具有改进的应力分布的玻璃陶瓷制品制造技术

通过离子交换过程制造了玻璃陶瓷制品，导致基于玻璃的制品具有改进的应力分布。拐点可位于3微米或更深的深度处。在表面处的压缩应力可以是200MPa或更大，在拐点处可以是20MPa或更大。非钠氧化物可以具有从第一表面到一定深度变化的非零浓度，压缩深度(DOC)可以位于0.10t或者甚至0.17t或更深的地方。例如二步骤离子交换(DIOX)包括：第一处理中的钾浴从而形成应力分布的尖峰区域中的尖峰；之后是第二处理，其包括例如钾钠混合浴，从而维持尖峰并形成应力分布的尾部区域。因此，玻璃陶瓷制品可以避免建立起玻璃质表面层，这有助于波导模式的可重现且可靠的测量，以及表面中的压缩应力(CS)和尖峰深度的确定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的应力分布的玻璃陶瓷制品相关申请的交叉参考本申请根据35U.S.C.§119，要求2018年8月20日提交的美国临时申请系列第62/719730号的优先权，本文以其作为基础并将其全文通过引用结合于此。
本公开内容的实施方式一般地涉及玻璃陶瓷制品和具有改进的应力分布的高强度玻璃陶瓷制品及其制造方法。
技术介绍
可以通过例如离子交换对玻璃陶瓷制品进行化学强化，从而改善诸如抗裂纹渗透和掉落性能之类的机械性质。玻璃陶瓷是具有一个或多个晶相与残留玻璃相的多相材料，其中的离子交换过程会是复杂的。除了影响残留玻璃相之外，离子交换还会对晶相中的一个或多个造成影响。化学处理是一种赋予具有如下一种或多种参数的合乎希望/加工得到的应力分布的强化方法：压缩应力(CS)、压缩深度(DOC)、和最大中心张力(CT)。许多玻璃陶瓷制品(包括具有加工得到的应力分布的那些)具有的压缩应力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。通过对含碱性玻璃陶瓷进行离子交换(IOX)来进行化学强化是本领域的一种方法。通常来说，在基于锂(Li)的玻璃基材中，使用两种离子(钠(Na)和钾(K))来进行扩散和形成应力分布。在此类IOX过程中，K、Na和Li全都发生扩散并且同时发生交换。通常来说，作为具有较大离子半径的K，其诱发了更高的应力，但是相比于诱发较低应力的较小离子半径的Na离子而言扩散缓慢。出于该原因，当使用混合的K/Na盐浴时，在中等深度处诱发高应力会是具有挑战性的。K离子定义了被称作分布尖峰的东西，而Na离子定义了分布的深尾部。对于玻璃陶瓷制品的应用，存在对于具有可靠的机械性质和/或化学性质的玻璃陶瓷制品的持续需求。存在用钾来对含锂玻璃陶瓷制品进行强化的特定需求，这对于它们行业而言展现出改进的机械和/或化学可靠性。对于以高效且成本有效的方式来实现其也存在持续需求。
技术实现思路
本公开内容的方面属于玻璃陶瓷制品以及它们的制造和使用方法。在方面1中，玻璃陶瓷制品包括：玻璃陶瓷基材，其具有限定了基材厚度(t)的相对的第一和第二表面；在玻璃陶瓷制品的中心处的中心组成，其含有碱金属和晶相，其中，所述晶相占据了中心组成的20重量％或更多；以及应力分布，其包括在3微米或更深的深度处的拐点。在方面2中，玻璃陶瓷制品包括：玻璃陶瓷基材，其具有限定了基材厚度(t)的相对的第一和第二表面；在玻璃陶瓷制品的中心处的中心组成，其含有碱金属和晶相，其中，所述晶相占据了中心组成的20重量％或更多；以及应力分布，其包括在所述第一表面处的200MPa或更大的第一压缩应力；和在拐点处的20MPa或更大的第二压缩应力。在方面3中，玻璃陶瓷制品包括：玻璃陶瓷基材，其具有限定了基材厚度(t)的相对的第一和第二表面；在玻璃陶瓷制品的中心处的中心组成，其含有碱金属和晶相，其中，所述晶相占据了中心组成的20重量％或更多；非钠氧化物，其具有从所述第一表面到该非钠氧化物的层深度是变化的非零浓度；以及应力分布，其包括拐点和位于0.10t或更深处的压缩深度(DOC)。根据任意前述方面的方面4，其中，中心组成的碱金属是锂。根据任意前述方面的方面5，其中，所述晶相存在的量是中心组成的20重量％至约70重量％。根据任意前述方面的方面6，其中，在所述第一和第二表面处的所述晶相的表面浓度与中心组成中的所述晶相相差约1％以内。根据任意前述方面的方面7，其中，不存在玻璃质表面层。根据任意前述方面的方面8，其中，所述晶相包括透锂长石晶相和/或硅酸锂盐晶相。根据任意前述方面的方面9，其中，硅酸锂盐晶相是二硅酸锂盐晶相。根据任意前述方面的方面10，其中，玻璃陶瓷基材包括具有β-锂辉石固溶体晶相的含锂铝硅酸盐玻璃陶瓷。