CN108602708A - 热强化的光致变色玻璃以及相关的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了强化的光致变色玻璃片或制品，以及用于制得强化的光致变色玻璃片或制品的工艺和系统。该工艺包括在短时间段内将光致变色玻璃片加热到所需温度，而没有使得光致变色玻璃片变形。该工艺还包括通过非接触式热传导对光致变色玻璃片进行冷却，持续足够长时间使得片材的表面压缩和中心张力固定。该工艺得到热强化的光致变色玻璃片。

Description

热强化的光致变色玻璃以及相关的系统和方法
本申请根据35U.S.C.§119要求2016年01月29日提交的美国临时申请系列第62/288549号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。
本申请涉及如下申请并将其全文通过引用结合于此：2016年1月29日提交的临时申请系列第62/288,851号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,232号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,181号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,274号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,293号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,303号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,363号；2015年7月30日提交的美国申请系列第14/814,319号；2015年7月30日提交的美国申请系列第14/814,335号；2014年7月31日提交的美国临时申请第62/031,856号；2014年11月4日提交的美国临时申请第62/074,838号；2015年4月14日提交的美国临时申请第62/031,856号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,232号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,181号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,274号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,293号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,303号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,363号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,319,号；2015年7月30日提交的美国申请第14/814,335号；2015年10月2日提交的美国临时申请第62/236,296号；2016年1月29日提交的美国临时申请第62/288,549号；2016年1月29日提交的美国临时申请第62/288,566号；2016年1月29日提交的美国临时申请第62/288,615号；2016年1月29日提交的美国临时申请第62/288,695号；2016年1月29日提交的美国临时申请第62/288,755号。
背景技术
本公开一般地涉及光致变色玻璃，具体地，涉及热强化的光致变色玻璃以及用于光致变色玻璃(特别是光致变色玻璃薄片)的热强化的相关方法和系统。
在制造光致变色玻璃时，使得含有痕量卤化物、银和额外的敏化剂(例如，砷、锑、锡或铜)的碱性硼铝硅酸盐玻璃组合物熔化、倾倒并冷却，以形成玻璃制品。在冷却之后，玻璃制品是透澈的，并且如果进行适当的再加热和退火的话，直径通常为10-500埃的胶态卤化银晶体在玻璃中沉淀。卤化银晶体对于没有明显紫外(UV)辐射分量的可见光是透明，因此当暴露于正常人工照明(例如，室内照明)时，玻璃是“透澈的”。但是，当玻璃暴露于UV辐射从而使得卤化银晶体暴露于UV辐射时，卤化银晶体与UV辐射反应并形成元素银和卤化物的分子。元素银和卤化物的分子吸收显著部分的可见光，以及玻璃的颜色变暗。当从UV辐射暴露取出玻璃时，元素银和卤化物分子重新结合以形成卤化银晶体，以及玻璃返回到透澈。这种可逆的卤化银至银和卤化物的反应提供了当暴露于具有UV辐射的可见光(例如，日光)时玻璃的变暗或遮蔽。
对光致变色玻璃进行再加热和退火以使得卤化银晶体沉淀的热加工参数与对光致变色玻璃进行热强化的热加工参数会是不同的。例如，用于实现卤化银晶体沉淀的热处理会包括：使得玻璃在其应变点温度保持16小时，或者使得玻璃在其软化温度保持15分钟。因此，目前来说，通过离子交换(化学)强化处理提供光致变色玻璃(特别是光致变色玻璃薄片)的强化。
在对玻璃片进行热强化(或者“物理”强化)时，将玻璃片加热到高于玻璃的玻璃转化温度的提升温度，然后片材的表面快速冷却(“猝冷”)的同时片材的内部区域以较为缓慢速率冷却。内部区域冷却较为缓慢的原因在于，它们被玻璃的厚度和相当低的导热系数所隔绝。差异化冷却在玻璃表面区域中产生残留压缩应力，受到玻璃的中心区域中的残留拉伸应力的平衡。
玻璃的热强化不同于玻璃的化学强化，对于所述化学强化，表面压缩应力是通过诸如离子扩散之类的工艺使得玻璃靠近表面区域中的化学组成发生变化来产生表面压缩应力。在一些基于离子扩散的工艺中，可以通过使得较大的离子与靠近玻璃表面的较小离子发生交换来对玻璃的外部部分进行强化，从而在表面上或者靠近表面处赋予压缩应力(也称为负拉伸应力)。相信压缩应力限制了裂纹引发和/或传播。
玻璃的热强化也不同于通过结合两种类型的玻璃使得玻璃的外部部分得到强化或布置从而对玻璃进行强化的工艺。在此类工艺中，在热的时候，将具有不同热膨胀系数的玻璃组合物的层结合或层叠到一起。例如，通过将具有较高热膨胀系数(CTE)的熔融玻璃夹在具有较低CTE的熔融玻璃层之间，当玻璃冷却时，内部玻璃中的正张力压住外层，同样在表面上形成压缩应力以平衡正拉伸应力。这种表面压缩应力提供了强化。
相比于未经强化的光致变色玻璃，热强化的光致变色玻璃具有优势。相比于未经强化的光致变色玻璃，经强化的光致变色玻璃的表面压缩提供了更大的耐破裂性。强度的增加通常与表面压缩应力的量成比例。如果片材相对于其厚度具有足够的热强化水平，那么如果片材破裂的话，它通常会分成小碎片而不是具有锋利边缘的大碎片或拉长的碎片。由各种既定标准所定义的那样，破裂成足够小的碎片(或者“小片”)的玻璃可以被称作安全玻璃，或者“完全钢化(tempered)”玻璃，或者有时简称为“钢化玻璃”。
因为强化程度取决于猝冷过程中玻璃片的表面与中心之间的温度差，所以较薄的玻璃需要较高的冷却速率以实现给定应力。此外，较薄的玻璃通常需要较高的表面压缩应力值和中心拉伸应力值以实现在破裂之后破碎成小颗粒。因此，即使不是无法实现，在厚度小于或等于约3mm的玻璃中实现合乎希望的回火水平也是非常充满挑战的。
本公开的方面还一般地涉及具有对其外部部分进行强化的应力分布的光致变色玻璃。光致变色玻璃(例如，光致变色玻璃片)可用于宽范围的应用。此类应用的例子包括：自着色太阳镜、诸如传感器之类的工业应用、诸如玩具之类的新奇物品或者其他应用。
发明内容
本公开(部分地)涉及高度强化的光致变色玻璃薄片和制品，以及在厚度是过去无法实现的光致变色玻璃片中实现令人惊讶的高水平的热强化的方法、工艺和系统。在各种实施方式中，相信本公开的工艺和方法在不需要使得光致变色玻璃与液体或固体散热器接触的情况下，超越了常规对流玻璃热强化工艺所提供的光致变色玻璃厚度限值和热传递速率。在此类系统和工艺中，在猝冷期间，光致变色玻璃仅与气体接触。本文所揭示的系统和方法能够在厚度低到至少0.1mm那么薄的光致变色玻璃片中实现热强化(包括最高至“完全钢化”或小片特性)(在至少一些预期的实施方式中)；以及在一些实施方式中，由于在猝冷过程中没有液体或固体接触导致这种强化提供的光致变色玻璃薄片还具有低粗糙度和高平坦度。在各种实施方式中，相比于常规对流玻璃回火系统，通过具有明显更低的猝冷功率要求的系统和方法提供了这些具有优势的光致变色玻璃片材料性质。
本公开的一个实施方式涉及对光致变色玻璃材料进行热强化的工艺。该工艺包括提供从光致变色玻璃材料形成的制品。该工艺包括：将制品加热到高于光致变色玻璃材料的玻璃转化温度，以及使得直径范围是数十埃到数百(例如，)的卤化银的晶体沉淀。该工艺包括使得经加热的制品移动进入冷却工作站。冷却工作站包括：散热器，所述散热器具有面朝经加热的制品的散热表面；以及将散热表面与经加热的制品分开的气体间隙，从而散热表面没有碰触经加热的制品。该工艺包括：将经加热的制品冷却到低于玻璃转化温度的温度，从而在制品中产生表面压缩应力和中心拉伸应力。通过跨过间隙的传导使热能从经加热的制品传递到散热器来对制品进行冷却，从而超过20％的离开经加热制品的热能跨过间隙并被散热器接收。
本公开的另一个实施方式涉及对光致变色玻璃片进行热强化的系统。该系统包括：加热工作站，所述加热工作站包括加热元件，将热量传递到光致变色玻璃片并使得卤化银的晶体沉淀。光致变色玻璃片包括第一主表面、第二主表面、和第一与第二主表面之间的厚度。该系统包括冷却工作站，所述冷却工作站包括相反的第一和第二散热表面，在它们之间限定了通道，使得在冷却过程中，光致变色玻璃片位于通道内。该系统包括向通道传递加压气体的气体轴承，从而在通道内支撑光致变色玻璃片而没有碰触到第一和第二散热表面，以及气体轴承限定了间隙面积。气体轴承将气体传递到通道中，使得进入通道的气体的总质量流速大于0且小于2k/gCp每平方米间隙面积，其中，k是通道内的气体在热传导方向上评估的导热系数，g是光致变色玻璃片与散热表面之间的距离，以及Cp是通道内的气体的比热容。
本公开的另一个实施方式涉及经强化的光致变色玻璃制品。制品包括：第一主表面、与第一主表面相反的第二主表面、以及位于第一和第二主表面之间的内部区域。制品包括第一主表面与第二主表面之间小于2mm的平均厚度。第一主表面和第二主表面这两者的至少一部分的离子含量和化学构成与至少一部分的内部区域的离子含量和化学构成是相同的。第一主表面和第二主表面处于压缩应力，以及内部区域处于拉伸应力，并且压缩应力大于150MPa。第一主表面的表面粗糙度是0.2-1.5nm Ra粗糙度。
在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。
应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。
所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式，并与描述一起用来解释各个实施方式的原理和操作。
附图说明
图1(现有技术)是进行“完全钢化”所需的吹风机功率与玻璃厚度的关系图。
图2(现有技术)是对于旧工艺或机器O和较新工艺或机器N，进行“完全钢化”所需的吹风机功率与玻璃厚度的关系图。
图3(现有技术)是图2的旧曲线O和新曲线N的放大图，以匹配和与图1的图重叠。
图4是根据一个示例性实施方式的光致变色玻璃制品或片材的透视图。
图5是根据一个示例性实施方式的图4的经热强化玻璃片的部分横截面图。
图6是根据一个示例性实施方式的玻璃制品的估算的拉伸应力与厚度关系代表图。
图7显示根据一个示例性实施方式的破裂的玻璃制品的一部分。
图8是每平方厘米碎片与实验的正拉伸应力的关系图。
图9是表面处的负拉伸应力的大小与实验的初始热区温度的关系图，显示实现小片的阈值。
图10是通过本发明的方法和系统的一个或多个实施方式获得的假想温度的无量纲表面假想温度参数θs的图。
图11是对于所示的各种组成，相对于提出的可回火性参数Ψ绘制的不同玻璃组成通过模拟计算得到的表面压缩应力图。
图12和13是两个参数P1和P2与热传递系数h的关系图。
图14是玻璃片的表面压缩(MPa)与片厚度t(单位是毫米)的关系图，显示通过本公开的系统和方法的一个或多个实施方式新开放的性能区域。
图15显示对于本公开的经回火玻璃片的选定的示例性实施方式绘制的压缩应力与厚度关系图。
图16的流程图显示根据本公开的方法的一些方面。
图17的流程图显示根据本公开的另一个方法的一些方面。
图18是将图3的区域R以及点A、B、A'和B'在其上标记出来的图，显示不同于现有技术，允许运行本公开的方法和系统的区域。
图19是图18的区域R以及点A、B、A'和B'的另一个代表图，但是显示的是图2尺寸缩小副本的相邻位置(并且位置是相对于标尺)。
图20(现有技术)是进行回火所需的热传递系数与玻璃厚度的关系图。
图21是根据一个示例性实施方式，更多地通过传导而不是对流进行冷却的玻璃片的横截面图。
图22是根据一个示例性实施方式的传导强化系统的横截面示意图。
图23是根据一个示例性实施方式，类似于图22的系统的另一个实施方式的剖面透视图。
图24是根据一个示例性实施方式，图23的插入物特征的替代实施方式的剖面透视图。
图25是根据一个示例性实施方式，图23的插入物特征的另一个替代实施方式的剖面透视图。
图26的流程图显示根据一个示例性实施方式的另一个方法的一些方面。
图27是根据一个示例性实施方式的具有玻璃窗的建筑的透视图。
图28是根据一个示例性实施方式的玻璃制品或片材的透视图。
具体实施方式
申请人已经认识到对于光致变色玻璃的热加工进行改进的需求，对光致变色玻璃进行热强化的方法和系统以及所得到的经热强化的光致变色玻璃片本身这两种情况。例如，较薄但是牢固的光学质量光致变色玻璃片材料和包含此类光致变色玻璃片的产品可用于许多应用，包括眼科镜片、工业应用(例如传感器)、新奇物品(例如玩具)等。认识到玻璃在表面处是非常牢固的压缩，但是对于抵抗拉伸是较弱的。通过在片材表面处提供压缩(其受到不是暴露表面的地方的中心处的张力所平衡)，光致变色玻璃片的有用强度急剧增加。但是，虽然玻璃的常规热强化通常相比于替代强化方法(例如，化学强化、基于层叠的强化)更为廉价和快速，但是已知玻璃的常规热强化无法有效地对薄的光致变色玻璃(例如，2-3mm或更薄的光致变色玻璃片)进行强化。通常认为常规的玻璃热强化方法受限于较厚的玻璃片，因为强化水平取决于猝冷过程中玻璃片的表面与中心之间产生的温差；以及由于常规强化方法的热传导速率限制，难以在光致变色玻璃薄片的表面和中心之间实现明显的温差，这是由于整个玻璃薄片通常发生较为均匀的冷却。
另一方面，通过离子交换对薄的光致变色玻璃片进行强化会是耗时且不方便的，例如，需要光致变色玻璃在化学浴中持续延长的时间段。将光致变色玻璃直接层叠到不同类型的玻璃可能需要复杂的制造工艺，例如涉及双溢流槽熔合拉制。
因此，对于具有如下应力分布的光致变色玻璃制品存在需求，其导致光致变色玻璃的强化用于各种用途，例如眼科镜片、传感器、玩具等。具体来说，本文所述的工艺和系统形成的光致变色玻璃制品的应力分布使得光致变色玻璃的外部分得到强化，其进而起到减轻开裂和破坏的作用，同时所实现各种其他所需的光致变色玻璃质量(例如，几何形貌、表面质量、低的双折射、低折射率变化、可逆的变暗和褪色等)从而有助于用于各种光致变色玻璃应用。
本说明书提供了改进的方法和系统用于采用热强化来产生高度强化的光致变色玻璃材料，特别是高度强化的光致变色玻璃薄片。方法和系统解决了常规光致变色玻璃强化工艺的各种限制，对具有如下厚度的光致变色玻璃片实现了高水平的强化，所述厚度是：小于约8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、小于2mm、小于1.5mm、小于1.0mm、小于0.5mm、小于约0.25mm、和小于约0.1mm。具体来说，申请人建立的系统和方法提供了非常高的热传导速率，在光致变色玻璃片的表面和中心之间形成足够大的温差，从而甚至在非常薄的光致变色玻璃片中提供强化或回火。
光致变色玻璃的总览
光致变色玻璃现在是众所周知的，并且特征在于，当暴露于光化学辐射(基本上是紫外辐射)时它们能够变暗，以及当这种激发源消失时变亮的能力。由于Pierson和Stookey发明光致变色玻璃(美国专利第3,208,860号)现在已经超过50年，取决于光致变色的一个或另一个属性是否针对特定应用进行了优化，它们已经进行了大量版本的变化。通常来说，用于眼科应用的光致变色玻璃的关键属性在于：(在没有光化学辐射的情况下)它们在透澈状态下的颜色和透射率水平；在由于暴露于光化学辐射变暗之后它们的颜色(通常是灰色或棕色)和透射率；在变暗状态下，透射率水平的与温度(通常是0至40℃)关系的低变化幅度；以及当激发光源消失时，它们可逆地变亮的能力。
如Pierson-Stookey专利所揭示的那样，多色玻璃可以包括宽范围的基础组成。但是，每种都必须含有银，碱金属氧化物(优选Na2O)，氟化物，和选自氯化物、溴化物和碘化物的至少一种卤化物。可以用高能或光化学辐射来照射玻璃。当作为紫外辐射来供给光化学辐射时，氧化铈(CeO2)是玻璃组合物需要的组分。
