TW202337856A - 具有高凹痕開裂閾值之含氫玻璃基底物件 - Google Patents

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Abstract

一種玻璃基底物件，其包括自該物件之一表面延伸至一層深度之一含氫層。該含氫層包括自一最大氫濃度至該層深度降低之一氫濃度。該等玻璃基底物件展現一高維氏凹痕開裂閾值。亦提供經選擇以促進該含氫層之形成之玻璃組合物及形成該玻璃基底物件之方法。

Description

具有高凹痕開裂閾值之含氫玻璃基底物件
相關申請案
本申請主張2017年11月17日遞交的美國臨時申請第62/587,872號之優先權，該申請之內容受信賴且被以引用的方式全部併入本文中，且主張2018年5月8日遞交的NL申請第2020896號之優先權，該申請之內容受信賴且被以引用的方式全部併入本文中。
本揭示內容係關於含有氫之玻璃基底物件、用以形成該等玻璃基底物件之玻璃組合物及形成該等玻璃基底物件之方法。
諸如智慧型電話、平板電腦及可佩戴元件（諸如，手錶及健身追蹤器）之攜帶型電子元件持續變得更小且更複雜。因而，習知地在此等攜帶型電子元件之至少一個外表面上使用的材料亦持續變得更複雜。舉例而言，當攜帶型電子元件變得更小且更薄以符合消費者需求時，在此等攜帶型電子元件中使用之顯示器蓋及外殼亦變得更小且更薄，從而導致對於用以形成此等組件之材料的較高效能要求。
因此，存在對於展現用於在攜帶型電子元件中使用之較高效能（諸如，抗損壞性）之材料的需求。
在態樣（1）中，提供一種玻璃基底物件。該玻璃基底物件包含：SiO 2、Al 2O 3及P 2O 5；及一含氫層，其自該玻璃基底物件之一表面延伸至一層深度。該含氫層之一氫濃度自一最大氫濃度至該層深度降低，且該層深度大於5 μm。
在態樣（2）中，提供態樣（1）之玻璃基底物件，其中該玻璃基底物件具有大於或等於1 kgf之一維氏開裂初始閾值。
在態樣（3）中，提供態樣（1）或（2）之玻璃基底物件，其中該層深度大於或等於10 μm。
在態樣（4）中，提供態樣（1）至（3）中任一項之玻璃基底物件，其中該最大氫濃度位於該玻璃基底物件之該表面處。
在態樣（5）中，提供態樣（1）至（4）中任一項之玻璃基底物件，進一步包含Li 2O、Na 2O、K 2O、Cs 2O及Rb 2O中之至少一者。
在態樣（6）中，提供態樣（1）至（5）中任一項之玻璃基底物件，進一步包含K 2O。
在態樣（7）中，提供態樣（1）至（6）中任一項之玻璃基底物件，其中該玻璃基底物件之中心包含：大於或等於45莫耳%至小於或等於75莫耳%之SiO 2；大於或等於3莫耳%至小於或等於20莫耳%之Al 2O 3；大於或等於6莫耳%至小於或等於15莫耳%之P 2O 5；及大於或等於6莫耳%至小於或等於25莫耳%之K 2O。
在態樣（8）中，提供態樣（1）至（6）中任一項之玻璃基底物件，其中該玻璃基底物件之該中心包含：大於或等於45莫耳%至小於或等於75莫耳%之SiO 2；大於或等於3莫耳%至小於或等於20莫耳%之Al 2O 3；大於或等於4莫耳%至小於或等於15莫耳%之P 2O 5；及大於或等於11莫耳%至小於或等於25莫耳%之K 2O。
在態樣（9）中，提供態樣（1）至（6）中任一項之玻璃基底物件，其中該玻璃基底物件之該中心包含：大於或等於55莫耳%至小於或等於69莫耳%之SiO 2；大於或等於5莫耳%至小於或等於15莫耳%之Al 2O 3；大於或等於6莫耳%至小於或等於10莫耳%之P 2O 5；及大於或等於10莫耳%至小於或等於20莫耳%之K 2O。
在態樣（10）中，提供態樣（7）至（9）中任一項之玻璃基底物件，其中該玻璃基底物件之該中心包含：大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之Cs 2O；及大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之Rb 2O。
在態樣（11）中，提供態樣（1）至（10）中任一項之玻璃基底物件，其中該玻璃基底物件實質上無鋰及鈉中之至少一者。
在態樣（12）中，提供態樣（1）至（11）中任一項之玻璃基底物件，進一步包含自該玻璃基底物件之一表面延伸至該玻璃基底物件內至一壓縮深度的一壓縮應力層。
在態樣（13）中，提供態樣（12）之玻璃基底物件，其中該壓縮應力層包含至少約100 MPa之一壓縮應力，且該壓縮深度為至少約75 μm。
在態樣（14）中，提供一種消費者電子產品。該消費者電子產品包含：一外殼，其包含一前表面、一後表面及側表面；至少部分在該外殼內之電組件，該電組件包含至少一控制器、一記憶體及一顯示器，該顯示器在該外殼之該前表面處或鄰近該外殼之該前表面；及一蓋基板，其安置於該顯示器上。該外殼或該蓋基板中之至少一者之至少一部分包含態樣（1）至（13）中任一項之玻璃基底物件。
在態樣（15）中，提供一種玻璃。該玻璃包含：大於或等於45莫耳%至小於或等於75莫耳%之SiO 2；大於或等於3莫耳%至小於或等於20莫耳%之Al 2O 3；大於或等於6莫耳%至小於或等於15莫耳%之P 2O 5；及大於或等於6莫耳%至小於或等於25莫耳%之K 2O。
在態樣（16）中，提供態樣（15）之玻璃，包含：大於或等於55莫耳%至小於或等於69莫耳%之SiO 2；大於或等於5莫耳%至小於或等於15莫耳%之Al 2O 3；大於或等於6莫耳%至小於或等於10莫耳%之P 2O 5；及大於或等於10莫耳%至小於或等於20莫耳%之K 2O。
在態樣（17）中，提供態樣（15）或（16）之玻璃，進一步包含：大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之Cs 2O；及大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之Rb 2O。
在態樣（18）中，提供態樣（15）至（17）中任一項之玻璃，其中該玻璃實質上無鋰。
在態樣（19）中，提供態樣（15）至（18）中任一項之玻璃，其中該玻璃實質上無鈉。
在態樣（20）中，提供態樣（15）至（19）中任一項之玻璃，包含：大於或等於58莫耳%至小於或等於63莫耳%之SiO 2；大於或等於7莫耳%至小於或等於14莫耳%之Al 2O 3；大於或等於7莫耳%至小於或等於10莫耳%之P 2O 5；及大於或等於15莫耳%至小於或等於20莫耳%之K 2O。
在態樣（21）中，提供態樣（15）至（20）中任一項之玻璃，其中該玻璃具有大於或等於5 kgf之一維氏開裂初始閾值。
在態樣（22）中，提供態樣（15）至（21）中任一項之玻璃，進一步包含Li 2O、Na 2O、K 2O、Cs 2O及Rb 2O中之至少一者。
在態樣（23）中，提供一種玻璃。該玻璃包含：大於或等於45莫耳%至小於或等於75莫耳%之SiO 2；大於或等於3莫耳%至小於或等於20莫耳%之Al 2O 3；大於或等於4莫耳%至小於或等於15莫耳%之P 2O 5；及大於或等於11莫耳%至小於或等於25莫耳%之K 2O。
在態樣（24）中，提供態樣（23）之玻璃，包含：大於或等於55莫耳%至小於或等於69莫耳%之SiO 2；大於或等於5莫耳%至小於或等於15莫耳%之Al 2O 3；大於或等於5莫耳%至小於或等於10莫耳%之P 2O 5；及大於或等於11莫耳%至小於或等於20莫耳%之K 2O。
在態樣（25）中，提供態樣（23）或（24）之玻璃，進一步包含：大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之Cs 2O；及大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之Rb 2O。
在態樣（26）中，提供態樣（23）至（25）中任一項之玻璃，其中該玻璃實質上無鋰。
在態樣（27）中，提供態樣（23）至（26）中任一項之玻璃，其中該玻璃實質上無鈉。
