强化玻璃的方法和设备技术

本发明专利技术涉及强化玻璃的方法和设备。依照本发明专利技术一个方面的方法，通过向表面为至少该玻璃的退火点温度的玻璃制品的表面施用钾离子，然后将玻璃的温度保持在玻璃的应变点温度和低于应变点温度约１５０℃的温度之间至少约５分钟以便促进更有效的离子交换反应。在一个实施方案中，可以将玻璃制品浸入盐浴以施用该离子。在另一个实施方案中，可以用熔融钾盐对玻璃制品进行喷涂来施用该离子。作为本发明专利技术方法的结果，与相同的未处理玻璃制品相比，经过处理的玻璃制品可通过具有提高的表面应力得到强化，或者包含较少的玻璃而强度无变化。

Method and apparatus for reinforcing glass

The present invention relates to methods and apparatus for reinforcing glass. According to one aspect of the invention, the surface of the potassium glass products to the surface of the glass for at least the annealing temperature of the ion, and then glass temperature is maintained at the strain point of the glass temperature and below the strain point temperature between about 150 DEG C temperature of at least about 5 minutes in order to promote more effective ion exchange reaction. In one embodiment, glass may be immersed in a salt bath to apply the ion. In another embodiment, molten potassium can be applied to the glass to apply the ion. As a result of the methods of the invention, compared with untreated glass products of the same treated glass articles by having an increased surface stress have been strengthened, or contain less glass and no change in strength.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及强化玻璃的方法和设备。更具体地，本专利技术涉及其中向玻璃制品施用离子的化学强化方法，以及在制瓶中使用这些方法的设备。
技术介绍
自动化制造玻璃瓶已有很多年并且存在许多用于玻璃瓶制造的设备，特别是用于软饮料和酒精饮料工业的玻璃瓶。传统的自动化玻璃瓶制作由玻璃熔炉开始。将包括例如碳酸钙，砂子(氧化硅)，碳酸钠，和废玻璃的原料送入玻璃熔炉，于此在大约1500℃的温度下将它们熔化。熔化温度取决于玻璃中所用的成分。熔化玻璃流不断从炉中排出，进料器将玻璃流切成预定量玻璃的料块。玻璃瓶形成方法通常包括初始形成步骤和修整步骤。初始形成过程将各个玻璃料块投入初型模中，在这里它们形成初始形状，成为毛坯。压吹法的初始步骤使用金属冲头将料块压入初型模，而吹-吹法的初始步骤使用压缩空气将料块压入初型模。然后将初始步骤产生的毛坯转移到修整模。如果需要可以在使用压缩空气之前对毛坯再次加热以便使毛坯填充修整模从而玻璃获得修整模的形状，由此形成瓶子的最终形状。典型将新成形的瓶子传送通过退火窑，在该退火窑中对它们再次加热并逐渐冷却通过玻璃的退火点。玻璃的退火点取决于玻璃的组成。例如，可以规定退火点为玻璃在15分钟内释放其应力95％的温度。然而，该规定可以根据玻璃的组成以及与玻璃组成相联系的相关剪切模量而变化。对于任何特定的组成，退火点是玻璃粘度为1013泊的温度。在该退火点下，玻璃中的应变在15分钟内除去。举例来说，火石玻璃的退火点是大约550℃。通过将瓶子保持在等于或高于退火点的温度下一段时间，玻璃表面附近的温度与内部的温度会变得几乎相同。这最小化了内部和表面的温度差异，从而防止外表面以高于内部的速率冷却。从而，退火可以极大减少反之最终可能产生的玻璃应变。当没有退火处理时，制成的玻璃制品可能在它们自身的内应变下自发粉碎。因此退火玻璃比以非控制方式通过退火点快速冷却的玻璃坚固的多。玻璃破裂的发生是张力特别是表面张力的结果，并且玻璃破裂典型发源于表面。为了强化玻璃制品，从而减少破裂的可能性，退火的另一种方法是均匀提高玻璃制品表面的压应力。玻璃的化学强化是用较大离子替换玻璃表面上的较小离子，从而提高玻璃的表面压应力并由此提高其强度的过程。最典型的是对于钠钙硅玻璃，用钾离子替换玻璃表面的钠离子，然而也可以用钠替换锂，而钾可以同时替换钠和锂。在一种化学强化方法中，通过浸入熔融盐浴中一段时间利用交换离子对玻璃制品进行处理。