低存储拉伸能切割玻璃和优先裂纹碎裂的制作方法

本公开内容大体涉及一种玻璃基板，包括强化玻璃基板。更具体地，本公开内容涉及一种玻璃基板，其在玻璃基板的自然状态下具有不足的拉伸应力，从而在玻璃基板断裂时引起期望程度的碎裂(诸如切割)，但是在对玻璃基板施加弯曲力时，该玻璃基板具有足够的拉伸能以在所述断裂时引起期望程度的碎裂。

背景技术：

1、由于表面缺陷，原始玻璃基板的机械强度在mpa范围内。那种机械强度是次优的。原始玻璃基板的次优机械强度使得原始玻璃不足以用作诸如电视、电话和娱乐装置之类的消费电子装置的显示器和覆盖玻璃。

2、为了适合用于此类应用，原始玻璃基板有时会被机械加固，因此具有更高的耐磨性。通过在受压的玻璃表面形成一层的工艺，可以对原始玻璃基板进行机械加固。该层有时被称为“压缩应力层”或具有“压缩应力”的表面层。

3、玻璃基板力的中心区域中的应力平衡了压缩应力层中的压缩应力。特别地，玻璃基板的内部处于拉伸应力下。玻璃基板内部的拉伸应力平衡了玻璃压缩应力层的压缩应力。从概念上讲，玻璃的内部试图将自身拉在一起(拉伸应力)，而玻璃的每个表面层都试图将自身推开。

4、在玻璃基板的表面层处的压缩应力机械地强化了玻璃基板，从而减小了玻璃基板断裂的可能性(裂纹成核或其他缺陷)以及裂缝的增长。压缩应力的程度越高，玻璃基板的机械强度越大。压缩应力层的深度也会影响机械强化的程度，随着压缩应力层深度的增加，机械强化的程度也随之增加。因此，出于机械强度的目的，具有相对较高程度的压缩应力和相对较深的压缩深度(或压缩应力)是有利的。通常，高程度的压缩应力会减少浅划痕的形核和生长，而深的压缩深度有助于跌落测试性能并防止内部裂缝穿透到表面。

5、有几种常见的方法将压缩应力施加到原始玻璃基板的表面。其中一种工艺使用热量，被称为“热回火”。另一种工艺使用化学成分，被称为“离子交换”或“化学回火”。此外，玻璃基板可合并为玻璃层压板，玻璃层压板包括多个不同的玻璃，每个玻璃具有不同的热膨胀系数，并且热膨胀系数的差异在玻璃基板的表面层产生压缩应力。

6、如上所述，对玻璃进行热回火可在玻璃基板的表面处引起层压缩应力。为了对玻璃基板进行热回火，将玻璃基板加热至玻璃的转变温度以上。然后将加热的玻璃基板快速冷却(“淬火”)。在冷却期间，玻璃基板的表面比玻璃基板的内部更快地冷却(温度降低)。玻璃基板的内部比玻璃基板的表面冷却慢，这是因为玻璃基板的厚度使内部绝缘并且玻璃具有相对较低的热导率。玻璃基板的比内部冷却更快的表面相较于冷却较慢的表面具有更大的摩尔/比体积(或更低的密度)。因此，从玻璃基板的表面到玻璃基板的内部产生摩尔体积梯度。摩尔体积梯度提供了压缩应力表面层，并且压缩应力从表面向内部减小。

7、玻璃的热回火通常比离子交换工艺更快且成本更低。热回火比离子交换工艺产生更深的压缩应力，通常从玻璃厚度的1/5扩展到1/3。然而，与离子交换工艺相比，热回火通常产生较低的表面压缩应力，通常产生小于100mpa的压缩应力。

8、因为热回火依赖于在表层之间和内部之间产生足够的热梯度，所以玻璃基板必须足够厚以允许足够的热梯度。因此，利用热回火来强化相对较厚(3mm或更厚)的单片玻璃基板，诸如用作汽车侧面和后窗玻璃的玻璃基板。对于具有2mm或更小的厚度的玻璃基板，诸如打算用于消费电子装置显示应用的玻璃基板，热回火通常无效。