在態樣（28）中，提供態樣（23）至（27）中任一項之玻璃，包含：大於或等於58莫耳%至小於或等於63莫耳%之SiO 2；大於或等於7莫耳%至小於或等於14莫耳%之Al 2O 3；大於或等於7莫耳%至小於或等於10莫耳%之P 2O 5；及大於或等於15莫耳%至小於或等於20莫耳%之K 2O。
在態樣（29）中，提供態樣（23）至（28）中任一項之玻璃，其中該玻璃具有大於或等於5 kgf之一維氏開裂初始閾值。
在態樣（30）中，提供態樣（23）至（29）中任一項之玻璃，進一步包含Li 2O、Na 2O、K 2O、Cs 2O及Rb 2O中之至少一者。
在態樣（31）中，提供一種方法。該方法包含：將一玻璃基底基板暴露於具有大於或等於75%之一相對濕度的一環境以形成具有一含氫層之玻璃基底物件，該含氫層自該玻璃基底物件之一表面延伸至一層深度。該玻璃基底基板包括SiO 2、Al 2O 3及P 2O 5。該含氫層之一氫濃度自一最大氫濃度至該層深度降低，且該層深度大於5 μm。
在態樣（32）中，提供態樣（31）之方法，其中該玻璃基底基板具有包含以下各者之一組成：大於或等於55莫耳%至小於或等於69莫耳%之SiO 2；大於或等於5莫耳%至小於或等於15莫耳%之Al 2O 3；大於或等於6莫耳%至小於或等於10莫耳%之P 2O 5；及大於或等於10莫耳%至小於或等於20莫耳%之K 2O。
在態樣（33）中，提供態樣（31）之方法，其中該玻璃基底基板具有包含以下各者之一組成：大於或等於45莫耳%至小於或等於75莫耳%之SiO 2；大於或等於3莫耳%至小於或等於20莫耳%之Al 2O 3；大於或等於4莫耳%至小於或等於15莫耳%之P 2O 5；及大於或等於11莫耳%至小於或等於25莫耳%之K 2O。
在態樣（34）中，提供態樣（31）之方法，其中該玻璃基底基板具有包含以下各者之一組成：大於或等於45莫耳%至小於或等於75莫耳%之SiO 2；大於或等於3莫耳%至小於或等於20莫耳%之Al 2O 3；大於或等於6莫耳%至小於或等於15莫耳%之P 2O 5；及大於或等於6莫耳%至小於或等於25莫耳%之K 2O。
在態樣（35）中，提供態樣（31）至（34）中任一項之方法，其中該玻璃基底基板進一步包含：大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之Cs 2O；及大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之Rb 2O。
在態樣（36）中，提供態樣（31）至（35）中任一項之方法，進一步包含Li 2O、Na 2O、K 2O、Cs 2O及Rb 2O中之至少一者。
在態樣（37）中，提供態樣（31）至（36）中任一項之方法，其中該玻璃基底基板實質上無鋰及鈉中之至少一者。
在態樣（38）中，提供態樣（31）至（37）中任一項之方法，其中該暴露發生於大於或等於70℃之一溫度下。
在態樣（39）中，提供態樣（31）至（38）中任一項之方法，其中該玻璃基底物件具有大於或等於1 kgf之一維氏開裂初始閾值。
此等及其他態樣、優勢及突出特徵將自以下詳細描述、附圖及隨附申請專利範圍變得顯而易見。
在以下描述中，貫穿在圖中展示之若干視圖，相似參考字元表示相似或對應的部分。亦應理解，除非另有指定，否則諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」及類似者之術語為方便用詞，且不應被解釋為限制術語。除非另有指定，否則值範圍在敘述時包括該範圍之上限及下限，以及其間之任何子範圍。如本文中所使用，不定冠詞「一」（a、an）及對應的定冠詞「該（等）」（the）意謂「至少一個」或「一或多個」，除非另有指定。亦應理解，說明書及圖式中揭示之各種特徵可按任何及所有組合使用。
如本文中所使用，術語「玻璃基底」按其最寬泛意義使用，以包括完全或部分由玻璃製成之任何物體，包括玻璃陶瓷（其包括結晶相及殘餘非晶玻璃相）。除非另有指定，否則本文中描述的玻璃之所有組成係按莫耳百分比（莫耳%）來表達，且成分係基於氧化物來提供。除非另有指定，否則所有溫度係按攝氏度（℃）來表達。
注意，術語「實質上」及「約」可在本文中用以表示固有之不確定程度，其可歸因於任何定量比較、值、量測或其他表示。此等術語亦在本文中用以表示定量表示可因陳述之參考而變化而不導致討論中的主題之基本功能之改變的程度。舉例而言，「實質上無K 2O」之玻璃為K 2O並未經主動地添加或分批至玻璃內而可按極小量（諸如，按小於約0.01莫耳%之量）作為污染物存在之玻璃。如本文中利用，當術語「約」用以修飾一值時，亦揭示精確值。舉例而言，術語「大於約10莫耳%」亦揭示「大於或等於約10莫耳%」。
現將對各種實施例詳細地進行參考，該等實施例之實例說明於隨附實例及圖式中。
該玻璃基底物件包括一含氫層，其自該物件之一表面延伸至一層深度。該含氫層包括自該玻璃基底物件之一最大氫濃度至該層深度減小之一氫濃度。在一些實施例中，該最大氫濃度可位於該玻璃基底物件之該表面處。該玻璃基底物件展現一高維氏凹痕開裂閾值（例如，大於或等於1 kgf），不使用傳統強化方法（例如，一對鹼離子之離子交換或熱回火）。由玻璃基底物件展現之高維氏凹痕開裂閾值表示高抗損壞性。
玻璃基底物件可藉由將玻璃基底基板暴露於含有水蒸氣之環境來形成，藉此允許氫物質穿透玻璃基底基板且形成具有一含氫層之玻璃基底物件。如本文中所利用，氫物質包括分子水、羥基、氫離子及水合氫離子。該等玻璃基底基板之組成可經選擇以促進氫物質至玻璃內之相互擴散。如本文中所利用，術語「玻璃基底基板」指在暴露於含水蒸氣環境前之前驅物，用於形成包括含氫層之玻璃基底物件。類似地，術語「玻璃基底物件」指包括一含氫層之後暴露物件。
根據一些實施例的玻璃基底物件100之一代表示橫截面描繪於第1圖中。玻璃基底物件100具有一厚度t，其在一第一表面110與一第二表面112之間延伸。第一含氫層120自第一表面110延伸至一第一層深度，其中該第一層深度具有一深度d1，其自該第一表面110至玻璃基底物件100內量測。第二含氫層122自第二表面112延伸至一第二層深度，其中該第二層深度具有一深度d2，其自該第二表面112至玻璃基底物件100內量測。無添加氫物質區域130存在於第一層深度與第二層深度之間。
玻璃基底物件之含氫層可具有大於5 μm之一層深度（depth of layer; DOL）。在一些實施例中，該層深度可大於或等於10 μm，諸如，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，該層深度可自大於5 μm至小於或等於205 μm，諸如，自大於或等於10 μm至小於或等於200 μm、自大於或等於15 μm至小於或等於200 μm、自大於或等於20 μm至小於或等於195 μm、自大於或等於25 μm至小於或等於190 μm、自大於或等於30 μm至小於或等於185 μm、自大於或等於35 μm至小於或等於180 μm、自大於或等於40 μm至小於或等於175 μm、自大於或等於45 μm至小於或等於170 μm、自大於或等於50 μm至小於或等於165 μm、自大於或等於55 μm至小於或等於160 μm、自大於或等於60 μm至小於或等於155 μm、自大於或等於65 μm至小於或等於150 μm、自大於或等於70 μm至小於或等於145 μm、自大於或等於75 μm至小於或等於140 μm、自大於或等於80 μm至小於或等於135 μm、自大於或等於85 μm至小於或等於130 μm、自大於或等於90 μm至小於或等於125 μm、自大於或等於95 μm至小於或等於120 μm、自大於或等於100 μm至小於或等於115 μm、自大於或等於105 μm至小於或等於110 μm或由此等端點中之任何者形成之任何子範圍。一般而言，由玻璃基底物件展現之層深度大於可藉由暴露於周圍環境而產生之層深度。
