CN103906716B

CN103906716B - 使用等离子炬和/或电弧喷射来强化玻璃的方法以及根据该方法的制品

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Publication number: CN103906716B
Application number: CN201280052406.3A
Authority: CN
Inventors: 维贾伊·维拉萨米; 胡学群; 格伦·A.·塞尔尼
Original assignee: Guardian Industries Corp
Current assignee: Guardian Industries Corp
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2018-02-09
Anticipated expiration: 2032-08-17
Also published as: EP2751042A2; MY169172A; US9604877B2; EP2751042B1; US20170197877A1; TW201315701A; WO2013032733A3; CN103906716A; US20130059087A1; WO2013032733A2; TWI574928B

Abstract

本发明的示例性实施例涉及一种强化玻璃基板(例如，钠钙硅玻璃基板)的改进方法。在示例性实施例中，通过在玻璃内生成电场来化学地强化玻璃基板。在一些特定情况下，可通过包含有类似Li⁺、K⁺、Mg²⁺、和/或其他离子的等离子围绕基板来执行化学钢化。在一些情况下，该离子可经电极产生的电场的半周期被推动进入玻璃基板从而形成等离子。其可有利于通过缩短的时间比例来化学地强化玻璃基板。在另一些示例性实施例中，电场可设置在浮槽中，从而钠离子从熔化的玻璃带中被推动进入锡槽，其有利于获得更坚固的玻璃基板且钠含量减少。

Description

使用等离子炬和/或电弧喷射来强化玻璃的方法以及根据该方法的制品

本发明的示例性实施例涉及一种强化玻璃基板(例如，钠钙硅玻璃基板)的改进方法。在示例性实施例中，通过在玻璃内生成电场来化学地强化玻璃基板。在一些例子中，通过使包含有类似Li⁺、K⁺、Mg²⁺、和/或其他离子的等离子围绕基板来执行化学钢化，由此，该离子经电极产生的电场的半周期作用被推入至玻璃基板中从而形成等离子。在一些示例性实施例中，电场可设置在浮槽中，从而钠离子从熔融玻璃带中被推入锡槽中，其有利于获得强化的玻璃基板且钠含量减少。

发明背景和示例性实施例概述

钠钙硅在广泛条件下具有多种优秀的性质，包括：例如具有较好的透明度和清晰度、较高的耐久性等。但是，在一些情况下，钠钙硅玻璃的机械强度可能会受到以下因素：(i)制作中引起的玻璃缺陷；和/或(ii)由于玻璃的表面随时间推移腐蚀，表面缺陷加重，导致玻璃表面的“起泡”。上述表面缺陷有时会成为玻璃片的表面积与体积比增加(例如，较薄的玻璃制品)的重要原因。虽然，在特定环境的制造过程中使用二氧化钠(NaO₂)可有助于减少玻璃的熔点，但是在一些情况下，玻璃制品中(尤其是玻璃制品的表面/接近表面区域)的Na⁺离子的存在可能会对制品的化学和/或机械耐久性具有负面影响。

例如，在一些情况下，Na⁺离子可能会导致钠钙硅玻璃质量恶化。其可能发生在该情况下的两个阶段过程中。第一阶段，渗透至钠钙硅玻璃的表面来自湿气的H⁺和/或H3O⁺离子和从玻璃中移出的碱金属离子(例如Na⁺)之间的离子交换过程。在该过程中，二氧化硅网状物可能保持不变，但NaOH和H₂O的碱性薄膜或包含有NaOH和H₂O的碱性薄膜可能会形成在玻璃表面。在一些示例中，当更多的湿气渗透至玻璃的表面与邻近玻璃表面的钠离子反应时，薄膜可能会越来越呈碱性。在一些情况下，当pH达到近9或更高时(例如，当薄膜成为要素)，可出现第二阶段。该第二阶段可包括二氧化硅网状物的分解，导致纳米裂缝的形成，进一步可能会使玻璃基板弱化。

此外，玻璃强度有时受控于“最差”或最严重缺陷(例如，裂缝和/或纳米裂缝)的尺寸，每种情况都会不同。在一些情况下，表面纳米裂缝和/或钠钙硅玻璃中(例如，由Na⁺离子和湿气之间的反应和/或其他因素的存在所生成)的其他缺陷可能会导致“应力集中点”。在一些情况下，由于纳米裂缝的出现，仅需较少的应力便可使裂缝变大，延伸、和/或使玻璃基板破裂。此外，由于裂缝可能形成在玻璃表面附近(例如，由于钠离子和湿气的反应，玻璃表面附近形成碱性“涂层”)，低于正常的应力也会使该玻璃的表面特别容易损坏(例如，相比钠钙硅玻璃的无裂缝部分更容易发生)。

在一般情况下，较大的裂缝，较小的应力会使裂缝繁衍。潜在的缺陷相比通常情况可导致玻璃更容易断裂。在一些情况下，由于裂缝/纳米裂缝的出现，未强化的玻璃在应力下断裂的可能性为低于玻璃的理论强度5倍、10倍、甚至100倍。其会导致较难地来准确预测玻璃裂开、断裂、和/或破裂之前玻璃基板可承受的应力。具有相似成分和厚度的玻璃基板的强度变化会导致意外破损的增加和/或生产成本的增加，例如，相比安全更需要生产具更高强度的玻璃基板。事实上，约25％的应力变化可导致具有相似成分和厚度的玻璃基板裂开、断裂、和/或破裂。

也就是说，导致具有相似成分和厚度的不同玻璃基板裂开、断裂、和/或破裂的应力可以是不同的。导致一个基板断裂的应力可能不会使具有相似的成分和厚度的第二个基板断裂。在一些情况下，当玻璃被完全使用时，由于较低的整体强度和较高的强度变化的可能组合，会需要增加玻璃的厚度。因此，在一些情况下，将钠钙硅玻璃作为工程材料来使用时，会由于上述缺陷引起的问题受到限制，类似脆性断裂、强度变化、和/或正常使用条件下的低效强度。

当薄玻璃的应用逐渐广泛(例如在电子市场)，类似机械硬度、抗破坏和刮伤、以及热稳定性等因素成为更重要的考虑因素。

因此，需要改进玻璃表面和/或近表面的性质，从而在维持和/或改进其另一些优选性质(例如电子级、透明度)的同时可充分具耐用性。

目前可使用几种方法来加强钠钙硅玻璃，如热量的(例如，机械的)热处理(例如，热强化和/或热钢化)和化学钢化。热处理一般为将玻璃基板加热，并相比内部，将热表面更快地冷却。其在表面附近生成压应力，通过朝向内部的张应力被平衡和/或抵消。另一方面，化学钢化涉及离子交换过程。在一些化学钢化实施中，在玻璃表面较大的离子替代较小的离子。该过程有时被称为“离子填充”。在一些情况下，上述两种技术都可促使玻璃基板表面的压应力。

