包含金属氧化物浓度梯度的玻璃基制品制造技术

揭示了玻璃基制品实施方式，其包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，限定了小于或等于约3毫米(例如，小于或等于约1毫米)的厚度(t)和应力曲线，其中，在约0t至最高至0.3t和大于约0.7t至最高至t的厚度范围内的应力曲线的所有点包括如下正切，其斜率绝对值大于约0.1MPa/微米。在一些实施方式中，玻璃基制品包括非零金属氧化物浓度，其沿着至少一部分厚度(例如，0t至约0.3t)变化，且还包括约80MPa至约100MPa的最大中心张力。在一些实施方式中，金属氧化物或碱金属氧化物的浓度从第一表面降低到位于第一表面和第二表面之间的一个点的一个值，并且从该值增加到第二表面。金属氧化物浓度在整个厚度上可以是大于或等于约0.05摩尔％或大于或等于约0.5摩尔％。还揭示了形成此类玻璃基制品的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含金属氧化物浓度梯度的玻璃基制品相关申请的交叉参考本申请根据35U.S.C.§119要求对2016年6月25日提交的美国临时申请序列号第62/366338和2016年4月8日提交的美国临时申请序列号第62/320077享有权益和优先权，这些临时申请的的内容是本申请的依托并且全文通过参考结合于本文中。
技术介绍
本专利技术涉及玻璃基制品，其展现出包括改善的耐破裂性在内的改善的耐损坏性，更具体而言，本专利技术涉及玻璃和玻璃陶瓷制品，其展现出非零的金属氧化物浓度梯度或沿着大部分厚度变化的浓度。玻璃基制品经常经历会将大瑕疵引入这些制品表面内的严重的冲击。这些瑕疵可从表面延伸至不超过约200微米(μm)处。通常，使用经过热钢化(thermaltempered)的玻璃来防止因这些瑕疵被引入玻璃内而导致的不合格，因为经过热钢化的玻璃经常展现出大的压缩应力(CS)层(例如玻璃总厚度的约21％)，所述压缩应力层能够防止瑕疵进一步蔓延入玻璃内，进而防止不合格。由热钢化而产生的应力分布的一个例子示于图1。图1中，经过热处理的玻璃制品100包含第一表面101、厚度t1和表面CS110。经过热处理的玻璃制品100的CS沿第一表面101至压缩深度(DOC)130减小，如本文所定义，在所述压缩深度130处，应力从压缩应力转变为拉伸应力，并且达到最大中心张力(CT)120。目前，热钢化限于厚的玻璃基制品(即，厚度t1约为3毫米或更厚的玻璃基制品)，因为，为了实现热强化和所需的残余应力，必须在这些制品的芯体与表面之间形成足够的热梯度。这些厚的制品在许多应用中是不希望的或没有实用性，所述应用如显示器(例如消费电子产品，包括手机、平板电脑、计算机、导航系统等)、建筑物(例如窗户、淋浴面板、台面等)、运输工具(例如汽车、火车、飞行器、航海器等)、家用电器或任何需要具有优异的耐破裂性同时薄且重量轻的制品的应用。虽然化学强化不会以相同的方式受限于玻璃基制品的厚度，但已知的经过化学强化的玻璃基制品未能展现出经过热钢化的玻璃基制品的应力分布。由化学强化(例如通过离子交换法)而产生的应力分布的一个例子示于图2。图2中，经过化学强化的玻璃基制品200包含第一表面201、厚度t2和表面CS210。玻璃基制品200的CS沿第一表面201至DOC230减小，如本文所定义，在所述DOC230处，应力从压缩应力转变为拉伸应力，并且达到最大CT220。如图2所示，该应力分布展现出基本上平坦的CT区域或沿着CT区域的至少一部分该CT区域具有恒定或接近恒定的拉伸应力。相比于图1中所示的最大中心数值，已知的经过化学强化的玻璃基制品经常展现出更低的最大CT值。因此，需要薄的玻璃基制品，它展现出改善的耐破裂性玻璃基。
技术实现思路
本公开的第一方面涉及一种玻璃基制品，其包含第一表面和与第一表面相对的第二表面，两者限定厚度(t)；非零且沿着约0·t～约0.3·t范围内的厚度而变化的金属氧化物的浓度；以及具有大于或等于71.5/√(t)的最大CT的中心张力(CT)区域，其中，利用Z.Tang等人在“用于测量经过强化的玻璃的易碎性和碎片化的自动化设备”(AutomatedApparatusforMeasuringtheFrangibilityandFragmentationofStrengthenedGlass)，《实验机械》(ExperimentalMechanics)(2014)54:903-912中所描述的“易碎性测试”进行测量，当玻璃基制品破裂时，该玻璃基制品破裂成至少2块碎片/英寸2(碎片/平方英寸)，其中所用样品大小为5.08cm乘以5.08cm(2英寸乘以2英寸)。