玻璃基材及其制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00910265503. 0,申請(qǐng)日為2009年12月25日，發(fā)明名稱為"玻 璃基材及其制造方法"的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 如下說(shuō)明書(shū)設(shè)及提高適合保護(hù)如手機(jī)和個(gè)人數(shù)字助理（PDA)的移動(dòng)終端設(shè)備的 顯示屏的防護(hù)玻璃罩的玻璃基材的強(qiáng)度的一種或多種技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[000引在如手機(jī)和PDA的移動(dòng)終端設(shè)備中，為了防止外（沖擊）力施加于所述移動(dòng)終端 設(shè)備的顯示器上，將如高度透明的丙締酸樹(shù)脂保護(hù)片的塑料保護(hù)片置于顯示器外預(yù)定距離 處（例如日本專利臨時(shí)公布No. 2004-299199)。
[0004] 然而，由于該種丙締酸樹(shù)脂保護(hù)片易于被外力彎曲，不得不設(shè)計(jì)移動(dòng)終端設(shè)備具 有保護(hù)片和顯示器之間的較廣距離W承受丙締酸樹(shù)脂保護(hù)片的彎曲變位。因此，該造成難 W將移動(dòng)終端設(shè)備變薄。
[0005] 由于上述原因，已提出用使用化學(xué)加強(qiáng)的玻璃的保護(hù)片實(shí)現(xiàn)將移動(dòng)終端設(shè)備變 薄，所述保護(hù)片即使成型為薄的形狀，也抑制彎曲并保持一定水平的高強(qiáng)度（例如參見(jiàn)日 本專利臨時(shí)公布No. 2007-99557,自后簡(jiǎn)稱為'557公布）。' 557公布公開(kāi)了用于移動(dòng)終端 設(shè)備的防護(hù)玻璃罩W及制造該防護(hù)玻璃罩的方法。根據(jù)'557公布，通過(guò)將特定玻璃組合物 的片玻璃切割成預(yù)定形狀，將所述片玻璃的每一面拋光至平面鏡面光潔度，并通過(guò)化學(xué)加 強(qiáng)方法在所述片玻璃的每一面的表面層中形成壓縮應(yīng)力層來(lái)制造所述防護(hù)玻璃罩W使其 難W被彎曲和損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 然而，用于防護(hù)玻璃罩的玻璃基材要求具有高強(qiáng)度，使得該玻璃基材能承受施加 于其主表面上的大的外應(yīng)力。此外，用于移動(dòng)終端設(shè)備的防護(hù)玻璃罩同時(shí)要求被減輕。因 此，需要即使成型為薄的形狀也具有非常高強(qiáng)度的玻璃基材用于移動(dòng)終端設(shè)備。
[0007] 本發(fā)明的方面有利于提供獲得即使成型為薄的也具有非常高強(qiáng)度的玻璃基材的 一種或多種改進(jìn)的技術(shù)。
[000引根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種化學(xué)加強(qiáng)的玻璃基材，其包括在其最上表面層中形 成的壓縮應(yīng)力層的主表面。構(gòu)造所述壓縮應(yīng)力層W通過(guò)在壓縮應(yīng)力層中產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力來(lái) 提高玻璃基材的強(qiáng)度。所述壓縮應(yīng)力層由鐘離子濃度等于或小于百萬(wàn)分之（ppm) 5000的層 組成。
[0009] 任選地，可構(gòu)造所述壓縮應(yīng)力層，使得鐘離子濃度大于5000ppm的離子交換層被 完全從該壓縮應(yīng)力層去除。
[0010] 任選地，所述玻璃基材可通過(guò)下拉法由烙融玻璃形成。
[0011] 還任選地，所述玻璃基材可用含有Si化、Al2〇3、Li2〇或Na2〇的至少一種的侶娃酸鹽 玻璃構(gòu)造。進(jìn)一步任選地，所述玻璃基材可通過(guò)基本上不包含鐘離子的化學(xué)加強(qiáng)的玻璃基 材構(gòu)造。
[0012] 又任選地，可構(gòu)造所述玻璃基材W用于保護(hù)移動(dòng)終端設(shè)備的顯示屏的防護(hù)玻璃 罩。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的方面，進(jìn)一步提供了一種制造玻璃基材的方法。所述方法包括如下 步驟；通過(guò)將所述玻璃基材浸入加熱烙融鹽使得玻璃基材的離子被烙融鹽的離子離子交 換來(lái)化學(xué)加強(qiáng)所述玻璃基材，W及在化學(xué)加強(qiáng)所述玻璃基材的步驟中去除玻璃基材的主表 面的最上表面層中形成的離子交換層。應(yīng)該注意的是，所述離子交換層可W具有濃度大于 5000ppm的鐘離子。