已经进行了持续努力以改善早期光致变色玻璃它们的光致变色性质和它们用于眼科用途所需的其它性质这两者，例如，美国专利第4,204,027号、第4,190,541号、第4,168,339号、第4,148,661号和第4,018,965号所揭示的玻璃组合物，通过引用结合入本文。例如，美国专利第4,190,451号(Hares等人)揭示了R2O-Al2O3-B2O3-SiO2基础玻璃，含有作为光致变色所必需的组分0.15-0.3重量％Ag、0.1-0.25重量％Cl、0.1-0.2重量％Br和0.004-0.02重量％CuO。该专利还公开了可以添加最高至1％的过渡金属氧化物，例如CoO、NiO和Cr2O3，以及最高至5％的稀土金属氧化物，例如Er2O3，作为玻璃着色剂。基于Hares等人专利教导的基础，开发了用于商业光致变色太阳镜的组合物。以玻璃批料的重量份数计算，该玻璃具有如下基础玻璃组成：56.46SiO2、4.08Na2O、6.19A2O3、5.72K2O、18.15B2O3、4.99ZrO2、1.81Li2O、2.09TiO2。玻璃含有如下光致变色元素(重量％)：0.252Ag、0.195Cl、0.155Br、和0.006CuO。玻璃还具有0.122NiO和0.017Co3O4，添加用于赋予固定的着色。
更近来的光致变色玻璃开发得到了美国专利第9,145,330号(Brocheton)，不含稀土组合物范围(重量)如下：48≤SiO2≤58，15≤B2O3≤21，5≤Al2O3≤9，2.5≤ZrO2≤6.5，2≤Li2O≤4，0≤Na2O≤3，3≤K2O≤10，0≤MgO≤2，0≤CaO≤2，0≤SrO≤2，0≤BaO≤2，0≤TiO2≤2.5，2≤Nb2O5≤4.5；以及多种光致变色剂，以重量百分比(重量％)计，相对于玻璃基质包含：0.100≤Ag≤0.250，0.200≤Cl≤0.500，0.0100≤Br≤0.300，和0.0050≤CuO≤0.0110。由此，要理解的是，本公开覆盖了宽范围的光致变色玻璃组合物，并且可以采用本文所揭示的一个或多个实施方式进行光致变色加工和热强化。
常规热回火技术和限制的总览
用于对玻璃进行热强化的常规工业过程涉及在辐射能炉或对流炉(或者采用这两种技术的“组合模式”炉)中将玻璃片加热至预定温度，然后通过向玻璃表面或者沿着玻璃表面吹送大量环境空气经对流使得玻璃冷却(“猝冷”)。这种气体冷却过程主要是对流，随着气体携带热量离开热的玻璃片，经由扩散和水平对流，通过流体的质量运动(统称为移动)进行热传递。
在常规回火工艺中，某些因素会限制玻璃片(特别是薄玻璃片)中通常认为是可能的强化量。存在限制的原因(部分)在于完成的片材上的压缩应力量与猝冷过程中实现的片材的表面与中心之间的温差大小直接相关。但是，在猝冷过程中的温差越大，在猝冷过程中玻璃破裂的可能性越大。对于给定冷却速率，可以通过从较高的起始玻璃温度开始猝冷来减少破裂。此外，较高的起始温度通常允许经回火的玻璃片实现由高冷却速率提供的完全强化潜力。但是，增加片材在猝冷开始时的温度也具有其自身潜在缺陷。例如，高初始玻璃温度会导致片材的过度变形，因为它变得更软，同样限制了实际可实现的温差。
在常规回火过程中，片厚度还对猝冷过程中可实现的温差具有明显限制。片材越薄，则对于给定冷却速率，猝冷过程中的表面与中心之间的温差越低。这是因为将中心与表面隔热开的玻璃厚度较小。因此，(相比于较厚玻璃的热强化)薄玻璃的热强化通常需要较高的冷却速率，因此，从玻璃的外表面更快速地去除热量通常需要大量的能耗从而在玻璃片的内部分和外部分之间产生进行强化的温差水平。
例如，图1显示基于35年前开发的工业标准热强化工艺，用于将足够的环境空气吹到“完全钢化”钠钙玻璃(“SLG”)所使用的空气吹风机所需的功率(单位是千瓦每平方米玻璃片面积)与玻璃厚度(单位是毫米)的关系。随着所使用的玻璃变得更薄，所需的功率呈指数增加。因此，多年来，厚度约3mm的玻璃片是商业可行的最薄的完全热钢化玻璃。
此外，片材越薄，对于给定的玻璃软度(即，给定的粘度)，发生变形的可能性越大。因此，降低厚度同时直接降低了可实现的温差，以及由于片材发生变形的风险增加，还倾向于降低使用更高片材温度以实现更高冷却速率的完全益处和防止玻璃由于较高冷却速率发生破裂的可能性。因此，在常规对流气体玻璃强化工艺中，通过增加空气流速、通过降低空气喷嘴开口到玻璃片表面的距离、通过增加玻璃(在冷却开始时)的温度、以及任选地通过降低冷却空气的温度，实现了更高的冷却速率。
作为更近来的例子，公布了采用最先进的玻璃热强化设备的图2(现有技术)的性能曲线。这种改进的设备继续使用常规吹送空气的对流工艺来冷却玻璃，但是在加热过程中，将用于支撑玻璃的辊替换为至少在加热的最后阶段采用空气支撑玻璃的系统。在没有辊接触的情况下，可以将猝冷之前将玻璃加热到更高温度(和更高的软度/更低的粘度)，记载了能够生产2mm厚的完全钢化玻璃。如图2所示，记载了相比于使用辊(曲线O)，在通过使用空气支撑玻璃(曲线N)所实现的较高温度下，对2mm厚的片材进行强化所需的吹风机功率从1200kW/m2降低到400kW/m2。
虽然这呈现了能够生产完全钢化的2mm厚的玻璃的进行，但是对图2的旧曲线O和新曲线N进行按比例缩放以匹配图1的比例(如图3所示，现有技术)，显示通过最先进的对流回火工艺所实现的性能改进(如图2所示)是较小的，并且只是先前对玻璃片对流强化中能量需求的理解的简单渐进变化。在图3中，图2的旧曲线O和新曲线N按比例缩放以匹配图1，并叠加在其上(为了更容易观察新曲线N，在240kW/m2截去了旧曲线O的顶部)。从图3明显看出，当玻璃厚度从3mm降低到2mm时，曲线N所代表的技术仅略微改变了对流气体猝冷工艺的性能曲线。高运行点(用于2mm玻璃的400kW/m2吹风机功率)显示通过这种方法加工较薄的玻璃仍然需要功率的极端增加。空气流的急剧增加以及由此功率的急剧增加暗示了同时在工程实践和经济方面而言，难以采用常规对流气体强化方法在前行到低于2mm的厚度的同时产生完全钢化玻璃。此外，所需的非常高的空气流还可能使得较薄片材的形状发生变形。因此，为了使得厚度小于2mm的玻璃达到完全钢化或者为了采用热回火使得热膨胀系数(“CTE”)低于钠钙玻璃的2mm的玻璃达到完全钢化，申请人认为需要另一种回火方法/系统。
也已经尝试了作为现有常用对流气体强化的替代热强化方法，但是每种相对于对流气体强化都具有某些缺点。具体来说，实现更高冷却速率的典型替代热强化方法通常至少需要一些液体或固体与玻璃表面发生接触，而不仅仅是空气接触。与玻璃片的这种接触会对玻璃表面质量、玻璃平坦度和/或强化过程的均匀性造成负面影响。这些缺陷有时会被人眼察觉，特别是当在反光中观察时，并且会降低用于眼科镜片、传感器等中的光致发光玻璃所需的性质。如下文更详细所述，至少在一些实施方式中，本公开的传导热回火系统降低或消除了此类接触相关的缺陷。
浸入液体浴或流动液体中的形式以及喷洒形式的液体接触强化已经被用于实现比对流气体强化更高的冷却速率，但是具有导致冷却过程期间片材上的过度热变化的缺陷。在浸入或浸入状喷洒或液体流时，由于液体浴或液体流中自发产生的对流流动，会在小面积上发生大的热变化。在更精细的喷洒中，离散的喷洒液滴和喷嘴喷洒图案的影响也产生明显的热变化。过度的热变化倾向于导致液体接触进行热强化过程中的玻璃破裂，这虽然可以通过限制冷却速率来减轻，但是限制冷却速率也降低了所得到的可实现的强度。此外，必需处理片材(将其放置在或者保持在液体浴或液体流或液体喷洒)中，由于与片材的物理接触也导致物理应力和过度热变化，还倾向于导致强化过程中的破裂以及限制了冷却速率和所得到的强度。最后，一些液体冷却方法(例如，通过油浸入进行猝冷的高冷却速率和各种喷洒技术)会在此类冷却过程中改变玻璃表面，后续需要从片材表面去除玻璃材料以产生令人满意的精整。
固体接触热强化涉及使得热玻璃的表面与较冷的固体表面接触。如同液体接触强化那样，在猝冷过程期间，会容易地产生过度热变化(类似于液体接触强化中所见到的那样)。在猝冷表面中的玻璃片的表面精整的任何瑕疵或者片材的厚度一致性中的任何瑕疵导致片材一些面积上的不完美接触，并且这种不完美接触可能导致大的热变化，这倾向于使得玻璃在加工过程中破裂并且如果片材幸存下来的话还可能导致不合乎希望的双折射。此外，使得热玻璃片与固体物体接触可能导致形成表面缺陷，例如，碎片、裂缝、裂纹、和划痕等。随着片尺寸的增加，在玻璃片的整个表面上实现良好的物理接触也会变得越来越困难。与固体表面发生物理接触还会在猝冷过程中向片材以机械方式施加应力，增加了片材在加工过程中破裂的可能性。此外，在初始接触时极高速率的温度变化可能导致片材加工过程中的破裂，例如，对薄玻璃基材(特别是薄的光致变色玻璃基材)进行接触冷却在商业上还是不可行的。
申请人的热强化的光致变色玻璃和相关传导冷却工艺和方法的总览
本公开超越了上文所述的常规工艺，有效、高效且均匀地以商业规模对光致变色玻璃薄片进行热强化，而没有产生各种常规工艺中常见的瑕疵，例如，没有损坏光致变色玻璃的表面，没有诱发双折射，没有不均匀强化，和/或没有导致不可接受的破裂等。可以通过本文所揭示的一个或多个实施方式，来产生先前无法得到的热回火/热强化光致变色玻璃薄片。这是通过本文所述的系统和方法以精确的方式提供非常高的热传递速率，以良好的物理控制和温和地处理光致变色玻璃来实现的。在具体实施方式中，本文所述的工艺和系统在冷却/猝冷区段中采用小间隙的气体轴承，对此，申请人证实这实现了在冷却开始时以较高相对温度对光致变色玻璃薄片进行加工，得到较高的热强化水平。如下文所述，这种小间隙的气体轴承冷却/淬冷区段经由对流热传输至跨过间隙的散热器而不是采用高空气流的基于对流冷却实现了非常高的传热速率。通过在间隙内的气体轴承上支撑光致变色玻璃，实现了这种高速率传导热传递同时没有使得光致变色玻璃与液体或固体材料接触。如下文所述，申请人还证实至少在一些实施方式中，本文所述的工艺和系统形成的热强化光致变色玻璃(具体来说，薄的热强化光致变色玻璃)具有一种或多种独特性质。
通过根据本公开的方法和/或系统处理的光致变色玻璃片的一些实施方式具有比之前已知更高水平的热诱发的永久应力。不希望受限于理论，相信通过一些原因的结合能够获得所实现的热诱发的应力水平。本文具体所述的工艺中热传递的高均匀性降低或去除了光致变色玻璃中的物理性且不合乎希望的热应力，实现了以较高热传递速率对光致变色玻璃片进行回火而不发生破裂。此外，本文方法可以在较低的光致变色玻璃片粘度(在猝冷开始时较高的初始温度)下进行，同时仍然保留所需的光致变色玻璃平坦度和形式，这在冷却过程中提供了大得多的温度变化，从而增加了所实现的热强化水平。
热回火的光致变色玻璃片
如上文所述，申请人已经开发以用于形成热强化的光致变色玻璃片(特别是光致变色玻璃薄片)的系统和方法，并且如本节所讨论的那样，如本文所述形成的热强化的光致变色玻璃薄片具有一种或多种独特的性质和/或性质组合，这是先前通过常规热回火或者其他回火方法所无法实现的。
热回火的光致变色玻璃片结构和尺寸
参见图4和图5，显示根据一个示例性实施方式具有高的表面压缩应力和/或高的中心张力的热强化的光致变色玻璃片。图4显示热强化光致变色玻璃制品或玻璃片500的透视图，以及图5是根据一个或多个实施方式的热强化光致变色玻璃片500的部分横截面图。
如图4所示，强化光致变色玻璃制品500(例如，片材、梁材、板材)包括第一主表面510、第二主表面520(片材500背侧的虚线，如本文所揭示，其可以是半透明的)、以及在它们之间延伸的主体522。第二主表面520位于主体522与第一主表面510相反的那侧上，从而强化光致变色玻璃片500的厚度t定义为第一与第二主表面510、520之间的距离，其中，厚度t也是深度尺度。强化光致变色玻璃片500的宽度w定义为第一或第二主表面510、520中的一个与厚度t正交的第一尺度。强化光致变色玻璃片500的长度l定义为第一或第二主表面510、520中的一个与厚度t和宽度w正交的第二尺度。
在示例性实施方式中，光致变色玻璃片500的厚度t小于光致变色玻璃片500的长度l。在其他示例性实施方式中，光致变色玻璃片500的厚度t小于光致变色玻璃片500的宽度w。在其他示例性实施方式中，光致变色玻璃片500的厚度t同时小于光致变色玻璃片500的长度l和宽度w。长度l和/或宽度w可以大于0.5米，大于1.0米，或者大于2.0米。因此，可以采用本文所揭示的系统和工艺对大片的光致变色玻璃片500进行热加工。如图5所示，光致变色玻璃片500还包括在第一和第二主表面510、520处和/或靠近第一和第二主表面510、520处的热诱发的永久压缩应力区域530和540，这通过片材的中心部分中的热诱发的永久中心拉伸应力550(即，张力)所平衡。
该方法和系统可用于形成具有宽范围的各种厚度的强化光致变色玻璃片。在各种实施方式中，光致变色玻璃片500的厚度t的范围是0.1mm至8.0mm或者0.10至5.7或6.0mm，除了端点值之外，还包括0.2mm、0.28mm、0.4mm、0.5mm、0.55mm、0.7mm、1mm、1.1mm、1.5mm、1.8mm、2mm和3.2mm。预期的实施方式包括热强化的光致变色玻璃片500，其厚度t的范围是：0.1-20mm、0.1-16mm、0.1-12mm、0.1-8mm、0.1-6mm、0.1-4mm、0.1-3mm、0.1-2mm、0.1至小于2mm、0.1-1.5mm、0.1-1mm、0.1-0.7mm、0.1-0.5mm和0.1-0.3mm。
在一些实施方式中，使用厚度小于或等于3mm的光致变色玻璃片。在一些实施方式中，光致变色玻璃厚度约为(例如，加减1％)：8mm或更小、约6mm或更小、约3mm或更小、约2.5mm或更小、约2mm或更小、约1.8mm或更小、约1.6mm或更小、约1.4mm或更小、约1.2mm或更小、约1mm或更小、约0.8mm或更小、约0.7mm或更小、约0.6mm或更小、约0.5mm或更小、约0.4mm或更小、约0.3mm或更小、或者约0.28mm或更小。
在一些实施方式中，热强化的光致变色玻璃片具有高的纵横比，即，长度和宽度与厚度之比是大的。由于本文所讨论的热回火工艺不依赖于空气的高压或大体积，在通过使用本文所讨论的气体轴承和高的热传递速率系统进行回火之后，可以维持各种光致变色玻璃片性质，例如表面粗糙度和平坦度。类似地，本文所讨论的热回火工艺允许对高纵横比的光致变色玻璃片(即，光致变色玻璃片具有高的长度-厚度比和/或高的宽度-厚度比)进行热强化，同时保留所需或必需的形状。具体来说，可以对长度-厚度比和/或宽度-厚度比(“纵横比”)近似至少10:1、至少20:1、以及最高至1000:1和超过1000:1的片材进行强化。在预期的实施方式中，可以对纵横比至少为200:1、至少为500:1、至少为1000:1、至少为2000:1、至少为4000:1的片材进行强化。
根据一个示例性实施方式，强化的光致变色玻璃片500的长度l大于或等于宽度w，例如大于两倍宽度w、大于5倍宽度w和/或不超过50倍宽度w。在一些此类实施方式中，强化的光致变色玻璃片500的宽度w大于或等于厚度t，例如大于2倍厚度t、大于5倍厚度t和/或不超过50倍厚度t。
在一些实施方式中，例如对于下文图27-28所揭示的应用，光致变色玻璃片500的长度l至少是1cm，例如至少3cm、至少5cm、至少7.5cm、至少20cm、至少50cm、和/或不超过50m，例如不超过10m、不超过7.5m、不超过5m。在一些此类实施方式中，光致变色玻璃片500的宽度w至少是1cm，例如至少3cm、至少5cm、至少7.5cm、至少20cm、至少50cm和/或不超过50m，例如不超过10m、不超过7.5m、不超过5m。参见图4，光致变色玻璃是片500的形式，厚度t比5cm更薄，例如，2.5cm或更小、1cm或更小、5mm或更小、2.5mm或更小、2mm或更小、1.7mm或更小、1.5mm或更小、1.2mm或更小、或者甚至1mm或更小，在预期的实施方式中，例如0.8mm或更小；和/或厚度t至少是10um、例如至少50um、至少100um、至少300um。
在其他预期实施方式中，光致变色玻璃制品的尺寸可以是除了本文所揭示之外的情况。在预期实施方式中，光致变色玻璃制品的长度l、宽度w、和/或厚度t可以发生变化，例如，更为复杂的几何形貌(大致参见图28)，其中，本文所揭示的尺度至少适应于具有上文所述相对于彼此的长度l、宽度w和厚度t的定义的对应的光致变色玻璃制品的方面。
在一些实施方式中，光致变色玻璃片500的第一或第二主表面510、520中的至少一个具有较大表面积。在各种实施方式中，第一和/或第二表面510、520具有如下面积：至少100mm2、例如至少900mm2、至少2500mm2、至少5000mm2、至少100cm2、至少900cm2、至少2500cm2、至少5000cm2和/或不超过2500m2、例如不超过100m2、不超过5000cm2、不超过2500cm2、不超过1000cm2、不超过500cm2、不超过100cm2。由此，光致变色玻璃片500可以具有较大的表面积；除了通过本文所揭示的方法和系统之外，这可能难以或者无法进行热强化，特别是当同时具有本文所讨论的光致变色玻璃片的厚度、表面质量和/或应变均匀性的时候。此外，除了通过本文所揭示的方法和系统，在不依赖离子交换或者不改变光致变色玻璃类型的情况下，可能难以或者无法实现该应力分布，特别是应力分布的负拉伸应力部分(大致参见图6)。
热强化光致变色玻璃片的压缩应力和拉伸应力
如上文所述，本文所讨论的热强化的光致变色玻璃片可以具有令人惊讶的高表面压缩应力(例如，在图5所示的区域530、540中)、令人惊讶的高中心拉伸应力(例如，在图5所示的区域550中)和/或独特的应力分布(参见图6)。考虑到本文所讨论的光致变色玻璃片500的低厚度和/或其他独特物理性质(例如，非常低的粗糙度、高的平坦程度、各种光学性质、假想温度性质等)时，尤其是如此。
