专利名称：具有机械耐久性边缘的薄基板的制作方法
具有机械耐久性边缘的薄基板本申请根据35 U. S. C. § 119(e)要求2009年5月21日提交的美国临时专利申请系列号第61/180，230号的优先权。
背景技术：
目前人们将玻璃基板用作显示器和接触式传感器装置的保护罩或窗，用作电子装置的前平面和后平面的基板。因此，这些基板容易由于基板边缘处的缺陷引发机械破坏。所述缺陷是在切割的时候以及边缘精整化操作的时候产生的，或者是由于加工和使用过程中的接触破坏造成的。边缘精整化包括对所述基板的边缘进行研磨、抛光和/或蚀刻，该操作是为了消除在切割操作过程中产生的主要缺陷，并且最大程度减少由于接触破坏产生的碎屑。另外， 这些精整化工艺将注意力主要集中于由于点源的边缘冲击造成的破坏。精整化加工通常能够除去那些在划线和折断工艺中产生的缺陷，产生对边缘冲击具有更高耐受性的边缘形状。但是，这些精整化工艺产生的边缘强度低于可以实现的程度。另外，当基板的厚度约小于0. 3mm的时候，难以采用这些精整化工艺。厚度在此范围内的基板由于接触面积减小，无论是否进行过边缘精整化，都容易在边缘冲击的过程中发生破碎。发明_既述本发明提供了一种基板，所述基板包括由玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷组成的片材，并且具有改进的边缘强度。所述基板具有至少两条平行的高强度边缘以及覆盖各条高强度边缘的至少一部分的聚合物材料边缘涂层。所述边缘涂层对所述高强度边缘提供保护，以免所述高强度边缘产生缺陷和遭到破坏，并且保护所述边缘的弯曲强度。所述两条平行的高强度边缘各自具有满足以下条件的弯曲强度在50mm的测试长度上、在200Mpa下的失效概率约小于2%。本发明还提供了制造所述基板的方法。因此，本发明描述了一种基板。所述基板包括片材，所述片材包含玻璃、陶瓷和玻璃-陶瓷中的至少一种，并且具有第一表面、第二表面以及将所述第一表面和第二表面连接的至少两条平行的高强度边缘，所述至少两条平行的高强度边缘各自具有能够满足以下条件的弯曲强度在50mm的测试长度上、在200MPa应力下的失效概率小于2% ；还包括覆盖所述至少两条平行高强度边缘各自的至少一部分的聚合物边缘涂层，所述聚合物边缘涂层保护各条高强度边缘，以免它们产生缺陷和遭到破坏。本发明还描述了用作电子装置的保护性覆盖玻璃或者电子装置之内的基板的基板。所述基板包括片材，所述片材包含玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷中的至少一种，并且具有至少两条平行的高强度边缘，其中所述边缘未进行精整；覆盖所述至少两条平行的高强度边缘各自的至少一部分的聚合物边缘涂层，所述聚合物边缘涂层通过尽可能减少所述至少两条平行的高强度边缘处缺陷的形成而保持所述片材的弯曲强度。另外，本发明还描述了一种制造基板的方法。所述方法包括以下步骤提供片材， 所述片材包含玻璃、玻璃_陶瓷和陶瓷中的至少一种，并且具有基本上互相平行的第一表面和第二表面，还具有位于所述第一表面和第二表面之间的至少两条平行的高强度边缘；在所述至少两条平行的高强度边缘各自的至少一部分之上沉积聚合物边缘涂层，从而形成所述基板。从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出本发明的这些和其它方面、优点和显著特征。作为非限制性的例子，可以在以下的方面中，将各种实施方式中的特征组合起来。
根据第1个方面，本发明提供了一种基板，所述基板包括包含玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷中的至少一种的片材，所述片材具有第一表面、第二表面以及连接所述第一表面和第二表面的至少两条平行的高强度边缘，所述至少两条平行的高强度边缘各自具有满足以下条件的弯曲强度在50mm的测试长度上、在200MPa的应力水平下的失效概率小于2% ；b.覆盖所述至少两条平行的高强度边缘各自的至少一部分的聚合边缘涂层，所述聚合边缘涂层保护所述各个高强度边缘，使其免于产生缺陷和遭到破坏。根据第2个方面，本发明提供了一种如第1方面所述的基板，其中所述基板的厚度最高约为0. 6mmO根据第3个方面，本发明提供了一种如第2方面所述的基板，其中所述基板的厚度最高约为0. 1mm。根据第4个方面，本发明提供了一种如第1-3个方面中任一方面所述的基板，其中，所述聚合物边缘涂层的模量最高约为lOGPa。根据第5个方面，本发明提供了一种如第1-4个方面中的任一方面所述的基板，其中，所述聚合物边缘涂层包含以下组分中的至少一种硅酮、环氧树脂、丙烯酸酯、氨基甲酸酯和它们的组合。根据第6个方面，本发明提供了一种如第1-5个方面中任一方面所述的基板，其中，所述聚合物边缘涂层的厚度约为5-50μπι。根据第7个方面，本发明提供了如第1-6个方面中任一方面所述的基板，其中，所述至少两条平行的高强度边缘各自是狭缝拉制的、熔合拉制的、再拉制的或者激光切割的。根据第8个方面，本发明提供了根据第1-7个方面中的任一方面所述的基板，其中，所述基板包含以下材料中的一种硼硅酸盐玻璃、硼铝硅酸盐玻璃和碱性铝硅酸盐玻
