TWI576324B - 防裂縫及刮損玻璃及製造外殼 - Google Patents
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Description
本發明係關於鋁硼矽酸鹽玻璃以及作為電子裝置之玻璃外殼。
玻璃可被設計用在電子裝置,譬如電話,像是遊戲和音樂播放器等的娛樂裝置,和像是膝上型電腦的資訊終端器(IT)裝置。移動式裝置中蓋板玻璃破裂的主要原因是點的接觸或尖銳的撞擊。解決這個問題的方式是提供表框或類似的保護結構來固定並保護玻璃免於撞擊。尤其,表框可提供保護玻璃邊緣免於撞擊。蓋板玻璃邊緣對於直接的撞擊特別脆弱。加入表框會限制玻璃的使用在裝置內的扁平片,避免使用到利用玻璃類似結晶體外型的設計。
本發明提供玻璃和包含玻璃的移動式電子裝置外殼。
玻璃有一個起始破裂的低限值,足以抵擋直接的撞擊,磨損後保持的強度大於蘇打石灰和鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃,而且更能抵抗刮痕所受到的傷害。外殼包括電子裝置和資訊終端器裝置的蓋板、視窗、螢幕、觸控面板、框罩等。玻璃也可以應用在其他裝置,譬如汽車的擋風玻璃,這裡需要輕重量、高強度並可持久的玻璃。
據此,本發明揭示內容的第一特性方面是提供鋁硼矽酸鹽玻璃,包括選自鹼金屬氧化物和鹼土金屬氧化物所構成群組的至少一種改良劑。鋁硼矽酸鹽玻璃是可離子交換
的,顯示的比例是(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)>1。
本發明揭示內容的第二特性方面是提供鋁硼矽酸鹽玻璃。鋁硼矽酸鹽玻璃包含:60-72mol% SiO2;9-16mol% Al2O3;5-12mol% B2O3;8-16mol% Na2O;以及0-4mol% K2O,其中(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)>1,改良劑是選自鹼金屬氧化物和鹼土金屬氧化物所構成的群組。鋁硼矽酸鹽玻璃是可離子交換的。
本發明揭示內容的第三特性方面是提供電子裝置的玻璃外殼,玻璃外殼包含強化玻璃,當以Knoop鑽石在至少5N的負載下刻畫以形成寬度w的刮痕時,沒有大於寬度w三倍的裂痕。
在下列的說明中,相似的參考編號設計成在整個圖中顯示數個附圖的相似或對應部分。也應該要瞭解,除非特別標示,例如"頂端","底部","向外","向內"等這些詞只是方便用語,並不是作為限制用語。除此之外,當一個群組被描述成包含至少一個元素群組之一及其組合時,應該要瞭解群組可能包括那些元素的個別或互相組合重複個數。同樣地,當一個群組被描述成由至少一個元素群組之一及其組合構成時,應該要瞭解群組可能由那些元素的個別或互相組合重複個數構成。除非特別標示,當重複一個範圍的值時,包括範圍的上限和下限。
大致參考附圖,應該要瞭解這些圖只是用來作為說明
本發明的實施例中,而不是要用來限制本發明。附圖並不需要按比例,附圖之一些特性以及特定圖式為了清楚以及簡潔而按比例或示意性誇大地顯示。
玻璃目前已被設計用在電子裝置,譬如電話,和包括遊戲和音樂播放器等的娛樂裝置;像是膝上型電腦的資訊終端器(IT)裝置;和類似這些裝置固定式的型式。
在有些例子中,這種設計被限制在以表框保護的玻璃扁平片;亦即利用框邊來固定和保護某裝置中的玻璃視窗或蓋板。以表框固定位置的玻璃蓋板或視窗的範例顯示於圖1a。蓋板110放在表框120的框邊122,將蓋板110固定在裝置100的主體105上,保護蓋板110的邊緣112免於受到尖銳的撞擊。
為了利用這些裝置中玻璃視窗、蓋板等類似結晶體的外表,可以延伸此設計,使得玻璃突出於表框。"突出於表框"一詞意謂著玻璃從裝置的邊緣延伸,突出到上方,超出裝置的任何表框或框邊。圖1b顯示突出表框120的玻璃蓋板110範例,固定到裝置100的主體105。蓋板110的邊緣112延伸到主體105的邊緣107。
這種設計使用突出表框的蓋板或視窗的主要限制是玻璃蓋板110,尤其是邊緣112,無法抵擋直接的撞擊,因而必須以表框120保護玻璃蓋板110的邊緣112(圖1a)。
更者,突出表框120的玻璃蓋板110,由於暴露玻璃蓋板110的邊緣112,在處理和使用期間很有可能被刮痕。為了使用前述的新設計,玻璃蓋板因而必須比這些應用中
目前使用的玻璃更能抵擋直接的撞擊。更者,玻璃也必須抵擋刮痕,在刮痕或磨損之後應該有較高的保持強度。
