |
蒸氣壓 (Mpa) | 2.6 | 2.6 |
時間 (小時) | 98 | 98 |
CS (Mpa) | 209 | 374 |
DOL (um) | 99 | 10 |
累積性表面CS (Mpa) | 548 |
表8A:核心玻璃成分。
玻璃成分 | E1 | E2 | E3 | E4 |
SiO2 | 61.09 | 61.77 | 62.18 | 64.05 |
Al2 O3 | 10.90 | 15.01 | 11.07 | 10.53 |
P2 O5 | 9.51 | 4.97 | 8.39 | 6.96 |
B2 O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
Li2 O | 0.00 | 5.02 | 0.00 | 0.00 |
Na2 O | 0.06 | 0.13 | 0.22 | 0.22 |
K2 O | 18.44 | 13.04 | 15.68 | 15.75 |
Rb2 O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
MgO | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
ZnO | 0.00 | 0.00 | 2.40 | 2.43 |
SnO2 | 0.00 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
密度 (g/cm3 ) | 2.376 | 2.395 | 2.406 | 2.411 |
CTE *10-7 (1/o C) | 110 | 89.8 | 93 | 93.1 |
應變點(o C) | 538 | 632 | 569 | 579 |
退火點(o C) | 592 | 690 | 629 | 638 |
軟化點(o C) | 892.3 | 943 | 956.8 | |
應力光學常數 (nm/mm/MPa) | 2.946 | 2.916 | 3.121 | 3.091 |
589.3 nm處之折射係數 | 1.481 | 1.4942 | 1.485 | 1.4865 |
表8B:核心玻璃成分。
玻璃成分 | E5 | E6 | E7 | E8 |
SiO2 | 63.49 | 60.11 | 59.05 | 60.87 |
Al2 O3 | 11.02 | 11.05 | 11.40 | 10.92 |
P2 O5 | 6.97 | 8.41 | 8.29 | 6.90 |
B2 O3 | 0.00 | 2.00 | 1.99 | 1.97 |
Li2 O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
Na2 O | 0.22 | 0.21 | 0.17 | 0.17 |
K2 O | 15.80 | 15.72 | 16.62 | 16.69 |
Rb2 O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
MgO | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
ZnO | 2.44 | 2.44 | 2.42 | 2.43 |
SnO2 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
密度 (g/cm3 ) | 2.411 | 2.411 | 2.418 | 2.423 |
CTE *10-7 (1/o C) | 92.7 | |||
應變點(o C) | 595 | 548.2 | 548 | 573.8 |
退火點(o C) | 658 | 605.7 | 606.1 | 632.6 |
軟化點(o C) | 963.3 | |||
應力光學常數 (nm/mm/MPa) | 3.114 | 3.171 | 3.139 | 3.159 |
589.3 nm處之折射係數 | 1.4869 | 1.475 | 1.4884 | 1.49 |
表8C:核心玻璃成分。
玻璃成分 | E9 | E10 | E11 | E12 | E13 |
SiO2 | 60.43 | 62.44 | 61.97 | 63.44 | 60.95 |
