TWI672278B - 玻璃組合物多級化學強化方法 - Google Patents
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- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
- C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
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Abstract
用於製造化學強化玻璃之方法以及該方法所製造的化學強化玻璃。化學強化玻璃適合使用作為觸控顯示器之高強度覆蓋玻璃、太陽能電池覆蓋玻璃以及積層安全玻璃，並且可在更短的時間內製造。
Description
本發明是關於一種用於製造化學強化玻璃之方法、以及該化學強化玻璃的應用與使用。
化學強化玻璃一般係因玻璃組成物和用以製造該玻璃的化學強化製程之故而都比退火玻璃明顯更強。這種化學強化製程可用以強化所有尺寸和形狀的玻璃，而不產生光學失真，其使得能夠生產無法被熱回火的薄、小及形狀複雜的玻璃樣品。這些特性已經使得化學強化玻璃(更具體的是化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃)成為用於消費性行動電子裝置(例如智慧型電話、平板電腦與記事本)的一種受歡迎且為廣泛使用的選擇。
化學強化製程一般包括離子交換製程。在這種離子交換製程中，玻璃是被置於熔融鹽中，熔融鹽含有離子半徑比存在於玻璃中的離子更大的離子，使得存在於玻璃中的較小離子會被來自加熱溶液中的較大離子取代。一般而言，在熔融鹽中的鉀離子會取代存在於玻璃中的較小的鈉離子。這種由加熱溶液中較大鉀離子對玻璃中較小鈉離子的取代會導致在玻璃兩側表面上形成一壓縮應力層、以及形成夾在壓縮應力層之間的一中央張力區。中央張力區的張
應力(CT，一般是以百萬帕(MPa)表示)係與壓縮應力層的壓縮應力(CS，一般亦以百萬帕表示)及以下列方程式所表示的壓縮層深度(DOL)有關：CT=CS×DOL/(t-2DOL)其中t為玻璃的厚度。
為作為觸控顯示器覆蓋玻璃之用，需要增加玻璃對刮傷與衝擊破壞的抵抗性。這可藉由增加壓縮應力與壓縮應力層的深度而達成。然而，一般都難以同時得到高壓縮應力與壓縮應力層的深度。
化學強化製程的歷時是化學強化玻璃製造成本中的關鍵因子。一般而言，離子交換製程的歷時必須加長，以增加壓縮應力層的深度。然而，增加離子交換時間則會導致壓縮應力降低。
通常也會需要較短的離子交換時間。離子交換時間越短，產線與製程就更有競爭力。離子交換時間是由反應溫度與離子擴散速率所控制。降低溫度可避免玻璃翹曲，但會導致離子交換時間增加。將玻璃片加熱至高於一般溫度範圍410-420℃之溫度可增加離子擴散速率，但一般會導致玻璃的翹曲與結構鬆弛，接著會導致壓縮應力降低。因此，雖然在較高溫度下進行離子交換製程可能縮短離子交換時間，也會產生其他不想要的結果。
業界中常用以化學強化玻璃的方法是將離子交換反應溫度維持在380℃與450℃之間，然後改變離子交換時間，以得到需要的壓縮應力和壓縮應力層深度。然而，這種方法不僅增加生產成本且降低產能，也無法得到理想表面壓縮強度和壓縮應力層深度。舉例而言，需要花費6至8小時來得到CS800NPa且DOL40μm的強化玻璃。玻璃組合物、離子交換反應的活化能、離子交換速率、離子交換溫度、以及熔融鹽濃度全部都會影響化學強化製程。
隨著化學強化玻璃的組合物變得越來越嚴格要求，便需要以較短的離子交換時間產製具有高CS和高DOL的玻璃。
根據數個例示具體實施例，本發明提供一種用於製造化學強化玻璃的方法。
