本申請(qǐng)依據(jù)35u.s.c.§119要求2015年6月1日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)62/169239、以及2014年10月22日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)62/067045的優(yōu)先權(quán)，本文以它們的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過引用將其全文納入本文。

背景

本公開涉及用于改善覆蓋基材對(duì)沖擊斷裂的可靠性的方法和設(shè)備，例如用于改善包括玻璃基材、晶體基材、單晶基材、玻璃陶瓷基材等的基材對(duì)沖擊斷裂的可靠性。

許多消費(fèi)和商業(yè)產(chǎn)品使用高品質(zhì)的覆蓋玻璃來保護(hù)產(chǎn)品中的關(guān)鍵裝置，以提供用于輸入和/或顯示和/或許多其它功能的用戶界面。例如，諸如智能電話、mp3播放器、平板電腦等的移動(dòng)裝置經(jīng)常在產(chǎn)品上使用一塊或多塊高強(qiáng)度玻璃板，既保護(hù)了該產(chǎn)品，又實(shí)現(xiàn)了上述用戶界面。2013年中，超過10億臺(tái)智能電話被發(fā)往世界各地，比上一年增長(zhǎng)了40％。有人預(yù)測(cè)在2017年中將會(huì)有17億臺(tái)智能電話發(fā)出。

在上述以及其它應(yīng)用中，玻璃優(yōu)選是耐久的(例如耐劃痕和耐斷裂)、透明的、以及/或者抗反射的。事實(shí)上，在一臺(tái)智能電話和/或平板電腦應(yīng)用中，覆蓋玻璃往往是用于用戶輸入和顯示的主要界面，這意味著覆蓋玻璃優(yōu)選展現(xiàn)出高耐久性以及高光學(xué)性能特性。在證明產(chǎn)品上的覆蓋玻璃可暴露于嚴(yán)酷工作條件的證據(jù)中，斷裂(例如裂紋)和劃痕可能是最為常見的。這些證據(jù)暗示尖銳接觸、單一事件損傷是移動(dòng)產(chǎn)品中覆蓋玻璃上的可見裂紋(和/或劃痕)的主要原因。自從2007年，有人估算，損壞的智能電話已經(jīng)使美國(guó)消費(fèi)者遭受了約59億美元的損失，其中，所述損壞中的76％是由于智能電話掉落至地面而導(dǎo)致的。

一旦明顯的裂紋或劃痕損傷了用戶輸入/顯示元件的覆蓋玻璃，該產(chǎn)品的外觀變差，且其導(dǎo)致的光散射的增加可導(dǎo)致顯示性能顯著退化。明顯的裂紋和/或劃痕還會(huì)影響觸敏顯示器的精度和可靠性。由于單一的嚴(yán)重裂紋和/或劃痕、以及/或者許多中等裂紋和/或劃痕是不美觀的且會(huì)顯著影響產(chǎn)品性能，它們常會(huì)受到客戶的抱怨，特別是對(duì)于諸如智能電話和/或平板電腦這樣的移動(dòng)裝置而言。

為了降低在產(chǎn)品的覆蓋玻璃上發(fā)生開裂和/或劃傷的可能性，已提出將覆蓋玻璃的硬度提高至約15gpa或更大。一種用于提高給定玻璃基材的硬度的方法是對(duì)玻璃基材施用膜涂層或膜層以形成展現(xiàn)出比裸露玻璃基材更高的硬度的復(fù)合結(jié)構(gòu)。例如，可對(duì)玻璃基材施用類金剛石碳涂層以改善復(fù)合結(jié)構(gòu)的硬度特性。事實(shí)上，金剛石展現(xiàn)出100gpa的硬度，但是，這種材料因其高昂的材料成本而只能少量使用。另外，雖然玻璃基材上的涂層可改善結(jié)構(gòu)的硬度，從而改善耐裂紋性和/或耐劃痕性，但是已發(fā)現(xiàn)該涂層可能使基材的其它特性變差，例如玻璃基材的撓曲強(qiáng)度和/或玻璃基材的失效應(yīng)變。玻璃基材的強(qiáng)度和/或失效應(yīng)變的下降可表現(xiàn)為對(duì)裂紋更加敏感，尤其是對(duì)深裂紋。

所以，本領(lǐng)域需要新的方法和設(shè)備以在諸如玻璃基材、晶體基材、單晶基材、玻璃陶瓷基材等的基材上實(shí)現(xiàn)高硬度涂層，以防止這些基材在沖擊事件中失效。

發(fā)明概述

出于討論目的，本公開可經(jīng)常涉及包含由玻璃形成的覆蓋基材的方法和設(shè)備，但是，訓(xùn)練有素的技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，本文所述方法和設(shè)備可對(duì)包括玻璃基材、晶體基材、單晶基材、玻璃陶瓷基材、以及其它受到尖銳接觸失效的材料的各種基材使用。

例如，基材可由氧化物玻璃，例如購自康寧股份有限公司(corningincorporated)的玻璃形成，該玻璃作為覆蓋玻璃被廣泛應(yīng)用于上述消費(fèi)電子產(chǎn)品中。這種玻璃被用于常規(guī)玻璃的強(qiáng)度和/或失效應(yīng)變不足以實(shí)現(xiàn)所需性能水平的應(yīng)用中。玻璃通過化學(xué)強(qiáng)化(離子交換)來制造，以在保持所需光學(xué)特性(例如高透射性、低反射性以及合適的折射率)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高水平的強(qiáng)度。適用于離子交換的玻璃組合物包括堿性鋁硅酸鹽玻璃或堿性鋁硼硅酸鹽玻璃，盡管其它玻璃組合物也是可能的。離子交換(ix)技術(shù)可在被處理的玻璃中產(chǎn)生高水平的壓縮應(yīng)力，并且適用于薄玻璃基材。

盡管具有高強(qiáng)度和/或失效應(yīng)變，已發(fā)現(xiàn)當(dāng)墜落至地面時(shí)，玻璃會(huì)發(fā)生斷裂。例如，參考圖1，消費(fèi)者裝置10(例如智能電話)在其至少一個(gè)主表面上可包含覆蓋基材102。覆蓋基材102可由多種材料形成，包括玻璃基材、晶體基材、單晶基材、玻璃陶瓷材料等。如上所述，覆蓋基材102發(fā)生斷裂的一個(gè)主要原因是地面撞擊。圖2是硬地表面(例如花崗巖)的特征尺寸圖，其可展現(xiàn)出10mm的面內(nèi)特征尺寸和數(shù)百微米的尖峰。當(dāng)裝置10的一些部分，尤其是覆蓋基材102撞擊地面時(shí)，墜落至地面會(huì)導(dǎo)致玻璃基材102中發(fā)生失效。

已發(fā)現(xiàn)當(dāng)裝置10墜落至地面時(shí)，諸如玻璃基材這樣的覆蓋基材102具有兩種主要的失效模式。第一種失效模式是撓曲失效，其由裝置10受到地面沖擊而引發(fā)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷時(shí)覆蓋基材102的顯著彎曲導(dǎo)致。顯而易見的是，一些展現(xiàn)出高撓曲強(qiáng)度的玻璃基材，例如上文所述的玻璃可具有對(duì)撓曲失效模式導(dǎo)致的斷裂的耐性。事實(shí)上，玻璃的生產(chǎn)中所使用的離子交換技術(shù)導(dǎo)致玻璃表面上產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，進(jìn)而抵御了撓曲失效。

