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特開2023-100724化学的に強化された二ケイ酸リチウム－葉長石ガラスセラミック
(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】P2023100724
(43)【公開日】2023-07-19
(54)【発明の名称】化学的に強化された二ケイ酸リチウム－葉長石ガラスセラミック
(51)【国際特許分類】
C03C 21/00 20060101AFI20230711BHJP
C03C 10/12 20060101ALI20230711BHJP
C03C 10/04 20060101ALI20230711BHJP
【ＦＩ】
C03C21/00 101
C03C10/12
C03C10/04
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023070023
(22)【出願日】2023-04-21
(62)【分割の表示】P 2020547063の分割
【原出願日】2019-11-12
(31)【優先権主張番号】62/760,753
(32)【優先日】2018-11-13
(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
(74)【代理人】
【識別番号】100175042
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 秀明
(72)【発明者】
【氏名】ライアン クロード アンドリューズ
(72)【発明者】
【氏名】アルバート ジョゼフ ファーヒー
(72)【発明者】
【氏名】リサ マリー ノニ
(72)【発明者】
【氏名】ロスチラフ ヴァチェフ ルセフ
(72)【発明者】
【氏名】シャーリーン マリー スミス
(72)【発明者】
【氏名】リェルカ ウクラインツィク
(72)【発明者】
【氏名】シェルビー ケリン ウィルソン
(57)【要約】 （修正有）
【課題】化学的耐久性及び耐損傷性が改善されたガラスセラミック物品を提供する。
【解決手段】本明細書に記載されるイオン交換したガラスセラミック物品は、イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．０７ｔの深さから約０．２６ｔの深さまで、ほぼ線形の関数に従って距離が増加するにつれて、圧縮応力から引張応力へと応力が減少する。応力は、イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの深さで圧縮応力から引張応力へと遷移する。イオン交換したガラス物品の外面における最大圧縮応力の絶対値は、イオン交換したガラス物品の最大中央張力（ＣＴ）の絶対値の１．８～２．２倍であり、ガラスセラミック物品は、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ以上の破壊靱性を有する。
【選択図】なし
【解決手段】本明細書に記載されるイオン交換したガラスセラミック物品は、イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．０７ｔの深さから約０．２６ｔの深さまで、ほぼ線形の関数に従って距離が増加するにつれて、圧縮応力から引張応力へと応力が減少する。応力は、イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの深さで圧縮応力から引張応力へと遷移する。イオン交換したガラス物品の外面における最大圧縮応力の絶対値は、イオン交換したガラス物品の最大中央張力（ＣＴ）の絶対値の１．８～２．２倍であり、ガラスセラミック物品は、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ以上の破壊靱性を有する。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
葉長石、二ケイ酸リチウム、及びそれらの組合せからなる群より選択された結晶相を有するガラスセラミック物品を強化する方法であって、該方法が、
前記ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用する工程を含み、前記イオン交換媒体が、０質量％超２０質量％以下のＮａＮＯ３、８０質量％～１００質量％未満のＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む、
方法。
前記ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用する工程を含み、前記イオン交換媒体が、０質量％超２０質量％以下のＮａＮＯ３、８０質量％～１００質量％未満のＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む、
方法。
【請求項2】
前記イオン交換媒体が３８０℃～５５０℃の温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記イオン交換媒体が、２時間～１６時間の間、前記ガラスセラミック物品に適用される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
前記イオン交換媒体が第２のイオン交換媒体を含み、前記方法が、
第１のイオン交換媒体を前記ガラスセラミック物品に適用する工程をさらに含み、前記第１のイオン交換媒体が、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含み、前記第２のイオン交換媒体を適用する工程が、前記第１のイオン交換媒体の適用後に実施される、
請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
第１のイオン交換媒体を前記ガラスセラミック物品に適用する工程をさらに含み、前記第１のイオン交換媒体が、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含み、前記第２のイオン交換媒体を適用する工程が、前記第１のイオン交換媒体の適用後に実施される、
請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記第１のイオン交換媒体が２０質量％超のＮａＮＯ３を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記第２のイオン交換媒体が、９５質量％超かつ１００質量％未満のＫＮＯ３と、０質量％超かつ５質量％未満のＮａＮＯ３とを含む、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項7】
葉長石、二ケイ酸リチウム、及びそれらの組合せからなる群より選択された結晶相を有するガラスセラミック物品を強化する方法であって、該方法が、
前記ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用する工程を含み、前記イオン交換媒体が、２０質量％超かつ５０質量％以下のＮａＮＯ３、５０質量％～８０質量％未満のＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む、
方法。
前記ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用する工程を含み、前記イオン交換媒体が、２０質量％超かつ５０質量％以下のＮａＮＯ３、５０質量％～８０質量％未満のＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む、
方法。
【請求項8】
前記イオン交換媒体が３８０℃～５５０℃の温度を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記イオン交換媒体が、２時間～１６時間の間、前記ガラスセラミック物品に適用される、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記イオン交換媒体が、３０質量％～５０質量％のＮａＮＯ３と、５０質量％～７０質量％のＫＮＯ３とを含む、請求項７～９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本願は、ここに参照することによってその内容全体が援用される、２０１８年１１月１３日出願の「Chemically Strengthened Lithium Disilicate-Petalite Glass-Ceramics（化学的に強化された二ケイ酸リチウム－葉長石ガラスセラミック）」と題された米国仮特許出願第６２／７６０，７５３号の利益及び優先権を主張する。
【技術分野】
【0002】
本明細書は、概してガラス物品に関し、より詳細には、化学的耐久性及び耐損傷性が改善されたガラスセラミック物品、並びにそれらを形成するための方法に関する。
【背景技術】
【0003】
二ケイ酸リチウム結晶相を有するガラスセラミックが従来のイオン交換プロセスを受けると、ナトリウムが豊富な低屈折率層がガラスセラミックの表面に形成される。このナトリウムが豊富な表面層の存在は、ガラスセラミックの表面を表面下の水和を受けやすくし、その結果、ガラスセラミックの表面で炭酸ナトリウム結晶が成長し、これが次に表面ヘイズを生じさせる可能性がある。ナトリウムが豊富な表面層はまた、低い化学的耐久性も示し、ガラスセラミックを、優先的エッチング、孔食、及び他の表面損傷を受けやすくさせる。
【0004】
ガラスセラミックの特性を変化させることに加えて、低屈折率層の存在は、ＦＳＭイメージング中に生成された画像をぼやけさせる可能性があり、イオン交換プロセスの品質管理のためのこのような画像の使用を信頼できないものにしてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって、化学的耐久性が改善され、耐損傷性が改善されたガラスセラミック物品、並びに、イオン交換プロセスの品質管理が改善された方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書に開示される第１の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は厚さｔを有しており、ここで、ガラスセラミック物品は、イオン交換したガラスセラミック物品の外面から中心線に向かって約０．０７ｔの深さから約０．２６ｔの深さまでほぼ線形の関数に従って距離が増加するにつれて低下する応力を含み；該応力は、イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの深さで圧縮応力から引張応力へと遷移し；かつ、イオン交換したガラスセラミック物品の外面における最大圧縮応力の絶対値は、イオン交換したガラスセラミック物品の最大中央張力（ＣＴ）の絶対値の１．８～２．２倍であり；かつ、イオン交換したガラスセラミック物品は、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ以上の破壊靱性を有する。
【0007】
本明細書に開示される第２の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、最大中央張力が７０ＭＰａ以上である、第１の態様によるイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0008】
本明細書に開示される第３の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、最大中央張力が８０ＭＰａ～１４０ＭＰａである、第１又は第２の態様に記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0009】
本明細書に開示される第４の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、最大圧縮応力が１８０ＭＰａ～３５０ＭＰａである、第１～第３の態様に記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0010】
本明細書に開示される第５の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、破壊靱性が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ～１．５ＭＰａ√ｍである、第１～第４の態様に記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0011】
本明細書に開示される第６の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、該イオン交換したガラスセラミック物品が外面において１０モル％未満のＮａ２Ｏ濃度を有する、第１～第５の態様に記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0012】
本明細書に開示される第７の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は厚さｔを有しており、ここで、Ｌｉイオンの濃度は、イオン交換したガラスセラミック物品の外面からの距離が増加するにつれて、表面Ｌｉイオン濃度から最大Ｌｉイオン濃度へと増加し、ここで、表面Ｌｉイオン濃度と最大Ｌｉイオン濃度との差は５モル％未満であり；イオン交換したガラスセラミック物品の外面からの距離が増加するにつれて、Ｎａイオンの濃度は表面Ｎａイオン濃度から最小Ｎａイオン濃度へと、増加し、次に低下し、ここで、表面Ｎａイオン濃度と最小Ｎａイオン濃度との差は５モル％未満であり、表面Ｎａイオン濃度は１０モル％未満であり；かつ、イオン交換したガラスセラミック物品は、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ超の破壊靱性を有する。
【0013】
本明細書に開示される第８の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、Ｎａイオンの濃度が、イオン交換したガラスセラミック物品の厚さｔ全体にわたって０モル％より大きい、第７の態様に記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0014】
本明細書に開示される第９の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、Ｎａイオンの濃度が０モル％超かつ２．５モル％未満である、第７又は第８の態様に記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0015】
本明細書に開示される第１０の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、Ｌｉイオンの最大濃度が１９モル％～３２モル％である、第７～第９の態様のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0016】
本明細書に開示される第１１の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、破壊靱性が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ～１．５ＭＰａ√ｍである、第７～第１０の態様のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0017】
本明細書に開示される第１２の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、０モル％超～６モル％のＡｌ２Ｏ３をさらに含む、第７～第１１の態様のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0018】
本明細書に開示される第１３の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、０．７モル％～２．２モル％のＰ２Ｏ５をさらに含む、第７～第１２の態様のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0019】
本明細書に開示される第１４の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、１．７モル％～４．５モル％のＺｒＯ２をさらに含む、第７～第１３の態様のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0020】
本明細書に開示される第１５の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、６０モル％～７２モル％のＳｉＯ２をさらに含む、第７～第１４の態様のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0021】
本明細書に開示される第１６の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、１％～３０％の残留ガラス含有量と、二ケイ酸リチウム、葉長石、β－石英、β－スポジュメン固溶体、及びそれらの組合せからなる群より選択された７０％～９９％の結晶相とを含み；該イオン交換したガラスセラミック物品は、厚さｔを有しており、かつ、イオン交換したガラスセラミック物品の外面から中心線に向かって距離が増加するにつれて低下する応力を含み、ここで、応力は、イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．０７ｔの深さから約０．２６ｔの深さまで、ほぼ線形の関数に従って低下し；該応力は、イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの深さで圧縮応力から引張応力へと遷移し；かつ、イオン交換したガラス物品の外面における最大圧縮応力は、イオン交換したガラス物品の最大中央張力（ＣＴ）の値の１．８～２．２倍である。
【0022】
本明細書に開示される第１７の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、該イオン交換したガラスセラミック物品が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ～１．５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有する、第１６の態様に記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0023】
本明細書に開示される第１８の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、該イオン交換したガラスセラミックが不透明である、第１６又は第１７の態様に記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0024】
本明細書に開示される第１９の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、最大圧縮応力が１８０ＭＰａ～３５０ＭＰａである、第１６～第１８の態様のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0025】
本明細書に開示される第２０の態様によれば、イオン交換したガラスセラミック物品は、該イオン交換したガラスセラミック物品が外面において１０モル％未満のＮａ２Ｏ濃度を有する、第１６～第１９の態様のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む。
【0026】
本明細書に開示される第２１の態様によれば、葉長石、二ケイ酸リチウム、及びそれらの組合せからなる群より選択された結晶相を有するガラスセラミック物品を強化する方法は、ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用する工程を含み、ここで、イオン交換媒体は、０質量％超かつ２０質量％以下のＮａＮＯ３、８０質量％～１００質量％未満のＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む。
【0027】
本明細書に開示される第２２の態様によれば、方法は、イオン交換媒体が３８０℃～５５０℃の温度を有する、第２１の態様に記載の方法を含む。
【0028】
本明細書に開示される第２３の態様によれば、方法は、イオン交換媒体が２時間～１６時間の間、ガラスセラミック物品に適用される、第２１又は第２２の態様に記載の方法を含む。
【0029】
本明細書に開示される第２４の態様によれば、方法は、イオン交換媒体が第２のイオン交換媒体を含み、該方法は、ガラスセラミック物品に第１のイオン交換媒体を適用する工程をさらに含み、ここで、第１のイオン交換媒体が、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含み、かつ、第２のイオン交換媒体を適用する工程が第１のイオン交換媒体の適用後に実施される、第２１～第２３の態様のいずれかに記載の方法を含む。
【0030】
本明細書に開示される第２５の態様によれば、方法は、第１のイオン交換媒体が２０質量％超のＮａＮＯ３を含む、第２４の態様に記載の方法を含む。
【0031】
本明細書に開示される第２６の態様によれば、方法は、第２のイオン交換媒体が９５質量％超かつ１００質量％未満のＫＮＯ３と０質量％超かつ５質量％未満のＮａＮＯ３とを含む、第２４又は第２５の態様に記載の方法を含む。
