(57)【要約】  化学強化されたときに、割れにくく、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴ（ここでは「物理的ＣＴ」とも称される）を有する、約０．１ｍｍから０．４ｍｍ未満の範囲の厚さｔを有するガラスが開示されている。
2019503330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス物品において、該ガラス物品は、０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔ、該ガラス物品の表面から圧縮深さＤＯＣまで延在する圧縮層、および該圧縮深さから該ガラス物品の中央領域まで延在する引張領域を有し、該引張領域は、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴ下にある、ガラス物品。
【請求項２】
前記圧縮層が応力プロファイルを有し、該応力プロファイルの少なくとも一部が、線形であり、勾配ｍ１を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１ＭＰａ／μｍである、請求項１記載のガラス物品。
【請求項３】
前記応力プロファイルが、前記表面から深さＤ１まで延在する第２の領域をさらに含み、９μｍ≦Ｄ１≦１７μｍであり、該第２の領域は、該表面から約５μｍまでの深さまで延在する線形部分を有し、勾配ｍ２を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧３０ＭＰａ／μｍである、請求項２記載のガラス物品。
【請求項４】
ガラス物品において、該ガラス物品は、０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔを有し、
ａ．該ガラス物品の表面から圧縮深さＤＯＣまで延在し、応力プロファイルを有する圧縮層であって、該応力プロファイルは、
ｉ．少なくとも第１の深さＤ１から前記圧縮深さＤＯＣまで延在する第１の領域であって、該第１の領域の少なくとも一部は、線形であり、勾配ｍ１を有し、２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．２ＭＰａ／μｍ、９μｍ≦Ｄ１≦１７μｍである、第１の領域；および
ｉｉ．前記表面から前記第１の深さＤ１までの深さまで延在する第２の領域であって、該第２の領域は、該表面から約５μｍ以下の深さまで延在する線形部分を有し、勾配ｍ２を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧３０ＭＰａ／μｍである、第２の領域；
を含むものである、圧縮層、並びに
ｂ．前記圧縮深さから前記ガラス物品の中央領域まで延在する引張領域であって、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴ下にある引張領域、
を含む、ガラス物品。
【請求項５】
以下の内の少なくとも１つが当てはまる、請求項１から４いずれか１項記載のガラス物品：
０．０５ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２ｔである、
前記圧縮層が、前記表面で、２００ＭＰａ≦ＣＳ１≦９５０ＭＰａである圧縮応力ＣＳ１を有する、
前記物理的中央張力ＣＴが約２００ＭＰａ以下である、および
ＤＯＣ＞０．１５ｔ、ＣＴ（ＭＰａ）≦（８５／√ｔ（ｍｍ））である。
【請求項６】
前記ガラス物品がイオン交換されている、請求項１から５いずれか１項記載のガラス物品。
【請求項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、請求項１から６いずれか１項記載のガラス物品。
【請求項８】
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスがリチウムを含まない、請求項７記載のガラス物品。
【請求項９】
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５および０モル％から約５モル％のＢ２Ｏ３を含み、１．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３）］≦２．３、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３、Ｒ２Ｏは、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計である、請求項７または８記載のガラス物品。
【請求項１０】
以下の内の少なくとも１つが当てはまる、請求項９記載のガラス物品：
１１モル％≦Ｍ２Ｏ３≦３０モル％である、
１３モル％≦ＲｘＯ≦３０モル％であり、式中、ＲｘＯが、前記ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計である、および
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約４０モル％から約７０モル％のＳｉＯ２、約１１モル％から約２５モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％から約５モル％のＢ２Ｏ３、約４モル％から約１５モル％のＰ２Ｏ５、約１３モル％から約２５モル％のＮａ２Ｏ、および０モル％から約１モル％のＫ２Ｏを含む。
【請求項１１】
前記ガラス物品が割れにくい、請求項１から１０いずれか１項記載のガラス物品。
【請求項１２】
家庭用電化製品において、
前面、背面および側面を有する筐体、
前記筐体内に少なくとも部分的に設けられた電気部品であって、少なくとも、制御装置、メモリ、および該筐体の前面にまたはそれに隣接して設けられたディスプレイを含む電子部品、および
前記ディスプレイ上に配置された請求項１から１１いずれか１項記載のガラス物品、
を備えた家庭用電化製品。
【請求項１３】
０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔを有するガラス物品をイオン交換する方法であって、
ａ．約２５質量％から約１００質量％のＫＮＯ３および約７５質量％までのＮａＮＯ３を含む第１のイオン交換浴中において約３００℃から約５００℃の範囲の温度でガラス物品をイオン交換する工程、
ｂ．前記ガラス物品の表面から０．０５ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２ｔの圧縮深さＤＯＣまで延在する圧縮応力層を形成する工程、および
ｃ．前記ガラス物品の中央部分に、前記圧縮深さＤＯＣから該ガラス物品の中央領域まで延在する引張領域であって、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴを有する引張領域を形成する工程、
を有してなる方法。
【請求項１４】
ａ．前記第１のイオン交換浴中で前記ガラス物品をイオン交換した後、第２のイオン交換浴中で該ガラス物品をイオン交換する工程、および
ｂ．前記応力プロファイルの第２の領域であって、該第２の領域は前記表面から第１の深さＤ１まで延在し、該第２の領域は、該表面から約５μｍまでの深さまで延在する線形部分を有し、該線形部分は、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧３０ＭＰａ／μｍである、勾配ｍ２を有するものである第２の領域を形成する工程、
をさらに含む、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１６年１月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／２７８１２５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、イオン交換可能なガラスに関する。より詳しくは、本開示は、厚さが０．４ｍｍ未満のイオン交換可能なガラスに関する。さらにより詳しくは、本開示は、イオン交換されたときに割れにくいガラスに関する。
【背景技術】
【０００３】
イオン交換過程において、より大きい陽イオン（例えば、Ｋ＋）のガラス中への拡散は、古典的相補誤差関数によって導かれる。イオン交換により生じる応力プロファイルの形状および値は、以前は、物理的中央張力限界によって決定されていた。この限界は、ガラスが衝撃または攻撃を受けたときに、それより上では、割れやすさなどの望ましくない挙動が生じると予測される引張応力値または物理的中央張力値である。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、化学強化されたときに、割れにくく、割れやすさ限界を超える；すなわち、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴ（ここでは「物理的ＣＴ」とも称される）を有する、約０．１ｍｍから０．４ｍｍ未満の範囲の厚さｔを有するガラスを提供する。
【０００５】
したがって、本開示の１つの態様は、０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔ、ガラス物品の表面から圧縮深さＤＯＣまで延在する圧縮層、および圧縮深さからガラス物品の中央領域まで延在する引張領域を有するガラス物品を提供することにある。その引張領域は、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴ下にあり、そのガラスは割れにくい。
【０００６】
本開示の別の態様は、０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔ、ガラス物品の表面から圧縮深さＤＯＣまで延在する圧縮層、および圧縮深さからガラス物品の中央領域まで延在する引張領域を有するガラス物品であって、引張領域は、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴ下にある、ガラス物品を提供することにある。その圧縮層は、少なくとも第１の深さＤ１から圧縮深さＤＯＣまで延在する第１の領域であって、第１の領域の少なくとも一部は、線形であり、勾配ｍ１を有し、２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．２ＭＰａ／μｍ、９μｍ≦Ｄ１≦１７μｍである、第１の領域；および表面から第１の深さＤ１までの深さまで延在する第２の領域であって、第２の領域は、表面から約５μｍ以下までの深さまで延在する線形部分を有し、勾配ｍ２を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧３０ＭＰａ／μｍである、第２の領域を含む応力プロファイルを有し、そのガラス物品は割れにくい。
【０００７】
本開示の別の態様は、０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔを有するガラス物品をイオン交換する方法を提供することにある。この方法は、約２５質量％から約１００質量％のＫＮＯ３および約７５質量％までのＮａＮＯ３を含む第１のイオン交換浴中において約３００℃から約５００℃の範囲の温度でガラス物品をイオン交換する工程；そのガラス物品の表面から０．０５ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２ｔの圧縮深さＤＯＣまで延在する圧縮応力層を形成する工程；およびガラス物品の中央部分に、圧縮深さＤＯＣからガラス物品の中央領域まで延在する引張領域であって、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴを有する引張領域を形成する工程を有してなり、そのガラスは割れにくい。
