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CN114401931B - 抗断裂的玻璃基制品 - Google Patents

抗断裂的玻璃基制品 Download PDF

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CN114401931B CN202080064425.2A CN202080064425A CN114401931B CN 114401931 B CN114401931 B CN 114401931B CN 202080064425 A CN202080064425 A CN 202080064425A CN 114401931 B CN114401931 B CN 114401931B
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Abstract

玻璃基制品，其包含提供了增进的抗断裂性的应力分布。应力分布含有高峰值张力及具有高度负曲率的区域。本文的玻璃基制品在多次掉落后提供了高度抗断裂性。

Description

抗断裂的玻璃基制品
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年9月13日提交的系列号为62/900,157的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。
背景
技术领域
本说明书一般涉及用于玻璃基制品中的抗断裂应力分布的应力分布。更具体而言，本说明书涉及用于玻璃基制品的应力分布，所述玻璃基制品可含锂，可应用于电子装置中。
背景技术
诸如智能手机、平板电脑、便携式媒体播放器、个人电脑及摄影机之类的便携式装置的移动性质使之些装置特别容易因意外掉落在诸如地面之类的硬表面上而损坏。此等装置通常包含覆盖玻璃，此等覆盖玻璃在与硬表面碰撞后可能损坏。在许多这些装置中，覆盖玻璃充当显示器护盖，且可包含触摸功能性，使得所述装置的使用在覆盖玻璃损坏时受到不利影响。
当相关的便携式装置掉落在硬表面上时，存在覆盖玻璃的两种主要失效模式。其中的一种模式是挠曲失效，挠曲失效由玻璃在装置受到由与硬表面碰撞产生的动态负荷时弯曲导致。另一模式是尖锐接触失效，尖锐接触失效由对玻璃表面带来损害导致。玻璃与诸如沥青、花岗岩等之类的粗糙硬表面的碰撞可在玻璃表面中产生尖锐压痕。此等压痕变成玻璃表面中的失效位点，裂纹可自此等位点发展且扩展。
玻璃制造商及手持式装置制造商不断努力改善手持式装置对于失效的抵抗力。亦期望例携式装置尽可能薄。因此，除了强度之外，亦期望在便携式装置中用作覆盖玻璃的玻璃尽可能薄。因此，除了增加覆盖玻璃的强度之外，亦期望玻璃具有一定的机械特性，以允许通过制造薄玻璃制品(例如，薄玻璃片材)的方法来形成玻璃。
因此，需要一种可以强化(例如，通过离子交换)的玻璃基制品，并且该玻璃基制品具有允许其作为薄制品来形成的机械性质。
发明内容
本公开内容的方面涉及玻璃基制品及其制造与用途。本文的玻璃基制品呈现高抗断裂性。具体而言，本文的玻璃基制品在多次掉落之后仍提供高抗断裂性。
根据方面(1)，提供了一种玻璃基制品。所述玻璃基制品包含：玻璃基基材，所述玻璃基基材包含相对的第一表面及第二表面，所述第一表面及第二表面界定了基材厚度(t)；以及应力分布。所述应力分布包含：大于或等于70MPa的峰值张力(PT)；以及二阶导数值小于或等于-4000MPa/mm2的点，其中此点位于大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内。
根据方面(2)，提供了前述方面的玻璃基制品，其中应力分布包含二阶导数值为0MPa/mm2的曲率过渡点(curvature transition point)，其中此曲率过渡点位于大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内。
根据方面(3)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中应力分布包含二阶导数值为0MPa/mm2的曲率过渡点，其中此曲率过渡点位于大于或等于0.7·DOC至小于或等于0.25t的区域内。
根据方面(4)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中应力分布包含二阶导数值小于或等于-5000MPa/mm2的点，其中此点位于大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内。
根据方面(5)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中应力分布包含二阶导数值小于或等于-2550/t2 MPa/mm2的点，其中t的单位为mm，且其中此点位于大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内。
根据方面(6)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，所述玻璃基制品包含压缩区域，此压缩区域从第一表面延伸至压缩深度(DOC)，其中应力分布包含位于DOC的0.1·DOC内的斜率的绝对值的局部最大值。
根据方面(7)，提供了方面(6)的玻璃基制品，其中所述斜率的绝对值的局部最大值大于或等于0.5MPa/μm。
根据方面(8)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中PT大于或等于80MPa。
根据方面(9)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中PT小于或等于200MPa。
根据方面(10)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中PT大于或等于MPa，其中t的单位为mm。
根据方面(11)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中PT小于或等于MPa，其中t的单位为mm。
根据方面(12)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中组成和结构与玻璃基制品的中心相同的玻璃基基材具有大于或等于0.85MPa√m的KIC。
根据方面(13)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中组成和结构与玻璃基制品的中心相同的玻璃基基材具有小于或等于2MPa√m的KIC。
根据方面(14)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，包含大于或等于80MPa的膝部压缩应力(CSk)。
根据方面(15)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，包含大于或等于MPa的膝部压缩应力(CSk)，其中t的单位是mm。
根据方面(16)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含压缩区域，此压缩区域从第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且DOC为大于或等于0.15t。
根据方面(17)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含压缩区域，此压缩区域从第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且DOC为大于或等于130μm。
根据方面(18)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含大于或等于330MPa的压缩应力。
根据方面(19)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含尖峰区域(spikeregion)，尖峰区域从第一表面延伸至尖峰层深度(DOLsp)，且DOLsp大于或等于3μm。
根据方面(20)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含尖峰区域，该尖峰区域从第一表面延伸至尖峰层深度(DOLsp)，且DOLsp小于或等于15μm。
根据方面(21)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中应力分布包含：第一压缩区域、第二压缩区域及张力区域，第一压缩区域从第一表面延伸至第一压缩深度DOC1，第二压缩区域从第二表面延伸至第二压缩深度DOC2，且张力区域从DOC1延伸至DOC2，其中张力区域具有大于或等于1.41MPa·√m的拉伸应力因子KT。
根据方面(22)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中玻璃基制品是不易碎的。
根据方面(23)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含Li2O。
根据方面(24)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中在玻璃基制品的中心处的Li2O浓度为大于或等于8摩尔％。
根据方面(25)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中玻璃基制品中的最大K2O浓度比玻璃基制品的中心处的K2O浓度大7.5摩尔％或以下。
根据方面(26)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含尖峰区域，所述尖峰区域从第一表面延伸至尖峰层深度(DOLsp)，其中在尖峰区域中，K2O浓度相对于玻璃基制品的中心处的K2O浓度的值的积分为小于或等于29摩尔％·μm。
根据方面(27)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，包含尖峰区域，所述尖峰区域从第一表面延伸至尖峰层深度(DOLsp)，其中在尖峰区域中，K2O浓度的积分相对于玻璃基制品的中心处的K2O浓度的增加值的积分为大于或等于4摩尔％·μm。
根据方面(28)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中玻璃基制品的中心具有的Li2O/Na2O摩尔比，该摩尔比大于或等于3.3。
根据方面(29)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中玻璃基制品的中心具有的Li2O/Na2O摩尔比为小于或等于100。
根据方面(30)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中t为大于或等于0.2mm至小于或等于2.0mm。
根据方面(31)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中t为大于或等于0.3mm至小于或等于1.0mm。
