用于化學(xué)強化的玻璃的局部退火的方法
【專利說明】用于化學(xué)強化的玻璃的局部退火的方法
[0001]本申請要求2013年08月26日提交的美國臨時申請?zhí)?1/869973的優(yōu)先權(quán)，其全文 通過引用結(jié)合于此。
[000^ 背景
[0003] 玻璃層壓件可用作建筑和汽車或運輸應(yīng)用中的窗戶和窗格玻璃，包括汽車、軌道 車輛、機車和飛機。玻璃層壓件還可用作欄桿和階梯中的玻璃面板，作為用于墻壁、柱子、電 梯橋廂、廚房應(yīng)用和其它應(yīng)用的裝飾性面板或蓋板。如本文所使用，窗格玻璃或?qū)訅翰ＡЫY(jié) 構(gòu)可為窗戶、面板、墻壁、箱體、信息板(sign)或其他結(jié)構(gòu)的透明的、半-透明的、半透明的或 不透明的零件。用于建筑和/或汽車應(yīng)用的常見類型的窗用玻璃包括透明和有色層壓的玻 璃結(jié)構(gòu)。
[0004] 常規(guī)的汽車窗格玻璃構(gòu)造包括具有聚乙締醇縮下醒(PVB)中間層的兩個2mm鋼巧 玻璃的板層。運些層壓件構(gòu)造具有一些優(yōu)勢，包括低成本、足W應(yīng)用于汽車和其它應(yīng)用的抗 沖性。然而，因為它們的有限的抗沖性和更大的重量，運些層壓件呈現(xiàn)低劣的性能特征，包 括當(dāng)受到路邊碎片撞擊、故意破壞(vandal)和/或其它物體沖擊時更高的破碎概率，W及對 于個別車輛的更低的燃料效率。
[0005] 在其中強度很重要的應(yīng)用中（例如如上所述的汽車應(yīng)用中），可通過多種方法來提 高常規(guī)玻璃的強度，包括涂覆、熱學(xué)鋼化和化學(xué)強化(離子交換）。熱學(xué)鋼化常規(guī)地用于具有 厚的整體件玻璃板的那些應(yīng)用，并具有形成穿過整個玻璃表面的厚壓縮層的優(yōu)勢，通常到 達總體玻璃厚度的20%-25%。然而，壓縮應(yīng)力的大小通常較低，通常小于lOOMPa。此外，對 于較薄的玻璃(例如小于約2mm)，熱學(xué)鋼化變得越來越低效。
[0006] 相反，離子交換（IX)技術(shù)可在處理的玻璃中形成高水平的壓縮應(yīng)力，在表面處高 達約lOOOMPa，且適于非常薄的玻璃。然而，離子交換技術(shù)可受限于較淺的壓縮層，通常在幾 十微米的量級。運種高壓縮應(yīng)力可得到非常高的純物沖擊耐受性，其可能不能通過用于汽 車應(yīng)用的特定的安全性標(biāo)準(zhǔn)，例如ECE(聯(lián)合國歐盟經(jīng)濟委員會)R43頭模沖擊測試，其中要 求玻璃在一定沖擊負載下破碎W防止受傷。常規(guī)的研究和開發(fā)努力聚焦于車輛層壓件的受 控的和優(yōu)先的破碎，代價是犧牲其自身的抗沖性。
[0007] 對于有些汽車窗格玻璃或?qū)訅杭鐡躏L(fēng)玻璃等而言，其中使用的材料必須通過 多個安全標(biāo)準(zhǔn)，例如ECE R43頭模沖擊測試。如果在該測試限定的條件下，該產(chǎn)品沒有破碎， 則因為安全性原因該產(chǎn)品是不可接受的。運就是為什么擋風(fēng)玻璃常規(guī)地由層壓的退火玻璃 而不是鋼化玻璃制成的原因之一。在對強度具有上限的運種汽車應(yīng)用中，常規(guī)地使用熱學(xué) 鋼化。離子交換的玻璃在運些應(yīng)用中可令人有興趣，因為其相對于厚的熱學(xué)鋼化玻璃重量 下降、具有耐刮擦性和抗沖擊性能力，且同時相對于非強化的玻璃保持耐刮擦性和抗沖擊 性;然而，傳統(tǒng)的離子交換玻璃的高抗沖擊性可導(dǎo)致各層壓件結(jié)構(gòu)無法通過安全性標(biāo)準(zhǔn)，例 如ECE R43頭模沖擊測試。
[000引因此，本領(lǐng)域需要在強化的玻璃制品的邊緣處或其它部分處提供高表面壓縮應(yīng) 力，同時允許在玻璃制品的不同的部分處形成較低的表面壓縮應(yīng)力，由此提供包括增強的 耐久性同時仍然使玻璃滿足某些沖擊要求的產(chǎn)品。
