СТЕКЛЯННЫЕ ИЗДЕЛИЯ, ОБЛАДАЮЩИЕ УЛУЧШЕННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ РАСТРЕСКИВАНИЯ Российский патент 2020 года по МПК C03C21/00 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая патентная заявка в соответствии с 119 действующего патентного законодательства США заявляет приоритет американской предварительной патентной заявки № 62/343320, поданной 31 мая 2016 г., раскрытие которой тем самым включается в настоящий документ посредством ссылки во всей его полноте.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее раскрытие относится к стеклянным изделиям, обладающим улучшенной характеристикой растрескивания, и более конкретно к стеклянным изделиям, обладающим улучшенными рисунками (паттерном) растрескивания и рассыпанием при растрескивании.

[0003] Устройства бытовой электроники, включая переносные устройства, такие как смартфоны, планшеты, электронные книжки и ноутбуки, часто включают в себя химически упрочненные стеклянные изделия для использования в качестве покровного стекла. Поскольку покровное стекло непосредственно связывается с подложкой, такой как сенсорный экран, дисплей или другие структуры, когда упрочненные стеклянные изделия растрескиваются, такие изделия могут выбрасывать небольшие фрагменты или частицы из свободной поверхности благодаря сохраненной энергии, созданной за счет комбинации поверхностных сжимающих усилий и растягивающих усилий под поверхностью стекла. Используемый в настоящем документе термин «растрескивание» включает в себя раскалывание и/или образование трещин. Эти небольшие фрагменты представляют собой потенциальную проблему для пользователя устройства, особенно когда растрескивание происходит с задержкой вблизи от лица пользователя (то есть глаз и ушей), а также когда пользователь продолжает использовать устройство и прикасаться к растрескавшейся поверхности, и таким образом может получить незначительные порезы или ссадины, особенно когда длина трещин является относительно большой, и присутствуют фрагменты с острыми углами и краями.

[0004] Соответственно существует потребность в стеклянных изделиях, которые обладали бы модифицированным поведением при фрагментации, так, чтобы при растрескивании таких изделий они проявляли улучшенное рассыпание, такое как, например, эффект кубирования, образующий трещины короткой длины и малое количество выбрасываемых частиц. Кроме того, существует также потребность в стеклянных изделиях, которые при их растрескивании выбрасывали бы меньше фрагментов, с меньшим количеством кинетической энергии и импульсом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Первый аспект настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию, включающему в себя первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, которые определяют толщину (t) величиной приблизительно 1,1 мм или меньше; слой сжимающего напряжения, простирающийся от первой поверхности до глубины сжатия (DOC) больше чем приблизительно 0,11⋅t. В некоторых вариантах осуществления после растрескивания стеклянного изделия оно включает в себя множество фрагментов, причем по меньшей мере 90% этих фрагментов имеют соотношение сторон приблизительно 5 или меньше, и стеклянное изделие растрескивается на множество фрагментов за 1 с или меньше при измерении с помощью теста ломкости.

[0006] В некоторых вариантах осуществления упрочненное стеклянное изделие показывает равномерную двухосную прочность на изгиб приблизительно 20 кгс или больше после истирания абразивными частицами SiC с зернистостью 90 при давлении 25 фунт/кв.дюйм в течение 5 с. В некоторых вариантах осуществления упрочненное стеклянное изделие может после его растрескивания содержать трещины таким образом, что 50% или больше трещин простираются в направлении толщины только частично.

[0007] Третий аспект настоящего изобретения относится к устройству, включающему в себя описанную в настоящем документе упрочненную стеклянную подложку, удерживающий слой; а также основание, причем это устройство представляет собой планшет, прозрачный дисплей, мобильный телефон, видеоплеер, информационный терминал, электронную книжку, ноутбук или непрозрачный дисплей.

[0008] Четвертый аспект настоящего изобретения относится к продукту бытовой электроники, включающему в себя корпус, имеющий переднюю поверхность, электрические компоненты, предусмотренные по меньшей мере частично внутри этого корпуса, причем эти электрические компоненты включают в себя по меньшей мере контроллер, память и дисплей; а также покровное стекло, расположенное на передней поверхности корпуса поверх дисплея и представляющее собой описанное в настоящем документе упрочненное стеклянное изделие.

[0009] Дополнительные особенности и преимущества будут сформулированы в последующем подробном описании, и частично будут очевидными для специалистов в данной области техники из этого описания или будут признаны при практической реализации вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, включая последующее подробное описание, формулу изобретения, а также приложенные чертежи.

[0010] Следует понимать, что как вышеприведенное общее описание, так и последующее подробное описание являются лишь примерными, и приведены для того, чтобы обеспечить краткий обзор или рамки для понимания природы и характера заявляемого изобретения. Сопроводительные чертежи включены для того, чтобы обеспечить лучшее понимание, и представляют собой составную часть данного описания. Эти чертежи иллюстрируют один или более вариантов осуществления, и вместе с описанием служат для объяснения принципов и работы различных вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Фиг. 1A представляет собой вид сбоку стеклянного изделия в соответствии с одним или более вариантами осуществления;

[0012] Фиг. 1B представляет собой вид сбоку стеклянного изделия, изображенного на Фиг. 1A, после растрескивания;

[0013] Фиг. 2 представляет собой поперечное сечение стеклянного изделия на основе известного термически закаленного стекла;

[0014] Фиг. 3 представляет собой поперечное сечение стеклянного изделия на основе известного химически упрочненного стекла;

[0015] Фиг. 4 представляет собой поперечное сечение стеклянного изделия на основе упрочненного стекла в соответствии с одним или более вариантами осуществления;

[0016] Фиг. 5 представляет собой схематическое поперечное сечение устройства «кольцо на кольце»;

[0017] Фиг. 6 представляет собой схематическое поперечное сечение одного варианта осуществления устройства, который используется для выполнения теста с опрокинутым шариком на наждачной бумаге (IBoS), описанного в настоящем изобретении;

[0018] Фиг. 7 представляет собой схематическое поперечное представление доминирующего механизма отказа из-за введения повреждения и изгиба, что обычно происходит в изделиях на основе стекла, которые используются в мобильных или ручных электронных устройствах;

[0019] Фиг. 8 представляет собой блок-схему способа выполнения теста IBoS в описанном в настоящем документе устройстве; и

[0020] Фиг. 9A представляет собой вид сбоку стеклянного изделия, показанного на Фиг. 1A, включая удерживающий слой;

[0021] Фиг. 9B представляет собой вид сбоку стеклянного изделия, показанного на Фиг. 9A, включая второй удерживающий слой;

[0022] Фиг. 10 представляет собой вид спереди электронного устройства, включающего в себя один или более вариантов осуществления описанных в настоящем документе стеклянных изделий.

[0023] Фиг. 11 представляет собой график, показывающий результаты теста AROR для Примера 1;

[0024] Фиг. 12 представляет собой график, показывающий результаты ударного теста для Примера 2;

[0025] Фиг. 13 представляет собой график, показывающий концентрацию K₂O в зависимости от глубины ионного обмена для Примера 4;

[0026] Фиг. 14 представляет собой график, показывающий профиль напряжений в Примере 4G;

[0027] Фиг. 15A-15D представляют собой изображения трещин для Примера 5;

[0028] Фиг. 16A-16D представляют собой изображения, показывающие читаемость в Примере 6 после растрескивания при различных углах зрения;

[0029] Фиг. 17 представляет собой график вычисленной накопленной энергии растяжения в зависимости от времени ионного обмена для Примера 7; и

[0030] Фиг. 18 представляет собой график вычисленного центрального напряжения в зависимости от времени ионного обмена для Примера 7; и

[0031] Фиг. 19 представляет собой график, показывающий профиль сжимающих и растягивающих напряжений в Примере 6 в зависимости от глубины.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0032] Далее будут подробно рассмотрены различные варианты осуществления, примеры которых иллюстрируются сопроводительными чертежами. Что касается чертежей в целом, будет подразумеваться, что эти иллюстрации приведены лишь с целью описания конкретных вариантов осуществления и не предназначаются для того, чтобы ограничивать ими настоящее изобретение или его формулу. Эти чертежи не обязательно выполнены в масштабе, и некоторые особенности и некоторые виды в целях ясности и краткости могут быть показаны в преувеличенном масштабе или схематически.

[0033] В следующем описании одинаковые ссылочные обозначения означают одинаковые или соответствующие детали для нескольких видов, показанных в чертежах. Также подразумевается, что если явно не указано иное, такие термины, как «верхний», «нижний», «направленный наружу», «направленный внутрь» и т.п., используются только для удобства и не должны рассматриваться как ограничивающие термины. В дополнение к этому, всякий раз, когда некоторая группа описывается как содержащая по меньшей мере один из группы элементов и их комбинаций, подразумевается, что эта группа может содержать, по существу состоять или состоять из любого количества перечисленных элементов, по отдельности или в комбинации друг с другом. Аналогичным образом, всякий раз, когда группа описывается как содержащая по меньшей мере один из группы элементов и их комбинаций, подразумевается, что эта группа может состоять из любого количества перечисленных элементов, по отдельности или в комбинации друг с другом. Если явно не указано иное, указанный диапазон значений включает в себя как верхний, так и нижний пределы диапазона, а также любые поддиапазоны между ними. Используемые в настоящем документе формы единственного числа, если явно не указано иное, означают «по меньшей мере один» или «один или больше». Также подразумевается, что различные особенности, раскрытые в данном описании и чертежах, могут быть использованы в любых и всех комбинациях.

[0034] Следует отметить, что термины «по существу» и «приблизительно» могут быть использованы в настоящем документе для представления изначальной степени неопределенности, которая может быть приписана любому количественному сравнению, значению, измерению или другому представлению. Эти термины также используются в настоящем документе для представления степени, в которой количественное представление может изменяться от указанного значения без изменений в основной функции рассматриваемого предмета.

[0035] Используемый в настоящем документе термин «стеклянное изделие» используется в его самом широком смысле и включает в себя любой объект, полностью или частично сделанный из стекла. Стеклянные изделия включают в себя ламинаты стеклянных и не стеклянных материалов, ламинаты аморфных и кристаллических материалов, а также стеклокерамику (включающую в себя аморфную фазу и кристаллическую фазу). Если явно не указано иное, все составы выражаются в терминах мольных процентов (мол.%).

[0036] Как будет обсуждено в настоящем документе, варианты осуществления стеклянных изделий могут включать в себя упрочненные стеклянные или стеклянно-керамические материалы, которые обладают улучшенными механическими характеристиками и надежностью по сравнению с известными стеклянными изделиями, особенно с известными покровными стеклами. Варианты осуществления описанных в настоящем документе стеклянных изделий могут обладать поведением при фрагментации, которым не обладают известные покровные стекла. В настоящем изобретении подложки на основе стекла обычно являются неупрочненными, а изделия на основе стекла обычно относятся к подложкам на основе стекла, которые были упрочнены (например, путем ионного обмена).

[0037] Первый аспект настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию, которое обладает способностью растрескиваться с плотным рисунком трещин с эффектом кубирования, которое аналогично полностью термически закаленному стеклу, используемому в панелях для душа или в автомобильных окнах. В некоторых вариантах осуществления образующиеся фрагменты являются менее опасными для людей. Такие изделия проявляют это поведение, несмотря на то, что они являются химически упрочненными и имеют значительно меньшие толщины, чем достижимые при использовании известных процессов термической закалки. В некоторых вариантах осуществления фрагменты являются даже более мелкими, чем наблюдаемые при растрескивании известного термически закаленного стекла. Например, варианты осуществления стеклянных изделий проявляют эффект «кубирования», заключающийся в том, что когда стеклянное изделие растрескивается, его фрагменты имеют малое значение соотношения сторон, и поверхности, образуемые трещинами, и изначально сформированные поверхности образуют большие углы (то есть меньшее количество острых углов), так что фрагменты больше напоминают кубики, чем осколки, как более подробно описано ниже со ссылкой на Фиг. 1A. В некоторых случаях кубированные фрагменты ограничены максимальным или самым длинным размером 2 мм или меньше в любом направлении главной плоскости стеклянного изделия. В некоторых случаях после растрескивания стеклянное изделие включает в себя множество фрагментов, имеющих среднее соотношение сторон приблизительно 10 или меньше, или приблизительно 5 или меньше (например, приблизительно 4,5 или меньше, приблизительно 4 или меньше, приблизительно 3,5 или меньше, приблизительно 3 или меньше, приблизительно 2,5 или меньше, приблизительно 2 или меньше). В некоторых вариантах осуществления среднее соотношение сторон множества фрагментов находится в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 2. В некоторых случаях приблизительно 90% или больше, или приблизительно 80% или больше множества фрагментов имеет описанные в настоящем документе средние соотношения сторон. Используемый в настоящем документе термин «соотношение сторон» относится к отношению самого длинного или максимального размера фрагмента к самому короткому или минимальному размеру фрагмента. Термин «размер» может включать в себя длину, ширину, диагональ или толщину. Стеклянные изделия, которые дают при растрескивании такие фрагменты, могут быть охарактеризованы в настоящем документе как обладающие поведением «кубирования».

[0038] Что касается Фиг. 1A и 1B, в одном или более вариантов осуществления стеклянные изделия 10, описанные в настоящем документе, могут иметь конфигурацию листа с противоположными главными поверхностями 12, 14 и противоположными второстепенными поверхностями 16, 18. По меньшей мере одна главная поверхность 12 образует изначально сформированную поверхность стеклянного изделия. При растрескивании стеклянного изделия трещина образует новую поверхность (то есть «образованную трещиной» поверхность), обозначенную ссылочной цифрой 19 на Фиг. 1B. Углы α между образованной трещиной поверхностью и изначально сформированной поверхностью (после растрескивания стеклянного изделия) находятся в диапазоне от приблизительно 85 до приблизительно 95 градусов или от приблизительно 88 до приблизительно 92 градусов. В одном или более вариантах осуществления приблизительно 90% или больше фрагментов из множества фрагментов в стеклянном изделии обладают такими углами между изначально сформированной поверхностью и всеми образованными трещинами поверхностями после растрескивания стеклянного изделия.

[0039] В одном или более вариантах осуществления по меньшей мере 50% (например, приблизительно 60% или больше, приблизительно 70% или больше, приблизительно 80% или больше, или приблизительно 90% или больше) фрагментов из множества фрагментов имеют максимальный размер, который меньше или равен 5⋅t, меньше или равен 3⋅t, или меньше или равен 3⋅t. В некоторых случаях по меньшей мере 50% (например, приблизительно 60% или больше, приблизительно 70% или больше, приблизительно 80% или больше, или приблизительно 90% или больше) фрагментов из множества фрагментов имеют максимальный размер, который менее чем в 2 раза превышает минимальный размер. В некоторых вариантах осуществления максимальный размер превышает минимальный размер приблизительно в 1,8 раза или меньше, приблизительно в 1,6 раза или меньше, приблизительно в 1,5 раза или меньше, приблизительно в 1,4 раза или меньше, приблизительно в 1,2 раза или меньше, или приблизительно равен минимальному размеру.

[0040] В одном или более вариантах осуществления по меньшей мере 50% (например, приблизительно 60% или больше, приблизительно 70% или больше, приблизительно 80% или больше, или приблизительно 90% или больше) фрагментов из множества фрагментов имеют объем меньше или равный приблизительно 10 мм³. В некоторых вариантах осуществления этот объем может быть меньше или равным приблизительно 8 мм³, меньше или равным приблизительно 5 мм³ или меньше или равным приблизительно 4 мм³. В некоторых вариантах осуществления этот объем может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1 мм³ до приблизительно 1,5 мм³.

[0041] Используемая в настоящем документе фраза «упрочненные изделия» означает изделия, которые являются химически упрочненными, или химически упрочненными и термически упрочненными, но исключают изделия, которые являются только термически упрочненными. Как показано на Фиг. 4, упрочненное стеклянное изделие имеет профиль напряжений, который может быть охарактеризован в терминах поверхностного сжимающего напряжения (CS), центрального напряжения (CT) и глубины сжатия (DOC).

[0042] Профиль напряжения, показываемый упрочненными стеклянными изделиями одного или более вариантов осуществления, может отличаться от профилей напряжения, показываемых известными термически отпущенными стеклянными изделиями и известными химически упрочненными стеклянными изделиями. Традиционно термически закаленное стекло использовалось для предотвращения отказов, когда такие дефекты могут быть введены в стекло, потому что термически закаленное стекло часто имеет большие слои CS (например, приблизительно 21% от полной толщины стекла), которые могут препятствовать распространению дефектов, и таким образом предотвращать отказы. Один пример профиля напряжения, создаваемого термической закалкой, показан на Фиг. 2. На Фиг. 2 термически обработанное стеклянное изделие 100 имеет первую поверхность 101, толщину t1 и поверхность CS 110. Стеклянное изделие 100 имеет CS, которое уменьшается от первой поверхности 101 на DOC 130, как определено в настоящем документе, и на этой глубине напряжение изменяется со сжимающего на растягивающее и достигает CT 120.

[0043] Термическая закалка в настоящее время ограничивается толстыми стеклянными изделиями (то есть стеклянными изделиями, имеющими толщину t₁ приблизительно 3 мм или больше), потому что для достижения термического упрочнения и желаемого остаточного напряжения достаточный перепад температур должен быть сформирован между ядром и поверхностью таких изделий. Такие толстые изделия являются нежелательными или непрактичными во многих приложениях, таких как дисплеи (например, в бытовой электронике, включая мобильные телефоны, планшеты, компьютеры, навигационные системы и т.п.), архитектура (например, в окнах, панелях для душа, столешницах и т.д.), транспорт (например, автомобильный, железнодорожный, воздушный, морской и т.д.), приборы, упаковка или любое приложение, которое требует от изделий высокой стойкости к растрескиванию, но при этом малой толщины и небольшого веса.

[0044] Известные химически упрочненные стеклянные изделия не обладают профилем напряжений термически закаленных стеклянных изделий, хотя химическое упрочнение не ограничивается толщиной стеклянного изделия, как термическая закалка. Пример профиля напряжений, создаваемого химическим упрочнением (например, за счет процесса ионного обмена), показан на Фиг. 3. На Фиг. 3 химически упрочненное стеклянное изделие 200 имеет первую поверхность 201, толщину t₂ и поверхность CS 210. Стеклянное изделие 200 имеет CS, которое уменьшается от первой поверхности 201 на DOC 230, как определено в настоящем документе, и на этой глубине напряжение изменяется со сжимающего на растягивающее и достигает CT 220. Как показано на Фиг. 3, такие профили имеют плоскую область CT или область CT с постоянным или приблизительно постоянным растягивающим напряжением, и часто более низкое значение CT по сравнению со значением CT, показанным на Фиг. 2.

[0045] Стеклянные изделия одного или более вариантов осуществления настоящего изобретения имеют толщину t меньше чем приблизительно 3 мм (например, приблизительно 2 мм или меньше, приблизительно 1,5 мм или меньше, или приблизительно 1,1 мм или меньше) и слой сжимающего напряжения, простирающийся от первой поверхности до DOC приблизительно на 0,1⋅t или больше. Используемый в настоящем документе термин DOC относится к глубине, на которой напряжение внутри стеклянного изделия изменяется со сжимающего на растягивающее. На глубине DOC напряжение изменяется с положительного (сжимающего) напряжения на отрицательное (растягивающее) напряжение (например, 130 на Фиг. 2), и таким образом имеет значение напряжения, равное нулю.

[0046] В соответствии с соглашением, обычно используемым в данной области техники, сжатие выражается как отрицательное (<0) напряжение, а растяжение выражается как положительное (> 0) напряжение. В настоящем описании, однако, CS выражается как положительное или абсолютное значение, то есть CS=│CS│.

[0047] В частности, описанные в настоящем документе стеклянные изделия являются тонкими и имеют профили напряжений, которые обычно достижимы только посредством закалки толстых стеклянных изделий (например, имеющих толщину приблизительно 2 мм, или 3 мм, или больше). В некоторых случаях эти стеклянные изделия имеют большее значение поверхностного CS, чем закаленные стеклянные изделия. В одном или более вариантах осуществления эти стеклянные изделия имеют большую глубину слоя сжатия (в котором CS уменьшается и увеличивается более постепенно, чем в известных химически упрочненных стеклянных изделиях), так что стеклянное изделие имеет существенно улучшенное сопротивление растрескиванию, даже когда стеклянное изделие или содержащее его устройство падает на твердую, грубую поверхность. Стеклянные изделия одного или более вариантов осуществления имеют большее значение CT, чем некоторые известные химически упрочненные стеклянные подложки.

[0048] Значение CS измеряется измерителем поверхностного напряжения (FSM) с использованием коммерчески доступных приборов, таких как FSM-6000 производства компании Orihara Industrial Co., Ltd. (Япония). Измерения поверхностного напряжения зависят от точного измерения коэффициента оптической чувствительности по напряжению (SOC), который относится к двойному лучепреломлению стекла. SOC в свою очередь измеряется в соответствии с модифицированной версией Процедуры C, описанной в стандарте ASTM C770-98 (2013) «Способ стандартного испытания для измерения коэффициента оптической чувствительности по напряжению стекла», содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки во всей его полноте. Модификация включает в себя использование стеклянного диска в качестве образца для испытания толщиной 5-10 мм и диаметром 12,7 мм, причем диск является изотропным и однородным, а ядро сверлится с обеих полированных и параллельных сторон. Модификация также включает в себя вычисление максимальной прикладываемой силы Fmax. Эта сила должна быть достаточной для того, чтобы произвести напряжение сжатия величиной по меньшей мере 20 МПа. Значение Fmax вычисляется следующим образом:

Fmax=7,854*D*h

где:

Fmax=сила в Ньютонах

D=диаметр диска

h=толщина светового пути

Для каждой приложенной силы напряжение вычисляется следующим образом:

σ_МПа=8F/(π*D*h)

где:

F=сила в Ньютонах

D=диаметр диска

h=толщина светового пути

[0049] Значения CT измеряются с использованием полярископа рассеянного света («SCALP», поставляемый компанией Glasstress Ltd., расположенной в Таллинне, Эстония, под номером модели SCALP-04) и методик, известных в данной области техники. SCALP может также использоваться для измерения DOC, как будет более подробно описано ниже.

[0050] В некоторых вариантах осуществления стеклянное изделие может также иметь глубину проникновения ионов калия («DOL калия»), отличающуюся от DOC. Степень разности между DOC и DOL калия зависит от состава стеклянной подложки и ионообменной обработки, которая создает напряжение в получаемом стеклянном изделии. Когда напряжение в стеклянном изделии создается путем обмена ионов калия в стеклянном изделии, для измерения DOL калия используется FSM (как описано выше для CS). Когда напряжение в стеклянном изделии создается путем обмена ионов натрия, для измерения DOC используется SCALP (как описано выше для CT), и получаемое стеклянное изделие не будет иметь DOL калия, поскольку нет никакого проникновения ионов калия. Когда напряжение в стеклянном изделии создается путем обмена как ионов калия, так и ионов натрия в стекле, глубина обмена ионов натрия соответствует DOC, а глубина обмена ионов калия показывает изменение величины сжимающего напряжения (но не изменение напряжения со сжимающего на растягивающее); в таких вариантах осуществления DOC измеряется с помощью SCALP, а DOL калия измеряется с помощью FSM. Когда в стеклянном изделии присутствуют как DOL калия, так и DOC, DOL калия обычно имеет меньшее значение, чем DOC.

[0051] Способ преломленного ближнего поля (RNF) или SCALP могут использоваться для измерения профиля напряжений в описанных в настоящем документе стеклянных изделиях (независимо от того, создается ли напряжение за счет обмена ионов натрия и/или обмена ионов калия). Когда используется способ RNF, используется значение CT, определенное с помощью SCALP. В частности, профиль напряжений, измеренный с помощью RNF, является сбалансированным и откалиброванным по значению CT, получаемому с помощью измерения SCALP. Способ RNF описан в американском патенте № 8854623, озаглавленном как «Системы и способы для измерения характеристики профиля стеклянного образца», который является включенным в настоящий документ посредством ссылки во всей его полноте. В частности способ RNF включает в себя размещение изделия на основе стекла рядом с опорным блоком, генерирование луча света, переключаемого между ортогональными поляризациями с частотой от 1 Гц до 50 Гц, измерение мощности поляризационно-переключаемого луча света и генерирование поляризационно-переключаемого опорного сигнала, причем измеренная мощность для каждой ортогональной поляризации находится в пределах 50% друг от друга. Этот способ дополнительно включает в себя пропускание луча света с переключаемой поляризацией через стеклянный образец и опорный блок для различных глубин в стеклянный образец, затем передачу пропущенного луча света с переключаемой поляризацией к фотодетектору сигнала с использованием оборачивающей оптической системы с фотодетектором сигнала, генерирующим сигнал детектора с переключаемой поляризацией. Этот способ также включает в себя деление сигнала детектора на опорный сигнал для того, чтобы сформировать нормализованный сигнал детектора, и определение характеристики профиля стеклянного образца из нормализованного сигнала детектора.

