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KR20170047344A - 확산율 차이를 갖는 이온 교환 가능한 코어 및 클래드 층들을 갖는 적층 유리 제품 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

확산율 차이를 갖는 이온 교환 가능한 코어 및 클래드 층들을 갖는 적층 유리 제품 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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KR20170047344A
KR20170047344A KR1020177008384A KR20177008384A KR20170047344A KR 20170047344 A KR20170047344 A KR 20170047344A KR 1020177008384 A KR1020177008384 A KR 1020177008384A KR 20177008384 A KR20177008384 A KR 20177008384A KR 20170047344 A KR20170047344 A KR 20170047344A
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KR
South Korea
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layer
laminated glass
glass article
ion exchange
mpa
Prior art date
Application number
KR1020177008384A
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English (en)
Inventor
가오주 펭
춘펭 조우
Original Assignee
코닝 인코포레이티드
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Publication date
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Abstract

적층 유리 제품은 제1 이온교환 확산율 (D0)을 갖는 제1층, 및 제1층에 인접하며 제2 이온교환 확산율 (D1)을 갖는 제2층을 갖는다. D0/D1은 약 1.2 내지 약 10이고, 또는 D0/D1은 약 0.05 내지 약 0.95이다. 상기 적층 유리 제품의 제조 방법은, 제1 이온교환 확산율 (D0)을 갖는 제1층을 형성하는 단계, 및 제1층에 인접하며 제2 이온교환 확산율 (D1)을 갖는 제2층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 적층 유리 제품은 이온 교환 공정에 의해 강화되어 약 8㎛ 내지 약 100㎛의 층의 깊이로 압축 응력 층을 갖는 강화 적층 유리 제품을 형성할 수 있다.

Description

확산율 차이를 갖는 이온 교환 가능한 코어 및 클래드 층들을 갖는 적층 유리 제품 및 이를 제조하는 방법 {Laminated Glass Article with Ion Exchangeable Core and Clad Layers Having Diffusivity Contrast and Method of Making the Same}
본 출원은 2014년 8월 28일자로 출원된 미국 가 출원 제62/043,011호의 우선권을 주장하며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
본 명세서는 일반적으로 적층 유리 제품에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 인접 층들 사이에서 이온교환 확산율 차이 (diffusivity contrast)를 갖는 적층 유리 제품에 관한 것이다.
스마트폰과 같은 휴대용 전자 장치는 성장하는 산업이다. 화학적으로 강화된 유리를 휴대용 장치용 커버 유리로 사용함에도 불구하고, 커버 유리의 파손은 계속적으로 업계에서 마주치는 문제이다. 그러나, 압축 응력 층의 깊이 및/또는 압축 응력을 단지 증가시켜 강화된 유리의 내손상성을 증가시키는 것은, 알려진 적용들에 대한 취약성 요건을 충족시키지 못하는 강화된 커버 유리를 초래할 수 있다.
따라서, 산업의 취약성 요건을 충족시키면서 파손에 견디는 증가된 내손상성을 갖는 강화 유리에 대한 요구가 있다.
하나의 구체 예에 따르면, 제1 이온교환 확산율 (D0)을 포함하는 제1층, 및 상기 제1층에 인접하며 제2 이온교환 확산율 (D1)을 포함하는 제2층을 포함하는, 적층 유리 제품은 개시된다. D0/D1는 약 1.2 내지 약　10이다.
또 다른 구체 예에 따르면, 제1 이온교환 확산율 (D0)을 포함하는 제1층, 및 상기 제1층에 인접하고 제2 이온교환 확산율 (D1)을 포함하는 제2층을 포함하는, 적층 유리 제품은 개시된다. D0/D1은 약 0.05 내지 약 0.95이다.
또 다른 구체 예에 따르면, 적층 유리 제품의 제조 방법은 개시되고, 상기 방법은 제1 이온교환 확산율 (D0)을 형성하는 단계, 및 상기 제1층에 인접하고 제2 이온교환 확산율 (D1)을 갖는 제2층을 형성하는 단계를 포함한다. D0/D1은 약 1.5 내지 약 10이거나, 또는 D0/D1은 약 0.05 내지 약 0.95이다. 상기 적층 유리 제품은 이온 교환 공정에 의해 강화되어 약 8 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 층의 깊이로 압축 응력 층을 갖는 강화된 적층 유리 제품을 형성할 수 있다.
부가적인 특색들 및 장점들은 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백할 것이며, 하기 상세한 설명, 청구 범위, 뿐만 아니라, 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 구체 예를 실행시켜 인지될 것이다.
전술한 배경 기술 및 하기 상세한 설명 모두는 다양한 구체 예를 묘사하고, 청구된 주제의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 첨부된 도면은 다양한 구체 예의 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 혼입되고 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 여기에 기재된 다양한 구체 예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1a는 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라, 2n+1 층을 갖는 적층 유리 제품을 개략적으로 도시한다;
도 1b는 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라, 세 개의 층을 갖는 적층 유리 제품을 개략적으로 도시한다;
도 2는 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라, 적층 유리 제품을 형성하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다;
도 3은 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라, 세 개의 층을 갖는 적층 유리 제품을 형성하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다;
도 4는 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라, 7개의 층을 갖는 적층 유리 제품을 형성하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다;
도 5는 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라, 임계값 중심 장력 (threshold central tensions)을 나타내는 그래프이다;
도 6은 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라 코어 층이 클래드 층보다 더 높은 이온교환 확산율을 갖는 세-층의 적층 유리 제품의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 7은 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라, 코어 층이 클래드 층보다 더 높은 이온교환 확산율을 갖는 세-층의 적층 유리 제품의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 8은 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라, 코어 층이 클래드 층보다 더 낮은 이온교환 확산율을 갖는 세-층의 적층 유리 제품의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 9는 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라, 코어 층이 클래드 층보다 더 낮은 이온교환 확산율을 갖는 세-층의 적층 유리 제품의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 10은 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라, 다른 층의 깊이를 갖는 세-층의 적층 유리 제품의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다;
도 11은 여기에 개시되고 기재된 구체 예에 따라, 다섯 개 층을 갖는 적층 유리 제품의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다; 및
도 12는 2-단계 이온교환 공정을 수행된 적층 유리 제품의 응력 프로파일을 나타내는 그래프이다.
표면 압축 응력 및 압축 응력 층의 깊이 (이하 층의 깊이 또는 DOL이라 한다)는 화학적으로 강화된 유리를 특징화하는데 보통 사용된다. DOL에 걸쳐 압축 응력에 의해 측정된 대로, 응력 프로파일을 계산하는 경우, 응력 프로파일의 형태는 선형적이거나 또는 상보 오차 함수 (complementary error function)를 따르는 것으로 이전에 생각되어 왔다. 그러나, 압축 응력 층의 전체 깊이에 걸쳐 응력 프로파일을 조절하는 것은, 적절한 강도 및 바람직한 취약성 특징을 갖는 설계제작된 커버 유리 (engineered cover glass)를 허용한다.
이전에, 강화 유리의 내손상성을 증가시키기 위해, 2-단계 이온교환 공정이 수행되었지만, 2-단계 이온교환 공정은 일반적으로 원치않는 표면 장력을 피하기 위해, 이온-교환 욕조 농도 및 온도의 복잡한 조합을 포함한다. 따라서, 2-단계 이온교환은 일반적으로 완벽하기 어렵고 상당히 비용이 발생한다. 부가적으로, 유리의 변형점 아래에서 열처리는 강화 유리의 내손상성을 개선시키기 위한 시도로 사용되어 왔지만, 이 부가적 열처리는 유리를 형성하는데 비용 및 복잡성을 증가시킨다.
여기에 개시된 구체 예는 코어 층과 클래드 층(들) 사이에 차이 나는 이온교환 확산율을 갖는 적층 유리 제품을 형성시켜 상기 문제를 해결한다.
적층 유리 제품은 일반적으로 단일의, 일체형을 형성하기 위해 함께 융합되는 둘 이상의 유리 층들을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 적층 유리 제품은 유리 시트를 포함한다. 유리 시트는 실질적으로 평면 (예를 들어, 평평한) 또는 비-평면 (예를 들어, 곡면)일 수 있다. 다른 구체 예에서, 적층 유리 제품은 3-차원 (3D) 형태를 포함하는 형성된 또는 성형된 유리 제품을 포함한다. 예를 들어, 형성된 유리 제품은 원하는 3D 형태를 제공하기 위해 유리 시트를 몰딩 또는 형상화시켜 형성될 수 있다. 구체 예에 따른 적층 유리 제품의 구조는, 2n+1 층들을 갖는 적층 유리 제품을 개략적으로 도시한, 도 1a 및 도 1b에 나타내었고, 여기서 n은 클래드 층의 수이다. 다양한 구체 예에서, 유리 층은 유리 물질, 유리-세라믹 물질, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 도 1a에 나타낸 구체 예에서, 적층 유리 제품 (100)은 코어 층 (110) 및 n 클래드 층 (121a - 122b)을 포함한다. 도 1a에서, 코어 층의 일 측면에, 121a 및 122a와 같은, 클래드 층들을 갖고, 코어 층 (110)의 대립 면에, 상응하는 클래드 층 (121b 및 122b)을 갖는다. 도 1a에서, 각각의 클래드 층들 (121a - 122b)은 실질적으로 동일한 두께를 갖는 것으로 나타난다. 그러나, 다른 구체 예에서, 각각의 클래드 층들 (121a - 122b)은 적층 유리 제품 (100)의 응력 프로파일을 조절하기 위해 변경될 수 있는 다른 두께를 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
몇몇 구체 예에서, 클래드 층 (121a)과 코어 층 (110) 사이 및/또는 클래드 층 (121b)과 코어 층 (110) 사이 (또는 다른 인접한 유리 층 사이) 계면은, 예를 들어, 접착제, 코팅층, 또는 각각의 유리 층을 서로 접착하도록 구성되거나 또는 첨가된 임의의 비-유리 물질과 같은, 임의의 결합 물질이 없다. 따라서, 클래드 층들 (121a 및 121b)은 코어 층 (110)에 직접 적용되거나 또는 융합되고, 또는 유리 코어 층 (110)에 바로 인접하게 있다. 몇몇 구체 예에서, 적층 유리 제품은 코어 층 (110)과 클래드 층들 (121a 및 121b) 사이에 배치된 하나 이상의 중간층을 포함한다. 예를 들어, 중간층은 (예를 들어, 확산 층으로 유리 코어 및 유리 클래드 층들의 하나 이상의 성분들을 확산시켜) 코어 층 (110)과 클래드 층들 (121a 및 121b)의 계면에 형성된 중간 유리 층들 및/또는 확산 층들을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 적층 유리 제품은, 바로 인접한 유리 층들 사이에 계면이 유리-유리 계면인, 유리-유리 적층 (예를 들어, 인시튜 융합된 다층 유리-유리 적층)을 포함한다.