根據數個例示具體實施例，該方法包括將玻璃浸沒於在一第一溫度下的一熔融鹽浴中；藉由離子交換化學強化該玻璃，同時使該熔融鹽浴保持在該第一溫度下達一第一歷時；以一第一變化速率將該熔融鹽浴的溫度從該第一溫度改變為一第二溫度；及藉由離子交換化學強化該玻璃，同時使該熔融鹽浴保持在該第二溫度下達一第二歷時。根據這些具體實施例，(a)該第一溫度與該第一歷時，及(b)該第二溫度與該第二歷時中其一是在該玻璃的玻璃轉換溫度以下約160℃至約50℃，或約160℃至約140℃，且是介於約10分鐘至約20分鐘，或約12分鐘至約17分鐘。同樣根據這些具體實施例，(a)該第一溫度與該第一歷時，及(b)該第二溫度與該第二歷時中另一者是在該玻璃的玻璃轉換溫度以下約230℃至約165℃，或約230℃至約190℃，且是介於約1秒至約3.2小時，或介於約1秒至約40分鐘。另外根據這些具體實施例，該第一變化速率是介於約1.0℃/min至約5.0℃/min、介於約1.0℃/min至約4.0℃/min或介於約1.25℃/min至約3.0℃/min。
根據數個例示具體實施例，所述用於製造化學強化玻璃之方法進一步包括：以一第二變化速率將該熔融鹽浴從該第二溫度改變為一第三溫度；及藉由離子交換化學強化該玻璃，同時使該熔融鹽浴保持在該第三溫度下達一
第三歷時。根據所述用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的第三溫度和第三歷時是在該玻璃的玻璃轉換溫度以下約230℃至約165℃、或約230℃至約190℃，且介於約1秒至約3.2小時、或介於約1秒至約40分鐘。進一步根據這些具體實施例，該第二變化速率是介於約1.0℃/min至約5.0℃/min、或介於約1.0℃/min至約4.0℃/min、或介於約1.25℃/min至約3.0℃/min。
根據數個例示具體實施例，該方法包括將玻璃浸沒於在一第一溫度下的一熔融鹽浴中；藉由離子交換化學強化該玻璃，同時使該熔融鹽浴保持在該第一溫度下達一第一歷時；以介於約1.0℃/min至約5.0℃/min、介於約1.0℃/min至約4.0℃/min、或介於約1.25℃/min至約3.0℃/min的一第一變化速率將該熔融鹽浴的溫度從該第一溫度改變為一第二溫度；及藉由離子交換化學強化該玻璃，同時使該熔融鹽浴保持在該第二溫度下達一第二歷時。根據這些具體實施例，(a)該第一溫度與該第一歷時、及(b)該第二溫度與該第二歷時中其一係介於約460℃至約570℃、或介於約460℃至約480℃，以及約10分鐘至約20分鐘、或約12分鐘至約17分鐘。根據這些具體實施例，(a)該第一溫度與該第一歷時、及(b)該第二溫度與該第二歷時中另一者係介於約390℃至約455℃、或介於約390℃至約430℃，以及約1秒至約3.2小時、或約1秒至約40分鐘。
根據數個例示具體實施例，所述用於製造化學強化玻璃之方法進一步包括：以一第二變化速率將該熔融鹽浴的溫度從該第二溫度改變為一第三溫度；及藉由離子交換化學強化該玻璃，同時使該熔融鹽浴保持在該第三溫度下達一第三歷時。根據所述用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴之該第三溫度及該第三歷時係介於約390℃至約455℃、或介於
約390℃至約430℃，介於約1秒至約3.2小時、或介於約1秒至約40分鐘。進一步根據這些具體實施例，該第二變化速率係介於約1.0℃/min至約5.0℃/min、或介於約1.0℃/min至約4.0℃/min、或介於約1.25℃/min至約3.0℃/min。
根據所述用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽包括KNO3。根據數個例示具體實施例，該化學強化玻璃具有介於約800MPa至約925MPa、或介於約850MPa至約925MPa之壓縮應力。根據數個例示具體實施例，該化學強化玻璃具有之壓縮應力層的深度係介於約20μm至約45μm。根據數個例示具體實施例，該玻璃具有之一玻璃轉換溫度係介於約610℃至約630℃。
第1圖為根據本揭露一例示具體實施例之化學強化方法中之溫度對時間關係圖。
第2圖為根據本揭露一例示具體實施例之化學強化方法中之溫度對時間關係圖。
第3圖為根據本揭露一例示具體實施例之化學強化方法中之溫度對時間關係圖。
第4圖為根據本揭露一例示具體實施例之化學強化方法中之溫度對時間關係圖。
第5圖為根據本揭露一例示具體實施例之化學強化方法中之溫度對時間關係圖。
