采用液体传导对玻璃进行热回火的设备的制作方法

本申请涉及如下申请并将其全文通过引用结合于此：2016年1月29日提交的临时申请系列第62/288,851号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,232号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,181号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,274号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,293号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,303号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,363号；2015年7月30日提交的美国申请系列第14/814,319号；2015年7月30日提交的美国申请系列第14/814,335号；2014年7月31日提交的美国临时申请第62/031,856号；2014年11月4日提交的美国临时申请第62/074,838号；2015年4月14日提交的美国临时申请第62/031,856号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,232号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,181号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,274号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,293号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,303号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,363号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,319,号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,335号；2015年10月2日提交的美国临时申请第62/236,296号；2016年1月29日提交的美国临时申请第62/288,549号；2016年1月29日提交的美国临时申请第62/288,566号；2016年1月29日提交的美国临时申请第62/288,615号；2016年1月29日提交的美国临时申请第62/288,695号；2016年1月29日提交的美国临时申请第62/288,755号。

本申请一般地涉及对玻璃进行热处理，定义为包括玻璃和玻璃陶瓷以及包含玻璃的材料，具体来说，涉及采用液体介导的热传导对玻璃进行热强化或热处理的设备和系统。

背景技术

在对包含玻璃的片材(“玻璃片”)进行热(或者“物理”)强化时，将玻璃片加热到高于玻璃的玻璃转化温度的提升温度，然后片材的表面快速冷却(“猝冷”)的同时片材的内部区域以较为缓慢速率冷却。内部区域冷却较为缓慢的原因在于，它们被玻璃的厚度和相当低的导热系数所隔绝。差异化冷却在片材表面区域中产生残留压缩应力，受到片材的中心区域中的残留拉伸应力的平衡。

玻璃的热强化不同于玻璃的化学强化，对于所述化学强化，表面压缩应力是通过诸如离子扩散之类的工艺使得玻璃靠近表面区域中的化学组成发生变化来产生表面压缩应力。在一些基于离子扩散的工艺中，可以通过使得较大的离子与靠近玻璃表面的较小离子发生交换来对玻璃的外部部分进行强化，从而在表面上或者靠近表面处赋予压缩应力(也称为负拉伸应力)。

玻璃的热强化也不同于通过结合两种类型的玻璃使得玻璃的外部部分得到强化或布置从而对玻璃进行强化的工艺。在此类工艺中，在热的时候，将具有不同热膨胀系数的玻璃组合物的层结合或层叠到一起。例如，通过将具有较高热膨胀系数(cte)的熔融玻璃夹在具有较低cte的熔融玻璃层之间，当玻璃冷却时，内部玻璃中的正张力压住外层，同样在表面上形成压缩应力以平衡正拉伸应力。

相比于未经强化的玻璃，热强化玻璃具有优势。相比于未经强化的玻璃，强化玻璃的表面压缩提供了更大的耐破裂性。强度的增加通常与表面压缩应力的量成比例。如果片材相对于其厚度具有足够的热强化水平，那么如果片材破裂的话，它通常会分成小碎片而不是具有锋利边缘的大碎片或拉长的碎片。由各种既定标准所定义的那样，破裂成足够小的碎片(或者“小片”)的玻璃可以被称作安全玻璃，或者“完全钢化(tempered)“”玻璃，或者有时简称为“钢化玻璃”。

因为强化程度取决于猝冷过程中玻璃片的表面与中心之间的温度差，所以较薄的玻璃需要较高的冷却速率以实现给定应力。此外，较薄的玻璃通常需要较高的表面压缩应力值和中心拉伸应力值以实现在破裂之后破碎成小颗粒。

技术实现要素：

本公开的方面还一般地涉及具有对其外部部分进行强化的应力分布的玻璃。玻璃(例如，玻璃片)可用于宽范围的应用。此类应用的例子包括用于窗户、工作台面、容器(例如，食物容器、化学品容器)，用作显示器装置(例如，平板、手机、电视机)的背板、前板、覆盖玻璃等，用作高温基材或支撑结构，或者其他应用。

根据本文实施方式，用于对玻璃片进行热强化的设备包括：第一散热表面；第二散热表面，散热表面之间距离为g的间隙将所述第二散热表面与所述第一散热表面间隔开；以及放置成能够将液体进料到间隙的液体进料结构，其中，距离g相对于待加工的玻璃片的厚度t足够小，从而当厚度为t的片材放在距离为g的间隙中的时候，来自片材面朝所述第一散热表面的第一表面的热传递超过20％、30％、40％或50％或者甚至更多是从片材的所述第一表面经由液体到所述第一散热表面的传导。

