专利名称：强化玻璃的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及强化玻璃的方法和设备。更具体地，本发明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。
背景技术：
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。
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。
发明概述本发明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℃之间。可以将玻璃维持在这个高温下持续至少约5分钟。本发明的实施方案可以包括与化学强化结合的火焰抛光的方法和设备。本发明设备的一些实施方案是可实施本发明方法的实施方案的现有制瓶设备的改进。
一方面，本发明提供了强化玻璃制品的方法。可以使用任何玻璃成形方法由熔融玻璃形成该玻璃制品。可以对最终形成的玻璃制品进行火焰抛光使其熔化由此可以修复任何表面缺陷，同时将玻璃制品的表面温度提高到至少为用于形成该制品的玻璃的退火点温度。在一个实施方案中，该玻璃制品是玻璃瓶。在另一个实施方案中，由应变点温度约为530℃且退火点温度约为550℃的玻璃形成该玻璃制品。
在该方法的一个实施方案中，在如下步骤中施用盐将玻璃制品浸入熔融盐浴并持续小于约1分钟，例如约0.5至约30秒，或优选约3到5秒。在一个优选实施方案中，该熔融盐浴包含等摩尔混合物中的硝酸钾和氯化钾。盐浴的一些实施方案包含40％至60％范围的摩尔百分比混合物中的硝酸钾和氯化钾，而其它实施方案包含40-60％硝酸钾和40-60％氯化钾的混合物。另外的实施方案包括包含硫酸钾和氯化钾的熔融盐浴。在另一个实施方案中，该熔融盐浴包含下列盐中任意两个或多个的组合硝酸钾，硫酸钾，氯化钾，磷酸钾，和重铬酸钾。在一个实施方案中，该盐浴的温度大于即将浸渍之前的瓶温。在另一个实施方案中，熔融盐浴的温度可以比玻璃的退火点高超过25℃。在又一个实施方案中，熔融盐浴的温度范围可以是550℃至750℃。
在一个可选实施方案中，当玻璃的表面温度比玻璃的退火点至少高约25℃时，通过用含钾离子的溶液或粉末或熔融钾盐喷涂玻璃向玻璃制品的表面施用盐。或者，可以在比玻璃退火点高至少50℃或比玻璃退火点高至少100℃的温度下进行该喷涂步骤。在一个实施方案中，该钾溶液或钾盐是磷酸钾(K3PO4)。在另一个实施方案中，该钾溶液包含约50wt％的磷酸钾和50wt％的水。
该喷涂步骤可以是使溶液受迫通过喷嘴的常规喷涂，或者该步骤可以是火焰喷涂，静电，或粉末喷涂。如果使用常规喷涂，钾溶液或钾盐的液滴与热的玻璃制品接触，从而可能略微冷却热玻璃制品的表面。如果使用火焰喷涂，可以通过粉末火焰喷枪提供粉状的钾盐，这时喷雾中的粉末液化，且熔融钾盐液滴与热玻璃制品接触。或者，可以在火焰抛光喷嘴之间施用钾溶液。如果使用静电喷涂，钾溶液的液滴带电从而静电吸引到玻璃制品。或者，可以在常规或静电喷涂中使用粉状的钾盐。在又一个实施方案中，可以通过化学气相沉积施用钾盐。
向玻璃制品施用盐的步骤之后，不管是通过浸渍，喷涂，或其它施用方法，本发明的方法包括在窑或其它热处理设备中对玻璃制品进行热处理的步骤。通过将表面维持在包括该玻璃的应变点和该应变点之下150℃或介于两者之间的温度下，这个步骤允许钾离子以高速率扩散到玻璃制品的表面中。可以将玻璃维持在高温下持续至少约5分钟，优选小于1小时，更优选介于10分钟和1小时之间或15分钟和20分钟之间。
在另一个实施方案中，本发明提供了制造强化玻璃制品的设备。该设备可以包含用于制作模制玻璃制品的装置。可以通过本领域技术人员所知的任何方式制造该模制玻璃制品，包括但不限于压吹法和吹吹法。该设备可以在成形设施之后包含隔热隧道以便最大程度上减少热量损失。该设备可进一步包含火焰抛光喷嘴，该喷嘴可以对玻璃制品的表面进行火焰抛光以除去表面缺陷并将表面加热到高出玻璃退火点至少约25℃的温度。在一个实施方案中，该玻璃制品是玻璃瓶。在一个实施方案中，由应变温度在520℃和540℃之间且退火温度在540℃和560℃之间的玻璃形成该玻璃制品。在一个实施方案中，由应变温度约为530℃且退火温度约为550℃的玻璃形成该玻璃制品。
在一个实施方案中，该设备可以进一步包含用于在热强化之前浸渍玻璃制品的盐浴。在一个实施方案中，该熔融盐浴是钾盐浴，例如KNO3/KCl盐浴，K2SO4/KCl盐浴，或K2SO4/KCl/KNO3盐浴。在一个实施方案中，将盐浴维持在高于该玻璃的退火点至少约25℃的温度下。
在另一个实施方案中，该设备可以进一步包括使用含钾离子的溶液或其它钾源对玻璃制品进行喷涂的喷嘴。在一个实施方案中，将玻璃制品表面维持在高于该玻璃退火点至少约25℃的温度的同时，该喷嘴将钾源喷到玻璃制品的表面上。在另一个实施方案中，将玻璃制品的表面维持在高于该玻璃退火点至少约50℃的温度的同时，该喷嘴将钾喷到玻璃制品的表面。在又一个实施方案中，将该表面维持在高于该玻璃退火点至少约100℃的温度的同时对其进行喷涂。可以用喷射粉状钾盐的火焰喷嘴代替该喷嘴。或者可以用喷射钾溶液的静电喷嘴代替该喷嘴。或者，可以用常规或静电粉末喷嘴代替该喷嘴。在一个实施方案中，该钾溶液包含50wt％的磷酸钾和50wt％的水。
无论该设备具有盐浴浸渍装置，盐喷涂装置，或用于施用盐的其它装置，该设备可以进一步包含强化窑，其中该对该强化窑进行设置以便将玻璃制品保持在高于应变点以下约80℃的温度，并将玻璃制品维持在强化窑中至少约45分钟。或者，可以将该强化窑维持在最高为该玻璃应变点的温度。可以将玻璃制品维持在强化窑中最大30分钟的时间。或者，对于较高温度的强化，可以将玻璃制品维持在强化窑中至少约15分钟。在又一个选择中，对于较低温度的强化，可以将玻璃制品维持在强化窑中约45分钟。在另一个实施方案中，将玻璃制品维持在等于或低于该玻璃退火点的温度至少约5分钟。
由于不同的退火点和应变点，玻璃重量，容器形状等，实施本发明的优选方法将根据玻璃的类型而不同。举例来说，当对重量为165克的200ml可口可乐公司的曲线(contour)火石玻璃瓶进行强化时，在约520摄氏度下对该容器进行约20分钟的离子交换。典型用于这种瓶子的火石玻璃具有550摄氏度的退火温度和530摄氏度的应变温度。
附图简述图1说明了现有技术的玻璃强化方法；图2是依照本发明一个实施方案的方法的流程图；图3是说明火焰抛光益处的Weibull曲线图；图4是高温离子交换玻璃强化工艺和低温离子交换玻璃强化工艺的强度相对于时间的曲线图；图5是依照本发明一个可选实施方案的方法的流程图6是对依照本发明实施方案的不同玻璃强化方法的益处进行比较的柱状图；图7是依照本发明一个实施方案的玻璃强化系统的平面图；图8A是说明退火窑的一个实施例的简图，用于比较本发明的方法和现有技术的方法；图8B是说明依照本发明实施方案的典型强化窑的简图；图9是根据本发明一个方面强化瓶子的系统中用来浸渍瓶子的机械装置的透视图；图10是根据本发明一个方面强化瓶子的系统中用来冲洗瓶子的机械装置的透视图；图11-20是说明与现有技术的玻璃强化方法相比，依照本发明实施方案的示例化学玻璃强化方法的益处的Weibull曲线图；图21是玻璃强度随附着在瓶上的盐重量变化的曲线图；图22是显示通过本发明的浸渍方法在KNO3/KCl浴中制造的玻璃棒的优异强度特性的Weibull曲线图；图23是显示通过本发明的浸渍方法在K2SO4/KCl和K2SO4/KCl/KNO3浴中制造的玻璃棒的优异强度特性的Weibull曲线图。
