專利名稱：抗損傷的、化學鋼化的防護性蓋板玻璃的制作方法
技術領域：
本發明涉及防護性玻璃蓋板，特別涉及適用于電子器件的經化學鋼化的抗損傷玻
璃蓋板。
背景技術：
具有更大顯示器件的移動設備用得越來越普遍，如手機、手持式游戲機、MP3播放 機、手表、膝上型計算機、車載移動GPS及其他顯示器、觸板屏和其他電子器件，當然并不局 限于這些。它們蓋板至少有一部分是透明的，這樣使用者才能觀看顯示內容。對于一些應 用來說，蓋板對使用者的觸摸動作敏感。由于這種設備使用越來越頻繁，因意外事件、清潔 操作、使用時疏忽大意甚至正常使用而導致蓋板玻璃破裂或損壞的可能性也增大。現有蓋 板玻璃在設計或選擇時，并未考慮到要經受如此頻繁出現的亂操作現象、或某一些常見的 意外事故，如與其他物體發生尖銳接觸或受其他物體沖擊。由于頻繁觸碰，這種蓋板必須具 有高強度，并且抗劃傷。盡管并非總是作這樣的要求，但現有玻璃的“選擇標準”通常還是限于以下幾個方 面1.讓135g的球下落到按規定方式支起的玻璃上時，玻璃保持完好無損的最小高 度；2.用四點彎曲法測定的最小強度；3.硬度，雖然測定但通常不作要求。對于顯示器件中使用的現有防護性玻璃的這些標準，人們還不是很明白。不僅如 此，確定蓋板玻璃是否適合使用的基本測試方法是落球測試法，本發明人清楚地知道，該測 試方法不能準確評價玻璃的抗損傷性能，因為該方法是對已有表面缺陷敏感，而不是對新 引入的缺陷敏感。例如，離子交換之后立即進行的強度測試也用作了蓋板玻璃防護能力的 一個指標。這些測試很自然地會讓人對深離子交換層作出表面壓縮應力高的評價。但本發 明人發現這是不對的，實際上反過來倒是正確的。結果，這些器件中目前使用的薄蓋板玻璃 并沒有針對玻璃和離子交換性質進行優化，而離子交換性質直接關系到這些器件的耐磨性 和視覺效果。例如，目前用于移動設備的SLS玻璃在機械性能方面就受到其離子交換能力 的內在局限性的妨礙。上述標準已經應用于選擇主要屬于鈉鈣硅酸鹽系列的玻璃，包括氧化鋁含量較高 的硅酸鹽玻璃在內——稱作鋁硅酸鹽或改性鋁硅酸鹽。(前面提到的美國申請第11/888213號披露了一些玻璃組合物，它們相對于原有蓋板玻璃配方有了改進。)我們發現，這些標準 并未描述這些設備所在領域觀察到的實際故障模式。當移動設備掉到尖銳物如小石頭上 時，玻璃能經受多大負荷，現有技術所制定的這些要求并不能預測。也不能預測移動設備在 使用過程中其表面的損害不斷累積時玻璃會怎樣。現有技術的要求可能會導致部件具有差 到不可接受的強度和劃痕。本發明克服了當前用作電子器件中的防護性蓋板和/或觸屏的 玻璃所面臨的困難。
發明內容
本發明涉及經化學鋼化的高強度防護性和/或交互性(例如觸屏)玻璃制品，所 述玻璃制品具有至少2000g的高損傷容限閾值，所述容限閾值是用維氏(Vickers)壓頭在 玻璃上施加負荷至剛好不出現徑向裂紋時測得的。在一個實施方式中，所述高損傷容限閾 值為至少4000g。在另一個實施方式中，所述高損傷容限閾值為至少6000g。在又一個實施方式中，所述經化學鋼化的高強度防護性玻璃制品是透明的。在另一個實施方式中，所述經化學鋼化的高強度防護性玻璃制品是不透明和/或 不透光的。在一個實施方式中，本發明涉及用以下材料制成的防護性玻璃鈉鈣玻璃、含堿鋁 硅酸鹽玻璃、含堿鋁硼硅酸鹽玻璃、含堿硼硅酸鹽玻璃或含堿玻璃陶瓷——已經過離子交 換，用維氏壓頭在玻璃上施加負荷至剛好不出現徑向裂紋時測得的高損傷容限閾值為至少 2000g。在一個實施方式中，所述高損傷容限閾值為至少4000g。在另一個實施方式中，所述 高損傷容限閾值為至少6000g。