TW202142515A - 使用雙離子交換之覆蓋玻璃強化 - Google Patents
使用雙離子交換之覆蓋玻璃強化 Download PDFInfo
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Abstract
本揭示案之各種實施例揭示一種經由雙離子交換製程對玻璃之化學強化處理。在該雙離子交換製程期間，離子經交換，隨後進行另一離子交換。該離子交換製程基於該玻璃中不同尺寸之離子進行，使得較小離子經較大離子取代。此會增加該玻璃內部之壓縮應力。藉由進行該雙離子交換對玻璃進行處理會產生壓縮應力層，該壓縮應力層形成堅韌的玻璃表面。此外，作為在該玻璃上進行之該雙離子交換製程之結果，可獲得應力-DOC分佈。曲線下總面積與壓縮深度之乘積可用於定義與傳統的判定該玻璃之強度之方法相比更準確的該玻璃之跌落斷裂抵抗因子(FBRF)。
Description
本揭示案係關於強化鋰鋁矽酸鹽玻璃。更具體而言，本揭示案係關於一種強化此類玻璃之方法。甚至更具體而言，本揭示案集中於化學強化玻璃之跌落斷裂抵抗因子(FBRF)及其詳細考慮壓縮應力-壓縮深度(DOC)分佈之曲線及離子交換及DOC之程度的計算。
近年來，玻璃被廣泛用作諸如行動電話、娛樂裝置、平板電腦、膝上型電腦、可穿戴裝置及類似者之電子裝置中之覆蓋板。覆蓋玻璃用於增加對此等電子裝置顯示屏之保護。因此，此等玻璃應製造成具有高壓縮應力，使得玻璃在經受高拉伸應力時可以承受。化學強化玻璃具有強度隨著表面壓縮應力及壓縮深度(DOC)增加而增加之趨勢。為了保持與表面壓縮應力之平衡，在玻璃內部產生內部拉伸應力，且因此，拉伸應力隨著表面壓縮應力及DOC增加而增加。當具有大拉伸應力之玻璃斷裂時，裂化方式係劇烈的，且具有許多碎片。因此，重要的是開發具有改良之承受性的強化玻璃材料。
傳統上，玻璃之強化藉由壓縮應力-DOC分佈來定義。具體而言，玻璃之強化係藉由進行雙離子交換製程來獲得。應力-DOC分佈包含斜率不同的兩個區域。各區域之斜率被認為係估算玻璃強度效能之量測參數。此類量測不太準確，因為對於雙離子交換製程，應力-DOC資料之圖表可能不是線性的。若假設圖表是線性的，則滿足諸如客戶要求之服務強度之參數的最終開發製程將會被誤導。因此，需要可幫助滿足化學強化玻璃材料之服務強度要求之最佳計算參數。
鑒於上述情況，需要準確地使用應力-DOC分佈，並且從而影響化學強化玻璃材料之服務強度參數。更具體而言，本揭示案描述一種不同的計算途徑，以藉由使用非線性曲線來影響玻璃材料之服務強度，此不同於著眼於應力-DOC分佈的曲線之線性性質的傳統方法。本發明之目的
本文描述了本揭示案之一些目的。本揭示案之目的係提供一種經歷雙離子交換製程之玻璃組合物。另一目的係將鹼性鋁矽酸鹽玻璃材料用於覆蓋玻璃。
本揭示案之另一目的係藉由化學強化雙離子交換製程來增加覆蓋玻璃之強度。
本揭示案之另一目的係為化學強化玻璃提供壓縮應力-壓縮深度(CS-DOC)分佈。本揭示案之另一個目的是基於係基於CS-DOC分佈之曲線下面積及壓縮深度(DOC)之大小來測定跌落斷裂抵抗因子(FBRF)。FBRF指示藉由在利用雙離子交換製程對玻璃進行處理後，由玻璃提供的對抗斷裂之抵抗力。
本揭示案之另一目的係提供一種具有更高FBRF之覆蓋玻璃，其代表具有更高效能強度、更佳使用壽命、更高的抗裂性及更佳的承受來自更高高度之急劇衝擊之能力(下文稱為更高之急劇衝擊強度)的玻璃。
本揭示案之其他目的及優點將自以下描述變得更加明顯，此等描述並不旨在限制本發明之範疇。
在一實施例中，本揭示案描述一種覆蓋玻璃及一種玻璃組合物。該玻璃組合物包含一或多種化學組分，諸如SiO2
、Al2
O3
、Li2
O、B2
O3
及Na2
O。該玻璃組合物亦可包含其他化學組分，諸如ZrO2
、MgO、P2
O5
、ZnO、SnO2
、Fe2
O3
及類似者。
在一實施例中，本揭示案描述一種用於覆蓋玻璃之鋰基鋁矽酸鹽玻璃組合物。
在一實施例中，藉由雙離子交換製程進行化學強化處理提供具有高強度之玻璃。
在一實施例中，在雙離子交換製程中，一個離子對經交換，隨後進行另一離子交換，該另一離子交換在玻璃之最外表面層中重新引入原始離子或引入另一個離子。在一實施例中，基於玻璃組合物中不同尺寸之離子來進行離子交換製程。當較大離子(帶電粒子)遷移至玻璃表面中較小離子之空間中時，較大離子取代原來在玻璃表面中之較小離子。當玻璃冷卻時，較大離子將玻璃壓縮在一起，從而產生壓縮應力層，該壓縮應力層形成堅韌的表面。在一實施例中，藉由進行雙離子交換來處理玻璃會增加玻璃之結合強度。
在一實施例中，雙離子交換製程包括藉由在不同濃度之鹽浴中進行多次、連續的離子交換處理來處理鋰鋁矽酸鹽玻璃。舉例而言，雙離子交換製程包含在硝酸鈉(NaNO3
)浴中然後在硝酸鉀(KNO3
)浴中處理鋰鋁矽酸鹽玻璃，以進行分步離子交換製程。第一離子交換製程包含用鈉離子化學交換鋰離子。此外，第二離子交換製程包含用鉀離子化學交換鈉離子。鋰離子之尺寸＜鈉離子之尺寸＜鉀離子之尺寸。
在一實施例中，在第一離子交換製程期間，鹽浴包含5-95重量%之NaNO3
及5-95重量%之KNO3
。在第二離子交換製程期間，鹽浴包含0-50重量%之NaNO3
及50-100重量%之KNO3
。鹽浴中使用之NaNO3
及KNO3
之量僅出於例示性目的而給出，且不應解釋為限制本揭示案之範疇。
在一實施例中，第一離子交換製程可在高於300℃之溫度下進行0.5小時至8小時之持續時間。在一實施例中，第二離子交換製程可在高於300℃之溫度下進行0.1小時至5小時之持續時間。
在一實施例中，作為第一離子交換製程之結果，玻璃處於大於75 MPa之壓縮應力(CS)下，且可獲得大於30 μm之壓縮深度(DOC)。此外，作為第二離子交換製程之結果，玻璃處於大於130 MPa之壓縮應力及大於5 μm之DOC下。
在一實施例中，作為在鋰鋁矽酸鹽玻璃上進行之雙離子交換處理之結果，可獲得本質上非線性之CS-DOC分佈。CS-DOC分佈包含二或更多條曲線。數學上，跌落斷裂抵抗因子(FBRF)經定義為曲線下總面積與其最大壓縮深度之乘積。曲線下總面積可藉由積分公式得到。玻璃之FBRF經描述為玻璃在施加之外力作用下對抗斷裂之抵抗力。本發明描述玻璃在藉由雙離子交換製程處理後的FBRF值。
在一實施例中，離子交換玻璃之FBRF可大於某個臨限值，使得玻璃相對指示更高的強度。舉例而言，FBRF之臨限值可大於700 GPa.(μm)2
，其已經包括在本文中，但不限制本發明之範疇。
在一實施例中，更高的FBRF值定義玻璃之更高強度、更佳之使用壽命、更高之抗裂性及更高之急劇衝擊強度。根據此值，玻璃之強度可根據客戶之要求而提高。
在一實施例中，玻璃可用作觸控面板顯示器及後蓋顯示器之基板，諸如液晶顯示器(LCD)、場發射顯示器(LCD)、電漿顯示器(PD)、電致發光顯示器(ELD)、有機發光二極體(OLED)顯示器、微型LED或類似者。該玻璃亦可用作太陽能電池覆蓋玻璃之基板、磁盤之基板及窗玻璃。此外，覆蓋玻璃可用於保護顯示屏，諸如電子裝置之基於觸控之顯示器，該電子裝置諸如行動電話、智能電話、平板電腦、可佩戴裝置、數位相機或類似者。覆蓋玻璃可用於電子裝置之背面，其不僅提供強度，而且提供更佳之電磁傳輸。然而，覆蓋玻璃之應用不限於上述資訊，且亦可用作標誌、建築內部及外部、汽車內部顯示器及擋風玻璃、與各種運輸方式相關之窗戶及許多其他之基板。
本揭示案之此等及其他態樣、優點及顯著特徵將自以下詳細描述變得顯而易見。
優先權聲明
本申請案主張2020年3月25日申請之印度臨時申請案序列號202021012925之優先權之權益，該印度臨時申請案之全部內容以引用之方式併入本文中。