[0014] 任選地，在去除離子交換層的步驟中，所述離子交換層可通過(guò)蝕刻去除。
[0015] 又任選地，使用含有氨氣酸、六氣娃酸或緩沖氨氣酸的至少一種的蝕刻溶液W濕 方式實(shí)施蝕刻。
[0016] 還任選地，在化學(xué)加強(qiáng)所述玻璃基材的步驟中，使用硝酸鐘的烙融鹽或硝酸鋼的 烙融鹽的至少一種在等于或小于所述玻璃基材的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度下化學(xué)加強(qiáng)所述玻 璃基材。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1A和1B顯示了含有采用常規(guī)方法化學(xué)加強(qiáng)的玻璃基材的主表面的區(qū)域。
[0018] 圖1C顯示了在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的一個(gè)具體實(shí)施方案中含有采用改 進(jìn)的方法化學(xué)加強(qiáng)的玻璃基材的主表面的區(qū)域。
[0019] 圖2圖示了在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的一個(gè)具體實(shí)施方案中用于測(cè)量玻 璃基材的強(qiáng)度的裝置。
[0020] 圖3為在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的具體實(shí)施方案中圖示了制造玻璃基材 的方法的程序的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 在下文，根據(jù)本發(fā)明的方面的具體實(shí)施方案將參照附圖描述。
[0022] 圖1A和1B說(shuō)明了采用常規(guī)方法化學(xué)加強(qiáng)的玻璃基材1。圖1A顯示了含有玻璃基 材的主表面的區(qū)域。圖1B為圖1A所示的部分X的放大圖。將圖1A所示的玻璃基材1浸入 用于化學(xué)加強(qiáng)的加熱烙融鹽中使得包含于該玻璃基材中的離子被烙融鹽的離子離子交換， 從而化學(xué)加強(qiáng)所述玻璃基材1。所述玻璃基材1具有在其表面層中形成的壓縮應(yīng)力層la。 構(gòu)造所述壓縮應(yīng)力層la W通過(guò)在其中產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力來(lái)提高玻璃基材1的強(qiáng)度。此外，在 所述壓縮應(yīng)力層la的最上表面層中（在距離玻璃基材1的最上表面數(shù)微米的深度的區(qū)域 中），具有非常高的堿金屬離子濃度的離子交換層化通過(guò)化學(xué)加強(qiáng)形成。
[0023] 當(dāng)將具有如上構(gòu)造的離子交換層化的玻璃基材1用水清洗時(shí)（在化學(xué)加強(qiáng)之后 水清洗），如圖1B所示，在化學(xué)加強(qiáng)中形成的離子交換層化中存在的鐘離子〇〇被氨離子 化礦）離子交換，每個(gè)氨離子具有比鐘離子〇〇更小的離子半徑。因此，玻璃基材1的最上 表面層變?yōu)樗蠈?C。因此，在玻璃基材1的離子交換層化中，拉伸應(yīng)力層通過(guò)清洗過(guò)程 形成，構(gòu)造的該拉伸應(yīng)力層由于在其中產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力而降低玻璃基材1的強(qiáng)度。特別地， 當(dāng)在清洗過(guò)程中使用酸溶液作為清洗液體時(shí)，上述效應(yīng)顯著產(chǎn)生。而且，化學(xué)加強(qiáng)（即離子 交換）在下拉法中形成的玻璃基材中比在壓制法形成并隨后拋光的玻璃基材中進(jìn)行更快。 因此，上述效應(yīng)在下拉法中形成的玻璃基材上比在壓制法形成并隨后拋光的玻璃基材上更 顯著地產(chǎn)生。
[0024] 在根據(jù)本發(fā)明的方面的一個(gè)具體實(shí)施方案中，通過(guò)去除在化學(xué)加強(qiáng)中在玻璃基材 的表面層中形成的離子交換層，有可能防止由于隨后進(jìn)行的清洗過(guò)程而形成拉伸應(yīng)力層， 并由此提高玻璃基材的強(qiáng)度。更具體地，在具體實(shí)施方案中，將玻璃基材浸入加熱烙融鹽使 得玻璃基材的離子被烙融鹽的離子離子交換來(lái)化學(xué)加強(qiáng)所述玻璃基材。然后，去除在化學(xué) 加強(qiáng)中在玻璃基材的主表面上形成的離子交換層。也就是說(shuō)，如圖1C中所示，構(gòu)造該具體 實(shí)施方案中的玻璃基材，其中完全去除如圖1A和1B中所示的離子交換層化。因此，有可能 獲得即使成型為薄的形狀也具有非常高強(qiáng)度的玻璃基材。
