CN113490650A - 用于制造具有非均匀厚度的玻璃基制品的补偿模具 - Google Patents

Abstract

提供了用于补偿具有非均匀厚度的玻璃基制品因为离子交换强化而通常表现出的翘曲的方法。所述方法包括：基于翘曲的测量值来生产模具的模制表面，以使得模制表面抵消翘曲，所述翘曲通过对具有非均匀厚度的玻璃基基材进行规定的离子交换强化来获得。接着，可将由模具得到的玻璃基基材暴露于规定的离子交换强化并形成基本上无翘曲的玻璃基制品。

Description

用于制造具有非均匀厚度的玻璃基制品的补偿模具

本申请要求2019年2月28日提交的系列号为62/811,775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参考将其全部结合入本文。

背景

技术领域

本说明书一般涉及用于电子装置(例如，移动或手持式电子装置)的具有非均匀厚度的玻璃基制品。更具体地，本说明书涉及经过了离子交换强化的2.5维玻璃基制品，以及涉及用于制造这种玻璃基制品的模具。

背景技术

诸如智能手机、平板电脑、便携式媒体播放器、个人电脑和相机之类的便携式装置的可移动性质使得这些装置特别容易意外地掉落在硬表面(例如地面)上。这些装置通常包含盖板玻璃，当受硬表面冲击时，盖板玻璃可能受损伤。在许多的这些装置中，盖板玻璃起到显示器盖板的作用，并且可以包含触摸功能，因此，当盖板玻璃受损伤时，装置的用途受到不利影响。

当相关的便携式装置掉落在硬表面上时，盖板玻璃具有两种主要失效模式。其中的一种模式是挠性失效，其是由于装置遭受来自硬表面冲击的动态载荷时，由于玻璃的弯曲所造成。另一种模式是锋利接触失效，这是通过玻璃表面引入了损伤所造成的。玻璃受粗糙硬表面(例如，沥青、花岗岩等)的冲击可在玻璃表面中导致锋利的凹痕。这些凹痕变成玻璃表面中的失效位点，裂纹可从这些凹痕产生及扩展。

进一步地，盖板玻璃的形状和几何结构可以是非平面的，包含一些面外(三维)形状，或者它们可具有不均匀的厚度(例如，经机械加工的2.5D边缘)，这对零件的形成和可靠性带来了挑战。经机械加工的2.5D边缘被加工成锥形，并且顶表面(面向客户的)小于背面。离子交换强化是较小的碱金属离子被熔融盐浴所提供的较大的碱金属离子替换的过程(钠替换锂，和/或钠替换钾)。该过程增加了表面上的体积，由于与芯体的应力平衡，因此保持表面处于压缩。由于盖板玻璃边缘上的厚度的不对称性，以及由于离子交换导致边缘上的体积变化，初始平坦的2.5D零件可能因离子交换而经历翘曲。

玻璃制造商和手持式装置制造商一直在不断努力提高手持式装置的抗失效性。还期望便携式装置尽可能地薄。因此，除了强度之外，还期望将待用作便携式装置中的盖板玻璃的玻璃制造得尽可能地薄。因此，除了增加盖板玻璃的强度外，还期望玻璃具有一定的机械特性，该机械特性使得玻璃可通过能够制造薄玻璃制品(例如薄玻璃片)的过程来形成。

因此，需要可进行强化，例如通过离子交换强化，并且在离子交换强化过程后可被模制成符合客户的平坦度规格的玻璃。

发明内容

本公开的方面涉及玻璃基制品及其制造和使用方法。

在一个实施方式中，一种制造具有非均匀厚度的玻璃基制品的方法包括：(I)获得玻璃基基材；(II)加工玻璃基基材以形成非均匀厚度的玻璃基基材，其包括具有主体厚度(t_b)的主体部分和具有次级厚度(t₂)的次级部分；(III)将非均匀厚度的玻璃基基材放置在模具的模制表面上；(IV)由步骤(III)的模具生产经模制的、未经强化的玻璃基基材；以及(V)将步骤(IV)中生产的经模制的、未经强化的玻璃基基材暴露于离子交换强化，以形成具有非均匀厚度的玻璃基制品。步骤(III)的模具的模制表面基于翘曲的测量值产生，所述翘曲通过先前对组成和尺寸与(II)的非均匀厚度的玻璃基基材相同的非均匀玻璃基基材进行步骤(V)的离子交换强化获得，由此使得步骤(III)的模具的模制表面抵消翘曲。

在一个实施方式中，一种制造玻璃基制品的方法，所述玻璃基制品具有2.5维目标形状，该2.5维目标形状包括具有主体厚度(t_b)的主体部分和周界部分，所述周界部分：(i)与至少部分的平面中心部分接界；(ii)具有厚度，所述厚度从主体部分到具有厚度(t₂)的周界边缘是减小的，其中，t_b>t₂；以及(iii)在主体部分的平面内以提供具有2.5维度的玻璃基制品，所述方法包括：(I)获得玻璃基基材；(II)加工玻璃基基材的边缘以形成斜切边缘轮廓的玻璃基基材；(III)将斜切边缘轮廓的玻璃基基材放置在模具的模制表面上；(IV)由步骤(III)的模具生产经模制的、未经强化的玻璃基基材；以及(V)将步骤(IV)中生产的经模制的、未经强化的玻璃基基材暴露于离子交换强化，以形成玻璃基制品。步骤(III)的模具的模制表面基于翘曲的测量值产生，所述翘曲通过先前对组成和尺寸与(II)的斜切边缘轮廓的玻璃基基材相同的非均匀玻璃基基材进行步骤(V)的离子交换强化获得，由此使得步骤(III)的模具的模制表面抵消翘曲。

