用于化学强化的玻璃的局部退火的方法
【专利说明】用于化学强化的玻璃的局部退火的方法
[0001]本申请要求2013年08月26日提交的美国临时申请号61/869962的优先权，其全文 通过引用结合于此。
[000^ 背景
[0003] 玻璃层压件可用作建筑和汽车或运输应用中的窗户和窗格玻璃，包括汽车、轨道 车辆、机车和飞机。玻璃层压件还可用作栏杆和阶梯中的玻璃面板，作为用于墙壁、柱子、电 梯桥厢、厨房应用和其它应用的装饰性面板或盖板。如本文所使用，窗格玻璃或层压玻璃结 构可为窗户、面板、墙壁、箱体、信息板(sign)或其他结构的透明的、半-透明的、半透明的或 不透明的零件。用于建筑和/或汽车应用的常见类型的窗用玻璃包括透明和有色层压的玻 璃结构。
[0004] 常规的汽车窗格玻璃构造包括具有聚乙締醇缩下醒(PVB)中间层的两个2mm钢巧 玻璃的板层。运些层压件构造具有一些优势，包括低成本、足W应用于汽车和其它应用的抗 冲性。然而，因为它们的有限的抗冲性和更大的重量，运些层压件呈现低劣的性能特征，包 括当受到路边碎片撞击、故意破坏(vandal)和/或其它物体冲击时更高的破碎概率，W及对 于个别车辆的更低的燃料效率。
[0005] 在其中强度很重要的应用中（例如如上所述的汽车应用中），可通过多种方法来提 高常规玻璃的强度，包括涂覆、热学钢化和化学强化(离子交换）。热学钢化常规地用于具有 厚的整体件玻璃板的那些应用，并具有形成穿过整个玻璃表面的厚压缩层的优势，通常到 达总体玻璃厚度的20%-25%。然而，压缩应力的大小通常较低，通常小于lOOMPa。此外，对 于较薄的玻璃(例如小于约2mm)，热学钢化变得越来越低效。
[0006] 相反，离子交换（IX)技术可在处理的玻璃中形成高水平的压缩应力，在表面处高 达约lOOOMPa，且适于非常薄的玻璃。然而，离子交换技术可受限于较浅的压缩层，通常在几 十微米的量级。运种高压缩应力可得到非常高的纯物冲击耐受性，其可能不能通过用于汽 车应用的特定的安全性标准，例如ECE(联合国欧盟经济委员会)R43头模冲击测试，其中要 求玻璃在一定冲击负载下破碎W防止受伤。常规的研究和开发努力聚焦于车辆层压件的受 控的和优先的破碎，代价是牺牲其自身的抗冲性。
[0007] 对于有些汽车窗格玻璃或层压件例如挡风玻璃等而言，其中使用的材料必须通过 多个安全标准，例如ECER43头模冲击测试。如果在该测试限定的条件下，该产品没有破碎， 则因为安全性原因该产品是不可接受的。运就是为什么挡风玻璃常规地由层压的退火玻璃 而不是钢化玻璃制成的原因之一。
[000引钢化的玻璃(热学钢化的和化学钢化的）具有更高耐受破碎的优势，运对提高层压 的汽车窗格玻璃的可靠性可为理想的。具体来说，薄的、化学-钢化的玻璃可理想地用于制 造高强度的、轻量汽车窗格玻璃。然而，使用运种钢化的玻璃制备的常规层压的玻璃不能满 足头部冲击安全性要求。形成符合安全性要求的薄的、化学-钢化的玻璃的方法之一可为在 玻璃进行化学钢化之后进行热退火过程。运具有降低玻璃的压缩应力的效果，由此减少导 致玻璃破碎所需的应力。该方法的不足在于压缩应力的下降发生在玻璃产品的所有区域而 不是只发生在最有可能发生头部冲击的玻璃的区域。
[0009]因此，本领域需要在玻璃的受控的区域实审局部化的退火，由此所得产品将在例 如靠近该产品的边缘处的关键区域保留其强度，并在对于乘员安全性而言重要的区域进行 弱化。
[0010] 概述
[0011] 本发明的实施方式总体设及用于生产离子交换的玻璃的方法，例如具有中等压缩 应力、高压缩层深度和/或所需的中央张力的特征的玻璃。其它的实施方式提供具有层压 的、钢化的玻璃的汽车窗格玻璃或层压件。
[0012] 根据本发明的一种或多种实施方式，方法和设备提供用于薄的玻璃制品，其具有 来自离子交换技术的表面压缩层，其实现耐刮擦性和抗冲击性。该玻璃制品还可呈现较高 的压缩层深度(WL)，使它能耐受环境损坏。应指出，在某些区域中玻璃表面处的压缩应力 (CS)可低于传统的离子交换的玻璃，其使得玻璃通过汽车冲击安全性标准(例如ECER43头 模冲击测试），并因此适用于汽车窗格玻璃应用。
[0013] 其它实施方式提供导致直接的热退火的示例性方法，并由此使得热学钢化或化 学-钢化的玻璃制品局部弱化。一种示例性实施方式将激光用于运直接的热退火，由此激光 将玻璃局部地加热到足W形成热退火，但控制暴露于激光的过程W限制对玻璃造成断裂或 其它物理损坏。其它示例性实施方式包含引导的微波或感应加热W形成所需的局部化的热 退火。
[0014] 本发明的一些实施方式提供用于为玻璃制品提供局部退火区域的方法。该方法包 含提供具有第一表面压缩应力和第一压缩应力层深度的强化的玻璃制品，W及在玻璃制品 的第一侧面上选择玻璃制品的第一部分作为目标。该方法还包含将选择作为目标的第一部 分退火到第二表面压缩应力和第二压缩应力层深度，重复选择目标和退火步骤W在玻璃制 品的第一侧面上形成玻璃制品的退火部分的图案。
[0015] 本发明的其它施方式提供层压件结构，其具有第一玻璃层，第二玻璃层，和在第一 玻璃层和第二玻璃层中间的至少一种聚合物中间层。第一玻璃层可包含强化的玻璃，该强 化的玻璃包括具有第一表面压缩应力和第一压缩应力层深度第一部分W及具有第二表面 压缩应力和第二压缩应力层深度的第二部分。
