强化玻璃制品及包括该强化玻璃制品的消费电子产品的制作方法

1.本技术根据35 u.s.c.
§
119主张于2020年01月03日提交的美国临时申请第62/956,922号的优先权权益，本技术以其内容为基础并且其内容以引用的形式全部并入本文。技术领域
[0002][0003]
本公开总体上涉及强化玻璃制品及其制造方法，更特别地，涉及在30ghz具有低介电常数和低介电损耗正切的强化玻璃制品及其制造方法。


背景技术：

[0004]
无线通信正在移向毫米波长体系中的较高频率带以增加数据传输率、降低延迟及改善通信成本。特别地，自4g移动至5g无线通信代表自约700mhz
–
3ghz范围中的通信带宽移动至20ghz
–
100ghz范围中的通信带宽。然而，在此波区中很多电子装置中使用的材料具有不良透射或介电导率(dielectric permeability)。
[0005]
在移动电子装置中，金属装置背部已被玻璃或其他非金属材料取代，以促进天线信号的渗透率或透射。然而，所预期的是，常规用于移动电子装置中的玻璃，诸如用于盖和装置背部，将阻碍数据信号的透射及接收。
[0006]
因此，需要在20ghz
–
100ghz，更具体地在25ghz
–
40ghz的范围内具有低介电常数及低介电损耗正切的强化玻璃制品。


技术实现要素：

[0007]
根据本文揭示的第一方面，强化玻璃制品由玻璃组合物形成，玻璃组合物包含小于1.0摩尔％的r2o，其中r为碱金属离子，其中强化玻璃制品在30ghz具有小于6.25的介电常数和小于0.01的介电损耗正切。
[0008]
根据本文揭示的第二方面，强化玻璃制品包括根据第一方面的强化玻璃制品，其中强化玻璃制品在25℃具有自1.0至1.5w/m*k的热导率。
[0009]
根据本文揭示的第三方面，强化玻璃制品包括根据任一前述方面的强化玻璃制品，其中强化玻璃制品在30ghz具有自2至6的介电常数。
[0010]
根据本文揭示的第四方面，强化玻璃制品包括根据任一前述方面的强化玻璃制品，其中强化玻璃制品在30ghz具有自0.0001至0.01的介电损耗正切。
[0011]
根据本文揭示的第五方面，强化玻璃制品包括根据任一前述方面的强化玻璃制品，其中玻璃组合物选自由下列各项所组成的组：硅酸盐玻璃组合物、硼酸盐玻璃组合物、磷酸盐玻璃组合物、铝酸盐玻璃组合物、锗酸盐玻璃组合物，以及它们的组合。
[0012]
根据本文揭示的第六方面，强化玻璃制品包括根据任一前述方面的强化玻璃制品，其中玻璃组合物包含小于0.1摩尔％的r2o。
[0013]
根据本文揭示的第七方面，强化玻璃制品包括根据任一前述方面的强化玻璃制品，其中玻璃组合物不含碱金属离子。
[0014]
根据本文揭示的第八方面，强化玻璃制品包括根据任一前述方面的强化玻璃制品，其中玻璃组合物包含小于5摩尔％的mgo和cao。
[0015]
根据本文揭示的第九方面，强化玻璃制品包括根据任一前述方面的强化玻璃制品，其中玻璃组合物包含小于10摩尔％的sro和bao。
[0016]
根据本文揭示的第十方面，强化玻璃制品包括根据任一前述方面的强化玻璃制品，其中藉由热回火或机械强化来强化玻璃组合物。
[0017]
根据本文揭示的第十一方面，电子装置包含根据任一前述方面的强化玻璃制品。
[0018]
根据本文揭示的第十二方面，电子装置包含根据第十一方面的电子装置，其中强化玻璃制品放置为与至少一个波层(wave layer)直接相邻，波层具有小于强化玻璃制品的介电常数的介电常数。
[0019]
根据本文揭示的第十三方面，消费电子产品包含：外壳，其包含前表面、背表面及侧表面；至少部分地位于外壳内的电子组件，该电子组件包含控制器、存储器及显示器，显示器位于外壳的前表面处或与外壳的前表面相邻；以及设置于显示器上方的覆盖基板，其中外壳的一部分或覆盖基板中的至少一者包含任一前述方面的强化玻璃制品。
[0020]
根据本文揭示的第十四方面，消费电子产品包括根据第十三方面的消费电子产品，其中外壳的一部分包含强化玻璃制品，其中强化玻璃制品包含具有较小厚度d1的区域，厚度d1小于或等于强化玻璃制品的其余部分的厚度d的约20％。
[0021]
根据本文揭示的第十五方面，形成强化玻璃制品的方法包含以下步骤：由玻璃组合物形成玻璃制品，玻璃组合物包含小于1.0摩尔％的r2o，其中r为碱金属离子；以及使用热回火或机械强化工艺来对玻璃制品进行强化，从而形成强化玻璃制品，其中强化玻璃制品在30ghz具有小于6.25的介电常数以和小于0.01的介电损耗正切。
[0022]
根据第十六方面，方法包含第十五方面的方法，其中强化玻璃制品在25℃具有自1.0至1.5w/m*k的热导率。
[0023]
根据第十七方面，方法包含第十五方面或第十六方面的方法，其中强化玻璃制品在30ghz具有自2至6的介电常数。
[0024]
根据第十八方面，方法包含第十五至第十七方面中任一者的方法，其中强化玻璃制品在30ghz具有自0.0001至0.01的介电损耗正切。
[0025]
根据第十九方面，方法包含第十五至第十八方面中任一者的方法，其中玻璃组合物选自由下列各项所组成的组：硅酸盐玻璃组合物、硼酸盐玻璃组合物、磷酸盐玻璃组合物、铝酸盐玻璃组合物、锗酸盐玻璃组合物，以及它们的组合。
[0026]
根据第二十方面，方法包含第十五至第十九方面中任一者的方法，其中玻璃组合物不含碱金属离子。
[0027]
根据第二十一方面，方法包含第十五至第二十方面中任一者的方法，其中玻璃组合物包含小于5摩尔％的mgo和cao。
[0028]
根据第二十二方面，方法包含第十五至第二十一方面中任一者的方法，其中玻璃组合物包含小于10摩尔％的sro和bao。
[0029]
根据第二十三方面，方法包含第十五至第二十二方面中任一者的方法，其中强化玻璃制品放置为与至少一个波层直接相邻和接触，波层具有小于强化玻璃制品的介电常数的介电常数。
[0030]
本文揭示的实施方式的另外的特征及优点将载于以下的详细描述中，并且部分特征及优点对本领域技术人员而言将由该叙述显而易见或是藉由实践本文中描述的实施方式(包括以下的详细描述、权利要求书以及附图)而认识到。
[0031]
要理解的是，上述一般性叙述与以下的详细描述两者呈现企图提供用于理解要求保护的实施方式的本质及特性的概述或框架的实施方式。包括附图以提供进一步理解，附图并入本说明书并且构成本说明书的一部分。附图说明本文中描述的各种实施方式，并且连同叙述用以解释本文中描述的各种实施方式的原则及操作。
附图说明
[0032]
图1为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式的热强化玻璃制品的横截面图；
[0033]
图2a为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式的层合玻璃制品的横截面图；
[0034]
图2b为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式的用于制作层合玻璃制品的示例性熔融拉制设备的示意图；
[0035]
图3为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式的玻璃-聚合物层合体的横截面图；
[0036]
图4为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式的包括强化玻璃制品的装置的分解透视图；
[0037]
图5为针对样品玻璃3及xg(“exg”)玻璃显示热膨胀系数(cte)(单位ppm/℃；y轴)随温度(t)(单位℃；x轴)变化的图线；
[0038]
图6为针对样品玻璃4及exg玻璃显示cte(单位ppm/℃；y轴)随温度(t)(单位℃；x轴)变化的图线；
[0039]
图7为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式，针对包括样品玻璃3作为芯及exg玻璃作为包层的玻璃层合体显示应力松弛(f(t)；y轴)随温度(单位℃；x轴)变化的图线；
[0040]
图8为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式，针对包括样品玻璃3作为芯及exg玻璃作为包层的玻璃层合体显示中心张力(ct；单位mpa；y轴)随温度(单位℃；x轴)变化的图线；
[0041]
图9为针对样品玻璃4及样品玻璃1显示cte(单位ppm/℃；y轴)随温度(t)(单位℃；x轴)变化的图线；
[0042]
图10为针对样品玻璃5及样品玻璃2显示cte(单位ppm/℃；y轴)随温度(t)(单位℃；x轴)变化的图线；
[0043]
图11为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式的玻璃制品的横截面图；
[0044]
图12为针对在0至55ghz的频率范围上具有2.7的介电常数的基板的透射(虚线)及反射(实线)的图线；
[0045]
图13为针对在0至55ghz的频率范围上具有7.0的介电常数的基板的透射(虚线)及反射(实线)的图线；
[0046]
图14为分析厚度自200μm至1000μm的基板在28ghz的频率的透射(虚线)及反射(实
线)随相对介电常数(x轴)变化的图线；
[0047]
图15为分析厚度自200μm至1000μm的基板在38ghz的频率的透射(虚线)及反射(实线)随相对介电常数(x轴)变化的图线；
[0048]
图16为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式，玻璃基板的两侧具有四分之一波长转换器(transformer)的堆叠体的横截面图；
[0049]
图17为针对图16中所示的堆叠体的透射(虚线)及反射(实线)的图线，其中在0至55ghz的频率范围上四分之一波长转换器具有2.7的介电常数及1.6mm的厚度；
[0050]
图18为针对图16中所示的堆叠体的透射(虚线)及反射(实线)的图线，其中在0至55ghz的频率范围上四分之一波长转换器具有3.5的介电常数及1.4mm的厚度；
[0051]
图19为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式在玻璃基板之一上具有匹配层的堆叠体的横截面图；
[0052]
图20为针对图19中所示的堆叠体的透射(虚线)及反射(实线)的图线，其中在0至55ghz的频率范围上匹配层具有2.7的介电常数及1.83mm的厚度；
[0053]
图21为针对图19中所示的堆叠体的透射(虚线)及反射(实线)的图线，其中在0至55ghz的频率范围上匹配层具有7.0的介电常数及1.32mm的厚度；
[0054]
图22为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式在玻璃基板之一上形成有袋部(pocket)的玻璃基板的横截面图；
[0055]
图23为针对图22中所示的在28ghz的频率具有自200μm至1000μm的可变厚度的基板，透射(虚线)及反射(实线)随相对介电常数(x轴)变化的图线；
[0056]
图24为分析图22中所示的在38ghz的频率具有自200μm至1000μm的可变厚度的基板，透射(虚线)及反射(实线)随相对介电常数(x轴)变化的图线；
[0057]
图25为根据本文中显示及描述的一个或多个实施方式在玻璃基板之一上形成有袋部且以具有低介电常数的材料填充的玻璃基板的横截面图；
[0058]
图26为分析图25中所示的在28ghz的频率具有自200μm至1000μm的可变厚度的基板，透射(虚线)及反射(实线)随相对介电常数(x轴)变化的图线；以及
[0059]
图27为分析图25中所示的在38ghz的频率具有自200μm至1000μm的可变厚度的基板，透射(虚线)及反射(实线)随相对介电常数(x轴)变化的图线。
具体实施方式
[0060]
现将仔细参照本公开的当前较佳实施方式，在附图中说明它们的实施例。当可行时，在附图通篇将使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。然而，可以许多不同形式体现本公开内容并且本公开内容不应受限于本文中阐述的实施方式。