碎片的数量除以被测样品的面积(单位：平方英寸)。如本文所用，金属氧化物浓度的变化是指金属氧化物浓度梯度。在一种或多种实施方式中，金属氧化物的浓度非零且沿着整个厚度变化。在一个或多个实施方式中，CT区域可包括非零且沿着约0·t～约0.3·t范围内的厚度而变化的金属氧化物。一个或多个实施方式的玻璃基制品可包括约3mm或更小、2mm或更小或约1mm或更小的厚度t。本公开的第二方面涉及一种玻璃基制品，其包含第一表面和与第一表面相对的第二表面，两者限定约3毫米或更小的厚度(t)，和沿着所述厚度延伸的应力分布，其中在从约0·t至最高0.3·t的厚度范围和大于0.7·t至t的厚度范围之间的应力分布的所有点均具有这样的切线，即其斜率的绝对值大于约0.1MPa/μm，其中应力分布包含最大CS、DOC和大于或等于71.5/√(t)的最大CT，其中最大CT与最大CS的绝对值之比在约0.01-0.2的范围内，其中DOC为约0.1·t或更大。本公开的第三方面涉及一种玻璃基制品，其包含第一表面和与第一表面相对的第二表面，两者限定厚度(t)，其金属氧化物的浓度非零且沿着约0·t～约0.3·t(0·t～约0.4·t或者0·t～约0.45·t)范围内的厚度而变化；大于约200MPa或更大的表面压缩应力；以及具有大于或等于71.5/√(t)的最大CT的中心张力区域。本公开的第四方面涉及一种玻璃基制品，其包含：第一表面和与第一表面相对的第二表面，两者限定厚度(t)；形成浓度梯度的金属氧化物，从第一表面至位于所述第一表面与第二表面之间的一个点，所述金属氧化物的浓度值减小，并从该点至第二表面所述浓度增大，其中该点处的金属氧化物浓度不为零，该玻璃基制品具有大于约0J/m2至小于20J/m2的储存拉伸能和约70GPa或更大的杨氏模量。本公开的第五方面涉及一种玻璃基制品，其包含：第一表面和与第一表面相对的第二表面，两者限定约3毫米或更小的厚度(t)；和沿着所述厚度延伸的应力分布，在从约0·t至最高0.3·t的厚度范围和大于0.7·t的厚度范围之间的应力分布的所有点均具有这样的切线，即其斜率的绝对值大于约0.1MPa/μm，所述应力分布包含最大CS、DOC和最大CT，最大CT与最大CS的绝对值之比在约0.01-0.2的范围内，其中DOC为约0.1·t或更大，该玻璃基制品包含大于约0J/m2至小于20J/m2的储存拉伸能和约70GPa或更大的杨氏模量。在一种或多种实施方式中，所述玻璃基制品包含沿着整个厚度连续变化的金属氧化物的非零浓度。在一些示例中，金属氧化物的非零浓度沿着小于10微米的厚度区段连续变化。本公开的第六方面涉及玻璃基制品，其包含具有CS区域和CT区域的应力分布，所述CT区域利用等式：应力(x)＝最大T－(((CTn·(n+1))/0.5n)·|(x/t)-0.5|n)近似得到，其中，最大T是最大拉伸值、CTn小于或等于最大T且是以MPa为单位的正值，x是沿厚度(t)的位置(单位是微米)，n为1.5～5。在一些实施方式中，最大CT值在约50MPa～约250MPa范围内，且该最大CT值位于约0.4t～约0.6t范围内的深度处。在一个或多个实施方式中，从约0t至约0.1t的厚度范围内，所述应力分布具有约20MPa/微米至约200MPa/微米的斜率。在一种或多种实施方式中，该应力分布通过多个在0.5t～表面范围内测得的误差函数来近似得到。根据本公开的玻璃基制品的一种或多种实施方式，金属氧化物的一价离子产生沿着厚度范围(即约0·t至约0.3·t,约0·t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)；以及金属氧化物的浓度，其是非零的并且沿着从约0t到约0.3t的厚度范围变化；大于约200MPa或更大的表面压缩应力；以及CT区域，其具有约71.5/√(t)至约100/√(t)的最大CT。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.08 US 62/320,077;2016.07.25 US 62/366,3381.一种玻璃基制品，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)；以及金属氧化物的浓度，其是非零的并且沿着从约0t到约0.3t的厚度范围变化；大于约200MPa或更大的表面压缩应力；以及CT区域，其具有约71.5/√(t)至约100/√(t)的最大CT。