在以下描述中，在附圖所示之所有幾個視圖中，相同之附圖標記表示相同或相應的部分。亦應理解，除非另有說明，否則諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」及類似者之術語為方便之詞語，且不應解釋為限制性術語。此外，每當一個群組經描述為包含一組元素及其組合中之至少一者時，應理解，該群組可包含單獨或彼此組合之列舉的任何數量之彼等元素、基本上由其組成或由其組成。相似地，每當一個群組經描述為由一組元素或其組合中之至少一者組成時，應理解，該群組可由單獨或彼此組合之列舉之任何數量之彼等元素組成。除非另有說明，否則當引用時，值之範圍包括範圍之上限及下限以及其間的任何範圍。除非另有說明，否則如文所用之不定冠詞「一(a/an)」及相應之定冠詞「該(the)」表示「至少一個」或「一或多個」。亦應理解，說明書及附圖中揭示之各種特徵可以任何及所有組合使用。
如本文所用之術語「玻璃製品(glass article/glass articles)」以其最廣泛之意義使用，以包括全部或部分由玻璃製成之任何物體。除非另有說明，否則所有組合物均以莫耳百分比(莫耳%)表示，且所有離子交換浴組合物以重量百分比(重量%)表示。除非另有說明，否則所有溫度都以攝氏度(℃)表示。
注意，術語「實質上」及「約」在本文中可用於表示可歸因於任何定量比較、值、量測或其他表示之固有不確定度。此等術語在本文中亦用於表示定量表示可相對於所述參考變化而不會導致所討論之主題之基本功能發生變化之程度。
如本文所用之術語「壓縮深度」及「DOC」係指玻璃內之應力自壓縮應力變為拉伸應力之深度。壓縮應力在玻璃表面有最大值(深度=0 μm)，且穩定下降，直至達至壓縮深度(DOC)。在DOC處，應力自正(壓縮)應力跨越至負(拉伸)應力，且因此具有零值。除非另有說明，否則DOC以微米(μm)表示，其中1 μm=0.001 mm，且厚度「t」在本文中以毫米表示，其中1 mm=1000 μm。
如本文所用之術語「層深度」及「DOL」係指離子交換層之深度，並且以微米(μm)表示，其中1 μm=0.001 mm，且厚度「t」在本文中以毫米表示，其中1 mm=1000 μm，除非另有說明。
如本文所述之壓縮應力(CS)及中心張力(CT)用兆帕(MPa)表示。根據此項技術中通常使用之慣例，壓縮應力表示為負值(＜0)，且拉伸應力表示為正值(＞0)。然而，在整個說明書中，壓縮應力表示為正值或絕對值，亦即，如本文所述，CS=|CS|。
現在參考圖1，應理解，此等圖示係為了描述特定的實施例，而不旨在限制本揭示案或隨附申請專利範圍。附圖不一定按比例繪製，且為了清楚及簡明起見，附圖之某些特徵及某些視圖可以放大之比例或示意性之方式示出。
本揭示案係關於經歷雙離子交換製程以形成化學韌化玻璃之鹼性鋁矽酸鹽玻璃。在離子交換製程中，較小陽離子在距鹼性鋁矽酸鹽玻璃表面之一定壓縮深度內經鹽浴中可獲得之相同價態(通常為1+
)之較大陽離子取代，以形成壓縮應力層，且因此改良鹼性鋁矽酸鹽玻璃之機械效能。在離子交換製程中，較大陽離子(帶電粒子)遷移至玻璃表面，取代原來在玻璃中之較小陽離子。當玻璃冷卻時，較大陽離子將玻璃壓縮在一起，從而產生壓縮應力層，該壓縮應力層形成堅韌的表面。控制諸如時間、溫度及鋁矽酸鹽玻璃所浸入之鹽浴中之鹽濃度的條件，以獲得所需之壓縮深度(DOC)及壓縮應力(CS)。對於既定之厚度，時間、溫度及浴之鹽濃度係影響CS及DOC之關鍵參數。
圖1示出了根據本揭示案之例示性實施例之壓縮應力-壓縮深度(CS-DOC)分佈作圖。如本文所用之CS-DOC分佈之作圖(如圖1所示)對應於鹼性鋁矽酸鹽玻璃，例如鋰鋁矽酸鹽玻璃之強化製程。在一個實施例中，該製程藉由在不同濃度之鹽浴中進行雙離子交換處理來進行。該處理包含以下步驟：在第一鹽浴中處理鹼性鋁矽酸鹽玻璃，用較大鹼金屬陽離子取代至少一部分較小鹼金屬陽離子，測定鹼性鋁矽酸鹽玻璃表面層上相應之壓縮應力之第一壓縮深度(D步驟 1
)，在第二鹽浴中進一步處理鹼性鋁矽酸鹽玻璃，以及用另一種更大鹼金屬陽離子取代至少一部分經取代之鹼金屬陽離子(先前添加之較大陽離子)，產生對應於小於第一壓縮深度(D步驟 1
)之第二壓縮深度(D步驟 2
)的更高的壓縮應力。用較大鹼金屬陽離子取代較小鹼金屬陽離子會增加壓縮層中之壓縮應力，且增加鹼性鋁矽酸鹽玻璃表面之抗損傷性，從而增強鹼性鋁矽酸鹽玻璃之強度。
如圖1所示之CS-DOC分佈可作為鹼性鋁矽酸鹽玻璃在不同濃度之鹽浴中進行雙離子交換處理之結果而獲得。曲線圖100包括表示層深度(x)之X軸及表示相應壓縮應力f(x)之Y軸。曲線圖100展示作為深度(x)之函數之壓縮應力f(x)。在離子交換之第一步驟(步驟1)，使壓縮應力等於深度x1
之函數，其由以下等式表示：
Y1
=f(x1
) (1)
其中，
Y1
表示作為第一步離子交換之結果而獲得之第一壓縮應力。
在離子交換之第二步驟(步驟2)，使壓縮應力等於深度x2
之函數，其由以下等式表示：
Y2
=f(x2
) (2)
其中，
Y2
表示作為第二步離子交換之結果而獲得之第二壓縮應力。
由於離子之化學擴散本質上係非線性的，因此CS-DOC分佈係非線性的。曲線係近似拋物線(實質上拋物線)分佈。如圖1所示，CS-DOC分佈包含分別在等式(1)及(2)之曲線下之第一區域102及第二區域104。第一壓縮應力(Y1
=f(x1
))曲線下之第一區域102限定離子交換之第一步驟。第一區域102自第一壓縮深度(D步驟 1
)延伸至第二壓縮深度(D步驟 2
)。第二壓縮應力(Y2
=f(x2
))曲線下之第二區域104限定離子交換之第二步驟。第二區域104自第二壓縮深度(D步驟 2
)延伸至原點。此處，第二壓縮深度(D步驟 2
)小於第一壓縮深度(D步驟 1
)。等式(1)及(2)之曲線下面積描述玻璃中儲存之能量大小。其由積分公式表示：曲線下面積
=
(3)
其中，
等式(3)之積分公式表示描述隨著第一壓縮應力f(x1
)之增加而使深度自D步驟 1
至D步驟 2
減小之等式(1)之曲線下面積與描述隨著第二壓縮應力f(x2
)之增加使深度自D步驟 2
減小之等式(2)之曲線下面積之總和。
跌落斷裂抵抗因子(FBRF)之值經定義為曲線下面積與CS-DOC分佈之DOC值之乘積。
FBRF = (曲線下面積) × (壓縮深度) ((GPa.μm)*μm) (4)
其中，
曲線下面積藉由等式(3)定義之公式計算，且壓縮深度(DOC)係圖1定義之D步驟 1
之值。
如圖1所示，等式(1)及(2)之曲線之間的過渡具有拐點形狀。拐點相交處之壓縮應力係在作為層深度(DOL)之深度處確定。此處，D步驟 2
係DOL。特別地，拐點相交處之壓縮應力稱為「拐點應力」，且在本文中表示為CSk
。此外，最大壓縮應力在本文中表示為CSm
。
FBRF影響玻璃之效能強度，而與由曲線定義之斜率無關。FBRF指示藉由在利用雙離子交換製程對玻璃進行處理後，由玻璃提供的對抗斷裂之抵抗力。離子交換條件影響玻璃之強度及FBRF。因此，具有高FBRF值之玻璃定義更高的強度、更佳的使用壽命、更高的抗裂性及承受急劇衝擊之更高高度。在一實施例中，玻璃之FBRF可大於某個臨限值，使得離子交換玻璃相對指示更高的強度。舉例而言，玻璃之FBRF值大於700 GPa.(μm)2
將抵抗急劇衝擊跌落。
在一些實施例中，根據需要，可藉由相應地微調雙離子交換製程來獲得所需FBRF值。雙離子交換製程用於化學強化玻璃。在此製程中，玻璃表面層上之較小離子及與玻璃中存在之較小離子具有相同價態或氧化態之較大離子進行交換。此離子交換，較佳地金屬陽離子之交換，係在鹽浴中進行，其中鹽浴之較大陽離子取代玻璃之較小陽離子。此離子交換通常自玻璃之頂面開始，且延伸至頂面以下之一定深度。此離子交換製程在自玻璃頂面至該深度之區域中產生壓縮應力。此壓縮應力導致拉伸應力增加，從而強化玻璃材料。
所用之玻璃為鹼性鋁矽酸鹽玻璃，厚度範圍為20微米至2 mm。厚度為0.7 mm之鹼性鋁矽酸鹽玻璃樣品在表1所列之條件下在第一離子交換浴(第一步驟)中進行離子交換，然後在第二離子交換浴(第二步驟)中進行離子交換。
表1示出了例示性玻璃組合物之雙離子交換製程之各步驟之不同反應條件及壓縮應力(CS)-壓縮深度(DOC)值，以及其相應之跌落斷裂抵抗因子(FBRF)及中心張力(CT)之屬性值。