根据方面(1)，提供了一种制造具有非均匀厚度的玻璃基制品的方法。所述方法包括：(I)加工玻璃基基材以形成非均匀厚度的玻璃基基材，其包括具有主体厚度(t_b)的主体部分和具有次级厚度(t₂)的次级部分；(II)将非均匀厚度的玻璃基基材放置在模具的模制表面上；(III)由步骤(II)的模具生产经模制的、未经强化的玻璃基基材；以及(IV)对在步骤(III)中生产的经模制的、未经强化的玻璃基基材进行离子交换强化，以形成具有非均匀厚度的玻璃基制品。步骤(II)的模具的模制表面基于翘曲的测量值产生，所述翘曲通过先前对组成和尺寸与(I)的非均匀厚度的玻璃基基材相同的非均匀玻璃基基材进行步骤(IV)的离子交换强化获得，由此使得步骤(II)的模具的模制表面抵消离子交换强化诱导的翘曲。

根据方面(2)，提供了如方面(1)所述的方法，其中，翘曲的测量根据实证进行。

根据方面(3)，提供了如方面(1)所述的方法，其中，翘曲的测量通过建模进行。

根据方面(4)，提供了如方面(1)至(3)中任一方面所述的方法，其中，次级部分与主体部分接界并且具有斜切轮廓，次级厚度(t₂)位于玻璃基基材的周界边缘处并且次级厚度(t₂)小于主体厚度(t_b)，使得玻璃基制品具有2.5维形状。

根据方面(5)，提供了如方面(1)至(4)中任一方面所述的方法，其中，次级部分从玻璃基基材的一个或多个周界边缘偏置，并且次级厚度(t₂)小于主体厚度(t_b)。

根据方面(6)，提供了一种制造玻璃基制品的方法。所述玻璃基制品具有2.5维目标形状，该2.5维目标形状包括具有主体厚度(t_b)的主体部分和周界部分，所述周界部分：(i)与至少部分的平面中心部分接界；(ii)具有厚度，所述厚度从主体部分到具有厚度(t₂)的周界边缘是减小的，其中，t_b>t₂；以及(iii)在主体部分的平面内以提供具有2.5维度的玻璃基制品。所述方法包括：(I)加工玻璃基基材的边缘以形成斜切边缘轮廓的玻璃基基材；(II)将斜切边缘轮廓的玻璃基基材放置在模具的模制表面上；(III)由步骤(II)的模具生产经模制的、未经强化的玻璃基基材；以及(IV)对在步骤(III)中生产的经模制的、未经强化的玻璃基基材进行离子交换强化，以形成玻璃基制品。步骤(II)的模具的模制表面基于翘曲的测量值产生，所述翘曲通过先前对组成和尺寸与(I)的斜切边缘轮廓的玻璃基基材相同的非均匀玻璃基基材进行步骤(IV)的离子交换强化获得，由此使得步骤(II)的模具的模制表面抵消离子交换强化诱导的翘曲。

根据方面(7)，提供了如方面(6)所述的方法，其中，翘曲的测量根据实证进行。

根据方面(8)，提供了如方面(6)所述的方法，其中，翘曲的测量通过建模进行。

根据方面(9)，提供了如方面(6)至(8)中任一方面所述的方法，其中，对玻璃基基材的边缘进行加工以形成斜切边缘轮廓的玻璃基基材包括非热学过程。

根据方面(10)，提供了如方面(9)所述的方法，其中，非热学过程包括机械研磨或化学蚀刻。

根据方面(11)，提供了如方面(1)至(10)中任一方面所述的方法，其中，玻璃基制品基本上不含翘曲。

根据方面(12)，提供了如方面(1)至(11)中任一方面所述的方法，其中，t_b在大于或等于0.3mm至小于或等于5mm的范围内，并且t₂在大于或等于0.025mm至小于或等于2.5mm的范围内。

根据方面(13)，提供了如方面(1)至(12)中任一方面所述的方法，其中，离子交换强化包括：在玻璃基制品中形成应力分布，所述应力分布包括以下特征中的一种或多种：压缩深度(DOC)大于或等于0.11·t_b；以及拉伸储能大于或等于20J/m²。

根据方面(14)，提供了如方面(1)至(13)中任一方面所述的方法，其中，t_b小于或等于5mm。

根据方面(15)，提供了如方面(1)至(14)中任一方面所述的方法，其中，翘曲包括一个或多个大小和方向的测量值，并且模制表面包括一个或多个特征，该一个或多个特征抵消了翘曲的所述一个或多个大小和方向的测量值。

