TW201029943A - Damage resistant, chemically toughened protective cover glass - Google Patents

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201029943 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於保護性玻璃覆蓋，以及特別是關於化學 地增韌，抗損壞玻璃覆蓋而適合使用於電子裝置中。 . 【先前技術】 - 使用具有較大顯示器的行動式裝置變為更加普遍存在 於-些裝置，例如行動電話，手持遊戲機，MP3播放器，手錶， ❿筆5己型電腦，行動式GPS以及其他汽車中顯示器銀幕，觸摸 板銀幕，以及其他電子裝置而沒有受到限制。至少部份覆 蓋板為透明的，以允許使用者觀看顯示器。對於一些應用， 覆蓋板對使用者職為錄的。由於使肖魏置提高覆蓋 玻璃破裂之齡或遭受意外，清理，疏忽使肋及一般使用 之損壞亦增加。目前可彻覆蓋玻璃並未特別設計或加以 選擇以在高程度不正常使贼—钱會發生—般意外例如 尖銳接觸或與其他物體碰撞而能保存。由於頻繁接觸，例 Φ 如覆蓋板必需具有高強度以及為抗刮損。 對於現存玻璃之選擇標準，雖然並非總是加以規格化， 通常受限於下列： 1. 最小南度，當135公克球掉落於以先前方式支撐玻璃上 時將保持不受損之高度； 2. 最小強度，其以四點彎曲測試量測；以及 3. 硬度，雖然一般量測並非必需的。 使用於顯示器裝置中現存保護性玻璃並非十分為人所 熟知。除此，接受覆盍玻璃適合作為使用之主要測試方法 201029943 該韻渐胁_無_地評估玻 ’因為其對現存表面缺陷十分錄以及無法

:二，Ϊ °例如在離子交換後立即進行的強度測試已 為覆蓋玻璃保護能力之預期指標。這些測試將自然 ^促使人們評估在深離子交換層上絲賴應力。我們已 發現此為不正_的以及與實際情況相反。因而，目前在這 些裝置中_駿_對玻_及錢鍊置巾與磨損抵 抗性以及目視外誠接侧之離子賴雜無法最佳化。 目前使行練置中SLS玻璃由於離子交換能力本 質性限制而受到機械性阻礙。 上述所說明標準亦適用於選擇主要為石灰蘇打石夕酸趟 糸列之玻璃，包含提高礬土含量之玻璃，其稱為财酸鹽或 改良之鋁矽酸鹽玻璃。上述所提及美國第11/888213號專 利申請案揭示Λ-些_域份，其縣前肋覆蓋玻璃 配方作改善。仙魏··並不綱這錄置現場觀 察到的實際麵赋。由先前麟界定域格無法預測當 ^動襄置掉落於线物體例如小石頭上時玻魏夠承受: ：>、負載。亦無法預測玻璃在行動裝置經歷使用中表面累積 受到損壞後玻_祕持下权減。先前猶規格會導 致零件為無法接受林触度以及觸。本發明將克服目 前使用作為電子裝置中保護性覆蓋及/或接觸銀幕之破璃 中一些缺點。 【發明内容】 本發明係關於高強度化學地增韌保護性及/或交互性( 201029943 例如，觸摸銀幕)玻璃物品，當負載使用Vickers壓痕器（ i ndenter)施加於玻璃時在缺乏初始徑向裂縫量測下玻璃 物品具有至少2000公克高損壞耐受門檻值。在一項實施例中 ，南損壞对受門權值至少為4000公克。在另一項實施例中 - 高損壞耐受門檻值至少為6000公克。 . 在更進一步實施例中高強度化學地增動保護性玻璃物 品透明的。 φ 在其他實施例中高強度化學地增韌保護性玻璃物品為 不透光的及/或不透明的。 在一項實施例中本發明係關於保護性玻璃，其由蘇打 石灰玻璃，含有驗金屬銘石夕酸鹽玻璃，含有驗金屬銘硼;5夕酸 鹽玻璃製造出，其已作離子交換，當負載使用Vickers壓痕 器施加於玻璃時在缺乏初始徑向裂缝量測下玻璃物品具有 至少2000公克高損壞耐受門檻值。