TWI827822B - 耐刮與耐損傷之積層玻璃物件 - Google Patents

耐刮與耐損傷之積層玻璃物件 Download PDF

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Abstract

茲揭示耐刮與耐損傷之積層玻璃物件。根據一個態樣，積層玻璃物件可包括玻璃核心層和至少一個玻璃包覆層，玻璃核心層由核心玻璃組成物形成並包括核心玻璃彈性模數EC ，且至少一個玻璃包覆層直接融合至玻璃核心層。至少一個玻璃包覆層可由不同於核心玻璃組成物之可離子交換的包覆玻璃組成物形成，並包括包覆玻璃彈性模數ECL 。積層玻璃物件可具有總厚度T，且至少一個玻璃包覆層具有厚度TCL ，厚度TCL 大於或等於30%的總厚度T。EC 可比ECL 大至少5%。

Description

耐刮與耐損傷之積層玻璃物件
本申請案依專利法主張2019年3月29日提申之美國臨時專利申請案第62/826,344號之優先權，本申請案基於該美國臨時專利申請案，且該美國臨時專利申請案的全文以引用方式併入本文。
本說明書大體上關於積層玻璃物件，且更具體而言，關於對刮擦及掉落引起的損傷有抗性之積層玻璃物件。
玻璃物件（如覆蓋玻璃、玻璃背板等）)已用於諸如LCD及LED顯示器、電腦螢幕、自動櫃員機(ATM)等消費性和商用電子裝置二者中。此些玻璃物件中的一些可包括「觸控」功能，這需要使玻璃物件與包括使用者的手指及/或觸控筆裝置在內的各種物體接觸，且因此，玻璃必需足夠堅固以承受常規的接觸而不損傷，例如刮損。實際上，引入玻璃物件的表面內之刮痕可能降低玻璃物件的強度，因為刮痕可能作為導致玻璃災難性損壞之裂紋的起始點。
並且，這樣的玻璃物件也可併入可攜式電子裝置，如行動電話、個人媒體播放器、膝上型電腦及平板電腦。併入這些裝置之玻璃物件在相關裝置的運輸及/或使用過程中可能會受到強烈的衝擊損壞。強烈的衝擊損壞可包括，例如，裝置掉落造成的損傷。這樣的損傷可導致玻璃劣化。
因此，存在對既耐刮又耐跌落引起的損傷之替代玻璃物件的需求。
根據第一態樣A1，積層玻璃物件包括玻璃核心層，玻璃核心層由核心玻璃組成物形成並包含核心玻璃彈性模數EC 。至少一個玻璃包覆層可直接融合至玻璃核心層，至少一個玻璃包覆層由不同於核心玻璃組成物之可離子交換的包覆玻璃組成物形成，至少一個玻璃包覆層包含包覆玻璃彈性模數ECL 。積層玻璃物件可具有總厚度T，且至少一個玻璃包覆層具有厚度TCL ，厚度TCL 大於或等於30%的總厚度T。EC 可比ECL 大至少5%。
第二態樣A2包括態樣A1的積層玻璃物件，其中ECL 小於或等於76.5 GPa。
第三態樣A3包括A1或A2中任一者的積層玻璃物件，其中ECL 大於或等於60 GPa。
第四態樣A4包括A1至A3中任一者的積層玻璃物件，其中EC 與ECL 之間的差大於或等於5 GPa。
第五態樣A5包括A1至A4中任一者的積層玻璃物件，其中至少一個玻璃包覆層的厚度TCL 大於或等於35%的總厚度T。
第六態樣A6包括A1至A5中任一者的積層玻璃物件，其中玻璃核心層的核心折射率nC大於至少一個玻璃包覆層的包覆折射率nCL。
第七態樣A7包括A1至A6中任一者的積層玻璃物件，其中包覆折射率nCL大於或等於1.45且小於或等於1.55。
第八態樣A8包括A1至A7中任一者的積層玻璃物件，其中至少一個玻璃包覆層包含第一玻璃包覆層及第二玻璃包覆層，其中：第一玻璃包覆層直接融合至玻璃核心層的第一表面；以及第二玻璃包覆層直接融合至玻璃核心層的第二表面，所述第二表面與玻璃核心層的第一表面相對。
第九態樣A9包括A1至A8中任一者的積層玻璃物件，其中：玻璃核心層具有從20℃至300℃之核心熱膨脹係數CTEC；至少一個玻璃包覆層具有從20℃至300℃之包覆熱膨脹係數CTECL；且CTEC大於或等於CTECL。
第十態樣A10包括A1至A9中任一者的積層玻璃物件，其中因CTEC與CTECL之間的差所致之積層玻璃物件中的表面壓縮應力為大於或等於10MPa且小於或等於100MPa。
第十一態樣A11包括A1至A10中任一者的積層玻璃物件，其中積層玻璃物件具有因CTEC與CTECL之間的差所致之壓縮深度，所述壓縮深度大於或等於20%的總厚度T。
第十二態樣A12包括A1至A11中任一者的積層玻璃物件，其中玻璃核心層是由可離子交換的核心玻璃組成物所形成。
第十三態樣A13包括A1至A12中任一者的積層玻璃物件，其中：玻璃核心層在積層玻璃物件的邊緣處暴露；且玻璃核心層在積層玻璃物件的邊緣處包含表面壓縮應力及壓縮深度。
第十四態樣A14包括A1至A13中任一者的積層玻璃物件，其中積層玻璃物件經離子交換強化，使得積層玻璃物件因離子交換而包含壓縮應力區域，所述壓縮應力區域從至少一個玻璃包覆層之表面延伸並進入積層玻璃物件的總厚度T至壓縮深度DOC。
第十五態樣A15包括A1至A14中任一者的積層玻璃物件，其中：積層玻璃物件在至少一個玻璃包覆層的表面處具有因離子交換所致之表面壓縮應力CS0 ；且因離子交換所致之壓縮深度DOC小於或等於至少一個玻璃包覆層的30%之厚度TCL 。
第十六態樣A16包括A1至A15中任一者的積層玻璃物件，其中：玻璃核心層具有從20°C至300°C之核心熱膨脹係數CTEC ；至少一個玻璃包覆層具有從20°C至300°C之包覆熱膨脹係數CTECL ；且CTEC 大於或等於CTECL 。
第十七態樣A17包括A1至A16中任一者的積層玻璃物件，其中至少一個玻璃包覆層中之Na2O的濃度從至少一個玻璃包覆層的表面下降，在至少一個玻璃包覆層的厚度內之中間點處為最小，並從中間點朝位於至少一個玻璃包覆層與玻璃核心層之間的介面層增加。
第十八態樣A18包括A1至A17中任一者的積層玻璃物件，其中因離子交換強化所致之重量增加小於0.5%。
第十九態樣A19包括A1至A18中任一者的積層玻璃物件，其中積層玻璃物件具有大於或等於2N且小於或等於8N的努氏刮擦起始閾值(Knoop scratch initiation threshold)。
第二十態樣A20包括A1至A19中任一者的積層玻璃物件，其包含大於或等於400N的表面動態強度。
第二十一態樣A21包括A1至A20中任一者的積層玻璃物件，其包含大於或等於200N的邊緣動態強度。
第二十二態樣A22包括積層玻璃物件，其包含：玻璃核心層，由可離子交換的核心玻璃組成物形成，並包含核心折射率nC及從20℃至300℃之核心熱膨脹係數CTEC；以及至少一個玻璃包覆層，直接融合至玻璃核心層，至少一個玻璃包覆層由不同於可離子交換的核心玻璃組成物之可離子交換的包覆玻璃組成物形成，至少一個玻璃包覆層包含包覆折射率nCL及從20℃至300℃之包覆熱膨脹係數CTECL，其中：積層玻璃物件具有總厚度T，且至少一個玻璃包覆層具有厚度TCL ，厚度TCL 大於或等於30%的總厚度T；玻璃核心層的核心折射率nC 大於至少一個玻璃包覆層的包覆折射率nCL ；且CTEC 大於或等於CTECL 。
第二十三態樣A23包括A22的積層玻璃物件，其中包覆折射率nCL 大於或等於1.45且小於或等於1.55。
第二十四態樣A24包括A22至A23中任一者的積層玻璃物件，其中因CTEC 與CTECL 之間的差所致之積層玻璃物件中的表面壓縮應力為大於或等於10 MPa且小於或等於100 MPa。
第二十五態樣A25包括A22至A24中任一者的積層玻璃物件，其中積層玻璃物件具有因CTEC 與CTECL 之間的差所致之壓縮深度，所述壓縮深度大於或等於20%的總厚度T。
第二十六態樣A26包括A22至A25中任一者的積層玻璃物件，其中積層玻璃物件具有大於或等於2 N且小於或等於8 N的努氏刮擦起始閾值。
第二十七態樣A27包括A22至A26中任一者的積層玻璃物件，其中：積層玻璃物件經離子交換強化，至少一個玻璃包覆層的表面處因離子交換所致之表面壓縮應力CS0 為大於或等於200 MPa；且因離子交換所致之壓縮深度DOC為小於或等於至少一個玻璃包覆層的20%之厚度TCL 。
第二十八態樣A28包括A22至A27中任一者的積層玻璃物件，其包含大於或等於400 N的表面動態強度。
第二十九態樣A29包括A22至A28中任一者的積層玻璃物件，其包含大於或等於200 N的邊緣動態強度。
要瞭解到，上述的一般說明及以下的詳細說明兩者描述了各種實施例，且意欲提供概觀或架構以用於瞭解所請求保護的標的的本質及特性。包括了附圖以提供各種實施例的進一步瞭解，且將此等附圖併入此說明書且構成此說明書的一部分。此等附圖繪示本文中所述的各種實施例，且與說明書一起用來解釋所主張的標的的原理及操作。
現在將詳細參考積層玻璃物件的實施例，其實例在附圖中示出。儘可能在所有附圖中使用相同的元件符號指代相同或相似的部件。第1圖示意性地描繪積層玻璃物件的一個實施例之剖面，且在全文總體上以元件符號100表示。積層玻璃物件大體上包括：玻璃核心層，由核心玻璃組成物形成並包括核心玻璃彈性模數EC ；及至少一個玻璃包覆層，直接融合至玻璃核心層。至少一個玻璃包覆層可由不同於核心玻璃組成物之可離子交換的包覆玻璃組成物形成，並包括包覆玻璃彈性模數ECL 。積層玻璃物件可具有總厚度T，且至少一個玻璃包覆層可具有厚度TCL ，厚度TCL 大於或等於30%的總厚度T。EC 可比ECL 大至少5%。積層玻璃物件的各種實施例及其形成方法將在本文中具體參照申請專利範圍進行更詳細地描述。