根据方面(16)，提供了如方面(1)至(15)中任一方面所述的方法，其中，在步骤(IV)中生产的玻璃基制品用于便携式电子装置。

根据方面(17)，提供了一种玻璃基制品。所述玻璃基制品通过如方面(1)至(16)中任一方面所述的方法形成。

根据方面(18)，提供了一种消费电子产品。所述消费电子产品包括：具有前表面、后表面和侧表面的壳体；至少部分位于所述壳体内的电学部件，所述电学部件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及设置在所述显示器上方的盖板；其中，壳体和盖板中的至少一者的至少一部分包括根据方面(17)所述的玻璃基制品。

在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。

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。

附图简要说明

图1提供了根据一个实施方式所述的方法的工艺流程图；

图2提供了根据一个实施方式所述的方法的工艺流程图；

图3例示了根据一个实施方式所述的玻璃基制品；

图4例示了图3的制品的凹处(pocket)；

图5例示了图4的凹处的的面；

图6A例示了图3的制品的的面；

图6B例示了具有不同厚度的图3的一部分制品的放大的面；

图7例示了根据一个实施方式所述的玻璃基制品；

图8A是包含本文公开的任何一种玻璃制品的示例性电子装置的平面图；

图8B是图8A的示例性电子装置的透视图；

图9是图2的方法的一个实施方式的离子交换残余应力(MPa)与深度(微米)的关系的图表；

图10是针对图2的方法的步骤220和250的实施方式的等值线图；

图11是针对图1的方法的实施方式的等值线图；以及

图12是偏置(微米)与玻璃基制品的表面上位置关系的图表。

具体实施方式

在描述数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。

本说明书全文中提到的“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”或者“一种实施方式”意为结合实施方式描述的具体特征、结构、材料或特性被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，例如，“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，或者仅指为一个实施方式。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”用于包括全部或部分由玻璃——包括玻璃陶瓷(包括无定型相和结晶相)——制成的任何物体。层压玻璃基制品包括玻璃和非玻璃材料的层压件，玻璃和结晶材料的层压件。根据一个或多个实施方式，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和含碱金属的玻璃陶瓷。

“基础组合物”是在任何离子交换(IOX)处理之前基材的化学组成。也就是说，基础组合物未被来自IOX的任何离子掺杂。当IOX处理条件使得供应给IOX的离子不扩散到基材的中心中时，在经过了IOX处理的玻璃基制品的中心处的组合物通常与基础组合物相同。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。

应注意，本文可用术语“基本上”和“约”表示可由任何定量比较、评估、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所提及的表示有一定的偏离程度，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的玻璃基制品。如本文所用，术语“约”指量、尺寸、公式、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，其反映了公差、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。当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本公开包括所参考的具体值或者端点。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，每个范围的端点在与另一个端点有关及独立于另一个端点时都是重要的。

除非另有说明，否则本文所述的所有组合物都以基于氧化物计的摩尔百分比(摩尔％)表示。

如本文所用，2D基材或制品具有第一主表面和相对的第二主表面，其中，第一主表面和第二主表面基本上平行。如本文所用，3D基材或制品在两个主表面中均具有曲率，例如，在基材或制品的一个或多个边缘处具有曲率。如本文所用，2.5D基材或制品仅在两个主表面中的一个主表面中具有曲率，例如，在基材或制品的一个或多个边缘处成斜面/斜角。

如本文所用的，根据实证进行的测量是指来自物理实验的测量和/或分析的结果。

如本文所用的，通过建模进行的测量是指根据算法或其他计算机生成的方法预测的结果。

“应力分布”是应力作为玻璃基制品的厚度上的深度的函数。压缩应力区从制品的第一表面延伸到压缩深度(DOC)，并且该压缩应力区处于压缩应力下。中心张力区从DOC延伸以包含制品处于拉伸应力下的区域。

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为拉伸应力时的深度。在DOC处，应力从应应力(压缩应力)转化为转应力(拉伸应力)并因此表现出为零的应力值。根据力学领域常用根例，压缩以转(<0)应力表示并且拉伸以应(>0)应力表示。但是，在本说明书中，应的应力值是压缩应力(CS)，其以应值或其对值表示，即，如本文所述，CS＝|CS|。另外，转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)可以表示为应值，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)可以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，其其许与最大拉伸应力的确切中心位置有所偏差。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。

从第一表面到关于金属氧化物的层深度(DOL)变化的，或者至少沿着制品厚度(t)的显著部分变化的非零金属氧化物浓度指示，由于离子交换，在制品中已经产生了应力。金属氧化物浓度的变化在本文中可以被称为金属氧化物浓度梯度。浓度非零并且从第一表面到DOL变化或者沿着一部分厚度变化的金属氧化物可以被描述成在玻璃基制品中产生了应力。通过对玻璃基基材进行化学强化产生了金属氧化物的浓度梯度或变化，在化学强化中，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。

