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KR20210091761A - 유리 조성물 및 스팀 처리를 통한 강화를 위한 방법 - Google Patents

유리 조성물 및 스팀 처리를 통한 강화를 위한 방법 Download PDF

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KR20210091761A
KR20210091761A KR1020217017740A KR20217017740A KR20210091761A KR 20210091761 A KR20210091761 A KR 20210091761A KR 1020217017740 A KR1020217017740 A KR 1020217017740A KR 20217017740 A KR20217017740 A KR 20217017740A KR 20210091761 A KR20210091761 A KR 20210091761A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mol
less
glass
mpa
based article
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020217017740A
Other languages
English (en)
Inventor
티모시 마이클 그로스
아담 로버트 사라피안
징쉬 위
저밍 정
Original Assignee
코닝 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닝 인코포레이티드 filed Critical 코닝 인코포레이티드
Publication of KR20210091761A publication Critical patent/KR20210091761A/ko
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
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Abstract

유리-계 물품의 표면으로부터 압축의 깊이까지 연장되는 압축 응력층을 포함하는 유리-계 물품은, 유리-계 기판을 수증기 함유 환경에 노출시켜 형성된다. 유리-계 물품을 형성하는 방법은 수증기 함유 환경에 다중 노출 및/또는 상승된 압력을 포함할 수 있다.

Description

유리 조성물 및 스팀 처리를 통한 강화를 위한 방법
본 출원은 2018년 11월 16일자에 출원된 미국 가출원 제62/768,359호의 우선권을 주장하며, 이의 내용은 그 전체가 여기에 참조로 인용되고 병합된다.
본 개시는 스팀 처리(steam treatment)에 의해 강화된 유리-계 물품, 상기 유리-계 물품을 형성하는데 활용되는 유리 조성물, 및 상기 유리-계 물품을 강화하기 위한 스팀 처리의 방법에 관한 것이다.
스마트폰, 태블릿, 및 웨어러블 장치(예컨대, 예를 들어, 시계 및 피트니스 트래커(fitness trackers))와 같은, 휴대용 전자 장치는 점점 더 작아지고 복잡해지고 있다. 그래서, 이러한 휴대용 전자 장치의 적어도 하나의 외부 표면에 전통적으로 사용되는 물질도 또한 계속해서 더 복잡해지고 있다. 예를 들어, 휴대용 전자 장치가 소비자의 요구를 충족하기 위해 더 작아지고 더 얇아짐에 따라, 이들 휴대용 전자 장치에 사용되는 디스플레이 커버(display covers) 및 하우징(housings)도 또한 더 작아지고 더 얇아져, 이들 구성요소를 형성하는데 사용되는 물질에 대한 더 높은 성능 요건을 결과한다.
따라서, 휴대용 전자 장치에 사용하기 위한 제조의 용이성 및 더 낮은 비용과 함께, 내손상성과 같은, 더 높은 성능을 나타내는 물질에 대한 요구가 존재한다.
관점 (1)에서, 유리-계 물품은 제공된다. 유리-계 물품은: 유리-계 물품의 표면으로부터 압축의 깊이까지 연장되는 압축 응력층; 및 2 ㎜ 이하의 두께를 포함한다. 상기 압축의 깊이는 5 ㎛를 초과하고, 상기 압축 응력층은 10 MPa 이상의 압축 응력을 포함하며, 상기 유리-계 물품은 Li2O 및 Na2O가 실질적으로 없다.
관점 (2)에서, 관점 (1)의 유리-계 물품은 제공되며, 상기 유리-계 물품의 표면으로부터 층의 깊이까지 연장되는 수소-함유 층(hydrogen-containing layer)을 더욱 포함하고, 여기서, 상기 수소-함유 층의 수소 농도는 최대 수소 농도로부터 층의 깊이로 감소한다.
관점 (3)에서, 관점 (2)의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 층의 깊이는 5 ㎛를 초과한다.
관점 (4)에서, 관점 (2)의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 층의 깊이는 10 ㎛ 이상이다.
관점 (5)에서, 관점 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 압축의 깊이는 7 ㎛ 이상이다.
관점 (6)에서, 관점 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 압축의 깊이는 200 ㎛ 이하이다.
관점 (7)에서, 관점 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 압축 응력은 150 MPa 이상이다.
관점 (8)에서, 관점 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 압축 응력은 500 MPa 이하이다.
관점 (9)에서, 관점 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 물품은 Cs2O 및 Rb2O가 실질적으로 없다.
관점 (10)에서, 관점 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 물품의 중심은: 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2; 1 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3; 3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및 0 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (11)에서, 관점 (10)의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 물품의 중심은:
47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
4.5 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (12)에서, 관점 (10)의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 물품의 중심은:
47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
2.5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
10 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (13)에서, 관점 (1) 내지 (12) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서 상기 유리-계 물품의 중심은:
0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 B2O3;
0 mol% 이상 내지 2 mol% 이하의 Rb2O;
0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 MgO;
0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하의 ZnO; 및
0 mol% 이상 내지 0.5 mol% 이하의 SnO2를 포함한다.
관점 (14)에서, 관점 (1) 내지 (13) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 두께는 1 ㎜ 이하이다.
관점 (15)에서, 소비자 전자 제품은 제공된다. 상기 소비자 전자 제품은: 전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징; 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있고, 적어도 컨트롤러(controller), 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 전면에 인접한 디스플레이를 포함하는 전기 구성요소; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함한다. 상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 적어도 일부는 관점 (1) 내지 (14) 중 어느 하나의 유리-계 물품을 포함한다.
관점 (16)에서, 유리는 제공된다. 상기 유리는: 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2; 5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3; 4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및 4.5 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (17)에서, 관점 (16)의 유리는 제공되며, 여기서, 상기 유리는 Li2O, Na2O, Cs2O 및 Rb2O가 실질적으로 없다.
관점 (18)에서, 관점 (16) 또는 (17)의 유리는 제공되며, 여기서, 상기 유리는: 0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 B2O3; 0 mol% 이상 내지 2 mol% 이하의 Rb2O; 0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 MgO; 0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하의 ZnO; 및 0 mol% 이상 내지 0.5 mol% 이하의 SnO2를 포함한다.
관점 (19)에서, 유리는 제공된다. 상기 유리는: 상기 유리는: 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2; 2.5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3; 4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및 10 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (20)에서, 관점 (19)의 유리는 제공되며, 여기서, 상기 유리는 Li2O, Na2O, Cs2O 및 Rb2O가 실질적으로 없다.
관점 (21)에서, 관점 (19) 또는 (20)의 유리는 제공되며, 여기서, 상기 유리는: 0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 B2O3; 0 mol% 이상 내지 2 mol% 이하의 Rb2O; 0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 MgO; 0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하의 ZnO; 및 0 mol% 이상 내지 0.5 mol% 이하의 SnO2를 포함한다.
관점 (22)에서, 유리-계 물품은 제공된다. 상기 유리-계 물품은: 유리-계 물품의 표면으로부터 압축의 깊이까지 연장되는 압축 응력층; 및 상기 유리-계 물품의 표면으로부터 층의 깊이까지 연장되는 수소-함유 층을 포함한다. 상기 압축 응력층은 10 MPa 이상의 압축 응력을 포함하고, 상기 수소-함유 층의 수소 농도는 최대 수소 농도로부터 층의 깊이로 감소하며, 상기 층의 깊이는 5 ㎛를 초과한다.
관점 (23)에서, 관점 (22)의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 압축의 깊이는 5 ㎛를 초과한다.
관점 (24)에서, 관점 (22) 또는 (23)의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 층의 깊이는 10 ㎛ 이상이다.
관점 (25)에서, 관점 (22) 내지 (24) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 압축의 깊이는 7 ㎛ 이상이다.
관점 (26)에서, 관점 (22) 내지 (25) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 압축의 깊이는 200 ㎛ 이하이다.
관점 (27)에서, 관점 (22) 내지 (26) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 압축 응력은 150 MPa 이상이다.
관점 (28)에서, 관점 (22) 내지 (27) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 압축 응력은 500 MPa 이하이다.
관점 (29)에서, 관점 (22) 내지 (28) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 물품의 중심은: 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2; 1 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3; 3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및 0 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (30)에서, 관점 (29)의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 물품의 중심은: 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2; 5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3; 4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및 4.5 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (31)에서, 관점 (29)의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 물품의 중심은: 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2; 2.5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3; 4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및 10 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (32)에서, 관점 (22) 내지 (31) 중 어느 하나의 유리-계 물품은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 물품의 중심은: 0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 B2O3; 0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하의 Li2O; 0 mol% 이상 내지 19 mol% 이하의 Na2O; 0 mol% 이상 내지 2 mol% 이하의 Rb2O; 0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 MgO; 0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하의 ZnO; 및 0 mol% 이상 내지 0.5 mol% 이하의 SnO2를 포함한다.
관점 (33)에서, 소비자 전자 제품은 제공된다. 상기 소비자 전자 제품은: 전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징; 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있고, 적어도 컨트롤러(controller), 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 전면에 인접한 디스플레이를 포함하는 전기 구성요소; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함한다. 상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 적어도 일부는 관점 (22) 내지 (32) 중 어느 하나의 유리-계 물품을 포함한다.
관점 (34)에서, 방법은 제공된다. 상기 방법은 유리-계 기판을 0.1 MPa를 초과하는 압력 및 0.05 MPa 이상의 물 분압을 갖는 환경에 노출시켜 유리-계 물품의 표면으로부터 압축의 깊이까지 연장되는 압축 응력층을 갖는 유리-계 물품을 형성하는, 노출 단계를 포함한다. 상기 압축의 깊이는 5 ㎛를 초과하고, 상기 압축 응력층은 10 MPa 이상의 압축 응력을 포함한다.
관점 (35)에서, 관점 (34)의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 상대 습도는 100%이다.
관점 (36)에서, 관점 (34) 또는 (35)의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 압력은 1 MPa 이상이다.
관점 (37)에서, 관점 (34) 내지 (36) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 노출 단계는 100℃ 이상의 온도에서 수행된다.
관점 (38)에서, 관점 (34) 내지 (37) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 물품은 유리-계 물품의 표면으로부터 층의 깊이까지 연장되는 수소-함유 층을 포함하고, 여기서, 상기 수소-함유 층의 수소 농도는 최대 수소 농도로부터 층의 깊이로 감소한다.
관점 (39)에서, 관점 (38)의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 층의 깊이는 5 ㎛를 초과한다.
관점 (40)에서, 관점 (34) 내지 (39) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 기판은 Li2O 및 Na2O가 실질적으로 없다.
관점 (41)에서, 관점 (34) 내지 (40) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 기판은: 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2; 1 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3; 3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및 0 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (42)에서, 관점 (34) 내지 (41) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 기판은 알칼리 이온 공급원(alkali ion source)으로 이온-교환 처리에 적용되지 않는다.
관점 (43)에서, 관점 (34) 내지 (42) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 기판은 2 ㎜ 이하의 두께를 갖는다.
관점 (44)에서, 방법은 제공된다. 상기 방법은: 유리-계 기판을 제1 기간 동안 제1 물 분압 및 제1 온도를 갖는 제1 환경에 노출시켜 제1 유리-계 물품의 표면으로부터 제1 압축의 깊이까지 연장되는 제1 압축 응력층을 갖는 제1 유리-계 물품을 형성하는, 노출 단계; 및 상기 제1 유리-계 기판을 제2 기간 동안 제2 물 분압 및 제2 온도를 갖는 제2 환경에 노출시켜 제2 유리-계 물품의 표면으로부터 제2 압축의 깊이까지 연장되는 제2 압축 응력층을 갖는 제2 유리-계 물품을 형성하는, 노출 단계를 포함한다. 상기 제1 물 분압 및 제2 물 분압은 0.05 MPa를 초과하고; 상기 제1 압축 응력층은 제1 최대 압축 응력을 포함하며, 제2 압축 응력층은 제2 최대 압축 응력을 포함하고, 상기 제1 최대 압축 응력은 제2 최대 압축 응력 미만이다.
관점 (45)에서, 관점 (44)의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 제2 압축의 깊이는 5 ㎛를 초과한다.
관점 (46)에서, 관점 (44) 또는 (45)의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 제2 최대 압축 응력은 50 MPa 이상이다.
관점 (47)에서, 관점 (44) 내지 (46) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 제1 온도는 제2 온도 이상이다.
관점 (48)에서, 관점 (44) 내지 (47) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 제1 기간은 제2 기간 미만이다.
관점 (49)에서, 관점 (44) 내지 (48) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 제1 환경 및 제2 환경 중 적어도 하나는 0.1 MPa를 초과하는 압력을 갖는다.
관점 (50)에서, 관점 (44) 내지 (49) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 제1 환경 및 제2 환경 중 적어도 하나는 100%의 상대 습도를 갖는다.
