(57)【要約】  複数の二価の交換可能なイオンを含有する外側領域を有する基板であって、ガラス、ガラスセラミックまたはセラミックを含む基板を、極性溶媒および複数の二価のイオン交換性イオンを含む浴中に浸す工程；その浴を、周囲圧力より実質的に高い所定の圧力に加圧する工程；およびその浴を、周囲温度より高い所定の温度に加熱する工程を有してなる、基板を処理する方法が提供される。この方法は、複数の二価の交換可能なイオンの一部が、二価のイオン交換性イオンの一部と交換されるように、その基板を所定のイオン交換期間に亘り処理する工程も含む。その上、その基板を処理する工程により、その基板から出る二価の交換可能なイオンよりも、その基板に入る二価のイオン交換性イオンの数が多くなる。
2018504343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法において、
複数の二価の交換可能なイオンを含有する外側領域を有する基板を、極性溶媒および複数の二価のイオン交換性イオンを含む浴中に浸す工程；
前記浴を、周囲圧力より実質的に高い所定の圧力に加圧する工程；
前記浴を、周囲温度より高い所定の温度に加熱する工程；および
前記複数の二価の交換可能なイオンの一部が、前記イオン交換性イオンの一部と交換されるように、前記基板を前記所定の圧力と温度で、所定のイオン交換期間に亘り処理する工程；
を有してなり、
前記基板が、ガラス、ガラスセラミックまたはセラミックを含む、方法。
【請求項２】
前記基板を処理する工程が、前記基板の第１の表面からその中の第１の選択された深さまで延在する前記外側領域内に二価のイオン交換領域を画成するためにさらに行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記所定の圧力が約１０ＭＰａから７５ＭＰａである、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記所定の温度が約２００℃から３５０℃に設定される、請求項１から３いずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記基板を処理する工程中、前記基板を去る二価の交換可能なイオンよりも、該基板に入る二価のイオン交換性イオンの数が多い、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
基板を処理する方法において、
複数の二価の交換可能なイオンを含有する外側領域を有する基板であって、ガラス、ガラスセラミックまたはセラミックを含む基板を、極性溶媒および複数の二価のイオン交換性イオンを含む浴中に浸す工程；
前記浴を、周囲圧力より実質的に高い所定の圧力に加圧する工程；
前記浴を、周囲温度より高い所定の温度に加熱する工程；および
前記複数の二価の交換可能なイオンの一部が、前記二価のイオン交換性イオンの一部と交換されるように、前記基板を前記所定の圧力と温度で、所定のイオン交換期間に亘り処理する工程；
を有してなり、
前記基板を処理する工程により、該基板から出る二価の交換可能なイオンよりも、該基板に入る二価のイオン交換性イオンの数が多くなる、方法。
【請求項７】
前記二価の交換可能なイオンが、２と５の間の価数を有する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記二価の交換可能なイオンの価数が、前記二価のイオン交換性イオンの価数より大きい、請求項６または７記載の方法。
【請求項９】
強化物品において、
基板であって、（ａ）ガラス、ガラスセラミックまたはセラミック；（ｂ）該基板の第１の深さまで延在する圧縮応力領域；および（ｃ）二価の交換可能なイオンのバルク濃度を有する基板、
を備え、
前記圧縮応力領域は、ある濃度の二価のイオン交換されたイオン、ある濃度の二価の交換可能なイオン、および少なくとも１００ＭＰａの圧縮応力を有し、
前記圧縮応力領域中の前記二価の交換可能なイオンの濃度は、前記二価の交換可能なイオンのバルク濃度よりも低い、強化物品。
【請求項１０】
前記二価の交換可能なイオンが、２と５の間の価数を有する、請求項９記載の物品。
【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１１月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／０８４６４０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】
本発明は、概して、以下に限られないが、様々な電子機器、例えば、携帯電話、ラップトップ型コンピュータ、ブックリーダー、携帯型ビデオゲームシステム、および現金自動預入支払装置のための基板およびタッチ画面を含む、様々な用途のための強化ガラス、ガラスセラミック、およびセラミック物品、並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
局部的な組成改良により、様々なガラス、ガラスセラミック、およびセラミック基板において金属イオンの濃度を変更し、制御するために、イオン交換過程が使用されている。特定の基板特性を改良するために、基板におけるこれらの組成改良を使用することができる。例えば、アルカリ金属イオン（例えば、ＫおよびＲｂイオン）が、強化機構として基板の表面領域に与えられることがある。
【０００４】
これらのイオン交換過程は、高温での溶融塩浴中への基板の浸漬を大抵含む。その溶融塩浴は、基板内に導入する目的の金属イオンを含む。イオン交換過程中に、基板内のイオンが浴中の金属イオンと交換される。
【０００５】
イオン交換過程で様々なイオンを使用する能力は、これらのイオンの塩の融点および標的基板の組成により制限され得る。例えば、アルカリ土類金属塩の融点は、典型的に、周囲温度よりずっと高い。これらの塩の高い融点は、目的のガラス、セラミック、またはガラスセラミック基板の応力点をしばしば超え、これらの塩は使用できない。これらの溶融塩は、基板に対して高腐食性の傾向もある。その上、アルカリ土類イオンよりも高い価数を有するイオンのイオン交換を生じさせるのに十分な温度にしばしば到達できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、強化ガラス、ガラスセラミック、およびセラミック物品を製造するために使用できる製造作業に適した融通性のあるイオン交換システムおよび方法を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの実施の形態によれば、基板を処理する方法が提供される。この方法は、複数の二価の交換可能なイオン(exchangeable ions)を含有する外側領域を有する基板を、極性溶媒および複数の二価のイオン交換性イオン(ion-exchanging ions)を含む浴中に浸す工程；その浴を、周囲圧力より実質的に高い所定の圧力に加圧する工程；およびその浴を、周囲温度より高い所定の温度に加熱する工程を有してなる。この方法は、複数の二価の交換可能なイオンの一部が、イオン交換性イオンの一部と交換されるように、その基板を前記所定の圧力と温度で、所定のイオン交換期間に亘り処理する工程も含む。さらに、その基板は、ガラス、ガラスセラミックまたはセラミックを含む。
