[发明专利]用于保护玻璃表面的物理气相沉积的层

说明书

通过在基材的主表面上形成硬的耐划伤性层来制备耐划伤性玻璃基材。所述层在低于500℃的工艺温度下使用例如物理气相沉积(例如反应性或非反应性溅射)由诸如金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物或金属硼化物的无机材料形成。所述无机层耐微延展性划伤，其可保护使用中的玻璃基材的外观。所述玻璃基材可包括化学强化的玻璃。

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119要求2012年10月3日提交的美国临时申请系列第61/709,334号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。

背景技术

本发明一般性涉及耐划伤的玻璃制品，更具体而言，涉及在基材的主表面上具有耐划伤性层的玻璃基材。

手持式器件以及诸如监控器和其它显示器中的划痕是玻璃盖应用的一个问题。划痕会增加光的散射，并且会降低呈现在这类屏幕上的图像和文本的亮度和对比度。此外，在器件关闭状态中，划痕会使得显示器看上去很模糊、有损伤以及很难看。特别对于显示器和手持式器件而言，耐划伤性可能是一个重要的性质。

划痕可通过其深度以及宽度来表征。深划痕延伸至材料的表面内至少2微米，宽划痕的宽度大于2微米。由于划痕的物理范围，碎裂或碎屑通常会伴随着深划痕和/或宽划痕。然而在脆性固体(例如玻璃基材)中，可以通过优化玻璃化学性质即玻璃组合物来改善耐深划痕性和耐宽划痕性。

另一方面，划痕也可以是较浅和/或较窄的。浅划痕的特征是深度小于2微米，窄划痕的特征是宽度小于2微米。这些尺寸规格下的划痕通常称作“微延展性(microductile)”划痕。在显示器和手持式器件中，其中玻璃盖可以由氧化物玻璃形成，使用过程中累积的大部分划痕被认为是微延展性划痕。尽管微延展性划痕通常与大体积的碎裂材料或碎屑材料无关，但是微延展性划痕会对玻璃盖的光学性质产生不利影响。此外，相比于较大的“重”划痕，微延展性划痕不容易通过改变玻璃化学性质来预防。

微延展性划痕的形成可通过调整正刮擦的表面的硬度来减弱。较硬的表面通常更具有耐微延展划伤性。如本文所述，尽管形成用于许多玻璃盖的玻璃基材的氧化物玻璃通常的硬度值在6-9GPa(吉帕)的范围，但是微延展划痕形成的倾向性可能会通过在其中所述表面层的硬度值大于9GPa的氧化物玻璃上形成硬表面层而显著降低。

鉴于上述原因，人们希望能够提供一种硬的耐划伤性涂层，该涂层能够施用于刚性玻璃盖，所述玻璃盖是经济的，光学透明的并且与下方的玻璃片物理和化学兼容。

发明内容

本文公开了用于形成耐划伤性玻璃制品的方法。所述方法的一个实施方式包括：提供具有相对的主表面的化学强化的玻璃基材，同时将该玻璃基材加热至低于500℃的温度，在大部分的第一主要表面上形成无机的光学透明层。在形成无机层的过程中，通过将基材的温度限制至低于500℃或低于300℃，可以保持化学强化的玻璃内的应力分布曲线。

使用反应性溅射或者非反应性溅射来形成无机层，尽管可以使用其它物理气相沉积法或化学气相沉积法。用于形成无机层的合适的工艺时间可以为1分钟至数小时，所述无机层的总厚度可在10纳米至3微米范围内。所述玻璃基材可以是基本上平坦的，并且其厚度可在约100微米至5毫米范围内。

在一些实施方式中，所述无机层是形成在基材的主表面上的连续的不间断的层。所述无机层可以以与所述基材直接接触的方式形成，或者在所述无机层和所述基材之间可形成一层或多层诸如应力释放层、减反射层或增粘层之类的层。

使用所述的方法形成的耐划伤性玻璃制品包括具有相对的主表面的化学强化的玻璃基材，以及在所述基材的大部分第一主表面上形成的无机的光学透明层。

所述无机层可包括氧化物层，例如氧化铝层或氧化锆层，尽管也可使用其它过渡金属氧化物。此外，所述无机层也可包括金属氮化物、金属碳化物和/或金属硼化物。用于氧化物、氮化物、碳化物或者硼化物无机层的示例性金属包括：硼、铝、硅、钛、钒、铬、钇、锆、铌、钼、锡、铪、钽和钨。