高抗接触性的柔性超薄玻璃制造技术

本发明专利技术涉及一种厚度小于或等于0.4mm的超薄化学钢化的玻璃制品。为了提高抗锋利物接触性，所述玻璃制品的破裂力(以N给出)大于30乘以所述玻璃制品的厚度(t)(t以mm给出)。此外，所述玻璃制品的破裂弯曲半径(以mm给出)小于100000乘以所述玻璃制品的所述厚度(t)(t以mm给出)再除以第一表面处的表面压缩应力(以MPa计)的数值所得的结果。

Flexible ultra thin glass with high contact resistance

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高抗接触性的柔性超薄玻璃
本专利技术涉及一种具有高抗锋利物接触性和高柔韧性的超薄玻璃制品。本专利技术还涉及高强度柔性玻璃用作以下各者中的柔性通用平面的用途：柔性和印刷电子产品、用于触控面板的传感器、指纹传感器、薄膜电池组衬底、移动电子装置、半导体中介层、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、低透气性、柔韧性和低厚度的应用。除了消费者和工业电子产品之外，本专利技术还可以用于工业生产或计量学中的保护应用。
技术介绍
具有不同组成的薄玻璃是许多应用的合适衬底材料，在所述应用中，透明度、高耐化学性和耐热性以及所限定的化学和物理特性是重要的。举例来说，无碱玻璃可以用于显示面板并且用作晶片格式的电子封装材料。含碱硅酸盐玻璃用于过滤器涂层衬底、触摸传感器衬底和指纹传感器模块盖板。铝硅酸盐(AS)、锂铝硅酸盐(LAS)、硼硅酸盐和钠钙玻璃广泛用于例如用于指纹传感器(FPS)的盖板、保护盖板和显示器盖板等应用。在这些应用中，诸如3点弯曲(3PB)、落球、防划等的特殊测试证实：通常通过化学钢化，能提高玻璃的机械强度。化学钢化是一种众所周知的提高例如用作用于显示器应用的盖板的玻璃的强度的方法，所述玻璃例如钠钙玻璃或铝硅酸盐(AS)玻璃或锂铝硅酸盐(LAS)或硼硅酸盐玻璃等。在这种情况下，表面压缩应力(CS)通常在500MPa与1,000MPa之间，离子交换层的深度通常大于30μm，优选大于40μm。对于运输或航空中的安全保护应用，AS玻璃的交换层的深度可以大于100μm。通常，所有这些应用需要具有高CS和高DoL的玻璃，且玻璃的厚度通常在约0.5mm至10mm的范围内。目前，对产品新功能和更广泛应用领域的持续需求需要玻璃衬底更薄更轻、具有高强度和柔韧性。超薄玻璃(UTG)通常应用的领域是精细电子产品的保护盖板。目前，对产品新功能以及开发新的和广泛的应用的日益增长的需求需要玻璃衬底更薄、更轻、强度更大、灵活性更好。由于UTG的柔韧性，这种玻璃已被研究和开发为用于例如智能手机、平板电脑、手表和其它可穿戴设备等装置的盖板和显示器。这种玻璃还可以用作指纹传感器模块的盖板和相机镜头盖板。然而，如果玻璃板厚度小于0.5mm，则处理将变得越来越困难，这主要是由于玻璃边缘处的裂缝和碎屑等缺陷会导致破裂。而且，整体机械强度，即反映在弯曲或冲击强度上，将显著降低。通常，较厚玻璃的边缘可以进行CNC(计算机数字控制)研磨以去除缺陷，但是，机械研磨几乎不适用于厚度小于0.3mm的超薄玻璃。边缘蚀刻可以是超薄玻璃去除缺陷的一种解决方案，但薄玻璃板的柔韧性仍然受到玻璃本身的低弯曲强度的限制。因此，对于薄玻璃，强化尤为重要。然而，对于超薄玻璃，由于其中心拉伸应力大，因此，超薄玻璃的强化过程总是存在自破裂的风险。通常，厚度<0.5mm的平板超薄玻璃可以通过直接热成型方法生产，例如下拉、溢流熔融或特殊浮法。再拉制方法也是可行的。