具有改进的应力分布的基于玻璃的制品制造技术

通过独特的离子交换工艺制造基于玻璃的制品，其导致具有改进的应力分布的基于玻璃的制品，在中等深度处具有更高的应力值。离子交换工艺的介质包括基于玻璃的基材的基础组成中的两种或更多种碱金属氧化物的两种或更多种碱金属的离子，其比例使得每种碱金属的离子与基础玻璃组成中的碱金属氧化物的每一种相应的碱金属是化学平衡的。应的碱金属是化学平衡的。应的碱金属是化学平衡的。

【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基于玻璃的制品
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119，要求2018年7月2日提交的美国临时申请系列第62/693,134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。


[0003]本公开内容的实施方式一般地涉及具有改进的应力分布的基于玻璃的制品及其制造方法。

技术介绍

[0004]基于玻璃的制品被用于许多各种行业中，包括消费者电子件、运输、建筑、防护、医疗和包装。对于消费者电子件，基于玻璃的制品被用于电子器件中作为便携式或移动电子通讯和娱乐装置的盖板或窗口，例如，手机、智能手机、平板、视频播放器、信息终端(IT)装置、笔记本电脑、和导航系统等。在建筑中，基于玻璃的制品被包含在窗户、淋浴板和台面中；以及在运输中，基于玻璃的制品存在于车辆、火车、飞行器和航海器中。基于玻璃的制品适合于需要优异的耐破碎性但是薄且轻量化制品的任何应用。对于每个行业，基于玻璃的制品的机械和/或化学可靠性通常由功能、性能和成本驱动。改善这些制品的机械和/或化学可靠性是持续的目标。
[0005]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)。许多基于玻璃的制品(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。通过对含碱性玻璃进行离子交换(IOX)来进行化学强化是本领域一种已经得到验证的方法。
[0006]在消费者电子行业中，化学强化玻璃被用作显示器覆盖的优选材料，这得益于其相比于塑料更好的美学外观和耐划痕性，以及相比于非强化玻璃更好的跌落性能与更好的耐划痕性。
[0007]对于这些行业，存在对于具有机械可靠性和/或化学可靠性的基于玻璃的制品的持续需求。对于以成本有效的方式来实现其也存在持续需求。