根据方面(32)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含压缩区域，此压缩区域从第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距第一表面0.6·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于45MPa。
根据方面(33)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含压缩区域，此压缩区域从第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距第一表面0.65·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于40MPa。
根据方面(34)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含压缩区域，此压缩区域从第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距第一表面0.7·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于37MPa。
根据方面(35)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含压缩区域，此压缩区域从第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距第一表面0.75·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于32MPa。
根据方面(36)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含压缩区域，此压缩区域从第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距第一表面0.8·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于26MPa。
根据方面(37)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含压缩区域，此压缩区域从第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距第一表面0.85·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于18MPa。
根据方面(38)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其包含压缩区域，此压缩区域从第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距第一表面0.9·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于11MPa。
根据方面(39)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，在大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内包含Na2O浓度分布，且其中Na2O浓度分布在大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内呈现正曲率(positive curvature)或无曲率(no curvature)。
根据方面(40)，提供了前述方面中任一者的玻璃基制品，其中玻璃基制品的中心包含：50摩尔％至69摩尔％的SiO2；12.5摩尔％至25摩尔％的Al2O3；0摩尔％至8摩尔％的B2O3；大于0摩尔％至4摩尔％的CaO；大于0摩尔％至17.5摩尔％的MgO；0.5摩尔％至8摩尔％的Na2O；0摩尔％至2.5摩尔％的La2O3；以及大于8摩尔％至18摩尔％的Li2O；其中：(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3为从0.9至小于1.3；且Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3为从大于23摩尔％至小于50摩尔％。
根据方面(41)，提供了一种消费电子产品。所述消费电子产品包含：壳体，所述壳体包含前表面、后表面及侧表面；电学部件，所述电学部件至少部分设置于壳体内，电学部件至少包含控制器、存储器和显示器，显示器设置于壳体的前表面处或与前表面相邻；以及盖板，所述盖板设置于显示器上方；其中壳体与盖板中的至少一者的至少一部分包含前述方面中的一者的玻璃基制品。
根据方面(42)，提供了一种方法。所述方法包括：将玻璃基基材暴露于离子交换处理以形成具有应力分布的玻璃基制品，玻璃基基材包含相对的第一表面及第二表面，第一表面及第二表面限定了基材厚度(t)，所述应力分布包含：大于或等于70MPa的峰值张力(PT)；以及二阶导数值小于或等于-4000MPa/mm2的点，其中此点位于大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内。
根据方面(43)，提供了方面(42)的方法，其中离子交换处理为单一离子交换处理。
根据方面(44)，提供了方面(42)至方面(43)中任一者所述的方法，其中玻璃基基材包含：50摩尔％至69摩尔％的SiO2；12.5摩尔％至25摩尔％的Al2O3；0摩尔％至8摩尔％的B2O3；大于0摩尔％至4摩尔％的CaO；大于0摩尔％至17.5摩尔％的MgO；0.5摩尔％至8摩尔％的Na2O；0摩尔％至2.5摩尔％的La2O3；以及大于8摩尔％至18摩尔％的Li2O；其中：(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3为从0.9至小于1.3；且Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3为从大于23摩尔％至小于50摩尔％。
根据方面(45)，提供方面(42)至方面(44)中任一者所述的方法，其中玻璃基基材包含：SiO2；Al2O3；以及Li2O，其中玻璃的特征在于：大于或等于0.85MPa√m的K1C值。
在以下的具体实施方式中给出了另外的特征和优点，其中的部分特征和优点对于本领域的技术人员而言通过所作描述是显而易见的，或者通过实施本文所述的实施方式，包括以下的具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所描述的实施方式而被认识。
应理解，前述的一般性描述和下文的具体实施方式都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1示意性描绘了根据本文公开和描述的实施方式的在其表面上具有压缩应力层的玻璃的横截面；
图2为包括膝应力的应力分布的示意图；
图3为用于确定断裂韧度KIC的样品及其横截面的示意图；
图4A为包含本文所公开的任何玻璃制品的示例性电子装置的平面图；
图4B为图4A的示例性电子装置的透视图；
图5为易碎性测试后的非易碎性样品的代表图；
图6为易碎性测试后的易碎性样品的代表图；
图7为根据实施方式的应力分布的图表；
图8为包括多项式拟合的图7的应力分布的一部分的图表；
图9为图8的多项式拟合的二阶导数的图表；
图10为根据一个实施方式的应力分布的图表；
图11为包括多项式拟合的图10的应力分布的一部分的图表；
图12为图11的多项式拟合的二阶导数的图表；
图13为根据实施方式的应力分布的图表；
图14为包括多项式拟合的图13的应力分布的一部分的图表；
图15为图14的多项式拟合的二阶导数的图表；
图16为根据一个实施方式的应力分布的图表；
图17为包括多项式拟合的图16的应力分布的一部分的图表；
图18为图17的多项式拟合的二阶导数的图表；
图19为根据一个实施方式的应力分布的图表；
图20为包括多项式拟合的图19的应力分布的一部分的图表；
图21为图20的多项式拟合的二阶导数的图表。
具体实施方式
在描述若干个示例性实施方式之前，应理解，本公开不限于以下公开内容所阐述的构造或工艺步骤的细节。本文提供的公开内容能够具有其他实施方式，并且能够以各种方式实施或进行。
说明书中提及的“一个实施方式”、“某些实施方式”、“各个实施方式”、“一个或多个实施方式”或“一种实施方式”意为结合实施方式描述的具体特征、结构或性质包括在本公开的至少一个实施方式中。因此，在说明书各处中出现的短语“在一个或多个实施方式中”、“在某些实施方式中”、“在各个实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在一种实施方式中”不一定指相同的实施方式，或者指仅一个实施方式。此外，具体的特征、结构、材料或特性可以任何合适的方式组合在一个或多个实施方式中。
定义和测量技术
术语“玻璃基制品”和“玻璃基基材”用于包括完全或部分由玻璃，包括玻璃陶瓷(包含无定形相和结晶相)制成的任何物体。一般而言，玻璃基基材经受离子交换处理而形成玻璃基制品。层压的玻璃基制品包括玻璃和非玻璃材料的层压件、玻璃和晶体材料的层压件。根据一个或多个实施方式所述的玻璃基基材可选自钠钙硅酸盐玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃、含碱金属的铝硼硅酸盐玻璃、以及含碱金属的玻璃陶瓷。
“基础组合物”是在进行任何离子交换(IOX)处理之前的基材的化学组成。也就是说，基础组合物未被来自IOX的任何离子掺杂。换言之，在经受离子交换处理之前，玻璃基基材具有基础组合物。经过了IOX处理的玻璃基制品的中心受IOX处理影响最小，并且可能未受IOX处理影响。为此，当IOX处理条件使得向IOX供应的离子不扩散到基材中心中时，玻璃基制品的中心处的组合物可以与基础组合物相同。在一个或多个实施方式中，玻璃制品的中心处的中心组合物包括基础组合物。另外，组成和结构与玻璃基制品中心的相同的玻璃基基材可以具有与用于形成玻璃基制品的基材等同的性质。
应注意，本文可用术语“基本”和“约”表示可由任何定量比较、数值、测量或其他表示方法造成的固有不确定性的程度。在本文中还使用这些术语表示数量的表示值可以与陈述的参比值有所不同，但是不会导致论述的主题的基本功能改变。因此，例如“基本上不含MgO”的玻璃基制品是指不向该玻璃基制品中主动添加或配入MgO，但其可作为污染物以极少的量存在。如本文所用，术语“约”指量、尺寸、配方、参数和其他数量和特征不是精确的且无需精确的，但可按照要求是大致的和/或更大或者更小，如反映公差、转化因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员所知的其他因子。当术语“约”用于描述数值或范围的端点时，本公开应理解为包括所提到的具体数值或端点。无论说明书中的范围的数值或端点是否使用“约”列举，范围的数值或端点旨在包括两种实施方式：一种用“约”修饰，另一种未用“约”修饰。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相结合以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。
除非另有说明，否则本文所述的所有组成均以基于氧化物计的摩尔百分比(摩尔％)表示。
