(57)【要約】  改善された耐破壊性を示すガラス系物品が提供される。改善された耐破壊性を示す、ガラス系物品のガラス組成に起因する特性と応力プロファイルとの関係が提供される。
2021535888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス系物品であって、
第１の表面；
第２の表面；及び
第１の表面から圧縮の第１の深さＤＯＣ１まで延びる第１の圧縮領域、第２の表面から圧縮の第２の深さＤＯＣ２まで延びる第２の圧縮領域、及びＤＯＣ１からＤＯＣ２まで延びる引張領域を有する応力プロファイル
を含み、
前記引張領域が、１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上かつ１．８・ＫＩＣ未満の引張応力係数ＫＴを有しており、ここで、ＫＩＣは、前記ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性である、
ガラス系物品。
【請求項２】
ガラス系物品であって、
表面；及び
表面から圧縮の深さＤＯＣまで延びる圧縮領域と、引張領域とを有する応力プロファイル
を含み、
前記引張領域が、１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上かつＫＴ限界以下の引張応力係数ＫＴを有しており、ここで、ＫＴ限界は、次によって定義され：
【数１】
2021535888.tif 000054
式中、ＫＩＣは、前記ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性であり、ｔは、前記ガラス系物品の厚さである、
ガラス系物品。
【請求項３】
ＤＯＣ／ｔが０．１２を超える、請求項２に記載のガラス系物品。
【請求項４】
ガラス系物品であって、
第１の表面；
第２の表面；及び
第１の表面から圧縮の第１の深さＤＯＣ１まで延びる第１の圧縮領域、第２の表面から圧縮の第２の深さＤＯＣ２まで延びる第２の圧縮領域、及びＤＯＣ１からＤＯＣ２まで延びる引張領域を有する応力プロファイル
を含み、
前記引張領域が、１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上かつＫＴ限界以下の引張応力係数ＫＴを有しており、ここで、ＫＴ限界は、次によって定義され：
【数２】
2021535888.tif 000055
式中、ＫＩＣは、前記ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性であり、ｔは前記ガラス系物品の厚さであり、前記ＤＯＣ１及び前記ＤＯＣ２は、前記第１の表面から測定される、
ガラス系物品。
【請求項５】
ＫＩＣが０．６７ＭＰａ・√（ｍ）以上である、請求項１、２、及び４のいずれか一項に記載のガラス系物品。
【請求項６】
ガラス系物品であって、
表面；及び
表面から圧縮の深さＤＯＣまで延びる圧縮領域と、引張領域とを有する応力プロファイル
を含み、
前記圧縮領域が、圧縮応力係数ＫＣＳを有し、前記引張領域が、１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上の引張応力係数ＫＴを有しており、かつ：
【数３】
2021535888.tif 000056
であり、ここで、ＫＩＣは、前記ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性である、
ガラス系物品。
【請求項７】
【数４】
2021535888.tif 000057
である、請求項６に記載のガラス系物品
【請求項８】
ＫＴが１．４１ＭＰａ・√（ｍ）以上である、請求項１、２、４、及び６のいずれか一項に記載のガラス系物品。
【請求項９】
前記ガラス系物品が非脆弱性である、請求項１、２、４、及び６のいずれか一項に記載のガラス系物品。
【請求項１０】
消費者向け電子製品において、
前面、背面、及び側面を含む筐体；
少なくとも部分的に前記筐体内にある電気部品であって、該電気部品が少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、前記ディスプレイが前記筐体の前記前面又はそれに隣接している、電気部品；並びに
前記ディスプレイの上に配置されたカバー基板
を備えており、
前記筐体又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方の一部が、請求項１、２、４、及び６のいずれか一項に記載のガラス系物品を含む、
消費者向け電子製品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１８年９月１１日出願の米国仮特許出願第６２／７２９，７３５号の優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、概して、電子デバイスのカバーガラスとしての使用に適したガラス系物品に関する。
【背景技術】
【０００３】
スマートフォン、タブレット、ポータブルメディアプレーヤー、パーソナルコンピュータ、及びカメラなどの携帯機器は、その携帯性に起因して、地面などの硬い表面への偶発的な落下に対して特に脆弱である。これらのデバイスには通常、硬い表面にぶつかると損傷する可能性があるカバーガラスが組み込まれている。これらのデバイスの多くでは、カバーガラスはディスプレイカバーとして機能し、タッチ機能が組み込まれている場合があることから、カバーガラスが損傷した場合にデバイスの使用に悪影響をもたらす可能性がある。
【０００４】
関連する携帯機器を硬い表面に落下させた場合、カバーガラスには、２つの主要な故障モードが存在する。モードの１つは曲げ破壊であり、これは、デバイスが硬い表面との衝突による動的荷重を被った場合にガラスが曲がることによって引き起こされる。もう１つのモードは、ガラス表面への損傷の導入によって引き起こされる急激な接触不良である。ガラスとアスファルト、花崗岩などの粗い硬い表面との衝撃は、ガラス表面に鋭い凹部をもたらしうる。これらの凹部は、ガラス表面の破損箇所となり、そこから亀裂が発生し、伝播する可能性がある。
【０００５】
ガラス表面に圧縮応力を誘発することを含むイオン交換技術によって、曲げ破壊に対するより大きい耐性をガラスにもたらすことができる。しかしながら、イオン交換したガラスは、急激な接触に起因するガラスの局所的な凹部によって引き起こされる高い応力集中の理由から、動的な鋭い接触に対しては依然として脆弱である。加えて、イオン交換したガラス物品は、ガラスに蓄積されたエネルギーに起因して、多数の破片及び／又はエネルギーを加えられた破片をもたらす、望ましくない破壊状態を示しうる。
【０００６】
ガラス製造業者及びハンドヘルドデバイス製造業者は、急激な接触不良に対するハンドヘルドデバイスの耐性を向上させるための継続的な取り組みを行ってきた。解決法は、カバーガラスのコーティングに始まり、デバイスが硬い表面に落下したときにカバーガラスが硬い表面に直接衝突するのを防ぐベゼルまで、多岐にわたる。しかしながら、美的要件及び機能的要件には制約があることから、カバーガラスを硬い表面との衝突から完全に防ぐことは非常に困難である。
【０００７】
携帯機器は可能な限り薄いことも望ましい。したがって、強度に加えて、携帯機器のカバーガラスとして用いられるガラスは、可能な限り薄くすることも所望される。したがって、カバーガラスの強度を高めることに加えて、ガラスは、薄いガラスシートなどの薄いガラス物品を製造することができるプロセスによってそれを形成可能にする機械的特性を有していることもまた望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、イオン交換などによって強化することができ、破壊時に多数の破片を生じないガラスが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
態様（１）によれば、ガラス系物品が提供される。ガラス系物品は、第１の表面；第２の表面；並びに、第１の表面から圧縮の第１の深さＤＯＣ１まで延びる第１の圧縮領域、第２の表面から圧縮の第２の深さＤＯＣ２まで延びる第２の圧縮領域、及びＤＯＣ１からＤＯＣ２まで延びる引張領域を有する応力プロファイルを含む。引張領域は、１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上かつ１．８・ＫＩＣ未満の引張応力係数ＫＴを有しており、ＫＩＣは、ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性である。
【００１０】
態様（２）によれば、ＫＴが１．４１ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（１）に記載のガラス系物品が提供される。
【００１１】
態様（３）によれば、ＫＴが２．０ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（１）又は（２）に記載のガラス系物品が提供される。
【００１２】
態様（４）によれば、ＫＴが１．７８１ＫＩＣ以下である、態様（１）から（３）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００１３】
態様（５）によれば、ＫＩＣが０．６７ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（１）から（４）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００１４】
態様（６）によれば、ＫＩＣが１．３ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（１）から（５）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００１５】
態様（７）によれば、アルカリアルミノケイ酸塩を含む、態様（１）から（６）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００１６】
態様（８）によれば、それぞれ、第１及び第２の表面から測定して、ＤＯＣ１＝ＤＯＣ２である、態様（１）から（７）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００１７】
態様（９）によれば、ガラス系物品が非脆弱性である、態様（１）から（８）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００１８】
態様（１０）によれば、消費者向け電子製品が提供される。消費者向け電子製品は、前面、背面、及び側面を含む筐体；少なくとも部分的に筐体内にある電気部品であって、該電気部品が、少なくとも、コントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、該ディスプレイが筐体の前面又はそれに隣接している、電気部品；並びに、ディスプレイの上に配置されたカバー基板を含む。筐体又はカバー基板のうちの少なくとも一方の一部は、態様（１）から（９）のいずれかに記載のガラス系物品を含む。
【００１９】
態様（１１）によれば、ガラス系物品が提供される。ガラス系物品は、表面；及び、該表面から圧縮の深さＤＯＣまで延びる圧縮領域と引張領域とを有する応力プロファイルを含む。引張領域は、１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上かつＫＴ限界以下の引張応力係数ＫＴを有しており、ここで、ＫＴ限界は次式によって定義され：
【００２０】
【数１】
2021535888.tif 000003
【００２１】
式中、ＫＩＣは、ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性であり  、ｔは、ガラス系物品の厚さである。
【００２２】
態様（１２）によれば、ＫＴが１．４１ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（１１）に記載のガラス系物品が提供される。
【００２３】
態様（１３）によれば、ＫＴが２．０ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（１１）又は（１２）に記載のガラス系物品が提供される。
【００２４】
態様（１４）によれば、ＤＯＣ／ｔが０．１２を超える、態様（１１）から（１３）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００２５】
態様（１５）によれば、ＤＯＣ／ｔが０．１８を超える、態様（１１）から（１４）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００２６】
態様（１６）によれば、ＫＩＣが０．６７ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（１１）から（１５）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００２７】
態様（１７）によれば、ＫＩＣが１．３ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（１１）から（１６）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００２８】
態様（１８）によれば、アルカリアルミノケイ酸塩を含む、態様（１１）から（１７）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００２９】
態様（１９）によれば、ガラス系物品が非脆弱性である、態様（１１）から（１８）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００３０】
態様（２０）によれば、消費者向け電子製品が提供される。消費者向け電子製品は、前面、背面、及び側面を含む筐体；少なくとも部分的に筐体内にある電気部品であって、該電気部品が、少なくとも、コントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、該ディスプレイが筐体の前面又はそれに隣接している、電気部品；並びに、ディスプレイの上に配置されたカバー基板を含む。筐体又はカバー基板のうちの少なくとも一方の一部は、態様（１１）から（１９）のいずれかに記載のガラス系物品を含む。
【００３１】
態様（２１）によれば、ガラス系物品が提供される。ガラス系物品は、第１の表面；第２の表面；並びに、第１の表面から圧縮の第１の深さＤＯＣ１まで延びる第１の圧縮領域、第２の表面から圧縮の第２の深さＤＯＣ２まで延びる第２の圧縮領域、及びＤＯＣ１からＤＯＣ２まで延びる引張領域を有する応力プロファイルを含む。引張領域は、１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上かつＫＴ限界以下の引張応力係数ＫＴを有しており、ここで、ＫＴ限界は、次式によって定義され：
