TWI764861B - 高強度、抗刮且透明的玻璃系材料 - Google Patents
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Abstract
本案提供透明玻璃系材料之實施例,該透明玻璃系材料包括玻璃相及第二相,第二相不同於玻璃相並分散在玻璃相中。第二相可包括晶相或奈米晶相、纖維,及/或玻璃粒子。在一些實施例中,第二相是晶相。在一或更多個實施例中,玻璃系材料在範圍自約400nm至約700nm之可見光譜上具有至少約88%之透射率,且具有至少約0.9MPa.m1/2之斷裂韌性,且其中當利用努普金剛石在至少5N之負載下刮劃玻璃系材料之表面以形成具有寬度w之刮痕時,該表面不含尺寸大於3w之碎屑。
Description
本申請案根據專利法主張申請於2015年6月30日之美國臨時申請案第62/186,547號及申請於2015年3月24日之美國臨時申請案第62/137,345號之優先權權益,本申請案依據該等申請案之內容,且該等申請案之內容以引用之方式全部併入本文中。
本揭示案係關於展現改良斷裂韌性及抗刮力的透明玻璃系材料。
展現改良撓曲強度之已知玻璃系材料往往依賴後處理,如化學強化及熱強化。該種化學強化玻璃已廣泛用於電子裝置,包括手持式顯示器及平板電腦。該等玻璃系材料之其他強度效能(例如破裂模數及斷裂韌性)及抗刮力可受限。展現改良破裂模數或斷裂韌性及抗刮力之已知玻璃系材料一般是不透明的。因此,需要展現改良斷裂韌性及抗刮力的透明材料,該透明材料優於已知的玻璃系材料。
本案提供透明玻璃系材料之實施例,該透明玻璃系材料包括玻璃相及第二相,該第二相不同於該玻
璃相並分散在該玻璃相中。第二相可包括晶相或奈米晶相、纖維,及/或玻璃粒子。在一些實施例中,第二相是晶相。玻璃系材料具有高模數及斷裂韌性並為抗刮的。在一些實施例中,材料可經化學強化。例如,該等材料為可離子交換的。
因此,本揭示案之一個態樣將提供玻璃系材料。玻璃系材料包括玻璃相及不同於玻璃相並分散在玻璃相內之第二相。玻璃系材料在範圍自約400奈米至約700奈米之可見光譜上具有至少約88%/mm之透射率,且具有至少約0.9MPa.m1/2之斷裂韌性。當利用努普金剛石以至少5N之負載刮劃以形成具有寬度w之刮痕時,玻璃系材料表面不含尺寸大於3w之碎屑。
本揭示案之第二態樣將提供一種玻璃系材料,該玻璃系材料包括玻璃相及不同於玻璃相並分散在玻璃相內之第二相。玻璃系材料在範圍自約400奈米至約700奈米之可見光譜上具有至少約88%/mm之透射率,且具有至少約0.9MPa.m1/2之斷裂韌性(K1C)。玻璃相具有第一折射率而第二相具有第二折射率,且第一折射率與第二折射率之間的差異小於約0.025。玻璃系材料之第二相包括平均粒徑範圍自5奈米至200奈米之粒子,且玻璃系材料中第二相之體積百分率處於自10%至約98%之範圍中。
本揭示案之第三態樣將提供一種玻璃系材料,該玻璃系材料包括玻璃相及不同於玻璃相並分散在
玻璃相內之第二相。玻璃系材料在範圍自約400nm至約700nm之可見光譜上具有至少88%/mm之透射率、至少約0,9MPa.m1/2或至少約0.9MPa.m1/2之韌性、小於約45x107K-1之熱膨脹係數,及範圍自約80GPa至約100GPa之楊氏模數(E)。
該等及其他態樣、優勢及顯著特徵將根據以下詳細說明、附圖及所附之申請專利範圍而變得顯而易見。
112‧‧‧基板
114‧‧‧砂紙
114a‧‧‧粗糙表面
120‧‧‧樣本
122‧‧‧上表面
130‧‧‧鋼球
150‧‧‧落球測試組合件
200‧‧‧設備
210‧‧‧試驗台
212‧‧‧實心基座
214‧‧‧板件
215‧‧‧樣本固持器
216‧‧‧氣隙
218‧‧‧玻璃系材料樣本
220‧‧‧樣本
230‧‧‧球
300‧‧‧方法
310‧‧‧步驟
310a‧‧‧步驟
320‧‧‧步驟
330‧‧‧步驟
331‧‧‧步驟
332‧‧‧步驟
334‧‧‧步驟
336‧‧‧步驟
340‧‧‧步驟
400‧‧‧AROR配置
410‧‧‧磨蝕玻璃系材料樣本
420‧‧‧支撑環
430‧‧‧負載環
430a‧‧‧內表面
第1圖是用以執行落球測試之先前技術設備之示意性橫剖面視圖;第2圖是用以執行本揭示案中所述的砂紙上倒置球(inverted ball on sandpaper;IBoS)測試之設備實施例之示意性橫剖面視圖;第3圖是主要失效機制的示意性橫剖面示意圖,該失效歸因於通常出現在行動或手持式電子裝置中使用的玻璃系材料中之損壞引入及彎曲;第4圖是在本案中所描述之設備中執行IBoS測試的方法流程圖;第5圖是環對環設備之示意性橫剖面視圖;第6圖圖示玻璃系材料1之掃描電子顯微鏡影像;第7A圖圖示玻璃系材料6在經受離子交換之前之掃描電子顯微鏡影像;
第7B圖圖示玻璃系材料6在經受離子交換之後之掃描電子顯微鏡影像;第8圖是曲線圖,該圖圖示強化樣本6A-6D之ROR強度、AROR強度及壓縮應力層深度資料;第9圖圖示玻璃系材料6在溫度為750℃之浴中經化學強化達4小時之後的能量色散X射線(energy dispersive X-ray;EDX)譜;第10圖圖示玻璃系材料6在溫度為775℃之浴中經化學強化達4小時之後的能量色散X射線(energy dispersive X-ray;EDX)譜;第11A-11D圖是在利用努普金剛石以不同負載刮劃玻璃系材料1之後的玻璃系材料1影像;第12圖是在利用努普金剛石以5N負載刮劃玻璃系材料1之後的玻璃系材料1之放大影像;第13圖是在利用努普金剛石以5N負載刮劃玻璃系材料6B之後的玻璃系材料6B之放大影像;及第14圖是曲線圖,該圖圖示玻璃系材料7及比較玻璃材料13之IBoS結果。