【０００８】
ある実施の形態によれば、基板を処理する方法が提供される。この方法は、複数の二価の交換可能なイオンを含有する外側領域を有する基板であって、ガラス、ガラスセラミックまたはセラミックを含む基板を、極性溶媒および複数のイオン交換性イオンを含む浴中に浸す工程；その浴を、周囲圧力より実質的に高い所定の圧力に加圧する工程；およびその浴を、周囲温度より高い所定の温度に加熱する工程を有してなる。この方法は、複数の交換可能なイオンの一部が、イオン交換性イオンの一部と交換されるように、その基板を前記所定の圧力と温度で、所定のイオン交換期間に亘り処理する工程も含む。その複数の二価の交換可能なイオンは第１の価数を有し、複数の二価のイオン交換性イオンは第１の価数以下の第２の価数を有する。
【０００９】
さらに別の実施の形態によれば、基板を処理する方法が提供される。この方法は、複数の二価の交換可能なイオンを含有する外側領域を有する基板であって、ガラス、ガラスセラミックまたはセラミックを含む基板を、極性溶媒および複数の二価のイオン交換性イオンを含む浴中に浸す工程；その浴を、周囲圧力より実質的に高い所定の圧力に加圧する工程；およびその浴を、周囲温度より高い所定の温度に加熱する工程を有してなる。この方法は、複数の二価の交換可能なイオンの一部が、二価のイオン交換性イオンの一部と交換されるように、その基板を前記所定の圧力と温度で、所定のイオン交換期間に亘り処理する工程も含む。さらに、この基板を処理する工程により、基板から出る二価の交換可能なイオンよりも、その基板に入る二価のイオン交換性イオンの数が多くなる。
【００１０】
本開示のさらに別の態様によれば、基板であって、（ａ）ガラス、ガラスセラミックまたはセラミック；（ｂ）基板の第１の深さまで延在する圧縮応力領域；および（ｃ）二価の交換可能なイオンのバルク濃度を含む基板を備えた強化物品が提供される。その上、その圧縮応力領域は、ある濃度の二価のイオン交換されたイオン、ある濃度の二価の交換可能なイオン、および少なくとも１００ＭＰａの圧縮応力を有する。さらに、この圧縮応力領域中の二価の交換可能なイオンの濃度は、二価の交換可能なイオンのバルク濃度よりも低い。
【００１１】
本発明のこれらと他の特徴、利点、および目的は、以下の明細書、特許請求の範囲、および添付図面を参照することにより、当業者によりさらに理解され、認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】１つの実施の形態によるイオン交換されたガラス、セラミック、またはガラスセラミック物品を製造するためのシステムに使用されるイオン交換浴および圧力容器の概略図
【図１Ｂ】別の実施の形態による、基板がイオン交換浴および容器内に浸漬されている、図１Ａに示されたシステムの概略図
【図１Ｃ】さらに別の実施の形態による、図１Ｂに示されたイオン交換過程の完了後の基板の内の一方の断面図
【図２Ａ】１つの実施の形態による、基板のＸ線光電子分光データのグラフ
【図２Ｂ】さらに別の実施の形態による、基板の二次イオン質量分析データのグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、その実施例が添付図面に示された、現在好ましい実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部品を指すために、図面に亘り同じ参照番号が使用される。
【００１４】
ここで、強化ガラス、ガラスセラミック、またはセラミック物品と基板を製造するための新たな方法が開示される。その方法は、概して、加圧イオン交換過程の使用を伴う。このイオン交換過程は、超大気圧および高温下での、プロトン性または非プロトン性極性溶媒中に溶けたアルカリ土類および遷移金属塩への基板の暴露により、その基板を強化するように設計されている。そのイオン交換過程の他の実施の形態により、ガラス、ガラスセラミック、またはセラミック基板中へのイオンの正味の流入が生じるであろう。さらに他の実施の形態において、前記方法は、実質的に無アルカリのガラス、ガラスセラミックおよびセラミック物品と基板に行うことができる。さらなる実施の形態において、そのイオン交換過程は、洗浄工程または基板に追加の特性を与えるように設計された追加のイオン交換浴を含む追加の工程を含み得る。
【００１５】
図１Ａを参照すると、イオン交換されたガラス、セラミック、またはガラスセラミック基板を製造するためのイオン交換システム１００が提供される。図１Ａに示されるように、システム１００は、圧力容器本体１０４および圧力容器蓋１０８の両方を有する圧力容器１０２を備え得る。容器１０２はイオン交換浴２００を収容している。浴２００は、溶媒およびその溶媒中に溶けている複数のイオン交換性イオンを含む。１つの実施の形態において、圧力容器１０２は、圧力センサ１１６および温度センサ１２４を備え得る。両方のセンサは、それぞれ、圧力連結器１２０および温度連結器１２８を通じて制御装置１１２に接続され得る。制御装置１１２は、圧力容器１０２および浴２００内の温度および圧力を独立して変えることができる。当業者に認識されるように、浴２００を収容し、容器１０２に関連して例示形態でここに記載された他の機能を行うために、圧力容器１０２の代わりに、他の設備、システム、構成要素、特徴などをイオン交換システム１００に使用できる。
【００１６】
イオン交換浴２００の溶媒は、様々な溶媒組成物を含み得る。その溶媒が、周囲温度および周囲圧力であるときに極性液体であることが好ましい。極性溶媒の選択は、特定の組成物に限定されない。例えば、溶媒は、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ニトロメタン、ギ酸、酢酸、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、グリセロール、またはいずれか他のプロトン性極性溶媒、もしくはプロトン性極性溶媒の組合せなどのプロトン性極性溶媒であり得る。同様に、その極性溶媒は、アセトン、酢酸エチル、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、またはいずれか他の非プロトン性極性溶媒、もしくは非プロトン性極性溶媒の組合せなどの非プロトン性極性溶媒であって差し支えない。さらに、溶媒は、様々な比率のプロトン性および非プロトン性溶媒の組合せであってもよい。
【００１７】