【０００８】
本開示の態様１によれば、ガラス物品が提供される。そのガラス物品は、０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔ、ガラス物品の表面から圧縮深さＤＯＣまで延在する圧縮層、および圧縮深さからガラス物品の中央領域まで延在する引張領域を有し、その引張領域は、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴ下にある。
【０００９】
本開示の態様２によれば、０．０５ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２ｔである、態様１のガラス物品が提供される。
【００１０】
本開示の態様３によれば、圧縮層が、表面で、２００ＭＰａ≦ＣＳ１≦９５０ＭＰａである圧縮応力ＣＳ１を有する、態様１または２のガラス物品が提供される。
【００１１】
本開示の態様４によれば、ガラス物品がイオン交換されている、態様１から３いずれかのガラス物品が提供される。
【００１２】
本開示の態様５によれば、圧縮層が応力プロファイルを有し、その応力プロファイルの少なくとも一部が、線形であり、勾配ｍ１を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１ＭＰａ／μｍである、態様１から４いずれかのガラス物品が提供される。
【００１３】
本開示の態様６によれば、２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．２ＭＰａ／μｍである、態様５のガラス物品が提供される。
【００１４】
本開示の態様７によれば、１．５ＭＰａ／μｍ≦｜ｍ１｜≦１５ＭＰａ／μｍである、態様６のガラス物品が提供される。
【００１５】
本開示の態様８によれば、応力プロファイルが、表面から深さＤ１までの深さまで延在する第２の領域をさらに含み、９μｍ≦Ｄ１≦１７μｍであり、第２の領域は、表面から約５μｍまでの深さまで延在する線形部分を有し、勾配ｍ２を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧３０ＭＰａ／μｍである、態様６のガラス物品が提供される。
【００１６】
本開示の態様９によれば、１６０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧４０ＭＰａ／μｍである、態様８のガラス物品が提供される。
【００１７】
本開示の態様１０によれば、１２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧４５ＭＰａ／μｍである、態様９のガラス物品が提供される。
【００１８】
本開示の態様１１によれば、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、態様１から１０いずれかのガラス物品が提供される。
【００１９】
本開示の態様１２によれば、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約１０モル％までのＬｉ２Ｏを含む、態様１１のガラス物品が提供される。
【００２０】
本開示の態様１３によれば、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスがリチウムを含まない、態様１１のガラス物品が提供される。
【００２１】
本開示の態様１４によれば、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５および０モル％から約５モル％のＢ２Ｏ３を含み、１．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３）］≦２．３、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３、Ｒ２Ｏは、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計である、態様１１のガラス物品が提供される。
【００２２】
本開示の態様１５によれば、１１モル％≦Ｍ２Ｏ３≦３０モル％である、態様１４のガラス物品が提供される。
【００２３】
本開示の態様１６によれば、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約４０モル％から約７０モル％のＳｉＯ２、約１１モル％から約２５モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％から約５モル％のＢ２Ｏ３、約４モル％から約１５モル％のＰ２Ｏ５、約１３モル％から約２５モル％のＮａ２Ｏ、および０モル％から約１モル％のＫ２Ｏを含む、態様１４のガラス物品が提供される。
【００２４】
本開示の態様１７によれば、ＲｘＯが、ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計であり、１３モル％≦ＲｘＯ≦３０モル％である、態様１４のガラス物品が提供される。
【００２５】
本開示の態様１８によれば、物理的中央張力ＣＴが約２００ＭＰａ以下である、態様１から１６いずれかのガラス物品が提供される。
【００２６】
本開示の態様１９によれば、中央張力ＣＴが約１３５ＭＰａ以下である、態様１８のガラス物品が提供される。
【００２７】
本開示の態様２０によれば、中央張力ＣＴが約９８ＭＰａ以下である、態様１９のガラス物品が提供される。
【００２８】
本開示の態様２１によれば、ＤＯＣ＞０．１５ｔ、ＣＴ（ＭＰａ）≦（８５／√ｔ（ｍｍ））である、態様１から２０いずれかのガラス物品が提供される。
【００２９】
本開示の態様２２によれば、０．１８ｔ＜ＤＯＣ＜０．２２ｔ、ＣＴ（ＭＰａ）≦（７９／√ｔ（ｍｍ））である、態様２１のガラス物品が提供される。
【００３０】
本開示の態様２３によれば、０．１６ｔ＜ＤＯＣ＜０．１９ｔ、ＣＴ（ＭＰａ）≦（７３／√ｔ（ｍｍ））である、態様２２のガラス物品が提供される。
【００３１】
本開示の態様２４によれば、ガラス物品が割れにくい、態様１から２３いずれかのガラス物品が提供される。
【００３２】
本開示の態様２５によれば、家庭用電化製品が提供される。その家庭用電化製品は、前面、背面および側面を有する筐体；その筐体内に少なくとも部分的に設けられた電気部品であって、少なくとも、制御装置、メモリ、およびその筐体の前面にまたはそれに隣接して設けられたディスプレイを含む電子部品；およびそのディスプレイ上に配置された態様１から２４いずれかのガラス物品を備えている。
【００３３】
本開示の態様２６によれば、ガラス物品が提供される。そのガラス物品は、０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔを有し、ガラス物品の表面から圧縮深さＤＯＣまで延在し、応力プロファイルを有する圧縮層を含む。その応力プロファイルは、少なくとも第１の深さＤ１から圧縮深さＤＯＣまで延在する第１の領域であって、第１の領域の少なくとも一部は、線形であり、勾配ｍ１を有し、２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．２ＭＰａ／μｍ、９μｍ≦Ｄ１≦１７μｍである、第１の領域；および表面から第１の深さＤ１までの深さまで延在する第２の領域であって、第２の領域は、表面から約５μｍ以下までの深さまで延在する線形部分を有し、勾配ｍ２を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧３０ＭＰａ／μｍである、第２の領域；並びにその圧縮深さからガラス物品の中央領域まで延在する引張領域であって、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴ下にある引張領域を含む。
【００３４】
本開示の態様２７によれば、０．０８ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２ｔである、態様２６のガラス物品が提供される。
【００３５】
本開示の態様２８によれば、０．１ｔ≦ＤＯＣ≦０．２０ｔである、態様２７のガラス物品が提供される。
【００３６】
本開示の態様２９によれば、圧縮層が、表面で、２００ＭＰａ≦ＣＳ≦９５０ＭＰａである圧縮応力ＣＳを有する、態様２６から２８いずれかのガラス物品が提供される。
【００３７】
本開示の態様３０によれば、ガラス物品がイオン交換されている、態様２６から２９いずれかのガラス物品が提供される。
【００３８】
本開示の態様３１によれば、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、態様２６から３０いずれかのガラス物品が提供される。
【００３９】
本開示の態様３２によれば、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが約１０モル％までのＬｉ２Ｏを含む、態様３１のガラス物品が提供される。
【００４０】
本開示の態様３３によれば、ガラスがリチウムを含まない、態様３１のガラス物品が提供される。
【００４１】
本開示の態様３４によれば、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５および０モル％から約５モル％のＢ２Ｏ３を含み、１．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３）］≦２．３、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３、Ｒ２Ｏは、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計である、態様３１のガラス物品が提供される。
【００４２】
本開示の態様３５によれば、ガラスが、約４０モル％から約７０モル％のＳｉＯ２、約１１モル％から約２５モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％から約５モル％のＢ２Ｏ３、約４モル％から約１５モル％のＰ２Ｏ５、約１３モル％から約２５モル％のＮａ２Ｏ、および０モル％から約１モル％のＫ２Ｏを含む、態様３１のガラス物品が提供される。
【００４３】
本開示の態様３６によれば、１１モル％≦Ｍ２Ｏ３≦３０モル％である、態様３１のガラス物品が提供される。
【００４４】
本開示の態様３７によれば、ＲｘＯが、ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計であり、１３モル％≦ＲｘＯ≦３０モル％である、態様３１のガラス物品が提供される。
【００４５】
本開示の態様３８によれば、中央張力ＣＴが約２００ＭＰａ以下である、態様２６から３７いずれかのガラス物品が提供される。
【００４６】
本開示の態様３９によれば、中央張力ＣＴが約１３５ＭＰａ以下である、態様２６から３８いずれかのガラス物品が提供される。
【００４７】
本開示の態様４０によれば、中央張力ＣＴが約９８ＭＰａ以下である、態様２６から３９いずれかのガラス物品が提供される。
【００４８】
本開示の態様４１によれば、ＤＯＣ＞０．１５ｔ、ＣＴ（ＭＰａ）≦（８５／√ｔ（ｍｍ））である、態様２６から４０いずれかのガラス物品が提供される。
【００４９】
