化学离子交换玻璃的制作方法

化学离子交换玻璃
1.优先权声明
2.本技术要求2020年7月30日提交的印度临时申请序号202021032695的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本发明涉及一种化学离子交换玻璃。更具体地，本发明聚焦于通过考虑压缩应力(cs)-层深度(dol)分布来推导化学离子交换玻璃的强化表达式。甚至更具体地，本发明描述了通过考虑cs-dol分布的曲线下面积和由曲线的切线形成的角度来定义双离子交换过程的反应参数的方法。


背景技术：

4.近年来，玻璃衬底已广泛用作如移动电话、娱乐装置、平板电脑、笔记本电脑、数码相机、可穿戴装置等电子装置的盖板玻璃。盖板玻璃用于增强对电子装置的显示屏的保护。电子装置背面使用的盖板玻璃除了为电子装置提供强度外，还需要提供增强的电磁无线电信号传输。随着强化玻璃的应用越来越广泛，盖板玻璃经过化学或热处理，在承受高拉伸强度时具有抗断裂性。通常，玻璃组合物经受高表面压缩应力以增加玻璃的强度。在化学强化过程的情况下，双离子交换过程是生产具有高强度和耐久性的玻璃衬底的已知过程，特别是对于其中物理强化非常困难甚至不可能的薄玻璃。
5.双离子交换玻璃的化学强化一般由压缩应力(cs)-层深度(dol)分布定义。cs-dol分布包含两条斜率不同的曲线。cs-dol分布的曲线被视为估计双离子交换玻璃的性能的测量参数。通过使用cs-dol分布来确定玻璃的化学强化过程，已经推导出了各种方法和模型。需要使用最佳计算参数以满足客户对化学强化玻璃材料的要求。
6.鉴于前述，本发明通过使用cs-dol分布来定义玻璃材料的化学强化过程来导出不等式。
7.本发明的目标
8.本文中描述本公开的一些目标。本公开的一个目标是提供经历双离子交换过程的玻璃组合物。本公开的另一个目标是将碱金属铝硅酸盐玻璃材料用于盖板玻璃。
9.本公开的另一目标是通过化学强化双离子交换过程来增加盖板玻璃的强度。
10.本公开的另一个目标是提供用于化学强化玻璃的压缩应力-层深度(cs-dol)分布。本公开的另一个目标是通过考虑曲线下面积和由曲线的切线形成的角度来评估cs-dol分布以定义双离子交换过程的反应参数。
11.本公开的另一目标是利用获自cs-dol分布的不等式来定义双离子交换玻璃材料的过程参数。本公开的另一个目标是根据cs-dol分布确定双离子交换玻璃材料的应力面积、处理时间和温度。
12.本公开的另一目标是提供具有更高性能强度、更好使用寿命、更高抗裂性和更高尖锐冲击强度的盖板玻璃。
13.本公开的其它目标和优点将从以下描述更显而易见，所述描述并不意图限制本发明的范围。


技术实现要素：

14.在一个实施例中，本公开描述一种玻璃组合物。玻璃组合物包含一或多种化学组分，如sio2、al2o3、li2o、b2o3和na2o。其还可包含其它化学组分，如zro2、mgo、cao、p2o5、zno、k2o、tio2等。此外，其还可包含精炼剂，如sno2、fe2o3、ceo2、氯化物、硫酸盐等。
15.在一个实施例中，本发明描述玻璃组合物的各种组分的最佳摩尔％。玻璃组合物包含约50摩尔％至约75摩尔％的sio2、约5摩尔％至约25摩尔％的al2o3、约0摩尔％至约10摩尔％的b2o3、约0摩尔％至约15摩尔％的na2o、约5摩尔％至约17摩尔％的li2o、约0摩尔％至约2摩尔％的k2o、约0摩尔％至约7摩尔％的mgo、约0摩尔％至约3摩尔％的cao、约0摩尔％至约7摩尔％的p2o5、约0摩尔％至约7摩尔％的zno和约0摩尔％至约7摩尔％的zro2。玻璃组合物还包括一或多种精炼剂，例如，约0摩尔％至约2.5摩尔％的sno2、约0摩尔％至约2.5摩尔％的fe2o3、约0摩尔％至约2摩尔％的ceo2，以及其它精炼剂，如氯化物和硫酸盐。此外，玻璃组合物进一步包括约0摩尔％至约2摩尔％的tio2。
