[发明专利]使用等离子炬和/或电弧喷射来强化玻璃的方法以及根据该方法的制品

说明书

本发明的示例性实施例涉及一种强化玻璃基板(例如，钠钙硅玻璃基板)的改进方法。在示例性实施例中，通过在玻璃内生成电场来化学地强化玻璃基板。在一些例子中，通过使包含有类似Li⁺、K⁺、Mg²⁺、和/或其他离子的等离子围绕基板来执行化学钢化，由此，该离子经电极产生的电场的半周期作用被推入至玻璃基板中从而形成等离子。在一些示例性实施例中，电场可设置在浮槽中，从而钠离子从熔融玻璃带中被推入锡槽中，其有利于获得强化的玻璃基板且钠含量减少。

发明背景和示例性实施例概述

钠钙硅在广泛条件下具有多种优秀的性质，包括：例如具有较好的透明度和清晰度、较高的耐久性等。但是，在一些情况下，钠钙硅玻璃的机械强度可能会受到以下因素：(i)制作中引起的玻璃缺陷；和/或(ii)由于玻璃的表面随时间推移腐蚀，表面缺陷加重，导致玻璃表面的“起泡”。上述表面缺陷有时会成为玻璃片的表面积与体积比增加(例如，较薄的玻璃制品)的重要原因。虽然，在特定环境的制造过程中使用二氧化钠(NaO₂)可有助于减少玻璃的熔点，但是在一些情况下，玻璃制品中(尤其是玻璃制品的表面/接近表面区域)的Na⁺离子的存在可能会对制品的化学和/或机械耐久性具有负面影响。

例如，在一些情况下，Na⁺离子可能会导致钠钙硅玻璃质量恶化。其可能发生在该情况下的两个阶段过程中。第一阶段，渗透至钠钙硅玻璃的表面来自湿气的H⁺和/或H3O⁺离子和从玻璃中移出的碱金属离子(例如Na⁺)之间的离子交换过程。在该过程中，二氧化硅网状物可能保持不变，但NaOH和H₂O的碱性薄膜或包含有NaOH和H₂O的碱性薄膜可能会形成在玻璃表面。在一些示例中，当更多的湿气渗透至玻璃的表面与邻近玻璃表面的钠离子反应时，薄膜可能会越来越呈碱性。在一些情况下，当pH达到近9或更高时(例如，当薄膜成为要素)，可出现第二阶段。该第二阶段可包括二氧化硅网状物的分解，导致纳米裂缝的形成，进一步可能会使玻璃基板弱化。

此外，玻璃强度有时受控于“最差”或最严重缺陷(例如，裂缝和/或纳米裂缝)的尺寸，每种情况都会不同。在一些情况下，表面纳米裂缝和/或钠钙硅玻璃中(例如，由Na⁺离子和湿气之间的反应和/或其他因素的存在所生成)的其他缺陷可能会导致“应力集中点”。在一些情况下，由于纳米裂缝的出现，仅需较少的应力便可使裂缝变大，延伸、和/或使玻璃基板破裂。此外，由于裂缝可能形成在玻璃表面附近(例如，由于钠离子和湿气的反应，玻璃表面附近形成碱性“涂层”)，低于正常的应力也会使该玻璃的表面特别容易损坏(例如，相比钠钙硅玻璃的无裂缝部分更容易发生)。

在一般情况下，较大的裂缝，较小的应力会使裂缝繁衍。潜在的缺陷相比通常情况可导致玻璃更容易断裂。在一些情况下，由于裂缝/纳米裂缝的出现，未强化的玻璃在应力下断裂的可能性为低于玻璃的理论强度5倍、10倍、甚至100倍。其会导致较难地来准确预测玻璃裂开、断裂、和/或破裂之前玻璃基板可承受的应力。具有相似成分和厚度的玻璃基板的强度变化会导致意外破损的增加和/或生产成本的增加，例如，相比安全更需要生产具更高强度的玻璃基板。事实上，约25％的应力变化可导致具有相似成分和厚度的玻璃基板裂开、断裂、和/或破裂。

也就是说，导致具有相似成分和厚度的不同玻璃基板裂开、断裂、和/或破裂的应力可以是不同的。导致一个基板断裂的应力可能不会使具有相似的成分和厚度的第二个基板断裂。在一些情况下，当玻璃被完全使用时，由于较低的整体强度和较高的强度变化的可能组合，会需要增加玻璃的厚度。因此，在一些情况下，将钠钙硅玻璃作为工程材料来使用时，会由于上述缺陷引起的问题受到限制，类似脆性断裂、强度变化、和/或正常使用条件下的低效强度。

当薄玻璃的应用逐渐广泛(例如在电子市场)，类似机械硬度、抗破坏和刮伤、以及热稳定性等因素成为更重要的考虑因素。

因此，需要改进玻璃表面和/或近表面的性质，从而在维持和/或改进其另一些优选性质(例如电子级、透明度)的同时可充分具耐用性。