第二中失效模式包含尖銳接觸失效，其由覆蓋基材102沖擊地面時(shí)其表面上的尖銳壓痕導(dǎo)致。例如，在玻璃基材102的情況下，盡管玻璃可展現(xiàn)處改善的耐撓曲失效性，但是動(dòng)態(tài)尖銳接觸失效仍然成問題，因?yàn)檫@些失效的特點(diǎn)在于具有因來自接觸對(duì)象的局部壓痕而導(dǎo)致的很高的應(yīng)力濃度。已發(fā)現(xiàn)，在所報(bào)導(dǎo)的因裝置墜落10次而導(dǎo)致的覆蓋玻璃失效中，玻璃基材102的損傷的92％是由于尖銳接觸失效而導(dǎo)致的。另外，在這些尖銳接觸失效中，大部分是由于對(duì)玻璃基材102的邊緣和/或角落的沖擊而導(dǎo)致的。

本公開通過不同的方式來解決尖銳接觸失效的問題，其可單獨(dú)使用或者組合使用。

一種技術(shù)是對(duì)覆蓋基材102的外表面進(jìn)行局部涂覆，以增加其對(duì)于尖銳接觸失效的耐性和/或效果。該技術(shù)包括只對(duì)覆蓋基材102的某些區(qū)域施用涂層，例如只對(duì)覆蓋基材102的邊緣區(qū)域和/或角落區(qū)域(在這些區(qū)域發(fā)生尖銳接觸的可能性相對(duì)較高)施用涂層，而不對(duì)覆蓋基材102的外表面的相對(duì)較大的中心區(qū)域進(jìn)行涂覆。對(duì)覆蓋基材102的涂覆表面積進(jìn)行限制減輕了覆蓋基材102的撓曲強(qiáng)度特性的降低，否則，覆蓋基材102的撓曲強(qiáng)度會(huì)因?qū)Ω采w基材102的整個(gè)外表面的涂覆而降低。下文中將會(huì)更詳細(xì)描述，涂層可以是透明的、吸收能量的、可塑性形變的、以及/或者超硬的，其中，涂層的特定性質(zhì)(例如能量吸收、可塑性形變、或超硬)可通過不同方式對(duì)覆蓋基材102的失效可能性的降低產(chǎn)生影響。

換言之，局部涂層技術(shù)可得到以下設(shè)備，所述設(shè)備包含具有彼此隔開的內(nèi)主表面和外主表面的覆蓋基材102、多個(gè)跨越內(nèi)主表面和外主表面的各外周邊緣之間的邊緣表面、以及多個(gè)跨越內(nèi)主表面和外主表面的各外周邊緣之間且跨越相鄰邊緣表面之間的角落表面。該設(shè)備還可包含施涂在覆蓋基材外主表面的限制區(qū)域上的涂層，所述涂層形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，限制區(qū)域小于外主表面的總表面積，其中，涂層發(fā)揮減輕因作用于外主表面的動(dòng)態(tài)尖銳沖擊產(chǎn)生的對(duì)覆蓋基材的損傷的作用。在一些實(shí)施方式中，涂層吸收來自沖擊的動(dòng)能。限制區(qū)域可包含跨越外周邊緣之間且相距覆蓋基材外主表面的中心區(qū)域?yàn)榈谝活A(yù)設(shè)距離的至少一個(gè)邊緣區(qū)域。附加地或替代地，限制區(qū)域可包含與各角落表面中的至少一個(gè)相鄰地延伸且跨越外周邊緣之間且相距覆蓋基材外主表面的中心區(qū)域?yàn)榈诙A(yù)設(shè)距離的至少一個(gè)角落區(qū)域。

另一種用于解決尖銳接觸失效問題的技術(shù)是提供一種或多種機(jī)制以在一個(gè)或多個(gè)戰(zhàn)略位置處隔開覆蓋基材102，從而隔離斷裂，減輕裂紋的蔓延，并且防止尤其是覆蓋基材102的中心區(qū)域的斷裂。因此，即使裝置10墜落且在例如覆蓋基材102的角落處開始發(fā)生尖銳沖擊失效，上述隔開也會(huì)阻止任何裂紋向覆蓋基材102的中心區(qū)域蔓延，以及/或者蔓延進(jìn)入覆蓋基材102的中心區(qū)域。由于許多裝置10的幾何結(jié)構(gòu)，覆蓋基材102的角落是尖銳沖擊失效可能起始的區(qū)域。因此，隔開機(jī)制的戰(zhàn)略位置可實(shí)現(xiàn)預(yù)防裂紋從角落蔓延進(jìn)入覆蓋基材102的中心區(qū)域，從而改善用戶角度的裝置10的墜落特性。

換言之，隔離技術(shù)可得到以下設(shè)備，所述設(shè)備包含具有彼此隔開的內(nèi)主表面和外主表面的覆蓋基材102、多個(gè)跨越內(nèi)主表面和外主表面的各外周邊緣之間的邊緣表面、以及多個(gè)跨越內(nèi)主表面和外主表面的各外周邊緣之間且跨越相鄰邊緣表面之間的角落表面。該設(shè)備還可具有近端和遠(yuǎn)端的第一延伸間斷，所述近端位于多個(gè)邊緣表面的第一個(gè)處或者與其相鄰，且所述遠(yuǎn)端位于多個(gè)邊緣表面的第二個(gè)處或者與其相鄰，且與多個(gè)邊緣表面的第一個(gè)相鄰，以使第一延伸間斷設(shè)置在與覆蓋基材的角落表面的第一個(gè)相鄰近的位置。第一延伸間斷可發(fā)揮中斷因作用于覆蓋基材外主表面的動(dòng)態(tài)尖銳沖擊而產(chǎn)生的在外周邊緣與第一延伸間斷之間起始的裂紋的蔓延。附加地和/或替代地，第一延伸間斷可發(fā)揮將裂紋的紋蔓延導(dǎo)向第一和第二邊緣表面的至少一種的作用。附加地和/或替代地，第一延伸間斷可發(fā)揮減輕穿過第一延伸間斷向覆蓋基材外主表面的中心區(qū)域的裂紋蔓延。

另一個(gè)用于解決尖銳接觸失效問題的技術(shù)是在覆蓋基材和與覆蓋基材連接的裝置主體之間提供中間層，例如粘合層或涂層。該中間層的特性包括具有吸收因?qū)Ω采w基材的沖擊而導(dǎo)致的動(dòng)能，因而降低發(fā)生失效的可能性的能力。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合附圖閱讀本說明書所述之后，將清楚地了解本公開的其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

出于說明之目的，在附圖中示出目前優(yōu)選的形式，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所公開和/或描述的實(shí)施方式不限于所示的精確設(shè)置和手段。

