具体实施方式

现在将详细地参照迭层玻璃制品的实施例，而其实例是图示于随附图式中。只要可能，相同的元件符号将在所有图式中用于指称相同或相似的部分。迭层玻璃制品的一个实施例是示意性图示于第1图的横截面中，并通过元件符号100在整个图式中总括标示。迭层玻璃制品大致包括可离子交换的核心玻璃组成物所形成的玻璃核心层，并且包括核心玻璃弹性模量EC与直接熔合至玻璃核心层的至少一个玻璃包覆层。至少一个玻璃包覆层可以由可离子交换的包覆玻璃组成物所形成，并且包括包覆玻璃弹性模量ECL，可离子交换的包覆玻璃组成物是与可离子交换的核心玻璃组成物不同。迭层玻璃制品可以具有总厚度T，而至少一个玻璃包覆层可以具有小于总厚度T的30％的厚度TCL。EC可以大于ECL至少5％。具体参照专利申请范围，将更详细地描述迭层玻璃制品以及形成迭层玻璃制品的方法的各种实施例。

本文所表示的范围可为从“约”一个特定值及/或到“约”另一特定值。当表示这样的范围时，另一实施例包括从一个特定值及/或到另一特定值。同样地，当以使用前置词“约”的近似方式表示值时，将可了解到特定值将形成另一实施例。可以进一步了解范围的每一端点明显，与另一端点有关，并独立于另一端点。

本文所使用的方向术语(例如上、下、右、左、前方、后方、顶部、底部)是仅对于参照图式的图示成立，而不预期为暗示绝对定向。

除非另外明确陈述，否则并不视为本文所述任何方法必须建构为以特定顺序施行其步骤，也不要求具有任何设备的特定定向。因此，在方法权利要求并不实际记载其步骤的顺序，或者任何设备权利要求并不实际记载独立部件的顺序或定向，或者不在权利要求书或叙述中具体说明步骤是限制于特定顺序，或者并未记载设备的部件的特定顺序或定向的情况中，在任何方面都不以任何方式推断其顺序或定向。这适用于为了说明的任何可能非明示表述基础，包括：对于步骤、操作流程、部件顺序、或部件定向的布置的逻辑事项；文法组织或标点所推衍的通用意义；以及在说明书中所叙述的实施例的数量或类型。

如本文所使用，除非上下文明确另外指示，否则单数型“一”、“一个”与“所述”包括复数指称。因此，举例而言，除非上下文明确另外指示，否则对于“一”「部件的参照包括具有二或更多个部件的态样。

本文所使用的术语“CTE”是指称约20℃至约300℃的温度范围内经平均的玻璃组成物的热膨胀系数。

以千兆帕(GPa)为单位来提供玻璃迭层物的不同层的弹性模量(也称为杨氏模量)。玻璃的弹性模量是通过每一玻璃迭层组成物的大量样品上的共振超声光谱法而确定。

本文所使用的术语“软化点”是指称玻璃组成物的黏度为1×10^7.6泊的温度。

本文所使用的术语“退火点”是指称玻璃组成物的黏度为1×10¹³泊的温度。

本文所使用的术语“应变点”与“Tstrain”是指称玻璃组成物的黏度为3×10¹⁴泊的温度。

使用标题为“Systems and methods for measuring a profile characteristicof a glass sample”的美国专利案号8,854,623B2中所述的折射近场(RNF)测量来测量表面压缩应力(CS)与压缩深度(DOC)。

短语“压缩深度”与“DOC”是指称玻璃中的压缩应力转变成拉伸应力的位置。

通过电子探针微分析(EPMA)来测量玻璃中各种组成成分的浓度分布曲线。

本文所述的实施例提供具有高耐刮擦性以及也呈现针对掉落所引起的破损的改善抗性的迭层玻璃制品。更具体来说，本文所述的实施例包括迭层玻璃制品，迭层玻璃制品包括具有不同特性以促进不同性质的玻璃包覆层与玻璃核心层。具体而言，当受到尖锐的接触时，玻璃包覆层具有高耐刮擦性与高耐裂纹形成性，同时玻璃核心层易于进行离子交换强化，产生深的压缩深度，而改善针对掉落所引起的破损的抗性。此外，选择用于玻璃包覆层与玻璃核心层的玻璃，以让玻璃形成之后冷却而能够产生应力。