“应力分布(stress profile)”为应力作为跨越玻璃基制品的厚度的函数。压缩应力区域从制品的第一表面延伸到压缩深度(depth of compression；DOC)，其中制品处于压缩应力下。中心张力区域从DOC延伸，以包括制品处于拉伸应力下的区域。换句话说，第一压缩应力区域可以从第一表面延伸至第一压缩深度(DOC1)，张力区域从DOC1延伸至第二压缩深度(DOC2)，且第二压缩区域从DOC2延伸至第二表面。在应力分布是对称的实施方式中，从各表面到相应的DOC的距离相等。
如本文所用，压缩深度(DOC)是指玻璃基制品内的应力从压缩应力变化为拉伸应力时的深度。在DOC处，应力从正应力(压缩应力)转化为负应力(拉伸应力)，因此展现出零应力值。根据力学领域常用习惯，压缩以负(<0)应力表示并且拉伸以正(>0)应力表示。但是，在本说明书中，正的应力值是压缩应力(CS)，其以正值或绝对值表示，即，如本文所述，CS＝|CS|。另外，负的应力值是拉伸应力。但是，当与术语“拉伸”一起使用时，应力或中心张力(CT)可以表示为正值，即，CT＝|CT|。中心张力(CT)是指在玻璃基制品的中心区或中心张力区中的拉伸应力。最大中心张力(最大CT或CT最大)出现在中心张力区中，名义上在0.5·t处，其中t是制品厚度，其允许与最大拉伸应力所处的确切中心的位置有所偏差。峰值张力(PT)是指测得的最大张力，其可以在制品的中心处或者可以不在制品的中心处。
应力分布的“膝部”是应力分布的斜率从陡峭过渡到平缓处的制品深度。从表面延伸到玻璃基制品中的应力分布的陡峭部分被称为“尖峰”。膝部可以指其中斜率是变化的深度范围内的过渡区域。膝部压缩应力(CSk)定义为CS分布的较深部分外推到尖峰深度(DOLsp)处的压缩应力值。DOLsp通过已知方法，由表面应力计测量来报告。图2提供了包括膝应力的应力分布的示意图。
相对于金属氧化物从第一表面到层深度变化或者至少沿着制品厚度(t)的大部分变化的非零金属氧化物浓度表明制品中已因离子交换而产生应力。金属氧化物浓度的变化在本文中可指称为金属氧化物浓度梯度。浓度并非为零且从第一表面到层深度或者沿着厚度的一部分变化的金属氧化物可被描述为在玻璃基制品中产生应力。通过对玻璃基基材进行化学强化来产生金属氧化物的浓度梯度或变化，其中玻璃基基材中的多个第一金属离子与多个第二金属离子交换。
除非另有说明，CT与CS在本文以兆帕斯卡(MPa)表示，厚度以毫米表示，而DOC与DOL以微米(微米或μm)表示。
通过表面应力计(FSM)，使用商购仪器，例如日本折原实业有限公司(OriharaIndustrial Co.,Ltd)制造的FSM-6000，来测量压缩应力(包括峰值CS、CS最大)。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，其与玻璃的双折射相关。进而根据题为“Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient”(《测量玻璃应力-光学系数的标准测试方法》)的ASTM标准C770-16中所述的方案C(玻璃盘方法)来测量SOC，所述文献通过引用全文结合入本文。
最大中心张力(CT)和峰值张力(PT)以及应力保持值使用本领域已知的散射光偏振光镜(SCALP)技术来测量。折射近场(RNF)方法或SCALP可以用于测量应力分布和压缩深度(DOC)。当使用RNF方法测量应力分布时，在RNF方法中使用由SCALP提供的最大CT值。具体地，对RNF测量的应力分布进行力平衡并标定至SCALP测量所提供的最大CT值。RNF方法见述于标题为“Systems and methods for measuring a profile characteristic of aglass sample(测量玻璃样品的分布特征的系统和方法)”的第8,854,623号美国专利，其通过全文引用纳入本文。具体地，RNF方法包括将玻璃制品置于参比块附近，产生偏振切换光束，其以1Hz至50Hz的频率在各正交偏振之间切换，测量偏振切换光束中的功率量，以及产生偏振切换参比信号，其中，在每个正交偏振中测得的功率量彼此相差在50％以内。所述方法还包括以下步骤：将偏振切换光束通过玻璃样品和参比块传输到玻璃样品中的不同深度，然后使用中继光学系统(relay optical system)将透射的偏振切换光束中继到信号光电检测器，而信号光电检测器产生偏振切换检测器信号。所述方法还包括以下步骤：将检测器信号除以参考讯号以形成归一化的检测器信号，并从归一化的检测器信号确定玻璃样品的分布特征。
如本文所使用，通过双悬臂梁(double cantilever beam；DCB)方法测量断裂韧度(KIC)。在离子交换以形成玻璃基制品之前，在玻璃基基材上测量KIC值。DCB试样的几何结构示于图3中，其中参数为裂纹长度a、施加负载P、截面尺寸w和2h及裂纹引导凹槽的厚度b。将样品切割成宽度2h＝1.25cm且厚度的范围为w＝0.3mm至1mm的矩形，而样品的总长度(并非临界尺寸)在5cm与10cm之间变化。利用金刚石钻在两端钻孔，以提供将样品附接到样品托架及负载物上的手段。使用具有金刚石刀片的晶圆切割锯在两个平坦面上沿着样品的长度切割裂纹“引导凹槽”，而留下约为总板厚度的一半(图1中的尺寸b)的材料的“腹板(web)”，并且具有的高度为180μm，对应于刀片厚度。切割锯的高精度尺寸公差使得样品间的变化最小化。切割锯也用于切割a＝15mm的初始裂纹。作为此最终操作的结果，在裂纹尖端附近产生非常薄的材料楔(由于刀片曲率)，而允许样品中的裂纹更容易引发。在样品的底部孔中利用钢丝将样品安装在金属样品托架中。在另一端同样支撑样品，以保持样品处于负载条件水平。与负载单元(FUTEK，LSB200)串联的弹簧钩到上孔，然后使用绳索及高精度滑块逐渐延伸，而逐渐施加负载。使用具有5μm分辨率且附接到数码相机及电脑的显微镜来监测裂纹。所施加的应力强度KP使用下列等式(III)来计算：
对于每件样品，首先在腹板的尖端处引发裂纹，然后使起始裂纹小心地在次临界下生长，直到尺寸a/h的比值大于1.5，根据等式(III)精确地计算应力强度。此时，使用5μm分辨率的移动式显示镜测量和记录裂纹长度a。接着将一滴甲苯滴到裂纹凹槽中，并且在毛细管力的作用下沿着凹槽的整个长度芯吸，在达到断裂韧度之前，其阻止裂纹移动。随后增加负载直到发生样品断裂，并且根据失效负载和样品尺寸来计算临界应力强度，其中，由于测量方法，KP等同于KIC。
如本文所使用的，当玻璃基制品由于易碎性测试而在测试区域中表示出以下中的至少一项时，认为玻璃基制品是非易碎性的：(1)最大尺寸为至少1mm的四片或更少的碎片，和/或(2)分叉的数目小于或等于1.5个分叉/裂纹分支。碎片、分叉和裂纹分支是基于以冲击点为中心的任何5cm×5cm正方形来算的。因此，对于以冲击点为中心的任何5cm×5cm的正方形，如果玻璃满足测试(1)和(2)中的一项或两项，则玻璃被认为是非易碎性的，所述冲击点是根据下述程序产生破裂的地方。在易碎性测试中，使冲击探针与玻璃接触，其中冲击探针延伸到玻璃中的深度在连续重复接触时增加。冲击探针的逐步增加的深度使得由冲击探针产生的瑕疵到达张力区，同时防止施加过大的外力，该过大的外力会妨碍精确确定玻璃的易碎特征。将玻璃基制品置于刚表面上，所述刚表面例如可购自Newport Corporation公司的MVN精密垂直载台。冲击探针是具有碳化钨尖端的尖笔(可购自Fisher ScientificIndustries公司，商标为且制造商识别号为#13-378，具有60度锥球形尖端)，具有40g的重量，且连接至使尖笔上下移动的齿轮驱动机构上的夹具。在一个实施方式中，冲击探针在玻璃中的深度可以为每次重复接触增加约5μm，其中在每次重复接触之间，冲击探针不与玻璃接触。测试区域为以冲击点为中心的任何5cm×5cm的正方形。图5示出了非易碎的测试结果。如图5所示，测试区域是以冲击点135为中心的正方形，其中正方形的边长a为5cm。图5所示的非易碎性样品包括三个碎片142以及两个裂纹分支140和一个分叉150。因此，图5所示的非易碎性样品含有小于4片的最大尺寸为至少1mm的碎片，并且分叉的数目小于或等于裂纹分支的数目(0.5个分叉/裂纹分支)。如本文所使用的，裂纹分支起源于冲击点，并且如果碎片的任意部分延伸到测试区域中，则碎片被认为是处于测试区域内。虽然涂层、粘合剂层等可与本文所述的强化玻璃基制品结合使用，但是这些外部约束并非用于确定玻璃基制品的易碎性或易碎特征。在一些实施方式中，可以在易碎性测试之前向玻璃基制品施涂不影响玻璃基制品的断裂属性的膜，以防止碎片从玻璃基制品射出，从而提高进行测试的人员的安全性。
图6示出了易碎样品。该易碎样品包括6个最大尺寸为至少1mm的碎片142。图6所示的样品包括2个裂纹分支140和4个分叉150，其产生了比裂纹分支更多的分叉(2个分叉/裂纹分支)。因此，图6所示的样品未表现出四个或更少的碎片或者小于或等于1.5个分叉/裂纹分支。虽然图5和5包括源自冲击点135的两个裂纹分支140，但应理解，可以有超过两个裂纹分支源自冲击点，例如三个或更多个裂纹分支。
在本文所述的易碎性测试中，以一定的力将冲击传递到玻璃制品表面，所述力刚好足以释放强化玻璃制品内存在的内部储存能量。也就是说，点冲击力足以在强化玻璃片的表面产生至少一处新裂纹，并使裂纹延伸通过压缩应力CS区域(即，通过压缩深度)而进入到中心张力区域中。
玻璃基制品的性质概览
本文的玻璃基制品具有应力分布，所述应力分布被设计成增加多次掉落到硬表面上之后的完好概率。当与这些有利的应力分布结合时，高断裂韧度提供了新的更高等级的抗断裂性。应力分布可包括压缩应力层中的负曲率区域，该负曲率区域通过具有负二阶导数来识别，且可以高程度的负曲率为特征，这有助于玻璃基制品具备在多次掉落中完好的能力。不希望受到任何特定理论的束缚，负曲率的区域可能会增大玻璃基制品在较大深度(如接近DOC的深度)处的压缩应力的量。
用于形成本文所述的具有应力分布的玻璃基制品的玻璃基基材可由任何适当的材料形成，例如碱金属铝硅酸盐玻璃。碱金属铝硅酸盐玻璃具有良好的离子交换性，且化学强化过程已用于在碱金属铝硅酸盐玻璃中实现高强度和高韧度性质。铝硅酸钠玻璃是具有高度玻璃成形性和品质的高度可离子交换的玻璃。铝硅酸锂玻璃是具有高玻璃品质的高度可离子交换的玻璃。Al2O3取代进入硅酸盐玻璃网络可增加离子交换过程中的一价阳离子的交互扩散性。藉由在熔融盐浴(如，KNO3及/或NaNO3)中进行化学强化，可实现具有高强度、高韧度及高压痕裂纹抗性的玻璃。藉由化学强化达成的应力分布的形状可影响玻璃基制品的掉落表现、强度、韧度及其他属性。
铝硅酸锂玻璃对于形成化学强化的玻璃基制品是特别理想的，因为它们提供了良好的物理性质、化学耐久性和离子交换性。通过不同的离子交换过程，可以实现更大的峰值张力(PT)、压缩深度(DOC)和压缩应力(CS)。本文所述的应力分布提供了提升的抗断裂性，并且可优选地应用于含锂的玻璃基制品。
在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，除非另有指明，否则以氧化物的摩尔百分数(摩尔％)指定构成组分(例如SiO2、Al2O3、Li2O等)的浓度。应当理解，一种组分的各种所述范围中的任何范围可以与任何其他组分的各种所述范围中的任何范围独立地组合。