发明详述本发明的方法和设备涉及玻璃制造工艺和设备。具体地，该方法和设备是现有玻璃瓶制造工艺和装置的改进，该方法和设备能够通过化学强化制造具有优异强度特性的玻璃瓶。一些实施方案不需要对现有的制瓶设备进行重大改变。使用本发明的方法和设备的好处包括，每单位重量玻璃的瓶子具有比现有技术方法更高的强度。或者，与使用现有技术的方法相比使用本发明的方法制造相同强度的瓶子可以使用较少的玻璃。虽然这里提供的实例和描述是针对于玻璃瓶制造，但是应当清楚本发明可以适用于任何类型的玻璃制品，包括但不限于例如玻璃罐，饮水杯或酒杯或任何玻璃器皿，玻璃壶，和玻璃餐具，处方透镜(prescription lenses)，成像透镜，光纤，和汽车窗与建筑窗。
图2是依照本发明一个实施方案强化玻璃的方法的流程图。可以按照上文背景部分中所述进行瓶的形成步骤310。然而，已发现吹吹瓶成形方法可能形成优于压吹法的瓶子，因为当使用压吹法时由于冲头和瓶子内表面之间的接触瓶子内侧可能产生缺陷。这些缺陷可能成为通过本发明方法强化的瓶子的脆弱点，因此瓶子成形优选吹吹法。然而，对利用压吹法和吹吹法成形的瓶子使用本发明的强化方法是有益的。
瓶子刚成形之后，其温度一般高于退火点。在一些实施方案中，在瓶子成形后将其浸入熔融盐浴320。在一些实施方案中，可以在浸入盐浴之前对瓶子进行火焰抛光。如下文进一步所详述，当瓶子通过依照本发明实施方案的玻璃强化系统的火焰抛光段时，可以通过机械方式垂直于瓶子的运动方向移动火焰。在一些实施方案中，可以使用两步火焰抛光方法。例如，当玻璃制品处于传送带上时进行第一步。该步骤可以包括例如玻璃瓶的侧面和顶部槽的火焰抛光。第二步可以包括对玻璃制品底部进行火焰抛光。可以通过将玻璃制品从传送带提升起并将它们在火焰上移过进行该步骤。包括这个第二步的火焰抛光可以消除缺陷，例如节结(即玻璃瓶底部的凸纹)。
图3说明了使用依照本发明实施方案的火焰抛光步骤可以获得的益处。该图是使用由金刚石笔破坏而引起50微米缺陷的平坦玻璃板得到的。使用甲烷/氧气火焰对一组板进行火焰抛光。使用乙炔/空气火焰对第二组板进行火焰抛光。第三组板即对照板，不进行火焰抛光。第四组板既不进行刻划产生缺陷也不进行火焰抛光。然后对玻璃板施加应力直到它们破碎，同时记录每块玻璃板的破坏应力。
图3是显示这些测试结果的Weibull曲线图。该曲线图的横坐标是外加应力的量度而纵坐标是破裂几率的量度。火焰抛光的板承受了与无诱导缺陷的板几乎同样大的应力，并且其强度优于对照板。使用甲烷/氧气火焰抛光的板在强度上稍稍优于使用乙炔/空气抛光的板和无诱导缺陷的板。使用乙炔/空气抛光的板在强度上略优于无诱导缺陷的板。
在本发明的一些实施方案中，在即将浸入盐浴之前瓶子的温度可能在例如500℃与600℃之间。在本发明的可选实施方案中，瓶子的温度可以高于玻璃的退火点。在本发明的又一个实施方案中，该瓶子可以比玻璃的退火点高至少约25℃。在另一个实施方案中，瓶子的温度可以在510℃和590℃之间。在又一个实施方案中，，瓶子的温度可以在例如510℃和550℃之间。在一个示例实施方案中，在即将浸入盐浴之前，瓶子的温度可以是大约540℃。浸渍时间可以显著短于现有技术的浸渍时间。该盐浴的温度可以高于瓶子的温度。在一个实施方案中，盐浴温度可以在例如550℃和750℃之间。在一个示例性实施方案中，盐浴可以是大约610℃的温度。在另一个实施方案中，盐浴温度可以是约600℃。如上文所述，现有技术典型需要1/2小时至4小时的浸渍。然而在步骤320中，瓶子的浸渍可以小于1分钟。优选地，可以将瓶子浸入盐浴持续0.5秒至30秒。在另一个实施方案中，可以将瓶子浸入盐浴持续约3秒至5秒。在另一个优选实施方案中，瓶子的浸渍时间可以小于10秒。
在一个实施方案中，熔融盐浴可以是熔点高于热处理步骤330期间所用强化窑温度的钾盐。熔融盐浴的优选组成是45mol％的硝酸钾(KNO3)和55mol％的氯化钾(KCl)。这个组成可以是550℃至750℃温度下的液体，由此可以向浸入保持在这个温度范围的盐浴的瓶子提供均匀的涂层。在约520℃下这个组成是半固态的，因此在热处理步骤330期间允许盐保持在适当位置作为瓶上大致均匀的涂层，该涂层可提供大致均匀的强化并防止盐在强化窑内积聚。利用相图和常规经验，本领域的技术人员可以确定其它合适的盐浴组成。例如，其它合适盐浴组成可以包含KCl/KNO3/K2SO4。通常，优选这样的盐浴组成该盐浴在玻璃退火点之上约50℃的温度下为液态，并且在强化窑温度下为固态或半固态。
如图4所示，强化处理之后玻璃的强度取决于玻璃的处理温度和时间。因此，当实施任何玻璃强化方法时，存在折衷考虑(trade off)。例如，当以较低温度强化玻璃时，该玻璃不会变得与如果以高温的其它方式处理一样坚固，例如玻璃的退火温度处理玻璃。然而，当以较高温度处理玻璃时，最大玻璃强度将更显著地随时间变化，因此需要相应调整容限。
因此认为，如果温度的维持时间小于或等于约15分钟至20分钟，离子交换反应可以在等于或低于退火点的温度下发生。然而，由于在等于或高于退火点下发生的离子交换反应与松弛两者都是动态过程，可能会得到与这个一般规则的显著偏差。因此不应认为本发明受任何特定温度或任何特定时间的限制。
可以根据生产设备的要求调整热处理步骤的时间和温度，当需要较快的生产时可使用较高的温度和较短的时间，以及使用较长的热处理时间来进一步提高处理玻璃的强度。在另一个实施方案中，将玻璃制品保持在应变点温度5到30分钟范围的时间。增加这些温度下的暴露时间可以导致玻璃制品的强度降低。在任何温度下当暴露时间增加时，玻璃制品的强度可能逐渐增加到最大值，然后可能降低。这个最大强度的时间随温度的增加而减少。
然后可以在强化窑中对瓶子进行热处理330。这个热处理可以加速离子交换过程。强化窑的温度优选小于或近似等于玻璃应变点以下150℃的温度。更优选地，可以将强化窑的温度设置在玻璃应变点以下约130℃至玻璃的应变点之间。在一个实施方案中，强化窑的温度约大于玻璃应变点以下30℃的温度。或者，强化窑的温度约大于玻璃应变点以下10℃的温度。在一个实施方案中，玻璃可以在该窑中保持15分钟至55分钟的一段时间。更优选地，玻璃可以在该窑中保持20分钟至50分钟的一段时间。在一些实施方案中，根据所用玻璃的类型，玻璃可以在强化窑中保持约30分钟的一段时间。较大的瓶子可能需要以较低的速率进行处理，因此它们可能需要在该窑中保持更长的时间段。由于它们的暴露时间段可能更长，因此可能需要降低温度以便优化强化过程。然而，离子交换反应的持续时间可以大于或小于选定温度所决定的时间，如上文参照图3所述。热处理330之后，可以将瓶子冷却340然后以上文所述的相同方式除去350盐。如参照图10另外所详述的，可以在窑中缓慢冷却玻璃。
在依照本发明一个实施方案的示例方法中，由玻璃成形过程产生温度约650℃的成形的玻璃制品。根据所用的具体方法和材料，瓶子设计和壁厚，温度可以更高或更低。在一个实施方案中，可以以例如20至45ctu(涂层厚度单位)的涂层厚度向玻璃制品施用最少量的热端氧化锌涂层。氧化锡涂层的施用可以在玻璃表面上形成纹理从而允许随后施用的冷端涂层附着在玻璃瓶表面上。对于氧化锡，一个ctu相关联的涂层厚度单位约为4埃。可以使用玻璃制造领域中任何已知方法来施用该涂层，典型在瓶成形和窑入口之间的位置处。或者，如果使用火焰抛光，可以在瓶子的火焰抛光之前施用该氧化锡涂层。