^^ ο根据第9个方面，本发明提供了根据第8个方面所述的基板，其中所述碱性铝硅酸盐玻璃包含60-70 摩尔 % SiO2 ；6-14 摩尔 % Al2O3 ；0-15 摩尔 % B2O3 ；0-15 摩尔 % Li2O ； 0-20 摩尔 ％ Na2O ；0-10 摩尔 ％ K2O ；0-8 摩尔 ％ MgO ；0-10 摩尔 ％ CaO ；0-5 摩尔 ％ ZrO2 ；0-1 摩尔％ SnO2 ；0-1摩尔％ CeO2 ；小于50ppm的As2O3 ；以及小于50ppm的Sb2O3 ；其中12摩尔％ 彡Li20+Na20+K20彡20摩尔％，且0摩尔％彡MgO+CaO彡10摩尔％。根据第10个方面，本发明提供了如第8个方面所述的基板，其中，所述碱性铝硅酸盐玻璃包含64摩尔SiO2 ^ 68摩尔％ ；12摩尔Na2O ^ 16摩尔％ ；8摩尔％ 彡Al2O3彡12摩尔％ ；0摩尔％彡B2O3彡3摩尔％ ；2摩尔％彡K2O彡5摩尔％ ；4摩尔％ ^ MgO ^ 6摩尔％ ；以及0摩尔CaO彡5摩尔％，其中66摩尔Si02+B203+Ca0 彡 69 摩尔 ％ ； Na20+K20+B203+Mg0+Ca0+Sr0 >10 摩尔摩尔 MgO+CaO+SrO 彡 8 摩尔％ ； (Na2CHB2O3) -Al2O3彡2摩尔摩尔Na2O-Al2O3彡6摩尔摩尔％((Na2CHK2O)-Al2O3彡10摩尔％，所述玻璃的液相线粘度至少为130千泊。根据第11个方面，本发明提供了根据第8个方面所述的基板，其中，所述碱性铝硅酸盐玻璃包含50-80重量％ SiO2 ；2-20重量％ Al2O3 ；0-15重量％ B2O3 ； 1-20重量％ Na2O ；0-10 重量 ％ Li2O ；0-10 重量 ％ K2O ；以及 0-5 重量 ％ (MgO+CaO+SrO+BaO) ；0-3 重量 ％ (SrO+BaO) ；0-5 重量％ (Zr02+Ti02)，其中 0 ( (Li2CHK2O)/Na2O ( 0. 5。 根据第12个方面，本发明提供了一种根据第1-11个方面中任一方面所述的基板， 其特征在于，所述基板具有至少一个强化表面层，所述强化表面层从所述第一表面和第二表面中的至少一者延伸到一个层深度，所述强化表面层处于压缩应力作用之下。根据第13个方面，本发明提供了一种根据第12个方面所述的基板，其中所述强化表面层是离子交换层。根据第14个方面，本发明提供了一种根据第1-13个方面中的任一方面所述的基板，该基板还包括在所述第一表面和第二表面中的至少一者之上沉积的至少一个层。根据第15个方面，本发明提供了根据第1-14个方面中的任一方面所述的基板，其中，所述基板是用于以下至少一种装置的保护性覆盖玻璃手持式电子装置、与信息相关的终端以及接触式传感器装置。根据第16个方面，本发明提供了根据第1-6或8-15个方面中的任一方面所述的基板，其中，所述至少两条平行的高强度边缘各自都是未精整的。根据第17个方面，本发明提供了一种基板，所述基板作为电子装置的保护性覆盖玻璃或者电子装置内的基板，所述基板包括a.包含玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷中的至少一种的片材，所述片材具有至少两条平行的高强度边缘，所述边缘是未精整的；以及b.聚合物边缘涂层，该涂层覆盖所述至少两条平行的高强度边缘各自的至少一部分，其中所述聚合物边缘涂层通过以下措施中的至少一种来保持片材的弯曲强度尽可能减少所述至少两条平行的高强度边缘处的缺陷形成。根据第18个方面，本发明提供了根据第17个方面所述的基板，其中，所述至少两条平行的高强度边缘各自具有能够满足以下条件的弯曲强度在50毫米的测试长度上、在 200MPa的应力水平下的失效概率小于2%。根据第19个方面，本发明提供了一种根据第17-18个方面中任一方面所述的基板，其中，所述聚合物边缘涂层的模量最高约为lOGPa。根据第20个方面，本发明提供了一种根据第17-19个方面中的任一方面所述的基板，其中，所述聚合物边缘涂层包含以下组分中的至少一种硅酮、环氧树脂、丙烯酸酯、氨基甲酸酯和它们的组合。根据第21个方面，本发明提供了根据第17-20个方面中的任一方面所述的基板， 其中，所述片材包含碱性铝硅酸盐玻璃。根据第22个方面，本发明提供了一种根据第17-21个方面中任一方面所述的基板，其特征在于，所述基板具有至少一个强化表面层，所述强化表面层从所述第一表面和第二表面中的至少一者延伸到一个层深度，所述强化表面层处于压缩应力作用之下。根据第23个方面，本发明提供了一种制造基板的方法，所述方法包括以下步骤a.提供包含玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中的至少一种的片材，所述片材具有基本上互相平行的第一表面和第二表面，以及位于所述第一表面和第二表面之间的至少两条平行的高强度边缘，所述至少两条平行的高强度边缘各自具有满足以下条件的弯曲强度在50mm 的测试长度上、在200MPa的应力水平下的失效概率小于2% ；b.在所述至少两条平行的高强度边缘各自的至少一部分之上沉积聚合物边缘涂层，以形成所述基板。根据第24个方面，本发明提供了根据第23个方面的方法，其中，所述提供片材的步骤包括通过熔合拉制、狭缝拉制和再拉制法中的一种形成片材。根据第25个方面，本发明提供了根据第23或24个方面的方法，其中，所述提供片材的步骤包括对所述片材进行激光切割，以形成所述至少两条平行的高强度边缘。