可在本文中將範圍表示為從「約」一個特定值及/或至「約」另一個特定值。當表示這樣的範圍時，另一個實施例包括從一個特定值及/或至另一特定值。類似地，當藉由使用先行詞「約」將值表示為近似值時，將理解到特定值形成另一個實施例。還將理解的是，每個範圍的端點與另一個端點的關係且獨立於另一個端點都是重要的。
本文所使用之方向性術語，例如上、下、右、左、前、後、頂部、底部，僅參考所繪示之圖式進行，且不欲暗示絕對取向。
除非另有明確表明，否則不要將本文中所闡述的任何方法解讀為需要其步驟用特定的順序執行，也不要在使用任何裝置的情況下需要特定的定向。因此，若一個方法請求項實際上並未記載要由其步驟依循的順序，或任何裝置請求項實際上並未記載個別部件的順序或定向，或在申請專利範圍或說明書中未另有具體表明步驟要受限於特定的順序，或未記載裝置的部件的特定順序或定向，則絕不要在任何方面推斷順序或定向。此對於用於解譯的任何可能的非明示基礎都是如此，包括：針對步驟、操作流程、部件順序、或部件定向的佈置的邏輯事項；推導自文法組織或標點符號的一般意義，及；說明書中所述的實施例的數量或類型。
如本文中所使用的，單數形式「一個」及「該」包括了複數的指涉對象，除非上下文另有清楚指示。例如，因此對於「一部件」的指稱包括了具有兩個或更多個此類部件的態樣，除非上下文另有清楚指示。
如本文所用之術語「CTE」指的是在從約20°C至約300°C之溫度範圍裡做平均之玻璃組成物的熱膨脹係數。
以千兆帕斯卡(GPa)為單位提供玻璃積層的不同層之彈性模數（也稱作楊氏模數）。藉由共振超音波光譜法對各玻璃組成物的塊體樣品確定玻璃的彈性模數。
本文所使用的術語「軟化點(softening point)」是指稱玻璃組成物的黏度為1×107.6 泊之溫度。
本文所使用的術語「退火點(annealing point)」是指稱玻璃組成物的黏度為1×1013 泊之溫度。
本文所使用的術語「應變點(strain point)」與「Tstrain 」是指稱玻璃組成物的黏度為3×1014 泊之溫度。
可用表面應力計(surface stress meter；FSM)量測壓縮應力（包括表面壓縮應力），表面應力計(FSM)可如由Orihara Industrial Co.，Ltd.（日本）製造的FSM-6000等市售儀器。表面應力測量依賴於與玻璃的雙折射有關的應力光學常數(SOC)的精確測量。根據ASTM標準C770-16中描述之標題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」之程序C（玻璃盤法(Glass Disc Method)）來測量SOC，所述程序C之內容以全文引用方式併入本文。亦使用FSM測量壓縮深度(DOC)。使用本案所屬技術領域中已知的散射光偏振鏡(scattered light polariscope；SCALP)技術測量最大中心張力(CT)值。
藉由電子探針微分析(electron probe microanalysis；EPMA)測量玻璃中各種組成成分（例如鹼組成成分）的濃度分佈。例如，可利用EPMA來分辨玻璃中由於鹼離子之離子交換進入玻璃而引起的壓縮應力，及由於積層引起的壓縮應力。
短語「壓縮深度」及「DOC」指的是玻璃中之壓縮應力轉變為拉伸應力之位置。
本文描述之實施例提供了具有高耐刮性同時呈現改善的耐跌落引起的破裂之積層玻璃物件。具體而言，本文所述的實施例包括積層玻璃物件，所述積層玻璃物件包括玻璃包覆層和玻璃核心層，所述玻璃包覆層和玻璃核心層具有不同的特徵，以促進玻璃中的不同性質。具體而言，當遭受尖銳接觸時，玻璃包覆層具有對刮擦和裂紋形成的高度抗性。進而，選擇用於玻璃包覆層和玻璃核心層的玻璃，以使得在成型後的玻璃冷卻時能夠將壓縮應力發展到深的壓縮深度。在實施例中，至少玻璃包覆層還適於藉由離子交換來強化，這可進一步增進積層玻璃物件對掉落引起的損傷之抗性。在一些實施例中，玻璃核心層也可適於藉由離子交換來強化，這有助於強化在從片材或帶材分離積層玻璃物件之後，玻璃核心層至少在積層玻璃物件的邊緣處暴露之部分。
現請參照第1圖，示意性地描繪積層玻璃物件100之剖面。積層玻璃物件100通常包含玻璃核心層102及至少一個玻璃包覆層104a。在第1圖所示之積層玻璃物件100的實施例中，積層玻璃物件包括第一玻璃包覆層104a及第二玻璃包覆層104b，第一玻璃包覆層104a及第二玻璃包覆層104b位於玻璃核心層102的相對側上。儘管第1圖將積層玻璃物件100示意性地描繪為積層玻璃片，但應理解到，其他構造和形態因子是可以預期的並且是可能的。舉例而言，積層玻璃物件可以具有非平面構造，例如彎曲的玻璃片等。或者，積層玻璃物件可為積層玻璃管、容器等。
在本文所述之積層玻璃物件100的實施例中，玻璃核心層102通常包含第一主表面103a和第二主表面103b，第二主表面103b與第一主表面103a相對。第一玻璃包覆層104a融合至玻璃核心層102的第一主表面103a，且第二玻璃包覆層104b融合至玻璃核心層102的第二主表面103b。
在本文所描述之實施例中，玻璃包覆層104a、104b融合至玻璃核心層102，而在玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間未設置任何其他非玻璃材料，如黏著劑、塗層等。因此，在一些實施例中，玻璃包覆層104a、104b直接融合至玻璃核心層102或直接與玻璃核心層102相鄰。
現請參照第2圖，其示意性描繪玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的介面的放大視圖。在實施例中，積層玻璃物件100包含位在玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的介面處的介面區域106a、106b。當玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b熔合在一起時，形成介面區域106a、106b。介面區域106a、106b為由形成玻璃包覆層104a、104b的包覆組成物以及形成玻璃核心層102的核心組成物的混合物所組成的薄層。舉例而言，介面區域106a、106b可以包含在玻璃核心層與玻璃包覆層的介面處所形成的中間玻璃層及/或擴散層(例如，藉由將玻璃核心層與玻璃包覆層中的一或更多種成分擴散進入擴散層)。在一些實施例中，積層玻璃物件100包含玻璃對玻璃積層物(例如，原位熔融的多層玻璃對玻璃積層物)，其中直接相鄰的玻璃層之間的介面為玻璃對玻璃介面。
請再次參照第1圖，在本文所述之實施例中，積層玻璃物件100的總厚度T為沿著第1圖所描繪的座標軸的Z方向之玻璃核心層102的厚度與玻璃包覆層104a、104b中之每一者的厚度之總和。在實施例中，積層玻璃物件的總厚度T可為大於或等於0.5mm且小於或等於300mm。在一些實施例中，積層玻璃物件的總厚度T可為大於或等於0.8mm且小於或等於1.5mm。在一些實施例中，積層玻璃物件的總厚度T可為大於或等於0.9mm且小於或等於1.0mm。
在實施例中，各玻璃包覆層104a、104b的厚度大於或等於30%之積層玻璃物件的總厚度T。在實施例中，各玻璃包覆層104a、104b的厚度可大於或等於32%之積層玻璃物件的總厚度T，或甚至大於或等於33%之積層玻璃物件的總厚度T。在實施例中，各玻璃包覆層104a、104b的厚度可大於或等於34%之積層玻璃物件的總厚度T，或甚至大於或等於35%之積層玻璃物件的總厚度T。玻璃包覆層的厚度大於或等於30%之積層玻璃物件的總厚度T會有助於防止由於在積層玻璃物件的表面中引入深層缺陷（如刮擦等）而導致之玻璃物件的災難性損壞。在本文所述之實施例中，玻璃包覆層104a、104b的組成物不同於玻璃核心層102的組成物，以便實現最終積層玻璃物件中之特定屬性。
舉例而言，玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b可以具有不同的自由體積，而導致玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b具有不同性質。本文所使用的短語「自由體積(free volume)」是指稱玻璃結構中未被原子或結構單元所占據的空間。具體而言，相較於玻璃核心層102，玻璃包覆層104a、104b可以具有相對較高的自由體積。玻璃包覆層104a、104b中的相對較高的自由體積導致在尖銳撞擊事件期間玻璃的緻密化（亦即，刮痕）以及較小的剪切力，進而導致較少的玻璃次表面損傷及較少的玻璃中殘餘應力。然而，玻璃中的相對較高的自由體積不一定會改善對於掉落所引起的損傷的抗性。例如，在離子交換強化之後，相較於具有相對較低的自由體積的玻璃，具有相對較高的自由體積的玻璃通常具有較低的表面壓縮。
因此，在本文所述之實施例中，玻璃核心層102具有低於玻璃包覆層104a、104b的自由體積。當藉由離子交換強化玻璃核心層102時，玻璃核心層102的相對較低的自由體積有助於在玻璃核心層102中得到較高的壓縮應力。在玻璃核心層102中（例如，在玻璃核心層的邊緣處）的壓縮應力改善積層玻璃物件100對於掉落所引起的損傷之抗性。
基於上述，可以藉由將具有相對較高自由體積的玻璃用於玻璃包覆層104a、104b並將具有相對較低自由體積的玻璃用於玻璃核心層102，來得到具有改善的耐刮擦性和改善的對於掉落引起的損傷之抗性的積層玻璃物件100。