现在参照图1，以横截面示意性图示迭层玻璃制品100。迭层玻璃制品100大体包含玻璃核心层102与至少一个玻璃包覆层104a。在第1图所示的迭层玻璃制品100的实施例中，迭层玻璃制品包括定位于玻璃核心层102的相对侧上的第一玻璃包覆层104a与第二玻璃包覆层104b。图1示意性将迭层玻璃制品100图示为迭层玻璃片材，应理解，可以预期并且可能是其他配置及外形尺寸。举例而言，迭层玻璃制品可以具有非平面配置(例如，弯曲的玻璃片材或类似者)。或者，迭层玻璃制品可以是迭层玻璃管、容器、或类似者。

在本文所述的迭层玻璃制品100的实施例中，玻璃核心层102大体包含第一主表面103a以及与第一主表面103a相对的第二主表面103b。第一玻璃包覆层104a熔合至玻璃核心层102的第一主表面103a，而第二玻璃包覆层104b熔合至玻璃核心层102的第二主表面103b。

在本文所述的实施例中，玻璃包覆层104a、104b熔合至玻璃核心层102，而不需额外的非玻璃材料(例如，黏着剂、涂布层、或类似者)被设置于玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b之间。因此，在一些实施例中，玻璃包覆层104a、104b直接熔合至玻璃核心层102，及/或直接与玻璃核心层102相邻。

现在参照图2，示意性图示玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b之间的界面的放大视图。在实施例中，迭层玻璃制品100包括在玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b之间的界面处的界面区域106a、106b。当玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b熔合在一起时，形成界面区域106a、106b。界面区域106a、106b是为由形成玻璃包覆层104a、104b的包覆组成物以及形成玻璃核心层102的核心组成物的混合物所组成的薄层。举例而言，界面区域106a、106b可以包含在玻璃核心层与玻璃包覆层的界面处所形成的中间玻璃层及/或扩散层(例如，通过将玻璃核心层与玻璃包覆层中的一或更多种成分扩散进入扩散层)。在一些实施例中，迭层玻璃制品100包含玻璃对玻璃迭层物(例如，原位熔融的多层玻璃对玻璃迭层物)，其中直接相邻的玻璃层之间的界面是为玻璃对玻璃界面。

再次参照图1，在本文所述的实施例中，迭层玻璃制品100的总厚度T是为沿着第1图所描绘的坐标轴的Z方向的玻璃核心层102的厚度与玻璃包覆层104a、104b中的每一者的厚度的总和。在实施例中，迭层玻璃制品的总厚度T可以大于或等于0.5mm且小于或等于3mm。在一些实施例中，迭层玻璃制品的总厚度T可以大于或等于0.8mm且小于或等于1.5mm。在一些实施例中，迭层玻璃制品的总厚度T可以大于或等于0.9mm且小于或等于1.0mm。

在实施例中，每一玻璃包覆层104a、104b的厚度是小于迭层玻璃制品的总厚度T的30％。在实施例中，每一玻璃包覆层104a、104b的厚度可以小于或等于迭层玻璃制品的总厚度T的25％，或者甚至小于或等于迭层玻璃制品的总厚度T的20％。在其他实施例中，每一玻璃包覆层104a、104b的厚度可以小于或等于迭层玻璃制品的总厚度T的15％。在实施例中，每一玻璃包覆层104a、104b的厚度是小于或等于迭层玻璃制品的总厚度T的10％。在实施例中，每一玻璃包覆层104a、104b的厚度可以小于或等于迭层玻璃制品的总厚度T的8％，或者甚至小于或等于迭层玻璃制品的总厚度T的6％。在其他实施例中，每一玻璃包覆层104a、104b的厚度可以小于或等于迭层玻璃制品的总厚度T的5％。具有小于迭层玻璃制品的总厚度T的30％的厚度的玻璃包覆层有助于透过玻璃包覆层104a、104b来针对玻璃核心层102进行离子交换强化。

在本文所述的迭层玻璃制品100的实施例中，玻璃核心层102是由可离子交换的核心玻璃组成物所形成，而玻璃包覆层104a、104b是由可离子交换的包覆玻璃组成物所形成。然而，玻璃包覆层104a、104b的组成物是与玻璃核心层102的组成物不同，以在最终的迭层玻璃制品中得到特定属性。