イオン交換システム１００に利用されるイオン交換浴２００のイオン交換性イオンは、様々な供給源からの様々なイオンを含み得る。そのイオンは、塩の溶解、酸、およびイオンを液体に導入する他の公知の方法から、イオン交換浴２００に導入してもよい。イオン交換浴２００中に溶かすことのできる塩の一群は、金属塩を含む。これらの金属塩は、２Ａ族の金属イオンを含む塩を含み得る。そのような２Ａ族の金属イオンとしては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、およびラジウムのイオンが挙げられる。２Ａ族の金属イオンの例示の塩としては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、およびラジウムの硫酸塩、塩化物、硝酸塩、ヨウ化物、フッ化物、および臭化物の塩が挙げられる。
【００１８】
再び図１Ａを参照すると、イオン交換システム１００に利用される制御装置１１２は、圧力容器１０２および浴２００の温度と圧力を検出することができる。制御装置１１２は、容器の温度とは独立して、圧力容器１０２内の圧力を調整することもできる。制御装置１１２は、圧力容器１０２および浴２００が特定の温度および圧力に維持される期間を制御することを含む、様々な他の機能を行うこともできる。
【００１９】
ここで図１Ｂを参照すると、基板３００が、その基板３００がイオン交換浴２００中に浸されるように、イオン交換システム１００に利用される圧力容器１０２の圧力容器本体１０４内に入れられている。１つの実施の形態において、システム１００の圧力容器１０２は、イオン交換浴２００を、５０℃と１０００℃の間の温度に、より好ましくは８０℃と５００℃の間の温度に加熱することができる。システム１００の圧力容器１０２は、約０．１ＭＰａと約１００ＭＰａの間の圧力を達成し維持することができる。いくつかの実施の形態において、容器１０２は、約１０ＭＰａと約７５ＭＰａの間の圧力を達成し維持することができる。圧力容器１０２は、様々なサイズおよび物理的属性の基板３００を受け入れることができる。１つの例示の実施の形態において、圧力容器１０２は、約３．４フィート×４フィート（約１０２ｃｍ×１２０ｃｍ）のガラスパネルを受け入れることができる。別の例示の実施の形態において、圧力容器１０２は、約６フィート×７フィート（約１８０ｃｍ×２１０ｃｍ）のガラスパネルを受け入れるように設計されている。さらに別の実施の形態において、圧力容器１０２は、異なるサイズおよび構造の多数の基板３００を受け入れることができる。圧力容器１０２の設計は、サイズと形状で拡大縮小可能である。したがって、圧力容器１０２は、システム１００に利用される浴２００内の圧力または温度を大きく損失せずに、基板３００の様々なサイズおよび構造に適合するように構成することができる。
【００２０】
１つの実施の形態において、イオン交換システム１００に利用されるイオン交換浴２００は、使用前に、圧力容器１０２内で調製される。別の実施の形態において、イオン交換浴２００は、圧力容器１０２から離れて調製され、適切な時点で、容器１０２中にポンプで送り込まれるまたは同様に搬送される。さらに他の実施の形態において、イオン交換浴２００は、同じ容器１０２内で再利用されても、異なる基板３００または異なる群の基板３００に同様のイオン交換を行うために、異なる圧力容器に移しても差し支えない。
【００２１】
再び図１Ｂを参照すると、基板３００は、ガラス、ガラスセラミック、またはセラミック組成物から実質的になり得る。基板３００に使用されるガラスの選択は、様々なガラス組成物を使用してイオン交換特性を得ることができるので、特定の組成物に制限されない。例えば、選択された組成物は、１種類以上のアルカリ土類改質剤を必要に応じて含み得る、広い範囲のケイ酸塩、ホウケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、アルミノホウケイ酸塩、またはソーダ石灰ガラス組成物のいずれであっても差し支えない。１つの実施の形態において、基板３００の組成物は、１Ａ族のアルカリ元素を実質的に含まないことがある。別の実施の形態において、イオン交換過程中に二価の交換可能なイオンとして働く特別な目的のために、アルカリ土類イオン、遷移金属イオン、および半金属イオンを基板３００に加えてもよい。別の実施の形態において、選択された組成物中にすでに存在するイオンの質量または原子百分率を、イオン交換過程のための二価の交換可能なイオンの供給源として働くように、増加させてもよい。
【００２２】
例として、ガラス、セラミック、またはガラスセラミック基板３００に使用してよい組成物の一群としては、酸化アルミニウムまたは酸化ホウ素の少なくとも一方、およびアルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物の少なくとも一方を有する組成物であって、−１５モル％≦（Ｒ2Ｏ＋Ｒ２Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2）−Ｂ2Ｏ3≦４モル％、式中、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、および／またはＣｓであり得、Ｒ２は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、および／またはＢａであり得る、組成物が挙げられる。この群の組成物の下位群は、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。そのようなガラスが、ここに、下記に全て述べられているかのように全てを引用により含む、米国特許出願第１２／２７７５７３号明細書により詳しく記載されている。
【００２３】
ガラス、セラミック、またはガラスセラミック基板３００に使用してよい組成物の別の例示の一群としては、少なくとも５０モル％のＳｉＯ2と、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種類の改質剤とを有する組成物であって、［（Ａｌ2Ｏ3（モル％）＋Ｂ2Ｏ3（モル％））／（Σアルカリ金属改質剤（モル％））］＞１である組成物が挙げられる。この群の１つの下位群は、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。そのようなガラスが、ここに、下記に全て述べられているかのように全てを引用により含む、米国特許出願第１２／８５８４９０号明細書により詳しく記載されている。
【００２４】
ガラス、セラミック、またはガラスセラミック基板３００に使用してよい組成物のさらに別の例示の一群としては、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）を含む組成物であって、０．７５≦［（Ｐ2Ｏ5（モル％）＋Ｒ2Ｏ（モル％））／Ｍ2Ｏ3（モル％）］≦１．２、式中、Ｍ2Ｏ3＝Ａｌ2Ｏ3＋Ｂ2Ｏ3である組成物が挙げられる。この群の組成物の１つの下位群は、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。この群の組成物の別の下位群は、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。そのようなガラスが、ここに、下記に全て述べられているかのように全てを引用により含む、米国特許出願第１３／３０５２７１号明細書により詳しく記載されている。
【００２５】