圖1是一種具有諸如玻璃基材這樣的覆蓋基材的消費(fèi)者裝置的示意圖；

圖2是圖1中的裝置可能接觸的硬地表面(例如花崗巖)的特征尺寸圖；

圖3是適合在圖1的消費(fèi)者裝置中使用的覆蓋基材的示意圖；

圖4是圖3的覆蓋基材的示意圖，按照一種或多種本文所述的實(shí)施方式對(duì)其進(jìn)行了局部涂覆；

圖5是對(duì)未涂覆的覆蓋基材進(jìn)行涂覆處理以在該覆蓋基材表面形成局部涂層的示意圖；

圖6是一種覆蓋基材的示例圖，其包含一種或多種用于在尖銳沖擊失效起始后減輕裂紋蔓延的隔離機(jī)制；

圖7是適合在圖6的覆蓋基材中使用的隔離機(jī)制的一種或多種實(shí)施方式的剖面圖；

圖8是適合在圖6的覆蓋基材中使用的隔離機(jī)制的一種或多種其它實(shí)施方式的剖面圖；

圖9是在覆蓋基材與裝置主體之間使用的能量吸收中間層的一種或多種實(shí)施方式的剖面圖；

圖10是適合在圖9所示的實(shí)施方式中使用的能量吸收中間層的一種或多種實(shí)施方式的某些細(xì)節(jié)的示意圖；

圖11是適合在圖9所示的實(shí)施方式中使用的能量吸收中間層的一種或多種實(shí)施方式的替代性細(xì)節(jié)的示意圖；

圖12是對(duì)裝置的覆蓋基材的外表面施用的能量吸收涂層的一種或多種實(shí)施方式的剖面圖；以及

圖13是對(duì)裝置的覆蓋基材的外表面施用的替代性的能量吸收涂層的一種或多種實(shí)施方式的剖面圖。

優(yōu)選實(shí)施方式詳述

如上所述，本公開通過應(yīng)用局部涂覆以及/或者通過在裂紋產(chǎn)生后隔離裂紋的蔓延來解決覆蓋基材102中的尖銳接觸失效問題。處于討論目的，下文中討論的實(shí)施方式涉及一種由玻璃(優(yōu)選材料)形成的覆蓋基材102。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，這些實(shí)施方式可采用不同的材料來實(shí)施覆蓋基材102，例如晶體基材、單晶基材、玻璃陶瓷基材、其它受到尖銳接觸失效的材料等。

玻璃基材的詳述

結(jié)合對(duì)于玻璃基材102中的尖銳接觸失效問題的解決方案的討論，闡述一些關(guān)于玻璃基材102的背景細(xì)節(jié)被認(rèn)為是有益的。對(duì)此，參考圖3，其是適合在圖1的消費(fèi)者裝置10(以及/或者任何本文所述的其它裝置)中使用的玻璃基材102的示意圖。

關(guān)于幾何特征，本文所示的例子將會(huì)聚焦于基本上平面的結(jié)構(gòu)，盡管其它實(shí)施方式可采用彎曲的或者以其它方式塑形或雕琢的玻璃基材102。附加地或替換地，玻璃基材102的厚度可出于美觀和/或功能性原因而變化，例如使用在玻璃基材102的邊緣處采用比更靠中央的區(qū)域更厚的厚度。

關(guān)于圖3，玻璃基材102可包含彼此隔開的內(nèi)主表面和外主表面110、112。內(nèi)主表面和外主表面110、112可各自包含它們的外周邊緣110-1、112-1，以限定出玻璃基材102的外輪廓或形狀。在所示例子中，玻璃基材102的外輪廓經(jīng)常被用于制造智能電話，且它們的外周邊緣110-1、112-1的特點(diǎn)在于具有一對(duì)相反(且相對(duì)較長(zhǎng))的橫向邊緣區(qū)段、一對(duì)相反(且相對(duì)較短)的橫向邊緣區(qū)段、以及四個(gè)圓角區(qū)段。玻璃基材102還可包含多個(gè)邊緣表面114，它們各自跨越內(nèi)主表面和外主表面110、112的各自的外周邊緣110-1、112-1之間。在所示的例子中，邊緣表面114-1和114-3跨越外周邊緣110-1、112-1的相對(duì)較短的橫向邊緣區(qū)段，而邊緣表面114-2和114-4則跨越外周邊緣110-1、112-1的相對(duì)較長(zhǎng)的橫向邊緣區(qū)段。另外，玻璃基材102還可包含多個(gè)角落表面116，它們各自跨越內(nèi)主表面和外主表面110、112的各自的外周邊緣110-1、112-1之間，并且各自跨越相鄰的邊緣表面114之間。在所示的例子中，第一角落表面116-1可在相鄰邊緣表面114-1與114-2匯合的角落處跨越外周邊緣110-1、112-1。類似地，第二角落表面116-2可在相鄰邊緣表面114-2與114-3匯合的另一個(gè)角落處跨越外周邊緣110-1、112-1之間。此外，第三角落表面116-3在相鄰邊緣表面114-3與114-4匯合的另一個(gè)角落處跨越外周邊緣110-1、112-1之間，而第四角落表面116-4在相鄰邊緣表面114-4與114-1匯合的另一個(gè)角落處跨越外周邊緣110-1、112-1之間。

關(guān)于材料特性，玻璃基材102可由非離子交換玻璃或離子交換玻璃形成。

關(guān)于由離子交換玻璃形成的玻璃基材102，可認(rèn)為這種基材是由可離子交換的玻璃形成的，特別是可通過化學(xué)強(qiáng)化(離子交換，ix)增強(qiáng)的常規(guī)玻璃材料。如本文所用，“可離子交換”是指位于玻璃表面處或表面附近的陽離子能夠被尺寸更大或更小的同價(jià)態(tài)陽離子交換的玻璃。如上所述，一種這樣的可離子交換玻璃是購自康寧股份有限公司的康寧玻璃。

可使用任意數(shù)量的特定玻璃組合物來提供原始玻璃基材102。例如，適用于本文所述的實(shí)施方式的可離子交換的玻璃包括堿性鋁硅酸鹽玻璃或者堿性鋁硼硅酸鹽玻璃，盡管也可考慮使用其它玻璃組合物。

例如，合適的玻璃組合物包含sio2、b2o3和na2o，其中(sio2+b2o3)≥66摩爾％且na2o≥9摩爾％。在一種實(shí)施方式中，玻璃板包含至少6摩爾％的氧化鋁。在另一種實(shí)施方式中，玻璃板包含一種或多種堿土金屬氧化物，且該堿土金屬氧化物的含量至少為5摩爾％。在一些實(shí)施方式中，合適的玻璃組成還包含k2o、mgo和cao中的至少一種。在一種具體的實(shí)施方式中，玻璃可包含61～75摩爾％的sio2、7～15摩爾％的al2o3、0～12摩爾％的b2o3、9～21摩爾％的na2o、0～4摩爾％的k2o、0～7摩爾％的mgo、以及0～3摩爾％的cao。

另一種適用于形成混合玻璃層壓件的示例性的玻璃組合物包含：60～70摩爾％的sio2、6～14摩爾％的al2o3、0～15摩爾％的b2o3、0～15摩爾％的li2o、0～20摩爾％的na2o、0～10摩爾％的k2o、0～8摩爾％的mgo、0～10摩爾％的cao、0～5摩爾％的zro2、0～1摩爾％的sno2、0～1摩爾％的ceo2、小于50ppm的as2o3、以及小于50ppm的sb2o3，其中，12摩爾％≤(li2o+na2o+k2o)≤20摩爾％，且0摩爾％≤(mgo+cao)≤10摩爾％。

另一種示例性的玻璃組合物包含：63.5～66.5摩爾％的sio2、8～12摩爾％的al2o3、0～3摩爾％的b2o3、0～5摩爾％的li2o、8～18摩爾％的na2o、0～5摩爾％的k2o、1～7摩爾％的mgo、0～2.5摩爾％的cao、0～3摩爾％的zro2、0.05～0.25摩爾％的sno2、0.05～0.5摩爾％的ceo2、小于50ppm的as2o3、以及小于50ppm的sb2o3，其中，14摩爾％≤(li2o+na2o+k2o)≤18摩爾％，且2摩爾％≤(mgo+cao)≤7摩爾％。

