具有硬度和强度的分级保护涂层的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷制品制造技术

一种制品，其包括：基材，所述基材具有玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷组成且包括主表面；以及布置在主表面上的保护膜。保护膜包括大于1.5微米的厚度和在500纳米深度处大于15GPa的最大硬度，这是在布置在基材上的膜上测得的。此外，保护膜包括金属氧氮化物，其是分级的，从而使得膜中的氧浓度变化1.3原子％或更大。此外，基材包括的弹性模量小于膜的弹性模量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有硬度和强度的分级保护涂层的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷制品相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119，要求2017年9月29日提交的美国临时申请系列第62/565,425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。
本公开内容一般地涉及具有玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基材以及保护膜(特别是分级金属氧氮化物和金属氮化物保护膜)的牢固、硬的且耐划痕的制品。
技术介绍
许多玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料被构造成或者任意其他方式加工成具有各种强度增强特征，它们被普遍用于各种显示器和许多消费者电子产品的显示装置。例如，化学强化玻璃流行于许多触摸屏产品，包括手机、音乐播放器、电子书阅读器、记事本、平板、笔记本电脑、ATM(自动取款机)机器和其他类似装置。许多这些玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料还被用于不具有触摸屏功能但是倾向于发生机械接触的显示器和消费者电子产品的显示装置，包括台式电脑、笔记本电脑、电梯屏和设备显示器等。在一些情况下，玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料被加工成具有强度增强的特性，它们还普遍用于各种希望显示相关功能和/或光学相关功能并且要求机械性质考量的应用。例如，这些材料可以被用作覆盖透镜、手表的基材和外壳、智能手机、零售扫描仪、眼镜、基于眼镜的显示器、户外显示器、车辆显示屏和其他相关应用。这些材料还可被用于车辆挡风玻璃，车窗，车辆月亮顶(moon-roof)、太阳顶(sun-roof)、和全景顶元件，建筑玻璃，住宅和商业窗户，以及其他类似应用。当用于这些显示和相关应用时，这些玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料常常涂覆了透明和半透明耐划痕膜，以增强耐磨损性和对于发生机械诱发缺陷的抗性，否则的话，这会导致过早失效。但是，这些常规耐划痕涂层和膜常常倾向于是低失效应变。作为结果，采用这些膜的制品会被表征为具有良好的耐磨性，但是代价通常是降低其他机械性质(包括强度和耐冲击性)。基于这些考量，需要具有玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基材以及保护膜的耐划痕制品，其保留了其他机械性质(包括制品强度)而没有明显地增加成本和/或制品尺寸。
技术实现思路
本公开内容的一个方面属于一种制品，其包括：基材，所述基材具有玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷组成，和包含主表面；以及布置在主表面上的保护膜。保护膜包括大于1.5微米的厚度和在500纳米深度处大于15GPa的最大硬度，这是在布置在基材上的膜上测得的。此外，保护膜包括金属氧氮化物，其是分级的(graded)，从而使得膜中的氧浓度变化1.3原子％或更大。此外，基材包括的弹性模量小于膜的弹性模量。在这个方面的实施方式中，保护膜包括氧氮化铝、氧氮化硅铝或氧氮化硅。此外，保护膜可以包括金属氧氮化物，其是分级的，从而使得穿过膜的厚度的氧浓度变化2原子％或更大。在这个方面的一些实践方式中，保护膜限定了基材主表面处的界面和与界面相反的暴露表面，以及从暴露表面到膜厚度内的深度的氧浓度变化为1.3％或更大或者2.0％或更大，以原子百分比(或者原子分数)测量。本公开内容的另一个方面属于一种制品，其包括：基材，所述基材具有玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷组成，和包含主表面；以及布置在主表面上的保护膜。保护膜包括大于1.5微米的厚度和在500纳米深度处大于15GPa的最大硬度，这是在布置在基材上的膜上测得的。此外，保护膜包括金属氮化物，其是分级的，从而使得膜中的氮浓度变化1.3原子％或更大。此外，基材包括的弹性模量小于膜的弹性模量。在前述方面的实施方式中，保护膜包括氮化铝或氮化硅。此外，保护膜可以包括金属氮化物，其是分级的，从而使得穿过膜的厚度的氮浓度变化2原子％或更大。在这个方面的一些实践方式中，保护膜限定了基材主表面处的界面和与界面相反的暴露表面，以及从暴露表面到膜厚度内的深度的氮浓度变化为1.3％或更大或者2.0％或更大，以原子百分比测量。在前述方面的实施方式中，保护膜包括约1.5微米至约20微米的厚度。在一些实施方式中，厚度范围是约1.5微米至约15微米。在一些实施方式中，厚度范围是约1.5微米至约10微米。在前述方面的其他实施方式中，保护膜还包括大于160GPa、大于180GPa或者大于200GPa的弹性模量。根据一些实践方式，保护膜包括大于200GPa的弹性模量和500纳米深度处大于17GPa的最大硬度，这是在布置在基材上的膜上测得的。在前述方面的其他实施方式中，在可见光谱中，基材和膜分别包括20％或更大的透光率。在一些实施方式中，制品还表征为约0.5％或更大的裂纹起始应变(COS)失效水平。根据前述方面的一些实践方式，基材具有玻璃组成并且还包括从主表面延伸到基材中的压缩应力深度(DOC)的压缩应力区域，所述压缩应力区域包括150MPa的最大压缩应力(CS)和10微米或更深的DOC。在这些方面的一些实施方式中，提供了一种消费者电子产品，其包括：外壳，所述外壳包括前表面、背表面和侧表面；至少部分位于外壳内的电子组件；以及位于外壳的前表面处或者与外壳的前表面相邻的显示器。此外，前述制品中的一种是以下至少一种情况：布置在显示器上方或者布置作为外壳的一部分。在这些方面的一些其他实施方式中，提供了一种交通工具显示系统，其包括：外壳，所述外壳包括前表面、背表面和侧表面；至少部分位于外壳内的电子组件；以及位于外壳的前表面处或者与外壳的前表面相邻的显示器。此外，前述制品中的一种是以下至少一种情况：布置在显示器上方或者布置作为外壳的一部分。根据本公开内容的另一个方面，提供了一种制造制品的方法，其包括：形成具有玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷组成且包括主表面的基材；以及通过真空沉积工艺在基材的主表面上布置保护膜。保护膜包括大于1.5微米的厚度和在500纳米深度处大于15GPa的最大硬度，这是在布置在基材上的膜上测得的。此外，保护膜包括金属氧氮化物或金属氮化物，其是分级的，从而使得膜中的氧浓度和氮浓度中的至少一种变化1.3原子％或更大。此外，基材包括的弹性模量小于膜的弹性模量。在方法的实施方式中，通过改变反应性氧气体或者反应性氮气体相应的浓度，使得布置保护膜的步骤过程中，金属氧氮化物或金属氮化物是分级的。此外，在一些实施方式中，通过喷溅工艺进行布置保护膜的步骤。在以下的详细描述中提出了本文的其他特征和优点，其中的特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。要理解的是，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解本公开和所附权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。所含附图用于进一步理解本公开内容的原理，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图图示说明了本公开的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来说明例如本公开内容的原理和操作。要理解的是，在本说明书和附图中揭示的本公开的各种特征可以以任意和所有的组合使用。作为非限制性例子，本公开内容的各种特征可根据如下实施方式相互组合。根据第1个实施方式，提供了一种制品，其包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制品，其包括：/n基材，其包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷组成和包括主表面；以及/n布置在基材的主表面上的保护膜，/n其中，保护膜包括大于1.5微米的厚度和在500纳米深度处大于15GPa的最大硬度，这是在布置在基材上的膜上测得的，/n其中，保护膜包括金属氧氮化物，其是分级的，从而使得膜中的氧浓度变化1.3原子％或更大，以及/n其中，基材包括的弹性模量小于膜的弹性模量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 US 62/565,4251.一种制品，其包括：
基材，其包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷组成和包括主表面；以及
布置在基材的主表面上的保护膜，
其中，保护膜包括大于1.5微米的厚度和在500纳米深度处大于15GPa的最大硬度，这是在布置在基材上的膜上测得的，
其中，保护膜包括金属氧氮化物，其是分级的，从而使得膜中的氧浓度变化1.3原子％或更大，以及
其中，基材包括的弹性模量小于膜的弹性模量。