例如美国专利第3,773,489号的表1显示了几种用于化学玻璃强化的钾盐浴，包括KNO3和K2Cr2O7/KCl浴，其中盐浴的温度范围是525℃至625℃，并且玻璃的浸入时间的范围是8小时至7天。然而，这种方法在大规模生产制造装置中是不实用的，因为它们需要将制品分批长时间浸没到熔融盐浴中，从而会妨碍传送带式生产线的平稳运行。美国专利第3,751,238号讨论了两步钾盐浴浸入的化学强化方法。第一步中，将玻璃制品浸入750℃下(远高于581℃的应变点和631℃的退火点)的KCl/K2SO4盐浴中20分钟。第二步中，将玻璃制品浸入525℃下(比应变点低56℃)的KNO3浴4小时。其它化学强化方法包括，在实施典型为饱和盐溶液的离子交换材料之前，将玻璃制品冷却到远低于应变点。玻璃的应变点是在其之下不能引入永久应变的玻璃温度，该应变点可以是粘度为1014.5泊(1013.5帕秒)时的温度。例如在美国专利第4,206,253号所述的方法中，在制成玻璃制品并将其冷却到大约60℃以下后，将约75℃的KCl，KNO3，和K2SO4的水溶液施用到制品的表面。然后在恰好低于应变点的温度下(约510℃)对该制品进行热处理。附图说明图1显示了使用钾盐溶液来强化玻璃制品的现有技术的化学强化方法的实例。按上文所述进行瓶成形110和退火120步骤。然后将玻璃转移130至第二流程，在该流程中将瓶子再次加热140到约100℃的温度。对瓶子实施盐浴150，然后在强化窑中将其加热至离子交换温度，即460-550℃。离子交换温度取决于离子交换反应的可用时间，而这又取决于实际的生产因素。离子交换的可用时间越短，离子交换的温度应越高。离子交换温度下160均热之后，使瓶子冷却170至室温，这时使用例如室温水喷淋除去残留涂层，即未与玻璃表面进行离子交换的盐部分。在这个阶段，优选已经将玻璃制品冷却到约90℃。离子交换处理的一个目的是通过用较大的离子(例如钾)替换玻璃表面上较小的离子(例如钠)来提高玻璃表面上的压应力。如果随后将玻璃保持在退火温度下一段时间，其结果是通过离子交换在表面上引入的压应力将被释放。因此，根据实际生产因素基础上的可用离子交换时间，强化窑的温度范围可以是460-550℃。这个温度可以例如略低于退火温度，例如525℃。这个离子交换步骤中存在如下平衡更热的温度可加速离子交换过程，但是如果温度过高且接近退火温度，由离子交换引入的压应力可能通过玻璃结构的松弛被释放。回过来参看图1，可以在相对低，远低于退火和应变点的温度下向瓶子施用150盐溶液。如果在施用盐溶液期间瓶子的温度过高，这时水性盐溶液的施用会导致瓶子的快速淬火，这通常会引起破裂。施用盐溶液之后，提高瓶子的温度以便加快离子交换过程。现有技术方法的问题是不能适应现有的连续(in-line)制瓶设备，因为它需要将瓶冷却一段时间以避免施用盐溶液期间发生破裂，并且随后需要再次加热以进行离子交换反应。这些附加步骤耗时并且降低了制瓶效率。然而，由于标准制瓶操作未配备进行额外的冷却和加热循环，从而这些方法不易适应已存在的连续制瓶生产线，因此这些工艺是有缺陷的。因此对工业生产过程进行改造以包括例如前述的玻璃强化方法成本可能非常昂贵。美国专利第4,218,230号提出一种方法使离子交换方法适应于高速商业生产线。在这种方法中，将磷酸钾和磷酸钠的水溶液喷洒在200℃和玻璃退火点之间的温度的玻璃制品上。将玻璃保持在300℃至恰好低于退火点范围的温度下持续5到30分钟。美国专利第3,791,809号中描述了一种向热玻璃制品上施用粉状盐的方法。在这种方法中，将低熔点盐KNO3和高熔点盐K3PO4的混合物研磨成粉末然后施用到高于退火点温度下的玻璃制品的表面。低熔点盐熔化并熔融，将混合物粘附在玻璃的表面。离子交换发生在至少200℃的温度，但优选发生在玻璃的应变点以上。防止玻璃破裂的另一种方法是火焰抛光，这种方法通过将缺陷熔化并使在缺陷区域的玻璃平稳硬化，可以除去表面缺陷例如小的碎屑或划痕。例如美国专利第4,231,778号描述了一种方法，其中使新形成的玻璃制品略微冷却，然后对表面进行火焰抛光随后进行一段时间的退火。许多专利描述了用于火焰抛光玻璃的设备，例如美国专利第4,265,651号；第2,422,482号；第2,338,841号；和第2,331,014号。本领域中存在对生产高强度玻璃制品的玻璃制造方法的需求。存在对离子交换强化的改良方法的相关需求。还存在对能够适应于现有制瓶设备而无需对这些设备进行重大改造的玻璃强化方法的需求。专利技术概述本专利技术提供了用于化学强化玻璃的方法，该方法包括在至少该玻璃的退火点温度下向玻璃制品施用盐然后将该玻璃制品保持在窑的高温下。该高温可以例如介于玻璃的应变点温度与该应变点温度以下约150℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
包括下列步骤的方法：　　　　由熔融玻璃形成玻璃制品，该玻璃具有退火点温度；　　　　将形成的玻璃制品浸入熔融盐浴中，该盐浴包含钾离子，其中在该浸渍步骤期间该玻璃制品的表面温度至少是该玻璃的退火点温度；和　　　　将玻璃制品的温度维持在该玻璃的应变点温度与应变点温度以下约１５０℃之间的温度至少约５分钟。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D波斯图帕克，W拉库尔斯，
申请(专利权)人：可口可乐公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]