16.在一个实施例中，盖板玻璃可通过经由多个离子交换的化学强化处理而具备高强度。本公开定义通过双离子交换过程强化的盖板玻璃。
17.在一个实施例中，双离子交换过程包含在玻璃材料的外表面区域上的第一离子交换步骤，随后是第二离子交换步骤。在一个实施例中，离子交换过程是基于离子的大小。当玻璃材料中的较大离子交换为较小离子时，较大离子会填充先前由较小离子占据的表面积，从而在玻璃材料的内表面上产生压缩应力，其对应于玻璃材料强度的增加。
18.在一个实施例中，盐浴在第一离子交换过程期间包含5-95重量％的nano3和5-95重量％的kno3。盐浴在第二离子交换过程期间包含0-50重量％的nano3和50-100重量％的kno3。盐浴中所用的nano3和kno3的量仅出于示范性目的而呈现，且不应被理解为对本公开的范围的限制。
19.在一个实施例中，可在大于300℃的温度下持续至少0.25小时的持续时间进行第一离子交换过程。在一个实施例中，可在大于300℃的温度下持续0.1小时-6.5小时的持续时间进行第二离子交换过程。
20.在一个实施例中，由于第一离子交换过程，玻璃处于60mpa至650mpa范围内的压缩应力(cs)和45μm至210μm范围内的层深度下。此外，由于第二离子交换过程，玻璃处于130mpa至1400mpa范围内的压缩应力和小于60μm的层深度下。
21.在一个实施例中，双离子交换过程的压缩应力-层深度(cs-dol)分布包含两条曲线。本发明计算曲线下面积和由曲线的切线形成的角度。cs-dol分布描述应力面积和各种反应参数，如双离子交换过程的时间和温度。cs-dol分布有助于理解和调整玻璃材料的化学强化过程参数。
22.在一个实施例中，双离子交换玻璃产生增强的使用耐久性、高抗裂性、高损伤后保留强度和高尖锐冲击强度。
23.在一个实施例中，双离子交换玻璃用作盖板玻璃。盖板玻璃可用作触摸面板显示器的衬底和这些显示器的后盖，例如液晶显示器(lcd)、场发射显示器(fed)、等离子显示器
(pd)、电致发光显示器(eld)、有机发光二极管(oled)显示器、微型led等。双离子交换玻璃还可用作太阳能电池盖板玻璃的衬底、磁盘衬底和窗玻璃。另外，盖板玻璃可用于保护显示屏，如移动电话、智能手机、平板电脑、可穿戴装置、数码相机等电子装置的触摸显示器。盖板玻璃可用于电子装置的背面，不仅提供强度，而且还提供增强的电磁无线电信号传输。然而，盖板玻璃的应用不限于前述信息，且还可用作标牌、建筑内部和外部、汽车的内部显示器和挡风玻璃、与各种运输方式相关的窗户等的衬底。
24.本公开的这些和其它方面、优点和突出特征将从以下详细描述变得显而易见。
附图说明
25.本发明的被认为新颖的特征精确阐述于所附权利要求书中。本文中将结合附图描述本发明的实施例，提供附图是为了说明而非限制权利要求书的范围，其中相同的标号表示相同的元件，并且其中：
26.图1是说明根据本公开的例示性实施例，对应于碱金属铝硅酸盐玻璃的双离子交换强化过程的压缩应力-离子交换层深度(cs-dol)分布图的图；
27.图2是说明根据本公开的例示性实施例的cs-dol分布图的图，所述分布图展示由碱金属铝硅酸盐玻璃的双离子交换强化过程形成的压缩应力面积；且
28.图3是说明根据本公开的例示性实施例，估计碱金属铝硅酸盐玻璃的双离子交换强化过程的第一步和第二步的时间的cs-dol分布图的图。
具体实施方式