沉积氧化锡涂层之后，在一些实施方案中，可以对涂覆氧化锡的玻璃制品进行火焰抛光以便熔化和消除玻璃中的任何表面缺陷。或者，可以使用任何容许的火焰抛光速率。在一些情形中，火焰抛光还可以将玻璃制品的温度提高到玻璃退火点之上约25℃或更高。在本发明的另一个实施方案中，未使用氧化锡涂覆瓶子。在一些实施方案中，在火焰抛光和氧化锡涂层的沉积之后，瓶子温度可能超过550℃。
可以直接在施用氧化锡涂层后，或者在火焰抛光之后进行化学强化。为了进行化学强化，可以将制品浸入盐浴。在一个实施方案中，将瓶子浸入例如温度为610℃的50％KNO3/50％KCl盐浴中约1秒钟。盐浴中的短暂浸渍之后，可将瓶子转移到温度为例如480℃至530℃的强化窑中。在另一个实施方案中，可以将瓶子置于窑温为例如490℃至520℃的强化窑中。在一个可选实施方案中，该强化窑可以具有玻璃应变点以下约150℃至大约玻璃的应变点的设定值温度。可以在强化窑的冷却区段中保持大约25分钟将强化制品的温度降低到90℃。冷却之后，随后将玻璃制品浸入90℃的水浴中持续预定时间以便除去过量的盐。在一个实施方案中，该预定时间可以是例如6秒钟以便除去过量的盐。然后可以使用例如气幕除去多余的水。
可以向温热的制品上施用冷端涂层，例如硬脂酸盐或聚乙烯涂层。其它冷端涂层可能包括添加低温冷端涂层，例如硅酮蜡，聚乙烯，聚乙烯醇，硬脂酸，或油酸，或制瓶领域中技术人员所知道的任何其它冷端涂层，以便提供润滑性并防止瓶子在通过检查和注入线路时磨损。然后，可以将涂覆制品转移到装饰线路以便施用低温有机装饰涂层。在使用聚乙烯涂层的实施方案中，该涂层可以无需固化。在一个实施方案中，可以向玻璃制品的表面上施用保护性耐磨损涂层。在一个可选实施方案中，可以在瓶的填充过程之前在碱洗处理之后实施一个后端(post-end)涂层。这个后端涂层可以是例如聚乙烯涂层。在可再装瓶子的情形中，可以在每个碱洗循环之后实施这些涂层。可用作后端涂层的可以接受的瓶子涂层的一个实例是Atofina许诺销售的Tegoglas 3000+Anti-Scuff Coating。
应注意，使用这里所述的技术制造的瓶子中较大的玻璃强度允许维持相当瓶子强度的同时使用较少的玻璃。例如，利用计算机模型，在维持瓶子强度的同时，可以将使用现有技术方法制造的170克重的瓶子减少到110克。还应注意，通过设计利用了由这些方法制备的瓶子的外表面的高强度特性的瓶子，可以对本发明的优异强化方法进行提高并进一步减小瓶重。可以使用计算机模拟对瓶子进行设计以便利用这些特性，例如本领域技术人员熟知的有限元分析方法。
图5是根据本发明一个可选实施方案的方法的流程图。可以按照上文背景部分中所述进行瓶子成形步骤210。在瓶子刚刚形成之后，其温度通常在退火点以上。例如，在一个实施方案中，瓶子可以具有约600℃的温度。瓶子成形过程常常可导致玻璃缺陷，通常是由于与较冷材料例如模具或固定板接触产生的热冲击。这些缺陷可能是应力集中并且通常是玻璃瓶中的低强度的起因。
对于盐浴浸渍方法，然后可以按照与上文所述的类似的方式对瓶子进行火焰抛光220。可以使用本领域中已知的任何方法进行该火焰抛光。例如可以通过使瓶子经过一系列释放可燃气体的喷嘴进行该火焰抛光，可燃气体例如空气-甲烷，氧-甲烷，空气-乙炔，或氧-乙炔。可以向火焰流中加入其它成分例如水汽来促进去缺陷过程。火焰抛光适合于实现下列两个目的中的一个或两个(1)修复玻璃表面中的表面瑕疵，和(2)将玻璃的表面温度提高到可升高至远高于退火点的温度，从而最大程度上减少下文所述的随后喷涂过程期间的任何破裂。
可以通过对瓶子施用火焰0.1-10秒来实现火焰抛光220。最优选地，使火焰与瓶子表面接触的时间应足以引起任何尖锐裂纹熔化并变圆。火焰抛光步骤220可以将瓶子的表面温度提高到远高于玻璃退火点的温度。在一个实施方案中，可以将瓶子加热到例如650以上的温度。或者，火焰抛光220可以将瓶子的表面温度提高到550℃至650℃。火焰抛光的好处已在上文中参照图3进行了说明。
在浸渍，喷涂，或其它盐施用方法的可选实施方案中，除了火焰抛光之外，本发明的一种方法可以使用微波表面加热来修复玻璃中的缺陷，来引入受控的表面残余应力，来加速喷涂盐之后的离子交换强化，来通过喷涂的硫酸铵化合物的脱碱作用进行强化，和/或提高表面温度以便促进随后的离子交换强化过程。通过向玻璃制品的表面实施微波敏感涂层可以促进微波辐照引起的玻璃表面加热。特别适用于离子交换反应的是另外包含可交换钾离子的微波敏感涂层。
在本发明的一个实施方案中，当瓶子的表面温度高于退火温度时，这时可以使用盐溶液喷涂230瓶子。在一个实施例中，当退火温度约为550℃时，瓶子可以具有约550℃至650℃之间的表面温度。优选地，玻璃的表面温度足够高，以致喷涂盐溶液不会将玻璃冷却到应变点以下(应变点可以是例如530℃)。优选地，溶剂在与瓶子表面接触之前蒸发或接触时马上蒸发。优选的温度范围是高于玻璃退火点之上约50℃。一个可选温度范围是大于玻璃应变点之上约50℃。在又一个可选实施方案中，玻璃的表面温度是喷涂步骤不会在玻璃制品上产生诱导缺陷的任何温度。
该盐溶液可以是本领域技术人员已知的任何适用于离子交换玻璃强化的溶液。优选的盐溶液是磷酸钾(K3PO4，无水)的50wt％水溶液。优选该溶液是因为可以在室温下获得50wt％的磷酸钾溶液，从而无需对溶液加热。然而，可以在大约50℃下获得62wt％的磷酸钾溶液，并且这种溶液也可以用于本发明。或者，该盐溶液可以是45wt％磷酸钾，10wt％磷酸钠(Na3PO4)，而余量可以为水。在另一个实施方案中，该盐溶液包含硫酸钾(K2SO4)，氯化钾(KCl)，和硝酸钾(KNO3)的混合物。
在一个可选实施方案中，可以对瓶子进行火焰喷涂而非传统方式的喷涂。在火焰喷涂实施方案中，可以将粉状的盐例如磷酸钾盐喷涂到瓶子表面上。通过使用依照本发明实施方案的火焰喷涂实施方案，据认为可以提高喷涂动力学并且使用火焰喷涂方法可减少破裂，因为这种方法不需要为蒸发雾状液滴中的水而加热瓶子。粉状盐可以在火焰中熔化形成微细的熔融喷雾。在一个可选实施方案中，该火焰喷涂可以使用盐溶液而非粉状盐。该火焰可以是本领域技术人员所已知的任何火焰，例如甲烷，氧-甲烷，乙炔，氧-乙炔或氢。适用于本发明的火焰喷涂装置的实例包括美国专利第4,674,683号和第5,297,733号公开的和指出的装置，或本领域的技术人员所已知的任何其它火焰喷涂装置。
在又一个可选实施方案中，可以对瓶子进行静电喷涂。在这个实施方案中，对喷涂器施加电势，例如负电势，并使瓶子接地。盐溶液或熔融盐的液滴带上负电然后被吸引到中性的瓶子上，由此向瓶子提供均匀涂层。可以用于本发明的静电喷涂装置的实例包括美国专利第5,759,271号和第5,704,554号公开的和指出的装置，或本领域的技术人员所已知的任何其它静电喷涂装置。
正如在上文所述的浸渍方法中，这时可以在强化窑或任何其他适当环境例如烘箱中对经过火焰抛光、喷涂的瓶子进行热处理240。优选地，在低于玻璃应变点的温度下进行热处理。例如，如果应变点为530℃，强化窑中的热处理可以为在510℃的设定值温度下持续20至25分钟。另外例如，强化窑中的热处理可以是520℃下15分钟。然而，其它实施方案包括在高于玻璃应变点以下80℃的温度下进行热处理或在高于玻璃应变点的温度下进行热处理。在优选实施方案中，该强化窑可以具有应变点以下约150℃至约玻璃应变点温度之间的温度，更优选应变点温度以下约130℃至玻璃应变点温度之间的温度。在这些实施方案的每一个之中，如参照图4所讨论的，在较高温度下进行的加速离子交换反应和较低温度下可最佳实现的防止玻璃表面松弛之间，必须存在平衡。例如，在退火点上，玻璃表面的松弛会发生在大约15分钟内。
