用于化学强化的玻璃的局部退火的方法
【专利说明】用于化学强化的玻璃的局部退火的方法
[0001]本申请要求2013年08月26日提交的美国临时申请号61/869973的优先权，其全文 通过引用结合于此。
[000^ 背景
[0003] 玻璃层压件可用作建筑和汽车或运输应用中的窗户和窗格玻璃，包括汽车、轨道 车辆、机车和飞机。玻璃层压件还可用作栏杆和阶梯中的玻璃面板，作为用于墙壁、柱子、电 梯桥厢、厨房应用和其它应用的装饰性面板或盖板。如本文所使用，窗格玻璃或层压玻璃结 构可为窗户、面板、墙壁、箱体、信息板(sign)或其他结构的透明的、半-透明的、半透明的或 不透明的零件。用于建筑和/或汽车应用的常见类型的窗用玻璃包括透明和有色层压的玻 璃结构。
[0004] 常规的汽车窗格玻璃构造包括具有聚乙締醇缩下醒(PVB)中间层的两个2mm钢巧 玻璃的板层。运些层压件构造具有一些优势，包括低成本、足W应用于汽车和其它应用的抗 冲性。然而，因为它们的有限的抗冲性和更大的重量，运些层压件呈现低劣的性能特征，包 括当受到路边碎片撞击、故意破坏(vandal)和/或其它物体冲击时更高的破碎概率，W及对 于个别车辆的更低的燃料效率。
[0005] 在其中强度很重要的应用中（例如如上所述的汽车应用中），可通过多种方法来提 高常规玻璃的强度，包括涂覆、热学钢化和化学强化(离子交换）。热学钢化常规地用于具有 厚的整体件玻璃板的那些应用，并具有形成穿过整个玻璃表面的厚压缩层的优势，通常到 达总体玻璃厚度的20%-25%。然而，压缩应力的大小通常较低，通常小于lOOMPa。此外，对 于较薄的玻璃(例如小于约2mm)，热学钢化变得越来越低效。
[0006] 相反，离子交换（IX)技术可在处理的玻璃中形成高水平的压缩应力，在表面处高 达约lOOOMPa，且适于非常薄的玻璃。然而，离子交换技术可受限于较浅的压缩层，通常在几 十微米的量级。运种高压缩应力可得到非常高的纯物冲击耐受性，其可能不能通过用于汽 车应用的特定的安全性标准，例如ECE(联合国欧盟经济委员会)R43头模冲击测试，其中要 求玻璃在一定冲击负载下破碎W防止受伤。常规的研究和开发努力聚焦于车辆层压件的受 控的和优先的破碎，代价是牺牲其自身的抗冲性。
[0007] 对于有些汽车窗格玻璃或层压件例如挡风玻璃等而言，其中使用的材料必须通过 多个安全标准，例如ECE R43头模冲击测试。如果在该测试限定的条件下，该产品没有破碎， 则因为安全性原因该产品是不可接受的。运就是为什么挡风玻璃常规地由层压的退火玻璃 而不是钢化玻璃制成的原因之一。在对强度具有上限的运种汽车应用中，常规地使用热学 钢化。离子交换的玻璃在运些应用中可令人有兴趣，因为其相对于厚的热学钢化玻璃重量 下降、具有耐刮擦性和抗冲击性能力，且同时相对于非强化的玻璃保持耐刮擦性和抗冲击 性;然而，传统的离子交换玻璃的高抗冲击性可导致各层压件结构无法通过安全性标准，例 如ECE R43头模冲击测试。
[000引因此，本领域需要在强化的玻璃制品的边缘处或其它部分处提供高表面压缩应 力，同时允许在玻璃制品的不同的部分处形成较低的表面压缩应力，由此提供包括增强的 耐久性同时仍然使玻璃满足某些冲击要求的产品。
[0009] 概述
[0010] 本发明的实施方式总体设及用于生产离子交换的玻璃的方法，例如具有中等压缩 应力、高压缩层深度和/或所需的中央张力的特征的玻璃。其它的实施方式提供具有层压 的、钢化的玻璃的汽车窗格玻璃或层压件。
[0011] 根据本发明的一种或多种实施方式，方法和设备提供用于薄的玻璃制品，其具有 来自离子交换技术的表面压缩层，其实现耐刮擦性和抗冲击性。该玻璃制品还可呈现较高 的压缩层深度(WL)，使它能耐受环境损坏。应指出，在某些区域中玻璃表面处的压缩应力 (CS)可低于传统的离子交换的玻璃，其使得玻璃通过汽车冲击安全性标准(例如ECER43头 模冲击测试），并因此适用于汽车窗格玻璃应用。
[0012] 其它实施方式提供用于通过下述来获得具有中等表面压缩应力和高压缩层深度 的薄的玻璃的离子交换过程:将玻璃制品在KN化中在升高的溫度下进行离子交换，用含钢 的溶液(例如化N03 )装饰制品的至少一个表面的一些区域，和在空气中退火玻璃制品W逆 向离子交换该装饰的玻璃区域，由此局部地降低表面压缩应力。
[0013] 其它实施方式提供用于通过下述来获得具有中等表面压缩应力和高压缩层深度 的薄的玻璃的离子交换过程:将玻璃制品在KN03中在升高的溫度下进行离子交换W形成高 的压缩层深度，然后在空气中退火玻璃制品W进一步增加压缩层深度，同时降低表面压缩 应力和中央张力。在退火步骤过程中，玻璃边缘可进行绝热和/或冷却W减少传热，并因此 减少表面压缩应力的下降。
[0014] 在一些实施方式中，提供用于提供玻璃制品的局部退火区域的方法。该方法包含 提供具有第一表面压缩应力和第一压缩应力层深度的强化的玻璃制品，对该强化的玻璃制 品进行退火W获得第二表面压缩应力和第二压缩应力层深度，和在退火步骤中遮蔽玻璃制 品的一部分W在遮蔽的部分中获得第Ξ表面压缩应力和第Ξ压缩应力层深度。