用傳統的化學強化方法是維持介於410℃至約420℃之固定的離子交換溫度。相較之下，已經發現到可藉由將玻璃浸沒在溫度介於玻璃的玻璃轉換溫度(Tg)以下約160℃至約50℃、或160℃至約140℃之熔融鹽浴中達約10分鐘至約20分鐘、或約12分鐘至約17分鐘之歷時來增加玻璃的壓縮應力(CS)和壓縮應力層深度(DOL)。同樣地，當玻璃轉換溫度(Tg)為約620℃時，已經發現到可藉由將玻璃浸沒在溫度介於約460℃至約570℃、或460℃至約480℃之熔融鹽浴中達約10分鐘至約20分鐘、或約12分鐘至約17分鐘之歷時來增加玻璃的壓縮應力(CS)和壓縮應力層深度(DOL)。
這種方法的好處是，可大大減少離子交換製程的總集合時間，同時使壓縮應力(CS)增加至介於800MPa至約925MPa、或介於約850MPa至約925MPa之範圍，並使壓縮應力層的深度(DOL)增加至介於約20μm至約45μm之範圍。此一處理時間的減少可節省時間與金錢，同時使因長時間的離子交換所致之CS減少量達最小化。然而，當溫度被維持在介於玻璃的玻璃轉換溫度(Tg)以下約160℃至約50℃、或160℃至約140℃，或介於約460℃至約570℃、或460℃至約480℃達20分鐘以上時，則會發生翹曲。此外，若溫度被維持在介於玻璃的玻璃轉換溫度以下約160℃至約50℃、或160℃至約140℃，或介於約460℃至約570℃、或460℃至約480℃不足10分鐘時，則無法顯著減少處理時間。
在數個例示具體實施例中，本發明提供了用於製造具有高壓縮應力(CS)和高壓縮應力層深度(DOL)的化學強化玻璃之方法。高CS與高DOL是經由化學強化製程而得，其中在玻璃上的鈉離子會被較大的鉀離子所取代。具有高CS和高DOL的玻璃表面產生了可抗刮傷及抵抗增加的外部衝擊力的強玻璃。根據數個例示具體實施例，該化學強化玻璃具有之CS係介於約800MPa至約
925MPa、或介於約850MPa至約925MPa。根據數個例示具體實施例，該化學強化玻璃具有之DOL係介於約20μm至約45μm、或介於約20μm至約41μm、或介於約21μm至約29μm。在數個例示具體實施例中，該化學強化玻璃具有至少為800MPa之CS及至少為40μm之DOL。在數個例示具體實施例中，該化學強化玻璃具有至少為900MPa之CS及至少為20μm之DOL。
根據數個例示具體實施例，提供了一種利用多級溫度控制製程來製造化學強化玻璃的方法，以在比傳統離子交換製程之相對短的時間製造出具有高CS與高DOL的玻璃。根據數個例示具體實施例，該玻璃是藉由離子交換達約0.3小時至約5小時、約0.5小時至約4小時、或約0.5小時至約2小時而化學強化。
根據數個例示具體實施例，本文所述方法係於離子交換製程中改變(亦即增加或降低)熔融鹽浴的溫度。根據數個例示具體實施例，玻璃樣品被浸沒於在一第一溫度下之一熔融鹽浴中達一第一歷時，以藉由離子交換、同時保持該第一溫度而化學強化該玻璃。接著，以一第一變化速率使熔融鹽浴的溫度從該第一溫度改變為一第二溫度。在此時，該玻璃係藉由離子交換、同時使該溫度保持為該第二溫度達一第二歷時而進一步化學強化。根據數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的溫度係以一第二變化速率從該第二溫度改變至一第三溫度。該玻璃係藉由離子交換、同時使該溫度保持為該第三溫度達一第三歷時而進一步化學強化。
根據數個例示具體實施例，每一組溫度和歷時都是連結的。用語「(a)該第一溫度與該第一歷時、及(b)該第二溫度與該第二歷時中其一」是表示該第一溫度與該第一歷時及該第二溫度與該第二歷時之組合中其一。用語「(a)該第一溫度與該第一歷時、及(b)該第二溫度與該第二歷時中另一者」是指不包
含在用語「其一」中之成對的該第一溫度與該第一歷時及該第二溫度與該第二歷時。因此，用語「其一」是在溫度與歷時之兩種選項中選擇其中一種，而用語「另一者」必然是描述之前沒有被用語「其一」所選擇之另一對溫度與歷時。
根據數個例示具體實施例，(a)該第一溫度與該第一歷時、及(b)該第二溫度與該第二歷時中其一是在該玻璃的玻璃轉換溫度以下約160℃至約50℃、或介於該玻璃的玻璃轉換溫度以下約160℃至約140℃，且是介於約10分鐘至約20分鐘、或約12分鐘至約17分鐘。若該第一溫度與該第一歷時、及該第二溫度與該第二歷時兩者都是在該玻璃的玻璃轉換溫度以下約160℃至約50℃、或約160℃至約140℃，且是介於約10分鐘至約20分鐘、或約12分鐘至約17分鐘，則會發生翹曲。然而，若該第一溫度與該第一歷時、及該第二溫度與該第二歷時都不是在該玻璃的玻璃轉換溫度以下約160℃至約50℃、或約160℃至約140℃，不是在介於約10分鐘至約20分鐘、或約12分鐘至約17分鐘，就不會發生提高熔融鹽溫度至高於410℃至420℃的一般離子交換溫度範圍之優點。