本開示の態様４２によれば、０．１８ｔ＜ＤＯＣ＜０．２２ｔ、ＣＴ（ＭＰａ）≦（７９／√ｔ（ｍｍ））である、態様４１のガラス物品が提供される。
【００５０】
本開示の態様４３によれば、０．１６ｔ＜ＤＯＣ＜０．１９ｔ、ＣＴ（ＭＰａ）≦（７３／√ｔ（ｍｍ））である、態様４２のガラス物品が提供される。
【００５１】
本開示の態様４４によれば、ガラス物品が割れにくい、態様２６から４３いずれかのガラス物品が提供される。
【００５２】
本開示の態様４５によれば、家庭用電化製品が提供される。その家庭用電化製品は、前面、背面および側面を有する筐体；その筐体内に少なくとも部分的に設けられた電気部品であって、少なくとも、制御装置、メモリ、およびその筐体の前面にまたはそれに隣接して設けられたディスプレイを含む電子部品；およびそのディスプレイ上に配置された態様２６から４４いずれかのガラス物品を備えている。
【００５３】
本開示の態様４６によれば、０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔを有するガラス物品をイオン交換する方法が提供される。この方法は、約２５質量％から約１００質量％のＫＮＯ３および約７５質量％までのＮａＮＯ３を含む第１のイオン交換浴中において約３００℃から約５００℃の範囲の温度でガラス物品をイオン交換する工程；そのガラス物品の表面から０．０５ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２ｔの圧縮深さＤＯＣまで延在する圧縮応力層を形成する工程；およびガラス物品の中央部分に、圧縮深さＤＯＣからガラス物品の中央領域まで延在する引張領域であって、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴを有する引張領域を形成する工程を有してなる。
【００５４】
本開示の態様４７によれば、圧縮応力層を形成する工程が応力プロファイルを形成する工程を含み、その応力プロファイルの少なくとも一部が、線形であり、勾配ｍ１を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１ＭＰａ／μｍである、態様４６の方法が提供される。
【００５５】
本開示の態様４８によれば、２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．２ＭＰａ／μｍである、態様４６の方法が提供される。
【００５６】
本開示の態様４９によれば、１５ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．５ＭＰａ／μｍである、態様４６の方法が提供される。
【００５７】
本開示の態様５０によれば、第１のイオン交換浴中でガラス物品をイオン交換した後、第２のイオン交換浴中でガラス物品をイオン交換する工程；および応力プロファイルの第２の領域であって、その第２の領域は表面から第１の深さＤ１まで延在し、その第２の領域は、表面から約５μｍまでの深さまで延在する線形部分を有し、線形部分は、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧３０ＭＰａ／μｍである、勾配ｍ２を有するものである第２の領域を形成する工程をさらに含む、態様４６から４９いずれかの方法が提供される。
【００５８】
本開示の態様５１によれば、０．０８ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２ｔである、態様５０の方法が提供される。
【００５９】
本開示の態様５２によれば、０．１ｔ≦ＤＯＣ≦０．２０ｔである、態様５１の方法が提供される。
【００６０】
本開示の態様５３によれば、圧縮応力層が、表面で、５００ＭＰａ≦ＣＳ≦９５０ＭＰａである圧縮応力ＣＳを有する、態様４６から５２いずれかの方法が提供される。
【００６１】
本開示の態様５４によれば、ガラス物品が割れにくい、態様４６から５３いずれかの方法が提供される。
【００６２】
これらと他の態様、利点、および顕著な特性が、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】
【００６３】
【図１】イオン交換されたガラス物品の断面図
【図２】単一イオン交換過程に得られた圧縮応力プロファイルのグラフ
【図３】二重イオン交換過程に得られた圧縮応力プロファイルのグラフ
【図４】単一イオン交換過程に関する試料の厚さの関数としての物理的中央張力をプロットしたグラフ
【図５】二重イオン交換過程により２００μｍのガラス試料に生じた応力プロファイルをプロットしたグラフ
【図６】図５に示された応力プロファイルの詳細なグラフ
【図７】単一イオン交換プロセスに関するガラス厚の関数としての物理的中央張力（ＣＴ）限界およびイオン交換浴のＮａＮＯ３汚染(poisoning)の最小レベルをプロットしたグラフ
【図８】二重イオン交換プロセスに関するガラス厚の関数としての物理的中央張力（ＣＴ）限界およびイオン交換浴のＮａＮＯ３汚染の最小レベルをプロットしたグラフ
【図９】割れやすさ(frangibility)試験後の割れにくい試料の説明図
【図１０】割れやすさ試験後の割れやすい試料の説明図
【図１１Ａ】ここに開示された強化された物品のいずれかを備えた例示の電子機器の平面図
【図１１Ｂ】図１１Ａの例示の電子機器の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下の記載において、図面に示されたいくつかの図に亘り、同様の参照文字は、同様のまたは対応する部品を示す。「上部」、「下部」、「外方」、「内方」などの用語は、特に明記のない限り、便宜上の単語であり、制限用語と解釈すべきではない。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、または互い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、いくつから実質的になっても、またはいくつからなってもよいことが理解されよう。同様に、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、または互い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よう。特に明記のない限り、値の範囲は、列挙された場合、その範囲の上限と下限の両方、並びにそれらの間のいずれの範囲も含む。ここに用いたように、名詞は、特に明記のない限り、「少なくとも１つ」または「１つ以上」の対象を指す。明細書および図面に開示された様々な特徴は、いずれの組合せおよび全ての組合せで使用できることも理解されよう。
【００６５】
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、本開示または付随の特許請求の範囲をそれに制限する意図は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、尺度および図式が誇張されて示されていることがある。
【００６６】
ここに用いたように、「ガラス物品」という用語は、全体がまたは部分的にガラスから製造されたどの物品も含むように最も広い意味で使用される。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、全てのイオン交換浴の組成は、質量パーセント（質量％）で表される。
【００６７】
「実質的に」および「約」という用語は、任意の定量的比較、値、測定、または他の表現に帰することがある不確定性の固有の程度を表すためにここに使用してよいことに留意のこと。これらの用語も、定量的表現が、問題となっている主題の基本機能を変化させずに、規定の基準から変動してもよい程度を表すためにここに使用される。それゆえ、例えば、「Ｌｉ２Ｏを実質的に含まない」ガラスは、Ｌｉ２Ｏが、ガラスに積極的に加えられていないまたはバッチ配合されていないが、汚染物質として非常に少量、すなわち、０．１モル％未満で存在するかもしれないものである。「Ｌｉ２Ｏを含まない」とは、ガラスが０モル％のＬｉ２Ｏを含有することを意味する。
【００６８】
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応力計測器などの市販の装置を使用して表面応力計測器（ＦＳＭ）測定によって決定されるような圧縮層の深さを称する。
【００６９】
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わる深さを称する。ＤＯＣでは、応力は、正の（圧縮）応力から負の（引張）応力へと交差し、それゆえ、ゼロの値を有する。圧縮深さＤＯＣおよび応力プロファイルは、２０１２年５月３日にRostislav V. Roussey等により出願され、「Systems And Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass（以後、「Ｒｏｕｓｓｅｖ  Ｉ」と称する）」と題し、２０１１年５月２５日に出願され、同じ題名を有する米国仮特許出願第６１／４８９８００号に優先権を主張する、米国特許第９１４０５４３号に記載された、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って、ＴＭおよびＴＥ偏波の結合光学モードのスペクトルから決定される。上記特許出願の内容がここに全て引用される。以下に限られないが、屈折近視野（ＲＮＦ）法、偏光法（例えば、散乱直線偏光分析法（ＳＣＡＬＰ））、並びにエッチングおよび研磨技法を含む当該技術分野で公知の他の方法を使用して、強化されたガラス物品のＤＯＣおよび応力プロファイルを決定してもよい。
【００７０】
ここに用いたように、「物理的中央張力」および「物理的ＣＴ」という用語は、ガラス物品の中心または中点（すなわち、ｔがガラス物品の厚さである場合のｔ／２）での引張応力を称する。
【００７１】
ここに記載されたように、特に明記のない限り、圧縮応力（ＣＳ）および中央張力または物理的中央張力（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、ミリメートルで表され、１ｍｍ＝１，０００μｍである。
【００７２】
当該技術分野に通常用いられる科学的慣例によれば、圧縮は、負（＜０）の応力として表され、引張は、正（＞０）の応力として表される。しかしながら、本件の記載に亘り、ここに記載された圧縮応力プロファイルをよりよく視覚化するために、圧縮応力ＣＳは、正の値または絶対値として表され−すなわち、ここに挙げられるように、ＣＳ＝｜ＣＳ｜、中央張力または引張応力は、負の値として表される。
【００７３】
ここに用いたように、「勾配（ｍ）」は、直線を厳密に近似する応力プロファイルのセグメントまたは部分の勾配を称する。主勾配は、直線セグメントとしてうまく近似された領域に関する平均勾配として定義される。これらは、応力プロファイルの二次導関数の絶対値が、その領域の深さのほぼ半分での一次導関数の絶対値の比より小さい領域である。例えば、強化された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セグメントに関して、実質的に直線のセグメントは、各点にして、そ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った応力プロファイルの局所勾配の絶対値より小さい部分である。同様に、ガラス内のより深いプロファイルのセグメントに関して、そのセグメントの直線部分は、その応力プロファイルの局所二次導関数が、ＤＯＣの半分で割っ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。