通过本文所揭示的工艺和系统形成的光致变色玻璃的压缩应力(例如，图5所示的区域530、540中)可以根据光致变色玻璃的厚度t发生变化。在各种实施方式中，光致变色玻璃(例如，厚度小于或等于3mm的光致变色玻璃片500)具有至少80MPa、至少100MPa、至少150MPa、至少200MPa、至少250MPa、至少300MPa、至少350MPa、至少400MPa和/或不超过1GPa的压缩应力(例如，表面压缩应力)。在预期的实施方式中，厚度小于或等于2mm的光致变色玻璃具有至少80MPa、至少100MPa、至少150MPa、至少175MPa、至少200MPa、至少250MPa、至少300MPa、至少350MPa、至少400MPa和/或不超过1GPa的压缩应力。在预期的实施方式中，厚度小于或等于1.5mm的光致变色玻璃具有至少80MPa、至少100MPa、至少150MPa、至少175MPa、至少200MPa、至少250MPa、至少300MPa、至少350MPa和/或不超过1GPa的压缩应力。在预期的实施方式中，厚度小于或等于1mm的光致变色玻璃具有至少80MPa、至少100MPa、至少150MPa、至少175MPa、至少200MPa、至少250MPa、至少300MPa和/或不超过1GPa的压缩应力。在预期的实施方式中，厚度小于或等于0.5mm的光致变色玻璃具有至少50MPa、至少80MPa、至少100MPa、至少150MPa、至少175MPa、至少200MPa、至少250MPa和/或不超过1GPa的压缩应力。
在一些实施方式中，通过本文所揭示的工艺和系统所形成的光致变色玻璃中的热诱发的中心张力(例如，图5所示的区域550中)可以大于40MPa、大于50MPa、大于75MPa、大于100MPa。在其他实施方式中，热诱发的中心张力可以小于300MPa、或者小于400MPa。在一些实施方式中，热诱发的中心张力可以约为50-300MPa、约为60-200MPa、约为70-150MPa或者约为80-140MPa。在一些实施方式中，热强化的光致变色玻璃片具有高的薄度，即，是特别薄的。由于可以通过本文所讨论的系统和方法应用非常高的热传递速率，可以在厚度小于0.3mm的SLG片中产生明显的热效应(例如，中心张力至少10MPa或者甚至至少20MPa)。事实上，可以对非常薄的片材(至少薄至0.1mm的片材)进行热强化。本文进一步讨论考虑与厚度和其他变量相关的所实现的和能够实现的热应力的具体水平。
参见图6，图4的强化光致变色玻璃片500在25℃室温和标准大气压下的概念应力分布560显示强化光致变色玻璃片500处于正拉伸应力的内部部分550，以及强化光致变色玻璃片500位于内部部分550外部且与其相邻的处于负拉伸应力(例如，正压缩应力)的部分530、540。申请人相信，通过限制引发裂纹和/或裂纹扩展通过，负拉伸应力至少部分增强了强化光致变色玻璃片500。
相信对于本发明技术所特有的是，给定如本文所揭示的强化光致变色玻璃片500的较大表面积和/或薄的厚度，应力分布560中的拉伸应力在内部部分550的正拉伸应力与部分530、540(其位于内部部分120外部且与内部部分120相邻)的负拉伸应力之间急剧地过渡。这种急剧地过渡可以理解为拉伸应力的变化率(即斜率)，它可以表述为应力的大小(例如，100MPa、200MPa、250MPa、300MPa、400MPa，正拉伸应力与负拉伸应力+σ、-σ的峰值差)除以发生变化的厚度距离(例如，1mm的距离、例如500um、250um、100um的距离(这是用于量化变化率的距离，这可以是制品厚度的一部分，不一定是制品几何形貌的尺度))。在一些此类实施方式中，拉伸应力的变化率不超过7000MPa除以1mm，例如不超过5000MPa除以1mm。在预期的实施方式中，正负拉伸应力的峰值差是至少50MPa，例如至少100MPa、至少150MPa、至少200MPa、至少250MPa、至少300MPa、至少400MPa、至少500MPa和/或不超过50GPa。在预期的实施方式中，光致变色玻璃片500的峰值负拉伸应力的大小是至少50MPa，例如至少100MPa、至少150MPa、至少200MPa、至少250MPa、至少300MPa、至少400MPa、至少500MPa。相信通过本文所讨论的系统和方法产生的陡峭的拉伸曲线过渡是对于给定厚度的情况下能够在光致变色玻璃片的表面处实现更高的负拉伸应力大小的指示，和/或是将更薄的光致变色玻璃制品制造成具有更高的负拉伸应力程度(例如，以实现如本文所述的进行切割的碎裂可能性)的指示。常规的热回火方法可能无法实现如此陡峭的拉伸应力曲线。
根据一个示例性实施方式，拉伸应力的高变化率至少是以下一种：在应力分布560的厚度向的展程上维持是上文所述的大小或者更大，所述厚度向的展程至少是光致变色玻璃片500的厚度的2％，例如至少是厚度的5％、至少是厚度的10％、至少是厚度的15％、或者至少是厚度的25％。在预期的实施方式中，强化延伸深入强化光致变色玻璃片500，使得具有高的拉伸应力变化率的厚度向的展程位于从第一表面进入厚度的20％至80％的深度的中心，这可以进一步与例如化学回火区分开。
在至少一些预期的实施方式中，强化光致变色玻璃制品包括其组成在离子含量方面的变化，概念上如图6的虚线562所示。更具体来说，此类实施方式中的强化光致变色玻璃制品500的组成包括影响应力分布560的经交换或被赋予的离子。在一些此类实施方式中，经交换或被赋予的离子没有完全延伸通过强化光致变色玻璃制品500处于负拉伸应力的部分530、540，因为负拉伸应力也是本文所揭示的热回火的结果。
因此，具有离子交换强度增加的拉伸应力分布560的曲线包括不连续性或突然变化564，其方向是在不连续性或突然变化564的任一侧上曲线斜率相互不同的方向。突然变化564位于处于负拉伸应力的部分530、540中，从而在与不连续性或突然变化564紧邻的任一侧上拉伸应力是负的。不连续性或突然变化564可对应于不同离子含量的深度，但是在一些此类实施方式中，530、540部分处于负拉伸应力的其他部分仍然具有与处于正拉伸应力的部分550在离子含量方面而言相同的组成。
换言之，对于至少一些强化光致变色玻璃制品500(具有或不具有离子交换或赋予离子)，强化光致变色玻璃片500的530、540部分(其处于负拉伸应力且位于内部部分550的外部和与内部部分邻接)中的至少一部分的组成与至少一部分的内部部分550(其处于正拉伸应力)的组成相同。在此类实施方式中，应力分布的至少一些负拉伸应力不依赖于强化光致变色玻璃片500的组成(例如，离子组成)的变化。通过在未经化学回火和/或较少化学回火的情况下提供足够的强度，此类结构可以使得强化光致变色玻璃片500的组成至少简化至一定程度。此外，由于组成的不连续性/变化(可能降低了在组成不连续性处分层和/或开裂的机会)，此类结构可以降低强化光致变色玻璃片500内的应力集中。
热回火的光致变色玻璃片破裂性能
如果在拉伸应力550的区域中储存了足够的能量，则当充分破坏时，光致变色玻璃会如同安全玻璃或者“小片”那样破裂。如本文所用，当面积为25cm2的光致变色玻璃片破裂成40块或更多块时，认为光致变色玻璃片是破裂成小片。在一些实施方式中，破裂成小片被用作显示光致变色玻璃片是“完全钢化”的定量化措施(即，对于2mm或更厚的光致变色玻璃，其中，光致变色玻璃片具有至少65MPa的压缩应力或者至少67MPa的边缘压缩)。在各种实施方式中，光致变色玻璃片500在拉伸应力区域550中具有足够的拉伸应力，从而使得一块25cm2的光致变色玻璃片500破裂成40块或更多块。
参见图7，具有本文相对于光致变色玻璃片(例如片500)所揭示的性质的光致变色玻璃制品610发生破裂，例如这是使用刺破器或其他仪器和/或通常根据美国国家标准协会(ANSI)Z97.1(冲击试验)和ASTM 1048标准进行的。根据一个示例性实施方式，光致变色玻璃制品610被强化至如下程度，当破裂之后发生破碎成小片，形成多块小的粒状块体616(例如，碎片、碎块)。在一些实施方式中，在破碎测试中，在50乘50mm的光致变色玻璃制品610的面积中，光致变色玻璃制品610具有的热诱发的应力足以产生的粒状块体616的数量是不少于40，在所述破碎测试中，用锤或冲孔机施加冲击，以引发光致变色玻璃开裂成粒状片。显示具有约1cm金属销长度614的标准办公室图钉612供参考。
根据各种预期的实施方式，尽管强化光致变色玻璃制品610具有薄的厚度，(大致参见图6的)应力分布赋予了强化光致变色玻璃制品610高的碎裂潜力，从而当破裂时，强化光致变色玻璃制品610被粉碎至特别小的粒状块体616，它们在第一或第二表面上的面积小于90mm2，例如小于50mm2、例如小于20mm2、例如小于10mm2、例如小于5mm2、和/或至少10um2。在一些此类实施方式中，强化光致变色玻璃制品610的碎裂潜力使得当强化光致变色玻璃制品破裂时，至少20％(例如，至少50％、至少70％、至少95％)的粒状块体66的面积是上文所述的第一或第二表面中的至少一个面积量。
至少部分由于可以采用一些实施方式中本发明的技术制造具有本文所揭示的拉伸应力的光致变色玻璃制品610的特别薄的几何形貌，强化光致变色玻璃制品610的碎裂潜力使得当破裂时，强化光致变色玻璃制品610粉碎成特别小体积的粒状块体，它们的体积小于50mm3，例如小于40mm3，例如小于30mm3，例如小于25mm3，和/或至少50um3的体积。
至少部分由于可以采用一些实施方式中本发明的技术制造具有本文所揭示的拉伸应力的光致变色玻璃制品610的特别大的面积，强化光致变色玻璃制品610的碎裂潜力使得当破裂时，强化光致变色玻璃制品610粉碎成至少100个体积至少为50um3的粒状块体616，例如，至少200个、至少400个、至少1000个、至少4000个体积至少为50um3的粒状块体616。
现参见图8和图9，对1.1mm厚的非光致变色玻璃片进行实验，所述非光致变色玻璃片的玻璃包含：至少70重量％二氧化硅和/或至少10重量％氧化钠和/或至少7重量％氧化钙，并且采用本文所揭示的设备和工艺进行强化。如图8所示，发现每平方厘米玻璃的粒状块体616的数量大致与相应玻璃制品610的中心处的正拉伸应力的大小相关。类似地，如图9所示，还发现相应的玻璃制品610的碎裂潜力与热区(参见图21、图22和图23)中的玻璃温度以及猝冷过程中有效施加到玻璃表面的计算得到的预期热传递系数(h)(单位是cal/cm2·s·℃，SI单位是瓦特/m2·°K)相关，基于猝冷过程中玻璃片表面与散热器/气体轴承之间的间隙尺寸和用于间隙中的气体的导热系数。从图8和图9所示的结果看出，显示了适用于光致变色玻璃薄片的薄玻璃片破裂性能行为。
热回火的光致变色玻璃片假想温度
在各种实施方式中，通过本文所述系统和方法形成的热强化光致变色玻璃片(例如，光致变色玻璃片500)具有高的假想温度。会理解的是，在各种实施方式中，本文所述的光致变色玻璃材料的高假想温度涉及光致变色玻璃片500的高水平回火、高的中心拉伸应力和/或高的压缩表面应力。可以通过任意合适的方法确定表面假想温度，包括差示扫描量热法、布里渊谱图或拉曼谱图。
根据一个示例性实施方式，光致变色玻璃片500的一部分(例如，它的第一和/或第二主表面510、520处或者靠近它的第一和/或第二主表面510、520)具有特别高的假想温度，例如至少500℃、例如至少600℃、或者甚至至少700℃。根据一个示例性实施方式，相对于相同化学组成的经退火的光致变色玻璃，光致变色玻璃片500的一部分(例如，它的第一和/或第二主表面510、520处或者靠近它的第一和/或第二主表面510、520)具有特别高的假想温度，例如至少大了10℃、至少大了30℃、至少大了50℃、至少大了70℃、或者甚至至少大了100℃。可以通过本文所揭示的本发明的技术实现高假想温度，这至少部分是由于在强化系统中从热区到冷却区的快速过渡(参见例如，图21、图22和图23)。申请人相信，高假想温度可对应于光致变色玻璃的抗破坏性增加或者可以与其相关。
在确定表面假想温度的一些方法中，可能需要破坏光致变色玻璃以释放出热强化过程诱发的“回火应力”，从而以合理的准确度测量假想温度。众所周知的是，通过拉曼光谱测得的特性结构带以受控的方式同时相对于假想温度和相对于硼硅酸盐光致变色玻璃中施加的应力发生偏移。如果回火应力已知的话，这种偏移可用于以非破坏性方式测试热强化光致变色玻璃片的假想温度。
大致参见图10，显示数种非光致变色玻璃制品的假想温度的确定。D.R.Tallant,T.A.Michalske和W.L.Smith的“The effects of tensile stress on the Ramanspectrum of silica glass(拉伸应力对于硅酸盐玻璃的拉曼光谱的影响)”J.Non-Cryst.Solids(非晶固体期刊)，106 380-383(1988)中报道了应力对于硅酸盐玻璃的拉曼光谱的影响。65重量％或更多氧化硅的商业玻璃具有基本相同的响应。虽然报道的应力响应是单轴应力，但是在双轴应力状态(例如，回火玻璃中所观察到的情况，σxx＝σyy)，可以预期峰值的偏移是单轴应力预期情况的两倍。在钠钙玻璃和玻璃2中接近1090cm-1的峰对应于硅酸盐玻璃中观察到的1050cm-1峰。应力对于硅酸盐中1050cm-1峰以及对于SLG和其他硅酸盐玻璃中对应峰的影响可表述为应力σ(单位是MPa)的函数，具有如下等式a)：ω(cm-1)＝1054.93–0.00232·σ。
对于SLG和另一种玻璃(玻璃2)，产生了拉曼带位置与假想温度相关的校准曲线。玻璃样品进行各种时间的热处理，比τ＝10*η/G计算得到的结构松弛时间长2-3倍，其中，η是粘度，以及G是剪切模量。在热处理之后，玻璃在水中猝冷，将假想温度冻结在热处理温度。然后以50倍放大倍数和1-2um斑尺寸，采用442nm激光，10-30s曝光时间和100％功率，在200-1800cm-1的范围上，通过微拉曼法对玻璃表面进行测量。在该情况下，在1000-1200cm-1的峰的位置采用计算机软件Renishaw WiRE版本4.1进行拟合。通过等式b)ω(cm-1)＝1110.66–0.0282·Tf，得到SLG的空气侧上测得的1090cm-1拉曼峰与假想温度Tf(单位是℃)的良好拟合。对于玻璃2，通过等式c)ω(cm-1)＝1102.00–0.0231·Tf得到良好拟合。
采用等式a)、b)和c)中建立的关系式，可以将光致变色玻璃的假想温度表述为测得的拉曼峰位置的函数，其具有由于表面压缩应力所导致的校正因素。100MPa的压缩应力σc使得拉曼带位置偏移相当于近似假想温度降低了15-20摄氏度。如下等式可适用于SLG：
可适用于玻璃2的等式如下：
在这些等式中，ω是接近1090cm-1的峰所测得的峰值波数，σc是通过任意合适技术测得的表面压缩应力，得到经过应力校正的假想温度测量，单位是℃。为了证实与确定的假想温度相关的抗破坏性的增加，制备4块玻璃片样品，2块是通过常规回火方法得到近似70和110MPa表面压缩应力(CS)的6mm钠钙玻璃(SLG)片，以及2块是通过本文所揭示的方法和系统得到约为相同CS水平的1.1mm SLG片。使用两块额外的片材(每种厚度一块)作为对照。每块测试片的表面经受标准维氏压痕。施加各种水平的作用力，每次15秒，在等待24小时之后，对每个压痕进行检查。如表I所示，确定了每种样品的50％开裂阈值(定义为出现的裂纹平均数量看上去是4个压痕点中的2个倾向于引发裂纹时的负荷)。
表I显示通过常规对流气体回火加工的SLG的维氏裂纹引发阈值与经退火或刚传递的SLG片是基本相同的(在6mm片材中得到反映)，从0至1牛顿(N)升高到约为1至小于2牛顿。这与通过常规回火提供的表面假想温度(Tfs或Tf表面)相对于玻璃转化温度(对于SLG，Tg＝550℃，定义为η＝1012-13.3泊)的较为中等提升(约25-35℃)相关。相反地，通过采用本文方法和系统进行回火(在1.1mm片材中得到反映)，使得维氏裂纹引发阈值改善至大于10N，相对于常规回火所赋予的抗维氏破坏性具有10倍增加。在实施的玻璃中，Tfs减去Tg至少是50℃、或者至少75℃、或者至少90℃，或者约为75-100℃。即使在包含较低热强化水平的实施方式中，实施的玻璃仍然可以提供增加的抗性，例如水平是5N。在某些预期的实施方式中，在15秒维氏裂纹引发测试之后的50％开裂阈值可以等于或大于5N、10N、20N或30N。
如下无量纲假想温度参数θ可用于对比热强化过程在产生的假想温度方面的相对性能。在该情况下，得到表面假想温度θs如下：
θs＝(Tfs-T退火)/(T软化-T退火) (3)
其中，Tfs是表面假想温度，T退火是(玻璃粘度η＝1013.2泊时的温度)退火点，以及T软化是(玻璃粘度η＝107.6泊时的温度)片材玻璃的软化点。图10是对于两种不同玻璃，测得的表面假想温度θs与在热强化过程中应用的热传递速率h的关系图。如图10所示，两种不同玻璃的结果相互相当靠近地重叠。这意味着参数θ提供了一种对不同玻璃的假想温度进行对比的方式，这种对比是直接与产生它们所需的热传递速率h进行比较。每个h的纵向结果范围对应于(猝冷开始时的起始温度的)T0值的变化。在一些实施方式中，参数θs包括从约(例如，加减10％)0.2至约0.9，或者0.21至0.09，或者0.22至0.09，或者0.23至0.09，或者0.24至0.09，或者0.25至0.09，或者0.30至0.09，或者0.40至0.09，或者0.5至0.9，或者0.51至0.9，或者0.52至0.9，或者0.53至0.9，或者0.54至0.9，或者0.54至0.9，或者0.55至0.9，或者0.6至0.9，或者甚至0.65至0.9。
热回火的光致变色玻璃片的可回火性参数
在各种实施方式中，通过本文所述系统和方法形成的热强化玻璃片(特别是热强化光致变色玻璃片，例如光致变色玻璃片500)具有高的可回火性和/或热传递值。玻璃的“比热应力”如下：
