热增强玻璃及相关系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种增强玻璃或玻璃陶瓷片材或制品以及用于制造所述增强玻璃或玻璃陶瓷片材或制品的方法和系统。所述方法包括通过非接触式热传导冷却所述玻璃片足够长的时间以固定所述片材的表面压缩和中心张力。所述方法产生热增强玻璃片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热增强玻璃及相关系统和方法本申请根据专利法要求2016年1月29日提交的美国临时申请序列号62/288,851的优先权益，并且还根据专利法要求以下专利申请的优先权益，每个所述专利申请都通过引用以其整体并入本文：2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,232；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,181；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,274；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,293；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,303；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,363；2015年7月30日提交的美国专利申请序列号14/814,319；2015年7月30日提交的美国专利申请序列号14/814,335。本申请涉及以下专利申请并且通过引用将以下专利申请整体并入本文：2014年7月31日提交的美国临时专利申请号62/031,856；2014年11月4日提交的美国临时专利申请号62/074,838；2015年4月14日提交的美国临时专利申请号62/031,856；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,232；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,181；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,274；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,293；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,303；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,363；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,319；2015年7月30日提交的美国专利申请号14/814,335；2015年10月2日提交的美国临时专利申请号62/236,296；2016年1月29日提交的美国临时专利申请号62/288,549；2016年1月29日提交的美国临时专利申请号62/288,566；2016年1月29日提交的美国临时专利申请号62/288,615；2016年1月29日提交的美国临时专利申请号62/288,695；2016年1月29日提交的美国临时专利申请号62/288,755。
本公开大体涉及热调节(例如，增强、钢化、加热等)玻璃，并且具体涉及热增强玻璃以及用于对玻璃(特别是对薄玻璃片)进行热增强的相关方法和系统。
技术介绍
在玻璃片的热(或“物理”)增强中，将玻璃片加热到高于玻璃的玻璃化转变温度的高温，然后使片材表面快速冷却(“淬火”)，同时使片材的内部区域以更慢速率冷却。内部区域更慢地冷却，因为它们被玻璃的厚度和相当低的导热率隔离。差异化冷却在玻璃表面区域中产生残余压应力，所述残余压应力通过玻璃中心区域中的残余张应力来平衡。玻璃的热增强区别于玻璃的化学增强，在所述化学增强中通过改变表面附近区域中的玻璃的化学组合物(通过诸如离子扩散的方法)来产生表面压应力。在一些基于离子扩散的方法中，可以通过在玻璃表面附近把较大离子换成较小离子来增强玻璃的外部部分，以便在表面上或表面附近施加压应力(也被称为负张应力)。压应力被认为限制了裂纹萌生和/或传播。玻璃的热增强还区别于通过以下方法增强的玻璃：在所述方法中通过组合两种类型的玻璃来增强或布置玻璃的外部部分。在此类方法中，具有不同热膨胀系数的玻璃组合物的层在较热时组合或层压在一起。例如，通过在具有较低热膨胀系数(CTE)的熔融玻璃层之间夹入具有较高CTE的熔融玻璃，在玻璃冷却时，内部玻璃中的正张力压缩外层，从而再次在表面上形成压应力以平衡正张应力。这种表面压应力提供了增强。热增强玻璃相对于未增强玻璃具有优点。与未增强玻璃相比，增强玻璃的表面压缩提供更大的抗断裂性。强度的增加通常与表面压应力的量成比例。如果片材相对于其厚度具有足够的热增强水平，那么如果片材被损坏，则通常它将分成小碎片而不是分成具有锋利边缘的大碎片或细长碎片。如由各种已确立的标准所限定的，分成足够小的碎片或“切块”的玻璃可称为安全玻璃或“完全钢化”玻璃，或者有时简称为“钢化”玻璃。因为增强程度取决于淬火期间的玻璃片表面与中心之间的温差，所以更薄玻璃需要更高冷却速率以达到给定应力。而且，更薄玻璃通常需要更高的表面压应力值和中心张应力值以便在断裂时实现切块成小颗粒。因此，如果不是不可能的话，在厚度为约3mm或更小的玻璃中实现期望的钢化水平已经非常具有挑战性。本公开的各方面还大体涉及具有用于增强其外部部分的应力分布的玻璃或玻璃陶瓷。玻璃和玻璃陶瓷制品(诸如玻璃片)可用于广泛的应用。此类应用的实例包括：在窗户、工作台面、容器(例如，食品、化学品)中使用；用作显示装置(例如，平板计算机、蜂窝电话、电视机)的背板、前板、盖玻璃等；用作高温衬底或支撑结构；或其他应用。
技术实现思路