应力标示图以不同点示出基板中存在的应力的相对量和类型。图1(a)-(b)分别示出上述两种技术的应力标示图。特别是，图1(a)示出玻璃基板的横截面，显示出由热强化玻璃引起的残余应力标示图。

如上所述，用于玻璃的热处理(例如，热强化和/或热钢化)涉及通过改变玻璃的应力来强化玻璃。在一些情况下，热钢化方法将生成和/或增加玻璃基板表面的残余压应力状态，并达到表面下的一定深度。该残余压应力状态通过玻璃内部至少一部分中的张应力状态被平均和/或平衡。图1(a)示出基板1(a)的表面和/或近表面部分100(a)的压应力、朝向基板1(a)的内部101(a)的张应力。如图1(a)所示出的，在一些情况下，被机械强化(例如，热处理)的玻璃基板的内部的应力被拉伸。

另一方面，图1(b)示出被化学钢化的玻璃基板的横截面。在图1(b)中，虽然基板1(b)在表面区域100(b)/表面附近具压应力，但该压应力不会渗透至表面深处，且玻璃基板1(b)的内部101(b)中的张压力低于被热钢化的玻璃基板1(a)。当玻璃基板被化学钢化，基板的表面和/或近表面区域的成分被改变。在一些情况下，Na⁺离子被移除，玻璃基板的二氧化硅网状物将不会由于Na⁺离子和外部湿气之间的反应而易受到损伤。

热钢化的一个缺点在于在一些情况下其可能不能有效地用于薄玻璃(例如，玻璃的厚度约1.5或1.5以下)，其可能会导致表面起皱和/或扭曲。进一步，玻璃越薄，热钢化有时可能会失效。在另一个例子中，热钢化不能达到化学钢化中的相同级别的“回火”。但是，化学钢化需要较长时间来有效地强化玻璃基板(例如，几个小时而不是分钟)。

虽然，在一些情况下热钢化和化学钢化较为有利，但本领域的技术人员需要一种更快的方式来更好地强化玻璃基板(例如，厚基板和薄基板)。

在示例性实施例中，提出一种增加玻璃基板强度的方法。通过位于玻璃基板的相对的主要表面上的至少一个等离子源和第一、第二电极，等离子被触击，其中，该等离子包括替换离子。该替换离子被推入至玻璃基板的相对的主要表面中，从而来增加玻璃基板的强度。

在示例性实施例中，提出一种使用等离子来强化含有钠离子的玻璃基板。通过位于玻璃基板的相对的主要表面上的至少一个等离子源和第一、第二电极，等离子被触击，该等离子包含正离子。电场被用来将正离子推入至玻璃基板的至少一个主要表面，从而来替换至少一些钠离子，并增加玻璃基板的强度。

在示例性实施例中，提出一种包含有钠钙硅玻璃的化学强化的玻璃制品。该制品包括被等离子植入至玻璃的表面区域的含钾、锂、镁中的至少一个的替换离子。该表面区域从玻璃制品的主要表面延伸至约5微米，更优选是至少约7微米，且有时至少约50微米。替换离子中的至少一些替代钠离子，从而使该玻璃制品与未化学强化的玻璃制品相比，具有较少的钠离子。该玻璃制品具有至少约200MPa的强度，且更优选是至少约400MPa。

在示例性实施例中，提出一种增加玻璃基板强度的方法。提供至少一个等离子炬，包含第一和第二电极，位于玻璃基板的第一主要表面。经由两个电极之间的外加电场，通过等离子炬的喷嘴来喷射含有替换离子的等离子，从而使等离子邻近玻璃基板的第一主要表面被喷射。该替换离子被推动进入玻璃基板的至少一个主要表面，从而来增加玻璃基板的强度。

在示例性实施例中，提供一种增加玻璃基板强度的方法。将第一和第二等离子炬或电弧喷射配置在玻璃基板的相对的主要表面。经由各等离子炬或电弧将包含有替换离子的等离子喷射在该玻璃基板的相对的主要表面上。通过各等离子炬或电弧喷射的第一和第二电极之间的电场功效，推动替换离子进入玻璃基板的第一和第二主要表面，从而来增加玻璃基板的强度。

在示例性实施例中，提供一种制备玻璃基板的方法。钠钙硅玻璃基板的相对的主要表面显露给含有离子的等离子，该钠钙硅玻璃基板至少初期包含10-20wt.％的Na₂O。选择性地激活与等离子相关联的电极，来直接或间接地推动离子进入玻璃基板的表面区域，并使钠离子退出表面区域，将玻璃基板的Na₂O含量减少至10wt.％以下。

在示例性实施例中，提供一种制备玻璃基板的方法。等离子在至少熔融玻璃带之上的浮法线的锡槽部中被触击，该等离子作为正电极，且锡槽作为负电极。钠离子被逐出熔融玻璃带并通过由正负电极的电场进入至锡槽中且至少部分存在于熔融玻璃带中。该玻璃基板可制备成Na₂O含量为20wt.％以下的玻璃基板。

在示例性实施例中，提出一种制备玻璃基板的方法。经由至少一个等离子，熔融玻璃带在浮法线的锡槽部被提供。钠离子被逐出熔融玻璃带并进入锡槽从来减少熔融玻璃带中的钠含量。该玻璃带被保持在足够高的一个或多个温度中，就算在制备玻璃基板中玻璃带的成分改变，玻璃带也可保持熔融状态。

在示例性实施例中，强化的玻璃基板包括硅酸盐矩阵，其中，该矩阵包括至少一些氩原子，且其中玻璃基板中的钠离子被基本清空，并具有至少约600MPa的强度，且更优选是至少约1000MPa。

在示例性实施例中，提出一种制备玻璃基板的方法。将氧化铝推入至熔融玻璃中，且经由包含氧化铝的至少一个等离子，钠被逐出熔融玻璃。该熔融玻璃被用来制备玻璃基板。

在示例性实施例中，强化的玻璃基板包含10wt.％以下的Na₂O，和由钾、锂、镁离子构成的组中选择出至少一种离子类型。该离子中的至少一些替代玻璃基板之前玻璃带中所原始存在的钠离子。该玻璃制品具有至少约400MPa的强度。