其中，α是玻璃的(低温线性)CTE，E是玻璃材料的弹性模量，以及μ是玻璃材料的泊松比。该值用于表示当经受温度梯度时，在给定玻璃组合物(例如，给定的光致变色玻璃组合物)中产生的应力水平。其还可用作热“可回火性”的估计量。但是，在较高热传递速率时(例如，大于或等于约800W/m2K)，玻璃的高温或“液相线”CTE开始影响回火性能。因此，在此类情况下，发现基于在粘度曲线上改变CTE值的积分近似值的可回火性参数Ψ是有用的。
其中，αS CTE是低温线性CTE(相当于玻璃从0-300℃的平均线性膨胀系数，表述为1/℃(℃-1))；αL CTE是高温线性CTE(相当于在玻璃转化点与软化点之间的某处观察到的高温平台值，表述为1/℃(℃-1))；E是玻璃的弹性模量(表述为GPa而不是MPa，这使得(无量纲)参数Ψ的值的范围通常是0和1之间)；T应变是玻璃的应变点温度(玻璃的粘度η＝1014.7泊的温度，表述为℃)；以及T软化是玻璃的软化点(玻璃的粘度η＝107.6泊的温度，表述为℃)。
对具有不同性质的玻璃的热强化过程和所得到的表面压缩应力进行建模，以确定回火参数Ψ。以相同的起始粘度108.2泊和不同的热传递系数对玻璃进行建模。各种玻璃的性质见表II所示，以及每种玻璃在108.2泊的温度和每种计算得到的可回火性参数Ψ的值。
表II
玻璃 模量 CTE低 CTE高 108.2泊℃ 软化点℃ 应变点℃ Ψ
SLG 72 8.8 27.61 705 728 507 0.76
2 73.3 8.53 20.49 813 837 553 0.77
3 65.5 8.26 26 821 862 549 0.83
4 65 8.69 20.2 864 912 608 0.74
5 63.9 10.61 22 849 884 557 0.84
6 58.26 3.5 20.2 842 876 557 0.49
7 73.6 3.6 13.3 929 963 708 0.44
8 81.1 3.86 12.13 968 995 749 0.48
表II中的结果显示Ψ与玻璃的热强化性能成比例。这种相关性进一步如图11所示，其提供了对于高的热传递速率(热传递系数为2093W/m2K(0.05cal/s·cm2·℃))和仅1mm玻璃片厚度的实施例子。从图中看出，七种不同玻璃所得到的压缩应力的变化与所提出的可回火性参数Ψ的变化相关性良好。要理解的是，图11所示的相关性适用于光致变色玻璃。
热回火光致变色玻璃片的热传递系数以及与表面压缩应力和中心拉伸应力的关系
在另一个方面，发现对于任何玻璃，在任何给定的热传递系数值h(表述为cal/cm2-s-℃)，表面压缩应力(σCS，单位MPa)-厚度(t，单位mm)的曲线(在t从0到6mm的范围上)可以通过双曲线拟合，其中，P1和P2是h的函数，从而：
或者，将Ψ的表达式代入压缩应力σCS的曲线(玻璃，h，t)，得到：
其中，在上式(6)和(7)中，常数P1、P2分别是热传递值h的连续函数，如下所示：
以及
在图12和13中分别画出了常数P1、P2与h的函数关系。因此，通过使用P1值，对于给定的h和对应的P2(为此，上式(6)和(7)中是相同h)，对于该h，可以获得具体对应于表面压缩应力(CS)的曲线与厚度t的关系。
在一些实施方式中，通过简单地将在相同传导下预测的压缩应力除以2，可以使用类似的表达式来预测热强化光致变色玻璃片(特别是在小于或等于6mm厚度的中心张力(CT)和例如大于或等于800W/m2K的热传递系数)。由此，预测的中心张力可以如下：
其中P1CT和P2CT如下：
以及
在一些实施方式中，对于给定的热强化的物理情况，h和hCT可以具有相同的值。但是，在一些实施方式中，它们可能发生变化，并且提供分开的变量和允许它们之间的变化实现了描述性的性能曲线(不保持2:1CS/CT典型比例的情况)中的俘获。
本文所揭示的工艺和系统的一个或多个实施方式在表III所示的所有热传递速率值(h和hCT)产生了热强化的SLG片。
表III
在一些实施方式中，热传递速率值(h和hCT)可以约为0.024至约0.15，约为0.026至约0.10，或者约为0.026至约0.075cal/s·cm2·℃。
图14显示对于根据上文等式6-9选定的h值，通过C(h,t)·Ψ(SLG)图的新开放的性能区域(玻璃片的表面压缩，单位是MPa)与厚度t(单位是mm)的关系，Ψ(SLG)对应于表II中SLG的Ψ值。标记为GC的轨迹表示能够通过气体对流回火实现的估算的最大应力与SLG片厚度的关系，从0.02cal/s·cm2·℃(或840W/m2K)到0.03cal/s·cm2·℃(1250W/m2K)，假定当经加热的玻璃粘度为108.2泊或者当约为704℃(高于对流气体工艺的能力的温度)时，这些水平的热传递系数可用于该过程。
在图例中，通过三角形标记的气体显示基于气体对流回火工艺的有记录的最高片材CS值的例子。值601表示宣传的商用设备的产品性能，而值602是基于玻璃加工会议上的口头报告。标记为LC的轨迹表示能够通过液体接触回火实现的最大应力与SLG片薄度的关系曲线，热传递速率h为0.0625cal/s·cm2·℃(或者约2600W/m2K)，同样假设工艺开始时的起始的经加热玻璃粘度为108.2泊或者开始时约为704℃。在图例中，通过圆形标记的液体显示基于液体接触回火工艺的有记录的最高片材CS值的例子。2mm厚度处的两个值中更高的那个是基于硼硅酸盐光致变色玻璃片的回火的记录，以及附图中实现的应力按(ΨSLG)/(Ψ硼硅酸盐)比例的比例缩放，用于缩放后的直接对比。
标记为704的轨迹表示能够通过本文所揭示的方法和系统的一个或多个实施方式实现的应力，所处的热传递速率为0.20cal/s·cm2·℃(或者约8370W/m2K)，以及紧接猝冷之前的起始温度是704℃。由此能够实现的光致变色玻璃片上的应力水平代表的相对于液体回火强度水平的提升范围与液体回火所代表的相对于最先进的气体对流回火的情况是近乎相同的。但是标记为704的轨迹不是上限，已经显示本文实施方式对于高于该值是可行的，这是由于在甚至更高温度(光致变色玻璃更低粘度)情况下小间隙气体轴承热强化所能实现的形式和平坦度的良好控制。标记为730的轨迹显示通过0.02cal/s·cm2·℃(或者约8370W/m2K)热传递速率，对于SLG片材在730℃的起始温度(非常接近或者高于光致变色玻璃的软化点)，所实现的一些额外的强化性能。特别是通过高的热传递速率和由于使用良好处理所能实现的高起始温度和在紧密气体间隙中控制片材平坦度和形式的组合，由此实现了明显的压缩应力改进和进而实现了光致变色强度的明显改进，该改进对于小于和等于2mm的厚度是特别惊人的。要理解的是，图14中的轨迹704和轨迹730所示的类似表面压缩值对于光致变色玻璃片是可行的。
图15显示上文所解释的在小于和等于2mm时的图14的轨迹，但是对于通过本公开的一个或多个实施方式生产的选定的经回火玻璃片的例子绘制了压缩应力与厚度的关系图，显示了本公开实现的热强化水平和薄度的极端组合。要理解的是，图15中的轨迹704和轨迹730所示的类似表面压缩应力值对于光致变色玻璃片是可行的。
具有低表面粗糙度和高平坦程度的热回火光致变色玻璃片
在各种实施方式中，本文所揭示的热强化光致变色玻璃片(例如，片材500)同时具有高的热应力和低的刚形成时的表面粗糙度。本文所揭示的工艺和方法可以对光致变色玻璃片进行热强化而没有增加刚形成的表面的表面粗糙度。例如，在加工之前和之后，对进入的浮法光致变色玻璃空气侧表面和进入的熔融成形光致变色玻璃表面通过原子力显微镜(AFM)进行表征。对于进入的1.1mm的浮法光致变色玻璃，Ra表面粗糙度小于1nm(0.6-0.7nm)，以及通过根据本工艺的热强化没有增加Ra表面粗糙度。类似地，对于1.1mm的熔融成形的光致变色玻璃片，通过根据本公开的热强化维持了小于0.3nm(0.2-0.3)的Ra表面粗糙度。因此，经过热强化的光致变色玻璃片至少在第一表面上，至少在10x 10um的面积上具有0.2-1.5nm、0.2-0.7nm、0.2-0.4nm、或者例如0.2-0.32nm的Ra粗糙度的表面粗糙度。在示例性实施方式中，可以在10x 10um的面积上(或者在一些实施方式中，15x 15um的面积上)测量表面粗糙度。对于浮法玻璃，在一些实施方式中，对于本文所揭示的热强化光致变色玻璃片，提供了每20mm长度上小于0.15微米的表面粗糙度(峰-峰，1.1mm基材)和每20mm长度上小于0.20微米的表面粗糙度(峰-峰，0.7mm基材)。在其他实施方式中，对于本文所揭示的热强化光致变色玻璃片，通常提供了每20mm长度上小于0.05微米的表面粗糙度(峰-峰，1.1mm基材)和每20mm长度上小于0.075微米的表面粗糙度(峰-峰，0.7mm基材)。
在一些预期的实施方式中，本文所揭示的热强化光致变色玻璃片同时具有高的热应力和低的刚形成时的表面粗糙度和/或经涂覆的表面。本文所揭示的工艺和方法可以对光致变色玻璃片进行热强化而没有增加光致变色玻璃片的光滑的刚形成的表面或者刚传递的表面的表面粗糙度，并且可能没有对敏感的低E涂层或减反射涂层或者其他涂层造成破坏。在加工之前和之后，对进入的浮法光致变色玻璃空气侧表面和进入的熔融成形光致变色玻璃表面通过原子力显微镜(AFM)进行表征。对于进入的1.1mm的钠钙浮法光致变色玻璃，在空气侧上，Ra表面粗糙度小于1nm(例如，0.6-0.7nm)，以及通过根据本公开的热强化没有增加Ra表面粗糙度。对于进入的1.1mm的熔融成形光致变色玻璃片，Ra表面粗糙度小于0.3nm(例如，0.2-0.3nm)，并且类似地，通过根据本公开的热强化没有增加Ra表面粗糙度。因此，在预期的实施方式中，根据本公开的热强化光致变色玻璃片至少在第一表面上具有如下表面粗糙度：至少0.2nm和/或不超过1.5nm Ra粗糙度，例如不超过0.7nm、例如不超过0.4nm或者甚至例如不超过0.3nm，或者热强化片材在其上具有可以在强化之前施涂的涂层类型，或者使用对应的光致变色玻璃片作为起始材料从本工艺获得了具有这些低粗糙度值和涂层的组合。申请人理解到，这种表面质量和/或表面涂层的保护之前需要使用对流气体回火或者可能是低热传递液体回火工艺，这相对于本文工艺和方法可获得的总体范围产生了有限的热强化效应。
在另一个实施方式中，本文所述的热强化光致变色玻璃片具有高的平坦度。在各种实施方式中，本文所讨论的强化系统采用受控的气体轴承在传输和加热过程中支撑光致变色玻璃材料，以及在一些实施方式中，可用于辅助控制和/或改善光致变色玻璃片的平坦度，导致比之前可获得的情况而言(特别是对于薄和/或高度强化光致变色玻璃片而言)更高的平坦程度。例如，至少0.6mm的片材可以进行强化具有改进的强化后平坦度。本文所实现的热强化光致变色玻璃片的平坦度可以包括沿其第一或第二表面中的一个，沿着任意50mm长度小于或等于100um的总指示器跳动(TIR)，在第一或第二表面中的一个上的50mm长度内小于或等于300um的TIR，在第一或第二表面中的一个上的50mm长度内小于或等于200um的TIR、小于或等于100um的TIR、或者小于或等于70um的TIR。在示例性实施方式中，沿着光致变色玻璃片的任意50mm或更小的分布测量平坦度。在预期的实施方式中，具有本文所揭示的厚度的片材的平坦度如下：在第一或第二表面中的一个上的20mm长度内小于或等于200um的TIR，例如，平坦度小于或等于100um的TIR、平坦度小于或等于70um的TIR、平坦度小于或等于50um的TIR。
根据预期的实施方式，本文所述的经强化的光致变色玻璃制品(例如，图4所示的光致变色玻璃片500)具有高度的尺度一致性，从而其沿着主体522的1cm长度向展程的厚度t变化不超过50um，例如不超过10um、不超过5um、不超过2um。由于实践中考虑(例如冷却板对齐和/或可能使得尺度发生变形的表面不规则性)，对于给定厚度、面积和/或负拉伸应力的大小，通过固体猝冷可能无法实现本文所揭示的这种尺度一致性。
根据预期的实施方式，本文所述的经强化的光致变色玻璃制品具有至少一个主表面(例如，图4中的经强化的光致变色玻璃片的第一和第二表面510、520)是平坦的，使得在沿着1cm的长度向轮廓保持在50um(例如，20um、10um、5um、2um)的直线内；和/或在沿着1cm的宽度向轮廓保持在50um(例如，20um、10um、5um、2um)的直线内。由于实践中考虑(例如由于液体的对流和相关作用力导致的这些工艺中强化的光致变色玻璃的翘曲或弯曲)，对于给定厚度、面积和/或负拉伸应力的大小，通过液体猝冷可能无法实现本文所揭示的这种高平坦度。
根据本公开形成的光致变色玻璃片具有多种应用，例如用于眼镜、工业应用(例如传感器)和新奇物品(例如玩具)。可以生产更牢固和更薄的层叠体，导致重量和成本的节约和燃料经济性增加。希望可以对热强化的薄片进行冷弯曲并层叠到已经形成的较厚的光致变色玻璃，提供不需要任何薄片热成形的简单且可靠的工艺。
热回火的光致变色玻璃片的α
下表IV显示通过本公开的方法(表格中表示为“方法来源”I)获得的SLG的结果，以及品质因数α(其是在回火工艺中获得的热交换系数的粗糙测量)。α如下：
其中，CS是物理压缩应力(单位是MPa)，t是厚度(单位是毫米)，CTE是热膨胀系数(单位是℃-1)，和E是玻璃的弹性模量(单位是MPa)，以及得到的单位是℃/mm。
表IV
样品1和3是通过本文所揭示的工艺获得的可重复值，样品1采用空气以及样品3采用氦气作为工艺中的气体。样品2表示在本文工艺中采用空气获得的“冠军”值，即目前无法可靠地重现。通过本公开的工艺加工的玻璃样品(样品1-3)全都超过117℃/mm的α。申请人相信，随着玻璃厚度降低，α相对于厚度的斜率可具有固有的降低的趋势。在一些实施方式中，本文所揭示的玻璃具有大于0t+77的α，其中，t是玻璃的厚度(单位是mm)。要理解的是，光致变色玻璃可以获得表IV所示的结果。
热强化系统和工艺
在各种实施方式中，对光致变色玻璃片进行强化的工艺包括：对光致变色玻璃片(例如，光致变色玻璃片500)的至少一部分进行支撑或引导进入冷却区或猝冷区，在其中，片材快速冷却产生具有本文所述的一种或多种性质的经强化的光致变色玻璃片。在各种实施方式中，光致变色玻璃片至少部分被气体流或气体压力支撑，所述气体被传递到光致变色玻璃片的表面与一个或多个散热器之间的间隙。通常来说，当片材移动进入冷却区时，光致变色玻璃片的温度高于光致变色玻璃的转变温度，以及在各种实施方式中，在冷却区中，更多地通过热传导而不是通过对流对光致变色玻璃片进行冷却。当光致变色玻璃片的温度高于光致变色玻璃的转化温度时，卤化银的晶体在光致变色玻璃中沉淀。传导是通过相邻分子之间的相互作用传递能量的热传递过程，以及对流是经由流体(例如，空气、氦气等)的运动进行能量相通，例如，经加热的流体移动离开热源并被较冷流体取代。因此，本文系统明显不同于常规的基于对流的玻璃强化/回火系统(其中，在玻璃片的冷却过程中，主要的热传递模式是对流)。
在一些实施方式中，对光致变色玻璃片进行强化的整体工艺包括：在热区中加热光致变色玻璃片，以及然后在冷却区中冷却光致变色玻璃片。光致变色玻璃片具有转化温度，这是光致变色玻璃的粘度值η＝1012-1013.3泊时的温度。对光致变色玻璃进行充分加热，使得光致变色玻璃片高于转化温度，然后移动进入冷却区。任选地，光致变色玻璃可以从热区经由过渡区传输到冷却区。光致变色玻璃片保持在高于转化温度的时间足以使得卤化银的晶体在光致变色玻璃片中沉淀。在一些实施方式中，热区将光致变色玻璃片的温度控制在所需温度的2℃之内，从而确保了卤化银晶体的沉淀在预定的直径和密度范围内。在冷却区中，光致变色玻璃片的表面放置成与散热器相邻，在光致变色玻璃片的任一侧上有一个散热器，在光致变色玻璃的一个表面与相对的散热器表面之间分别具有间隙。通过散热器中的多个缝隙将气体传递到间隙中，以及在一些实施方式中，这种传递的气体形成空气轴承，其在散热器之间支撑光致变色玻璃，使得光致变色玻璃表面没有与散热器发生接触。在冷却区中，更多地通过传导而不是通过对流对光致变色玻璃片进行冷却，并且其被冷却至足以固定或产生片材的热诱发的表面压缩和热诱发的中心张力，这提供了如本文所述的强度增加。在各种实施方式中，主要通过对流进行冷却是通过如下方式实现的：在冷却区中具有非常低的间隙尺寸，使得光致变色玻璃片靠近但是没有碰触到散热器的相对表面。
用于实现本文所述工艺的设备可以包括：加热区，其用于将光致变色玻璃片加热到高于转化温度的温度；以及冷却区，其用于使得经加热的光致变色玻璃片冷却从而提供经强化的光致变色玻璃片。设备可以在加热区和冷却区之间包括任选的过渡区。冷却区可以包括具有一对相对表面的散热器，其限定了间隙，在所述间隙中接收经加热的光致变色玻璃片。冷却区可以包括一对布置在该间隙的相对侧上的气体轴承，其作用是在间隙中支撑光致变色玻璃片。间隙可以构造成更多地通过传导而不是通过对流来冷却经加热的光致变色玻璃片。在一些实施方式中，气体轴承可以包括用于将气体传递到间隙的多个缝隙，以及气体轴承表面起到散热器的作用，能够更多地通过传导而不是通过对流使得热量被传导离开经加热的光致变色玻璃片。
本文所揭示的强化工艺和设备(大致参见图21-25)实现了通过创新形式的热回火来对光致变色玻璃制品进行强化(大致参见图4-7和27-28)。该工艺实现了陡峭的拉伸应力-厚度/深度曲线(大致参见图6)，在靠近光致变色玻璃制品的表面处的斜率特别陡峭，这使得对于给定厚度，能够将光致变色玻璃制品在靠近相应制品的表面处强化至特别高的负拉伸应力水平，而不需要通过离子交换或者通过将光致变色玻璃层叠到不同玻璃来进行强化。但是，在一些实施方式中，本文所揭示的热回火工艺可以通过离子交换进行增强或者适用玻璃-玻璃层叠。本文所揭示的热回火工艺实现了大面积制品(例如片材)中特别高水平的强化，这种大面积对于经由常规热回火方法进行强化来说可能太大了，例如，由于接触猝冷设备的对齐限制、常规对流系统的冷却速率限制和/或与液体猝冷回火相关的翘曲损坏。本文所揭示的工艺以独特的方式实现了特别薄的片材的高水平强化，这对于经由常规回火方法进行强化而言可能是太薄了，例如由于强化过程期间以及与固体或液体猝冷相关的接触作用力所导致的薄的光致变色玻璃制品的破裂或碎裂敏感度和/或由于常规对流回火的冷却速率限制。但是，在其他预期的实施方式中，可以至少利用一些固体或液体猝冷来制造本文所揭示的光致变色玻璃制品，例如与本文所揭示的独特的强化工艺的组合。