举例而言，玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b可以具有不同的自由体积，而导致玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b具有不同性质。本文所使用的短语“自由体积”是指称玻璃结构中未被原子或结构单元所占据的空间。具体而言，相较于玻璃核心层102，玻璃包覆层104a、104b可以具有相对较高的自由体积。玻璃包覆层104a、104b中的相对较高的自由体积导致在尖锐撞击事件期间玻璃的致密化(即，刮痕)以及较小的剪切力，而减少玻璃的次表面损伤以及减少玻璃中的残余应力。然而，玻璃中的相对较高的自由体积不一定会改善对于掉落所引起的损伤的抗性。这是因为在离子交换强化之后，相较于具有相对较低的自由体积的玻璃，具有相对较高的自由体积的玻璃大体具有较低的表面压缩。

因此，在本文所述的实施例中，玻璃核心层102具有低于玻璃包覆层104a、104b的自由体积。当通过离子交换强化玻璃核心层102时，玻璃核心层102的相对较低的自由体积有助于在玻璃核心层102中得到较高的压缩应力。在玻璃核心层102中(例如，在玻璃核心层的边缘处)的压缩应力改善迭层玻璃制品100对于掉落所引起的损伤的抗性。

如前所述，可以通过将具有相对较高的自由体积的玻璃用于玻璃包覆层104a、104b以及具有相对较低的自由体积的玻璃用于玻璃核心层102来得到具有改善的耐刮擦性以及具有改善的对于掉落所引起的损伤的抗性的迭层玻璃制品100。

玻璃的自由体积是与玻璃的弹性模量有关。更具体来说，通常可以理解，玻璃的弹性模量随着自由体积的增加而减少，并且随着自由体积的减少而增加。因此，在本文所述的实施例中，玻璃核心层102的弹性模量E_C是大于玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL。在一些实施例中，玻璃核心层102的弹性模量E_C是大于玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL至少5％。举例而言，在一些实施例中，玻璃核心层102的弹性模量E_C是大于玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL至少10％，或者甚至大于玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL至少15％。在其他实施例中，玻璃核心层102的弹性模量E_C是大于玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL至少20％，或者甚至大于玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL至少25％。

在一些实施例中，玻璃核心层102的弹性模量E_C与玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL之间的差异是大于或等于5GPA，或者甚至大于或等于10GPa。举例而言，在这些实施例中的一些中，玻璃核心层102的弹性模量E_C与玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL之间的差异是大于或等于15GPA，或者甚至大于或等于20GPa。在一些其他实施例中，玻璃核心层102的弹性模量E_C与玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL之间的差异是大于或等于25GPA，或者甚至大于或等于30GPa。

在一些实施例中，玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL是小于或等于76.5GPa，而玻璃核心层102的弹性模量E_C是大于76.5GPa。举例而言，在一些实施例中，玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL是小于或等于76.5GPa且大于或等于60GPa，而玻璃核心层102的弹性模量E_C是大于76.5GPa且小于或等于90GPa。在一些实施例中，玻璃包覆层104a、104b的弹性模量E_CL是小于或等于71.5GPa，而玻璃核心层102的弹性模量E_C是大于76.5GPa。

类似于弹性模量，玻璃的自由体积也与玻璃的折射率n有关。在本文所述的实施例中，玻璃核心层102的核心折射率n_C是大于玻璃包覆层104a、104b的包覆折射率n_CL。举例而言，在实施例中，包覆折射率n_CL是大于或等于1.45且小于或等于1.55，或者甚至大于或等于1.48且小于或等于1.505。在这些实施例中，核心折射率n_C是大于或等于1.50且小于或等于1.60，或者甚至大于或等于1.506且小于或等于1.55。

如上所述，玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b是由可以通过离子交换来强化的玻璃组成物所形成。玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b中的碱金属氧化物的存在有助于通过离子交换来强化玻璃。具体而言，碱金属离子(例如，钾离子、钠离子、锂离子、及类似者)在玻璃中具有足够的迁移性，以促进离子交换。迭层玻璃制品通过离子交换的强化可以通过在350℃至500℃的温度下在熔融KNO₃、熔融NaNO₃、或其组合的盐浴中针对迭层玻璃制品100加工少于约30小时或者甚至少于约20小时来完成。

在通过离子交换来强化迭层玻璃制品100的实施例中，迭层玻璃制品具有表面压缩应力CS₀，以及具有从迭层玻璃制品100的表面108a、108b延伸进入总厚度T而到达压缩深度DOC的压缩应力区域。在这些实施例中的一些实施例中，表面压缩应力是大于或等于200MPa或者甚至大于或等于500MPa。在这些实施例中的一些实施例中，表面压缩应力可以大于或等于600MPa或者甚至大于或等于700MPa。

