玻璃基材及其制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请号为200910265503. 0,申请日为2009年12月25日，发明名称为"玻 璃基材及其制造方法"的中国专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 如下说明书设及提高适合保护如手机和个人数字助理（PDA)的移动终端设备的 显示屏的防护玻璃罩的玻璃基材的强度的一种或多种技术。
【背景技术】
[000引在如手机和PDA的移动终端设备中，为了防止外（冲击）力施加于所述移动终端 设备的显示器上，将如高度透明的丙締酸树脂保护片的塑料保护片置于显示器外预定距离 处（例如日本专利临时公布No. 2004-299199)。
[0004] 然而，由于该种丙締酸树脂保护片易于被外力弯曲，不得不设计移动终端设备具 有保护片和显示器之间的较广距离W承受丙締酸树脂保护片的弯曲变位。因此，该造成难 W将移动终端设备变薄。
[0005] 由于上述原因，已提出用使用化学加强的玻璃的保护片实现将移动终端设备变 薄，所述保护片即使成型为薄的形状，也抑制弯曲并保持一定水平的高强度（例如参见日 本专利临时公布No. 2007-99557,自后简称为'557公布）。' 557公布公开了用于移动终端 设备的防护玻璃罩W及制造该防护玻璃罩的方法。根据'557公布，通过将特定玻璃组合物 的片玻璃切割成预定形状，将所述片玻璃的每一面抛光至平面镜面光洁度，并通过化学加 强方法在所述片玻璃的每一面的表面层中形成压缩应力层来制造所述防护玻璃罩W使其 难W被弯曲和损坏。
【发明内容】
[0006] 然而，用于防护玻璃罩的玻璃基材要求具有高强度，使得该玻璃基材能承受施加 于其主表面上的大的外应力。此外，用于移动终端设备的防护玻璃罩同时要求被减轻。因 此，需要即使成型为薄的形状也具有非常高强度的玻璃基材用于移动终端设备。
[0007] 本发明的方面有利于提供获得即使成型为薄的也具有非常高强度的玻璃基材的 一种或多种改进的技术。
[000引根据本发明的方面，提供一种化学加强的玻璃基材，其包括在其最上表面层中形 成的压缩应力层的主表面。构造所述压缩应力层W通过在压缩应力层中产生的压缩应力来 提高玻璃基材的强度。所述压缩应力层由钟离子浓度等于或小于百万分之（ppm) 5000的层 组成。
[0009] 任选地，可构造所述压缩应力层，使得钟离子浓度大于5000ppm的离子交换层被 完全从该压缩应力层去除。
[0010] 任选地，所述玻璃基材可通过下拉法由烙融玻璃形成。
[0011] 还任选地，所述玻璃基材可用含有Si化、Al2〇3、Li2〇或Na2〇的至少一种的侣娃酸盐 玻璃构造。进一步任选地，所述玻璃基材可通过基本上不包含钟离子的化学加强的玻璃基 材构造。
[0012] 又任选地，可构造所述玻璃基材W用于保护移动终端设备的显示屏的防护玻璃 罩。
[0013] 根据本发明的方面，进一步提供了一种制造玻璃基材的方法。所述方法包括如下 步骤；通过将所述玻璃基材浸入加热烙融盐使得玻璃基材的离子被烙融盐的离子离子交 换来化学加强所述玻璃基材，W及在化学加强所述玻璃基材的步骤中去除玻璃基材的主表 面的最上表面层中形成的离子交换层。应该注意的是，所述离子交换层可W具有浓度大于 5000ppm的钟离子。
[0014] 任选地，在去除离子交换层的步骤中，所述离子交换层可通过蚀刻去除。
[0015] 又任选地，使用含有氨氣酸、六氣娃酸或缓冲氨氣酸的至少一种的蚀刻溶液W湿 方式实施蚀刻。
[0016] 还任选地，在化学加强所述玻璃基材的步骤中，使用硝酸钟的烙融盐或硝酸钢的 烙融盐的至少一种在等于或小于所述玻璃基材的玻璃化转变点的温度下化学加强所述玻 璃基材。
【附图说明】
[0017] 图1A和1B显示了含有采用常规方法化学加强的玻璃基材的主表面的区域。
[0018] 图1C显示了在根据本发明的一个或多个方面的一个具体实施方案中含有采用改 进的方法化学加强的玻璃基材的主表面的区域。
[0019] 图2图示了在根据本发明的一个或多个方面的一个具体实施方案中用于测量玻 璃基材的强度的装置。
[0020] 图3为在根据本发明的一个或多个方面的具体实施方案中图示了制造玻璃基材 的方法的程序的流程图。
【具体实施方式】
[0021] 在下文，根据本发明的方面的具体实施方案将参照附图描述。
[0022] 图1A和1B说明了采用常规方法化学加强的玻璃基材1。图1A显示了含有玻璃基 材的主表面的区域。图1B为图1A所示的部分X的放大图。将图1A所示的玻璃基材1浸入 用于化学加强的加热烙融盐中使得包含于该玻璃基材中的离子被烙融盐的离子离子交换， 从而化学加强所述玻璃基材1。所述玻璃基材1具有在其表面层中形成的压缩应力层la。 构造所述压缩应力层la W通过在其中产生的压缩应力来提高玻璃基材1的强度。此外，在 所述压缩应力层la的最上表面层中（在距离玻璃基材1的最上表面数微米的深度的区域 中），具有非常高的碱金属离子浓度的离子交换层化通过化学加强形成。