本發明還涉及設計用作防護性蓋板的薄玻璃制品離子交換參數的方法，所述方法 包含以下步驟選擇要求達到所需抗損傷水平的壓縮層的深度，其中抗損傷水平用維氏壓頭測試 和/或努普(Knoop)金剛石壓頭抗劃測試進行測定；選擇使玻璃制品中心能夠形成所設計的最大拉伸強度的壓縮應力；用鈉離子稀釋含有直徑大于鈉離子直徑的堿金屬離子的離子交換浴，以達到所需 的壓縮應力。本發明還涉及制備適合用作防護性蓋板玻璃的化學強化玻璃制品的方法，所述方 法包含以下步驟提供玻璃板，所述玻璃板用選自下組的玻璃制成含堿鋁硅酸鹽玻璃、含堿鋁硼硅 酸鹽玻璃、含堿硼硅酸鹽玻璃和含堿玻璃陶瓷；通過在玻璃表面將Na離子和/或Li離子交換成更大的堿金屬離子(或其他更 大的可交換離子)對玻璃板進行化學強化，所述化學交換達到的深度自玻璃板表面起至少 40 μ m ；需要時通過切割和拋光(包括邊緣切割、研磨和拋光)對玻璃板進行精整，以制得 玻璃制品；其中玻璃制品完工后，用維氏壓頭在玻璃上施加負荷至剛好不出現徑向裂紋時測 得的損傷容限閾值為至少2000g。
圖1顯示了商用玻璃材料和玻璃上因使用而造成的劃痕。圖2顯示了商用玻璃材料和玻璃與物體發生尖銳接觸或沖擊時產生的損傷。圖3是離子交換層深度為D0L、表面壓縮應力為Cs、中心張力為Ct的玻璃的示意 圖。圖4是選定玻璃材料在離子交換前后的強度圖。圖5是用維氏壓痕法測量時開始出現限制強度的徑向裂紋的圖示。圖6是選定的離子交換玻璃用SiC粒子進行空氣噴砂之后的強度圖。圖7是用維氏壓痕法測量的側向裂紋引發閾值(視覺缺陷)的圖示。圖8顯示了在市售蓋板玻璃表面上滑動努普金剛石壓頭時產生的劃傷。圖9顯示了在本發明經過化學強化的蓋板玻璃表面上滑動努普金剛石壓頭時產 生的劃傷。圖10是箭頭60A所示區域的放大圖，顯示了市售玻璃中發生的起屑現象。圖11是箭頭50A所示區域的放大圖，顯示了市售玻璃中產生的側向裂紋。圖12是(通常)具有不同厚度的玻璃和本發明玻璃的DOL與CS之間的關系。圖13是目前用作防護玻璃的化學強化鈉鈣玻璃和本發明玻璃的臨界負載與層深 (DOL)的圖示。
具體實施例方式本文所用術語“化學強化” “化學鋼化”和“離子交換”及類似術語是指用直徑更大 的堿離子交換玻璃組合物中的堿離子。本文指稱的所有玻璃組合物都是針對進行任何離子 交換之前的玻璃的。同樣，在本文中，要求專利權的玻璃制品也應理解為防護性和/或交互 性玻璃制品，例如觸屏。圖8-11中的箭頭200指示劃痕方向。就玻璃組合物而言，本文所 用術語“主要由……組成”是指該組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。總體而言，本文披露了一種薄型防護性蓋板玻璃，其經化學強化后，具有至少 2000g的高損傷容限閾值，所述損傷容限閾值是用維氏(Vickers)壓頭在玻璃上施加負荷 至剛好不出現徑向裂紋時測得的。雖然本發明可用于制備任何厚度(例如30mm)的蓋板玻 璃，但是出于重量方面的原因，電子器件，特別是手持式器件中使用的蓋板玻璃必須要薄， 其厚度一般小于或等于5. Omm ；優選小于或等于2. Omm ；在一些實施方式中小于1. 7mm ；在 其他實施方式中小于1. 2mm。制備薄型蓋板玻璃的困難在于，由于其薄，玻璃必須能夠經受 住使用環境中的摩擦，還要抵抗裂紋、剝落及其他類型的損傷。由于移動顯示器制造商將 現有和未來的產品從塑料顯示器蓋板過渡到玻璃蓋板，所以玻璃被亂操作的可能性空前增 加。圖1和圖2顯示了目前手機中使用的商用離子交換玻璃上的劃傷和沖擊損傷。圖1顯 示了防護性玻璃蓋板上因正常使用而造成的劃痕。