本文公开的应力分布呈现提升的抗断裂性，其可以在掉落测试中的性能得到改进为特征。参见图1，玻璃具有处在压缩应力下的第一区域(如，图1中的第一压缩应力层120及第二压缩应力层122)，第一区域从玻璃的表面延伸至压缩深度(DOC)，还有处在拉伸应力或中心张力(CT)下的第二区域(如，图1中的中心区域130)，第二区域从DOC延伸进入玻璃的中心或内部区域。
压缩应力(CS)具有通常出现在玻璃表面处的最大值或峰值(但不一定是这种情况，因为峰值可能出现在距离玻璃表面的某深度处)，而CS根据函数随着距表面的距离d而变化。再次参见图1，第一压缩应力层120从第一表面110延伸到深度d1，而第二压缩应力层122从第二表面112延伸到深度d2。这些区段一起限定了玻璃100的压缩或CS。
藉由玻璃的中心区域(130)所储存的张力来平衡二个主表面(图1的110、112)的压缩应力。
在玻璃基制品中，存在具有非零浓度的碱金属氧化物，非零浓度是相对于金属氧化物而言，在第一与第二表面中的一或二者与层深度(DOL)之间变化。由于从第一表面开始变化的一种或多种金属氧化物的非零浓度，产生了应力分布。非零浓度可以沿着制品厚度的一部分而变化。在一些实施方式中，碱金属氧化物的浓度并非为零，且沿着约0·t至约0.3·t的厚度范围而变化。在一些实施方式中，碱金属氧化物的浓度并非为零，且沿着约0·t至约0.35·t、约0·t至约0.4·t、约0·t至约0.45·t、约0·t至约0.48·t、或约0·t至约0.50·t的厚度范围而变化。浓度的变化可以沿着上述厚度范围连续。浓度的变化可以包括沿着约100微米的厚度区段，金属氧化物浓度改变约0.2摩尔％或更多。沿着约100微米的厚度区段的金属氧化物浓度的改变可以为约0.3摩尔％或更多、约0.4摩尔％或更多或约0.5摩尔％或更多。此改变可以通过本领域已知的方法测量(包括微探针)。
在一些实施方式中，浓度的变化可以沿着约10微米至约30微米的范围内的厚度区段连续。在一些实施方式中，碱金属氧化物的浓度从第一表面减少到第一表面与第二表面之间的值，并从此值增加到第二表面。
碱金属氧化物的浓度可以包括不止一种金属氧化物(如，Na2O与K2O的组合)。在一些实施方式中，在使用两种金属氧化物且离子半径彼此不同的情况下，在浅深度处，具有较大半径的离子的浓度大于具有较小半径的离子的浓度，而在较深的深度处，具有较小半径的离子的浓度大于具有较大半径的离子的浓度。
在一或多个实施方式中，碱金属氧化物浓度梯度延伸通过制品的厚度t的大部分。在一些实施方式中，沿着第一及/或第二部分的整个厚度的金属氧化物的浓度可为约0.5摩尔％或更高(例如，约1摩尔％或更高)，并且在第一表面及/或第二表面0·t处最大，而基本恒定地减少到第一表面与第二表面之间的值。在该值处，沿着整个厚度t的金属氧化物的浓度为最小；然而，在该点处的浓度亦并非为零。换言之，特定金属氧化物的非零浓度沿着厚度t的大部分(如本文所述)或整个厚度t延伸。玻璃基制品中的特定金属氧化物的总浓度可以在约1摩尔％至约20摩尔％的范围内。
可以藉由经离子交换以形成玻璃基制品的玻璃基基材中的金属氧化物的基线量来确定碱金属氧化物的浓度。金属氧化物的基线量可以定义为在玻璃基制品的中心处的金属氧化物的浓度。因离子交换处理而添加至玻璃基制品的金属氧化物离子可以参照基线量来表征。举例而言，可以藉由将在表面处测量的量减去基线量来确定表面处的金属氧化物离子的添加量。
在一或多个实施方式中，玻璃基制品包含应力分布，所述应力分布包括负曲率区域。负曲率区域位于尖峰与压缩深度之间。由二阶导数给出应力分布的曲率。
在实施方式中，应力分布包括位于大于或等于0.025t至0.25t的区域内的二阶导数值的最小值，其为小于或等于-4000MPa/mm2，例如小于或等于-5000MPa/mm2、小于或等于-6000MPa/mm2、小于或等于-7000MPa/mm2、小于或等于-8000MPa/mm2或更小。在实施方式中，应力分布包括位于大于或等于0.025t至0.25t的区域内的二阶导数值的最小值，其为小于或等于MPa/mm2，其中t是单位为毫米的玻璃基制品的厚度，所述二阶导数值的最小值可例如小于或等于MPa/mm2、小于或等于MPa/mm2、小于或等于MPa/mm2或更小。在实施方式中，在大于或等于0.025t至0.25t的区域内的二阶导数的最小值为大于或等于-50000MPa/mm2，例如大于或等于-40000MPa/mm2、大于或等于-30000MPa/mm2、大于或等于-20000MPa/mm2、大于或等于-10000MPa/mm2或更大。在实施方式中，在大于或等于0.025t至0.25t的区域内的二阶导数的最小值为大于或等于MPa/mm2，如大于或等于MPa/mm2、大于或等于MPa/mm2或更大。位于大于或等于0.025t至0.25t的区域内的二阶导数的最小值可落在任何上述值之间所形成的范围内。与具有较高的二阶导数值的分布相比，在0.025t至0.25t区域中的低二阶导数值对应于此区域中的更高的应力量。低二阶导数值表示该区域具有高程度的负曲率。与不具有曲率或具有正曲率的应力分布相比，此负曲率容许更多的“曲线下面积”，从而产生更大的压缩应力。
根据所测量的应力分布的多项式拟合(polynomial fit)来确定本文所述的二阶导数值。将多项式拟合应用于从1.3·DOLsp延伸至0.3t(其中t为玻璃基制品的厚度)的应力分布的区域。选择多项式拟合，以使拟合具有大于0.99的R2拟合质量值(fit-qualityvalue)，如大于或等于0.9995、大于或等于0.9997或大于或等于0.9999。拟合优选为三阶多项式。在三阶多项式无法提供大于0.99的R2拟合质量值的情况下，可采用四阶多项式来达成所需的R2值。接着通过计算1.3·DOLsp至0.3t区域中的多项式拟合的二阶导数，确定该区域中的应力分布的二阶导数。对于不包括尖峰区域的应力分布而言，DOLsp等于0，且可在0至0.3t的区域中进行多项式拟合。
在实施方式中，应力分布包括曲率过渡点，曲率过渡点定义为在比尖峰深且小于压缩深度的区域中的无曲率的点。曲率过渡点可以指示从负曲率到正曲率的过渡，而过渡点本身无曲率。曲率过渡点具有0MPa/mm2的二阶导数。
在实施方式中，曲率过渡点位于大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内，例如，大于或等于0.05t至小于或等于0.25t、大于或等于0.10t至小于或等于0.24t，或大于或等于0.15t至小于或等于0.23t。曲率过渡点可位于大于或等于0.7·DOC至小于或等于0.25t的区域内，例如大于或等于0.75·DOC至小于或等于DOC、大于或等于0.8·DOC至小于或等于DOC、大于或等于0.85·DOC至小于或等于DOC。曲率过渡点可位于任何前述值之间形成的范围内。曲率过渡点的高深度在玻璃基制品的更大深度处产生具有负曲率的应力分布，这允许在接近DOC的应力分布的深部中有更大的压缩应力。应力分布的深部中的较高压缩应力可增进抗断裂性，如掉落测试中增进的性能所证明。
在一或多个实施方式中，玻璃基制品包含大于或等于70MPa的峰值张力(PT)，例如大于或等于75MPa、大于或等于80MPa、大于或等于85MPa、大于或等于90MPa、大于或等于95MPa、大于或等于100MPa、大于或等于105MPa、大于或等于110MPa、大于或等于115MPa或更大。在实施方式中，玻璃基制品的PT小于或等于200MPa，例如小于或等于190MPa、小于或等于180MPa、小于或等于170MPa、小于或等于160MPa、小于或等于150MPa、小于或等于140MPa、小于或等于130MPa、小于或等于120MPa、小于或等于110MPa或更小。在实施方式中，玻璃基制品的PT可大于或等于MPa(其中t是单位为毫米的玻璃基制品的厚度)，如大于或等于MPa、大于或等于MPa、大于或等于MPa、大于或等于MPa、大于或等于MPa、大于或等于MPa或更大。在实施方式中，玻璃基制品的PT可小于或等于MPa(其中t是单位为毫米的玻璃基制品的厚度)，如小于或等于MPa、小于或等于MPa、小于或等于MPa、小于或等于MPa、小于或等于MPa、小于或等于MPa、小于或等于MPa或更小。PT可落在任何上述值之间所形成的范围内。PT与通过离子交换处理引入到玻璃基制品中的压缩应力的量相关。因此，较高的PT值可表示已将更大的压缩应力施加于玻璃基制品，这可允许实现更大的抗断裂性。若PT值太高，则玻璃基制品可能变得易碎，这对于许多应用是不理想的。
在一或多个实施方式中，用于形成玻璃基制品的玻璃基基材具有大于或等于0.85MPa√m的断裂韧度(KIC)，例如，大于或等于0.86MPa√m、大于或等于0.87MPa√m、大于或等于0.88MPa√m、大于或等于0.89MPa√m、大于或等于0.90MPa√m、大于或等于0.91MPa√m、大于或等于0.92MPa√m、0.93MPa√m或更大。在实施方式中，用于形成玻璃基制品的玻璃基基材具有小于或等于2MPa√m的断裂韧度(KIC)，例如，小于或等于1.5MPa√m、小于或等于1.4MPa√m、小于或等于1.3MPa√m、小于或等于1.36MPa√m或更小。KIC可落在任何上述值之间所形成的范围内。用于形成玻璃基制品的玻璃基基材的KIC可相等或近似于具有与玻璃基制品的中心相同的组成及结构的玻璃基基材的KIC。玻璃基基材的高KIC提升了玻璃基制品对断裂的抵抗力，例如当掉落时。此外，不希望受任何特定理论的束缚，本文所述的玻璃基基材的高KIC可允许玻璃基制品具有含较高峰值张力的应力分布而不会变得易碎。
在一或多个实施方式中，玻璃基制品包含大于或等于330MPa的峰值压缩应力(CS最大)，例如大于或等于400MPa、大于或等于500MPa、大于或等于600MPa或更大。在实施方式中，CS最大小于或等于1GPa，例如小于或等于900MPa、小于或等于800MPa、小于或等于700MPa、小于或等于650MPa或更小。CS最大可落在任何上述值之间所形成的范围内。峰值压缩应力可位于玻璃基制品的表面处或接近玻璃基制品的表面。
在一或多个实施方式中，玻璃基制品包含大于或等于80MPa的膝部压缩应力(CSk)，例如大于或等于85MPa、大于或等于90MPa、大于或等于95MPa、大于或等于100MPa、大于或等于105MPa、大于或等于110MPa、大于或等于115MPa、大于或等于120MPa、大于或等于130MPa、大于或等于140MPa或更大。在实施方式中，CSk大于或等于MPa(其中t是单位为毫米的玻璃基制品的厚度)，例如大于或等于MPa、大于或等于MPa、大于或等于MPa、大于或等于MPa、大于或等于MPa、大于或等于MPa、大于或等于MPa、大于或等于MPa、大于或等于MPa或更大。在实施方式中，CSk小于或等于200MPa，例如小于或等于190MPa、小于或等于180MPa、小于或等于170MPa、小于或等于160MPa、小于或等于150MPa或更小。在实施方式中，CSk小于或等于MPa(其中t是单位为毫米的玻璃基制品的厚度)或更小。CSk可落在任何上述值之间所形成的范围内。CSk的高水平与保护玻璃基制品使玻璃基制品不会因为引入尖锐损伤的机制结合在引入尖锐损伤的同时或之后玻璃基制品弯曲，例如经历掉落在粗糙表面而造成断裂。
