[发明专利]具有硬度和韧性的保护涂层的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷制品

说明书

制品包括：具有主表面的透明基材；以及布置在主表面上的保护膜，使得基材和保护膜在可见光谱中分别具有20％或更高的光学透射率，并且使得保护膜包括以下至少一种：(1)硬度大于13GPa，通过布氏纳米压痕计进行测量；或者(2)有效断裂韧度(Kc)大于2.5MPa·m^1/2，在大于1μm的深度通过压痕断裂测得。

技术领域

本申请根据35 U.S.C.§119，要求2018年11月21日提交的美国临时申请系列第62/770,444号的优先权，本文以其作为基础并将其全文通过引用结合于此。

本公开内容大体上涉及具有保护膜和涂层的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷制品，所述保护膜和涂层具有高硬度和韧性，具体地，涉及具有硬度和韧性的组合的透明保护涂层和膜。

背景技术

许多玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料被构造成或者任意其他方式加工成具有各种强度增强特征，它们被普遍用于各种显示器和许多消费者电子产品的显示装置。例如，化学强化玻璃流行于许多触摸屏产品，包括手机、音乐播放器、电子书阅读器、记事本、平板、笔记本电脑、ATM(自动取款机)机器和其他类似装置。许多这些玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料还被用于不具有触摸屏功能但是倾向于发生机械接触的显示器和消费者电子产品的显示装置，包括台式电脑、笔记本电脑、电梯屏和设备显示器等。

在一些情况下，玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料被加工成具有强度增强的特性，它们还普遍用于各种希望显示相关功能和/或光学相关功能并且要求机械性质考量的应用。例如，这些材料可以被用作覆盖透镜、手表的基材和外壳、智能手机、零售扫描仪、眼镜、基于眼镜的显示器、户外显示器、车辆显示屏和其他相关应用。这些材料还可被用于车辆挡风玻璃，车窗，车辆月亮顶(moon-roof)、太阳顶(sun-roof)、和全景顶元件，建筑玻璃，住宅和商业窗户，以及其他类似应用。

当用于这些显示和相关应用时，这些玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料常常涂覆了透明和半透明耐划痕膜，以增强耐磨损性和对于发生机械诱发缺陷的抗性，否则的话，这会导致过早失效。但是，这些常规耐划痕涂层和膜常常倾向于是低失效应变。作为结果，采用这些膜的制品可以表征为良好的耐磨损性，但是也缺乏挠曲强度、抗跌落性和/或韧性方面的益处。此外，常规耐划痕膜和涂层的较低的失效应变会经由“摩擦开裂”和“震颤开裂”机制造成较高的划痕可见性，通常与这些膜和涂层的脆性相关。

基于这些考虑，需要具有保护膜和涂层的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷制品，所述保护膜和涂层具有高硬度和韧性，具体地，需要具有高硬度和韧性的组合的透明保护涂层和膜。

发明内容

在一些实施方式中，制品包括：包含主表面的透明基材；以及布置在主表面上的保护膜，其中，保护膜包括以下至少一种：(1)硬度大于13GPa，这是通过布氏纳米压痕计测得的，(2)有效断裂韧度(Kc)大于2.5MPa·m^1/2，或者(3)光学消光系数(k)等于或小于1×10^-2，这是在400nm波长测得的。

在能够与任意其他方面或实施方式结合的一个方面中，保护膜包括大于0.7％的失效应变，这是通过环上环测试测得的。

在能够与任意其他方面或实施方式结合的一个方面中，保护膜包括1.0μm至50μm的厚度。

在能够与任意其他方面或实施方式结合的一个方面中，保护膜同时包括(1)和(2)。

在能够与任意其他方面或实施方式结合的一个方面中，保护膜包括大于50MPa的压缩膜应力。

在能够与任意其他方面或实施方式结合的一个方面中，保护膜包括可见光谱中50％或更大的光学透射率。

在能够与任意其他方面或实施方式结合的一个方面中，保护膜包括至少2.0的折射率(n)，这是在550nm波长测得的。

在能够与任意其他方面或实施方式结合的一个方面中，基材和保护膜分别包括可见光谱中20％或更大的光学透射率。