玻璃基底物件之含氫層可具有大於0.005 t之一層深度（depth of layer; DOL），其中t為該玻璃基底物件之厚度。在一些實施例中，該層深度可大於或等於0.010 t，諸如，大於或等於0.015 t、大於或等於0.020 t、大於或等於0.025 t、大於或等於0.030 t、大於或等於0.035 t、大於或等於0.040 t、大於或等於0.045 t、大於或等於0.050 t、大於或等於0.055 t、大於或等於0.060 t、大於或等於0.065 t、大於或等於0.070 t、大於或等於0.075 t、大於或等於0.080 t、大於或等於0.085 t、大於或等於0.090 t、大於或等於0.095 t、大於或等於0.10 t、大於或等於0.15 t、大於或等於0.20 t或更大。在一些實施例中，DOL可自大於0.005 t至小於或等於0.205 t，諸如，自大於或等於0.010 t至小於或等於0.200 t、自大於或等於0.015 t至小於或等於0.195 t、自大於或等於0.020 t至小於或等於0.190 t、自大於或等於0.025 t至小於或等於0.185 t、自大於或等於0.030 t至小於或等於0.180 t、自大於或等於0.035 t至小於或等於0.175 t、自大於或等於0.040 t至小於或等於0.170 t、自大於或等於0.045 t至小於或等於0.165 t、自大於或等於0.050 t至小於或等於0.160 t、自大於或等於0.055 t至小於或等於0.155 t、自大於或等於0.060 t至小於或等於0.150 t、自大於或等於0.065 t至小於或等於0.145 t、自大於或等於0.070 t至小於或等於0.140 t、自大於或等於0.075 t至小於或等於0.135 t、自大於或等於0.080 t至小於或等於0.130 t、自大於或等於0.085 t至小於或等於0.125 t、自大於或等於0.090 t至小於或等於0.120 t、自大於或等於0.095 t至小於或等於0.115 t、自大於或等於0.100 t至小於或等於0.110 t或由此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
層深度及氫濃度係藉由此項技術中已知之次級離子質譜法（secondary ion mass spectrometry; SIMS）技術來量測。SIMS技術能夠量測在一給定深度處之氫濃度，但不能夠辨別玻璃基底物件中存在之氫物質。為此原因，所有氫物質皆對SIMS量測之氫濃度有影響。如本文中所利用，層深度（depth of layer; DOL）指在玻璃基底物件之表面下方的第一深度，在該第一深度處，氫濃度等於在玻璃基底物件之中心處的氫濃度。此定義說明在處理前的玻璃基底基板之氫濃度，使得層濃度指藉由處理製程增添的氫之深度。實際上，在玻璃基底物件之中心處的氫濃度可藉由在氫濃度變得實質上恆定的距玻璃基底物件之表面之深度處之氫濃度來估算，因為預期在此深度與玻璃基底物件之中心之間，氫濃度不改變。此估算允許在不量測貫穿玻璃基底物件之全部深度之氫濃度之情況下判定DOL。
在一些實施例中，玻璃基底物件之厚度之全部可為一含氫層之部分。當玻璃基底基板之處理在用於氫物質自每一暴露之表面擴散至玻璃基底物件之中心的足夠條件下在足夠時間內延長時，可生產此玻璃基底物件。在一些實施例中，在將玻璃基底物件之表面暴露於相同處理條件之情況下，最小氫濃度可位於玻璃基底物件之厚度之一半處，使得含氫層在玻璃基底物件之中心處會合。在此等實施例中，DOL可位於玻璃基底物件之厚度之一半處。在一些實施例中，該等玻璃基底物件可不包括無添加之氫物質之一區域。在一些實施例中，可在一濕環境中處理玻璃基底物件，使得添加之氫物質之濃度貫穿玻璃基底物件均等，且氫濃度不隨在玻璃基底物件之表面下方的深度而變化。根據此等實施例之玻璃基底物件將不展現如本文中定義之DOL，因為在玻璃基底物件之中心處的氫濃度將等效於在所有其他深度處之氫濃度。
該等玻璃基底物件對維氏凹痕開裂有高度阻性。高維氏凹痕開裂阻性對玻璃基底物件賦予高抗損壞性。並不希望受到任何特徵理論束縛，玻璃基底物件之水含量可減小含氫層之局部黏度，使得發生局部流動而非開裂。玻璃基底物件之維氏凹痕開裂閾值在不使用習知強化技術（諸如，針對玻璃中之較小鹼離子的大鹼離子之交換、熱回火或具有熱膨脹係數不匹配之玻璃層之層壓）之情況下達成。玻璃基底物件展現大於或等於1 kgf之維氏凹痕開裂閾值，諸如，大於或等於2 kgf、大於或等於3 kgf、大於或等於4 kgf、大於或等於5 kgf、大於或等於6 kgf、大於或等於7 kgf、大於或等於8 kgf、大於或等於9 kgf、大於或等於10 kgf、大於或等於11 kgf、大於或等於12 kgf、大於或等於13 kgf、大於或等於14 kgf、大於或等於15 kgf、大於或等於16 kgf、大於或等於17 kgf、大於或等於18 kgf、大於或等於19 kgf、大於或等於20 kgf、大於或等於21 kgf、大於或等於22 kgf、大於或等於23 kgf、大於或等於24 kgf、大於或等於25 kgf、大於或等於26 kgf、大於或等於27 kgf、大於或等於28 kgf、大於或等於29 kgf、大於或等於30 kgf或更大。在一些實施例中，玻璃基底物件展現自大於或等於1 kgf至小於或等於30 kgf之維氏凹痕開裂閾值，諸如，自大於或等於2 kgf至小於或等於29 kgf、自大於或等於3 kgf至小於或等於28 kgf、自大於或等於4 kgf至小於或等於27 kgf、自大於或等於5 kgf至小於或等於26 kgf、自大於或等於6 kgf至小於或等於25 kgf、自大於或等於7 kgf至小於或等於24 kgf、自大於或等於8 kgf至小於或等於23 kgf、自大於或等於9 kgf至小於或等於22 kgf、自大於或等於10 kgf至小於或等於21 kgf、自大於或等於11 kgf至小於或等於20 kgf、自大於或等於12 kgf至小於或等於19 kgf、自大於或等於13 kgf至小於或等於18 kgf、自大於或等於14 kgf至小於或等於17 kgf、自大於或等於15 kgf至小於或等於16 kgf或由此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
維氏開裂初始閾值（或凹痕斷裂閾值）係藉由維式凹痕計量測。維氏開裂初始閾值為玻璃之抗凹痕損壞性之量測。測試涉及使用面之間具有136°之一角度的基於正方形之金字塔形金剛石凹痕計，被稱作維氏凹痕計。維氏凹痕計與在標準微硬度測試（如在ASTM-E384-11中所描述）中使用之凹痕計相同。選擇最少五個試樣來表示感興趣之玻璃類型及/或樣本。對於每一試樣，將多個五凹痕集合引入至試樣表面。每一五凹痕集合係在一給定負載下引入，其中每一個別凹痕分開最小5 mm，且靠近一試樣邊緣不小於5 mm。對於測試負載≥ 2 kg，使用50公斤/分鐘之凹痕計裝載/卸載速率。對於測試負載＜ 2 kg，使用5公斤/分鐘之速率。利用在目標負載處10秒之停留（亦即，保持）時間。機器在停留週期期間維持負載控制。在至少12小時之一週期後，使用500X放大率下之複合顯微鏡在反射光下檢驗凹痕。接著針對每一凹痕記下中間/徑向開裂（自凹痕沿著垂直於物件之主平面的一平面延伸之開裂）或試樣斷裂之存在或不存在。注意，側向開裂（沿著平行於物件之主平面的一平面延伸之開裂）之形成不被視為指示展現閾值行為，此係由於中間/徑向開裂之形成或試樣斷裂對於此測試具有利害關係。將試樣閾值定義為最低連續凹痕負載（其包括符合閾值的大於50%之個別凹痕）之中點。舉例而言，若在一個別試樣內，在5 kg負載下誘發之2/5（40%）的凹痕已超過閾值，且在6 kg負載下誘發之3/5（60%）的凹痕已超過閾值，則試樣閾值將定義為大於5 kg。亦可針對每一樣本報告所有試樣中點之範圍（最低值至最高值）。將預測試、測試及後測試環境控制至23±2℃及50±5% Rh，以使試樣之疲勞（應力腐蝕）行為之變化最小化。