如本文中所使用的，术语“交换深度”、“层深度”(DOL)、“化学层深度”和“化学层的深度”可以互换使用，其总地描述针对特定离子，由离子交换过程(IOX)促进的离子交换所发生的深度。DOL是指玻璃基制品中的某深度(即，从玻璃基制品的表面到其内部区域的距离)，在该深度，金属氧化物或碱金属氧化物的离子(例如，金属离子或碱金属离子)扩散到玻璃基制品中并且扩散到所述离子的浓度达到最小值处，所述浓度由辉光放电-发射光谱法(GD-OES)确定。在一些实施方式中，DOL作为通过离子交换(IOX)过程引入的扩散得最慢或最大的离子的交换深度给出。

除非另外规定，否则CT和CS在本文中用兆帕(MPa)表示，厚度用毫米表示，并且DOC和DOL用微米表示。

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)。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“StandardTest 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)或峰值张力(PT)和应力保留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方法在题为“Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glasssample”[《用于测量玻璃样品的分布特征的系统和方法》]的第8,854,623号美国专利中有所描述，其全文通过引用纳入本文。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的频率在应交偏振之间切换，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，在每个应交偏振中测得的功率量彼此相差50％以内。该方法还包括使偏振切换光束传输通过玻璃样品和参比块以进入到玻璃样品中的不同深度，然后用中继光学系统使传输的偏振切换光束传到信号光电检测器中，该信号光电检测器产生偏振切换的检测信号。该方法还包括用检测信号除以参比信号以形成归一化检测信号，以及由该归一化检测信号确定玻璃样品的分布特征。

翘曲可以通过激光干涉仪来测量，例如，

-FM200。测量翘曲的另一种方式是使用光学测量装置，例如，OGP

QuestTM3000。

模具的生产

本文的方法补偿了具有非均匀厚度的玻璃基制品因为离子交换(IOX)强化而通常表现出的翘曲。也就是说，IOX之前的基材形状以某种方式来设计，使得在IOX后，强化玻璃制品不翘曲。制品的翘曲是与期望的设计或平坦度的偏差。翘曲包括从表面出发的一个或多个大小和方向的测量值。大小是表面上的最大到最小高度的差。

具有非均匀厚度的玻璃基制品包括2.5D制品，其有效地作为便携式电子装置的盖板玻璃和/或便携式电子装置的包壳。

由于在离子交换期间玻璃体积增加，基材一侧上的额外的表面区域导致该侧上有更多的膨胀，这迫使基材翘曲以维持平衡。这种离子交换后的翘曲可造成基材不再符合制造规格，这可导致高成本的返工。更长的离子交换时间连同更高的增重可造成大量的翘曲，并且偏置等于零件厚度的100％或更大。

本文的方法包括：基于翘曲的测量值来生产模具的模制表面，以使得模制表面抵消翘曲，所述翘曲通过对具有非均匀厚度的玻璃基基材进行规定的离子交换强化来获得。接着，可将由模具得到的玻璃基基材暴露于规定的离子交换强化并形成基本上无翘曲的玻璃基制品。

有利地，由于规定的离子交换强化的离子交换翘曲是可重复的，因此，通过相对于规定的离子交换强化来抵消原始的平坦零件所经历的翘曲，模具可被制造成在制造中反复使用。

本文的方法的优点还在于可抵消大量的离子交换后的翘曲量，例如，由极高的中心张力(CT)的玻璃所引起的翘曲量，在该玻璃中，增重可以是几个百分比并且翘曲可高达或者超过100％的厚度。另外，本文的方法可用于实现具有极高的增重和高CT(例如，300MPa和更高CT)的“不碎”玻璃构思。

转到图1，一种制造具有非均匀厚度的玻璃基制品的方法100包括下述。在110处，获得玻璃基基材。玻璃基基材可以由大多数过程获得，包括但不限于：浮法、熔合拉制法或狭缝拉制法。在120处，对玻璃基基材进行加工以形成非均匀厚度的玻璃基基材。这例如可以通过化学或机械技术来对基材边缘进行成形或斜切，和/或产生厚度减小的区域，例如，拇指或手指传感器凹处来实现。在130处，将非均匀厚度的玻璃基基材放置在模具的模制表面上，其中，模制表面已经被设计成用于抵消关于图2所述的翘曲。模制条件在本文中不作限制，并且可以包括期望的温度分布以及加热和冷却循环。在140处，由模具生产经模制的、未经强化的玻璃基基材。在150处，将经模制的、未经强化的玻璃基基材暴露于离子交换强化，以形成具有非均匀厚度并且基本上不翘曲的玻璃基制品。

模制表面基于翘曲的测量值产生，所述翘曲通过先前对图1的110中的非均匀厚度的玻璃基基材进行规定的离子交换强化来获得，该玻璃基基材将具有与130的非均匀厚度的玻璃基基材相同的组成和尺寸。在图2中，一种确定模制表面200的方法包括下述。在220处，获得非均匀厚度的玻璃基基材，其具有与120的非均匀厚度的玻璃基基材相同的组成和尺寸。在250处，接着将非均匀的玻璃基基材暴露于规定的离子交换处理，其与150的离子交换强化相同，由此形成具有非均匀厚度和翘曲的玻璃基制品。在260处，测量翘曲。翘曲可以通过实证或通过建模来测量。在270处，生产模具，所述模具的模制表面被设计用于抵消测得的翘曲。

