具有经过加工的应力分布的经涂覆的基于玻璃的制品制造技术

基于玻璃的基材具有杨氏模量、第一表面和第二表面。在第一和第二表面中的至少一个上的涂层具有的杨氏模量等于或大于基材杨氏模量。压缩区域，其在表面处具有750MPa至1200MPa的压缩应力且延伸到压缩深度(DOC)。压缩区域具有第一部分和第二部分，所述第一部分从第一表面延伸最多达到第一深度，所述第二部分从所述第一深度延伸到DOC，所述第一部分中的点包括斜率小于‑15MPa/微米且大于‑60MPa/微米的正切，以及所述第二部分中的点包括斜率小于或等于‑1MPa/微米且大于‑12MPa/微米的正切。

Coated glass based products with processed stress distribution

The glass based substrate has a young's modulus, a first surface, and a second surface. The coating on at least one of the first and second surfaces has a young's modulus equal to or greater than that of the substrate. Compression area, which has a compression stress of 750MPa to 1200Mpa at the surface and extends to the depth of compression (DOC). The compression region has a first part and a second part, the first part extends from the first surface to the first depth at most, the second part extends from the first depth to Doc, the points in the first part include tangent with slope less than \u2011 15MPa / micron and greater than \u2011 60MPa / micron, and the points in the second part include slope less than or equal to \u2011 1MPa / micron and greater than 12 MPA / micron tangent.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有经过加工的应力分布的经涂覆的基于玻璃的制品相关申请的交叉参考本申请根据35U.S.C.§119，要求2017年01月31日提交的美国临时申请系列第62/452,583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。
本公开的实施方式一般地涉及具有经过加工的应力分布的经涂覆的基于玻璃的制品及其制造方法。
技术介绍
基于强化玻璃的制品被广泛地用于电子器件，作为便携式或移动电子通讯和娱乐装置(例如，手机、智能手机、平板、视频播放器、信息终端(IT)装置、笔记本电脑、可穿戴物(例如，手表)和导航系统等)的盖板或窗口，以及用于其他应用，例如，建筑(例如，窗户、淋浴板、台面等)，运输(例如，车辆、火车、飞行器、航海器等)，电器，或者可受益于优异的抗破裂性但是还是薄且轻量化制品的任何应用。在基于强化玻璃的制品(例如，化学强化玻璃制品)中，压缩应力通常在玻璃表面处最高或者处于峰值，并且随着远离表面从峰值开始下降，以及在玻璃制品中的应力变成拉伸之前，在玻璃制品的某个内部位置是零应力。中性应力的点被称作压缩深度(DOC)。可以采用改变离子交换工艺来解决对于基于强化玻璃的制品中的初始瑕疵数量的敏感性的问题，从而改变玻璃的应力分布以降低对于初始瑕疵数量的敏感性。虽然出于这个目的可以采用改变离子交换工艺，但是会希望开发其他方法来提供具有改进的可靠性，同时没有显著影响基于强化玻璃的材料的平均强度的基于强化玻璃的材料。已经采用了基于玻璃的制品的表面上的硬且脆性涂层来为基于玻璃的制品提供耐划痕性，但是对于具有陡峭应力分布的基于强化玻璃的制品，硬涂层会倾向于劣化基于强化玻璃的制品的挠性强度性能。
技术实现思路
