[发明专利]热钢化玻璃及用于玻璃的热钢化的方法和设备

说明书

一种强化玻璃片材产品以及用于制备所述产品的方法和设备。所述方法包括通过非接触热传导充分长地冷却玻璃片材，从而固定片材的表面压缩和中心张力。所述方法得到具有改善破碎性质的热强化玻璃片材。

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2015/042955，国际申请日为2015年7月30日，进入中国国家阶段的申请号为201580053189.3，发明名称为“热钢化玻璃及用于玻璃的热钢化的方法和设备”的发明专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2014年07月31日提交的美国专利申请号62/031,856，2014年11月04日提交的美国专利申请号62/074,838以及2015年04月14日提交的美国专利申请号62/147,289的权益，以上各文的全部内容通过引用纳入本文。

背景

本公开涉及改善的热调整(强化或钢化)玻璃，特别是玻璃片材，以及用于玻璃特别是玻璃片材的热强化的改善的方法和设备。

在玻璃片材的热(或“物理”)强化中，将玻璃片材加热到大于玻璃的玻璃化转变温度的升高的温度，然后快速冷却片材表面(“淬冷”)，同时通过厚度和较低的玻璃热导率绝热的片材内部区域以更缓慢的速率冷却。这种差异化冷却在玻璃表面区域中形成残留压缩应力，通过玻璃中心区域中的残留拉伸应力来平衡。这与玻璃的化学强化不同，其中通过改变更靠近表面的区域中的玻璃化学组成来相对于中心产生表面压缩应力，例如通过离子扩散。这也与通过在仍然为热的时将具有不同热膨胀系数的玻璃组合物的层组合或层压在一起的玻璃强化不同，更低的膨胀层通常是最外面的，从而在返回到环境温度时得到表面压缩应力。相对于化学强化和层压，热强化过程通常是更不昂贵的，且更快速地进行。

相对于未强化的玻璃，热强化玻璃具有优势。强化玻璃的表面压缩提供比未强化玻璃更大的耐断裂性。强度的增加通常与表面压缩的量成正比。如果相对于片材的厚度，片材具有足够水平的热强化，那么当和如果片材破碎时，片材将分割成具有钝的边缘的小碎片，而不是分割成具有尖锐边缘的较大或细长碎片。破碎成足够小碎片，或者如通过各种已知标准定义的“划切小块”的玻璃可称作安全玻璃，或“完全钢化”玻璃，或有时简称为“钢化”玻璃。

因为强化程度取决于玻璃片材的表面和中心之间的温差，所以更薄的玻璃需要更高的冷却速率来获得给定应力。此外，更薄的玻璃通常需要更高的最终表面压缩应力和中心张力数值，来实现在破碎时划切成较小的颗粒。因此，如果不是不可能的话，在具有约3mm或更小片材厚度的玻璃中实现完全钢化(划切)是极具挑战性的。

概述

本公开部分地涉及高度强化的薄玻璃片材和方法工艺，以及设备，所述设备令人惊讶地在过去不能实现的厚度下获得高水平的玻璃片材的热强化，这超出了玻璃的对流气体热强化的现有技术状态，理想地同时使玻璃仅接触气体且同时还降低工艺的功率要求。所述设备和方法在具有小到至少薄至0.1mm的厚度的玻璃片材中实现热强化，包括最高达“完全钢化”或划切性能。

附图简要说明

图1(现有技术)是“完全钢化”所需的鼓风机功率作为玻璃厚度函数的图片。

图2(现有技术)是用于老方法或机器O和新方法或机器N的“完全钢化”所需的鼓风机功率作为玻璃厚度函数的图片。

图3(现有技术)是图2的老曲线O和新曲线N进行放大以匹配以及在图1的图片上叠加之后的图片。

图4是根据本公开的一种或多种实施方式的热强化玻璃片材的图解的交叉部分的横截面。

图5是通过本发明的方法和设备的一种或多种实施方式获得的假想温度的无量纲表面假想温度参数θs的图表。

图6是通过模拟用于不同玻璃组合物的表面压缩应力的图表，其相对于提出的用于所示各种组合物的钢化能力参数Ψ进行作图。