强化玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷制品以及通过加压离子交换制造其的方法技术

提供了一种处理基材的方法，所述方法包括以下步骤：将基材浸没于包含极性溶剂和多个二价离子交换离子的浴中，所述基材具有一个外部区域，所述外部区域含有多个二价可交换离子，所述基材包括玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷；将所述浴加压至预定的压力，所述预定的压力基本上高于环境压力；以及将所述浴加热至预定的温度，所述预定的温度高于环境温度。所述方法还包括对所述基材处理预定的离子交换持续时间的步骤，以使得多个二价可交换离子的一部分与二价离子交换离子的一部分进行交换。另外，处理基材的步骤导致进入所述基材的二价离子交换离子的数目大于从所述基材中出来的二价可交换离子。

Methods for making glass, glass, ceramics and ceramics, and manufacturing them by pressurized ion exchange

Provides a method for processing a substrate, wherein the method comprises the following steps: a substrate is immersed in a polar solvent and contains a plurality of two valence ion exchange ion in the bath, the base material has an outer region, the outer region containing a plurality of two valence exchangeable ions, wherein the substrate comprises a glass glass, ceramic or ceramic; the bath is pressurized to a predetermined pressure, the predetermined pressure basically higher than the ambient pressure; and the temperature of the bath is heated to a predetermined, the predetermined temperature is higher than ambient temperature. The method also includes a step of treating a predetermined ion exchange duration of the substrate so that a portion of a plurality of two valence exchangeable ions is exchanged with a portion of the two valence ion exchange ion. In addition, the process of treating the substrate leads to the number of two valence ion exchanged ions entering the substrate greater than the two valence exchangeable ions out of the substrate.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】强化玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷制品以及通过加压离子交换制造其的方法本申请根据35U.S.C.§119，要求2014年11月26日提交的序列号为62/084640的美国临时申请的优先权的权益，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
本专利技术一般涉及经过强化的玻璃、玻璃陶瓷、和陶瓷制品以及为了各种应用而制造它们的方法，所述应用包括但不限于用于各种电子装置(例如手机、笔记本电脑、书本阅读器、手持式视频游戏系统和自动柜员机)的基材和触摸屏。技术背景离子交换过程通过局部组成变化用于改变和控制各种玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基材中的金属离子的浓度。基材中的这些组成变化可用于改变某些基材的特性。例如，碱金属离子(如K和Rb离子)可以作为强化机制被引入到基材的表面区域中。这些离子交换方法通常包含在高温下将基材浸没于熔融盐浴中。熔融盐浴包括意欲引入到基材中的金属离子。在离子交换过程期间，基材中的离子与熔融盐浴中的金属离子交换。在离子交换过程中使用各种离子的能力可通过这些离子的盐的熔点和目标基材的组成限制。例如，碱土金属盐一般具有远高于环境温度的高熔点。这些盐的高熔点通常超过了目的玻璃、陶瓷、或玻璃陶瓷基材的应力点，因此不能使用。这些熔融盐还易于对基材高度腐蚀。此外，通常不能达到足够的温度以诱导比碱土离子更高价的离子进行离子交换。因此，需要开发适用于可用于生产强化玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷制品的制造操作的灵活的离子交换系统和方法。