本公开的第一个方面属于经涂覆的基于玻璃的制品，其包括：基于玻璃的基材，所述基于玻璃的基材具有基材杨氏模量值，以及第一表面和与第一表面相对的第二表面，它们限定了基材厚度(t)的范围是0.1毫米至3毫米；基于玻璃的基材的第一表面和第二表面中的至少一个上的涂层，所述涂层具有等于或大于基于杨氏模量值的涂层杨氏模量值且范围是80纳米至10微米的涂层厚度(tc)；以及基于玻璃的基材具有压缩区域，所述压缩区域在基于玻璃的制品的表面处具有750MPa至1200MPa的压缩应力CS，该CS延伸通过压缩区域并在压缩深度(DOC)降低到零，压缩区域具有应力分布，所述应力分布包括第一部分和第二部分，所述第一部分从第一表面延伸最多达到第一深度，所述第二部分从所述第一深度延伸到DOC，所述第一部分中的点包括斜率小于-15MPa/微米且大于-60MPa/微米的正切，以及所述第二部分中的点包括斜率小于或等于-1MPa/微米且大于-12MPa/微米的正切。当厚度(t)小于300微米时，所述第一深度最多是0.1t，例如，约0.1t、约0.09t、约0.08t、约0.07t、约0.06t或者约0.05t。当厚度(t)是300微米或更大时，所述第一深度是约10微米至约30微米，例如：约10微米、约12微米、约14微米、约15微米、约16微米、约18微米、约20微米、约22微米、约24微米约25微米、约26微米、约28微米或约30微米，或者约12微米至约30微米，或者约14微米至约30微米，或者约16微米至约30微米，或者约18微米至约30微米，或者约20微米至约30微米，或者约25微米至约30微米，或者约12至约28微米，或者约14至约26微米，或者约16至约24微米，或者约18至约22微米。本文所揭示的基材的杨氏模量值是通过ASTME2001-13所述的题为“StandardGuideforResonantUltrasoundSpectroscopyforDefectDetectioninBothMetallicandNon-metallicParts(用于金属和非金属部件中的缺陷检测的谐振超声波谱的标准指南)”的一般类型的共振超声谱技术测量，而本文所揭示的涂层的杨氏模量值是通过已知的纳米压痕方法测量。为了测量薄膜元件(涂层)的杨氏模量，使用代理层。代理层由与用于产生涂层的相同材料制造并且以相同工艺沉积，但是是在基于玻璃的基材上沉积了300nm厚的代理层。采用广泛接受的纳米压痕实践来确定薄膜涂层的硬度和杨氏模量。参见Fischer-Cripps,A.C.的“CriticalReviewofAnalysisandInterpretationofNanoindentationTestData(纳米压痕测试数据的分析和解读的关键复习)”，Surface&CoatingsTechnology(表面和涂层技术)，200,4153–4165(2006)，下文称作“Fischer-Cripps”以及Hay,J.,Agee,P和Herbert,E.的“ContinuousStiffnessmeasurementDuringInstrumentedIndentationTesting(仪器压痕测试过程中的连续刚度测量)”，ExperimentalTechniques(实验技术)，34(3)86–94(2010)，下文称作“Hey”。对于涂层，通常测量硬度和模量与压痕深度的函数关系。只要涂层足够厚，则可以从所得到的响应分布分离出涂层的性质。应该认识到的是，如果涂层太薄(例如，小于约500nm)，则可能无法完全分离出涂层性质，因为它们会受到具有不同机械性质的靠近的基材的影响。(参见Hay)。用于记录本文性质的方法是涂层自身的代表。该过程是测量硬度和模量与出来的压痕深度到接近1000nm的深度的函数关系。在较软玻璃上的硬涂层的情况下，响应曲线会展现出硬度和模量在较小压痕深度(</＝约200nm)下的最大水平。在更深压痕深度下，硬度和模量这两者都会逐渐减小，因为响应受到较软玻璃基材的影响。在这种情况下，涂层硬度和模量取自与展现出最大硬度和模量的区域相关的那些。在较硬玻璃基材上的软涂层的情况下，涂层属性会展现为发生在较小压痕深度的最低硬度和模量水平。在更深压痕深度，由于受到较硬玻璃的影响，硬度和模量会逐渐增加。可以通过采用常规的Oliver和Pharr方法(如Fischer-Cripps所述)或者通过更高效的连续刚度方法(参见Hay)来获得硬度和模量与深度关系的这些分布。提取可靠的纳米压痕数据是基于遵循完善的方案。否则的话，这些度量可能存在明显误差。对于此类薄膜，采用已知的钻石纳米压痕方法(如上文所述，用的是布氏钻石压痕计尖端)测量这些弹性模量和硬度值。本公开的另一个方面属于经涂覆的基于玻璃的制品，其包括：基于玻璃的基材，所述基于玻璃的基材具有基材杨氏模量值，以及第一表面和与第一表面相对的第二表面，它们限定了基材厚度(t)的范围是0.1毫米至3毫米；基于玻璃的基材的第一表面和第二表面中的至少一个上的涂层，所述涂层具有等于或大于基于杨氏模量值的涂层杨氏模量值且范围是80纳米至10微米的涂层厚度(tc)；以及基于玻璃的基材具有压缩区域，所述压缩区域在基于玻璃的制品的第一表面处具有750MPa或更大的压缩应力CS，该CS延伸通过压缩区域并在压缩深度(DOC)降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种经涂覆的基于玻璃的制品，其包括：/n基于玻璃的基材，所述基于玻璃的基材包括基材杨氏模量值以及第一表面和与第一表面相对的第二表面，限定了基材厚度(t)的范围是0.1毫米至3毫米；/n基于玻璃的基材的第一表面和第二表面中的至少一个上的涂层，所述涂层包括等于或大于基材杨氏模量值的涂层杨氏模量值，且包括80纳米至10微米的涂层厚度(t