ガラス、セラミック、またはガラスセラミック基板３００に使用できる組成物のさらに別の例示の一群としては、少なくとも約４モル％のＰ2Ｏ5を含む組成物であって、（Ｍ2Ｏ3（モル％）／ＲxＯ（モル％））＜１、式中、Ｍ2Ｏ3＝Ａｌ2Ｏ3＋Ｂ2Ｏ3、ＲxＯは、ガラス中に存在する一価と二価の陽イオン酸化物の合計である組成物が挙げられる。その一価と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することができる。この群の組成物の１つの下位群は、Ｂ2Ｏ3が０モル％であるガラスを含む。そのようなガラスが、その内容が、下記に全て述べられているかのように全てがここに引用される、米国仮特許出願第６１／５６０４３４号明細書により詳しく記載されている。
【００２６】
ガラス、セラミック、またはガラスセラミック基板３００に使用できる組成物のまた別の例示の一群としては、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、およびアルカリ金属酸化物を有するものを含み、三配位を有するホウ素陽イオンを含有する。これらのガラスは、イオン交換されたときに、少なくとも約３０キログラム重（ｋｇｆ）（約２９４Ｎ）のビッカース亀裂発生閾値を有し得る。この群の組成物の下位群は、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ2、少なくとも約１０モル％のＲ2Ｏ、Ａｌ2Ｏ3、およびＢ2Ｏ3を含み、Ｒ2ＯはＮａ2Ｏを含み、−０．５モル％≦Ａｌ2Ｏ3（モル％）−Ｒ2Ｏ（モル％）≦２モル％、Ｂ2Ｏ3（モル％）−（Ｒ2Ｏ（モル％）−Ａｌ2Ｏ3（モル％））≧４．５モル％である。この群の組成物の別の下位群は、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ2、約９モル％から約２２モル％のＡｌ2Ｏ3、約４．５モル％から約１０モル％のＢ2Ｏ3、約１０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および／またはＺｎＯ、並びに必要に応じて、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯの少なくとも１種類を含み、０≦ＭｇＯ＋ＺｎＯ≦６モル％、０モル％≦ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２モル％である。そのようなガラスが、その内容が、下記に全て述べられているかのように全てがここに引用される、米国仮特許出願第６１／６５３４８５号明細書により詳しく記載されている。
【００２７】
ガラス、セラミック、またはガラスセラミック基板３００に使用できるさらに別の例示の組成物は、約５０モル％から約８０モル％のＳｉＯ2、約２モル％から約２０モル％のＡｌ2Ｏ3、約０モル％から約３５モル％のＢ2Ｏ3、約０モル％から約０．５モル％の、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏからなる群、約０モル％から約１０モル％のＭｇＯ、約０モル％から約２５モル％のＣａＯ、約０モル％から約１０モル％のＳｒＯ、約０モル％から約１０モル％のＢａＯ、約０モル％から約０．５モル％の、Ｆｅ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ3、およびＳｂ2Ｏ3の各々、並びに約０モル％から約０．１モル％のＺｒＯ2、を含み、ＭｇＯ、ＣａＯ、およびＳｒＯの組合せは約６モル％超である。
【００２８】
ガラス、セラミック、またはガラスセラミック基板３００に使用できるさらに別の例示の組成物は、約６０モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、約５モル％から約１５モル％のＡｌ2Ｏ3、約５モル％から約２５モル％のＢ2Ｏ3、約０モル％から約０．２５モル％の、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏからなる群、約０モル％から約５モル％のＭｇＯ、約２モル％から約１８モル％のＣａＯ、約０モル％から約５モル％のＳｒＯ、約０モル％から約５モル％のＢａＯ、約０モル％から約０．２モル％の、Ｆｅ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ3、およびＳｂ2Ｏ3の各々、並びに約０モル％から約０．１モル％のＺｒＯ2、を含み、ＭｇＯ、ＣａＯ、およびＳｒＯの組合せは約６モル％超である。
【００２９】
ここに用いたように、周囲圧力で沸点より高い液体は、「過熱されている」と言われる。イオン交換システム１００の例示の実施の形態に利用される水などの極性溶媒は、その液体の性質の変化を誘発する分子間力の変化を経験し得る。例えば、極性液体は、有機溶媒の性質により近い性質を示し得る。別の例において、過熱液体の粘度は、臨界温度に近づくにつれて、ゼロに近づく。システム１００の圧力容器１０２内でイオン交換過程を行うことによって、製造と製品の利点の両方を得るために、これらの関係を活用することができる。
【００３０】
さらに図１Ｂを参照すると、例示のイオン交換処理方法は、極性溶媒および複数の二価のイオン交換性イオンを含む浴組成物によりイオン交換浴（例えば、浴２００）を調製する工程を含む。いくつかの実施の形態において、その浴は、槽、容器、貯蔵部または他の系（例えば、容器１０２）内で調製される。その方法は、複数の二価の交換可能なイオンを含有する外側領域を有する基板（例えば、基板３００）をその浴中に浸す工程も含む。次いで、その方法は、その浴を、周囲圧力より実質的に高い所定の圧力に加圧する工程；およびその浴を所定の温度に加熱し（典型的に、浴は、周囲温度より高く加熱される）、複数の二価の交換可能なイオンの一部が、二価のイオン交換性イオンの一部と交換されるように、その基板を前記所定の圧力と温度で、所定のイオン交換期間に亘り処理する工程を含む。その方法のいくつかの実施の形態において、所定のイオン交換期間、温度および圧力の各々は、少なくとも一部には、基板の組成および浴の組成に基づいて選択することができる。
【００３１】
いくつかの実施の形態によれば、システム１００を利用するイオン交換方法は、浴２００の組成、浴２００の温度、基板３００の組成、容器１０２内の圧力、および／または基板３００内の二価の交換可能なイオンの濃度またはタイプに基づいて、所定の期間に亘り行うことができる。さらに他の実施の形態において、イオン交換期間、浴の温度、および圧力は、基板３００内にイオン交換領域３２４を画成するように予め決定することができる。そのイオン交換領域３２４は、基板の第１の表面３０８と基板の第１の選択された深さ３１２との間の領域として定義される。その基板の第１の選択された深さ３１２は、基板の外側領域３０４の深度限界以上であり得る。その基板の外側領域３０４は、基板３００のその中の二価の交換可能なイオンが、システム１００を利用したイオン交換過程中にイオン交換浴２００の二価のイオン交換性イオンと交換可能である区域である。さらに、その基板のイオン交換領域３２４は、イオンが第１の選択された深さ３１２まで交換された基板３００内の区域である。