在本文所述的实施例中，迭层玻璃制品包括从至少一个玻璃包覆层的表面延伸进入迭层玻璃制品的总厚度T而到达压缩深度的压缩应力区域。在一些实施例中，压缩应力区域的压缩深度可以大于或等于迭层玻璃制品100的总厚度T的10％。在一些实施例中，压缩应力区域的压缩深度可以大于或等于迭层玻璃制品100的总厚度T的15％，或者甚至大于或等于迭层玻璃制品100的总厚度T的20％。在其他实施例中，压缩应力区域的压缩深度可以大于或等于迭层玻璃制品100的总厚度T的25％，或者甚至大于或等于迭层玻璃制品100的总厚度T的30％。

如上所述，迭层玻璃制品100经构造而使得玻璃核心层102可以透过玻璃包覆层104a、104b来进行离子交换强化。此外，迭层玻璃制品100经构造而使得玻璃核心层102具有低于玻璃包覆层104a、104b的自由体积(即，更大的弹性模量以及更大的折射率)。玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b具有不同的组成性质，以实现这些性质。在通过离子交换进行强化后，每一玻璃组成物的组成特征在迭层玻璃制品的整个厚度上产生独特的碱金属离子扩散分布曲线。

再次参照图2，在离子交换强化之前，玻璃包覆层104a、104b的玻璃网络的各种组成成分(例如，玻璃形成剂(例如，SiO₂与B₂O₃)、中间物(例如，Al₂O₃)、及改性剂(例如，CaO、Na₂O等))的浓度大体从迭层玻璃制品100的表面108a、108b均匀地分布到各别界面区域106a、106b。举例而言，玻璃覆盖层104a、104b包含至少一种玻璃形成剂，而玻璃形成剂的浓度是从迭层玻璃制品100的表面108a、108b到界面区域106a、106b的包覆侧基本上恒定。此外，玻璃包覆层104a、104b包含至少一种改性剂(例如，Na₂O及/或另一种碱金属氧化物)，而改性剂的浓度是从迭层玻璃制品100的表面108a、108b到界面区域106a、106b的包覆侧基本上恒定。

类似地，玻璃核心层102的玻璃网络的各种组成成分(例如，玻璃形成剂(例如，SiO₂与B₂O₃)、中间物(例如，Al₂O₃)、及改性剂(例如，CaO、Na₂O等))的浓度大体从各别界面区域106a、106b均匀地分布到玻璃核心层102的中心线段C_L。举例而言，玻璃核心层102包含至少一种玻璃形成剂，而玻璃形成剂的浓度是从界面区域的核心侧到玻璃核心层102的中心线段C_L基本上恒定。此外，玻璃核心层102包含至少一种改性剂(例如，Na₂O及/或另一种碱金属氧化物)，而玻璃改性剂的浓度是从界面区域的核心侧到玻璃核心层102的中心线段C_L基本上恒定。

然而，在离子交换之后，碱金属氧化物(例如，K₂O及/或Na₂O)的浓度在玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b中随着距离迭层玻璃制品100的表面108a、108b的深度而变化。具体而言，K₂O与Na₂O中的至少一者的浓度是从迭层玻璃制品100的表面108a、108b通过玻璃包覆层104a、104b到界面区域106a、106b的包覆侧逐渐降低。即，玻璃包覆层104a、104b中的Na₂O及/或K₂O的浓度与距离表面108a、108b的距离的函数具有负斜率。举例而言，在一些实施例中，玻璃包覆层104a、104b中的Na₂O浓度的斜率可以从约-5摩尔％/μm至约-18摩尔％/μm，而玻璃包覆层104a、104b中的K₂O浓度的斜率可以从约-3摩尔％/μm至约-12摩尔％/μm。

类似地，K₂O与Na₂O中的至少一者的浓度是从界面区域106a、106b的核心侧沿着玻璃核心层102的中心线段C_L的方向而降低。然而，在本文所述的实施例中，界面区域106a、106b的包覆侧处的K₂O与Na₂O中的至少一者的浓度是小于界面区域106a、106b的核心侧处的相同组成成分的浓度。