圖2顯示了相同的玻璃因與其他物體發 生尖銳接觸或沖擊而產生的損傷。其他電子器件中使用的是相同類型的玻璃。一方面，本發明涉及薄型離子交換(化學鋼化)蓋板玻璃，其經過優化，當用于移 動式(或非移動式)顯示器件時，可抵抗損傷和損壞。這種玻璃的性能用專門設計的測試 (原有的或新開發的)的結果進行描述，其中的測試可定量表征耐損傷性和抗損壞性。本發明玻璃的壓縮層的深度經優化至少為40μπι，比這些器件中使用的其他離子交換蓋板玻璃 深，其壓縮應力至少為700MPa。正是層深(DOL)和壓縮應力(CS)的組合賦予玻璃優異的抗 起裂和抗損壞性能。當薄型玻璃制品受到最大拉伸強度的限制時，必須對CS和DOL加以限制。此限制 可以通過使CS達到最大值而控制壓縮層深度來實現，或者通過使DOL達到所需水平而限制 最大CS來控制。DOL可通過控制時間來限制，而CS可通過控制離子交換浴的鈉離子濃度來 控制。圖12顯示了各種厚度(500-1000μπι)的玻璃制品的最大拉伸強度限值，每種厚度的 曲線都是CT(中心張力)在54MPa時測定的。在圖12中，“ + ”數據點表示本發明的化學強 化玻璃(圖12符號表中“C”)的D0L/CS關系。+數據點左側的CS/D0L值可通過稀釋離子 交換浴得到。若期望DOL是60 μ m,則0. 5、0. 7和0. 9mm玻璃制品表面能夠形成的最大壓縮應力 分別是330、520和700MPa。若要求指定的抗沖擊性能，一般必須鎖定層深而限制表面壓縮 應力。沖擊負荷與層深有關，如圖13所示。在圖13中，190表示在當前商用的化學強化 鈉鈣玻璃上得到的結果，符號· C表示利用本發明化學強化方法得到的結果。最終結果是， 薄型玻璃的化學強化參數可以控制，以獲得所需水平的抗損傷性能。從脆弱性角度看，已經發現約Imm厚的玻璃的中心拉伸強度水平應低于約54MPa， 該結果可根據FSM-6000表面應力儀得到的CS和DOL測量值計算。此MPa值可隨玻璃厚度 變化，MPa值隨玻璃變薄而增大，隨玻璃變厚而減小。如本文數據所顯示的，本發明的化學鋼化(強化)玻璃具有許多改進的、非常有利 的特性。其中有1.相比于這些器件中目前使用的其他玻璃，本發明玻璃的表面受到尖銳物撞擊 時，其對表面起屑具有更大的抵抗力。2.對于對強度起限制作用的缺陷的引發，本發明玻璃具有更大的抵抗力，所述缺 陷經證明存在于現有的帶蓋板玻璃的器件中。3.離子交換前產生的機械加工和運送缺陷被交換層掩蓋，藏于壓縮層中。這使玻 璃成品對精整過程具有更大的耐受性。4.精整成本降低，因為玻璃表面可在用熔制法制玻璃的過程中直接形成。本發明可用能夠進行化學強化的玻璃組合物實施(即玻璃中包含一種或多種可 離子交換的元素)。特別適用于本發明的玻璃是含堿鋁硅酸鹽玻璃、含堿硼硅酸鹽玻璃、含 堿鋁硼硅酸鹽玻璃和含堿玻璃陶瓷。在優選的實施方式中，玻璃和玻璃陶瓷是透明的。玻 璃可通過離子交換進行化學強化，組合物可下拉成板。玻璃的熔化溫度小于約1650°C，液相 線黏度至少為130千泊，在一個實施方式中大于250千泊。玻璃可在較低溫度下進行離子 交換，深度至少為30 μ m。一種示例性玻璃在離子交換前的組成為64摩爾％≤SiO2 ≤ 68摩爾％ ； 12摩 爾％≤Na20≤16摩爾％；8摩爾％≤Al2O3≤12摩爾％ ;0摩爾≤B2O3≤3摩爾；2摩 爾％≤K2O≤5摩爾％ ；4摩爾％≤MgO≤6摩爾％ ；0摩爾％≤CaO≤5摩爾％ ；其中66 摩爾 ％ ≤Si02+B203+Ca0 ≤ 69 摩爾 ％ ； Na20+K20+B203+Mg0+Ca0+Sr0 >10 摩爾 5摩爾 ％≤ (MgO+CaO+SrO ≤ 8 摩爾 % ； (Na2CHB2O3) -Al2O3 ≤2 摩爾 % ；2 摩爾 % ≤ Na2O-Al2O3 ≤ 6 摩 爾％ ；4 摩爾 ≤(Na2CHK2O)-Al2O3 ≤ 10 摩爾 ％。