관점 (51)에서, 관점 (44) 내지 (50) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 기판, 제1 유리-계 물품, 및 제2 유리-계 물품은 알칼리 이온 공급원으로 이온-교환 처리에 적용되지 않는다.
관점 (52)에서, 관점 (44) 내지 (51) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 기판은: 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2; 1 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3; 3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및 0 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함한다.
관점 (53)에서, 관점 (44) 내지 (52) 중 어느 하나의 방법은 제공되며, 여기서, 상기 유리-계 기판은 Li2O 및 Na2O가 실질적으로 없다.
관점 (54)에서, 관점 (44) 내지 (53) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 상기 제2 유리-계 기판을 제3 기간 동안 제3 물 분압 및 제3 온도를 갖는 제3 환경에 노출시켜 제3 유리-계 물품의 표면으로부터 제3 압축의 깊이까지 연장되는 제3 압축 응력층을 갖는 제3 유리-계 물품을 형성하는, 노출 단계를 더욱 포함하며, 여기서, 상기 제3 물 분압은 0.05 MPa 이상이다.
이들 및 다른 관면, 장점, 및 현저한 특색은 하기 상세한 설명, 수반되는 도면, 및 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은, 일 구현 예에 따른 유리-계 물품의 단면도이다.
도 2a는, 여기에 개시된 유리-계 물품 중 어느 하나를 혼입하는 대표적인 전자 장치의 평면도이다.
도 2b는, 도 2a의 대표적인 전자 장치의 사시도이다.
도 3은 압력 및 온도의 함수에 따른 물에 대한 포화 조건의 플롯(plot)이다.
도 4는, 일 구현 예에 따른 유리-계 물품의 표면 밑의 깊이의 함수에 따른 수소 농도의 플롯이다.
도 5는, 도 4의 유리-계 물품에 대한 인 농도의 함수에 따른 수소 농도의 플롯이다.
도 6은, 일 구현 예에 따른 유리-계 물품의 표면 밑의 깊이의 함수에 따른 수소 농도의 플롯이다.
도 7은, 도 6의 유리-계 물품에 대한 인 농도의 함수에 따른 수소 농도의 플롯이다.
도 8은, 일 구현 예에 따른 유리-계 물품의 표면 밑의 깊이의 함수에 따른 수소 농도의 플롯이다.
도 9는, 도 8의 유리-계 물품에 대한 인 농도의 함수에 따른 수소 농도의 플롯이다.
도 10은, 일 구현 예에 따른 유리-계 물품의 인 농도의 함수에 따른 수소 농도의 플롯이다.
도 11은, 도 10의 유리-계 물품에 대한 칼륨 농도의 함수에 따른 수소 농도의 플롯이다.
도 12는, 도 10의 유리-계 물품에 대한 인 농도의 함수에 따른 수소 농도의 플롯이다.
도 13은, 다양한 온도에서 처리된 유리-계 샘플에 대한 수증기 처리 온도의 함수에 따른 압축 응력의 플롯이다.
도 14는, 환경에 따른 유리-계 물품의 응력 프로파일(profile)이다.
하기 상세한 설명에서, 같은 참조 문자는 도면에 나타낸 몇 가지 도들에 걸쳐 동일하거나 또는 상응하는 부분을 나타낸다. 또한, 별도로 명시되지 않는 한, "상부", "하부", "외부", "내부", 및 이와 유사한 것과 같은 용어는, 편의의 단어이지 제한 용어로 해석되지 않는 것으로 이해된다. 별도의 언급이 없는 한, 인용된 경우, 값의 범위는, 상기 범위의 상한 및 하한뿐만 아니라 이들 사이에 임의의 서브-범위 모두를 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, "단수" 및 "복수"는 특별히 구분없이 사용되며, 별도의 언급이 없는 한, "단수" 및 "복수" 모두 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 특색은 조합 중 어떤 하나 및 모든 조합으로 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "유리-계"는, (결정질 상 및 잔류 비정질 유리상을 포함하는) 유리 세라믹을 포함하여, 유리로 전체적으로 또는 부분적으로 만들어진 임의의 물체를 포함하는 가장 넓은 의미로 사용된다. 별도로 명시되지 않는 한, 여기에 기재된 유리의 모든 조성물은 몰 퍼센트(mol%)로 표현되며, 구성분은 산화물 기준으로 제공된다. 별도로 명시되지 않는 한, 모든 온도는 섭씨(℃)로 표시된다.
용어 "실질적으로" 및 "약"이 임의의 정량적인 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 내재하는 불확실성의 정도를 나타내는 것으로 여기에서 활용될 수 있는 것으로 유의된다. 이들 용어는 또한 문제의 주제의 기본적인 기능의 변화를 결과하지 않고 정량적인 표현이 명시된 기준으로부터 변할 수 있는 정도를 나타내는 것으로 여기에서 활용된다. 예를 들어, "K2O가 실질적으로 없는" 유리-계 물품은, K2O가 물품에 능동적으로 첨가되지 않았거나 또는 배칭(batch)되지는 않았지만, 약 0.1 mol% 미만의 양과 같이, 오염원으로서 매우 소량으로 존재할 수 있는 유리이다. 여기에서 활용되는 바와 같은, 용어 "약"이 값을 변경하는데 사용되는 경우, 정확한 값은 또한 개시된다. 예를 들어, 용어 "약 10 mol% 초과"는 또한 "10 mol% 이상"을 개시한다.
이하 언급은 다양한 구현 예에 대해 매우 상세하게 만들어질 것이고, 이의 실시 예는 수반되는 실시 예 및 도면에 예시된다.
여기에 개시된 유리-계 물품은, 유리-계 기판을 스팀 처리하여 물품의 표면으로부터 압축의 깊이(DOC)까지 연장되는 압축 응력층을 생성시켜 형성된다. 압축 응력층은 최대 응력으로부터 압축의 깊이까지 감소하는 응력을 포함한다. 몇몇 구현 예에서, 최대 압축 응력은 유리-계 물품의 표면에 위치될 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같은, 압축의 깊이(DOC)는 유리-계 물품에서 응력이 압축으로부터 인장으로 변화하는 깊이를 의미한다. 따라서, 유리-계 물품은 또한 최대 중심 장력(CT)을 갖는 인장 응력 영역을 함유하여, 유리-계 물품 내에 힘이 균형을 이룬다.
유리-계 물품은 물품의 표면으로부터 층의 깊이까지 연장되는 수소-함유 층을 더욱 포함한다. 수소-함유 층은 유리-계 물품의 최대 수소 농도로부터 층의 깊이로 감소하는 수소 농도를 포함한다. 몇몇 구현 예에서, 최대 수소 농도는 유리-계 물품의 표면에 위치될 수 있다.
유리-계 물품은 유리-계 기판을 수증기를 함유하는 환경에 노출시켜 형성될 수 있으며, 이에 의해 수소 종(species)이 유리-계 기판을 침투하여 수소-함유 층 및/또는 압축 응력층을 갖는 유리-계 물품을 형성할 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같은, 수소 종은 분자 물, 하이드록실, 수소 이온, 및 하이드로늄(hydronium)을 포함한다. 유리-계 기판의 조성물은, 유리 내로 수소 종의 상호확산을 촉진하도록 선택될 수 있다. 여기에서 활용되는 바와 같은, 용어 "유리-계 기판"은, 수소-함유 층 및/또는 압축 응력층을 포함하는 유리-계 물품의 형성을 위해 수증기 함유 환경에 노출되기 전 전구체를 지칭한다. 유사하게, 용어 "유리-계 물품"은 수소-함유 층 및/또는 압축 응력층을 포함하는 노출 후 물품을 지칭한다.
여기에 개시된 유리-계 물품은, 전통적인 이온 교환, 열 템퍼링, 또는 적층 처리를 거치지 않고 압축 응력층을 나타낼 수 있다. 이온 교환 공정은, 많은 비용이 드는 처분이 요구되는 소비된 용융염 욕조의 형태로 상당한 폐기물을 생성하고, 또한 몇몇 유리 조성물에만 적용 가능하다. 얇은 시트의 열 템퍼링이 성능 및 수율을 감소시키는 시트 스크래칭 손상을 결과하는 작은 에어 갭 퀀칭 공정(air gap quenching processes)을 활용하기 때문에, 열 템퍼링은 실용적인 문제로 얇은 유리 표본을 필요로 한다. 부가적으로, 얇은 유리 시트를 열 템퍼링하는 경우 표면 및 에지 영역에 걸쳐 균일한 압축 응력을 달성하는 것은 어렵다. 적층 공정은, 큰 시트가 사용 가능한 크기로 절단되는 경우, 노출된 인장 응력 영역을 결과하며, 이는 바람직하지 않는다.
유리-계 물품을 형성하는데 활용되는 수증기 처리는, 용융염이 활용되지 않는 이온 교환 처리와 비교하는 경우 폐기물을 줄이고, 비용을 낮출 수 있다. 수증기 처리는 또한 얇은(<2 ㎜) 두께에서 열 템퍼링에 적합하지 않은 저-가 유리를 강화시킬 수 있다. 부가적으로, 수증기 처리는, 적층 공정과 관련된 바람직하지 않은 노출된 인장 응력 영역을 피하면서, 부품 수준(part level)에서 수행될 수 있다. 요약하면, 여기에 개시된 유리-계 물품은, 높은 압축 응력 및 깊은 압축의 깊이를 나타내면서 얇은 두께 및 저비용으로 생산될 수 있다.
