TW202028149A - 具有減少的延遲破裂的強化玻璃製品及製作該強化玻璃製品的方法 - Google Patents

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Abstract

一種強化玻璃製品的方法包括以下步驟：藉由初始離子交換製程將鉀離子引入到該玻璃的表面區域；在一定的熱處理溫度及時間下熱處理該玻璃，該時間足以將該等鉀離子進一步擴散到該玻璃中達一定的層深；及通過最終離子交換製程在該表面處引入大於400 MPa的壓縮應力。可以在不大於450℃的最終離子交換溫度下進行該最終離子交換製程。該強化方法產生一種玻璃製品，該玻璃製品具有該表面處至少400 MPa的壓縮應力、至少30 µm的壓縮線深度、及小於閾值中心張力的中心張力，大於該閾值中心張力，穿透到該玻璃的該中心區域中的瑕疵展現前向通過玻璃及跨玻璃的瑕疵自發性自傳播。

Description

具有減少的延遲破裂的強化玻璃製品及製作該強化玻璃製品的方法
此申請案依據專利法主張於2018年11月1日所提出的第62/754,388號的美國臨時專利申請案的優先權權益，該申請案的整體內容於本文中以引用方式依附及併入本文中。
本說明書大致與強化玻璃製品相關，詳細而言是與具有高機械強度及低內部張力的強化玻璃製品、及強化玻璃製品的方法相關。
歷史上，玻璃已經用來生產各種製品。例如，因為其相對於其他材料的密封性、光學澄明度、及優異的化學耐久性，玻璃已經是藥品應用（包括但不限於藥瓶、注射器、安瓿、藥筒、及其他玻璃製品）的優選材料。藥品包裝中所使用的玻璃必須具有適當的機械及化學耐久性以便不影響玻璃中所容納的藥品配料的穩定性。具有合適化學耐久性的玻璃包括在ASTM標準「IA型」及「IB型」玻璃組成內的彼等玻璃組成，該等玻璃組成具有已證實的化學耐久性歷史。
食品及藥品製造商的問題是提供具有充足強度的玻璃容器，以最小化由外部損傷來源（例如玻璃容器的搬運及/或輸送）所造成的損傷及破裂。雖然玻璃容器優於許多替代材料，但它們並非堅不可摧，且偶爾會由於搬運及/或輸送而經歷損傷。裂縫是延伸通過壁厚度的嚴重損傷瑕疵，其損害了內容物無菌性但不導致包裝的災難性故障。
本揭示內容提供一種強化玻璃製品（例如包裝、容器、或器皿），該強化玻璃製品包括玻璃且被調適為在密封及/或無菌狀態下容納藥品產品或疫苗、及食品容器（例如瓶子、嬰兒食品罐等等）。該等強化玻璃製品是由一種強化方法所強化的，該強化方法在玻璃的表面區域中產生壓縮應力且在玻璃的中心區域中產生張應力。強化製程被設計為使得表面及層深處的壓縮應力足以提供機械強度及對外部損傷來源的抗性。然而，強化玻璃的方法也被設計為將中心張力維持小於一定的閾值中心張力，小於該閾值中心張力，延伸到玻璃的中心區域（即中心區域是玻璃的處於中心張力下的區域）中的瑕疵損傷不傳播通過壁的厚度或側向跨玻璃的表面傳播。因此，強化玻璃的方法可以產生具有機械強度以抵抗來自外部損傷來源的瑕疵損傷的玻璃製品，但也展現最小的延遲破裂風險。
因此，在本揭示內容的一或更多個態樣中，一種強化玻璃製品的方法可以包括以下步驟：將鉀離子引入到該玻璃製品的玻璃的表面區域中，該玻璃包括第一表面、第二表面、及從該第一表面到該第二表面的厚度。該表面區域可以從該第一表面、該第二表面、或兩者延伸到該玻璃中。在將該等鉀離子引入到該玻璃的該表面區域中之後，該方法可以更包括以下步驟：在一定的熱處理溫度下熱處理該玻璃且達一定的熱處理時間，該熱處理時間足以將該等鉀離子的至少一部分從該表面區域擴散到該玻璃中達該玻璃中的一定深度，該深度造成大於或等於30微米（µm）的壓縮線深度（DOC）；及在熱處理該玻璃之後，藉由使該玻璃經受最終離子交換製程，來將大於或等於400百萬帕（MPa）的壓縮應力引入到該玻璃的該表面區域，該最終離子交換製程處於足以在該玻璃中維持小於13 MPa的中心張力的條件下。
在本揭示內容的其他態樣中，一種製品可以包括玻璃，且該玻璃可以包括第一表面、第二表面、及壓縮區域，該壓縮區域從該第一表面、該第二表面、或兩者向壓縮線深度（DOC）延伸。該壓縮區域可以處於壓縮應力下。該製品可以更包括處於中心張力下的中心區域，該中心區域從該DOC向內延伸。在該第一表面、該第二表面、或兩者處所測量到的該壓縮應力可以大於或等於400百萬帕（MPa），該DOC可以為至少30微米（30 µm），且該中心張力可以小於閾值中心張力，大於該閾值中心張力，該中心區域中的儲存的彈性能量足以使得延伸到該中心區域中的瑕疵自傳播通過該玻璃的從該第一表面到該第二表面的厚度及側向自傳播通過該玻璃。
根據以下的詳細說明、附圖、及隨附請求項，將理解這些及其他的態樣、優點、及突出的特徵。
現將詳細參照強化玻璃製品的方法及強化玻璃製品的實施例，該等實施例的示例繪示在附圖中。將儘可能使用相同的元件符號來在所有附圖指稱相同或類似的部件。本揭示內容涉及一種強化玻璃製品的方法及由該方法製作的強化玻璃製品。參照圖1，示意性地描繪了由本文中所揭露的方法所強化的玻璃製品10。玻璃製品10包括玻璃12，該玻璃具有第一表面14、第二表面16、及在第一表面14與第二表面16之間測量到的厚度t 。玻璃12包括一或更多個壓縮區域20及中心區域30，該一或更多個壓縮區域從第一表面14、第二表面16、或兩者向壓縮線深度（DOC）延伸且處於壓縮應力下，該中心區域從DOC向內延伸且處於中心張力下。壓縮區域20中的每一者均包括第一表面14及/或第二表面16附近的表面區域22及從表面區域22向DOC延伸的內部壓縮區域24。強化的方法是三階段的強化製程，其包括以下步驟：將鉀離子引入到玻璃12的表面區域22中；在一定溫度下熱處理玻璃12且達一定時間，該時間足以將鉀離子的至少一部分擴散到玻璃12中達玻璃內的一定深度，該深度足以產生DOC；然後將可以大於或等於400百萬帕（MPa）的壓縮應力引入到玻璃12的表面區域22。強化玻璃製品10的方法可以產生玻璃製品10，該玻璃製品具有足以提供抵抗來自外部來源的損傷的機械強度的壓縮應力及DOC，同時也具有低到使得延伸到玻璃12的中心區域30中的瑕疵不自傳播通過玻璃12（這可能造成製品破壞）的中心張力。
在以下說明中，類似的參考符號在圖式中所示的幾個視圖內始終標誌類似或對應的部件。也應了解，除非另有指定，否則例如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」等等的用語是方便的用詞且不被解釋為限制性用語。此外，每當將一個群組描述為包括一群元素中的至少一者及該等元素的組合，應了解，該群組可以個別地或彼此結合地包括任何數量的彼等所載元素、基本上由任何數量的彼等所載元素個別地或彼此結合地組成、或由任何數量的彼等所載元素個別地或彼此結合地組成。類似地，每當將一個群組描述為由一群元素中的至少一者或該等元素的組合所組成，應了解，該群組可以由任何數量的彼等所載元素個別地或彼此結合地組成。除另有指定外，否則一系列的值在記載時包括了該範圍的上限及下限以及其間的任何範圍。如本文中所使用的，除另有指定外，否則不定冠詞「一」及對應的定冠詞「該」意指「至少一個」或「一或更多個」。
如本文中所使用的，「玻璃製品」可以指包括玻璃的製品，舉例而言，例如玻璃容器。
如本文中所使用的，「壓縮線深度」（簡寫為DOC）可以指玻璃內的一個深度，在該深度處，玻璃中的應力從壓縮層中的壓縮應力過渡到中心區域中的張應力。DOC與玻璃中的一個深度相關，鉀離子或其他的離子在強化製程期間擴散到該深度。
如本文中所使用的，「層深」（簡寫為DOL）可以指玻璃內的一個深度，在該深度處，鉀離子的濃度減少到鉀離子在玻璃中的主體濃度。DOC與DOL成比例，且大小可以稍微小於DOL。
如本文中所使用的，「閾值中心張力」可以指玻璃的中心區域中的中心張力的一個值，超過該值，延伸到中心區域中的中心張力瑕疵展現通過玻璃的從第一表面到第二表面的厚度且側向跨玻璃的自傳播。
如本文中所使用的，用語「硼矽酸鹽玻璃」及「硼矽酸鹽玻璃組成」可以指包括超過玻璃組成的1重量百分比（wt.%）的濃度下的硼的玻璃組成。
大致參照附圖且特別是圖1，將了解，該等插圖用於描述特定實施例的用途，且不旨在將本揭示內容或隨附請求項限於該等特定實施例。該等附圖不一定是按照比例的，且為了明確及簡潔起見，可能在比例上誇張地示出或示意地示出附圖的某些特徵及某些視圖。
基於幾個原因，包括光學澄明度、密封性、及化學惰性，玻璃是藥品包裝的優選材料。然而，玻璃包裝可能展現通過厚度的裂縫，該裂縫可能危害內容物的密封性或無菌性但仍會有效地容納內容物。為了防止通過厚度的裂縫，可以強化玻璃以改善玻璃的機械強度及抵抗由外部損傷來源所造成的瑕疵的能力。可以藉由引入壓縮應力來強化玻璃。必須克服玻璃中產生的壓縮應力才能產生延伸到玻璃的中心區域中或一路通過玻璃的厚度的瑕疵。可以例如藉由熱回火、由離子交換進行的化學回火、具有不同模量及/或熱膨脹係數（CTE）的玻璃或玻璃與塑膠的層合（例如玻璃/玻璃或玻璃/塑膠/玻璃層合）、及/或具有與玻璃的彼等模量及/或CTE不同的模量及/或CTE的材料塗層，來引入此類壓縮應力。
參照圖2，用於強化玻璃的常規製程50包括單步驟離子交換製程。常規製程50包括以下步驟：將玻璃改造成玻璃製品52；使玻璃經受單步驟離子交換製程54；從玻璃沖洗離子交換試劑56；及洗滌玻璃58。單步驟離子交換製程54可以包括以下步驟：將玻璃浸沒在離子交換浴中，該離子交換浴包括鹼金屬鹽，舉例而言，例如硝酸鉀（KNO3 ）或硝酸鈉（NaNO3 ）。可以將離子交換浴維持在至少300℃的溫度下。來自離子交換浴的較大的鹼金屬離子（例如鉀離子）擴散到玻璃中，從而替換較小的離子，例如鋰及/或鈉。用較大的鹼金屬離子替換玻璃中較小的離子在玻璃中產生壓縮應力。可以將玻璃維持與離子交換浴接觸達一定的時間段，該時間段足以將較大的鹼金屬離子（例如鉀）擴散到玻璃中達玻璃中的一定深度，該深度足以產生給定的DOC。
引入壓縮應力的一個結果是玻璃製品（例如容器）的相對區域中的張應力的互補累積。為了保持物理力平衡，壓縮區域20（壓縮）中及中心區域30（伸張）中的儲存的彈性能量（SEE）的量必須相等。在大多數情況下，玻璃表面經歷大的壓縮應力，且內部經歷大小較小的張應力。因此，玻璃的表面處的大的壓縮應力集中在淺的深度上，而較小的張應力分佈在玻璃的大部分厚度上。
壓縮區域20（例如第一壓縮層及第二壓縮層）中的壓縮應力被玻璃的中心區域中的張應力（在本文中也稱為「中心張力」或「CT」）平衡，該中心區域從DOC向內延伸。對於使用單步驟離子交換製程來強化的玻璃而言，總壓縮應力（例如第一壓縮區域及第二壓縮區域中的壓縮應力的總和）等於總中心張力。以下的等式1（EQU. 1）提供了由常規離子交換所強化的玻璃中的壓縮應力（CS）與中心張力（CT）之間的關係的表達式。
Figure 02_image001
 等式1
在等式1中，L 是玻璃的厚度，DOC 是相對於玻璃的第一表面的壓縮線深度，且（L-DOC ）是相對於玻璃的第二表面的壓縮線深度。CS(x) 是作為深度x 的函數的壓縮應力，且CT(x) 是作為深度x 的函數的張應力。
對於常規的單步驟離子交換製程而言，壓縮應力可以遵循誤差函數分佈CS(x) = CS * ERFC(x)。此外，可以將中心張力分佈CT(x)視為常數作為中心張力區域內的實際中心張力分佈的近似。因此，對於單步驟離子交換製程而言，CS與CT之間的關係可以藉由以下等式2（EQU. 2）來建模：
Figure 02_image003
 等式2
在等式2的一次積分中，獲得了等式3（EQU. 3）中的CS與中心張力CT之間的以下關係：
Figure 02_image005
 等式3
在等式3中，DOCFSM 是依據下文所述的FSM方法來測量到的用毫米為單位的壓縮線深度，t 是玻璃的厚度，且α 是等於1.37的常數。除非另有指定，否則中心張力CTerfc 及壓縮應力CS 在本文中是用百萬帕（MPa）為單位表示的，而厚度t 及層深DOCFSM 是用毫米為單位表示的。如上文在等式2及等式3中所示，CT是根據CS及DOC來決定的。對於單步驟離子交換製程而言，CT、CS、及DOC全都是相互依存的。例如，對於具有1.0 mm的厚度、400 MPa的CS、及40微米（µm）的DOC的玻璃而言，根據等式2來計算的CT會是約17 MPa。因此，對於單步驟離子交換而言，CS或DOC中的任一者的改變均造成CT的改變。
市售的硼矽酸鹽玻璃組成已用於常規的藥品包裝應用中。然而，市售的硼矽酸鹽玻璃組成的離子交換是困難的，且與其他類型的玻璃相比，需要較高的溫度及較長的離子交換時間來產生足以改善玻璃的機械強度的壓縮應力。例如，市售的硼矽酸鹽玻璃在包括KNO3 的離子交換浴中的離子交換可能需要至少470℃的離子交換溫度及至少20小時的離子交換時間來產生至少300 MPa的壓縮及30 µm的DOC。
可以將鋁矽酸鹽玻璃組成離子交換以增加壓縮應力及壓縮線深度到比硼矽酸鹽玻璃組成大得多的程度。例如，鋁矽酸鹽玻璃在450℃的溫度下且達小於2小時（例如從2小時到10小時）的時間的KNO3 的浴中的單步驟離子交換可以在玻璃的表面處產生大於400 MPa或甚至大於500 MPa的壓縮應力、及大於30 µm的DOC。如先前所論述，在單步驟離子交換製程中，CS、DOC、及CT相互關聯，使得增加CS、DOC、或兩者造成中心張力（CT）的對應增加。因此，將1.0 mm厚的鋁矽酸鹽玻璃的CS及DOC分別增加到400 MPa及40 µm可以將玻璃的CT增加到17 MPa。