[0015] 在其它实施方式中，提供层压件结构，该层压件结构具有第一玻璃层，第二玻璃 层，和在第一玻璃层和第二玻璃层中间的至少一种聚合物中间层，其中第一玻璃层包含强 化的玻璃，该强化的玻璃包括具有第一表面压缩应力和第一压缩应力层深度的第一部分W 及具有第二表面压缩应力和第二压缩应力层深度的第二部分。
[0016] 应理解，前面的一般性描述和W下的详细描述给出了本发明的实施方式，用来提 供理解要求保护的本发明主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发 明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图W图示形式说 明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
[0017] 附图简要说明
[0018] 为说明之目的，在附图中示出优选形式，但应理解，本发明所批露和所述的实施方 式不限于所示的精确配置和手段。
[0019] 图1是流程图，其显示本发明的一些实施方式。
[0020] 图2是流程图，其显示本发明的另外一些实施方式。
[0021] 图3图形化显示在图2中概括显示的用于薄玻璃板的方法。
[0022] 图4是本发明的一些实施方式的横截面显示。
[0023] 图5是本发明的另一些实施方式的透视图。
[0024] 图6是流程图，其显示本发明的其它实施方式。
[0025] 图7是夹在两个环形模具之间的薄玻璃板的分解图。
[0026] 图8是刚拉制的玻璃、离子交换之后的玻璃W及在离子交换之后进行离子交换之 后的空气中退火的玻璃的磨损的环叠环失效负载的图表。
[0027] 图9是韦布尔图，其提供离子交换之后的玻璃，和在I0X之后进行离子交换之后的 在空气中退火的玻璃的四点弯曲失效负载的对比。
[0028] 具体描述
[0029] 在下面的描述中，在图中所示的多个视图中，类似的附图标记表示类似或对应的 部分。还应理解，除非另外指出，术语如"顶部"，"底部"，"向外"，"向内"等是常用词语，不构 成对术语的限制。此外，应理解，描述一个基团包含一些元素中的至少一种和及其组合时， 该基团可W单独或相互组合的形式包含任意数量所列元素，或者W单独或相互组合的形式 由任意数量所列元素组成，或者W单独或相互组合的形式主要由任意数量所列元素组成。
[0030] 类似的，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成 时，应将其理解为所述组可W单个要素或相互组合的形式由任何数量的运些所列要素组 成。除非另外说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限。除非另外说明， 否则，本文所用的不定冠词"一个"和"一种"及其相应的定冠词"该"表示至少一(个/种），或 者一(个/种)或多(个/种）。
[0031] 提供W下对本发明的描述，作为按其最佳的目前已知的实施方式来掲示本发明的 内容。相关领域的技术人员将会认识到，可W对所描述的实施方式做出许多改变，而还能获 得本发明的有益的结果。还显而易见的是，本发明所需的有益结果中的一部分可W通过选 择本发明的一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域普通技术人员会认识到，对 本发明的许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是理想的，并且是本发明的一部 分。因此，提供W下描述作为对本发明原理的说明，不构成对本发明的限制。
[0032] 本领域普通技术人员将理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对本文 所述的示例性实施方式进行许多修改。因此，该说明书无意于也不应受限于所给出的实施 例，但应赋予通过所附权利要求及其等同体所提供的全部的保护范围。此外，还可使用本发 明的一些特征，而相应地不使用其它特征。因此，提供示例或示意实施方式的上述说明，来 显示本发明的主题内容的原理，而不对其构成限制，且可包括对本发明的修改和置换。
[0033] 图1是流程图，其显示本发明的一些实施方式。参考图1，一些实施方式包含应用一 种或多种方法来生产具有某些特征的较薄的玻璃板(在约2mm或更小的量级），例如较中等 的压缩应力(CS)，较高的压缩层深度(0化），和/或中等中央张力(CT)。该方法包含制备能进 行离子交换的玻璃板(步骤100)。然后，可使玻璃板经受离子交换过程(步骤102)，然后可使 玻璃板经受退火过程(步骤104)。
[0034] 离子交换过程102可设及将玻璃板暴露于包含KN03(优选地较纯的KN03)的烙盐浴 中，并保持在约400-500°C的一个或多个第一溫度和/或保持约1-24小时例如但不限于约8 小时的第一时间段。应指出，可使用其