【００３２】
【数２】
2021535888.tif 000004
【００３３】
式中、ＫＩＣは、ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性であり、ｔはガラス系物品の厚さであり、ＤＯＣ１及びＤＯＣ２は、第１の表面から測定される。
【００３４】
態様（２２）によれば、ＫＴが１．４１ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（２１）に記載のガラス系物品が提供される。
【００３５】
態様（２３）によれば、ＫＴが２．０ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（２１）又は（２２）に記載のガラス系物品が提供される。
【００３６】
態様（２４）によれば、ＫＴが０．９５ＫＴ限界以下である、態様（２１）から（２３）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００３７】
態様（２５）によれば、ＫＴが０．８５ＫＴ限界以下である、態様（２１）から（２４）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００３８】
態様（２６）によれば、ＫＩＣが０．６７ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（２１）から（２５）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００３９】
態様（２７）によれば、ＫＩＣが１．３ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（２１）から（２６）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００４０】
態様（２８）によれば、アルカリアルミノケイ酸塩を含む、態様（２１）から（２７）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００４１】
態様（２９）によれば、ＤＯＣ１＝ｔ−ＤＯＣ２である、態様（２１）から（２８）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００４２】
態様（３０）によれば、ガラス系物品が非脆弱性である、態様（２１）から（２９）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００４３】
態様（３１）によれば、消費者向け電子製品が提供される。消費者向け電子製品は、前面、背面、及び側面を含む筐体；少なくとも部分的に筐体内にある電気部品であって、該電気部品が、少なくとも、コントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、該ディスプレイが筐体の前面又はそれに隣接している、電気部品；並びに、ディスプレイの上に配置されたカバー基板を含む。筐体又はカバー基板のうちの少なくとも一方の一部は、態様（２１）から（３０）のいずれかに記載のガラス系物品を含む。
【００４４】
態様（３２）によれば、ガラス系物品が提供される。ガラス系物品は、表面；及び、該表面から圧縮の深さＤＯＣまで延びる圧縮領域と引張領域とを有する応力プロファイルを含む。圧縮領域は、圧縮応力係数ＫＣＳを有し、引張領域は、１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上の引張応力係数ＫＴを有しており、かつ：
【００４５】
【数３】
2021535888.tif 000005
【００４６】
であり、式中、ＫＩＣは、ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性である。
【００４７】
態様（３３）によれば、
【００４８】
【数４】
2021535888.tif 000006
【００４９】
である、態様（３２）に記載のガラス系物品が提供される。
【００５０】
態様（３４）によれば、
【００５１】
【数５】
2021535888.tif 000007
【００５２】
である、態様（３２）又は（３３）に記載のガラス系物品が提供される。
【００５３】
態様（３５）によれば、ＫＴが１．４１ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（３２）から（３４）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００５４】
態様（３６）によれば、ＫＴが２．０ＭＰａ・√（ｍ）以上である、態様（３２）から（３５）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００５５】
態様（３７）によれば、アルカリアルミノケイ酸塩を含む、態様（３２）から（３６）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００５６】
態様（３８）によれば、ガラス系物品が非脆弱性である、態様（３２）から（３７）のいずれかに記載のガラス系物品が提供される。
【００５７】
態様（３９）によれば、消費者向け電子製品が提供される。消費者向け電子製品は、前面、背面、及び側面を含む筐体；少なくとも部分的に筐体内にある電気部品であって、該電気部品が、少なくとも、コントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、該ディスプレイが筐体の前面又はそれに隣接している、電気部品；並びに、ディスプレイの上に配置されたカバー基板を含む。筐体又はカバー基板のうちの少なくとも一方の一部は、態様（３２）から（３８）のいずれかに記載のガラス系物品を含む。
【００５８】
追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部には、その説明から当業者に容易に明らかとなり、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含めた本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されよう。
【００５９】
前述の概要及び以下の詳細な説明はいずれも、さまざまな実施形態を説明しており、特許請求される主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図していることが理解されるべきである。添付の図面は、さまざまな実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれて、その一部を構成する。図面は、本明細書に記載されるさまざまな実施形態を例証しており、その説明とともに、特許請求の範囲の主題の原理及び動作を説明する役割を担う。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】脆弱性試験後の非脆弱性試料を示す図
【図２】脆弱性試験後の脆弱性試料を示す図
【図３】破壊靭性ＫＩＣの決定に利用した試料及びその断面の概略図
【図４】本明細書に開示及び記載される実施形態による、表面に圧縮応力層を有するガラス系物品の断面の概略図
【図５】さまざまな組成についての引張応力係数ＫＴの関数としての１亀裂枝あたりの分岐のプロット
【図６】破壊靭性ＫＩＣの関数としての図５の組成についてのＫＴの脆弱性限界値のプロット
【図７】さまざまな厚さ及びイオン交換処理での組成２の試料についてのＫＴの関数としての破壊後の破片の数のプロット
【図８】組成２の試料についてのＤＯＣ／ｔの関数としての最大の非脆弱性ＫＴの２乗のプロット
【図９】ＢＴＺ／ｔの関数としての図８からのデータのプロット
【図１０】圧縮応力領域の二乗応力の積分に関するデータと組み合わせた後の図７及び８に由来するデータのプロット（ＫＴ及びＫＣＳはそれぞれ、引張応力係数及び圧縮応力係数である）
【図１１】圧縮応力領域の二乗応力の積分に関するデータと組み合わせた後の図７及び８に由来するデータのプロット（ＫＴｎ及びＫＣＳｎは、それぞれ、破壊靭性に対して正規化した引張応力係数及び圧縮応力係数である）
【図１２Ａ】本明細書に開示されるガラス系物品のいずれかを組み込んだ例示的な電子デバイスの平面図
【図１２Ｂ】図１２Ａの例示的な電子デバイスの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００６１】
これより、さまざまな実施形態によるガラス系物品について詳細に参照する。本明細書で利用される場合、「ガラス系」とは、ガラス又はガラスセラミック組成物などのガラスを含む物品を示し、ガラスセラミックは、１つ以上の結晶相及び残留ガラス相を含む。概して、「ガラス系基板」とはイオン交換前の物品を指し、「ガラス系物品」とはイオン交換した物品を指す。
【００６２】
ガラス系物品は、改善された落下性能を示し、同時に、多数の破片を生成する破壊状態を示さない。この品質により、ガラス系物品は、電子デバイス、特に、使用中にガラス系物品を破壊させる条件にさらされる可能性がある携帯電子デバイスでの使用に特に適するようになる。ガラス系物品は、該ガラス系物品の表面から圧縮の深さまで延びる圧縮応力層を含む。
【００６３】
電子デバイスで使用するガラス系物品の選択の際には、ガラス組成に起因する特性とガラス系物品の応力プロファイルに起因する特性との特定の組合せの影響を全体として考慮することができる。別の言い方をすれば、イオン交換したガラス系物品の挙動は、該ガラス系物品を形成するためにイオン交換に供されるガラス系基板の組成に関連する要因と、イオン交換プロセスによって生成する応力プロファイルに起因する要因とに起因しうる。
【００６４】
イオン交換などによってガラス系物品が化学的に強化される度合いが増すにつれて、これまで以上の耐破壊性を追求する中で、ガラス系物品が、脆弱性と呼ばれうる多数の破片を生成する望ましくない破壊状態を示すリスクが高まっている。以前は、強化ガラスの脆弱性を回避するための基準は、強化ガラス系物品の最大中央張力（ＣＴ）、蓄積歪みエネルギー（ＳＳＥ）、又は引張応力係数（ＫＴ）を制限することに基づいていた。しかしながら、これらの制限は普遍的に適用できるわけではない。本明細書では、ガラス系物品、特に以前のガラス系物品よりも厚さに対して高い破壊靭性及び／又は圧縮の深さを有するガラス系物品の脆弱性を決定するための新しい基準について説明する。これらの基準は、破壊靭性及びヤング率などのガラス系物品の形成に利用されるガラス系基板の特性と、圧縮の深さ及び引張応力係数などの応力プロファイルの特性との関係に基づいている。加えて、これらの基準は、幾つかの実施形態ではガラス系物品を破壊することなく適用することができ、品質管理用途での使用を可能にする。
【００６５】
本明細書で利用される場合、ガラス系物品は、脆弱性試験の結果として、試験領域において次のうちの少なくとも１つを示す場合に「非脆弱性」と見なされる：（１）最大寸法が少なくとも１ｍｍである破片が４つ以下である、及び／又は（２）分岐の数が１亀裂枝あたり１．５分岐以下である。破片、分岐、及び亀裂枝は、衝撃点を中心とする５ｃｍ×５ｃｍの正方形に基づいてカウントされる。したがって、ガラスは、以下に説明する手順に従って、破損が発生する衝撃点を中心とする５ｃｍ×５ｃｍの正方形について試験（１）及び（２）の一方又は両方を満たしている場合に、非脆弱性と見なされる。脆弱性試験では、衝撃プローブをガラスと接触させ、衝撃プローブがガラス内に延びる深さは、連続する接触の反復で増加する。衝撃プローブの深さを段階的に増加させることにより、衝撃プローブによって生成させた欠陥を張力領域に到達させることができると同時に、ガラスの壊れやすい挙動の正確な決定を妨げる過度の外力の印加を防ぐ。ガラス系物品は、Ｎｅｗｐｏｒｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手可能なＭＶＮ精密垂直ステージなどの鋼表面上に配置される。衝撃プローブは、炭化タングステンチップを備えた、重量４０ｇのスタイラスであり（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社から商標ＴＯＳＣＯ（登録商標）及び製造業者識別番号＃１３−３７８の下、６０度の円錐球チップで入手可能）、該スタイラスを上下に動かすギア駆動機構のクランプに接続されている。一実施形態では、ガラス内の衝撃プローブの深さは、各反復で約５μｍだけ増加させることができ、衝撃プローブは、各反復の合間にガラスとの接触から解除される。試験領域は、衝撃点を中心とする５ｃｍ×５ｃｍの正方形である。図１は、非脆弱性試験の結果を示している。図１に示されるように、試験領域は、衝撃点１３５を中心とする正方形であり、正方形の１辺の長さｄは５ｃｍである。図１に示される非脆弱性試料は、３つの破片１４２、並びに２つの亀裂枝１４０及び単一の分岐１５０を含んでいる。したがって、図１に示される非脆弱性試料は、最大寸法が少なくとも１ｍｍである破片を４つ未満で含み、分岐の数が亀裂枝の数以下である（１亀裂枝あたり０．５分岐）。本明細書で利用されるように、亀裂枝は衝撃点で発生し、破片のいずれかの部分が試験領域内に延びている場合、破片は試験領域内にあると見なされる。コーティング、接着剤層などはを、本明細書に記載される強化されたガラス系物品と組み合わせて使用することができるが、このような外部拘束はガラス系物品の脆弱性又は脆弱挙動の決定には用いない。幾つかの実施形態では、ガラス系物品の破壊挙動に影響を及ぼさない膜を、脆弱性試験の前にガラス系物品に施して、ガラス系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高めることができる。
【００６６】
脆弱性試料が図２に示されている。脆弱性試料は、最大寸法が少なくとも１ｍｍの６つの破片１４２を含む。図２に示される試料は、２つの亀裂枝１４０及び４つの分岐１５０（１亀裂枝あたり２つの分岐）を含み、亀裂枝より多くの分岐を生成する。したがって、図２に示される試料は、４つ以下の破片、又は１亀裂枝あたり１．５以下の分岐を示さない。図１及び２は、衝撃点１３５で発生する亀裂枝１４０を２つ含んでいるが、３つ以上の亀裂枝など、２つより多くの亀裂枝が衝撃点で発生する可能性があるものと理解されたい。
【００６７】
本明細書に記載される脆弱性試験では、衝撃は、強化ガラス物品内に存在する内部に蓄積されたエネルギーを放出するのにちょうど十分な力でガラス物品の表面に伝達される。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つの新しい亀裂を生成し、該亀裂を、圧縮応力ＣＳ領域を通って（すなわち、圧縮の深さを通過して）中央の引張領域内へと延ばすのに十分である。