在下文描述中,類似的元件符號指示圖式中圖示的數個視圖中類似或對應的部件。亦理解,除非另作說明,否則諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」等等之術語是為便利起見之字詞且將不視作限制術語。此外,每當一群組被稱作包括一組要素及要素組合
中之至少一者時,應理解,該群組可單獨或以彼此組合之方式包括所述彼等要素、主要由所述彼等要素組成,或由任何數目之所述彼等要素組成。同樣,每當一群組被稱作包括一組要素或要素組合中之至少一者時,應理解,該群組可單獨或以彼此組合之方式由任何數目之所述彼等要素組成。除非另作說明,否則在叙述時,值之範圍包括該範圍及其間任何範圍之上限及下限。如本案中所使用,不定冠詞「一(a)」、「一(an)」及對應之定冠詞「該(the)」意謂著「至少一個」或「一或更多個」,除非另作說明。亦理解,本說明書及圖式中揭示之各種特徵可以任何及所有組合使用。
請參看一般圖式,將理解,圖示說明之目的是描述特定實施例且並非意欲限制本揭示案或其所附之申請專利範圍。圖式並非必定按比例繪製,且圖式之某些特徵及某些視圖可為了清晰及簡明起見而按比例或示意性地誇張圖示。
如本案中所使用,術語「玻璃製品(glass article)」及「玻璃製品(glass articles)」以其最廣意義使用,以包括完全或部分地由本案中所描述之玻璃或玻璃系材料製成的任一物件。除非另作說明,全部組成物依據莫耳百分數(莫耳%)表示。熱膨脹係數(coefficients of thermal expansion;CTE)表示為10-7/℃,且表示在範圍自約20℃至約300℃之溫度下測得之值,除非另作說明。
如本案中所使用,術語「液相溫度(liquidus temperature)」或「TL」係指在熔融玻璃自熔化溫度冷却時首次出現晶體時之溫度,或在溫度自室溫升高時最後的晶體熔融時之溫度。如本案中所使用,術語「165kP溫度」或「T165kP」係指玻璃或玻璃熔體具有160,000泊(P)或160千泊(kP)之黏度時之溫度。如本案中所使用,術語「35kP溫度」或「T35kP」係指玻璃或玻璃熔體具有35,000泊(P)或35千泊(kP)之黏度時之溫度。
應注意,術語「大體上」及「約」在本案中可用以表示固有的不確定度,該不確定度可歸因於任一定量比較結果、值、測量結果,或其他表示方式。該等術語在本案中亦用以表示在不導致所論述標的物之基本功能變更的情況下,定量表示方式可不同於所述引用內容的程度。由此,「大體上不含MgO」之玻璃是未主動向該玻璃內添加或批料添加MgO,但MgO可作為污染物以極少量存在之玻璃。
本文所述之維氏裂縫形成臨限值或壓痕斷裂臨限值(indentation fracture threshold;IFT)是藉由向基板施加並隨後移除壓痕負載而決定。IFT測試藉由使用美國威爾遜硬度計公司(Wilson® Hardness)提供之自動化硬度測試器TukonTM 2500執行。在基板上施加並持續最大壓痕負載達10秒之久。在以10個凹痕之公斤力為單元之壓痕負載下定義壓痕
開裂臨限值,該等凹痕展現源自凹痕壓印拐角處之徑向及/或中間裂縫。最大負載增大直至針對給定基板達到臨限值。全部壓痕測量皆在室溫及室內濕度下執行。
本揭示案之第一態樣屬於包括玻璃及不同於玻璃相之第二相的玻璃系材料。在一些實施例中,第二相可分散在玻璃相內。或者,第二相可以非隨機方式安置在玻璃相內。
玻璃系材料之玻璃相可包括以下任一種:鹼石灰玻璃、鹼性鋁矽酸鹽玻璃、硼矽玻璃、半硼矽玻璃(aborosilicate glass),及矽酸鋰鋁玻璃。在一些實施例中,玻璃相可大體上不含氧化砷或氧化銻。示例性玻璃相組成物包括範圍自約55莫耳%至約75莫耳%的SiO2、範圍自約10莫耳%至約20莫耳%之Al2O3、範圍自約0莫耳%至約16莫耳%的B2O3、範圍自約0莫耳%至約4莫耳%之Na2O、範圍自約0莫耳%至約4莫耳%之K2O、範圍自約0莫耳%至約8莫耳%之Li2O、範圍自約0莫耳%至約12莫耳%之MgO、範圍自約0莫耳%至約10莫耳%之ZnO、範圍自約0莫耳%至約5莫耳%之ZrO2,及範圍自約0莫耳%至約0.5莫耳%之SnO2。
一或更多個具體實施例可包括玻璃相,該玻璃相具有包括以下各項之組成物:範圍自約55莫耳%至約75莫耳%的SiO2、範圍自約12莫耳%至約20莫耳%之Al2O3、範圍自約10莫耳%至約16莫耳%的B2O3、範圍自約0莫耳%至約4莫耳%之Na2O、範圍自約0莫耳
%至約4莫耳%之K2O、範圍自約4莫耳%至約12莫耳%之MgO、範圍自約4莫耳%至約10莫耳%之ZnO,及範圍自約0莫耳%至約0.5莫耳%之SnO2。在一些實施例中,玻璃相可包括範圍自約0莫耳%至約4莫耳%之Li2O、範圍自約0莫耳%至約4莫耳%之SrO及範圍自約0莫耳%至約4莫耳%之CaO中之任何一或更多者。
更具體的玻璃相組成物包括範圍自約55莫耳%至約75莫耳%的SiO2、範圍自約10莫耳%至約16莫耳%之Al2O3、範圍自約0莫耳%至約8莫耳%(或自約0莫耳%至約5莫耳%)的B2O3、範圍自約0莫耳%至約4莫耳%之Na2O、範圍自約4莫耳%至約8莫耳%之Li2O、範圍自約2莫耳%至約12莫耳%之MgO、範圍自約0莫耳%至約4莫耳%之ZnO、範圍自約1莫耳%至約5莫耳%之ZrO2,及範圍自約0莫耳%至約0.5莫耳%之SnO2。
玻璃系材料之一些實施例包括β石英第二相,該第二相包括範圍自約55莫耳%至約75莫耳%的SiO2、範圍自約10莫耳%至約16莫耳%之Al2O3、範圍自約0莫耳%(或0.2莫耳%)至約4莫耳%的Na2O、範圍自約1.5莫耳%至約8莫耳%之Li2O、範圍自約6莫耳%至約12莫耳%之MgO、範圍自約1莫耳%至約5莫耳%之ZnO,及範圍自約0莫耳%至約0.5莫耳%之SnO2。
第二相可在玻璃系材料之實施例中作為奈米晶體、纖維、粒子或上述各者之組合而存在。在第二相
