專利名稱：玻璃板及其淬火方法
技術領域：
本發(fā)明涉及易于進行加熱淬火(temper)的玻璃板及其淬火方法。
背景技術：
用普通鈉鈣硅酸鹽(soda lime silicate)制成的玻璃板一般用作加熱淬火玻璃的基板。這種淬火玻璃通常是把基板加熱到預定的初始玻璃淬火溫度后進行急冷制得。在許多情況下，這種急冷是對加熱的玻璃板吹空氣。
近年來，為了減少汽車的重量，需要用更薄的玻璃板制造汽車窗玻璃。然而，如果玻璃板的厚度為2-3毫米，需要大大提高淬火度，且不能使用常規(guī)的方法。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種玻璃板及其淬火方法。這種玻璃板的厚度即使為3-3毫米，也易于進行淬火。
為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種玻璃板的淬火方法，該玻璃板的厚度為2-3毫米，50-300℃間的平均線性熱膨脹系數(shù)至少為88×10-7/℃，軟化點為715-740℃，該方法包括把玻璃板從粘度為109-1010泊的初始玻璃淬火溫度急冷到粘度為1012泊的溫度，使傳熱系數(shù)h(W/m2K)滿足如下公式(1)，式中t(毫米)是玻璃板的厚度h＞4970.5-3149.9t+550.3t2式(1)。
本發(fā)明還提供一種玻璃板的淬火方法，該玻璃板的厚度為2-3毫米，50-300℃間的平均線性熱膨脹系數(shù)至少為88×10-7/℃，軟化點為715-740℃，該方法包括把玻璃板從粘度為109-1010泊的初始玻璃淬火溫度急冷到粘度為1012泊的溫度，使傳熱系數(shù)h(W/m2K)滿足如下公式(2)，式中t(毫米)是玻璃板的厚度h＞2123.6.t-1.4641式(2)。
本發(fā)明還提供一種玻璃板的淬火方法，其中對具有如下組成的玻璃板進行淬火
SiO266.0-74.0％質量Al2O31.5-4.0％質量CaO 7.0-10.0％質量MgO 3.8-6.0％質量Na2O 12.6-14.6％質量和K2O0.4-2.0％質量這些組分的總量至少為96％質量，且SiO2+Al2O370.0-74.4 ％質量CaO+MgO 12.0-14.5％質量Na2O+K2O 13.5-15.5％質量本發(fā)明還提供一種玻璃板的淬火方法，其中對具有如下組成的玻璃板進行淬火Al2O32.0-4.0％質量CaO+MgO 12.5-14.5％重量CaO/MgO(質量比) 1.7-2.2另外，上述玻璃板的厚度優(yōu)選為2-3毫米。該玻璃板優(yōu)選是用常規(guī)浮法玻璃生產法制成的玻璃板。上述的玻璃板也可較好用作汽車的窗玻璃。
本發(fā)明還提供一種具有如下組分的玻璃板SiO266.0-74.0％質量Al2O32.0-4.0％質量CaO 7.0-10.0％質量MgO 3.8-6.0％質量Na2O12.6-14.6％質量和K2O 0.4-2.0％質量這些組分的總量至少為96％質量，且SiO2+Al2O370.0-74.4 ％質量CaO+MgO 12.0-14.5％質量Na2O+K2O 13.5-15.5％質量CaO/MgO(質量比) 1.7-2.2優(yōu)選實施方式現(xiàn)在，參照一些優(yōu)選實施方式詳細描述本發(fā)明。
用于本發(fā)明淬火方法的玻璃板在50-300℃溫度間的平均線性熱膨脹系數(shù)至少為88×10-7/℃。如果平均線性熱膨脹系數(shù)低于這個值，玻璃板的易淬火性就會變差。平均線性熱膨脹系數(shù)較好至少為89×10-7/℃，最好至少為90×10-7/℃。然而，在許多情況下，具有極高平均線性熱膨脹系數(shù)的玻璃與常用的鈉鈣硅酸鹽玻璃(soda lime silicate glass)相比具有明顯不同的物理性質，如軟化點。因此，為了使用這種玻璃，必須改變生產方法，而這是不切實際的。50-300℃溫度間的平均線性熱膨脹系數(shù)的上限實際上為92×10-7/℃，最好為91×10-7/℃。
另外，用于本發(fā)明淬火方法的玻璃板的軟化點為715-740℃。該軟化點定義為按JIS R3104所述測試方法測得的溫度。如果軟化點超過這個范圍，必須改變現(xiàn)有的生產方法。特別是在一同使用熱淬火步驟中會結晶的陶瓷顏料情況下，可能必須使用組成與常規(guī)陶瓷顏料不同的陶瓷顏料，如結晶溫度不同的陶瓷顏料。在某些情況下，這是不利的。該軟化點較好至少為720℃，最好為725℃。另外，該軟化點至多為735℃，最好至多為730℃。