Al2 O3 | 11.43 | 10.94 | 11.46 | 10.98 | 12.99 |
P2 O5 | 6.89 | 5.40 | 5.37 | 6.56 | 5.65 |
B2 O3 | 2.02 | 2.01 | 2.01 | 0.00 | |
Li2 O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 2.48 | 1.98 |
Na2 O | 0.17 | 0.16 | 0.17 | 0.05 | |
K2 O | 16.60 | 16.57 | 16.56 | 16.44 | 18.43 |
Rb2 O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
MgO | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
ZnO | 2.41 | 2.41 | 2.41 | 0.00 | |
SnO2 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | |
密度 (g/cm3 ) | 2.422 | 2.431 | 2.429 | 2.384 | 2.405 |
CTE *10-7 (1/o C) | |||||
應變點(o C) | 573.1 | 593.6 | 598.7 | 641.7 | 651.2 |
退火點(o C) | 632.1 | 651.3 | 656.9 | 704.1 | 713.3 |
軟化點(o C) | |||||
應力光學常數 (nm/mm/MPa) | 3.146 | 3.131 | 3.679 | 2.897 | 2.888 |
589.3 nm處之折射係數 | 1.4903 | 1.4923 | 1.492 | 1.487 | 1.4905 |
本案所屬技術領域中具通常知識者將理解,可在不脫離所請求保護的標的的精神及範圍的情況下對本文中所述的實施例作出各種更改及變化。因此,本說明書意欲涵蓋本文中所述的各種實施例的變體及變化,條件是此類變體及變化落於隨附請求項及其等效物的範圍之內。
100:積層玻璃製品
102:玻璃核心層
103a:第一主表面
103b:第二主表面
104a:第一玻璃包覆層
104b:第二玻璃包覆層
105a,105b:邊緣
106a,106b:介面區域
108a,108b:表面
110a:第一含氫核心區
110b:第二含氫核心區
112:中心核心區
120:含氫包覆區
122:中心包覆區
200:設備
202:上溢流分配器
204:下溢流分配器/等靜壓管
206:熔融玻璃包覆成分
208:熔融玻璃核心成分
210,212:槽
216,218:外側成形表面
220:根部
222,224:外側成形表面
300:消費性電子裝置
302:殼體
304:前面
306:背面
308:側表面
310:顯示器
312:覆蓋基板
500:設備
501:壓力容器
502:液態水
504:水蒸氣環境
506:熱源
508:支撐件
510:壓力源
900:玻璃系製品
910:第一表面
912:第二表面
920:第一壓縮應力層
922:第二壓縮應力層
930:拉伸應力區域
第1圖示意性地描繪根據本文所顯示並敘述之一或多個實施例之積層玻璃製品的剖面;
第2圖示意性地描繪根據本文所顯示並敘述之一或多個實施例之用於形成積層玻璃製品之設備;
第3圖根據本文所顯示並敘述之一或多個實施例,示意性地描繪積層玻璃製品之剖面,其中指示玻璃製品中因層壓所致之壓縮應力及拉伸應力;
第4圖根據本文所顯示並敘述之一或多個實施例,示意性地描繪積層玻璃製品之剖面,所示之積層玻璃製品在玻璃核心層中包含含氫區;
第5圖根據本文所顯示並敘述之一或多個實施例,示意性地描繪積層玻璃製品之剖面,其中描繪出介於玻璃核心層與玻璃包覆層之間的介面區域;
第6圖根據本文所顯示並敘述之一或多個實施例,示意性地描繪積層玻璃製品之剖面,所示之積層玻璃製品在玻璃包覆層中包含含氫區;
第7圖根據本文所述之一或多個實施例,示意性地描繪用於將含氫物種擴散進入玻璃製品(如積層玻璃製品)之設備;
第8A圖根據本文所述之一或多個實施例,示意性地描繪包含積層玻璃製品之消費性電子裝置的前視圖;
第8B圖根據本文所述之一或多個實施例,示意性地描繪包含積層玻璃製品之消費性電子裝置的透視圖;