玻璃的自由體積係與玻璃的彈性模數有關。具體而言，通常可以理解，玻璃的彈性模數隨著自由體積的增加而減少，並且隨著自由體積的減少而增加。因此，在本文所述之實施例中，玻璃核心層102的彈性模數EC 大於玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 。在一些實施例中，玻璃核心層102的彈性模數EC 比玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 大至少5%。例如，在一些實施例中，玻璃核心層102的彈性模數EC 比玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 大至少10%，或甚至比玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 大至少15%。在其他實施例中，玻璃核心層102的彈性模數EC 比玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 大至少20%，或甚至比玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 大至少25%。
在一些實施例中，玻璃核心層102的彈性模數EC 與玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 之間的差為大於或等於5 GPa，或甚至大於或等於10 GPa。例如，在某些彼等實施例中，玻璃核心層102的彈性模數EC 與玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 之間的差為大於或等於15 GPa，或甚至大於或等於20 GPa。在其他實施例中，玻璃核心層102的彈性模數EC 與玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 之間的差為大於或等於25 GPa，或甚至大於或等於30 GPa。
在一些實施例中，玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 為小於或等於76.5 GPa，且玻璃核心層102的彈性模數EC 為大於76.5 GPa。例如，在一些實施例中，玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 為小於或等於76.5 GPa且大於或等於60 GPa，而玻璃核心層102的彈性模數EC 為大於76.5 GPa且小於或等於90 GPa。在一些實施例中，玻璃包覆層104a、104b的彈性模數ECL 為小於或等於71.5 GPa，而玻璃核心層102的彈性模數EC 為大於76.5 GPa。
類似於彈性模數，玻璃的自由體積亦與玻璃的折射率n有關。在本文所述之實施例中，玻璃核心層102的核心折射率nC 大於玻璃包覆層104a、104b的包覆折射率nCL 。例如，在實施例中，包覆折射率nCL 為大於或等於1.45且小於或等於1.55，或甚至大於或等於1.48且小於或等於1.505。在這些實施例中，核心折射率nC 為大於或等於1.50且小於或等於1.60，或甚至大於或等於1.506且小於或等於1.55。
仍請參照第1圖，在本文所描述之實施例中，形成積層玻璃物件100，使得玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b的熱膨脹係數(CTE)之間存在失配(mismatch)。玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b的CTE失配導致從積層玻璃物件100的表面108a、108b延伸進入積層玻璃物件的厚度之壓縮應力的形成。舉例而言，在本文所述的一些實施例中，玻璃包覆層104a、104b由具有平均包覆熱膨脹係數CTECL 之玻璃組成物形成，且玻璃核心層102由具有平均核心熱膨脹係數CTEC 之不同玻璃組成物形成。CTEC 大於CTECL （即，CTEC ＞ CTECL ），這導致玻璃包覆層104a、104b受到壓縮應力。所產生的壓縮應力增強了積層玻璃物件承受表面瑕疵引入而無災難性劣化之能力。
由於核心層與包覆層之間的CTE差，可用以下方程式來近似包覆層中之壓縮應力： 其中tcore 為核心厚度，tclad 為包覆厚度，αclad 為包覆熱膨脹係數，αcore 為核心熱膨脹係數，ΔT為有效溫度差(effective temperature difference)，Ecore 為核心的彈性模數，Eclad 為包覆層的彈性模數，νcore 為核心的帕松比，且νclad 為包覆層的帕松比。一般而言，αclad ＜＜ΔT 且αcore ΔT＜＜1，因此：
舉例而言，在一些實施例中，由具有小於或等於約72x10-7 /°C的平均包覆CTECL （其在20°C至300°C的範圍內做平均）之玻璃組成物形成玻璃包覆層。在一些實施例中，在20°C至300°C的範圍內做平均之包覆玻璃組成物的平均包覆CTECL 可小於或等於約70x10-7 /°C。在其他實施例中，在20°C至300°C的範圍內做平均之包覆玻璃組成物的平均包覆CTECL 可小於或等於約65x10-7 /°C。在其他實施例中，在20°C至300°C的範圍內做平均之包覆玻璃組成物的平均包覆CTECL 可小於或等於約60x10-7 /°C，或甚至小於或等於約55x10-7 /°C。
然而，形成玻璃核心層之玻璃組成物在20°C至300°C的範圍內具有之平均熱膨脹係數可大於72x10-7 /°C。在某些彼等實施例中，玻璃核心層的核心玻璃組成物在從20°C至300°C的範圍內之平均核心CTEC 可為大於或等於約75x10-7 /°C。在其他實施例中，玻璃核心層的玻璃組成物在從20°C至300°C的範圍內做平均之平均核心CTEC 可為大於或等於約80x10-7 /°C。在其他實施例中，玻璃核心層的玻璃組成物在從20°C至300°C的範圍內做平均之平均核心CTEC 可為大於或等於約90x10-7 /°C。
在本文所述之實施例中，玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的CTE差（即，|CTEC – CTECL |）足以在包覆層中產生表面壓縮應力。在一些實施例中，玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的CTE差足以在玻璃包覆層104a、104b中產生大於或等於10 MPa且小於或等於100 MPa之表面壓縮應力，所述表面壓縮應力從玻璃包覆層104a、104b的表面延伸並通過玻璃包覆層104a、104b的厚度。亦即，因玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的CTE差所導致之壓縮應力為大於或等於10 MPa且小於或等於100 MPa。在這些實施例中，因玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的CTE差所導致之壓縮應力延伸至壓縮深度(DOC)，所述壓縮深度(DOC)大於或等於20%之積層玻璃物件100的總厚度T。例如，在一些實施例中，因玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的CTE差所導致之壓縮應力延伸至壓縮深度，所述壓縮深度大於或等於22%之積層玻璃物件100的總厚度T。在一些實施例中，因玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的CTE差所導致之壓縮應力延伸至壓縮深度，所述壓縮深度大於或等於25%之積層玻璃物件100的總厚度T。
在一些實施例中，玻璃核心層與玻璃包覆層之間的CTE差大於或等於約5x10-7 /°C或甚至10x10-7 /°C。在一些其他實施例中，玻璃核心層與玻璃包覆層之間的CTE差大於或等於約20x10-7 /°C或甚至30x10-7 /°C。在其他實施例中，玻璃核心層與玻璃包覆層之間的CTE差大於或等於約40x10-7 /°C或甚至50x10-7 /°C。
在本文所述之實施例中，可由可離子交換的包覆玻璃組成物形成玻璃包覆層104a、104b。在某些彼等實施例中，由可離子交換的核心玻璃組成物形成玻璃核心層102，並由可離子交換的包覆玻璃組成物形成玻璃包覆層104a、104b。在這些實施例中，可離子交換的核心玻璃組成物及可離子交換的包覆玻璃組成物二者可均包含Li2 O及Na2 O，以有助於相應層之離子交換強化。當對玻璃包覆層104a、104b進行離子交換強化時，可進一步改善積層玻璃物件100對於因引入積層玻璃物件的表面中之缺陷所導致之損壞之抗性。類似地，當對玻璃核心層102進行離子交換強化（特別是在從積層玻璃的片材或帶材分離積層玻璃物件100之後對積層玻璃物件100的邊緣處暴露之玻璃核心層102的離子交換強化）時，可消除邊緣處之暴露張力並進而改善積層玻璃物件100對邊緣處的損壞之抗性。
