一种耐划痕性碱性铝硼硅酸盐玻璃。玻璃经过化学强化，并且具有表面层，所述表面层相对于玻璃制品的余下部分是二氧化硅富集的。然后对化学强化玻璃用除了氢氟酸之外的无机酸的水性溶液进行处理，例如HCl、HNO3或者H2SO4等，从而从玻璃选择性地滤去元素，并留下二氧化硅富集的表面层。相比于没有用酸溶液进行处理的离子交换玻璃，富集二氧化硅的表面层改善了离子交换玻璃的努氏划痕阈值以及玻璃的划痕后的保留强度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请根据35U.S.C.§119，要求2014年5月20日提交的美国临时申请系列第62/000717号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。技术背景本文涉及一种耐划痕玻璃。更具体地，本文涉及具有耐划痕层的玻璃。甚至更具体地，本文涉及提供具有改进的耐划痕性的玻璃的方法。可离子交换玻璃被广泛地用作覆盖玻璃和用在电子器件的主体中。虽然离子交换为玻璃提供了增强的表面强度，但是硬度的改善是极小的，并且玻璃仍然易受到由于暴露于比玻璃更硬的材料而导致的划痕。改善耐划痕性或耐磨损性的尝试通常包括对玻璃自身的组成进行操纵以增加强度，使用替代材料，或者向玻璃表面施涂硬涂层。在大多数情况下，成本、可扩展性差以及透明度损失使得此类方法不适用于大面积玻璃应用。
技术实现思路
提供了耐划痕玻璃。玻璃具有表面层，所述表面层相对于玻璃制品的余下部分是二氧化硅富集的。玻璃制品可包括碱性铝硅酸盐玻璃、碱性铝硼硅酸盐玻璃或者硼硅酸盐玻璃。玻璃用除了氢氟酸(HF)之外的无机酸的水性溶液进行处理，例如HCl、HNO3或者H2SO4等，从而从玻璃选择性地滤去元素，并留下二氧化硅富集的表面层。在一些实施方式中，水性溶液排除了氢氟酸。在一些实施方式中，通过例如离子交换对玻璃进行化学强化，然后用无机酸的水性溶液进行处理。相比于没有用酸溶液进行处理的玻璃，富集二氧化硅的表面层改善了玻璃的努氏(Knoop)划痕阈值以及玻璃的划痕后的保留强度。因此，本文的一个方面提供了一种玻璃制品，其具有从玻璃制品的表面延伸到玻璃制品中高至约600nm深度的多孔SiO2富集区域。玻璃制品的努氏划痕引发阈值至少约为12N。在一些实施方式中，对玻璃进行酸处理以形成SiO2-富集区域。在某些实施方式中，在形成SiO2-富集区域之前，对玻璃进行离子交换。本专利技术的第二个方面是提供一种制造包含SiO2的耐划痕玻璃制品的方法。该方法包括形成多孔二氧化硅富集层，其从经离子交换的玻璃制品的表面延伸到高至约600nm的深度。玻璃制品具有努氏裂纹引发阈值。本专利技术的第三个方面是提供一种改善化学强化玻璃的耐划痕性的方法。该方法包括：在预定的温度下，用酸对化学强化玻璃的表面进行处理，持续一段预定的时间，从而从玻璃的表面去除非二氧化硅组分，并在玻璃的表面上形成多孔二氧化硅富集层。多孔二氧化硅富集层从表面延伸进入玻璃的块体，深度高至约600nm。从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出本专利技术的上述及其他方面、优点和显著特征。附图说明图1是具有耐划痕二氧化硅富集表面层的经离子交换的平坦玻璃制品的横截面示意图；图2是经过离子交换的玻璃以及经过离子交换然后经过酸处理的玻璃所测得的努氏划痕阈值图；图3是在不同负荷下划痕的玻璃样品的标准化失效负荷图；图4a是经离子交换的玻璃在H2SO4中进行酸处理之前和之后的模量测量图；图4b是经离子交换的玻璃在H2SO4中进行酸处理之前和之后的硬度测量图；以及图5是经离子交换的玻璃以及经过离子交换然后在95℃的0.02N的H2SO4中酸处理24小时的玻璃的表面的x射线光电子能谱(XPS)分析结果图。具体实施方式在以下描述中，相同的附图标记表示附图所示的若干视图中类似或相应的部分。还应理解，除非另外指出，否则术语如“顶部”，“底部”，“向外”，“向内”等是方便词语，不构成对术语的限制。此外，每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一个要素和它们的组合时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素，或者主要由它们组成，或者由它们组成。类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。除非另有说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限，以及所述范围之间的任意范围。除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该”表示“至少一(个/种)”，或者“一(个/种)或多(个/种)”。还应理解的是，在说明书和附图中揭示的各种特征可以任意和所有的组合方式使用。本文所用术语“玻璃制品”和“玻璃制品(glassarticles)”以它们最广泛的意义来使用，包括全部或部分由玻璃制成的任何物体。除非另外说明，否则所有组成表示为摩尔百分数(摩尔％)，并且所有温度表示为摄氏度(℃)。应注意，本文可用术语“基本上”和“约”表示可由任何定量比较、数值、测量或其它表示方法造成的内在不确定性的程度。在本文中还使用这些术语表示数量的表示值可以与所述的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致审议的主题的基本功能改变。因而，“基本不含MgO”的玻璃是这样一种玻璃，其中，没有主动将MgO添加或者配料到玻璃中，但是可能以非常少量作为污染物存在。本文所述的努氏划痕阈值(KST)采用努氏钻石压痕计确定。通过如下方式确定划痕阈值：首先鉴定横向裂纹起始的负荷范围。一旦鉴定了负荷范围，以4mm/s的速度，在3条或更多条划痕/负荷的情况下，以增加的恒定负荷产生一系列的5mm长的划痕，从而鉴定努氏划痕阈值。横向裂纹定义为如下持续裂纹，其比凹槽的两倍宽度还长。