尽管玻璃包覆层中的碱金属氧化物的浓度由于离子交换强化而改变，但是应理解，玻璃网络的其他组成(即，玻璃形成剂、中间物、及非迁移性改性剂(例如，碱土金属氧化物(CaO，MgO等)))的浓度保持基本上相同(即，在玻璃包覆层的厚度上基本上均匀，以及在玻璃核心层的厚度上基本上均匀)。

如上所述，在迭层玻璃制品从连续玻璃带分离开来的实施例中，所述分离可以沿着迭层玻璃制品的至少一个边缘暴露玻璃核心层以及玻璃核心层中的中心张力。在迭层玻璃制品包括由可离子交换的玻璃所形成的玻璃核心层的实施例中，可以针对具有暴露的中心张力的迭层玻璃制品的暴露边缘进行离子交换强化，以在延伸到压缩深度的暴露的玻璃核心层的表面中产生压缩应力。暴露的玻璃核心层中的表面压缩应力消除暴露边缘处的中心张力，并降低迭层玻璃制品从暴露边缘处产生破损的风险。在这些实施例中，迭层玻璃制品可以沿着整个暴露边缘(即，在玻璃包覆层与玻璃核心层中)具有表面压缩应力。

再次参照第1图，在一些实施例中，可以形成迭层玻璃制品100，而使得玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b的热膨胀系数(CTE)之间失配。玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b的CTE的此失配导致从迭层玻璃制品100的表面108a、108b延伸进入迭层玻璃制品的厚度的压缩应力的形成。举例而言，在本文所述的一些实施例中，玻璃包覆层104a、104b是由具有平均包覆热膨胀系数CTE_CL的玻璃组成物所形成，而玻璃核心层102是由具有平均核心热膨胀系数CTE_C的不同玻璃组成物所形成。CTE_C是大于CTE_CL(即，CTE_C>CTE_CL)，而导致玻璃包覆层104a、104b受到压缩应力。

由于核心与包覆之间的CTE差而导致的包覆中的压缩应力可以利用下列等式来近似：

其中t_core是为核心厚度，T_Clad是为包覆厚度，α_clad是为包覆热膨胀系数，α_core是为核心热膨胀系数，ΔT是为有效温度差，E_core是为核心的弹性模量，E_clad是为包覆的弹性模量，ν_core是为核心的泊松比，而ν_clad是为包覆的泊松比。一般而言，α_clad＜＜ΔT以及α_coreΔT＜＜1，因此:

举例而言，在一些实施例中，玻璃包覆层是由具有在20℃至300℃的范围内的平均值小于或等于约72×10^-7/℃的平均包覆CTE_CL的玻璃组成物所形成。在一些实施例中，包覆玻璃组成物的平均包覆CTE_CL在20℃至300℃的范围内的平均值可以小于或等于约70×10^-7/℃。在其他实施例中，包覆玻璃组成物的平均包覆CTE_CL在20℃至300℃的范围内的平均值可以小于或等于约65×10^-7/℃。在其他实施例中，包覆玻璃组成物的平均包覆CTE_CL在20℃至300℃的范围内的平均值可以小于或等于60×10^-7/℃，或者甚至在20℃至300℃的范围内的平均值可以小于或等于小于或等于约55×10^-7/℃。

然而，玻璃核心层可以由具有在20℃至300℃的范围内大于72×10^-7/℃的平均热膨胀系数的玻璃组成物所形成。在这些实施例中的一些实施例中，玻璃核心层的核心玻璃组成物的平均核心CTE_C可以在20℃至300℃的范围内大于或等于约75×10^-7/℃。在其他实施例中，玻璃核心层的玻璃组成物的平均核心CTE_C在20℃至300℃的范围内的平均值可以大于或等于约80×10^-7/℃。在其他实施例中，玻璃核心层的玻璃组成物的平均核心CTE_C在20℃至300℃的范围内的平均值可以大于或等于约90×10^-7/℃。

在本文所述的实施例中，玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b之间的CTE差(即，|CTE_C-CTE_CL|)足以产生包覆层中的压缩应力。在一些实施例中，玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b之间的CTE差足以在玻璃包覆层104a、104b中产生从玻璃包覆层104a、104b的表面延伸并通过玻璃包覆层104a、104b的厚度的大于或等于100MPa的压缩应力。在一些实施例中，由于CTE差而引起的玻璃包覆层104a、104b中的压缩应力是大于或等于120MPa，或者甚至大于或等于150MPa。