因此，應理解到，在一些實施例中，也可藉由離子交換強化積層玻璃物件100，以進一步增進積層玻璃物件100的特性。玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的CTE差和離子交換強化的組合產生了獨特的應力輪廓。具體而言，離子交換後之積層玻璃物件100中的應力輪廓為因玻璃包覆層與玻璃核心層之間的CTE差所致之應力輪廓和因離子交換所致之應力輪廓的總和。在實施例中，從玻璃表面到距表面一定深度（玻璃包覆層的厚度之約20%或甚至30%）的區域中之壓縮應力包括因玻璃核心層與玻璃包覆層之間的CTE差所致之壓縮應力還有因離子交換強化所致之壓縮應力二者。亦即，因離子交換所致之壓縮應力延伸至壓縮深度，所述壓縮深度為各玻璃包覆層104a、104b的厚度之20%或甚至30%。
更具體而言，在一些實施例中，可由可被離子交換強化之玻璃組成物形成玻璃包覆層104a、104b及視情況形成玻璃核心層102。玻璃核心層102及玻璃包覆層104a、104b中之鹼金屬氧化物的存在有助於使玻璃由離子交換強化。具體而言，鹼金屬離子（如鉀離子、鈉離子、鋰離子等）在玻璃中充分移動以促進離子交換。藉由離子交換對積層玻璃物件進行強化可藉由以下方式實現：在從350°C至500°C的溫度下，在熔融KNO3 、熔融NaNO3 或它們的組合之鹽浴中處理積層玻璃物件100達少於約30小時或甚至少於約20小時。
在藉由離子交換強化積層玻璃物件100之實施例中，積層玻璃物件具有因離子交換所致之表面壓縮應力CS0 以及因離子交換所產生之壓縮應力區域，所述壓縮應力區域從積層玻璃物件100的表面108a、108b延伸並進入總厚度T達壓縮深度DOC。在某些彼等實施例中，因離子交換所致之表面壓縮應力大於或等於200 MPa或甚至大於或等於500 MPa。在某些彼等實施例中，因離子交換所致之表面壓縮應力大於或等於600 MPa或甚至大於或等於700 MPa。
在一些實施例中，因離子交換所產生之壓縮深度為小於或等於玻璃包覆層的30%之厚度，而壓縮應力因離子交換而形成於玻璃包覆層中。在一些實施例中，因離子交換所產生之壓縮深度為小於或等於玻璃包覆層的20%之厚度，而壓縮應力因離子交換而形成於玻璃包覆層中。在一些實施例中，因離子交換所產生之壓縮深度為小於或等於玻璃包覆層的15%之厚度，而壓縮應力因離子交換而形成於玻璃包覆層中。在一些實施例中，因離子交換所產生之壓縮深度為小於或等於玻璃包覆層的10%之厚度，而壓縮應力因離子交換而形成於玻璃包覆層中。
如上文所述，在積層玻璃物件從連續的玻璃帶材分離之實施例中，所述分離可沿著積層玻璃物件的至少一個邊緣暴露玻璃核心層和玻璃核心層中之中心張力。在積層玻璃物件包含由可離子交換玻璃形成之玻璃核心層的實施例中，積層玻璃物件的暴露的邊緣及暴露的中心張力可經離子交換強化，以在暴露的玻璃核心層的表面中產生壓縮應力，所述壓縮應力延伸至壓縮深度。在暴露的玻璃核心層中之表面壓縮應力消除了暴露的邊緣處之中心張力，並降低了積層玻璃物件從暴露的邊緣處損壞之風險。在這些實施例中，積層玻璃物件可具有沿著整個暴露的邊緣（即，在玻璃包覆層和玻璃核心層中）之表面壓縮應力。
在透過積層和離子交換二者將壓縮應力引入積層玻璃物件之實施例中，積層和離子交換的組合縮短了在給定離子交換溫度下達到特定壓縮深度及/或表面壓縮應力所需的離子交換時間。更具體而言，由具有玻璃核心層與玻璃包覆層之間的CTE差之玻璃核心層及一或多個玻璃包覆層形成積層玻璃物件，導致玻璃物件的表面壓縮應力延伸進入玻璃物件的總厚度達壓縮深度。因為積層玻璃物件在離子交換強化之前具有現有的表面壓縮應力和壓縮深度，所以可以減少透過離子交換達到特定表面壓縮應力或壓縮深度所需的時間。
因為現有的表面壓縮應力而減少的離子交換時間使得因離子交換所致之玻璃基板重量增加最小化。具體而言，藉由將玻璃網絡中之較小的（且較輕的）離子與來自熔融鹽浴之較大的（且較重的）離子交換來實現離子交換強化。然而，因為玻璃包覆層具有現有的表面壓縮應力，所以需要較少的離子交換事件（即，將玻璃中之較小離子交換為來自熔融鹽浴之較大離子）即可實現期望的表面壓縮應力增加。因此，相較於無現有的表面壓縮應力輪廓之相同積層玻璃物件（或僅由包覆玻璃組合物形成之玻璃物件，且無現有的表面壓縮應力輪廓）而言，具有因積層所致之現有的表面壓縮應力之積層玻璃物件在達到相同表面壓縮應力之離子交換期間增加較少重量。
在本文所述之實施例中，積層玻璃物件之因離子交換強化所致之重量增加小於0.5%。在一些實施例中，積層玻璃物件之因離子交換強化所致之重量增加小於0.4%。在一些實施例中，積層玻璃物件之因離子交換強化所致之重量增加小於0.3%。在一些實施例中，積層玻璃物件之因離子交換強化所致之重量增加小於0.2%。
請再次參照第2圖，在離子交換強化之前，玻璃包覆層104a、104b的玻璃網絡之各種組成成分（如，SiO2 和B2 O3 等玻璃形成劑、Al2 O3 等中間物和CaO、Na2 O等改質劑）的濃度大體上從積層玻璃物件100的表面108a、108b往相應介面區域106a、106b均勻分布。例如，玻璃包覆層104a、104b包含至少一個玻璃形成劑，且玻璃形成劑的濃度從積層玻璃物件100的表面108a、108b至介面區域106a、106b的包覆側為基本上恆定。此外，玻璃包覆層104a、104b包含至少一種改質劑（如Na2 O及/或另一種鹼金屬氧化物），且改質劑的濃度從積層玻璃物件100的表面108a、108b至介面區域106a、106b的包覆側為基本上恆定。
然而，在離子交換之後，至少在玻璃包覆層104a、104b中之鹼金屬氧化物（如K2 O及/或Na2 O）的濃度隨著距積層玻璃物件100的表面108a、108b之深度而變化。舉例而言，在積層玻璃物件包含Na2 O且在包含鈉離子的熔融鹽浴（如包含NaNO3 的熔融鹽浴）中對積層玻璃物件進行離子交換的實施例中，Na2 O的濃度從積層玻璃物件100的表面108a、108b往玻璃包覆層104a、104b的厚度之中間點PI 下降，且在中間點PI 處為最小，並從中間點PI 往介面區域106a、106b的包覆側上升。亦即，玻璃包覆層104a、104b中之Na2 O的濃度作為與表面108a、108b的距離之函數而變化。
儘管玻璃包覆層中之鹼金屬氧化物的濃度會由於離子交換強化而發生變化，但應理解到，玻璃網絡中之其他成分（即，玻璃形成劑、中間物和非移動性改質劑，例如鹼土金屬氧化物（CaO，MgO等））保持基本相同（即，在玻璃包覆層的整個厚度上基本均勻，且在玻璃核心層的整個厚度上基本均勻）。
在一些實施例中，可以由下列表1A及表1B中所列之可離子交換的核心玻璃組成物中之一者來形成玻璃核心層。然而，應理解，可以預期並且可能具有玻璃核心層102的其他組成物。 表1A：範例玻璃核心層組成物
分析的組成物 (以莫耳%計) C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
SiO2 61.39 61.34 61.38 61.44 61.24 61.34 61.29
Al2 O3 16.33 16.26 16.29 16.26 16.32 16.34 16.31
B2 O3 0.00 1.46 0.96 0.56 0.00 1.16 0.00
P2 O5 2.92 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Li2 O 8.31 8.40 8.33 8.22 8.32 8.35 8.31
Na2 O 11.00 8.95 8.96 9.01 9.03 9.00 9.01
MgO 0.00 3.54 4.03 4.46 5.04 3.53 4.80
ZrO2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.23 0.23
SnO2 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
密度 (g/cm3 ) 2.42 2.442 2.448 2.451 2.46 2.45 2.465
FE應變點 (o C) 565 545 548 552 558 550 563
FE退火點 (o C) 614 595 594 598 604 597 610
FE軟化點 (o C) 855 813.8   821   823 829.2
CTE *10-7 (1/o C) 84.9 75.9 75.8 75.4 75.8 76 75.1
液相線黏度(Air) (泊) 405172 73576 64692 45793 23978 57235 39445
液相線黏度(Int) (泊) 405172 73576 70986 54805 28463 62764 47317
液相線黏度 Pt (泊) 450632 98103 85719 65831 40554 75696 62631
應力光學係數 (nm/mm/MPa) 2.922 2.878 2.828 2.797 2.763 2.86 2.782
折射率 1.5063 1.5167 1.5175 1.5186 1.5199 1.518 1.5208
彈性模數 (GPa) 76.7 81.3 82.6 82.8 83.6 82.3 84.0
帕松比 0.211 0.21 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22
表1B：範例玻璃核心層組成物
分析的組成物(莫耳%) C8 C9 C10 C11 C12 C13
SiO2 60.32 59.80 60.49 59.77 60.35 59.79