【００６８】
したがって、本明細書に記載されるガラス系物品は「非脆弱性」である（すなわち、鋭利な物体によって衝撃を受けたときに、上記のような脆弱挙動を示さない）。
【００６９】
以前は、化学的に強化されたガラス系物品に最も広く適用可能な経験的脆弱性限界は、強化されたガラス系物品の引張領域に蓄積された引張歪みエネルギーに基づいていた。本明細書で利用される場合、引張歪みエネルギー（ＴＳＥ）という用語は、ガラス系物品のシートの単位面積（１平方メートル）の引張ゾーンに蓄積されたエネルギーを表す。ＴＳＥの限界は約１８Ｊ／ｍ２であることが観察されており、ガラス系物品の表面に平行な２つの相互に直交する次元ｘ及びｙの各々に、約９Ｊ／ｍ２の割当量が許容される。次元（ｘ及びｙ）あたりのＴＳＥは、次式によって与えられる：
【００７０】
【数６】
2021535888.tif 000008
【００７１】
式中、Ｅはヤング率、νはポアソン比、ＤＯＣ１は圧縮の第１の深さ、ＤＯＣ２は圧縮の第２の深さ、ｚは厚さ方向の位置、並びにσｘ及びσｙは、ガラス系物品の２次元空間を画成する、対応するｘ軸及びｙ軸の方向でガラス系物品の表面に平行な平面内の応力テンソルの成分である。ガラス系物品シートの領域の内部では、面内応力のこれら２つの成分はほぼ等しく、したがって、各々がほぼ同じ歪みエネルギーを担持し、引張歪みエネルギーの合計の脆弱性限界１８Ｊ／ｍ２は、面内応力の単一成分（例えばσｘ）について９Ｊ／ｍ２の限界に置き換えることができる。
【００７２】
関連するアプローチでは、脆弱性限界は、応力拡大係数の単位（例えばＭＰａ√ｍ）を有する、ＫＴとラベルが付された量に関して、以前に定義されていた。本明細書で利用される場合、量ＫＴは、次式によって与えられる引張応力係数である：
【００７３】
【数７】
2021535888.tif 000009
【００７４】
式中、σは面内成分の１つによって表され（面内成分は等しいと推定されるため）、ｚは厚さ方向の位置である。ＭＰａ√ｍ単位でのＫＴの値を取得するには、積分下の応力値はＭＰａ単位である必要があり、厚さ位置スケールｚはｍ単位である必要がある。
【００７５】
米国特許第９，６０４，８７６号明細書（Ｂ２）には、表２に、ＫＴが１．４ＭＰａ√ｍ以上の試料は破壊時に多数の破片を生成するが、ＫＴが１．３ＭＰａ√ｍ以下の試料は過度の断片化を生じないことが開示されている。同時に、引張ゾーン内の最大中央張力（ＣＴ）は、高度に断片化された例では７４ＭＰａ及び７２ＭＰａであり、他のすべての例では６８ＭＰａを超えていなかった。化学的強化に典型的なほとんどの場合、ＣＴはガラスシートの厚さの中央にあることに留意すべきである。これらの例は、ＫＴの値が増加すると、高度の断片化が報告され、ＫＴが１．４ＭＰａ√ｍ以上のすべての試料では多数の破片（５ｃｍ×５ｃｍの正方形の領域に少なくとも５つ）が生成された、Ｅ．Ｂｏｕｙｎｅ及びＯ．Ｇａｕｍｅによる刊行物である“Fragmentation of thin chemically tempered glass plates”, Glass Technology 2002, 43C, pp. 300-302とほぼ一致している。
【００７６】
本明細書で利用される場合、「脆弱性限界」は、ガラス系物品が過度の断片化を示す（脆弱性）条件とガラス系物品が過度の断片化を示さない（非脆弱性）条件との間の境界を表している。脆弱性限界での状態は、断片化の度合いと相関することが示されている引張歪みエネルギーＴＳＥ又は引張応力係数ＫＴなどのパラメータの臨界（脆弱性限界）値で表すことができる。引張歪みエネルギーの合計（歪みのｘ次元及びｙ次元の両方を考慮）は、次式によって単一の応力成分（ｘ又はｙ）について測定した引張ひずみ係数ＫＴに関連している：
【００７７】
【数８】
2021535888.tif 000010
【００７８】
ｘ及びｙに沿った応力成分が大幅に異なり、かつ測定できる場合、各次元に保存されている引張歪みエネルギーは、次のように個別に計算することができる：
【００７９】
【数９】
2021535888.tif 000011
【００８０】
本明細書に記載されるＴＳＥ及びＫＴの脆弱性限界値は、少なくとも部分的には、ガラス系物品の形成に利用されるガラス系基板の破壊靭性などの材料特性と、ガラス系物品の厚さに対する圧縮の深さの比などの応力プロファイルのパラメータとに依存する。別の言い方をすれば、本明細書に記載される脆弱性限界は、以前の脆弱性の決定では考慮されていなかった破壊靭性を考慮に入れている。
【００８１】
概して、ガラス系物品の中心の組成と同等の組成を有するガラスを指す本明細書に記載の特性は、ガラス系物品を形成するためにイオン交換されたガラス系基板の組成に依存する。実際には、ガラス系物品の中心の組成は、当技術分野で知られている技術によって測定することができ、測定された組成を有する製造されたガラス組成物の破壊靭性（ＫＩＣ）及びヤング率（Ｅ）の値を測定することができる。加えて、ガラス系物品の中心は、イオン交換プロセスの影響を受けないか、又は最小限しか受けず、したがって、ガラス系物品の中心の組成は、ガラス系基板の組成と実質的に同じ又は同じである。このため、とりわけ、ガラス系物品の中心にこの組成を有するガラス組成物のＫＩＣ及びＥの値は、イオン交換処理の前にガラス系基板のこれらの特性を測定することによって決定することができる。
【００８２】
次に、ガラス系物品の特性について説明する。これらの特性は、ガラス系組成物の成分量又はガラス系物品の応力プロファイルを変更することによって達成することができる。
【００８３】
実施形態によるガラス系物品の形成に利用される組成物は、高い破壊靭性（ＫＩＣ）を有する。幾つかの実施形態では、ガラス系物品の形成に利用される組成物は、０．６７ＭＰａ√ｍ以上、例えば、０．６８ＭＰａ√ｍ以上、０．６９ＭＰａ√ｍ以上、０．７０ＭＰａ√ｍ以上、０．７１ＭＰａ√ｍ以上、０．７２ＭＰａ√ｍ以上、０．７３ＭＰａ√ｍ以上、０．７４ＭＰａ√ｍ以上、０．７５ＭＰａ√ｍ以上、０．７６ＭＰａ√ｍ以上、０．７７ＭＰａ√ｍ以上、０．７８ＭＰａ√ｍ以上、０．７９ＭＰａ  ｍ０．５以上、０．８０ＭＰａ  ｍ０．５以上、０．８１ＭＰａ√ｍ以上、０．８２ＭＰａ√ｍ以上、０．８３ＭＰａ√ｍ以上、０．８４ＭＰａ√ｍ以上、０．８６ＭＰａ√ｍ以上、０．８７ＭＰａ√ｍ以上、０．８８ＭＰａ√ｍ以上、０．８９ＭＰａ√ｍ以上、０．９０ＭＰａ√ｍ以上、０．９１ＭＰａ√ｍ以上、０．９２ＭＰａ√ｍ以上、０．９３ＭＰａ√ｍ以上、０．９４ＭＰａ√ｍ以上、０．９５ＭＰａ√ｍ以上、０．９６ＭＰａ√ｍ以上、０．９７ＭＰａ√ｍ以上、０．９８ＭＰａ√ｍ以上、０．９９ＭＰａ√ｍ以上、１．００ＭＰａ√ｍ以上、１．０１ＭＰａ√ｍ以上、１．０２ＭＰａ√ｍ以上、１．０３ＭＰａ√ｍ以上、１．０４ＭＰａ√ｍ以上、１．０５ＭＰａ√ｍ以上、１．０６ＭＰａ√ｍ以上、１．０７ＭＰａ√ｍ以上、１．０８ＭＰａ√ｍ以上、１．０９ＭＰａ√ｍ以上、１．１０ＭＰａ√ｍ以上、１．１１ＭＰａ√ｍ以上、１．１２ＭＰａ√ｍ以上、１．１３ＭＰａ√ｍ以上、１．１４ＭＰａ√ｍ以上、１．１５ＭＰａ√ｍ以上、１．１６ＭＰａ√ｍ以上、１．１７ＭＰａ√ｍ以上、１．１８ＭＰａ√ｍ以上、１．１９ＭＰａ√ｍ以上、１．２０ＭＰａ√ｍ以上、１．２１ＭＰａ√ｍ以上、１．２２ＭＰａ√ｍ以上、１．２３ＭＰａ√ｍ以上、１．２４ＭＰａ√ｍ以上、１．２５ＭＰａ√ｍ以上、１．２６ＭＰａ√ｍ以上、１．２７ＭＰａ√ｍ以上、１．２８ＭＰａ√ｍ以上、１．２９ＭＰａ√ｍ以上、１．３０ＭＰａ√ｍ以上、１．３１ＭＰａ√ｍ以上、１．３２ＭＰａ√ｍ以上、１．３３ＭＰａ√ｍ以上、又は１．３４ＭＰａ√ｍ以上のＫＩＣ値を示す。実施形態では、ガラス系物品の形成に利用される組成物は、０．６７ＭＰａ√ｍ以上１．３４ＭＰａ√ｍ以下、例えば、０．６８ＭＰａ√ｍ以上１．３３ＭＰａ√ｍ以下、０．７０ＭＰａ√ｍ以上１．３２ＭＰａ√ｍ以下、０．７２ＭＰａ√ｍ以上１．３１ＭＰａ√ｍ以下、０．７４ＭＰａ√ｍ以上１．３０ＭＰａ√ｍ以下、０．７６ＭＰａ√ｍ以上１．２９ＭＰａ√ｍ以下、０．７８ＭＰａ√ｍ以上１．２８ＭＰａ√ｍ以下、０．８０ＭＰａ√ｍ以上１．２７ＭＰａ√ｍ以下、０．８２ＭＰａ√ｍ以上１．２６ＭＰａ√ｍ以下、０．８ＭＰａ√ｍ以上１．２５ＭＰａ√ｍ以下、０．８５ＭＰａ√ｍ以上１．２４ＭＰａ√ｍ以下、０．８６ＭＰａ√ｍ以上１．２３ＭＰａ√ｍ以下、０．８７ＭＰａ√ｍ以上１．２２ＭＰａ√ｍ以下、０．８８ＭＰａ√ｍ以上１．２１ＭＰａ√ｍ以下、０．８９ＭＰａ√ｍ以上１．２０ＭＰａ√ｍ以下、０．９０ＭＰａ√ｍ以上１．１９ＭＰａ√ｍ以下、０．９１ＭＰａ√ｍ以上１．１８ＭＰａ√ｍ以下、０．９２ＭＰａ√ｍ以上１．１７ＭＰａ√ｍ以下、０．９３ＭＰａ√ｍ以上１．１６ＭＰａ√ｍ以下、��．９４ＭＰａ√ｍ以上１．１５ＭＰａ√ｍ以下、０．９５ＭＰａ√ｍ以上１．１４ＭＰａ√ｍ以下、０．９６ＭＰａ√ｍ以上１．１３ＭＰａ√ｍ以下、０．９７ＭＰａ√ｍ以上１．１２ＭＰａ√ｍ以下、０．９８ＭＰａ√ｍ以上１．１１ＭＰａ√ｍ以下、０．９９ＭＰａ√ｍ以上１．１０ＭＰａ√ｍ以下、１．００ＭＰａ√ｍ以上１．０９ＭＰａ√ｍ以下、１．０１ＭＰａ√ｍ以上１．０８ＭＰａ√ｍ以下、１．０２ＭＰａ√ｍ以上１．０７ＭＰａ√ｍ以下、１．０３ＭＰａ√ｍ以上１．０６ＭＰａ√ｍ以下、１．０４ＭＰａ√ｍ以上１．０５ＭＰａ√ｍ以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲のＫＩＣ値を示す。幾つかの実施形態では、ガラス系物品の形成に利用される組成物は、０．９０ＭＰａ√ｍ以上のＫＩＣ値を示す。幾つかの実施形態では、ガラス系物品の形成に利用される組成物は、１．５ＭＰａ√ｍ以下のＫＩＣ値を示す。
【００８４】
本明細書で利用される場合、破壊靭性ＫＩＣは、二重片持梁（ＤＣＢ）法で測定される。ＫＩＣ値は、ガラス系物品を形成するためにイオン交換する前に、ガラス系基板上で測定した。ＤＣＢ試験片の形状が図３に示されており、重要なパラメータは、亀裂の長さａ、印加された荷重Ｐ、断面寸法ｗ及び２ｈ、並びに亀裂誘導溝の厚さｂである。試料を幅２ｈ＝１．２５ｃｍ及び厚さｗ＝０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲の長方形に切断し、重要な寸法ではないが、試料の全長を５ｃｍから１０ｃｍまで変化させた。試料を試料ホルダ及び荷重に取り付けるための手段を提供するために、ダイヤモンドドリルで両端に穴を開けた。亀裂「誘導溝」は、ダイヤモンドブレードを備えたウェハダイシングソーを使用して、両方の平らな面の試料の長さを切り落とし、材料の「ウェブ」を、ブレードの厚さに対応する１８０μｍの高さで、ブレートの全厚の約半分だけ残した（図３の寸法ｂ）。ダイシングソーの高精度の寸法公差により、試料間のばらつきを最小限に抑えることが可能である。ダイシングソーは、ａ＝１５ｍｍの初期亀裂の切断にも使用した。この最終動作の結果として、（ブレードの曲率に起因して）亀裂先端の近くに材料の非常に薄いくさびが生成し、試料における亀裂の発生がより容易になった。試料の底の穴に鋼線が備わっている金属試料ホルダに試料を取り付けた。低荷重条件下で試料を水平に保つために、反対側でも試料を支持した。ロードセル（ＦＵＴＥＫ、ＬＳＢ２００）と直列になっているばねを上部の穴に引っ掛け、これを延長し、ロープと高精度のスライドを使用して荷重を徐々に加えた。亀裂は、デジタルカメラ及びコンピュータに接続された、５１０μｍの解像度の顕微鏡を使用して監視した。加えた応力度ＫＰを、次式を使用して計算した：
【００８５】
【数１０】
2021535888.tif 000012
【００８６】
各試料について、ウェブの先端で最初に亀裂が発生し、その後、寸法ａ／ｈの比率が１．５を超えるまで（これは、応力強度を正確に計算するために上記式に必要である）、スターター亀裂を慎重に亜臨界成長させた。この時点で、亀裂の長さａを、５μｍの分解能を有する移動顕微鏡を使用して測定し、記録した。次に、トルエンの液滴を亀裂の溝に入れ、毛細管力によって溝の全長に沿って吸い上げ、破壊靭性に達するまで亀裂が動かないように固定した。次に、試料の破壊が発生するまで荷重を増加させ、破壊荷重と試料の寸法から臨界応力度ＫＩＣを計算した。ＫＰは、測定方法に起因して、ＫＩＣと同等である。
【００８７】
ガラス系物品の形成に利用されるガラス組成物のヤング率（Ｅ）は、ガラス系物品の落下性能との負の相関関係を有する。実施形態では、ガラス系物品の形成に利用される組成物は、６０ＧＰａ以上１２０ＧＰａ以下、例えば、６２ＧＰａ以上１１５ＧＰａ以下、６４ＧＰａ以上１１３ＧＰａ以下、６６ＧＰａ以上１１２ＧＰａ以下、６８ＧＰａ以上１１１ＧＰａ以下、７０ＧＰａ以上１１０ＧＰａ以下、７２ＧＰａ以上１０９ＧＰａ以下、７４ＧＰａ以上１０８ＧＰａ以下、７６ＧＰａ以上１０７ＧＰａ以下、７８ＧＰａ以上１０６ＧＰａ以下、８０ＧＰａ以上１０５ＧＰａ以下、８２ＧＰａ以上１０４ＧＰａ以下、８４ＧＰａ以上１０３ＧＰａ以下、８６ＧＰａ以上１０２ＧＰａ以下、８８ＧＰａ以上１０１ＧＰａ以下、９０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下、９１ＧＰａ以上９９ＧＰａ以下、９２ＧＰａ以上９８ＧＰａ以下、９３ＧＰａ以上９７ＧＰａ以下、９４ＧＰａ以上９６ＧＰａ以下、又は９５ＧＰａに等しい、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲のヤング率（Ｅ）を示す。実施形態では、ガラス系物品の形成に利用される組成物は、８０ＧＰａ以上１２０ＧＰａ以下のヤング率（Ｅ）を示す。幾つかの実施形態では、ガラス系物品の形成に利用される組成物は、１２０ＭＰａ以上のヤング率（Ｅ）を有しうる。この開示に列挙されるヤング率の値は、「金属および非金属部品の欠陥検出のための共鳴超音波分光法の標準ガイド（Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts）」と題されたＡＳＴＭ  Ｅ２００１−１３に記載されている一般的なタイプの共鳴超音波分光法技術によって測定された値を指す。
【００８８】
ガラス系物品は、任意の適切な厚さを有しうる。実施形態では、ガラス系物品は、０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、例えば、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、０．４ｍｍ以上０．９ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、０．６ｍｍ以上０．７ｍｍ以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の厚さ（ｔ）を有しうる。
【００８９】
