[发明专利]带图案的经过离子交换的基材及其制造方法

说明书

本文公开了用于对基材进行离子交换，例如化学强化的方法，该方法包括：对基材的第一表面上的至少一个第一区域施用第一电极，并且对该基材的相反的第二表面上的至少一个第二区域施用第二电极，其中，所述基材包含移动离子，例如选自碱金属离子、碱土金属离子、过渡金属离子以及它们的组合的金属离子；在第一和第二电极之间施加电压，所述电压足以导致移动离子从第一表面上的至少一个第一区域迁出；以及通过离子交换来处理基材，例如对基材进行化学强化。本文还公开了通过本文所述的方法制得的基材，例如玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基材。

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119要求于2014年10月3日提交的美国临时申请系列第62/059516号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。

技术领域

本公开总体上涉及带图案的经过离子交换的基材以及制造该基材的方法，具体而言，涉及利用极化技术(poling technique)和离子交换工艺来制造带图案的经过化学强化的玻璃板的方法。

背景

玻璃板在商业上被用于多种应用中，包括各种电子产品，例如手机、笔记本电脑、电子平板电脑、电视和计算机显示器，以及用于家用电器中，例如电冰箱、洗碗机、烤箱和微波炉。其它非限定性的应用包括建筑构件，例如电梯墙面板；家具构件，例如家具面板；以及汽车的装饰或功能性构件，例如挡风玻璃、天窗和车门或梁柱面板。对于各种应用，采用经过化学强化的玻璃板(例如来自康宁有限公司(Corning Incorporated)的玻璃)经常是有利的。例如，经过化学强化的玻璃在触摸面板和便携式显示装置中具有广泛用途，因为它们具有改善的强度和耐损坏性。具体而言，经常对用于电子装置的玻璃盖板进行化学强化以使其能够承受高水平的接触并能够抵御潜在的损坏。

经过化学强化的玻璃板能够具有改善的耐损坏性，因为通过离子交换在玻璃基材中形成了表面压缩层。表面压缩可通过基材内部的拉伸区域来平衡。然而，玻璃的内部拉伸区域中所积蓄的压缩应力和弹性能量的量级可使得基材的机械切割变得困难。例如，当压缩层通过例如切割或冲击而被刺破时，玻璃的整体能量可释放，并且可导致玻璃的碎裂。

申请人进行了各种有关经过化学强化的玻璃的机械切割的研究。用于切割经过化学强化的玻璃的新方法包括限制中心的拉伸应力以保持玻璃不破碎。这些方法可对于具有较低压缩应力和/或压缩应力的层深度较浅的强化玻璃(例如钠钙玻璃)取得成功。然而，诸如玻璃这样的经过化学强化的玻璃可具有高中心张力，其会给机械切割带来问题。申请人还针对用于对经过化学强化的玻璃板进行切割的激光技术进行了研究，但是这些技术可仍然受制于商业实用性和/或可行性。

因此，大多数经过化学强化的玻璃制品是利用片-部件(piece-part)工艺来制造的，例如，部件被从玻璃板材上切下并在例如通过离子交换而被化学强化之前被边缘精整成形。然而，这些工艺对生产成本和/或复杂度有影响。所以，提供用于制造随后能够使用常规机械切割方法进行切割的经过化学强化的玻璃基材的方法是有益的。

而且，从安全角度来说，尽管相比于未经化学强化的玻璃，经过化学强化的玻璃经常在受到机械冲击后破裂成更小的玻璃片，这些碎片可能仍然具有锋利的端角，其可能给消费者带来潜在的安全性担忧。具体而言，对于汽车应用，可能希望避免在冲击或碰撞后产生锋利的破裂玻璃碎片以避免因玻璃破裂而对司机和/或乘客产生二次伤害。因此，提供展现出所需的或可控的破裂图案以将消费者使用过程中的安全性担忧降到最低的经过化学强化的玻璃基材也是有益的。

发明概述