29.在以下描述中，在图式中示出的若干视图中，相同的参考标号表示相同或对应的部分。还应理解，除非另外规定，否则例如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等术语是为了方便的词语，并且不应被解释为限制性术语。此外，每当一个组被描述为包含一组要素中的至少一个和其组合时，应理解，所述组可单独或彼此组合地包含任何数目的所述的那些要素、基本上由其组成或由其组成。类似地，每当一个组被描述为由一组要素中的至少一个或其组合组成时，应理解，所述组可单独或彼此组合地由任何数目的所述的那些要素组成。除非另外说明，否则在列举值的范围时，其包括范围的上限和下限以及其间的任何范围。如本文所用，除非另外说明，否则不定冠词“一(a/an)”和对应的定冠词“所述(the)”意指“至少一(at least one)”或“一或多(one or more)”。还应理解，说明书和附图中公开的各种特征可以任何和所有组合使用。
30.如本文所用，术语“玻璃制品(glass article/glass articles)”以其最广泛含义使用以包括完全或部分由玻璃制成的任何物体。除非另外说明，否则所有组合物均以摩尔百分比(摩尔％)表示。除非另外说明，否则所有温度均以摄氏度(℃)表示。
31.应注意，术语“基本上”和“约”可在本文中用来表示可归因于任何定量比较、值、测量或其它表示的固有的不确定性程度。这些术语还在本文中用于表示定量表示可不同于所陈述参考的程度而不导致所论述主题的基本功能变化。
32.参考本发明中所描述的图式，应理解，图示是出于描述特定实施例的目的，且并不意图将本公开或所附权利要求书限制于此。图不一定按比例绘制，并且为了清楚和简明起见，图的某些特征和某些视图可能在比例上放大地示出或示意性地示出。
33.除非另外规定，否则如本文所用，术语“离子交换层的深度”和“dol”是指压缩层的深度且以微米(μm)表示，其中1μm＝0.001mm，且厚度“t”在本文中以毫米表示，其中1mm＝1000μm。
34.如本文所述，压缩应力(cs)和中心张力(ct)以兆帕(mpa)表示。根据所属领域中通常使用的惯例，压缩应力表示为负值(《0)且拉伸应力表示为正值(》0)。然而，在整个本说明书中，压缩应力表示为正值或绝对值，即，如本文中所叙述，cs＝|cs|。
35.本发明描述一种双离子交换玻璃。双离子交换玻璃用作盖板玻璃。本发明进一步详细描述盖板玻璃的各种组合物。玻璃组合物包含一或多种化学组分，如sio2、al2o3、li2o、b2o3和na2o。其还可包含其它化学组分，如zro2、mgo、cao、p2o5、zno、k2o、tio2等。此外，其还可包含精炼剂，如sno2、fe2o3、ceo2、氯化物、硫酸盐等。
36.本公开描述通过多重离子交换过程，如双离子交换过程来增加碱金属铝硅酸盐玻璃的强度。双离子交换过程包含在玻璃材料的外表面区域上的第一离子交换步骤，随后是第二离子交换步骤。在一个实施例中，离子交换过程是基于离子的大小。当玻璃材料中的较大离子交换为较小离子时，较大离子会填充先前由较小离子占据的表面积，从而在玻璃材料的内表面上产生压缩应力，其对应于玻璃材料强度的增加。
37.本公开描述各种玻璃组合物的压缩应力-层深度(cs-dol)分布和其分析。本公开计算曲线下面积和由曲线的切线形成的角度。本公开还描述应力面积和各种反应参数，如双离子交换过程的时间和温度。cs-dol分布有助于理解和调整化学强化过程参数，以获得合适的玻璃材料。
38.图1是说明根据本公开的例示性实施例，对应于碱金属铝硅酸盐玻璃的双离子交换强化过程的压缩应力-层深度(cs-dol)分布图100的图。在一个实施例中，化学强化过程通过在不同浓度的盐浴中进行双离子交换处理来进行。双离子交换处理包含以下步骤：在盐浴中处理碱金属铝硅酸盐玻璃，用较大碱金属阳离子置换较小碱金属阳离子的至少一部分，确定碱金属铝硅酸盐玻璃的表面层上的对应压缩应力的第一深度(dstep1)，且用另一较大碱金属阳离子进一步置换所置换的碱金属阳离子(先前添加的较大阳离子)的至少一部分，产生对应于小于第一深度(dstep1)的第二深度(dstep2)的较高压缩应力。用较大碱金属阳离子置换较小碱金属阳离子增加压缩深度层中的压缩应力且增加玻璃表面的抗损伤性，进而增强碱金属铝硅酸盐玻璃的化学强化。