在另一種實(shí)施方式中，一種堿性鋁硅酸鹽玻璃包含以下組分，主要由以下組分構(gòu)成，或者由以下組分構(gòu)成：61～75摩爾％的sio2、7～15摩爾％的al2o3、0～12摩爾％的b2o3、9～21摩爾％的na2o、0～4摩爾％的k2o、0～7摩爾％的mgo、以及0～3摩爾％的cao。

在一種具體的實(shí)施方式中，一種堿性鋁硅酸鹽玻璃包含氧化鋁、至少一種堿金屬，且在一些實(shí)施方式中包含大于50摩爾％的sio2，在另一些實(shí)施方式中包含至少58摩爾％的sio2，且在另一些實(shí)施方式中包含至少60摩爾％的sio2，其中，比例為在該比例中，組分以摩爾％表示，且改性劑是堿金屬氧化物。在一些具體的實(shí)施方式中，該玻璃包含以下組分，主要由以下組分構(gòu)成，或者由以下組分構(gòu)成：58～72摩爾％的sio2、9～17摩爾％的al2o3、2～12摩爾％的b2o3、8～16摩爾％的na2o、以及0～4摩爾％的k2o，其中，比例為

在另一種實(shí)施方式中，一種堿性鋁硅酸鹽玻璃基材包含以下組分，主要由以下組分構(gòu)成，或者由以下組分構(gòu)成：60～70摩爾％的sio2、6～14摩爾％的al2o3、0～15摩爾％的b2o3、0～15摩爾％的li2o、0～20摩爾％的na2o、0～10摩爾％的k2o、0～8摩爾％的mgo、0～10摩爾％的cao、0～5摩爾％的zro2、0～1摩爾％的sno2、0～1摩爾％的ceo2、小于50ppm的as2o3、以及小于50ppm的sb2o3，其中，12摩爾％≤li2o+na2o+k2o≤20摩爾％，且0摩爾％≤mgo+cao≤10摩爾％。

在另一種實(shí)施方式中，一種堿性鋁硅酸鹽玻璃包含以下組分，主要由以下組分構(gòu)成，或者由以下組分構(gòu)成：64～68摩爾％的sio2、12～16摩爾％的na2o、8～12摩爾％的al2o3、0～3摩爾％的b2o3、2～5摩爾％的k2o、4～6摩爾％的mgo、以及0～5摩爾％的cao，其中：66摩爾％≤sio2+b2o3+cao≤69摩爾％；na2o+k2o+b2o3+mgo+cao+sro＞10摩爾％；5摩爾％≤mgo+cao+sro≤8摩爾％；(na2o+b2o3)≤al2o3≤2摩爾％；2摩爾％≤na2o≤al2o3≤6摩爾％；且4摩爾％≤(na2o+k2o)≤al2o3≤10摩爾％。

關(guān)于在原始玻璃基材102的表面進(jìn)行離子交換的特定工藝，離子交換可通過將原始玻璃基材102在熔鹽浴中浸入預(yù)設(shè)時(shí)間來進(jìn)行，其中，原始玻璃基材102中位于其表面處或表面附近的離子被交換成更大的金屬離子，例如來自鹽浴的金屬離子?？稍诩s400～500℃的溫度范圍內(nèi)將原始玻璃基材浸入熔融鹽浴中一段約4～24小時(shí)的時(shí)間，優(yōu)選約4～10小時(shí)。更大的離子結(jié)合入玻璃中，通過在近表面區(qū)域中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力來強(qiáng)化經(jīng)過離子交換的玻璃基材102’。可在經(jīng)過離子交換的玻璃基材102’的中心區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的拉伸應(yīng)力，以平衡該壓縮應(yīng)力。假設(shè)是鈉基玻璃組合物和kno3鹽浴，原始玻璃基材102中的鈉離子可被來自于熔融鹽浴的更大的鉀離子取代，以生產(chǎn)經(jīng)過離子交換的玻璃基材102’。

在低于玻璃網(wǎng)絡(luò)會(huì)發(fā)生松弛的溫度的溫度下用更大的離子替換更小的離子會(huì)在經(jīng)過離子交換的玻璃基材102’的表面上產(chǎn)生離子分布，這導(dǎo)致上述應(yīng)力曲線。進(jìn)來的離子的更大的體積在表面上產(chǎn)生壓縮應(yīng)力(cs)，并在經(jīng)過離子交換的玻璃基材102’的中心區(qū)域產(chǎn)生張力(中心張力或ct)。壓縮應(yīng)力與中心張力通過下式相關(guān)聯(lián)：

其中，t為玻璃基材102的總厚度，dol為離子交換層深度，也稱為壓縮層深度。在一些情況中，壓縮層深度會(huì)大于約15微米，而在一些情況中會(huì)大于20微米。

技術(shù)人員在可用于離子交換處理的具體陽離子方面具有多種選擇。例如，堿金屬是用于離子交換處理的陽離子的可用來源。堿金屬是元素周期表族1中的化學(xué)元素，特別包括：鋰(li)、鈉(na)、鉀(k)、銣(rb)、銫(cs)和鈁(fr)。雖然不是一種典型的堿金屬，鉈(tl)是用于離子交換處理的陽離子的另一種可用來源。鉈傾向于氧化成+3和+1氧化態(tài)作為離子鹽，且+3價(jià)類似于硼、鋁、鎵和銦。然而，鉈的+1價(jià)的氧化能夠引發(fā)堿金屬的化學(xué)性質(zhì)。

局部涂覆技術(shù)

如上所述，一種用于增加對(duì)尖銳接觸失效的耐性的技術(shù)包括對(duì)玻璃基材102的表面110、112中的一個(gè)(優(yōu)選外表面112)進(jìn)行局部涂覆。顯而易見的是，涂層104被施用在玻璃基材102的外主表面112的限制區(qū)域上以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。限制區(qū)域小于外主表面112的總面積，以使涂層104可發(fā)揮減輕因動(dòng)態(tài)尖銳沖擊而產(chǎn)生的損傷的作用，還能夠發(fā)揮減輕因涂層104本身而導(dǎo)致的玻璃基材102的撓曲強(qiáng)度降低的作用。

該技術(shù)包括只對(duì)玻璃基材102的某些區(qū)域施用涂層104，例如只對(duì)玻璃基材102的邊緣區(qū)域和/或角落區(qū)域(在這些區(qū)域發(fā)生尖銳接觸的可能性相對(duì)較高)施用涂層，而不對(duì)玻璃基材102的外表面的相對(duì)較大的中心區(qū)域進(jìn)行涂覆。涂層可以是透明的、可塑性形變的、以及/或者超硬的，其中，涂層104的特定性質(zhì)將在下文中詳述。

局部涂覆區(qū)域的定義

關(guān)于施用涂層104的具體區(qū)域，參考圖4，其是按照本文所述的一種或多種實(shí)施方式被局部涂覆的玻璃基材102的示意圖?？蓪?duì)一個(gè)或多個(gè)局部區(qū)域施用涂層104，例如玻璃基材102的外主表面112上的一個(gè)或多個(gè)邊緣區(qū)域122和/或一個(gè)或多個(gè)角落區(qū)域124。

