熔合拉制可离子交换玻璃的方法
【专利说明】
[0001] 本申请根据35U.S.C. § 120要求2012年3月27日提交的美国专利申请序列号 13/431374的优先权权益，本文以该申请为基础并将其全部内容结合于此。
技术领域
[0002] 本发明涉及制备玻璃的方法，具体来说，涉及制备具有高压缩应力的玻璃如离子 交换玻璃的方法。
[0003] 发明背景
[0004] 在有些类型显示装置的屏幕所用的玻璃应具有一定水平的耐损坏性，因为可能将 玻璃暴露于运输、摇晃、掉落、敲打装置时导致的冲击。例如，玻璃的耐刮擦性是在便携式显 示装置有价值的玻璃的质量之一，从而为用户提供在显示器上的清楚可见的图像。
[0005] 可通过玻璃的热历史影响离子交换以后可获得的压缩应力。因此，对于熔合拉制 玻璃而言，在熔合法中适当地控制热历史可增强在后续的离子交换中的潜在压缩应力。
【发明内容】
[0006] 在一示例方面中，提供了一种通过玻璃带形成方法制备玻璃的方法，其中将玻璃 带从根部位置拉到出口位置。所述方法包括以下步骤：（1)将玻璃带的温度从初始温度降 低到加工起始温度，所述初始温度对应于在根部位置处的温度；（II)将玻璃带的温度从加 工起始温度降低到加工结束温度；和（III)将玻璃带的温度从加工结束温度降低到出口温 度，所述出口温度对应于出口位置处的温度。在步骤（II)中，玻璃带的假想温度落后于玻 璃带的实际温度，且步骤（II)的时段基本长于步骤（I)的时段和步骤（III)的时段。
[0007] 在另一示例方面中，提供了一种通过玻璃带形成方法制备玻璃的方法，其中将玻 璃带从根部位置拉到出口位置。该方法包括以下步骤：（1)以第一冷却速率将玻璃带从初 始温度冷却到加工起始温度，所述初始温度对应于在根部位置处的温度；（II)以第二冷却 速率将玻璃带从加工起始温度冷却到加工结束温度；和（III)以第三冷却速率将玻璃带从 加工结束温度冷却到出口温度，所述出口温度对应于出口位置处的温度，其中第二冷却速 率的平均值低于第一冷却速率的平均值和第三冷却速率的平均值。
[0008] 附图简要说明
[0009]参照附图阅读以下具体描述将可更好地理解这些及其它方面，其中：
[0010] 图1是用于制备玻璃的示例方法和设备；
[0011] 图2是图，通过浴温度显示了距离玻璃表面给定深度处的压缩应力和示例类型玻 璃的假想温度；
[0012] 图3是图，显示了在示例方法中使用常规冷却方法（虚线）和使用含减缓的冷却 阶段的冷却方法（实线）时的玻璃带的温度和距离根部位置的距离；
[0013] 图4是图，显示了在第一加工时段内，在各种粘度范围中冷却玻璃带所获得的最 终假想温度；
[0014] 图5是图，显示了在第二加工时段内，在各种粘度范围中冷却玻璃带所获得的最 终假想温度；
[0015] 图6是图，显示了在第三时段内，在各种粘度范围中冷却玻璃带所获得的最终假 想温度；
[0016] 图7是图，显示了玻璃带的最终粘度的对数和玻璃带的出口时间的对数；
[0017] 图8是图，显示了玻璃带的加工粘度范围对数相对于出口时间和加工起始时间之 差的对数；
[0018] 图9示意性地显示从玻璃带的根部位置到出口位置延伸的加热元件和绝热壁。
[0019] 详细描沐
[0020] 在此将参照附图更完整地描述各实施例，附图中给出了示例性实施方式。只要有 可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。但是，本发明可以以许 多不同的方式实施，不应被解读成局限于在此提出的实施方式。
[0021] 图1显示了玻璃制造系统100或者更具体的实施熔合法的熔合拉制机的示例实施 方式，仅作为用于制造玻璃板10的一种示例。玻璃制造系统100可包括熔融容器102、澄清 容器104、混合容器106、输送容器108、成形容器110、牵引辊组件112和刻划设备114。
[0022] 在熔融容器102中，如箭头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具有接收来自熔融容器102的熔融玻璃120的高温加工区域，并在那里从熔 融玻璃120中除去气泡。澄清容器104通过从澄清器到搅拌室的连接管122连接到混合容 器106。然后，通过从混合容器到输送容器连接管124,将所述混合容器106与输送容器108 相连。输送容器108通过下导管126将熔融玻璃120输送到入口 128,进入成形容器110。 所述成形容器110包括开口 130,用来接收熔融玻璃120,熔融玻璃120流入槽132中，然后 从成形容器110的两个汇聚的侧面溢流并沿着这两个汇聚的侧面向下流动，然后在被称为 根部134的位置熔合在一起。根部134是两个汇聚的侧面（如，参见图9中的110a，110b) 结合在一起的地方，和在通过牵拉辊组件112向下拉制形成玻璃带136之前，熔融的玻璃 120的两个流（如，参见图9中的120a，120b)再次结合的地方。然后，刻划设备114对拉制 的玻璃带136进行划线，所述玻璃带136接下来被分尚成单块玻璃板10。
[0023] 可在单独玻璃板10上进行离子交换过程，来概述单独玻璃板10的耐刮擦性，并在 玻璃板10表面附近形成出于更高压缩应力下的钾离子保护层。在距离玻璃表面给定深度 处的压缩应力可取决于玻璃组合物、离子交换温度、离子交换时段和玻璃的热历史和其它 因素。
[0024] 玻璃的热历史的标志之一是玻璃的假想温度，如图2所示，假想温度更低的玻璃 趋于在给定的层深度处（如，50微米）具有更高的压缩应力。图2是3种不同的浴温度下， 压缩应力（在50微米层深度处以兆帕测量）随假想温度（以°C测量）的变化。菱形表示 对应于450°C的浴温度的点，正方形表示对应于470°C的浴温度的点，且三角形表示对应于 485°C的浴温度的点。对于各组点，获得了线性拟合。如图2所示，在固定层深度处CS的增 加与假想温度T f呈线性关系，且可通过下述公式来表达：| ACS| =A*(-ATf)。因此，可通 过降低玻璃的假想温度，来增加压缩应力。