通过如下方式来确定本文所述的维氏裂纹引发阈值(VIT)：以0.2mm/分钟的速率，向玻璃表面施加压痕负荷，然后移除该压痕负荷。最大压痕负荷保持10秒。压痕裂纹阈值定义为10次压痕中的50％显示出任意数量的径向/中间裂纹从凹痕印记角落延伸出来的压痕负荷。增加最大负荷直至阈值符合给定的玻璃组成。所有的压痕测量都是在50％相对湿度和室温下进行。使用本领域已知的那些方法来测量压缩应力和层深度。此类方法包括但不限于，使用诸如Luceo有限公司(日本东京)制造的FSM-6000或者类似的商用仪器，来测量表面应力(FSM)，测量压缩应力和层深度的方法如ASTM1422C-99所述，题为“用于化学强化的平坦玻璃的标准规格”和ASTM1279.19779的“用于退火的、热强化的、完全回火的平坦玻璃中的边缘和表面应力的非破坏性光弹性测量的标准测试方法”，其全文通过引用结合入本文。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，其与玻璃的双折射相关。进而通过本领域已知的那些方法来测量SOC，例如纤维和四点弯曲方法(它们都参见ASTM标准C770-98(2008)所述，题为“StandardTestMethodforMeasurementofGlassStress-OpticalCoefficient(用于测量玻璃的应力-光学系数的标准测试方法)”，其全文通过引用结合入本文)以及块圆柱体方法。从总体上参见附图，并具体参见图1，应理解举例说明是为了描述本专利技术的具体实施方式的目的，这些举例说明不是用来限制本专利技术的说明书或所附权利要求书的。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。虽然离子交换为玻璃提供了增强的表面强度，但是硬度的改善是极小的，并且玻璃仍然易受到由于暴露于比玻璃更硬的材料而导致的划痕。改善耐划痕性或耐腐蚀性的尝试通常包括对玻璃自身的组成进行操纵以增加强度，使用替代材料，或者向玻璃表面施涂硬涂层。可以通过例如使得玻璃中的非桥联氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种包含SiO2的玻璃制品，其中，所述玻璃制品经过离子交换并且具有多孔二氧化硅富集区域，所述多孔二氧化硅富集区域从所述玻璃制品的表面延伸进入所述制品中高至约600nm的深度，以及其中，所述玻璃制品的努氏划痕引发阈值至少约为12N。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.20 US 62/000,7171.一种包含SiO2的玻璃制品，其中，所述玻璃制品经过离子交换并且具有多孔二氧化硅富集区域，所述多孔二氧化硅富集区域从所述玻璃制品的表面延伸进入所述制品中高至约600nm的深度，以及其中，所述玻璃制品的努氏划痕引发阈值至少约为12N。2.如权利要求1所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品具有压缩层，所述压缩层从所述二氧化硅富集区域的深度延伸到至少约20μm的层深度，以及其中，所述层具有至少约300MPa的最大压缩应力。3.如权利要求1或2所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品的维氏裂纹引发阈值至少约为5kgf。4.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品包括碱性铝硅酸盐玻璃。5.如权利要求1-3中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品包括硼硅酸盐玻璃。6.如前述任一项权利要求所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品的所述多孔二氧化硅富集区域经过酸处理。7.一种制造耐划痕玻璃制品的方法，其中，所述玻璃制品包含SiO2，所述方法包括：形成从离子交换玻璃制品的表面延伸到高至约600nm的深度的多孔二氧化硅富集层，以及其中，所述玻璃制品具有至少12N的努氏裂纹引发阈值和至少约5kgf的维氏裂纹引发阈值。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，形成所述多孔二氧化硅富集层包括用除了氢氟酸之外的至少一种无机酸对所述表面进行处理。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一种无机酸包括HCl、HNO3和H2SO4中的至少一种。10.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述至少一种无机酸存在的浓度至少约为0.02N。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一种无机酸存在的浓度约为0.02N至高至约60N。12.如权利要求8-11中任一项所述的方法，其特征在于，形成所述多孔二氧化硅富集层包括用至少一种无机酸在约为25℃至高至约95℃的温度范围处理所述表面。13.如权利要求8-12中任一项所述的方法，其特征在于，形成所述多孔二氧化硅富集层包括用至少一种无机酸处理所述表面，持续的时间段约为1小时至高至约24小时。14.如权利要求7-13中任一项所述的方法，所述方法还包括在形成所述二氧化硅富集层之前，对所述玻璃制品进行离子交换。15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述玻璃制品具有压...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·戈麦斯，R·M·莫伦纳，D·M·小诺尼，J·J·普莱斯，S·J·西克，
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
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