在优选实施方案中，热处理的温度低于喷涂到瓶子表面上的盐的熔点，以便防止盐从瓶子侧面滴下。这可以防止盐在瓶子表面上的不均匀分布，从而防止不均匀的强化，并且还可以防止盐在窑内的汇聚。盐的水性喷涂施用在玻璃瓶上形成强韧的涂层，该涂层不会因为与研磨剂的接触而被轻易地除去。对瓶子进行热处理240之后，将它们冷却250并用水冲洗260以便去除残余的残留盐。如上文所述，其它附加处理可以为施用装饰性涂层和实施第二个保护涂层。
图6是对依照本发明实施方案的不同玻璃强化方法的益处进行比较的柱状图。从图6的图形可以清楚，使用包含火焰抛光的离子交换方法可以产生大于单独使用离子交换方法和火焰抛光方法的强度。在下面的实施例12中将进一步详细描述获取该图所进行的实验。
图7是依照本发明一个实施方案的玻璃强化系统700的平面图。玻璃成型机712通过进料端711接收用于制备特定类型玻璃的原料。可以对玻璃成形机器712进行设定以便如发明背景中所述将玻璃滴或单个料块加工为成形的玻璃制品。成型机产生的成形玻璃制品具有例如瓶子701的形状。以相同的方式，可以形成其它玻璃制品，例如壶，罐，和瓶等等。
瓶子701从成型机712输出之后，可以对它们进行检测，并将有缺陷的瓶子通过输出端713抛弃。初始检测之后，可以在721处用涂层对瓶子进行涂覆。721处施用的涂覆可以包括例如施用氧化锡涂层。该氧化锡涂层的施用厚度可以是例如约20至45ctu。在一些实施方案中，瓶子701的涂层是可选的。在又一个实施方案中，可以在721处施用氧化锡涂层之前对瓶子701进行火焰抛光。
完成对瓶子的涂覆721之后，可以通过中心传送轮722将瓶子传送到横向传送带730上。在横向传送带730上，可以使用火焰抛光装置731对瓶701进行火焰抛光。火焰抛光装置731可以是能够安装用于工业生产线的任何类型的火焰抛光设备。瓶子的火焰抛光是可选的，但是在一些实施方案中它可以是优选的，因为火焰抛光对最终玻璃制品的强度产生有潜在的益处。已发现对于具有易于削弱玻璃制品的大缺陷的瓶子，火焰抛光特别有益。火焰抛光可以显著减小破损率因为火焰抛光可消除这些大缺陷，由此可强化因缺陷极易破损的瓶子，如上文所述。在一些实施方案中，不需要对瓶子进行侧面火焰抛光。例如，在本发明的所有实施方案中，不需要对啤酒瓶进行侧面火焰抛光。因此，决定是否对瓶子进行火焰抛光可能取决于待抛光瓶子的类型。
使用火焰抛光设备731对瓶子进行火焰抛光之后，可以将瓶子排列于窑的前面，以便玻璃制品移动装置741，如圆圈741所表示的自动机械臂，可以从窑前面的放置区域拾取玻璃瓶，并将它们浸入盐浴751。可选地，可以利用向瓶子喷涂盐溶液的机械装置，或者对瓶子进行火焰抛光的装置来代替盐浴751。在一个可选实施方案中，在浸入盐溶液之前，可以将玻璃瓶701在可选的火焰抛光装置732上移过，以便对瓶子701的底部进行火焰抛光。可以以任何容许的火焰抛光速率对瓶子进行火焰抛光。
使用可选的火焰抛光装置732对瓶子进行火焰抛光并浸入盐浴751之后，可以将瓶子置于强化窑760中。在本发明的一个实施方案中，强化窑可以具有强化区段761和冷却区段762。或者，可以存在多于一个的强化区段761，和多于一个的冷却区段762。图8A中说明了一个典型的退火窑构造。在这个实施方案中，有六个退火区段和三个冷却区段。使用图8A中的退火窑与下文所述的实施例11进行对比测试。图8A中所示的常规退火窑可以包括设定值温度为555℃的第一个区域。玻璃制品可以在每个区域中保持例如3分钟。第二个区域可以具有550℃的设定值温度。第三个区域可以具有例如540℃的设定值温度。第四个区域可以具有约500℃的设定值温度。第五个区域可以具有460℃的设定值温度。第六个区域可以具有430℃的设定值温度。第七、第八和第九个区域可以分别具有320℃、200℃、和130℃的设定值温度。在比较维持窑的设定值温度低于玻璃制品温度的效果中可以使用任何已知的退火温度分布，并且优选该设定值温度介于玻璃应变点以下约150℃与大约玻璃应变点温度之间。更优选的该温度可以介于玻璃应变点以下约130℃与大约玻璃应变点温度之间。
图8B中说明了强化窑的一个实例。在这个实施方案中，有五个强化区段和四个冷却区段。强化窑可以包括各具有约500℃的设定值温度的第一、第二、第三、第四和第五个区域。第六个区域可以具有例如470℃的设定值温度。第七、第八、和第九个区域可以分别具有例如约320℃、200℃、和130℃的设定值温度。对于本发明的方法可以使用其它强化温度分布。
使用模拟工厂条件进行了多次试验。为了模拟生产线，在成型机712中成形之后，对瓶子进行预热。在一个实施例中，以每秒4”对200mL的瓶子进行火焰处理，在500℃下预热5分钟，浸入615℃的盐浴，然后在500℃在下退火窑760中强化20分钟。这个瓶子的平均温度在该处理之前是501℃而该处理之后是451℃。在另一个实施例中，以每秒4”对200mL的瓶子进行火焰抛光，并在590℃下预热5分钟。瓶子的表面温度在处理之前是501℃，而在处理之后是525℃。在另一个实施例中，以每秒4”对200mL的瓶子进行火焰抛光，在500℃的温度下预热5分钟然后浸入盐浴，该盐浴的温度是615℃。这个瓶子的温度在该处理之前是496℃而该处理之后是489℃。在又一个实施例中，以每秒4”对200mL的瓶子进行火焰抛光，然后在500℃的温度下预热。在该处理之前瓶温是494℃而在该处理之后瓶温是463℃。在又一个实施例中，仅对200mL瓶子以每秒4”进行火焰抛光。在火焰抛光之前瓶温是500℃而在火焰抛光之后的温度是471℃。在另一个实施例中，以每秒4”对200mL的瓶子进行火焰抛光，在500℃的温度下预热并在500℃的窑760中强化20分钟。在该处理之前瓶温是492℃而在该处理之后是452℃。上文提到的所有温度均是基于取自瓶子上至少三个位置的测量结果的平均瓶温。
当瓶子离开窑760之后，可以以第一个喷淋洗涤步骤开始进行可选的三步去盐过程(其中可以单独使用每一步或者与任何其它步骤相结合)。对瓶子701进行喷淋之后，通过机械臂761将它们移开并浸入温水浴中以便释放瓶701上的任何残留盐。在一个实施方案中，在浸入之后，可以再次对瓶701进行喷淋洗涤以便去除任何残留的盐。进行任何可选的洗涤步骤之后，可以用例如空气喷射将瓶子干燥。干燥之后，通过传送带790将瓶子701输出到后涂覆机(未显示)。
图9是根据本发明一个方面强化瓶子的系统中用于浸渍瓶子的机构的透视图。可以调整机械臂741使用夹持部件742来移动例如两行瓶子701。然后机械臂可以将这两行瓶子701浸入盐浴751中。瓶子701在盐浴中的浸渍可以持续例如一分钟或更少的一段时间。或者，瓶子的浸渍可以为约0.5秒至约30秒。优选地，瓶子的浸渍可以为约3秒至约5秒。在又一个优选实施方案中，瓶子的浸渍时间小于约10秒钟。经过预定的时间之后，机械臂741可以将瓶子701从盐浴751中移开。在本发明的一个实施方案中，可以对瓶子701的底部进行火焰抛光。在一个可选实施方案中，不对瓶子701的底部进行火焰抛光。
图10是在根据本发明一个方面强化瓶子的系统中用来冲洗瓶子的机械装置770的全景图。用于冲洗瓶子的系统770包括具有夹持部件772的机械臂771。在本发明的一个实施方案中，可以调整夹持部件772来夹取两行瓶子701并将它们在温水浴中清洗。在一个实施方案中，清洗槽780中的水温可以是例如90℃。如上文所述，清洗槽780中的水可以是任何接近于瓶子离开窑760时的瓶温的温度。在清洗槽780中清洗瓶子一段预定的时间之后，机械臂771可以将清洗后的瓶子701放在传送带781上以便进一步的处理。