[0023] 当将具有如上构造的离子交换层化的玻璃基材1用水清洗时（在化学加强之后 水清洗），如图1B所示，在化学加强中形成的离子交换层化中存在的钟离子〇〇被氨离子 化矿）离子交换，每个氨离子具有比钟离子〇〇更小的离子半径。因此，玻璃基材1的最上 表面层变为水合层1C。因此，在玻璃基材1的离子交换层化中，拉伸应力层通过清洗过程 形成，构造的该拉伸应力层由于在其中产生的拉伸应力而降低玻璃基材1的强度。特别地， 当在清洗过程中使用酸溶液作为清洗液体时，上述效应显著产生。而且，化学加强（即离子 交换）在下拉法中形成的玻璃基材中比在压制法形成并随后抛光的玻璃基材中进行更快。 因此，上述效应在下拉法中形成的玻璃基材上比在压制法形成并随后抛光的玻璃基材上更 显著地产生。
[0024] 在根据本发明的方面的一个具体实施方案中，通过去除在化学加强中在玻璃基材 的表面层中形成的离子交换层，有可能防止由于随后进行的清洗过程而形成拉伸应力层， 并由此提高玻璃基材的强度。更具体地，在具体实施方案中，将玻璃基材浸入加热烙融盐使 得玻璃基材的离子被烙融盐的离子离子交换来化学加强所述玻璃基材。然后，去除在化学 加强中在玻璃基材的主表面上形成的离子交换层。也就是说，如图1C中所示，构造该具体 实施方案中的玻璃基材，其中完全去除如图1A和1B中所示的离子交换层化。因此，有可能 获得即使成型为薄的形状也具有非常高强度的玻璃基材。
[0025] 已知降低或限制碱性组分从化学加强的玻璃基材洗脱的技术（例如参见日本专 利临时申请No.肥I 10-194788)。然而，应注意适用于将玻璃基材的表面脱碱或在玻璃基材 的表面上形成保护碱性组分洗脱的层的技术在本质上不同于根据本发明的方面的技术概 念。
[0026] 基于上述观点，在具体实施方案中的玻璃基材能通过将玻璃基材浸入加热烙融盐 使得玻璃基材通过其离子被烙融盐的离子离子交换而被化学加强，然后去除在化学加强中 在玻璃基材的主表面上形成的离子交换层来制得。
[0027] W上述方式获得的玻璃基材具有通过化学加强形成的压缩应力层。然而，所述压 缩应力层不包括离子交换层，且在主表面中，钟离子的浓度等于或小于5000ppm。关于主表 面是否含有离子交换层，在玻璃基材的主表面中的钟离子浓度和玻璃基材的表面态能例如 通过波长色散X射线光谱仪（WD幻或能量色散X射线光谱仪巧D幻检测。附带地，构造WDX 使其福射X射线或电子束至试样，经由分析晶体从通过福照激发的试样区域而发射的巧光 X射线的各种波长中提取特定的巧光X射线波长，并用检测器测量波长和提取的巧光X射线 的强度。此外，构造邸X使其福射X射线或电子束至试样，放大通过福照激发的试样区域而 发射的巧光X射线的所有各种波长，并用分析器鉴别波长和巧光X射线的各种波长的每一 个的强度。
[002引待用的玻璃基材可直接由烙融玻璃成型为片形，或通过从特定厚度的玻璃体上切 割预定厚度的玻璃片并将该玻璃片精加工为具有抛光主表面的所需厚度的玻璃片而成型。 希望玻璃基材直接由烙融玻璃成型为片形。该是因为直接由烙融玻璃成型为片形的玻璃基 材的主表面为具有非常高平整度和光滑度而无微裂纹的热成型表面。下拉法或浮法可用作 直接由烙融玻璃将玻璃基材成型为片形的方法。希望在下拉法中由烙融玻璃将玻璃基材成 型。
[0029] 此外，优选用侣娃酸盐玻璃、钢巧玻璃或棚娃酸盐玻璃构造所述玻璃基材。其中， 希望用含有Si〇2、Al2〇3、Li2〇或Na2〇的至少一种的侣娃酸盐玻璃构造所述玻璃基材。特 别地，希望所述侣娃酸盐玻璃含有62-75重量％的Si化、5-15重量％的Al2〇3、4-10重量％ 的Li2〇、4-12重量％的化2〇,和5. 5-15重量％的Zr〇2(应注意"重量％ "表示W重量计 的％ )。而且，希望所述侣娃酸盐玻璃具有由重量比Na2〇/Zr〇2;0. 5-2. 0和重量比A12〇3/ Zr化;0. 4-2. 5限定的组合物。此外，希望所述玻璃基材由基本上无氧化钟的成分制得。
[0030] 考虑到玻璃材料的化学耐久性和/或烙解温度，Si化为玻璃基材的主要组分，并优 选W62-75重量％包含于玻璃基材中。
[0031] 考虑到玻璃材料的化学耐久性，含有A1,化W提高玻璃基材的表面的离子交换能 力，且Al2〇3优选W 5-15重量％包含于玻璃基材中。
[0032] Li2〇是化学加强的必要组分。特定地，Li2〇在玻璃基材的表面层上主要被离子交 换浴中的化离子离子交换。考虑到玻璃材料的离子交换能力和/或化学耐久性，Li2〇优选 W 4-10重量％包含于玻璃基材中。
[0033] Na2〇是用于化学加强的必要组分。特定地，Na2〇在玻璃基材的表面层上被离子交 换浴中的K离子离子交换。考虑到玻璃材料的化学耐久性和/或机械强度，Na2〇优选W4-12 重量％包含于玻璃基材中。
[0034] Zr〇2具有提高玻璃基材的机械强度的效应。希望ZrO 2 W 5. 5-15重量％包含于玻 璃基材中W确保均匀玻璃的稳定制备和玻璃材料的化学耐久性。
[0035] 使用如硝酸钟