具有含两个区域的应力分布的玻璃基制品及其制备方法技术

本文涉及具有含两个区域的应力分布的玻璃基制品及其制备方法。公开了一种玻璃基制品，包含：第一表面和与第一表面相反的限定0.1‑2mm范围的厚度(t)的第二表面；以及沿着厚度(t)延伸的应力分布，其中约0·t至高达0.020·t和大于0.98·t的第一厚度范围中应力分布的至少一个点具有切线，该切线具有约‑200MPa/μm至约‑25MPa/μm或者约25MPa/μm至约200MPa/μm的斜率，其中从约0.035·t至小于0.965·t的第二厚度范围中应力分布的所有点具有切线，该切线具有约‑15MPa/μm至约15MPa/μm的斜率，其中应力分布包含约200‑1100MPa的表面CS，以及其中应力分布包含约0.1·t至0.25·t范围的DOC。

Glass based products with stress distribution of two regions and their preparation

【技术实现步骤摘要】
具有含两个区域的应力分布的玻璃基制品及其制备方法本申请是申请号为201710228902.4、申请日为2017年4月10日、名称为“具有含两个区域的应力分布的玻璃基制品及其制备方法”的专利申请的分案申请。相关申请的交叉参考本申请根据35U.S.C.§119要求2016年4月8日提交的美国临时申请系列第62/320109号的优先权，其内容作为本申请的基础并且通过参考完整地结合于此。背景
本公开内容涉及表现出改进的抗损伤性，包括改进的抗裂性的玻璃基制品，更具体地涉及可熔融成形的玻璃和玻璃陶瓷制品，其具有非零金属氧化物浓度梯度或者沿着厚度的主要部分变化的浓度。本公开内容还涉及具有含两个区域的应力分布的玻璃基制品，所述两个区域具有变化的切线。
技术介绍
玻璃基制品常常经受严重冲击，所述冲击会在这种制品的表面中引起大的瑕疵。这种瑕疵可自表面延伸到高达约200微米的深度。传统上采用热回火玻璃防止将这种瑕疵引入玻璃而导致的失效，因为热回火玻璃往往具有大压缩应力(CS)层(例如约为玻璃总厚度的21％)，这可防止瑕疵进一步扩展到玻璃内，从而能够防止失效。图1显示了热回火产生的应力分布的一个例子。在图1中，热回火处理的玻璃制品100包含第一表面101、厚度t1和表面CS110。从第一表面101到如本文所定义的压缩深度(DOC)130，经过热处理的玻璃制品100的CS减小，在该深度处应力从压缩应力变为拉伸应力，并达到最大中心张力(CT)120。目前，热回火局限于厚玻璃基制品(即厚度t1约为3毫米或以上的玻璃基制品)，因为为了实现热强化和所需的残余应力，必须在这种制品的芯与表面之间形成足够的热梯度。这种厚制品在许多应用中是不合乎需要或不合乎实际的，如显示器(例如消费型电子产品，包括移动电话、平板电脑、计算机、导航系统等)、建筑(例如窗户、淋浴柱、台面等)、运输(例如汽车、列车、飞机、海轮等)、家电或者需要优异的抗裂性但薄且轻质的制品的任何应用。虽然化学强化不像热回火那样受到玻璃基制品厚度的限制，但已知的化学强化玻璃基制品不具有热回火玻璃基制品的应力分布。图2示出了通过化学强化(例如通过离子交换工艺)产生的应力分布的例子。在图2中，化学强化玻璃基制品200包含第一表面201、厚度t2和表面CS210。从第一表面201到如本文所定义的DOC230，玻璃基制品200的CS减小，在该深度处应力从压缩应力变为拉伸应力，并达到最大CT220。如图2所示，该分布具有基本上平坦的CT区，或者说沿着CT区的至少一部分具有恒定或接近恒定的拉伸应力的CT区。与图1所示的最大中心张力值相比，已知的化学强化玻璃基制品往往具有较低的最大CT值。需要提供在制品表面具有较高压缩应力的玻璃基制品，其第一应力分布区具有陡峭斜率或切线，第二应力分布区具有不那么陡峭的分布区，还需要提供这种玻璃制品的方法。
技术实现思路
本公开内容的第一方面涉及一种玻璃基制品，其包括：限定厚度(t)的第一表面和与第一表面相反的第二表面；非零且沿着从0·t约到约0.3·t的厚度范围变化的金属氧化物浓度；以及包含小于约80MPa的最大中心张力(CT)的中心张力区。在一个或多个实施方式中，当玻璃基制品破裂时，玻璃基制品破裂成至少2个碎片/英寸2。在一个或多个实施方式中，当玻璃基制品破裂时，玻璃基制品破裂成至少1个碎片/英寸2至40个碎片/英寸2。在一个或多个实施方式中，所述金属氧化物浓度为非零且沿着整个厚度变化。在一个或多个实施方式中，所述金属氧化物沿着厚度范围产生应力。所述金属氧化物的单价离子可具有玻璃基基材里所有金属氧化物单价离子中最大的离子直径。所述金属氧化物浓度可从第一表面减小到第一表面与第二表面之间的一个点处的一个值，并且从该值增加到第二表面。