[0061]
在本文中范围可表示为自“约”一特定值，和/或至“约”另一特定值。当表示此范围时，另一实施方式包括自该特定值和/或至其他特定值。类似地，当例如使用先行词“约”表示值为近似时，将要理解的是特定值形成另一实施方式。将进一步理解的是，各范围的端点相对于其他端点及独立于其他端点都是重要的。
[0062]
仅参照附图在本文中使用方向性术语，例如上、下、右、左、前、后、顶、底，并且方向性术语并非用以暗示绝对方向。
[0063]
如本文中所使用的，单数型“一个”、“一种”和“该”包括复数指称，除非上下文另行
清楚指明。因此，例如，提到“一种”成分时，包括具有两种或更多种此类成分的方面，除非内文另行清楚指明。
[0064]
术语“热膨胀系数”或cte为特定温度范围上的平均cte。在各种实施方式中，玻璃组合物的低温热膨胀系数(ltcte)针对玻璃材料或层在约20℃至约300℃的温度范围上平均，针对聚合物材料或层在约0℃至约40℃的温度范围上平均。在各种实施方式中，玻璃组合物的高温热膨胀系数(htcte)意指在玻璃具有10
11
泊的黏度的最小温度(t
11
温度)下玻璃组合物的cte。因为t
11
温度随着特定组成而变化，当提到高温热膨胀系数(δhtcte)的差异时，其意指一对玻璃组合物中较低t
11
下玻璃组合物的cte的差异。
[0065]
诸如手机之类的消费者装置在朝向5g网络上操作的方向发展，其在两个频带上具有操作频率范围：一个在28ghz附近，一个在38ghz附近。由于玻璃的厚度及玻璃的高介电常数，用作覆盖玻璃或在装置背面中的传统玻璃制品可能降低信号。例如藉由降低玻璃中的碱金属含量可达成降低介电常数。然而，从玻璃组合物减少或甚至消除碱金属离子妨碍玻璃经由离子交换而强化。
[0066]
因此，本文中描述的各种实施方式包括由包含小于1.0摩尔％的r2o的玻璃组合物所形成的强化玻璃制品，其中r为碱金属离子。强化玻璃制品在30ghz具有小于6.25的介电常数和小于0.01的介电损耗正切。此外，本文中描述的各种实施方式包括在28ghz及在38ghz展现大于70％透射的玻璃制品。藉由热回火或机械强化工艺可强化这种玻璃制品，以及这种玻璃制品可能特别地非常适合用于消费电子产品中，用于20ghz
–
100ghz通信频带中，如以下将更详细描述的。
[0067]
玻璃组合物
[0068]
在各种实施方式中，由玻璃组合物形成强化玻璃制品，玻璃组合物包含小于1.0摩尔％的r2o，其中r为碱金属离子(即，锂、钠、钾、铷、铯及钫)。在实施方式中，玻璃组合物可包含小于0.1摩尔％的碱金属离子，或可不含碱金属离子。例如，玻璃组合物可包括自0摩尔％至1.0摩尔％、自0摩尔％至0.75摩尔％、自0摩尔％至0.5摩尔％、自0摩尔％至0.25摩尔％、自0摩尔％至0.1摩尔％、自0摩尔％至0.05摩尔％，或自0摩尔％至0.01摩尔％。不受限于理论，据信碱金属离子的存在将导致显著的介电损耗，特别是在高频范围中(如，在微波至ir范围中)，其中离子是相对容易极化的。因此，在各种实施方式中，限制玻璃组合物中及最终强化玻璃制品中的碱金属离子含量为小于1.0摩尔％、小于0.1摩尔％，或甚至更少。
[0069]
各种实施方式的玻璃组合物选自由以下各项所组成的组：硅酸盐玻璃组合物、硼酸盐玻璃组合物、磷酸盐玻璃组合物、铝酸盐玻璃组合物、锗酸盐玻璃组合物，以及它们的组合。然而，应理解的是，考虑用于形成玻璃基板的其他玻璃和/或玻璃陶瓷组合物且它们是可行的。
[0070]
玻璃组合物可大致上包括以下各项的组合：sio2，al2o3，诸如beo、mgo、cao、sro和bao中至少一种的碱土金属氧化物，和/或诸如li2o、na2o、k2o、rb2o及cs2o的碱金属氧化物。在实施方式中，玻璃组合物不含碱金属，而在其他实施方式中，玻璃组合物包括小于1摩尔％的一种或多种碱金属氧化物。在实施方式中，玻璃组合物可进一步包括少量的一种或多种另外的氧化物，诸如，例如但不限于sno2、sb2o3b2o3、zro2、zno，或类似者。可添加这些成分作为澄清剂。
[0071]
在实施方式中，玻璃组合物大致上包括大于或等于40摩尔％且小于或等于80摩
尔％的含量的sio2。当sio2的含量太小时，玻璃可能具有不良的化学及机械耐久性。另一方面，当sio2的含量太大时，玻璃的熔融能力降低及黏度增加，因此玻璃的形成变得困难。在实施方式中，sio2以大于或等于50摩尔％且小于或等于80摩尔％、大于或等于60摩尔％且小于或等于80摩尔％，或大于或等于40摩尔％且小于或等于60摩尔％的含量存在玻璃组合物中。
[0072]
在实施方式中，玻璃组合物包含大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％及前述值之间所有范围及子范围的含量的sio2。在一些实施方式中，玻璃组合物包含大于或等于0.5摩尔％、大于或等于1摩尔％、大于或等于2摩尔％、大于或等于4摩尔％、大于或等于6摩尔％，或大于或等于8摩尔％的含量的sio2。在一些实施方式中，玻璃组合物包含小于或等于8摩尔％、小于或等于6摩尔％、小于或等于4摩尔％、小于或等于3摩尔％、小于或等于2摩尔％、小于或等于1摩尔％，或小于或等于0.5摩尔％的含量的sio2。应理解的是，在一些实施方式中，任何以上范围可与任何其他范围组合。然而，在其他实施方式中，玻璃组合物包含大于或等于0.5摩尔％且小于或等于8摩尔％、大于或等于1摩尔％且小于或等于6摩尔％，或大于或等于2摩尔％且小于或等于4摩尔％及前述值之间所有范围及子范围的含量的sio2。
[0073]
然而，在各种实施方式中，玻璃组合物可为高氧化硅含量玻璃组合物，包含大于或等于70摩尔％的sio2。例如，玻璃组合物可包括大于或等于70摩尔％的sio2、大于或等于75摩尔％的sio2、大于或等于80摩尔％的sio2、大于或等于85摩尔％的sio2、大于或等于90摩尔％的sio2、大于或等于95摩尔％的sio2，或甚至大于或等于99摩尔％的sio2。在一些特别的实施方式中，玻璃为高纯度熔融氧化硅(hpfs)。
[0074]
玻璃组合物也可包括al2o3。增加al2o3的含量可提高玻璃的软化点，从而降低玻璃的成形性。本文中描述的玻璃组合物可包括大于或等于10摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于25摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于10摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于15摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于15摩尔％且小于或等于25摩尔％、大于或等于15摩尔％且小于或等于20摩尔％、大于或等于20摩尔％且小于或等于30摩尔％、大于或等于20摩尔％且小于或等于25摩尔％，或大于或等于25摩尔％且小于或等于30摩尔％的含量的al2o3。然而，在一些实施方式中，玻璃组合物不含al2o3。
[0075]
在本文中描述的实施方式中，玻璃组合物中的硼浓度为助熔剂(flux)，可添加其至玻璃组合物以使黏度-温度曲线比较不陡。硼浓度还降低整体曲线，从而改进玻璃的成形性及软化玻璃。因此，可添加b2o3至玻璃组合物以改进抗机械损伤性、增加断裂韧性，及增加htcte。在实施方式中，玻璃组合物包括大于或等于0摩尔％的b2o3且小于或等于10摩尔％的b2o3、大于或等于0摩尔％且小于或等于7.5摩尔％的b2o3、大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％的b2o3、大于或等于0摩尔％且小于或等于2.5摩尔％的b2o3、大于或等于2.5摩尔％的b2o3且小于或等于10摩尔％的b2o3、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于7.5摩尔％的b2o3、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于5摩尔％的b2o3、大于或等于5摩尔％的b2o3且小于或等于10摩尔％的b2o3、大于或等于5摩尔％且小于或等于7.5摩尔％的b2o3，或大于或等于7.5摩尔％且小于或等于10摩尔％的b2o3。在实施方式中，玻璃组合物可不含硼及含硼化合物。
[0076]
在实施方式中，诸如在玻璃组合物为硼酸盐玻璃组合物的实施方式中，玻璃组合物可包括自25摩尔％至70摩尔％的b2o3。在一些实施方式中，玻璃组合物包含大于或等于30摩尔％、大于或等于35摩尔％、大于或等于40摩尔％、大于或等于45摩尔％、大于或等于50摩尔％、大于或等于55摩尔％、大于或等于60摩尔％，或大于或等于65摩尔％的含量的b2o3。在一些实施方式中，玻璃组合物包含小于或等于65摩尔％、小于或等于60摩尔％、小于或等于55摩尔％、小于或等于50摩尔％、小于或等于45摩尔％、小于或等于40摩尔％、小于或等于35摩尔％，或小于或等于30摩尔％的含量的b2o3。应理解的是，在一些实施方式中，任何以上范围可与任何其他范围组合。然而，在其他实施方式中，玻璃组合物包含大于或等于30摩尔％且小于或等于65摩尔％、大于或等于35摩尔％且小于或等于60摩尔％、大于或等于40摩尔％且小于或等于55摩尔％，或大于或等于45摩尔％且小于或等于50摩尔％及前述值之间所有范围及子范围的含量的b2o3。
[0077]
在实施方式中，玻璃网络形成剂b2o3 al2o3 sio2的总和为大于或等于35摩尔％且小于或等于100摩尔％及前述值之间所有范围及子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的玻璃网络形成剂b2o3 al2o3 sio2的总和为大于或等于36摩尔％，诸如大于或等于38摩尔％、大于或等于40摩尔％、大于或等于42摩尔％、大于或等于44摩尔％、大于或等于46摩尔％、大于或等于48摩尔％、大于或等于50摩尔％、大于或等于52摩尔％、大于或等于54摩尔％、大于或等于56摩尔％、大于或等于58摩尔％、大于或等于60摩尔％、大于或等于62摩尔％、大于或等于64摩尔％、大于或等于66摩尔％、大于或等于68摩尔％、大于或等于70摩尔％、大于或等于72摩尔％，或大于或等于74摩尔％。在一些实施方式中，玻璃网络形成剂b2o3 al2o3 sio2的总和小于或等于100摩尔％，诸如小于或等于99摩尔％、小于或等于95摩尔％、小于或等于90摩尔％、小于或等于85摩尔％、小于或等于80摩尔％、小于或等于75摩尔％、小于或等于72摩尔％、小于或等于70摩尔％、小于或等于68摩尔％、小于或等于66摩尔％、小于或等于64摩尔％、小于或等于62摩尔％、小于或等于60摩尔％、小于或等于58摩尔％、小于或等于56摩尔％、小于或等于54摩尔％、小于或等于52摩尔％、小于或等于50摩尔％、小于或等于48摩尔％、小于或等于46摩尔％、小于或等于44摩尔％、小于或等于42摩尔％、小于或等于40摩尔％、小于或等于38摩尔％，或小于或等于36摩尔％。应理解的是，在一些实施方式中，任何以上范围可与任何其他范围组合。然而，在其他实施方式中，玻璃组合物包含的玻璃网络形成剂b2o3 al2o3 sio2的总和为大于或等于36摩尔％且小于或等于100摩尔％、大于或等于40摩尔％且小于或等于70摩尔％、大于或等于45摩尔％且小于或等于65摩尔％，或大于或等于50摩尔％且小于或等于60摩尔％及前述值之间所有范围及子范围的含量。
[0078]
在玻璃组合物为磷酸盐玻璃组合物的实施方式中，p2o5为玻璃组合物中的主要玻璃形成剂。相较于硅酸盐玻璃中的典型3d网络，其形成线性分子结构的倾向解释了这种玻璃组合物的低熔融温度和转变温度。p2o5的含量影响玻璃的耐水性。当p2o5含量高于34摩尔％时，玻璃将具有不令人满意的耐水性。然而，另一方面，当p2o5含量低于31摩尔％时，玻璃太过易于失透而不适合在工作温度下与聚合物紧密地配混。尽管在实施方式中，玻璃组合物中的p2o5含量为自32.5摩尔％至34摩尔％，所考虑的是，取决于特别实施方式而考虑其他含量的p2o5。
[0079]
