表面改进的玻璃基材的制作方法
【专利说明】表面改进的玻璃基材
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请根据35U.S.C. § 119,要求2012年10月3日提交的美国临时申请系列第 61/709, 339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。
【背景技术】
[0003] 本发明一般地涉及表面改进的玻璃基材，更具体地，涉及在基材的主表面上提供 有耐划痕层的玻璃基材。
[0004] 划痕是手持式装置和其他装置，例如监测器和其他显示器中的玻璃覆盖应用的一 个考虑。划痕增加了光散射并且会降低此类屏幕上显示的图像和文字的亮度和对比度。此 外，在装置关闭状态，划痕会使得显示器看上去是模糊、损伤和不美观的。特别是对于显示 器和手持式装置，耐划痕性会是一个重要的性质。
[0005] 划痕可以由它们的深度以及宽度进行表征。深的划痕延伸进入材料表面至少2微 米，宽划痕的宽度大于2微米。由于划痕的物理程度，碎片或破碎通常伴随着深和/或宽划 痕。但是在易碎固体，例如玻璃基材中，可以通过玻璃化学物（即玻璃组成）的优化来改进 对于深和宽划痕的抗性。
[0006] 另一方面，划痕也可以是浅和/或窄的。浅划痕表征为深度小于2微米，窄划痕表 征为宽度小于2微米。这些尺度规格的划痕有时称作"微延展性（microductile)"划痕。在 显示器和手持式装置中，其中玻璃覆盖可以由氧化物玻璃形成，相信在使用过程中积累的 大部分划痕是微延展性划痕。虽然微延展性划痕通常不与大体积的材料碎片或破碎相关， 但是微延展性划痕会对玻璃覆盖的光学性质造成负面影响。此外，不同于较大的、"重度"划 痕，不容易通过玻璃化学物的改进来预防微延展性划痕。
[0007] 可以通过调节被划痕表面的硬度来减轻微延展性划痕的形成。较硬的表面通常更 耐受微延展性划痕。虽然形成用于许多玻璃覆盖中的玻璃基材的氧化物玻璃的硬度值通常 范围为6_9GPa，如本文所述，但是通过在氧化物玻璃上形成较硬的表面层可以急剧地降低 形成微延展性划痕的趋势。
[0008] 如上文所述，希望提供一种硬的、光学透明的、耐划痕层，其可施加到刚性玻璃覆 盖，该覆盖是经济的，并且与下方玻璃是物理和化学相容的。
【发明内容】
[0009] 本文所述的是具有改进表面的玻璃基材。玻璃基材包括具有相对主表面的玻璃主 体，以及设置在大部分的第一主表面上的层。至少一部分层的性质包括：至少IOGPa的布氏 (Berkovich)压痕硬度（或者采用布氏压痕计测得的硬度）以及X射线无定形结构，以及任 选地，至少70%的光学透明度和/或至少IOMPa的压缩应力。
[0010] 玻璃基材可用作覆盖玻璃或者用作电子器件的部分外壳，其中所述层提供作为朝 外层。例如，在电子器件外壳中，玻璃基材可形成如下的至少一部分：(a)前玻璃覆盖，其放 置并固定，为电子器件包封提供前表面，和/或（b)后玻璃覆盖，其放置并固定，为电子器件 包封提供后表面。前玻璃覆盖和后玻璃覆盖的一个或两个也可以成形为延伸到外壳的侧 面，从而为包封提供侧表面。
[0011] 在以下的详细描述中提出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，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。
[0012] 应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是本发明的示例，用来提供理 解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一 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。附图举例说明了本发明的各 种实施方式，并与描述一起用来解释本发明的原理和操作。
【附图说明】
[0013] 图1是玻璃基材的主表面上的层的示意图；
[0014] 图2是根据一些实施方式，用于在玻璃基材上形成层的单室溅射工具示意图；
[0015] 图3是单调负荷循环下，玻璃表面中形成划痕的示意图；
[0016] 图4是根据各个实施方式，具有由耐划痕玻璃形成的覆盖板的移动电子器件的顶 视图；以及
[0017] 图5是根据各个实施方式的电子器件结构的图。
[0018] 图6显示相比于裸玻璃主体，根据一个或多个实施方式的玻璃基材的划痕深度和 宽度降低。
【具体实施方式】
[0019] 玻璃制品包括具有相对主表面的玻璃主体，以及设置在大部分的第一主表面上的 层。可以为下方玻璃提供耐划痕性的所述层，具有至少IOGPa的布氏压痕硬度，以及沿着其 至少一部分厚度的X射线无定形结构。所述层还可任选地包括至少70%的光学透明度和/ 或至少IOMPa的压缩应力。
[0020] 所述层可包括光学透明硬涂层，其为玻璃基材提供耐划痕性。在一些实施方式中， 玻璃基材包括化学强化玻璃。所述层可显著地增强基材表面的耐划痕性，同时维持玻璃的 整体光学透明性。如图1示意性所示是耐划痕玻璃基材100,其包括提供在玻璃主体120的 主表面上的层110。
[0021] 玻璃基材自身可采用各种不同工艺来提供。例如，示意性玻璃基材成形方法包括 浮法和下拉法，例如熔合拉制、狭缝拉制和辊成形。
[0022] 在浮法玻璃工艺中，可通过使得熔融玻璃在熔融金属（通常是锡）床上浮动，来制 造可表征为具有光滑表面和均匀厚度的玻璃基材。在一个示例性过程中，将熔融玻璃进料 到熔融锡床表面上，形成浮动玻璃带。随着玻璃带沿着锡浴流动，温度逐渐降低直至玻璃带 固化成固体玻璃基材，可以将其从锡上举起到辊上。一旦离开浴，可以对玻璃基材进行进一 步冷却和退火以降低内应力。
[0023] 下拉法生产具有均匀厚度的玻璃基材，所述玻璃基材具有较原始的表面。因为玻 璃基材的平均挠曲强度受到表面裂纹的量和尺寸的控制，因此接触程度最小的原始表面具 有较高的初始强度。当随后对该高强度玻璃基材进行进一步强化（例如化学强化）时，所 得到的强度可以高于表面已经进行过磨光和抛光的玻璃基材的强度。下拉玻璃基材可以拉 制成厚度小于约2_。此外，下拉玻璃基材具有非常平坦、光滑的表面，使得可用于其最终应 用无需耗费成本的研磨和抛光。
[0024] 熔合拉制法使用例如拉制罐，该拉制罐具有用来接收熔融玻璃原材料的通道。通 道沿着通道的长度，在通道两侧具有顶部开放的堰。当用熔融材料填充通道时，熔融玻璃从 堰上溢流。在重力的作用下，熔融玻璃从拉制罐的外表面作为两个流动玻璃膜流下。这些 拉制罐的外表面向下和向内延伸，使得它们在拉制罐下方的边缘处结合。两个流动玻璃膜 在该边缘处结合以熔合并形成单个流动玻璃基材。熔合拉制法的优点在于：由于从通道溢 流的两个玻璃膜熔合在一起，因此所得到的玻璃板的任一外表面都没有与设备的任意部件 相接触。因此，熔合拉制玻璃基材的表面性质不受到此类接触的影响。
[0025] 狭缝拉制法与熔合拉制法不同。在