根据本公开的方法的一个实施方式如图16的流程图所示。方法或工艺100包括步骤140：提供光致变色玻璃片，其所处的温度高于光致变色玻璃片的转化温度。方法或工艺100还包括步骤160：至少部分通过气体(例如，通过气体流和气压)来支撑光致变色玻璃片。步骤160包括：当通过气体支撑光致变色玻璃片的同时，以如下方式冷却片材：1)更多地通过传导而不是通过对流进行冷却，经由气体到达散热器；以及2)冷却足以使得当在环境温度时，在光致变色玻璃片中产生或固定热诱发的表面压缩应力和热诱发的中心拉伸应力。
根据图16的实施方式的变化形式，显示为图17的流程图中的方法100'，该方法可以包括步骤110：对光致变色玻璃片进行充分加热，从而光致变色玻璃片高于光致变色玻璃的转化温度。作为冷却步骤160的一部分或者作为冷却步骤的准备，方法100'还包括：在步骤120中，提供具有第二和第二散热表面(大致参见图21-25)的散热器(无论是单片或者是分开的片)，每个在其中具有缝隙。在步骤130A中，方法还包括：跨过第一间隙，将第一片材表面放置成面朝第一散热表面，以及在步骤130B中，跨过第二间隙，将第二片材表面放置成面朝第二散热表面。散热表面可以包括缝隙和/或可以是多孔的。方法100'还可包括：在步骤160中，更多地通过传导而不是通过对流来冷却光致变色玻璃片，经由气体到达相应的散热表面，该冷却足以强化光致变色玻璃片(例如，足以在片材中产生或固定热诱发的表面压缩应力和热诱发的中心拉伸应力)。步骤160还可包括经由缝隙或多孔散热器将气体传递到第一和第二间隙，以及在一些此类实施方式中，传递气体以形成空气轴承，所述空气轴承以与散热器相邻的方式支撑光致变色玻璃片。在一些实施方式中，仅通过散热器的缝隙传递气体，或者仅通过多孔散热器的孔传递气体，或者通过多孔散热器的孔和缝隙传递气体。
本公开的这些和其他相关方法通过使用传导作为主要冷却模式来代替对流，从而不同于目前主流的气体对流冷却技术。作为固体-气体(玻璃-空气)热交换的替代，本文所述的方法采用(固体-固体)(玻璃-散热器)热交换，通过少量气体(例如，玻璃表面与散热器之间没有物理接触)作为媒介跨过小间隙，以此开始和完成产生热强化的冷却。虽然当气体(例如，空气轴承气体)流入小间隙时存在一些对流，但是经由气体直接跨过间隙并进入散热器的传导是主要冷却模式。申请人确定的是，相比于对流主导的冷却过程，传导热传递的主导地位增加了热传递速率。
由于固体-固体传导(即使跨过间隙)实现了比对流更快的热流，较薄的光致变色玻璃片所需的冷却速率增加与气体速度和体积无关。根据各种实施方式，不受到对流系统中的气体流和间隙尺寸通常所施加的限制，可以出于其他目的对气体流和间隙尺寸进行选择、控制或优化，例如用于控制间隙中气垫的刚度、用于支撑片材、用于使得片材平坦化或者任意其他形状、用于优化热传导、用于维持热强化过程中的片材平坦度和/或形状和/或用于平衡片材处理的方便性和高冷却速率。例如，在一些实施方式中，由于不是通过对流进行冷却，在本公开的系统中，氦气成为空气在经济上可行的替代品，这是由于支撑气体轴承的非常低的气体流速，以及在此类实施方式中，氦气提供的导热系数约为空气的5倍。即使是价格假定为当前可用数量数倍的氦气，在本公开的系统的低流速下也成为经济上可行的替代品。
此外，因为本公开的系统降低了冷却过程中流过光致变色玻璃片的气体的体积(相对于对流系统而言)，本文所述的系统和方法降低了常规的基于对流回火系统中所需的高速、高体积空气流通常导致的热的光致变色玻璃薄片发生变形的潜在风险。这还允许对更软、更高温度的光致变色玻璃片进行处理而不发生变形或者尽可能小的变形，进一步改善了可实现的强化程度。消除了高气体流速还减轻了将片材传输到猝冷室(移动抵抗高气体流)和保持较冷的高流动气体进入用于加热片材的炉和对其相邻部件进行冷却的有时候看到的问题。
此外，使用经由气体的传导可以减轻与常规液体接触或固体接触猝冷回火相关的接触损坏、翘曲、具有形状等。使用气体作为中间导体通过避免固体-固体接触保护了经加工的制品的表面质量。通过气体介导的高传导速率还避免了气体接触。一些类型的液体猝冷会在回火中引入不合乎希望的变形、空间上的变化以及光致变色玻璃表面的污染。这些实施方式基本上提供了(除了气体之外的)无接触式但是非常高速率的冷却。在其他实施方式中，如上文所述，可以包括固体接触或液体接触。
热回火系统/工艺的能耗
避免高空气流速的另一个优点在于由于使用固体-气体-固体传导作为主要的光致变色玻璃冷却机制所实现的功率节约和能量节约。图18和图19中的点A和B表示以较高流速供给压缩空气的每平方米光致变色玻璃片上空气轴承使用的峰值功率的高端估计。使用压缩空气的实际低端峰值功率可能低至所示值的1/16。点A和B不包括散热器的主动冷却；但是这可以包含在一些实施方式中，特别是当机器以连续、半连续或高频运行时。
再次参见图18和19，点A'和B'表示当考虑散热表面主动冷却时以点A和B运行空气轴承的保守估计的峰值功率水平，假定通过热机效率(或热电效率)比为7.5:1的主动冷却系统(对于点A')在2.1秒的时间内和(对于点B')在1秒的时间内完成光致变色玻璃片温度下降300℃的热负荷当量。这些点近似对应于在本文所述设备中实际进行回火的光致变色玻璃片。
虽然图18和19的区域R中的这四个点显示了通过本公开的方法和系统(至少在一定程度上)获得的明显改进，但是要注意的是，由于功率需求是定量表示，因此附图中可能在很大程度上低估了全部优点。例如，曲线N所表示的空气吹风机的峰值功率没有高效地进行打开和关闭，而当不需要空气时，通常需要门控气道阻挡大型风扇，这些风扇仍在旋转(但负载减少)。例如根据本公开能够容易实现的点A'和B'表示的流体冷却系统(例如，冷冻水厂)的峰值功率需求通常来说会以高效得多的方式提供，以及有效峰值功率会明显更低，仅在接近完全连续操作时接近A'和B'。因此，总能源需求的差异会倾向于比附图中所代表的峰值功率需求差异更大。在一些实施方式中，为了对厚度小于或等于2mm的光致变色玻璃片进行热强化，本文所述的工艺的峰值功率小于120KW/m2、小于100KW/m2或者小于80KW/m2。
在热回火过程中来自光致变色玻璃薄片的热传递
通常来说，在本公开的系统和工艺中的来自光致变色玻璃薄片的热传递包括传导分量、对流分量和辐射分量。如上文详细所述和解释的那样，本公开的热回火系统通过采用传导热传递作为对光致变色玻璃薄片进行猝冷的主要机制，来对薄的光致变色玻璃进行回火。
以下是申请人对于基础理论的理解。对于玻璃回火领域的技术人员而言，可能常常认为传导效应通常小到经常被忽略，仅仅分析对流和辐射，问题是对于光致变色玻璃薄片(例如，小于或等于2毫米)是否实际上可以通过经由气体(例如空气)实现足够高的冷却速率，以及如果答案是肯定的话，是否可以在实践的间隙尺寸下实现该速率。
可以通过如下方式确定采用本文所述系统工艺实践条件下的热传导量。首先，在本公开的通过传导进行热强化的上下文中，必须在传导方向上评估间隙内的气体的导热系数，这是沿着热斜率的。在进行冷却的片材表面处或者靠近进行冷却的片材表面的处于高温的空气的导热系数明显高于处于低温的空气(例如，散热器表面处或者靠近散热器表面的处于室温或接近室温的空气)((干燥)室温空气(25℃)的标称导热系数约为0.026W/m·K)。使用了在开始冷却时的整个间隙上的空气是两个面对表面的平均温度这一假设。在冷却开始时，光致变色玻璃片的温度可以是例如670℃，而散热表面开始时可以是例如30℃。因此，间隙中的空气的平均温度会是350℃，在该温度的干燥空气的导热系数约为0.047W/m·K；比其在室温的导热系数高了不止75％，并且足够高到进行大量的热能通过本公开系统中的间隙尺寸，如下文所述，假定片材被精整至相当高的表面和厚度一致性程度。
为了进行阐述，Qcond(通过面积为Ag的距离为g的间隙热传递速率的传导分量，其方向是与间隙距离g的方向垂直的所有方向)可以给定如下：
其中，k是间隙内的材料(气体)在热传导的方向(或与热传导相反方向)上评估的导热系数，TS是光致变色玻璃表面的温度，以及THS是散热表面(或者在其他实施方式中，热源表面)的温度。如上文所述，为了精确地评估k，会需要沿着传导热流的方向(或者与其相反方向)对导热系数进行积分，因为气体的导热系数随温度发生变化，但是作为良好的近似，k的取值可以是当间隙中的气体处于两个表面的温度TS和THS的平均值时的k。
以热传递系数的单位重新构造等式(14)(单位是热流功率每平方米每开尔文度)，得到如下：
从而传导跨过间隙的有效热传递系数是间隙中的介质(在此情况下，是空气)的导热系数(单位是W/m·K)除以间隙的长度(单位是米)，得到的值是瓦特每平方米每温差度。表V显示对于尺寸为10um至最高200um(步进分别为10um)的空气和氦气填充的间隙的间隙尺寸，仅由于传导的热传递系数(k/g)。
表V
图20(现有技术)显示约35年前的工业标准曲线(2mm处添加的虚线参照线)，显示在某些假定条件下，使得玻璃片完全回火所需的热传递系数与厚度(单位是mm)的关系。从表V与图20的对比可以看出，近似40um的空气填充的间隙可以实现通过传导对2mm厚的光致变色玻璃片进行完全回火。虽然略小于40微米是相当小的间隙，但是在传输应用中，平坦多孔气体轴承可以通常是在低至20微米的间隙可靠运行。因此，对于通过散热表面中的孔进料空气间隙，能够实现37微米。采用氦气(或者具有类似导热系数的氢气)作为气体，可以使用约200um的间隙来对2mm厚的光致变色玻璃进行完全回火。采用氦气或氢气作为气体，对于相同的热传递系数，运行约为5倍更大的间隙尺寸。换言之，在相同间隙尺寸情况下，采用氦气或氢气作为间隙中的气体使得猝冷可用的热传递系数增加了约5倍。因此，即使利用空气的间距是不实际的，但是利用高导热系数的气体，较为容易地实现了间隙间距，即使对于小于2毫米的片厚度而言也是如此。
除了更多地通过气体进行传导而不是进行对流来进行冷却，另一个实施方式包括通过气体进行传导而不是进行对流来进行加热(或者加热和/或冷却)。无论是对于加热或冷却而言，对于传导和对流的相对贡献，跨过间隙的热传递速率的对流分量Qconv可以是如下：
其中，是气体的质量流速，Cp是气体的比热容，Ti是气体进入间隙时的入口温度，以及e是间隙中流动的气体与片材表面和散热表面/热源表面(间隙“壁”)之间的热交换有效性。e的值从0(表示零表面-气体热交换)到1(表示气体完全达到表面的温度)。热传递领域技术人员可以使用例如e-NTU方法来计算e值。
但是，通常来说，如果片表面与散热表面/热源表面之间是小间隙，则e值会非常近似等于1，意味着平均来说，在气体离开间隙之前，其对任一侧的两个表面上的平均温度的加热是近似完全相等至完全相等的。假定e＝1(略微高估了对流传热的速率)以及气体通过散热表面/热源表面供给到间隙，可以假定间隙中的气体的起始温度与散热表面/热源表面的温度是相同的(Ti＝THS)。然后可以将由于对流导致的热传递速率简化为：
在通常用于光致变色玻璃和类似材料的热强化或热处理的温度，从处理下的片材出来的辐射热传递较小。为了在间隙的区域中主要通过传导对片材(例如，图21所示的片材200)进行冷却(或进行加热，假设进行加热时来自热源的辐射量不是太高)，则仅要求：
Qcond＞Qconv (18)
(18)与等式(14)和(17)结合，得到如下条件：
当保持这种情况时，会基本上确保在所讨论的间隙区域中主要通过传导对片材进行冷却(或加热)。因此，气体的质量流速应该小于2kAg/gCp或2k/gCp每平方米间隙面积。在一个实施方式中，其中，B是对流冷却与传导冷却之比。如本文所用，B是小于1且大于0的正常数，具体来说，B的值是2/3或更小，或者甚至4/5或9/10或更小。通常来说，应该保持尽可能低，这与需要使用气流来控制光致变色玻璃片的位置(例如，图21所示的片材200相对于散热表面(例如，图21所示的散热表面201b、202b))或者控制热交换表面它们的位置是一致的。对流冷却与传导冷却之比可以是从小于1到1x10-8的任意值。在一些实施方式中，B小于0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.1、5x10-2、1x10-2、5x10-3、1x10-3、5x10-4、1x10-4、5x10-5、1x10-5、5x10-6、1x10-6、5x10-7、1x10-7、5x10-8、或1x10-8。在一些实施方式中，使得最小化，这与需要使用气流来支撑和控制片材相对于散热表面的位置是一致的。在其他实施方式中，应该对m进行选择以控制热交换表面它们相对于片材的位置。
在各种实施方式中，相比于基于传导的常规回火系统，本公开的基于传导的冷却系统内的气体的质量流速明显更低。这种明显更低的气体流速允许以明显降低的功率用量来运行传导系统，如本文所述。此外，在至少一些实施方式中，相比于常规对流冷却系统，降低的气体流量还导致明显更安静的冷却系统。在此类实施方式中，噪音的降低可能通过降低潜在的听力损伤和甚至降低或消除操作者对于使用听力保护的需求，来增加操作者的安全性。
会理解的是，在相对散热表面之间的空气轴承上支撑光致变色玻璃材料片的实施方式中，会发生从光致变色玻璃片的两侧到两个散热表面的传导热传递。因此，在此类实施方式中，光致变色玻璃片具有第一和第二片表面，以及对光致变色玻璃片进行冷却是通过将第一片表面(例如，光致变色玻璃片的下表面)放置成与第一散热表面(例如，下散热器的表面)相邻使得第一片表面与第一散热表面之间具有第一间隙，和将第二片表面(例如，光致变色玻璃片的上表面)放置成与第二散热表面(例如，上散热器的表面)相邻使得第二片表面与第二散热表面之间具有第二间隙。在此类实施方式中，允许发生从第一片表面到第一散热表面以及从第二片表面到第二散热表面的热传导。在此类实施方式中，第一间隙具有跨过第一间隙的长度g1和第一间隙的面积Ag1，以及第二间隙具有跨过第二间隙的长度g2和第二间隙的面积Ag2。在此类实施方式中，提供到达第一间隙的第一气体的第一流，以及提供到达第二间隙的第二气体的第二流。会理解的是，类似于上文所述，第一气体具有热容量Cp1和导热系数k1，以及以质量流速提供第一流。在此类实施方式中，大于0且小于(2k1Ag1)/(g1Cp1)。此外，第二气体具有热容量Cp2和导热系数k2，以及以质量流速提供第二流。在此类实施方式中，大于0且小于(2k2Ag2)/(g2Cp2)。在此类实施方式中，第一和第二流接触光致变色玻璃片，从而在不与散热表面发生触碰的情况下支撑光致变色玻璃片。以这种方式，更多地通过传导而不是通过对流冷却片材，其进行的方式产生了片材的表面压缩应力和中心张力。
包含高传导冷却区的光致变色玻璃强化系统
参见图21，显示高传导玻璃冷却/猝冷工作站和更多地通过传导而不是通过对流进行冷却的玻璃片的横截面图。热玻璃片200其具有第一和第二(主)表面200a、200b，分别在相应的间隙204a和204b上面朝相应的第一和第二散热器201a、202a的相应的第一和第二表面201b、202b。如箭头所示，气体230进料通过第一和第二表面201b、202b供给到间隙204a、204b，并且帮助保持光致变色玻璃片位于中心或者散热器201a、202b之间的任意其他位置。空气或其他气体可以通过散热器201a、202a的边缘离开，如箭头240所示。通过根据本文所述选择间隙204a、204b的尺寸以及气体230的流速，会更多地通过传导而不是通过对流来冷却光致变色玻璃片200。在具体实施方式中，通过散热器201a和202a冷却光致变色玻璃片200，使得超过20％(更具体来说，超过50％，以及更具体来说，超过80％)的离开经加热的制品(例如，光致变色玻璃片200)的热能跨过间隙(例如，间隙204a和204b)，并且被散热器201a和202a接收到。
在一些实施方式中，间隙204a、204b构造成在间隙上的厚度或距离是足够的，从而更多地通过传导而不是通过对流对经加热的光致变色玻璃片进行冷却。会理解的是，间隙204a、204b的尺寸通常是光致变色玻璃主表面与相对的散热表面之间的距离。
在一些实施方式中，间隙204a和204b可以具有如下厚度：约为(例如，加减1％)100um或更大(例如，约为100-200um、约为100-190um、约为100-180um、约为100-170um、约为100-160um、约为100-150um、约为110-200um、约为120-200um、约为130-200um、或者约为140-200um)。在其他实施方式中，间隙204a和204b可以具有如下厚度：约为(例如，加减1％)100um或更小(例如，约为10-100um、20-100um、30-100um、40-100um、10-90um、10-80um、10-70um、10-60um、或者10-50um)。
散热器201a、202a可以是固体或者多孔构造。合适材料包括但不限于铝、青铜、碳或石墨、不锈钢等。散热器尺寸可以设计成足以解决光致变色玻璃片的尺寸，并且高效且有效地传递热量而不明显改变散热器温度。在散热器201a和/或202a是多孔的情况下，它们仍然可以包括额外的缝隙或孔用于气体流动和/或可以使用多孔结构来提供流动。在一些实施方式中，散热器还包括通道，以允许流体流动，从而控制散热器的温度，如图23-25和下文更详细描述。
