TW202128586A - 具有抗斷裂性應力分佈曲線的玻璃基底製品 - Google Patents

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Abstract

玻璃基底製品包含用於提供改善的抗斷裂性以及降低的重量增益的應力分佈曲線。利用單一步驟離子交換處理來生產玻璃基底製品。

Description

具有抗斷裂性應力分佈曲線的玻璃基底製品
本申請案主張於2019年11月27日提出申請之美國臨時申請案第62/941,506號之優先權權益，本案係依據其內容，且其內容藉由引用整體併入本文。
本說明書一般係關於玻璃基底製品中的抗斷裂性應力分佈曲線的應力分佈曲線。更具體而言，本說明書係關於可以在電子裝置中使用的可以含鋰的玻璃基底製品的應力分佈曲線。
可攜式裝置（例如，智慧型電話、平板電腦、可攜式媒體播放器、個人電腦、及照相機）的行動特性讓這些裝置特別容易意外掉落於硬表面（例如，地面）上。這些裝置通常包括覆蓋玻璃，覆蓋玻璃可能在碰撞硬表面之後損傷。在許多這些裝置中，覆蓋玻璃係作為顯示器外罩，並且可以結合觸控功能，而在覆蓋玻璃損傷時，裝置的使用受到負面影響。
當相關聯的可攜式裝置掉落於硬表面上時，覆蓋玻璃存在二種主要的破損模式。模式中之一者係為撓曲破損，這是由於當裝置受到與硬表面衝擊的動態負載時的玻璃的折曲而造成。另一模式係為尖銳接觸破損，這是由於玻璃表面的損傷而造成。玻璃與粗糙硬表面（例如，瀝青，花崗岩等）的衝擊可能導致玻璃表面中的尖銳壓痕。這些壓痕成為玻璃表面中的破損位置，而可能產生及傳播裂紋。
玻璃製造商及手持裝置製造商持續努力改善手持裝置對於破損的抵抗力。可攜式裝置亦期望為儘可能薄。因此，除了強度之外，亦期望在可攜式裝置中作為覆蓋玻璃的玻璃儘可能薄。因此，除了增加覆蓋玻璃的強度之外，亦期望玻璃具有允許透過能夠製造薄玻璃製品（例如，薄玻璃片材）的處理而形成的機械特性。
因此，需要一種可以強化的玻璃基底製品（例如，藉由離子交換），並具有允許成為薄製品的機械性質。
根據態樣（1），提供一種玻璃基底製品。玻璃基底製品包含：用於定義厚度t的第一表面與第二表面，其中t係大於或等於0.2mm至小於或等於2.0mm；大於或等於21MPa的峰值張力PT；大於或等於650MPa至小於或等於1200MPa的壓縮應力CS；大於或等於4.5μm至小於或等於12.0μm的尖峰層深度DOLSP ；以及大於或等於15MPa至小於或等於150MPa的膝部處的壓縮應力CSK 。
根據態樣（2），提供態樣（1）的玻璃基底製品，其中玻璃基底製品係利用單一離子交換處理來形成。
根據態樣（3），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中PT係小於或等於80MPa。
根據態樣（4），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中PT係大於或等於43MPa至小於或等於78MPa。
根據態樣（5），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中CS係大於或等於800MPa至小於或等於1050MPa。
根據態樣（6），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中DOLSP 係大於或等於6.0μm至小於或等於11.5μm。
根據態樣（7），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中CSK 係大於或等於30MPa至小於或等於125MPa。
根據態樣（8），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中DOLSP /t係大於或等於0.010至小於或等於0.030。
根據態樣（9），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含壓縮深度DOC，其中DOC係大於或等於0.11t。
根據態樣（10），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/(PT*t)係大於或等於0.4。
根據態樣（11），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/(PT*t)係小於或等於0.71。
根據態樣（12），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/t係大於或等於16MPa。
根據態樣（13），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/t係小於或等於22MPa。
根據態樣（14），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/t3/2 係大於或等於24MPa/mm1/2 。
根據態樣（15），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/t3/2 係小於或等於43MPa/mm1/2 。
根據態樣（16），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中PT/(E*t)係小於或等於2.2m-1 ，以及E係為具有與玻璃基底製品的中心相同的組成物及微結構的玻璃基底基板的楊氏模量。
根據態樣（17），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中PT/(E*t)係大於或等於0.8m-1 ，以及E係為具有與玻璃基底製品的中心相同的組成物及微結構的玻璃基底基板的楊氏模量。
根據態樣（18），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/(E*t)係小於或等於9×10-4 ，以及E係為具有與玻璃基底製品的中心相同的組成物及微結構的玻璃基底基板的楊氏模量。
根據態樣（19），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/(E*t)係大於或等於3.5×10-4 ，以及E係為具有與玻璃基底製品的中心相同的組成物及微結構的玻璃基底基板的楊氏模量。
根據態樣（20），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中t係小於或等於0.65mm，而PT係小於或等於60MPa。
根據態樣（21），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中t係大於或等於0.3mm至小於或等於0.8mm。
根據態樣（22），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中t係大於或等於0.4 mm至小於或等於0.6 mm。
根據態樣（23），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中玻璃基底製品的中心處的Li2 O的莫耳濃度與Na2 O的莫耳濃度的比率係小於或等於2.0。
根據態樣（24），提供態樣（1）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中玻璃基底製品的中心處的Li2 O濃度係小於或等於12莫耳％。
根據態樣（25），提供一種玻璃基底製品。玻璃基底製品包含：用於定義厚度t的第一表面與第二表面，其中t係大於或等於0.2mm至小於或等於2.0mm；大於或等於21MPa的峰值張力PT；大於或等於650MPa至小於或等於1200MPa的壓縮應力CS；尖峰層深度DOLSP ，其中DOLSP /t係大於或等於0.007至小於或等於0.030；以及大於或等於15MPa至小於或等於150MPa的膝部處的壓縮應力CSK 。
根據態樣（26），提供態樣（25）的玻璃基底製品，其中玻璃基底製品係利用單一離子交換處理來形成。
根據態樣（27），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中PT係小於或等於80MPa。
根據態樣（28），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中PT係大於或等於43MPa至小於或等於78MPa。
根據態樣（29），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中CS係大於或等於800MPa至小於或等於1050MPa。