根据任意前述方面的方面11，其中，以重量计，中心组成包含：55至80％SiO2，2至20％Al2O3，0.5至6％P2O5，5至20％Li2O，0至5％Na2O，0.2至15％ZrO2，0至10B3O3，和0至10％ZnO。根据任意前述方面的方面12，其中，应力分布包括：从所述第一表面延伸到所述拐点的尖峰区域；以及从所述拐点延伸到玻璃陶瓷制品的中心的尾部区域；其中，应力分布位于尖峰区域中的所有点包括20MPa/微米或更大的正切值，而应力分布位于尾部区域中的所有点包括2MPa/微米或更小的正切值。根据任意前述方面的方面13，其中，拐点包括50MPa或更大的压缩应力。根据任意前述方面的方面14，其包括第一金属氧化物，所述第一金属氧化物具有从所述第一表面到相对于该第一金属氧化物的层深度(DOL)是变化的非零浓度。根据任意前述方面的方面15，其中，所述第一金属氧化物选自下组：钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)、银(Ag)、金(Au)、和铜(Cu)。根据方面14或15的方面16，其中，所述第一金属氧化物是钾。根据任意前述方面的方面17，其中，锂以非零浓度存在于所述第一和/或第二表面。根据任意前述方面的方面18，其中，t是50微米至5毫米。在方面19中，玻璃陶瓷制品包括：玻璃陶瓷基材，其具有限定了基材厚度(t)的相对的第一和第二表面以及在玻璃陶瓷制品的中心处的中心组成，其含有锂和晶相，其中，所述晶相占据了中心组成的20重量％或更多；氧化钾，其具有从所述第一和/或第二表面到氧化钾的层深度(DOL)是变化的非零浓度；应力分布，其包括：大于或等于约0.17*t的压缩深度(DOC)；在所述第一表面处200MPa或更大的第一压缩应力；在拐点处20MPa或更大的第二压缩应力；以及从所述第一表面延伸到所述拐点的尖峰区域，其中，所述拐点位于5微米或更深的深度处。根据方面19的方面20，其中，玻璃陶瓷基材包括具有β-锂辉石固溶体晶相的含锂铝硅酸盐玻璃陶瓷。根据方面19的方面21，其中，所述晶相包括透锂长石晶相和/或硅酸锂盐晶相。根据方面19-21中任一项的方面22，其中，以重量计，中心组成包含：55至80％SiO2，2至20％Al2O3，0.5至6％P2O5，5至20％Li2O，0至5％Na2O，0.2至15％ZrO2，0至10B3O3，和0至10％ZnO。根据方面19-22中任一项的方面23，其中，在清洗处理后，根据CIELAB色坐标体系测得色参数a*值与暴露于清洗处理之前的色参数a*值相差在0.05个单位之内，其中，所述清洗处理包括将玻璃陶瓷制品暴露于pH为2至12的清洗溶液持续30分钟。根据方面19-23中任一项的方面24，其中，在清洗处理后，根据CIELAB色坐标体系测得色参数b*值与暴露于清洗处理之前的色参数b*值相差在0.5个单位之内，其中，所述清洗处理包括将玻璃陶瓷制品暴露于pH为2至12的清洗溶液持续30分钟。根据方面19-24中任一项的方面25，其中，在清洗处理后，根据CIELAB色坐标体系测得色参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃陶瓷制品，其包括：/n玻璃陶瓷基材，其具有限定了基材厚度(t)的相对的第一和第二表面；/n在玻璃陶瓷制品的中心处的中心组成，其含有碱金属和晶相，其中，所述晶相占据了中心组成的20重量％或更多；以及以下一种或多种：/n(a)应力分布，其包括位于3微米或更深的深度处的拐点；/n(b)应力分布，其包括：位于所述第一表面处的200MPa或更大的第一压缩应力；和位于拐点处的20MPa或更大的第二压缩应力；或者/n(c)非钠氧化物，其具有从所述第一表面到该非钠氧化物的层深度是变化的非零浓度；以及应力分布，其包括拐点和位于0.10t或更深处的压缩深度(DOC)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180820 US 62/719,7301.一种玻璃陶瓷制品，其包括：
玻璃陶瓷基材，其具有限定了基材厚度(t)的相对的第一和第二表面；
在玻璃陶瓷制品的中心处的中心组成，其含有碱金属和晶相，其中，所述晶相占据了中心组成的20重量％或更多；以及以下一种或多种：
(a)应力分布，其包括位于3微米或更深的深度处的拐点；
(b)应力分布，其包括：位于所述第一表面处的200MPa或更大的第一压缩应力；和位于拐点处的20MPa或更大的第二压缩应力；或者
(c)非钠氧化物，其具有从所述第一表面到该非钠氧化物的层深度是变化的非零浓度；以及应力分布，其包括拐点和位于0.10t或更深处的压缩深度(DOC)。