因为直接热成型的薄玻璃的表面是从高温熔融状态冷却到室温，因此，与通过化学或物理方法(例如，经由研磨和抛光生产)进行后处理的薄玻璃相比，直接热成型的薄玻璃的表面均匀性和表面粗糙度更好。下拉法可以用于生产薄于0.3mm或甚至0.1mm的玻璃，例如铝硅酸盐玻璃、锂铝硅酸盐玻璃、碱金属硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃或无碱铝硼硅酸盐盐玻璃。一些专利技术已经描述了UTG的化学钢化。US2015183680描述了<0.4mm玻璃的钢化，其具有有限的中心张力范围且DoL>30μm。然而，DoL>30μm会导致超薄钢化玻璃易碎和自破裂等问题。此外，在所述专利申请中未说明如何制备厚度<0.4mm玻璃。WO2014/139147A1公开了一种厚度<0.5mm玻璃的钢化，其压缩应力<700MPa，DoL<30μm。但同样，超薄钢化铝硅酸盐玻璃往往机械阻力低，在与锋利和坚硬物体接触时容易破裂。通常，为了获得具有最佳弯曲半径的柔性玻璃，假设DoL(离子交换层的深度)的值(以μm给出)应高达相应玻璃厚度的约0.1至0.2倍。相反，发现已知的钢化超薄玻璃的抗锋利物接触性(即，抗锋利物按压性)相当低。因此，当被例如沙子、金属边缘等硬物刮擦时，这种钢化玻璃很容易破裂。抗锋利物按压性是UTG耐受压力的特性，此处，锋利物体压在玻璃表面上。与UTG有关的玻璃厚度、钢化程序和结果(不同的CS、DoL、CT)有很多，因此要严格预测玻璃制品是否可以在特殊应用中使用。然而，实际上，成品的测试(例如，通过用沙指按压指纹传感器上直至其破裂)不仅效率低，而且还浪费产品本身。为了降低客户方面的损伤风险，玻璃制造商和加工商已经开发了许多测试来证明钢化超薄玻璃的抗接触性和柔韧性，例如3点弯曲(3PB)、落球、防划等。然而，这些测试很复杂，还会经常失败。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的问题，并且提供一种可以实现高柔韧性和高抗锋利物接触性的超薄玻璃。本专利技术的另一目的是为具有用于电子应用的可靠特性的UTG设定评估标准。技术术语解释玻璃制品：玻璃制品可以具有任何大小。举例来说，其可以是卷起的长超薄玻璃带(玻璃卷)、大玻璃板、从玻璃卷或玻璃板切出的较小玻璃部分或单个小玻璃制品(如FPS或显示器盖板)等。厚度(t)：玻璃制品的厚度是待测样品厚度的算术平均值。压缩应力(CS)：在玻璃表面层上进行离子交换后在玻璃网络中产生的压缩。这种压缩可能不能通过玻璃变形而释放，而是作为持续应力。CS从玻璃制品表面处的最大值(表面CS)朝向玻璃制品的内部减小。例如FSM6000(“LuceoCo.，Ltd.”公司，日本/东京)等市售测试机可以通过波导机理测量CS。层深度(DoL)：离子交换层的CS存在的区域的厚度。例如FSM6000(“LuceoCo.，Ltd.”公司，日本/东京)等市售测试机可以通过波导机理测量DoL。中心张力(CT)：当在单个玻璃板的一侧或两侧诱导CS时，为了根据牛顿定律的第三原理平衡应力，必然在玻璃的中心区域诱导拉伸应力，其被称为中心张力。可以从测得的CS和DoL计算CT。平均粗糙度(Ra)：表面纹理的量度。其通过真实表面与其理想形式的垂直偏差来量化。通常，幅度参数基于粗糙度曲线与平均线的垂直偏差来表征表面。Ra是这些垂直偏差的绝对值的算术平均值。破裂力：破裂力是指物体可以施加直至化学钢化超薄玻璃制品破裂(即，产生裂缝)的力(以N给出)。破裂力由钢棒砂纸压力测试确定，下文对其进行更详细地描述。破裂弯曲半径(BBR)：破裂弯曲半径(以mm给出)是玻璃制品在扭结或损坏或破裂之前达到最大挠度的弯曲位置处的弧形的最小半径(r)。