薄的热强化和化学强化的玻璃基制品制造技术

公开了热强化和化学强化的玻璃基制品的实施方式。在一个或多个实施方式中，玻璃基制品可以包括：第一表面和与第一表面相对第二表面，它们限定了限定厚度(t)，第一CS区域，其包括非零且随着一部分厚度变化的金属氧化物浓度，以及第二CS区域，其基本上不含第一CS区域的金属氧化物，所述第二CS区域从第一表面延伸至约0.17·t或更大的压缩深度。在一个或多个实施方式中，第一表面沿着第一表面的任何50mm或更小的轮廓是平坦的至100μm总指示器跳动(TIR)。还揭示了强化玻璃片的方法，以及还揭示了包括其的消费电子产品、层压体和车辆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】薄的热强化和化学强化的玻璃基制品相关申请的交叉引用本申请根据美国35U.S.C.§119，要求2016年3月4日提交的美国临时申请系列第62/303608号，2016年1月29日提交的美国临时申请系列第62/088827号和2016年1月12日提交的美国临时申请系列第62/277579号的优先权，本公开以这些申请为基础并将其全文通过引用结合与此。
本公开涉及改进的和薄的热强化和化学强化的玻璃制品和强化玻璃基材的改进方法，具体涉及同时呈现深的压缩深度和高的表面压缩应力的薄玻璃制品。
技术介绍
热强化玻璃制品通过加热玻璃基材至玻璃的玻璃转变温度之上的高温，并快速冷却基材的表面(淬火)进行强化，而基材的内部区域由于厚度和相当低的热导率而绝热，以较低速率冷却。差异化冷却在热强化玻璃制品的表面区域产生了残余压缩应力(CS)，靠制品中心区域的残余拉伸应力平衡。热强化不同于化学强化工艺，其中，表面的压缩应力通过诸如离子扩散的过程改变靠近玻璃表面的区域中玻璃的化学组成而产生。在一些基于离子扩散的过程中，所得玻璃制品的外部部分可以通过在表面附近用较小的离子交换较大的离子而在或接近表面处引入压缩应力(也称为负拉伸应力)而强化。热强化和化学强化过程区别于玻璃制品的外部部分通过结合两种类型的玻璃而强化或设置的机械玻璃强化过程。在这些过程中，具有不同热膨胀系数的玻璃组合物的层通过加热结合或层压在一起。例如，通过具有较低CTE的熔融玻璃层之间夹置具有较高热膨胀系数(CTE)的熔融玻璃，内部玻璃中的正张力在玻璃冷却时压缩外层，在表面上再次形成CS以平衡正拉伸应力。强化玻璃制品相比于未强化玻璃制品具有许多优点。相比于未强化玻璃制品，强化玻璃制品表面的压缩应力可以提供较大的抗断裂性。强度的增加一般与表面压缩的量成比例。如果玻璃制品具有足够的强化水平，相对于它的厚度，则当玻璃片材破裂时，它会分裂成具有钝角边缘的小碎片而不是具有尖锐边缘的大或长的碎片。玻璃破碎成足够多的小碎片，或“小块”，正如许多已确立的标准定义的那样，可以被称为安全玻璃，或者经常被提及为“完全回火”玻璃，或者有时简单称为“回火”玻璃。对于至少经过热强化的玻璃制品，由于强化度取决于玻璃片材表面和中心的温度差值，薄玻璃需要高的冷却速率以获得给定应力。同时，薄玻璃通常需要较高的表面CS和中心拉伸应力或中心张力(CT)的最终值以在破碎时划切成小颗粒。因此，如果不是不可能，为了在薄玻璃制品中获得理想的划切性能(例如，具有约3mm或更低厚度的制品)仅用已知的热强化过程或结合其他强化过程一直具有极大的挑战。此外，这些薄玻璃制品经常不呈现出高的表面压缩应力，它可以避免缺陷或裂纹的成核和/或生长。因此，需要薄玻璃制品同时呈现出深的压缩深度和高的表面压缩应力。
技术实现思路
本公开的第一个方面涉及热强化和化学强化玻璃基制品。本公开中，玻璃基基材一般是未强化的而玻璃基制品一般涉及已经被强化的(例如，通过热强化和/或化学强化)基于玻璃的基材。在一个或多个实施方式中，玻璃基制品包括第一表面和与第一表面相对的限定厚度(t)的第二表面。第一和第二相对表面可以包括制品的相对主表面。在一些实施方式中，玻璃基制品的厚度t小于约2mm或小于约1.2mm。在一些情况下，玻璃基制品包含玻璃片材，长度l以mm表示，宽度w以mm表示，厚度t要小于长度l和宽度w，l和w各自至少10mm。在一些情况下，l和w两者之一或者两者都至少为40mm。l/t的比率和w/t的比率均大于等于10/1，与其它一个或多个实施方式相对应。在一个或多个实施方式中，玻璃基制品包括金属氧化物浓度非零且浓度沿厚度的一部分变化的第一压缩应力区域，和第二压缩应力区域。在一个或多个实施方式中，在第一压缩应力区域具有浓度变化的金属氧化物沿特定厚度范围产生应力。在一些实施方式中，这种金属氧化物可以是玻璃基制品中所有金属氧化物中离子直径最大的。换句话说，具有浓度变化的金属氧化物可以是离子交换到玻璃基制品中的金属氧化物。