應理解可集合在一給定溫度下的一或多個歷時。舉例而言，若一第一溫度是在玻璃的玻璃轉換溫度以下約160℃至約50℃、或約160℃至約140℃，且達約6分鐘之歷時，而一第二之不同溫度係介於玻璃的玻璃轉換溫度以下約160℃至約50℃、或約160℃至約140℃，且達約6分鐘之歷時，則這些歷時的集合可滿足「(a)該第一溫度與該第一歷時、以及(b)該第二溫度與該第二歷時中其一是介於玻璃的玻璃轉換溫度以下約160℃至約50℃、或約160℃至約140℃，且是介於約10分鐘至約20分鐘、或介於約12分鐘至約17分鐘」。這是因為在所述範圍內的兩個溫度歷時可有效地集合以產生等同或類似的效果。
根據數個例示具體實施例，每一組溫度和歷時都是連結的。根據
數個例示具體實施例，(a)該第一溫度與該第一歷時、及(b)該第二溫度與該第二歷時中其一係介於約460℃至約570℃、或介於約460℃至約480℃，以及約10分鐘至約20分鐘、或約12分鐘至約17分鐘。如果第一溫度與第一歷時、以及第二溫度與第二歷時兩者都是介於約460℃至約570℃、或介於約460℃至約480℃，以及約10分鐘至約20分鐘、或約12分鐘至約17分鐘，則會發生翹曲。然而，如果第一溫度與第一歷時、以及第二溫度與第二歷時兩者都沒有介於約460℃至約570℃、或介於約460℃至約480℃，不是約10分鐘至約20分鐘、或約12分鐘至約17分鐘，就不會發生提高熔融鹽溫度至高於410℃至420℃之一般溫度範圍之優點。
在本文所述方法中，係穩定地使用含鹼性金屬氧化物的鋁矽酸鹽玻璃樣品，例如第二代大猩猩玻璃(Gorilla® glass 2)，作為玻璃樣品，其可自康寧公司商業取得。除氧化鋁(Al2O3)與二氧化矽(SiO2)以外，玻璃樣品一般還含有一或多種鹼金屬成分。舉例而言，玻璃樣品可包含例如氧化鈉(Na2O)之鹼金屬氧化物。Na2O是提供鈉離子的成分，其於離子交換製程中主要會被鉀離子所取代。根據數個例示具體實施例，玻璃轉換溫度(Tg)是介於約610℃至約630℃，介於約615℃至約625℃，或約620℃。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該玻璃是藉由在一第一溫度下浸沒於一熔融鹽浴中而離子交換，其中該熔融鹽浴包括一或多種鹼性金屬成分。根據數個例示具體實施例，該熔融鹽浴包括硝酸鉀(KNO3)。
在離子交換期間，玻璃樣品中原本含有的鹼金屬氧化物的鹼性金屬離子會被熔融鹽浴中具有較大離子半徑的鹼性金屬離子取代。因此，舉例而
言，玻璃樣品中所含之鈉離子(Na+)會被來自熔融鹽浴的鉀離子(K+)取代。結果為，在該玻璃的表面層部分處形成了具有壓縮應力之層。同時，在玻璃樣品的較深層部分處形成了具有張應力之層，以平衡內部應力。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，熔融鹽浴的第一溫度是介於約390℃至約455℃，或介於約390℃至約430℃。根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，熔融鹽浴的第一溫度是介於約460℃至約570℃，或介於約460℃至約480℃。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的第一溫度是維持達介於1秒至約3.2小時、介於約1秒至約40分鐘、介於約10分鐘至約20分鐘、或介於約12分鐘至約17分鐘之一第一歷時。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，在該玻璃已經被浸沒於該第一溫度下之該熔融鹽浴達該第一歷時之後，該熔融鹽浴的溫度係改變(例如升高或降低)至一第二溫度。根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴是以介於約1.0℃/min至約5.0℃/min、或介於約1.0℃/min至約4.0℃/min、或介於約1.25℃/min至約3.0℃/min之一變化速率而升高或降低至該第二溫度。