根據態樣（30），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中DOLSP 係大於或等於6.0μm至小於或等於11.5μm。
根據態樣（31），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中CSK 係大於或等於30MPa至小於或等於125MPa。
根據態樣（32），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中DOLSP /t係大於或等於0.010至小於或等於0.029。
根據態樣（33），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含壓縮深度DOC，其中DOC係大於或等於0.11t。
根據態樣（34），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/(PT*t)係大於或等於0.4。
根據態樣（35），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/(PT*t)係小於或等於0.71。
根據態樣（36），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/t係大於或等於16MPa。
根據態樣（37），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/t係小於或等於22MPa。
根據態樣（38），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/t3/2 係大於或等於24MPa/mm1/2 。
根據態樣（39），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/t3/2 係小於或等於43MPa/mm1/2 。
根據態樣（40），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中PT/(E*t)係小於或等於2.2m-1 ，以及E係為具有與玻璃基底製品的中心相同的組成物及微結構的玻璃基底基板的楊氏模量。
根據態樣（41），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中PT/(E*t)係大於或等於0.8m-1 ，以及E係為具有與玻璃基底製品的中心相同的組成物及微結構的玻璃基底基板的楊氏模量。
根據態樣（42），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/(E*t)係小於或等於9×10-4 ，以及E係為具有與玻璃基底製品的中心相同的組成物及微結構的玻璃基底基板的楊氏模量。
根據態樣（43），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，進一步包含拉伸應力區域中的應力深度積分A，以及A/(E*t)係大於或等於3.5×10-4 ，以及E係為具有與玻璃基底製品的中心相同的組成物及微結構的玻璃基底基板的楊氏模量。
根據態樣（44），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中t係小於或等於0.65mm，而PT係小於或等於60MPa。
根據態樣（45），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中t係大於或等於0.3mm至小於或等於0.8mm。
根據態樣（46），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中t係大於或等於0.4 mm至小於或等於0.6 mm。
根據態樣（47），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中玻璃基底製品的中心處的Li2 O的莫耳濃度與Na2 O的莫耳濃度的比率係小於或等於2.0。
根據態樣（48），提供態樣（25）至前述態樣中之任一者的玻璃基底製品，其中玻璃基底製品的中心處的Li2 O濃度係小於或等於12莫耳％。
根據態樣（49），提供一種消費性電子產品。該消費性電子產品包含：包含前表面、後表面、及側表面的殼體；電部件，至少部分設置於殼體內，電部件至少包含控制器、記憶體、及顯示器，顯示器係設置於殼體的前表面處或與前表面相鄰；以及外罩，設置於顯示器上方。殼體與外罩中之至少一者的至少一部分包含前述態樣中之任一者的玻璃基底製品。
根據態樣（50），提供一種方法。該方法包含以下步驟：將玻璃基底基板暴露至離子交換浴，以形成玻璃基底製品。玻璃基底基板包含用於定義厚度t的第一表面與第二表面，其中t係大於或等於0.2mm至小於或等於2.0mm。玻璃基底製品包括：大於或等於21MPa的峰值張力PT；大於或等於650MPa至小於或等於1200MPa的壓縮應力CS；大於或等於4.5μm至小於或等於12.0μm的尖峰層深度DOLSP ；以及大於或等於15MPa至小於或等於150MPa的膝部處的壓縮應力CSK ；以及離子交換浴包含鉀及鈉。
根據態樣（51），提供一種方法。該方法包含以下步驟：將玻璃基底基板暴露至離子交換浴，以形成玻璃基底製品。玻璃基底基板包含：用於定義厚度t的第一表面與第二表面，其中t係大於或等於0.2mm至小於或等於2.0mm。玻璃基底製品包括：大於或等於21MPa的峰值張力PT；大於或等於650MPa至小於或等於1200MPa的壓縮應力CS；尖峰層深度DOLSP ，其中DOLSP /t係大於或等於0.007至小於或等於0.030；以及大於或等於15MPa至小於或等於150MPa的膝部處的壓縮應力CSK ；以及包含鉀及鈉的離子交換浴。
根據態樣（52），提供態樣（50）至前述態樣中之任一者的方法，其中該方法並未包括任何附加離子交換加工。
根據態樣（53），提供態樣（50）至先前態樣中之任一者的方法，其中離子交換浴的溫度係大於或等於370℃至小於或等於450℃。
根據態樣（54），提供態樣（50）至先前態樣中之任一者的方法，其中離子交換浴的溫度係大於或等於380℃至小於或等於420℃。
根據態樣（55），提供態樣（50）至先前態樣中之任一者的方法，其中離子交換浴的溫度係大於或等於380℃至小於或等於390℃。
根據態樣（56），提供態樣（50）至先前態樣中之任一者的方法，其中離子交換浴所包含的NaNO3 的量係大於或等於1重量％至小於或等於10重量％。
根據態樣（57），提供態樣（50）至先前態樣中之任一者的方法，其中離子交換浴所包含的NaNO3 的量係大於或等於4重量％至小於或等於9重量％。
根據態樣（58），提供態樣（50）至先前態樣中之任一者的方法，其中該暴露步驟的一持續週期係大於或等於15分鐘至小於或等於200分鐘。
根據態樣（59），提供態樣（50）至先前態樣中之任一者的方法，其中該暴露步驟的一持續週期係大於或等於65分鐘至小於或等於180分鐘。
根據態樣（60），提供態樣（50）至前述態樣中之任一者的方法，其中玻璃基底基板所包含的Li2 O的莫耳濃度與Na2 O的莫耳濃度的比率係小於或等於2.0。
根據態樣（61），提供態樣（50）至先前態樣中之任一者的方法，其中玻璃基底基板所包含的Li2 O濃度係小於或等於12莫耳％。
根據態樣（62），提供態樣（50）至先前態樣中之任一者的方法，其中相較於玻璃基底基板的玻璃基底製品的重量增益係小於或等於1％。
在隨後的具體實施方式中將闡述額外特徵及優勢，而該領域具有通常知識者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）所描述的實施例而瞭解額外特徵及優勢。
應瞭解，上述一般描述與以下詳細描述二者皆描述各種實施例，並且意欲提供用於理解所主張標的物之本質及特性之概述或框架。包括附隨圖式以提供對各種實施例的進一步理解，且附隨圖式併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式說明本文中所述的各種實施例，且與描述一同用於解釋所主張標的物之原理及操作。
在描述數個示例性實施例之前，應理解，本揭示並不限於以下揭示所述的構造或處理步驟的細節。本文所提供之揭示能夠具有其他實施例，並能夠以各種方式實踐或執行。
整個說明書所參照之「一個實施例」、「某些實施例」、「各種實施例」、「一或更多個實施例」、或「實施例」意味著結合實施例描述的特定特徵、結構、材料、或特性係包括在本揭示的至少一個實施例中。因此，本說明書中之各處的段落的呈現（例如，「在一或更多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在各種實施例中」、「在一個實施例中」、或「在實施例中」）不一定指稱相同實施例或僅指稱一個實施例。此外，可以在一或更多個實施例中以任何合適的方式組合特定特徵、結構、材料、或特性。 定義及測量技術