2.如前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，中心组成的碱金属是锂。


3.如前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，在所述第一和第二表面处的所述晶相的表面浓度与中心组成中的所述晶相相差约1％以内，以及其中，不存在玻璃质表面层。


4.如前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，所述晶相包括透锂长石晶相和/或硅酸锂盐晶相，其中，所述硅酸锂盐晶相是二硅酸锂盐晶相。


5.如前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，玻璃陶瓷基材包括具有β-锂辉石固溶体晶相的含锂铝硅酸盐玻璃陶瓷。


6.如前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，以重量计，中心组成包含：55至80％SiO2，2至20％Al2O3，0.5至6％P2O5，5至20％Li2O，0至5％Na2O，0.2至15％ZrO2，0至10B3O3，和0至10％ZnO。


7.如前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，应力分布包括：
从所述第一表面延伸到拐点的尖峰区域；和
从拐点延伸到玻璃陶瓷制品的中心的尾部区域；
其中，应力分布位于尖峰区域中的所有点包括20MPa/微米或更大的正切值，而应力分布位于尾部区域中的所有点包括2MPa/微米或更小的正切值。


8.如前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，拐点包括50MPa或更大的压缩应力。


9.如前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，锂以非零浓度存在于所述第一和/或第二表面。


10.如前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，t是50微米至5毫米。


11.如前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，具有以下至少一种性质：
(i)在清洗处理后，根据CIELAB色坐标体系测得色参数a*值与暴露于清洗处理之前的色参数a*值相差在0.05个单位之内，其中，所述清洗处理包括将玻璃陶瓷制品暴露于pH为2至12的清洗溶液持续30分钟。
(ii)在清洗处理后，根据CIELAB色坐标体系测得色参数b*值与暴露于清洗处理之前的色参数b*值相差在0.5个单位之内，其中，所述清洗处理包括将玻璃陶瓷制品暴露于pH为2至12的清洗溶液持续30分钟；或者
(iii)在清洗处理后，根据CIELAB色坐标体系测得色参数L*值与暴露于清洗处理之前的色参数L*值相差在1个单位之内，其中，所述清洗处理包括将玻璃陶瓷制品暴露于pH为2至12的清洗溶液持续30分钟。


12.如前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷制品，其中，从所述第一和/或第二表面到所述DOL存在表面波导。


13.如前述权利要求中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·L·J·达菲，C·L·菲埃诺，J·M·霍尔，金宇辉，V·M·施奈德，
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