在一个或多个实施方式中，第二压缩应力区域可以包含一个恒定的金属氧化物浓度区域，或换句话说，基本上不含非零并且沿着第一CS区域变化的金属氧化物。正如这里所使用的，术语“基本上不含非零并且沿着第一CS区域变化的金属氧化物”是指存在于第二压缩应力区域的金属氧化物小于约0.1摩尔％。在一些实施方式中，贯穿整个第二压缩应力区域的第二压缩应力的组成基本上是恒定的。在一个或多个实施方式中，第二压缩应力区域由第一压缩应力区域延伸到一个压缩深度(DOC)，这里的DOC约为0.17·t或是更大。在一些实施方式中，金属氧化物的浓度非零且沿着厚度从第一表面到大于约0·t至小于约0.17·t的深度范围内，或从大于约0.01·t到小于约0.1·t的深度范围内变化。在一个或多个实施方式中，玻璃基制品包括从第一表面到DOC的热强化区域和从第一表面延伸到层深度(DOL)的化学强化区域。正如这里所使用的，术语“热强化区域”包括主要由热强化过程形成的显示压缩应力的区域。这种热强化区域也可以由于化学强化显示一些应力(例如，金属离子渗透进入玻璃基制品较深的区域，而引起一些应力，但是这些应力不是对于这个区域总压缩应力的主要贡献)。正如这里所使用的，术语“化学强化区域”包括呈现为至少一部分由化学强化过程产生的压缩应力的区域。这样的化学强化区域也可以由于热强化过程呈现一些应力。一些实施方式的DOC大于DOL，DOC大于或等于约0.17·t。正如这里所使用的，DOC指玻璃基制品内应力从压缩到拉伸应力的转变的深度。DOL是指化学强化产生的应力。在DOC，应力从压缩应力转变为拉伸应力，从而具有零的应力值。根据本领域通常使用的惯例，压缩表现为负的应力(<0)，拉伸表现为正的应力(>0)；然而，在本说明书中，压缩应力表现为正的或绝对值，比如，这里引用的，CS＝∣CS∣，CT同样表现为绝对值，比如，这里引用的，CT＝∣CT∣。在一些实施方式中，玻璃基制品的表面压缩应力可以为400MPa或更大，或者600MPa或更大。在一个或多个实施方式中，制品的表面压缩应力可以约为1GPa或更大。在一些实施方式中，玻璃基制品呈现为最大的CT约为75MPa或更大，甚至是80MPa或更大。在一个或多个实施方式中，玻璃基制品包括存储的拉伸能约6J/m2或更大或约10J/m2或更大。一个或多个实施方式中的玻璃基制品在等于约150MPa或更大的DOL的深度处可以呈现一个CS值。在一个或多个具体实施方式中，在CS约为150MPa或更大处的DOL，可以为约10微米或更大(或约0.01·t或更大)。在一个或多个实施方式中，玻璃基制品包括沿着第一表面的任何50mm或更小的轮廓平坦至100μm的总指示器跳动(TIR)的第一表面。在一个或多个实施方式中，第一表面在10×10μm的面积上具有在0.2至1.5nmRa范围内的粗糙度。在一些实施方式中，玻璃基制品包括以℃为单位表示的软化温度Tsoft(T软化)和以℃为单位表示的退火温度Tanneal(T退火)以及以℃为单位表示时，由Tfs表示的在第一表面上测量的表面假想温度的玻璃，无量纲表面假想温度参数θs由(Tfs-Tanneal)/(Tsoft-Tanne本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃基制品，其包括：第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)；第一压缩应力(CS)区域，其包括金属氧化物浓度，所述金属氧化物浓度是非零的并且沿着一部分的厚度变化；以及第二CS区域，其基本不含所述第一CS区域的金属氧化物，所述第二CS区域从所述第一CS区域延伸到大于或等于约0.17·t的压缩深度(DOC)，这是从所述第一表面测量的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.12 US 62/277,579;2016.01.29 US 62/288,827;1.一种玻璃基制品，其包括：第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)；第一压缩应力(CS)区域，其包括金属氧化物浓度，所述金属氧化物浓度是非零的并且沿着一部分的厚度变化；以及第二CS区域，其基本不含所述第一CS区域的金属氧化物，所述第二CS区域从所述第一CS区域延伸到大于或等于约0.17·t的压缩深度(DOC)，这是从所述第一表面测量的。2.如权利要求1所述的玻璃基制品，其特征在于，所述金属氧化物包括以下任意一种：Na2O、K2O、Rb2O和Cs2O。3.如权利要求2所述的玻璃基制品，其特征在于，所述金属氧化物包括K2O。4.如权利要求2所述的玻璃基制品，其特征在于，所述金属氧化物包括Na2O。5.如权利要求1-4中任一项所述的玻璃基制品，其还包括中心张力(CT)区域，其中，所述第二CS区域和至少一部分的所述CT区域包括同样的玻璃组成。