TW202026261A - 可水蒸氣強化無鹼玻璃組成物 - Google Patents

Abstract

藉由將玻璃系基板暴露於含水蒸氣環境，來形成玻璃系製品，所述玻璃系製品包括壓縮應力層，所述壓縮應力層從玻璃系製品的表面延伸至壓縮深度。所述玻璃系基板實質上不含鹼金屬氧化物或不含鹼金屬氧化物。形成玻璃系製品之方法可包括升高壓力及/或多重暴露於含水蒸氣環境。

Description

可水蒸氣強化無鹼玻璃組成物

本申請案依據專利法主張於2018年11月16日提申之美國臨時專利申請案第62/768,342號之優先權，其內容以全文引用方式併入本文。

此揭示內容有關於藉由蒸氣處理而強化之玻璃系製品、用於形成玻璃系製品之無鹼玻璃組成物，及蒸氣處理以強化玻璃系製品之方法。

可攜式電子裝置，如，智慧型電話、平板電腦及穿戴式裝置(如，舉例而言，手錶和健身追蹤器)持續變得更小且更複雜。緣此，通常用在此類可攜式電子裝置的至少一個外表面上之材料也持續變得更複雜。舉例而言，隨著可攜式電子裝置變得更小且更薄以滿足消費者需求，這些可攜式電子裝置中所用之顯示器蓋板和殼體也變得更小且更薄，導致對用來形成這些組件的材料之更高性能要求。

因此，需要能展現更高性能(如，耐損壞性)還有較低成本且容易製造之用於可攜式電子裝置之材料。

於態樣(1)，提供一種玻璃系製品。玻璃系製品包含：小於2 mm之厚度；以及從玻璃系製品的表面延伸至壓縮深度之壓縮應力層。玻璃系製品實質上不含鹼金屬氧化物，壓縮應力層包含大於或等於10 MPa之壓縮應力，且壓縮深度大於5 µm。

於態樣(2)，提供態樣(1)之玻璃系製品，進一步包含從玻璃系製品的表面延伸至層深度之含氫層，其中含氫層的氫濃度從最大氫濃度朝層深度遞減。

於態樣(3)，提供態樣(1)或(2)之玻璃系製品，其中壓縮應力大於或等於100 MPa。

於態樣(4)，提供態樣(1)至(3)中任一者之玻璃系製品，其中壓縮深度大於或等於10 µm。

於態樣(5)，提供態樣(1)至(4)中任一者之玻璃系製品，其中厚度小於或等於1 mm。

於態樣(6)，提供態樣(1)至(5)中任一者之玻璃系製品，其中具有與該玻璃系製品的中心相同的組成物之玻璃具有小於10 ppm之熱膨脹係數。

於態樣(7)，提供態樣(1)至(6)中任一者之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含大於或等於2莫耳%至小於或等於10莫耳%的P₂ O₅ 。

於態樣(8)，提供態樣(1)至(7)中任一者之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含大於或等於5莫耳%至小於或等於10莫耳%的P₂ O₅ 。

於態樣(9)，提供態樣(1)至(8)中任一者之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含大於或等於15莫耳%的B₂ O₃ 。

於態樣(10)，提供態樣(9)之玻璃系製品， 其中玻璃系製品的中心實質上不含P₂ O₅ 。

於態樣(11)，提供態樣(1)至(10)中任一者之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含SiO₂ 及Al₂ O₃ 。

於態樣(12)，提供態樣(1)至(11)中任一者之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含SnO₂ 。

於態樣(13)，提供態樣(1)至(12)中任一者之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含MgO、CaO、SrO及BaO中之至少一者。

於態樣(14)提供一種消費性電子產品。消費性電子產品包含：殼體，殼體包含前表面、後表面及側表面；電子部件，至少部份地位於殼體內，電子部件包含至少一控制器、記憶體及顯示器，顯示器位於殼體的前表面處或與殼體的前表面相鄰；以及覆蓋基板，設置於顯示器上方。殼體或覆蓋基板中之至少一者的至少一部分包含態樣(1)至(13)中任一者之玻璃系製品。

於態樣(15)，提供一種玻璃系製品。玻璃系製品包含從玻璃系製品的表面延伸至壓縮深度之壓縮應力層。玻璃系製品實質上不含鹼金屬氧化物，壓縮應力層包含大於或等於10 MPa之壓縮應力，壓縮深度大於5 µm，且具有與玻璃系製品的中心相同之組成物之玻璃具有小於10 ppm之熱膨脹係數。

於態樣(16)，提供態樣(15)之玻璃系製品，進一步包含：從玻璃系製品的表面延伸至層深度之含氫層，其中含氫層的氫濃度從最大氫濃度朝層深度遞減。

於態樣(17)，提供態樣(15)或(16)之玻璃系製品，其中壓縮應力大於或等於100 MPa。

於態樣(18)，提供態樣(15)至(17)中任一項之玻璃系製品，其中壓縮深度大於或等於10 µm。

於態樣(19)，提供態樣(15)至(18)中任一項之玻璃系製品，其中厚度小於或等於1 mm。

於態樣(20)，提供態樣(15)至(19)中任一項之玻璃系製品，其中具有與玻璃系製品的中心相同之組成物之玻璃具有小於8 ppm之熱膨脹係數。

於態樣(21)，提供態樣(15)至(20)中任一項之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含大於或等於2莫耳%至小於或等於10莫耳%的P₂ O₅ 。

於態樣(22)，提供態樣(15)至(21)中任一項之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含大於或等於5莫耳%至小於或等於10莫耳%的P₂ O₅ 。

於態樣(23)，提供態樣(15)至(22)中任一項之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含大於或等於15莫耳%的B₂ O₃ 。

於態樣(24)，提供態樣(23)之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心實質上不含P₂ O₅ 。

於態樣(25)，提供態樣(15)至(24)中任一項之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含SiO₂ 及Al₂ O₃ 。

於態樣(26)，提供態樣(15)至(25)中任一項之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含SnO₂ 。

於態樣(27)，提供態樣(15)至(25)中任一項之玻璃系製品，其中玻璃系製品的中心包含以下至少一者：MgO、CaO、SrO及BaO。

於態樣(28)，提供一種消費性電子產品。消費性電子產品包含：殼體，殼體包含前表面、後表面及側表面；電子部件，至少部份地位於殼體內，電子部件包含至少一控制器、記憶體及顯示器，顯示器位於殼體的前表面處或與殼體的前表面相鄰；以及覆蓋基板，設置於顯示器上方。殼體或覆蓋基板中之至少一者的至少一部分包含態樣(15)至(27)中任一者之玻璃系製品。

於態樣(29)，提供一種方法。方法包含以下步驟：將玻璃系基板暴露於具有大於或等於75%的相對濕度之環境，以形成玻璃系製品，所述玻璃系製品具有從玻璃系製品的表面延伸至壓縮深度之壓縮應力層。玻璃系基板實質上不含鹼金屬氧化物；壓縮深度大於5 µm，且壓縮應力層包含大於或等於10 MPa的壓縮應力。

於態樣(30)，提供態樣(29)之方法，其中相對濕度為100%。

於態樣(31)，提供態樣(29)或(30)之方法，其中所述環境具有大於或等於0.1 MPa的壓力。

於態樣(32)，提供態樣(29)至(31)中任一項之方法，其中玻璃系基板具有小於10 ppm的熱膨脹係數。

於態樣(33)，提供態樣(29)至(32)中任一項之方法，其中玻璃系基板具有小於或等於2 mm的厚度。

於態樣(34)，提供態樣(29)至(33)中任一項之方法，其中玻璃系基板包含大於或等於2莫耳%至小於或等於10莫耳%的P₂ O₅ 。

於態樣(35)，提供態樣(29)至(34)中任一項之方法，其中玻璃系基板包含大於或等於15莫耳%的B₂ O₃ 。

於態樣(36)，提供態樣(35)之方法，其中玻璃系基板實質上不含P₂ O₅ 。

於態樣(37)，提供態樣(29)至(36)中任一項之方法，其中玻璃系基板包含SiO₂ 及Al₂ O₃ 。

於態樣(38)，提供態樣(29)至(37)中任一項之方法，其中玻璃系基板包含SnO₂ 。

於態樣(39)，提供態樣(29)至(38)中任一項之方法，其中玻璃系基板包含以下至少一者：MgO、CaO、SrO及BaO。

於態樣(40)，提供態樣(29)至(39)中任一項之方法，其中玻璃系製品包含從玻璃系製品的表面延伸至層深度之含氫層，其中含氫層的氫濃度從最大氫濃度朝層深度遞減。

於態樣(41)，提供態樣(29)至(40)中任一項之方法，其中壓縮應力大於或等於100 MPa。

於態樣(42)，提供態樣(29)至(41)中任一項之方法，其中壓縮深度大於或等於10 µm。

前述和其他態樣、優點和顯著特徵將從以下詳細描述、附圖和隨附申請專利範圍變得明顯。

在以下描述中，圖式中所示之全部數個視圖中，相同元件符號指示相同或對應的部分。亦應理解，除非另有說明，否則諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」等術語為方便之用詞，且並不視為限制性術語。除非另有說明，否則當記載時，數值之範圍包括該範圍之上限及下限以及上限與下限之間的任何子範圍。如在本文中所使用，除非另有說明，否則不定冠詞「一」及對應定冠詞「該」意謂「至少一個」或「一或多個」。亦應理解，本說明書及圖式中所揭示之各種特徵可用於任一及所有組合中。

