Artículos de vidrio reforzado y métodos para su elaboración.

Un artículo de vidrio reforzado, teniendo el artículo de vidrio reforzado un espesor t entre 0,

2 mm y 0,5 mm y que comprende:

una región exterior, la región exterior extendiéndose desde una superficie del artículo hasta una profundidad de capa DOL dentro del artículo, en donde la región exterior se encuentra bajo una tensión de compresión CS, en donde la DOL es de al menos 30 μm y la CS es al menos de 600 MPa; y

una región interior, en la que la región interior está bajo una tensión central CT, en donde CT (MPa) >-15,7 (MPa/mm)·t (mm) + 52,5 (MPa), y en donde el artículo de vidrio reforzado es sustancialmente no frangible cuando se somete a un impacto puntual que es suficiente para romper el artículo de vidrio reforzado, en donde el artículo de vidrio reforzado tiene una índice de frangibilidad de menos de 3, y en donde CT se calcula mediante la ecuación CT ≥ (CS * DOL)/(t - 2 DOL).

Artículos de vidrio reforzado y métodos para su elaboración Referencia cruzada con solicitudes relacionadas Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE.UU. No. 61/087324, presentada el 8 de agosto, 2008.

Antecedentes Se han identificado vidrios químicamente reforzados para uso en dispositivos portátiles, tales como teléfonos móviles, reproductores multimedia y otros dispositivos, así como otras aplicaciones que requieren de transparencia, alta resistencia y resistencia a la abrasión. Sin embargo, estos vidrios son potencialmente susceptibles a comportamiento frangible -es decir, el vidrio se fragmenta enérgicamente en un gran número de pedazos pequeños en caso de un impacto con suficiente fuerza de penetración.

El documento JP 2008/115072 A1 da a conocer un sustrato de vidrio reforzado que tiene una capa de esfuerzo de compresión en su superficie y tiene la siguiente composición del vidrio (en moles) : SiO2: 50 a 85%, Al2O3: 5 a 30%, Li2O:

0 a 20%, Na2O: 0 a 20%, K2O: 0 a 20%, TiO2: 0.001 a 10%, y Li2O + Na2O + K2O + Al2O3: 15 a 35%, tiene una relación de [ (Li2O + Na2O + K2O) /Al2O3] de 0.7 a 3 en moles, y no contiene sustancialmente As2O3 o F.

Resumen Los vidrios reforzados que tienen una tensión central por debajo de un valor de umbral, por encima del cual el vidrio exhibe un comportamiento frangible, se proporcionan y se describen en el presente documento. La tensión central varía de forma no lineal con el espesor del vidrio. Los vidrios se pueden utilizar como placas de cubierta o ventanas para dispositivos de comunicación y entretenimiento electrónicos portátiles o móviles, tales como teléfonos celulares, reproductores de música; y dispositivos terminales de información (IT) , tales como ordenadores portátiles y similares.

Por consiguiente, un aspecto de la divulgación es proporcionar un artículo de vidrio reforzado. El artículo de vidrio reforzado tiene un espesor t y comprende: una región exterior, la región exterior que se extiende desde una superficie del artículo hasta una profundidad de capa DOL dentro del artículo, en donde la región exterior se encuentra bajo una tensión de compresión CS; y una región interior, en donde la región interior está bajo una tensión central CT, y en donde -15.7 t + 52.5 < CT -38.7 ln (t) + 48, 2, en donde CT se expresa en megaPascales (MPa) y t se expresa en milímetros (mm) .

Otro aspecto de la divulgación es proporcionar un artículo de vidrio reforzado. El artículo de vidrio reforzado tiene un espesor t de menos de aproximadamente 2 mm, una región exterior y una región interior bajo una tensión central CT, que se expresa en megaPascales (MPa) , en donde CT > -15.7 t + 52.5. El artículo de vidrio reforzado es sustancialmente no frangible cuando se lo somete a un impacto puntual que es suficiente para romper el artículo de vidrio reforzado.

Aún otro aspecto de la divulgación es proporcionar un método para la fabricación de un artículo de vidrio reforzado que 45 es sustancialmente no frangible. El método comprende las etapas de: proporcionar un artículo de vidrio, teniendo el artículo de vidrio un espesor t; y la creación de una tensión de compresión CS a una profundidad de capa DOL en una región exterior del artículo de vidrio para formar el artículo de vidrio reforzado, siendo la tensión de compresión suficiente para generar una tensión central CT en una región central del artículo de vidrio de tal manera que CT -38, 7 ln (t) + 48.2, en donde CT se expresa en megaPascales (MPa) y t se expresa en milímetros (mm) , y en donde el artículo 50 de vidrio reforzado es sustancialmente no frangible.

Estos y otros aspectos, ventajas y características sobresalientes se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, los dibujos acompañantes, y las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1a es una fotografía que muestra artículos de vidrio reforzados 1) que exhiben comportamiento frangible después de la fragmentación; y 2) que exhiben un comportamiento no frangible después de la fragmentación;

La Figura 1b es una fotografía que muestra láminas de vidrio reforzado que exhiben un comportamiento no frangible después de la fragmentación;

La Figura 2 incluye gráficos de tensión central de umbral como una función del espesor del vidrio de artículos de vidrio de aluminosilicato alcalino reforzados; y 65 La Figura 3 es una representación esquemática de un artículo de vidrio reforzado.