玻璃组合物的实施方式可进一步包括小于1.0摩尔％的一种或多种碱金属氧化物
(如，na2o、k2o、li2o，或类似者)。碱金属氧化物可增加玻璃制品的介电常数及介电损耗正切。碱金属氧化物大致上以大于或等于0摩尔％且小于或等于1.0摩尔％的含量存在玻璃组合物中。如以上所述，在实施方式中，碱金属氧化物的含量可为自0摩尔％至1.0摩尔％、自0摩尔％至0.75摩尔％、自0摩尔％至0.5摩尔％、自0摩尔％至0.25摩尔％、自0摩尔％至0.1摩尔％、自0摩尔％至0.05摩尔％，或自0摩尔％至0.01摩尔％。在本文中描述的各种实施方式中，藉由不同于化学强化(即离子交换)的方法来强化玻璃制品。因此，在实施方式中，玻璃组合物中的一种或多种不含碱金属氧化物。
[0080]
如同本文前述提供的，玻璃组合物的实施方式可进一步包括一种或多种碱土金属氧化物。碱土金属氧化物可包括，例如mgo、cao、sro、bao，或它们的组合。
[0081]
碱土金属氧化物改进玻璃批料氧化物的可熔性及增加玻璃组合物的化学耐久性。在本文中描述的玻璃组合物中，玻璃组合物大致上包括至少一种碱土金属氧化物，其含量为大于或等于0摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于12摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于2.5摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于12摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于12摩尔％，或大于或等于12摩尔％且小于或等于15摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物不含碱土金属氧化物。
[0082]
mgo的含量可以为大于或等于0摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于12摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于2.5摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于12摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于12摩尔％，或大于或等于12摩尔％且小于或等于15摩尔％。然而，所考虑的是，在实施方式中，mgo可能不包括在玻璃组合物中。
[0083]
作为另外的实例，cao在玻璃组合物中的含量可以为大于或等于0摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于12摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于2.5摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于12摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于15摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于12摩尔％，或大于或等于12摩尔％且小于或等于15摩尔％。在实施方式中，cao可能不存在于玻璃组合物中。
[0084]
在各种实施方式中，玻璃组合物包括小于5摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量。例如，玻璃组合物可包括自0摩尔％至5摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自0摩尔％至4摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自0摩尔％至3摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自0摩尔％至2摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自0摩尔％至1摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自0摩尔％至0.5摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自0.5摩尔％至5摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自0.5摩尔％至4摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自0.5摩尔％至3摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自0.5摩尔％至2摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自0.5摩尔％至1摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自1摩尔％至5摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自1摩尔％
至4摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自1摩尔％至3摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自1摩尔％至2摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自2摩尔％至5摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自2摩尔％至4摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自2摩尔％至3摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自3摩尔％至5摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量、自3摩尔％至4摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量，或自4摩尔％至5摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量。在实施方式中，玻璃组合物可能不含mgo和cao。
[0085]
在实施方式中，sro在玻璃组合物中的含量可以大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于7.5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于2.5摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于7.5摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于7.5摩尔％，或大于或等于7.5摩尔％且小于或等于10摩尔％。在实施方式中，sro可能不存在于玻璃组合物中。
[0086]
在包括bao的实施方式中，bao的含量可以大于或等于0摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于7.5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于0摩尔％且小于或等于2.5摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于7.5摩尔％、大于或等于2.5摩尔％且小于或等于5摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于10摩尔％、大于或等于5摩尔％且小于或等于7.5摩尔％，或大于或等于7.5摩尔％且小于或等于10摩尔％。在实施方式中，bao在玻璃组合物中的含量可以小于或等于约2wt％或甚至小于或等于约1wt％。在实施方式中，bao可能不存在于玻璃组合物中。
[0087]
在各种实施方式中，玻璃组合物包括小于10摩尔％的sro和bao的总摩尔含量。例如，玻璃组合物可包括自0摩尔％至10摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自0摩尔％至7.5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自0摩尔％至5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自0摩尔％至2.5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自0摩尔％至1.0摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自0摩尔％至0.5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自0.5摩尔％至10摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自0.5摩尔％至7.5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自0.5摩尔％至5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自0.5摩尔％至2.5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自0.5摩尔％至1.0摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自1.0摩尔％至10摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自1.0摩尔％至7.5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自1.0摩尔％至5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自1.0摩尔％至2.5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自2.5摩尔％至10摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自2.5摩尔％至7.5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自2.5摩尔％至5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自5摩尔％至10摩尔％的sro和bao的总摩尔含量、自5摩尔％至7.5摩尔％的sro和bao的总摩尔含量，或自7.5摩尔％至10摩尔％的sro和bao的总摩尔含量。在实施方式中，玻璃组合物可不含sro和bao。
[0088]
除了sio2、al2o3、碱金属氧化物及碱土金属氧化物以外，玻璃组合物的实施方式可任选地包括一种或多种澄清剂，诸如，例如而不限于sno2、sb2o3、as2o3，和/或诸如f-和/或cl-(来自nacl或类似者)的卤素。当澄清剂存在玻璃组合物中时，澄清剂可以小于或等于2摩尔％或甚至小于或等于0.1摩尔％的含量存在。当澄清剂的含量过大时，澄清剂可能进入
玻璃结构并且影响各种玻璃性质。然而，当澄清剂的含量太低时，玻璃可能难以形成。例如，在实施方式中，包括大于或等于0.1摩尔％且小于或等于2摩尔％的含量的sno2作为澄清剂。
[0089]