구체 예에서, 상응하는 클래드 층들은 유사한 두께를 가질 수 있다. 도 1a에 나타낸 구체 예에서, 임의의 클래드 층들의 수는 클래드 층들 (121a 및 122a), 및 클래드 층들 (121b 및 122b) 사이에 위치될 수 있다. 클래드 층들의 수는 적층 유리 제품 (100)의 원하는 두께 및 원하는 응력 프로파일에 의해서만 제한된다. 구체 예에서, 인접한 층들 (예를 들어, 바로 인접한 층들)은 차이 나는 이온교환 확산율을 갖는다. 여기에 사용된 바와 같이, 이온교환 확산율은 이온 교환 공정에 포함된 이온에 대한 내부 확산 또는 상호간 확산 (mutual diffusion) 계수로 정의될 수 있다. 이온의 상호간 확산 또는 내부 확산은, 다음과 같은, 일차원적으로, Fick's 2nd 법칙에 의해 기재될 수 있다:
Figure pct00001
여기서, x는 유리 두께 방향의 좌표이고, c는, 예를 들어, K+와 같은, 이온의 농도이며, J는 농도 플럭스 (concentration flux)이고, 및 D는 J. Crank, The Mathematics of Diffusion, 2nd ed., Oxford Science Publications (2001)에서 정의된 바와 같은, 유효 상호간 확산율이다. 여기에 사용된 바와 같이, 단어 "인접한"은 층들이 서로 적층되고, 및 서로 또는 이들 사이에 형성된 확산 층과 물리적 접촉하에 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 코어 층 (110)은 클래드 층들 (121a 및 121b)중 적어도 하나보다 더 높은 이온교환 확산율을 가질 수 있다. 다른 구체 예에서, 코어 층 (110)은 적어도 한 쌍의 클래드 층들 (121a 및 121b)보다 더 낮은 이온교환 확산율을 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 코어 층 (110)은 이온 교환 가능하지 않을 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 각 클래드 층 (121a - 122b)의 유리 조성물은 동일할 수 있다. 다른 구체 예에서, (쌍 (121a 및 121b) 및 쌍 (122a 및 122b)와 같은) 상응하는 쌍의 클래드 층들의 유리 조성물은 동일할 수도 있지만, 다른 쌍의 클래드 층의 유리 조성물은 다를 수 있다. 예를 들어, 구체 예에서, 클래드 층들 (121a 및 121b)은 동일한 유리 조성물을 가질 수 있고, 클래드 층들 (122a 및 122b)은 동일한 유리 조성물을 가질 수 있지만, 클래드 층들 (121a 및 121b)의 유리 조성물은 클래드 층들 (122a 및 122b)의 유리 조성물과 다를 수 있다. 다른 구체 예에서, 각각의 클래드 층들 (121a - 122b)은 다른 유리 조성물을 가질 수 있다. 그러므로, 구체 예에서, 인접한 클래드 층들은 차이 나는 이온교환 확산율을 가질 수 있다.
도 1b는 적층 유리 제품 (100)을 개략적으로 도시하며, 여기서 n=1이다. 적층 유리 제품 (100)은 코어 층 (110) 및 두 개의 클래드 층들 (121a 및 121b)을 포함한다. 도 1b에 나타낸 구체 예에서, 클래드 층들 (121a 및 121b)은 실질적으로 동일하거나 또는 동일한 두께를 갖는다. 그러나, 클래드 층들 (121a 및 121b)은 적층 유리 제품 (100)의 원하는 응력 프로파일에 의존하여 다른 두께를 가질 수 있다. 구체 예에서, 코어 층 (110)은 하나 이상의 클래드 층들 (121a 및 121b)보다 더 높은 이온교환 확산율을 포함한다. 다른 구체 예에서, 코어 층 (110)은 하나 이상의 클래드 층들 (121a 및 121b)보다 더 낮은 이온교환 확산율을 포함한다. 구체 예에서, 코어 층을 이온 교환 가능하지 않을 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 클래드 층들 (121a 및 121b)은 동일한 이온교환 확산율을 포함한다. 다른 구체 예에서, 클래드 층들 (121a 및 121b)은 다른 이온교환 확산율을 포함한다.
전술된 적층 유리 제품 (100)과 같은, 구체 예의 적층 유리는, 임의의 적절한 공정에 의해 형성될 수 있다. 구체 예에서, 적층 유리 제품 (100)은 미국 특허 제4,214,886호에 개시된 바와 같은, 오버플로우 퓨전 공정 (overflow fusion process)을 사용하여 형성될 수 있고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
도 2 및 3을 참조하면, 적층 유리를 형성하기 위한 장치 (200)의 구체 예는 도시된다. 장치 (200)는 하부 분배기 (222) 위의 중심에 위치된 상부 분배기 (212)를 포함한다. 상부 분배기 (212)는 세로방향으로 선형으로 연장되는 상부 댐 또는 웨어 (weir) 표면 (216) 및 하부 분배기 (222) 위에 이격된 관계에서 하부 말단 (218)에서 종결되는 외부 측벽 표면 (217)을 갖는 측벽 (215)에 의해 구획되어 세로방향을 따라 형성된 채널 (214)을 갖는다. 채널 (214)은, 유리 전달 파이프 (220)에 의해 공급되는 분배기의 유입구 말단으로부터 분배기의 대립 말단에 있는 웨어 표면 (216)으로, 상향으로 테이퍼진, 경사진 버텀 표면 (219)을 갖는다. 한 쌍의 말단 댐 (221)은 채널 (214)을 가로질러 연장되고, 그로부터의 오버플로우의 세로방향으로 연장을 제한한다.
상기 하부 분배기 (222)는 또한 세로 방향으로 연장되는 선형 상부 웨어 또는 댐 표면 (226) 및 실질적으로 수직인 외부 측벽 표면 (227)을 갖는 측벽 (225)에 의해 구획되는 상향으로 개방된 세로 방향으로 연장하는 오버플로우 채널 (224)을 구비한다. 채널 (224)는, 유리 전달 파이프 (230)로 제공된 유입구 말단으로부터 분배기 (222)의 대립 말단에서 상부 웨어 표면 (226)으로, 상향 연장되는 경사진 버텀 표면 (229)이 제공된다. 오버플로우 채널 (224)의 말단을 가로질러 연장되는, 한 쌍의 말단 댐 (231)은, 웨어 표면 (226) 위의 세로방향 흐름을 한정할 뿐만 아니라, 상부 분배기 (212)의 외부 측벽 표면 (217)의 버텀 에지 (218)와 하부 분배기로부터의 유리의 오버플로우를 허용하는 하부 분배기 (222)의 상부 웨어 또는 댐 표면 (226) 사이에 최소 공간을 제공한다. 상부 및 하부 분배기는 독립적으로 지지되며, 원하는 대로 서로에 대해 조정될 수 있다. 상부 분배기 (212)의 측벽 (215)의 하부 에지 (218)가 하부 분배기 (222)의 상부 웨어 표면 (226)에 실질적으로 평행하다는 점이 주목될 것이다.
상기 하부 분배기 (222)는, 형성 표면의 상부 말단에서 외부 측벽 표면 (227)의 하단부 (228)와 연결되고, 및 루트 부분 (root portion) 또는 인발선 (236) 내에 형성 표면의 하부 말단에서 수렴 종결되는, 한 쌍의 하방으로 수렴하는 형성 표면 (234)이 제공된 쐐기-형태 (wedge-shaped)의 시트 유리 형성 부재 부분 (232)을 갖는다.
도 2 및 3에 나타낸 장치의 작동에서, 용융 코어 층 유리 (110)는 유리 전달 파이프 (230)의 수단에 의해 채널 (224)의 유입구 말단으로 전달된다. 코어 층 유리 (110)의 낮은 유효 낙차 (effective head)는 유지되고, 따라서 용융된 물질은 서지 (surge) 또는 교반 없이 채널 (224)로 흐른다. 용융 유리는 그 다음 채널 (224)의 평행한 상부 댐 또는 웨어 표면 (226) 위로 상향으로 솟아 흐르고, 각 측벽 (225)의 외부 측면 (227) 아래로 분할되고, 흘러내리며, 및 그 다음 유리 형성 부분 (232)의 각각의 대립 배치된 수렴 형성 표면 (234)을 따라 하향으로 흐른다. 동시에, 용융 클래드 유리 (121)는 유리 전달 파이프 (220)의 수단에 의해 채널 (214)의 유입구 말단으로 전달되고, 여기서 용융 물질은 채널 (214)의 평행한 상부 댐 또는 웨어 표면 (216) 위로 솟아 흐르고, 분리되며, 및 측벽 (215)의 각 외부 측벽 표면 (217) 아래로 및 코어 층 (110)의 상부 표면 위로 흐르고, 여기서 코어 층 (110)의 외부 표면 부분 (240)을 따라 하향으로 흐른다. 쐐기-형태의 시트 형성 부재 부분 (232)의 버텀에서, 분리된 적층 흐름은, 코어 층 (110) 및 상기 코어 층 (110)의 각 측면 상에 클래드 층 (121a 및 121b)을 갖는 단일 복합 또는 적층 시트 (100)를 형성하기 위해 재결합된다.