【００７４】
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、その勾配が、深さと共に比較的緩慢に変化し、したがって、適度に明確であり、落下性能に有益であると考えられる応力プロファイルにとって重要である勾配の領域を規定するために使用できることを補償する。
【００７５】
深さ「ｘ」の関数としての応力プロファイルを関数
【００７６】
【数１】
2019503330.tif 000003
【００７７】
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
【００７８】
【数２】
2019503330.tif 000004
【００７９】
とすると、二次導関数は、
【００８０】
【数３】
2019503330.tif 000005
【００８１】
となる。
【００８２】
浅いセグメントがほぼ深さｄｓまで延在する場合、主勾配を規定する目的のために、そのプロファイルの直線部分は、
【００８３】
【数４】
2019503330.tif 000006
【００８４】
である領域である。
【００８５】
深いセグメントが、より大きい深さＤＯＣまで、またはより大きい深さｄｄまで、または慣用名で深さＤＯＬまで延在する場合、ひいては、そのプロファイルの直線部分は、
【００８６】
【数５】
2019503330.tif 000007
【００８７】
である領域である。
【００８８】
後者の式は、化学強化のためにガラスにおいて交換されているイオン以外に１つのアルカリイオンしか含有しない塩中の単一イオン交換により得られる１−セグメント応力プロファイルにも有効である。
【００８９】
好ましくは、その直線セグメントは、ｄが、浅いかまたは深い、その領域に関する関連深さを表す、
【００９０】
【数６】
2019503330.tif 000008
【００９１】
である領域として選択される。
【００９２】
ここに記載された圧縮応力プロファイルの直線セグメントの勾配ｍは、勾配
2019503330.tif 000009
【００９３】
の絶対値として与えられ−すなわち、ここに挙げられるような、ｍは、
2019503330.tif 000010
【００９４】
と等しい。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絶対値を表す。
【００９５】
圧縮応力ＣＳおよび層の深さＤＯＬは、化学強化の品質管理ができるように使用されてきた応力プロファイルパラメータである。圧縮応力ＣＳは、表面圧縮の推定値を与え、これは、特にガラスに深い機械的な傷がない場合、ガラス物品の破損を生じるのに必要な応力の量とよく相関する。層の深さＤＯＬは、より大きい（強化）陽イオン（例えば、Ｎａ＋のＫ＋による交換中のＫ＋）の貫通の深さの近似指標として使用され、より大きいＤＯＬ値がより大きい深さの圧縮層とよく相関し、より深い傷を阻むことによってガラスを保護し、傷により、比較的小さい外部印加応力の条件下で破損が生じるのを防ぐ。
【００９６】
ガラス物品の軽微から中程度の曲げでさえも、曲げモーメントにより、表面からの深さに概して線形であり、曲げの外側に最大引張応力を、曲げの内側に最大圧縮応力を、通常は内部にある、いわゆる中立面でゼロ応力を有する応力分布が生じる。強化(tempered)ガラス部品について、この曲げ誘起定勾配応力分布が強化(tempering)応力プロファイルに加わって、外部（曲げ）応力の存在下での正味の応力プロファイルがもたらされる。
【００９７】
ガラス物品内に曲げ誘起応力が存在する正味の応力プロファイルは、概して、そのような曲げのない応力プロファイルとは異なる圧縮深さＤＯＣを有する。特に、圧縮深さＤＯＣは、曲げ中にガラス物品の外側で減少している。応力プロファイルが、ＤＯＣの近傍のそれより小さい深さで比較的小さい応力勾配を有する場合、ＤＯＣは、曲げの存在下で実質的に減少し得る。正味の応力プロファイルにおいて、中程度に深い傷の先端は引張に曝され得、一方で、同じ傷の先端は、曲げのない応力プロファイルの圧縮領域において通常は阻まれるであろう。それゆえ、これらの中程度に深い傷は、成長し、曲げ中に割れ得る。
【００９８】
ここに用いたように、「誤差関数」または「Ｅｒｆ」という用語は、０とｘ／σ√２の間の正規化ガウス関数の積分の２倍の関数を称し、「相補誤差関数」または「Ｅｒｆｃ」という用語は、１から誤差関数を引いたものに等しい、すなわち、Ｅｒｆｃ＝１−Ｅｒｆ（ｘ）である。
【００９９】
割れやすい挙動は、ガラス物品が衝撃または攻撃に曝されたときの特定の破壊挙動を称する。ここに用いたように、ガラスは、割れやすさ試験の結果として試験区域において以下の内の少なくとも一方を示す場合に、割れにくいと考えられる：（１）少なくとも１ｍｍの最大寸法を有する４つ以下の破片、および／または（２）分岐点の数が、亀裂分岐の数以下である。破片、分岐点、および亀裂分岐は、衝撃点を中心とする任意の２インチ×２インチ（５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ）の正方形に基づいて計数される。それゆえ、ガラスは、下記に記載される手順にしたがって、破損が生じる衝撃点を中心とする任意の２インチ×２インチ（５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ）の正方形に関して、試験（１）および（２）の一方または両方を満たす場合に、割れにくいと考えられる。割れやすさ試験において、衝撃プローブがガラスと接触させられ、衝撃プローブがガラス中に延在する深さは、連続した接触の反復で増大する。衝撃プローブの深さの段階的な増加は、ガラスの割れやすい挙動の正確な決定を妨げるであろう過剰な外力の印加を防ぎつつ、衝撃プローブにより生じる傷が、引張領域に到達することができる。１つの実施の形態において、ガラス中の衝撃プローブの深さは、各反復の間に衝撃プローブがガラスとの接触からはずされ、反復毎に約５μｍ増加するであろう。試験区域は、衝撃点を中心とする任意の２インチ×２インチ（５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ）の正方形である。図９は、割れにくさの試験の結果を示している。図９に示されるように、試験区域は、衝撃点１３０を中心とする正方形であり、正方形の一辺ａの長さは２インチ（５．０８ｃｍ）である。図９に示された割れにくい試料は、３つの破片１４２、２つの亀裂分岐１４０、および１つの分岐点１５０を含む。それゆえ、図９に示された割れにくい試料は、少なくとも１ｍｍの最大寸法を有する破片を４未満含み、分岐点の数は、亀裂分岐の数以下である。ここに用いたように、亀裂分岐は衝撃点から出ており、破片は、破片のいずれかの部分が試験区域中に延在する場合、試験区域内にあると考えられる。コーティング、接着層などを、ここに記載された強化されたガラス物品と共に使用してよいが、ガラス物品の割れやすさまたは割れやすい挙動を決定する際に、そのような外部的制約は使用されない。いくつかの実施の形態において、ガラス物品の破壊挙動に影響しない膜を、割れやすさ試験の前にガラス物品に施して、ガラス物品からの破片の放出を防ぎ、試験を実施する人の安全性を増してもよい。
【０１００】
割れやすい試料が図１０に示されている。この割れやすい試料は、少なくとも１ｍｍの最大寸法を有する破片１４２を５つ含む。図１０に示された試料は、２つの亀裂分岐１４０および３つの分岐点１５０を含み、亀裂分岐より多い分岐点を生じている。それゆえ、図１０に示された試料は、４つ以下の破片も、亀裂分岐の数以下の分岐点の数のいずれも示さない。
【０１０１】
ここに記載された割れやすさ試験において、衝撃は、強化された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な力で、ガラス物品の表面に送達される。すなわち、点衝撃力は、強化された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）を通って中央張力ＣＴ下にある領域中に延在させるのに十分である。
【０１０２】
したがって、ここに記載された化学強化ガラスは「割れにくい」−すなわち、それらは、鋭い物体による衝撃に曝されたときに、上述したような割れやすい挙動を示さない。
【０１０３】
０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍ（１００μｍ≦ｔ＜４００μｍ）、０．１ｍｍ≦ｔ≦０．３８ｍｍ（１００μｍ≦ｔ≦３８０μｍ）、０．１ｍｍ≦ｔ≦０．３５ｍｍ（１００μｍ≦ｔ≦３５０μｍ）、およびその中に含まれる任意の部分的範囲などのように、０．１ｍｍ≦ｔ≦０．４ｍｍ（１００μｍ≦ｔ≦４００μｍ）の厚さｔを有するガラスがここに開示されている。そのガラスは、化学強化されており、ガラス物品の表面から圧縮深さＤＯＣ（ここでは、「ＤＯＣ」とも称される）まで延在する圧縮層、および圧縮深さからガラス物品の中央領域まで延在する引張領域を有する。その引張領域は、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴ下にある。そのガラスは、鋭い破損誘発衝撃に曝されたときに、壊れやすさなどの望ましくない挙動を示さない；すなわち、そのガラスは割れにくい。
【０１０４】
イオン交換されたガラス物品の断面図が、図１に示されている。ガラス物品１００は、厚さｔ、第一面１１０、および第二面１１２を有する。ガラス物品１００は、いくつかの実施の形態において、約１ｍｍまでの厚さｔ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態などの他の形態を有してもよい。ガラス物品１００は、第一面１１０からガラス物品１００の内部への圧縮深さ（ＤＯＣ）ｄ１まで延在する第１の圧縮層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、第二面１１２から第２の圧縮深さｄ２まで延在する第２の圧縮層１２２も有する。第１と第２の圧縮層１２０、１２２の各々は、圧縮応力ＣＳ下にある。いくつかの実施の形態において、第１と第２の圧縮層１２０、１２２の各々は、それぞれ、第一面１１０と第二面１１２で最大の圧縮応力を有する。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、引張応力または物理的中央張力（ＣＴ）下にあり、これが、層１２０および１２２の圧縮応力を打ち消すまたは相殺する。第１と第２の圧縮層１２０、１２２の圧縮深さｄ１、ｄ２は、ガラス物品１００の第一面と第二面１１０、１１２に対する鋭い障礙かにより生じる傷の伝播からガラス物品１００を保護し、一方で、圧縮応力が、第１と第２の圧縮層１２０、１２２の深さｄ１、ｄ２を貫通する傷の可能性を最小にする。
【０１０５】
いくつかの実施の形態において、圧縮深さ「ＤＯＣ」は、少なくとも０．１ｔ、少なくとも０．１５ｔ、およびそれに入る任意の部分的な範囲などのように、０．０５ｔより大きい。圧縮深さＤＯＣは、いくつかの実施の形態において、約０．２２ｔの最大値を有する（すなわち、ＤＯＣ≦０．２２ｔ）。
【０１０６】
