[发明专利]高强度、耐划痕且透明的玻璃基材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119要求2015年6月30日提交的美国临时申请序列号62/186547和2015年3月24提交的美国临时申请序列号62/137345的优先权，它们的内容作为本申请的基础，并通过引用全文纳入本文。

背景

本公开涉及展现出改善的断裂韧度和耐划痕性的透明玻璃基材料。

已知的展现出改善的挠曲强度的玻璃基材料经常依赖于诸如化学强化和热强化这样的后处理。这些经过化学强化的玻璃已被广泛用于包括手持式显示器和平板电脑在内的电子装置中。这些玻璃基材料的其它强度性能(例如断裂模量和断裂韧度)和耐划痕性可能受限。已知的展现出改善的断裂模量或断裂韧度以及耐划痕性的玻璃基材料一般是不透明的。因此，需要一种展现出相对于已知的玻璃基材料具有改善的断裂韧度和耐划痕性的透明材料。

发明概述

本文提供了透明玻璃基材料的实施方式，所述透明玻璃基材料包含玻璃相和不同于该玻璃相且分散于该玻璃相中的第二相。第二相可包含晶相或纳米晶相、纤维和/或玻璃颗粒。在一些实施方式中，第二相为晶相。玻璃基材料具有高模量和断裂韧度且耐划痕。在一些实施方式中，材料可经过化学强化。例如，这些材料可以是可进行离子交换的。

因此，本公开的一个方面是提供一种玻璃基材料。所述玻璃基材料包含玻璃相和不同于所述玻璃相且分散于所述玻璃相中的第二相。所述玻璃基材料在约400nm～约700nm的可见光谱上具有至少约88％/mm的透射率，并且具有至少约0.9MPa·m^1/2的断裂韧度。当使用努氏(Knoop)金刚石以至少5N的负荷对所述玻璃基材料的表面进行划刻以形成宽度为w的划痕时，所述玻璃基材料的表面不含尺寸大于3w的碎屑。

本公开的第二方面是提供一种玻璃基材料，所述玻璃基材料包含玻璃相和不同于所述玻璃相且分散于所述玻璃相中的第二相。所述玻璃基材料在约400nm～约700nm的可见光谱上具有至少88％/mm的透射率，并且具有至少约0.9MPa·m^1/2的断裂韧度(K_1C)。所述玻璃相具有第一折射率，所述第二相具有第二折射率，且所述第一折射率与所述第二折射率之间的差异小于约0.025。所述玻璃基材料的第二相包含平均粒径在5nm～200nm范围内的颗粒，且所述玻璃基材料中所述第二相的体积分数在10％～约98％的范围内。

本公开的第三方面是提供一种玻璃基材料，所述玻璃基材料包含玻璃相和不同于所述玻璃相且分散于所述玻璃相中的第二相。所述玻璃基材料在约400nm～约700nm的可见光谱上具有至少88％的透射率，且具有至少约0.9MPa·m^1/2或至少约0.9MPa·m^1/2的韧度、小于约45×10⁷K^-1的热膨胀系数和约80GPa～约100GPa范围内的杨氏模量(E)。

从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出本发明的上述及其他方面、优点和显著特征。

附图的简要说明

图1是用于进行落球测试的现有技术设备的示例性剖面图；

图2是用于进行本公开中所述倒球在砂纸上(IBoS)测试的设备的一种实施方式的示意性剖面图；

图3是用于移动或手持式电子装置中的玻璃基材料中通常发生的损伤引入和弯曲所导致的失效的主要机理的示意性剖面解说图；

图4是一种用于在本文所述的设备中进行IBoS测试的方法的流程图；

图5是环叠环设备的示意性剖面图；

图6显示了玻璃基材料1的扫描电子显微镜图像；

图7A显示了玻璃基材料6在进行离子交换之前的扫描电子显微镜图像；

图7B显示了玻璃基材料6在进行离子交换之后的扫描电子显微镜图像；

图8是显示经过强化的试样6A～6D的ROR强度、AROR强度和压缩应力层深度数据的图表；

图9显示了玻璃基材料6在温度为750℃的浴中经过4小时化学强化之后的能量分散X射线(EDX)谱图；

图10显示了玻璃基材料6在温度为775℃的浴中经过4小时化学强化之后的能量分散X射线(EDX)谱图；

图11A～11D是在用努氏金刚石以不同负荷划刻玻璃基材料1之后的图像；

图12是在用努氏金刚石以5N负荷划刻玻璃基材料1之后的放大图；