[0009] 概述
[0010] 本發(fā)明的實施方式總體設(shè)及用于生產(chǎn)離子交換的玻璃的方法，例如具有中等壓縮 應(yīng)力、高壓縮層深度和/或所需的中央張力的特征的玻璃。其它的實施方式提供具有層壓 的、鋼化的玻璃的汽車窗格玻璃或?qū)訅杭?br>[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實施方式，方法和設(shè)備提供用于薄的玻璃制品，其具有 來自離子交換技術(shù)的表面壓縮層，其實現(xiàn)耐刮擦性和抗沖擊性。該玻璃制品還可呈現(xiàn)較高 的壓縮層深度(WL)，使它能耐受環(huán)境損壞。應(yīng)指出，在某些區(qū)域中玻璃表面處的壓縮應(yīng)力 (CS)可低于傳統(tǒng)的離子交換的玻璃，其使得玻璃通過汽車沖擊安全性標(biāo)準(zhǔn)(例如ECER43頭 模沖擊測試），并因此適用于汽車窗格玻璃應(yīng)用。
[0012] 其它實施方式提供用于通過下述來獲得具有中等表面壓縮應(yīng)力和高壓縮層深度 的薄的玻璃的離子交換過程:將玻璃制品在KN化中在升高的溫度下進行離子交換，用含鋼 的溶液(例如化N03 )裝飾制品的至少一個表面的一些區(qū)域，和在空氣中退火玻璃制品W逆 向離子交換該裝飾的玻璃區(qū)域，由此局部地降低表面壓縮應(yīng)力。
[0013] 其它實施方式提供用于通過下述來獲得具有中等表面壓縮應(yīng)力和高壓縮層深度 的薄的玻璃的離子交換過程:將玻璃制品在KN03中在升高的溫度下進行離子交換W形成高 的壓縮層深度，然后在空氣中退火玻璃制品W進一步增加壓縮層深度，同時降低表面壓縮 應(yīng)力和中央張力。在退火步驟過程中，玻璃邊緣可進行絕熱和/或冷卻W減少傳熱，并因此 減少表面壓縮應(yīng)力的下降。
[0014] 在一些實施方式中，提供用于提供玻璃制品的局部退火區(qū)域的方法。該方法包含 提供具有第一表面壓縮應(yīng)力和第一壓縮應(yīng)力層深度的強化的玻璃制品，對該強化的玻璃制 品進行退火W獲得第二表面壓縮應(yīng)力和第二壓縮應(yīng)力層深度，和在退火步驟中遮蔽玻璃制 品的一部分W在遮蔽的部分中獲得第Ξ表面壓縮應(yīng)力和第Ξ壓縮應(yīng)力層深度。
[0015] 在其它實施方式中，提供層壓件結(jié)構(gòu)，該層壓件結(jié)構(gòu)具有第一玻璃層，第二玻璃 層，和在第一玻璃層和第二玻璃層中間的至少一種聚合物中間層，其中第一玻璃層包含強 化的玻璃，該強化的玻璃包括具有第一表面壓縮應(yīng)力和第一壓縮應(yīng)力層深度的第一部分W 及具有第二表面壓縮應(yīng)力和第二壓縮應(yīng)力層深度的第二部分。
[0016] 應(yīng)理解，前面的一般性描述和W下的詳細描述給出了本發(fā)明的實施方式，用來提 供理解要求保護的本發(fā)明主題的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本發(fā) 明的進一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖W圖示形式說 明了本文所述的各種實施方式，并與說明書一起用來解釋要求保護的主題的原理和操作。
[0017] 附圖簡要說明
[0018] 為說明之目的，在附圖中示出優(yōu)選形式，但應(yīng)理解，本發(fā)明所批露和所述的實施方 式不限于所示的精確配置和手段。
[0019] 圖1是流程圖，其顯示本發(fā)明的一些實施方式。
[0020] 圖2是流程圖，其顯示本發(fā)明的另外一些實施方式。
[0021] 圖3圖形化顯示在圖2中概括顯示的用于薄玻璃板的方法。
[0022] 圖4是本發(fā)明的一些實施方式的橫截面顯示。
[0023] 圖5是本發(fā)明的另一些實施方式的透視圖。
[0024] 圖6是流程圖，其顯示本發(fā)明的其它實施方式。