前記ガラスは、いくつかの実施の形態において、イオン交換されており、ガラスの表面で約２００ＭＰａから約９５０ＭＰａの範囲の最大圧縮応力「ＣＳ１」を有する。いくつかの実施の形態において、強化ガラスの圧縮層は圧縮応力プロファイルを有する−すなわち、圧縮応力は、ガラスの表面下の深さの関数として変化する。圧縮応力プロファイルの少なくとも一部は、線形であり、その線形部分は勾配「ｍ１」を有し、ここで、−２００ＭＰａ／μｍ≦ｍ１≦−１ＭＰａ／μｍ、または勾配の絶対値「｜ｍ１｜」で表した場合、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１ＭＰａ／μｍである。いくつかの実施の形態において、−２０ＭＰａ／μｍ≦ｍ１≦−１．２ＭＰａ／μｍ、または２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．２ＭＰａ／μｍ；−１５ＭＰａ／μｍ≦ｍ１≦−１．５ＭＰａ／μｍ、または１５ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．５ＭＰａ／μｍ；およびそれに含まれる任意の部分的な範囲などのように、−２０ＭＰａ／μｍ≦ｍ１≦−１．２ＭＰａ／μｍ、または２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．２ＭＰａ／μｍである。
【０１０７】
応力プロファイルは、いくつかの実施の形態において、表面から深さ「Ｄ１」まで延在する第２の領域をさらに含む。Ｄ１は、少なくとも約５μｍから約１７μｍまでの範囲にある。いくつかの実施の形態において、Ｄ１は、少なくとも約９μｍなどのように少なくとも約７μｍである。いくつかの実施の形態において、Ｄ１は、約１３μｍ以下などのように、約１５μｍ以下である。その第２の領域は、表面から約５μｍまでの深さまで延在する線形部分を含む。その線形部分は勾配「ｍ２」を有し、−２００ＭＰａ／μｍ≦ｍ２≦−３０ＭＰａ／μｍ、または勾配の絶対値「｜ｍ２｜」で表した場合、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧３０ＭＰａ／μｍである。いくつかの実施の形態において、−１２０ＭＰａ／μｍ≦ｍ２≦−４５ＭＰａ／μｍ、または１２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧４５ＭＰａ／μｍ；およびそれに含まれる任意の部分的な範囲などのように、−１６０ＭＰａ／μｍ≦ｍ２≦−４０ＭＰａ／μｍ、または１６０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧４０ＭＰａ／μｍである。
【０１０８】
いくつかの実施の形態において、そのガラスは、ガラスが、約２５質量％から約１００質量％の硝酸カリウム（ＫＮＯ３）および０質量％から約７５質量％の硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）を含むイオン交換浴中に浸漬される、一段階イオン交換（ＳＩＯＸ）プロセスにより強化される。そのイオン交換は、約３００℃から約５００℃の範囲の温度で行われる。浴の性能を改善するために、ケイ酸などの追加の物質をイオン交換浴に加えてもよい。
【０１０９】
いくつかの実施の形態において、ＳＩＯＸプロセスにより得られる圧縮応力プロファイルは、ガラス内の深さの関数としての圧縮応力（ＣＳ）のプロットである、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、実質的に線形挙動を示し、「ＣＳｓ」で垂直なｙ軸と交差する、ＭＰａ／μｍで表される勾配「ｍａ」を有する直線の圧縮応力プロファイル「ａ」がもたらされる。ＣＳプロファイルａは、圧縮深さＤＯＣである点「ｄａ」でｘ軸と交差する。この点で、全応力はゼロである。ＤＯＣより下では、ガラス物品は張力下にあり、ガラス物品を通ってほぼ中程まで（すなわち、約ｔ／２）中央の物理的中央張力に到達する。
【０１１０】
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、ＳＩＯＸ工程後に、特定の範囲内にある勾配ｍａを有する。勾配ｍａは、いくつかの実施の形態において、表面での圧縮応力ＣＳの圧縮深さＤＯＣに対する比（すなわち、ＣＳ／ＤＯＣ）として解釈される。図２において、例えば、線ａの勾配ｍａは、上限境界δ２と下限境界δ１の間にある。ここに記載されるように、勾配ｍａ、上限境界δ２、および下限境界δ１は、絶対値で表される；それゆえ、δ２≧ｍａ≧δ１は、｜δ２｜≧｜ｍａ｜≧｜δ１｜と同等である。いくつかの実施の形態において、一段階イオン交換により、１ＭＰａ／μｍから約２００ＭＰａ／μｍの範囲（２ＭＰ／μｍ≦｜ｍａ｜≦８ＭＰａ／μｍ、３ＭＰ／μｍ≦｜ｍａ｜≦６ＭＰａ／μｍ、２ＭＰ／μｍ≦｜ｍａ｜≦４．５ＭＰａ／μｍ、およびそれに含まれる任意の部分的な範囲などのような、１ＭＰ／μｍ≦｜ｍａ｜≦２００ＭＰａ／μｍ）の絶対値｜ｍａ｜を有する勾配ｍａを有する圧縮応力プロファイルが生じる。あるいは、勾配ｍａは、表面応力計測器測定により決定され、表面での圧縮応力ＣＳｓのＤＯＬに対する比（すなわち、ＣＳｓ／ＤＯＬ）として計算される、層の深さ（ＤＯＬ）に関して表されてもよい。ＤＯＬに関して表される場合、勾配ｍａの絶対値｜ｍａ｜は、約０．６ＭＰａ／μｍから約１５ＭＰａ／μｍ、約０．８ＭＰａ／μｍから約１０ＭＰａ／μｍ、約１．５ＭＰａ／μｍから約１０ＭＰａ／μｍ、およびそれに含まれる任意の部分的な範囲などのように約０．６ＭＰａ／μｍから約２００ＭＰａ／μｍの範囲にある。
【０１１１】
いくつかの実施の形態において、前記ガラスは、二段階イオン交換（ＤＩＯＸ）プロセスにより強化される。ここでは、ガラスに、最初に、ＳＩＯＸプロセスが施されて、深い圧縮深さＤＯＣまたは層の深さＤＯＬを得る。次に、そのガラスに、少なくとも９５質量％のＫＮＯ３、いくつかの実施の形態において、少なくとも９７質量％のＫＮＯ３、さらに他の実施の形態において、１００質量％のＫＮＯ３を含む浴中での第２のイオン交換が施される。第２のイオン交換工程は、典型的に、約５分から約３０分に及ぶ時間に亘り、約３７０℃から約４１０℃に及ぶ温度で行われる。特別な実施の形態において、第２のイオン交換は、約１２分間に亘り約３９０℃で行われる。ＤＩＯＸプロセス後の圧縮深さＤＯＣは、約０．１ｔから約０．２０ｔ、およびそれに含まれる任意の部分的な範囲などのような、約０．０５ｔから約０．２２ｔの範囲にある。
【０１１２】
ＤＩＯＸプロセスから得られた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関数の組合せである。図３から分かるように、その圧縮応力プロファイルは、第１のセグメントまたは部分「ａ’」および第２のセグメントまたは部分「ｂ」を有する。第１の部分ａ’の少なくとも一部は、ガラス物品の強化表面から深さ「ｄａ’」まで実質的に線形挙動を示す。部分ａ’は、勾配「ｍａ’」およびガラスの表面での圧縮応力であるｙ切片の「ＣＳｓ」を有する。いくつかの実施の形態において、深さｄａ’は、約１０μｍから約１３μｍの範囲にある。その圧縮応力プロファイルの第２の部分ｂは、第１のイオン交換工程、すなわちＳＩＯＸ工程の結果であり、ほぼ深さｄａ’から圧縮深さＤＯＣまで延在し、勾配「ｍｂ」を有する。第２のイオン交換実験後、ｍｂの絶対値「｜ｍｂ｜」で表される、プロファイルのＳＩＯＸ部分の勾配ｍｂは、約１．２ＭＰａ／μｍから約２０ＭＰａ／μｍ、約１．５ＭＰａ／μｍから約１５ＭＰａ／μｍ、およびそれに含まれる任意の部分的な範囲などのように、約１ＭＰａ／μｍから約３０ＭＰａ／μｍの範囲にある。ｍａ’の絶対値（すなわち、｜ｍａ’｜）で表される、プロファイルのＤＩＯＸ部分の勾配ｍａ’は、約４０ＭＰａ／μｍから約１６０ＭＰａ／μｍ、約４５ＭＰａ／μｍから約１２０ＭＰａ／μｍ、およびそれに含まれる任意の部分的な範囲などのように、約３０ＭＰａ／μｍから約２００ＭＰａ／μｍの範囲にある。あるいは、応力プロファイルのＤＩＯＸ部分の勾配ｍａ’は、表面応力計測器測定により決定され、表面での圧縮応力ＣＳｓの層の深さＤＯＬに対する比（すなわち、ＣＳｓ／ＤＯＬ）として計算される、層の深さ（ＤＯＬ）に関して表されてもよい。ＤＯＬに関して表される、応力プロファイルのＤＩＯＸ部分の勾配ｍａ’は、約４０ＭＰａ／μｍから約１６０ＭＰａ／μｍ、約４５ＭＰａ／μｍから約１２０ＭＰａ／μｍ、およびそれに含まれる任意の部分的な範囲などのように約４０ＭＰａ／μｍから約２００ＭＰａ／μｍの範囲にある。
【０１１３】
深さｄａ’での圧縮応力「ＣＳ（ｄａ’）」は、式
【０１１４】
【数７】
2019503330.tif 000011
【０１１５】
により与えられる。
【０１１６】
非限定的例において、物理的中央張力「ＣＴ」は、厚さ「ｔ」が約１００μｍであるときに、約２００ＭＰａであり、物理的ＣＴは、厚さが２００μｍであるときに、約１３５ＭＰａであり、物理的ＣＴは、厚さが３００μｍであるときに、約９６．７ＭＰａである。
【０１１７】
いくつかの実施の形態において、ＤＯＣは、０．０５ｔから約０．２２ｔの範囲にあり（０．０５・ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２・ｔ）、ｔはガラスの厚さである。
【０１１８】
前記圧縮層は、約５００ＭＰａから約９５０ＭＰａ（５００ＭＰａ≦ＣＳｓ≦９５０ＭＰａ）、およびそれに含まれる任意の部分的な範囲などのように、ガラスの表面で約２００ＭＰａから約９５０ＭＰａ（２００ＭＰａ≦ＣＳｓ≦９５０ＭＰａ）の範囲にある最大圧縮応力ＣＳｓを有する。
【０１１９】
ここに記載されたガラスは、イオン交換可能なアルカリアルミノケイ酸塩ガラスであり、これは、いくつかの実施の形態において、当該技術分野で公知の、スロットドロー法またはフュージョンドロー法などのダウンドロー法により成形できる。特別な実施の形態において、そのようなガラスは、少なくとも約１３０ｋＰなどのように、少なくとも約１００キロポアズ（ｋＰ）の液相粘度を有することがある。１つの実施の形態において、その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、ここで、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３である。いくつかの実施の形態において、その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を含むかまたはそれから実質的になり、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を含むかまたはそれから実質的になる。いくつかの実施の形態において、１１モル％≦Ｍ２Ｏ３≦３０モル％、いくつかの実施の形態において、１３モル％≦ＲｘＯ≦３０モル％、式中、ＲｘＯは、ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計であり、さらに他の実施の形態において、ガラスはリチウムを含まない。これらのガラスは、その内容がここに全て引用される、２０１１年１１月２８日に、Dana Craig Bookbinder等により出願され、「Ion Exchangeable Glass with Deep Compressive Layer and High Damage Threshold」と題し、２０１０年１１月３０日に出願され、同じ題名を有する米国仮特許出願第６１／４１７９４１号からの優先権を主張する、米国特許第９３４６７０３号の明細書に記載されている。
【０１２０】
