CN218710005U - 一种带有涂层的待强化玻璃及待强化玻璃组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种带有涂层的待强化玻璃及待强化玻璃组。该待强化玻璃的局部设有涂层，所述涂层为无机涂层或者LOW‑E膜，其中，所述无机涂层内部具有空隙。本实用新型的带强化玻璃表面设置的涂层可以保护玻璃表面不受化钢炉中大量K离子的“攻击”，从而获得合适的强化程度，从而降低强化后的玻璃在激光焊接过程中发生破裂损伤的几率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种带有涂层的待强化玻璃及待强化玻璃组，属于玻璃强化技术领域。
背景技术
玻璃钢化的方法有物理钢化和化学钢化，其中：物理钢化需加热至玻璃的软化点温度，约700℃左右，因此钢化后玻璃变形量较大，两片玻璃无法较好贴合，所以不适合用于玻璃激光焊接技术领域(使用激光将两片紧贴的玻璃焊接在一起)；而化学钢化的优点是温度低，没有物理钢化玻璃的软化变形，表面平整度较高，因此在进行钢化玻璃的激光焊接时，一般都会优先选择使用化学钢化的玻璃。
化学钢化是通过改变玻璃表面组成的方法对玻璃进行钢化，化学钢化的方法有表面脱碱、涂覆热膨胀系数较小的玻璃、离子交换等方法，其中使用最广泛的是离子交换法，该方法是将玻璃制品与放在熔盐中碱金属离子发生交换，改变玻璃的表面组分，使得比玻璃表层的碱离子还大一些离子半径的一价阳离子与玻璃表层的碱离子进行交换，使半径大的阳离子进入玻璃表层，在玻璃表面形成压应力层的一种处理工艺。用于离子交换处理的熔盐主要为KNO3，其他多为辅助添加剂。
玻璃组成在化学钢化中的影响比工艺条件(钢化的时间和温度)的变化对玻璃的强度影响更大，并非每一种玻璃都能通过离子交换方法得到增强。从离子交换的实用观点来看，能够在较短的时间内获得满足强度要求的离子交换层厚度是非常重要的，一般使用交换速度快、应力松弛小的玻璃组成，其中，以Na2O-CaO-SiO2(钠钙玻璃)及Na2O-Al2O3-SiO2(铝硅玻璃)玻璃为基体的化学钢化玻璃使用最为广泛。
目前业界常用的化学钢化的工艺条件一般为：温度400℃-500℃，时间5h-8h，化学强化后的玻璃强度一般为：表面压应力(CS)300MPa-1000MPa、化钢深度(Dol)10μm-100μm。
激光焊接玻璃的原理是通过激光先破坏两片玻璃表面物质间的各类作用力(包括化学键、分子间作用力等)，然后两片玻璃的表面物质再进行重组生成新的作用力，从而将玻璃焊接在一起。而采用激光焊接两片化学钢化的玻璃时，除了激光与玻璃材料间的相互作用外，玻璃表面因为化学钢化所产生的表面压应力及内部张应力会与激光互相干涉，会使得玻璃内部的应力失去平衡，甚至导致玻璃破裂。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种带有涂层的待强化玻璃，该涂层可以在化学强化过程中对玻璃提供保护，尤其是需要激光焊接的区域降低化学钢化程度，以此来改善玻璃在激光焊接过程中的表现，减少玻璃破裂的风险。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种带有涂层的待强化玻璃，其中，所述待强化玻璃的局部设有涂层，所述涂层为无机涂层或者LOW-E膜，其中，所述无机涂层内部具有空隙。
在上述待强化玻璃中，优选地，所述无机涂层为厚度均一的涂层(即整体为同一厚度)，并且，所述无机涂层的厚度为0.2-0.8mm。
在上述待强化玻璃中，优选地，所述无机涂层的厚度为阶梯式，每一层的厚度分别为0.2-0.8mm，并且，由所述待强化玻璃的边缘向中央递减。
在上述待强化玻璃中，优选地，所述无机涂层为无机颗粒形成的涂层。这些无机颗粒可以由无机胶粘结在一起，并且，在无机涂层内部形成空隙或孔隙。
