(57)【要約】      （修正有）【課題】深い圧縮層を有するガラス物品を提供する。【解決手段】圧縮応力プロファイルが、表面から比較的浅い深さｄａ’まで延在し、急勾配を有する第１の部分ａ’、およびその浅い深さｄａ’から圧縮深さＤＯＣまで延在する第２の部分ｂの２つの線形部分を含み、反転球落下試験において１００ｃｍの高さから落下したときの６０％の生存率、および研磨時リング・オン・リング試験により測定して、少なくとも１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）の等二軸曲げ強度を有するガラス物品。【選択図】図３
2020111504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス物品であって、厚さｔおよび該ガラス物品の表面で約７００ＭＰａから約１２００ＭＰａの範囲の圧縮応力ＣＳsを有する圧縮層を有し、
ａ．前記圧縮層は、前記表面から少なくとも約４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在しており、圧縮応力プロファイルを有し、
ｂ．前記圧縮応力プロファイルは、
ｉ．前記表面から深さｄaまで延在し、勾配ｍaを有する第１の部分ａと、
ｉｉ．深さｄbから前記圧縮深さＤＯＣまで延在し、勾配ｍbを有する第２の部分ｂと、
ｉｉｉ．前記深さｄaから前記深さｄbまで延在し、前記勾配ｍaから前記勾配ｍbまで移行する勾配を有する移行領域と、
を有し、ここで、３μｍ≦ｄa≦１２μｍ、−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−２００ＭＰａ／μｍ、および−２ＭＰａ／μｍ≧ｍb≧−８ＭＰａ／μｍである、ガラス物品。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１４年７月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／０２９０７５号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、化学強化ガラス物品に関する。より詳しくは、本開示は、深い圧縮表面層を有する化学強化ガラスに関する。
【背景技術】
【０００３】
強化ガラスが、携帯電話、スマートフォン、タブレット、ビデオプレーヤー、情報端末（ＩＴ）機器、ラップトップコンピュータなどの携帯用または移動式電子通信機器およびエンターテイメント機器用のカバープレートまたは窓として電子機器に、並びに他の用途に広く使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
強化ガラスが益々利用されるにつれて、特に、硬い／鋭い表面との接触により生じる比較的深い傷および／または引張応力に曝されたときに、生存率が改善された強化ガラス材料を開発することがより重要になってきた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
化学強化ガラス物品であって、その物品の表面から、物品内の少なくとも約４５μｍの深さまで延在する少なくとも１つの深い圧縮層を有するガラス物品が提供される。１つの実施の形態において、圧縮応力プロファイルは、表面から圧縮深さＤＯＣまで延在する１つの線形区分を含む。あるいは、圧縮応力プロファイルは、表面から比較的浅い深さまで延在し、急勾配を有する第１の部分、およびその浅い深さから圧縮深さまで延在する第２の部分の２つのほぼ線形部分を含む。その強化ガラスは、反転球落下試験において１００ｃｍの高さから落下したときの６０％の生存率、および研磨時リング・オン・リング試験により測定して、少なくとも１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）の等二軸曲げ強度を有する。そのような応力プロファイルを達成する方法も記載されている。
【０００６】
したがって、本開示の１つの態様は、ガラス物品であって、そのガラス物品の表面で少なくとも約１５０ＭＰａの圧縮応力ＣＳsを有する圧縮領域を有するガラス物品を提供することにある。その圧縮領域は、表面から少なくとも約４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在しており、前記表面から少なくとも４５μｍの深さｄaまで延在し、勾配ｍaを有する第１の部分ａと、前記表面から少なくとも約３μｍの深さｄa’まで延在する第２の部分ａ’とを有する圧縮応力プロファイルを有し、ここで、−２ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−８ＭＰａ／μｍ、および−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa’≧−２００ＭＰａ／μｍである。
【０００７】
本開示の第２の態様は、ガラス物品であって、そのガラス物品の表面で少なくとも約１５０ＭＰａの圧縮応力ＣＳsを有する圧縮層を有するガラス物品を提供することにある。その圧縮層は、表面から少なくとも約４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在し、圧縮応力プロファイルを有する。その圧縮応力プロファイルは、前記表面から深さｄaまで延在し、勾配ｍaを有する第１の部分ａと、ｄaから圧縮深さＤＯＣまで延在し、勾配ｍbを有する第２の部分ｂとを有し、ここで、３μｍ≦ｄa≦８μｍ、−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−２００ＭＰａ／μｍ、および−２ＭＰａ／μｍ≧ｍb≧−８ＭＰａ／μｍである。
【０００８】
第３の態様において、ガラス物品であって、そのガラス物品の表面で少なくとも約１５０ＭＰａの圧縮応力ＣＳsを有する圧縮領域を有するガラス物品が提供される。その圧縮領域は、表面から少なくとも約４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在し、圧縮応力プロファイルを有する。その圧縮応力プロファイルは、前記表面から深さｄaまで延在し、勾配ｍaを有する第１の部分ａを有し、深さｄaは前記圧縮深さと等しく、−２ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−８ＭＰａ／μｍである。
【０００９】
本開示の第４の態様は、ガラス物品であって、そのガラス物品の表面で少なくとも約１２０ＭＰａの圧縮応力ＣＳs下にある圧縮領域を有するガラス物品を提供することにある。その圧縮領域は、その表面から少なくとも約７０μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在し、圧縮応力プロファイルを有する。その圧縮応力プロファイルは、表面から深さｄaまで延在し、勾配ｍaを有する第１の線形部分ａを有し、ここで、深さｄaは圧縮深さと等しく、−０．７ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−２．０ＭＰａ／μｍである。
【００１０】
本開示の第５の態様は、強化ガラス物品であって、その強化ガラス物品の表面から少なくとも約４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在する圧縮応力層を少なくとも１つ有する強化ガラス物品を製造する方法を提供することにある。この方法は、第１のイオン交換工程を、前記圧縮応力層がこの第１のイオン交換工程後に少なくとも４５μｍの深さを有するような十分な時間に亘り４００℃超の温度でアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品を第１のイオン交換浴中に浸漬することにより行う工程、および第２のイオン交換工程を、少なくとも約４５μｍの圧縮深さＤＯＣを有する圧縮応力層を生じるのに十分な時間に亘り少なくとも約３５０℃の温度でそのアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品を前記第１のイオン交換浴とは異なる第２のイオン交換浴中に浸漬することにより行う工程、を有してなる。
【００１１】
本開示の第６の態様は、中央張力ＣＴ下にある内側領域、および圧縮応力ＣＳ下にある少なくとも１つの圧縮応力層を有する強化ガラスを提供することにある。その圧縮応力層は、そのガラスの表面から少なくとも４５μｍの圧縮深さまで延在し、前記内側領域に隣接している。この強化ガラスは、研磨時リング・オン・リング試験により決定して、少なくとも１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）の等二軸曲げ強度を有する。
【００１２】
本開示の第７の態様は、中央張力ＣＴ下にある内側領域、および圧縮応力ＣＳ下にある少なくとも１つの圧縮応力層を有する強化ガラスを提供することにある。その圧縮応力層は、そのガラスの表面から少なくとも４５μｍの圧縮深さまで延在し、前記内側領域に隣接している。この強化ガラスは、反転球落下試験において少なくとも１００ｃｍの深さから落下表面に落とされたときに少なくとも６０％の生存率を有する。
【００１３】
これらと他の態様、利点、および顕著な特色が、以下の詳細な説明、添付図面、および付随の特許請求の範囲から明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】化学強化ガラス物品の概略断面図
【図２】一段階イオン交換過程により得られる圧縮応力プロファイルを示す略図
【図３】二段階イオン交換過程により得られる圧縮応力プロファイルを示す略図
【図４ａ】厚さが０．４ｍｍのイオン交換済みガラスサンプルａについて測定された結合光学モードのそれぞれのＴＭおよびＴＥスペクトルから再構成されたＴＭおよびＴＥ偏光に関する屈折率プロファイルのスペクトルをプロットしたグラフ
【図４ｂ】図４ａに示された屈折率プロファイルから決定された圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図５ａ】厚さが０．４ｍｍのイオン交換済みガラスサンプルｂについて測定されたＴＭおよびＴＥ偏光に関する結合光学モードのスペクトルから再構成されたＴＭおよびＴＥ屈折率プロファイルをプロットしたグラフ
【図５ｂ】図５ａに示されたスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図５ｃ】第２のイオン交換工程後の図５ａおよび５ｂにおけるサンプルの圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図６ａ】厚さが０．４ｍｍのイオン交換済みガラスサンプルｃについて測定されたＴＭおよびＴＥ偏光に関する結合光学モードのスペクトルから再構成されたＴＭおよびＴＥ屈折率プロファイルをプロットしたグラフ
【図６ｂ】図６ａに示されたスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図７ａ】厚さが０．５ｍｍのイオン交換済みガラスサンプルｄについて測定されたＴＭおよびＴＥ偏光に関する結合光学モードのスペクトルから再構成されたＴＭおよびＴＥ屈折率プロファイルをプロットしたグラフ
【図７ｂ】図７ａに示されたスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図８ａ】厚さが０．５ｍｍのイオン交換済みガラスサンプルｅについて測定されたＴＭおよびＴＥ偏光に関する結合光学モードのスペクトルから再構成されたＴＭおよびＴＥ屈折率プロファイルをプロットしたグラフ
【図８ｂ】図８ａに示されたスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図９ａ】厚さが０．７ｍｍのイオン交換済みガラスサンプルｆに関する圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図９ｂ】第２のイオン交換工程後の図９ａにおけるサンプルの圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図１０ａ】厚さが０．８ｍｍのイオン交換済みガラスサンプルｇに関する圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図１０ｂ】第２のイオン交換工程後の図１０ａにおけるサンプルの圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図１１】第２のイオン交換工程後の、厚さが０．９ｍｍのイオン交換済みガラスサンプルｉに関する圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図１２ａ】厚さが１．０ｍｍのイオン交換済みガラスサンプルｊに関する圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図１２ｂ】第２のイオン交換工程後の図１２ａのサンプルについて決定された圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図１３ａ】厚さが０．５５ｍｍのイオン交換済みガラスサンプルｋに関する圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図１３ｂ】第２のイオン交換工程後の図１３ａのサンプルについて決定された圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図１４ａ】１）割れの際に壊れやすい挙動を示す強化ガラス物品、および２）割れの際に壊れにくい挙動を示す強化ガラス物品を示す写真のグラフィック描写
【図１４ｂ】割れの際に壊れにくい挙動を示す強化ガラスシートを示す写真のグラフィック描写
【図１５ａ】本開示に記載された研磨紙上反転球(inverted ball on sandpaper)（ＩＢｏＳ）試験を行うために使用される装置の実施の形態の概略断面図
【図１５ｂ】携帯用または手持ち式電子機器に使用される強化ガラス物品に典型的に起こる、曲げに加えた損傷の導入による破損の支配的メカニズムを示す概略断面図
【図１５ｃ】ここに記載された装置においてＩＢｏＳ試験を実施する方法３００の流れ図
【図１６】本開示に記載されたＩＢｏＳ試験を行ったときの、様々なＤＯＬおよびＣＳ値での強化ガラスの破損率のグラフ比較
【図１７】厚さが０．８ｍｍのイオン交換済みガラスサンプルｍに関する圧縮応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図１８】イオン交換済みガラスサンプルの、ＦＳＭで測定した、層の深さＤＯＬの関数としての破損時の落下高さをプロットしたグラフ
【図１９】リング・オン・リング装置の概略断面図
【図２０】２つの強化されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラスに関するサンプル厚の関数としての研磨時リング・オン・リングデータをプロットしたグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明において、図面に示されたいくつかの図に亘り、同様の参照文字が、同様のまたは対応する部品を指す。特に明記のない限り、「上部」、「下部」、「外方」、「内方」などの用語は、便宜上の単語であり、制限用語と考えるべきではないことも理解される。その上、群が、複数の要素およびその組合せの群の内の少なくとも１つを含むと記載されているときはいつでも、その群は、個別にまたは互いとの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつを含んでも、から実質的になっても、またはからなってもよいことが理解される。同様に、群が、複数の要素またはその組合せの群の内の少なくとも１つからなると記載されているときはいつでも、その群は、個別にまたは互いとの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつからなってもよいことが理解される。特に明記のない限り、値の範囲は、列挙されている場合、その範囲の上限と下限の両方、並びにそれらの間の任意の範囲も含む。ここに用いたように、特に明記のない限り、名詞は、「少なくとも１つ」または「１つ以上」の対象を指すことが意図されている。本明細書および図面に開示された様々な特徴は、いずれの組合せにも、また全ての組合せにも使用して差し支えないことも理解される。
【００１６】
ここに用いたように、「ガラス物品("glass article"および"glass articles")」という用語は、全てがまたは部分的にガラスから作られた任意の物体を含むために最も広い意味で使用されている。特に明記のない限り、全てのガラス組成は、モルパーセント（モル％）で表されており、全てのイオン交換浴組成は、質量パーセント（質量％）で表されている。
【００１７】
「実質的に」および「約」という用語は、任意の定量比較、値、測定、または他の表現に寄与するであろう固有の不確実性の度合いを表すためにここに使用されることがあることを留意のこと。これらの用語は、問題となっている主題の基本機能を変えずに、定量的表現が、述べられた基準から変動するかもしれない度合いを表すためにもここに使用される。したがって、「ＭｇＯを実質的に含まない」ガラスは、ＭｇＯが積極的に添加されていないか、またはガラス中にバッチ配合されていないが、汚染物質としてごく少量で存在することもあるものである。
【００１８】