其是在玻璃材料弯曲位置的内部曲率处测量的。较小的半径意味着玻璃的柔韧性和挠度更大。弯曲半径是取决于玻璃厚度、杨氏模量和玻璃强度的参数。化学钢化的超薄玻璃厚度很小、杨氏模量低、强度高。所有这三个因素都有助于使弯曲半径更小、柔韧性更好。下文更详细地描述用于确定BBR的测试。本专利技术提供一种化学钢化的玻璃制品，其具有小于0.4mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学钢化的玻璃制品(1)，其具有小于0.4mm的厚度(t)、第一表面(2)和第二表面(3)以及在所述玻璃制品中从所述第一表面延伸至第一深度(DoL)的压缩应力区域，所述区域由压缩应力(CS)限定，其中所述第一表面(2)处的表面压缩应力(CS)为至少100MPa，其中/n-所述玻璃制品的破裂力(以N给出)至少为所述玻璃制品的所述厚度(t，以mm计)乘以30的数值，其中在砂纸压力测试中确定所述破裂力，在所述测试中，将所述玻璃制品的第二表面放置在钢板上，将在平坦前表面处直径为3mm的钢棒加载在所述玻璃制品的第一表面上直至其破裂，其中P180型砂纸放置在所述钢棒的所述平坦前表面与所述玻璃制品的所述第一表面之间，其中所述砂纸的研磨侧与所述第一表面接触，并且/n-所述玻璃制品的破裂弯曲半径(以mm给出)小于所述制品的所述厚度(t，以mm计)乘以100000再除以在所述第一表面处测量的所述表面压缩应力(以MPa计)的数值所得的结果，优选小于所述玻璃制品的所述厚度(t，以mm计)乘以80000再除以在所述第一表面处测量的所述表面压缩应力(以MPa计)的数值所得的结果，尤其优选小于所述玻璃制品的所述厚度(t，以mm计)乘以70000再除以在所述第一表面处测量的所述表面压缩应力(以MPa计)的数值所得的结果，进一步优选小于所述玻璃制品的所述厚度(t，以mm计)乘以60000再除以在所述第一表面处测量的所述表面压缩应力(以MPa计)的数值所得的结果。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种化学钢化的玻璃制品(1)，其具有小于0.4mm的厚度(t)、第一表面(2)和第二表面(3)以及在所述玻璃制品中从所述第一表面延伸至第一深度(DoL)的压缩应力区域，所述区域由压缩应力(CS)限定，其中所述第一表面(2)处的表面压缩应力(CS)为至少100MPa，其中
-所述玻璃制品的破裂力(以N给出)至少为所述玻璃制品的所述厚度(t，以mm计)乘以30的数值，其中在砂纸压力测试中确定所述破裂力，在所述测试中，将所述玻璃制品的第二表面放置在钢板上，将在平坦前表面处直径为3mm的钢棒加载在所述玻璃制品的第一表面上直至其破裂，其中P180型砂纸放置在所述钢棒的所述平坦前表面与所述玻璃制品的所述第一表面之间，其中所述砂纸的研磨侧与所述第一表面接触，并且
-所述玻璃制品的破裂弯曲半径(以mm给出)小于所述制品的所述厚度(t，以mm计)乘以100000再除以在所述第一表面处测量的所述表面压缩应力(以MPa计)的数值所得的结果，优选小于所述玻璃制品的所述厚度(t，以mm计)乘以80000再除以在所述第一表面处测量的所述表面压缩应力(以MPa计)的数值所得的结果，尤其优选小于所述玻璃制品的所述厚度(t，以mm计)乘以70000再除以在所述第一表面处测量的所述表面压缩应力(以MPa计)的数值所得的结果，进一步优选小于所述玻璃制品的所述厚度(t，以mm计)乘以60000再除以在所述第一表面处测量的所述表面压缩应力(以MPa计)的数值所得的结果。