在一種或多種實(shí)施方式中，邊緣區(qū)域122各自可通過玻璃基材102的主表面112上的跨越外周邊緣112-1的各局部邊緣區(qū)域以及一個(gè)或多個(gè)預(yù)設(shè)距離di來定義，所述預(yù)設(shè)距離di從外周邊緣112-1向內(nèi)向玻璃基材102的主表面112的中心區(qū)域102-1計(jì)算。例如，第一局部邊緣區(qū)域122-1可定義在玻璃基材102的外主表面112上，沿著與相對(duì)較短的橫向邊緣表面114-1相鄰的外周邊緣112-1的區(qū)段縱向延伸，并且在寬度方向上從外周邊緣112-1向外主表面112的中心區(qū)域102-1延伸。如上所述，第一局部邊緣區(qū)域122-1的寬度方向上的伸展可以是預(yù)設(shè)的距離d1。再舉一例，第二局部邊緣區(qū)域122-2可定義在玻璃基材102的外主表面112上，沿著與相對(duì)較長(zhǎng)的橫向邊緣表面114-2相鄰的外周邊緣112-1的另一個(gè)區(qū)段縱向延伸，并且在寬度方向上從外周邊緣112-1向外主表面112的中心區(qū)域102-1延伸。同樣，第二局部邊緣區(qū)域122-2的寬度方向上的伸展可以是預(yù)設(shè)的距離d2。類似地，第三局部邊緣區(qū)域122-3可沿著與相對(duì)較短的橫向邊緣表面114-3相鄰的外周邊緣112-1的另一個(gè)區(qū)段縱向延伸，并且在寬度方向上從外周邊緣112-1向外主表面112的中心區(qū)域102-1延伸(其中寬度方向上的伸展可以是預(yù)設(shè)的距離d3)。最后，第四局部邊緣區(qū)域122-4可沿著與另一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的橫向邊緣表面114-4相鄰的外周邊緣112-1的另一個(gè)區(qū)段縱向延伸，并且在寬度方向上從外周邊緣112-1向外主表面112的中心區(qū)域102-1延伸(其中寬度方向上的伸展可以是預(yù)設(shè)的距離d4)。

附加地和/或替代地，角落區(qū)域124可各自通過玻璃基材102的主表面112上的各局部角落區(qū)域和預(yù)設(shè)距離ci來定義，所述各局部角落區(qū)域可周向延伸，并且/或者與各角落表面116中的一個(gè)相鄰且跨越外周邊緣112-1之間，所述預(yù)設(shè)距離ci從外周邊緣112-1向內(nèi)向玻璃基材102的主表面112的中心區(qū)域102-1計(jì)算。

例如，第一局部角落區(qū)域124-1可定義在玻璃基材102的外主表面112上，沿著與第一角落表面116-1相鄰的外周邊緣112-1的區(qū)段周向延伸，并且在寬度方向上從外周邊緣112-1向外主表面112的中心區(qū)域102-1延伸。如上所述，第一局部角落區(qū)域124-1的寬度方向上的伸展可以是預(yù)設(shè)的距離c1。再舉一例，第二局部角落區(qū)域124-2可定義在玻璃基材102的外主表面112上，沿著與第二角落表面116-2相鄰的外周邊緣112-1的另一個(gè)區(qū)段周向延伸，并且在寬度方向上從外周邊緣112-1向外主表面112的中心區(qū)域102-1延伸(例如，寬度方向上的伸展可以是預(yù)設(shè)的距離c2)。類似地，第三局部角落區(qū)域124-3可沿著與第三角落表面116-3相鄰的外周邊緣112-1的另一個(gè)區(qū)段周向延伸，并且在寬度方向上向中心區(qū)域102-1延伸預(yù)設(shè)距離c3。最后，第四局部角落區(qū)域124-4可沿著與第四角落表面116-4相鄰的外周邊緣112-1的另一個(gè)區(qū)段周向延伸，并且在寬度方向上向中心區(qū)域102-1延伸預(yù)設(shè)距離c4。

如上所述，根據(jù)設(shè)計(jì)考量，可分別涂覆任意數(shù)量的單獨(dú)的具有區(qū)域104-1、104-2、104-3、104-4的局部邊緣區(qū)域112-1、122-2、122-3、122-4。附加地和/或替代地，根據(jù)設(shè)計(jì)考量，可涂覆(或不涂覆)任意數(shù)量的單獨(dú)的局部角落區(qū)域124-1、124-2、124-3、124-4。另外，根據(jù)玻璃基材102的具體的幾何構(gòu)型、尺寸以及應(yīng)用，各單獨(dú)的局部邊緣區(qū)域122i的寬度方向上的距離d1、d2、d3、d4以及/或者各單獨(dú)的局部角落區(qū)域124i的指向中心的距離c1、c2、c3、c4可以是任意數(shù)量的相似量級(jí)或者任意數(shù)量的不同量級(jí)。

優(yōu)選(以可存在于各局部區(qū)域122i和124i上的涂覆材料的總計(jì)表示的)經(jīng)過涂覆的限制區(qū)域基本上小于玻璃基材102的外表面112的總面積。例如，滿足于不超過以下中的一項(xiàng)：(i)不超過外主表面112的總面積的約1～20％；(ii)不超過外主表面112的總面積的約1～10％；(iii)不超過外主表面112的總面積的約2～5％；以及(iv)不超過外主表面112的總面積的約2～3％。對(duì)涂覆面積的這種限定是重要的，其使得涂層104能夠在不過度導(dǎo)致玻璃基材102的撓曲強(qiáng)度降低的代價(jià)下改善玻璃基材104的耐沖擊斷裂性。

厚度和涂層應(yīng)用

關(guān)于涂層104的厚度，該厚度可通過單層或多層來得到，達(dá)到以下中的一項(xiàng)：(i)在約10納米～約1000微米之間；(ii)在約100納米～約500微米之間；(iii)在約1微米～約100微米之間；以及(iv)在約10微米～約50微米之間。

現(xiàn)在參考圖5，其是對(duì)未涂覆的玻璃基材102進(jìn)行涂覆處理以在該玻璃基材的一個(gè)主表面形成局部涂層104的示意圖。上述涂層厚度(以及應(yīng)用的限制區(qū)域)可通過對(duì)玻璃基材102進(jìn)行預(yù)處理以得到涂層104來實(shí)現(xiàn)，所述預(yù)處理可利用例如對(duì)玻璃基材102進(jìn)行清潔、酸拋光和/或其它處理以除去或降低表面缺陷所帶來的不利影響。可采用任何已知的遮蔽技術(shù)來確保涂層104只被施用于所需的區(qū)域122i、124i中?？衫脷庀喑练e技術(shù)向原始基材102施用涂層104，所述氣相沉積技術(shù)可包括濺射、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)或電子(e-beam)蒸發(fā)技術(shù)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)領(lǐng)會(huì)，施用涂層104時(shí)所使用的具體機(jī)制不嚴(yán)格限于上述技術(shù)，技術(shù)人員可對(duì)這些機(jī)制進(jìn)行選擇，以解決具體生產(chǎn)應(yīng)用或制造目標(biāo)的緊迫需求。

在一種或多種替代性的實(shí)施方式中，中間涂層(未圖示)可設(shè)置在玻璃基材102與涂層104之間。

可塑性形變的涂層

根據(jù)一種或多種實(shí)施方式，涂層104可由可塑性形變材料形成，所述可塑性形變材料對(duì)作用于玻璃基材102的外主表面112的動(dòng)態(tài)尖銳沖擊展現(xiàn)出類似彈簧的響應(yīng)。