如本文所用，術語「玻璃系(glass-based)」是以其最寬廣的涵義使用，以包括全部或部分由玻璃製成的任何物體，包括玻璃陶瓷(其包括晶相和殘留的非晶玻璃相)。除非另有說明，本文所描述之玻璃的所有組成物均以莫耳百分比(莫耳%)表示，並在氧化物基礎上提供組分。除非另有說明，所有的溫度均以攝氏度(°C)表示。

應注意到，在本文中可使用術語「實質上」及「約」來表示可能歸因於任何定量比較、值、量測或其他表示之固有之不確定程度。在本文中亦使用該等術語來表示在不導致所論述標的之基本功能變化的情況下定量表示可與所述參考不同的程度。舉例而言，「基本上不含K₂ O」的玻璃是指K₂ O不是主動添加或備料至玻璃內者，但可作為汙染物而以非常小的含量存在，如小於約0.01莫耳%的含量。如本文所用，當使用術語「約」來修飾數值時，亦揭示了確切的數值。舉例而言，術語「大於約10莫耳%」亦揭示了「大於或等於10莫耳%」。

現將詳細參照各種實施例，所述實施例的實例在隨附實例和圖式中解說。

藉由蒸氣處理玻璃系基板以產生從製品的表面延伸至壓縮深度(DOC)之壓縮應力層來形成本文揭示之玻璃系製品。壓縮應力層包括從最大應力朝向壓縮深度遞減之應力。在一些實施例中，最大壓縮應力可位於玻璃系製品的表面處。如本文所用，壓縮深度(DOC)意指玻璃系製品中之應力從壓縮變成拉伸處之深度。因此，玻璃系製品也含有拉伸應力區域，所述拉伸應力區域具有最大中心張力(CT)，使得玻璃系製品內的力平衡。

玻璃系製品進一步包括含氫層，含氫層從製品的表面延伸至層深度。含氫層包括從玻璃系製品的最大氫濃度朝向層深度遞減之氫濃度。在一些實施例中，最大氫濃度可位於玻璃系製品的表面處。

可藉由將玻璃系基板暴露於含有水蒸氣的環境來形成玻璃系製品，從而允許氫物種穿過玻璃系基板並形成具有含氫層及/或壓縮應力層之玻璃系製品。如本文所用，氫物種包括分子水、羥基、氫離子和水合氫(hydronium)。可選擇玻璃系基板的組成物以促進氫物種相互擴散進入玻璃。如本文所用，術語「玻璃系基板」指的是在暴露於用來形成包括含氫層及/或壓縮應力層的玻璃系製品之含水蒸氣環境之前的前驅物。類似地，術語「玻璃系製品」指的是包括含氫層及/或壓縮應力層之暴露後製品。

本文揭示之玻璃系製品可在沒有進行習知離子交換、熱回火或層壓處理的情況下呈現壓縮應力層。離子交換製程以需要昂貴處理費用之消耗熔融鹽浴的方式產生顯著浪費，且僅適用於某些玻璃組成物。熱回火實務上需要厚玻璃樣品，因為薄玻璃片的熱回火利用小氣隙焠火製程會導致玻璃片刮擦損壞，從而降低表現和產量。此外，當對薄玻璃片進行熱回火時，難以在整個表面和邊緣區域達成均勻的壓縮應力。當將大玻璃片切割成可用尺寸時，層壓製程會導致暴露的拉伸應力區域，這是不理想的。

當與離子交換處理比較時，利用來形成玻璃系製品之水蒸氣處理因為沒有使用熔融鹽而能減少廢棄物並降低成本，且可利用無鹼玻璃系基板。水蒸氣處理也能夠強化薄的(>2 mm)低成本玻璃，這種玻璃不適合以這樣的厚度進行熱回火。此外，水蒸氣處理可在零件級別(part level)進行，避免與層壓製程有關之不理想拉伸應力區域暴露。總的來說，本文揭示之玻璃系製品可以用低厚度和低成本生產，同時表現出高壓縮應力和深的壓縮深度。

根據一些實施例之玻璃系製品100的剖面示意圖描繪於第1圖。玻璃系製品100具有厚度t ，厚度t 於第一表面110與第二表面112之間延伸。第一壓縮應力層120從第一表面110延伸至第一壓縮深度，其中第一壓縮深度具有從第一表面110進入玻璃系製品100之經測量深度d₁ 。第二壓縮應力層122從第二表面112延伸至第二壓縮深度，其中第二壓縮深度具有從第二表面112進入玻璃系製品100之經測量深度d₂ 。拉伸應力區域130存在於第一壓縮深度與第二壓縮深度之間。在實施例中，第一壓縮深度d₁ 可實質上等於第二壓縮深度d₂ 或等於第二壓縮深度d₂ 。

在一些實施例中，玻璃系製品的壓縮應力層可包括大於或等於10 MPa之壓縮應力，如大於或等於20 MPa、大於或等於30 MPa、大於或等於40 MPa、大於或等於50 MPa、大於或等於60 MPa、大於或等於70 MPa、大於或等於80 MPa、大於或等於90 MPa、大於或等於100 MPa、大於或等於110 MPa、大於或等於120 MPa、大於或等於130 MPa、大於或等於140 MPa、大於或等於145 MPa、大於或等於150 MPa、大於或等於160 MPa、大於或等於170 MPa、大於或等於180 MPa、大於或等於190 MPa、大於或等於200 MPa、大於或等於210 MPa、大於或等於220 MPa、大於或等於230 MPa、大於或等於240 MPa、大於或等於250 MPa、大於或等於260 MPa、大於或等於270 MPa、大於或等於280 MPa、大於或等於290 MPa或更大。在一些實施例中，壓縮應力層可包括從大於或等於10 MPa至小於或等於300 MPa之壓縮應力，如從大於或等於20 MPa至小於或等於290 MPa、從大於或等於20 MPa至小於或等於280 MPa、從大於或等於30 MPa至小於或等於270 MPa、從大於或等於40 MPa至小於或等於260 MPa、從大於或等於50 MPa至小於或等於250 MPa、從大於或等於60 MPa至小於或等於240 MPa、從大於或等於70 MPa至小於或等於230 MPa、從大於或等於80 MPa至小於或等於220 MPa、從大於或等於90 MPa至小於或等於210 MPa、從大於或等於100 MPa至小於或等於200 MPa、從大於或等於110 MPa至小於或等於190 MPa、從大於或等於120 MPa至小於或等於180 MPa、從大於或等於130 MPa至小於或等於170 MPa、從大於或等於140 MPa至小於或等於160 MPa、150 MPa，或由任何這些端點形成之任何子範圍。

在一些實施例中，壓縮應力層的DOC可大於或等於5 µm，如大於或等於7 µm、大於或等於10 µm、大於或等於15 µm、大於或等於20 µm、大於或等於25 µm、大於或等於30 µm、大於或等於35 µm、大於或等於40 µm、大於或等於45 µm、大於或等於50 µm、大於或等於55 µm、大於或等於60 µm、大於或等於65 µm、大於或等於70 µm、大於或等於75 µm、大於或等於80 µm、大於或等於85 µm、大於或等於90 µm、大於或等於95 µm或更大。在一些實施例中，壓縮應力層的DOC可從從大於或等於5 µm至小於或等於100 µm，如從大於或等於7 µm至小於或等於95 µm、從大於或等於10 µm至小於或等於90 µm、從大於或等於15 µm至小於或等於85 µm、從大於或等於20 µm至小於或等於80 µm、從大於或等於25 µm至小於或等於75 µm、從大於或等於30 µm至小於或等於70 µm、從大於或等於35 µm至小於或等於65 µm、從大於或等於40 µm至小於或等於60 µm、從大於或等於45 µm至小於或等於55 µm、50 µm，或可由任何這些端點形成之任何子範圍。