[0052] В одном или более вариантах осуществления, в которых напряжение в стеклянном изделии создается только за счет обмена ионов калия, и в которых DOL калия эквивалентна DOC, профиль напряжений может также быть получен с помощью способов, раскрытых в американской патентной заявке № 13/463322 под названием «Systems And Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass (Системы и способы для измерения профиля напряжений ионизованного стекла)» (в дальнейшем упоминаемой как «Русев I»), поданной Ростиславом В. Русевым и др. 3 мая 2012 г. и испрашивающей приоритет американской предварительной патентной заявки № 61/489800, имеющей такое же название и поданной 25 мая 2011 г. Документ Русев I раскрывает способы получения подробных и точных профилей напряжений (как функции глубины) химически упрочненного стекла с использованием FSM. В частности, спектры связанных оптических режимов для поляризации ТМ и ТЕ получаются с помощью методик соединения призм, и используются во всей их полноте для того, чтобы получить подробные и точные профили показателей преломления ТМ и ТЕ n_TM(z) и n_TE(z). Вышеупомянутые патентные заявки включены в настоящий документ посредством ссылки во всей их полноте. Эти подробные профили показателей преломления получаются из спектров режима путем использования обратной аппроксимации Венцеля-Крамерса-Бриллюэна (IWKB) и подгонки измеренных спектров режима к расчетным спектрам предопределенных функциональных форм, которые описывают формы профилей показателя преломления, и получения параметров этих функциональных форм с помощью метода наилучшего приближения. Подробный профиль напряжений S(z) вычисляется из разности полученных профилей показателей преломления ТМ и ТЕ с использованием известного значения коэффициента оптического напряжения (SOC):

S(z)=[n_TM(z) - n_TE(z)]/SOC (2).

[0053] Благодаря малому значению SOC двойное лучепреломление n_TM(z) - n_TE(z) на любой глубине z является небольшой частью (обычно порядка 1%) любого из показателей преломления n_TM(z) и n_TE(z). Получение профилей напряжений, которые не являются значительно деформированными из-за шума в измеренных спектрах режима, требует определения эффективных показателей режима с точностью порядка 0,00001 RIU. Способы, раскрытые в документе Русев I, дополнительно включают в себя методики, применяемые к необработанным данным, для обеспечения такой высокой точности для индексов измеренных режимов, несмотря на шум и/или плохой контраст в собранных спектрах режима ТЕ и ТМ или в изображениях спектров режима. Такие методики включают в себя усреднение шума, фильтрацию и аппроксимацию кривой для того, чтобы найти положения экстремумов, соответствующих режимам с субпиксельным разрешением.

[0054] Как было указано выше, описанные в настоящем документе изделия стеклянные могут быть химически упрочнены с помощью ионного обмена и обладают профилями напряжения, которые отличаются от профилей известного упрочненного стекла. В этом процессе ионы на или около поверхности стеклянного изделия замещаются или обмениваются с более крупными ионами, имеющими ту же самую валентность или валентность, отвечающую степени окисления. В тех вариантах осуществления, в которых стеклянное изделие содержит щелочное алюмосиликатное стекло, ионы в поверхностном слое стекла и более крупные ионы представляют собой одновалентные катионы щелочного металла, такие как Li⁺ (когда он присутствует в стеклянном изделии), Na⁺, K⁺, Rb⁺ и Cs⁺. Альтернативно одновалентные катионы в поверхностном слое могут замещаться одновалентными катионами, отличающимися от катионов щелочного металла, такими как Ag⁺ и т.п.

[0055] Процессы ионного обмена обычно выполняются путем погружения стеклянного изделия в ванну из расплава солей (или в две или более ванны из расплава солей), содержащую более крупные ионы, которые будут заменять более мелкие ионы в стеклянном изделии. Следует отметить, что также могут быть использованы водные солевые ванны. В дополнение к этому, состав ванны (ванн) может включать в себя более одного типа более крупных ионов (например, Na⁺ и K⁺) или только один более крупный ион. Специалистам в данной области техники будет понятно, что параметры процесса ионного обмена, включая, но не ограничиваясь этим, состав и температуру ванны, время погружения, количество погружений стеклянного изделия в солевую ванну (или ванны), использование нескольких солевых ванн, дополнительные стадии, такие как закалка, промывка и т.п., обычно определяются составом стеклянного изделия (включая структуру изделия и любых присутствующих кристаллических фаз) и желаемыми величинами DOC и CS стеклянного изделия, которые являются результатом операции по упрочнению. В качестве примера, ионный обмен стеклянных изделий может быть достигнут погружением стеклянных изделий по меньшей мере в одну ванну с расплавом, содержащую соль, такую как, но не ограничиваясь этим, нитраты, сульфаты и хлориды более крупного иона щелочного металла. Типичные нитраты включают в себя KNO₃, NaNO₃, LiNO₃, NaSO₄, а также их комбинации. Температура ванны расплава солей обычно находится в диапазоне от приблизительно 380°C до приблизительно 450°C, в то время как времена погружения варьируются от приблизительно 15 мин до приблизительно 100 час в зависимости от толщины стекла, температуры ванны и диффузионной способности стекла. Однако также могут использоваться температуры и времена погружения, отличающиеся от описанных выше.

[0056] В одном или нескольких вариантах осуществления стеклянные изделия могут быть погружены в ванну расплавленной соли, состоящую из 100% NaNO₃, имеющую температуру от примерно 370°С до примерно 480°С. В некоторых вариантах осуществления стеклянная подложка может быть погружена в расплавленную ванну со смешанной солью, включающую в себя от приблизительно 5% до приблизительно 90% KNO₃ и от приблизительно 10% до приблизительно 95% NaNO₃. В некоторых вариантах осуществления стеклянная подложка может быть погружена в расплавленную ванну со смешанной солью, включающую в себя Na₂SO₄ и NaNO₃ и имеющую более широкий диапазон температур (например, вплоть до приблизительно 500°C). В одном или более вариантах осуществления стеклянное изделие после погружения в первую ванну может быть погружено во вторую ванну. Погружение во вторую ванну может включать в себя погружение в ванну расплава солей, включающую в себя 100% KNO₃, на время от 15 мин до 8 час.

[0057] Условия ионного обмена могут быть модифицированы на основе состава стекла и толщины стеклянной подложки. Например, стеклянная подложка, имеющая номинальный состав, показанный в Примере 1 ниже, имеющая толщину 0,4 мм, может быть погружена в ванну расплава соли KNO₃ с концентрацией 80-100% (с остатком из NaNO₃), имеющую температуру приблизительно 460°C, на время от приблизительно 10 час до приблизительно 20 час. Та же самая подложка, имеющая толщину приблизительно 0,55 мм, может быть погружена в ванну расплава соли KNO₃ с концентрацией 70-100% (с остатком из NaNO₃), имеющую температуру приблизительно 460°C, на время от приблизительно 20 час до приблизительно 40 час. Та же самая подложка, имеющая толщину приблизительно 0,8 мм, может быть погружена в ванну расплава соли KNO3 с концентрацией 60-100% (с остатком из NaNO₃), имеющую температуру приблизительно 460°C, на время от приблизительно 40 час до приблизительно 80 час.

[0058] В одном или более вариантах осуществления подложка на основе стекла может быть погружена в расплавленную ванну со смешанной солью, включающую в себя NaNO₃ и KNO₃ (с соотношением, например, 49%/51%, 50%/50%, 51%/49%), имеющую температуру меньше чем приблизительно 420°C (например, приблизительно 400°C или приблизительно 380°C).

[0059] Условия ионного обмена могут быть адаптированы для обеспечения «пика» или увеличения наклона профиля напряжений на или около поверхности получаемого изделия на основе стекла. Этот пик может быть достигнут с помощью одной ванны или множества ванн, с помощью ванны (ванн), содержащей одну или несколько солей, благодаря уникальным свойствам стеклянных составов, используемых в описанных в настоящем документе изделиях на основе стекла.

[0060] Как показано на Фиг. 4, стеклянное изделие 300 одного или нескольких вариантов осуществления включает в себя первую поверхность 302 и вторую поверхность 304, противоположную первой поверхности, определяющие толщину t. В одном или более вариантах осуществления толщина t может быть меньше чем приблизительно 3 мм, приблизительно 2 мм или меньше, приблизительно 1,5 мм или меньше, приблизительно 1,1 мм или меньше, или 1 мм или меньше (например, в диапазоне от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 1,5 мм, от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 1,5 мм, от приблизительно 0,2 мм до приблизительно 1,5 мм, от приблизительно 0,3 мм до приблизительно 1,5 мм, от приблизительно 0,4 мм до приблизительно 1,5 мм, в диапазоне от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 1,1 мм, от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 1,1 мм, от приблизительно 0,2 мм до приблизительно 1,1 мм, от приблизительно 0,3 мм до приблизительно 1,1 мм, от приблизительно 0,4 мм до приблизительно 1,1 мм, от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 1,4 мм, от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 1,2 мм, от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 1,1 мм, от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 1 мм, от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 0,9 мм, от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 0,8 мм, от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 0,7 мм, от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 0,6 мм, от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 0,5 мм, от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 0,5 мм, или от приблизительно 0,3 мм до приблизительно 0,5 мм).

[0061] Фиг. 4 представляет собой иллюстрацию профиля напряжений в поперечном сечении химически упрочненного стеклянного изделия 300 вдоль его толщины 330 (изображенной вдоль оси X). Величина напряжения показана на оси Y, где линия 301 представляет нулевое напряжение.

[0062] Профиль 312 напряжений включает в себя слой CS 315 (со значением поверхностного CS 310), который простирается от одной или обеих из первой главной поверхности 302 и второй главной поверхности 304 DOC 330, а также слой CT 325 (со значением CT 320), который простирается от DOC 330 до центральной части изделия.

[0063] Используемый в настоящем документе термин DOC относится к глубине, на которой напряжение внутри стеклянного изделия изменяется со сжимающего на растягивающее. На глубине DOC напряжение изменяется с положительного (сжимающего) напряжения на отрицательное (растягивающее) напряжение (например, 330 на Фиг. 5), и таким образом имеет значение напряжения, равное нулю.

[0064] Слой CS имеет связанную глубину или длину 317, простирающуюся от главной поверхности 302, 304 до глубины DOC 330. Слой CT 325 также имеет связанную глубину или длину 327 (область или слой CT).

[0065] Поверхностное CS 310 может составлять приблизительно 150 МПа или больше или приблизительно 200 МПа или больше (например, приблизительно 250 МПа или больше, приблизительно 300 МПа или больше, приблизительно 400 МПа или больше, приблизительно 450 МПа или больше, приблизительно 500 МПа или больше, или приблизительно 550 МПа или больше). Поверхностное CS 310 может составлять вплоть до приблизительно 900 МПа, приблизительно 1000 МПа, приблизительно 1100 МПа или приблизительно 1200 МПа. В одном или более вариантах осуществления поверхностное CS 310 может находиться в диапазоне от приблизительно 150 МПа до приблизительно 1200 МПа, от приблизительно 200 МПа до приблизительно 1200 МПа, от приблизительно 250 МПа до приблизительно 1200 МПа, от приблизительно 300 МПа до приблизительно 1200 МПа, от приблизительно 350 МПа до приблизительно 1200 МПа, от приблизительно 400 МПа до приблизительно 1200 МПа, от приблизительно 450 МПа до приблизительно 1200 МПа, от приблизительно 500 МПа до приблизительно 1200 МПа, от приблизительно 200 МПа до приблизительно 1100 МПа, от приблизительно 200 МПа до приблизительно 1000 МПа, от приблизительно 200 МПа до приблизительно 900 МПа, от приблизительно 200 МПа до приблизительно 800 МПа, от приблизительно 200 МПа до приблизительно 700 МПа, от приблизительно 200 МПа до приблизительно 600 МПа, от приблизительно 200 МПа до приблизительно 500 МПа, от приблизительно 300 МПа до приблизительно 900 МПа, или от приблизительно 400 МПа до 600 МПа.

[0066] CT 320 может составлять приблизительно 25 МПа или больше, приблизительно 50 МПа или больше, приблизительно 75 МПа или больше, или приблизительно 85 МПа или больше, или приблизительно 100 МПа или больше (например, приблизительно 150 МПа или больше, приблизительно 200 МПа или больше, 250 МПа или больше, или приблизительно 300 МПа или больше). В некоторых вариантах осуществления CT 320 может находиться в диапазоне от приблизительно 50 МПа до приблизительно 400 МПа, (например, от приблизительно 75 МПа до приблизительно 400 МПа, от приблизительно 100 МПа до приблизительно 400 МПа, от приблизительно 150 МПа до приблизительно 400 МПа, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 350 МПа, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 300 МПа, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 250 МПа, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 200 МПа, от приблизительно 100 МПа до приблизительно 400 МПа, от приблизительно 100 МПа до приблизительно 300 МПа, от приблизительно 150 МПа до приблизительно 250 МПа). Используемый в настоящем документе термин CT представляет собой максимальную величину центрального напряжения в стеклянном изделии.

[0067] Следует отметить, что любое одно или больше из значений поверхностного CS 310 и CT 320 могут зависеть от толщины стеклянного изделия. Например, стеклянные изделия, имеющие толщину приблизительно 0,8 мм, могут иметь значение CT приблизительно 100 МПа или больше. В одном или более вариантах осуществления стеклянные изделия, имеющие толщину приблизительно 0,4 мм, могут иметь значение CT приблизительно 130 МПа или больше. В некоторых вариантах осуществления CT может быть выражено в терминах толщины t стеклянного изделия. Например, одном или более вариантах осуществления CT может составлять приблизительно (100 МПа)/√(t/1 мм) или больше, где t - толщина в мм. В некоторых вариантах осуществления CT может составлять приблизительно (105 МПа)/√(t/1 мм) или больше, (110 МПа)/√(t/1 мм) или больше, (115 МПа)/√(t/1 мм) или больше, (120 МПа)/√(t/1 мм) или больше или (125 МПа)/√(t/1 мм) или больше.

[0068] CT 320 может находиться в диапазоне от приблизительно 0,3⋅t до приблизительно 0,7⋅t, от приблизительно 0,4⋅t до приблизительно 0,6⋅t или от приблизительно 0,45⋅t до приблизительно 0,55⋅t. Следует отметить, что любое одно или больше из значений поверхностного CS 310 и CT 320 могут зависеть от толщины изделия на основе стекла. Например, изделия на основе стекла, имеющие толщину приблизительно 0,8 мм, могут иметь значение CT приблизительно 75 МПа или меньше. Когда толщина изделий на основе стекла уменьшается, CT может увеличиваться. Другими словами, CT увеличивается с уменьшением толщины (или по мере того, как изделие на основе стекла становится более тонким).

[0069] Модуль Юнга стеклянного изделия может влиять на значение CT описанных в настоящем документе упрочненных стеклянных изделий. В частности, по мере того, как модуль Юнга стеклянного изделия уменьшается, стеклянное изделие может быть упрочнено так, чтобы оно имело более низкое CT для данной толщины, и при этом все еще проявляло описанное в настоящем документе поведение при растрескивании. Например, при сравнении стеклянного изделия толщиной 1 мм, имеющего относительно более низкий модуль Юнга, чем другое стекло толщиной 1 мм, имеющее более высокий модуль Юнга, стеклянное изделие с более низким модулем Юнга может быть упрочнено в меньшей степени (то есть до относительно более низкого значения CT), и при этом все еще может проявлять то же самое поведение при растрескивании, что и стекло с более высоким модулем Юнга (которое имеет более высокое значение CT по сравнению со значением CT стеклянного изделия).

[0070] В некоторых вариантах осуществления отношение CT 320 к поверхностному CS находится в диапазоне от приблизительно 0,05 до приблизительно 1 (например, в диапазоне от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,5, от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,3, от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,2, от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,1, от приблизительно 0,5 до приблизительно 0,8, от приблизительно 0,5 до приблизительно 1, от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,5, от приблизительно 0,3 до приблизительно 0,5). В известных химически упрочненных стеклянных изделиях отношение CT 320 к поверхностному CS составляет 0,1 или меньше. В некоторых вариантах осуществления значение поверхностного CS может превышать значение CT в 1,5 раза (или в 2 раза, или в 2,5 раза) или больше. В некоторых вариантах осуществления значение поверхностного CS может составлять вплоть до приблизительно 20-кратного значения CT.

[0071] В одном или более вариантах осуществления профиль 312 напряжений содержит максимальное CS, которое является обычно поверхностным CS 310 и может быть найдено в одной или обеих из первой поверхности 302 и второй поверхности 304. В одном или более вариантах осуществления слой CS или область 315 простирается вдоль части толщины до DOC 317 и CT 320. В одном или более вариантах осуществления DOC 317 может составлять приблизительно 0,1⋅t или больше. Например, DOC 317 может составлять приблизительно 0,12⋅t или больше, приблизительно 0,14⋅t или больше, приблизительно 0,15⋅t или больше, приблизительно 0,16⋅t или больше, 0,17⋅t или больше, 0,18⋅t или больше, 0,19⋅t или больше, 0,20⋅t или больше, приблизительно 0,21⋅t или больше или вплоть до приблизительно 0,25⋅t. В некоторых вариантах осуществления DOC 317 имеет меньшее значение, чем максимальная химическая глубина 342. Максимальная химическая глубина 342 может составлять приблизительно 0,4⋅t или больше, 0,5⋅t или больше, приблизительно 55⋅t или больше, или приблизительно 0,6⋅t или больше.

[0072] В одном или более вариантах осуществления изделие на основе стекла имеет DOL калия в диапазоне от приблизительно 6 мкм до приблизительно 20 мкм. В некоторых вариантах осуществления DOL калия может быть выражена как функция от толщины t изделия на основе стекла. В одном или более вариантах осуществления DOL калия может находиться в диапазоне от приблизительно 0,005t до приблизительно 0,05t. В некоторых вариантах осуществления DOL калия может находиться в диапазоне от приблизительно 0,005t до приблизительно 0,05t, от приблизительно 0,005t до приблизительно 0,045t, от приблизительно 0,005t до приблизительно 0,04t, от приблизительно 0,005t до приблизительно 0,035t, от приблизительно 0,005t до приблизительно 0,03t, от приблизительно 0,005t до приблизительно 0,025t, от приблизительно 0,005t до приблизительно 0,02t, от приблизительно 0,005t до приблизительно 0,015t, от приблизительно 0,005t до приблизительно 0,01t, от приблизительно 0,006t до приблизительно 0,05t, от приблизительно 0,008t до приблизительно 0,05t, от приблизительно 0,01t до приблизительно 0,05t, от приблизительно 0,015t до приблизительно 0,05t, от приблизительно 0,02t до приблизительно 0,05t, от приблизительно 0,025t до приблизительно 0,05t, от приблизительно 0,03t до приблизительно 0,05t или от приблизительно 0,01t до приблизительно 0,02t.

[0073] В одном или более вариантах осуществления значение сжимающего напряжения на глубине DOL калия может находиться в диапазоне от приблизительно 50 МПа до приблизительно 300 МПа. В некоторых вариантах осуществления значение сжимающего напряжения на глубине DOL калия может находиться в диапазоне от приблизительно 50 МПа до приблизительно 280 МПа, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 260 МПа, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 250 МПа, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 240 МПа, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 220 МПа, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 200 МПа, от приблизительно 60 МПа до приблизительно 300 МПа, от приблизительно 70 МПа до приблизительно 300 МПа, от приблизительно 75 МПа до приблизительно 300 МПа, от приблизительно 80 МПа до приблизительно 300 МПа, от приблизительно 90 МПа до приблизительно 300 МПа, от приблизительно 100 МПа до приблизительно 300 МПа, от приблизительно 1100 МПа до приблизительно 300 МПа, от приблизительно 120 МПа до приблизительно 300 МПа, от приблизительно 130 МПа до приблизительно 300 МПа или от приблизительно 150 МПа до приблизительно 300 МПа.

[0074] В одном или более вариантах осуществления стеклянное изделие имеет комбинацию поверхностного CS в диапазоне от приблизительно 450 МПа до приблизительно 600 МПа, CT в диапазоне от приблизительно 200 до 300 МПа и толщины в диапазоне от приблизительно 0,4 мм до 0,5 мм. В некоторых вариантах осуществления DOC стеклянного изделия находится в диапазоне от приблизительно 0,18t до приблизительно 0,21t.

[0075] В одном или более вариантах осуществления стеклянное изделие имеет комбинацию поверхностного CS в диапазоне от приблизительно 350 МПа до приблизительно 450 МПа, CT в диапазоне от приблизительно 150 до 250 МПа и толщины в диапазоне от приблизительно 0,4 мм до 0,5 мм. В некоторых вариантах осуществления DOC стеклянного изделия находится в диапазоне от приблизительно 0,18t до приблизительно 0,21t.

[0076] В одном или более вариантах осуществления стеклянные изделия имеют максимальную химическую глубину приблизительно 0,4⋅t или больше, 0,5⋅t или больше, приблизительно 55⋅t или больше, или приблизительно 0,6⋅t или больше. Используемый в настоящем документе термин «химическая глубина» означает глубину, на которую ион оксида металла или оксида щелочного металла (например, ион металла или ион щелочного металла) диффундирует в стеклянное изделие, и глубину, на которой концентрация этого иона достигает минимального значения, определяемого электронным микрозондовым анализом (EPMA). Этот ион представляет собой ион, диффундирующий в химически упрочненное стеклянное изделие в результате ионного обмена. Максимальная химическая глубина относится к максимальной глубине диффузии любого иона, участвующего в химическом упрочнении стеклянного изделия с помощью процесса ионного обмена. Например, когда ванна расплава соли имеет более одного вида диффундирующих ионов (то есть представляет собой ванну расплава солей NaNO₃ и KNO₃), различная разновидности ионов могут диффундировать в химически упрочненные стеклянные изделия на разные глубины. Максимальная химическая глубина представляет собой самую большую глубину диффузии всех разновидностей ионов, обмениваемых в химически упрочненном стеклянном изделии.

[0077] В одном или более вариантах осуществления профиль 312 напряжений может быть описан как имеющий параболическую форму. В некоторых вариантах осуществления профиль напряжений вдоль области или глубины изделия на основе стекла, показывающий растягивающее напряжение, имеет параболическую форму. В одном или более конкретных вариантах осуществления профиль 312 напряжений не содержит части постоянного напряжения (то есть сжимающего или растягивающего) или части, которая содержит по существу постоянное напряжение (то есть сжимающее или растягивающее). В некоторых вариантах осуществления область CT имеет такой профиль напряжений, который по существу не содержит постоянного напряжения или по существу постоянного напряжения. В одном или более вариантах осуществления все точки профиля 312 напряжений между диапазоном толщин от приблизительно 0t до приблизительно 0,2⋅t и более чем 0,8⋅t (или от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,3⋅t и более чем 0,7⋅t) находятся на линии, наклон которой составляет меньше чем приблизительно -0,1 МПа/мкм или больше чем приблизительно 0,1 МПа/мкм. В некоторых вариантах осуществления этот наклон может быть меньше чем приблизительно -0,2 МПа/мкм или больше чем приблизительно 0,2 МПа/мкм. В некоторых более конкретных вариантах осуществления этот наклон может быть меньше чем приблизительно -0,3 МПа/мкм или больше чем приблизительно 0,3 МПа/мкм. В еще более конкретных вариантах осуществления этот наклон может быть меньше чем приблизительно -0,5 МПа/мкм или больше чем приблизительно 0,5 МПа/мкм. Другими словами, профиль напряжений одного или более вариантов осуществления вдоль этих диапазонов толщины (то есть от 0⋅t до приблизительно 2⋅t и больше чем 0,8t, или от приблизительно 0t до приблизительно 0,3⋅t и 0,7⋅t или больше) исключает точки, имеющие описанный наклон. Не ограничиваясь теорией, известная функция ошибки или квазилинейные профили напряжений имеют точки вдоль этих диапазонов толщины (то есть от приблизительно 0⋅t до приблизительно 2⋅t и больше чем 0,8⋅t, или от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,3⋅t и 0,7⋅t или больше), которые имеют наклон в диапазоне от приблизительно -0,1 МПа/мкм до приблизительно 0,1 МПа/мкм, от приблизительно -0,2 МПа/мкм до приблизительно 0,2 МПа/мкм, от приблизительно -0,3 МПа/мкм до приблизительно 0,3 МПа/мкм, или от приблизительно -0,5 МПа/мкм до приблизительно 0,5 МПа/мкм (что указывает на плоский или имеющий нулевой наклон профиль напряжений вдоль таких диапазонов толщины, как показано на Фиг. 3, 220). Изделия на основе стекла одного или более вариантов осуществления настоящего изобретения не обладают таким профилем напряжений, имеющим плоский или с нулевым наклоном профиль напряжений вдоль этих диапазонов толщины, как показано на Фиг. 4.

[0078] В одном или более вариантах осуществления изделие на основе стекла имеет такой профиль напряжений в диапазоне толщин от приблизительно 0,1⋅t до 0,3⋅t и от приблизительно 0,7⋅t до 0,9⋅t, который имеет максимальный наклон и минимальный наклон. В некоторых случаях, разность между максимальным наклоном и минимальным наклоном составляет приблизительно 3,5 МПа/мкм или меньше, приблизительно 3 МПа/мкм или меньше, приблизительно 2,5 МПа/мкм или меньше, или приблизительно 2 МПа/мкм или меньше.

[0079] В одном или более вариантах осуществления изделие на основе стекла имеет профиль 312 напряжений, который по существу не содержит каких-либо линейных сегментов, которые проходят в направлении глубины или вдоль по меньшей мере части толщины t этого изделия на основе стекла. Другими словами, профиль 312 напряжений по существу непрерывно увеличивается или уменьшается вдоль толщины t. В некоторых вариантах осуществления профиль напряжений по существу не содержит каких-либо линейных сегментов в направлении глубины, имеющих длину приблизительно 10 мкм или больше, приблизительно 50 мкм или больше, или приблизительно 100 мкм или больше, или приблизительно 200 мкм или больше. Используемый в настоящем документе термин «линейный» относится к наклону вдоль линейного сегмента, имеющему величину меньше чем приблизительно 5 МПа/мкм, или меньше чем приблизительно 2 МПа/мкм. В некоторых вариантах осуществления одна или более частей профиля напряжений, которые по существу не содержат каких-либо линейных сегментов в направлении глубины, присутствуют внутри изделия на основе стекла на глубинах приблизительно 5 мкм или больше (например, 10 мкм или больше, или 15 мкм или больше) от одной или от обеих из первой поверхности и второй поверхности. Например, вдоль глубины от приблизительно 0 мкм до менее чем приблизительно 5 мкм от первой поверхности профиль напряжений может включать в себя линейные сегменты, но начиная от глубины приблизительно 5 мкм или больше от первой поверхности профиль напряжений может по существу не содержать линейных сегментов.