概して図面を、特に図１を参照すると、図解は、特定の実施の形態を記載する目的のためであり、本開示または付随する特許請求の範囲をそれに制限することは意図されていないことが理解されよう。図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、図面の特定の特徴および特定の視野は、明確さおよび簡潔さのために、縮尺または図式で誇張されて示されることがある。
【００１９】
ここに用いたように、「層の深さ」および「ＤＯＬ」という用語は、ＦＳＭ−６０００などの市販の計器を使用して表面応力計（ＦＳＭ）測定により決定された圧縮層の深さを称する。
【００２０】
ここに用いたように、「圧縮深さ」および「ＤＯＣ」という用語は、ガラス内の応力が圧縮応力から引張応力に変化する深さを称する。ＤＯＣでは、応力は、正の（圧縮）応力から負の（引張）応力に交差し、それゆえ、ゼロの値を有する。
【００２１】
ここに記載されるように、特に明記のない限り、圧縮応力（ＣＳ）および中央張力（ＣＴ）は、メガパスカル（ＭＰａ）で表され、層の深さ（ＤＯＬ）および圧縮深さ（ＤＯＣ）は、マイクロメートル（μｍ）で表され、ここで、１μｍ＝０．００１ｍｍ、厚さｔは、ここではミリメートルで表され、１ｍｍ＝１０００μｍである。
【００２２】
ここに用いたように、「割れ(fracture)」という用語は、特に明記のない限り、基体に物体が落とされたまたはそれにより衝撃が与えられときに、亀裂が基体の全厚および／または全表面に亘り伝搬することを意味する。
【００２３】
当該技術分野で通常用いられる科学的慣例によれば、圧縮は負の（＜０）応力と表され、張力は正（＞０）の応力と表される。しかしながら、この説明を通じて、ここに記載された圧縮応力プロファイルをより良く視覚化するために、圧縮応力ＣＳは正または絶対値として表される−すなわち、ここに挙げられるように、ＣＳ＝｜ＣＳ｜、そして、中央張力または引張応力は、負の値として表される。
【００２４】
ここに用いたように、「勾配（ｍ）」は、直線をきっちりと近似する応力プロファイルの区分または部分の勾配を称する。主勾配は、直線区分とうまく近似された領域に関する平均勾配と定義される。これらは、応力プロファイルの二次導関数の絶対値が、一次導関数の比率、およびその領域の深さの約半分より小さい領域である。例えば、強化ガラス物品の表面近くの応力プロファイルの急勾配の浅い区分について、実質的に直線の区分は、その各点の応力プロファイルの二次導関数の絶対値が、応力の絶対値が２倍変化する深さで割られた応力プロファイルの局所勾配の絶対値よりも小さくなる部分である。同様に、ガラス内のより深いプロファイルの区分について、その区分の直線部分は、その応力プロファイルの局所二次導関数が、ＤＯＣの半分で割られた、応力プロファイルの局所勾配の絶対値より小さい絶対値を有する領域である。
【００２５】
典型的な応力プロファイルについて、二次導関数に対するこの制限は、勾配は深さにより比較的緩慢に変化することを保証し、したがって、適度にはっきりと規定され、落下性能に有利であると考えられる応力プロファイルにとって重要な勾配の領域を規定するために使用できる。
【００２６】
深さｘの関数としての応力プロファイルを関数
【００２７】
【数１】
2020111504.tif 000003
【００２８】
により与え、深さに関する応力プロファイルの一次導関数を
【００２９】
【数２】
2020111504.tif 000004
【００３０】
とすると、二次導関数は、
【００３１】
【数３】
2020111504.tif 000005
【００３２】
となる。
【００３３】
浅い区分が深さｄsくらいまで延在する場合、主勾配を規定するために、そのプロファイルの直線部分は、
【００３４】
【数４】
2020111504.tif 000006
【００３５】
である領域である。
【００３６】
深い区分が、より深い深さＤＯＣくらいまで、またはより深い深さｄdくらいまで、または従来の用語の深さＤＯＬくらいまで延在する場合、そのプロファイルの直線部分は、
【００３７】
【数５】
2020111504.tif 000007
【００３８】
である領域である。
【００３９】
後者の式は、化学強化のためにガラス中で置き換えられるイオン以外に１種類のアルカリイオンしか含有しない塩中の一回のイオン交換により得られる１区分応力プロファイルについても有効である。
【００４０】
その直線区分は、
【００４１】
【数６】
2020111504.tif 000008
【００４２】
である領域として選択されることが好ましく、式中、ｄは、浅いかまたは深い、領域の関連深さを表す。
【００４３】
ここに記載された圧縮応力プロファイルの直線区分の勾配ｍは、特に明記のない限り、勾配ｄσ／ｄｘの値として与えられる。より詳しくは、勾配ｍは、圧縮応力が、増加する深さの関数として概して減少するプロファイルの勾配の値を表す。
【００４４】
規定の圧縮応力プロファイルを得、それゆえ、規定の高さから硬質摩耗面に落とされたときに生存性を達成するためにイオン交換により化学強化されたガラス物品が、ここに記載されている。
【００４５】
イオン交換が、ガラスを化学強化するために一般に使用される。特定の一例において、アルカリ陽イオンの供給源（例えば、溶融塩、または「イオン交換」浴）内のアルカリ陽イオンが、ガラス内のより小さいアルカリ陽イオンと交換されて、ガラスの表面近くに圧縮応力（ＣＳ）下にある層が作り出される。例えば、陽イオン源からのカリウムイオンは、大抵、ガラス内のナトリウムイオンと交換される。その圧縮層は、表面からガラス内のある深さまで延在する。
【００４６】
平面のイオン交換ガラス物品の説明断面図が、図１に示されている。ガラス物品１００は、厚さｔ、第１の表面１１０、および第２の表面１１２を有する。図１に示された実施の形態は、平らな平面シートまたはプレートとしてガラス物品１００を示しているが、ガラス物品は、三次元形状または非平面形状などの他の形状を有してもよい。ガラス物品１００は、第１の表面１１０からガラス物品１００の中身へと圧縮深さ（ＤＯＣ）ｄ1まで延在する第１の圧縮領域１２０を有する。図１に示された実施の形態において、ガラス物品１００は、第２の表面１１２から第２の圧縮深さ（ＤＯＣ）ｄ2まで延在する第２の圧縮領域１２２も有する。ガラス物品は、ｄ1からｄ2まで延在する中央領域１３０も有する。中央領域１３０は、中央張力(central tension)または中心張力(center tension)（ＣＴ）と呼ばれる張応力下にあり、これは、中央領域１３０の中心である値を有する。領域１３０の引張応力は、領域１２０および１２２の圧縮応力と釣り合いをとるまたはそれと反対に作用する。第１と第２の圧縮領域１２０、１２２の深さｄ1、ｄ2は、ガラス物品１００の第１と第２の表面１１０、１１２に対する鋭い衝撃により導入される傷の伝搬からガラス物品１００を保護するのに対し、前記圧縮応力は、傷が成長し、第１と第２の圧縮領域１２０、１２２の深さｄ1、ｄ2を通って伝搬する傾向を最小にする。
【００４７】
ここに記載された強化ガラス物品は、少なくとも約１５０メガパスカル（ＭＰａ）の最大圧縮応力ＣＳsを有する。いくつかの実施の形態において、最大圧縮応力ＣＳsは、少なくとも２１０ＭＰａ、他の実施の形態において、少なくとも３００ＭＰａである。いくつかの実施の形態において、最大圧縮応力ＣＳsは、表面（図１の１１０、１１２）に位置している。しかしながら、他の実施の形態において、最大圧縮応力ＣＳsは、ガラス物品の表面より下のある深さの圧縮領域（１２０、１２２）中に位置してもよい。前記圧縮領域は、ガラス物品の表面から、少なくとも約４５マイクロメートル（μｍ）の圧縮深さＤＯＣまで延在する。いくつかの実施の形態において、ＤＯＣは少なくとも約６０μｍである。他の実施の形態において、ＤＯＣは、少なくとも約７０μｍ、いくつかの実施の形態において、少なくとも約８０μｍ、さらに他の実施の形態において、ＤＯＣは少なくとも約９０μｍである。特定の実施の形態において、圧縮深さＤＯＣは、少なくとも約１００μｍ、いくつかの実施の形態において、少なくとも約１４０μｍである。特定の実施の形態において、圧縮深さの最大値は約１００μｍである。
【００４８】
圧縮応力は、強化ガラス物品の表面の下の深さの関数として変動し、圧縮領域に圧縮応力プロファイルを生じる。いくつかの実施の形態において、圧縮応力プロファイルは、図２に概略示されるように、圧縮領域内で実質的に線形である。図２において、圧縮応力は、実質的に線形に挙動し、ＣＳsで垂直ｙ（ＣＳ）軸の切片となる、ＭＰａ／μｍで表された勾配ｍaを有する直線ａが生じる。ＣＳプロファイルａは、圧縮深さＤＯＣでｘ軸の切片となる。この地点で、全応力はゼロである。ＤＯＣの下では、ガラス物品は張力ＣＴ下にあり、中央値ＣＴに到達する。１つの非限定例において、張力が、０からＣＴと等しい最大（絶対値で）張力まで変動する小領域、および張力が実質的に一定でＣＴと等しい領域があることがある。
【００４９】
いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラス物品の圧縮応力プロファイルａは、規定範囲内にある勾配ｍaを有する。図２において、例えば、線ａの勾配ｍaは、上側境界δ1および下側境界δ2の間にある；すなわち、δ2≦ｍa≦δ1。いくつかの実施の形態において、−２ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−２００ＭＰａ／μｍ。いくつかの実施の形態において、−２ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−８ＭＰａ／μｍ、いくつかの実施の形態において、−３ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−６ＭＰａ／μｍ、さらに他の実施の形態において、−２ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−４．５ＭＰａ／μｍ。
【００５０】
特定の実施の形態において、勾配ｍaは、約−１．５ＭＰａ／μｍ超、いくつかの実施の形態において、約−０．７ＭＰａ／μｍから約−２ＭＰａ／μｍである。勾配ｍaがそのような値を有し、圧縮深さＤＯＣが少なくとも約１００μｍである場合、特定の機器設計の現場破損においてよく見られるであろう破損態様の少なくとも１つのタイプ（例えば、非常に深い穿刺）に対する強化ガラスの抵抗が、特に都合よい。
【００５１】
他の実施の形態において、圧縮応力プロファイルは、図３に概略示されるように、複数の実質的に線形の関数の組合せである。図３に示されるように、圧縮応力プロファイルは、第１の区分または部分ａ’および第２の区分または部分ｂを有する。第１の部分ａ’は、ガラス物品の強化表面から深さｄa’まで実質的に線形の挙動を示す。第１の部分ａ’は、勾配ｍa’およびｙ切片ＣＳsを有する。圧縮応力プロファイルの第２の部分ｂは、ほぼ深さｄa’から圧縮深さＤＯＣまで延在し、勾配ｍbを有する。深さｄa’での圧縮応力ＣＳ（ｄa’）は、式
【００５２】
【数７】
2020111504.tif 000009
【００５３】
により与えられる。いくつかの実施の形態において、深さｄa’は、約３μｍから約８μｍの範囲にある；すなわち、３μｍ≦ｄa’≦８μｍ。他の実施の形態において、３μｍ≦ｄa’≦１０μｍ。さらに他の実施の形態において、３μｍ≦ｄa’≦１２μｍ。
【００５４】
本開示は、２つの個別部分のみからなる圧縮応力プロファイルに限定されないことが、当業者により認識されよう。そうではなく、圧縮応力プロファイルは追加の区分を含んでもよい。いくつかの実施の形態において、圧縮応力プロファイルの異なる線形部分または区分は、プロファイルの勾配が第１の勾配から第２の勾配（例えば、ｍa’からｍb）に移行する移行領域（図示せず）により接続されてもよい。
【００５５】
図３に示されるように、圧縮応力プロファイルの部分ａ’の勾配は、部分ｂの勾配よりもずっと急である；すなわち、ｍa’≦ｍb。これは、ガラス物品の表面に「スパイク(spike)」を有する圧縮応力プロファイルが、衝撃により生じるいくつかの傷の導入または成長に耐えるのに十分な圧縮応力をその表面に与えるために、連続して行われる多数のイオン交換過程により形成される条件に相当する。
【００５６】
いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラス物品の圧縮応力プロファイルａ’およびｂは、それぞれ、規定範囲内にある勾配ｍa’およびｍｂを有する。図３において、例えば、線ａ’の勾配ｍa’は、上側境界δ3と下側境界δ4との間にあり、線ｂの勾配ｍbは、上側境界δ5と下側境界δ6との間にある；すなわち、δ3≧ｍa’≧δ4およびδ5≧ｍb≧δ6。いくつかの実施の形態において、−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa’ ≧−２００ＭＰａ／μｍ、および−２ＭＰａ／μｍ≧ｍb≧−８ＭＰａ／μｍ。いくつかの実施の形態において、−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa’ ≧−１２０ＭＰａ／μｍ、およびいくつかの実施の形態において、−５０ＭＰａ／μｍ≧ｍa’ ≧−１２０ＭＰａ／μｍ。
【００５７】
圧縮応力ＣＳおよび圧縮層の深さＤＯＬは、当該技術分野で公知の手段を使用して測定される。そのような手段としては、以下に限られないが、株式会社ルケオ（日本国、東京都）により製造されているＦＳＭ−６０００などの市販の計器を使用した表面応力の測定（ＦＳＭ）が挙げられ、圧縮応力および層の深さを測定する方法は、「Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass」と題するＡＳＴＭ  １４２２Ｃ−９９、および「Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed, Heat-Strengthened, and Fully-Tempered Flat Glass」と題するＡＳＴＭ１２７９．１９７７９に記載されており、これらの内容をここに全て引用する。表面応力測定は、ガラスの複屈折に関連する応力光係数（ＳＯＣ）の正確な測定に依存する。次に、ＳＯＣは、その内容がここに全て引用される、両方とも「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」と題するＡＳＴＭ標準Ｃ７７０−９８（２００８）に記載されているファイバおよび４点曲げ法、並びにバルクシリンダ法などの当該技術分野で公知の方法により測定される。
【００５８】
ＣＳおよび中央張力ＣＴの間の関係は、いくつかの実施の形態において、式：
【００５９】
【数８】
2020111504.tif 000010
【００６０】
により近似でき、式中、ｔはガラス物品のマイクロメートル（μｍ）で表された厚さである。本開示の様々な部分において、中央張力ＣＴおよび圧縮応力ＣＳは、ここで、メガパスカル（ＭＰａ）で表され、厚さｔは、マイクロメートル（μｍ）またはミリメートル（ｍｍ）のいずれかで表され、層の深さＤＯＬは、ｔの表記にしたがって、マイクロメートル（μｍ）またはミリメートル（ｍｍ）で表されている。
【００６１】
圧縮応力層がガラス内のより深い深さまで延在している強化ガラス物品について、ＦＳＭ技法は、観測されたＤＯＬ値に影響するコントラスト問題を被ることがある。より深いＤＯＬ値では、ＴＥスペクトルとＴＭスペクトルの間のコントラストが不適切となり、それゆえ、ＴＥスペクトルとＴＭスペクトルの間の差の計算−ＤＯＬの決定−が、より難しくなるであろう。さらに、ＦＳＭソフトウェア解析は、圧縮応力プロファイル（すなわち、ガラス内の深さの関数としての圧縮応力の変動）を決定することができない。その上、ＦＳＭ技法は、例えば、ナトリウムのリチウムによるイオン交換などの、特定の元素のイオン交換から生じる層の深さを決定することができない。
【００６２】
強化ガラス物品に関する圧縮深さ（ＤＯＣ）および圧縮応力プロファイルをより正確に決定するために、下記に記載される技法が開発された。
【００６３】
「Systems And Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass」と題する、２０１１年５月２５日に出願された、米国仮特許出願第６１／４８９８００号に優先権を主張する、Rostislav V. Roussev等により２０１２年５月３日に出願された、同じ名称の米国特許第９１４０５４３号明細書（以後、「Roussev I」と称する）において、焼き入れまたは化学強化ガラスの詳細かつ正確な応力プロファイル（深さの関数としての応力）を入手する２つの方法が開示されている。ＴＭおよびＴＥ偏波に関する結合光学モードのスペクトルが、プリズム結合技法により収集され、全部が使われて、詳細かつ正確なＴＭおよびＴＥ屈折率プロファイルｎTM（ｚ）およびｎTE（ｚ）を得る。
【００６４】
１つの実施の形態において、逆ウェンツェル・クラマース・ブリルアン（ＩＷＫＢ）法を使用することにより、モードスペクトルから詳細な屈折率プロファイルが得られる。
【００６５】
別の実施の形態において、屈折率プロファイルの形状を描写する所定の関数形式の数値計算スペクトルに測定モードスペクトルを当てはめ、最良の適合から関数形式のパラメータを得ることにより、詳細な屈折率プロファイルが得られる。応力光学係数（ＳＯＣ）の公知の値を使用することにより得られたＴＭ屈折率プロファイルおよびＴＥ屈折率プロファイルの差から、詳細な応力プロファイルＳ（ｚ）が計算される：
【００６６】
【数９】
2020111504.tif 000011