技术实现思路
根据一个实施方式，提供了一种处理基材的方法。所述方法包括以下步骤：将基材浸没于包含极性溶剂和多个二价离子交换离子的浴中，所述基材具有一个外部区域，所述外部区域含有多个二价可交换离子；将所述浴加压至预定的压力，其中，所述预定的压力基本上高于环境压力；以及将所述浴加热至预定的温度，其中，所述预定的温度高于环境温度。所述方法还包括在预定的压力和温度下，对所述基材处理预定的离子交换持续时间的步骤，以使得多个二价可交换离子的一部分与离子交换离子的一部分进行交换。此外，所述基材包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷。根据一个实施方式，提供了一种处理基材的方法。所述方法包括以下步骤：将基材浸没于包含极性溶剂和多个离子交换离子的浴中，所述基材具有一个外部区域，所述外部区域含有多个二价可交换离子，所述基材包括玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷；将所述浴加压至预定的压力，其中，所述预定的压力基本上高于环境压力；以及将所述浴加热至预定的温度，其中，所述预定的温度高于环境温度。所述方法还包括在预定的压力和温度下，对所述基材处理预定的离子交换持续时间的步骤，以使得多个可交换离子的一部分与离子交换离子的一部分进行交换。所述多个二价可交换离子具有第一价，并且所述多个二价离子交换离子具有第二价，所述第一价大于或等于所述第二价。根据另一个实施方式，提供了一种处理基材的方法。所述方法包括以下步骤：将基材浸没于包含极性溶剂和多个二价离子交换离子的浴中，所述基材具有一个外部区域，所述外部区域含有多个二价可交换离子，所述基材包括玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷；将所述浴加压至预定的压力，其中，所述预定的压力基本上高于环境压力；以及将所述浴加热至预定的温度，其中，所述预定的温度高于环境温度。所述方法还包括在预定的压力和温度下，对所述基材处理预定的离子交换持续时间的步骤，以使得多个二价可交换离子的一部分与二价离子交换离子的一部分进行交换。另外，对基材进行处理的步骤导致进入所述基材的二价离子交换离子的数目大于从所述基材中出来的二价可交换离子。根据本公开的另一个方面，提供了一种经强化的制品，其包括一种基材，所述基材包含(a)玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷；(b)压缩应力区域，其延伸至所述基材中的第一深度；和(c)二价可交换离子的体积浓度(bulkconcentration)。此外，所述压缩应力区域具有二价离子交换离子的浓度、二价可交换离子的浓度和至少100MPa的压缩应力。另外，所述压缩应力区域中的二价可交换离子的浓度低于二价可交换离子的体积浓度。参考以下说明、权利要求和附图，本领域的技术人员将进一步认识和理解本专利技术的这些特征、优点和目的以及其它特征、优点和目的。附图的简要说明图1A为根据一个实施方式，在用于生产离子交换的玻璃、陶瓷、或玻璃陶瓷制品的系统中采用的离子交换浴和压力容器的示意图。图1B为根据另一个实施方式，在图1A中描述的系统的示意图，所述系统具有浸没于离子交换浴中和容器中的基材。图1C为根据另一个实施方式，在完成图1B中描述的离子交换过程后其中的一个基材的横截面。图2A为根据一个实施方式，一种基材的X射线光电子能谱数据的图表。图2B为根据另一个实施方式的一种基材的次级离子质谱数据的图表。详述下面详细说明本优选实施方式，这些优选实施方式的实例在附图中示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。本文讨论了用于制造经过强化的玻璃、玻璃陶瓷、和陶瓷制品及基材的新方法。这些方法一般包括使用加压的离子交换方法。设计所述离子交换方法以在超级大气压力和高温下，通过将所述基材暴露于溶于质子或非质子极性溶剂中的碱土金属盐或过渡金属盐而强化所述基材。所述离子交换方法的其它实施方式可以导致离子净流入玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷基材。仍是在其它的实施方式中，所述方法可在基本上不含碱的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷制品及基材上进行。仍是在更多的实施方式中，所述离子交换方法可包括包含洗涤步骤的另外的步骤或者可包括另外的离子交换浴，设计所述另外的离子交换浴以赋予所述基材另外的特性。参考图1A，提供了一种用于生产离子交换的玻璃、陶瓷、或者玻璃陶瓷基材的离子交换系统100。如在1A中所描述的，系统100可包括压力容器102，所述压力容器102具有压力容器体104和压力容器盖108。容器102含有离子交换浴200。浴200包含溶剂和多个离子交换离子，所述离子在所述溶剂内溶解。在一个实施方式中，压力容器102可包括压力传感器116和温度传感器124。两个传感器可分别通过压力偶联器120和温度偶联器128连接至控制器112。控制器112能够独立地改变压力容器102和浴200内的温度和压力。如本领域的普通技术人员所理解的，除压力容器102外，其它设备、系统、组件、特征等可用于离子交换系统100，以含有浴200并以与容器102相关的示例性的形式进行本文描述的其它功能。离子交换浴200的溶剂可包括各种溶剂组合物。优选地，所述溶剂为极性液体并同时处于环境温度和压力下。极性溶剂的选择并不限于特定的组合物。