[发明专利]化学性预加应力的高刮划容忍度玻璃元件及其制造方法

说明书

本发明涉及化学性预加应力的高刮划容忍度玻璃元件及其制造方法。具体地，本发明提供一种化学性预加应力的高刮划容忍度玻璃元件及其制造方法，其在化学性预加应力之后除了具有针对压应力和离子交换深度的高数值之外还具有突出的刮划容忍度。该玻璃元件的玻璃含有SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃、ZrO₂和Na₂O等作为组成部分，其中，氟化物的含量小于0.2％、优选小于0.05％，其中，在玻璃元件的表面上，能至少部分地用钾离子来交换钠离子，从而能在表面上产生用来给玻璃元件化学性预加应力的压应力区。

本发明专利申请是申请号为201410143772.0，申请日为2014年4月10日，发明名称为“化学性预加应力的高刮划容忍度玻璃元件及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及化学性预加应力的高刮划容忍度玻璃元件及其制造方法。具体地，本发明涉及一种可经由离子交换来化学性地预加应力的、具有非常良好的刮划性能的高强度覆盖玻璃。该玻璃可以用作电子仪器，例如智能手机、平板电脑、导航仪等中的防护玻璃(Cover)。

背景技术

智能手机、平板电脑、导航仪等现今通常经由触摸屏幕操作。作为显示器和传感器的防护可以使用薄的、离子交换(化学性预加应力的)玻璃。玻璃的化学性预应力通过以更大的同族物(例如K⁺)交换小的碱金属离子(例如Na⁺)实现。在这种情况下，在玻璃中引入了应力分布。

在玻璃的近表面区域在离子交换之后存在压应力区，在内部区域存在拉应力区。通过离子交换获得的压应力区玻璃表面中导致玻璃的弯曲强度强烈升高，这还可以通过断裂力学测试(例如4点弯曲、落球试验、双环检测)令人印象深刻地被证明。当通过离子交换获得了足够高的表面中的压应力(大于700MPa)和交换深度(大于25μm)时，是有利的。以下，对于在玻璃表面中的压应力(Compressive Stress)使用名称“CS”，对于碱金属离子的交换深度使用名称“DoL”(Depth of Layer)。用于预应力的参数CS和DoL可以根据光弹法测量。例如，日本的Luceo有限公司的测量仪器FSM-6000是适用于此的。

由碱金属铝硅酸盐系统制成的玻璃对此表现了特别良好的可离子交换性和耐抗能力。现在，使用这种类型的不同玻璃作为用于防护电子仪器的触摸屏幕的覆盖玻璃(Cover)。玻璃的组成示出了对玻璃的预应力参数CS(Compressive Stress＝在玻璃表面中的压应力)、以及通过离子交换获得的DoL(Depth of Layer＝交换深度)的强烈的影响。

玻璃的刮划容忍度在很大程度上取决于预应力分布，但是也取决于玻璃组成。在实验室测试中，为了研究根据本发明的玻璃以及对比示例，通过金刚石压头(例如努氏(Knoop))以规定的力(0.1到10N，特别优选4N)和行进速度(0.05mm/s到1mm/s，特别优选0.4mm/s)在玻璃表面产生刮划。通过实验室装置产生的刮划与在日常使用中生成的“真正”刮划相当。这可以通过多个使用过的智能手机的覆盖玻璃的刮划研究证明。压头的金刚石在每种情况下都在玻璃中产生了刮划，因而没有玻璃表现得对刮划完全“抵抗”。因此，针对根据本发明的玻璃与例如在WO 2009/070237A1中相区别地，不使用术语“刮划耐受度”(“scratch resistance”)，而是改进性地使用术语“刮划容忍度”(“scratch tolerance”)。

可以观察到下列损伤：

a类)产生了视觉上相当不显眼的刮划。在玻璃中的损伤局限于划痕。不生成进一步的额外裂纹(既没有横向也没有垂直地进入材料中)，并且也不生成贝壳状凸起(Ausmuschelung)或崩裂(Absplitterung)。在刮划负荷为4N时，划痕的宽度典型地为小于20μm，损伤深度为小于7μm。这种刮划被视为“良性的”，根据刮划测试具有这种损伤模式的玻璃被称为“刮划容忍度的”。