6.如权利要求1-5中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述金属氧化物的浓度是非零的并且沿着所述一部分的厚度变化，该部分是从所述第一表面到如下深度，所述深度是从大于约0·t到小于约0.17·t。7.如权利要求1-6中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述金属氧化物的浓度是非零的并且沿着所述一部分的厚度变化，该部分是从所述第一表面到如下深度，所述深度是从大于约0.01·t到约0.1·t。8.如权利要求1-7中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，厚度t小于约2mm。9.如权利要求8所述的玻璃基制品，其特征在于，厚度t小于约1.2mm。10.如权利要求1-9中任一项所述的玻璃基制品，其还包括大于或等于约400MPa的表面CS。11.如权利要求10所述的玻璃基制品，其还包括大于或等于约600MPa的表面CS。12.如前述任一项权利要求所述的玻璃基制品，其还展现出大于或等于约8N的努普划痕阈值。13.如前述任一项权利要求所述的玻璃基制品，其还展现出大于或等于约120N的维氏裂纹起始阈值。14.一种玻璃基制品，其包括：第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)；从所述第一表面延伸到DOC的热强化区域，所述热强化区域包括从所述第一表面延伸到层深度(DOL)的化学强化区域；其中，所述DOC大于所述DOL，以及所述DOL大于或等于约0.17t。15.如权利要求14所述的玻璃基制品，其特征在于，厚度t小于约2mm。16.如权利要求15所述的玻璃基制品，其特征在于，厚度t小于约1.2mm。17.如权利要求14-16中任一项所述的玻璃基制品，其还包括大于或等于约400MPa的表面CS。18.如权利要求17所述的玻璃基制品，其还包括大于或等于约25MPa的最大CT。19.如权利要求18所述的玻璃基制品，其还包括大于或等于约1GPa的表面CS，以及大于或等于约75MPa的最大中心张力(CT)。20.如权利要求19所述的玻璃基制品，其特征在于，其中，所述最大CT大于或等于约80MPa。21.如权利要求14-20中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述玻璃基制品包括如下组成，所述组成包括P2O5、Li2O和B2O3中的任意一种或多种。22.如权利要求14-21中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述玻璃基制品包括如下组成，所述组成包括P2O5、Li2O和B2O3中的任意两种或更多种。23.如权利要求14-22中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述玻璃基制品包括大于或等于约6J/m2的储存的拉伸能。24.如权利要求23所述的玻璃基制品，其特征在于，所述储存的拉伸能大于或等于约10J/m2。25.如权利要求14-24中任一项所述的玻璃基制品，其还包括在所述DOL处大于或等于约150MPa的CS值。26.如权利要求14-25中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述DOL大于或等于约10微米。27.如权利要求14-26中任一项所述的玻璃基制品，其还展现出大于或等于约8N的努普划痕阈值。28.如权利要求14-27中任一项所述的玻璃基制品，其还展现出大于或等于约120N的维氏裂纹起始阈值。29.一种玻璃基制品，其包括：第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)；第一压缩应力(CS)区域，其包括第一金属氧化物浓度和第二金属氧化物，所述第一金属氧化物浓度是非零的并且沿着一部分的厚度变化；以及第二CS区域，其包括所述第二金属氧化物和基本不含所述第一CS区域的第一金属氧化物，所述第二CS区域从所述第一CS区域延伸到大于或等于约0.17·t的压缩深度(DOC)，这是从所述第一表面测量的。30.如权利要求29所述的玻璃基制品，其特征在于，所述第一金属氧化物包括：包含第一直径的第一金属离子，以及所述第二金属氧化物包括：包含第二直径的第二金属离子，其中，所述第二直径小于所述第一直径。31.如权利要求30所述的玻璃基制品，其特征在于，所述第一金属氧化物包括K2O，以及所述第二金属氧化物包括Na2O。32.