例如，當(dāng)涂層104由可塑性形變材料形成時(shí)，所述可塑性形變材料包含以下中的一種或多種材料：聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(pc)、被稱為zeonex和topas的環(huán)烯烴的聚合物(cop)和共聚物(coc)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚苯乙烯、丙烯酸類、硅、聚氨酯彈性體、聚乙烯醇縮丁醛(pvb)、聚氯乙烯(pvc)、諸如苯乙烯嵌段共聚物這樣的熱塑性彈性體(tpe)，且如上所列的一種或多種材料具有約1mpa～約10gpa范圍內(nèi)的模量。

附加地和/或替代地，當(dāng)涂層104由可塑性形變材料形成時(shí)，涂層104的模量?jī)?yōu)選滿足以下中的一項(xiàng)：(i)小于約1gpa；(ii)小于約5gpa；(iii)小于約10gpa；(iv)小于約30gpa；以及(v)小于約50gpa。

涂層104的類似彈簧的性質(zhì)可通過沖擊的動(dòng)力學(xué)來表征。例如，當(dāng)玻璃基材102以某一速度撞擊粗糙表面，涂層104的可塑性形變材料像彈簧一樣響應(yīng)。玻璃基材102與粗糙表面之間的接觸力與因尖銳壓痕而導(dǎo)致的玻璃失效的可能性直接相關(guān)。假設(shè)裝置10的質(zhì)量為m，沖擊瞬間的速度為v，涂層104的彈簧常數(shù)為k，且最大彈簧壓縮為x，則系統(tǒng)的能量守恒方程式為：

和

因此，可塑性形變彈簧(k)發(fā)生了更大的彈簧壓縮，且裝置10(相比于非類似彈簧的動(dòng)力學(xué))會(huì)不得不經(jīng)過更長(zhǎng)的距離以完全停止。換言之，裝置10(相比于非類似彈簧的動(dòng)力學(xué))經(jīng)歷了更小的減速度。根據(jù)牛頓第二定律f＝ma，更小的加速度(或減速度)a會(huì)導(dǎo)致更小的作用力f，該作用力f就是沖擊時(shí)玻璃基材102與粗糙表面之間的相互作用力。因此，在涂層104中采用可塑性形變材料會(huì)降低因尖銳沖擊壓痕而對(duì)玻璃基材102產(chǎn)生損傷的可能性。

超硬涂層

根據(jù)一種或多種其它實(shí)施方式，涂層104可由超硬材料形成，以增加玻璃基材102的外主表面112的硬度。

對(duì)玻璃基材應(yīng)用超硬涂層104會(huì)與玻璃基材102的硬度的改善之間相關(guān)，這會(huì)增加對(duì)于來自尖銳沖擊壓痕的斷裂的耐性。例如，原始的玻璃基材102通常具有約7gpa的硬度，但是，耐受斷裂所需的更高的硬度可在至少約10gpa的數(shù)量級(jí)上，或者至少為15gpa以及更高。如上所述，可通過對(duì)原始玻璃基材102施用涂層104來得到更高的硬度。

例如，當(dāng)涂層104由超硬材料形成時(shí)，涂層104的硬度優(yōu)選滿足以下中的一項(xiàng)：(i)至少約為8gpa；(ii)至少約為10gpa；(iii)至少約為14gpa；(iv)至少約為18gpa；(v)至少約為22gpa；以及(vi)至少約為30gpa。

附加地和/或替代地，當(dāng)涂層104由超硬材料形成時(shí)，涂層104包含以下中的一種或多種：氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、氮化鋁、氮氧化鋁(alon)、碳化鋁、碳氧化鋁、氧化鋁、類金剛石碳、納米晶體金剛石、氧化物以及氧化銦錫(ito)。用于涂層104的材料的另一些例子可包括以下中的一種或多種：mgal2o4、caal2o4、mgal2o4-x附近的組合物、mgal2o4-x、mg(1-y)al(2+y)o4-x和/或ca(1-y)al(2+y)o4-x、sioxcy、sioxcynz、al、aln、alnxoy、al2o3、al2o3/sio2、bc、bn、dlc、石墨烯、sicnx、sinx、sio2、sic、sno2、sno2/sio2、ta3n5、tic、tin、tio2和/或zro2。

玻璃隔開技術(shù)

如上所述，另一種用于解決尖銳接觸失效問題的技術(shù)包括提供一種或多種機(jī)制以在一個(gè)或多個(gè)戰(zhàn)略位置處隔開玻璃基材102，從而隔離斷裂，減輕裂紋的蔓延，并且/或者防止玻璃基材102的中心區(qū)域102-1發(fā)生斷裂。由于許多裝置10的幾何結(jié)構(gòu)，玻璃基材102的角落是尖銳沖擊失效可能起始的區(qū)域。因此，相對(duì)于玻璃基材102的角落的隔開機(jī)制的戰(zhàn)略位置可實(shí)現(xiàn)防止那些起始于角落附近的裂紋蔓延進(jìn)入中心區(qū)域102-1，從而改善了用戶角度的裝置10的墜落特性。

對(duì)此，參考圖6，其是玻璃基材102的示例圖，所述玻璃基材包含一種或多種用于在尖銳沖擊失效起始后減輕裂紋蔓延的隔離機(jī)制130。各隔離機(jī)制發(fā)揮以下作用中的至少一項(xiàng)：(i)中斷因作用于玻璃基材102的外主表面112的動(dòng)態(tài)尖銳沖擊而產(chǎn)生的在角落118處或其附近起始的裂紋的蔓延；(ii)將裂紋的蔓延(例如橫向)導(dǎo)向一個(gè)或多個(gè)相鄰邊緣表面114；以及/或者(iii)減輕從角落118穿過隔離機(jī)制130向玻璃基材102的中心區(qū)域102-1的裂紋蔓延。

考慮到隔離機(jī)制130能夠中斷、重新導(dǎo)引并且/或者減輕某些裂紋蔓延的動(dòng)力學(xué)，可將它們?cè)O(shè)想成提供“間斷”的機(jī)制，至少對(duì)于裂紋蔓延來說。對(duì)此，可通過在玻璃基材102的體積內(nèi)提供溝槽、凹口、壓痕、凹陷、刻痕、底切、玻璃強(qiáng)度改性、殘留應(yīng)力改性等中的一種或多種來實(shí)現(xiàn)間斷。間斷可以是延伸的且延伸至少部分穿過玻璃基材102的厚度。

例如，參考圖7，延伸的間斷130可延伸完全穿過位于玻璃基材102的內(nèi)主表面110與外主表面112之間的該玻璃基材102的厚度，從而將玻璃基材102分隔成各自的部分?；蛘?，參考圖8，延伸的間斷130可只延伸部分穿過玻璃基材102的厚度，優(yōu)選分隔內(nèi)主表面110并且向外主表面112延伸，但是不穿過外主表面112。在上述兩種情況的任一種中，即使裝置10墜落且在例如玻璃基材102的角落118處開始發(fā)生尖銳沖擊失效，上述間斷(例如隔開)也會(huì)阻止任何裂紋向玻璃基材102的中心區(qū)域102-1蔓延，以及/或者蔓延進(jìn)入玻璃基材102的中心區(qū)域。