消除现有技术的高气体流速可以允许在散热面中使用非常小的缝隙或孔206，如图21所示，从而将气体提供到间隙。在一些实施方式中，当在最小方向上测量时(例如，对于圆形缝隙而言，是直径)，缝隙可以小于2mm、小于1.5mm、小于1mm、小于0.5mm、小于0.25mm，或者小于或等于200、150、100、50、30、20或10um。在一些实施方式中，缝隙是从约(例如，加减1％)10um至约1mm、约20um至约1mm或者约50um至约1mm。
从缝隙的边缘到边缘测量，相邻缝隙206之间的间距可以是从约(例如，加减1％)10um至约3mm、约20um至约2mm或者约50um至约1mm。小的缝隙或孔可以起到单独的限流器的作用，提供高性能的气体轴承类型的动力学，例如，高水平的刚度和支撑片材的一致性来放置片材和控制间隙尺寸，实现高的热强化效应均匀性，以避免或降低应力双折射。此外，由于可以使用非常小的孔或缝隙，可以使得间隙上的散热器面朝片表面的表面处的固体物质的相对量最大化，从而增加传导热流。
根据各种实施方式，使用此类缝隙206作为向间隙204a、204b提供气体的唯一路径(以及希望使用缝隙206所处的方向接近与散热表面201b、202b垂直)，这确保了空气轴承类型的动力学最优化，并且没有受到来自较大缝隙、或者来自除了与片材200相邻的散热表面201b、202b之外的其他来源的气体或者其他过度横向流的影响。在其他实施方式中，可以通过其他来源，例如作为缝隙206或孔的补充，向间隙204a、204b提供气体。因此，例如相对于常规对流回火工艺，本公开的方面通过使用低气体流和固体-气体-固体传导实现了功率和能源节约。
图22-25显示根据本公开的光致变色玻璃强化系统300的示例性实施方式。图22显示系统300的横截面示意图，其中，可以通过使得热量从气体轴承经由气体传导进入光致变色玻璃片来对光致变色玻璃片进行加热，和/或可以通过使得热量从光致变色玻璃片经由气体传导进入传导散热器来对光致变色玻璃片进行冷却。设备包括：热区310、冷区330和过渡气体轴承320。过渡气体轴承320使得光致变色玻璃制品(例如，光致变色玻璃片400a)从热区310移动或者被引导进入冷区330，从而在光致变色玻璃与轴承之间没有发生接触或者基本没有发生接触。热区310具有分别从热区高压室318进料的气体轴承312，以及轴承312具有穿过轴承312插入孔中的筒式加热器314，其起到将热区气体轴承312加热到所需的起始加工温度的作用。将光致变色玻璃片(热区)400a保持在热区气体轴承312之间，持续的持续时间足够长，从而使其具有所需的冷却前温度(例如，高于转化温度)。
在一些实施方式中，可以主要通过从散热器经过薄的气体阻隔传导热量来完成热区中的片材加热。用于热区中的传导加热过程可类似于本文所述的冷却过程，但是与其相反(例如，将热量推入光致变色玻璃片中)。可以在系统300中对大片的光致变色玻璃片进行热加工。例如，可以用本文所揭示的系统300加热和/或冷却宽度或长度大于0.5米、大于1.0米或大于2.0米的光致变色玻璃片的片材。
在一些实施方式中，热区气体轴承312的外表面与光致变色玻璃片400a的表面之间的间隙316可以较大，约为0.05"(1.27mm)至0.125"(3.175mm)或更大，因为光致变色玻璃片400a的加热可能较为缓慢，以及出于该目的，从热气体轴承312进入光致变色玻璃片400a的热辐射是充足的。在其他实施方式中，热区间隙尺寸可以最小到150微米每侧、200微米每侧、300微米每侧、400微米每侧或者500微米每侧。在一些实施方式中，小间隙可能是有利的，因为它们使得轴承具有更好的“刚度”，即能够使得光致变色玻璃位于中心(centralize)并因此当其处于软化状态时对其进行平坦化。在一些实施方式中，该过程可以对光致变色玻璃片进行再成形，在初始加热步骤中，例如通过空气轴承312提供的压力对它们进行平坦化。小间隙对于在小于或等于3分钟内(小于或等于2分钟内或者小于等于1分钟内)将具有大于0.7mm(大于1.1mm或大于2.0mm)厚度的光致变色玻璃片400a加热到高于500℃(550℃或600℃)的温度而不使得光致变色玻璃片400a发生变形也可能是有利的。如此短的加热时间(闪加热)仍然提供了所需的光致变色性质，并且对于降低光致变色玻璃片的生产过程中的能耗、降低生产时间等是有利的。在一些实施方式中，顶热区轴承和底热区轴承可以位于致动器上，实现以连续的方式改变间隙宽度，或者允许当大间隙时使得光致变色玻璃进入热区，然后压缩或减小间隙，从而当光致变色玻璃仍然是软的时候使其平坦化。
加工温度取决于多种因素，包括光致变色玻璃组成、光致变色玻璃厚度、光致变色玻璃性质(CTE等)以及所需的强化水平。通常来说，起点加工温度可以是光致变色玻璃转化温度与利特尔顿软化点之间的任意值，或者在一些实施方式中，甚至更高。例如，系统300将光致变色玻璃片400a加热到约640℃(例如，加减1％)至约730℃，或者约690℃至约730℃的温度。在一些实施方式中，系统300将光致变色玻璃片400a加热到约620℃(例如，加减1％)至约800℃，约640℃至约770℃，约660℃至约750℃，约680℃至约750℃，约690℃至约740℃，或者约690℃至约730℃的温度。在其他实施方式中，系统300将光致变色玻璃片400a加热到约450-850℃的温度。
将光致变色玻璃片400a加热到其所需的起始加工温度(例如，高于450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃或850℃且低于光致变色玻璃软化温度)，然后使用任意合适的装置将其从热区310移动到冷区330。可以在短的时间段内(例如，小于或等于3分钟、小于或等于2分钟、或者小于或等于1分钟)内将光致变色玻璃加热至其所需的起始加工温度。在一些实施方式中，可以通过如下方式完成将光致变色玻璃片400a从热区310移动到冷区330，例如：(1)使得整个组件倾斜，从而重力作用在光致变色玻璃片上，迫使其移动到冷区；(2)阻挡住来自热区310的最左侧出口的气体(在该实施方式中，这侧是被围起来)，从而迫使来自所有的气体轴承的所有气体从冷区的最右侧出口离开，导致流体作用力被施加到光致变色玻璃片400a上，并导致其移动到冷区330；或者(3)通过(1)和(2)的组合。
可以由过渡轴承高压室328向过渡气体轴承320供给气体。过渡气体轴承320的表面后的固体材料厚度可以是薄的、具有低的热质量和/或低的导热系数，实现从热区310到冷区330的热传导降低。过渡气体轴承320可以起到两个区310和330之间的热隔断或过渡作用，并且可以起到从热区的较大间隙316下降到冷区330的小间隙336的过渡作用。此外，过渡气体轴承320的低的热质量和/或低的导热系数限制了传递的热量，从而限制了当光致变色玻璃片400a通过过渡气体轴承320时经受的冷却。
一旦光致变色玻璃片(冷区)400b移动进入冷区330和进入通道330a，通过机械停止器或者任意其他合适的阻挡机制(显示为停止门341)防止其离开右侧出口。一旦光致变色玻璃片400b充分冷却使得中心已经通过光致变色玻璃转化(例如，在1mm厚的光致变色玻璃的情况下，低于约490℃，在该例子中，对应于表面处340℃，中心与表面之间的温差约为150℃)，则可以移除停止门341，去掉冷区通道330a的阻挡，然后可以从系统300取出光致变色玻璃片400b。如果需要的话，光致变色玻璃片400b可以留在冷区330中，直到在接近室温的某处然后离开。
如上文所述，在热区310中，将光致变色玻璃片400加热到高于光致变色玻璃片的光致变色玻璃转化温度的温度。在图22所示的实施方式中，冷区330包括通道330a，其用于经由开口330b接收经加热的光致变色玻璃片400b，传输光致变色玻璃片400b，和在冷区中冷却光致变色玻璃片400b。在一个或多个实施方式中，通道330a包括传递系统，其可以包括气体轴承、辊轮、传送条、或者其他装置用于将光致变色玻璃片以物理方式传输通过冷区。如图22所示，冷区330包括气体轴承332，其从与热区高压室318和过渡高压室328分开的高压室338进料。
如图22所示，冷区330包括布置成与通道330a相邻的一个或多个散热器331。当采用两个散热器时，此类散热器可以布置在通道330a的相对侧上，跨过通道间隙330a彼此相对。在一些实施方式中，散热器包括多个缝隙331a，其形成部分的气体轴承332，以及冷区330的冷气体轴承332起到两个散热表面的作用。由于通道330a中的低空气流速和小的通道间隙330a的尺寸，在冷区330中的光致变色玻璃片400b的冷却主要是热量从光致变色玻璃片传导跨过间隙并进入固体散热器331，光致变色玻璃片400b没有碰触到散热表面。
在一些实施方式中，散热器和/或其表面可以是分段的。如上文所述，在一些实施方式中，散热器可以是多孔的，以及在此类实施方式中，用于传递气体轴承332的气体通过的缝隙是多孔散热器的孔。所述多个缝隙332b、气体源和通道间隙330a可以是流体连通的。在一些实施方式中，气体流过缝隙331a以形成通道间隙330a中的气垫、气层或气体轴承。一些实施方式的气垫防止光致变色玻璃片400b接触散热器331的表面。气体还起到更多地通过传导而不是通过对流对光致变色玻璃片400b进行冷却用途的气体。
由于基本上是通过跨过间隙的固体-固体热传导进行冷却，可能需要解决对流主导的冷却中不存在的问题。例如，为了对大的薄片进行回火，片材可以是(1)快速引入到冷区中，任选地，其速度高于基于对流猝冷通常所使用的那些情况；和/或(2)以半连续模式运行工艺，其中，在连续物流中依次加热和冷却多块片材，它们之间具有小间距，并且散热器主动冷却从而其达到热平衡，使得大片材的前边缘和后边缘具有相似的热历史。
在一些实施方式中，通过缝隙331a的气流使得散热器冷却。在一些实施方式中，通过缝隙的气流同时有助于来自光致变色玻璃的热传导跨过间隙进入散热器，并且还冷却了散热器331。在一些情况下，可以使用分开的气体或流体来冷却散热器331。例如，散热器331可以包括通道334，其用于使得冷却流体流动通过其从而对散热器331进行冷却，如参照图23进一步详述。通道334可以是围起来的。
当使用两个散热器时(即，第一散热器和第二散热器)，可以使用一个或多个气体源向通道间隙330a提供气体。气体源可以包括相互相同或不同的气体。因此，通道间隙330a可以包括一种气体、来自不同气体源或相同气体源的气体混合物。示例性气体包括空气、氮气、二氧化碳、氦气或者其他稀有气体、氢气，及其各种组合。当气体进入通道330a紧接之后开始对光致变色玻璃片400b进行传导冷却时，可以用其导热系数对其进行描述。在一些情况下，气体可以具有如下导热系数：约为(例如，加减1％)0.02W/(m·K)或更大、约为0.025W/(m·K)或更大、约为0.03W/(m·K)或更大、约为0.035W/(m·K)或更大、约为0.04W/(m·K)或更大、约为0.045W/(m·K)或更大、约为0.05W/(m·K)或更大、约为0.06W/(m·K)或更大、约为0.07W/(m·K)或更大、约为0.08W/(m·K)或更大、约为0.09W/(m·K)或更大、约为0.1W/(m·K)或更大、约为0.15W/(m·K)或更大、或者约为0.2W/(m·K)或更大。
本文所述的工艺和系统实现了高的热传递速率，如上文所述，这甚至在非常薄的光致变色玻璃片中实现了强化的温差程度。使用空气作为气体，光致变色玻璃片与散热器之间具有间隙，可以仅通过传导具有最高至350、450、550、650、750、1000和1200kW/m2或更高的热传递速率。采用氦气或氢气，可以实现5000kW/m2或更高的热传递速率。
一个或多个实施方式的散热器331可以是固定的或者可以是可移动的，从而改变通道间隙330a的厚度。光致变色玻璃片400b的厚度可以是通道间隙300a的厚度的约0.4倍至约0.6倍，所述通道间隙300a的厚度定义为散热器331的相对表面(例如，图22中布置的散热器331的上表面和下表面)之间的距离。在一些情况下，通道间隙构造成厚度足以使得更多地通过传导而不是通过对流对经加热的光致变色玻璃片进行冷却。
在一些实施方式中，通道间隙可以具有如下厚度，使得当光致变色玻璃片400b传递通过通道330a或者位于通道330a中的时候，光致变色玻璃片400b的主表面与散热表面之间的距离(例如，上文所述的间隙尺寸)是约为(例如，加减1％)100um或更大(例如，约100-200um、约100-190um、约100-180um、约100-170um、约100-160um、约100-150um、约110-200um、约120-200um、约130-200um、或者约140-200um)。在一些实施方式中，通道间隙可以具有如下厚度，使得当光致变色玻璃片400b传递通过通道时，光致变色玻璃片与散热表面之间的距离(间隙或多个间隙336)约为(例如，加减1％)100微米或更小(例如，约为10-100um、约为20-100um、约为30-100um、约为40-100um、约为10-90um、约为10-80um、约为10-70um、约为10-60um、或者约为10-50um)。通道间隙300a的总厚度取决于光致变色玻璃片400b的厚度，但是可大致表征为散热表面与光致变色玻璃片之间的距离的2倍加上光致变色玻璃片的厚度。在一些实施方式中，光致变色玻璃片与散热器之间的距离或间隙336可以是不等的。在此类实施方式中，通道间隙330a的总厚度可以表征为光致变色玻璃片与每个散热表面之间的距离之和加上光致变色玻璃片的厚度。
在一些情况下，通道间隙的总厚度可以小于约(例如，加减1％)2500um(例如，约为120um-2500um、约为150um-2500um、约为200um-2500um、约为300um-2500um、约为400um-2500um、约为500um-2500um、约为600um-2500um、约为700um-2500um、约为800um-2500um、约为900um-2500um、约为1000um-2500um、约为120um-2250um、约为120um-2000um、约为120um-1800um、约为120um-1600um、约为120um-1500um、约为120um-1400um、约为120um-1300um、约为120um-1200um、或者约为120um-1000um)。在一些情况下，通道间隙的总厚度可以约为2500um或更大(例如，约为2500-10000um、约为2500-9000um、约为2500-8000um、约为2500-7000um、约为2500-6000um、约为2500-5000um、约为2500-4000um、约为2750-10000um、约为3000-10000um、约为3500-10000um、约为4000-10000um、约为4500-10000um、或者约为5000-10000um)。
散热器331中的缝隙331a可以放置成与散热表面垂直，或者可以放置成相对于与散热表面垂直的情况呈小于或等于20度的角度，例如，约为(例如，加减1％)15度或更小、约10度或更小或者约5度或更小。
在一些实施方式中，散热器(冷轴承332)表面背后的材料可以是具有高热传递速率的任意合适材料，包括金属(例如，不锈钢、铜、铝)、陶瓷、碳等。相比于过渡轴承320的表面后的材料，该材料可以是较厚的，如图22所示，从而散热器可以容易地接收较大量热能。在一个示例性实施方式中，散热器331的材料是不锈钢。
图23是类似于图22的设备的剖面横截面示意图(虽然从右到左翻转)，并且其接着系统300的冷区330包括额外的负载/未负载区340，包括其上布置有光致变色玻璃片400c的负载/未负载的气体轴承342。同样地，图23的设备在热区310、过渡区320和冷区330中使用紧通道间隙(图中未显示出来)。
图23的插入图显示冷区气体轴承332a的替代实施方式，其中，气体轴承322a是通过气体轴承进料孔333之间的冷却剂通道334进行主动冷却，其中，进料孔对气体轴承322a的表面中的缝隙进行进料。冷却通道334限定在散热器区段333b之间，将所述散热器区段333b组装在一起以形成散热器331，并且其表面面朝光致变色玻璃片400b。
冷却通道334可以放置成非常靠近散热器331的表面，在气体轴承332的固体材料中，一个区域的固体轴承材料位于散热器表面/气体轴承表面与冷却剂通道334的最靠近表面的边缘之间，具有与冷却剂通道334的最靠近表面的边缘相同的宽度。因此，在一些实施方式中，在冷却剂通道334与面朝光致变色玻璃400b的表面之间的散热器331/气体轴承332a的固体材料中没有横截面减小的区域。这不同于典型的对流气体冷却设备，因为高气体流速要求在气体喷嘴阵列的中心提供明显的空间用于使得气流离开。当使用主动冷却时，散热器331/气体轴承332a在气体喷嘴设计的固体材料中具有横截面降低的区域，这是相对于最靠近光致变色玻璃表面的固体材料而言。降低的横截面区域通常位于主动冷却流体和进行处理的光致变色玻璃片之间，从而具有高体积的路径用于从片材返回的大体积的经加热气体。
图24显示类似于图23的插入图的冷区气体轴承332b的另一个替代实施方式。在该实施方式中，在气体轴承进料元件335、含气体轴承进料孔333和气体轴承面元件337a之间形成冷却剂通道334，所述气体轴承面元件337a提供了气体轴承332面朝光致变色玻璃片400b的表面。图25显示具有与图24的实施方式类似结构的另一种替代冷区气体轴承332c，但是其在轴承板元件337和光致变色玻璃礼片400b之间具有多孔元件339，从而多孔元件339形成面朝光致变色玻璃片400b的表面。
应理解的是，在各种实施方式中，本文关于图16-26所述的光致变色玻璃强化工艺和系统可用于或者可进行操作来形成具有任意本文所述的光致变色玻璃制品实施方式的特征、特性、尺度、物理性质等的任意组合的光致变色玻璃制品(例如，光致变色玻璃片500)。
