【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种化学钢化的超薄玻璃(chemically toughened ultrathinglass)，具体而言，涉及到一种高强度的柔性玻璃，更具体而言，涉及一种用于柔性电子器件的柔性玻璃，所述柔性电子器件用于柔性印刷、触摸面板的传感器、薄膜电池的衬底、移动电子装置、半导体内插器、可弯曲显示器、太阳能电池或其它需要高化学稳定性、温度稳定性、低气体渗透性和柔性以及低厚度的应用。除了消费和工业电子器件，本专利技术也可用于工业制造或计量中的保护性应用。
技术介绍
1、不同组分的薄玻璃适合用于许多应用的衬底材料，在所述应用中诸如透明度、耐化学性和耐热性的化学和物理性质是非常重要的。例如，诸如可得自肖特的的无碱玻璃可以用于显示器面板和电子包装材料的晶片。硼硅酸盐玻璃也可用于消防、薄膜和厚膜传感器和诸如微机械部件和光刻掩模的实验室器件。
2、超薄玻璃通常适用于电子应用中，例如膜和传感器。现在，对产品的新功能和开发新的广泛应用的不断增长的需求要求具有诸如柔性的新特性的更薄和更轻的玻璃衬底。
3、通常，薄玻璃通过研磨更厚的玻璃、例如硼硅酸盐玻璃而制成，但是，厚度低于0.5毫米的玻璃板难以通过研磨和抛光较大玻璃板来制备，或只能在极其严格的条件下制备。厚度小于0.3毫米或甚至厚度为0.1毫米的玻璃、例如得自肖特的可通过下拉法制备。也可以通过特种浮法工艺来生产厚度为0.1毫米的钠钙玻璃。
4、将超薄玻璃衬底施加到电子器件上的主要挑战在于薄玻璃板的可处理性。通常，玻璃缺乏延展性，以及破裂的可能性很大程度上依赖
5、此外，化学钢化是提高较厚的玻璃的强度的公知方法，较厚的玻璃例如为钠钙玻璃或被用作例如显示器应用的覆盖玻璃的硅铝酸盐(as)玻璃。在该情况下，表面压应力(cs)通常为600-1000兆帕以及离子交换层的深度通常大于30微米，优选大于40微米。对于在运输或航空中的安全保护应用，as玻璃具有大于100微米的交换层。当玻璃的厚度在约0.5毫米至10毫米的范围内时，通常对于所有应用，同时具有高cs和高dol的玻璃是期望的。然而，对于超薄玻璃，在高dol下的高cs由于玻璃的高中心拉应力会导致自破裂，因此，应当控制超薄玻璃的新参数，其不同于覆盖玻璃所用的那些。
6、在许多专利技术中已研究了玻璃的化学钢化，例如，us2010/0009154描述了一种具有压应力的外部区域的0.5毫米或更厚的玻璃，所述外部区域的深度为至少50微米以及压应力为至少高于200兆帕，在表面区域中形成中心拉应力(ct)和压应力的步骤包括在多个离子交换浴中依次浸渍玻璃的至少一部分，由此获得的玻璃可以用于消费电子器件。用于生产这样的玻璃的参数和要求并不适用于生产超薄玻璃，因为中心张力会如此之高，使得引起玻璃的自破裂。
7、us2011/0281093描述了一种具有抗损伤能力的强化玻璃，强化玻璃制品具有结合到拉应力芯部分的彼此相对的第一和第二压应力表面部分，出于改进抗表面损伤性的目的，第一表面部分具有比第二表面部分更高水平的表面压应力。压应力表面部分通过层压、离子交换、热回火或其组合提供，以控制应力分布并限定制品的破裂能量。
8、wo 11/149694公开了一种抗反射涂层玻璃，其是化学强化的，在玻璃制品的至少一个表面上具有选择性涂层，其中所述涂层选自抗反射涂层和/或防眩光涂层所组成的组中，以及所述涂层包含至少5重量％的氧化钾。