在一些實施例中，玻璃系製品可具有大於或等於0.05t 之DOC，其中t 為玻璃系製品的厚度，例如大於或等於0.06t 、大於或等於0.07t 、大於或等於0.08t 、大於或等於0.09t 、大於或等於0.10t 、大於或等於0.11t 、大於或等於0.12t 、大於或等於0.13t 、大於或等於0.14t 、大於或等於0.15t 、大於或等於0.16t 、大於或等於0.17t 、大於或等於0.18t 、大於或等於0.19t 或更大。在一些實施例中，玻璃系製品可具有從大於或等於0.05t 至小於或等於0.20t 之DOC，如從大於或等於0.06t 至小於或等於0.19t 、從大於或等於0.07t 至小於或等於0.18t 、從大於或等於0.08t 至小於或等於0.17t 、從大於或等於0.09t 至小於或等於0.16t 、從大於或等於0.10t 至小於或等於0.15t 、從大於或等於0.11t 至小於或等於0.14t 、從大於或等於0.12t 至小於或等於0.13t ，或由任何這些端點形成之任何子範圍。

藉由使用市售儀器之表面應力計(surface stress meter)來量測壓縮應力(包括表面CS)，所述表面應力計如Orihara Industrial有限公司(日本)製造的FSM-6000 (FSM)。表面應力量測係依據應力光學係數(SOC)的精確量測，SOC與玻璃之雙折射有關。進而依據名稱為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」的ASTM標準C770-16中描述之程序C（玻璃盤法）量測SOC，該標準及程序之內容以全文引用方式併入本文。DOC由FSM量測。使用本案所屬技術領域中已知的散射光偏光鏡(scattered light polariscope；SCALP)技術來測量最大中心張力(CT)值。

玻璃系製品的含氫層可具有大於5 µm之層深度(DOL)。在一些實施例中，層深度可為大於或等於10 µm，例如大於或等於15 µm、大於或等於20 µm、大於或等於25 µm、大於或等於30 µm、大於或等於35 µm、大於或等於40 µm、大於或等於45 µm、大於或等於50 µm、大於或等於55 µm、大於或等於60 µm、大於或等於65 µm、大於或等於70 µm、大於或等於75 µm、大於或等於80 µm、大於或等於85 µm、大於或等於90 µm、大於或等於95 µm或更大。在一些實施例中，層深度可從大於5 µm至小於或等於100 µm，例如從大於或等於10 µm至小於或等於95 µm、從大於或等於15 µm至小於或等於90 µm、從大於或等於20 µm至小於或等於85 µm、從大於或等於25 µm至小於或等於80 µm、從大於或等於30 µm至小於或等於75 µm、從大於或等於35 µm至小於或等於70 µm、從大於或等於40 µm至小於或等於65 µm、從大於或等於45 µm至小於或等於60 µm、從大於或等於50 µm至小於或等於55 µm，或由任何這些端點形成之任何子範圍。通常，所述玻璃系製品展現之層深度大於可藉由暴露至大氣環境所產生之層深度。

玻璃系製品的含氫層可具有大於0.005t 之層深度(DOL)，其中t 為玻璃系製品的厚度。在一些實施例中，層深度可為大於或等於0.010t ，例如大於或等於0.015t 、大於或等於0.020t 、大於或等於0.025t 、大於或等於0.030t 、大於或等於0.035t 、大於或等於0.040t 、大於或等於0.045t 、大於或等於0.050t 、大於或等於0.055t 、大於或等於0.060t 、大於或等於0.065t 、大於或等於0.070t 、大於或等於0.075t 、大於或等於0.080t 、大於或等於0.085t 、大於或等於0.090t 、大於或等於0.095t 、大於或等於0.10t 、大於或等於0.15t 、大於或等於0.20t 或更大。在一些實施例中，DOL可為從大於0.005t 至小於或等於0.205t ，例如從大於或等於0.010t 至小於或等於0.200t 、從大於或等於0.015t 至小於或等於0.195t 、從大於或等於0.020t 至小於或等於0.190t 、從大於或等於0.025t 至小於或等於0.185t 、從大於或等於0.030t 至小於或等於0.180t 、從大於或等於0.035t 至小於或等於0.175t 、從大於或等於0.040t 至小於或等於0.170t 、從大於或等於0.045t 至小於或等於0.165t 、從大於或等於0.050t 至小於或等於0.160t 、從大於或等於0.055t 至小於或等於0.155t 、從大於或等於0.060t 至小於或等於0.150t 、從大於或等於0.065t 至小於或等於0.145t 、從大於或等於0.070t 至小於或等於0.140t 、從大於或等於0.075t 至小於或等於0.135t 、從大於或等於0.080t 至小於或等於0.130t 、從大於或等於0.085t 至小於或等於0.125t 、從大於或等於0.090t 至小於或等於0.120t 、從大於或等於0.095t 至小於或等於0.115t 、從大於或等於0.100t 至小於或等於0.110t ，或由任何這些端點形成之任何子範圍。

藉由本案所屬技術領域中所知的二次離子質譜儀(secondary ion mass spectrometry；SIMS)技術來測量層深度及氫濃度。SIMS技術能夠測量給定深度處之氫濃度，但不能區分存在於玻璃系製品中之氫物種。基於此理由，所有氫物種都有助於SIMS測得之氫濃度。如本文所用，層深度(DOL)指的是玻璃系製品的表面下方之第一深度，所述第一深度處之氫濃度等於在玻璃系製品的中心處之氫濃度。此定義考慮了處理前之玻璃系基板的氫濃度，使得層深度指的是藉由處理製程添加之氫的深度。實際上，可藉由距玻璃系製品的表面之氫濃度變得實質上恆定的深度處之氫濃度來近似玻璃系製品的中心處之氫濃度，因為不預期氫濃度會在這樣的深度與玻璃系製品的中心之間改變。此近似允許在不測量玻璃系製品的整個深度之氫濃度的情況下測定DOL。

不欲受限於任何特定理論，玻璃系製品的含氫層可能是氫物種與玻璃系基板的組成物中所含有之離子相互擴散的結果。諸如H₃ O⁺ 、H₂ O及/或H⁺ 等含氫物種可擴散進入玻璃系基板內以形成玻璃系製品。水可能藉由形成矽烷醇基團、破壞網絡結構並導致玻璃的體積膨脹，而滲入玻璃系基板。如此的體積膨脹可在玻璃系製品中產生壓縮應力層。壓縮應力層的壓縮應力和壓縮深度可取決於用來形成玻璃系製品之玻璃系基板的組成物及水蒸氣處理條件(如溫度、壓力、水含量和持續時間)。藉由水蒸氣處理產生之玻璃系製品的應力輪廓可類似於藉由以鉀進行鈉離子交換強化製程所產生之應力輪廓。

當與水蒸氣處理製程前之玻璃系基板相比時，具有壓縮應力層之玻璃系製品亦呈現重量增加。藉由水蒸氣處理製程在玻璃系製品中形成之含氫層的水含量可根據以下等式估算，其中假設水合前沿(hydration front)依循階狀輪廓(step profile)：

其中C_w 為水含量(單位為每克玻璃之水的克含量)，W 為玻璃系製品的重量增加(單位為克)，A 為玻璃系製品的表面積，DOL以公分為單位，且ρ為玻璃的密度。階狀輪廓水合前沿1圖解於第3圖。可藉由將C_w 值除以1+C_w ，而將C_w 轉換為含氫層中之水的重量百分比。如第3圖所示，若假設線性輪廓水合前沿2，則在近表面區域中的水濃度將幾乎是階狀輪廓1之水濃度的兩倍。

