S形应力分布及其形成方法技术

一种强化玻璃，其具有不同于误差函数分布和抛物线分布的应力分布。在较长的离子交换和/或退火时间发生的应力松弛和热退火/扩散效应增加了表面层的压缩深度。还提供了获得这些效应的方法。

S shape stress distribution and its formation method

A strengthened glass has different stress distributions which are different from the error function distribution and parabolic distribution. Stress relaxation and thermal annealing/diffusion effects at longer ion exchange and/or annealing times increase the compression depth of the surface layer. The methods of obtaining these effects are also provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】S形应力分布及其形成方法相关申请的交叉参考本申请依据35U.S.C.§119要求2015年12月8日提交的系列号62/264,495的美国临时申请和2016年1月19提交的系列号为62/280,376的美国临时申请的优先权权益，本申请以所述临时申请的内容为基础，并将所述临时申请通过引用全文纳入本文。背景本公开涉及强化玻璃。更具体地，本公开涉及具有深的压缩层的强化玻璃。通过离子交换强化的玻璃往往表现出类似互补误差函数或抛物线函数的应力分布。虽然这样的应力分布对某些类型的损坏(例如尖锐的冲击)提供了充分的保护，但是它们不能为其他类型的损坏(例如从高度掉落到磨损表面上)提供充分的保护。
技术实现思路
本公开提供了一种强化玻璃，其具有不同于之前针对这种玻璃观察到的误差函数分布和抛物线函数分布的应力分布。在较长的离子交换和/或退火时间发生的应力松弛和热退火/扩散效应增加了表面层的压缩深度(DOC)。还提供了获得这些效应的方法。因此，本公开的一个方面提供了一种玻璃制品，其具有厚度(t)和在t/2处的中心。所述玻璃在第一压缩应力(CS1)下具有第一压缩层，所述压缩层从玻璃的第一表面延伸到第一压缩深度(DOC1)。玻璃中的应力根据厚度(t)而变化以形成应力分布，所述应力分布包括：第一区和第二区，所述第一区从第一表面延伸到深度(d1)而进入玻璃中，其中d1>0.06t，并且其中至少一部分的第一区具有第一斜率(m1)；所述第二区从至少d1的深度延伸到第一压缩深度(DOC1)，并且其具有第二斜率(m2)，其中|m1|≤|m2|。本公开的另一个方面提供了一种通过离子交换强化的玻璃制品，所述玻璃制品具有厚度(t)和在t/2处的中心。所述玻璃制品包括：在中心的任一侧上的压缩区，其中，所述压缩区从玻璃制品的表面延伸到压缩深度(DOC)并且处于压缩应力下；以及拉伸区，其从压缩深度(DOC)延伸到玻璃制品的中心，其中，所述拉伸区处于物理中心张力(CT)下。玻璃中的应力根据厚度(t)而变化以在压缩区内形成包含亚区的应力分布，在所述亚区中应力分布具有负曲率，其中，负曲率的最大绝对值在20MPa/(t(mm))2至4,000MPa/(t(mm))2之间。本公开的另一个方面提供了一种玻璃制品，所述玻璃制品先通过离子交换工艺，再通过热扩散/退火步骤来强化。所述玻璃制品具有厚度(t)和在t/2处的中心，以及处于第一压缩应力(CS1)下的第一压缩层，所述第一压缩层从玻璃的第一表面延伸到第一压缩深度(DOC1)。所述玻璃还包括处于物理中心张力(CT)下的拉伸区，其从玻璃的第一压缩深度(DOC1)延伸到玻璃的中心。玻璃中的应力根据厚度(t)而变化以形成应力分布。所述应力分布包括：第一区和第二区，所述第一区从第一表面延伸到深度(d1)而进入玻璃中，其中d1>0.06t，并且其中至少一部分的第一区具有第一斜率(m1)；所述第二区从至少d1的深度延伸到第一压缩深度(DOC1)，并且其具有第二斜率(m2)，其中|m1|≤|m2|。本公开的另一个方面提供了一种对包含第一碱金属阳离子的玻璃进行强化的方法。所述玻璃具有第一表面、与第一表面相对的第二表面、厚度(t)和在t/2处的中心。所述方法包括：将玻璃浸没到包含第二碱金属阳离子的离子交换浴中，其中，第二碱金属阳离子与第一碱金属阳离子不同，并且用来自离子交换浴的第二碱金属阳离子替换玻璃中的第一碱金属阳离子以形成压缩层，所述压缩层从玻璃的第一表面和第二表面延伸到第一压缩深度(DOC1)，其中，压缩层在表面处处于第一压缩应力(CS1)下；以及使第二碱金属阳离子从第一表面和第二表面扩散到玻璃的中心。玻璃中的应力根据厚度(t)而变化以形成应力分布。所述应力分布包括：第一压缩区和第二压缩区，所述第一压缩区从第一表面和第二表面中的每个表面延伸到深度(d1)而进入玻璃中，其中d1>0.06t，并且其中至少一部分的第一区具有第一斜率(m1)，以及在第一表面和第二表面中的每个表面处的第二压缩应力(CS2)，其中CS2≤CS1；所述第二压缩区从至少d1的深度延伸到第二压缩深度(DOC2)，并且其具有第二斜率(m2)，其中|m1|≤|m2|，并且其中DOC2>DOC1。