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、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３、ＲｘＯは、ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計である。いくつかの実施の形態において、そのアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物は、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、そのガラスは、リチウムを含まず、約４０モル％から約７０モル％のＳｉＯ２、約１１モル％から約２５モル％のＡｌ２Ｏ３、約４モル％から約１５モル％のＰ２Ｏ５、約１３モル％から約２５モル％のＮａ２Ｏ、約１３モル％から約３０モル％のＲｘＯ（ＲｘＯは、ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計である）、約１１モル％から約３０モル％のＭ２Ｏ３（Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）、０モル％から約１モル％のＫ２Ｏ、０モル％から約４モル％のＢ２Ｏ３、および３モル％以下の、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＣｄＯ、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｃｌ、およびＢｒの内の１つ以上から実質的になり、１．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３］≦２．３、Ｒ２Ｏは、ガラス中に存在する一価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、そのガラスはリチウムを含まない。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号に優先権を主張している、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９１５６７２４号、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８７５６２６２号の各明細書に記載されている。上記特許および出願の内容は、ここに全て引用される。
【０１２１】
イオン交換されたガラスにおける応力プロファイルの形状および値は、以前は、中央張力限界−すなわち、ガラスが圧縮応力層を貫通するのに十分な衝撃を受けたときに、それより上では、割れやすい挙動が観察されると予測される中央張力−により制限されると考えられていた。この限界は、通常、ｘ＝ｔ／２の位置でのガラスの中心の引張応力の値である、中央張力ＣＴに関して表された。この中央張力は、イオン交換過程中の試料に誘発された圧縮応力の力平衡のために、必然的に生じる。応力プロファイルの圧縮部分における各点での応力の積分または合計は、そのプロファイルの引張部分における各点での応力の積分または合計と等しくなければならず、よって、ガラス物品は、イオン交換過程によって湾曲したり、歪んだりしていない。
【０１２２】
単一イオン交換プロセスにより得られる応力プロファイルにおいて、イオン拡散は、古典的相補誤差関数により導かれると仮定される。これにより、物理的中央張力ＣＴ限界が制限され、ＣＴ限界は、厚さの関数としての物理的中央張力ＣＴ限界のプロットである図４に示されるように、厚さにより変動することが実験的に示された。図４において、中央張力限界のデータは、単一イオン交換（ＳＩＯＸ）について与えられ、近似された相補誤差関数（ｅｒｆｃ）形状（線Ｂ）にしたがう。このＣＴ限界は、ｔがマイクロメートルで表される、式
【０１２３】
【数８】
2019503330.tif 000012
【０１２４】
により与えられる。
【０１２５】
１００μｍから１２００μｍに及ぶガラスの厚さに関して、他の物理的中央張力限界値を決定するために、曲線（図４の線Ａ）が使用されることがある。曲線Ａに基づいて、厚さが３００μｍであるイオン交換されたガラス物品に関する物理的ＣＴ限界は約９７ＭＰａであり、２００μｍのガラス厚では、ＣＴ限界は約１３５ＭＰａであり、１００μｍのガラス厚では、ＣＴ限界は約２００ＭＰａである。
【０１２６】
二重イオン交換（ＤＩＯＸ）プロセスにより厚さが２００μｍのガラス試料に生じた応力プロファイルの例が、図５に示されている。図６は、図５の一部を詳細に示している。これらの応力プロファイルは、先に記載された逆ウェンツェル・クラマース・ブリルアン（ＩＷＫＢ）法を使用することによって、ＴＭおよびＴＥ偏波の結合光学モードのスペクトルから決定した。第１のイオン交換工程は、ＮａＮＯ３およびＫＮＯ３の混合物である「汚染された」（すなわち、３０質量％超のＮａＮＯ３を含む）浴内で行った。第２のイオン交換工程は、汚染がほとんどない、大部分が（すなわち、９６質量％以上）ＫＮＯ３であるイオン交換浴内で行われ、応力プロファイルに「スパイク」（すなわち、ガラスの表面での圧縮応力の急増）が生じる。ここに記載されたガラス厚（０．１〜０．４ｍｍ）について、互いに反対の表面からガラス中に拡散するイオンは、かなり短いイオン交換時間でガラスの中心ｔ／２で出合うであろう。拡散イオンが中心ｔ／２に到達する前に、第１のイオン交換工程により生じた応力プロファイルは、相補誤差関数（Ｅｒｆｃ）の形状をとる。拡散イオンがガラスの中心に到達した後、第１のイオン交換工程により得られた全体の応力プロファイルは、放物線関数に似ている。前記スパイクは、応力プロファイルの勾配に変化を生じ、表面でより大きい圧縮応力をもたらす。圧縮深さ（ＤＯＣ）は、圧縮応力がゼロである点（すなわち、応力が圧縮応力から引張応力に移行する点）である。中央張力は、ガラスの互いに反対の主面の間の中心または中点（すなわち、ｔ／２）の応力の値である。
【０１２７】
２００μｍの初期厚を有するイオン交換済みガラスに、一連の実験を行った。試料を、最初に、１．５時間、２時間、４時間、８時間、１２時間、１４時間、および１６時間に亘り約４５０℃で、汚染されたイオン交換浴（４９質量％のＮａＮＯ３／／５１質量％のＫＮＯ３）内でイオン交換し、その後、純粋な（１００質量％の）ＫＮＯ３の第２の浴内で１２分（０．２時間）に亘り約３９０℃でイオン交換した。これらのイオン交換済みガラス試料のいずれも、衝撃試験を行ったときに、壊れやすい挙動を示さず、イオン交換浴からのイオンが、ガラスの割れやすい挙動をもたらさずに、どれだけの期間に亘っても拡散するであろう領域があることを示した。これは、圧縮応力スパイクを得るために使用した１つ（または複数）のイオン交換浴の汚染のレベルのせいであろう。この最小レベルの汚染は、図５に記載されるような、所定の厚さに関して最大の許容ＣＴに相関するまたは対応するであろう。イオン交換浴の汚染が最小レベルを超えると、ここに記載されたガラスに関する物理的中央張力ＣＴは、割れやすい挙動を示さずに、ＣＴ限界を超えるであろう（すなわち、ＣＴは式（８）に与えられた割れやすさ限界を超える）。それゆえ、ガラスにおける最大物理的張力ＣＴの下限は、ｔがマイクロメートルで表される、式：
【０１２８】
【数９】
2019503330.tif 000013
【０１２９】
により与えられるであろう。
【０１３０】
割れやすい挙動を生じずに、イオンが無制限に拡散するであろう条件に到達するのに必要なイオン交換浴の汚染のレベルが推定され、実験的に確認された。図７は、単一イオン交換（ＳＩＯＸ）プロセスに関するガラス厚の関数としてのＣＴ限界（線Ａ）およびイオン交換浴のＮａＮＯ３汚染の最小レベル（線Ｂ）のプロットである。線Ｂより上の汚染レベルでは、割れやすい挙動を生じずに、イオンは無制限に拡散できる。
【０１３１】
ガラスに第２のイオン交換を施して、ガラスの表面に圧縮応力の急増すなわち「スパイク」を与える場合、割れやすさを生じずにイオンが無制限に拡散する最小浴汚染レベルは、移動する。ガラス厚の関数としてのＣＴ限界（線Ａ）およびイオン交換浴のＮａＮＯ３汚染の最小レベル（線Ｂ）が、図８に、二段階または二重イオン交換（ＤＩＯＸ）プロセスに関して、プロットされている。一段階イオン交換（図２）に関するように、汚染レベルが線Ｂの下限を超えたときに、割れやすさを達成せずに、イオンは無制限に拡散するであろう。二段階イオン交換に関して、３９０℃での１２分間に亘る１００質量％のＫＮＯ３の浴中でのイオン交換から生じるイオン拡散は、試料中に追加の応力を誘発し、これにより、試料中に誘発した追加の応力を相殺するために、最小汚染限界が移動する。この二段階イオン交換プロセスは、上述した拡散効果を達成するのに必要な最小汚染レベルを約１０％だけ増加させる。
【０１３２】
実質的に非線形拡散のガラスに関する、応力プロファイルの形状、圧縮層の深さＤＯＬ、物理的中央張力ＣＴ、および割れやすい挙動の閾値を経験的モデルから得て、表１に纏めることができる。モデルに基づくと、割れやすい挙動は、ガラスに、実質的に純粋なＫＮＯ３の溶融塩浴内で単一イオン交換を施して、約２７μｍの層の深さＤＯＬ、約８２０ＭＰａの表面での最大圧縮応力ＣＳ、および約１０７±５ＭＰａの物理的ＣＴを達成したときの、厚さ２００μｍ（０．２ｍｍ）のアルカリアルミノケイ酸塩ガラスに予測される。このガラスの圧縮深さＤＯＣは、約２１．５μｍであると推測される。高いＣＳが、薄いガラスカバーの用途などの用途における強度に望ましい一方で、２１．５μｍの小さい圧縮深さＤＯＣは、傷導入により生じる破壊の懸念である。別の例では、約５質量％のＮａＮＯ３を含有し、残りが実質的にＫＮＯ３である単一浴内でのイオン交換（ＳＩＯＸ）により、ＣＳが減少し、ＤＯＬが増加する。割れやすい挙動の開始は、ここで、約６１０ＭＰａのＣＳ、約２６．８μｍのＤＯＣ、および約１１３±５ＭＰａの物理的ＣＴと共に、約３６．５μｍのＤＯＬで生じる。別の例で、約１０質量％のＮａＮＯ３を有し、残りが実質的にＫＮＯ３であるイオン交換混合物において、ＤＯＬが約４７μｍであり、ＣＳが約４９０Ｍｐａであり、ＤＯＣが約３１．５μｍであり、物理的ＣＴが約１２０±５ＭＰａであるときに、割れやすい挙動に迫る。このＤＯＣは、純粋なＫＮＯ３浴中で調製した試料のものよりもほぼ５０％大きく、傷の導入に対して実質的により良い保護を与えるであろうし、したがって、システム設計全体により、傷の導入に対してガラスがそれほど保護されない用途に好ましいであろう。
【０１３３】
【表１】
2019503330.tif 000014
【０１３４】
経験的モデルの一例において、約５７モル％のＳｉＯ２、０モル％のＢ２Ｏ３、約１７モル％のＡｌ２Ｏ３、約７％のＰ２Ｏ５、約１７モル％のＮａ２Ｏ、約０．０２モル％のＫ２Ｏ、および約３モル％のＭｇＯの公称組成、並びに２００μｍの厚さを有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスに、二段階イオン交換プロセスを施す。約５１質量％のＫＮＯ３および約４９質量％のＮａＮＯ３を含有する溶融イオン交換浴中において約５．５時間に亘り約４５０℃で第１のイオン交換を行い、約８７μｍの最大のＤＯＬでの圧縮応力、および約１１４ＭＰａまでの物理的ＣＴを生じる。第１のイオン交換工程後の層の深さＤＯＬは、ｔが厚さである、約０．３ｔから約０．４４ｔの範囲にある。次に、そのガラスに、３９０℃で１５分間に亘り、約０．５質量％のＮａＮＯ３および約９９．５質量％のＫＮＯ３を含有する浴において第２のイオン交換工程を施す。第２のイオン交換工程後、ＣＳは、表面で約７９６ＭＰａであり、第２のイオン交換工程により生じた浅い急激な「スパイク」領域は、ガラスの表面から約１２〜１３μｍの深さまで延在した。第２の工程後の物理的ＣＴは、約１５４ＭＰａであり、表面での急なＣＳスパイクにより深いイオン交換のこの状態の壊れやすさの開始に近いと推定される。圧縮深さは、第２のイオン交換工程でスパイクを追加する前は、約４４μｍであり、スパイク後には、約３４．５μｍである。この圧縮領域内のプロファイルの深い（すなわち、約１３μｍの深さからＤＯＬまたはＤＯＣまで延在する応力プロファイルのセグメント）部分の勾配は、約４．５ＭＰａ／μｍである。この例において、ＤＯＬは、ｔがガラスの厚さである、約０．４３５ｔであり、基板の２つの端部からのＫ＋濃度プロファイルは、ガラスの中心（ｔ／２）に辛うじて到達する。いくつかの実施の形態において、圧縮領域の深い部分の勾配の絶対値は、約２ＭＰａ／μｍから約１５ＭＰａ／μｍの範囲にある。