【００３２】
図１Ｂおよび図１Ｃを参照すると、例示の実施の形態において、基板３００は、二価の交換可能な金属、半金属および非金属のイオンを有するケイ酸塩ガラス組成物を含み得る。それらのイオンは、基板３００および基板の第１の表面３０８を、二価のイオン交換性イオンを含有するイオン交換浴２００に暴露すると、基板３００内の二価の交換可能なイオンのいくらかが、浴２００からの二価のイオン交換性イオンと交換され得るという意味で交換可能である。二価の交換可能なイオンは必ずしも二価である必要はなく、それらはただ、二価であるイオンと交換可能であることを理解すべきである。例えば、二価の交換可能なイオンは、３、４、または５の価数を有することがあるが、それでもなお、二価のイオン交換性イオンと交換することができる。交換中、基板３００からの複数の二価の交換可能なイオンは、その基板の第１の表面を通じて、浴２００中の複数の二価のイオン交換性イオンと交換する。その二価のイオン交換性イオンは、浴２００から基板３００中に第１の選択された深さ３１２まで交換し、それによって、基板の外側領域３０４内に基板のイオン交換領域３２４を形成する。いくつかの実施の形態において、イオン交換システム１００に利用されるイオン交換過程は、基板３００に行われる多数のイオン交換工程を含み得る。追加のイオン交換過程（例えば、異なる圧力、時間および期間での第２の浴２００による）中、浴２００の二価のイオン交換性イオンは、先のイオン交換過程よりも、深く、または浅く、基板３００中に交換してもよい。そのような実施の形態において、第１の選択された深さ３１２は、最も深い拡散イオン交換過程について内側境界である。
【００３３】
二価のイオン交換性イオンの拡散深さ（例えば、第１の選択された深さ３１２まで）は、層の深さ（「ＤＯＬ」）と称することもできる。システム１００によりイオン交換された基板３００のＤＯＬは、約１５μｍ以上であることがある。ある場合には、ＤＯＬは、約１５μｍから約５０μｍ、約２０μｍから約４５μｍ、または約３０μｍから約４０μｍの範囲にあるであろう。いくつかの実施の形態において、基板３００のＤＯＬは、基板３００および／または浴２００の組成に依存し得る。他の実施の形態において、ＤＯＬは、イオン交換システム１００に利用される圧力容器１０２内の、温度および圧力などのイオン交換過程条件に依存することもある。
【００３４】
１つ以上の実施の形態において、イオン交換領域３２４に圧縮応力レベルが生じる（図１Ｃ参照）。基板３００内の複数の二価の交換可能なイオン、詳しくは、基板の第１の選択された深さ３１２と基板の第１の表面３０８との間に含まれるイオンが、その複数の二価の交換可能な金属イオンよりもイオン半径が大きい複数の二価のイオン交換性イオンと交換されるイオン交換過程中に、圧縮応力が生じる。より大きいイオン半径を有することに加え、基板３００に入る二価のイオン交換性イオンの数は、基板３００から出る二価の交換可能なイオンの数より多く、基板３００中へのイオンの正味の流入が生じるであろう。基板３００中へのイオンの正味の流入は、基板３００内のかなりの圧縮応力レベルの発生を支援することもある。その結果、基板３００のイオン交換領域３２４は、複数の二価のイオン交換性イオンを含み、測定可能な圧縮応力レベルを示す。二価の交換可能なイオンは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、およびラジウムなどのアルカリ土類金属イオンであってよい。その上、二価のイオン交換性イオンのイオン半径が、二価の交換可能なイオンのイオン半径よりも大きいという条件で、その交換可能なイオンは、マンガン、鉄、亜鉛、カドミウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、およびインジウムなどの遷移金属および非金属を含んでもよい。
【００３５】
イオン交換中、基板３００および浴２００は、典型的に、電荷中性を維持し、したがって、二価の交換可能なイオン（最初に基板内にある）および二価のイオン交換性イオン（最初に浴内にある）の両方の価数は、関係がある。電荷中性を維持するために、基板３００から出る二価の交換可能なイオンの全電荷または価数は、浴２００から基板に入る二価のイオン交換性イオンのものと等しくなければならない。
【００３６】
意図する二価の交換可能なイオンの価数と異なる価数を有する二価のイオン交換性イオンを使用することによって、基板への／からのイオンの正味の流入または流出を制御することができる。例えば、本開示の実施の形態は、二価のイオン交換性イオンを、２の価数を有するバリウムイオンと指定し、二価の交換可能なイオン（最初に基板内にある）は、３の価数を有するホウ素イオンである。基板３００内の電荷中性を維持するために、基板３００から２つのホウ素イオンが交換される度に、３つのバリウムイオンを基板３００中に交換しなければならない。その結果、この交換により、イオンの基板３００中への正味の流入が生じる。この過程は、イオン半径がより大きいイオンを基板３００中に交換することがあるだけではなく、基板３００内に配置されるイオンの数を正味に増加させるので、都合よい。そのイオン交換過程の結果として、イオン交換領域３２４内の二価のイオン交換性イオンの濃度は、基板３００の中身の二価の交換可能なイオンの濃度よりも大きい。さらに、基板の中身の二価の交換可能なイオンの濃度は、イオン交換領域内の二価の交換可能なイオンの濃度よりも高い。
【００３７】
ここで、図２Ａおよび２Ｂを参照すると、本開示の実施の形態によるイオン交換過程が施された、カルシウムが豊富な無アルカリアルミノホウケイ酸塩ガラス組成を有する基板内の元素の濃度を示すグラフが示されている。詳しくは、そのガラス基板を、３時間に亘り４５ＭＰａの圧力で圧力容器内において３３０℃で硝酸バリウム溶液に暴露した。特に、図２ＡはＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）プロファイルであり、図２Ｂは、サンプル内の深さ（ｎｍ）に対する元素の濃度（原子％）を示す二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）プロファイルである。これらの測定は、２ｍｍ×２ｍｍのスパッタ区域内の中心で０．５ｍｍ×０．５ｍｍを調査することによって行った。このスパッタリングは、４ｋＶ、１５ｍＡでアルゴンイオンにより行った。パスエネルギーを９３ｅＶに設定した。
【００３８】
図２Ａおよび２Ｂに示されたサンプルプロファイルにおいて、二価のイオン交換性イオンは実質的にバリウムを含み、二価の交換可能なイオンはカルシウムおよびホウ素を含む。図に示すように、サンプルの外側のイオン交換領域（約８００〜１０００ｎｍの深さまで）内のバリウムの濃度は、中身（１０００ｎｍより深い深さ）のバリウムの濃度に対して上昇している。同様に、サンプル内のカルシウムおよびホウ素の濃度は、サンプルの中身に対してイオン交換領域において低下している。二価のイオン交換性イオンとして働くバリウムと、二価の交換可能なイオンとして働くカルシウムおよびホウ素との間のこの逆の関係は、サンプルのカルシウムおよびホウ素イオンは、イオン交換過程のバリウムイオンと交換されたことを示唆している。