玻璃组合物中可另外包括其他金属氧化物。例如，玻璃组合物可进一步包括zno或zro2，它们各自改进玻璃组合物对化学攻击的抗性。在这种实施方式中，另外的金属氧化物可以大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％的含量存在。如果zro2的含量太高，其可能无法溶解于玻璃组合物中，可能造成玻璃组合物中的缺陷，并且可能驱使杨氏模量上升。在实施方式中，可包括小于或等于5摩尔％，或小于或等于2.5摩尔％的含量的zno。在实施方式中，可包括zno作为一种或多种碱土金属氧化物的替代物，诸如部分替代mgo，或者附加于或替代cao、bao或sro中的至少一者。因此，在玻璃组合物中的zno含量若太高或太低，可具有上文就碱土金属氧化物所述相同的效果。
[0090]
在实施方式中，tio2可包括于玻璃组合物中。例如，tio2可以大于或等于0摩尔％且小于或等于5摩尔％的含量存在，以增加玻璃的htcte。在实施方式中，可包括大于0摩尔％、大于或等于0.5摩尔％、大于或等于1摩尔％、大于或等于1.5摩尔％，或大于或等于2摩尔％的含量的tio2。可包括小于或等于5摩尔％、小于或等于4.5摩尔％、小于或等于4摩尔％、小于或等于3.5摩尔％，或小于或等于3摩尔％的含量的tio2。在实施方式中，玻璃组合物可能不含(如，含有零)tio2。
[0091]
考虑各种玻璃组合物。例如，玻璃组合物可为含有小于1摩尔％的r2o(其中r为碱金属离子)的硅酸盐玻璃组合物、硼酸盐玻璃组合物、铝酸盐玻璃组合物、锗酸盐玻璃组合物或它们的组合(如，硼硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃组合物，或磷硅酸盐玻璃组合物)。作为另外的实例，玻璃组合物可为含有小于0.1摩尔％的r2o(其中r为碱金属离子)的硅酸盐玻璃组合物、硼酸盐玻璃组合物、铝酸盐玻璃组合物、锗酸盐玻璃组合物或它们的组合(如，硼硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃组合物，或磷硅酸盐玻璃组合物)。作为又一实例，玻璃组合物可为含有小于0.1摩尔％的r2o(其中r为碱金属离子)以及小于5摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量的硅酸盐玻璃组合物、硼酸盐玻璃组合物、铝酸盐玻璃组合物、锗酸盐玻璃组合物或它们的组合(如，硼硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃组合物，或磷硅酸盐玻璃组合物)。作为另外的实例，玻璃组合物可为含有小于0.1摩尔％的r2o(其中r为碱金属离子)以及小于10摩尔％的sro和bao的总摩尔含量的硅酸盐玻璃组合物、硼酸盐玻璃组合物、铝酸盐玻璃组合物、锗酸盐玻璃组合物或它们的组合(如，硼硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃组合物，或磷硅酸盐玻璃组合物)。在另外的实例中，玻璃组合物可为含有小于0.1摩尔％的r2o(其中r为碱金属离子)、小于5摩尔％的mgo和cao的总摩尔含量以及小于10摩尔％的sro和bao的总摩尔含量的硅酸盐玻璃组合物、硼酸盐玻璃组合物、铝酸盐玻璃组合物、锗酸盐玻璃组合物或它们的组合(如，硼硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃组合物，或磷硅酸盐玻璃组合物)。在实施方式中，合适的市售玻璃制品包括以硅酸盐玻璃组合物)。在实施方式中，合适的市售玻璃制品包括以xg、2000、7059、corning code 1737、lotustm nxt销售的玻璃制品[所有皆可得自纽约州康宁市的康宁公司(corning incorporated(corning,ny))]、可得自旭硝子公司(agc inc.)的an wizustm及an100tm、可得自日本电气硝子公司(nippon electric glass co.)的oa11及oa12，及hbdx。应理解的是，也可利用其他玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、多层，或复合组成。
[0092]
尽管可使用各种玻璃组合物中的任一者，在各种实施方式中，玻璃制品在30ghz具有小于6.25的介电常数。材料的介电常数(k)亦称作相对电容率(relative permittivity)，为与真空载运交流电的能力相较而言，材料载运交流电的能力的数值。换句话说，材料的相对电容率为电荷之间的电场相对于真空而降低的因子。利用测试电容器可测量材料的介电常数。测量在板之间具有真空的测试电容器的电容以及测量在板之间具有所关注的材料的测试电容器的电容。介电常数为测试材料的电容与真空的电容的比值。在实施方式中，玻璃制品在30ghz具有小于6.00、小于5.75、小于5.50、小于5.25、小于5.15、小于5.00、小于4.75、小于4.50、小于4.25，或甚至小于4.00的介电常数。例如，玻璃制品在30ghz可具有自2.00至6.00、自2.25至5.75、自2.50至5.50、自2.75至5.15、自3.00至5.00、自4.00至5.00、自4.50至5.00、自4.50至4.90、自3.25至4.75、自3.50至4.50、自3.75至4.25，及前述值之间所有范围及子范围的介电常数。
[0093]
根据各种实施方式，玻璃制品在30ghz具有小于0.01的介电损耗正切。在实施方式中，玻璃制品在30ghz具有小于0.01、小于0.009、小于0.008、小于0.007、小于0.006、小于0.005、小于0.004、小于0.003，或小于0.002的介电损耗正切。例如，玻璃制品在30ghz可具有自0.001至0.01、自0.001至0.009、自0.001至0.008、自0.001至0.007、自0.001至0.006、自0.001至0.005、自0.001至0.004、自0.001至0.003、自0.001至0.002、自0.002至0.01、自0.002至0.009、自0.002至0.008、自0.002至0.007、自0.002至0.006、自0.002至0.005、自0.002至0.004、自0.002至0.003、自0.003至0.01、自0.003至0.009、自0.003至0.008、自0.003至0.007、自0.003至0.006、自0.003至0.005、自0.003至0.004、自0.004至0.01、自0.004至0.009、自0.004至0.008、自0.004至0.007、自0.004至0.006、自0.004至0.005、自0.005至0.01、自0.005至0.009、自0.005至0.008、自0.005至0.007、自0.005至0.006、自0.006至0.01、自0.006至0.009、自0.006至0.008、自0.006至0.007、自0.007至0.01、自0.007至0.009、自0.007至0.008、自0.008至0.01、自0.008至0.009、自0.009至0.01，及前述值之间所有范围及子范围的介电损耗正切。
[0094]
不受到理论限制，据信涉及离子跳跃、振动或变形过程的介电损耗机制随温度指数性增加。因此，在各种实施方式中，玻璃制品在25℃具有自1.0至1.5w/m*k的热导率，以使玻璃制品能散热并缓和增加的介电损耗。例如，玻璃制品在25℃可具有自1.0至1.5w/m*k、自1.0至1.4w/m*k、自1.0至1.3w/m*k、自1.0至1.2w/m*k、自1.0至1.1w/m*k、自1.1至1.5w/m*k、自1.1至1.4w/m*k、自1.1至1.3w/m*k、自1.1至1.2w/m*k、自1.2至1.5w/m*k、自1.2至1.4w/m*k、自1.2至1.3w/m*k、自1.3至1.5w/m*k、自1.3至1.4w/m*k、自1.4至1.5w/m*k，及前述值之间所有范围及子范围的热导率。
[0095]
强化方法
[0096]
在各种实施方式中，玻璃制品为强化玻璃制品。强化玻璃制品，相较于未强化玻璃制品，对断裂可展现较大的抗性。此外，相对于其厚度，如果玻璃制品具有充分的强化程度，其在破裂时可分成小碎片而不是具有尖锐边缘的大或细长碎片。然而，因为以上提到的玻璃组合物具有低碱金属含量或不含碱金属，藉由不涉及离子交换的方式强化各种实施方式的玻璃制品。因此，在各种实施方式中，藉由热回火或机械强化来强化玻璃制品。例如，机械强化可包括玻璃制品与聚合物层层合以形成玻璃聚合物层合体，或多个玻璃层层合，各层具有不同的热膨胀系数(cte)。在各种实施方式中，在各玻璃层中较低的t
11
(10
11
泊温度)测
量，各层具有高温热膨胀系数(htcte)差异，或δhtcte。现将描述强化玻璃制品的各种方法。
[0097]
在玻璃制品的热(或“物理”)强化中，加热玻璃制品至高于玻璃的玻璃转变温度的升高的温度，接着快速冷却(“淬冷(quenched)”)制品的表面，而片材的内部区域以较低速率冷却。内部区域冷却较缓慢是因为厚度和相当低的玻璃热导率使其隔热。差异性冷却在玻璃表面区域(如，图1中显示的区域30、40)中产生残余压缩应力，其由玻璃制品10的中央区域(如，图1中显示的区域50)中的残余拉伸应力平衡。作为近似，热回火的玻璃中的应力分布可由简单拋物线表示，表面压缩应力量值大约等于中心张力的两倍(即，cs＝2ct)。不同于离子交换强化，热回火适用于所有玻璃组合物，包括那些基本上不含碱金属离子的玻璃组合物。
[0098]
在实施方式中，藉由在辐射能炉、对流炉中或在使用两种技术的混合模式炉中加热玻璃制品10至预定温度可热强化玻璃制品10。接着，诸如藉由使用对流以对玻璃表面5或沿着玻璃表面5吹大量空气来淬冷玻璃制品10。此气体冷却过程主要为对流式，从而当气体自热玻璃制品10带走热量时，藉由流体的质量运动，经由扩散和平流进行热传递。考虑加热及淬冷玻璃制品10两者的其他方法，包括本领域中熟知和使用的任何热回火方法。例如，在加热后可使用传导冷却方法，包括液体接触和固体接触冷却，以淬冷玻璃制品10。
[0099]
应理解的是，以上加热玻璃制品10的具体温度，以及使用的冷却速率及冷却技术，可根据具体实施方式而变化。例如，以上加热玻璃制品10的温度可随玻璃组合物而变化，冷却速率及技术可随玻璃制品10的尺寸(如，厚度t)而变化。
[0100]
本文中的热回火玻璃制品10中的压缩应力可作为玻璃厚度t的函数而变化。在各种实施方式中，具有3mm或更小厚度的玻璃制品10具有至少80mpa、至少100mpa、至少150mpa、至少200mpa、至少250mpa、至少300mpa、至少350mpa、至少400mpa，和/或不超过1gpa的压缩应力(如，表面压缩应力)。在实施方式中，具有2mm或更小厚度的玻璃制品10具有至少80mpa、至少100mpa、至少150mpa、至少175mpa、至少200mpa、至少250mpa、至少300mpa、至少350mpa、至少400mpa，和/或不超过1gpa的压缩应力。在实施方式中，具有1.5mm或更小厚度的玻璃制品10具有至少80mpa、至少100mpa、至少150mpa、至少175mpa、至少200mpa、至少250mpa、至少300mpa、至少350mpa，和/或不超过1gpa的压缩应力。在实施方式中，具有1mm或更小厚度的玻璃制品10具有至少80mpa、至少100mpa、至少150mpa、至少175mpa、至少200mpa、至少250mpa、至少300mpa，和/或不超过1gpa的压缩应力。在实施方式中，具有0.5mm或更小厚度的玻璃制品10具有至少50mpa、至少80mpa、至少100mpa、至少150mpa、至少175mpa、至少200mpa、至少250mpa，和/或不超过1gpa的压缩应力。
[0101]
在一些实施方式中，在玻璃制品10中(如，在区域50中)藉由本文揭示的工艺及系统所形成的热诱发中心张力可大于40mpa、大于50mpa、大于75mpa、大于100mpa。在实施方式中，热诱发中心张力可小于300mpa，或小于400mpa。在实施方式中，热诱发中心张力可自约50mpa至约300mpa、约60mpa至约200mpa、约70mpa至约150mpa，或约80mpa至约140mpa。在实施方式中，热强化玻璃制品10特别地薄。因为可采用非常高的热传递速率，在厚度小于0.3mm的玻璃制品中可产生显著热效应，例如至少10或甚至至少20mpa的中心张力。