本文揭示之玻璃系製品可併入另一製品內，如具顯示器之製品(或顯示器製品) (如，消費性電子產品，包括行動電話、平板電腦、電腦、導航系統、可穿戴裝置(如手錶)等)、建築用製品、運輸製品(如，車輛、火車、飛機、船隻等)、家電製品，或需一定透光度、耐刮性、耐磨性或上述組合的任何製品。整合有本文揭示之任何玻璃系製品之範例製品繪示於第2A及2B圖中。具體而言，第2A及2B圖繪示消費性電子裝置200，其包括：殼體202，具有前部204、後部206和側表面208；電氣部件(未繪示)，至少部份地位於殼體內或完全位於殼體內，並包括至少一控制器、記憶體及顯示器210，其中顯示器210位在殼體的前表面處或接近殼體的前表面；以及覆蓋基板212，位於殼體的前表面處或殼體的前表面上方，使得覆蓋基板212位在顯示器上方。在某些實施例中，覆蓋基板212及殼體202中之至少一者的至少一部分可包括本文揭示之任何玻璃系製品。

可由具有任何適當的組成物之玻璃系基板來形成玻璃系製品。可具體地選擇玻璃系基板的組成物以促進含氫物種的擴散，從而可有效率地形成包括含氫層和壓縮應力層之玻璃系製品。玻璃系基板實質上不含鹼金屬氧化物或不含鹼金屬氧化物。使用實質上不含鹼金屬氧化物之玻璃系基板使得玻璃系製品可被用於諸如半導體或顯示器相關產品等應用中，鹼金屬陽離子在該等應用中可能遷移進入電子部件並「毒害」電晶體。在一些實施例中，玻璃系基板可具有包括SiO₂ 、Al₂ O₃ 及P₂ O₅ 之組成物。在一些實施例中，氫物種不會擴散到玻璃系製品的中心。換句話說，玻璃系製品的中心是受水蒸氣處理影響最小的區域。基於此理由，玻璃系製品的中心所具有之組成物可與在含水環境中處理之前的玻璃系基板的組成物實質相同或相同。

在一些實施例中，玻璃系基板的熱膨脹係數(CTE)可低於通常允許熱回火(thermal tempering)之CTE。在實施例中，玻璃系基板的CTE可小於或等於10 ppm，例如小於或等於9 ppm、小於或等於8 ppm、小於或等於7 ppm、小於或等於6 ppm、小於或等於5 ppm、小於或等於4 ppm、小於或等於3 ppm或更小。在一些實施例中，玻璃系基板的CTE可在從大於或等於2 ppm至小於或等於10 ppm之範圍內，例如從大於或等於3 ppm至小於或等於9 ppm、從大於或等於4 ppm至小於或等於8 ppm、從大於或等於5 ppm至小於或等於7 ppm、6 ppm及由任何這些端點形成之任何及所有子範圍。在25 °C至300 °C之溫度範圍內的線性熱膨脹係數(CTE)以10^‑7 /°C表示，並根據ASTM E228-11使用推桿膨脹計(push-rod dilatometer)來測定。

玻璃系基板可包括任何適當量的SiO₂ 。SiO₂ 是最大成分，且因此，SiO₂ 是由玻璃組成物形成之玻璃網絡的主要成分。若玻璃組成物中之SiO₂ 的濃度過高，則玻璃組成物的可成形性可能會降低，因為較高濃度的SiO₂ 增加了熔融玻璃的難度，進而不利地影響玻璃的可成形性。在一些實施例中，玻璃系基板可包括從大於或等於50莫耳%至小於或等於72莫耳%之量的SiO₂ ，例如從大於或等於52莫耳%至小於或等於70莫耳%、從大於或等於54莫耳%至小於或等於68莫耳%、從大於或等於56莫耳%至小於或等於66莫耳%、從大於或等於58莫耳%至小於或等於64莫耳%、從大於或等於60莫耳%至小於或等於62莫耳%，或由任何這些端點形成之任何子範圍。

玻璃系基板可包括任何適當量的Al₂ O₃ 。類似於SiO₂ ，Al₂ O₃ 可作為玻璃網絡成形劑。Al₂ O₃ 可增加玻璃組成物的黏度，這是由於其在由玻璃組成物形成之玻璃熔體中的四面體配位(tetrahedral coordination)，當Al₂ O₃ 的量過高時會降低玻璃組成物的可成形性。然而，當玻璃組成物中之Al₂ O₃ 的濃度與SiO₂ 的濃度及鹼金屬氧化物的濃度平衡時，Al₂ O₃ 可降低玻璃熔體的液相溫度，從而提升液相黏度並改進玻璃組成物與某些成形製程(如融合成形製程)的相容性。在玻璃系基板中包括Al₂ O₃ 可防止相分離，並減少玻璃中之非橋接氧(non-bridging oxygens；NBOs)的數量。此外，Al₂ O₃ 可改進離子交換的效率。在一些實施例中，玻璃系基板可包括從大於或等於1莫耳%至小於或等於25莫耳%之量的Al₂ O₃ ，例如從大於或等於2莫耳%至小於或等於23莫耳%、從大於或等於3莫耳%至小於或等於21莫耳%、從大於或等於4莫耳%至小於或等於20莫耳%、從大於或等於5莫耳%至小於或等於19莫耳%、從大於或等於6莫耳%至小於或等於17莫耳%、從大於或等於7莫耳%至小於或等於15莫耳%、從大於或等於8莫耳%至小於或等於14莫耳%、從大於或等於9莫耳%至小於或等於13莫耳%、從大於或等於10莫耳%至小於或等於12莫耳%、11莫耳%，或由任何這些端點形成之任何子範圍。

玻璃系基板可包括足以產生期望的氫擴散率之任何量的P₂ O₅ 。在玻璃系基板中包括磷促進了更快的交互擴散。因此，含磷玻璃系基板允許有效地形成包括含氫層之玻璃系製品。包括P₂ O₅ 亦允許在相對較短的處理時間內生產具有較深的層深度(如，大於約10 µm)之玻璃系製品。在一些實施例中，玻璃系基板可包括從大於或等於0莫耳%至小於或等於15莫耳%之量的P₂ O₅ ，例如從大於或等於1莫耳%至小於或等於14莫耳%、從大於或等於2莫耳%至小於或等於13莫耳%、從大於或等於3莫耳%至小於或等於12莫耳%、從大於或等於4莫耳%至小於或等於11莫耳%、從大於或等於5莫耳%至小於或等於10莫耳%、從大於或等於6莫耳%至小於或等於9莫耳%、從大於或等於7莫耳%至小於或等於8莫耳%，或由任何這些端點形成之任何子範圍。在一些實施例中，玻璃系基板可包括從大於或等於2莫耳%至小於或等於10莫耳%之量的P₂ O₅ ，例如從大於或等於5莫耳%至小於或等於10莫耳%。在實施例中，玻璃系基板可實質上不含P₂ O₅ 或不含P₂ O₅ 。更具體而言，在B₂ O₃ 以高含量(大於或等於15莫耳%)存在於玻璃系基板之一些實施例中，玻璃系基板可實質上不含P₂ O₅ 或不含P₂ O₅ 。

玻璃系基板可額外包括B₂ O₃ 。在玻璃系基板中包括B₂ O₃ 可提高玻璃系基板的耐損壞性，並從而提高由所述玻璃系基板形成之玻璃系製品的耐損壞性。在一些實施例中，玻璃系基板可包括從大於或等於0莫耳%至小於或等於30莫耳%之量的B₂ O₃ ，例如從大於或等於1莫耳%至小於或等於28莫耳%、從大於或等於2莫耳%至小於或等於26莫耳%、從大於或等於3莫耳%至小於或等於25莫耳%、從大於或等於4莫耳%至小於或等於24莫耳%、從大於或等於5莫耳%至小於或等於23莫耳%、從大於或等於6莫耳%至小於或等於22莫耳%、從大於或等於7莫耳%至小於或等於21莫耳%、從大於或等於8莫耳%至小於或等於20莫耳%、從大於或等於9莫耳%至小於或等於19莫耳%、從大於或等於10莫耳%至小於或等於18莫耳%、從大於或等於11莫耳%至小於或等於17莫耳%、從大於或等於12莫耳%至小於或等於16莫耳%、從大於或等於13莫耳%至小於或等於15莫耳%、14莫耳%，或由這些端點形成之任何及所有子範圍。在一些實施例中，玻璃系基板可含有大於或等於15莫耳%的B₂ O₃ 。在實施例中，玻璃系基板可實質上不含B₂ O₃ 或不含B₂ O₃ 。