上述和其他实施例，其特征、方面、优势可与任何适当的组合或子组合结合，以实现进一步的实施例。

附图简要说明

以下参照附图对相关实施例进行详细说明，来更好更全面地了解本发明的上述和其他特征及优点。

图1(a)-(b)分别示出机械(例如热)强化和化学钢化的玻璃基板的示例性应力标示图。

图2(a)-(b)示出一定的化学钢化原理。

图3是示出根据示例性实施例，如何通过将等离子作为电极和替换离子源来将玻璃基板化学强化。

图4是示出根据示例性实施例，化学强化玻璃基板的扩大的横截面图。

图5是示出根据示例性实施例，在化学强化玻璃基板时，一个或多个等离子是如何被用来提供替换离子。

图6是示出根据示例性实施例，包含有离子梯度的化学强化玻璃基板的扩大的横截面图。

图7是示出根据示例性实施例，如何使用沿浮法线的等离子来将玻璃基板化学强化。

图8是示出根据示例性实施例，随时间的示例性电极电压的图表。

图9是示出根据示例性实施例，经过一段时间的电压图表和包围玻璃基板的护层上的相应效果。

示例性实施例的具体说明

如上所述，在一些情况下需要改进薄玻璃基板的耐久性，例如，“电子级”。此外，在一些情况下需要在不完美的钠钙硅玻璃原料的基础上来改进玻璃。事实上，与制造类似硼硅玻璃和/或其他的本质上强度较高的玻璃相比，有时以涂刷的方式来处理钠钙硅玻璃使其更具耐久性和/强度会更具成本效益。为了克服钠钙硅玻璃的相对较低的强度，并使其更薄、强度更高、和/或电子级，可能需要改变玻璃基板的表面和/或近表面区域的性质。由此，在示例性实施例中，不利于与湿气反应降低玻璃基板性能的钠离子应被减少和/或交换。

图2(a)-(b)示出一定的化学钢化原理。如上所述，化学钢化的一般概念涉及使用其他替换离子来移除和/或交换玻璃基板(特别是表面和/或近表面区域)中的一些钠离子。与钠离子相比，该替换离子可较大和/或反应较小。在一些情况下，替换离子可包括钾、锂、和/或镁。在本发明的示例性实施例中，替换离子可包括上述离子和/或其他二价离子、多价离子、碱金属、银、和/或其他合适的材料。在一些情况下，钠离子的替换可改变玻璃基板的表面附近的应力。

图2(a)-(b)还示出玻璃基板的表面和/或近表面区域与熔盐槽中的离子之间的离子交换。例如，图2(a)示出玻璃基板1的一部分中的钠离子11，替换离子10(在一些情况下，钾离子19可作为替换离子10)。钾(例如)离子19被示出至少初期在玻璃基板之外。钾离子19进入熔盐槽，同样为基板1(仅示出盐槽的一部分和基板的一部分)。图2(b)示出玻璃基板1中的钠离子11与钾离子19替换。图2(b)中的箭头示出钠离子11离开基板11的表面和/或近表面区域，并指示出曾经为钠离子11位置的钠空缺15，被替换成钾离子19。在一些情况下，离子19可以是除了钾(例如，其他盐)的离子/化合物。图2(a)-(b)为当基板在熔盐槽中时，基板1中离子11与离子19的替换较少(或是在另一个示例性实施例中，可为更多反应而不是较少)的简单示图。

一些情况下，该离子交换过程(如图2(b)中所示出的)可能会被扩散限制。此外，在熔盐槽中执行的该离子交换过程为典型的较慢的过程，因此，其需要较长的时间来进行充分的离子交换。

在一些情况下，由于不涉及电子流，离子交换过程一般涉及交互离子扩散机制从而满足电中性的原理(例如，正电荷的总和一般等于负电荷的总和)。也就是说，当仅通过扩散力基板中的Na⁺离子由熔盐槽中的离子被替换时，该过程可能需要几个小时。在运作中除了扩散没有其他附加的力，则经由熔盐槽的大量的Na⁺离子的替换将需要十分长的时间。

在此，可使用等式来表示替换离子渗透至玻璃基板的深度(L_exc)，可表示为函数，材料的扩散率(例如，扩散系数D)，其为材料允许气体或液体通过的程度，且玻璃基板的温度表示为T，基板被浸入槽中的时间表示为t。

例如，来用于400MPa回火状态(例如，当化学钢化玻璃的强度即玻璃表面上的压应力约为400MPa)。但是，在另一个例子中，400MPa强度可通过约7微米的深度来实现)。

时间(t)的最低限制通常取决于温度(T)。也就是说，通过熔盐槽中的离子交换来充分地强化玻璃基板的所需时间随温度的升高而减少。但是，在四个小时内要到达上述的回火强度可能需要十分高的温度。虽然四个小时是较长的时间，但是，在不是较高的温度下，有时需要16个小时(甚至更多)来实现充分的强度。例如，在一些情况下，小时。其可由Fick定律被限制，该定律涉及关于浓度的扩散通量的方向，以及扩散如何导致浓度随时间的变化。

通过在熔盐槽中将玻璃基板化学钢化，玻璃基板可达到约400MPa的强度。但是，如上所述，其可能需要约四个小时来用于替换离子，在高温下达到50微米的植入深度，且在较低(例如，较“合理的”)的温度下需要16个小时或更长。尽管离子被植入较浅的深度(例如，7微米)，使用熔盐玻璃来达到约400MPa的强度，但仍需要时间。但所需强度大于400MPa，和/或所需的植入深度为100微米或更大，通过熔盐槽的强化玻璃的过程可能需要16个小时或更多。因此，在一些情况下，在熔盐槽中使用离子来化学强化一片玻璃所花的时间并不理想，和/或不适于进行较大规模的生产。

如上所述，一些强化技术可通过物理机制来运作的离子交换过程，例如离子的热扩散。但是，在一些情况下，电场可能被叠加，例如在玻璃基板上。在示例性例子中，通过改变玻璃密度、应力、和/或平均极化率，盐槽和/或玻璃基板中存在的电场可能产生指数变化。

在一些情况下，电场的应用可增加盐槽中替换离子的速率和/或速度，并可减少用于充分替换(即强化)所需的时间。该协助离子交换的场效应的应用可提供附加的力来用于离子从盐槽中的迁移。因此，当离子较难随机交换时，可在电场被使用的位置中使用热运动(例如，二价离子和/或其他更大更重的离子)来替换玻璃中的钠。

更具体地说，熔盐槽中用来替换玻璃基板中的钠离子的离子可移动只是因为扩散电流(例如，经由热和/密度梯度被体现)，其是载荷子不依赖电刺激的随机布朗运动的结果。另一方面，当电场被应用，离子因漂移电流可移动。漂移电流为电流、或载荷子的移动，其因外加电场所引起，通常为越过一定距离的电动势。

因此，提供替换离子和生成电场来加快替换离子渗透玻璃表面的速度，且在一些情况下替换钠离子是较为理想和有利的。但是，有时会较难产生足够量级的电场来加快替换过程，特别是由于在玻璃基板中和/或玻璃基板附近产生电场的电极须配置在盐槽中并须直接与玻璃基板的表面接触。为了使该接触成功和/或具可能性，玻璃基板须为固体而不是熔融状态。另一方面，玻璃须维持其熔融状态来实现更有效的钠离子和替换离子的交换率。由此，当玻璃基板为熔融状态时可能不能使用足够量级的电场，且同样，替换离子(和整个化学钢化过程)的速度/速率可能要求玻璃为熔融状态。因此，上述两种情况在用于小幅增加化学钢化的速度时可能互相排斥。