몇몇 구현 예에 따른 유리-계 물품(100)의 대표적인 단면은 도 1에 도시된다. 유리-계 물품(100)은, 제1 표면(110)과 제2 표면(112) 사이에서 연장되는 두께(t)를 갖는다. 제1 압축 응력층(120)은, 제1 표면(110)으로부터 제1 압축의 깊이까지 연장되며, 여기서, 제1 압축의 깊이는 유리-계 물품(100) 내로 제1 표면(110)으로부터 측정된 깊이(d1)를 갖는다. 제2 압축 응력층(122)은, 제2 표면(112)으로부터 제2 압축의 깊이까지 연장되고, 여기서, 제2 압축의 깊이는 유리-계 물품(100) 내로 제2 표면(112)으로부터 측정된 깊이(d2)를 갖는다. 인장 응력 영역(130)은, 제1 압축의 깊이와 제2 압축의 깊이 사이에 존재한다. 구현 예들에서, 제1 압축의 깊이(d 1 )는, 제2 압축의 깊이(d 2 )와 실질적으로 동일하거나 또는 동일할 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 물품의 압축 응력층은, 20 MPa 이상, 30 MPa 이상, 40 MPa 이상, 50 MPa 이상, 60 MPa 이상, 70 MPa 이상, 80 MPa 이상, 90 MPa 이상, 100 MPa 이상, 110 MPa 이상, 120 MPa 이상, 130 MPa 이상, 140 MPa 이상, 145 MPa 이상, 150 MPa 이상, 160 MPa 이상, 170 MPa 이상, 180 MPa 이상, 190 MPa 이상, 200 MPa 이상, 210 MPa 이상, 220 MPa 이상, 230 MPa 이상, 240 MPa 이상, 250 MPa 이상, 260 MPa 이상, 270 MPa 이상, 280 MPa 이상, 290 MPa 이상, 300 MPa 이상, 310 MPa 이상, 320 MPa 이상, 330 MPa 이상, 340 MPa 이상, 350 MPa 이상, 360 MPa 이상, 370 MPa 이상, 380 MPa 이상, 390 MPa 이상, 400 MPa 이상, 410 MPa 이상, 420 MPa 이상, 430 MPa 이상, 440 MPa 이상, 450 MPa 이상, 또는 그 이상과 같은, 10 MPa 이상의 압축 응력을 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 압축 응력층은, 10 MPa 이상 내지 500 MPa 이하, 예컨대, 20 MPa 이상 내지 490 MPa 이하, 20 MPa 이상 내지 480 MPa 이하, 30 MPa 이상 내지 470 MPa 이하, 40 MPa 이상 내지 460 MPa 이하, 50 MPa 이상 내지 450 MPa 이하, 60 MPa 이상 내지 440 MPa 이하, 70 MPa 이상 내지 430 MPa 이하, 80 MPa 이상 내지 420 MPa 이하, 90 MPa 이상 내지 410 MPa 이하, 100 MPa 이상 내지 400 MPa 이하, 110 MPa 이상 내지 390 MPa 이하, 120 MPa 이상 내지 380 MPa 이하, 130 MPa 이상 내지 370 MPa 이하, 140 MPa 이상 내지 360 MPa 이하, 150 MPa 이상 내지 350 MPa 이하, 160 MPa 이상 내지 340 MPa 이하, 170 MPa 이상 내지 330 MPa 이하, 180 MPa 이상 내지 320 MPa 이하, 190 MPa 이상 내지 310 MPa 이하, 200 MPa 이상 내지 300 MPa 이하, 210 MPa 이상 내지 290 MPa 이하, 220 MPa 이상 내지 280 MPa 이하, 230 MPa 이상 내지 270 MPa 이하, 240 MPa 이상 내지 260 MPa 이하, 250 MPa, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로부터 형성된 임의의 서브-범위의 압축 응력을 포함할 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 압축 응력층의 DOC는, 5 ㎛ 이상, 예컨대, 7 ㎛ 이상, 10 ㎛ 이상, 15 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 25 ㎛ 이상, 30 ㎛ 이상, 35 ㎛ 이상, 40 ㎛ 이상, 45 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이상, 55 ㎛ 이상, 60 ㎛ 이상, 65 ㎛ 이상, 70 ㎛ 이상, 75 ㎛ 이상, 80 ㎛ 이상, 85 ㎛ 이상, 90 ㎛ 이상, 95 ㎛ 이상, 100 ㎛ 이상, 105 ㎛ 이상, 110 ㎛ 이상, 115 ㎛ 이상, 120 ㎛ 이상, 125 ㎛ 이상, 130 ㎛ 이상, 135 ㎛ 이상, 140 ㎛ 이상, 145 ㎛ 이상, 150 ㎛ 이상, 155 ㎛ 이상, 160 ㎛ 이상, 165 ㎛ 이상, 170 ㎛ 이상, 175 ㎛ 이상, 180 ㎛ 이상, 185 ㎛ 이상, 190 ㎛ 이상, 195 ㎛ 이상, 또는 그 이상일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 압축 응력층의 DOC는, 5 ㎛ 이상 내지 200 ㎛ 이하, 예컨대, 7 ㎛ 이상 내지 195 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이상 내지 190 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이상 내지 185 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이상 내지 180 ㎛ 이하, 25 ㎛ 이상 내지 175 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 내지 170 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이상 내지 165 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이상 내지 160 ㎛ 이하, 45 ㎛ 이상 내지 155 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 내지 150 ㎛ 이하, 55 ㎛ 이상 내지 145 ㎛ 이하, 60 ㎛ 이상 내지 140 ㎛ 이하, 65 ㎛ 이상 내지 135 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 내지 130 ㎛ 이하, 75 ㎛ 이상 내지 125 ㎛ 이하, 80 ㎛ 이상 내지 120 ㎛ 이하, 85 ㎛ 이상 내지 115 ㎛ 이하, 90 ㎛ 이상 내지 110 ㎛ 이하, 100 ㎛, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로부터 형성될 수 있는 임의의 서브-범위일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 압축 응력층의 DOC는, 5 ㎛ 이상 내지 200 ㎛ 이하, 예컨대, 7 ㎛ 이상 내지 195 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이상 내지 190 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이상 내지 185 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이상 내지 180 ㎛ 이하, 25 ㎛ 이상 내지 175 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 내지 170 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이상 내지 165 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이상 내지 160 ㎛ 이하, 45 ㎛ 이상 내지 155 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 내지 150 ㎛ 이하, 55 ㎛ 이상 내지 145 ㎛ 이하, 60 ㎛ 이상 내지 140 ㎛ 이하, 65 ㎛ 이상 내지 135 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 내지 130 ㎛ 이하, 75 ㎛ 이상 내지 125 ㎛ 이하, 80 ㎛ 이상 내지 120 ㎛ 이하, 85 ㎛ 이상 내지 115 ㎛ 이하, 90 ㎛ 이상 내지 110 ㎛ 이하, 100 ㎛, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로부터 형성될 수 있는 임의의 서브-범위일 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 물품은, 0.05t 이상의 DOC를 가질 수 있으며, 여기서, t는 0.06t 이상, 0.07t 이상, 0.08t 이상, 0.09t 이상, 0.10t 이상, 0.11t 이상, 0.12t 이상, 0.13t 이상, 0.14t 이상, 0.15t 이상, 0.16t 이상, 0.17t 이상, 0.18t 이상, 0.19t 이상, 또는 그 이상과 같은, 유리-계 물품의 두께이다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 물품은, 0.05t 이상 내지 0.20t 이하, 예컨대, 0.06t 이상 내지 0.19t 이하, 0.07t 이상 내지 0.18t 이하, 0.08t 이상 내지 0.17t 이하, 0.09t 이상 내지 0.16t 이하, 0.10t 이상 내지 0.15t 이하, 0.11t 이상 내지 0.14t 이하, 0.12t 이상 내지 0.13t 이하, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로부터 형성된 임의의 서브-범위의 DOC를 가질 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 물품의 최대 중심 장력(CT)은, 10 MPa 이상, 예컨대, 11 MPa 이상, 12 MPa 이상, 13 MPa 이상, 14 MPa 이상, 15 MPa 이상, 16 MPa 이상, 17 MPa 이상, 18 MPa 이상, 19 MPa 이상, 20 MPa 이상, 22 MPa 이상, 24 MPa 이상, 26 MPa 이상, 28 MPa 이상, 30 MPa 이상, 32 MPa 이상, 또는 그 이상일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 물품의 CT는, 10 MPa 이상 내지 35 MPa 이하, 예컨대, 11 MPa 이상 내지 34 MPa 이하, 12 MPa 이상 내지 33 MPa 이하, 13 MPa 이상 내지 32 MPa 이하, 14 MPa 이상 내지 32 MPa 이하, 15 MPa 이상 내지 31 MPa 이하, 16 MPa 이상 내지 30 MPa 이하, 17 MPa 이상 내지 28 MPa 이하, 18 MPa 이상 내지 26 MPa 이하, 19 MPa 이상 내지 24 MPa 이하, 20 MPa 이상 내지 22 MPa 이하, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로부터 형성된 임의의 서브-범위일 수 있다.
(표면 CS를 포함하는) 압축 응력은, 상업적으로 이용 가능한 기구를 사용하는 표면 응력 측정기(FSM), 예컨대, Orihara Industrial Co., Ltd. (일본)에 의해 제작된 FSM-6000에 의해 측정된다. 표면 응력 측정은, 유리의 복굴절과 관련된, 응력 광학 계수(SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는, 궁극적으로, 명칭이 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"인, ASTM 표준 C770-16에 기재된 절차 C(유리 디스크 방법)에 따라 측정되며, 이의 내용은 그 전체가 여기에 참조로서 병합된다. DOC는 FSM에 의해 측정된다. 최대 중심 장력(CT) 값은 기술분야에 알려진 산란광 편광기(SCALP) 기술을 사용하여 측정된다.
유리-계 물품의 수소-함유 층은, 5 ㎛를 초과하는 층의 깊이(DOL)를 가질 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 층의 깊이는, 10 ㎛ 이상, 예컨대, 15 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 25 ㎛ 이상, 30 ㎛ 이상, 35 ㎛ 이상, 40 ㎛ 이상, 45 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이상, 55 ㎛ 이상, 60 ㎛ 이상, 65 ㎛ 이상, 70 ㎛ 이상, 75 ㎛ 이상, 80 ㎛ 이상, 85 ㎛ 이상, 90 ㎛ 이상, 95 ㎛ 이상, 100 ㎛ 이상, 105 ㎛ 이상, 110 ㎛ 이상, 115 ㎛ 이상, 120 ㎛ 이상, 125 ㎛ 이상, 130 ㎛ 이상, 135 ㎛ 이상, 140 ㎛ 이상, 145 ㎛ 이상, 150 ㎛ 이상, 155 ㎛ 이상, 160 ㎛ 이상, 165 ㎛ 이상, 170 ㎛ 이상, 175 ㎛ 이상, 180 ㎛ 이상, 185 ㎛ 이상, 190 ㎛ 이상, 195 ㎛ 이상, 200 ㎛ 이상, 또는 그 이상일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 층의 깊이는, 5 ㎛ 초과 내지 205 ㎛ 이하, 예컨대, 10 ㎛ 이상 내지 200 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이상 내지 200 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이상 내지 195 ㎛ 이하, 25 ㎛ 이상 내지 190 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 내지 185 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이상 내지 180 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이상 내지 175 ㎛ 이하, 45 ㎛ 이상 내지 170 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 내지 165 ㎛ 이하, 55 ㎛ 이상 내지 160 ㎛ 이하, 60 ㎛ 이상 내지 155 ㎛ 이하, 65 ㎛ 이상 내지 150 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 내지 145 ㎛ 이하, 75 ㎛ 이상 내지 140 ㎛ 이하, 80 ㎛ 이상 내지 135 ㎛ 이하, 85 ㎛ 이상 내지 130 ㎛ 이하, 90 ㎛ 이상 내지 125 ㎛ 이하, 95 ㎛ 이상 내지 120 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이상 내지 115 ㎛ 이하, 105 ㎛ 이상 내지 110 ㎛ 이하, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로 형성된 임의의 서브-범위일 수 있다. 일반적으로, 유리-계 물품에 의해 나타나는 층의 깊이는, 주변 환경에 노출에 의해 생성될 수 있는 층의 깊이를 초과한다.
유리-계 물품의 수소-함유 층은 0.005t를 초과하는 층의 깊이(DOL)를 가질 수 있으며, 여기서, t는 유리-계 물품의 두께이다. 몇몇 구현 예에서, 층의 깊이는, 0.010t 이상, 예컨대, 0.015t 이상, 0.020t 이상, 0.025t 이상, 0.030t 이상, 0.035t 이상, 0.040t 이상, 0.045t 이상, 0.050t 이상, 0.055t 이상, 0.060t 이상, 0.065t 이상, 0.070t 이상, 0.075t 이상, 0.080t 이상, 0.085t 이상, 0.090t 이상, 0.095t 이상, 0.10t 이상, 0.15t 이상, 0.20t 이상, 또는 그 이상일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 층의 깊이는, 0.010t 이상, 예컨대, 0.015t 이상, 0.020t 이상, 0.025t 이상, 0.030t 이상, 0.035t 이상, 0.040t 이상, 0.045t 이상, 0.050t 이상, 0.055t 이상, 0.060t 이상, 0.065t 이상, 0.070t 이상, 0.075t 이상, 0.080t 이상, 0.085t 이상, 0.090t 이상, 0.095t 이상, 0.10t 이상, 0.15t 이상, 0.20t 이상, 또는 그 이상일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, DOL은, 0.005t 초과 내지 0.205t, 예컨대, 0.010t 이상 내지 0.200t 이하, 0.015t 이상 내지 0.195t 이하, 0.020t 이상 내지 0.190t 이하, 0.025t 이상 내지 0.185t 이하, 0.030t 이상 내지 0.180t 이하, 0.035t 이상 내지 0.175t 이하, 0.040t 이상 내지 0.170t 이하, 0.045t 이상 내지 0.165t 이하, 0.050t 이상 내지 0.160t 이하, 0.055t 이상 내지 0.155t 이하, 0.060t 이상 내지 0.150t 이하, 0.065t 이상 내지 0.145t 이하, 0.070t 이상 내지 0.140t 이하, 0.075t 이상 내지 0.135t 이하, 0.080t 이상 내지 0.130t 이하, 0.085t 이상 내지 0.125t 이하, 0.090t 이상 내지 0.120t 이하, 0.095t 이상 내지 0.115t 이하, 0.100t 이상 내지 0.110t 이하, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로 형성된 임의의 서브-범위일 수 있다.
층의 깊이 및 수소 농도는, 기술분야에 알려진 2차 이온 질량 분석(SIMS) 기술에 의해 측정된다. SIMS 기술은, 주어진 깊이에서 수소 농도를 측정할 수 있지만, 유리-계 물품에 존재하는 수소 종을 구별할 수는 없다. 이러한 이유로, 모든 수소 종은 SIMS 측정 수소 농도에 기여한다. 여기서 활용되는 바와 같이, 층의 깊이(DOL)는, 수소 농도가 유리-계 물품의 중심에서의 수소 농도와 동일한 유리-계 물품의 표면 아래의 제1 깊이를 지칭한다. 이러한 정의는 처리 전 유리-계 기판의 수소 농도를 설명하므로, 층의 깊이는 처리 공정에 의해 부가된 수소의 깊이를 나타낸다. 현실적으로, 유리-계 물품의 중심에서 수소 농도는 유리-계 물품의 표면으로부터의 깊이에서 수소 농도로 근사값이 구해질 수 있고, 여기서, 수소 농도가 그러한 깊이와 유리-계 물품의 중심 사이에서 변하지 않을 것으로 예상됨에 따라, 수소 농도는 실질적으로 일정하게 된다. 이러한 근사값은 유리-계 물품의 전체 깊이에 걸쳐 수소 농도를 측정하지 않고도 DOL의 결정을 가능하게 한다.