其他示例性玻璃在離子交換前的重量百分數組成為64% -68% SiO2,10% -12% Al2O3' 0-2% B2O3,12% -15% Na2O, 2% -4% K2O, 5% -7% MgO, > 0-1 % CaO, 0-0. 5% (As2O3, SnO2), 0-1% (Sb2O3，SnO2) ,>0-1% TiO20砷和銻常作為澄清劑加入玻璃組合物中，以幫助 消除夾雜在玻璃中的氣體。然而，砷和銻一般視為有害物質。因此，在一個實施方式中，玻璃 基本上不含銻和砷，這些元素的氧化物各自的含量低于約0. 05重量％。在必須使用澄清劑 的應用中，宜使用無毒組分，如錫、鹵化物或硫酸鹽來產生澄清效果。氧化錫(IV) (SnO2)以 及氧化錫(IV)與商化物的組合特別適合用作澄清劑，可用來代替前述組合物中的砷和銻。用來制備本發明的化學強化玻璃的玻璃組合物可用合適的方法做成板；例如，熔 融拉制法、流孔拉制法、壓延板法、精密壓制法和本領域已知的其他方法。優選的方法是下 拉法，如熔融拉制法和流孔拉制法，因為它們得到的玻璃具有相對純凈的表面。這些下拉法 用于大規模制造可離子交換的平坦玻璃。熔融拉制法采用拉制槽，該槽具有一個接受熔融玻璃原料的溝道。該溝道兩側沿 溝道長度方向有頂部敞開的溝堰(weir)。當溝道里填滿熔融材料時，熔融玻璃從溝堰溢流 而下。由于重力作用，熔融玻璃沿拉制槽外側表面流下。這些外側表面向下向內延伸，在拉 制槽下面的一個邊緣處會合。兩個流動玻璃表面在此邊緣匯到一起，熔合成單塊流動板。熔 融拉制法的優點在于，由于從溝道上流過的兩塊玻璃膜熔合到一起，所得玻璃板的外側表 面均不接觸設備的任何部分。因此，其表面性質不會受這種接觸的影響。流孔拉制法不同于熔融拉制法，它是將熔融原料提供給拉制槽。拉制槽底部有一 個打開的流孔，流孔的噴嘴沿流孔的長度延伸。熔融玻璃流過流孔/噴嘴，以連續板的形式 向下拉出后，進入退火區。相比于熔融拉制法，流孔拉制法提供了更薄的板，因為只有單塊 板從流孔中拉過，而不是像熔合下拉法中那樣有兩塊板熔合到一起。為了與下拉法相適應，本文所述堿金屬鋁硅酸鹽玻璃具有高液相線黏度。在一個 實施方式中，液相線黏度至少為130千泊，在另一個實施方式中，液相線黏度至少為250千 泊。在一個實施方式中，玻璃通過離子交換強化。本文所用術語“離子交換”應理解為 通過玻璃制造領域的技術人員所知的離子交換方法強化玻璃。這樣的離子交換方法包括但 不限于用熱溶液處理熱堿金屬鋁硅酸鹽玻璃(或其他合適的含堿玻璃)，其中的熱溶液包 含離子半徑大于玻璃表面中存在的離子的離子，從而以較大的離子置換較小的離子。例如， 鉀離子可置換玻璃中的鈉離子或鋰離子。或者，其他具有較大原子半徑的堿金屬離子，如銣 (Rb)或銫(Cs)可置換玻璃中較小的堿金屬離子，包括鉀在內。類似地，離子交換法中可以 使用其他堿金屬鹽，例如但不限于硫酸鹽、鹵化物等。一般地，當采用本文所述的組合物，使 用100%硝酸鉀浴時，離子交換時間為380-460°C，交換時間為3_16小時。所需的確切時間 和溫度取決于要進行離子交換的確切玻璃組成。在一個實施方式中，下拉法玻璃這樣進行 化學強化在包含KNO3的熔融鹽浴中將其放置預定時間，以完成離子交換。在一個實施方 式中，熔融鹽浴的溫度約為430°C，預定時間約為8小時。在另一個實施方式中，離子交換先 用K離子進行，以達到所需的交換深度，然后用Ce離子或Rb離子進行，交換較靠近表面的 K離子，進一步強化表面。下拉法產生比較純凈的表面。由于玻璃表面強度受表面缺陷的數量和尺寸的控 制，所以發生接觸最少的純凈表面具有更高的初始強度。當隨后對此高強度玻璃進行化學