经历本文所述热强化工艺的光致变色玻璃片可以进一步通过离子强化进行加工以进一步增强它们的强度。在一些此类预期的实施方式中，如经过本文所述的热强化的光致变色玻璃片的表面进行离子交换可以使得上文所述的压缩应力增加至少20MPa，例如至少50MPa、例如至少70MPa、例如至少80MPa、例如至少100MPa、例如至少150MPa、例如至少200MPa、例如至少300MPa、例如至少400MPa、例如至少500MPa、例如至少600和/或不超过1GPa。
用于对光致变色玻璃片进行热调节和/或加热的系统和工艺
除了对光致变色玻璃薄片进行热强化之外，本文所述的工艺和系统也可用于其他热调节过程。虽然本文具体讨论了冷却，但是系统和工艺可用于经由传导方法将热量传递到光致变色玻璃片中。因此，本公开工艺的其他实施方式包括更多地通过传导而不是对流经由气体进行加热。此类工艺或方法700如图26的流程图所示。
方法700包括两个主要步骤。第一个步骤(步骤710)涉及提供具有至少一个表面的制品(例如，光致变色玻璃片)。第二个步骤(步骤720)涉及对制品的一部分表面(最高至制品的整个表面和包括制品的整个表面)进行加热或冷却。经由气体从热源或者经由气体到散热表面，更多地通过传导而不是通过对流来进行步骤720(如子部分720a所示)，并且步骤720的进行足以(在子部分720b中，使得制品或者制品的部分表面)完成热调节和/或光致变色加工(例如，卤化银晶体在光致变色玻璃中沉淀)，以及步骤720的冷却/加热是以高的热传递速率进行的，至少是450kW/m2的子部分720b中的部分面积。
例如，可以对制品进行热调节和/或光致变色加工，即更多地通过传导而不是通过对流来对制品表面的一部分(最高至制品的整个表面和包括制品的整个表面，该部分具有面积)进行冷却或加热，传导是通过气体介导到散热器或者通过气体从热源介导并且不是通过固体-固体接触，足以完成制品或者制品的表面部分的热调节和/或光致变色加工，以及在加热或冷却的至少一些时间期间，传导进行的速率至少是每平方米450、550、650、750、800、900、1000、1100、1200、1500、2000、3000、4000或者甚至5000kW/m2或更高。
除了回火之外，通过本文讨论的系统和方法提供的高的热功率传递速率实现了所有种类的热加工或调节，包括回火过程中的加热和冷却，光致变色玻璃的边缘强化。此外，由于主要通过传导提取或传递热量，提供了对于经处理的制品中的热历史和热分布的严格控制，同时保留了表面光滑度和质量。因此，在本公开的另一个方面，由于主要通过传导提取或传递热量，提供了对于经处理的制品中的热历史和热分布的严格控制，还保留了表面光滑度和质量。因此，将可以使用本公开的系统和方法来有目的地同时在厚度方向和片材平面所处的方向上改变来自强化过程和/或光致变色过程的应力分布和/或卤化银晶体密度，这是通过改变间隙、改变散热器/热源材料、改变散热器/热源温度、改变气体混合物，并且所有的这些可以通过放在沿着片材移动时的路径或者跨过片材路径或者还可以潜在地随时间改变而不仅仅是改变位置(对于大多数的变量而言)。
结合了强化的光致变色玻璃片的器件、产品和结构
本文所述的强化的光致变色玻璃制品和玻璃片具有用于宽范围的制品、器件、产品、结构等中的宽范围的用途。
参见图27，结构1010(例如，建筑、房屋、车辆等)包括窗形式、部分壁形式(例如表面)、分隔物等形式的光致变色玻璃制品1012。在预期的实施方式中，光致变色玻璃制品1012可以经过强化，从而光致变色玻璃制品1012在其表面或者靠近其表面具有负拉伸应力，其被位于其内部的正拉伸应力所平衡，如本文所揭示的那样。此外，光致变色玻璃制品1012可以通过具有较高的二氧化硅含量(例如，至少70重量％二氧化硅，例如至少75重量％)的组成，从而对于室外环境中可能存在的化学性和/或腐蚀性具有抗性。根据示例性实施方式，光致变色玻璃制品1012具有与其厚度垂直的主表面(大致参见图4所示的片材500)，其中，相对于用于其他应用(例如，透镜、电池组件等)的光致变色玻璃制品，所述主表面具有大面积(例如，至少5cm2、至少9cm2、至少15cm2、至少50cm2、至少250cm2)。在预期的实施方式中，当光致变色玻璃1012具有本文所揭示的厚度时(例如，小于5cm、小于3cm、小于2cm、小于1.75cm、小于1.5cm、小于1cm、小于5mm、小于3mm、小于2mm、小于1.75mm、小于1.5mm、小于1mm、小于0.8mm、小于0.6mm、小于0.5mm、小于0.4mm、小于0.2mm和/或至少10微米、例如至少50微米的厚度)，对于约300nm至约800nm的波长，通过光致变色玻璃制品1012的总透光率至少约为50％(例如，至少65％、至少75％)。
相对于常规制品，由于本文所揭示的本发明的工艺所提供的光致变色玻璃制品1012的高水平强度，光致变色玻璃制品1012的薄的厚度可能不对光致变色玻璃制品1012在建筑、车辆或其他应用中的功能性造成损坏。薄的光致变色玻璃制品1012在此类建筑、车辆或者其他应用中是特别有用的，因为光致变色玻璃制品1012可以比常规的此类制品更轻，降低了对应的整体结构的重量。对于车辆，结果可以是更好的燃料经济性。对于建筑，结果与是更坚固或更少资源密集型结构。在其他预期的实施方式中，本文所揭示的光致变色玻璃制品可以具有大小更小的面积、更大的厚度、穿透更少的光和/或可以用于不同应用，例如关于图27-28所揭示的那些。
现参见图28，根据本文所揭示的工艺制造和/或具有本文所揭示的应力分布、结构和/或物理性质的任意组合的光致变色玻璃制品1310具有曲率和/或变化的横截面尺度D。此类制品可以具有本文所揭示的厚度作为尺度D的平均值或者尺度D的最大值。虽然玻璃制品1310显示为弯曲片，但是也可以通过本文所揭示的工艺对其他形状(例如，更复杂的形状)进行强化。在预期的实施方式中，光致变色玻璃制品1310可以用作车辆的窗户(例如，顶篷)、用作透镜、用作容器或者用于其他应用。
在各种实施方式中，根据本文所揭示的工艺制造和/或具有本文所揭示的应力分布、结构和/或物理性质的任意组合的光致变色玻璃材料对于形成光致变色玻璃-聚合物-中间层-玻璃层叠中的至少一片是有用的，例如用作许多车辆的玻璃侧光。可以生产更牢固和更薄的层叠体，导致重量和成本的节约和燃料经济性增加。希望可以对热强化的薄片进行冷弯曲(大致参见图28)并层叠到已经形成的较厚的光致变色玻璃，提供不需要任何薄片热形成/成形的简单且可靠的制造工艺。
用于热强化的光致变色玻璃片的光致变色玻璃
本文所述的系统和方法可用于对宽范围的各种光致变色玻璃材料进行热调节、强化、回火和/或光致变色加工。
本文所述的工艺和系统通常可用于几乎任意光致变色玻璃组合物，以及在一些实施方式中，可用于光致变色玻璃层叠体。在各种实施方式中，工艺可用于具有高CTE的光致变色玻璃组合物。在一些实施方式中，经由本文所述工艺和系统进行强化的光致变色玻璃包括碱性铝硅酸盐玻璃，例如硼铝硅酸盐，例如的Extra和Extra玻璃等。在一些实施方式中，经由本文所述工艺和系统强化的光致变色玻璃的CTE大于40x10-7/℃、大于50x10-7/℃、大于60x10-7/℃、大于70x10-7/℃、大于80x10-7/℃、或者大于90x10-7/℃。
在一些应用和实施方式中，经由本文所述工艺和系统强化的光致变色玻璃(例如，光致变色玻璃片500)可以具有构造成具有化学耐久性的组成。在一些此类实施方式中，组成包括：至少20重量％二氧化硅和/或至少5重量％氧化钠和/或至少7重量％氧化铝和/或至少10重量％氧化硼。此类组成的常规制品可能难以被化学回火至深的深度，和/或(如果不是不可能的话)可能也难以通过常规工艺对薄的厚度进行热回火至足够的负表面拉伸应力大小，这是由于例如常规工艺的脆性和作用力所导致的。但是，在预期的实施方式中，本文所揭示的本发明的工艺实现了具有此类组成的经强化的光致变色玻璃制品或玻璃片(例如，光致变色玻璃片500)，其中，负拉伸应力延伸进入相应的强化光致变色玻璃片中到达的距离至少是从第一和第二表面(例如，光致变色玻璃片500的表面510、520)中的至少一个开始的强化光致变色玻璃片的厚度的10％，例如，至少12％的厚度、15％的厚度、18％的厚度、20％的厚度。
在一些实施方式中，如本文所述进行强化的光致变色玻璃片和制品具有一层或多层在光致变色玻璃片的热强化和/或光致变色加工之前就放置在光致变色玻璃上的涂层。本文所述的工艺可用于产生具有一层或多层涂层的强化的光致变色玻璃片，以及在一些此类实施方式中，在热强化和/或光致变色加工之前就将涂层置于光致变色玻璃上，并且没有受到热强化和/或光致变色加工的影响。在本公开的光致变色玻璃片上得到有利地保留的具体涂层包括：低E涂层、反射涂层、减反射涂层、防指纹涂层、截止滤光涂层(cut-offfilter)、热解涂层等。
根据一个示例性实施方式，本文所述的光致变色玻璃片或制品是硼铝硅酸盐光致变色玻璃。在一些实施方式中，本文所述的光致变色玻璃片或制品(例如图27和28所示的制品1012和1310)通常是硼铝硅酸盐玻璃，仍然具有本文所揭示的应力分布和结构。此类组成可以降低光致变色玻璃的松弛程度，有助于晶体管与其耦合。在一些实施方式中，本文所述的光致变色玻璃片/制品是挠性光致变色玻璃片。在其他实施方式中，本文所述的光致变色玻璃片/制品包括两层或更多层光致变色玻璃片的层叠体。
在一些预期的实施方式中，经由本文所述工艺和系统强化的光致变色玻璃(例如，光致变色玻璃片500)可以包括无定形基材。经由本文所述工艺和系统强化的光致变色玻璃(例如，光致变色玻璃片500)可以包括含碱性硼硅酸盐光致变色玻璃。在一个或多个实施方式中，经由本文所述工艺和系统强化的光致变色玻璃(例如，光致变色玻璃片500)在其部分是未经离子交换的，可以包括具有如下组成的光致变色玻璃，以摩尔百分比(摩尔％)计，其包含：约(例如，加减1％)20-65摩尔％SiO2，约5-25摩尔％Al2O3，约010-25摩尔％B2O3，约0-20摩尔％R2O，约0-15摩尔％RO，约0.1-0.5摩尔％Ag，约0.1-0.5摩尔％卤化物，和/或约0.001-0.05摩尔％CuO。在一些预期的实施方式中，组合物可包括以下任意一种或两种：约0-10摩尔％的ZrO2和约0-5摩尔％的TiO2。在一些预期的实施方式中，组合物可以包括约0-0.5摩尔％NiO和/或约0-0.1摩尔％Co3O4。
在一些预期的实施方式中，用于本文所述的强化光致变色玻璃片或玻璃制品的组成可配料有0-2摩尔％的选自下组的至少一种澄清剂，包括：Na2SO4、NaCl、NaF、NaBr、K2SO4、KCl、KF、KBr和SnO2。根据一个或多个实施方式的光致变色玻璃组合物还可包含约0-2摩尔％、约0-1摩尔％、约0.1-2摩尔％、约0.1-1摩尔％或者约1-2摩尔％的SnO2。在一些实施方式中，本文所揭示的用于强化的光致变色玻璃片500的光致变色玻璃组合物可以基本不含Pb、As2O3和/或Sb2O3。
在预期的实施方式中，本文所述的强化光致变色玻璃片或制品可以包含碱性硼铝硅酸盐光致变色玻璃组合物，其可以通过离子交换过程进一步强化。一种示例性光致变色玻璃组合物包含SiO2、Al2O3和B2O3，其中，(SiO2+Al2O3)≥25摩尔％，和/或B2O3≥10摩尔％。在一个实施方式中，光致变色玻璃组合物包含至少5摩尔％R2O。在其他实施方式中，本文所述的强化光致变色玻璃片或制品可以包含具有一种或多种碱土氧化物的光致变色玻璃组合物。在一些实施方式中，合适的光致变色玻璃组合物还包含K2O、MgO和CaO中的至少一种。在特定实施方式中，用于本文所述的强化光致变色玻璃片或制品的光致变色玻璃组合物可以包含R2O-Al2O3-B2O3-SiO2基础组合物，该基础组合物含有银和氯化物和溴化物含量作为光致变色组分，以及含有0.27-0.38重量％NiO、0.035-0.060重量％Co3O4，NiO:Co3O4的重量比至少是6:1。
适用于本文所述的强化光致变色玻璃片或制品的另一种示例性光致变色玻璃组合物除了光致变色组分之外包含：20-65重量％SiO2，5-25重量％Al2O3，14-23重量％B2O3，0-2.5重量％Li2O，0-9重量％Na2O，0-17重量％K2O，8-20重量％R2O，0-6重量％ZrO2，和0-3重量％TiO2。光致变色组分包括0.15-0.3重量％，0.1-0.25重量％Cl，0.1-0.2重量％Br，和0.004-0.02重量％CuO。在一个具体考虑的实施方式中，以氧化物的重量百分比(重量％)计，适用于不含碱土元素的强化光致变色玻璃片或制品的硼铝硅酸盐光致变色玻璃组合物包含：48≤SiO2≤58，15≤B2O3≤21，5≤Al2O3≤9，2.5≤ZrO2≤6.5，2≤Li2O≤4，0≤Na2O≤3，3≤K2O≤10，0≤MgO≤2，0≤CaO≤2，0≤SrO≤2，0≤BaO≤2，0≤TiO2≤2.5，2≤Nb2O5≤4.5；以及多种光致变色剂，以重量百分比(重量％)计，相对于玻璃基质包含：0.100≤Ag≤0.250，0.200≤Cl≤0.500，0.0100≤Br≤0.300，和0.0050≤CuO≤0.0110。
可浮法成形的强化的光致变色玻璃片或制品可表征为光滑表面和均匀厚度，以及是通过使得熔融的光致变色玻璃在熔融金属(通常是锡)床上浮动所制得的。在一个示例性过程中，将熔融的光致变色玻璃进料到熔融锡床表面上，形成浮动的光致变色玻璃带。随着光致变色玻璃带沿着锡浴流动，温度逐渐降低直至光致变色玻璃带固化成固体的光致变色玻璃制品，可以将其从锡上举起到辊上。一旦离开浴，可以对光致变色玻璃制品进行进一步冷却和退火以降低内应力。
下拉工艺生产具有均匀厚度的光致变色玻璃制品，其具有较原始的表面。因为光致变色玻璃制品的平均挠曲强度受到表面瑕疵的量和尺寸的控制，因此接触程度最小的原始表面具有较高的初始强度。当随后对该高强度光致变色玻璃制品进行进一步强化(例如化学强化)时，所得到的强度可以高于表面已经进行过磨光和抛光的光致变色玻璃制品的强度。下拉的光致变色玻璃制品可以被拉制成约小于2mm的厚度。此外，下拉的光致变色玻璃制品具有非常平坦、光滑的表面，其可以不经高成本的研磨和抛光就用于最终应用。
熔合拉制法使用例如拉制罐，该拉制罐具有用来接收熔融的光致变色玻璃原材料的通道。通道具有堰，其沿着通道的长度在通道两侧的顶部开放。当用熔融材料填充通道时，熔融的光致变色玻璃从堰溢流。在重力的作用下，熔融的光致变色玻璃从拉制罐的外表面作为两个流动的光致变色玻璃膜流下。这些拉制罐的外表面向下和向内延伸，使得它们在拉制罐下方的边缘处结合。两个流动的光致变色玻璃膜在该边缘处结合以熔合并形成单个流动的光致变色玻璃制品。熔合拉制法的优点在于：由于从通道溢流的两个光致变色玻璃膜熔合在一起，因此所得到的光致变色玻璃制品的任一外表面都没有与设备的任意部件相接触。因此，熔合拉制的光致变色玻璃制品的表面性质不受到此类接触的影响。
狭缝拉制法与熔合拉制法不同。在狭缝拉制法中，向拉制罐提供熔融的光致变色原材料玻璃。拉制容器的底部具有开放狭缝，其具有沿着狭缝的长度延伸的喷嘴。熔融的光致变色玻璃流过狭缝/喷嘴，以连续的光致变色玻璃制品下拉并进入退火区。
在一些实施方式中，可以采用薄辊工艺形成光致变色玻璃制品，如美国专利第8,713,972号、美国专利第9,003,835号、美国专利公开第2015/0027169号和美国专利公开第20050099618号所述，其全文通过引用结合入本文。更具体来说，可以通过如下方式形成玻璃制品：供给熔融的光致变色玻璃的垂直物流，用一对维持在大于或等于约500℃或者大于或等于约600℃的表面温度的成形辊对来形成熔融的光致变色玻璃的供给物流从而形成具有成形厚度的成形光致变色玻璃带，用一对维持在小于或等于约400℃的表面温度的尺寸调节辊来调节成形光致变色玻璃带的尺寸从而产生具有所需厚度和所需厚度均匀性的经尺寸调节的光致变色玻璃带，该所需厚度小于所述成形厚度。用于形成光致变色玻璃带的设备可包括：用于供给熔融的光致变色玻璃的供给物流的光致变色玻璃进料装置；表面温度维持在大于或等于约500℃的一对成形辊，成形辊相互相邻紧密间隔开，限定了成形辊之间的光致变色玻璃成形间隙，光致变色玻璃成形间隙位于光致变色玻璃进料装置的垂直下方用于接收熔融的光致变色玻璃的供给物流并使得成形辊之间的熔融的光致变色玻璃的供给物流薄化，以形成具有成形厚度的成形光致变色玻璃带；以及表面温度维持在小于或等于约400℃的一对尺寸调节辊，尺寸调节辊相互相邻紧密间隔开，限定了尺寸调节辊之间的玻璃尺寸调节间隙，玻璃尺寸调节间隙位于成形辊的垂直下方用于接收经成形的光致变色玻璃带并使得经成形的光致变色玻璃带薄化，以产生具有所需厚度和厚度一致性的经尺寸调节的光致变色玻璃带。
在一些情况下，可以在光致变色玻璃的粘度不允许采用熔合拉制或狭缝拉制方法时采用薄辊工艺。例如，当光致变色玻璃展现出小于100kP的液相线粘度时，可以采用薄辊来形成光致变色玻璃制品。光致变色玻璃制品可经过酸性抛光或者任意其他方式的处理，以去除或减少表面瑕疵的影响。
实施例