【0032】
本明細書に開示される第２７の態様によれば、葉長石、二ケイ酸リチウム、及びそれらの組合せからなる群より選択された結晶相を有するガラスセラミック物品を強化する方法は、ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用する工程を含み、該イオン交換媒体は、２０質量％超５０質量％以下のＮａＮＯ３、５０質量％～８０質量％未満のＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む。
【0033】
本明細書に開示される第２８の態様によれば、方法は、イオン交換媒体が３８０℃～５５０℃の温度を有する、第２７の態様に記載の方法を含む。
【0034】
本明細書に開示される第２９の態様によれば、方法は、イオン交換媒体が２時間～１６時間の間、ガラスセラミック物品に適用される、第２７又は第２８の態様に記載の方法を含む。
【0035】
本明細書に開示される第３０の態様によれば、方法は、イオン交換媒体が、３０質量％～５０質量％のＮａＮＯ３、及び５０質量％～７０質量％のＫＮＯ３を含む、第２７～第２９の態様のいずれかに記載の方法を含む。
【0036】
本明細書に開示される第３１の態様によれば、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であって、筐体の一部又はカバー基板のうちの少なくとも一方が、第１～第１２の態様のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品を含む、カバー基板を備えている。
【0037】
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。
【0038】
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】
【0039】
【図1】ガラスセラミック基板が従来のイオン交換処理に供されたときの、組成物Ａから形成されたガラスセラミック基板におけるナトリウム、リチウム、及びカリウムの元素分布の、表面から試料の厚さへの深さ（Ｘ軸；マイクロメートル、ミクロン、又はμｍ単位）の関数としての濃度（Ｙ軸、酸化物のモル％単位）のプロット
【図2A】従来のイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図2B】従来のイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図4A】実施例Ａと一致するガラス試料の表面粗さの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像
【図4B】組成物Ａから形成され、従来のイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の表面粗さのＡＦＭ画像
【図5】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態によるフリンジなしのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図6】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態によるフリンジなしのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の表面から試料の厚さへの、厚さの関数としての位相差（左Ｙ軸；度単位）及び応力（右Ｙ軸；メガパスカル（ＭＰａ）単位、圧縮応力が正、引張応力が負である）のプロット
【図7】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態によるフリンジなしのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の中央張力（Ｘ軸；ＭＰａ単位）と相関する、イオン交換に由来する寸法成長（Ｙ軸；長さの％単位）のプロット
【図8A】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図8B】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図8C】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図8D】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図8E】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図9】ガラスセラミック基板が、本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたときの、組成物Ａから形成されたガラスセラミック基板におけるナトリウム、リチウム、及びカリウムの元素分布の、表面から試料の厚さへの深さ（Ｘ軸；マイクロメートル又はμｍ単位）の関数としての濃度（Ｙ軸、酸化物のモル％単位）のプロット
【図10A】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図10B】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図10C】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図10D】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図10E】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図10F】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図10G】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図10H】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトル
【図11】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による単一フリンジのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品のＲＮＦを使用して測定された、表面から試料の厚さへの深さ（Ｘ軸；マイクロメートル又はμｍ単位）の関数としての応力（Ｙ軸、ＭＰａ単位；圧縮応力は正であり、引張応力は負である）のプロット
【図12】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態によるフリンジなしのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品のＲＮＦを使用して測定された、表面から試料の厚さへの深さ（Ｘ軸；マイクロメートル又はμｍ単位）の関数としての応力（Ｙ軸、ＭＰａ単位；圧縮応力は正であり、引張応力は負である）のプロット
【図13】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態によるさまざまなイオン交換処理に供され、８０グリットのサンドペーパーによる損傷導入後に４点曲げ試験を使用して試験した試料（Ｘ軸）に対する、加えられた破壊応力（Ｙ軸；ＭＰａ単位）のプロット
【図14A】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態によるさまざまなイオン交換処理に供された試料（Ｘ軸）についての破壊高さがＹ軸（ｃｍ単位）に提示された、漸進的な面落下試験の結果のプロット
【図14B】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態によるさまざまなイオン交換処理に供された試料（Ｘ軸）についての破壊高さがＹ軸（ｃｍ単位）に提示された、漸進的な面落下試験の結果のプロット
【図14C】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態によるさまざまなイオン交換処理に供された試料（Ｘ軸）についての破壊高さがＹ軸（ｃｍ単位）に提示された、漸進的な面落下試験の結果のプロット
【図15A】８５℃／８５％相対湿度の劣化条件への曝露前の従来のイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の光学顕微鏡写真
【図15C】８５℃／８５％相対湿度の劣化条件への４８時間の曝露後の本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態によるフリンジなしのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品の光学顕微鏡写真
【図16A】図１５Ｂのガラスセラミック基板における炭素、水素、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、及びＰ２Ｏ５の元素分布の、表面から試料の厚さへの深さ（Ｘ軸；マイクロメートル又はμｍ単位）の関数としての濃度（Ｙ軸、酸化物のモル％単位）のプロット
【図16B】図１５Ｄのガラスセラミック基板における炭素、水素、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、及びＰ２Ｏ５の元素分布の、表面から試料の厚さへの深さ（Ｘ軸；マイクロメートル又はμｍ単位）の関数としての濃度（Ｙ軸、酸化物のモル％単位）のプロット
【図17】破壊靱性を測定するために二重片持梁法で用いられるセットアップの概略図
【図18A】本明細書に開示される強化した物品のいずれかを組み込む例示的な電子デバイスの平面図
【発明を実施するための形態】
【0040】
これより、添付の図面に例が示されている、さまざまな実施形態を詳細に参照する。可能な場合はいつでも、同一又は類似した部分についての言及には、図面全体を通して同じ参照番号が用いられる。
【0041】
定義及び測定技法
本明細書では、範囲は、「約」１つの特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までとして表現することができる。このような範囲が表現される場合、別の実施形態は、その１つの特定の値から及び／又は他方の特定の値までを含む。同様に、例えば先行詞「約」の使用によって、値が近似値として表される場合、その特定の値は別の実施形態を形成することが理解されよう。さらには、範囲の各々の端点は、他の端点に関連して、及び他の端点とは独立してのいずれにおいても重要であることが理解されよう。このような範囲が表現される場合、実施形態は、その１つの特定の値から及び／又は他方の特定の値までを含む。同様に、例えば先行詞「約」の使用によって、値が近似値として表される場合、その特定の値は別の実施形態を形成することが理解されよう。明細書の範囲の数値又は端点が「約」を記載しているかどうかにかかわらず、範囲の数値又は端点は、「約」によって修飾されたものと、修飾されていないものの２つの実施形態を含むことが意図されている。さらには、範囲の各々の端点は、他の端点に関連して及び他の端点とは独立してのいずれにおいても重要であることが理解されよう。
本明細書では、範囲は、「約」１つの特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までとして表現することができる。このような範囲が表現される場合、別の実施形態は、その１つの特定の値から及び／又は他方の特定の値までを含む。同様に、例えば先行詞「約」の使用によって、値が近似値として表される場合、その特定の値は別の実施形態を形成することが理解されよう。さらには、範囲の各々の端点は、他の端点に関連して、及び他の端点とは独立してのいずれにおいても重要であることが理解されよう。このような範囲が表現される場合、実施形態は、その１つの特定の値から及び／又は他方の特定の値までを含む。同様に、例えば先行詞「約」の使用によって、値が近似値として表される場合、その特定の値は別の実施形態を形成することが理解されよう。明細書の範囲の数値又は端点が「約」を記載しているかどうかにかかわらず、範囲の数値又は端点は、「約」によって修飾されたものと、修飾されていないものの２つの実施形態を含むことが意図されている。さらには、範囲の各々の端点は、他の端点に関連して及び他の端点とは独立してのいずれにおいても重要であることが理解されよう。
【0042】
本明細書で使用される用語「実質的な」、「実質的に」、及びそれらの変形は、記載された特徴が値又は説明に等しい又はほぼ等しいことを示すことが意図されている。例えば、「実質的に平坦な」表面は、平坦な表面又はほぼ平坦な表面を示すことが意図されている。さらには、上記に定義されるように、「実質的に同様」は、２つの値が等しいかほぼ等しいことを示すことが意図されている。幾つかの実施形態では、「実質的に同様」とは、互いの約１０％以内、例えば、互いの約５％以内、又は互いの約２％以内などの値を意味しうる。
【0043】
本明細書で使用される方向用語（例えば、上、下、右、左、前、後、上部、底部）は、描かれた図を参照してのみ作られており、絶対的な方向を意味することは意図していない。
【0044】
開示されたすべての範囲は、ありとあらゆる部分範囲、又は各範囲に包含されるありとあらゆる個別の値を列挙するクレームを包含し、そのサポートを提供すると理解されるべきである。例えば、記載されている１から１０の範囲は、最小値１と最大値１０の間及び／又はそれらを含むありとあらゆる部分範囲又は個別の値を列挙するクレームを包含し、そのサポートを提供すると見なされるべきである；すなわち、１以上の最小値で始まり、１０以下の最大値で終わる（例えば、５．５～１０、２．３４～３．５６など）すべての部分範囲、又は１から１０までの任意の値（例えば、３、５．８、９．９９９４など）。
【0045】
本明細書で用いられる場合、「圧縮の深さ」又は「ＤＯＣ」とは、圧縮応力（ＣＳ）層の深さを指し、ガラスセラミック物品内の応力が圧縮応力から引張応力へと変化する深さであり、応力値０を有する。圧縮応力は、本明細書では正（＞０）の応力として表され、引張応力は負（＜０）の応力として表される。しかしながら、本明細書全体を通して、特に明記されない限り、引張応力及び圧縮応力の数値は、正の値又は絶対値として表される。ＤＯＣは、イオン交換処理に応じて、ＦＳＭ又は散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）によって測定することができる。カリウムイオンをガラス物品内へと交換することによってガラス物品の応力が生じる場合には、ＦＳＭを使用してＤＯＣを測定する。ナトリウムイオンをガラス物品内へと交換することによって応力が生じる場合には、ＳＣＡＬＰを使用してＤＯＣを測定する。カリウムとナトリウムの両方のイオンをガラス内へと交換することによってガラス物品の応力が生じる場合には、ナトリウムの交換深さはＤＯＣを示し、カリウムイオンの交換深さは圧縮応力の規模の変化（ただし、圧縮から引張への応力変化ではない）を示すと考えられることから、ＤＯＣはＳＣＡＬＰで測定される；このようなガラス物品中のカリウムイオンの交換深さは、ＦＳＭによって測定される。
【0046】
本明細書に記載されるさまざまな測定、特に、圧縮応力は、折原製作所（日本所在）製造のＦＳＭ－６０００などの市販の機器を使用して、表面応力計（ＦＳＭ）によって測定される。本明細書でより詳細に論じられるように、表面応力測定は、ガラスセラミック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。低屈折率層が形成されている場合には、表面圧縮応力（及び低屈折率層の圧縮応力）は、プリズム結合測定における低屈折率層の第１の透過（結合）共鳴の複屈折によって測定され、また、第１の透過共鳴と第２の透過共鳴との間隔、又は第１の透過共鳴の幅によって低屈折率層の層の深さを測定する。
【0047】
約屈曲部（knee）から最大ＣＴまでの応力プロファイルのグラフィック表現は、ここに参照することによってその全体が本明細書に取り込まれる、「Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample（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と方法）」と題された米国特許第８，８５４，６２３号明細書に記載される屈折近視野（ＲＮＦ）法によって導き出すことができる。ＲＮＦのグラフィック表現は、力のバランスが取られており、ＳＣＡＬＰ測定によって提供される最大中央張力（ピーク中央張力とも呼ばれる）値に合わせて較正される。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、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、直交偏光のそれぞれで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信号光検出器に中継することをさらに含み、該信号光検出器は偏波スイッチ検出器信号を生成する。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。
【0048】
応力プロファイルのグラフィック表現は、ＲＮＦ、ＳＣＡＬＰ、及びＦＳＭの組合せを使用して導き出すことができる。ＦＳＭは、表面近くの応力プロファイルの部分のグラフィック表現を導き出すために用いられるのに対し、ＲＮＦは、屈曲部の深さを超えて応力プロファイルの引張応力部分を通過する応力プロファイルの部分の形状のグラフィック表現を導き出すために、ＳＣＡＬＰと一緒に用いられる。ＦＳＭ、ＲＮＦ及びＳＣＡＬＰから導出される部分は、以下のように完全な応力プロファイルの表現を提供するために、まとめられる。ＲＮＦは力のバランスが取られており、ＳＣＡＬＰの中央張力に一致するように較正される。力のバランス化は、その表現の中立軸の下の引張応力領域を表現の中立軸の上の圧縮応力領域と一致させるように中立軸をシフトすることによって行われる。力のバランス化及びＲＮＦの較正の後、ＦＳＭから取得した表面スパイク表現はプロファイルのＲＮＦ表現にスプライスされ、ＲＮＦ表現の対応する部分が置き換えられる。力のバランス化、ＳＣＡＬＰの中央張力への較正、及びスプライスのプロセスは、収束に達するまで繰り返される、すなわち、プロファイルの表現は、プロセスをさらに繰り返しても実質的に変化しない。適切な場合、必要に応じて、測定ノイズを除去するために標準的な平滑化手法を使用することができる。
【0049】
例えばアルカリ構成成分など、ガラス中のさまざまな構成成分の濃度プロファイルは、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）によって測定した。ＥＰＭＡは、例えば、ガラスへのアルカリイオンのイオン交換に起因するガラスの圧縮応力を識別するために利用することができる。平均表面濃度レベル（例えば、ガラスの表面から最初の１００ｎｍ以内）は、幾つかの実施形態では、グロー放電発光分析装置（ＧｄＯＥＳ）を使用して測定した。
【0050】
破壊靱性測定は、二重片持梁（ＤＣＢ）法を使用して実施される。ＤＣＢ試験片の形状が図１７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。試料の全長を５ｃｍから１０ｃｍまで変化させて、幅２ｈ＝１．２５センチメートル（ｃｍ）及び厚さｗ＝０．３ミリメートル（ｍｍ）～１ｍｍの範囲の長方形に切断することによって、試験されるものと同じ組成から形成されたが、イオン交換を受けていない試料を調製する。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、各ガラス試料は、ダイヤモンドドリルで両端に開けられた穴を有している。亀裂「誘導溝」ｂ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が切り落とされて、材料の「ウェブ」が、プレートの全厚の約半分だけ残り（図１７のｂ）、ブレードの厚さ又は切り口は１８０μｍの高さである。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用いられ、これにより、亀裂の先端の近くに非常に薄い材料のウェッジが生成され（ブレードの曲率に起因する）、試料における亀裂の開始が容易になる。
【0051】
亀裂誘導溝ｂは、平面内に亀裂を維持し、亀裂平面から成長が逸れるのを防ぐ。試料は、鋼線を使用して試料の下部の穴に引っ掛けることによって、金属製の試料ホルダに取り付けられる。試料はまた、低荷重条件下で試料レベルを維持するために、反対側でも支持される。ロードセル（ＦＵＴＥＫ、ＬＳＢ２００）と直列に存在す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る。亀裂は、デジタルカメラ及びコンピュータに接続された顕微鏡（５～１０μｍの解像度）を使用して監視される。
【0052】
寸法パラメータの厳しい公差を維持することにより、適用される応力強度ＫＰは、図１７に示される入力パラメータを用いて次式（１）を使用して計算される：
【0053】
【数1】
【0054】
