玻璃容器的制作方法

本发明涉及一种玻璃容器，其具有至少一个壁并且由基础材料制成，基础材料是含碱的硅酸盐玻璃。

背景技术：

1、已知各种不同的硬化和强化方法，以便使作为多种多样的高科技材料的玻璃理想地与相应的应用相匹配。大多数的硬化和强化方法要么应用起来十分复杂和/或以使用大多昂贵的特种玻璃为前提。

2、例如，已知通过所谓的热的预加应力(通俗地说也称为热硬化或淬火)来提高玻璃的断裂强度。在此，待强化的玻璃工件在炉中被加热至约600℃，并且然后快速淬火至室温。通过该淬火使表面固化并且构件的外部尺寸现在仅仅还稍微改变。在玻璃工件的表面上产生压应力，压应力结果是导致更高的断裂强度。热的预加应力尤其是用于制造单片安全玻璃(esg)。单片安全玻璃的应力分布沿玻璃厚度在内部具有高的拉应力，这在玻璃失效的情况下导致特有的裂缝断裂图案。

3、还已知的是，通过化学的预加应力来强化玻璃件。在化学的预加应力的情况下，区分所谓的高温离子交换的方法和所谓的低温离子交换的方法。迄今为止，工业中仅应用了低温离子交换方法，其中碱离子被较大的碱离子所取代。在方法中，通过离子交换在玻璃表面上获得压应力区域，离子交换通常发生在玻璃表面和盐浴之间的盐熔体浴中。例如钠离子被钾离子代替，因为钾离子大于钠离子，由此在玻璃表面产生压应力区。对于商业上常用的玻璃(碱-碱土-硅酸盐玻璃)不利地，在盐熔体中的处理时间非常长。处理时间通常为8至36小时。较长处理时间的问题通过使用昂贵的特种玻璃在同时应用复杂的、尤其是多级的处理方法的情况下而减缓。

4、dd157966公开了一种通过离子交换强化玻璃件的方法和装置。玻璃件通过玻璃表面和碱盐熔体之间的碱离子交换而被强化。为了强化，将具有围绕水平轴线旋转或摆动的空心玻璃件或具有向下定向的开口的空心玻璃件用盐熔体喷洒。在此，盐不断地循环并被引导通过孔板，以便为多层布置的玻璃产件产生雨瀑布。不利的是，方法仅在使用相对昂贵的特种玻璃的情况下才能经济上有效益。

5、由de19510202c2已知一种通过吹制成型和挤压吹制成型方法制造具有提高的机械强度的空心玻璃体的方法。方法的特征在于，在吹制成型方法的预成型和/或最终成型中或在挤压吹制成型方法的最终成型中，向吹制空气中混入雾状的碱盐水溶液。

6、由de112014003344t5已知一种用于数码相机、移动电话、数字记事本等的平板显示屏的化学硬化的玻璃。化学硬化的玻璃具有由离子交换法形成的压应力层，其中，玻璃具有0.20nm或更高的表面粗糙度，并且其中，在距玻璃的最外表面的深度x的范围内的氢浓度y满足等式y＝ax+b，其中x＝0.1至0.4(μm)。将玻璃预热至100摄氏度的温度，然后浸入熔融的盐中。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种玻璃容器，其具有高的强度，并且其尤其是在大规模生产方面能够快速且成本低廉地制造。

2、该目的通过一种玻璃容器来实现，其特征在于，

3、a.至少一个表面层富含钾并且匮乏钠和/或锂，而尤其是直接邻接表面层的内层不富含钾并且不匮乏钠和/或锂，并且

4、b.玻璃容器在直至压应力深度处具有压应力并且从压应力深度起具有拉应力，其中，拉应力随着深度的增加而上升直至为设置在内层中的拉应力最大值，和/或其中，拉应力的与深度有关的分布不具有线性区段，和/或其中，拉应力的与深度有关的分布不具有拉应力恒定的区段。