9、除了热回火之外，如上所述，化学回火(离子交换)玻璃基板可在玻璃基板的表面上引起层压缩应力。作为化学回火工艺的示例，将玻璃基板放置在熔融盐浴中，诸如碱金属离子的盐浴中。玻璃基板包含可与熔融盐浴中的金属离子交换的离子。将离开玻璃基板的玻璃基板中的离子(诸如na+离子或li+离子)比将进入玻璃基板的熔融盐浴中的离子(诸如kno3熔融浴中的k+离子；rb+、cs+、和ag+为其他示例离子)小。将相对较小的离子交换为相对较大的离子的玻璃基板会导致在离子交换处产生双轴(x和y轴)压缩应力。

10、离子交换通常发生在玻璃基板的玻璃化转变温度以下。此外，温度应低于玻璃基板释放离子的温度，以降低交换的较大离子引起的压缩应力(这种现象称为应力松弛)。合适的温度可以在约250℃至约500℃的范围内。离子交换工艺可能需要4个小时到11个小时，这取决于所需压缩应力的大小和压缩应力层的深度。

11、通过离子交换进行化学回火可以产生比热回火更高水平的压缩应力(高达约1000mpa)。此外，与热回火相比，化学回火产生压缩应力层的深度有限(通常为40-80μm)。然而，有限的深度使化学回火比热回火更适合于相对较薄的玻璃(2mm或更小)。化学回火被用于使玻璃基板具有足够的机械强度，以用于包括飞机窗玻璃和消费电子装置的防刮擦显示器在内的应用。

12、在一个或多个实施方式中，可以通过利用玻璃基板的各部分之间的热膨胀系数的不匹配来对玻璃基板进行机械回火，以产生压缩应力区域和表现出拉伸应力的中心区域。

13、由施加在玻璃基板上的热、化学或机械回火工艺产生的残余应力分布——即，表面压缩应力与内部拉伸应力之间的平衡，影响玻璃基板在玻璃基板断裂时如何反应。玻璃基板在玻璃基板断裂时如何反应是与使用玻璃基板的应用有关的设计考虑。一般而言，玻璃基板在玻璃基板断裂时应以安全和可控的方式反应。

14、玻璃基板在断裂时反应的方式包括断裂后玻璃基板的碎裂行为。迄今为止，玻璃的碎裂行为是回火玻璃基板中拉伸能的函数。一种可能希望的碎裂行为是使玻璃基板中的裂缝不分叉——即，一个裂缝不会分裂成两个单独的裂缝。玻璃基板中存储的拉伸能越多，玻璃基板中的裂缝越容易分叉。因此，为了减少分叉的可能性，可以对玻璃基板进行回火，使得拉伸能相对较低或不足以引起这种分叉。如所讨论的，拉伸应力试图将玻璃基板拉在一起。因此，这种拉伸应力，如果足够有力，则将玻璃基板的表面向内拉，使在表面层中形成的裂缝分叉。然而，裂缝传播的方向是不可预测的。

15、另一潜在的期望碎裂行为是使玻璃基板碎裂成小碎片(有时称为“切割(dicing)”或玻璃“小方块(dices)”)。优选地是，使碎片的宽度和长度近似等于玻璃基板的厚度。结果是角为90度的立方形碎片。角大约为90度的碎片被认为是不锋利的，因此不太可能造成伤害。为了使玻璃基板在断裂时以这种方式碎裂成小方块，回火玻璃基板必须具有足够的存储拉伸能。

16、潜在的不希望的碎裂行为包括玻璃基板在断裂时碎裂成(a)长而锋利的碎片或(b)粉末。如果回火玻璃中的拉伸应力足以引起玻璃基板在断裂时的分叉，但不足以导致玻璃碎裂成小碎片，则拉伸应力会导致玻璃基板分成大碎片和/或细长碎片。大碎片和/或细长碎片往往具有锋利的边缘，这是不安全的。此外，如果回火玻璃基板中的拉伸应力大于将玻璃基板碎裂成小方块的拉伸应力，则该拉伸应力使玻璃基板在玻璃基板断裂时发生粉末化。粉状玻璃基板也是不安全的。