【００６７】
ＳＯＣの値が小さいために、任意の深さｚでの複屈折ｎTM（ｚ）−ｎTE（ｚ）は、屈折率ｎTM（ｚ）およびｎTE（ｚ）のいずれかのわずかな割合（典型的に１％程度）である。測定したモードスペクトルにおけるノイズによる歪みが著しくはない応力プロファイルを得るには、０．００００１ＲＩＵ程度の精度でモード実効屈折率を決定する必要がある。Roussev Iに開示された方法は、収集されたＴＥおよびＴＭモードスペクトルまたはモードスペクトルの画像におけるノイズおよび／または不十分なコントラストにかかわらず、測定されたモード屈折率に関するそのような高精度を確保するために、生データに適用される技法をさらに含む。そのような技法としては、サブピクセル解像度のモードに対応する極値の位置を見つけるための、ノイズ平均化、フィルタリング、および曲線の当てはめが挙げられる。
【００６８】
同様に、「Systems and Methods for Measuring Birefringence in Glass and Glass-Ceramics」と題する、２０１２年９月２８日に出願された、米国仮特許出願第６１／７０６８９１号に優先権を主張する、Rostislav V. Roussev等により２０１３年９月２３日に出願された、同じ名称の米国特許第８９５７３７４号明細書（以後、「Roussev II」と称する）には、不透明なガラスおよびガラスセラミックを含む、ガラスおよびガラスセラミックの表面上の複屈折を光学的に測定するための装置および方法が開示されている。別個のモードスペクトルが特定されるRoussev Iとは異なり、Roussev IIに開示された方法は、プリズム結合測定形式においてプリズム・サンプル界面で反射したＴＭおよびＴＥ光に関する角度強度分布の綿密な解析による。
【００６９】
開示された別の方法において、上述した信号処理技法のいくつかの組合せの適用後に、ＴＭおよびＴＥ信号の導関数が決定される。ＴＭおよびＴＥ信号の最大導関数の位置は、サブピクセル解像度で得られ、表面複屈折は、装置パラメータにより前述したように決定された係数で、先の２つの最大値の間隔に比例する。
【００７０】
正確な強度抽出のための要件に関連して、前記装置は、照明の角度均一性を改善するためのプリズム入射表面に近接したまたはその上の光散乱表面（静的ディフューザ）、光源がコヒーレントまたは部分コヒーレントである場合のスペックル低減のための移動ディフューザ、および強度信号を歪ませる傾向にある寄生背景を低減させるための、プリズムの入力面と出力面の部分上並びにプリズムの側面上の光吸収コーティングなどのいくつかの機能強化を備えている。その上、その装置は、不透明材料の測定を可能にする赤外光源を備えることがある。
【００７１】
さらに、Roussev IIには、記載の方法および装置の機能強化により測定が可能になる、研究サンプルの減衰係数および波長範囲が開示されている。その範囲は、αsλ＜２５０πσsにより定義され、式中、αsは、測定波長λでの光減衰係数であり、σsは、実際の適用に典型的に要求される制度で測定されるべき応力の期待値である。この広い範囲により、大きい光減衰が従来の測定法を適用できなくしてしまう波長で、実際的に重要な測定値を得ることができる。例えば、Roussev IIには、減衰が約３０ｄＢ／ｍｍより大きい、１５５０ｎｍの波長での不透明白色ガラスセラミックの応力誘起複屈折のうまくいく測定が開示されている。
【００７２】
先に、より深いＤＯＬ値でＦＳＭ技法に関して問題がいくつかあることに触れられているが、ＦＳＭはそれでも、より深いＤＯＬ値で±２０％までの誤差範囲の可能性があるという了解の下で、利用できる有益な在来型技術である。ここに用いたように、「層の深さ」および「ＤＯＬ」という用語は、ＦＳＭ技法を使用して計算したＤＯＬ値を称するのに対し、「圧縮深さ」および「ＤＯＣ」という用語は、Roussev IおよびIIに記載された方法により決定された圧縮層の深さを称する。
【００７３】
先に述べたように、前記ガラス物品は、イオン交換により化学強化してもよい。この過程において、ガラスの表面で、またはその近くのイオンが、通常同じ価数または酸化状態を有するより大きいイオンにより置き換えられる−または交換される。ガラス物品が、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスを含む、から実質的になる、またはからなる、それらの実施の形態において、ガラスの表面層内のイオンおよび前記より大きいイオンは、Ｎａ+（Ｌｉ+がガラス中に存在する場合）、Ｋ+、Ｒｂ+、およびＣＳ+などの、一価アルカリ金属陽イオンである。あるいは、その表面層内の一価陽イオンは、Ａｇ+などの、アルカリ金属陽イオン以外の一価陽イオンと置き換えられてもよい。
【００７４】
イオン交換過程は、一般に、ガラス中のより小さいイオンと交換されるべきより大きいイオンを含有する溶融塩浴中に、ガラス物品を浸漬することによって行われる。以下に限られないが、浴の組成と温度、浸漬時間、塩浴（または複数の塩浴）中のガラスの浸漬の回数、多数の塩浴の使用、徐冷、洗浄などの追加の工程を含むイオン交換過程のパラメータは、一般に、ガラスの組成、並びに強化操作から生じるガラスの所望の層の深さおよび圧縮応力により決まることが当業者に認識されよう。一例として、アルカリ金属含有ガラスのイオン交換は、以下に限られないが、より大きいアルカリ金属イオンの硝酸塩、硫酸塩、および塩化物などの塩を含有する少なくとも１つの溶融浴中への浸漬により行われるであろう。溶融塩浴の温度は、典型的に、約３８０℃から約４５０℃までの範囲にあり、一方で、浸漬時間は約１５分から約４０時間に及ぶ。しかしながら、上述したものとは異なる温度および浸漬時間も使用してよい。
【００７５】
その上、浸漬の間に洗浄および／または徐冷工程を伴う、多数のイオン交換浴中にガラスが浸漬される、イオン交換過程の非限定例が、異なる濃度の塩浴中における多数の連続したイオン交換処理の浸漬によりガラスが強化される、２００８年７月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／０７９９９５号からの優先権を主張する、「Glass with Compressive Surface for Consumer Applications」と題する、２０１３年１０月２２日に発行された、Douglas C. Allan等による、米国特許第８５６１４２９号明細書；並びに第１の浴が流出イオンにより希釈され、その後、第１の浴より流出イオンの濃度が小さい第２の浴中の浸漬が行われる、イオン交換によりガラスが強化される、２００８年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／０８４３９８号からの優先権を主張する、「Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass」と題する、２０１２年１１月２０日に発行された、Christopher M. Lee等による米国特許第８３１２７３９号明細書に記載されている。
【００７６】
例えば、ガラス物品の外側領域中の複数の第１の金属イオンが、複数の第２の金属イオンにより、外側領域がその複数の第２の金属イオンを含むように交換される、この中に先に記載されたイオン交換過程により、ガラス物品を化学強化することにより、圧縮応力が生じる。第１の金属イオンの各々は第１のイオン半径を有し、第２の金属イオンの各々は第２のイオン半径を有する。第２のイオン半径は第１のイオン半径より大きく、外側領域中のより大きい第２のアルカリ金属イオンの存在により、その外側領域に圧縮応力が生じる。
【００７７】
第１の金属イオンおよび第２の金属イオンの少なくとも一方は、アルカリ金属のイオンである。第１のイオンは、リチウム、ナトリウム、カリウム、およびルビジウムのイオンであってよい。第２の金属イオンは、第２のアルカリ金属イオンのイオン半径が第１のアルカリ金属イオンのイオン半径より大きいという条件で、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、およびセシウムの内の１つのイオンであってよい。
【００７８】
いくつかの実施の形態において、ガラスは、図２に示された圧縮応力プロファイルを生じるように、一段階イオン交換工程で強化される。典型的に、ガラスは、より大きいアルカリ金属陽イオンの塩を含有する溶融塩浴中に浸漬される。いくつかの実施の形態において、その溶融塩浴は、より大きいアルカリ金属陽イオンの塩を含有する、またはその塩から実質的になる。しかしながら、より小さいアルカリ金属陽イオンの塩が少量−いくつかの実施の形態において、約１０質量％未満、いくつかの実施の形態において、約５質量％未満、他の実施の形態において、約２質量％未満−、その浴中に存在してもよい。他の実施の形態において、より小さいアルカリ金属陽イオンの塩は、イオン交換浴の少なくとも約３０質量％、または少なくとも約４０質量％、もしくは約４０質量％から約７５質量％を占めてもよい。この一段階イオン交換過程は、所望の圧縮深さＤＯＣを達成するのに十分な時間に亘り、少なくとも約４００℃、いくつかの実施の形態において、少なくとも約４４０℃の温度で行われてよい。いくつかの実施の形態において、一段階イオン交換過程は、浴の組成に応じて、少なくとも約８時間に亘り行われることがある。
【００７９】
別の実施の形態において、ガラスは、図３に示された圧縮応力プロファイルを生じるように、二段階または二重イオン交換法で強化される。この過程の第１工程において、ガラスは、先に記載された第１の溶融塩浴中でイオン交換される。第１のイオン交換が完了した後、ガラスは第２のイオン交換浴中に浸漬される。第２のイオン交換浴は、第１の浴とは異なる−すなわち、それとは別である、いくつかの実施の形態において、異なる組成を有する。いくつかの実施の形態において、第２のイオン交換浴は、より大きいアルカリ金属陽イオンの塩のみを含有するが、いくつかの実施の形態において、その浴中に、より小さいアルカリ金属陽イオンが少量（例えば、≦２質量％；≦３質量％）存在してもよい。その上、第２のイオン交換工程の浸漬時間および温度は、第１のイオン交換工程のものとは異なってもよい。いくつかの実施の形態において、第２のイオン交換工程は、少なくとも約３５０℃、他の実施の形態において、少なくとも約３８０℃の温度で行われる。第２のイオン交換工程の期間は、浅い区分の所望の深さｄaを達成するのに十分であり、いくつかの実施の形態において、３０分以下であってよい。他の実施の形態において、その期間は、１５分以下であり、いくつかの実施の形態において、約１０分から約６０分の範囲にある。
【００８０】
第２のイオン交換浴は、第１のイオン交換浴とは異なる。何故ならば、第２のイオン交換工程は、第１のイオン交換工程とは、異なる濃度のより大きい陽イオンを、またはいくつかの実施の形態において、全く異なる陽イオンを、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスに送達することに向けられている、１つ以上の実施の形態において、第２のイオン交換浴は、カリウムイオンをアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品に送達する、少なくとも約９５質量％のカリウム組成物を含むことがある。特定の実施の形態において、第２のイオン交換浴は、約９８質量％から約９９．５質量％のカリウム組成物を含むことがある。第２のイオン交換浴が少なくとも１種類のカリウム塩のみを含むことが可能であるが、第２のイオン交換浴は、さらに別の実施の形態において、０〜５質量％、または約０．５〜２．５質量％の少なくとも１種類のナトリウム塩、例えば、ＮａＮＯ3を含んでもよい。例示の実施の形態において、そのカリウム塩はＫＮＯ3である。さらに別の実施の形態において、第２のイオン交換工程の温度は、３８０℃以上であることがある。
【００８１】
第２のイオン交換工程の目的は、図３に示された応力プロファイルの部分ａ’により表されるような、ガラス物品の表面に直接隣接した領域内の圧縮応力の「スパイク」増加を形成することにある。
【００８２】
ここに記載されたガラス物品は、イオン交換により化学強化されるどのガラスを含んでも、またはどのガラスからなってもよい。いくつかの実施の形態において、ガラスはアルカリアルミノケイ酸塩ガラスである。
【００８３】
１つの実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、アルミナおよび酸化ホウ素の少なくとも一方、並びにアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物の少なくとも一方を含む、またはから実質的になり、ここで、−１５モル％≦（Ｒ2Ｏ＋Ｒ’Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2）−Ｂ2Ｏ3≦４モル％、式中、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、およびＣｓの内の１つであり、Ｒ’は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、およびＢａの少なくとも１つである。いくつかの実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約６２モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、０モル％から約１８モル％のＡｌ2Ｏ3、０モル％から約１０モル％のＢ2Ｏ3、０モル％から約１５モル％のＬｉ2Ｏ、０モル％から約２０モル％のＮａ2Ｏ、０モル％から約１８モル％のＫ2Ｏ、０モル％から約１７モル％のＭｇＯ、０モル％から約１８モル％のＣａＯ、および０モル％から約５モル％のＺｒＯ2を含む、またはから実質的になる。いくつかの実施の形態において、前記ガラスは、アルミナおよび酸化ホウ素、並びに少なくとも１種類のアルカリ金属酸化物を含み、ここで、−１５モル％≦（Ｒ2Ｏ＋Ｒ’Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2）−Ｂ2Ｏ3≦４モル％、式中、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、およびＣｓの内の１つであり、Ｒ’は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、およびＢａの少なくとも１つであり、１０≦Ａｌ2Ｏ3＋Ｂ2Ｏ3＋ＺｒＯ2≦３０かつ１４≦Ｒ2Ｏ＋Ｒ’Ｏ≦２５、前記ケイ酸塩ガラスは、６２〜７０モル％のＳｉＯ2、０〜１８モル％のＡｌ2Ｏ3、０〜１０モル％のＢ2Ｏ3、０〜１５モル％のＬｉ2Ｏ、６〜１４モル％のＮａ2Ｏ、０〜１８モル％のＫ2Ｏ、０〜１７モル％のＭｇＯ、０〜１８モル％のＣａＯ、および０〜５モル％のＺｒＯ2を含む、またはから実質的になる。このガラスは、共に２００７年１１月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／００４６７７号に優先権を主張する、「Glasses Having Improved Toughness And Scratch Resistance」と題する、Matthew J. Dejneka等により２００８年１１月２５日に出願された米国特許第８９６９２２６号明細書、および「Glasses Having Improved Toughness And Scratch Resistance」と題する、Matthew J. Dejneka等により２０１２年８月１７日に出願された米国特許第８６５２９７８号明細書に記載されている。
【００８４】
別の実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約６０モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、約６モル％から約１４モル％のＡｌ2Ｏ3、０モル％から約１５モル％のＢ2Ｏ3、０モル％から約１５モル％のＬｉ2Ｏ、０モル％から約２０モル％のＮａ2Ｏ、０モル％から約１０モル％のＫ2Ｏ、０モル％から約８モル％のＭｇＯ、０モル％から約１０モル％のＣａＯ、０モル％から約５モル％のＺｒＯ2、０モル％から約１モル％のＳｎＯ2、０モル％から約１モル％のＣｅＯ2、約５０ｐｐｍ未満のＡｓ2Ｏ3、および約５０ｐｐｍ未満のＳｂ2Ｏ3を含み、またはから実質的になり、ここで、１２モル％≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ≦２０モル％、かつ０モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ≦１０モル％。いくつかの実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、６０〜７０モル％のＳｉＯ2、６〜１４モル％のＡｌ2Ｏ3、０〜３モル％のＢ2Ｏ3、０〜１モル％のＬｉ2Ｏ、８〜１８モル％のＮａ2Ｏ、０〜５モル％のＫ2Ｏ、０〜２．５モル％のＣａＯ、０超から３モル％のＺｒＯ2、０〜１モル％のＳｎＯ2、および０〜１モル％のＣｅＯ2を含み、またはから実質的になり、１２モル％≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ≦２０モル％、かつ前記ケイ酸塩ガラスは、５０ｐｐｍ未満しかＡｓ2Ｏ3を含まない。いくつかの実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、６０〜７２モル％のＳｉＯ2、６〜１４モル％のＡｌ2Ｏ3、０〜３モル％のＢ2Ｏ3、０〜１モル％のＬｉ2Ｏ、０〜２０モル％のＮａ2Ｏ、０〜１０モル％のＫ2Ｏ、０〜２．５モル％のＣａＯ、０〜５モル％のＺｒＯ2、０〜１モル％のＳｎＯ2、および０〜１モル％のＣｅＯ2を含み、またはから実質的になり、１２モル％≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ≦２０モル％、かつ前記ケイ酸塩ガラスは、５０ｐｐｍ未満しかＡｓ2Ｏ3を、また５０ｐｐｍ未満しかＳｂ2Ｏ3を含まない。このガラスは、その全てが、２００８年２月２６日に出願された米国仮特許出願第６１／０６７１３０号に優先権を主張する、２００９年２月２５日に出願された、「Fining Agents for Silicate Glasses」と題する、Sinue Gomez等による米国特許第８１５８５４３号明細書、２０１２年６月１３日に出願された、「Silicate Glasses Having Low Seed Concentration」と題する、Sinue Gomez等による米国特許第８４３１５０２号明細書、および２０１３年６月１９日に出願された、「Silicate Glasses Having Low Seed Concentration」と題する、Sinue Gomez等による米国特許第８６２３７７６号明細書に記載されている。