術語「玻璃基底製品」與「玻璃基底基板」係用於包括完全或部分由玻璃製成的任一物體（包括玻璃陶瓷（包括非晶及結晶相））。通常，針對玻璃基底基板進行離子交換加工，以形成玻璃基底製品。疊層玻璃基底製品包括玻璃材料的疊層物、玻璃與非玻璃材料的疊層物、及/或玻璃與結晶材料的疊層物。根據一或更多個實施例的玻璃基底基板可以選自鈉鈣矽酸鹽玻璃、鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃、含鹼的硼矽酸鹽玻璃、含鹼的鋁硼矽酸鹽玻璃、及含鹼的玻璃陶瓷。
「基礎組成物」係為任一離子交換（IOX）加工之前的基板的化學組成。亦即，基礎組成物並未受到來自IOX的任一離子摻雜。換言之，在進行離子交換加工之前，玻璃基底基板具有基礎組成物。已經進行IOX加工的玻璃基底製品的中心受到最少的IOX加工影響，並且可能沒有受到IOX加工影響。由於此原因，當IOX加工條件使得IOX所供應的離子並未擴散到基板的中心時，玻璃基底製品的中心處的組成物可能與基礎組成物相同。在一或更多個實施例中，玻璃製品的中心處的中心組成物包含基礎組成物。此外，具有與玻璃基底製品的中心相同的組成物及微結構的玻璃基底基板可能具有與用於形成玻璃基底製品的基板相同的性質。
應注意，本文中可使用術語「基本上」及「約」以表示可能歸因於任何定量比較、值、測量或其他表示的固有不確定程度。該等術語亦在本文中用於表示定量表示可與所述參考不同而不導致論述中之標的物之基本功能之變化的程度。因此，舉例而言，「基本上不含MgO」的玻璃基底製品係為未將MgO主動添加或配料到玻璃基底製品中，但可能作為污染物而以非常少的量存在。如本文所使用的術語「約」係指量、尺寸、公式、參數、與其他數量與特性並非精確且不必精確，而是可以根據需要近似與/或更大或更小，以反映公差、轉化因子、四捨五入、測量誤差、及類似者，以及該領域具有通常知識者已知的其他因子。當術語「約」係用於描述範圍的值或端點時，本揭示應理解為包括所指稱的特定值或端點。無論說明書中的範圍的數值或端點是否記載「約」，範圍的數值或端點意欲包括二個實施例：一者由「約」修飾，而一者未被「約」修飾。可以進一步瞭解範圍的每一端點明顯與另一端點有關，並獨立於另一端點。
除非另外指明，否則本文所述的所有組成物均以基於氧化物的莫耳百分比（莫耳％）表示。
「應力分佈曲線」係應力與跨越玻璃基底製品的厚度的深度的函數。壓縮應力區域係從製品的第一表面延伸到壓縮深度（DOC），其中製品係處於壓縮應力下。中心張力區域係從DOC延伸，以包括製品處於拉伸應力下的區域。換言之，第一壓縮應力區域可以從第一表面延伸至第一壓縮深度（DOC1 ），拉伸區域從DOC1 延伸至第二壓縮深度（DOC2 ），第二壓縮區域從DOC2 延伸至第二表面。在應力分佈曲線對稱的實施例中，從每一表面到各個DOC的距離是相等的。
如本文所使用，壓縮深度（DOC）係指稱玻璃基底製品內的應力從壓縮應力改變成拉伸應力的深度。在DOC處，應力從正（壓縮）應力跨越到負（拉伸）應力，並因此呈現零應力值。根據機械領域中通常使用的慣例，壓縮係表示為負（＜0）應力，而張力係表示為正（＞0）應力。然而，在本說明書中，應力的正值係為壓縮應力（CS），壓縮應力（CS）係表示為正的或絕對值（亦即，如本文所述，CS=|CS|）。此外，應力的負值係為拉伸應力。但使用術語「拉伸」時，應力或中心張力（CT）可以表示為正值（亦即，CT=|CT|）。中心張力（CT）係指稱玻璃基底製品的中心區域或中心張力區域中的拉伸應力。最大中心張力係發生於標稱為0.5•t處的中心張力區域（其中t係為製品厚度），而允許從最大拉伸應力的位置的精確中心開始變化。峰值張力（PT）係指稱所測量的最大張力，並且可以在或可以不在製品的中心。
應力分佈曲線的「膝部」係為製品的深度，其中應力分佈曲線的斜率係從陡峭到平緩。從表面延伸進入玻璃基底製品的應力分佈曲線的陡峭部分係指稱為「尖峰」。膝部可以指稱斜率改變的深度的跨度的過渡區域。膝部壓縮應力CSK 係定義為CS分佈曲線的較深部分外推至尖峰的深度DOLSP 處的壓縮應力的值。DOLSP 係報告為藉由表面應力計透過已知方法來測量。第1圖提供包括膝部應力的應力分佈曲線的示意圖。
相對於金屬氧化物從第一表面到層深度變化或者沿著製品厚度（t）的至少大部分變化的非零金屬氧化物濃度係表明製品中已經產生應力來作為離子交換的結果。金屬氧化物濃度的變化在本文中可指稱為金屬氧化物濃度梯度。濃度並非為零且從第一表面到層深度或者沿著厚度的一部分變化的金屬氧化物可以描述為在玻璃基底製品中產生應力。藉由化學強化玻璃基底基板來產生金屬氧化物的濃度梯度或變化，其中玻璃基底基板中的複數個第一金屬離子係與複數個第二金屬離子交換。
除非另有說明，CT與CS在本文係以MegaPascals（MPa）表示，厚度係以毫米表示，而DOC與DOL係以microns（微米或μm）表示。
壓縮應力（包括峰值CS、CSmax ）與DOLSP 係藉由使用商業可取得的儀器（如由Orihara Industrial Co., Ltd（日本）製造的FSM-6000）的表面應力計（FSM）測量。表面應力測量取決於與玻璃的雙折射有關的應力光學係數（SOC）的精確測量。然後，根據標題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」的ASTM標準C770-16所述的程序C（玻璃碟方法）測量SOC，其內容藉由引用整體併入本文。在測量波長處提供本文所報告的表面應力計測量，其中針對二個條紋，條紋計數的分數部分的範圍儘可能為0.1至0.8（較佳為0.15至0.7）。
使用本領域已知的散射光偏光器（SCALP）技術來測量中心張力（CT）及峰值張力（PT）以及應力保持值。折射近場（RNF）方法或SCALP可以用於測量應力分佈曲線與壓縮深度（DOC）。當使用RNF方法來測量應力分佈曲線時，在RNF方法中使用SCALP所提供的最大CT值。更特定言之，RNF所測量的應力分佈曲線係為力平衡的，並校準成SCALP測量所提供的最大CT值。RNF方法係描述於標題「Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample」的美國專利案8,854,623中，其藉由引用整體併入本文。更特定言之，RNF方法包括將玻璃製品放置成與參考方塊相鄰，產生在正交偏振之間以1Hz至50Hz的速率切換的偏振切換光束，測量偏振切換光束中的功率量，以及產生偏振切換參考訊號，其中正交偏振中之每一者的測量功率量係在彼此的50％之內。該方法進一步包括將偏振切換光束透過不同深度的玻璃樣品與參考方塊而發射進入玻璃樣品，然後使用中繼光學系統將所發射的偏振切換光束中繼到訊號光電偵測器，其中訊號光電偵測器係產生偏振切換偵測器訊號。該方法亦包括將偵測器訊號除以參考訊號，以形成標準化的偵測器訊號，以及從標準化的偵測器訊號來確定玻璃樣品的分佈曲線特徵。
本揭示所記載的楊氏模量值係指稱標題為「Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts」的ASTM E2001-13中所提出的通用類型的共振超聲光譜技術測量的值。 玻璃基底製品的性質的概述
本文的玻璃基底製品具有應力分佈曲線，該等分佈曲線設計成增加多次掉落到硬表面上之後的存活概率。當與這些有利的應力分佈曲線結合時，高斷裂韌性提供新的更高等級的抗斷裂性。選擇用於形成玻璃基底製品的應力分佈曲線及方法，以最小化離子交換處理期間的重量增益。IOX加工所產生的翹曲係隨著重量增益增加而增加。因此，本文所述的玻璃基底製品及應力分佈曲線特別適用於存在翹曲問題的應用。針對具有低厚度的製品（尤其是小於約0.6mm的厚度），具有複雜形狀的製品（例如，手錶外罩或3D電子設備外罩及殼體）及/或當製品較大時（例如，平板電腦或膝上型電腦螢幕外罩），翹曲尤其成問題。此外，過度的翹曲可能阻止製品形成氣密密封，這在手錶及消費電子裝置應用中變得越來越重要。
本文所述的用於形成具有應力分佈曲線的玻璃基底製品的玻璃基底基板可以由任何適當的材料形成（例如，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃）。鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃具有良好的離子交換性，並且已經使用化學強化方法在鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃中取得高強度及高韌性。鋁矽酸鈉玻璃係為具有高度玻璃成形性及品質的可高度離子交換的玻璃。鋁矽酸鋰玻璃係為具有高度玻璃品質的可高度離子交換的玻璃。將Al2 O3 置換成矽酸鹽玻璃網路係增加離子交換期間的一價陽離子的相互擴散性。藉由在熔融鹽浴（例如，KNO3 及/或NaNO3 ）中的化學強化，可以實現具有高強度、高韌性、及高抗壓痕裂紋性的玻璃。透過化學強化而達到應力分佈曲線的形狀可能影響掉落效能、強度、韌性、及玻璃基底製品的其他屬性。
