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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022177127
(43)【公開日】2022-11-30
(54)【発明の名称】Ｓ字応力プロファイル及び生成方法
(51)【国際特許分類】
C03C 21/00 20060101AFI20221122BHJP
C03C 3/097 20060101ALI20221122BHJP
【ＦＩ】
C03C21/00 101
C03C3/097
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022144544
(22)【出願日】2022-09-12
(62)【分割の表示】P 2018529279の分割
【原出願日】2016-12-08
(31)【優先権主張番号】62/264,495
(32)【優先日】2015-12-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/280,376
(32)【優先日】2016-01-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】397068274
【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(72)【発明者】
【氏名】マシュー ジョン デイネカ
(72)【発明者】
【氏名】パスカル オラム
(72)【発明者】
【氏名】ロスティスラフ ヴァチェフ ルセフ
(72)【発明者】
【氏名】ヴィター マリノ シュナイダー
(72)【発明者】
【氏名】シャーリーン マリー スミス
(72)【発明者】
【氏名】ヂョンヂー タン
(57)【要約】 （修正有）
【課題】深い圧縮層を有する強化ガラスおよびガラスを強化する方法を提供する。
【解決手段】従来の誤差関数及び放物線プロファイルと異なる応力プロファイルを有する強化ガラスであり、より長いイオン交換時間及び／又はアニール時間によって生じる応力緩和及び熱アニール／拡散効果によって、表面層の圧縮深さ（ＤＯＣ）が増大する。これ等の効果を達成するための方法も提供される。
【選択図】図１３
【解決手段】従来の誤差関数及び放物線プロファイルと異なる応力プロファイルを有する強化ガラスであり、より長いイオン交換時間及び／又はアニール時間によって生じる応力緩和及び熱アニール／拡散効果によって、表面層の圧縮深さ（ＤＯＣ）が増大する。これ等の効果を達成するための方法も提供される。
【選択図】図１３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガラス物品であって、
厚さｔと、
ｔ／２に位置する中心と、
前記ガラス物品の第１の表面から、第１の圧縮深さＤＯＣ１に延びる第１の圧縮層と、
前記第１の圧縮層における第１の最大圧縮応力ＣＳ１と、
ガラスの深さの関数として該ガラス中で変化して、前記第１の圧縮層を含む応力プロファイルを形成する応力と、
を有し、
前記応力プロファイルが、
前記第１の表面から前記ガラス物品の深さｄ１まで延びる第１の領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、前記第１の領域の少なくとも一部が第１の傾きｍ１を有する領域、及び
少なくともｄ１の深さから、前記第１の圧縮深さＤＯＣ１まで延び、第２の傾きｍ２を有する第２の領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜である領域
を含み、
前記応力プロファイルが、前記第１の圧縮層に負の曲率を有する第１の小区域と、正の曲率を有する第２の小区域とを含み、
前記負の曲率が、前記第１の小区域にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有し、
前記第１の小区域が、ｔの２％～２５％の空間的範囲を有し、
前記第２の小区域が、前記第１の小区域よりも深いところに位置していることを特徴とするガラス物品。
厚さｔと、
ｔ／２に位置する中心と、
前記ガラス物品の第１の表面から、第１の圧縮深さＤＯＣ１に延びる第１の圧縮層と、
前記第１の圧縮層における第１の最大圧縮応力ＣＳ１と、
ガラスの深さの関数として該ガラス中で変化して、前記第１の圧縮層を含む応力プロファイルを形成する応力と、
を有し、
前記応力プロファイルが、
前記第１の表面から前記ガラス物品の深さｄ１まで延びる第１の領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、前記第１の領域の少なくとも一部が第１の傾きｍ１を有する領域、及び
少なくともｄ１の深さから、前記第１の圧縮深さＤＯＣ１まで延び、第２の傾きｍ２を有する第２の領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜である領域
を含み、
前記応力プロファイルが、前記第１の圧縮層に負の曲率を有する第１の小区域と、正の曲率を有する第２の小区域とを含み、
前記負の曲率が、前記第１の小区域にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有し、
前記第１の小区域が、ｔの２％～２５％の空間的範囲を有し、
前記第２の小区域が、前記第１の小区域よりも深いところに位置していることを特徴とするガラス物品。
【請求項2】
前記負の曲率の最大絶対値がｄ１にあることを特徴とする、請求項１記載のガラス物品。
【請求項3】
ｄ１における、前記応力プロファイルの傾きがゼロであることを特徴とする、請求項１又は２記載のガラス物品。
【請求項4】
ＣＳ１＞０、ｍ１＞０、及びｍ２＜０であることを特徴とする、請求項１～３いずれか１項記載のガラス物品。
【請求項5】
ガラス物品であって、
厚さｔと、
ｔ／２に位置する中心と、
前記ガラス物品の表面と前記中心との間に位置し、圧縮応力下にあり、前記表面から圧縮深さＤＯＣまで延びる圧縮領域と、
応力プロファイルが負の曲率を有する、前記圧縮領域内の第１の小区域であって、前記負の曲率の最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である、第１の小区域と、
前記応力プロファイルが正の曲率を有する第２の小区域と、
前記圧縮深さＤＯＣから、前記ガラス物品の少なくとも前記中心まで延び、物理的中心張力ＣＴ下にある張力領域と、
を有し、
前記負の曲率が、ｔの２％～２５％の空間的範囲を有する前記第１の小区域にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有し、
前記第２の小区域が、前記第１の小区域よりも深いところに位置していることを特徴とするガラス物品。
厚さｔと、
ｔ／２に位置する中心と、
前記ガラス物品の表面と前記中心との間に位置し、圧縮応力下にあり、前記表面から圧縮深さＤＯＣまで延びる圧縮領域と、
応力プロファイルが負の曲率を有する、前記圧縮領域内の第１の小区域であって、前記負の曲率の最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である、第１の小区域と、
前記応力プロファイルが正の曲率を有する第２の小区域と、
前記圧縮深さＤＯＣから、前記ガラス物品の少なくとも前記中心まで延び、物理的中心張力ＣＴ下にある張力領域と、
を有し、
前記負の曲率が、ｔの２％～２５％の空間的範囲を有する前記第１の小区域にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有し、
前記第２の小区域が、前記第１の小区域よりも深いところに位置していることを特徴とするガラス物品。
【請求項6】
ｔが０．１ｍｍ～２ｍｍであることを特徴とする、請求項１～５いずれか１項記載のガラス物品。
【請求項7】
最大圧縮応力ＣＳ１が、前記表面に存在し、５００ＭＰａ～２，０００ＭＰａであり、
前記応力プロファイルの圧縮応力が、前記表面下８μｍ未満の深さにおいて、前記最大圧縮応力ＣＳ１の５０％未満に減少することを特徴とする、請求項１～６いずれか１項記載のガラス物品。
前記応力プロファイルの圧縮応力が、前記表面下８μｍ未満の深さにおいて、前記最大圧縮応力ＣＳ１の５０％未満に減少することを特徴とする、請求項１～６いずれか１項記載のガラス物品。
【請求項8】
ＣＴが、４０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２～１５０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２であることを特徴とする、請求項１～７いずれか１項記載のガラス物品。
【請求項9】
前記ガラス物品が、
４０モル％～７０モル％のＳｉＯ２と、
１１モル％～２５モル％のＡｌ２Ｏ３と、
２モル％～１５モル％のＰ２Ｏ５と、
１０モル％～２５モル％のＮａ２Ｏと、
１３モル％～３０モル％のＲｘＯと、
を含むアルカリアルミノシリケートガラスを含み、ここで、ＲｘＯは前記アルカリアルミノシリケート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、及び遷移金属モノオキシドの合計である、請求項１～８いずれか１項記載のガラス物品。
４０モル％～７０モル％のＳｉＯ２と、
１１モル％～２５モル％のＡｌ２Ｏ３と、
２モル％～１５モル％のＰ２Ｏ５と、
１０モル％～２５モル％のＮａ２Ｏと、
１３モル％～３０モル％のＲｘＯと、
を含むアルカリアルミノシリケートガラスを含み、ここで、ＲｘＯは前記アルカリアルミノシリケート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、及び遷移金属モノオキシドの合計である、請求項１～８いずれか１項記載のガラス物品。
【請求項10】
ガラスを強化する方法であって、
第１のアルカリカチオンを含むガラスを、第２のアルカリカチオンを含むイオン交換浴に浸漬して、前記ガラス内の前記第１のアルカリカチオンを、前記イオン交換浴からの前記第２のアルカリカチオンに交換し、前記ガラスの第１の表面から延びる第１の圧縮層を形成するステップであって、前記ガラスが厚さｔを有し、前記第２のアルカリカチオンが前記第１のアルカリカチオンと異なり、前記第１の表面が第２の表面に対向し、前記第１の圧縮層が、前記第１の表面から第１の圧縮深さＤＯＣ１まで延び、前記第１の圧縮層が第１の圧縮応力ＣＳ１を有する、ステップと、
前記第２のアルカリカチオンを、前記第１の表面からｔ／２に位置する前記ガラスの中心まで拡散させるステップであって、前記ガラスの応力が、前記ガラスの深さの関数として変化して応力プロファイルが形成され、該プロファイルが、
前記第１の表面から前記ガラスの深さｄ１まで延びる第１の圧縮領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、前記第１の圧縮領域の少なくとも一部が第１の傾きｍ１を有し、前記第１の表面に第２の圧縮応力ＣＳ２を有し、ＣＳ２≦ＣＳ１である領域、及び
少なくともｄ１の深さから、第２の圧縮深さＤＯＣ２まで延び、第２の傾きｍ２を有する、第２の圧縮領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜、及びＤＯＣ２＞ＤＯＣ１である領域を含む、ステップと、
を備え、
前記応力プロファイルが、前記第１の圧縮層に負の曲率を有する第１の小区域と、正の曲率を有する第２の小区域とを含み、
前記負の曲率が、前記第１の小区域にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有し、
前記第１の小区域が、ｔの２％～２５％の空間的範囲を有し、
前記第２の小区域が、前記第１の小区域よりも深いところに位置していることを特徴とする方法。
第１のアルカリカチオンを含むガラスを、第２のアルカリカチオンを含むイオン交換浴に浸漬して、前記ガラス内の前記第１のアルカリカチオンを、前記イオン交換浴からの前記第２のアルカリカチオンに交換し、前記ガラスの第１の表面から延びる第１の圧縮層を形成するステップであって、前記ガラスが厚さｔを有し、前記第２のアルカリカチオンが前記第１のアルカリカチオンと異なり、前記第１の表面が第２の表面に対向し、前記第１の圧縮層が、前記第１の表面から第１の圧縮深さＤＯＣ１まで延び、前記第１の圧縮層が第１の圧縮応力ＣＳ１を有する、ステップと、
前記第２のアルカリカチオンを、前記第１の表面からｔ／２に位置する前記ガラスの中心まで拡散させるステップであって、前記ガラスの応力が、前記ガラスの深さの関数として変化して応力プロファイルが形成され、該プロファイルが、
前記第１の表面から前記ガラスの深さｄ１まで延びる第１の圧縮領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、前記第１の圧縮領域の少なくとも一部が第１の傾きｍ１を有し、前記第１の表面に第２の圧縮応力ＣＳ２を有し、ＣＳ２≦ＣＳ１である領域、及び
少なくともｄ１の深さから、第２の圧縮深さＤＯＣ２まで延び、第２の傾きｍ２を有する、第２の圧縮領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜、及びＤＯＣ２＞ＤＯＣ１である領域を含む、ステップと、
を備え、
前記応力プロファイルが、前記第１の圧縮層に負の曲率を有する第１の小区域と、正の曲率を有する第２の小区域とを含み、
前記負の曲率が、前記第１の小区域にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有し、
前記第１の小区域が、ｔの２％～２５％の空間的範囲を有し、
前記第２の小区域が、前記第１の小区域よりも深いところに位置していることを特徴とする方法。
【請求項11】
ｄ１における、前記応力プロファイルの傾きがゼロであり、前記負の曲率の最大絶対値がｄ１にあることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項12】
前記拡散させるステップが、前記ガラスを少なくとも１６時間４００℃～５００℃の温度に加熱することを含むことを特徴とする、請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項13】
前記ガラスを前記イオン交換浴に浸漬した後に、前記ガラスを第２のイオン交換浴に浸漬し、前記第１の表面に、第３の圧縮応力ＣＳ３を有する表面圧縮領域を形成するステップであって、ＣＳ３＞ＣＳ１である、ステップを更に備えたことを特徴とする、請求項１０または１１記載の方法。
【請求項14】
消費者向け電子装置であって、
前面、背面、及び側面を有するハウジングと、