已經發現，超過約13 MPa的中心張力足以造成穿透到玻璃的中心區域中以自傳播通過玻璃的厚度且側向地跨玻璃自傳播的瑕疵。具有大於13 MPa的中心張力的玻璃中的瑕疵的自傳播論述在於2018年8月23日所提出的第16/111,160號的共同審理的美國專利申請案中，該文獻的整體內容以引用方式併入本文中。在大於約13 MPa的中心張力下，瑕疵的通過玻璃的從第一表面到第二表面的厚度進行的自傳播及側向地跨玻璃進行的自傳播可能自發地進行，且可能使得玻璃製品（例如藥品容器（例如藥瓶、安瓿、藥筒、注射器、廣口瓶等等））不能用於其預期的用途。換言之，瑕疵的通過玻璃的自傳播可能使得玻璃製品完全故障。在CT大於13 MPa時，瑕疵的自傳播可能立即或在短時間內（例如小於24小時、小於10小時、或甚至小於1小時）造成玻璃製品的完全破壞/破裂。在一些應用中，玻璃製品的由瑕疵的自傳播所造成的完全故障可以提供對有缺陷的玻璃製品的指示，例如對有缺陷的藥品容器的識別，在該有缺陷的藥品容器中，穿透裂縫已經危害容器的無菌性且將內容物暴露於大氣。在這些應用中，對玻璃製品的損傷對於肉眼是顯而易見的，使得可以在將內容物施用於病患之前從庫存移除有缺陷或損傷的製品。在一些情況下，玻璃製品（例如容器）的完全破壞可能造成內容物的完全損失。
然而，在一些應用中，不希望得到使得玻璃製品完全不能用於其預期用途的瑕疵的自傳播。例如，在緊急醫療反應的領域中，響應於瑕疵損傷的玻璃藥品容器的完全故障可能造成內容物的完全損失，這可能使得關鍵藥品組成不能用在緊急情況（例如或生或死的情況）下。在這些情況下，玻璃容器的內容物的可用性可能比由密封性或無菌性的損失所造成的內容物污染重要。因此，在某些情況下，由於提供高的機械強度以抵抗由外部損傷來源所造成的瑕疵損傷及提供改善的尖銳損傷響應（即造成延遲破裂風險減少的減少的瑕疵自傳播），具有高壓縮應力及DOC且具有小於閾值中心張力的中心張力的玻璃製品可能是更合適的。因此，具有高CS及DOC及低CT的玻璃製品（例如玻璃藥品容器）可以抵抗瑕疵損傷，且可以維持即使在玻璃中形成穿透裂縫的情況下也容納內容物的能力。
由於CS、DOC、與CT的相依性，用於強化玻璃製品的單步驟離子交換強化製程產生具有高CS及DOC且具有小於閾值中心張力的低CT的玻璃製品的能力有限。如先前所論述，對於單步驟離子交換製程而言，CS、DOC、及CT相互依存，使得改變CS及/或DOC會改變CT。因此，在使用單步驟離子交換製程來將玻璃離子交換以增加CS及DOC以改善玻璃的機械強度時，中心張力也會增加。將CS及DOC增加到足以改善玻璃的機械強度的程度可能將中心張力增加到大於閾值中心張力，這造成瑕疵的自傳播且增加了延遲破裂的風險。因此，持續需要用於強化玻璃製品以產生具有高CS、高DOC、及減少的CT玻璃製品以最小化瑕疵的自傳播及減少玻璃製品的破裂率的方法。
已經提出了兩步驟離子交換製程以供工程設計應力分佈以減少玻璃的中心區域中的CT。在這些兩步驟離子交換製程中，第一步驟包括以下步驟：將玻璃浸沒在毒化的離子交換浴中以產生具有向DOC延伸的低CS的應力分佈。如本文中所使用的，用語「毒化的離子交換浴」可以指具有離子交換浴的鹼金屬離子以外的相當大濃度的離子的離子交換浴，該等其他離子減少用於將玻璃離子交換的離子交換浴的效果。例如，典型的毒化的離子交換浴可以包括一些濃度的較小的鈉或鋰離子被較大的鉀離子替換，或可以包括減少離子交換浴的效果的其他離子（例如鈣離子）。毒化的離子交換浴可以具有大於離子交換浴中的離子的20%的毒化水平。在第二步驟中，將玻璃浸沒在新鮮的離子交換浴中，以用鉀離子刺穿玻璃的表面以增加表面處的CS。為了取得所需的DOC及CT水平，必須控制鹽的毒化水平，例如藉由將外來鹽（即不包括要交換到玻璃中的離子的鹽）添加到離子交換浴以將毒化水平增加到所需的水平來控制。因此，兩步驟離子交換製程需要兩種單獨的離子交換浴。
本揭示內容的用於強化玻璃製品的方法被設計為消除CS、DOC、與CT的相依性，使得可以產生具有高CS、高DOC、及小於閾值CT的CT的強化玻璃製品。參照圖3，描繪了本揭示內容的用於強化玻璃製品的方法200的流程圖。用於強化玻璃製品的方法200是三步驟製程，該三步驟製程可以包括以下步驟：步驟202，提供包括玻璃的玻璃製品，該玻璃具有第一表面、第二表面、及從第一表面到第二表面測量到的厚度t 。方法200包括以下步驟：步驟204，將鉀離子引入到玻璃的表面區域中；步驟208，在一定溫度下熱處理玻璃且達一定時間，該時間足以將鉀離子的至少一部分擴散到玻璃中達層深；然後步驟210，將可以大於或等於400百萬帕（MPa）的壓縮應力引入到玻璃12的表面區域22。在將壓縮應力引入到表面區域之後的鉀離子的DOL可以足以產生至少30 µm的DOC。在一些實施例中，方法200可以可選地包括以下步驟：步驟206，在步驟204之後且在步驟208之前沖洗玻璃製品。此外，在一些實施例中，方法200還可以可選地包括以下步驟：步驟212，在將400 MPa的壓縮應力引入到表面區域之後沖洗玻璃；及/或步驟214，洗滌玻璃製品。
如先前所論述，消除CS、DOC、與CT的相依性可以允許獨立控制CS、DOC、及CT中的任一者。例如，本揭示內容的強化玻璃製品的方法允許強化玻璃以在第一表面及/或第二表面處實現大於400 MPa的壓縮應力及實現大於或等於30 µm的DOC，同時維持小於13 MPa的閾值中心張力的CT，大於該閾值中心張力，瑕疵會展現自傳播。因此，可以獨立於DOC及CS控制CT。本揭示內容的用於強化玻璃製品的方法可以產生強化玻璃製品，該等強化玻璃製品展現足以抵抗來自外部來源的損傷的機械強度以及改善的尖銳損傷響應（即由瑕疵的自傳播所造成的延遲破裂的風險減少）。例如，玻璃的表面處較高的CS可以增加在玻璃12的第一表面14及/或第二表面16中產生瑕疵所需的損害力，且可以減少及/或防止確實形成在壓縮區域20中的瑕疵進一步傳播到玻璃12中。較大的DOC可以增加瑕疵所必須穿透到玻璃12中以到達處於張力下的中心區域30的深度。因此，較高的CS及較大的DOC使得瑕疵更難以傳播通過DOC到中心區域30。然而，若瑕疵確實傳播到中心區域中，則減少的CT可以藉由減少瑕疵的傳播，使得玻璃製品不被完全破壞，來保留強化玻璃製品容納液體及固體的能力。此外，本文中所揭露的強化方法可以用單種離子交換浴來完成，且不需要控制單獨的毒化的離子交換浴中的毒化水平。現將進一步詳細描述強化玻璃製品的方法的每個步驟。
上文所述的製作玻璃製品的方法可以包括以下步驟：提供具有被一定厚度分離的第一表面及第二表面的玻璃。該玻璃可以包括本文中先前所述的彼等組成，且由本領域中習知的彼等方法所形成，例如但不限於下拉法，包括槽拉及/或熔融拉製、浮製法、鑄造法、模製製程（例如但不限於Vello、Danner、及吹塑製程）等等。強化玻璃製品的方法執行在已經改造成製品的最終形狀的玻璃製品上。提供玻璃製品的步驟202可以包括以下步驟：將一塊玻璃（例如一定長度的玻璃管、玻璃片、或其他玻璃）處理成玻璃製品。可以通過一或更多個熱改造步驟來處理玻璃，在一或更多個熱改造步驟中，將玻璃加熱然後機械變形以將玻璃塑形成所需的玻璃製品，舉例而言，例如容器。在一些實施例中，玻璃製品可以是玻璃容器（即包括玻璃的容器），例如藥瓶、藥筒、安瓿、注射器、廣口瓶、或其他容器。雖然是在藥品容器的背景脈絡下描述，但也可以將強化玻璃製品的方法應用於其他的強化玻璃製品，舉例而言，例如用於食品的瓶子或其他容器、用於可攜式電子設備的覆蓋玻璃、或用於汽車或航天應用的玻璃。
在圖3中的方法200的步驟204中將鉀離子引入到玻璃製品的步驟可以包括以下步驟：使玻璃製品經受初始離子交換製程。在初始離子交換製程期間，可以將玻璃浸沒在初始離子交換浴中，該初始離子交換浴可以包括鹼金屬鹽，例如鹼金屬硝酸鹽、鹼金屬硫酸鹽、或其他的鹼金屬鹽。在初始離子交換期間，來自初始離子交換浴的較大的鹼金屬離子可以擴散到玻璃的表面區域中，以替換較小的金屬離子，例如較小的鹼金屬離子，像是鋰或鈉離子。初始離子交換製程將定量的鉀離子引入到玻璃的表面區域（例如玻璃的第一表面附近的表面區域及玻璃的第二表面附近的表面區域）中。
在一些實施例中，初始離子交換浴的鹼金屬鹽可以是硝酸鉀。在一些實施例中，初始離子交換浴可以是新鮮的離子交換浴或毒化的離子交換浴。與浸沒在毒化的離子交換浴中相比，在將新鮮的離子交換浴用於離子交換時，鹼金屬離子（例如鉀離子）較快地擴散到玻璃中，從而造成減少的離子交換時間。可以使用毒化的離子交換浴來進行初始離子交換，但與新鮮的離子交換浴相比，初始離子交換所需要的時間可能較多。此外，在初始離子交換期間將玻璃浸沒在新鮮的離子交換浴中可以允許將相同的浴用於初始離子交換製程及最終離子交換製程以及用於其他的單步驟離子交換製程。
可以將初始離子交換浴維持在大於或等於300℃、大於或等於350℃、大於或等於400℃、或甚至大於或等於450℃的初始離子交換溫度下。初始離子交換浴的初始離子交換溫度可以小於或等於550℃、小於或等於500℃、或甚至小於或等於450℃。在一些實施例中，可以將初始離子交換浴維持在從300℃到550℃、或從350℃到500℃、從350℃到450℃、或甚至從400℃到550℃的初始離子交換溫度下。在一些實施例中，可以將初始離子交換浴維持在從375℃到425℃的初始離子交換溫度下。在大於約550℃的溫度下，玻璃中的熱弛豫可能更顯著，這可能減少表面區域中的由將鉀離子引入到表面區域所造成的壓縮應力。可以藉由初始離子交換浴的化學性質及與成分的副反應來進一步限制初始離子交換製程的上限溫度範圍。例如，在大於約550℃的溫度下，硝酸鉀可以熱分解或與初始離子交換浴的其他成分起反應。
可以將玻璃製品的玻璃浸沒在初始離子交換浴中達一定的初始離子交換時間，該初始離子交換時間足以在初始離子交換溫度下將定量的鉀離子引入到玻璃的表面區域中。在一些實施例中，初始離子交換時間可以大於或等於0.1小時（hr）、大於或等於0.3小時、或甚至大於或等於0.5小時。在一些實施例中，初始離子交換時間可以小於或等於1小時，例如小於或等於0.9小時、或甚至小於或等於0.8小時。例如，在一些實施例中，初始離子交換時間可以為從0.1小時到1小時、從0.1小時到0.9小時、從0.1小時到8小時、從0.3小時到1小時、從0.3小時到0.9小時、或甚至從0.3小時到0.8小時。在大於約1小時的初始離子交換時間下，玻璃的由將玻璃長時間暴露於初始離子交換溫度所造成的熱弛豫可能減少表面區域中由引入較大的鹼金屬離子所產生的壓縮應力。將初始離子交換時間維持在小於或等於1小時下可以最小化玻璃中的熱弛豫，藉此保留由引入鉀離子所造成的壓縮應力。也可以藉由初始離子交換浴的化學性質及與初始離子交換浴的成分的副反應來限制高溫下的初始離子交換時間。
在一些實施例中，將鉀離子引入到玻璃的表面區域中的步驟可以包括以下步驟：使玻璃經受大於或等於400℃的初始離子交換溫度下且達一定的初始離子交換時間的初始離子交換，該初始離子交換時間長到足以將定量的鉀離子引入到玻璃的表面區域，該定量的鉀離子足以獲得大於30 µm的DOC及小於13 MPa的中心張力，然後進行熱處理及最終離子交換製程。在一些實施例中，可以在從400℃到550℃的初始離子交換溫度下進行對玻璃的初始離子交換且達從0.1小時到1.0小時的初始離子交換時間。
可以基於DOC及CT的目標值來決定由初始離子交換製程引入到玻璃的表面區域的鉀離子量。該鉀離子量可以足以允許鉀離子在熱處理期間擴散到玻璃中達玻璃中的一定深度，同時維持玻璃的壓縮區域中的壓縮應力，該深度足以產生目標DOC。換言之，可以在初始離子交換期間將足夠的鉀沉積在表面區域中，以防止壓縮應力在被進行來將鉀離子進一步擴散到玻璃中的熱處理步驟期間降低到小於所需的水平。
可以藉由使用先前所論述的等式2及/或等式3將初始離子交換製程作為單步驟離子交換製程建模，來估算用來在第一離子交換期間引入到玻璃的表面區域以在玻璃中產生目標值的DOC及CT的鉀離子量。可以藉由調整初始離子交換溫度、初始離子交換時間、或兩者，來進一步微調引入到表面區域的鉀離子量。在一些實施例中，強化玻璃製品的方法可以包括以下步驟：使玻璃製品經受初始離子交換製程；決定要引入到玻璃的表面區域的鉀離子量；及調整初始離子交換製程的初始離子交換溫度、初始離子交換時間、或兩者，以將決定量的鉀離子引入到玻璃的表面區域中的每一者中。
在初始離子交換時間結束時，可以從初始離子交換浴移除包括玻璃的玻璃製品。在一些實施例中，可以沖洗玻璃製品的玻璃以從玻璃的表面（例如第一表面及第二表面）移除來自初始離子交換浴的試劑。
再次參照圖3，強化玻璃製品的方法包括以下步驟：在將鉀離子引入到玻璃的表面區域之後（例如在使玻璃製品經受初始離子交換製程之後）熱處理玻璃製品（步驟208）。在將鉀離子引入到表面區域之後熱處理玻璃製品可以使得玻璃的表面區域中的鉀離子進一步擴散到玻璃中達DOL（即朝向玻璃的中心擴散）。鉀離子在熱處理期間所擴散到的DOL可以足以在玻璃中產生目標DOC。將鉀離子進一步擴散到玻璃中可以在玻璃的內部壓縮區域中產生壓縮應力，該等內部壓縮區域中的每一者從表面區域中的一者向DOC延伸。將鉀離子進一步擴散到玻璃中達DOL可以增加DOC，這可以改善玻璃的深部瑕疵區域承載性能。換言之，增加DOC可以增加瑕疵所必須穿透到玻璃中以到達玻璃的中心區域的深度，該中心區域處於張應力下。玻璃的承載性能與玻璃的機械強度相關，且指的是使得玻璃破裂或災難性故障所需的施加在玻璃上的力的量。將關於本文中所呈現的示例更詳細地論述玻璃的承載性能。