包括奈米晶體之情況下,該等奈米晶體可包括金剛石、碳及金屬中之至少一者。在第二相包括纖維之情況下,該等纖維可包括碳、陶瓷及玻璃中之至少一者。在一或更多個實施例中,在將第二相作為粒子提供時,該等粒子可為非晶形(例如玻璃)或結晶的。粒子之平均最大橫剖面維度可具有範圍自5nm至200nm之平均粒度。
在一或更多個實施例中,第二相可包括晶相。在一些實施例中,晶相可包括晶體,該等晶體具有範圍自5nm至200nm之平均結晶粒度,該粒度由X射線繞射/裏特沃爾德(Rietveld)分析所決定。
在一或更多個實施例中,晶相可包括高達98體積%之玻璃系材料。在一些實施例中,晶相可包括自約10體積%至約98體積%、自約15體積%至約98體積%、自約20體積%至約98體積%、自約30體積%至約98體積%、自約40體積%至約98體積%、自約50體積%至約98體積%、自約60體積%至約98體積%、自約10體積%至約95體積%、自約10體積%至約90體積%,或自約10體積%至約80體積%。
晶相可包括以下任一或多種:富鋁紅柱石、尖晶石、α石英、β石英固溶體、葉長石、二矽酸鋰、β鋰輝石、霞石及氧化鋁。在一些實施例中,玻璃系材料包括第二晶相。第二晶相可包括本案中所描述之晶相,且一些實施例可包括霞石及鈣長石中之一或兩者。
在一或更多個實施例中,玻璃相及第二相具有最小折射率差異。例如,玻璃相與第二相之間的折射率差異可小於約0.025(例如約0.02或更低、約0.015或更低、約0.01或更低或約0.005或更低)。在一些情況中,如若微晶具有足够尺寸以提供透明度(亦即微晶之維度足够小),則玻璃相與第二相之間的折射率差異可大於本案中提供之值。例如,如若微晶具有小於約100nm或小於約50nm之主要維度,則折射率差異可大於0.025(例如高達約0.5)。
一或更多個實施例之玻璃系材料在範圍自約400nm至約800nm之可見光譜上可展現至少約88%/mm之透射率。在一些實施例中,玻璃系材料在範圍自約400nm至約800nm的可見光譜上展現約90%或更大、約92%或更大,或約94%或更大的透射率。
玻璃系材料亦可展現約0.9MPa.m1/2或更大、1.2MPa.m1/2或更大(例如約1.3MPa.m1/2或更大、1.4MPa.m1/2或更大、1.5MPa.m1/2或更大、1.6MPa.m1/2或更大,或17MPa.m1/2或更大)之斷裂韌性。斷裂韌性可藉由使用常用於該項技術中之維氏壓痕或人字形缺口壓痕技術來測量。
在一或更多個實施例中,玻璃系材料可抵抗尖銳的衝擊,且能够耐受直接或尖端衝擊。該等玻璃系材料不展現側向損壞,該損壞如但不限於在利用努普金剛石以0.4mm/秒速率刮劃時落屑,該努普金剛石經定
向以使得努普金剛石尖端之前緣與後緣之間的角度在5N負載下及在一些實施例中在10N負載下為172°30’。如本案中所使用,「落屑」係指當玻璃表面被諸如尖筆之物件刮劃時,從該表面移除或排出玻璃碎片。如本案中所使用,「碎屑」可指在刮劃玻璃系材料表面期間移除的碎片或移除碎屑之表面上之區域。在後者含義中,碎屑通常表徵為刮痕附近之凹陷。在刮劃時,本案中描述之玻璃系材料在刮痕軌跡(亦即由努普金剛石形成之刮痕)各側上側向延伸之區域以外不展現落屑(亦即不產生碎屑,或玻璃不含碎屑),該刮痕軌跡形成長達距離d,距離d大於刮痕寬度w之兩倍,在另一實施例中,距離d大於刮痕寬度w之三倍。換言之,藉由刮劃產生的碎屑僅限以刮痕軌跡各側為邊界之區域,其中區域寬度不大於刮痕寬度w之兩倍(在一些實施例中不大於三倍)。換言之,當利用努普金剛石以至少5N負載刮劃玻璃系材料表面以形成具有寬度w之刮痕時,所產生的刮痕不含尺寸大於3w或2w的碎屑。
玻璃系材料可展現相對低的熱膨脹係數。例如,在一或更多個實施例中,玻璃系材料具有小於約45 x 107K-1之熱膨脹係數。在一些情況中,熱膨脹係數可為約40 x 107K-1或更少,約35 x 107K-1或更少,或約30 x 107K-1或更少。熱膨脹係數下限可為約15x107K-1。
與展現相同或類似的透射率之已知玻璃材料相比,該玻璃系材料可展現增大的楊氏模數(E)。例如,在一或更多個實施例中,玻璃系材料可展現大於約70MPa或大於約75MPa之楊氏模數(E)。在一些情況下,楊氏模數(E)可處於自約80GPa至約100GPa之範圍中(例如自約80MPa至約95MPa、自約80MPa至約90MPa、自約85MPa至約100MPa,或自約90MPa至約100MPa)。
本文所述之玻璃系材料在經受重複落下測試時展示改良抗斷裂性。應注意,玻璃系材料作為板件提供以進行該種測試。該種落下測試之目的是表徵該等玻璃系材料在正常用作諸如蜂巢式電話、智慧型電話等等之手持式電子裝置之顯示器窗或蓋板時之效能。
目前使用的典型落球測試概念在第1圖中圖示。落球測試組合件150包括實心、堅硬的基板112,如花崗石板或類似物,及具有預定質量及直徑之鋼球130。樣本120(例如材料板件)被緊固至基板112,及具有所需磨料粒度之一片砂紙114被置於與基板112相對的樣本120上表面。將砂紙114置於樣本120上以使得砂紙之粗糙表面114a接觸樣本120之上表面122。允許鋼球130從預定高度h自由落下至砂紙114上。樣本220之上表面122或受壓面與砂紙114粗糙表面114a接觸,從而將裂縫引入上表面/受壓面122之表面中。高度h可遞增直至達到最大高度或玻璃樣本斷裂。
在與玻璃系樣本一起使用時,本案中上述之落球測試150不表示玻璃系材料在落至粗糙表面上並接觸粗糙表面時的實際行為。相反,已知玻璃系材料之面在張力下向外彎曲,而非在壓縮下向內彎曲,如第1圖中所示。