8強化時，所得強度高于經精研和拋光的表面的強度。通過離子交換進行的化學強化或回火 也提高了玻璃抵御在運送過程中形成缺陷的性能。因此，在一個實施方式中，大小為300mm χ 400mm的下拉法堿金屬鋁硅酸鹽玻璃板的翹曲小于約0.5mm。在另一個實施方式中，翹曲 小于約0. 3mm。表面壓縮應力是指在化學強化過程中由于具有更大離子半徑的堿金屬離子取代 玻璃表面層中包含的堿金屬離子時產生的應力。在一個實施方式中，用鉀離子取代本文所 述玻璃的表面層中的鈉離子。玻璃的表面壓縮應力至少約為200MPa。在一個實施方式中， 表面壓縮應力至少約為600MPa。在又一個實施方式中，表面壓縮應力至少為700MPa。堿金 屬鋁硅酸鹽玻璃的壓縮應力層的深度至少為40 μ m。若在低于玻璃網絡能夠松弛的溫度下用較大離子置換較小離子，則將沿玻璃表面 產生一種導致應力變化曲線的離子分布。由于外來離子的體積較大，在表面上將產生壓縮 應力(CS)，而在玻璃中將產生中心張力(CT)。壓縮應力與中心張力具有以下關系CS = CT χ(t-2D0L)/DOL其中t是玻璃厚度，DOL是交換深度。為了舉例說明本發明，將上面第W033]段(一種示例性玻璃在離子交換前的組成 為)所述的玻璃組合物熔融拉制成板，作為樣品“C”，并與三種非康寧公司生產的市售玻 璃一起評價，這三種玻璃在下面記為樣品“X” “Y” “Z”。所有四個樣品都進行離子交換，用 K離子交換Na離子。所有玻璃樣品均厚1mm。所有玻璃樣品都經過優化，以進行離子交換。 表1顯示了四個樣品的離子交換深度。表 1
XYZCDOL(μ m)15141263CS(MPa)532500768708溫度(V )390430410410時間(小時)1271112表1說明，使用本文所述玻璃可以得到化學強化玻璃，其層深D0L(K離子交換Na 離子的深度)大于40 μ m,表面壓縮應力CS大于700MPa。如上所述，所有玻璃樣品均在離子交換過程中得到優化。因此，就抗玻璃損傷而 言，這些樣品代表了可以得到的最佳樣品，如圖4-7所示。一般地，精整之后的缺陷較好地 包含在離子交換層中，這從離子交換后玻璃強度增大可以看出。圖4-7顯示了對經離子交換和未經離子交換的各X、Y、Z和C樣品的評價。未經 離子交換的樣品均磨蝕到同樣的50MPa強度水平，然后進行離子交換。圖4顯示，所有樣品 在離子交換前具有相同的強度，而在磨蝕之后、離子交換之前，樣品C的強度大約比樣品X、 Y 禾口 Z 高 IOOMPa0
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圖5顯示了用維氏壓痕法測定的限制強度的裂紋出現的起點，對這四個樣品都采 用相同的方法。樣品x、Y和Z都在SOO-IOOOg范圍內的臨界負荷下開始出現徑向裂紋。樣 品C直到臨界負荷大于6000g才出現徑向裂紋。因此，樣品C的臨界負荷至少為其他樣品 的負荷的6倍。圖6顯示了經離子交換的樣品X、Y、Z和C在根據ASTM方法C158用尖銳的硬SiC 粒子噴砂之后的強度。標為“接觸力因子”或“CFF”的χ軸是粒度和噴砂壓力的綜合。噴 砂的SiC粒子磨蝕玻璃表面。噴砂SiC后，玻璃的強度用環上環(ting-on ring)法測量。 