因為鋰鋁矽酸鹽玻璃提供良好的物理性質、化學耐久性、及可離子交換性，鋰鋁矽酸鹽玻璃特別期望用於經化學強化的玻璃基底製品的形成。透過不同的離子交換處理，可以實現更大的峰值張力（PT）、壓縮深度（DOC）、及壓縮應力（CS）。本文所述的應力分佈曲線係提供增加的抗斷裂性，並且可以較佳地應用於含鋰玻璃基底製品。
本文所述的組成物的實施例中，組成成分（例如，SiO2 、Al2 O3 、Li2 O、及類似者）的濃度除非以其他方式指明，否則是在氧化物的基礎上以莫耳百分比（莫耳%）給定。應理解，一種成分的各種所述範圍中的任一者可以與任一其他成分的各種所述範圍中的任一者單獨組合。
本文所揭示的應力分佈曲線呈現增加的抗斷裂性，而特徵可以在於掉落測試中的改善的效能。參照第2圖，玻璃基底製品具有從表面延伸到玻璃的壓縮深度（DOC）的處於壓縮應力下的第一區域（例如，第2圖的第一與第二壓縮應力層120、122）以及從DOC延伸到玻璃的中心或內部區域的處於拉伸應力或中心張力（CT）下的第二區域（例如，第2圖的中心區域130）。
壓縮應力（CS）具有通常發生於玻璃基底製品的表面處的最大值或峰值（但不一定是這種情況，因為峰值可能發生於距離玻璃基底製品的表面一深度處（例如，接近玻璃的表面）），而CS根據函數隨著與表面的距離d而變化。再次參照第2圖，第一壓縮應力層120從第一表面110延伸到深度d1 ，而第二壓縮應力層122從第二表面112延伸到深度d2 。這些區段一起定義玻璃基底製品100的壓縮或CS。
第2圖中的二個主表面110、112的壓縮應力係藉由玻璃基底製品的中心區域130所儲存的張力而平衡。
在本文所述的玻璃基底製品中，存在具有非零濃度的鹼金屬氧化物，非零濃度係相對於金屬氧化物而在第一與第二表面中之一或二者與層深度（DOL）之間變化。由於從第一表面開始變化的金屬氧化物的非零濃度，而產生應力分佈曲線。非零濃度可以沿著製品厚度的一部分而變化。在一些實施例中，鹼金屬氧化物的濃度並非為零，且沿著約0•t至約0.3•t的厚度範圍而變化。在一些實施例中，鹼金屬氧化物的濃度並非為零，且沿著約0•t至約0.35•t、約0•t至約0.4•t、約0•t至約0.45•t、約0•t至約0.48•t、或約0•t至約0.50•t的厚度範圍而變化。鹼金屬氧化物的濃度可以包括一種以上的金屬氧化物（例如，Na2 O與K2 O的組合）。在一些實施例中，在使用兩種金屬氧化物且離子的半徑彼此不同的情況下，在較淺深度處，具有較大半徑的離子的濃度係大於具有較小半徑的離子的濃度，而在較深深度處，具有較小半徑的離子的濃度係大於具有較大半徑的離子的濃度。
在實施例中，玻璃基底製品所包含的峰值張力（PT）係大於或等於21MPa（例如，大於或等於25MPa、大於或等於30MPa、大於或等於40MPa、大於或等於43MPa、大於或等於45MPa、大於或等於50MPa、大於或等於55MPa、大於或等於60MPa、大於或等於70MPa、或更多）。在實施例中，玻璃基底製品的PT係小於或等於80MPa（例如，小於或等於78MPa、小於或等於75MPa、小於或等於70MPa、小於或等於65MPa、小於或等於60MPa、小於或等於55MPa、小於或等於50MPa、小於或等於45MPa、小於或等於40MPa、小於或等於35MPa、小於或等於30MPa、小於或等於25MPa，或更小）。PT可以落於任何前述值之間所形成的範圍內。在實施例中，玻璃基底製品所包含的峰值張力（PT）的範圍係大於或等於21MPa至小於或等於80MPa（例如，大於或等於25MPa至小於或等於75MPa、大於或等於30MPa至小於或等於70MPa、大於或等於35MPa至小於或等於65MPa、大於或等於40MPa至小於或等於60MPa、大於或等於45MPa至小於或等於55MPa、大於或等於43MPa至小於或等於78MPa，以及前述端點之間所形成的任何範圍或子範圍）。PT係與藉由離子交換加工所引入玻璃基底製品的壓縮應力的量相關。因此，較高的PT值可以表示已經將較多的壓縮應力施加至玻璃基底製品，而可以允許更大的抗斷裂性。若PT值太高，則玻璃基底製品可能變得易碎，這對於許多應用而言是不期望的。此外，若玻璃基底製品很薄，這增加IOX引起翹曲的可能性，則可以選擇PT上限以避免過度翹曲，並且可以明顯低於相關聯於過渡至易碎行為的PT。在實施例中，具有小於或等於0.65mm的厚度的玻璃基底製品的PT係小於或等於60MPa（例如，小於或等於55MPa，或更少）。
在一或更多個實施例中，玻璃基底製品所包含的峰值壓縮應力（CS）的範圍係大於或等於650MPa至小於或等於1200MPa（例如，大於或等於700MPa至小於或等於1150MPa、大於或等於750MPa至小於或等於1100MPa、大於或等於800MPa至小於或等於1050MPa、大於或等於850MPa至小於或等於1000MPa、大於或等於900MPa至小於或等於950MPa、大於或等於800MPa至小於或等於1050MPa，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍）。峰值壓縮應力可以位於玻璃基底製品的表面處或玻璃基底製品的表面附近。
在實施例中，玻璃基底製品所包含的膝部處的壓縮應力（CSk ）的範圍係大於或等於15MPa至小於或等於150MPa（例如，大於或等於30MPa至小於或等於125MPa、大於或等於20MPa至小於或等於145MPa、大於或等於25MPa至小於或等於140MPa、大於或等於30MPa至小於或等於135MPa、大於或等於35MPa至小於或等於130MPa、大於或等於40MPa至小於或等於125MPa、大於或等於45MPa至小於或等於120MPa、大於或等於50MPa至小於或等於115MPa、大於或等於55MPa至小於或等於110MPa、大於或等於60MPa至小於或等於105MPa、大於或等於65MPa至小於或等於100MPa、大於或等於70MPa至小於或等於95MPa、大於或等於75MPa至小於或等於90MPa、大於或等於85MPa至小於或等於85MPa，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍）。高等級的CSK 係與防止尖銳損傷引入與玻璃基底製品的折曲同時組合或尖銳損傷引入之後（例如，具有掉落在粗糙表面上的經歷）的機制所導致的斷裂相關。
在實施例中，玻璃基底製品所包含的壓縮深度（DOC）係大於或等於0.11t（例如，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、大於或等於0.20t、大於或等於0.21t、大於或等於0.22t、大於或等於0.23t、或更多），其中t係為玻璃基底製品的厚度。在實施例中，DOC係小於或等於0.30t（例如，小於或等於0.29t、小於或等於0.28t、小於或等於0.27t、小於或等於0.26t、小於或等於0.25t、小於或等於0.24t、或更小），其中t係為玻璃基底製品的厚度。DOC可以落於任何前述值之間所形成的範圍內。
在一或更多個實施例中，玻璃基底製品所包含的尖峰層深度（DOLsp ）的範圍係大於或等於4.5μm至小於或等於12.0μm（例如，大於或等於5.0μm至小於或等於11.5μm、大於或等於5.5μm至小於或等於11.0μm、大於或等於6.0μm至小於或等於10.5μm、大於或等於6.5μm至小於或等於10.0μm、大於或等於7.0μm至小於或等於9.5μm、大於或等於7.5μm至小於或等於9.0μm、大於或等於8.0μm至小於或等於8.5μm、大於或等於6.0μm至小於或等於11.5μm，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍）。DOLsp 可以落於任何前述值之間所形成的範圍內。在實施例中，DOLsp /t係大於或等於0.007至小於或等於0.030（例如，大於或等於0.010至小於或等於0.030、大於或等於0.010至小於或等於0.029、大於或等於0.015至小於或等於0.025、大於或等於0.020至小於或等於0.030，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍），其中t係為玻璃基底製品的厚度。