[0025] 已知降低或限制堿性組分從化學(xué)加強(qiáng)的玻璃基材洗脫的技術(shù)（例如參見(jiàn)日本專 利臨時(shí)申請(qǐng)No.肥I 10-194788)。然而，應(yīng)注意適用于將玻璃基材的表面脫堿或在玻璃基材 的表面上形成保護(hù)堿性組分洗脫的層的技術(shù)在本質(zhì)上不同于根據(jù)本發(fā)明的方面的技術(shù)概 念。
[0026] 基于上述觀點(diǎn)，在具體實(shí)施方案中的玻璃基材能通過(guò)將玻璃基材浸入加熱烙融鹽 使得玻璃基材通過(guò)其離子被烙融鹽的離子離子交換而被化學(xué)加強(qiáng)，然后去除在化學(xué)加強(qiáng)中 在玻璃基材的主表面上形成的離子交換層來(lái)制得。
[0027] W上述方式獲得的玻璃基材具有通過(guò)化學(xué)加強(qiáng)形成的壓縮應(yīng)力層。然而，所述壓 縮應(yīng)力層不包括離子交換層，且在主表面中，鐘離子的濃度等于或小于5000ppm。關(guān)于主表 面是否含有離子交換層，在玻璃基材的主表面中的鐘離子濃度和玻璃基材的表面態(tài)能例如 通過(guò)波長(zhǎng)色散X射線光譜儀（WD幻或能量色散X射線光譜儀巧D幻檢測(cè)。附帶地，構(gòu)造WDX 使其福射X射線或電子束至試樣，經(jīng)由分析晶體從通過(guò)福照激發(fā)的試樣區(qū)域而發(fā)射的巧光 X射線的各種波長(zhǎng)中提取特定的巧光X射線波長(zhǎng)，并用檢測(cè)器測(cè)量波長(zhǎng)和提取的巧光X射線 的強(qiáng)度。此外，構(gòu)造邸X使其福射X射線或電子束至試樣，放大通過(guò)福照激發(fā)的試樣區(qū)域而 發(fā)射的巧光X射線的所有各種波長(zhǎng)，并用分析器鑒別波長(zhǎng)和巧光X射線的各種波長(zhǎng)的每一 個(gè)的強(qiáng)度。
[002引待用的玻璃基材可直接由烙融玻璃成型為片形，或通過(guò)從特定厚度的玻璃體上切 割預(yù)定厚度的玻璃片并將該玻璃片精加工為具有拋光主表面的所需厚度的玻璃片而成型。 希望玻璃基材直接由烙融玻璃成型為片形。該是因?yàn)橹苯佑衫尤诓ＡС尚蜑槠蔚牟ＡЩ?材的主表面為具有非常高平整度和光滑度而無(wú)微裂紋的熱成型表面。下拉法或浮法可用作 直接由烙融玻璃將玻璃基材成型為片形的方法。希望在下拉法中由烙融玻璃將玻璃基材成 型。
[0029] 此外，優(yōu)選用侶娃酸鹽玻璃、鋼巧玻璃或棚娃酸鹽玻璃構(gòu)造所述玻璃基材。其中， 希望用含有Si〇2、Al2〇3、Li2〇或Na2〇的至少一種的侶娃酸鹽玻璃構(gòu)造所述玻璃基材。特 別地，希望所述侶娃酸鹽玻璃含有62-75重量％的Si化、5-15重量％的Al2〇3、4-10重量％ 的Li2〇、4-12重量％的化2〇,和5. 5-15重量％的Zr〇2(應(yīng)注意"重量％ "表示W(wǎng)重量計(jì) 的％ )。而且，希望所述侶娃酸鹽玻璃具有由重量比Na2〇/Zr〇2;0. 5-2. 0和重量比A12〇3/ Zr化;0. 4-2. 5限定的組合物。此外，希望所述玻璃基材由基本上無(wú)氧化鐘的成分制得。
[0030] 考慮到玻璃材料的化學(xué)耐久性和/或烙解溫度，Si化為玻璃基材的主要組分，并優(yōu) 選W62-75重量％包含于玻璃基材中。
[0031] 考慮到玻璃材料的化學(xué)耐久性，含有A1,化W提高玻璃基材的表面的離子交換能 力，且Al2〇3優(yōu)選W 5-15重量％包含于玻璃基材中。
[0032] Li2〇是化學(xué)加強(qiáng)的必要組分。特定地，Li2〇在玻璃基材的表面層上主要被離子交 換浴中的化離子離子交換?？紤]到玻璃材料的離子交換能力和/或化學(xué)耐久性，Li2〇優(yōu)選 W 4-10重量％包含于玻璃基材中。
[0033] Na2〇是用于化學(xué)加強(qiáng)的必要組分。特定地，Na2〇在玻璃基材的表面層上被離子交 換浴中的K離子離子交換?？紤]到玻璃材料的化學(xué)耐久性和/或機(jī)械強(qiáng)度，Na2〇優(yōu)選W4-12 重量％包含于玻璃基材中。
[0034] Zr〇2具有提高玻璃基材的機(jī)械強(qiáng)度的效應(yīng)。希望ZrO 2 W 5. 5-15重量％包含于玻 璃基材中W確保均勻玻璃的穩(wěn)定制備和玻璃材料的化學(xué)耐久性。
[0035] 使用如硝酸鐘