附图简要说明
图1-4是基板的侧视示意图，显示了常规的边缘轮廓设计；图5是玻璃基板的边缘的光学显微照片；图6-9是激光切割的边缘的光学显微照片；以及图10是使用四点弯曲测试法测定强度的样品组所获得的失效概率威布尔 (Weibull)曲线。发明详述在以下描述中，类似的附图标记表示附图所示若干视图中类似或相应的部分。还应理解，除非另外指出，否则，术语如“顶部”，“底部”，“向外”，“向内”等是方便用语，不被认作限制性术语。此外，每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一个和它们的组合时，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。类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个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，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限，以及所述范围之间的任意子范围。参见所有附图，并具体参见图1-4，应理解这些图的目的是描述本发明的具体实施方式
，这些图不构成对本发明的说明书或所附权利要求书的限制。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，所示的附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意性
方式显不。玻璃基板目前被用作显示器和触摸式应用的保护覆盖板，这些应用包括例如但不限于便携式通信和娱乐装置，例如电话、音乐播放器、视频播放器等；所述玻璃基板还可以用作与信息相关的终端(IT)(例如便携式或膝上计算机)装置的显示屏；以及用于其它的应用，例如电子纸张前部平面和后部平面基板。所述玻璃基板容易发生机械故障和破碎， 所述机械故障和破碎是由于在切割和边缘精整过程中产生的边缘瑕疵引发的，或者由于加工、装置制造和使用过程中的接触破坏引发的。通过消除沿着基板边缘产生的限制强度的缺陷以及保持边缘的弯曲强度，可以提供具有提高的边缘强度的基板。所述基板包括由玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷形成的片材。尽管在本文中可能将基板仅仅称作玻璃基板，但是应当理解，除非有相反的说明，否则本发明的描述也可以等价地用于玻璃陶瓷和陶瓷材料，以及包含离散的玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷组合物的多层结构。所述片材具有第一表面、第二表面以及连接所述第一表面和第二表面的至少两条平行的高强度边缘。在一个实施方式中，所述片材还可以包括位于所述第一表面和 /或第二表面之上的聚合物涂层。所述两条平行的高强度边缘各自的弯曲强度能够使得在 50mm的测试长度上、在200MPa的应力水平下的失效概率约小于2%。由聚合物材料组成的边缘涂层覆盖了所述高强度边缘各自的一部分，保护高强度边缘，使其将来免于受到破坏， 并且防止边缘受到污染。例如，一旦将所述边缘涂层施涂在边缘之上，所述边缘涂层能够防止在边缘上形成裂纹体系。在那些存在表面涂层的实施方式中，所述表面涂层和边缘涂层的组成可以是互不相同的，可以在不同的时间通过不同的方法施涂在所述基板上。在一 个实施方式中，所述基板的厚度最高约为0.6mm，在另一个实施方式中，所述基板的厚度最高约为0.4mm。在第三个实施方式中，所述基板的厚度最高约为0.1mm。由于厚度约小于或等于0. Imm的基板的接触面积减小，这样的基板无论是否具有精整化的边缘，都特别容易在边缘冲击的过程中发生破碎。另外，采用抛光等技术进行的边缘精整效果很差，也没有人在约等于或小于0. Imm的厚度上做过。因此，更好的途径是依靠成形工艺和 /或切割工艺产生高强度边缘，而不是利用精整工艺将边缘强度平均化到较低的均勻值。在一个实施方式中，所述至少两条平行的高强度边缘是通过成形工艺直接形成的。所述成形工艺通常包括将所述玻璃加热至高于退火点的温度(所述退火点表示玻璃的粘度η等于 ο13泊的温度；也称作退火温度)。所述成形工艺的非限制性例子包括下拉法。 所述下拉法是本领域已知的，包括狭缝拉制法、熔合拉制法、再拉制法等。或者，可以通过高强度切割法制造所述高强度边缘，所述高强度切割法包括但不限于激光切割技术。所述激光切割技术包括使用波长为10. 6 μ m的CO2激光器进行整体激光分离。在CO2整体激光切割中，将玻璃基板加热至接近(即士50°C )玻璃的应变点的温度，以形成开口。虽然本发明描述的是对玻璃基板进行激光切割，但是应当理解，本文所述的激光切割方法可以用来切割或分离其他种类的基板(例如本文所述的陶瓷、玻璃陶瓷)。 在一个实施方式中，在用激光进行加热之后，将玻璃快速骤冷，通常用喷水进行快速骤冷。 骤冷在玻璃开口中产生了拉伸应力，沿着玻璃基板相对运动的方向使得开口打开。通过骤冷在玻璃基板的被激光辐照一侧(激光侧)产生拉伸应力，该拉伸应力足够强，足以打开所述开口，并使得开口在玻璃内延伸。因为激光侧的拉伸应力必须在玻璃的厚度上获得平衡， 因此在与激光侧相反的玻璃侧面(背侧)上产生压缩力，在玻璃内产生弯曲力矩。