熱處理玻璃製品的玻璃的步驟可以包括以下步驟：使玻璃經受一定的熱處理溫度達一定的熱處理時間，該熱處理時間足以將鉀離子的至少一部分從表面區域擴散到一定的DOL，該DOL足以產生大於或等於30 µm的DOC。可以在熱處理時間結束時從玻璃製品移除熱。在一些實施例中，可以藉由將玻璃製品安置在維持在熱處理溫度下的烘箱或其他加熱裝置中，及在熱處理時間結束時從烘箱移除玻璃製品，來將玻璃製品的玻璃熱處理。熱處理溫度可以大於或等於350℃、大於或等於400℃、或甚至大於或等於450℃。在一些實施例中，熱處理溫度可以小於或等於600℃、小於或等於550℃、或甚至小於或等於500℃。在一些實施例中，熱處理溫度可以從350℃到600℃，例如從350℃到550℃、從400℃到550℃、或甚至從400℃到500℃。由於從熱處理移除了鹽浴化學性質的限制，熱處理溫度的製程窗口可以大於第一離子交換製程的第一離子交換溫度的製程窗口。雖然不希望被任何特定的理論束縛，但據信，在熱處理期間，玻璃不經受高的表面應力（例如在離子浴中經歷的高的表面應力）。因為玻璃中的熱弛豫是由溫度、時間、及應力所驅動的，所以與適於初始離子交換的溫度及時間範圍相比，減少玻璃中所經歷的表面應力可以允許玻璃耐得住較大的熱處理溫度及熱處理時間而不會經歷相當大的熱弛豫。
熱處理時間可以足以將玻璃的表面區域中的鉀離子的至少一部分擴散到DOL，且可以短到足以最小化玻璃的熱弛豫，以維持壓縮區域中的藉由引入鉀離子及將鉀離子擴散到DOL所引入的壓縮應力。例如，在一些實施例中，在熱處理溫度下，熱處理時間可以足以將鉀離子從表面區域擴散到玻璃中達一定的DOL，該DOL足以在玻璃中產生至少30 µm的DOC。在一些實施例中，熱處理時間可以大於或等於1小時、大於或等於2小時、或甚至大於或等於3小時。在一些實施例中，熱處理時間可以小於或等於24小時、小於或等於20小時、小於或等於10小時、或甚至小於或等於5小時。在一些實施例中，熱處理時間可以從1小時到24小時、從1小時到10小時、從1小時到5小時、從2小時到24小時、從2小時到10小時、或從2小時到5小時。
實現特定DOC的熱處理時間可以取決於熱處理溫度。例如，隨著熱處理溫度增加，用於實現特定DOC的熱處理時間減少。同樣地，隨著熱處理溫度減少，用於獲得特定DOC的熱處理時間增加。因此，增加熱處理溫度可以減少用來實現特定的DOC的熱處理時間，這可以減少循環時間且增加玻璃製品的生產速率。然而，增加熱處理溫度可能造成玻璃內的熱弛豫增加，這可能減少由引入到玻璃且擴散到DOL的鉀離子所產生的壓縮應力。壓縮區域中的壓縮應力的由熱弛豫所造成的減少可能減少玻璃的機械強度且劣化玻璃的承載性能及損傷抗性。因此，可以修改熱處理溫度及熱處理時間以平衡生產速率與熱弛豫。
熱處理玻璃的步驟可以包括以下步驟：在熱處理期間變化熱處理溫度。在一些實施例中，熱處理玻璃的步驟可以包括以下步驟：在整個熱處理時間內連續增加或減少熱處理溫度。在其他的實施例中，熱處理玻璃的步驟可以包括以下步驟：在熱處理時間期間使玻璃經受複數種熱處理溫度。例如，在一些實施例中，可以使玻璃經受第一熱處理溫度下的第一熱處理達第一熱處理時間及第二熱處理溫度下的第二熱處理達第二熱處理時間。可以在熱處理期間使玻璃經受2種、3種、4種、5種、或多於5種不同的熱處理溫度。
在一些實施例中，可以在初始離子交換製程之後及在熱處理玻璃之前沖洗玻璃以從玻璃的表面（例如第一表面及第二表面）移除離子交換材料（圖3，步驟206）。然而，已經發現在熱處理之前不能沖洗或洗滌玻璃表面對於玻璃的最終應力分佈及承載性能的影響非常小。沖洗玻璃製品的步驟（步驟206）可以包括浸漬沖洗（即將玻璃製品的玻璃浸沒在溶劑（例如水或其他的有機溶劑）中以沖洗掉離子交換試劑）。
如圖3中所示，在玻璃的熱處理（步驟208）之後，該方法可以包括以下步驟：將大於或等於400 MPa的壓縮應力引入到玻璃的表面區域（例如第一表面附近的表面區域及第二表面附近的表面區域）。在一些實施例中，將壓縮應力引入到玻璃的表面區域中的步驟可以包括以下步驟：使玻璃經受最終離子交換製程以產生大於或等於400 MPa的壓縮應力，該壓縮應力是在玻璃的第一表面及/或第二表面處決定的。換言之，最終離子交換製程可以用來用高濃度的較大鹼金屬離子（例如鉀離子）「刺穿」玻璃的表面區域以增加玻璃的表面區域中的壓縮應力。
最終離子交換製程可以包括以下步驟：將玻璃製品的玻璃浸沒到維持在最終離子交換溫度下的最終離子交換浴中。最終離子交換浴可以包括鹼金屬鹽，例如鹼金屬硝酸鹽、鹼金屬硫酸鹽、或其他的鹼金屬鹽。鹼金屬鹽的鹼金屬的尺寸可以比玻璃組成的其他金屬離子（例如其他較小的鹼金屬離子，例如鈉及鋰離子）大。在最終離子交換期間，來自最終離子交換浴的較大的鹼金屬離子可以擴散到玻璃的表面區域中，以替換較小的金屬離子，例如較小的鹼金屬離子，像是鋰或鈉離子。最終離子交換製程將額外量的鉀離子或其他較大的鹼金屬離子引入到玻璃的表面區域中。在一些實施例中，最終離子交換浴可以包括硝酸鉀。在一些實施例中，最終離子交換浴可以是新鮮的離子交換浴或稍微毒化的離子交換浴。如本文中所使用的，與具有大於20重量百分比的毒化水平的「毒化的離子交換浴」相比，「稍微毒化的離子交換浴」指的是離子交換浴具有小於約5重量百分比的低的毒化水平。浴的稍微毒化可以由浴的持續使用造成，這可以累積在離子交換期間被替換的來自玻璃的小濃度的較小鹼金屬離子。
可以將最終離子交換浴維持在小於或等於450℃的最終離子交換溫度下，例如小於或等於400℃、小於或等於375℃、或甚至小於或等於350℃。將最終離子交換浴維持在小於或等於450℃的最終離子交換溫度下可以最小化在最終離子交換期間在壓縮區域中發生的熱弛豫的程度。在一些實施例中，在最終離子交換期間減少玻璃中的熱弛豫可以減少或防止減少表面區域與DOC之間的內部壓縮區域中的壓縮應力。在一些實施例中，最終離子交換溫度可以大於或等於300℃、大於或等於325℃、或甚至大於或等於350℃。在一些實施例中，可以將最終離子交換浴維持在從300℃到450℃、或從325℃到450℃、從300℃到400℃、或甚至從350℃到400℃的最終離子交換溫度下。
可以將玻璃製品的玻璃浸沒在最終離子交換浴中達一定的最終離子交換時間，該最終離子交換時間足以在第一表面、第二表面、或兩者處產生至少400 MPa的壓縮應力。在一些實施例中，最終離子交換時間可以大於或等於0.1小時、大於或等於0.3小時、或甚至大於或等於0.5小時。在一些實施例中，最終離子交換時間可以小於或等於1小時，例如小於或等於0.9小時、或甚至小於或等於0.8小時。例如，在一些實施例中，最終離子交換時間可以為從0.1小時到1小時、從0.1小時到0.9小時、從0.1小時到8小時、從0.3小時到1小時、從0.3小時到0.9小時、或甚至從0.3小時到0.8小時。在大於約1小時的最終離子交換時間下，玻璃的由長時間將玻璃暴露於最終離子交換溫度所造成的熱弛豫可能減少壓縮區域（特別是表面區域與DOC之間的內部壓縮區域）中的壓縮應力，藉此減少玻璃製品的深部瑕疵區域承載性能。將最終離子交換時間維持在小於或等於1小時下可以最小化玻璃中的熱弛豫，藉此保留內部壓縮區域中的壓縮應力。可以在最終離子交換時間結束時從最終離子交換浴移除玻璃製品的玻璃。
在一些實施例中，該方法可以包括以下步驟：在最終離子交換製程之後使玻璃製品經受最終沖洗（步驟212）及/或最終洗滌，以從玻璃的表面移除過量的鹼金屬鹽及其他試劑。最終沖洗可以包括以下步驟：浸漬沖洗玻璃製品。
再次參照圖1，強化方法可以產生玻璃製品10，該玻璃製品具有改善的機械強度以抵抗來自外部來源的損傷且具有減少的中心張力以減少由延伸到玻璃12的中心區域30中的瑕疵的自傳播所造成的延遲破裂。玻璃製品10包括玻璃12，該玻璃具有第一表面14、第二表面16、及厚度t ，該厚度被測量為第一表面14與第二表面16之間的距離。玻璃12具有壓縮區域20，該壓縮區域從第一表面14、第二表面16、或兩者向DOC延伸。壓縮區域20處於壓縮應力下。玻璃可以具有從第一表面14向第一DOC延伸的第一壓縮層及從第二表面16向第二DOC延伸的第二壓縮層。壓縮區域20旨在表示第一表面14附近的第一壓縮層及第二表面16附近的第二壓縮層中的任一者或兩者。玻璃12更包括中心區域30，該中心區域處於中心張力（CT）下且從DOC向內延伸且設置在壓縮區域20之間（即第一壓縮層與第二壓縮層之間）。
玻璃12的厚度t 可以足以形成容器，例如玻璃容器。在一些實施例中，玻璃12的厚度可以大於或等於0.3 mm，例如大於或等於0.5 mm、大於或等於0.7 mm、或甚至大於或等於0.9 mm。在一些實施例中，玻璃12的厚度t 可以足以符合藥品容器的標準。玻璃12的厚度t 可以小於或等於6.0 mm，例如小於或等於4.0 mm、小於或等於2.5 mm、小於或等於2.0 mm、小於或等於1.8 mm、小於或等於1.5 mm、或甚至小於或等於1.1 mm。在一些實施例中，玻璃的厚度t可以從0.3 mm到6.0 mm，例如從0.3 mm到2.0 mm、從0.5 mm到6.0 mm、從0.8 mm到2.0 mm、從0.9 mm到1.7 mm、或從0.5 mm到1.1 mm。應了解，複雜的包裝幾何形狀（例如藥瓶、藥筒、及瓶子）在整個容器內可以具有各種壁厚度。
DOC（例如第一DOC及/或第二DOC）可以足以增加瑕疵所必須延伸到玻璃中以到達中心區域30的深度，該中心區域處於張應力下。延伸到壓縮區域20中的瑕疵可以被壓縮區域20中的壓縮應力抑制。隨著壓縮區域20的DOC增加，瑕疵所必須延伸以穿透通過壓縮區域20以到達中心區域30的深度增加。因此，增加壓縮區域20的DOC可以藉由減少瑕疵延伸通過壓縮區域20及進入中心區域30的可能性來增加玻璃的損傷抗性。在一些實施例中，玻璃12的DOC（例如第一DOC及/或第二DOC）可以大於或等於30 µm，例如大於或等於40 µm、或甚至大於50 µm。在一些實施例中，玻璃12的DOC（例如第一DOC及/或第二DOC）可以從30 µm到100 µm，例如從30 µm到80 µm、從40 µm到70 µm、或甚至從30 µm到50 µm。在一些實施例中，每個DOC可以為從玻璃12的厚度t 的15%到25%。
壓縮區域20可以具有一定的壓縮應力，該壓縮應力足以向玻璃提供機械強度以抵抗來自外部損傷來源（例如搬運、銼磨、輸送）的損傷。增加壓縮區域20中的壓縮應力增加在玻璃12的第一表面14及/或第二表面16中產生瑕疵所需的損害力。增加壓縮區域20中的壓縮應力也可以減少及/或防止壓縮區域20中的瑕疵進一步傳播到玻璃12中，例如傳播到玻璃12的中心區域30中。在一些實施例中，玻璃12的壓縮區域20可以具有大於或等於400 MPa、大於或等於450 MPa、或甚至大於或等於500 MPa的壓縮應力，該壓縮應力是在第一表面14及/或第二表面16處決定的。在一些實施例中，壓縮區域20可以具有小於或等於1000 MPa、小於或等於800 MPa、小於或等於750 MPa、或甚至小於或等於700 MPa的壓縮應力，該壓縮應力是在第一表面14及/或第二表面16處決定的。在一些實施例中，玻璃12的壓縮區域20可以具有從400 MPa到750 MPa的壓縮應力，例如從450 MPa到700 MPa，該壓縮應力是在玻璃12的第一表面14及/或第二表面16處決定的。
仍參照圖1，每個壓縮區域20均可以包括表面區域22及內部壓縮區域24。表面區域22可以在表面（例如第一表面14及/或第二表面16）附近，且可以從玻璃12的表面向內朝向玻璃12的中心（即在圖1中的座標軸的+Z或-Z方向上）延伸。表面區域22可以由進入玻璃12的距離所界定，來自最終離子交換製程的鉀離子穿透到玻璃中達該距離。表面區域22可以具有小於DOC的表面區域厚度。每個內部壓縮區域24均可以從對應的表面區域22向對應的DOC延伸。每個內部壓縮區域24均可以包括在初始離子交換製程期間引入且在熱處理期間擴散到玻璃12中的鉀離子。由初始離子交換製程所造成的表面區域22中的鉀離子的至少一部分可以在最終離子交換製程期間進一步擴散到內部壓縮區域24中。與內部壓縮區域24中的鉀離子濃度及壓縮應力相比，表面區域22可以具有較大濃度的鉀離子及較大的壓縮應力。
此外，作為表面區域22中的玻璃中的深度的函數的鉀離子濃度的斜率大小可以大於作為內部壓縮區域24中的深度的函數的鉀離子濃度的斜率大小。參照圖4，針對經受單階段離子交換的鋁矽酸鹽玻璃（402）、及經受單階段離子交換製程的硼矽酸鹽玻璃（404）、及經受本文中所揭露的強化玻璃的三階段方法的鋁矽酸鹽玻璃（406）用圖形方式描繪了鉀離子濃度與玻璃中的深度的關係。對於經受單階段離子交換的鋁矽酸鹽玻璃（402）而言，鉀離子濃度隨著深度增加穩定地減少。同樣地，對於經受單階段離子交換的硼矽酸鹽玻璃（404）而言，鉀離子濃度也隨著深度增加穩定地減少。對於經受本文中所揭露的三階段強化製程的鋁矽酸鹽玻璃（406）而言，鉀離子濃度如由表面區域中較大的平均斜率（由曲線406的第一區域410所表示）所指示地在表面區域中從表面（深度 = 0 µm）向表面區域的一定深度（即作為深度的函數的鉀濃度的斜率改變的深度）快速減少。在圖4中，表面區域的深度（403）為約15 µm，然而此深度可以取決於針對第一離子交換製程、熱處理、及/或最終離子交換製程所選定的條件而變化。與表面區域（曲線406的第一區域410）相比，在玻璃的內部壓縮區域（由曲線406的第二區域412指示）中，鉀離子濃度用較低的速率隨著深度增加而減少。因此，圖4示出，本文中所揭露的三階段強化製程產生了在玻璃的壓縮區域內具有兩個相異區域的鋁矽酸鹽玻璃。