各試料について、ウェブの先端で亀裂が発生し、その後、寸法ａ／ｈの比率が１．５を超えるまで、スターター亀裂が慎重に亜臨界成長し、これが、応力強度を正確に計算するために式（１）で使用される。この時点で、亀裂の長さａは、５μｍの分解能を有する移動顕微鏡を使用して測定及び記録される。次に、トルエンの液滴を亀裂の溝に落下させ、これが毛細管力によって溝の全長に沿って運ばれ、破壊靭性に負荷がかからない限り、亀裂が動かないように固定する。トルエン、重鉱油、シリコーンオイル、及び他の有機物は、大気中の水とガラス表面との間のバリアとして機能し、臨界未満の亀裂の成長を防ぐ。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強度を計算する。光学顕微鏡を使用して試験後にすべての試料を測定し、Ｋ計算で正しい試料寸法が用いられたことを確実にする。イオン交換した試料の破壊靭性を試験する場合、上記の測定は、試験する試料と同じ組成を有するが、試験する試料がイオン交換を受ける前の試料に対して行われる。
【0055】
「～から形成」という用語は、～を含む、～から実質的になる、又は～からなるのうちの１つ以上を意味しうる。例えば、特定の材料から形成される成分は、その特定の材料を含んでも、その特定の材料から実質的になっても、又はその特定の材料からなっていてもよい。
【0056】
ガラスセラミック物品の総括
さまざまな実施形態のガラスセラミック物品は、一次結晶相として葉長石及び二ケイ酸リチウムを含み、任意選択的に、アルミノケイ酸リチウム（ＬＡＳ）結晶相をさらに含むことができる。ガラスセラミック物品は、ナトリウム含有量が１０モル％以下の表面層を含む。イオン交換処理後、本明細書に記載されるガラスセラミック物品は、蓄積エネルギー（中央張力）の増加、破壊靭性の増加を示し、壊れにくい。
さまざまな実施形態のガラスセラミック物品は、一次結晶相として葉長石及び二ケイ酸リチウムを含み、任意選択的に、アルミノケイ酸リチウム（ＬＡＳ）結晶相をさらに含むことができる。ガラスセラミック物品は、ナトリウム含有量が１０モル％以下の表面層を含む。イオン交換処理後、本明細書に記載されるガラスセラミック物品は、蓄積エネルギー（中央張力）の増加、破壊靭性の増加を示し、壊れにくい。
【0057】
葉長石（ＬｉＡｌＳｉ４Ｏ１０）は、ＬｉとＡｌの四面体によって連結された、折り畳まれたＳｉ２Ｏ５層を有する層状構造の３次元フレームワーク構造を持つ単斜晶系結晶である。Ｌｉは酸素と四面体配位している。葉長石はリチウム源であり、ガラスセラミック又はセラミック部品の耐熱衝撃疲労性を改善するための低熱膨張相として用いられる。二ケイ酸リチウム（Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５）は、｛Ｓｉ２Ｏ５｝四面体配列の波形シートをべースとした斜方晶である。その結晶は通常、平板状又はラス状の形状であり、顕著な劈開面を有する。二ケイ酸リチウムをベースとしたガラスセラミックは、ランダムに配向したインターロック結晶の微細構造に起因して、高いボディ強度及び破壊靭性を含めた、非常に望ましい機械的特性を有する。この結晶構造により、インターロックされた結晶の周りの曲がりくねった経路を介して亀裂が材料全体に伝播され、それによって強度及び破壊靭性が向上する。
【0058】
二ケイ酸リチウムガラスセラミックには２つの広範なファミリーが存在する。第１の群は、セリアと、貴金属、例えば銀とをドープしたものを含む。これらは、ＵＶ光を介して感光的に核形成させることができ、その後、熱処理されて、例えば、Ｆｏｔｏｃｅｒａｍ（登録商標）などの強力なガラスセラミックを生成することができる。二ケイ酸リチウムガラスセラミックの第２のファミリーは、Ｐ２Ｏ５の添加によって核形成され、ここで、核形成相はＬｉ３ＰＯ４である。Ｐ２Ｏ５で核形成された二ケイ酸リチウムガラスセラミックは、高温シーリング材、コンピュータハードドライブ用のディスク、透明装甲、及び歯科用途など、さまざまな用途向けに開発されている。
【0059】
本明細書に記載されるガラス及びガラスセラミックは、概して、リチウム含有アルミノケイ酸塩ガラス又はガラスセラミックとして説明することができ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＬｉ２Ｏを含む。ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＬｉ２Ｏに加えて、本明細書で具現化されるガラス及びガラスセラミックは、アルカリ酸化物、例えば、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、又はＣｓ２Ｏ、並びにＰ２Ｏ５及びＺｒＯ２、さらには、以下に記載される他の多くの成分をさらに含みうる。１つ以上の実施形態では、結晶子相は、葉長石及び二ケイ酸リチウムを含むが、前駆体ガラスの組成に応じて、β－スポジュメン固溶体、β－石英、メタシリケート、リン酸リチウム、及びジルコニウムもまた存在しうる。幾つかの実施形態では、ガラスセラミック組成物は、ＸＲＤスペクトルのリートベルト解析に従って決定して、１～３０質量％、１～２５質量％、１～２０質量％、１～１５質量％、１～１０質量％、１～５質量％、５～３０質量％、５～２５質量％、５～２０質量％、５～１５質量％、５～１０質量％、１０～３０質量％、１０～２５質量％、１０～２０質量％、１０～１５質量％、１５～３０質量％、１５～２５質量％、１５～２０質量％、２０～３０質量％、２０～２５質量％、又は２５～３０質量％の残留ガラス含有量を有する。残留ガラス含有量は、前述のありとあらゆる端点から形成された部分範囲内にありうるものと理解されたい。したがって、幾つかの実施形態では、ガラスセラミック物品は、７０～９９質量％、７０～９５質量％、７０～９０質量％、７０～８５質量％、７０～８０質量％、７０～７５質量％、７５～９９質量％、７５～９５質量％、７５～９０質量％、７５～８５質量％、７５～８０質量％、８０～９９質量％、８０～９５質量％、８０～９０質量％、８０～８５質量％、８５～９９質量％、８５～９５質量％、８５～９０質量％、９０～９９質量％、９０～９５質量％、又は９５～９９質量％の結晶相を含む。
【0060】
ＳｉＯ２は主要なガラス形成剤であり、ガラス及びガラスセラミックのネットワーク構造を安定させるように機能しうる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は５５～８０モル％のＳｉＯ２を含む。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は６０～７２モル％のＳｉＯ２を含む。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、ＳｉＯ２を、５５～８０モル％、５５～７７モル％、５５～７５モル％、５５～７３モル％、６０～８０モル％、６０～７７モル％、６０～７５モル％、６０～７３モル％、６０～７２モル％、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。
【0061】
前駆体ガラスを熱処理してガラスセラミックに変換するときに葉長石結晶相を形成するために、ＳｉＯ２の濃度は十分に高く（５５モル％超）なければならない。言い換えれば、ＳｉＯ２の濃度は、ケイ酸リチウム相と葉長石相の両方を生成するのに十分な高さであるべきである。純粋なＳｉＯ２又は高ＳｉＯ２ガラスの融点は望ましくないほど高いため、ＳｉＯ２の量は融点を制御するために制限される場合がある（２００ポアズ温度）。
【0062】
ＳｉＯ２と同様に、Ａｌ２Ｏ３もまたネットワークの安定化を提供することができ、改善された機械的特性及び化学的耐久性ももたらす。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３の量が高すぎると、おそらくはインターロック構造を形成することができないほど、ケイ酸リチウム結晶の割合が減少する可能性がある。Ａｌ２Ｏ３の量を調整して、粘度を制御することができる。さらには、Ａｌ２Ｏ３の量が高すぎると、溶融物の粘度もまた、概して増加する。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、０～６モル％のＡｌ２Ｏ３を含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、Ａｌ２Ｏ３を、０～６モル％、０～５モル％、０～４モル％、０～３モル％、０～２モル％、０～１モル％、０超～６モル％、０超～５モル％、０超～４モル％、０超～３モル％、０超～２モル％、０超～１モル％、０．５～６モル％、０．５～５モル％、０．５～４モル％、０．５～３モル％、０．５～２モル％、０．５～１モル％、１～６モル％、１～５モル％、１～４モル％、１～３モル％、１～２モル％、２～６モル％、２～５モル％、２～４モル％、２～３モル％、３～６モル％、３～５モル％、３～４モル％、４～６モル％、４～５モル％、又は５～６モル％、若しくはこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。
【0063】
本明細書に記載されるガラス及びガラスセラミックでは、Ｌｉ２Ｏは、葉長石結晶相とケイ酸リチウム結晶相の両方の形成を助ける。主要な結晶相として葉長石及びケイ酸リチウムを得るためには、組成物中に１４モル％以上のＬｉ２Ｏを有することが望ましい。しかしながら、Ｌｉ２Ｏの濃度が高すぎると（３６モル％超）、組成物は非常に流動的になり、供給粘度はシートを形成できないほどに十分に低くなる。幾つかの具現化される組成物では、ガラス又はガラスセラミックは、２０モル％～３２モル％のＬｉ２Ｏを含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、Ｌｉ２Ｏを、２０～３２モル％、２０～３０モル％、２０～２８モル％、２０～２６モル％、２０～２４モル％、２２～３２モル％、２２～３０モル％、２２～２８モル％、２２～２６モル％、２２～２４モル％、２４～３２モル％、２４～３０モル％、２４～２８モル％、２４～２６モル％、２６～３２モル％、２６～３０モル％、２６～２８モル％、２８～３２モル％、２８～３０モル％、又は３０～３２モル％、若しくはこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。
【0064】
上記のように、Ｌｉ２Ｏは概して、具体化されるガラスセラミックの形成に有用であるが、他のアルカリ酸化物（例えば、Ｋ２Ｏ及びＮａ２Ｏ）はガラスセラミックの形成を減少させ、セラミック相ではなく、ガラスセラミック中にアルミノケイ酸塩残留ガラスを形成する傾向がある。１０モル％を超えるＮａ２Ｏ又はＫ２Ｏ、若しくはそれらの組合せは、望ましくない量の残留ガラスをもたらし、これは、結晶化中の変形や機械的特性の観点から望ましくない微細構造をもたらす可能性があることが見出された。加えて、１０モル％を超えるレベルのＮａ２Ｏは、表面を表面下の水和の影響を受けやすくさせる可能性があり、その結果、表面に炭酸ナトリウム結晶が成長する可能性がありうる。このような炭酸ナトリウム結晶は、次に、ガラスセラミック上に表面ヘイズを生成する可能性がある。しかしながら、５モル％未満のレベルはイオン交換に有利でありえ、より高い表面圧縮及び／又は計測が可能になる。概して、本明細書に記載される組成物は、少量の非リチウムアルカリ酸化物を有する。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、０～５モル％のＲ２Ｏを含むことができ、ここで、ＲはアルカリカチオンＮａ及びＫのうちの１つ以上である。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、１～４モル％のＲ２Ｏを含むことができ、ここで、Ｒは、アルカリカチオンＮａ及びＫのうちの１つ以上である。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、又はそれらの組合せを、０～５モル％、０～４モル％、０～３モル％、０～２モル％、０～１モル％、＞０～５モル％、＞０～４モル％、＞０～３モル％、＞０～２モル％、＞０～１モル％、１～５モル％、１～４モル％、１～３モル％、１～２モル％、２～５モル％、２～４モル％、２～３モル％、３～５モル％、３～４モル％、又は４～５モル％で含みうる。Ｒ２Ｏ濃度は、前述のありとあらゆる端点から形成された部分範囲内でありうるものと理解されたい。
【0065】
ガラス及びガラスセラミック組成物はＰ２Ｏ５を含みうる。Ｐ２Ｏ５は、ガラス及びガラスセラミック組成物から（一又は複数の）結晶相のバルク核形成を生じさせる核形成剤として機能しうる。Ｐ２Ｏ５の濃度が低すぎると、前駆体ガラスは結晶化するが、（より低い粘度に起因して）高温でのみ結晶化する；しかしながら、Ｐ２Ｏ５の濃度が高すぎると、前駆体ガラス成形中の冷却の際の失透を制御するのが困難になる可能性がある。実施形態は、＞０～３モル％のＰ２Ｏ５を含みうる。他の実施形態は、０．７～２．２モル％のＰ２Ｏ５を含みうる。具現化される組成物は、Ｐ２Ｏ５を、＞０～３モル％、＞０～２．５モル％、＞０～２．２モル％、＞０～２モル％、＞０～１．５モル％、＞０～１．２モル％、＞０～１モル％、０．７～３モル％、０．７～２．５モル％、０．７～２．２モル％、０．７～２モル％、０．７～１．５モル％、０．７～１．２モル％、０．７～１モル％、１～３モル％、１～２．５モル％、１～２．２モル％、１～２モル％、１～１．５モル％、１～１．２モル％、１．２～３モル％、１．２～２．５モル％、１．２～２．２モル％、１．２～２モル％、１．５～３モル％、１．５～２．５モル％、１．５～２モル％、２～３モル％、２～２．５モル％、２．２～３モル％、２．５～３モル％、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。
【0066】
本明細書に記載されるガラス及びガラスセラミックでは、ＺｒＯ２の添加は、成形中のガラスの失透を大幅に低減し、液相線温度を低下させることにより、Ｌｉ２Ｏ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２－Ｐ２Ｏ５ガラスの安定性を改善することができる。４モル％を超える濃度では、ＺｒＯ２は高温で一次液相線相を形成する可能性があり、それにより、液相線粘度が大幅に低下する。ガラスに１モル％を超えるＺｒＯ２が含まれている場合、透明なガラスを形成することができる。ＺｒＯ２の添加により、葉長石の粒子サイズも縮小させることができ、透明なガラスセラミックの形成に役立つ。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、１．７～４．５モル％のＺｒＯ２を含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、２～４モル％のＺｒＯ２を含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、ＺｒＯ２を、１．７～４．５モル％、１．７～４モル％、１．７～３．５モル％、１．７～３モル％、１．７～２．５モル％、１．７～２モル％、２～４．５モル％、２～４モル％、２～３．５モル％、２～３モル％、２～２．５モル％、２．５～４．５モル％、２．５～４モル％、２．５～３．５モル％、２．５～３モル％、３～４．５モル％、３～４モル％、３～３．５モル％、３．５～４．５モル％、３．５～４モル％、４～４．５モル％、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。
【0067】
Ｂ２Ｏ３はガラス前駆体の融点を低下させる。さらには、前駆体ガラス、したがってガラスセラミックにＢ２Ｏ３を添加すると、インターロックする結晶微細構造の達成に役立ち、ガラスセラミックの耐損傷性も向上させることができる。残留ガラス中のホウ素がアルカリ酸化物又は二価カチオン酸化物（例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯ）によって電荷平衡化されていない場合には、ホウ素は、ガラスの構造を開く、三角配位状態（又は３配位ホウ素）になる。これらの３配位ホウ素原子の周りのネットワークは、四面体配位（又は４配位）ホウ素ほど堅固ではない。理論に縛られはしないが、３配位ホウ素を含む前駆体ガラス及びガラスセラミックは、４配位ホウ素と比較して、亀裂形成前にある程度の変形を許容することができると考えられる。ある程度の変形を許容することにより、ビッカース圧痕亀裂開始閾値が増加する。３配位ホウ素を含む前駆体ガラス及びガラスセラミックの破壊靱性もまた増加しうる。理論に縛られはしないが、ガラスセラミックの残留ガラス（及び前駆体ガラス）中にホウ素が存在すると、残留ガラス（又は前駆体ガラス）の粘度が低下し、ケイ酸リチウム結晶、とりわけ高アスペクト比を有する大きい結晶の成長が促進されると考えられる。より多くの３配位ホウ素は（４配位ホウ素と比較して）、より大きいビッカース圧痕亀裂開始荷重を示すガラスセラミックをもたらすと考えられる。幾つかの実施形態では、（総Ｂ２Ｏ３のパーセントとしての）３配位ホウ素の量は、４０％以上、５０％以上、７５％以上、８５％以上、又はさらには９５％以上でありうる。ホウ素の量は、概して、セラミック化されたバルクガラスセラミックの化学的耐久性及び機械的強度を維持するように制御されるべきである。言い換えれば、ホウ素の量は、化学的耐久性及び機械的強度を維持するために、５モル％未満に制限されるべきである。
【0068】
１つ以上の実施形態では、本明細書でのガラス及びガラスセラミックは、０～２モル％のＢ２Ｏ３を含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、Ｂ２Ｏ３を、０～２モル％、０～１．５モル％、０～１モル％、０～０．５モル％、＞０～２モル％、＞０～１．５モル％、＞０～１モル％、＞０～０．５モル％、０．５～２モル％、０．５～１．５モル％、０．５～１モル％、１～２モル％、１～１．５モル％、１．５～２モル％、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。
【0069】
ＭｇＯは部分固溶体で葉長石結晶内に含まれうる。１つ以上の実施形態では、本明細書に記載されるガラス及びガラスセラミックは、ＭｇＯを、０～１モル％、０～０．７５モル％、０～０．５モル％、０～０．２５モル％、＞０～１モル％、＞０～０．７５モル％、＞０～０．５モル％、＞０～０．２５モル％、０．２５～１モル％、０．２５～０．７５モル％、０．２５～０．５モル％、０．５～１モル％、０．５～０．７５モル％、０．７５～１モル％、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。
【0070】
ＺｎＯは部分固溶体で葉長石結晶内に含まれうる。１つ以上の実施形態では、本明細書でのガラス及びガラスセラミックは、０～１モル％のＺｎＯを含みうる。１つ以上の実施形態では、本明細書に記載されるガラス及びガラスセラミックは、ＺｎＯを、０～１モル％、０～０．７５モル％、０～０．５モル％、０～０．２５モル％、＞０～１モル％、＞０～０．７５モル％、＞０～０．５モル％、＞０～０．２５モル％、０．２５～１モル％、０．２５～０．７５モル％、０．２５～０．５モル％、０．５～１モル％、０．５～０．７５モル％、０．７５～１モル％、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。
【0071】
１つ以上の実施形態では、ガラス及びガラスセラミックは、０～０．５モル％のＳｎＯ２、又は別の清澄剤を含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、ＳｎＯ２を、０～０．５モル％、０～０．４モル％、０～０．３モル％、０～０．２モル％、０～０．１モル％、０．０５～０．５モル％、０．０５～０．４モル％、０．０５～０．３モル％、０．０５～０．２モル％、０．０５～０．１モル％、０．１～０．５モル％、０．１～０．４モル％、０．１～０．３モル％、０．１～０．２モル％、０．２～０．５モル％、０．２～０．４モル％、０．２～０．３モル％、０．３～０．５モル％、０．３～０．４モル％、又は０．４～０．５モル％、若しくはこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。
【0072】
さまざまな実施形態のガラス又はガラスセラミック組成物を製造するために用いられる原材料及び／又は装置の結果として、意図的に添加されていない、ある特定の不純物又は成分が、最終的なガラス又はガラスセラミック組成物中に存在する可能性がある。このような物質は、ガラス又はガラスセラミック組成物中に少量で存在し、本明細書では「混入物」と呼ばれる。本明細書で用いられる場合、「混入物」は、１０００ｐｐｍ未満の量で存在しうる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック組成物は、混入物、例えば、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＣｄＯ、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、硫黄系化合物（例えば硫酸塩）、ハロゲン、又はそれらの組合せをさらに含みうる。幾つかの実施形態では、抗菌性成分、化学清澄剤、又は他の追加の成分が、ガラス又はガラスセラミック組成物中に含まれていてもよい。
【0073】
幾つかの実施形態では、本明細書に記載されるガラス及び／又はガラスセラミックは、溶融成形、スロットドロー、フロート、ローリング、及び当技術分野で知られている他のシート成形プロセスを含むがこれらに限定されないプロセスを介してシートへと製造することができる。
【0074】