由于该弯曲力矩，边缘质量难以控制。所述激光切割边缘可以根据是在玻璃基板的激光侧还是背侧施加拉伸作用而表现不同。严重的弯曲可能会引发破裂的表面特征，这些破裂的表面特征成为瑕疵，降低玻璃的边缘强度。具有低边缘强度的样品中的主导性破裂模式是剪切和扭曲缺陷或者破裂阶梯和平面内称作“锯齿”的变化。低强度边缘经常会由于在边缘面上存在扭曲锯齿而发生故障。图5显示了具有扭曲锯齿210的激光切割玻璃基板200的边缘 205的光学显微照片。在图5中，扭曲锯齿210从背侧202(图5的右上侧)到玻璃基板200 的左下侧。可以通过使用CO2整体激光切割消除扭曲锯齿之类的瑕疵而形成高强度边缘。可以在合适的激光功率密度下，在基板的厚度上实现温度的平衡，从而在切割区域内消除这些瑕疵。所述激光切割边缘的中等强度约大于400MPa。图3-9中显示了激光功率以及激光束与骤冷喷水柱之间的距离的影响，图3-9显示了激光切割边缘的光学显微照片。图6-9 采用的激光功率以及用于样品的激光和喷水柱之间的距离a)图6 功率26瓦，距离14毫米；b)图7 功率26瓦，距离24毫米；c)图8 功率35瓦，距离14毫米；以及d)图9 功率 35瓦，距离24毫米。在图6-8中使用的激光切割条件下观察到锯齿310，图9显示的用来切割边缘的条件产生没有任何可观察到的锯齿或其他瑕疵的边缘。在这样的整体CO2激光切割或分离技术中，对切割参数进行最优化，以消除会导致低强度边缘的锯齿，这种技术的一个非限制性例子可参见Sean M. Garner等人于2009 年5月21日提交的题为“薄玻璃基板的无水C02激光整体切割”(Waterless CO2 Laser Full-Body Cutting of Thin Glass Substrates)的美国专利申请第 12/469794 号，在此专利申请中描述了一种在不喷水的情况下，用CO2激光切割玻璃基板的方法。使用细长的 CO2激光束和热扩散对玻璃基板进行体相加热，随后的表面对流损失在玻璃的厚度上产生了拉伸/压缩/拉伸应力。激光切割/分离技术的第二个非限制性例子请参见Anatoli A. Abramov等人在2009年2月19日提交的题为“分离强化玻璃的方法”(Method of Separating Strengthened Glass)的美国专利申请第12/388，935号，该专利申请描述了通过以下方式对强化玻璃片进行整体或完全的切割或分离在大于所述玻璃的强化表面层的深度引发一个瑕疵，用激光将所述玻璃加热至从比该玻璃的应变点低大约50°C到位于所述玻璃的应变点和退火点之间的温度，从而产生一个开口，所述开口从所述瑕疵(该瑕疵处于大于所述强化表面层深度的开口深度处)延伸，以至少部分分离所述玻璃。以上参考的两项美国专利申请的全部内容都参考结合于此。还可以采用包括以下特征的其它的激光分离方法为基板100提供高强度边缘形成 部分开口或中等裂纹，然后通过划线和折断的方式完成最终分离。图1-4是本文所述的基板的侧视示意图，显示了常规的边缘轮廓设计。基板100 具有第一表面102、第二表面104以及至少两条平行的高强度边缘110，112，图1_4中显示了其中一条高强度边缘。在一个实施方式中，所述至少两条平行的高强度边缘具有矩形轮廓110(图1和2)。在一个实施方式中，通过切割方法，例如但不限于本文所述的激光切割或分离技术，形成矩形边缘轮廓110。在第二个实施方式中，所述至少两条平行的高强度边缘各自具有圆形轮廓112(图3和4)。在一个实施方式中，通过狭缝拉制法形成圆形边缘轮廓112。边缘轮廓110，112的边缘面基本不含可以观察到的缺陷，因此弯曲强度大于通过机械抛光法形成的边缘的弯曲强度。通过磨边之类的化学方法精整的边缘产生的圆化边缘轮廓的边缘强度也大于通过机械精整获得的边缘强度。但是，化学蚀刻法可能无法与基板或者在基板上制造的结构相容。基板100的各个高强度边缘110，112的弯曲强度，例如四点弯曲边缘强度能够满足以下条件在50mm的测试长度上、在200MPa的应力下的失效概率小于2%。对所述高强度边缘的至少一部分涂覆了边缘涂层120，所述边缘涂层包含聚合物材料(图1-4)，所述聚合物材料是例如但不限于本领域已知的具有挠性或弹性的聚合物材料。在一个实施方式中，所述聚合物材料包含模量约小于IOGPa的至少一种以下的组分硅酮、环氧树脂、丙烯酸酯、氨基甲酸酯以及它们的组合。聚合材料的非限制性例子包括以下公司生产的可紫外固化的光粘合剂或光接合剂诺兰德 光学粘合剂(Norland Optical Adhesives)(N0A60. N0A61, N0A63, N0A65, N0A68, N0A68T, N0A71, N0A72, N0A73, N0A74, N0A75, N0A76, N0A78, N0A81, N0A83H, N0A84, N0A88, N0A89)、道康宁公司(Dow Corning ) (Sylgard 184和其他热固化硅酮)，Dymax 等。具体来说，这些材料的非限制性例子可以参见Howard A. Clark在1976年10月19日发表的题为“不含颜料的涂料组合物 (Pigment-Free Coating Compositions) ” 的美国专利第 3，986，997 号，该专利描述了用胶体二氧化硅和羟基化倍半硅氧烷在醇-水介质中的酸性分散体提供耐磨性涂料。