用于化學強化的玻璃的局部退火的方法
【專利說明】用于化學強化的玻璃的局部退火的方法
[0001]本申請要求2013年08月26日提交的美國臨時申請號61/869973的優先權，其全文 通過引用結合于此。
[000^ 背景
[0003] 玻璃層壓件可用作建筑和汽車或運輸應用中的窗戶和窗格玻璃，包括汽車、軌道 車輛、機車和飛機。玻璃層壓件還可用作欄桿和階梯中的玻璃面板，作為用于墻壁、柱子、電 梯橋廂、廚房應用和其它應用的裝飾性面板或蓋板。如本文所使用，窗格玻璃或層壓玻璃結 構可為窗戶、面板、墻壁、箱體、信息板(sign)或其他結構的透明的、半-透明的、半透明的或 不透明的零件。用于建筑和/或汽車應用的常見類型的窗用玻璃包括透明和有色層壓的玻 璃結構。
[0004] 常規的汽車窗格玻璃構造包括具有聚乙締醇縮下醒(PVB)中間層的兩個2mm鋼巧 玻璃的板層。運些層壓件構造具有一些優勢，包括低成本、足W應用于汽車和其它應用的抗 沖性。然而，因為它們的有限的抗沖性和更大的重量，運些層壓件呈現低劣的性能特征，包 括當受到路邊碎片撞擊、故意破壞(vandal)和/或其它物體沖擊時更高的破碎概率，W及對 于個別車輛的更低的燃料效率。
[0005] 在其中強度很重要的應用中（例如如上所述的汽車應用中），可通過多種方法來提 高常規玻璃的強度，包括涂覆、熱學鋼化和化學強化(離子交換）。熱學鋼化常規地用于具有 厚的整體件玻璃板的那些應用，并具有形成穿過整個玻璃表面的厚壓縮層的優勢，通常到 達總體玻璃厚度的20%-25%。然而，壓縮應力的大小通常較低，通常小于lOOMPa。此外，對 于較薄的玻璃(例如小于約2mm)，熱學鋼化變得越來越低效。
[0006] 相反，離子交換（IX)技術可在處理的玻璃中形成高水平的壓縮應力，在表面處高 達約lOOOMPa，且適于非常薄的玻璃。然而，離子交換技術可受限于較淺的壓縮層，通常在幾 十微米的量級。運種高壓縮應力可得到非常高的純物沖擊耐受性，其可能不能通過用于汽 車應用的特定的安全性標準，例如ECE(聯合國歐盟經濟委員會)R43頭模沖擊測試，其中要 求玻璃在一定沖擊負載下破碎W防止受傷。常規的研究和開發努力聚焦于車輛層壓件的受 控的和優先的破碎，代價是犧牲其自身的抗沖性。
[0007] 對于有些汽車窗格玻璃或層壓件例如擋風玻璃等而言，其中使用的材料必須通過 多個安全標準，例如ECE R43頭模沖擊測試。如果在該測試限定的條件下，該產品沒有破碎， 則因為安全性原因該產品是不可接受的。運就是為什么擋風玻璃常規地由層壓的退火玻璃 而不是鋼化玻璃制成的原因之一。在對強度具有上限的運種汽車應用中，常規地使用熱學 鋼化。離子交換的玻璃在運些應用中可令人有興趣，因為其相對于厚的熱學鋼化玻璃重量 下降、具有耐刮擦性和抗沖擊性能力，且同時相對于非強化的玻璃保持耐刮擦性和抗沖擊 性;然而，傳統的離子交換玻璃的高抗沖擊性可導致各層壓件結構無法通過安全性標準，例 如ECE R43頭模沖擊測試。
[000引因此，本領域需要在強化的玻璃制品的邊緣處或其它部分處提供高表面壓縮應 力，同時允許在玻璃制品的不同的部分處形成較低的表面壓縮應力，由此提供包括增強的 耐久性同時仍然使玻璃滿足某些沖擊要求的產品。
[0009] 概述
[0010] 本發明的實施方式總體設及用于生產離子交換的玻璃的方法，例如具有中等壓縮 應力、高壓縮層深度和/或所需的中央張力的特征的玻璃。其它的實施方式提供具有層壓 的、鋼化的玻璃的汽車窗格玻璃或層壓件。
[0011] 根據本發明的一種或多種實施方式，方法和設備提供用于薄的玻璃制品，其具有 來自離子交換技術的表面壓縮層，其實現耐刮擦性和抗沖擊性。該玻璃制品還可呈現較高 的壓縮層深度(WL)，使它能耐受環境損壞。應指出，在某些區域中玻璃表面處的壓縮應力 (CS)可低于傳統的離子交換的玻璃，其使得玻璃通過汽車沖擊安全性標準(例如ECER43頭 模沖擊測試），并因此適用于汽車窗格玻璃應用。
[0012] 其它實施方式提供用于通過下述來獲得具有中等表面壓縮應力和高壓縮層深度 的薄的玻璃的離子交換過程:將玻璃制品在KN化中在升高的溫度下進行離子交換，用含鋼 的溶液(例如化N03 )裝飾制品的至少一個表面的一些區域，和在空氣中退火玻璃制品W逆 向離子交換該裝飾的玻璃區域，由此局部地降低表面壓縮應力。
[0013] 其它實施方式提供用于通過下述來獲得具有中等表面壓縮應力和高壓縮層深度 的薄的玻璃的離子交換過程:將玻璃制品在KN03中在升高的溫度下進行離子交換W形成高 的壓縮層深度，然后在空氣中退火玻璃制品W進一步增加壓縮層深度，同時降低表面壓縮 應力和中央張力。在退火步驟過程中，玻璃邊緣可進行絕熱和/或冷卻W減少傳熱，并因此 減少表面壓縮應力的下降。