在使用除化学离子交换方法之外所有上述强化方法的一个试验中，在该系统中的不同点记录五个瓶子的平均温度。在该方法的下列阶段记录玻璃瓶的温度玻璃料块(“A”)，玻璃坯(“B”)，取出(“C”)，机器端(“D”)，热端涂覆机之前(“E”)，热端涂覆机之后(“F”)，中心传送轮上(“G”)，窑入口处(“H”)，和窑末端(“I”)。如上文所述，这些温度测量是在未进行火焰抛光时在成型机712和传送轮722之间的传送带上进行，或者是在传送轮722与窑入口(“H”)或化学离子交换过程或窑入口处(“I”)使用的火焰抛光之间进行。
该结果代表瓶容积为200mL，300mL，330mL，350mL，和1L的五个瓶子的平均值。各个不同位置上这些不同瓶容积的结果如表1所示。
表1
200mL瓶在冷端具有0.38每英寸℃的冷却速率。成型机712与传送轮722之间的传送带的速度是每秒34”。传送轮722与窑入口之间的传送带速度是每秒26”。300mL瓶在冷端具有0.29每英寸℃的冷却速率。成型机712与传送轮722之间的传送带的速度是每秒21”。传送轮722与窑入口之间的传送带速度是每秒16”。330mL瓶在冷端具有0.40每英寸℃的冷却速率。成型机712与传送轮722之间的传送带的速度是每秒34”。传送轮722与窑入口之间的传送带速度是每秒25”。350mL瓶在冷端具有0.35每英寸℃的冷却速率。成型机712与传送轮722之间的传送带的速度是每秒22”。传送轮722与窑入口之间的传送带速度是每秒16”。1L瓶在冷端具有0.37每英寸℃的冷却速率。成型机712与传送轮722之间的传送带的速度是每秒15”。传送轮722与窑入口之间的传送带速度是每秒11”。
使用上述系统的一个优点是无需对生产线进行显著的改造，便可以建立使用本发明方法制造玻璃制品的生产设备。例如，通过添加瓶子移动装置，以及例如盐浴或喷涂装置，可以利用许多本发明的特点。另外，仅仅通过调整窑内温度，可以将退火窑用作强化窑。最后，利用本发明，可以根据待制造玻璃的要求，使用退火方法或本发明的方法选择性地制造玻璃。
实施例在此使用依照本发明的各种方法提出了多个实施例。为了模拟实际生产线上的条件，在成型机中成形之后并在浸渍和置入炉内之前对瓶子进行预热。在本发明的实际实施中，认为预热不是必须的，并且瓶子的平均温度可以接近于预热的瓶子温度。另外，如上文所述，可以使用窑(lehr)，而不是炉(furnace)。这里所指的温度是设定值温度，除非另外说明。表2显示了结合本发明使用不同炉温设定的10个试验批次的结果。
表2
在这些实施例中用于制造瓶子的玻璃类型是火石玻璃。本领域的技术人员将清楚，如果在依照本发明各种实施方案的任何方法的使用中改变用于制造玻璃制品的玻璃的类型，由于玻璃可能不同的性质，例如不同的退火温度，不同的应变点温度，和不同的所得的强度，可能需要一些优化。下表3中汇总了用于下列实施例的火石玻璃的组成。
表3
实施例1在根据本发明实施方案的第一个实施例中，在成型机中形成五个瓶子并用氧化锡热端涂层对其进行涂覆。然后对瓶子进行火焰抛光。该氧化锡涂层的厚度为40ctu。为了模拟实际生产线中可能遇到的条件，在510℃的温度下预热瓶子1分钟。预热之后，将瓶子浸入盐浴，该盐浴由50/50的KCl/KNO3组成并保持在600℃的温度下。然后将瓶子浸入盐浴1秒钟。附着在瓶子上的盐的平均重量是3.0克。附着在瓶子上的盐量是盐浴温度和放入盐浴之前瓶子温度两者的函数。浸渍之后，对瓶子进行热处理，这可以使得反应(即钠离子和钾离子之间的离子交换)的发生更有效且更容易。在温度为520℃的炉内进行该热处理20分钟。重复这个过程另外三次，以便构成总数为20个的强化玻璃瓶。另外，制造20个对照瓶。在退火炉中使用现有技术的退火工艺对20个对照瓶进行退火，但是不对其进行化学强化。
然后对这四十个瓶子进行测试以确定爆碎前瓶内可施加多大的内压。使用上述温度产生的强化瓶的平均爆碎压是739psi，相比较之下对照瓶子的平均爆碎压是427psi，产生312psi的爆碎压差。图11中的Weibull曲线图概括说明了这些结果。图11曲线图的横坐标是外加压力的量度而纵坐标代表破坏的几率。图11显示依照本发明强化的瓶子的强度大于通过现有技术的退火方法强化的瓶子。
实施例2在根据本发明实施方案的第二个实施例中，在成型机中形成五个瓶子并用氧化锡热端涂层对其进行涂覆。然后对瓶子进行火焰抛光。该氧化锡涂层的厚度为40.4ctu。为了模拟实际生产线中可能遇到的条件，在510℃的温度下预热瓶子5分钟。预热之后，将瓶子浸入盐浴，该盐浴由50/50的KCl/KNO3组成并保持在630℃的温度下。然后将瓶子浸入盐浴1秒钟。附着在瓶子上的盐的平均重量是2.6克。使用实施例1作为比较的依据，可以看到这个实施例中附着到瓶子表面上的盐较少，因为该盐浴的温度高于实施例1中所用的温度。这个关系证明附着在瓶上的盐量至少是盐浴温度的函数。浸渍之后，对瓶子进行热处理，这可以使得反应(即钠离子和钾离子之间的离子交换)的发生更有效且更容易。在温度为520℃的炉内进行该热处理20分钟。重复这个过程另外三次，以便构成总数为20个的强化玻璃瓶。另外，制造20个对照瓶。在退火炉中使用现有技术的退火工艺对20个对照瓶进行退火，但是不对其进行化学强化。
然后对这四十个瓶子进行测试以确定爆碎前瓶内可施加多大的内压。使用上述温度产生的强化瓶的平均爆碎压是738psi，相比较之下对照瓶子的平均爆碎压是433psi，产生305psi的爆碎压差。因此，这个实施例进一步说明了使用短时间盐浴随后在炉中进行一段时间热强化的好处。图12中的Weibull曲线图概括说明了这些结果。图12显示依照本发明强化的瓶子的强度大于通过现有技术的退火方法强化的瓶子。
实施例3在根据本发明实施方案的第三个实施例中，在成型机中形成五个瓶子并用氧化锡热端涂层对其进行涂覆。然后对瓶子进行火焰抛光。该氧化锡涂层的厚度为41.6ctu。为了模拟实际生产线中可能遇到的条件，在550℃的温度下预热瓶子5分钟。预热之后，将瓶子浸入盐浴。该盐浴由50/50的KCl/KNO3组成并保持在615℃的温度下。然后将瓶子浸入盐浴1秒钟。附着在瓶子上的盐的平均重量是1.5克。使用实施例1作为比较的依据，可以看到这个实施例中附着在瓶子表面上的盐较少，因为该盐浴的温度高于实施例1中所用的温度，而且瓶子的温度也高于实施例1中所用瓶子的温度。这个关系证明附着在瓶上的盐量是盐浴温度和放入盐浴之前瓶子温度两者的函数。浸渍之后，对瓶子进行热处理，这可以使得反应(即钠离子和钾离子之间的离子交换)的发生更有效且更容易。在温度为500℃的炉内进行该热处理20分钟。重复这个过程另外三次，以便构成总数为20个的强化玻璃瓶。另外，制造20个对照瓶。在退火炉中使用现有技术的退火工艺对20个对照瓶进行退火，但是不对其进行化学强化。
然后对这四十个瓶子进行测试以确定爆碎前瓶内可施加多大的内压。使用上述温度产生的瓶子的平均爆碎压是724psi，相比较之下对照瓶子的平均爆碎压是443psi，产生281psi的爆碎压差。因此，这个实施例进一步说明了，使用短时间盐浴随后在炉中进行一段时间热强化的好处。图13中的Weibull曲线图概括说明了这些结果。图13显示依照本发明方法强化的瓶子的强度大于通过现有技术的退火方法强化的瓶子。