39.如图1中所示，在不同浓度的盐浴中，由于碱金属铝硅酸盐玻璃的双离子交换处理获得cs-dol分布。图100包括表示层深度(x)的x轴和表示对应压缩应力(cx)的y轴。图100展示作为层深度(x)的函数的压缩应力cx。图1中展示的cs-dol分布本质上为非线性的。图100的cs-dol分布包含具有变化斜率的曲线a1和曲线a2。曲线a1表示由于碱金属铝硅酸盐玻璃的第一步离子交换而获得的压缩应力。确切地说，曲线a1定义碱金属铝硅酸盐玻璃的第一步离子交换。曲线a2表示由于碱金属铝硅酸盐玻璃的第二步离子交换而获得的压缩应力。确切地说，曲线a2定义碱金属铝硅酸盐玻璃的第二步离子交换。曲线a1和a2在交点处相交。在dstep2的深度处确定所述交点处的压缩应力。确切地说，交点处的压缩应力在本文中表示为csk。此外，当层深度为零时获得最大压缩应力，且在本文中表示为csm。在压缩深度下，应力从正(压缩)应力跨越至负(拉伸)应力，且因此值为零。压缩深度在本文中表示为dstep1。
40.图2是说明根据本公开的例示性实施例的cs-dol分布图200的图，所述分布图展示由碱金属铝硅酸盐玻璃的双离子交换强化过程形成的压缩应力面积。碱金属铝硅酸盐玻璃的双离子交换强化过程由图1中所示的cs-dol分布中的曲线a1和曲线a2定义。如图2中所示，曲线a1由第一直线a
11
近似，且曲线a2由第二直线a
22
近似。第一直线a
11
与第二直线a
22
之间的交点被定义为由邻接曲线a1和曲线a2形成的曲线的拐点(dol_tp,cs_tp)。另外，第一直线a
11
从拐点延伸至具有零压缩应力和定义为(dol_zero，0)的最大层深度的点。此外，第二直线a
22
从拐点延伸至具有零层深度和定义为(0，cs)的最大压缩应力的点。
41.考虑图2，下文计算用于碱金属铝硅酸盐玻璃的双离子交换强化过程的第一直线a
11
和第二直线a
22
下的压缩应力面积。
42.令第一压缩应力面积a为双离子交换强化过程的第一步的第一过程应力面积。cs-dol分布包括在第一直线a
11
下的第一区域，其定义碱金属铝硅酸盐玻璃的第一步离子交换的第一压缩应力面积a。图2中的第一压缩应力面积a是以坐标(0,0)、(0,cs_tp)、(dol_tp,cs_tp)和(dol_zero,0)为顶点的梯形面积。通过以下表达式计算第一压缩应力面积a：
43.a＝(cs_tp x dol_zero x 0.5) (cs_tp x dol_tp)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
44.此外，另第二压缩应力面积b为双离子交换强化过程的第二步的第二过程应力面积。cs-dol分布包括在第二直线a
22
下的第二区域，其定义碱金属铝硅酸盐玻璃的第二步离子交换的第二压缩应力面积b。图2中的第二压缩应力面积b是以坐标(0,0)、(dol_tp,0)、(dol_tp,cs_tp)和(0,cs)为顶点的梯形面积。通过以下表达式计算第二压缩应力面积b：
45.b＝(cs x dol_tp x 0.5) (cs_tp x dol_tp)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
46.考虑表达式(1)和(2)以及以上测量参数，由第一步化学强化和第二步化学强化过程形成的第一和第二压缩应力面积a和b的比率在如下定义的范围内：