对于通过实证进行的翘曲测量，确定模制表面的方法200包括：物理获得玻璃基基材，将该玻璃基基材暴露于离子交换，使用仪器，例如激光干涉仪或光学测量装置来测量翘曲，以及生产模具，所述模具的模制表面抵消了测得的翘曲。

对于通过建模进行的翘曲测量，确定模制表面的方法200包括：将获得玻璃基基材的物理参数输入到计算机模型或算法中，将离子交换参数输入到模型中，使用将玻璃中的应力与扩散的离子浓度相关联的理论方程，运行模型以预测翘曲，以及生产模具，所述模具的模制表面抵消了预测的翘曲。

玻璃基基材以及加工以形成非均匀厚度

可用作基材的玻璃实例可以包含碱金属硅铝酸盐玻璃组合物或含碱金属的铝硼硅酸盐玻璃组合物，但是也考虑了其他玻璃组合物。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。玻璃基基材具有的基础组合物可以以可进行离子交换为特征。如本文所用，“可进行离子交换”是指包含这种组合物的基材能够使位于基材表面处或附近的阳离子与尺寸更大或更小的同价态阳离子交换。

在一个或多个实施方式中，玻璃基基材可以包括含锂的铝硅酸盐。

在实施方式中，玻璃基基材可以由能够形成应力分布的任何组合物形成。在一些实施方式中，玻璃基基材可以由2018年11月28日提交的题为“Glasses with Low ExcessModifier Content(具有低过量改性剂含量的玻璃)”的第16/202,691号美国申请中所述的玻璃组合物形成，该美国申请要求2017年11月29日提交的题为“Glasses with Low ExcessModifier Content(具有低过量改性剂含量的玻璃)”的第62/591,953号美国临时申请的优先权，每篇文献的全文通过引用纳入本文。在一些实施方式中，玻璃制品可以由2018年11月28日提交的题为“Ion-Exchangeable Mixed Alkali Aluminosilicate Glasses(可离子交换的混合碱金属铝硅酸盐玻璃)”的第16/202,767号美国申请中所述的玻璃组合物形成，该美国申请要求2017年11月29日提交的题为“Ion-Exchangeable Mixed AlkaliAluminosilicate Glasses(可离子交换的混合碱金属铝硅酸盐玻璃)”的第62/591,958号美国临时申请的优先权，每篇文献的全文通过引用纳入本文。

玻璃基基材可以以它们形成的方式为特征。例如，玻璃基基材的特征可以为可浮法成形(即，通过浮法成形)，可下拉，尤其是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)。

本文所述的玻璃基基材的一些实施方式可以通过下拉过程来成形。下拉过程生产的具有均匀厚度的玻璃基基材拥有相对较原始的表面。因为玻璃制品的平均挠曲强度受表面瑕疵的量和尺寸控制，因此接触程度最小的原始表面具有更高的初始强度。另外，下拉的玻璃制品具有非常平坦、光滑的表面，这种表面可用于玻璃制品的最终应用而无需昂贵的研磨和抛光。

玻璃基基材的一些实施方式可以描述为可熔合成形(即，可使用熔合拉制过程成形)。熔合过程使用拉制槽，该拉制槽具有用来接收熔融玻璃原料的通道。通道具有堰，其沿着通道的长度在通道两侧的顶部开放。当用熔融材料填充通道时，熔融玻璃从堰溢流。在重力的作用下，熔融玻璃作为两个流动玻璃膜从拉制槽的外表面流下。这些拉制槽的外表面向下和向内延伸，使得它们在拉制槽下方的边缘处汇合。这两个流动的玻璃膜在该边缘处汇合以熔合并形成单个流动的玻璃制品。熔合拉制方法的优点在于：由于从通道中溢流的这两个玻璃膜熔合在一起，因此所得到的玻璃制品的任一外表面均不与设备的任何部分相接触。因此，熔合拉制玻璃制品的表面性质不受到这种接触的影响。

本文所述的玻璃基基材的一些实施方式可以通过狭缝拉制过程来成形。狭缝拉制工艺与熔合拉制法不同。在狭缝拉制工艺中，向拉制槽提供熔融的原材料玻璃。拉制槽的底部具有开放狭缝，其具有沿着狭缝的长度延伸的喷嘴。熔融玻璃流动通过狭缝/喷嘴，并且作为连续的玻璃制品向下拉制且进入到退火区域中。

在一个或多个实施方式中，本文所述的玻璃基基材可以展现出无定形微结构，并且可以基本上不含晶体或结晶。换言之，在一些实施方式中，玻璃基基材制品排除了玻璃陶瓷材料。

加工以形成非均匀厚度的玻璃基基材包括但不限于热成形和非热成形过程。用于形成斜切的边缘轮廓的非热学过程包括但不限于机械研磨(尽管在机械研磨期间发生任何的名义热生成)或化学蚀刻。

