CN101312919B - 用于对玻璃板进行钢化的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

对加热到钢化温度的玻璃板进行钢化的方法，该方法包括，在第一淬火工位以第一传热系数冷却玻璃板和在第一淬火工位下游的第二淬火工位以第二传热系数冷却玻璃板。所述第二传热系数大于所述第一传热系数。在本发明的多阶段工艺中，可使用多个淬火工位，每个下游淬火工位比在前的上游淬火工位具有更大的传热系数。

Description

用于对玻璃板进行钢化的装置和方法
技术领域
本发明总体上涉及对玻璃板进行钢化(tempering)，并尤其涉及使用多阶段钢化工艺对玻璃板进行钢化。
背景技术
已知对玻璃板进行钢化来提高玻璃的强度或抗断裂性。常规地，通过化学钢化或者通过热钢化来进行这种钢化。在化学钢化中，相对小的离子例如钠被较大的离子例如钾替代，或者较小的离子例如锂被较大的离子例如钠和/或钾替代。进入到较小离子的移除所留下的空间内的较大离子的拥挤产生玻璃表面层的压缩。
在热钢化的玻璃中，将玻璃板加热到高于玻璃应变点且接近玻璃软化点的提高的温度，并然后进行激冷以相对快地冷却玻璃表面区域同时玻璃的内部区域以较慢的速率冷却。这种差别冷却导致玻璃表面区域中的压应力，该压应力被玻璃内部的张应力所平衡。所得钢化玻璃比非钢化玻璃(untempered glass)具有大得多的抗破裂性。此外，如果钢化玻璃真的破裂，其断裂模式与非钢化玻璃显著不同。钢化玻璃典型地粉碎成小碎片，这些小碎片在钢化增加时变得更小。因为该玻璃破碎成小碎片，其较不易于导致由破口引起的伤害。非钢化玻璃典型地破裂形成具有尖锐棱边的大碎片。
在常规热钢化工艺中，将加热的玻璃板输送通过冷却室或“淬火装置(quench)”，在该冷却室或“淬火装置”中玻璃板由典型为1160°F-1300°F(627℃-704℃)的初始炉出口温度快速冷却至典型为900°F-950°F(482℃-510℃)的淬火装置出口温度，在淬火装置出口温度下玻璃中的应力(压缩和拉伸)变得永久固定。该工艺中使用的实际温度范围依赖于玻璃组成。依赖于温度的玻璃粘度与其它玻璃物理性能一起是用于设定工艺要求的决定因素。
在Gardon等的美国专利No.4,913,720中，在第一冷却工位用第一热转移速率对玻璃板进行钢化，然后将玻璃板移至第二冷却工位，以第二热转移速率进行冷却，第二热转移速率小于第一速率。对时间进行调节，使得该工艺最初将玻璃板表面冷却到低于应变点，让中心高于应变点，其后降低冷却速率。然后，以第二冷却速率将中心和表面均冷却到低于应变点。这种改进的钢化工艺产生模拟离子交换玻璃的钢化玻璃。即，中心张力低且因此玻璃破碎成大碎片而不是如常规钢化玻璃那样的小碎片。这种玻璃对于航空器挡风玻璃特别有用，使得即使在玻璃破裂时，飞行员可更容易透过大片的破碎玻璃而不是由常规钢化工艺所产生的极小片的破碎玻璃来察看。Gardon工艺导致玻璃板具有高的表面压缩但具有低的中心张力。
一般地，钢化程度越高，例如表面压缩和中心张力越高，则玻璃板越强或抗破碎性越大。因此，有利的是提供用以提高玻璃板的钢化程度的装置和方法，所述钢化程度高于用常规钢化技术可获得的钢化程度。即，生产具有相对高的表面压缩以及高的中心张力的玻璃。这些用途包括耐候性(抵抗飓风和台风)窗子、工作台面或家具表面、玻璃隔离物(例如体育隔离物，如曲棍球场玻璃)、较强和/或较轻的建筑玻璃、汽车玻璃或航空器玻璃。例如，目前的抗飓风玻璃典型地由两片热强化玻璃或退火玻璃用聚乙烯醇缩丁醛层叠在一起形成。聚乙烯醇缩丁醛层通常比两个玻璃板花费更多。如果该叠层结构可被单片高度钢化的玻璃板替代，则可减少重量和费用。然而，目前的热钢化工艺由于所使用的处理方法而不给予这种高钢化程度。因此，有利的是提供这样的装置和/或方法，该装置和/或方法可用于提供比通过常规钢化工艺所生产的玻璃板更加高度钢化的玻璃板。
