具有耐划痕表面的层叠玻璃制品的制作方法
【专利说明】
[0001 ]本申请根据35U. S. C. § 119，要求2013年6月14日提交的美国临时申请系列第61 / 835214号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。 技术背景
技术领域 [0002]
[0003]本说明书一般地涉及层叠玻璃制品，更具体地，涉及具有硬的耐划痕外表面的层 置玻璃制品。
[0004]技术背景
[0005] 玻璃制品，例如覆盖玻璃和玻璃底板等，同时用于消费者和商用电子器件，例如 IXD和LED显示器、电脑监测器以及自动取款机(ATM)等。部分此类玻璃制品可包括"触摸"功 能，这使得玻璃制品必须与各种物体(包括用户的手指和/或手写笔装置)接触，这样，玻璃 必须足够的牢固，以经受常规接触而不损坏。此外，此类玻璃制品还可结合到便携式电子器 件中，如移动电话、个人媒体播放器和平板电脑。在相关装置的运输和/或使用过程中，结合 到此类装置中玻璃制品容易损坏。因此，在电子器件中使用的玻璃制品可能需要有增强的 强度，从而不仅能耐受来自实际应用的常规"触摸"接触，还能耐受在运输器件时可能发生 的意外接触和冲击。此外，此类玻璃制品可极大地受益于耐划痕表面和增强的强度。
【发明内容】
[0006] 本文揭示了具有硬的耐划痕外表面的层叠玻璃制品。在一些实施方式中，层叠玻 璃制品包括玻璃芯层和玻璃包覆层。在一些实施方式中，层叠玻璃制品包括夹在两层玻璃 包覆层之间的玻璃芯层。在一些实施方式中，包覆玻璃选自下组:铝酸盐玻璃;氮氧化物玻 璃;稀土 /过渡金属玻璃;绿柱石玻璃；以及含有锂、锆的玻璃或者同时含有锂和锆的玻璃。 因而，此类玻璃组合物可用于形成包覆层(一层或多层包覆层）。
[0007] 在本文所揭示的一组实施方式中，包覆玻璃可以与芯玻璃配对，芯玻璃的热膨胀 系数(CTE)高于包覆玻璃的CTE，并且具有较低热膨胀系数的包覆层提供了压缩应力，增强 了整体强度。在本文所揭示的一些实施方式中，还可通过离子交换，对层叠玻璃制品的一层 或两层包覆层的外表面进行进一步的化学强化和/或使其更为耐划痕。
[0008] 在本文所揭示的一组实施方式中，可以通过离子交换对层叠玻璃制品（例如层叠 玻璃制品的一层或两层包覆层的外表面)进行化学强化，以及在一些实施方式中，包覆玻璃 不与芯玻璃配对，所述芯玻璃的CTE高于包覆玻璃层。
[0009] 在以下详细描述中给出了玻璃组合物和包含该玻璃组合物的玻璃制品的其他特 征和优点，其中部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者 通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
[0010] 应理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提 供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方 式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说 明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
【附图说明】
[0011]图1示意性显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的层叠玻璃制品的横 截面图；以及
[0012] 图2示意性显示用于制造图1的玻璃制品的熔合拉制工艺。
【具体实施方式】