この開示に記載されるポアソン比の値は、「金属および非金属部品の欠陥検出のための共鳴超音波分光法の標準ガイド（Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts）」と題されたＡＳＴＭ  Ｅ２００１−１３に記載されている一般的なタイプの共鳴超音波分光法技術に準拠して測定した値を指す。
【００９０】
上記のように、ガラス系物品は、イオン交換などによって強化され、限定はしないが、ディスプレイのカバー又は電子デバイスの筐体のための物品などの用途にとって耐損傷性のガラスを作る。図４を参照すると、ガラス系物品は、該ガラス系物品の表面から圧縮深さ（ＤＯＣ）まで延びる圧縮応力下の第１の領域（例えば、図４の第１及び第２の圧縮層１２０、１２２）と、ガラス系物品のＤＯＣから中央領域又は内部領域に延びる引張応力又は中央張力（ＣＴ）下の第２の領域（例えば、図４の中央領域１３０）とを有している。本明細書で用いられる場合、ＤＯＣとは、ガラス系物品内の応力が圧縮から引張に変化する深さを指す。ＤＯＣでは、応力は正の（圧縮）応力から負の（引張）応力へと移行し、したがって、ゼロの応力値を示す。
【００９１】
当技術分野で通常用いられる慣例によれば、圧縮又は圧縮応力は負（＜０）の応力として表わされ、張力又は引張応力は正（＞０）の応力として表わされる。しかしながら、本明細書全体を通して、ＣＳは正の値又は絶対値として表される。すなわち、本明細書に記載されているように、ＣＳ＝｜ＣＳ｜である）。圧縮応力（ＣＳ）は、ガラス系物品の表面で最大値又はそれに近くなる場合があり、ＣＳは関数に従って表面からの距離ｄとともに変化する。再び図４を参照すると、第１のセグメント１２０は、第１の表面１１０から深さｄ１まで延び、第２のセグメント１２２は、第２の表面１１２から深さｄ２まで延びる。これらのセグメントは一緒に、ガラス系物品１００の圧縮又はＣＳを画成する。両方の主面（図４の１１０、１１２）の圧縮応力は、ガラスの中央領域（１３０）に蓄積された張力によってバランスがとられている。幾つかの実施形態では、それぞれ、第１の表面１１０及び第２の表面１１２から測定して、ｄ１＝ｄ２である。便宜上、本明細書で単一のＤＯＣが参照される場合、応力プロファイルは、それぞれ第１の表面１１０及び第２の表面１１２から測定して、ＤＯＣ１＝ＤＯＣ２となるように対称であると推定される。
【００９２】
ガラス系物品の応力プロファイルは、ガラス系物品の形成に利用されるガラス系基板の組成に基づいて異なる方法で測定した。アルミノケイ酸ナトリウムガラスに利用した方法は、アルミノケイ酸リチウムガラスに利用した方法とは異なっていた。
【００９３】
カリウムのナトリウムに対するイオン交換によって強化されたアルミノケイ酸ナトリウム（ＳＡＳ）ガラス系基板から形成したガラス系物品の応力プロファイルは、６３３ｎｍ又は５９５ｎｍのいずれかで、プリズム結合技術を使用して、ＴＭ波及びＴＥ波の導波モードの測定実効屈折率に適用した逆ＷＫＢプロファイル抽出を使用して取得したＴＭ波及びＴＥ波の屈折率プロファイルから測定した。応力プロファイルは、２つの屈折率プロファイルを減算し、応力−光学係数で除算することによって、Ｋの浸透の範囲で抽出した。次に、引張ゾーンでは、プロファイルは、ＤＯＣからプロファイルが平坦になる深さｄｃまでの放物線形状で始まり、その後、プロファイルＣＴに等しい一定の張力が、中間の厚さを通り、反対側の同じ深さｄｃまで延びると仮定した。ベースガラスにＫが含まれていない組成２では１．１５・ＤＯＬＫ、及びイオン交換前にベースガラスにかなりの量のＫが含まれている組成物１及び４では１．４・ＤＯＬＫに等しい深さｄｃを、経験的観察に基づいて選択した。ここで、ＤＯＬＫとは、日本所在の折原製作所製造のプリズム結合応力計ＦＳＭ−６０００によって、一段階イオン交換プロファイルについて決定した、イオン交換プロセスの結果としての「層の深さ−カリウム」又はカリウム浸透の深さを指す。この仮定では、引張ゾーンの張力の厚さ方向の積分は、厚さｔ、ＤＯＣ、及び深さｄｃが知得されている場合、ＣＴの単純な関数となり、この積分を、（力のバランスを確保するために）引張ゾーンのいずれかの側で測定した圧縮応力の積分と等しくした後、中心張力ＣＴが求められる。ＣＴ値が分かれば、引張ゾーンの想定される形状から、ＫＴ値及びＴＳＥ値が得られる。
【００９４】
アルミノケイ酸リチウム（ＬＡＳ）ガラスをベースとした基板から形成されたガラス系物品の応力プロファイルであって、該応力プロファイルは、ＮａがＬｉと交換することによって生成される深い成分を有しており、かつ、ＫがＬｉ又はＮａ及びＬｉと交換することによって得られる浅い成分を有していてよく、ＴＳＥ及びＫＴの値は、ＧｌａｓｓＳｔｒｅｓｓ社製の適切に較正された散乱光偏光計（ＳＣＡＬＰ）を使用したＣＴの測定と、折原製作所製の別の散乱光偏光計（ＳＬＰ−１０００）を使用したＤＯＣの測定とを組み合わせることによって得られた。Ｋが豊富な高圧縮層が表面に存在する場合には、表面圧縮応力ＣＳ、層のスパイク深さＤＯＬｓｐ、及びプリズム結合応力測定を使用したＤＯＬｓｐにおけるニー応力ＣＳＫの測定も利用した。
【００９５】
プリズム結合測定には、屈折近視野（ＲＮＦ）法を利用した。ＳＣＡＬＰによって提供される最大ＣＴ値がＲＮＦ法に用いられる。特に、ＲＮＦによって測定された応力プロファイルは、力のバランスが取れており、ＳＣＡＬＰ測定によって提供される最大ＣＴ値に較正される。ＲＮＦ法は、その全体が参照することによって本明細書に組み込まれる、「ガラス試料のプロファイル特性を測定するためのシステム及び方法（Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample）」と題された米国特許第８，８５４，６２３号明細書に記載されている。特に、ＲＮＦ法は、ガラス物品を基準ブロックに隣接して配置し、１Ｈｚ〜５０Ｈｚの速度で、直交偏光間で切り替えられる偏波スイッチ光ビームを生成し、該偏波スイッチ光ビームのパワー量を測定し、かつ、偏波スイッチ基準信号を生成することを含み、ここで、直交偏光の各々において測定されたパワー量は互いに５０％以内である。該方法は、偏波スイッチ光ビームをガラス試料及び基準ブロックを介してガラス試料にさまざまな深さで送信し、次に、リレー光学系を使用して、送信された偏波スイッチ光ビームを、偏波スイッチ検出器信号を生成する信号光検出器に中継することをさらに含む。該方法はまた、検出器信号を基準信号で除算して、正規化された検出器信号を形成し、正規化された検出器信号からガラス試料のプロファイル特性を決定することも含む。
【００９６】
ＲＮＦによって測定された応力プロファイルを強制的に平衡化するために、圧縮領域の応力深さ面積の合計が引張領域の面積と等しくなるまで、応力プロファイルを垂直方向にシフトさせる。応力プロファイルが対称である場合には、参照ブロックに最も近い圧縮領域の面積を、参照ブロックにも最も近い引張領域の半分の面積と等しくすることにより、精度が向上する。力を平衡化した後、力平衡化ＲＮＦプロファイルのＣＴをＳＣＡＬＰのＣＴで除算して、較正（縮尺）係数を求める。次に、力が平衡化されたプロファイルを較正係数で除算して、力を平衡化し、較正された応力プロファイルを生成する。
【００９７】
ＣＴへのＫの表面スパイクの寄与は次のように計算される：
【００９８】
【数１１】
2021535888.tif 000013
【００９９】
式中、ｔは、ガラス系物品の厚さである。スパイクとは、カリウムが豊富で高い圧縮を示す、表面近くの応力プロファイルの急勾配部分を指す。実施形態では、ＤＯＬｓｐは、リチウム含有ガラス系基板から形成され、カリウム含有塩浴でイオン交換されたガラス系物品のＤＯＬＫと同等でありうる。ＮａをＬｉでイオン交換することによって生成される応力プロファイルの深部成分の寄与は、次のように計算される：
ＣＴ深さ＝ＣＴ−ＣＴｓｐ
ＬＡＳガラスを使用した対象とする例についてのＮａ拡散深さは、ガラスシートの厚さの半分に匹敵し、引張ゾーンの応力プロファイルの形状は、べき法則に従う形状の絶対値として適切に近似することができ、電力係数ｐは１．５〜３の範囲にある（ｐ＝２は放物線形状に対応する）。その仮定の下、ｐ、ＣＴ深さ、及びＳＣＡＬＰで測定した合計ＣＴを所与として、ＤＯＣ／ｔ比の正確な解は次のとおりである：
【０１００】
【数１２】
2021535888.tif 000014
【０１０１】
上述のようにＣＴ及びＤＯＣを測定し、マイクロメータで厚さを測定し、ＣＴ深さを計算した後、測定したＤＯＣ／ｔ値が上記の式に基づいて計算した比と一致するまで、電力係数ｐを変化させた。この固定ｐ値は、ＣＴ及びＤＯＣとともに、引張領域を完全に決定可能にする。
【０１０２】
ガラス系物品の中間厚さから、圧縮が引張になる点までの距離に値ｚ０を割り当てることにより、次のようになる：
ｚ０＝０．５ｔ−ＤＯＣ
次に、引張応力係数（ＫＴ）及びＴＳＥが、電力係数ｐの関数として次のように計算される：
【０１０３】
【数１３】
2021535888.tif 000015
【０１０４】
レーザスペックル及び他のノイズ源によって引き起こされる誤差を減らすために、各試料のＣＴ値及びＤＯＣ値は、各々が機器の試料位置をわずかにずらして取得した個別のスキャンから得られた、少なくとも２０回の測定にわたって平均化した。ＤＯＣがＩＷＫＢをベースとした応力プロファイル抽出法によって正確に決定されたＳＡＳガラスの試料を測定することによって、ＳＬＰ−１０００の試料表面の位置の特定を較正した。
【０１０５】
表面応力測定は、ガラスの複屈折に関連する応力光学係数（ＳＯＣ）の正確な測定に依拠している。ＳＯＣは、その内容全体がここに参照することによって本明細書に組み込まれる、「ガラス応力−光学係数の測定のための標準試験方法（Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient）」と題されたＡＳＴＭ規格Ｃ７７０−１６に記載される手順Ｃ（ガラスディスク法）に準拠して測定される。
【０１０６】
幾つかの実施形態では、引張応力係数ＫＴ及び引張歪みエネルギーＴＳＥに関するガラス系物品の脆弱性限界は、一定ではなく、ガラスの破壊靭性ＫＩＣに依存する。図５は、異なる破壊靭性を有する３つの異なるＳＡＳガラス組成物についての引張応力係数ＫＴの関数としての１亀裂枝あたりの平均分岐数を示している。亀裂枝の数は、通常２又は３であり、各々が５ｃｍ×５ｃｍの正方形のガラス系物品の中心にある破壊起点位置から発生していた。図５の実験では、ガラス系物品の厚さは０．８ｍｍであった。図５の組成は、下記表１に詳細が示されている。実際上は、脆弱性限界は、ＫＴ又はＴＳＥの臨界値として定義され、それを超えるとガラス系物品は脆弱になる。図５に示される組成では、分枝あたり１．５分岐の臨界値は、組成１、２、及び３について、それぞれＫＴ値１．１８、１．２１５、及び１．２９で発生した。
【０１０７】
【表１】
2021535888.tif 000016
【０１０８】
組成８は透明なガラスセラミックである。この組成物は、前駆体ガラスをセラミック化することによって形成した。
【０１０９】
下記表２及び３に示されるように、図５の例は、主にＫＮＯ３と少量のＮａＮＯ３で構成される浴を用いた一段階イオン交換を使用して生成した。イオン交換の期間を表２に記載されている範囲で変化させて、さまざまな引張応力係数及びＤＯＣ／ｔを有する試料を生成した。結果として生じる圧縮応力は、組成物２では約８００ＭＰａ、組成物１及び３では７５０ＭＰａから８００ＭＰａの間であった。ＤＯＣは、４３〜６０μｍの範囲であった。図５に示される曲線の急勾配領域は、組成物１及び３については約５３μｍを超え、組成物２については約４７μｍを超えるＤＯＣで始まった。図５の曲線の急勾配領域の開始時のＤＯＣ／ｔ比は、すべての組成物について０．０５８から０．０７０の間に入った。
【０１１０】
【表２】
2021535888.tif 000017
【０１１１】
ＩＯＸ条件１０及び１１では、同じ塩濃度及び同じイオン交換時間を利用した。しかしながら、条件１０では、高密度充填（塩１ｋｇあたり０．０１ｍ２以上のガラス）のガラス試料を使用し、一方、条件１１では、低密度充填（塩１ｋｇあたり０．００５ｍ２未満のガラス）を使用した。
【０１１２】
【表３−１】
2021535888.tif 000018
【０１１３】
【表３−２】
2021535888.tif 000019
【０１１４】
【表３−３】
2021535888.tif 000020
【０１１５】
ここで、「Ｌ」は試料が脆弱性限界にあることを示し、「Ｎ」は試料が非脆弱性であることを示し、「Ｙ」は試料が脆弱性であることを示し、「Ｌ／Ｙ」は試料が限界にあるか、又は場合によってはわずかに脆弱性であることを示す。
【０１１６】
図５の組成１、２、及び３のＫＴの脆弱性限界値は、図６に示されるように、破壊靭性ＫＩＣの関数として示されている。原点を通る線形フィットの傾向線は、ＫＩＣの測定における実験の標準偏差を考慮すると、図６の実験結果にとって十分な一致を提供する。この線形フィットは、図５の例の場合のように、ＫＴに関する脆弱性限界が破壊靭性ＫＩＣに比例し、ＤＯＣ／ｔが約０．０６の場合の比例係数が１．７８であることを示している。このため、幾つかの実施形態では、引張応力係数ＫＴが１．３ＭＰａ√ｍを超えるが、値１．７８・ＫＩＣを超えない、強化されたガラス系物品が提供される。このようなガラス系物品は、非脆弱性を依然として維持しつつ、ＫＴが１．３ＭＰａ√ｍ未満のガラス系物品よりも高い耐破壊性を有する。幾つかの実施形態では、引張応力係数ＫＴは、１．４ＭＰａ√ｍを超え、かつ１．７８・ＫＩＣを超えない。
【０１１７】
幾つかの実施形態では、ガラス系物品は、１．４ＭＰａ√ｍを超える引張歪み係数ＫＴによって特徴付けられ、引張歪みエネルギーは、次式によって与えられるＴＳＥに関して脆弱性限界を超えない：
【０１１８】
【数１４】
2021535888.tif 000021
【０１１９】
実例として、ＴＳＥに関する脆弱性限界は、組成２のポアソン比及びヤング率の値を方程式に代入すると、次式によって与えられる：
【０１２０】
【数１５】
2021535888.tif 000022
【０１２１】