5、以根据本发明的方式已经认识到，通过热硬化和化学硬化的组合，尤其是由传统的废旧玻璃制成的玻璃容器可以具有比相同的然而未经处理的玻璃容器的强度值高许多倍的强度值。

6、本发明具有非常特别的优点，即，尤其是对于日常需求的日用品而言，由于提高了的断裂强度，需要较小的玻璃件壁厚。这导致，在制造玻璃件时，相对于由相同的玻璃材料以传统方式制造的玻璃件能够节省玻璃。因此，根据本发明制造的玻璃件尤其是可以具有比由相同的玻璃材料以传统方式制造的玻璃件更小的固有重量。

7、以根据本发明的方式尤其是认识到，当首先以已知的方式制造坯件并且将其加热至初级温度时，实现了特别好的结果，该初级温度低于玻璃材料的利特尔顿软化点(littleton-punkt)至多50开尔文并且高于利特尔顿软化点至多30开尔文。然而，与传统的淬火不同地，优选地不是突然将坯件淬火至室温，而是淬火至较高的温度。优选地将加热的坯件淬火至淬火温度，该淬火温度低于初级温度至少200开尔文并且至多550开尔文，尤其是低于初级温度至少200开尔文并且至多450开尔文。

8、此后可以进行离子交换过程，这导致，作为结果使得至少一个表面层富含钾并且匮乏钠和/或锂，而尤其是直接邻接表面层的内层不富含钾并且不匮乏钠和/或锂。根据本发明，离子交换过程需要比已知的化学硬化方法明显更短的处理时间，以便总体上实现强度值的显著提高。离子交换过程尤其是可以直接紧接在淬火的过程之后。尤其是可以实现非常高的强度值，尤其是在弯曲断裂强度、显微硬度和耐刮强度方面的非常高的强度值，该强度值超过未经处理的、在其他方面相同的玻璃容器的强度值多倍。

9、通过上述类型的处理，根据本发明的玻璃容器在直至压应力深度处具有压应力并且从压应力深度起具有拉应力，其中拉应力随着深度的增加而上升直至为设置在内层中的拉应力最大值，和/或其中拉应力的与深度有关的分布不具有线性区段，和/或其中拉应力的与深度有关的分布不具有拉应力恒定的区段。在这方面，根据本发明的玻璃容器例如与利用已知的化学的预加应力方法处理的玻璃容器非常显著地不同。

10、根据本发明的玻璃容器尤其是可以有利地设计为，使得表面层具有在0.5μm至60μm范围内，尤其是在0.5μm至30μm范围内，尤其是在0.5μm至15μm范围内的厚度。以有利的方式已经发现，当表面层具有所提及的厚度时，实现了非常高的强度值，其中，尽管省去了昂贵且制造起来复杂的特种玻璃，但仍可以以有利的方式相对快速地实现表面层的所提及的厚度。

11、玻璃容器尤其是可以有利地设计为，使得至少一个表面层富含钾并且匮乏钠，而尤其是直接邻接表面层的内层不富含钾并且不匮乏钠和/或锂，或使得至少一个表面层富含钾并且匮乏钠和/或锂，而尤其是直接邻接表面层的内层不富含钾并且不匮乏锂。

12、玻璃容器非常特别耐用，其具有至少一个壁，壁具有两个尤其是相互平行的表面层。在此可以有利地规定，两个表面层中的每一个都富含钾并且匮乏钠和/或锂，而设置在表面层之间的内层不富含钾并且不匮乏钠和/或锂，并且壁在两侧分别直至压应力深度处具有压应力并且从压应力深度起具有拉应力，其中，拉应力随着深度的增加而上升直至为设置在内层中的拉应力最大值，和/或其中，拉应力的与深度有关的分布不具有线性区段，和/或其中，拉应力的与深度有关的分布不具有拉应力恒定的区段。这尤其是可以通过相同地处理玻璃容器的壁的两个外侧来实现。