砂紙上倒置球(inverted ball on sandpaper;IBoS)測試是動態組件水平測試,該測試模仿主要失效機制,該失效歸因於通常出現在行動或手持式電子裝置中使用的玻璃系材料中之損壞引入及彎曲,如第2圖中示意地圖示。在該領域中,損壞引入(在第3圖中之a)存在於玻璃系材料頂表面上。斷裂在玻璃系材料頂表面上開始並損壞或穿透玻璃系材料(第3圖中之b),或斷裂從頂表面上之彎曲處或從玻璃系材料之內部部分起蔓延(第3圖中之c)。IBoS測試經設計以同時向玻璃表面引入損壞並在動態負載下應用彎曲。在一些情況下,與相同玻璃系材料在不包括壓縮應力時相比,玻璃系材料在包括壓縮應力時展現改良落下效能。
IBoS測試設備在第2圖中示意地圖示。設備200包括試驗台210及球230。球230是剛性或實心球,例如不銹鋼球或類似物。在一個實施例中,球230是直徑為10mm之4.2公克不銹鋼球。球230從預定高度h直接落至玻璃系材料樣本218上。試驗台210包括實心基座212,該基座包括諸如花崗岩或類似物之硬質、剛性材料。在表面上安置有磨料之板件214置於實心基座
212之上表面上,以使得具有磨料之表面面朝上。在一些實施例中,板件214是具有30磨料粒度表面之砂紙,且在其他實施例中,是具有180磨料粒度表面之砂紙。藉由樣本固持器215將玻璃系材料樣本218在板件214上固定就位,以使得玻璃系材料樣本218與板件214之間存在氣隙216。板件214與玻璃系材料樣本218之間的氣隙216允許玻璃系材料樣本218在球230之衝擊之後彎曲至板件214之研磨表面上。在一個實施例中,夾持玻璃系材料樣本218之全部拐角以使所含彎曲僅限球衝擊之點並確保可重複性。在一些實施例中,樣本固持器214及試驗台210經調適以容納高達約2mm之樣本厚度。氣隙216處於約50μm至約100μm之範圍中。氣隙216經調適以調整材料剛度差(楊氏模數,Emod),但亦包括彈性模數及樣本厚度。倘若玻璃系材料樣本218在球230衝擊之後斷裂,則黏著帶220可用以覆蓋玻璃系材料樣本上表面以收集碎片。
各種材料可用作研磨表面。在一個特定實施例中,研磨表面是砂紙,如碳化矽或氧化鋁砂紙、工程砂紙,或彼等熟習該項技術者所已知的任一磨料,以具有類似的硬度及/或銳度。在一些實施例中,可使用具有30磨料粒度之砂紙,因為該砂紙具有比混凝土或瀝青更一致的表面拓撲,且產生所需水平的樣品表面損壞之粒度及銳度。
在一個態樣中,藉由使用本案上述設備200執行IBoS測試之方法300在第4圖中圖示。在步驟310中,玻將璃系材料樣本(第2圖中之218)置於前述試驗台210中,且緊固在樣本固持器215中以使得在玻璃系材料樣本218與具有研磨表面之板件214之間形成氣隙216。方法300假定已在試驗台210中放置具有研磨表面之板件214。然而,在一些實施例中,該方法可包括在試驗台210中放置板件214以使得具有磨料之表面面朝上。在一些實施例中(步驟310a),在樣本固持器210中緊固玻璃系材料樣本218之前,將黏著帶220應用於玻璃系材料樣本218之上表面。
在步驟320中,具有預定質量及尺寸的實心球230從預定高度h落至玻璃系材料樣本218之上表面上,以使得球230在上表面之近似中心處(亦即與中心相距1mm內,或3mm內,或5mm內,或10mm內)衝擊上表面(或附著至上表面的黏著帶220)。在步驟320之衝擊之後,決定玻璃系材料樣本218之損壞程度(步驟330)。如本案中先前所述,本案中,術語「斷裂」意謂著當基板落下或被物件衝擊時,裂縫蔓延穿過基板之整個厚度及/或整個表面。
在方法300中,在每次落下之後可替換具有研磨表面之板件218,以避免在其他類型(例如混凝土或瀝青)之落下測試表面的重複使用中觀測到的「老化」效應。
各種預定落下高度h及增量通常用於方法300。測試例如可利用最小落下高度(例如約10-20cm)以開始執行。然後,高度可根據固定增量或可變增量而針對連續下落而增大。一旦玻璃系材料樣本218折斷或斷裂,則停止方法300中所述測試(步驟331)。或者,如若落下高度h達到最大落下高度(例如約100cm)而未出現斷裂,則方亦可停止法300之落下測試,或可在最大高度下重複步驟320,直至發生斷裂。
在一些實施例中,每一玻璃系材料樣本218在每一預定高度h僅執行一次方法300之IBoS測試。然而,在其他實施例中,每一樣本可在每一高度下經受多次測試。
如若玻璃系材料樣本218已發生斷裂(第4圖中之步驟331),則根據方法300之IBoS測試結束(步驟340)。如若沒有觀測到由在預定落下高度之落球而引起的斷裂(步驟332),則根據預定增量增大落下高度(步驟334)(例如5、10或20cm),並重複步驟320及步驟330,直至觀測到樣本斷裂(步驟331)或達到最大測試高度而未發生樣本斷裂(步驟336)。當達到步驟331或步驟336時,根據方法300之測試結束。
當經受上述的砂紙上倒置球(inverted ball on sandpaper;IBoS)測試時,在球從80cm高度落至玻璃表面上時,本案中所描述之玻璃系材料實施例具有至少約60%之殘存率。例如,在五個相同(或
幾乎相同)樣本(亦即具有近似相同組成且在經強化之後具有近似相同壓縮應力及壓縮深度或壓縮應力層深度,如本文所述)中之三個樣本在IBoS落下測試中從規定高度(本案中為80cm)落下時殘存而未發生斷裂的情況下,玻璃系材料被描述為在從給定高度落下時具有60%殘存率。在其他實施例中,經強化的玻璃系材料之80cm IBoS測試中之殘存率為至少約70%,在其他實施例中為至少約80%,且在又一些其他實施例中為至少約90%。在其他實施例中,在IBoS測試中從100cm高度落下的強化玻璃系材料之殘存率為至少約60%,在其他實施例中為至少約70%,在又一些其他實施例中為至少約80%,且在其他實施例中為至少約90%。