在一項實施例中，高損 壞耐受門檻值至少為4000公克。在另一項實施例中，高損 壞耐受門檻值至少為6〇〇〇公克。 . 本發明亦關於在使用作為保護性覆蓋片之薄的玻璃物 體中設計離子交換參數之方法，該方法具有下列步驟： 選擇所需要壓縮層之深度以達成使用Vickers壓痕器測 試量測之抗損壞及/或使用Knoop鑽石壓痕器之抗刮損所需 要數值； 選擇壓應力，其將使玻璃物品中央發展所設計最大張應 力；以及 稀釋含有鹼金屬離子之離子交換浴，鹼金屬離子直徑大 201029943 於納離子直减與_離子交換崎成所需要之壓應力。 本發明亦關於製造化學地增加強度玻璃物品之方法， 該玻璃物品適合使用作為保護性覆蓋玻璃，該方法包含下 列步驟： ' &供玻璃#’玻璃#由選自於含有驗金屬!時酸鹽玻璃， •含有鹼金屬鋁硼矽酸鹽玻璃，含有鹼金屬硼矽酸鹽玻璃以 及含有鹼金屬玻璃陶瓷群組之玻璃製造出； _ 藉由離子交換玻璃表面中Na及/或Li離子以較大鹼金屬 離子（或其他較大可交換離子）化學地增加玻璃片強度，由 玻璃片表面化學交換深度至少為4〇微米；以及 藉由切割及拋光修飾玻璃片為所需要程度（包括以及邊 緣切割，研磨以及拋光）以製造出玻璃物品； 其中當修飾時，當負載使用Vickers壓痕器施加於玻璃時 在缺乏初始徑向裂縫量測下玻璃物品具有至少2〇〇〇公克高 損壞耐受門檻值。 φ 【實施方式】 如在此所使用，所謂"化學增加強度”，”化學增辆”以及 π離子交換"，以及類似名詞係指玻璃組成份中鹼金屬離子 與較大直徑鹼金屬離子作交換。在此所列舉所有玻璃組成 份為任何離子交換前之玻璃。人們了解申請專利玻璃物品 為保護性及/或交互性例如觸摸銀幕。如圖8_11所使用，箭 頭200表示刮傷方向。如在此所使用關於玻璃組成份，所謂 ”實質上包含π係指組成份含有引述材料以及數量，以及排 除存在於玻璃中污染物。 6 201029943 本發明-般所揭示為_保護性覆蓋玻璃其已化學 地增加強度當貞做錢ekersM痕馳祕玻璃時在缺 乏初始控向裂縫量測下玻璃物品具有至少麵公克高損壞 門檻值。同時本發明能夠使用來製造任何厚度(例如為3〇 • mji)覆蓋麵，覆蓋玻璃作為使用於電子裝置中，以及特別 .是手持裳置，基於重量理由必需為薄的以及一般具有厚度 為小於或等於5. 〇mm;優先地小於或等於2. 〇mm;在一些實施 ❹例中為小於Umm;以及在其他實施例中為小於12咖。關 於薄的覆蓋玻璃困難處在於雖然為薄的，玻璃必需在使用 環境中能夠承受研磨以及亦能夠抵抗破裂，剝離以及其他 型式之損壞。由於行動顯示器製造商將現存以及未來的產 品由塑膠顯示器覆蓋轉變為玻璃覆蓋，玻璃暴露於比以往 增加不當使用程度。目前可適用於行動電話商業化離子交 換玻璃上刮損以及衝擊損壞之範例顯示於圖1及2中。圖1 顯示出保護性玻璃覆蓋上由於一般使用所發生之刮痕。圖 ❿ 2顯示出相同玻璃由於接觸尖銳物或與一物體衝擊發生之 損壞相同型式玻璃使用於其他電子裝置中。 在一項中，本發明係關於薄的離子交換(化學地增物） 覆蓋玻璃最佳化，使得其使用於行動式（或非行動）顯示器 裝置時能夠抵抗損壞以及破裂。該玻璃性能依據一些試驗 (現存或將發展)加以說明，這些試驗特別地設計來量化損 壞門檻值以及破壞抵抗性。本發明玻璃壓力層已加以最佳 化至深度至少為40微米，其比使用於這些裝置中其他離子 交換覆蓋玻璃更深，以及具有壓應力至少為700MPa。此為 201029943 縫初始形成 層深度(D0L)以及壓應力（CS)合併效果其對裂 以及破壞提供良好的抵抗性。 當最大張力強度限制施加於薄的玻璃物體，cs以及靴 必需加以限制。該關能_由_最切啊控制壓力 層之深度達成或其能簡由達成所需要DQ __最大Μ 加以控制。D0L能夠藉由控制時間加以限制同時⑺能夠藉 由控制在離子交換财鋼離子濃度加以限制。不同厚度(