仍參照圖4，經受本揭示內容的三階段強化製程的鋁矽酸鹽玻璃的表面處的鉀離子濃度可以小於經受單階段離子交換的鋁矽酸鹽玻璃的表面處的鉀離子濃度。然而，由於最終離子交換期間較少的熱弛豫，與用單階段離子交換製作的玻璃相比，使用三階段強化製程來產生的鋁矽酸鹽玻璃可以在表面處展現較大的壓縮應力。在單階段離子交換較長的離子交換時間期間，暴露於超過450℃的溫度下的離子交換浴可能造成熱弛豫，這減少了由單階段離子交換所強化的玻璃的表面處的壓縮應力。圖4也示出，與由單階段離子交換所強化的硼矽酸鹽玻璃相比，由本文中所揭露的三階段強化製程所產生的鋁矽酸鹽玻璃可以展現較大的DOC及表面處較大的壓縮應力（如由表面處較大的鉀離子濃度所證明的）。
再次參照圖1，玻璃的中心區域30可以具有小於閾值CT的CT，大於該閾值CT，穿透到中心區域30中的瑕疵會展現通過玻璃的厚度（即圖1中的座標軸的+/-Z方向上）的自傳播。大於閾值中心張力，穿透到中心區域30中的瑕疵可能展現側向通過玻璃（即圖1的座標軸的+/-X及/或+/-Y方向上）的瑕疵自傳播。穿透到玻璃12的中心區域30中的瑕疵的自傳播可能立即或在引入瑕疵之後的一段時間內造成玻璃12的完全破壞。中心張力對延伸到玻璃12的中心區域30中的瑕疵的自傳播行為的影響被進一步描述於在2013年2月27日提出的第9,850,162號的美國專利申請案及在2018年8月23日提出的第16/111,160號的共同審理美國專利申請案中，該等申請案的整體內容以引用方式併入本文中。由中心區域30的瑕疵的自傳播所造成的破裂可能使得玻璃製品（例如玻璃容器）無用於其預期用途。
如先前所論述，在本文中，不希望得到造成玻璃製品完全破壞的瑕疵的自傳播。例如，在一些應用中，可以承受穿透裂縫而不會完全破裂/破壞玻璃製品的玻璃製品（例如玻璃容器）可能是更合乎需要的。由本文中所揭露的強化玻璃的方法所產生的玻璃製品10在中心區域30中具有小於閾值CT的中心張力，小於該閾值CT，延伸到中心區域30中的瑕疵不經歷通過玻璃12的厚度且側向通過玻璃12的瑕疵自傳播。因此，經受本文中所揭露的強化玻璃的方法的玻璃製品10可以在沒有造成玻璃製品10（例如容器）完全破壞的瑕疵的自傳播的情況下承受延伸到玻璃12的中心區域30中的瑕疵損傷。在一些實施例中，玻璃12的中心區域30中的中心張力可以小於13 MPa，例如小於或等於12 MPa、或甚至小於或等於10 MPa。在一些實施例中，玻璃12可以在中心區域30中具有從8 MPa到12 MPa的中心張力。
如先前所論述，本文中所揭露的三階段強化製程可以消除CT對CS及DOC的相依性，且允許獨立控制CT、CS、及DOC。例如，可以藉由增加或減少熱處理步驟的熱處理溫度及/或熱處理時間來增加或減少DOC。可以藉由增加或減少初始離子交換的初始離子交換時間來增加或減少CT。為了獨立於DOC修改CT，可以藉由對應地改變熱處理溫度及/或熱處理時間來完成離子交換時間的增加或減少。例如，為了增加CT，可以增加初始離子交換時間以增加在初始離子交換中引入到表面區域22的鉀離子量。為了補償由增加初始離子交換時間所造成的鉀離子較大程度地穿透到玻璃中的現象，可以減少熱處理的熱處理溫度及/或熱處理時間以在CT增加的情況下實現相同的目標DOC。可以藉由增加或減少最終離子交換時間及/或最終離子交換溫度來增加或減少CS。也可以藉由修改熱處理以維持相同的DOC及CT來完成增加或減少CS的步驟。因此，CT、DOC、及CS中的每一者均可以被獨立控制。
CT相對於DOC及CS的此種獨立控制允許將玻璃強化以提供增加的機械強度以抵抗損傷而不會將CT增加到大於閾值，在該閾值下，穿透到中心區域30中的瑕疵展現通過厚度及側向地跨玻璃的瑕疵自傳播。
在一些實施例中，一種製品包括玻璃。該玻璃可以包括第一表面及第二表面。該玻璃可以更包括壓縮區域及中心區域，該壓縮區域從第一表面、第二表面、或兩者向DOC延伸，其中該壓縮區域處於壓縮應力下，該中心區域處於中心張力下，其中該中心區域從DOC向內延伸。在該第一表面、該第二表面、或兩者處所測量到的該壓縮應力可以大於或等於400百萬帕（MPa），該DOC可以為至少30微米（30 µm），且該中心張力小於閾值中心張力，大於該閾值中心張力，該中心區域中的儲存的彈性能量足以使得延伸到該中心區域中的瑕疵自傳播通過該玻璃的從該第一表面到該第二表面的厚度及側向自傳播通過該玻璃。在一些實施例中，該中心張力可以小於13 MPa。在一些實施例中，該玻璃可以包括該第一表面附近的第一壓縮區域及該第二表面附近的第二壓縮區域。
一般用作藥品、血清、疫苗等等的容器的市售的硼矽酸鹽玻璃（ASTM E438-92（實驗室裝置中的玻璃的標準規格）1型、A類玻璃（3.3 ppm/K）、1型、B類玻璃（5.1 ppm/K））在離子交換達一般使用的時間時僅可以被強化為實現從200 MPa到300 MPa的範圍中的壓縮應力。為了獲得300 MPa或更大的壓縮應力，必須將此類硼矽酸鹽玻璃在大於470℃的溫度下離子交換達至少20小時，這會大大增加用於製作強化硼矽酸鹽玻璃的處理時間。因此，這些市售的硼矽酸鹽玻璃可能不容易被離子交換到實現高的壓縮應力。與具有大於300 MPa的壓縮應力的強化玻璃相比，此類玻璃因此較不能抵抗來自外部損傷來源的損傷。從而，由於由搬運、輸送、及其他外部損傷來源所造成的損傷所引起的硼矽酸鹽玻璃容器的故障率可能較大。相比之下，由本文中所揭露的三階段強化方法所強化的玻璃可以在可行的時間量內實現大於300 MPa或甚至大於400 MPa的壓縮應力，同時將CT維持小於閾值CT，大於該閾值CT，延伸到中心區域30中的瑕疵的自傳播會造成玻璃破裂。
在一些實施例中，玻璃製品（例如包括玻璃的容器）可以包括至少一種鋁矽酸鹽玻璃。在一些實施例中，鋁矽酸鹽玻璃可以包括至少一種鹼金屬氧化物。在一些實施例中，玻璃製品（例如容器）可以包括ASTM標準1b型玻璃組成內的玻璃組成。
在一些實施例中，玻璃製品（例如容器）可以包括化學耐久玻璃，例如由Melinda Drake等人於2012年10月25日所提出的第13/660,141號標題為「Alkaline Earth Alumino-Silicate Glass Compositions with Improved Chemical and Mechanical Durability」的美國專利申請案中所描述的化學耐久玻璃，該美國專利申請案主張於2011年10月25日所提出且具有相同標題的第61/551,133號的美國臨時專利申請案的優先權。兩個申請案的整體內容均以引用方式併入本文中。此種示例性玻璃組成大致包括SiO2 、Al2 O3 、至少一種鹼土金屬氧化物、及至少包括Na2 O的及K2 O的鹼金屬氧化物。在一些實施例中，玻璃組成也可以不含硼及含硼的化合物。這些成分的組合使得一種玻璃組成成為可能，該玻璃組成能夠抵抗化學劣化且也適於藉由離子交換來化學強化。在一些實施例中，玻璃組成可以更包括微量的一或更多種額外氧化物，舉例而言，例如SnO2 、ZrO2 、ZnO，該一或更多種額外氧化物可以被添加作為澄清劑及/或進一步增強玻璃組成的化學耐久性。在一些實施例中，其中所描述的玻璃包括從約67莫耳百分比到約75莫耳百分比的SiO2 ；從約6莫耳百分比到約10莫耳百分比的Al2 O3 ；從約5莫耳百分比到約12莫耳百分比的鹼金屬氧化物；及從約9莫耳百分比到約15莫耳百分比的鹼土金屬氧化物。鹼金屬氧化物至少包括Na2 O及K2 O。在其他的實施例中，其中所描述的玻璃包括從約67莫耳百分比到約75莫耳百分比的SiO2 ；從約6莫耳百分比到約10莫耳百分比的Al2 O3 ；從約5莫耳百分比到約12莫耳百分比的鹼金屬氧化物；及從約9莫耳百分比到約15莫耳百分比的鹼土金屬氧化物。鹼土金屬氧化物包括SrO及BaO中的至少一者。
在一些實施例中，玻璃製品（例如容器）可以包括化學耐久玻璃，例如由Paul S. Danielson等人於2012年10月25日所提出的第13/660,450號標題為「Glass Compositions with Improved Chemical and Mechanical Durability」的美國專利申請案中所描述的化學耐久玻璃，該美國專利申請案主張於2011年10月25日所提出且具有相同標題的第61/551,163號的美國臨時專利申請案的優先權。兩個申請案的整體內容均以引用方式併入本文中。鹼鋁矽酸鹽玻璃大致包括SiO2 、Al2 O3 、至少一種鹼土金屬氧化物、及一或更多種鹼金屬氧化物（例如Na2 O及/或K2 O），且不含硼及含硼化合物。鹼鋁矽酸鹽玻璃組成也可以不含磷及含磷化合物。這些成分的組合使得一種玻璃組成成為可能，該玻璃組成能夠抵抗化學劣化且也適於藉由離子交換來化學強化。在一些實施例中，玻璃組成可以更包括微量的一或更多種額外氧化物，舉例而言，例如SnO2 、ZrO2 、ZnO、TiO2 、As2 O3 等等，該一或更多種額外氧化物可以被添加作為澄清劑及/或進一步增強玻璃組成的化學耐久性。在一些實施例中，此類玻璃可以包括從約67莫耳百分比78莫耳百分比的SiO2 ；從約3莫耳百分比到約13莫耳百分比的鹼土金屬氧化物；X莫耳百分比的Al2 O3 ；及Y莫耳百分比的鹼金屬氧化物。鹼金屬氧化物可以包括大於8莫耳百分比的量的Na2 O及大於1的Y:X的比率。在其他的實施例中，此類玻璃可以包括從約67莫耳百分比到約78莫耳百分比的SiO2 ；從約3莫耳百分比到約13莫耳百分比的鹼土金屬氧化物，其中鹼土金屬氧化物可以包括大於或等於0.1莫耳百分比且小於或等於1.0莫耳百分比的量的CaO；X莫耳百分比的Al2 O3 ，其中X大於或等於2莫耳百分比且小於或等於約10莫耳百分比；Y莫耳百分比的鹼金屬氧化物，其中Y:X的比率大於1。第61/551,163及61/551,133號的美國臨時專利申請案中所描述的玻璃組成不含硼及硼的化合物且是可離子交換的，藉此促進玻璃的化學強化以改善機械耐久性。
在其他的實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括：從約64莫耳百分比到約68莫耳百分比的SiO2 ；從約12莫耳百分比到約16莫耳百分比的Na2 O；從約8莫耳百分比到約12莫耳百分比的Al2 O3 ；從0莫耳百分比到約3莫耳百分比的B2 O3 ；從約2莫耳百分比到約5莫耳百分比的K2 O；從約4莫耳百分比到約6莫耳百分比的MgO；及從0莫耳百分比到約5莫耳百分比的CaO；其中：66莫耳百分比 ≦SiO2 + B2 O3 + CaO  ≦ 69莫耳百分比；Na2 O + K2 O + B2 O3 + MgO + CaO + SrO > 10莫耳百分比；5莫耳百分比 ≦ MgO + CaO + SrO ≦ 8莫耳百分比；(Na2 O + B2 O3 ) - Al2 O3 ≧ 2莫耳百分比；2莫耳百分比 ≦ Na2 O - Al2 O3 ≦ 6莫耳百分比；及4莫耳百分比 ≦ (Na2 O + K2 O) - Al2 O3 ≦ 10莫耳百分比。該玻璃被描述於Adam J. Ellison等人於2007年7月27日所提出的第7,666,511號標題為「Down-Drawable, Chemically Strengthened Glass for Cover Plate」的美國專利中，且該美國專利主張於2007年5月18日所提出的第60/930,808號的美國臨時專利申請案的優先權，該等申請案的整體內容以引用方式併入本文中。
在其他的實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括：氧化鋁中的至少一者，及鹼金屬氧化物及鹼土金屬氧化物中的至少一者，其中–15莫耳百分比 ≦ (R2 O + R’O – Al2 O3 – ZrO2 ) – B2 O3 ≦ 4莫耳百分比，其中R是Li、Na、K、Rb、及Cs中的一者，且R’是Mg、Ca、Sr、及Ba中的一者。在一些實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括：從約62莫耳百分比到約70莫耳百分比的SiO2 ；從0莫耳百分比到約18莫耳百分比的Al2 O3 ；從0莫耳百分比到約10莫耳百分比的B2 O3 ；從0莫耳百分比到約15莫耳百分比的Li2 O；從0莫耳百分比到約20莫耳百分比的Na2 O；從0莫耳百分比到約18莫耳百分比的K2 O；從0莫耳百分比到約17莫耳百分比的MgO；從0莫耳百分比到約18莫耳百分比的CaO；及從0莫耳百分比到約5莫耳百分比的ZrO2 。該玻璃被描述於Matthew J. Dejneka於2008年11月25日所提出的第8,158,543號標題為「Glasses Having Improved Toughness and Scratch Resistance」的美國專利中，且該美國專利主張於2008年11月29日所提出的第61/004,677號的美國臨時專利申請案的優先權，該等申請案的整體內容以引用方式併入本文中。