9、us2009/197048阐述了化学钢化玻璃结合有功能性涂层，以用作盖板。玻璃制品的表面压应力为至少约200mpa，表面压缩层深度在20微米至80微米的范围内，并具有双疏性氟基表面层，其化学键合到玻璃制品的表面以形成涂覆的玻璃制品。
10、在us 8,232,218中，热处理已被用于改进玻璃的化学钢化效果。玻璃制品具有退火点和应变点，其中玻璃制品由高于玻璃制品的退火点的第一温度淬火到低于应变点的第二温度。快速冷却的玻璃在化学钢化后将具有更高的压应力和更厚的离子交换层。
11、在us2012/0048604中，离子交换的超薄硅铝酸盐或铝硼硅酸盐玻璃板用作电子器件的内插器面板。内插器面板包括由玻璃的离子交换形成的玻璃衬底芯。热膨胀系数(cte)设定为匹配半导体和金属材料等的热膨胀系数。然而，在该专利申请中，在表面层上高于200兆帕的压应力是必需的，对于铝硅酸盐或铝硼硅酸盐玻璃，层的深度容易变得过深。上述因素使得超薄玻璃难以用于实际使用。此外，没有考虑玻璃的柔性以及如何提高所述柔性。事实上，对于厚度等于或小于0.3毫米的超薄玻璃，柔性是其应用的最重要的因素。另外，化学强化处理需要玻璃衬底在高温下浸渍在盐浴中，并且所述处理需要玻璃本身具有高的抗热震性。纵观所述专利技术的公开内容，没有讨论如何调整玻璃的组分和相关的功能，以满足所述要求。
12、例如，自破裂是铝硅酸盐玻璃的一个严重问题，因为硅铝酸盐玻璃的高cte降低了抗热震性，增加了钢化和其它处理期间薄玻璃破裂的可能性。另一方面，大部分铝硅酸盐玻璃具有更高的cte，其与半导体电子器件的cte不匹配，提高了处理和应用的难度。
13、本专利技术通过提供一种新的柔性玻璃衬底，已经成功地解决了现有技术中存在的上述技术问题，所述柔性玻璃衬底的柔性可以通过化学钢化来增强。同时，超薄柔性玻璃的组分已经过特别设计，以便获得用于化学钢化和实际使用的优异的抗热震性。另一重要事实是，本专利技术的柔性超薄玻璃的特征在于，与其它化学钢化后的玻璃相比，具有更低的压应力及深度更浅的压应力层。这些性能使本专利技术的玻璃板更适合用于实际加工。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种化学钢化的超薄玻璃，其具有高的柔性、抗热震性、耐刮伤性和透明度。所述超薄玻璃的厚度为小于或等于500微米，离子交换层的厚度为小于或等于30微米，并且中心拉应力为小于或等于120兆帕。超薄玻璃具有更低的热膨胀系数(cte)和更低的杨氏模量，以提高抗热震性和柔性。此外，根据本专利技术的玻璃的更低的热膨胀系数能很好匹配半导体器件和无机材料的热膨胀系数，实现优异的性能和更好的应用。
2、在一个实施例中，玻璃是含碱玻璃，例如碱硅酸盐玻璃、碱硼硅酸盐玻璃、碱铝硼硅酸盐玻璃、碱硼玻璃、碱锗酸盐玻璃、碱硼锗酸盐玻璃及其组合。
3、因此，本专利技术的一个方面是提供一种新的玻璃。所述玻璃包含碱，以允许离子交换和化学钢化。离子交换层(dol)的深度控制成小于30微米以及cs控制成低于700兆帕。
4、本专利技术的第二方面是提供一种新的超薄柔性玻璃，其热膨胀系数低于9.5×10-6/k和杨氏模量低于84gpa，以实现优异的抗热震性和柔性。...