[0014] 在一些實施方式中，提供用于提供玻璃制品的局部退火區域的方法。該方法包含 提供具有第一表面壓縮應力和第一壓縮應力層深度的強化的玻璃制品，對該強化的玻璃制 品進行退火W獲得第二表面壓縮應力和第二壓縮應力層深度，和在退火步驟中遮蔽玻璃制 品的一部分W在遮蔽的部分中獲得第Ξ表面壓縮應力和第Ξ壓縮應力層深度。
[0015] 在其它實施方式中，提供層壓件結構，該層壓件結構具有第一玻璃層，第二玻璃 層，和在第一玻璃層和第二玻璃層中間的至少一種聚合物中間層，其中第一玻璃層包含強 化的玻璃，該強化的玻璃包括具有第一表面壓縮應力和第一壓縮應力層深度的第一部分W 及具有第二表面壓縮應力和第二壓縮應力層深度的第二部分。
[0016] 應理解，前面的一般性描述和W下的詳細描述給出了本發明的實施方式，用來提 供理解要求保護的本發明主題的性質和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本發 明的進一步的理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。附圖W圖示形式說 明了本文所述的各種實施方式，并與說明書一起用來解釋要求保護的主題的原理和操作。
[0017] 附圖簡要說明
[0018] 為說明之目的，在附圖中示出優選形式，但應理解，本發明所批露和所述的實施方 式不限于所示的精確配置和手段。
[0019] 圖1是流程圖，其顯示本發明的一些實施方式。
[0020] 圖2是流程圖，其顯示本發明的另外一些實施方式。
[0021] 圖3圖形化顯示在圖2中概括顯示的用于薄玻璃板的方法。
[0022] 圖4是本發明的一些實施方式的橫截面顯示。
[0023] 圖5是本發明的另一些實施方式的透視圖。
[0024] 圖6是流程圖，其顯示本發明的其它實施方式。
[0025] 圖7是夾在兩個環形模具之間的薄玻璃板的分解圖。
[0026] 圖8是剛拉制的玻璃、離子交換之后的玻璃W及在離子交換之后進行離子交換之 后的空氣中退火的玻璃的磨損的環疊環失效負載的圖表。
[0027] 圖9是韋布爾圖，其提供離子交換之后的玻璃，和在I0X之后進行離子交換之后的 在空氣中退火的玻璃的四點彎曲失效負載的對比。
[0028] 具體描述
[0029] 在下面的描述中，在圖中所示的多個視圖中，類似的附圖標記表示類似或對應的 部分。還應理解，除非另外指出，術語如"頂部"，"底部"，"向外"，"向內"等是常用詞語，不構 成對術語的限制。此外，應理解，描述一個基團包含一些元素中的至少一種和及其組合時， 該基團可W單獨或相互組合的形式包含任意數量所列元素，或者W單獨或相互組合的形式 由任意數量所列元素組成，或者W單獨或相互組合的形式主要由任意數量所列元素組成。
[0030] 類似的，每當將一個組描述為由一組要素中的至少一個要素或它們的組合組成 時，應將其理解為所述組可W單個要素或相互組合的形式由任何數量的運些所列要素組 成。除非另外說明，否則，列舉的數值范圍同時包括所述范圍的上限和下限。除非另外說明， 否則，本文所用的不定冠詞"一個"和"一種"及其相應的定冠詞"該"表示至少一(個/種），或 者一(個/種)或多(個/種）。
[0031] 提供W下對本發明的描述，作為按其最佳的目前已知的實施方式來掲示本發明的 內容。相關領域的技術人員將會認識到，可W對所描述的實施方式做出許多改變，而還能獲 得本發明的有益的結果。還顯而易見的是，本發明所需的有益結果中的一部分可W通過選 擇本發明的一些特征而不利用其他的特征來獲得。因此，本領域普通技術人員會認識到，對 本發明的許多更改和修改都是可能的，在某些情況下甚至是理想的，并且是本發明的一部 分。因此，提供W下描述作為對本發明原理的說明，不構成對本發明的限制。
[0032] 本領域普通技術人員將理解，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下，可對本文 所述的示例性實施方式進行許多修改。因此，該說明書無意于也不應受限于所給出的實施 例，但應賦予通過所附權利要求及其等同體所提供的全部的保護范圍。此外，還可使用本發 明的一些特征，而相應地不使用其它特征。因此，提供示例或示意實施方式的上述說明，來 顯示本發明的主題內容的原理，而不對其構成限制，且可包括對本發明的修改和置換。
[0033] 圖1是流程圖，其顯示本發明的一些實施方式。參考圖1，一些實施方式包含應用一 種或多種方法來生產具有某些特征的較薄的玻璃板(在約2mm或更小的量級），例如較中等 的壓縮應力(CS)，較高的壓縮層深度(0化），和/或中等中央張力(CT)。該方法包含制備能進 行離子交換的玻璃板(步驟100)。然后，可使玻璃板經受離子交換過程(步驟102)，然后可使 玻璃板經受退火過程(步驟104)。
[0034] 離子交換過程102可設及將玻璃板暴露于包含KN03(優選地較純的KN03)的烙鹽浴 中，并保持在約400-500°C的一個或多個第一溫度和/或保持約1-24小時例如但不限于約8 小時的第一時間段。應指出，可使用其