500至1000微米）玻璃物體之最大張應力限制顯示於圖^以 及當CT( +央應力）為54MPa時每一厚度劃出曲線。在圖12 W數據點表示依據本發明化學地增加強度 說明）D0L/CS關係。+數據點左邊cs/D〇L數值能夠藉由 稀釋離子交換浴。 假如60微米D0L為所需要的，對於〇. 5, 〇. 7以及〇. 9物體 在玻璃物品表面發展之最大壓應力能夠分別為職52〇以 及700MPa。假如需要特定衝擊抵抗性，一般需要規定層深 度指標同時限制表面壓應力。衝擊錄與層深度相關，如 圖13中所示。在圖13巾代表利用目前商業化所使用 化子地增加強度蘇打石灰玻璃所得到結果，以及符號_c代 表利用依據本發明化學地增加強度所得到結果。合併效應 為能夠控制薄玻璃化學地增加強度參數將得到所需要損壞 抵抗性。 由易碎性觀點，我們發現玻璃中央大約lmm厚度張應力 值應該低於54MPa如同利用FSM-6000表面應力儀量測CS及 D0L計算出。該MPa數值將隨著玻璃厚度改變，由於玻璃變 201029943 薄MPa數值提高以及玻璃變厚該數值減小。 如在此所提出數據顯示，本發明化學地增韌（拎 )玻璃具有一些改善以及為高度所需要之特性。這θ些包含^ 1.由於投射玻璃表面尖銳物體產生表面碎裂為較大抵抗 性，而比目前使用於這些裝置中之其他玻璃高。 _ 2·對限制強度初始裂縫為較大抵抗性，裂縫證明存在於 具有覆蓋之現存裝置中。 φ 3.離子交換前所引起機器加工以及處理裂縫被交換層所 包封以及位於受壓狀態。此將使得最終玻璃產物更能忍受 修飾處理過程。 本發明能夠利用能夠化學地增加強度之玻璃組成份（ 其含有玻璃中能夠作離子交換之元素）。特別適合於本發 明之玻璃為含有鹼金屬之鋁矽酸鹽玻璃，含有鹼金屬之硼 矽酸鹽玻璃，含有鹼金屬之鋁硼矽酸鹽玻璃以及含有鹼金 屬之玻璃陶瓷。在優先實施例十玻璃以及玻璃陶瓷為透 φ 明的。玻璃能夠藉由離子交換化學地增加強度以及組成份 能夠向下抽拉為玻璃片。玻璃具有熔融溫度為小於大約 1650°C以及液相線黏滯係數至少為130千泊以及，在一項實 施例中’大於為250千泊。玻璃能夠在相當低溫度下作離子 交換以及達到深度至少為3〇微米。 一項範例性玻璃在離子交換之前具有組成份以莫耳百 分比表示為：64%SSi〇2$68%;12%SNa2〇S16%;8%SAl2〇3 S12%;0%SB2〇3^3%;2%SK2〇S5%;4%SlfeOS6%;以及 〇% S CaO S 5%;其中：66% S Si〇2+B2〇3+CaO S 69%; Na2〇+K2〇+ 201029943 B2〇3+MgO+CaO+SrO>l〇°/0； 5°/〇^MgO+CaO+Sr0^8°/〇; (Na2〇+ B2〇3) - A12〇3 S 2%; 2% $ Na2〇 S A12〇3 S 6%;以及 4% S (Na2〇 +K2〇)SAl2〇d0o/o。 其他範例性玻璃在離子交換之前具有組成份以重量百 分比表示包含:64-68% Si〇2,10-12% Ah〇3, 0-2% BA, 12 -15% NazO, 2-4°/〇 K2〇, 5-7% MgO, >0-1% CaO, 〇-〇. 5°/〇(As2〇3 ，Sn〇2), 〇-l%(Sb2〇3, SnOO,以及>0-l%Ti〇2。砷以及銻通 φ 常加入至玻璃組成份作為澄清劑以輔助去除玻璃中氣態雜 質。不過，砷以及錄一般視為危險性材料。因而，在一項實 施例中，玻璃實質上不含錄以及神，包含小於大約0.05%重 有益地使用非毒性成份例如錫，鹵化物，或硫酸鹽以產生澄 清效果。