[0025] 假想温度是用来描述以快速速率冷却以至于打破热平衡的系统的术语。更高的假 想温度表明进一步打破热平衡的更加快速冷却的玻璃样品。在首先形成玻璃样品之后，进 行称作陈化的过程，其中性质缓慢的趋于它们的平衡值。系统的假想温度和实际温度不同， 但随着系统陈化会向实际温度松弛。在较高玻璃温度下，假想温度等于普通的玻璃温度，因 为玻璃能在它实际温度下非常快速平衡。随着温度下降，玻璃的粘度随着下降的温度呈指 数增加，而平衡的速度显著下降。随着温度下降，玻璃"打破平衡"因为随着温度改变它不能 维持平衡。结果，假想温度落后于玻璃带的实际温度，最终假想温度停留在较高些的温度， 在该温度下玻璃不再能足够快速平衡来赶上它的冷却速率。最终假想温度将取决于玻璃冷 却得有多快，且对于在室温下的LCD基材通常约为600°C -800°C的范围。因此，为了达到较 低的最终假想温度，在成形玻璃时可降低冷却速率。
[0026] 当使用10K/分钟的冷却速率来成形玻璃时，玻璃的假想温度约对应于1013泊的等 粘线温度。根据参考文献[Y.乐（Y.Yue)，R.奥合（R.Ohe)和S.L.杰森（S.L. Jensen)，J. Chem.Phys.卷120,（2004)]中的公式（8)，可通过下述公式将玻璃的假想温度和冷却速率 的对数相关联：
【主权项】
1. 一种通过玻璃带形成方法制备玻璃的方法，其中将玻璃带从根部位置拉到出口位 置，所述方法包括以下步骤： 将玻璃带的温度从初始温度降低到加工起始温度，所述初始温度对应于在根部位置处 的温度； 将玻璃带的温度从加工起始温度降低到加工结束温度； 将玻璃带的温度从加工结束温度降低到出口温度，所述出口温度对应于出口位置处的 温度；和 其中，在步骤（II)中，玻璃带的假想温度落后于玻璃带的实际温度，且步骤（II)的时 段基本上长于步骤（I)的时段和步骤（III)的时段。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：在进行步骤 (I)，（II)和（III)之后的玻璃上进行离子交换过程。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（II)中以基本上大于步骤（I)或者 步骤（III)中的距离移动玻璃带。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，出口温度不高于600°C。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，加工起始温度对应于10 1(1泊和10 13泊之间 的粘度。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（II)包括增加从根部位置到出口位置 的距离。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃带形成方法是恪合拉制法。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃带包括可离子交换的玻璃。
9. 一种通过玻璃带形成方法制备玻璃的方法，其中将玻璃带从根部位置拉到出口位 置，所述方法包括以下步骤： (I) 以第一冷却速率将玻璃带从初始温度冷却到加工起始温度，所述初始温度对应于 在根部位置处的温度； (II) 以第二冷却速率将玻璃带从加工起始温度冷却到加工结束温度； (III) 以第三冷却速率将玻璃带从加工结束温度冷却到出口温度，所述出口温度对应 于出口位置处的温度；和 其中第二冷却速率的平均值低于第一冷却速率的平均值和第三冷却速率的平均值。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：在进行步骤 (I)，（II)和（III)之后的玻璃上进行离子交换过程。
11. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤（II)中玻璃带的假想温度落后于玻 璃带的实际温度。
12. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤（II)中以基本上大于步骤（I)或者 步骤（III)中的距离移动玻璃带。
13. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，出口温度不高于600°C。
14. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，加工起始温度对应于10 1(1泊和10 13泊之间 的粘度。
15. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤（II)包括增加从根部位置到出口位置 的距离。
16. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，第一冷却速率基本上大于第二冷却速率。
17. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，玻璃带形成方法是熔合拉制法。
18. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述玻璃带的玻璃是可离子交换的玻璃。
【专利摘要】提供了一种通过玻璃带制备玻璃的方法，其中将玻璃带从根部位置拉到出口位置。该方法包括以下步骤：(I)以第一冷却速率将玻璃带从初始温度冷却到加工起始温度，所述初始温度对应于在根部位置处的温度；(II)以第二冷却速率将玻璃带从加工起始温度冷却到加工结束温度；和(III)以第三冷却速率将玻璃带从加工结束温度冷却到出口温度，所述出口温度对应于出口位置处的温度，其中第二冷却速率的平均值低于第一冷却速率的平均值和第三冷却速率的平均值。
【IPC分类】C03B18-04, C03B17-06, C03B18-18
【公开号】CN104703930
【申请号】CN201380017546
【发明人】D·C·埃兰, B·F·波顿, 郭晓菊, J·C·莫罗, M·波图扎克
【申请人】康宁股份有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年3月26日
【公告号】US20130255314, WO2013148667A1