表1：具有雙離子交換製程之各步驟之DOC及CS以及相應之FBRF及CT之屬性值的例示性玻璃樣品
| 玻璃 | 第 1 步驟 | 第 2 步驟 | 第 1 步驟 | 第 2 步驟 | 第 1 步驟及第 2 步驟之組合 | FBRF ((GPa. μm)* μm) | CT (MPa) | |||||||
| KNO3 (wt%) | 溫度 ( ℃ ) | 時間 ( 分鐘 ) | KNO3 (wt%) | 溫度 ( ℃ ) | 時間 ( 分鐘 ) | CS (MPa) | DOC (μm) | CS (MPa) | DOL (μm) | CS (MPa) | DOC (μm) | |||
| 1 | 60% | 380 | 60 | 90% | 360 | 30 | 219.63 | 109.84 | 955.86 | 6.50 | 951.34 | 107.89 | 1588 | 30 |
| 2 | 60% | 380 | 127 | 90% | 380 | 49 | 259.63 | 121.98 | 964.36 | 10.30 | 961.71 | 113.78 | 2374 | 43 |
| 3 | 60% | 380 | 300 | 90% | 380 | 60 | 295.14 | 120.23 | 946.85 | 14.50 | 947.68 | 115.17 | 2701 | 49 |
| 4 | 60% | 380 | 30 | 100% | 420 | 240 | 405.51 | 93.20 | 1036.45 | 28.13 | 1036.46 | 39.88 | 2588 | 54 |
| 5 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 147.89 | 161.09 | 1261.68 | 13.25 | 1183.72 | 121.72 | 3107 | 51 |
| 6 | 60% | 390 | 360 | 100% | 420 | 36 | 229.55 | 124.99 | 1175.49 | 19.66 | 1124.88 | 90.58 | 2955 | 53 |
| 7 | 60% | 380 | 120 | 90% | 420 | 240 | 478.73 | 65.77 | 719.84 | 31.67 | 694.38 | 72.41 | 1287 | 34 |
| 8 | 60% | 380 | 120 | 100% | 420 | 240 | 677.28 | 39.42 | 1178.93 | 19.04 | 1178.93 | 43.56 | 714 | 29 |
| 9 | 60% | 380 | 40 | 100% | 420 | 240 | 645.28 | 46.92 | 915.68 | 35.63 | 1190.56 | 47.62 | 936 | 33 |
| 10 | 60% | 380 | 30 | 100% | 420 | 240 | 365.75 | 70.11 | 1196.16 | 18.48 | 1109.67 | 29.70 | 1437 | 37 |
| 11 | 60% | 380 | 40 | 90% | 360 | 240 | 135.80 | 145.79 | 947.96 | 6.98 | 887.65 | 111.27 | 1856 | 31 |
| 12 | 60% | 380 | 30 | 90% | 380 | 270 | 141.56 | 157.91 | 645.30 | 9.01 | 596.54 | 120.52 | 2124 | 35 |
| 13 | 60% | 380 | 120 | 90% | 380 | 40 | 148.55 | 139.17 | 658.30 | 6.04 | 629.95 | 95.20 | 1653 | 28 |
| 14 | 60% | 380 | 120 | 90% | 380 | 45 | 96.67 | 180.67 | 753.22 | 8.77 | 758.75 | 172.14 | 2098 | 34 |
| 15 | 60% | 380 | 120 | 100% | 420 | 90 | 101.38 | 179.63 | 1013.88 | 16.46 | 1013.88 | 152.74 | 2985 | 49 |
| 16 | 60% | 420 | 240 | 90% | 380 | 90 | 103.68 | 209.10 | 719.21 | 15.39 | 724.44 | 199.95 | 3257 | 55 |
| 17 | 60% | 420 | 240 | 100% | 420 | 45 | 96.84 | 189.14 | 1025.63 | 17.44 | 1030.28 | 173.64 | 3264 | 54 |
| 18 | 80% | 380 | 240 | 90% | 420 | 45 | 97.03 | 190.80 | 774.74 | 14.50 | 755.60 | 182.33 | 2704 | 45 |
| 19 | 80% | 380 | 240 | 100% | 380 | 90 | 92.75 | 184.56 | 1051.77 | 12.16 | 1060.65 | 162.41 | 2655 | 43 |
| 20 | 80% | 420 | 120 | 90% | 420 | 90 | 104.56 | 182.70 | 732.43 | 17.83 | 737.17 | 167.99 | 2768 | 45 |
| 21 | 80% | 420 | 120 | 100% | 380 | 45 | 104.57 | 177.55 | 1064.14 | 13.33 | 1071.26 | 165.88 | 2784 | 45 |
| 22 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 95.21 | 194.55 | 1082.72 | 10.59 | 1082.72 | 180.73 | 2819 | 47 |
| 23 | 60% | 390 | 360 | 100% | 420 | 36 | 105.99 | 161.54 | 1043.34 | 14.69 | 1055.00 | 162.69 | 2495 | 41 |
| 24 | 60% | 380 | 120 | 90% | 420 | 240 | 119.53 | 163.51 | 752.47 | 19.75 | - | - | 2620 | 43 |
| 25 | 60% | 380 | 120 | 100% | 420 | 240 | 151.33 | 153.73 | 982.20 | 24.11 | 982.20 | 143.80 | 3328 | 55 |
| 26 | 60% | 380 | 40 | 100% | 420 | 240 | 184.90 | 136.73 | 964.19 | 22.17 | 983.84 | 147.48 | 2909 | 50 |
| 27 | 60% | 380 | 120 | 90% | 380 | 40 | 95.33 | 174.79 | 714.11 | 6.74 | 714.10 | 176.44 | 1821 | 30 |
| 28 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 115.56 | 173.60 | 1294.08 | 6.69 | 1295.80 | 171.40 | 2426 | 40 |