電子裝置中譬如擋風玻璃或應用中,玻璃破裂的主要原因是點的接觸或尖銳的撞擊。為了作為這些應用中的蓋板玻璃或外殼,玻璃的起始破裂低限值負載必須高得足以抵擋直接的撞擊。壓縮應力下的玻璃表面層深度必須足以在受到刮痕或磨損時,提供較高保持強度,以及對損害增加的抵抗力。據此,本發明揭示內容提供更能阻擋尖銳撞擊和可以抵擋直接或點撞擊的玻璃或玻璃物件。這種玻璃物件包括擋風玻璃或玻璃外殼,譬如但不限定是用在電子裝置的蓋板、視窗、框罩、螢幕、觸控面板等。
玻璃外殼包括不會顯示側面損傷的強化玻璃,譬如但不限定是以Knoop鑽石在0.4mm/s速率下刮痕的缺口,使得Knoop鑽石尖端的前後緣之間的角度在5N的負載下是172°30’,在有些實施範例是以10N的負載。如這裡所用的,"缺口"是指使用譬如尖筆的物體刮痕玻璃表面時,從表面移除或彈出的玻璃碎片。如這裡所用的,"缺口"是指在玻璃刮痕,期間移除或彈出的玻璃碎片,或者是移除碎片時玻璃表面的區域。以後者的意義而言,"缺口"通常是指刮痕附近的壓痕。當這裡描述的玻璃被刮痕時,在刮痕軌跡(也就是Knoop鑽石形成的刮痕)兩邊側向延伸的區域上,並不會顯示缺口(也就是說不會產生碎片,或玻璃沒有碎片),形成的軌跡距離是d,是刮痕寬度w的兩倍,在其他實施例中,是刮痕寬度w的三倍。換句話
說,刮痕產生的缺口是限制在刮痕軌跡兩側邊界區域,這個區域的寬度不會超過刮痕寬度w的兩倍(在有些實施例中,不會超過刮痕寬度w的三倍)。在一個施例中,在有表框的那些例子中,玻璃外殼突出於表框,從裝置的邊緣從上方延伸,突出超過表框。在一個施例中,玻璃外殼的厚度範圍從約0.1mm以上到約2.0mm。在另一實施例中,玻璃外殼的厚度範圍從約0.1mm以上到約2.3mm,而又在其他實施範例,玻璃外殼的厚度可達到約5.0mm。
玻璃外殼對刮痕的抵抗性或反應顯示於圖2a。圖2a顯示的玻璃是先前技術的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃,其具有組成份66mol% SiO2,10.3mol% Al2O3,0.6mol% B2O3,14mol% Na2O,2.45mol% K2O,and 0.21mol% SnO2,在熔態KNO3鹽池中以410℃浸漬8小時,藉由離子交換來強化。圖2a顯示的是使用Knoop鑽石以0.4mm/s速率,在10N的負載下形成寬度w刮痕210的玻璃顯微影像。無數的缺口220沿著刮痕210形成,有些刮痕從缺口220延伸,距離d超過刮痕210寬度w的兩倍(2w)。對比於圖2a顯示玻璃的行為,這裡描述的玻璃外殼和玻璃對刮痕的反應顯示於圖2b。圖2b是代表這裡所描述的鋁硼矽酸鹽玻璃(64mol% SiO2,14.5mol% Al2O3,8mol% B2O3,11.5mol% Na2O,0.1mol% SnO2)顯微影像。圖2b顯示的玻璃在熔態KNO3鹽池中以410℃浸漬8小時,進行離子交換。圖2b顯示的玻璃的寬度w刮痕210是使用Knoop鑽石在10N的負載下形成。圖2b顯示的鋁硼矽酸鹽玻璃所形成的缺口220
明顯小於圖2a看到的。在圖2b中,缺口的形成限制在從刮痕210的邊緣212延伸到距離d的區域。在這種缺口發生的區域寬度d明顯小於2w。換句話說,大多數圖2b看到的缺口220延伸的距離d,小於刮痕210的寬度w。以0.4mm/s速率,在3N Vickers的負載下刮痕後,藉由環環測試所判斷的,失敗時玻璃保持至少30%的原始負載,在有些實施例中,失敗時玻璃保持至少50%的原始負載。
這裡描述的玻璃外殼包括在至少500gf壓痕負載下壓痕變形的強化玻璃,主要是藉由密實,而不是藉由剪力缺陷。在變形時,玻璃是沒有次表面缺陷,以及徑向和中央裂痕,因此比一般可離子交換的玻璃更能抵擋損害。此外,當玻璃以離子交換強化時,玻璃藉由剪力缺陷更能抵擋裂痕起始。在一個施例中,玻璃外殼包括離子交換的玻璃,有至少10公斤力(kgf)的Vicker中央/徑向裂痕起始低限值。在第二實施例中,玻璃外殼有至少20kgf的Vicker中央/徑向裂痕起始低限值,而在第三實施例中,玻璃外殼有至少30kgf的Vicker中央/徑向裂痕起始低限值。除非特別標明,Vicker中央/徑向裂痕起始低限值是藉著在室溫的50%相對濕度下測量中央/徑向裂痕的開始來決定。
在另一實施例中,玻璃外殼是不易碎的;亦即玻璃和包含玻璃外殼的玻璃在分裂時不會顯示強有力的破碎。這種強有力的破碎一般是指在沒有任何譬如塗層或黏著層的外部限制下,多個裂痕分支從玻璃外殼彈出或拋出小的玻璃