13、在此，玻璃容器尤其是可以有利地设计为，使得两个表面层中的每一个都富含钾并且匮乏钠，而设置在表面层之间的内层不富含钾并且不匮乏钠和/或锂，或设计为，使得两个表面层中的每一个都富含钾并且匮乏钠和/或锂，而设置在表面层之间的内层不富含钾并且不匮乏锂。

14、尤其是在表面层被相同地构造并且彼此平行的玻璃容器的壁的区域中，拉应力最大值大多居中地设置在表面层之间。然而，玻璃容器也可以具有如下区域，在区域中拉应力最大值偏心地设置在表面层之间。这尤其是可以通过选择玻璃容器的几何形状和/或通过在制造时，尤其是在强化时对壁的表面层进行不同的处理来实现。

15、玻璃容器尤其是可以设计为，使得在预计会出现高的使用载荷的区域中，玻璃容器针对壁的定向于预计的力作用的一侧具有特别大的应力梯度，而玻璃容器在壁的背离预计的力作用的一侧上可以具有较小的应力梯度。

16、在另一种实施方式中，两个表面层中只有第一表面层富含钾并且匮乏钠和/或锂，而另一个表面层和设置在表面层之间的内层不富含钾并且不匮乏钠和/或锂，其中，壁在两侧分别直至压应力深度处具有压应力并且从压应力深度起具有拉应力，其中，拉应力随着深度的增加而上升直至为设置在内层中的拉应力最大值，和/或其中，拉应力的与深度有关的分布不具有线性区段，和/或其中，拉应力的与深度有关的分布不具有拉应力恒定的区段。这种玻璃容器例如可以通过以下方式实现，即，在制造坯件之后以上述方式仅进一步处理坯件的外侧。例如尤其是可以规定，在离子交换过程之前封闭玻璃容器，并且因此离子交换过程仅在玻璃容器的外侧进行。在这种玻璃容器中，拉应力最大值大多偏心地位于玻璃容器的壁的表面层之间。

17、根据本发明的玻璃容器的壁可以有利地具有在0.5mm至5mm范围内的厚度，尤其是在1mm至3mm范围内或在1.5mm至3mm范围内或在2mm至3mm范围内的厚度。壁尤其是可以具有大于1.5mm的厚度。已经发现，在这种厚度的情况下，与相同的但未处理的玻璃容器相比，可以获得特别好的强度值。这是特别有利的，因为具有这种壁的玻璃容器尤其是大量件数地用作应用容器，例如用作酸奶容器或牛奶瓶或用于其他饮料的容器，尤其是也用在可重复使用系统中。

18、尤其是可以有利地充分利用根据本发明的玻璃容器在强度相同的情况下可以具有明显更低的重量的事实，因为需要壁的明显更小的厚度以及因此需要更少的玻璃材料。为了制造这种玻璃容器，需要较少的材料耗费，这降低了材料成本。此外，由于壁的厚度更小，在相同外部尺寸下，容量比相同材料和相同强度的传统玻璃容器更大。此外，由于根据本发明的玻璃容器比相同材料和相同强度的传统玻璃容器的重量更小，简化运输并且尤其是更加成本低廉。

19、根据本发明的玻璃容器尤其是可以设计为，使得玻璃容器的强度，尤其是根据dinen 7458方法b测量的强度，比相同的、尤其是形状和尺寸相同且基础材料相同但不具有以上提及的根据本发明的玻璃容器的独特特征的玻璃容器的强度高至少1.5倍，尤其是至少2倍或至少3倍或至少4倍或至少5倍。根据本发明的玻璃容器尤其是可以制造为，使得表面层(或多个表面层)具有相比于内层提高的硬度，和/或表面层(或多个表面层)具有尤其是根据din en iso 14577-1在测试力为2n的情况下测得的马氏体硬度该马氏体硬度在3500n/mm2至3900n/mm2范围内、尤其是在3650n/mm2至3850n/mm2范围内。如已经提到的，根据本发明的玻璃容器可以具有这种的强度值，尽管没有使用昂贵的特种玻璃作为原材料并且尽管不需要采取用于强化的较长处理时间。为了实现玻璃容器的上述强度，一小时以下的处理时间通常是足够的。

