熔合拉制可離子交換玻璃的方法
【專利說明】
[0001] 本申請根據(jù)35U.S.C. § 120要求2012年3月27日提交的美國專利申請序列號 13/431374的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，本文以該申請為基礎(chǔ)并將其全部內(nèi)容結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及制備玻璃的方法，具體來說，涉及制備具有高壓縮應(yīng)力的玻璃如離子 交換玻璃的方法。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 在有些類型顯示裝置的屏幕所用的玻璃應(yīng)具有一定水平的耐損壞性，因為可能將 玻璃暴露于運輸、搖晃、掉落、敲打裝置時導(dǎo)致的沖擊。例如，玻璃的耐刮擦性是在便攜式顯 示裝置有價值的玻璃的質(zhì)量之一，從而為用戶提供在顯示器上的清楚可見的圖像。
[0005] 可通過玻璃的熱歷史影響離子交換以后可獲得的壓縮應(yīng)力。因此，對于熔合拉制 玻璃而言，在熔合法中適當(dāng)?shù)乜刂茻釟v史可增強在后續(xù)的離子交換中的潛在壓縮應(yīng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一示例方面中，提供了一種通過玻璃帶形成方法制備玻璃的方法，其中將玻璃 帶從根部位置拉到出口位置。所述方法包括以下步驟：（1)將玻璃帶的溫度從初始溫度降 低到加工起始溫度，所述初始溫度對應(yīng)于在根部位置處的溫度；（II)將玻璃帶的溫度從加 工起始溫度降低到加工結(jié)束溫度；和（III)將玻璃帶的溫度從加工結(jié)束溫度降低到出口溫 度，所述出口溫度對應(yīng)于出口位置處的溫度。在步驟（II)中，玻璃帶的假想溫度落后于玻 璃帶的實際溫度，且步驟（II)的時段基本長于步驟（I)的時段和步驟（III)的時段。
[0007] 在另一示例方面中，提供了一種通過玻璃帶形成方法制備玻璃的方法，其中將玻 璃帶從根部位置拉到出口位置。該方法包括以下步驟：（1)以第一冷卻速率將玻璃帶從初 始溫度冷卻到加工起始溫度，所述初始溫度對應(yīng)于在根部位置處的溫度；（II)以第二冷卻 速率將玻璃帶從加工起始溫度冷卻到加工結(jié)束溫度；和（III)以第三冷卻速率將玻璃帶從 加工結(jié)束溫度冷卻到出口溫度，所述出口溫度對應(yīng)于出口位置處的溫度，其中第二冷卻速 率的平均值低于第一冷卻速率的平均值和第三冷卻速率的平均值。
[0008] 附圖簡要說明
[0009]參照附圖閱讀以下具體描述將可更好地理解這些及其它方面，其中：
[0010] 圖1是用于制備玻璃的示例方法和設(shè)備；
[0011] 圖2是圖，通過浴溫度顯示了距離玻璃表面給定深度處的壓縮應(yīng)力和示例類型玻 璃的假想溫度；
[0012] 圖3是圖，顯示了在示例方法中使用常規(guī)冷卻方法（虛線）和使用含減緩的冷卻 階段的冷卻方法（實線）時的玻璃帶的溫度和距離根部位置的距離；
[0013] 圖4是圖，顯示了在第一加工時段內(nèi)，在各種粘度范圍中冷卻玻璃帶所獲得的最 終假想溫度；
[0014] 圖5是圖，顯示了在第二加工時段內(nèi)，在各種粘度范圍中冷卻玻璃帶所獲得的最 終假想溫度；
[0015] 圖6是圖，顯示了在第三時段內(nèi)，在各種粘度范圍中冷卻玻璃帶所獲得的最終假 想溫度；
[0016] 圖7是圖，顯示了玻璃帶的最終粘度的對數(shù)和玻璃帶的出口時間的對數(shù)；
[0017] 圖8是圖，顯示了玻璃帶的加工粘度范圍對數(shù)相對于出口時間和加工起始時間之 差的對數(shù)；
[0018] 圖9示意性地顯示從玻璃帶的根部位置到出口位置延伸的加熱元件和絕熱壁。
[0019] 詳細描沐
[0020] 在此將參照附圖更完整地描述各實施例，附圖中給出了示例性實施方式。只要有 可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或類似的部分。但是，本發(fā)明可以以許 多不同的方式實施，不應(yīng)被解讀成局限于在此提出的實施方式。
[0021] 圖1顯示了玻璃制造系統(tǒng)100或者更具體的實施熔合法的熔合拉制機的示例實施 方式，僅作為用于制造玻璃板10的一種示例。玻璃制造系統(tǒng)100可包括熔融容器102、澄清 容器104、混合容器106、輸送容器108、成形容器110、牽引輥組件112和刻劃設(shè)備114。