為了藉由使用本案上述IBoS測試方法及設備決定玻璃系材料在從預定高度落下時之殘存比率,至少測試五個相同(或幾乎相同)的玻璃系材料樣本(亦即具有近似相同組成,且在強化後具有近似相同壓縮應力及壓縮深度或層深度),但更大樣本數目(例如10、20、30等等)可經受測試以提升測試結果的置信水平。每一樣本從預定高度(例如80cm)落下一次,或從漸增的更高高度落下而不出現斷裂,直至達到預定高度,且以視覺方式(亦即用肉眼)檢查斷裂跡象(裂縫形成及蔓延穿過樣本之整個厚度及/或整個表面)。如若樣本在從預定高度落下之後未觀測到斷裂,則樣本被視作在落下測試中「殘存」,且如若樣本在從小於或等於預定
高度的高度落下時觀測到斷裂,則樣本被視作「失效(或「未殘存」)」。殘存比率經決定為在落下測試中殘存的樣本群之百分數。例如,如若一組10個樣本中7個樣本在從預定高度落下時未斷裂,則玻璃殘存比率將為70%。
本案中所描述之玻璃系材料亦在經受環對環(ring-on-ring;ROR)測試及磨蝕環對環(abraded ring-on-ring;AROR)測試時展示表面強度改良。ROR測試中樣本在環對環測試之前不經磨蝕,除此之外ROR測試與AROR測試相同。藉由ROR測試及AROR測試測量的材料強度定義為發生斷裂處之應力。磨蝕環對環測試是用於測試平板玻璃樣品的表面強度測量,且名為「Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature」之ASTM C1499-09(2013年)充當本文所述之環對環磨蝕ROR測試方法之基礎。ASTM C1499-09之內容在此以引用之方式全部併入本案中。在-個實施例中,玻璃系材料樣本作為板件提供,且在環對環測試之前利用藉由使用ASTM C158-02(2012年)中附件A2中所述方法及設備輸送至樣本的90磨料粒度碳化矽(SiC)粒子而磨蝕,該附件A2名為「abrasion Procedures」,且ASTM C158-02名為「Standard Test Methods for Strength of Glass by Flexure(Determination
of Modulus of Rupture)」。ASTM C158-02之內容及特別是附件2之內容以引用之方式全部併入本案中。
在環對環測試之前,玻璃系材料樣本表面藉由使用ASTM C158-02中第A2.1圖中圖示的設備而磨蝕,如ASTM C158-02之附件2中所述,以正規化及/或控制樣本表面缺陷條件。藉由使用304kPa(44psi)氣壓以15psi負載將磨料噴砂在樣本表面上。在建立氣流之後,將5cm3之磨料倒入漏斗中,且在引入磨料之後噴砂樣本達5秒之久。
在環對環測試中,具有至少一個磨蝕表面之玻璃系材料樣本被置於兩個不同尺寸的同心環之間,以決定等雙軸撓曲強度(亦即材料在經受兩個同心環之間的彎曲時能够持續的最大應力),如第5圖中示意地圖示。在AROR配置400中,磨蝕玻璃系材料樣本410由直徑為D2之支撑環420支撐。力F藉由直徑為D1之負載環430及藉由測力計(未圖示)施加於玻璃系材料樣本表面。在ROR中,未磨蝕玻璃系材料樣本410以同樣方式被支撐,且力F以同樣方式施加。
負載環與支撑環之直徑比率D1/D2之範圍可為自約0.2至約0.5。在一些實施例中,D1/D2為約0.5。負載環與支撑環430、420應同心對準,誤差在支撑環直徑D2之0.5%內。在選定範圍內的任一負載下,
用於測試之測力計應精確至±1%內。在一些實施例中,測試在23±2℃溫度及40±10%相對濕度下執行。
對於夾具設計,負載環430之突出表面之半徑為r,h/2≦r≦3h/2,其中h是樣品410之厚度。負載及支撑環430、420通常由硬度HRc>40之硬化鋼製成。ROR夾具可市售購得。
ROR或AROR測試之預定失效機制是在負載環430內觀測到源於表面430a處的玻璃系材料樣本410之斷裂。資料分析中省略在此區域外發生之失效(亦即負載環430與支撑環420之間的失效)。然而,在一些情況下,由於玻璃系材料樣本410之薄度及強度,有時觀測到超過樣品厚度h二分之一的較大偏離。因此,觀測到源於負載環430下部之高比例失效並不罕見。在不瞭解環件內側及下側的應力形成(經由應變計分析而收集)及每一樣品失效起源的情況下無法精確計算應力。因此,ROR及AROR測試之重點在於作為測得回應之失效峰值負載。
玻璃系材料強度依據表面裂隙之存在而定。然而,無法精確預測存在具有給定尺寸的裂隙的可能性,因為玻璃系材料強度事實上是統計性的。因此,韋伯機率分佈一般用作所獲取資料的統計表示法。
在一些實施例中,本案中所描述之玻璃系材料在作為板件提供時具有約250MPa或更大或甚至
550MPa或更大的表面或等雙軸撓曲強度,如由AROR測試所決定。
本案中提供之玻璃系材料表面或等雙軸抗彎強度值(如由AROR測試而決定)及IBoS測試中從各種高度(例如80cm或100cm)落下之玻璃系材料的殘存率值係相對於具有板狀及厚度範圍自約0.1mm至約2mm之玻璃系材料。
應理解,玻璃系材料之形狀及維度(例如厚度)可改變。在一或更多個實施例中,玻璃系材料可大體上為平面或板狀。玻璃系材料亦可彎曲或經定型或塑形。此外或替代性地,玻璃系材料之實體厚度可因美觀及/或功能性理由而隨著玻璃系材料維度中之一或更多者改變。例如,與玻璃系材料更靠近中心的區域相比玻璃系材料邊緣可更厚。玻璃系材料之長度、寬度及實體厚度維度亦可根據應用或用途而改變。例如,玻璃系材料可為厚度範圍自約100μm至約2mm之板件。示例性厚度之範圍自約100μm至約1mm(例如100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000μm)。玻璃系材料可具有大於約1mm(例如約2、3、4或5mm)之實體厚度。玻璃系材料可經酸拋光或經處理以移除或降低表面裂隙效應。