美国专利第3，986，997号的内容全部参考结合入本文中。所述聚合物材料的边缘涂层120的厚度约为5 μ m至最高约50 μ m，可以通过本领域已知的方法，例如浸涂、涂漆、喷涂、由模头分配等方式施涂。如果所述基板用于装置制造，或者在所述基板上形成图案化层，则可以在装置加工之前或之后将所述边缘涂层施涂在基板上。边缘涂层120主要发挥机械功能，通过保护基板边缘使其免受进一步的破坏，从而保持原始形成的或者切割而成的高强度边缘的高弯曲强度。在一些实施方式中，边缘涂层120不一定是透明的。所述至少两条平行的高强度边缘是未精整的；也即是说，它们形成后直接使用，没有通过机械法或者化学法精整；也即是说，它们没有经过研磨，也没有经过蚀刻。本文所述的至少两条平行的高强度边缘和边缘涂层120的组合不需要这样的精整。因此，减少了用来制造基板100的加工步骤数量，同时提高了总体基板产率。如前文所述，对各个高强度边缘的至少一部分涂覆边缘涂层120。在一些实施方式中，图2和图4显示了一些实例，另外还在与高强度边缘相邻的第一表面102和第二表面 104的一部分之上覆盖了边缘涂层。但是，基板100不需要在第一表面102和第二表面104 上施加保护涂层。在一些情况下，可以对所述基板100的第一表面102和第二表面104中的至少一个施加各种涂层或膜，例如强化、抗划擦、减反射、防眩光的涂层或膜等等，例如本领域已知的那些。边缘涂层120的组成不一定要与这些涂层相同，边缘涂层120也不一定要与可能存在的任何其他表面涂层同时施涂。例如，可以在形成基板100之后，立刻在第一表面102 和第二表面104中的至少一个表面上施涂涂层，而在基板120上制造装置之后，或者在即将将基板100结合入装置中之前，切割高强度边缘或者以其它的方式在基板100上形成高强度边缘，并在高强度边缘上施涂边缘涂层120。所述基板100包含以下组分、由以下组分组成、或者基本由以下组分组成适合用于诸如薄基板(即< 0. 6mm或者< 0. 4mm)应用的玻璃、玻璃陶瓷材料或者陶瓷材料。所述基板可以具有单一的组成、多种组成或者分级的组成，例如通过离子交换对玻璃进行化学强化处理而制得，在一个实施方式中可以卷绕(即基板的连续片材可以卷绕起来)或者可以弯曲。所述玻璃陶瓷和陶瓷材料的非限制性例子包括β-锂辉石(spogamene，校注原文有误)、β-石英、霞石等。 在一些实施方式中，所述基板100包含以下组分中的一种、主要由以下组分中的一种组成或者由以下组分中的一种组成硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃以及碱性铝硅酸盐玻璃。在一个实施方式中，所述基板是包含以下组分的碱性铝硅酸盐玻璃60-70摩尔％ SiO2 ；6-14 摩尔 ％ Al2O3 ；0-15 摩尔 ％ B2O3 ；0-15 摩尔 ％ Li2O ；0-20 摩尔 ％ Na2O ；0-10 摩尔 ％ K2O ；0-8 摩尔 ％ MgO ；0-10 摩尔 ％ CaO ；0-5 摩尔 ％ ZrO2 ；0-1 摩尔 ％ SnO2 ；0-1 摩尔 ％ CeO2 ；小于 50ppm 的 As2O3 ；以及小于 50ppm 的 Sb2O3 ；其中 12 摩尔 Li20+Na20+K20 彡 20 摩尔％，0摩尔MgO+CaO ^ 10摩尔％。在另一个实施方式中，所述碱性铝硅酸盐玻璃包含64摩尔％ ^ SiO2 < 68摩尔％ ;12摩尔％ < Na2O <16摩尔摩尔％彡Al2O3彡12摩尔％ ；0摩尔％彡B2O3彡3摩尔％ ；2摩尔％彡K2O彡5摩尔％ ；4摩尔％ ^ MgO ^ 6摩尔％ ；以及0摩尔％彡CaO彡5摩尔％，其中66摩尔％彡Si02+B203+Ca0彡69 摩尔 ％ ； Na20+K20+B203+Mg0+Ca0+Sr0 >10 摩尔摩尔 MgO+CaO+SrO 彡 8 摩尔 ％ ； (Na2CHB2O3)-Al2O3 彡 2 摩尔摩尔 Na2O-Al2O3 彡 6 摩尔摩尔 ％ ((Na2CHK2O)-Al2O3彡10摩尔％。在第三个实施方式中，所述碱性铝硅酸盐玻璃包含 50-80 重量 ％ SiO2 ；2-20 重量 ％ Al2O3 ；0-15 重量 ％ B2O3 ； 1-20 重量 ％ Na2O ；0-10 重量 ％ Li2O ；0-10 重量 ％ K2O ；以及 0-5 重量 ％ (MgO+CaO+SrO+BaO) ；0-3 重量 ％ (Sr0+Ba0) ；0-5 重量％ (Zr02+Ti02)，其中 0 彡(Li2CHK2O)/Na2O 彡 0. 5。在一个具体的实施方式中，所述碱性铝硅酸盐玻璃具有以下组成66.7摩尔％ SiO2 ；10. 5 摩尔 ％ Al2O3 ；0. 64 摩尔 ％ B2O3 ；13. 8 摩尔 ％ Na2O ；2. 06 摩尔 ％ K2O ；5. 50 摩尔 ％ MgO ；0. 46 摩尔 % CaO ；0. 01 摩尔 % ZrO2 ；0. 34 摩尔 % As2O3 ；0. 007 摩尔 % Fe2O30 在另一个具体实施方式