[0080] В некоторых вариантах осуществления профиль напряжений может включать в себя линейные сегменты на глубинах от приблизительно 0t до приблизительно 0,1t, и может по существу не содержать линейных сегментов на глубинах от приблизительно 0,1t до приблизительно 0,4t. В некоторых вариантах осуществления профиль напряжений от толщины в диапазоне от приблизительно 0t до приблизительно 0,1t может иметь наклон в диапазоне от приблизительно 20 МПа/мкм до приблизительно 200 МПа/мкм. Как будет описано в настоящем документе, такие варианты осуществления могут быть сформированы с использованием одиночного ионообменного процесса, в котором ванна включает в себя две или более солей щелочного металла, или с использованием многократного (например, 2 или более раз) ионообменного процесса, в котором ванна является смешанной ванной солей щелочного металла.

[0081] В одном или более вариантах осуществления изделие на основе стекла может быть описано в терминах формы профиля напряжений вдоль области CT (327 на Фиг. 4). Например, в некоторых вариантах осуществления профиль напряжений вдоль области CT (где напряжение является растягивающим) может быть аппроксимирован уравнением. В некоторых вариантах осуществления профиль напряжений вдоль области CT может быть аппроксимирован Уравнением (1):

Stress(x)=MaxT - (((CT_n ⋅ (n+1))/0,5ⁿ)⋅|(x/t)-0,5|ⁿ) (1)

В Уравнении (1) Stress(x) является значением напряжения в положении x. Здесь напряжение является положительным (растягивающим). В Уравнении (1) MaxT представляет собой максимальное значение напряжения, а CT_n представляет собой значение напряжения в точке n, которое меньше или равно MaxT. MaxT и CT_n являются положительными и измеряются в МПа. Значение x является положением вдоль толщины (t) в мкм, с диапазоном от 0 до t; x=0 соответствует одной поверхности (302 на Фиг. 4), x=0,5t соответствует центру изделия на основе стекла, где stress(x)=MaxCT, и x=t соответствует противоположной поверхности (304 на Фиг. 4). Значение MaxT, используемое в Уравнении (1), эквивалентно значению CT, которое может быть меньше чем приблизительно 71,5/√(t). В некоторых вариантах осуществления значение MaxT, используемое в Уравнении (1), может находиться в диапазоне от приблизительно 50 МПа до приблизительно 80 МПа (например, от приблизительно 60 МПа до приблизительно 80 МПа, от приблизительно 70 МПа до приблизительно 80 МПа, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 75 МПа, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 70 МПа, или от приблизительно 50 МПа до приблизительно 65 МПа), а n представляет собой регулировочный параметр, имеющий значение от 1,5 до 5 (например от 2 до 4, от 2 до 3 или от 1,8 до 2,2) или от приблизительно 1,5 до приблизительно 2. В одном или более вариантах осуществления значение n=2 может обеспечивать параболический профиль напряжений, показатели степени, отклоняющиеся от n=2, обеспечивают профили напряжения, близкие к параболическим. Фиг. 5 представляет собой график, иллюстрирующий различные профили напряжений в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения, основанные на изменениях регулировочного параметра n.

[0082] В одном или более вариантах осуществления значение CT_n может быть меньше чем значение MaxT, когда имеется пик сжимающего напряжения на одной или обеих основных поверхностях изделия на основе стекла. В одном или более вариантах осуществления значение CT_n равно MaxT, когда нет никаких пиков сжимающего напряжения на одной или обеих основных поверхностях изделия на основе стекла.

[0083] В некоторых вариантах осуществления профиль напряжений может быть модифицирован с помощью термической обработки. В таких вариантах осуществления термическая обработка может выполняться перед любыми ионообменными процессами, между ионообменными процессами, или после всех ионообменных процессов. В некоторых вариантах осуществления термообработка может привести к уменьшению наклона профиля напряжения на поверхности или вблизи нее. В некоторых вариантах осуществления, в которых требуется более крутой или больший наклон у поверхности, процесс ионного обмена после термической обработки может быть использован для обеспечения «пика» или для увеличения наклона профиля напряжения на поверхности или вблизи от нее.

[0084] В одном или более вариантах осуществления профиль 312 напряжений (и/или оценочный профиль 340 напряжений) создается благодаря ненулевой концентрации оксида (оксидов) металла, которая изменяется вдоль некоторой части толщины. Такая вариация концентрации может упоминаться в настоящем документе как градиент. В некоторых вариантах осуществления эта концентрация оксида металла является отличной от нуля и изменяется вдоль диапазона толщины от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,3⋅t. В некоторых вариантах осуществления эта концентрация оксида металла является отличной от нуля и изменяется вдоль диапазона толщины от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,35⋅t, от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,4⋅t, от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,45⋅t или от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,48⋅t. Оксид металла может быть описан как создающий напряжение в изделии на основе стекла. Вариация концентрации может быть непрерывной вдоль вышеупомянутых диапазонов толщины. Вариация концентрации может включать в себя изменение концентрации оксида металла приблизительно на 0,2 мол.% вдоль сегмента толщины длиной приблизительно 100 мкм. Это изменение может быть измерено с помощью известных в данной области техники способов, включая микрозонд, как показано в Примере 1. Оксид металла, концентрация которого является отличной от нуля и изменяется вдоль некоторой части толщины, может быть описан как создающий напряжение в изделии на основе стекла.

[0085] Вариация концентрации может быть непрерывной вдоль вышеупомянутых диапазонов толщины. В некоторых вариантах осуществления вариация концентрации может быть непрерывной вдоль сегментов толщины в диапазоне от приблизительно 10 мкм до приблизительно 30 мкм. В некоторых вариантах осуществления концентрация оксида металла уменьшается от первой поверхности до точки между первой поверхностью и второй поверхностью, и увеличивается от этой точки до второй поверхности.

[0086] Концентрация оксида металла может включать в себя более чем один оксид металла (например, комбинацию Na₂O и K₂O). В некоторых вариантах осуществления, в которых используются два оксида металла, и в которых радиусы ионов различаются, концентрация ионов, имеющих больший радиус, является более высокой, чем концентрация ионов, имеющих меньший радиус, на небольших глубинах, в то время как на больших глубинах концентрация ионов, имеющих меньший радиус, является более высокой, чем концентрация ионов, имеющих больший радиус. Например, когда в процессе ионного обмена используется одна ванна, содержащая Na и K, концентрация ионов K⁺ в изделии на основе стекла является более высокой, чем концентрация ионов Na⁺, на меньших глубинах, в то время как концентрация ионов Na⁺ является более высокой, чем концентрация ионов K⁺, на больших глубинах. Это частично обуславливается разницей в размерах ионов. В таких основанных на стекле изделиях область на или около поверхности имеет большее значение CS благодаря большему количеству больших ионов (то есть K⁺) на или около поверхности. Это большее значение CS может проявляться профилем напряжений, имеющим более крутой наклон на или около поверхности (то есть пик профиля напряжений на поверхности).

[0087] Градиент концентраций или вариация одного или более оксидов металла создаются, как было ранее описано в настоящем документе, путем химического упрочнения подложки на основе стекла, в которой множество первых ионов металла в подложке на основе стекла обменивается со множеством вторых ионов металла. Эти первые ионы могут быть ионами лития, натрия, калия и рубидия. Вторые ионы металла могут быть ионами одного металла из натрия, калия, рубидия и цезия, с той оговоркой, что второй ион щелочного металла имеет радиус больше, чем у первого иона щелочного металла. Второй ион металла присутствует в подложке на основе стекла в виде его оксида (например, Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O или их комбинации).

[0088] В одном или более вариантах осуществления градиент концентраций оксида металла проходит через существенную часть толщины t или через всю толщину t изделия на основе стекла, включая слой CT 327. В одном или более вариантах осуществления концентрация оксида металла составляет приблизительно 0,5 мол.% или больше в слое CT 327. В некоторых вариантах осуществления концентрация оксида металла может составлять приблизительно 0,5 мол.% или больше (например, приблизительно 1 мол.% или больше) вдоль всей толщины изделия на основе стекла, и является максимальной на первой поверхности 302 и/или на второй поверхности 304, и уменьшается по существу постоянно до точки между первой поверхностью 302 и второй поверхностью 304. В этой точке концентрация оксида металла является минимальной вдоль всей толщины t; однако эта концентрация также является ненулевой. Другими словами, ненулевая концентрация этого конкретного оксида металла простирается вдоль существенной части толщины t (как описано в настоящем документе) или всей толщины t. В некоторых вариантах осуществления минимальная концентрация этого конкретного оксида металла находится в слое CT 327. Полная концентрация конкретного оксида металла в изделии на основе стекла может находиться в диапазоне от приблизительно 1 мол.% до приблизительно 20 мол.%.

[0089] В одном или более вариантах осуществления изделие на основе стекла включает в себя первую концентрацию оксида металла и вторую концентрацию оксида металла, так что первая концентрация оксида металла находится в диапазоне от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 15 мол.% вдоль первого диапазона толщины от приблизительно 0t до приблизительно 0,5t, а вторая концентрация оксида металла находится в диапазоне от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 10 мол.% вдоль второго диапазона толщины от приблизительно 0 мкм до приблизительно 25 мкм (или от приблизительно 0 мкм до приблизительно 12 мкм); однако концентрация одного или обоих из первого оксида металла и второго оксида металла является ненулевой вдоль существенной части или всей толщины изделия на основе стекла. Изделие на основе стекла может дополнительно включать в себя некоторую концентрацию третьего оксида металла. Первый оксид металла может включать в себя Na₂O, в то время как второй оксид металла может включать в себя K₂O.

[0090] Концентрация оксида металла может быть определена из базового количества оксида металла в изделии на основе стекла до модификации для включения градиента концентрации такого оксида металла.

[0091] В некоторых вариантах осуществления профиль напряжений может быть модифицирован с помощью термической обработки. В таких вариантах осуществления термическая обработка может выполняться перед любыми ионообменными процессами, между ионообменными процессами, или после всех ионообменных процессов. В некоторых вариантах осуществления термообработка может привести к уменьшению наклона профиля напряжения на поверхности или вблизи нее. В некоторых вариантах осуществления, в которых требуется более крутой или больший наклон у поверхности, процесс ионного обмена после термической обработки может быть использован для обеспечения «пика» или для увеличения наклона профиля напряжения на поверхности или вблизи от нее.

[0092] В одном или более вариантах осуществления профиль 312 напряжений создается благодаря ненулевой концентрации оксида (оксидов) металла, которая изменяется вдоль части толщины. Такая вариация концентрации может упоминаться в настоящем документе как градиент. В некоторых вариантах осуществления эта концентрация оксида металла является отличной от нуля и изменяется вдоль диапазона толщины от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,3⋅t. В некоторых вариантах осуществления эта концентрация оксида металла является отличной от нуля и изменяется вдоль диапазона толщины от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,35⋅t, от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,4⋅t, от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,45⋅t или от приблизительно 0⋅t до приблизительно 0,48⋅t. Оксид металла может быть описан как создающий напряжение в изделии на основе стекла. Вариация концентрации может быть непрерывной вдоль вышеупомянутых диапазонов толщины. Вариация концентрации может включать в себя изменение концентрации оксида металла приблизительно на 0,2 мол.% вдоль сегмента толщины длиной приблизительно 100 мкм. Это изменение может быть измерено с помощью известных в данной области техники способов, включая микрозонд, как показано в Примере 1. Оксид металла, концентрация которого является отличной от нуля и изменяется вдоль некоторой части толщины, может быть описан как создающий напряжение в изделии на основе стекла.

[0093] Вариация концентрации может быть непрерывной вдоль вышеупомянутых диапазонов толщины. В некоторых вариантах осуществления вариация концентрации может быть непрерывной вдоль сегментов толщины в диапазоне от приблизительно 10 мкм до приблизительно 30 мкм. В некоторых вариантах осуществления концентрация оксида металла уменьшается от первой поверхности до точки между первой поверхностью и второй поверхностью, и увеличивается от этой точки до второй поверхности.

[0094] Концентрация оксида металла может включать в себя более чем один оксид металла (например, комбинацию Na₂O и K₂O). В некоторых вариантах осуществления, в которых используются два оксида металла, и в которых радиусы ионов различаются, концентрация ионов, имеющих больший радиус, является более высокой, чем концентрация ионов, имеющих меньший радиус, на небольших глубинах, в то время как на больших глубинах концентрация ионов, имеющих меньший радиус, является более высокой, чем концентрация ионов, имеющих больший радиус. Например, когда в процессе ионного обмена используется одна ванна, содержащая Na и K, концентрация ионов K⁺ в изделии на основе стекла является более высокой, чем концентрация ионов Na⁺, на меньших глубинах, в то время как концентрация ионов Na⁺ является более высокой, чем концентрация ионов K⁺, на больших глубинах. Это частично обуславливается разницей в размерах ионов. В таких основанных на стекле изделиях область на или около поверхности имеет большее значение CS благодаря большему количеству больших ионов (то есть K⁺) на или около поверхности. Это большее значение CS может проявляться профилем напряжений, имеющим более крутой наклон на или около поверхности (то есть пик профиля напряжений на поверхности).

[0095] Градиент концентраций или вариация одного или более оксидов металла создаются, как было ранее описано в настоящем документе, путем химического упрочнения подложки на основе стекла, в которой множество первых ионов металла в подложке на основе стекла обменивается со множеством вторых ионов металла. Эти первые ионы могут быть ионами лития, натрия, калия и рубидия. Вторые ионы металла могут быть ионами одного металла из натрия, калия, рубидия и цезия, с той оговоркой, что второй ион щелочного металла имеет радиус больше, чем у первого иона щелочного металла. Второй ион металла присутствует в подложке на основе стекла в виде его оксида (например, Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O или их комбинации).

[0096] В одном или более вариантах осуществления градиент концентраций оксида металла проходит через существенную часть толщины t или через всю толщину t изделия на основе стекла, включая слой CT 327. В одном или более вариантах осуществления концентрация оксида металла составляет приблизительно 0,5 мол.% или больше в слое CT 327. В некоторых вариантах осуществления концентрация оксида металла может составлять приблизительно 0,5 мол.% или больше (например, приблизительно 1 мол.% или больше) вдоль всей толщины изделия на основе стекла, и является максимальной на первой поверхности 302 и/или на второй поверхности 304, и уменьшается по существу постоянно до точки между первой поверхностью 302 и второй поверхностью 304. В этой точке концентрация оксида металла является минимальной вдоль всей толщины t; однако эта концентрация также является ненулевой. Другими словами, ненулевая концентрация этого конкретного оксида металла простирается вдоль существенной части толщины t (как описано в настоящем документе) или всей толщины t. В некоторых вариантах осуществления минимальная концентрация этого конкретного оксида металла находится в слое CT 327. Полная концентрация конкретного оксида металла в изделии на основе стекла может находиться в диапазоне от приблизительно 1 мол.% до приблизительно 20 мол.%.

[0097] В одном или более вариантах осуществления изделие на основе стекла включает в себя первую концентрацию оксида металла и вторую концентрацию оксида металла, так что первая концентрация оксида металла находится в диапазоне от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 15 мол.% вдоль первого диапазона толщины от приблизительно 0t до приблизительно 0,5t, а вторая концентрация оксида металла находится в диапазоне от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 10 мол.% вдоль второго диапазона толщины от приблизительно 0 мкм до приблизительно 25 мкм (или от приблизительно 0 мкм до приблизительно 12 мкм); однако концентрация одного или обоих из первого оксида металла и второго оксида металла является ненулевой вдоль существенной части или всей толщины изделия на основе стекла. Изделие на основе стекла может дополнительно включать в себя некоторую концентрацию третьего оксида металла. Первый оксид металла может включать в себя Na₂O, в то время как второй оксид металла может включать в себя K₂O.

[0098] Концентрация оксида металла может быть определена из базового количества оксида металла в стеклянном изделии до модификации для включения градиента концентрации такого оксида металла.

[0099] Описанные в настоящем документе стеклянные изделия могут иметь сохраненную энергию растяжения в диапазоне от более чем 15 Дж/м² или больше (например, от приблизительно 15 Дж/м² до приблизительно 50 Дж/м²). Например, в некоторых вариантах осуществления эта сохраненная энергия растяжения может находиться в диапазоне от приблизительно 20 Дж/м² до приблизительно 150 Дж/м². В некоторых случаях сохраненная энергия растяжения может находиться в диапазоне от приблизительно 25 Дж/м² до приблизительно 150 Дж/м², от приблизительно 30 Дж/м² до приблизительно 150 Дж/м², от приблизительно 35 Дж/м² до приблизительно 150 Дж/м², от приблизительно 40 Дж/м² до приблизительно 150 Дж/м², от приблизительно 45 Дж/м² до приблизительно 150 Дж/м², от приблизительно 50 Дж/м² до приблизительно 150 Дж/м², от приблизительно 55 Дж/м² до приблизительно 150 Дж/м², от приблизительно 60 Дж/м² до приблизительно 150 Дж/м², от приблизительно 65 Дж/м² до приблизительно 150 Дж/м², от приблизительно 25 Дж/м² до приблизительно 140 Дж/м², от приблизительно 25 Дж/м² до приблизительно 130 Дж/м², от приблизительно 25 Дж/м² до приблизительно 120 Дж/м², от приблизительно 25 Дж/м² до приблизительно 110 Дж/м², от приблизительно 30 Дж/м² до приблизительно 140 Дж/м², от приблизительно 35 Дж/м² до приблизительно 130 Дж/м², от приблизительно 40 Дж/м² до приблизительно 120 Дж/м² или от приблизительно 40 Дж/м² до приблизительно 100 Дж/м². Термически и химически упрочненные основанные на стекле изделия одного или более вариантов осуществления могут иметь сохраненную энергию растяжения приблизительно 40 Дж/м² или больше, приблизительно 45 Дж/м² или больше, приблизительно 50 Дж/м² или больше, приблизительно 60 Дж/м² или больше, или приблизительно 70 Дж/м² или больше.

[00100] Сохраненная энергия растяжения вычисляется с использованием следующего Уравнения (2):

Сохраненная энергия растяжения (Дж/м²)=[1-ν]/E ∫σ^2dt (2)

где ν - коэффициент Пуассона, E - модуль Юнга, а интеграл вычисляется только для растягиваемой области. Уравнение (2) описывается в публикации Suresh T. Gulati, Frangibility of Tempered Soda-Lime Glass Sheet, GLASS PROCESSING DAYS, The Fifth International Conference on Architectural and Automotive Glass, 13-15 Sept. 1997 как уравнение 4.

[00101] Стеклянные изделия некоторых вариантов осуществления обладают более высокими механическими характеристиками по сравнению с известными упрочненными стеклянными изделиями, что демонстрируется тестом падения устройства или тестированием на уровне его компонентов. В одном или более вариантах осуществления стеклянные изделия показывают улучшенную поверхностную прочность при их подвергании абразивному испытанию «кольцо на кольце» (AROR). Прочность материала определяется как напряжение, при котором происходит растрескивание. Тест AROR представляет собой измерение поверхностной прочности для тестирования плоских стеклянных образцов, и стандарт ASTM C1499-09 (2013) «Стандартный метод испытаний на монотонную прочность на равномерный двухосный изгиб конструкционной керамики при температуре окружающей среды» служит в качестве основы для методологии абразивного испытания AROR, описанной в настоящем документе. Содержание стандарта ASTM C1499-09 включено в настоящий документ посредством ссылки во всей его полноте. В одном варианте осуществления стеклянный образец подвергается абразивному испытанию перед испытанием «кольцо на кольце» с помощью частиц карбида кремния (SiC) с зернистостью 90, которые доставляются к стеклянному образцу с использованием способа и устройства, описанных в Приложении A2 «Процедуры истирания» стандарта ASTM C158-02 (2012) «Стандартные методы испытаний на прочность стекла путем изгиба (определение модуля разрыва)». Содержание стандарта ASTM C158-02 и в частности его Приложения 2 включено в настоящий документ посредством ссылки во всей его полноте.

[00102] Перед испытанием «кольцо на кольце» поверхность стеклянного изделия подвергается истиранию, описанному в стандарте ASTM C158-02, Приложение 2, для нормализации и/или управления условиями образования дефектов поверхности образца, с использованием устройства, показанного на Фиг. A2.1 стандарта ASTM C158-02. Абразивный материал обычно направляется пескоструйным аппаратом на поверхность 110 стеклянного изделия при нагрузке или давлении 15 фунтов на кв.дюйм или больше с использованием давления воздуха 304 кПа (44 фунта на кв.дюйм). В некоторых вариантах осуществления абразивный материал может направляться пескоструйным аппаратом на поверхность 110 при нагрузке 20 фунтов на кв.дюйм, 25 фунтов на кв.дюйм или даже 45 фунтов на кв.дюйм. После того, как воздушный поток установлен, 5 см³ абразивного материала подаются в трубу, и образец обрабатывается пескоструйным аппаратом в течение 5 с после введения абразивного материала.

[00103] Для теста «кольцо на кольце» стеклянное изделие, имеющее по меньшей мере одну истертую поверхность 112, как показано на Фиг. 5, помещается между двумя концентрическими кольцами разного размера для того, чтобы определить равномерную двухосную прочность на изгиб или разрушающую нагрузку (то есть максимальное напряжение, которое материал способен выдерживать при его подвергании изгибу между двумя концентрическими кольцами), что также показано на Фиг. 5. В истертой конфигурации 10 кольца на кольце истертое стеклянное изделие 110 поддерживается поддерживающим кольцом 120, имеющим диаметр D2. Сила F прикладывается динамометрическим датчиком (не показан) к поверхности стеклянного изделия нагрузочным кольцом 130, имеющим диаметр D1.

[00104] Отношение диаметров нагрузочного кольца и поддерживающего кольца D1/D2 может находиться в диапазоне от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,5. В некоторых вариантах осуществления значение D1/D2 составляет приблизительно 0,5. Нагрузочное и поддерживающее кольца 130, 120 должны быть концентрически выровнены в пределах 0,5% от диаметра поддерживающего кольца D2. Динамометрический датчик, используемый для тестирования, должен иметь точность в пределах ±1% при любой нагрузке в выбранном диапазоне. В некоторых вариантах осуществления тестирование выполняется при температуре 23±2°C и относительной влажности 40±10%.

[00105] Для конструктивного решения крепления радиус r выступающей поверхности нагрузочного кольца 430 удовлетворяет условию h/2 ≤ r ≤ 3h/2, где h - толщина стеклянного изделия 110. Нагрузочное и поддерживающее кольца 130, 120 обычно делаются из закаленной стали с твердостью HRc > 40. Приспособления ROR являются коммерчески доступными.

[00106] Предполагаемый механизм отказа для теста ROR заключается в наблюдении растрескивания стеклянного изделия 110, происходящего от поверхности 130a внутри нагрузочного кольца 130. Отказы, которые происходят за пределами этой области, то есть между нагрузочным кольцом 130 и поддерживающим кольцом 120, не учитываются при анализе данных. Однако благодаря малой толщине и высокой прочности стеклянного изделия 110 иногда наблюдаются большие отклонения, которые превышают 1/2 толщины h тестового образца. Поэтому нередко наблюдается высокий процент отказов, возникающих из-под нагрузочного кольца 130. Напряжение не может быть точно вычислено без знания развития напряжения как внутри, так и под кольцом (получаемого посредством тензометрического анализа), а также источника отказа в каждом тестовом образце. Поэтому тест AROR фокусируется на пиковой нагрузке на отказе в качестве измеряемого отклика.

[00107] Прочность стеклянного изделия зависит от присутствия поверхностных дефектов. Однако вероятность присутствия дефекта заданного размера не может быть точно предсказана, поскольку прочность стекла является статистической по своей природе. Поэтому в качестве статистического представления полученных данных обычно можно использовать распределение вероятностей.

[00108] В некоторых вариантах осуществления описанные в настоящем документе упрочненные стеклянные изделия показывают равномерную двухосную прочность на изгиб или разрушающую нагрузку 20 кгс или больше и вплоть до приблизительно 45 кгс, что определяется с помощью теста AROR с использованием нагрузки 25 фунтов на кв.дюйм или даже 45 фунтов на кв.дюйм для истирания поверхности. В других вариантах осуществления поверхностная прочность составляет по меньшей мере 25 кгс, и в еще одних вариантах осуществления по меньшей мере 30 кгс.

[00109] В некоторых вариантах осуществления упрочненные стеклянные изделия могут иметь улучшенную характеристику падения. Используемая в настоящем документе характеристика падения оценивается путем установки стеклянного изделия в устройство мобильного телефона. В некоторых случаях несколько стеклянных изделий могут быть установлены в идентичные устройства мобильного телефона и протестированы идентичным образом. Устройство мобильного телефона с установленным в нем стеклянным изделием роняется затем на абразивную бумагу (которая может включать в себя частицы Al₂O₃ или другого абразивного вещества) последовательно с разных высот, начиная с высоты 50 см. Если каждый образец выдерживает падение с некоторой высоты, устройство мобильного телефона с образцом снова роняется с увеличенной высоты, и так вплоть до растрескивания стеклянного изделия, после чего высота разрушения этого образца записывается как максимальная высота разрушения.

[00110] В некоторых вариантах осуществления стеклянные изделия имеют максимальную высоту разрушения около 100 см или более при толщине около 1 мм. В некоторых вариантах осуществления стеклянные изделия имеют максимальную высоту разрушения около 120 см или более, около 140 см или более, около 150 см или более, около 160 см или более, около 180 см или более или около 200 см или более при толщина около 1 мм. Стеклянные изделия в одном или нескольких вариантах осуществления демонстрируют кубическую структуру растрескивания после разрушения на высоте разрушения. Кубическая структура растрескивания характеризуется описанным в настоящем документе соотношением сторон фрагментов.