更具體而言，第一延伸間斷130-1可設(shè)置于與玻璃基材102的第一角落118-1相鄰。通過更多細(xì)節(jié)(和其它例子)來進(jìn)行闡述，第一延伸間斷130-1可具有近端132-1和遠(yuǎn)端134-1。近端132-1可位于第一邊緣表面114-1，或者至少與第一邊緣表面114-1相鄰。遠(yuǎn)端134-1可位于與第一邊緣表面114-1相鄰的第二邊緣表面114-2，或者至少與第二邊緣表面114-2相鄰。因此，第一延伸間斷130-1設(shè)置在玻璃基材102的第一角落118-1(以及第一角落表面116-1)的附近(或者與之間隔)。因此，第一隔離機(jī)制130-1可中斷因作用于玻璃基材102的外主表面112的動(dòng)態(tài)尖銳沖擊而導(dǎo)致的在第一角落118-1處或附近起始(例如在外周邊緣112-1與第一延伸間斷130-1之間起始)的裂紋蔓延。附加地和/或替代地，第一隔離機(jī)制130-1可將裂紋蔓延導(dǎo)向第一和第二相鄰邊緣表面114-1、114-2中的至少一種，以及/或者減輕穿過第一延伸間斷130-1向玻璃基材102的中心區(qū)域102-1的裂紋蔓延。

或者，第二延伸間斷130-2可設(shè)置在與玻璃基材102的第二角落118-2(以及第二角落表面116-2)相鄰處(或者在其附近，或者與其間隔)。例如，第二延伸間斷130-2可具有位于第二邊緣表面114-2處或者至少與其相鄰的近端132-2、和位于第三邊緣表面114-3或者至少與其相鄰的遠(yuǎn)端134-2。另一種替代方式可包括設(shè)置在與玻璃基材102的第三角落118-3(以及第三角落表面116-3)相鄰處(或者在其附近，或者與其間隔)的第三延伸間斷130-3。第三延伸間斷130-3可具有位于第三邊緣表面114-3處或者至少與其相鄰的近端132-3、和位于第四邊緣表面114-4或者至少與其相鄰的遠(yuǎn)端134-3。另外，第四伸長(zhǎng)間斷130-4可設(shè)置在與玻璃基材102的第四角落118-4相鄰處，其包含位于第四邊緣表面114-4處或者與其相鄰的近端132-4、和位于第一邊緣表面114-1或者與其相鄰的遠(yuǎn)端134-4。

在一個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)間斷130-i呈溝槽、凹口、壓痕、凹陷、刻痕、底切等的形態(tài)時(shí)，這種空缺可被可塑性形變(和/或透明)材料填充。

另外，圖6的玻璃基材102還可在任意數(shù)量的上述實(shí)施方式中所討論的局部區(qū)域122i、124i上包含涂層104i。

利用微球體的能量吸收

覆蓋基材背面上的中間層

另一種用于解決尖銳接觸失效的技術(shù)包括在覆蓋基材102的背面上提供能量吸收中間層。例如，參考圖9，裝置主體200(例如智能電話或類似裝置)包含覆蓋基材102(例如玻璃基材)，其與一種或多種上述實(shí)施方式中的一些結(jié)構(gòu)相似。然而，顯而易見的是，能量吸收中間層202(其還可起粘合層的作用)設(shè)置在裝置主體200與覆蓋基材102之間。中間層202發(fā)揮吸收因表面12(例如圖2所示的表面)向覆蓋基材102外主表面112的動(dòng)態(tài)尖銳沖擊而產(chǎn)生的大部分動(dòng)能的作用，從而減輕對(duì)覆蓋基材102和裝置主體200的損傷。

提供圖9所示的結(jié)構(gòu)，可考慮理論機(jī)制，其能夠承受與中間層202相連，所述中間層202吸收由動(dòng)態(tài)尖銳沖擊而產(chǎn)生的動(dòng)能，從而減輕對(duì)覆蓋基材102的損傷。觀察到?jīng)_擊時(shí)由裝置的勢(shì)能經(jīng)過轉(zhuǎn)化而生成的動(dòng)能與覆蓋基材102的(例如通過開裂)失效的可能性直接相關(guān)。假設(shè)裝置從高度(h)墜落，該裝置的動(dòng)能由下式給出：

其中，eke是裝置的動(dòng)能；epe是裝置在高度(h)處的勢(shì)能，m是裝置的質(zhì)量，v是沖擊瞬間的速度，g是重力加速度常數(shù)。

當(dāng)覆蓋基材102以給定速度沖擊表面12(例如任意多個(gè)日常生活中可以找到的粗糙表面)時(shí)，動(dòng)能集中于覆蓋基材102的接觸的小區(qū)域上。這種集中，特別是與粗糙表面12的尖銳接觸沖擊可產(chǎn)生巨大的壓力。一種用于防止覆蓋基材102和/或裝置主體200在沖擊過程中發(fā)生過度損傷的有效措施是至少部分吸收由裝置在沖擊時(shí)的動(dòng)量所產(chǎn)生的作用力。目前，許多裝置被設(shè)計(jì)成覆蓋基材通過粘合劑(例如光學(xué)透明膠(oca))與裝置主體200相連。粘合劑通常可由具有相對(duì)較低的楊氏模量(例如在約1～10mpa的范圍內(nèi))的彈性材料形成。通過具有這種相對(duì)較低的楊氏模量，粘合層會(huì)傾向于在沖擊過程中實(shí)時(shí)變形(導(dǎo)致在粘合劑中存在很少的彈性儲(chǔ)存的應(yīng)變能)，從而少量動(dòng)能被粘合劑吸收。因此，因沖擊而產(chǎn)生的動(dòng)能中的大部分集中在覆蓋基材102接觸粗糙表面12的上述小區(qū)域上，這經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致裝置的覆蓋基材102和/或其它敏感組件發(fā)生毀滅性失效。

然而，按照?qǐng)D9的中間層202的某些能量吸收特性，可從簡(jiǎn)單的能量轉(zhuǎn)化角度發(fā)現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，以下式表示：

ede＝eke-e消散-ese

其中ede是可導(dǎo)致裝置損傷的動(dòng)能，eke是裝置的動(dòng)能，e消散是通過中間層202中的某些材料而消散的能量，ese是因裝置中的任意數(shù)量的組件的彈性形變而產(chǎn)生的應(yīng)變能，其將會(huì)在沖擊后被釋放回到系統(tǒng)中。清楚的是，(例如通過改變粘合層的性質(zhì))形成中間層202是顯著有益的，所述中間層202能夠吸收因沖擊而導(dǎo)致的顯著水平的動(dòng)能，從而殘留更少的可導(dǎo)致裝置損傷的能量。

根據(jù)圖9、10、11所示的系統(tǒng)的一種或多種實(shí)施方式，中間層202的能量吸收材料可包含球體204和/或球體206，它們通過聚合物粘合劑、彈性粘合劑和/或樹脂結(jié)合在一起。這些球體204和球體206中的每一個(gè)的一些顯著而不同的特征將會(huì)在下文中詳述。優(yōu)選地，球體204和/或206基本上均勻地分散在粘合劑或樹脂中。球體204和/或206優(yōu)選具有基本上球形的形狀，具有數(shù)十微米的直徑，例如具有約5～120μm的直徑。在一定程度上，球體204和/或206的平均直徑會(huì)決定中間層202的厚度，其厚度可在約50μm～約1000μm之間變化。在需要或優(yōu)選透明的區(qū)域中，其中的中間層202的涂層材料可以是透明的，而在不需要或不優(yōu)選完全透明的區(qū)域中，其中的中間層202的涂層材料可以是完全不透明或者部分不透明的。