2.根据权利要求1所述的化学钢化的玻璃制品，其中所述玻璃制品的厚度≤0.33mm，优选≤0.25mm，更优选≤0.21mm，进一步优选≤0.18mm，还优选≤0.15mm，优选≤0.13mm，更优选≤0.1mm，进一步优选≤0.08mm，还优选≤0.07mm，还优选≤0.05mm，还优选≤0.03mm，还优选≤0.01mm和/或≥0.005mm。


3.根据权利要求1或2所述的化学钢化的玻璃制品，其中所述制品具有在0.5μm至120*t/CSμm范围内的DoL(以μm计)，优选地在0.5μm至90*t/CSμm范围内的DoL，更优选地在0.5μm至60*t/CSμm范围内的DoL，更优选在0.5μm至45*t/CSμm范围内的DoL，进一步优选在0.5μm至27*t/CSμm范围内的DoL，其中t以μm给出，CS是在所述第一表面处测量的表面压缩应力(以MPa给出)的数值。


4.根据前述权利要求中任一项所述的化学钢化的玻璃制品，其中所述玻璃制品的中心拉伸应力(CT)小于或等于200MPa，优选小于或等于150MPa，优选小于或等于120MPa，更优选小于或等于100MPa，进一步优选小于或等于65MPa，进一步优选小于或等于45MPa，进一步优选小于或等于25MPa。


5.根据权利要求1或2所述的化学钢化的玻璃制品，其中所述制品的DoL(以μm计)在27*t/CSμm至0.5*tμm的范围内，优选在45*t/CSμm至0.45*tμm的范围内，更优选地在60*t/CSμm至0.4*tμm的范围内，甚至优选在90*t/CSμm至0.35*tμm的范围内，其中t以μm给出，CS是在所述第一表面处测量的所述表面压缩应力(以MPa给出)的数值。


6.根据权利要求5所述的化学钢化的玻璃制品，其中所述玻璃制品的中心拉伸应力(CT)大于或等于27MPa，进一步优选大于或等于45MPa，进一步优选大于或等于65MPa，进一步优选大于或等于100MPa。


7.根据前述权利要求中任一项所述的化学钢化的玻璃制品，其中所述玻璃制品包括层压聚合物层，所述聚合物层的厚度≥1μm，优选≥5μm，更优选≥10μm，进一步优选≥20μm，进一步优选≥40μm和/或<200μm。


8.根据前述权利要求中任一项所述的化学钢化的玻璃制品，其中所述玻璃制品至少在一个表面上包括涂布层，所述涂布层包括涂布材料。


9.根据前述权利要求中任一项所述的化学钢化的玻璃制品，其中所述玻璃制品具有从所述玻璃制品的所述第二表面(3)延伸到其中第二深度(DoL)的第二压缩应力区域，所述区域由压缩应力(CS)限定，其中所述第二表面(3)处的表面压缩应力为至少100MPa。


10.根据前述权利要求中任一项所述的化学钢化的玻璃制品，其中所述玻璃制品(1)在所述第一表面(2)和/或所述第二表面(3)处的所述表面压缩应力(CS)大于100MPa，有利的是等于或大于200MPa，优选等于或大于300MPa，优选等于或大于400MPa，更优选等于或大于500MPa，进一步优选等于或大于600MPa，进一步优选等于或大于700MPa，还优选等于或大于800MPa。


11.根据前述权利要求中任一项所述的化学钢化的玻璃制品，其中所述玻璃制品是平板制品和/或柔性制品和/或可变形制品。


12.根据前述权利要求中任一项所述的化学钢化的玻璃制品，其中所述玻璃包括指定量的下列组分(以wt％计)：








组分
(wt％)


SiO2
40-75


Al2O3
10-30


B2O3
0-20

【专利技术属性】
技术研发人员：达宁，和峰，孟嘉琪，单延泉，
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：江苏;32