도 4를 참조하면, 형성 장치(400)의 구체 예는, 코어 층 (110), 코어 층의 각 측면 상에 제1세트의 클래드 층 (121a 및 121b), 제1세트의 클래드 층 (121a 및 121b)의 대립 측면 상의 제2세트의 클래드 층 (410a 및 410b), 및 제2세트의 클래드 층 (410a 및 410b)을 중첩하는 외부 클래드 층 (122a 및 122b)을 포함하는 7개 층의 적층 유리 제품 (100)을 형성하는 것을 나타낸다.
도 4에 나타낸 구체 예에서, 최상부의 분배기 (450)는 클래드 유리가 오버플로우하고 및 그 아래의 유리 오버플로우 분배기 (454) 상에 클래드 층을 형성하도록 대립 측면들을 따라 아래로 흐르는 채널 (452)을 갖는다. 클래드 층 (410a)이 채널 (456)에 공급되고 분배기 (454)의 하나의 외부 벽에서 오직 오버플로우하며, 반면에 클래드 층 (410b)은 채널 (458)에 공급되고 분배기 (454)의 대립 측벽을 오버플로우하도록 상승된 중앙 벽 (460)에 의해 분리된 두 개의 오버플로우 챔버 (456, 458)을 갖는 분배기 (454)는 도시된다. 분배기 (454) 아래에 위치된, 추가의 분배기 (462)는, 채널의 대립 측벽을 걸쳐 클래드 층 (121a 및 121b)을 아래쪽으로 공급하는 채널 (464)을 갖는다. 최종적으로, 분배기 (462) 아래에 위치된 분배기 (466)는 코어 층 유리 (110)를 분배기 (466)의 수렴 측벽에 걸쳐 아래쪽으로 공급하는 채널 (468)을 갖는다. 따라서, 채널 (468)은 분배기 (466)의 대립 측면 아래로 코어 층 유리를 분배하고, 채널 (464)은 코어 층 유리 (110)의 양쪽 흐름의 외부 표면에 걸쳐 제1세트의 클래드 층 (121a, 121b)을 공급하며, 분배기 (454)의 채널 (456)은 제1세트의 클래드 층들 (121a)의 한쪽 흐름의 외부 표면에 걸쳐 클래드 층 (410a)을 공급하고, 반면에 분배기 (454)의 채널 (458)은 제1세트의 클래드 층 (121b)의 다른 표면에 걸쳐 또 다른 클래드 층 (410b)을 공급하며, 및 마지막으로 분배기 (450)의 채널 (452)은 클래드 층 (410a, 410b)의 외부 표면에 걸쳐 각각 클래드 층 (122a, 122b)을 공급하여, 분배기 (400)의 버텀으로부터 인발된 7개 층의 적층 유리 제품 (100)을 형성한다. 도 4는 분배기의 다양한 조합이 서로 위에 어떻게 배치될 수 있는지를 단지 예시한 것으로, 다양한 조합의 분배기가 사용될 수 있는 것으로 인식될 것이다.
적층 유리 제품 (100)이 형성되자마자, 압축 응력은, 이온 교환 처리와 같은, 화학적 강화 공정에 의해 적층 유리 제품 (100)에 도입될 수 있다. 구체 예에서, 비록 임의의 적절한 이온 교환 처리가 사용될지라도, 이온 교환 처리는, K+ 및 Na+와 같은, 더 큰 이온을 함유하는 용융염 욕조에 적층 유리 제품을 침지시켜, Na+ 및 Li+와 같은, 유리 매트릭스에 더 작은 이온과 교환시키는 단계를 포함한다. 예로서, 알칼리 금속-함유 유리의 이온 교환은, 더 큰 알칼리 금속 이온의 질화물, 황화물, 및 염화물과 같은, 염을 함유하는 적어도 하나의 용융염 욕조에 침지시켜 달성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 용융염 욕조는 용융 KNO3, 용융 NaNO3, 또는 이의 혼합물이다. 몇몇 구체 예에서, 용융염 욕조의 온도는 약 380℃ 내지 약 450℃이고, 침지 시간은 약 2시간 내지 약 16시간이다. 다른 구체 예에서, 이온 교환 처리는 적층 유리 제품의 하나 이상의 표면에 이온 교환 매체를 적용시키는 단계를 포함한다. 이온 교환 매체는 유리 매트릭스에 더 작은 이온과 교환될 더 큰 이온을 포함하는 용액, 페이스트, 겔, 또는 또 다른 적절한 매체를 포함한다. 적층 유리 제품의 표면에서 더 큰 이온과 유리 매트릭스 내에 더 작은 이온을 대체시켜, 압축 응력은 유리가 냉각되고 더 큰 이온이 서로 밀어냄에 따라 형성된다. 이러한 압축 표면은 비-강화 유리보다 손상에 대해 더 큰 내성이 있는 강화 유리를 결과한다.
몇몇 구체 예에서, 용융염 욕조는 실질적으로 순수한 용융염을 포함한다. 예를 들어, 용융염 욕조는 적어도 약 95%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99%, 또는 약 100%의 K+ 유효 몰 분율을 갖는 실질적으로 순수한 또는 순수 KNO3를 포함한다. 다른 구체 예에서, 용융염 욕조는 오염된 염 (poisoned salt)을 포함한다. 예를 들어, 용융염 욕조는 약 90% 미만, 약 85% 미만, 또는 약 80%의 K+ 유효 몰 분율을 갖는 오염된 KNO3를 포함한다. K+ 유효 몰 분율은 Na+ 및 K+의 몰 퍼센트의 합으로 K+의 몰 퍼센트를 나누어 계산된다. 몇몇 구체 예에서, 이온 교환 공정은 두 개의 이온교환 공정을 포함한다. 제1 이온교환 공정은 실질적으로 순수 염을 포함하는 제1 염에 적층 유리 제품을 노출시키는 단계를 포함한다. 제2 이온교환 공정은 오염된 염을 포함하는 제2 염에 적층 유리 제품을 노출시키는 단계를 포함한다.
유리에서 압축 응력을 증가시키는 것은, 예를 들어, 유리의 내손상성을 증가시키는데 바람직할 수 있다. 구체 예에서, 적층 유리 제품에서 최대 압축 응력은 약 300 MPa 내지 약 1000 MPa, 예를 들어, 약 500 MPa 내지 약 900 MPa일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 적층 유리 제품에서 최대 압축 응력은 약 600 MPa 내지 약 800 MPa, 예를 들어, 650 MPa 내지 약 750 MPa일 수 있다.
압축 응력에 부가하여, 압축 응력 층의 깊이 (또한, DOL이라 한다)는 적층 유리 제품의 강도에 기여한다. DOL은 압축 응력 층이, 유리 제품의 외부 표면으로부터 측정된, 유리 제품 내로 확장하는 두께 방향에서 거리를 나타낸다. 예를 들어, 일반적으로 DOL이 깊을수록 유리의 손상에 대한 저항성은 증가한다. 그러나, DOL이 유리 내로 너무 깊은 경우, 기능성이 저하될 수 있다. 그러므로, DOL은 유리의 원하는 강도 및 유리의 기능성과 균형을 이루도록 선택되어야 한다. 예를 들어, 구체 예들에서, DOL은 최외각 클래드 층의 두께보다 커서, 이온들이 최외각 클래드 층에 인접한 층으로 확산되고, 이에 의해 응력 프로파일을 조작하는데 사용될 이온교환 확산율에서 차이를 가능하게 한다. 구체 예에서, DOL은 약 8　㎛ 내지 150 ㎛, 예를 들어, 약 10 ㎛ 내지 약 120 ㎛일 수 있다. 다른 구체 예에서, DOL은 약 50 ㎛ 내지 약 150 ㎛, 예를 들어, 약 70　㎛ 내지 약 150　㎛일 수 있다. 또 다른 구체 예에서, DOL은 약 15 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 예를 들어, 약 20　㎛ 내지 약 90　㎛일 수 있다. 다른 구체 예에서, DOL은 약 25 ㎛ 내지 약 85 ㎛, 예를 들어, 약 30　㎛ 내지 약 80　㎛일 수 있다. 다른 구체 예에서, DOL은 약 35 ㎛ 내지 약 75 ㎛, 예를 들어, 약 40　㎛ 내지 약 70　㎛일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, DOL은 약 45　㎛ 내지 약 60 ㎛이다. 몇몇 구체 예에서, DOL은 약 8　㎛ 내지 약 80 ㎛, 예를 들어, 약 10 ㎛ 내지 약 60 ㎛, 또는 약 25 ㎛ 내지 약 50 ㎛일 수 있다.
전술된 바와 같이, 압축 응력 및 DOL은, 전통적으로 적층 유리 제품의 내손상성을 결정할 경우 고려된다. 그러나, 상보 오차 함수로 형상화된 또는 선형으로 형상화된 응력 프로파일을 갖는 유리에서 압축 응력 및 DOL을 증가시키는 것은, 허용 가능한 한도를 초과하는 유리 취약성을 초래할 수 있다.
깨지기 쉬운 거동 (frangible behavior) (또한, 여기서 "취약성 (frangibility)"이라고도 한다)은, 유리의 극단의 파쇄도 거동 (fragmentation behavior)을 의미하며, 미국 특허 제8,075,999호에 기재되며, 이의 전체적인 내용은 여기에 참고로서 혼입된다. 깨지기 쉬운 거동은 적층 유리 내에서 과도한 내부 또는 중심 장력이 발달한 결과로, 파단시에 적층 유리 제품의 강력하고 또는 활동적인 파쇄도를 결과한다. 적층된 또는 화학적으로 강화된 (예를 들어, 이온 교환에 의해 강화된) 유리 제품에서, 깨지기 쉬운 거동은 유리의 중심에 인장 응력을 갖는 적층 유리의 표면 또는 외부 영역에서 압축 응력의 균형이 작은 유리 조각 및/또는 유리 제품으로부터 입자의 방출 또는 "토싱 (tossing)"으로 다수의 균열 가지를 일으키기에 충분한 에너지를 제공하는 경우 발생할 수 있다. 이러한 방출이 발생하는 속도는, 중심 장력으로 저장된, 유리 제품 내의 과도한 에너지의 결과이다.
