它的鹽浴組成,且本領域普通技術人員能考慮運種替 代方式。因此,批露KN03不應限制所附權利要求的范圍。運種示例性離子交換過程可在玻璃 板的表面產生初始壓縮應力(iCS),產生進入玻璃板中的初始壓縮層深度(iDOL),和在玻璃 板之內產生初始中央張力(iCT)。
[0035] 一般來說,在示例性離子交換過程之后,初始壓縮應力(iCS)可超過預定的(或所 需的)數值,例如等于或大于約500M化,在有些玻璃中和在有些加工歷程下通常可達到 eOOMPa或更高,或甚至達到lOOOMPa或更高。或者,在示例性離子交換過程之后,初始壓縮層 深度(iDOL)可低于預定的(或所需的)數值,例如等于或小于約75微米,或者在有些玻璃中 和在有些加工歷程下甚至更低。或者,在示例性離子交換過程之后,初始中央張力(iCT)可 超過預定的(或所需的)數值,例如大于預定的玻璃板的脆性極限,其可大于或等于約 4〇MPa,或具體來說,在有些玻璃中大于或等于約48MPa。
[0036] 如果初始壓縮應力(iCS)超過所需的數值,初始壓縮層深度QD0L)低于所需的數 值,和/或初始中央張力(iCT)超過所需的數值,則會在使用各玻璃板制備的最終產品中形 成不利的特征。例如,如果初始壓縮應力(iCS)超過所需的數值(達到例如,lOOOMPa),那么 在某些情況下的玻璃的斷裂可能不會發生。盡管運可能與直覺相反,但在一些情況下,玻璃 板應能破碎,例如在汽車玻璃應用中,其中在某些沖擊負載下玻璃必須破碎W防止受傷。
[0037] 此外,如果初始壓縮層深度(iDOL)低于所需的數值,那么在一些情況下玻璃板可 出乎意料之外地破碎并處于不利的情況下。典型的離子交換過程可得到不大于約40-60微 米的初始壓縮層深度(iDOL),其可小于在使用過程中在玻璃板中形成的刮痕、凹陷等的深 度。例如,已發現安裝的汽車窗格玻璃(使用離子交換的玻璃)可形成因暴露于例如在使用 玻璃板的環境之內的石英砂、飛起的碎片等的磨料而造成的深達約75微米或更大的外部刮 痕。該深度可超過典型的壓縮層深度,運可導致玻璃在使用過程中發生意料之外的斷裂。
[0038] 最后,如果初始中央張力(iCT)超過所需的數值,例如達到或超過選定的玻璃的脆 性極限,那么玻璃板可能會意料之外地破碎并處于不利的情況下。例如,已發現4英寸x4英 寸xO. 7mm片材康寧(Corning) Gorilla夠玻璃呈現性能特征,其中當在純KW)3中實施長的單 一步驟離子交換過程(475°C下8小時)時,發生不利的斷裂(破碎時劇烈地損壞成較大數目 的小片)。盡管獲得約101微米的D0L,但得到65M化的較高的CT,運高于所討論的玻璃板的選 定的脆性極限(48MPa)。
[0039] 然而,根據一種或多種實施方式,在玻璃板已進行離子交換之后,可通過將玻璃板 升高到一種或多種第二溫度并保持第二時間段,來使玻璃板經受退火過程104。例如,可在 空氣環境中實施退火過程104,可在約400-500°C之內的第二溫度下實施,且可在約4-24小 時之內例如但不限于約8小時的第二時間段中實施。因此,退火過程104可使初始壓縮應力 (iCS)、初始壓縮層深度(iDOL)和初始中央張力(iCT)中的至少一種發生改變。
[0040] 例如,在退火過程104之后,可將初始壓縮應力(iCS)降低到小于或等于預定的數 值的最終壓縮應力(fCS)。例如,初始壓縮應力(iCS)可等于或大于約500MPa,但最終壓縮應 力(fCS)可等于或小于約400MPa,350MPa,或300MPa。應指出,最終壓縮應力(fCS)的目標可 隨玻璃厚度而變化,因為在較厚的玻璃中可能需要更低的fCS,且在較薄的玻璃中可容忍更 高的fCS。
[0041] 此外,在退火過程104之后,可將初始壓縮層深度(iDOL)增加到大于或等于預定的 數值的最終壓縮層深度(fDOL)。例如,初始壓縮層深度(iDOL)可等于或小于約75微米,最終 壓縮層深度(fDOL)可大于或等于約80微米或90微米,例如100微米或更大。
[0042] 或者,在退火過程104之后,可將初始中央張力(iCT)降低到等于或小于預定的數 值的最終中央張力(fCT)。例如,初始中央張力(iCT)可等于或大于選定的玻璃板的脆性極 限(例如約40-48MPa),且最終中央張力(fCT)可小于選定的玻璃板的脆性極限。用于形成示 例性可離子交換的玻璃結構的其它實施例參見2012年09月26日提交的共同待審的美國專 利申請號13/626,958和2013年06月25日提交的美國申請13/926,461,W上各文的全部內容 通過引用納入本文。