【技术保护点】
1.一种制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，制备所述玻璃的厚度t为小于0.2毫米，进行离子交换从而通过控制缓慢的离子交换速率实现离子交换层的深度DoL(LDoL)为小于15微米，表面压应力CS(σCS)为100兆帕至<700兆帕，以及中心拉应力CT(σCT)为小于120兆帕，并且t、DoL、CS和CT满足以下关系式：
2.根据权利要求1所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述交换包括在350-700℃的盐浴中缓慢地化学钢化15分钟至48小时。
3.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述离子交换以联机卷对卷的方式进行，其包括将玻璃辊的部分或整个玻璃辊放入化学强化浴并随后切成板的步骤。
4.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的热震参数R为高于190W/m。
5.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之
6.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的热震参数R为高于300W/m。
7.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的最大热负荷ΔT为高于380℃。
8.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的最大热负荷ΔT为高于500℃。
9.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的最大热负荷ΔT为高于600℃。
10.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的耐温差性RTG为高于50K。
11.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的耐温差性RTG为高于100K。
12.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的耐温差性RTG为高于150K。
13.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的耐温差性RTG为高于200K。
14.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的抗热震性RTS为高于75K。
15.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的抗热震性RTS为高于115K。
16.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的抗热震性RTS为高于150K。
17.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的抗热震性RTS为高于200K。
18.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的CTE为小于9.5×10-6/K。
19.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的CTE为小于8×10-6/K。
20.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的CTE为小于7×10-6/K。
21.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的CTE为小于6×10-6/K。
22.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的CTE为小于5×10-6/K。
23.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃的杨氏模量为小于84G...
【技术特征摘要】
1.一种制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，制备所述玻璃的厚度t为小于0.2毫米，进行离子交换从而通过控制缓慢的离子交换速率实现离子交换层的深度dol(ldol)为小于15微米，表面压应力cs(σcs)为100兆帕至<700兆帕，以及中心拉应力ct(σct)为小于120兆帕，并且t、dol、cs和ct满足以下关系式：
2.根据权利要求1所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述交换包括在350-700℃的盐浴中缓慢地化学钢化15分钟至48小时。
3.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述离子交换以联机卷对卷的方式进行，其包括将玻璃辊的部分或整个玻璃辊放入化学强化浴并随后切成板的步骤。
4.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的热震参数r为高于190w/m。
5.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的热震参数r为高于250w/m。
6.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的热震参数r为高于300w/m。
7.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的最大热负荷δt为高于380℃。
8.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的最大热负荷δt为高于500℃。
9.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的最大热负荷δt为高于600℃。
10.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的耐温差性rtg为高于50k。
11.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的耐温差性rtg为高于100k。
12.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的耐温差性rtg为高于150k。
13.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的耐温差性rtg为高于200k。
14.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的抗热震性rts为高于75k。
15.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的抗热震性rts为高于115k。
16.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的抗热震性rts为高于150k。
17.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的抗热震性rts为高于200k。
18.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的cte为小于9.5×10-6/k。
19.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的cte为小于8×10-6/k。
20.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的cte为小于7×10-6/k。
21.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的cte为小于6×10-6/k。
22.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，化学钢化之前或之后的所述玻璃的cte为小于5×10-6/k。
23.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃的杨氏模量为小于84gpa。
24.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃的杨氏模量为小于70gpa。
25.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃的杨氏模量为小于68gpa。
26.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃的刚度ε为小于33.5gpa·cm3/g。
27.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃的刚度ε为小于29.2gpa·cm3/g。
28.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃的刚度ε为小于27.2gpa·cm3/g。
29.根据权利要求1所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，可以加入着色氧化物，例如可以加入nd2o3、fe2o3、coo、nio、v2o5、mno2、tio2、cuo、ceo2、cr2o3，以及可以加入0-2重量％的as2o3、sb2o3、sno2、so3、cl、f和/或ceo2作为澄清剂，并且所有组分的总量为100重量％。
30.根据权利要求1所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃是具有以下组分的碱金属铝硅酸盐玻璃(以重量％计)：
31.根据权利要求1所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃是具有以下组分的碱金属铝硅酸盐玻璃(以重量％计)：
32.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，可以进一步添加0.5重量％的稀土氧化物。
33.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃的表面粗糙度为小于5纳米，优选小于2纳米，以及最优选小于1纳米。
34.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃为玻璃板，以及板的尺寸为大于100×100mm2、优选大于400×320mm2、更优选大于470×370mm2和最优选大于550×440mm2。
35.根据上述权利要求中任一项所述的制备化学钢化的柔性和可弯曲的超薄玻璃的方法，其特征在于，所述玻璃为玻璃辊，并且其宽度为大于250毫米，优选大于320毫米，更优选大于370...
【专利技术属性】
技术研发人员：王玺，和峰，J·西默，
申请(专利权)人：肖特玻璃科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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