[00111] В одном или более вариантах осуществления стеклянные изделия, описанные в настоящем документе, показывают такое поведение при растрескивании, что когда стеклянное изделие связано непосредственно с подложкой (то есть с блоком дисплея), после растрескивания стеклянного изделия 50% или больше трещин являются несквозными трещинами (то есть трещины только частично проходят через толщину и ниже поверхности задерживаются). Например, в некоторых случаях трещины могут проходить частично через толщину t стеклянного изделия на глубину, например, от 0,05t до 0,95t. Процент трещин в стеклянном изделии, которые проходят только частично через толщину t, может составлять 50% или больше, 60% или больше, 70% или больше, 80% или больше или 90% или больше.

[00112] В некоторых вариантах осуществления описанные в настоящем документе упрочненные изделия на основе стекле могут быть описаны с точки зрения их поведения в тесте с опрокинутым шариком на наждачной бумаге (IBoS). Тест IBoS представляет собой динамический тест компонентного уровня, который имитирует доминирующий механизм отказа из-за введения повреждения плюс изгиб, что обычно происходит в изделиях на основе стекла, которые используются в мобильных или ручных электронных устройствах, как схематично показано на Фиг. 6. Обычно введение повреждения (a на Фиг.7) происходит на верхней поверхности изделия на основе стекла. Трещина начинается на верхней поверхности изделия на основе стекла и повреждает либо проникает в изделие на основе стекла (b на Фиг.7), либо трещина распространяется от изгиба на верхней поверхности или из внутренних частей изделия на основе стекла (c на Фиг.7). Тест IBoS предназначен для одновременного введения повреждений поверхности стекла и применения изгиба при динамической нагрузке. В некоторых случаях изделие на основе стекла демонстрирует улучшенные характеристики падения, когда оно имеет сжимающее напряжение, чем если бы то же самое изделие на основе стекла не имело сжимающего напряжения.

[00113] Устройство для выполнения теста IBoS схематично показано на Фиг. 6. Устройство 500 включает в себя испытательный стенд 510 и шарик 530. Шарик 530 является жестким или твердым шариком, таким как, например, шарик из нержавеющей стали и т.п. В одном варианте осуществления шарик 530 представляет собой шарик из нержавеющей стали массой 4,2 г, имеющий диаметр 10 мм. Шарик 530 роняется непосредственно на образец 518 изделия на основе стекла с заданной высоты h. Испытательный стенд 510 включает в себя твердую основу 512 из твердого, жесткого материала, такого как гранит и т.п. Лист 514, имеющий расположенный на его поверхности абразивный материал, помещается на верхнюю поверхность твердой основы 512 таким образом, чтобы поверхность с абразивным материалом была обращена вверх. В некоторых вариантах осуществления лист 514 является наждачной бумагой с зернистостью 30, а в других вариантах осуществления - с зернистостью 180. Образец 518 изделия на основе стекла удерживается на листе 514 держателем 515 таким образом, чтобы имелся воздушный зазор 516 между образцом 518 изделия на основе стекла и листом 514. Воздушный зазор 516 между листом 514 и образцом 518 изделия на основе стекла позволяет образцу 518 изделия на основе стекла изгибаться при ударе шарика 530 до абразивной поверхности листа 514. В одном варианте осуществления образец 218 изделия на основе стекла зажимается во всех углах для того, чтобы изгиб происходил только в точке удара шарика, а также для гарантии повторяемости. В некоторых вариантах осуществления держатель 514 образца и испытательный стенд 510 выполнены с возможностью размещения образца толщиной примерно до 2 мм. Воздушный зазор 516 находится в диапазоне от приблизительно 50 мкм до приблизительно 100 мкм. Воздушный зазор 516 выполнен с возможностью регулировки для учета разной жесткости материала (модуля Юнга, Emod), но также включает модуль Юнга и толщину образца. Клейкая лента 520 может использоваться для покрытия верхней поверхности образца изделия на основе стекла для сбора фрагментов в случае растрескивания образца изделия 518 на основе стекла после удара шарика 530.

[00114] В качестве абразивной поверхности могут использоваться различные материалы. В одном конкретном варианте осуществления абразивная поверхность представляет собой наждачную бумагу, такую как наждачная бумага из карбида кремния или глинозема, специализированная наждачная бумага или любой абразивный материал, известный специалисту в данной области техники, имеющий сопоставимую твердость и/или остроту. В некоторых вариантах осуществления может использоваться наждачная бумага, имеющая зернистость 30, поскольку она имеет топографию поверхности, которая является более плотной, чем у бетона или асфальта, а также имеет размер и остроту частиц, которые создают желаемый уровень повреждения поверхности образца.

[00115] В одном аспекте способ 600 выполнения теста IBoS с использованием описанного выше устройства 500 показан на Фиг. 8. На стадии 610 образец изделия на основе стекла (218 на Фиг. 6) помещается в описанный ранее испытательный стенд 510 и закрепляется в держателе 515 таким образом, чтобы имелся воздушный зазор 516 между образцом 518 изделия на основе стекла и листом 514 с абразивной поверхностью. Способ 600 предполагает, что лист 514 с абразивной поверхностью уже размещен в испытательном стенде 510. Однако в некоторых вариантах осуществления этот способ может включать в себя помещение листа 514 в испытательном стенде 510 таким образом, что поверхность с абразивным материалом обращена вверх. В некоторых вариантах осуществления (стадия 610a) клейкая лента 520 наносится на верхнюю поверхность образца 518 изделия на основе стекла перед закреплением образца 518 изделия на основе стекла в держателе 510.

[00116] На стадии 520 твердый шарик 530 предопределенной массы и размера падает с предопределенной высоты h на верхнюю поверхность образца 518 изделия на основе стекла так, что шарик 530 ударяет по верхней поверхности (или клейкой ленте 520, прикрепленной к верхней поверхности) приблизительно в центре (то есть в пределах 1 мм, или в пределах 3 мм, или в пределах 5 мм, или в пределах 10 мм от центра) верхней поверхности. Поле удара на стадии 520 определяется степень повреждения образца 518 изделия на основе стекла (стадия 630). Как было описано выше, в настоящем документе термин «растрескивание» означает, что трещина распространяется через всю толщину и/или всю поверхность подложки, когда на подложку падает или ударяет по ней некоторый объект.

[00117] В способе 600 лист 518 с абразивной поверхностью может заменяться после каждого падения для того, чтобы избежать эффектов «старения», которые наблюдались при повторном использовании других типов (например, бетонных или асфальтовых) поверхностей для теста на падение.

[00118] Обычно в способе 600 используются различные предопределенные высоты падения h и приращения. Тест может использовать для начала, например, минимальную высоту падения (например, приблизительно 10-20 см). Затем высота может увеличиваться для последующих падений либо на фиксированную величину приращения, либо на переменные приращения. Тест, описанный в способе 600, останавливается, когда образец 518 изделия на основе стекла разрушается или растрескивается (Стадия 631). Альтернативно, если высота падения h достигает максимальной высоты падения (например, приблизительно 100 см) без растрескивания, испытание на сопротивление удару способа 300 также может быть остановлено, либо Стадия 520 может повторяться на максимальной высоте до тех пор, пока не произойдет растрескивание.

[00119] В некоторых вариантах осуществления тест IBoS способа 600 выполняется только один раз для каждого образца 518 изделия на основе стекла на каждой заданной высоте h. Однако в других вариантах осуществления каждый образец может подвергаться нескольким испытаниям на каждой высоте.

[00120] Если происходит растрескивание образца 518 изделия на основе стекла (Стадия 631 на Фиг. 7), тест IBoS в соответствии со способом 600 заканчивается (Стадия 640). Если трещин, возникающих в результате падения шарика с заданной высоты, не наблюдается (Стадия 632), высота падения увеличивается на заданное приращение (Стадия 634), например на 5, 10 или 20 см, и Стадии 620 и 630 повторяются до тех пор, пока либо образец не треснет (631), либо будет достигнута максимальная высота теста (636) без растрескивания образца. Когда достигается Стадия 631 или 636, тест в соответствии со способом 600 заканчивается.

[00121] При подвергании описанному выше тесту с опрокинутым шариком на наждачной бумаге (IBoS) варианты осуществления описанного в настоящем документе изделия на основе стекла имеют вероятность неразрушения по меньшей мере приблизительно 60%, когда шарик падает на поверхность стекла с высоты 100 см. Например, изделие на основе стекла описывается как имеющее вероятность неразрушения 60% при падении с данной высоты, когда три из пяти идентичных (или почти идентичных) образцов (то есть имеющих приблизительно тот же самый состав и, если они были упрочнены, приблизительно то же самое сжимающее усилие и глубину сжатия или слоя сжимающего напряжения, как описано в настоящем документе) переносят тест IBoS без трещин при падении шарика с заданной высоты (здесь 100 см). В других вариантах осуществления вероятность неразрушения упрочненных изделий на основе стекла в тесте IBoS с высотой падения шарика 100 см составляет по меньшей мере приблизительно 70%, в других вариантах осуществления - по меньшей мере приблизительно 80%, и еще в одних вариантах осуществления - по меньшей мере приблизительно 90%. В других вариантах осуществления вероятность неразрушения упрочненных изделий на основе стекла, роняемых с высоты 100 см в тесте IBoS, составляет по меньшей мере приблизительно 60%, в других вариантах осуществления - по меньшей мере приблизительно 70%, еще в одних вариантах осуществления - по меньшей мере приблизительно 80%, и в других вариантах осуществления - по меньшей мере приблизительно 90%. В одном или более вариантах осуществления вероятность неразрушения упрочненных изделий на основе стекла, роняемых с высоты 150 см в тесте IBoS, составляет по меньшей мере приблизительно 60%, в других вариантах осуществления - по меньшей мере приблизительно 70%, еще в одних вариантах осуществления - по меньшей мере приблизительно 80%, и в других вариантах осуществления - по меньшей мере приблизительно 90%.

[00122] Для того, чтобы определить вероятность неразрушения изделий на основе стекла при падении с предопределенной высоты при использовании описанных выше метода испытаний IBoS и устройства, тестируются по меньшей мере пять идентичных (или почти идентичных) образцов (то есть имеющих приблизительно одинаковый состав и, если они были упрочнены, приблизительно одинаковые сжимающие напряжения и глубины сжатия или слоя) изделий на основе стекла, хотя большее количество (например 10, 20, 30 и т.д.) образцов могут подвергаться тестированию для повышения доверительного уровня результатов испытаний. Каждый образец роняется один раз с предопределенной высоты (например, 100 см или 150 см), или, альтернативно, роняется с постепенно увеличивающихся высот без растрескивания, пока не будет достигнута предопределенная высота, и визуально (то есть, невооруженным глазом) исследуется на предмет растрескивания (формирования и распространения трещин через всю толщину и/или всю поверхность образца). Считается, что образец «перенес» испытание падением, если никаких трещин не наблюдается после падения с предопределенной высоты, и считается, что образец «отказал» (или разрушился), если наблюдается растрескивание после падения образца с высоты, меньше или равной предопределенной высоте. Вероятность неразрушения определяется как процент количества образцов, выдержавших испытание на падение. Например, если 7 из 10 образцов не растрескиваются при падении с предопределенной высоты, то вероятность неразрушения стекла составляет 70%.

[00123] В одном или более вариантах осуществления стеклянные изделия показывают более низкий коэффициент замедленного растрескивания (то есть если стеклянные изделия растрескиваются, то они растрескиваются быстро или даже немедленно). В некоторых вариантах осуществления этот коэффициент растрескивания может быть приписан большому значению DOC и высокому уровню CT. В частности, существует меньшая вероятность того, что стеклянное изделие сломается спонтанно, намного позже повреждения стеклянного изделия, которое вызывает растрескивание или отказ. В одном или более вариантах осуществления, когда стеклянное изделие растрескивается, оно растрескивается на множество фрагментов в пределах 2 с или 1 с или меньше после удара в тесте ломкости, описанном в публикации Z. Tang, et al. Automated Apparatus for Measuring the Frangibility and Fragmentation of Strengthened Glass. Experimental Mechanics (2014) 54:903-912. Тест ломкости использует высоту падения резца 50 мм и резец с наконечником из карбида вольфрама (доступный от компании Fisher Scientific Industries под торговой маркой TOSCO® с идентификационным номером производителя #13-378, с коносферическим наконечником с углом 60 градусов), имеющий вес 40 г. В некоторых вариантах осуществления первичная трещина (или первая трещина, видимая невооруженным глазом, которая создает 2 фрагмента) образуется немедленно или через 0 с или 0,1 с после воздействия, которое заставило стеклянное изделие растрескаться. В одном или более вариантах осуществления вероятность образования первичной трещины в пределах описанных в настоящем документе интервалов времени при измерении с помощью теста ломкости составляет приблизительно 90% или больше. В некоторых вариантах осуществления вторичная трещина (трещины) образуется в пределах 5 с или меньше (например, 4 с или меньше, 3 с или меньше, 2 с или меньше или приблизительно 1 с или меньше). Используемый в настоящем документе термин «вторичная трещина» означает трещину, которая образуется после первичной трещины. В одном или более вариантах осуществления вероятность образования вторичной трещины (трещин) в пределах описанных в настоящем документе интервалов времени при измерении с помощью теста ломкости составляет приблизительно 90% или больше.

[00124] В одном или более вариантах осуществления стеклянное изделие при растрескивании выбрасывает меньшее количество более мелких фрагментов, которые представляют потенциальную опасность для пользователя, чем известные в настоящее время стеклянные изделия, используемые в мобильных электронных устройствах. Используемый в настоящем документе термин «выбрасывает» или «выбрасываемый» относится к фрагментам, которые перемещаются от их основного положения или размещения в стеклянном изделии после его растрескивания. В некоторых вариантах осуществления после того, как стеклянное изделие растрескается, и сформируется множество фрагментов, приблизительно 10% или меньше (например, приблизительно 8% или меньше, приблизительно 6% или меньше, или приблизительно 5% или меньше) фрагментов из всего множества фрагментов становятся извлекаемыми. В некоторых вариантах осуществления после того, как стеклянное изделие растрескается, и сформируется множество фрагментов, приблизительно 50% или больше от извлекаемой части множества фрагментов имеют максимальный размер меньше чем 0,5 мм. В некоторых вариантах осуществления количество извлекаемых фрагментов может быть охарактеризовано весом стеклянного изделия до и после растрескивания. Например, разность между весом стеклянного изделия до растрескивания (включая общий вес извлекаемой части множества фрагментов и неизвлекаемой части фрагментов после растрескивания) и весом неизвлекаемой части фрагментов может быть меньше чем приблизительно 1% веса до удара или меньше. В некоторых случаях разность между весом стеклянного изделия до растрескивания (включая общий вес извлекаемой части множества фрагментов и неизвлекаемой части фрагментов после растрескивания) и весом неизвлекаемой части фрагментов может быть меньше чем приблизительно 0,0005 г (например, 0,0004 г или меньше, 0,0003 г или меньше, 0,0002 г или меньше, или 0,0001 г или меньше). Определить вес неизвлекаемой части.

[00125] В одном или более вариантах осуществления стеклянное изделие показывает высокую степень кубирования с более однородным рисунком на его поверхности и в его объеме. В некоторых вариантах осуществления эта высокая степень кубирования и однородности проявляется в том случае, когда стеклянное изделие имеет неравномерную толщину (то есть имеет трехмерную или 2,5-мерную форму). Не привязываясь к какой-либо конкретной теории, это позволяет в достаточной степени упрочнить самую тонкую часть стеклянного изделия без увеличения ломкости, в то время как другие части являются неломкими, как это определено действующими промышленными нормами.

[00126] В одном или более вариантах осуществления стеклянное изделие (напрямую связанное с подложкой, то есть с блоком дисплея) имеет мутность после растрескивания благодаря плотному рисунку трещин. Читаемость зависит от угла зрения и толщины изделия на основе стекла. При угле зрения 90 градусов к главной поверхности стеклянного изделия или при нормальном угле зрения разбитое стеклянное изделие имеет низкую мутность, так что нижележащее изображение или текст видно невооруженным глазом. При угле зрения 70 градусов или меньше к главной поверхности стеклянного изделия (или 30 градусов или более от нормального угла зрения) разбитое стеклянное изделие имеет мутность, не позволяющую видеть нижележащее изображение или текст невооруженным глазом. Следует понимать, что такая мутность присутствует тогда, когда фрагменты стеклянного изделия все еще удерживаются вместе, или когда меньше чем 10% фрагментов выброшены из стеклянного изделия. Не привязываясь к какой-либо конкретной теории, считается, что стеклянное изделие после растрескивания может обеспечить функциональность приватного экрана благодаря его низкой мутности при угле зрения 90 градусов и высокой мутности при меньших углах зрения.

[00127] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна главная поверхность стеклянного изделия имеет низкую шероховатость поверхности после растрескивания стеклянного изделия. Этот атрибут является желательным, когда пользователь может касаться стеклянного изделия или использовать его даже после того, как стеклянное изделие растрескается, чтобы возможные порезы и ссадины были минимизированы или вообще исключены.

[00128] В одном или более вариантах осуществления описанные в настоящем документе стеклянные изделия могут комбинироваться с удерживающим слоем. Удерживающий слой представляет собой материал, который может удерживать фрагменты стеклянного изделия при его растрескивании. Например, удерживающий слой может включать в себя полимерный материал. В одном или более вариантах осуществления удерживающий слой может включать в себя клейкий материал (такой как чувствительный к давлению клейкий материал). В одном или более вариантах осуществления удерживающий слой может иметь модуль Юнга в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,2 МПа. В одном или более вариантах осуществления удерживающий слой может включать в себя наполненную эпоксидную смолу, ненаполненную эпоксидную смолу, наполненную уретановую смолу или ненаполненную уретановую смолу.

[00129] Пример наполненной эпоксидной смолы включает в себя эпоксидную смолу, получаемую с помощью ультрафиолетового катализа полимеризацией 70,69 мас.% золя коллоидного диоксида кремния Nanopox C620 (40 мас.% наночастиц кремнезема в циклоалифатической эпоксидной смоле), 23,56 мас.% Nanopox C680 (50 мас.% наночастиц кремнезема в 3-этил-3-гидроксиметилокситане), 3 мас.% эпокси-функционализированного силана Coatosil MP-200 (ускорителя адгезии), 2,5 мас.% Cyracril UVI-6976 (катионный фотоинициатор, включающий гексафторантимоната триарилсульфония в пропиленкарбонате), 0,25 мас.% аминного стабилизатора Tinuvine 292 (бис(1,2,2,6,6-пентаметил-4-пиперидинил)-себацинат и 1-(метил)-8-(1,2,2,6,6-пентаметил-4-пиперидинил)-себацинат).

[00130] Один пример ненаполненного эпоксидного материала включает в себя 48 мас.% циклоалифатической эпоксидной смолы Synasia S06E, 48 мас.% Synasia S-101 (3-этил-3-окситанметанол), 1 мас.% UVI-6976 (катионный фотоинициатор), и 3 мас.% Silquest A-186 (эпокси-функционализированный силан).

[00131] В некоторых вариантах осуществления в удерживающем слое может использоваться уретановый акрилат с низким модулем. В некоторых вариантах осуществления этот материал может включать в себя наполнитель из кремнезема. Один пример уретанового акрилата с низким модулем включает в себя 31,5 мас.% Doublemer 554 (алифатическая уретан-диакрилатная смола), 1,5 мас.% Genomer 4188/M22 (монофункциональный уретановый акрилат), 20 мас.% NK Ester A-SA (бета-акрилоилоксиэтилгидросукцинат), 10 мас.% Sartomer SR339 2 (феноксиэтилакрилат), 4 мас.% Irgacure 2022 (фотоинициатор, ацилфосфиноксид/альфа-гидроксикетон), 3 мас.% ускорителя адгезии (например, Silquest A-189, гамма-меркаптопропилтриметоксисилан). Для того, чтобы сформировать наполненную уретановую смолу, может быть добавлено 4 мас.% пудры кремнезема (такой как Hi Sil 233).

[00132] В одном или более вариантах осуществления стеклянное изделие может комбинироваться с удерживающим слоем с приклеиванием или без приклеивания к нему. В некоторых вариантах осуществления стеклянные изделия могут быть расположены на удерживающем слое и приклеены к нему. Стеклянное изделие может приклеиваться к удерживающему слою временно или постоянно. Как показано на Фиг. 9A, удерживающий слой 20 расположен по меньшей мере на одной главной поверхности (например, 12, 14 на Фиг. 1A) стеклянного изделия. На Фиг. 9A удерживающий слой 20 не расположен ни на какой части второстепенных поверхностей 16, 18; однако удерживающий слой 20 может простираться от главной поверхности о по меньшей мере частично вдоль одной или обеих второстепенных поверхностей (16, 18) или вдоль всей длины одной или обеих второстепенных поверхностей (16, 18). В таких вариантах осуществления удерживающий слой может быть сформирован из того же самого материала. В одном или более альтернативных вариантах осуществления удерживающий слой, сформированный на главной поверхности, может отличаться от удерживающего слоя, сформированного на любой части второстепенной поверхности (поверхностей). Фиг. 9B иллюстрирует один вариант осуществления, в котором удерживающий слой 20 расположен на главной поверхности 14, и второй удерживающий слой 22 расположен на обеих второстепенных поверхностях 16, 18. В одном или более вариантах осуществления удерживающий слой 20 отличается по составу от второго удерживающего слоя 22.

[00133] В одном или более вариантах осуществления стеклянное изделие может иметь профиль напряжений, включающий в себя пик, как описано в настоящем документе, так что поверхностное CS находится в диапазоне от приблизительно 400 МПа до приблизительно 1200 МПа, и включать в себя удерживающий материал 20 на одной главной поверхности 14 и второй удерживающий материал 22 на обеих второстепенных поверхностях 16, 18 (как показано на Фиг. 9B). В одном или более вариантах осуществления стеклянное изделие может иметь профиль напряжений без пика, так что поверхностное CS находится в диапазоне от приблизительно 150 МПа до приблизительно 500 МПа, и включать в себя только удерживающий материал 20 на главной поверхности 14 (как показано на Фиг. 9A).

Описанные в настоящем документе стеклянные изделия могут быть включены в различные продукты и изделия, например в продукты или устройства бытовой электроники (например, в виде покровного стекла для мобильных электронных устройств и сенсорных дисплеев). Эти стеклянные изделия могут также использоваться в дисплеях (или в качестве дисплейных изделий) (например, в рекламных щитах, POS-терминалах, компьютерах, навигационных системах и т.п.), в архитектурных изделиях (стены, арматура, панели, окна и т.д.), в транспортных изделиях (например, в автомобильных приложениях, поездах, воздушных и морских судах и т.д.), в приборах (например, в стиральных, сушильных, посудомоечных машинах, холодильниках и т.п.), в упаковке (например, в фармацевтических упаковках или контейнерах) или в любом изделии, которое требует некоторой стойкости к растрескиванию.

[00134] Как показано на Фиг. 10, электронное устройство 1000 может включать в себя изделие 100 на основе стекла в соответствии с одним или более описанными в настоящем документе вариантами осуществления. Устройство 100 включает в себя корпус 1020, имеющий переднюю 1040, заднюю 1060 и боковые поверхности 1080; электрические компоненты (не показаны), которые находятся по меньшей мере частично или полностью внутри корпуса и включают в себя по меньшей мере контроллер, память и дисплей 1120 на или рядом с передней поверхностью корпуса. Изделие 100 на основе стекла показано как покрытие, расположенное на или поверх передней поверхности корпуса таким образом, что оно находится поверх дисплея 1120. В некоторых вариантах осуществления изделие на основе стекла может использоваться в качестве задней крышки.

[00135] В некоторых вариантах осуществления электронное устройство может включать в себя планшет, прозрачный дисплей, мобильный телефон, видеоплеер, информационное терминальное устройство, электронную книжку, ноутбук или непрозрачный дисплей.

[00136] В одном или более вариантах осуществления описанные в настоящем документе стеклянные изделия могут использоваться в упаковке. Например, упаковка может включать в себя стеклянные изделия в форме бутылок, пузырьков или контейнеров, которые содержат жидкий, твердый или газообразный материал. В одном или более вариантах осуществления стеклянные изделия представляют собой пузырьки, которые включают в себя химикаты, такие как фармацевтические материалы. В одном или более вариантах осуществления упаковка включает в себя корпус, имеющий отверстие, внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, определяющую замкнутое пространство. Этот корпус может быть сформирован из описанных в настоящем документе стеклянных изделий. Стеклянное изделие включает в себя удерживающий слой. В некоторых вариантах осуществления замкнутое пространство заполняется химическим или фармацевтическим материалом. В одном или более вариантах осуществления отверстие корпуса может быть закрыто или запечатано колпачком. Другими словами, колпачок может быть расположен в отверстии для закрытия или запечатывания замкнутого пространства.

[00137] Стеклянное изделие может включать в себя аморфную подложку, кристаллическую подложку или их комбинацию (например, подложку из стеклокерамики). Стеклянное изделие может включать в себя щелочное алюмосиликатное стекло, содержащее щелочь боросиликатное стекло, щелочное алюмофосфосиликатное стекло или щелочное алюмоборосиликатное стекло. В одном или более вариантах осуществления подложка стеклянного изделия (до описанного в настоящем документе химического упрочнения) может включать в себя стекло, имеющее следующий состав: SiO₂ в диапазоне от примерно 40 до примерно 80 мол.%, Al₂O₃ в интервале от примерно 10 до примерно 30 мол.%, B₂O₃ в интервале от примерно 0 до примерно 10 мол.%, R₂O в диапазоне от примерно 0 до примерно 20 мол.% и RO в диапазоне от 0 до 15 мол.%. В некоторых случаях этот состав может включать в себя один или оба из ZrO₂ в диапазоне от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 5 мол.% и P₂O₅ в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 15 мол.%. TiO₂ может присутствовать в количестве от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 2 мол.%.