根据本文实施方式，设备还可包括：第一热源表面；第二热源表面，热源表面之间距离为gh的间隙将所述第二热源表面与所述第一热源表面间隔开；以及放置成能够将加热液体进料到热源间隙的加热液体进料结构，其中，距离gh相对于待加工的玻璃片的厚度t足够小，从而当厚度为t的片材放在距离为gh的热源间隙中的时候，从所述第一热源表面到片材面朝的第一表面的热传递超过20％、30％、40％或50％或者甚至更多是从所述第一热源表面经由加热液体到片材的所述第一表面的传导。

附图说明

图1是根据本公开的热回火设备的横截面图，其进行根据本公开的热回火工艺。

图2是根据本公开的热回火设备的另一个实施方式或另一个方面的横截面图，其能够进行根据本公开的热回火工艺的另一个方面。

图3是根据本公开的热回火设备的另一个实施方式或另一个方面的横截面图，其能够进行根据本公开的热回火工艺的另一个方面。

图4显示通过双侧流体轴承(例如，可根据本公开使用)所提供的压力图。

具体实施方式

在本文实施方式中，提供了如下工艺，其中，将玻璃制品(本文中，术语“玻璃”包括玻璃陶瓷)放在相对的液体轴承之间，并从一个区传送到处于不同温度的相邻区，从而主要通过跨过流体间隙的热传导对制品的表面进行加热或冷却。液体轴承可以是离散孔类型，具有或者不具有添加的补充限制器，或者它们可以是块体多孔介质类型。示例性液体是熔盐和熔融金属。在安装过程中或者是在实际热传递过程期间，液体轴承的间隙可以是可变化的(例如，可以将玻璃传送进入一个区，然后可以以规定的速率打开或关闭间隙，以实现作为时间函数的所需的热传递曲线)。

此外，实施方式包括通过液体轴承支撑的制品，所述制品以规定的速度穿过热交换区域，所述热交换区域包括热传递陆地，从而主要通过跨过液体间隙的热传导来对制品的表面进行加热或冷却。

相比于通过浸入液体浴(无论进行搅拌或者任意其他方式搅动或流动与否)或者通过喷洒或任意其他方式与移动液体接触所能够实现的情况，本文实施方式实现了以更高、更均匀、更确定和更可控的热传递(加热或冷却)速率对制品进行热加工。在玻璃制品倾向于在它们的热处理的不同阶段过程中发生变形和翘曲的情况下，本文实施方式实现了在没有使得制品与固体形式(例如，辊、格栅等)发生接触的情况下进行热加工，同时通过液体轴承的置于中心行为的刚度限制了制品处于所需的形状。

本文实施方式包括采用可以量化建模且通常比离子交换更简便的工艺和设备来对薄玻璃片(片材)进行强化(热回火)。相比于其他热回火方法，本文实施方式实现了来自片材或制品的更高的冷却热传递速率，从而实现了更高的热回火程度。相比于用于常规玻璃回火所采用的对流喷射空气冷却所能实现的情况，这还提供了更高的回火均匀程度。

图1显示片或制品100的示意图，所述片或制品100置于相对的加热液体轴承20a和20b的相对第一和第二表面22a、22b之间，以及置于冷却液体轴承30a和30b的相对第一和第二表面26a、26b之间。轴承20a、20b、30a、30b分别通过合适的装置供给液体，在该实施方式中，是通过泵42将来自储器40的液体41经由导管44传送到相应的高压间25a、25b、29a、29b。希望通过来自相对轴承的相对液体压力，使得片材100位于相应轴承表面之间的中心处。液体轴承可以是离散孔类型，具有或者不具有添加的补充限制器，或者它们可以是块体多孔介质类型。

对于热强化，可以首先在加热液体轴承20a、20b之间将片材100加热到高于片材所包含的玻璃的玻璃转化的温度，然后如图所示以及箭头a方向进行传送，从而在冷却液体轴承30a、30b之间冷却到低于玻璃转化的温度。