【００８５】
別の実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、ＳｉＯ2およびＮａ2Ｏを含み、このガラスは、ガラスの粘度が３５キロポアズ（ｋＰ）である温度Ｔ35kpを有し、ジルコンが分解して、ＺｒＯ2およびＳｉＯ2を形成する温度Ｔ分解が、Ｔ35kpより高い。いくつかの実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約６１モル％から約７５モル％のＳｉＯ2、約７モル％から約１５モル％のＡｌ2Ｏ3、０モル％から約１２モル％のＢ2Ｏ3、約９モル％から約２１モル％のＮａ2Ｏ、０モル％から約４モル％のＫ2Ｏ、０モル％から約７モル％のＭｇＯ、および０モル％から約３モル％のＣａＯを含む、またはから実質的になる。このガラスは、２００９年８月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／２３５７６２号に優先権を主張する、２０１０年８月１０日に出願された、「Zircon Compatible Glasses for Down Draw」と題する、Matthew J. Dejneka等による米国特許第８８０２５８１号明細書に記載されている。
【００８６】
別の実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、少なくとも５０モル％のＳｉＯ2、並びにアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物からなる群より選択される少なくとも１種類の改質剤を含み、ここで、［（Ａｌ2Ｏ3（モル％）＋Ｂ2Ｏ3（モル％））／（Σアルカリ金属改質剤（モル％））］＞１。いくつかの実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約５０モル％から約７２モル％のＳｉＯ2、約９モル％から約１７モル％のＡｌ2Ｏ3、約２モル％から約１２モル％のＢ2Ｏ3、約８モル％から約１６モル％のＮａ2Ｏ、および０モル％から約４モル％のＫ2Ｏを含む、またはから実質的になる。いくつかの実施の形態において、このガラスは、少なくとも５８モル％のＳｉＯ2、少なくとも８モル％のＮａ2Ｏ、５．５モル％から１２モル％のＢ2Ｏ3、およびＡｌ2Ｏ3を含み、またはから実質的になり、ここで、［（Ａｌ2Ｏ3（モル％）＋Ｂ2Ｏ3（モル％））／（Σアルカリ金属改質剤（モル％））］＞１、Ａｌ2Ｏ3（モル％）＞Ｂ2Ｏ3（モル％）、０．９＜Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3＜１．３。このガラスは、両方とも、２００９年８月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／２３５７６７号に優先権を主張する、Kristen L. Barefoot等により２０１０年８月１８日に出願された、「Crack And Scratch Resistant Glass and Enclosures Made Therefrom」と題する、米国特許第８５８６４９２号明細書、およびKristen L. Barefoot等により２０１３年１１月１８日に出願された、「Crack And Scratch Resistant Glass and Enclosures Made Therefrom」と題する、米国特許第９２９０４０７号明細書に記載されている。
【００８７】
別の実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、および少なくとも１種類のアルカリ金属酸化物（Ｒ2Ｏ）を含み、ここで、０．７５≦［（Ｐ2Ｏ5（モル％）＋Ｒ2Ｏ（モル％））／Ｍ2Ｏ3（モル％）］≦１．２、式中、Ｍ2Ｏ3＝Ａｌ2Ｏ3＋Ｂ2Ｏ3。いくつかの実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約４０モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、０モル％から約２８モル％のＢ2Ｏ3、０モル％から約２８モル％のＡｌ2Ｏ3、約１モル％から約１４モル％のＰ2Ｏ5、および約１２モル％から約１６モル％のＲ2Ｏを含む、またはから実質的になる、そして、特定の実施の形態において、約４０モル％から約６４モル％のＳｉＯ2、０モル％から約８モル％のＢ2Ｏ3、約１６モル％から約２８モル％のＡｌ2Ｏ3、約２モル％から約１２モル％のＰ2Ｏ5、および約１２モル％から約１６モル％のＲ2Ｏを含む、またはから実質的になる。このガラスは、２０１０年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／４１７９４１号に優先権を主張する、２０１１年１１月２８日に出願された、「Ion Exchangeable Glass with Deep Compressive Layer and High Damage Threshold」と題する、Dana C. Bookbinder等による米国特許出願公開第２０１２／０１３５２２６Ａ１号明細書に記載されている。
【００８８】
さらに別の実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、少なくとも５０モル％のＳｉＯ2および少なくとも約１１モル％のＮａ2Ｏを含み、圧縮応力が少なくとも約９００ＭＰａである。いくつかの実施の形態において、このガラスは、Ａｌ2Ｏ3と、Ｂ2Ｏ3、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯおよびＺｎＯの内の少なくとも１種類とをさらに含み、ここで、−３４０＋２７．１・Ａｌ2Ｏ3−２８．７・Ｂ2Ｏ3＋１５．６・Ｎａ2Ｏ−６１．４・Ｋ2Ｏ＋８．１・（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≧０モル％。特定の実施の形態において、このガラスは、約７モル％から約２６モル％のＡｌ2Ｏ3、０モル％から約９モル％のＢ2Ｏ3、約１１モル％から約２５モル％のＮａ2Ｏ、０モル％から約２．５モル％のＫ2Ｏ、０モル％から約８．５モル％のＭｇＯ、および０モル％から約１．５モル％のＣａＯを含む、またはから実質的になる。このガラスは、２０１１年７月１日に出願された米国仮特許出願第６１／５０３７３４号に優先権を主張する、２０１２年６月２６日に出願された、「Ion Exchangeable Glass with High Compressive Stress」と題する、Matthew J. Dejneka等による米国特許第９２９０４１３号明細書に記載されている。
【００８９】
他の実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、イオン交換可能であり、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ2、少なくとも約１０モル％のＲ2Ｏ（Ｒ2ＯはＮａ2Ｏを含む）、Ａｌ2Ｏ3、およびＢ2Ｏ3を含み、ここで、Ｂ2Ｏ3−（Ｒ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）≧３モル％。いくつかの実施の形態において、このガラスは、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ2、少なくとも約１０モル％のＲ2Ｏ（Ｒ2ＯはＮａ2Ｏを含む）、Ａｌ2Ｏ3、および３〜４．５モル％のＢ2Ｏ3を含み、ここで、Ａｌ2Ｏ3（モル％）＜Ｒ2Ｏ（モル％）、Ｂ2Ｏ3（モル％）−（Ｒ2Ｏ（モル％）−Ａｌ2Ｏ3（モル％））≧３モル％。特定の実施の形態において、このガラスは、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ2、約９モル％から約２２モル％のＡｌ2Ｏ3、約３モル％から約１０モル％のＢ2Ｏ3、約９モル％から約２０モル％のＮａ2Ｏ、０モル％から約５モル％のＫ2Ｏ、少なくとも約０．１モル％のＭｇＯ、ＺｎＯ、またはそれらの組合せ、および必要に応じて、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯの内の少なくとも１種類を含み、またはから実質的になり、０≦ＭｇＯ≦６モル％、０≦ＺｎＯ≦６モル％、０モル％≦ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２モル％。このガラスは、イオン交換されたときに、いくつかの実施の形態において、少なくとも約１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）のビッカース亀裂発生閾値を有する。そのようなガラスは、両方とも、２０１２年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／６５３４８９号に優先権を主張する、「Zircon Compatible, Ion Exchangeable Glass with High Damage Resistance」と題する、Matthew J. Dejneka等により、２０１３年５月２８日に出願された米国特許第８９５１９２７号の継続出願である、「Zircon Compatible, Ion Exchangeable Glass with High Damage Resistance」と題する、Matthew J. Dejneka等により、２０１３年５月２８日に出願された米国特許第８９４６１０３号明細書に記載されている。
【００９０】
いくつかの実施の形態において、前記ガラスは、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ2、少なくとも約１０モル％のＲ2Ｏ（Ｒ2ＯはＮａ2Ｏを含む）、Ａｌ2Ｏ3、およびＢ2Ｏ3を含み、ここで、−０．５モル％≦Ａｌ2Ｏ3（モル％）−Ｒ2Ｏ（モル％）≦２モル％、かつＢ2Ｏ3（モル％）−（Ｒ2Ｏ（モル％）−Ａｌ2Ｏ3（モル％））≧４．５モル％。他の実施の形態において、前記ガラスは、ガラスの粘度が約４０キロポアズを超える温度と等しいジルコン分解温度を有し、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ2、少なくとも約１０モル％のＲ2Ｏ（Ｒ2ＯはＮａ2Ｏを含む）、Ａｌ2Ｏ3、およびＢ2Ｏ3を含み、ここで、Ｂ2Ｏ3（モル％）−（Ｒ2Ｏ（モル％）−Ａｌ2Ｏ3（モル％））≧４．５モル％。さらに他の実施の形態において、前記ガラスは、イオン交換されており、少なくとも約３０ｇｋｆ（約２９４Ｎ）のビッカース亀裂発生閾値を有し、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ2、少なくとも約１０モル％のＲ2Ｏ（Ｒ2ＯはＮａ2Ｏを含む）、Ａｌ2Ｏ3、およびＢ2Ｏ3を含み、ここで、−０．５モル％≦Ａｌ2Ｏ3（モル％）−Ｒ2Ｏ（モル％）≦２モル％、かつＢ2Ｏ3（モル％）−（Ｒ2Ｏ（モル％）−Ａｌ2Ｏ3（モル％））≧４．５モル％。そのようなガラスは、２０１２年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／６５３４８５号からの優先権を主張する、２０１３年５月２８日に出願された、「Ion Exchangeable Glass with High Damage Resistance」と題する、Matthew J. Dejneka等による米国特許出願公開第２０１４／０１０６１７２Ａ１号明細書に記載されている。
【００９１】
特定の実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、少なくとも約４モル％のＰ2Ｏ5を含み、ここで、（Ｍ2Ｏ3（モル％）／ＲxＯ（モル％））＜１、式中、Ｍ2Ｏ3＝Ａｌ2Ｏ3＋Ｂ2Ｏ3、ＲxＯは、このアルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価および二価の陽イオン酸化物の合計である。いくつかの実施の形態において、一価および二価の陽イオン酸化物は、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｎＯからなる群より選択される。いくつかの実施の形態において、そのガラス中のＢ2Ｏ3は、０モル％である。いくつかの実施の形態において、そのガラスは、少なくとも約１０μｍの層の深さまでイオン交換されており、少なくとも約４モル％のＰ2Ｏ5を含み、ここで、０．６＜［（Ｍ2Ｏ3（モル％）／ＲxＯ（モル％）］＜１．４または１．３＜［（Ｐ2Ｏ5＋Ｒ2Ｏ）／Ｍ2Ｏ3］≦２．３、式中、Ｍ2Ｏ3＝Ａｌ2Ｏ3＋Ｂ2Ｏ3、ＲxＯは、このアルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価および二価の陽イオン酸化物の合計であり、Ｒ2Ｏは、このアルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する二価の陽イオン酸化物の合計である。このガラスは、両方とも、２０１１年１１月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／５６０４３４号に優先権を主張する、２０１２年１１月１５日に出願された、「Ion Exchangeable Glass with High Crack Initiation Threshold」と題する、Timothy M. Grossによる米国特許第９１５６７２４号明細書、および２０１２年１１月１５日に出願された、「Ion Exchangeable Glass with High Crack Initiation Threshold」と題する、Timothy M. Grossによる米国特許第８７６５２６２号明細書に記載されている。
【００９２】
他の実施の形態において、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約５０モル％から約７２モル％のＳｉＯ2、約１２モル％から約２２モル％のＡｌ2Ｏ3、約１５モル％までのＢ2Ｏ3、約１モル％までのＰ2Ｏ5、約１１モル％から約２１モル％のＮａ2Ｏ、約５モル％までのＫ2Ｏ、約４モル％までのＭｇＯ、約５モル％までのＺｎＯ、および約２モル％までのＣａＯを含む。いくつかの実施の形態において、前記ガラスは、約５５モル％から約６２モル％のＳｉＯ2、約１６モル％から約２０モル％のＡｌ2Ｏ3、約４モル％から約１０モル％のＢ2Ｏ3、約１４モル％から約１８モル％のＮａ2Ｏ、約０．２モル％から約４モル％のＫ2Ｏ、約０．５モル％までのＭｇＯ、約０．５モル％までのＺｎＯ、および約０．５モル％までのＣａＯを含み、このガラスは、Ｐ2Ｏ5を実質的に含まない。いくつかの実施の形態において、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦２．０モル％、特定の実施の形態において、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦０．５モル％。いくつかの実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞４モル％、特定の実施の形態において、Ｂ2Ｏ3−（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3）＞１モル％。いくつかの実施の形態において、２４モル％≦ＲＡｌＯ4≦４５モル％、他の実施の形態において、２８モル％≦ＲＡｌＯ4≦４５モル％、式中、Ｒは、Ｎａ、Ｋ、およびＡｇの内の少なくとも１種類である。このガラスは、２０１３年１１月２６日に出願された、「Fast Ion Exchangeable Glasses with High Indentation Threshold」と題する、Matthew J. Dejneka等による米国特許出願公開第２０１５／０１４７５７５Ａ１号明細書に記載されている。
【００９３】
いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、ヒ素、アンチモン、バリウム、ストロンチウム、ビスマス、およびそれらの化合物の少なくとも１種類を実質的に含まない。他の実施の形態において、そのガラスは、約０．５モル％までのＬｉ2Ｏ、または約５モル％までのＬｉ2Ｏ、もしくはいくつかの実施の形態において、約１０モル％までのＬｉ2Ｏを含んでもよい。
【００９４】
いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、イオン交換されたときに、鋭いまたは急な衝撃による傷の導入に対して耐性がある。したがって、これらのイオン交換されたガラスは、少なくとも約１０キログラム重（ｋｇｆ）のビッカース亀裂発生閾値を示す。特定の実施の形態において、これらのガラスは、少なくとも２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）、いくつかの実施の形態において、少なくとも約３０ｋｇｆ（約２９４Ｎ）のビッカース亀裂発生閾値を示す。
【００９５】
ここに記載されたガラスは、いくつかの実施の形態において、スロットドロー法、フュージョンドロー法、リドロー法などの当該技術分野で公知の過程によりダウンドロー可能であり、少なくとも１３０キロポアズの液相粘度を有する。先に挙げた組成物に加え、様々な他のイオン交換可能なアルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物を使用してもよい。
【００９６】
ここに記載された強化ガラスは、様々な二次元および三次元形状に適していると考えられ、様々な用途に利用でき、ここで、様々な厚さが考えられる。いくつかの実施の形態において、前記ガラス物品の厚さは、約０．１ｍｍから約１．５ｍｍまでの範囲にある。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品の厚さは、約０．１ｍｍから約１．０ｍｍまでの範囲、特定の実施の形態において、約０．１ｍｍから約０．５ｍｍまでの範囲にある。
【００９７】
強化ガラス物品は、それらの中央張力により定義してもよい。１つ以上の実施の形態において、その強化ガラス物品は、ＣＴ≦１５０ＭＰａ、またはＣＴ≦１２５ＭＰａ、またはＣＴ≦１００ＭＰａを有する。その強化ガラスの中央張力は、強化ガラス物品の壊れやすい挙動に関連する。
【００９８】
別の態様において、強化ガラス物品であって、強化ガラス物品の表面から少なくとも約４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在する少なくとも１つの圧縮応力層を有する強化ガラス物品を製造する方法が提供される。この方法は、第１のイオン交換過程であって、圧縮応力層が、第１のイオン交換工程後に少なくとも約４５μｍの圧縮深さを有するような十分な時間に亘り、４００℃超の温度で、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品が第１のイオン交換浴中に浸漬される、第１のイオン交換過程を含む。いくつかの実施の形態において、第１の工程後に達成される圧縮深さが少なくとも５０μｍであることが好ましい。特にガラスの厚さが０．５ｍｍを超える場合、５５μｍ超、またさらには６０μｍ超の圧縮深さＤＯＣがさらにより好ましい。
【００９９】
第１のイオン交換浴中の実際の浸漬時間は、イオン交換浴の温度および／または組成、ガラス内の陽イオンの拡散性などの要因によるであろう。したがって、イオン交換の様々な期間が、適していると考えられる。イオン交換浴からのカリウム陽イオンが、ガラス中のナトリウム陽イオンと交換される場合、その浴は、典型的に、硝酸カリウム（ＫＮＯ3）を含む。ここで、第１のイオン交換工程は、いくつかの実施の形態において、少なくとも５時間の時間に亘り行われることがある。第１のイオン交換工程に関するより長いイオン交換期間は、第１のイオン交換浴中のより多いナトリウムイオン含有量と相関するであろう。第１のイオン交換浴中の所望のナトリウムイオン含有量は、例えば、第１のイオン交換浴中に硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ3）などのナトリウム化合物を少なくとも約３０質量％、またはいくつかの実施の形態において、少なくとも約４０質量％含ませることにより、達成されるであろう。いくつかの実施の形態において、そのナトリウム化合物は、第１のイオン交換浴の約４０質量％から約６０質量％を占める。例示の実施の形態において、第１のイオン交換工程は、約４４０℃以上の温度で行われる。
【０１００】
第１のイオン交換工程が行われた後、強化ガラス物品は、少なくとも１５０ＭＰａの最大圧縮応力（ＣＳ）を有するであろう。さらに別の実施の形態において、その強化ガラス物品は、第１のイオン交換工程後に少なくとも２００ＭＰａのＣＳ、または第１のイオン交換工程後に約２００から約３００ＭＰａのＣＳ範囲を有することがある。この第１のイオン交換工程は、最小で、少なくとも４５μｍの圧縮層深さ／圧縮深さＤＯＣを達成するが、圧縮応力層は、第１のイオン交換工程後に、５０μｍから１００μｍ、いくつかの実施の形態において、６０μｍから１００μｍの深さを有することがあると考えられる。
【０１０１】
第１のイオン交換工程後に、少なくとも約３μｍの深さｄaを有する浅い急勾配区分を生成するのに十分な時間に亘り、少なくとも３５０℃の温度で、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品を、第１のイオン交換浴とは異なる第２のイオン交換浴中に浸漬することにより、第２のイオン交換工程を行ってもよい。
【０１０２】
第２のイオン交換工程は、図３に示されたような、ガラスの表面近くで圧縮応力の「スパイク」を生じる比較的急激なイオン交換工程である。１つ以上の実施の形態において、第２のイオン交換工程は、約３０分まで、他の実施の形態において、約１５分まで、いくつかの実施の形態において、約１０分から約６０分の範囲の期間に亘り行われることがある。
【０１０３】
第２のイオン交換工程は、第１のイオン交換工程と異なるイオンをアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品に送達することに関する。したがって、第２のイオン交換浴の組成は、第１のイオン交換浴のものとは異なる。いくつかの実施の形態において、第２のイオン交換浴は、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品にカリウムイオンを送達するカリウム組成物（例えば、ＫＮＯ3）を少なくとも約９５質量％含む。特定の実施の形態において、第２のイオン交換浴は、約９８質量％から約９９．５質量％のカリウム組成物を含むことがある。第２のイオン交換浴がカリウム組成物のみを含むことが可能であるが、第２のイオン交換浴は、さらなる実施の形態において、例えば、ＮａＮＯ3などのナトリウム組成物を約２質量％まで、または約０．５質量％から約１．５質量％まで含んでもよい。さらなる実施の形態において、第２のイオン交換工程の温度は３９０℃以上であることがある。
【０１０４】
いくつかの実施の形態において、第２のイオン交換工程が化学強化手法を完了させることがある。前記強化ガラス物品は、第２のイオン交換工程後に、少なくとも約７００ＭＰａの圧縮応力（ＣＳ）を有することがある。さらに別の実施の形態において、その強化ガラス物品は、第２のイオン交換工程後に、約７００から約１２００ＭＰａ、または約７００から１０００ＭＰａの最大圧縮応力を有する。この第２のイオン交換工程は、最小で、少なくとも約７０μｍの圧縮層ＤＯＬを達成するが、圧縮応力層は、第２のイオン交換工程後に、約９０μｍから約１３０μｍの範囲にあるＤＯＬを有することがあると考えられる。
【０１０５】
壊れやすい挙動は、強化ガラス物品（例えば、プレートまたはシート）の多数の小片（例えば、１ｍｍ以下）への破壊；ガラス物品の単位面積当たりに形成された破片の数；ガラス物品中の初期亀裂から分岐する多数の亀裂；元の位置からの所定の距離（例えば、約５ｃｍ、または約２インチ）までの少なくとも１つの破片の激しい放出；並びに先の破壊（サイズおよび密度）、亀裂形成、および放出挙動のいずれかの組合せ：の少なくとも１つにより特徴付けられる。ここに用いたように、「壊れやすい挙動」および「壊れやすさ」という用語は、コーティング、接着層などのいずれの外部的制約もない強化ガラス物品の激しいまたは強力な割れのそれらの態様を称する。ここに記載された強化ガラス物品と共に、コーティング、接着層などを使用してよいが、そのような外部的制約は、ガラス物品の壊れやすさまたは壊れやすい挙動の決定の際に使用されない。
【０１０６】
尖った炭化タングステン（ＷＣ）先端を有する罫書き針との点衝撃の際の、強化ガラス物品の壊れやすい挙動および壊れやすくない挙動の例が、図１３ａおよび１３ｂに示されている。壊れやすい挙動を決定するために使用される点衝撃試験は、強化ガラス物品内に存在する内部貯蔵エネルギーを放出するのに丁度十分である力をガラス物品の表面に送達する装置を含む。すなわち、点衝撃力は、強化ガラスシートの表面に少なくとも１つの新たな亀裂を生じ、その亀裂を圧縮応力ＣＳ領域（すなわち、層の深さ）を通じて、中央張力ＣＴ下にある領域中まで延在させるのに十分である。強化ガラスシートに亀裂を生じさせるまたは与えるのに必要な衝撃エネルギーは、物品の圧縮応力ＣＳおよび層の深さＤＯＬに依存し、それゆえ、シートを強化した条件（すなわち、イオン交換によりガラスを強化するのに使用した条件）に依存する。別の方法では、図１３ａおよび１３ｂに示された各イオン交換済みガラスプレートに、内側領域が引張応力下にあるプレートの内側領域に亀裂を伝搬させるのに十分な尖ったダーツ型圧子（例えば、尖ったＷＣ点を有する罫書き針）を施した。ガラスプレートに印加された力は、内部領域の始まりに到達するのに丁度十分であり、それゆえ、亀裂を生じさせるエネルギーを、外面でのダーツ衝撃力からではなく、内部領域内の引張応力から始めさせることができる。放出程度は、例えば、ガラスサンプルをグリッド上で中心に置き、サンプルに衝撃を与え、グリッドを使用して、個々の小片の放出距離を測定することによって、決定してよい。
【０１０７】
図１４ａを参照すると、ガラスプレートａは、壊れやすいと分類できる。詳しくは、ガラスプレートａは、放出された多数の小片に砕け、小片を生じる初期亀裂からの大きい程度の亀裂分岐を示した。破片の約５０％はサイズが１ｍｍ未満であり、初期亀裂から約８から１０の亀裂が分岐したと予測される。図１４ａに見られるように、元のガラスプレートａから、ガラス片が約５ｃｍ放出された。先に記載された３つの基準（すなわち、多数の亀裂分岐、放出、および極端な割れ）のいずれかを示すガラス物品は、壊れやすいと分類される。例えば、ガラスが、過剰な分岐のみを示すが、先に記載したような、放出または極端な割れを示さない場合、そのガラスは、それでも、壊れやすいと特徴付けられる。
【０１０８】
ガラスプレートｂ、ｃ（図１４ｂ）およびｄ（図１４ａ）は、壊れやすいと分類されない。これらのサンプルの各々の場合、ガラスシートは、小数の大きい破片に割れた。例えば、ガラスプレートｂ（図１４ｂ）は、亀裂の分岐なく、２つの大きい破片に割れた；ガラスプレートｃ（図１４ｂ）は、初期亀裂から２つの亀裂に分岐し、４つの破片に割れた；ガラスプレートｄ（図１４ａ）は、初期亀裂から２つの亀裂に分岐し、４つの破片に割れた。放出された破片がないこと（すなわち、元の位置から２インチ（約５ｃｍ）を超えてガラス片が強制的に放出されていない）、サイズが１ｍｍ以下の目に見える破片がないこと、および観察された亀裂分岐が最小量であることに基づいて、サンプルｂ、ｃ、およびｄは、壊れやすくないまたは実質的に壊れやすくないと分類される。
【０１０９】
先に基づいて、別の物体による衝撃の際の、ガラス、ガラスセラミック、および／またはセラミック物品の壊れやすいまたは壊れやすくない挙動の程度を定量化するために、壊れやすさ指数（表１）を構成することができる。壊れやすくない挙動の１から、極めて壊れやすい挙動の５までに及ぶ指数を、異なるレベルの壊れやすさまたは壊れにくさを記述するために割り当てた。その指数を使用して、壊れやすさは、多数のパラメータに関して特徴付けることができる：１）直径（すなわち、最大寸法）が１ｍｍ未満（表１の「破片サイズ」）の破片の個体数の百分率；２）サンプルの単位面積（この場合、ｃｍ2）当たりに形成された破片の数（表１の「破片密度」）；３）衝撃の際に形成された初期亀裂から分岐した亀裂の数（表１の「亀裂分岐」）；および４）元の位置からの約５ｃｍ（または約２インチ）を超える、衝撃の際に放出された破片の個体数の百分率（表１の「放出」）。
【０１１０】
【表１】
2020111504.tif 000012
【０１１１】
壊れやすさ指数は、ガラス物品が特定の指数値に関連する基準の少なくとも１つを満たした場合に、その物品に割り当てられる。あるいは、ガラス物品が、壊れやすさの２つの特定のレベルの間の基準を満たした場合、その物品に、壊れやすさ指数範囲（例えば、２〜３の壊れやすさ指数）が割り当てられることがある。ガラス物品に、表１に列挙された個々の基準から決定されるように、壊れやすさ指数の最高値を割り当ててもよい。多くの場合、表１に列挙された、元の位置からの５ｃｍを超えて放出された破片の百分率または破片密度などの、基準の各々の値を確認することは不可能である。それゆえ、異なる基準が、１つの基準レベル内に入るガラス物品に、壊れやすさおよび壊れやすさ指数の対応する程度が割り当てられるように、壊れやすい挙動および壊れやすさ指数の個々の代わりの尺度と考えられる。表１に列挙された４つの基準のいずれかに基づく壊れやすさ指数が３以上である場合、そのガラス物品は壊れやすいと分類される。
【０１１２】
図１３ａおよび１３ｂに示されたサンプルに先の壊れやすさ指数を適用すると、ガラスプレートａは、多数の放出された小片に砕け、小片を生じる初期亀裂からの大きな程度の亀裂分岐を示した。破片の約５０％はサイズが１ｍｍ未満であり、初期亀裂から約８から１０の亀裂が分岐したと予測される。表１に列挙された基準に基づいて、ガラスプレートａは、約４〜５の間の壊れやすさ指数を有し、中から高度の壊れやすさを有すると分類される。
【０１１３】
３未満の壊れやすさ指数（低い壊れやすさ）を有するガラス物品は、壊れやすくないまたは実質的に壊れやすくないと考えてもよい。ガラスプレートｂ、ｃ、およびｄの各々は、直径が１ｍｍ未満の破片、衝撃の際に形成された初期亀裂からの多数の分岐、および元の位置から５ｃｍを超えて放出された破片がない。ガラスプレートｂ、ｃ、およびｄは、壊れやすくなく、それゆえ、１の壊れやすさ指数（壊れにくい）を有する。
【０１１４】
先に論じたように、図１３ａおよび１３ｂにおいて、壊れやすい挙動を示したガラスプレートａと、壊れやすくない挙動を示したガラスプレートｂ、ｃ、およびｄとの間の観察された挙動の違いは、試験したサンプルの中での中央張力ＣＴの差が原因であり得る。そのような壊れやすい挙動の可能性は、携帯電話、エンターテイメント機器などの携帯用または移動式電子機器、並びにラップトップコンピュータなどの情報端末（ＩＴ）機器用のディスプレイ向けの、カバープレートまたは窓などの、様々なガラス製品の設計における１つの検討事項である。さらに、ガラス物品に設計できるまたは与えられる圧縮層の深さＤＯＬおよび圧縮応力ＣＳsの最大値は、そのような壊れやすい挙動により制限される。
【０１１５】
したがって、ここに記載された強化ガラス物品は、いくつかの実施の形態において、強化ガラス物品を破壊するのに十分な点衝撃が施されたときに、３未満の壊れやすさ指数を示す。他の実施の形態において、壊れやすくない強化ガラス物品は、２未満または１未満の壊れやすさ指数を達成することがある。
【０１１６】
ここに記載された強化ガラス物品は、繰り返し落下試験が行われたときに、改善された破壊抵抗を示す。研磨紙上反転球（ＩＢｏＳ）試験は、損傷の導入に加え、図１５ｂに概略示されるような、携帯用または手持ち式電子機器に使用される強化ガラス物品に典型的に生じる曲げによる、破壊の支配的メカニズムを模倣した動的成分レベル試験である。現場では、ガラスの上面に損傷の導入（図１５ｂにおけるａ）が起こる。割れがガラスの上面で始まり、損傷が圧縮層に貫通する（図１５ｂにおけるｂ）か、または割れが、上面の曲げからまたは中央張力から伝搬する（図１５ｂにおけるｃ）。このＩＢｏＳ試験は、ガラスの表面への損傷の導入と、動荷重下での曲げの印加を同時に行うように設計されている。
【０１１７】
ＩＢｏＳ試験装置が、図１５ａに概略示されている。装置２００は、試験スタンド２１０および球２３０を含む。球２３０は、例えば、ステンレス鋼球などの、剛体または固体球である。１つの実施の形態において、球２３０は、直径が１０ｍｍで４．２グラムのステンレス鋼球である。球２３０は、所定の高さｈからガラスサンプル２１８に直接落とされる。試験スタンド２１０は、花崗岩などの硬質剛性材料から作られた固体土台２１２を含む。シートの表面に研磨材を有するシート２１４が、研磨材を有する表面が上向きになるように、固体土台２１２の上面に配置されている。シート２１４は、いくつかの実施の形態において、３０グリットの表面、他の実施の形態において、１８０グリットの表面を有する研磨紙である。ガラスサンプル２１８は、ガラスサンプル２１８とシート２１４との間に空隙２１６が存在するように、サンプル保持器２１５によりシート２１４の上の適所に保持される。ガラスシート２１４とガラスサンプル２１８との間に空隙２１６により、球２３０によるシート２１４の研磨面への衝撃の際に、ガラスサンプル２１８が曲げられる。１つの実施の形態において、ガラスサンプル２１８は、曲げが球の衝撃点のみに制約され、再現性を確保するために、全ての角で固定されている。いくつかの実施の形態において、サンプル保持器２１５および試験スタンド２１０は、約２ｍｍまでのサンプル厚を収容するように適合されている。空隙２１６は、約５０μｍから約１００μｍの範囲にある。球２３０の衝撃の際にガラスサンプルの割れ事象における破片を収集するために、粘着テープ２２０を使用して、ガラスサンプルの上面を覆ってもよい。