在上述待强化玻璃中，优选地，所述LOW-E膜为氧化锌、氧化锡、氮化硅或银形成的LOW-E膜。LOW-E膜可以采用磁控溅射的方式均匀地镀设于玻璃的表面上。
在上述待强化玻璃中，优选地，所述涂层位于所述待强化玻璃的边缘，所述涂层的宽度为20-30mm。
在上述待强化玻璃中，优选地，所述LOW-E膜的厚度为100-200nm，具体例如100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm。
在上述待强化玻璃中，优选地，所述待强化玻璃为高铝玻璃或钠钙玻璃。
在上述待强化玻璃中，优选地，所述待强化玻璃的一侧表面的局部设有所述涂层(即无机涂层、LOW-E膜)，或者，所述待强化玻璃的两侧表面的局部均设有所述涂层(即无机涂层、LOW-E膜)。其中，当待强化玻璃的两侧表面的局部均设有所述涂层时，这两侧的涂层可以同为无机涂层或LOW-E膜，也可以一侧为无机涂层、另一侧为LOW-E膜。
在上述待强化玻璃中，优选地，所述待强化玻璃的尺寸为：长度800-2000mm、宽度500-1000mm。
本实用新型还提供了一种待强化玻璃组，其中，该待强化玻璃组包括两片待强化玻璃，并且，至少一片待强化玻璃为上述带有涂层的待强化玻璃。
根据本实用新型的具体实施方案，优选地，该待强化玻璃组所包括的两片待强化玻璃均可以是上述带有涂层的待强化玻璃。
本实用新型通过在玻璃表面设置无机涂层或LOW-E膜，优选为后续进行激光焊接的区域，由此能够影响相应区域的化学强化程度，即降低玻璃要被激光焊接区域的中心张应力(Central tension，CT)，又因为玻璃内部的张应力是由玻璃板的材质、厚度(h)、表面压应力(CS)、化钢深度(Dol)等因素共同决定，因此，当玻璃材质与厚度固定时，通过调整玻璃表面压应力(CS)与化钢深度(Dol)就可以控制玻璃内部的张应力CT。
玻璃表面压应力、化钢深度与内部张应力三者间的数学关系可用下列公式表达：
由公式中可知，当CS与Dol均变小时，可以降低CT的数值，有利于降低激光能量与玻璃表面、内部应力的干涉现象。
本实用新型提供的带有涂层的待强化玻璃可以是通过以下方式制备的：在需要零化强或者低化强的玻璃区域涂覆上一种无机涂层或镀上一层LOW-E膜，该无机涂层之中会形成非常微小的空隙。在进行化学强化时，化钢炉中的K离子会通过这些微小的空隙到达玻璃表面，与玻璃表面的Na+进行交换，实现化学强化。通过对上述微小空隙的控制，能够实现对K离子进入玻璃表面数量的控制，从而实现对玻璃化学强化程度的控制。而LOW-E膜则可以阻挡到达玻璃表面的K离子数量，从而实现对玻璃化学强化程度的控制。
本实用新型的带强化玻璃表面设置的涂层可以保护玻璃表面不受化钢炉中大量K离子的“攻击”，从而获得合适的强化程度，从而降低强化后的玻璃在激光焊接过程中发生破裂损伤的几率。
通过控制无机涂层中的空隙或者LOW-E膜的厚度，可以控制化钢炉中K离子渗透率，控制强化程度。在完成强化之后，无机涂层可以通过清洗、抛光完全去除，LOW-E膜可以从采用激光除膜机去除，不影响玻璃的表面质量。
附图说明
图1为带有涂层的待强化玻璃的结构示意图。
图2为玻璃化强时间与玻璃CT值及焊接的关系图。
图3为实施例2中的玻璃涂层示意图。
图4为实施例2中的焊接方向示意图。
图5为阶梯式涂层以及激光焊接表现示意图。
图6为实施例3提供的一侧表面的局部带有涂层的待强化玻璃的示意图。
图7为实施例3提供的两侧表面的局部带有涂层的待强化玻璃的示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本实用新型的可实施范围的限定。
实施例所采用的材料/设备型号及参数如下所示：