本文所述的玻璃基底製品的應力分佈曲線的特徵可以是拉伸應力區域中的應力深度積分（A），更具體為比率A/(PT*t)。在實施例中，比率A/(PT*t)係大於或等於0.4（例如，大於或等於0.45、大於或等於0.5、大於或等於0.55、大於或等於0.6、大於或等於0.65、大於或等於0.7、或更多）。在實施例中，比率A/(PT*t)係小於或等於0.75（例如，小於或等於0.71、小於或等於0.7、小於或等於0.65、小於或等於0.6、小於或等於0.55、小於或等於0.5、小於或等於0.45、或更小）。在實施例中，比率A/(PT*t)的範圍係大於或等於0.4至小於或等於0.71（例如，大於或等於0.45至小於或等於0.70、大於或等於0.5至小於或等於0.65、大於或等於0.55至小於或等於0.6，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍）。若比率（A/PT*t）太低，則壓縮深度可能會不期望地變淺。可以藉由在散射光偏光鏡（例如，Orihara所生產的商業儀器SLP-1000及SLP-2000）中測量應力分佈曲線所產生的延遲曲線的全相偏移來確定比率A/(PT*t)。峰值張力係等於平滑的延遲曲線的最小延遲與最大延遲之間所出現的最大斜率。最小及最大值係出現在玻璃基底製品中的應力從壓縮應力改變成拉伸的兩個位置處（例如，在兩個壓縮深度處）。當從最小到最大的總延遲改變除以最大斜率以及除以厚度時，取得比率A/(PT*t)。相對於厚度尺寸測量斜率（例如，斜率係為相對於沿著厚度尺寸的空間座標的延遲的導數）。本文所述的比率A/(PT*t)的範圍確保IOX加工方案所產生的應力分佈曲線，其中玻璃的重量增益與強化大致線性相關，最終在IOX加工期間，當強化特性的增加率降低時，重量增益持續大致線性增加。
本文所述的玻璃基底製品的應力分佈曲線的特性可以是比率A/t。在實施例中，比率A/t係大於或等於16MPa（例如，大於或等於17MPa、大於或等於18MPa、大於或等於19MPa、大於或等於20MPa、大於或等於21MPa、大於或等於22MPa、大於或等於23MPa、大於或等於24MPa、大於或等於25MPa、大於或等於26MPa、大於或等於27MPa、大於或等於28MPa、大於或等於29MPa、大於或等於30MPa、大於或等於31MPa、大於或等於32MPa、或更多）。在實施例中，比率A/t係小於或等於33MPa（例如，小於或等於32MPa、小於或等於31MPa、小於或等於30MPa、小於或等於29MPa、小於或等於28MPa、小於或等於27MPa、小於或等於26MPa、小於或等於25MPa、小於或等於24MPa、小於或等於23MPa、或更小）。在實施例中，比率A/t的範圍係大於或等於16MPa至小於或等於33MPa（例如，大於或等於17MPa至小於或等於32MPa、大於或等於18MPa至小於或等於31MPa、大於或等於19MPa至小於或等於30MPa、大於或等於20MPa至小於或等於29MPa、大於或等於21MPa至小於或等於28MPa、大於或等於22MPa至小於或等於27MPa、大於或等於23MPa至小於或等於26MPa、大於或等於24MPa小於或等於25MPa，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍）。若比率A/t太高，則離子交換加工所引起的翹曲可能會過度。若比率A/t太低，則玻璃基底製品的抗斷裂性可能不足。
本文所述的玻璃基底製品的應力分佈曲線的特徵可以是比率A/t3/2 。在實施例中，比率A/t3/2 係大於或等於24MPa/mm1/2 （例如，大於或等於26MPa/mm1/2 、大於或等於27MPa/mm1/2 、大於或等於28MPa/mm1/2 、大於或等於29MPa/mm1/2 、大於或等於30MPa/mm1/2 、大於或等於31MPa/mm1/2 、大於或等於32MPa/mm1/2 、大於或等於33MPa/mm1/2 、大於或等於34MPa/mm1/2 、大於或等於35MPa/mm1/2 、大於或等於36MPa/mm1/2 、大於或等於37MPa/mm1/2 、大於或等於38MPa/mm1/2 、大於或等於39MPa/mm1/2 、大於或等於40MPa/mm1/2 、大於或等於41MPa/mm1/2 、大於或等於42MPa/mm1/2 、或更多）。在實施例中，比率A/t3/2 係小於或等於43MPa/mm1/2 （例如，小於或等於42MPa/mm1/2 、小於或等於41MPa/mm1/2 、小於或等於40MPa/mm1/2 、小於或等於29MPa/mm1/2 、小於或等於38MPa/mm1/2 、小於或等於37MPa/mm1/2 、小於或等於36MPa/mm1/2 、小於或等於35MPa/mm1/2 、小於或等於34MPa/mm1/2 、小於或等於33MPa/mm1/2 、小於或等於32MPa/mm1/2 、小於或等於31MPa/mm1/2 、小於或等於30MPa/mm1/2 、小於或等於29MPa/mm1/2 、小於或等於28MPa/mm1/2 、小於或等於27MPa/mm1/2 、小於或等於26MPa/mm1/2 、小於或等於25MPa/mm1/2 、或更小）。在實施例中，比率A/t3/2 係大於或等於24MPa/mm1/2 至小於或等於43MPa/mm1/2 （例如，大於或等於25MPa/mm1/2 至小於或等於42MPa/mm1/2 、大於或等於26MPa/mm1/2 至小於或等於41MPa/mm1/2 、大於或等於27MPa/mm1/2 至小於或等於40MPa/mm1/2 、大於或等於28MPa/mm1/2 至小於或等於39MPa/mm1/2 、大於或等於29MPa/mm1/2 至小於或等於38MPa/mm1/2 、大於或等於30MPa/mm1/2 至小於或等於37MPa/mm1/2 、大於或等於31MPa/mm1/2 至小於或等於36MPa/mm1/2 、大於或等於32MPa/mm1/2 至小於或等於35MPa/mm1/2 、大於或等於33MPa/mm1/2 至小於或等於34MPa/mm1/2 ，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍）。
本文所述的玻璃基底製品的應力分佈曲線的特徵可以是比率A/(E*t)，其中E係為用於形成玻璃基底製品的玻璃基底基板的楊氏模量。在實施例中，比率A/(E*t)係大於或等於3.5×10-4 （例如，大於或等於4×10-4 、大於或等於4.5×10-4 、大於或等於5×10-4 、大於或等於5.5×10-4 、大於或等於6×10-4 、大於或等於6.5×10-4 、大於或等於7×10-4 、大於或等於7.5×10-4 、大於或等於8×10-4 、大於或等於8.5×10-4 、或更多）。在實施例中，比率A/(E*t)係小於或等於9×10-4 （例如，小於或等於8.5×10-4 、小於或等於8×10-4 、小於或等於7.5×10-4 、小於或等於7×10-4 、小於或等於6.5×10-4 、小於或等於6×10-4 、小於或等於5.5×10-4 、小於或等於5×10-4 、小於或等於4.5×10-4 、小於或等於4×10-4 、或更小）。在實施例中，比率A/(E*t)的範圍係大於或等於3.5×10-4 至小於或等於9×10-4 （例如，大於或等於4×10-4 至小於或等於8.5×10-4 、大於或等於4.5×10-4 至小於或等於8×10-4 、大於或等於5×10-4 至小於或等於7.5×10-4 、大於或等於5.5×10-4 至小於或等於7×10-4 、大於或等於6×10-4 至小於或等於6.5×10-4 ，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍）。
本文所述的玻璃基底製品的應力分佈曲線的特徵可以是比率PT/(E*t)，其中E係為用於形成玻璃基底製品的玻璃基底基板的楊氏模量。在實施例中，比率PT/(E*t)係大於或等於0.8m-1 （例如，大於或等於0.9m-1 、大於或等於1.0m-1 、大於或等於1.1m-1 、大於或等於1.2m-1 、大於或等於1.3m-1 、大於或等於1.4m-1 、大於或等於1.5m-1 、大於或等於1.6m-1 、大於或等於1.7m-1 、大於或等於1.8m-1 、大於或等於1.9m-1 、大於或等於2.0m-1 、大於或等於2.1m-1 、或更多）。在實施例中，比率PT/(E*t)係小於或等於2.2m-1 （例如，小於或等於2.1m-1 、小於或等於2.0m-1 、小於或等於1.9m-1 、小於或等於1.8m-1 、小於或等於1.7m-1 、小於或等於1.6m-1 、小於或等於1.5m-1 、小於或等於1.4m-1 、小於或等於1.3m-1 、小於或等於1.2m-1 、小於或等於1.1m-1 、小於或等於1.0m-1 、小於或等於0.9m-1 、或更小）。在實施例中，比率PT/(E*t)的範圍係大於或等於0.8m-1 至小於或等於2.2mm-1 （例如，大於或等於0.9m-1 至大於或等於2.1m-1 、大於或等於1.0m-1 至小於或等於2.0m-1 、大於或等於1.1m-1 至小於或等於1.9m-1 ，大於或等於1.2m-1 至小於或等於1.8m-1 、大於或等於1.3m-1 至小於或等於1.7m-1 、大於或等於1.4m-1 至小於或等於1.6m-1 、大於或等於1.5m-1 ，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍）。若比率PT/(E*t)太低，則玻璃基底製品的抗斷裂性可能不足。