[0102]
在实施方式中，玻璃制品10包含玻璃材料、陶瓷材料、玻璃陶瓷材料，或它们的组合。例如，玻璃制品10可包含本文以上描述的任何组合物。使用任何合适的成形工艺可形成
玻璃制品10，诸如下拉工艺，诸如熔融工艺。相较于藉由其他方法制造的玻璃片，使用熔融工艺形成玻璃制品10可致使玻璃层的表面具有优异的平坦度和平滑度。美国专利第3,338,696号及美国专利第3,682,609号描述了熔融工艺，以引用的形式将它们各自全部并入本文。其他合适的玻璃成形工艺可包括浮法工艺、上拉工艺，或狭缝拉制工艺。
[0103]
在实施方式中，玻璃制品可经层合工艺而强化。层合工艺可包括，例如使多个玻璃层彼此层合或与聚合物片材层合。
[0104]
图2a示意性地描绘根据各种实施方式的玻璃基板100。具体地，玻璃制品100包括插入第一包覆层104a及第二包覆层104b之间的芯层102。在各种实施方式中，各层(包括芯层102、第一包覆层104a，及第二包覆层104b)独立地包含基于玻璃的材料，包括但不限于玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷，或它们的组合。在实施方式中，芯层102的基于玻璃的材料不同于第一包覆层104a及第二包覆层104b的基于玻璃的材料。在实施方式中，各层(包括芯层102、第一包覆层104a，及第二包覆层104b)具有小于1.0摩尔％的碱金属含量，如以上本文中描述的。
[0105]
图2a说明具有第一表面102a及与第一表面102a相对的第二表面102b的芯层102。第一包覆层104a直接地融合至芯层102的第一表面102a，第二包覆层104b直接地融合至芯层102的第二表面102b。第一及第二包覆层104a、104b可融合至芯层102而在基于玻璃的层之间不需设置任何另外的材料，诸如黏着剂、聚合物层、涂层，或类似者。因此，在此情况中，第一表面102a直接与第一包覆层104a相邻，第二表面102b直接与第二包覆层104b相邻。在其他实施方式中，使用黏着剂或类似者耦接(如，黏着)层102、104a及104b。
[0106]
在各种实施方式中，玻璃制品100经构造以使包覆层104a、104b中的至少一者与芯层102具有不同的热膨胀系数(cte)。根据本文中描述的各种实施方式，包覆层104a、104b中的至少一者由玻璃包层组合物形成，并且具有小于平均芯热膨胀系数cte
芯
的平均包层热膨胀系数cte
包层
。
[0107]
应认识的是，在具有低碱金属含量的玻璃组合物或不含碱金属的玻璃组合物中，可能难以在低温(如，自23℃至约300℃)获得大的热膨胀系数差异。因此，在较高温度(如，玻璃组合物之一的t
11
温度)经由cte失配可产生应力。在实施方式中，玻璃制品100经构造以使包覆层104a、104b中的至少一者与芯层102具有高温热膨胀系数差异(δhtcte)。根据本文中描述的各种实施方式，包覆层104a、104b中的至少一者由玻璃包层组合物形成，并且在各玻璃组合物的t
11
温度中的较低温度下具有小于芯热膨胀系数cte
芯
的包层热膨胀系数cte
包层
。
[0108]
在一些实施方式中，玻璃组合物中的至少一者包含至少约0.5
×
10-6
/℃、至少约1
×
10-6
/℃、至少约1.5
×
10-6
/℃、至少约2
×
10-6
/℃、至少约2.5
×
10-6
/℃，或至少约3
×
10-6
/℃的ltcte。附加地或替代地，玻璃组合物中的至少一者包含至多约9
×
10-6
/℃、至多约8
×
10-6
/℃、至多约7
×
10-6
/℃、至多约6
×
10-6
/℃、至多约5
×
10-6
/℃，或至多约4
×
10-6
/℃的ltcte。例如，玻璃组合物中的至少一者包含约2.7
×
10-6
/℃至约3.7
×
10-6
/℃的ltcte，包括其中所有范围及子范围。
[0109]
在一些实施方式中，玻璃组合物中的至少一者包含至少约11
×
10-6
/℃、至少约11.5
×
10-6
/℃、至少约12
×
10-6
/℃、至少约12.5
×
10-6
/℃、至少约13
×
10-6
/℃，或至少约13.5
×
10-6
/℃的htcte。附加地或替代地，玻璃组合物中的至少一者包含至多约25
×
10-6
/℃、至多约22.5
×
10-6
/℃、至多约21
×
10-6
/℃，或至多约20
×
10-6
/℃的htcte。例如，玻璃组
合物中的至少一者包含约12
×
10-6
/℃至约22
×
10-6
/℃的htcte，包括其中所有范围及子范围。
[0110]
在这种实施方式中，在包覆层104a、104b的整个厚度上形成近乎均匀的压缩应力，在芯层102内有平衡拉伸应力。这种玻璃层合体经机械强化，并且相较于未强化玻璃制品，可更能耐受损坏，诸如在处理期间可能发生的损坏。
[0111]
在各种实施方式中，第一及第二包覆层104a、104b各自具有大于50mpa或大于80mpa的压缩应力。例如，包覆层104a、104b各自可具有大于50mpa、大于60mpa、大于65mpa、大于70mpa、大于75mpa、大于80mpa、大于85mpa、大于90mpa，或大于95mpa的压缩应力。在实施方式中，包覆层104a、104b各自可具有小于120mpa、小于115mpa、小于110mpa、小于105mpa、小于100mpa，或小于95mpa的压缩应力。包覆层各自可具有自50mpa至120mpa、自50mpa至115mpa、自50mpa至110mpa、自50mpa至105mpa、自50mpa至100mpa、自50mpa至95mpa、自60mpa至120mpa、自60mpa至115mpa、自60mpa至110mpa、自60mpa至105mpa、自60mpa至100mpa、自60mpa至95mpa、自65mpa至120mpa、自65mpa至115mpa、自65mpa至110mpa、自65mpa至105mpa、自65mpa至100mpa、自65mpa至95mpa、自70mpa至120mpa、自70mpa至115mpa、自70mpa至110mpa、自70mpa至105mpa、自70mpa至100mpa、自70mpa至95mpa、自75mpa至120mpa、自75mpa至115mpa、自75mpa至110mpa、自75mpa至105mpa、自75mpa至100mpa、自75mpa至95mpa、自80mpa至120mpa、自80mpa至115mpa、自80mpa至110mpa、自80mpa至105mpa、自80mpa至100mpa、自80mpa至95mpa、自85mpa至120mpa、自85mpa至115mpa、自85mpa至110mpa、自85mpa至105mpa、自85mpa至100mpa、自85mpa至95mpa、自90mpa至120mpa、自90mpa至115mpa、自90mpa至110mpa、自90mpa至105mpa、自90mpa至100mpa、自90mpa至95mpa、自95mpa至120mpa、自95mpa至115mpa、自95mpa至110mpa、自95mpa至105mpa、自95mpa至100mpa、自100mpa至120mpa，或由这些端点中的任何端点所形成的任何及所有子范围的压缩应力。在实施方式中，包覆层104a、104b各具有大于50mpa且小于110mpa，或大于80mpa且小于110mpa的压缩应力。然而，考虑的是，包覆层104a、104b各自的压缩应力可根据具体实施方式而变化，并且可大于110mpa或小于80mpa或大于110mpa或小于50mpa。
[0112]
如前所述，当cte
芯
大于cte
包层
时(无论在温度范围上平均或在较低t
11
温度下)，芯层102受到拉伸应力。在各种实施方式中，在任何处理之前，芯层102具有大于10mpa且小于75mpa的拉伸应力。在实施方式中，芯层102具有大于10mpa、大于15mpa、大于20mpa、大于25mpa、大于30mpa、大于35mpa，或大于40mpa的拉伸应力。在实施方式中，在任何表面处理之前，芯层102具有小于75mpa、小于70mpa、小于65mpa，或小于60mpa的拉伸应力。芯层可具有，例如自10mpa至75mpa、自10mpa至70mpa、自10mpa至65mpa、自10mpa至60mpa、自15mpa至75mpa、自15mpa至70mpa、自15mpa至65mpa、自15mpa至60mpa、自20mpa至75mpa、自20mpa至70mpa、自20mpa至65mpa、自20mpa至60mpa、自25mpa至75mpa、自25mpa至70mpa、自25mpa至65mpa、自25mpa至60mpa、自30mpa至75mpa、自30mpa至70mpa、自30mpa至65mpa、自30mpa至60mpa、自35mpa至75mpa、自35mpa至70mpa、自35mpa至65mpa、自40mpa至75mpa、自40mpa至70mpa，或由这些端点中的任何端点所形成的任何及所有子范围的拉伸应力。然而，考虑的是芯层102中的拉伸应力可根据具体实施方式而变化，并且可大于75mpa或小于10mpa。表面处理之后，如自经处理的表面至相对表面测量，在芯层102的中线，芯层102可具有先前记载的拉伸应力值。
[0113]
在实施方式中，包覆层104a、104b之一或二者各为5微米至325微米厚、5微米至300微米厚、10微米至275微米厚，或12微米至250微米厚。在实施方式中，包覆层104a、104b之一或二者各大于5微米厚、大于10微米厚、大于12微米厚、大于15微米厚、大于20微米厚、大于25微米厚、大于30微米厚、大于40微米厚、大于50微米厚、大于60微米厚、大于70微米厚、大于80微米厚、大于90微米厚、大于100微米厚、大于125微米厚、大于150微米厚、大于175微米厚，或大于200微米厚。在实施方式中，包覆层104a、104b之一或二者各小于325微米厚、小于300微米厚、小于275微米厚、小于250微米厚、小于225微米厚、小于200微米厚、小于175微米厚、小于150微米厚、小于125微米厚，或小于100微米厚。然而，应认识的是，包覆层104a、104b可具有其他厚度。
[0114]
根据本文中描述的实施方式，包覆层104a、104b各自的厚度使得各包覆层中的压缩应力延伸至多达包覆层104a、104b的厚度的压缩深度(doc)。在实施方式中，选择最小doc以确保玻璃基板具有合适的强度，即便在玻璃基板受到损坏之后也是如此。
[0115]
在实施方式中，芯层102具有自200μm至1200μm、自300μm至1200μm，或自600μm至1100μm的厚度。在实施方式中，芯层102具有大于200μm、大于300μm、大于500μm、大于600μm、大于700μm、大于800μm、大于900μm的厚度。在实施方式中，芯层102具有小于1200μm、小于1100μm、小于1000μm、小于900μm，或小于800μm的厚度。例如，芯层可具有自200μm至1200μm、自200μm至1100μm、自200μm至1000μm、自200μm至900μm、自200μm至800μm、自300μm至1200μm、自300μm至1100μm、自300μm至1000μm、自300μm至900μm、自300μm至800μm、自500μm至1200μm、自500μm至1100μm、自500μm至1000μm、自500μm至900μm、自500μm至800μm、自600μm至1200μm、自600μm至1100μm、自600μm至1000μm、自600μm至900μm、自600μm至800μm、自700μm至1200μm、自700μm至1100μm、自700μm至1000μm、自700μm至900μm、自700μm至800μm、自800μm至1200μm、自800μm至1100μm、自800μm至1000μm、自800μm至900μm、自900μm至1200μm、自900μm至1100μm、自900μm至1000μm，或由这些端点中的任何端点所形成的任何及所有子范围的厚度。然而，应认识的是，芯层102可具有其他厚度。