錫（IV)氧化物(Sn〇2)以及錫（IV)氧化物與齒化物 組合特別地有用於作為澄清劑以及能夠使用來替代先前組 成份中神以及録。 使用來製造本發明化學地增韌玻璃之玻璃組成份能夠 參.使用適當的處理過程;例如融合抽拉，細縫抽拉，滾壓片狀 物，精確壓製以及業界熟知之其他方法。優先方法為向下 抽拉法，例如融合抽拉以及細縫抽拉因為其產生具有相當 原始表面之玻璃。這些向下抽拉方法使用於大規模製造可 離子交換平板玻璃。 融合抽拉處理過程使用抽拉筒其具有溝槽以接受熔 融玻璃原料。溝槽具有頂部敞開之堰沿著溝槽長度位於溝 槽兩側。當溝槽填滿熔融材料，熔融玻璃溢流過堰體。由 於重力，熔融玻璃向下流動於抽拉筒外側表面。這些外侧 201029943 表面向下以及向魄伸，使得其在姉筒下方邊緣處結合 。兩個流動㈣表面在該邊緣處結合以融合及形成單一流 動玻璃片。融合抽拉方法提供一些優點由於兩個玻璃薄 膜流經溝槽融合在-起，所形成玻璃片外侧表面均不接觸 裝置之任何部份。因而，表面雜並不受_接觸而產生 影響。 細縫抽拉方法不同於融合抽拉方法。在此提供溶融原 ❺料玻璃至抽拉筒。抽拉筒之底部具有噴嘴之敞開細縫，其 L伸過細縫長度。熔融玻璃流動通過細縫/嘴嘴以及向下 抽拉成為連續性玻璃片通過以及進入退火區域。與融合抽 拉處理過程比較，細縫抽拉處理過程提供較薄的玻璃片，由 於只有單-玻璃片向下抽拉通過細縫，而非兩片被溶融在 一起’如在向下融合-抽拉處理過程。 為了與向下抽拉處理過程相匹配，在此驗金屬紹石夕酸 鹽玻璃說明具有高液相線黏滯係數。在一項實施例中，液 ®-相線黏滯係數至少為130千泊，以及在另-實施例中，液相 線黏滯係數至少為25〇千泊。 在項實知例中，玻璃藉由離子交換增加強度。如在 此所使用’所謂"離子交換”係指玻璃藉由玻璃製造業界所 熟^的離子交換處理過程增加強度。該離子交換處理過程 ^ 3非限概處理加熱之齡屬辦雜玻璃（或其他適 田各驗金屬玻璃）與含有離子之加熱溶液，該離子具有較大 離子半大於存在於玻啦面巾軒，目而以較大離子替 代較小離子。例如鉀離子能夠替代玻璃中鈉或鋰離子。可 201029943 加以變化，其他具有較大原子半徑之驗金屬離子例如铷 (Rb)或絶(Cs)能夠替代玻璃中較巧、金屬離子包括鉀。同 ，地’其他驗金屬鹽類例如非限制性之硫酸鹽，由素化合物 等可使用於離子處理触巾。當在此所細組成份以 -及使用100%硝酸鉀浴時通常離子交換時間以及溫度分別為 • 380-460 C及3-16小時。所需要確實時間以及溫度決定於 要作離子交換之確實玻璃組成份。在一項實施例中，向下 _ 抽拉玻璃為藉由放置玻璃於包含KN〇3熔融鹽浴中歷時預先 決定時間以達成離子交換而化學地增加強度。在一項實施 例中，、熔融鹽洛之溫度約為43(rCW及預先決定時間約為8 小時。在另一實施例中，離子交換最先使用K離子實施以達 成所需要父換深度以及再使用ce或此離子實施以更進一步 藉由相當靠近表面與K作離子交換以強化表面。 向下抽拉處理過程產生相當初始純淨之表面。因為玻 璃表面之強度藉由表面裂縫之數量以及尺寸加以控制具 Φ 有最小接觸之初始純淨表面具有較高之初始強度。當該高 強度玻璃再化學地增加強度，最終強度高於表面作重疊以 及拋光表面部份。藉由離子交換化學增加強度或回火亦提 高玻璃由於處理所導致裂縫形成之抵抗性。因而，在一項 實施例中’對於300醜x400mm玻璃片，向下抽拉鹼金屬鋁矽 酸鹽玻璃之翹曲為小於大約〇. 5麵。在另一實施例中，翹曲 為小於大約0. 3mni。 表面壓應力係指應力產生包含於玻璃表面層之鹼金屬 離子由具有較大離子半徑之鹼金屬離子化學地增加強度過 12 201029943 程中由於替代產生之應力。在一項實施例中，卸離子替代 在此所說明玻璃表面層中鈉離子。玻璃具有表面壓應力至 少大約200MPa。