專利名稱：利用溢流下拉熔合法通過共拉制制備的多層玻璃片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及玻璃片，更具體涉及具有改善的機械強度的玻璃片。
背景技術：
人們長期認為，若玻璃的外表面處于壓縮狀態(tài)，則玻璃制品的機械強度能顯著增大。人們也已經(jīng)研究了通過使用熱膨脹系數(shù)(CTE)存在差異的相鄰玻璃層來強化玻璃。 另外，已知通過采用離子交換法能顯著增加玻璃片的機械強度。但是，這些方法會受到離子交換量的限制，能實現(xiàn)的離子交換量取決于玻璃的組成和尺寸。另外，這些方法顯著增加了生產(chǎn)成本和時間，需要大量額外的生產(chǎn)場地，并存在廢物處理問題。因此，期望提供具有增大的機械強度的玻璃片，同時在玻璃的生產(chǎn)或處理中不需要離子交換過程。發(fā)明概述本發(fā)明的一種實施方式涉及一種透明玻璃片，其包括表面壓縮層和與所述表面壓縮層相鄰的內(nèi)層。在0-300°c，內(nèi)層和表面壓縮層之間的熱膨脹系數(shù)差異大于δοχκτττ1，表面壓縮層的壓縮應力至少約為300兆帕。另外的特性和優(yōu)點在以下詳細說明中提出，部分特性和優(yōu)點對于閱讀了本說明書的本領域技術人員而言是顯而易見的，或者可通過如本說明書及其權利要求以及附圖
所述實現(xiàn)實施方式而了解。應該理解，以上一般說明和以下詳細說明都只是示例性的，意在提供理解權利要求的性質和特性的概況或框架。附圖提供進一步的理解，附圖結合在本說明書中并構成說明書的一部分。附示說明了一種或多種實施方式，與說明部分一起用于解釋各種實施方式的原理和操作。附圖簡要描述圖I示出本文揭示的玻璃片的截面圖；和圖2示出可用于制造單層熔合拉制玻璃片的熔合拉制設備的透視圖；和圖3示出熔合拉制設備的一部分的截面端視圖，該設備具有上方成形容器和下方成形容器，可用于實現(xiàn)本文揭示的實施方式。發(fā)明詳述我們提出一種制造表面上具有壓縮應力的透明玻璃片的方法，其中，對于寬范圍的組成、尺寸和厚度，可容易地調(diào)節(jié)玻璃片中壓縮應力的量和壓縮層的厚度。如本文所用，術語“透明”用于表示這樣一種固體材料，即穿透該材料的可見光譜中至少80%的輻射能傳輸通過該材料，而不是被該材料吸收或散射。特別優(yōu)選的透明材料包括這樣一些材料，即穿透該材料的可見光譜中至少95%的輻射能傳輸通過該材料，而不是被該材料吸收或散射。如本文所用，術語“原位結晶過程”表示這樣一種過程，即對可結晶成形的玻璃施加熱處理方案，其中以預定速率將玻璃溫度從等于或低于其退火點的溫度升高到高于其退火點的溫度，在高于其退火點的第一溫度保持預定時間，然后以預定速率降低到低于其退火點的溫度，使得進行該熱處理方案之后處于結晶狀態(tài)的玻璃百分比顯著提高。如本文所用，術語“離子交換法”表示這樣一種方法，在該方法中，將成形的已加熱玻璃浸入所含離子的半徑大于玻璃表面中存在的離子半徑的已加熱溶液中，其中較小的離子被較大的離子置換，玻璃的機械強度得以增大。如本文所用，術語“基本不含BaO”表示玻璃包含小于約O. I摩爾％的BaO。如本文揭示的在表面上具有壓縮應力的透明玻璃片包括這樣一種透明玻璃片，其包括表面壓縮層和與所述表面壓縮層相鄰的內(nèi)層。這種玻璃片可采用熔合拉制法制造，其 中將表面壓縮層拉到內(nèi)層的外側。圖I顯示了玻璃片10的截面圖，玻璃片10包括包圍內(nèi)層14的表面壓縮層12，其中玻璃片截面的中心用X=O表示，玻璃片截面的最外邊緣用X#表
