离子交换玻璃以及所得的制品的制作方法_2

文档序号:9731237阅读:来源:国知局
根据本文所揭示的一个或多个实施方式进行的一个或多个工 艺步骤。
[0030] 图2显示经过图1的一个或多个工艺步骤的玻璃片的一个或多个特性的变化。
[0031] 图3显示根据图1的一个或多个工艺步骤的玻璃片的表面压缩应力的变化。
[0032]图4显示相比于未经加工的玻璃片,经过图1的一个或多个工艺步骤的许多玻璃片 的碎裂负荷的变化。
[0033] 图5所示是本发明的一些实施方式的横截面图。
[0034] 图6是本发明的额外实施方式的透视图。
[0035] 图7所示是本发明的一些实施方式的保留强度数据。
【具体实施方式】
[0036] 在以下描述中,相同的附图标记表示附图所示的若干视图中类似或相应的部分。 还应理解,除非另外指出,术语如"顶部","底部","向外","向内"等是方便词语,不构成对 术语的限制。此外,每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一个要素和它们的组合时, 应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素,或者 主要由它们组成,或者由它们组成。
[0037] 类似地,每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成 时,应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组 成。除非另外说明,否则,列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限。除非另外说明, 否则,本文所用的不定冠词"一个"和"一种"及其相应的定冠词"该"表示"至少一(个/种)", 或者"一(个/种)或多(个/种)"。
[0038] 提供以下对本发明的描述,作为按其目前已知实施方式来揭示本
【发明内容】
。本领 域技术人员将会认识到,可以对本文所述的实施方式做出许多改变,同时仍能获得本发明 的有益结果。还显而易见的是,本发明所需的有益结果中的一部分可以通过选择本发明的 一些特征而不利用其他的特征来获得。因此,本领域技术人员会认识到,对本发明的许多更 改和修改都是可能的,在某些情况下甚至可能是理想的,并且是本发明的一部分。因此,提 供以下描述作为对本发明原理的说明,不构成对本发明的限制。
[0039] 本领域技术人员应理解的是,本文所述的示例性实施方式可以具有各种改进而不 背离本发明的精神和范围。因此,描述并不旨在也不应理解为限制于给出的例子,而是应该 具有所附权利要求及其等价形式所提供的完全保护宽度。此外,还可使用本发明的一些特 征,而相应地不使用其它特征。因此,提供前述示例或示意实施方式的描述,来显示本发明 的原理,而不构成其限制,且可包括对本发明的修改和置换。
[0040] 参考附图,图中相同的数字标出相同的元件,图1的流程图显示可根据本文所揭示 的一个或多个实施方式进行的一个或多个工艺步骤。
[0041] 本文的实施方式涉及应用一种或多种新型工艺来生产较薄的玻璃片(约为2mm左 右或者更薄),其具有某些特性,例如较为适中的压缩应力(CS)、较高的压缩层深度(DOL) 和/或中等中心张力(CT)。工艺从制备能够进行离子交换的玻璃片开始(步骤100)。下文将 描述玻璃与尚子交换相关的性质。接着,玻璃片进行尚子交换过程(步骤102),然后,玻璃片 进行退火过程(步骤104)。
[0042] 离子交换过程102可涉及以下至少一种:(i)使得玻璃片经受熔盐浴,所述熔盐浴 包括KNO3,优选较纯的KNO 3,(ii)约为400-500°C范围内的一个或多个第一温度,以及(iii) 约为4-24小时,例如约为8小时的第一时间段。注意的是,其他盐浴组成也是可以的,并且本 领域技术人员会考虑这些替代方式。离子交换过程会:(i)在玻璃片的表面处产生初始压缩 应力(冗5),(^)产生进入玻璃片内的初始压缩层深度(1001^),以及(^1)在玻璃片内产生 初始中心张力(iCT)。
[0043] 通常来说,在离子交换过程之后,初始压缩应力(iCS)可能会超过预定值(或者期 望值),例如大于或等于约500MPa,并且通常会达到600MPa或更高,并且在一些加工情况下, 在一些玻璃中甚至可能达到1000 MPa或更高。作为替代和/或补充,在离子交换过程之后,初 始压缩层深度(iDOL)可能会低于预定值(或者期望值),例如小于或等于约75μπι,或者在一 些加工情况下,在一些玻璃中甚至可能更低。作为替代和/或补充,在离子交换之后,初始中 心张力(iCT)可能会超过预定值(或者期望值),例如超过选定的玻璃片的脆度限值,这可能 约为40MPa或者超过约40MPa,或者在一些玻璃中,更为具体地约为48MPa或者超过约48MPa。