実施形態では、引張応力係数ＫＴ又は引張歪みエネルギーＴＳＥに関するガラス系物品の脆弱性限界は、ＤＯＣ／ｔ比に依存するか、あるいは、例えば、引張ゾーンの幅をシートの厚さで割った、ＢＴＺ／ｔ比に依存する。ＢＴＺは、代替的に、ＤＯＣ２−ＤＯＣ１として示される場合がある。図７は、４５０℃で約１３時間から２４．５時間の長期間、約３５質量％又は３７質量％のＮａＮＯ３及び６５質量％又は６３質量％のＫＮＯ３を含む浴での長いイオン交換によって化学的に強化された、ガラス組成２の５ｃｍ×５ｃｍの正方形の６つの異なる厚さを使用した実験データを示している。図７の横軸は、ＩＷＫＢ法による応力プロファイルの抽出から得られた引張応力係数ＫＴを示し、縦軸は、各破壊した試料の破片の数の２を底とする対数を示している。割れて５以上の破片となった試料は、２より大きい対数を有し、脆弱性であると見なされた。すべての厚さのデータは、幾つかの外れ値を除いて、一般的に同じ傾向に沿っている。これらの外れ値は、例えば、破砕ツールの先端が鈍い場合又は試料にわずかな反りがある場合など、誤検知が原因である可能性があり、それぞれ、破砕ツールによって外部から試料にもたらされるエネルギー（位置エネルギー又は運動エネルギー）の導入を促進する可能性がある。図７に示されるデータは、係数ＫＴ（及び対応してＴＳＥ）の臨界値が厚さに実質的に依存しないことを示唆している。さらには、図７に示されている強化条件についてのＫＴの臨界値は、図５に示されている同じ組成２の臨界値よりも大幅に高くなっている。図７に示されている試料と図５に示されている試料との大きな違いの１つは、ＤＯＣ／ｔ比の値である。図５の試料は、主にＫＮＯ３での比較的浅いイオン交換によって得られたものであり、その結果、約８００ＭＰａの高い表面ＣＳ及び中程度のＤＯＣを有する応力プロファイルが得られ、脆弱性限界又はその近くにある組成物２の部品のＤＯＣ／ｔ比は約０．０５８であった。一方、図７に示す試料は、２４０〜３２０ＭＰａの範囲の下面ＣＳ及び約０．１３〜０．２１の大幅に高いＤＯＣ／ｔ比を伴った非常に深いイオン交換によって強化されており、より薄い厚さでより高い比率が得られ、逆もまた同様であった。
【０１２２】
図７に示されている各厚さでは、イオン交換時間及びＤＯＣ／ｔ比を増加させることにより、引張歪みエネルギーＴＳＥ及び係数ＫＴが増加する。報告されたＫＴの範囲では、ＤＯＣ／ｔ比は、厚さごとに比較的狭い範囲で変化し、ｔ＝０．４ｍｍでは０．１９３〜０．２０６、ｔ＝０．５ｍｍでは０．１６１〜０．１７９、ｔ＝０．５５ｍｍでは０．１６４〜０．１７７、ｔ＝０．６ｍｍでは０．１４３〜０．１６１、ｔ＝０．７ｍｍでは０．１３８〜０．１６７、及びｔ＝０．８ｍｍでは０．１３４〜０．１４５であった。非脆弱性試料は、次の最高レベルのＫＴで観察された：ｔ＝０．４ｍｍでは１．３７９ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．５ｍｍでは１．３７ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．５５ｍｍでは１．３７５ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．６ｍｍでは１．３６ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．７ｍｍでは１．３７ＭＰａ√ｍ、及びｔ＝０．８ｍｍでは１．３４４ＭＰａ√ｍ。脆弱性試料は、次の最低レベルのＫＴで各厚さについて生成された：ｔ＝０．４ｍｍでは１．３１３ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．５ｍｍでは１．２４ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．５５ｍｍでは１．３６８ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．６ｍｍでは１．３７６ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．７ｍｍでは１．３３４ＭＰａ√ｍ、及びｔ＝０．８ｍｍでは１．２９６ＭＰａ√ｍ。一般的な傾向を上回るデータ点を誤検知として割り当て、無視する場合、８つ以上の破片を有する脆弱な部分のＫＴの最低レベルは次のとおりである：ｔ＝０．４ｍｍでは１．３６６ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．５ｍｍでは１．３５５ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．５５ｍｍでは１．３６８ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．６ｍｍでは１．３７６ＭＰａ√ｍ、ｔ＝０．７ｍｍでは１．３５７ＭＰａ√ｍ、及びｔ＝０．８ｍｍでは１．３４３ＭＰａ√ｍ。
【０１２３】
図５及び７のＫＴ値は、二乗し、０．４ｍｍの厚さで得られた同じガラス組成２の追加データと組み合わせて、図８にプロットした。追加のデータには、０．２を超える大きいＤＯＣ／ｔ比を有する脆弱性試料を、脆弱な挙動が観察されなくなるまで熱処理することによって、非常に大きいＤＯＣ／ｔ比で得られた脆弱性限界の推定値が含まれている。このような試料は、３５％のＮａＮＯ３及び６５％のＫＮＯ３を含む浴で、４５０℃で１４．４〜１６．５時間、又は１７％のＮａＮＯ３及び８３％のＫＮＯ３を含む浴で、４３０℃で１１．５時間、続いて４５０℃で１．２５時間、イオン交換することによって調製した。後者の試料は非常に脆弱性であったが、４００℃で１２時間の熱処理後には、脆弱性限界に近づいた。熱処理後、ＤＯＣは約０．２３ｔに増加した。Ｎａ含有量の高い浴で交換された試料は、イオン交換後のＫＴ値が低かったため、イオン交換後の脆弱状態から非脆弱状態に戻すために、より短い熱処理を必要とした。ＤＯＣ／ｔに対するＫＴ２についての図８のデータは、経験的線形モデルによく適合しており、ＫＴ（及びＴＳＥ）の脆弱性限界値のＤＯＣ／ｔ比への正確な経験的依存性を明らかにすることができた。特に、組成物２では、モデルは次式を与える：
【０１２４】
【数１６】
2021535888.tif 000023
【０１２５】
及び：
【０１２６】
【数１７】
2021535888.tif 000024
【０１２７】
これらの関係に基づいて、組成２の破壊靭性ＫＩＣが０．７６７ＭＰａ√ｍであることを考慮すると、ＫＴの脆弱性限界、破壊靭性ＫＩＣ、及びＤＯＣ／ｔ比の間に、次の経験的一般的関係が生成される：
【０１２８】
【数１８】
2021535888.tif 000025
【０１２９】
幾つかの実施形態では、脆弱性限界ＫＴについてのこの経験的な一般的関係は、次の信頼係数（ＣＦ）によって修正することができる：
【０１３０】
【数１９】
2021535888.tif 000026
【０１３１】
ここで、信頼係数（ＣＦ）には、０．９から０．９５の範囲など、１未満の値を指定することができ、断片化による故障を回避することが非常に重要であり、機器の精度が限られている場合に、わずか数パーセントの精度でＫＴを決定することができる。応力プロファイルの重要なパラメータを高精度で測定することにより、ＫＴの値を１％以下の精度で取得できる場合には、０．９５から１の範囲など、１に近い値の信頼係数（ＣＦ）が適切であろう。
【０１３２】
ＴＳＥとＫＴとの関係に基づいて、次の限界値をＴＳＥに同等に適用することができる：
【０１３３】
【数２０】
2021535888.tif 000027
【０１３４】
組成物２では、ポアソン比及びヤング率は、それぞれ、０．２２及び６６ＧＰａの値を有する。これらの値を使用して、次式で与えられる一般的なＴＳＥ限界を生成することができる：
【０１３５】
【数２１】
2021535888.tif 000028
【０１３６】
図９は、ＤＯＣ／ｔの代わりにＢＴＺ／ｔの関数としての図８のデータを示している。組成物２のデータのＢＴＺ／ｔの関数としてのＫＴ２の脆弱性限界値の線形フィットを次式から求めた：
【０１３７】
【数２２】
2021535888.tif 000029
【０１３８】
及び：
【０１３９】
【数２３】
2021535888.tif 000030
【０１４０】
ＢＴＺを使用すると、この関係は、例えば、それぞれ第１表面及び第２表面から測定したときにＤＯＣ１がＤＯＣ２と等しくない応力プロファイルなど、非対称の応力プロファイルを有するガラス系物品に適用することができる。破壊靭性の観点から表すと、関係は次のようになる：
【０１４１】
【数２４】
2021535888.tif 000031
【０１４２】
信頼係数（ＣＦ）は０．８５から１の範囲とすることができ、上記と同じ方法で適用することができる。
【０１４３】
関連するＴＳＥ限界は、次式によって与えられる：
【０１４４】
【数２５】
2021535888.tif 000032
【０１４５】
加えて、圧縮応力係数ＫＣＳは、次のように、応力の単一成分ｘ又はｙについて、引張応力領域の両側の圧縮応力領域にわたる統合した圧縮応力の平方根に等しくなる：
【０１４６】
【数２６】
2021535888.tif 000033
【０１４７】
あるいは、概して、いずれかの成分の場合には、次のようになる：
【０１４８】
【数２７】
2021535888.tif 000034
【０１４９】
中央の引張領域の両側に、ｚ＝０の第１の表面から第１の圧縮深さＤＯＣ１まで、及び第２の表面ｚ＝ｔからＤＯＣ２までの第２の側にそれぞれ延びる、２つの圧縮領域を有する応力プロファイルの場合には、圧縮応力係数は次の形式を取る：
【０１５０】
【数２８】
2021535888.tif 000035
【０１５１】
それぞれ第１の表面及び第２の表面から測定したときにＤＯＣ１＝ＤＯＣ２であり、対称応力分布を有する、対称応力プロファイルでは、圧縮応力係数は次式によって与えられる：
【０１５２】
【数２９】
2021535888.tif 000036
【０１５３】
ガラス系物品の圧縮応力エネルギー値は、次のように説明することができる：
【０１５４】
【数３０】
2021535888.tif 000037
【０１５５】
これは、ＫＣＳ，ｘ＝ＫＣＳ，ｙ＝ＫＣＳの場合に、次のように簡略化できる：
【０１５６】
【数３１】
2021535888.tif 000038
【０１５７】
ＫＴに関する脆弱性限界の明らかな増加は、ＤＯＣ／ｔ比だけでなく、ＴＳＥ及びＣＳＥの相対的な大きさにも相関していた。特に、ＤＯＣ／ｔ比の増加に伴い、ＴＳＥは、化学的強化の結果としてガラス系物品に蓄積された歪みエネルギーの合計（ＴＳＥ＋ＣＳＥ）の大部分を構成していた。表４及び５は、組成物２、並びにさまざまな厚さ及び応力プロファイルで生成された試料のデータの概要を含んでいる。
【０１５８】
【表４】
2021535888.tif 000039
【０１５９】
【表５】
2021535888.tif 000040
【０１６０】
ＴＳＥはＫＴ２に比例し、一方、ＣＳＥはＫＣＳ２に比例する。組成２を用いた実験では、脆弱性限界条件において、破壊靭性に対して正規化された二乗係数ＫＴ及びＫＣＳの特定の合計は、ＤＯＣ／ｔ比に関係なく、実質的に変化しないことが決定された。図１０は、ガラス組成２では、ＫＴ２とＫＣＳ２の合計／２８．５が、ＤＯＣ／ｔ比の試験した範囲の脆弱性限界で一定であることを示している。
【０１６１】
【数３２】
2021535888.tif 000041
【０１６２】
これには、１．２１５ＭＰａ√ｍから１．４１８ＭＰａ√ｍまでのＫＴを有する非脆弱性の例と、１．２４４ＭＰａ√ｍ、１．３４４ＭＰａ√ｍ、１．３５ＭＰａ√ｍ、１．３７ＭＰａ√ｍ、１．３７５ＭＰａ√ｍ、及び１．３７９ＭＰａ√ｍの追加の例が含まれる。したがって、実施形態では、１．２ＭＰａ√ｍ以上のＫＴを有するガラス物品もまた、次の条件を満たす：
【０１６３】
【数３３】
2021535888.tif 000042
【０１６４】
実施形態では、ガラス系物品は、１．２４ＭＰａ√ｍ以上、１．３ＭＰａ√ｍ以上、１．３４ＭＰａ√ｍ以上、１．３６ＭＰａ√ｍ以上、１．３７ＭＰａ√ｍ以上、１．４ＭＰａ√ｍ以上、又は１．４１ＭＰａ√ｍ以上のＫＴを有する。さらには、幾つかの実施形態では、ＫＴは、２．２ＫＩＣ、２．１ＫＩＣ、２．０ＫＩＣ、１．９ＫＩＣ、１．８ＫＩＣ、又は１．７８ＫＩＣを超えず、ここで、ＫＩＣは、ガラス、又は張力が最も高い箇所（通常はガラスシートの中央の平面）の局所的なガラス組成物の破壊靭性である。
【０１６５】
組成２の破壊靭性が０．６７６ＭＰａ√ｍであることを考慮して、図１０のデータが図１１に示されており、ここで、ＫＴ２及びＫＣＳ２の重み付き寄与は、破壊靭性の２乗に正規化されている。次に、脆弱性を避けるために：
【０１６６】
【数３４】
2021535888.tif 000043
【０１６７】
又は：
【０１６８】
【数３５】
2021535888.tif 000044
【０１６９】
図１１に示されているＫＴｎ＝ＫＴ／ＫＩＣ及びＫＣＳｎ＝ＫＣＳ／ＫＩＣである正規化された値に関して、条件は、次のようにさらに単純化することができる：
【０１７０】
【数３６】
2021535888.tif 000045
【０１７１】
実施形態では、１．３１ＭＰａ√ｍ以上のＫＴを有するガラス系物品もまた、次の条件を満たす：
【０１７２】
【数３７】
2021535888.tif 000046
【０１７３】
次のような、より保守的な基準を使用することもできる：
【０１７４】
【数３８】
2021535888.tif 000047
【０１７５】
又は：
【０１７６】
【数３９】
2021535888.tif 000048
【０１７７】
実施形態では、ＫＴは、１．２ＭＰａ√ｍ以上、例えば、１．２４ＭＰａ√ｍ以上、１．３ＭＰａ√ｍ以上、１．３１ＭＰａ√ｍ以上、１．３４ＭＰａ√ｍ以上、１．３６ＭＰａ√ｍ以上、１．３７ＭＰａ√ｍ以上、１．４ＭＰａ√ｍ以上、１．４１ＭＰａ√ｍ以上、１．４３ＭＰａ√ｍ以上、１．４４ＭＰａ√ｍ以上、１．４５ＭＰａ√ｍ以上、１．４６ＭＰａ√ｍ以上、１．４７ＭＰａ√ｍ以上、１．４８ＭＰａ√ｍ以上、１．４９ＭＰａ√ｍ以上、１．５０ＭＰａ√ｍ以上、１．５１ＭＰａ√ｍ以上、１．５２ＭＰａ√ｍ以上、１．５３ＭＰａ√ｍ以上、１．５４ＭＰａ√ｍ以上、１．５５ＭＰａ√ｍ以上、１．５６ＭＰａ√ｍ以上、１．５７ＭＰａ√ｍ以上、１．５８ＭＰａ√ｍ以上、１．５９ＭＰａ√ｍ以上、１．６０ＭＰａ√ｍ以上、１．７ＭＰａ√ｍ以上、１．８ＭＰａ√ｍ以上、１．９ＭＰａ√ｍ、又は２ＭＰａ√ｍ以上である。幾つかの実施形態では  ＫＴは、２．１ＫＩＣ以下、２．０ＫＩＣ以下、１．９ＫＩＣ以下、１．８ＫＩＣ以下、１．７８ＫＩＣ以下、１．７５ＫＩＣ以下、１．７ＫＩＣ以下、１．６５ＫＩＣ以下、又はそれを下回るなど、２．２ＫＩＣを超えない。
【０１７８】
幾つかの実施形態では、ガラス系物品のＣＳは、３００ＭＰａ以上１３００ＭＰａ以下、例えば、３２５ＭＰａ以上１２５０ＭＰａ以下、３５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下、３７５ＭＰａ以上１１５０ＭＰａ以下、４００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下、４２５ＭＰａ以上１０５０ＭＰａ以下、４５０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下、４７５ＭＰａ以上９７５ＭＰａ以下、５００ＭＰａ以上９５０ＭＰａ以下、５２５ＭＰａ以上９２５ＭＰａ以下、５５０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下、５７５ＭＰａ以上８７５ＭＰａ以下、６００ＭＰａ以上８５０ＭＰａ以下、６２５ＭＰａ以上８２５ＭＰａ以下、６５０ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下、６７５ＭＰａ以上７７５ＭＰａ以下、又は７００ＭＰａ以上７５０ＭＰａ以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲である。幾つかの実施形態では、ガラス系物品のＣＳは、１００ＭＰａ以上である。