在一項實施例中，表面壓應力至少大約6〇〇 MPa。在更進一步實施例中，表面壓應力強度至少為 - 。鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃具有壓應力層，其具有深度為至少 40微米。 在玻璃網狀結構能夠鬆弛溫度下較小離子由較大離子 0 替代能夠產生離子分佈於玻璃表面，其導致應力分佈。進 入離子較大體積在表面產生壓應力（cs)以及在玻璃中央 (CT)產生張應力。壓應力與中央張力關係如下： CS= CT X (t-2D0L)/D0L，其中t為玻璃厚度以及DOL為交換 深度。 舉例說明本發明，如上面所說明之玻璃組成份可融合 抽拉成為玻璃片為融合抽拉為片狀物試樣"c"以及評估非 本公司商業化玻璃以及標示為試樣"χ","γ",以及"z"。所 Φ 有四樣試樣作離子交換，將K離子替代Na離子。所有玻璃試 樣厚度為1mm。所有玻璃試樣離子交換為最佳化。表I顯示 出四個試樣之離子交換深度。 表1 ----------- X Y Ζ C D〇L( μηι) 15 14 12 63 CS (MPa) 532 500 768 708 溫度，。C 390 430 410 410 時間（Hr) 12 7 11 12 表1顯示出使用在此所說明玻璃，一項能夠達成化學地 13 201029943 增加強度玻璃，其具有層深度D0L(K離子對Na離子離子交換 )大於40微米以及表面壓應力CS為大於700MPa。 如上述所說明，所有玻璃試樣在離子交換處理過程中 作最佳化。因而，試樣代表在圖4-7所顯示玻璃損壞抵抗性 . 之最佳可利用試樣。通常，在最後修飾後包含於離子交換 • 層内之裂縫為較佳的，如同離子交換後強度增加所示。 在圖4-7中X，Y，Z及Z每一交換離子及非交換離子試樣 φ 均進行評估。非離子交換試樣全部加以研磨至相同的5〇 MPa強度值以及作離子交換。圖4顯示出所有試樣在離子交 換之前具有相同的強度，試樣C大約為i〇〇Mpa比研磨後試樣 X，Y以及Z強固。 圖5顯示出限制裂縫開始形成之強度如利用Vickers壓 痕法量測，所有四種試樣均以相同的方式進行。試樣X，γ 以及z所有呈現出徑向裂縫臨界負載在8〇〇1〇〇〇g範圍内。 試樣c並不會呈現出徑向裂縫持續到臨界負載為大於6〇〇〇g 碜 。試樣c之臨界負載至少大於其他試樣負載6倍。

圖6顯不出在依據astm方法C158利用尖銳堅硬SiC顆粒 喷砂處理後離子交換試樣X，γ，z以及c之強度。x—轴，標示π 接觸力量係數"或，W為·尺寸以及噴砂處理壓力之組 合。喷妙處理之SiC顆粒磨韻玻璃表面。在训喷砂處理後 玻璃強度使用ting-〇n環方法進行量測。顯示於圖6中結果 顯示所有試樣X，Y錢Z具有初始強度（單位為_在棚以 及5500之間，其中試樣c具有初始強度約為奶胸。在CFF 、約為10下SiC喷砂處理後，所有試樣X，Y以及X顯示強度在80 201029943 -lOOMPa範圍内，其中試樣c顯示出平均強度约為4〇〇MPa。 圖7顯示出所需要初始形成側向裂縫之負載為剝離的 原因。侧向裂縫門檻值（可見缺陷）使用Vickers壓痕器量 測。[ASTM法並無Vickers壓痕器測試，該方法說明於Tandon 等人之 Stress Effects in Indentation Fracture Sequences, J. Am. Ceram Soc. 73 [9] 2619-2627 (1990); R. Tandon 等人之 Indentation Behavior of I〇n-Exchanges Glasses" φ J· Am_ Ceram Soc. 73 [4] 970-077 (1990);以及 P.H.