玻璃基底製品可以具有任何適當的厚度。在一或更多個實施例中，玻璃基底製品的厚度（t）係大於或等於0.2mm至小於或等於2.0mm（例如，大於或等於0.3mm至小於或等於至1.0mm、大於或等於0.3mm至小於或等於0.8mm、大於或等於0.4mm至小於或等於0.9mm、大於或等於0.4mm至小於或等於0.6mm、大於或等於0.5mm至小於或等於0.8mm、大於或等於0.6mm至小於或等於0.7mm）。厚度（t）可以落於任何前述值之間所形成的範圍內。可以藉由用於生產玻璃基底製品的玻璃基底基板的厚度來確定玻璃基底製品的厚度。在實施例中，由於IOX的後處理（例如，表面拋光或蝕刻），玻璃基底製品的厚度可以小於用於形成玻璃基底製品的玻璃基底基板的厚度。
本文所述的玻璃基底製品可以呈現高CS以及降低的PT，而可以有利地限制邊緣破損。
玻璃基底製品的特徵可以在於本文所述的任何或所有屬性及特徵。舉例而言，本文所述的應力分佈曲線的類型的特徵可以在於本文所述的屬性的任一組合。 玻璃基底基板
可以作為玻璃基底基板使用的材料的實例可以包括鹼鋁矽酸鹽玻璃組成物或含鹼的鋁硼矽酸鹽玻璃組成物，而亦可預期其他玻璃組成物。可以使用的玻璃基板的具體實例包括但不限於鹼鋁矽酸鹽玻璃、含鹼的硼矽酸鹽玻璃、鹼鋁硼矽酸鹽玻璃、含鹼的鋰鋁矽酸鹽玻璃、或含鹼的磷酸鹽玻璃。玻璃基底基板具有含有可離子交換特徵的基礎組成物。如本文所使用，「可離子交換」意指包含組成物的基板能夠將位於基板表面處或基板表面附近的陽離子與尺寸更大或更小的同價的陽離子交換。在實施例中，玻璃基底基板可以包括含鋰的鋁矽酸鹽。在實施例中，玻璃基底基板可以包括含鹼的玻璃陶瓷。
在實施例中，可以藉由能夠形成應力分佈曲線的任一組成物來形成本文所述的玻璃基底基板。在實施例中，可以藉由2019年5月30日提交的標題為「Glasses With Low Excess Modifier Content」的美國公開申請案2019/0161390 A1中所描述的玻璃組成物來形成玻璃基底基板，其整體內容藉由引用併入本文。在實施例中，可以藉由2019年5月30日提交的標題為「Ion-Exchangeable Mixed Alkali Aluminosilicate Glasses」的美國公開申請案2019/0161386 A1中所描述的玻璃組成物來形成玻璃基底基板，其整體內容藉由引用併入本文。
玻璃基底基板可以包括Li2 O。在玻璃基底基板中包括Li2 O可以增加玻璃基底基板的斷裂韌性，並且可以減少透過離子交換產生所期望的應力分佈曲線所需要的時間。在實施例中，玻璃基底基板的Li2 O莫耳濃度係小於或等於12莫耳％。
在實施例中，玻璃基底基板中的Li2 O與Na2 O的莫耳比率係小於或等於2.0（例如，小於或等於1.8、小於或等於1.7、小於或等於1.6、小於或等於1.5、小於或等於1.4、小於或等於1.3、小於或等於1.2、小於或等於1.1、小於或等於1.0、或更小）。
玻璃基底基板的特徵可以在於其可形成的方式。舉例而言，玻璃基底基板的特徵可以是可浮法成形（亦即，藉由浮法處理形成）、可向下拉伸、及更特定為可熔合成形或可狹槽拉伸成形（亦即，藉由向下拉伸處理（例如，熔合拉伸處理或狹槽拉伸處理））。
本文所述的玻璃基底基板的一些實施例可以藉由向下拉伸處理而形成。向下拉伸處理生產具有相對原始表面的均勻厚度的玻璃基底基板。由於玻璃製品的平均撓曲強度係由表面缺陷的數量及尺寸控制，所以具有最小接觸的原始表面具有較高的初始強度。此外，向下拉伸的玻璃製品具有非常平坦且平滑的表面，而可用於最終應用，而無需昂貴的研磨及拋光。
玻璃基底基板的一些實施例可以描述成可熔融成形（亦即，可以使用熔合拉伸處理而形成）。熔合拉伸處理使用具有用於接受熔化玻璃原料的通道的拉伸缸。通道的堰沿著通道兩側的通道長度在頂部開放。當通道充滿熔化材料時，熔化玻璃溢出堰。由於重力，熔化玻璃沿著拉伸缸的外側表面流下，而作為兩個流動的玻璃膜。拉伸缸的這些外側表面向下及向內延伸，而在拉伸缸下方的邊緣處連接。兩個流動的玻璃膜在此邊緣處連接在一起，以熔合並形成單一流動的玻璃製品。熔合拉伸方法的優點在於，由於在通道上流動的兩個玻璃膜熔合在一起，因此所得到的玻璃製品的外側表面都不會與設備的任何部分接觸。因此，熔合拉伸的玻璃製品的表面性質並不受這種接觸的影響。
本文所述的玻璃基底基板的一些實施例可以藉由狹槽拉伸處理而形成。狹槽拉伸處理係與熔融拉伸方法不同。在狹槽拉伸處理中，熔融原料玻璃係提供至拉伸缸。拉伸缸的底部具有開口狹槽，開口狹槽具有延伸狹槽長度的噴嘴。熔化玻璃流經狹槽/噴嘴，並作為連續玻璃製品向下拉伸，而進入退火區域。
在一些實施例中，本文所述的玻璃基底基板可以使用輥形成處理而形成。舉例而言，可以利用輥形成處理來生產具有相對均勻的厚度的玻璃基底基板。
在一或更多個實施例中，本文所述的玻璃基底基板可以呈現非晶微結構，並且可以基本上不含結晶或微晶。換言之，在一些實施例中，玻璃基底基板不包括玻璃陶瓷材料。
玻璃基底基板可以具有2維（2D）、2.5維（2.5D）、或3維（3D）形狀。本文所使用的2D形狀係指稱兩個主要表面都是平坦（平面）的玻璃基底基板。本文所使用的2.5D形狀係指稱一個主表面是平坦（平面）的而一個主表面是彎曲的玻璃基底基板。玻璃基底製品的常見2.5D形狀包括斜面或倒角邊緣。本文所使用的3D形狀係指稱兩個主表面都彎曲的玻璃基底基板。 離子交換（IOX）加工
藉由讓玻璃基底基板接觸離子交換源來完成具有基礎組成物的玻璃基底基板的化學強化。可以藉由將可離子交換的玻璃基底基板放置在包含陽離子（例如，K+ 、Na+ 、Ag+ 等）的熔融浴中來進行該接觸，其中陽離子擴散到玻璃中，而玻璃的較小的鹼離子（例如，Na+ 、Li+ ）擴散到熔融浴中。利用較大的陽離子來代替較小的陽離子會在玻璃基底製品的頂表面附近產生壓縮應力。在玻璃基底製品的內部產生拉伸應力，以平衡近表面壓縮應力。
用於形成本文所述的玻璃基底製品的IOX處理僅包括單一離子交換加工。這樣的處理係指稱為單一離子交換（SIOX）加工。相較於多步驟離子交換加工（例如，包括多個熔融浴中的加工的IOX處理），使用SIOX加工可以降低成本及複雜性。
用於針對玻璃基底基板進行離子交換加工以形成本文所述的玻璃基底製品的浴可以包括鹽的混合物。在實施例中，IOX浴包括鉀及鈉。舉例而言，離子交換浴可以包括硝酸鈉與硝酸鉀的混合物，而不包括硝酸鋰。在其他實施例中，離子交換浴可以包括硝酸鈉、硝酸鉀、及硝酸鋰的混合物。浴可以包括矽酸（例如，硝酸鹽的總量的約0.5重量％的量）。在實施例中，IOX浴可以包括碳酸鹽（例如，碳酸鉀）。
在實施例中，IOX浴所包括的NaNO3 係小於或等於10重量％（例如，小於或等於9.5重量％、小於或等於9重量％、小於或等於8.5重量％、小於或等於8重量％、小於或等於7.5重量％、小於或等於7重量％、小於或等於6.5重量％、小於或等於6重量％、小於或等於5.5重量％、小於或等於5重量％、小於或等於4.5重量％、小於或等於4重量％、小於或等於3.5重量％、小於或等於3重量％，小於或等於2.5重量％、小於或等於2重量％、小於或等於1.5重量％、或更小）。在實施例中，IOX浴所包括的NaNO3 係大於或等於1重量％（例如，大於或等於1.5重量％、大於或等於2重量％、大於或等於1.5重量％、大於或等於2重量％、大於或等於2.5重量％、大於或等於3重量％、大於或等於3.5重量％、大於或等於4重量％、大於或等於4.5重量％、大於或等於5重量％、大於或等於5.5重量％、大於或等於6重量％、大於或等於6.5重量％、大於或等於7重量％、大於或等於7.5重量％、大於或等於8重量％、大於或等於8.5重量％、大於或等於9重量％、大於或等於9.5重量％、或更多）。在實施例中，IOX浴所包括的NaNO3 的範圍係大於或等於1重量％至小於或等於10重量％（例如，大於或等於1.5重量％至小於或等於9.5重量％、大於或等於2重量％至小於或等於9重量％、大於或等於2.5重量％至小於或等於8.5重量％、大於或等於3重量％至小於或等於至8重量％、大於或等於3.5重量％至小於或等於7.5重量％、大於或等於4重量％至小於或等於7重量％、大於或等於4.5重量％至小於或等於6.5重量％、大於或等於5.5重量％至小於或等於6重量％、大於或等於4重量％至小於或等於6重量％，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍）。IOX浴的平衡可以是鉀（例如，以KNO3 的形式）。