47.0.1≦|(a/b)|^0.5≦5.2
48.另外，图2有助于理解碱金属铝硅酸盐玻璃的化学强化过程的反应温度和时间。cs-dol分布包括在从压缩深度点(dol_tp,0)延伸至最大压缩应力点(0,cs)的直线a
33
与第一直线a
11
和第二直线a
22
之间的第三区域，其定义第三压缩应力面积c。令第三压缩应力面积c为不含第一和第二过程应力面积的面积。通过以下表达式定义第三压缩应力面积c：
49.c＝(cs x dol_zero x 0.5)-(cs_tp x dol_zero x 0.5 cs_tp x dol_tp cs x dol_tp x 0.5)
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(3)
50.此外，cs-dol分布包括在第一直线a
11
下的第四区域，且第二直线a
22
定义第四压缩应力面积d。令第四压缩应力面积d为第一直线a
11
和第二直线a
22
下的面积。确切地说，第四压缩应力面积d为第一和第二过程应力面积的总和。通过以下表达式定义第四压缩应力面积d：
51.d＝(cs_tp x dol_zero x 0.5 cs_tp x dol_tp cs x dol_tp x 0.5)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
52.考虑表达式(3)和(4)，描述双离子交换强化过程的反应温度和时间的第三和第四压缩面积c和d的比率在如下定义的范围内：
53.0.2≦|(c/d)|^0.5≦6
54.第三压缩应力面积c与第四压缩应力面积d的比率范围与碱金属铝硅酸盐玻璃的双离子交换强化过程的反应温度和时间成反比。反应时间越短或温度越低，第三压缩应力面积c与第四压缩应力面积d的比率越高。
55.图3是说明根据本公开的例示性实施例，估计碱金属铝硅酸盐玻璃的双离子交换强化过程的第一步和第二步的时间的cs-dol分布图300的图表。碱金属铝硅酸盐玻璃的双离子交换强化过程由图3中所示的cs-dol分布中的曲线a1和曲线a2定义。曲线a1与a2之间的交点被定义为由邻接曲线a1和a2形成的曲线的拐点(dol_tp,cs_tp)。如图3中所示，第三直线a3从曲线a2上cs的最大值延伸至直到曲线a2为线性的点。此点被定义为线性点(dol_linear,cs_linear)。
56.考虑图3，角度e基本上是由第三直线a3在线性点(dol_linear,cs_linear)处相对于dol的轴线形成的角度。角度e由以下表达式定义：
57.e＝arc tangent((cs-cs_linear)/(dol_linear))
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
58.另外，角度f是由从拐点(dol_tp,cs_tp)延伸至最大压缩应力点的第二直线a
22
相对于dol的轴线形成的角度。角度f由以下表达式定义：
59.f＝arc tangent((cs-cs_tp)/(dol_tp))
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(6)
60.考虑表达式(5)和(6)，与化学强化过程的处理时间有关的角度的比率范围被定义为：
61.|(e/f)-(e-f)|^0.5≦4
62.如上文所表述的角度e和f的比率与化学强化过程的处理时间成正比。上文表述的比率的值越高，化学强化过程的处理时间越长。