유리 제품의 취약성은 중심 장력 및 압축 응력의 함수이다. 특히, 유리 제품 내의 중심 장력은 상보 오류 함수로 형상화된 또는 선형으로 형상화된 응력 프로파일을 갖는 유리에 대한 압축 응력으로부터 추정될 수 있다. 압축 응력은 표면 근처 (즉, 100 ㎛ 이내)에서 측정되어, 최대 압축 응력 값 및 측정된 DOL을 제공한다. 압축 응력 (CS)과 중심 장력 (CT) 사이의 관계는 하기 수학식 1로 주어진다:
[수학식 1]
CT≒(CS·DOL)/(t-2 DOL)
여기서 t는 유리 제품의 두께이다. 특별한 언급이 없는 한, 중심 장력 (CT) 및 압축 응력 (CS)은 megaPascals (MPa)로 여기에 나타내고, 반면에 두께 (t) 및 층의 깊이 (DOL)는 millimeters로 나타낸다. 유리 제품으로 설계되거나 또는 제공되어야 하는 압축 층의 깊이 (DOL) 및 압축 응력 (CS)의 최대값은, 이러한 깨지기 쉬운 거동에 의해 제한된다. 결과적으로, 깨지기 쉬운 거동은 다양한 유리의 설계에서 고려될 하나의 고려사항이다.
따라서, 취약성을 피하기 위해, 압축 응력 및 DOL을 모두 고려하면서, 유리는 유리 제품에 대한 임계 또는 임계값 중심 장력에 또는 아래에서 중심 장력을 갖도록 설계되어 또 다른 사물과 충격시 취약성을 피할 수 있다. 도 5를 참조하면, 수용할 수 없는 깨지기 쉬운 거동의 시작이 일어나는 임계값 중심 장력은, 두께 t의 함수에 따라 플롯된다. 임계값 중심 장력은 실험적으로 관찰된 거동에 기초한다. 임계값 중심 장력 (TCT)은 하기 수학식 2에 의해 묘사될 수 있다:
[수학식 2]
TCT (MPa) = -38.7 (MPa/mm)·ln(t)(mm) + 48.2 (MPa).
따라서, 유리의 두께에 의존하여, 중심 장력은 압축 응력 및 DOL에 따라 조절될 수 있다. 지금까지, 강화 유리의 응력 프로파일이 일반적으로 고정된 것으로 생각되었고, 따라서, 압축 응력 및 DOL 중 적어도 하나를 감소시켜야만 중심 장력이 변경될 수 있다고 생각했다. 그러나, 적층 유리 제품의 인접한 층 사이에 차이 나는 이온교환 확산율을 갖는 적층 유리 제품을 형성함으로써, 중심 장력은 압축 응력 또는 DOL의 희생 없이 변경될 수 있다.
도 1a를 다시 참조하면, 차이 나는 이온교환 확산율을 제공하기 위해, 구체 예에서, 코어 층 (110) 및 적어도 하나의 클래드 층 (121a - 122b)은 이온 교환 매체에서, K+ 및 Na+과 같은, 타겟 이온이 코어 층 (110)보다 적어도 하나의 클래드 층 (121a - 122b)으로 더 빠르게 확산되도록 다른 유리 조성물로부터 제조될 수 있다. 다른 구체 예에서, 코어 층 (110) 및 적어도 하나의 클래드 층 (121a - 122b)은, 이온 교환 용액에서 타겟 이온이 적어도 하나의 클래드 층 (121a - 122b)보다 더 빠르게 코어 층 (110)으로 확산되도록 다른 유리 조성물로부터 제조될 수 있다. 코어 층 (110) 및 적어도 하나의 클래드 층 (121a - 122b) 사이에 차이 나는 이온교환 확산율을 사용하는 것은, 적층 유리 제품 (100)이 높은 표면 압축 응력, DOL, 및 중심 장력의 요구조건을 충족하도록 적층 유리 제품 (100)의 응력 프로파일의 균형을 허용한다.
몇몇 구체 예에서, 코어 층 (110)은 클래드 층 (121a - 122b)보다 더 높은 이온교환 확산율을 갖고, K+과 같은, 이온 교환 욕조의 타겟 이온은 클래드 층 (121a - 122b)에서 느리게 확산되고, 이들이 코어 층에 도달하는 경우 상당히 가속된다. 따라서, 단일-단계 이온교환 공정은, 상보 오류 함수로 형상화된 또는 선형으로 형상화된 응력 프로파일을 갖는 종래의 유리와 비교하여, 높은 표면 압축 응력 및 깊은 DOL을 갖는 다양하게 설계조작된 응력 프로파일을 발생할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하면, 하나의 코어 층 및 두 개의 클래드 층들을 갖는 세 개의 적층 유리 제품에 대한 응력 프로파일을 묘사한 그래프를 나타낸다. 여기에 기재된 응력 프로파일에서, 압축 응력은 양의 y-축 상에 나타내고, 인장 응력은 음의 y-축 상에 나타낸다. 그러나, 인장 응력에 대해 주어진 값은 양의 값이다 (예를 들어, 응력 프로파일에서 나타낸 값의 크기). 도 6의 그래프를 생성하는데 사용된 적층 유리 제품 모두는 80 ㎛의 DOL, 클래드 층당 10 ㎛의 클래드 두께, 및 0.7 mm의 총 적층 유리 제품 두께를 갖는다. 도 6에 나타낸 세 개의 적층 유리 제품의 구체 예에 대하여, 클래드 층의 이온교환 확산율 (D1)은 120 ㎛2/hr로 일정하게 유지되고, 및 코어 층의 이온교환 확산율 (D0)은, D0/D1의 비로 측정된 대로, 코어 층과 클래드 층 사이에 다양한 차이 나는 이온교환 확산율을 달성하기 위해 변화된다. (응력 프로파일을 그래프로 도시한 다른 도면뿐만 아니라) 도 6에서, 각 샘플에 대한, MPa로, 중심 장력은, 응력이 감소하는 것이 정지되고 안정기가 시작되는 지점이다.
도 6에 파선 (dotted line)에 의해 나타낸 바와 같은, 샘플 1은, 차이 나는 이온교환 확산율 (즉, D0/D1 = 1)을 갖지 않는다. 샘플 1은 470℃에서 660분의 기간동안 KNO3 용융 욕조에 침지시켜 이온 교환된다. 도 6에 알 수 있는 바와 같이, 샘플 1의 최대 압축 응력은, 적층 유리 제품의 표면 (즉, 0 ㎛의 깊이)에서 약 740 MPa이다. 샘플 1에서, 압축 응력은 적층 유리 제품의 표면으로부터 DOL, 80 ㎛까지 점진적으로 감소된다. 샘플 1의 중심 장력은 약 94 MPa이다. 그러나, 도 5에 도시된 곡선에 의해 나타낸 바와 같이, 0.7 mm 두께의 유리 제품에 대한 임계값 중심 장력은 약 63 MPa이다. 따라서, 샘플 1의 중심 장력은, 수용할 수 없는 취약성을 결과하는, 0.7 mm 두께의 유리 제품에 대한 TCT를 초과한다.
코어 층의 이온 교환 확산율을 증가시켜 코어 층의 이온교환 확산율과 클래드 층의 이온교환 확산율 사이에 차이를 생성하는 것은 왼쪽으로 이동하는 응력 프로파일을 결과하고, 및 적층 유리 제품의 중심 장력은 DOL 및 압축 응력이 일정하게 유지되는 경우조차도 감소된다. 점선에 의해 나타낸, 도 6에서 샘플 2는, 이의 표면에서 약 740 MPa인, 샘플 1과 동일한 최대 압축 응력을 갖는다. 샘플 2는 또한 약 80 ㎛의 DOL을 갖고, 이는 샘플 1과 같다. 그러나, 코어 층의 이온교환 확산율은 240 ㎛2/hour으로 증가되고, D0/D1 = 2을 산출하는데, 이는 특히 클래드 층에서, 압축 응력이 감소되는 속도를 증가시킨다. 부가적으로, 샘플 2의 유리는 470℃에서 360분 동안 KNO3의 용융 욕조에 적층 유리 제품을 침지시켜 이온 교환되고, 이는 샘플 1과 비교하여, 이온 교환 기간에서 상당한 감소가 있다. 코어 층과 클래드 사이에 이온교환 확산율에서 이 보통의 차이는 샘플 2의 유리의 중심 장력이 약 81 MPa가 되도록 응력 프로파일을 이동시킨다. 이 중심 장력은, 도 5의 곡선에서 나타낸 바와 같은, 0.7 mm 두께의 적층 유리에 대해 63 MPa의 임계값 중심 장력 이상이지만, 그것은, D0/D1 비를 증가시켜, 적층 유리 제품의 중심 장력이 압축 응력 또는 DOL의 희생 없이 감소될 수 있다는 것을 나타낸다.
실선으로 나타낸, 도 6에서 샘플 3은, 코어 층과 클래드 층 사이에 이온교환 확산율에서 차이의 제공이, 왼쪽으로 응력 프로파일을 이동시키고, 및 원하는 압축 응력, DOL, 및 취약성 제한을 충족할 수 있는 적층 유리 제품을 제공하는데 사용될 수 있다는 것을 더욱 나타낸다. 도 6의 샘플 3은 이의 표면에 약 740 MPa의 최대 압축 응력, 및 80 ㎛의 DOL을 가지며, 이는 샘플 1 및 샘플 2의 압축 응력 및 DOL과 동일하다. 그러나, 샘플 3의 유리의 코어 층에서 이온교환 확산율은 600　㎛2/hour로 증가되어, D0/D1 = 5의 비를 산출한다. 샘플 3의 적층 유리 제품은 470℃의 온도에서 170분 동안 KNO3의 용융 욕조에 적층 유리 제품을 침지시켜 이온 교환된다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 압축 응력은 특히 클래드 층에서, 더 빠르게 감소된다. 이것은 샘플 3의 중심 장력이, 도 5에 나타낸 0.7 mm 두께의 적층 유리 제품에 대해 63 MPa의 임계값 중심 장력 아래인, 약 60 MPa인 정도까지 왼쪽으로 응력 프로파일을 이동시켜, 샘플 3의 적층 유리 제품의 취약성이 허용 가능하다는 것을 나타낸다. 따라서, 샘플 3의 적층 유리 제품은, 산업적 취약성 요구조건을 충족시킬 수 있고, 이전에 산업적 취약성 표준을 충족할 수 없다고 생각되었던 유리의 압축 응력 및 DOL을 유지할 수 있다.