【００３９】
図１Ｂおよび１Ｃに戻ると、浴２００からの二価のイオン交換性イオンのいくらかが、基板３００内に元々ある二価の交換可能なイオンのいくらかを代償にして、基板３００中に分布し、他の様式で含まれるので、基板３００中のイオン交換領域３２４内に圧縮応力層３１８が生じる。この圧縮応力層３１８は、基板の第１の表面３０８から基板の圧縮層の深さ３１６まで延在する。いくつかの実施の形態において、圧縮応力層３１８は、基板の第１の選択された深さ３１２より上の深さ３１６を有し得、さらに、他の実施の形態において、深さ３１６は、第１の選択された深さ３１２にあり得る。いくつかの態様において、第１の選択された深さ３１２と深さ３１６との間のどのような差も、他の形態ではかなりのレベルの圧縮応力に寄与しない低濃度のイオン交換性イオンの存在（すなわち、図１Ｃに示されるような、第１の深さ３１２と深さ３１６との間の基板３００の領域内の）に起因し得る。
【００４０】
一般に、強化浴２００からのかなりの濃度の二価のイオン交換性イオン（例えば、Ｂａ+イオン）が、強化浴２００中の浸漬後に基板３００の圧縮応力層３１８中に存在する。これらの二価のイオン交換性イオンは、一般に、二価の交換可能なイオン（例えば、Ｃａ+またはＢ+イオン）よりも半径が大きく、それにより、基板３００内のイオン交換領域３２４中の圧縮応力レベルが増加する。その上、圧縮応力層３１８に関連する圧縮応力の量および基板の圧縮層の深さ３１６の各々は、基板３００の目的の用途に基づいて変えることができる（例えば、システム１００に利用されるイオン交換工程条件により）。いくつかの実施の形態において、圧縮応力層３１８中の圧縮応力レベルは、圧縮応力層３１８の結果として基板３００内に生じる引張応力が、基板３００を壊れやすくする点まで過剰にならないように制御される。いくつかの実施の形態において、層３１８内の圧縮応力レベルは、約１００ＭＰａ以上であることがある。圧縮応力レベルが２００ＭＰａ以上であることがさらにより好ましい。例えば、層３１８内の圧縮応力レベルは、約７００ＭＰａ、約８００ＭＰａ、約９００ＭＰａ、またはさらに約１０００ＭＰａまでであってよい。
【００４１】
まだ図１Ｂおよび１Ｃを参照すると、いくつかの実施の形態において、システム１００および圧力容器１０２（もしくは同様または類似の機能を果たすことのできる別の槽、貯蔵部、システム）は、単一の基板３００または基板３００の群に多段階イオン交換または多数のイオン交換過程を行うことができる。いくつかの実施の形態において、その多段階過程は、異なる圧力と温度での追加の強化処理または異なる強化浴による処理を含む。他の実施の形態において、追加のイオン交換システム１００は、抗菌イオン交換過程による抗菌領域などの新たな層の形成を含むこともできる。
【００４２】
イオン交換システム１００を使用したイオン交換を開始するために、イオン交換活性化エネルギー障壁を克服して、二価の交換可能なイオンおよび二価のイオン交換性イオンを移行させて、イオン交換浴２００および基板３００から出入りさせなければならない。温度と圧力の両方が、その活性化エネルギーを克服するためのエネルギー源としての機能を果たすことができる；しかしながら、いくらかの公称の温度上昇が典型的に要求される。いくつかの実施の形態によれば、イオン交換システム１００は、超大気圧でイオン交換浴２００の大気圧沸点より下で行うことができる。他の実施の形態において、イオン交換過程は、超大気圧で基板３００の応力点未満に設定されたイオン交換浴２００の温度で行うことができる。そのような実施の形態において、浴２００の圧力は、０．１６ＭＰａと１００ＭＰａの間、より詳しくは、１０ＭＰａと７５ＭＰａの間であり得る。これらの例示の実施の形態において、システム１００に利用される浴２００の温度と圧力の両方は、浴２００と基板３００との間でのイオン交換を開始するための活性化エネルギーを与えるであろう。超大気圧でイオン交換システム１００を使用することの利点の１つは、イオン交換浴２００の温度を、工程期間をかなり増加させることなく、最小にできることである。
【００４３】
いくつかの実施の形態において、浴２００の温度の低下により、基板３００に、熱に敏感な機能層または装飾層を作ることができる。例示の機能層としては、以下に限られないが、タッチ画面パターン形成、耐引掻性コーティング、および家庭用電化製品に使用するための他の保護特徴が挙げられる。システム１００のこれらの実施の形態から実現できる別の利点は、イオン交換工程に必要なより低い温度に関連する製造費の減少である。
【００４４】
いくつかの実施の形態において、イオン交換浴２００の二価のイオン交換性イオンは、基板３００の組成物の応力点に対して決定されるような高融点塩からのイオンを含む。さらに別の実施の形態において、イオン交換浴２００中の二価のイオン交換性イオンは、少なくとも一部は、４００℃を超える融点を有する塩から生じることがある。他の実施の形態において、二価のイオン交換性イオンの融点は、システム１００内でイオン交換されている基板３００（例えば、ガラス、ガラスセラミック、またはセラミック組成を有する）の応力点より高い。本開示の態様による極性溶媒中に二価のイオン交換性塩を溶かすことによる利点の１つは、イオン交換システム１００に利用されるイオン交換過程中に、基板３００を損傷させるほど十分に高い温度が必要ないことである。浴２００の溶媒中の二価のイオン交換性塩の溶解により、自由イオンが、その塩の融点より低い温度で、基板の外側領域３０４と接触することができる。したがって、イオン交換浴２００は、イオン交換されている基板３００の応力点より高い融点を有する塩を使用することができる。イオン交換システム１００のイオン交換過程に使用してよい例示の高温塩の群としては、第２Ａ族のアルカリ金属塩および遷移金属塩が挙げられる。
【００４５】
他の実施の形態において、イオン交換システム１００は、高臨界点溶媒を含むイオン交換浴２００および高い応力点を有するガラス組成を持つ基板３００を備えた圧力容器１０２（もしくは同じまたは同様の機能を果たすことができる別の槽、貯蔵部、システム）を利用することができる。このように構成されたシステム１００を使用して、４００℃を超える温度および４０ＭＰａを超える圧力でイオン交換を行うために圧力容器１０２を利用することができる。そのような実施の形態において、イオン交換の期間は、高い温度と圧力の結果として増加したイオン交換速度のために、短くすることができる。
【００４６】