实施例4在根据本发明实施方案的第四个实施例中，在成型机中形成五个瓶子并用氧化锡热端涂层对其进行涂覆。然后对瓶子进行火焰抛光。该氧化锡涂层的厚度为40.2ctu。为了模拟实际生产线中可能遇到的条件，在510℃的温度下预热瓶子5分钟。预热之后，将瓶子浸入盐浴，该盐浴由50/50的KCl/KNO3组成并保持在600℃的温度下。然后将瓶子浸入盐浴1秒钟。附着在瓶子上的盐的平均重量是7.2克。使用实施例1作为比较的依据，可以看到这个实施例中附着在瓶子表面上的盐较多。浸渍之后，对瓶子进行热处理，这可以使得反应(即钠离子和钾离子之间的离子交换)的发生更有效且更容易。在温度为480℃的炉内进行该热处理20分钟。重复这个过程共另外三次，以便构成总数为20个的强化玻璃瓶。在退火炉中使用现有技术的退火工艺对20个对照瓶进行退火，但是不对其进行化学强化。
然后对这四十个瓶子进行测试以确定爆裂前瓶内可施加多大的内压。使用上述温度产生的强化瓶的平均爆碎压是763psi，相比较之下对照瓶子的平均爆碎压是484psi，产生279psi的爆碎压差。因此，这个实施例进一步说明了，使用短时间盐浴随后在炉中进行一段时间热强化的好处。图14中的Weibull曲线图概括说明了这些结果。图14显示依照本发明方法强化的瓶子的强度大于通过现有技术的退火方法强化的瓶子。
实施例5在根据本发明实施方案的第五个实施例中，在成型机中形成五个瓶子并用氧化锡热端涂层对其进行涂覆。然后对瓶子进行火焰抛光。该氧化锡涂层的厚度为40.4ctu。为了模拟实际生产线中可能遇到的条件，在510℃的温度下预热瓶子5分钟。预热之后，将瓶子浸入盐浴，该盐浴由50/50的KCl/KNO3组成并保持在600℃的温度下。然后将瓶子浸入盐浴1秒钟。附着在瓶子上的盐的重量是5.6克。在盐浴中浸渍之后，对瓶子进行热处理，这可以使得反应(即钠离子和钾离子之间的离子交换)的发生更有效且更容易。在温度为520℃的炉内进行该热处理20分钟。重复这个过程共另外三次，以便构成总数为20个的强化玻璃瓶。另外，制造20个对照瓶。在退火炉中使用现有技术的退火工艺对20个对照瓶进行退火，但是不对其进行化学强化。
然后对这四十个瓶子进行测试以确定破裂前瓶内可施加多大的内压。使用上述温度产生的强化瓶的平均压力是760psi，相比较之下对照瓶子的平均压力是486psi，产生274psi的压力差。因此，这个实施例进一步说明了使用短时间盐浴随后在炉中进行一段时间热强化的好处。图15中的Weibull曲线图概括说明了这些结果。图15显示依照本发明方法强化的瓶子的强度大于通过现有技术的退火方法强化的瓶子。
实施例6在根据本发明实施方案的第六个实施例中，在成型机中形成五个瓶子并用氧化锡热端涂层对其进行涂覆。然后对瓶子进行火焰抛光。该氧化锡涂层的厚度为40ctu。在这个实施例中，不对瓶子进行火焰抛光。为了模拟实际生产线中可能遇到的条件，在550℃的温度下预热瓶子1分钟。预热之后，将瓶子浸入盐浴，该盐浴由50/50的KCl/KNO3组成并保持在615℃的温度下。然后将瓶子浸入盐浴1秒钟。附着在瓶子上的盐的平均重量是1.5克。浸渍之后，对瓶子进行热处理，这可以使得反应(即钠离子和钾离子之间的离子交换)的发生更有效且更容易。在温度为500℃的炉内进行该热处理20分钟。重复这个过程共另外三次，以便构成总数为20个的强化玻璃瓶。另外，制造20个对照瓶。在退火炉中使用现有技术的退火工艺对20个对照瓶进行退火，但是不对其进行化学强化。
然后对这四十个瓶子进行测试以确定爆碎前瓶内可施加多大的内压。使用上述温度产生的强化瓶的平均爆碎压是701psi，相比较之下对照瓶子的平均爆碎压是427psi，产生274psi的爆碎压差。因此，这个实施例进一步说明了使用短时间盐浴随后在炉中进行一段时间热强化的好处。图16中的Weibull曲线图概括说明了这些结果。图16显示依照本发明方法强化的瓶子的强度大于通过现有技术的退火方法强化的瓶子。
实施例7在根据本发明实施方案的第七个实施例中，在成型机中形成五个瓶子并用氧化锡热端涂层对其进行涂覆。然后对瓶子进行火焰抛光。该氧化锡涂层的厚度为40ctu。为了模拟实际生产线中可能遇到的条件，在510℃的温度下预热瓶子1分钟。预热之后，将瓶子浸入盐浴，该盐浴由50/50的KCl/KNO3组成并保持在600℃的温度下。然后将瓶子浸入盐浴1秒钟。附着在瓶子上的盐的平均重量是3.86克。浸渍之后，对瓶子进行热处理，这可以使得反应(即钠离子和钾离子之间的离子交换)的发生更有效且更容易。在温度为480℃的炉内进行该热处理20分钟。重复这个过程共另外三次，以便构成总数为20个的强化玻璃瓶。另外，制造20个对照瓶。在退火炉中使用现有技术的退火工艺对20个对照瓶进行退火，但是不对其进行化学强化。
然后对这四十个瓶子进行测试以确定爆碎前瓶内可施加多大的内压。使用上述温度产生的强化瓶的平均爆碎压是735psi，相比较之下对照瓶子的平均爆碎压是472psi，产生263psi的爆碎压差。因此，这个实施例进一步说明了使用短时间盐浴随后在炉中进行一段时间热强化的好处。图17中的Weibull曲线图概括说明了这些结果。图17显示依照本发明方法强化的瓶子的强度大于通过现有技术的退火方法强化的瓶子。
实施例8在根据本发明实施方案的第八个实施例中，在成型机中形成五个瓶子并用氧化锡热端涂层对其进行涂覆。然后对瓶子进行火焰抛光。该氧化锡涂层的厚度为41.2ctu。为了模拟实际生产线中可能遇到的条件，在510℃的温度下预热瓶子1分钟。预热之后，将瓶子浸入盐浴，该盐浴由50/50的KCl/KNO3组成并保持在600℃的温度下。然后将瓶子浸入盐浴1秒钟。附着在瓶子上的盐的平均重量是5.2克。浸渍之后，对瓶子进行热处理，这可以使得反应(即钠离子和钾离子之间的离子交换)的发生更有效且更容易。在温度为520℃的炉内进行该热处理20分钟。重复这个过程共另外三次，以便构成总数为20个的强化玻璃瓶。另外，制造20个对照瓶。在退火炉中使用现有技术的退火工艺对20个对照瓶进行退火，但是不对其进行化学强化。
然后对这四十个瓶子进行测试以确定爆碎前瓶内可施加多大的内压。使用上述温度产生的强化瓶的平均爆碎压是745psi，相比较之下对照瓶子的平均最大爆碎压是496psi，产生249psi的爆碎压差。因此，这个实施例进一步说明了使用短时间盐浴随后在炉中进行一段时间热强化的好处。图18中的Weibull曲线图概括说明了这些结果。图18显示依照本发明方法强化的瓶子的强度大于通过现有技术的退火方法强化的瓶子。
实施例9在根据本发明实施方案的第九个实施例中，在成型机中形成五个瓶子并用氧化锡热端涂层对其进行涂覆。然后对瓶子进行火焰抛光。该氧化锡涂层的厚度为41.0ctu。然后向玻璃施用氧化锡涂层。该氧化锡涂层的厚度为40ctu。为了模拟实际生产线中可能遇到的条件，在550℃的温度下预热瓶子5分钟。预热之后，将瓶子浸入盐浴，该盐浴由50/50的KCl/KNO3组成并保持在615℃的温度下。然后将瓶子浸入盐浴1秒钟。附着在瓶子上的盐的平均重量是1.3克。浸渍之后，对瓶子进行热处理，这可以使得反应(即钠离子和钾离子之间的离子交换)的发生更有效且更容易。在温度为500℃的炉内进行该热处理20分钟。重复这个过程共另外三次，以便构成总数为20个的强化玻璃瓶。另外，制造20个对照瓶。在退火炉中使用现有技术的退火工艺对20个对照瓶进行退火，但是不对其进行化学强化。