이론에 제한되는 것을 원하지는 않지만, 클래드 층보다 더 높은 이온 교환 확산율을 갖는 코어 층을 갖는 적층 유리 제품을 제공함으로써, 이온 교환 용액 유래의, K+와 같은, 타겟 이온이 클래드 층을 통해 상대적으로 느리게 확산될 것이고, 이들이 코어 층에 도달하는 경우, 가속될 것이라고 믿어진다. 따라서, 클래드 층의 표면에 가까운 클래드 층의 영역은, 이온 교환 용액과 접촉함으로써 타겟 이온과의 체류 시간이 길어질 것이고, 이에 의해 더 많은 타겟 이온이 유리 매트릭스에서 더 작은 이온을 대체하고 압축 응력을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 그러나, 표면으로부터 더 먼 클래드 층의 영역은 표면과 가까운 클래드 층의 영역과 비교하여 타겟 이온과 더 짧은 체류 시간을 가질 것이다. 표면으로부터 더 먼 클래드 층의 영역은 또한 코어의 상대적으로 높은 이온교환 확산율에 의한 단점이 있다. 타겟 이온은 이들이 코어에 도달한 경우 가속화되고; 따라서, 타겟 이온은 코어와 가장 가까운 클래드 층의 영역으로부터 당겨지며, 이에 의해 코어에 가장 가까운 클래드 층의 영역에 타겟 이온의 체류 시간을 감소시킨다. 따라서, 코어와 바로 인접한 클래드 층의 표면 및 클래드 층의 일부에서 타겟 이온의 체류 시간에서 큰 차이가 있고, 이는 도 6의 샘플 3에서 알 수 있는 바와 같이 압축 응력이 감소되는 증가된 속도를 유발한다. 그러나, 코어에서 타겟 이온의 높은 이온교환 확산율 때문에, 도 6에서 샘플 3의 그래프는 빠르게 안정된 상태를 유지하여, 더 낮은 D0/D1비를 갖는 유리 제품 샘플에 비해, 샘플 3의 유리 제품이 낮은 중심 장력을 갖는 것을 가능하게 한다.
도 7을 참조하면, 세-층의 유리 적층의 두 개의 부가적인 샘플은 제공된다. 도 7에서 파선은 도 6에 관하여 전술된 바와 같은 샘플 1의 유리 제품을 나타내고, 이는 대조구 샘플로서 사용되며, 여기서 D0/D1 = 1이다. 샘플 1-3과 같이, 점선 및 실선에 의해 각각 나타낸, 샘플 4 및 샘플 5의 유리의 응력 프로파일은, 약 740MPa의 이들 표면에서 최대 압축 응력, 약 80 ㎛의 DOL, 및 약 0.7mm의 적층 유리 제품의 총 두께를 갖는다. 더욱이, 샘플 1-3과 같이, 샘플 4 및 샘플 5에서, 클래드 층의 이온교환 확산율 (D1)은 120 ㎛2/hour이다. 그러나, 샘플 1-3과 달리, 샘플 4 및 샘플 5의 클래드 층은 각각 25 ㎛ 두께이다.
샘플 4에서, 코어 층의 이온교환 확산율은 240 ㎛2/hour이고, D0/D1 = 2를 산출한다. 샘플 4의 유리 제품은 470℃의 온도에서 420분의 지속시간 동안 용융 KNO3 욕조에 침지시켜 이온 교환된다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 압축 응력은 클래드 층을 통해 빠르게 감소하고, 코어에서 더 느리게 감소한다. 이것은, D0/D1 = 1인, 샘플 1의 응력 프로파일에 비해 그래프의 왼쪽으로 샘플 4의 응력 프로파일에서 이동을 유발한다. 샘플 4의 중심 장력은 약 78　MPa이고, 이는 0.7 mm의 두께를 갖는 유리 제품에 대해 도 5에서 나타낸 바와 같이 63 MPa의 임계값 중심 장력 이상이다.
샘플 5에서, 코어 층의 이온교환 확산율은 600 ㎛2/hour이고, D0/D1 = 5를 산출한다. 샘플 5의 유리 제품은 470℃의 온도에서 250분의 지속시간 동안 용융 KNO3 욕조에 침지시켜 이온 교환된다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 압축 응력은 클래드 층을 통해 빠르게 감소하고, 코어에서 더욱 느리게 감소한다. 이것은, D0/D1 = 1인, 샘플 1의 응력 프로파일에 비해, 및 샘플 4와 비교한 바와 같이, 그래프의 왼쪽으로 샘플 5의 응력 프로파일에서 이동을 유발한다. 샘플 5의 중심 장력은 약 60　MPa이고, 이는 0.7 mm의 두께를 갖는 유리에 대해 도 5에 나타낸 바와 같은 63　MPa의 임계값 중심 장력 아래이다. 그러므로, 샘플 5의 유리 제품은 산업적 취약성 요구조건을 충족시키면서, 높은 압축 응력 및 DOL을 유지한다.
따라서, 도 7은, 예를 들어, 적용을 가능하게 하는 적층 유리 제품에 대하여, 인접한 층을 갖는 차이 나는 이온교환 확산율을 갖는 클래드 층의 두께를 증가시키는 것이 감소된 중심 장력을 가능하게 하고, 이는 산업적 취약성 요구조건을 충족시키면서 높은 압축 응력 및 DOL을 유지시키는 적층 유리 제품을 허용한다는 것을 나타낸다.
도 6 및 도 7에 나타낸 상기 구체 예는 차이 나는 이온교환 확산율을 나타내고, 여기서 클래드 층에서 보다 코어 층에서 더 높은 이온교환 확산율을 갖는다. 그러나, 몇몇 구체 예에서, 코어 층은 클래드 층보다 더 낮은 이온교환 확산율을 갖는다. 이들 구체 예에서, K+과 같은, 이온 교환 욕조의 타겟 이온은, 클래드 층에서 상대적으로 빠르게 확산되고, 이들이 코어에 도달된 경우 상당히 감속된다. 따라서, 오직 단일-단계 이온교환은, 상보 오류 함수로 형상화된 또는 선형으로 형상화된 응력 프로파일 형태를 갖는, 종래의 유리 제품과 비교하여, 높은 표면 압축 응력 및 깊은 층의 깊이를 갖는 다양한 설계조작된 응력 프로파일을 발생할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하면, 하나의 코어 층 및 두 개의 클래드 층을 갖는 세 개의 적층 유리 제품에 대한 응력 프로파일의 그래프적 도시는 제공된다. 도 8의 그래프을 생성하는데 사용된 적층 유리 제품 모두는 50 ㎛의 DOL, 클래드 층당 8 ㎛의 클래드 두께, 및 0.7 mm의 총 적층 유리 두께를 갖는다. 도 8에 나타낸 세 개의 적층 유리 제품의 구체 예에 대해, 클래드 층들의 이온교환 확산율 (D1)은 120 ㎛2/hr로 일정하게 유지되고, 코어의 이온교환 확산율 (D0)은 코어 층 및 클래드 층들 사이에 차이 나는 이온교환 확산율을 달성하기 위해 변화된다.
도 8에 실선에 의해 나타낸 바와 같이, 샘플 6은, 차이 나는 이온교환 확산율을 갖지 않는다 (즉, D0/D1 = 1). 샘플 6은 440℃에서 180분의 기간동안 KNO3 용융 욕조에 침지시켜 이온 교환된다. 도 8에 알 수 있는 바와 같이, 샘플 6의 최대 압축 응력은, 적층 유리 제품의 표면 (즉, 0 ㎛의 깊이)에서 약 740 MPa이다. 샘플 6에서, 압축 응력은 적층 유리 제품의 표면으로부터 압축 응력 층의 깊이, 50 ㎛까지 감소한다. 샘플 6의 중심 장력은 약 49 MPa로, 도 5에 나타낸 바와 같은 0.7 mm 두께의 적층 유리 제품에 대해 TCT 아래이다.
코어 층의 이온교환 확산율과 클래드 층의 이온교환 확산율 사이에 차이를 생성하여, 여기서 D0/D1 < 1인 경우, 응력 프로파일은 오른쪽으로 이동하며, 적층 유리 제품의 압축 응력은 DOL 내로 매우 깊게 유지된다. 점선에 의해 나타낸, 도 8에서 샘플 7은, 이들 표면에서, 약 740MPa의 샘플 6과 동일한 최대 압축 응력을 갖는다. 샘플 7은 또한 약 50 ㎛의 DOL을 갖고, 이는 샘플 6과 동일하다. 그러나, 코어 층의 이온교환 확산율은, D0/D1 = 0.5이도록, 600 ㎛2/hour이고, 이는 압축 응력이 코어를 통해 덜 빠르게 감소되는 것을 허용한다. 부가적으로, 샘플 7의 유리는 440℃에서 330분 동안 KNO3의 용융 욕조에 적층 유리 제품을 침지시켜 이온 교환된다. 코어 층과 클래드 사이에 이온교환 확산율에서 이 보통의 차이는 도 8의 그래프에서 오른쪽으로 압축 응력의 이동을 제공하여, DOL 내로 더 깊게 유지되는 압축 응력을 산출한다.