不希望受任何特定理論束縛，玻璃基底物件之含氫層可為氫物質針對玻璃基底基板之組成中含有的離子之相互擴散之結果。單價含氫物質（諸如，H 3O +及/或H +）可替換玻璃基底基板組成中含有之鹼離子以形成玻璃基底物件。含氫物質替換的鹼離子之大小對玻璃基底基板中的含氫物質之擴散性有影響，此係因為較大鹼離子產生有助於相互擴散機制之較大空隙空間。舉例而言，水合氫離子（H 3O +）具有靠近鉀之離子半徑且比鋰之離子半徑大得多之一離子半徑。觀測到，當玻璃基底基板含有鉀時，含氫物質在玻璃基底基板中之擴散性比當玻璃基底基板含有鋰時顯著高兩個數量級。此觀測到之行為亦可指示水合氫離子為擴散至玻璃基底基板內之主要單價含氫物質。在下表I中報告用於鹼離子及水合氫離子之離子半徑。如表I中所展示，銣及銫具有比水合氫離子顯著大之離子半徑，此可導致比針對鉀觀測到之氫擴散性高的氫擴散性。
表 I
離子 半徑（nm）
鋰 0.059
鈉 0.099
鉀 0.133
水合氫離子 0.137
銣 0.152
銫 0.167
在一些實施例中，具有含氫離子之玻璃基底基板中的鹼離子之替換可產生自玻璃基底物件之表面延伸至玻璃基底物件內至一壓縮深度的一壓縮應力層。如本文中所使用，壓縮深度（depth of layer; DOC）意謂玻璃基底物件中之應力自壓縮改變至拉伸處之深度。因此，玻璃基底物件亦含有具有一最大中央拉伸（central tension; CT）之一拉伸應力區域，使得在玻璃基底物件內之力平衡。不希望受任何理論束縛，壓縮應力區域可為具有大於其替換之離子之一離子半徑的含氫離子之交換之結果。
在一些實施例中，壓縮應力層可包括大於或等於100 MPa之一壓縮應力，諸如，大於或等於105 MPa、大於或等於110 MPa、大於或等於115 MPa、大於或等於120 MPa、大於或等於125 MPa、大於或等於130 MPa、大於或等於135 MPa或更大。在一些實施例中，壓縮應力層可包括自大於或等於100 MPa至小於或等於150 MPa之一壓縮應力，諸如，自大於或等於105 MPa至小於或等於145 MPa、自大於或等於110 MPa至小於或等於140 MPa、自大於或等於115 MPa至小於或等於135 MPa、自大於或等於120 MPa至小於或等於130 MPa、125 MPa或自此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
在一些實施例中，壓縮應力層之DOC可大於或等於75 MPa，諸如，大於或等於80 MPa、大於或等於85 MPa、大於或等於90 MPa、大於或等於95 MPa、大於或等於100 MPa或更大。在一些實施例中，壓縮應力層之DOC可處於自大於或等於75 μm至小於或等於115 μm，諸如，自大於或等於80 μm至小於或等於110 μm、自大於或等於85 μm至小於或等於105 μm、自大於或等於90 μm至小於或等於100 μm、95 μm或可自此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
在一些實施例中，玻璃基底物件可具有大於或等於0.05 t之一DOC，其中t為玻璃基底物件之厚度，諸如，大於或等於0.06 t、大於或等於0.07 t、大於或等於0.08 t、大於或等於0.09 t、大於或等於0.10 t、大於或等於0.11 t、大於或等於0.12 t或更大。在一些實施例中，玻璃基底物件可具有自大於或等於0.05 t至小於或等於0.20 t之一DOC，諸如，自大於或等於0.06 t至小於或等於0.19 t、自大於或等於0.07 t至小於或等於0.18 t、自大於或等於0.08 t至小於或等於0.17 t、自大於或等於0.09 t至小於或等於0.16 t、自大於或等於0.10 t至小於或等於0.15 t、自大於或等於0.11 t至小於或等於0.14 t、自大於或等於0.12 t至小於或等於0.13 t或自此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
在一些實施例中，玻璃基底物件之CT可大於或等於10 Mpa，諸如，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，玻璃基底物件之CT可自大於或等於10 Mpa至小於或等於35 MPa，諸如，自大於或等於11 Mpa至小於或等於34 MPa、自大於或等於12 Mpa至小於或等於33 MPa、自大於或等於13 Mpa至小於或等於32 MPa、自大於或等於14 Mpa至小於或等於32 MPa、自大於或等於15 Mpa至小於或等於31 MPa、自大於或等於16 Mpa至小於或等於30 MPa、自大於或等於17 Mpa至小於或等於28 MPa、自大於或等於18 Mpa至小於或等於26 MPa、自大於或等於19 Mpa至小於或等於24 MPa、自大於或等於20 Mpa至小於或等於22 MPa或自此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
使用諸如由Orihara Industrial Co., Ltd.（日本）製造之FSM-6000（FSM）之市售儀器，藉由表面應力計來量測壓縮應力（包括表面CS）。表面應力量測結果依賴於與玻璃之雙折射有關的應力光學係數（stress optical coefficient; SOC）之準確量測。SOC又根據在題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」之ASTM標準C770-16中描述之程序C（玻璃碟方法）來量測，該標準之內容被以引用的方式全部併入本文中。DOC係藉由FSM量測。使用此項技術中已知之散射光偏光鏡（SCALP）來量測最大中央拉伸（central tension; CT）值。
玻璃基底物件可自具有任何適當組成之玻璃基底基板形成。可具體地選擇玻璃基底基板之組成以促進含氫物質之擴散，使得可高效地形成包括一含氫層之玻璃基底物件。在一些實施例中，玻璃基底基板可具有包括SiO 2、Al 2O 3及P 2O 5之一組成。在一些實施例中，玻璃基底基板可另外包括鹼金屬氧化物，諸如，Li 2O、Na 2O、K 2O、Rb 2O及Cs 2O中之至少一者。在一些實施例中，玻璃基底基板可實質上無或無鋰及鈉中之至少一者。在一些實施例中，在含氫物質至玻璃基底基板內之擴散後，玻璃基底物件可具有與玻璃基底基板之組成大致相同之一總組成。在一些實施例中，氫物質可不擴散至該玻璃基底物件之中心。換言之，玻璃基底物件之中心為受到水蒸氣處理最小影響之區。為此原因，在於一含水環境中處理前，玻璃基底物件之中心可具有與玻璃基底基板之組成實質上相同或相同之一組成。
玻璃基底基板可包括任何適當量之SiO 2。SiO 2為最大成分，且因而，SiO 2為自玻璃組合物形成的玻璃網路之主要成分。若玻璃組合物中的SiO 2之濃度過高，則玻璃組合物之可形成性可減小，因為SiO 2之較高濃度增加了熔化玻璃之困難，此又不利地影響玻璃之可形成性。在一些實施例中，玻璃基底基板可包括自大於或等於45莫耳%至小於或等於75莫耳%之量的SiO 2，諸如，自大於或等於46莫耳%至小於或等於74莫耳%、自大於或等於47莫耳%至小於或等於73莫耳%、自大於或等於48莫耳%至小於或等於72莫耳%、自大於或等於49莫耳%至小於或等於71莫耳%、自大於或等於50莫耳%至小於或等於70莫耳%、自大於或等於51莫耳%至小於或等於69莫耳%、自大於或等於52莫耳%至小於或等於68莫耳%、自大於或等於53莫耳%至小於或等於67莫耳%、自大於或等於54莫耳%至小於或等於66莫耳%、自大於或等於55莫耳%至小於或等於65莫耳%、自大於或等於56莫耳%至小於或等於64莫耳%、自大於或等於57莫耳%至小於或等於63莫耳%、自大於或等於58莫耳%至小於或等於62莫耳%、自大於或等於59莫耳%至小於或等於61莫耳%、60莫耳%或由此等端點中之任何者形成之任何子範圍。在一些實施例中，玻璃基底基板可包括自大於或等於55莫耳%至小於或等於69莫耳%之量的SiO 2，諸如，自大於或等於58莫耳%至小於或等於63莫耳%或自此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