发明内容
对加热至钢化温度的玻璃板进行钢化的方法，该方法包括在第一淬火工位以第一传热速率例如使用第一传热系数来冷却玻璃板，和在连续工艺中第一淬火工位下游的第二淬火工位以第二传热速率例如使用第二传热系数来冷却玻璃板。在阶段式减缓工艺中，可在单个淬火工位中接连应用所述两种传热速率。第二传热速率大于第一传热速率。例如，第一传热系数可大于第二传热系数。在本发明的多阶段工艺中，可使用多个淬火工位，下游淬火工位比上游淬火工位具有更大的传热速率。
对加热至钢化温度的玻璃板进行钢化的另一种方法包括，提供具有至少一个可动喷嘴的淬火工位，将加热的玻璃板输送到该淬火工位中，并且将所述至少一个喷嘴从到玻璃板的第一距离移至第二距离以改变应用于玻璃板上的传热速率。在一个非限制性实施方案中，所述第一距离可大于所述第二距离。
对加热至钢化温度的玻璃板进行钢化的另外方法包括，提供具有至少一个上喷嘴和至少一个下喷嘴的淬火工位，将加热的玻璃板输送到该淬火工位中，并且将所述上喷嘴和/或下喷嘴从到玻璃板的第一距离移至第二距离以改变应用于玻璃板的传热速率。在一个非限制性实施方案中，所述第一距离可大于所述第二距离。
附图简要说明
将参照下面附图对本发明进行描述，其中在全篇中相同的参考数字标示相同的部件。
图1是包含本发明特征的钢化装置的侧面示意图；
图2是表1中所示第一常规钢化工艺的表面及中厚度温度和应力的曲线图；
图3是图2中常规钢化工艺的贯穿厚度的永久应力的曲线图；
图4是表1中所示第二常规钢化工艺的表面及中厚度温度和应力的曲线图；
图5是显示本发明的两阶段冷却工艺的表面及中厚度温度和应力的曲线图；
表6是显示本发明三阶段冷却工艺的表面及中厚度温度和应力的曲线图；和
图7是图6的三阶段冷却工艺的贯穿玻璃厚度的永久应力的曲线图。
优选实施方案的描述
如本文所使用的，空间或方向性术语例如“左”、“右”、“内”、“外”、“上”、“下”等都与本发明有关联，正如其在图中所示。但是应当理解，本发明可采用各种供选择的取向，因此这些术语不应认为是限制性的。此外，如本文所使用的，说明书和权利要求书中使用的表示尺寸、物理特性、工艺参数、成分的量、反应条件等的所有数字应被理解为在所有情况下都经术语“约”修饰。因此，除非相反地指出，否则在下面的说明书和权利要求书中给出的数值可以根据寻求通过本发明获得的期望性能而变化。最起码，不是试图限制对权利要求范围应用等同原则，每个数值应至少根据所公开的有效数字的个数并通过使用普通舍入法来解释。此外，本文公开的所有范围均应理解为包括起始和终止范围值以及包含在其中的任何及所有子范围。例如，所陈述的“1-10”的范围应认为包括在最小值1和最大值10之间(且包括这两个值)的任何及所有子范围；即，起始于1或更大的最小值而终止于10或更小的最大值的所有子区域，例如1-3.3、4.7-7.5和5.5-10等。另外，本文中提及的所有文献，例如但不限于发布的专利或专利申请，应认为通过引用将它们全文合并到本文中。
在图1中显示用以实施本发明的非限制性系统。系统10包括常规的炉12，在该炉中将诸如单独玻璃板形式的玻璃加热至高于玻璃的玻璃转变温度的温度。例如，在一个非限制性实施方案中，将玻璃板14加热至高于1160°F(627℃)的温度。然后将该玻璃从炉12输送通过本发明的淬火装置18。虽然在本发明中是非限制性的，但可在单独的输送机16上或者在例如空气的冷却流体垫上底部淬火工位的上方输送玻璃。例如，美国专利No.3,223,501公开了具有多个间隔支撑体区域的装置。本发明的淬火装置18包含一个或多个淬火工位。在所举例说明的非限制性实施方案中，淬火装置18包含多个即两个或更多的淬火工位。所举例说明的该非限制性实施方案举例说明了第一淬火工位22、第二淬火工位24和第三淬火工位26。然而，应理解本发明的淬火装置18可包含任何所需数目的淬火工位。