少なくとも部分的に前記ハウジングの内部に設けられた電気部品であって、少なくともコントローラ、メモリ、及び前記ハウジングの前記前面に又は前記前面に隣接して設けられたディスプレイを含む電気部品と、
前記ディスプレイ上に配置された請求項１～９いずれか１項記載のガラス物品と、
を備えたことを特徴とする製品。
前面、背面、及び側面を有するハウジングと、
少なくとも部分的に前記ハウジングの内部に設けられた電気部品であって、少なくともコントローラ、メモリ、及び前記ハウジングの前記前面に又は前記前面に隣接して設けられたディスプレイを含む電気部品と、
前記ディスプレイ上に配置された請求項１～９いずれか１項記載のガラス物品と、
を備えたことを特徴とする製品。
【発明の詳細な説明】
【関連技術の相互参照】
【0001】
本願は、その内容に依拠し、参照により、全内容が本明細書に援用される、それぞれ２０１５年１２月８日、及び２０１６年１月１９日出願の、米国仮特許出願第６２／２６４，４９５号、及び第６２／２８０，３７６号の米国特許法第１１９条に基づく優先権を主張するものである。
【技術分野】
【0002】
本開示は強化ガラスに関するものである。より具体的には、本開示は深い圧縮層を有する強化ガラスに関するものである。
【背景技術】
【0003】
イオン交換によって強化されたガラスは、相補誤差関数又は放物線関数に類似した応力プロファイルを示す傾向がある。かかる応力プロファイルは、鋭い衝撃等の特定の種類の損傷に対して適切な保護が得られるが、高さから粗い表面への落下等、他の種類の損傷に対して十分な保護が得られない。
【発明の概要】
【0004】
本開示は強化ガラスであって、かかるガラスにこれまで観察されてきた誤差関数プロファイル、及び放物線プロファイルとは異なるプロファイルを有する、強化ガラスを提供するものである。より長いイオン交換時間及び／又はアニール時間によって生じる応力緩和及び熱アニール／拡散効果によって、表面層の圧縮深さ（ＤＯＣ）が増大する。これ等の効果を達成するための方法も提供する。
【0005】
従って、本開示の１つの態様は、厚さ（ｔ）及びｔ／２に中心を有するガラス物品を提供する。本ガラスは、ガラスの第１の表面から第１の圧縮深さ（ＤＯＣ１）まで延びる、第１の応力（ＣＳ１）下にある、第１の圧縮層を有している。ガラスの応力が、厚さ（ｔ）の関数として変化して応力プロファイルが形成され、応力プロファイルが、第１の表面からガラスの深さ（ｄ１）まで延びる第１の領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、第１の領域の少なくとも一部が第１の傾き（ｍ１）を有する領域と、少なくともｄ１の深さから第１の圧縮深さ（ＤＯＣ１）まで延び、第２の傾き（ｍ２）を有する第２の領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜である領域とを含んでいる。
【0006】
本開示の別の態様は、厚さ（ｔ）及びｔ／２に中心を有する、イオン交換によって強化されたガラス物品を提供する。ガラス物品は、ガラス物品の表面から圧縮深さ（ＤＯＣ）まで延び、圧縮応力下にある圧縮領域を中心の両側に含むと共に、圧縮深さ（ＤＯＣ）からガラス物品の中心まで延び、物理的中心張力（ＣＴ）を有する張力領域を含んでいる。ガラスの応力が厚さ（ｔ）の関数として変化して応力プロファイルが形成され、応力プロファイルが、圧縮領域に負の曲率を有する小区域を含み、負の曲率の最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である。
【0007】
本開示の更に別の態様は、イオン交換処理及びそれに続く熱拡散／アニールステップによって強化されたガラス物品を提供する。ガラス物品は、厚さ（ｔ）及びｔ／２に中心を有し、ガラスの第１の表面から第１の圧縮深さ（ＤＯＣ１）に延びる、第１の圧縮応力（ＣＳ１）下にある第１の圧縮層を含んでいる。ガラスは、第１の圧縮深さ（ＤＯＣ１）からガラスの中心まで延びる、物理的中心張力（ＣＴ）下にある張力領域も含んでいる。ガラスの応力が厚さ（ｔ）の関数として変化して応力プロファイルが形成される。応力プロファイルは、第１の表面からガラスの深さ（ｄ１）まで延びる第１の領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、第１の領域の少なくとも一部が第１の傾き（ｍ１）を有する領域と、少なくともｄ１の深さから第１の圧縮深さ（ＤＯＣ１）まで延び、第２の傾き（ｍ２）を有する第２の領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜である領域とを含んでいる。
【0008】
本開示の更に別の態様は、第１のアルカリカチオンを含むガラスを強化する方法を提供する。ガラスは第１の表面、第１の表面に対向する第２の表面、厚さ（ｔ）、及びｔ／２に中心を有している。本方法は、第１のカチオンと異なる第２のアルカリカチオンを含むイオン交換浴にガラスを浸漬し、ガラス内の第１のカチオンを、イオン交換浴からの第２のアルカリカチオンに交換し、第１の表面から第１の圧縮深さＤＯＣ１まで延びる圧縮層であって、表面において第１の圧縮応力（ＣＳ１）下にある圧縮層を形成するステップと、第２のアルカリカチオンを、第１の表面及び第２の表面から、ガラスの中心まで拡散させるステップとを備えている。ガラスの応力は、ガラスの深さの関数として変化して応力プロファイルが形成される。応力プロファイルは、第１の表面及び第２の表面からそれぞれ深さ（ｄ１）まで延びる第１の圧縮領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、第１の圧縮応力領域の少なくとも一部が第１の傾き（ｍ１）を有し、第１の表面及び第２の表面の各々が第２の圧縮応力（ＣＳ２）を有し、ＣＳ２≦ＣＳ１である領域、及び少なくともｄ１の深さから第２の圧縮深さ（ＤＯＣ２）まで延び、第２の傾き（ｍ２）を有する第２の圧縮領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜、及びＤＯＣ２＞ＤＯＣ１である領域を含んでいる。
【0009】
第１の態様において、ガラス物品が提供される。本ガラス物品は、厚さｔと、ｔ／２に位置する中心と、ガラス物品の第１の表面から、第１の圧縮深さＤＯＣ１に延びる第１の圧縮層と、第１の圧縮層における第１の最大圧縮応力ＣＳ１とを有している。第１の圧縮層は、応力プロファイルを有している。この応力プロファイルは、第１の表面からガラス物品の深さｄ１まで延びる第１の領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、第１の領域の少なくとも一部が第１の傾きｍ１を有する領域、及び少なくともｄ１の深さから、第１の圧縮深さＤＯＣ１まで延び、第２の傾きｍ２を有する第２の領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜である領域を含んでいる。
【0010】
第２の態様において、応力プロファイルが、圧縮領域に負の曲率を有する小区域を含み、負の曲率の最大絶対値がｄ１にある、態様１に記載のガラス物品が提供される。
【0011】
第３の態様において、負の曲率の最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である、態様１又は２に記載のガラス物品が提供される。
【0012】
第４の態様において、ｄ１における、応力プロフィアルの傾きがゼロである態様１～３いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0013】
第５の態様において、ＤＯＣ１≧０．２ｔである、態様１～４いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0014】
第６の態様において、ＣＳ１＞０、ｍ１＞０、及びｍ２＜０である、態様１～５いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0015】
第７の態様において、ｔが約０．１ｍｍ～約２ｍｍである、態様１～６いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0016】
第８の態様において、ＤＯＣ１が、約０．１４ｔ～約０．３５ｔである、態様１～７いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0017】
第９の態様において、第１の最大圧縮応力ＣＳ１が、表面に存在し、約５００ＭＰａ～約２，０００ＭＰａであり、応力プロファイルが、正の曲率を有する第２の小区域を更に含む、態様１～８いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0018】
第１０の態様において、第１の小区域の負の曲率が、ｔの約２％～約２５％の空間的範囲にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有する、態様１～９いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0019】
第１１の態様において、第１の最大圧縮応力ＣＳ１が第１の表面に存在し、圧縮応力が、第１の表面下約８μｍ未満の深さにおいて、第１の最大圧縮応力ＣＳ１の５０％未満に減少する、態様１～１０いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0020】
第１２の態様において、約４０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２～約１５０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２の物理的中心張力を更に有する、態様１～１１いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0021】
第１３の態様において、応力プロファイルの第２の領域が変曲点を含む、態様１～１２いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0022】
第１４の態様において、応力プロファイルの第１の領域が、第１の表面から深さｄ２まで延びる小区域を更に含み、ｄ２＜ｄ１であり、小区分の少なくとも一部が第３の傾きｍ３を有し、｜ｍ１|＜｜ｍ３｜であり、３０ＭＰａ／μｍ≦｜ｍ３｜≦２００ＭＰａ／μｍである、態様１～１３いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0023】
第１５の態様において、５０ＭＰａ／μｍ≦｜ｍ３｜≦２００ＭＰａ／μｍである、態様１～１４いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0024】
第１６の態様において、アルカリアルミノシリケートガラスを含む、態様１～１５いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0025】
第１７の態様において、アルカリアルミノシリケートガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１、ここでＭ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲｘＯは、前記アルカリアルミノシリケートガラス中に存在する、一価及び二価のカチオン酸化物の合計である、態様１６記載のガラス物品が提供される。
【0026】
第１８の態様において、アルカリアルミノシリケートガラスが、約４０モル％～約７０モル％のＳｉＯ２と、約１１モル％～約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と、約２モル％～約１５モル％のＰ２Ｏ５と、約１０モル％～約２５モル％のＮａ２Ｏと、約１０モル％～約３０モル％のＲｘＯとを含み、ここで、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、及び遷移金属モノオキシドの合計である、態様１６記載のガラス物品が提供される。
【0027】
第１９の態様において、ガラス物品の第１の表面に対向する、第２の表面から第２の圧縮深さＤＯＣ２まで延びる第２の圧縮層と、第２の圧縮層内における第２の最大圧縮応力ＣＳ２と、ＤＯＣ１とＤＯＣ２との間に延びる張力領域とを更に有する、態様１～１８いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0028】
第２０の態様において、ＤＯＣ１＝ＤＯＣ２である、態様１９記載のガラス物品が提供される。
【0029】
第２１の態様において、ガラス物品が提供される。本ガラス物品は、厚さｔと、ｔ／２に位置する中心と、ガラス物品の表面と前記中心との間に位置し、圧縮応力下にあり、表面から圧縮深さＤＯＣまで延びる圧縮領域と、応力プロファイルが負の曲率を有する、圧縮領域内の小区域であって、負の曲率の最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である、小区域と、圧縮深さＤＯＣから、ガラス物品の少なくとも中心まで延び、物理的中心張力ＣＴ下にある張力領域とを有している。
【0030】
第２２の態様において、ｔが約０．１ｍｍ～約２ｍｍである、態様２１記載のガラス物品が提供される。
【0031】
第２３の態様において、ＤＯＣが、約０．１４ｔ～約０．３５ｔである、態様２１又は２２記載のガラス物品が提供される。
【0032】
第２４の態様において、最大圧縮応力ＣＳ１が、第１の表面に存在し、約５００ＭＰａ～約２，０００ＭＰａであり、圧縮領域が、応力プロファイルが正の曲率の小区域を有する小区域を更に含む、態様２１～２３いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0033】
第２５の態様において、圧縮応力が、表面下約８μｍ未満の深さにおいて、最大圧縮応力の５０％未満に減少する、態様２１～２４いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0034】
第２６の態様において、負の曲率が、ｔの約２％～約２５％の空間的範囲を有する小区域にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有する、態様２１～２５いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0035】