파선으로 나타낸, 도 8에서 샘플 8은, 코어 층과 클래드 층들 사이에 이온교환 확산율에서 차이를 제공하는 것이, 여기서 D0/D1 < 1인 경우, 응력 프로파일을 오른쪽으로 이동시키고, DOL 내로 더 깊게 높은 압축 응력을 제공하는데 사용될 수 있다는 것을 더욱 나타낸다. 도 8의 샘플 8은 이의 표면에서 약 740 MPa의 최대 압축 응력, 및 50 ㎛의 DOL을 갖고, 여기서 샘플 6 및 샘플 7의 압축 응력 및 DOL과 동일하다. 그러나, 샘플 8의 유리의 코어 층에서 이온교환 확산율은 24 ㎛2/ hour까지 감소하고, D0/D1 = 0.2을 산출한다. 샘플 8의 적층 유리 제품은 440℃의 온도로 770분 동안 KNO3의 용융 욕조에서 적층 유리 제품을 침지시켜 이온 교환된다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 압축 응력은 특히 클래드 층들에서 더욱 느리게 감소한다. 압축 응력이 감소하는 속도의 감소는 도 8의 그래프에서 오른쪽으로 응력 프로파일을 이동시키고, 압축 응력이 DOL 내에 매우 깊게 유지되는 것을 허용한다.
이론에 제한되는 것을 원하지는 않지만, 클래드 층보다 낮은 이온 교환율을 갖는 코어 층을 갖는 적층 유리 제품을 제공함으로써, 이온 교환 용액 유래의, K+와 같은, 타겟 이온이 클래드 층을 통해 상대적으로 빠르게 확산되고, 이들이 코어 층에 도달하는 경우, 감속될 것으로 믿어진다. 따라서, 클래드 층 도처의 영역에서 타겟 이온의 체류 시간은 더욱 일정하고, 적층 유리 제품의 클래드 부분에서 압축 응력이 감소되는 속도를 감소시킨다. 따라서, DOL 내로 깊게 높은 압축 응력을 갖는 것이 바람직한 적용에서, 적층 유리는 D0/D1 < 1인 경우가 유리하다.
상기는 도 9를 참고하여 더욱 상세히 설명된다. 도 9에서, 세-층의 적층 유리 제품의 두 개의 부가적인 샘플 (샘플 9 및 샘플 10)은 제공된다. 도 9에 실선은 도 8에 관하여 전술된 바와 같은 샘플 6의 유리를 나타내고, 대조구 샘플로 사용되며, 여기서 D0/D1 = 1이다. 샘플 6-8과 같이, 도 9에서 각각 파선 및 점선으로 나타낸, 샘플 9 및 샘플 10의 유리는, 이들 표면에서 약 740 MPa의 최대 압축 응력, 약 50 ㎛의 DOL, 및 약 0.7　mm의 적층 유리 제품의 총 두께를 갖는다. 더욱이, 샘플 6-8과 같이, 샘플 9 및 샘플 10에서, 클래드 층의 이온교환 확산율 (D1)은 120　㎛2/hour이다. 그러나, 샘플 6-8과 달리, 샘플 9 및 샘플 10의 클래드 층은 25 ㎛ 두께이다.
샘플 9에서, 코어 층의 이온교환 확산율은 120 ㎛2/hour이고, D0/D1 = 0.5를 산출한다. 샘플 9의 유리 제품은 440℃의 온도에서 330분의 지속시간 동안 용융 KNO3 욕조에 침지시켜 이온 교환된다. 도 9에서 나타낸 바와 같이, 압축 응력은 클래드 층을 통해 덜 빠르게 감소하고, 샘플 6과 비교하면 코어에서 더 빠르게 감소한다. 이것은, D0/D1 = 1인 샘플 6의 응력 프로파일에 비해, 오른쪽으로 샘플 9의 응력 프로파일에서 이동을 유발한다. 따라서, 샘플 9의 유리 제품은 약 40 ㎛의 깊이에서 약 350 MPa의 압축 응력을 갖는 반면, 샘플 6의 유리 제품은 약 40 ㎛의 깊이에서 약 40 MPa의 압축 응력을 갖는다.
샘플 10에서, 코어 층의 이온교환 확산율은 24 ㎛2/hour이고, D0/D1 = 0.2를 산출한다. 샘플 10의 유리 제품은 440℃의 온도로 480분 동안 KNO3의 용융 욕조에서 침지시켜 이온 교환된다. 도 9에서 나타낸 바와 같이, 압축 응력은 클래드 층을 통해 덜 빠르게 감소하고, 코어에서 더 빠르게 감소한다. 이것은, D0/D1 = 1인, 샘플 6 및 샘플 9의 응력 프로파일에 비해, 그래프의 오른쪽으로 샘플 10의 응력 프로파일에서 이동을 유발한다. 샘플 10의 유리 제품은 약 40 ㎛의 깊이에서 약 510 MPa의 압축 응력을 갖는데, 이는 약 40 ㎛의 깊이에서 샘플 6 및 샘플 9 모두의 압축 응력보다 훨씬 더 크다.
따라서, 도 8 및 도 9는, 예를 들어, 높은 압축 응력이 압축 응력 층으로 깊게 요구되는 적층 유리 제품에 대해, 클래드 층의 두께를 증가시킬 수 있고, 차이 나는 이온교환 확산율을, D0/D1　<　1인 경우, 제공할 수 있다는 것을 나타낸다.
상기 구체 예에서, 압축 응력 및 DOL은 일정하게 유지되고, 중심 장력 또는 높은 압축 응력의 깊이는 D0/D1 비를 조정하여 변경된다. 그러나, 이들 세 가지 변수 (압축 응력, DOL, 및 중심 장력) 중 어느 하나는 변경될 수 있지만, 다른 두개는 일정하게 유지되는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도 10을 참조하면, 압축 응력 및 중심 장력은 일정하게 유지될 수 있고, DOL은 D0/D1 비를 변경시켜 변화될 수 있다.
도 10은 하나의 코어 층 및 두 개의 클래드 층을 갖는 세 개의 적층 유리 제품의 응력 프로파일을 그래프로 나타낸다. 도 10에 도시된 각각의 유리 제품 샘플에서, 클래드 층은 10 ㎛ 두께이고, 적층 유리 제품은 0.7 mm 두께이며, 적층 유리 제품의 표면에서 최대 압축 응력은 776 MPa이고, 중심 장력은, 도 5에 나타낸 바와 같은, 0.7 mm 두께의 유리 제품에 대한 임계값 중심 장력인, 63 MPa이다. 도 10에 도시된 각각의 유리 제품 샘플에서, 클래드 층의 이온교환 확산율은 120 ㎛2/hour이고, 코어 층의 이온교환 확산율은 변경되어 변화하는 D0/D1 비를 제공한다.
도 10에 파선으로 나타낸, 샘플 11에서, 코어 층 및 클래드 층 사이에 이온교환 확산율에서 차이가 없고, 따라서 D0/D1 = 1이다. 이 샘플은 440℃의 온도에서 260분의 지속시간 동안 용융 KNO3 욕조에 적층 유리 제품을 침지시켜 이온 교환된다. 도 10에서 나타낸 바와 같이, 응력 프로파일의 기울기는 샘플 1과 거의 동일하고, 샘플 11의 DOL은 약 80　㎛이다.
도 10에 점선에 의해 나타낸, 샘플 12에서, 코어 층의 이온교환 확산율은 240 ㎛2/hour이어서, D0/D1 = 2를 산출한다. 이 샘플은 440℃의 온도에서 210분의 지속시간 동안 용융 KNO3 욕조에 적층 유리 제품을 침지시켜 이온 교환된다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 응력 프로파일의 기울기는 샘플 2와 같고, 샘플 12의 DOL은 약 66 ㎛이다.
도 10에서 실선에 의해 나타낸, 샘플 13에서, 코어 층의 이온교환 확산율은 600 ㎛2/hour이어서, D0/D1 = 5를 산출한다. 이 샘플은 440 ℃의 온도에서 170분 지속시간 동안 KNO3의 용융 욕조에 적층 유리 제품을 침지시켜 이온 교환된다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 응력 프로파일의 기울기는 샘플 3과 같고, 샘플 13의 DOL은 약 57　㎛이다.
따라서, 도 10은 DOL이 코어 층과 클래드 층 사이에 차이 나는 이온교환 확산율을 변화시켜 변경될 수 있으면서, 반면에 압축 응력 및 중심 장력은 일정하게 유지되는 것을 나타낸다. 적층 유리 제품의 인접한 층들 사이의 차이 나는 이온교환 확산율을 변화시켜 압축 응력, DOL, 및 중심 장력 중 어느 하나가 변경될 수 있으면서 다른 변수는 일정하게 유지되는 것으로 전술된 개시로부터 이해되어야 한다.
비록 전술된 구체 예가 하나의 코어 층 및 두 개의 클래드 층을 갖는 적층 유리 제품에 관한 것일지라도, 이는 임의의 수의 클래드 층들을 갖는 적층 유리 제품이 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 하나의 코어 층 및 네 개의 클래드 층들을 갖는 적층 유리 제품의 응력 프로파일을 그래프로 도시한, 도 11을 참조하면, 도 11에 도시된 각각의 샘플은, 20 ㎛ 두께의 클래드 층을 갖고, 적층 유리 제품의 두께는 0.7 mm이며, 적층 유리 제품의 표면에서 최대 압축 응력은 776　MPa이고, 중심 장력은, 0.7 mm 두께의 유리에 대해 도 5에 나타낸 임계값 중심 장력인, 63 MPa이다. 부가적으로, 각각의 샘플에서, 코어의 이온교환 확산율 (D0)은 600 ㎛2/hour이고, 각각의 샘플에서, 제1 클래드 층의 이온교환 확산율 (즉, 코어와 인접한 클래드 층) (D1)은 120 ㎛2/hour이어서, 각 샘플에 대해 D0/D1 = 5를 산출한다. 외부 클래드 층의 이온교환 확산율 (D2)는 변화하는 D2/D1 비를 달성하기 위해 변화된다.