各淬火工位22、24、26包含一个或多个冷却元件。常规冷却元件的非限制性例子包括狭缝(美国专利No.4,046,543)、喷嘴或玫瑰形模件(rosette modules)。在所例示的该非限制性实施方案中，各淬火工位22、24、26包括第一或上部压力通风系统(plenum)30a-30c，这些压力通风系统可以是指向输送机16顶部的一个或多个喷嘴形式(或者，如果不存在单独的输送机，则指向玻璃板14的顶部)。这些喷嘴以任何常规方式例如通过导管或管道分别连接至冷却流体的源32a-32c。在一个非限制性实施方案中，冷却流体包含气态流体例如空气。还可使用其它冷却材料，例如但不限于疏水性胶体二氧化硅、常规的升华淬火(如使用二氧化碳的升华淬火)、或者液体淬火如油淬火或液体金属淬火。
各淬火工位22、24和26还可包括位于输送机16下方(即，导向玻璃板14的底部)的第二或下部冷却元件34a-34c例如压力通风系统或冷却喷嘴。所述第二冷却元件34a-34c以任何常规方式例如通过导管或管道连接至冷却流体的第二源36a-36c。在一个非限制性实施方案中，冷却流体的第二源36a-36c也包含冷却气体例如空气。如上所述，还可使用其它冷却材料，例如但不限于疏水性胶体二氧化硅、常规升华淬火(如使用二氧化碳)、或者液体淬火如油淬火或液体金属淬火。可以任何常规方式例如通过掩蔽物或隔离物40将淬火工位22、24、26限定或隔开，所述掩蔽物或隔离物40从淬火装置18的顶部向下延伸并且从淬火装置18的底部向上延伸。
淬火工位22、24、26还可包括一个或多个定位装置42a-42c，使得在淬火工位22、24、26中可调节冷却元件30a-30c、34a-34c的位置。例如，所述定位装置42a-42c可以是任何可将冷却元件30a-30c、34a-34c之一或其二者朝向或远离输送机16移动的常规机械装置，使得由输送机16到第一冷却元件30a-30c和/或对应的第二冷却元件34a-34c的距离可得以调节。另外地或可选地，可对流体源32a-32c、36a-36c进行配置以向第一冷却元件30a-30c或第二冷却元件34a-34c分别供给不同的流体，以便在各工位提供不同的冷却速率。另外地或可选地，可以任何常规方式对流体源32a-32c、36a-36c进行温度调节以向冷却元件30a-30c、34a-34c提供预定温度的流体，以便在各工位提供不同的冷却速率。
现将描述该装置的运行。
在炉12中将玻璃制品例如玻璃板14加热到高于玻璃的玻璃转变温度的温度。在一个非限制性实施方案中，将玻璃板加热到高于1160°F(627℃)的温度。然而，本领域技术人员应理解，玻璃被加热的温度越高，所产生的表面压缩将越高。
将玻璃板14输送到淬火装置18中，所述玻璃板14在淬火装置18中进入第一淬火工位22。将冷却流体由第一冷却元件30a和/或第二冷却元件34a导向玻璃板14的顶部和/或底部，以提供第一传热速率。例如，在第一淬火工位22中可利用第一传热系数(HTC)并保持第一预定时间段。
传热系数是来自玻璃表面的热移除速率(Q)和温度差之间的比例系数，所述温度差是在冷却流体接近玻璃时玻璃表面与冷却流体之间的温度差。
Q＝HTC×(Tglass-Tfluid)+qrad    (I)
Q是以Btu/hr/ft2计的热量移除速率；HTC是以Btu/hr/ft2/°F计的传热系数；Tglass是在任何给定时刻玻璃的温度；Tfluid是在相应时间的冷却流体温度；qrad由辐射损失的热量。取决于运行参数例如但不限于玻璃温度，qrad相比于其它传热分量可相对较小。
在热钢化期间，当从高于玻璃转变温度(Tg)的温度冷却时，玻璃的钢化程度(表面压缩和中心张力)与从玻璃移除热量的速率直接相关。一般地，高于Tg的初始玻璃温度越高，所得钢化程度越高。冷却速率越快或越高，钢化程度越高。如下所述，提高钢化程度的有效手段是升高HTC或降低T流体。