Kobrin 等人之’The Effects of Thin Compressive Films on Indentation Fracture Toughness Measurements," J. Mater. Sci. 24 [4] 1363-1367 (1980)]。上述每一 長條數目代表每一試樣離子交換層之深度以及亦顯示於表 1中。顯示於圖7中之結果顯示出試樣χ，γ&Ζ裂縫初始形成 所需要臨界負載大約在800 _ 1400g範圍内，其中試樣c並無 橫向裂縫，以及因而並未形成碎片，觀察到負載高達6〇〇〇g 參 。結果顯示出試樣C側向裂縫抵抗性超過試樣X，γ以及z至 少4倍。 圖8以及9顯示出本發明玻璃損壞抵抗性改善優於商業 可利用使用作為保護性覆蓋之玻璃。使用UMT刮痕測試法 進行測試。UTM為商業化儀器（CETR Inc.，Campbell，CA) ’其允許允許各種型式之摩擦性測試，包括刮痕測試。適當 的參考文獻為 V.Le Houerou 等人之"Surface Damage of Soda lime silica Glasses: Indentation Scratch Behavior," J. Non Cryst Solids, 316 [1] 54-63 (2003)。在該測 15 201029943

試中Knoop壓痕器拉引通過表面並在大約1〇〇秒内增加壓痕 負載至500公克最大負載（以區分玻璃與玻璃之差異）。F 圖8以及9顯示出藉由在增加負載下滑移KnQ〇p鑽石壓 痕器分別地經由玻璃試樣γ以及C之表面所弓丨起顺。數值 30以及40代表每一試樣開始以及最終刮痕測試點。對於兩 者試樣Y以及C，玻璃存在由壓痕器溝槽所形成溝槽以及剝 離如所預期情況。不過，在試樣γ中為三階段損壞，其為刮 參痕溝槽，側向裂縫(數目5〇,線條A以及B)以及碎裂(數目6〇, 線條A以及B)。試樣γ之侧向裂縫以及碎裂發生於小於· 公克負載下。亦產生中間裂縫出口。在試#c中並未顯現 側向裂縫或碎裂，其只顯示出到痕溝槽。在本發明中玻璃 物品在該測試中高達500公克並未形成該裂縫系統。圖ι〇 為圖8中試樣γ箭頭·所標示之放大圖以及顯示出碎裂盆 發生於試樣該點處。類似碎裂能夠發現於該區域試樣γ中 以箭頭60Β表示以及沿著溝槽各處。圖u為圖8中試樣γ區 ❷域箭頭5〇Α表示之放大圖以及顯示出側向裂縫形成於試樣 Υ中° _側向㈣能夠試樣γ中沿著溝槽線各處。 不像已使用來製造覆蓋玻璃之浮式玻璃，融合形成以 及細縫抽拉玻璃在修飾過程中並不必需變薄。一旦邊緣加 以處理，玻璃立即可作為產品組件。此將降低製造覆蓋玻 璃之4貝格，特別作為需要大玻璃表面積之裝置例如腿觸摸 銀幕’筆記型電腦以及其他大的銀幕裝置。有利於表面形 成亦會影響採用之製造處理步驟。生產裝置投資以及處理 過程時間能夠有助於邊緣研磨操作，其因而能夠允許更嚴 16 201029943 雄、處理過程之控制以及因而改善研磨邊緣之強度，該區域 通常是最先破壞區域。 雖然所揭示實施例作為列舉用途，先前說明並不視為 對本發明$111作限制。因而業界熟知此技術者受益於所 揭示内容能夠設計出各種變化，改變以及替代而並不會脫 離在此所揭示本發明之内容。 【圖式簡單說明】