[0043] 如上所述,可調節離子交換步驟和退火步驟的條件W獲得所需的在玻璃表面處的 壓縮應力(CS),壓縮層深度(0化),和中央張力(CT)。可通過下述方式來實施離子交換步驟: 將玻璃板在烙鹽浴中浸沒一段預定的時間,其中玻璃板之內或其表面上或者表面附近的離 子與例如來自鹽浴的較大金屬離子發生交換。例如,烙鹽浴可包括KN03,烙鹽浴的溫度可為 約400-500°C,預定的時間段可為約1-24小時,優選地為約2-8小時。較大離子結合到玻璃 中,在近表面區域產生壓縮應力,從而強化玻璃板。可在玻璃片中屯、區域內產生相應的拉伸 應力,W平衡所述壓縮應力。
[0044] 還例如,玻璃板中的鋼離子可W被來自烙鹽浴中的鐘離子替換,但是具有較大原 子半徑的其他堿金屬離子(例如鋼或飽)也可W替換玻璃中的較小的堿金屬離子。根據一些 實施方式,玻璃板中較小的堿金屬離子可被Ag+置換。類似的,其它的堿金屬鹽,例如但不限 于硫酸鹽、面化物等,可W用于所述離子交換過程。
[0045] 在低于能導致玻璃網絡松弛的溫度的溫度下用較大的離子置換較小的離子,在整 個玻璃板的表面產生離子分布,其產生應力曲線。進入的離子的較大的體積在表面上產生 壓縮應力(CS),在玻璃中屯、區域內產生張力(中屯、張力,或者CT)。壓縮應力與中屯、張力的關 系大致如下式所示:
[0046]
[0047] 其中t表示玻璃板的總厚度,D化表示交換深度,也稱為壓縮層深度。
[004引制備玻璃板時可使用任意數目的具體玻璃組合物。例如,適用于本文所述的實施 方式的可離子交換的玻璃包括堿性侶娃酸鹽玻璃或者堿性侶棚娃酸鹽玻璃,但是也考慮其 他玻璃組成。本文所用的"可離子交換"是指玻璃能夠通過尺寸更大或更小的同價態陽離子 交換位于玻璃表面處或表面附近的陽離子。
[0049] 例如,一種合適的玻璃組成包括Si〇2、B203和化2〇,其中(Si〇2+B2〇3) > 66摩爾%,和 化2〇含9摩爾%。在一個實施方式中,玻璃板包含至少6重量%的氧化侶。在其它實施方式 中,玻璃板包含一種或多種堿±金屬氧化物,從而堿±金屬氧化物的含量是至少5重量%。 在一些實施方式中,合適的玻璃組合物還包括K2〇、MgO和化0中的至少一種。在具體實施方 式中,玻璃可包含61-75摩爾%Si〇2;7-15摩爾%Al2〇3;0-12摩爾%化〇3;9-21摩爾%Na2〇;0- 4 摩爾 %Κ2〇; 0-7 摩爾 %MgO;和 0-3 摩爾 %CaO。
[0050] 在其他實施方式中,適于形成混合玻璃層壓件的玻璃組成還包含:60-70摩爾% 8102;6-14摩爾%41203;0-15摩爾%化03;0-15摩爾%1120;0-20摩爾%化20;0-10摩爾%拉0; 0-8 摩爾 %MgO; 0-10 摩爾 % CaO; 0-5 摩爾 % 化〇2; 0-1 摩爾 % Sn〇2; 0-1 摩爾 % Ce〇2;小于 50ppm As2〇3;和小于50ppm Sb2〇3;其中 12摩爾% < 化12〇+化2O+K2O) <20摩爾%和0摩爾% < (Mg0+ CaO) < 10摩爾%。
[0化1 ] 又一其它示例玻璃組成包括:63.5-66.5摩爾% Si〇2; 8-12摩爾% Al2〇3; 0-3摩爾% 82〇3;〇-5摩爾%112〇;8-18摩爾%化2〇;〇-5摩爾%1(2〇;1-7摩爾%]\%0;〇-2.5摩爾%(:曰0;〇-3 摩爾 %化〇2; 0.05-〇 . 25摩爾 % Sn〇2; 0.05-〇. 5摩爾 %Ce〇2;小于50ppmAs2〇3;和小于50卵m 訊2〇3;其中 14摩爾% < ^i2〇+Na2〇+K2〇) < 18摩爾%和2摩爾% < (MgO+CaO) <7摩爾%。
[0052] 在另一個實施方式中,堿性侶娃酸鹽玻璃包含W下成分、主要由W下成分組成或 由W下成分組成:61-75摩爾% Si〇2; 7-15摩爾%Al2〇3; 0-12摩爾%化〇3; 9-21摩爾%Na2〇; 0- 4 摩爾 %Κ2〇; 0-7 摩爾 %MgO;和 0-3 摩爾 % CaO。
[0053] 在一個【具體實施方式】中,堿性侶娃酸鹽玻璃包含氧化侶、至少一種堿金屬W及在 一些實施方式中大于50摩爾%的51化,在另一些實施方式中至少為58摩爾%的51化,W及在 其他實施方式中至少為60摩爾%的51化,其中滿足比{歹
申該比例中的組 分W摩爾%計,改性劑是堿金屬氧化物。在一個特定的實施方式中,該玻璃包含W下成分、 主要由W下成分組成或由W下成分組成:58-72摩爾%Si〇2;9-17摩爾%Al2〇3;2-12摩爾% B203;8-16摩爾%化2〇;和0-4摩爾%Κ2〇,其中滿足比權
又在另一個實施 方式中,堿性侶娃酸鹽玻璃基材包含W下成分、主要由W下成分組成或由W下成分組成: 60-70 摩爾 %Si〇2;6-14 摩爾 %Α?2〇3;〇-15 摩爾 %Β203;0-15 摩爾 %Li2〇;〇-20 摩爾 %化2〇;〇- 10 摩爾 %K20;0-8 摩爾 %Mg0;0-10 摩爾 %0曰0;〇-5摩爾%化〇2;〇-1摩爾%511〇2;〇-1摩