然后将玻璃板14输送到第二淬火工位24中，在该淬火工位中，冷却元件30b、34b将冷却流体导向玻璃板14的顶部和/或底部并保持第二预定时间段。然而，在第二淬火工位24中，传热速率比第一冷却工位22的传热速率大。例如，在第二冷却工位24利用的传热系数(即第二传热系数)可大于在第一冷却工位22利用的传热系数(即第一传热系数)。如果在淬火装置18中存在另外的淬火工位(例如第三淬火工位26)，则然后可将玻璃板14导入这些随后的淬火工位中，每个下游淬火工位具有与接邻的上游淬火工位相等的传热速率或比相邻的上游淬火工位更大的传热速率。例如，每个下游淬火工位可利用等于或大于接邻的上游淬火工位的传热系数。然后玻璃板14在这样的温度下退出淬火装置18，所述温度足够低以固定钢化过程所致的永久表面压缩和中心张力，并且可以任何常规方式将玻璃板14进一步冷却至室温。
本领域技术人员可理解的是，可以任何常规方式调节各淬火工位22、24、26的传热速率。例如，可通过改变供给到该淬火工位的冷却流体的温度以改变热量移除速率来进行。还可以通过提高淬火工位中冷却流体的流量或流速、或者降低冷却元件与玻璃表面之间的距离、或者改变玻璃板通过淬火工位的速度(仅试举几例)来提高HTC。例如可使第一淬火工位22中的第一和第二冷却元件30a、34a处于到玻璃表面的第一距离。在第二淬火工位24的第一和第二冷却元件30b、34b可处于到玻璃表面的第二距离，该第二距离等于或小于所述第一距离。作为可选方案，第二淬火工位24中的流体温度可低于和/或流速或流量可高于第一冷却工位22，使得在第二淬火工位24中应用到玻璃板14的热量移除速率比第一淬火工位22中的热量移除速率大。在本发明的一个非限制性实施方案中，对淬火工位22、24、26进行配置，使得冷却工位中玻璃板的应力水平(表面张力)不超过每平方英寸(psi)10,000磅，例如小于或等于8,000psi，例如小于或等于6,000psi，例如小于或等于5,000psi，例如小于或等于4,800psi，以减小玻璃断裂的潜在可能。
可按下面的示例性方式实施本发明。可将所有淬火工位22、24、26的传热速率初始设定在相同的水平。例如，初始传热系数在各个淬火工位可均相同。然后可将加热的玻璃板14输送通过淬火装置18。可将在所有淬火工位22、24、26的传热速率提高到玻璃板14开始断裂或开裂的点。一旦达到该“缺陷点”，可降低在淬火工位22、24、26的传热速率直到不存在玻璃断裂为止。第一淬火工位22可保持在该第一传热速率，例如利用第一传热系数。接着，提高第二淬火工位24的传热速率直到第二淬火工位24中玻璃板开始断裂或开裂的程度为止。这可通过利用比第一传热系数大的第二传热系数来完成。然后可降低第二淬火工位24的传热速率直到不发生这种断裂或破裂为止。例如，可降低第二传热系数。在第二淬火工位24的该第二传热速率可大于在第一淬火工位22的第一传热速率。例如，第二传热系数可大于第一传热系数。以类似的方式，可相应调节在任何另外的淬火工位的传热速率，例如通过在这些工位调节传热系数。在一个非限制性实施方案中，可将玻璃板在第一淬火工位下游的连续淬火工位进行冷却，直到玻璃中心温度低于玻璃转变范围为止，或者直到连续工位对最终表面压缩的贡献基本为零为止。
例如，可基于玻璃的温度，调节玻璃板14在各个淬火工位22、24、26中保持的时间。例如，玻璃板的初始温度越高，应越快地将玻璃板从第一淬火工位22输送到第二淬火工位24中。此外，玻璃板越薄，应越快地将玻璃板从第一淬火工位22输送到第二淬火工位24中。
在一个非限制性实施方案中，通过利用商购自Canonsburg，Pennsylvania的ANSYS，Inc.的商购ANSYS有限元计算机程序的传热计算能力，可由工艺参数对玻璃板的冷却行为进行估算。