①原片玻璃：高铝玻璃，尺寸50mm×50mm×2mm；
②无机涂层：双组分涂层，A组分为水溶性液体，B组分为非水溶性粉体；
③化钢炉：液体成分：硝酸钾；化钢原理：离子交换法。
对比例1原片玻璃(未涂无机涂层的裸玻璃)化钢+焊接实验
将原片玻璃(未涂无机涂层的裸玻璃)在化钢炉400℃中经过不同的化钢时间后取出，使用应力测试仪测量每一片玻璃的CS、DOL与CT测量值，结果如表1所示。
表1所记载的实验结果显示随着化钢时间的增加，玻璃的CT值也相应增加，本实验所有的玻璃经化钢后CT值均在8以上，无法进行焊接。
表1原片玻璃化钢时间t VS化钢程度及焊接结果(化钢炉温度：400℃)
实施例1带有无机涂层的玻璃化钢+焊接实验
在原片玻璃表面涂上厚度约0.8mm的无机涂层(如图1所示，玻璃板2的表面设有无机涂层1)，并进行固化(固化条件为室温2小时，在鼓风干燥箱中40℃保持2小时，60℃保持2小时，110℃保持2小时)，得到表面带有涂层的待强化玻璃。
将涂层固化后的待强化玻璃放进化钢炉中，经过不同的化钢时间后取出，自然冷却后在60℃下水浴24小时，玻璃表面涂层变为松散结构，使用刮刀刮掉涂层后，玻璃表面会留下微米级别的残胶层，该残胶层使用平板砂光机去除(用羊毛毡替代砂光机的砂纸，使用8000#的抛光粉配合抛光作业)，抛光条件为每片玻璃约1000转。玻璃抛光完成后，使用应力测试仪测量每一片玻璃的CS、DOL与CT值，再将同一化钢时间下的2片玻璃采用玻璃激光焊接机进行焊接。实验数据记录表如下表2所示。
由表2记载的实验结果可知，随着化钢时间的增加，CS、DOL、CT都在增加，当化钢时间增加至4小时，CT值增大至2.8以上，此时出现了玻璃无法焊接的情况。
表2带有涂层的玻璃化钢时间t VS化钢程度及焊接结果(化钢炉温度：400℃)
综合对比例1和实施例1的数据可知，当玻璃表面的CT值≤1.7MPa时，玻璃可以顺利的进行激光焊接，当玻璃表面的CT值＞2.8MPa时，玻璃就无法进行激光焊接，因本次实验没有出现CT值为1.7-2.8MPa的结果，故该区间的激光焊接结果为未知，如图2所示。
实施例2无机涂层厚度与化钢程度及焊接情况的实验
将原片玻璃均匀分为4区：区域1不进行涂层操作，使用无机涂层在区域2、区域3、区域4先涂上0.8mm的涂层；待涂层表干后，在区域3、区域4再涂上0.8mm的涂层；再次等待涂层表干后，在区域4再涂上0.8mm的涂层。从而实现阶梯式涂层：区域1的涂层厚度为0，区域2的涂层厚度为0.8mm，区域3的涂层厚度为1.6mm，区域4的涂层厚度为2.4mm，如图3所示。
待上述涂层涂覆操作完成后，对涂层进行固化，固化条件与实验(2)保持一致。将涂层固化后的玻璃放进化钢炉中进行2小时的化钢后取出，采用与实验(1)一致的方法对玻璃进行水浴和抛光去除涂层，然后使用玻璃表面应力仪进行CS、DOL与CT值的测量，并进行焊接实验。实验结果见表3。
由表3记载的实验结果可知，当涂层厚度由0.8m增加至1.6mm时，该无机涂层阻止化学钢化的能力增加，当涂层进一步增加至2.4mm时，该无机涂层基本可以完全阻止化学钢化，实现“零”化钢。
表3无机涂层厚度与化钢强度记录表
该组实验的玻璃在进行焊接时，要被焊接的上下2片玻璃区域1与区域1相对，区域2与区域2相对，依次类推，并分为两部分进行焊接，其中左半部分的上下2片玻璃采用纵向焊接，焊线从CT基本为0的区域4逐渐向CT值增大的区域运动，目的是为了验证跨区域(即跨不同CT值)焊接玻璃会不会破裂；右半部分的上下2片玻璃采用横向焊接，使得焊接只发生在同区域(即CT值基本相同的地方)，焊接顺序为区域1先焊接，然后区域2焊接，依次类推，目的是为了观察不同CT值区域各自焊接的差异性。焊接方向示意图如图4。