| 29 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 115.60 | 181.66 | 1277.01 | 7.79 | 1285.90 | 160.90 | 2729 | 45 |
| 30 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 125.07 | 167.66 | 1290.83 | 7.56 | 1290.90 | 168.50 | 2497 | 41 |
| 31 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 130.58 | 182.29 | 1299.07 | 6.75 | 1320.20 | 179.10 | 2888 | 47 |
| 32 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 139.17 | 134.01 | 1284.95 | 12.16 | 1284.96 | 134.45 | 2184 | 38 |
| 33 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 137.49 | 145.93 | 133.70 | 11.69 | 1332.31 | 144.93 | 1461 | 25 |
| 34 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 135.39 | 145.68 | 1309.90 | 11.68 | 1311.40 | 145.57 | 2436 | 41 |
| 35 | 60% | 380 | 120 | 100% | 380 | 40 | 125.52 | 159.03 | 853.06 | 8.24 | 853.10 | 182.10 | 2064 | 34 |
| 36 | 60% | 380 | 40 | 90% | 360 | 240 | 125.52 | 159.03 | 626.68 | 14.15 | 626.70 | 164.50 | 2151 | 35 |
| 37 | 60% | 380 | 30 | 90% | 380 | 270 | 138.55 | 141.86 | 625.26 | 19.34 | 626.80 | 147.20 | 2062 | 35 |
| 38 | 60% | 380 | 120 | 90% | 380 | 40 | 110.59 | 111.71 | 623.69 | 11.62 | 623.90 | 113.30 | 1023 | 19 |
| 39 | 60% | 380 | 120 | 90% | 380 | 40 | 92.68 | 150.29 | 634.77 | 9.77 | 635.40 | 150.60 | 1444 | 24 |
| 40 | 60% | 380 | 120 | 100% | 420 | 240 | 120.45 | 105.46 | 1062.69 | 22.10 | 1062.70 | 101.70 | 1768 | 34 |
| 41 | 60% | 390 | 180 | 100% | 390 | 12 | 86.83 | 152.86 | 1228.25 | 7.85 | 1229.46 | 150.46 | 1699 | 28 |
| 42 | 60% | 390 | 180 | 100% | 390 | 36 | 78.92 | 148.92 | 1249.80 | 9.12 | 1251.24 | 142.75 | 1670 | 28 |
| 43 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 84.59 | 150.10 | 1248.59 | 8.52 | 1249.78 | 138.73 | 1697 | 28 |
| 44 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 36 | 75.12 | 149.64 | 1221.06 | 9.75 | 1222.40 | 135.93 | 1677 | 28 |
| 45 | 60% | 390 | 300 | 100% | 390 | 12 | 101.50 | 142.73 | 1207.93 | 9.57 | 1209.04 | 144.01 | 1789 | 30 |
| 46 | 60% | 390 | 300 | 100% | 390 | 36 | 85.52 | 150.74 | 1236.47 | 10.70 | 1237.89 | 147.68 | 1900 | 32 |
| 47 | 40% | 415 | 110 | 97% | 380 | 20 | 213.48 | 98.80 | 970.43 | 6.55 | 970.43 | 99.52 | 1287 | 26 |
| 48 | 40% | 415 | 110 | 97% | 380 | 20 | 210.89 | 92.68 | 996.12 | 5.28 | 996.12 | 92.59 | 1098 | 23 |
| 49 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 106.25 | 160.36 | 1251.86 | 7.66 | 1253.48 | 145.45 | 2070 | 34 |
| 50 | 60% | 390 | 240 | 100% | 390 | 12 | 106.25 | 162.25 | 1275.00 | 8.34 | 1276.57 | 161.69 | 2190 | 36 |
| 51 | 60% | 380 | 180 | 90% | 380 | 35 | 120.40 | 172.68 | 850.29 | 6.87 | 850.50 | 172.23 | 2228 | 36 |
| 52 | 60% | 380 | 180 | 90% | 380 | 35 | 87.43 | 145.17 | 835.58 | 9.73 | 836.73 | 145.92 | 1450 | 24 |
| 53 | 60% | 380 | 180 | 90% | 380 | 35 | 164.38 | 105.19 | 880.31 | 12.48 | 880.31 | 107.56 | 1379 | 27 |
| 54 | 50% | 390 | 240 | 90% | 380 | 150 | 114.28 | 161.83 | 846.54 | 10.01 | 848.23 | 158.80 | 2089 | 34 |
| 55 | 50% | 390 | 240 | 90% | 380 | 150 | 95.14 | 137.05 | 825.23 | 14.49 | 827.21 | 138.94 | 1618 | 28 |
| 56 | 50% | 390 | 240 | 90% | 380 | 150 | 166.86 | 109.37 | 863.32 | 17.79 | 864.59 | 112.54 | 1675 | 32 |
在一實施例中，玻璃材料之強化較佳地藉由雙離子交換製程進行。對於鋰鋁矽酸鹽玻璃材料之雙離子交換製程，待取代之鹼金屬離子為鋰離子(Li+)。較佳地使用之鹽浴為鈉離子(Na+)浴及鉀離子(K+)浴。更佳地，所使用之鹽浴包含NaNO3
及KNO3
之鹽。在離子交換之第一步驟中，鋰離子經玻璃材料表面內之至少鈉離子取代。在一例示性實施例中，第一離子交換之鹽浴包含5重量%至95重量%範圍之NaNO3
及5重量%至95重量%範圍之KNO3
。處理玻璃材料之較佳溫度大於300℃，並且處理玻璃材料之時間為約0.5小時至8小時。離子交換之第一步驟之應力分佈包含大於75 MPa之壓縮應力及大於30 μm之壓縮深度。此外，在離子交換之第二步驟中，鈉離子經玻璃材料表面內之至少鉀離子取代。鹽浴包含50重量%至100重量%範圍之KNO3