在一些实施例中，玻璃核心层与玻璃包覆层之间的CTE差是大于或等于约5×10^-7/℃，或者甚至10×10^-7/℃。在一些其他实施例中，玻璃核心层与玻璃包覆层之间的CTE差是大于或等于约20×10^-7/℃，或者甚至30×10^-7/℃。在其他实施例中，玻璃核心层与玻璃包覆层之间的CTE差是大于或等于约40×10^-7/℃，或者甚至50×10^-7/℃。

在迭层玻璃制品100是由具有产生延伸通过玻璃包覆层104a、104b的厚度的压缩应力的CTE差的核心玻璃组成物与包覆玻璃组成物所形成的实施例中，迭层玻璃制品100也可以通过离子交换来强化迭层玻璃制品100的性质。玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b之间的CTE差以及离子交换强化的组合产生独特的应力分布曲线，并在第8图中图示此实例。如第8图所示，玻璃包覆层中的压缩应力(区域“a”)的分布曲线是为由于玻璃包覆层与玻璃核心层之间的CTE差所引起的应力分布曲线以及由于离子交换所引起的应力分布曲线的总和。从玻璃的表面到50μm处的核心包覆界面的区域的压缩应力包括由于玻璃核心层与玻璃包覆层之间的CTE差所引起的压缩应力以及由于离子交换强化所引起的压缩应力。玻璃核心层(即，深度大于50μm的迭层物的部分)也受到压缩应力。然而，玻璃核心层中的应力是由于离子交换透过玻璃核心层来强化玻璃包覆层而引起。

在一些实施例中，可以由下列表1A及表1B中所列的可离子交换的核心玻璃组成物中的一者来形成玻璃核心层。然而，应理解，可以预期并且可能具有玻璃核心层102的其他组成物。

表1A：示例性玻璃核心层组成物

表1B：示例性玻璃核心层组成物

在一些实施例中，可以由下列表2A及表2B中所列的一或更多种可离子交换的包覆玻璃组成物来形成玻璃包覆层。然而，应理解，可以预期并且可能具有玻璃包覆层104a、104b的其他组成物。

表2A：示例性包覆玻璃组成物

表2B：示例性包覆玻璃组成物

可以使用各种处理(包括但不限于迭层狭槽拉伸处理、迭层浮式处理、或熔合迭层处理)来制造本文所述的迭层玻璃制品。这些迭层处理中的每一者大体涉及让第一熔融玻璃组成物流动，让第二熔融玻璃组成物流动，以及让第一熔融玻璃组成物与第二熔融玻璃组成物在大于任一玻璃组成物的玻璃转化温度的温度下接触来形成二种组成物之间的界面，而随着玻璃冷却及固化，使得第一与第二熔融玻璃组成物在界面处熔合在一起。

在一个特定实施例中，可以通过熔合迭层处理(例如，美国专利号4,214,886中所述的处理，并通过引用并入本文)来形成本文所述的迭层玻璃制品100。参照图3而作为实例，用于形成迭层玻璃制品的迭层熔合拉伸设备200包括定位于下溢流分配器或等压管204上方的上溢流分配器或等压管202。上溢流分配器202包括沟槽210，熔融玻璃包覆组成物206是由熔融器(未图示)馈送至沟槽210中。类似地，下溢流分配器204包括沟槽212，熔融玻璃核心组成物208是由熔融器(未图示)馈送至沟槽212中。

当熔融玻璃核心组成物208填充沟槽212时，溢流出沟槽212，且在下溢流分配器204的外形成表面216、218上流动。下溢流分配器204的外形成表面216、218在根部220汇聚。因此，在外形成表面216、218上流动的熔融玻璃核心组成物208在下溢流分配器204的根部220重合，藉此形成迭层玻璃制品的玻璃核心层102。

同时，熔融玻璃包覆组成物206溢流出上溢流分配器202中所形成的沟槽210，且在上溢流分配器202的外形成表面222、224上流动。熔融玻璃包覆组成物206是通过上溢流分配器202向外偏折，而使得熔融玻璃包覆组成物206围绕下溢流分配器204流动并接触在下溢流分配器的外形成表面216、218上流动的熔融玻璃核心组成物208，而熔合至熔融玻璃核心组成物并围绕玻璃核心层102来形成玻璃包覆层104a、104b。

尽管图3示意性图示用于形成平坦迭层玻璃制品(例如，片材或带状物)的特定设备，但是应理解，也可能有其他几何配置。举例而言，可以使用美国专利案号4,023,953中所描述的设备及方法来形成圆柱形迭层玻璃制品。