片和/或粒子。更明確地說,易碎的行為是指下列的至少一種:強化玻璃物件(譬如板或片)破裂成多個小片(譬如≦1mm);玻璃物件每個單位面積形成的裂片個數;至少一個碎片從其原始位置猛烈彈出特定的距離(譬如約5公分或2英吋);以及上述碎裂(尺寸和密度)、破裂和彈出行為的組合。假使沒有顯示出上述準則的行為,玻璃和包含玻璃外殼的玻璃就被視為是不易碎的。
可藉由此項技術已知的加熱或化學,強化玻璃和包含玻璃外殼的玻璃。在一個施例中,可藉著加熱玻璃到玻璃應變點和軟化點之間的溫度,接著冷卻到室溫來熱鍛鍊玻璃。在另一實施例中,是以離子交換化學強化玻璃,玻璃內的小型離子被從玻璃外表面延伸到表面下某個深度的層(一般稱為"深度層"或DOL)內的同價大型離子取代或"交換"。以大型離子取代小型離子會在層內產生壓縮應力。在一個施例中,金屬離子是單價的鹼金屬離子(譬如Na+,K+,Rb+),離子交換的完成可藉著將玻璃浸漬在包含至少一種大型離子的融態鹽(譬如KNO3,K2SO4,KCl等)浴中,以取代玻璃內的小型金屬離子(譬如Na+離子)。或者,譬如Ag+,Tl+,Cu+等其他單價的陽離子可以交換玻璃內的鹼金屬陽離子。可用來強化玻璃的離子交換處理過程包括,但不限定是浸漬在相同或不同成分的一個或多個池中,浸漬之間加上衝洗和/或退火步驟。
離子交換玻璃內呈現的壓縮應力層深度(深度層)可避免玻璃表面上的裂隙傳播。譬如蘇打石灰矽酸鹽玻璃和鹼
金屬鋁矽酸鹽玻璃在高剪力帶密度會變形。這種行為在非離子交換玻璃已知會造成裂隙成核和傳播。剪力缺陷形成和裂隙起始的範例顯示於圖3a和3b。圖3a和3b分別是尚未離子交換的蘇打石灰矽酸鹽玻璃1公斤力(kgf)Vicker壓痕305的頂部和側面(即橫斷面)圖。徑向裂隙310從Vicker壓痕305(圖3a)和剪力變形區域A延伸。而在玻璃的側面圖(圖3b)中可看到側面裂隙317、中央裂隙319,和次表面剪力缺陷315。剪力缺陷315可當作側面裂隙和中央裂隙317,319的起始位置。
離子交換玻璃的表面層所產生的壓縮應力可避免或減輕成核裂痕的傳播,但不會完全消除剪力變形。圖4是離子交換的蘇打石灰矽酸鹽玻璃1kgf Vicker壓痕的橫斷面圖,具有400MPa和13微米的深度層。雖然可減輕傳播,但仍然會藉由剪力機制發生變形,導致裂痕起始,如同在剪力變形區域A所看到的。壓縮層避免裂隙310遠從剪力變形區域A的成核位置延伸。在彎曲的負載下,次表面裂隙415克服了離子交換產生的壓縮應力,傳播到玻璃的中央伸拉區域,因而導致失敗。
為了改善超越目前可用離子交換玻璃的玻璃外殼機械性質,我們需要更能抵擋損害的玻璃。據此,這裡描述的玻璃外殼包括離子交換玻璃,藉由次表面剪力缺陷並不會顯示變形,而是當加以至少500gf的壓痕負載時,藉以密實顯示壓痕變形,使得裂隙/裂痕的起始更加困難。藉以緻密化變形的範例顯示於圖5a和5b,分別是尚未藉由離子交換
強化的鹼土鋁硼矽酸鹽玻璃(Corning公司製造的EAGLE XG)1公斤力(kgf)Vicker壓痕的頂部和側面圖。頂部圖(圖5a)沒有顯示從Vicker壓痕505延伸的徑向裂隙。如我們從橫截面圖(圖5b)看到的,玻璃主要是藉以密實變形(圖5b中的區域B),而不是剪力缺陷。30kgf Vicker壓痕的鋁硼矽酸鹽玻璃頂部圖,其成分是:64mol% SiO2,14.5mol% Al2O3,8mol% B2O3,11.5mol% Na2O,和0.1mol% SnO2;而在熔態KNO3鹽池中以410℃浸漬8小時,進行離子交換強化的玻璃顯示於圖6。以最大的負載,壓痕器尖端的深度約48微米。沒有徑向裂隙從Vicker壓痕605延伸。
這裡上述的密實機制歸因於玻璃結構內缺乏非橋接性氧(NBOs),高莫耳體積(至少27cm3/mol),和低的玻璃楊氏模數(小於約69Gpa)。在這裡描述的鋁硼矽酸鹽玻璃,可達到真正沒有非鏈結氧原子(無NBO)的結構,而且滿足關係式:(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)>1 (1)其中Al2O3和B2O3是中間玻璃形成劑,鹼金屬氧化物(譬如Li2O,Na2O,K2O,Rb2O,Cs2O)和鹼土金屬氧化物(譬如MgO,CaO,SrO,BaO)是改良劑。這種改良劑是故意或主動包含在玻璃成份內,但不代表是用來形成玻璃的批次材料中所呈現令人討厭的雜質。為了藉由以得到足夠的深度層和壓縮應力,最好是0.9<R2O/Al2O3<1.3。具有特定的壓縮應力和壓縮深度層,任何遵循式子(1)並包含鹼金屬離子(譬如Li+,Na+,K+)的任何可離子交換矽酸鹽玻璃成份,在離子交換後應該可以高度抵擋裂隙起始和裂隙傳播。在離子