[0016] 本发明的其它施方式提供层压件结构，其具有第一玻璃层，第二玻璃层，和在第一 玻璃层和第二玻璃层中间的至少一种聚合物中间层。第一玻璃层可包含强化的玻璃，该强 化的玻璃包括具有第一表面压缩应力和第一压缩应力层深度第一部分W及具有第二表面 压缩应力和第二压缩应力层深度的第二部分。第二玻璃层可包含强化的玻璃，该强化的玻 璃包括具有第=表面压缩应力和第=压缩应力层深度的第=部分W及具有第四表面压缩 应力和第四压缩应力层深度的第四部分。
[0017] 应理解，前面的一般性描述和W下的详细描述给出了本发明的实施方式，用来提 供理解要求保护的本发明主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发 明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图W图示形式说 明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。 [00 1引附图简要说明
[0019]为说明之目的，在附图中示出优选形式，但应理解，本发明所批露和所述的实施方 式不限于所示的精确配置和手段。
[0020]图I是流程图，其显示本发明的一些实施方式。
[0021 ]图2是流程图，其显示本发明的另外一些实施方式。
[0022] 图3是本发明的一些实施方式的横截面显示。
[0023] 图4是本发明的另外一些实施方式的透视图。
[0024] 图5是图3和4的另一透视图，显示其中需要减少的强度和全部强度的区域。
[0025] 图6是包括局部退火部分的阵列的玻璃制品的透视图。
[00%] 具体描述
[0027]在下面的描述中，在图中所示的多个视图中，类似的附图标记表示类似或对应的 部分。还应理解，除非另外指出，术语如"顶部"，"底部"，"向外"，"向内"等是常用词语，不构 成对术语的限制。此外，应理解，描述一个基团包含一些元素中的至少一种和及其组合时， 该基团可W单独或相互组合的形式包含任意数量所列元素，或者W单独或相互组合的形式 由任意数量所列元素组成，或者W单独或相互组合的形式主要由任意数量所列元素组成。 [00%]类似的，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成 时，应将其理解为所述组可W单个要素或相互组合的形式由任何数量的运些所列要素组 成。除非另外说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限。除非另外说明， 否则，本文所用的不定冠词"一个"和"一种"及其相应的定冠词"该"表示至少一(个/种），或 者一(个/种)或多(个/种）。
[0029] 提供W下对本发明的描述，作为按其最佳的目前已知的实施方式来掲示本发明的 内容。相关领域的技术人员将会认识到，可W对所描述的实施方式做出许多改变，而还能获 得本发明的有益的结果。还显而易见的是，本发明所需的有益结果中的一部分可W通过选 择本发明的一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域普通技术人员会认识到，对 本发明的许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是理想的，并且是本发明的一部 分。因此，提供W下描述作为对本发明原理的说明，不构成对本发明的限制。
[0030] 本领域普通技术人员将理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对本文 所述的示例性实施方式进行许多修改。因此，该说明书无意于也不应受限于所给出的实施 例，但应赋予通过所附权利要求及其等同体所提供的全部的保护范围。此外，还可使用本发 明的一些特征，而相应地不使用其它特征。因此，提供示例或示意实施方式的上述说明，来 显示本发明的主题内容的原理，而不对其构成限制，且可包括对本发明的修改和置换。
[0031] 图1是流程图，其显示本发明的一些实施方式。参考图1，一些实施方式包含应用一 种或多种方法来生产具有某些特征的较薄的玻璃板(在约2mm或更小的量级），例如较中等 的压缩应力(CS),较高的压缩层深度(WL)，和/或中等中央张力(CT)。该方法包含制备能进 行离子交换的玻璃板(步骤100)。然后，可使玻璃板经受离子交换过程(步骤102)，然后可使 玻璃板经受退火过程(步骤104)。
[0032] 离子交换过程102可设及将玻璃板暴露于包含KN03(优选地较纯的KN03)的烙盐浴 中，并保持在约400-500°C的一个或多个第一溫度和/或保持约1-24小时例如但不限于约8 小时的第一时间段。应指出，可使用其它的盐浴组成，且本领域普通技术人员能考虑运种替 代方式。因此，批露KN03不应限制所附权利要求的范围。运种示例性离子交换过程可在玻璃 板的表面产生初始压缩应力（iCS)，产生进入玻璃板中初始压缩层深度Q