[0116]
可变化的玻璃制品100的另一方面为层102、104a、104b的玻璃组成。例如，层102、104a、104b可全部由不同的玻璃组合物形成，或者这些层中的两者可具有相同的玻璃组合物而第三层具有不同的玻璃组合物。大致上，包覆层104a、104b之一或二者具有不同于芯层102的玻璃组合物的玻璃组合物。
[0117]
在实施方式中，基于具体温度(如，组合物的t
11
温度或另外的层的组合物的t
11
温度)下组合物的cte或其在选定温度范围(如，0℃至400℃、0℃至300℃、0℃至260℃、20℃至300℃，或20℃至260℃)上的平均cte、其密度、其杨氏模量、其200泊温度或者加工或使用玻璃制品可能需要的其他性质，可选择包覆层104a、104b及芯层102各自的玻璃组合物。200泊温度为玻璃在其具有200泊的黏度时的最小温度，其表示彻底熔化(well-melted)玻璃的最小温度。
[0118]
在实施方式中，玻璃组合物各具有适于使用本文中描述的熔融拉制工艺来形成玻璃制品100的液相线黏度。例如，玻璃组合物各自可具有至少约50kp、至少约70kp、至少约100kp、至少约200kp，或至少约300kp的液相线黏度。附加地或替代地，玻璃组合物各自包含小于约3000kp、小于约2500kp、小于约1000kp，或小于约800kp的液相线黏度。
[0119]
应认识的是，对于图2a中所示的玻璃制品100的实施方式可进行多种改变。例如，
在实施方式中，玻璃制品100可仅包括三个层102、104a、104b，如图2a中所描绘的。在其他实施方式中，玻璃制品100可包括四个或更多个玻璃层。还考虑许多其他变化。
[0120]
可用各种工艺制造本文中描述的玻璃制品100，包括但不限于层合狭缝下拉工艺、层合浮法工艺，或熔融层合工艺。这些层合工艺各自大致上涉及使第一熔融玻璃组合物流动，使第二熔融玻璃组合物流动，以及在大于任一玻璃组合物的玻璃转变温度的温度使第一熔融玻璃组合物接触第二熔融玻璃组合物，以在两种组合物之间形成界面，使得当玻璃冷却及固化时，第一及第二熔融玻璃组合物在界面处融合在一起。
[0121]
在一个具体的实施方式中，藉由熔融层合工艺(诸如美国专利第4,214,886号中描述的工艺，其内容以引用的形式全部并入本文)，可形成本文中描述的玻璃制品100。举例来说，参见图2b，用于形成层合玻璃制品的层合熔融拉制设备200包括上方溢流分配器或溢流槽(isopipe)202，其设置于下方溢流分配器或溢流槽204之上。上方溢流分配器202包括凹槽210，熔融玻璃包层组合物206自熔化器(未图示)馈入其中。类似地，下方溢流分配器204包括凹槽212，熔融玻璃芯组合物208自熔化器(未图示)馈入其中。
[0122]
当熔融玻璃芯组合物208填充凹槽212时，其溢流出凹槽212，并溢流出下方溢流分配器204的外形成表面216、218。下方溢流分配器204的外形成表面216、218收敛于根部220。因此，溢流出外形成表面216、218的熔融玻璃芯组合物208在下方溢流分配器204的根部220再合流，从而形成玻璃基板100的芯层102。
[0123]
同时，熔融玻璃包层组合物206溢流出上方溢流分配器202中所形成的凹槽210，并溢流出上方溢流分配器202的外形成表面222、224。上方溢流分配器202使熔融玻璃包层组合物206向外偏斜，使得熔融玻璃包层组合物206流经下方溢流分配器204周围并接触溢流出下方溢流分配器的外形成表面216、218的熔融玻璃芯组合物208，与熔融玻璃芯组合物融合并在芯层102周围形成包覆层104a、104b。
[0124]
藉由控制自溢流分配器202、204的熔融玻璃芯组合物208和/或熔融玻璃包层组合物206的流动或者本领域技术人员熟悉的控制玻璃片材厚度的其他方法，可调整芯层102及包覆层104a、104b的厚度，并且由此调整芯层厚度相对于玻璃包覆层总厚度的比例。可供选择地，在实施方式中，藉由蚀刻或抛光可调整或控制芯层厚度相对于玻璃包覆层总厚度的比例。
[0125]
尽管图2b示意性地描绘用于形成诸如片材或条带的平面层合玻璃制品的具体设备，应认识的是其他几何构型是可行的。例如，如使用美国专利第4,023,953中描述的设备及方法可形成圆柱状层合玻璃制品及玻璃棒。
[0126]
在本文中描述的实施方式中，熔融玻璃芯组合物208大致上具有芯低温热膨胀系数cte
芯
或ltcte
芯
，其大于熔融玻璃包层组合物206的包层低温热膨胀系数cte
包层
或ltcte
包层
，如本文以上描述的。在本文中描述的实施方式中，熔融玻璃芯组合物208大致上具有高温热膨胀系数htcte
芯
，在组合物中的较低t
11
温度下，其大于熔融玻璃包层组合物206的包层高温热膨胀系数htcte
包层
，如本文以上描述的。因此，当芯层102及包覆层104a、104b冷却时，芯层102及包覆层104a、104b的热膨胀系数差异造成压缩应力在包覆层104a、104b中发展。压缩应力增加所得的玻璃制品100的强度。因此，本文中描述的玻璃制品100经由层合工艺而机械强化。
[0127]
根据各种实施方式，藉由与聚合物层合以形成玻璃聚合物层合体300而强化玻璃
制品，如图3中所示。关于以上描述的多个玻璃层的层合，在实施方式中，玻璃层310的cte与聚合物320的cte实质上不同。例如，玻璃层310的cte可小于聚合物320的cte。因此，玻璃层310与聚合物层320之间的cte失配可在玻璃层310中赋予应力以强化玻璃层310，如以上描述的。
[0128]
在图3中，玻璃聚合物层合体300包含玻璃层310、聚合物层320，及设置于玻璃层310与聚合物层320之间的黏着层330。因此，聚合物层320利用黏着层330而层合至玻璃层310。然而，考虑的是，在实施方式中，聚合物层320可不使用黏着层而层合至玻璃层310。
[0129]
玻璃层310可具有至多约325μm、至多约300μm、至多约200μm、至多约150μm，或至多约100μm的厚度。附加地或替代地，玻璃层310可具有至少约50μm的厚度。例如，玻璃层310可具有自150μm至250μm的厚度，包括其中所有范围及子范围。取决于具体实施方式，也考虑用于玻璃层310的其他厚度。
[0130]
在实施方式中，玻璃层310包含玻璃材料、陶瓷材料、玻璃陶瓷材料，或它们的组合。例如，玻璃层310可包含本文以上描述的任何组成。使用任何合适的成形工艺可形成玻璃层310，诸如下拉工艺，诸如熔融工艺。相较于藉由其他方法制造的玻璃片材，使用熔融工艺形成玻璃层310可致使玻璃层的表面具有优异的平坦度和平滑度。美国专利第3,338,696号及美国专利第3,682,609号描述了熔融工艺，以引用的形式将它们各自全部并入本文。其他合适的玻璃形成工艺可包括浮法工艺、上拉工艺或狭缝拉制工艺。
[0131]
根据各种实施方式，聚合物层320具有至少约2mm、至少约3mm、至少约4mm，或至少约5mm的厚度。附加地或替代地，聚合物层320具有至多约10mm、至多约9mm、至多约8mm、至多约7mm，或至多约6mm的厚度。例如，聚合物层320可具有自2.9mm至6.1mm、自3.9mm至6.1mm，或自5.1mm至6.1mm的厚度，包括其中所有范围及子范围。取决于具体实施方式，也考虑用于聚合物层320的其他厚度。聚合物层320可包含聚合物材料，诸如，例如而不限于聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚萘二甲酸乙二酯(pen)、乙烯四氟乙烯(etfe)、热聚合物聚烯烃(tpotm
–
聚乙烯、聚丙烯、嵌段共聚物聚丙烯(bcpp)或橡胶的聚合物/填料掺合物)、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯丁酸酯、聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯或经取代的聚乙烯、聚羟基丁酸酯、聚羟基乙烯丁酸酯、聚乙烯乙炔、透明热塑性塑料、透明聚丁二烯、聚氰基丙烯酸酯、基于纤维素的聚合物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇(pva)、多硫化物、聚乙烯丁醛(pvb)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、硅树脂烷，或它们的组合。考虑用于聚合物层320的其他聚合物，只要它们在28ghz、30ghz、38ghz，或其他关注范围不会实质上增加介电常数或介电损耗正切。聚合物层320可包含单层或层合在一起的多层以形成聚合物层320。
[0132]
黏着层330可具有至少约10μm、至少约20μm、至少约30μm，或至少约40μm的厚度。附加地或替代地，黏着层330可具有至多约100μm、至多约90μm、至多约70μm，或至多约60μm的厚度。例如，黏着层330可具有自25μm至75μm的厚度，包括其中的所有范围及子范围。取决于具体实施方式，也考虑用于黏着层330的其他厚度。
[0133]
在实施方式中，黏着层330包含非黏着中间层、黏着剂片或膜、液体黏着剂、粉末黏着剂、压敏黏着剂、可紫外线(uv)固化黏着剂、可热固化黏着剂、另外合适的黏着剂，或它们的组合。例如，黏着层330可包含低温黏着剂、硅树脂黏着剂、丙烯酸酯黏着剂、聚氨酯黏着剂、高温黏着剂、基于溶剂的黏着剂，或无溶剂黏着剂。在实施方式中，黏着层330在固化时可任选地为透明的。
[0134]
使用合适的层合工艺可将聚合物层320层合至玻璃层310以形成玻璃聚合物层合体300。例如，使用片对片(sheet-to-sheet(s2s))层合工艺可将聚合物层320层合至玻璃层310，其中使用黏着层，通过压力和/或热将玻璃层接合至聚合物层。可替代地，使用卷对片(roll-to-sheet(r2s))或卷对卷(roll-to-roll(r2r))层合工艺可将聚合物层层合至玻璃层，其中使用压力将来自供应卷的玻璃层连续条带接合至聚合物层，所述聚合物层作为来自供应卷的连续条带或是多个独立片材。可控制层合工艺以将想要的性质赋予玻璃聚合物层合体，如将由本领域技术人员所理解的。
[0135]
在一些实施方式中，玻璃层310包含至少约0.5
×
10-6
/℃、至少约1
×
10-6
/℃、至少约1.5
×
10-6
/℃、至少约2
×
10-6
/℃、至少约2.5
×
10-6
/℃，或至少约3
×
10-6
/℃的ltcte。附加地或替代地，玻璃层310包含至多约9
×
10-6
/℃、至多约8
×
10-6
/℃、至多约7
×
10-6
/℃、至多约6
×
10-6
/℃、至多约5
×
10-6
/℃，或至多约4
×
10-6
/℃1的ltcte。例如，玻璃层310包含约2.7
×
10-6
/℃至约3.7
×
10-6
/℃的ltcte，包括其中所有范围及子范围。
[0136]
在一些实施方式中，玻璃层310包含至少约11
×
10-6
/℃、至少约11.5
×
10-6
/℃、至少约12
×
10-6
/℃、至少约12.5
×
10-6
/℃、至少约13
×
10-6
/℃，或至少约13.5
×
10-6
/℃的htcte。附加地或替代地，玻璃层310包含至多约25
×
10-6
/℃、至多约22.5
×
10-6
/℃、至多约21
×
10-6
/℃，或至多约20
×
10-6
/℃的htcte。例如，玻璃层310包含约12
×
10-6
/℃至约22
×
10-6
/℃的htcte，包括其中所有范围及子范围。
[0137]
在一些实施方式中，聚合物层320包含至少约20
×
10-6
/℃、至少约30
×
10-6
/℃、至少约40
×
10-6
/℃、至少约50
×
10-6
/℃、至少约60
×
10-6
/℃，或至少约70
×
10-6
/℃的cte。附加地或替代地，聚合物层320包含至多约130
×
10-6
/℃、至多约120
×
10-6
/℃、至多约110
×
10-6
/℃、至多约100
×
10-6
/℃、至多约90