含有球體204和/或球體206的中間層202如犧牲層那樣作出響應(yīng)，以使在裝置受到粗糙表面12沖擊的事件中，裝置的大量動(dòng)能會(huì)通過多個(gè)球體204和/或球體206的壓碎、壓縮和/或其它形變而消散。因此，殘留的能夠?qū)е卵b置損傷的動(dòng)能的量減少。

在圖10的實(shí)施方式中，球體204可具有中空和可壓碎的特征，例如由堅(jiān)硬但可壓碎的材料形成，例如玻璃、陶瓷和/或玻璃陶瓷中空球體。因此，含有可壓碎的中空球體204的中間層202如犧牲層那樣作出響應(yīng)，以使在裝置受到粗糙表面12沖擊的事件中，裝置的大量動(dòng)能會(huì)通過壓碎中空可壓碎球體204而消散。

在一種或多種實(shí)施方式中，中間層202可包含在聚合物粘合劑中的中空可壓碎球體204，其中，中空可壓碎球體204的體積分?jǐn)?shù)占中空可壓碎球體204和聚合物粘合劑的總體積的約25～75％。附加地和/或替代地，可組合以下中的一項(xiàng)或多項(xiàng)：中空可壓碎球體204的平均直徑在約5～120μm之間；中空可壓碎球體204的壓碎強(qiáng)度在約2mpa～200mpa之間；中間層202的厚度在約50～1000μm之間；以及中空可壓碎球體204由玻璃、陶瓷和/或玻璃陶瓷材料形成。

一種用于形成上述包含中空可壓碎球體204的中間層202的方法可包括：(1)制備包含上述比例的中空可壓碎球體204(例如硅酸鹽玻璃中空微球體)和液態(tài)樹脂(例如3m^tm的可打印液態(tài)光學(xué)透明膠1088)的基本上均勻的混合溶液；(2)將上述混合物涂覆或者絲網(wǎng)印刷在覆蓋基材102的合適部分上(例如邊緣、角落和/或覆蓋基材102的上述其它限制區(qū)域，但是對(duì)其內(nèi)主表面110施用而不對(duì)其外主表面112施用)；(3)放置覆蓋基材102和混合物，使他們與裝置主體200(例如裝置的框架)接觸；以及(4)使液態(tài)oca固化。由于聚合物粘合材料的彈性，即使在嵌入中間層202中的球體204發(fā)生形變之后，中間層202也會(huì)保持其原始形狀。

在一種或多種其它實(shí)施方式中，中間層202可包含在樹脂中的可壓縮中空球體204’(而不是中空可壓碎球體204)。因此，含有可壓縮中空球體204’的中間層202如犧牲層那樣作出響應(yīng)，以使在裝置受到粗糙表面12沖擊的事件中，裝置的大量動(dòng)能會(huì)通過壓縮可壓縮中空球體204而消散。例如，該種結(jié)構(gòu)可包含體積分?jǐn)?shù)占可壓縮中空球體204’和樹脂的總體積的約25～90％的可壓縮中空球體。附加地和/或替代地，可組合以下中的一項(xiàng)或多項(xiàng)：可壓縮中空球體204’的平均直徑在約20～120μm之間；以及中間層202的厚度在約50～1000μm之間。

一種用于形成上述包含可壓縮中空球體204’的中間層202的方法可包括：(1)制備包含上述比例的可壓縮中空微球體(例如阿克蘇諾貝爾公司(akzonobel)的expancel微球體)和液態(tài)oca樹脂(例如3m^tm的可打印液態(tài)光學(xué)透明膠1088)的基本上均勻的混合溶液；(2)將上述混合物涂覆或者絲網(wǎng)印刷在覆蓋基材102的合適部分上(例如邊緣、角落和/或覆蓋基材102的上述其它限制區(qū)域，但是對(duì)其內(nèi)主表面110施用而不對(duì)其外主表面112施用)；(3)放置覆蓋基材102和混合物，使他們與裝置主體200(例如裝置的框架)接觸；以及(4)使液態(tài)oca固化。由于expancel微球體相對(duì)較高的回彈性，中間層202可承受多個(gè)負(fù)荷/卸荷循環(huán)而不破裂。

在一種或多種其它實(shí)施方式中，如圖11所示，中間層202可包含在粘合劑中的可壓縮固體球體206。因此，在這種結(jié)構(gòu)中，中間層202如犧牲層那樣作出響應(yīng)，以使在裝置受到粗糙表面12沖擊的事件中，裝置的大部分動(dòng)能會(huì)通過壓縮可壓縮固體球體206而消散。例如，這種結(jié)構(gòu)可包含體積分?jǐn)?shù)占可壓縮固體球體206和粘合劑的總體積的約25～75％的可壓縮固體球體206。附加地和/或替代地，可組合以下中的一項(xiàng)或多項(xiàng)：可壓縮固體球體206的平均直徑在約10～1000μm之間；中間層202的厚度在約50～1000μm之間；以及可壓縮固體球體206由聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或多種形成。

參考圖12并且根據(jù)一種或多種其它實(shí)施方式，結(jié)合在聚合物粘合劑、彈性粘合劑和/或樹脂中的上述球體204和/或球體206可在覆蓋基材102的外主表面112上提供能量吸收層(或涂層)210。顯而易見的是，上述中間層202或者標(biāo)準(zhǔn)粘合層212可設(shè)置在裝置主體200與覆蓋基材102之間。能量吸收涂層210發(fā)揮吸收因表面12對(duì)覆蓋基材102的外主表面112(特別是對(duì)涂層210)的動(dòng)態(tài)尖銳沖擊而產(chǎn)生的大部分動(dòng)能，從而減輕對(duì)覆蓋部件102以及裝置主體200的損傷。根據(jù)這些實(shí)施方式，能量吸收涂層210可被施用在覆蓋基材102的外主表面112的上述限制區(qū)域上，以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。因此，關(guān)于限制區(qū)域特征、球體204、206特征和/或聚合物粘合劑、彈性粘合劑和/或樹脂特征的上述實(shí)施方式的所有特性和替代方式都可被應(yīng)用于如圖12所示的預(yù)想的實(shí)施方式中。

參考圖13并且根據(jù)一種或多種其它實(shí)施方式，可在覆蓋基材102的外主表面112上施用另一種類型的能量吸收層(或涂層)220。能量吸收層220包含粗糙度與表面12的粗糙度基本相似的粗糙外表面。顯而易見的是，上述中間層202或者標(biāo)準(zhǔn)粘合層212可設(shè)置在裝置主體200與覆蓋基材102之間。利用涂層220與表面12在粗糙度相似這點(diǎn)上的優(yōu)勢(shì)，能量吸收涂層220至少發(fā)揮吸收因表面12對(duì)覆蓋基材102的外主表面112(特別是對(duì)涂層220)的動(dòng)態(tài)尖銳沖擊而產(chǎn)生的大部分動(dòng)能，從而減輕對(duì)覆蓋部件102以及裝置主體200的損傷。根據(jù)這些實(shí)施方式，能量吸收涂層220可被施用在覆蓋基材102的外主表面112的上述限制區(qū)域上，以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。因此，關(guān)于限制區(qū)域特征的上述實(shí)施方式的所有各種特性和替代方式都可被應(yīng)用于圖13所示的預(yù)想的實(shí)施方式中。

盡管本文已結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施方式僅是用于說明本文實(shí)施方式的原理和應(yīng)用。因此，應(yīng)理解，在不背離本申請(qǐng)的精神和范圍的前提下，可以對(duì)列舉的實(shí)施方式進(jìn)行各種修改，并且可以作出其它安排。