2.如权利要求1所述的玻璃基制品，其特征在于，所述金属氧化物浓度的厚度范围是约为0t至约为0.4t。3.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其特征在于，所述金属氧化物浓度的厚度范围是约为0t至约为0.45t。4.如权利要求1-3中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述金属氧化物的单价离子沿着所述厚度范围产生应力。5.如权利要求4所述的玻璃基制品，其特征在于，所述金属氧化物的所述单价离子具有玻璃基基材中的所述金属氧化物的所有单价离子中最大的离子直径。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从所述第一表面降低到位于所述第一表面和所述第二表面之间的一个点处的一个值，并且从该值增加到所述第二表面。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，当所述玻璃基制品碎裂时，所述玻璃基制品碎裂成至少1块碎片/英寸2至最高至40块碎片/英寸2，其中，样品尺寸是5.08cm乘以5.08cm见方。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，所述玻璃基制品包括在约为460℃大于或等于约450μm2/小时的钠离子或钾离子扩散系数，以及大于约0.15t的DOC，以及其中，所述表面CS是最大CT的1.5倍或更大。9.如权利要求1-8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0.65MPa·m1/2的断裂韧度(K1C)。10.如权利要求1-9中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述表面CS大于所述最大CT。11.如权利要求1-10中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述表面CS大于或等于约300MPa，以及厚度小于或等于约2毫米。12.如权利要求1-11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在整个厚度范围大于或等于约0.05摩尔％。13.如权利要求1-12中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述金属氧化物在所述第一表面的浓度是所述金属氧化物在等于约0.5t深度处的浓度的约为1.5倍。14.如权利要求1-13中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述金属氧化物的总浓度约为1摩尔％至约为15摩尔％。15.如权利要求1-14中任一项所述的玻璃基制品，其还包括大于或等于约0.4t的化学层深度。16.如权利要求1-15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DOC的CS层，其中，DOC大于或等于约0.1t。17.如权利要求1-16中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，所述CT区域包括金属氧化物。18.如权利要求1-17中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，最大CT与表面CS的绝对值之比约为0.1至约0.8。19.如权利要求1-18中任一项所述的玻璃基制品，其特征在于，t包括小于或等于约3毫米。20.如权利要求1-19中任一项所述的玻璃基制品，其还包括大于或等于约70GPa的杨氏模量。21.如权利要求1-20中任一项所述的玻璃基制品，其还包括小于约100kP的液相线粘度。22.如权利要求1-21中任一项所述的玻璃基制品，其还包括以下任意一种或多种：包含Al2O3和Na2O的总量小于或等于约17摩尔％的组成，包含小于或等于约4摩尔％的Na2O的组成，包含B2O3和ZnO中的任意一种或多种的组成，以及基本不含P2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·德内卡，S·戈麦斯，胡广立，C·M·史密斯，唐中帜，S·A·蒂切，
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