圖1顯示出商業使用玻璃材料以及由於使用到痕存在 於表面上。 圖2顯示出商業使用玻璃材料以及由於玻璃接觸尖銳 或受物體衝擊造成的損壞。 圖3示意性地顯示出具有深度D〇L，表面壓應力&以及 中央張力CT之離子交換層的玻璃。 圖4為曲線圖，其顯示出在離子交換之前及之後經選 擇玻璃材料的強度。 圖5為曲線圖，其顯示出當利用Vickers壓痕法量測時 限制徑向裂縫啟始強度。 “ 圖6為曲線圖，其顯示出在使用SiC顆粒作空 研磨後經選擇離子交換玻璃之強度。 ”^ 圖7為曲線圖，其顯示出使用Vickers壓痕量測側向裂 縫最初門播值（目視缺陷）。 —圖8顯不出藉由滑移Knoop鑽石壓痕器經過商業可利用 覆蓋玻璃彳丨起刮痕損傷。 圖9顯示域由滑移K_p伽壓痕過依據本發明 201029943 化學地增加強度覆蓋_狀舰鑛。 圖10為箭頭60A所顯示區域之放大圖以及顯示出在商 業化玻璃中發生的剝離。 圖11為箭頭50A所顯示區域之放大圖以及顯示出在商 業化玻璃中發生的側向裂縫。 圖12為曲線圖，其顯示出不同厚度玻璃（一般）以及本 發明玻璃D0L以及CS間之關係。 圖13為曲線圖，其顯示出目前使用作為保護性玻續之 化學地增加強度蘇打石灰玻璃以及本發明玻璃之臨界負栽 與層深度(D0L)關係。 【主要元件符號說明】 無0 ❹ 18

Claims (1)

1. 201029943 七、申請專利範圍： 1. 一種兩強度化學地增勃保護性玻璃物品，該玻璃物品當 負載使用Vickers壓痕器施加於玻璃時在缺乏初始徑向裂 縫量測下具有至少2〇〇〇公克高損壞耐受門檻值。 2·依據申凊專利範圍第1項之玻璃物品，其中該覆蓋破璃當 負載使用Vickers壓痕器施加於玻璃時在缺乏初始徑向裂 縫量測下具有至少4000公克高損壞耐受門檻值。 3·依據申請專利範圍第1項之玻璃物品，其中該覆蓋玻璃當 負載使用Vickers壓痕器施加於玻璃時在缺乏初始徑向裂 缝量測下具有至少6000公克高損壞耐受門檻值。 4. 依據申請專利範圍第1項之玻璃物品，其中該覆蓋玻璃之 玻璃選自於包含:含有鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃，含有鹼金屬銘 硼矽酸鹽玻璃，含有鹼金屬硼矽酸鹽玻璃以及含有鹼金屬 玻璃陶竟之群組。 5. 依據申請專利範圍第1項之玻璃物品，其中物品之玻璃組 成份在任何離子交換以化學地增加強度前，以莫耳百分比 表示包含:64%SSi〇2S68%;12%SNa2〇S16%;8%SAl2〇3$ 12%;0%SB2〇3$3%;2%SK2〇S5%;4%SMgOS6%;以及 〇%$ CaOS5%;其中：66%SSi〇2+B2〇3+CaOS69%;Na2〇+K2〇+B2〇3 +MgO+CaO+SrO>l 0°/〇; 5°/〇 ^ MgO+CaO+SrO ^ 8°/〇; (NazO+BzOs) ^ A12〇3 S 2%; 2% S NazO S A12〇3 S 6%;以及 4% S (Na2〇+K2〇) S AI2O3S10%。 6. 依據申請專利範圍第1項之玻璃物品，其中物品之玻璃組 成份在任何離子交換以化學地增加強度前，以莫耳百分比 e ❹. 201029943 表示包含：64-68% Si〇2,10-12% Al2〇3, 0-2% BA 12-15% Na2〇, 2-4% K2〇, 5-7% MgO, >0-1% CaO, 〇-〇. 5% (As2〇3, Sn〇2), 0-l%(Sb2〇3, Sn〇2)，以及>0-l%Ti〇2。 7. 