第２７の態様において、ＣＴが、約４０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２～約１５０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２である、態様２１～２６いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0036】
第２８の態様において、アルカリアルミノシリケートガラスを含む、態様２１～２７いずれか１つに記載のガラス物品が提供される。
【0037】
第２９の態様において、アルカリアルミノシリケートガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１であり、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲｘＯは、アルカリアルミノシリケートガラス中に存在する、一価及び二価のカチオン酸化物の合計である、態様２８記載のガラス物品が提供される。
【0038】
第３０の態様において、アルカリアルミノシリケートガラスが、約４０モル％～約７０モル％のＳｉＯ２と、約１１モル％～約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と、約２モル％～約１５モル％のＰ２Ｏ５と、約１０モル％～約２５モル％のＮａ２Ｏと、約１３モル％～約３０モル％のＲｘＯとを含み、ここで、ＲｘＯは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、及び遷移金属モノオキシドの合計である、態様２８記載のガラス物品が提供される。
【0039】
第３１の態様において、ガラスを強化する方法が提供される。本方法は、第１のアルカリカチオンを含むガラスを、第２のアルカリカチオンを含むイオン交換浴に浸漬して、ガラス内の第１のアルカリカチオンを、イオン交換浴からの第２のアルカリカチオンに交換し、ガラスの第１の表面から延びる第１の圧縮層を形成するステップであって、ガラスが厚さｔを有し、第２のアルカリカチオンが第１のアルカリカチオンと異なり、第１の表面が第２の表面に対向し、第１の圧縮層が、第１の表面から第１の圧縮深さＤＯＣ１まで延び、前記第１の圧縮層が第１の圧縮応力ＣＳ１を有する、ステップと、第２のアルカリカチオンを、第１の表面からｔ／２に位置するガラスの中心まで拡散させるステップであって、ガラスの応力が、ガラスの深さの関数として変化して応力プロファイルが形成される、ステップとを備えている。応力プロファイルは、第１の表面からガラスの深さｄ１まで延びる第１の圧縮領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、第１の圧縮領域の少なくとも一部が第１の傾きｍ１を有し、前記第１の表面に第２の圧縮応力ＣＳ２を有し、ＣＳ２≦ＣＳ１である領域、及び少なくともｄ１の深さから、第２の圧縮深さＤＯＣ２まで延び、第２の傾きｍ２を有する第２の圧縮領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜、及びＤＯＣ２＞ＤＯＣ１である領域を含んでいる。
【0040】
第３２の態様において、ガラスを、第２のアルカリカチオンを含むイオン交換浴に浸漬するステップが、第１のアルカリカチオンを、イオン交換浴からの第２のアルカリカチオンに交換し、ガラスの第２の表面から延びる第２の圧縮層も形成する、実施形態３１記載の方法が提供される。
【0041】
第３３の態様において、第１の圧縮層及び第２の圧縮層が同時に形成される、態様３２記載の方法が提供される。
【0042】
第３４の態様において、ｄ１における、応力プロフィアルの傾きがゼロである、態様３１～３３いずれか１つに記載の方法が提供される。
【0043】
第３５の態様において、拡散させるステップが、ガラスを約４００℃～約５００℃の温度に加熱する熱拡散ステップを含む、態様３１～３４いずれか１つに記載の方法が提供される。
【0044】
第３６の態様において、熱拡散ステップが、ガラスを、その温度で、少なくとも約１６時間加熱することを含む、態様３５記載の方法。
【0045】
第３７の態様において、イオン交換浴が、第１のアルカリカチオンを含む塩を少なくとも３０質量％含む、態様３１～３６いずれか１つに記載の方法が提供される。
【0046】
第３８の態様において、ガラスをイオン交換浴に浸漬するステップの後に、ガラスを第２のイオン交換浴に浸漬し、第１の表面に、第３の圧縮応力ＣＳ３を有する表面圧縮領域を形成するステップであって、ＣＳ３＞ＣＳ１である、ステップを更に備えた、態様３１～３７いずれか１つに記載の方法が提供される。
【0047】
第３９の態様において、第２のイオン交換浴が、第２のアルカリカチオンを含む少なくとも約９０質量％の塩を含む、実施形態３８記載の方法が提供される。
【0048】
第４０の態様において、ガラスが、アルカリアルミノシリケートガラスを含む、態様３１～３９いずれか１つに記載の方法が提供される。
【0049】
第４１の態様において、アルカリアルミノシリケートガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１であり、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３、ＲｘＯは、前記アルカリアルミノシリケートガラス中に存在する、一価及び二価のカチオン酸化物の合計である、態様４０記載の方法が提供される。
【0050】
第４２の態様において、アルカリアルミノシリケートガラスが、約４０モル％～約７０モル％のＳｉＯ２と、約１１モル％～約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と、約２モル％～約１５モル％のＰ２Ｏ５と、約１０モル％～約２５モル％のＮａ２Ｏと、約１０モル％～約３０モル％のＲｘＯとを含み、ここで、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、及び遷移金属モノオキシドの合計である、態様４０記載の方法。
【0051】
第４３の態様において、応力プロファイルが、圧縮応力領域に、負の曲率を有する小区域を含み、負の曲率の最大絶対値がｄ１にある、態様３１～４２いずれか１つに記載の方法が提供される。
【0052】
第４４の態様において、負の曲率の最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である、態様４３記載の方法が提供される。
【0053】
第４５の態様において、消費者向け電子装置が提供される。本消費者向け電子装置は、前面、背面、及び側面を有するハウジングと、少なくとも部分的にハウジングの内部に設けられた電気部品であって、少なくともコントローラ、メモリ、及びハウジングの前面に又は前面に隣接して設けられたディスプレイを含む電気部品と、ディスプレイ上に配置された態様１～３０いずれか１つに記載のガラス物品とを備えている。
【0054】
これ等及び他の態様、効果、及び顕著な特徴は、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【図1】強化ガラス物品の概略断面図。
【図2】拡散時間を関数とする、８００μｍの厚さを有するイオン交換ガラスの、モデル化及び測定応力プロファイルをプロットした図。
【図4】４６０℃で４０時間イオン交換したガラスの、モデル化及び測定応力プロファイルをプロットした図。
【図5】４６０℃で６０時間イオン交換し、次いで４９０℃で３２時間イオン交換したガラスの、モデル化及び測定応力プロファイルのプロット図。
【図6】組成が異なる混合ＫＮＯ３／ＮａＮＯ３浴において、４６０℃で２８時間イオン交換したガラスの測定応力プロファイルをプロットした図。
【図7】４１質量％のＮａＮＯ３を含有する浴において、４６０℃で２８時間イオン交換したガラスについて取得した、モデル化応力プロファイル及び測定応力プロファイルをプロットした図。
【図8】１００質量％のＫＮＯ３浴において、４１０℃で７時間イオン交換し、次いで４５０℃で５時間加熱して熱拡散させた、０．５ｍｍ厚のガラスのモデル化及び測定応力プロファイルをプロットした図。
【図9】純（１００質量％）ＫＮＯ３浴において、４６０℃で２４時間イオン交換し、次いで４５０℃で５時間～２４時間の範囲の時間加熱して熱拡散させた、０．５ｍｍ厚のガラスのモデル化及び測定応力プロファイルをプロットした図。
【図10】純（１００質量％）ＫＮＯ３浴において、４６０℃で２４時間イオン交換し、次いで４５０℃で５時間～２４時間の範囲の時間加熱して熱拡散させた、０．８ｍｍ厚のガラスのモデル化及び測定応力プロファイルをプロットした図。
【図11】１７質量％のＮａＮＯ３及び８３質量％のＫＮＯ３を含有する浴において、４３０℃で１１．５時間イオン交換し、次いで４３０℃で１３．０７時間熱処理した０．４ｍｍ厚のガラスについて取得したＳ字プロファイルをプロットした図。
【図12】第１のイオン交換及びその後の熱処理後のガラス物品の応力プロファイルの概略図。
【図13】第１のイオン交換、その後の熱処理、及び第２のイオン交換後のガラス物品の応力プロファイルの概略図。
【図14】第１のイオン交換、熱処理、及び第２のイオン交換後のガラスについて取得した応力プロファイルの概略図。
【図15】３８質量％のＮａＮＯ３及び６２質量％のＫＮＯ３を含有する浴において、４５０℃で１１時間イオン交換し、４２０℃で６．５時間熱処理し、次いで０．５質量％のＮａＮＯ３及び９９．５％のＫＮＯ３を含有する浴において、３９０℃で１１分間イオン交換した０．４ｍｍガラスについて取得した、ＴＭ導波光及びＴＥ導波光の屈折率プロファイルをプロットした図。
【図17】本明細書に開示の任意の強化物品を組み込んだ例示的な電子装置の平面図。
【発明を実施するための形態】
【0056】
以下の説明において、同様の参照符号は、図面に示された幾つかの図を通して同様の又は対応する部分を示す。別に明記しない限り、「上端部」、「底部」、「外側」、「内側」等の用語は便宜的な言葉であり、限定用語として解釈されるべきではないことも理解されたい。加えて、要素の群のうちの少なくとも１つ及びそれらの組み合わせを含むとして、群が記述されている場合には、常に、その群は、個別に又は互いに組み合わせて、列挙された要素のうちの任意の数を含む、実質的に成る、あるいは成ることができることを理解されたい。同様に、要素の群のうちの少なくとも１つ又はそれらの組み合わせから成るとして群が記述されている場合には、常に、その群は、個別に又は互いに組み合わせて、列挙された要素のうちの任意の数から成ることができることを理解されたい。別に明記しない限り、値の範囲が列挙されている場合、その範囲は、範囲の上限及び下限の両方、並びにその間の任意の範囲を含む。本明細書において、別に明記しない限り、名詞は、「少なくとも１つ」又は「１つ以上」の対象を指す。また、本明細書及び図面に開示した様々な特徴は、あらゆる組み合わせで使用することができることを理解されたい。
【0057】
本明細書において、「ガラス物品」及び「ガラス物品類」という用語は、全部又は一部がガラスで構成された任意の物体を含む最も広い意味で使用される。別に明記しない限り、すべての組成はモルパーセント（ｍｏｌ％）で示される。
【0058】
本明細書に記載のように、圧縮応力（ＣＳ）及び中心張力又は物理的中心張力（ＣＴ）はメガパスカル（ＭＰａ）で示し、層深さ（ＤＯＬ）及び圧縮深さ（ＤＯＣ）は交換可能に使用することができ、マイクロメートル（μｍ）で示し、ここで１μｍ＝０．００１ｍｍであり、別に明記しない限り、厚さ（ｔ）は、本明細書において、ミリメートルで示し、ここで１ｍｍ＝１，０００μｍである。本明細書において、圧縮応力は正の値として示し、中心張力及び物理的中心張力（ＣＴ）は負の値として示す。
【0059】
（表面ＣＳを含む）圧縮応力は、（日本の）オリハラ工業（株）製のＦＳＭ－６０００等の市販の機器を用いた表面応力計（ＦＳＭ）により測定する。表面応力の測定は、ガラスの複屈折に関連する応力光学係数（ＳＯＣ）の正確な測定に依存する。ＳＯＣは、参照により全内容が本明細書に援用される、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｓｔｒｅｓｓ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ」と題するＡＳＴＭ標準Ｃ７７０－１６に記載の手順Ｃ（ガラスディスク法）に従って測定される。
【0060】
本明細書において、ＤＯＣは、本明細書に記載の化学強化アルカリアリミノシリケートガラス物品の応力が圧縮から引張に変化する深さを意味する。ＤＯＣはイオン交換処理に応じ、ＦＳＭ又は散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）によって測定することができる。ガラス物品にカリウムイオンを交換することによって、ガラス物品に応力が生成される場合には、ＦＳＭを用いてＤＯＣが測定される。ガラス物品にナトリウムイオンを交換することによって、ガラス物品に応力が生成される場合には、ＳＣＡＬＰを用いてＤＯＣが測定される。ガラス物品にカリウム及びナトリウムイオンの両方を交換することによって、ガラス物品に応力が生成される場合には、ナトリウムの交換深さがＤＯＣを示し、カリウムイオンの交換深さが圧縮応力の大きさの変化を示すと考えられるので（圧縮応力から引張応力への応力の変化ではない）ＳＣＡＬＰを用いてＤＯＣが測定され、かかるガラス物品のカリウムイオンの交換深さはＦＳＭによって測定される。
【0061】
屈折近接場（ＲＮＦ）法又はＳＣＡＬＰを用いて応力プロファイルを測定することができる。ＲＮＦ法を用いて応力プロファイルを測定する場合には、ＳＣＡＬＰによって与えられる最大ＣＴ値がＲＮＦに使用される。特に、ＲＮＦによって測定された応力プロファイルは、力平衡であり、ＳＣＡＬＰ測定によって与えられる最大ＣＴ値に合わせて較正される。ＲＮＦ法は、参照により全内容が本明細書に援用される、「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ａ ｇｌａｓｓ ｓａｍｐｌｅ」と題する、米国特許第８，８５４，６２３号明細書に記載されている。具体的には、ＲＮＦ法は、参照ブロックに隣接してガラス物品を配置するステップ、直交偏光間で１Ｈｚ～５０Ｈｚの速度で切り替えられる偏光切換光ビームを生成するステップ、偏光切換光ビームの電力量を測定するステップ、及び偏光切換基準信号を生成するステップを含み、各々の直交偏光における測定電力量は互いに５０％以内である。この方法は、偏光切換光ビームをガラスサンプル及びガラスサンプルの異なる深さの基準ブロックに通すステップ、次いでリレー光学系を用いて透過した偏光切換光ビームを、偏光切換検出器信号を生成する、信号光検出器に中継するステップを更に備えている。この方法は検出器信号を基準信号で除算して正規化検出器信号を形成するステップ、及び正規化検出器信号からガラスサンプルのプロファイル特性を決定するステップも含んでいる。