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，熔融鹽浴的第二溫度是介於約390℃至約455℃，或介於約390℃至約430℃。根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，熔融鹽浴的第二溫度是介於約460℃至約570℃，或介於約460℃至約480℃。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的第二溫度是維持達介於1秒至約3.2小時、介於約1秒至約40分鐘、介於
約10分鐘至約20分鐘、或介於約12分鐘至約17分鐘之一第二歷時。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該方法包括將玻璃浸沒於一第一溫度下之一熔融鹽浴中，藉由將該熔融鹽浴維持在該第一溫度下達一第一歷時進行離子交換而化學強化該玻璃；以一第一變化速率，使該熔融鹽浴的溫度從該第一溫度改變至一第二溫度；以及將該熔融鹽浴維持在該第二溫度下達一第二歷時進行離子交換而化學強化該玻璃。根據這些具體實施例，第一溫度與第一歷時是介於玻璃的玻璃轉換溫度以下約160℃至約50℃、或約160℃至約140℃，且是介於約10分鐘至約20分鐘、或介於約12分鐘至約17分鐘。同時根據這些具體實施例，第二溫度與該第二歷時是在該玻璃的玻璃轉換溫度以下約230℃至約165℃、或約230℃至約190℃，且是介於約1秒至約3.2小時、或介於約1秒至約40分鐘。此外，根據這些具體實施例，該第一變化速率是介於約1.0℃/min至約5.0℃/min、或介於約1.0℃/min至約4.0℃/min、或介於約1.25℃/min至約3.0℃/min。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該方法包括將玻璃浸沒於一第一溫度下之一熔融鹽浴中，藉由將該熔融鹽浴維持在該第一溫度下達一第一歷時進行離子交換而化學強化該玻璃；以一第一變化速率，使該熔融鹽浴的溫度從該第一溫度改變至一第二溫度；以及將該熔融鹽浴維持在該第二溫度下達一第二歷時進行離子交換而化學強化該玻璃。根據這些具體實施例，第一溫度與第一歷時是介於玻璃的玻璃轉換溫度以下約230℃至約165℃、或約230℃至約190℃，且是介於約1秒至約3.2小時、或介於約1秒至約40分鐘。同時，根據這些具體實施例，第二溫度與第二歷時是介於玻璃的玻璃轉換溫度以下約160℃至約50℃、或約160℃至約140℃，且是介於約10分鐘至約
20分鐘、或介於約12分鐘至約17分鐘。此外，根據這些具體實施例，該第一變化速率是介於約1.0℃/min至約5.0℃/min、或介於約1.0℃/min至約4.0℃/min、或介於約1.25℃/min至約3.0℃/min。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該方法包括將玻璃浸沒於一第一溫度下之一熔融鹽浴中，藉由將該熔融鹽浴維持在該第一溫度下達一第一歷時進行離子交換而化學強化該玻璃；以介於約1.0℃/min至約5.0℃/min、或介於約1.0℃/min至約4.0℃/min、或介於約1.25℃/min至約3.0℃/min之一第一變化速率，使該熔融鹽浴的溫度從該第一溫度改變至一第二溫度；以及將該熔融鹽浴維持在該第二溫度下達一第二歷時進行離子交換而化學強化該玻璃。根據這些具體實施例，該第一溫度與該第一歷時是介於約460℃至約570℃，或介於約460℃至約480℃，以及介於約10分鐘至約20分鐘、或介於約12分鐘至約17分鐘。同樣根據這些具體實施例，該第二溫度與該第二歷時是介於約390℃至約455℃，或介於約390℃至約430℃，以及介於約1秒至約3.2小時、或介於約1秒至約40分鐘。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該方法包括將玻璃浸沒於一第一溫度下之一熔融鹽浴中，藉由將該熔融鹽浴維持在該第一溫度下達一第一歷時進行離子交換而化學強化該玻璃；以介於約1.0℃/min至約5.0℃/min、或介於約1.0℃/min至約4.0℃/min、或介於約1.25℃/min至約3.0℃/min之一第一變化速率，使該熔融鹽浴的溫度從該第一溫度改變至一第二溫度；以及將該熔融鹽浴維持在該第二溫度下達一第二歷時進行離子交換而化學強化該玻璃。根據這些具體實施例，該第一溫度與該第一歷時是介於約390℃至約455℃，或介於約390℃至約430℃，以及介於約1秒至約3.2小時、或