×
10-6
/℃，或至多约80
×
10-6
/℃的cte。例如，聚合物层320包含约74.5
×
10-6
/℃至约75.5
×
10-6
/℃的cte，包括其中所有范围及子范围。
[0138]
在一些实施方式中，玻璃层310与聚合物层320之间的cte差异或cte失配为至少约10
×
10-6
/℃、至少约20
×
10-6
/℃、至少约30
×
10-6
/℃、至少约40
×
10-6
/℃、至少约50
×
10-6
/℃、至少约60
×
10-6
/℃，或至少约70
×
10-6
/℃，包括其中所有范围及子范围。
[0139]
虽然已在本文中描述包括热回火及机械强化的强化玻璃制品的各种方法，所考虑的是可采用强化玻璃制品的其他已知方法，只要它们在28ghz、30ghz、38ghz，或其他关注范围不会增加玻璃制品的介电常数或介电损耗正切，或需要会干扰电子装置的操作的材料。
[0140]
结合有强化玻璃制品的装置及产品
[0141]
在本文中论述的强化玻璃制品在大范围的制品、装置、产品、结构及类似者中具有大范围的用途。在实施方式中，强化玻璃制品可用于电子装置、移动电话、便携式媒体播放器、电视、笔记本电脑、手表、用户穿戴装置(如，活动追踪器)、相机镜头、相机显示器、家用电器、平板计算机显示器及任何其他电子装置的任何表面上。
[0142]
参见图4，装置410(如，手持式计算机、平板电脑、便携计算机、蜂巢式电话等等)包括如本文所述制造的一个或多个强化玻璃制品412、414、416，及进一步包括电子组件418(如，显示器、电子显示器、控制器、存储器、微芯片等等)及外壳420。在实施方式中，电子组件418和/或电子显示器可包括液晶显示器和/或至少一个发光二极管(led)。在实施方式中，电子显示器可为触敏显示器。在进一步的实施方式中，形成或覆盖显示器的玻璃层可包括供使用者触觉回馈的在第一或第二主表面上的表面特征。例如，增高的突起、脊、轮廓或
凸块为供触觉回馈的表面特征的非限制性实例。
[0143]
在实施方式中，电子组件418至少部分地设置于外壳420内，以及在一些实施方式中，电子组件418可完全地设置于外壳420内。在实施方式中，外壳420可为或包括本文中描述的强化玻璃制品。在实施方式中，用于电子组件418的基板422可为如本文中描述的强化玻璃制品。
[0144]
在一些实施方式中，强化玻璃制品412、414可用作前面板及背面板基板，并且强化玻璃制品416可用作装置410中的覆盖玻璃。根据各种实施方式，强化玻璃制品416可特别薄或为其他结构，诸如具有如本文揭示的任何尺寸、性质和/或组成。
[0145]
在实施方式中，外壳420可包括前表面、背表面及至少一个侧表面。外壳420可包括一个或多个基于玻璃的层，包括本文揭示的强化玻璃制品。基于玻璃的层(如，412、414及416)可形成消费电子产品的任何表面。在一个或多个实施方式中，基于玻璃的层自至少一个侧表面延伸横越外壳前表面至相对侧表面。在实施方式中，基于玻璃的层设置于外壳420的前表面处或与之相邻。在进一步的实施方式中，基于玻璃的层可包括供使用者触觉回馈的在第一或第二主表面上的表面特征。在实施方式中，基于玻璃的层(如，412、414、416)可成形为1维、2维、2.5维(如，在显示器玻璃的边缘的曲面)，或3维。
[0146]
覆盖玻璃或玻璃陶瓷制品可包括基本上光学澄清、透明且没有光散射的玻璃材料。在这种实施方式中，覆盖玻璃材料在自400nm至约780nm的波长范围上可展现约85％或更大、约86％或更大、约87％或更大、约88％或更大、约89％或更大、约90％或更大、约91％或更大，或约92％或更大的平均光透射率。玻璃材料可任选地展现颜色，诸如白色、黑色、红色、蓝色、绿色、黄色、橘色等等。
[0147]
在实施方式中，基于玻璃的层可包括置于两个波层502(本文中有时称作四分之一波长转换器)之间的玻璃制品500，如图16中所示。波层502可例如藉由降低通过玻璃基板的波长的腔效应来改进射频的透射，如将于下文更仔细描述的。波层502可具有厚度，该厚度取决于所关注的具体波长(如，装置的操作频率)以及用于波层502的材料的介电常数。
[0148]
归因于可获得的介电常数的限制(如，由于可获得的有限材料)，可根据等式(1)选择四分之一波长转换器的厚度，其中d为材料的厚度、λ0为真空中的微波波长，及εr为材料的相对介电常数。
[0149][0150]
微波波长λ0意指使用的射频，并且等于3e 8/f，其中f为装置的操作的频率。在实施方式中，当如图16中所示配置基于玻璃的层为具有两个波层时，各波层502的厚度d为自至
[0151]
当包括时，波层502可为塑料或玻璃，具有小于玻璃制品500的介电常数的介电常数。例如，波层502可由，例如而不限于，下列者所形成：氧化硅、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯/亚克力(pmma)、聚乙烯(pe)、聚碳酸酯(pc)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、氟化乙烯丙烯(fep)，或聚四氟乙烯(ptfe)。
[0152]
在实施方式中，外壳420的厚度可能受到限制。因此，在实施方式中，为减少基于玻
璃的层的厚度，并由此减少外壳420的厚度，波层502可设置为与玻璃基板500的一个表面直接相邻和接触，如图19中所示。图19中的波层502有时可称为”匹配层”，并且可出现于装置410的天线与玻璃制品500之间。在实施方式中，当基于玻璃的层如图19中所示配置成具有存在于玻璃制品一侧的波层时，波层的厚度d为自至因此，尽管图19中的波层的厚度d较图16中的单一波层更厚，基于玻璃的层的整体厚度减少。
[0153]
在实施方式中，虽然希望的是波层502具有低于玻璃制品500的介电常数的介电常数，波层502可具有类似于玻璃制品的介电常数的介电常数(例如，与玻璃制品的介电常数相差 /-10％以内)。在这种实施方式中，当基于玻璃的层如图19中所示配置成具有存在于玻璃制品一侧的波层时，基于玻璃的层的厚度(包括波层及玻璃基板)为至
[0154]
在实施方式中，藉由自玻璃制移除材料可改进透射，如图22中所示。在图22中，自玻璃制品500移除材料以形成袋部504。因此，相较于其中材料未被移除的玻璃制品500的厚度，玻璃制品500具有厚度d1(有时称为“窗厚度”)较小的区域。在实施方式中，d1可小于或等于约原始厚度d的20％(如，d1≤0.2d)，其中原始厚度d大于400μm而较小厚度d1小于400μm。例如，藉由蚀刻、研磨、切割、抛光、机械加工或激光烧蚀可移除材料。
[0155]
在实施方式中，为提供额外的强度，袋部504可填充由不同材料所形成的填料506，如图25中所示。材料可为数种合适的材料中的任何一种，并且在实施方式中，其为具有自约2.0至约6.0的介电常数的材料。用于填料504的合适的材料可包括，例如而不限于，聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯/亚克力(pmma)、聚乙烯(pe)、聚碳酸酯(pc)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、氟化乙烯丙烯(fep)，或聚四氟乙烯(ptfe)。因此，填料504可机械地强化具有缩减的厚度的区域，同时改进穿过基于玻璃的层的频率的透射。相较于具有相同介电常数及厚度的常规玻璃制品，这种配置也可使得在装置410内能够使用具改进的透射的具有较高介电常数(如，5.0-9.0的介电常数)的玻璃制品。
[0156]
实施例
[0157]
以下实施例阐述先前描述的本公开的一个或多个额外的特征。应理解的是，这些实施例并非以任何方式限制本公开内容或所附权利要求书的范围。
[0158]
实施例1
[0159]
选择各种玻璃组合物样品1-4作为潜在的包层玻璃组合物及芯玻璃组合物，各组合物在5g频率范围(10-60ghz)上具有小于5的介电常数及低损耗正切。还使用xg(“exg”)玻璃作为潜在的包层玻璃组合物。在以下表1中报告5g频率范围内在各种频率处各玻璃组合物的介电性质。
[0160]
表1
[0161][0162]
在图5中显示针对潜在的exg(包层)及样品3(芯)配对的cte曲线，图6中显示针对潜在的exg(包层)及样品4(芯)配对的cte曲线。由图5和图6可见，尽管用于各潜在配对的玻璃组合物在低温范围(25℃至约400℃)上具有类似的cte，在芯玻璃的t
11
温度(样品3为698℃，样品4为764.5℃)，cte失配颇大。
[0163]
开发了用于估测包层(σ
包层
)和芯(σ
芯
)中的应力的等式，且呈现于以下等式(2)和(3)中，其中，α(t)为作为温度的函数的cte，e为杨氏模量，v为泊松比。在等式(2)和(3)中，k为层合体的厚度比，t表示厚度，如以下等式(4)中所示。因为在冷却期间，在高温下积累的应力的一定部分松弛，所以添加了应力松弛函数f(t)(以下的等式5)，其中h为控制转变的参数且设定成等于10以匹配实验数据。
[0164][0165][0166][0167][0168]
图7中显示用于包括exg(包层)和样品3(芯)的玻璃层合体的作为温度的函数的应力松弛。如图7中所示，在接近t
11
的高温下，f(t)接近0，暗示大部分的层合体应力将完全松弛。当温度降低时，f(t)增加，发生较少应力松弛。当玻璃冷却至低于600℃时，f(t)接近1，暗示无应力松弛。图7还显示在高至600℃的温度下，层合体可进行热循环而不损失应力，确认玻璃层合体在低温下是稳定的。
[0169]
针对包括exg(包层)和样品3(芯)的玻璃层合体，图8中绘制了芯中的应力(显示为中心张力)随温度的变化，包括松弛，并且自t
11
至25℃的完整积分给出了芯玻璃中的层合体应力。在图8中，当中心张力小于0时，存在压缩应力。
[0170]
为确认等式(2)-(5)，使用exg(包层)和样品3(芯)以及exg(包层)和样品4(芯)在微型层合体熔融拉制设备上制作层合体。各层合体具有1mm的总厚度和0.6的厚度比。藉由
散射光偏光仪(scalp)测量芯层中的张力(ct)，接着藉由力平衡(ct*t
芯
＝cs*2t
包层
)计算压缩应力(cs)，其中t
芯
为芯层的厚度，t
包层
为单侧包层的厚度。玻璃中的应力因光弹性效应造成玻璃双折射。因此，记录并绘制测得的光阻滞(optical retardation)分布。表2中提供了计算的层合体应力值。表3中提供了用于计算层合体应力的玻璃性质。
[0171]
针对层合体a，在芯中测量到7.1mpa的中心张力，在包层中测量到4.3mpa的压缩应力。针对层合b，在芯中测量到20mpa的中心张力，在包层中测量到13mpa的压缩应力。比较测量到的中心张力和压缩应力值与计算值，确定模型适用。
[0172]
在确认等式之际，使用等式(2)-(5)计算针对另外的层合体1-4的应力值及厚度比(k＝0.6、7和15)。层合体1-4包括玻璃样品1、2和4，以及新样品5。表2中提供了计算的层合体应力值。表3中提供了用于计算层合体应力的玻璃性质。分别在图9和图10中显示用于层合1和4的玻璃组合物的δhtcte的图线。
[0173]
表2
[0174][0175][0176]
表3
[0177][0178]
*t
11
由vft参数计算。
[0179]
如表2中所示，虽然层合体a和b用以确认应力模型，即使在增加的k值下，它们也没有展现出适用于消费装置应用的压缩应力。然而，层合体1-4各自在7、15或两者的k值下展现出大于50mpa、大于60mpa或大于65mpa的压缩应力。
[0180]
因此，层合体1-4提供了在整个包层厚度上具有大于50mpa的压缩应力的玻璃层合体，同时在5g频率范围(10-60ghz)上也具有小于5的介电常数和低损耗正切。相较于具有6.5与7之间的介电常数的康宁(corning)玻璃，预期层合体1-4在5g频率范围中提供改进的透射，同时还提供合适的抗损伤性。
[0181]
实施例2
[0182]