【0062】
応力プロファイルは、参照により全内容が本明細書に援用される、米国特許第９１４０５４３号明細書に教示されている逆Ｗｅｔｚｅｌ－Ｋｒａｍｅｒｓ－Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ（ＩＷＫＢ）法によって、ＴＭ及びＴＥ偏光の結合光学モードのスペクトルから決定することもできる。
【0063】
本明細書で説明するのは、ガラス物品内の位置（ｘ）の関数（σ (ｘ）)として変化する応力プロファイル（σ）を有する強化ガラス物品である。位置（ｘ）は、表面からのガラス物品の深さを指すことができる。応力プロファイルは、位置（ｘ）を用いた、任意の点における応力（σ）の一次導関数である傾き（Ｓ）を有している、即ちＳ＝（ｄσ／ｄｘ）である。直線に厳密に近似する応力プロファイルのセグメント又は部分の傾きは、直線セグメントとしてよく近似する領域の平均傾きとして定義される。応力プロファイルの傾き率（ＳＲ）又は応力プロファイルの曲率は、位置（ｘ）を用いた応力（σ）の二次導関数、即ちＳＲ＝（ｄ２σ／ｄｘ２）である。
【0064】
強化ガラス物品の概略断面図を図１に示す。ガラス物品１００は、厚さｔ、第１の表面１１０、及び第２の表面１１２を有している。一部の実施の形態において、ガラス物品１００は、約２ｍｍまでの厚さｔ、及びその間のすべての範囲及び部分範囲の厚さ、例えば、一部の実施の形態において、約０．１ｍｍ～約２ｍｍ、又は別の実施の形態において、約約０．１ｍｍ～約１ｍｍの厚さを有している。図１に示す実施の形態は、ガラス物品１００を平坦な平面シート又はプレートとして示しているが、ガラス物品は、例えば、三次元形状又は非平面構成等、他の構成を有することができる。ガラス物品１００は、第１の表面１１０からガラス物品１００のバルク内に圧縮深さ（ＤＯＣ）ｄ１まで延びる第１の圧縮層１２０を有している。図１に示す実施の形態において、ガラス物品１００は、第２の表面１１２から第２の圧縮深さｄ２まで延びる第２の圧縮層１２２も有している。第１及び第２の圧縮層１２０、１２２の各々は、圧縮応力ＣＳ下にある。一部の実施の形態において、第１及び第２の圧縮層１２０、１２２の各々は、それぞれ第１及び第２の表面１１０、１１２において最大圧縮応力を有している。ガラス物品１００はｄ１～ｄ２に延びる中心領域１３０も有している。中心領域１３０は、圧縮層１２０、１２２の圧縮応力を均衡又は相殺する引張応力又は物理的中心張力（ＣＴ）下にある。第１及び第２の圧縮層１２０、１２２の圧縮深さｄ１及びｄ２によって、第１及び第２の表面１１０、１１２に対する鋭い衝撃による傷が、第１及び第２の圧縮層１２０、１２２の深さｄ１、ｄ２を貫通する可能性を抑制することによって、傷が伝播しないようにガラス物品１００を保護する。
【0065】
１つの態様において、強化ガラスの応力は深さの関数として変化し、ガラスの第１の表面から圧縮深さ（ＤＯＣ）又は層深さ（ＤＯＬ）まで延びる圧縮層を有している。圧縮層は圧縮応力（ＣＳ）下にある。このガラス物品の応力プロファイルを図１２に概略的に示す。１回のイオン交換ステップによって、ガラスの表面から第１の圧縮深さ（ＤＯＣ１）に延びる圧縮層が形成され、圧縮層は第１の圧縮応力（ＣＳ１）下にある。１回のイオン交換ステップによって取得した応力プロファイル３０５は、線形であるか又は相補誤差関数（ｅｒｆｃ）で近似できるうちのいずれかであってよい。
【0066】
イオン交換浴からのカチオンは、次に、熱拡散ステップにおいて、ガラスの表面からｔ／２の深さに位置するガラスの中心まで拡散することができる。一部の実施の形態において、これはイオン交換を長時間（例えば、４６０℃で１６時間以上）継続することによって、及び／又は一部の実施の形態では、その後の熱拡散（加熱）ステップによって達成される。カチオンは、ガラスの対向する表面から、拡散したカチオンがガラス３３０の中心で出会うまで拡散することができる。一部の実施の形態において、熱拡散ステップは、表面の圧縮応力を第２の圧縮応力（ＣＳ２）に減少させ、圧縮深さを第２の圧縮深さ（ＤＯＣ２）に増加させ、ＣＳ２≦ＣＳ１及びＤＯＣ２＞ＤＯＣ１という結果をもたらす。
【0067】
一部の実施の形態において、熱拡散ステップは、約４００℃～約５００℃の温度で、少なくとも約０．５時間～４０時間ガラスを加熱することを含んでいる。
【0068】
ＣＳ１／ＤＯＣ、ここでＣＳ１は第１のイオン交換後のガラス表面における圧縮応力として示される、第１のイオン交換ステップ後の傾き（Ｓ１）は、その絶対値（|Ｓ１|）が約０．５ＭＰａ／μｍ～約３０ＭＰａ／μｍである。一部の実施の形態において、傾き（Ｓ１）が絶対値（|Ｓ１|）を有し、１．２ＭＰａ／μｍ≦|Ｓ１|≦２０ＭＰａ／μｍ、１．５ＭＰａ／μｍ≦|Ｓ１|≦１５ＭＰａ／μｍ、並びにこれ等の間のすべての範囲及び部分範囲である。更に別の実施の形態において、傾き（Ｓ１）が、約０．６ＭＰａ／μｍ～約１５ＭＰａ／μｍの絶対値|Ｓ１|を有し、０．８ＭＰａ／μｍ≦|Ｓ１|≦１０ＭＰａ／μｍ、１．５ＭＰａ／μｍ≦|Ｓ１|≦１０ＭＰａ／μｍ、並びにこれ等の間のすべての範囲及び部分範囲である。
【0069】
熱拡散ステップ後、ガラスは、第１の表面からガラスの深さ（ｄ１）まで延びる第１の領域３１０であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、第１の領域の少なくとも一部が第１の傾き（ｍ１）を有する領域、及び少なくともｄ１の深さから第２の圧縮深さ（ＤＯＣ２）に延び、第２の傾き（ｍ２）を有し、|ｍ１|≦|ｍ２|である第２の領域３２０を有する、図１２に概略的に示す応力プロファイル３００を有している。例えば、図１３に示すように、一部の実施の形態において、ｄ１における傾きがゼロであってよく、これはｄ１における応力プロファイルの一次導関数（（ｄσ／ｄｘ）、ここでｘ＝ｄ１）がゼロであることを意味している。一部の実施の形態において、応力プロファイルは負の曲率を含み、ｄ１は、負の曲率の最大絶対値の点にあってよい。一部の実施の形態において、第１の傾き（ｍ１）はゼロ以上（ｍ１＞０）であり、第２の傾き（ｍ２）は負（ｍ２＜０）である。
【0070】
一部の実施の形態において、ガラス物品が二段階のイオン交換処理によって強化される。ここでは、熱拡散ステップに続き、ガラス物品に２回目のイオン交換処理が施される。２回目のイオン交換は、１回目のイオン交換浴とは異なるイオン交換浴において実施される。２回目のイオン交換ステップ後に得られた、応力プロファイル３５０を図１３に概略的に示す。イオン交換処理の２回目のステップは、第１の領域３１０の小区域に、圧縮応力「スパイク」３１２、即ち、圧縮応力の急激な増加をもたらす、ここで小区域はガラス物品の表面に隣接し、表面下第２の深さ（ｄ２）まで延び、最大圧縮応力（ＣＳ）を有している。一部の実施の形態において、ｄ２＜ｄ１である。２回目のイオン交換ステップの後、スパイク領域３１２の傾き（ｍ３）は、絶対値（|ｍ３|）を有し、その範囲は約３０ＭＰａ／μｍ～約２００ＭＰａ／μｍ（３０ＭＰａ／μｍ≦|ｍ３|≦２００ＭＰａ／μｍ）である。一部の実施の形態において、４０ＭＰａ／μｍ≦|ｍ３|≦１６０ＭＰａ／μｍ、別の実施の形態において、５０ＭＰａ／μｍ≦|ｍ３|≦２００ＭＰａ／μｍ、更に別の実施の形態において、４５ＭＰａ／μｍ≦|ｍ３|≦１２０ＭＰａ／μｍである。一部の実施の形態において、|ｍ１|＜|ｍ３|である。
【0071】
本明細書に記載の第１のイオン交換処理に続いて、熱処理及び第２のイオン交換処理を施したサンプルの応力プロファイルを図１４に示す。サンプルの処理に用いた条件も図に示す。すべてのサンプルが、表面の近傍において圧縮応力の急激な増加又は「スパイク」及び多少の負の曲率を有する領域を示している。
【0072】
ガラス物品が一段階のイオン交換処理によって強化される実施の形態において、ＣＳ／ＤＯＣで示される傾きＳが、約０．５ＭＰａ／μｍ（又は８８ＭＰａ）／（８８μｍ／２））～約２００ＭＰａ／μｍ（又は１，０００ＭＰａ／５μｍ）の絶対値|Ｓ|を有している。別の実施の形態において、傾き（Ｓ）は、約０．６ＭＰａ／μｍ（又は８８ＭＰａ／１４０μｍ）～約２００ＭＰａ／μｍ（又は１，０００ＭＰａ／５μｍ）の絶対値（|Ｓ|）を有している。
【0073】
表面と圧縮深さ（ＤＯＣ）との間の圧縮層の応力プロファイルの傾斜率（ＳＲ）は、ＳＲ値の符号が変化する少なくとも１つの領域を含み、応力プロファイルの傾き（Ｓ）が単純増加又は単純減少する関数ではないことを示している。代わりに、傾き（Ｓ）は、減少から増加パターン又はその逆に変化し、応力プロファイルのＳ字領域を画成している。
【0074】
一部の実施の形態において、圧縮深さは、厚さの少なくとも２０％、即ちＤＯＣ≧０．２ｔである。一部の実施の形態において、圧縮深さ（ＤＯＣ）は約０．０５ｔ～約０．３５ｔ、並びにその間のすべての範囲及び部分範囲、例えば、一部の実施の形態において、約０．１４ｔ～約０．３５ｔ、別の実施の形態において、約０．１５ｔ～約０．２５ｔ、更に別の実施の形態において、約０．２０ｔ～約０．２５ｔである。強化ガラス物品の厚さ（ｔ）は、約０．４ｍｍ以下等、約０．１ｍｍ～約２ｍｍである。
【0075】
一部の実施の形態において、圧縮層は、約５０ＭＰａ～約１，０００ＭＰａ、又は別の実施の形態において、約５００ＭＰａ～約２，０００ＭＰａ、並びにその間のすべての範囲及び部分範囲を含む圧縮応力（ＣＳ）を表面に有する、近表面領域を更に有することができる。圧縮応力層の応力プロファイルは、負の曲率を有する第１の小区域と、正の曲率を有する第２の小区域とを更に有することができる。本明細書において、「負の曲率」という用語は、その領域の応力プロファイルが下方に凹であり、「正の曲率」とは、その領域の応力プロファイルが上方に凹であることを意味する。一部の実施の形態において、負の曲率の絶対値が、空間的範囲が厚さ（ｔ）の約２％～約２５％の小区域にわたって１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超えている。一部の実施の形態において、負の曲率の最大絶対値は、約２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～約４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２、並びにその間のすべての範囲及び部分範囲、例えば、一部の実施の形態において、約４０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～約２，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２、更に別の実施の形態において、約８０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～約１，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である。一部の実施の形態において、第２の小区域の応力プロファイルは変曲点を有することができる。物理的中心張力（ＣＴ）は、約４０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２～約１５０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２、並びにその間のすべての範囲及び部分範囲、例えば、一部の実施の形態において、約４２ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２～約１００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２である。
【0076】
応力プロファイルの曲率は、関心のある応力プロファイルの一部を特定することによって測定される。関心部分に二次多項式適合を適用し、その結果得られる最高次の項の係数が関心部分の曲率である。応力プロファイルのｙ軸がＭＰａ単位で、応力プロファイルのｘ軸がｍｍ単位である場合、曲率はＭＰａ／ｍｍ２の単位を有することになる。加えて、応力プロファイルのｘ軸がμｍ単位である場合、曲率は適切な変換係数によってＭＰａ／ｍｍ２の単位に変換することができる。
【0077】
場合により、測定した応力プロファイルが、測定プロセスの結果として、アーチファクト又はノイズを含むことがある。かかる場合、応力プロファイルの曲率を決定する前に、アーチファクトを除去して、曲率の計算精度が高められる。アーチファクトは、当技術分野で周知の任意の適切な処理方法によって除去することができる。例えば、応力プロファイル、又はそこから応力プロファイルが抽出される、ＴＥ及びＴＭ屈折率プロファイル（例えば、ＩＷＫＢ法を用いて応力プロファイルを決定するとき）にローパスフィルターを適用することによって、アーチファクトを除去することができる。
【0078】
一部の実施の形態において、圧縮層の圧縮応力は、ガラス物品の表面における最大圧縮応力（ＣＳ）から、表面下約８μｍ未満の深さにおいて、最大圧縮応力の５０％未満に減少し得る。
【0079】
一部の実施の形態において、ガラス物品はイオン交換され、アニールされる（即ち、熱拡散ステップを受ける）。特定の実施の形態において、ガラスは、一段階イオン交換（ＳＩＯＸ）処理でイオン交換され、次いでアニール処理が施される。別の実施の形態において、イオン交換処理は、第１のイオン交換ステップの後に、任意の熱アニール又は拡散ステップを含み、その後、第２のイオン交換浴が第１のイオン交換浴の組成と異なる組成を有する、第２のイオン交換ステップが続く、二段階又は二重イオン交換（ＤＩＯＸ）処理である。一部の実施の形態において、第２のイオン交換浴は、少なくとも９０質量％のＫＮＯ３及び１０質量％未満のＮａＮＯ３を含んでいる。別の実施の形態において、第２のイオン交換浴は、少なくとも９５質量％のＫＮＯ３及び浴の残余の割合を占めるＫＮＯ３を含んでいる。更に別の実施の形態において、第２のイオン交換浴は、実質的に１００質量％のＫＮＯ３を含んでいる。第２のイオン交換ステップは、ガラスの表面に直接隣接する領域に、圧縮応力「スパイク」、即ち圧縮応力の急激な増加をもたらす。
【0080】
一段階イオン交換処理を用いてガラス物品をイオン交換する実施の形態において、約２５質量％～約１００質量％のＫＮＯ３、及び約０質量％～約７５質量％のＮａＮＯ３を含むイオン交換浴において、約３００℃～約５００℃の温度で物品がイオン交換される。イオン交換浴は、浴の性能を改善するために、ケイ酸等の他の材料を含むことができる。
【0081】