[00138] В некоторых вариантах осуществления состав стекла может включать в себя SiO₂ в диапазоне от приблизительно 45 до приблизительно 80 мол.%, от приблизительно 45 до приблизительно 75 мол.%, от приблизительно 45 до приблизительно 70 мол.%, от приблизительно 45 до приблизительно 65 мол.%, от приблизительно 45 до приблизительно 60 мол.%, от приблизительно 45 до приблизительно 65 мол.%, от приблизительно 45 до приблизительно 65 мол.%, от приблизительно 50 до приблизительно 70 мол.%, от приблизительно 55 до приблизительно 70 мол.%, от приблизительно 60 до приблизительно 70 мол.%, от приблизительно 70 до приблизительно 75 мол.%, или от приблизительно 50 до приблизительно 65 мол.%.

[00139] В некоторых вариантах осуществления состав стекла может включать в себя Al₂O₃ в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 28 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 26 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 25 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 24 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 22 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 20 мол.%, от приблизительно 6 до приблизительно 30 мол.%, от приблизительно 8 до приблизительно 30 мол.%, от приблизительно 10 до приблизительно 30 мол.%, от приблизительно 12 до приблизительно 30 мол.%, от приблизительно 14 до приблизительно 30 мол.%, от приблизительно 16 до приблизительно 30 мол.%, от приблизительно 18 до приблизительно 30 мол.%, или от приблизительно 18 до приблизительно 28 мол.%.

[00140] В одном или более вариантах осуществления состав стекла может включать в себя B₂O₃ в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 8 мол.%, от приблизительно 0 до приблизительно 6 мол.%, от приблизительно 0 до приблизительно 4 мол.%, от приблизительно 0,1 до приблизительно 8 мол.%, от приблизительно 0,1 до приблизительно 6 мол.%, от приблизительно 0,1 до приблизительно 4 мол.%, от приблизительно 1 до приблизительно 10 мол.%, от приблизительно 2 до приблизительно 10 мол.%, от приблизительно 4 до приблизительно 10 мол.%, от приблизительно 2 до приблизительно 8 мол.%, от приблизительно 0,1 до приблизительно 5 мол.%, или от приблизительно 1 до приблизительно 3 мол.%. В некоторых случаях состав стекла может по существу не содержать B₂O₃. Используемая в настоящем документе фраза «по существу не содержит» относительно компонентов состава означает, что компонент не добавляется активно или преднамеренно к составу во время начальной загрузки, но может присутствовать в виде примеси в количестве менее чем приблизительно 0,001 мол.%.

[00141] В некоторых вариантах осуществления состав стекла может включать в себя один или более оксидов щелочноземельных металлов, таких как MgO, CaO и ZnO. В некоторых вариантах осуществления общее количество одного или более оксидов щелочноземельных металлов может составлять от ненулевого количества до приблизительно 15 мол.%. В одном или более конкретных вариантах осуществления общее количество любого из оксидов щелочноземельных металлов может составлять от ненулевого количества до приблизительно 14 мол.%, до приблизительно 12 мол.%, до приблизительно 10 мол.%, до приблизительно 8 мол.%, до приблизительно 6 мол.%, до приблизительно 4 мол.%, до приблизительно 2 мол.% или вплоть до приблизительно 1,5 мол.%. В некоторых вариантах осуществления общее количество одного или более оксидов щелочноземельных металлов может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1 до 10 мол.%, от приблизительно 0,1 до 8 мол.%, от приблизительно 0,1 до 6 мол.%, от приблизительно 0,1 до 5 мол.%, от приблизительно 1 до 10 мол.%, от приблизительно 2 до 10 мол.%, или от приблизительно 2,5 до 8 мол.%. Количество MgO может находиться в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 5 мол.% (например, от приблизительно 2 мол.% до приблизительно 4 мол.%). Количество ZnO может находиться в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 2 мол.%. Количество CaO может составлять от приблизительно 0 до приблизительно 2 мол.%. В одном или более вариантах осуществления состав стекла может включать в себя MgO и может по существу не содержать CaO и ZnO. В одном варианте состав стекла может включать в себя любой оксид из CaO или ZnO, и может по существу не содержать других оксидов из MgO, CaO и ZnO. В одном или более конкретных вариантах осуществления состав стекла может включать в себя только два из оксидов щелочноземельных металлов MgO, CaO и ZnO, и может по существу не содержать третьего из этих оксидов щелочноземельных металлов.

[00142] Общее количество оксидов щелочных металлов R₂O в составе стекла может находиться в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 20 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 18 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 16 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 15 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 14 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 12 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 10 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 8 мол.%, от приблизительно 5 до приблизительно 20 мол.%, от приблизительно 6 до приблизительно 20 мол.%, от приблизительно 7 до приблизительно 20 мол.%, от приблизительно 8 до приблизительно 20 мол.%, от приблизительно 9 до приблизительно 20 мол.%, от приблизительно 10 до приблизительно 20 мол.%, от приблизительно 6 до приблизительно 13 мол.%, или от приблизительно 8 до приблизительно 12 мол.%.

[00143] В одном или более вариантах осуществления состав стекла включает в себя Na₂O в диапазоне от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 18 мол.%, от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 16 мол.% или от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 14 мол.%, от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 10 мол.%, от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 5 мол.%, от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 2 мол.%, от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 6 мол.%, от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 5 мол.%, от приблизительно 1 мол.% до приблизительно 5 мол.%, от приблизительно 2 мол.% до приблизительно 5 мол.%, или от приблизительно 10 мол.% до приблизительно 20 мол.%.

[00144] В некоторых вариантах осуществления количеством Li₂O и Na₂O управляют так, чтобы оно составляло конкретное количество или соотношение для того, чтобы сбалансировать формуемость и способность к ионному обмену. Например, по мере того, как количество Li₂O увеличивается, вязкость при температуре ликвидуса может уменьшаться, препятствуя таким образом использованию некоторых способов формования; однако такие стеклянные составы обеспечивают ионный обмен до более глубоких уровней DOC, как описано в настоящем документе. Количество Na₂O может модифицировать вязкость при температуре ликвидуса, но может при этом ингибировать ионный обмен до более глубоких уровней DOC.

[00145] В одном или более вариантах осуществления состав стекла может включать в себя K₂O в количестве менее чем приблизительно 5 мол.%, менее чем приблизительно 4 мол.%, менее чем приблизительно 3 мол.%, менее чем приблизительно 2 мол.%, или менее чем приблизительно 1 мол.%. В одном или более альтернативных вариантах осуществления состав стекла может по существу не содержать K₂O, как определено в настоящем документе.

[00146] В одном или более вариантах осуществления состав стекла может включать в себя Li₂O в количестве от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 18 мол.%, от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 15 мол.% или от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 10 мол.%, от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 8 мол.%, от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 6 мол.%, от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 4 мол.% или от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 2 мол.%. В некоторых вариантах осуществления состав стекла может включать в себя Li₂O в количестве от приблизительно 2 мол.% до приблизительно 10 мол.%, от приблизительно 4 мол.% до приблизительно 10 мол.%, от приблизительно 6 мол.% до приблизительно 10 мол.%, или от приблизительно 5 мол.% до приблизительно 8 мол.%. В одном или более альтернативных вариантах осуществления состав стекла может по существу не содержать Li₂O, как определено в настоящем документе.

[00147] В одном или более вариантах осуществления состав стекла может включать в себя Fe₂O₃. В таких вариантах осуществления Fe₂O₃ может присутствовать в количестве меньше чем приблизительно 1 мол.%, меньше чем приблизительно 0,9 мол.%, меньше чем приблизительно 0,8 мол.%, меньше чем приблизительно 0,7 мол.%, меньше чем приблизительно 0,6 мол.%, меньше чем приблизительно 0,5 мол.%, меньше чем приблизительно 0,4 мол.%, меньше чем приблизительно 0,3 мол.%, меньше чем приблизительно 0,2 мол.%, меньше чем приблизительно 0,1 мол.%, а также в количестве, соответствующем всем диапазонам и поддиапазонам между ними. В одном или более альтернативных вариантах осуществления состав стекла может по существу не содержать Fe₂O₃, как определено в настоящем документе.

[00148] В одном или более вариантах осуществления состав стекла может включать в себя ZrO₂. В таких вариантах осуществления ZrO₂ может присутствовать в количестве меньше чем приблизительно 1 мол.%, меньше чем приблизительно 0,9 мол.%, меньше чем приблизительно 0,8 мол.%, меньше чем приблизительно 0,7 мол.%, меньше чем приблизительно 0,6 мол.%, меньше чем приблизительно 0,5 мол.%, меньше чем приблизительно 0,4 мол.%, меньше чем приблизительно 0,3 мол.%, меньше чем приблизительно 0,2 мол.%, меньше чем приблизительно 0,1 мол.%, а также в количестве, соответствующем всем диапазонам и поддиапазонам между ними. В одном или более альтернативных вариантах осуществления состав стекла может по существу не содержать ZrO₂, как определено в настоящем документе.

[00149] В одном или более вариантах осуществления состав стекла может включать в себя P₂O₅ в диапазоне от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 10 мол.%, от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 8 мол.%, от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 6 мол.%, от приблизительно 0 мол.% до приблизительно 4 мол.%, от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 10 мол.%, от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 8 мол.%, от приблизительно 4 мол.% до приблизительно 8 мол.%, или от приблизительно 5 мол.% до приблизительно 8 мол.%. В некоторых случаях состав стекла может по существу не содержать Р₂O₅.

[00150] В одном или более вариантах осуществления состав стекла может включать в себя TiO₂. В таких вариантах осуществления TiO₂ может присутствовать в количестве меньше чем приблизительно 6 мол.%, меньше чем приблизительно 4 мол.%, меньше чем приблизительно 2 мол.%, или меньше чем приблизительно 1 мол.%. В одном или более альтернативных вариантах осуществления состав стекла может по существу не содержать TiO₂, как определено в настоящем документе. В некоторых вариантах осуществления TiO₂ присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 6 мол.%, или от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 4 мол.%. В некоторых вариантах осуществления стекло может по существу не содержать TiO₂.

[00151] В некоторых вариантах осуществления состав стекла может иметь различные композиционные соотношения. Например, состав стекла может иметь отношение количества Li₂O (в мол.%) к общему количеству R₂O (в мол.%) в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 1. В некоторых вариантах осуществления состав стекла может иметь разность между общим количеством R₂O (в мол.%) и количеством Al₂O₃ (в мол.%) в диапазоне от приблизительно -5 до приблизительно 0. В некоторых вариантах осуществления состав стекла может иметь разность между общим количеством R_xO (в мол.%) и количеством Al₂O₃ (в мол.%) в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 3. Состав стекла одного или более вариантов осуществления может иметь отношение количества MgO (в мол.%) к общему количеству RO (в мол.%) в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 2.

[00152] В некоторых вариантах осуществления составы, используемые для стеклянной подложки, могут быть загружены 0-2 мол.% по меньшей мере одного осветлителя, выбираемого из группы, которая включает в себя Na₂SO₄, NaCl, NaF, NaBr, K₂SO₄, KCl, KF, KBr и SnO₂. Состав стекла в соответствии с одним или более вариантами осуществления может дополнительно включать в себя SnO₂ в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 2, от приблизительно 0 до приблизительно 1, от приблизительно 0,1 до приблизительно 2, от приблизительно 0,1 до приблизительно 1, или от приблизительно 1 до приблизительно 2. Раскрытые в настоящем документе составы стекла могут по существу не содержать As₂O₃ и/или Sb₂O₃.

[00153] В одном или более вариантах осуществления состав может в частности включать в себя от 62 мол.% до 75 мол.% SiO₂; от 10,5 мол.% до приблизительно 17 мол.% Al₂O₃; от 5 мол.% до приблизительно 13 мол.% Li₂O; от 0 мол.% до приблизительно 4 мол.% ZnO; от 0 мол.% до приблизительно 8 мол.% MgO; от 2 мол.% до приблизительно 5 мол.% TiO₂; от 0 мол.% до приблизительно 4 мол.% B₂O₃; от 0 мол.% до приблизительно 5 мол.% Na₂O; от 0 мол.% до приблизительно 4 мол.% K₂O; от 0 мол.% до приблизительно 2 мол.% ZrO₂; от 0 мол.% до приблизительно 7 мол.% P₂O₅; от 0 мол.% до приблизительно 0,3 мол.% Fe₂O₃; от 0 мол.% до приблизительно 2 мол.% MnOx; и от 0,05 мол.% до приблизительно 0,2% мол.% SnO₂.

[00154] В одном или более вариантах осуществления состав может включать в себя от 67 мол.% до 74 мол.% SiO₂; от 11 мол.% до приблизительно 15 мол.% Al₂O₃; от 5,5 мол.% до приблизительно 9 мол.% Li₂O; от 0,5 мол.% до приблизительно 2 мол.% ZnO; от 2 мол.% до приблизительно 4,5 мол.% MgO; от 3 мол.% до приблизительно 4,5 мол.% TiO₂; от 0 мол.% до приблизительно 2,2 мол.% B₂O₃; от 0 мол.% до приблизительно 1 мол.% Na₂O; от 0 мол.% до приблизительно 1 мол.% K₂O; от 0 мол.% до приблизительно 1 мол.% ZrO₂; от 0 мол.% до приблизительно 4 мол.% P₂O₅; от 0 мол.% до приблизительно 0,1 мол.% Fe₂O₃; от 0 мол.% до приблизительно 1,5 мол.% MnOx; и от 0,08 мол.% до приблизительно 0,16% мол.% SnO₂.

[00155] В одном или более вариантах осуществления состав может включать в себя от 70 мол.% до 75 мол.% SiO₂; от 10 мол.% до приблизительно 15 мол.% Al₂O₃; от 5 мол.% до приблизительно 13 мол.% Li₂O; от 0 мол.% до приблизительно 4 мол.% ZnO; от 0,1 мол.% до приблизительно 8 мол.% MgO; от 0 мол.% до приблизительно 5 мол.% TiO₂; от 0,1 мол.% до приблизительно 4 мол.% B₂O₃; от 0,1 мол.% до приблизительно 5 мол.% Na₂O; от 0 мол.% до приблизительно 4 мол.% K₂O; от 0 мол.% до приблизительно 2 мол.% ZrO₂; от 0 мол.% до приблизительно 7 мол.% P₂O₅; от 0 мол.% до приблизительно 0,3 мол.% Fe₂O₃; от 0 мол.% до приблизительно 2 мол.% MnOx; и от 0,05 мол.% до приблизительно 0,2% мол.% SnO₂.

[00156] В одном или более вариантах осуществления состав может включать в себя от 52 мол.% до 63 мол.% SiO₂; от 11 мол.% до приблизительно 15 мол.% Al₂O₃; от 5,5 мол.% до приблизительно 9 мол.% Li₂O; от 0,5 мол.% до приблизительно 2 мол.% ZnO; от 2 мол.% до приблизительно 4,5 мол.% MgO; от 3 мол.% до приблизительно 4,5 мол.% TiO₂; от 0 мол.% до приблизительно 2,2 мол.% B₂O₃; от 0 мол.% до приблизительно 1 мол.% Na₂O; от 0 мол.% до приблизительно 1 мол.% K₂O; от 0 мол.% до приблизительно 1 мол.% ZrO₂; от 0 мол.% до приблизительно 4 мол.% P₂O₅; от 0 мол.% до приблизительно 0,1 мол.% Fe2O3; от 0 мол.% до приблизительно 1,5 мол.% MnOx; и от 0,08 мол.% до приблизительно 0,16% мол.% SnO₂.

[00157] В некоторых вариантах осуществления состав может по существу не содержать одного или более из B₂O₃, TiO₂, K₂O и ZrO₂.

[00158] В одном или нескольких вариантах осуществления состав может включать в себя по меньшей мере 0,5 мол.% P₂O₅, Na₂O и опционально Li₂O, где Li₂O(мол.%)/Na₂O(мол.%)<1. В дополнение к этому эти составы могут по существу не содержать B₂O₃ и K₂O. В некоторых вариантах осуществления состав может включать в себя ZnO, MgO и SnO₂.

[00159] В некоторых вариантах осуществления состав может содержать: от приблизительно 58 мол.% до приблизительно 65 мол.% SiO₂; от приблизительно 11 мол.% до приблизительно 19 мол.% Al₂O₃; от приблизительно 0,5 мол.% до приблизительно 3 мол.% P₂O₅; от приблизительно 6 мол.% до приблизительно 18 мол.% Na₂O; от 0 мол.% до приблизительно 6 мол.% MgO; и от 0 мол.% до приблизительно 6 мол.% ZnO. В некоторых вариантах осуществления состав может содержать: от приблизительно 63 мол.% до приблизительно 65 мол.% SiO₂; от приблизительно 11 мол.% до приблизительно 17 мол.% Al₂O₃; от приблизительно 1 мол.% до приблизительно 3 мол.% P₂O₅; от приблизительно 9 мол.% до приблизительно 20 мол.% Na₂O; от 0 мол.% до приблизительно 6 мол.% MgO; и от 0 мол.% до приблизительно 6 мол.% ZnO.

[00160] В некоторых вариантах осуществления состав может иметь следующие композиционные соотношения: R₂O(мол.%)/Al₂O₃(мол.%) < 2, где R₂O=Li₂O+Na₂O. В некоторых вариантах осуществления состав может иметь следующие композиционные соотношения: 65 мол.% < SiO₂(мол.%)+P₂O₅(мол.%) < 67 мол.%. В некоторых вариантах осуществления состав может иметь следующие композиционные соотношения: R₂O(мол.%)+R´O(мол.%) - Al₂O₃(мол.%)+P₂O₅(мол.%) > -3 мол.%, где R₂O=Li₂O+Na₂O и R´O представляет собой общее количество оксидов двухвалентных металлов, присутствующих в составе.

[00161] Другие примерные составы стеклянных изделий перед описанным в настоящем документе химическим упрочнением показаны в Таблице 1.

[00162] Таблица 1: Примерные составы перед химическим упрочнением.

Мол.% Пример A Пример B Пример C Пример D Пример E Пример F SiO₂ 71,8 69,8 69,8 69,8 69,8 69,8 Al₂O₃ 13,1 13 13 13 13 13 B₂O₃ 2 2,5 4 2,5 2,5 4 Li₂O 8 8,5 8 8,5 8,5 8 MgO 3 3,5 3 3,5 1,5 1,5 ZnO 1,8 2,3 1,8 2,3 2,3 1,8 Na₂O 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 TiO₂ 0 0 0 1 1 1 Fe₂O₃ 0 0 0 0,8 0,8 0,8 SnO₂ 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Мол.% Пример G Пример H Пример I Пример J Пример K Пример L Пример M Пример N SiO₂ 70,18 70,91 71,28 71,65 71,65 71,65 74,77 72,00 Al₂O₃ 12,50 12,78 12,93 13,07 13,07 13,07 10,00 12,50 B₂O₃ 1,91 1,95 1,98 2,00 2,00 2,00 1,99 2,00 Li₂O 7,91 7,95 7,96 7,98 6,98 5,00 6,13 6,00 Na₂O 4,43 2,43 1,42 0,41 1,41 3,40 3,97 0,50 MgO 2,97 2,98 2,99 3,00 3,00 3,00 2,94 2,10 ZnO 0,00 0,89 1,34 1,80 1,80 1,80 0,00 0,00 CaO 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,05 4,90 SnO₂ 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 Li₂O/R₂O 0,64 0,77 0,85 0,95 0,83 0,60 0,61 0,92 R₂O-Al₂O₃ -0,16 -2,41 -3,54 -4,68 -4,68 -4,67 0,10 -6,00 R_xO-Al₂O₃ 2,81 1,47 0,79 0,12 0,12 0,13 3,09 1,00 MgO/RO 1,00 0,77 0,69 0,63 0,63 0,63 1,00 1,00 R₂O 12,34 10,38 9,39 8,39 8,39 8,40 10,10 6,50 RO 2,97 3,88 4,34 4,79 4,79 4,79 2,99 7,00

[00163] Другие примерные составы изделий на основе стекла перед описанным в настоящем документе химическим упрочнением показаны в Таблице 1А. Таблица 1B показывает выбранные физические свойства, определенные для примеров, перечисленных в Таблице 1A. Физические свойства, перечисленные в Таблице 1B, включают в себя: плотность; низкотемпературный и высокотемпературный коэффициент термического расширения (CTE); температуры деформации, отжига и размягчения; температуры достижения 10¹¹ Пз, 35 кПз, 200 кПз, температуры ликвидуса и разрушения циркона; вязкости при разрушении циркона и температуре ликвидуса; коэффициент Пуассона; модуль Юнга; показатель преломления и коэффициент оптической чувствительности по напряжению. В некоторых вариантах осуществления описанные в настоящем документе изделия на основе стекла и стеклянные подложки имеют высокотемпературный CTE меньше или равный 30 частям на миллион/°C и/или модуль Юнга по меньшей мере 70 ГПа, и в некоторых вариантах осуществления модуль Юнга вплоть до 80 ГПа.

[00164] Таблица 1А: Примерные составы перед химическим упрочнением.

[00165] Состав (мол.%) Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Пример 5 Пример 6 Пример 7 SiO₂ 63,77 64,03 63,67 63,91 64,16 63,21 63,50 Al₂O₃ 12,44 12,44 11,83 11,94 11,94 11,57 11,73 P₂O₅ 2,43 2,29 2,36 2,38 1,92 1,93 1,93 Li₂O 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Na₂O 16,80 16,81 16,88 16,78 16,80 17,63 16,85 ZnO 0,00 4,37 0,00 4,93 0,00 5,59 5,93 MgO 4,52 0,02 5,21 0,02 5,13 0,02 0,01 SnO₂ 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 R₂O/Al₂O₃ 1,35 1,35 1,43 1,41 1,41 1,52 1,44 Li₂O/Na₂O 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 (R₂O+RO) - Al₂O₃ - P₂O₅ 6,45 6,46 7,89 7,40 8,07 9,74 9,14

Состав (мол.%) Пример 8 Пример 9 Пример 10 Пример 11 Пример 12 Пример 13 Пример 14 SiO₂ 63,37 63,43 63,56 63,58 63,66 63,62 63,67 Al₂O₃ 11,72 12,49 12,63 12,59 12,91 12,85 12,89 P₂O₅ 2,00 2,32 2,46 2,46 2,43 2,45 2,47 Li₂O 0,00 0,00 1,42 2,87 0,00 1,42 2,92 Na₂O 16,84 17,16 15,45 14,04 16,89 15,48 13,92 ZnO 6,00 4,54 4,43 4,41 4,04 4,12 4,06 MgO 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 SnO₂ 0,05 0,04 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 R₂O/Al₂O₃ 1,44 1,37 1,34 1,34 1,31 1,31 1,31 Li₂O/Na₂O 0,00 0,00 0,09 0,20 0,00 0,09 0,21 (R₂O+RO) - Al₂O₃ - P₂O₅ 9,14 6,90 6,22 6,29 5,62 5,72 5,57

Состав (мол.%) Пример 15 Пример 16 Пример 17 Пример 18 Пример 19 Пример 20 Пример 21 SiO₂ 63,55 63,80 63,76 63,88 63,74 64,03 63,68 Al₂O₃ 12,92 12,90 12,95 13,48 13,37 13,26 13,19 P₂O₅ 2,35 2,34 2,37 2,31 2,34 2,29 2,46 Li₂O 0,00 1,47 2,94 0,00 1,48 2,94 0,00 Na₂O 17,97 16,36 14,85 17,20 15,96 14,37 16,84 ZnO 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3,77 MgO 3,17 3,08 3,09 3,08 3,08 3,06 0,02 SnO₂ 0,05 0,04 0,05 0,05 0,04 0,04 0,05 R₂O/Al₂O₃ 1,39 1,38 1,37 1,28 1,30 1,31 1,28 Li₂O/Na₂O 0,00 0,09 0,20 0,00 0,09 0,20 0,00 (R₂O+RO) - Al₂O₃ - P₂O₅ 5,87 5,67 5,56 4,48 4,81 4,83 4,98

Состав (мол.%) Пример 22 Пример 23 Пример 24 Пример 25 Пример 26 Пример 27 Пример 28 SiO₂ 63,66 63,76 63,67 63,73 63,73 63,64 63,76 Al₂O₃ 14,15 15,31 13,87 14,82 12,93 16,62 16,59 P₂O₅ 2,47 2,44 2,47 2,43 2,48 2,47 2,47 Li₂O 1,49 2,98 1,50 2,96 0,00 2,52 4,91 Na₂O 15,31 13,79 15,36 13,93 16,83 14,68 12,20 ZnO 2,85 1,64 0,00 0,00 2,98 0,00 0,00 MgO 0,03 0,03 3,09 2,08 1,00 0,03 0,03 SnO₂ 0,05 0,04 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 R₂O/Al₂O₃ 1,19 1,10 1,22 1,14 1,30 1,03 1,03 Li₂O/Na₂O 0,10 0,22 0,10 0,21 0,00 0,17 0,40 (R₂O+RO) - Al₂O₃ - P₂O₅ 3,05 0,70 3,61 1,72 5,40 -1,86 -1,92