交換之前,此種玻璃有至少500gf的Vickers中央/徑向裂隙起始低限值,而在一個施例中,玻璃有至少1000gf的Vickers中央/徑向裂隙起始低限值。
在一些實施例中,玻璃外殼主要是由強化玻璃所構成,在離子交換後,可以抵擋損害,譬如裂隙起始和裂隙傳播。
玻璃包括至少一種鹼金屬改良劑,比例是(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)>1,而且這裡的改良劑選自由鹼金屬氧化物和鹼土金屬氧化物構成的群組。在一些實施例中,(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)>1.45。當比例的值增加時,玻璃的損傷抵抗性也增加。
此外,比例的值增加或以B2O3替代Al2O3,會導致楊氏模數的減少。在一個施例中,鋁硼矽酸鹽玻璃的楊氏模數是小於約69Gpa。在一個施例中,鋁硼矽酸鹽玻璃的楊氏模數是小於約65GPa。在另一實施例中,鋁硼矽酸鹽玻璃的楊氏模數範圍從約57GPa到約69GPa。在另一實施例中,玻璃外殼的強化玻璃的壓縮應力至少約400MPa和深度層至少約15微米,在另一實施例中,至少約25微米,而又在另一實施例中,至少約30微米。
在一項特定實施例中,玻璃外殼主要是由經由離子交換所強化的可離子交換鋁硼矽酸鹽玻璃所構成。如這裡使用的,"可離子交換"意味著玻璃是可交換位在或接近玻璃表面的陽離子,無論是大型或小型的同價陽離子。在一項特定實施例中,鋁硼矽酸鹽玻璃包含:60-72mol% SiO2;9-16mol% Al2O3;5-12mol% B2O3;8-16mol% Na2O;以
及0-4mol% K2O,其中(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)>1,以及莫耳體積至少27cm3/mol。在有些實施例中,玻璃進一步包括0-5mol%的至少一種P2O5,MgO,CaO,SrO,BaO,ZnO,以及ZrO2。在其他實施例中,玻璃批料有0-2mol%至少一種選自包含Na2SO4,NaCl,NaF,NaBr,K2SO4,KCl,KF,KBr,以及SnO2群組的澄清劑。在一些實施例中,鋁硼矽酸鹽玻璃是真正沒有鋰,而在其他實施例中,鋁硼矽酸鹽玻璃是實質上沒有至少一種砷、銻,和鋇。在其他實施例中,鋁硼矽酸鹽玻璃是向下抽拉的,譬如槽孔抽拉、熔融抽拉、再抽拉等此項技術已知的處理,液相線黏滯係數至少是130千泊。
表1列出這裡描述的鋁硼矽酸鹽玻璃的各種成分。表1也包括這些玻璃成分測得的性質。使用Vickers鑽石壓痕器負載到表面,在玻璃內製造多個壓痕,來測量裂隙起始門檻。一直增加負載直到在玻璃表面觀察到從有壓痕痕跡的角落延伸的中央或徑向形成裂隙,大於50%的凹痕。表1列出樣本的裂隙起始低限值畫於圖7,作為玻璃樣本中Al2O3+B2O3-Na2O的函數。
表1中,樣本a,b,c和d並沒有非鏈結的氧原子;亦即Al2O3+B2O3=Na2O,或Al2O3+B2O3-Na2O=0(即(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)=1)。不論是使用B2O3或Al2O3來消耗這些樣本成分中Na2O改良劑產生的NBOs,所有以上的樣本都顯示低(譬如100-300gf)裂隙起始低限值。
然而在玻璃e和f中,藉由增加Al2O3的含量產生過多的B2O3,一方面減低鹼金屬氧化物改良劑的濃度。以e和f樣本而言,(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)>1。在這些樣本中,裂隙起始低限值神速增加,如圖7所示。
表3是這裡描述的鋁硼矽酸鹽玻璃非限定的例子,列出玻璃的成分和性質。當離子交換時,數種成分(34,35,36,37,38和39)有小於10kgf的裂隙起始低限值,因此超出本說明和附加聲明的範圍。表3列出的一項性質是熱膨脹係數(CTE),以1x10-7/℃為單位。CTE是在設計溫度改變時發展最小熱應力的裝置時考慮的一項因素。向下抽拉處理(譬如熔融抽拉和槽孔抽拉),最好有低的CTE,以最小化玻璃片扭曲。液相線溫度和對應的液相線黏滯係數(以kP(千泊)或MP(百萬泊)表示),對於使熱形成玻璃成為玻璃片或其他形狀是很重要的。以向下抽拉處理而言最好是液相線黏滯係數<130kP。200P溫度是玻璃黏性200泊的溫度,也是在製造玻璃以移除氣體夾雜物(澄清),和熔化任何剩餘的批料時一般使用的處理溫度。表3中欄位標示8和15hr的DOL和CS,分別是指在100% KNO3於410℃經過8和15小時的離子交換所產生壓縮深度層和表面壓縮應力。