在第1个方面中，提供了一种玻璃制品。所述玻璃制品包括：厚度t、位于t/2处的中心、从玻璃制品的第一表面延伸到第一压缩深度DOC1的第一压缩层、以及在所述第一压缩层中的第一最大压缩应力CS1。第一压缩层具有应力分布。所述应力分布包括第一区和第二区，所述第一区从第一表面延伸到深度d1而进入玻璃中，其中d1>0.06t，并且至少一部分的第一区具有第一斜率m1；所述第二区从至少d1的深度延伸到第一压缩深度DOC1，并且其具有第二斜率m2，其中|m1|≤|m2|。在第2个方面中，提供了如第1方面所述的玻璃制品，其中，应力分布包括在压缩区内的具有负曲率的亚区，其中，所述负曲率的最大绝对值在d1处。在第3个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中，负曲率的最大绝对值在20MPa/(t(mm))2至4,000MPa/(t(mm))2之间。在第4个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中，应力分布的斜率在d1处为零。在第5个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中，DOC1≥0.2t。在第6个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中，CS1>0、m1>0且m2<0。在第7个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中，t在约0.1mm至约2mm的范围内。在第8个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中，DOC1在约0.14t至约0.35t的范围内。在第9个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中，第一最大压缩应力CS1在第一表面处，并且在约500MPa至约2,000MPa的范围内，并且应力分布还包括具有正曲率的第二亚区。在第10个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中，第一亚区的负曲率绝对值在t的约2％至约25％的空间范围内超过10MPa/(t(mm))2。在第11个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中：第一最大压缩应力CS1在第一表面处，并且在第一表面下方的小于约8μm的深度处，压缩应力下降到小于第一最大压缩应力CS1的50％。在第12个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其还包括物理中心张力，所述物理中心张力在约40MPa/(t(mm))1/2至约150MPa/(t(mm))1/2的范围内。在第13个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中，应力分布的第二区包括拐点。在第14个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中：应力分布的第一区还包括从第一表面延伸到深度d2的亚区，d2<d1，所述亚区至少包括具有第三斜率m3的一部分，|m1|<|m3|，并且30MPa/μm≤|m3|≤200MPa/μm。在第15个方面中，提供了如前述方面中任一方面所述的玻璃制品，其中，50MPa/μm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃制品，其包括：厚度t，位于t/2处的中心，从玻璃制品的第一表面延伸到第一压缩深度DOC1的第一压缩层，以及在所述第一压缩层中的第一最大压缩应力CS1，其中，第一压缩层具有应力分布，所述应力分布包括：第一区，其从第一表面延伸到深度d1而进入玻璃制品中，其中d1>0.06t，并且至少一部分的第一区具有第一斜率m1；和第二区，其从至少d1的深度延伸到第一压缩深度DOC1，并且其具有第二斜率m2，其中|m1|≤|m2|。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.08 US 62/264,495;2016.01.19 US 62/280,3761.一种玻璃制品，其包括：厚度t，位于t/2处的中心，从玻璃制品的第一表面延伸到第一压缩深度DOC1的第一压缩层，以及在所述第一压缩层中的第一最大压缩应力CS1，其中，第一压缩层具有应力分布，所述应力分布包括：第一区，其从第一表面延伸到深度d1而进入玻璃制品中，其中d1>0.06t，并且至少一部分的第一区具有第一斜率m1；和第二区，其从至少d1的深度延伸到第一压缩深度DOC1，并且其具有第二斜率m2，其中|m1|≤|m2|。2.如权利要求1所述的玻璃制品，其中，应力分布包括在压缩区内的具有负曲率的亚区，其中，所述负曲率的最大绝对值在d1处。3.如权利要求2所述的玻璃制品，其中，负曲率的最大绝对值在20MPa/(t(mm))2至4,000MPa/(t(mm))2之间。