17、因此，存在的问题在于，根据特定的回火工艺进行回火的玻璃基板可能没有足够的拉伸应力以使玻璃基板碎裂成足够小的碎片(诸如小方块)，这限制了玻璃基板的潜在应用(即，玻璃不能用于需要碎裂成小碎片的应用)。这个问题在相对较薄的玻璃基板(小于1mm厚)中尤其普遍，因为这种薄玻璃基板对于热回火来说太薄了，并且对于化学回火来说甚至太薄了，以至于不能施加足够的存储拉伸应力而使玻璃基板在断裂时碎裂成小碎片。此外，存在另一个问题，即裂纹、分叉和碎裂的方向通常是不可预测和不可控制的。最后，存在另一个问题，即热回火向玻璃基板的表面施加的对于玻璃基板在某些应用中有用的压缩应力不足。

技术实现思路

1、本公开内容通过使玻璃弯曲以向玻璃基板的某些区域施加附加的拉伸应力和压缩应力来克服上述问题。这种弯曲可被动态地施加或者可以以静态方式施加。在一个或多个实施方式中，玻璃通过冷弯曲而弯曲。使玻璃基板弯曲而施加至玻璃基板的拉伸应力与回火玻璃基板的存储的拉伸应力共同作用，以使玻璃基板在断裂时碎裂成小碎片。通过弯曲施加拉伸应力允许回火玻璃基板用于需要玻璃基板在断裂时碎裂成小碎片的应用中，否则该回火玻璃基板缺乏足够的拉伸应力以使玻璃基板在断裂时碎裂成小碎片。经由弯曲施加拉伸应力特别适用于相对较薄的玻璃(厚度小于1mm)，如前所述，在这种情况下，玻璃基板对于回火工艺来说太薄而无法施加足够的拉伸应力以使玻璃基板碎裂成小碎片。此外，如将示出的，玻璃基板的单轴弯曲施加引导玻璃基板在与单轴弯曲的轴平行的方向上断裂的定向拉伸应力。尤其在具有使用玻璃基板的显示器的消费电子装置中，促使裂缝沿特定方向传播是有用的，因此，使裂缝指向装置的侧面，而不是沿着装置的长度向上或向下。此外，如将要解释的，玻璃基板的弯曲将压缩应力增加到已经经由回火施加给玻璃基板的玻璃基板的表面层处的压缩应力。经由弯曲添加到经由回火引起的压缩应力层的附加压缩应力可以使玻璃基板用于需要在特定表面层上具有一定阈值压缩应力的应用中，但仅回火无法施加阈值压缩应力。

2、根据本公内容开的第一方面，一种玻璃基板包括：第一位置，其中玻璃基板的拉伸应力不足以在玻璃基板断裂时致使玻璃基板碎裂成小碎片；和第二位置，其中玻璃基板相对于第一位置弯曲，并且其中玻璃基板的拉伸应力足以在玻璃基板断裂时致使玻璃基板碎裂成小碎片。在一个实施方式中，玻璃基板进一步包括第一表面和第二表面。在一个实施方式中，在第一位置，玻璃基板的第一表面和第二表面是平面的。在一个实施方式中，在第二位置，玻璃基板的第一表面和第二表面是平面的。在一个实施方式中，小碎片通常是立方形的。在一个实施方式中，在第二位置，玻璃基板沿着玻璃基板的弯曲轴单轴弯曲。在一个实施方式中，在第二位置，玻璃基板沿着玻璃基板的两个弯曲轴双轴弯曲。在一个实施方式中，在第一位置，玻璃基板比在第二位置的玻璃基板平坦。在一个实施方式中，在第二位置，玻璃基板比在第一位置的玻璃基板平坦。在一个实施方式中，玻璃基板的厚度为2mm或更小。