【０１７９】
ＤＯＬＫは、通常、本明細書に記載される物品のＤＯＣより小さい。第１及び第２の圧縮層１２０、１２２の各々のＤＯＬＫは、５μｍ以上３０μｍ以下、例えば、６μｍ以上２５μｍ以下、７μｍ以上２０μｍ以下、８μｍ以上１５μｍ以下、又は９μｍ以上１０μｍ以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲である。他の実施形態では、第１及び第２の圧縮層１２０、１２２の各々のＤＯＬＫは、６μｍ以上３０μｍ以下、例えば、１０μｍ以上３０μｍ以下、１５μｍ以上３０μｍ以下、２０μｍ以上３０μｍ以下、又は２５μｍ以上３０μｍ以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲である。さらに他の実施形態では、第１及び第２の圧縮層１２０、１２２の各々のＤＯＬＫは、５μｍ以上２５μｍ以下、例えば、５μｍ以上２０μｍ以下、５μｍ以上１５μｍ以下、又は５μｍ以上１０μｍ以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲である。
【０１８０】
実施形態では、ガラス系物品は、７０ＭＰａ以上、例えば、７５ＭＰａ以上、８０ＭＰａ以上、８５ＭＰａ以上、９０ＭＰａ以上、９５ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、１０５ＭＰａ以上、１１０ＭＰａ以上、１１０ＭＰａ以上、１２０ＭＰａ以上、１３０ＭＰａ以上、１４０ＭＰａ以上、１５０ＭＰａ以上、１５５ＭＰａ以上、又それより大きい最大ＣＴを有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス系物品は、４００ＭＰａ以下、例えば、３５０ＭＰａ以下、３００ＭＰａ以下、２５０ＭＰａ以下、１９０ＭＰａ以下、１８０ＭＰａ以下、１７０ＭＰａ以下、１６０ＭＰａ以下、１５０ＭＰａ以下、１４０ＭＰａ以下、１３０ＭＰａ以下、１２０ＭＰａ以下、１１０ＭＰａ、又は１００ＭＰａ以下の最大ＣＴを有しうる。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができることを理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、ガラス物品は、７０ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下、例えば、９０ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下、１１０ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下、１２０ＭＰａ以上１８０ＭＰａ以下、１３０ＭＰａ以上１６０ＭＰａ、又は１４０ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の最大ＣＴを有しうる。
【０１８１】
実施形態では、最大中央張力（ＣＴ）についても、ガラス系物品の厚さを参照して説明することができる。実施形態では、ガラス系物品は、３６０／√（ｔ）ＭＰａ以下（ｔはｍｍ単位である）、例えば、３５０／√（ｔ）ＭＰａ以下、３３０／√（ｔ）ＭＰａ以下、３１０／√（ｔ）ＭＰａ以下、３００／√（ｔ）ＭＰａ以下、２８０／√（ｔ）ＭＰａ以下、２６０／√（ｔ）ＭＰａ以下、２４０／√（ｔ）ＭＰａ以下、２２０／√（ｔ）ＭＰａ以下、２００／√（ｔ）ＭＰａ以下、１９０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１８０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１７０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１６０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１５０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１４０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１３０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１２０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１１０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１００／√（ｔ）ＭＰａ以下、９０／√（ｔ）ＭＰａ以下、８０／√（ｔ）ＭＰａ以下、７０／√（ｔ）ＭＰａ以下、又はそれより小さい最大ＣＴを有しうる。実施形態では、ガラス系物品は、６０／√（ｔ）ＭＰａ以上（ｔはｍｍ単位である）、例えば、７０／√（ｔ）ＭＰａ以上、８０／√（ｔ）ＭＰａ以上、９０／√（ｔ）ＭＰａ以上、１００／√（ｔ）ＭＰａ以上、１１０／√（ｔ）ＭＰａ以上、１２０／√（ｔ）ＭＰａ以上、１３０／√（ｔ）ＭＰａ以上、１４０／√（ｔ）ＭＰａ以上、１５０／√（ｔ）ＭＰａ以上、１６０／√（ｔ）ＭＰａ以上、１７０／√（ｔ）ＭＰａ以上、１８０／√（ｔ）ＭＰａ以上、１９０／√（ｔ）ＭＰａ以上、２００／√（ｔ）ＭＰａ以上、２２０／√（ｔ）ＭＰａ以上、２４０／√（ｔ）ＭＰａ以上、２６０／√（ｔ）ＭＰａ以上、２８０／√（ｔ）ＭＰａ以上、３００／√（ｔ）ＭＰａ以上、３２０／√（ｔ）ＭＰａ以上、３４０／√（ｔ）ＭＰａ以上、３５０／√（ｔ）ＭＰａ以上、又それより大きい最大ＣＴを有しうる。実施形態では、ガラス系物品は、６０／√（ｔ）ＭＰａ以上３６０／√（ｔ）ＭＰａ以下（ｔはｍｍ単位である）、例えば、７０／√（ｔ）ＭＰａ以上３５０／√（ｔ）ＭＰａ以下、８０／√（ｔ）ＭＰａ以上３４０／√（ｔ）ＭＰａ以下、９０／√（ｔ）ＭＰａ以上３２０／√（ｔ）ＭＰａ以下、９０／√（ｔ）ＭＰａ以上３００／√（ｔ）ＭＰａ以下、１００／√（ｔ）ＭＰａ以上２８０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１２０／√（ｔ）ＭＰａ以上２６０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１４０／√（ｔ）ＭＰａ以上２４０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１６０／√（ｔ）ＭＰａ以上２２０／√（ｔ）ＭＰａ以下、１８０／√（ｔ）ＭＰａ以上２００／√（ｔ）ＭＰａ以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の最大ＣＴ値を有しうる。
【０１８２】
ガラス系物品は、任意の適切な圧縮の深さ（ＤＯＣ）を有しうる。実施形態では、ＤＯＣは、７５μｍ以上３００μｍ以下、例えば、８５μｍ以上２９０μｍ以下、９５μｍ以上２８０μｍ以下、１００μｍ以上２７０μｍ以下、１１０μｍ以上２６０μｍ以下、１２０μｍ以上２５０μｍ以下、１３０μｍ以上２４０μｍ以下、１４０μｍ以上２３０μｍ以下、１５０μｍ以上２２０μｍ以下、１６０μｍ以上２１０μｍ以下、１７０μｍ以上２００μｍ以下、１８０μｍ以上１９０μｍ以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲である。
【０１８３】
ＤＯＣは、本明細書の幾つかの実施形態では、ガラス系物品の厚さ（ｔ）の一部として提供される。実施形態では、ガラス物品は、０．１５ｔ以上０．４０ｔ以下、例えば、０．１８ｔ以上０．３８ｔ以下、又は０．１９ｔ以上０．３６ｔ以下、０．２０ｔ以上０．３４ｔ以下、０．１８ｔ以上０．３２ｔ以下、０．１９ｔ以上０．３０ｔ以下、０．２０ｔ以上０．２９ｔ以下、０．２１ｔ以上０．２８ｔ以下、０．２２ｔ以上０．２７ｔ以下、０．２３ｔ以上０．２６ｔ以下、又は０．２４ｔ以上０．２５ｔ以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の圧縮の深さ（ＤＯＣ）を有しうる。
【０１８４】
実施形態では、ガラス系物品は、任意の適切なＤＯＣ／ｔ値によって特徴付けることができる。例えば、ＤＯＣ／ｔは、０．１２以上、例えば、０．１３以上、０．１４以上、０．１５以上、０．１６以上、０．１７以上、０．１８以上、０．１９以上、０．２０以上、０．２１以上、０．２２以上、０．２３以上、又はそれより大きくなりうる。
【０１８５】
ガラス系物品は、ガラス系基板をイオン交換溶液に曝露して、ガラス系物品のから圧縮の深さまで延びる圧縮応力層を有するガラス系物品を形成することによって形成することができる。イオン交換プロセスは、本明細書に記載される脆弱性限界のいずれかを満たすガラス系物品の製造に十分な条件下で実施することができる。実施形態では、イオン交換溶液は、溶融硝酸塩でありうる。幾つかの実施形態では、イオン交換溶液は、溶融ＫＮＯ３、溶融ＮａＮＯ３、又はそれらの組合せでありうる。ある特定の実施形態では、イオン交換溶液は、約９５％未満の溶融ＫＮＯ３、例えば、約９０％未満の溶融ＫＮＯ３、約８０％未満の溶融ＫＮＯ３、約７０％未満の溶融ＫＮＯ３、約６０％未満の溶融ＫＮＯ３、又は約５０％未満の溶融ＫＮＯ３を含むことができる。ある特定の実施形態では、イオン交換溶液は、少なくとも約５％の溶融ＮａＮＯ３、例えば、少なくとも約１０％の溶融ＮａＮＯ３、少なくとも約２０％の溶融ＮａＮＯ３、少なくとも約３０％の溶融ＮａＮＯ３、又は少なくとも約４０％の溶融ＮａＮＯ３を含むことができる。他の実施形態では、イオン交換溶液は、約９５％の溶融ＫＮＯ３及び約５％の溶融ＮａＮＯ３、約９４％の溶融ＫＮＯ３及び約６％の溶融ＮａＮＯ３、約９３％の溶融ＫＮＯ３及び約７％の溶融ＮａＮＯ３、約８０％の溶融ＫＮＯ３及び約２０％の溶融ＮａＮＯ３、約７５％の溶融ＫＮＯ３及び約２５％の溶融ＮａＮＯ３、約７０％の溶融ＫＮＯ３及び約３０％の溶融ＮａＮＯ３、約６５％の溶融ＫＮＯ３及び約３５％の溶融ＮａＮＯ３、又は約６０％の溶融ＫＮＯ３及び約４０％の溶融ＮａＮＯ３、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲を含むことができる。実施形態では、他のナトリウム塩及びカリウム塩は、例えば、亜硝酸、リン酸、若しくは硫酸のナトリウム塩又はカリウム塩などのイオン交換溶液中で使用することができる。幾つかの実施形態では、イオン交換溶液は、ＬｉＮＯ３のどのリチウム塩を含むことができる。
【０１８６】
ガラス系基板をイオン交換溶液の浴に浸すか、イオン交換溶液をガラス系基板に噴霧するか、さもなければイオン交換溶液をガラス系基板に物理的に塗布することにより、ガラス系基板をイオン交換溶液に曝すことができる。ガラス系基板に曝されるとき、イオン交換溶液は、実施形態によれば、３４０℃以上５００℃以下、例えば、３５０℃以上４９０℃以下、３６０℃以上４８０℃以下、３７０℃以上４７０℃以下、３８０℃以上４６０℃以下、３９０℃以上４５０℃以下、４００℃以上４４０℃以下、４１０℃以上４３０℃以下、４２０℃に等しい、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の温度でありうる。実施形態では、ガラス組成物は、２時間以上４８時間以下、例えば、４時間以上４４時間以下、８時間以上４０時間以下、１２時間以上３６時間以下、１６時間以上３２時間以下、２０時間以上２８時間以下、２４時間に等しい、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の期間、イオン交換溶液に曝されうる。
【０１８７】
イオン交換プロセスは、例えば、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２０１６／０１０２０１１号明細書に開示されているように、改善された圧縮応力プロファイルをもたらす処理条件下、イオン交換溶液中で行うことができる。幾つかの実施形態では、イオン交換プロセスは、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２０１６／０１０２０１４号明細書に記載される応力プロファイルなど、ガラス物品に放物線状の応力プロファイルを形成するように選択されうる。
【０１８８】
イオン交換プロセスの実施後、ガラス系基板の表面の組成は、ガラス系基板がイオン交換プロセスに供される前のガラス系基板の組成とは異なっているものと理解されたい。これは、例えばＬｉ＋又はＮａ＋などの形成されたままのガラス内の１種類のアルカリ金属イオンが、例えば、それぞれＮａ＋又はＫ＋などのより大きいアルカリ金属イオンに置き換えられることに起因する。しかしながら、ガラス物品の深さの中心又はその近くのガラス組成物は、実施形態では、依然としてガラス系基板の組成を有する。
【０１８９】
イオン交換されてガラス系物品を形成するガラス系基板は、アルカリアルミノケイ酸塩組成物などの任意の適切な組成物を有しうる。実施形態では、ガラス系基板は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、及び少なくとも１つのアルカリ金属酸化物を含む。少なくとも１つのアルカリ金属酸化物は、ガラス系基板のイオン交換を容易にする。例えば、ガラス系基板は、Ｌｉ２Ｏ及び／又はＮａ２Ｏを含むことができ、これらは、Ｎａ＋及びＫ＋イオンのガラス系基板への交換を容易にし、ガラス系物品を形成する。上で論じたように、ガラス系基板の組成は、ガラス系物品の中心の組成と同等でありうる。
【０１９０】
本明細書に記載されるガラス系基板の実施形態では、構成成分（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏなど）の濃度は、特に明記しない限り、酸化物基準のモルパーセント（モル％）で与えられる。実施形態によるガラス系基板の構成成分は、以下に個別に論じられる。一の構成成分のさまざまに記載された範囲のいずれかは、他の任意の構成成分についてさまざまに記載された範囲のいずれかと個別に組み合わせることができることを理解されたい。
【０１９１】