介於約1秒至約40分鐘。同樣根據這些具體實施例，該第二溫度與該第二歷時是介於約460℃至約570℃，或介於約460℃至約480℃，以及介於約10分鐘至約20分鐘、或介於約12分鐘至約17分鐘。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，在該玻璃已經被浸沒於該第二溫度下之該熔融鹽浴達該第二歷時之後，該熔融鹽浴的溫度係改變(例如升高或降低)至一第三溫度。根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的溫度是以介於約1.0℃/min至約5.0℃/min、或介於約1.0℃/min至約4.0℃/min、或介於約1.25℃/min至約3.0℃/min之一變化速率而升高或降低至該第三溫度。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的第三溫度是介於約390℃至約455℃，或介於約390℃至約430℃。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的第三溫度被維持達介於約1秒至約3.2小時之一第三歷時。
熟習該領域技術之人士將理解，在該熔融鹽浴的溫度的第一次、第二次與第三次變化前後，都會有溫度變化與持溫時段。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，在該玻璃已經被浸沒於該第三溫度下之該熔融鹽浴達該第三歷時之後，該熔融鹽浴的溫度係改變(例如升高或降低)至一第四溫度。根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的溫度是以介於約0.8℃/min至約3.0℃/min、或介於約1.0℃/min至約2.5℃/min、或介於約1.1℃/min至約1.7℃/min之一速率而升高或降低至該第四溫度。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔
融鹽浴的第四溫度是介於約390℃至約455℃，或介於約390℃至約430℃。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的第四溫度被維持達介於約8分鐘至約220分鐘、或介於約12分鐘至約200分鐘之一第四歷時。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，在該玻璃已經被浸沒於該第四溫度下之該熔融鹽浴達該第四歷時之後，該熔融鹽浴的溫度係改變(例如升高或降低)至一第五溫度。根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的溫度是以介於約2.0℃/min至約5.0℃/min、介於約2.5℃/min至約4.5℃/min、或介於約3.0℃/min至約4.0℃/min之一速率而升高或降低至該第五溫度。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的第五溫度是介於約390℃至約455℃，或介於約390℃至約430℃。
根據用於製造化學強化玻璃之方法的數個例示具體實施例，該熔融鹽浴的第五溫度被維持達介於約100分鐘至約180分鐘、或介於約130分鐘至約160分鐘之一第五歷時。
根據在上述方法中所製得之化學強化玻璃的數個例示具體實施例，該玻璃係於例如太陽能板、冰箱門、或其他家電產品等應用中作為保護玻璃使用。根據上述化學強化玻璃的數個例示具體實施例，該玻璃可被使用作為電視之保護玻璃、自動提款機及其他電子產品之安全玻璃。根據上述化學強化玻璃的數個例示具體實施例，該玻璃可被使用作為消費性行動電子裝置(例如智慧型電話、平板電腦與筆記本)之覆蓋玻璃。該玻璃也可被使用於例如車輛擋風板之應用中，以及作為建築智慧型窗戶之基板。根據上述化學強化玻璃的