例如，所述溶剂可为质子极性溶剂，如水、甲醇、乙醇、异丙醇、硝基甲烷、甲酸、乙酸、乙二醇、1,3-丙二醇、甘油，或任何其它质子极性溶剂，或者质子极性溶剂的组合。类似地，所述极性溶剂还可为非质子极性溶剂，如丙酮、乙酸乙酯、乙腈、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺，或任何其它非质子极性溶剂，或者各非质子极性溶剂的组合。此外，所述溶剂可以为各种比例的质子溶剂和非质子溶剂的组合。用于离子交换系统100的离子交换浴200的离子交换离子可包括各种来源的各种离子。可由溶解盐、酸，以及将离子引入到液体中的其它已知方法，将所述离子引入到离子交换浴200中。可溶于离子交换浴200的一类盐包括金属盐。这些金属盐可包括包含2A族金属离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理基材的方法，所述方法包括以下步骤：将基材浸没于包含极性溶剂和多个二价离子交换离子的浴中，所述基材具有一个外部区域，所述外部区域含有多个二价可交换离子；将所述浴加压至预定的压力，其中，所述预定的压力基本上高于环境压力；将所述浴加热至预定的温度，其中，所述预定的温度高于环境温度；和在预定的压力和温度下，对所述基材处理预定的离子交换持续时间，以使得多个二价可交换离子的一部分与离子交换离子的一部分进行交换，并且其中，所述基材包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.26 US 62/084,6401.一种处理基材的方法，所述方法包括以下步骤：将基材浸没于包含极性溶剂和多个二价离子交换离子的浴中，所述基材具有一个外部区域，所述外部区域含有多个二价可交换离子；将所述浴加压至预定的压力，其中，所述预定的压力基本上高于环境压力；将所述浴加热至预定的温度，其中，所述预定的温度高于环境温度；和在预定的压力和温度下，对所述基材处理预定的离子交换持续时间，以使得多个二价可交换离子的一部分与离子交换离子的一部分进行交换，并且其中，所述基材包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷。2.根据权利要求1所述的方法，其中，进一步进行处理所述基材的步骤以限定所述外部区域中的二价离子交换区域，所述二价离子交换区域从基材中的第一表面延伸至第一选定深度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定的压力为约10MPa至75MPa。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定的温度设置为约200℃至350℃。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述极性溶剂为质子极性溶剂，其选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、1,3-丙二醇、硝基甲烷、甲酸、乙酸、乙二醇和甘油。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述极性溶剂为非质子极性溶剂，其选自丙酮、乙酸乙酯、乙腈、二甲基亚砜、四氢呋喃和二甲基甲酰胺。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个二价离子交换离子源自盐，所述盐选自：硝酸铍、碘化铍、溴化铍、氯化铍、硝酸镁、碘化镁、溴化镁、氯化镁、硝酸钙、碘化钙、溴化钙、硝酸锶、氯化锶、碘化锶、溴化锶、硝酸钡、碘化钡、溴化钡和氯化钡。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基材包括基本上不含碱的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷。9.根据权利要求1所述的方法，其中，在处理基材的步骤期间，进入所述基材的二价离子交换离子的数目大于从所述基材中离去的二价可交换离子。10.一种处理基材的方法，所述方法包括以下步骤：将基材浸没于包含极性溶剂和多个二价离子交换离子的浴中，所述基材具有一个外部区域，所述外部区域含有多个二价可交换离子，所述基材包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷；将所述浴加压至预定的压力，其中，所述预定的压力基本上高于环境压力；将所述浴加热至预定的温度，其中，所述预定的温度高于环境温度；和在预定的压力和温度下，对所述基材处理预定的离子交换持续时间，以使得多个可交换离子的一部分与离子交换离子的一部分进行交换，并且其中，所述多个二价可交换离子具有第一价，并且所述多个二价离子交换离子具有第二价，所述第一价大于或等于所述第二价。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一价在2至5之间。12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述基材包括基本上不含碱的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷。13.根据权利要求10所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·W·马汀，J·C·莫罗，C·M·特鲁斯代尔，
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