例如，所述金属氧化物浓度在第一表面处可比等于约0.5·t的深度处的金属氧化物浓度约大1.5倍。在一些情况下，所述金属氧化物浓度在整个厚度中约为0.05摩尔％或以上(例如在约1摩尔％至约15摩尔％的范围内)。所述金属氧化物可包括Li2O,Na2O,K2O,Rb2O和Cs2O中的任意一种或多种。在一个或多个实施方式中，在玻璃基制品的CT区可存在金属氧化物浓度梯度。在一个或多个实施方式中，玻璃基制品包括沿着厚度延伸的应力分布，其中在约0·t至高达0.3·t和大于0.7·t的厚度范围之间的应力分布的所有的点包含斜率小于约-0.1MPa/μm或大于约0.1MPa/μm的切线。在一些实施方式中，应力分布包含最大CS、DOC和小于约80MPa的最大CT，其中最大CT与CS的最大绝对值之比在约0.01至约0.2的范围内，其中DOC约为0.1·t或以上。当一个或多个实施方式的玻璃基制品破裂时，玻璃基制品破裂成至少2个碎片/英寸2。一个或多个实施方式的玻璃基制品可包括约300MPa或以上或约500MPa或以上的表面压缩应力(CS)。在一些实施方式中，玻璃基制品包括约200MPa或以上的表面CS和约0.4·t或以上的化学层深度。在一个或多个实施方式中，CS可从第一表面延伸到DOC，其中DOC约为0.1·t或以上。一些实施方式的玻璃基制品的最大CT与表面CS(可包括最大CS)的绝对值之比在约0.01至约0.2的范围内。作为可选方式，表面CS的绝对值大于最大CT。在一个或多个实施方式中，玻璃基制品包括包括第一金属氧化物浓度和第二金属氧化物浓度，其中在约0·t至约0.5·t的第一厚度范围，第一金属氧化物浓度在约0摩尔％至约15摩尔％的范围内；在约0微米至约25微米的第二厚度范围，第二金属氧化物浓度在约0摩尔％至约10摩尔％的范围内。作为可选方式，玻璃基制品包括第三金属氧化物。在一个或多个实施方式中，玻璃基制品包括：非零且沿着约0·t至约0.3·t(或约0·t至约0.4·t或者约0·t至约0.45·t)的厚度范围变化的金属氧化物浓度；约200MPa或以上的表面压缩应力；以及具有小于约80MPa的最大CT的CT区。玻璃基制品可具有约3毫米或以下或者约1毫米或以下的厚度t。玻璃基制品可具有无定形结构、晶体结构或其组合。玻璃基制品在约380nm至约780nm范围的波长上具有约88％或以上的透射率。此外，在一些实施方式中，玻璃基制品在CIEF02光源下可具有以下CIELAB色空间坐标：约88或以上的L*值，约-3至约+3范围的a*值，以及约-6至约+6范围的b*值。在一个或多个实施方式中，玻璃基制品包括小于80GPa的杨氏模量。玻璃基制品包括约100千泊(kP)或以上的液相线粘度。玻璃基制品可包括具有以下任意一项或多项的组成：Al2O3和Na2O的合并量大于约15摩尔％的组成；包含大于约4摩尔％Na2O的组成；基本上不含B2O3和/或ZnO的组成；以及包含非零含量的P2O5的组成。玻璃基制品可包括在约460℃等于或大于约450μm2/小时的扩散率，大于约0.15·t的DOC，其中表面CS的绝对值是最大CT的1.5倍或以上。在一些实施方式中，玻璃基制品包含约0.7MPa·本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对基于玻璃的基材进行化学强化的方法，所述基于玻璃的基材包含第一主表面、第二主表面、在第一与第二主表面之间垂直延伸的平均厚度t和在第一与第二主表面之间延伸的边缘，所述方法包括：/n进行第一IOX步骤：在包含钠离子和钾离子的混合物的第一浴中将基于玻璃的基材保持第一段时间；/n在第一IOX步骤之后进行第二IOX步骤：在包含钠离子和钾离子的混合物的第二浴中将基于玻璃的基材保持第二段时间，在基于玻璃的基材中形成应力分布，该应力分布具有压缩应力区域和中心张力区域，其中该应力分布根据作为厚度(t)的函数的数学公式沿着厚度延伸；/n其中约0·t至高至0.020·t和大于0.98·t的第一厚度范围中应力分布的数学公式的至少一个点具有切线，该切线具有约-200MPa/μm至约-25MPa/μm或者约25MPa/μm至约200MPa/μm的斜率，/n其中从约0.035·t至小于0.965·t的第二厚度范围中应力分布的数学公式的所有点具有切线，该切线具有约-15MPa/μm至约15MPa/μm的斜率，沿着第二厚度范围的跨度的应力分布的数学公式形成具有幂指数的幂律函数，其中该幂指数在约1.2-3.2之间，/n其中最大压缩应力为从约200MPa至约1100MPa，和/n其中所述应力分布包括范围从约0.1·t至0.25·t的压缩深度，/n第二浴中的Na:K摩尔比比第一浴中的Na:K摩尔比小3-10倍。/n...

