表面改進(jìn)的玻璃基材的制作方法
【專利說(shuō)明】表面改進(jìn)的玻璃基材
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C. § 119,要求2012年10月3日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列第 61/709, 339號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請(qǐng)為基礎(chǔ)并將其全文通過(guò)引用結(jié)合于此。
【背景技術(shù)】
[0003] 本發(fā)明一般地涉及表面改進(jìn)的玻璃基材，更具體地，涉及在基材的主表面上提供 有耐劃痕層的玻璃基材。
[0004] 劃痕是手持式裝置和其他裝置，例如監(jiān)測(cè)器和其他顯示器中的玻璃覆蓋應(yīng)用的一 個(gè)考慮。劃痕增加了光散射并且會(huì)降低此類屏幕上顯示的圖像和文字的亮度和對(duì)比度。此 外，在裝置關(guān)閉狀態(tài)，劃痕會(huì)使得顯示器看上去是模糊、損傷和不美觀的。特別是對(duì)于顯示 器和手持式裝置，耐劃痕性會(huì)是一個(gè)重要的性質(zhì)。
[0005] 劃痕可以由它們的深度以及寬度進(jìn)行表征。深的劃痕延伸進(jìn)入材料表面至少2微 米，寬劃痕的寬度大于2微米。由于劃痕的物理程度，碎片或破碎通常伴隨著深和/或?qū)拕?痕。但是在易碎固體，例如玻璃基材中，可以通過(guò)玻璃化學(xué)物（即玻璃組成）的優(yōu)化來(lái)改進(jìn) 對(duì)于深和寬劃痕的抗性。
[0006] 另一方面，劃痕也可以是淺和/或窄的。淺劃痕表征為深度小于2微米，窄劃痕表 征為寬度小于2微米。這些尺度規(guī)格的劃痕有時(shí)稱作"微延展性（microductile)"劃痕。在 顯示器和手持式裝置中，其中玻璃覆蓋可以由氧化物玻璃形成，相信在使用過(guò)程中積累的 大部分劃痕是微延展性劃痕。雖然微延展性劃痕通常不與大體積的材料碎片或破碎相關(guān)， 但是微延展性劃痕會(huì)對(duì)玻璃覆蓋的光學(xué)性質(zhì)造成負(fù)面影響。此外，不同于較大的、"重度"劃 痕，不容易通過(guò)玻璃化學(xué)物的改進(jìn)來(lái)預(yù)防微延展性劃痕。
[0007] 可以通過(guò)調(diào)節(jié)被劃痕表面的硬度來(lái)減輕微延展性劃痕的形成。較硬的表面通常更 耐受微延展性劃痕。雖然形成用于許多玻璃覆蓋中的玻璃基材的氧化物玻璃的硬度值通常 范圍為6_9GPa，如本文所述，但是通過(guò)在氧化物玻璃上形成較硬的表面層可以急劇地降低 形成微延展性劃痕的趨勢(shì)。
[0008] 如上文所述，希望提供一種硬的、光學(xué)透明的、耐劃痕層，其可施加到剛性玻璃覆 蓋，該覆蓋是經(jīng)濟(jì)的，并且與下方玻璃是物理和化學(xué)相容的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本文所述的是具有改進(jìn)表面的玻璃基材。玻璃基材包括具有相對(duì)主表面的玻璃主 體，以及設(shè)置在大部分的第一主表面上的層。至少一部分層的性質(zhì)包括：至少IOGPa的布氏 (Berkovich)壓痕硬度（或者采用布氏壓痕計(jì)測(cè)得的硬度）以及X射線無(wú)定形結(jié)構(gòu)，以及任 選地，至少70%的光學(xué)透明度和/或至少IOMPa的壓縮應(yīng)力。
[0010] 玻璃基材可用作覆蓋玻璃或者用作電子器件的部分外殼，其中所述層提供作為朝 外層。例如，在電子器件外殼中，玻璃基材可形成如下的至少一部分：(a)前玻璃覆蓋，其放 置并固定，為電子器件包封提供前表面，和/或（b)后玻璃覆蓋，其放置并固定，為電子器件 包封提供后表面。前玻璃覆蓋和后玻璃覆蓋的一個(gè)或兩個(gè)也可以成形為延伸到外殼的側(cè) 面，從而為包封提供側(cè)表面。
[0011] 在以下的詳細(xì)描述中提出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì) 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言根據(jù)所作描述即容易理解，或者通過(guò)實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利 要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的本發(fā)明而被認(rèn)識(shí)。