本明細書に記載のガラスは、イオン交換可能なアルカリアルミノシリケートガラスであって、一部の実施の形態において、本技術分野で周知のスロットドロー法、フュージョンドロー法等のダウンドロー法によって形成することができる。特定の実施の形態において、かかるガラスは、少なくとも約１００キロポアズ（ｋＰ）、又は少なくとも１３０ｋＰの液相粘度を有することができる。１つの実施の形態において、アルカリアルミノシリケートガラスはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、及び少なくとも１種のアルカリ金属酸化物（Ｒ２Ｏ）を含み、０．７５≦[（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）] ≦１．２、であり、ここでＭ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３である。一部の実施の形態において、アルカリアルミノシリケートガラスは、約４０モル％～約７０モル％のＳｉＯ２、約０モル％～約２８モル％のＢ２Ｏ３、約０モル％～約２８モル％のＡｌ２Ｏ３、約１モル％～約１４モル％のＰ２Ｏ５、及び約１２モル％～約１６モル％のＲ２Ｏ、及び特定の実施の形態において、約４０モル％～約６４モル％のＳｉＯ２、約０モル％～約８モル％のＢ２Ｏ３、約１６モル％～約２８モル％のＡｌ２Ｏ３、約２モル％～約１２モル％のＰ２Ｏ５、及び約１０モル％～約１６モル％のＲ２Ｏ、又は約１２モル％～約１６モル％のＲ２Ｏであって、ここでＲ２ＯはＮａ２Ｏを含む、を含むか、これ等から実質的に成っている。一部の実施の形態において、１１モル％≦Ｍ２Ｏ３≦３０モル％、一部の実施の形態において、１３モル％≦ＲｘＯ≦３０モル％であって、ここで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、及び遷移金属モノオキシドの合計である。一部の実施の形態において、ガラスはリチウムを含んでいない。別の実施の形態において、ガラスは約１０モル％までのＬｉ２Ｏ、又は約７モル％までのＬｉ２Ｏを含むことができる。これ等のガラスについては、参照により、全内容が本明細書に援用される、米国特許第９，３４６，７０３号として付与された、２０１１年１１月２８日、Ｄａｎａ Ｃｒａｉｇ Ｂｏｏｋｂｉｎｄｅｒ他によって出願された「Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ Ｇｌａｓｓ ｗｉｔｈ Ｄｅｅｐ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｌａｙｅｒ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｄａｍａｇｅ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ」と題する、米国特許出願第１３／３０５，２７１号明細書であって、２０１０年１１月３０日に出願された、同じ名称の米国仮特許出願第６１／４１７，９４１号からの優先権を主張する明細書に記載されている。
【0082】
特定の実施の形態において、アルカリアルミノシリケートガラスは、少なくとも約２モル％のＰ２Ｏ５又は少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１、ここでＭ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲｘＯはアルカリアルミノシリケートガラス中に存在する一価及び二価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施の形態において、一価及び二価のカチオン酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、 ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯから成る群より選択される。一部の実施の形態において、ガラスはリチウムを含まず、約４０モル％～約７０モル％のＳｉＯ２、約１１モル％～約２５モル％のＡｌ２Ｏ３、約２モル％からのＰ２Ｏ５、又は４モル％～約１５モル％のＰ２Ｏ５、約１０モル％からのＮａ２Ｏ、又は約１３モル％～約２５モル％のＮａ２Ｏ、約１３モル％～約３０モル％のＲｘＯ、ここで、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、及び遷移金属モノオキシドの合計、約１１モル％～約３０モル％のＭ２Ｏ３、ここで、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３、約０モル％～約１モル％のＫ２Ｏ、約０モル％～約４モル％のＢ２Ｏ３、及び３モル％以下のＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＣｄＯ、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｃｌ、及びＢｒのうちの１つ以上を含むか、これ等から実質的に成り、１．３＜ [（Ｐ２Ｏ５＋Ｒ２Ｏ）／Ｍ２Ｏ３] ≦２．３であり、ここでＲ２Ｏはガラス中に存在する一価のカチオン酸化物の合計である。一部の実施の形態において、ガラスはリチウムを含んでいない。別の実施の形態において、ガラスは約１０モル％までのＬｉ２Ｏ又は約７モル％までのＬｉ２Ｏを含むことができる。このガラスは、いずれも２０１１年１１月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／５６０，４３４号に対する優先権を主張する、「Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ Ｇｌａｓｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｃｒａｃｋ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ」と題する、２０１２年１１月１５日に出願されたＴｉｍｏｔｈｙ Ｍ．Ｇｒｏｓｓの米国特許第９，１５６，７２４号明細書及び「Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ Ｇｌａｓｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｃｒａｃｋ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ」と題する２０１２年１１月１５日に出願されたＴｉｍｏｔｈｙ Ｍ．Ｇｒｏｓｓの米国特許第８，７５６，２６２号明細書に記載されている。前述の特許及び出願は、参照により、全内容が本明細書に援用される。
【0083】
別の実施の形態において、アルカリアルミノシリケートガラスは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、及び約１モル％を超えるＫ２Ｏを含み、少なくとも約９０×１０－７℃－１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有している。一部の実施の形態において、ガラスは、約５７モル％～約７５モル％のＳｉＯ２（即ち、５７モル％≦ＳｉＯ２≦７５モル％）、約６モル％～約１７モル％のＡｌ２Ｏ３（即ち、６モル％≦Ａｌ２Ｏ３≦１７モル％）、約２モル％～約７モル％のＰ２Ｏ５（即ち、２モル％≦Ｐ２Ｏ５≦７モル％）、約１４モル％～約１７モル％のＮａ２Ｏ（即ち、１４モル％≦Ｎａ２Ｏ≦１７モル％）、及び約１モル％超～約５モル％のＫ２Ｏ（即ち１モル％＜Ｋ２Ｏ≦５モル％）を含むか、これ等から実質的に成っている。一部の実施の形態において、ガラスは、約５７モル％～約５９モル％のＳｉＯ２（即ち、５７モル％≦ＳｉＯ２≦５９モル％）、約１４モル％～約１７モル％のＡｌ２Ｏ３（即ち、１４モル％≦Ａｌ２Ｏ３≦１７モル％）、約６モル％～約７モル％のＰ２Ｏ５（即ち、６モル％≦Ｐ２Ｏ５≦７モル％）、約１６モル％～約１７モル％のＮａ２Ｏ（即ち、１６モル％≦Ｎａ２Ｏ≦１７モル％）、及び約１モル％超～約５モル％のＫ２Ｏ（即ち１モル％＜Ｋ２Ｏ５モル％）を含むか、これ等から実質的に成っている。特定の実施の形態において、ガラスは約２モル％までのＭｇＯ（即ち、０モル％≦ＭｇＯ≦２モル％）及び／又は約１モル％までのＣａＯ（０モル％≦ＣａＯ≦１モル％）を含んでいる。一部の実施の形態において、ガラスは、実質的にＭｇＯを含んでいない。一部の実施の形態において、ガラスは、実質的にＢ２Ｏ３及び／又はリチウム若しくはＬｉ２Ｏを含んでいない。これ等のガラスについては、参照により、全内容が本明細書に援用される、米国特許出願公開第２０１５／００６４４７２号として公開されている、２０１４年８月２２日、Ｔｉｍｏｔｈｙ Ｍ．Ｇｒｏｓｓ他によって出願された「Ｄａｍａｇｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｇｌａｓｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ」と題する、米国特許出願第１４／４６５，８８８号明細書であって、２０１３年８月２７日に出願された、同じ名称の米国仮特許出願第６１／８７０，３０１号からの優先権を主張する明細書に記載されている。
【0084】
別の態様において、厚さ（ｔ）を有するガラスを強化して、本明細書に記載の応力プロファイルを達成する方法が提供される。本方法は、ガラス中に存在するアルカリカチオン（例えば、Ｎａ＋、Ｌｉ＋）と異なるアルカリカチオン（例えば、Ｋ＋）含むイオン交換浴にガラスを浸漬して、ガラス内のアルカリカチオンをイオン交換浴からのアルカリカチオンに交換するステップを備えている。イオン交換により、ガラスの表面から第１の圧縮深さ（ＤＯＣ１）に延びる圧縮層が形成され、圧縮層は第１の圧縮応力（ＣＳ１）下にある。
【0085】
イオン交換浴からのカチオンは、次に、ガラスの表面からｔ／２の深さにあるガラスの中心まで拡散する。一部の実施の形態において、これはイオン交換を長時間（例えば、４６０℃で１６時間以上）継続することによって、及び／又は一部の実施の形態では、その後の熱拡散（加熱）ステップによって達成される。カチオンは、ガラスの対向する表面から、拡散したカチオンがガラス３３０の中心で出会うまで拡散することができる。一部の実施の形態において、熱拡散ステップは、表面の圧縮応力を第２の圧縮応力（ＣＳ２）に減少させ、圧縮深さを第２の圧縮深さ（ＤＯＣ２）に増加させ、ＣＳ２≦ＣＳ１及びＤＯＣ２＞ＤＯＣ１という結果をもたらす。
【0086】
一部の実施の形態において、熱拡散ステップは、約４００℃～約５００℃の温度で、約０．５時間～４０時間ガラスを加熱することを含んでいる。
【0087】
一部の実施の形態において、本方法は、第１のイオン交換又は熱拡散ステップのうちのいずれかに続き、第２のイオン交換を含むことができる。前述のように、第２のイオン交換浴は第１のイオン交換浴の組成とは異なる組成を有している。一部の実施の形態において、第２のイオン交換浴は少なくとも９０質量％のＫＮＯ３及び１０質量％未満のＮａＮＯ３を含んでいる。別の実施の形態において、第２のイオン交換浴は、少なくとも９５質量％のＫＮＯ３及び浴の残余の割合を占めるＫＮＯ３を含んでいる。更に別の実施の形態において、第２のイオン交換浴は、実質的に１００質量％のＫＮＯ３を含んでいる。第２のイオン交換ステップは、ガラスの表面に直接隣接する領域に、圧縮応力「スパイク」、即ち圧縮応力の急激な増加をもたらし、表面に第３の圧縮応力（ＣＳ３）をもたらし、ここでＣＳ３＞ＣＳ１である。
【0088】
理想的な条件下では、イオン交換されたガラスの応力プロファイルの形状及び値は、古典的な拡散方程式に従うはずである。この方程式の解は、イオンが制限なく拡散する単一の境界の場合、応力プロファイルは、相補誤差関数（ｅｒｆｃ（ｘ））となるはずであることを示している。本明細書において、「誤差関数」及び「ｅｒｆ」という用語は、０と
【0089】
【数1】
【0090】
との間の正規化されたガウス関数の積分の２倍の関数を意味する。「相補誤差関数」及び「ｅｒｆｃ」は１マイナス誤差関数、即ち、ｅｒｆｃ（ｘ）＝１－ｅｒｆ（ｘ）である。有界の場合、例えば、イオンがガラスの対向する表面から中心に拡散する場合、強化カチオンの拡散は、イオンがガラスの中心で出会うまで相補誤差関数に従うが、その後、全体の拡散プロファイルは、イオン分布の放物線形状プロファイルによってより良く近似され得る。応力プロファイルは、ガラス内部のイオン分布に直接関連している。従って、イオンの分布が相補誤差関数又は放物線関数に従うか否かを問わず、応力プロファイルはイオン分布に類似しているはずである。
【0091】
特定のガラスに関し、予想応力プロファイルと観測応力プロファイルとの間に顕著な相違が生じ得る。これは、ガラス中に存在する応力緩和、及び追加のアニール効果によるものと思われる。約５７モル％のＳｉＯ２、０モル％のＢ２Ｏ３、約１７モル％のＡｌ２Ｏ３、約７モル％のＰ２Ｏ５、約１７モル％のＮａ２Ｏ、約０．０２モル％のＫ２Ｏ、及び約３モル％のＭｇＯの公称組成、及び８００μｍの厚さを有する、イオン交換ガラスを広範囲の拡散時間にわたってプロットした、モデル化及び測定した応力プロファイルを図２に示す。このガラスは、２０質量％のＮａＮＯ３／８０質量％のＫＮＯ３の溶融塩浴において、４６０℃で、１６時間～約１８４時間イオン交換したものである。モデル化した応力プロファイルは１６時間、４０時間、６４時間、１３５時間、１５９．２５時間、及び１８３．５３時間の拡散／イオン交換時間に関するものである。応力プロファイルは、１８３．４３時間の拡散／イオン交換時間について、ＳＣＡＬＰ（偏光分析法）で、また１６時間、４０時間、６４時間、及び１５９．２５時間の拡散／イオン交換時間について、ＩＷＫＢ法で測定した。１６時間及び４０時間の拡散時間について、モデル化した応力プロファイル（図２において、それぞれ破線ａ、ｂ）は、依然として相補誤差関数に基づいている。より長い拡散時間（６４、１３５、１５９．２５、及び１８３．５３時間）の場合、拡散したイオンがガラスサンプルの中心で出会って、理論的に放物線状のプロファイルに行き着く。しかし、実際には、ガラス内の応力緩和及び／又は追加の熱アニールにより、実際に測定された応力は理論的な予測値から外れている。この場合、Ｓ字の応力プロファイルが生成される。理論上の応力プロファイルと実験的な応力プロファイルとの相違の程度は、ガラスの特定の特性及び処理条件に依存する。一部のガラスは、同じ処理条件下において、他のガラスより変動し易い。図３に示すように、この特定のガラス組成では、４６０℃で１６時間以上のイオン交換に関し有意な差異が生じ始めている。
【0092】