도 11에 점선에 의해 나타낸, 샘플 13에서, 제1 클래드 층들과 제2 클래드 층들 사이에 이온교환 확산율에서 차이는 없고, 따라서 D2/D1 = 1이다. 샘플 13의 적층 유리 제품은 470℃의 온도에서 270분의 지속시간 동안 용융 KNO3 욕조에 적층 유리 제품을 침지시켜 이온 교환된다. 도 11에서 나타낸 바와 같이, 샘플 13의 응력 프로파일은, 클래드 층들을 통해 상대적으로 일정하게 감소하는 압축 응력을 갖고, 그 다음 상기 압축 응력은 더 높은 이온교환 확산율을 갖는 코어 층에 타겟 이온이 접근함에 따라 덜 빠르게 감소한다.
도 11에 파선으로 나타낸, 샘플 14에서, 제2 클래드 층들은 60 ㎛2/hour의 이온교환 확산율을 가지며, D2/D1 = 0.5를 산출한다. 샘플 14의 적층 유리 제품은 470℃의 온도에서 300분 지속시간 동안 용융 KNO3 욕조에 적층 유리 제품을 침지시켜 이온 교환된다. 도 11에서 나타낸 바와 같이, 샘플 14의 응력 프로파일은, 샘플 13에 압축 응력보다 샘플 14의 제2 클래드 층 (즉, 0 ㎛의 깊이로부터 20 ㎛의 깊이까지)을 통해 덜 빠르게 감소하는 압축 응력을 갖는다. 그러나, 압축 응력은 샘플 13에서 압축 응력보다 샘플 14의 제1 클래드 층 (즉, 20　㎛의 깊이로부터 40 ㎛의 깊이까지)을 통해 더 빠르게 감소한다. 압축 응력은 샘플 13 및 샘플 14의 코어 층을 통해 동일한 속도로 감소한다.
도 11에 실선으로 나타낸, 샘플 15에서, 제2 클래드 층들은 240 ㎛2/hour의 이온교환 확산율을 가지며, D2/D1 = 2를 산출한다. 샘플 15의 적층 유리 제품은 470℃의 온도에서 250분 지속시간 동안 용융 KNO3 욕조에 적층 유리 제품을 침지시켜 이온 교환된다. 도 11에서 나타낸 바와 같이, 샘플 15의 응력 프로파일은 샘플 13에 압축 응력보다 샘플 15의 제2 클래드 층 (즉, 0 ㎛의 깊이로부터 20 ㎛의 깊이까지)을 통해 더 빠르게 감소하는 압축 응력을 갖는다. 그러나, 압축 응력은 샘플 13에서 압축 응력보다 샘플 15의 제1 클래드 층 (즉, 20　㎛의 깊이로부터 40 ㎛의 깊이까지)을 통해 덜 빠르게 감소한다. 압축 응력은 샘플 13 및 샘플 14의 코어 층을 통해 동일한 속도로 감소한다.
도 11은 적층 유리 제품의 응력 프로파일이 인접한 클래드 층으로부터 차이 나는 이온교환 확산율을 갖는 클래드 층을 제공하여 변경될 수 있다는 것을 나타낸다. 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 샘플 14에서 나타낸 바와 같이, 인접한 클래드 층보다 더 낮은 이온교환 확산율을 갖는 제2 클래드 층을 제공하는 것은, 그 층에서 더 느리게 압축 응력을 감소시킬 뿐만 아니라 압축 응력이 인접한 클래드 층에서 더 빠르게 감소시킨다. 예를 들어, D2/D1 = 0.5를 갖는, 샘플 14에서, D2/D1 = 1인 적층 유리 제품과 비교하여, 제2 클래드 층 (즉, 0 ㎛의 깊이로부터 20 ㎛의 깊이까지)에서 압축 응력에서 느린 감소, 및 D2/D1 = 1인 적층 유리 제품에 비해, 제1 클래드 층 (즉, 20 ㎛의 깊이로부터 40 ㎛의 깊이까지)에서 압축 응력에서 더 빠른 감소를 유발한다. 그러나, 샘플 15에서 나타낸 바와 같이, 인접한 클래드 층보다 더 높은 이온교환 확산율을 갖는 제2 클래드 층을 제공하는 것은, 그 층에서 압축 응력의 더 빠른 감소를 유발하지만, 또한 인접한 클래드 층에서 압축 응력의 더 느린 감소를 유발한다. 예를 들어, D2/D1 = 2를 갖는, 샘플 15에서, D2/D1 = 1인 적층 유리 제품에 비해, 제2 클래드 층 (즉, 0 ㎛의 깊이로부터 20 ㎛의 깊이까지)에서 압축 응력의 빠른 감소, 및 D2/D1 = 1인 적층 유리 제품에 비해, 제1 클래드 층 (즉, 20 ㎛의 깊이로부터 40 ㎛의 깊이까지)에서 압축 응력의 더 느린 감소를 유발한다. 따라서, 도 11은 인접한 클래드 층에서 차이 나는 이온교환 확산율을 제공하는 것이 인접한 층의 이온교환 확산율과 무관하게 인접한 층에서 압축 응력 감소에 영향을 미친다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 비록 제1 클래드 층이 동일한 이온교환 확산율을 갖는 샘플 13-15일 지라도, 차이 나는 이온교환 확산율을 갖는 제2 클래드 층이 제1 클래드 층과 인접하게 제공되는 경우, 제1 클래드 층에서 압축 응력 감소의 기울기는 제2 클래드 층에서 이온교환 확산율에 의해 영향을 받는다.
비록 적층 유리 제품의 대표적인 구체 예가 상기에서 확인되었을지라도, 기초를 이루는 원리는 이들 적층 유리 제품의 특정 특성과 무관하게 적층 유리 제품에 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 구체 예에서, 적층 유리 제품의 두께는 약 0.075 mm 내지 약 4 mm, 예를 들어, 약 0.3 mm 내지 약 2 mm, 예를 들어, 약 0.4 mm 내지 약 1.75 mm일 수 있다. 다른 구체 예에서, 적층 유리 제품의 두께는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm, 예를 들어, 약 0.6　mm 내지 약 1.25 mm일 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 적층 유리 제품의 두께는 약 0.7 mm 내지 약 1 mm, 예를 들어, 약 0.8　mm 내지 약 0.9 mm일 수 있다.
구체 예에서, 클래드 층들의 두께는 3 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 예를 들어, 약 5　㎛ 내지 약 50 ㎛일 수 있다. 다른 구체 예에서, 클래드 층들의 두께는 8 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 예를 들어, 약 10　㎛ 내지 약 20 ㎛일 수 있다.
구체 예에서, 차이 나는 이온교환 확산율은, 코어 층과 인접한 클래드 층들 사이에 차이 나는 이온교환 확산율 또는 두 개의 인접한 클래드 층들 사이에 차이 나는 이온교환 확산율과 같은, 적층 유리 제품의 두 개의 인접한 층 사이에 존재한다. 구체 예는 이온교환 확산율 (D0)을 갖는 제1층 및 이온교환 확산율 (D1)을 갖는 제2층 사이에 차이 나는 이온교환 확산율을 갖는 적층 유리 제품을 포함하고, 여기서 D0/D1 ≠ 1이다.
구체 예에서, D0/D1은 1 초과, 예를 들어, 약 1.2 내지 약 10, 또는 약 2 내지 약 9일 수 있다. 다른 구체 예에서, D0/D1은 약 2 내지 약 9, 예를 들어, 약 3 내지 약 8.5일 수 있다. 다른 구체 예에서, D0/D1은 약 3.5 내지 약 8, 예를 들어, 약 4 내지 약 7.5일 수 있다. 또 다른 구체 예에서, D0/D1은 약 4.5 내지 약 7, 예를 들어, 약 5 내지 약 6.5일 수 있다. 다른 구체 예에서, D0/D1은 약 5.5 내지 약 6일 수 있다. 다른 구체 예에서, D0/D1은 약 4 내지 약 10, 예를 들어, 약 5 내지 약 10, 또는 약 6 내지 약 10일 수 있다.
다른 구체 예에서, D0/D1은 1 미만, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 0.9, 또는 약 0.2 내지 약 0.8일 수 있다. 다른 구체 예에서, D0/D1은 약 0.3 내지 약 0.8, 예를 들어, 약 0.4 내지 약 0.7일 수 있다. 다른 구체 예에서, D0/D1은 약 0.5 내지 약 0.6일 수 있다. 다른 구체 예에서, D0/D1은 약 0.15 내지 약 0.6, 예를 들어, 약 0.2 내지 약 0.5, 또는 약 0.2 내지 약 0.4일 수 있다.
다른 구체 예에서, 제1층의 이온교환 확산율 (Do) 또는 제2층의 이온교환 확산율 (D1)은 0이다.
도 12를 참조하면, 구체 예에서, 제2 이온교환 공정은 DOL 내부에 매립된 압축 피크 (buried compression peak)를 도입하는데 사용될 수 있다. 샘플 16은 코어 층 및 두 개의 클래드 층들을 갖는 적층 유리 제품이다. 샘플 16의 적층 유리 제품은 0.7 mm의 총 두께, 80 ㎛의 DOL, 및 각 클래드 층에 대해 8 ㎛의 클래드 두께를 갖는다. 클래드 층은 120 ㎛2/hour의 이온교환 확산율을 갖고, 코어 층은 24 ㎛2/hour의 이온교환 확산율을 갖는다. 적층 유리 제품은 먼저 390℃의 온도에서 770분 동안 순수 KNO3의 용융 욕조에 침지시켜 이온 교환되고, 도 12에서 파선에 의해 나타낸 응력 프로파일을 달성한다. 적층 유리 제품은 그 다음 오염된 KNO3의 제2 용융 욕조에 침지되고, 여기서 용융 욕조는 약 80%의 K+의 유효 몰 분율을 갖고, 여기서 유효 몰 퍼센트 K+는 Na+ 및 K+의 합으로 K+의 몰 퍼센트를 나누어 계산된다. 제2 이온교환이 수행된 적층 유리 제품의 응력 프로파일은 도 12에서 실선으로 나타낸다. 제2단계 이온교환 시간은 20분이고, 온도는 약 400℃이다.