為了維持所需要離子交換特性,總鹼金屬氧化物改良劑濃度應該等於Al2O3濃度以及所需要過多(Al2O3+B2O3)應該單獨地利用B2O3構成以提高裂縫初始負載。為了最佳離子交換,鋁硼矽酸鹽玻璃應該使(Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O)=Al2O3以達成最大壓應力以及層深度,過
多B2O3將改善損壞抵抗性。不過,過多B2O3含量應該對離子交換率保持平衡。對於深(例如≧20微米)離子交換,B2O3濃度應該小於例如Al2O3濃度。為了達成熔融缺陷例如未溶解批料或氣體雜質之最低值,最佳為R2O/Al2O3>1.0,以及優先在1.05≧R2O/Al2O3≧1.2。由於此將產生NBO,由R2O-Al2O3,已知R2O-Al2O3,足夠B2O3應該加入以消耗過多改良劑(即B2O3>R2O-Al2O3)以保持損壞抵抗性。更優先地,B2O3>2(R2O-Al2O3)。
可增加二價陽離子以降低鋁硼矽酸鹽玻璃的200P溫度,並消除像是未溶解和/或未熔化批料的缺陷。最好是較小的二價陽離子,譬如Mg2+,Zn2+等,因為在玻璃離子交換期間,會對發展的壓縮應力有較好的影響。較大型的二價陽離子,譬如Ca2+,Sr2+,和Ba2+,會減小離子交換速率和離子交換所達到的壓縮應力。同樣地,玻璃內呈現譬如Li+的小型單價陽離子,對於裂隙起始低限值有正面的效果,而譬如K+的大型離子則不太好。此外,雖然小量的K2O可以增加壓縮應力區的深度層,但高濃度的大型單價離子,譬如K+,則會減少壓縮應力,因此要限制在小於4%。
下列的例子顯示本發明揭示內容所描述玻璃的特徵和優點,但不是要限制本發明揭示內容或附加申請專利範圍。
這個範例的目的是要驗證玻璃在離子交換前裂隙的抵抗性,和離子交換後裂隙抵抗性的改善。抵抗裂隙的鋁硼矽酸鹽玻璃樣本在表1中具有成份e(64mol% SiO2,13.5
mol% Al2O3,9mol% B2O3,13.5mol% Na2O,0.1mol% SnO2),離子交換前的裂隙起始低限值是1100克的力(gf),在熔態KNO3鹽池中以410℃浸漬8小時進行離子交換,以達到深度層DOL和壓縮應力CS。Corning GORILLA?玻璃的樣本(一種鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃,成分是:66.4mol% SiO2;10.3mol% Al2O3;0.60mol% B2O3;4.0mol% Na2O;2.10mol% K2O;5.76mol% MgO;0.58mol% CaO;0.01mol% ZrO2;0.21mol% SnO2;和0.007mol% Fe2O3),離子交換前的裂隙起始低限值是300gf,在離子交換後,可接近匹配表1所列具有成份f樣本的壓縮應力和深度層。表2所列出的是成份f和GORILLA玻璃離子交換樣本的壓縮應力和深度層。
離子交換後,測量表1成份f和GORILLA玻璃樣本的Vickers裂隙起始負載。使用這裡先前描述的Vickers鑽石壓痕器來測量離子交換後的裂隙起始負載,並列示於表2。
表2列出的裂隙起始測試結果證實離子交換前較大的裂隙抵抗性,更可改善離子交換後的裂隙抵抗性。GORILLA玻璃樣本需要5,000-7,000gf的負載,以起始中央/徑向裂隙系統,而成份f樣本需要大於30,000gf,或需要4-6倍GORILLA玻璃起始這種裂隙的負載以起始中央/徑向裂隙系統。當壓痕負載超過測得的裂隙起始負載時,GORILLA玻璃樣本會碎成數片,而且在所有的情況,負載超過10,000gf那點,會觀察到斷裂。相對地,成份f樣本在任何研究的壓痕負載(3,000gf直到30,000gf)下都不會斷裂。
雖然一般實施例已加以揭示作為說明用途,先前一般性說明並不應該視為限制本發明之範圍。因而,業界熟知此技術者瞭解本發明各項變化而並不會脫離本發明之精神及範圍。
100‧‧‧裝置
105‧‧‧主體
110‧‧‧蓋板
112‧‧‧邊緣
120‧‧‧表框
122‧‧‧框邊