別の態様において、イオン交換システム１００におけるイオン交換過程の開始は、浴２００中の塩の濃度および浴２００と基板３００との間の濃度勾配の大きさにより管理することができる。いくつかの実施の形態において、イオン交換浴２００中の塩の濃度は、周囲温度で不飽和から過飽和に、より詳しくは、周囲温度で飽和から過飽和に及び得る。他の実施の形態において、イオン交換浴２００中の塩濃度は、周囲温度と圧力で過飽和であり得るが、所定の工程温度と圧力で飽和であり得る。過飽和状態に到達するイオン交換浴２００の利点の１つは、イオン交換浴２００が溶解イオンを担持する能力の増加である。過飽和のイオン交換浴２００の別の利点は、周囲温度で溶媒中の溶解度が低い塩が、過飽和状態で高い溶解度を有することがあることである。溶質イオンを保持する能力の増加により、イオン交換浴２００と基板３００との間の濃度勾配がより大きくなる。この増加した濃度勾配は、基板３００とイオン交換浴２００との間の交換速度にプラスに影響し、それにより、所定のまたは所望の第１の深さ３１２およびイオン交換領域３２４を生じるのに必要な期間を短くすることができる。
【００４７】
１つの例示の実施の形態において、イオン交換システム１００に利用される圧力容器１０２（もしくは同じまたは類似の機能を果たすことができる別の槽、貯留部、システム）は、極性溶媒および二価のイオン交換性塩の両方を含む、イオン交換浴２００を再循環させることができる。過熱溶媒（例えば、イオン交換工程中に加熱された）は、基板３００の表面から過剰の堆積塩を洗浄するための洗浄液として、洗浄工程に使用するために再循環させることができる。別の実施の形態において、過熱溶媒は、基板３００の清浄度を上昇させるために、洗浄工程前に篩い分けまたは濾過しても差し支えない。そのような実施の形態において、濾過された塩を後にイオン交換に再び導入して、材料費を減少させることができる。そのような洗浄工程は、基板３００を別個の洗浄ラインに移送する必要をなくすことによって、加工時間を節約する。その洗浄工程は、洗浄工程に使用するための別の溶媒を加熱する必要をなくすことによって、エネルギーと材料の使用も最小にする。別の実施の形態において、所望の二価のイオン交換性イオンの百分率が、所定の最小値未満に低下するまで、その洗浄液を再循環させ、システム１００内のイオン交換浴２００として再び使用することができる。
【実施例】
【００４８】
表１は、本開示の態様に整合性がとれているイオン交換過程に施した後の、同じ基礎ガラス組成（すなわち、カルシウムが豊富な無アルカリのアルミノホウケイ酸塩ガラス組成）を有する様々な基板において測定した圧縮応力レベルを列挙している。特に、異なる時間について異なるハロゲン化バリウムを使用して、イオン交換過程を行った。「ＢａＩ−ＣＳ１」と表示されたサンプルＩＤには、６時間に亘り３３０℃でヨウ化バリウムを有する水性浴（２００ｇ／２００ｍｌの水）を使用したイオン交換過程を施した。「ＢａＩ−ＣＳ２」と表示されたサンプルＩＤには、同じヨウ化バリウム溶液で３時間に亘り３３０℃で行ったイオン交換過程を施した。「ＢａＢｒ−ＣＳ２」と表示されたサンプルＩＤには、臭化バリウム水溶液（５０ｇ／１００ｍｌの水）により３時間に亘り３３０℃で行ったイオン交換過程を施した。さらに、「ＢａＣｌ−ＣＳＸ」と表示されたサンプルＩＤには、塩化バリウム水溶液（１００ｇ／２００ｍｌの水）により４時間に亘り３３０℃で行ったイオン交換過程を施した。
【００４９】
下記の表１におけるデータを作成するために使用したサンプルの全てについて、イオン交換過程は、６０ｍｌの反応槽（例えば、システム１００）内で行った。サンプル（例えば、基板３００）を層間様式で反応槽に入れた。サンプルを反応槽内に入れた後、サンプルが浸されるように、反応槽中に少なくとも５０ｍｌの溶液（例えば、イオン交換浴２００）を注入した。次いで、ヨウ化バリウム、塩化バリウム、または臭化バリウムの溶液を反応槽に加えた。これらの溶液の濃度は、先に概説され、表１に列挙されている。溶液を注入した後、反応槽を閉じ、３３０℃に加熱し、４５ＭＰａに加圧し、所定の期間に亘り浸漬させた。所定の期間後、反応槽を１時間以内で６０℃に冷まし、その時点で、サンプルを取り出し、洗浄して、残留塩を除去した。
【００５０】
表１に記載されたサンプルに関する圧縮応力（ＭＰａ）および層の深さ（ＤＯＬ）レベルは、従来の光学技術にしたがって決定した。ガラス基板を、周囲圧力を超える圧力でハロゲン化バリウム塩の水溶液に暴露することによって、少なくとも３μｍのＤＯＬで１００ＭＰａを超えるの圧縮応力レベルを実現できることがデータから明白である。とりわけ、臭化バリウム溶液に施されたサンプルが、３．５μｍ以上のＤＯＬで、２００ＭＰａを超える圧縮応力レベルを生じた。
【００５１】
【表１】
2018504343.tif 000003
【００５２】
ここに開示された実施の形態は、説明目的のために述べられたが、先の記載は、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。特許請求の範囲の精神または範囲から逸脱せずに、様々な改変および変更を行えることが、当業者に明白であろう。
【００５３】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００５４】
実施形態１
基板を処理する方法において、
複数の二価の交換可能なイオンを含有する外側領域を有する基板を、極性溶媒および複数の二価のイオン交換性イオンを含む浴中に浸す工程；
前記浴を、周囲圧力より実質的に高い所定の圧力に加圧する工程；
前記浴を、周囲温度より高い所定の温度に加熱する工程；および
前記複数の二価の交換可能なイオンの一部が、前記イオン交換性イオンの一部と交換されるように、前記基板を前記所定の圧力と温度で、所定のイオン交換期間に亘り処理する工程；
を有してなり、
前記基板が、ガラス、ガラスセラミックまたはセラミックを含む、方法。
【００５５】
実施形態２
前記基板を処理する工程が、前記基板の第１の表面からその中の第１の選択された深さまで延在する二価のイオン交換領域を前記外側領域内に画成するためにさらに行われる、実施形態１に記載の方法。
【００５６】
実施形態３
前記所定の圧力が約１０ＭＰａから７５ＭＰａである、実施形態１に記載の方法。
【００５７】
実施形態４
前記所定の温度が約２００℃から３５０℃に設定される、実施形態１に記載の方法。
【００５８】
実施形態５
前記極性溶媒が、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、１，３−プロパンジオール、ニトロメタン、ギ酸、酢酸、エチレングリコール、およびグリセロールからなる群より選択されるプロトン性極性溶媒である、実施形態１に記載の方法。
【００５９】
実施形態６
前記極性溶媒が、アセトン、酢酸エチル、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、およびジメチルホルムアミドからなる群より選択される非プロトン性極性溶媒である、実施形態１に記載の方法。
【００６０】
実施形態７
前記複数の二価のイオン交換性イオンが、硝酸ベリリウム、ヨウ化ベリリウム、臭化ベリリウム、塩化ベリリウム、硝酸マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、臭化マグネシウム、塩化マグネシウム、硝酸カルシウム、ヨウ化カルシウム、臭化カルシウム、硝酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、ヨウ化ストロンチウム、臭化ストロンチウム、硝酸バリウム、ヨウ化バリウム、臭化バリウム、および塩化バリウムからなる群より選択される塩に由来する、実施形態１に記載の方法。
