制备经过离子交换的玻璃的方法以及所得装置制造方法及图纸

技术编号:20170384 阅读:40 留言:0更新日期:2019-01-22 21:50
本申请涉及制备经过离子交换的玻璃的方法以及所得装置。具有第一玻璃层、第二玻璃层以及至少一个位于所述第一和第二玻璃层中间的聚合物中间层的层压结构。第一玻璃层包含经过化学强化的薄玻璃,该玻璃具有约250‑350MPa的表面压缩应力和大于约60μm的压缩应力层深度(DOL)。第二玻璃层也可包含经过化学强化的薄玻璃,该玻璃具有约250‑350MPa的表面压缩应力和大于约60μm的压缩应力层深度(DOL)。

Method for preparing ion-exchanged glass and the device obtained

The present application relates to a method for preparing ion-exchanged glass and the resulting device. A laminated structure has a first glass layer, a second glass layer and at least one polymer intermediate layer between the first and second glass layers. The first glass layer consists of chemically strengthened thin glass with a surface compressive stress of about 250 350 MPa and a compressive stress layer depth (DOL) greater than 60 microns. The second glass layer may also contain chemically strengthened thin glass with a surface compressive stress of about 250 350 MPa and a compressive stress layer depth of about 60 microns (DOL).

【技术实现步骤摘要】
制备经过离子交换的玻璃的方法以及所得装置本专利技术专利申请是国际申请号为PCT/US2013/061164,国际申请日为2013年9月23日,进入中国国家阶段的申请号为201380050054.2,专利技术名称为“制备经过离子交换的玻璃的方法以及所得装置”的专利技术专利申请的分案申请。本申请要求2013年6月25日提交的美国申请13/926,461和2012年9月26日提交的美国申请13/626,958的优先权,其内容通过引用完整结合于此。背景专利
本文所公开的实施方式涉及生产经过离子交换的玻璃的方法,特别是具有中等压缩应力、高压缩层深度和/或所需中心张力特征的这种玻璃。相关讨论在建筑和车辆或运输应用中,包括在轿车、机动车辆、机车和飞机中,玻璃层压件可以用作窗户和窗用玻璃。玻璃层压件还可在栏杆和楼梯上用作玻璃嵌板,用作墙壁、柱子、电梯轿厢、厨房电器及其他应用中的装饰板或盖板。如本文所用,窗用玻璃或层压玻璃结构是窗户、面板、墙壁、罩壳、标牌或其他结构的透明、半透明、部分透明或不透明部分。建筑和/或车辆应用中所用的窗用玻璃的常见类型包括明净的层压玻璃结构和套色的层压玻璃结构。常规的汽车窗用玻璃构造由两层2mm钠钙玻璃和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中间层构成。这些层压件构造具有一些优势,包括低成本、足以应用于汽车和其他应用的抗冲性。然而,由于它们抗冲性有限且重量大,这些层压件通常表现出较差的性能特点,包括受到路边碎石撞击、人为敲击及其他物体冲击时破裂的概率高,并且对于各种车辆来说燃油效率低。在强度较为重要的应用(例如上述汽车应用)中,常规玻璃的强度可通过多种方法提高,包括涂层、热钢化和化学强化(离子交换)。热钢化一般用于整体式厚玻璃板,其优点是深入玻璃表面产生厚压缩层,通常达到整个玻璃厚度的20-25%。但不利的是,压缩应力较低,通常小于100MPa。此外,对于较薄的玻璃,如厚度小于约2mm的玻璃,热钢化的效果变得越来越差。相比之下,离子交换(IX)技术能在经过处理的玻璃中产生高水平的压缩应力,在表面高达约1000MPa,并且适用于非常薄的玻璃。但不利的是,离子交换限于较浅的压缩层,通常是大约几十微米的样子。高压缩应力会导致非常高的抗钝击性,对汽车应用来说可能通不过特定的安全标准,如ECE(联合国欧洲经济委员会)R43人头模型冲击试验,该试验要求玻璃在某个冲击负荷下破裂,以防造成伤害。常规研发力量集中在车用层压件的受控或优先破裂上,而以其抗冲击性为代价。尽管常规的单步离子交换工艺可采用较长的离子交换步骤实现更大的压缩层深度(DOL),但这种冗长的持续时间也导致中心张力(CT)上升,超过选定的玻璃易碎限值(frangibilitylimit),使玻璃不利地发生碎裂。举例而言,新近实验发现,当4英寸x4英寸x0.7毫米的在纯KNO3中进行长时间的单步离子交换过程(475℃下8小时)时,它在破裂时会发生不利的碎片化(剧烈破损,形成大量小碎片)。事实上,虽然压缩层深度达到约101μm,但产生65MPa的较高中心张力,这高于所研究的玻璃片所需的易碎限值(48MPa)。此外,新近发现,因暴露于环境中的磨损物如石英砂、飘飞的碎屑等,装好的汽车窗用玻璃(采用经过离子交换的玻璃)会形成深达约75μm的外部擦伤。这样的深度会超过压缩层的典型深度(例如几十微米),可能导致玻璃意外破裂。鉴于前文所述,需要新方法和装置来满足某些玻璃应用的需要,其中中等压缩应力、高压缩层深度和/或所需的中心张力是重要的考虑因素。