另外在本發(fā)明中，玻璃板從粘度為109-1010泊的初始玻璃淬火溫度急冷到粘度為1012泊的溫度，使傳熱系數(shù)h(W/m2K)滿足上述的公式(1)或(2)，式中t(毫米)是玻璃板的厚度。在本發(fā)明中，滿足公式(2)比滿足公式(1)更佳。
如果初始玻璃淬火溫度高于粘度為109泊的溫度，玻璃板就軟化得過分，從而不能保持光學質量。優(yōu)選的是，初始玻璃淬火溫度至多為粘度為109.3泊的溫度。另一方面，如果初始玻璃淬火溫度低于粘度為1010泊的溫度，玻璃板的易淬火性較差。初始玻璃淬火溫度較好至少是粘度為109.7泊的溫度。
另外，如果急冷時的傳熱系數(shù)不滿足上述的公式(1)或(2)，玻璃板的淬火會不充分。
公式(1)和(2)用如下方法得到，即計算從660℃急冷線性熱膨脹系數(shù)為90×10-7/℃和厚度分別為2.25毫米、2.5毫米和2.8毫米的玻璃板時產生中平面上預定拉伸殘余應力時的傳熱系數(shù)，然后按Narayanaswamy.O.S.，Journal ofthe American Ceramics Society，第61卷第3-4期(1978)第146-152頁所述的方法將所得的各自傳熱系數(shù)進行拋物線擬合。這里玻璃板厚度為2.8毫米時，中平面預定的拉伸殘余應力為50MPa；厚度為2.5毫米，中平面預定的拉伸殘余應力為51MPa；厚度為2.25毫米，中平面預定的拉伸殘余應力為54MPa；且可假定，當引起這種中平面拉伸殘余應力時，玻璃板已被充分淬火。
具體地說，本發(fā)明的玻璃板優(yōu)選具有如下的組成
SiO266.0-74.0％質量Al2O31.5-4.0％質量CaO 7.0-10.0％質量MgO 3.8-6.0％質量Na2O12.6-14.6％質量和K2O 0.4-2.0％質量這些組分的總量至少為96％質量，且SiO2+Al2O370.0-74.4％質量CaO+MgO 12.0-14.5％質量Na2O+K2O 13.5-15.5％質量現(xiàn)在詳細描述各組分以及這些組分的上下限。
SiO2是一個獲得耐候性的組分。如果它低于66.0％質量，耐候性就會降低。它更好至少為67.0％質量。另外，如果它超過74.0％質量，粘度會增高，從而難以熔制。它更好至多為73.0％質量，最好至多為72.0％質量。
Al2O3是一個獲得耐候性的組分。如果它低于1.5％質量，耐候性就會降低。它更好至少為1.7％質量，最好至少為1.8％質量。另外，如果它超過4.0％質量，粘度會增高，從而難以熔融。由此觀點，它更好至多為3.5％質量，最好至多為3.3％質量。
CaO是一個促進原料熔融能力的組分，且如果它低于7.0％質量，則熔融能力可能降低。它更好至少為7.4％質量，最好至少為8.4％質量。另外，如果它超過10.0％質量，玻璃可能會析晶，且形成浮法玻璃的穩(wěn)定性可能降低。它更好至多為9.8％質量，最好至多為9.6％質量。
MgO是一個促進原料熔融能力的組分，且如果它低于3.8％質量，則熔融能力可能降低。它更好至少為4.0％質量，最好至少為4.2％質量。另外，如果它超過6.0％質量，玻璃可能會析晶，且形成浮法玻璃的穩(wěn)定性可能降低。它更好至多為5.8％質量，最好至多為5.6％質量。
Na2O是一個促進原料熔融能力的組分，且如果它低于12.6％質量，則熔融能力可能降低。它更好至少為12.8％質量，最好至少為13.0％質量。另外，如果它超過14.6％質量，耐候性可能降低。它更好至多為13.8％質量，最好至多為13.6％質量。
K2O是一個促進原料熔融能力的組分，且如果它低于0.4％質量，則熔融能力可能降低。它更好至少為0.5％質量，最好至少為0.9％質量。另外，如果它超過2.0％質量，耐候性可能降低，且玻璃板的成本可能增加。它更好至多為1.8％質量，最好至多為1.6％質量。
在本發(fā)明玻璃板的組成中，SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O的總量較好至少為96％重量。如果低于這個值，它的物理性質會偏離常用鈉鈣硅酸鹽玻璃的性質，且可能必須顯著改變常規(guī)玻璃板的生產方法。