第9圖以圖形化方式描繪玻璃包覆層成分CL5在暴露於含水蒸氣環境之前和之後,氫濃度(左側Y座標)及鈣濃度(右側Y座標)作為深度(X座標)之函數;
第10圖以圖形化方式描繪玻璃包覆層成分CL1在暴露於含水蒸氣環境之前和之後,氫濃度(左側Y座標)及硼濃度(右側Y座標)作為深度(X座標)之函數;
第11圖以圖形化方式描繪玻璃包覆層成分C1在暴露於含水蒸氣環境之前和之後,氫濃度(左側Y座標)及鋁濃度(右側Y座標)作為深度(X座標)之函數;
第12圖以圖形化方式描繪玻璃核心層成分CL2在暴露於含水蒸氣環境之後,氫、磷和鋁的比例相對強度(scaled relative intensity) (左側Y座標)作為深度(X座標)之函數;以及
第13圖示意性地描繪根據實施例之玻璃系製品的剖面。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:積層玻璃製品
102:玻璃核心層
103a:第一主表面
103b:第二主表面
104a:第一玻璃包覆層
104b:第二玻璃包覆層
108a,108b:表面
Claims (10)
- 一種積層玻璃製品,包含: 一玻璃核心層,由一核心玻璃成分形成並包含從20°C溫度至300°C之一平均核心熱膨脹係數CTEC ;以及至少一個玻璃包覆層,直接融合至該玻璃核心層,該至少一個玻璃包覆層由一包覆玻璃成分形成,該包覆玻璃成分不同於該核心玻璃成分,該至少一個玻璃包覆層包含從20°C至300°C之一平均包覆熱膨脹係數CTECL ,其中:CTEC 大於或等於CTECL ;該玻璃核心層的至少一部分於該積層玻璃製品的一邊緣處暴露;且該玻璃核心層包含一含氫核心區,該含氫核心區從該積層玻璃製品的該邊緣朝該玻璃核心層的一中心延伸,其中該含氫核心區具有始於該積層玻璃製品的該邊緣之一核心區穿透深度,且該含氫核心區中之一氫濃度比在該核心區穿透深度處之氫濃度更接近該積層玻璃製品的該邊緣之氫濃度。
- 如請求項1所述之積層玻璃製品,其中該核心區穿透深度大於或等於2 µm。
- 如請求項1或2所述之積層玻璃製品,其中該含氫核心區包含壓縮應力,其中該壓縮應力隨著該玻璃核心層中之該氫濃度降低而減少。
- 如請求項1或2所述之積層玻璃製品,其中該至少一個玻璃包覆層包含大於或等於150 MPa之壓縮應力。
- 如請求項4所述之積層玻璃製品,其中: 該至少一個玻璃包覆層包含一含氫包覆區,該含氫包覆區從該積層玻璃製品的該邊緣朝該至少一個玻璃包覆層的一中心延伸,其中該含氫包覆區具有始於該積層玻璃製品的該邊緣之一包覆區穿透深度,且該含氫包覆區中之一氫濃度比在該包覆區穿透深度處之氫濃度更接近該積層玻璃製品的該邊緣之氫濃度;且 該核心區穿透深度大於該包覆區穿透深度。
- 一種形成一積層玻璃製品之方法,該方法包含以下步驟: 將至少一個玻璃包覆層與一玻璃核心層直接融合,以形成一積層玻璃製品,其中: 該玻璃核心層包含從20°C溫度至300°C之一平均核心熱膨脹係數CTEC ; 該至少一個玻璃包覆層包含從20°C至300°C之一平均包覆熱膨脹係數CTECL ;且 CTEC 大於或等於CTECL ;以及 將該積層玻璃製品暴露於一環境,該環境包含一汽相,該汽相包含大於或等於300克水/m3 ,從而將氫擴散進入至少該玻璃核心層而形成一含氫核心區,該含氫核心區從該積層玻璃製品的一邊緣朝該玻璃核心層的一中心延伸,其中該含氫核心區具有始於該積層玻璃製品的該邊緣之一核心區穿透深度,且該含氫核心區中之一氫濃度比在該核心區穿透深度處之氫濃度更接近該積層玻璃製品的該邊緣之氫濃度。
- 如請求項6所述之方法,其中在暴露期間,該環境包含大於或等於70°C之溫度。
- 如請求項6或7所述之方法,其中該環境包含大於或等於0.1 MPa之壓力。
- 如請求項6或7所述之方法,其中該汽相包含大於或等於5000克水/m3 。
- 如請求項6或7所述之方法,其中該暴露進一步包含以下步驟:將氫擴散進入該至少一個玻璃包覆層,以形成一含氫包覆區,該含氫包覆區從該積層玻璃製品的該邊緣朝該至少一個玻璃包覆層的一中心延伸,其中: 該含氫包覆區具有始於該積層玻璃製品的該邊緣之一包覆區穿透深度; 該含氫包覆區中之一氫濃度比在該包覆區穿透深度處之氫濃度更接近該積層玻璃製品的該邊緣之氫濃度;且 該核心區穿透深度大於該包覆區穿透深度。
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