圖6所示結果表明，樣品X、Y和Z的初始強度(單位MPa)均在450-5500之間，而樣品C的 初始強度約為575MPa。在CFF大約為10的條件下進行SiC噴砂后，樣品X、Y和Z的強度 均在80-100MPa的范圍內，而樣品C的平均強度約為400MPa。圖7顯示了引發側向裂紋從而導致起屑所需的負荷。側向裂紋閾值(可見瑕疵) 用維氏壓頭測量。[維氏壓頭測試沒有對應的ASTM方法，但以下論文對該方法進行過描 述:T. Tandon 等，"Stess Effects in Indentation Fracture Sequence，，，J. Am. Ceram. Soc.73 [9]2619-2627 (1990) ；R. Tandon 等，“Indentation Behavior of Ion-Exchanges Glasses”，J. Am. Ceram. Soc. 73 [4] 970-077 (1990) ；P. H. Kobrin 等，“The Effects of Thin Compressive Films on Indentation Fracture Toughness Measurements”，J. Mater. Sci.24[4] 1363-1367 (1980)]。每根柱條上面的數字表示每個樣品的離子交換層深度，表 1中也列出了。圖7所示結果表明，使樣品X、Y和Z開始產生裂紋所需的臨界負荷大約在 800-1400g的范圍內，而樣品C在負荷高達6000g的情況下也未觀察到側向起裂現象，因而 沒有形成碎屑。結果顯示，樣品C對側向起裂的抵抗力至少是樣品X、Y和Z的4倍。圖8和9顯示本發明玻璃用作防護性蓋板玻璃時相對于市售玻璃具有改進的抵抗 力。用UMT劃傷測試法進行測試。UTM是市售儀器[美國加利福尼亞州坎貝爾市CETR公 司(Campbell，CA)]，可進行包括劃傷測試在內的各種形式的摩擦測試。合適的參考文獻 是 V. Le Houerou et al. , "Surface Damage ofSoda-lime-silica Glasses !Indentation Scratch Behavior", J. Non-Cryst Solids，316[1]54-63 (2003)。在此項測試中，沿表面 牽拉努氏壓頭，壓痕負荷在100秒時間內逐漸增大至最大負荷500g(以區分玻璃之間的差 異)ο圖8和9分別顯示了努氏金剛石壓頭以逐漸增大的負荷沿玻璃樣品Y和C的表面 滑動時產生的劃痕。數字30和40代表每個樣品進行劃傷測試的起點和終點。對于樣品Y 和C，如同預期的那樣，壓頭溝槽都使玻璃產生溝痕和發生剝落。然而，樣品Y中有三個階段 的損傷，它們是劃溝、側向起裂(數字50，線A和B)和起屑(數字60，線A和B)。樣品Y側 向起裂和起屑的負荷小于200g。還產生了中間裂孔(median crack vent)。樣品C中沒有 側向起裂或起屑的跡象，只能看到劃溝。在此項測試中，在高達500g的負荷下，本發明的玻 璃制品也未形成這種裂紋系統。圖10是樣品Y在圖8中箭頭60A所指區域的放大圖，顯示 了此樣品在該點發生的起屑現象。在樣品Y中箭頭60B所指區域以及沿溝槽的其他區域， 也可發現類似的起屑現象。圖11是樣品Y在圖8中箭頭50A所指區域的放大圖，顯示了樣 品Y中發現的側向裂紋。在樣品Y中沿溝槽的其他區域也可發現類似的側向裂紋。與用來制備蓋板玻璃的浮法玻璃不同，熔合形成的和流孔拉制的玻璃在精整過程 中不必減薄。邊緣準備好后，可立即用玻璃進行產品組裝。這降低了制造蓋板玻璃的成本，