另外，SiO2和Al2O3的總量較好至少為70.0％質量，以便防止軟化點的降低，且較好至多為74.0％質量，以便防止線性熱膨脹系數(shù)和因而易淬火性的降低。CaO和MgO的總量較好至少為12.0％質量，以便防止線性熱膨脹系數(shù)和因而易淬火性的降低，且較好至多為14.5％質量，從而防止軟化點的降低。NaO和K2O的總量較好至少為13.5％質量，以便防止線性熱膨脹系數(shù)和因而易淬火性的降低，且較好至多為15.5％質量，從而防止軟化點的降低。
另外，在不損害本發(fā)明效果的范圍內，可以用SrO或BaO代替CaO或MgO。還有，在不損害本發(fā)明效果的范圍內，可以用LiO2代替Na2O或K2O。
另外，在不損害本發(fā)明效果的范圍內，可以在本發(fā)明的玻璃板中加入能改善透光性和吸收功能的著色組分作為例如精制劑(refining agent)的其余組分，如Fe2O3、CoO、Se、NiO、Cr2O3、MnO、V2O5、TiO2、CeO2、SnO、ZnO和SO3。
粘度為109泊的溫度與粘度為1012泊的溫度之差(下文中稱為“淬火粘度溫差”)可用作表示玻璃板易淬火性的一個量度。如果淬火粘度溫差小，易淬火性會改善。具體地說，淬火粘度溫差較好至多為100℃，最好至多為95℃。然而，在許多情況下，淬火粘度溫差極小的玻璃與常用鈉鈣硅酸鹽玻璃相比可能有明顯不同的物理性質，如軟化點，所以使用這種玻璃時必須改變生產方法，而這是不切實際的。實際上，淬火粘度溫差至少為90℃。
為了降低淬火粘度溫差，增加CaO和MgO的總量是有效的。另一方面，如果增加了CaO和MgO的總量，則析晶溫度可能升高，浮法制造時的穩(wěn)定性可能降低。另外，軟化點也會降低。
考慮上述幾點，本發(fā)明玻璃板的組成最好滿足下列條件Al2O32.0-4.0％質量CaO+MgO 12.5-14.5％重量CaO/MgO(質量比) 1.7-2.2當滿足上述條件時，可以獲得易淬火的且軟化點較高的玻璃，而且基本上不會損害浮法制造時的穩(wěn)定性。
更好滿足下列條件Al2O32.5-4.0％質量CaO+MgO 13.0-14.5％重量CaO/MgO(質量比) 1.7-2.2制造本發(fā)明玻璃板的方法沒有特別的限制，但例如可按如下方法制備。將混合料連續(xù)加入到熔爐中，例如用重油加熱至1500℃左右，進行玻璃化。對該熔融的玻璃進行精制，然后例如用浮法成形為具有預定厚度的玻璃板。再把這種玻璃板切割成預定的形狀，制造本發(fā)明的玻璃板。
然后對切割后的玻璃板進行淬火處理。淬火處理按上述的方法進行，即將玻璃板加熱至一個預定的溫度，然后將其急冷。進行加熱淬火處理的同時，可以進行陶瓷顏料的彎曲(bending)和烘烤。
現(xiàn)在參照實施例更詳細地解釋本發(fā)明。然而，應當理解，本發(fā)明絕不局限于這些具體的實施例。
將石英砂、長石、白云石、蘇打灰、鹽餅、氧化鐵、氧化鈦和氧化鈰用作原料，制備批料，獲得表1所示的目標組成，在常規(guī)熔爐(O2濃度為2％的氣氛)中熔融，然后把熔融玻璃輸送到一臺與熔爐連接的小型浮法試驗裝置上，制備玻璃板。
玻璃板的組成及其物理性質列于表1中。這些實施例是本發(fā)明的所有實施例。
表1

*1線性熱膨脹系數(shù)*2軟化點*3淬火粘度溫差*4析晶溫度*5差別(浮法可成形性)表1中，線性熱膨脹系數(shù)是50-300℃溫度間按JIS R3102測得的平均線性熱膨脹系數(shù)，其單位為10-7/℃。軟化點按JIS R3104測量，其單位為℃。每一組分的單位為％質量。除實施例5和6以外，表1中的數(shù)值由外推法得到。
表1中的T(logη＝4)、T(logη＝9)和T(logη＝12)分別是粘度為104泊、109泊和1012泊時的溫度，其單位為℃。它們由粘度曲線計算得到。上述的粘度曲線是在粘度為102-105泊的溫度基礎上繪制的。所述的粘度用旋轉圓筒法測量。軟化點按JIS R3104測量。另外，析晶溫度通過將放在電爐中不同溫度加熱的玻璃板試樣急冷后，用光學顯微鏡觀察是否存在析晶測得，其單位為℃。
易淬火性由粘度為109泊的溫度與粘度為1012泊的溫度之差評價，且表示在表1中“淬火粘度溫差”一欄中?？梢哉f，當淬火粘度溫差至多為100℃時，易淬火性是高的，且當淬火粘度溫差至多為95℃時，易淬火性特別高。