中，所述碱性铝硅酸盐玻璃具有以下组成66. 4摩尔％ SiO2 ； 10. 3摩尔％ Al2O3 ；0. 60 摩尔 ％ B2O3 ；4. 0 摩尔 ％ Na2O ；2. 10 摩尔 ％ K2O ；5. 76 摩尔 % MgO ；0. 58 摩尔 ％ CaO ；0. 01摩尔％ ZrO2 ；0. 21摩尔％ SnO2 ；0. 007摩尔％ Fe2O30在一些实施方式中，所述碱性铝硅酸盐玻璃基本不含锂，而在其它实施方式中，所述碱性铝硅酸盐玻璃基本不含砷、锑和钡中的至少一种。
在一个实施方式中，所述碱性铝硅酸盐玻璃还可以进行下拉；即通过本领域已知的狭缝拉制法或熔合拉制法进行成形。在这些情况下，所述玻璃的液相线粘度至少为130千泊。所述碱性铝硅酸盐玻璃的非限制性例子在以下文献中有描述Adam J.Ellison等人的美国专利申请第11/888，213号，题为“用于覆盖板的可下拉的化学强化玻璃，，(Down-Drawable, Chemically Strengthened Glass for Cover Plate)，，，于 2007 年7月31日提交，其要求2007年5月22日提交的具有相同标题的美国临时专利申请第 60/930, 808号的优先权；Matthew J. Dejneka等人的美国专利申请第12/277，573号，题为 “具有改进的韧性和抗划擦性的玻璃”(Glasses Having Improved Toughness and Scratch Resistance)，于2008年11月25日提交，其要求2007年11月29日提交的具有相同标题的美国临时专利申请第61/004，677号的优先权；Matthew J. Dejneka等人的美国专利申请第12/392，577号，题为“用于硅酸盐玻璃的澄清剂”(Fining Agents for Silicate Glasses)，于2009年2月25日提交，其要求2008年2月26日提交的具有相同标题的美国临时申请第61/067130号的优先权；Matthew J. Dejneka等人的美国申请第12/393241号， 题为“经过离子交换的快速冷却玻璃”(Ion-Exchanged，Fast Cooled Glasses)，于2009 年2月26日提交，其要求于2008年2月29日提交的具有相同标题的美国临时专利申请第 61/067，732号的优先权；以及Kristen L. Barefoot等人的美国临时专利申请第61/087324 号，题为“化学回火覆盖玻璃”(Chemically Tempered Cover Glass)，于2008年8月8日提交，这些参考文献都全文参考结合入本文中。在一个实施方式中，基板100包含以下组分、主要由以下组分组成或者由以下组分组成热强化或化学强化的碱性铝硅酸盐玻璃。所述强化的碱性铝硅酸盐玻璃具有从所述第一表面102和第二表面104延伸到各个表面下方一个层深度的强化表面层。所述强化表面层处于压缩应力作用之下，而基板100的中心区域处于拉伸状态下，或者受到拉伸应力作用，从而使得玻璃内的作用力平衡。在热强化(本文中也称为“热退火”)中，将基板100加热至高于玻璃的应变点，但是低于玻璃的软化点的温度，然后快速冷却至低于应变点的温度，在玻璃的表面形成强化层。在另一个实施方式中，可以通过被称作离子交换的方法对基板100进行化学强化。在此方法中，用具有相同价态或氧化态的较大的离子代替或交换玻璃的表面层内的离子。在一个具体实施方式
中，所述表面层中的离子以及所述较大的离子是一价的碱金属阳离子，例如Li+(当玻璃中存在的时候)、Na+、K+、Rb+和Cs+。或者，表面层中的一价阳离子可以用碱金属阳离子以外的一价阳离子，例如Ag+等代替。离子交换法通常是通过将玻璃浸泡在熔融盐浴中来进行的，所述熔融盐浴包含用来交换玻璃中的较小离子的较大离子。本领域技术人员能够理解，离子交换工艺的参数包括但不限于浴的组成和温度，浸没时间，所述玻璃在一种或多种盐浴中的浸没次数，多种盐浴的使用，其它的步骤，例如退火、洗涤等，这些参数通常是根据以下的因素确定的玻璃的组成，所需的层深度，以及通过强化操作获得的玻璃的压缩应力。例如，含碱金属的玻璃的离子交换可以通过以下方式实现在至少一种包含盐的熔融浴中进行浸泡，所述盐包括例如但不限于较大碱金属离子的硝酸盐、硫酸盐和氯化物。所述熔融盐浴的温度通常约为 380°C至最高约450°C，浸泡时间约为15分钟至最高16小时。但是，也可以采用不同于上述条件的温度和浸泡时间。所述离子交换处理通常会形成强化的碱性铝硅酸盐玻璃，该强化的铝硅酸盐玻璃包括深度约为10微米至最高至少50微米的层，该层具有大约200MPa至最高约800MPa的压缩应力，中心拉伸力约小于lOOMPa。上文引用的美国专利申请以及临时专利申请提供了离子交换工艺的非限制性例子。另外，在以下文 献中描述了在多种离子交换浴中浸没玻璃(在两次浸泡之间进行洗涤和/或退火步骤)的离子交换工艺的非限制性例子Douglas C. Allan等人的美国临时专利申请第61/079，995号，题为“用于消费用途的具有压缩表面的玻璃”(Glass with Compressive Surface for Consumer Applications),于 2008 年 7 月 11 日提交，其中通过在具有不同浓度的盐浴中多次浸泡，进行连续的离子交换处理，从而对玻璃进行强化；以及 Christopher Μ. Lee等人的美国临时专利申请第61/084，398号，题为“用于玻璃化学强化的两步离子交换，，(Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass), 于2008年7月29日提交，其中，玻璃通过以下方式进行强化首先在用流出离子稀释的第一浴中进行离子交换，然后在第二浴中浸泡，所述第二浴的流出离子浓度小于第一浴。