玻璃系基板可額外包括MgO。在一些實施例中，玻璃系基板可包括從大於或等於0莫耳%至小於或等於3莫耳%之量的MgO，例如從大於或等於1莫耳%至小於或等於2莫耳%，或由這些端點形成之任何及所有子範圍。在實施例中，玻璃系基板可實質上不含MgO或不含MgO。

玻璃系基板可額外包括CaO。在一些實施例中，玻璃系基板可包括從大於或等於0莫耳%至小於或等於8莫耳%之量的CaO，例如從大於或等於1莫耳%至小於或等於7莫耳%、從大於或等於2莫耳%至小於或等於6莫耳%、從大於或等於3莫耳%至小於或等於5莫耳%、4莫耳%，或由這些端點形成之任何及所有子範圍。在實施例中，玻璃系基板可實質上不含CaO或不含CaO。

玻璃系基板可額外包括SrO。在一些實施例中，玻璃系基板可包括從大於或等於0莫耳%至小於或等於7莫耳%之量的SrO，例如從大於或等於1莫耳%至小於或等於6莫耳%、從大於或等於2莫耳%至小於或等於5莫耳%、%、從大於或等於3莫耳%至小於或等於4莫耳%，或由這些端點形成之任何及所有子範圍。在實施例中，玻璃系基板可實質上不含SrO或不含SrO。

在一些實施例中，玻璃系基板可包括MgO、CaO、SrO及BaO中之至少一者。在實施例中，玻璃系基板含有BaO。在其他實施例中，玻璃系基板可實質上不含或不含BaO。

玻璃系基板可額外包括ZrO₂ 。在一些實施例中，玻璃系基板可實質上不含ZrO₂ 或不含ZrO₂ 。

玻璃系基板可額外包括澄清劑。在一些實施例中，澄清劑可包括錫。在實施例中，玻璃系基板可包括從大於或等於0莫耳%至小於或等於0.5莫耳%之量的SnO₂ ，例如從大於0莫耳%至小於或等於0.1莫耳%。在實施例中，玻璃系基板可實質上不含SnO₂ 或不含SnO₂ 。

玻璃系基板可具有任何適當的幾何形貌。在一些實施例中，玻璃系基板的厚度可小於或等於2 mm，例如小於或等於1.9 mm、小於或等於1.8 mm、小於或等於1.7 mm、小於或等於1.6 mm、小於或等於1.5 mm、小於或等於1.4 mm、小於或等於1.3 mm、小於或等於1.2 mm、小於或等於1.1 mm、小於或等於1 mm、小於或等於900 µm、小於或等於800 µm、小於或等於700 µm、小於或等於600 µm、小於或等於500 µm、小於或等於400 µm、小於或等於300 µm或更小。在實施例中，玻璃系基板的厚度可從大於或等於300 µm至小於或等於2 mm，例如從大於或等於400 µm至小於或等於1.9 mm、從大於或等於500 µm至小於或等於1.8 mm、從大於或等於600 µm至小於或等於1.7 mm、從大於或等於700 µm至小於或等於1.6 mm、從大於或等於800 µm至小於或等於1.5 mm、從大於或等於900 µm至小於或等於1.4 mm、從大於或等於1 mm至小於或等於1.3 mm、從大於或等於1.1 mm至小於或等於1.2 mm，或由這些端點形成之任何及所有子範圍。在一些實施例中，玻璃系基板可為板狀或片狀。在一些其他實施例中，玻璃系基板可具有2.5D或3D形狀。如本文所用，「2.5D形狀」指的是片狀製品，其至少一個主表面為至少部分非平坦的，且第二主表面為實質上平坦的。如本文所用，「3D形狀」指的是具有至少部分非平坦的第一和第二相對主表面之製品。玻璃系製品可具有與形成它們的玻璃系基板實質上相似或相同之尺寸和形狀。

可藉由在任何適當的條件下暴露於水蒸氣而從玻璃系基板製造玻璃系製品。可在任何合適的裝置中進行暴露，如具有相對濕度控制之爐。也可在升高的壓力下進行暴露，如具有相對濕度和壓力控制之爐或高壓釜。

在一個實施例中，可藉由將玻璃系基板暴露於具有大於環境壓力(ambient pressure)之壓力且含有水蒸氣之環境來生產玻璃系製品。所述環境可具有大於0.1 MPa的壓力和大於或等於0.075 MPa的水分壓。在暴露環境中允許之升高的壓力容許在環境中之更高的水蒸氣濃度，特別是當溫度升高時。隨著溫度升高，對固定體積(如爐或高壓釜的內部)而言，可擴散進入玻璃系基板以形成玻璃系製品之水量減少。因此，儘管升高水蒸氣處理環境的溫度可增加氫物種擴散進入玻璃系基板之速率，但當壓力恆定時，降低的總水蒸氣濃度和較高溫度下之應力鬆弛產生減小的壓縮應力。隨著溫度升高(例如高於大氣壓飽和條件之溫度)，施加升高的壓力以達到飽和條件可顯著增加環境中之水蒸氣的濃度。

在一些實施例中，玻璃系基板可在大於0.1 MPa之壓力下暴露於環境，例如大於或等於0.2 MPa、大於或等於0.3 MPa、大於或等於0.4 MPa、大於或等於0.5 MPa、大於或等於0.6 MPa、大於或等於0.7 MPa、大於或等於0.8 MPa、大於或等於0.9 MPa、大於或等於1.0 MPa、大於或等於1.1 MPa、大於或等於1.2 MPa、大於或等於1.3 MPa、大於或等於1.4 MPa、大於或等於1.5 MPa、大於或等於1.6 MPa、大於或等於1.7 MPa、大於或等於1.8 MPa、大於或等於1.9 MPa、大於或等於2.0 MPa、大於或等於2.1 MPa、大於或等於2.2 MPa、大於或等於2.3 MPa、大於或等於2.4 MPa、大於或等於2.5 MPa、大於或等於2.6 MPa、大於或等於2.7 MPa、大於或等於2.8 MPa、大於或等於2.9 MPa、大於或等於3.0 MPa、大於或等於3.1 MPa、大於或等於3.2 MPa、大於或等於3.3 MPa、大於或等於3.4 MPa、大於或等於3.5 MPa、大於或等於1.6 MPa、大於或等於3.7 MPa、大於或等於3.8 MPa、大於或等於3.9 MPa、大於或等於4.0 MPa、大於或等於4.1 MPa、大於或等於4.2 MPa、大於或等於4.3 MPa、大於或等於4.4 MPa、大於或等於4.5 MPa、大於或等於4.6 MPa、大於或等於4.7 MPa、大於或等於4.8 MPa、大於或等於4.9 MPa、大於或等於5.0 MPa、大於或等於5.1 MPa、大於或等於5.2 MPa、大於或等於5.3 MPa、大於或等於5.4 MPa、大於或等於5.5 MPa、大於或等於5.6 MPa、大於或等於5.7 MPa、大於或等於5.8 MPa、大於或等於5.9 MPa、大於或等於6.0 MPa，或更大。在實施例中，玻璃系基板可在從大於0.1 MPa至小於或等於25 MPa之壓力下暴露於環境，例如從大於或等於0.2 MPa至小於或等於24 MPa、從大於或等於0.3 MPa至小於或等於23 MPa、從大於或等於0.4 MPa至小於或等於22 MPa、從大於或等於0.5 MPa至小於或等於21 MPa、從大於或等於0.6 MPa至小於或等於20 MPa、從大於或等於0.7 MPa至小於或等於19 MPa、從大於或等於0.8 MPa至小於或等於18 MPa、從大於或等於0.9 MPa至小於或等於17 MPa、從大於或等於1.0 MPa至小於或等於16 MPa、從大於或等於1.1 MPa至小於或等於15 MPa、從大於或等於1.2 MPa至小於或等於14 MPa、從大於或等於1.3 MPa至小於或等於13 MPa、從大於或等於1.4 MPa至小於或等於12 MPa、從大於或等於1.5 MPa至小於或等於11 MPa、從大於或等於1.6 MPa至小於或等於10 MPa、從大於或等於1.7 MPa至小於或等於9 MPa、從大於或等於1.8 MPa至小於或等於8 MPa、從大於或等於1.9 MPa至小於或等於7 MPa、從大於或等於1.9 MPa至小於或等於6.9 MPa、從大於或等於2.0 MPa至小於或等於6.8 MPa、從大於或等於2.1 MPa至小於或等於6.7 MPa、從大於或等於2.2 MPa至小於或等於6.6 MPa、從大於或等於2.3 MPa至小於或等於6.5 MPa、從大於或等於2.4 MPa至小於或等於6.4 MPa、從大於或等於2.5 MPa至小於或等於6.3 MPa、從大於或等於2.6 MPa至小於或等於6.2 MPa、從大於或等於2.7 MPa至小於或等於6.1 MPa、從大於或等於2.8 MPa至小於或等於6.0 MPa、從大於或等於2.9 MPa至小於或等於5.9 MPa、從大於或等於3.0 MPa至小於或等於5.8 MPa、從大於或等於3.1 MPa至小於或等於5.7 MPa、從大於或等於3.2 MPa至小於或等於5.6 MPa、從大於或等於3.3 MPa至小於或等於5.5 MPa、從大於或等於3.4 MPa至小於或等於5.4 MPa、從大於或等於3.5 MPa至小於或等於5.3 MPa、從大於或等於3.6 MPa至小於或等於5.2 MPa、從大於或等於3.7 MPa至小於或等於5.1 MPa、從大於或等於3.8 MPa至小於或等於5.0 MPa、從大於或等於3.9 MPa至小於或等於4.9 MPa、從大於或等於4.0 MPa至小於或等於4.8 MPa、從大於或等於4.1 MPa至小於或等於4.7 MPa、從大於或等於4.2 MPa至小於或等於4.6 MPa、從大於或等於4.3 MPa至小於或等於4.5 MPa、4.4 MPa，或由任何這些端點形成之任何及所有子範圍。