임의의 특정 이론에 구속되는 것을 원하지는 않지만, 유리-계 물품의 수소-함유 층은, 유리-계 기판의 조성물에 함유된 이온에 대한 수소 종들의 상호확산의 결과일 수 있다. H3O+, H2O, 및/또는 H+와 같은, 수소-함유 종은, 유리-계 기판으로 확산될 수 있고, 유리-계 기판에 함유된 알칼리 이온 및/또는 인을 대체하여 유리-계 물품을 형성할 수 있다. 부가적으로, 유리-계 기판이 수증기 함유 환경에 노출되는 경우, 인은 압축 응력층의 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 보이며, 유리-계 기판이 인 및 알칼리 금속 산화물을 모두 함유하는 경우, 인은 특히 현저한 효과를 가질 수 있다. 칼륨을 함유하는 유리-계 기판은, 나트륨을 함유하는 유리-계 기판과 달리 수증기 함유 환경에 노출되는 경우 향상된 강화를 나타내며, 이는 더 낮은 양이온 전계 강도(cationic field strength)가 이러한 처리를 통해 향상된 강화를 가능하게 함을 나타낸다. 더 낮은 양이온 전계 강도 알칼리 이온을 함유하는 유리-계 기판은, 더 낮은 산소 패킹 밀도(packing density)를 가질 수 있으며, 이는 물과 같은, 수소 종이 유리-계 기판 내로 확산되는 것을 더 용이하게 할 수 있다. 더 낮은 양이온 전계 강도 알칼리 이온의 혼입은 또한 실험적으로 관찰된 수소 함유 층에서 인의 고갈(depletion)과 일치하는, 물을 함유하는 환경에 노출된 경우, 유리-계 기판으로부터 인의 추출을 도울 수 있다. 이러한 거동을 적어도 부분적으로 설명할 수 있는 하나의 잠재적 메커니즘은, 더 낮은 양이온 전계 강도 알칼리 금속이 사용되는 경우, Q0(PO4 3-) 유닛(unit)이 유리 네트워크에 덜 강하게 결합된다는 것이다. Q0(PO4 3-) 유닛은, 4개의 비-가교 산소를 함유하므로, 유닛은 1개의 이중 결합된 산소 원자 및 개질제 이온과 이온 결합을 형성하는 3개의 산소 음이온으로 이루어진다.
여기에 개시된 유리-계 물품은, 디스플레이를 갖는 물품(또는 디스플레이 물품)(예를 들어, 휴대 전화, 태블릿, 컴퓨터, 내비게이션 시스템, 웨어러블 장치(예를 들어, 시계) 및 이와 유사한 것을 포함하는, 소비자 전자제품), 건축용 물품, 운송용 물품(예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 선박, 등), 가전 물품, 또는 약간의 투명성, 내-스크래치성, 내마모성 또는 이들의 조합을 요구하는 임의의 물품과 같은, 또 다른 물품 내로 혼입될 수 있다. 여기에 개시된 유리-계 물품 중 어느 하나를 혼입하는 대표적인 물품은, 도 2a 및 2b에 나타낸다. 구체적으로, 도 2a 및 2b는, 전면(204), 후면(206) 및 측면(208)을 갖는 하우징(202); 상기 하우징 내부에 적어도 부분적으로 있거나 또는 상기 하우징 내에 전체적으로 있고, 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 전면에 인접한 디스플레이(210)를 포함하는 전기 구성요소(도시되지 않음); 및 상기 디스플레이 위에 있도록 하우징의 전면에 또는 전면 위에 커버 기판(212)을 포함하는, 소비자 전자 장치(200)를 나타낸다. 몇몇 구현 예에서, 커버 기판(212) 및 하우징(202) 중 적어도 하나의 적어도 일부는, 여기에 개시된 유리-계 물품 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
유리-계 물품은 임의의 적절한 조성물을 갖는 유리-계 기판으로부터 형성될 수 있다. 유리-계 기판의 조성물은 구체적으로 수소-함유 종의 확산을 촉진하기 위해 선택되어, 수소-함유 층 및 압축 응력층을 포함하는 유리-계 물품을 효율적으로 형성시킬 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은 SiO2, Al2O3, 및 P2O5를 포함하는 조성물을 가질 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, 및 Cs2O 중 적어도 하나와 같은, 알칼리 금속 산화물을 부가적으로 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은 리튬 및 나트륨 중 적어도 하나가 실질적으로 없거나 또는 없을 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은 리튬 및 나트륨이 실질적으로 없거나 또는 없을 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 수소 종은 유리-계 물품의 중심으로 확산되지 않는다. 다르게 말하면, 유리-계 물품의 중심은, 수증기 처리에 의한 영향을 가장 적게 받는 구역이다. 이러한 이유로, 유리-계 물품의 중심은, 물 함유 환경에서 처리하기 전에 유리-계 기판의 조성물과 실질적으로 동일하거나, 또는 동일한 조성물을 가질 수 있다.
유리-계 기판은 임의의 적절한 양의 SiO2를 포함할 수 있다. SiO2는 가장 큰 구성분이며, 그래서, SiO2는 유리 조성물로 형성된 유리 네트워크의 주요 구성분이다. 유리 조성물의 SiO2 농도가 너무 높으면, SiO2 농도가 높을수록 유리 용융의 어려움이 증가하여, 결국, 유리의 성형성에 악영향을 미침에 따라, 유리 조성물의 성형성은 저하될 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하, 예컨대, 48 mol% 이상 내지 69 mol% 이하, 49 mol% 이상 내지 68 mol% 이하, 50 mol% 이상 내지 67 mol% 이하, 51 mol% 이상 내지 66 mol% 이하, 52 mol% 이상 내지 65 mol% 이하, 53 mol% 이상 내지 64 mol% 이하, 54 mol% 이상 내지 63 mol% 이하, 55 mol% 이상 내지 62 mol% 이하, 56 mol% 이상 내지 61 mol% 이하, 57 mol% 이상 내지 60 mol% 이하, 58 mol% 이상 내지 59 mol% 이하, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로 형성된 임의의 서브-범위의 양으로 SiO2를 포함할 수 있다.
유리-계 기판은 임의의 적절한 양의 Al2O3를 포함할 수 있다. Al2O3는, SiO2와 유사하게, 유리 네트워크 형성제로서 역할을 할 수 있다. Al2O3는, 유리 조성물로 형성된 유리 용융물에서 이의 사면체 배위(tetrahedral coordination)로 인해 유리 조성물의 점도를 증가시킬 수 있어, Al2O3의 양이 너무 많은 경우, 유리 조성물의 성형성을 감소시킨다. 그러나, Al2O3의 농도가 유리 조성물에서 SiO2의 농도 및 알칼리 산화물의 농도와 균형을 이룰 때, Al2O3는 유리 용융물의 액상선 온도를 낮출 수 있고, 이에 의해 액상선 점도를 향상시키고, 퓨전 형성 공정과 같은, 어떤 형성 공정과 유리 조성물의 상용성을 개선시킨다. 유리-계 기판에 Al2O3의 포함은, 상 분리를 방지하고, 유리에서 비-가교 산소(NBOs)의 수를 감소시킨다. 부가적으로, Al2O3는 이온 교환의 효율성을 개선시킬 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 1 mol% 이상 내지 17 mol% 이하, 예컨대, 2 mol% 이상 내지 16 mol% 이하, 3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하, 4 mol% 이상 내지 14 mol% 이하, 5 mol% 이상 내지 13 mol% 이하, 6 mol% 이상 내지 12 mol% 이하, 7 mol% 이상 내지 11 mol% 이하, 8 mol% 이상 내지 10 mol% 이하, 9 mol%, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로 형성된 임의의 서브-범위의 양으로 Al2O3를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 2.5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하, 예컨대, 5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하, 또는 전술된 말단값 중 어느 하나로부터 형성된 임의의 서브-범위의 양으로 Al2O3를 포함할 수 있다.
유리-계 기판은, 원하는 수소 확산성(diffusivity)을 생성하기에 충분한 임의의 양의 P2O5를 포함할 수 있다. 유리-계 기판에 인의 포함은, 교환하는 이온 쌍에 관계없이, 더 빠른 상호확산을 촉진한다. 따라서, 인 함유 유리-계 기판은, 수소-함유 층을 포함하는 유리-계 물품의 효율적인 형성을 가능하게 한다. P2O5의 포함은 또한 상대적으로 짧은 처리 시간에 깊은 층의 깊이(예를 들어, 약 10 ㎛ 초과)를 갖는 유리-계 물품의 생성을 가능하게 한다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하, 예컨대, 4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하, 5 mol% 이상 내지 14 mol% 이하, 6 mol% 이상 내지 13 mol% 이하, 7 mol% 이상 내지 12 mol% 이하, 8 mol% 이상 내지 11 mol% 이하, 9 mol% 이상 내지 10 mol% 이하, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로 형성된 임의의 서브-범위의 양으로 P2O5를 포함할 수 있다.
유리-계 기판은 K2O를 포함한다. K2O의 포함은, 물을 함유하는 환경에 노출시, 유리 기판 내로 수소 종의 효율적 교환을, 적어도 부분적으로, 가능하게 한다. 구현 예들에서, 유리-계 기판은, 0 mol% 이상 내지 23 mol% 이하, 예컨대, 1 mol% 이상 내지 22 mol% 이하, 2 mol% 이상 내지 21 mol% 이하, 3 mol% 이상 내지 20 mol% 이하, 4 mol% 이상 내지 19 mol% 이하, 5 mol% 이상 내지 18 mol% 이하, 6 mol% 이상 내지 17 mol% 이하, 7 mol% 이상 내지 16 mol% 이하, 8 mol% 이상 내지 15 mol% 이하, 9 mol% 이상 내지 14 mol% 이하, 10 mol% 이상 내지 13 mol% 이하, 11 mol% 이상 내지 12 mol% 이하, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로부터 형성된 임의의 서브-범위의 양으로 K2O를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 4.5 mol% 이상 내지 23 mol% 이하, 예컨대, 10 mol% 이상 내지 23 mol% 이하, 또는 전술된 말단값 중 어느 하나로부터 형성된 임의의 서브-범위의 양으로 K2O를 포함할 수 있다. 구현 예들에서, 유리-계 기판은, Li2O, Na2O, Cs2O, 및 Rb2O와 같은, K2O 이외의 알칼리 금속 산화물이 실질적으로 없거나 또는 없을 수 있다.
유리-계 기판은 Na2O를 임의의 적절한 양으로 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 0 mol% 이상 내지 19 mol% 이하, 예컨대, 0 mol% 이상 내지 18 mol% 이하, 1 mol% 이상 내지 17 mol% 이하, 2 mol% 이상 내지 16 mol% 이하, 3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하, 4 mol% 이상 내지 14 mol% 이하, 5 mol% 이상 내지 13 mol% 이하, 6 mol% 이상 내지 12 mol% 이하, 7 mol% 이상 내지 11 mol% 이하, 8 mol% 이상 내지 10 mol% 이하, 9 mol%, 또는 이들 말단값으로부터 형성된 임의의 및 모든 서브-범위의 양으로 Na2O를 포함할 수 있다. 구현 예들에서, 유리-계 기판은 Na2O가 실질적으로 없거나 또는 없을 수 있다.
유리-계 기판은 Li2O를 적절한 양으로 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하, 예컨대, 0 mol% 이상 내지 4 mol% 이하, 1 mol% 이상 내지 3 mol% 이하, 2 mol%, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로부터 형성된 임의의 및 모든 서브-범위의 양으로 Li2O를 포함할 수 있다. 구현 예들에서, 유리-계 기판은 Li2O가 실질적으로 없거나 또는 없을 수 있다.
유리-계 기판은 Rb2O를 임의의 적절한 양으로 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 0 mol% 이상 내지 2 mol% 이하, 예컨대, 0 mol% 이상 내지 1 이하, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로부터 형성된 임의의 서브-범위의 양으로 Rb2O를 포함할 수 있다. 구현 예들에서, 유리-계 기판은 실질적으로 Rb2O가 없거나 또는 없을 수 있다.
유리-계 기판은 Cs2O를 적절한 양으로 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 0 mol% 이상 내지 10 mol% 이하, 예컨대, 1 mol% 이상 내지 9 mol% 이하, 2 mol% 이상 내지 8 mol% 이하, 3 mol% 이상 내지 7 mol% 이하, 4 mol% 이상 내지 6 mol% 이하, 5 mol%, 또는 이들 말단값 중 어느 하나로부터 형성된 임의의 서브-범위의 양으로 Cs2O를 포함할 수 있다. 구현 예들에서, 유리-계 기판은 실질적으로 Cs2O가 없거나 또는 없을 수 있다.