本发明提供比先前使用常规热钢化工艺可能具有的钢化程度显著更高(表面压缩和中心张力)的玻璃。根据本发明制成的玻璃可用于各种用途，如上述那些，例如安全和/或抗碎裂玻璃。
本领域技术人员可理解的是，在钢化处理期间，当在淬火装置中开始冷却时玻璃的外表面(包括棱边)初始进入拉紧状态。冷却速率越高，张应力越大。被内部压缩平衡的这种张应力由于玻璃的粘性应变而开始衰减。进入淬火装置的玻璃的初始温度越高，这进行得越快。当冷却产生的初始表面张应力超过玻璃的基本强度(标称为4800-10,000Psi)时，可发生破裂。断裂倾向相对于所施加的张应力大致遵从正态分布。破裂通常发生在玻璃棱边，玻璃棱边比表面弱并且典型地比表面冷却得更快。这种现象限制了在常规单阶段淬火系统中可应用的冷却速率。由支撑玻璃重量的方法(夹具、辊、流体膜等)和最终可接受的光学品质可确定玻璃的最大实际炉出口温度。该温度越高，玻璃粘度越低并且玻璃将随时间在其自身重量下变形更大，从而劣化光学品质。总之，对于给定的支撑方法，所需玻璃质量和可接受的淬火断裂频度决定可允许的出口温度并因此决定可产生的最终压应力水平。
对于任何给定厚度的被初始加热至高于玻璃转变温度范围的温度且对其表面施加有均匀冷却速率(典型地是常规单阶段淬火)的玻璃，玻璃表面中产生的最大最终压应力水平随渐增的初始玻璃温度达到稳定状态。在提高冷却速率时，于不断增加的初始玻璃温度水平下达到玻璃压应力水平的稳定状态。为了由钢化产生高的玻璃表面压应力水平，需要高的淬火速率(即高的传热速率)和炉出口温度。本发明克服了常规热钢化方法所产生的断裂和光学问题，所述常规方法利用相对高的出口温度，这些相对高的出口温度对产生高度钢化玻璃是必需的。对于本发明，可使用较低的出口温度来获得相同水平的压应力。在一个非限制性实施方案中，本发明利用基于传热水平的多阶段淬火系统。在初始较高冷却速率阶段之后接着是甚至更高冷却速率阶段，所述初始较高冷却速率阶段，对于给定的玻璃厚度和淬火装置入口温度水平，产生恰低于破裂极限的玻璃张力水平，所述甚至更高冷却速率阶段给予贯穿玻璃厚度的大的热梯度，从而产生高表面压应力水平而无显著的玻璃断裂或光学问题。用本领域已知的单阶段传热水平淬火系统，由于玻璃断裂和光学品质问题，不能获得这些高表面压应力水平。
在上述实施方案中，本发明的实施中使用多个淬火工位。然而，应理解本发明还可使用单淬火工位来实施，所述单淬火工位具有多个传热速率不同的区域。这可以任何常规方式来实施，所述方式例如但不限于在输送机之上和/或之下具有淬火工位，该淬火工位具有一个或多个冷却元件例如喷嘴，这些喷嘴沿玻璃行进方向布置成到输送机的距离逐渐减小。即，在淬火工位入口端的喷嘴比在输送机出口端的喷嘴距离输送机更远。在本发明的一个非限制性实施方案中，可将喷嘴沿预定斜度布置以提供贯穿淬火工位的基本连续的热量移除速率梯度。在另一个非限制性实施方案中，可将喷嘴分组布置以提供若干冷却区域，这些冷却区域产生更加逐步的热量移除速率梯度。在另一个非限制性实施方案中，喷嘴可沿淬火工位处于到输送机等距离，但喷嘴的流量、流体温度、流体类型等可沿淬火工位的长度不同，使得较接近淬火工位出口端的喷嘴比接近入口端的喷嘴提供更大的传热速率。在另一个非限制性实施方案中，上喷嘴和/或下喷嘴可以是可动的，使得它们初始布置成处于到淬火工位中的玻璃的第一距离，然后向内移动即朝向玻璃的上表面和/或下表面移动，以改变例如提高传热速率。如果需要，可将喷嘴向外移动以降低传热速率。
对于钢化工艺所使用的任何初始玻璃淬火装置入口温度水平，本文所述发明的实施对于任何给定玻璃组成和厚度可产生可能最大的钢化水平。本发明产生的最终玻璃钢化程度将显著高于常规单阶段钢化工艺所产生的最终玻璃钢化程度，所述单阶段钢化工艺在标称玻璃淬火热量移除速率和入口温度下进行操作。
实施例1
表1显示对于常规工艺使用商购自Canonsburg，Pennsylvania的ANSYS，Inc.的ANSYS有限元分析程序计算出的冷却和钢化参数，这些参数与包含本发明特征的工艺的那些参数形成对比。