【０１３５】
経験的モデルの別の例において、約５７モル％のＳｉＯ２、０モル％のＢ２Ｏ３、約１７モル％のＡｌ２Ｏ３、約７％のＰ２Ｏ５、約１７モル％のＮａ２Ｏ、約０．０２モル％のＫ２Ｏ、および約３モル％のＭｇＯの公称組成、並びに２００μｍの厚さを有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスに、二段階イオン交換プロセスを施す。約５７質量％のＫＮＯ３および約４３質量％のＮａＮＯ３を含有する溶融イオン交換浴中において約４．８時間に亘り約４５０℃で第１のイオン交換を行う。第１のイオン交換工程後、ガラスの表面での最大圧縮応力は２１８ＭＰａであり、層の深さＤＯＬは約８７μｍであり、物理的ＣＴは約１２９ＭＰａであった。第１のイオン交換工程後、ＤＯＬが約０．３ｔから約０．４４ｔの範囲にあることが好ましい。３９０℃で１２分間に亘り、約２．５質量％のＮａＮＯ３および約９５質量％のＫＮＯ３を含有する浴において第２のイオン交換工程を行った。第２の工程後のＣＳは約７２０ＭＰａであり、第２の工程により生じた浅い急激な「スパイク」領域は、ガラスの表面から約１１μｍの深さまで延在した。第２の工程後の物理的ＣＴは、約１５８ＭＰａであり、表面での急なＣＳスパイクにより、深いイオン交換のこの状態の壊れやすさの開始に近いと推定される。圧縮深さＤＯＣは、第２のイオン交換工程でスパイクを追加する前は、約４４μｍであり、スパイクの形成後には、約３８μｍである。この圧縮領域内のプロファイルの深い部分の勾配の絶対値は、約５ＭＰａ／μｍである。この例において、ＤＯＬは約０．４３５ｔであり、基板の２つの端部からのＫ＋濃度プロファイルは、ガラスの中心（ｔ／２）に辛うじて到達する。
【０１３６】
経験的モデルの別の例において、２００μｍの厚さ、並びに約５７モル％のＳｉＯ２、０モル％のＢ２Ｏ３、約１７モル％のＡｌ２Ｏ３、約７％のＰ２Ｏ５、約１７モル％のＮａ２Ｏ、約０．０２モル％のＫ２Ｏ、および約３モル％のＭｇＯの公称組成を有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスに、二段階イオン交換プロセスを施す。約５８質量％のＫＮＯ３および約４２質量％のＮａＮＯ３を含有する溶融イオン交換浴中において約４．２５時間に亘り約４５０℃で第１のイオン交換を行う。第１のイオン交換工程後、ガラスの表面での最大圧縮応力は２２９ＭＰａであり、層の深さＤＯＬは約８２μｍであり、物理的ＣＴは約１２３ＭＰａであった。３９０℃で１２分間に亘り、約２．５質量％のＮａＮＯ３および約９５質量％のＫＮＯ３を含有する浴において第２のイオン交換工程を行った。第２の工程後のＣＳは約７３０ＭＰａであり、第２の工程により生じた浅い急激な「スパイク」領域は、ガラスの表面から約１１μｍの深さまで延在した。第２の工程後の物理的ＣＴは、約１５３ＭＰａであり、表面での急なＣＳスパイクにより、深いイオン交換のこの状態の壊れやすさの開始に近いと推定される。圧縮深さＤＯＣは、第２のイオン交換工程でスパイクを追加する前は、約４３μｍであり、スパイクの形成後には、約３７μｍである。この圧縮領域内のプロファイルの深い部分の勾配は、約５．３ＭＰａ／μｍである。この特定の実施の形態において、第１の工程後の層の深さは、約０．３ｔと約０．４３ｔの間、いくつかの実施の形態において、約０．３５ｔと約０．４２ｔの間にあるべきである。
【０１３７】
図４に示された実験的な物理的中央張力ＣＴ限界は、０．１５以下の厚さｔに対するＤＯＣの比を概して有する応力プロファイルに得られた。より高いＤＯＣ／ｔ比を有する割れにくい試料と割れやすい試料の観察に基づいて、厚さの関数としての物理的中央張力の上（すなわち、割れやすさ）限は、圧縮深さおよび応力プロファイルが比較的深い、例えば、ＤＯＣ＞０．１２ｔ、いくつかの実施の形態において、ＤＯＣ＞０．１５ｔである場合、より大きい。割れにくいためには、ここに記載されたイオン交換済みガラスの物理的中央張力ＣＴは、この上限を超えないべきである。いくつかの実施の形態において、物理的ＣＴの上限「ＣＴ上限」は、式
【０１３８】
【数１０】
2019503330.tif 000015
【０１３９】
および、特定の実施の形態において、
【０１４０】
【数１１】
2019503330.tif 000016
【０１４１】
により与えられる。
【０１４２】
式（１１）において与えられるＣＴ限界は、単一（ＳＩＯＸ）または二重（ＤＩＯＸ）イオン交換プロセスにより達成される圧縮深さＤＯＣが約０．２２ｔ未満かつ約０．１８ｔ超（すなわち、０．１８ｔ＜ＤＯＣ＜０．２２ｔ）である場合に、特に推奨される。例えば、割れやすい挙動などの望ましくない挙動を避けるために、ＤＩＯＸプロセスの第２の工程後の、０８７μｍのＤＯＬおよび３８μｍのＤＯＣを有するイオン交換済みの０．２ｍｍ厚のガラス試料は、式（１１）により与えられるＣＴ上限値以下の物理的ＣＴを有するべきである。式（１１）は、基板の中心にあるイオン交換浴からのイオンの濃度がイオン交換の結果として計れる程度に増加し始める場合に、ＳＩＯＸプロセスにより達成される応力プロファイルにも使用してよい。
０．１６ｔ＜ＤＯＣ＜０．１９ｔの実施の形態において、物理的ＣＴは、低下した上限：
【０１４３】
【数１２】
2019503330.tif 000017
【０１４４】
を超えるべきではなく、これは、ＤＩＯＸプロセスの第２の工程後に、ＤＯＬが約８２μｍであり、ＤＯＣが約３７μｍであった、０．２ｍｍ厚の例に課せられた。
【０１４５】
ここに開示された強化物品は、ディスプレイを備えた物品（またはディスプレイ物品）（例えば、携帯電話、タブレット、コンピュータ、ナビゲーションシステムなどを含む家庭用電化製品）、建築物品、輸送物品（例えば、自動車、列車、航空機、船舶など）、電気器具、またはある程度の透明性、引っ掻き抵抗性、耐摩耗性、またはその組合せを必要とする任意の物品などの別の物品に組み込むことができる。ここに開示された強化物品のいずれかが組み込まれた例示の物品が、図１１Ａおよび１１Ｂに示されている。詳しくは、図１１Ａおよび１１Ｂは、前面２０４、背面２０６、および側面２０８を有する筐体２０２；その筐体内に少なくとも部分的に内部にある、または完全に中にあり、少なくとも制御装置、メモリ、および筐体の前面またはそれに隣接してあるディスプレイ２１０を含む電子部品（図示せず）；およびそのディスプレイを覆うように筐体の前面にあるまたはそれを覆うカバー基板２１２を含む家庭用電子機器２００を示している。いくつかの実施の形態において、カバー基板２１２および／または筐体は、ここに開示された強化物品のいずれかを含むことがある。
【０１４６】
典型的な実施の形態を説明目的のために述べてきたが、先の記載は、本開示の範囲または添付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、本開示または付随の特許請求の範囲の精神および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。
【０１４７】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１４８】
実施形態１
ガラス物品において、該ガラス物品は、０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔ、該ガラス物品の表面から圧縮深さＤＯＣまで延在する圧縮層、および該圧縮深さから該ガラス物品の中央領域まで延在する引張領域を有し、該引張領域は、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴ下にある、ガラス物品。
【０１４９】
実施形態２
０．０５ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２ｔである、実施形態１に記載のガラス物品。
【０１５０】
実施形態３
前記圧縮層が、前記表面で、２００ＭＰａ≦ＣＳ１≦９５０ＭＰａである圧縮応力ＣＳ１を有する、実施形態１または２に記載のガラス物品。
【０１５１】
実施形態４
前記ガラス物品がイオン交換されている、実施形態１から３いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１５２】
実施形態５
前記圧縮層が応力プロファイルを有し、該応力プロファイルの少なくとも一部が、線形であり、勾配ｍ１を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１ＭＰａ／μｍである、実施形態１から４いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１５３】
実施形態６
２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．２ＭＰａ／μｍである、実施形態５に記載のガラス物品。
【０１５４】
実施形態７
前記応力プロファイルが、前記表面から深さＤ１までの深さまで延在する第２の領域をさらに含み、９μｍ≦Ｄ１≦１７μｍであり、該第２の領域は、該表面から約５μｍまでの深さまで延在する線形部分を有し、勾配ｍ２を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧３０ＭＰａ／μｍである、実施形態６に記載のガラス物品。
【０１５５】
実施形態８
１６０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧４０ＭＰａ／μｍである、実施形態７に記載のガラス物品。
【０１５６】
実施形態９
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８いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１５７】
実施形態１０
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を含む、実施形態９に記載のガラス物品。
【０１５８】
実施形態１１
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスがリチウムを含まない、実施形態９に記載のガラス物品。
【０１５９】
実施形態１２
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５および０モル％から約５モル％のＢ２Ｏ３を含み、１．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３）］≦２．３、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３、Ｒ２Ｏは、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計である、実施形態９に記載のガラス物品。
【０１６０】
実施形態１３
１１モル％≦Ｍ２Ｏ３≦３０モル％である、実施形態１２に記載のガラス物品。