在一些实施例中，如上所述，熔融玻璃核心组成物208的平均核心热膨胀系数CTEC是大体大于熔融玻璃包覆层组成物206的平均包覆热膨胀系数CTECL。因此，当玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b冷却时，玻璃核心层102与玻璃包覆层104a、104b的热膨胀系数的差异造成在玻璃包覆层104a、104b中产生压缩应力。压缩应力增加所得到的迭层玻璃制品的强度。

使用Knoop钻石压痕器来确定本文所述的Knoop刮擦阈值(KST)。通过首先确定横向裂纹开始的负载范围来确定刮擦阈值。一旦确定负载范围，则利用4mm/s的速度在不断增加的恒定负载下产生一系列5mm长的刮痕，以识别Knoop刮擦阈值，其中每个负载具有三个或更多刮痕。横向裂纹是定义为大于凹槽的宽度两倍的持续裂纹。

在本文所述的实施例中，玻璃迭层物的Knoop刮擦阈值是大于或等于2牛顿(N)。在一些实施例中，玻璃迭层物的Knoop刮擦阈值是大于或等于4N，或者甚至大于或等于6N。在实施例中，本文所述的玻璃迭层物的Knoop刮擦阈值是大于或等于2N且小于或等于8N，或者甚至大于或等于4N且小于或等于8N。在这些实施例中的一些实施例中，本文所述的玻璃迭层物的Knoop刮擦阈值是大于或等于2N且小于或等于4N，或者甚至大于等于4N且小于或等于6N。在其他实施例中，本文所述的玻璃迭层物的Knoop刮擦阈值是大于或等于6N且小于或等于8N。

本文所述的迭层玻璃制品可以用于各种应用中，包括例如车辆玻璃、建筑、家电、及消费电子产品(例如，覆盖玻璃)应用。具有相对较低弹性模量的薄的可离子交换的玻璃包覆层与具有相对较高弹性模量的可离子交换的玻璃核心层的组合对迭层玻璃制品提供改善的抗表面损伤性(例如，耐刮擦性)，以及改善的对于尖锐撞击损伤的抗性(例如，掉落所引起的损伤及破损)。

实例

通过下列实例，将会进一步厘清本文所述的实施例。

实例1

形成具有核心玻璃组成物C1(表1)与包覆玻璃组成物CL1(表2A)的三层迭层玻璃制品。玻璃包覆层的厚度是为约25μm至约50μm，而玻璃核心层的厚度是为约750μm至约800μm。应理解，玻璃包覆层与玻璃核心层的厚度的变化是由于用于制造用于测试的迭层玻璃制品的实验室规模的设备所引起。玻璃核心层的弹性模量是为76.67GPa，而CTE是为84×10-⁷/℃。玻璃包覆层的弹性模量是为67.78GPa，而CTE是为49.6×10^-7/℃。依据每一玻璃的弹性模量、泊松比、及CTE的值，由于玻璃包覆层与玻璃核心层之间的CTE失配所引起的玻璃包覆层中的压缩应力是确定为约150MPa。为了此计算的目的，将ΔT估计为较低的应变点温度与室温之间的差异。

迭层玻璃制品的样品是通过将样品浸入430℃的100％的NaNO₃或20重量％的NaNO₃/80重量％的KNO₃的熔融盐浴2.5小时、7小时、或24小时中的任一者来进行离子交换强化。在进行离子交换加工之后，使用电子探针微分析(EPMA)针对迭层玻璃制品进行分析，以确定玻璃的各种组成成分(包括Na₂O与K₂O)的浓度与距离迭层玻璃制品的表面的深度的函数。分析的结果是图示于图4至图7中。

图4图示Na₂O的浓度与所示的迭层玻璃制品及在430℃的100％的NaNO₃中进行离子交换2.25小时、7小时、及24小时之后的迭层玻璃制品的深度的函数。图5图示Na₂O的浓度与在430℃的20重量％的NaNO₃/80重量％的KNO₃中进行离子交换2.25小时、7小时、或24小时之后的迭层玻璃制品的深度的函数。如图4所示，如图所示的玻璃包覆层的Na₂O的浓度是为大约4重量％，而如图所示的玻璃核心层的Na₂O的浓度是为大约10.0重量％。包覆玻璃的浓度从低于4重量％增加到大约6重量％是认为是由于玻璃拉伸处理期间的包覆玻璃的浓化，其中玻璃核心组成物与玻璃包覆组成物是在大于1000℃的温度下接触。