玻璃基底基板可包括任何適當量之Al 2O 3。Al 2O 3可充當玻璃網路形成者，類似於SiO 2。Al 2O 3歸因於其在自玻璃組合物形成之玻璃熔體中的四面體配位，可增大玻璃組合物之黏度，從而當Al 2O 3之量過高時，降低玻璃組合物之可形成性。然而，當Al 2O 3之濃度對照SiO 2之濃度及玻璃組合物中的鹼氧化物之濃度平衡時，Al 2O 3可降低玻璃熔體之液線溫度，藉此增強液線黏度且改良玻璃組合物與某些形成製程（諸如，融合形成製程）之相容性。玻璃基底基板中的Al 2O 3之包括防止相位分離且減少玻璃中的非橋氧（non-bridging oxygen; NBO）之數目。另外，Al 2O 3可改良離子交換之有效性。在一些實施例中，玻璃基底基板可包括自大於或等於3莫耳%至小於或等於20莫耳%之量的Al 2O 3，諸如，自大於或等於4莫耳%至小於或等於19莫耳%、自大於或等於5莫耳%至小於或等於18莫耳%、自大於或等於6莫耳%至小於或等於17莫耳%、自大於或等於7莫耳%至小於或等於16莫耳%、自大於或等於8莫耳%至小於或等於15莫耳%、自大於或等於9莫耳%至小於或等於14莫耳%、自大於或等於10莫耳%至小於或等於13莫耳%、自大於或等於11莫耳%至小於或等於12莫耳%或由此等端點中之任何者形成之任何子範圍。在一些實施例中，玻璃基底基板可包括自大於或等於5莫耳%至小於或等於15莫耳%之量的Al 2O 3，諸如，自大於或等於7莫耳%至小於或等於14莫耳%或自此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
玻璃基底基板可包括足以產生所要的氫擴散性之任何量之P 2O 5。玻璃基底基板中的磷之包括促進較快之相互擴散，與交換離子對無關。因此，含磷之玻璃基底基板允許包括含氫層的玻璃基底物件之高效形成。P 2O 5之包括亦允許在相對短的處理時間中生成具有深的層深度（例如，大於約10 μm）之玻璃基底物件。在一些實施例中，玻璃基底基板可包括自大於或等於4莫耳%至小於或等於15莫耳%之量的P 2O 5，諸如，自大於或等於5莫耳%至小於或等於14莫耳%、自大於或等於6莫耳%至小於或等於13莫耳%、自大於或等於7莫耳%至小於或等於12莫耳%、自大於或等於8莫耳%至小於或等於11莫耳%、自大於或等於9莫耳%至小於或等於10莫耳%或由此等端點中之任何者形成之任何子範圍。在一些實施例中，玻璃基底基板可包括自大於或等於5莫耳%至小於或等於15莫耳%之量的P 2O 5，諸如，自大於或等於6莫耳%至小於或等於15莫耳%、自大於或等於5莫耳%至小於或等於10莫耳%、自大於或等於6莫耳%至小於或等於10莫耳%、自大於或等於7莫耳%至小於或等於10莫耳%或由此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
玻璃基底基板可包括任何適當量之鹼金屬氧化物。鹼金屬氧化物促進離子交換。玻璃組合物中的鹼金屬氧化物（例如，Li 2O、Na 2O及K 2O以及包括Cs 2O及Rb 2O之其他鹼金屬氧化物）之總和可被稱作「R 2O」，且R 2O可按莫耳%來表達。在一些實施例中，玻璃基底基板可實質上無或無鋰及鈉中之至少一者。在一些實施例中，玻璃組合物包含大於或等於6莫耳%之量的R 2O，諸如，大於或等於7莫耳%、大於或等於8莫耳%、大於或等於9莫耳%、大於或等於10莫耳%、大於或等於11莫耳%、大於或等於12莫耳%、大於或等於13莫耳%、大於或等於14莫耳%、大於或等於15莫耳%、大於或等於16莫耳%、大於或等於17莫耳%、大於或等於18莫耳%、大於或等於19莫耳%、大於或等於20莫耳%、大於或等於21莫耳%、大於或等於22莫耳%、大於或等於23莫耳%或大於或等於24莫耳%。在一或多個實施例中，玻璃組合物包含小於或等於25莫耳%之量的R 2O，諸如，小於或等於24莫耳%、小於或等於23莫耳%、小於或等於22莫耳%、小於或等於21莫耳%、小於或等於20莫耳%、小於或等於19莫耳%、小於或等於18莫耳%、小於或等於17莫耳%、小於或等於16莫耳%、小於或等於15莫耳%、小於或等於14莫耳%、小於或等於13莫耳%、小於或等於12莫耳%、小於或等於11莫耳%、小於或等於10莫耳%、小於或等於9莫耳%、小於或等於8莫耳%或小於或等於7莫耳%。應理解，在實施例中，以上範圍中之任何者可與任一其他範圍組合。在一些實施例中，玻璃組合物包含自大於或等於6.0莫耳%至小於或等於25.0莫耳%之量的R 2O，諸如，自大於或等於7.0莫耳%至小於或等於24.0莫耳%、自大於或等於8.0莫耳%至小於或等於23.0莫耳%、自大於或等於9.0莫耳%至小於或等於22.0莫耳%、自大於或等於10.0莫耳%至小於或等於21.0莫耳%、自大於或等於11.0莫耳%至小於或等於20.0莫耳%、自大於或等於12.0莫耳%至小於或等於19.0莫耳%、自大於或等於13.0莫耳%至小於或等於18.0莫耳%、自大於或等於14.0莫耳%至小於或等於17.0莫耳%或自大於或等於15.0莫耳%至小於或等於16.0莫耳%，及在前述值之間的所有範圍及子範圍。
在一些實施例中，鹼金屬氧化物可為K 2O。K 2O之包括允許在暴露於含水環境後氫物質至玻璃基板內之高效交換。在一些實施例中，玻璃基底基板可包括自大於或等於6莫耳%至小於或等於25莫耳%之量的K 2O，諸如，自大於或等於7莫耳%至小於或等於24莫耳%、自大於或等於8莫耳%至小於或等於23莫耳%、自大於或等於9莫耳%至小於或等於22莫耳%、自大於或等於10莫耳%至小於或等於21莫耳%、自大於或等於11莫耳%至小於或等於20莫耳%、自大於或等於12莫耳%至小於或等於19莫耳%、自大於或等於13莫耳%至小於或等於18莫耳%、自大於或等於14莫耳%至小於或等於17莫耳%或自大於或等於15莫耳%至小於或等於16莫耳%，或自此等端點中之任何者形成之任何子範圍。在一些實施例中，玻璃基底基板可包括自大於或等於10莫耳%至小於或等於25莫耳%之量的K 2O，諸如，自大於或等於10莫耳%至小於或等於20莫耳%、自大於或等於11莫耳%至小於或等於25莫耳%、自大於或等於11莫耳%至小於或等於20莫耳%、自大於或等於15莫耳%至小於或等於20莫耳%或自此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
玻璃基底基板可包括任何適當量之Rb 2O。在一些實施例中，玻璃基底基板可包括自大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之量的Rb 2O，諸如，自大於或等於1莫耳%至小於或等於9莫耳%、自大於或等於2莫耳%至小於或等於8莫耳%、自大於或等於3莫耳%至小於或等於7莫耳%、自大於或等於4莫耳%至小於或等於6莫耳%、5莫耳%或自此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
玻璃基底基板可包括任何適當量之Cs 2O。在一些實施例中，玻璃基底基板可包括自大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之量的Cs 2O，諸如，自大於或等於1莫耳%至小於或等於9莫耳%、自大於或等於2莫耳%至小於或等於8莫耳%、自大於或等於3莫耳%至小於或等於7莫耳%、自大於或等於4莫耳%至小於或等於6莫耳%、5莫耳%或自此等端點中之任何者形成之任何子範圍。
在一些實施例中，玻璃基底基板可具有包括以下各者之一組成：自大於或等於45莫耳%至小於或等於75莫耳%之SiO 2；自大於或等於3莫耳%至小於或等於20莫耳%之Al 2O 3；自大於或等於6莫耳%至小於或等於15莫耳%之P 2O 5；及自大於或等於6莫耳%至小於或等於25莫耳%之K 2O。