美国临时专利申请第61/079，995号和第61/084，398号的全文参考结合入本文中。本发明还提供了一种用来制造如上所述的具有提高的边缘强度的基板的方法。首先提供包含玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中的至少一种的片材。所述片材具有第一表面、第二表面以及至少两条平行的高强度边缘。如前文所述，在一个实施方式中，所述至少两条平行的高强度边缘是通过成形法直接形成的，所述成形法包括例如下拉法、熔合拉制法、狭缝拉制法、再拉制法等，该成形法包括将所述片材加热至高于该片材的退火点的温度。或者，可以通过高强度切割法制造所述高强度边缘，所述高强度切割法包括但不限于本文所述的激光切割技术。然后在所述至少两条平行的高强度边缘各自的至少一部分之上沉积聚合物边缘涂层，以形成所述基板。在一个实施方式中，所述聚合边缘涂层的模量约小于lOGPa，且包含聚合物材料，例如上文所述的那些聚合物。基板的各个高强度边缘的弯曲强度，例如四点弯曲边缘强度能够满足以下的条件在50mm的测试长度上、在200MPa的应力下的失效概率小于2%。实例以下实施例说明了本发明所述基板和方法的一些特征和优点，但是不会对本说明书或权利要求书的范围构成限制。利用四点弯曲测试法测定熔合拉制的Corning EAGLE XG 铝硅酸盐玻璃样品和整体激光切割边缘的边缘强度。被测的各样品的长度为50mm，厚度为0.63mm。如果达到 280MPa的应力水平，而样品没有失效，则停止对该特定样品的测试。图10显示了具有低强度边缘的样品组(表1所示的数据组1以及图10的组1和 2)以及本文所述的具有高强度激光切割边缘的样品组(数据组2以及图10的组3和4)获得的失效概率威布尔曲线。具有低边缘强度的样品的整体激光切割边缘具有剪切和扭曲缺陷以及/或者被称为“锯齿”的断裂阶梯和/或平面的缺陷(见图5-8)。此种锯齿会导致边缘破坏(图5)。尽管高强度边缘也是整体激光切割的产物，但是对激光切割参数(例如激光和骤冷流(如果有的话)沿着玻璃基板表面的平移速度，激光与骤冷流之间的距离等) 进行最优化，消除了锯齿和其它的边缘缺陷，从而制得了高强度边缘(图4)。进行边缘强度测试，直至拉伸应力高达280MPa。边缘强度测试的结果列于表1，表 1中列出了各样品失效时的拉伸应力。术语“激光侧”表示在激光切割过程中样品受到激光照射的表面，而“背侧”表示样品的与激光侧相反的一侧。如果样品在小于或等于280MPa的拉伸应力条件下未失效，则认为该样品“通过了”该边缘强度测试，在表1中记作“通过”。表1.边缘强度测试结果
权利要求
1.一种基板，所述基板包括a.包含玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷中的至少一种的片材，所述片材具有第一表面、第二表面以及连接所述第一表面和第二表面的至少两条平行的高强度边缘，所述至少两条平行的高强度边缘各自具有满足以下条件的弯曲强度在50mm的测试长度上、在200MPa的应力水平下的失效概率小于2% ；b.覆盖所述至少两条平行的高强度边缘各自的至少一部分的聚合边缘涂层，所述聚合边缘涂层保护所述各条高强度边缘，使其免于产生缺陷和遭到破坏。
2.如权利要求1所述的基板，其特征在于，所述基板的厚度最高约为0.6mm。
3.如权利要求2所述的基板，其特征在于，所述基板的厚度最高约为0.1mm。
4.如权利要求1所述的基板，其特征在于，所述聚合物边缘涂层的模量最高约为 IOGPa0
5.如权利要求1所述的基板，其特征在于，所述聚合物边缘涂层包含以下组分中的至少一种硅酮、环氧树脂、丙烯酸酯、氨基甲酸酯和它们的组合。
6.如权利要求1所述的基板，其特征在于，所述聚合物边缘涂层的厚度约为5-50μ m。
7.如权利要求1所述的基板，其特征在于，所述至少两条平行的高强度边缘各自是狭缝拉制的、熔合拉制的、再拉制的或者激光切割的。
8.如权利要求1所述的基板，其特征在于，所述基板包含以下材料中的一种硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃以及碱性铝硅酸盐玻璃。
9.如权利要求8所述的基板，其特征在于，所述碱性铝硅酸盐玻璃包含60-70摩尔％ SiO2 ；6-14 摩尔 % Al2O3 ；0-15 摩尔 % B2O3 ；0-15 摩尔 % Li2O ；0-20 摩尔 % Na2O ；0-10 摩尔 % K2O ；0-8 摩尔 ％ MgO ；0-10 摩尔 ％ CaO ；0-5 摩尔 ％ ZrO2 ；0-1 摩尔 ％ SnO2 ；0-1 摩尔 ％ CeO2 ； 小于50ppm的As2O3 ；以及小于50ppm的Sb2O3 ；其中12摩尔％彡Li20+Na20+K20彡20摩尔％， 0摩尔％彡MgO+CaO彡10摩尔％。