在一些實施例中，可將玻璃系基板暴露於具有大於或等於0.075 MPa的水分壓之環境，例如大於或等於0.1 MPa、大於或等於0.2 MPa、大於或等於0.3 MPa、大於或等於0.4 MPa、大於或等於0.5 MPa、大於或等於0.6 MPa、大於或等於0.7 MPa、大於或等於0.8 MPa、大於或等於0.9 MPa、大於或等於1.0 MPa、大於或等於1.1 MPa、大於或等於1.2 MPa、大於或等於1.3 MPa、大於或等於1.4 MPa、大於或等於1.5 MPa、大於或等於1.6 MPa、大於或等於1.7 MPa、大於或等於1.8 MPa、大於或等於1.9 MPa、大於或等於2.0 MPa、大於或等於2.1 MPa、大於或等於2.2 MPa、大於或等於2.3 MPa、大於或等於2.4 MPa、大於或等於2.5 MPa、大於或等於2.6 MPa、大於或等於2.7 MPa、大於或等於2.8 MPa、大於或等於2.9 MPa、大於或等於3.0 MPa、大於或等於3.1 MPa、大於或等於3.2 MPa、大於或等於3.3 MPa、大於或等於3.4 MPa、大於或等於3.5 MPa、大於或等於1.6 MPa、大於或等於3.7 MPa、大於或等於3.8 MPa、大於或等於3.9 MPa、大於或等於4.0 MPa、大於或等於4.1 MPa、大於或等於4.2 MPa、大於或等於4.3 MPa、大於或等於4.4 MPa、大於或等於4.5 MPa、大於或等於4.6 MPa、大於或等於4.7 MPa、大於或等於4.8 MPa、大於或等於4.9 MPa、大於或等於5.0 MPa、大於或等於5.1 MPa、大於或等於5.2 MPa、大於或等於5.3 MPa、大於或等於5.4 MPa、大於或等於5.5 MPa、大於或等於5.6 MPa、大於或等於5.7 MPa、大於或等於5.8 MPa、大於或等於5.9 MPa、大於或等於6.0 MPa、大於或等於7.0 MPa、大於或等於8.0 MPa、大於或等於9.0 MPa、大於或等於10.0 MPa、大於或等於11.0 MPa、大於或等於12.0 MPa、大於或等於13.0 MPa、大於或等於14.0 MPa、大於或等於15.0 MPa、大於或等於16.0 MPa、大於或等於17.0 MPa、大於或等於18.0 MPa、大於或等於19.0 MPa、大於或等於20.0 MPa、大於或等於21.0 MPa、大於或等於22.0 MPa或更大。在實施例中，可將玻璃系基板暴露於具有從大於或等於0.075 MPa至小於或等於22 MPa的水分壓之環境，例如從大於或等於0.1 MPa至小於或等於21 MPa、從大於或等於0.2 MPa至小於或等於20 MPa、從大於或等於0.3 MPa至小於或等於19 MPa、從大於或等於0.4 MPa至小於或等於18 MPa、從大於或等於0.5 MPa至小於或等於17 MPa、從大於或等於0.6 MPa至小於或等於16 MPa、從大於或等於0.7 MPa至小於或等於15 MPa、從大於或等於0.8 MPa至小於或等於14 MPa、從大於或等於0.9 MPa至小於或等於13 MPa、從大於或等於1.0 MPa至小於或等於12 MPa、從大於或等於1.1 MPa至小於或等於11 MPa、從大於或等於1.2 MPa至小於或等於10 MPa、從大於或等於1.3 MPa至小於或等於9 MPa、從大於或等於1.4 MPa至小於或等於8 MPa、從大於或等於1.5 MPa至小於或等於7 MPa、從大於或等於1.6 MPa至小於或等於6.9 MPa、從大於或等於1.7 MPa至小於或等於6.8 MPa、從大於或等於1.8 MPa至小於或等於6.7 MPa、從大於或等於1.9 MPa至小於或等於6.6 MPa、從大於或等於2.0 MPa至小於或等於6.5 MPa、從大於或等於2.1 MPa至小於或等於6.4 MPa、從大於或等於2.2 MPa至小於或等於6.3 MPa、從大於或等於2.3 MPa至小於或等於6.2 MPa、從大於或等於2.4 MPa至小於或等於6.1 MPa、從大於或等於2.5 MPa至小於或等於6.0 MPa、從大於或等於2.6 MPa至小於或等於5.9 MPa、從大於或等於2.7 MPa至小於或等於5.8 MPa、從大於或等於2.8 MPa至小於或等於5.7 MPa、從大於或等於2.9 MPa至小於或等於5.6 MPa、從大於或等於3.0 MPa至小於或等於5.5 MPa、從大於或等於3.1 MPa至小於或等於5.4 MPa、從大於或等於3.2 MPa至小於或等於5.3 MPa、從大於或等於3.3 MPa至小於或等於5.2 MPa、從大於或等於3.4 MPa至小於或等於5.1 MPa、從大於或等於3.5 MPa至小於或等於5.0 MPa、從大於或等於3.6 MPa至小於或等於4.9 MPa、從大於或等於3.7 MPa至小於或等於4.8 MPa、從大於或等於3.8 MPa至小於或等於4.7 MPa、從大於或等於3.9 MPa至小於或等於4.6 MPa、從大於或等於4.0 MPa至小於或等於4.5 MPa、從大於或等於4.1 MPa至小於或等於4.4 MPa、從大於或等於4.2 MPa至小於或等於4.3 MPa，或由任何這些端點形成之任何及所有子範圍。

在一些實施例中，可將玻璃系基板暴露於具有大於或等於75%的相對濕度之環境，例如大於或等於80%、大於或等於85%、大於或等於90%、大於或等於95%、大於或等於99%或更大。在一些實施例中，可將玻璃系基板暴露於具有100%的相對濕度之環境。