作为所示实施方式的替代实施方式，四个轴承元件的液体可以分别是不同的。

在使用熔融盐或金属作为轴承液体的实施方式中，使用加热元件(例如，嵌入液体轴承20a、20b、30a、30b中的筒式加热器24、28)将两对液体轴承20a&20b、30a&30b控制到不同设定点温度，所述设定点温度高于(相应的)轴承液体熔点。任选地，可以在沿着通向加热液体轴承20a、20b的导管43的位置采用额外的加热器50。如果不需要加热来防止轴承液体的固化的话，则通过可以按需对任一轴承进行加热或冷却，以实现对于所需热加工最有利的温度。在这种情况下，作为替代实施方式，图1的附图标记28可以表示例如冷却剂通道而不是筒式加热器，来为冷却液体轴承30a、30b提供冷却。

在安装过程中或者是在实际热传递过程期间，两对液体轴承的间隙g、gh的尺寸可以是相同或不同的(如所示)，并且可以是相互独立地发生变化(例如，可以将玻璃传送进入一个区，然后可以以规定的速率打开或关闭间隙，以实现随时间所需的热传递曲线)。片材100可以从一对轴承传递到下一对轴承，从而以所需的热传递速率引起其温度的变化。

根据图1，(显示为插入物的)片材100具有厚度t以及第一和第二(主)表面101和102。可用于对玻璃片(100)进行热强化的设备(10)的特征包括：第二散热表面(26a)；第二散热表面(26b)，散热表面之间的间隙g将所述第二散热表面(26b)与所述第一散热表面(26a)分隔开；以及放置成能够将液体进料到间隙g的液体进料结构(40、42、44、27a、27b)。间隙g的尺寸相对于玻璃片(100)的厚度t足够小，从而当厚度为t的片材(100)放置在间隙g中的时候，来自面朝第一散热表面(26a)的片材(100)的第一表面(101)的热传递超过20％是从片材(100)的第一表面(101)经由液体到第一散热表面(26a)的传导。可能希望通过热传导实现的来自第一表面的热传递的百分比甚至更高，例如大于30％、大于40％、大于50％、大于60％、大于70％、大于80％、以及甚至大于90％的热传导。间隙g与片材100的厚度t之间的尺寸差异g-t可以合乎希望地小于500um或甚至更小，例如，小于400um、小于300um、小于200um、小于100um、小于90um、小于80um、小于70um、小于60um、小于50um、以及甚至小于40um。

在本文实施方式中，液体进料结构还包括在第一散热表面26a中的一个或多个液体进料开口23，如图1所示。在替代实施方式中，例如参照图3所述的那些，第一散热表面(和/或第一热源表面)不包括液体进料开口。根据其他替代实施方式，第一和第二散热表面26a、26b可以是平坦的，或者可以是分别具有单轴曲率的弯曲，或者可以是分别具有双轴曲率的弯曲。

此外，根据图1所示的实施方式，设备10还可包括：第一热源表面(22a)；第二热源表面(22b)，通过热源间隙gh将所述第二热源表面(22b)与所述第一热源表面(22a)分隔开；以及放置成能够将液体进料到热源间隙的液体进料结构(40、42、44、25a、25b)(在图1所示的实施方式中，用于第一和第二热源表面的液体进料结构与用于散热表面是基本相同的结构，但不一定是这种情况)。热源间隙gh相对于玻璃片(100)的厚度t足够小，从而当厚度为t的片材(100)放置在热源间隙gh中的时候，来自面朝片材(100)的第一表面(101)的第一热源表面(22a)的热传递超过20％是从第一热源表面(22a)经由液体到片材(100)的第一表面(101)的传导，合乎希望地是超过30％、40％、50％、60％、70％、80％、以及甚至超过90％。

可以将片100形式的制品从一个区传递到下一个区，其速度可以合乎希望地产生对材料进行加工有利的热条件。例如，可以使用如下速度，速度大到相比于材料一旦完全浸入下一个区中的温度状态变化，在过渡过程中的温度状态变化是可忽略不计的；或者，可以使用缓慢的速度，使得对应片材在系统中所处的位置的温度状态之间具有明显差异；以及可以采用这两个极端情况之间任意合乎希望的速度。