10.如权利要求8所述的基板，其特征在于，所述碱性铝硅酸盐玻璃包含64摩尔％ ^ SiO2 ^ 68 摩尔 ％ ；12 摩尔 ％ ^ Na2O ^ 16 摩尔 ％ ；8 摩尔 ％ ^ Al2O3 ^ 12 摩尔 ％ ；0 摩尔 ％ 彡B2O3彡3摩尔摩尔彡5摩尔摩尔彡6摩尔摩尔彡5 摩尔 ％，其中66 摩尔 Si02+B203+Ca0 彡 69 摩尔 ％ ； Na20+K20+B203+Mg0+Ca0+Sr0 > 10 摩尔 ％ ；5 摩尔 MgO+CaO+SrO 彡 8 摩尔 ％ ； (Na2CHB2O3)-Al2O3 彡 2 摩尔摩尔 ％ 彡Na2O-Al2O3彡6摩尔％ ；以及4摩尔％彡(Na2CHK2O) -Al2O3彡10摩尔％，所述玻璃的液相线粘度至少为130千泊。
11.如权利要求8所述的基板，其特征在于，所述碱性铝硅酸盐玻璃包含50-80重量％ SiO2 ；2-20 重量 ^Al2O3 ；0-15 重量 ％ B2O3 ； 1-20 重量 ％ Na2O ；0-10 重量 ％ Li2O ；0-10 重量 ％ K2O;以及 0-5 重量 ％ (Mg0+Ca0+Sr0+Ba0) ；0-3 重量 ％ (Sr0+Ba0) ；0-5 重量 ％ (Zr02+Ti02), 其中 0 彡(Li2CHK2O)/Na2O 彡 0. 5。
12.如权利要求1所述的基板，其特征在于，所述基板具有至少一个强化表面层，所述至少一个强化表面层从所述第一表面和第二表面中的至少一者延伸到一个层深度，所述强化表面层处于压缩应力作用之下。
13.如权利要求12所述的基板，其特征在于，所述强化表面层是离子交换层。
14.如权利要求1所述的基板，其特征在于，它还包括沉积在所述第一表面和第二表面中至少一者之上的至少一个层。
15.如权利要求1所述的基板，其特征在于，所述基板是用于以下装置中的至少一种的保护性覆盖玻璃手持式电子装置、与信息相关的终端和接触式传感器装置。
16.如权利要求1所述的基板，其特征在于，所述至少两条平行的高强度边缘各自是未精整的。
17.—种制造基板的方法，所述方法包括以下步骤a.提供包含玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中的至少一种的片材，所述片材具有基本上互相平行的第一表面和第二表面，以及位于所述第一表面和第二表面之间的至少两条平行的高强度边缘，所述至少两条平行的高强度边缘各自具有满足以下条件的弯曲强度在50mm的测试长度上、在200MPa的应力水平下的失效概率小于2% ；b.在所述至少两条平行的高强度边缘各自的至少一部分之上沉积聚合物边缘涂层，以形成所述基板。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述提供片材的步骤包括通过以下方法中的一种形成所述片材熔合拉制、狭缝拉制和再拉制。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述提供片材的步骤包括对所述片材进行激光切割，以形成所述至少两条平行的高强度边缘。
20.一种基板，该基板用作保护性覆盖玻璃或者电子装置内的基板，所述基板包括a.包含玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷中的至少一种的片材，所述片材具有至少两条平行的高强度边缘，所述边缘是未精整的；以及b.聚合物边缘涂层，该涂层覆盖所述至少两条平行的高强度边缘各自的至少一部分， 其中所述聚合物边缘涂层通过以下作用中的至少一种来保持片材的弯曲强度尽可能减少所述至少两条平行的高强度边缘处的缺陷的形成。
21.如权利要求20所述的基板，其特征在于，所述至少两条平行的高强度边缘各自具有能够满足以下条件的弯曲强度在50mm的测试长度上、在200MPa的应力水平下的失效概率小于2%。
22.如权利要求20所述的基板，其特征在于，所述聚合物边缘涂层的模量最高约为 IOGPa0
23.如权利要求20所述的基板，其特征在于，所述聚合物边缘涂层包含以下组分中的至少一种硅酮、环氧树脂、丙烯酸酯、氨基甲酸酯和它们的组合。
24.如权利要求20所述的基板，其特征在于，所述片材包含碱性铝硅酸盐玻璃。
25.如权利要求20所述的基板，其特征在于，所述基板具有至少一个强化表面层，所述至少一个强化表面层从所述第一表面和第二表面中的至少一者延伸到一个层深度，所述强化表面层处于压缩应力作用之下。
全文摘要
一种基板(100)，所述基板包括由玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷组成的片材，并且具有改进的边缘强度。聚合物边缘涂层(120)防止沿着所述基板的边缘产生限制强度的缺陷，并保护所述边缘的弯曲强度。所述基板还可以具有至少两条平行的高强度边缘(110，112)以及聚合物材料边缘涂层(120)，该边缘涂层覆盖所述各条高强度边缘的至少一部分，以防止所述高强度边缘产生缺陷，并防止对边缘造成破坏。所述两条平行的高强度边缘各自具有满足以下条件的弯曲强度在50mm的测试长度上、在200MPa的应力水平下的失效概率约小于2％。本发明还提供了制造所述基板的方法。
文档编号C03C17/28GK102438960SQ201080023222
公开日2012年5月2日 申请日期2010年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者G·S·格莱泽曼, S·M·加纳, 李兴华 申请人:康宁股份有限公司