210‧‧‧刮痕
212‧‧‧邊緣
220‧‧‧缺口
305‧‧‧Vicker壓痕
310‧‧‧徑向裂隙
315‧‧‧剪力缺陷
317‧‧‧側面裂隙
319‧‧‧中央裂隙
415‧‧‧次表面裂隙
505‧‧‧Vicker壓痕
605‧‧‧Vicker壓痕
圖1a為藉由表框固定在適當位置玻璃蓋板之示意圖。
圖1b為突出表框的玻璃蓋板示意圖。
圖2a為具有在10N的負載下使用Knoop鑽石形成刮痕之離子交換鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃的顯微圖。
圖2b為具有在10N的負載下使用Knoop鑽石形成刮痕之離子交換鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃的顯微圖。
圖3a為並不作離子交換蘇打石灰矽酸鹽玻璃中1公斤力(kgf)Vicker壓痕305的頂視圖。
圖3b為並不作離子交換蘇打石灰矽酸鹽玻璃中1公斤力(kgf)Vicker壓痕305的側視圖或斷面圖。
圖4為離子交換蘇打石灰矽酸鹽玻璃中1公斤力(kgf)
Vicker壓痕的側視圖或斷面圖。
圖5a為並不作離子交換鋁矽酸鹽玻璃中1公斤力(kgf)Vicker壓痕的頂視圖。
圖5b為並不作離子交換鋁矽酸鹽玻璃中1公斤力(kgf)Vicker壓痕的側視圖或斷面圖。
圖6為離子交換鋁矽酸鹽玻璃中30公斤力(kgf)Vicker壓痕的頂視圖。
圖7為Al2O3+B2O3-Na2O函數關係之鋁硼矽酸鹽玻璃中量測之裂縫初始低限曲線圖。
100‧‧‧裝置
105‧‧‧主體
110‧‧‧蓋板
112‧‧‧邊緣
120‧‧‧表框
122‧‧‧框邊
Claims (45)
- 一種鋁硼矽酸鹽玻璃,該鋁硼矽酸鹽玻璃包括選自鹼金屬氧化物和鹼土金屬氧化物所構成之群組的至少一種改良劑,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃是可離子交換的,以及其中比例為(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)>1,其中Al2O3(mol%)>B2O3(mol%),其中該改良劑包含Na2O,以及選擇性地包含一個或多個除了Na2O與Li2O外的鹼金屬氧化物及一個或多個鹼土金屬氧化物,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃具有小於約69GPa的楊氏模數,其中該玻璃不含鋰,以及其中-5.7mol%<Σ改良劑-Al2O3<2.99mol%。
- 依據申請專利範圍第1項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃為一強化之鋁硼矽酸鹽玻璃。
- 依據申請專利範圍第2項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該強化之鋁硼矽酸鹽玻璃為一離子交換之鋁硼矽酸鹽玻璃。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該離子交換之鋁硼矽酸鹽玻璃具有至少10kgf的Vickers中央/徑向裂痕起始低限值。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該離子交換之鋁硼矽酸鹽玻璃具有至少20kgf的Vickers中央/徑向裂痕起始低限值。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該離子交換之鋁硼矽酸鹽玻璃具有至少30kgf的Vickers中央/徑向裂痕起始低限值。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中當施以至少500gf的壓痕負載至該離子交換之鋁硼矽酸鹽玻璃時,該離子交換之鋁硼矽酸鹽玻璃呈現出由於密實變形之壓痕變形以及不含次表面剪力斷層。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該離子交換之鋁硼矽酸鹽玻璃具有至少約為400MPa的壓縮應力以及至少約為15微米的層深度。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該離子交換之鋁硼矽酸鹽玻璃實質上係非易碎的。