图2显示本公开的另一个实施方式的示意图，其包括设备10，其中，待加工的制品或片材100从气体轴承60a、50b传递到中心液体轴承70a、70b，然后传递到第二对气体轴承80a、80b。气体高压室65a、65b帮助将气体g分配到气体轴承60a、60b。类似地，气体高压室85a、85b帮助将气体g分配到气体轴承80a、80b。液体高压室75a、75b帮助将液体l分配到液体轴承70a、70b。可以在每个轴承60a、60b、70a、70b、80a、80b中包括通道c(每个轴承中标记处4个通道)，并且可以用作热交换流体的通道或者筒式加热器的位置等的温度控制。

类似于所述的实施方式，液体或气体轴承可以是离散孔类型，具有或者不具有添加的补充限制器，或者它们可以是块体多孔介质类型轴承。每组轴承的温度和间隙可以是不同的。

从气体轴承60a、60b、80a、80b发射出来的加压气体防止液体l进入气体轴承之间的间隙，并且还起到当片材离开液体轴承区域时从片材剥除液体的作用。类似地，从液体轴承70a、70b发射出来的液体防止气体进入液体轴承间隙。

在不同类型的轴承之间的过渡处产生的液体/气体混合物可以在室62中聚集，所述室62位于不同类型的轴承之间，并且所述液体/气体混合物经由通道64从室62作为排出物e排出或撤出。排出的液体-液体混合物可以返回到(未示出的)储器，在该位置，可以使得气体分离，以及然后可以对液体进行温度控制和再循环。

片材可以从一对轴承传递到下一对轴承，例如以箭头a所示方式，从而以规定的热传递速率引起其温度的变化。如之前所述的实施方式那样，在该实施方式中，可以将进行处理的材料或片100从一个区传递到下一个区，其速度可以合乎希望地产生对材料进行加工有利的热条件。例如，速度大到相比于材料一旦完全浸入下一个区中的温度状态变化，在过渡过程中的温度状态变化是可忽略不计的；缓慢的速度，使得对应片材在系统中所处的位置的温度状态之间具有明显差异；以及这两个极端情况之间任意合乎希望的速度。

图3显示另一个替代实施方式的示意图。在图3的设备10中，当片材100进行加工时(例如，箭头a所示的方向)，其首先是位于相对气体轴承60a、60b之间的中心处，然后传递通过区域r，在该位置，液体l经由管道67供给到室62，循环穿过热传递陆地90。然后，随着片材以箭头a方向前进，片材100被相对气体轴承80a、80b接收。(在所示的实施方式中，两种尺寸的)通道c可以被包含在气体轴承60a、60b、80a、80b中，用于热控制。类似地，通道c还可以被包含(并且是合乎希望地被包含)在紧密靠近热传递陆地90，用于从陆地90去除热量(或者，在一些实施方式中，向陆地90提供热量)。

类似于各种其他实施方式，气体轴承可以是离散孔类型，具有或者不具有添加的补充限制器，或者它们可以是块体多孔介质类型。从气体轴承60a、60b、80a、80b发射出来的气体防止液体l进入气体轴承之间的间隙。类似地，离开区域r的液体防止气体进入热传递陆地90之间的间隙。所得到的液体/气体混合物可以在室62中收集，并以排出物e的形式通过通道64排除或撤出。如图2的实施方式，排出物e的气体-液体混合物可以返回到(未示出的)储器，在该位置，可以使得气体分离，以及然后可以对液体进行温度控制和再循环。

在该实施方式中，因为如果片材100偏离中心的话，发生液体热传递的区域不是能够使片材100强烈地居于中心这个意义上而言的轴承，所以片材100优选在箭头a的方向上是足够长的，从而跨越第一对空气轴承60a、60b和第二对空气轴承80a、80b，以居于中心。

在上文所述的实施方式中，片材可以是固定长度的离散片，或者作为替代，它们可以是比所提供的轴承系统更长的连续片的形式。

上文所述的各种设备实施方式和替代形式实现了本文参照图1和2所述的玻璃片的强化工艺。该工艺包括：至少部分通过液体(41或l)的流或压力在玻璃片100的第一表面101上支撑至少一部分的玻璃片100，所述液体(41或l)被传递到第一表面101与第一散热表面26a、76a之间的第一间隙104，所述第一散热表面26a、76a包括固体，其中，片材100包括如下玻璃或者由如下玻璃构成，所述玻璃具有玻璃转化温度，以及片材100所处的温度大于玻璃的玻璃转化温度；以及对片材100的第一表面101进行冷却，超过20％的所述冷却是通过经由液体跨过所述第一间隙104从片材100的第一表面101到第一散热表面26a、76a的热传导。