【技术特征摘要】
20160408 US 62/320,1091.一种对基于玻璃的基材进行化学强化的方法，所述基于玻璃的基材包含第一主表面、第二主表面、在第一与第二主表面之间垂直延伸的平均厚度t和在第一与第二主表面之间延伸的边缘，所述方法包括：
进行第一IOX步骤：在包含钠离子和钾离子的混合物的第一浴中将基于玻璃的基材保持第一段时间；
在第一IOX步骤之后进行第二IOX步骤：在包含钠离子和钾离子的混合物的第二浴中将基于玻璃的基材保持第二段时间，在基于玻璃的基材中形成应力分布，该应力分布具有压缩应力区域和中心张力区域，其中该应力分布根据作为厚度(t)的函数的数学公式沿着厚度延伸；
其中约0·t至高至0.020·t和大于0.98·t的第一厚度范围中应力分布的数学公式的至少一个点具有切线，该切线具有约-200MPa/μm至约-25MPa/μm或者约25MPa/μm至约200MPa/μm的斜率，
其中从约0.035·t至小于0.965·t的第二厚度范围中应力分布的数学公式的所有点具有切线，该切线具有约-15MPa/μm至约15MPa/μm的斜率，沿着第二厚度范围的跨度的应力分布的数学公式形成具有幂指数的幂律函数，其中该幂指数在约1.2-3.2之间，
其中最大压缩应力为从约200MPa至约1100MPa，和
其中所述应力分布包括范围从约0.1·t至0.25·t的压缩深度，
第二浴中的Na:K摩尔比比第一浴中的Na:K摩尔比小3-10倍。


2.如权利要求1所述的方法，其中在第二IOX步骤之后，基于玻璃的制品的最大压缩应力为600MPa或更高，压缩深度为大于或等于0.14·t，并且进一步包括小于或等于80MPa的最大中心张力。


3.如权利要求2所述的方法，其中两个离子交换步骤均在同时包含含N...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·M·格罗斯，郭晓菊，P·奥拉姆，K·B·赖曼，R·V·鲁斯夫，V·M·施奈德，T·E·维兰特维兹，
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