[0013] 难以获得与标准熔合拉制工艺相容的高硬度玻璃，但是，发现可以在层叠熔合拉 制工艺中，放松与标准单熔合相关的液相线粘度要求。例如，在一些实施方式中，包覆层的 液相线粘度要求可以约为50千泊，即明显低于标准单熔合的要求。为了使得层叠玻璃制品 具有增强的耐划痕性，提供了高硬度的包覆层，因而，该较低的液相线粘度要求能够生产比 通过单熔合所获得的更硬的玻璃。此外，包覆层可以占层叠玻璃制品（或者层叠体或玻璃层 叠制品）的总质量的一部分以及甚至一小部分，所以可以减低与原材料相关的成本(否则的 话，原材料可能需要分布在整个标准单熔合片材中）。此外，当硬的（或者超硬的）包覆玻璃 与具有较高热膨胀系数的芯玻璃配对时，包覆层建立起了压缩应力，增强了整体强度。在本 文所揭示的一些实施方式中，还可以通过离子交换对玻璃层叠体(例如，一层或两层包覆层 的外表面)进行化学强化。
[0014] 在一些实施方式中，包覆玻璃的杨氏模量大于约85GPa、大于约lOOGPa或者大于约 llOGPa。例如，包覆玻璃包括约为85-120GPa的杨氏模量。作为补充或替代，包覆玻璃包括大 于约9GPa、大于约lOGPa或者大于约1 lGPa的维氏微硬度。
[0015] 在一些实施方式中，用于包覆层的玻璃组合物可选自下组:铝酸盐玻璃;氮氧化物 玻璃;稀土 /过渡金属玻璃;绿柱石玻璃;含有锂、锆的玻璃或者同时含有锂和锆的玻璃;及 其组合。此类具有高硬度的玻璃通常还具有对于标准单熔合而言过低的液相线粘度值;但 是，发现放松层叠熔合的包覆层中的条件，从而实现了否则的话是不可能的熔合成形的玻 璃制品。发现相比于市售可得的离子交换强化玻璃，玻璃硬度得到明显改善，从而提供了改 善的耐划痕性(包括对于微延展性划痕的抗性）。相比于其它超硬覆盖材料(例如蓝宝石）， 得益于CTE失配和/或离子交换，本文所揭示的层叠玻璃可以得到强化。因此，层叠玻璃制品 在包覆层中结合了高硬度以及一定水平的压缩应力。
[0016] 铝酸盐玻璃
[0017] 在铝酸盐玻璃中，Al2〇3是主要的网络成形剂，CaO和少量的Si02用于使得玻璃稳定 化。诸如MgO之类的其他氧化物也可有助于玻璃稳定化。相比于市售可得的离子交换强化玻 璃，这些玻璃可实现大约40%的杨氏模量的改善。铝硅酸盐玻璃组合物通常不需要昂贵或 者不常用的原材料，因而对于各种实施方式而言可能是有利的。铝硅酸盐玻璃会要求使用 氧化铝溢流槽来形成包覆。此外，氧化铝玻璃具有特别陡峭的粘度曲线，其作用是使得压实 最小化。铝酸盐玻璃通常是不可离子交换的，但是可适用于通过与较高CTE芯玻璃配对来提 供强化玻璃层叠体的实施方式。
[0018] 在一些实施方式中，包覆玻璃包括大于约25摩尔％的六12〇3，或者大于约30摩尔％ 的Al 2〇3。作为补充或替代，包覆玻璃包括大于约50摩尔％的0&0、大于约55摩尔％的0&0或者 大于约 60摩尔％的(^〇。作为补充或替代，包覆玻璃包括小于约15摩尔％的以〇2,或者小于 约10摩尔％的310 2。作为补充或替代，包覆玻璃包括大于约1摩尔％的1^0,或者大于约3摩 尔％的]\%0。
[0019] 氮氧化物玻璃
[0020] 在氮氧化物玻璃中，部分二配位氧阴离子被三配位氮替代。每个桥接氧原子为玻 璃网络贡献2个刚度约束，而每个氮贡献4.5个刚度约束。采用氮氧化物玻璃的实施方式具 有相当高的杨氏模量，例如，相比于市售可得的离子交换强化玻璃，可以提供高至约150-200%的杨氏模量的增加，这取决于结合到玻璃中的氮含量。氮氧化物玻璃通常是黑色颜 色，因此可能不适用于覆盖玻璃。但是，它们可以用作例如电话或者其他装置的背衬基材。 氮氧化物玻璃与铂不相容，所以这些玻璃可用作无铂传递体系。
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