在其他的實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括：從約60莫耳百分比到約70莫耳百分比的SiO2 ；從約6莫耳百分比到約14莫耳百分比的Al2 O3 ；從0莫耳百分比到約15莫耳百分比的B2 O3 ；從0莫耳百分比到約15莫耳百分比的Li2 O；從0莫耳百分比到約20莫耳百分比的Na2 O；從0莫耳百分比到約10莫耳百分比的K2 O；從0莫耳百分比到約8莫耳百分比的MgO；從0莫耳百分比到約10莫耳百分比的CaO；從0莫耳百分比到約5莫耳百分比的ZrO2 ；從0莫耳百分比到約1莫耳百分比的SnO2 ；從0莫耳百分比到約1莫耳百分比的CeO2 ；小於約50 ppm的As2 O3 ；及小於約50 ppm的Sb2 O3 ；其中12莫耳百分比 ≦ Li2 O + Na2 O + K2 O ≦ 20莫耳百分比且0莫耳百分比 ≦ MgO + CaO ≦  10莫耳百分比。該玻璃被描述於Sinue Gomez等人於2009年2月25日所提出的第12/392,577號標題為「Fining Agents for Silicate Glasses」的美國專利申請案中，且該美國專利主張於2008年2月26日所提出的第61/067,130號的美國臨時專利申請案的優先權，該等申請案的整體內容以引用方式併入本文中。
在其他的實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括SiO2 及Na2 O，其中玻璃具有溫度T35kp ，在溫度T35kp 下，玻璃具有35千泊（kpoise）的黏度，其中溫度T分解 大於T35kp ，在T分解 下，鋯石分解以形成ZrO2 及SiO2 。在一些實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括：從約61莫耳百分比到約75莫耳百分比的SiO2 ；從約7莫耳百分比到約15莫耳百分比的Al2 O3 ；從0莫耳百分比到約12莫耳百分比的B2 O3 ；從約9莫耳百分比到約21莫耳百分比的Na2 O；從0莫耳百分比到約4莫耳百分比的K2 O；從0莫耳百分比到約7莫耳百分比的MgO；及0莫耳百分比到約3莫耳百分比的CaO。該玻璃被描述於Matthew J. Dejneka等人於2010年8月10日所提出的第12/856,840號標題為「Zircon Compatible Glasses for Down Draw」的美國專利申請案中，且該美國專利主張於2009年8月29日所提出的第61/235,762號的美國臨時專利申請案的優先權，該等申請案的整體內容以引用方式併入本文中。
在其他的實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括至少50莫耳百分比的SiO2 及選自由以下項目所組成的群組的至少一種改性劑：鹼金屬氧化物及鹼土金屬氧化物，其中[(Al2 O3 (莫耳百分比) + B2 O3 (莫耳百分比))/(∑鹼金屬改性劑(莫耳百分比))] > 1。在一些實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括：從50莫耳百分比到約72莫耳百分比的SiO2 ；從約9莫耳百分比到約17莫耳百分比的Al2 O3 ；從約2莫耳百分比到約12莫耳百分比的B2 O3 ；從約8莫耳百分比到約16莫耳百分比的Na2 O；及從0莫耳百分比到約4莫耳百分比的K2 O。該玻璃被描述於Kristen L. Barefoot等人於2010年8月18日所提出的第12/858,490號標題為「Crack And Scratch Resistant Glass and Enclosures Made Therefrom」的美國專利申請案中，且該美國專利主張於2009年8月21日所提出的第61/235,767號的美國臨時專利申請案的優先權，該等申請案的整體內容以引用方式併入本文中。
在其他的實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括SiO2 、Al2 O3 、P2 O5 、及至少一種鹼金屬氧化物（R2 O），其中0.75 ≤ [(P2 O5 (莫耳百分比) + R2 O(莫耳百分比))/M2 O3 (莫耳百分比)] ≤ 1.2，其中M2 O3 = Al2 O3 + B2 O3 。在一些實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括：從約40莫耳百分比到約70莫耳百分比的SiO2 ；從0莫耳百分比到約28莫耳百分比的B2 O3 ；從0莫耳百分比到約28莫耳百分比的Al2 O3 ；從約1莫耳百分比到約14莫耳百分比的P2 O5 ；及從約12莫耳百分比到約16莫耳百分比的R2 O；及在某些實施例中從約40到約64莫耳百分比的SiO2 ；從0莫耳百分比到約8莫耳百分比的B2 O3 ；從約16莫耳百分比到約28莫耳百分比的Al2 O3 ；從約2莫耳百分比到約12莫耳百分比的P2 O5 ；及從約12莫耳百分比到約16莫耳百分比的R2 O。該玻璃被描述於Dana C. Bookbinder等人於2011年11月28日所提出的第13/305,271號標題為「Ion Exchangeable Glass with Deep Compressive Layer and High Damage Threshold」的美國專利申請案中，且該美國專利主張於2010年11月30日所提出的第61/417,941號的美國臨時專利申請案的優先權，該等申請案的整體內容以引用方式併入本文中。
在又其他的實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括至少約4莫耳百分比的P2O5，其中(M2 O3 (莫耳百分比)/Rx O(莫耳百分比)) > 1，其中M2 O3 = Al2 O3 + B2 O3 ，且其中Rx O是存在於鹼鋁矽酸鹽玻璃中的一價及二價陽離子氧化物的總和。在一些實施例中，一價及二價的陽離子氧化物選自由以下項目所組成的群組：Li2 O、Na2 O、K2 O、Rb2 O、Cs2 O、MgO、CaO、SrO、BaO、及ZnO。在一些實施例中，玻璃可以包括0莫耳百分比的B2 O3 。該玻璃被描述於Timothy M. Gross於2011年11月28日所提出的第13/678,013號標題為「Ion Exchangeable Glass with High Crack Initiation Threshold」的美國專利申請案中，且該美國專利主張於2011年11月16日所提出的第61/560,434號的美國臨時專利申請案的優先權，該等申請案的整體內容以引用方式併入本文中。
在又其他的實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃可以包括至少約50莫耳百分比的SiO2 及至少約11莫耳百分比的Na2 O。在一些實施例中，玻璃更包括Al2O3及以下項目中的至少一者：B2 O3 、K2 O、MgO、及ZnO，其中-340 + 27.1·Al2 O3 – 28.7·B2 O3 + 15.6·Na2 O – 61.4·K2 O + 8.1·(MgO + ZnO) ≥ 0莫耳百分比。在詳細的實施例中，玻璃可以包括：從約7莫耳百分比到約26莫耳百分比的Al2 O3 ；從0莫耳百分比到約9莫耳百分比的B2 O3 ；從約11莫耳百分比到約25莫耳百分比的Na2 O；從0莫耳百分比到約2.5莫耳百分比的K2 O；從0莫耳百分比到約8.5莫耳百分比的MgO；及從0莫耳百分比到約1.5莫耳百分比的CaO。該玻璃被描述於Matthew J. Dejneka等人於2012年6月26日所提出的第13/533,296號標題為「Ion Exchangeable Glass with High Compressive Stress」的美國專利申請案中，且該美國專利主張於2011年7月1日所提出的第61/503,734號的美國臨時專利申請案的優先權，該等申請案的整體內容以引用方式併入本文中。
在其他的實施例中，上文所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃是可離子交換的，且可以包括至少約50莫耳百分比的SiO2 ；至少約10莫耳百分比的R2 O，其中R2 O包括Na2 O；Al2 O3 ，其中Al2 O3 (莫耳百分比) > R2 O(莫耳百分比)；及B2 O3 ，且其中B2 O3 (莫耳百分比) – (R2 O(莫耳百分比) – Al2 O3 (莫耳百分比)) ≧ 3莫耳百分比。在一些實施例中，玻璃包括：至少約50莫耳百分比的SiO2 ；從約9莫耳百分比到約22莫耳百分比的Al2 O3 ；從約3莫耳百分比到約10莫耳百分比的B2 O3 ；從約9莫耳百分比到約20莫耳百分比的Na2 O；從0莫耳百分比到約5莫耳百分比的K2 O；至少約0.1莫耳百分比的MgO、ZnO、或上述項目的組合，其中0 ≤ MgO ≤ 6且0 ≤ ZnO ≤ 6莫耳百分比；及可選地CaO、BaO、及SrO中的至少一者，其中0莫耳百分比 ≤  CaO + SrO + BaO ≤ 2莫耳百分比。這些玻璃被描述於Matthew J. Dejneka等人於2012年5月31日所提出且標題為「Zircon Compatible, Ion Exchangeable Glass with High Damage Resistance」的第61/653,489號的美國臨時專利申請案中，該申請案的整體內容以引用方式併入本文中。
在其他的實施例中，上文所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃是可離子交換的，且可以包括：至少約50莫耳百分比的SiO2 ；至少約10莫耳百分比的R2 O，其中R2 O包括Na2 O；Al2 O3 ，其中-0.5莫耳百分比 ≦ Al2 O3 (莫耳百分比) – R2 O(莫耳百分比) ≦ 2莫耳百分比；及B2 O3 ，其中B2 O3 (莫耳百分比) – (R2 O(莫耳百分比) – Al2 O3 (莫耳百分比)) ≧ 4.5莫耳百分比。在一些實施例中，玻璃包括：至少約50莫耳百分比的SiO2 ；從約12莫耳百分比到約22莫耳百分比的Al2 O3 ；從約4.5莫耳百分比到約10莫耳百分比的B2 O3 ；從約10莫耳百分比到約20莫耳百分比的Na2 O；從0莫耳百分比到約5莫耳百分比的K2 O；至少約0.1莫耳百分比的MgO、ZnO、或上述項目的組合，其中0莫耳百分比 ≤ MgO ≤ 6且0 ≤ ZnO ≤ 6莫耳百分比；及可選地CaO、BaO、及SrO中的至少一者，其中0莫耳百分比 ≤  CaO + SrO + BaO ≤ 2莫耳百分比。這些玻璃被描述於Matthew J. Dejneka等人於2012年5月31日所提出且標題為「Ion Exchangeable Glass with High Damage Resistance」的第61/653,485號的美國臨時專利申請案中，該申請案的整體內容以引用方式併入本文中。
在一些實施例中，上文所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃可以實質不含（即含有0莫耳百分比的）以下項目中的至少一者：鋰、硼、鋇、鍶、鉍、銻、及砷。
在一些實施例中，本文中所揭露的用於強化玻璃的三階段方法可以在可離子交換的硼矽酸鹽玻璃上進行，與不容易通過離子交換來強化的現有的市售硼矽酸鹽玻璃相比，該可離子交換的硼矽酸鹽玻璃具有可以更容易離子交換的組成。在一些實施例中，可以將用於強化玻璃的三階段方法施用於可離子交換的硼矽酸鹽玻璃。在一些實施例中，可離子交換的硼矽酸鹽玻璃可以包括大於或等於72莫耳百分比且小於或等於82莫耳百分比的SiO2 ；大於或等於1莫耳百分比且小於或等於6莫耳百分比的Al2 O3 ；大於或等於3莫耳百分比且小於或等於16莫耳百分比的B2 O3 ；大於或等於5莫耳百分比且小於或等於12莫耳百分比的Na2 O；大於或等於0.30莫耳百分比且小於或等於1.5莫耳百分比的K2 O；大於或等於0.10莫耳百分比且小於或等於6.00莫耳百分比的MgO；及大於或等於0.50莫耳百分比且小於或等於4.0莫耳百分比的CaO。可離子交換的硼矽酸鹽玻璃可以能夠藉由離子交換來強化，且可以具有厚度t。可離子交換的硼矽酸鹽玻璃的組成成分的濃度可以使得：13 ≤ 0.0308543 * (188.5 + ((23.84*Al2O3)+(-16.97*B2O3) + (69.10*Na2O) + (-213.3*K2O)) + ((Na2O-7.274)2*(-7.3628) + (Al2O3-2.863)*(K2O-0.520)*(321.5) + (B2O3-9.668)*(K2O-0.520)*(-39.74)))/t。這些玻璃被描述於Robert Anthony Schaut等人於2018年8月13日所提出且標題為「Ion Exchangeable Borosilicate Glass Compositions and Glass Articles Formed from the Same」的第62/718,213號的美國臨時專利申請案中，該申請案的整體內容以引用方式併入本文中。