本明細書に記載されるガラスセラミックから形成される物品は、任意の適切な厚さとすることができ、これは、ガラスセラミックの使用のための特定の用途に応じて変化させることができる。ガラスシート及び／又はガラスセラミックの実施形態は、０．４ｍｍ～１０ｍｍの厚さを有しうる。幾つかの実施形態は、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下、７５０μｍ以下、５００μｍ以下、又は２５０μｍ以下の厚さを有しうる。幾つかのガラス又はガラスセラミックシートの実施形態は、２００μｍ～５ｍｍ、５００μｍ～５ｍｍ、２００μｍ～４ｍｍ、２００μｍ～２ｍｍ、４００μｍ～５ｍｍ、又は４００μｍ～２ｍｍの厚さを有しうる。幾つかのガラス又はガラスセラミックシートの実施形態は、２５０μｍ～５ｍｍ、４００μｍ～４ｍｍ、３５０μｍ～３ｍｍ、４５０μｍ～２ｍｍ、５００μｍ～１ｍｍ、又は５５０μｍ～７５０μｍの厚さを有しうる。幾つかの実施形態では、厚さは、３ｍｍ～６ｍｍ、又は０．８ｍｍ～３ｍｍでありうる。物品の厚さは、前述のありとあらゆる端点から形成された部分範囲内でありうるものと理解されたい。
【0075】
本明細書に記載されるさまざまな実施形態では、ガラスセラミックは、例えばイオン交換処理によって、化学的に強化され、ガラスセラミックの化学的耐久性及び耐損傷性を向上させると同時に、計測を可能にし、高湿度条件下でのヘイズ層の形成を防ぐ。
【0076】
本明細書に記載されるガラスセラミックが従来のイオン交換処理（例えば、溶融した硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、又は硝酸ナトリウム／硝酸カリウムの混合塩によるイオン交換処理）に供される場合、結果として得られるガラスセラミックは、約７０ＭＰａ～約１４０ＭＰａの最大中央張力を伴って、高い蓄積エネルギーを有しうる。このようなガラス物品はまた、高い破壊靭性（標準的なシェブロンノッチ試験に従って測定して１．１ＭＰａ√ｍのＫ１Ｃ、又は二重片持梁（ＤＣＢ）法に従って測定して１．３２ＭＰａ＊ｍ１／２）も示し、ガラスが壊れやすいであろう０．８ｍｍの厚さで、壊れにくくなりうる。これらのガラスセラミックはまた、望ましい機械的性能特性も示すことができる。
【0077】
しかしながら、これらのガラスセラミック結晶相は、イオン交換処理中にイオン交換を受ける可能性もあり、例えば、図１に示されるように、二ケイ酸リチウム結晶相中のリチウムがイオン交換塩のナトリウムと交換されると、ナトリウムが高度に濃縮された低屈折率の表面層（すなわち、ガラスセラミック物品よりも低い屈折率を有する層）が形成されうる。特に、二ケイ酸リチウムとナトリウムイオンとの間のイオン交換は、ガラスセラミックのガラス相への低屈折率ケイ酸塩の添加、並びに表面層内にケイ酸ナトリウム及び二ケイ酸ナトリウムの形成をもたらしうる。図１は、ガラスセラミック物品を０．０４質量％未満のＬｉＮＯ３を含むＫＮＯ３／ＮａＮＯ３の混合塩中でイオン交換した後の表１の組成Ａを有するガラスセラミック物品におけるナトリウム、リチウム、及びカリウムの分布のグラフである。組成物Ａのガラスセラミック物品（組成Ａを有する下記の試料に用いられる）を製造するために、物品は５７０℃で４時間、次に７４０℃で１時間、加熱され、次いでガラスセラミック物品の通常の冷却に供される。前述のセラミック化サイクルの後、物品は、９～１５質量％の残留ガラス相、４０～４８質量％の二ケイ酸リチウム結晶相、３９～４５質量％の葉長石結晶相、及び約３質量％未満のメタケイ酸リチウム結晶相を有しており、ここで、結晶相はＸ線回折によって測定し、主相で約１．２質量％の標準偏差を有していた。
【0078】
【表1】
【0079】
図１に示されるように、表面層はナトリウムが豊富であり、ナトリウムは、ガラス相及び結晶相の両方でリチウムイオンとイオン交換する。
【0080】
図２Ａ及び２Ｂはいずれも、３６５ｎｍの波長で撮影したＦＳＭ画像である。図２Ａに示されるように、表面層はガラスセラミック物品よりも低い屈折率を有しているため、物品のＦＳＭ画像はぼやけており、品質管理手段としてのＦＳＭの使用は、とりわけイオン交換した層の厚さが約３μｍ未満の場合、イオン交換プロセスの監視の信頼性が低くなってしまう。
【0081】
加えて、二ケイ酸リチウムのリチウムとのナトリウムイオンのイオン交換によって生成される高応力層の形成は、塩浴中の非常に少量のリチウムの毒作用によってブロックされる。言い換えれば、イオン交換浴中の０．０４質量％のＬｉＮＯ３は、図２Ｂに示されるように、フリンジの形成をブロックするのに十分である。リチウムの毒作用を防ぐために、１ｋｇの塩あたり約０．０１ｍ２のガラスセラミックをイオン交換した後、タンク内の塩を交換する必要がある。
【0082】
さらには、ナトリウムが豊富な表面層により、ガラスセラミック表面が表面下の水和を受けやすくなり、その結果、表面に炭酸ナトリウム結晶の成長を生じさせ、これが次に、図３に示すように、表面ヘイズを生じさせる可能性がある。図３は、図１の元素分布を有するガラス物品を８５℃で４８時間、８５％の相対湿度に曝露した結果得られた光学顕微鏡写真である。図３に示される樹枝状の成長は、炭酸ナトリウムの結晶である。より具体的には、炭酸ナトリウム結晶の成長は、水に由来するヒドロニウムイオンがナトリウムイオンと交換してガラスの表面下層に移動する場所で起こり、ナトリウムイオンがガラス表面から出て、ナトリウムイオンと大気中のＣＯ２との反応によって経時的にガラス上にＮａ２ＣＯが形成される。例えば、部品が高湿度環境で包装され、大気中の水分がガラス表面と包装フィルムの間に閉じ込められている場合に、このような炭酸ナトリウムの成長が、ガラス上の大気中の水分の存在下で長期間にわたって発生しうる。
【0083】
ナトリウムが豊富な表面層が生成されると、図４Ａ及び４Ｂに示されるように、研磨及び洗浄中に表面が優先的にエッチング及び孔食されやすくなる。特に、図４Ａ及び４Ｂは、イオン交換され、研磨され、洗浄された５００ｎｍ×５００ｎｍの試料の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像である。図４Ａは、モル％で次の公称組成：７１ ＳｉＯ２；１．９ Ｂ２Ｏ３；１２．８ Ａｌ２Ｏ３；２．４ Ｎａ２Ｏ；８．２ Ｌｉ２Ｏ；２．９ ＭｇＯ；０．８ ＺｎＯ；０．０２ Ｆｅ２Ｏ３；０．０１ ＺｒＯ２；０．０６ ＳｎＯ２を有するガラス組成物から形成され、かつ、実施例Ａのような従来のイオン交換処理に従ってイオン交換された、ガラス物品の表面粗さを示している。図４Ｂは、０．０４質量％未満のＬｉＮＯ３を含むＫＮＯ３／ＮａＮＯ３の混合塩中でイオン交換した、組成物Ａから形成されたガラスセラミックの表面粗さを示している。ナトリウムが豊富な表面層の低い化学的耐久性の結果として、研磨及び洗浄によって高い表面粗さが生じ、これは、カバーガラス用途で使用することができるコーティングの耐久性を低下させる可能性がある。このようなコーティングは、例として、限定はしないが、カバーガラスに耐引っかき性、反射防止性、疎油性、又は疎水性の特性を提供しうる。
【0084】
本明細書に記載されるさまざまな実施形態では、ガラスセラミックは、イオン交換処理によって化学的に強化され、ガラスセラミックの化学的耐久性及び耐損傷性を改善すると同時に、計測を可能にし、高湿度条件下でのヘイズ層の形成を防止する。次に、イオン交換処理の実施形態をより詳細に説明する。
【0085】
単一フリンジのイオン交換処理
さまざまな実施形態では、ガラスセラミック物品のイオン交換処理は、ＦＳＭ測定で偏光状態ごとに１つのフリンジを生成する導波層をもたらし、本明細書では「単一フリンジのＩＯＸ」と呼ばれる。このような実施形態では、ナトリウムとリチウムとのイオン交換率は、表面層におけるカリウムとナトリウムとのイオン交換に起因する屈折率の増加よりも少ない、表面層の屈折率を低下させる率であり、それによって導波層を形成することができる。
さまざまな実施形態では、ガラスセラミック物品のイオン交換処理は、ＦＳＭ測定で偏光状態ごとに１つのフリンジを生成する導波層をもたらし、本明細書では「単一フリンジのＩＯＸ」と呼ばれる。このような実施形態では、ナトリウムとリチウムとのイオン交換率は、表面層におけるカリウムとナトリウムとのイオン交換に起因する屈折率の増加よりも少ない、表面層の屈折率を低下させる率であり、それによって導波層を形成することができる。
【0086】
さまざまな実施形態では、単一フリンジのＩＯＸ処理は、ガラスセラミック物品の１つ以上の表面にイオン交換媒体を適用することを含む。イオン交換媒体は、溶融塩浴、溶液、ペースト、ゲル、又はＫＮＯ３、ＮａＮＯ３、及びＬｉＮＯ３を含む別の適切な媒体でありうる。
【0087】
さまざまな実施形態では、イオン交換媒体は、該イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて、０質量％超のＮａＮＯ３と約２０質量％以下のＮａＮＯ３とを含む。例えば、さまざまな実施形態のイオン交換媒体は、該イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて、ＮａＮＯ３を、＞０質量％～２０質量％、＞０質量％～１５質量％、＞０質量％～１２質量％、＞０質量％～１０質量％、＞０質量％～７．５質量％、＞０質量％～５質量％、２．５質量％～２０質量％、２．５質量％～１５質量％、２．５質量％～１２質量％、２．５質量％～１０質量％、２．５質量％～７．５質量％、２．５質量％～５質量％、５質量％～２０質量％、５質量％～１５質量％、５質量％～１２質量％、５質量％～１０質量％、５質量％～７．５質量％、７．５質量％～２０質量％、７．５質量％～１５質量％、７．５質量％～１２質量％、７．５質量％～１０質量％、１０質量％～２０質量％、１０質量％～１５質量％、１０質量％～１２質量％、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。
【0088】
さまざまな実施形態では、イオン交換媒体は、該イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて、約８０質量％～１００質量％未満のＫＮＯ３を含む。例えば、さまざまな実施形態のイオン交換媒体は、該イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて、ＫＮＯ３を、８０質量％～９９．９質量％、８０質量％～９７．５質量％、８０質量％～９５質量％、８０質量％～９２．５質量％、８０質量％～９０質量％、９０質量％～９９．９質量％、９０質量％～９７．５質量％、９０質量％～９５質量％、９０質量％～９２．５質量％、９２．５質量％～９９．９質量％、９２．５質量％～９７．５質量％、９２．５質量％～９５質量％、９５質量％～９９．９質量％、９５質量％～９７．５質量％、９７．５質量％～９９．９質量％、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。
【0089】
さまざまな実施形態によれば、イオン交換媒体は、該イオン交換媒体中の塩の総重量に基づいて、０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３をさらに含む。例えば、さまざまな実施形態のイオン交換媒体は、０．０１質量％～０．５質量％、０．０１質量％～０．３質量％、０．０１質量％～０．１質量％、０．１質量％～０．５質量％、０．１質量％～０．３質量％、０．３～０．５質量％のＬｉＮＯ３、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲を含みうる。幾つかの特定の実施形態では、イオン交換媒体は、該イオン交換媒体中の塩の総重量に基づいて、０．１質量％、０．０９質量％、０．０８質量％、０．０７質量％、又は０．０６質量％のＬｉＮＯ３を含む。
【0090】
イオン交換処理は、単一ステップの処理又は複数ステップの処理、例えば、２ステップ又は３ステップの処理でありうる。イオン交換処理が複数ステップを含む実施形態では、各ステップは、ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用することを含み、各ステップのイオン交換媒体は、１つ以上の他のステップのイオン交換媒体とは異なりうるものと理解されたい。しかしながら、各イオン交換媒体は、該イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて０質量％超のＮａＮＯ３及び約２０質量％以下のＮａＮＯ３、イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて約８０質量％～１００質量％未満のＫＮＯ３、及び、イオン交換媒体中の塩の総重量に基づいて０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む。
【0091】
さまざまな実施形態では、溶融塩浴の温度は約３８０℃～約５５０℃とすることができ、浸漬時間は約２時間～約１６時間である。
【0092】
フリンジなしのイオン交換処理
さまざまな実施形態では、イオン交換処理は、ＦＳＭ測定用の表面導波路を生成するために有効な濃度よりも低いカリウム濃度を使用し、本明細書では「フリンジなしのＩＯＸ」と呼ばれる。このような実施形態では、イオン交換媒体中のカリウム、ナトリウム、及びリチウム濃度は、表面１００ｎｍからガラスセラミック物品の深さへの平均酸化ナトリウムの取り込みを、グロー放電発光分光分析（ＧＤＯＥＳ）を使用して測定して、１０モル％未満の酸化ナトリウムに制限するのに適している。表面導波路を欠いているが、さまざまな実施形態では、表面層は、カバーガラス用途に特によく適合した化学的耐久性を有する。
さまざまな実施形態では、イオン交換処理は、ＦＳＭ測定用の表面導波路を生成するために有効な濃度よりも低いカリウム濃度を使用し、本明細書では「フリンジなしのＩＯＸ」と呼ばれる。このような実施形態では、イオン交換媒体中のカリウム、ナトリウム、及びリチウム濃度は、表面１００ｎｍからガラスセラミック物品の深さへの平均酸化ナトリウムの取り込みを、グロー放電発光分光分析（ＧＤＯＥＳ）を使用して測定して、１０モル％未満の酸化ナトリウムに制限するのに適している。表面導波路を欠いているが、さまざまな実施形態では、表面層は、カバーガラス用途に特によく適合した化学的耐久性を有する。
【0093】
さまざまな実施形態では、フリンジなしのＩＯＸ処理は、ガラスセラミック物品の１つ以上の表面にイオン交換媒体を適用することを含む。イオン交換媒体は、溶液、ペースト、ゲル、又はＫＮＯ３、ＮａＮＯ３、及びＬｉＮＯ３を含めた別の適切な媒体でありうる。
【0094】
さまざまな実施形態では、イオン交換媒体は、該イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて、２０質量％超のＮａＮＯ３と約５０質量％以下のＮａＮＯ３とを含む。例えば、さまざまな実施形態のイオン交換媒体は、該イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて、ＮａＮＯ３を、２０質量％～５０質量％、２０質量％～４５質量％、２０質量％～４０質量％、２０質量％～３５質量％、２０質量％～３０質量％、３０質量％～５０質量％、３０質量％～４５質量％、３０質量％～４０質量％、３０質量％～３５質量％、３５質量％～５０質量％、３５質量％～４５質量％、３５質量％～４０質量％、４０質量％～５０質量％、４０質量％～４５質量％、４５質量％～５０質量％、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。しかしながら、幾つかの実施形態では、ＮａＮＯ３は５０質量％を超える量で組み込まれうるが、その場合、約０．１５質量％を超える量のＬｉＮＯ３は、特定の量のＮａＮＯ３及びイオン交換処理の温度に応じて有益でありうるものと認識されたい。
【0095】
さまざまな実施形態では、イオン交換媒体は、該イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて、約５０質量％～約８０質量％のＫＮＯ３を含む。例えば、さまざまな実施形態のイオン交換媒体は、該イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて、ＫＮＯ３を、５０質量％～８０質量％、５０質量％～７０質量％、５０質量％～６５質量％、５０質量％～６０質量％、５０質量％～５５質量％、５５質量％～８０質量％、５５質量％～７０質量％、５５質量％～６５質量％、５５質量％～６０質量％、６０質量％～８０質量％、６０質量％～７０質量％、６０質量％～６５質量％、６５質量％～８０質量％、６５質量％～７０質量％、７０質量％～８０質量％、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲含みうる。
【0096】
さまざまな実施形態によれば、イオン交換媒体は、該イオン交換媒体中の塩の総重量に基づいて、０．０４質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３をさらに含む。例えば、さまざまな実施形態のイオン交換媒体は、該イオン交換媒体中の塩の総重量に基づいて、ＬｉＮＯ３を、０．０４質量％～０．５質量％、０．０４質量％～０．３質量％、０．０４質量％～０．１質量％、０．１質量％～０．５質量％、０．１質量％～０．３質量％、０．３～０．５質量％、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲で含みうる。幾つかの特定の実施形態では、イオン交換媒体は、該イオン交換媒体中の塩の総重量に基づいて、０．１質量％、０．０９質量％、０．０８質量％、０．０７質量％、又は０．０６質量％のＬｉＮＯ３を含む。
【0097】
イオン交換処理は、単一ステップの処理又は複数ステップの処理、例えば、２ステップ又は３ステップの処理でありうる。イオン交換処理が複数ステップを含む実施形態では、各ステップは、ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用することを含み、各ステップのイオン交換媒体は、１つ以上の他のステップのイオン交換媒体とは異なりうるものと理解されたい。しかしながら、各イオン交換媒体は、該イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて２０質量％超のＮａＮＯ３及び約５０質量％以下のＮａＮＯ３、イオン交換媒体中のＮａＮＯ３及びＫＮＯ３の総量に基づいて約５０質量％～約８０質量％のＫＮＯ３、及び、イオン交換媒体中の塩の総重量に基づいて０．０４質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む。
【0098】
さまざまな実施形態では、溶融塩浴の温度は約３８０℃～約５５０℃とすることができ、浸漬時間は約２時間～約１６時間である。
【0099】
理論に縛られはしないが、二ケイ酸リチウム及び／又は葉長石ファミリーに由来するガラスセラミックでは、イオン交換処理におけるＮａＮＯ３の濃度が約２０質量％を超える場合、カリウムイオン交換に起因する屈折率の増加は、ナトリウムとリチウムイオンとの交換に起因する屈折率の減少によって圧倒されると考えられる。したがって、従来ＦＳＭ計測に適していたカリウムフリンジは、フリンジなしのイオン交換処理中には生成されない。例えば、図５に示されるように、６０質量％のＫＮＯ３及び４０質量％のＮａＮＯ３中で０．１質量％のＬｉＮＯ３とイオン交換した組成物Ａのガラスの３６５ｎｍのＦＳＭスペクトルが提供されている。図５を図２Ａと比較すると、結晶相中のリチウムとのナトリウムのイオン交換を示す図２Ａに見られるぼやけた低屈折率フリンジは、図５には見られないことがわかる。したがって、ＦＳＭ計測は、フリンジなしのＩＯＸ処理のナトリウムイオン交換を監視するプロセスでの使用には不適切でありうる。
【0100】
しかしながら、ＦＳＭスペクトルを使用して、複屈折から表面圧縮応力を取得することができる。例えば、４０５ｎｍで動作するＯｒｉｈａｒａ ＳＬＰ ２０００散乱光光弾性応力計を使用して、圧縮の深さと中央張力を取得した。結果が図６に示されている。４０５ｎｍの波長はスペックルを最小化すると考えられることから、透明なガラスセラミックにとって４０５ｎｍの波長は特に有利でありうる。しかしながら、スペックルが大幅に増加する可能性があるが、より高い波長（例えば、６３３ｎｍ）を使用することもできる。このような幾つかの実施形態では、測定中に試験片を動かすことによってスペックルを平均化することができる。
【0101】
Ｏｒｉｈａｒａ ＳＬＰ ２０００には、２倍の倍率のテレセントリックレンズが組み込まれており、深さ方向に最大６００μｍのカメラ視野を実現する。しかしながら、ガラスセラミックの高屈折率の性質に起因して、深さの知覚を約８００μｍまで拡張することができ、ＳＬＰ ２０００を使用して、本明細書に記載されるさまざまなガラスセラミック物品の完全な応力プロファイル測定を得ることができる。
【0102】
動作中、４０５ｎｍのレーザダイオードは、ガラスセラミックに入る前に、液晶可変リターダを介して周期的に位相変調される。ガラスセラミックの応力分布に起因して、散乱光はガラスセラミックの厚さを通過するときに強度と位相の変化を経験する。光は全方向に散乱するが、ガラスセラミックの表面に対して４５°に設定されたカメラは、レーザ経路に沿った強度変動の垂直成分をキャプチャする。レーザ経路に沿った各点で経験する位相シフトは、画像分析によってキャプチャされ、内部応力σは次式（２）に従って推定することができる：
【0103】
【数2】
【0104】
式中、λはレーザの波長であり、βは応力光学係数（ＳＯＣ）であり、φは位相シフトであり、ｘは光路長である。
【0105】
ＳＬＰ ２０００ソフトウェアは、試料内のレーザビームのライブ表示を提供する。さまざまな実施形態では、６次多項式フィットを使用して、さまざまなガラスセラミック試料にわたって一貫した結果を提供することができる。しかしながら、処理領域、レーザ波長、及び適切なフィッティング関数は、特定の実施形態に応じて変化しうる。
【0106】