Состав (мол.%) Пример 29 Пример 30 Пример 31 Пример 32 Пример 33 Пример 34 Пример 35 SiO₂ 63,89 63,92 63,77 63,73 63,70 63,65 63,87 Al₂O₃ 16,55 15,29 15,27 15,30 15,27 15,22 15,29 P₂O₅ 2,47 2,24 2,31 2,39 2,40 2,48 2,37 Li₂O 7,27 3,46 2,98 4,02 4,46 4,96 5,39 Na₂O 9,74 13,46 13,99 12,91 12,51 11,99 11,44 ZnO 0,00 1,56 1,61 1,57 1,58 1,63 1,57 MgO 0,03 0,02 0,02 0,03 0,03 0,02 0,02 SnO₂ 0,04 0,04 0,04 0,05 0,04 0,05 0,04 R₂O/Al₂O₃ 1,03 1,11 1,11 1,11 1,11 1,11 1,10 Li₂O/Na₂O 0,75 0,26 0,21 0,31 0,36 0,41 0,47 (R₂O+RO) - Al₂O₃ - P₂O₅ -1,98 0,97 1,01 0,84 0,90 0,91 0,76

Состав (мол.%) Пример 36 Пример 37 Пример 38 Пример 39 Пример 40 Пример 41 Пример 42 SiO₂ 63,69 63,75 63,70 63,62 63,74 63,77 63,77 Al₂O₃ 15,26 15,30 15,27 15,23 15,27 15,27 15,33 P₂O₅ 2,45 2,42 2,45 2,46 2,47 2,46 2,44 Li₂O 2,96 2,98 3,94 3,98 4,93 4,93 2,91 Na₂O 13,50 13,46 12,54 12,57 11,49 11,50 13,94 ZnO 2,06 2,01 2,03 2,06 2,03 2,00 0,00 MgO 0,02 0,03 0,02 0,03 0,03 0,03 1,57 SnO₂ 0,05 0,04 0,04 0,05 0,04 0,05 0,04 R₂O/Al₂O₃ 1,08 1,08 1,08 1,09 1,08 1,08 1,10 Li₂O/Na₂O 0,22 0,22 0,31 0,32 0,43 0,43 0,21 (R₂O+RO) - Al₂O₃ - P₂O₅ 0,83 0,77 0,80 0,95 0,73 0,73 0,66

Состав (мол.%) Пример 43 Пример 44 Пример 45 Пример 46 Пример 47 Пример 48 Пример 49 SiO₂ 63,69 63,81 63,65 63,71 63,62 63,65 63,62 Al₂O₃ 15,25 15,26 15,33 15,32 15,24 15,68 15,67 P₂O₅ 2,43 2,41 2,46 2,44 2,47 2,44 2,48 Li₂O 4,00 4,89 2,96 4,01 4,91 6,07 6,06 Na₂O 13,01 12,03 13,29 12,25 11,42 10,93 10,53 ZnO 0,00 0,00 2,24 2,20 2,27 1,17 1,57 MgO 1,57 1,56 0,03 0,03 0,02 0,02 0,02 SnO₂ 0,05 0,04 0,05 0,04 0,05 0,04 0,05 R₂O/Al₂O₃ 1,12 1,11 1,06 1,06 1,07 1,08 1,06 Li₂O/Na₂O 0,31 0,41 0,22 0,33 0,43 0,56 0,58 (R₂O+RO) - Al₂O₃ - P₂O₅ 0,90 0,81 0,73 0,73 0,91 0,08 0,04

Состав (мол.%) Пример 50 Пример 51 Пример 52 Пример 53 Пример 54 Пример 55 Пример 56 SiO₂ 63,60 63,89 63,84 63,90 63,88 64,74 60,17 Al₂O₃ 15,65 16,09 16,47 16,87 16,97 15,25 18,58 P₂O₅ 2,46 2,42 2,43 2,43 2,42 0,98 1,90 Li₂O 6,13 6,80 7,84 8,75 9,78 5,28 5,16 Na₂O 10,29 9,97 8,96 7,99 6,88 12,09 12,58 ZnO 1,81 0,78 0,39 0,00 0,00 1,61 1,55 MgO 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 SnO₂ 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,03 0,03 R₂O/Al₂O₃ 1,05 1,04 1,02 0,99 0,98 1,14 0,96 Li₂O/Na₂O 0,60 0,68 0,87 1,10 1,42 0,44 0,41 (R₂O+RO) - Al₂O₃ - P₂O₅ 0,14 -0,94 -1,68 -2,54 -2,70 2,78 -1,16

Состав (мол.%) Пример 57 Пример 58 Пример 59 Пример 60 Пример 61 Пример 62 Пример 63 Пример 64 SiO₂ 58,32 63,3 63,3 63,3 63,3 63,3 63,3 63,46 Al₂O₃ 18,95 15,25 15,65 16,2 15,1 15 425 15,7 15,71 P₂O₅ 2,42 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,45 Li₂O 4,96 6 7 7,5 6 7 7,5 6,37 Na₂O 13,74 10,7 9,7 9,45 10,55 9 475 8,95 10,69 ZnO 1,56 1,2 0,8 0 2,5 2,25 2 1,15 MgO 0,02 1 1 1 0 0 0 0,06 SnO₂ 0,03 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,04 R₂O/Al₂O₃ 0,99 1,10 1,07 1,05 1,10 1,07 1,05 1,09 Li₂O/Na₂O 0,36 0,56 0,72 0,79 0,57 0,74 0,84 0,6 (R₂O+RO) - Al₂O₃ - P₂O₅ -1,09 1,15 0,35 -0,75 1,45 0,80 0,25 -1,1

Таблица 1B: Выбранные физические свойства стекол, перечисленных в Таблице 1B.

Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Пример 5 Пример 6 Пример 7 Плотность (г/см³) 2,434 2,493 2,434 2,504 2,44 2,514 2,519 Низкотемпературный CTE
25-300°C (частей на миллион/°C) 8,9 8,62 8,95 8,6 8,82 8,71 8,54 Высокотемпературный CTE (частей на миллион/°C) 17,67 19,1 17,16 21 18,12 20 20,11 Температура деформации (^oC) 630 591 612 580 605 580 589 Температура отжига (^oC) 683 641 662 628 651 629 639 Температура достижения 10¹¹ Пз (°C) 770 725 748 710 734 711 721 Температура размягчения (^oC) 937 888 919 873 909 868 874 T^{35 kP} (^oC) 1167 1180 1158 1160 T^{200 kP} (^oC) 1070 1083 1061 1064 Температура разрушения циркона (^oC) 1205 1220 1170 1185 1205 Вязкость при разрушении циркона (Пз) 1,56 ×10⁴ 4,15 ×10⁴ 2,29 ×10⁴ 1,74 ×10⁴ Температура ликвидуса (^oC) 980 990 975 990 1000 Вязкость при температуре ликвидуса (Пз) 1,15 ×10⁶ 2,17 ×10⁶ 9,39 ×10⁵ 7,92 ×10⁵ Коэффициент Пуассона 0,200 0,211 0,206 0,214 0,204 0,209 0,211 Модуль Юнга (ГПа) 69,2 68,8 69,4 68,5 69,6 68,3 69,0 Показатель преломления на длине волны 589,3 нм 1,4976 1,5025 1,4981 1,5029 1,4992 1,5052 1,506 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению (нм/мм/МПа) 2,963 3,158 3,013 3,198 2,97 3,185 3,234

Пример 8 Пример 9 Пример 10 Пример 11 Пример 12 Пример 13 Пример 14 Плотность (г/см³) 2,516 2,501 2,498 2,493 2,493 2,492 2,486 Низкотемпературный CTE
25-300°C (частей на миллион/°C) 8,35 8,67 8,87 8,49 8,65 8,71 8,49 Высокотемпературный CTE (частей на миллион/°C) 20,11 20,6 20,94 19,52 20,77 Температура деформации (°C) 590 589 591 584 600 579 588 Температура отжига (°C) 641 639 640 628 652 620 630 Температура достижения 1011 Пз (°C) 726 724 720 704 738 695 704 Температура размягчения (°C) 888 890 865 857 900 867 860 T^{35 kP} (°C) 1170 1176 1159 1139 1197 1169 T^{200 kP} (°C) 1073 1080 1061 1041 1099 1070 Температура разрушения циркона (°C) 1195 1195 1210 1225 1195 1195 1220 Вязкость при разрушении циркона (Пз) 2,33 ×10⁴ 2,58 ×10⁴ 1,60 ×10⁴ 9,94 ×10³ 3,63 ×10⁴ 2,35 ×10⁴ Температура ликвидуса (°C) 1005 990 990 980 990 980 980 Вязкость при температуре ликвидуса (Пз) 8,69 ×10⁴ 1,48Е+06 9,02E+05 7,10E+05 2,19E+06 1,33E+06 Коэффициент Пуассона 0,211 0,205 0,208 0,209 0,209 0,210 0,217 Модуль Юнга (ГПа) 69,0 68,7 71,4 73,5 68,4 71,6 74,0 Показатель преломления на длине волны 589,3 нм 1,506 1,5036 1,505 1,5063 1,5026 1,5041 1,5052 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению (нм/мм/МПа) 3,234 3,194 3,157 3,131 3,18 3,156 3,131

Пример 15 Пример 16 Пример 17 Пример 18 Пример 19 Пример 20 Пример 21 Плотность (г/см³) 2,433 2,429 2,426 2,431 2,428 2,433 2,486 Низкотемпературный CTE
25-300°C (частей на миллион/°C) 9,15 9,16 8,83 8,97 8,97 8,79 8,45 Высокотемпературный CTE (частей на миллион/°C) 20 20 21 17,3 20 Температура деформации (^oC) 615 606 599 633 616 611 602 Температура отжига (°C) 662 659 653 684 670 665 653 Температура достижения 1011 Пз (°C) 747 745 741 771 758 751 739 Температура размягчения (°C) 935 903 901 943 918 905 910 T^{35 kP} (°C) 1182 1166 1152 1221 1185 1167 1207 T^{200 kP} (°C) 1083 1066 1051 1122 1084 1066 1108 Температура разрушения циркона (°C) Вязкость при разрушении циркона (Пз) Температура ликвидуса (°C) Вязкость при температуре ликвидуса (Пз) Коэффициент Пуассона 0,203 0,207 0,205 0,209 0,199 0,207 Модуль Юнга (ГПа) 68,9 71,2 72,7 69,4 70,9 68,1 Показатель преломления на длине волны 589,3 нм 1,4964 1,4981 1,4991 1,4965 1,4984 1,5006 1,5019 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению (нм/мм/МПа) 2,994 3,022 2,982 2,979 2,99 0 3,173

Пример 22 Пример 23 Пример 24 Пример 25 Пример 26 Пример 27 Пример 28 Плотность (г/см³) 2,468 2,448 2,434 2,428 2,47 2,419 2,414 Низкотемпературный CTE
25-300°C (частей на миллион/°C) 8,6 8,23 8,91 8,25 8,66 8,52 8,17 Высокотемпературный CTE (частей на миллион/°C) 19,52 19,49 19,47 Температура деформации (^oC) 596 595 638 616 608 640 620 Температура отжига (°C) 644 649 695 656 654 700 677 Температура достижения 1011 Пз (°C) 728 741 785 732 736 798 771 Температура размягчения (°C) 905 922 941 925 911 978 946 T^{35 kP} (°C) 1217 1227 1209 1215 1209 1283 1249 T^{200 kP} (°C) 1115 1125 1109 1115 1107 1184 1150 Температура разрушения циркона (°C) 1185 1185 1180 1185 1185 Вязкость при разрушения циркона (Пз) 5,86E+04 6,91E+04 5,59E+04 5,72E+04 1,05E+05 Температура ликвидуса (°C) 975 980 1080 1025 940 Вязкость при температуре ликвидуса (Пз) 4,14E+06 4,52E+06 3,56E+05 1,27E+06 2,92E+07 Коэффициент Пуассона 0,210 0,204 0,210 0,212 0,213 Модуль Юнга (ГПа) 71,4 71,6 73,5 68,8 76,9 Показатель преломления на длине волны 589,3 нм 1,502 1,5025 1,4996 1,5008 1,5006 1,4987 1,5014 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению (нм/мм/МПа) 3,123 3,03 3,001 3,021 3,148 3,039 3,015

Пример 29 Пример 30 Пример 31 Пример 32 Пример 33 Пример 34 Пример 35 Плотность (г/см³) 2,408 2,446 2,448 2,446 2,445 2,443 2,442 Низкотемпературный CTE
25-300°C (частей на миллион/°C) 7,86 8,29 8,38 8,17 8,14 8,04 7,97 Высокотемпературный CTE (частей на миллион/°C) 18,57 19,71 Температура деформации (°C) 610 591 595 585 580 574 577 Температура отжига (°C) 665 645 649 638 633 627 629 Температура достижения 1011 Пз (°C) 755 736 740 726 722 717 717 Температура размягчения (°C) 924 915 919 894 894 895 890 T^{35 kP} (°C) 1216 1223 1227 1216 1210 1203 1196 T^{200 kP} (°C) 1120 1122 1126 1114 1108 1102 1095 Температура разрушения циркона (°C) 1210 1175 1180 1190 1195 1210 1205 Вязкость при разрушении циркона (Пз) 3,86E+04 7,72E+04 7,55E+04 5,29E+04 4,43E+04 3,14E+04 3,04E+04 Температура ликвидуса (°C) 1080 990 975 975 975 975 980 Вязкость при температуре ликвидуса (Пз) 4,55E+05 3,28E+06 5,43E+06 3,80E+06 3,33E+06 3,02E+06 2,29E+06 Коэффициент Пуассона 0,211 0,206 0,202 0,21 0,204 0,204 0,203 Модуль Юнга (ГПа) 75,0 73,91 73,02 74,60 74,67 75,15 75,43 Показатель преломления на длине волны 589,3 нм 1,5053 1,503 1,5025 1,5035 1,5041 1,5046 1,5053 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению (нм/мм/МПа) 3,002 3,074 3,083 3,071 3,059 3,016 3,053

Пример 29 Пример 30 Пример 31 Пример 32 Пример 33 Пример 34 Пример 35 Плотность (г/см³) 2,408 2,446 2,448 2,446 2,445 2,443 2,442 Низкотемпературный CTE
25-300°C (частей на миллион/°C) 7,86 8,29 8,38 8,17 8,14 8,04 7,97 Высокотемпературный CTE (частей на миллион/°C) 18,57 19,71 Температура деформации (°C) 610 591 595 585 580 574 577 Температура отжига (°C) 665 645 649 638 633 627 629 Температура достижения 1011 Пз (°C) 755 736 740 726 722 717 717 Температура размягчения (°C) 924 915 919 894 894 895 890 T^{35 kP} (°C) 1216 1223 1227 1216 1210 1203 1196 T^{200 kP} (°C) 1120 1122 1126 1114 1108 1102 1095 Температура разрушения циркона (°C) 1210 1175 1180 1190 1195 1210 1205 Вязкость при разрушении циркона (Пз) 3,86E+04 7,72E+04 7,55E+04 5,29E+04 4,43E+04 3,14E+04 3,04E+04 Температура ликвидуса (°C) 1080 990 975 975 975 975 980 Вязкость при температуре ликвидуса (Пз) 4,55E+05 3,28E+06 5,43E+06 3,80E+06 3,33E+06 3,02E+06 2,29E+06 Коэффициент Пуассона 0,211 0,206 0,202 0,21 0,204 0,204 0,203 Модуль Юнга (ГПа) 75,0 73,91 73,02 74,60 74,67 75,15 75,43 Показатель преломления на длине волны 589,3 нм 1,5053 1 503 1,5025 1,5035 1,5041 1,5046 1,5053 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению (нм/мм/МПа) 3,002 3,074 3,083 3,071 3,059 3,016 3,053

Пример 36 Пример 37 Пример 38 Пример 39 Пример 40 Пример 41 Пример 42 Плотность (г/см³) 2,453 2,453 2,452 2,451 2,449 2,449 2,425 Низкотемпературный CTE
25-300°C (частей на миллион/°C) 8,17 8,14 7,97 8,01 7,79 7,9 8,54 Высокотемпературный CTE (частей на миллион/°C) 20,56 Температура деформации (°C) 595 595 584 587 578 584 617 Температура отжига (°C) 649 649 638 640 630 637 663 Температура достижения 1011 Пз (°C) 740 741 729 730 718 726 746 Температура размягчения (°C) 918 921 905 907 894 901 929 T^{35 kP} (°C) 1229 1232 1212 1219 1200 1204 1232 T^{200 kP} (°C) 1128 1131 1111 1118 1100 1103 1132 Температура разрушения циркона (°C) 1185 1200 1210 Вязкость при разрушении циркона (Пз) 7,20E+04 4,26E+04 3,00E+04 Температура ликвидуса (°C) 995 990 965 Вязкость при температуре ликвидуса (Пз) 3,33E+06 2,51E+06 3,71E+06 Коэффициент Пуассона 0,208 0,206 0,206 Модуль Юнга (ГПа) 73,70 74,67 75,50 Показатель преломления на длине волны 589,3 нм 1,5032 1,5042 1,5054 1,5005 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению (нм/мм/МПа) 3,093 3,071 3,072 3,033

Пример 43 Пример 44 Пример 45 Пример 46 Пример 47 Пример 48 Пример 49 Пример 50 Плотность (г/см³) 2,424 2,422 2,455 2,454 2,454 2,434 2,439 2,443 Низкотемпературный коэффициент термического расширения 25-300°C (частей на миллион/°C) 8,48 8,34 8,03 7,88 7,76 7,87 7,71 7,63 Высокотемпературный коэффициент термического расширения (частей на миллион/°C) Температура деформации (°C) 614 594 595 586 579 580 581 579 Температура закалки (°C) 659 640 649 639 630 633 633 632 Температура достижения 1011 Пз (°C) 739 722 740 729 718 722 721 721 Температура размягчения (°C) 912 899 918 909 898 892 893 895 Температура достижения 35 кПз (°C) 1216 1204 1212 1200 1203 1203 1203 Температура достижения 200 кПз (°C) 1116 1102 1113 1099 1105 1102 1103 Температура разрушения циркона (°C) Вязкость разрушения циркона (Пз) Температура ликвидуса (°C) 985 965 1005 1010 1030 Вязкость ликвидуса (Пз) 4. E+06 1,78E+06 1,34E+06 8,98E+05 Коэффициент Пуассона 0,211 0,21 0,213 Модуль Юнга (ГПа) 76,32 76,60 76,81 Показатель преломления на длине волны 589,3 нм 1,5014 1,5026 1,5036 1,5047 1,5061 1,505 1,5059 1,5064 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению (нм/мм/МПа) 2,965 2,981 3,082 3,057 3,063 3,025 3,004 3,046

Пример 51 Пример 52 Пример 53 Пример 54 Пример 55 Пример 56 Пример 57 Плотность (г/см³) 2,424 2,431 2,403 2,4 2,45 2,462 2,468 Низкотемпературный CTE
25-300°C (частей на миллион/°C) 77,1 76,1 74,3 73,1 80,2 79,7 83,6 Высокотемпературный CTE (частей на миллион/°C) Температура деформации (°C) 588 599 611 612 580 611 597 Температура отжига (°C) 640 651 665 665 631 663 649 Температура достижения 1011 Пз (°C) 728 738 753 752 718 750 735 Температура размягчения (°C) 900,4 907,5 916 912,5 892,2 915,6 899,4 T^{35 kP} (°C) 1204 1209 1209 1202 1206 1205 1184 T^{200 kP} (°C) 1106 1113 1113 1106 1102 1111 1093 Температура разрушения циркона (°C) Вязкость при разрушении циркона (Пз) Температура ликвидуса (°C) 1060 1115 1160 1205 Вязкость при температуре ликвидуса (Пз) 5,11E+05 1,90E+05 8,18E+04 3,32e+04 Коэффициент Пуассона 0,211 0,212 0,208 0,214 Модуль Юнга (ГПа) 77,01 78,05 77,57 78,74 Показатель преломления на длине волны 589,3 нм 1,5054 1,5055 1,5059 1,5072 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению (нм/мм/МПа) 3,011 2,98 2,982 2,964

Пример 64 Плотность (г/см³) 2,428 CTE
25-300°C (частей на миллион/°C) 7,8 Температура деформации (°C) 571 Температура отжига (°C) 622 Температура достижения 1011 Пз (°C) Температура размягчения (°C) 881,4 T^{35 kP} (°C) T^{200 kP} (°C) 1645 Температура разрушения циркона (°C) Вязкость при разрушении циркона (Пз) Температура ликвидуса (°C) 1000 Вязкость при температуре ликвидуса (Пз) 1524280 Коэффициент Пуассона 0,211 Модуль Юнга (ГПа) 76,3 Показатель преломления на длине волны 589,3 нм 1,51 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению (нм/мм/МПа) 3,02

[00166] Когда стеклянное изделие включает в себя стеклокерамику, кристаллические фазы могут включать в себя β-сподумен, рутил, ганит или другие известные кристаллические фазы и их комбинации.

[00167] Стеклянное изделие может быть по существу плоским, хотя другие варианты осуществления могут использовать криволинейную или иным образом сформированную подложку. В некоторых случаях стеклянное изделие может иметь трехмерную или 2,5-мерную форму. Стеклянное изделие может быть по существу оптически прозрачным, прозрачным и не рассеивающим свет. Стеклянное изделие может иметь показатель преломления в диапазоне от приблизительно 1,45 до приблизительно 1,55. Используемое в настоящем документе значение показателя преломления относится к длине волны 550 нм.

[00168] Дополнительно или альтернативно толщина стеклянного изделия может быть постоянной вдоль одного или более измерений или может изменяться вдоль одного или более его измерений по эстетическим и/или функциональным причинам. Например, края стеклянного изделия могут быть более толстыми по сравнению с центральными областями стеклянного изделия. Длина, ширина и толщина стеклянного изделия также могут изменяться в соответствии с применением или использованием изделия.

[00169] Стеклянное изделие может быть охарактеризовано способом его формирования. Например, когда стеклянное изделие может быть охарактеризовано как флоатформируемое (то есть сформированное с помощью флоат-процесса), вытягиваемое и, в частности, формируемое плавлением или вытягиванием через щель (то есть сформированное с помощью процесса вытягивания, такого как процесс вытягивания расплава или процесс вытягивания через щель).

[00170] Флоатформируемое стеклянное изделие может быть охарактеризовано гладкими поверхностями и однородной толщиной, которые получаются за счет разлива расплавленного стекла на слое расплавленного металла, обычно олова. В одном примерном процессе расплавленное стекло, которое подается на поверхность слоя расплавленного олова, образует плавающую стеклянную ленту. По мере того, как эта стеклянная лента течет вдоль оловянной ванны, температура постепенно уменьшается до тех пор, пока стеклянная лента не затвердеет в твердое стеклянное изделие, которое может быть снято с олова на ролики. После выхода из ванны стеклянное изделие может быть дополнительно охлаждено и отожжено для уменьшения внутреннего напряжения. Когда стеклянное изделие представляет собой стеклокерамику, стеклянное изделие, сформированное с помощью флоат-процесса, может быть подвергнуто процессу керамизации, при котором образуется одна или несколько кристаллических фаз.

[00171] Процессы вытягивания производят стеклянные изделия, имеющие однородную толщину и обладающие относительно чистыми поверхностями. Поскольку средняя прочность на изгиб стеклянного изделия зависит от количества и размера поверхностных дефектов, чистая поверхность с минимальным контактом имеет более высокую начальную прочность. Когда это высокопрочное стеклянное изделие затем дополнительно упрочняется (например, химически), получаемая прочность может быть более высокой, чем у стеклянного изделия, поверхность которого была отшлифована и отполирована. Вытянутые стеклянные изделия могут вытягиваться до толщины меньше чем примерно 2 мм. Кроме того, вытянутые стеклянные изделия имеют очень плоскую гладкую поверхность, которая может использоваться в конечном приложении без дорогостоящих шлифования и полировки. Когда стеклянное изделие представляет собой стеклокерамику, стеклянное изделие, сформированное с помощью процесса вытягивания, может быть подвергнуто процессу керамизации, при котором образуется одна или несколько кристаллических фаз.

[00172] Процесс вытягивания расплава, например, использует вытяжной резервуар с каналом для приема расплавленного стеклянного сырья. Этот канал имеет сливы, которые открыты сверху вдоль канала по обеим его сторонам. Когда этот канал заполняется расплавленным материалом, расплавленное стекло переливается через эти сливы. Благодаря силе тяжести расплавленное стекло течет вниз по наружным поверхностям вытяжного резервуара в виде двух текучих стеклянных пленок. Эти наружные поверхности вытяжного резервуара проходят вниз и внутрь так, чтобы они соединялись краями ниже вытяжного резервуара. Эти две текучих стеклянных пленки соединяются на этом краю, сплавляясь и формируя единое текучее стеклянное изделие. Способ вытягивания расплава обладает тем преимуществом, что поскольку две стеклянных пленки, переливающиеся через канал, сплавляются вместе, ни одна из наружных поверхностей получаемого стеклянного изделия не приходит в соприкосновение ни с какой частью устройства. Таким образом, такой контакт не влияет на поверхностные свойства вытянутого из расплава стеклянного изделия. Когда стеклянное изделие представляет собой стеклокерамику, стеклянное изделие, сформированное с помощью процесса вытягивания расплава, может быть подвергнуто процессу керамизации, при котором образуется одна или несколько кристаллических фаз.

[00173] Процесс вытягивания через щель отличается от способа вытягивания расплава. В процессах вытягивания через щель расплавленное сырое стекло подается в вытяжной резервуар. Дно вытяжного резервуара имеет открытую щель с соплом, которое проходит на всю длину щели. Расплавленное стекло течет через щель/сопло и вытягивается вниз как непрерывное стеклянное изделие, и подается в область отжига. Когда стеклянное изделие представляет собой стеклокерамику, стеклянное изделие, сформированное с помощью процесса вытягивания через щель, может быть подвергнуто процессу керамизации, при котором образуется одна или несколько кристаллических фаз.