/Jn ο熔合拉制法使用一種拉制槽，其具有通道，用于接受熔融的玻璃原料。該通道有堰，堰在頂部沿著通道長度在通道兩側開放。當通道中注有熔融材料時，熔融玻璃從堰溢流。由于重力的原因，熔融玻璃沿拉制槽的外表面流下。這些外表面向下并向內(nèi)延伸，直至在拉制槽下方的邊緣處結合。兩個流動的玻璃表面在該邊緣處結合并熔合形成單獨的流動片。熔合拉制法的優(yōu)點在于，由于流過通道的兩塊玻璃膜熔合在一起，所以制得的玻璃片的任何一個外表面都不會與設備的任何部分接觸。因此，表面性質不會受到所述接觸的影響。圖2顯示了可用于制造單層熔合拉制玻璃片的熔合拉制設備的透視圖。熔合拉制設備包括成形容器135，其包括開口 136，用于接收熔融玻璃126，所述熔融玻璃流進凹槽137中，然后溢流并沿兩個側面138a和138b流下，然后在稱為根部139的位置熔合在一起。根部139是兩個側面138a和138b匯合在一起以及熔融玻璃126的兩個溢流壁再結合(例如再熔合)在一起的位置，然后通過牽拉輥組件140a將熔融玻璃向下拉制，以形成玻璃片105。牽拉輥組件140a包括第一輥組件200和第二輥組件202。第一輥組件200包括支撐著第一輥206的兩個牽拉輥支撐臂204a和204b。類似地，第二輥組件202包括支撐著第二輥212的兩個牽拉輥支撐臂210a和210b。牽拉輥組件104a還包括差動驅動器214 (例如裝置155)，其包括相連的馬達216 (例如I馬力馬達216)，用于驅動差動軸218，進而驅動兩個90°齒輪箱220和222。第一 90°齒輪箱220相接并驅動第一輥206。并且第二 90°齒輪箱222相接并驅動第二輥212。可通過改進圖2中所示的熔合拉制設備來制造本文揭示的玻璃片，提供的透明玻璃片具有被表面壓縮層包圍的內(nèi)層。具體來說，圖2中所示的熔合拉制設備可進行改進，從而具有分配表面壓縮層的容器和分配將要被表面壓縮層包圍的內(nèi)層的容器。圖3中顯示了這種熔合拉制設備的一部分的截面端視圖。熔合拉制設備包括上方成形容器131'和下方成形容器135'。上方成形容器131'包括開口(未顯示)以接收用于表面壓縮層的熔融玻璃128'，下方成形容器135'包括開口(未顯示)以接收用于內(nèi)層的熔融玻璃126'。熔融玻璃126'流進凹槽137'中，從兩個側面138a'和138b'溢流，然后在根部139'熔合在一起。熔融玻璃128'流進凹槽133'中，然后在熔融玻璃126'上溢流，形成玻璃片105'。若需要額外的玻璃層，則可改進熔合拉制設備以包括額外的容器，用于分配額外的層。在其他方面中，熔合拉制設備可類似于圖2中所示，包括牽拉輥組件140a。如本文所述拉制透明玻璃片時，若表面壓縮層和內(nèi)層的熱性質和機械性質不同，則在拉制過程中會引發(fā)應力。具體來說，由于不同層之間的熱性質和粘度的不匹配，在拉制過程中會引發(fā)熱應力和機械應力。若內(nèi)層的熱膨脹系數(shù)(CTE)大于表面壓縮層的CTE，或者若內(nèi)層的粘度大于表面壓縮層的粘度，則可在表面壓縮層中獲得壓縮應力。當表面壓縮層和內(nèi)層的CTE和粘度都不匹配時，可通過熱(CTE不匹配)應力和機械(粘度不匹配)應力的疊加計算總應力，即σ ζ= σζ 熱+σζ’機械(I)對于雙層玻璃片，可按下式計算給定位置的熱應力
權利要求
1.一種透明玻璃片，其包括表面壓縮層和與表面壓縮層相鄰的內(nèi)層，其中內(nèi)層和表面壓縮層在0-300°C的熱膨脹系數(shù)的差異大于50 X 10_7°C 表面壓縮層的壓縮應力至少約為300兆帕。
2.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，內(nèi)層與表面壓縮層在0-300°C的熱膨脹系數(shù)的比值大于2. 5。
3.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，所述透明玻璃片具有一定厚度，所述內(nèi)層具有一定厚度，內(nèi)層厚度與透明玻璃片厚度的比值至少約為O. 8。
4.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，所述透明玻璃片的厚度在約O.3-3毫米范圍內(nèi)。
5.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，所述表面壓縮層的軟化點比內(nèi)層的軟化點至少低40°C。