本明細書に開示されるガラス系基板の実施形態では、ＳｉＯ２は最大の構成成分であり、したがって、ＳｉＯ２は、ガラス組成物から形成されるガラスネットワークの主な構成成分である。純粋なＳｉＯ２は、比較的低いＣＴＥを有し、アルカリを含まない。しかしながら、純粋なＳｉＯ２は高い融点を有する。したがって、高濃度のＳｉＯ２はガラスの溶融の困難さを増大させ、これが次にガラスの成形性に悪影響を与えることから、ガラス系基板中のＳｉＯ２の濃度が高すぎると、ガラス組成物の成形性は低下する可能性がある。実施形態では、ガラス系基板は、概して、ＳｉＯ２を、５０．０モル％以上７５．０モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。実施形態では、ガラス系基板は、ＳｉＯ２を、５１．０モル％以上７４．０モル％以下、例えば、５２．０モル％以上７３．０モル％以下、５３．０モル％以上７２．０モル％以下、５４．０モル％以上７１．０モル％以下、５５．０モル％以上７０．０モル％以下、５６．０モル％以上６９．０モル％以下、５７．０モル％以上６８．０モル％以下、５８．０モル％以上６７．０モル％以下、６０．０モル％以上６６．０モル％以下、６１．０モル％以上６５．０モル％以下、６２．０モル％以上６４．０モル％以下、６３．０モル％以上６４．０モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【０１９２】
実施形態のガラス系基板はさらに、Ａｌ２Ｏ３を含むことができる。Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２と同様に、ガラスネットワーク形成剤として機能することができる。Ａｌ２Ｏ３は、ガラス組成物から形成されたガラス溶融物中のその四面体配位に起因して、ガラス組成物の粘度を増加させることができ、Ａｌ２Ｏ３の量が多すぎるとガラス組成物の成形性を低下させる。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３の濃度がガラス系基板中のＳｉＯ２の濃度及びアルカリ酸化物の濃度に対してバランスをとっている場合、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス溶融物の液相温度を低下させることができ、それによって、液相粘度を高め、溶融成形プロセスなどのある特定の成形プロセスとのガラス組成物の適合性を改善することができる。実施形態では、ガラス系基板は、概して、Ａｌ２Ｏ３を、４モル％以上２５．０モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。実施形態では、ガラス系基板は、Ａｌ２Ｏ３を、５．０モル％以上２４．５モル％以下、例えば、６モル％以上２４．０モル％以下、７モル％以上２３．５モル％以下、８モル％以上２３．０モル％以下、９モル％以上２２．５モル％以下、１０モル％以上２２．０モル％以下、１１モル％以上２１．５モル％以下、１２モル％以上２１．０モル％以下、１３モル％以上２０．５モル％以下、１４モル％以上２０．０モル％以下、１５モル％以上１９．５モル％以下、又は１６モル％以上１９．０モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【０１９３】
ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３と同様に、Ｂ２Ｏ３をネットワーク形成剤としてガラス系基板に添加することができ、それによって、ガラス組成物の溶融性及び成形性が低下する。したがって、Ｂ２Ｏ３は、これらの特性を過度に低下させない量で添加することができる。実施形態では、ガラス系基板は、Ｂ２Ｏ３を、０モル％以上のＢ２Ｏ３から８．０モル％以下のＢ２Ｏ３、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含むことができる。実施形態では、ガラス系基板は、Ｂ２Ｏ３を、０．５モル％以上７．５モル％以下、例えば、１．０モル％以上７．０モル％以下、１．５モル％以上６．５モル％以下、２．０モル％以上６．０モル％以下、２．５モル％以上５．５モル％以下、３．０モル％以上５．０モル％、又は３．５モル％以上４．５モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【０１９４】
ガラス系基板にＬｉ２Ｏを含めると、イオン交換プロセスをより良好に制御することができ、さらにガラスの軟化点を低下させ、それによってガラスの製造可能性が向上する。実施形態では、ガラス系基板は、概して、Ｌｉ２Ｏを、８．０モル％超１８．０モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。実施形態では、ガラス系基板は、Ｌｉ２Ｏを、８．５モル％以上１７．５モル％以下、例えば、９．０モル％以上１７．０モル％以下、９．５モル％以上１６．５モル％以下、１０．０モル％以上１６．０モル％以下、１０．５モル％以上１５．５モル％以下、１１．０モル％以上１５．０モル％以下、１１．５モル％以上１４．５モル％以下、１２．０モル％以上１４．０モル％以下、又は１２．５モル％以上１３．５モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス系基板は、Ｌｉ２Ｏを実質的に含まない、又は含まない場合がある。
【０１９５】
実施形態によれば、ガラス系基板は、Ｌｉ２Ｏ以外又はＬｉ２Ｏに加えて、Ｎａ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物を含むことができる。Ｎａ２Ｏは、ガラス組成物のイオン交換能を助け、ガラス組成物の成形性、ひいては製造可能性も向上させる。しかしながら、ガラス系基板に添加するＮａ２Ｏが多すぎると、ＣＴＥが高くなりすぎる場合があり、また融点が高くなりすぎる場合がある。実施形態では、ガラス系基板は、概して、Ｎａ２Ｏを、０．５モル％以上のＮａ２Ｏから２０．０モル％以下のＮａ２Ｏ、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。実施形態では、ガラス系基板は、Ｎａ２Ｏを、１．０モル％以上１８モル％以下、例えば、１．５モル％以上１６モル％以下、２．０モル％以上１４モル％以下、２．５モル％以上１２モル％以下、３．０モル％以上１０モル％以下、３．５モル％以上８モル％以下、又は４．０モル％以上６モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス系基板は、Ｎａ２Ｏを実質的に含まない、又は含まない場合がある。
【０１９６】
Ｎａ２Ｏと同様に、Ｋ２Ｏもイオン交換を促進し、圧縮応力層のＤＯＣを増加させる。しかしながら、Ｋ２Ｏを添加すると、ＣＴＥが低くなりすぎる場合があり、また融点が高くなりすぎる場合がある。幾つかの実施形態では、ガラス系基板は、Ｋ２Ｏを含むことができる。実施形態では、ガラス組成物は、実質的にカリウムを含まない。本明細書で用いられる場合、「実質的に含まない」という用語は、成分が汚染物質として非常に少量、例えば０．０１モル％未満で最終ガラス中に存在しうるとしても、その成分がバッチ材料の成分として添加されていないことを意味する。他の実施形態では、Ｋ２Ｏは、ガラス系基板中に１モル％未満の量で存在しうる。
【０１９７】
ＭｇＯはガラスの粘度を下げ、ガラスの成形性及び製造可能性を高める。ガラス系基板にＭｇＯを含めると、ガラス組成物の歪み点及びヤング率も向上し、ガラスのイオン交換能力もまた向上しうる。しかしながら、ガラス組成物に添加するＭｇＯが多すぎると、ガラス組成物の密度及びＣＴＥの望ましくない増加を生じる。実施形態では、ガラス系基板は、概して、ＭｇＯを、０モル％以上１７．５モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。実施形態では、ガラス系基板は、ＭｇＯを、０．５モル％以上１７．０モル％以下、例えば、１．０モル％以上１６．５モル％以下、１．５モル％以上１６．０モル％以下、２．０モル％以上１５．５モル％以下、２．５モル％以上１５．０モル％以下、３．０モル％以上１４．５モル％以下、３．５モル％以上１４．０モル％以下、４．０モル％以上１３．５モル％以下、４．５モル％以上１３．０モル％以下、５．０モル％以上１２．５モル％以下、５．５モル％以上１２．０モル％以下、６．０モル％以上１１．５モル％以下、６．５モル％以上１１．０モル％以下、７．０モル％以上１０．５モル％以下、７．５モル％以上１０．０モル％以下、８．０モル％以上９．５モル％、又は８．５モル％以上９．０モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【０１９８】
ＣａＯは、ガラスの粘度を下げ、成形性、歪み点、及びヤング率を高め、イオン交換能を改善することができる。しかしながら、ガラス系基板に添加するＣａＯが多すぎると、ガラス組成物の密度及びＣＴＥが増加する。実施形態では、ガラス系基板は、概して、ＣａＯを、０モル％以上４．０モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。実施形態では、ガラス系基板は、ＣａＯを、０．５モル％以上３．５モル％以下、例えば、１．０モル％以上３．０モル％以下、又は１．５モル％以上２．５モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【０１９９】
ＴｉＯ２も、ガラスの靭性の向上に貢献すると同時に、ガラスを軟化させる。しかしながら、ガラス組成物に添加するＴｉＯ２が多すぎると、ガラスは失透しやすくなり、望ましくない着色を示す。実施形態では、ガラス系基板は、ＴｉＯ２を、例えば、０モル％以上２．０モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。実施形態では、ガラス系基板は、ＴｉＯ２を、０．５モル％以上１．５モル％以下の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス系基板は、ＴｉＯ２を含まない、又は実質的に含まない。
【０２００】
ＺｒＯ２は、ガラスの靭性に寄与する。しかしながら、ガラス組成物に添加するＺｒＯ２が多すぎると、少なくとも部分的にはガラス中のＺｒＯ２の溶解度が低いことに起因して、望ましくないジルコニア包有物がガラス中に形成される可能性がある。実施形態では、ガラス系基板は、ＺｒＯ２を、０モル％以上２．５モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度などで含む。実施形態では、ガラス系基板は、ＺｒＯ２を、０．５モル％以上２．０モル％以下、例えば、１．０モル％以上１．５モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス系基板は、ＺｒＯ２を含まない、又は実質的に含まない。
【０２０１】
ＳｒＯは、本明細書に開示されるガラス組成物の液相温度を低下させる。実施形態では、ガラス系基板は、ＳｒＯを、０モル％以上２．０モル％以下、例えば、０．２モル％以上１．５モル％以下、又は０．４モル％以上１．０モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含むことができる。幾つかの実施形態では、ガラス系基板は、ＳｒＯを実質的に含まない、又は含まない場合がある。
【０２０２】
実施形態では、ガラス系基板は、任意選択的に、１つ以上の清澄剤を含みうる。幾つかの実施形態では、清澄剤は、例えば、ＳｎＯ２を含みうる。このような実施形態では、ＳｎＯ２は、ガラス系基板中に、０．２モル％以下、例えば、０モル％以上０．１モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で存在しうる。他の実施形態では、ＳｎＯ２は、ガラス系基板中に、０モル％以上０．２モル％以下、又は０．１モル％以上０．２モル％以下、並びに前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で存在しうる。幾つかの実施形態では、ガラス系基板は、ＳｎＯ２を実質的に含まない、又は含まない場合がある。
【０２０３】
実施形態では、ガラス系基板は、ヒ素及びアンチモンの一方又は両方を実質的に含まない場合がある。他の実施形態では、ガラス系基板は、ヒ素及びアンチモンの一方又は両方を含まない場合がある。
【０２０４】
１つ以上の実施形態では、本明細書に記載されるガラス系物品は、非晶質微細構造を示すことができ、結晶又は微結晶を実質的に含まない場合がある。言い換えれば、ガラス系物品は、幾つかの実施形態では、ガラスセラミック材料を除外することができる。
【０２０５】
ガラス系基板は、ガラスセラミックを含むことができる。ガラスセラミックは、ケイ酸リチウム、ベータスポジュメン、又はスピネル結晶構造などの任意の適切な結晶構造を含むことができる。ガラス系基板を含むガラスセラミックは、前駆体ガラスをセラミック化するなど、任意の適切な方法によって形成することができる。
【０２０６】
ガラス系基板は、任意の適切な方法によって製造することができる。実施形態では、ガラス系基板は、スロット成形、フロート成形、圧延プロセス、及び溶融成形プロセスを含むプロセスによって成形することができる。ガラス系基板を形成するための延伸プロセスは、ほとんど欠陥のない薄いガラス物品を形成可能であることから、望ましい。
【０２０７】
ガラス系基板は、それが形成されうる方法によって特徴付けることができる。例えば、ガラス系基板を、フロート成形可能（すなわち、フロート法によって成形される）、下方延伸可能、及び特に溶融成形可能又はスロット延伸可能（すなわち、フュージョンドロー法又はスロットドロー法などのダウンドロー法によって成形される）として特徴付けることができる。
【０２０８】
本明細書に記載されるガラス系物品の幾つかの実施形態は、ダウンドロー法によって成形することができる。ダウンドロー法は、比較的無傷な表面を有する、均一な厚さのガラス系基板を生成する。ガラス系基板及び結果的に得られるガラス系物品の平均曲げ強度は表面の傷の量及び大きさによって制御されることから、最小限に接触している無傷の表面は、より高い初期強度を有する。加えて、下方に延伸されたガラス系基板は、非常に平坦で滑らかな表面を有しており、高価な研削及び研磨をすることなく、その最終用途に使用することができる。
【０２０９】
ガラス系基板の幾つかの実施形態は、溶融成形可能（すなわち、フュージョンドロー法を使用して成形可能）として説明することができる。フュージョン法は、溶融ガラス原料を受け入れるためのチャネルを有する延伸タンクを使用する。チャネルは、該チャネルの両側に、チャネルの長さに沿って上部が開放されている堰を有する。チャネルが溶融材料で満たされると、溶融ガラスは堰から溢れ出る。重力に起因して、溶融ガラスは、２つの流れるガラスフィルムとして延伸タンクの外面を流下する。延伸タンクのこれらの外面は、該延伸タンクの下方の縁部で接合するように、下方かつ内側へと延びている。２つの流れるガラスフィルムは、この縁部で接合し、融着して、単一の流れるガラス物品を形成する。フュージョンドロー法は、チャネル上を流れる２つのガラスフィルムが互いに融着することから、得られるガラスベース基板の外面はどちらも、装置のいずれの部分とも接触しないという利点をもたらす。よって、溶融延伸されたガラスベース基板の表面特性は、このような接触による影響を受けない。