在一些實施例中，玻璃基底基板可具有包括以下各者之一組成：自大於或等於45莫耳%至小於或等於75莫耳%之SiO 2；自大於或等於3莫耳%至小於或等於20莫耳%之Al 2O 3；自大於或等於4莫耳%至小於或等於15莫耳%之P 2O 5；及自大於或等於11莫耳%至小於或等於25莫耳%之K 2O。
在一些實施例中，玻璃基底基板可具有包括以下各者之一組成：自大於或等於55莫耳%至小於或等於69莫耳%之SiO 2；自大於或等於5莫耳%至小於或等於15莫耳%之Al 2O 3；自大於或等於6莫耳%至小於或等於10莫耳%之P 2O 5；及自大於或等於10莫耳%至小於或等於20莫耳%之K 2O。
在一些實施例中，玻璃基底基板可具有包括以下各者之一組成：自大於或等於55莫耳%至小於或等於69莫耳%之SiO 2；自大於或等於5莫耳%至小於或等於15莫耳%之Al 2O 3；自大於或等於5莫耳%至小於或等於10莫耳%之P 2O 5；及自大於或等於11莫耳%至小於或等於20莫耳%之K 2O。
在一些實施例中，玻璃基底基板可具有包括以下各者之一組成：自大於或等於58莫耳%至小於或等於63莫耳%之SiO 2；自大於或等於7莫耳%至小於或等於14莫耳%之Al 2O 3；自大於或等於7莫耳%至小於或等於10莫耳%之P 2O 5；及自大於或等於15莫耳%至小於或等於20莫耳%之K 2O。
在一些實施例中，玻璃基底基板可展現大於或等於5 kgf之一維氏開裂初始閾值，諸如，大於或等於6 kgf、大於或等於7 kgf、大於或等於8 kgf、大於或等於9 kgf、大於或等於10 kgf或更大。
玻璃基底基板可具有任何適當幾何形狀。在一些實施例中，玻璃基底基板可具有小於或等於2 mm之一厚度，諸如，小於或等於1 mm、小於或等於900 μm、小於或等於800 μm、小於或等於700 μm、小於或等於600 μm、小於或等於500 μm、小於或等於400 μm、小於或等於300 μm或更小。在一些實施例中，玻璃基底基板可已為板或薄片形。在一些其他實施例中，玻璃基底基板可具有2.5D或3D形狀。如本文中利用，「2.5D形狀」指一薄片形物件，其具有至少部分不平坦之至少一個主表面，及實質上平坦之一第二主表面。如本文中利用，「3D形狀」指具有至少部分不平坦之第一及第二相對主表面之物件。
玻璃基底物件可藉由在任何適當條件下暴露於水蒸氣自玻璃基底基板生產。可在任一適當元件（諸如，具有相對濕度控制之爐）中進行暴露。在一些實施例中，玻璃基底基板可暴露於具有大於或等於75%之一相對濕度的環境，諸如，大於或等於80%、大於或等於85%、大於或等於90%、大於或等於95%、大於或等於99%或更大。在一些實施例中，玻璃基底基板可暴露於具有100%相對濕度之環境。
在一些實施例中，玻璃基底基板可暴露於處於大於或等於70℃之一溫度下的環境，諸如，大於或等於75℃、大於或等於80℃、大於或等於85℃、大於或等於90℃、大於或等於95℃、大於或等於100℃、大於或等於105℃、大於或等於110℃、大於或等於115℃、大於或等於120℃、大於或等於125℃、大於或等於130℃、大於或等於135℃、大於或等於140℃、大於或等於145℃、大於或等於150℃、大於或等於155℃、大於或等於160℃、大於或等於160℃、大於或等於165℃、大於或等於170℃、大於或等於175℃、大於或等於180℃、大於或等於185℃、大於或等於190℃、大於或等於195℃、大於或等於200℃或更大。在一些實施例中，玻璃基底基板可暴露於處於自大於或等於70℃至小於或等於210℃之一溫度下的環境，諸如，自大於或等於75℃至小於或等於205℃、自大於或等於80℃至小於或等於200℃、自大於或等於85℃至小於或等於195℃、自大於或等於90℃至小於或等於190℃、自大於或等於90℃至小於或等於185℃、自大於或等於100℃至小於或等於180℃、自大於或等於105℃至小於或等於175℃、自大於或等於110℃至小於或等於170℃、自大於或等於115℃至小於或等於165℃、自大於或等於120℃至小於或等於160℃、自大於或等於125℃至小於或等於155℃、自大於或等於130℃至小於或等於150℃、自大於或等於135℃至小於或等於145℃、140℃或自此等端點形成之任何子範圍。
在一些實施例中，玻璃基底基板可暴露於含水蒸氣之環境達足以產生所要的含氫物質擴散程度及所要的層深度之時間週期。在一些實施例中，玻璃基底基板可暴露於含水蒸氣之環境達大於或等於1天，諸如，大於或等於2天、大於或等於3天、大於或等於4天、大於或等於5天、大於或等於6天、大於或等於7天、大於或等於8天、大於或等於9天、大於或等於10天、大於或等於15天、大於或等於20天、大於或等於25天、大於或等於30天、大於或等於35天、大於或等於40天、大於或等於45天、大於或等於50天、大於或等於55天、大於或等於60天、大於或等於65天或更多。在一些實施例中，玻璃基底基板可暴露於含水蒸氣之環境達大於或等於1天至小於或等於70天之一時間週期，諸如，自大於或等於2天至小於或等於65天、自大於或等於3天至小於或等於60天、自大於或等於4天至小於或等於55天、自大於或等於5天至小於或等於45天、自大於或等於6天至小於或等於40天、自大於或等於7天至小於或等於35天、自大於或等於8天至小於或等於30天、自大於或等於9天至小於或等於25天、自大於或等於10天至小於或等於20天、15天或自此等端點中之任何者形成之任何子範圍。可修改該等暴露條件以減少產生至玻璃基底基板內之所要的含氫物質擴散量所必要之時間。舉例而言，可增大溫度及/或相對濕度以減少達成至玻璃基底基板內的所要程度之含氫物質擴散及層深度所需之時間。
本文中揭示之玻璃基底物件可併入至另一物件內，諸如，具有一顯示器之物件（或顯示物件）（例如，消費者電子元件，包括行動電話、平板電腦、電腦、導航系統、可佩戴元件（例如，手錶）及類似者）、建築物件、交通物件（例如，汽車、火車、飛機、海輪等）、電器物件，或需要某一透明度、耐刮擦性、耐磨或其組合之任一物件。併有本文中揭示之玻璃基底物件中之任何者之一例示性物件展示於第2A圖及第2B圖中。具體言之，第2A圖及第2B圖展示一消費者電子元件200，其包括：具有前部204、後部206及側表面208之一外殼202；電組件（未展示），其至少部分在外殼內部或全部在外殼內且包括至少一控制器、一記憶體及在外殼之前表面處或鄰近外殼之前表面的一顯示器210；及在外殼之前表面處或上之一蓋基板212，使得其在顯示器上。在一些實施例中，蓋基板212及外殼202中之一者之至少一部分可包括本文中揭示的玻璃基底物件中之任何者。 例示性實施例
特別適合於本文中的玻璃基底物件之形成之玻璃組合物形成至玻璃基底基板內。下表II中描述實例1至6之組成。使用ASTM C693-93(2013)之浮力方法判定密度。在溫度範圍25℃至300℃上之線性熱膨脹係數（CTE）係按10 -7/℃來表達，且根據ASTM E228-11使用推桿膨脹計來判定。使用ASTM C598-93(2013)之射束彎曲黏度方法來判定應變點及退火點。使用ASTM C1351M-96(2012)之平行板黏度方法判定軟化點。根據題為「Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point」之ASTM C965-96(2012)，針對生成之組合物，量測玻璃具有200 P、35,000 P及200,000 P之一黏度的溫度。
表 II
組成 （莫耳%） 實例1 實例2 實例3 實例4 實例5 實例6
SiO 2 60.67 60.73 60.69 61.03 61.5 61.15
Al 2O 3 10.81 12.85 8.91 10.89 10.89 10.9
P 2O 5 9.86 7.9 11.77 9.65 9.22 9.51
K 2O 18.66 18.52 18.63 18.43 18.39 18.44
密度（g/cm 3） 2.375 2.385 2.362 2.375 2.376 2.376