63.在一些实施例中，根据要求，可通过调谐双离子交换过程获得玻璃的强度的期望值。双离子交换过程用于化学强化玻璃。在此过程中，玻璃的表面层上的较小离子与玻璃中存在的较小离子具有相同价态或氧化态的较大离子交换。此离子交换，优选金属阳离子的交换，在盐浴中进行，其中来自盐浴的较大阳离子替换玻璃的较小阳离子。此离子交换通常从玻璃的顶表面开始且延伸到顶表面下方的深度。此离子交换过程在从顶表面至玻璃深度的区域中产生压缩应力。此压缩应力使得拉伸应力增加，其强化了玻璃材料。
64.举例来说，在铝硅酸锂玻璃材料的双离子交换过程中，待替换的碱金属离子是锂离子(li )。优选使用的盐浴为钠离子(na )浴和钾离子(k )浴。更优选地，盐浴分别包含nano3和kno3的盐。在离子交换的第一步中，锂离子被玻璃材料表面内部的钠离子置换。此外，在离子交换的第二步中，锂或钠离子被玻璃材料表面内部的钾离子置换。
65.使用的玻璃为厚度在20微米至2mm范围内的碱金属铝硅酸盐玻璃。厚度为0.7mm的碱金属铝硅酸盐玻璃样品在表1中列出的条件下在第一离子交换浴中进行离子交换(第1步)，随后在第二离子交换浴中进行离子交换(第2步)。
66.表1说明例示性玻璃组合物的双离子交换过程的每一步的不同反应条件和压缩应力(cs)-层深度(dol)值。
67.[0068][0069]
表1：用于双离子交换过程的每一步的例示性玻璃样品与doc和cs
[0070]
在例示性实施例中，第一离子交换的盐浴包含5重量％至95重量％范围内的nano3和5重量％至95重量％范围内的kno3。用于处理玻璃材料的优选温度为大于300℃，且用于处理玻璃材料的时间为至少0.25小时。用于离子交换的第一步的应力分布包含60mpa至650mpa范围内的压缩应力和45μm至210μm范围内的层深度。第二离子交换的盐浴包含50重量％至100重量％范围内的kno3和0重量％至50重量％范围内的nano3。用于处理玻璃材料的优选温度为大于300℃，且用于处理玻璃材料的时间为约0.1小时至6.5小时。用于离子交换的第二步的应力分布包含130mpa至1400mpa范围内的压缩应力和小于60μm的层深度。根据上文所述的方法浸没于第二离子交换浴中增加所有样品的压缩应力。
[0071]
在一个实施例中，在低于转变温度(tg)小于50℃的化学回火温度和大于或等于2小时的总化学回火时间下实现玻璃的化学强化过程。对于玻璃的化学强化过程，cs、cs_tp、dol_tp和dol_zero的值来自fsm-6000和slp-1000(slp-2000)的拟合结果。
[0072]
表2说明通过例示性玻璃组合物的表1中所述的双离子交换过程的压缩应力-层深度(cs-dol)分布获得的应力面积和角度的不同值。
[0073]
[0074][0075]
表2：例示性玻璃组合物的cs-dol分布的应力面积和角度值
[0076]
在一个实例中，使用的玻璃为铝硅酸锂玻璃。在第一离子交换中，碱金属浴包含40重量％nano3和60重量％kno3。将此玻璃衬底在380℃的温度下浸没于碱金属浴中持续2小时的时段。玻璃经历对应于174.79μm的深度的95.33mpa的压缩应力。在第一浴中浸没之后，进行玻璃的第二离子交换处理。第二离子交换浴包含10重量％nano3和90重量％kno3。将玻璃
衬底在380℃的温度下浸没于第二离子交换浴中40分钟。材料经历对应于6.74μm的深度的714.11mpa的压缩应力。在玻璃已通过上文所描述的方法化学强化之后，玻璃的强度得以提高。由于cs、cs_tp、dol_tp和dol_zero的值来自fsm-6000和slp-1000(slp-2000)的拟合结果，因此本例示性实施例得到的拟合值为：最大压应力cs为714.10mpa，压缩深度dol_zero为176.44μm，拐点cs_tp处的压缩应力为271.64mpa，且拐点dol_tp处的层深度为2.03μm。应力面积和角度接着由cs、cs_tp、dol_tp和dol_zero值确定。第一压缩应力a与第二压缩应力b的比率(|(a/b)|^0.5)为4.4。第三压缩应力c与第四压缩应力d的比率(|(c/d)|^0.5)为1.2。由于第一压缩应力a与第二压缩应力b的比率的值较高，所以化学强化玻璃具有较高强度。