4.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，应力分布的斜率在d1处为零。5.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，DOC1≥0.2t。6.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，CS1>0、m1>0且m2<0。7.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，t在约0.1mm至约2mm的范围内。8.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，DOC1在约0.14t至约0.35t的范围内。9.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中：第一最大压缩应力CS1在第一表面处，并且在约500MPa至约2,000MPa的范围内，并且应力分布还包括具有正曲率的第二亚区。10.如权利要求9所述的玻璃制品，其中，第一亚区的负曲率的绝对值在t的约2％至约25％的空间范围内超过10MPa/(t(mm))2。11.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中：第一最大压缩应力CS1在第一表面处，并且在第一表面下方的小于约8μm的深度处，压缩应力下降到小于第一最大压缩应力CS1的50％。12.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其还包括物理中心张力，所述物理中心张力在约40MPa/(t(mm))1/2至约150MPa/(t(mm))1/2的范围内。13.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，应力分布的第二区包括拐点。14.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中：应力分布的第一区还包括从第一表面延伸到深度d2的亚区，d2<d1，所述亚区至少包括具有第三斜率m3的一部分，|m1|<|m3|，并且30MPa/μm≤|m3|≤200MPa/μm。15.如权利要求14所述的玻璃制品，其中，50MPa/μm≤|m3|≤200MPa/μm。16.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其中，所述玻璃制品包括碱金属硅铝酸盐玻璃。17.如权利要求16所述的玻璃制品，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含至少约4摩尔％的P2O5，其中，(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中RxO是存在于所述碱金属硅铝酸盐玻璃中的单价和二价阳离子氧化物的总和。18.如权利要求16或17所述的玻璃制品，其中，所述碱金属硅铝酸盐玻璃包含：约40摩尔％至约70摩尔％的SiO2；约11摩尔％至约25摩尔％的Al2O3；约2摩尔％至约15摩尔％的P2O5；约10摩尔％至约25摩尔％的Na2O；约10摩尔％至约30摩尔％的RxO，其中RxO是存在于玻璃中的碱金属氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属一氧化物的总和。19.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其还包括：第二压缩层，其从与玻璃制品的第一表面相对的第二表面延伸到第二压缩深度DOC2，在第二压缩层中的第二最大压缩应力CS2，以及从DOC1延伸到DOC2的拉伸区。20.如权利要求19所述的玻璃制品，其中，DOC1＝DOC2。21.一种玻璃制品，其包括：厚度t，位于t/2处的中心，位于玻璃制品的表面与中心之间的压缩区，其中，所述压缩区处于压缩应力下并且从表面延伸到压缩深度DOC；在压缩区内的亚区，在所述亚区中，应力分布具有负曲率，其中负曲率的最大绝对值在20MPa/(t(mm))2至4000MPa/(t(mm))2之间；以及从压缩深度DOC至少延伸到玻璃制品中心的拉伸区，其中，拉伸区处在物理中心张力CT下。22.如权利要求21所述的玻璃制品，其中，t在约0.1mm至约2mm的范围内。23.如权利要求21或22所述的玻璃制品，其中，DOC在约0.14t至约0.35t的范围内。24.如权利要求21-23中任一项所述的玻璃制品，其中：最大压缩应力CS1在第一表面处并且在约500MPa至约2,000MPa的范围内，并且压缩区还包括亚区，在所述亚区中，应力分布具有正曲率的亚区。25.如权利要求21-24中任一项所述的玻璃制品，其中：玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·德内卡，P·奥拉姆，R·V·鲁斯夫，V·M·施奈德，C·M·史密斯，唐中帜，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US