Al2 O3 16.40 16.34 16.28 16.34 16.36 16.32
B2 O3 1.47 1.46 0.98 0.97 0.49 0.49
P2 O5 0.99 1.49 0.98 1.49 0.99 1.48
Li2 O 8.29 8.43 8.31 8.41 8.31 8.34
Na2 O 8.94 8.91 8.94 8.91 8.95 8.97
MgO 3.53 3.53 3.97 4.06 4.50 4.56
SnO2 0.06 0.05 0.05 0.05 0.06 0.05
密度 (g/cm3 ) 2.438 2.436 2.444 2.443 2.45 2.449
FE應變點 (o C) 546 557 551 565 563 573
FE退火點 (o C) 591 604 597 611 609 619
FE軟化點 (o C) 861 859 864 858 851 864
CTE *10-7 (1/o C) 78.6 79.2 78.6 79.8 78.4 79
應力光學係數 (nm/mm/MPa) 2.891 2.919 2.866 2.874 2.833 2.861
折射率 1.5149 1.5149 1.5164 1.5148 1.5169 1.5157
彈性模數 (GPa) 80.53 80.32 81.56 81.01 82.46 82.05
帕松比 0.218 0.224 0.225 0.226 0.226 0.224
在一些實施例中，可以由下列表2A及表2B中所列的一或更多種可離子交換的包覆玻璃組成物來形成玻璃包覆層。然而，應理解，可以預期並且可能具有玻璃包覆層104a、104b的其他組成物。 表2A：範例包覆玻璃組成物
分析的組成物 (以莫耳%計) CL1 CL2 CL3 CL4 CL5 CL6
SiO2 73.56 60.26 64.31 62.40 66.21 68.22
Al2 O3 7.51 15.22 13.25 14.25 12.22 11.23
B2 O3 6.72 9.78 9.73 9.72 9.74 9.69
P2 O5 2.45 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Li2 O 5.88 5.79 3.81 5.69 3.86 3.87
Na2 O 3.83 8.90 8.86 7.90 7.92 6.94
MgO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
ZrO2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SnO2 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
密度 (g/cm3 ) 2.281 2.358 2.338 2.346 2.326 2.312
FE應變點 (o C) 498 512 521 513 516 514
FE退火點 (o C) 545 559 571 561 565 566
FE軟化點 (o C) 825.2 809.6 833.3 818.9 834.5 845.1
CTE *10-7 (1/o C) 49.6 70.3 64.8 66.3 62.5 58.4
液相線黏度 Air (泊) 202940 386760 9359791 415386 10843312 7819746
液相線黏度 Int (泊) 220335 386760 10695950 460429 12292910 7819746
液相線黏度 Pt (泊) 283326 601919 10695950 460429 9576418 8799692
應力光學係數 (nm/mm/MPa) 3.579 3.398 3.523 3.444 3.571 3.617
折射率 1.4844 1.5042 1.4965 1.5009 1.4945 1.4924
彈性模數 (GPa) 67.8 69.6 67.1 69.3 67.1 66.5
帕松比 0.201 0.226 0.22 0.219 0.223 0.219
表2B：範例包覆玻璃組成物
分析的組成物 (以莫耳%計) CL7 CL8 CL9 CL10 CL11 CL12 CL13
SiO2 70.20 66.37 66.42 66.40 66.48 66.42 66.50
Al2 O3 10.22 12.57 12.56 12.57 12.57 12.54 12.59
B2 O3 9.71 7.23 7.19 7.19 7.15 7.17 7.08
P2 O5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Li2 O 3.82 6.84 6.83 6.83 6.74 6.84 6.74
Na2 O 6.00 5.36 4.85 4.37 3.89 3.39 2.90
MgO 0.00 1.58 2.10 2.60 3.11 3.59 4.15
ZrO2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SnO2 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
密度 (g/cm3 ) 2.297 2.349 2.349 2.35 2.35 2.352 2.353
FE應變點 (o C) 514 523 532 543 542 548 556
FE退火點 (o C) 568 567 577 590 590 596 604
FE軟化點 (o C) 855.8 815.2 828.3 832 832 837 843.1
CTE *10-7 (1/o C) 54.2 58.1 55.5 54 51.3 49.9 48.2
液相線黏度 Air (泊) 11457230 120189 86244 60763 78774 54016 52905
液相線黏度 Int (泊) 10112360 131666 113084 78900 94495 70575 68985
液相線黏度 Pt (泊) 12998844 158438 123998 94303 113768 84730 99542
應力光學係數 (nm/mm/MPa) 3.703 3.322 3.312 3.305 3.289 3.288 3.261
折射率 1.4902 1.5025 1.5029 1.5035 1.504 1.5048 1.5054
彈性模數 (GPa) 65.8 73.2 73.6 74.2 74.5 75.3 76.3
帕松比 0.214 0.214 0.213 0.214 0.214 0.215 0.219
可以使用各種製程（包括但不限於，積層狹槽拉伸製程、積層浮式製程、或熔合積層製程）來製造本文所述的積層玻璃物件。這些積層製程中之每一者通常涉及讓第一熔融玻璃組成物流動、讓第二熔融玻璃組成物流動，以及讓第一熔融玻璃組成物與第二熔融玻璃組成物在大於任一玻璃組成物的玻璃轉化溫度的溫度下接觸，來形成二種組成物之間的介面，使得第一與第二熔融玻璃組成物隨著玻璃冷卻及固化而在介面處熔合在一起。
在一個具體實施例中，可藉由熔融層壓製程（如美國專利第4,214,886號中所描述之製程）來形成本文所述之積層玻璃物件100，美國專利第4,214,886號以引用方式併入本文。舉例而言，請參照第3圖，一種用於形成積層玻璃物件之層壓熔融抽拉設備200包括上溢流分配器或等靜壓管(isopipe) 202，其位於下溢流分配器或等靜壓管204上方。上溢流分配器202包括槽210，熔融玻璃包覆組成物206從熔化器（未示出）進料至槽210內。類似地，下溢流分配器204包括槽212，熔融玻璃核心組成物208從熔化器（未示出）進料至槽212內。
當熔融玻璃核心組成物208填充槽212時，其溢出槽212並流過下溢流分配器204的外側成形表面216、218。下溢流分配器204的外側成形表面216、218在根部220會合。因此，流過外側成形表面216、218之熔融玻璃核心組成物208在下溢流分配器204的根部220處重新結合，從而形成積層玻璃物件的玻璃核心層102。
同時，熔融玻璃包覆組成物206溢出形成在上溢流分配器202中之槽210，並流過上溢流分配器202的外側成形表面222、224。熔融玻璃包覆組成物206被上溢流分配器202向外偏轉，使得熔融玻璃包覆組成物206在下溢流分配器204周圍流動並與在下溢流分配器的外側成形表面216、218上流動之熔融玻璃核心組成物208接觸，融合至熔融玻璃核心組成物，並在玻璃核心層102周圍形成玻璃包覆層104a、104b。
儘管第3圖示意性地描繪用於形成諸如板或帶等平面積層玻璃物件的具體設備，但應理解到，其他幾何構造也是可能的。舉例而言，可使用例如美國專利第4,023,953號中描述之設備及方法來形成圓柱狀積層玻璃物件。
在本文所描述之實施例中，如上文所述，熔融玻璃核心組成物208通常具有平均核心熱膨脹係數CTEC ，其大於熔融玻璃包覆組成物206的平均包覆熱膨脹係數CTECL 。因此，當玻璃核心層102和玻璃包覆層104a、104b冷卻時，玻璃核心層102和玻璃包覆層104a、104b之熱膨脹係數的差異導致在玻璃包覆層104a、104b中產生壓縮應力。壓縮應力增加了所得積層玻璃物件的強度。