该工艺可额外地包括：使得至少一部分的玻璃片100在其第二表面102上至少部分地与液体41、l的流或压力接触，所述液体41、l被传递到第二表面102与第二散热表面26b、76b之间的第二间隙106，所述第二散热表面26b、76b包括固体；使得片材100的第二表面102冷却，超过20％的所述冷却是通过经由液体跨过所述第二间隙106从片材100的第二表面102到第二散热表面26b、76b的热传导。

上述工艺可额外地包括：在片材100冷却之前，对片材100的第一表面101进行加热，超过20％的所述加热是通过经由流体41、l跨过第三间隙108从第一热源表面22a、60a到片材100的第一表面101的热传导；以及在片材100冷却之前，对片材100的第二表面102进行加热，超过20％的所述加热是通过经由热传导流体41、g跨过第四间隙110从第二热源表面22b、60b到片材100的第二表面102的热传导。如同图1的实施方式，流体可以是液体41，或者如同图2的实施方式，流体可以是气体g。

根据参照图1、2和3的工艺实施方式，本文所揭示的工艺还可包括：对片材100进行冷却，该片材包括如下玻璃或者由如下玻璃构成，所述玻璃具有玻璃转化温度t(单位是℃)，其中，(a)当片材的温度高于t时开始冷却，和(b)在所述冷却期间的某些点时，超过20％的所述冷却是通过经由液体41、l到达包括固体的散热表面26a、66a、90的热传导进行的。参照图1、2和3的工艺还可包括：在片材100冷却之前，加热片材100，其中，加热的进行是如下方式：在所述加热期间的某些点时，超过20％的所述加热是通过经由流体41、g从热源表面22a、66a到片材100的热传导。

此外，根据参照图1、2和3的工艺实施方式，提供了对制品进行热处理的工艺，该工艺包括：对制品进行加热或冷却，在所述加热或冷却的至少一些时间期间，至少50％的所述加热或冷却是通过经由流体到达包括固体的散热表面的热传导进行的。

在任意上述工艺中，希望进行冷却至低于t±0.20t℃、或者t±0.10t℃、或者t±0.05t℃或t℃的温度。此外，在任意上述工艺中，希望通过热传导进行的冷却的百分比甚至高于大于20％，例如大于30％、40％、50％、60％、70％、80％或者甚至大于90％，或者甚至最高至99％或者更高的热传导。类似地，在任意上述工艺中，希望通过热传导进行的加热的百分比甚至高于大于20％，例如大于30％、40％、50％、60％、70％、80％或者甚至大于90％，或者甚至最高至99％或者更高的热传导。

本公开的工艺和设备实施方式采用窄间隙上的传导，所述窄间隙填充了流体来向材料传递热量或者从材料传递热量，合乎希望地，向玻璃片形式的玻璃材料传递热量或者从璃片形式的玻璃材料传递热量。对于诸如流体轴承中存在的流体间隙，热传递速率的传导分量是由间隙中的流体的导热系数、间隙的尺寸、以及间隙中的材料和轴承的材料的温度所决定的：

其中，q传导是热传递速率，ag是部件的投射面积(长度乘以宽度)，tg是材料表面的温度，tb是轴承表面的温度，以及k是间隙中的流体的导热系数。由于大部分的流体具有依赖于温度的导热系数，更一般的关系式如下：

下面显示供参考的是对于一些常见气体的导热系数与温度的关系。

表1

由于大部分气体的导热系数与温度是非常线性的关系，非常好的近似是使用等式1和以平均温度(tb+tg)/2估算的气体的导热系数。对于一些常见玻璃组合物的加工，轴承近似处于室温时，该平均温度近似是377℃。下面显示的是在该温度估算的各种气体的平均导热系数以及与采用空气可实现的传导率进行对比。

表2

如所示，具有强烈的动机使用氦气或氢气。因为(不同于氢气)氦气是惰性且不可燃的，它是该工艺非常需要的气体。但是，其是昂贵的，并且供给可能是不确定的。因此，存在动机对设备进行设计以尽可能少得使用或者避免使用高导热系数气体。

本公开提供了使用液体作为填充间隙的热传递流体。对于该液体的一些要求和希望是：它是经济、健康、节能的，并且在所需的运行温度是稳定的。还希望液体具有高导热系数，从而可以使用较大间隙，和/或可以产生较高热传递速率。一个额外希望的质量在于，当以所需热传递速率在间隙传递运行时，液体可用作具有合理流速的静压轴承流体，其可适用于具有低泵送功率要求的常规泵送系统，以及由于片材与液体之间的对流所导致的热传递相对于跨过间隙的传导项而言是小的。