【０２１０】
本明細書に記載されるガラス系基板の幾つかの実施形態は、スロットドロー法によって形成することができる。スロットドロー法は、フュージョンドロー法とは異なる。スロットドロー法では、溶融原料ガラスは延伸タンクに供給される。延伸タンクの底部は、スロットの長さにわたって延在する、ノズルを備えた開口スロットを有している。溶融ガラスは、スロット／ノズルを通って流れ、連続的なガラス系基板として、アニーリング領域内へと下方に延伸される。
【０２１１】
本明細書に開示されるガラス系物品は、ディスプレイを備えた（一又は複数の）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消費者向け電化製品）、建築用品、輸送用品（例えば、自動車、列車、航空機、船舶など）、家電機器用品、若しくはある程度の透明性、耐スクラッチ性、耐摩耗性、又はそれら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。本明細書に開示されるガラス系物品のいずれかを組み込む例示的な物品が図１２Ａ及び１２Ｂに示されている。具体的には、図１２Ａ及び１２Ｂは、前面２０４、背面２０６、及び側面２０８を有する筐体２０２；筐体内部に少なくとも部分的に、又は筐体内に全体的にあり、少なくともコントローラと、メモリと、筐体の前面にあるか又はそれに隣接するディスプレイ２１０とを含む電気部品（図示せず）；並びに、ディスプレイの上方になるように、筐体の前面又はその上にあるカバー基板２１２を含む、消費者向け電子機器２００を示している。カバー基板２１２及び／又は筐体は、本明細書に開示されるガラス系物品のいずれかを含みうる。
【０２１２】
本明細書に開示されるすべての範囲は、範囲が開示される前又は後に明示的に述べられているかどうかにかかわらず、広く開示されている範囲によって包含されるありとあらゆる範囲及び部分範囲を含む。
【０２１３】
特許請求の範囲に記載の主題の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態にさまざまな修正及び変更を加えることができることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、本明細書は、このような修正及び変更が添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入る限り、本明細書、に記載されるさまざまな実施形態の修正及び変更に及ぶことが意図されている。
【０２１４】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０２１５】
実施形態１
ガラス系物品であって、
第１の表面；
第２の表面；及び
第１の表面から圧縮の第１の深さＤＯＣ１まで延びる第１の圧縮領域、第２の表面から圧縮の第２の深さＤＯＣ２まで延びる第２の圧縮領域、及びＤＯＣ１からＤＯＣ２まで延びる引張領域を有する応力プロファイル
を含み、
前記引張領域が、１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上かつ１．８・ＫＩＣ未満の引張応力係数ＫＴを有しており、ここで、ＫＩＣは、前記ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性である、
ガラス系物品。
【０２１６】
実施形態２
ＫＴが１．４１ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態１に記載のガラス系物品。
【０２１７】
実施形態３
ＫＴが２．０ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態１に記載のガラス系物品。
【０２１８】
実施形態４
ＫＴが１．７８１・ＫＩＣ以下である、実施形態１に記載のガラス系物品。
【０２１９】
実施形態５
ＫＩＣが０．６７ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態１に記載のガラス系物品。
【０２２０】
実施形態６
ＫＩＣが１．３ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態１に記載のガラス系物品。
【０２２１】
実施形態７
アルカリアルミノケイ酸塩を含む、実施形態１に記載のガラス系物品。
【０２２２】
実施形態８
それぞれ、前記第１及び第２の表面から測定して、ＤＯＣ１＝ＤＯＣ２である、実施形態１に記載のガラス系物品。
【０２２３】
実施形態９
前記ガラス系物品が非脆弱性である、実施形態１に記載のガラス系物品。
【０２２４】
実施形態１０
消費者向け電子製品において、
前面、背面、及び側面を含む筐体；
少なくとも部分的に前記筐体内にある電気部品であって、前記電気部品が少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、前記ディスプレイが前記筐体の前記前面又はそれに隣接している、電気部品；並びに
前記ディスプレイの上に配置されたカバー基板
を備えており、
前記筐体又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方の一部が、実施形態１に記載のガラス系物品を含む、
消費者向け電子製品。
【０２２５】
実施形態１１
ガラス系物品であって、
表面；及び
表面から圧縮の深さＤＯＣまで延びる圧縮領域と、引張領域とを有する応力プロファイル
を含み、
前記引張領域が、１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上かつＫＴ限界以下の引張応力係数ＫＴを有しており、ここで、ＫＴ限界は、次によって定義され：
【０２２６】
【数４０】
2021535888.tif 000049
【０２２７】
式中、ＫＩＣは、前記ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性であり、ｔは、前記ガラス系物品の厚さである、
ガラス系物品。
【０２２８】
実施形態１２
ＫＴが１．４１ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態１１に記載のガラス系物品。
【０２２９】
実施形態１３
ＫＴが２．０ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態１１に記載のガラス系物品。
【０２３０】
実施形態１４
ＤＯＣ／ｔが０．１２を超える、請求項１１に記載のガラス系物品。
【０２３１】
実施形態１５
ＤＯＣ／ｔが０．１８を超える、請求項１１に記載のガラス系物品。
【０２３２】
実施形態１６
ＫＩＣが０．６７ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態１１に記載のガラス系物品。
【０２３３】
実施形態１７
ＫＩＣが１．３ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態１１に記載のガラス系物品。
【０２３４】
実施形態１８
アルカリアルミノケイ酸塩を含む、実施形態１１に記載のガラス系物品。
【０２３５】
実施形態１９
前記ガラス系物品が非脆弱性である、実施形態１１に記載のガラス系物品。
【０２３６】
実施形態２０ 
消費者向け電子製品において、
前面、背面、及び側面を含む筐体；
少なくとも部分的に前記筐体内にある電気部品であって、前記電気部品が少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、前記ディスプレイが前記筐体の前記前面又はそれに隣接している、電気部品；並びに
前記ディスプレイの上に配置されたカバー基板
を備えており、
前記筐体又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方の一部が、実施形態１１に記載のガラス系物品を含む、
消費者向け電子製品。
【０２３７】
実施形態２１
ガラス系物品であって、
第１の表面；
第２の表面；及び
第１の表面から圧縮の第１の深さＤＯＣ１まで延びる第１の圧縮領域、第２の表面から圧縮の第２の深さＤＯＣ２まで延びる第２の圧縮領域、及びＤＯＣ１からＤＯＣ２まで延びる引張領域を有する応力プロファイル
を含み、
前記引張領域が、１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上かつＫＴ限界以下の引張応力係数ＫＴを有しており、ここで、ＫＴ限界は、次によって定義され：
【０２３８】
【数４１】
2021535888.tif 000050
【０２３９】
式中、ＫＩＣは、前記ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性であり、ｔは前記ガラス系物品の厚さであり、前記ＤＯＣ１及び前記ＤＯＣ２は、前記第１の表面から測定される、
ガラス系物品。
【０２４０】
実施形態２２
ＫＴが１．４１ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態２１に記載のガラス系物品。
【０２４１】
実施形態２３
ＫＴが２．０ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態２１に記載のガラス系物品。
【０２４２】
実施形態２４
ＫＴが０．９５ＫＴ限界以下である、実施形態２１に記載のガラス系物品。
【０２４３】
実施形態２５
ＫＴが０．８５ＫＴ限界以下である、実施形態２１に記載のガラス系物品。
【０２４４】
実施形態２６
ＫＩＣが０．６７ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態２１に記載のガラス系物品。
【０２４５】
実施形態２７
ＫＩＣが１．３ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態２１に記載のガラス系物品。
【０２４６】
実施形態２８
アルカリアルミノケイ酸塩を含む、実施形態２１に記載のガラス系物品。
【０２４７】
実施形態２９
ＤＯＣ１＝ｔ−ＤＯＣ２である、実施形態２１に記載のガラス系物品。
【０２４８】
実施形態３０
前記ガラス系物品が非脆弱性である、実施形態２１に記載のガラス系物品。
【０２４９】
実施形態３１
消費者向け電子製品において、
前面、背面、及び側面を含む筐体；
少なくとも部分的に前記筐体内にある電気部品であって、前記電気部品が少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、前記ディスプレイが前記筐体の前記前面又はそれに隣接している、電気部品；並びに
前記ディスプレイの上に配置されたカバー基板
を備えており、
前記筐体又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方の一部が、実施形態２１に記載のガラス系物品を含む、
消費者向け電子製品。
【０２５０】
実施形態３２
ガラス系物品であって、
表面；及び
表面から圧縮の深さＤＯＣまで延びる圧縮領域と引張領域とを有する応力プロファイル
を含み、
前記圧縮領域が圧縮応力係数ＫＣＳを有し、前記引張領域が１．３１ＭＰａ・√（ｍ）以上の引張応力係数ＫＴを有しており、かつ：
【０２５１】
【数４２】
2021535888.tif 000051
【０２５２】
であり、ここで、ＫＩＣは、前記ガラス系物品の中心と同じ組成を有するガラス系基板の破壊靭性である、
ガラス系物品。
【０２５３】
実施形態３３
【０２５４】
【数４３】
2021535888.tif 000052
【０２５５】
である、実施形態３２に記載のガラス系物品。
【０２５６】
実施形態３４
【０２５７】
【数４４】
2021535888.tif 000053
【０２５８】
である、実施形態３２に記載のガラス系物品。
【０２５９】
実施形態３５
ＫＴが１．４１ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態３２に記載のガラス系物品。
【０２６０】
実施形態３６
ＫＴが２．０ＭＰａ・√（ｍ）以上である、実施形態３２に記載のガラス系物品。
【０２６１】
実施形態３７
アルカリアルミノケイ酸塩を含む、実施形態３２に記載のガラス系物品。
【０２６２】
実施形態３８
前記ガラス系物品が非脆弱性である、実施形態３２に記載のガラス系物品。
【０２６３】
実施形態３９
消費者向け電子製品において、
前面、背面、及び側面を含む筐体；
少なくとも部分的に前記筐体内にある電気部品であって、前記電気部品が少なくともコントローラ、メモリ、及びディスプレイを備えており、前記ディスプレイが前記筐体の前記前面又はそれに隣接している、電気部品；並びに
前記ディスプレイの上に配置されたカバー基板
を備えており、
前記筐体又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方の一部が、実施形態３２に記載のガラス系物品を含む、
消費者向け電子製品。
【符号の説明】
【０２６４】
１００  ガラス系物品
１１０  第１の表面
１１２  第２の表面
１２０  第１のセグメント
１２２  第２のセグメント
１３０  中央領域
１３５  衝撃点
１４０  亀裂枝
１４２  破片
１５０  分岐
２００  消費者向け電子機器
２０２  筐体
２０４  前面
２０６  ２０６
２０８  側面
２１０  ディスプレイ
２１２  カバー基板
【図１】
2021535888.tif 000058
【図２】
2021535888.tif 000059
【図３】
2021535888.tif 000060
【図４】
2021535888.tif 000061
【図５】
2021535888.tif 000062
【図６】
2021535888.tif 000063
【図７】
2021535888.tif 000064
【図８】
2021535888.tif 000065
【図９】
2021535888.tif 000066
【図１０】
2021535888.tif 000067
【図１１】
2021535888.tif 000068
【図１２Ａ】
2021535888.tif 000069
【図１２Ｂ】
2021535888.tif 000070
【国際調査報告】
2021535888.tif 000071
2021535888.tif 000072
2021535888.tif 000073
2021535888.tif 000074