抗损伤的、化学钢化的防护性盖板玻璃制造技术

本发明专利技术涉及经化学钢化的高强度防护性玻璃制品，所述玻璃制品具有高损伤容限阈值，用维氏压头在玻璃上施加负荷至刚好不出现径向裂纹时测定为至少２０００ｇ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及防护性玻璃盖板，特别涉及适用于电子器件的经化学钢化的抗损伤玻璃盖板。
技术介绍
具有更大显示器件的移动设备用得越来越普遍，如手机、手持式游戏机、MP3播放 机、手表、膝上型计算机、车载移动GPS及其他显示器、触板屏和其他电子器件，当然并不局 限于这些。它们盖板至少有一部分是透明的，这样使用者才能观看显示内容。对于一些应 用来说，盖板对使用者的触摸动作敏感。由于这种设备使用越来越频繁，因意外事件、清洁 操作、使用时疏忽大意甚至正常使用而导致盖板玻璃破裂或损坏的可能性也增大。现有盖 板玻璃在设计或选择时，并未考虑到要经受如此频繁出现的乱操作现象、或某一些常见的 意外事故，如与其他物体发生尖锐接触或受其他物体冲击。由于频繁触碰，这种盖板必须具 有高强度，并且抗划伤。尽管并非总是作这样的要求，但现有玻璃的“选择标准”通常还是限于以下几个方 面1.让135g的球下落到按规定方式支起的玻璃上时，玻璃保持完好无损的最小高 度；2.用四点弯曲法测定的最小强度；3.硬度，虽然测定但通常不作要求。对于显示器件中使用的现有防护性玻璃的这些标准，人们还不是很明白。不仅如 此，确定盖板玻璃是否适合使用的基本测试方法是落球测试法，本专利技术人清楚地知道，该测 试方法不能准确评价玻璃的抗损伤性能，因为该方法是对已有表面缺陷敏感，而不是对新 引入的缺陷敏感。例如，离子交换之后立即进行的强度测试也用作了盖板玻璃防护能力的 一个指标。这些测试很自然地会让人对深离子交换层作出表面压缩应力高的评价。但本发 明人发现这是不对的，实际上反过来倒是正确的。结果，这些器件中目前使用的薄盖板玻璃 并没有针对玻璃和离子交换性质进行优化，而离子交换性质直接关系到这些器件的耐磨性 和视觉效果。例如，目前用于移动设备的SLS玻璃在机械性能方面就受到其离子交换能力 的内在局限性的妨碍。上述标准已经应用于选择主要属于钠钙硅酸盐系列的玻璃，包括氧化铝含量较高 的硅酸盐玻璃在内——称作铝硅酸盐或改性铝硅酸盐。(前面提到的美国申请第11/888213号披露了一些玻璃组合物，它们相对于原有盖板玻璃配方有了改进。)我们发现，这些标准 并未描述这些设备所在领域观察到的实际故障模式。当移动设备掉到尖锐物如小石头上 时，玻璃能经受多大负荷，现有技术所制定的这些要求并不能预测。也不能预测移动设备在 使用过程中其表面的损害不断累积时玻璃会怎样。现有技术的要求可能会导致部件具有差 到不可接受的强度和划痕。本专利技术克服了当前用作电子器件中的防护性盖板和/或触屏的 玻璃所面临的困难。
技术实现思路
本专利技术涉及经化学钢化的高强度防护性和/或交互性(例如触屏)玻璃制品，所 述玻璃制品具有至少2000g的高损伤容限阈值，所述容限阈值是用维氏(Vickers)压头在 玻璃上施加负荷至刚好不出现径向裂纹时测得的。在一个实施方式中，所述高损伤容限阈 值为至少4000g。在另一个实施方式中，所述高损伤容限阈值为至少6000g。在又一个实施方式中，所述经化学钢化的高强度防护性玻璃制品是透明的。在另一个实施方式中，所述经化学钢化的高强度防护性玻璃制品是不透明和/或 不透光的。在一个实施方式中，本专利技术涉及用以下材料制成的防护性玻璃钠钙玻璃、含碱铝 硅酸盐玻璃、含碱铝硼硅酸盐玻璃、含碱硼硅酸盐玻璃或含碱玻璃陶瓷——已经过离子交 换，用维氏压头在玻璃上施加负荷至刚好不出现径向裂纹时测得的高损伤容限阈值为至少 2000g。在一个实施方式中，所述高损伤容限阈值为至少4000g。在另一个实施方式中，所述 高损伤容限阈值为至少6000g。