为评估介电常数值，并且具体地，评估它们的透射和反射行为，计算分析在700μm(0.7mm)厚的基板上的微波辐射。如图11中所示，初始角度θ1为零(与基板正交)，频率范围为0.5ghz至55ghz。图11为配置的示意性说明，其中，空气中的微波束遇到初始空气玻璃界面，导致透射(穿过基板)和反射(回到微波束来源)。在透射穿过基板之后，微波束遇到第二玻璃空气界面，导致另一透射和反射。因此，基板变成腔体，其中基板的两侧上发生多重反
射。根据等式(6)，以hz为单位，可定义腔体的自由光谱范围(fsr)，其中d为基板的厚度、c为真空中的光速，εr为材料的相对介电常数。
[0183][0184]
使用等式6计算具有2.7的介电常数(在塑料的介电常数范围中)的基板的fsr，fsr为约130.4ghz。在图12中显示针对此示例性基板的透射(虚线)及反射(实线)。如图12中所示，当频率增加时，透射减少。预期最小透射发生在fsr/2(大约65.2ghz)的频率下，但未绘制在图12中，因为模拟仅进行到最大频率为55ghz。图12中的图线显示具有2.7的介电常数和0.7mm的厚度的基板在28ghz的工作频率下展现出大约90％的透射率，以及在38ghz的工作频率下展现出大约85％的透射率。
[0185]
用于比较，使用等式6计算具有7.0的介电常数(在传统玻璃材料的介电常数范围中)的基板的fsr，fsr为约81.0ghz。在图13中显示针对此示例性基板的透射(虚线)及反射(实线)。如图13中所示，最小透射发生在fsr/2(大约40.5ghz)的频率下。图13中的图线显示具有7.0的介电常数和0.7mm的厚度的基板在28ghz的工作频率下展现出大约50％的透射率，以及在38ghz的工作频率下展现出大约45％的透射率。
[0186]
这说明的重要问题是，取决于厚度及可能在腔体的透射范围中的介电常数，其中针对高介电常数材料，高介电常数导致明显较低的透射损耗。
[0187]
接下来，针对厚度为自200μm至1000μm的基板分析作为相对介电常数的函数的功率透射及反射。如图11中所示，初始角度θ1为零(与基板正交)。在图14(28ghz)及图15(38ghz)中显示针对200μm、400μm、600μm、800μm及1000μm的基板厚度所得的图线。
[0188]
如图14中所示，针对自200μm至1000μm的厚度范围，介电常数越小透射值越佳。尤其是，为达到大于70％的透射率，越厚的基板的相对介电常数必须越小。在图15中，类似图14，为达到大于70％的透射率，越厚的基板的相对介电常数必须越小。然而，为达到70％的相同透射率，由于在较高频率下的较小fsr，相较于28ghz，在38ghz操作需要较小的相对介电常数。
[0189]
因此，为了改进介电界面处的透射表现，评估四分之一波长转换器的使用。如图16中所示，藉由在玻璃基板的两侧使用四分之一波长转换器，所发现的是可减少腔体效应并可增加透射。用于分析，玻璃的厚度为0.7mm，初始角度θ1为零(与基板正交)，如图16中所示，频率的范围为0.5ghz至55ghz。在图17和18中分别显示针对使用具有2.7的介电常数和1.6mm的层厚度d的塑料以及具有3.5的介电常数和1.4mm的层厚度d的纯氧化硅的堆叠体的反射及透射图线。
[0190]
如图17中所示，使用具有2.7的介电常数的塑料作为四分之一波长转换器造成宽通带，其在28ghz具有接近100％的透射率，在38ghz具有约90％的透射率，并且在其间具有显著扁平的通带(flat pass-band)。如图18中所示，使用具有3.5的介电常数的纯氧化硅作为四分之一波长转换器造成宽通带，其在28ghz具有接近92％的透射率，在38ghz具有约98％的透射率，并且在其间具有维持高于90％的显著扁平的通带。值得注意的是，由这两种材料提供的透射改进是所希望的，但是由层增加的厚度(塑料为3.2mm，氧化硅为2.8mm)对于一些应用可能造成问题。
[0191]
实施例3
[0192]
为要减少厚度，研究了匹配层的使用。具体而言，如图19中所示，分析仅在玻璃的一侧使用匹配层且匹配层具有各种厚度。用于分析，玻璃的厚度为0.7mm，初始角度θ1为零(与基板正交)，如图19中所示，频率的范围为0.5ghz至55ghz。在图20和图21中分别显示针对使用具有2.7的介电常数(如，塑料)和1.83mm的层厚度d的匹配层以及具有7.0的介电常数和1.32mm的层厚度d的由玻璃形成的匹配层的堆叠体的反射及透射图线。
[0193]
在图20中，匹配层及玻璃基板在28ghz展现出大约80％的透射率，在38ghz展现出大约50％的透射率。因此，尽管相较于使用四分之一波长转换器的前述实施例，厚度减少了，但在28ghz和38ghz的透射降低了。
[0194]
在图21中，匹配层导致完全半波层(total half-wave layer)且匹配fsr。因此，在28ghz可能有100％的透射率。然而，在38ghz，透射率下降至大约50％。因此，与基板相同材料的匹配层是可能的，但是不太可能同时匹配两个或更多个工作波长。
[0195]
实施例4
[0196]
作为添加材料至玻璃基板的替代方案，还研究了自玻璃基板移除材料。图22显示基板的示意性说明，其中材料经移除以形成袋部。袋部例如可位于消费者装置的区域中，其中设有微波天线以有效地提供用于微波透射的较薄玻璃基板。用于分析，评估各种玻璃基板厚度d，使用200μm的窗厚度d1以及零的初始角度θ1(与基板正交)，如图22中所示。
[0197]
在图23中显示在28ghz的工作频率下针对各种厚度d的透射及反射图线。在图24中显示在38ghz的工作频率下针对各种厚度d的透射及反射图线。
[0198]
如图23中所示，若基板为具有7.0的介电常数的玻璃，针对具有800μm的厚度及200μm的窗厚度的基板，透射率自大约45％改进至大约90％。然而，若基板为具有4.0的介电常数的玻璃或聚合物，透射率自大约72％改进至大约97％。在38ghz，如图24中所示，对于具有7.0的介电常数的基板，自800μm的厚度至200μm的窗厚度的相同缩减造成自大约45％至大约82％的透射率改进，对于具有4.0的介电常数的基板则造成自大约65％至大约94％的透射率改进。因此，自基板移除材料以形成透射窗在两个5g工作频率下可造成改进的透射率而不会增加厚度。
[0199]
虽然在图22中描绘的较薄窗区域有利于电磁透射，应认识到的是在冲击期间，薄的区域将具有增加的破裂倾向。因此，分析了在袋部填充具有低介电常数的固体(例如聚合物)的实施方式。图25示意性地说明此配置。
[0200]
图26和图27分别显示在28ghz和38ghz的工作频率下针对各种聚合物厚度d1的透射及反射图线。用于对二者的分析，基板具有800μm的总厚度d，初始角度θ1为零(与基板正交)，聚合物具有2.7的介电常数。藉由保持总厚度d恒定，图26和图27显示其中聚合物的厚度为0μm、200μm、400μm及600μm的结果。藉由比较d1＝0μm的图线与d1＝600μm的图线，可确定聚合物的效果。
[0201]
例如，若基板为具有7.0的介电常数的玻璃，加入聚合物在28ghz造成透射率自大约48％改进至大约78％(图26)，在38ghz造成透射率自大约45％改进至大约70％(图27)。然而，若基板为具有4.0的介电常数的玻璃，加入聚合物在28ghz造成透射率自大约73％改进至大约85％(图26)，在38ghz造成透射率自大约66％改进至大约80％(图27)。
[0202]
相较于袋部留白的结构(图22-24)，虽然包含聚合物导致透射率稍微降低，但聚合
物和玻璃的组合可提供改进的机械稳定性，同时提供可接受程度的透射。
[0203]
实施例5
[0204]
对具有样品3的组成(表3，如前述)的玻璃进行热回火，以确定热回火是否能有效产生用于消费装置应用的充分的压缩应力。在表4中呈现了样品3的热回火条件，以及假想温度及刮擦和压痕表现的结果。在表5中呈现了对照样品a-d(含锂经离子交换的常规玻璃)的刮擦与压痕表现的结果。
[0205]
表4
[0206][0207][0208]
表5
[0209][0210]
参见表4，藉由熔融下拉工艺商业生产样品3的玻璃，且自片材切割具有50
×
50
×
1mm大小的玻璃板。首先在各行中标示的回火温度下，如：650℃、700℃、790℃等等，通过使玻璃板温度均匀而对玻璃进行热回火。在均质化之后，在以标示的造成热回火应力的热传递速率(单位表示为卡/(cm
2-s))进行持续冷却下，玻璃板经快速、均匀淬冷至室温。热回火工艺的其他细节可见于美国专利第10,611,664号及美国专利第9,957,190号中，它们各自的内容以引用的形式全部并入本文。
[0211]
使用努氏钻石压痕器评估耐刮性。在努氏刮擦阈值测试中，进行递进式(ramped)负载刮擦，以针对给定玻璃组合物确定横向裂纹的起始负载范围。一旦确定适用的负载范围，进行一系列渐增恒定负载刮擦(每种负载进行最少3次或更多次)，以确定kst(努氏刮擦
阈值)。藉由比较测试样品与以下3个失效模式之一可确定kst范围：1)＞2x沟槽宽度的持续横向表面裂纹；2)沟槽内含有损坏，但有＜2x沟槽宽度的横向表面裂纹及肉眼可见的损坏；或3)有＞2x沟槽宽度的大的次表面横向裂纹和/或在刮擦顶点有中值裂纹。
[0212]
藉由使用维氏压痕器测量维氏压痕破裂阈值(vift)(vickers indentation fracture threshold)。维氏压痕器为具有四个面的方形底钻石锥体，相对面之间的夹角为136
°
。技术(参见，如d.j.morris,s.b.myers及r.f.cook的“铝硅酸盐玻璃中的压痕裂纹引发(indentation crack initiation in ion-exchanged aluminosilicate glass)”，39j.mat.sci.2399-2410(2004)，以引用的形式全部并入本文)涉及利用维氏压痕器以恒定负载制造多重压痕。藉由以0.2mm/min的速率施加压痕负载至玻璃表面接着移除压痕负载来进行本文中描述的vift测量，其中保持压痕负载持续10秒及最大负载。在室温和50％的相对湿度下进行所有的压痕测量。各压痕有可能产生4个径向裂纹，自压痕的每个角落产生一个。藉由计算在各压痕负载的径向裂纹的平均数目来定义vift，藉由每个压痕有平均2个裂纹的负载可定义裂开阈值(cracking threshold)(或50％裂开阈值)，以千克(kg)为单位表示。在压痕负载下，处于负载下的50％的压痕展现自压痕压印的角落发展的任何数目的径向/中值裂纹，并且以千克(kg)为单位表示。最大负载增加，直到阈值(vift)符合给定的玻璃组合物。
[0213]
耐刮性也使用维氏钻石压痕器评估。在维氏刮擦阈值测试中，进行阶梯式负载刮擦，以针对给定玻璃组合物确定横向裂纹的起始负载范围。一旦确定适用的负载范围，进行一系列渐增恒定负载刮擦(每种负载进行最少3次或更多次)，以确定vst(维氏刮擦阈值)。藉由比较测试样品与以下3个失效模式之一可确定vst范围：1)＞2x沟槽宽度的持续横向表面裂纹；2)沟槽内含有损坏，但有＜2x沟槽宽度的横向表面裂纹及肉眼可见的损坏；或3)有＞2x沟槽宽度的大的次表面横向裂纹和/或在刮擦顶点有中值裂纹。
[0214]
如表4中所示，在热回火期间除了形成深压缩(大约总板厚度的20-25％)外，由于快速淬冷，玻璃制品的表面假想温度增加。尤其是，不受理论限制，较高假想温度材料具有较开放的微结构，并且因此较能够容许压痕及刮擦事件发生时的致密化，其反过来造成诱发裂开时需要较高负载。与经离子交换的含锂玻璃(表5)相比，样品3展现出较小的压缩应力，但展现出改进的刮擦及压痕表现。
[0215]
本文中描述的各种实施方式致使强化玻璃材料能用于适合5g通信的移动装置中，横跨20ghz至100ghz的波长，特别是在28ghz和38ghz的5g操作频率，具有改进的透射及介电导率。各种实施方式的强化玻璃制品的低介电常数及低损耗正切可改进透射及数据信号接收。此外，相较于常规覆盖玻璃，本文中描述的各种实施方式展现出较高的热导率，并且可展示改进的热散逸及减缓增加的介电损耗。因此，各种实施方式实现了具有增进的5g通信的消费电子产品，因为与常规覆盖玻璃相较，电磁信号衰减较小。
[0216]
对于本领域技术人员将显而易见的是，可对此揭示的实施方式进行各种修饰及变化而不背离揭示的精神及范围。因此，本公开涵盖这种修饰及变化，只要这种修饰及变化落在所附权利要求书及其等效物的范围内。