在一些情况下，使用熔融状态的玻璃可使离子更有效地被交换。例如，由于玻璃处于该状态时，离子具有高迁移率(由爱因斯坦的关系论被阐明)，两个示例的关系为：

(带电粒子的扩散)，和

(如“爱因斯坦的关系论”中的用于通过低雷诺数液体的球形粒子的扩散)

其中：

·D为扩散常数，

·q为粒子的电荷，

·μ_q为带电粒子的电迁移率，或粒子的终端漂移速度对外加电场的比率，

·k_B为波耳兹曼常数，

·T为绝对温度，

·η为黏度，和

·r为球形粒子的半径。

由此，从上述扩散相关等式可以看出，当材料的黏度减小(例如，材料黏度下降)，带电粒子的电迁移率便增加。因此，当玻璃为熔融状态时，黏度较低，从而电荷迁移率较高。由此，当玻璃基板为熔融状态时，离子交换过程可更快。然而，电场可进一步增加离子交换率。如上所述，为了维持玻璃基板内和/或玻璃基板附近的电场，在一些情况下须将电极物理性地置于玻璃基板上。为此，玻璃须为固体状态。

在一些情况下，将电场(例如100V/cm)与熔盐槽中的玻璃基板一起使用可使离子达到1-4m/s的速度。在一些情况下，该速度的离子可渗透至玻璃基板约10微米。但是，在一些情况下，可能需要使离子渗透至玻璃基板10微米以上，此外，将玻璃基板维持熔融状态不是一直方便和/或可行的。

例如，在示例性离子交换过程中，玻璃可为固体状态(例如，T<T_g，T_g为玻璃熔融的温度)，并被浸入至盐槽中。为达到约100微米的离子交换深度可能需要5、10、16个小时或更长时间(根据温度)。

在一些情况下，将电场设置为约100V/cm(例如，10,000V/m)，物理电极被置于熔体(熔槽)中而玻璃为固体状态。另外，在一些情况下，将物理电极置于熔盐槽中而玻璃为固体状态时，在应用漂移电流(例如电流、或载荷子的移动，其与外加电场有关，通常为越过一定距离的电动势)来加速离子交换时可能会出现障碍。也就是说，要充分应用电极，玻璃须为固体状态。相反，在一些情况下，当玻璃为熔融状态时，由于电荷迁移率与黏度成反比，离子将移动更快。此外，在一些情况下，DC电场促使的离子交换仅将交换提供至玻璃的一个表面。

因此，本领域的技术人员需要一种更有效地将玻璃基板化学钢化的方法。优选是，利用电场，和/或玻璃为固体状态时，更有效地使用替换离子来替换钠离子的方法。此外，有利于减少执行化学强化时所需的时间尺度。

在此，本说明所公开的技术其优点在于，允许离子构成玻璃基板的表面和/或近表面区域(例如，薄外延层)从而被调谐和/调制，明显比先前的机械和/或化学钢化的方法更快。在示例性实施例中，钠钙硅玻璃基板的表面和/或近表面区域的成分可在时间尺度上被调整和/调制，比其他方法至少低一个量级。在示例性实施例中，玻璃基板可在几分钟内被强化而不是几个小时(或甚至几天)。

在如上所述的熔盐离子交换中，熔盐提供替换离子来用于玻璃中的钠离子。然而，示例性实施例涉及在不同“状态情况”(例如，固体、熔融等)的玻璃基板中和/或玻璃基板表面生成较高和基本均匀电场的方法和/或技术。如上所述，在一些情况下，生成高电场可能需要将金属电极物理地置于熔盐槽中。因此该技术可能会由于玻璃的面积较大而受到限制，并可能因玻璃的状态受到限制。

相比之下，在示例性实施例中，其优点在于等离子可作为电极在玻璃内设置时变的电场。在一些情况下，电场(例如，交流电、直流电、射频等)可被叠加来加快离子交换强度，并使用不同的技术来更快地强化玻璃。在一些情况下，电场可具有净多调制基差。在第一示例性实施例中，可通过将替换离子汽化成等离子作为电极，从而在玻璃基板中和/或玻璃基板周围设置电场来将替换离子引入玻璃基板。如图3所示的例子，可以看到将要化学钢化的玻璃基板被浸入至电容耦合、或辉光发电、或静电放电的等离子内。根据图4所示的示例性实施例的化学强化的玻璃基板将在以下进行详细说明。

根据不同的示例性实施例，等离子可用于多种目的。例如，等离子可加热玻璃，将等离子源提供至玻璃表面，和。或提供电子来完成位移电流。在示例性实施例中，玻璃基板可能不需要加热，反而，等离子可用来增加基板的温度，特别是玻璃基板的表面和/或近表面区域。在一些情况下，玻璃可作为电容器，等离子可作为与玻璃电容耦合的一种方式。在一些情况下，正离子和玻璃基板附近等离子中的电子之间的摩擦可使玻璃温度上升。在一些例子中，等离子可通过欧姆损耗来加热玻璃基板。

图3示出位于室50中的玻璃基板1，具有上部电极30和下部电极32。在示例性的例子中，上部电极30和下部电极32可与射频(RF)和/或交流电(AC)电压运作。根据另一个示例性实施例，电极的频率和电压可为任何适当的类型(例如直流电)，然而，离子源60可将等离子前体62(例如，惰性气体；基于单价盐化学反应的汽化的离子类的空气，类似基于Li⁺、K⁺和/或Mg²⁺等化合物的二价和/或多价类)提供至室50。电极30、32可用来生成电场，然后将等离子从等离子前体62中击出。室50的压力可于大气压中，与其他示例性实施例中的大气压和/或亚大气压相似。例如，在不同的实施例中，压力可小于或等于760Torr(1atm)、小于或等于380Torr(0.5atm)，且可以是约500millitorr或以下。在示例性实施例中，室可处于真空或接近真空，且如上所述，也可以是其他大气压。

在其他示例性实施例中，大气可进一步包括其他元素。例如，大气可包括一个或多个惰性气体，如氩、氪、氖等。

在示例性实施例中，电极可生成电场，然后可从等离子前体62中生成等离子64。在示例性实施例中，电场可出现在玻璃基板中。在示例性实施例中，等离子前体62可包括盐类，例如Li⁺、K⁺、和/或Mg²⁺。在示例性实施例中，Stoltow点或其附近产生等离子的效率可被增加或最大化，从而实现基本均匀、体积增大的等离子。Stoltow点是具较少能源需求的电离发生的点。在一些情况下，电源具有外加电压互不相同，但诱导的(电)流可能饱和。

在一些例子中，玻璃基板可位于上部电极和下部电极之间(即，在等离子中)。为了在处理条件中增加灵活性，电极30、32优选是以x和/或y(甚至是z)方向独立移动，从而允许处理过程中所需的等离子场中的变化。例如，电极30、32可在x和/或y方向中以计算机控制模式线性或非线性扫描穿过基板1。由于玻璃基板的介电性质，玻璃基板可作为绝缘体。等离子中玻璃基板的存在可生成带正电荷的护层，位于玻璃基板上表面和/或上表面之上，以及玻璃基板的下表面和/或下表面之下。