然后对这四十个瓶子进行测试以确定爆碎前瓶内可施加多大的内压。使用上述温度产生的强化瓶的平均爆碎压是736psi，相比较之下对照瓶子的平均最大爆碎压是506psi，产生230psi的爆碎压差。因此，这个实施例进一步说明了使用短时间盐浴随后在炉中进行一段时间热强化的好处。图19中的Weibull曲线图概括说明了这些结果。图19显示依照本发明方法强化的瓶子的强度大于通过现有技术的退火方法强化的瓶子。
实施例10在根据本发明实施方案的第十个实施例中，在成型机中形成五个瓶子并用氧化锡热端涂层对其进行涂覆。然后对瓶子进行火焰抛光。该氧化锡涂层的厚度为40.6ctu。为了模拟实际生产线中可能遇到的条件，在550℃的温度下预热瓶子5分钟。预热之后，将瓶子浸入盐浴，该盐浴由50/50的KCl/KNO3组成并保持在615℃的温度下。然后将瓶子浸入盐浴1秒钟。附着在瓶子上的盐的平均重量是1.3克。浸渍之后，对瓶子进行热处理，这可以使得反应(即钠离子和钾离子之间的离子交换)的发生更有效且更容易。在温度为500℃的炉内进行该热处理20分钟。重复这个过程共另外三次，以便构成总数为20个的强化玻璃瓶。另外，制造20个对照瓶。在退火炉中使用现有技术的退火工艺对20个对照瓶进行退火，但是不对其进行化学强化。
然后对这四十个瓶子进行测试以确定爆碎前瓶内可施加多大的内压。使用上述温度产生的强化瓶的平均爆碎压是662psi，相比较之下对照瓶子的平均爆碎压是434psi，产生228psi的爆碎压差。因此，这个实施例进一步说明了使用短时间盐浴随后在炉中进行一段时间热强化的好处。图20中的Weibull曲线图概括说明了这些结果。图20显示了依照本发明的实施方案在进行热强化之前在盐溶液浸渍瓶子的好处。图20中曲线图的横坐标是外加应力的量度而纵坐标是破坏几率的量度。
如关于实施例1-10所详述的，附着在每个瓶子表面上的盐的重量取决于至少下列因素(1)瓶温和(2)盐浴温度。基于另一组试验，认定如果附着在玻璃上的盐过少，会对玻璃强度产生不利影响。另外，当附着在玻璃上的盐量增加时，存在效果减小的明显迹象。图21所示的曲线图说明了这一点。因此，在本发明的一些实施方案中，特别是当考虑到成本时，可以在浸渍(或在另一可选实施方案中，喷涂)之前对盐浴和瓶子的温度进行调整，以便使例如约1至3克盐溶液附着在瓶上。
实施例11同时使用200mL瓶子和330mL瓶子进行另外一组试验。试验数据如下表4所示。该数据证实，离子交换期间当玻璃的温度接近，并达到玻璃的退火温度时，失去使用化学离子交换工艺强化玻璃的大部分益处。在一种情形中，处理后瓶子的爆碎压仅比对照样瓶子大17psi，并且在另一情形中，处理后瓶子的爆碎压实际比对照瓶子小1psi。因此，该数据证实，使用例如喷涂或浸渍方法向玻璃实施盐涂层之后保持玻璃温度低于退火点的相对重要性。图8A和8B中说明了用于制造处理瓶和对照瓶的强化窑布局(profile)和退火窑布局，如上所述。
表4
实施例12通过用砂子滚筒研磨15分钟，对玻璃棒进行15分钟的研磨。将第一组棒浸入48mol％ KNO3和52mol％ KCl的熔融盐浴中大约5秒钟，将它们在520℃下热处理20分钟。将第二组棒浸入45mol％ KNO3和55mol％ KCl的熔融盐浴并大约5秒钟，然后将它们在520℃下热处理20分钟。将两组棒冷却并用冷水喷淋洗去盐。这两个试验的结果如图22所示。正如所料，进行研磨而无离子交换处理的对照棒的强度小于未进行研磨且无离子交换处理的对照棒。然而，经过研磨随后进行离子交换处理的两组棒的强度远大于两组对照棒。
实施例13通过用砂子进行滚筒研磨15分钟，对玻璃棒进行15分钟的研磨。将第一组棒浸入浴温度为730℃的26.3mol％ K2SO4和73.7mol％ KCl的熔融盐浴并大约5秒钟，然后将它们在520℃下热处理20分钟。然后将第二组棒浸入浴温度为645℃的20.2mol％ K2SO4，56.7mol％ KCl和23.1mol％ KNO3的熔融盐浴并大约5秒钟，然后将它们在520℃下热处理20分钟。将两组棒冷却并用温水喷淋洗去盐。这两个试验的结果如图23所示。正如所料，进行研磨而无离子交换处理的对照棒的强度小于未进行研磨且无离子交换处理的对照棒。然而，经过研磨随后进行离子交换处理的两组棒的强度远大于两组对照棒。在K2SO4/KCl/KNO3浴中浸渍的棒的强度大于在K2SO4/KCl浴中浸渍的。
实施例14
玻璃瓶离开成型机时的温度大约为600℃。玻璃的退火点是550℃，而应变点是530℃。将瓶子退火并冷却到室温。将瓶子预热到约665℃，然后用50/50重量百分比的磷酸钾水溶液进行喷涂。然后在离子交换反应期间将瓶子保持在约500℃的温度大约45分钟。当瓶子离开强化炉时，使用冷水喷淋从瓶子上洗去盐溶液。
下表5证明了与通过现有技术方法制造的对照瓶相比，使用这个实施例所述方法制造的瓶子的优异强度特性。使用AGR摆式冲击试验机利用直棒支撑(straight bar-backstop)测量玻璃的耐冲击性。以渐进方式进行该试验，从20英寸/秒的水平开始，并以5英寸/秒的增量增加。使用一个瓶子试样测量肩部触点的耐冲击性。使用第二个瓶子试样测量跟部触点的耐冲击性。对于肩部和跟部的冲击数据，在肩部触点的周向平均分布的10个位置对每个瓶子进行冲击。
表5
虽然上述章节描述了一些实施方案，但它们目的不是以任何方式限制本发明的范围。例如，虽然描述了使用浸渍方法的特定实施方案，但是，可以使用如上文所述的喷涂方法，化学气相沉积，或火焰喷涂利用热的盐溶液涂覆玻璃。另外，虽然将向瓶子施用的所述热端涂层为氧化锡，但是可以向玻璃实施任意的涂层。或者，如上文所述，无需向玻璃实施涂层。
另外，本发明的描述是关于强化玻璃瓶进行的。本发明的方法等同地适用于强化所有类型的玻璃制品。本领域的技术人员清楚，在不背离其主旨和范围的情况下，可以在本发明的设备和方法中做出多种修改和变化。还应注意的是，不应按字面理解术语“应变点温度”和“退火点温度”的真实定义，因为本领域的技术人员清楚玻璃中的应力释放速率将取决于剪切模量，因此该定义仅仅是一个近似。这里全文引用各个专利和其它引文作为参考文献。
权利要求
1.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。
2.权利要求1的方法，其中玻璃制品的表面温度比玻璃的退火点温度至少高约25℃。
3.权利要求1的方法，其中玻璃制品在盐浴中的浸渍时间小于约1分钟。
4.权利要求1的方法，其中玻璃制品在盐浴中的浸渍时间为大约10秒或更短。
5.权利要求1的方法，其中玻璃制品在盐浴中的浸渍时间是约0.5秒至约30秒。
6.权利要求1的方法，其中玻璃制品在盐浴中的浸渍时间是约3秒至约5秒。
7.权利要求1的方法，其中该盐浴包含硝酸钾和氯化钾。
8.权利要求7的方法，其中硝酸钾的范围是40-60mol％并且氯化钾的范围是40-60mol％。
9.权利要求1的方法，其中该盐浴包含硫酸钾和氯化钾。
10.权利要求1的方法，其中该盐浴包含硝酸钾，氯化钾，和硫酸钾中至少两种的组合。
11.权利要求1的方法，其中该盐浴包含硝酸钾，氯化钾，和硫酸钾中至少两种的组合，该组合具有至少550℃的熔点。
12.权利要求1的方法，其中该盐浴具有约550℃至约750℃的温度。
13.权利要求1的方法，其中将玻璃制品维持在应变点温度和应变点温度以下约130℃之间的温度。
14.权利要求1的方法，其中该应变点温度约为530℃。
15.权利要求1的方法，该方法进一步包括在将玻璃制品浸入盐浴之前，对该玻璃制品进行火焰抛光。