技术实现思路

[0008]本公开内容的方面属于基于玻璃的制品以及它们的制造方法。
[0009]一个方面是基于玻璃的制品，包括：基于玻璃的基材，其具有限定了基材厚度(t)的相对的第一和第二表面；基于玻璃的制品的中心处的含有两种或更多种碱金属氧化物的中心组成；在所述第一和第二表面中的一个或两个，所述两种或更多种碱金属氧化物中的每一种的表面浓度非零；以及不同于中心组成的所述两种或更多种碱金属氧化物的金属氧化物，其具有从所述第一表面到相对于所述金属氧化物的层深度(DOL)是变化的非零浓度；
其中，在比约3倍DOL更深的厚度处，所述两种或更多种碱金属氧化物中的每一种的浓度与中心组成中的所述两种或更多种碱金属氧化物中的每一个的相应的浓度相差在10％之内。
[0010]另一个方面是基于玻璃的制品，包括：基于玻璃的基材，其具有限定了基材厚度(t)的相对的第一和第二表面；基于玻璃的制品的中心处的含有两种或更多种碱金属氧化物的中心组成；在所述第一和第二表面中的一个或两个，所述两种或更多种碱金属氧化物中的每一种的表面浓度非零；不同于中心组成的所述两种或更多种碱金属氧化物的金属氧化物，其具有从所述第一和第二表面到所述金属氧化物的层深度(DOL)是变化的非零浓度；以及应力分布，其包括：从所述第一表面延伸到过渡区域的尖峰区域；所述过渡区域延伸到尾部区域；以及所述尾部区域延伸到基于玻璃的制品的中心；其中，在距离所述第一表面大于或等于约0.00625t深度处，过渡区域包括至少约150MPa的第一压缩应力，以及在距离所述第一表面大于或等于约0.025t深度处，过渡区域包括至少约120MPa的第二压缩应力。
[0011]一个具体的方面是基于玻璃的制品，包括：基于玻璃的基材，其具有限定了基材厚度(t)的相对的第一和第二表面；基于玻璃的制品的中心处的含有锂和一种或多种额外碱金属氧化物的中心组成；在所述第一和第二表面中的一个或两个，锂和所述一种或多种额外碱金属氧化物中的每一种的表面浓度非零；不同于中心组成的锂和所述一种或多种额外碱金属氧化物的金属氧化物，其具有从所述第一和第二表面到所述金属氧化物的层深度(DOL)是变化的非零浓度；大于或等于约0.13t的压缩深度(DOC)；以及在距离所述第一表面约5微米至10微米深度处的第一压缩应力是至少150MPa，和在距离所述第一表面约15微米至约20微米深度处的第二压缩应力是至少120MPa。
[0012]另一个方面是消费者电子产品，包括：具有前表面、背表面和侧表面的外壳；提供成至少部分位于外壳内的电子组件，所述电子组件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器提供成位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻；以及布置在显示器上方的覆盖物，其中，外壳和覆盖物中的至少一个的一部分包括根据本文公开的任意方面或实施方式的基于玻璃的制品。
[0013]在另一个方面中，基于玻璃的制品的制造方法包括：将基础组成中含有两种或更多种碱金属氧化物的基于玻璃的基材暴露于离子交换处理以形成基于玻璃的制品，所述基于玻璃的基材具有限定了基材厚度(t)的相对的第一和第二表面，所述离子交换处理包含浴，所述浴包含：不同于基础组成中的碱金属氧化物中的所述两种或更多种碱金属的第一金属离子；以及基础组成中的所述两种或更多种碱金属氧化物的所述两种或更多种碱金属的离子，其比例使得每种碱金属的离子与基础组成中的碱金属氧化物的相应的碱金属中的每一种是化学平衡的。
[0014]在另一个方面中，基于玻璃的制品的制造方法包括：将基础组成中含有两种或更多种碱金属氧化物的基于玻璃的基材暴露于第一离子交换处理以形成经掺杂的基于玻璃的基材，所述基于玻璃的基材具有限定了基材厚度(t)的相对的第一和第二表面，所述第一离子交换处理包含第一浴，所述第一浴包含：不同于基础组成中的碱金属氧化物中的所述两种或更多种碱金属的第一金属离子；以及基础组成中的所述两种或更多种碱金属氧化物的所述两种或更多种碱金属的离子，其比例使得每种碱金属的离子与基础组成中的碱金属氧化物的相应的碱金属中的每一种是化学平衡的；这之后，将经掺杂的基于玻璃的基材暴露于第二离子交换处理以形成基于玻璃的制品，所述第二离子交换处理包含第二浴，所述
第二浴包含第二金属离子；以及任选地，还包括选自下组的其他强化处理：离子交换、热退火及其组合。
[0015]根据方面(1)，提供了基于玻璃的制品。基于玻璃的制品包括：限定了厚度(t)的相对的第一和第二表面；基于玻璃的制品的中心处的含有两种碱金属氧化物的中心组成；在所述第一和第二表面的一个或两个处，所述两种碱金属氧化物中的每一种的表面浓度是非零的；以及不同于中心组成的所述两种碱金属氧化物的金属氧化物，其具有从所述第一表面到相对于所述金属氧化物的层深度(DOL)是变化的非零浓度。在约3倍DOL的深度处，所述两种碱金属氧化物中的每一种的浓度与中心组成中的所述两种碱金属氧化物中的每一种的相应浓度相差在10％之内。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于玻璃的制品，其包括：限定了厚度(t)的相反的第一和第二表面；位于基于玻璃的制品的中心处的含有两种碱金属氧化物的中心组成；在第一和第二表面的一个或两个处，所述两种碱金属氧化物中的每一种的表面浓度非零；以及不同于中心组成的所述两种碱金属氧化物的金属氧化物，其具有从第一表面到相对于所述金属氧化物的层深度(DOL)是变化的非零浓度；其中，在约3倍DOL的深度处，所述两种碱金属氧化物中的每一种的浓度与中心组成中的所述两种碱金属氧化物中的每一种的相应浓度相差在10％之内。2.如权利要求1所述的基于玻璃的制品，其中，在约3倍DOL的深度处，所述两种碱金属氧化物中的每一种的浓度与中心组成中的所述两种碱金属氧化物中的每一种的相应浓度相差在
±
5％之内。3.如权利要求1或2所述的基于玻璃的制品，其中，在所述第一表面处，所述两种碱金属氧化物中的每一种的表面浓度与中心组成中的所述两种碱金属氧化物中的每一种的相应浓度相差在
±