在示例性实施例中，离子可作为层沉积在玻璃表面上，和/或通过净场和(可变)电流被直接或间接地推入至玻璃中。在示例性实施例中，等离子交换中，至少暂时沉积的替换离子(Li⁺、K⁺、Mg²⁺等)的薄膜，其可通过玻璃的一侧或两侧的等离子护层维持的外加净电场的协助来提供替换离子。在一些情况下，该“薄膜”可为等离子的一个方面，且不是沉积在玻璃基板上的物理性薄膜。在其他示例性实施例中，包括上述的替换离子的薄膜可形成在玻璃基板的一侧或两侧，从而进一步来促进离子交换/离子填充过程。

在一些例子中，薄膜技术中可利用类似K₂SO₄、Li₂SO₄、MgSO₄和/或其他的混合离子来形成薄膜。在不同情况下，硫酸盐、卤盐、和/或其他类型的盐可用来提供替换离子。在一些情况下，薄膜离子交换过程可从玻璃基板的一侧或两侧的离子材料的薄涂层(例如，厚度为100-150nm)制作开始。在其他例子中，玻璃可被清洗和/或清洗前抛光。在其他示例性实施例中，如上所述，替换离子的薄膜可简单地包括来自护层的正离子，形成在基板的两侧。

在示例性实施例中，钠离子可被逐出，且替换离子可填入钠离子所留下的空缺。在一些情况下，替换离子可优选是大于钠离子(例如，诱导压应力来强化玻璃基板)和/或比钠离子具较少反应，从而替换离子不会像钠离子一样轻易与湿气以及玻璃基板的表面和/或近表面区域反应。

离子交换可通过应用不同的电场被执行，例如，在一些情况下，非对称可足够产生约20至数百的(或甚至更高)V/mm的净场。例如，净电场可以是约20-500V/mm(2x10⁴至5x10⁵V/m)，更优选是约50-300V/mm(5x10⁴至3x10⁵V/m)，最优选是约100-200V/mm(1x10⁵至2x10⁵V/m)。

在示例性实施例中，净电场可产生一些微安培。在一些情况下，其可将离子从薄膜和/或护层推入至玻璃中。离子交换之后，留在玻璃表面的残余离子可被移除，例如通过清洗。在示例性实施例中，其他类似银的离子可用来调整玻璃基板的折射率。在另一些示例性实施例中其他离子可用于等离子。

在示例性实施例中，在使用交流电(AC)的位置，该交流电可通过离子中的电子允许中和。在该例子中，电场可使离子持续移动至玻璃中，然后放防止离子被减少和/或在玻璃表面形成纳米晶体离子。在一些例子中，净电场可防止集聚和薄雾。在一些情况下，钠通过与阴离子反应可在等离子中被滤出。

在进一步的例子中，在各电极(例如，AC电极)的每个半周期期间，玻璃基板的主要表面附近的等离子中的正离子可通过电场被电推入至玻璃基板的表面中。也就是说，在示例性实施例中，利用介质阻挡放电的辉光放电(例如，大气压)可诱导流体流动。进一步，在一些情况下(例如，当使用交流电时)，电驱动操作的两个半周期中有两个过程。在一些例子中，其涉及快电子和慢(正)离子之间的迁移率差异，以及致动器绝缘体和电极的几何构型。

在示例性实施例中，第一个半周期的特征是，玻璃基板(例如，玻璃基板作为绝缘体)的第一主要表面上的慢离子类(例如，K⁺、Li⁺、Mg²⁺等)的沉积。第二个半周期的特征是，更快速度的电子沉积。当能量(正)离子被交换落在玻璃基板上时，其可通过护层中的电场以较高的漂移速度被推入至玻璃表面中。在示例性实施例中，该漂移速度约为10m/s。根据不同的示例性实施例，漂移速度可为至少1m/s，更优选为至少5m/s，甚至更优选为至少10m/s，最优选为至少25m/s。在一些情况下，依靠电压产生的力的幂定律可在玻璃中被发现。在一些例子中其指示出通过增加振幅可产生更大的力。

在示例性实施例中，通过使用一些技术可提高致动器的有效性。第一种提高致动器的有效性的方法为增加周期性的原力共振的峰值。第二种提高有效性的方法是增加电压半周期之间的不对称。在一些情况下，可利用上述技术中的一个和/或两个。在示例性实施例中。提高致动器的有效性来增加周期性的原力共振的峰值的第一个示例可包括增加低电极32的尺寸，增加外加电压，和/或增加介电常数。在其他示例性实施例中，提高致动器的有效性来增加电压半周期之间的不对称的第二个示例可包括减少外加电压。然而，上述因素之间的复杂相互作用可决定在将离子推至玻璃表面和/或推入至玻璃表面中致动器的性能。在示例性实施例中，可生成钠空缺，且该空缺可由替换离子(例如，K⁺、Li⁺、Mg⁺²等)来填入。

以下等式说明离子被推入至玻璃基板的表面中的一些属性。用于边界条件例如界面中的电流连续性(如玻璃表面和等离子之间)的等式可为：

其中，ε表示(用于气体以及玻璃)的电容率，且E表示(气体中以及玻璃中的)电场，e为欧拉数，ε₀为电常数，将电荷单位与类似长度和力的力学量相关，n_i为离子的密度，为n_e电子的密度，v_i为离子的速率，且v_e为电子的速率。

在示例性实施例中，当替换离子(例如，K⁺、Li⁺、Mg²⁺等)到达玻璃表面，其可在等离子的护层通过梯度漂移以连续的半周期被推入至玻璃中。电场E的能量函数可生成更多的钠空缺，从而由正替换离子来填入。以下将进行说明。

能量函数E:f→E(f)

在示例性实施例中，梯度流可减少熵。用于纳米多孔介质(例如，具有钠空缺的玻璃)的一般公式为：

在示例性实施例中，离子可被推入至玻璃基板中约1-1,000微米的深度。优选是至少为5微米，更优选为离子被植入至少约7-15微米的深度，甚至更优选为30-900微米，且更优选为50-200微米。然而，在一些情况下，离子植入约5-15(例如，7)微米则可完成所需的强度。在示例性实施例中，植入的深度与玻璃基板的厚度相关来用于达到所需的特殊强度。

离子被推入至玻璃基板的深度可在来自半周期的第一“脉冲”被实现，或是多脉冲的结果，例如，通过各脉冲将离子进一步更深地推入至玻璃基板中。在示例性实施例中，电极30、32可交替地致动，从而使更多的离子在逃离之前可被填入至基板中。在示例性实施例中，植入的离子具有基本正常的高斯分布、泊松分布、或是其他分布。