及0重量%至50重量%範圍之NaNO3
。處理玻璃材料之較佳溫度大於300℃，且處理玻璃材料之時間為約0.1小時至5小時。離子交換之第二步驟之應力分佈包含大於130 MPa之壓縮應力及大於5 μm之壓縮深度。
在一實例中，使用之玻璃為鋰鋁矽酸鹽玻璃。在第一離子交換中，鹼金屬浴包含40重量%之NaNO3
及60重量%之KNO3
。此玻璃基板在390℃之溫度下浸入鹼金屬浴中持續4小時之時段。材料經歷對應於161.09 μm深度之147.89 MPa之壓縮應力。在浸入第一浴後，進行玻璃之第二離子交換處理。第二離子交換浴包含100重量%之KNO3
。玻璃基板在390℃之溫度下浸入第二離子交換浴中12分鐘。材料經歷對應於13.25 μm深度之1261.68 MPa之壓縮應力。在玻璃藉由本文上述製程強化後，玻璃之FBRF達至一定的值，該值與對急劇衝擊跌落之抵抗力有關。關於正在進行之例示性場景，獲得FBRF之值為3107 GPa.(μm)2
。另外，獲得之中心張力(CT)為51 MPa。由於FBRF之值大於700 GPa.(μm)2
，因此所提供之雙離子交換條件允許玻璃抵抗急劇衝擊跌落。
在另一實例中，使用之玻璃是鋰鋁矽酸鹽玻璃。第一離子交換浴包含40重量%之NaNO3
及60重量%之KNO3
。此玻璃基板在420℃之溫度下浸入第一離子交換浴中4小時時間段。材料經歷對應於209.10 μm深度之103.68 MPa之壓縮應力。在浸入第一浴後，進行玻璃之第二離子交換處理。第二離子交換浴包含90重量%之KNO3
及10重量%之NaNO3
。玻璃基板在380℃之溫度下浸入第二離子交換浴中1.5小時。材料經歷對應於15.39 μm深度之719.21 MPa之壓縮應力。在玻璃藉由本文上述製程強化後，玻璃之FBRF達至一定之值，該值與對急劇衝擊跌落之抵抗力有關。關於正在進行之例示性場景，FBRF之值已經獲得為3257 GPa.(μm)2
。另外，獲得之中心張力(CT)為55 MPa。由於FBRF之值大於700 GPa.(μm)2
，因此所提供之雙離子交換條件允許玻璃抵抗急劇衝擊跌落。
在另一實例中，使用之玻璃為鋰鋁矽酸鹽玻璃。第一離子交換浴包含20重量%之NaNO3
及80重量%之KNO3
。此玻璃基板在380℃之溫度下浸入第一離子交換浴中持續4小時之時段。材料經歷對應於190.80 μm深度之97.03 MPa之壓縮應力。在浸入第一浴後，進行玻璃之第二離子交換處理。第二離子交換浴包含90重量%之KNO3
及10重量%之NaNO3
。玻璃基板在420℃之溫度下浸入第二離子交換浴中45分鐘。材料經歷對應於14.5 μm深度之774.74 MPa之壓縮應力。在玻璃藉由本文上述製程強化後，玻璃之FBRF達至一定的值，該值與對急劇衝擊跌落之抵抗力有關。關於正在進行之例示性場景，獲得FBRF之值為2704 GPa.(μm)2
。此外，獲得之中心張力(CT)為45 MPa。由於FBRF之值大於700 GPa.(μm)2
，因此所提供之雙離子交換條件允許玻璃抵抗急劇衝擊跌落。
一般熟悉此項技術者將理解，以上給出之FBRF之具體值僅用於例示性目的，且不應解釋為對本揭示案之範疇進行限制。
所述雙離子交換製程主要受玻璃之組成影響。因此，玻璃之組成係在其經歷強化製程之前要考慮之重要因素。合適之玻璃組成有助於優化強化製程，在本文指雙離子交換製程。
在一實施例中，玻璃組合物之各種組分之最佳莫耳%包括約50莫耳%至約75莫耳%之SiO2
、約5莫耳%至約22莫耳%之Al2
O3
及約0莫耳%至約10莫耳%之B2
O3
。在一實施例中，玻璃組合物進一步包括約5莫耳%至30莫耳%之鹼金屬氧化物R2
O之總和，其中R為Li、Na及K中之至少一者。在一實施例中，玻璃組合物進一步包括約0莫耳%至約15莫耳%之鹼土金屬氧化物RO之總和，其中R為Mg、Ca、Sr及Ba中之至少一者。在一實施例中，玻璃組合物進一步包括約0莫耳%至約10莫耳%之P2
O5
、約0莫耳%至約10莫耳%之ZnO及約0莫耳%至約10莫耳%之ZrO2
。在一實施例中，玻璃組合物進一步包括一或多種精製劑，諸如約0莫耳%至約2.5莫耳%之SnO2
及約0莫耳%至約2.5莫耳%之Fe2
O3
。進一步，它亦可包括其他精製劑，諸如CeO2
、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽及類似者。
在另一例示性實施例中，玻璃組合物之各種組分之最佳莫耳%包括約50莫耳%至約75莫耳%之SiO2
、約5莫耳%至約22莫耳%之Al2
O3
、5莫耳%至15莫耳%之Li2
O及約0莫耳%至約10莫耳%之B2
O3
。在一實施例中，玻璃組合物另外包括5莫耳%至30莫耳%範圍內之Na2
O+K2
O及0莫耳%至7莫耳%範圍內之MgO。在一實施例中，玻璃組合物進一步包括約0莫耳%至約7莫耳%之P2
O5
、約0莫耳%至約7莫耳%之ZnO及約0莫耳%至約7莫耳%之ZrO2
。在一實施例中，玻璃組合物進一步包括一或多種精製劑，諸如約0莫耳%至約2.5莫耳%之SnO2
及約0莫耳%至約2.5莫耳%之Fe2
O3
。此外，玻璃組合物進一步包括約0莫耳%至約2莫耳%之TiO2
。
在另一例示性實施例中，玻璃更佳為鋰鋁矽酸鹽玻璃。在一個例示性實施例中，玻璃組合物包括約60莫耳%至約72.2莫耳%之SiO2
、約8.5莫耳%至約16.6莫耳%之Al2
O3
、0莫耳%至約4.3莫耳%之B2
O3
、約8.8莫耳%至約30莫耳%之R2
O(其中R為Li、Na及K中之至少一者)、0莫耳%至約7.7莫耳%之RO(其中R為Mg、Ca及Sr中之至少一者)，及約0莫耳%至約3.2莫耳%之P2
O5
。玻璃組合物可進一步包括約0莫耳%至約3.5莫耳%之ZnO及約0莫耳%至約3莫耳%之ZrO2
。
表2示出了本揭示案之例示性玻璃之非限制性例示性組成。鹼金屬氧化物及鹼土金屬氧化物之源材料係選自由碳酸鹽及硝酸鹽組成之群。舉例而言，在下表2至7中，Na2
O (C)定義鈉(Na)之源材料為碳酸鈉。類似地，在下表7中，Na2
O (N)定義鈉(Na)之源材料為硝酸鈉。
表2：玻璃之例示性組成
| 莫耳% | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| SiO2 | 65.7 | 69.5 | 68.0 | 67.5 | 70.9 | 69.1 | 71.2 | 71.1 | 70.9 | 71.2 | 69.5 |
| Al2 O3 | 15.3 | 14.5 | 13.9 | 14.5 | 13.9 | 13.5 | 12.9 | 9.6 | 9.3 | 9.5 | 14.5 |
| B2 O3 | 0.4 | 0.1 | 1.4 | 0.1 | 0.2 | 2.4 | 0.0 | 1.7 | 1.2 | 0.8 | 0.1 |
| Na2 O (C) | 8.7 | 5.2 | 7.2 | 4.6 | 4.0 | 6.4 | 3.9 | 5.4 | 5.6 | 5.5 | 5.2 |
| Li2 O (C) | 7.4 | 10.1 | 8.0 | 11.1 | 10.0 | 6.9 | 10.9 | 8.0 | 8.1 | 8.5 | 10.1 |
| K2 O (C) | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.3 | 0.1 | 0.0 | 0.0 |
| MgO (C) | 0.3 | 0.5 | 1.2 | 0.2 | 0.9 | 1.3 | 0.0 | 3.8 | 4.7 | 4.5 | 0.5 |