유리-계 기판은 부가적으로 B2O3를 포함할 수 있다. 유리-계 기판에 B2O3의 포함은, 유리-계 기판의 내손상성을 증가시킬 수 있고, 이에 의해, 그로부터 형성된 유리-계 물품의 내손상성을 증가시킬 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하, 예컨대, 1 mol% 이상 내지 5 mol% 이하, 2 mol% 이상 내지 4 mol% 이하, 3 mol%, 또는 이들 말단값으로부터 형성된 임의의 및 모든 서브-범위의 양으로 B2O3를 포함할 수 있다. 구현 예에서, 유리-계 기판은 B2O3가 실질적으로 없거나 또는 없을 수 있다.
유리-계 기판은 부가적으로 MgO를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하, 예컨대, 1 mol% 이상 내지 5 mol% 이하, 2 mol% 이상 내지 4 mol% 이하, 3 mol%, 또는 이들 말단값으로부터 형성된 임의의 및 모든 서브-범위의 양으로 MgO를 포함할 수 있다. 구현 예들에서, 유리-계 기판은 실질적으로 MgO가 없거나 또는 없을 수 있다.
유리-계 기판은 부가적으로 ZnO를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하, 예컨대, 1 mol% 이상 내지 4 mol% 이하, 2 mol% 이상 내지 3 mol% 이하, 또는 이들 말단값으로부터 형성된 임의의 및 모든 서브-범위의 양으로 ZnO를 포함할 수 있다. 구현 예에서, 유리-계 기판은 ZnO가 실질적으로 없거나 또는 없을 수 있다.
유리-계 기판은 부가적으로 청징제를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 청징제는 주석을 포함할 수 있다. 구현 예들에서, 유리-계 기판은, 0 mol% 이상 내지 0.5 mol% 이하, 예컨대, 0 mol% 이상 내지 0.1 mol% 이하의 양으로 SnO2를 포함할 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은: 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2, 1 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3, 3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5, 및 0 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는 조성물을 가질 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은: 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2, 5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3, 4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5, 및 4.5 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는 조성물을 가질 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은: 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2, 2.5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3, 4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5, 및 10 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는 조성물을 가질 수 있다.
유리-계 기판은 임의의 적절한 기하학적 구조를 가질 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 2 ㎜ 이하, 예컨대, 1.9 ㎜ 이하, 1.8 ㎜ 이하, 1.7 ㎜ 이하, 1.6 ㎜ 이하, 1.5 ㎜ 이하, 1.4 ㎜ 이하, 1.3 ㎜ 이하, 1.2 ㎜ 이하, 1.1 ㎜ 이하, 1 ㎜ 이하, 900 ㎛ 이하, 800 ㎛ 이하, 700 ㎛ 이하, 600 ㎛ 이하, 500 ㎛ 이하, 400 ㎛ 이하, 300 ㎛ 이하, 또는 그 이하의 두께를 가질 수 있다. 구현 예들에서, 유리-계 기판은, 300 ㎛ 이상 내지 2 ㎜ 이하, 예컨대, 400 ㎛ 이상 내지 1.9 ㎜ 이하, 500 ㎛ 이상 내지 1.8 ㎜ 이하, 600 ㎛ 이상 내지 1.7 ㎜ 이하, 700 ㎛ 이상 내지 1.6 ㎜ 이하, 800 ㎛ 이상 내지 1.5 ㎜ 이하, 900 ㎛ 이상 내지 1.4 ㎜ 이하, 1 ㎜ 이상 내지 1.3 ㎜ 이하, 1.1 ㎜ 이상 내지 1.2 ㎜ 이하, 또는 이들 말단값으로부터 형성된 임의의 및 모든 서브-범위의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은 플레이트 또는 시트로 형상화될 수 있다. 몇몇 다른 구현 예에서, 유리-계 기판은 2.5D 또는 3D 형상을 가질 수 있다. 여기서 활용되는 바와 같은, "2.5D 형상"은, 적어도 하나의 주 표면이 적어도 부분적으로 비평면이고, 제2 주 표면이 실질적으로 평면인, 시트 형상 물품을 지칭한다. 여기서 활용된 바와 같은, "3D 형상"은, 적어도 부분적으로 비평면인 제1 및 제2 대향하는 주 표면을 갖는 물품을 지칭한다. 유리-계 물품은, 이들이 형성되는 유리-계 기판과 실질적으로 유사하거나 또는 동일한 치수 및 형상을 가질 수 있다.
유리-계 물품은, 임의의 적절한 조건하에서 수증기에 노출에 의해 유리-계 기판으로부터 생성될 수 있다. 노출은, 상대 습도 조절이 가능한 가열로(furnace)와 같은, 적절한 장치에서 수행될 수 있다. 노출은 또한 상대 습도 및 압력이 제어되는 가열로 또는 오토클레이브와 같은, 상승된 압력(elevated pressure)에서 수행될 수 있다.
일 구현 예에서, 유리-계 물품은, 유리-계 기판을 주변 압력보다 더 큰 압력을 갖고, 수증기를 함유하는 환경에 노출시켜 생성될 수 있다. 환경은, 0.1 MPa를 초과하는 압력 및 0.05 MPa 이상의 물 분압을 가질 수 있다. 노출 환경에서 상승된 압력은, 특히 온도가 증가함에 따라, 환경에서 수증기의 더 높은 농도를 가능하게 한다. 예를 들어, 하기 표 1은 다양한 온도에 대한 대기압(0.1 MPa)에서 기상(vapor phase)에서 물의 농도를 제공한다.
T (℃) 1 kg 수증기의 부피 (㎥) ㎥당 물의 그램
100 1.6960 598
200 2.1725 460
300 2.6389 379
400 3.1027 322
대기압에서, 수증기 포화 조건은 99.61℃이다. 표 I에 의해 나타낸 바와 같이, 온도가 증가함에 따라, 유리-계 물품을 형성하기 위해 유리-계 기판 내로 확산되는데 이용 가능한 물의 양은, 가열로 또는 오토클레이브의 내부와 같이, 고정된 부피의 경우 감소한다. 따라서, 수증기 처리 환경의 온도를 증가시키는 것이 유리-계 기판 내로 수소 종의 확산 속도를 증가시킬 수 있는 동안에, 고온에서 응력 완화 및 감소된 총 수증기 농도는 압력이 일정한 경우 감소된 압축 응력을 생성시킨다.
대기압 포화 조건을 초과하는 온도와 같이, 온도가 증가함에 따라, 포화 조건에 도달하기 위해 증가된 압력을 적용시키는 것은 환경에서 수증기 농도를 크게 증가시킨다. 하기 표 2는, 다양한 온도에 대한 포화 조건 압력 및 기상에서 연관된 물의 농도를 제공한다.
T (℃) 압력 (MPa) 1 kg 수증기의 부피 (㎥) ㎥당 물의 그램
100 0.101 1.6719 598
200 1.555 0.1272 7862
300 8.5877 0.0217 46083
373.5 21.945 0.0037 270270
압력 및 온도의 함수에 따른 수증기에 대한 포화 조건은 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 곡선 위의 영역은 바람직하지 않은 액체로의 수증기의 응축을 결과할 것이다. 따라서, 여기에서 활용된 수증기 처리 조건은, 수증기 함량을 최대화하기 위한 바람직한 조건이 곡선 상에 또는 곡선 바로 밑에 있는 것으로, 도 3에서 곡선 상에 또는 밑에 속할 것이다. 이러한 이유로, 유리-계 기판의 수증기 처리는 상승된 압력에서 수행될 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 0.1 MPa 초과, 예컨대, 0.2 MPa 이상, 0.3 MPa 이상, 0.4 MPa 이상, 0.5 MPa 이상, 0.6 MPa 이상, 0.7 MPa 이상, 0.8 MPa 이상, 0.9 MPa 이상, 1.0 MPa 이상, 1.1 MPa 이상, 1.2 MPa 이상, 1.3 MPa 이상, 1.4 MPa 이상, 1.5 MPa 이상, 1.6 MPa 이상, 1.7 MPa 이상, 1.8 MPa 이상, 1.9 MPa 이상, 2.0 MPa 이상, 2.1 MPa 이상, 2.2 MPa 이상, 2.3 MPa 이상, 2.4 MPa 이상, 2.5 MPa 이상, 2.6 MPa 이상, 2.7 MPa 이상, 2.8 MPa 이상, 2.9 MPa 이상, 3.0 MPa 이상, 3.1 MPa 이상, 3.2 MPa 이상, 3.3 MPa 이상, 3.4 MPa 이상, 3.5 MPa 이상, 1.6 MPa 이상, 3.7 MPa 이상, 3.8 MPa 이상, 3.9 MPa 이상, 4.0 MPa 이상, 4.1 MPa 이상, 4.2 MPa 이상, 4.3 MPa 이상, 4.4 MPa 이상, 4.5 MPa 이상, 4.6 MPa 이상, 4.7 MPa 이상, 4.8 MPa 이상, 4.9 MPa 이상, 5.0 MPa 이상, 5.1 MPa 이상, 5.2 MPa 이상, 5.3 MPa 이상, 5.4 MPa 이상, 5.5 MPa 이상, 5.6 MPa 이상, 5.7 MPa 이상, 5.8 MPa 이상, 5.9 MPa 이상, 6.0 MPa 이상, 또는 그 이상의 압력의 환경에 노출될 수 있다. 구현 예들에서, 유리-계 기판은, 0.1 MPa 초과 내지 25 MPa 이하, 예컨대, 0.2 MPa 이상 내지 24 MPa 이하, 0.3 MPa 이상 내지 23 MPa 이하, 0.4 MPa 이상 내지 22 MPa 이하, 0.5 MPa 이상 내지 21 MPa 이하, 0.6 MPa 이상 내지 20 MPa 이하, 0.7 MPa 이상 내지 19 MPa 이하, 0.8 MPa 이상 내지 18 MPa 이하, 0.9 MPa 이상 내지 17 MPa 이하, 1.0 MPa 이상 내지 16 MPa 이하, 1.1 MPa 이상 내지 15 MPa 이하, 1.2 MPa 이상 내지 14 MPa 이하, 1.3 MPa 이상 내지 13 MPa 이하, 1.4 MPa 이상 내지 12 MPa 이하, 1.5 MPa 이상 내지 11 MPa 이하, 1.6 MPa 이상 내지 10 MPa 이하, 1.7 MPa 이상 내지 9 MPa 이하, 1.8 MPa 이상 내지 8 MPa 이하, 1.9 MPa 이상 내지 7 MPa 이하, 1.9 MPa 이상 내지 6.9 MPa 이하, 2.0 MPa 이상 내지 6.8 MPa 이하, 2.1 MPa 이상 내지 6.7 MPa 이하, 2.2 MPa 이상 내지 6.6 MPa 이하, 2.3 MPa 이상 내지 6.5 MPa 이하, 2.4 MPa 이상 내지 6.4 MPa 이하, 2.5 MPa 이상 내지 6.3 MPa 이하, 2.6 MPa 이상 내지 6.2 MPa 이하, 2.7 MPa 이상 내지 6.1 MPa 이하, 2.8 MPa 이상 내지 6.0 MPa 이하, 2.9 MPa 이상 내지 5.9 MPa 이하, 3.0 MPa 이상 내지 5.8 MPa 이하, 3.1 MPa 이상 내지 5.7 MPa 이하, 3.2 MPa 이상 내지 5.6 MPa 이하, 3.3 MPa 이상 내지 5.5 MPa 이하, 3.4 MPa 이상 내지 5.4 MPa 이하, 3.5 MPa 이상 내지 5.3 MPa 이하, 3.6 MPa 이상 내지 5.2 MPa 이하, 3.7 MPa 이상 내지 5.1 MPa 이하, 3.8 MPa 이상 내지 5.0 MPa 이하, 3.9 MPa 이상 내지 4.9 MPa 이하, 4.0 MPa 이상 내지 4.8 MPa 이하, 4.1 MPa 이상 내지 4.7 MPa 이하, 4.2 MPa 이상 내지 4.6 MPa 이하, 4.3 MPa 이상 내지 4.5 MPa 이하, 4.4 MPa, 또는 이들 말단값으로부터 형성된 임의의 및 모든 서브-범위의 압력의 환경에 노출될 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 0.05 MPa 이상, 예컨대, 0.05 MPa 이상, 예컨대, 0.075 MPa 이상, 0.1 MPa 