图4是示出根据示例性实施例，化学强化玻璃基板的扩大的横截面图。替换离子10替换了化学钢化基板1’的表面和/或近表面区域中的至少一些钠离子11。替换离子10可包括钾、锂、镁、其他碱金属离子、银、氩、和/或其他。至少一些钠离子11可能仍留在内部101’。但是，在示例性实施例中，该钠离子远离玻璃基板的表面区域，从而其对玻璃基板的强度和/或耐久性具有较小的威胁性。

在示例性实施例中，根据上述示例性实施例的化学强化可生成强度增加到至少约200MPa的玻璃、更优选是至少约400MPa，且最优选是至少约600MPa。在其他示例性实施例中，利用等离子被化学钢化的玻璃基板的强度可为200-800MPa，更优选是约400-600MPa，且在不同的示例性实施例中，最优选是至少约400MPa的强度。

强度的增加可在30秒-30分钟被完成，更优选是约1-20分钟，且更优选是约2-10分钟，示例性时间为约5分钟，但可能更少。然而，根据不同的示例性实施例，用于强化玻璃的时间可能更多或更少。

在一些情况下，基于卤化物的盐可在玻璃表面上产生混浊。然而，卤化盐可用于相关示例性实施例。例如，在示例性实施例中，等离子中可使用二价或多价的卤化盐。在一些情况下，二元和三元硫酸盐可有利于生成清晰的β石英固溶体的结晶表面层。硫酸盐(例如，K₂SO₄、Li₂SO₄等)，和/或MgSO₄、硝酸盐、卤素(卤化物)，和/或包含钾、锂、和/或镁的其他前体也可用于一些例子中。其他碱金属可用于其他实施例中。前体材料和/或替换离子并不受限制，且在不同的示例性实施例中可使用其他材料。

图5是示出根据示例性实施例，在化学强化玻璃基板时，一个或多个等离子是如何被用来提供替换离子。图5的示例性实施例与图4的示例性实施例相似。在图5中，等离子炬(例如，电弧喷射)作为等离子源被使用。在图5中，等离子炬/源通过参照符号60’和60”被概要地显示及指定。示例性的等离子炬在美国专利Nos.5,998,757和6,329,628被说明，在此纳入此处作为参照。但是，任何等离子炬和/或等离子电弧喷射可用于不同的示例性实施例。

在示例性实施例中，如图5所示，化学强化系统可包括位于玻璃的一侧或两侧的电极。图5示出位于玻璃基板的第一主要表面的第一后电极300和前电极302。在图5的示例性实施例中，第二后电极304和前电极306位于玻璃基板的相对的主要表面。但是，在其他示例性实施例中，基板的一侧或两侧可使用更多或更少的电极。图5还示出等离子前体62、62’，以及等离子64、64’被喷在玻璃基板1的主要表面附近。

在示例性实施例中，净电场可以是约20-500V/mm(2x10⁴至5x10⁵V/m)，更优选是约50-300V/mm(5x10⁴至3x10⁵V/m)，且最优选是约100-200V/mm(1x10⁵至2x10⁵V/m)。在一些例子中，等离子炬中使用的压力可以是大气压，与其他示例性实施例中的大气压和/或亚大气压相似。举例说明的大气和/或上文所述的压力也可用于图5的示例性实施例或其他类似的实施例。

在示例性实施例中，当玻璃基板通过电极之间的开口时，来自等离子的离子被推入至玻璃基板的各主要表面的的表面区域。在示例性实施例中，可将等离子炬配置在将化学钢化的玻璃制品的每一侧(例如，可在每一侧配置一个和多个)。在其他示例性实施例中，可仅在玻璃基板的一侧提供等离子源(例如，等离子炬)。在示例性实施例中，可将硫酸盐、硝酸盐、卤素(卤化物)、和/或包含钾、锂、和/或镁的其他前体喷入等离子炬的注射器台中。但是，在其他实施例中也可使用其他碱金属。在该实施例中，用于等离子和/或替换离子的前体材料可与上述实施例中所使用的材料相同。进一步，大气可进一步包含氩或其他合适的惰性气体(ses)。

在示例性实施例中，当蒸发时，离子可通过两个电极之间的外加电场被加速穿过等离子炬的喷嘴。在示例性实施例中，等离子炬的高温可将材料蒸发并将其喷在玻璃上。在一些情况下，该高电场可使离子在5分钟或更少的时间内进入至玻璃基板约100微米。

例如，离子可进入玻璃基板的深度约1-1000微米，优选是至少约5微米，更优选是离子被植入约7-15微米的深度，甚至更优选是约30-900微米，且更优选是约50-200微米，示例性深度为玻璃基板表面以下约100微米的深度。然而，在一些情况下，所需的强度可通过将离子植入约5-15(例如，7)微米的深度来完成。该离子被推入至玻璃基板的深度可达到来自半周期的第一“脉冲”或可能是多个脉冲，例如，各脉冲使离子进入至玻璃基板越来越深。在实施例中，包括两个或多个等离子炬，等离子炬可通过交替模式或以一些其他的计算机控制方式被一起激活(例如，在相同或基本相同的时间)。

在示例性实施例中，当试图强化玻璃时，由于所涉及的电压振幅可能足够高或也可能不足够高来将离子植入至少约100微米的深度时，该等离子炬的实施例可能涉及或也可能不涉及离子植入。在一些情况下(例如，当植入离子是不可行或不可能时)，波状形态可用来以正脉冲将离子渐进推入至玻璃中，由此，通过每个脉冲，离子被进一步推入玻璃基板中直到其达到可接受的深度(例如，至少约100微米)。在一些情况下，负脉冲上执行的校核措施有助于确保玻璃表面不会负载潜在或更高的等离子。但是，在一些情况下，约5-15微米的植入深度可实现合适的强度。

在示例性实施例中，在根据上述的示例性实施例的化学强化可将玻璃基板的强度增加到至少约200MPa、更优选是至少约400MPa，且最优选是至少约600MPa。在其他示例性实施例中，利用等离子被化学钢化的玻璃基板的强度可为200-800MPa，更优选是约400-600MPa，且在不同的示例性实施例中，最优选是至少约400MPa的强度。

强度的增加可在30秒-30分钟被完成，更优选是约1-20分钟，且更优选是约2-10分钟，示例性时间段为约5分钟，然而，根据不同的示例性实施例，用于强化玻璃的时间可能更多或更少。

在一些例子中，动态注量或通量可通过基板的线性速度被调整。

在一些情况下，等离子炬可用来在玻璃基板的表面区域生成梯度。在一些情况下，通过改变注入至等离子炬中的离子类型(例如，改变盐、硫酸、其他前体的类型)或改变等离子炬使其具不同的前体，位于第一深度的玻璃基板的表面区域被处理，从而包括特别类型的替换离子，然后使用另一个等离子炬和/或其他类型的前体来处理，从而在第二较浅的深度包括不同类型的替换离子，且诸如此类。图6中示出具该类型梯度的玻璃基板的示例。