Figure S2006800432761D00111
在表1中，“初始最大表面张力”栏注明淬火开始后(时间“0”，即在将初始传热速率应用于加热的玻璃板之后的时间)玻璃达到预定最大表面张力的时间。在所举例说明的工艺中，最大表面张力保持处在或低于约4,800psi以使玻璃断裂最小化。例如，利用49的初始传热系数，样品No.3在淬火开始后于0.5秒钟达到4,824psi的表面张力。“产生初始最大表面张力时的玻璃温度”注明玻璃板在0.5秒钟时间的中心和表面温度。“第二传热系数”栏注明在第二传热系数起用时的累计时间(即从0时间起)。在样品3中，在从时间0起的1.75秒钟启动159的第二传热系数。“在第二传热系数下的表面应力”栏注明在第二传热系数开始时的玻璃表面应力。“第二最大表面张力”栏注明在应用第二传热系数期间玻璃达到最大表面张力的累计时间(即从0时间起)。例如，样品No.3在2秒钟的累计时间(即从0起2秒钟)达到4,719的表面张力。“在第二传热系数下的中心/表面温度”栏注明了在第二传热系数起用时玻璃板的中心和表面温度。用于举例说明三阶段淬火工艺的栏符合上面刚刚所述的分析。
在表1中可看出，使用常规钢化工艺对第一和第二样品进行钢化，在所述工艺中对整个淬火周期使用33或者49Btu/hr/ft2/°F的统一的传热系数。然而，通过将传热系数由33提高到49并且将初始温度由1182°F提高到1266°F(温度的提高允许更高的传热系数而无玻璃断裂)，玻璃残余表面压缩由-25,518提高到-36,622psi，并且残余中心张力由9,672提高到12,348psi。这表明表面压缩改变约44％((36,622-25,518)/25,518)。
然而，实施本发明的工艺可显著提高玻璃中产生的残余表面压缩和残余中心张力。如表1中所示，第三个例子说明了本发明的两阶段钢化工艺。在该样品中，在第一冷却工位使用49Btu/hr/ft2/°F初始传热系数将1266°F的初始温度下的玻璃进行淬火1.75秒，并且然后将玻璃输送到具有159Btu/hr/ft2/°F的第二传热系数的第二冷却工位中。虽然第二和第三样品具有相同的厚度(0.75英寸)和初始温度(1266°F)，但本发明的钢化工艺在玻璃中产生-60,547psi的残余表面压缩和19,859psi的中心张力。该结果表明玻璃表面压缩比由样品2的常规钢化工艺所产生的玻璃表面压缩增加65％，而未将玻璃表面张力水平提高到高于常规钢化工艺所产生的水平，从而保持与常规钢化工艺相同的断裂倾向。
样品4是对比样品，其举例说明通过在稍后时间于第三淬火工位中调节到第三甚至更高的传热系数，可进一步提高残余表面压缩和残余中心张力。该结果表明玻璃表面压缩比常规钢化工艺提供的玻璃表面压缩增加93％({[70863-36622]/36622}×100％)。
实施例2
下面的表2举例说明了对于各种玻璃板厚度，通过改变玻璃淬火装置入口温度和传热系数可产生的残余表面压缩水平，且同时不超过4,800psi的玻璃表面张力水平。这些结果利用常规ANSYS有限元程序计算出。
Figure S2006800432761D00151
在表2中，如果将初始传热系数用于整个淬火，在初始传热系数下的表面压缩(SC)则代表最终表面压缩会如何(即常规淬火可产生什么样的表面压缩)。在第二传热系数下的表面压缩值代表由本发明的多阶段淬火所产生的表面压缩。据表2看来，在玻璃厚度增加和初始玻璃温度增加时，具有更高传热系数的第二冷却阶段的作用更大。在表2中，“％增加”代表当与第一初始玻璃温度下的初始表面压缩相比时表面压缩的增加百分比，这是由于(a)增加玻璃的初始温度的作用或(b)增加玻璃的初始温度和在增加的传热速率(如更高的传热系数所反映的)下的第二冷却步骤的组合作用。例如，在表2中提及0.07英寸样品时，初始玻璃温度为1182°F且该玻璃具有-8753psi的表面压缩。