这项工作的一个特别重点是对玻璃进行热回火，这是一种玻璃温度通常在630℃至900℃范围内的工艺。可用于这些温度而不发生相变或降解的液体包括熔盐和熔融金属。例如，列出的具有相关材料性质的熔融盐和金属见表3所示。

表3

无论是对于加热或冷却而言，对于传导和对流的相对贡献，跨过间隙的热传递速率的对流分量qconv可以是如下：

其中，是流体的质量流速，cp是流体的比热容，ts是材料的表面温度，ths是散热(轴承)的表温度，ti是流体当其流入间隙时的入口温度，以及e是间隙中流动的气体与片材表面和散热表面/热源表面(“间隙壁”)之间的热交换有效性。e的值从0(表示零表面-气体热交换)到1(表示气体完全达到表面的温度)。通过e-ntu方法合乎希望地计算用于等式(3)的e值，这是热传递领域技术人员所理解的。

但是，通常来说，如果片表面与散热表面/热源表面之间是小间隙和/或流体流速乘以热容量是小的话，则e值会非常近似等于1，意味着平均来说，在流体离开间隙之前，其对任一侧的两个表面上的平均温度的加热是近似完全相等至完全相等的。假定e＝1(只是略微高估了对流传热的速率)以及流体通过散热表面/热源表面供给到间隙，可以假定间隙中的流体的起始温度与散热表面/热源表面的温度是相同的(ti＝ths)。然后可以将由于对流导致的热传递速率简化为：

为了在间隙的区域中主要通过传导对片材进行冷却(或进行加热，假设进行加热时来自热源的辐射量不是太高)，则要求：

qcond>qconv(5)

(17)与等式(13)和(16)结合，得到如下条件：

当保持这种情况时，会基本上确保在所讨论的间隙区域中主要通过传导对片材进行冷却(或加热)。因此，流体的质量流速应该小于2kag/gcp或2k/gcp每平方米间隙面积。在一个实施方式中，其中，b是对流冷却与传导冷却之比。如本文所用，b是小于1且大于0的正常数。

在大多数情况下，希望使得到达轴承的流体的流量最小化。在所有情况下，泵送功率要求以及泵送单位的尺寸及其功率供给要求与流量成比例。通常还希望使得热传递的对流部分最小化，因为轴承流速可能无法在进行加工的片材的横向尺度上是足够空间均匀的；通过使得轴承间隙非常均匀和使得对流项可忽略不计，热传递速率的均匀性会是非常好的。

在大多数情况下，出于与运输相关和薄材料中可能发生的屈曲引起的重力载荷最小化相关的实际原因，制品的加工会是使其最薄尺度是水平的。在这种情况下，流体轴承所需的流速的有用标准是提供足够的中心化刚度，从而当诱发重力时，部件会保持在流体轴承的中心平面的一定小的百分比内，从而确保在材料的热一侧上发生近似相等的热传递速率。例如，允许制品移动偏离轴承间隙的中心5％。

考虑片材被块体多孔类型流体轴承支撑。绕着片材的中心平面具有对称性。流体轴承设计领域的技术人员能够计算间隙中的流体流动和压力。通常会将通过多孔介质的流体以达西流体进行建模。对于通过多孔介质的一维气体流体，其中，流体动力学主要是通过多孔介质的微裂隙的粘性效应，可以使用达西定律来计算局部流体速度：