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中當以一Knoop鑽石在至少5N的負載下在該離子交換之鋁硼矽酸鹽玻璃形成寬度w的刮痕時,該離子交換之鋁硼矽酸鹽玻璃沒有延伸過大於寬度w二倍的側面損傷。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃具有至少為500gf的Vickers中央/徑向裂痕起始低限值。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中當施以至 少500gf的壓痕負載至該鋁硼矽酸鹽玻璃時,該鋁硼矽酸鹽玻璃呈現出由於密實變形之壓痕變形以及不含次表面剪力斷層。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該玻璃之莫耳體積至少為27cm3/mol。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)>1.45。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃包含:60-72mol% SiO2;9-16mol% Al2O3;5-12mol% B2O3;8-16mol% Na2O;以及0-4mol% K2O,其中8≦Na2O+K2O≦18。
- 依據申請專利範圍第15項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃不含砷、銻、和鋇之至少一者。
- 依據申請專利範圍第15項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃為可向下抽拉的。
- 依據申請專利範圍第15項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃之液相線黏滯係數至少為130千泊。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃不含非橋接性氧。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃之厚度在約0.1mm至高達約2.0mm的範圍內。
- 依據申請專利範圍第2或3項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃係強化玻璃以及形成用於一電子裝置之一外殼的至少一部分。
- 一種鋁硼矽酸鹽玻璃,該鋁硼矽酸鹽玻璃包括:60-72mol% SiO2;9-16mol% Al2O3;5-12mol% B2O3;8-16mol% Na2O;以及0-4mol% K2O,其中(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)>1,其中該改良劑包含上述的Na2O與K2O,以及選擇性地包含一個或多個除了Na2O、K2O與Li2O外的鹼金屬氧化物及一個或多個鹼土金屬氧化物,以及其中該鋁硼矽酸鹽玻璃係不含鋰的、為可離子交換的,以及具有小於約69GPa的楊氏模數,以及其中-5.7mol%<Σ改良劑-Al2O3<2.99mol%。
- 依據申請專利範圍第22項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中當該鋁硼矽酸鹽玻璃進行離子交換時,該鋁硼矽酸鹽玻璃具有至少10kgf的Vickers中央/徑向裂痕起始低限值。
- 依據申請專利範圍第23項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中當該鋁硼矽酸鹽玻璃進行離子交換時,該鋁硼矽酸鹽玻璃具有至少20kgf的Vickers中央/徑向裂痕起始低限值。
- 依據申請專利範圍第23項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中當該鋁硼矽酸鹽玻璃進行離子交換時,該鋁硼矽酸鹽玻璃具有至少30kgf的Vickers 中央/徑向裂痕起始低限值。
- 依據申請專利範圍第22-25項之任何一項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中當施以至少500gf的壓痕負載至該鋁硼矽酸鹽玻璃時,該鋁硼矽酸鹽玻璃呈現出由於密實變形之壓痕變形以及不含次表面剪力斷層。