在一些實施例中，上文所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃可以藉由本領域中習知的製程來向下拉製，例如槽拉、熔融拉製、再拉製等等，且可以具有至少130千泊的液相線黏度。在一些實施例中，上文所述的鹼鋁矽酸鹽玻璃可以適於管拉製且由管重新成形等等，且可以具有至少10千泊的液相線黏度，且在一些實施例中為至少約40千泊。
由本文中所揭露的方法所強化的玻璃製品可以用於玻璃容器（例如藥品容器），該等玻璃容器具有機械強度以抵抗外部損傷，但不響應於穿透到中心區域中或一路穿透通過玻璃厚度的瑕疵而經歷玻璃製品的破壞。雖然穿透裂縫可能將組成（例如藥品組成）暴露於大氣（這可能破壞組成的完整性），但容器仍可以保持完整且能夠容納組成。因此，儘管有穿透裂縫，仍然可以將內容物保留在玻璃容器中，以允許內容物在需要時可用。如本文中所使用的，例如「容器」及「器皿」的用語指的是被調適為容納固體或流體以供儲存的任何製品。在一些實施例中，容器可以是可密封的。玻璃製品可以用於容器或器皿，例如用於容納無菌物質（例如疫苗、生物製品、藥品、食品、溶液等等）的藥瓶。此類容器的非限制性示例包括玻璃藥瓶、瓶子、食物罐、藥筒、注射器、安瓿等等。由本文中所揭露的方法所強化的玻璃製品也可以用於其他製品，舉例而言，例如用於個人電子設備的覆蓋玻璃或用於航天或汽車應用的強化玻璃。測試方法
壓縮應力及DOC
壓縮應力及DOC可以使用本領域中習知的彼等手段來測量。此類手段包括但不限於使用市售儀器（例如由Luceo有限公司（日本東京）所製造的FSM-6000等等）進行的表面應力測量（FSM），且測量壓縮應力及壓縮線深度的方法被描述於標題為「Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass」的ASTM 1422C-99及標題為「Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed, Heat-Strengthened, and Fully-Tempered Flat Glass」的ASTM 1279.19779中，該等文獻的整體內容以引用方式併入本文中。表面應力測量依賴應力光學係數（SOC）的準確測量，該應力光學係數與玻璃的雙折射率相關。SOC轉而是藉由本領域中習知的彼等方法來測量的，例如纖維及四點彎曲法（兩種方法都被描述在標題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」的ASTM標準C770-98（2008）中，其整體內容以引用方式併入本文中）以及散裝圓筒法（bulk cylinder method）。
鉀濃度分佈
玻璃的組成（特別是玻璃中的鉀離子的作為玻璃內的深度的函數的濃度分佈）可以使用電子探針微分析（EPMA）來決定，該電子探針微分析使用電子探針微分析器。
表面水解抗性（SHR）
玻璃的化學耐久性可以藉由依據本領域中習知且描述於美國藥典公約（USP）600中的水解測試方法進行表面水解抗性（SHR）測試來決定，該文獻的整體內容以引用方式併入本文中。根據USP 600的表面水解抗性測試的結果被報告為滴定容器中的水的體積所需的鹽酸（HCl）消耗量，且用每100毫升（mL）的水的0.01體積莫耳濃度（M）的HCl的毫升（mL）數為單位給定。
錐體壓碎測試
玻璃製品（例如用於藥品組成的藥筒）的機械強度可以藉由進行錐體壓碎測試來估算。參照圖5，描繪了用於估算玻璃藥筒100的機械強度的錐體壓碎測試。玻璃藥筒100包括側壁102、頸部104、凸緣106、及與頸部104及凸緣106相對的開放端108。錐體壓碎測試包括以下步驟：將錐形或截頭圓錐形的塞子110安置到藥筒100的開放端108中且在與藥筒的中心軸A 平行的方向上（即在圖5中的座標軸的-Z方向上）向從藥筒100凸出的塞子110的端部112施加力F 。增加力F ，直到藥筒100在開放端108處故障為止，且記錄產生故障所需的力F 。可以利用標準設備來施加及測量力F 。可以在包括開放端的任何容器或製品（例如藥筒、注射器、或其他有開放端的製品）上執行錐體壓碎測試。
水平壓縮測試
玻璃製品（例如用於藥品組成的藥筒）的機械強度也可以藉由進行水平壓縮測試來估算。參照圖6，水平壓縮測試可以包括以下步驟：將藥筒100定位在第一板120與第二板122之間，及在藥筒100的凸緣106與開放端108之間的中點處向第一板120及第二板122施加相對的力F 。在與側壁102正交的方向上（即在圖6的座標軸的+/-X或+/-Y方向上且與中心軸A 垂直地）施加力F 。增加力F ，直到藥筒100故障為止，且記錄產生故障所需的力F 。可以利用標準設備來施加及測量力F 。可以在藥筒、藥瓶、注射器、安瓿、廣口瓶、容器、或其他製品上執行水平壓縮測試。
藥筒懸臂測試
玻璃製品（例如藥筒100）的機械強度也可以藉由進行藥筒懸臂測試來估算。參照圖7，藥筒懸臂測試可以包括以下步驟：將藥筒100固定在第一板120與第二板122之間的固定位置中，該第一板及該第二板與藥筒100的側壁102接觸。將第三板130抵著凸緣106安置，且在與凸緣106的外表面正交的方向上（即在圖6的座標軸的+/-X或+/-Y方向上且與中心軸A 垂直地）向第三板130施加力F 。增加力F ，直到藥筒100在頸部104處故障為止，且記錄產生故障所需的力F 。可以利用標準設備來施加及測量力F 。可以在藥筒以及在一端處具有頸部及凸緣結構的藥瓶及其他製品上執行水平壓縮測試。
圓筒壓碎測試
玻璃製品（例如藥筒100或其他容器）的機械強度也可以藉由進行圓筒壓碎測試來估算。參照圖8，圓筒壓碎測試可以包括以下步驟：藉由第一支撐板140及第二支撐板142支撐藥筒100或其他容器，該第一支撐板位在頸部104及凸緣106附近，該第二支撐板定位在藥筒100的開放端108附近且定位在藥筒100的與第一支撐板140相同的側面。第三板150抵著藥筒100的開放端108附近的側壁102安置且與第二支撐板142相對。接著在與側壁102的外表面正交的方向上且與第二支撐板142的表面垂直地（即在圖6的座標軸的+/-X方向上且與中心軸A 垂直地）向第三板150施加力F 。增加力F 直到藥筒100在開放端108附近的圓筒故障為止，且記錄產生故障所需的力F 。可以利用標準設備來施加及測量力F 。可以在藥筒以及在一端處具有頸部及凸緣結構的藥瓶及其他製品上執行水平壓縮測試。示例
以下示例繪示本文中所述的玻璃的特徵及優點且絕不旨在使本揭示內容或隨附的請求項受限於此。
示例 1 ：由三階段強化方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒
在示例1中，鹼鋁矽酸鹽玻璃製品由本揭示內容的三階段強化方法所強化。鹼鋁矽酸鹽玻璃製品是具有0.85 mm的側壁玻璃厚度的10.95 mm藥筒。將玻璃藥筒浸沒在包括硝酸鉀（KNO3 ）且維持在400℃的初始離子交換溫度下的初始離子交換浴中達1小時的初始離子交換時間。將玻璃藥筒從初始離子交換浴移除、浸漬沖洗、及安置在烘箱中，在該烘箱中，玻璃藥筒經受400℃的熱處理溫度達20小時的熱處理時間。將玻璃藥筒從烘箱移除且浸沒在包括KNO3 且維持在400℃的最終離子交換溫度下的最終離子交換浴中達1小時的最終離子交換時間。在從最終離子交換製程移除之後，將示例1的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒浸漬沖洗且洗滌以從藥筒的表面移除殘餘的離子交換試劑。
比較示例 2 ：由單階段離子交換製程所強化的市售硼矽酸鹽玻璃藥筒
在比較示例2中，獲得市售的硼矽酸鹽玻璃藥筒以供與示例1的強化藥筒進行比較。比較示例2的硼矽酸鹽玻璃藥筒是在側壁處具有0.85 mm的玻璃厚度的10.95 mm藥筒。比較示例2的市售硼矽酸鹽玻璃藥筒由單離子交換製程所強化，該單離子交換製程將鉀離子引入到硼矽酸鹽玻璃中達層深。
比較示例 3 ：由單階段離子交換製程所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃
在比較示例3中，鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒由常規的單階段離子交換製程所強化。比較示例3的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒是在側壁處具有0.85 mm的玻璃厚度的10.95 mm藥筒。比較示例3的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒藉由將玻璃藥筒浸沒在包括KNO3 且維持在470℃的離子交換溫度下的單離子交換浴中且達5.5小時的時間來強化。將鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒從單離子交換浴移除然後浸漬沖洗及洗滌以從藥筒的表面移除離子交換試劑。
示例 1 的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒與比較示例 2 的市售硼矽酸鹽玻璃藥筒及比較示例 3 的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的比較
示例1的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒、比較示例2的硼矽酸鹽玻璃藥筒、及比較示例3的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的鉀離子濃度分佈由EPMA所決定。參照圖4，針對示例1的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒（406）、比較示例2的硼矽酸鹽玻璃藥筒（404）、及比較示例3的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒（402）描繪了作為玻璃中的深度（深度在表面處等於0）的函數的鉀離子濃度。如圖4中所示，對於比較示例2的硼矽酸鹽藥筒（404）及比較示例3的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒（402）而言，玻璃中的鉀離子的濃度用一致的速率隨著深度增加而減少。相比之下，示例1的鋁矽酸鹽玻璃藥筒的鉀離子濃度分佈在壓縮層內展現兩個相異的區域。第一區域410與玻璃的表面區域對應，且由作為深度的函數的鉀離子平均斜率的較大的大小所表徵。第二區域412與表面區域與DOL（即鉀濃度減少到玻璃中的鉀離子的主體濃度的深度）之間的內部壓縮區域對應。在第二區域412中，作為玻璃中的深度的函數的鉀離子濃度的平均斜率的大小小於第一區域410中的平均斜率的大小。
圖4也示出，示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒的表面處的鉀離子的濃度小於比較示例3的鹼鋁矽酸鹽藥筒的表面處的鉀離子的濃度。由於壓縮應力與鉀離子濃度之間的關係，與示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒相比，因為較大的鉀離子濃度，所以會預期比較示例3的鹼鋁矽酸鹽藥筒在表面處具有較大的壓縮應力。然而，發現在示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒的表面處所決定的CS大於在比較示例3的鹼鋁矽酸鹽藥筒的表面處所決定的CS。雖然不希望被任何特定理論束縛，但據信，示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒的較大CS可能是減少玻璃中的熱弛豫的結果。在400℃的溫度下進行示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒的最終離子交換製程，與比較示例3的鹼鋁矽酸鹽藥筒相比，這造成了較小的熱弛豫，比較示例3的鹼鋁矽酸鹽藥筒在大得多的溫度下離子交換達較長的時間。比較示例3的鹼鋁矽酸鹽藥筒中較大的熱弛豫可能已經造成玻璃的表面處的CS減少。這證明，與用常規的單階段離子交換來強化的玻璃製品相比，在小於400℃的溫度下進行的最終離子交換製程的本文中所揭露的三階段強化製程可以造成較小的熱弛豫及較大的CS。
示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒的表面處的CS及鉀離子濃度都實質大於比較示例2的硼矽酸鹽玻璃藥筒的表面處的CS及鉀離子濃度。針對示例1的鋁矽酸鹽藥筒及比較示例2的硼矽酸鹽藥筒所決定的CS、DOL、及CT提供在以下的表格1中。表格 1 ：示例 1 及比較示例 2 的藥筒的 CS 、 DOL 、及 CT