[0012] 應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都只是本發(fā)明的示例，用來(lái)提供理 解要求保護(hù)的本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。包括的附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一 步的理解，附圖被結(jié)合在本說(shuō)明書中并構(gòu)成說(shuō)明書的一部分。附圖舉例說(shuō)明了本發(fā)明的各 種實(shí)施方式，并與描述一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理和操作。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是玻璃基材的主表面上的層的示意圖；
[0014] 圖2是根據(jù)一些實(shí)施方式，用于在玻璃基材上形成層的單室濺射工具示意圖；
[0015] 圖3是單調(diào)負(fù)荷循環(huán)下，玻璃表面中形成劃痕的示意圖；
[0016] 圖4是根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式，具有由耐劃痕玻璃形成的覆蓋板的移動(dòng)電子器件的頂 視圖；以及
[0017] 圖5是根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的電子器件結(jié)構(gòu)的圖。
[0018] 圖6顯示相比于裸玻璃主體，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的玻璃基材的劃痕深度和 寬度降低。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 玻璃制品包括具有相對(duì)主表面的玻璃主體，以及設(shè)置在大部分的第一主表面上的 層?？梢詾橄路讲Ａ峁┠蛣澓坌缘乃鰧?，具有至少IOGPa的布氏壓痕硬度，以及沿著其 至少一部分厚度的X射線無(wú)定形結(jié)構(gòu)。所述層還可任選地包括至少70%的光學(xué)透明度和/ 或至少IOMPa的壓縮應(yīng)力。
[0020] 所述層可包括光學(xué)透明硬涂層，其為玻璃基材提供耐劃痕性。在一些實(shí)施方式中， 玻璃基材包括化學(xué)強(qiáng)化玻璃。所述層可顯著地增強(qiáng)基材表面的耐劃痕性，同時(shí)維持玻璃的 整體光學(xué)透明性。如圖1示意性所示是耐劃痕玻璃基材100,其包括提供在玻璃主體120的 主表面上的層110。
[0021] 玻璃基材自身可采用各種不同工藝來(lái)提供。例如，示意性玻璃基材成形方法包括 浮法和下拉法，例如熔合拉制、狹縫拉制和輥成形。
[0022] 在浮法玻璃工藝中，可通過(guò)使得熔融玻璃在熔融金屬（通常是錫）床上浮動(dòng)，來(lái)制 造可表征為具有光滑表面和均勻厚度的玻璃基材。在一個(gè)示例性過(guò)程中，將熔融玻璃進(jìn)料 到熔融錫床表面上，形成浮動(dòng)玻璃帶。隨著玻璃帶沿著錫浴流動(dòng)，溫度逐漸降低直至玻璃帶 固化成固體玻璃基材，可以將其從錫上舉起到輥上。一旦離開浴，可以對(duì)玻璃基材進(jìn)行進(jìn)一 步冷卻和退火以降低內(nèi)應(yīng)力。
[0023] 下拉法生產(chǎn)具有均勻厚度的玻璃基材，所述玻璃基材具有較原始的表面。因?yàn)椴?璃基材的平均撓曲強(qiáng)度受到表面裂紋的量和尺寸的控制，因此接觸程度最小的原始表面具 有較高的初始強(qiáng)度。當(dāng)隨后對(duì)該高強(qiáng)度玻璃基材進(jìn)行進(jìn)一步強(qiáng)化（例如化學(xué)強(qiáng)化）時(shí)，所 得到的強(qiáng)度可以高于表面已經(jīng)進(jìn)行過(guò)磨光和拋光的玻璃基材的強(qiáng)度。下拉玻璃基材可以拉 制成厚度小于約2_。此外，下拉玻璃基材具有非常平坦、光滑的表面，使得可用于其最終應(yīng) 用無(wú)需耗費(fèi)成本的研磨和拋光。
[0024] 熔合拉制法使用例如拉制罐，該拉制罐具有用來(lái)接收熔融玻璃原材料的通道。通 道沿著通道的長(zhǎng)度，在通道兩側(cè)具有頂部開放的堰。當(dāng)用熔融材料填充通道時(shí)，熔融玻璃從 堰上溢流。在重力的作用下，熔融玻璃從拉制罐的外表面作為兩個(gè)流動(dòng)玻璃膜流下。這些 拉制罐的外表面向下和向內(nèi)延伸，使得它們?cè)诶乒尴路降倪吘壧幗Y(jié)合。兩個(gè)流動(dòng)玻璃膜 在該邊緣處結(jié)合以熔合并形成單個(gè)流動(dòng)玻璃基材。熔合拉制法的優(yōu)點(diǎn)在于：由于從通道溢 流的兩個(gè)玻璃膜熔合在一起，因此所得到的玻璃板的任一外表面都沒有與設(shè)備的任意部件 相接觸。因此，熔合拉制玻璃基材的表面性質(zhì)不受到此類接觸的影響。
[0025] 狹縫拉制法與熔合拉制法不同。在