數個例示具體實施例，該玻璃係因其高強度而可被使用作為觸控螢幕或觸控面板。
下述實例係作為上述組成物與方法的例示說明。
使用厚度為大約0.7mm之第二代大猩猩玻璃(Gorilla® glass 2)作為下述實例之起始材料。對該玻璃進行各種加熱排程，以產生具有特定DOL範圍之化學強化玻璃。所產生之化學強化玻璃的DOL範圍、加熱排程與性質係提供於下表1。表1中所示之DOL、CS與CT之數據是以日本折員工業公司(Orihara Industrial Co.Ltd.(Japan))所製造之FSM-6000LE表面應力計進行測量。
在實例1、2、4-8、12與13中，樣品係於所示離子交換時段之溫度下於一KNO3熔融鹽浴中加熱。在實例3、9-11與14中，係於不同溫度與不同時間時段範圍加熱及冷卻樣品。進一步於下文中討論這些實例。
在實例3中，玻璃樣品被放置於溫度約為470℃之KNO3熔融鹽浴中達約15分鐘。以大約4.0℃/min之速率使熔融鹽浴的溫度降低至大約450℃。熔融鹽浴的溫度維持在大約450℃達約10分鐘，接著以大約4.0℃/min的速率下降至大約430℃。熔融鹽浴的溫度維持在大約430℃達約7分鐘，然後自該熔融鹽浴中移除該樣品。根據實例3之總離子交換時間大約為43分鐘、或大約為0.7小時。
第1圖描述了根據實例3所進行之加熱與冷卻過程。藉由使用在提高之溫度下的熔融鹽浴，可實現高擴散速率與較短的離子交換時間。然而，因為該樣品係於提高之溫度下暴露一有限時間量，因此不會發生翹曲或彎曲。
在實例9中，玻璃樣品被放置於溫度約為410℃之KNO3熔融鹽浴中。以大約1.33℃/min之速率使熔融鹽浴的溫度穩定地升高至大約430℃。熔融鹽浴的溫度維持在大約430℃達約7分鐘，接著以大約1.33℃/min的速率升高至大
約450℃。熔融鹽浴的溫度維持在大約450℃達約10分鐘，接著以大約1.25℃/min的速率升高至大約470℃。熔融鹽浴的溫度維持在大約470℃達約15分鐘，然後自該熔融鹽浴中移除該樣品。根據實例9之總離子交換時間大約為80分鐘、或大約為1.3小時。
第2圖描述了根據實例9所進行之加熱與冷卻過程。藉由使用在提高之溫度下的熔融鹽浴，可實現高擴散速率與較短的離子交換時間。然而，因為該樣品係於提高之溫度下暴露一有限時間量，因此不會發生翹曲或彎曲。
在實例10中，玻璃樣品被放置於溫度約為470℃之KNO3熔融鹽浴中。使熔融鹽浴的溫度維持在大約470℃達約15分鐘。以大約0.8℃/min之速率使熔融鹽浴的溫度穩定地下降至大約450℃。熔融鹽浴的溫度維持在大約450℃達約10分鐘，接著以大約1.6℃/min的速率降低至大約430℃。熔融鹽浴的溫度維持在大約430℃達約7分鐘，接著以大約1.6℃/min的速率減少至大約410℃。熔融鹽浴的溫度維持在大約410℃達約192分鐘，然後自該熔融鹽浴中移除該樣品。總離子交換時間大約為240分鐘、或大約為4小時。
第3圖描述了根據實例10所進行之加熱與冷卻過程。藉由使用在提高之溫度下的熔融鹽浴，可實現高擴散速率與較短的離子交換時間。然而，因為該樣品係於提高之溫度下暴露一有限時間量，因此不會發生翹曲或彎曲。
在實例11中，玻璃樣品被放置於溫度約為410℃之KNO3熔融鹽浴中。以大約1.76℃/min之速率使熔融鹽浴的溫度升高，直到該熔融鹽浴的溫度達到大約470℃為止。熔融鹽浴的溫度維持在大約470℃達約15分鐘，接著以大約1.13℃/min的速率下降回到大約410℃。當熔融鹽浴的溫度達到410℃，即自該熔融鹽浴中移除該樣品。總離子交換時間大約為99分鐘、或大約為1.7小時。
第4圖描述了根據實例11所進行之加熱與冷卻過程。藉由使用在提高之溫度下的熔融鹽浴，可實現高擴散速率與較短的離子交換時間。然而，因為該樣品係於提高之溫度下暴露一有限時間量，因此不會發生翹曲或彎曲。