在图4及图5中来自430℃的离子交换加工的数据表示，Na₂O扩散进入并通过玻璃包覆层以及扩散进入玻璃核心层，而藉此增加玻璃包覆层与玻璃核心层中的Na₂O的浓度。这些数据表示离子交换通过玻璃包覆层并进入玻璃核心层。所述资料大体也表示玻璃包覆层中的Na₂O的浓度大体随着与迭层玻璃制品的表面(即，深度＝0)的距离的增加而减少，而玻璃核心层中的Na₂O的浓度大体随着包复核心界面(即，25μm至50μm)到迭层玻璃制品的中心线段的距离增加而减少。

图6图示Al₂O₃与SiO₂的浓度与所示的迭层玻璃制品及在430℃的100％的NaNO₃中进行离子交换24小时之后的迭层玻璃制品的深度的函数。这些数据大体表示，在离子交换之前以及在离子交换之后，迭层玻璃制品的整个厚度中的非碱组成(例如，Al₂O₃与SiO₂)的浓度保持恒定。这些数据支持离子交换处理会通过玻璃包覆层的厚度并进入玻璃核心层的假设(即，所述数据表示在核心包覆界面上没有大量的玻璃组成扩散，而是仅有受到离子交换的组成呈现浓化，而所述浓化是发生于界面的两侧)。

图7图示在390℃的20重量％的NaNO₃与80重量％的KNO₃的混合盐浴中进行8小时的离子交换之后的迭层玻璃制品的Al₂O₃、Na₂O、及K₂O的浓度与深度的函数。比较图4、图6、及图7，可以看出在离子交换之前以及在390℃的混合盐浴中进行离子交换之后，迭层玻璃制品中的Al₂O₃的浓度在迭层玻璃制品的整个厚度上保持恒定，同时离子交换之后的玻璃核心层中的Na₂O的浓度增加。所述数据也展示，尽管由于K₂O具有相对于Na₂O较低的迁移性，K₂O的扩散程度比Na₂O更小，但是在核心包覆界面上仍发生一定程度的扩散。因此，这些数据支持离子交换会通过玻璃包覆层并进入玻璃核心层的假设。

将第二组样品在390℃的80重量％的KNO₃与20重量％的NaNO₃的熔融盐浴中持续4小时或16小时来进行离子交换强化。然后，使用折射近场(RNF)技术来确定压缩应力与距离迭层玻璃制品的表面的压缩深度的函数。结果是图示于图8中。如图8所示，玻璃包覆层的表面压缩应力是大于400MPa，而整个玻璃包覆层的压缩应力大体大于200MPa。应注意，表面压缩应力的值是通过RNF分布曲线来推断，而非直接测量。玻璃包覆层中的压缩应力是由于离子交换以及玻璃核心层与玻璃覆层之间的CTE差所引起。图8也展示玻璃核心层中的压缩应力是为最接近核心包覆界面的最大值，并且随着距离的增加而减少，最终成为玻璃包覆层的厚度内的拉伸应力。

实例2

评估表1A、1B、2A、及2B中所识别的玻璃核心层与玻璃包覆层的玻璃组成物的离子交换性，以确定自由体积对于离子交换的影响。具体而言，将每一玻璃组成物的1mm厚的试样块进行退火，然后在410℃的100％的KNO₃的熔融盐浴中持续4小时来进行离子交换。在离子交换之后，利用基本应力计(FSM)仪器来分析样品，以确定离子交换所引起的表面压缩应力与压缩深度。结果是纪录在表3A、表3B、表4A、及表4B中。

表3A：示例性玻璃核心层组成物的离子交换特性

表3B：示例性玻璃核心层组成物的离子交换特性

表4A：示例性玻璃包覆层组成物的离子交换特性

表4B：示例性玻璃包覆层组成物的离子交换特性

如表3A至表4B所示，玻璃核心组成物实现较高的表面压缩应力，而展现在相同的离子交换条件下，具有较低自由体积的玻璃(即，具有较高折射率的玻璃)达到较高的压缩应力。

所述领域具有通常知识者将理解，在不悖离所请求目标的精神及范畴的情况下可对本文所述的实施例作出各种修改及变化。因此，说明书意欲涵盖本文所述的各种实施例的修改及变化，而所述等修改及变化是在随附权利要求书及其均等物的范畴内。