16.权利要求1的方法，该方法进一步包括维持步骤之后，冷却玻璃制品，从玻璃制品上除去残留的盐并向玻璃制品的表面施用保护性耐磨损涂层。
17.一种设备，包括放置区域；玻璃制品移动装置；盐浴，该盐浴包含熔融盐，设置该玻璃制品移动装置由放置区域移动玻璃制品并将玻璃制品浸入盐浴，设置玻璃制品移动装置对表面温度至少为玻璃退火点温度的玻璃制品进行浸渍，将玻璃制品设置为保持在盐浴中少于约1分钟；和强化窑，设置强化窑将玻璃制品保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。
18.权利要求17的设备，其中设置玻璃制品移动装置将玻璃制品浸入盐浴大约10秒钟或更短。
19.权利要求17的设备，其中设置玻璃制品移动装置将玻璃制品浸入盐浴大约0.5秒至大约30秒。
20.权利要求17的设备，其中设置玻璃制品移动装置将玻璃制品浸入盐浴大约3秒至大约5秒。
21.权利要求17的设备，其中该盐浴包含硝酸钾和氯化钾。
22.权利要求21的设备，其中硝酸钾的范围是40-60mol％并且氯化钾的范围是40-60mol％。
23.权利要求17的设备，其中该盐浴包含硫酸钾和氯化钾。
24.权利要求17的设备，其中该盐浴包含硝酸钾，氯化钾，和硫酸钾中至少两种的组合。
25.权利要求17的设备，其中该盐浴包含硝酸钾，氯化钾，和硫酸钾中至少两种的组合，该组合具有至少550℃的熔点。
26.权利要求17的设备，其中设置强化窑将玻璃制品的温度保持在该玻璃的应变点温度与应变点温度以下约130℃之间。
27.权利要求17的设备，其中该应变点温度约为530℃。
28.权利要求17的设备，该设备进一步包含火焰抛光装置，设置该火焰抛光装置对玻璃制品进行火焰抛光。
29.权利要求28的设备，其中该火焰抛光装置是设置为对玻璃制品侧面进行火焰抛光的第一个火焰抛光装置，该设备进一步包含设置对玻璃制品底部进行火焰抛光的第二个火焰抛光装置。
30.权利要求17的设备，该设备包含涂覆机构，设置将玻璃制品从强化窑移去之后，向玻璃制品表面施用保护性耐磨损涂层。
31.玻璃制造设施，包含设置用于形成玻璃制品的玻璃成型机，和强化窑，该改进包括包含熔融盐的盐浴，将玻璃制品浸入该盐浴小于约1分钟，浸入盐浴时，该玻璃制品的表面温度至少高于玻璃的退火点温度；和强化窑，设置该强化窑将玻璃制品的温度保持在该玻璃的应变点温度与应变点温度以下约150℃之间至少约5分钟。
32.权利要求31的玻璃制造设施，该设施进一步包括玻璃制品处理装置，设置该玻璃制品处理装置将玻璃制品浸入盐浴。
33.权利要求31的玻璃制造设施，其中玻璃制品在盐浴中的浸渍时间为大约10秒或更短。
34.权利要求31的玻璃制造设施，其中玻璃制品在盐浴中的浸渍时间是约0.5秒至约30秒。
35.权利要求31的设备，其中玻璃制品在盐浴中的浸渍时间是大约3秒至约5秒。
36.权利要求31的玻璃制造设施，其中该盐浴包含硝酸钾和氯化钾。
37.权利要求31的玻璃制造设施，其中硝酸钾的范围是40-60mol％并且氯化钾的范围是40-60mol％。
38.权利要求31的玻璃制造设施，其中该盐浴包含硫酸钾和氯化钾。
39.权利要求31的玻璃制造设施，其中该盐浴包含硝酸钾，氯化钾，和硫酸钾中至少两种的组合。
40.权利要求31的玻璃制造设施，其中该盐浴包含硝酸钾，氯化钾，和硫酸钾中至少两种的组合，该组合具有至少550℃的熔点。
41.权利要求31的玻璃制造设施，其中设置强化窑将玻璃制品的温度保持在应变点温度与应变点温度以下约130℃之间。
42.权利要求31的玻璃制造设施，其中该应变点温度约为530℃。
43.权利要求31的玻璃制造设施，进一步包含火焰抛光装置，设置该火焰抛光装置对玻璃制品进行火焰抛光。
44.权利要求43的玻璃制造设施，其中该火焰抛光装置是设置为对玻璃制品侧面进行火焰抛光的第一个火焰抛光装置，该设备进一步包含设置对玻璃制品底部进行火焰抛光的第二个火焰抛光装置。
45.权利要求31的玻璃制造设施，进一步包含涂覆机构，设置将玻璃制品从强化窑移去之后，用于向玻璃制品表面施用保护性耐磨损涂层。
46.强化玻璃制品的方法，该方法包括由熔融玻璃形成玻璃制品，该玻璃具有退火点温度；向该玻璃制品的表面施用钾离子，其中在施用步骤期间该玻璃制品的表面温度至少是玻璃的退火点温度；和将玻璃制品的温度维持在玻璃的应变点温度与应变点温度以下约150℃之间至少约5分钟。
47.权利要求46的方法，其中通过将玻璃制品浸入盐浴不到约10秒钟来实现向玻璃制品的表面施用钾离子的步骤。
48.权利要求46的方法，其中玻璃制品在盐浴中的浸渍时间是约0.5秒至约30秒。
49.权利要求46的方法，其中通过将玻璃制品浸入盐浴约3秒至约5秒来实现向玻璃制品的表面施用钾离子的步骤。
50.权利要求46的方法，其中通过向玻璃制品的表面喷涂钾离子来实现向玻璃制品的表面施用钾离子的步骤。
51.权利要求50的方法，其中喷涂包括火焰喷涂。
52.权利要求50的方法，其中该喷涂包括静电喷涂。
53.权利要求50的方法，其中该喷涂包括粉末喷涂。
54.权利要求46的方法，其中通过化学气相沉积(CVD)来实现向玻璃制品施用钾离子的步骤。
55.权利要求46的方法，其中在施用步骤期间该玻璃制品的温度比玻璃的退火点高至少大约25℃。
56.权利要求46的方法，其中在施用步骤期间该玻璃制品的温度比玻璃的退火点高至少大约50℃。
57.权利要求46的方法，其中在施用步骤期间该玻璃制品的表面温度比玻璃的退火点高至少大约80℃。
58.权利要求46的方法，其中将玻璃制品的温度维持在应变点温度与应变点温度以下约130℃之间。
59.权利要求46的方法，其中应变点温度是大约530℃。
60.权利要求46的方法，该方法进一步包括维持步骤之后，向玻璃制品的表面施用保护性耐磨损涂层。
61.包括下列步骤的方法由熔融玻璃形成玻璃制品；将形成的玻璃制品浸入盐浴，该盐浴包含钾离子，玻璃制品的浸渍时间小于约30秒；和将玻璃制品的温度维持在玻璃的应变点温度与应变点温度以下约150℃之间至少约5分钟。
62.权利要求61的方法，其中将玻璃制品浸入盐浴约20秒或更短。
63.权利要求61的方法，其中将玻璃制品浸入盐浴约10秒或更短。
64.权利要求61的方法，其中将玻璃制品浸入盐浴大约3秒至大约5秒。
65.权利要求61的方法，其中该盐浴包含硝酸钾和氯化钾。
66.权利要求65的方法，其中硝酸钾的范围是40-60mol％并且氯化钾的范围是40-60mol％。
67.权利要求61的方法，其中该盐浴包含硫酸钾和氯化钾。
68.权利要求61的方法，该方法进一步包括在将玻璃制品浸入盐浴之前，对该制品进行火焰抛光。
69.权利要求61的方法，该方法进一步包括维持步骤之后，向玻璃制品的表面施用保护性耐磨损涂层。
70.权利要求61的方法，其中该盐浴的温度在约550℃至约750℃之间。
71.权利要求61的方法，其中将玻璃制品的温度维持在应变点温度与应变点温度以下约130℃之间。
72.权利要求61的方法，其中该应变点温度是大约530℃。
全文摘要
本发明涉及强化玻璃的方法和设备。依照本发明一个方面的方法，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。
文档编号C03C21/00GK1795149SQ200480014091
公开日2006年6月28日 申请日期2004年3月31日 优先权日2003年4月22日
发明者D·波斯图帕克, W·拉库尔斯 申请人:可口可乐公司