本文所述的应力分布的特征可在于：在接近压缩深度的深度处的高水平的压缩应力。在实施方式中，玻璃基制品在距第一表面0.6·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于45MPa，例如大于或等于50MPa、大于或等于55MPa或大于或等于59MPa。在实施方式中，玻璃基制品在距第一表面0.65·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于40MPa，例如大于或等于45MPa、大于或等于50MPa或大于或等于55MPa。在实施方式中，玻璃基制品在距第一表面0.7·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于37MPa，例如大于或等于41MPa或大于或等于45MPa。在实施方式中，玻璃基制品在距第一表面0.75·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于32MPa，例如大于或等于35MPa或大于或等于38MPa。在实施方式中，玻璃基制品在距第一表面0.8·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于26MPa，例如大于或等于29MPa或大于或等于32MPa。在实施方式中，玻璃基制品在距第一表面0.85·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于18MPa，例如大于或等于20MPa或大于或等于23MPa。在实施方式中，玻璃基制品在距第一表面0.9·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于11MPa，例如大于或等于13MPa或大于或等于15MPa。应力分布的深部中的高压缩应力可增进抗断裂性，如掉落测试中增进的性能所证明。
在一或多个实施方式中，玻璃基制品包含大于或等于0.15t(其中t为玻璃基制品的厚度)的压缩深度(DOC)，例如大于或等于0.16t、大于或等于0.17t、大于或等于0.18t、大于或等于0.19t、大于或等于0.20t、大于或等于0.21t、大于或等于0.22t、大于或等于0.23t或更大。在实施方式中，DOC大于或等于130μm，例如大于或等于140μm、大于或等于150μm、大于或等于160μm、大于或等于170μm、大于或等于180μm或更大。在实施方式中，DOC小于或等于0.30t，其中t为玻璃基制品的厚度，如小于或等于0.29t、小于或等于0.28t、小于或等于0.27t、小于或等于0.26t、小于或等于0.25t、小于或等于0.24t或更小。在实施方式中，DOC小于或等于300MPa，如小于或等于250MPa、小于或等于200MPa或更小。DOC可落在任何上述值之间所形成的范围内。
在一或多个实施方式中，玻璃基制品包含大于或等于0.003t(其中t为玻璃基制品的厚度)的尖峰层深度(DOLsp)，例如大于或等于0.004t、大于或等于0.005t、大于或等于0.006t、大于或等于0.007t、大于或等于0.008t、大于或等于0.009t、大于或等于0.01t或更大。在实施方式中，DOLsp大于或等于3μm，例如大于或等于3.5μm、大于或等于4μm、大于或等于4.5μm、大于或等于5μm、大于或等于5.5μm或更大。在实施方式中，DOLsp小于或等于15μm，例如小于或等于14μm、小于或等于13μm、小于或等于12μm、小于或等于11μm或更小。DOLsp可落在任何上述值之间所形成的范围内。
本文所述的应力分布在DOC附近的斜率的绝对值中可具有局部最大值。在实施方式中，应力分布在位于DOC的0.1·DOC内的斜率的绝对值具有局部最大值，例如在DOC的0.09·DOC内、DOC的0.08·DOC内、DOC的0.07·DOC内、DOC的0.06·DOC内、DOC的0.05·DOC内、DOC的0.04·DOC内、DOC的0.03内、DOC的0.02·DOC内、DOC的0.01·DOC内或在DOC处。可以基于上文所述的多项式拟合来计算应力分布的斜率，由拟合多项式的导数给出斜率。应力分布在DOC附近的斜率的绝对值中的局部最大值表示在接近DOC的深度处的压缩应力较高。如增进的掉落性能所示，在大深度处升高的压缩应力可提供提升的抗断裂性。在一些实施方式中，应力分布的斜率的绝对值的局部最大值可位于曲率过渡点处。
玻璃基制品可具有任何适当的厚度。在一或多个实施方式中，玻璃基制品具有大于或等于0.2mm至小于或等于2.0mm的厚度(t)，例如大于或等于0.3mm至小于或等于1.0mm、大于或等于0.4mm至小于或等于0.9mm、大于或等于0.5mm至小于或等于0.8mm、大于或等于0.6mm至小于或等于0.7mm。在实施方式中，玻璃基制品可具有约0.75mm的厚度(t)。厚度(t)可落在任何上述值之间所形成的范围内。可由用于生产玻璃基制品的玻璃基基材的厚度来确定玻璃基制品的厚度。在实施方式中，由于诸如表面抛光或蚀刻之类的IOX后处理之故，玻璃基制品的厚度可小于用来形成玻璃基制品的玻璃基基材的厚度。
在一或多个实施方式中，玻璃基制品的中心包含大于或等于3.3的Li2O/Na2O摩尔比，例如大于或等于4、大于或等于5、大于或等于6或更大。在实施方式中，玻璃基制品的中心包含小于或等于100的Li2O/Na2O摩尔比，例如小于或等于60或更多。玻璃基制品的中心处的Li2O/Na2O摩尔比可落在任何上述值之间所形成的范围内。玻璃基制品的中心处的Li2O/Na2O摩尔比可等于用来形成玻璃基制品的玻璃基基材的Li2O/Na2O摩尔比。
玻璃基制品可包括Li2O。在一或多个实施方式中，玻璃基制品的中心包含大于或等于8摩尔％的Li2O摩尔浓度，如大于或等于8.5摩尔％、大于或等于9摩尔％、大于或等于9.5摩尔％、大于或等于10摩尔％、大于或等于10.5摩尔％、大于或等于11摩尔％、大于或等于11.5摩尔％或更多。
在实施方式中，本文所述的玻璃基制品为不易碎的。不希望受到任何特定理论的束缚，玻璃基基材的不易碎的本质可能至少部分是由于应力分布的形状和用于形成玻璃基制品的玻璃基基材的高断裂韧度所致，特别是考虑到应力分布的高峰值张力。应力分布的形状至少部分是由上文所述的负曲率区域来表征。举例而言，具有本文所述的应力分布的范围内的峰值张力值的先前已知的玻璃基制品是易碎的。
在实施方式中，玻璃基制品的应力分布可具有大于或等于1.41MPa·√m的拉伸应力因子(KT)，例如大于或等于1.45MPa·√m、大于或等于1.49MPa·√m、大于或等于1.50MPa·√m或更大。呈现这些KT值的玻璃基制品也可以是不易碎的。如本文所用，由以下等式给出拉伸应力因子(KT)：
其中σ是由一个平面内分量(假定平面内分量相等)表示的应力，而z是厚度方向上的位置。为了获得以为单位的KT值，积分下的应力值应以MPa为单位，而厚度位置标度z应以m为单位。可以类似于上文关于二阶导数的描述来产生用于计算KT值的张力区域中的应力分布的多项式拟合。本文所述的应力分布的高拉伸应力因子表示通过离子交换处理赋予玻璃基制品的应力的量，且可受到张力区域中的应力分布的形状影响。
本文所述的玻璃基制品的特征也可在于：离子交换过程期间添加至玻璃基基材的钾的量。相对于玻璃基制品的中心处的K2O浓度，玻璃基制品可具有的最大K2O浓度增加为7.5摩尔％或以下，例如7.0摩尔％或以下、6.5摩尔％或以下、6.0摩尔％或以下、5.5摩尔％或以下或更小。相对于玻璃基制品的中心处的K2O浓度，玻璃基制品可具有的最大K2O浓度增加为1.5摩尔％或以上，例如2.0摩尔％或以上、3.0摩尔％或以上、4.0摩尔％或以上、4.5摩尔％或以上或更大。相对于玻璃基制品中心处的K2O浓度而言的最大K2O浓度增加可落在任何上述值之间所形成的范围内。除了由尖峰中的高压缩应力提供的抗断裂性之外，尖峰中的K2O浓度可以提高玻璃基制品在刮擦过程中抵抗侧向裂纹形成的能力。
在实施方式中，玻璃基制品在距离表面的前1μm内具有的平均K2O浓度可比玻璃基制品的中心处的K2O浓度大6.7摩尔％或以下，例如6.2摩尔％或以下、5.7摩尔％或以下、5.3摩尔％或以下、4.9摩尔％或以下或更小。在实施方式中，玻璃基制品在距离表面的前1μm内具有的平均K2O浓度可比玻璃基制品的中心处的K2O浓度大1.0摩尔％或以上，如2.0摩尔％或以上、3.0摩尔％或以上或更大。在距离表面的前1μm内的平均K2O浓度比玻璃基制品的中心处的K2O浓度大的值可落在任何上述值之间所形成的范围内。
在实施方式中，玻璃基制品在距离表面的前1.5μm内具有的平均K2O浓度可比玻璃基制品的中心处的K2O浓度大6.3摩尔％或以下，如5.8摩尔％或以下、5.3摩尔％或以下、4.9摩尔％或以下、4.6摩尔％或以下或更小。在实施方式中，玻璃基制品在距离表面的前1.5μm内具有的平均K2O浓度可比玻璃基制品的中心处的K2O浓度大1.0摩尔％或以上，如2.0摩尔％或以上、3.0摩尔％或以上或更大。在距离表面的前1.5μm内的平均K2O浓度比玻璃基制品的中心处的K2O浓度大的值可落在任何上述值之间所形成的范围内。
在实施方式中，玻璃基制品在距离表面的前2μm内具有的平均K2O浓度可比玻璃基制品的中心处的K2O浓度大5.9摩尔％或以下，例如5.4摩尔％或以下、4.9摩尔％或以下、4.5摩尔％或以下、4.1摩尔％或以下或更小。在实施方式中，玻璃基制品在距离表面的前2μm内具有的平均K2O浓度可比玻璃基制品的中心处的K2O浓度大1.0摩尔％或以上，如2.0摩尔％或以上、3.0摩尔％或以上，或更大。在距离表面的前2μm内的平均K2O浓度比玻璃基制品的中心处的K2O浓度大的值可落在任何上述值之间所形成的范围内。
尖峰区域中的K2O浓度的特征可在于：尖峰区域中的K2O浓度的积分比玻璃基制品的中心处的K2O浓度大。在实施方式中，在尖峰区域中，K2O浓度相对于玻璃基制品的中心处的K2O浓度的增加值的积分为小于或等于29摩尔％·μm，例如，小于或等于25摩尔％·μm、小于或等于20摩尔％·μm、小于或等于16摩尔％·μm、小于或等于12摩尔％·μm或更小。在实施方式中，在尖峰区域中，K2O浓度相对于玻璃基制品的中心处的K2O浓度的增加值的积分为大于或等于4摩尔％·μm，例如，大于或等于6摩尔％·μm、大于或等于8摩尔％·μm或更大。尖峰区域中的K2O浓度相对于玻璃基制品中心处的K2O浓度的增加值的积分可落在任何上述值之间所形成的范围内。
本文所述的玻璃基制品的特征可在于Na2O浓度分布。在实施方式中，玻璃基制品的大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域具有的Na2O浓度分布为正曲率或无曲率。换句话说，在实施方式中，玻璃基制品的大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域的Na2O浓度分布不具有负曲率。
当同时考虑多种失效模式时，具有本文所述的应力分布的玻璃制品提供了整体上增进抗断裂性的优势，多种失效模式的应力即：掉落在光滑硬表面上造成的过多应力(如通过使用具有高CS及深DOLsp的表面压缩尖峰来抑制)、从缺陷延伸至中心张力区域的失效所引致的深度损坏(如通过具有增加的DOC来抑制)，以及结合了同时弯曲或随后弯曲而引入到中等深度的损坏(如通过在中等深度和较大深度处具有高压缩应力来抑制)。当采用含锂玻璃基基材时，也可以较快的IOX时间产生本文所述的应力分布。
玻璃基制品的特征可在于本文所述的任何或所有属性和特征。举例而言，本文所述的类型的应力分布的特征可在于本文所述的属性的任何组合。
玻璃基基材