观察经阶梯式涂层的玻璃焊接情况，如图5所示，可以明显看到，在玻璃的左半部分(纵向跨CT值焊接)，不同CT值的4个区域焊接条纹均表现得比较均匀，尤其是在区域1和区域2的交界处，即便两个区域的CT值差异有10倍之多，玻璃也没有出现因跨CT值焊接而破裂的现象；在玻璃的右半部分(横向相同CT值焊接)的无涂层区域1，玻璃经过激光焊接表面焊缝不均匀，并出现了裂纹，随着涂层厚度的增加，玻璃表面CT值逐渐降低，裂纹的数量也逐渐减少，焊接区域变得越来越均匀。
目前推测，本次实验中的纵向跨CT值焊接，因焊接的走向是区域4-区域3-区域2-区域1，即从CT基本为0的区域4开始焊接，使得两片玻璃经过焊接后紧密贴紧，因此到了区域1的时候，即便该区域CT值比较大，因为两片玻璃的紧密贴紧也使得玻璃能够比较好的焊接起来，焊接效率提升；而横向相同CT值焊接，会凸显4个不同CT值区域的差异性，同时因为焊接顺序是区域1-区域2-区域3-区域4，是从CT值较大的区域1先进行焊接，区域1焊接时产生的玻璃裂纹的生长影响到了区域2&区域3的焊接，使得区域2的焊接区出现较多裂纹，区域3的焊接区也有少量裂纹。
根据对比例1、实施例1、实施例2的内容可以看出：
本实用新型的带强化玻璃表面设置的无机涂层可以保护玻璃表面不受化钢炉中大量K+的“攻击”，从而获得合适的强化程度，从而降低强化后的玻璃在激光焊接过程中发生破裂损伤的几率；
通过控制无机涂层中的空隙的因素可以控制化钢炉中K+渗透率，控制强化程度；
在完成强化之后，无机涂层可以通过清洗、抛光完全去除，不影响玻璃的表面质量。
实施例3
本实施例提供了一种带有涂层的待强化玻璃，其中，玻璃板的尺寸为900×600×1.1mm，该待强化玻璃的一侧表面的边缘设有宽度23mm、厚度180nm的LOW-E膜(材质为银)，如图6所示，其中，玻璃板的边缘为边缘镀膜区3，中间为未镀膜区4。
本实施例还提供了一种两侧表面带有涂层的待强化玻璃，其中，玻璃板的尺寸为900×600×1.1mm，该待强化玻璃的两侧表面的边缘分别设有宽度23mm、厚度180nm的LOW-E膜(材质为银)，如图7所示，该图7为玻璃板中间区域的截面图，其中，玻璃板2的边缘为边缘镀膜区3，中间为未镀膜区4。
将上述一侧表面的边缘设有LOW-E膜的待强化玻璃在380℃预热2小时，然后再于420℃进行2小时的化学强化(参考实施例1进行)，然后随炉冷却，得到单面边缘镀膜+化强的复合玻璃。
将上述两侧表面的边缘设有LOW-E膜的待强化玻璃在380℃预热2小时，然后再于420℃进行2小时的化学强化(参考实施例1进行)，然后随炉冷却，得到双面镀膜+化强的复合玻璃。
测试镀膜区域和未镀膜区域的相关参数，具体如表4所示：
表4
其中，-代表无法检测得到相关参数或相关参数值基本为0；区域1、2、3是指取样的不同位置。
实施例4
本实施例提供了一种带有涂层的待强化玻璃，其尺寸如表5-1和表5-2所示，该待强化玻璃的边缘设有宽度23mm、厚度180nm的LOW-E膜(材质为银)；该待强化玻璃为4mm厚的钠钙玻璃。
本实施例还提供了一种两侧表面带有涂层的待强化玻璃，其尺寸如表5-1和表5-2所示，该待强化玻璃的两侧表面的边缘分别设有宽度23mm、厚度180nm的LOW-E膜(材质为银)；该待强化玻璃为4mm厚的钠钙玻璃。
将上述一侧表面的边缘设有LOW-E膜的待强化玻璃在380℃预热2小时，然后再于420℃进行16小时的化学强化(参考实施例1进行)，然后随炉冷却，得到单面边缘镀膜+化强的复合玻璃。
将上述两侧表面的边缘设有LOW-E膜的待强化玻璃在380℃预热2小时，然后再于420℃进行16小时的化学强化(参考实施例1进行)，然后随炉冷却，得到双面镀膜+化强的复合玻璃。
同时，对素片玻璃进行420℃进行16小时的化学强化(参考实施例1进行)，然后随炉冷却，得到经过化强的素片玻璃，以进行对比。