【０１１８】
研磨面として様々な材料を使用してよい。１つの特定の実施の形態において、研磨面は、炭化ケイ素またはアルミナ研磨紙、工業用研磨紙、または同程度の硬度および／または鋭さを有すると当業者に知られている任意の研磨材などの研磨紙である。いくつかの実施の形態において、公知の範囲にある粒子の鋭さ、コンクリートやアスファルトよりも一貫した表面トポグラフィー、並びに試料に所望のレベルの表面損傷を生じる粒径および鋭さを有するので、１８０グリットおよび約７０μｍから約９０μｍに及ぶ平均グリット粒径を有する研磨紙を使用してよい。ここに記載された落下試験に使用してよい市販の１８０グリット研磨紙の１つの非限定例に、Ｉｎｄａｓａにより製造されているＲｈｙｎｏｗｅｔ（登録商標）１８０グリット研磨紙がある。
【０１１９】
１つの態様において、先に記載された装置２００においてＩＢｏＳ試験を行う方法３００が、図１５ｃに示されている。工程３１０において、先に記載され、ガラスサンプル２１８と、研磨面を有するシート２１４との間に空隙２１６が形成されるように、サンプル保持器２１５に固定されたガラスサンプル（図１５ａにおける２１８）を、試験スタンド２１０に配置する。方法３００は、研磨面を有するシート２１４が既に試験スタンド２１０に配置されていることを前提とする。しかしながら、いくつかの実施の形態において、この方法は、研磨材を有する表面が上向きになるように、試験スタンド２１０にシート２１４を配置する工程を含んでもよい。いくつかの実施の形態（工程３１０ａ）において、ガラスサンプル２１８をサンプル保持器２１５に固定する前に、ガラスサンプル２１８の上面に粘着テープ２２０を貼る。
【０１２０】
工程３２０において、所定の質量とサイズの固体球２３０を、所定の高さｈからガラスサンプル２１８の上面に落とし、よって、球２３０が上面に、その上面のほぼ中心（すなわち、中心から１ｍｍ以内、または３ｍｍ以内、または５ｍｍ以内、または１０ｍｍ以内）に衝突する。工程３２０における衝突後、ガラスサンプル２１８に対する損傷の程度を決定する（工程３３０）。先に述べたように、ここでは、「割れ」という用語は、その基体が落下したとき、または物体によりその基体に衝撃が与えられたときに、亀裂が基体の全厚および／または全表面に亘り伝搬することを意味する。
【０１２１】
試験３００において、研磨面を有するシート２１４は、他の種類（例えば、コンクリートまたはアスファルト）の落下試験表面の反復使用に観察されてきた「時効」硬化を避けるために、各落下後に交換してもよい。
【０１２２】
試験３００に、様々な所定の落下高さｈおよび増分が一般に使用される。この試験は、例えば、始めに最小落下高さ（例えば、約１０〜２０ｃｍ）を使用することがある。次いで、この高さは、規定の増分または可変の増分のいずれかだけ、連続した落下のために増加させてよい。試験３００は、ガラスサンプル２１８が一旦壊れたら停止する（図１５ｃにおける工程３３１）。あるいは、落下高さｈが、ガラスが割れずに最大落下高さ（例えば、約２２０ｃｍ）に到達したら、落下試験３００を停止しても、または割れが生じるまで、ガラスサンプル２１８をその最大高さから繰り返し落下させてもよい。
【０１２３】
いくつかの実施の形態において、ＩＢｏＳ試験３００は、各所定の高さｈで各ガラスサンプル２１８に一度だけ行われる。しかしながら、他の実施の形態において、各サンプルに、各高さで多数の試験を行ってもよい。
【０１２４】
ガラスサンプル２１８の割れが生じた場合（図１５ｃにおける工程３３１）、ＩＢｏＳ試験３００が終わる（工程３４０）。所定の落下高さでの球の落下により割れが観察されない場合（図１５ｃにおける工程３３２）、例えば、５、１０、または２０ｃｍなどの、所定の増分だけ落下高さを増加させ（工程３３４）、サンプルの割れが観察されるか（工程３３１）、またはサンプルが割れずに、最大試験高さに到達する（工程３３６）まで、工程３２０および３３０を繰り返す。工程３３１または３３６のいずれかに到達したら、試験３００が終わる。
【０１２５】
上述した研磨紙上反転球（ＩＢｏＳ）試験を行う場合、球を１００ｃｍの高さからガラスの表面に落下させたときに、先に記載された強化ガラスは、少なくとも約６０％の「生存率」を有する。例えば、強化ガラス物品は、５つの同一のサンプル（すなわち、ほぼ同じ組成を有し、強化されたときに、ほぼ同じＣＳおよびＤＯＣまたはＤＯＬを有する）の内の３つが、割れずにＩＢｏＳ試験に生存した場合、所定の高さから落下したときに６０％の生存率を有すると記載される。他の実施の形態において、ＩＢｏＳ試験において１００ｃｍから落とされた強化ガラスの生存率は、少なくとも約７０％、他の実施の形態において、少なくとも約８０％、さらに他の実施の形態において、少なくとも約９０％である。他の実施の形態において、ＩＢｏＳ試験において１８０ｃｍから落とされた強化ガラスの生存率は、少なくとも約６０％、他の実施の形態において、少なくとも約７０％、さらに他の実施の形態において、少なくとも約８０％、他の実施の形態において、少なくとも約９０％である。
【０１２６】
先に記載されたＩＢｏＳ試験方法および装置を使用して、所定の高さから落下したときの強化ガラス物品の生存率を決定するために、強化ガラスの少なくとも５つの同一のサンプル（すなわち、組成、およびほぼ同じＣＳおよびＤＯＣまたはＤＯＬ）が試験されるが、それより多い数（例えば、１０、２０、３０など）のサンプルに試験を行ってもよい。各サンプルは、所定の高さ（例えば、１００ｃｍ）から一回落とされ、割れの証拠（サンプルの全厚および／または全表面に亘る亀裂の形成および伝搬）について目視で（すなわち、裸眼で）調べた。落下後に割れが観察されない場合、サンプルは、落下試験に「生存した」と考えられる。生存率は、落下試験に生存したサンプル個体数の百分率であると決定される。例えば、落下したときに、１０のサンプル群の内の７つのサンプルが割れなかった場合、生存率は７０％となるであろう。
【０１２７】
ここに記載された強化ガラス物品は、研磨時リング・オン・リング（ＡＲＯＲ）を行った場合、改善された表面強度を示す。材料の強度は、割れが生じた応力と定義される。研磨時リング・オン・リングは、平らなガラス試料を試験するための表面強度測定であり、「Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature」と題するＡＳＴＭ  Ｃ１４９９−０９（２０１３）が、ここに記載されたリング・オン・リング研磨時ＲＯＲ試験方法論の土台として働く。ＡＳＴＭ  Ｃ１４９９−０９の内容が、ここに全て引用される。少なくとも１つの研磨面を有するガラス試料を、図１９に概略示されたように、異なるサイズの２つの同心のリングの間に配置して、等二軸曲げ強度（すなわち、２つの同心のリングの間の湾曲に施されたときに材料が維持できる最大応力）を決定する。１つの実施の形態において、ガラス試料は、ガラスサンプルに送達される９０グリットの炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子で研磨される。研磨時リング・オン・リング構成４００において、研磨されたガラス試料４１０は、直径Ｄ2を有する支持リング４２０により支持されている。直径Ｄ1を有する荷重リング４３０によりガラス試料の表面に、ロードセル（図示せず）により、力Ｆを印加する。
【０１２８】
荷重リングと支持リングの直径比Ｄ1／Ｄ2は、０．２と０．５の間にあるであろう。いくつかの実施の形態において、Ｄ1／Ｄ2は約０．５である。荷重および支持リング４３０、４２０は、支持リングの直径Ｄ2の０．５％以内に同心状に揃えるべきである。試験に使用されるロードセルは、選択された範囲内の任意の荷重で±１％以内まで正確であるべきである。いくつかの実施の形態において、試験は、２３±２℃の温度および４０±１０％の相対湿度で行われる。
【０１２９】
器具の設計について、荷重リング４３０の突出面の半径ｒは、ｈ／２≦ｒ≦３ｈ／２であり、式中、ｈは試料４１０の厚さである。荷重および支持リング４３０、４２０は、一般に、硬度ＨＲc＞４０の硬化鋼から作られている。ＲＯＲ器具は市販されている。
【０１３０】
ＲＯＲ試験の目的の破壊メカニズムは、荷重リング４３０内の表面４３０ａから発生する試料４１０の割れを観察することである。この領域の外−すなわち、荷重リング４３０と支持リング４２０との間−で生じる割れは、データ解析から除外する。しかしながら、ガラス試料４１０の薄さと高強度のために、試料の厚さｈの１／２を超える大きい撓みが観察されることがある。したがって、荷重リング４３０の下から生じる割れの百分率が高いと観察することは、珍しいことではない。リングの内側と下側の両方での応力の発生（歪みゲージ分析により収集）および各試料における破損の始点を知らずには、応力は正確に計算できない。したがって、ＡＲＯＲ試験は、測定反応としての破損時の最大荷重に焦点を当てる。
【０１３１】
ガラスの強度は、表面傷の存在に依存する。しかしながら、ガラスの強度は実際には統計に基づくので、存在する所定のサイズの傷の傾向は正確に予測できない。したがって、ワイブル確率分布が、データの統計的表示に一般に使用される。
【０１３２】
いくつかの実施の形態において、ここに記載された強化ガラスは、研磨時リング・オン・リング試験により決定して少なくとも１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）の表面強度または等二軸曲げ強度を有する。他の実施の形態において、表面強度は、少なくとも２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）、さらに他の実施の形態において、少なくとも３０ｋｇｆ（約２９４Ｎ）である。２つの強化されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラスに関するサンプル厚の関数としてのＡＲＯＲデータのプロットが、図２０に示されている。米国特許出願第１３／３０５２７１号明細書に記載された強化ガラスＡは、ここに記載された二段階イオン交換過程から生じた、図３に示された圧縮応力プロファイルを示すのに対し、米国特許出願第１３／９０３４３３号明細書に記載された強化ガラスＢは、図３に示された圧縮応力プロファイルを示さない。図２０から分かるように、この二段階イオン交換過程により、ＡＲＯＲ測定により決定して、より高い表面強度が生じる。
【実施例】
【０１３３】
以下の実施例は、ここに記載された特徴および利点を説明するものであり、決して、本開示および付随の特許請求の範囲をそれらに限定することは意図されていない。
【０１３４】
圧縮応力プロファイル
先に言及されたRoussev IおよびRoussev IIにより記載された方法を使用して、様々な厚さのガラスサンプルをイオン交換し、それらのそれぞれの圧縮応力プロファイルを決定した。ＴＭおよびＴＥ偏光に関する結合光学モードのスペクトルを、プリズム結合技法により収集し、全体として使用して、詳細かつ正確なＴＭおよびＴＥ屈折率プロファイルｎTM（ｚ）およびｎTE（ｚ）を得て、屈折率プロファイルの形状を描写する所定の関数形式の数値計算スペクトルに測定モードスペクトルを当てはめ、最良の適合から関数形式のパラメータを得ることにより、詳細な屈折率プロファイルを得る。それらのガラスサンプルは、Timothy M. Grossによる米国特許出願第１３／６７８０１３号明細書に記載された組成を有した。厚さが０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、および１．０ｍｍのサンプルを研究した。これらのイオン交換研究の結果が、表２に纏められている。
【０１３５】
【表２−１】
2020111504.tif 000013
【０１３６】
【表２−２】
2020111504.tif 000014
【０１３７】
【表２−３】
2020111504.tif 000015
【０１３８】
ｉ）厚さ０．４ｍｍ
サンプルａを、５２質量％のＮａＮＯ3および４８質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中において９時間に亘り４４０℃でイオン交換した。イオン交換後、ＴＥおよびＴＭモードスペクトルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。図４ａは、モードスペクトルから決定されたＴＥ（１）およびＴＭ（２）屈折率プロファイルを示しており、図４ｂは、圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、図２に示されたものと似ている単一線形部分を有している。サンプルａの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、２３２ＭＰａおよび６３μｍと決定された。
【０１３９】
サンプルｂを、５２質量％のＮａＮＯ3および４８質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中において１０時間に亘り４４０℃でイオン交換した。イオン交換後、ＴＥおよびＴＭモードスペクトルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。図５ａは、モードスペクトルから決定されたＴＥ（１）およびＴＭ（２）屈折率プロファイルを示しており、図５ｂは、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、図２に示されたものと似ている単一線形部分を有している。サンプルｂの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、２３２ＭＰａおよび６５μｍと決定された。
【０１４０】
次いで、サンプルｂに、１質量％のＮａＮＯ3および９９質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における１２分間に亘る３９０℃での第２のイオン交換を行った。図５ｃは、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、ガラスの表面（深さ０μｍ）から、約８μｍでの移行領域Ｃの始まりまで延在する第１の線形区分Ａ、および約１６μｍでの移行領域Ｃの終わりから延在する第２の線形区分Ｂを有する。図５ｃに示された圧縮応力プロファイルは、図３に概略示された応力プロファイルに似ている。このサンプルの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、８４６ＭＰａおよび６１μｍと決定された。応力プロファイルの区分Ｂの勾配は約−３．７５ＭＰａ／μｍであるのに対し、区分Ａの勾配は−８９ＭＰａ／μｍであった。勾配Ａから勾配Ｂへの移行領域Ｃは、約８μｍから約１６μｍの深さに及んだ。
【０１４１】
サンプルｃを、５２質量％のＮａＮＯ3および４８質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中において１１．２５時間に亘り４４０℃でイオン交換した。イオン交換後、モードスペクトルから決定されたＴＥおよびＴＭ屈折率プロファイルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。図６ａは、ＴＥ（１）およびＴＭ（２）モードスペクトルを示しており、図６ｂは、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、図２に示されたものと似ている単一線形部分を有している。サンプルｃの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、２２７ＭＰａおよび６７μｍと決定された。
【０１４２】
ｉｉ）厚さ０．５ｍｍ
サンプルｄを、３７質量％のＮａＮＯ3および６３質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中において５．８時間に亘り４４０℃でイオン交換した。イオン交換後、モードスペクトルから決定されたＴＥおよびＴＭ屈折率プロファイルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。図７ａは、ＴＥ（１）およびＴＭ（２）モードスペクトルを示しており、図７ｂは、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、図２に示されたものと似ている単一線形部分を有している。サンプルｄの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、２５５ＭＰａおよび５７μｍと決定された。
【０１４３】
サンプルｅを、５２質量％のＮａＮＯ3および４８質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中において８．３時間に亘り４４０℃でイオン交換した。イオン交換後、モードスペクトルから決定されたＴＥおよびＴＭ屈折率プロファイルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。図８ａは、ＴＥ（１）およびＴＭ（２）モードスペクトルを示しており、図８ｂは、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、図２に示されたものと似ている単一線形部分を有している。サンプルｅの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、２４３ＭＰａおよび６６μｍと決定された。