20、玻璃容器可以以有利的方式设计为，使得在表面层中，达至在0.5μm至10μm范围内的深度处，钾含量大于钠和锂的总含量，并且从在0.5μm至10μm范围内的深度起，钾含量小于钠和锂的总含量。这种实施方式有利地具有特别高的强度。

21、替代地或附加地，在富含钾的表面层中，达至表面层的厚度的至少四分之一的深度处，钠和/或锂的损耗为至少50质量百分比。

22、制造玻璃容器的玻璃材料有利地是碱-碱土-硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃，尤其是碱石灰玻璃。这些玻璃，特别尤其是碱-碱土-硅酸盐玻璃具有特别的优点，即它们可以成本低廉地获得。碱-碱土-硅酸盐玻璃具有附加的优点，即可以简单地回收。在废玻璃箱中清除这种根据本发明的玻璃容器尤其是不是问题。

23、制造玻璃容器的玻璃材料也可以是硅铝酸盐玻璃。然而，玻璃材料优选不是硅铝酸盐玻璃，因为这种玻璃制造起来太复杂、尤其是太昂贵。玻璃材料优选具有小于5％(质量百分比)的氧化铝含量(al2o3＜5％)，尤其是小于4.5％(质量百分比)(al2o3＜4.5％)。

24、玻璃玻璃材料可以有利地具有大于58％(质量百分比)并且小于85％(质量百分比)的二氧化硅含量(sio2)，尤其是大于70％(质量百分比)并且小于74％(质量百分比)。作为碱-碱土-硅酸盐玻璃的玻璃材料尤其是可以有利地具有大于70％(质量百分比)并且小于74％(质量百分比)的二氧化硅含量。

25、替代地或附加地,可以有利地规定，玻璃材料具有在5％(质量百分比)至20％(质量百分比)的范围内、尤其是在10％(质量百分比)至14.5％(质量百分比)的范围内或在12％(质量百分比)至13.5％(质量百分比)的范围内的碱氧化物含量、尤其是氧化钠含量(na2o)和/或氧化锂含量(li2o)。

26、玻璃材料可以(替代地或附加地)有利地具有最高7％(质量百分比)，尤其是最高3％(质量百分比)或最高1％(质量百分比)的氧化钾含量(k2o)。玻璃材料尤其是可以具有在0.5％(质量百分比)至0.9％(质量百分比)的范围内的氧化钾含量。

27、替代地或附加地，可以有利地规定，玻璃材料具有小于15％(质量百分比)，尤其是最高5％(质量百分比)的三氧化二硼含量(b2o3)。

28、关于玻璃容器的形状，没有基本限制。尤其是在瓶子和饮用容器的制造方面，玻璃容器可以有利地具有至少一个管状地设计的区段。玻璃容器的至少一个区段尤其是可以设计为圆柱形的。根据本发明的玻璃容器也可以具有柱形的区段，其中区段的底面不是圆形。底面尤其是可以例如椭圆形地构造或具有多边形的形状。

29、极其一般性地，玻璃容器例如可以旋转对称地设计。替代地，玻璃容器尤其是在水平横截面中也可以具有有棱角的形状，尤其是正方形的形状。

30、如已经提到的，根据本发明的玻璃容器尤其是可以设计为包装用玻璃，尤其是作为酸奶罐或果酱罐或密封罐，或者作为饮用杯，尤其是葡萄酒杯或高脚杯或啤酒杯或香槟杯或鸡尾酒杯，或者作为瓶子，尤其是作为饮用瓶或饮料瓶或香槟瓶或啤酒瓶或葡萄酒瓶。