包含金属氧化物浓度梯度的玻璃和玻璃陶瓷制造技术

公开了一种玻璃基制品的实施方式，所述玻璃基制品包含定义约3毫米或更薄(例如约1毫米或更薄)的厚度(t)的第一表面和与第一表面相反的第二表面、和应力曲线，其中，厚度范围在约0·t至0.3·t之间以及大于0.7·t的应力曲线上的所有点包含小于约‑0.1兆帕/微米或大于约0.1兆帕/微米的切线。在一些实施方式中，玻璃基制品包含沿着至少一部分厚度(例如0·t～约0.3·t)变化的非零金属氧化物浓度。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减小至第一表面与第二表面之间的一个位置处，并从所述位置处增大至第二表面。整个厚度内的金属氧化物浓度可约为0.05摩尔％或更大、或者约0.5摩尔％或更大。还公开了用于形成这些玻璃基制品的方法。

Glass and glass ceramics containing metal oxide concentration gradients

【技术实现步骤摘要】
包含金属氧化物浓度梯度的玻璃和玻璃陶瓷本申请是申请日为2015年10月8日、申请号为201580065754.8、名称为“包含金属氧化物浓度梯度的玻璃和玻璃陶瓷”的专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请依据35U.S.C.§119要求2015年7月21日提交的美国临时申请序列号62/194967、2015年6月4日提交的美国临时申请序列号62/171110、2015年2月18日提交的美国临时申请序列号62/117585、以及2014年10月8日提交的美国临时申请序列号62/061372的优先权，上述文献的内容作为本申请的基础，并通过引用全文纳入本文。背景本公开涉及展现出包括改善的耐断裂性在内的改善的耐损坏性的玻璃基制品，更具体而言，涉及展现出非零金属氧化物浓度梯度或沿着大部分厚度变化的浓度的玻璃和玻璃陶瓷制品。玻璃基制品经常经历会将大缺陷引入制品表面内的严重的冲击。这些缺陷会延伸至距离表面不超过约200微米的深度处。传统上，使用经过热钢化的玻璃来防止缺陷可被引入玻璃而导致的失效，因为经过热钢化的玻璃经常展现出较大的压缩应力(CS)层(例如占玻璃总厚度的约21％)，这能够防止缺陷蔓延进而发生失效。由热钢化而生成的应力曲线的一个离子示于图1。图1中，经过热处理的玻璃基制品100包含第一表面101、厚度t1和表面CS110。玻璃基制品100展现出从如本文所定义的第一表面101减小至层深度(DOL)130的CS，在该深度处，应力从压缩应力转变为拉伸应力且到达最大中心张力(CT)120。热钢化目前仅限于较厚的玻璃基制品(即具有约3毫米或更厚的厚度t1的玻璃基制品)，因为为了实现热强化和所需的残留应力，必须在这些制品的核心与表面之间形成足够的热梯度。这些较厚的制品在许多应用中是不希望且不实际的，例如显示器(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、淋浴房面板、工作台面等)、交通工具(例如汽车、火车、飞机、航海器等)、家用电器、或者任何需要优异耐断裂性的应用但也是薄且轻量的制品。虽然化学强化不以与热钢化相同的方式受到玻璃基制品的厚度所限，但是已知的经过化学强化的玻璃基制品不展现出经过热钢化的玻璃基制品的应力曲线。由化学强化(例如通过离子交换工艺)生成的应力曲线的一个离子示于图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展现出从如本文所定义的第一表面201减小至DOL230的CS，在该深度处，应力从压缩应力转变为拉伸应力且到达最大CT220。如图2所示，这些曲线展现出平坦的CT区域或者具有恒定或接近恒定的拉伸应力的CT区域，且经常具有相比于图1中所示的最大中心值更低的最大CT值。因此，需要展现出改善的耐断裂性的薄的玻璃基制品。专利技术概述本公开的第一方面涉及一种玻璃基制品，其包含定义厚度(t)(例如约3毫米或更小，1毫米或更小、或者约0.5毫米或更小)的第一表面和与第一表面相反的第二表面、以及沿着厚度延伸应力曲线。在一种或多种实施方式中，厚度范围在约0·t至约0.3·t之间以及大于0.7·t的应力曲线上的所有点都具有小于约-0.1兆帕/微米或大于约0.1兆帕/微米的切线。在一些实施方式中，玻璃基制品包含沿着大部分厚度或整个厚度变化的非零金属氧化物浓度。金属氧化物浓度的变化在本文中可被称为梯度。在一些实施方式中，金属氧化物浓度不为零且沿着约0·t～约0.3·t的厚度范围变化。在一些实施方式中，金属氧化物浓度不为零且沿着约0·t～约0.35·t、约0·t～约0.4·t、约0·t～约0.45·t、或约0·t～约0.48·t的厚度范围变化。