本公开部分涉及高度增强的薄玻璃片和制品，并且涉及在过去未实现的厚度下实现令人惊讶的玻璃片高度热增强的方法、过程和系统。在各种实施方案中，据信本公开的过程和方法超过常规对流气体热增强方法所提供的玻璃厚度限制和传热速率，而不需要用液体或固体散热器接触玻璃。在此类系统和方法中，在淬火期间，玻璃仅与气体接触。所公开的系统和方法能够在厚度少到至少0.1mm薄的玻璃片中实现热增强，包括达到“完全钢化”或切块行为；(在至少一些考虑的实施方案中)并且在一些实施方案中，在薄玻璃片中提供这种增强，所述薄玻璃片在淬火期间由于缺乏液体或固体接触也具有低粗糙度和高平坦度。在各种实施方案中，与常规对流玻璃钢化系统相比，这些有利的玻璃片材料形式由淬火功率要求明显较低的系统和方法提供。本公开的一个实施方案涉及用于热增强玻璃材料的方法。所述方法包括提供由玻璃材料形成的制品。所述方法包括将制品加热到玻璃材料的玻璃化转变温度以上。所述方法包括将加热的制品移动到冷却站中。所述冷却站包括散热器，所述散热器具有面对加热的制品的散热器表面以及将散热器表面与加热的制品分开的气体间隙，使得散热器表面不接触加热的制品。所述方法包括将加热的制品冷却到低于玻璃化转变温度的温度，使得在制品内产生表面压应力和中心张应力。通过跨所述间隙的对流，通过将热能从所述制品传递到所述散热器来冷却所述制品，从而使得超过20％的离开所述加热的制品的热能跨过所述间隙并被所述散热器接收。本公开的另一个实施方案涉及一种用于热增强玻璃片的系统。所述系统包括加热站，所述加热站包括将热量递送给所述玻璃片的加热元件，并且玻璃片包括第一主表面、第二主表面以及第一主表面与第二主表面之间的厚度。所述系统包括冷却站，所述冷却站包括相对的第一散热器表面和第二散热器表面，所述第一散热器表面和第二散热器表面在其间限定通道以使得在冷却期间，所述玻璃片位于所述通道内。所述系统包括气体轴承，所述气体轴承将加压气体递送到所述通道以使得所述玻璃片支撑在所述通道内，而不接触第一和第二散热器表面，并且气体轴承限定间隙面积。所述气体轴承将气体递送到通道中，使得对于平方米的间隙面积，进入通道的总气体质量流速大于零且小于2k/gCp，其中k是在导热方向上评估的通道内气体的导热率，g是玻璃片与散热器表面之间的距离，并且Cp是通道内气体的比热容。本公开的另一个实施方案涉及增强玻璃或玻璃陶瓷制品。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于热增强玻璃材料的方法，其包括：将玻璃材料的制品加热到高于所述玻璃材料的玻璃化转变温度；用加压气体流来支撑所述加热的制品；以及在冷却站中冷却所述加热的制品，所述冷却站包括具有面对所述加热的制品的散热器表面的散热器以及将所述散热器表面与所述加热的制品分开的气体间隙，其中所述加热的制品通过所述加压气体流来支撑在所述气体间隙中，以使得所述散热器表面不接触所述加热的制品；其中所述加热的制品在所述冷却站内被冷却到低于所述玻璃化转变温度的温度，以使得在所述制品内产生表面压应力；其中所述加压气体流以每平方米所述加热的制品的表面积50slpm与50,000slpm之间的流速被递送到所述气体间隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.30 US 14/814,232;2015.07.30 US 14/814,181;1.一种用于热增强玻璃材料的方法，其包括：将玻璃材料的制品加热到高于所述玻璃材料的玻璃化转变温度；用加压气体流来支撑所述加热的制品；以及在冷却站中冷却所述加热的制品，所述冷却站包括具有面对所述加热的制品的散热器表面的散热器以及将所述散热器表面与所述加热的制品分开的气体间隙，其中所述加热的制品通过所述加压气体流来支撑在所述气体间隙中，以使得所述散热器表面不接触所述加热的制品；其中所述加热的制品在所述冷却站内被冷却到低于所述玻璃化转变温度的温度，以使得在所述制品内产生表面压应力；其中所述加压气体流以每平方米所述加热的制品的表面积50slpm与50,000slpm之间的流速被递送到所述气体间隙。2.如权利要求1所述的方法，其中所述加压气体的所述流速是低的，使得通过借由跨所述气体间隙的传导将热能从所述加热的制品传递到所述散热器来冷却所述加热的制品，从而使得超过20％的离开所述加热的制品的所述热能跨过所述气体间隙并被所述散热器接收。3.如权利要求1所述的方法，其中所述加压气体的所述流速是低的，使得通过借由跨所述气体间隙的传导将热能从所述加热的制品传递到所述散热器来冷却所述加热的制品，从而使得超过50％的离开所述加热的制品的所述热能跨过所述气体间隙并被所述散热器接收。4.如权利要求1所述的方法，其中所述气体间隙在所述加热的制品的外表面与所述散热器表面之间具有平均长度，所述平均长度是小的，使得通过借由跨所述气体间隙的传导将热能从所述加热的制品传递到所述散热器来冷却所述制品，从而使得超过20％的离开所述加热的制品的所述热能跨过所述气体间隙并被所述散热器接收，其中所述气体间隙的所述平均长度大于或等于10μm并且小于或等于500μm。5.如权利要求4所述的方法，其中所述气体间隙的所述平均长度大于或等于25μm并且小于或等于300μm。6.如权利要求1所述的方法，其中所述加压气体是空气，并且所述加压空气的所述流速大于或等于每平方米所述加热的制品的表面积100slpm并且小于30,000slpm。7.如权利要求1所述的方法，其中所述加压气体是氦气，并且所述加压氦气的所述流速大于或等于每平方米所述加热的制品的表面积100slpm并且小于10,000slpm。8.如权利要求1所述的方法，其中所述玻璃材料的制品是从第一卷轴供应到所述冷却站的玻璃带，并且所述玻璃材料的制品在冷却之后存储在第二卷轴上。9.如权利要求1所述的方法，其中所述玻璃材料的制品进行熔化以及与所述冷却站一致地成形中的至少一者。10.如权利要求1所述的方法，其中所述玻璃材料是退火玻璃和玻璃陶瓷中的一种。11.一种用于热增强具有表面积的玻璃片的系统，所述系统包括：加热站，其包括将热量递送给所述玻璃片的加热元件；冷却站，其包括相对的第一散热器表面和第二散热器表面，所述第一散热器表面和所述第二散热器表面在其间限...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·约瑟夫·莱兹，理查德·奥尔·马琪梅尔，约翰·克里斯托夫·托马斯，凯文·李·沃森，
申请(专利权)人：康宁公司，
类型：发明
国别省市：美国,US