【０１４４】
ｉｉｉ）厚さ０．５５ｍｍ
サンプルｋに、約４０質量％のＮａＮＯ3および６０質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における７．７５時間に亘る４５０℃での第１のイオン交換を行った。イオン交換後、ＴＥおよびＴＭモードスペクトルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。図１３ａは、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、図２に示されたものと似ている単一線形部分を有している。第１のイオン交換後のサンプルｋの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、２６８ＭＰａおよび７３μｍと決定された。線形圧縮応力プロファイルの勾配は、−３．７ＭＰａ／μｍであった。
【０１４５】
次いで、サンプルｋに、約０．５質量％のＮａＮＯ3および約９９．５質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における１２分間に亘る３９０℃での第２のイオン交換を行った。図１３ｂは、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。第２のイオン交換後、この圧縮応力プロファイルは、ガラスの表面から、約８μｍでの移行領域Ｃまで延在する第１の線形区分Ａ、および約１６μｍでの移行領域Ｃから圧縮深さＤＯＣまで延在する第２の線形区分Ｂを有した。図１３ｂの圧縮応力プロファイルは、図３に概略示された応力プロファイルに似ている。第２のイオン交換工程後のサンプルｋの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、８９６ＭＰａおよび７０μｍと決定された。部分Ｂの勾配は約−３．７ＭＰａ／μｍであったのに対し、部分Ａの勾配は−８６ＭＰａ／μｍであった。移行領域Ｃは、約８μｍから約１６μｍの深さに及んだ。
【０１４６】
ｉｖ）厚さ０．７ｍｍ
サンプルｆに、４５質量％のＮａＮＯ3および５５質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における８．５時間に亘る４５０℃での第１のイオン交換を行った。イオン交換後、ＴＥおよびＴＭモードスペクトルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。図９ａは、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、図２に示されたものと似ている単一線形部分を有している。第１のイオン交換後のサンプルｆの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、２８１ＭＰａおよび７５μｍと決定された。線形圧縮応力プロファイルの勾配は、−３．７５ＭＰａ／μｍであった。
【０１４７】
次いで、サンプルｆに、１質量％のＮａＮＯ3および９９質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における１２分間に亘る３９０℃での第２のイオン交換を行った。図９ｂは、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。第２のイオン交換後、この圧縮応力プロファイルは、ガラスの表面から、約７μｍでの移行領域Ｃまで延在する第１の線形区分Ａ、および約１５μｍでの移行領域Ｃから圧縮深さＤＯＣまで延在する第２の線形区分Ｂを有し、図３に概略示された応力プロファイルに似ている。第２のイオン交換後のサンプルｆの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、８４２ＭＰａおよび７２μｍと決定された。部分Ｂの勾配は約−３．７５ＭＰａ／μｍであったのに対し、部分Ａの勾配は−８５ＭＰａ／μｍであった。移行領域Ｃは、約７μｍから約１５μｍの深さに及んだ。
【０１４８】
ｖ）厚さ０．８ｍｍ
サンプルｇおよびｈに、３７質量％のＮａＮＯ3および６３質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における８．８時間に亘る４４０℃での第１のイオン交換を行った。イオン交換後、ＴＥおよびＴＭモードスペクトルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。図１０ａは、第１のイオン交換後の、モードスペクトルから決定されたサンプルｇの圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、図２に示されたものと似ている単一線形部分を有している。第１のイオン交換後のサンプルｇの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、３５８ＭＰａおよび７２μｍと決定された。線形圧縮応力プロファイルの勾配は、−５．１ＭＰａ／μｍであった。
【０１４９】
次いで、サンプルｇに、１質量％のＮａＮＯ3および９９質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における１２分間に亘る３９０℃での第２のイオン交換を行った。図１０ｂは、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。第２のイオン交換後、この圧縮応力プロファイルは、ガラスの表面から移行領域まで延在する第１の線形区分または部分Ａ、および移行領域Ｃから圧縮深さＤＯＣまで延在する第２の線形区分Ｂを有した。これは、図３に概略示された応力プロファイルに似ている。第２のイオン交換後のサンプルｇの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、８６１ＭＰａおよび７０μｍと決定された。部分Ｂの勾配は−４．６５ＭＰａ／μｍであったのに対し、部分Ａの勾配は−７８ＭＰａ／μｍであった。勾配Ａから勾配Ｂまでの移行領域Ｃは、約７μｍから約１２μｍの深さの範囲に亘り生じた。
【０１５０】
第１のイオン交換後、サンプルｈに、１質量％のＮａＮＯ3および９９質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における２４分間に亘る３９０℃での第２のイオン交換を行った。第２のイオン交換後、圧縮応力プロファイルは、ガラスの表面から約５μｍの深さまで延在する第１の線形区分Ａ、および約１５μｍの深さでの移行領域Ｃの上側境界から７０μｍの深さまで延在する第２の線形区分Ｂを有した。この二区分プロファイルは、図３に概略示された応力プロファイルに似ている。第２のイオン交換後のサンプルｈの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、８７７ＭＰａおよび７０μｍと決定された。部分Ｂの勾配は約−５ＭＰａ／μｍであったのに対し、部分Ａの勾配は−５２ＭＰａ／μｍであった。勾配Ａから勾配Ｂまでの移行領域Ｃは、約８μｍから約１５μｍの深さの範囲に亘り生じた。
【０１５１】
サンプルｌに、６９質量％のＮａＮＯ3および３１質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における４８時間に亘る４５０℃での第１のイオン交換を行った。イオン交換後、ＴＥおよびＴＭモードスペクトルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。図１６は、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、図２に示されたものと似ている単一線形部分を有している。第１のイオン交換後のサンプルｌの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、１４６ＭＰａおよび１４２μｍと決定された。線形圧縮応力プロファイルの勾配は、−１．０３ＭＰａ／μｍであった。
【０１５２】
サンプルｍに、６９質量％のＮａＮＯ3および３１質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における６５時間に亘る４５０℃での第１のイオン交換を行った。イオン交換後、ＴＥおよびＴＭモードスペクトルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。図１７は、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、図２に示されたものと似ている単一線形部分を有している。第１のイオン交換後のサンプルｍの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、１４０ＭＰａおよび１５３μｍと決定された。線形圧縮応力プロファイルの勾配は、−０．９２ＭＰａ／μｍであった。
【０１５３】
ｖｉ）厚さ０．９ｍｍ
サンプルｉに、３８質量％のＮａＮＯ3および６２質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における約７．５時間に亘る４５０℃での第１のイオン交換を行った。イオン交換後、ＴＥおよびＴＭモードスペクトルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。
【０１５４】
次いで、サンプルｉに、２質量％のＮａＮＯ3および９８質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における１８分間に亘る３９０℃での第２のイオン交換を行った。図１１は、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。第２のイオン交換後、この圧縮応力プロファイルは、図３に概略示された応力プロファイルに似ている、第１の線形部分Ａおよび第２の線形部分Ｂを有した。第２のイオン交換後のサンプルｉの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、７４６ＭＰａおよび７３μｍと決定された。部分Ａの勾配は約−５２ＭＰａ／μｍであったのに対し、部分Ｂの勾配は約−４ＭＰａ／μｍであった。
【０１５５】
ｖｉｉ）厚さ１．０ｍｍ
サンプルｊに、３７質量％のＮａＮＯ3および６３質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における１１時間に亘る４４０℃での第１のイオン交換を行った。イオン交換後、ＴＥおよびＴＭモードスペクトルを測定し、それから圧縮応力プロファイルを決定した。図１２ａは、第１のイオン交換後の、モードスペクトルから決定されたサンプルｊの圧縮応力プロファイルを示している。この圧縮応力プロファイルは、図２に示された応力プロファイルと似ている単一線形部分を有している。第１のイオン交換後のサンプルｊの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、３５９ＭＰａおよび８２μｍと決定された。線形圧縮応力プロファイルの勾配は、−５．３ＭＰａ／μｍであった。
【０１５６】
次いで、サンプルｊに、１質量％のＮａＮＯ3および９９質量％のＫＮＯ3を含有する溶融塩浴中における１２分間に亘る３９０℃での第２のイオン交換を行った。図１２ｂは、モードスペクトルから決定された圧縮応力プロファイルを示している。第２のイオン交換後、この圧縮応力プロファイルは、ガラスの表面から８μｍでの移行領域Ｃの始まりまで延在する第１の線形区分Ａ、および約１６μｍでの移行領域Ｃの終わりから圧縮深さＤＯＣまで延在する第２の線形区分Ｂを有した。この挙動は、図３に概略示された応力プロファイルに似ている。第２のイオン交換後のサンプルｊの表面での圧縮応力ＣＳおよび圧縮深さは、それぞれ、８６０ＭＰａおよび８０μｍと決定された。部分Ｂの勾配は約−５．３ＭＰａ／μｍであったのに対し、部分Ａの勾配は−７３ＭＰａ／μｍであった。勾配Ａから勾配Ｂまでの移行領域Ｃは、約８μｍから約１６μｍの深さの範囲に亘り生じた。
【０１５７】
研磨紙上反転球（ＩＢｏＳ）試験
異なる４種類のガラスに、ここに記載された手順にしたがって研磨紙上反転球落下（ＩＢｏＳ）試験を行った。この試験は、３０グリットの研磨紙および直径１０ｍｍの、４．２ｇのステンレス鋼球を使用して行った。
【０１５８】
サンプルＡおよびＥは、先に挙げられた米国特許出願第１３／３０５２７１号明細書に記載された同じ組成のアルカリアルミノケイ酸塩ガラスである。サンプルＢおよびＦは、同じ組成の市販されているアルカリアルミノケイ酸塩ガラス（Ａｓａｈｉ  Ｇｌａｓｓ  Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されているＤｒａｇｏｎｔｒａｉｌ（登録商標）Ｇｌａｓｓ）である。サンプルＢは、イオン交換されており、２６．１μｍの層の深さおよび７９５ＭＰａの表面圧縮応力を有したのに対し、サンプルＦはイオン交換されていなかった。サンプルＣは、イオン交換されたソーダ石灰ガラス（ＳＬＧ）である。サンプルＤおよびＧは、先に挙げられた米国特許出願第１３／９０３４３３号明細書に記載された同じ組成のアルカリアルミノケイ酸塩ガラスである。サンプルＤは、イオン交換されており、４２．１μｍの層の深さおよび８７１ＭＰａの表面圧縮応力を有したのに対し、サンプルＧはイオン交換されていなかった。
【０１５９】
サンプル厚、層の深さ（ＤＯＬ）および表面圧縮応力（ＣＳ）、並びに割れが生じた推定平均落下高さが表３に列挙されており、割れが生じた個々の高さが図１８にプロットされている。
【０１６０】
【表３】
2020111504.tif 000016
【０１６１】
説明目的のために、典型的な実施の形態を述べてきたが、先の記載は、本開示の範囲または付随の特許請求の範囲に対する限定と考えるべきではない。したがって、本開示の範囲または付随の特許請求の範囲から逸脱せずに、様々な改変、適用、および代替手段が当業者に想起されるであろう。
【０１６２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１６３】
実施形態１
ガラス物品において、該ガラス物品の表面で少なくとも約１５０ＭＰａの圧縮応力ＣＳsを有する圧縮領域を備え、
ａ．前記圧縮領域が、前記表面から少なくとも約４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在し、圧縮応力プロファイルを有し、
ｂ．前記圧縮領域が、前記表面から少なくとも４５μｍの深さｄaまで延在し、勾配ｍaを有する第１の部分ａと、必要に応じて、前記表面から少なくとも約３μｍの深さｄa’まで延在する第２の部分ａ’とを有する圧縮応力プロファイルを有し、ここで、−２ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−８ＭＰａ／μｍ、および−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa’ ≧−２００ＭＰａ／μｍである、
ガラス物品。
【０１６４】
実施形態２
前記深さｄaが前記圧縮深さと等しく、前記第１の部分ａが前記表面から該深さｄaまで延在する、実施形態１に記載のガラス物品。
【０１６５】
実施形態３
−３ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−６ＭＰａ／μｍである、実施形態２に記載のガラス物品。
【０１６６】
実施形態４
前記圧縮応力プロファイルが、前記表面から深さｄa’まで延在する前記第２の部分ａ’と、前記深さｄa’から前記深さｄaまで延在する前記第１の部分ａとを有する、実施形態１から３いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１６７】
実施形態５
−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa’ ≧−１２０ＭＰａ／μｍである、実施形態４に記載のガラス物品。
【０１６８】
実施形態６
前記ガラス物品の厚さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍまでの範囲にある、実施形態１から５いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１６９】
実施形態７
前記ガラス物品がアルカリアルミノケイ酸塩ガラスから作られている、実施形態１から６いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１７０】
実施形態８
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約１０モル％までのＬｉ2Ｏをさらに含む、実施形態７に記載のガラス物品。
【０１７１】
実施形態９
前記表面での圧縮応力が少なくとも約３００ＭＰａである、実施形態１から８いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１７２】
実施形態１０