在一个实施方式中，非均匀厚度的基材包括：次级部分，其与主体部分接界并且具有斜切轮廓，位于玻璃基基材的周界边缘处的次级厚度(t₂)并且次级厚度(t₂)小于主体厚度(t_b)。由其形成的玻璃基制品具有2.5维形状。在一个实施方式中，次级部分从玻璃基基材的一个或多个周界边缘偏置，并且次级厚度(t₂)小于主体厚度(t_b)。t_b可以在大于或等于0.3mm至小于或等于5mm的范围内，并且t₂可以在大于或等于0.025mm至小于或等于2.5mm的范围内，以及其间的所有数值和子范围。

离子交换(IOX)处理

通过将可离子交换的玻璃基材置于含有阳离子(例如K⁺、Na⁺、Ag⁺等)的熔融浴中，并且使所述阳离子扩散到玻璃中，同时玻璃的较小的碱金属离子(例如Na⁺、Li⁺)从玻璃中扩散出并进入到熔融浴中，实现具有基础组合物的玻璃基材的化学强化。用较大的阳离子替代较小的阳离子在玻璃表面附近产生了压缩应力。在玻璃内部中产生拉伸应力，以平衡表面附近的压缩应力。

对于离子交换过程，它们可以独立地为热扩散过程或电子扩散过程。将玻璃浸没在多个离子交换浴中，并且在各浸没之间具有洗涤和/或退火步骤的离子交换过程的非限制性实例见述于以下文献：Douglas C.Allan等人于2013年10月22日公告的题为“Glasswith Compressive Surface for Consumer Applications”(《用于消费应用的具有压缩表面的玻璃》)的第8,561,429号美国专利，其要求2008年7月11日提交的第61/079,995号美国临时专利申请的优先权，其中，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Christopher M.Lee等人于2012年11月20日公告的题为“DualStage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass”(《用于玻璃的化学强化的双阶段离子交换》)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，玻璃通过在用流出离子稀释的第一浴中进行离子交换，然后浸没在第二浴中得到强化，所述第二浴具有比第一浴更小的流出离子浓度。第8,561,429号和第8,312,739号美国专利的内容通过引用全文纳入本文。

在进行离子交换过程之后，应理解，玻璃制品的表面处的组成可以不同于成形时的玻璃制品(即，在经历离子交换过程之前的玻璃制品)的组成。这是由于成形时的玻璃中的一种类型的碱金属离子(例如，Li⁺或Na⁺)被更大的碱金属离子(例如，分别是Na⁺或K⁺)替代。然而，在实施方式中，玻璃制品的深度的中心处或附近的玻璃组合物将仍具有成形时的玻璃制品的组成。

玻璃基制品

本文中的玻璃基制品具有非均匀厚度并且基本上不含翘曲。如本文所用，基本上不含翘曲是指偏置值小于或等于±10微米。具有非均匀厚度的玻璃基制品包括2.5D制品，其有效地作为便携式电子装置的盖板玻璃和/或便携式电子装置的包壳。

关于具有不同厚度部分的玻璃基制品，以下专利申请通过引用全文纳入本文：2018年10月3日提交的题为“Class-based Articles with Sections of DifferentThicknesses(具有不同厚度部分的玻璃基制品)”的第16/150,816号美国申请。

图3例示了玻璃基制品300，其具有从边缘离开的非均匀厚度。主体部分302为第一部分，其具有主体厚度(t_b)和第一中心张力(CT₁)。线314指示了制品300的中线。次级部分304为第二部分，其具有次级厚度(t₂)和第二中心张力(CT₂)。一般地，t_b与t₂之间的差为至少100微米。在一个或多个实施方式中，t_b比t₂大至少100微米。t₂可以在0.05·t_b至0.96·t_b的范围内。在一个或多个实施方式中，t₂相对于t_b减小约20％，或约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％、约90％、约95％，以及其间的所有数值和子范围。t_b可以在0.3mm至5mm的范围内，以及其间的所有数值和子范围；并且t₂可以在0.025mm至2.5mm的范围内，以及其间的所有数值和子范围。CT₂小于CT₁，尽管第二部分在与第一部分相同的条件下经历了离子交换，CT₂小于CT₁仍有利于确保第二部分不易碎。虽然附图描绘了厚度不同于制品的剩余部分的单个部分，但应注意，在同个制品中可以具有不同深度的多个部分或凹处。

在该实施方式中，第二部分304从制品300的所有边缘306、308、310和312偏置。也就是说，第二部分304不与边缘306、308、310、212中的任何一个边缘相交。

图4例示了由边316、318、320和322限定的第二部分304。在该实施方式中，第二部分304是被设计用于容纳指纹传感器等的薄凹处。线324指示了第二部分304的中心线。图5例示了沿着图4的线324的制品300的的面。边316、318、320和322提供了从第二部分304的主体305到第一部分302的过渡。

图6A例示了沿着图1的中线314的制品300的的面以及第二部分304的位置。图6B例示了具有边320和322的第二部分304的的面放大图，所述边320和322过渡到第一部分302。