可藉由使用各種不同製程而提供玻璃系材料。例如,各種成型方法可包括浮製玻璃或軋製製程及諸如熔融拉製及槽拉製的下拉製程。在一些實施例中,
玻璃系材料可描述為可藉由該項技術中之已知製程下拉製造,該等製程如槽拉製、熔融拉製、再拉製等等,且該等玻璃系材料具有至少130千泊之液相黏度。
一旦形成,玻璃系材料可藉由一或更多個製程而強化。示例性製程包括化學強化製程(例如離子交換製程,在該製程中,材料表面中之較小離子交換為較大離子)、熱強化製程(例如熱回火)及利用玻璃系材料與另一材料之間的熱膨脹係數不匹配以產生具有壓縮應力(compressive stress;CS)之區域及具有抗張應力或中心張力(central tension;CT)之區域。
在玻璃系材料藉由離子交換製程而化學強化之情況下,玻璃系材料表面層中之離子替換為(或交換為)具有相同原子價或氧化態之更大離子。離子交換製程通常藉由將玻璃系材料浸入一或更多個熔融鹽浴中而執行,該等浴包含將與玻璃系材料中更小離子交換的更大離子。彼等熟習該項技術者將瞭解,用於離子交換製程之參數(包括但不限於浴組成及溫度、浸入時長、玻璃系材料浸入鹽浴(或浴)之數目、多個鹽浴之使用、諸如退火、沖洗等等的額外步驟)一般是由玻璃系材料之組成及所需之CS、壓縮應力層深度(depth of compressive stress layer;DOL)或壓縮深度(depth of compression;DOC)決定的。舉例而言,玻璃系材料之離子交換可藉由浸入至少一個熔融浴中而實現,該熔融浴包含諸如但非限定於具有更大鹼金屬離
子的硝酸鹽、硫酸鹽及氯化物之鹽。依據玻璃系材料之組成,浴可包括熔融鹼鹽,如鋰鹽、鈉鹽及/或鉀鹽。在一些實施例中,浴可包括LiNO3、LiCl、Li2SO4、KNO3、KCl、K2SO4、NaNaO、NaSO4、硝酸鈣、KNO3及其他類似組成物或上述各者之熔融形式的組合。在一或更多個實施例中,熔融鹽浴包括90%(以重量計)之Li2SO4與10%之K2SO4之混合物。熔融鹽浴溫度通常處於自300℃上至約900℃之範圍中,而浸入時長範圍自約15分鐘上至約40小時。溫度依據鹽浴組成而定。應注意,該等溫度可高達700℃,且由於在該等高溫下之腐蝕作用,熔融鹽浴可包含在鉑容器中。浴組成、浴溫度及浸入時長可不同於上述彼等值。
在一些實施例中,玻璃系材料可經受與銀、銅、其他元素之離子交換以向鹽浴混合物賦予其他特性或降低鹽浴混合物熔融溫度。
此外,其中將玻璃系材料浸入多個離子交換浴中,在浸入之間利用沖洗及/或退火步驟之離子交換製程的非限制性實例在美國專利申請案第12/500,650號中描述,該案由Douglas C.Allan等人申請於2009年7月10日,名為「Glass with Compressive Surface for Consumer Applications」,且主張申請於2008年7月11日之美國臨時專利申請案第61/079,995號之優先權,在該臨時專利申請案中,玻璃藉由浸入濃度不同之鹽浴中多個連續的離子交換處理
而強化;及在美國專利案第8,312,739號中描述,該案由Christopher M.Lee等人申請,於2012年11月20日頒發專利權,名為「Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass」,且主張申請於2008年7月29日之美國臨時專利申請案第61/084,398號之優先權,在該臨時專利申請案中,玻璃藉由在利用排出離子稀釋的第一浴中之離子交換,隨後藉由浸入第二浴而得以強化,該第二浴之排出離子濃度小於第一浴。美國專利申請案第12/500,650號及美國專利案第8,312,739號之內容以引用之方式全部併入本案中。
藉由離子交換實現的化學強化程度可基於CT、表面CS及DOL或DOC之參數而定量。壓縮應力及層深度藉由使用該項技術中彼等已知手段而測量。該等手段包括但不限於表面應力測量(measurement of surface stress;FSM),該測量藉由使用如美國專利案第8,854,623B2號,名為「Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample」中所述之折射近場(refractive near-field;RNF)測量結果,該案全部內容併入本案中。
剖面可為非線性誤差函數,等等。在本揭示案之各個章節中,CT及CS在本案中以兆帕
(megaPascal;MPa)表示,實體厚度 t 以微米(μm)或毫米(mm)表示,且DOL或DOC以微米(μm)表示。
在一或更多個實施例中,玻璃系材料可具有250MPa或更大、300MPa或更大的表面CS,例如400MPa或更大、450MPa或更大、500MPa或更大、550MPa或更大、600MPa或更大、650MPa或更大、700MPa或更大、750MPa或更大,或800MPa或更大。強化玻璃系材料可具有40μm或更大的DOL(例如45μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm或140μm或更大)及/或50MPa或更小、40MPa或更大、20MPa或更大,或10MPa或更大的CT。在不受理論約束之情況下,本案中所描述之玻璃系材料展現與其他材料(例如玻璃)相同的CS水平及該種材料在不易碎之情況下更高的CT水平。
本案中所描述之玻璃系材料可用於各種應用。例如,玻璃系材料可用於諸如消費者電子產品的蓋板、外殼或殼體之各種玻璃製品,以保護產品內的關鍵裝置,以提供用於輸入及/或顯示的使用者介面,及/或諸多其他功能。該等消費者電子產品包括行動裝置,如智慧型電話、mp3播放器及平板電腦。如本案中所使用,術語「外殼」、「蓋板」及「窗」可互換使用,且係指包括窗、蓋板、螢幕、面板及基板的製品,該等製品形成行動電子裝置的顯示器螢幕、窗或結構的外部部分。