前記ガラス物品が、少なくとも１００ｃｍの高さから、直径１０ｍｍの４．２ｇのステンレス鋼球を、ガラス表面上に配置された３０グリットの研磨紙上に落下させる反転球落下試験を行ったときに少なくとも６０％の生存率を有し、該生存率が少なくとも１０個のサンプルの試験に基づくものである、実施形態１から９いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１７３】
実施形態１１
前記ガラス物品が、研磨時リング・オン・リング試験により測定して、少なくとも１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）の等二軸曲げ強度を有する、実施形態１から１０いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１７４】
実施形態１２
ガラス物品であって、厚さｔおよび該ガラス物品の表面で約７００ＭＰａから約１２００ＭＰａの範囲の圧縮応力ＣＳsを有する圧縮層を有し、
ａ．前記圧縮層は、前記表面から少なくとも約４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在しており、圧縮応力プロファイルを有し、
ｂ．前記圧縮応力プロファイルは、
ｉ．前記表面から深さｄaまで延在し、勾配ｍaを有する第１の部分ａと、
ｉｉ．深さｄbから前記圧縮深さＤＯＣまで延在し、勾配ｍbを有する第２の部分ｂと、
ｉｉｉ．前記深さｄaから前記深さｄbまで延在し、前記勾配ｍaから前記勾配ｍbまで移行する勾配を有する移行領域と、
を有し、ここで、３μｍ≦ｄa≦１２μｍ、−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−２００ＭＰａ／μｍ、および−２ＭＰａ／μｍ≧ｍb≧−８ＭＰａ／μｍである、ガラス物品。
【０１７５】
実施形態１３
−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−１２０ＭＰａ／μｍである、実施形態１２に記載のガラス物品。
【０１７６】
実施形態１４
前記ガラス物品の厚さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍまでの範囲にある、実施形態１２または１３に記載のガラス物品。
【０１７７】
実施形態１５
前記ガラス物品がアルカリアルミノケイ酸塩ガラスから作られている、実施形態１２から１４いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１７８】
実施形態１６
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約１０モル％までのＬｉ2Ｏをさらに含む、実施形態１５に記載のガラス物品。
【０１７９】
実施形態１７
前記表面での圧縮応力が少なくとも約３００ＭＰａである、実施形態１２から１６いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１８０】
実施形態１８
前記ガラス物品が、少なくとも１００ｃｍの高さから、直径１０ｍｍの４．２ｇのステンレス鋼球を、ガラス表面上に配置された３０グリットの研磨紙上に落下させる反転球落下試験を行ったときに少なくとも６０％の生存率を有し、該生存率が少なくとも１０個のサンプルの試験に基づく、実施形態１２から１７いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１８１】
実施形態１９
前記ガラス物品が、研磨時リング・オン・リング試験により測定して、少なくとも１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）の等二軸曲げ強度を有する、実施形態１２から１８いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１８２】
実施形態２０
ガラス物品であって、該ガラス物品の表面で少なくとも約１５０ＭＰａの圧縮応力ＣＳsを有する圧縮領域を有し、
ａ．前記圧縮領域は、前記表面から少なくとも約４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在しており、圧縮応力プロファイルを有し、
ｂ．前記圧縮応力プロファイルは、前記表面から深さｄaまで延在し、勾配ｍaを有する第１の線形部分ａを有し、ここで、前記深さｄaは前記圧縮深さと等しく、−２ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−８ＭＰａ／μｍである、ガラス物品。
【０１８３】
実施形態２１
−３ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−６ＭＰａ／μｍである、実施形態２０に記載のガラス物品。
【０１８４】
実施形態２２
前記ガラス物品の厚さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍまでの範囲にある、実施形態２０または２１に記載のガラス物品。
【０１８５】
実施形態２３
前記ガラス物品がアルカリアルミノケイ酸塩ガラスから作られている、実施形態２０から２２いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１８６】
実施形態２４
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約１０モル％までのＬｉ2Ｏをさらに含む、実施形態２３に記載のガラス物品。
【０１８７】
実施形態２５
前記表面での圧縮応力が少なくとも約３００ＭＰａである、実施形態２０から２４いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１８８】
実施形態２６
前記ガラス物品が、少なくとも１００ｃｍの高さから、直径１０ｍｍの４．２ｇのステンレス鋼球を、ガラス表面上に配置された３０グリットの研磨紙上に落下させる反転球落下試験を行ったときに少なくとも６０％の生存率を有し、該生存率が少なくとも１０個のサンプルの試験に基づく、実施形態２０から２５いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１８９】
実施形態２７
前記ガラス物品が、研磨時リング・オン・リング試験により測定して、少なくとも１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）の等二軸曲げ強度を有する、実施形態２０から２６いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１９０】
実施形態２８
ガラス物品であって、該ガラス物品の表面で少なくとも約１３０ＭＰａの圧縮応力ＣＳsを有する圧縮領域を有し、
ａ．前記圧縮領域は、前記表面から少なくとも約４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在しており、圧縮応力プロファイルを有し、
ｂ．前記圧縮応力プロファイルは、前記表面から深さｄaまで延在し、勾配ｍaを有する第１の線形部分ａを有し、ここで、前記深さｄaは前記圧縮深さと等しく、−０．７ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−２．０ＭＰａ／μｍである、ガラス物品。
【０１９１】
実施形態２９
前記圧縮深さＤＯＣが少なくとも約１４０μｍである、実施形態２８に記載のガラス物品。
【０１９２】
実施形態３０
前記ガラス物品の厚さｔが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍまでの範囲にある、実施形態２８または２９に記載のガラス物品。
【０１９３】
実施形態３１
前記ガラス物品がアルカリアルミノケイ酸塩ガラスから作られている、実施形態２８から３０いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１９４】
実施形態３２
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約１０モル％までのＬｉ2Ｏをさらに含む、実施形態３１に記載のガラス物品。
【０１９５】
実施形態３３
前記圧縮深さが少なくとも約７０μｍである、実施形態２８から３２いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１９６】
実施形態３４
前記ガラス物品が、少なくとも１００ｃｍの高さから、直径１０ｍｍの４．２ｇのステンレス鋼球を、ガラス表面上に配置された３０グリットの研磨紙上に落下させる反転球落下試験を行ったときに少なくとも６０％の生存率を有し、該生存率が少なくとも１０個のサンプルの試験に基づく、実施形態２８から３３いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１９７】
実施形態３５
前記ガラス物品が、研磨時リング・オン・リング試験により測定して、少なくとも１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）の等二軸曲げ強度を有する、実施形態２８から３４いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１９８】
実施形態３６
厚さｔ、中央張力ＣＴ下にある内側領域、および圧縮応力ＣＳ下にある少なくとも１つの圧縮応力層を有する強化ガラス物品であって、前記圧縮応力層は、該ガラス物品の表面から少なくとも４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在し、前記内側領域に隣接しており、前記強化ガラス物品が、反転球落下試験において約１００ｃｍの高さから該ガラス物品の表面上に配置された３０グリットの研磨紙上に直径１０ｍｍの、４．２ｇのステンレス鋼球が落とされたときに少なくとも６０％の生存率を有し、該生存率が少なくとも１０個のサンプルの試験に基づく、強化ガラス物品。
【０１９９】
実施形態３７
前記圧縮応力層が、前記ガラス物品の表面で約７００ＭＰａから約１２００ＭＰａの範囲の圧縮応力ＣＳsを有し、該圧縮応力層が、
ａ．前記表面から深さｄaまで延在し、勾配ｍaを有する第１の部分ａと、
ｂ．深さｄbから前記圧縮深さＤＯＣまで延在し、勾配ｍbを有する第２の部分ｂと、
ｃ．前記深さｄaから前記深さｄbまで延在し、前記勾配ｍaから前記勾配ｍbまで移行する勾配を有する移行領域と、
を含む圧縮応力プロファイルを有し、ここで、３μｍ≦ｄa≦１２μｍ、−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−２００ＭＰａ／μｍ、および−２ＭＰａ／μｍ≧ｍb≧−８ＭＰａ／μｍである、実施形態３６に記載の強化ガラス物品。
【０２００】
実施形態３８
−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−１２０ＭＰａ／μｍである、実施形態３７に記載の強化ガラス物品。
【０２０１】
実施形態３９
前記強化ガラス物品の厚さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍまでの範囲にある、実施形態３６から３８いずれか１つに記載の強化ガラス物品。
【０２０２】
実施形態４０
前記強化ガラス物品がアルカリアルミノケイ酸塩ガラスから作られている、実施形態３６から３９いずれか１つに記載の強化ガラス物品。
【０２０３】
実施形態４１
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約１０モル％までのＬｉ2Ｏをさらに含む、実施形態４０に記載の強化ガラス物品。
【０２０４】
実施形態４２
前記表面での圧縮応力が少なくとも約３００ＭＰａである、実施形態３６から４１いずれか１つに記載の強化ガラス物品。
【０２０５】
実施形態４３
前記強化ガラス物品が、研磨時リング・オン・リング試験により測定して、少なくとも１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）の等二軸曲げ強度を有する、実施形態３６から４２いずれか１つに記載の強化ガラス物品。
【０２０６】
実施形態４４
厚さｔ、中央張力ＣＴ下にある内側領域、および圧縮応力ＣＳ下にある少なくとも１つの圧縮応力層を有する強化ガラス物品であって、前記圧縮応力層は、該ガラス物品の表面から少なくとも４５μｍの圧縮深さＤＯＣまで延在し、前記内側領域に隣接しており、研磨時リング・オン・リング試験により測定して、少なくとも１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）の等二軸曲げ強度を有する強化ガラス物品。
【０２０７】
実施形態４５
前記圧縮応力層が、前記ガラスの表面で約７００ＭＰａから約１２００ＭＰａの範囲の圧縮応力ＣＳsを有し、該圧縮応力層が、
ａ．前記表面から深さｄaまで延在し、勾配ｍaを有する第１の部分ａと、
ｂ．深さｄbから前記圧縮深さＤＯＣまで延在し、勾配ｍbを有する第２の部分ｂと、
ｃ．前記深さｄaから前記深さｄbまで延在し、前記勾配ｍaから前記勾配ｍbまで移行する勾配を有する移行領域と、
を含む圧縮応力プロファイルを有し、ここで、３μｍ≦ｄa≦１２μｍ、−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−２００ＭＰａ／μｍ、および−２ＭＰａ／μｍ≧ｍb≧−８ＭＰａ／μｍである、実施形態４４に記載の強化ガラス物品。
【０２０８】
実施形態４６
−４０ＭＰａ／μｍ≧ｍa≧−１２０ＭＰａ／μｍである、実施形態４５に記載の強化ガラス物品。
【０２０９】
実施形態４７
前記強化ガラス物品の厚さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍまでの範囲にある、実施形態４４から４６いずれか１つに記載の強化ガラス物品。
【０２１０】
実施形態４８
前記強化ガラス物品がアルカリアルミノケイ酸塩ガラスから作られている、実施形態４４から４７いずれか１つに記載の強化ガラス物品。
【０２１１】
実施形態４９
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約１０モル％までのＬｉ2Ｏをさらに含む、実施形態４８に記載の強化ガラス物品。
【０２１２】
実施形態５０
前記表面での圧縮応力が少なくとも約３００ＭＰａである、実施形態４４から４７いずれか１つに記載の強化ガラス物品。
【０２１３】
実施形態５１
前記強化ガラス物品が、反転球落下試験において約１００ｃｍの高さから該ガラス物品の表面上に配置された３０グリットの研磨紙上に直径１０ｍｍの、４．２ｇのステンレス鋼球が落とされたときに少なくとも６０％の生存率を有し、該生存率が少なくとも１０個のサンプルの試験に基づく、実施形態４４から４７いずれか１つに記載の強化ガラス物品。
【符号の説明】
【０２１４】
１００    ガラス物品
１１０    第１の表面
１１２    第２の表面
１２０    第１の圧縮領域
１３０    中央領域
２００    装置
２１２    固体土台
２１４    研磨材を有するシート
２１５    サンプル保持器
２１６    空隙
２１８、２２０    ガラスサンプル
２３０    球
４００    研磨時リング・オン・リング構成
４１０    ガラス試料
４２０    支持リング
４３０    荷重リング
【図１】
2020111504.tif 000017
【図２】
2020111504.tif 000018
【図３】
2020111504.tif 000019
【図４ａ】
2020111504.tif 000020
【図４ｂ】
2020111504.tif 000021
【図５ａ】
2020111504.tif 000022
【図５ｂ】
2020111504.tif 000023
【図５ｃ】
2020111504.tif 000024
【図６ａ】
2020111504.tif 000025
【図６ｂ】
2020111504.tif 000026
【図７ａ】
2020111504.tif 000027
【図７ｂ】
2020111504.tif 000028
【図８ａ】
2020111504.tif 000029
【図８ｂ】
2020111504.tif 000030
【図９ａ】
2020111504.tif 000031
【図９ｂ】
2020111504.tif 000032
【図１０ａ】
2020111504.tif 000033
【図１０ｂ】
2020111504.tif 000034
【図１１】
2020111504.tif 000035
【図１２ａ】
2020111504.tif 000036
【図１２ｂ】
2020111504.tif 000037
【図１３ａ】
2020111504.tif 000038
【図１３ｂ】
2020111504.tif 000039
【図１４ａ】
2020111504.tif 000040
【図１４ｂ】
2020111504.tif 000041
【図１５ａ】
2020111504.tif 000042
【図１５ｂ】
2020111504.tif 000043
【図１５ｃ】
2020111504.tif 000044
【図１６】
2020111504.tif 000045
【図１７】
2020111504.tif 000046
【図１８】
2020111504.tif 000047
【図１９】
2020111504.tif 000048
【図２０】
2020111504.tif 000049