图6是示出根据示例性实施例制备的化学强化玻璃基板1”的横截面图。在图6中，基板1”的内部101”仍包括钠离子11。然而，表面和/或近表面区域100”包括替换离子10，其可包括第一替换离子3和第二替换离子19。如图6所示，第一替换离子3(可以是Li⁺、K⁺、Mg²⁺、和/或其他)首先被推入至基板1”的表面区域中，并替换了一些钠离子。然后，在第一替换离子进入表面区域之后，第二替换离子19被推入至表面区域中。由此，基板1”相对于替换离子具有梯度。根据其他示例性实施例，该梯度可包括所需的多个内部“子层”。此外，该梯度可仅生成在玻璃基板的主要表面区域。进一步，在一些实施例中，内部子层的数量和该子层的成分可多样化来用于基板的不同表面。在示例性实施例中，将玻璃基板化学钢化时，使用梯度可特别有利于弯曲的基板。但是，梯度也可出现在基本平坦的基板中，类似在示例性实施例中，梯度可以是粒子的尺寸往基板的中心方向减小，反之亦然。在其他情况下，梯度可通过其他方式多样化，例如，由大到小，再由小到大(等)，或反之亦然。

另一个示例性实施例涉及有关从熔融碱浮法线提取和/或消耗钠的化学强化玻璃基板。图7示出该方法的示例，其中玻璃带已被改变，从而当钠穿过(例如，越过)锡槽时从钠钙硅浮法玻璃(如熔体)中提取和/或消耗钠。在图7的实施例中，钠离子从玻璃中被提取和/或消耗而不与其他离子替换。而且，在一些情况下，该离子可被简单地删除。钠可被逐出浮法玻璃/熔体，并可通过锡槽中的锡被吸收。其有利于制备钠含量较少的硅酸盐玻璃，即常规的钠钙硅玻璃。在示例性实施例中，形成的硅酸盐玻璃可基本不含钠(例如，可包含小于20wt.％的Na₂O，更优选是小于15wt.％的Na₂O，甚至更优选是小于10wt.％的Na₂O，且可以是1-5wt.Na₂O)。在一些实施例中，浮槽的大气中存在的氩和/或其他气体可在玻璃基板被终结。然而，在一些情况下，特别是当气体是惰性时，其不会影响玻璃强度和/或其他属性。

图7是示出根据示例性实施例，如何使用沿浮法线的等离子来将玻璃基板化学强化。在示例性实施例中，介质阻挡放电(DBD)等离子可高于浮法线的锡槽部中的熔融玻璃漂浮(例如，玻璃带和/或熔体)。在一些情况下，大气可为惰性气体或包括惰性气体。在典型的实施例中，电场可通过漂浮被设置。在这种情况下，电极可以是等离子和锡槽。在一些例子中，高电场(例如，至少约1000V/m、更优选是至少约2000V/m，且最优选是至少约5000或甚至10,000V/m)可设置在玻璃带中。其可推动钠离子进入锡作为玻璃的二次电子放射。正等离子的离子也可纳入带中来替换钠。在一些情况下，其可产生具丰富石英材料的玻璃。

更具体地说，图7示出在浮法线500中的锡槽312来作为电极，且等离子63可作为另一个电极。在示例性实施例中，锡槽可为负电极，且等离子其自身可为正电极310或位于正电极附近。在一些情况下，等离子在浮法线中被触击，位于锡槽之上。在示例性实施例中，当熔融玻璃带1000移动穿过锡槽时，锡作为负电极，且等离子作为正电极。在一些情况下，钠离子被逐出玻璃带。钠离子可能会在锡槽中被熔融的锡吸收。在一些情况下，钠离子可在基本均匀和/或随机的状态下被逐出玻璃带。在其他情况下，玻璃的一侧相比另一侧可具有更高的钠离子浓度。例如，“双面产品”可有利于后续涂层应用中。

在进一步的示例性实施例中，锡槽的等离子可用来将玻璃基板涂层。例如，除了强化以外，浮法玻璃可被涂层，以加强环境保护和/或其他光学性质。

在示例性实施例中，电场可为直流电而不是射频和/或交流电，如锡槽可保持负电极，且等离子可仍为正电极。但是，在其他示例性实施例中，也可以是其他配置。

在示例性实施例中，在锡槽和/或浮法线包括密室，从而包含氩(和/或等离子体中的其他离子)，所以压力不需要为真空能阶。在一些情况下，压力可类似于浮法线和/或锡槽(例如，大气中或大气附近)中通常所使用的。在其他实施例中，压力可能略低。在进一步的情况下，其可能需要控制氩和/或等离子中的任何其他替换离子的部分压力。

在示例性实施例中，等离子可包括类似氩的原子。当钠离子被逐出玻璃带、氩原子65可替代钠离子11。在示例性实施例中，生成的玻璃可为硅酸盐玻璃，例如，玻璃包括二氧化硅矩阵或二氧化硅基质。在一些情况下，玻璃(例如，二氧化硅矩阵)可包括氩。但氩为惰性气体，因此不会明显地对玻璃基板的属性带来不利影响。在示例性实施例中，以该方式生成的硅酸盐玻璃可具有至少约400MPa的强度，更优选是至少约600MPa、甚至更优选是至少约800MPa，且在示例性实施例中，生成的玻璃可具有至少约(或甚至大于)1000MPa的强度。

在示例性实施例中，强度增加的水平约为未强化玻璃的5-500倍，有时为未强化玻璃的强度的7-250倍。通常情况下，与未强化玻璃的强度相比可增加至少约10-100倍的强度。达到该程度的强度所需的处理时间约为1-1200秒，优选是约10-600秒，且最优选是约10-300秒。但根据不同的示例性实施例可使用更多或更少的时间来加强玻璃。

在示例性实施例中，玻璃转换温度T_g(例如，玻璃从熔融状态可逆地转换为硬性和/或脆性状态的温度)随钠的提取可慢慢上升。在一些情况下，其可能会导致玻璃带的快速凝固。虽然在一些实施例中快速凝固可能比较有利，但应注意，执行中至浮槽和/或玻璃带的电源可能会外部地增加从而导致浮槽和/或玻璃带的温度上升。此外，当玻璃带被取出时可控制加热和冷却。在进一步的示例性实施例中，可使用高氧化铝的玻璃。该高氧化铝玻璃的使用，可有利于中和玻璃熔融T_g的上升。也就是说，示例性实施例的基于等离子的强化技术可用来生成高氧化铝的玻璃(含有Al的材料被提供在/至等离子中)时。使用在此所述的基于等离子的技术所生产的高氧化铝的玻璃(例如，通过垂拉技术被制备)可具有与康宁公司商业销售的大猩猩玻璃相似的属性和/或特征。此外，使用在此所述的基于等离子的技术所生产的高氧化铝的玻璃(例如，通过浮法方式被制备)可具有与朝日公司商业销售的Dragontail玻璃相似的属性和/或特征。在具体执行中该玻璃可在电子类应用中被使用。