玻璃系材料可用於架構性製品、運輸相關製品、器械製品,或需要透明度、抗刮性、斷裂韌性或上述各者之組合的任一製品。
將藉由以下實例進一步闡明各個實施例。
如表1中所闡述的組成物1-5係藉由在鉑坩堝中放置1000公克原材料,將坩堝放置在爐中在1500℃下預熱而配料及熔融。在將原材料引入1小時之後,爐中溫度增至1600℃,且原材料在1600℃下再加熱4個小時。傾倒熔融玻璃並將其軋製至6mm厚度,且在650℃下退火。
隨後根據陶瓷化程序A或陶瓷化程序B陶瓷化組成物1-5所得的玻璃,以分別提供玻璃系材料1-5,如表2所示。陶瓷化程序A包括在750℃溫度(「成核溫度」或TN)下熱處理玻璃達4小時以使玻璃成核,隨後在775℃溫度(「陶瓷化溫度」或TC)下熱處理玻璃達2小時以形成第二相。陶瓷化程序B包括在750℃溫度(TN)下熱處理玻璃達4小時以使玻璃成核,隨後在830℃溫度(TC)下熱處理玻璃達2小時以形成第二相。成核溫度與陶瓷化溫度之間的加熱速率是10℃/分鐘。
所得玻璃系材料1-5在根據陶瓷化程序A或陶瓷化程序B而陶瓷化之後的特性在表2中展示。表2中報告之CTE值在自約25℃至約700℃之溫度範圍內測得。斷裂韌性值(K1C)藉由維氏壓痕而測得。所得的玻
璃系材料1-5亦藉由使用X射線繞射分析而檢驗,且顯示第二相之存在,該第二相包括具有富鋁紅柱石結構之晶體。晶體平均粒度(由裏特沃爾德分析而決定)亦包括在表2中。
如表2中所示,玻璃系材料1-5展現高透射率(亦即大於約90%/mm)及高斷裂韌性(亦即大於約1.3MPa.m1/2)。第6圖圖示藉由SEM取得的玻璃系材料1之影像,該玻璃系材料1藉由使用陶瓷化程序B而形成。所觀測的富鋁紅柱石晶體具有細長形態。在不受理論約束之情況下,咸信,晶體形狀可有助於觀測到的斷裂韌性提高。
組成物6(如表3中闡述)藉由充分混合乾燥批料並將批料置於鉑坩堝中而製備。將鉑坩堝置於碳化矽棒爐中在1615℃下達6小時。將小片熔融玻璃軋製至6mm厚度並在675℃下將其退火達1小時。所得玻璃隨後根據陶瓷化程序C在電阻加熱爐中經陶瓷化以形成第二相。陶瓷化程序C包括在820℃溫度(TN)下熱處理玻璃達4小時以使玻璃成核,隨後在875℃溫度(TC)下熱處理玻璃達4小時。成核溫度與陶瓷化溫度之間的加熱速率是5℃/分鐘。
如表4中所示,所得玻璃系材料6在可見光譜上是透明的,且具有高度結晶(玻璃系材料6中不足5重量%包括殘餘玻璃)。玻璃系材料6可表徵為包括第二相,該第二相具有大部分填塞細粒β石英之固溶晶體。第二相藉由MgO-Li2O-Al2O3-SiO2玻璃的控制結晶
而獲取,該玻璃包含適當數量的成核試劑,如TiO2及/或ZrO2。第7A圖圖示藉由SEM取得的玻璃系材料6之影像。如第7A圖所示,玻璃系材料6具有高度結晶且包括填塞β石英之固溶晶體,該等晶體具有100nm至約150nm之維度。
然後,玻璃系材料6藉由使用熔融鹽浴經化學強化,該熔融鹽浴包括試劑級別之鹼金屬鹽,該鹼金屬鹽包括90%(以重量計)之Li2SO4與10%之K2SO4之混合物。當包括材料填塞β石英固溶體之第二相的玻璃系材料被浸入熔融鋰及/或鉀鹽浴時,離子交換反應利用熔融鹽浴置換晶格中之鎂而產生鋰。由固溶體晶格參數改質而引起的表面「擁擠」在玻璃系材料中產生壓縮應力及表面壓縮應力層。在不受理論約束之情況下,咸信,該種強化玻璃系材料可展現高達增強5倍之撓曲強度。第7B圖圖示在離子交換及藉由氫氟酸蝕刻之後的玻璃系材料6。如第7B圖所示,離子交換製程使殘餘玻璃表面組成發生改質。
所得玻璃系材料6之特性在表4中展示。在自約25℃至約700℃之溫度範圍上測量表4中報告之CTE值。斷裂韌性值(K1C)藉由維氏壓痕而測得。玻璃系材料6亦藉由使用X射線繞射分析而檢驗,該分析顯示包括β石英晶體之第二相的存在。晶體平均粒度(由裏特沃爾德分析所決定)亦包括在表4中。所提供之透射率值係針對範圍自約400nm至約800nm之可見波長。
研究了鋰浴溫度及離子交換時長對玻璃系材料6之影響。玻璃系材料6之樣本6A-6D中每一者被浸入熔融浴中,根據表5,該熔融浴包括90%(以重量計)之Li2SO4與10%之K2SO4。
樣本6A-6D中每一者具有2.1mm厚度,並受ROR及AROR測試(藉由使用以15psi傳送達5秒之久的90磨料粒度碳化矽(SiC)粒子)。亦測量了樣本6A-6D之DOL值。強化樣本6A-6D的ROR強度、AROR強度及DOL資料在第8圖中圖示。樣本6B展現強度及DOL(>100μm)的有利組合。
樣本6A的測得機械特性在表6中圖示。壓縮應力藉由RNF而測得。樣本6A之硬度藉由使用努普壓痕器以100公克負載而測得。
在不受理論約束之情況下,咸信,相互擴散製程中涉及的陽離子在低溫及高溫下並不相同,因此強化效應不同。玻璃系材料6之樣本6E被浸入與樣本6D相同之熔融浴達4小時之久,但該熔融浴具有750℃之溫度。第9-10圖分別圖示樣本6E及6D中壓縮應力層之EDX掃描。在「低浴溫度」(亦即750℃,樣本6E)下,MgO從玻璃系材料中擴散出,來自熔融鹽浴之鋰擴散進入玻璃系材料內,而來自熔融鹽浴之鉀完全不擴散。在「更高浴溫度」(亦即775℃,樣本6D)下,發生鉀從熔融鹽浴之優先擴散,且咸信,鎂不參與離子交換。相互擴散反應中涉及的陽離子差異意謂著修正強化原理。在「低溫」下,由於晶體填塞而發生壓縮,及在高溫下,由於在鉀擴散之後的玻璃陶瓷非晶化而出現壓縮。經由
「晶體填塞」之強化比非晶化更為高效,且由此為優選的。
測試了努普刮痕臨限值(Knoop scratch threshold;KST)及玻璃系材料1及6B的刮痕深度及寬度。玻璃系材料1展現範圍自約5N至約6N之KST。