CTE（10 -7/℃） 110.8 104.8 118.5 110 110.3 110
應變點（℃） 540 596 532 530 538
退火點（℃） 592 657 584 584 592
軟化點（℃） 892.2 959.8 885.2 888.4 902.6 892.3
200 P溫度（℃） 1687 1766 1686
35,000 P溫度（℃） 1219 1290 1155
200,000 P溫度（℃） 1112 1184 1055
將包括實例1之組成且具有1 mm之一厚度的玻璃基底基板暴露於85%相對濕度之一環境達65天以形成包括本文中描述之類型的一含氫層之玻璃基底物件。
在暴露前及後，藉由SIMS量測含氫層之深度。SIMS氫濃度量測之結果展示於第3圖中，其中原樣玻璃基底基板氫濃度曲線301具有約5 μm之一層深度，且玻璃基底物件氫濃度曲線302具有約30 μm之一層深度。量測暴露後玻璃基底物件至約25 μm之深度，且外推曲線303以判定該層深度。基於量測之值，使用通式DOL = sqrt(D•time)來計算氫擴散性（D）。
在暴露於含水蒸氣之環境前及後，量測維氏凹痕開裂閾值。在分別處於5 kgf及10 kgf下之壓痕後，暴露前玻璃基底基板之維氏凹痕之結果展示於第4圖及第5圖中。如在第4圖及第5圖中展示，玻璃基底基板具有高於5 kgf但低於10 kgf之一維氏開裂初始閾值。在分別處於5 kgf及、10 kgf及20 kgf下之壓痕後，暴露之玻璃基底物件之維氏凹痕之結果展示於第6圖、第7圖及第8圖中。如由第6圖、第7圖及第8圖演示，玻璃基底物件之維氏凹痕開裂閾值大於20 kgf。
包括比較實例1至3之組成且具有1 mm之厚度的玻璃基底基板亦經製備且暴露於85%相對濕度之環境達30天。下表III中報告比較實例1至3之組成。在暴露於含水蒸氣之環境前及後，量測維氏凹痕開裂閾值，且在暴露後藉由SIMS量測含氫層之深度。基於量測之值計算氫擴散性。
表 III
組成（莫耳%） 實例1 比較實例1 比較實例2 比較實例3
SiO 2 60.67 70.05 70.43 72.44
Al 2O 3 10.81 9.98 10 8.18
P 2O 5 9.86 0 0 0
Li 2O 0 19.97 0 0
Na 2O 0 0 19.57 0
K 2O 18.66 0 0 19.38
維氏凹痕閾值—原樣（kgf） 5 - 10 1 - 2 0.5 - 1 1 - 2
暴露時間（天） 65 30 30 30
氫DOL（μm） 25 0.2 0.34 3.7
氫擴散性（cm 2/s） 1.10E-12 1.30E-16 4.50E-16 5.30E-14
維氏凹痕閾值—暴露後（kgf） 20 - 30 1 - 2 0.5 - 1 2 - 3
如表III中展示，實例1之玻璃組合物展現為比較實例3之玻璃組合物兩個數量級高的一氫擴散性，比較實例3亦包括鉀，但不包括磷。此等結果指示玻璃組合物中的磷之存在顯示增大氫擴散性。類似地，比較實例3之玻璃組合物展現為分別包括鋰及鈉之比較實例1及2之兩個數量級高的一氫擴散性。含鉀玻璃組合物與含鋰及鈉玻璃組合物之間的氫擴散性之差異指示具有較大離子半徑之鹼離子允許較快之氫擴散性。
包括實例6之玻璃組合物的玻璃基底基板經生產，具有0.5 mm及1.0 mm之厚度。將玻璃基底基板暴露於200℃之溫度下之100%相對濕度環境達7天之週期以生產本文中描述的類型之玻璃基底物件。該等玻璃基底物件展現自表面延伸至一壓縮深度之一壓縮應力區域。針對0.5 mm玻璃基底物件量測之最大壓縮應力為124 Mpa，且針對1.0 mm玻璃基底物件量測之最大壓縮應力為137 Mpa。針對0.5 mm玻璃基底物件量測之最大中央拉伸為32 Mpa，且針對1.0 mm玻璃基底物件量測之最大壓縮應力為15 Mpa。0.5 mm玻璃基底物件之壓縮深度為101 μm，且1.0 mm玻璃基底物件之壓縮深度為99 μm。
在暴露於200℃下之100%相對濕度環境達7天後，亦自由包括實例6之玻璃組合物之玻璃基底基板形成的0.5 mm及1.0 mm厚玻璃基底物件之中心切割樣本。接著將樣本拋光至0.5 mm之一寬度，且經受傅立葉變換紅外光譜學（Fourier-transform infrared spectroscopy; FTIR）分析。藉由以下條件執行FTIR分析：CaF/InSb，64次掃描，16 cm -1解析度，10 μm光圈及10 μm階。掃描起源於樣本之表面，且繼續至厚度之大致中點。相對於「乾」矽石產生光譜，且使用3900 cm -1max及3550 cm -1min參數計算羥基（βOH）濃度。歸因於玻璃基底物件之多組分本質，不可能區分受束縛羥基與分子羥基，因此曲線報告總羥基含量之濃度。0.5 mm厚及1.0 mm厚樣本的量測之羥基濃度分別展示於第9圖及第10圖中。如第9圖及第10圖中所展示，量測之羥基含量變得實質上恆定且等效於在物件之中心處的羥基含量（指示前驅體玻璃基底物件之背景羥基含量）之樣本內的濃度大致為200 μm，如藉由FTIR量測。在第9圖及第10圖中的內埋羥基濃度峰值之出現為量測方法之假像。
製備具有實例1之組成的方形樣本，具有1 mm及50 mm邊之厚度。接著在200℃下之100%相對濕度環境中處理此等樣本中之五個，達121小時。接著藉由FSM量測經處理樣本之所得壓縮應力（compressive stress; CS）及壓縮深度（depth of compression; DOC），從而得出167 MPa之CS及73 μm之DOC。使5個經蒸汽處理之樣本及未暴露於蒸汽處理之3個對照樣本經受研磨環對環（abraded ring-on-ring; AROR）測試。在表IV中報告每一測試之樣本的強度及峰值負載。如在表IV中所展示，與未處理之對照樣本比較，經蒸汽處理之樣本展現大大增加之峰值負載及強度。
表 IV
對照樣本編號 峰值負載（ kgf ） 強度（ MPa ）
1 12.468 45.676
2 12.057 49.664
3 14.289 51.861
平均值 12.938 49.067
經處理樣本編號 峰值負載（ kgf ） 強度（ MPa ）
1 42.296 170.492
2 41.067 153.003
3 38.182 170.168
4 38.799 154.273
5 38.420 150.417
平均值 39.752 159.671
AROR測試為用於測試平玻璃試樣之表面強度量測，且題為「Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature」之ASTM C1499-09(2013)充當用於本文中利用之AROR測試方法之基礎。ASTM C1499-09之內容被以引用之方式全部併入本文中。使用在題為「Standard Test Methods for Strength of Glass by Flexure (Determination of Modulus of Rupture)」之ASTM C158-02(2012)的題為「abrasion Procedures」之附錄2中描述之方法及裝置，用傳遞至玻璃樣本之90個粗砂碳化矽（SiC）粒子在環對環測試前研磨玻璃試樣。ASTM C158-02之內容及附錄2之內容特別被以引用之方式全部併入本文中。
在環對環測試前，如在ASTM C158-02，附錄2中所描述來研磨玻璃基底物件樣本之表面，以使用在ASTM C158-02之第A2.1圖中展示之裝置來正規化及/或控制樣本之表面缺陷狀況。在5 psi之空氣壓力下，將研磨材料噴砂至玻璃基底物件之表面上。在建立了空氣流後，將1 cm 3之研磨材料傾倒至爐內且將樣本噴砂。
對於AROR測試，將如第11圖中展示的具有至少一個研磨表面之玻璃基底物件置放於不同大小之兩個同心環之間以判定等雙軸撓曲強度（亦即，當經受兩個同心環之間的撓曲時材料能夠支撐之最大應力）。在AROR組態400中，研磨玻璃基底物件410由具有一直徑D2之一支撐環420支撐。藉由具有一直徑D1之一裝載環430，力F由測力計（未展示）施加至玻璃基底物件之表面。