[00174] В некоторых вариантах осуществления стеклянное изделие может быть сформировано c использованием процесса тонкой прокатки, описанного в американском патенте № 8713972 «Процесс и устройство для формирования прецизионного стеклянного рулона», в американском патенте № 9003835 «Формирование прецизионного рулона текстурированного листового стекла», в американской патентной публикации № 20150027169 «Способы и устройство для формирования стеклянной ленты» и в американской патентной публикации № 20050099618 «Устройство и способ для формирования тонких стеклянных изделий», содержимое которых включено в настоящий документ посредством ссылки во всей его полноте. Более конкретно стеклянное изделие может быть сформировано путем подачи вертикального потока расплавленного стекла, формования подаваемого потока расплавленного стекла или стеклокерамики с помощью пары формовочных валков, температура поверхности которых поддерживается равной приблизительно 500°C или выше или приблизительно 600°C или выше, чтобы сформировать стеклянную ленту, имеющую некоторую сформированную толщину, калибровки сформированной стеклянной ленты с помощью пары калибровочных валков, температура поверхности которых поддерживается равной приблизительно 400°C или ниже, для получения калиброванной стеклянной ленты, имеющей желаемую толщину, меньшую, чем сформированная толщина, и желаемую однородность толщины. Устройство, используемое для формирования стеклянной ленты, может включать в себя устройство подачи расплавленного стекла; пару формовочных валков, температура поверхности которых поддерживается равной приблизительно 500°C или выше, причем формовочные валки расположены близко друг к другу, образуя зазор для формования стекла между формовочными валками, расположенный вертикально под устройством подачи стекла для приема подаваемого потока расплавленного стекла и утончения подаваемого потока расплавленного стекла между формовочными валками для формирования сформированной стеклянной ленты, имеющей сформированную толщину; а также пару калибровочных валков, температура поверхности которых поддерживается равной приблизительно 400°C или ниже, причем калибровочные валки расположены близко друг к другу, образуя зазор для калибровки стекла между калибровочными валками, расположенный вертикально под формовочными валками для приема сформированной стеклянной ленты и утончения сформированной стеклянной ленты для получения калиброванной стеклянной ленты, имеющей желаемую толщину и желаемую однородность толщины.

[00175] В некоторых случаях, когда вязкость стекла не позволяет использовать способы вытягивания расплава или вытягивания через щель, может быть использован процесс тонкой прокатки. Например, тонкая прокатка может быть использована для формирования стеклянных изделий, когда стекло имеет вязкость ликвидуса менее чем 100 кПз.

[00176] Стеклянное изделие может быть отполировано кислотой или обработано иным образом для удаления или уменьшения поверхностных дефектов.

[00177] Другой аспект этого раскрытия относится к способу формирования стойкого к растрескиванию стеклянного изделия. Этот способ включает в себя обеспечение стеклянной подложки, имеющей первую поверхность и вторую поверхность, определяющие толщину приблизительно 1 мм или меньше, и создание профиля напряжений в этой стеклянной подложке, как описано в настоящем документе, для получения стойкого к растрескиванию стеклянного изделия. В одном или более вариантах осуществления создание профиля напряжений содержит ионный обмен множества щелочных ионов в стеклянной подложке для того, чтобы сформировать градиент концентраций оксида щелочного металла, представляющий собой отличную от нуля концентрацию оксида щелочного металла вдоль толщины. В одном примере создание профиля напряжений включает в себя погружение стеклянной подложки в ванну из расплава солей, включающего нитраты Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺ или их комбинацию, имеющего температуру приблизительно 350°C или больше (например, от приблизительно 350°C до приблизительно 500°C). В одном примере ванна расплава может включать в себя NaNO₃ и может иметь температуру приблизительно 485°C. В другом примере ванна может включать в себя NaNO₃ и иметь температуру приблизительно 430°С. Стеклянная подложка может быть погружена в ванну приблизительно на 2 час или более, вплоть до приблизительно 48 час (например, от приблизительно 12 час до приблизительно 48 час, от приблизительно 12 час до приблизительно 32 час, от приблизительно 16 час до приблизительно 32 час, от приблизительно 16 час до приблизительно 24 час или от приблизительно 24 час до приблизительно 32 час).

[00178] В некоторых вариантах осуществления этот способ может включать в себя химическое упрочнение или ионный обмен стеклянной подложки более чем на одной стадии с использованием последовательных стадий погружения более чем в одну ванну. Например, две или более ванн могут использоваться последовательно. Состав этих одной или более ванн может включать в себя один металл (например, Ag⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ или Cs⁺) или комбинацию металлов в одной и той же ванне. Когда используется более одной ванны, эти ванны могут иметь одинаковые или различные составы и/или температуры. Времена погружения в каждую такую ванну могут быть одинаковыми или могут изменяться для обеспечения желаемого профиля напряжений.

[00179] В одном или более вариантах осуществления вторая ванна или последующие ванны могут использоваться для создания большего поверхностного CS. В некоторых случаях этот способ включает в себя погружение стеклянного материала во вторую или последующие ванны для создания большего поверхностного CS без значительного влияния на химическую глубину слоя и/или DOC. В таких вариантах осуществления вторая или последующая ванна может включать в себя один металл (например, KNO₃ или NaNO₃) или смесь металлов (KNO₃ и NaNO₃). Температура второй или последующей ванны может быть отрегулирована для создания большего поверхностного CS. В некоторых вариантах осуществления продолжительность погружения стеклянного материала во вторую или последующую ванну также может регулироваться для создания большего поверхностного CS без влияния на химическую глубину слоя и/или DOC. Например, продолжительность погружения во вторую или последующие ванны может составлять меньше чем 10 час (например, приблизительно 8 час или меньше, приблизительно 5 час или меньше, приблизительно 4 час или меньше, приблизительно 2 час или меньше, приблизительно 1 час или меньше, приблизительно 30 мин или меньше, приблизительно 15 мин или меньше, или приблизительно 10 мин или меньше).

[00180] В одном или более альтернативных вариантах осуществления этот способ может включать в себя одну или более стадий термической обработки, которые могут использоваться в комбинации с описанными в настоящем документе ионообменными процессами. Термическая обработка включает в себя термообработку стеклянного изделия для получения желаемого профиля напряжений. В некоторых вариантах осуществления термообработка включает в себя отжиг, отпуск или нагревание стеклянного материала до температуры в диапазоне от приблизительно 300°C до приблизительно 600°C. Термообработка может длиться от 1 мин до 18 час. В некоторых вариантах осуществления термообработка может использоваться после одного или более ионообменных процессов или между ионообменными процессами.

Примеры

[00181] Далее различные варианты осуществления будут разъяснены с помощью следующих примеров.

Пример 1

[00182] Стеклянные изделия в соответствии с Примерами 1A-1B и Сравнительными примерами 1C-1G были изготовлены путем обеспечения стеклянных подложек, имеющих номинальный состав стекла 58 мол.% SiO₂, 16,5 мол.% Al₂O₃, 17 мол.% Na₂O, 3 мол.% MgO и 6,5 мол.% P₂O₅. Эти стеклянные подложки имели толщину 0,4 мм и длину и ширину 50 мм. Эти стеклянные подложки были химически упрочнены с помощью процесса ионного обмена, который включал в себя погружение в ванну расплава солей из 80% KNO₃ и 20% NaNO₃, имеющую температуру приблизительно 420°C, на период времени, показанный в Таблице 2. Полученные стеклянные изделия были затем подвергнуты описанному выше тесту AROR и истиранию главной поверхности каждого из образцов с использованием абразивных частиц SiC с зернистостью 90 при давлении 5 фунтов на кв.дюйм, 15 фунтов на кв.дюйм или 25 фунтов на кв.дюйм, как показано в Таблице 2. Таблица 2 показывает среднюю равномерную двухосную прочность на изгиб или разрушающую нагрузку стеклянных изделий.

[00183] Таблица 2: Условия химического упрочнения и результаты AROR для Примера 1.

Пример Условия ионного обмена При 5 фунт/кв.дюйм
Средняя сила, кгс (коэффициент Стьюдента) 15 фунт/кв.дюйм
Средняя сила, кгс (коэффициент Стьюдента) 25 фунт/кв.дюйм
Средняя сила, кгс (коэффициент Стьюдента) 1C 420°C/4 час 49,4 (7,1) 17,4 (7,2) 0,3 (0,9) 1D 420°C/8 час 49,9 (7,1) 36,5 (6,7) 19,3 (6,4) 1A 420°C/16 час 47,5 (6,0) 38,3 (2,8) 30,0 (5,4) 1B 420°C/32 час 36,9 (4,3) 30,9 (3,1) 26,2 (2,8) 1E 420°C/64 час 18,7 (1,5) 15,3 (0,9) 13,5 (1,2) 1F 420°C/128 час 5,9 (0,5) 5,4 (0,3) 4,5 (0,3)

[00184] Средняя равномерная двухосная прочность на изгиб или разрушающая нагрузка Примеров после износа при давлении 15 фунтов на кв.дюйм и 25 фунтов на кв.дюйм показана на Фиг. 11. Как показано на Фиг. 11, Примеры 1A и 1B показали самую большую среднюю равномерную двухосную прочность на изгиб после истирания при давлении 25 фунтов на кв.дюйм. Соответственно, характеристики AROR Примеров 1A и 1B демонстрируют, что эти стеклянные изделия показывают сильно кубированный рисунок трещин, что указывает на улучшенную сохраняемую прочность, особенно для более глубоких глубин истирания, которые являются результатом более высоких давлений истирания.

Пример 2

[00185] Стеклянные изделия в соответствии с Примерами 2A-2C и Сравнительными примерами 2D-2F были изготовлены путем обеспечения стеклянных подложек и химического упрочнения этих стеклянных подложек. Стеклянные подложки, использованные для Примеров 2А-2С и Сравнительных примеров 2E-2F, имели номинальный состав стекла 69,2 мол.% SiO₂, 12,6 мол.% Al₂O₃, 1,8 мол.% B₂O₃, 7,7 мол.% Li₂O, 0,4 мол.% Na₂O, 2,9 мол.% MgO, 1,7 мол.% ZnO, 3,5 мол.% TiO₂ и 0,1 мол.% SnO₂. Подложка, использованная для Сравнительного примера 2D, имела тот же самый состав, что и Пример 1.

[00186] Эти стеклянные подложки имели толщину 1 мм, а также длину и ширину, обеспечивающие их использование в известных корпусах мобильных устройств. Стеклянные подложки были химически упрочнены с помощью процессов ионного обмена, показанных в Таблице 3. Значения CT и DOC для Примеров 2A-2C были измерены с помощью SCALP, и также показаны в Таблице 3.

[00187] Таблица 3: Условия ионного обмена и результаты теста падения для Примера 2.

Пример Состав расплавленной ванны Температура расплавленной ванны (°C) Время погружения (час) CT (МПа) DOC (мкм) Пример 2A 100% NaNO₃ 430 24 128 160 Пример 2B 100% NaNO₃ 430 29 153 200 Пример 2C 100% NaNO₃ 430 33 139 200 Сравнительный Пример 2D Сравнительный Пример 2E 100% NaNO₃ 390 3,5 Сравнительный Пример 2F 100% NaNO₃ 430 48

[00188] Сравнительный пример 2D был подвергнут ионному обмену для того, чтобы получить профиль напряжения с функцией ошибки при значении DOC, превышающем 75 мкм (как было измерено в документе Русев I с применением анализа IWKB). Полученные стеклянные изделия были затем вставлены в идентичные корпуса мобильных устройств и подвергнуты описанному выше испытанию на падение на наждачную бумагу с зернистостью 30. Фиг. 12 показывает максимальную высоту отказа для Примеров. Как показано на Фиг. 12, Примеры 2A-2C показали значительно большие максимальные высоты отказа (то есть 212 см, 220 см и 220 см, соответственно), а также показали кубированное поведение при растрескивании. Пример 2F, имеющий тот же самый состав, не показал того же самого кубированного поведения при растрескивании, а также показал более низкую максимальную высоту отказа по сравнению с Примерами 2A-2C.

Пример 3

[00189] Стеклянные изделия в соответствии с Примерами 3A-3K и Сравнительными примерами 3L-3X были изготовлены путем обеспечения стеклянных подложек и упрочнения этих стеклянных подложек. Подложки, использованные для Примеров 3A-3D, имели тот же самый состав, что и Пример 1, а подложки, использованные для Примеров 3L-3X, имели номинальный состав стекла 69 мол.% SiO₂, 10,3 мол.% Al₂O₃, 15,2 мол.% Na₂O, 5,4 мол.% MgO и 0,2 мол.% SnO₂.

[00190] Эти стеклянные подложки имели толщину 0,4 мм, а также длину и ширину 50 мм на 50 мм. Эти стеклянные подложки были химически упрочнены с помощью ионного обмена. Примеры 3A-3K были подвергнуты ионному обмену в ванне расплава солей из 80% KNO₃ и 20% NaNO₃, имеющей температуру 460°C, в течение 12 час. Сравнительные примеры 3L-3X были подвергнуты ионному обмену таким образом, что каждое полученное стеклянное изделие по результатам измерения FSM показывало поверхностное CS 912 МПа и DOC 37 мкм.

[00191] Полученные стеклянные изделия были затем подвергнуты растрескиванию путем единственного удара по одной главной поверхности каждого изделия коносферическим резцом из карбида вольфрама с высоты падения (как показано в Таблицах 4 и 5) и оценки рисунка разрушения или растрескивания с точки зрения того, сколько фрагментов образовалось, разбилось ли стеклянное изделие немедленно или вообще не разбилось, а также ломкости стеклянного изделия.

[00192] Таблица 4: Характеристики отказа и механика растрескивания Примеров 3A-3K.

Пример Количество ударов Количество фрагментов (#) Хрупкий (да/нет) Высота падения (дюймов) Время до разрушения 3A 1 100+ Да 0,611 Мгновенно 3B 1 DNB DNB 0,561 DNB 3C 1 DNB DNB 0,511 DNB 3D 1 DNB DNB 0,461 DNB 3E 1 DNB DNB 0,411 DNB 3F 1 DNB DNB 0,361 DNB 3G 1 DNB DNB 0,311 DNB 3H 1 100+ Да 0,261 Мгновенно 3I 1 DNB DNB 0,211 DNB 3J 1 DNB DNB 0,161 DNB 3K 1 DNB DNB 0,111 DNB

* DNB=не ломался

[00193] Таблица 5: Характеристики отказа и механика растрескивания Сравнительных примеров 3L-3X.

Пример Количество ударов Количество фрагментов (#) Хрупкий (да/нет) Высота падения (дюймов) Время до разрушения 3L 1 9 Нет 0,226 Мгновенно 3M 1 7 Нет 0,221 Мгновенно 3N 1 5 Да 0,216 30 с 3O 1 6 Да 0,211 30 с 3P 1 2 Нет 0,206 30 с 3Q 1 7 Да 0,201 1 мин 3R 1 DNB DNB 0,196 DNB 3S 1 5 Да 0,191 30 с 3T 1 6 Да 0,186 10 с 3U 1 9 Да 0,181 10 с 3V 1 6 Да 0,176 15 с 3W 1 10+ Да 0,171 10 с 3X 1 8 Да 0,111 30 с

* DNB=не ломался

[00194] Как показано в Таблицах 4-5, очевидно, что стеклянные изделия, химически упрочненные до состояния, близкого к пределу хрупкости (т.е. Сравнительные примеры 3L-3X), с большей вероятностью испытают отсроченный отказ по сравнению со стеклянными изделиями, которые были химически упрочнены до состояния с высокой степенью кубирования/фрагментации при растрескивании (т.е. Примеры 3A-3K). В частности, более 80% Сравнительных примеров 3L-3X показали отсроченный отказ, в то время как образцы в Таблице 4 разрушались сразу, либо вообще не ломались. Кроме того, Сравнительные примеры 3L-3X показали меньшее количество более крупных и более раздробленных фрагментов, чем Примеры 3A-4K, которые растрескались с высокой степенью кубирования на фрагменты с низкими соотношениями сторон.

Пример 4

[00195] Стеклянные изделия в соответствии с Примерами 4A-4B и Сравнительными примерами 4C-4F были изготовлены путем обеспечения стеклянных подложек, имеющих тот же самый номинальный состав, что и Пример 1, и упрочнения этих стеклянных подложек. Эти стеклянные подложки имели толщину 0,4 мм и были химически упрочнены с помощью процесса ионного обмена, в котором стеклянные подложки погружались в ванну расплава солей из 80% KNO₃ и 20% NaNO₃, имеющую температуру 430°C, на периоды времени, показанные в Таблице 6.

[00196] Таблица 6: Продолжительности ионного обмена для Примера 5.

Пример Время погружения (час) Пример 4A 16 Пример 4B 32 Сравнительный пример 4C 4 Сравнительный пример 4D 8 Сравнительный пример 4E 64 Сравнительный пример 4F 128

[00197] Концентрация K₂O в стеклянных изделиях измерялась с использованием оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда (GDOES). На Фиг. 13 молярный % (выраженный как K₂O) более крупного иона K⁺, который заменяет более мелкий ион Na⁺ в стеклянной подложке, представлен на вертикальной оси и изображен как функция глубины ионообмена. Примеры 4A и 4B показали более высокую сохраняемую энергию растяжения (а также центральное напряжение), чем другие профили, и максимальные DOC и величину поверхностного сжатия.

[00198] Фиг. 14 показывает измеренный в работе Русев I с применением анализа IWKB профиль напряжений Примера 4G, который был сформирован путем обеспечения той же самой подложки, что и в Примерах 4A и 4B, но с погружением в ванну расплава солей из 70% KNO₃ и 30% NaNO₃, имеющую температуру 460°C, на 12 час.

Пример 5

[00199] Стеклянные изделия в соответствии с Примерами 5A-5D (где Примеры B и C были сравнительными) были изготовлены путем обеспечения стеклянных подложек, имеющих тот же самый номинальный состав, что и Примеры 2A-2C, и упрочнения этих стеклянных подложек. Стеклянные подложки были химически упрочнены с помощью процессов ионного обмена, показанных в Таблице 7.

[00200] Таблица 7: Условия ионного обмена для Примера 5.

Пример Состав расплавленной ванны Температура расплавленной ванны (°C) Продолжительность погружения (час) 5A 80% KNO₃/20% NaNO₃ 460 12 Сравнительный 5B 65% KNO₃/35% NaNO₃ 460 12 Сравнительный 5C 100% NaNO₃ 430 4 5D 100% NaNO₃ 430 16

[00201] Пример 5A и Сравнительный пример 5B были приклеены к прозрачной подложке с использованием чувствительного к давлению клейкого вещества, поставляемого компанией 3M под товарным знаком 468MP, наносимого одинаковым образом и с одинаковой толщиной. Пример 5A и Сравнительный пример 5B были разбиты, и полученные разбитые стеклянные изделия были подвергнуты оценке. Фиг. 15A и 15B показывают изображения трещин Примера 5A и Сравнительного примера 5B, соответственно. Как показано на Фиг. 15A, Пример 5A показал более выраженное кубированное поведение и дал фрагменты, имеющие соотношение сторон меньше чем приблизительно 2. Как показано на Фиг. 15B, Сравнительный пример 5B дал фрагменты, имеющие более высокое соотношение сторон.

[00202] Сравнительный пример 5C и Пример 5D не были ограничены клейким веществом и были разбиты. Полученные разбитые стеклянные изделия были подвергнуты оценке. Фиг. 15C и 15D показывают изображения трещин Сравнительного примера 5C и Примера 5D, соответственно. Как показано на Фиг. 15C, Сравнительный пример 5C имел более крупные фрагменты. Как показано на Фиг. 15D, Пример 5D дал кубированные фрагменты. Считается, что подфрагменты (не показаны) не проходили через всю толщину стеклянного изделия.

Пример 6

[00203] Стеклянное изделие в соответствии с Примером 6 было изготовлено путем обеспечения стеклянной подложки, имеющий тот же самый номинальный состав, что и Примеры 3A-3K, и упрочнено тем же самым образом. Пример 6 был оценен на предмет его мутности или читаемости после растрескивания при различных углах зрения. После растрескивания Пример 6 показал высокую степень кубирования, но при этом все еще обладал хорошей читаемостью под углом зрения 90° относительно плоскости поверхности или главной поверхности стеклянного изделия. Читаемость падает при уменьшении угла зрения, как проиллюстрировано изображениями на Фиг. 16A-16D. Фиг. 16A демонстрирует, что текст, находящийся позади Примера 6, является все еще видимым и удобочитаемым при угле зрения 90° относительно плоскости поверхности или главной поверхности стеклянного изделия. Фиг. 16B показывают, что этот текст является более-менее видимым и удобочитаемым при угле зрения приблизительно 67,5°. Текст не является четким или удобочитаемым при углах зрения 45° и 22,5° относительно плоскости поверхности или главной поверхности стеклянного изделия, как показано на Фиг. 16C-16D. Соответственно, Пример 6 может функционировать в качестве приватного экрана при использовании в дисплее, так что только зритель может легко читать или видеть дисплей, в то время как другие люди, находящиеся около зрителя, будут не в состоянии четко видеть дисплей.

Пример 7

[00204] Стеклянные изделия в соответствии с Примерами 7A-7C были изготовлены путем обеспечения стеклянных подложек, имеющих 2,5-мерную форму, каждая из которых имела различную толщину (то есть Пример 7A имел толщину 1 мм, Пример 7B имел толщину 0,8 мм и Пример 7C имел толщину 0,5 мм). 2,5-мерная форма включает в себя плоскую главную поверхность и противоположную искривленную главную поверхность. Состав этих стеклянных подложек был тем же самым, что и в Примерах 2A-2C. Сохраненная энергия растяжения каждой подложки рассчитывалась как функция времени ионного обмена с использованием ванны с расплавом, имеющей температуру 430°С. Сохраненная энергия растяжения рассчитывалась с использованием полной величины напряжения в области CT (327 на Фиг. 4), измеренной с помощью SCALP. Расчетная сохраненная энергия растяжения изображена как функция времени ионного обмена на Фиг. 17. Для целей иллюстрации пунктирная линия, соответствующая значению сохраненной энергии растяжения 10 Дж/м², показана для того, чтобы представить приблизительный порог ломкости. Выделенная область представляет собой условия ионного обмена для одной детали, имеющей диапазон толщины 0,5-1,0 мм, которая показывает описанное в настоящем документе поведение. В частности, этот диапазон обеспечивает оптимизированные механические характеристики и аналогичную степень кубирования по всей области детали при ее растрескивании.

[00205] Если известные пределы ломкости используются для определения параметров ионного обмена для различных толщин, то в момент А времени ионного обмена, где сохраненная энергия растяжения становится меньше 10 Дж/м², стеклянная подложка, имеющая толщину 1 мм, будет неломкой, а стеклянная подложка с толщиной 0,5 мм будет иметь низкое значение CS. В момент времени C стеклянная подложка, имеющая толщину 0,5 мм, является неломкой, а стеклянная подложка, имеющая толщину между 1 мм и 0,8 мм, является ломкой. Соответственно, при использовании текущего определения ломкости Фиг. 17 показывает, что в данной ванне при заданной температуре для относительно толстой части или области неравномерно толстой части можно выбрать более длительное время ионного обмена, чем для более тонкой части, или более тонкой области преднамеренно неравномерно толстой части. Для того, чтобы обеспечить полностью законченную 2,5-мерную деталь, которая имеет существенно улучшенные характеристики падения и надежность, а также относительно однородную степень фрагментации или кубирования, может быть желательно подвергать эту деталь ионному обмену в течение более короткого промежутка времени для того, чтобы установить более высокую степень сохраненной энергии растяжения, чем промежуток, выбираемый для ограничения степени фрагментации или кубирования.

[00206] Фиг. 18 представляет образцы, показанные на Фиг. 17, за исключением того, что установленная энергия растяжения, представленная в 11, теперь представлена как центральное напряжение (CT), которое было использовано в качестве более общего описателя энергии растяжения в центральной области подвергнутых ионному обмену образцов.

Пример 8

[00207] Пример 8 включал в себя стеклянное изделие, изготовленное путем обеспечения стеклянной подложки, имеющей тот же самый номинальный состав, что и Пример 1, и упрочнения этой стеклянной подложки. Эта стеклянная подложка имела толщину 0,4 мм и была химически упрочнена с помощью двухстадийного процесса ионного обмена, в котором стеклянная подложка сначала погружалась в первую ванну расплава солей из 80% KNO₃ и 20% NaNO₃, имеющую температуру 460°C, на 12 час, затем вынималась из первой ванны расплава солей и погружалась во вторую ванну расплава солей из 100% KNO₃, имеющую температуру 390°C, на 12 мин. Полученное стеклянное изделие имело поверхностное сжимающее напряжение 624,5 МПа, DOC приблизительно 83,3 мкм (что эквивалентно 0,208t), и максимальное CT приблизительно 152,6 МПа, измеренное в работе Русев I с применением анализа IWKB. Фиг. 19 показывает сжимающее усилие (показанное как отрицательные значения) и растягивающее усилие (показанное как положительные значения) как функцию глубины в мкм.

[00208] Аспект (1) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию, включающему в себя первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, которые определяют толщину (t) величиной приблизительно 1,1 мм или меньше; слой сжимающего напряжения, простирающийся от первой поверхности до глубины сжатия (DOC) больше чем приблизительно 0,11⋅t; в котором после растрескивания стеклянного изделия в соответствии с тестом ломкости оно включает в себя множество фрагментов, в котором по меньшей мере 90% этих фрагментов имеют соотношение сторон приблизительно 5 или меньше.

[00209] Аспект (2) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию Аспекта (1), в котором стеклянное изделие растрескивается на множество фрагментов через 1 с или меньше при измерении с помощью теста ломкости.

[00210] Аспект (3) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию Аспекта (1) или Аспекта (2), в котором по меньшей мере 80% из множества фрагментов имеют максимальный размер, меньше или равный 3⋅t.

[00211] Аспект (4) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (1) - (3), в котором по меньшей мере 50% из множества фрагментов имеют соотношение сторон 2 или меньше.