이상, 0.2 MPa 이상, 0.3 MPa 이상, 0.4 MPa 이상, 0.5 MPa 이상, 0.6 MPa 이상, 0.7 MPa 이상, 0.8 MPa 이상, 0.9 MPa 이상, 1.0 MPa 이상, 1.1 MPa 이상, 1.2 MPa 이상, 1.3 MPa 이상, 1.4 MPa 이상, 1.5 MPa 이상, 1.6 MPa 이상, 1.7 MPa 이상, 1.8 MPa 이상, 1.9 MPa 이상, 2.0 MPa 이상, 2.1 MPa 이상, 2.2 MPa 이상, 2.3 MPa 이상, 2.4 MPa 이상, 2.5 MPa 이상, 2.6 MPa 이상, 2.7 MPa 이상, 2.8 MPa 이상, 2.9 MPa 이상, 3.0 MPa 이상, 3.1 MPa 이상, 3.2 MPa 이상, 3.3 MPa 이상, 3.4 MPa 이상, 3.5 MPa 이상, 1.6 MPa 이상, 3.7 MPa 이상, 3.8 MPa 이상, 3.9 MPa 이상, 4.0 MPa 이상, 4.1 MPa 이상, 4.2 MPa 이상, 4.3 MPa 이상, 4.4 MPa 이상, 4.5 MPa 이상, 4.6 MPa 이상, 4.7 MPa 이상, 4.8 MPa 이상, 4.9 MPa 이상, 5.0 MPa 이상, 5.1 MPa 이상, 5.2 MPa 이상, 5.3 MPa 이상, 5.4 MPa 이상, 5.5 MPa 이상, 5.6 MPa 이상, 5.7 MPa 이상, 5.8 MPa 이상, 5.9 MPa 이상, 6.0 MPa 이상, 7.0 MPa 이상, 8.0 MPa 이상, 9.0 MPa 이상, 10.0 MPa 이상, 11.0 MPa 이상, 12.0 MPa 이상, 13.0 MPa 이상, 14.0 MPa 이상, 15.0 MPa 이상, 16.0 MPa 이상, 17.0 MPa 이상, 18.0 MPa 이상, 19.0 MPa 이상, 20.0 MPa 이상, 21.0 MPa 이상, 22.0 MPa, 또는 그 이상의 물 분압을 갖는 환경에 노출될 수 있다. 구현 예에서, 유리-계 기판은, 0.05 MPa 이상 내지 22 MPa 이하, 예컨대, 0.075 MPa 이상 내지 22 MPa 이하, 0.1 MPa 이상 내지 21 MPa 이하, 0.2 MPa 이상 내지 20 MPa 이하, 0.3 MPa 이상 내지 19 MPa 이하, 0.4 MPa 이상 내지 18 MPa 이하, 0.5 MPa 이상 내지 17 MPa 이하, 0.6 MPa 이상 내지 16 MPa 이하, 0.7 MPa 이상 내지 15 MPa 이하, 0.8 MPa 이상 내지 14 MPa 이하, 0.9 MPa 이상 내지 13 MPa 이하, 1.0 MPa 이상 내지 12 MPa 이하, 1.1 MPa 이상 내지 11 MPa 이하, 1.2 MPa 이상 내지 10 MPa 이하, 1.3 MPa 이상 내지 9 MPa 이하, 1.4 MPa 이상 내지 8 MPa 이하, 1.5 MPa 이상 내지 7 MPa 이하, 1.6 MPa 이상 내지 6.9 MPa 이하, 1.7 MPa 이상 내지 6.8 MPa 이하, 1.8 MPa 이상 내지 6.7 MPa 이하, 1.9 MPa 이상 내지 6.6 MPa 이하, 2.0 MPa 이상 내지 6.5 MPa 이하, 2.1 MPa 이상 내지 6.4 MPa 이하, 2.2 MPa 이상 내지 6.3 MPa 이하, 2.3 MPa 이상 내지 6.2 MPa 이하, 2.4 MPa 이상 내지 6.1 MPa 이하, 2.5 MPa 이상 내지 6.0 MPa 이하, 2.6 MPa 이상 내지 5.9 MPa 이하, 2.7 MPa 이상 내지 5.8 MPa 이하, 2.8 MPa 이상 내지 5.7 MPa 이하, 2.9 MPa 이상 내지 5.6 MPa 이하, 3.0 MPa 이상 내지 5.5 MPa 이하, 3.1 MPa 이상 내지 5.4 MPa 이하, 3.2 MPa 이상 내지 5.3 MPa 이하, 3.3 MPa 이상 내지 5.2 MPa 이하, 3.4 MPa 이상 내지 5.1 MPa 이하, 3.5 MPa 이상 내지 5.0 MPa 이하, 3.6 MPa 이상 내지 4.9 MPa 이하, 3.7 MPa 이상 내지 4.8 MPa 이하, 3.8 MPa 이상 내지 4.7 MPa 이하, 3.9 MPa 이상 내지 4.6 MPa 이하, 4.0 MPa 이상 내지 4.5 MPa 이하, 4.1 MPa 이상 내지 4.4 MPa 이하, 4.2 MPa 이상 내지 4.3 MPa 이하, 또는 이들 말단값으로부터 형성된 임의의 및 모든 서브-범위의 물 분압을 갖는 환경에 노출될 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 75% 이상, 예컨대, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 99% 이상, 또는 그 이상의 상대 습도를 갖는 환경에 노출될 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 100% 상대 습도를 갖는 환경에 노출될 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 100℃ 이상, 예컨대, 105℃ 이상, 110℃ 이상, 115℃ 이상, 120℃ 이상, 125℃ 이상, 130℃ 이상, 135℃ 이상, 140℃ 이상, 145℃ 이상, 150℃ 이상, 155℃ 이상, 160℃ 이상, 165℃ 이상, 170℃ 이상, 175℃ 이상, 180℃ 이상, 185℃ 이상, 190℃ 이상, 195℃ 이상, 200℃ 이상, 205℃ 이상, 210℃ 이상, 215℃ 이상, 220℃ 이상, 225℃ 이상, 230℃ 이상, 235℃ 이상, 240℃ 이상, 245℃ 이상, 250℃ 이상, 255℃ 이상, 260℃ 이상, 265℃ 이상, 270℃ 이상, 275℃ 이상, 280℃ 이상, 285℃ 이상, 290℃ 이상, 295℃ 이상, 300℃ 이상, 또는 그 이상의 온도를 갖는 환경에 노출될 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 100℃ 이상 내지 400℃ 이하, 예컨대, 105℃ 이상 내지 390℃ 이하, 110℃ 이상 내지 380℃ 이하, 115℃ 이상 내지 370℃ 이하, 120℃ 이상 내지 360℃ 이하, 125℃ 이상 내지 350℃ 이하, 130℃ 이상 내지 340℃ 이하, 135℃ 이상 내지 330℃ 이하, 140℃ 이상 내지 320℃ 이하, 145℃ 이상 내지 310℃ 이하, 150℃ 이상 내지 300℃ 이하, 155℃ 이상 내지 295℃ 이하, 160℃ 이상 내지 290℃ 이하, 165℃ 이상 내지 285℃ 이하, 170℃ 이상 내지 280℃ 이하, 175℃ 이상 내지 275℃ 이하, 180℃ 이상 내지 270℃ 이하, 185℃ 이상 내지 265℃ 이하, 190℃ 이상 내지 260℃ 이하, 195℃ 이상 내지 255℃ 이하, 200℃ 이상 내지 250℃ 이하, 205℃ 이상 내지 245℃ 이하, 210℃ 이상 내지 240℃ 이하, 215℃ 이상 내지 235℃ 이하, 220℃ 이상 내지 230℃ 이하, 225℃, 또는 이들 말단값으로부터 형성된 임의의 및 모든 서브-범위의 온도를 갖는 환경에 노출될 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 원하는 정도의 수소-함유 종 확산 및 원하는 압축 응력층을 생성하기에 충분한 기간 동안 수증기 함유 환경에 노출될 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 2 hours 이상, 예컨대, 4 hours 이상, 6 hours 이상, 8 hours 이상, 10 hours 이상, 12 hours 이상, 14 hours 이상, 16 hours 이상, 18 hours 이상, 20 hours 이상, 22 hours 이상, 24 hours 이상, 30 hours 이상, 36 hours 이상, 42 hours 이상, 48 hours 이상, 54 hours 이상, 60 hours 이상, 66 hours 이상, 72 hours 이상, 78 hours 이상, 84 hours 이상, 90 hours 이상, 96 hours 이상, 102 hours 이상, 108 hours 이상, 114 hours 이상, 120 hours 이상, 126 hours 이상, 132 hours 이상, 138 hours 이상, 144 hours 이상, 150 hours 이상, 156 hours 이상, 162 hours 이상, 168 hours 이상, 또는 그 이상 동안 수증기 함유 환경에 노출될 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 2 hours 이상 내지 10 days 이하, 예컨대, 4 hours 이상 내지 9 days 이하, 6 hours 이상 내지 8 days 이하, 8 hours 이상 내지 168 hours 이하, 10 hours 이상 내지 162 hours 이하, 12 hours 이상 내지 156 hours 이하, 14 hours 이상 내지 150 hours 이하, 16 hours 이상 내지 144 hours 이하, 18 hours 이상 내지 138 hours 이하, 20 hours 이상 내지 132 hours 이하, 22 hours 이상 내지 126 hours 이하, 24 hours 이상 내지 120 hours 이하, 30 hours 이상 내지 114 hours 이하, 36 hours 이상 내지 108 hours 이하, 42 hours 이상 내지 102 hours 이하, 48 hours 이상 내지 96 hours 이하, 54 hours 이상 내지 90 hours 이하, 60 hours 이상 내지 84 hours 이하, 66 hours 이상 내지 78 hours 이하, 72 hours, 또는 이들 말단값으로부터 형성된 임의의 및 모든 서브-범위의 기간 동안 수증기 함유 환경에 노출될 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-계 기판은, 다중 수증기 함유 환경에 노출될 수 있다. 구현 예들에서, 유리-계 기판은, 제1 환경에 노출되어 제1 유리-계 물품의 표면으로부터 제1 압축의 깊이까지 연장되는 제1 압축 응력층을 갖는 제1 유리-계 물품을 형성할 수 있고, 그 다음, 상기 제1 유리-계 물품은 제2 환경에 노출되어 제2 유리-계 물품의 표면으로부터 제2 압축의 깊이까지 연장되는 제2 압축 응력층을 갖는 제2 유리-계 물품을 형성할 수 있다. 제1 환경은 제1 물 분압 및 제1 온도를 가지며, 유리-계 기판은 제1 기간 동안 제1 환경에 노출된다. 제2 환경은 제2 물 분압 및 제2 온도를 가지며, 제1 유리-계 물품은 제2 기간 동안 제2 환경에 노출된다.
제1 물 분압 및 제2 물 분압은, 0.05 MPa 이상 또는 0.075 MPa 이상과 같은, 임의의 적절한 분압일 수 있다. 제1 및 제2 분압은, 상승된 압력 방법에서 사용되는 물 분압과 관련하여 여기에 개시된 값들 중 어느 하나일 수 있다. 구현 예에서, 제1 및 제2 환경은, 독립적으로, 75% 이상, 예컨대, 80% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 또는 100%와 같은, 상대 습도를 가질 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 제1 환경 및 제2 환경 중 적어도 하나는, 100%의 상대 습도를 갖는다.
제1 압축 응력층은 제1 최대 압축 응력을 포함하고, 제2 압축 응력층은 제2 최대 압축 응력을 포함한다. 구현 예들에서, 제1 최대 압축 응력은 제2 최대 압축 응력 미만이다. 제2 최대 압축 응력은, 다-단계 또는 혼합 욕조 이온 교환 기술을 통해 형성된 타입의 압축 응력 "스파이크(spike)"와 비유될 수 있다. 제1 및 제2 최대 압축 응력은, 유리-계 물품의 압축 응력과 관련하여 여기에 개시된 값들 중 어느 하나를 가질 수 있다. 구현 예들에서, 제2 최대 압축 응력은 50 MPa 이상일 수 있다.
제1 압축의 깊이는 제2 압축의 깊이 이하일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 제1 압축의 깊이는 제2 압축의 깊이 미만이다. 제1 압축의 깊이 및 제2 압축의 깊이는, 압축의 깊이와 관련하여 여기에 개시된 값들 중 어느 하나를 가질 수 있다. 구현 예들에서, 제2 압축의 깊이는 5 ㎛를 초과한다.
제1 온도는 제2 온도 이상일 수 있다. 구현 예에서, 제1 온도는 제2 온도를 초과한다. 제1 및 제2 온도는, 상승된 압력 방법과 관련하여 개시된 온도 중 어느 하나일 수 있다.
제1 기간은 제2 기간 이하일 수 있다. 구현 예에서, 제1 기간은 제2 기간 미만이다. 제1 및 제2 기간은 상승된 압력 방법과 관련하여 개시된 기간 중 어느 하나일 수 있다.