図３に図２の応力プロファイルをより詳細に示す。表面における圧縮応力（ＣＳ）プロファイルについて観測される丸め効果は、４６０℃で１６時間の拡散／イオン交換後において、対象ＣＳの数パーセント程度（図３のａ）であり、４６０℃で１８３．５３時間の拡散／イオン交換後において、対象ＣＳの１００％より大きい（図３のｂ）可能性がある。拡散時間が増加するにつれて、丸め効果の進行がはっきりと観察される。また、応力プロファイルの傾きは、イオン交換の時間及び温度によって変化する、つまり応力プロファイルの二次導関数が変化し、応力プロファイルに変曲点が生じ、傾きの絶対値が減少する。変曲点は、応力プロファイルが相補誤差関数（ｅｒｆｃ（ｘ））であるか、放物線であるかに関わらず、ガラスの表面と圧縮深さ（ＤＯＣ）との間の応力プロファイルの圧縮領域のどこかで生じる。
【0093】
４６０℃で４０時間拡散／イオン交換した場合の、モデル化した（破線）及び実験的に測定した（実線）応力プロファイルの更なる詳細を図４に示す。ここでは、モデル化した応力プロファイルは、サンプル内部の応力がゼロになる位置である、深い圧縮深さ（ＤＯＣ）を有する、依然として相補誤差関数（ｅｒｆｃ（ｘ））である。図４に示すプロファイルは、誤差関数応力プロファイルが、本明細書に記載の種類のＳ字プロファイルを含まないことを実証している。
【0094】
Ｓ字応力プロファイルは、ガラスが特定のレベルに「被毒」した（例えば、３０質量％を超えるＮａＮＯ３を含む）浴においてイオン交換される例において生じ得る。約５７モル％のＳｉＯ２、０モル％のＢ２Ｏ３、約１７モル％のＡｌ２Ｏ３、約７モル％のＰ２Ｏ５、約１７モル％のＮａ２Ｏ、約０．０２モル％のＫ２Ｏ、及び約３モル％のＭｇＯの公称組成を有する、８００μｍ圧のガラスについて、モデル化した（破線）及び測定した（実線）応力プロファイルを図５に示す。ガラスは、純（１００質量％）ＫＮＯ３浴において、異なる温度及び時間でイオン交換（ＩＯＸ）したものである（４６０℃で６０時間ＩＯＸ、及び４９０℃で３２時間ＩＯＸ）。
【0095】
モデル化した応力プロファイルは互いに直接重複し、従って、特定の温度における拡散係数をＤとすると、２（Ｄ×時間）１／２の拡散長に基づく期待拡散プロファイルが、調査した異なるケースについて、基本的に同じであることを示している。従って、４６０℃で６０時間の拡散（図５の線ａ）及び４９０℃で３２時間の拡散（図５の線ｂ）が、同じ応力プロファイルを生成することが予想される。比較のために、モデル化した相補誤差関数ｅｒｆｃ（ｘ）の応力プロファイルを図５に破線で示す。しかし、実際には、時間と温度の組み合わせによって、ガラス中に異なるレベルの緩和がもたらされ、応力プロファイルが異なる結果となる。これは、ＩＷＫＢ処理を用いたこれ等のサンプルの測定によって観察することができ、サンプルは異なる応力プロファイル、表面圧縮応力（ＣＳ）、及び圧縮深さ（ＤＯＣ）を有していることを示している。図５に示す両方のサンプルについて決定されたＤＯＣ値は、厚さの約２１％（０．２１ｔ）である理論値より大きい。４９０℃で３２時間イオン交換したガラスの場合、圧縮深さ（ＤＯＣ）は厚さの２５％（０．２５ｔ）である。脆いにも関わらず、図５に示す両方のサンプルは、３０グリットのサンドペーパーに落下させたとき、優れた性能を立証し、１４８ｃｍ（４９０℃におけるＩＯＸ）及び１５２ｃｍ（４６０℃におけるＩＯＸ）の平均落下高を耐え抜いた。ガラスの対向する表面から拡散するイオンが、これ等のサンプルの中心で出会うため、サンプルは放物線の応力プロファイルを有すると予想されたが、得られた応力プロファイルはＳ字形状である。拡散理論では、傾きの絶対値は増加又はほぼ一定に留まると予測するが、観察された応力プロファイルの傾きの絶対値は、約１２０μｍの深さで減少し始める。この変曲又は表面に向かう傾きの減少は、これらのＳ字応力プロファイルの主な特徴の１つである。
【0096】
図５に示すサンプルのエネルギー（表面、蓄積、合計）、物理的中心張力（ＣＴ）、表面圧縮応力（ＣＳ）、圧縮深さ（ＤＯＣ）及び機械的試験（４点曲げ試験、リングオンリング摩耗耐性（ＡＲＯＲ）、及び３０グリットサンドペーパーに対する落下）結果を表１に示す。
【0097】
【表1】
【0098】
本明細書に記載の強化ガラス物品は、リングオンリング摩耗耐性（ＡＲＯＲ）試験において、表面強度の向上も立証している。材料の強度は、破壊が生じる応力と定義される。リングオンリング摩耗耐性試験は、平坦なガラス試料を試験する、表面強度測定であり、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｏｎｏｔｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｂｉａｘｉａ ＦｌｅｘｕｒａｌＳｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｔ Ａｍｂｉｅｎｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ」と題する、ＡＳＴＭ Ｃ１４９９－０９（２０１３）が、本明細書に記載のリングオンリング摩耗耐性ＲＯＲ試験法の基礎を成している。ＡＳＴＭ Ｃ１４９９－０９は、参照により、その全内容が本明細書に援用される。ガラス試料は、リングオンリング試験の前に、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｇｌａｓｓ ｂｙ Ｆｌｅｘｕｒｅ （Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ Ｒｕｐｔｕｒｅ）」と題する、ＡＳＴＭ Ｃ１５８－０２（２０１２）の「ａｂｒａｓｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ」と題する、付属書Ａ２に記載の方法及び装置を用いてガラスサンプルに供給される、９０グリットのシリコンカーバイド（ＳｉＣ）粒子で研磨される。ＡＳＴＭ Ｃ１５８－０２、及び特に付属書Ａ２は、参照により全内容が本明細書に援用される。
【0099】
リングオンリング試験の前に、ＡＳＴＭ Ｃ１５８－０２の付属書Ａ２に記載されているように、ガラスサンプルの表面を研磨し、ＡＳＴＭ Ｃ１５８－０２の図Ａ２．１に示されている装置を使用して、サンプルの表面欠陥状態を標準化及び／又は制御した。研磨材を４５ｐｓｉ（約０．３１ＭＰａ）の空気圧を用いて１５ｐｓｉ（約０．１ＭＰａ）の負荷でサンプルの表面にサンドブラストする。空気流が確立された後、５ｃｍ３の研磨材を漏斗に放出し、研磨材が導入された後、５秒間サンプルをサンドブラストした。
【0100】
米国特許出願公開第２０１５／００００６４４７２号として公開された、米国特許出願第１４／ ４６５，８８８号明細書に記載の、４６０℃で２８時間イオン交換した、様々なイオン交換可能なアルミノシリケートガラスについて測定した応力プロファイルを図６に示す。イオン交換は、ＫＮＯ３／ＮａＮＯ３混合浴中で行った。浴中のＮａＮＯ３の量を２５質量％（図６の線ａ）から、３０質量％（図６の線ａの下の線）、３５質量％（図６の線ｂの上の線）、及び最後に４１質量％（図６の線ｂ）に増加させる一方、ＫＮＯ３の量を７５質量％から７０質量％、６５％、及び最後に５９質量％に減少させた。４１質量％のＮａＮＯ３を含有する浴において、４６０℃で２８時間イオン交換したガラスについて取得した応力プロファイル（実線）及びモデル化した応力プロファイル（破線）を図７に示す。ガラスの対向する表面から拡散するイオンが、サンプルの中心で出会うため、これ等のサンプルは放物線応力プロファイルを有するものと予想されていた。しかし、図６及び７に示す、実験的に測定した応力プロファイルはＳ字形状であった。拡散理論では、傾きの絶対値は増加又はほぼ一定に留まると予測するが、観察された応力プロファイルの傾きの絶対値は、約１２０μｍの深さで減少し始める。この変曲又は表面に向かう傾きの減少は、これ等のＳ字応力プロファイルの主な特徴の１つである。
【0101】
Ｓ字応力プロファイルの別の例を図８、９、及び１０に示す。図８は、５００μｍの厚さ、及び約５７モル％のＳｉＯ２、０モル％のＢ２Ｏ３、約１７モル％のＡｌ２Ｏ３、約７モル％のＰ２Ｏ５、約１７モル％のＮａ２Ｏ、約０．０２モル％のＫ２Ｏ、及び約３モル％のＭｇＯの公称組成を有するガラスの、モデル化応力プロファイル（破線）及び測定応力プロファイル（実線）を示している。ガラスは１００質量％のＫＮＯ３浴において４１０℃で７時間イオン交換した後、４５０℃で５時間加熱して熱拡散させ、ガラスの厚さの２０％（０．２ｔ）の圧縮深さ（ＤＯＣ）／圧縮層深さ（ＤＯＣＬ）を達成したものである。これ等のサンプルは、あるレベルの熱緩和が表面に伴う、誤差関数プロファイルから展開し、放物線プロファイルに発展する、応力プロファイルを有するものと予想されていた。この特定の例において、熱アニールとガラス内の追加の応力緩和との組み合わせによって、拡散理論から予想されるものと非常に顕著な差をもたらし、より深い圧縮深さを達成することを可能にした。図９及び１０は、イオン交換及びそれに続く熱拡散処理を使用して、ガラスの厚さの２１％を超える圧縮深さを有するＳ字応力プロファイルを生成する方法を示している。図９及び１０に示す例は、図８に示したものと同じ組成を有している。０．５ｍｍ（５００μｍ）及び０．８ｍｍ（８００μｍ）の厚さについて調査した。しかし、ガラスの厚さの２１％を超えて圧縮層（ＤＯＣ）を増加させることは、これ等の例示的な例を十分に超えて、０．１ｍｍ（１００μｍ）～２ｍｍの厚さを有するガラスに拡張することができる。
【0102】
イオン交換と熱拡散との組み合わせによって生成した、０．８ｍｍ及び０．５ｍｍの厚さを有するガラスについてモデル化した応力プロファイルをそれぞれ図９及び１０に示す。ガラスは、純（１００質量％）ＫＮＯ３浴において、４６０℃で２４時間イオン交換し、４５０℃で約５時間～２４時間加熱して熱拡散させたものである。既に実証したように、更なる応力緩和が生じ、その結果、圧縮深さ（ＤＯＣ）がガラスのより深くまで延びることができ、応力プロファイルのＳ字形状が強調され、ガラス表面の圧縮応力が減少する。図８～１０に示すモデルに基づいて、１０時間の熱アニール後に、圧縮応力が減少し、圧縮深さ（ＤＯＣ）／圧縮層深さＤＯＣＬが更に増加して、ガラスの厚さの２５％を十分に上回ることを予測することができる。
【0103】
Ｓ字応力プロファイルを有する強化ガラスは、同等の圧縮深さ（ＤＯＣ）を有する他のプロファイルを有するガラスよりも高い脆弱性限界（損傷又は衝撃が生じたとき、物理的中心張力（ＣＴ）の上側において爆発的破砕及び小断片噴出が起きる）を有するように見える。約５７モル％のＳｉＯ２、０モル％のＢ２Ｏ３、約１７モル％のＡｌ２Ｏ３、約７モル％のＰ２Ｏ５、約１７モル％のＮａ２Ｏ、約０．０２モル％のＫ２Ｏ、及び約３モル％のＭｇＯの公称組成を有する、０．４ｍｍ厚の非脆弱性ガラスについて取得したＳ字プロファイルを図１１に示す。このガラスは１７質量％のＮａＮＯ３及び８３質量％のＫＮＯ３を含有する浴において、４３０℃で１１．５時間イオン交換し、次いで４３０℃で１３．０７時間熱処理を施したものである。このイオン交換及び熱処理を施したサンプルは、ガラスの中心張力（ＣＴ）が、０．４ｍｍ厚の非脆弱性ガラスについてこれまでに測定した任意の値より高い１１７ＭＰａであったが、非脆弱性であった。従って、１つの実施の形態において、強化ガラス物品の応力プロファイルは、化学強化ガラスにおいて、一般的に観察されるものより、概して、高いピーク曲率及び物理的中心張力（ＣＴ）を有し、圧縮応力領域において、圧縮応力の負の曲率の領域を有している。ピーク曲率の絶対値は、２０ＭＰａ／ｔ２～４０００ＭＰａ／ｔ２であって、ここでｔは、ｍｍで示すガラスの厚さである。負の曲率の絶対値が１０ＭＰａ／ｔ２を超える領域は、ガラス物品の厚さｔの約２％～約２５％であり、一部の実施の形態において、厚さｔの約２．５％～約２０％である。
【0104】
０．４ｍｍの厚さを有するガラス物品に対し、第１のイオン交換、熱処理、及び第２のイオン交換を施して、ガラス物品中にＳ字応力プロファイルを形成した。ガラス物品は、約５７質量％のＳｉＯ２、約１６質量％のＡｌ２Ｏ３、約１７質量％のＮａ２Ｏ、約３質量％のＭｇＯ、及び約７質量％のＰ２Ｏ５を含有するガラスを含んでいた。第１のイオン交換は、３８質量％のＮａＮＯ３及び６２質量％のＫＮＯ３を含有する４５０℃の温度の浴に、ガラス物品を１１時間浸漬することによって実施した。次に、このイオン交換したガラス物品に対し、４２０℃で６．５時間熱処理を施した。その後のイオン交換は、０．５質量％のＮａＮＯ３及び９９．５質量％のＫＮＯ３を含有する３９０℃の温度の浴に、熱処理したガラス物品を１１分間浸漬することによって実施した。
【0105】
横磁場（ＴＭ）誘導光及び横電場（ＴＥ）誘導光の屈折率プロファイルをＩＷＫＢ法により抽出し、図１５に示す。屈折率プロファイルの差から抽出した生の応力プロファイルを図１６に示す。図１６に示す応力プロファイルは、圧縮応力のスパイクが、ガラス物品の表面、１５μｍの深さから８０μｍと１００μｍとの間の変曲点までの負の曲率の領域、及びより深い位置における正の曲率の領域に存在していることを立証している。生の応力プロファイルは、ＴＭ及びＴＥ屈折率プロファイルの対応する光学モードの転換点の差によって生じるアーチファクトを含み、アーチファクトは表面の圧縮応力スパイクの底部（約１２μｍ～約４０μｍ）の近傍かつ僅かに深いところに位置している。これ等のアーチファクトを屈折率プロファイルとの類似性に基づいて平滑化し、より正確な応力プロファイルを得ることができる。図１６に示す圧縮応力スパイクは、約７８５ＭＰａの最大値及び約１０μｍの深さ、約１５μｍの深さから約層深さ（ＤＯＣ）との間に位置する変曲点までの領域、及びより深い位置における正の曲率の領域、を有している。図１６の応力プロファイルのＤＯＣは、約８４μｍ（ガラス物品の０．４ｍｍ厚の２１％）に位置している。一定張力の領域は、ガラス物品の中間厚さ平面を囲むことができ、図１６の応力プロファイルは、約１０５ＭＰａの物理的中心張力（ＣＴ）を示している。
【0106】
図１６に示す応力プロファイルを生成する製造プロセスは、製造プロセスを通して、ガラス物品を非脆弱状態に維持する。これは、強化プロセス中に、ガラス物品が破損する可能性を低減する更なる利点である。強化ガラス物品中に形成された圧縮応力スパイクは、５９５±５ｎｍの波長において、ＴＭ及びＴＥ偏光の各々において、３つの光学モードを導波する。５９５ｎｍにおいて、少なくとも３つの光学モードを閉じ込めることができる、約９μｍを超える深さ及び約７００ＭＰａを超える最大圧縮応力を有する圧縮応力スパイクは、ガラス物品に施される仕上げ作業中に、ガラス物品の表面の浅い傷に起因する過度の応力によるガラス物品の破損を低減することができる。加えて、スパイクの底部（約１５μｍ）と変曲点の深さ（圧縮深さに相当、約９０μｍ）との間に生じる負の曲率の領域によって、約０．４ＤＯＣ～約０．９ＤＯＣ（約３４μｍ～約７６μｍ）の深さに実質的な圧縮応力の領域がもたらされる。この実質的な圧縮応力領域によって、ガラス物品が粗い表面の上に落下したときに生じる深い傷の導入等による、破砕に対する耐性が向上する。一部の実施の形態において、変曲点の深さは、約０．８ＤＯＣ～約１．２ＤＯＣとすることができる。