あるいは、品質管理計測は、圧縮応力の積分から導き出すことができる。特に、イオン交換による圧縮応力の積分は、イオン交換されたイオンの数と相関関係がある。より大きいイオンがより小さいイオンに置き換わると、イオン交換プロセスがピーク中央張力より下で行われる限り、ガラス物品は中央張力と相関する寸法成長を経験する。中央張力のピークに達すると、イオン交換の成長はまだ存在するが、寸法成長と中央張力との相関関係はもはや無効である。３つの異なる塩濃度による中央張力と％寸法成長との相関関係の例が図７に示されている。
【0107】
図７では、ＭＰａ単位での中央張力がＸ軸に沿って示されており、一方、長さの％単位の寸法成長がＹ軸に沿って示されている。ガラスセラミック試料の各々は組成物Ａから製造した。プロット７０２は、５０質量％のＫＮＯ３及び５０質量％のＮａＮＯ３の浴中で０．１質量％のＬｉＮＯ３と４７０℃でイオン交換したガラスセラミック試料の相関関係を示している。プロット７０４は、７０質量％のＫＮＯ３及び３０質量％のＮａＮＯ３の浴中で０．１質量％のＬｉＮＯ３と４７０℃でイオン交換したガラスセラミック試料の相関関係を示している。プロット７０６は、６０質量％のＫＮＯ３及び４０質量％のＮａＮＯ３の浴中で０．１質量％のＬｉＮＯ３と５００℃でイオン交換したガラスセラミック試料の相関関係を示している。図７に示されるように、イオン交換による％寸法成長は、ピーク圧縮応力値を下回る圧縮応力を測定する方法として使用することができる。特に、プロット７０６は、８時間後に中央張力が約９５ＭＰａに達することを示しており、イオン交換の増加は、圧縮応力と相関しない寸法成長の増加を示している。特に、透明なガラス及びガラスセラミック材料については、次式（３）に従って、寸法成長を中央張力と相関させることができる：
【0108】
【数3】
【0109】
式中、ＣＴは、ＭＰａ単位の中央張力であり、ＤＧは、中央張力がピーク中央張力を下回る場合の寸法成長の％長さである。
【0110】
不透明な材料では、％寸法成長は、マイクロプローブによって取得された元素プロファイルで較正し、次式（４）に従って格子膨張定数を使用して応力に変換することができる：
【0111】
【数4】
【0112】
式中、Ｃ（ｚ）はｚにおける大きいカチオンの濃度であり、ｈはガラスの厚さであり、Ｂはネットワーク膨張係数であり、Ｅはヤング率であり、ｖはポアソン比であり、ｚはガラスの厚さを横切るガラス表面からの距離であり、その値は表面において０及びｈである。
【0113】
イオン交換したガラスセラミック物品
さまざまな実施形態では、結果的に得られるイオン交換したガラスセラミック物品は、透明であっても不透明であってもよく、イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの圧縮の深さ（ＤＯＣ）を有し、ここで、ｔはイオン交換したガラスセラミック物品の厚さである。言い換えれば、イオン交換したガラスセラミック物品の応力は、該イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの深さで圧縮応力から引張応力へと遷移する。さまざまな実施形態では、ＤＯＣは８０μｍ超でありうる。例えば、圧縮の深さは、８０μｍ～３００μｍ、１００μｍ～２５０μｍ、１５０μｍ～２００μｍ、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲でありうる。深いＤＯＣは、耐損傷性を提供することができ、例えば、アスファルトなどの粗い表面にガラスセラミック物品を落下させることによって生じうる鋭い欠陥に対する耐性を提供することができる。
さまざまな実施形態では、結果的に得られるイオン交換したガラスセラミック物品は、透明であっても不透明であってもよく、イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの圧縮の深さ（ＤＯＣ）を有し、ここで、ｔはイオン交換したガラスセラミック物品の厚さである。言い換えれば、イオン交換したガラスセラミック物品の応力は、該イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの深さで圧縮応力から引張応力へと遷移する。さまざまな実施形態では、ＤＯＣは８０μｍ超でありうる。例えば、圧縮の深さは、８０μｍ～３００μｍ、１００μｍ～２５０μｍ、１５０μｍ～２００μｍ、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲でありうる。深いＤＯＣは、耐損傷性を提供することができ、例えば、アスファルトなどの粗い表面にガラスセラミック物品を落下させることによって生じうる鋭い欠陥に対する耐性を提供することができる。
【0114】
本明細書に記載されるさまざまな実施形態では、結果的に得られるイオン交換したガラスセラミック物品は、該イオン交換したガラスセラミック物品の最大中央張力（絶対値）（ＣＴ）の１．８～２．２倍の外面における最大圧縮応力（絶対値）を有する。例えば、最大圧縮応力の絶対値は、例えば、２｜ＣＴ｜でありうる。実施形態では、最大中央張力の絶対値は、少なくとも６０ＭＰａ以上又は７０ＭＰａ以上である。例えば、最大中央張力の絶対値は、６０ＭＰａ～１６０ＭＰａ、６０ＭＰａ～１５０ＭＰａ、６０ＭＰａ～１４０ＭＰａ、６０ＭＰａ～１３０ＭＰａ、６０ＭＰａ～１２０ＭＰａ、６０ＭＰａ～１１０ＭＰａ、６０ＭＰａ～１００ＭＰａ、７０ＭＰａ～１６０ＭＰａ、７０ＭＰａ～１５０ＭＰａ、７０ＭＰａ～１４０ＭＰａ、７０ＭＰａ～１３０ＭＰａ、７０ＭＰａ～１２０ＭＰａ、７０ＭＰａ～１１０ＭＰａ、７０ＭＰａ～１００ＭＰａ、８０ＭＰａ～１６０ＭＰａ、８０ＭＰａ～１５０ＭＰａ、８０ＭＰａ～１４０ＭＰａ、８０ＭＰａ～１３０ＭＰａ、８０ＭＰａ～１２０ＭＰａ、８０ＭＰａ～１１０ＭＰａ、８０ＭＰａ～１００ＭＰａ、９０ＭＰａ～１６０ＭＰａ、９０ＭＰａ～１５０ＭＰａ、９０ＭＰａ～１４０ＭＰａ、９０ＭＰａ～１３０ＭＰａ、９０ＭＰａ～１２０ＭＰａ、９０ＭＰａ～１１０ＭＰａ、９０ＭＰａ～１００ＭＰａ、１００ＭＰａ～１６０ＭＰａ、１００ＭＰａ～１５０ＭＰａ、１００ＭＰａ～１４０ＭＰａ、１００ＭＰａ～１３０ＭＰａ、１００ＭＰａ～１２０ＭＰａ、１００ＭＰａ～１１０ＭＰａ、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲でありうる。
【0115】
イオン交換したガラスセラミック物品はさらに、さまざまな実施形態では、１０８ＭＰａ～３５０ＭＰａの最大圧縮応力を有する。例えば、最大圧縮応力の絶対値は、１０８ＭＰａ～３５０ＭＰａ、１０８ＭＰａ～３２５ＭＰａ、１０８ＭＰａ～３００ＭＰａ、１０８ＭＰａ～２７５ＭＰａ、１０８ＭＰａ～２５０ＭＰａ、１０８ＭＰａ～２２５ＭＰａ、１０８ＭＰａ～２００ＭＰａ、１８０ＭＰａ～３５０ＭＰａ、１８０ＭＰａ～３２５ＭＰａ、１８０ＭＰａ～３００ＭＰａ、１８０ＭＰａ～２７５ＭＰａ、１８０ＭＰａ～２５０ＭＰａ、１８０ＭＰａ～２２５ＭＰａ、１８０ＭＰａ～２００ＭＰａ、２００ＭＰａ～３５０ＭＰａ、２００ＭＰａ～３２５ＭＰａ、２００ＭＰａ～３００ＭＰａ、２００ＭＰａ～２７５ＭＰａ、２００ＭＰａ～２５０ＭＰａ、２００ＭＰａ～２２５ＭＰａ、２２５ＭＰａ～３５０ＭＰａ、２２５ＭＰａ～３２５ＭＰａ、２２５ＭＰａ～３００ＭＰａ、２２５ＭＰａ～２７５ＭＰａ、２２５ＭＰａ～２５０ＭＰａ、２５０ＭＰａ～３５０ＭＰａ、２５０ＭＰａ～３２５ＭＰａ、２５０ＭＰａ～３００ＭＰａ、２５０ＭＰａ～２７５ＭＰａ、２７５ＭＰａ～３５０ＭＰａ、２７５ＭＰａ～３２５ＭＰａ、２７５ＭＰａ～３００ＭＰａ、３００ＭＰａ～３５０ＭＰａ、３００ＭＰａ～３２５ＭＰａ、３２５ＭＰａ～３５０ＭＰａ、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲でありうる。
【0116】
破壊靱性を使用して、イオン交換したガラスセラミック物品を特徴付けすることもできる。さまざまな実施形態では、イオン交換したガラスセラミック物品は、同じ組成の試料でイオン交換前に二重片持梁法に従って測定して、１Ｍｐａ√ｍ以上の破壊靱性を有する。例えば、さまざまな実施形態では、イオン交換したガラスセラミック物品は、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ～１．５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有する。
【0117】
本明細書に記載されるさまざまな実施形態を使用して、ガラスセラミック物品の脆弱性を低減することもできる。したがって、さまざまな実施形態では、ガラスセラミック物品はイオン交換されると壊れにくい。壊れやすい挙動とは、ガラスセラミック物品が衝撃又は損傷を受けたときの特定の破壊挙動を指す。本明細書で利用されるように、ガラスは、脆弱性試験の結果として、試験領域において次のうちの１つ以上を示す場合、壊れにくいと見なされる：（１）最大寸法が１ｍｍ以上の破片が４つ以下である、及び／又は（２）分岐の数が亀裂の分枝の数以下である。破片、分岐、及び亀裂の分枝は、衝撃点を中心とする２インチ×２インチ（約５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ）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２インチ×２インチ（約５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ）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、壊れにくいと見なされる。脆弱性試験では、衝撃プローブがガラスと接触するように持ち込まれ、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によって増加する。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れ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であろう過度の外力の印加を防ぐ。幾つかの実施形態では、ガラス内の衝撃プローブの深さは、各反復で約５μｍだけ増加させてよく、衝撃プローブは、各反復の合間にガラスとの接触から取り除かれる。試験領域は、衝撃点を中心とする２インチ×２インチ（約５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ）の正方形である。本明細書で利用されるように、亀裂分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、本明細書に記載される強化ガラス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、ガラスセラミック物品の脆弱性又は脆弱な挙動の決定には使用されない。幾つかの実施形態では、ガラスセラミック物品の破壊挙動に影響を及ぼさないフィルムを、脆弱性試験の前にガラスセラミック物品に施して、ガラス物品からの破片の放出を防ぎ、試験を実施する人の安全性を高めることができる。
【0118】
対照的に、脆弱なガラス物品は、４つ以下の破片、又は亀裂の分枝の数以下の分岐の数を示さない。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、強化されたガラスシートの表面に１つ以上の新しい亀裂を生成し、亀裂を、圧縮領域を通って（すなわち、圧縮の深さへ）引張領域（すなわち、中央張力下にある領域）内へと延ばすのに十分である。
【0119】
したがって、本明細書に記載される化学的に強化されたガラスセラミック物品は「壊れにくい」、すなわち、鋭利な物体による衝撃を受けたときに、上記のように壊れやすい挙動を示さない。
【実施例0120】
さまざまな実施形態をより容易に理解するために、さまざまな実施形態を説明することを意図した以下の実施例を参照する。特に断りのない限り、各実施例の各試料の厚さは０．８ｍｍであった。
【0121】
実施例１
組成物Ａから形成されたガラスセラミック試料を異なるイオン交換処理に供し、３６５ｎｍのＯｒｉｈａｒａ ＦＳＭを使用して各試料のＦＳＭスペクトルを得た。結果が図８Ａ～８Ｅに示されている。
組成物Ａから形成されたガラスセラミック試料を異なるイオン交換処理に供し、３６５ｎｍのＯｒｉｈａｒａ ＦＳＭを使用して各試料のＦＳＭスペクトルを得た。結果が図８Ａ～８Ｅに示されている。
【0122】
図８Ａでは、ガラスセラミック試料を１００質量％のＫＮＯ３及び０．１質量％のＬｉＮＯ３の浴中でのイオン交換処理に５００℃で１０時間、供した。図８Ｂでは、ガラスセラミック試料を９５質量％のＫＮＯ３、５質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３の浴中でのイオン交換処理に５００℃で１２時間、供した。図８Ｃでは、ガラスセラミック試料を９０質量％のＫＮＯ３、１０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３の浴中でのイオン交換処理に５００℃で１２時間、供した。図８Ａ～８Ｃに示されるように、イオン交換品質管理計測での使用に適したＴＥ及びＴＭフリンジが製造される。
【0123】
図８Ｄでは、ガラスセラミック試料を８０質量％のＫＮＯ３、２０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３の浴中でのイオン交換処理に５００℃で１６時間、供した。図８Ｅでは、ガラスセラミック試料を８０質量％のＫＮＯ３、２０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３の浴中でのイオン交換処理に４８０℃で１６時間、供した。図８Ｄ及び８Ｅのフリンジは高度な画像処理方法を使用した計測に適しうるが、ナトリウムのイオン交換の増加に起因して、フリンジのコントラスト又は臨界角の遷移が減少し、それによって屈折率が低下する。理論に縛られはしないが、図８Ｄ及び８Ｅに見られるように、ナトリウムからリチウムへのイオン交換は、速い速度で進行し、カリウムとナトリウムとのイオン交換が屈折率を増加させるよりも速く表面層の屈折率を低下させるため、ナトリウム濃度が約１０質量％のＮａＮＯ３を上回ると、カリウムフリンジが白化し始める。図８Ｄの試料はまた、１２時間の処理時間の図８Ｃに示されるものに匹敵するスペクトルを得るために、より長い処理時間（１６時間）を受けた。
【0124】
図８Ａ～８Ｃに用いられた各試料について、圧縮応力及び最大中央張力も測定し、図８Ａ～８Ｃの対応するものに最大中央張力値が示されている。図８Ａに示されるように、純粋なＫＮＯ３／ＬｉＮＯ３塩浴で処理されたガラスセラミック物品の最大中央張力は、ＫＮＯ３／ＮａＮＯ３／ＬｉＮＯ３で処理されたガラスセラミック物品（それぞれ、図８Ｂ及び８Ｃについて７１ＭＰａ及び８４ＭＰａ）と比較して低い（２７ＭＰａ）。しかしながら、２０質量％のＮａＮＯ３を含む試料の処理時間が長くなると（図８Ｄ及び８Ｅ）、ナトリウムのプロファイルが深くなり、中心張力のピークを超えて広がり、圧縮応力の値が低くなる。
【0125】
実施例２
イオン交換強化の前は、ガラスセラミック物品のガラスネットワークのさまざまな構成成分（例えば、例えば、ＳｉＯ２及びＢ２Ｏ３などのガラス形成剤、例えば、Ａｌ２Ｏ３などの中間体、及び例えば、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏなどの改質剤等）の濃度は、概して、ガラスセラミック物品の外面からガラスセラミック物品の厚さにわたって均一に分布している。例えば、ガラスセラミック物品は、１つ以上のガラス形成剤を含み、ガラス形成剤の濃度は、ガラスセラミック物品の厚さ全体にわたって実質的に一定である。加えて、ガラスセラミック物品は、１つ以上の改質剤、例えば、Ｎａ２Ｏ及び／又は別のアルカリ酸化物を含み、改質剤の濃度は、ガラスセラミック物品の厚さ全体にわたって実質的に一定である。
イオン交換強化の前は、ガラスセラミック物品のガラスネットワークのさまざまな構成成分（例えば、例えば、ＳｉＯ２及びＢ２Ｏ３などのガラス形成剤、例えば、Ａｌ２Ｏ３などの中間体、及び例えば、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏなどの改質剤等）の濃度は、概して、ガラスセラミック物品の外面からガラスセラミック物品の厚さにわたって均一に分布している。例えば、ガラスセラミック物品は、１つ以上のガラス形成剤を含み、ガラス形成剤の濃度は、ガラスセラミック物品の厚さ全体にわたって実質的に一定である。加えて、ガラスセラミック物品は、１つ以上の改質剤、例えば、Ｎａ２Ｏ及び／又は別のアルカリ酸化物を含み、改質剤の濃度は、ガラスセラミック物品の厚さ全体にわたって実質的に一定である。
【0126】
しかしながら、イオン交換後、例えばＫ２Ｏなどのアルカリ酸化物の濃度は、ガラスセラミック物品の外面からの深さの関数としてガラスセラミック物品内で変化する。ガラスセラミック物品における単一フリンジのイオン交換処理の効果を決定するために、組成物Ａから形成された０．８ｍｍの厚さを有するガラスセラミック物品を、８０質量％のＫＮＯ３、２０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を含む浴中での単一フリンジのイオン交換処理で、５００℃で１６時間、処理した（単一フリンジの実施例）。組成物Ａから形成された０．８ｍｍの厚さを有する別のガラスセラミック物品を、３０質量％のＫＮＯ３、７０質量％のＮａＮＯ３、及び０．０５質量％のＬｉＮＯ３を含む浴中での従来のイオン交換処理で４７０℃で１２時間、処理し、続いて、３０質量％のＫＮＯ３及び７０質量％のＮａＮＯ３を含む浴中、４７０℃で１時間、処理した（従来のＩＯＸの例）。例えばアルカリ構成成分など、ガラス中のさまざまな構成成分の濃度プロファイルを、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）で測定した。該プロファイルが図９に示されている。
【0127】
具体的には、Ｋ２Ｏの濃度は、ガラスセラミック物品の表面からガラスセラミック物品の中心線ＣＬの方向に低下し、単一フリンジのＩＯＸ処理（９０２）及び従来のＩＯＸ処理（９０４）の両方で、０モル％の濃度まで低下する。
【0128】
Ｎａ２Ｏの濃度（９０６）は、ガラスセラミック物品の表面から単一フリンジのＩＯＸに供されたガラスセラミック物品の中心線ＣＬの方向に向かって、増加し、次に低下する。すなわち、表面からの距離の関数としてのガラスセラミック物品におけるＮａ２Ｏの濃度９０４は、最初は正の勾配を有するが、その後、負の勾配を有する。さまざまな実施形態では、表面Ｎａ２Ｏ濃度と最小Ｎａ２Ｏ濃度との差は５モル％未満であり、表面Ｎａ２Ｏ濃度は１０モル％未満である。さまざまな実施形態では、Ｎａ２Ｏの濃度は、イオン交換したガラスセラミック物品の厚さ全体にわたって０モル％より大きい。例えば、さまざまな実施形態におけるＮａ２Ｏの濃度は、０モル％超２．５モル％未満である。
【0129】
対照的に、従来のＩＯＸ処理に供されたガラスセラミック物品についてのＮａ２Ｏの濃度（９０８）は、表面スパイクを有し、これは、ガラスセラミック物品の表面からガラスセラミック物品の中心線ＣＬの方向に向かって下降し、低下する。したがって、９０６と９０８との比較からわかるように、単一フリンジのＩＯＸ処理は、表面近くのナトリウムの量を大幅に減少させるが（約２．５モル％対約２０モル％）、一方、深いナトリウムプロファイル（耐損傷性に役立つ）は、約８０μｍを超える従来のＩＯＸ処理のプロファイルに匹敵し、深い圧縮の深さを示す。
【0130】
さらには、図９では、単一フリンジのＩＯＸに供されたガラスセラミック物品のＬｉ２Ｏ濃度（９１０）は、ガラスセラミック物品の表面からガラスセラミック物品の中心線ＣＬまでの距離が増加するにつれて、表面Ｌｉ２Ｏ濃度から中心線ＣＬにおける最大Ｌｉ２Ｏ濃度へと増加する。さまざまな実施形態では、表面Ｌｉ２Ｏ濃度と最大Ｌｉ２Ｏ濃度との差は５モル％未満である。さまざまな実施形態では、Ｌｉ２Ｏの最大濃度は１９モル％～３２モル％である。対照的に、従来のＩＯＸに供されたガラスセラミック物品のＬｉ２Ｏ濃度（９１２）は、表面近くで急激に増加し、その後、ガラスセラミック物品の表面からガラスセラミック物品の中心線ＣＬまでの距離が増加するにつれて、表面Ｌｉ２Ｏ濃度から中心線ＣＬにおける最大Ｌｉ２Ｏ濃度へと増加し続ける。しかしながら、表面Ｌｉ２Ｏ濃度と最大Ｌｉ２Ｏ濃度との差は、１０モル％超、１５モル％超、又はさらには１８モル％超である。
【0131】
ガラスセラミック物品中のアルカリ酸化物の濃度は、イオン交換強化の結果として変化するが、ガラスネットワークの他の構成要素（例えば、ガラス形成剤、中間体、及び非可動改質剤、例えば、アルカリ土類酸化物（ＣａＯ、ＭｇＯなど））の濃度は実質的に同じままである（例えば、ガラスセラミック物品の厚さを通して実質的に均一である）ものと理解されたい。
【0132】
実施例３
単一フリンジのＩＯＸで処理されたガラスセラミック物品の中央張力をさらに増加させるために、２ステップイオン交換プロセスを研究した。実施例３の物品はすべて組成物Ａから形成した。単一フリンジのＩＯＸ処理に供されたガラスセラミック物品のＦＳＭスペクトルが、図１０Ａ～１０Ｈに示されている。特に、図１０Ａ～１０Ｈの各々は、組成物Ａから形成され、イオン交換処理に供されたガラスセラミック物品についての３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトルを示している。
単一フリンジのＩＯＸで処理されたガラスセラミック物品の中央張力をさらに増加させるために、２ステップイオン交換プロセスを研究した。実施例３の物品はすべて組成物Ａから形成した。単一フリンジのＩＯＸ処理に供されたガラスセラミック物品のＦＳＭスペクトルが、図１０Ａ～１０Ｈに示されている。特に、図１０Ａ～１０Ｈの各々は、組成物Ａから形成され、イオン交換処理に供されたガラスセラミック物品についての３６５ｎｍにおけるＦＳＭスペクトルを示している。