其中，k是多孔介质的可渗透性，μ是气体的动态粘度，以及dp/dx是流动方向中的局部压力梯度。可以将该等式重写为更适合积分的形式：

可以从质量流速计算局部速度u：

其中，是质量流速，ρ是气体密度，以及a是气体流体的面积。当多孔介质中的压力下降时，气体的质量流速必须保持恒定。将等式(9)代入等式(8)：

对于理想气体，ρ＝p/rt，其中，r是气体常数，以及t是气体的温度。代入等式(10)：

对该等式进行积分以及记录入口处压力等于p1和出口处压力等于p2的边界条件，得到：

其中，h是多孔介质的高度或厚度。重写该等式求解质量流速，得到：

这是一维可压缩理想气体流体通过多孔介质的通式解，其中，粘性效应是气体流体中的压力摩擦损失的主要原因。

图4显示代表性流体轴承计算的结果，其中，已经对多孔介质的性质(厚度和可渗透性)以及轴承间隙进行选择，以产生使得轴承刚度最大化的近最优设计。在该情况下，p是间隙中的流体的表压(gagepressure)，以及po是高压室供给的表压。如所示，当轴承未承载时(无重力)，中心压力近似是0.78乘以高压室压力。随着轴承承载的重力足以使得片材移动偏离其轴承间隙中心5％时，底部间隙中的压力增加，以及顶部间隙中的压力降低。这是该压力差在轴承面积上的积分，用于计算平衡部件重量的净作用力。

图4是对于典型运行条件计算得到的片材与多孔介质流体轴承之间的间隙中的标准化压力的代表图。注意到p是间隙中的表压，以及po是高压室表压。中间轨迹202是轴承未负载时(相当于轴承中的无重量片)的顶表压和底表压的图。底轨迹201是顶表压图，以及顶轨迹203是底表压图，轴承承载重力。

考虑表4所示的各种流体(气体和液体)的代表性计算。在所有情况下，支撑的片材是玻璃，密度为2500kg/m³，厚度为1mm，以及横向尺度为58mm和114mm。当其进入流体轴承时，初始玻璃温度是700℃。在每种情况下，进行轴承计算以确定流体需要多少流速来保持该部件在轴承间隙的中心的5％内。对于每种材料，通过计算浮力来补充流体轴承中的部件重量：

其中，f净是轴承必须抵抗的净作用力，a是片材的投射面积，ρ片是片材的密度，ρ流体是流体的密度，a是由于重力产生的加速度(近似9.81m/s²)，以及t是片材厚度。通过如下方式计算离开间隙的流体的雷诺数：

其中，ρ流体是在间隙出口处估算的流体密度，μ是在离开间隙的流体的温度下估算的流体动态粘度。使用2g值(g是间隙的宽度)作为流体流的水力直径；流体动力学领域技术人员已知对于平行板流动，当雷诺数近似为2300时，流动变为湍流。希望间隙中的流动保持在层流状态，从而它是确定性的并且可以用简单的流体流动方程建模，但不一定是这样。在表4所示的非常高度传导性流体金属的一些情况下，选择轴承间隙是尽可能得大，同时保持出口处的雷诺数小于2300。所示的结果是使得尺度为1mmx58mmx114mm，密度为2500kg/m³的玻璃片浮起来的计算得到的流体轴承设计参数，所述玻璃片从700℃的初始起始温度开始冷却。

表4

在一些情况下，可能希望相比于传导相，使得热传递的对流部分降低到非常低的水平。可以采用例如如图3所示的构造。在该情况下，消除了对片材进行支撑的需求，以及可以将流速下调至非常低的值。示例性计算如表5所示。在所有情况下，对流速进行选择，使得对流近似为1％的传导。计算跨过热传递陆地的流动条件(例如，上文关于图3所示和所述)，其中，尺寸为1mm厚x58mm长度(进入附图页面的方向)的玻璃片从700℃的初始起始温度开始冷却。

相比于可能的任意其他方法，本公开提供了更高热交换速率(更高有效热交换系数)的特别优势，同时避免或者最小化了(由于采用的液体层的小的厚度尺寸导致的)热驱动对流影响。这种组合能够同时产生热强化玻璃片中与厚度相关的更高的应力(和由此得到的更高的强度)以及该应力水平下更高的应力均匀性。此外，可以产生较高强度玻璃产品，同时避免he供给的潜在的成本和不确定性。对说明书作为整体进行回顾，其他方面和优点会是显而易见的。

表5

各种示例性实施方式中所示的设备、制品和材料的构造和布置仅是示意性的。虽然在本公开中仅描述了一些实施方式，但是许多改进是可行的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例，参数值、安装布置、材料的使用、取向)，这没有从本质上背离本文所述主题的新颖性教导和优势。例如，根据本文所述的方法，平坦玻璃制品和曲面玻璃制品都可以进行回火。显示为整体形成的一些元件可以由多个部件或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且可以改变或更改离散元件或位置的性质或数量。任意过程、逻辑算法或方法步骤的顺序或序列都可根据替换的实施方式而改变或重新排序。在不脱离本发明技术范围的情况下，可以对各种示例性实施方式的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。