[0044] 初始压缩应力(iCS)可能超过期望值,初始压缩层深度(iDOL)可能低于期望值, 和/或初始中心张力(iCT)可能超过期望值的事实可能在使用玻璃片制造的最终产品中导 致一些不合乎希望的特性。例如,如果初始压缩应力(iCS)超过期望值(达到例如1000 MPa), 则玻璃可能在某些情况下不发生碎裂。虽然这可能是违反直觉的,但是,在某些情况下,可 能希望玻璃片发生破裂,例如在汽车玻璃应用中,玻璃必须在某一冲击负荷下发生破裂以 防止受伤。
[0045] 此外,如果初始压缩层深度(iDOL)低于期望值,则在某些情况下,玻璃片可能出乎 意料地发生破裂,并且这是在不合乎希望的情况下发生的。事实上,典型离子交换过程产生 的初始压缩层深度(iDOL)不超过约70-75μπι,这可能小于使用过程中玻璃片中建立起划痕、 凹陷、勾缝等的深度。例如,我们的实验发现,安装好的汽车玻璃窗(其采用离子交换玻璃) 可能建立起深至约75μπι或更深的外部划痕,这是由于暴露于玻璃片可能使用的环境中的研 磨材料,例如石英砂、飞溅的碎片等,所导致的。该深度非常有可能超过典型的压缩层深度, 这会导致玻璃在使用过程中出人意料地碎裂成许多片。
[0046] 最后,如果初始中心张力(iCT)超过期望值,例如达到或者超过选定的玻璃脆度限 值,则玻璃片可能出乎意料地发生破裂,并且这是在不合乎希望的情况下发生的。例如,通 过实验发现,当在纯KNO 3中进行长的单步骤离子交换工艺(475°C,8小时),4英寸x4英寸 x0.7mm的Corning?G〇rillaGlass?片展现出发生不合乎希望的破碎(破裂时高能破碎成 大量小片)的性能特性。虽然实现了约为IOlym的D0L,但是导致65MPa的较高CT,这高于选定 的主体玻璃片的脆度限值(48MPa)。
[0047] 但是,根据一个或多个实施方式,在玻璃片经过离子交换之后,通过将玻璃片提升 到一个或多个第二温度,持续第二时间段,来对玻璃片进行退火过程104。例如,退火过程 104可以包括如下至少一种:(i)在空气环境中进行该过程;(ii)所述一个或多个第二温度 约为400-500°C,以及(ii i)所述第二时间段约为4-24小时,例如约8小时。退火过程104导致 对初始压缩应力(iCS)、初始压缩层深度(iDOL)和初始中心张力(iCT)中的至少一个进行改 性。
[0048] 例如,在退火过程104之后,初始压缩应力(iCS)降低至最终压缩应力(fCS),其低 于或等于预定值。举例来说,初始压缩应力(iCS)可以大于或等于约500MPa,但是最终压缩 应力(fCS)可以小于或等于约400MPa、350MPa或者300MPa。注意的是,最终压缩应力(fCS)的 目标与玻璃厚度有关,因为在较厚的玻璃中,通常会希望较低的fCS,而在较薄的玻璃中,可 以容忍较高的f CS。
[0049] 作为补充和/或替代,在退火过程104之后,初始压缩层深度(iDOL)增加至最终压 缩层深度(fDOL),其高于或等于预定值。举例来说,初始压缩层深度(iDOL)可以小于或等于 约75μπι,而最终压缩层深度(fDOL)可以大于或等于约80μπι或者90μπι,例如大于或等于100μ m〇
[0050] 作为补充和/或替代,在退火过程104之后,初始中心张力(iCT)可降低至最终中心 张力(fCT),其低于或等于预定值。举例来说,初始中心张力(iCT)可以高于或等于选定的玻 璃片脆度限值(例如约为40-48MPa),而最终中心张力(fCT)低于选定的玻璃片脆度限值。
[0051]为了说明玻璃片在退火状态之前和之后的上述特性,参见图2,其显示玻璃片中钾 曲线的变化。玻璃片是4英寸x4英寸xO. 7mm的Corning?; Gori I la Glass?片,其在460°C的 KNO3熔盐浴中进行6小时的离子交换,之后在455°C的空气中进行6小时的退火。曲线标签A 显示离子交换之后但是退火过程之前的玻璃片中的钾曲线模拟。曲线标签B显示退火之后 的玻璃片中的钾曲线模拟。钾曲线显示为浓度(标准化单位)vs扩散深度(单位,μπι)。值得注 意的是,在退火过程之后,存在明显的表面浓度下降(和对应的压缩应力下降)以及扩散深 度的增加。
[0052]为了进一步说明玻璃片在退火状态之前和之后的特性,参见图3,其显示多块玻璃 片在经受不同退火条件之后的表面压缩应力(CS)的变化。玻璃片由Corning? Gorilla Glas雜形成,尺寸分别为4英寸x4英寸xO · 7mm。每块片材在460°C的KN〇3恪盐浴中进行6小 时的离子交换,之后在不同温度的空气中进行6小时的退火。不同的退火温
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