【0107】
本明細書に開示の強化物品は、ディスプレイを備えた物品（又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等を含む消費者向け電子機器）、建築用物品、輸送用物品（例えば、自動車、電車、航空機、船舶等）、電気器具、又はある程度の透明性、耐擦過性、耐摩耗性、又はこれ等の組み合わせを必要とするあらゆる物品等、別の物品に組み込むことができる。本明細書に開示の任意の強化物品を組み込んだ例示的な物品を図１７及び１８に示す。具体的には、図１７及び１８は、前面５１０４、背面５１０６、及び側面５１０８を有するハウジング５１０２、少なくとも部分的又は完全にハウジングの内部に位置し、少なくともコントローラ、メモリ、及びハウジングの前面又は前面に隣接するディスプレイ５１１０を含む、電気部品（図示せず）、及びディスプレイ上に置かれるようにハウジングの前面に、又はその上に位置するカバー基板５１１２を含む、消費者向け電子装置５１００を示している。
【0108】
説明を目的として、代表的な実施の形態について説明してきたが、前述の説明は本開示及び添付の特許請求の範囲を限定すると見なされるべきではない。従って、本開示又は添付の特許請求の範囲の精神及び範囲を逸脱せずに、様々な改変、適応、及び代替が当業者に生じ得る。
【0109】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【0110】
実施形態１
ガラス物品であって、
厚さｔと、
ｔ／２に位置する中心と、
前記ガラス物品の第１の表面から、第１の圧縮深さＤＯＣ１に延びる第１の圧縮層と、
前記第１の圧縮層における第１の最大圧縮応力ＣＳ１と、
を有し、
前記第１の圧縮層が、応力プロファイルを有し、該プロファイルが、
前記第１の表面から前記ガラス物品の深さｄ１まで延びる第１の領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、前記第１の領域の少なくとも一部が第１の傾きｍ１を有する領域、及び
少なくともｄ１の深さから、前記第１の圧縮深さＤＯＣ１まで延び、第２の傾きｍ２を有する第２の領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜である領域
を含むガラス物品。
ガラス物品であって、
厚さｔと、
ｔ／２に位置する中心と、
前記ガラス物品の第１の表面から、第１の圧縮深さＤＯＣ１に延びる第１の圧縮層と、
前記第１の圧縮層における第１の最大圧縮応力ＣＳ１と、
を有し、
前記第１の圧縮層が、応力プロファイルを有し、該プロファイルが、
前記第１の表面から前記ガラス物品の深さｄ１まで延びる第１の領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、前記第１の領域の少なくとも一部が第１の傾きｍ１を有する領域、及び
少なくともｄ１の深さから、前記第１の圧縮深さＤＯＣ１まで延び、第２の傾きｍ２を有する第２の領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜である領域
を含むガラス物品。
【0111】
実施形態２
前記応力プロファイルが、前記圧縮領域に負の曲率を有する小区域を含み、前記負の曲率の最大絶対値がｄ１にある、実施形態１記載のガラス物品。
前記応力プロファイルが、前記圧縮領域に負の曲率を有する小区域を含み、前記負の曲率の最大絶対値がｄ１にある、実施形態１記載のガラス物品。
【0112】
実施形態３
前記負の曲率の前記最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である、実施形態２記載のガラス物品。
前記負の曲率の前記最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である、実施形態２記載のガラス物品。
【0113】
実施形態４
ｄ１における、前記応力プロフィアルの傾きがゼロである、実施形態１～３いずれか１つに記載のガラス物品。
ｄ１における、前記応力プロフィアルの傾きがゼロである、実施形態１～３いずれか１つに記載のガラス物品。
【0114】
実施形態５
ＤＯＣ１≧０．２ｔである、実施形態１～４いずれか１つに記載のガラス物品。
ＤＯＣ１≧０．２ｔである、実施形態１～４いずれか１つに記載のガラス物品。
【0115】
実施形態６
ＣＳ１＞０、ｍ１＞０、及びｍ２＜０である、実施形態１～５いずれか１つに記載のガラス物品。
ＣＳ１＞０、ｍ１＞０、及びｍ２＜０である、実施形態１～５いずれか１つに記載のガラス物品。
【0116】
実施形態７
ｔが約０．１ｍｍ～約２ｍｍである、実施形態１～６いずれか１つに記載のガラス物品。
ｔが約０．１ｍｍ～約２ｍｍである、実施形態１～６いずれか１つに記載のガラス物品。
【0117】
実施形態８
ＤＯＣ１が、約０．１４ｔ～約０．３５ｔである、実施形態１～７いずれか１つに記載のガラス物品。
ＤＯＣ１が、約０．１４ｔ～約０．３５ｔである、実施形態１～７いずれか１つに記載のガラス物品。
【0118】
実施形態９
前記第１の最大圧縮応力ＣＳ１が、前記表面に存在し、約５００ＭＰａ～約２，０００ＭＰａであり、
前記応力プロファイルが、正の曲率を有する第２の小区域を更に含む、実施形態１～８いずれか１つに記載のガラス物品。
前記第１の最大圧縮応力ＣＳ１が、前記表面に存在し、約５００ＭＰａ～約２，０００ＭＰａであり、
前記応力プロファイルが、正の曲率を有する第２の小区域を更に含む、実施形態１～８いずれか１つに記載のガラス物品。
【0119】
実施形態１０
前記第１の小区域の前記負の曲率が、ｔの約２％～約２５％の空間的範囲にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有する、実施形態９記載のガラス物品。
前記第１の小区域の前記負の曲率が、ｔの約２％～約２５％の空間的範囲にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有する、実施形態９記載のガラス物品。
【0120】
実施形態１１
前記第１の最大圧縮応力ＣＳ１が前記第１の表面に存在し、
前記圧縮応力が、前記第１の表面下約８μｍ未満の深さにおいて、前記第１の最大圧縮応力ＣＳ１の５０％未満に減少する、実施形態１～１０いずれか１つに記載のガラス物品。
前記第１の最大圧縮応力ＣＳ１が前記第１の表面に存在し、
前記圧縮応力が、前記第１の表面下約８μｍ未満の深さにおいて、前記第１の最大圧縮応力ＣＳ１の５０％未満に減少する、実施形態１～１０いずれか１つに記載のガラス物品。
【0121】
実施形態１２
約４０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２～約１５０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２の物理的中心張力を更に有する、実施形態１～１１いずれか１つに記載のガラス物品。
約４０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２～約１５０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２の物理的中心張力を更に有する、実施形態１～１１いずれか１つに記載のガラス物品。
【0122】
実施形態１３
前記応力プロファイルの前記第２の領域が変曲点を含む、実施形態１～１２いずれか１つに記載のガラス物品。
前記応力プロファイルの前記第２の領域が変曲点を含む、実施形態１～１２いずれか１つに記載のガラス物品。
【0123】
実施形態１４
前記応力プロファイルの前記第１の領域が、前記第１の表面から深さｄ２まで延びる小区域を更に含み、
ｄ２＜ｄ１であり、
前記小区分の少なくとも一部が第３の傾きｍ３を有し、
｜ｍ１|＜｜ｍ３｜であり、
３０ＭＰａ／μｍ≦｜ｍ３｜≦２００ＭＰａ／μｍである、実施形態１～１３いずれか１つに記載のガラス物品。
前記応力プロファイルの前記第１の領域が、前記第１の表面から深さｄ２まで延びる小区域を更に含み、
ｄ２＜ｄ１であり、
前記小区分の少なくとも一部が第３の傾きｍ３を有し、
｜ｍ１|＜｜ｍ３｜であり、
３０ＭＰａ／μｍ≦｜ｍ３｜≦２００ＭＰａ／μｍである、実施形態１～１３いずれか１つに記載のガラス物品。
【0124】
実施形態１５
５０ＭＰａ／μｍ≦｜ｍ３｜≦２００ＭＰａ／μｍである、実施形態１４記載のガラス物品。
５０ＭＰａ／μｍ≦｜ｍ３｜≦２００ＭＰａ／μｍである、実施形態１４記載のガラス物品。
【0125】
実施形態１６
アルカリアルミノシリケートガラスを含む、実施形態１～１５いずれか１つに記載のガラス物品。
アルカリアルミノシリケートガラスを含む、実施形態１～１５いずれか１つに記載のガラス物品。
【0126】
実施形態１７
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１、ここでＭ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲｘＯは、前記アルカリアルミノシリケートガラス中に存在する、一価及び二価のカチオン酸化物の合計である、実施形態１６記載のガラス物品。
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１、ここでＭ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲｘＯは、前記アルカリアルミノシリケートガラス中に存在する、一価及び二価のカチオン酸化物の合計である、実施形態１６記載のガラス物品。
【0127】
実施形態１８
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、
約４０モル％～約７０モル％のＳｉＯ２と、
約１１モル％～約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と、
約２モル％～約１５モル％のＰ２Ｏ５と、
約１０モル％～約２５モル％のＮａ２Ｏと、
約１０モル％～約３０モル％のＲｘＯと、
を含み、ここで、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、及び遷移金属モノオキシドの合計である、実施形態１６又は１７記載のガラス物品。
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、
約４０モル％～約７０モル％のＳｉＯ２と、
約１１モル％～約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と、
約２モル％～約１５モル％のＰ２Ｏ５と、
約１０モル％～約２５モル％のＮａ２Ｏと、
約１０モル％～約３０モル％のＲｘＯと、
を含み、ここで、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、及び遷移金属モノオキシドの合計である、実施形態１６又は１７記載のガラス物品。
【0128】
実施形態１９
前記ガラス物品の前記第１の表面に対向する、第２の表面から第２の圧縮深さＤＯＣ２まで延びる第２の圧縮層と、
前記第２の圧縮層内における第２の最大圧縮応力ＣＳ２と、
ＤＯＣ１とＤＯＣ２との間に延びる張力領域と、
を更に有する、実施形態１～１８いずれか１つに記載のガラス物品。
前記ガラス物品の前記第１の表面に対向する、第２の表面から第２の圧縮深さＤＯＣ２まで延びる第２の圧縮層と、
前記第２の圧縮層内における第２の最大圧縮応力ＣＳ２と、
ＤＯＣ１とＤＯＣ２との間に延びる張力領域と、
を更に有する、実施形態１～１８いずれか１つに記載のガラス物品。
【0129】
実施形態２０
ＤＯＣ１＝ＤＯＣ２である、実施形態１９記載のガラス物品。
ＤＯＣ１＝ＤＯＣ２である、実施形態１９記載のガラス物品。
【0130】
実施形態２１
ガラス物品であって、
厚さｔと、
ｔ／２に位置する中心と、
前記ガラス物品の表面と前記中心との間に位置し、圧縮応力下にあり、前記表面から圧縮深さＤＯＣまで延びる圧縮領域と、
応力プロファイルが負の曲率を有する、前記圧縮領域内の小区域であって、前記負の曲率の最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である、小区域と、
前記圧縮深さＤＯＣから、前記ガラス物品の少なくとも前記中心まで延び、物理的中心張力ＣＴ下にある張力領域と、
を有するガラス物品。
ガラス物品であって、
厚さｔと、
ｔ／２に位置する中心と、
前記ガラス物品の表面と前記中心との間に位置し、圧縮応力下にあり、前記表面から圧縮深さＤＯＣまで延びる圧縮領域と、
応力プロファイルが負の曲率を有する、前記圧縮領域内の小区域であって、前記負の曲率の最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である、小区域と、
前記圧縮深さＤＯＣから、前記ガラス物品の少なくとも前記中心まで延び、物理的中心張力ＣＴ下にある張力領域と、
を有するガラス物品。
【0131】
実施形態２２
ｔが約０．１ｍｍ～約２ｍｍである、実施形態２１記載のガラス物品。
ｔが約０．１ｍｍ～約２ｍｍである、実施形態２１記載のガラス物品。
【0132】
実施形態２３
ＤＯＣが、約０．１４ｔ～約０．３５ｔである、実施形態２１又は２２記載のガラス物品。
ＤＯＣが、約０．１４ｔ～約０．３５ｔである、実施形態２１又は２２記載のガラス物品。
【0133】
実施形態２４
最大圧縮応力ＣＳ１が、前記第１の表面に存在し、約５００ＭＰａ～約２，０００ＭＰａであり、
前記圧縮領域が、前記応力プロファイルが正の曲率の小区域を有する、小区域を更に含む、実施形態２１～２３いずれか１つに記載のガラス物品。
最大圧縮応力ＣＳ１が、前記第１の表面に存在し、約５００ＭＰａ～約２，０００ＭＰａであり、
前記圧縮領域が、前記応力プロファイルが正の曲率の小区域を有する、小区域を更に含む、実施形態２１～２３いずれか１つに記載のガラス物品。
【0134】
実施形態２５
前記表面に最大圧縮応力ＣＳ１を有し、
前記圧縮応力が、前記表面下約８μｍ未満の深さにおいて、前記最大圧縮応力の５０％未満に減少する、実施形態２１～２４いずれか１つに記載のガラス物品。
前記表面に最大圧縮応力ＣＳ１を有し、