使用Knoop鑽石壓痕器來確定本文所述的努氏刮擦閾值(Knoop scratch thresholds；KST)。藉由首先確定橫向裂紋開始的負載範圍來確定刮擦閾值。一旦確定負載範圍，則利用4 mm/s的速度在不斷增加的恆定負載下產生一系列5 mm長的刮痕，以識別Knoop刮擦閾值，其中每個負載具有三個或更多刮痕。橫向裂紋經定義為大於凹槽的寬度兩倍的持續裂紋。
在本文所述之實施例中，玻璃積層具有大於或等於2牛頓(N)的努氏刮擦閾值。在一些實施例中，玻璃積層的努氏刮擦閾值大於或等於4 N，或甚至大於或等於6 N。在實施例中，本文所述之玻璃積層的努氏刮擦閾值大於或等於2 N且小於或等於8 N，或甚至大於或等於4 N且小於或等於8 N。在某些彼等實施例中，本文所述之玻璃積層的努氏刮擦閾值大於或等於2 N且小於或等於4 N，或甚至大於或等於4 N且小於或等於6 N。在其他實施例中，本文所述之玻璃積層的努氏刮擦閾值大於或等於6 N且小於或等於8 N。
在本文所述之實施例中，可藉由表面動態衝擊測試來確定積層玻璃物件在動態負載條件下的耐損壞性。表面動態衝擊測試包括以預定的速度將30粒度的SiC砂紙碟片衝擊在積層玻璃物件的表面上。在撞擊期間，將積層玻璃物件（即，樣品）固定在夾具中，並用附接至積層玻璃物件之壓電式負載元(piezoelectric load cell)測量衝擊力。導致積層玻璃物件損壞的衝擊力被認為是積層玻璃物件的表面動態強度。
具體來說，將1吋之30粒度SiC砂紙碟固定在活塞的端部，而活塞則固定在無摩擦的空氣軸承中。活塞和空氣軸承包含在由變速皮帶滑動裝置推動的測試載具內。將玻璃樣品固定到位於皮帶滑動裝置端部的壓電式負載元。皮帶滑動裝置將測試載具推向樣品，在皮帶滑動裝置的端部，載具迅速減速，使活塞藉由動量向前推動。活塞，更具體地說是固定在活塞端部的砂紙，在玻璃樣品中心撞擊玻璃表面，並在空氣軸承上自由反彈。衝擊前之活塞的實際速度由一對光閘(photogate)測量。由壓電感應器記錄衝擊力。
在本文所述之實施例中，積層玻璃物件的表面動態強度大於或等於400牛頓(N)。在一些實施例中，積層玻璃物件的表面動態強度大於或等於500 N，或甚至大於或等於600 N。在一些實施例中，積層玻璃物件的表面動態強度大於或等於700 N，或甚至大於或等於800 N。在一些實施例中，積層玻璃物件的表面動態強度大於或等於900 N，或甚至大於或等於1000 N。在一些實施例中，積層玻璃物件的表面動態強度大於或等於1000 N，或甚至大於或等於1200 N。在實施例中，積層玻璃物件的表面動態強度大於或等於400 N且小於或等於1200 N。在實施例中，積層玻璃物件的表面動態強度大於或等於500 N且小於或等於1100 N。在實施例中，積層玻璃物件的表面動態強度大於或等於500 N且小於或等於1000 N。在實施例中，積層玻璃物件的表面動態強度大於或等於500 N且小於或等於900 N。在實施例中，積層玻璃物件的表面動態強度大於或等於600 N且小於或等於800 N。
在本文所述之實施例中，可藉由邊緣動態衝擊測試來確定積層玻璃物件在動態負載條件下對物件邊緣的破壞的抗性。邊緣動態衝擊測試包括以預定的速度使碳化鎢(WC)桿體撞擊積層玻璃物件的邊緣。撞擊時，WC桿體的長軸垂直於積層玻璃物件的表面。在撞擊期間，將積層玻璃物件（即，樣品）固定在夾具中，並用附接至積層玻璃物件之壓電式負載元(piezoelectric load cell)測量衝擊力。導致積層玻璃物件損壞的衝擊力被認為是積層玻璃物件的邊緣動態強度。
具體來說，將3/8吋之WC桿體固定在活塞的端部，而活塞則固定在無摩擦的空氣軸承中。活塞和空氣軸承包含在由變速皮帶滑動裝置推動的測試載具內。將玻璃樣品固定到位於皮帶滑動裝置端部的壓電式負載元。皮帶滑動裝置將測試載具推向樣品，在皮帶滑動裝置的端部，載具迅速減速，使活塞藉由動量向前推動。活塞，更具體地說是固定在活塞端部的WC桿體，撞擊玻璃樣品的邊緣，並在空氣軸承上自由反彈。衝擊前之活塞的實際速度由一對光閘(photogate)測量。由壓電感應器記錄衝擊力。
在本文所述之實施例中，積層玻璃物件在離子交換之前的邊緣動態強度為大於或等於200牛頓(N)。在一些實施例中，積層玻璃物件在離子交換之前的邊緣動態強度為大於或等於300 N，或甚至大於或等於400 N。在實施例中，積層玻璃物件在離子交換之前的邊緣動態強度為大於或等於200 N且小於或等於500 N。在實施例中，積層玻璃物件在離子交換之前的邊緣動態強度為大於或等於300 N且小於或等於500 N。在實施例中，積層玻璃物件在離子交換之前的邊緣動態強度為大於或等於300 N且小於或等於500 N。
在本文所述之實施例中，積層玻璃物件在離子交換之後的邊緣動態強度為大於或等於500牛頓(N)。在一些實施例中，積層玻璃物件在離子交換之後的邊緣動態強度為大於或等於500 N，或甚至大於或等於600 N。在一些實施例中，積層玻璃物件在離子交換之後的邊緣動態強度為大於或等於700 N，或甚至大於或等於800 N。在實施例中，積層玻璃物件在離子交換之後的邊緣動態強度為大於或等於500 N且小於或等於900 N。在實施例中，積層玻璃物件在離子交換之後的邊緣動態強度為大於或等於600 N且小於或等於800 N。在實施例中，積層玻璃物件在離子交換之後的邊緣動態強度為大於或等於700 N且小於或等於800 N。
本文所述的積層玻璃物件可以用於各種應用中，包括例如車輛玻璃、建築、家電、及消費電子產品（例如，覆蓋玻璃）應用。具有相對較低彈性模數之薄的可離子交換的玻璃包覆層與具有相對較高彈性模數的可離子交換的玻璃核心層之組合是針對積層玻璃物件提供改善的抗表面損傷性（例如，耐刮擦性），以及改善的對於尖銳撞擊損傷的抗性（例如，掉落所引起的損傷及破裂）。 實例
藉由下列實例，將會進一步釐清本文所述的實施例。 實例1
由核心玻璃組成物C1（表1）和包覆玻璃組成物CL1（表2A）形成三層式積層玻璃物件。玻璃包覆層的厚度從約200 µm至約250 µm。玻璃核心層的厚度將近300 µm。玻璃核心層的彈性模數為76.67 GPa，且CTE為84x10-7 /°C。玻璃包覆層的彈性模數為67.78 GPa，且CTE為49.6x10-7 /°C。基於各玻璃的彈性模數、帕松比和CTE的值，因玻璃包覆層與玻璃核心層之間的CTE失配引起之玻璃包覆層中之壓縮應力被測定為約66 MPa。為了此計算之目的，將ΔT估計為較低的應變點溫度與室溫之間的差。
藉由在390°C的溫度下將積層玻璃物件的樣品浸入20重量% NaNO3 /80重量% KNO3 之熔融鹽浴分別達0.5小時、2小時、4小時、7.5小時或16小時來對積層玻璃物件的樣品進行離子交換強化。於離子交換處理前後對樣品秤重，以測定因離子交換所致之重量改變。還對樣品進行了定性檢查，以確定離子交換過程是否導致玻璃中之任何翹曲或其他變形。樣品均未觀察到任何翹曲或變形。
在離子交換強化後，以基礎應力計(fundamental stress meter；FSM)儀器測定壓縮應力(CS)及壓縮深度。經離子交換達2小時之樣品具有將近390 MPa的表面壓縮應力和將近7 µm的壓縮深度。經離子交換達4小時之樣品具有將近415 MPa的表面壓縮應力和將近10 µm的壓縮深度。經離子交換達7.5小時之樣品具有將近385 MPa的表面壓縮應力和將近12.5 µm的壓縮深度。經離子交換達16小時之樣品具有將近360 MPa的表面壓縮應力和將近21 µm的壓縮深度。此數據大體上表明離子交換進一步增加了積層玻璃物件的表面處之壓縮應力。咸信，如此增加表面壓縮應力將進一步增強積層玻璃物件承受在表面上引入之缺陷而不會產生損壞的能力。
現請參照第4圖，將離子交換強化後的樣品之重量增加的百分比繪製為離子交換時間的平方根之函數。第4圖大體上顯示，在離子交換強化之後，積層玻璃物件的所有樣品之重量增加均小於0.4%。咸信，缺乏可觀察到的翹曲或變形是由於低度重量增加之故。另外，第4圖中之數據加上FSM數據可表明：以熔融鹽浴中之相對較低量的鋰離子毒性可獲得樣品中之有利的應力輪廓。
具體而言，如上所述，玻璃包覆層及玻璃核心層含有鋰離子（來自Li2 O），其與熔融鹽浴中之鈉離子及鉀離子交換，導致玻璃包覆層中的表面壓縮應力增加。重量增加數據表明了藉由相對較少的Li+ -Na+ 或Li+ -K+ 交換事件可實現表面壓縮應力的增加，從而導致相對較低的重量增加。由此，從玻璃中去除了相對少量的鋰，導致熔融鹽浴中的鋰離子毒性相對較低。
儘管不希望受到理論的束縛，但咸信，在相對較短的離子交換時間之後，樣品中的表面壓縮應力增加，並具有相應之相對較低的重量增加、相對較低的浴毒性，且沒有可觀察到的翹曲或變形，這可歸因於因積層而預先存在樣品中的壓縮應力。
亦使用電子微探針分析技術對樣品進行了分析，以確定在離子交換強化前後，Li2 O、K2 O及Na2 O的濃度隨深度之變化。所抽拉的積層（即，在離子交換之前）之玻璃包覆層具有濃度將近4莫耳%的Na2 O，且所抽拉的積層（即，在離子交換之前）之玻璃核心層具有濃度將近11莫耳%的Na2 O。第5圖以圖形方式描繪了在390°C下之20% NaNO3 /80% KNO3 中對積層玻璃物件進行離子交換達0.5小時後，Na2 O和K2 O的濃度作為距離表面的深度之函數。