测试镀膜区域和未镀膜区域的相关参数，其中，玻璃的平直度结果如表5-1和表5-2所示，玻璃的应力情况如表6所示：
表5-1
表5-2
备注：
最大间隙Δd和平直度λ说明如下：
最大间隙Δd的测试方法是：将球面杆与玻璃的一边紧密贴合，然后计量球面杆与玻璃之间的间隙，以间隙的最大值作为最大间隙Δd；
平直度λ＝Δd/L×100％，其中，L为所测试的玻璃的相应边的长度。
在表5-1、5-2中，边长1、2、3、4是指玻璃的4条边，括号中的数字代表测试的边的长度，例如：短边1(800)是指针对长度为800mm的短边进行的测试。
由表5-1和表5-2可以看出：对于厚度均为4mm的同一尺寸的钠钙玻璃，边缘镀膜后进行化钢与素片玻璃直接化钢，最终得到的玻璃的平直度变化不大。对于单面镀膜的玻璃与双面镀膜的玻璃，在化强后，玻璃的平直度数值没有出现明显差异。
表6
备注：表6中的序号同表5-2。
由表6可以看出：对于厚度4mm的钠钙玻璃，在边缘镀膜并进行化强，其CT值均小于0.1，前期实验已验证CT小于1.7的化强玻璃可激光焊接，因此，本实施例提供的带有LOW-E膜的待强化玻璃可以直接进行焊接。
Claims (10)
1.一种带有涂层的待强化玻璃，其特征在于，所述待强化玻璃的局部设有涂层，所述涂层为无机涂层或者LOW-E膜，其中，所述无机涂层内部具有空隙。
2.根据权利要求1所述的带有涂层的待强化玻璃，其特征在于，所述无机涂层为厚度均一的涂层，并且，所述无机涂层的厚度为0.2-0.8mm。
3.根据权利要求1所述的带有涂层的待强化玻璃，其特征在于，所述无机涂层的厚度为阶梯式，每一层的厚度分别为0.2-0.8mm，并且，由所述待强化玻璃的边缘向中央递减。
4.根据权利要求1所述的带有涂层的待强化玻璃，其特征在于，所述无机涂层为无机颗粒成的涂层。
5.根据权利要求1所述的带有涂层的待强化玻璃，其特征在于，所述LOW-E膜为氧化锌、氧化锡、氮化硅或银形成的LOW-E膜。
6.根据权利要求1或5所述的带有涂层的待强化玻璃，其特征在于，所述涂层位于所述待强化玻璃的边缘，所述涂层的宽度为20-30mm。
7.根据权利要求1所述的带有涂层的待强化玻璃，其特征在于，所述LOW-E膜的厚度为100-200nm。
8.根据权利要求1所述的带有涂层的待强化玻璃，其特征在于，所述待强化玻璃为高铝玻璃或钠钙玻璃。
9.根据权利要求1所述的带有涂层的待强化玻璃，其特征在于，所述待强化玻璃的一侧表面的局部设有所述涂层，或者，所述待强化玻璃的两侧表面的局部均设有所述涂层。
10.一种待强化玻璃组，其特征在于，该待强化玻璃组包括两片待强化玻璃，并且，至少一片待强化玻璃为权利要求1-9任一项所述的带有涂层的待强化玻璃。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202222203998.8U CN218710005U (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 一种带有涂层的待强化玻璃及待强化玻璃组 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2022
- 2022-08-22 CN CN202222203998.8U patent/CN218710005U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| WO2024041455A1 (zh) * | 2022-08-22 | 2024-02-29 | 福耀高性能玻璃科技(福建)有限公司 | 一种带有涂层的待强化玻璃、待强化玻璃组与激光焊接复合玻璃板 |
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