[0025] 圖7是夾在兩個環(huán)形模具之間的薄玻璃板的分解圖。
[0026] 圖8是剛拉制的玻璃、離子交換之后的玻璃W及在離子交換之后進行離子交換之 后的空氣中退火的玻璃的磨損的環(huán)疊環(huán)失效負載的圖表。
[0027] 圖9是韋布爾圖，其提供離子交換之后的玻璃，和在I0X之后進行離子交換之后的 在空氣中退火的玻璃的四點彎曲失效負載的對比。
[0028] 具體描述
[0029] 在下面的描述中，在圖中所示的多個視圖中，類似的附圖標(biāo)記表示類似或?qū)?yīng)的 部分。還應(yīng)理解，除非另外指出，術(shù)語如"頂部"，"底部"，"向外"，"向內(nèi)"等是常用詞語，不構(gòu) 成對術(shù)語的限制。此外，應(yīng)理解，描述一個基團包含一些元素中的至少一種和及其組合時， 該基團可W單獨或相互組合的形式包含任意數(shù)量所列元素，或者W單獨或相互組合的形式 由任意數(shù)量所列元素組成，或者W單獨或相互組合的形式主要由任意數(shù)量所列元素組成。
[0030] 類似的，每當(dāng)將一個組描述為由一組要素中的至少一個要素或它們的組合組成 時，應(yīng)將其理解為所述組可W單個要素或相互組合的形式由任何數(shù)量的運些所列要素組 成。除非另外說明，否則，列舉的數(shù)值范圍同時包括所述范圍的上限和下限。除非另外說明， 否則，本文所用的不定冠詞"一個"和"一種"及其相應(yīng)的定冠詞"該"表示至少一(個/種），或 者一(個/種)或多(個/種）。
[0031] 提供W下對本發(fā)明的描述，作為按其最佳的目前已知的實施方式來掲示本發(fā)明的 內(nèi)容。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可W對所描述的實施方式做出許多改變，而還能獲 得本發(fā)明的有益的結(jié)果。還顯而易見的是，本發(fā)明所需的有益結(jié)果中的一部分可W通過選 擇本發(fā)明的一些特征而不利用其他的特征來獲得。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認(rèn)識到，對 本發(fā)明的許多更改和修改都是可能的，在某些情況下甚至是理想的，并且是本發(fā)明的一部 分。因此，提供W下描述作為對本發(fā)明原理的說明，不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0032] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對本文 所述的示例性實施方式進行許多修改。因此，該說明書無意于也不應(yīng)受限于所給出的實施 例，但應(yīng)賦予通過所附權(quán)利要求及其等同體所提供的全部的保護范圍。此外，還可使用本發(fā) 明的一些特征，而相應(yīng)地不使用其它特征。因此，提供示例或示意實施方式的上述說明，來 顯示本發(fā)明的主題內(nèi)容的原理，而不對其構(gòu)成限制，且可包括對本發(fā)明的修改和置換。
[0033] 圖1是流程圖，其顯示本發(fā)明的一些實施方式。參考圖1，一些實施方式包含應(yīng)用一 種或多種方法來生產(chǎn)具有某些特征的較薄的玻璃板(在約2mm或更小的量級），例如較中等 的壓縮應(yīng)力(CS)，較高的壓縮層深度(0化），和/或中等中央張力(CT)。該方法包含制備能進 行離子交換的玻璃板(步驟100)。然后，可使玻璃板經(jīng)受離子交換過程(步驟102)，然后可使 玻璃板經(jīng)受退火過程(步驟104)。
[0034] 離子交換過程102可設(shè)及將玻璃板暴露于包含KN03(優(yōu)選地較純的KN03)的烙鹽浴 中，并保持在約400-500°C的一個或多個第一溫度和/或保持約1-24小時例如但不限于約8 小時的第一時間段。應(yīng)指出，可使用其