如由玻璃基底基板與IOX介質接觸的時間所定義的IOX加工可以持續任何適當的時間週期。在實施例中，IOX加工所持續的時間週期的範圍係大於或等於15分鐘至小於或等於200分鐘（例如，大於或等於20分鐘至小於或等於190分鐘、大於或等於30分鐘至小於或等於180分鐘、大於或等於40分鐘至小於或等於170分鐘、大於或等於50分鐘至小於或等於160分鐘、大於或等於60分鐘至小於或等於150分鐘、大於或等於70分鐘至小於或等於140分鐘、大於或等於80分鐘至小於或等於130分鐘、大於或等於90分鐘至小於或等於120分鐘、大於或等於100分鐘至小於或等於110分鐘、大於或等於65分鐘至小於或等於180分鐘，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍）。
在IOX加工期間，IOX浴可以處於任何適當的溫度。在實施例中，IOX浴的溫度的範圍係大於或等於370℃至小於或等於450℃（例如，大於或等於380℃至小於或等於440℃、大於或等於390℃小於或等於430℃、大於或等於400℃至小於或等於420℃、大於或等於410℃至小於或等於450℃、大於或等於380℃至小於或等於420℃、大於或等於380℃至小於或等於390℃，以及前述端點中之任一者之間所形成的所有範圍及子範圍）。
本文所述的IOX加工的特徵係在於玻璃基底製品中所產生的重量增益。相較於IOX加工之前的玻璃基底基板的重量，將重量增益計算成百分比。在實施例中，IOX家工所產生的重量增益係小於或等於1％（例如，小於或等於0.9％、小於或等於0.8％、小於或等於0.7％、小於或等於0.6％、小於或等於0.5％、小於或等於0.4％、小於或等於0.3％、小於或等於0.2％、小於或等於0.1％、或更小）。
在執行離子交換處理之後，應理解，玻璃基底製品的表面處的組成物係與剛形成的玻璃基底基板的組成物不同。這是由於剛形成的玻璃中的一種鹼金屬離子（例如，Li+ 或Na+ ）分別被較大的鹼金屬離子（例如，Na+ 或K+ ）取代。然而，在實施例中，在玻璃基底製品的深度的中心處或附近的組成物仍然與剛形成的玻璃基底基板的組成物相同。 終端產品
本文所揭示的玻璃基底製品可以結合到另一製品（例如，具有顯示器（或顯示製品）的製品（例如，消費性電子產品，包括行動電話、平板電腦、電腦、導航系統、及類似者）、建築製品、運輸製品（例如，車輛、火車、飛行器、航海器等）、器具製品、或需要一些透明性、耐刮性、耐磨性、或其組合的任何製品）。第3A圖及第3B圖圖示結合本文揭示的任何玻璃基底製品的示例性製品。具體而言，第3A圖及第3B圖圖示消費性電子裝置200，包括：殼體202，具有前側204、後側206、及側表面208；電部件（未圖示），至少部分地位於殼體內側或完全位於殼體內側，並包括至少一控制器、記憶體、及在殼體的前表面處或附近的顯示器210；以及外罩212，在殼體的前表面處或前表面上，以覆蓋顯示器。在實施例中，外罩212與殼體202中之至少一者的至少一部分包括本文所述的任何玻璃基底製品。 實例
藉由下列實例，將會進一步釐清實施例。應理解，這些實施例並未限於上述實施例。
所形成的玻璃基板的示例性組成物具有63.70莫耳％的SiO2 、16.18莫耳％的Al2 O3 、0.39莫耳％的B2 O3 、8.10莫耳％的Na2 O、0.53莫耳％的K2 O、8.04莫耳％的Li2 O、0.33莫耳％的MgO、0.01莫耳％的TiO2 、0.02莫耳％的Fe2 O3 、2.64莫耳％的P2 O5 、及0.05莫耳％的SnO2 。
針對玻璃基底基板進行離子交換。離子交換條件以及所測量的性質係記錄於下列的表I中。離子交換浴包括所報告的鈉的量（例如，硝酸鈉）以及0.5重量％的矽酸，而其餘為硝酸鉀。在表I中，利用「*」標示的離子交換浴鈉含量另外包括5重量％的K2 CO3 。利用將經離子交換的玻璃基底製品的重量與離子交換加工之前的用於形成玻璃基底製品的玻璃基底基板的重量進行比較來計算表I中所報告的重量增益。在一些情況下，玻璃基底製品在離子交換加工期間破裂，而無法計算重量增益。 表I
厚度（mm） 溫度 （℃） 時間 （分鐘） Na （重量％） CS （MPa） DOLsp （μm） DOLsp/t CSK （MPa） 重量 增益 （％） PT （MPa）
0.25 380 34 9 794 5.50 0.0220 63 0.7423 56.08
0.25 380 34 6 837 5.90 0.0236 57 0.6656 50.38
0.25 380 41 9 791 6.00 0.0240 70 0.7894 54.65
0.25 380 20 1 1113 4.90 0.0196 17.00 0.2742 21.83
0.25 380 41 9 692 6.20 0.0248 66 0.7629  
0.25 380 34 6 839 5.80 0.0232 51 0.6263  
0.33 380 40 9 804 6.00 0.0182 102 0.6713 42.92
0.33 380 45 9 791 6.60 0.0200 90 0.7182 46.13
0.33 380 45 6 827 6.70 0.0203 64 0.5852 44.91
0.33 380 40 6 840 6.20 0.0188 57 0.5693 42.11
0.33 380 40 9 864 6.20 0.0188 73 0.5891 40.36
0.4 380 65 4 910 8.68 0.0217 34.95 0.5100 53.11
0.4 380 94 4 865 11.33 0.0283 85 0.1182 43.23
0.4 380 90 4 861 10.24 0.0256 34 0.6104 48.59
0.5 380 90 9 910 7.80 0.0156 79 0.5584 66.30
0.5 380 120 9 900 9.30 0.0186 86 0.6502 69.10
0.5 380 150 9 894 9.90 0.0198 106 0.7241 67.70
0.5 390 90 6* 950 9.30 0.0186 69 0.5403  
0.5 390 120 6* 944 11.10 0.0222 53 0.5919 65.74
0.5 380 90 6* 958 8.20 0.0164 73 0.4650  
0.5 390 90 2* 1096 10.50 0.0210 33 0.3791  
0.5 390 120 2* 1079 11.70 0.0234 23 0.4175 46.09
0.5 380 66 2* 1116 7.70 0.0154 51 破裂  
0.5 380 75 3* 1060 7.70 0.0154 59 破裂 44.70
0.6 380 180 9 867 9.86 0.0164 118 0.5464 76.50
0.6 380 65 4 1011 6.58 0.0110 107 0.2734 48.40
0.6 380 75 4 1015 6.90 0.0115 101 0.0201 51.86
0.75 380 65 7 973 7.20 0.0096 102 0.2011 38.86
0.75 380 82 7 991 8.25 0.0110 94 0.2338 43.48
0.75 380 52 7 988 6.60 0.0088 68 0.1893 36.89
0.75 380 60 6 909 7.20 0.0096 138 0.2154 44.44
1.1 390 60 7 892 7.92 0.0072 124 0.2379 34.97
1.1 390 75 7 882 8.97 0.0082 121 0.2664 38.50
1.1 390 90 7 880 10.02 0.0091 116 0.2887 42.15
1.1 390 105 7 874 9.89 0.0090 116 0.2858 41.89
1.1 390 120 7 876 10.41 0.0095 120 0.3095 45.36
1.1 390 145 7 880 11.22 0.0102 114 0.3328 47.60
1.1 380 108 9 848 8.70 0.0079 133 0.2967 41.70
1.1 380 165 9 840 10.46 0.0095 141 0.3571 51.00
利用67.37莫耳％的SiO2 、12.73莫耳％的Al2 O3 、3.67莫耳％的B2 O3 、13.77莫耳％的Na2 O、0.01莫耳％的K2 O、2.39莫耳％的MgO、0.01莫耳％的ZrO2 、0.01莫耳％的Fe2 O3 、及0.09莫耳％的SnO2 的組成物來製備對比玻璃基底基板。