可以作为基材使用的玻璃的实例可以包括碱金属铝硅酸盐玻璃组合物或含碱金属的铝硼硅酸盐玻璃组合物，但是也可预期其他玻璃组合物。可以使用的玻璃基基材的具体实例包括但不限于碱金属铝硅酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃、碱金属铝硼硅酸盐玻璃、含碱金属的锂铝硅酸盐玻璃、或含碱金属的磷酸盐玻璃。玻璃基基材具有特征可以是可离子交换的基础组合物。如本文所使用，“可离子交换(ion exchangeable)”意指包含组合物的基材能够将位于基材表面处或基材表面附近的阳离子与尺寸更大或更小的同价的阳离子交换。在一或多个实施方式中，玻璃基基材可包括含锂的铝硅酸盐。
在实施方式中，可以由能够形成应力分布的任何组合物来形成玻璃基基材。在一些实施方式中，可以由2019年3月29日提交的标题为“Glasses Having High FractureToughness(具有高断裂韧度的玻璃)”的美国专利申请第16/370002号中所描述的玻璃组合物来形成玻璃基基材，所述美国专利申请整体内容通过引用并入本文。
在实施方式中，可由组合物形成玻璃基基材，所述组合物包括：50摩尔％至69摩尔％的SiO2；12.5摩尔％至25摩尔％的Al2O3；0摩尔％至8摩尔％的B2O3；大于0摩尔％至4摩尔％的CaO；大于0摩尔％至17.5摩尔％的MgO；0.5摩尔％至8摩尔％的Na2O；0摩尔％至2.5摩尔％的La2O3；及大于8摩尔％至18摩尔％的Li2O；其中：(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3为从0.9至小于1.3；且Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3为从大于23摩尔％至小于50摩尔％。
在实施方式中，可由组合物形成玻璃基基材，所述组合物包括：SiO2；Al2O3；以及Li2O，其中玻璃的特征在于：大于或等于0.85MPa√m的K1C值。
通过在含有不同比例的Na和K的浴中进行两步骤离子交换，可在不含锂的含Na玻璃中潜在地获得具有本文所述理想属性的应力分布。然而，在这种情况下，离子交换时间长(约几天)，并且玻璃组合物的断裂韧度较低。因此，优选的是将含锂玻璃基基材用于生产具有期望应力分布的玻璃基制品。
玻璃基基材可包括Li2O。在一或多个实施方式中，玻璃基基材包含的Li2O摩尔浓度为大于或等于8摩尔％，例如大于或等于8.5摩尔％、大于或等于9摩尔％、大于或等于9.5摩尔％、大于或等于10摩尔％、大于或等于10.5摩尔％、大于或等于11摩尔％、大于或等于11.5摩尔％或更大。在玻璃基基材中含有Li2O可增加玻璃基基材的断裂韧度，且可减少经由离子交换产生期望的应力分布所需要的时间。
玻璃基基材的特性可在于形成玻璃基基材的方式。举例而言，玻璃基基材的特性可在于可浮法成形(即，通过浮法过程成形)、可下拉成形，且具体而言，可熔合成形或可狭缝拉制(即，通过诸如熔合拉制过程或狭缝拉制过程之类的下拉过程来成形)。
离子交换(IOX)处理
具有基础组合物的玻璃基基材的化学强化通过将可离子交换的玻璃基基材放置在含有阳离子(如，K+、Na+、Ag+等)的熔融浴中来完成，其中阳离子扩散到玻璃中，而玻璃的较小的碱离子(例如，Na+、Li+)扩散到熔融浴中。利用较大的阳离子来代替较小的阳离子会在玻璃基制品的顶表面附近产生压缩应力。在玻璃基制品的内部中产生拉伸应力，所述拉伸应力平衡近表面压缩应力。
关于离子交换过程，其可以为独立的热扩散过程或电扩散过程。将玻璃基基材浸入多个离子交换浴并在浸入之间进行清洗及/或退火步骤的离子交换过程的非限制性实例被描述于在2013年10月22日公告的Douglas C.Allan等人的名称为“Glass withCompressive Surface for Consumer Applications”的美国专利第8,561,429号中，该专利请求2008年7月11日提交的美国临时专利申请第61/079,995号的优先权，通过在多次相继的离子交换处理中浸没于浓度不同的盐浴中来对玻璃进行强化；以及ChristopherM.Lee等人于2012年11月20日公告的题为“Dual Stage Ion Exchange for ChemicalStrengthening of Glass”的第8,312,739号美国专利，其要求2008年7月29日提交的第61/084,398号美国临时专利申请的优先权，其中，玻璃通过下述离子交换得到强化：将玻璃浸没在用流出离子稀释的第一浴中，然后浸没在第二浴中，所述第二浴具有比第一浴更小的流出离子浓度。美国专利第8,561,429号和第8,312,739号的内容通过由引用整体并入本文。
用于对玻璃基基材进行离子交换处理以形成本文公开的玻璃基制品的浴可包括盐的混合物。举例而言，离子交换浴可包括硝酸钠和硝酸钾的混合物，而不包含硝酸锂。在其他实施方式中，离子交换浴可包括硝酸钠，硝酸钾和硝酸锂的混合物。所述浴也可包括硅酸，例如为硝酸盐的总量的约0.5重量％的量。
优选地在单一步骤中执行离子交换处理。举例而言，单一离子交换浴可用于生产玻璃基制品。在实施方式中，可利用多步骤离子交换过程来形成玻璃基制品，例如具有两个或更多个浴处理的离子交换处理。
在进行离子交换过程之后，应该理解的是，玻璃基制品表面的组合物与所形成的玻璃基基材的组合物不同。这是由于所形成的玻璃中的一种类型的碱金属离子(如Li+或Na+)分别被更大的碱金属离子(如，例如，Na+或K+)取代。然而，在实施方式中，在玻璃基制品的深度的中心处或附近的组合物仍将与所形成的玻璃基基材的组合物相同。
终产品
本文公开的玻璃基制品可以被包含到另一个制品中，例如，具有显示器的制品(或显示制品)(例如，消费电子器件，包括智能手机、平板电脑、电脑、导航系统等)；建筑制品；运输制品(例如，汽车、火车、飞行器、船舶等)；器具制品或需要一定的透明度、耐刮擦性、耐磨损性或以上性质的组合的任何制品。图4A和4A示出了包含本文公开的任何一种玻璃制品的示例性制品。具体来说，图4A和4B示出了消费电子装置200，其包括壳体202，所述壳体202具有前表面204、后表面206和侧表面208；电学部件(未示出)，其至少部分或完全位于所述壳体内并且至少包括控制器、存储器和显示器210，所述显示器位于壳体的前表面处或与前表面相邻；以及覆盖基材212，其在壳体的前表面处或壳体前表面上方以使得覆盖基材212在显示器上方。在一些实施方式中，覆盖基材212可以包括本文公开的任何玻璃制品。
实施例
通过以下的实施例对实施方式做进一步阐述。应该理解的是，这些实施例不限制上述实施方式。
形成具有以下组合物的玻璃基材：58.35摩尔％的SiO2、17.81摩尔％的Al2O3、6.07摩尔％的B2O3、1.73摩尔％的Na2O、0.20摩尔％的K2O、10.74摩尔％的Li2O、4.43摩尔％的MgO、0.57摩尔％的CaO及0.08摩尔％的SnO2。
实施例1
使厚度为0.8mm的玻璃基基材在含有7重量％的NaNO3及93重量％的KNO3且基本上不含LiNO3的浴中进行离子交换达12小时的期间，以形成实施例1的玻璃基制品。将所述浴维持在450℃的温度下，并以硝酸盐的总重量的0.5％的水平向所述浴添加硅酸。实施例1的应力分布绘示于图7。实施例1的应力分布基本上是对称的。实施例1具有189.5μm(0.237t)的DOC。应力分布是不易碎的。
图8示出了测得的实施例1的应力分布的深部，以及三阶多项式拟合(虚线)。在进行多项式拟合之前，使用LOESS平滑算法将测得的应力分布平滑化。在19μm至300μm的深度区域中进行多项式拟合，以避免在测得的应力分布中的尖峰底部处的振荡。振荡是RNF应力分布提取方法的伪影(artifact)，而不是应力分布的特征。
图9为图8的多项式拟合的二阶导数的图表。如图9所示，二阶导数的值为零，表示在189.5μm(0.237t)或大约压缩深度处的曲率过渡点。图9中的二阶导数的最小值为-9080MPa/mm2，且在所计算的最小深度处出现。
实施例2
使厚度为0.81mm的玻璃基基材在含有2重量％的LiNO3、12重量％的NaNO3及86重量％的KNO3的浴中进行离子交换达8.4小时的时间，以形成实施例2的玻璃基制品。将所述浴维持在450℃的温度下，并以硝酸盐的总重量的0.5％的水平向所述浴添加硅酸。实施例2的应力分布示于图10。实施例2的应力分布基本上对称。实施例2具有174μm(0.215t)的DOC、603MPa的CS最大、5.41μm的DOLsp、141.2MPa的CSk、位于玻璃基制品的中心处的101.9MPa的PT。在各个压缩应力区域中的压缩应力区域深度积分为15.896MPa·mm，且在前10μm的压缩应力深度积分为2.686MPa·mm。应力分布是不易碎的。
图11示出了测得的实施例2的应力分布的深部，以及三阶多项式拟合。在进行多项式拟合之前，使用LOESS平滑算法将测得的应力分布平滑化。在20μm至220μm的深度区域中进行多项式拟合。
图12为图11的多项式拟合的二阶导数的图表。如图12所示，二阶导数的值为零，表示在149.2μm(0.857·DOC；0.184t)处的曲率过渡点。图12中的二阶导数的最小值为-12670MPa/mm2，且在所计算的最小深度处出现。
实施例3
使厚度为0.761mm的玻璃基基材在含有1.2重量％的LiNO3、10重量％的NaNO3及88.8重量％的KNO3的浴中进行离子交换达8.4小时的时间，以形成实施例3的玻璃基制品。将所述浴维持在447℃的温度下，并以硝酸盐的总重量的0.5％的水平向所述浴添加硅酸。实施例3的应力分布示于图13。实施例3的应力分布基本上对称。实施例3具有164μm(0.2155t)的DOC、646MPa的CS最大、5.41μm的DOLsp、156MPa的CSk、位于玻璃基制品的中心处的108MPa的PT。各个压缩应力区域中的压缩应力区域深度积分为15.753MPa·mm(20.7t)，且前10μm中的压缩应力深度积分为2.9MPa·mm(3.8t)。应力分布是不易碎的。
图14示出了测得的实施例3的应力分布的深部，以及三阶多项式拟合(虚线)。在进行多项式拟合之前，使用LOESS平滑算法将测得的应力分布平滑化。在7μm至250μm的深度区域中进行多项式拟合。
图15为图14的多项式拟合的二阶导数的图表。如图15所示，二阶导数的值为零，表示在139.3μm(0.85·DOC；0.183t)处的曲率过渡点。图15中的二阶导数的最小值为-15651MPa/mm2，且在所计算的最小深度处出现。
实施例4
使厚度为0.658mm的玻璃基基材在含有1.2重量％的LiNO3,10重量％的NaNO3及88.8重量％的KNO3的浴中进行离子交换达7小时的时间，以形成实施例4的玻璃基制品。将所述浴维持在447℃的温度下，并以硝酸盐的总重量的0.5％的水平向所述浴添加硅酸。实施例4的应力分布示于图16。实施例4的应力分布基本上对称。实施例4具有149μm(0.226t)的DOC、640MPa的CS最大、4.96μm的DOLsp、152MPa的CSk、位于玻璃基制品的中心处的121MPa的PT。各个压缩应力区域中的压缩应力区域深度积分为14.5MPa·mm(22.04t)，且前10μm中的压缩应力深度积分为2.54MPa·mm(3.86t)。应力分布是不易碎的。
图17示出了测得的实施例4的应力分布的深部，以及三阶多项式拟合(虚线)。在进行多项式拟合之前，使用LOESS平滑算法将测得的应力分布平滑化。在5μm至198μm(0.3t)的深度区域中进行多项式拟合。