구현 예들에서, 수증기 함유 환경에 대한 다중 노출 중 어느 하나 또는 전부는 상승된 압력에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 환경 및 제2 환경 중 적어도 하나는 0.1 MPa를 초과하는 압력을 가질 수 있다. 제1 및 제2 환경은 상승된 압력 방법과 관련하여 개시된 임의의 압력을 가질 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 다중 수증기 환경 노출 기술은, 둘을 초과하는 노출 환경을 포함할 수 있다. 구현 예에서, 제2 유리-계 물품은 제3 유리-계 물품을 형성하기 위해 제3 환경에 노출될 수 있다. 제3 환경은 제3 물 분압 및 제3 온도를 갖고, 제2 유리-계 물품은 제3 기간 동안 제3 환경에 노출된다. 제3 유리-계 물품은, 물품의 표면으로부터 제3 압축의 깊이까지 연장되고, 제3 최대 압축 응력을 갖는 제3 압축 응력층을 포함한다. 제3 물 분압은, 0.075 MPa 이상과 같이, 0.05 MPa 이상일 수 있다. 제3 환경 및 제3 유리-계 물품의 특성 중 어느 하나의 값은, 상승된 압력 방법과 관련하여 상응하는 특성에 대해 개시된 것들로부터 선택될 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 제1 유리-계 물품은, 제1 기간의 종료 후 제2 환경에 노출되기 전에, 주변 온도로 냉각되거나 또는 그렇지 않으면 제1 환경으로부터 제거될 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 제1 유리-계 물품은, 제1 기간 종료 후 제1 환경에 남아 있을 수 있고, 제1 환경 조건은, 수증기 함유 환경으로부터 제1 유리-계 물품을 제거하거나 또는 주변 온도로 냉각하지 않고 제2 환경 조건으로 변화될 수 있다.
여기에 개시된 유리-계 물품의 제조 방법은, 알칼리 이온 공급원을 사용한 이온 교환 처리가 없을 수 있다. 구현 예에서, 유리-계 물품은, 알칼리 이온 공급원과의 이온 교환을 포함하지 않는 방법에 의해 생성된다.
노출 조건은, 유리-계 기판 내로 원하는 양의 수소-함유 종 확산을 생성하는데 필요한 시간을 감소시키기 위해 변경될 수 있다. 예를 들어, 온도 및/또는 상대 습도는, 원하는 정도의 수소-함유 종 확산 및 유리-계 기판 내로 층의 깊이를 달성하는데 필요한 시간을 감소시키기 위해 증가될 수 있다.
대표적인 구현 예
여기서 기재된 유리-계 물품의 형성에 특히 적절한 유리 조성물은 유리-계 기판으로 형성되고, 유리 조성물은 하기 표 3에 제공된다. 유리 조성물의 밀도는, ASTM C693-93(2013)의 부력 방법을 사용하여 결정된다. 25℃ 내지 300℃의 온도 범위에 걸친 선형 열팽창계수(CTE)는, 10-7/℃의 단위로 표시되며, ASTM E228-11에 따라 푸시-로드 팽창계(push-rod dilatometer)를 사용하여 결정된다. 변형점과 어닐링점은 ASTM C598-93(2013)의 빔 굽힘 점도 방법을 사용하여 결정된다. 연화점은 ASTM C1351M-96(2012)의 평행판 점도법을 사용하여 결정된다. SOC는, 명칭이 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"인, ASTM 표준 C770-16에 기재된 절차 C(유리 디스크 방법)에 따라 측정된다. SOC 및 굴절률(RI)이 표 3에 보고되지 않은 경우, 이들 특성의 기본값(default values)은, 3.0 ㎚/㎜/MPa의 SOC 및 1.5의 RI로, 이들 조성물에 대해 활용된다.
유리 조성물 A B C D E F G
SiO2 61.09 61.05 61.50 61.58 59.20 56.99 60.90
Al2O3 10.90 11.07 11.11 11.08 12.97 13.03 13.00
P2O5 9.51 9.39 9.49 9.57 9.94 9.92 6.01
B2O3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Li2O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Na2O 0.06 18.48 9.42 0.17 0.16 0.18 0.17
K2O 18.44 0.01 8.47 15.58 17.73 19.88 19.92
Rb2O 0.00 0.00 0.00 2.01 0.00 0.00 0.00
MgO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
ZnO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SnO2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
밀도 (g/㎤) 2.376 2.389 2.384 2.415 2.374 2.389 2.404
CTE*10-7 (1/℃) 110 93.7 105.1 109.8 102.4 113.8 109.2
변형점 (℃) 538 503 503 534 559
어닐링점 (℃) 592 552 554 590 618
연화점 (℃) 892.3 845.4 874.2 903.2 914
응력 광학 계수(㎚/㎜/MPa) 2.946 3.057 3.022 2.958 2.979 2.845 2.873
589.3 ㎚에서 굴절률 1.481 1.4824 1.4816 1.4813 1.4811 1.4831 1.4888
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
표 3에 나타낸 조성물을 갖는 샘플은, 압축 응력층을 갖는 유리 물품을 형성하기 위해 수증기 함유 환경에 노출된다. 온도, 압력, 및 노출 시간을 포함하는, 샘플이 노출되는 환경뿐만 아니라 샘플 조성물 및 두께는 하기 표 4에 나타낸다. 각각의 처리 환경은 수증기로 포화된다. 표면 응력 측정기(FSM)로 측정된 것으로, 그 결과로 생긴 최대 압축 응력 및 압축의 깊이는 또한 표 4에 보고된다.
유리 조성물 두께
(㎜)		 온도
(℃)		 압력
(MPa)		 시간
(h)		 압축 응력
(MPa)		 압축의 깊이
(microns)
A 0.5 150 0.1 168 275 42
1 200 0.1 168 137 99
1 200 0.1 121 170 75
1 200 0.1 72 159 68
1 250 0.6 15 203 80
1 300 0.1 168 10 84
1 300 0.1 72 33 131
1 150 0.5 6 433 11
B 1 150 0.1 168 267 7
1 200 0.1 72 145 14
1 250 0.6 15 201 16
1 300 0.1 168 61 59
1 300 0.1 72 63 48
C 1 150 0.1 168 291 10
1 200 0.1 72 102 23
1 200 1.6 6 304 12
1 250 0.6 15 288 28
1 300 0.1 168 24 102
1 300 0.1 72 19 94
D 1 150 0.1 168 272 38
1 200 0.1 72 161 62
1 300 0.1 168 19 101
1 300 0.1 72 42 187
E 1 200 0.1 168 140 92
F 1 200 0.1 168 162 100
G 1 200 0.1 168 182 72
H 1 200 0.1 168 196 57
1 150 0.5 4 471 10
1 175 0.76 72 390 36
1 175 1 2 426 13
1 175 1 4 428 17
1 175 1 16 404 23
1 175 1 72 360 44
1 200 1.6 4 400 20
1 200 1.6 6 394 22
1 200 1.6 16 358 33
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
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Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
Figure pct00024
Figure pct00025
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6 시간 동안 1.6 MPa의 압력에서 200℃ 환경에서 처리된 조성물 V를 갖는 샘플에 대한 깊이의 함수에 따른 수소 농도는 도 4에 나타낸다. 압축의 깊이는 13 ㎛이고, 최대 압축 응력은 395 MPa이다. 인 농도의 함수에 따른 샘플의 수소 농도는, 수소가 풍부한 유리 물품의 영역이 인이 고갈되었음을 나타내는, 도 5에 나타낸다.
6 시간 동안 2.6 MPa의 압력에서 225℃ 환경에서 처리된 조성물 V를 갖는 샘플에 대한 깊이의 함수에 따른 수소 농도는 도 6에 나타낸다. 압축의 깊이는 20 ㎛이고, 최대 압축 응력은 381 MPa이다. 인 농도의 함수에 따른 샘플의 수소 농도는, 수소가 풍부한 유리 물품의 영역이 인이 고갈되었음을 나타내는, 도 7에 나타낸다.
6 시간 동안 4.1 MPa의 압력에서 250℃ 환경에서 처리된 조성물 V를 갖는 샘플에 대한 깊이의 함수에 따른 수소 농도는 도 8에 나타낸다. 압축의 깊이는 27 ㎛이고, 최대 압축 응력은 327 MPa이다. 인 농도의 함수에 따른 샘플의 수소 농도는, 수소가 풍부한 유리 물품의 영역이 인이 고갈되었음을 나타내는, 도 9에 나타낸다.
0.1 MPa의 압력에서 200℃ 환경에서 처리된 조성물 A를 갖는 샘플에 대한 인 농도의 함수에 따른 수소 농도는 도 10에 나타낸다. 도 10에 나타낸 데이터는, 유리 물품의 표면으로부터 4.5 ㎛의 깊이까지 연장되는 영역에 해당한다.
조성물 A를 갖는 샘플은, 60일의 기간 동안 85%의 상대 습도를 갖는 85℃의 온도의 환경에 노출된다. 수소 농도는 그 다음, 도 11에 나타낸, 칼륨 농도의 함수에 따라, 및 도 12에 나타낸, 인 농도의 함수에 따라, 유리 물품의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이까지 측정된다.
조성물 A를 갖는 샘플은 동일 기간 동안 대기압에서 다른 온도의 환경에 노출되고, 그 결과로 생긴 압축 응력은 측정된다. 측정된 압축 응력은, 온도의 함수에 따라, 도 13에 나타내며, 온도가 증가하면 감소된 압축 응력 값을 갖는 유리 물품이 생성됨을 나타낸다.
표 3에 나타낸 조성물을 갖는 샘플은, 압축 응력층을 갖는 유리 물품을 형성하기 위해 여러 단계에서 수증기 함유 환경에 노출된다. 온도, 압력 및 노출 시간을 포함하는, 샘플이 노출되는 환경뿐만 아니라 샘플 조성물 및 두께는 하기 표 5에 나타낸다. 각각의 처리 환경은 수증기로 포화된다. 표면 응력 측정기(FSM)에 의해 측정된 것으로, 그 결과로 생긴 최대 압축 응력 및 압축의 깊이는 또한 표 5에 보고된다. 압축 응력 및 압축의 깊이가 단계 1 이후에 표 5에 보고되지 않은 경우, 제1 단계 후에 샘플이 가열로에서 제거되지 않고, 가열로가 원하는 제2 환경 조건으로 냉각되도록, 처리는 연속적으로 수행된다.
유리 조성물 A B
두께 (㎜) 1 1 1 1 1 1 1
제1 단계 온도 (℃) 300 200 250 250 150 300 250
압력 (MPa) 0.1 0.1 0.6 0.6 0.5 0.1 0.6
시간 (h) 72 168 15 15 6 72 15
압축 응력(MPa) 33 144 203 311 63 201
압축의 깊이 (microns) 131 91 80 18 48 16
제2 단계 온도 (℃) 200 150 150 150 150 200 150
압력 (MPa) 0.1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.1 0.5
시간 (h) 168 6 6 6 6 168 6
압축 응력(MPa) 131 351 209 176 271 138 208
압축의 깊이 (microns) 110 70 87 87 26 40 14
제3 단계 온도 (℃) 150
압력 (MPa) 0.5
시간 (h) 6
압축 응력(MPa) 265
압축의 깊이 (microns) 15
Figure pct00027
Figure pct00028
Figure pct00029
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Figure pct00038
Figure pct00039
Figure pct00040
조성물 GGG 및 1.1 ㎜의 두께를 갖는 샘플은 2-단계 수증기 처리에 노출된다. 샘플은 7일 동안 대기압에서 200℃의 온도를 갖는 제1 환경에 노출된다. 이러한 제1 단계 후, 유리 물품은 156 MPa의 압축 응력 및 68 ㎛의 압축의 깊이를 갖는다. 유리 물품은 그 다음 0.5 MPa의 압력에서 150℃의 온도를 갖는 제2 환경에 6 시간 동안 노출된다. 그 결과로 생긴 유리 물품은, 400 MPa의 압축 응력 및 50 ㎛으로 측정된 압축의 깊이를 갖는다. 유리 물품의 응력 프로파일은, RNF, FSM, 및 SCALP 기술로부터 측정을 조합하여 도 14에 나타낸 깊이 프로파일의 함수에 따른 응력을 생성시켜 결정된다. RNF 방법이 응력 프로파일을 측정하는데 활용되는 경우, SCALP에 의해 제공된 최대 CT 값은 RNF 방법에 활용된다. 특히, RNF에 의해 측정된 응력 프로파일은 힘 균형이 이루어지고, SCALP 측정에 의해 제공된 최대 CT 값으로 보정된다. RNF 방법은, 발명의 명칭이 "Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample"인, 미국 특허 제8,854,623호에 기재되어 있으며, 이는 그 전체가 여기에 참조로서 병합된다. 특히, RNF 방법은 기준 블록(reference block)에 인접하게 유리 물품을 배치하는 단계, 1 Hz 내지 50 Hz의 속도로 직교 편광들(orthogonal polarizations) 사이에서 전환되는 편광-전환된 광 빔(polarization-switched light beam)을 발생시키는 단계, 편광-전환된 광 빔의 전력량을 측정하는 단계 및 편광-전환된 기준 신호를 발생시키는 단계를 포함하며, 여기서, 각각의 직교 편광에서 측정된 전력량은 서로 50% 이내이다. 상기 방법은, 다른 깊이에 대한 기준 블록 및 유리 샘플을 통해 편광-전환된 광 빔을 유리 샘플 내로 전송시키는 단계, 그 다음, 전송된 편광-전환된 광 빔을 릴레이 광학 시스템(relay optical system)을 사용하여 신호 광검출기(signal photodetector)로 릴레이시키는 단계를 더욱 포함하며, 상기 신호 광검출기는 편광-전환된 검출기 신호를 발생시킨다. 상기 방법은 또한 검출기 신호를 기준 신호로 분할하여 정규화된 검출기 신호를 형성시키는 분할 단계 및 상기 정규화된 검출기 신호로부터 유리 샘플의 프로파일 특성을 결정하는 단계를 포함한다. FSM, SCALP, 및 RNF 측정으로부터 얻은 정보를 조합하여 생성된 도 14에 나타낸 프로파일은 62.7 ㎛의 압축의 깊이를 갖는데, 이는 제2 처리 단계 후 DOC의 FSM 측정이 정확하지 않을 수 있음을 나타낸다.