在一些實施例中，可將玻璃系基板暴露於溫度大於或等於100°C之環境，例如大於或等於105°C、大於或等於110°C、大於或等於115°C、大於或等於120°C、大於或等於125°C、大於或等於130°C、大於或等於135°C、大於或等於140°C、大於或等於145°C、大於或等於150°C、大於或等於155°C、大於或等於160°C、大於或等於165°C、大於或等於170°C、大於或等於175°C、大於或等於180°C、大於或等於185°C、大於或等於190°C、大於或等於195°C、大於或等於200°C、大於或等於205°C、大於或等於210°C、大於或等於215°C、大於或等於220°C、大於或等於225°C、大於或等於230°C、大於或等於235°C、大於或等於240°C、大於或等於245°C、大於或等於250°C、大於或等於255°C、大於或等於260°C、大於或等於265°C、大於或等於270°C、大於或等於275°C、大於或等於280°C、大於或等於285°C、大於或等於290°C、大於或等於295°C、大於或等於300°C或更大。在一些實施例中，可將玻璃系基板暴露於溫度從大於或等於100°C至小於或等於400°C之環境，例如從大於或等於105°C至小於或等於390°C、從大於或等於110°C至小於或等於380°C、從大於或等於115°C至小於或等於370°C、從大於或等於120°C至小於或等於360°C、從大於或等於125°C至小於或等於350°C、從大於或等於130°C至小於或等於340°C、從大於或等於135°C至小於或等於330°C、從大於或等於140°C至小於或等於320°C、從大於或等於145°C至小於或等於310°C、從大於或等於150°C至小於或等於300°C、從大於或等於155°C至小於或等於295°C、從大於或等於160°C至小於或等於290°C、從大於或等於165°C至小於或等於285°C、從大於或等於170°C至小於或等於280°C、從大於或等於175°C至小於或等於275°C、從大於或等於180°C至小於或等於270°C、從大於或等於185°C至小於或等於265°C、從大於或等於190°C至小於或等於260°C、從大於或等於195°C至小於或等於255°C、從大於或等於200°C至小於或等於250°C、從大於或等於205°C至小於或等於245°C、從大於或等於210°C至小於或等於240°C、從大於或等於215°C至小於或等於235°C、從大於或等於220°C至小於或等於230°C、225°C，或由任何這些端點形成之任何及所有子範圍。

在一些實施例中，可將玻璃系基板暴露於含水蒸氣環境達足以產生期望的含氫物種擴散程度和期望的壓縮應力層之時間段。在一些實施例中，可將玻璃系基板暴露於含水蒸氣環境達大於或等於2小時，例如大於或等於4小時、大於或等於6小時、大於或等於8小時、大於或等於10小時、大於或等於12小時、大於或等於14小時、大於或等於16小時、大於或等於18小時、大於或等於20小時、大於或等於22小時、大於或等於24小時、大於或等於30小時、大於或等於36小時、大於或等於42小時、大於或等於48小時、大於或等於54小時、大於或等於60小時、大於或等於66小時、大於或等於72小時、大於或等於78小時、大於或等於84小時、大於或等於90小時、大於或等於96小時、大於或等於102小時、大於或等於108小時、大於或等於114小時、大於或等於120小時、大於或等於126小時、大於或等於132小時、大於或等於138小時、大於或等於144小時、大於或等於150小時、大於或等於156小時、大於或等於162小時、大於或等於168小時或更久。在一些實施例中，可將玻璃系基板暴露於含水蒸氣環境達從大於或等於2小時至小於或等於10 天之時間段，例如從大於或等於4小時至小於或等於9天、從大於或等於6小時至小於或等於8天、從大於或等於8小時至小於或等於168小時、從大於或等於10小時至小於或等於162小時、從大於或等於12小時至小於或等於156小時、從大於或等於14小時至小於或等於150小時、從大於或等於16小時至小於或等於144小時、從大於或等於18小時至小於或等於138小時、從大於或等於20小時至小於或等於132小時、從大於或等於22小時至小於或等於126小時、從大於或等於24小時至小於或等於120小時、從大於或等於30小時至小於或等於114小時、從大於或等於36小時至小於或等於108小時、從大於或等於42小時至小於或等於102小時、從大於或等於48小時至小於或等於96小時、從大於或等於54小時至小於或等於90小時、從大於或等於60小時至小於或等於84小時、從大於或等於66小時至小於或等於78小時、72小時，或由任何這些端點形成之任何及所有子範圍。

在一些實施例中，可將玻璃系基板暴露於多重含水蒸氣環境。在實施例中，可將玻璃系基板暴露於第一環境，以形成第一玻璃系製品，第一玻璃系製品具有第一壓縮應力層從第一玻璃系製品的表面延伸至第一壓縮深度，且可接著將第一玻璃系製品暴露於第二環境，以形成第二玻璃系製品，第二玻璃系製品具有第二壓縮應力層從第二玻璃系製品的表面延伸至第二壓縮深度。第一環境具有第一水分壓及第一溫度，且玻璃系基板暴露於第一環境達第一時間段。第二環境具有第二水分壓及第二溫度，且第一玻璃系製品暴露於第二環境達第二時間段。

第一水分壓和第二水分壓可為任何適當的分壓，例如大於或等於0.075 MPa。就升高壓力法(elevated pressure method)中採用之水分壓而言，第一和第二分壓可以是本文揭示的任何值。在實施例中，第一環境和第二環境可獨立地具有大於或等於75%的相對濕度，例如大於或等於80%、大於或等於90%、大於或等於95%或等於100%。在一些實施例中，第一環境和第二環境中之至少一者具有100%的相對濕度。

第一壓縮應力層包括第一最大壓縮應力，且第二壓縮應力層包括第二最大壓縮應力。在實施例中，第一最大壓縮應力小於第二最大壓縮應力。第二最大壓縮應力可與透過多重步驟或混合浴離子交換技術形成之類型的壓縮應力「尖峰(spike)」比較。就玻璃系製品的壓縮應力而言，第一和第二最大壓縮應力可具有本文揭示之任何值。在實施例中，第二最大壓縮應力可為大於或等於50 MPa。

第一壓縮深度可小於或等於第二壓縮深度。在一些實施例中，第一壓縮深度小於第二壓縮深度。就壓縮深度而言，第一壓縮深度及第二壓縮深度可具有本文揭示之任何值。在實施例中，第二壓縮深度大於5 µm。

第一溫度可大於或等於第二溫度。在實施例中，第一溫度大於第二溫度。第一和第二溫度可為與升高壓力法關聯而揭示之任何溫度。

第一時間段可小於或等於第二時間段。在實施例中，第一時間段小於第二時間段。第一和第二時間段可為與升高壓力法關聯而揭示之任何時間段。

在實施例中，可在升高的壓力下進行任何或所有的對含水蒸氣環境之多重暴露。舉例而言，第一環境和第二環境中之至少一者可具有大於0.1 MPa的壓力。第一和第二環境可具有與升高壓力法關聯而揭示之任何壓力。

在一些實施例中，多重水蒸氣環境暴露技術可包括兩種以上之暴露環境。在實施例中，可將第二玻璃系製品暴露於第三環境以形成第三玻璃系製品。第三環境具有第三水分壓及第三溫度，且將第二玻璃系製品暴露於第三環境達第三時間段。第三玻璃系製品包括從製品的表面延伸至第三壓縮深度之第三壓縮應力層並具有第三最大壓縮應力。第三水分壓可大於或等於0.075 MPa。第三環境和第三玻璃系製品之任何性質的值可選自與升高壓力法關聯之相應性質而揭示的那些值。

在一些實施例中，可在第一時間段結束之後且在暴露於第二環境之前，將第一玻璃系製品冷卻至環境溫度或以其他方式移出第一環境。在一些實施例中，可在第一時間段結束之後將第一玻璃系製品維持在第一環境中，且可將第一環境條件更改成第二環境條件，而無需冷卻至環境溫度或從含水蒸汽環境移出第一玻璃系製品。

本文所揭示之生產玻璃系製品之方法可不用以鹼金屬離子源進行離子交換處理。在實施例中，藉由不包括以鹼金屬離子源進行離子交換之方法來生產玻璃系製品。

可修改暴露環境以減少產生期望量之含氫物種擴散進入玻璃系基板內所需的時間。舉例而言，可增加溫度及/或相對濕度以減少實現期望程度之含氫物種進入玻璃系基板之擴散及層深度所需要的時間。示範實施例

將特別適用於形成本文所述之玻璃系製品的無鹼玻璃組成物形成為玻璃系基板，並將玻璃組成物提供於下表I。使用ASTM C693-93(2013)之浮力法(buoyancy method)來測定玻璃組成物的密度。以ppm/°C表示25 °C至300 °C的溫度範圍內之線性熱膨脹係數(CTE)，並依據ASTM E228-11使用推桿膨脹計(push-rod dilatometer)來測定。使用ASTM C598-93(2013)之束彎曲黏度法(beam bending viscosity method)來測定應變點和退火點。使用ASTM C1351M-96(2012)之平行板黏度法(parallel plate viscosity method)來測定軟化點。楊氏模數、剪力模數和帕松比值指的是藉由標題為「Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts」之ASTM E2001-13中規定的通用類型的共振超音波光譜技術(resonant ultrasonic spectroscopy technique)所測量的值。表 I