| CaO (C) | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| ZnO | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| ZrO2 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| SnO2 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
| P2 O5 | 2.1 | 0.0 | 0.0 | 1.8 | 0.0 | 0.2 | 0.9 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 總計 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
| Al2 O3 /R2 O | 0.95 | 0.95 | 0.91 | 0.92 | 1.00 | 1.02 | 0.87 | 0.70 | 0.68 | 0.68 | 0.95 |
表3示出了本揭示案之例示性玻璃之非限制性例示性組成。
表3：玻璃之例示性組成
| 莫耳% | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |
| SiO2 | 65.9 | 65.9 | 67.1 | 67.5 | 67.1 | 69.9 | 68.2 | 66.0 | 68.91 | 67.5 | 67.1 |
| Al2 O3 | 8.5 | 8.5 | 10.5 | 9.9 | 9.9 | 12.6 | 14.6 | 8.5 | 10.6 | 9.9 | 10.0 |
| B2 O3 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.6 | 0.0 | 0.0 | 0.4 | 0.4 |
| Na2 O (C) | 10.4 | 10.4 | 10.5 | 10.9 | 10.8 | 6.2 | 6.0 | 10.4 | 8.7 | 3.5 | 3.5 |
| Li2 O (C) | 12.1 | 12.1 | 10.7 | 8.3 | 8.5 | 10.6 | 10.5 | 12.1 | 8.8 | 12.6 | 13.9 |
| K2 O (C) | 0.0 | 0.0 | 0.1 | 0.7 | 1.2 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| MgO (C) | 2.9 | 0.0 | 1.1 | 2.6 | 2.5 | 0.3 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| CaO (C) | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 3.0 | 2.0 |
| ZnO | 0.0 | 2.9 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| ZrO2 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 2.9 | 2.9 | 3.0 | 3.0 |
| SnO2 | 0.20 | 0.20 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 |
| P2 O5 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.3 | 0.2 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 總計 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
| Al2 O3 /R2 O | 0.38 | 0.38 | 0.49 | 0.49 | 0.48 | 0.75 | 0.89 | 0.38 | 0.61 | 0.61 | 0.57 |
表4示出了本揭示案之例示性玻璃之非限制性例示性組成。
表4：玻璃之例示性組成
| 莫耳% | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 |
| SiO2 | 67.1 | 66.9 | 64.7 | 64.1 | 61.1 | 67.4 | 67.3 | 67.3 | 71.9 | 72.2 | 66.3 |
| Al2 O3 | 10.9 | 11.1 | 12.6 | 12.9 | 14.0 | 10.9 | 10.2 | 10.2 | 9.4 | 9.2 | 13.5 |
| B2 O3 | 0.4 | 0.4 | 0.0 | 0.0 | 0.4 | 0.0 | 4.3 | 4.3 | 3.1 | 1.5 | 0.0 |
| Na2 O (C) | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 6.1 | 9.4 | 6.0 | 6.0 | 5.7 | 11.0 |
| Li2 O (C) | 13.0 | 12.7 | 14.2 | 13.5 | 16.4 | 9.1 | 5.6 | 9.0 | 8.9 | 8.5 | 5.5 |
| K2 O (C) | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.4 | 0.4 | 0.0 | 0.2 | 0.0 |
| MgO (C) | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 3.3 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| CaO (C) | 2.0 | 2.4 | 2.0 | 3.0 | 1.6 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| ZnO | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 2.8 | 2.8 | 0.7 | 2.7 | 2.9 |
| ZrO2 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| SnO2 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 |
| P2 O5 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 3.2 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.7 |
| 總計 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
| Al2 O3 /R2 O | 0.66 | 0.68 | 0.71 | 0.76 | 0.70 | 0.72 | 0.66 | 0.66 | 0.63 | 0.64 | 0.82 |
表5示出了本揭示案之例示性玻璃之非限制性例示性組成。
表5：玻璃之例示性組成
| 莫耳% | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 |
| SiO2 | 65.7 | 66.0 | 60.0 | 65.9 | 64.4 | 61.9 | 64.0 | 65.9 | 62.2 | 64.7 | 63.6 |
| Al2 O3 | 13.4 | 13.4 | 12.0 | 12.0 | 12.0 | 16.2 | 16.0 | 12.0 | 16.6 | 12.0 | 14.0 |
| B2 O3 | 0.0 | 0.0 | 1.9 | 0.0 | 1.5 | 0.0 | 1.3 | 2.0 | 0.2 | 1.5 | 1.5 |