【0133】
図１０Ａでは、ガラスセラミック物品を、９０質量％のＫＮＯ３、１０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を含む処理に５００℃で１２時間、供した。結果として得られたガラスセラミック物品は、８４ＭＰａの最大中央張力を有していた。次に、ガラスセラミック物品を６０質量％のＫＮＯ３、４０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を含む処理に５００℃で４時間、供した。結果として得られたガラスセラミック物品は１０３ＭＰａの最大中央張力を有していた。図１０Ａと図１０Ｂとの比較によって示されるように、第１のステップは、十分に発達したフリンジを示し（図１０Ａ）、一方、第２のステップではナトリウムイオンのイオン交換が増加し、最大中央張力を含む中央張力が増加した（図１０Ｂ）。しかしながら、第２のステップの後、ナトリウムイオン交換の増加に起因してフリンジがコントラストを失い始め（又は「ブリーチアウト」し）、表面層の屈折率が低下した。
【0134】
図１０Ｃでは、ガラスセラミック物品を、９５質量％のＫＮＯ３、５質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を含む処理に５００℃で１２時間、供した。結果として得られたガラスセラミック物品は７１ＭＰａの最大中央張力を有していた。次に、ガラスセラミック物品を６０質量％のＫＮＯ３、４０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を含む処理に５００℃で４時間、供した。結果として得られたガラスセラミック物品は９８ＭＰａの最大中央張力を有していた。図１０Ａ及び１０Ｂと同様に、第１のステップは、十分に発達したフリンジを示し（図１０Ｃ）、一方、第２のステップではナトリウムイオンのイオン交換が増加し、最大中央張力を含む中央張力が増加した（図１０Ｄ）。この場合も、第２のステップの後に、ナトリウムイオン交換の増加に起因してフリンジがコントラストを失い始め（又は「ブリーチアウト」し）、表面層の屈折率が低下した。
【0135】
図１０Ｅでは、ガラスセラミック物品を、６０質量％のＫＮＯ３、４０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を含む処理に５００℃で７時間、供した。結果として得られたガラスセラミック物品は１００ＭＰａの最大中央張力を有していた。次に、ガラスセラミック物品を、９３質量％のＫＮＯ３、７質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を含む処理に５００℃で４時間供した（図１０Ｆ）。結果として得られたガラスセラミック物品は９５ＭＰａの最大中央張力を有していた。第１のステップでの高濃度のナトリウム塩は、深いＤＯＣで圧縮応力を生成したが（図１０Ｅ）、一方、カリウムフリンジが、高濃度のカリウム塩を含んでいた第２のステップで発生した（図１０Ｆ）。
【0136】
図１０Ｇでは、ガラスセラミック物品を、６０質量％のＫＮＯ３、４０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を含む処理に５００℃で６時間、供した。結果として得られたガラスセラミック物品は１０３ＭＰａの最大中央張力を有していた。次に、ガラスセラミック物品を９０質量％のＫＮＯ３、１０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を含む処理に５００℃で５時間、供した。結果として得られたガラスセラミック物品は１０１ＭＰａの最大中央張力を有していた。図１０Ｅ及び１０Ｆと同様に、第１のステップでのナトリウム塩の濃度は、深いＤＯＣで圧縮応力を生成したが（図１０Ｇ）、一方、カリウムフリンジが、高濃度のカリウム塩を含んでいた第２のステップで発生した（図１０Ｈ）。
【0137】
実施例４
ガラス及びガラスセラミック物品をさまざまなイオン交換処理のうちの１つに供し、耐損傷性を測定した。イオン交換条件、応力プロファイル特性、及び強度（破壊）試験値が下記表２に提供されている。試料はすべて０．８ｍｍの厚さを有していた。
ガラス及びガラスセラミック物品をさまざまなイオン交換処理のうちの１つに供し、耐損傷性を測定した。イオン交換条件、応力プロファイル特性、及び強度（破壊）試験値が下記表２に提供されている。試料はすべて０．８ｍｍの厚さを有していた。
【0138】
試料Ａは、モル％単位で：７１ ＳｉＯ２；１．９ Ｂ２Ｏ３；１２．８ Ａｌ２Ｏ３；２．４ Ｎａ２Ｏ；８．２ Ｌｉ２Ｏ；２．９ ＭｇＯ；０．８ ＺｎＯ；０．０２ Ｆｅ２Ｏ３；０．０１ ＺｒＯ２；０．０６ ＳｎＯ２の公称組成を有し、かつ、従来のＩＯＸ処理に供されたガラス物品であった。試料Ａは、二重片持梁法で０．８４Ｍｐａ√ｍの破壊靱性を有していた。試料Ｂは、モル％単位で：５８．４ ＳｉＯ２；６．１ Ｂ２Ｏ３；１７．８ Ａｌ２Ｏ３；１．７ Ｎａ２Ｏ；０．２ Ｋ２Ｏ；１０．７ Ｌｉ２Ｏ；４．４ ＭｇＯ；０．６ ＣａＯ；０．０２ Ｆｅ２Ｏ３；０．０１ ＺｒＯ２；０．０８ ＳｎＯ２の公称組成を有し、かつ、従来のＩＯＸ処理に供されたガラス物品であった。試料Ｂは、二重片持梁法で０．９５Ｍｐａ√ｍの破壊靱性を有していた。試料Ｃは、組成物Ａから形成され、従来の２ステップのＩＯＸ処理に供されたガラスセラミック物品であった。試料Ｄは、組成物Ａから形成され、さまざまな実施形態による単一フリンジのＩＯＸ処理に供されたガラスセラミック物品であった。試料Ｅは、組成物Ａから形成され、さまざまな実施形態による２ステップの単一フリンジＩＯＸ処理に供されたガラスセラミック物品であった。試料Ｆは、組成物Ａから形成され、さまざまな実施形態による異なる２ステップの単一フリンジＩＯＸ処理に供されたガラスセラミック物品であった。試料Ｇは、組成物Ａから形成され、さまざまな実施形態による異なる２ステップの単一フリンジＩＯＸ処理に供されたガラスセラミック物品であった。
【0139】
【表2】
【0140】
表２に破壊として報告されている強度は、スラッパーを介して８０グリットのサンドペーパーで打撃して１．３Ｊのエネルギーを加えることによってガラスに損傷を導入した後、４点曲げ試験で破壊応力を加えて破壊させることによって測定した。該方法は、米国特許出願公開第２０１９／００７２４７９Ａ１号に記載されている。試験は、ガラスセラミック物品の試験片が振り子のボブに取り付けられ、次にそれを使用して試験片を粗い衝撃面と接触させる、平らな面から湾曲した面までの範囲の表面を有する単純な振り子を含む装置をベースとした動的衝撃試験を使用して実施した。該装置は、ここに参照することによってその全体が本明細書に取り込まれる、国際公開第２０１７／１００６４６号に詳細に記載されている。試験を実行するために、試料をホルダに充填し、次に振り子の平衡位置から後方に（１．３Ｊのエネルギーが試験される試験片に適用される位置まで）引っ張り、解放して、衝撃面に動的な衝撃を与える。衝撃面には、実施例で指定されたグリットを有するサンドペーパーの形態で、衝撃面に取り付けられた研磨シートが含まれていた。サンドペーパーを２５ｍｍ四方のピースに切断し、切断処理中にピースが曲がった場合にはサンドペーパーを平らにした。
【0141】
ベースの曲面の曲率半径は、基板が曲面の周りで曲げられたときに１００ＭＰａの曲げ引張力をもたらすように選択され、引張力は、外部から加えられた引張力であり、基板を曲げる応力から生じる。
【0142】
実施例５
次に、組成物Ａから形成されたガラスセラミック物品をイオン交換処理に供し、ＲＮＦを使用してそれらの応力プロファイルを測定した。結果が図１１に示されている。組成物Ａから形成され、６０質量％のＫＮＯ３、４０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いた単一フリンジのイオン交換を用いて５００℃で１０時間処理し、次に、９３質量％のＫＮＯ３、７質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いて５００℃で５時間、処理した（表２の試料Ｇと同じ）ガラスセラミック物品は、応力プロファイル１１０２を示した。組成物Ａから形成され、６０質量％のＫＮＯ３、４０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いた単一フリンジのイオン交換を用いて５００℃で７時間、処理し、次に、９３質量％のＫＮＯ３、７質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いて５００℃で５時間、処理した（表２の試料Ｆと同じ）ガラスセラミック物品は、応力プロファイル１１０４を示した。組成物Ａから形成され、３０質量％のＫＮＯ３、７０質量％のＮａＮＯ３、及び０．０５質量％のＬｉＮＯ３を含む浴を用いた従来のイオン交換処理で４７０℃で１２時間、処理し、次に、３０質量％のＫＮＯ３、７０質量％のＮａＮＯ３を用いて４７０℃で１．５時間、処理した（表２の試料Ｃと同じ）ガラスセラミック物品は、応力プロファイル１１０６を示した。図１１に示されるように、プロファイル１１０２及び１１０４の両方の応力は、ガラスセラミック物品の外面からの距離が増加するにつれて、圧縮応力から引張応力へと低下する。
次に、組成物Ａから形成されたガラスセラミック物品をイオン交換処理に供し、ＲＮＦを使用してそれらの応力プロファイルを測定した。結果が図１１に示されている。組成物Ａから形成され、６０質量％のＫＮＯ３、４０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いた単一フリンジのイオン交換を用いて５００℃で１０時間処理し、次に、９３質量％のＫＮＯ３、７質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いて５００℃で５時間、処理した（表２の試料Ｇと同じ）ガラスセラミック物品は、応力プロファイル１１０２を示した。組成物Ａから形成され、６０質量％のＫＮＯ３、４０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いた単一フリンジのイオン交換を用いて５００℃で７時間、処理し、次に、９３質量％のＫＮＯ３、７質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いて５００℃で５時間、処理した（表２の試料Ｆと同じ）ガラスセラミック物品は、応力プロファイル１１０４を示した。組成物Ａから形成され、３０質量％のＫＮＯ３、７０質量％のＮａＮＯ３、及び０．０５質量％のＬｉＮＯ３を含む浴を用いた従来のイオン交換処理で４７０℃で１２時間、処理し、次に、３０質量％のＫＮＯ３、７０質量％のＮａＮＯ３を用いて４７０℃で１．５時間、処理した（表２の試料Ｃと同じ）ガラスセラミック物品は、応力プロファイル１１０６を示した。図１１に示されるように、プロファイル１１０２及び１１０４の両方の応力は、ガラスセラミック物品の外面からの距離が増加するにつれて、圧縮応力から引張応力へと低下する。
【0143】
低屈折率層を有するガラスセラミック物品の応力プロファイル１１０６は、表面から０．１ｔ以上の深さまで高い圧縮応力（例えば、８０ＭＰａを上回る）を有し、ここでｔはガラスセラミックの厚さである。しかしながら、応力プロファイル１１０２及び１１０４は、１２０μｍ又は０．１５ｔを超える深さでの圧縮応力を増加させた。具体的には、圧縮応力の増加とは、０．１５ｔの深さで４０ＭＰａ以上、０．１９ｔの深さで３０ＭＰａ以上、０．１９ｔの深さで２０ＭＰａ以上の圧縮応力である。加えて、応力プロファイル１１０２及び１１０４は、０．２０ｔ、０．２１ｔ、又は０．２２ｔを超える、実質的により大きい圧縮深さを示す。
【0144】
応力プロファイル１１０２及び１１０４はまた、スパイクに続く深さ範囲において生じる明確に定義された屈曲部応力ＣＳｋも含む。理論に縛られはしないが、屈曲部応力は、カリウム濃度が試料の内部と同じレベルまで安定化した結果であると考えられている。ＣＳｋの値は１００～１５０ＭＰａである。ＣＳｋは、１００ＭＰａ～１５０ＭＰａ、１００ＭＰａ～１４０ＭＰａ、１００ＭＰａ～１３０ＭＰａ、１００ＭＰａ～１２０ＭＰａ、１００ＭＰａ～１１０ＭＰａ、１１０ＭＰａ～１５０ＭＰａ、１１０ＭＰａ～１４０ＭＰａ、１１０ＭＰａ～１３０ＭＰａ、１１０ＭＰａ～１２０ＭＰａ、１２０ＭＰａ～１５０ＭＰａ、１２０ＭＰａ～１４０ＭＰａ、１２０ＭＰａ～１３０ＭＰａ、１３０ＭＰａ～１５０ＭＰａ、１３０ＭＰａ～１４０ＭＰａ、１４０ＭＰａ～１５０ＭＰａ、又はこれらの端点のいずれかから形成されるありとあらゆる部分範囲でありうるものと理解されたい。例えば、最後のイオン交換ステップでＬｉＮＯ３含有量がわずかに低い（例えば、０．０９質量％、０．０８質量％、又は０．０７質量％）実施形態では、表面に低屈折率の層を形成することなく、より高いＣＳｋ値を得ることができる。
【0145】
さまざまな実施形態では、７０ＭＰａ超、８０ＭＰａ超、又はさらには９０ＭＰａを超えるＣＳｋ値は、適度に粗い表面での落下事象中に強化された破壊抵抗をもたらすことができる。理論に縛られはしないが、例えば７０ＭＰａ及び８０ＭＰａなどの引張応力は、１ｍ以上の高さから粗い表面に落下する際に、表面近く及び３０～４０μｍの深さで発生すると考えられる。したがって、さまざまな実施形態では、イオン交換したガラスセラミック物品は、７０ＭＰａを超えるＣＳｋ値を有する。さまざまな実施形態では、ＣＳｋは、複屈折がＣＳｋと直接相関する、プリズム結合（ＦＳＭ）スペクトルにおける臨界角遷移の複屈折での測定を介して測定される。
【0146】
図１１に示されるように、応力プロファイル１１０２及び１１０４はさらに、圧縮応力の表面スパイクを示している。理論に縛られはしないが、表面スパイクはナトリウムイオンではなく、カリウムイオンの濃度の増加によるものと考えられる。特に、これらの試料のカリウム浸透は約５μｍ～約１２μｍに低下し、低カリウム濃度及び各偏光についての単一フリンジのＦＳＭスペクトルと相関している。
【0147】
図１１に示されているプロットに表示される表面の応力は、該応力が非常に短い距離で大きく変化するスパイクを表す精度を制限する屈折近視野（ＲＮＦ）法の解像度が制限されているため、正確であるとは見なされない。したがって、さまざまな実施形態では、表面応力は、可能な限りプリズム結合測定を使用して測定又は推定される。低屈折率の表面層を回避しても、表面にカリウムイオンが豊富にある場合、応力プロファイル１１０２及び１１０４に対応する試料のスパイク領域の平均圧縮応力は１５０ＭＰａ～約３００ＭＰａであり、一方、表面応力は約２００ＭＰａ～約４９０ＭＰａである。上限は、２つのフリンジスペクトルを得るために、かなり長い時間をかけて試料をイオン交換し、２つのフリンジスペクトルで表面圧縮応力を測定するための従来の手段を使用して表面圧縮応力を測定し、次に、非常に長いイオン交換時間の結果として生じた圧縮応力の減少を補正することによって、決定した。理論に縛られはしないが、表面圧縮応力と最大中央張力を含む中央張力は、浴中のＬｉＮＯ３の量に敏感であり、該圧縮応力は、０．０５質量％～０．０７質量％の範囲のＬｉＮＯ３濃度での４００～４９０ＭＰａの範囲から、０．０７質量％～０．１２質量％の範囲のＬｉＮＯ３濃度での３５０～４５０ＭＰａまで、さらに高いＬｉＮＯ３濃度では２５０～４００ＭＰａまで、徐々に低下する。特定の圧縮応力値は、浴内のＮａ／Ｋ比に応じて、範囲内で変化することが理解されるべきであり、最高値は、最後のイオン交換ステップで、低濃度のＮａＮＯ３（例えば、＜５質量％）及び高濃度のＫＮＯ３（例えば、＞９５質量％）の浴で得られる。
【0148】
さらには、応力プロファイル１１０２及び１１０４は、カリウムが豊富な表面スパイクの底と圧縮の深さを実質的に超える深さとの間の領域において非常に小さい二次導関数を有する。この実質的に線形の領域は、０．２５ｔ超～０．４ｔの深さまで延びる。例えば、図１１に示されるように、プロファイルの実質的に線形の領域は、２００μｍを超え、さらに２４０μｍ、２８０μｍを超え、又はさらには３２０μｍを超える。実質的に線形の領域の開始は５０μｍ未満であり、特定の実施形態に応じて、３５μｍ、２０μｍ、１５μｍ、又はさらには１０μｍの低さでありうる。対照的に、応力プロファイル１１０６は、最初の０．１ｔ又は８０μｍにおいて非常に高い二次導関数を有する。「実質的に線形」という句は、対象領域の応力プロファイルの二次導関数の絶対値が、領域の平均勾配に比例する限界を超えないことを意味し、限界は１０インバースｍｍ（inverse mm）である。幾つかの実施形態では、線形プロファイルセグメントのより良好な近似を得るために、限界を９、８、７、６、又は５インバースｍｍに設定することができる。
【0149】
応力プロファイル１１０２は約５８０ＭＰａ／ｍｍの平均勾配を有し、一方、二次導関数は２０～２４０μｍ（０．０２５～０．３ｔ）の深さ範囲で１平方ｍｍあたり－３０００～３０００ＭＰａの間に留まる。したがって、一次導関数の絶対値に対する二次導関数の絶対値の比率は、指定された深さ範囲にわたって６未満である。４０～２００μｍ（０．０５～０．２５ｔ）の深さ範囲では、比率は５未満である。
【0150】
さまざまな実施形態では、対象領域の二次導関数は、対象領域のプロファイルに対して近似多項式フィットを取得し、次に多項式フィットの導関数を取得することによって推定される。この方法により、有限差分による実験プロファイルの直接二次導関数を計算するときに通常発生するノイズを低減又はさらには排除することが可能になる。しかしながら、幾つかの実施形態では、近似多項式フィット（例えば、０．９９９以上のＲ２を有する多項式フィット）を得ることが困難な場合がある。このような実施形態では、実質的に線形のセグメントの別の態様、例えば、局所的な傾斜がセグメントの範囲にわたって有意に変化しないことなどを考慮することができる。例えば、応力プロファイル１１０２は、対象領域において４７０ＭＰａ／ｍｍを下回らず、６４０ＭＰａ／ｍｍを超えない勾配を有しており、よって、１７０ＭＰａ／ｍｍ未満の勾配の全変動は、この領域の平均勾配の３０％を超えない。したがって、幾つかの実施形態では、「実質的に線形」とは、勾配の全変動が平均勾配の３０％、２５％、２０％、又は１５％を超えないことを意味する。
【0151】
応力プロファイル１１０４は、深い対象領域（スパイク領域を除く）において、応力プロファイル１１０２の平均勾配よりもわずかに高い平均勾配を有する。特に、平均勾配は６００～６７０ＭＰａ／ｍｍである。応力プロファイル１１０２と同様に、応力プロファイル１１０４の実質的に線形の領域は、観察されている実質的に線形のプロファイルの特定の条件に応じて、３０、２５、２０、又は１５μｍの下限から３２０、３００、２８０、２４０、又は２００μｍの上限まで延びる。上限は、厚さの大部分（例えば、０．２５ｔ、０．３ｔ、０．３５ｔ、０．３７ｔ、又はさらには０．４ｔ）を表す。したがって、さまざまな実施形態では、イオン交換したガラスセラミック物品の応力プロファイルは、実質的に線形のプロファイルの最も厳しい条件が観察された場合でさえも、０．２５ｔ又は０．３ｔを超える幅で０．０２ｔ～０．４ｔの範囲にわたる実質的に線形の領域を有する。
【0152】
応力プロファイル１１０２及び１１０４はまた、ピーク中央張力（示される実施例における最大中央張力）が６０ＭＰａ～１２０ＭＰａであることも示している。幾つかの実施形態では、ピーク中央張力は１０８ＭＰａ未満又は１０２ＭＰａ未満である。理論に縛られはしないが、１２０ＭＰａ未満、又はさらには１０８ＭＰａ未満のピーク中央張力値は、低屈折率表面層の形成及び／又は化学的耐久性の課題を軽減又は排除することができると考えられる。さらには、ＬｉＮＯ３含有量を０．１質量％から０．０９質量％、０．０８質量％、又はさらには０．０７質量％に減らすことにより、ピーク中央張力を増加させることができると考えられる。加えて、より高い最大中央張力を含む、より高い中央張力レベルは、イオン交換浴の組成、とりわけＬｉＮＯ３含有量をより入念に制御することによって達成することができると考えられる。
【0153】
図１１に示されるように、応力プロファイル１１０２及び１００４は、９．９～１２．５ＭＰａ＊ｍｍの各圧縮領域の圧縮応力の深さの積分と、５２ＭＰａ～６６ＭＰａの圧縮領域の平均応力とを有している。２つの圧縮領域にわたる合計圧縮応力積分は、０．８ｍｍの厚さで除算すると、応力プロファイル１１０２及び１００４の両方について２３．５ＭＰａ～３１．３ＭＰａになる。しかしながら、イオン交換浴のＬｉＮＯ３含有量を０．０６～０．０９質量％に減らすと、最大で１６ＭＰａ＊ｍｍのわずかに高い応力積分が可能になり、複数の部品をイオン交換した結果、浴のＬｉＮＯ３含有量が増加すると、８ＭＰａ＊ｍｍのわずかに低い応力積分が得られる。したがって、浴のＬｉＮＯ３含有量を変えることにより、圧縮領域の平均圧縮応力を、８５ＭＰａ（０．０６～０．０８質量％のＬｉＮＯ３レベル）から４５ＭＰａ（０．２～０．３質量％のＬｉＮＯ３レベル）に変えることができる。さまざまな実施形態では、ガラスセラミック物品の厚さで除算したときの２つの圧縮領域（例えば、ガラスセラミック物品の各対向する表面の近く）の全圧縮応力積分は、２０ＭＰａ～４０ＭＰａの範囲である。圧縮領域と引張領域との間の力のバランスが取れているため、厚さ正規化応力の同じ値と範囲が、引張領域全体の厚さ正規化応力積分に適用されるものと理解されたい。
【0154】
実施例６