【０１６１】
実施形態１４
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約４０モル％から約７０モル％のＳｉＯ２、約１１モル％から約２５モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％から約５モル％のＢ２Ｏ３、約４モル％から約１５モル％のＰ２Ｏ５、約１３モル％から約２５モル％のＮａ２Ｏ、および０モル％から約１モル％のＫ２Ｏを含む、実施形態１２に記載のガラス物品。
【０１６２】
実施形態１５
ＲｘＯが、前記ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計であり、１３モル％≦ＲｘＯ≦３０モル％である、実施形態１２に記載のガラス物品。
【０１６３】
実施形態１６
前記物理的中央張力ＣＴが約２００ＭＰａ以下である、実施形態１から１５いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１６４】
実施形態１７
前記中央張力ＣＴが約１３５ＭＰａ以下である、実施形態１６に記載のガラス物品。
【０１６５】
実施形態１８
ＤＯＣ＞０．１５ｔ、ＣＴ（ＭＰａ）≦（８５／√ｔ（ｍｍ））である、実施形態１から１７いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１６６】
実施形態１９
０．１８ｔ＜ＤＯＣ＜０．２２ｔ、ＣＴ（ＭＰａ）≦（７９／√ｔ（ｍｍ））である、実施形態１８に記載のガラス物品。
【０１６７】
実施形態２０
前記ガラス物品が割れにくい、実施形態１から１９いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１６８】
実施形態２１
家庭用電化製品において、
前面、背面および側面を有する筐体、
前記筐体内に少なくとも部分的に設けられた電気部品であって、少なくとも、制御装置、メモリ、および該筐体の前面にまたはそれに隣接して設けられたディスプレイを含む電子部品、および
前記ディスプレイ上に配置された実施形態１から２０いずれか１つに記載のガラス物品、
を備えた家庭用電化製品。
【０１６９】
実施形態２２
ガラス物品において、該ガラス物品は、０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔを有し、
ａ．該ガラス物品の表面から圧縮深さＤＯＣまで延在し、応力プロファイルを有する圧縮層であって、該応力プロファイルは、
ｉ．少なくとも第１の深さＤ１から前記圧縮深さＤＯＣまで延在する第１の領域であって、該第１の領域の少なくとも一部は、線形であり、勾配ｍ１を有し、２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．２ＭＰａ／μｍ、９μｍ≦Ｄ１≦１７μｍである、第１の領域；および
ｉｉ．前記表面から前記第１の深さＤ１までの深さまで延在する第２の領域であって、該第２の領域は、該表面から約５μｍ以下の深さまで延在する線形部分を有し、勾配ｍ２を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧３０ＭＰａ／μｍである、第２の領域；
を含むものである、圧縮層、並びに
ｂ．前記圧縮深さから前記ガラス物品の中央領域まで延在する引張領域であって、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴ下にある引張領域、
を含む、ガラス物品。
【０１７０】
実施形態２３
０．０８ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２ｔである、実施形態２２に記載のガラス物品。
【０１７１】
実施形態２４
前記圧縮層が、前記表面で、２００ＭＰａ≦ＣＳ≦９５０ＭＰａである圧縮応力ＣＳを有する、実施形態２２または２３に記載のガラス物品。
【０１７２】
実施形態２５
前記ガラス物品がイオン交換されている、実施形態２２から２４いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１７３】
実施形態２６
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２２から２５いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１７４】
実施形態２７
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を含む、実施形態２６に記載のガラス物品。
【０１７５】
実施形態２８
前記ガラスがリチウムを含まない、実施形態２６に記載のガラス物品。
【０１７６】
実施形態２９
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５および０モル％から約５モル％のＢ２Ｏ３を含み、１．３＜［（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３）］≦２．３、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３、Ｒ２Ｏは、該アルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計である、実施形態２６に記載のガラス物品。
【０１７７】
実施形態３０
前記ガラスが、約４０モル％から約７０モル％のＳｉＯ２、約１１モル％から約２５モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％から約５モル％のＢ２Ｏ３、約４モル％から約１５モル％のＰ２Ｏ５、約１３モル％から約２５モル％のＮａ２Ｏ、および０モル％から約１モル％のＫ２Ｏを含む、実施形態２６に記載のガラス物品。
【０１７８】
実施形態３１
１１モル％≦Ｍ２Ｏ３≦３０モル％である、実施形態２６に記載のガラス物品。
【０１７９】
実施形態３２
ＲｘＯが、前記ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計であり、１３モル％≦ＲｘＯ≦３０モル％である、実施形態２６に記載のガラス物品。
【０１８０】
実施形態３３
前記中央張力ＣＴが約２００ＭＰａ以下である、実施形態２２から３２いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１８１】
実施形態３４
前記中央張力ＣＴが約１３５ＭＰａ以下である、実施形態２２から３３いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１８２】
実施形態３５
ＤＯＣ＞０．１５ｔ、ＣＴ（ＭＰａ）≦（８５／√ｔ（ｍｍ））である、実施形態２２から３４いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１８３】
実施形態３６
０．１８ｔ＜ＤＯＣ＜０．２２ｔ、ＣＴ（ＭＰａ）≦（７９／√ｔ（ｍｍ））である、実施形態３５に記載のガラス物品。
【０１８４】
実施形態３７
前記ガラス物品が割れにくい、実施形態２２から３６いずれか１つに記載のガラス物品。
【０１８５】
実施形態３８
家庭用電化製品であって、
前面、背面および側面を有する筐体、
前記筐体内に少なくとも部分的に設けられた電気部品であって、少なくとも、制御装置、メモリ、および該筐体の前面にまたはそれに隣接して設けられたディスプレイを含む電子部品、および
前記ディスプレイ上に配置された実施形態２２から３７いずれか１つに記載のガラス物品、
を備えた家庭用電化製品。
【０１８６】
実施形態３９
０．１ｍｍ≦ｔ＜０．４ｍｍである厚さｔを有するガラス物品をイオン交換する方法であって、
ａ．約２５質量％から約１００質量％のＫＮＯ３および約７５質量％までのＮａＮＯ３を含む第１のイオン交換浴中において約３００℃から約５００℃の範囲の温度でガラス物品をイオン交換する工程、
ｂ．前記ガラス物品の表面から０．０５ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２ｔの圧縮深さＤＯＣまで延在する圧縮応力層を形成する工程、および
ｃ．前記ガラス物品の中央部分に、前記圧縮深さＤＯＣから該ガラス物品の中央領域まで延在する引張領域であって、ｔがマイクロメートルで表される、ＣＴ＞｜−１．９５６×１０−１６×ｔ６＋１．２４２７４×１０−１２×ｔ５−３．０９１９６×１０−９×ｔ４＋３．８０３９１×１０−６×ｔ３−２．３５２０７×１０−３×ｔ２＋５．９６２４１×１０−１×ｔ＋３６．５９９４｜である物理的中央張力ＣＴを有する引張領域を形成する工程、
を有してなる方法。
【０１８７】
実施形態４０
前記圧縮応力層を形成する工程が応力プロファイルを形成する工程を含み、該応力プロファイルの少なくとも一部が、線形であり、勾配ｍ１を有し、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１ＭＰａ／μｍである、実施形態３９に記載の方法。
【０１８８】
実施形態４１
２０ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ１｜≧１．２ＭＰａ／μｍである、実施形態４０に記載の方法。
【０１８９】
実施形態４２
ａ．前記第１のイオン交換浴中で前記ガラス物品をイオン交換した後、第２のイオン交換浴中で該ガラス物品をイオン交換する工程、および
ｂ．前記応力プロファイルの第２の領域であって、該第２の領域は前記表面から第１の深さＤ１まで延在し、該第２の領域は、該表面から約５μｍまでの深さまで延在する線形部分を有し、該線形部分は、２００ＭＰａ／μｍ≧｜ｍ２｜≧３０ＭＰａ／μｍである、勾配ｍ２を有するものである第２の領域を形成する工程、
をさらに含む、実施形態３９から４１いずれか１つに記載の方法。
【０１９０】
実施形態４３
０．０８ｔ≦ＤＯＣ≦０．２２ｔである、実施形態４２に記載の方法。
【０１９１】
実施形態４４
前記圧縮応力層が、前記表面で、５００ＭＰａ≦ＣＳ≦９５０ＭＰａである圧縮応力ＣＳを有する、実施形態４２に記載の方法。
【０１９２】
実施形態４５
前記ガラス物品が割れにくい、実施形態３９から４４いずれか１つに記載の方法。
【符号の説明】
【０１９３】
１００    ガラス物品
１１０    第一面
１１２    第二面
１２０    第１の圧縮層
１２２    第２の圧縮層
１３０    中央領域、衝撃点
１４０    亀裂分岐
１４２    破片
１５０    分岐点
２００    家庭用電子機器
２０２    筐体
２０４    前面
２０６    背面
２０８    側面
２１０    ディスプレイ
２１２    カバー基板
【図１】
2019503330.tif 000018
【図２】
2019503330.tif 000019
【図３】
2019503330.tif 000020
【図４】
2019503330.tif 000021
【図５】
2019503330.tif 000022
【図６】
2019503330.tif 000023
【図７】
2019503330.tif 000024
【図８】
2019503330.tif 000025
【図９】
2019503330.tif 000026
【図１０】
2019503330.tif 000027
【図１１Ａ】
2019503330.tif 000028
【図１１Ｂ】
2019503330.tif 000029
【国際調査報告】
2019503330.tif 000030
2019503330.tif 000031