依據申請專利範圍第丨項之玻璃物品，其中在化學地增軔 後物品具有強度至少為250MPa。 8. 依據中請專利範圍帛丨項之玻璃物品，其中物品表面依據 ASTM方法C158利用SiC顆粒喷砂處理後具有強度為2〇〇MPa 或更大。 9. 依射請專利範圍第丨項之玻璃物品，其中物品表面依據 ASTM方法C158利用SiC顆粒噴砂處理後具有強度為3〇〇Mpa 或更大。 10·依據申請專利範圍第i項之破璃物品其中物品表面化 學地增勒深度至少為4〇微米。 1L依據申請專利範圍第1項之玻璃物品，其中物品表面具 有表面壓應力為大於7〇〇MPa。 12.依據中請翻項之麵物品 受至少2000g負載，其利用Vick 、勿口鳴夠承 載釋除並錢向裂縫。奶鑽石壓魅施加以及負 ^據申請專利範圍第1項之玻璃物品，其中物品厚度為 小於 2mm。 τ X v 14.依據申請專利範圍第μ之破璃 抽拉或細縫抽拉玻·造出， 施加於玻稱撕嫩 克損壞耐受門檻值。 、有至夕2000 a 20 201029943 15.-種在_麵物财設計離子交齡數之方法該玻 璃物體使用作為保護性覆蓋玻璃，該方法包含下列步驟： 、選擇所需要壓縮層之深度以達成使用Vickers壓痕器測 忒里測之損壞抵抗性及/或使用Kn〇〇p鑽石壓痕器之抗刮損 . 所需要數值； ' 選擇壓應力，其將使玻璃物品中央發展所設計最大張應 力； ❹ 稀釋含有鹼金屬離子之離子交換浴，鹼金屬離子直徑大 於納離子直徑並與鈉作離子交換以達成所需要之壓應力； 提供玻璃片，玻璃片由選自於含有鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃， 含有驗金屬鋁硼矽酸鹽玻璃，含有鹼金屬硼矽酸鹽玻璃以 及含有鹼金屬玻璃陶瓷群組之玻璃製造出； 藉由較大鹼金屬離子（或其他較大可交換離子）對玻璃表 面中Na及/或Li離子作離子交換以化學地增加玻璃片強度， 玻璃片表面化學交換深度至少為40微米；以及 參 藉由切割及拋光修飾玻璃片為所需要程度（包括以及邊 ， 緣切割，研磨以及拋光）以製造出玻璃物品； 其中當修飾時，當負載使用Vickers壓痕器施加於玻璃時 在缺乏初始徑向裂縫量測下玻璃物品具有至少2000公克高 損壞耐受門檻值。 16·依據申請專利範圍第15項之方法，其中該提供玻璃片方 式為提供玻璃片，其組成份以莫耳百分比表示包含:64%S si〇2S680/〇;120/〇^Na2〇^160/〇;80/〇^Al2〇3^120/〇;0%^B2〇3^ 3%;2%SK2〇S5%;4°/〇SMgOS6%;以及 0%SCaOS5%;其中： 21 201029943 6 6% g S i 〇2+B2〇3+CaO S 69%; Na20+K20+B203+Mg0+Ca0+Sr0> 10%; 5°/〇 ^ MgO+CaO+SrO ^ 8°/〇; (Na2〇+B2〇3) ^ A12〇3 ^ 2°/〇; 2°/〇 SNa2〇SAl2〇3$6%;以及 4%S(Na2〇+K2〇)SAl2〇3$10%。 Π.依據申請專利範圍第15項之方法，其中該提供玻璃片方 式為提供玻璃片，其組成份以莫耳百分比表示包含:64-68% Si〇2,10-12% AI2O3, 0-2% B2O3,12-15% Na2〇, 2-4% K2O, 5 -7% MgO, >0-1% CaO, 0-0. 5°/〇 (As2〇3, Sn〇2), 0-l°/〇(Sb2〇3, SnO〇,以及>0-l%Ti〇2。 22