第5圖中描繪之在390°C下離子交換處理0.5小時之後的微探針數據表明：在離子交換期間發生Na2 O和K2 O擴散到玻璃包覆層中，從而增加了玻璃包覆層中之Na2 O和K2 O的濃度，特別是在玻璃包覆層的表面附近的區域（即，接近第5圖所描繪之座標軸的x座標上之0）。此數據亦大體上表明：玻璃包覆層中之Na2 O的濃度隨著距積層玻璃物件表面（即，深度 = 0）的距離增加而降低，在玻璃包覆層厚度的中間點達到最小值，並從中間點往核心-包覆介面增加。類似地，K2 O的濃度在表面附近最大，並且隨著距積層玻璃物件的表面之距離增加而降低。此數據與FSM數據一致，顯示離子交換後表面壓縮應力增加。
亦根據本文所述的表面動態衝擊測試程序測試了積層玻璃物件的所抽拉樣品和在不同條件下進行離子交換之積層玻璃物件的樣品之表面動態衝擊強度。具體而言，一組樣品在所抽拉的條件中測試，一組樣品在390°C下之5% NaNO3 /95% KNO3 之熔融鹽浴中進行離子交換達2.0小時後測試，一組樣品在390°C下之5% NaNO3 /95% KNO3 之熔融鹽浴中進行離子交換達24小時後測試，一組樣品在390°C下之20% NaNO3 /80% KNO3 之熔融鹽浴中進行離子交換達0.5小時後測試，且一組樣品在390°C下之20% NaNO3 /80% KNO3 之熔融鹽浴中進行離子交換達7.5小時後測試。使用本文所述之表面動態衝擊測試程序，以30粒度的SiC砂紙碟衝擊積層玻璃物件的樣品。記錄每個測試衝擊時的負載。若積層玻璃物件在衝擊時沒有損壞，則用「新鮮(fresh)」砂紙代替砂紙碟，並增加砂紙所附接之活塞的速度。重覆所述過程直到樣品損壞。將損壞時之衝擊負載記錄為樣品的「表面動態衝擊強度(surface dynamic impact strength)」。為了比較的目的，也對藉由離子交換強化之非積層的鹼鋁矽酸鹽玻璃樣品（下稱「對照(comparative)」樣品）進行測試至損壞。與積層玻璃物件一樣，對照樣品亦經測試至損壞。
第6圖以圖形方式描繪了對於所抽拉的積層玻璃物件及對照養品在損壞時之表面動態衝擊強度作為活塞速度之函數。如第6圖所示，積層玻璃物件大體上具有大於或等於400 N的表面動態衝擊強度，而大多數樣品具有大於500 N的表面動態衝擊強度。然而，非積層的對照樣品具有500 N或更小的表面動態衝擊強度。此外，第7圖以圖形方式描繪所抽拉之積層玻璃物件、經離子交換的積層玻璃物件及對照樣品的平均表面動態衝擊強度。如第7圖所示，相較於對照樣品，在所抽拉條件中及在離子交換後之積層玻璃物件均具有較大的平均表面動態衝擊強度。
亦根據本文所述的邊緣動態衝擊測試程序測試了積層玻璃物件的經抽拉樣品和在離子交換後之積層玻璃物件的樣品之邊緣動態衝擊強度。具體而言，一組樣品在所抽拉條件中測試，而一組樣品在390°C下之100% KNO3 之熔融鹽浴中進行離子交換達1.0小時後測試。使用本文所述之邊緣動態衝擊測試程序，以3/8吋之WC桿體衝擊樣品。記錄每個測試衝擊時的負載。若積層玻璃物件在衝擊時沒有損壞，則增加WC桿體所附接之活塞的速度。重覆所述過程直到樣品損壞。將損壞時之衝擊負載記錄為樣品的「邊緣動態衝擊強度(edge dynamic impact strength)」。
第8圖以圖形方式描繪了對於所抽拉的積層玻璃物件及經離子交換的積層玻璃物件在損壞時之邊緣動態衝擊強度作為活塞速度之函數。如第8圖所示，積層玻璃物件大體上具有大於或等於300 N的邊緣動態衝擊強度，而經離子交換的樣品具有大於或等於500 N的邊緣動態衝擊強度。此外，第9圖以圖形方式描繪所抽拉之積層玻璃物件及經離子交換的積層玻璃物件的平均邊緣動態衝擊強度。如第9圖所示，相較於所抽拉之積層玻璃物件，經離子交換的積層玻璃物件具有較大的平均邊緣動態衝擊強度。 實例2
由核心玻璃組成物C1（表1）和包覆玻璃組成物CL1（表2A）形成三層式積層玻璃物件。玻璃包覆層的厚度將近200至250 µm。玻璃核心層的厚度將近300 µm。玻璃核心層的彈性模數為76.67 GPa，且CTE為84x10-7 /°C。玻璃包覆層的彈性模數為67.78 GPa，且CTE為49.6x10-7 /°C。基於各玻璃的彈性模數、帕松比和CTE的值，因玻璃包覆層與玻璃核心層之間的CTE失配引起之玻璃包覆層中之壓縮應力被測定為約66 MPa。為了此計算之目的，將ΔT估計為較低的應變點溫度與室溫之間的差。
藉由在390°C的溫度下將積層玻璃物件的樣品浸入100重量% KNO3 之熔融鹽浴分別達0.5小時、1小時、2小時、4小時、8小時、16小時或24小時來對積層玻璃物件的樣品進行離子交換強化。
在離子交換強化後，以基礎應力計(FSM)儀器測定壓縮應力(CS)及壓縮深度。經離子交換達0.5小時之樣品具有將近575 MPa的表面壓縮應力和將近5 µm的壓縮深度。經離子交換達1小時之樣品具有將近550 MPa的表面壓縮應力和將近7 µm的壓縮深度。經離子交換達2小時之樣品具有將近525 MPa的表面壓縮應力和將近8 µm的壓縮深度。經離子交換達4小時之樣品具有將近510 MPa的表面壓縮應力和將近12 µm的壓縮深度。經離子交換達8小時之樣品具有將近475 MPa的表面壓縮應力和將近16 µm的壓縮深度。經離子交換達16小時之樣品具有將近470 MPa的表面壓縮應力和將近24 µm的壓縮深度。經離子交換達24小時之樣品具有將近450 MPa的表面壓縮應力和將近28 µm的壓縮深度。
此數據大體上表明離子交換進一步增加了積層玻璃物件的表面處之壓縮應力。咸信，如此增加表面壓縮應力將進一步增強積層玻璃物件承受在表面上引入之缺陷而不損壞的能力。相較於上述實例1，此數據還顯示：相較於在20% NaNO3 / 80% KNO3 中離子交換之積層，在100% KNO3 中之離子交換大體上增加了表面壓縮應力及壓縮深度。 實例3
評估表1A、1B、2A、及2B中所指出之玻璃核心層與玻璃包覆層的玻璃組成物的離子交換性，以確定自由體積對於離子交換的影響。具體而言，將每一玻璃組成物的1 mm厚的試樣塊進行退火，隨後在410℃的100％的KNO3 的熔融鹽浴中持續4小時來進行離子交換。在離子交換之後，利用基礎應力計(fundamental stress meter；FSM)儀器來分析樣品，以確定離子交換所引起的表面壓縮應力與壓縮深度。結果紀錄在表3A、表3B、表4A、及表4B中。 表3A：範例玻璃核心層組成物的離子交換特性
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
壓縮應力 (MPa) 1031 1210 1260 1286 1331 1277 1339
壓縮深度 (µm) 26 10 9 9 9 10 9
表3B：範例玻璃核心層組成物的離子交換特性
           
C8 C9 C10 C11 C12 C13
壓縮應力 (MPa) 1201 1201 1195 1242 1235 1265
壓縮深度 (µm) 11 13 6 12 10 12
表4A：範例玻璃包覆層組成物的離子交換特性
CL1 CL2 CL3 CL4 CL5 CL6
  壓縮應力 (MPa) 415 848 775 799 702 637
壓縮深度 (µm) 14 13 15 13 15 15
表4B：範例玻璃包覆層組成物的離子交換特性
CL7 CL8 CL9 CL10 CL11 CL12 CL13
壓縮應力 (MPa) 566 830 825 813 813 771 795
壓縮深度 (µm) 14 10 9 9 8 7 6
如表3A至表4B所示，玻璃核心組成物實現較高的表面壓縮應力，而展現在相同的離子交換條件下，具有較低自由體積的玻璃（亦即，具有較高折射率的玻璃）達到較高的壓縮應力。
本案所屬技術領域中具通常知識者將理解，可在不脫離所請求保護的標的的精神及範圍的情況下對本文中所述的實施例作出各種更改及變化。因此，本說明書意欲涵蓋本文中所述的各種實施例的變體及變化，條件是此類變體及變化落於隨附申請專利範圍及其等效物的範圍之內。
100:積層玻璃物件 102:玻璃核心層 103a:第一主表面 103b:第二主表面 104a:第一玻璃包覆層 104b:第二玻璃包覆層 106a,106b:介面區域 108a,108b:表面 200:層壓熔融抽拉設備 202:上溢流分配器/等靜壓管 204:下溢流分配器 206:熔融玻璃包覆組成物 208:熔融玻璃核心組成物 210,212:槽 216,218:外側成形表面 220:根部 222,224:外側成形表面
第1圖示意性地描繪根據本文所顯示並敘述之一或多個實施例之積層玻璃物件的剖面；
第2圖示意性地描繪根據本文所顯示並敘述之一或多個實施例之積層玻璃物件的介面區域；
第3圖示意性地描繪用於形成  根據本文所顯示並描述之一或多個實施例的積層玻璃物件之設備；
第4圖以圖形方式描繪對於在不同時間下進行離子交換之積層玻璃物件所增加之重量（Y-座標）作為離子交換時間的平方根（X-座標）之函數；
第5圖以圖形方式描繪對於積層玻璃物件的經離子交換樣品之積層玻璃物件中的鹼金屬氧化物濃度（Y-座標）作為深度（X-座標）之函數；
第6圖以圖形方式描繪對於積層玻璃物件的樣品及對照樣品之表面動態強度（Y-座標）作為活塞速度（X-座標）之函數；
第7圖以圖性化方式描繪積層玻璃物件的樣品及對照樣品之平均表面動態強度（Y-座標）；
第8圖以圖形方式描繪對於積層玻璃物件的樣品及對照樣品之邊緣動態強度（Y-座標）作為活塞速度（X-座標）之函數；以及