10特別適合需要大玻璃表面積的設備，例如ATM觸屏、便攜式電腦和其他大屏設備。形成表面 區域的有益表面也會影響制造工藝步驟的利用度。設備投資和工藝時間可專用于邊緣研磨 操作，這反過來有利于更嚴格的工藝控制，從而提高經研磨邊緣的強度，這個區域往往是首 先損壞的。 雖然出于闡釋的目的列舉了典型的實施方式，但不應誤認為前面的描述是對本發 明范圍的限制。因此，本領域的技術人員可以想到各種改進、改良和替代形式，而不背離本 發明的精神和范圍。
權利要求
一種經化學鋼化的高強度防護性玻璃制品，所述玻璃制品具有用維氏壓頭在玻璃上施加負荷至剛好不出現徑向裂紋時測得的至少2000g的高損傷容限閾值。
2.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，所述蓋板玻璃具有用維氏壓頭在玻璃上 施加負荷至剛好不出現徑向裂紋時測得的至少4000g的高損傷容限閾值。
3.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，所述蓋板玻璃具有用維氏壓頭在玻璃上 施加負荷至剛好不出現徑向裂紋時測得的至少6000g的高損傷容限閾值。
4.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，所述蓋板玻璃的所述玻璃選自含堿鋁硅 酸鹽玻璃、含堿鋁硼硅酸鹽玻璃、含堿硼硅酸鹽玻璃和含堿玻璃陶瓷。
5.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，所述制品在進行任何離子交換以完成化 學強化之前的玻璃組成為64摩爾％彡SiO2彡68摩爾％ ；12摩爾％彡Na2O彡16摩爾％ ；8 摩爾Al2O3彡12摩爾摩爾％<B203彡3摩爾摩爾彡5摩爾摩 爾％彡MgO彡6摩爾摩爾CaO彡5摩爾％ ；其中66摩爾Si02+B203+Ca0彡69 摩爾 ％ ； Na20+K20+B203+Mg0+Ca0+Sr0 >10 摩爾 摩爾 MgO+CaO+SrO 彡 8 摩 爾 ％ ； (Na2CHB2O3)-Al2O3 彡 2 摩爾 摩爾 Na2O-Al2O3 彡 6 摩爾 摩爾 ％ ((Na2CHK2O)-Al2O3 ( 10 摩爾 ％。
6.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，所述制品在進行任何離子交換以完成化 學強化之前的玻璃組成為64% -68% SiO2,10% -12% Al2O3,0-2% B2O3,12% -15% Na2O, 2% -4% K2O, 5% -7% MgO, > 0-1 % CaO, 0-0. 5% (As2O3, SnO2), 0-1 % (Sb2O3, SnO2), >0-1% Ti02。
7.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，所述制品在化學鋼化后的強度至少為 250MPao
8.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，根據ASTM方法C158用SiC顆粒對所述制 品的表面噴砂處理之后，所述制品的強度等于或大于200MPa。
9.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，根據ASTM方法C158用SiC顆粒對所述制 品的表面噴砂處理之后，所述制品的強度等于或大于300MPa。