	A	B	C	D	E	F	G	H	I
SiO2	65.59	58.82	58.55	53.95	60.38	69.95	63.60	54.50	70.00
Al2 O3	1.92	8.56	8.53	9.00	8.09	6.63	15.70	16.20	22.50
P2 O5	9.57		1.00	3.00			6.89	10.20	7.50
B2 O3	22.81	25.12	25.00	28.00	23.91	17.48		7.02
MgO		0.03			0.52	0.40	2.05	2.15
CaO		7.44	6.89		6.99	5.06	7.50	5.69
SrO				6.00		0.34	4.03	4.15
BaO						0.02
ZrO2							0.01	0.01
SnO2	0.06	0.03	0.03	0.05	0.05	0.05	0.07	0.07
密度 (g/cc)	2.202	2.260	2.237	2.289	2.270	2.256	2.497	2.416
CTE (ppm)	3.82	3.52	3.52	3.91	3.44	2.95	3.44	7.74
應變點 (°C)	508.2	584	565.3	531.6	573.7	606.3	672.8	671.4
退火點 (°C)	583.9	637.2	618.2	584.6	624.7	672.0	724.5	718.6
軟化點 (°C)	996.4		916.2	887.8			1040.0
楊氏模數 (GPa)	53.57	58.12	53.81	49.86	58.40	59.85	65.73	66.05
剪力模數 (GPa)	22.04	23.37	22.00	20.04	23.79	24.41	26.69	27.15
帕松比	0.215	0.244	0.223	0.244	0.229	0.227	0.231	0.216

將具有表I所示之組成物的樣品暴露於含水蒸氣環境，以形成具有壓縮應力層之玻璃製品。下表II顯示樣品組成物和樣品所暴露之環境(包括溫度、壓力及暴露時間)。以水蒸氣使各處理環境飽和。表II也報導了藉由表面應力計(FSM)測量所得之最大壓縮應力和壓縮深度。表 II

玻璃組成物	A	B	C
溫度 (°C)	200	250	200	400	250	400
壓力 (MPa)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
時間 ( 天 )	7	7	7	7	7	7
壓縮應力 (MPa)	62	22	152	3	140	3
壓縮深度 (um)	16	28	5.1	24	8	36

表 II ( 續 )

玻璃組成物	D	E	F	G	H	I
溫度 (°C)	400	400	400	400	400	400
壓力 (MPa)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
時間 ( 天 )	7	7	7	7	7	7
壓縮應力 (MPa)	8	3	13	86	89	110
壓縮深度 (um)	45	24.8	28	16	17	10

玻璃組成物C的樣品經受多重步驟水處理製程。下表III顯示樣品在各處理步驟中所暴露的環境(包括溫度、壓力和暴露時間)。以水蒸氣使各處理環境飽和。表III也報導了藉由表面應力計(FSM)測量所得之最大壓縮應力和壓縮深度。表 III

	玻璃組成物	C
第一 步驟	溫度 (°C)	400
壓力 (MPa)	0.1
時間 ( 小時 )	168
壓縮應力 (MPa)	3
壓縮深度 (um)	36
第二 步驟	溫度 (°C)	200
壓力 (MPa)	1.46
時間 ( 小時 )	18
壓縮應力 (MPa)	128
壓縮深度 (um)	18

儘管出於說明的目的已經闡述了典型的實施例，但是以上描述不應被認為是對本揭示內容或所附申請專利範圍之範圍的限制。因此，在不脫離本揭示內容或所附申請專利範圍的精神和範圍的情況下，本案所屬技術領域中具通常知識者可以想到各種修改、改編和替代。

100:玻璃系製品 110:第一表面 112:第二表面 120:第一壓縮應力層 122:第二壓縮應力層 130:拉伸應力區域t:厚度d₁ :深度d₂ :深度 200:消費性電子裝置 202:殼體 204:前部 206:後部 208:側表面 210:顯示器 212:覆蓋基板

第1圖為根據實施例之玻璃系製品的剖面示意圖。

第2A圖為整合有本文揭示之任何玻璃系製品之範例電子裝置之平面視圖。

第2B圖為第2A圖之範例電子裝置之透視圖。

第3圖為根據實施例之各種水合前沿輪廓之示意圖。

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國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:玻璃系製品

110:第一表面

112:第二表面

120:第一壓縮應力層

122:第二壓縮應力層

130:拉伸應力區域

t:厚度

d ₁ :深度

d ₂ :深度

Claims (10)

1. 一種玻璃系製品，包含： 小於2 mm之一厚度；以及一壓縮應力層，從該玻璃系製品的一表面延伸至一壓縮深度，其中該玻璃系製品實質上不含鹼金屬氧化物，該壓縮應力層包含大於或等於10 MPa之一壓縮應力，且該壓縮深度大於5 µm。
2. 如請求項1所述之玻璃系製品，其中具有與該玻璃系製品的中心相同的組成物之一玻璃具有小於10 ppm之一熱膨脹係數。
3. 一種玻璃系製品，包含： 一壓縮應力層，從該玻璃系製品的一表面延伸至一壓縮深度， 其中該玻璃系製品實質上不含鹼金屬氧化物，該壓縮應力層包含大於或等於10 MPa之一壓縮應力，該壓縮深度大於5 µm，且具有與該玻璃系製品的中心相同之組成物之一玻璃具有小於10 ppm之一熱膨脹係數。
4. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃系製品，進一步包含：一含氫層，從該玻璃系製品的該表面延伸至一層深度，其中該含氫層之一氫濃度從一最大氫濃度朝該層深度遞減。
5. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃系製品，其中： 該壓縮應力大於或等於100 MPa；及/或該壓縮深度大於或等於10 µm；及/或該厚度小於或等於1 mm。
6. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃系製品，其中： 該玻璃系製品的該中心包含大於或等於2莫耳%至小於或等於10莫耳%的P₂ O₅ ；及/或 該玻璃系製品的該中心包含大於或等於15莫耳%的B₂ O₃ ；及/或 該玻璃系製品的該中心包含大於或等於15莫耳%的B₂ O₃ 且實質上不含P₂ O₅ ；及/或 該玻璃系製品的該中心包含SiO₂ 及Al₂ O₃ ；及/或 該玻璃系製品的該中心包含SnO₂ ；及/或 該玻璃系製品的該中心包含以下至少一者：MgO、CaO、SrO及BaO。
7. 一種消費性電子產品，包含： 一殼體，包含一前表面、一後表面及側表面； 電子部件，至少部份地位於該殼體內，該等電子部件包含至少一控制器、一記憶體及一顯示器，該顯示器位於該殼體的該前表面處或與該殼體的該前表面相鄰；以及 一覆蓋基板，設置於該顯示器上方， 其中該殼體或該覆蓋基板中之至少一者的至少一部分包含如請求項1至3中任一項所述之玻璃系製品。
8. 一種方法，包含以下步驟： 將一玻璃系基板暴露於一環境以形成一玻璃系製品，該環境具有大於或等於75%之一相對濕度，該玻璃系製品具有一壓縮應力層，該壓縮應力層從該玻璃系製品的一表面延伸至一壓縮深度， 其中： 該玻璃系基板實質上不含鹼金屬氧化物； 該壓縮深度大於5 µm，且 該壓縮應力層包含大於或等於10 MPa之一壓縮應力。
9. 如請求項8所述之方法，其中： 該相對濕度為100%；及/或 該環境具有大於或等於0.1 MPa之一壓力。
10. 如請求項8至9鍾任一項所述之方法，其中： 該玻璃系基板具有小於10 ppm之一熱膨脹係數；及/或 該玻璃系基板具有小於或等於2 mm之一厚度；及/或 該玻璃系基板包含大於或等於2莫耳%至小於或等於10莫耳%的P₂ O₅ ；及/或 該玻璃系基板包含大於或等於15莫耳%的B₂ O₃ ；及/或 該玻璃系基板包含大於或等於15莫耳%的B₂ O₃ 且實質上不含P₂ O₅ ；及/或 該玻璃系基板包含SiO₂ 及Al₂ O₃ ；及/或 該玻璃系基板包含SnO₂ ；及/或 該玻璃系基板包含以下至少一者：MgO、CaO、SrO及BaO；及/或 該玻璃系製品包含一含氫層，該含氫層從該玻璃系製品的該表面延伸至一層深度，其中該含氫層之一氫濃度從一最大氫濃度朝該層深度遞減；及/或 該壓縮應力大於或等於100 MPa；及/或 該壓縮深度大於或等於10 µm。

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