- 依據申請專利範圍第22-25項之任何一項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃具有至少500gf的Vickers中央/徑向裂痕起始低限值。
- 依據申請專利範圍第22-25項之任何一項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該玻璃之莫耳體積至少為27cm3/mol。
- 依據申請專利範圍第22-25項之任何一項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中當該鋁硼矽酸鹽玻璃進行離子交換時,該鋁硼矽酸鹽玻璃具有至少約為400MPa的壓縮應力以及至少約為15微米的層深度。
- 依據申請專利範圍第22-25項之任何一項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中當該鋁硼矽酸鹽玻璃進行離子交換時,該鋁硼矽酸鹽玻璃係非易碎的。
- 依據申請專利範圍第22-25項之任何一項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中當該鋁硼矽酸鹽玻璃進行離子交換時,當以一Knoop鑽石在至少5N的負載下在該鋁硼矽酸鹽玻璃形成寬度w的刮痕時,該鋁硼矽酸鹽玻璃沒有尺寸大於該刮痕寬度w二倍的碎片。
- 依據申請專利範圍第22-25項之任何一項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃係離子交換的。
- 依據申請專利範圍第22-25項之任何一項之鋁硼矽酸鹽玻璃,其中該離子交換之鋁硼矽酸鹽玻璃形成用於一電子裝置之一外殼的至少一部分。
- 一種作為電子裝置之玻璃外殼,該玻璃外殼包含一強化之玻璃,當以一Knoop鑽石在至少5N的負載下在該強化之玻璃上形成寬度w的刮痕時,該強化之玻璃沒有尺寸大於寬度w的二倍的碎片,其中該強化之玻璃係一強化的鋁硼矽酸鹽玻璃,其包含:60-72mol% SiO2;9-16mol% Al2O3;5-12mol% B2O3;8-16mol% Na2O;以及0-4mol% K2O,以及其中比例為(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/Σ改良劑(mol%)>1,以及其中該改良劑包含上述的Na2O與K2O,以及選擇性地包含一個或多個除了Na2O、K2O與Li2O外的鹼金屬氧化物及一個或多個鹼土金屬氧化物,以及其中該強化之玻璃係不含鋰的。
- 依據申請專利範圍第34項之玻璃外殼,其中該玻璃外殼具有至少20kgf的Vickers中央/徑向裂痕起始低限值。
- 依據申請專利範圍第35項之玻璃外殼,其中該玻璃外殼具有至少30kgf的Vickers中央/徑向裂痕起始低限值。
- 依據申請專利範圍第34-36項之任何一項之玻璃外殼,其中當施以 至少500gf的壓痕負載至該玻璃外殼時,該玻璃外殼呈現出由於密實變形之壓痕變形以及不含次表面剪力斷層。
- 依據申請專利範圍第34-36項之任何一項之玻璃外殼,其中該玻璃外殼係安置相鄰於一表框,以及其中該玻璃外殼係突出該表框。
- 依據申請專利範圍第34-36項之任何一項之玻璃外殼,其中該強化之鋁硼矽酸鹽玻璃藉由離子交換強化。
- 依據申請專利範圍第34-36項之任何一項之玻璃外殼,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃不含砷、銻、和鋇之至少一者。
- 依據申請專利範圍第34-36項之任何一項之玻璃外殼,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃為可向下抽拉的。
- 依據申請專利範圍第34-36項之任何一項之玻璃外殼,其中該鋁硼矽酸鹽玻璃之液相線黏滯係數至少為130千泊。
- 依據申請專利範圍第34-36項之任何一項之玻璃外殼,其中該強化玻璃之莫耳體積至少為27cm3/mol。
- 依據申請專利範圍第34-36項之任何一項之玻璃外殼,其中該玻璃外殼為未屏蔽的,以及向下掉落1m於一表面上仍可倖存(survive),該表面的粗糙度大於或等於混凝土。
- 依據申請專利範圍第34-36項之任何一項之玻璃外殼,其中當以一尖銳物體直接衝擊該玻璃外殼時,該玻璃外殼不會產生次表面斷層以 及徑向以及中央裂縫。
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