金属氧化物可被描述成在玻璃基制品中生成了应力。金属氧化物浓度的变化可包括沿着约100微米的厚度区段改变约0.2摩尔％。浓度的变化可沿着上述厚度范围连续发生。在一些实施方式中，浓度的变化可沿着约10微米～约30微米范围内的厚度区段连续发生。在一些实施方式中，金属氧化物浓度从第一表面减小至第一表面与第二表面之间的一个位置处，并从所述位置处增大至第二表面。如本文所用，金属氧化物包含强化离子或在玻璃基制品中生成CS的离子。在一些实施方式中，金属氧化物具有玻璃基基材中所有总金属氧化物中最大的离子直径。在一种或多种实施方式中，金属氧化物可包含碱金属氧化物、或者不同的金属氧化物或碱金属氧化物的组合。示例性的金属氧化物包括Ag2O。示例性的碱金属氧化物包括Li2O、Na2O、K2O、Rb2O和Cs2O中的任一种或多种。金属氧化物可以非零浓度存在，其中，具体的金属氧化物的浓度沿着玻璃基制品的大部分或整个厚度变化。在一些实施方式中，金属氧化物浓度从第一表面减小至第一表面与第二表面之间的一个位置处，并从所述位置处增大至第二表面。金属氧化物的浓度在该位置处可不为零。整个厚度内的金属氧化物浓度可约为0.05摩尔％或更大、或者约1摩尔％或更大。例如，玻璃基制品的整个厚度内的Na2O浓度可约为0.05摩尔％或更大，但是所述Na2O浓度从第一表面减小至第一表面与第二表面之间的一个位置处，并从所述位置处增大至第二表面。在一些离子中，沿着玻璃基制品的整个厚度的金属氧化物总浓度在约1摩尔％～约20摩尔％的范围内。在一些实施方式中，表面附近的金属氧化物浓度可比相同的金属氧化物在约0.4·t～约0.6·t范围内的深度处的浓度大1倍或1.5倍(例如5倍、10倍、15倍或甚至20倍)。金属氧化物浓度可通过被改性以展现浓度曲线(即本文所述的梯度或变化)之前的玻璃基制品中的该金属氧化物浓度的基线量来确定。在一种或多种实施方式中，玻璃基制品包含第一金属氧化物浓度和第二金属氧化物浓度，以使第一金属氧化物浓度沿着约0t～约0.5t的第一厚度范围在约0摩尔％～约15摩尔％的范围内，且第二金属氧化物浓度自约0微米～约25微米的第二厚度范围起在约0摩尔％～约10摩尔％的范围内。玻璃基制品可包含可选的第三金属氧化物浓度。第一金属氧化物可以是Na2O，第二金属氧化物可以是K2O。在一种或多种实施方式中，玻璃基制品具有约150MPa或更大、或者约200MPa或更大的表面CS。在一种或多种实施方式中，玻璃基制品可具有大于约300MPa、大于约600MPa或大于约700MPa的表面CS。玻璃基制品可具有约0.4·t或更深的化学深度。在一些实施方式中，玻璃基制品可包含从第一表面延伸至约0.1·t或更大的DOC的CS层。在一些例子中，玻璃基制品包含CT层，所述CT层包含沿着大部分厚度t变化的非零金属氧化物浓度。CT层可具有最大CT，以使最大CT与表面CS之比在约0.01～约0.5的范围内。最大CT可约为25MPa或更大。在一种或多种实施方式中，玻璃基制品可展现出耐断裂性，以使得当玻璃基制品断裂时，该玻璃基制品断裂成至少2片碎片/英寸2。在一些离子中，玻璃基制品可断裂成3片碎片/英寸2或更多、5片碎片/英寸2或更多、或者10片碎片/英寸2或更多。在一些例子中，玻璃基制品可具有大于约0J/m2且小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃基材，其包含以下组成，以摩尔％计，包含：/nSiO

【技术特征摘要】
20141008 US 62/061,372;20150218 US 62/117,585;20151.一种玻璃基材，其包含以下组成，以摩尔％计，包含：
SiO2，其量为约60～约72；
Al2O3，其量为约5～约20；
MgO，其量为约2～约4；
Li2O，其量为约6～约10；
Na2O，其量为约0～约10；
K2O，其量为小于约2；和
TiO2，其量为非零～小于约1，其中：
该组合物基本上不含B2O3；
MgO+CaO+ZnO的总量为非零～最多约15；和
Li2O+Na2O+K2O的总量为约5～约15。


2.权利要求1的玻璃基材，其中所述组合物包含非零～至多约2mol％的CaO。


3.根据权利要求1所述的玻璃基材，其中，MgO+CaO+ZnO的总量为非零～至多14mol％。


4.根据权利要求1所述的玻璃基材，其中，MgO+CaO+ZnO的总量为非零～至多12摩尔％。


5.根据权利要求1所述的玻璃基材，其中，MgO+CaO+ZnO的量为约2.5mol％～约8mol％。
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【专利技术属性】
技术研发人员：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