| Na2 O (C) | 11.0 | 11.1 | 5.9 | 10.0 | 10.0 | 11.9 | 6.2 | 10.0 | 9.0 | 10.0 | 10.0 |
| Li2 O (C) | 5.3 | 5.4 | 12.2 | 6.5 | 6.5 | 6.5 | 9.9 | 6.5 | 8.2 | 6.5 | 6.5 |
| K2 O (C) | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.9 | 0.8 | 0.9 | 0.5 |
| MgO (C) | 0.0 | 3.1 | 1.4 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.5 | 0.4 | 0.5 | 0.2 |
| CaO (C) | 0.0 | 0.0 | 1.6 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| ZnO | 3.5 | 0.0 | 0.0 | 3.5 | 3.5 | 1.2 | 1.1 | 0.0 | 0.0 | 1.8 | 1.6 |
| ZrO2 | 0.0 | 0.0 | 3.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| SnO2 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 |
| P2 O5 | 1.1 | 0.9 | 1.9 | 2.0 | 2.0 | 2.3 | 1.4 | 2.1 | 2.6 | 2.0 | 2.0 |
| 總計 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
| Al2 O3 /R2 O | 0.82 | 0.81 | 0.67 | 0.73 | 0.73 | 0.88 | 0.99 | 0.69 | 0.92 | 0.69 | 0.82 |
表6示出了本揭示案之例示性玻璃之非限制性例示性組成。
表6：玻璃之例示性組成
| 莫耳% | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 |
| SiO2 | 65.8 | 63.0 | 64.1 | 64.1 | 65.0 |
| Al2 O3 | 12.4 | 12.0 | 12.5 | 12.0 | 11.1 |
| B2 O3 | 2.0 | 1.5 | 1.5 | 2 | 2.0 |
| Na2 O (C) | 10.0 | 10.0 | 8.4 | 8.4 | 8.4 |
| Li2 O (C) | 6.5 | 8.3 | 7.9 | 7.9 | 7.9 |
| K2 O (C) | 0.8 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| MgO (C) | 0.2 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| ZnO | 0.0 | 3.1 | 3.5 | 3.5 | 3.5 |
| SnO2 | 0.08 | 0.08 | 0.083 | 0.082 | 0.082 |
| P2 O5 | 2.2 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.2 |
| 總計 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
| Al2 O3 / R2 O | 0.72 | 0.66 | 0.77 | 0.74 | 0.68 |
表7示出了本揭示案之例示性玻璃之非限制性例示性組成。
表7：玻璃之例示性組成
| 莫耳% | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 |
| SiO2 | 64.40 | 65.42 | 65.42 | 65.41 | 58.70 |
| Al2 O3 | 12.00 | 12.00 | 12.00 | 12.00 | 17.11 |
| B2 O3 | 1.50 | 1.78 | 1.78 | 1.78 | 5.77 |
| Na2 O (C) | 10.00 | 8.39 | 6.89 | 8.39 | 9.00 |
| Na2 O (N) | 0.00 | 0.00 | 1.50 | 0.00 | 0.00 |
| Li2 O (C) | 6.50 | 6.82 | 6.82 | 6.82 | 7.35 |
| K2 O (C) | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.14 |
| MgO (C) | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.48 |
| ZnO | 3.52 | 3.51 | 3.51 | 3.51 | 0.00 |
| ZrO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| SnO2 | 0.082 | 0.082 | 0.073 | 0.082 | 0.075 |
| Fe2 O3 | 0.000 | 0.000 | 0.009 | 0.009 | 0.00 |
| P2 O5 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 1.37 |
| TiO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.0006 |
| 總計 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
在一個例示性實施例中，玻璃組合物包括約65.00莫耳%之SiO2
、約11.1莫耳%之Al2
O3
、約1莫耳%之B2
O3
、約7.9莫耳%之Li2
O、約10莫耳%之Na2
O、約3.5莫耳%之ZnO、約2莫耳%之P2
O5
及約0.082莫耳%之SnO2
。
在另一例示性實施例中，玻璃組合物包括約63.00莫耳%之SiO2
、約12莫耳%之Al2
O3
、約1.5莫耳%之B2
O3
、約8.30莫耳%之Li2
O、約10莫耳%之Na2
O、約3.1莫耳%之ZnO及約0.08莫耳%之SnO2
。
在另一例示性實施例中，包含約64.40莫耳%之SiO2
、約12莫耳%之Al2
O3
、約1.50莫耳%之B2
O3
、約6.50莫耳%之Li2
O、約10莫耳%之Na2
O、約3.52莫耳%之ZnO、約2莫耳%之P2
O5
及約0.082莫耳%之SnO2
的玻璃組合物經歷兩步離子交換製程。第一離子交換浴包含20-50重量%之NaNO3
及50-80重量%之KNO3
。此玻璃基板在380℃至420℃範圍內之溫度下浸入第一離子交換浴中持續0.5至5小時範圍內之時段。材料經歷75至370 MPa範圍內之壓縮應力及70至210 μm範圍內之相應深度。在浸入第一離子交換浴後，進行玻璃之第二離子交換處理。第二離子交換浴包含0-10重量%之NaNO3
及90-100重量%之KNO3
。玻璃基板在360℃至420℃範圍內之溫度下浸入第二離子交換浴中持續12分鐘至150分鐘範圍內之時段。材料經歷645至1250 MPa範圍內之壓縮應力及6至25 μm範圍內之相應深度。在藉由本文上述製程強化玻璃後，玻璃之FBRF達至1400至3300 GPa.(μm)2
範圍內之某一值。此外，獲得之中心張力(CT)為24 MPa至55 MPa。
在另一例示性實施例中，包含約65.42莫耳%之SiO2
、約12莫耳%之Al2
O3
、約1.78莫耳%之B2
O3