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170131 US 62/452,5831.一种经涂覆的基于玻璃的制品，其包括：
基于玻璃的基材，所述基于玻璃的基材包括基材杨氏模量值以及第一表面和与第一表面相对的第二表面，限定了基材厚度(t)的范围是0.1毫米至3毫米；
基于玻璃的基材的第一表面和第二表面中的至少一个上的涂层，所述涂层包括等于或大于基材杨氏模量值的涂层杨氏模量值，且包括80纳米至10微米的涂层厚度(tc)；以及
基于玻璃的基材包括压缩区域，所述压缩区域在基于玻璃的制品的表面处包括750MPa至最高至1200MPa的压缩应力(CS)，该CS在压缩深度(DOC)降低到零，所述压缩区域包括应力分布，所述应力分布包括第一部分和第二部分，所述第一部分从第一表面延伸到最多到达第一深度，所述第二部分从所述第一深度延伸到DOC，所述第一部分中的点包括斜率是小于-15MPa/微米且大于-60MPa/微米的正切，和所述第二部分中的点包括斜率是小于或等于-1MPa/微米且大于-12MPa/微米的正切，以及当厚度(t)小于300微米时，所述第一深度最多是0.1t，以及当厚度(t)是300微米或更大时，所述第一深度是约10微米至约30微米。


2.如权利要求1所述的经涂覆的基于玻璃的制品，其中，基材厚度(t)是0.2毫米至2毫米。


3.如权利要求1所述的经涂覆的基于玻璃的制品，其中，基材厚度(t)是0.3毫米至1毫米。


4.如权利要求1-3中任一项所述的经涂覆的基于玻璃的制品，其中，涂层厚度(tc)是1微米至10微米。


5.如权利要求1-4中任一项所述的经涂覆的基于玻璃的制品，其中，压缩区域在表面处包括800MPa至1150MPa的压缩应力CS。


6.如权利要求1-5中任一项所述的经涂覆的基于玻璃的制品，所述第一部分中的点包括斜率小于-15MPa/微米且大于-45MPa/微米的正切。


7.如权利要求1-6中任一项所述的经涂覆的基于玻璃的制品，其中，所述第二部分中的点包括斜率小于或等于-3MPa/微米且大于-8MPa/微米的正切。


8.如权利要求1-7中任一项所述的经涂覆的基于玻璃的制品，其中，基材杨氏模量值是60GPa至80GPa，以及涂层杨氏模量值是70GPa至400GPa。


9.如权利要求1-8中任一项所述的经涂覆的基于玻璃的制品，其中，涂层杨氏模量值是100GPa至300GPa。


10.如权利要求1-9中任一项所述的经涂覆的基于玻璃的制品，其中，涂层包括选自下组的耐划痕涂层：Al2O3、Mn、AlOxNy、Si3N4、SiOxNy、SiuAlvOxNy、钻石、钻石状碳、SixCy、SixOyCz、ZrO2、TiOxNy，及其组合。


11.一种经涂覆的基于玻璃的制品，其包括：
基于玻璃的基材，所述基于玻璃的基材包括基材杨氏模量值以及第一表面和与第一表面相对的第二表面，限定了基材厚度(t)的范围是0.1毫米至3毫米；
基于玻璃的基材的第一表面和第二表面中的至少一个上的涂层，所述涂层包括等于或大于基材杨氏模量值的涂层杨氏模量值，且包括80纳米至10微米的涂层厚度(tc)；以及
所述基于玻璃的制品包括压缩区域，所述压缩区域在基于玻璃的基材的第一表面处包括750MPa或更大的压缩应力CS，所述压缩区域包括应力分布，所述应力分布包括第一部分和第二部分，所述第一部分从第一表面延伸最多到达第一深度，所述第二部分从所述第一深度延伸到DOC，使得在距离第一表面10微米深度处的CS是第一表面处的CS的30％至50％，以及第一部分的应力分布的点包括第一部分正切，而第二部分的应力分布的点包括第二部分正切，其中，第一部分正切的斜率与第二部分正切斜率之比是1.25至60，以及当厚度(t)小于300微米时，所述第一深度最多是0.1t，以及当厚度(t)是300微米或更大时，所述第一深度是约10微米至约30微米。


12.如权利要求11所述的经涂覆的基于玻璃的制品，其中，第一部分正切的斜率与第二部分正切的斜率之...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·T·哈里斯，胡广立，
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