玻璃系材料1樣本利用努普金剛石以0.4mm/秒速率刮劃,該努普金剛石經定向以使得努普金剛石尖端之前緣與後緣之間的角度分別在5N及6N負載下為172°30’。所得刮痕之影像在第11A-11D圖中圖示。第11A圖及第11B圖分別圖示在5N及6N下同一樣本上的所得刮痕。第11C圖及第11D圖分別圖示在5N及6N下同一樣本上的所得刮痕。刮痕之測得深度在表7中展示。
玻璃系材料6B之樣本藉由使用努普金剛石在不同負載下以同一方式刮劃。刮痕之測得深度在表7中展示。
第12圖圖示玻璃系材料1在藉由使用5N負載刮劃之後的玻璃系材料1之影像。刮痕具有約13μm之寬度w及尺寸高達25μm之碎屑。因此,玻璃系材料1圖示碎屑尺寸小於約2w。因此,玻璃系材料1不含尺寸大於2w之碎屑。
第13圖圖示玻璃系材料6B在藉由使用5N負載刮劃之後的玻璃系材料6B之影像。如表7中所示,包括碎屑之刮痕寬度是75.5μm,且第13圖圖示刮痕寬度w(無碎屑)為約25μm。因此,玻璃系材料6B圖示碎屑尺寸為約3w。因此,玻璃系材料6B不含尺寸大於3w之碎屑。
組成物7-12(如表8中闡述)藉由充分混合乾燥批料並將批料置於鉑坩堝內而製備。將鉑坩堝置於碳化矽棒爐中在1615℃下達6小時。將小片熔融玻璃軋製至6mm厚度並在675℃下將其退火達1小時。所得玻璃隨後在電阻加熱爐中經陶瓷化以形成第二相。
然後,所得玻璃系材料7-12藉由使用熔融鹽浴而化學強化,該浴包括試劑級別之鹼金屬鹽,該鹼金屬鹽包括90%(以重量計)之Li2SO4與10%之K2SO4的混合物及725℃之溫度。將玻璃系材料浸入熔融鹽浴達4小時之久。壓縮應力層(compressive stress layer;DOL)所得深度在表8中圖示。
具有0.8mm厚度之10個玻璃系材料7樣本經化學強化以展現900MPa之壓縮應力及100μm之DOL。然後,樣本藉由使用4.1g球及30磨料粒度砂紙而經受IBoS測試。如第14圖所示,10個樣本中之4個樣本在190cm之最大落下高度下未破裂。將所得結果與已知玻璃基板(「可比較玻璃材料13」,不具有第二相)之落下測試結果相比,該已知玻璃基板具有58莫耳%之SiO2、16.5莫耳%之Al2O3、16.7莫耳%之Na2O、2.8莫耳%之MgO、6.5莫耳%之P2O5及0.05莫耳%之SnO2,及0.8mm之厚度。類似玻璃材料13之10個樣本經化學強化以展現865MPa之壓縮應力及97μm之DOL。如第14圖所示,可比較玻璃材料13之樣本中無一樣本在超過150cm落下高度的高度下殘存。
儘管本案已闡述典型的實施例以進行說明,但前述描述將不被視作對本揭示案或所附申請專利範圍之範疇的限制。因此,熟習該項技術者可在不脫離本揭示案或所附申請專利範圍之範疇的前提下,進行各種修改、改編及替換。
Claims (8)
- 一種玻璃系材料,該玻璃系材料包括一玻璃相及一第二相,該第二相不同於該玻璃相並分散在該玻璃相內,其中該玻璃系材料在範圍自約400nm至約700nm之一可見光譜上具有至少約88%/mm之一透射率,且具有至少約0.9MPa.m1/2之一斷裂韌性,且其中當利用一努普金剛石在至少5N之一負載下刮劃該玻璃系材料之一表面以形成具有一寬度w之一刮痕時,該表面不含尺寸大於3w之碎屑,其中該第二相為一結晶陶瓷相,包括下列至少一者:富鋁紅柱石、尖晶石、β石英、葉長石、二矽酸鋰、β鋰輝石、霞石、及氧化鋁,且其中該玻璃相包括下列至少一者:一鹼石灰玻璃、一鹼性鋁矽酸鹽玻璃、及一矽酸鋰鋁玻璃。
- 如請求項1所述之玻璃系材料,其中該第二相為一結晶陶瓷相,且其中該晶相包括以下之任一或更多者:晶體,該等晶體具有一範圍自5nm至200nm之平均結晶粒度,如由X射線繞射/裏特沃爾德分析所決定;10%至98體積%之該玻璃系材料。
- 如請求項2所述之玻璃系材料,進一步包括 一第二晶相,該第二晶相包括霞石或鈣長石。
- 如請求項1-3中任一項所述之玻璃系材料,其中該玻璃相與該第二相之間的一折射率差異小於約0.025。
- 如請求項1-3中任一項所述之玻璃系材料,其中該玻璃系材料經離子交換且在至少約250MPa之磨蝕之後具有一保持強度,該保持強度由磨蝕環對環測試而測得,其中該玻璃系材料具有小於約45 x 107K-1之一熱膨脹係數。
- 如請求項1-3中任一項所述之玻璃系材料,其中該玻璃系材料具有一楊氏模數,該模數具有自約80GPa至約100GPa之一範圍。
- 如請求項1-3中任一項所述之玻璃系材料,其中該玻璃系材料具有一厚度,該厚度處於自約0.1mm至約2mm之一範圍,且其中當以一直徑為10mm之4.2公克不銹鋼球自80cm之高度落至置於該玻璃系材料之表面上之一30磨料粒度砂紙上的方式來進行砂紙上倒置球測試時,該玻璃系材料具有至少約60%之殘存率,其中該30磨料粒度砂紙與該玻璃系材料之間存在100μm之氣隙,且該殘存率係基於測試至少五個樣本。
- 一種玻璃系材料,包括一玻璃相及一第二 相,該第二相不同於該玻璃相並分散在該玻璃相內,該玻璃系材料在範圍自約400nm至約700nm之一可見光譜上具有至少88%/mm之一透射,且具有至少約0.9MPa.m1/2之一斷裂韌性,其中:a.該第二相包括具有一平均粒度之粒子,該平均粒度處於自5nm至200nm之一範圍中;b.該玻璃相具有一第一折射率,且該第二相具有一第二折射率,其中該第一折射率與該第二折射率之間的差異小於約0.025;c.該玻璃系材料中之該第二相之一體積百分率處於10%至約98%之一範圍中;d.該第二相為一結晶陶瓷相,包括下列至少一者:富鋁紅柱石、尖晶石、β石英、葉長石、二矽酸鋰、β鋰輝石、霞石、及氧化鋁;且e.該玻璃相包括下列至少一者:一鹼石灰玻璃、一鹼性鋁矽酸鹽玻璃、及一矽酸鋰鋁玻璃。
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