2.如权利要求1所述的制品，其中，保护膜包括金属氧氮化物，其是分级的，从而使得穿过膜厚度的氧浓度变化2原子％或更大。


3.如权利要求1或2所述的制品，其中，保护膜包括氧氮化铝、氧氮化硅铝或者氧氮化硅。


4.如权利要求1-3中任一项所述的制品，其中，保护膜还包括大于160GPa的弹性模量。


5.如权利要求1-3中任一项所述的制品，其中，保护膜还包括大于200GPa的弹性模量和500nm深度处大于17GPa的最大硬度，这是在布置在基材上的膜上测得的。


6.如权利要求1-5中任一项所述的制品，其中，基材和膜分别包括可见光谱中20％或更大的透光率。


7.如权利要求1-6中任一项所述的制品，其中，制品包括约0.5％或更大的裂纹起始应变(COS)失效水平。


8.如权利要求1-7中任一项所述的制品，其中，基材包括约0.2mm至约1mm的厚度。


9.如权利要求1所述的制品，其中，保护膜限定了基材的主表面处的界面和与界面相反的暴露表面，以及其中，从暴露表面到膜厚度内的深度的氧浓度变化为1.3原子％或更大。


10.如权利要求2所述的制品，其中，保护膜限定了基材的主表面处的界面和与界面相反的暴露表面，以及其中，从暴露表面到膜厚度内的深度的氧浓度变化为2原子％或更大。


11.如权利要求1-10中任一项所述的制品，其中，基材包括玻璃组成并且还包括从主表面延伸到基材中的压缩应力深度(DOC)的压缩应力区域，所述压缩应力区域包括150MPa的最大压缩应力(CS)和10微米或更深的DOC。


12.一种制品，其包括：
基材，其包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷组成和包括主表面；以及
布置在基材的主表面上的保护膜，
其中，保护膜包括大于1.5微米的厚度和在500纳米深度处大于15GPa的最大硬度，这是在布置在基材上的膜上测得的，
其中，保护膜包括金属氮化物，其是分级的，从而使得膜中的氮浓度变化1.3原子％或更大，以及
其中，基材包括的弹性模量小于膜的弹性模量。


13.如权利要求12所述的制品，其中，保护膜包括金属氮化物，其是分级的，从而使得穿过膜厚度的氮浓度变化2原子％或更大。


14.如权利要求12或13所述的制品，其中，保护膜包括氮化铝或者氮化硅。


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【专利技术属性】
技术研发人员：K·阿迪比，胡广立，W·J·赫尔利，D·易安森，L·林，S·帕尔，J·J·普莱斯，
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