图18为图17的多项式拟合的二阶导数的图表。如图18所示，二阶导数的值为零，表示在127μm(0.853·DOC；0.193t)处的曲率过渡点。图18中的二阶导数的最小值为-17026MPa/mm2，且在16.5μm的深度处出现。图16的应力分布的深部的负斜率的最大绝对值在127μm的深度处为1.381MPa/μm。在DOC处的应力分布的斜率为-1.34MPa/μm。
实施例5
使厚度为0.538mm的玻璃基基材在含有1.2重量％的LiNO3、10重量％的NaNO3及88.8重量％的KNO3的浴中进行离子交换达7小时的时间，以形成实施例5的玻璃基制品。将所述浴维持在447℃的温度下，并以硝酸盐的总重量的0.5％的水平向所述浴添加硅酸。实施例5的应力分布示于图19。实施例5的应力分布基本上对称。实施例5具有123μm(0.226t)的DOC、621MPa的CS最大、4.8μm的DOLsp、在120MPa至130MPa的范围内的CSk、位于玻璃基制品的中心处的134.9MPa的PT。各个压缩应力区域中的压缩应力区域深度积分为9.78MPa·mm(18.2t)，且前10μm中的压缩应力深度积分为2.3MPa·mm(4.3t)。应力分布是不易碎的。
图20示出了测得的实施例5的应力分布的深部，以及三阶多项式拟合(虚线)。在进行多项式拟合之前，使用LOESS平滑算法将测得的应力分布平滑化。在5.5μm至161μm(0.3t)的深度区域中进行多项式拟合。
图21为图20的多项式拟合的二阶导数的图表。如图21所示，二阶导数的值为零，表示在145μm(1.19·DOC；0.27t)处的曲率过渡点。图18中的二阶导数的最小值为-16500MPa/mm2，且在13.5μm的深度处出现。图19的应力分布的深部的负斜率的最大绝对值在145μm的深度处为1.45MPa/μm。在DOC处的应力分布的斜率为-1.42MPa/μm。
实施例6
使厚度为0.658mm的玻璃基基材在含有1.4重量％的LiNO3、10重量％的NaNO3及88.6重量％的KNO3的浴中进行离子交换达7.33小时的时间，以形成实施例6的玻璃基制品。将所述浴维持在447℃的温度下，并以硝酸盐的总重量的0.5％的水平向所述浴添加硅酸。实施例6的应力分布基本上对称。实施例6具有140μm的DOC、630MPa的CS最大、4.7μm的DOLsp、在141MPa的范围内的CSk、位于玻璃基制品的中心处的123MPa的PT。各个压缩应力区域中的压缩应力区域深度积分为12.3MPa·mm(19.6t)。应力分布是不易碎的。在5.5μm至0.3t的深度区域中进行三阶多项式拟合，且R2值为0.9996。二阶导数的值为零，表示曲率过渡点在135μm(0.96t)处。在从0.025t至0.25t的区域内的二阶导数的最小值为-13900MPa/mm2。应力分布的深部的负斜率的最大绝对值在135μm的深度处为1.306MPa/μm。在DOC处的应力分布的斜率为-1.304MPa/μm。
比较例
制备比较用玻璃基制品。表1给出了用于形成比较用玻璃基基材的玻璃基基材的组合物。用于形成比较例的所有玻璃基基材的厚度为0.8mm。
表1
下表2提供了用于比较例的离子交换处理。
表2
下表3提供了所测得的比较例的特性。比较例1是唯一呈现负曲率区域的比较例。比较例1在大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域中的二阶导数的最小值为大于-3000MPa/mm2，且曲率拐折点位在约0.58·DOC处。
表3
除非另有说明，否则本说明书中所述的所有组成组分、关系和比值以摩尔％来提供。无论是否在公开范围之前或之后明确说明，此说明书所公开的所有范围包括广泛公开的范围所涵盖的任一及所有范围与子范围。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在覆盖本文所述的各个实施方式的修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求书及其等同内容的范围之内。

Claims (50)

1.一种玻璃基制品，包含：
玻璃基基材，所述玻璃基基材包含相对的第一表面及第二表面，该第一表面及第二表面限定了基材厚度(t)；以及
应力分布，所述应力分布包含：
大于或等于70MPa的峰值张力(PT)；以及
二阶导数值小于或等于-5000MPa/mm2的点，其中该点位于大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内。
2.如权利要求1所述的玻璃基制品，其中该应力分布包含二阶导数值为0MPa/mm2的曲率过渡点，其中该曲率过渡点位于大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内。
3.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该应力分布包含二阶导数值为0MPa/mm2的曲率过渡点，其中该曲率过渡点位于大于或等于0.7·DOC至小于或等于0.25t的区域内。
4.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该应力分布包含二阶导数值小于或等于-2550/t2 MPa/mm2的点，其中t的单位为mm，且其中该点位于大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内。
5.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含压缩区域，该压缩区域从第一表面延伸至压缩深度(DOC)，其中该应力分布包含位于该DOC的0.1·DOC内的斜率的绝对值的局部最大值。
6.如权利要求5所述的玻璃基制品，其中该斜率的绝对值的局部最大值为大于或等于0.5MPa/μm。
7.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该PT为大于或等于80MPa。
8.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该PT为小于或等于200MPa。
9.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该PT为大于或等于MPa，其中t的单位为mm。
10.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该PT为小于或等于MPa，其中t的单位为mm。
11.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中组成和结构与该玻璃基制品的中心的组成和结构相同的玻璃基基材具有大于或等于0.85MPa√m的KIC。
12.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中组成和结构与该玻璃基制品的中心的组成和结构相同的玻璃基基材具有小于或等于2MPa√m的KIC。
13.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含大于或等于80MPa的膝部压缩应力(CSk)。
14.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含大于或等于MPa的膝部压缩应力(CSk)，其中t的单位是mm。
15.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含压缩区域，该压缩区域从该第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且该DOC为大于或等于0.15t。
16.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含压缩区域，该压缩区域从该第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且该DOC为大于或等于130μm。
17.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含大于或等于330MPa的压缩应力。
18.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含尖峰区域，该尖峰区域从该第一表面延伸至尖峰层深度(DOLsp)，且该DOLsp为大于或等于3μm。
19.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，包含尖峰区域，该尖峰区域从该第一表面延伸至尖峰层深度(DOLsp)，且该DOLsp为小于或等于15μm。
20.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该应力分布包含：第一压缩区域、第二压缩区域及张力区域，该第一压缩区域从该第一表面延伸至第一压缩深度DOC1，该第二压缩区域从该第二表面延伸至第二压缩深度DOC2，且该张力区域从DOC1延伸至DOC2，
其中该张力区域具有大于或等于1.41MPa·√m的拉伸应力因子KT。
21.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该玻璃基制品是不易碎的。
22.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，包含Li2O。
23.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中在该玻璃基制品的中心处的Li2O浓度为大于或等于8摩尔％。
24.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该玻璃基制品中的最大K2O浓度比该玻璃基制品的中心处的K2O浓度大7.5摩尔％或以下。
25.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含尖峰区域，该尖峰区域从该第一表面延伸至尖峰层深度(DOLsp)，其中在该尖峰区域中，K2O浓度相对于该玻璃基制品中心处K2O浓度的增加值的积分为小于或等于29摩尔％·μm。
26.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含尖峰区域，该尖峰区域从该第一表面延伸至尖峰层深度(DOLsp)，其中在该尖峰区域中，K2O浓度相对于该玻璃基制品中心处K2O浓度的增加值的积分为大于或等于4摩尔％·μm。
27.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该玻璃基制品的中心具有的Li2O/Na2O摩尔比为大于或等于3.3。
28.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该玻璃基制品的中心具有的Li2O/Na2O摩尔比为小于或等于100。
29.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中t为大于或等于0.2mm至小于或等于2.0mm。
30.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中t为大于或等于0.3mm至小于或等于1.0mm。