[0022] 在熔融容器102中，如箭頭118所示加入玻璃批料，熔化形成熔融玻璃120。所述 澄清容器104具有接收來自熔融容器102的熔融玻璃120的高溫加工區(qū)域，并在那里從熔 融玻璃120中除去氣泡。澄清容器104通過從澄清器到攪拌室的連接管122連接到混合容 器106。然后，通過從混合容器到輸送容器連接管124,將所述混合容器106與輸送容器108 相連。輸送容器108通過下導(dǎo)管126將熔融玻璃120輸送到入口 128,進入成形容器110。 所述成形容器110包括開口 130,用來接收熔融玻璃120,熔融玻璃120流入槽132中，然后 從成形容器110的兩個匯聚的側(cè)面溢流并沿著這兩個匯聚的側(cè)面向下流動，然后在被稱為 根部134的位置熔合在一起。根部134是兩個匯聚的側(cè)面（如，參見圖9中的110a，110b) 結(jié)合在一起的地方，和在通過牽拉輥組件112向下拉制形成玻璃帶136之前，熔融的玻璃 120的兩個流（如，參見圖9中的120a，120b)再次結(jié)合的地方。然后，刻劃設(shè)備114對拉制 的玻璃帶136進行劃線，所述玻璃帶136接下來被分尚成單塊玻璃板10。
[0023] 可在單獨玻璃板10上進行離子交換過程，來概述單獨玻璃板10的耐刮擦性，并在 玻璃板10表面附近形成出于更高壓縮應(yīng)力下的鉀離子保護層。在距離玻璃表面給定深度 處的壓縮應(yīng)力可取決于玻璃組合物、離子交換溫度、離子交換時段和玻璃的熱歷史和其它 因素。
[0024] 玻璃的熱歷史的標(biāo)志之一是玻璃的假想溫度，如圖2所示，假想溫度更低的玻璃 趨于在給定的層深度處（如，50微米）具有更高的壓縮應(yīng)力。圖2是3種不同的浴溫度下， 壓縮應(yīng)力（在50微米層深度處以兆帕測量）隨假想溫度（以°C測量）的變化。菱形表示 對應(yīng)于450°C的浴溫度的點，正方形表示對應(yīng)于470°C的浴溫度的點，且三角形表示對應(yīng)于 485°C的浴溫度的點。對于各組點，獲得了線性擬合。如圖2所示，在固定層深度處CS的增 加與假想溫度T f呈線性關(guān)系，且可通過下述公式來表達：| ACS| =A*(-ATf)。因此，可通 過降低玻璃的假想溫度，來增加壓縮應(yīng)力。
[0025] 假想溫度是用來描述以快速速率冷卻以至于打破熱平衡的系統(tǒng)的術(shù)語。更高的假 想溫度表明進一步打破熱平衡的更加快速冷卻的玻璃樣品。在首先形成玻璃樣品之后，進 行稱作陳化的過程，其中性質(zhì)緩慢的趨于它們的平衡值。系統(tǒng)的假想溫度和實際溫度不同， 但隨著系統(tǒng)陳化會向?qū)嶋H溫度松弛。在較高玻璃溫度下，假想溫度等于普通的玻璃溫度，因 為玻璃能在它實際溫度下非常快速平衡。隨著溫度下降，玻璃的粘度隨著下降的溫度呈指 數(shù)增加，而平衡的速度顯著下降。隨著溫度下降，玻璃"打破平衡"因為隨著溫度改變它不能 維持平衡。結(jié)果，假想溫度落后于玻璃帶的實際溫度，最終假想溫度停留在較高些的溫度， 在該溫度下玻璃不再能足夠快速平衡來趕上它的冷卻速率。最終假想溫度將取決于玻璃冷 卻得有多快，且對于在室溫下的LCD基材通常約為600°C -800°C的范圍。因此，為了達到較 低的最終假想溫度，在成形玻璃時可降低冷卻速率。
[0026] 當(dāng)使用10K/分鐘的冷卻速率來成形玻璃時，玻璃的假想溫度約對應(yīng)于1013泊的等 粘線溫度。根據(jù)參考文獻[Y.樂（Y.Yue)，R.奧合（R.Ohe)和S.L.杰森（S.L. Jensen)，J. Chem.Phys.卷120,（2004)]中的公式（8)，可通過下述公式將玻璃的假想溫度和冷卻速率 的對數(shù)相關(guān)聯(lián)：
【主權(quán)項】