[0077]
所描述的双离子交换过程主要受玻璃的组合物影响。因此，玻璃的组合物是在其经历强化过程之前考虑的重要因素。合适的玻璃组合物有助于优化化学强化过程，本文中为双离子交换过程。
[0078]
本发明描述组合物的各种组分的最佳摩尔％。玻璃组合物包含约50摩尔％至约75摩尔％的sio2、约5摩尔％至约25摩尔％的al2o3、约0摩尔％至约10摩尔％的b2o3、约0摩尔％至约15摩尔％的na2o、约5摩尔％至约17摩尔％的li2o、约0摩尔％至约2摩尔％的k2o、约0摩尔％至约7摩尔％的mgo、约0摩尔％至约3摩尔％的cao、约0摩尔％至约7摩尔％的p2o5、约0摩尔％至约7摩尔％的zno和约0摩尔％至约7摩尔％的zro2。玻璃组合物还包括一或多种精炼剂，例如，约0摩尔％至约2.5摩尔％的sno2、约0摩尔％至约2.5摩尔％的fe2o3、约0摩尔％至约2摩尔％的ceo2，以及其它精炼剂，如氯化物和硫酸盐。此外，玻璃组合物进一步包括约0摩尔％至约2摩尔％的tio2。
[0079]
表3说明本公开的例示性化学强化玻璃的非限制性、例示性组合物。用于碱金属氧化物和碱土金属氧化物的源材料选自由碳酸盐和硝酸盐组成的群组。举例来说，在下表3-8中，na2o(c)定义用于钠(na)的源材料为碳酸钠。类似地，na2o(n)定义用于钠(na)的源材料为硝酸钠。
[0080][0081]
表3：化学强化玻璃的例示性组合物
[0082]
表4说明本公开的例示性化学强化玻璃的非限制性、例示性组合物。
[0083][0084][0085]
表4：化学强化玻璃的例示性组合物
[0086]
表5说明本公开的例示性化学强化玻璃的非限制性、例示性组合物。
[0087][0088]
表5：化学强化玻璃的例示性组合物
[0089]
表6说明本公开的例示性化学强化玻璃的非限制性、例示性组合物。
[0090][0091][0092]
表6：化学强化玻璃的例示性组合物
[0093]
表7说明本公开的例示性化学强化玻璃的非限制性、例示性组合物。
[0094][0095]
表7：化学强化玻璃的例示性组合物
[0096]
表8说明本公开的例示性化学强化玻璃的非限制性、例示性组合物。
[0097][0098][0099]
表8：化学强化玻璃的例示性组合物
[0100]
在例示性实施例中，玻璃组合物经历两步离子交换过程，所述玻璃组合物包含约65.42mol％的sio2、约1.78mol％的b2o3、约12.00mol％的al2o3、约6.89mol％的na2o(c)、约1.5mol％的na2o(n)、约6.82mol％的li2o(c)、约3.51mol％的zno、约0.073mol％的sno2、约0.009mol％的fe2o3和约2.00mol％的p2o5。在第一离子交换中，碱金属浴包含40重量％nano3和60重量％kno3。将此玻璃衬底在390℃的温度下浸没于碱金属浴中持续4小时的时段。玻璃经历对应于149.59μm的深度的106.77mpa的压缩应力。在浸没于第一浴中之后，进行玻璃的第二离子交换处理。第二离子交换浴包含100重量％kno3。将玻璃衬底在390℃的温度下浸没于第二离子交换浴中12分钟。材料经历对应于6.81μm的深度的1287.42mpa的压缩应