当玻璃加工包括在更高传热速率下的第二冷却步骤时，表面压缩提高到-9229psi，即％增加为5.4％({[9229-8753]/8753}×100％)。此外，当初始玻璃温度提高到1238°F时，该玻璃具有-14533psi的表面压缩。这表明表面压缩比在第一初始温度下且使用单阶段淬火的玻璃的表面压缩增加66％({[14533-8753]/8753}×100％)。此外，当使用在更高传热速率下的第二冷却步骤时，表面压缩增加到-18237psi，即表面压缩增加108.4％({[18237-8753]/8753}×100％)。表2还包括由第二冷却步骤引起的表面压缩增加百分比(用“Mod％增加”表示)。更具体地且参照上述实施例，由提高的温度和第二冷却步骤引起的％增加为108.4％，而仅由较高初始温度引起的％增加为66％。其结果是，由第二冷却步骤引起的表面压缩的Mod％增加为42.3％(108.4％-66％)。
实施例3
表3说明了对于各种玻璃板厚度用1266°F和1294°F的玻璃淬火装置入口温度并使用本发明的三阶段淬火可产生的残余表面压缩水平，且同时不超过4,800psi的玻璃表面张力。这些结果也使用ANSYS有限元程序计算出。
本领域技术人员将很容易理解，可对本发明做出修改而不背离前述中公开的概念。因此，本文详述的具体实施方案仅是举例说明性的，而不是对本发明的范围进行限制，本发明的范围将为所附权利要求及其任何和所有等同形式的全部范围。
Figure S2006800432761D00181

Claims (10)

1.对加热到钢化温度的玻璃板进行钢化的方法，该方法包括：
(a)以第一传热速率用第一气态冷却流体利用第一传热系数将玻璃板冷却第一时间段；
(b)在步骤(a)之后以第二传热速率用第二气态冷却流体利用第二传热系数冷却玻璃板，所述第二传热速率大于所述第一传热速率，其中第一气态冷却流体和第二气态冷却流体相同或不同；和
(c)冷却该玻璃板从而在步骤(a)和(b)的每一步骤中玻璃的表面张力≤4800psi。
2.权利要求1的方法，其包括在单个淬火工位中进行步骤(a)和(b)。
3.权利要求1的方法，其包括：
在第一淬火工位以第一传热速率冷却玻璃板；和
在第一淬火工位下游的第二淬火工位以第二传热速率冷却玻璃板。
4.权利要求1的方法，其还包括：
在连续淬火工位冷却玻璃板，直到玻璃中心温度低于玻璃转变范围为止，或者直到连续工位对最终表面压缩的贡献基本为零为止。
5.权利要求1的方法，其包括在钢化处理期间维持小于4800psi的玻璃板表面张力。
6.权利要求1的方法，其中通过调节冷却流体的温度、喷嘴到玻璃的距离、流体流量、流体压力和冷却流体类型中至少一者来调节第一和第二热量移除速率。
7.权利要求1的方法，该方法进一步包括：
提供具有至少一个可动喷嘴的淬火工位；
将加热的玻璃板输送到淬火工位中，其中以第一传热速率用第一气态冷却流体利用第一传热系数将玻璃板冷却第一时间段；和
将所述至少一个喷嘴从到玻璃板的第一距离移至第二距离，以改变应用于该玻璃板的传热速率，从而以第二传热速率用第二气态冷却流体利用第二传热系数冷却玻璃板。
8.权利要求7的方法，其中所述第一距离大于所述第二距离。
9.权利要求1的方法，该方法进一步包括：
提供具有至少一个上喷嘴和至少一个下喷嘴的淬火工位；
将加热的玻璃板输送到淬火工位中，其中以第一传热速率用第一气态冷却流体利用第一传热系数将玻璃板冷却第一时间段；和
将上喷嘴和/或下喷嘴从到玻璃板的第一距离移至第二距离，以改变应用于该玻璃板的传热速率，其中以第二传热速率用第二气态冷却流体利用第二传热系数冷却玻璃板。
10.权利要求9的方法，其中所述第一距离大于所述第二距离。
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