[00212] Аспект (5) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (1) - (4), в котором по меньшей мере 50% из множества фрагментов имеют объем меньше или равный приблизительно 10 мм³.

[00213] Аспект (6) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (1) - (5), в котором множество фрагментов содержит извлекаемую часть фрагментов, причем эта извлекаемая часть фрагментов содержит 10% или меньше от всего множества фрагментов.

[00214] Аспект (7) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (1) - (6), в котором стеклянное изделие имеет первый вес до растрескивания, и в котором множество фрагментов содержит извлекаемую часть фрагментов и неизвлекаемую часть фрагментов, имеющую второй вес, и разность между первым весом и вторым весом составляет 1% от первого веса.

[00215] Аспект (8) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (1) - (7), в котором вероятность растрескивания стеклянного изделия на множество фрагментов в пределах 1 с или меньше, измеряемая тестом ломкости, составляет 99% или больше.

[00216] Аспект (9) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (1) - (8), в котором стеклянное изделие имеет сохраненную энергию растяжения 20 Дж/м² или больше.

[00217] Аспект (10) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (1) - (9), в котором стеклянное изделие имеет поверхностное сжимающее напряжение и центральное напряжение, в котором отношение центрального напряжения к поверхностному сжимающему напряжению находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 1.

[00218] Аспект (11) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию Аспекта (10), в котором центральное напряжение составляет 100 МПа/√(t/1 мм) или больше (в МПа), где t выражается в мм.

[00219] Аспект (12) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (10) - (11), в котором центральное напряжение составляет 50 МПа или больше.

[00220] Аспект (13) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (10) - (12), в котором поверхностное сжимающее напряжение составляет 150 МПа или больше.

[00221] Аспект (14) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (10) - (13), в котором поверхностное сжимающее напряжение составляет 400 МПа или больше.

[00222] Аспект (15) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (10) - (14), в котором DOC составляет 0,2t или больше.

[00223] Аспект (16) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (1) - (15), в котором стеклянное изделие содержит щелочное алюмосиликатное стекло, содержащее щелочь боросиликатное стекло, щелочное алюмофосфосиликатное стекло или щелочное алюмоборосиликатное стекло.

[00224] Аспект (17) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (1) - (16), в котором стеклянное изделие расположено на удерживающем слое.

[00225] Аспект (18) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию, содержащему: первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, которые определяют толщину (t) величиной приблизительно 1,1 мм или меньше; слой сжимающего напряжения, простирающийся от первой поверхности до глубины сжатия (DOC) больше чем приблизительно 0,11⋅t; в котором стеклянное изделие показывает нагрузку при разрушении приблизительно 10 кгс или больше после истирания абразивными частицами SiC с зернистостью 90 при давлении 25 фунтов на кв.дюйм в течение 5 с.

[00226] Аспект (19) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (1) - (18), которое имеет сохраненную энергию растяжения 20 Дж/м² или больше.

[00227] Аспект (20) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (18) или (19), которое имеет поверхностное сжимающее напряжение и центральное напряжение, в котором отношение центрального напряжения к поверхностному сжимающему напряжению находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 1.

[00228] Аспект (21) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию Аспекта (20), в котором центральное напряжение (CT) составляет 50 МПа или больше.

[00229] Аспект (22) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию Аспекта (20) или (21), в котором поверхностное сжимающее напряжение составляет 150 МПа или больше.

[00230] Аспект (23) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (20) - (22), в котором поверхностное сжимающее напряжение составляет 400 МПа или больше.

[00231] Аспект (24) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (20) - (23), в котором DOC составляет приблизительно 0,2t или больше.

[00232] Аспект (25) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (18) - (24), которое содержит щелочное алюмосиликатное стекло, содержащее щелочь боросиликатное стекло, щелочное алюмофосфосиликатное стекло или щелочное алюмоборосиликатное стекло.

[00233] Аспект (26) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (20) - (25), в котором стеклянное изделие приклеено к подложке.

[00234] Аспект (27) настоящего изобретения относится к устройству, содержащему: упрочненную стеклянную подложку; удерживающий слой; и основание, в котором упрочненная стеклянная подложка имеет первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, которые определяют толщину (t) величиной приблизительно 1,1 мм или меньше; слой сжимающего напряжения, простирающийся от первой поверхности до глубины сжатия (DOC) больше чем приблизительно 0,11⋅t, и центральное напряжение (CT) величиной 50 МПа или больше, которое представляет собой планшет, прозрачный дисплей, мобильный телефон, видеоплеер, информационное терминальное устройство, электронную книжку, ноутбук или непрозрачный дисплей.

[00235] Аспект (28) настоящего изобретения относится к устройству Аспекта (27), в котором после того, как стеклянное изделие растрескивается в соответствии с тестом ломкости, оно включает в себя множество фрагментов, имеющих соотношение сторон приблизительно 5 или меньше.

[00236] Аспект (29) настоящего изобретения относится к устройству Аспекта (27) или (28), в котором стеклянное изделие растрескивается на множество фрагментов через 1 с или меньше при измерении с помощью теста ломкости.

[00237] Аспект (30) настоящего изобретения относится к устройству Аспекта (28) или (29), в котором по меньшей мере 80% из множества фрагментов имеют максимальный размер, меньше или равный 5⋅t.

[00238] Аспект (31) настоящего изобретения относится к устройству любого из Аспектов (28) - (30), в котором каждый из по меньшей мере 50% множества фрагментов имеет соотношение сторон 2 или меньше.

[00239] Аспект (32) настоящего изобретения относится к устройству любого из Аспектов (28) - (31), в котором по меньшей мере 50% из множества фрагментов имеют объем меньше или равный приблизительно 10 мм³.

[00240] Аспект (33) настоящего изобретения относится к устройству любого из Аспектов (28) - (32), в котором множество фрагментов содержит извлекаемую часть фрагментов, причем эта извлекаемая часть фрагментов содержит 10% или меньше от всего множества фрагментов.

[00241] Аспект (34) настоящего изобретения относится к устройству любого из Аспектов (28) - (33), в котором стеклянное изделие имеет первый вес до растрескивания, и в котором множество фрагментов содержит извлекаемую часть фрагментов и неизвлекаемую часть фрагментов, имеющую второй вес, и разность между первым весом и вторым весом составляет 1% от первого веса.

[00242] Аспект (35) настоящего изобретения относится к устройству любого из Аспектов (28) - (34), в котором вероятность растрескивания стеклянного изделия на множество фрагментов в пределах 1 с или меньше, измеряемая тестом ломкости, составляет 99% или больше.

[00243] Аспект (36) настоящего изобретения относится к устройству любого из Аспектов (28) - (35), в котором стеклянное изделие имеет сохраненную энергию растяжения 20 Дж/м² или больше.

[00244] Аспект (37) настоящего изобретения относится к устройству любого из Аспектов (27) - (36), в котором стеклянное изделие имеет поверхностное сжимающее напряжение и центральное напряжение, в котором отношение центрального напряжения к поверхностному сжимающему напряжению находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 1.

[00245] Аспект (38) настоящего изобретения относится к устройству Аспекта (37), в котором поверхностное сжимающее напряжение составляет 150 МПа или больше.

[00246] Аспект (39) настоящего изобретения относится к устройству любого из Аспектов (27) - (38), в котором DOC составляет приблизительно 0,2t или больше.

[00247] Аспект (40) настоящего изобретения относится к устройству любого из Аспектов (27) - (39), в котором стеклянное изделие содержит щелочное алюмосиликатное стекло, содержащее щелочь боросиликатное стекло, щелочное алюмофосфосиликатное стекло или щелочное алюмоборосиликатное стекло.

[00248] Аспект (41) настоящего изобретения относится к устройству любого из Аспектов (27) - (40), в котором стеклянное изделие расположено на удерживающем слое.

[00249] Аспект (42) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию, содержащему: первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, которые определяют толщину (t) величиной приблизительно 1,1 мм или меньше; слой сжимающего напряжения, простирающийся от первой поверхности до глубины сжатия (DOC) больше чем приблизительно 0,11⋅t; в котором после того, как стеклянное изделие ламинируется к удерживающему слою и разбивается в соответствии с тестом ломкости, оно содержит трещины, причем по меньшей мере 5% этих трещин проходит через толщину лишь частично.

[00250] Аспект (43) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию Аспекта (42), которое растрескивается на множество фрагментов через 1 с или меньше при измерении с помощью теста ломкости.

[00251] Аспект (44) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию Аспекта (42) или (43), в котором стеклянное изделие имеет сохраненную энергию растяжения 20 Дж/м² или больше.

[00252] Аспект (45) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (42) - (44), в котором стеклянное изделие имеет поверхностное сжимающее напряжение и центральное напряжение, в котором отношение центрального напряжения к поверхностному сжимающему напряжению находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 1.

[00253] Аспект (46) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию Аспекта (45), в котором центральное напряжение составляет 50 МПа или больше.

[00254] Аспект (47) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию Аспекта (45) или (46), в котором поверхностное сжимающее напряжение составляет 150 МПа или больше.

[00255] Аспект (48) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (42) - (47), в котором DOC составляет приблизительно 0,2t или больше.

[00256] Аспект (49) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (42) - (48), в котором стеклянное изделие содержит щелочное алюмосиликатное стекло, содержащее щелочь боросиликатное стекло или щелочное алюмоборосиликатное стекло.

[00257] Аспект (50) настоящего изобретения относится к упрочненному стеклянному изделию любого из Аспектов (42) - (49), в котором стеклянное изделие расположено на удерживающем слое.

[00258] Аспект (51) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному продукту, содержащему: корпус, имеющий переднюю поверхность; электрические компоненты, расположенные по меньшей мере частично внутри этого корпуса, которые включают в себя по меньшей мере контроллер, память и дисплей; и покровное стекло, расположенное на передней поверхности корпуса поверх дисплея и содержащее упрочненное стеклянное изделие, в котором упрочненное стеклянное изделие содержит: первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, определяющие толщину (t) приблизительно 1,1 мм или меньше; слой сжимающего напряжения, простирающийся от первой поверхности до глубины сжатия (DOC), составляющей больше чем приблизительно 0,11⋅t; и центральное напряжение (CT), составляющее приблизительно 50 МПа или больше.

[00259] Аспект (52) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству Аспекта (51), в котором после того, как стеклянное изделие растрескивается в соответствии с тестом ломкости, оно включает в себя множество фрагментов, имеющих соотношение сторон приблизительно 5 или меньше, и

[00260] Аспект (53) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству Аспекта (52), в котором стеклянное изделие растрескивается на множество фрагментов через 1 с или меньше при измерении с помощью теста ломкости.

[00261] Аспект (54) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству Аспекта (52) или (53), в котором по меньшей мере 80% из множества фрагментов имеют максимальный размер, меньше или равный 2⋅t.

[00262] Аспект (55) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству любого из Аспектов (52) - (54), в котором каждый из по меньшей мере 50% множества фрагментов имеет соотношение сторон 2 или меньше.

[00263] Аспект (56) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству любого из Аспектов (52) - (55), в котором по меньшей мере 50% из множества фрагментов имеют объем меньше или равный приблизительно 10 мм³.

[00264] Аспект (57) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству любого из Аспектов (52) - (56), в котором множество фрагментов содержит извлекаемую часть фрагментов, причем эта извлекаемая часть фрагментов содержит 10% или меньше от всего множества фрагментов.

[00265] Аспект (58) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству любого из Аспектов (52) - (57), в котором стеклянное изделие имеет первый вес до растрескивания, и в котором множество фрагментов содержит извлекаемую часть фрагментов и неизвлекаемую часть фрагментов, имеющую второй вес, и разность между первым весом и вторым весом составляет 1% от первого веса.

[00266] Аспект (59) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству любого из Аспектов (53) - (58), в котором вероятность растрескивания стеклянного изделия на множество фрагментов в пределах 1 с или меньше, измеряемая тестом ломкости, составляет 99% или больше.

[00267] Аспект (60) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству любого из Аспектов (51) - (59), в котором стеклянное изделие имеет сохраненную энергию растяжения 20 Дж/м² или больше.

[00268] Аспект (61) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству любого из Аспектов (51) - (60), в котором стеклянное изделие имеет поверхностное сжимающее напряжение и центральное напряжение, в котором отношение центрального напряжения к поверхностному сжимающему напряжению находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 1.

[00269] Аспект (62) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству Аспекта (61), в котором поверхностное сжимающее напряжение составляет 150 МПа или больше.

[00270] Аспект (63) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству любого из Аспектов (51) - (62), в котором DOC составляет приблизительно 0,2t или больше.

[00271] Аспект (64) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству любого из Аспектов (51) - (63), в котором стеклянное изделие содержит щелочное алюмосиликатное стекло, содержащее щелочь боросиликатное стекло, щелочное алюмофосфосиликатное стекло или щелочное алюмоборосиликатное стекло.

[00272] Аспект (65) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству любого из Аспектов (51) - (64), в котором стеклянное изделие расположено на удерживающем слое.

[00273] Аспект (66) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству любого из Аспектов (51) - (65), в котором потребительское электронное устройство представляет собой планшет, прозрачный дисплей, мобильный телефон, видеоплеер, информационный терминал, электронную книжку, ноутбук или непрозрачный дисплей.

[00274] Аспект (67) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту, содержащему: корпус, имеющий отверстие, наружную поверхность и внутреннюю поверхность, определяющую замкнутое пространство; в котором корпус содержит упрочненное стеклянное изделие, содержащее: первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, определяющие толщину (t) приблизительно 1,1 мм или меньше; слой сжимающего напряжения, простирающийся от первой поверхности до глубины сжатия (DOC), составляющей больше чем приблизительно 0,11⋅t; и центральное напряжение (CT), составляющее 50 МПа или больше.

[00275] Аспект (68) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту Аспекта (67), в котором после того, как стеклянное изделие растрескивается в соответствии с тестом ломкости, оно включает в себя множество фрагментов, имеющих соотношение сторон приблизительно 5 или меньше, и в котором стеклянное изделие растрескивается на множество фрагментов через 1 с или меньше при измерении с помощью теста ломкости.

[00276] Аспект (69) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту Аспекта (68), в котором по меньшей мере 80% из множества фрагментов имеют максимальный размер, меньше или равный 2⋅t.

[00277] Аспект (70) настоящего изобретения относится к потребительскому электронному устройству Аспекта (68) или (69), в котором каждый из по меньшей мере 50% множества фрагментов имеет соотношение сторон 2 или меньше.

[00278] Аспект (71) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту любого из Аспектов (68) - (70), в котором по меньшей мере 50% из множества фрагментов имеют объем меньше или равный приблизительно 10 мм³.

[00279] Аспект (72) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту любого из Аспектов (68) - (71), в котором множество фрагментов содержит извлекаемую часть фрагментов, причем эта извлекаемая часть фрагментов содержит 10% или меньше от всего множества фрагментов.

[00280] Аспект (73) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту любого из Аспектов (68) - (72), в котором стеклянное изделие имеет первый вес до растрескивания, и в котором множество фрагментов содержит извлекаемую часть фрагментов и неизвлекаемую часть фрагментов, имеющую второй вес, и разность между первым весом и вторым весом составляет 1% от первого веса.

[00281] Аспект (74) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту любого из Аспектов (68) - (73), в котором вероятность растрескивания стеклянного изделия на множество фрагментов в пределах 1 с или меньше, измеряемая тестом ломкости, составляет 99% или больше.

[00282] Аспект (75) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту любого из Аспектов (67) - (74), в котором стеклянное изделие имеет сохраненную энергию растяжения 20 Дж/м² или больше.

[00283] Аспект (76) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту любого из Аспектов (67) - (75), в котором стеклянное изделие имеет поверхностное сжимающее напряжение и центральное напряжение, в котором отношение центрального напряжения к поверхностному сжимающему напряжению находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 1.

[00284] Аспект (77) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту Аспекта (76), в котором поверхностное сжимающее напряжение составляет 150 МПа или больше.

[00285] Аспект (78) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту любого из Аспектов (67) - (77), в котором DOC составляет приблизительно 0,2t или больше.

[00286] Аспект (79) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту любого из Аспектов (67) - (78), в котором стеклянное изделие содержит щелочное алюмосиликатное стекло, содержащее щелочь боросиликатное стекло, щелочное алюмофосфосиликатное стекло или щелочное алюмоборосиликатное стекло.

[00287] Аспект (80) настоящего изобретения относится к упаковочному продукту любого из Аспектов (67) - (72), в котором стеклянное изделие расположено на удерживающем слое.

[00288] Аспект (82) относится к упаковочному продукту любого из Аспектов (67) - (80), дополнительно содержащему некоторый фармацевтический материал.

[00289] Аспект (83) относится к упаковочному продукту любого из Аспектов (67) - (81), дополнительно содержащему колпачок, расположенный в отверстии.

[00290] Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что различные модификации и вариации могут быть сделаны без отступлений от духа или области охвата настоящего изобретения.

Изобретение относится к стеклянным изделиям и может быть использовано для бытовой электроники, такой как смартфоны, планшеты, электронные книги, ноутбуки. Техническим результатом является повышение прочности при меньшей толщине стеклянных изделий. В частности, предложено упрочненное стеклянное изделие, содержащее: первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, определяющие толщину (t) приблизительно 3 мм или меньше; слой сжимающего напряжения, проходящий от первой поверхности до глубины сжатия (DOC), составляющей от равной или больше чем 0,16⋅t до 0,25⋅t, при этом слой сжимающего напряжения имеет поверхностное сжимающее напряжение от 624.5 МПа до 1200 МПа; и максимальное центральное напряжение от 50 МПа до 150 МПа. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 19 ил., 9 табл.

1. Упрочненное стеклянное изделие, содержащее:

первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, определяющие толщину (t) приблизительно 3 мм или меньше;

слой сжимающего напряжения, проходящий от первой поверхности до глубины сжатия (DOC), составляющей от равной или больше чем 0,16⋅t до 0,25⋅t, при этом слой сжимающего напряжения имеет поверхностное сжимающее напряжение от 624.5 МПа до 1200 МПа; и

максимальное центральное напряжение от 50 МПа до 150 МПа.

2. Упрочненное стеклянное изделие по п. 1, в котором

DOC измеряется с использованием полярископа рассеянного света;

сжимающее напряжение измеряется с использованием комбинации полярископа рассеянного света и измерителя поверхностного напряжения; и

центральное напряжение измеряется с использованием полярископа рассеянного света.

3. Упрочненное стеклянное изделие по п. 1, причем стеклянное изделие имеет сохраненную энергию растяжения от 20 Дж/м² до 150 Дж/м².

4. Упрочненное стеклянное изделие по п. 1, в котором отношение максимального центрального напряжения к поверхностному сжимающему напряжению находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 1, и максимальное центральное напряжение составляет 100 МПа/√(t/1 мм) или больше (в МПа), где t выражается в мм.

5. Упрочненное стеклянное изделие по п. 1, причем стеклянное изделие расположено на удерживающем слое.

6. Упрочненное стеклянное изделие по п. 1, дополнительно содержащее

область CT профиля напряжений, при этом область CT определяется уравнением:

Stress(x)=MaxCT−(((MaxCT·(n+1))/0.5<n>)·|(x/t)−0.5|<n>),

где MaxCT представляет собой максимальное значение CT и является положительным значением в единицах МПа, x является положением вдоль толщины (t) в мкм и находится между 1,5 и 5.

7. Упрочненное стеклянное изделие по п. 1, в котором после того, как это стеклянное изделие растрескивается в соответствии с тестом ломкости, оно включает в себя множество фрагментов, причем по меньшей мере 90% фрагментов из этого множества имеет соотношение сторон от приблизительно 1 до приблизительно 5.

8. Упрочненное стеклянное изделие по п. 7, причем стеклянное изделие растрескивается на множество фрагментов за 1 секунду или менее, как измеряется в тесте ломкости.

9. Упрочненное стеклянное изделие по п. 7, причем по меньшей мере 80% множества фрагментов имеют максимальный размер, который меньше или равен 3t.

10. Упрочненное стеклянное изделие по п. 7, причем по меньшей мере 50% множества фрагментов имеют соотношение сторон приблизительно 2 или меньше.

11. Упрочненное стеклянное изделие по п. 7, причем по меньшей мере 50% множества фрагментов имеют объем, меньший или равный 10 мм³.

12. Упрочненное стеклянное изделие по п. 7, причем множество фрагментов имеет извлекаемую часть фрагментов, при этом извлекаемая часть фрагментов содержит 10% или меньше от множества фрагментов.

13. Упрочненное стеклянное изделие по п. 7, в котором стеклянное изделие имеет первый вес до растрескивания, и в котором множество фрагментов содержит извлекаемую часть фрагментов и неизвлекаемую часть фрагментов, имеющую второй вес, и разность между первым весом и вторым весом составляет 1% от первого веса.

14. Упрочненное стеклянное изделие по п. 1, дополнительно имеющее значение сжимающего напряжения в слое при максимальной глубине калия, которое находится в диапазоне от приблизительно 50 МПа до 300 МПа.

15. Упрочненное стеклянное изделие, содержащее:

первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, которые определяют толщину (t), составляющую приблизительно 3 мм или меньше,

слой сжимающего напряжения, проходящий от первой поверхности до глубины сжатия (DOC), составляющей от равной или больше чем 0,2⋅t до 0,25⋅t, при этом поверхностное сжимающее напряжение составляет от 624.5 МПа до 1200 МПа; и

максимальное центральное напряжение от 85 МПа до 150 МПа.

16. Упрочненное стеклянное изделие по п. 15, дополнительно содержащее

область CT профиля напряжений, при этом область CT определяется уравнением:

Stress(x)=MaxCT−(((MaxCT·(n+1))/0.5<n>)·|(x/t)−0.5|<n>),

где MaxCT представляет собой максимальное значение CT и является положительным значением в единицах МПа, x является положением вдоль толщины (t) в мкм и находится между 1,5 и 5.

17. Упрочненное стеклянное изделие, содержащее:

первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, которые определяют толщину (t), составляющую приблизительно 3 мм или меньше,

слой сжимающего напряжения, проходящий от первой поверхности до глубины сжатия (DOC), составляющей от равной или больше чем 0,15⋅t до 0,25⋅t, при этом слой сжимающего напряжения имеет поверхностное сжимающее напряжение от 400 МПа до 1200 МПа; и

максимальное центральное напряжение от 50 МПа до 150 МПа,

причем стеклянное изделие показывает нагрузку при разрушении приблизительно 10 кгс или больше после истирания абразивными частицами SiC с зернистостью 90 при давлении 25 фунтов на кв.дюйм в течение 5 с.

18. Упрочненное стеклянное изделие по п. 17, причем стеклянное изделие имеет сохраненную энергию растяжения от 20 Дж/м² до 150 Дж/м².

19. Упрочненное стеклянное изделие по п. 17, в котором отношение максимального центрального напряжения к поверхностному сжимающему напряжению находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 1, и максимальное центральное напряжение (CT) составляет 85 МПа или больше.

20. Упрочненное стеклянное изделие по п. 17, в котором DOC составляет приблизительно 0,2t или больше.

21. Упрочненное стеклянное изделие по п. 17, которое приклеено к подложке.

22. Упрочненное стеклянное изделие по п. 17, в котором t составляет 0,4 или больше.

23. Упрочненное стеклянное изделие по п. 17, дополнительно содержащее

область CT профиля напряжений, при этом область CT определяется уравнением:

Stress(x)=MaxCT−(((MaxCT·(n+1))/0.5<n>)·|(x/t)−0.5|<n>),

где MaxCT представляет собой максимальное значение CT и является положительным значением в единицах МПа, x является положением вдоль толщины (t) в мкм и находится между 1,5 и 5.

24. Упрочненное стеклянное изделие по п. 17, дополнительно имеющее значение сжимающего напряжения в слое на максимальной глубине проникновения калия, которое находится в диапазоне от приблизительно 50 МПа до 300 МПа.

25. Потребительский электронный продукт, содержащий:

корпус, имеющий переднюю поверхность;

электрические компоненты, предусмотренные по меньшей мере частично внутри этого корпуса, которые включают в себя по меньшей мере контроллер, память и дисплей; и

покровное стекло, расположенное на передней поверхности корпуса поверх дисплея и содержащее упрочненное стеклянное изделие,

при этом упрочненное стеклянное изделие содержит:

первую поверхность и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, определяющие толщину (t) приблизительно 3 мм или меньше;

слой сжимающего напряжения, проходящий от первой поверхности до глубины сжатия (DOC), составляющей от равной или больше чем 0,17⋅t до 0,25⋅t, при этом слой сжимающего напряжения имеет поверхностное сжимающее напряжение от 624.5 МПа до 1200 МПа; и

максимальное центральное напряжение (CT), составляющее от приблизительно 85 МПа до 150 МПа.

26. Потребительский электронный продукт по п. 25, причем стеклянное изделие имеет сохраненную энергию растяжения от 20 Дж/м² до 150 Дж/м².

27. Потребительский электронный продукт по п. 25, в котором DOC составляет приблизительно 0,2t или больше.

28. Потребительский электронный продукт по п. 25, причем стеклянное изделие расположено на удерживающем слое.

29. Потребительский электронный продукт по п. 25, дополнительно содержащий

область CT профиля напряжений, при этом область CT определяется уравнением:

Stress(x)=MaxCT−(((MaxCT·(n+1))/0.5<n>)·|(x/t)−0.5|<n>),

где MaxCT представляет собой максимальное значение CT и является положительным значением в единицах МПа, x является положением вдоль толщины (t) в мкм и находится между 1,5 и 5.

30. Потребительский электронный продукт по п. 25, дополнительно имеющий значение сжимающего напряжения в слое на максимальной глубине проникновения калия, которое находится в диапазоне от приблизительно 50 МПа до 300 МПа.