本专利技术还涉及设计用作防护性盖板的薄玻璃制品离子交换参数的方法，所述方法 包含以下步骤选择要求达到所需抗损伤水平的压缩层的深度，其中抗损伤水平用维氏压头测试 和/或努普(Knoop)金刚石压头抗划测试进行测定；选择使玻璃制品中心能够形成所设计的最大拉伸强度的压缩应力；用钠离子稀释含有直径大于钠离子直径的碱金属离子的离子交换浴，以达到所需 的压缩应力。本专利技术还涉及制备适合用作防护性盖板玻璃的化学强化玻璃制品的方法，所述方 法包含以下步骤提供玻璃板，所述玻璃板用选自下组的玻璃制成含碱铝硅酸盐玻璃、含碱铝硼硅 酸盐玻璃、含碱硼硅酸盐玻璃和含碱玻璃陶瓷；通过在玻璃表面将Na离子和/或Li离子交换成更大的碱金属离子(或其他更 大的可交换离子)对玻璃板进行化学强化，所述化学交换达到的深度自玻璃板表面起至少 40 μ m ；需要时通过切割和抛光(包括边缘切割、研磨和抛光)对玻璃板进行精整，以制得 玻璃制品；其中玻璃制品完工后，用维氏压头在玻璃上施加负荷至刚好不出现径向裂纹时测 得的损伤容限阈值为至少2000g。附图说明图1显示了商用玻璃材料和玻璃上因使用而造成的划痕。图2显示了商用玻璃材料和玻璃与物体发生尖锐接触或冲击时产生的损伤。图3是离子交换层深度为D0L、表面压缩应力为Cs、中心张力为Ct的玻璃的示意 图。图4是选定玻璃材料在离子交换前后的强度图。图5是用维氏压痕法测量时开始出现限制强度的径向裂纹的图示。图6是选定的离子交换玻璃用SiC粒子进行空气喷砂之后的强度图。图7是用维氏压痕法测量的侧向裂纹引发阈值(视觉缺陷)的图示。图8显示了在市售盖板玻璃表面上滑动努普金刚石压头时产生的划伤。图9显示了在本专利技术经过化学强化的盖板玻璃表面上滑动努普金刚石压头时产 生的划伤。图10是箭头60A所示区域的放大图，显示了市售玻璃中发生的起屑现象。图11是箭头50A所示区域的放大图，显示了市售玻璃中产生的侧向裂纹。图12是(通常)具有不同厚度的玻璃和本专利技术玻璃的DOL与CS之间的关系。图13是目前用作防护玻璃的化学强化钠钙玻璃和本专利技术玻璃的临界负载与层深 (DOL)的图示。具体实施例方式本文所用术语“化学强化” “化学钢化”和“离子交换”及类似术语是指用直径更大 的碱离子交换玻璃组合物中的碱离子。本文指称的所有玻璃组合物都是针对进行任何离子 交换之前的玻璃的。同样，在本文中，要求专利权的玻璃制品也应理解为防护性和/或交互 性玻璃制品，例如触屏。图8-11中的箭头200指示划痕方向。就玻璃组合物而言，本文所 用术语“主要由……组成”是指该组合物以所引述的量包含所引述的材料，不包括可能存在 于玻璃中的污染物。总体而言，本文披露了一种薄型防护性盖板玻璃，其经化学强化后，具有至少 2000g的高损伤容限阈值，所述损伤容限阈值是用维氏(Vickers)压头在玻璃上施加负荷 至刚好不出现径向裂纹时测得的。虽然本专利技术可用于制备任何厚度(例如30mm)的盖板玻 璃，但是出于重量方面的原因，电子器件，特别是手持式器件中使用的盖板玻璃必须要薄， 其厚度一般小于或等于5. Omm ；优选小于或等于2. Omm ；在一些实施方式中小于1. 7mm ；在 其他实施方式中小于1. 2mm。制备薄型盖板玻璃的困难在于，由于其薄，玻璃必须能够经受 住使用环境中的摩擦，还要抵抗裂纹、剥落及其他类型的损伤。由于移动显示器制造商将 现有和未来的产品从塑料显示器盖板过渡到玻璃盖板，所以玻璃被乱操作的可能性空前增 加。图1和图2显示了目前手机中使用的商用离子交换玻璃上的划伤和冲击损伤。图1显 示了防护性玻璃盖板上因正常使用而造成的划痕。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种经化学钢化的高强度防护性玻璃制品，所述玻璃制品具有用维氏压头在玻璃上施加负荷至刚好不出现径向裂纹时测得的至少２０００ｇ的高损伤容限阈值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：GS格莱泽曼，JJ普赖斯，R萨比亚，N沙史答尔，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]