、約6.82莫耳%之Li2
O、約8.39莫耳%之Na2
O、約3.51莫耳%之ZnO、約2莫耳%之P2
O5
及約0.082莫耳%之SnO2
的玻璃組合物經歷兩步離子交換製程。第一離子交換浴包含40-50重量%之NaNO3
及50-60重量%之KNO3
。此玻璃基板在380℃至390℃範圍內之溫度下浸入第一離子交換浴中持續2至4小時範圍內之時段。材料經歷114至130 MPa範圍內之壓縮應力及105至182 μm範圍內之相應深度。在浸入第一離子交換浴後，進行玻璃之第二離子交換處理。第二離子交換浴包含0-10重量%之NaNO3
及90-100重量%之KNO3
。玻璃基板在380℃至420℃範圍內之溫度下浸入第二離子交換浴中持續12分鐘至4小時範圍內之時段。材料經歷846至1300 MPa範圍內之壓縮應力及6至22 μm範圍內之相應深度。在藉由本文上述製程強化玻璃後，玻璃之FBRF達至1700至2900 GPa.(μm)2
範圍內之某一值。此外，獲得之中心張力(CT)為34 MPa至47 MPa。
在另一例示性實施例中，包含約65.42莫耳%之SiO2
、約12莫耳%之Al2
O3
、約1.78莫耳%之B2
O3
、約6.82莫耳%之Li2
O、約8.39莫耳%之Na2
O、約3.51莫耳%之ZnO、約2莫耳%之P2
O5
、約0.009莫耳%之Fe2
O3
及約0.073莫耳%之SnO2
的玻璃組合物經歷兩步離子交換製程。第一離子交換浴包含40重量%之NaNO3
及60重量%之KNO3
。此玻璃基板在390℃之溫度下浸入第一離子交換浴中持續4小時之時段。材料經歷106.25 MPa之壓縮應力及160.36 μm之相應深度。在浸入第一離子交換浴後，進行玻璃之第二離子交換處理。第二離子交換浴包含100重量%之KNO3
。玻璃基板在390℃之溫度下浸入第二離子交換浴中持續12分鐘之時段。材料經歷1251.86 MPa之壓縮應力及7.66 μm之相應深度。在藉由本文上述製程強化玻璃後，玻璃之FBRF達至2070 GPa.(μm)2
之某一值。此外，獲得之中心張力(CT)為34 MPa。
覆蓋玻璃之組成對雙離子交換製程具有極好之適宜性。玻璃組合物提供高速之離子交換，從而導致離子交換時間較短。玻璃之離子交換效能及壓縮深度(DOC)增加，從而導致覆蓋玻璃之高表面壓縮應力。目前，CS-DOC曲線下面積係藉由假設曲線為線性的來測定的。然而，進行研究係為了找到曲線下精確面積，以測定FBRF之精確值。此會提高計算玻璃材料斷裂抵抗力之準確性，並相應地提高玻璃之FBRF。
在一實施例中，本揭示案進一步集中於此等強化玻璃組合物之應用。化學強化玻璃可用作覆蓋玻璃。覆蓋玻璃組合物用於觸控面板顯示器及顯示屏之後蓋，諸如液晶顯示器(LCD)、場發射顯示器(FED)、電漿顯示器(PD)、電致發光顯示器(ELD)、有機發光二極體(OLED)顯示器、微型LED或類似者。然而，覆蓋玻璃不限於上述應用，且亦可用作例如觸控面板顯示器之基板、太陽能電池之覆蓋玻璃、磁盤之基板及窗玻璃。
在另一實施例中，覆蓋玻璃用作與各種運輸方式(諸如空中、海上或陸地)相關聯之保護窗，且用於在非運輸應用中防風。此外，其亦用作防火玻璃。此外，覆蓋玻璃亦用作硬碟之基板。此外，其可用於半導體中介層及半導體載體。藉由添加成核劑，它亦可用作陶瓷化形式之爐灶面。最後，覆蓋玻璃在各種應用中用作塗層基板。
此外，覆蓋玻璃用於保護電子裝置之背面，該電子裝置諸如行動電話、智能電話、平板電腦、可佩戴裝置、數位相機機類似者。除了為裝置提供強度之外，需要背面上使用之覆蓋玻璃進行更佳的電磁傳輸。出於設計原因，不透明之著色外觀可為可能的。實現這一點的一種方式包括在玻璃熔體中加入一或多種過渡元素。該一或多種過渡元素可為Nb2
O5
、ZrO2
、Fe2
O3
、V2
O5
、Y2
O3
、MnO2
、NiO、CuO、Cr2
O3
、Co3
O4
、CoO、Co2
O3
及類似者中之至少一者。除了強化覆蓋玻璃之外，本發明亦描述了基於玻璃之製品，諸如玻璃陶瓷。受控失透之方法有助於將玻璃轉化為主要為晶體之玻璃陶瓷材料。此類玻璃陶瓷組合物包含約0莫耳%至約6莫耳%之TiO2
。
本揭示案藉由經由雙離子交換製程進行之化學強化處理提供具有高強度及高抗裂性之覆蓋玻璃。離子交換之效能導致覆蓋玻璃之高表面壓縮應力。另外，本揭示案描述了定義玻璃材料強度之獨特參數。FBRF集中於應力-DOC分佈之曲線下面積，其提高精度且優化定義玻璃材料強度之參數分析。
雖然出於說明之目的已闡述典型實施例，但前述描述不應認為係對本揭示案或隨附申請專利範圍之範疇的限制。因此，在不脫離本揭示案之精神及範疇之情況下，熟悉此項技術者可想到各種修改、調整及替代。
100:曲線圖
102:第一區域
104:第二區域
認為新穎的本發明之特徵在隨附申請專利範圍中具體闡述。在此之後，本文將結合附圖描述本發明之實施例，提供附圖係為了說明而非限制申請專利範圍之範疇，其中相同之標號表示相同之元件，且其中：
圖1為示出根據本揭示案之例示性實施例之壓縮應力-壓縮深度(CS-DOC)分佈曲線之圖式。
100:曲線圖
102:第一區域
104:第二區域
Claims (8)
- 一種化學強化玻璃，其藉由鹼性鋁矽酸鹽玻璃之雙離子交換製程獲得，該化學強化玻璃包含： 該鹼性鋁矽酸鹽玻璃之該雙離子交換製程之壓縮應力-壓縮深度(CS-DOC)分佈，其中該CS-DOC分佈包括： 第一壓縮應力曲線(f(x1 ))下之第一區域，其限定該雙離子交換製程之第一步驟，其中該第一區域自第一壓縮深度(D步驟 1 )延伸至第二壓縮深度(D步驟 2 )；及 第二壓縮應力曲線(f(x2 ))下之第二區域，其限定該雙離子交換製程之第二步驟，其中該第二區域自該第二壓縮深度(D步驟 2 )延伸至原點，其中該第二壓縮深度(D步驟 2 )小於該第一壓縮深度(D步驟 1 )，且 其中該化學強化玻璃之跌落斷裂抵抗因子(FBRF)之值為700 GPa.μm2 或更大，該FBRF之值基於以下等式來計算： FBRF=(CS-DOC分佈之曲線下面積)×(壓縮深度)， 其中該CS-DOC分佈之該曲線下面積由以下等式表示： CS-DOC分佈之曲線下面積=，且 其中該壓縮深度為該第一壓縮深度(D步驟 1 )。
- 如請求項1之化學強化玻璃，其中在該雙離子交換製程之該第一步驟中，將該鹼性鋁矽酸鹽玻璃浸入含5-95重量%之NaNO3 及5-95重量%之KNO3 的鹽浴中。
- 如請求項2之化學強化玻璃，其中在該雙離子交換製程之該第一步驟中，將該鹼性鋁矽酸鹽玻璃在高於300℃之溫度下浸入該鹽浴中。
- 如請求項2之化學強化玻璃，其中在該雙離子交換製程之該第一步驟中，將該鹼性鋁矽酸鹽玻璃浸入該鹽浴中0.5小時至8小時之持續時間。
- 如請求項1之化學強化玻璃，其中在該雙離子交換製程之該第二步驟中，將該鹼性鋁矽酸鹽玻璃浸入含0-50重量%之NaNO3 及50-100重量%之KNO3 的鹽浴中。
- 如請求項5之化學強化玻璃，其中在該雙離子交換製程之該第二步驟中，將該鹼性鋁矽酸鹽玻璃在高於300℃之溫度下浸入該鹽浴中。
- 如請求項5之化學強化玻璃，其中在該雙離子交換製程之該第二步驟中，將該鹼性鋁矽酸鹽玻璃浸入該鹽浴中0.1小時至5小時之持續時間。
- 如請求項1之化學強化玻璃，其中該化學強化玻璃之組成具有以下內容： 在50莫耳%至75莫耳%範圍內之SiO2 ， 在5至22莫耳%範圍內之Al2 O3 ， 在5莫耳%至15莫耳%範圍內之Li2 O， 在0莫耳%至10莫耳%範圍內之B2 O3 ， 在5莫耳%至30莫耳%範圍內之Na2 O+K2 O， 在0莫耳%至7莫耳%範圍內之MgO， 0莫耳%至7莫耳%之ZrO2 ， 0莫耳%至7莫耳%之ZnO， 0莫耳%至2.5莫耳%之SnO2 ， 0莫耳%至2.5莫耳%之Fe2 O3 ， 0莫耳%至2莫耳%之TiO2 ，及 0莫耳%至7莫耳%之P2 O5 。
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