图7例示了根据某些实施方式所述的玻璃基制品400。玻璃基制品400包括盖板玻璃402，所述盖板玻璃402具有上表面404，与上表面404相对的下表面(未示出)，以及将上表面404连接到下表面的边缘406。边缘406通过第一斜切边缘408连接到上表面404，并且通过第二斜切边缘410连接到下表面。在一些2.5D制品中，仅具有一个斜切边缘。

玻璃基制品可以具有包含以下一个或多个特征的应力分布：压缩深度(DOC)大于或等于0.11·t_b；和/或拉伸储能大于或等于20J/m²。玻璃基制品的t_b可以小于或等于5mm。

在玻璃基制品中，存在具有非零浓度的碱金属氧化物，所述非零浓度从第一表面和第二表面中的一者或两者到关于金属氧化物的层深度(DOL)是变化的。由于从第一表面开始变化的金属氧化物的非零浓度，产生了应力分布。非零浓度可以沿着一部分的制品厚度变化。在一些实施方式中，碱金属氧化物的浓度沿着约0·t至约0.3·t的厚度范围不为零并且变化。在一些实施方式中，碱金属氧化物的浓度沿着约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的厚度范围不为零并且变化。浓度变化可沿着上述参考厚度范围而连续。浓度变化可以包括沿着约100微米的厚度区段，金属氧化物浓度的变化大于或等于约0.2摩尔％。金属氧化物浓度的变化可以是沿着约100微米的厚度区段大于或等于约0.3摩尔％，大于或等于约0.4摩尔％，或者大于或等于约0.5摩尔％。这种变化可以通过本领域已知的方法来测量，包括微探针。

在一些实施方式中，沿着约10微米至约30微米的厚度区段的浓度变化可以是连续的。在一些实施方式中，碱金属氧化物的浓度从第一表面降低，在第一表面与第二表面之间降低到某个值，并且从该值增加到达第二表面。

碱金属氧化物的浓度可以包括不止一种金属氧化物(例如Na₂O和K₂O的组合)。在使用两种金属氧化物以及离子半径彼此不同的一些实施方式中，在浅的深度处，具有半径更大的离子的浓度大于半径更小的离子的浓度，而在较深的深度处，半径更小的离子的浓度大于半径更大的离子的浓度。

在一个或多个实施方式中，碱金属氧化物浓度梯度延伸通过制品的大部分厚度t。在一些实施方式中，金属氧化物的浓度沿着第一部分和/或第二部分的整个厚度可以大于或等于约0.5摩尔％(例如，大于或等于约1摩尔％)，并且在第一表面和/或第二表面0·t处最大，且在第一表面与第二表面之间不断地显著减小到某个值。沿着整个厚度t的金属氧化物的浓度在该值处最小；但是，在该点处，浓度同样不为零。换言之，特定的金属氧化物的非零浓度沿着大部分的厚度t(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。

碱金属氧化物的浓度可以根据为了形成玻璃基制品而离子交换的玻璃基基材中的金属氧化物的基线量来确定。

最终产品

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(或显示制品)的制品(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8A和8B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8A和8B示出了消费电子装置500，其包括：壳体502，所述壳体502具有前表面504、后表面506和侧表面508；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510，所述显示器510位于壳体的前表面处或附近；以及盖板基材512，其在壳体的前表面处或壳体前表面上方以使得盖板基材512在显示器上方。在一些实施方式中，盖板基材512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。

实施例1——建模

将物理参数被输入到计算机模型中的具有2.5D边缘的玻璃基基材暴露于以下仿真离子交换条件：根据图2的方法的步骤220和250，将该玻璃基基材暴露于460℃的0.2重量％NaNO₃盐浴60小时以形成具有非均匀厚度和翘曲的玻璃基制品。

图9示出了在远离边缘的位置处，由离子交换得到的穿过厚度的残余应力分布。使用热模拟来对离子交换应力建模，其中，通过温度模拟来对离子浓度进行建模，并且每个热分量具有浓度模拟量。首先通过热模型来仿真离子交换过程，然后将结果作为预定场输入到结构模型中，并且基于网络膨胀系数(模拟热膨胀系数)计算三维结构响应。

在图10的等值线图中示出了根据图2的步骤260，通过模型预测的测量翘曲。在图10中，提供了一部分翘曲的玻璃基制品600的等值线图，其中，每个部分对应于下述不同偏置(以微米计)：

部分602是从+2.010e+02到+1.765e+02；

部分604是从+1.765e+02到+1.521e+02；

部分606是从+1.521e+02到+1.276e+02；

部分608是从+1.276e+02到+1.031e+02；

部分610是从+1.031e+02到+7.861e+01；

部分612是从+7.861e+01到+5.413e+01；

部分614是从+5.413e+01到+2.964e+01；

部分616是从+2.964e+01到+5.159e+00；

部分618是从+5.159e+00到–1.993e+01；

部分620是从–1.993e+01到–4.391e+01；

部分622是从–4.391e+01到–6.829e+01；以及

部分624是从–6.829e+01到–9.279e+01。

接着，根据图2的步骤270，设计翘曲补偿的模具以抵消图10所预测的翘曲，并且将其参数输入到计算机模型中。图11示出了根据图1的方法，由翘曲补偿的模具650得到的经建模的IOX玻璃基制品的一部分的等值线图，其基本上不具有翘曲。也就是说，玻璃基制品仅具有一个偏置测量水平：部分652是从+2.010e+02到+1.765e+02微米。