ガラスセラミック物品をさまざまなフリンジなしのイオン交換処理に供し、ＲＮＦを使用してそれらの応力プロファイルを測定した。特に、応力プロファイル１２０２は、組成物Ａから形成され、６０質量％のＫＮＯ３、４０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いて５００℃で８時間、処理されたガラスセラミック物品に対応する。応力プロファイル１２０４は、組成物Ａから形成され、７０質量％のＫＮＯ３、３０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いて４７０℃で８時間処理されたガラスセラミック物品に対応する（下記試料Ｏ）。応力プロファイル１２０６は、組成物Ａから形成され、７０質量％のＫＮＯ３、３０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いて４７０℃で１３時間処理されたガラスセラミック物品に対応する（下記試料Ｐ）。最後に、応力プロファイル１２０８は、組成物Ａから形成され、３０質量％のＫＮＯ３、７０質量％のＮａＮＯ３、及び０．０５質量％のＬｉＮＯ３での４７０℃で１２時間の第１のステップ及び３０質量％のＫＮＯ３及び７０質量％のＮａＮＯ３での４７０℃で１．５時間の第２のステップを含む、従来のイオン交換処理を用いて処理されたガラスセラミック物品に対応する（表２の試料Ｃと同じ）。
ガラスセラミック物品をさまざまなフリンジなしのイオン交換処理に供し、ＲＮＦを使用してそれらの応力プロファイルを測定した。特に、応力プロファイル１２０２は、組成物Ａから形成され、６０質量％のＫＮＯ３、４０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いて５００℃で８時間、処理されたガラスセラミック物品に対応する。応力プロファイル１２０４は、組成物Ａから形成され、７０質量％のＫＮＯ３、３０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いて４７０℃で８時間処理されたガラスセラミック物品に対応する（下記試料Ｏ）。応力プロファイル１２０６は、組成物Ａから形成され、７０質量％のＫＮＯ３、３０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３を用いて４７０℃で１３時間処理されたガラスセラミック物品に対応する（下記試料Ｐ）。最後に、応力プロファイル１２０８は、組成物Ａから形成され、３０質量％のＫＮＯ３、７０質量％のＮａＮＯ３、及び０．０５質量％のＬｉＮＯ３での４７０℃で１２時間の第１のステップ及び３０質量％のＫＮＯ３及び７０質量％のＮａＮＯ３での４７０℃で１．５時間の第２のステップを含む、従来のイオン交換処理を用いて処理されたガラスセラミック物品に対応する（表２の試料Ｃと同じ）。
【0155】
図１２に示されるように、応力プロファイルの各々は、ガラスセラミック物品の厚さ（各試料０．８ｍｍ）の約２０％の圧縮の深さを含む。応力プロファイル１２０２は、ＣＳ（ｚ）の一般的に正の二次導関数を有するが、これは、５０μｍ～２４０μｍ（０．０５ｔ～０．３ｔ）の深さ、若しくは、より厳密には５６μｍ～２０８μｍ（０．０７ｔ～０．２６ｔ）の深さまで延びる実質的に線形の領域も含む。実質的に線形の領域の平均応力勾配は約１０００ＭＰａ／ｍｍであり、圧縮の深さは約０．１７ｍｍ（０．２１ｔ）である。最大中央張力は１０７ＭＰａである。応力プロファイル１２０２はまた、２１０～２２０ＭＰａの範囲の高いＣＳｋ、及び１６ＭＰａ＊ｍｍに等しい圧縮領域の圧縮応力の深さ積分も有する。引張領域全体の引張応力の積分は３２ＭＰａ＊ｍｍであり、引張領域の両側の圧縮領域の深さ積分の合計のバランスを取る。厚さに対する全圧縮応力積分の比は４０ＭＰａである。加えて、圧縮領域の平均圧縮応力は９４ＭＰａであり、これは、表面のｚ＝０からＤＯＣ（応力プロファイル１２０２では０．１７ｍｍ）までの圧縮応力の深さ積分を、０～ＤＯＣまでの深さ範囲で除算することによって得られる。この平均圧縮応力は、プロファイルを厚さでスケーリングした場合（例えば、厚さの２乗に比例してイオン交換時間を短縮することにより）、実質的に同じである。
【0156】
図１２に示されるように、応力プロファイル１２０４はまた、圧縮領域全体にわたって、及びガラスセラミック物品の内部の張力領域の大部分を通して、連続的な正の二次導関数によって特徴付けられる。各圧縮ゾーンの圧縮応力積分は１５．６ＭＰａ＊ｍｍである。全応力積分（応力平衡化による圧縮応力又は引張応力のいずれか）を厚さ（０．８ｍｍ）で除算した値は、３９ＭＰａである。圧縮ゾーンの平均圧縮応力は９９．４ＭＰａであり、上記のように、プロファイルを厚さでスケーリングした場合、実質的に同じである。
【0157】
応力プロファイル１２０４は、一般に高い二次導関数の絶対値を有し、そのごく一部（約８０μｍ～約２００μｍ、又は０．１ｔ～０．２５ｔ）は実質的に線形である。応力プロファイル１２０４はまた、応力プロファイル１２０２と比較して、６０μｍを超える深さで幾分低い圧縮応力を有し、５０μｍ未満の深さでより高い圧縮応力を有する。
【0158】
しかしながら、応力プロファイル１２０２及び１２０４はどちらも、最初の５０μｍ（又は０．０６ｔ）で生じる、最初の２００μｍ（又は０．２５ｔ）の関数ＣＳ（ｚ）の最も高い２次導関数を有する。より具体的には、最初の１０μｍのカリウムが豊富な領域領域を除いて、最も高い二次導関数は、１２μｍ～４０μｍの深さの間で生じる。応力プロファイル１２０２及び１２０４の各々の最も高い二次導関数は、応力プロファイル１２０４の高さの２倍以上の高さを有する、最初の５０μｍで最も高い二次導関数を有する応力プロファイル１２０８の高さよりも著しく小さい（応力プロファイル１２０２で２５，０００～４０，０００ＭＰａ／ｍｍ２、応力プロファイル１２０４で４０，０００～７０，０００ＭＰａ／ｍｍ２）。より高い二次導関数、例えば、最大で１００，０００ＭＰａ／ｍｍ２は、最後のイオン交換ステップでのＬｉＮＯ３濃度が０．１質量％未満の場合に得ることができ、ＬｉＮＯ３濃度が０．０６又は０．０７質量％超かつ０．１質量％未満の場合には、低屈折率表面層を形成することなく得ることができることに留意されたい。
【0159】
応力プロファイル１２０２及び１２０４は、圧縮ゾーンで観察される勾配の範囲によってさらに特徴付けることができる。さまざまな実施形態では、約１０μｍの深さを有するカリウムが豊富な領域の表面の勾配は含まれていない。特に、応力プロファイル１２０２は、２１０～２２０ＭＰａのＣＳｋ、及び１０～２０μｍの深さ範囲における－２６５０ＭＰａ／ｍｍから５０μｍの深さにおける約－１４３０ＭＰａ／ｍｍまで単調に変化するＣＳ（ｚ）の負の勾配を有している。その後、ＣＳ（ｚ）の負の勾配は、１７０μｍのＤＯＣで－８８０ＭＰａ／ｍｍまで、さらにゆっくりと変化する。応力プロファイル１２０４は、１０～２０μｍの深さ範囲における約－３８３０ＭＰａ／ｍｍの高い勾配で始まり、５０μｍの深さで約－１６１０ＭＰａ／ｍｍに急速に変化し、その後ゆっくりと変化して、１５７μｍのＤＯＣで約－９５０ＭＰａ／ｍｍに達する。応力プロファイル１２０２は１０７ＭＰａの最大中央張力を有し、一方、応力プロファイル１２０４は、７７ＭＰａのかなり低い最大中央張力を有する。
【0160】
応力プロファイル１２０２及び１２０４の各々は、約４０μｍ（０．０５ｔ）の第１の深さ及び１２０μｍ（０．１５ｔ）の第２の深さの両方において同時に高い圧縮応力を示しており、圧縮応力は、第１の深さで１００ＭＰａ超であり、第２の深さでは３０ＭＰａ超である。理論に縛られはしないが、これにより、浅い深さから中程度の深さの欠陥に作用する高応力事象と、深い欠陥に作用する低応力から中程度の応力事象の両方に対して、実質的な保護を提供することができると考えられる。
【0161】
応力プロファイル１２０６は０．１７ｍｍのＤＯＣを有し、各縮領域にわたる圧縮応力の深さの積分は１４．４ＭＰａ＊ｍｍに等しい。圧縮領域の平均圧縮応力は８４．７ＭＰａであり、総応力積分を厚さ（０．８ｍｍ）で除算すると３６ＭＰａになる。カリウムが豊富な表面層を超えて、応力プロファイル１２０６は、わずかに小さいＤＯＣを除き、図１１の応力プロファイル１１０２及び１１０４と同様の特性を有する。特に、応力プロファイル１１０２及び１１０４のように、応力プロファイル１２０６は、拡張された実質的に線形の領域を有しており、本明細書に記載されるフリンジなしのイオン交換処理が同様の応力プロファイルを提供することができ、したがって、品質管理で使用するために１フリンジスパイクを生成する必要なしに、同様の破壊耐性がもたらされることが示唆される。加えて、応力プロファイル１１０２及び１１０４と比較して、応力プロファイル１２０６は、約１７０ＭＰａで実質的により高いＣＳｋを有する。結果として、応力プロファイル１２０６の圧縮領域における平均圧縮応力は、より高いＤＯＣを有する応力プロファイル１１０２及び１１０４におけるよりも幾分高くなる。
【0162】
実施例７
ガラス及びガラスセラミック物品をさまざまなイオン交換処理のうちの１つに供し、耐損傷性を測定した。イオン交換条件、応力プロファイル特性、及び強度（破壊）試験値が下記表３に提供されている。
ガラス及びガラスセラミック物品をさまざまなイオン交換処理のうちの１つに供し、耐損傷性を測定した。イオン交換条件、応力プロファイル特性、及び強度（破壊）試験値が下記表３に提供されている。
【0163】
試料Ｈは、上記試料Ａと同じ特性を有し、試料Ａと同じイオン交換条件に供されたガラス物品であった。試料Ｉは、上記試料Ｂと同じ特性を有し、試料Ｂと同じイオン交換条件に供されたガラス物品であった。試料Ｊは、組成物Ａから形成され、従来の２－ステップＩＯＸ処理（上記試料Ｃと同じ）に供されたガラスセラミック物品であった。試料Ｋ、Ｌ、及びＭは、組成物Ａから形成され、さまざまな実施形態によるフリンジなしのＩＯＸ処理にそれぞれ、４、８、又は１２時間供されたガラスセラミック物品であった。試料Ｎ、Ｏ、Ｐ、及びＱは、組成物Ａから形成され、さまざまな実施形態による異なるフリンジなしのＩＯＸ処理に、それぞれ４、８、１３、又は１６時間供されたガラスセラミック物品であった。試料Ｒ、Ｓ、及びＴは、組成物Ａから形成され、さまざまな実施形態による異なるフリンジなしのＩＯＸ処理に、それぞれ４、８、又は１６時間供されたガラスセラミック物品であった。
【0164】
【表3】
【0165】
表３に破壊として報告されている強度は、スラッパーを介して８０グリットのサンドペーパーでの１．３Ｊの衝撃によってガラスに損傷を導入した後、４点曲げ試験で破壊応力を加えて破壊させることによって測定した。該方法は、米国特許出願公開第２０１９／００７２４７９Ａ１号に記載されている。試料Ｊ、Ｋ、Ｌ、及びＭの破壊強度が図１３にプロットされている。劣化しやすい低屈折率層を形成しない試料Ｊ～Ｔ（組成物Ａから作られた）はすべて、低屈折率層を形成しなかったにもかかわらず、依然として、比較例Ｈ及びＩよりも著しく優れている。表面劣化に対する耐性を有するこれらの試料（Ｊ～Ｔ）は、試料Ｈ及びＩのガラスの実施例よりも概してガラスセラミック二重イオン交換試料（試料Ｊ）の強度に近い機械的性能を示す。
【0166】
実施例８
ガラス及びガラスセラミック物品をさまざまなイオン交換処理のうちの１つに供し、落下試験を使用して耐損傷性を測定した。結果が図１４Ａ～１４Ｃに提示されている。実施例Ｕ－ＢＢによるガラス系物品を、同一のパックデバイスに取り付け、携帯電話デバイスをシミュレートするために、該パックをサイズ設定し、成形し、重み付けした。本明細書で用いられる「ガラス系」という用語は、ガラス及びガラスセラミックを含む、少なくとも部分的にガラスから作られた任意の材料を含むことを意味する。ガラス系材料が下向きで、平面落下で、２０センチメートルから始まる増分の高さから１８０グリットのサンドペーパーへと、パックを水平の向きで落下させた。ガラス系物品がある高さ（例えば２０ｃｍ）からの落下に耐えた場合には、最高で２２５ｃｍの高さまで高さを１０ｃｍずつ徐々に（例えば、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍなど）高くしてパックを落下させた。次に、耐えたガラス系物品を、８０グリットのサンドペーパーに落下させた（同じ電話デバイス）。１８０グリットのサンドペーパー及び８０グリットのサンドペーパーの両方でのガラス系物品の破損した高さが図１４Ａ～Ｃにプロットされている。
ガラス及びガラスセラミック物品をさまざまなイオン交換処理のうちの１つに供し、落下試験を使用して耐損傷性を測定した。結果が図１４Ａ～１４Ｃに提示されている。実施例Ｕ－ＢＢによるガラス系物品を、同一のパックデバイスに取り付け、携帯電話デバイスをシミュレートするために、該パックをサイズ設定し、成形し、重み付けした。本明細書で用いられる「ガラス系」という用語は、ガラス及びガラスセラミックを含む、少なくとも部分的にガラスから作られた任意の材料を含むことを意味する。ガラス系材料が下向きで、平面落下で、２０センチメートルから始まる増分の高さから１８０グリットのサンドペーパーへと、パックを水平の向きで落下させた。ガラス系物品がある高さ（例えば２０ｃｍ）からの落下に耐えた場合には、最高で２２５ｃｍの高さまで高さを１０ｃｍずつ徐々に（例えば、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍなど）高くしてパックを落下させた。次に、耐えたガラス系物品を、８０グリットのサンドペーパーに落下させた（同じ電話デバイス）。１８０グリットのサンドペーパー及び８０グリットのサンドペーパーの両方でのガラス系物品の破損した高さが図１４Ａ～Ｃにプロットされている。
【0167】
図１４Ａは、試料Ｕ、Ｖ、Ｗ、及びＸについての８０グリットサンドペーパーへの増分での平面落下の結果を示している。試料Ｕは、モル％単位で：６３．６ ＳｉＯ２；２．３ Ｂ２Ｏ３；１５ Ａｌ２Ｏ３；９．３ Ｎａ２Ｏ；５．９ Ｌｉ２Ｏ；１．２ ＺｎＯ；．０５ ＳｎＯ２、２．５３ Ｐ２Ｏ５の公称組成で形成されたガラス物品であった。試料Ｕは、二重片持梁法で０．７６ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有していた。試料Ｖは、モル％単位で：７１ ＳｉＯ２；１．９ Ｂ２Ｏ３；１２．８ Ａｌ２Ｏ３；２．４ Ｎａ２Ｏ；８．２ Ｌｉ２Ｏ；２．９ ＭｇＯ；０．８ ＺｎＯ；０．０２ Ｆｅ２Ｏ３；０．０１ ＺｒＯ２；０．０６ ＳｎＯ２の公称組成で形成されたガラス物品であった。試料Ｖは、二重片持梁法で０．８４Ｍｐａ√ｍの破壊靱性を有していた。試料Ｗは、モル％単位で：５８．４ ＳｉＯ２；６．１ Ｂ２Ｏ３；１７．８ Ａｌ２Ｏ３；１．７ Ｎａ２Ｏ；０．２ Ｋ２Ｏ；１０．７ Ｌｉ２Ｏ；４．４ ＭｇＯ；０．６ ＣａＯ；０．０２ Ｆｅ２Ｏ３；０．０１ ＺｒＯ２；０．０８ ＳｎＯ２の公称組成で形成されたガラス物品であった。試料Ｗは、二重片持梁法で０．９５Ｍｐａ√ｍの破壊靱性を有していた。試料Ｘは、組成物Ａで形成されたガラス物品であった。試料Ｕ、Ｖ、Ｗ、及びＸの各々を、７０質量％のＮａＮＯ３及び３０質量％のＫＮＯ３を含む浴を用いて３８０℃で４時間処理する第１のステップ、並びに７質量％のＮａＮＯ３及び９３質量％のＫＮＯ３を含む浴を用いて３８０℃で４０分間処理する第２のステップを含む、従来のイオン交換処理に供した。
【0168】
図１４Ｂ及び１４Ｃは、試料Ｙ、Ｚ、ＡＡ、及びＢＢについての、それぞれ１８０グリットのサンドペーパー及び８０グリットのサンドペーパーでの増分による平面落下の結果を示している。試料Ｙ、Ｚ、ＡＡ、及びＢＢの各々を組成物Ａから形成した。試料Ｙは、７０質量％のＮａＮＯ３、３０質量％のＫＮＯ３及び０．０５質量％のＬｉＮＯ３、４７０℃で１２時間の第１のステップ、次に７０質量％のＮａＮＯ３及び３０質量％のＫＮＯ３、４７０℃で１．５時間を含む、従来の２ステップイオン交換処理に供した（線１１０６及び実施例４Ｃと同じであり、従来の実施例２と同様である）。試料Ｚは、４０質量％のＮａＮＯ３、６０質量％のＫＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３、５００℃で６時間の第１のステップ、次に、１０質量％のＮａＮＯ３、９０質量％のＫＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３、５００℃で５時間を含む、２ステップフリンジなしのイオン交換処理に供した（線１１０４、実施例４Ｆと同様）。試料ＡＡは、４０質量％のＮａＮＯ３、６０質量％のＫＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３、５００℃で８時間を含む、１ステップのフリンジなしのイオン交換処理に供した（実施例７Ｌと同じ）。試料ＢＢは、３０質量％のＮａＮＯ３、７０質量％のＫＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３、４７０℃で８時間を含む、１ステップのフリンジなしのイオン交換処理に供した（７Ｏ及び線１２０４と同じ）。
【0169】
図１４Ａ～Ｃに示されるように、実施例Ｕ及びＶの２つを除くすべてのガラス系物品は、最高で約２５０ｃｍの高さまで（平均生存落下高さ１６０ｃｍ～１７８ｃｍ）、８０グリットのサンドペーパーへの落下を耐え抜いた。したがって、図１４Ａ～１４Ｃは、本明細書のさまざまな実施形態によるイオン交換したガラスセラミック物品が、従来技術のイオン交換プロセスによる化学的に強化されたガラス物品と統計的に同じ落下性能を示すことを示すことを示している。
【0170】
実施例９
劣化及び腐食に対するさまざまな実施形態によるフリンジなしのイオン交換処理の効果を決定するため、ガラスセラミック物品を調製し、さまざまなイオン交換処理の１つに供した。ガラスセラミック物品の各々を組成物Ａから形成した。イオン交換処理条件及び加速劣化試験の結果が下記表４に提示されている。加速劣化の結果を決定するため、試料を、８５℃及び８５％相対湿度のチャンバ内に一定期間入れ（表４に報告）、腐食について調査した。
劣化及び腐食に対するさまざまな実施形態によるフリンジなしのイオン交換処理の効果を決定するため、ガラスセラミック物品を調製し、さまざまなイオン交換処理の１つに供した。ガラスセラミック物品の各々を組成物Ａから形成した。イオン交換処理条件及び加速劣化試験の結果が下記表４に提示されている。加速劣化の結果を決定するため、試料を、８５℃及び８５％相対湿度のチャンバ内に一定期間入れ（表４に報告）、腐食について調査した。
【0171】
【表4】
【0172】
表４に示されるように、さまざまな実施形態で説明されるフリンジなしのＩＯＸ処理は、著しく改善された加速老化結果をもたらす。
【0173】
劣化の影響をさらに調査するために、８５℃及び８５％相対湿度で１４４時間の加速劣化試験に供する前（図１５Ａ）及び後（図１５Ｂ）に、試料ＣＣの光学顕微鏡写真を取得した。組成物Ａから形成され、かつ、９０質量％のＫＮＯ３、１０質量％のＮａＮＯ３、及び０．１質量％のＬｉＮＯ３、４７０℃で１２時間、４８時間（図１５Ｃ）、及び１４４時間（図１５Ｄ）を含む、フリンジなしのイオン交換処理に供されたガラスセラミック物品である、試料ＪＪの光学顕微鏡写真も取得した。光学顕微鏡写真に見られるように、試料ＣＣは１４４時間で重度の腐食を示すが、図１５Ｃ及び１５Ｄに示される試料ＪＪでは腐食は見られない。
【0174】
試料ＣＣ及びＪＪの元素深さプロファイルは、ＳＩＭＳ深さプロファイリングを使用して、最初の３００ｎｍの深さで取得した。プロファイルは、それぞれ、図１６Ａ及び１６Ｂに示されている。図１６Ａに示されるように、試料ＣＣは、ナトリウムが枯渇し、大気中のＣＯ２と反応する、水和表面層を発達させた。しかしながら、図１６Ｂに示されるように、試料ＪＪは水和層を発達させなかった。
【0175】
本明細書に記載されるさまざまな実施形態は、化学的強化を通じて、改善されたガラスセラミック性能、例えば、改善された耐損傷性、改善された化学的耐久性、及び高湿度条件への曝露時の腐食の低減を可能にする。さらには、本明細書に記載されるイオン交換処理は、ＦＳＭ計測品質管理技術で使用するための１つのフリンジを含む、又はフリンジのない、ガラスセラミック物品の形成を可能にする。本明細書に記載されるさまざまな実施形態は、例えば、イオン交換処理からフリンジが生じない場合、又はガラスセラミック物品が不透明な場合に使用するための追加又は代替の品質管理プロセスをさらに提供する。
【0176】
本明細書に開示される強化物品、例えば、イオン交換したガラスセラミック物品は、ディスプレイ（又はディスプレイ物品）を備えた物品（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、ウエアラブルデバイス（例えば、時計）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、又は透明度、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強化した物品のいずれかを組み込む例示的な物品が図１８Ａ及び１８Ｂに示されている。具体的には、図１８Ａ及び１８Ｂは、前面１８０４、背面１８０６、及び側面１８０８を有する筐体１８０２；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１８１０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１８１２を含む、消費者向け電子機器１８００を示している。幾つかの実施形態では、カバー基板１８１２又は筐体１８０２の一部のうちの少なくとも一方は、本明細書に開示される強化した物品のいずれかを含みうる。
【0177】
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。
【0178】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【0179】