在其他示例性实施例中，在等离子可包括替换离子，如碱金属(例如，Li⁺、K⁺、Mg²⁺等)。当钠被逐出玻璃带，等离子中的替换离子可代替钠离子。由此，玻璃基板的强度将类似于在此所述的离子交换的其他方法。此外，由于其发生在浮法线上，在示例性实施例中大量的钠离子可由替换离子所取代。也就是说，以该方式加强的玻璃基板可包括贯穿其整个厚度的替换离子，而不只是包括表面区域中的替换离子。

图8是示出根据示例性实施例，随时间的电极电压的图表。特别是用于交流电和/或射频电极，图8示出随时间推移的示例性电极的电压。在示例性实施例中，在电极的振幅可约为10-10000V，更优选是约50-5000V，且最优选是约100-1000V。在进一步的例子中，相应的频率可约为0.25-500KHz，更优选是约0.5-100KHz，且根据不同的示例性实施例，最优选是约1-50KHz。

在一些示例性实施例中，电压被脉冲。然而，在其他示例性实施例中，电压可以是恒定的或具有其他特征/属性。当使用脉冲电压时，由于应用脉冲护层可扩大。在一些例子中，具有更大的护层时可有利于其包含更多的替换离子。图9中示出脉冲。图表9绘制了电压v、时间，并示出随时间推移的电压量级。从相应的玻璃基板9a中可看出，对应于9a的点中没有电压被应用，且玻璃周围没有护层。在点9b中，当一些电压被应用时，相应的玻璃基板9b的护层10b十分靠近玻璃基板9b。然而，随电压的增加，例如，如点9c所示，相应的玻璃基板9c的护层10c大于护层10b。在示例性实施例中，具有类似10c的较大的护层是十分有利的。在进一步的示例中，事实上，护层的尺寸改变时可更有利。

由此可容易地得知，在此提出的生产方法十分有效，该生产方法可适用于主流浮法玻璃的制造过程。

在示例性实施例中，在此所述的玻璃基板在强化之前被清洗和抛光。

本领域的技术人员应理解，当电极和/或等离子被说明为位于玻璃基板“上”或由玻璃基板“支持”，其可以是指直接和/或间接地位于或支持的意思。在不同的实施例中，电极和/或等离子可直接接触玻璃基板，也可以是与玻璃基板具间距。

在此所述的技术可用来加强类似玻璃片的玻璃基板，但也可用来加强其他玻璃制品(例如，纤维、棒、条、方形物等)。在此所述的玻璃基板其厚度可为0.01甚至几厘米，优选是0.01-10mm，且最优选是厚度约2mm以下。

在此所述的示例性实施例可用于加强任何类型的玻璃基板。例如，高氧化铝的玻璃可通过在此说明的任何示例性方法被强化。特别是，根据在此说明的任何示例性实施例，高氧化铝的玻璃基板可通过垂拉方法和/或浮法线方法被强化。在示例性实施例中，高氧化铝的玻璃基板可在电子应用中被适用。特别是，高氧化铝的等离子强化玻璃可在电子应用中被使用，有利于提高耐久性并可减少厚度。

进一步，在此说明的一些方法涉及到通过移除/替换玻璃中存在的钠离子来强化钠钙硅玻璃，本领域的技术人员应明白，在示例性实施例中，通过利用作为电极和/或替换离子源的等离子，玻璃基板和/或熔融玻璃带中存在的不可取离子可方便地被删除和/或更换。

如上所示，本发明虽然已参照最实用和优选的实施例进行了说明，但是本发明并不局限于所述实施例，相反可在上述说明的范围内进行各种修改和变形，修改将由后附的权利要求范围定义。

Claims

1.一种增加玻璃基板强度的方法，所述方法包括：

提供至少一个等离子炬，包含第一和第二电极，相邻于所述玻璃基板的第一主要表面；和

经由所述第一和第二电极之间的外加电场，通过所述等离子炬的喷嘴来喷射含有替换离子的等离子，从而使所述等离子邻近所述玻璃基板的所述第一主要表面被喷射，

使所述替换离子在第一个半周期沉积在玻璃基板的第一主要表面上，随后在第二个半周期以更快速度沉积在玻璃基板的第一主要表面上，

其中，当所述替换离子在第一个半周期沉积在玻璃基板的第一主要表面上之后，该替换离子通过所述外加电场在第二个半周期以较高的漂移速度被推动进入玻璃基板中，以增大玻璃基板的强度，其中漂移速度为至少10m/s。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

配置第二等离子炬，包含第三和第四电极，相邻于所述玻璃基板的第二主要表面；和

经由所述第三和第四电极之间的外加电场，通过所述第二等离子炬的喷嘴来喷射含有替换离子的等离子，从而使所述等离子邻近所述玻璃基板的所述第二主要表面被喷射，

其中，所述替换离子被推动进入所述玻璃基板的所述第一和第二主要表面，从而来增加所述玻璃基板的强度。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述替换离子是二价的。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述替换离子是多价的。

5.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述替换离子被推动进入所述玻璃基板的所述第一主要表面，深度为至少100微米。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述替换离子在10分钟或10分钟以内被推动至所述深度。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述替换离子在5分钟或5分钟以内被推动至所述深度。

8.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述玻璃基板具有至少400MPa的强度。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述玻璃基板的所述强度在10分钟或10分钟以内被达成。

10.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述玻璃基板具有至少600MPa的强度。

11.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述玻璃基板包含钠钙硅玻璃。

12.一种强化钠钙硅玻璃基板的方法，所述方法包括：

配置第一和第二等离子炬或电弧喷射，邻近于所述玻璃基板的相对的第一和第二主要表面；

经由各等离子炬或电弧喷射将包含有替换离子的等离子喷射在所述玻璃基板的第一和第二主要表面上；

使所述替换离子在第一个半周期沉积在玻璃基板的第一和第二主要表面上，随后在第二个半周期以更快速度沉积在玻璃基板的第一和第二主要表面上，

其中，当所述替换离子在第一个半周期落在玻璃基板的第一和第二主要表面上时，通过各等离子炬或电弧喷射的第一和第二电极之间的电场功效，该替换离子在第二个半周期以较高的漂移速度被推入至玻璃基板中，以增大玻璃基板的强度，其中漂移速度为至少10m/s。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述电场具有至少50V/mm的量级。

14.如权利要求12所述的方法，其中，所述电场具有至少100V/mm的量级。

15.如权利要求12-14中任何一项所述的方法，其中，所述替换离子包含Li⁺、K⁺、Mg²⁺中的至少一个。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述离子被推动进入所述玻璃基板的表面区域至少100微米。

17.如权利要求12或13所述的方法，其中，所述玻璃基板的表面和进入所述玻璃基板100微米的深度之间的至少一些钠离子被替换为所述替换离子。

18.如权利要求12或13所述的方法，其中，所述替换离子是多价的。

19.如权利要求12或13所述的方法，其中，所述玻璃基板在5分钟或5分钟以内具有至少400MPa的强度。