设备设定：如上文详述的那样，设备包括三个区：热区、过渡区和冷却区(或猝冷区)。将热区和猝冷区中的顶部热轴承(散热器)和底部热轴承(散热器)之间的间隙设定成所需间距。将热区、过渡区和猝冷区中的气体流速设定成确保空气轴承上的光致变色玻璃材料、玻璃片或玻璃部件位于中心。将热区预加热至所需的T0，后续将会从该温度开始使得光致变色玻璃制品猝冷。为了确保均匀加热，在分开的预加热设备(例如，批料炉或连续炉)中预加热光致变色玻璃制品。通常来说，在负载到热区中之前，光致变色玻璃片预加热超过5分钟。在预加热阶段之后，将光致变色玻璃制品装载到热区中并使其平衡，其中，平衡指的是光致变色玻璃均匀地处在T0。可以通过所需的强化/回火水平来确定T0，但是通常保持在软化点和玻璃转化温度之间的范围。到达平衡的时间至少取决于光致变色玻璃的厚度。例如，对于近似小于或等于1.1mm的光致变色玻璃片，在约10秒平衡。对于3mm的光致变色玻璃片，平衡发生在约10-30秒。对于更厚的片材(最高至约6mm)，平衡时间可能约为60秒。一旦光致变色玻璃平衡至T0，其在空气轴承上快速传输通过过渡区并进入冷却区或猝冷区。在猝冷区中，光致变色玻璃制品快速猝冷至低于玻璃转化温度Tg的温度。光致变色玻璃可以在猝冷区中维持从1秒开始、10秒开始或者到数分钟或更久的任意时间段，这取决于光致变色玻璃所需的淬冷程度和/或取出时所需的温度。在取出之后，光致变色玻璃任选地冷却然后进行处理。
钠钙硅酸盐玻璃、玻璃、Borofloat(硼浮法)-33玻璃等的如下例子总结见表VI。要理解的是，光致变色玻璃实现了类似结果。
实施例1：5.7mm厚的钠钙硅酸盐玻璃板(例如，包含至少70重量％二氧化硅和/或至少10重量％氧化钠和/或至少7重量％氧化钙的玻璃)在450℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在690℃的T0保持60秒。在平衡至T0之后，将其快速传输到填充了氦气的猝冷区，其具有91um的间隙(其中，间隙是玻璃片的表面与最近的散热器之间的距离)，在该地方，将其保持10秒。所得到的制品具有-312MPa的表面压缩、127MPa的中心张力，和83um的平坦度。
实施例2：5.7mm厚的钠钙硅酸盐玻璃板在450℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在690℃的T0保持60秒。在平衡之后，将其快速传输到猝冷区，其具有91um的间隙，在该地方，将其保持10秒。所得到的制品具有-317MPa的表面压缩、133MPa的中心张力，和89.7微米的平坦度。
实施例3：1.1mm厚的钠钙硅酸盐玻璃板在450℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在700℃的T0保持10秒。在平衡之后，将其快速传输到填充了氦气的猝冷区，其具有56um的间隙，在该地方，将其保持10秒。所得到的制品具有测得是661℃的表面假想温度，-176MPa的表面压缩、89MPa的中心张力、190um的平坦度、和10-20N的维氏开裂阈值。
实施例4：0.55mm厚的钠钙硅酸盐玻璃板在450℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在720℃的T0保持10秒。在平衡之后，将其快速传输到猝冷区，其具有25um的间隙，在该地方，将其保持10秒，得到0.184cal/(cm2-s-℃)的有效热传递速率。所得到的制品具有-176MPa的表面压缩和63MPa的中心张力。此外，所得到的强化制品具有约168微米的平坦度(对于起始为710℃温度的样品)和125微米的平坦度(对于起始为720℃温度的样品)。
实施例5：1.5mm厚的玻璃板在550℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在790℃的T0保持30秒。在平衡之后，将其快速传输到猝冷区，其具有226um的间隙，在该地方，将其保持10秒。玻璃制品具有改善的平坦度，在加工之前测得是113um，以及在加工之后测得是58um。
实施例6：0.7mm厚的钠钙硅酸盐玻璃板在450℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在730℃的T0保持10秒。在平衡之后，将其快速传输到填充了氦气的猝冷区，其具有31um的间隙，在该地方，将其保持10秒，得到0.149cal/(cm2-s-℃)的有效热传递速率。所得到的制品具有-206MPa的表面压缩、100MPa的中心张力，和82um的平坦度。在碎裂之后，观察到玻璃片“破碎成小片”(采用标准术语，对于2mm厚或更厚的小片，即5x 5cm2的玻璃片破裂成40块或更多块)，这暗示了片材完全钢化。
实施例7：3.3mm厚的Borofloat-33玻璃板在550℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在800℃的T0保持30秒。在平衡之后，将其快速传输到猝冷区，其具有119um的间隙，在该地方，将其保持10秒。所得到的制品具有120um的平坦度。在部件碎裂之后，观察到“破碎成小片”(采用标准术语，对于2mm厚或更厚的小片，即5x 5cm2的玻璃片破裂成40块或更多块)，这显示了片材完全钢化。
实施例8：3.2mm厚的钠钙硅酸盐玻璃板在450℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在690℃的T0保持30秒。在平衡之后，将其快速传输到猝冷区，其具有84um的间隙，在该地方，将其保持10秒。所得到的制品具有-218MPa的表面压缩、105MPa的中心张力，和84um的平坦度。
实施例9：0.3mm厚的钠钙硅酸盐玻璃板在450℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在630℃的T0保持10秒。在平衡之后，将其快速传输到猝冷区，其具有159um的间隙，在该地方，将其保持10秒。所得到的制品具有膜应力，这可以通过灰场偏振测量观察到，暗示玻璃结合了热应力。
实施例10：0.1mm厚的玻璃板在550℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在820℃的T0保持10秒。在平衡之后，将其快速传输到猝冷区，其具有141um的间隙，在该地方，将其保持10秒，得到0.033cal/(cm2-s-℃)的有效热传递速率。在碎裂后，所得到的制品显现出与残留应力玻璃一致的行为。
实施例11：1.1mm厚的钠钙硅酸盐玻璃板在450℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在700℃的T0保持10秒。在平衡之后，将其快速传输到猝冷区，其具有65um的间隙，在该地方，将其保持10秒，得到0.07cal/(cm2-s-℃)的有效热传递速率。所得到的制品具有测得是657℃的表面假想温度，-201MPa的表面压缩、98MPa的中心张力、158um的平坦度、和10-20N的维氏开裂阈值。
实施例12：1.1mm厚的玻璃板在550℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在810℃的T0保持10秒。在平衡之后，将其快速传输到猝冷区，其具有86um的间隙，在该地方，将其保持10秒，得到0.058cal/(cm2-s-℃)的有效热传递速率。所得到的制品具有测得是711℃的表面假想温度，-201MPa的表面压缩、67MPa的中心张力、和20-30N的维氏开裂阈值。
实施例13：1.1mm厚的玻璃板在550℃预加热10分钟，之后传输到热区，在该地方，将其在800℃的T0保持10秒。在平衡之后，将其快速传输到猝冷区，其具有91um的间隙，在该地方，将其保持10秒。所得到的制品具有测得是747℃的表面假想温度，-138MPa的表面压缩、53MPa的中心张力、66um的平坦度、和20-30N的维氏开裂阈值。
表VI
额外实施例1：5.7mm厚的玻璃片，其包含至少70重量％二氧化硅和/或至少10重量％氧化钠和/或至少7重量％氧化钙，以氦气和约90微米的间隙204a、204b(图21)运行。将光致变色玻璃加热到约690℃的起始温度，并快速冷却。所得到的强化制品在其表面上具有约300MPa的负拉伸应力，以及在中心具有约121MPa的正拉伸应力。此外，所得到的强化制品具有约106.9微米的平坦度。
额外实施例2：在采用本文所揭示的本发明技术的一个实验中，1.1mm厚的玻璃片，其包含至少70重量％二氧化硅和/或至少10重量％氧化钠和/或至少7重量％氧化钙，以氦气和约160微米的间隙204a、204b(图21)运行。将光致变色玻璃加热到约680℃的起始温度，并快速冷却。所得到的强化制品在其表面上具有约112MPa的负拉伸应力，以及在中心具有约54MPa的正拉伸应力。在强化之前，光致变色玻璃片具有约96微米的平坦度，但是所得到的强化制品具有约60微米的平坦度。因此，强化过程还使得强化光致变色玻璃制品变平坦。
额外实施例3：2mm厚的玻璃片，其包含至少70重量％二氧化硅和/或至少10重量％氧化钠和/或至少7重量％氧化钙，以空气进行加热和以氦气进行猝冷，以及约300微米的(猝冷)间隙204a、204b(图21)运行。将光致变色玻璃加热到约650℃的起始温度，在约650℃保持约2分钟，然后快速冷却。所得到的强化制品在其表面上具有约93MPa的负拉伸应力的近似抛物线应力分布，以及在中心具有约58MPa的正拉伸应力。当暴露于模拟日光谱持续小于5分钟时，所得到的光致变色片变暗至约40％的透射率。
额外实施例4：2mm厚的玻璃片，其包含至少70重量％二氧化硅和/或至少10重量％氧化钠和/或至少7重量％氧化钙，以空气进行加热和以氦气进行猝冷，以及约300微米的(猝冷)间隙204a、204b(图21)运行。将光致变色玻璃加热到约670℃的起始温度，在约670℃保持约2分钟，然后快速冷却。所得到的强化制品在其表面上具有约75MPa的负拉伸应力的近似抛物线应力分布，以及在中心具有约45MPa的正拉伸应力。当暴露于模拟日光谱持续小于5分钟时，所得到的光致变色片变暗至约40％的透射率。
对说明书作为整体和所附权利要求书进行回顾，其他方面和优点会是显而易见的。
各种示例性实施方式中所示的光致变色玻璃的构造和布置仅是示意性的。虽然在本公开中仅详细描述了一些实施方式，但是许多改进是可行的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例，参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向)，这没有从本质上背离本文所述主题的新颖性教导和优势。显示为整体形成的一些元件可以由多个部件或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且可以改变或更改离散元件或位置的性质或数量。任意过程、逻辑算法或方法步骤的顺序或序列都可根据替换的实施方式而改变或重新排序。在不脱离本发明技术范围的情况下，可以对各种示例性实施方式的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。

Claims (23)

1.一种用于制造光致变色玻璃的方法，其包括：
在高于玻璃材料的玻璃转化温度对从含光致变色材料的玻璃材料形成的制品进行加热，以及在玻璃材料中形成光致变色晶体，在加热过程中，用移动的气体支撑制品；以及
将经加热的制品冷却到低于玻璃转化温度的温度，从而在制品中产生表面压缩应力和中心拉伸应力，经冷却的制品是可逆的光致变色玻璃材料，
其中，通过跨过位于经加热的制品与散热器之间的间隙的传导使热能从经加热的制品传递到散热器来对制品进行冷却，从而超过20％的离开经加热制品的热能跨过间隙并被散热器接收。
2.如权利要求1所述的方法，该方法还包括：在冷却过程中，用移动的气体支撑制品，其中，超过一半的离开经加热制品的热能跨过间隙并被散热器接收。
3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，在经加热制品的外表面与散热表面之间的间隙的平均长度小于200um。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在冷却过程中，对于制品的外表面区域，离开制品的热传递速率大于450kW/m2。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在加热步骤过程中，在小于或等于3分钟的时间段内，将制品加热到高于600℃且低于玻璃材料的软化点的温度。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述制品是具有长度、宽度和厚度的玻璃片，其中，所述厚度大于0.1mm且小于6mm，以及所述宽度和长度中的至少一个大于1米。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，气体间隙具有间隙面积，其中，进入气体间隙的气体的总质量流速大于0且小于2k/gCp每平方米间隙面积，其中，k是气体间隙内的气体在热传导方向上评估的导热系数，g是经加热制品与散热表面之间的距离，以及Cp是气体间隙内的气体的比热容。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光致变色晶体含有银、卤化物和铜。
9.一种用于制造光致变色玻璃的方法，其包括：
提供由玻璃材料形成的制品，所述玻璃材料含有光致变色材料；
在高于玻璃材料的玻璃转化温度加热制品并在玻璃材料中形成光致变色晶体，在加热过程中，用移动的气体支撑制品；以及
将经加热的制品冷却到低于玻璃转化温度的温度，从而在制品中产生表面压缩应力和中心拉伸应力，经冷却的制品是可逆的光致变色玻璃材料，
其中，通过跨过位于气体轴承与制品之间的间隙的传导使热能从气体轴承传递到制品来对制品进行加热，从而超过20％的离开气体轴承的热能跨过间隙并被制品接收。
10.如权利要求9所述的方法，该方法还包括：在加热过程中，用移动的气体支撑制品，其中，超过一半的离开气体轴承的热能跨过间隙并被制品接收。
11.如权利要求9-10中任一项所述的方法，其特征在于，在气体轴承与制品的外表面之间的间隙的平均长度小于200um。
12.如权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，对于制品的外表面区域，离开气体轴承的热传递速率大于450kW/m2。
13.如权利要求9-12中任一项所述的方法，其特征在于，在加热步骤过程中，在小于2分钟的时间段内，将制品加热到高于600℃且低于玻璃材料的软化点的温度。
14.如权利要求9-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述制品是具有长度、宽度和厚度的玻璃片，其中，所述厚度大于0.1mm且小于2mm，以及所述长度和宽度中的至少一个大于1米。
15.如权利要求9-14中任一项所述的方法，其特征在于，气体间隙具有间隙面积，其中，进入气体间隙的气体的总质量流速大于0且小于2k/gCp每平方米间隙面积，其中，k是气体间隙内的气体在热传导方向上评估的导热系数，g是气体轴承的外表面与制品表面之间的距离，以及Cp是气体间隙内的气体的比热容。
16.一种制造光致变色玻璃片的系统，该系统包括：
加热工作站，其包括向光致变色玻璃片传递热量的加热元件，所述光致变色玻璃片包括第一主表面、第二主表面和第一与第二主表面之间的厚度；
冷却工作站，其包括相反的第一和第二散热表面，在它们之间限定了通道，使得在冷却过程中，光致变色玻璃片位于通道内；以及
向通道传递加压气体的气体轴承，从而在通道内支撑光致变色玻璃片而没有碰触到第一和第二散热表面，所述气体轴承限定了间隙面积；
其中，通过气体轴承将气体传递到通道中，使得进入通道的气体的总质量流速大于0且小于2k/gCp每平方米间隙面积，其中，k是通道内的气体在热传导方向上评估的导热系数，g是玻璃片与散热表面之间的距离，以及Cp是通道内的气体的比热容。
17.如权利要求16所述的系统，其还包括：冷却工作站中的经加热的光致变色玻璃片，其中，玻璃片的厚度小于2mm，其中，所述第一主表面面朝所述第一散热表面以及所述第二主表面面朝所述第二散热表面，其中，所述第一主表面与所述第一散热表面之间的平均距离小于200um，以及其中，所述第二主表面与所述第二散热表面之间的平均距离小于200um。
18.如权利要求16-17中任一项所述的系统，其特征在于，在冷却工作站内，通过从玻璃片到散热器的传导使得热能从玻璃片传递到散热器，以及通道的尺寸调节使得超过一半的离开玻璃片的热能被散热器接收。
19.如权利要求16-18所述的系统，其特征在于，气体轴承在第一和第二散热表面中包括开口，其中，通过所述开口传递气体轴承的加压气体。
20.如权利要求16-19中任一项所述的系统，其特征在于，第一与第二散热表面的相对区段之间的垂直距离是玻璃片厚度的1.01倍至5倍。
21.如权利要求16-20中任一项所述的系统，其特征在于，在冷却工作站内，通过从玻璃片到散热器的传导使得热能从玻璃片传递到散热器，以及通道的尺寸使得超过20％的离开玻璃片的热能被散热器接收。
22.如权利要求16-21中任一项所述的系统，其特征在于，在冷却过程中，对于玻璃片的表面区域，离开玻璃片的热传递速率大于450kW/m2。
23.一种光致变色玻璃或光致变色玻璃陶瓷制品，其包括：
第一主表面；
与所述第一主表面相对的第二主表面；
位于第一和第二主表面之间的内部区域；
所述第一主表面与所述第二主表面之间小于2mm的平均厚度；
以重量计，至少50％二氧化硅、0.05银、0.05卤化物、和0.005氧化铜；
其中，在所述内部区域中存在平均直径是10-999埃的卤化银晶体；
其中，所述第一主表面和所述第二主表面处于压缩应力，以及所述内部区域处于拉伸应力；
其中，所述压缩应力大于80MPa；
其中，在每20mm的测量长度上，以峰-峰计，所述第一主表面的表面粗糙度小于0.20微米。
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