  CS（MPa） DOL（µm） CT（MPa）
示例1 680 40 11
比較示例2 275 30 9
示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒的DOL（圖4中的407）小於比較示例3的鹼鋁矽酸鹽藥筒的DOL（圖4中的403）。然而，比較示例2的鹼鋁矽酸鹽藥筒的DOL大於30 µm且足以產生至少30 µm的DOC。示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒的DOL（其因此DOC）也大於比較示例2的硼矽酸鹽玻璃藥筒的DOL（圖4中的元件符號405）。因此，與市售的硼矽酸鹽玻璃藥筒（例如比較示例2中的彼等硼矽酸鹽玻璃藥筒）相比，由本文中所揭露的三階段強化製程所強化的示例1的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒展現較大的CS及較大的DOC。硼矽酸鹽玻璃製品的DOC可以藉由增加離子交換時間來增加，但硼矽酸鹽玻璃的CS不能在不對玻璃組成作出實質改變的情況下增加。
示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒、比較示例2的硼矽酸鹽玻璃藥筒、及比較示例3的鹼鋁矽酸鹽藥筒的機械強度是藉由使藥筒經受如本文中所述的錐體壓碎測試、水平壓縮測試、懸臂藥筒測試、及圓筒壓碎測試來估算的。這些機械強度測試的結果呈現在圖9-12中，該等圖式為用千克力（kg-f）為單位的故障負載的韋伯分佈圖。比較示例2的硼矽酸鹽藥筒由圖9中的資料系列502、圖10中的資料系列602、圖11中的資料系列702、及圖12中的資料系列802所表示。比較示例3的鹼鋁矽酸鹽藥筒由圖9中的資料系列504、圖10中的資料系列604、圖11中的資料系列704、及圖12中的資料系列804所表示。示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒由圖9中的資料系列506、圖10中的資料系列606、圖11中的資料系列706、及圖12中的資料系列806所表示。
如圖9-12中所示，在錐體壓碎測試、水平壓縮測試、懸臂藥筒測試、及圓筒壓碎測試中的每一者中，與比較示例2的市售硼矽酸鹽藥筒相比，由本文中所揭露的三階段方法所強化的示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒展現了實質較大的機械強度。並且，示例1的鹼鋁矽酸鹽藥筒展現了比得上且甚至稍微優越於比較示例3的鹼鋁矽酸鹽藥筒的機械強度，比較示例3的鹼鋁矽酸鹽藥筒由單階段離子交換製程所強化。因此，圖9-12證明，與由單離子交換製程所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃製品相比，包括第一離子交換、熱處理、及最終離子交換的三階段強化製程可以產生具有等效或甚至優越的機械強度的玻璃製品，且實質優於市售硼矽酸鹽玻璃製品的機械強度。
示例 4 ：熱處理條件對玻璃中的鉀濃度分佈及玻璃藥筒的機械性能的效果
在示例4中，研究了熱處理條件對玻璃中的鉀離子濃度分佈及對玻璃藥筒的機械性能的影響。對於示例4而言，在側壁處具有0.85 mm的玻璃厚度的10.95 mm鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒經受本揭示內容的三階段強化製程。第一離子交換製程及最終離子交換製程維持不變，且熱處理時間及熱處理溫度變化。示例4A、4B、4C、及4D的熱處理時間及熱處理溫度在下文提供在表格2中。表格 2 ：示例 4 的熱處理條件
示例ID 圖13及14中的資料系列 熱處理溫度（℃） 熱處理時間（小時）
4A 902 400 20
4B 904 470 3.5
4C 906 485 3
4D 908 500 2.5
對於示例4A、4B、4C、及4D中的每一者而言，鉀離子濃度分佈使用EPMA來決定，且結果呈現在圖13中。如圖13中所示，示例4A、4B、4C、及4D的鉀離子濃度分佈全都類似，且具有類似的在約40 µm到45 µm處的層深。圖13證明熱處理溫度與熱處理時間之間的關係，且示出，可以藉由相應地改變熱處理時間來在不同的熱處理溫度下獲得具有相同層深的相同鉀離子濃度分佈。因此，可以修改熱處理溫度及熱處理時間以平衡減少的熱弛豫與處理時間。
示例4A、4B、4C、及4D藥筒也經受錐體壓碎測試以估算熱處理條件對玻璃藥筒的機械強度的效果。錐體壓碎測試結果示於圖14中，該圖式為針對示例4A、4B、4C、及4D中的每一者用千克力為單位的故障負載的韋伯圖。如圖14中所示，示例4A、4B、4C、及4D中的每一者的藥筒均展現了在由錐體壓碎測試所估算時類似的機械強度性能，這指示，熱處理條件本身可能對於由本揭示內容的三階段強化製程所強化的玻璃製品的機械強度沒有很大的效果。因此，由所揭露的方法所產生的玻璃製品的機械強度可能對熱處理條件的改變不高度敏感。
比較示例 5 ：未強化的硼矽酸鹽藥筒
對於比較示例5而言，獲得市售的未強化硼矽酸鹽玻璃藥筒。比較示例5的未強化硼矽酸鹽玻璃藥筒是10.95 mm的硼矽酸鹽藥筒。比較示例5的未強化硼矽酸鹽玻璃藥筒不經受強化製程。
比較示例 6 ：由單離子交換製程所強化的硼矽酸鹽藥筒
在比較示例6中，比較示例5的市售未強化硼矽酸鹽玻璃藥筒的子集經受單階段離子交換強化製程以產生強化硼矽酸鹽玻璃藥筒。詳細而言，將比較示例6的硼矽酸鹽玻璃藥筒的子集浸入在包括KNO3 且維持在470℃的溫度下的離子交換浴中。將硼矽酸鹽玻璃藥筒浸入在離子交換浴中達20小時的離子交換時間。在20小時之後，將比較示例6的強化硼矽酸鹽玻璃藥筒移除及沖洗以移除過量的離子交換試劑。
示例 7 ：初始離子交換及最終離子交換的離子交換條件對依據所揭露的強化玻璃製品的方法來強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的機械強度的效果。
在示例7中，估算了初始離子交換及最終離子交換製程中的離子交換條件對經受本文中所揭露的三階段強化方法的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的機械強度的效果。在示例7中，具有0.85 mm的玻璃厚度的10.95 mm鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒經受本文中所揭露的三階段的強化玻璃製品的方法。在示例7A、7B、7C、7D、7E、7F、及7G中的每一者內均將熱處理步驟期間的熱處理時間及熱處理溫度維持恆定。
對於示例7A、7B、7C、及7D而言，最終離子交換溫度恆定在400℃，且最終離子交換時間維持恆定在0.333小時（20分鐘）。示例7A、7B、7C、及7D的初始離子交換製程的初始離子交換溫度及初始離子交換時間在下文提供在表格3中。對於示例7E、7F、及7G而言，分別將初始離子交換溫度及初始離子交換時間維持在400℃及1小時（60分鐘）下。示例7E、7F、及7G的最終離子交換製程的最終離子交換溫度及最終離子交換時間在下文提供在表格3中。表格 3 ：比較示例 5 、比較示例 6 及示例 7 的初始離子交換及最終離子交換條件
示例ID 圖15及16中的元件符號 初始IOX溫度（℃） 初始IOX時間（小時/分鐘） 最終IOX溫度（℃） 最終IOX時間（小時/分鐘）
比較示例5 1002 -- -- -- --
比較示例6 1004 470* 20* -- --
7A 1010 400 0.25/15 400 0.333/20
7B 1012 400 0.5/30 400 0.333/20
7C 1014 400 0.75/45 400 0.333/20
7D 1016 400 1.0/60 400 0.333/20
7E 1020 400 1.0/60 400 0.5/30
7F 1022 400 1.0/60 400 0.75/45
7G 1024 400 1.0/60 400 1.0/60
*比較示例6的藥筒經受單離子交換製程且不經受熱處理或最終離子交換製程。
示例7A到7G、比較示例5、及比較示例6的藥筒經受水平壓縮測試及錐體壓碎測試，以估算初始離子交換製程及最終離子交換製程中的離子交換條件對玻璃藥筒的機械強度的效果。水平壓縮測試的結果提供在圖15中，該圖式是針對示例7A到7G、比較示例5、及比較示例6中的每一者用千克力為單位的故障負載的韋伯圖。錐體壓碎測試的結果示於圖16中，該圖式是針對示例7A到7G、比較示例5、及比較示例6中的每一者用千克力為單位的故障負載的韋伯圖。
如圖15及16中所示，與比較示例5的未強化硼矽酸鹽玻璃藥筒及比較示例6的強化玻璃藥筒相比，由所揭露的三階段強化方法所強化的示例7A到7G的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒展現了優越的機械強度。
圖15及16也指示，由所揭露的方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的機械強度的可變性隨著初始離子交換時間減少而增加。由所揭露的方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的機械強度的響應於最終離子交換時間的改變的可變性程度小於由初始離子交換時間的改變所造成的可變性。
示例 8 ：由三階段強化方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒
在示例8中，備製強化鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒以供進行水解測試。對於試樣8A、8B、8C、8D、及8E（8A-8E）而言，10.95 mm藥筒藉由使藥筒經受三階段強化方法來強化。對於試樣8F、8G、8H、8I、及8J（8F-8J）而言，11.6 mm藥筒依據三階段強化方法來強化。對於試樣8A-8J中的每一者而言，熱處理均維持不變。試樣8A-8J中的每一者的初始離子交換溫度、初始離子交換時間、最終離子交換溫度、及最終離子交換時間在下文提供在表格4中。表格 4 ：示例 8 的初始離子交換及最終離子交換條件
示例ID 藥筒尺寸（mm） 初始IOX溫度（℃） 初始IOX時間（小時/分鐘） 最終IOX溫度（℃） 最終IOX時間（小時/分鐘）
8A 10.95 400 1/60 400 0.0167/1
8B 10.95 400 1/60 400 0.333/20
8C 10.95 400 1/60 400 0.5/30
8D 10.95 400 1/60 400 0.75/45
8E 10.95 400 1/60 400 1.0/60
8F 11.6 400 1/60 400 0.0167/1
8G 11.6 400 1/60 400 0.333/20
8H 11.6 400 1/60 400 0.5/30
8I 11.6 400 1/60 400 0.75/45
8J 11.6 400 1/60 400 1.0/60
比較示例 9 ：由單步驟離子交換所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒
在比較示例9中，藉由由單步驟離子交換製程強化藥筒來備製鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒以供進行水解測試。對於試樣CE9A、CE9B、及CE9C而言，強化10.95 mm藥筒，且對於試樣CE9D、CE9E、及CE9F而言，強化11.6 mm藥筒。單離子交換製程的離子交換溫度為470℃，且離子交換時間對於試樣CE9A及CE9D而言為1小時、對於試樣CE9B及CE9E而言為4小時、且對於試樣CE9C及CE9F而言為7小時。
示例 10 ：示例 8 及比較示例 9 的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的表面水解抗性（ SHR ）
在示例10中，示例8（試樣8A-8J）及比較示例9（試樣CE9A-CE9F）的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒經受水解測試以證明，三階段的強化玻璃製品的方法產生了符合1B類玻璃的化學敏感度標準的玻璃製品。依據USP >600>中所描述且在本文中參照的方法進行表面水解抗性測試。參照圖17，由本文中所揭露的三階段強化方法所強化的示例8的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒展現了SHR值，該等SHR值遠低於藥品容器的1型玻璃的極限（圖17中的線1702）且比得上由單離子交換步驟所強化的比較示例9的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒所展現的SHR。因此，所揭露的強化本文中所揭露的玻璃製品的方法不劣化玻璃組成的化學耐久性，且能夠強化玻璃製品同時符合藥品容器的1型玻璃的SHR標準。