구체 예에서, 적층 유리 제품은 제1 이온교환 확산율 (D0); 및 상기 제1층에 인접하고, 제2 이온교환 확산율 (D1)을 포함하는 제2층을 포함하고, 여기서 D0/D1은 약 0.1 내지 약 0.9이다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제1층은 코어 층이고, 제2층은 클래드 층이며; 또는 제1층을 제1 클래드 층이고, 제2층은 제2 클래드 층이다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 적층 유리 제품의 중심 장력은 하기 수학식 2를 사용하여 계산된 임계값 중심 장력 (TCT) 미만이다:
[수학식 2]
TCT (MPa) = -38.7 (MPa/mm)·ln(t)(mm) + 48.2 (MPa)
여기서, t는 적층 유리 제품의 두께를 나타낸다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 적층 유리 제품은 약 8　㎛ 내지 약 150 ㎛ 또는약 50 ㎛ 내지 약 150 ㎛의 층의 깊이를 포함하는 압축 응력 층을 포함한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 압축 응력 층은 약 300 MPa 내지 약 1000 MPa의 최대 압축 응력을 포함한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, D0/D1은 약 0.2 내지 약 0.5이고, 적층 유리 제품은 약 8 ㎛ 내지 약 80 ㎛인 층의 깊이를 포함하는 압축 응력 층을 포함하고, 상기 압축 응력 층에서 최대 압축 응력은 약 500 MPa 내지 약 900 MPa이며, 및 적층 유리 제품의 중심 장력은 하기 수학식 2를 사용하여 계산된 임계값 중심 장력 (TCT) 미만이다:
[수학식 2]
TCT (MPa) = -38.7 (MPa/mm)·ln(t)(mm) + 48.2 (MPa)
여기서 t는 적층 유리 제품의 두께를 나타낸다.
구체 예에서, 적층 유리 제품을 제조하기 위한 방법은 제1 이온교환 확산율 (D0)을 갖는 제1층을 형성하는 단계; 및 상기 제1층에 인접하고 제2 이온교환 확산율 (D1)을 갖는 제2층을 형성하는 단계를 포함하고; 여기서 D0/D1은 약 0.1 내지 약　0.9이다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 제1층은 코어 층이고, 제2층은 클래드 층이며; 또는 제1층은 제1 클래드 층이고, 제2층은 제2 클래드 층이다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 또 다른 방법은 이온 교환 공정에 의해 적층 유리 제품을 강화시켜 약 8 ㎛ 내지 약 100　㎛의 층의 깊이로 압축 응력 층을 갖는 강화된 적층 유리 제품을 형성하는 단계를 포함한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 적층 유리 제품의 강화는 약 370℃ 내지 약 530℃의 온도에서 약 2시간 내지 약 16시간의 지속시간 동안 실질적으로 순수한 용융 KNO3 욕조에 적층 유리 제품을 침지하는 단계를 포함하다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 적층 유리 제품의 강화는 약 400℃의 온도에서 약 0.2시간 내지 약 1시간의 지속시간 동안 약 90% 미만의 K+의 유효 몰 분율 (mole fraction)을 갖는 제2 용융 KNO3 욕조에 적층 유리 제품을 침지시키는 단계를 포함한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, D0/D1은 약 0.2 내지 약 0.5이고, 층의 깊이는 약 8 ㎛ 내지 약 80 ㎛이며, 압축 응력 층에서 최대 압축 응력은 약 500 MPa 내지 약 900 MPa이고, 및 적층 유리 제품의 중심 장력은 하기 수학식 2를 사용하여 계산된 임계값 중심 장력 (TCT) 미만이다:
[수학식 2]
TCT (MPa) = -38.7 (MPa/mm)·ln(t)(mm) + 48.2 (MPa)
여기서 t는 적층 유리 제품의 두께를 나타낸다.
여기에 기재된 유리 제품은, 예를 들어, LCD, LED, OLED, 및 양자점 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 및 현금 자동 입출금기 (ATMs)를 포함하는 소비자용 또는 상업용 전자 장치에서 커버 유리 또는 유리 백플레인 적용; 예를 들어, 이동 전화, 개인용 미디어 플레이어, 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는 휴대용 전자 장치용, 터치 스크린 또는 터치 센서 적용; 예를 들어, 반도체 웨이퍼를 포함하는 집적 회로 적용; 광전지 적용; 건축용 유리 적용; 자동차 또는 차량용 유리 적용; 상업용 또는 가정용 전자기기 적용; 조명 또는 간판 (예를 들어, 정적 또는 동적 간판) 적용; 예를 들어, 철도 및 항공 우주 적용을 포함한 운송 적용을 포함하는 다양한 적용에 대해 사용될 수 있다.
청구된 주제의 사상 및 범주를 벗어나지 않고, 여기에 기재된 구체 예에 대해 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있다는 것은 기술분야의 당 업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서는 첨부된 청구항 및 그 균등물의 범주 내에 있는 이러한 변경 및 변화가 여기에 기재된 다양한 구체 예의 변형 및 변화를 보호하는 것으로 의도된다.

Claims (23)

  1. 제1 이온교환 확산율 (D0)을 포함하는 제1층; 및
    상기 제1층에 인접하며 제2 이온교환 확산율 (D1)을 포함하는 제2층을 포함하고,
    여기서, D0/D1는 약 1.2 내지 약　10인, 적층 유리 제품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1층은 코어 층이고, 상기 제2층은 클래드 층인, 적층 유리 제품.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1층은 제1 클래드 층이고, 상기 제2층은 제2 클래드 층인, 적층 유리 제품.
  4. 청구항 1 내지 3중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 유리 제품의 중심 장력은 하기 수학식 2를 사용하여 계산된 임계값 중심 장력 (TCT) 미만이고:
    [수학식 2]
    TCT (MPa) = -38.7 (MPa/mm)·ln(t)(mm) + 48.2 (MPa),
    여기서 t는 적층 유리 제품의 두께를 나타내는, 적층 유리 제품.
  5. 청구항 1 내지 4중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 유리 제품은 약 8㎛ 내지 약 150㎛의 층의 깊이로 압축 응력 층을 포함하는, 적층 유리 제품.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 층의 깊이는 약 50㎛ 내지 150㎛인, 적층 유리 제품.
  7. 청구항 5 또는 6에 있어서,
    상기 압축 응력 층은 약 300MPa 내지 약 1000MPa의 최대 압축 응력을 갖는, 적층 유리 제품.
  8. 청구항 1 내지 7중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 유리 제품의 두께는 약 0.075mm 내지 약 4mm인, 적층 유리 제품.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 적층 유리 제품의 두께는 약 0.3mm 내지 약 2mm인, 적층 유리 제품.
  10. 청구항 1 내지 9중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2층의 두께는 3㎛ 내지 100㎛인, 적층 유리 제품.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2층의 두께는 약 5㎛ 내지 약 50㎛인, 적층 유리 제품.
  12. 청구항 1에 있어서,
    D0/D1은 약 5 내지 약 10이고,
    상기 적층 유리 제품은 약 8㎛ 내지 약 80㎛인 층의 깊이로 압축 응력 층을 포함하며,
    상기 압축 응력 층에서 최대 압축 응력은 약 600MPa 내지 약 900MPa이고, 및
    상기 적층 유리 제품의 중심 장력은 하기 수학식 2를 사용하여 계산된 임계값 중심 장력 (TCT) 미만이며:
    [수학식 2]
    TCT (MPa) = -38.7 (MPa/mm)·ln(t)(mm) + 48.2 (MPa),
    여기서, t는 적층 유리 제품의 두께를 나타내는, 적층 유리 제품.
  13. 제1 이온교환 확산율 (D0)을 갖는 제1층을 형성하는 단계; 및
    제1층에 인접하며 제2 이온교환 확산율 (D1)을 갖는 제2층을 형성하는 단계를 포함하고,
    여기서, D0/D1는 약 1.2 내지 약　10인, 적층 유리 제품의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1층은 코어 층이고, 상기 제2층은 클래드 층인, 적층 유리 제품의 제조방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1층은 제1 클래드 층이고, 제2층은 제2 클래드 층인, 적층 유리 제품의 제조방법.
  16. 청구항 13 내지 15중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 적층 유리 제품을 이온 교환 공정으로 강화하여 약 8㎛ 내지 약 100㎛의 층의 깊이로 압축 응력 층을 갖는 강화 적층 유리 제품을 형성하는, 적층 유리 제품의 강화 단계를 더욱 포함하는, 적층 유리 제품의 제조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 적층 유리 제품의 강화 단계는, 약 370℃ 내지 약 530℃의 온도에서 약 2시간 내지 약 16시간 동안 실질적으로 순수한 용융된 KNO3 욕조에서 적층 유리 제품을 침지시키는 단계를 포함하는, 적층 유리 제품의 제조방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 적층 유리 제품의 강화 단계는, 약 400℃의 온도에서 약 0.2시간 내지 약 1시간 동안 약 90% 미만의 K+의 유효 몰 분율을 갖는 제2 용융 KNO3 욕조에 적층 유리 제품을 침지시키는 단계를 포함하는, 적층 유리 제품의 제조방법.
  19. 청구항 13 내지 18중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 유리 제품의 두께는 약 0.075mm 내지 약 4mm인, 적층 유리 제품의 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 적층 유리 제품의 두께는 약 0.3mm 내지 약 2mm인, 적층 유리 제품의 제조방법.
  21. 청구항 13 내지 20중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2층의 두께는 3㎛ 내지 100㎛인, 적층 유리 제품의 제조방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 제2층의 두께는 약 5㎛ 내지 약 50㎛인, 적층 유리 제품의 제조방법.
  23. 청구항 13에 있어서,
    D0/D1은 약 5 내지 약 10이고,
    층의 깊이는 약 8㎛ 내지 약 80㎛이며,
    압축 응력 층에서 최대 압축 응력은 약 500MPa 내지 약 900MPa이고, 및
    상기 적층 유리 제품의 중심 장력은 하기 수학식 2를 사용하여 계산된 임계값 중심 장력 (TCT) 미만이며:
    [수학식 2]
    TCT (MPa) = -38.7 (MPa/mm)·ln(t)(mm) + 48.2 (MPa),
    여기서, t는 적층 유리 제품의 두께를 나타내는, 적층 유리 제품의 제조방법.
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