10.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，所述制品的表面經化學鋼化到至少 40 μ m的深度。
11.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，所述制品表面的表面壓縮應力大于 700MPa。
12.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，所述制品可經受維氏金剛石壓頭施加的 至少2000g負荷，該負荷釋放時不產生側向起裂現象。
13.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，所述制品的厚度小于2mm。
14.如權利要求1所述玻璃制品，其特征在于，所述制品用熔融拉制法或流孔拉制法玻 璃制備，所述玻璃已經化學強化，具有用維氏壓頭在玻璃上施加負荷至剛好不出現徑向裂 紋時測得的至少2000g的高損傷容限閾值。
15.一種用作防護性蓋板玻璃的薄玻璃制品中離子交換參數的設計方法，所述方法包 含以下步驟選擇達到所需抗損傷水平所需要的壓縮層的深度，所述抗損傷水平用維氏壓頭測試和 /或努普金剛石壓頭抗劃測試進行測定；選擇壓縮應力，使得玻璃制品中心能夠形成所設計的最大拉伸強度； 用鈉離子稀釋含有直徑大于鈉離子直徑的堿金屬離子的離子交換浴，以達到所需的壓 縮應力；提供玻璃板，所述玻璃板用選自下組的玻璃制成含堿鋁硅酸鹽玻璃、含堿鋁硼硅酸鹽 玻璃、含堿硼硅酸鹽玻璃和含堿玻璃陶瓷；通過在玻璃表面將Na離子和/或Li離子交換成更大的離子對玻璃板進行化學強化， 所述化學交換達到的深度自玻璃板表面起至少40 μ m ；視需要通過切割和拋光對玻璃板進行精整，以制得玻璃制品； 其中所述玻璃制品完工后，用維氏壓頭在玻璃上施加負荷至剛好不出現徑向裂紋時測 得的損傷容限閾值為至少2000g。
16.如權利要求15所述方法，其特征在于，提供玻璃板的意思是提供具有如下組 成的玻璃板64摩爾％彡SiO2彡68摩爾％ ；12摩爾Na2O彡16摩爾％ ；8摩爾％ 彡Al2O3彡12摩爾％ ；0摩爾％彡B2O3彡3摩爾％ ；2摩爾％彡K2O彡5摩爾％ ；4摩爾％ 彡MgO彡6摩爾摩爾CaO彡5摩爾％ ；其中66摩爾Si02+B203+Ca0彡69 摩爾 ％ ； Na20+K20+B203+Mg0+Ca0+Sr0 >10 摩爾 摩爾 MgO+CaO+SrO 彡 8 摩 爾 ％ ； (Na2CHB2O3)-Al2O3 彡 2 摩爾 摩爾 Na2O-Al2O3 彡 6 摩爾 摩爾 ％ ((Na2CHK2O)-Al2O3 ( 10 摩爾 ％。
17.如權利要求15所述方法，其特征在于，提供玻璃板的意思是提供具有如下組成 的玻璃板64% -68% SiO2,10% -12% Al2O3,0-2% B2O3,12% -15% Na2O, 2 % -4% K2O, 5% -7% MgO, > 0-1% CaO,0-0. 5% (As2O3, SnO2) ,0-1% (Sb2O3, SnO2), > 0-1% TiO2。
全文摘要
本發明涉及經化學鋼化的高強度防護性玻璃制品，所述玻璃制品具有高損傷容限閾值，用維氏壓頭在玻璃上施加負荷至剛好不出現徑向裂紋時測定為至少2000g。
文檔編號C03C17/25GK101939267SQ200980104999
公開日2011年1月5日 申請日期2009年2月5日 優先權日2008年2月8日
發明者G·S·格萊澤曼, J·J·普賴斯, N·沙史答爾, R·薩比亞 申請人:康寧股份有限公司