Descripción detallada En la siguiente descripción, los caracteres de referencia similares designan partes correspondientes o similares en las diversas vistas que se muestran en las figuras. También se entiende que, a menos que se especifique lo contrario, términos tales como "arriba", "abajo", "hacia afuera", "hacia adentro", y similares son palabras de conveniencia y no deben interpretarse como términos limitantes. Además, siempre que un grupo se describe como que comprende al menos uno de un grupo de elementos y combinaciones de los mismos, se entiende que el grupo puede comprender, consistir esencialmente en, o consistir en cualquier número de esos elementos enumerados, ya sea individualmente o en combinación entre ellos. Del mismo modo, cada vez que un grupo se describe como que consiste en al menos uno de un grupo de elementos o combinaciones de los mismos, se entiende que el grupo puede consistir en cualquier número de los elementos citados, ya sea individualmente o en combinación unos con otros. A menos que se especifique lo contrario, un rango de valores, cuando se menciona, incluye tanto los límites superior e inferior del intervalo, así como cualesquier subintervalos entre los mismos.

Haciendo referencia a los dibujos en general, se entenderá que las ilustraciones tienen el propósito de describir realizaciones particulares y no se pretende limitar la divulgación o las reivindicaciones adjuntas a la misma. Los dibujos no están necesariamente a escala, y ciertas características y algunas vistas de los dibujos se pueden mostrar exageradas en escala o en forma esquemática en aras de la claridad y la concisión.

El comportamiento frangible (también denominado en este documento como "frangibilidad") se refiere al comportamiento de fragmentación extrema de un artículo de vidrio. El comportamiento frangible es el resultado del desarrollo de una tensión interna o central CT excesiva dentro del artículo, lo que resulta en la fragmentación contundente o energética del artículo después de la fractura. En artículos de vidrio templados térmicamente, laminados, o reforzados químicamente (por ejemplo, reforzados por intercambio iónico) puede producirse un comportamiento frangible cuando el equilibrio de las tensiones de compresión (CS) en una superficie o región exterior del artículo de vidrio (por ejemplo, una placa o lámina) con tensión de tracción en el centro de la placa de vidrio proporciona energía suficiente para provocar bifurcación en múltiple grietas con expulsión o "lanzamiento" de pequeñas piezas de vidrio y/o partículas del artículo. La velocidad a la que se produce dicha proyección es el resultado del exceso de energía dentro del artículo de vidrio, almacenado como tensión central CT.

La frangibilidad de un artículo de vidrio es una función de la tensión central CT y la tensión de compresión CS. En particular, la tensión central CT dentro de un artículo de vidrio puede calcularse a partir de la tensión de compresión CS. La tensión de compresión CS se mide cerca de la superficie (es decir, dentro de 100 µm) , dando un valor máximo de CS y una profundidad medida de la capa de tensión de compresión (también denominada aquí como "profundidad de la capa" o "DOL") . La relación entre el CS y CT viene dada por la expresión:

CT= (CS DOL) / (t-2DOL) (1) , donde t es el espesor del artículo de vidrio. A menos que se especifique lo contrario, la tensión central CT y la tensión de compresión CS se expresan aquí en megaPascales (MPa) , mientras que el espesor t y la profundidad de la capa DOL se expresan en milímetros. La profundidad de la capa de compresión DOL y el valor máximo de tensión de compresión CS que pueden ser diseñados en o proporcionados a un artículo de vidrio están limitados por tal comportamiento frangible. En consecuencia, el comportamiento frangible es una consideración a tener en cuenta en el diseño de diversos artículos de vidrio.

El comportamiento de ruptura se caracteriza por al menos uno de: la rotura del artículo de vidrio reforzado (por ejemplo, una placa o lámina) en varios trozos pequeños (por ejemplo, 1 mm) ; el número de fragmentos formados por unidad de área del artículo... [Seguir leyendo]

1. Un artículo de vidrio reforzado, teniendo el artículo de vidrio reforzado un espesor t entre 0, 2 mm y 0, 5 mm y que comprende:

una región exterior, la región exterior extendiéndose desde una superficie del artículo hasta una profundidad de capa DOL dentro del artículo, en donde la región exterior se encuentra bajo una tensión de compresión CS, en donde la DOL es de almenos 30 µm y la CS es al menos de 600 MPa;y una región interior, en la que la región interior está bajo una tensión central CT, en donde CT (MPa) > -15, 7 (MPa/mm) ·t

(mm) + 52, 5 (MPa) , y en donde el artículo de vidrio reforzado es sustancialmente no frangible cuando se somete a un impacto puntual que es suficiente para romper el artículo de vidrio reforzado, en donde el artículo de vidrio reforzado tiene una índice de frangibilidad de menos de 3, y en donde CT se calcula mediante la ecuación CT = (CS * DOL) / (t -2 DOL) .

2. El artículo de vidrio reforzado de la reivindicación 1, en donde el artículo de vidrio reforzado tiene un espesor t < 0.5 mm.

3. El artículo de vidrio reforzado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el artículo de vidrio reforzado comprende un vidrio de aluminosilicato alcalino.

4. El artículo de vidrio reforzado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el vidrio de aluminosilicato alcalino comprende.

6. 70% en moles de SiO2; 6-14% en moles de Al2O3; 0-15% en moles de B2O3; 015 % en moles de Li2O; 0-8% en moles de MgO; 0-20% en moles de Na2O; 0-10% en moles de K2O; 0-10% en moles de CaO; 0-5% en moles de ZrO2; 0-1% en moles de SnO2; 0-1% en moles de CeO2; menos de 50 ppm de As2O3; y menos de 50 ppm de Sb2O3; en donde 12% en moles Li2O + Na2O + K2O 20% en moles y 0% en moles MgO + CaO 10% en moles.

5. El artículo de vidrio reforzado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la región exterior se refuerza por intercambio iónico.