3、根据本公开内容的第二方面，一种增加玻璃基板的层处的压缩应力的方法包括：提供或形成玻璃基板；从玻璃基板的第一表面在第一层内以及从玻璃表面的第二表面在第二层内施加第一压缩应力；和使玻璃基板沿着玻璃基板的轴弯曲，以向第二层内的第一压缩应力增加压缩应力。在一个实施方式中，在玻璃基板的第一层和第二层内施加第一压缩应力包括对玻璃基板进行热回火。在一个实施方式中，在玻璃基板的第一层内和第二层内施加第一压缩应力包括对玻璃基板进行化学回火。在一个实施方式中，在玻璃基板的第一层内和第二层内施加第一压缩应力包括对玻璃基板进行机械回火。在一个实施方式中，玻璃基板的第二表面是玻璃基板的顶表面。

4、根据本公开内容的第三方面，一种减小在玻璃基板断裂时玻璃基板碎裂成的碎片的尺寸的方法包括：提供或形成在玻璃基板断裂时碎裂成具有第一尺寸的碎片的玻璃基板；和将玻璃基板弯曲到第二位置，并将玻璃基板保持在第二位置，使得当玻璃基板断裂时玻璃基板碎裂成具有第二尺寸的碎片；其中，具有第二尺寸的碎片小于具有第一尺寸的碎片。在一个实施方式中，形成玻璃基板包括形成厚度为2mm或更小的玻璃基板。在一个实施方式中，使玻璃基板弯曲包括玻璃基板的双轴弯曲。在一个实施方式中，当玻璃基板断裂时，玻璃基板在第二位置碎裂时，这些碎片形成面内各向同性断裂图案。在一个实施方式中，使玻璃基板弯曲包括使玻璃基板沿着玻璃基板的弯曲轴单轴弯曲。在一个实施方式中，形成玻璃基板包括形成具有平坦的第一表面的玻璃基板。在一个实施方式中，形成玻璃基板包括形成具有弯曲的第一表面的玻璃基板。在一个实施方式中，将玻璃基板弯曲到第二位置包括弯曲玻璃基板，使得第一表面在第二位置比在第一位置弯曲得少。在一个实施方式中，在环境温度下，通过利用玻璃基板的产品的结构部件来实现将玻璃基板弯曲并保持在第二位置。

5、根据本公开内容的第四方面，一种产品包括：具有第一位置的玻璃基板，其中玻璃基板的拉伸能不足以在玻璃基板断裂时致使玻璃基板碎裂成小碎片；和使玻璃基板从其第一位置弯曲到第二位置的部件，其中玻璃基板的拉伸能足以在玻璃基板断裂时致使玻璃基板碎裂成小碎片。在一个实施方式中，所述产品是被配置为佩戴在人的手腕上的消费电子装置。在一个实施方式中，所述产品是安全玻璃。在一个实施方式中，所述玻璃基板具有第一表面和第二表面。在一个实施方式中，在第二位置，第一表面具有比第二表面高的压缩应力。

6、根据本公开内容的第五方面，一种消费电子装置，包括：设置在显示屏之上的玻璃基板，所述玻璃基板具有长度、和从第一侧延伸到第二侧的宽度；和使玻璃基板沿着弯曲轴从第一位置弯曲到相对于第一位置弯曲的第二位置的部件，使得当玻璃基板在第二位置断裂时，断裂通常朝着玻璃基板的第一侧或第二侧传播；其中，弯曲轴通常平行于玻璃基板的宽度。在一个实施方式中，在第一位置，玻璃基板具有从第一表面延伸的第一压缩应力层。在一个实施方式中，使玻璃基板弯曲到第二位置的部件增加了第一层内的压缩应力。在一个实施方式中，使玻璃基板弯曲的部件将玻璃基板从第一位置压缩到第二位置。在一个实施方式中，使玻璃基板弯曲的部件是粘合剂层。在一个实施方式中，消费电子装置是智能手机、平板电脑或手表。

7、另外的特征和优点将在下面的详细描述中进行阐述，并且在某种程度上通过那些描述对于本领域技术人员来说将是显而易见的，或者通过实践本文描述的实施方式(包括下面的详细描述和权利要求书)而被认可。

8、应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述仅仅是示例性的，并且旨在提供概述或框架用于理解权利要求的属性和特性。