如权利要求29-31中任一项所述的玻璃基制品，其还包括中心张力(CT)区域，其中，所述第二CS区域和至少一部分的所述CT区域包括同样的玻璃组成。33.如权利要求29-32中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述第一金属氧化物的浓度是非零的并且沿着所述一部分的厚度变化，该部分是从所述第一表面到如下深度，所述深度是从大于约0·t到小于约0.17·t。34.如权利要求29-33中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述第一金属氧化物的浓度是非零的并且沿着所述一部分的厚度变化，该部分是从所述第一表面到如下深度，所述深度是从大于约0.01·t到约0.1·t。35.如权利要求29-34中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，厚度t小于约2mm。36.如权利要求35所述的玻璃基制品，其特征在于，厚度t小于约1.2mm。37.如权利要求29-36中任一项所述的玻璃基制品，其还包括大于或等于约400MPa的表面CS。38.如权利要求37所述的玻璃基制品，其还包括大于或等于约600MPa的表面CS。39.如权利要求29-38中任一项所述的玻璃基制品，其还展现出大于或等于约8N的努普划痕阈值。40.如权利要求29-39中任一项所述的玻璃基制品，其还展现出大于或等于约120N的维氏裂纹起始阈值。41.一种化学强化的玻璃基制品，其包括：第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，它们限定了厚度(t)；以及热强化区域，其中，所述第一表面沿着所述第一表面的任何50mm或更小的轮廓是平坦至100μm总指示器跳动(TIR)，其中，所述玻璃基制品包括如下玻璃，该玻璃具有软化温度T软化和退火温度T退火，所述软化温度T软化的单位是℃，所述退火温度T退火的单位是℃，以Tfs表示的在玻璃片的第一表面上测量的表面假想温度，其单位是℃，以及无量纲表面假想温度参数θs由(Tfs-T退火)/(T软化-T退火)给出，其中参数θs在0.20-0.09的范围内。42.如权利要求41所述的玻璃基制品，其特征在于，所述玻璃基制品包括玻璃片，所述玻璃片具有长度l、宽度w，长度l的单位是毫米，宽度w的单位是毫米，其中，t小于l且小于w，以及l和w分别至少是10mm。43.如权利要求42所述的玻璃基制品，其特征在于，l和w中的任一个或两个至少是40mm。44.如权利要求41或42所述的玻璃基制品，其特征在于，l/t之比和w/t之比分别大于或等于10/l。45.如权利要求41-44中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述第一表面在10x10μm区域上的粗糙度是0.2-1.5nmRa。46.如权利要求41-45中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，t小于2mm。47.如权利要求41-46中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，t约为小于或等于1.2mm。48.如权利要求41-47中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，在所述第一表面上测得的所述表面假想温度至少比玻璃的玻璃转变温度高了50℃。49.如权利要求48所述的玻璃基制品，其特征在于，在所述第一表面上测得的所述表面假想温度至少比玻璃的玻璃转变温度高了75℃。50.如权利要求41-49中任一项所述的玻璃基制品，其还包括从所述第一表面延伸到DOL的化学强化区域，其中，所述热强化区域从所述第一表面延伸到DOC，其中，所述DOC大于所述DOL，以及所述DOC大于或等于约0.17t。51.如权利要求41-50中任一项所述的玻璃基制品，其还包括大于或等于约1GPa的表面CS，以及大于或等于约75MPa的最大CT。52.如权利要求51所述的玻璃基制品，其特征在于，其中，所述最大CT大于或等于约80MPa。53.如权利要求41-52中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述玻璃基制品包括如下组成，所述组成包括P2O5。54...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·芬克尔德，L·加斯基尔，T·M·格罗斯，P·J·莱齐，R·O·马斯克梅耶，C·M·史密斯，J·C·托马斯，K·L·沃森，
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