조성물 A의 샘플은, 대기압 및 포화 증기 조건하에서 168 시간 동안 200℃에서 수증기 함유 환경에 노출된다. 그 결과로 생긴 유리 물품은, 137 MPa의 압축 응력 및 99 ㎛의 압축의 깊이를 갖는다. 유리 물품은 그 다음 0% 상대 습도 환경에서 85℃에서 30일 동안 유지되고, 압축 응력 및 압축의 깊이는 재측정된다. 압축 응력 및 압축의 깊이는, 건조 환경에서 에이징(aging) 후에도 변하지 않았으며, 이는 수증기 처리에 의해 부여된 압축 응력 프로파일이 정상적인 조건하에서 일시적이지 않고 또는 "건조(dehydration)"에 대한 대상이 아님을 나타낸다.
통상적인 구현 예가 예시의 목적으로 서술되었지만, 전술한 상세한 설명은, 본 개시 또는 첨부된 청구범위의 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 따라서, 다양한 변경, 개조 및 선택은, 본 개시 또는 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서, 기술분야의 당업자에게 발생할 수 있다.

Claims (54)

  1. 유리-계 물품의 표면으로부터 압축의 깊이까지 연장되는 압축 응력층; 및
    2 ㎜ 이하의 두께를 포함하며,
    여기서, 상기 압축의 깊이는 5 ㎛를 초과하고, 상기 압축 응력층은 10 MPa 이상의 압축 응력을 포함하며, 상기 유리-계 물품은 Li2O 및 Na2O가 실질적으로 없는, 유리-계 물품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리-계 물품의 표면으로부터 층의 깊이까지 연장되는 수소-함유 층을 더욱 포함하고, 여기서, 상기 수소-함유 층의 수소 농도는 최대 수소 농도로부터 층의 깊이로 감소하는, 유리-계 물품.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 층의 깊이는 5 ㎛를 초과하는, 유리-계 물품.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 층의 깊이는 10 ㎛ 이상인, 유리-계 물품.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축의 깊이는 7 ㎛ 이상인, 유리-계 물품.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축의 깊이는 200 ㎛ 이하인, 유리-계 물품.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 응력은 150 MPa 이상인, 유리-계 물품.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 응력은 500 MPa 이하인, 유리-계 물품.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 물품은 Cs2O 및 Rb2O가 실질적으로 없는, 유리-계 물품.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 물품의 중심은:
    47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
    1 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
    3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
    0 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는, 유리-계 물품.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 유리-계 물품의 중심은:
    47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
    5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
    4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
    4.5 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는, 유리-계 물품.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 유리-계 물품의 중심은:
    47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
    2.5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
    4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
    10 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는, 유리-계 물품.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 물품의 중심은:
    0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 B2O3;
    0 mol% 이상 내지 2 mol% 이하의 Rb2O;
    0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 MgO;
    0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하의 ZnO; 및
    0 mol% 이상 내지 0.5 mol% 이하의 SnO2를 포함하는, 유리-계 물품.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 두께는 1 ㎜ 이하인, 유리-계 물품.
  15. 전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징;
    상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있고, 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 전면에 인접한 디스플레이를 포함하는 전기 구성요소; 및
    상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하고,
    여기서, 상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 적어도 일부는 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항의 유리-계 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품.
  16. 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
    5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
    4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
    4.5 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는, 유리.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 유리는 Li2O, Na2O, Cs2O 및 Rb2O가 실질적으로 없는, 유리.
  18. 청구항 16 또는 17에 있어서,
    상기 유리는:
    0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 B2O3;
    0 mol% 이상 내지 2 mol% 이하의 Rb2O;
    0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 MgO;
    0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하의 ZnO; 및
    0 mol% 이상 내지 0.5 mol% 이하의 SnO2를 포함하는, 유리.
  19. 47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
    2.5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
    4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
    10 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는, 유리.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 유리는 Li2O, Na2O, Cs2O 및 Rb2O가 실질적으로 없는, 유리.
  21. 청구항 19 또는 20에 있어서,
    상기 유리는:
    0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 B2O3;
    0 mol% 이상 내지 2 mol% 이하의 Rb2O;
    0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 MgO;
    0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하의 ZnO; 및
    0 mol% 이상 내지 0.5 mol% 이하의 SnO2를 포함하는, 유리.
  22. 유리-계 물품의 표면으로부터 압축의 깊이까지 연장되는 압축 응력층; 및
    상기 유리-계 물품의 표면으로부터 층의 깊이까지 연장되는 수소-함유 층을 포함하며,
    여기서:
    상기 압축 응력층은 10 MPa 이상의 압축 응력을 포함하고,
    상기 수소-함유 층의 수소 농도는 최대 수소 농도로부터 층의 깊이로 감소하며,
    상기 층의 깊이는 5 ㎛를 초과하는, 유리-계 물품.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 압축의 깊이는 5 ㎛를 초과하는, 유리-계 물품.
  24. 청구항 22 또는 23에 있어서,
    상기 층의 깊이는 10 ㎛ 이상인, 유리-계 물품.
  25. 청구항 22 내지 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축의 깊이는 7 ㎛ 이상인, 유리-계 물품.
  26. 청구항 22 내지 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축의 깊이는 200 ㎛ 이하인, 유리-계 물품.
  27. 청구항 22 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 응력은 150 MPa 이상인, 유리-계 물품.
  28. 청구항 22 내지 27 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 응력은 500 MPa 이하인, 유리-계 물품.
  29. 청구항 22 내지 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 물품의 중심은:
    47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
    1 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
    3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
    0 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는, 유리-계 물품.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 유리-계 물품의 중심은:
    47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
    5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
    4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
    4.5 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는, 유리-계 물품.
  31. 청구항 29에 있어서,
    상기 유리-계 물품의 중심은:
    47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
    2.5 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
    4 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
    10 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는, 유리-계 물품.
  32. 청구항 22 내지 31 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 물품의 중심은:
    0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 B2O3;
    0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하의 Li2O;
    0 mol% 이상 내지 19 mol% 이하의 Na2O;
    0 mol% 이상 내지 2 mol% 이하의 Rb2O;
    0 mol% 이상 내지 6 mol% 이하의 MgO;
    0 mol% 이상 내지 5 mol% 이하의 ZnO; 및
    0 mol% 이상 내지 0.5 mol% 이하의 SnO2를 포함하는, 유리-계 물품.
  33. 전면, 후면 및 측면을 포함하는 하우징;
    상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 있고, 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 상기 하우징의 전면에 또는 전면에 인접한 디스플레이를 포함하는 전기 구성요소; 및
    상기 디스플레이 위에 배치된 커버 기판을 포함하고,
    여기서, 상기 하우징 또는 커버 기판 중 적어도 하나의 적어도 일부는 청구항 22 내지 32 중 어느 한 항의 유리-계 물품을 포함하는, 소비자 전자 제품.
  34. 유리-계 기판을 0.1 MPa를 초과하는 압력 및 0.05 MPa 이상의 물 분압을 갖는 환경에 노출시켜 유리-계 물품의 표면으로부터 압축의 깊이까지 연장되는 압축 응력층을 갖는 유리-계 물품을 형성하는, 노출 단계를 포함하며,
    여기서:
    상기 압축의 깊이는 5 ㎛를 초과하고,
    상기 압축 응력층은 10 MPa 이상의 압축 응력을 포함하는, 방법.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상대 습도는 100%인, 방법.
  36. 청구항 34 또는 35에 있어서,
    상기 압력은 1 MPa 이상인, 방법.
  37. 청구항 34 내지 36 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노출 단계는 100℃ 이상의 온도에서 수행되는, 방법.
  38. 청구항 34 내지 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 물품은 유리-계 물품의 표면으로부터 층의 깊이까지 연장되는 수소-함유 층을 포함하고, 여기서, 상기 수소-함유 층의 수소 농도는 최대 수소 농도로부터 층의 깊이로 감소하는, 방법.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 층의 깊이는 5 ㎛를 초과하는, 방법.
  40. 청구항 34 내지 39 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 기판은 Li2O 및 Na2O가 실질적으로 없는, 방법.
  41. 청구항 34 내지 40 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 기판은:
    47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
    1 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
    3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
    0 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는 방법.
  42. 청구항 34 내지 41 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 기판은 알칼리 이온 공급원으로 이온-교환 처리에 적용되지 않는, 방법.
  43. 청구항 34 내지 42 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 기판은 2 ㎜ 이하의 두께를 갖는, 방법.
  44. 유리-계 기판을 제1 기간 동안 제1 물 분압 및 제1 온도를 갖는 제1 환경에 노출시켜 제1 유리-계 물품의 표면으로부터 제1 압축의 깊이까지 연장되는 제1 압축 응력층을 갖는 제1 유리-계 물품을 형성하는, 노출 단계; 및
    상기 제1 유리-계 기판을 제2 기간 동안 제2 물 분압 및 제2 온도를 갖는 제2 환경에 노출시켜 제2 유리-계 물품의 표면으로부터 제2 압축의 깊이까지 연장되는 제2 압축 응력층을 갖는 제2 유리-계 물품을 형성하는, 노출 단계를 포함하며;
    여기서:
    상기 제1 물 분압 및 제2 물 분압은 0.05 MPa를 초과하고;
    상기 제1 압축 응력층은 제1 최대 압축 응력을 포함하며, 제2 압축 응력층은 제2 최대 압축 응력을 포함하고, 상기 제1 최대 압축 응력은 제2 최대 압축 응력 미만인, 방법.
  45. 청구항 44에 있어서,
    상기 제2 압축의 깊이는 5 ㎛를 초과하는, 방법.
  46. 청구항 44 또는 45에 있어서,
    상기 제2 최대 압축 응력은 50 MPa 이상인, 방법.
  47. 청구항 44 내지 46 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 온도는 제2 온도 이상인, 방법.
  48. 청구항 44 내지 47 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 기간은 제2 기간 미만인, 방법.
  49. 청구항 44 내지 48 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 환경 및 제2 환경 중 적어도 하나는 0.1 MPa를 초과하는 압력을 갖는, 방법.
  50. 청구항 44 내지 49 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 환경 및 제2 환경 중 적어도 하나는 100%의 상대 습도를 갖는, 방법.
  51. 청구항 44 내지 50 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 기판, 제1 유리-계 물품, 및 제2 유리-계 물품은 알칼리 이온 공급원으로 이온-교환 처리에 적용되지 않는, 방법.
  52. 청구항 44 내지 51 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 기판은:
    47 mol% 이상 내지 70 mol% 이하의 SiO2;
    1 mol% 이상 내지 17 mol% 이하의 Al2O3;
    3 mol% 이상 내지 15 mol% 이하의 P2O5; 및
    0 mol% 이상 내지 23 mol% 이하의 K2O를 포함하는 방법.
  53. 청구항 44 내지 52 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 기판은 Li2O 및 Na2O가 실질적으로 없는 방법.
  54. 청구항 44 내지 53 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유리-계 기판을 제3 기간 동안 제3 물 분압 및 제3 온도를 갖는 제3 환경에 노출시켜 제3 유리-계 물품의 표면으로부터 제3 압축의 깊이까지 연장되는 제3 압축 응력층을 갖는 제3 유리-계 물품을 형성하는, 노출 단계를 더욱 포함하며, 여기서, 상기 제3 물 분압은 0.05 MPa 이상인, 방법.
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