1. 一種通過玻璃帶形成方法制備玻璃的方法，其中將玻璃帶從根部位置拉到出口位 置，所述方法包括以下步驟： 將玻璃帶的溫度從初始溫度降低到加工起始溫度，所述初始溫度對應(yīng)于在根部位置處 的溫度； 將玻璃帶的溫度從加工起始溫度降低到加工結(jié)束溫度； 將玻璃帶的溫度從加工結(jié)束溫度降低到出口溫度，所述出口溫度對應(yīng)于出口位置處的 溫度；和 其中，在步驟（II)中，玻璃帶的假想溫度落后于玻璃帶的實際溫度，且步驟（II)的時 段基本上長于步驟（I)的時段和步驟（III)的時段。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括下述步驟：在進行步驟 (I)，（II)和（III)之后的玻璃上進行離子交換過程。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（II)中以基本上大于步驟（I)或者 步驟（III)中的距離移動玻璃帶。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，出口溫度不高于600°C。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，加工起始溫度對應(yīng)于10 1(1泊和10 13泊之間 的粘度。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（II)包括增加從根部位置到出口位置 的距離。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃帶形成方法是恪合拉制法。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃帶包括可離子交換的玻璃。
9. 一種通過玻璃帶形成方法制備玻璃的方法，其中將玻璃帶從根部位置拉到出口位 置，所述方法包括以下步驟： (I) 以第一冷卻速率將玻璃帶從初始溫度冷卻到加工起始溫度，所述初始溫度對應(yīng)于 在根部位置處的溫度； (II) 以第二冷卻速率將玻璃帶從加工起始溫度冷卻到加工結(jié)束溫度； (III) 以第三冷卻速率將玻璃帶從加工結(jié)束溫度冷卻到出口溫度，所述出口溫度對應(yīng) 于出口位置處的溫度；和 其中第二冷卻速率的平均值低于第一冷卻速率的平均值和第三冷卻速率的平均值。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括下述步驟：在進行步驟 (I)，（II)和（III)之后的玻璃上進行離子交換過程。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在步驟（II)中玻璃帶的假想溫度落后于玻 璃帶的實際溫度。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在步驟（II)中以基本上大于步驟（I)或者 步驟（III)中的距離移動玻璃帶。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，出口溫度不高于600°C。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，加工起始溫度對應(yīng)于10 1(1泊和10 13泊之間 的粘度。
15. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟（II)包括增加從根部位置到出口位置 的距離。
16. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，第一冷卻速率基本上大于第二冷卻速率。
17. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，玻璃帶形成方法是熔合拉制法。
18. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述玻璃帶的玻璃是可離子交換的玻璃。
【專利摘要】提供了一種通過玻璃帶制備玻璃的方法，其中將玻璃帶從根部位置拉到出口位置。該方法包括以下步驟：(I)以第一冷卻速率將玻璃帶從初始溫度冷卻到加工起始溫度，所述初始溫度對應(yīng)于在根部位置處的溫度；(II)以第二冷卻速率將玻璃帶從加工起始溫度冷卻到加工結(jié)束溫度；和(III)以第三冷卻速率將玻璃帶從加工結(jié)束溫度冷卻到出口溫度，所述出口溫度對應(yīng)于出口位置處的溫度，其中第二冷卻速率的平均值低于第一冷卻速率的平均值和第三冷卻速率的平均值。
【IPC分類】C03B18-04, C03B17-06, C03B18-18
【公開號】CN104703930
【申請?zhí)枴緾N201380017546
【發(fā)明人】D·C·埃蘭, B·F·波頓, 郭曉菊, J·C·莫羅, M·波圖扎克
【申請人】康寧股份有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年3月26日
【公告號】US20130255314, WO2013148667A1