图12是偏置(微米)与建模的制品表面上的位置关系的图表，例如，对于翘曲补偿的制品，所述位置为沿着图11的线A-A的位置。翘曲补偿的制品显示出偏置为约几微米，而翘曲的制品(图10的600)显示出偏置在约300微米左右。

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。本说明书中公开的所有范围包括广泛公开的范围所涵盖的任何和所有范围和子范围，无论在公开范围之前或之后是否有明确声明。

对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (18)

1.一种制造具有非均匀厚度的玻璃基制品的方法，所述方法包括：

(I)加工玻璃基基材，以形成非均匀厚度的玻璃基基材，该非均匀厚度的玻璃基基材包括主体部分和次级部分，所述主体部分具有主体厚度(t_b)，所述次级部分具有次级厚度(t₂)；

(II)将非均匀厚度的玻璃基基材放置在模具的模制表面上；

(III)由步骤(II)的模具生产经模制的、未经强化的玻璃基基材；以及

(IV)对步骤(III)中生产的经模制的、未经强化的玻璃基基材进行离子交换强化，以形成具有非均匀厚度的玻璃基制品；

其中，步骤(II)的模具的模制表面基于翘曲的测量值产生，所述翘曲通过先前对组成和尺寸与(I)的非均匀厚度的玻璃基基材相同的非均匀玻璃基基材进行步骤(IV)的离子交换强化获得，由此使得步骤(II)的模具的模制表面抵消离子交换强化诱导的翘曲。

2.如权利要求1所述的方法，其中，翘曲的测量通过实证进行。

3.如权利要求1所述的方法，其中，翘曲的测量通过建模进行。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，次级部分与主体部分接界并且具有斜切轮廓，次级厚度(t₂)位于玻璃基基材的周界边缘处并且次级厚度(t₂)小于主体厚度(t_b)，使得玻璃基制品具有2.5维形状。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，次级部分从玻璃基基材的一个或多个周界边缘偏置，并且次级厚度(t₂)小于主体厚度(t_b)。

6.一种制造玻璃基制品的方法，所述玻璃基制品具有2.5维目标形状，该2.5维目标形状包括具有主体厚度(t_b)的主体部分和周界部分，所述周界部分：(i)与至少部分的平面中心部分接界；(ii)具有厚度，所述厚度从主体部分到具有厚度(t₂)的周界边缘是减小的，其中，t_b>t₂；以及(iii)在主体部分的平面内以提供具有2.5维度的玻璃基制品，所述方法包括：

(I)加工玻璃基基材的边缘以形成斜切边缘轮廓的玻璃基基材；

(II)将斜切边缘轮廓的玻璃基基材放置在模具的模制表面上；

(III)由步骤(II)的模具生产经模制的、未经强化的玻璃基基材；以及

(IV)对步骤(III)中生产的经模制的、未经强化的玻璃基基材进行离子交换强化，以形成玻璃基制品；

其中，步骤(II)的模具的模制表面基于翘曲的测量值产生，所述翘曲通过先前对组成和尺寸与(I)的斜切边缘轮廓的玻璃基基材相同的非均匀玻璃基基材进行步骤(IV)的离子交换强化获得，由此使得步骤(II)的模具的模制表面抵消离子交换强化诱导的翘曲。

7.如权利要求6所述的方法，其中，翘曲的测量通过实证进行。

8.如权利要求6所述的方法，其中，翘曲的测量通过建模进行。

9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，对玻璃基基材的边缘进行加工以形成斜切边缘轮廓的玻璃基基材包括非热学过程。

10.如权利要求9所述的方法，其中，非热学过程包括机械研磨或化学蚀刻。

11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，玻璃基制品基本上不含翘曲。

12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，t_b在大于或等于0.3mm至小于或等于5mm的范围内，并且t₂在大于或等于0.025mm至小于或等于2.5mm的范围内。

13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，离子交换强化包括：在玻璃基制品中形成应力分布，所述应力分布包括以下特征中的一种或多种：

压缩深度(DOC)大于或等于0.11·t_b；和

拉伸储能大于或等于20J/m²。

14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，t_b小于或等于5mm。

15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中，翘曲包括一个或多个大小和方向的测量值，并且模制表面包括一个或多个特征，该一个或多个特征抵消了翘曲的所述一个或多个大小和方向的测量值。

16.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，在步骤(IV)中生产的玻璃基制品用于便携式电子装置。

17.一种玻璃基制品，其通过根据权利要求1至16中任一项所述的方法形成。

18.一种消费电子产品，其包括：

壳体，其具有前表面、后表面和侧表面；

至少部分位于所述壳体内的电学部件，所述电学部件至少包括控制器、存储器和显示器，所述显示器位于所述壳体的前表面处或者毗邻所述壳体的前表面；以及

设置在显示器上方的盖板；

其中，所述壳体和盖板中的至少一者的至少一部分包括如权利要求17所述的玻璃基制品。

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