5％之内。4.如权利要求1至3中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品包括：碱性铝硅酸盐、含碱性硼硅酸盐、含碱性铝硼硅酸盐、或者含碱性磷硅酸盐。5.如权利要求1至4中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，中心组成包含1摩尔％或更少的不同于中心组成的所述两种碱金属氧化物的所述金属氧化物。6.如权利要求1至5中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，不同于中心组成的所述两种碱金属氧化物的所述金属氧化物选自下组：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)，及其组合。7.如权利要求1至6中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，中心组成的所述两种碱金属氧化物包括锂和钠，以及不同于中心组成的所述两种碱金属氧化物的所述金属氧化物是钾。8.如权利要求1至7中任一项所述的基于玻璃的制品，其包括应力分布，所述应力分布包括：从第一表面延伸到过渡区域的尖峰区域；延伸到尾部区域的过渡区域；以及延伸到基于玻璃的制品的中心的尾部区域；其中，位于尖峰区域中的应力分布的所有点包括绝对值是20MPa/微米或更大的正切；位于过渡区域中的应力分布的所有点包括绝对值小于20MPa/微米的正切；以及位于尾部区域中的应力分布的所有点包括的正切的绝对值小于过渡区域的正切的绝对值。9.如权利要求1至8中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，t是50微米至5毫米。10.一种基于玻璃的制品，其包括：限定了厚度(t)的相反的第一和第二表面；位于基于玻璃的制品的中心处的含有两种碱金属氧化物的中心组成；在第一和第二表面的一个或两个处，所述两种碱金属氧化物中的每一种的表面浓度非零；
不同于中心组成的所述两种碱金属氧化物的金属氧化物，其具有从第一和第二表面到所述金属氧化物的层深度(DOL)是变化的非零浓度；以及应力分布，其包括：从第一表面延伸到过渡区域的尖峰区域；延伸到尾部区域的过渡区域；以及延伸到基于玻璃的制品的中心的尾部区域；其中，在距离第一表面大于或等于约0.00625t深度处，过渡区域包括至少约150MPa的第一压缩应力，以及在距离第一表面大于或等于约0.025t深度处，过渡区域包括至少约120MPa的第二压缩应力。11.如权利要求10所述的基于玻璃的制品，其中，所述第一压缩应力位于距离所述第一表面约5至10微米之间的深度并且是约150MPa至约300MPa，以及所述第二压缩应力位于距离所述第一表面约15至20微米之间的深度并且是约120MPa至约240MPa。12.如权利要求10至11中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品包括：碱性铝硅酸盐、含碱性硼硅酸盐、含碱性铝硼硅酸盐、或者含碱性磷硅酸盐。13.如权利要求10至12中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，中心组成包含1摩尔％或更少的不同于中心组成的所述两种碱金属氧化物的所述金属氧化物。14.如权利要求10至13中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，不同于中心组成的所述两种碱金属氧化物的所述金属氧化物选自下组：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)，及其组合。15.如权利要求10至14中任一项所述的基于玻璃的制品，其包括大于或等于0.13t的压缩深度(DOC)。16.如权利要求10至15中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，位于尖峰区域中的应力分布的所有点包括绝对值是20MPa/微米或更大的正切。17.如权利要求10至16中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，位于过渡区域中的应力分布的所有点包括的正切的绝对值小于20MPa/微米且大于位于尾部区域中的应力分布的所有点的正切的绝对值。18.如权利要求10至16中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，位于约15微米至约20微米的深度处的应力分布的所有点小于20MPa/微米且大于2.0MPa/微米。19.如权利要求10至18中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，第一表面处的表面压缩应力是400MPa或更大。20.如权利要求10至19中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，中心组成的所述两种碱金属氧化物包括锂和钠，以及不同于中心组成的所述两种碱金属氧化物的所述金属氧化物是钾。21.如权利要求10至20中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，t是50微米至5毫米。22.一种基于玻璃的制品，其包括：限定了厚度(t)的相反的第一和第二表面；位于基于玻璃的制品的中心处的含有锂和一种或多种额外碱金属氧化物的中心组成；在第一和第二表面的一个或两个处，锂和所述一种或更多额外碱金属氧化物中的每一种的表面浓度非零；
不同于中心组成的锂和所述一种或多种额外碱金属氧化物的金属氧化物，其具有从第一和第二表面到所述金属氧化物的层深度(DOL)是变化的非零浓度；大于或等于0.13t的压缩深度(DOC)；以及在距离第一表面约5微米至10微米的深度处的第一压缩应力是至少150MPa，以及在距离第一表面约15微米至约20微米的深度处的第二压缩应力是至少120MPa。23.如权利要求22所述的基于玻璃的制品，其中，基于玻璃的制品包括：碱性铝硅酸盐、含碱性硼硅酸盐、含碱性铝硼硅酸盐、或者含碱性磷硅酸盐。24.如权利要求22至23中任一项所述的基于玻璃的制品，其中，中心组成包含1摩尔％或...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：