31.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含压缩区域，该压缩区域从该第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距该第一表面0.6·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于45MPa。
32.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含压缩区域，该压缩区域从该第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距该第一表面0.65·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于40MPa。
33.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含压缩区域，该压缩区域从该第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距该第一表面0.7·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于37MPa。
34.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含压缩区域，该压缩区域从该第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距该第一表面0.75·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于32MPa。
35.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含压缩区域，该压缩区域从该第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距该第一表面0.8·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于26MPa。
36.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含压缩区域，该压缩区域从该第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距该第一表面0.85·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于18MPa。
37.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其包含压缩区域，该压缩区域从该第一表面延伸至压缩深度(DOC)，且在距该第一表面0.9·DOC的深度处的压缩应力为大于或等于11MPa。
38.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其在大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内包含Na2O浓度分布，且其中该Na2O浓度分布在大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内呈现正曲率或无曲率。
39.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该玻璃基制品的中心包含：
50摩尔％至69摩尔％的SiO2；
12.5摩尔％至25摩尔％的Al2O3；
0摩尔％至8摩尔％的B2O3；
大于0摩尔％至4摩尔％的CaO；
大于0摩尔％至17.5摩尔％的MgO；
0.5摩尔％至8摩尔％的Na2O；
0摩尔％至2.5摩尔％的La2O3；以及
大于8摩尔％至18摩尔％的Li2O；
其中：
(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3为从0.9至小于1.3；且
Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3为从大于23摩尔％至小于50摩尔％。
40.如权利要求1或2所述的玻璃基制品，其中该点具有的二阶导数值为-6000MPa/mm2至-50000MPa/mm2。
41.如权利要求40所述的玻璃基制品，其中该点具有的二阶导数值为-7000MPa/mm2至-40000MPa/mm2。
42.如权利要求41所述的玻璃基制品，其中该点具有的二阶导数值为-8000MPa/mm2至-30000MPa/mm2。
43.一种消费电子产品，包含：
壳体，该壳体包含前表面、后表面及侧表面；
电学部件，该电学部件至少部分地设置于该壳体内，该电学部件至少包含控制器、存储器及显示器，该显示器设置于该壳体的前表面处或与该前表面相邻；以及
盖板，其设置于该显示器上方；
其中该壳体和该盖板中的至少一者的至少一部分包含如权利要求1或2所述的玻璃基制品。
44.一种方法，所述方法包括：
对玻璃基基材进行离子交换处理以形成玻璃基制品，该玻璃基基材包含相对的第一表面及第二表面，该第一表面及第二表面限定了基材厚度(t)，该玻璃基制品具有应力分布，该应力分布包含：
大于或等于70MPa的峰值张力(PT)；以及
二阶导数值小于或等于-5000MPa/mm2的点，其中该点位于大于或等于0.025t至小于或等于0.25t的区域内。
45.如权利要求44所述的方法，其中该离子交换处理为单一离子交换处理。
46.如权利要求44或45中任一项所述的方法，其中该玻璃基基材包含：
50摩尔％至69摩尔％的SiO2；
12.5摩尔％至25摩尔％的Al2O3；
0摩尔％至8摩尔％的B2O3；
大于0摩尔％至4摩尔％的CaO；
大于0摩尔％至17.5摩尔％的MgO；
0.5摩尔％至8摩尔％的Na2O；
0摩尔％至2.5摩尔％的La2O3；以及
大于8摩尔％至18摩尔％的Li2O；
其中：
(Li2O+Na2O+MgO)/Al2O3为从0.9至小于1.3；且
Al2O3+MgO+Li2O+ZrO2+La2O3+Y2O3为从大于23摩尔％至小于50摩尔％。
47.如权利要求44至45中任一项所述的方法，其中该玻璃基基材包含：
SiO2；
Al2O3；以及
Li2O，
其中该玻璃的特征在于：大于或等于0.85MPa√m的K1C值。
48.如权利要求44或45所述的方法，其中该点具有的二阶导数值为-6000MPa/mm2至-50000MPa/mm2。
49.如权利要求48所述的方法，其中该点具有的二阶导数值为-7000MPa/mm2至-40000MPa/mm2。
50.如权利要求49所述的方法，其中该点具有的二阶导数值为-8000MPa/mm2至-30000MPa/mm2。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021137950A2 (en) * 2019-11-26 2021-07-08 Corning Incorporated Magnesium aluminosilicate glasses with high fracture toughness
WO2024186887A1 (en) * 2023-03-06 2024-09-12 Corning Incorporated Non-frangible stress profiles with high stress area for improved fracture resistance

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108367964A (zh) * 2015-12-08 2018-08-03 康宁股份有限公司 S形应力分布及其形成方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2307328A1 (en) 2008-07-11 2011-04-13 Corning Incorporated Glass with compressive surface for consumer applications
EP2321230A4 (en) 2008-07-29 2012-10-10 Corning Inc TWO-STAGE ION EXCHANGE FOR GLASS CHEMICAL REINFORCEMENT
US8854623B2 (en) 2012-10-25 2014-10-07 Corning Incorporated Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample
EP3386930B1 (en) * 2015-12-11 2021-06-16 Corning Incorporated Fusion-formable glass-based articles including a metal oxide concentration gradient
WO2017177109A1 (en) * 2016-04-08 2017-10-12 Corning Incorporated Glass-based articles including a stress profile comprising two regions, and methods of making
US11059744B2 (en) * 2016-06-14 2021-07-13 Corning Incorporated Glasses having improved drop performance
US10934209B2 (en) * 2016-10-13 2021-03-02 Corning Incorporated Glass-based articles having improved fracture performance
JP7148523B2 (ja) * 2017-02-02 2022-10-05 コーニング インコーポレイテッド ガラス表面近くのｋ２ｏプロファイルが変更された、リチウムを含有するガラスまたはガラスセラミック物品
US20190030861A1 (en) * 2017-07-27 2019-01-31 Corning Incorporated Composite laminate with high depth of compression
WO2019191480A1 (en) * 2018-03-29 2019-10-03 Corning Incorporated Glasses having high fracture toughness
US20200148590A1 (en) * 2018-11-14 2020-05-14 Corning Incorporated Glass substrates with improved compositions
TW202043168A (zh) * 2019-03-29 2020-12-01 美商康寧公司 抗刮玻璃及製作方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108367964A (zh) * 2015-12-08 2018-08-03 康宁股份有限公司 S形应力分布及其形成方法

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