浮法成形過程中的穩(wěn)定性由析晶溫度和粘度為104泊的溫度之差進行評價，且表示在表1中差別(浮法可制造性)一欄中。當粘度為104泊的溫度等于或高于析晶溫度時，能穩(wěn)定地進行浮法成形。
然后將表1中實施例8所示的玻璃成形為1350×550毫米和厚為2.5毫米的玻璃板，再在傳熱系數(shù)為648 W/m2K時由640℃急冷淬火。
然后按JIS R3212對制得的淬火玻璃板進行3點位破裂試驗。結果最粗大的碎片數(shù)為63-142，因此證實了已獲得充分的淬火。
如上所述，按照本發(fā)明的淬火方法可得到厚度為2-3毫米但其淬火度不低于至少3毫米厚常規(guī)玻璃板的薄玻璃板。這種淬火例如可用作車輛(如汽車和火車)和建筑物的玻璃板。
2001年3月30日提交的日本專利申請2001-099201和2001年9月26日提交的日本專利申請2001-293601的全部內容(包括說明書、權利要求書和概述)全部參考結合于本發(fā)明中。
權利要求
1.一種玻璃板的淬火方法，該玻璃板的厚度為2-3毫米，50-300℃間的平均線性熱膨脹系數(shù)至少為88×10-7/℃，軟化點為715-740℃，該方法包括把玻璃板從粘度為109-1010泊的初始玻璃淬火溫度急冷到粘度為1012泊的溫度，使傳熱系數(shù)h(W/m2K)滿足如下的公式(1)，式中t(毫米)是玻璃板的厚度h＞4970.5-3149.9t+550.3t2式(1)。
2.一種玻璃板的淬火方法，該玻璃板的厚度為2-3毫米，50-300℃間的平均線性熱膨脹系數(shù)至少為88×10-7/℃，軟化點為715-740℃，該方法包括把玻璃板從粘度為109-1010泊的初始玻璃淬火溫度急冷到粘度為1012泊的溫度，使傳熱系數(shù)h(W/m2K)滿足如下的公式(2)，式中t(毫米)是玻璃板的厚度h＞2123.6·t-1.4641式(2)。
3.如權利要求1或2所述的玻璃板淬火方法，其特征在于對具有如下組成的玻璃板進行淬火SiO266.0-74.0％質量Al2O31.5-4.0％質量CaO 7.0-10.0％質量MgO 3.8-6.0％質量Na2O 12.6-14.6％質量和K2O 0.4-2.0％質量這些組分的總量至少為96％質量，且SiO2+Al2O370.0-74.4％質量CaO+MgO 12.0-14.5％質量Na2O+K2O13.5-15.5％質量
4.如權利要求3所述的玻璃板淬火方法，其特征在于對具有如下組成的玻璃板進行淬火Al2O32.0-4.0％質量CaO+MgO 12.5-14.5％重量CaO/MgO(質量比)1.7-2.2
5.如權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于所述玻璃板的厚度為2-3毫米。
6.如權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于所述的玻璃板用作汽車的窗玻璃。
7.一種玻璃板，它具有如下組成SiO266.0-74.0％質量Al2O32.0-4.0％質量CaO 7.0-10.0％質量MgO 3.8-6.0％質量Na2O 12.6-14.6％質量和K2O 0.4-2.0％質量這些組分的總量至少為96％質量，且SiO2+Al2O370.0-74.4％質量CaO+MgO 12.0-14.5％質量Na2O+K2O13.5-15.5％質量CaO/MgO(質量比)1.7-2.2
8.如權利要求7所述的玻璃板，其特征在于所述的玻璃板具有如下組成Al2O32.0-4.0％質量CaO+MgO 12.5-14.5％重量CaO/MgO(質量比)1.7-2.2
9.如權利要求7或8所述的玻璃板，其特征在于它包含至少一種選自下列一組的組分Fe2O3、CoO、Se、NiO、Cr2O3、MnO、V2O5、TiO2、CeO2、SnO、ZnO和SO3。
10.如權利要求7-9中任一項所述的玻璃板，其特征在于它的厚度為2-3毫米。
11.如權利要求7-10中任一項所述的玻璃板，其特征在于它用作汽車的窗玻璃。
全文摘要
一種玻璃板的淬火方法,該玻璃板的厚度為2－3毫米,50－300℃間的平均線性熱膨脹系數(shù)至少為88×10
文檔編號C03C23/00GK1378983SQ0210769
公開日2002年11月13日 申請日期2002年3月26日 優(yōu)先權日2001年3月30日
發(fā)明者依田和成, 加藤保真, 赤田修一 申請人:旭硝子株式會社