6.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，在內(nèi)層軟化點±200°C的范圍內(nèi)，所述表面壓縮層與內(nèi)層的粘度比約為O. 1-0. 9。
7.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，以氧化物為基準按重量百分比計，所述內(nèi)層包含(i) 50 彡 Si02 ( 65% ；(ii) 10 ( Al2O3 ( 20% ；(iii)0 ( MgO ( 5% ；(iv)10 ( Na2O 彡 20% ; (V) 0 彡 K2O ( 5% ;和(vi )彡 O 且彡 1% 的 B2O3' CaO、ZrO2 和 Fe2O3 中的至少一種。
8.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，以氧化物為基準按重量百分比計，所述表面壓縮層包含(i) 65 ( SiO2 ( 75% ；(ii) 7 ( Al2O3 ( 13% ；(iii) 5 ( B2O5 ( 15% ；(iv)5 ^ CaO ( 15% ；(v)0 ^ BaO ( 5% ；(vi) 0 ^ MgO ( 3% jP(vii) 0 ( SrO ( 5%。
9.如權利要求8所述的透明玻璃片，其特征在于，所述表面壓縮層基本不含BaO。
10.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，所述表面壓縮層的壓縮應力至少約為500兆帕。
11.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，所述透明玻璃片的任何層都沒有經(jīng)歷原位結晶過程。
12.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，所述玻璃片的任何層中小于IOppm處于結晶狀態(tài)中。
13.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，所述透明玻璃片的任何層都沒有經(jīng)歷離子交換過程。
14.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，內(nèi)層與表面壓縮層在0-300°C的熱膨脹系數(shù)的比值大于3。
15.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，內(nèi)層與表面壓縮層在0-300°C的熱膨脹系數(shù)的差異大于75X 10_7°C ―1。
16.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，透明玻璃片具有一定厚度，內(nèi)層具有總厚度，內(nèi)層總厚度與透明玻璃片厚度之間的比值至少約為O. 9。
17.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，內(nèi)層與表面壓縮層在0-300°C的熱膨脹系數(shù)的比值大于4。
18.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，內(nèi)層與表面壓縮層在0-300°C的熱膨脹系數(shù)的差異大于90X 10_7°C 一1。
19.如權利要求I所述的透明玻璃片，其特征在于，所述表面壓縮層的壓縮應力至少約為700兆帕。
全文摘要
具有增大的機械強度的透明玻璃片，其包括被表面壓縮層包圍的內(nèi)層，其中內(nèi)層與表面壓縮層之間的熱膨脹系數(shù)的差異大于50×10-7℃-1，表面壓縮層的壓縮應力至少約為300兆帕。
文檔編號C03C3/083GK102971264SQ201180032600
公開日2013年3月13日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權日2010年6月29日
發(fā)明者D·C·布克賓德, K·L·豪斯, P·坦登 申請人:康寧股份有限公司