在實例14中，玻璃樣品被放置於溫度約為410℃之KNO3熔融鹽浴中。以大約1.33℃/min之速率使熔融鹽浴的溫度穩定地升高，直到熔融鹽浴的溫度達到大約430℃為止。熔融鹽浴的溫度維持在大約430℃達約7分鐘，接著以大約1.33℃/min的速率升高，直到熔融鹽浴的溫度達到大約450℃為止。熔融鹽浴的溫度維持在大約450℃達約10分鐘，接著以大約1.25℃/min的速率升高，直到熔融鹽浴的溫度達到大約470℃為止。熔融鹽浴的溫度維持在大約470℃達約15分鐘，然後以大約為4℃/min的速率降低，直到溫度達到約410℃為止。熔融鹽浴的溫度被維持在大約410℃達約152分鐘，並自該熔融鹽浴中移除該樣品。總離子交換時間大約為240分鐘、或大約為4小時。
第5圖描述了根據實例14所進行之加熱與冷卻過程。藉由使用在提高之溫度下的熔融鹽浴，可實現高擴散速率與較短的離子交換時間。然而，因為該樣品係於提高之溫度下暴露一有限時間量，因此不會發生翹曲或彎曲。
本文所述方法改善了離子交換速率，並且在比傳統方法所需更短的時間內得到高CS與高DOL。表II說明了使用本文所述之多級化學強化製程的例示具體實施例所節省的時間。如圖所示，為了得到工業界標準之CS≧800MPa及DOL≧40μm，本發明能夠減少化學強化時間約50%。對於介於20μm至30μm之間的DOL而言，則可分別減少約57%與65%的時間。多級加熱過程可增加產率，降低能量消耗及節省成本。
表II
本發明雖以某些具體實施例來加以說明，然熟習該領域技術者將理解，可在如附申請專利範圍的精神與範疇內修實施本發明。
所有空間上的參考用語，例如「上」、「下」、「上方」、「下方」、「之間」、「底部」、「垂直」、「水平」、「傾斜」、「向上」、「向下」、「並鄰」、「左至右」、「左」、「右」、「右至左」、「頂部至底部」、「底部至頂部」、「頂部」、「底部」、「底部向上」、「頂部向下」等，皆僅為說明之目的，而不限制上述結構的特定取向或位置。
除非另有說明，否則所有測量都為公制單位。所有範圍都包括各範圍之中間值。舉例而言，「熔融鹽浴的溫度範圍是介於約460℃至約570℃」
是被理解為包括中間範圍與溫度，例如從約461℃至約570℃，從約462℃至約570℃等；以及從約460℃至約569℃，從約460℃至約568℃等。
本發明已經以特定具體實施例來加以說明。熟習該領域技術者在閱讀所揭內容後將清楚理解其改良或修飾皆落於本發明之精神與範疇內。應理解數種修飾例、變化例與替代例皆為前述揭露內容所包含，且在部分情況下，本發明的某些特徵將可於不對應使用其他特徵下應用。因此，將如附申請專利範圍廣泛地解釋、且以與本發明範疇一致的方式加以解釋是適當的。
Claims (6)
- 一種用於製造化學強化玻璃的方法，包括：將玻璃浸沒於在一第一溫度下的一熔融鹽浴中；藉由離子交換化學強化該玻璃，同時使該熔融鹽浴保持在該第一溫度下達一第一歷時；以從約1.0℃/min至約5.0℃/min的一第一變化速率將該熔融鹽浴的該溫度從該第一溫度改變為一第二溫度；及藉由離子交換化學強化該玻璃，同時使該熔融鹽浴保持在該第二溫度下達一第二歷時；其中(a)該第一溫度與該第一歷時、及(b)該第二溫度與該第二歷時中其一係從約460℃至約570℃、以及從約10分鐘至約20分鐘。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該熔融鹽包括KNO3。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包括：以從約1.0℃/min至約5.0℃/min的一第二變化速率將該熔融鹽浴的該溫度從該第二溫度改變為一第三溫度；及藉由離子交換化學強化該玻璃，同時使該熔融鹽浴保持在該第三溫度下達一第三歷時。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中(a)該第一溫度與該第一歷時、及(b)該第二溫度與該第二歷時中其一係從約460℃至約480℃、以及從約12分鐘至約17分鐘。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該第一變化速率與該第二變化速率中至少其一是介於約1.0℃/min至約4.0℃/min。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該第一變化速率與該第二變化速率中至少其一是介於約1.25℃/min至約3.0℃/min。
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