技术实现思路
根据本专利技术的一个或多个实施方式,本专利技术的方法和装置利用离子交换技术为薄玻璃制品提供了表面压缩层,使其具有抗刮擦性和抗冲击性。所述玻璃制品具有较大的压缩层深度(DOL),使其能抵抗环境伤害。特别是,玻璃表面的压缩应力(CS)低于经过离子交换的传统玻璃,使该玻璃能通过汽车冲击安全标准(如ECER43人头模型冲击试验),因而适合汽车窗用玻璃应用。举例来说,一个或多个实施方式涉及用于获得具有中等压缩应力和大压缩层深度的玻璃的离子交换方法,包括:(i)离子交换步骤和(ii)退火步骤。根据一个或多个实施方式,本专利技术的方法和装置通过执行一个或多个操作提供和/或得到一种产品,所述操作包括:执行离子交换过程,即在一个或多个第一温度将玻璃片在熔盐浴中浸第一段时间,使玻璃片中靠近其表面的离子交换成熔盐浴中较大的离子,从而产生:(i)位于玻璃片表面的初始压缩应力(iCS),(ii)进入玻璃片的初始压缩层深度(iDOL),以及(iii)位于玻璃片内部的初始中心张力(iCT)。所述操作可进一步包括在完成离子交换过程之后使玻璃片退火,即使玻璃片升温至一个或多个第二温度,保持第二段时间,从而改变初始压缩应力(iCS)、初始压缩层深度(iDOL)和初始中心张力(iCT)中的至少一个。所述操作可进一步包括在离子交换过程中提供以下条件中的至少一个条件:(i)熔盐浴包括KNO3;(ii)所述一个或多个第一温度在约370-500℃的范围内;以及(iii)所述第一段时间在约4-24小时的范围内,例如约8小时。所述操作可进一步包括在退火过程中提供以下条件中的至少一个条件:(i)退火过程在空气环境中进行;(ii)所述一个或多个第二温度在约400-550℃的范围内;以及(iii)所述第二段时间在约0.5-24小时的范围内,例如约8小时。所述操作可进一步包括:在离子交换过程之后,初始压缩应力(iCS)超过预定值;在退火过程之后,初始压缩应力(iCS)减小到最终压缩应力(fCS),该最终压缩应力(fCS)等于或低于所述预定值。所述操作可进一步包括:在离子交换过程之后,初始压缩层深度(iDOL)低于预定值;在退火过程之后,初始压缩层深度(iDOL)增加到最终压缩层深度(fDOL),该最终压缩层深度(fDOL)等于或高于所述预定值。所述操作可进一步包括:在离子交换过程之后,初始中心张力(iCT)超过预定值;在退火过程之后,初始中心张力(iCT)减小到最终中心张力(fCT),该最终中心张力(fCT)等于或低于所述预定值。所述操作可进一步包括:使初始压缩应力(iCS)等于或大于约500MPa,使最终压缩应力(fCS)等于或小于约400MPa,如小于约350MPa,或者小于约300MP。所述操作可进一步包括:使初始压缩层深度(iDOL)等于或小于约75μm,通常约40μm;使最终压缩层深度(fDOL)等于或大于约90μm,或者等于或大于约80μm。所述操作可进一步包括:使初始中心张力(iCT)等于或大于为玻璃片选定的所需易碎限值,并使最终中心张力(fCT)低于为该玻璃片选定的易碎限值。举例而言,使用本文所述的一个或多个实施方式生产的装置包括玻璃片,所述玻璃片具有:(i)已经过离子交换的玻璃片表面处的压缩应力(CS),该压缩应力(CS)等于或小于约400MPa,或者小于约350MPa,或者小于约300MPa;(ii)进入玻璃片的压缩层深度(DOL),该压缩层深度(DOL)等于或大于约80μm,或者等于或大于约90μm;(iii)位于玻璃片内部的中心张力(CT),中心张力(CT)低于为玻璃片选定的易碎限值。一个示例性实施方式提供了轻质玻璃层压件,该层压件具有至少一层化学强化玻璃,如玻本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种方法,所述方法包括:执行单步骤离子交换过程,即在一个或多个第一温度将玻璃片在熔盐浴中浸第一段时间,使玻璃片中靠近其表面的离子交换成熔盐浴中较大的离子,从而产生:(i)位于玻璃片表面的初始压缩应力(iCS),(ii)进入玻璃片的初始压缩层深度(iDOL),以及(iii)位于玻璃片内部的初始中心张力(iCT);以及在完成离子交换过程之后使玻璃片退火,即,使玻璃片升温至一个或多个第二温度,其位于约为400‑550℃的范围内,保持第二段时间,从而改变初始压缩应力(iCS)、初始压缩层深度(iDOL)和初始中心张力(iCT)中的至少一个,其中,(a)iCS大于或等于500MPa以及fCS小于350MPa;(b)iDOL小于或等于75μm以及fDOL大于或等于80μm;和/或(c)iCT大于或等于48MPa以及fCT小于48MPa,其中,所述第二段时间在约4‑24小时的范围内。

【技术特征摘要】
2012.09.26 US 13/626,958;2013.06.25 US 13/926,4611.一种方法,所述方法包括:执行单步骤离子交换过程,即在一个或多个第一温度将玻璃片在熔盐浴中浸第一段时间,使玻璃片中靠近其表面的离子交换成熔盐浴中较大的离子,从而产生:(i)位于玻璃片表面的初始压缩应力(iCS),(ii)进入玻璃片的初始压缩层深度(iDOL),以及(iii)位于玻璃片内部的初始中心张力(iCT);以及在完成离子交换过程之后使玻璃片退火,即,使玻璃片升温至一个或多个第二温度,其位于约为400-550℃的范围内,保持第二段时间,从而改变初始压缩应力(iCS)、初始压缩层深度(iDOL)和初始中心张...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·S·希特斯T·M·克利里J·G·库拉德M·J·摩尔
申请(专利权)人:康宁股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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