【００６１】
実施形態８
前記基板が、実質的に無アルカリのガラス、ガラスセラミック、またはセラミックを含む、実施形態１に記載の方法。
【００６２】
実施形態９
前記基板を処理する工程中、前記基板を去る二価の交換可能なイオンよりも、該基板に入る二価のイオン交換性イオンの数が多い、実施形態１に記載の方法。
【００６３】
実施形態１０
基板を処理する方法において、
複数の二価の交換可能なイオンを含有する外側領域を有する基板であって、ガラス、ガラスセラミックまたはセラミックを含む基板を、極性溶媒および複数の二価のイオン交換性イオンを含む浴中に浸す工程；
前記浴を、周囲圧力より実質的に高い所定の圧力に加圧する工程；
前記浴を、周囲温度より高い所定の温度に加熱する工程；および
前記複数の交換可能なイオンの一部が、前記イオン交換性イオンの一部と交換されるように、前記基板を前記所定の圧力と温度で、所定のイオン交換期間に亘り処理する工程；
を有してなり、
前記複数の二価の交換可能なイオンは第１の価数を有し、前記複数の二価のイオン交換性イオンは前記第１の価数以下の第２の価数を有する、方法。
【００６４】
実施形態１１
前記第１の価数が２と５の間である、実施形態１０に記載の方法。
【００６５】
実施形態１２
前記基板が、実質的に無アルカリのガラス、ガラスセラミック、またはセラミックを含む、実施形態１０に記載の方法。
【００６６】
実施形態１３
前記基板を処理する工程中、前記基板から出る二価の交換可能なイオンよりも、該基板に入る二価のイオン交換性イオンの数が多い、実施形態１０に記載の方法。
【００６７】
実施形態１４
前記所定の圧力が約１０ＭＰａから７５ＭＰａである、実施形態１０に記載の方法。
【００６８】
実施形態１５
前記所定の温度が約２００℃から３５０℃に設定される、実施形態１０に記載の方法。
【００６９】
実施形態１６
前記極性溶媒が、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、１，３−プロパンジオール、ニトロメタン、ギ酸、酢酸、エチレングリコール、およびグリセロールからなる群より選択されるプロトン性極性溶媒である、実施形態１０に記載の方法。
【００７０】
実施形態１７
前記極性溶媒が、アセトン、酢酸エチル、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、およびジメチルホルムアミドからなる群より選択される非プロトン性極性溶媒である、実施形態１０に記載の方法。
【００７１】
実施形態１８
前記複数の二価のイオン交換性イオンが、硝酸ベリリウム、ヨウ化ベリリウム、臭化ベリリウム、塩化ベリリウム、硝酸マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、臭化マグネシウム、塩化マグネシウム、硝酸カルシウム、ヨウ化カルシウム、臭化カルシウム、硝酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、ヨウ化ストロンチウム、臭化ストロンチウム、硝酸バリウム、ヨウ化バリウム、臭化バリウム、および塩化バリウムからなる群より選択される塩に由来する、実施形態１０に記載の方法。
【００７２】
実施形態１９
基板を処理する方法において、
複数の二価の交換可能なイオンを含有する外側領域を有する基板であって、ガラス、ガラスセラミックまたはセラミックを含む基板を、極性溶媒および複数の二価のイオン交換性イオンを含む浴中に浸す工程；
前記浴を、周囲圧力より実質的に高い所定の圧力に加圧する工程；
前記浴を、周囲温度より高い所定の温度に加熱する工程；および
前記複数の二価の交換可能なイオンの一部が、前記二価のイオン交換性イオンの一部と交換されるように、前記基板を前記所定の圧力と温度で、所定のイオン交換期間に亘り処理する工程；
を有してなり、
前記基板を処理する工程により、該基板から出る二価の交換可能なイオンよりも、該基板に入る二価のイオン交換性イオンの数が多くなる、方法。
【００７３】
実施形態２０
前記二価の交換可能なイオンが、２と５の間の価数を有する、実施形態１９に記載の方法。
【００７４】
実施形態２１
前記二価の交換可能なイオンの価数が、前記二価のイオン交換性イオンの価数より大きい、実施形態１９に記載の方法。
【００７５】
実施形態２２
前記基板が、実質的に無アルカリのガラス、ガラスセラミック、またはセラミックを含む、実施形態１９に記載の方法。
【００７６】
実施形態２３
強化物品において、
基板であって、（ａ）ガラス、ガラスセラミックまたはセラミック；（ｂ）該基板の第１の深さまで延在する圧縮応力領域；および（ｃ）二価の交換可能なイオンのバルク濃度を有する基板、
を備え、
前記圧縮応力領域は、ある濃度の二価のイオン交換されたイオン、ある濃度の二価の交換可能なイオン、および少なくとも１００ＭＰａの圧縮応力を有し、
前記圧縮応力領域中の前記二価の交換可能なイオンの濃度は、前記二価の交換可能なイオンのバルク濃度よりも低い、強化物品。
【００７７】
実施形態２４
前記二価の交換可能なイオンが、２と５の間の価数を有する、実施形態２３に記載の物品。
【００７８】
実施形態２５
前記基板が、実質的に無アルカリのガラス、ガラスセラミック、またはセラミックを含む、実施形態２３に記載の物品。
【００７９】
実施形態２６
前記複数の二価のイオン交換されたイオンが、硝酸ベリリウム、ヨウ化ベリリウム、臭化ベリリウム、塩化ベリリウム、硝酸マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、臭化マグネシウム、塩化マグネシウム、硝酸カルシウム、ヨウ化カルシウム、臭化カルシウム、硝酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、ヨウ化ストロンチウム、臭化ストロンチウム、硝酸バリウム、ヨウ化バリウム、臭化バリウム、および塩化バリウムからなる群より選択される塩に由来する、実施形態２３に記載の物品。
【符号の説明】
【００８０】
１００    イオン交換システム
１０２    圧力容器
１０４    圧力容器本体
１０８    圧力容器蓋
１１２    制御装置
１１６    圧力センサ
１２４    温度センサ
２００    イオン交換浴
３００    基板
３０４    外側領域
３０８    第１の表面
３１２    第１の選択された深さ
３１６    圧縮層の深さ
３１８    圧縮応力層
３２４    イオン交換領域
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【国際調査報告】
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