雖然已經為了說明的目的闡述了典型的實施例，但不應將上述說明視為本揭示內容或隨附請求項的範圍的限制。因此，在不脫離本揭示內容或隨附請求項的精神及範圍的情況下，本領域中的技術人員可以想到各種變體、調適、及替代方案。
10:玻璃製品 12:玻璃 14:第一表面 16:第二表面 20:壓縮區域 22:表面區域 24:內部壓縮區域 30:中心區域 50:常規製程 52:將玻璃改造成玻璃製品 54:單步驟離子交換製程 56:從玻璃沖洗離子交換試劑 58:洗滌玻璃 100:玻璃藥筒 102:側壁 104:頸部 106:凸緣 108:開放端 110:塞子 112:端部 120:第一板 122:第二板 130:第三板 140:第一支撐板 142:第二支撐板 150:第三板 200:方法 202:步驟 204:步驟 206:步驟 208:步驟 210:步驟 212:步驟 214:步驟 402:經受單階段離子交換的鋁矽酸鹽玻璃 403:DOL 404:經受單階段離子交換製程的硼矽酸鹽玻璃 405:DOL 406:經受本文中所揭露的強化玻璃的三階段方法的鋁矽酸鹽玻璃 407:DOL 410:第一區域 412:第二區域 502:資料系列 504:資料系列 506:資料系列 602:資料系列 604:資料系列 606:資料系列 702:資料系列 704:資料系列 706:資料系列 802:資料系列 804:資料系列 806:資料系列 902:資料系列 904:資料系列 906:資料系列 908:資料系列 1002:資料系列 1004:資料系列 1010:資料系列 1012:資料系列 1014:資料系列 1016:資料系列 1020:資料系列 1022:資料系列 1024:資料系列 1702:資料系列 A:中心軸 F:力 t:厚度
圖1示意性地描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例的玻璃製品的玻璃的一部分的橫截面圖；
圖2描繪強化玻璃的先前技術方法的流程圖；
圖3描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例強化玻璃的方法的流程圖；
圖4依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例針對由圖2的先前技術方法所強化的硼矽酸鹽玻璃、由圖2的先前技術方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃、及由圖3的方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃，用圖形方式描繪氧化鉀的濃度（y軸）與相對於第一表面或第二表面的深度的關係；
圖5示意性地描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例用於評估玻璃製品（例如容器）的機械強度的錐體壓碎測試；
圖6示意性地描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例用於評估玻璃製品（例如容器）的機械強度的水平壓縮測試；
圖7示意性地描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例用於評估玻璃製品（例如容器）的機械強度的懸臂藥筒測試；
圖8示意性地描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例用於評估玻璃製品（例如容器）的機械強度的圓筒壓碎測試；
圖9用圖形方式描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例由硼矽酸鹽玻璃盒（比較示例2）、經受單步驟離子交換的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒（比較示例3）、及由所揭露的方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒（示例1）的錐體壓碎測試所造成的故障負載（x軸）的韋伯（Weibull）圖；
圖10用圖形方式描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例由硼矽酸鹽玻璃藥筒（比較示例2）、經受單步驟離子交換的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒（比較示例3）、及由所揭露的方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒（示例1）的水平壓縮測試所造成的故障負載（x軸）的韋伯（Weibull）圖；
圖11用圖形方式描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例由硼矽酸鹽玻璃藥筒（比較示例2）、經受單步驟離子交換的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒（比較示例2）、及由所揭露的方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒（示例1）的懸臂藥筒測試所造成的故障負載（x軸）的韋伯（Weibull）圖；
圖12用圖形方式描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例由硼矽酸鹽玻璃藥筒（比較示例2）、經受單步驟離子交換的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒（比較示例3）、及由所揭露的方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒（示例1）的圓筒壓碎測試所造成的故障負載（x軸）的韋伯（Weibull）圖；
圖13用圖形方式描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例的氧化鉀的濃度（y軸）與相對於由圖3的方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的表面的深度的關係，其中熱處理溫度及熱處理時間被變化（示例4）；
圖14用圖形方式描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例由圖3的方法所強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的故障負載（x軸）的韋伯圖，其中熱處理溫度及熱處理時間被變化（示例4）；
圖15用圖形方式描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例由比較示例5的未強化的硼矽酸鹽玻璃藥筒、比較示例6的強化過的硼矽酸鹽玻璃藥筒、及示例7的強化過的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的水平壓縮測試所造成的故障負載（x軸）的韋伯圖，其中初始離子交換製程及最終離子交換製程的離子交換條件被變化；
圖16用圖形方式描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例由比較示例5的未強化的硼矽酸鹽玻璃藥筒、比較示例6的強化過的硼矽酸鹽玻璃藥筒、及示例7的強化過的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的錐體壓碎測試所造成的故障負載（x軸）的韋伯圖，其中初始離子交換製程及最終離子交換製程的離子交換條件被變化；及
圖17用圖形方式描繪依據本文中所示出及描述的一或更多個實施例的示例8及比較示例9的鹼鋁矽酸鹽玻璃藥筒的表面水解抗性（SHR）測試結果（y軸）。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
10:玻璃製品
12:玻璃
14:第一表面
16:第二表面
20:壓縮區域
22:表面區域
24:內部壓縮區域
30:中心區域
t:厚度

Claims (27)

  1. 一種強化一玻璃製品的方法，該方法包括以下步驟： 將鉀離子引入到該玻璃製品的一玻璃的一表面區域中，該玻璃包括一第一表面、一第二表面、及從該第一表面到該第二表面的一厚度，其中該表面區域從該第一表面、該第二表面、或兩者延伸到該玻璃中； 在將該等鉀離子引入到該玻璃的該表面區域中之後，在一熱處理溫度下熱處理該玻璃且達一熱處理時間，該熱處理時間足以將該等鉀離子的至少一部分從該表面區域擴散到該玻璃中達該玻璃中的一深度，該深度造成大於或等於30微米（µm）的一壓縮線深度（DOC）；及 在熱處理該玻璃之後，藉由使該玻璃經受一最終離子交換製程，來將大於或等於400百萬帕（MPa）的一壓縮應力引入到該玻璃的該表面區域，該最終離子交換製程處於足以在該玻璃中維持小於13 MPa的一中心張力的條件下。
  2. 如請求項1所述的方法，其中將該等鉀離子引入到該玻璃的該表面區域中的步驟包括以下步驟：在該熱處理該玻璃及引入該壓縮應力的步驟之後，使該玻璃經受大於或等於400℃的一初始離子交換溫度下的一初始離子交換且達一初始離子交換時間，該初始離子交換時間足以引入一量的鉀離子，該量的鉀離子造成大於或等於30 µm的該DOC及小於13 MPa的該中心張力。
  3. 如請求項2所述的方法，其中該初始離子交換溫度為從400℃到550℃，且該初始離子交換時間為從0.1小時到1.0小時。
  4. 如請求項2所述的方法，更包括以下步驟： 決定用來引入到該玻璃的該表面區域的該等鉀離子的該量；及 調整該初始離子交換溫度、該初始離子交換時間、或兩者以將該決定量的鉀離子引入到該玻璃的該表面區域中。
  5. 如請求項1所述的方法，其中該熱處理溫度為從350℃到600℃。
  6. 如請求項1所述的方法，其中該熱處理時間為從1小時到24小時。
  7. 如請求項1所述的方法，其中引入該壓縮應力的步驟包括以下步驟：使該玻璃經受一最終離子交換製程。
  8. 如請求項7所述的方法，其中該最終離子交換製程的一最終離子交換溫度小於或等於450℃。
  9. 如請求項8所述的方法，其中該最終離子交換溫度為從300℃到450℃。
  10. 如請求項7所述的方法，其中該最終離子交換製程的一最終離子交換時間為從0.1小時到1.0小時。
  11. 如請求項1所述的方法，其中該玻璃的該表面區域具有小於該DOC的一表面區域厚度。
  12. 如請求項1所述的方法，其中該DOC為從該玻璃的該厚度的15%到25%。
  13. 如請求項1所述的方法，其中該玻璃的該厚度小於或等於6 mm。
  14. 如請求項13所述的方法，其中該玻璃的該厚度為從0.3 mm到2.0 mm。
  15. 如請求項1所述的方法，其中該玻璃製品是一容器，該容器被調適為容納一藥品產品、一疫苗、生物製品、一食品、或一溶液。
  16. 一種包括一玻璃的製品，該玻璃包括： 一第一表面及一第二表面； 一壓縮區域，從該第一表面、該第二表面、或兩者向一壓縮線深度（DOC）延伸，其中該壓縮區域處於一壓縮應力下且包括一表面壓縮區域及一內部壓縮區域，該內部壓縮區域位在該表面壓縮區域與該內部壓縮區域之間且具有與該表面壓縮區域不同的一壓縮應力分佈；及 一中心區域，處於一中心張力下，其中該中心區域從該DOC向內延伸，其中： 在該第一表面、該第二表面、或兩者處所測量到的該壓縮應力大於或等於400百萬帕（MPa）； 該DOC為至少30微米（30 µm）；及 該中心張力小於一閾值中心張力，大於該閾值中心張力，該中心區域中的一儲存的彈性能量足以使得延伸到該中心區域中的瑕疵自傳播通過該玻璃的從該第一表面到該第二表面的一厚度及側向自傳播通過該玻璃。
  17. 如請求項16所述的製品，其中該中心張力小於13 MPa。
  18. 如請求項16所述的製品，其中該中心張力為從8 MPa到12 MPa。
  19. 如請求項16所述的製品，其中該中心張力小於該閾值中心張力，小於該閾值中心張力，延伸到該中心區域中的該等瑕疵不經歷通過該玻璃的該厚度及側向通過該玻璃的該瑕疵的自傳播。
  20. 如請求項16所述的製品，其中該壓縮應力為從400 MPa到750 MPa。
  21. 如請求項16所述的製品，其中該DOC為從30 µm到50 µm。
  22. 如請求項16所述的製品，其中該DOC為從該厚度的15%到25%。
  23. 如請求項16所述的製品，其中該厚度小於或等於6 mm。
  24. 如請求項23所述的製品，其中該厚度為從0.3 mm到2.0 mm。
  25. 如請求項16所述的製品，其中該玻璃製品是一容器，該容器被調適為容納一藥品產品、一疫苗、生物製品、一食品、或一溶液。
  26. 如請求項16所述的製品，其中該製品包括一藥品容器。
  27. 如請求項16所述的製品，其中該壓縮區域包括： 其中作為該表面區域中的該玻璃中的深度的函數的該壓縮應力的一平均斜率大於作為該內部壓縮區域中的該玻璃中的深度的函數的該壓縮應力的一平均斜率。
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