力。在玻璃已通过上文所描述的方法化学强化之后，玻璃的强度得以提高。由于cs、cs_tp、dol_tp和dol_zero的值来自fsm-6000和slp-1000(slp-2000)的拟合结果，因此本例示性实施例得到的拟合值为：最大压应力cs为1289.04mpa，压缩深度dol_zero为148.95μm，拐点cs_tp处的压缩应力为99.68mpa，且拐点dol_tp处的层深度为4.88μm。应力面积和角度接着由cs、cs_tp、dol_tp和dol_zero值确定。第一压缩应力a与第二压缩应力b的比率(|(a/b)|^0.5)为1.5。第三压缩应力c与第四压缩应力d的比率(|(c/d)|^0.5)为2.8。角度e与f的比率(|(e/f)-(e-f)|^0.5)为1。
[0101]
本公开提供用作盖板玻璃的化学离子交换玻璃。具有高强度和高抗裂性的盖板玻璃通过经由双离子交换过程的化学强化处理形成。与通过物理强化方法强化的玻璃衬底不同，盖板玻璃不容易断裂。具体地，本公开描述应力-dol分布和制定不等式，其适用于预测玻璃的强度以及处理参数，如时间和温度。
[0102]
此类化学强化玻璃用于保护电子装置的显示屏。其用于触摸面板显示器和显示屏的后盖，如液晶显示器(lcd)、场发射显示器(fed)、等离子显示器(pd)、电致发光显示器(eld)、有机发光二极管(oled)显示器、微型led等。然而，盖板玻璃不限于前述应用，且还可用作例如触摸面板显示器的衬底、太阳能电池的盖板玻璃、磁盘衬底、标牌衬底、窗玻璃、建筑内部和外部，汽车的内部显示器和挡风玻璃、与各种运输方式相关的窗户等。
[0103]
在另一实施例中，盖板玻璃用作与例如空运、海运或陆运的各种运输方式相关的保护窗，并且用于在非运输应用中防风。此外，其用作防火玻璃。另外，盖板玻璃还用作硬盘中的衬底。此外，其可用于半导体插入件和半导体载体中。通过添加成核剂，其还可用作陶瓷化形式的炉灶面。最后，盖板玻璃在各种应用中用作涂层衬底。
[0104]
在一个特定实施例中，本公开还聚焦于一种背面盖板玻璃，其用于保护例如移动电话、智能手机、平板电脑、可穿戴装置、数码相机等电子装置的背面。背面上使用的盖板玻璃除了为装置提供强度外，还需要增强的电磁无线电信号传输。出于设计原因，着色不透明的外观可为可能的。实现这一点的一种方法是在玻璃熔体中包括一或多种过渡元素。一或多种过渡元素可为nb2o5、zro2、fe2o3、v2o5、y2o3、mno2、nio、cuo、cr2o3、co3o4、coo、co2o3等中的至少一种。除了制备化学离子交换玻璃以外，本发明还有助于制备基于玻璃的制品，如玻璃陶瓷。上述模型有助于执行受控去玻化，以将玻璃转化为主要结晶的玻璃陶瓷材料。此类玻璃陶瓷组合物包含约0摩尔％至约6摩尔％的tio2。
[0105]
在另一实施例中，本公开进一步聚焦于玻璃组合物的额外应用。近来，随着技术的进步，玻璃已被模制以形成3d曲面玻璃板。3d曲面玻璃板具有轻、薄、透明、清洁、防指纹、防眩光、坚硬、耐刮擦、耐候性好等优点。另外，趋向于在例如移动电话的电子装置的显示屏上使用3d曲面玻璃板。此外，这些玻璃不仅可以保护或改进显示屏，而且还提供增强的电子传输。
[0106]
本公开通过经由双离子交换过程的化学强化处理提供具有更高性能强度、更好使用寿命、更高抗裂性和更高尖锐冲击强度的盖板玻璃。此外，本公开描述了计算曲线下面积和由曲线的切线形成的角度的表达式。cs-dol分布描述应力面积和各种反应参数，如双离子交换过程的时间和温度。cs-dol分布有助于理解和调整强化过程参数，以获得合适的玻璃材料。
[0107]
虽然已出于说明的目的阐述了典型实施例，但不应将前述描述视为对本公开或所
附权利要求书的范围的限制。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，所属领域的技术人员可进行各种修改、调适和替代。