前記圧縮応力が、前記表面下約８μｍ未満の深さにおいて、前記最大圧縮応力の５０％未満に減少する、実施形態２１～２４いずれか１つに記載のガラス物品。
【0135】
実施形態２６
前記負の曲率が、ｔの約２％～約２５％の空間的範囲を有する小区域にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有する、実施形態２１～２５いずれか１つに記載のガラス物品。
前記負の曲率が、ｔの約２％～約２５％の空間的範囲を有する小区域にわたり、１０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２を超える絶対値を有する、実施形態２１～２５いずれか１つに記載のガラス物品。
【0136】
実施形態２７
ＣＴが、約４０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２～約１５０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２である、実施形態２１～２６いずれか１つに記載のガラス物品。
ＣＴが、約４０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２～約１５０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））１／２である、実施形態２１～２６いずれか１つに記載のガラス物品。
【0137】
実施形態２８
アルカリアルミノシリケートガラスを含む、実施形態２１～２７いずれか１つに記載のガラス物品。
アルカリアルミノシリケートガラスを含む、実施形態２１～２７いずれか１つに記載のガラス物品。
【0138】
実施形態２９
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１であり、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲｘＯは、前記アルカリアルミノシリケートガラス中に存在する、一価及び二価のカチオン酸化物の合計である、実施形態２８記載のガラス物品。
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１であり、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲｘＯは、前記アルカリアルミノシリケートガラス中に存在する、一価及び二価のカチオン酸化物の合計である、実施形態２８記載のガラス物品。
【0139】
実施形態３０
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、
約４０モル％～約７０モル％のＳｉＯ２と、
約１１モル％～約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と、
約２モル％～約１５モル％のＰ２Ｏ５と、
約１０モル％～約２５モル％のＮａ２Ｏと、
約１３モル％～約３０モル％のＲｘＯと、
を含み、ここで、ＲｘＯは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、及び遷移金属モノオキシドの合計である、実施形態２８又は２９記載のガラス物品。
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、
約４０モル％～約７０モル％のＳｉＯ２と、
約１１モル％～約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と、
約２モル％～約１５モル％のＰ２Ｏ５と、
約１０モル％～約２５モル％のＮａ２Ｏと、
約１３モル％～約３０モル％のＲｘＯと、
を含み、ここで、ＲｘＯは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、及び遷移金属モノオキシドの合計である、実施形態２８又は２９記載のガラス物品。
【0140】
実施形態３１
ガラスを強化する方法であって、
第１のアルカリカチオンを含むガラスを、第２のアルカリカチオンを含むイオン交換浴に浸漬して、前記ガラス内の前記第１のアルカリカチオンを、前記イオン交換浴からの前記第２のアルカリカチオンに交換し、前記ガラスの第１の表面から延びる第１の圧縮層を形成するステップであって、前記ガラスが厚さｔを有し、前記第２のアルカリカチオンが前記第１のアルカリカチオンと異なり、前記第１の表面が第２の表面に対向し、前記第１の圧縮層が、前記第１の表面から第１の圧縮深さＤＯＣ１まで延び、前記第１の圧縮層が第１の圧縮応力ＣＳ１を有する、ステップと、
前記第２のアルカリカチオンを、前記第１の表面からｔ／２に位置する前記ガラスの中心まで拡散させるステップであって、前記ガラスの応力が、前記ガラスの深さの関数として変化して応力プロファイルが形成され、該プロファイルが、
前記第１の表面から前記ガラスの深さｄ１まで延びる第１の圧縮領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、前記第１の圧縮領域の少なくとも一部が第１の傾きｍ１を有し、前記第１の表面に第２の圧縮応力ＣＳ２を有し、ＣＳ２≦ＣＳ１である領域、及び
少なくともｄ１の深さから、第２の圧縮深さＤＯＣ２まで延び、第２の傾きｍ２を有する、第２の圧縮領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜、及びＤＯＣ２＞ＤＯＣ１である領域を含む、ステップと、
を備えた方法。
ガラスを強化する方法であって、
第１のアルカリカチオンを含むガラスを、第２のアルカリカチオンを含むイオン交換浴に浸漬して、前記ガラス内の前記第１のアルカリカチオンを、前記イオン交換浴からの前記第２のアルカリカチオンに交換し、前記ガラスの第１の表面から延びる第１の圧縮層を形成するステップであって、前記ガラスが厚さｔを有し、前記第２のアルカリカチオンが前記第１のアルカリカチオンと異なり、前記第１の表面が第２の表面に対向し、前記第１の圧縮層が、前記第１の表面から第１の圧縮深さＤＯＣ１まで延び、前記第１の圧縮層が第１の圧縮応力ＣＳ１を有する、ステップと、
前記第２のアルカリカチオンを、前記第１の表面からｔ／２に位置する前記ガラスの中心まで拡散させるステップであって、前記ガラスの応力が、前記ガラスの深さの関数として変化して応力プロファイルが形成され、該プロファイルが、
前記第１の表面から前記ガラスの深さｄ１まで延びる第１の圧縮領域であって、ｄ１＞０．０６ｔであり、前記第１の圧縮領域の少なくとも一部が第１の傾きｍ１を有し、前記第１の表面に第２の圧縮応力ＣＳ２を有し、ＣＳ２≦ＣＳ１である領域、及び
少なくともｄ１の深さから、第２の圧縮深さＤＯＣ２まで延び、第２の傾きｍ２を有する、第２の圧縮領域であって、｜ｍ１|≦｜ｍ２｜、及びＤＯＣ２＞ＤＯＣ１である領域を含む、ステップと、
を備えた方法。
【0141】
実施形態３２
前記ガラスを、前記第２のアルカリカチオンを含む前記イオン交換浴に浸漬するステップが、前記第１のアルカリカチオンを、前記イオン交換浴からの前記第２のアルカリカチオンに交換し、前記ガラスの前記第２の表面から延びる第２の圧縮層も形成する、実施形態３１記載の方法。
前記ガラスを、前記第２のアルカリカチオンを含む前記イオン交換浴に浸漬するステップが、前記第１のアルカリカチオンを、前記イオン交換浴からの前記第２のアルカリカチオンに交換し、前記ガラスの前記第２の表面から延びる第２の圧縮層も形成する、実施形態３１記載の方法。
【0142】
実施形態３３
前記第１の圧縮層及び前記第２の圧縮層が同時に形成される、実施形態３２記載の方法。
前記第１の圧縮層及び前記第２の圧縮層が同時に形成される、実施形態３２記載の方法。
【0143】
実施形態３４
ｄ１における、前記応力プロフィアルの傾きがゼロである、実施形態３１～３３いずれか１つに記載の方法。
ｄ１における、前記応力プロフィアルの傾きがゼロである、実施形態３１～３３いずれか１つに記載の方法。
【0144】
実施形態３５
前記拡散させるステップが、前記ガラスを約４００℃～約５００℃の温度に加熱する熱拡散ステップを含む、実施形態３１～３４いずれか１つに記載の方法。
前記拡散させるステップが、前記ガラスを約４００℃～約５００℃の温度に加熱する熱拡散ステップを含む、実施形態３１～３４いずれか１つに記載の方法。
【0145】
実施形態３６
前記熱拡散ステップが、前記ガラスを、前記温度で、少なくとも約１６時間加熱することを含む、実施形態３５記載の方法。
前記熱拡散ステップが、前記ガラスを、前記温度で、少なくとも約１６時間加熱することを含む、実施形態３５記載の方法。
【0146】
実施形態３７
前記イオン交換浴が、前記第１のアルカリカチオンを含む塩を少なくとも３０質量％含む、実施形態３１～３６いずれか１つに記載の方法。
前記イオン交換浴が、前記第１のアルカリカチオンを含む塩を少なくとも３０質量％含む、実施形態３１～３６いずれか１つに記載の方法。
【0147】
実施形態３８
前記ガラスを前記イオン交換浴に浸漬する前記ステップの後に、前記ガラスを第２のイオン交換浴に浸漬し、前記第１の表面に、第３の圧縮応力ＣＳ３を有する表面圧縮領域を形成するステップであって、ＣＳ３＞ＣＳ１である、ステップを更に備えた、実施形態３１～３７いずれか１つに記載の方法。
前記ガラスを前記イオン交換浴に浸漬する前記ステップの後に、前記ガラスを第２のイオン交換浴に浸漬し、前記第１の表面に、第３の圧縮応力ＣＳ３を有する表面圧縮領域を形成するステップであって、ＣＳ３＞ＣＳ１である、ステップを更に備えた、実施形態３１～３７いずれか１つに記載の方法。
【0148】
実施形態３９
前記第２のイオン交換浴が、第２のアルカリカチオンを含む少なくとも約９０質量％の塩を含む、実施形態３８記載の方法。
前記第２のイオン交換浴が、第２のアルカリカチオンを含む少なくとも約９０質量％の塩を含む、実施形態３８記載の方法。
【0149】
実施形態４０
前記ガラスが、アルカリアルミノシリケートガラスを含む、実施形態３１～３９いずれか１つに記載の方法。
前記ガラスが、アルカリアルミノシリケートガラスを含む、実施形態３１～３９いずれか１つに記載の方法。
【0150】
実施形態４１
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１であり、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３、ＲｘＯは、前記アルカリアルミノシリケートガラス中に存在する、一価及び二価のカチオン酸化物の合計である、実施形態４０記載の方法。
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を含み、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１であり、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３、ＲｘＯは、前記アルカリアルミノシリケートガラス中に存在する、一価及び二価のカチオン酸化物の合計である、実施形態４０記載の方法。
【0151】
実施形態４２
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、
約４０モル％～約７０モル％のＳｉＯ２と、
約１１モル％～約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と、
約２モル％～約１５モル％のＰ２Ｏ５と、
約１０モル％～約２５モル％のＮａ２Ｏと、
約１０モル％～約３０モル％のＲｘＯと、
を含み、ここで、ＲｘＯは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、及び遷移金属モノオキシドの合計である、実施形態４０又は４１記載の方法。
前記アルカリアルミノシリケートガラスが、
約４０モル％～約７０モル％のＳｉＯ２と、
約１１モル％～約２５モル％のＡｌ２Ｏ３と、
約２モル％～約１５モル％のＰ２Ｏ５と、
約１０モル％～約２５モル％のＮａ２Ｏと、
約１０モル％～約３０モル％のＲｘＯと、
を含み、ここで、ＲｘＯは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、及び遷移金属モノオキシドの合計である、実施形態４０又は４１記載の方法。
【0152】
実施形態４３
前記応力プロファイルが、前記圧縮応力領域に、負の曲率を有する小区域を含み、前記負の曲率の最大絶対値がｄ１にある、実施形態３１～４２いずれか１つに記載の方法。
前記応力プロファイルが、前記圧縮応力領域に、負の曲率を有する小区域を含み、前記負の曲率の最大絶対値がｄ１にある、実施形態３１～４２いずれか１つに記載の方法。
【0153】
実施形態４４
前記負の曲率の前記最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である、実施形態４３記載の方法。
前記負の曲率の前記最大絶対値が、２０ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２～４，０００ＭＰａ／（ｔ（ｍｍ））２である、実施形態４３記載の方法。
【0154】
実施形態４５
消費者向け電子装置であって、
前面、背面、及び側面を有するハウジングと、
少なくとも部分的に前記ハウジングの内部に設けられた電気部品であって、少なくともコントローラ、メモリ、及び前記ハウジングの前記前面に又は前記前面に隣接して設けられたディスプレイを含む電気部品と、
前記ディスプレイ上に配置された実施形態１～３０いずれか１つに記載のガラス物品と、を備えた製品。
消費者向け電子装置であって、
前面、背面、及び側面を有するハウジングと、
少なくとも部分的に前記ハウジングの内部に設けられた電気部品であって、少なくともコントローラ、メモリ、及び前記ハウジングの前記前面に又は前記前面に隣接して設けられたディスプレイを含む電気部品と、
前記ディスプレイ上に配置された実施形態１～３０いずれか１つに記載のガラス物品と、を備えた製品。
【符号の説明】
【0155】
１００ ガラス物品
１１０ 第１の表面
１１２ 第２の表面
１２０ 第１の圧縮層
１２２ 第２の圧縮層
５１００ 消費者向け電子装置
５１０２ ハウジング
５１０４ 前面
５１０６ 背面
５１０８ 側面
５１１０ ディスプレイ
５１１２ カバー基板
１１０ 第１の表面
１１２ 第２の表面
１２０ 第１の圧縮層
１２２ 第２の圧縮層
５１００ 消費者向け電子装置
５１０２ ハウジング
５１０４ 前面
５１０６ 背面
５１０８ 側面
５１１０ ディスプレイ
５１１２ カバー基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】