裝載環與支撐環之直徑比D1/D2可在自0.2至0.5之一範圍中。在一些實施例中，D1/D2為0.5。裝載環430及支撐環420應同心對準至支撐環直徑D2之0.5%內。在選定範圍內之任一負載下，用於測試之測力計應準確至±1%內。在23±2℃之一溫度及40±10%之一相對濕度下進行測試。
對於夾具設計，裝載環430之突出表面之半徑r在h/2 ≤ r ≤ 3h/2之一範圍中，其中h為玻璃基底物件410之厚度。裝載環430及支撐環420由具有硬度HRc ＞ 40之加硬鋼製成。AROR夾具可市售。
針對AROR測試的意欲之故障機制為，觀測源自裝載環430內之表面430a的玻璃基底物件410之斷裂。資料分析時忽略發生於此區域之外（亦即，在裝載環430與支撐環420之間）的故障。然而，歸因於玻璃基底物件410之薄度及高強度，有時觀測到超過試樣厚度h之大偏轉。因此，觀測到源自裝載環430下的高百分比之故障並非不常見。在不知曉在環內部及下之應力發展（經由應變儀分析收集）及每一試樣中的故障之源之情況下，不能準確地計算應力。作為量測之回應，AROR測試因此聚焦於在故障處之峰值負載。
雖然已為了說明之目的而闡述典型實施例，但前述描述不應被視為對本揭示內容或隨附申請專利範圍之範圍的一限制。因此，在不脫離本揭示內容或隨附申請專利範圍之精神及範疇之情況下，熟習此項技術者可想到各種修改、改編及替代。
100:玻璃基底物件 110:第一表面 112:第二表面 120:第一含氫層 122:第二含氫層 130:無添加氫物質區域 200:消費者電子元件 202:外殼 204:前部 206:後部 208:側表面 210:顯示器 212:蓋基板 301:原樣玻璃基底基板氫濃度曲線 302:玻璃基底物件氫濃度曲線 303:外推之曲線 400:AROR組態 410:研磨玻璃基底物件 420:支撐環 430:裝載環 430a:表面 d1:深度 d2:深度 t:厚度 D1:裝載環直徑 D2:支撐環直徑 F:力
第1圖為根據一實施例的一玻璃基底物件之橫截面之表示。
第2A圖為併有本文中揭示之玻璃基底物件中之任何者的一例示性電子元件之平面圖。
第2B圖為第2A圖之例示性電子元件之透視圖。
第3圖為對於自具有實例1之組成之一玻璃基底基板形成的一玻璃基底物件藉由SIMS產生的氫濃度作為在表面下方之深度之一函數之量測。
第4圖為在暴露於含水環境前在具有實例1之組成之一玻璃基底基板中在5 kgf下之一維氏凹痕之照片。
第5圖為在暴露於含水環境前在具有實例1之組成之一玻璃基底基板中在10 kgf下之一維氏凹痕之照片。
第6圖為藉由使具有實例1之組成之一玻璃基底基板暴露於含水環境形成的一玻璃基底物件中在5 kgf下之一維氏凹痕之照片。
第7圖為藉由使具有實例1之組成之一玻璃基底基板暴露於含水環境形成的一玻璃基底物件中在10 kgf下之一維氏凹痕之照片。
第8圖為藉由使具有實例1之組成之一玻璃基底基板暴露於含水環境形成的一玻璃基底物件中在20 kgf下之一維氏凹痕之照片。
第9圖為根據一實施例的在暴露於含水環境後0.5 mm厚玻璃物件之羥基（BOH）濃度作為距表面之深度之一函數之曲線圖。
第10圖為根據一實施例的在暴露於含水環境後1.0 mm厚玻璃物件之羥基（BOH）濃度作為距表面之深度之一函數之曲線圖。
第11圖為環對環測試裝置之側視圖。
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Claims (20)

  1. 一種玻璃基底物件，包含： 一含氫層，該含氫層自該玻璃基底物件之一表面延伸至一層深度；一壓縮應力層，該壓縮應力層自該玻璃基底物件之該表面延伸至一壓縮深度，其中該壓縮應力層包含大於或等於100 MPa之一壓縮應力；其中該玻璃基底物件之一中心包含：SiO 2；Al 2O 3；大於或等於4莫耳%至小於或等於15莫耳%之P 2O 5；大於或等於6莫耳%至小於或等於25莫耳%之R 2O，其中該R 2O是鹼金屬氧化物的總和。
  2. 如請求項1所述之玻璃基底物件，其中該R 2O包含K 2O。
  3. 如請求項2所述之玻璃基底物件，其中該K 2O為大於或等於6莫耳%至小於或等於25莫耳%。
  4. 如請求項3所述之玻璃基底物件，其中該R 2O進一步包含Na 2O、Cs 2O及Rb 2O的至少一種。
  5. 如請求項1所述之玻璃基底物件，其中一最大氫濃度位於該玻璃基底物件之該表面處，且其中該含氫層之一氫濃度自該最大氫濃度至該層深度降低。
  6. 如請求項1所述之玻璃基底物件，其中該玻璃基底物件之該中心包含： 大於或等於45莫耳%至小於或等於75莫耳%之SiO 2；    大於或等於3莫耳%至小於或等於20莫耳%之Al 2O 3；    大於或等於4莫耳%至小於或等於15莫耳%之P 2O 5；以及     大於或等於11莫耳%至小於或等於25莫耳%之R 2O。
  7. 如請求項6所述之玻璃基底物件，其中該玻璃基底物件之該中心包含： 大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之Cs 2O；以及 大於或等於0莫耳%至小於或等於10莫耳%之Rb 2O。
  8. 如請求項7所述之玻璃基底物件，其中該玻璃基底物件實質上無鋰，使得鋰為小於0.01莫耳%。
  9. 如請求項1所述之玻璃基底物件，其中該壓縮深度為大於或等於75 μm。
  10. 如請求項1所述之玻璃基底物件，其中該壓縮深度大於或等於0.05 t，其中t為該玻璃基底物件之厚度。
  11. 如請求項10所述之玻璃基底物件，具有小於2 mm的一厚度。
  12. 一種消費者電子產品，包含： 一外殼，該外殼包含一前表面、一後表面及側表面；至少部分在該外殼內之電組件，該等電組件包含至少一控制器、一記憶體及一顯示器，該顯示器處於或鄰近該外殼之該前表面；以及一蓋基板，該蓋基板安置於該顯示器上，其中該外殼或該蓋基板中之至少一者之至少一部分包含如請求項11所述之玻璃基底物件。
  13. 一種用於製造一玻璃基底物件的方法，包含： 將一玻璃基底基板暴露於處於大於或等於70℃之一溫度下的一環境；     其中該玻璃基底基板包含SiO 2、Al 2O 3、P 2O 5與R 2O，其中該R 2O是鹼金屬氧化物的總和。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該環境包含大於或等於75%之一相對濕度。
  15. 如請求項13所述之方法，其中該P 2O 5為大於或等於4莫耳%至小於或等於15莫耳%，其中該R 2O為大於或等於6莫耳%至小於或等於25莫耳%，其中該R 2O包含K 2O，其中該K 2O為大於或等於6莫耳%至小於或等於25莫耳%。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該R 2O進一步包含Na 2O、Cs 2O及Rb 2O的至少一種，且其中該玻璃實質上無鋰，使得鋰為小於0.01莫耳%。
  17. 如請求項13所述之方法，其中在該暴露之後，該玻璃基底基板包含一含氫層，該含氫層自該玻璃基底物件之一表面延伸至一層深度，其中該層深度為大於5 μm。
  18. 如請求項13所述之方法，其中在該暴露之後，該玻璃基底基板包含一壓縮應力層，該壓縮應力層自該玻璃基底物件之該表面延伸至一壓縮深度，其中該壓縮應力層包含大於或等於100 MPa之一壓縮應力。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該壓縮深度為大於或等於75 μm。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該壓縮深度大於或等於0.05 t，其中t為該玻璃基底物件之厚度。
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