將具有上述示例性組成物的玻璃基底基板與對比玻璃基底基板（每一者具有0.4mm的厚度）進行離子交換。將玻璃基底基板在380℃的溫度的4重量％的NaNO3 與96重量％的KNO3 的浴中進行離子交換65分鐘。將對比玻璃基底基板在420℃的溫度的100重量％的KNO3 的浴中進行離子交換4小時。測量所得到的玻璃基底製品的應力分佈曲線並展示在第4圖中，其中對比玻璃基底製品係利用虛線展示。
將第一玻璃基底基板、第二玻璃基底基板、及對比玻璃基底基板（每一者具有0.6mm的厚度）進行離子交換。第一與第二玻璃基底基板具有上述示例性組成物。將第一玻璃基底基板在380℃的溫度的4重量％的NaNO3 與96重量％的KNO3 的浴中進行離子交換65分鐘。將第二玻璃基底基板在380℃的溫度的4重量％的NaNO3 與96重量％的KNO3 的浴中進行離子交換75分鐘。將對比玻璃基底基板在420℃的溫度的100重量％的KNO3 的浴中進行離子交換5.5小時。測量所得到的玻璃基底製品的應力分佈曲線並展示於第5圖中，其中第一玻璃基底製品係利用實線展示，第二玻璃基底製品係利用點狀線展示，而對比玻璃基底製品係利用虛線展示。
下面的實例1、2及3係由具有上述示例性組成物的玻璃基底樣品所產生。IOX浴包含4重量％的NaNO3 、約96重量％的KNO3 、及0.5重量％的矽酸，而浴係處於380℃的溫度。針對每一實例的IOX時間及玻璃基底基板的厚度係在表II中報告。 表II
實例 厚度 （mm） 時間 （分鐘） 偏移 斜率 A/(CT*t) CT*t/A CT
1 0.4 65 1.40 8.26 0.42 2.36 53.1
2 0.6 65 2.12 6.86 0.51 1.94 48.4
3 0.6 75 2.22 7.89 0.47 2.13 51.9
表II（續）
實例 CT/t （MPa/mm） CT/t^2 （MPa/mm^2） A/t （MPa） A/t^2 （MPa/mm） A/t^(3/2) CT/(E*t) （m^-1） A/(E*t)
1 132.8 331.9 22.5 56.3 35.6 1.72 0.00073
2 80.7 134.4 24.9 41.5 32.2 1.05 0.00054
3 86.5 144.2 24.3 40.6 31.4 1.12 0.00053
表II中所報告的測量性質係為在相差90°的定向上所進行的兩次測量的平均值。實例2的延遲曲線係展示於第6圖中，其中橫軸為玻璃基底製品的厚度方向的位置，而縱軸為弧度的延遲。實例2的表面係位於第6圖的圖上的約0.05mm與0.65mm處。延遲曲線的受限部分係展示於第7圖中，並且包含玻璃基底製品中的兩個DOC點處所出現的最小及最大延遲。在第7圖中成功消除延遲中的雜訊。針對延遲的此受限部分應用6階多項式擬合，以在最小及最大值附近取得針對延遲的平滑近似，以及進一步估計更精確的最小值及最大值。此第7圖中的延遲係利用虛線展示，而擬合係利用實線展示。應理解，由於解析度受限（雷射束的大小有限），當厚度小於約1mm時，散射光偏振法通常會略微低估最小與最大延遲之間的差異。因此，正比於最小與最大延遲之間的差異的應力區域的估計係表示低端估計，而實際比率A/(PT*t)可能略高（通常不超過5％）。
可以藉由針對第7圖的多項式擬合進行微分以及找到導數多項式的最大值來找到最大斜率。可替代地，如第8圖所示，可以藉由針對中心區域（當片材的化學強化基本上對稱時發生最大斜率）進行線性擬合來找到最大斜率。在第8圖中，為了線性擬合之目的，僅保留延遲曲線大致中心的線性部分。
除非另有說明，否則此說明書所描述的所有組成物成分、關係、及比率均以莫耳％提供。無論是否在揭示範圍之前或之後明確說明，此說明書所揭示的所有範圍係包括廣泛揭示的範圍所涵蓋的任一及所有範圍與子範圍。
該領域具有通常知識者將理解，在不悖離所請求標的之精神及範疇的情況下可對本文所述之實施例作出各種修改及變化。因此，本揭示意欲涵蓋本文所提供的各種實施例的修改與變化，這些修改與變化係落於專利申請範圍與其等價物的範圍內。
100:玻璃基底製品 110:表面 112:表面 120:壓縮應力層 122:壓縮應力層 130:中心區域 200:消費性電子裝置 202:殼體 204:前側 206:後側 208:側表面 210:顯示器 212:外罩 d1 :深度 d2 :深度
第1圖係為包括膝部應力的應力分佈曲線的示意圖；
第2圖示意性圖示根據本文所述及所示的實施例的在其表面上具有壓縮應力層的玻璃的橫截面；
第3A圖係為合併本文所揭示的任何玻璃製品的示例性電子裝置的平面圖；
第3B圖係為第3A圖的示例性電子裝置的透視圖；
第4圖係為實施例的玻璃基底製品與對比玻璃基底製品的應力分佈曲線；
第5圖係為根據實施例的玻璃基底製品與對比玻璃基底製品的應力分佈曲線；
第6圖係為根據實施例的玻璃基底製品的延遲曲線；
第7圖係為第6圖的延遲曲線的所選擇部分；以及
第8圖係為第6圖的延遲曲線的中心部分的線性擬合。
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Claims (10)

  1. 一種玻璃基底製品，包含： 用於定義一厚度t的一第一表面與一第二表面，其中t係大於或等於0.2mm至小於或等於2.0mm； 大於或等於21MPa的一峰值張力PT； 大於或等於650MPa至小於或等於1200MPa的一壓縮應力CS； 大於或等於4.5μm至小於或等於12.0μm的一尖峰層深度DOLSP ；以及 大於或等於15MPa至小於或等於150MPa的一膝部處的一壓縮應力CSK 。
  2. 如請求項1所述的玻璃基底製品，其中該玻璃基底製品係利用一單一離子交換處理來形成。
  3. 如請求項1或2所述的玻璃基底製品，其中： 該PT係小於或等於80MPa，及/或 DOLSP /t係大於或等於0.010至小於或等於0.030，及/或 該玻璃基底製品進一步包含一壓縮深度DOC，其中該DOC係大於或等於0.11t。
  4. 如請求項1或2所述的玻璃基底製品，進一步包含： 一拉伸應力區域中的一應力深度積分A，而A/(PT*t)係大於或等於0.4且小於或等於0.71，及/或 一拉伸應力區域中的一應力深度積分A，而A/t係大於或等於16MPa且小於或等於22MPa，及/或 一拉伸應力區域中的一應力深度積分A，而A/t3/2 係大於或等於24MPa/mm1/2 且小於或等於43MPa/mm1/2 。
  5. 如請求項1或2所述的玻璃基底製品，其中： PT/(E*t)係小於或等於2.2m-1 且大於或等於0.8m-1 ，以及E係為具有與該玻璃基底製品的該中心相同的組成物及微結構的一玻璃基底基板的楊氏模量，及/或 該玻璃基底製品進一步包含一拉伸應力區域的一應力深度積分A，而A/(E*t)係小於或等於9×10-4 且大於或等於3.5×10-4 ，並且E係為具有與該玻璃基底製品的該中心相同的組成物及微結構的一玻璃基底基板的楊氏模量。
  6. 如請求項1或2所述的玻璃基底製品，其中： t係小於或等於0.65mm，而PT係小於或等於60MPa，及/或 t係大於或等於0.3mm至小於或等於0.8mm。
  7. 如請求項1或2所述的玻璃基底製品，其中： 該玻璃基底製品的該中心處的Li2 O的該莫耳濃度與Na2 O的該莫耳濃度的一比率係小於或等於2.0，及/或 該玻璃基底製品的該中心處的該Li2 O濃度係小於或等於12莫耳％。
  8. 一種方法，包含以下步驟： 將一玻璃基底基板暴露至一離子交換浴，以形成一玻璃基底製品； 其中： 該玻璃基底基板包含定義一厚度t的一第一表面與一第二表面，其中t係大於或等於0.2mm至小於或等於2.0mm； 該玻璃基底製品包含： 大於或等於21MPa的一峰值張力PT； 大於或等於650MPa至小於或等於1200MPa的一壓縮應力CS； 大於或等於4.5μm至小於或等於12.0μm的一尖峰層深度DOLSP ；以及 大於或等於15MPa至小於或等於150MPa的一膝部處的一壓縮應力CSK ；以及 該離子交換浴包含鉀及鈉。
  9. 如請求項8所述的方法，其中該方法不包括任何附加離子交換加工。
  10. 如請求項8或9所述的方法，其中： 該離子交換浴的溫度係大於或等於370℃至小於或等於450℃，及/或 該離子交換浴所包含的NaNO3 的量係大於或等於1重量％至小於或等於10重量％，及/或 該暴露步驟所持續的一週期係大於或等於15分鐘至小於或等於200分鐘，及/或 該玻璃基底基板的所包含的Li2 O的該莫耳濃度與Na2 O的該莫耳濃度的一比率係小於或等於2.0，及/或 該玻璃基底基板的一Li2 O濃度係小於或等於12莫耳％，及/或 相較於該玻璃基底基板，該玻璃基底製品的一重量增益係小於或等於1％。
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