実施形態１
厚さｔを有するイオン交換したガラスセラミック物品であって、
前記ガラスセラミック物品が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面から中心線に向かって約０．０７ｔの深さから約０．２６ｔの深さまでほぼ線形の関数に従って距離が増加するにつれて低下する応力を含み；
前記応力が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの深さで圧縮応力から引張応力へと遷移し；かつ
前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面における最大圧縮応力の絶対値が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の最大中央張力（ＣＴ）の絶対値の１．８～２．２倍であり；かつ
前記イオン交換したガラスセラミック物品が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ以上の破壊靱性を有する、
イオン交換したガラスセラミック物品。
厚さｔを有するイオン交換したガラスセラミック物品であって、
前記ガラスセラミック物品が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面から中心線に向かって約０．０７ｔの深さから約０．２６ｔの深さまでほぼ線形の関数に従って距離が増加するにつれて低下する応力を含み；
前記応力が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの深さで圧縮応力から引張応力へと遷移し；かつ
前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面における最大圧縮応力の絶対値が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の最大中央張力（ＣＴ）の絶対値の１．８～２．２倍であり；かつ
前記イオン交換したガラスセラミック物品が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ以上の破壊靱性を有する、
イオン交換したガラスセラミック物品。
【0180】
実施形態２
前記最大中央張力が７０ＭＰａ以上である、実施形態１に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
前記最大中央張力が７０ＭＰａ以上である、実施形態１に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0181】
実施形態３
前記最大中央張力が８０ＭＰａ～１４０ＭＰａである、実施形態１に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
前記最大中央張力が８０ＭＰａ～１４０ＭＰａである、実施形態１に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0182】
実施形態４
前記最大圧縮応力が１８０ＭＰａ～３５０ＭＰａである、実施形態１～３のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
前記最大圧縮応力が１８０ＭＰａ～３５０ＭＰａである、実施形態１～３のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0183】
実施形態５
前記破壊靱性が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ～１．５ＭＰａ√ｍである、実施形態１～４のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
前記破壊靱性が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ～１．５ＭＰａ√ｍである、実施形態１～４のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0184】
実施形態６
前記イオン交換したガラスセラミック物品が、前記外面において１０モル％未満のＮａ２Ｏ濃度を有する、実施形態１～５のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
前記イオン交換したガラスセラミック物品が、前記外面において１０モル％未満のＮａ２Ｏ濃度を有する、実施形態１～５のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0185】
実施形態７
厚さｔを有するイオン交換したガラスセラミック物品であって、
前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面からの距離が増加するにつれて、Ｌｉイオンの濃度が表面Ｌｉイオン濃度から最大Ｌｉイオン濃度へと増加し、ここで、前記表面Ｌｉイオン濃度と前記最大Ｌｉイオン濃度との差が５モル％未満であり；
前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面からの距離が増加するにつれて、Ｎａイオンの濃度が表面Ｎａイオン濃度から最小Ｎａイオン濃度へと、増加し、次に低下し、ここで、前記表面Ｎａイオン濃度と前記最小Ｎａイオン濃度との差は５モル％未満であり、前記表面Ｎａイオン濃度は１０モル％未満であり；かつ
前記イオン交換したガラスセラミック物品が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ超の破壊靱性を有する、
イオン交換したガラスセラミック物品。
厚さｔを有するイオン交換したガラスセラミック物品であって、
前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面からの距離が増加するにつれて、Ｌｉイオンの濃度が表面Ｌｉイオン濃度から最大Ｌｉイオン濃度へと増加し、ここで、前記表面Ｌｉイオン濃度と前記最大Ｌｉイオン濃度との差が５モル％未満であり；
前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面からの距離が増加するにつれて、Ｎａイオンの濃度が表面Ｎａイオン濃度から最小Ｎａイオン濃度へと、増加し、次に低下し、ここで、前記表面Ｎａイオン濃度と前記最小Ｎａイオン濃度との差は５モル％未満であり、前記表面Ｎａイオン濃度は１０モル％未満であり；かつ
前記イオン交換したガラスセラミック物品が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ超の破壊靱性を有する、
イオン交換したガラスセラミック物品。
【0186】
実施形態８
Ｎａイオンの濃度が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の前記厚さｔ全体にわたって０モル％より大きい、実施形態７に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
Ｎａイオンの濃度が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の前記厚さｔ全体にわたって０モル％より大きい、実施形態７に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0187】
実施形態９
Ｎａイオンの濃度が０モル％超かつ２．５モル％未満である、実施形態８に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
Ｎａイオンの濃度が０モル％超かつ２．５モル％未満である、実施形態８に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0188】
実施形態１０
Ｌｉイオンの最大濃度が１９モル％～３２モル％である、実施形態７～９のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
Ｌｉイオンの最大濃度が１９モル％～３２モル％である、実施形態７～９のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0189】
実施形態１１
前記破壊靱性が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ～１．５ＭＰａ√ｍである、実施形態７～１０のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
前記破壊靱性が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ～１．５ＭＰａ√ｍである、実施形態７～１０のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0190】
実施形態１２
０モル％超～６モル％のＡｌ２Ｏ３をさらに含む、実施形態７～１１のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
０モル％超～６モル％のＡｌ２Ｏ３をさらに含む、実施形態７～１１のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0191】
実施形態１３
０．７モル％～２．２モル％のＰ２Ｏ５をさらに含む、実施形態７～１２のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
０．７モル％～２．２モル％のＰ２Ｏ５をさらに含む、実施形態７～１２のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0192】
実施形態１４
１．７モル％～４．５モル％のＺｒＯ２をさらに含む、実施形態７～１３のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
１．７モル％～４．５モル％のＺｒＯ２をさらに含む、実施形態７～１３のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0193】
実施形態１５
６０モル％～７２モル％のＳｉＯ２をさらに含む、実施形態７～１４のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
６０モル％～７２モル％のＳｉＯ２をさらに含む、実施形態７～１４のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0194】
実施形態１６
１％～３０％の残留ガラス含有量と、二ケイ酸リチウム、葉長石、β－石英、β－スポジュメン固溶体、及びそれらの組合せからなる群より選択された７０％～９９％の結晶相とを含む、イオン交換したガラスセラミック物品であって；前記イオン交換したガラスセラミック物品が厚さｔを有し、かつ、前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面から中心線に向かって距離が増加するにつれて低下する応力を有しており、ここで：
前記応力が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．０７ｔの深さから約０．２６ｔの深さまで、ほぼ線形の関数に従って低下し；
前記応力が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの深さで圧縮応力から引張応力へと遷移し；かつ
前記イオン交換したガラス物品の外面における最大圧縮応力が、前記イオン交換したガラス物品の最大中央張力（ＣＴ）の値の１．８～２．２倍である、
イオン交換したガラスセラミック物品。
１％～３０％の残留ガラス含有量と、二ケイ酸リチウム、葉長石、β－石英、β－スポジュメン固溶体、及びそれらの組合せからなる群より選択された７０％～９９％の結晶相とを含む、イオン交換したガラスセラミック物品であって；前記イオン交換したガラスセラミック物品が厚さｔを有し、かつ、前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面から中心線に向かって距離が増加するにつれて低下する応力を有しており、ここで：
前記応力が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．０７ｔの深さから約０．２６ｔの深さまで、ほぼ線形の関数に従って低下し；
前記応力が、前記イオン交換したガラスセラミック物品の外面から約０．１８ｔ～約０．２５ｔの深さで圧縮応力から引張応力へと遷移し；かつ
前記イオン交換したガラス物品の外面における最大圧縮応力が、前記イオン交換したガラス物品の最大中央張力（ＣＴ）の値の１．８～２．２倍である、
イオン交換したガラスセラミック物品。
【0195】
実施形態１７
前記イオン交換したガラスセラミック物品が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ～１．５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有する、実施形態１６に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
前記イオン交換したガラスセラミック物品が、二重片持梁法に従って測定して１ＭＰａ√ｍ～１．５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有する、実施形態１６に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0196】
実施形態１８
前記イオン交換したガラスセラミックが不透明である、実施形態１６又は実施形態１７に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
前記イオン交換したガラスセラミックが不透明である、実施形態１６又は実施形態１７に記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0197】
実施形態１９
前記最大圧縮応力が１８０ＭＰａ～３５０ＭＰａである、実施形態１６～１８のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
前記最大圧縮応力が１８０ＭＰａ～３５０ＭＰａである、実施形態１６～１８のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0198】
実施形態２０
前記イオン交換したガラスセラミック物品が、前記外面において１０モル％未満のＮａ２Ｏ濃度を有する、実施形態１６～１９のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
前記イオン交換したガラスセラミック物品が、前記外面において１０モル％未満のＮａ２Ｏ濃度を有する、実施形態１６～１９のいずれかに記載のイオン交換したガラスセラミック物品。
【0199】
実施形態２１
葉長石、二ケイ酸リチウム、及びそれらの組合せからなる群より選択された結晶相を有するガラスセラミック物品を強化する方法であって、該方法が、
前記ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用する工程を含み、前記イオン交換媒体が、０質量％超２０質量％以下のＮａＮＯ３、８０質量％～１００質量％未満のＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む、
方法。
葉長石、二ケイ酸リチウム、及びそれらの組合せからなる群より選択された結晶相を有するガラスセラミック物品を強化する方法であって、該方法が、
前記ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用する工程を含み、前記イオン交換媒体が、０質量％超２０質量％以下のＮａＮＯ３、８０質量％～１００質量％未満のＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む、
方法。
【0200】
実施形態２２
前記イオン交換媒体が３８０℃～５５０℃の温度を有する、実施形態２１に記載の方法。
前記イオン交換媒体が３８０℃～５５０℃の温度を有する、実施形態２１に記載の方法。
【0201】
実施形態２３
前記イオン交換媒体が、２時間～１６時間の間、前記ガラスセラミック物品に適用される、実施形態２２に記載の方法。
前記イオン交換媒体が、２時間～１６時間の間、前記ガラスセラミック物品に適用される、実施形態２２に記載の方法。
【0202】
実施形態２４
前記イオン交換媒体が第２のイオン交換媒体を含み、前記方法が、
第１のイオン交換媒体を前記ガラスセラミック物品に適用する工程をさらに含み、前記第１のイオン交換媒体が、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含み、前記第２のイオン交換媒体を適用する工程が、前記第１のイオン交換媒体の適用後に実施される、
実施形態２１～２３のいずれかに記載の方法。
前記イオン交換媒体が第２のイオン交換媒体を含み、前記方法が、
第１のイオン交換媒体を前記ガラスセラミック物品に適用する工程をさらに含み、前記第１のイオン交換媒体が、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含み、前記第２のイオン交換媒体を適用する工程が、前記第１のイオン交換媒体の適用後に実施される、
実施形態２１～２３のいずれかに記載の方法。
【0203】
実施形態２５
前記第１のイオン交換媒体が２０質量％超のＮａＮＯ３を含む、実施形態２４に記載の方法。
前記第１のイオン交換媒体が２０質量％超のＮａＮＯ３を含む、実施形態２４に記載の方法。
【0204】
実施形態２６
前記第２のイオン交換媒体が、９５質量％超かつ１００質量％未満のＫＮＯ３と、０質量％超かつ５質量％未満のＮａＮＯ３とを含む、実施形態２４又は実施形態２５に記載の方法。
前記第２のイオン交換媒体が、９５質量％超かつ１００質量％未満のＫＮＯ３と、０質量％超かつ５質量％未満のＮａＮＯ３とを含む、実施形態２４又は実施形態２５に記載の方法。
【0205】
実施形態２７
葉長石、二ケイ酸リチウム、及びそれらの組合せからなる群より選択された結晶相を有するガラスセラミック物品を強化する方法であって、該方法が、
前記ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用する工程を含み、前記イオン交換媒体が、２０質量％超かつ５０質量％以下のＮａＮＯ３、５０質量％～８０質量％未満のＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む、
方法。
葉長石、二ケイ酸リチウム、及びそれらの組合せからなる群より選択された結晶相を有するガラスセラミック物品を強化する方法であって、該方法が、
前記ガラスセラミック物品にイオン交換媒体を適用する工程を含み、前記イオン交換媒体が、２０質量％超かつ５０質量％以下のＮａＮＯ３、５０質量％～８０質量％未満のＫＮＯ３、及び０．０１質量％～０．５質量％のＬｉＮＯ３を含む、
方法。
【0206】
実施形態２８
前記イオン交換媒体が３８０℃～５５０℃の温度を有する、実施形態２７に記載の方法。
前記イオン交換媒体が３８０℃～５５０℃の温度を有する、実施形態２７に記載の方法。
【0207】
実施形態２９
前記イオン交換媒体が、２時間～１６時間の間、前記ガラスセラミック物品に適用される、実施形態２８に記載の方法。
前記イオン交換媒体が、２時間～１６時間の間、前記ガラスセラミック物品に適用される、実施形態２８に記載の方法。
【0208】
実施形態３０
前記イオン交換媒体が、３０質量％～５０質量％のＮａＮＯ３と、５０質量％～７０質量％のＫＮＯ３とを含む、実施形態２７～２９のいずれかに記載の方法。
前記イオン交換媒体が、３０質量％～５０質量％のＮａＮＯ３と、５０質量％～７０質量％のＫＮＯ３とを含む、実施形態２７～２９のいずれかに記載の方法。
【0209】
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；及び
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、
前記筐体の一部又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方が、実施形態１～６のいずれかに記載の前記イオン交換したガラスセラミック物品を含む、
消費者向け電子製品。
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；及び
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、
前記筐体の一部又は前記カバー基板のうちの少なくとも一方が、実施形態１～６のいずれかに記載の前記イオン交換したガラスセラミック物品を含む、
消費者向け電子製品。
【符号の説明】
【0210】
１８００ 消費者向け電子機器
１８０２ 筐体
１８０４ 前面
１８０６ 背面
１８０８ 側面
１８１０ ディスプレイ
１８１２ カバー基板
１８０２ 筐体
１８０４ 前面
１８０６ 背面
１８０８ 側面
１８１０ ディスプレイ
１８１２ カバー基板
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図10F】
【図10G】
【図10H】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18A】
【図18B】