第9圖以圖性化方式描繪積層玻璃物件的樣品及對照樣品之平均邊緣動態強度（Y-座標）。
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100:積層玻璃物件
102:玻璃核心層
103a:第一主表面
103b:第二主表面
104a:第一玻璃包覆層
104b:第二玻璃包覆層
108a,108b:表面

Claims (10)

  1. 一種積層玻璃物件，包含：一玻璃核心層，由一核心玻璃組成物形成並包含一核心玻璃彈性模數EC；以及至少一個玻璃包覆層，直接融合至該玻璃核心層，該至少一個玻璃包覆層由不同於該核心玻璃組成物之一可離子交換的包覆玻璃組成物形成，該至少一個玻璃包覆層包含一包覆玻璃彈性模數ECL，其中：該積層玻璃物件具有一總厚度T，且該至少一個玻璃包覆層具有一厚度TCL，厚度TCL大於或等於30%的該總厚度T；且EC比ECL大至少5%。
  2. 如請求項1所述之積層玻璃物件，其中ECL大於或等於60GPa且小於或等於76.5GPa。
  3. 如請求項1所述之積層玻璃物件，其中EC與ECL之間的差大於或等於5GPa。
  4. 如請求項1所述之積層玻璃物件，其中該玻璃核心層之一核心折射率nC大於該至少一個玻璃包覆層之一包覆折射率nCL。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之積層玻璃物件，其中該至少一個玻璃包覆層包含一第一玻璃包覆層及一第二玻璃包覆層，其中：該第一玻璃包覆層直接融合至該玻璃核心層的一第一表面；以及 該第二玻璃包覆層直接融合至該玻璃核心層的一第二表面，該第二表面與該玻璃核心層的該第一表面相對。
  6. 如請求項1至4中任一項所述之積層玻璃物件，其中：該玻璃核心層具有從20℃至300℃之一核心熱膨脹係數CTEC；該至少一個玻璃包覆層具有從20℃至300℃之一包覆熱膨脹係數CTECL；且CTEC大於或等於CTECL。
  7. 如請求項1至4中任一項所述之積層玻璃物件，其中該積層玻璃物件經離子交換強化，使得該積層玻璃物件因離子交換而包含一壓縮應力區域，該壓縮應力區域從該至少一個玻璃包覆層之一表面延伸並進入該積層玻璃物件的該總厚度T至一壓縮深度DOC。
  8. 如請求項7所述之積層玻璃物件，其中該至少一個玻璃包覆層中之Na2O的濃度從該至少一個玻璃包覆層的一表面下降，在該至少一個玻璃包覆層的厚度內之一中間點處為最小，並從該中間點朝一介面層增加，該介面層位於該至少一個玻璃包覆層與該玻璃核心層之間。
  9. 如請求項7所述之積層玻璃物件，其中該積層玻璃物件具有大於或等於2N且小於或等於8N的一努氏刮擦起始閾值(Knoop scratch initiation threshold)。
  10. 如請求項1至4中任一項所述之積層玻璃物件，包含：大於或等於400N之一表面動態強度；以及大於或等於200N之一邊緣動態強度。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220396519A1 (en) * 2021-06-11 2022-12-15 Corning Incorporated Glass compositions having improved mechanical durability and low characteristic temperatures
CN115677213A (zh) * 2022-11-16 2023-02-03 湖南兆湘光电高端装备研究院有限公司 化学强化层压玻璃制品及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201425244A (zh) * 2012-11-21 2014-07-01 Corning Inc 切割積層強化玻璃基板之方法
TW201527250A (zh) * 2013-11-20 2015-07-16 Corning Inc 防刮硼鋁矽酸鹽玻璃
TW201627239A (zh) * 2014-11-26 2016-08-01 康寧公司 薄玻璃片及其形成系統與方法
TW201806759A (zh) * 2016-05-09 2018-03-01 康寧公司 具有經控制的熱膨脹係數之玻璃積層以及彼之製造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4023953A (en) 1975-08-07 1977-05-17 Corning Glass Works Apparatus and method for producing composite glass tubing
US4214886A (en) 1979-04-05 1980-07-29 Corning Glass Works Forming laminated sheet glass
DE102007063463B4 (de) 2007-12-20 2010-06-10 Schott Ag Kernglas im Alkali-Zink-Silikat-Glassystem für einen faseroptischen Lichtleiter und die Verwendung des Kernglases in einem Lichtleiter
TWI519414B (zh) 2010-06-29 2016-02-01 康寧公司 具有提高機械強度之玻璃片
TWI572480B (zh) 2011-07-25 2017-03-01 康寧公司 經層壓及離子交換之強化玻璃疊層
US9701580B2 (en) * 2012-02-29 2017-07-11 Corning Incorporated Aluminosilicate glasses for ion exchange
CN104918782B (zh) 2012-10-04 2018-11-06 康宁股份有限公司 具有陶瓷相的层合玻璃制品及所述制品的制备方法
US10501364B2 (en) * 2012-11-21 2019-12-10 Corning Incorporated Ion exchangeable glasses having high hardness and high modulus
US10202300B2 (en) * 2013-08-23 2019-02-12 Corning Incorporated Strengthened glass articles, edge-strengthened laminated glass articles, and methods for making the same
KR102421511B1 (ko) 2014-03-27 2022-07-15 코닝 인코포레이티드 유리 제품
EP3186076A1 (en) 2014-08-28 2017-07-05 Corning Incorporated Laminated glass article with ion exchangeable core and clad layers having diffusivity contrast and method of making the same
CN115504681A (zh) 2014-10-07 2022-12-23 康宁股份有限公司 具有确定的应力分布的玻璃制品及其生产方法
CN108137396B (zh) 2015-10-14 2022-04-26 康宁股份有限公司 具有确定的应力分布的层压玻璃制品及其形成方法
CN113232386B (zh) * 2015-11-05 2023-06-09 康宁股份有限公司 具有确定模量对比的层压玻璃制品及其形成方法
WO2017205605A1 (en) * 2016-05-27 2017-11-30 Corning Incorporated Fracture and scratch resistant glass articles
TWI733903B (zh) 2016-09-27 2021-07-21 美商康寧公司 具有工程設計的應力分佈的基於玻璃的製品及其製造方法
EP3571044B1 (en) 2017-01-18 2023-08-16 Corning Incorporated Glass-based articles with engineered stress profiles and methods of manufacture

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201425244A (zh) * 2012-11-21 2014-07-01 Corning Inc 切割積層強化玻璃基板之方法
TW201527250A (zh) * 2013-11-20 2015-07-16 Corning Inc 防刮硼鋁矽酸鹽玻璃
TW201627239A (zh) * 2014-11-26 2016-08-01 康寧公司 薄玻璃片及其形成系統與方法
TW201806759A (zh) * 2016-05-09 2018-03-01 康寧公司 具有經控制的熱膨脹係數之玻璃積層以及彼之製造方法

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