KR20180035862A - 열적 강화 건축용 유리 및 관련 시스템 및 방법 - Google Patents

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layer
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피터 조세프 레지
리차드 오르 마슈메이어
존 크리스토퍼 토마스
케빈 리 와손
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품뿐만 아니라, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품을 제조하기 위한 공정 및 시스템이 제공된다. 상기 공정은 시트의 표면 압축 및 중심 장력을 고정하기에 충분히 긴 기간 동안 비-접촉 열 전도에 의해 건축용 유리 시트를 냉각시키는 단계를 포함한다. 상기 공정은 단일 또는 다중-페인 창에서 하나 이상의 페인에 통합될 수 있는 열적 강화 건축용 유리 시트를 결과한다.

Description

열적 강화 건축용 유리 및 관련 시스템 및 방법
본 출원은, 35 U.S.C.§ 119 하에, 2015년 10월 2일에 출원된 미국 가 특허출원 제62/236,296호, 2016년 1월 29일에 출원된 미국 가 특허출원 제62/288,851호, 2016년 1월 29일에 출원된 미국 가 특허출원 제62/288,669호, 그리고 35 U.S.C.§ 120 하에, 2015년 7월 30일에 출원된 미국 특허출원 제14/814,232호, 2015년 7월 30일에 출원된 미국 특허출원 제14/814,274호, 2015년 7월 30일에 출원된 미국 특허출원 제14/814,293호, 2015년 7월 30일에 출원된 미국 특허출원 제14/814,303호, 2015년 7월 30일에 출원된 미국 특허출원 제14/814,363호, 2015년 7월 30일에 출원된 미국 특허출원 제14/814,319호, 2015년 7월 30일에 출원된 미국 특허출원 제14/814,335호의 우선권 주장 출원이고, 이들의 전체적인 내용은 여기에 혼입된다.
본 개시는 일반적으로 열적 제어 건축용 유리 (thermally conditioned architectural glass)에 관한 것으로, 구체적으로 열적 강화 건축용 유리에, 그리고 건축용 유리의, 특히 얇은 건축용 유리 시트에 대한 열적 강화를 위한 관련 방법 및 시스템에 관한 것이다.
건축용 유리 시트의 열적 (또는 "물리적") 강화에서, 건축용 유리 시트는 유리의 유리 전이 온도 이상의 상승된 온도로 가열되며, 그 후에, 시트의 내부 영역은 더 느린 속도로 냉각되면서 시트의 표면이 빠르게 냉각 ("퀀칭 (quenching)")된다. 내부 영역은 건축용 유리의 두께 및 상당히 낮은 열 전도도로 인해 단열되기 때문에 더 느리게 냉각된다. 차등 냉각은 건축용 유리의 중심 영역의 잔류 인장 응력과의 균형을 이루는, 건축용 유리 표면 영역의 잔류 압축 응력을 생성한다.
유리의 열적 강화는, 표면 압축 응력이 이온 확산과 같은 공정에 의해 표면 근처 영역에서 유리의 화학적 조성의 변화에 의해 발생되는, 유리의 화학적 강화와 구별된다. 몇몇 이온 확산 기반 공정에서, 유리의 외부 부분은 표면에 또는 그 근처에 압축 응력 (또한 음의 인장 응력이라 함)을 부여하기 위해 더 큰 이온을 유리 표면 근처의 더 작은 이온에 대해 교환시켜 강화될 수 있다. 압축 응력은 균열 개시 및/또는 전파를 제한하는 것으로 믿어진다.
유리의 열적 강화는 또한 유리의 외부 부분이 두 타입의 유리를 조합하여 강화되거나 배열되는, 공정에 의해 강화된 유리와도 구별된다. 이러한 공정에서, 다른 열팽창계수를 가진 유리 조성물의 층은 고온 상태에서 함께 결합 또는 적층된다. 예를 들어, 더 낮은 열팽창계수 (CTE)를 가진 용융된 유리의 층들 사이에 더 높은 열팽창계수 (CTE)를 가진 용융된 유리를 샌드위칭시켜, 유리가 냉각될 때 내부 유리 내에 양의 장력은 외부 층을 압축하여, 양의 인장 응력에 균형을 이루기 위해 표면상에 압축 응력을 다시 형성한다. 이러한 표면 압축 응력은 강화를 제공한다.
열적 강화 건축용 유리는 강화되지 않은 건축용 유리에 비해 이점을 가진다. 강화된 건축용 유리의 표면 압축은 강화되지 않은 건축용 유리보다 파단 (fracture)에 대해 더 큰 저항성을 제공한다. 강도의 증가는 일반적으로 표면 압축 응력의 양에 비례한다. 시트가 그의 두께에 비해, 충분한 수준의 열적 강화를 보유하는 경우, 그 후에 상기 시트가 파괴되는 경우, 그는 일반적으로 날카로운 에지를 가진 크거나 기다란 파편보다는 작은 파편으로 쪼개질 것이다. 충분히 작은 파편으로 파괴되는 유리, 또는 다양한 제정 표준 (established standards)에 의해 정의된 바와 같은, "다이스 (dices)"는, 안전 유리, 또는 "완전히 템퍼링된" 유리, 또는 때론 간단히 "템퍼링된" 유리로 알려져 있을 수 있다.
강화의 정도는 퀀칭 동안에 유리 시트의 표면과 중심 사이에 온도 차이에 의존하기 때문에, 더 얇은 유리는 주어진 응력을 달성하기 위해서 더 큰 냉각 속도를 요구한다. 또한, 더 얇은 유리는, 파괴시 작은 입자로 다이싱을 달성하기 위해, 일반적으로 더 높은 값의 표면 압축 응력과 중심 인장 응력을 요구한다. 따라서, 3 mm 이하 정도의 두께를 갖는 유리에서 바람직한 수준의 템퍼링을 달성하는 것은, 불가능하지 않더라도, 대단히 어려웠다.
본 개시의 관점은 또한 일반적으로 외부 부분을 강화시키는 응력 프로파일을 가진 건축용 유리 또는 유리-세라믹에 관한 것이다. 건축용 유리의 시트와 같은, 건축용 유리 및 유리-세라믹 제품은 광범위의 적용에 대해 사용될 수 있다. 이러한 적용의 실시 예는 건축용 창, 단일 및 다중-페인 (pane) 창, 실내 및 옥외 창, 진공 단열 유리 창, 및 건물, 집, 호텔, 사무실, 및 기타 유사한 구조물에서의 안전 유리 창에서의 사용을 포함한다.
본 개시는, 부분적으로, 고도로 강화된 얇은 건축용 유리 시트 또는 제품, 및 과거에 달성하지 못한 두께에서 건축용 유리 시트의 대단히 높은 수준의 열 강화를 달성하는 방법, 공정, 및 시스템에 관한 것이다. 다양한 구체 예에서, 본 개시의 공정 및 방법은, 액체 또는 고체 히트 싱크 (heat sinks)와 건축용 유리를 접촉시킬 필요 없이, 종래의 대류 가스 열적 강화 공정 (convective gas thermal strengthening processes)에 의해 제공된 열 전달률 (heat transfer rates) 및 건축용 유리 두께 한도를 능가하는 것으로 믿어진다. 이러한 시스템 및 공정에서, 퀀칭 동안에, 건축용 유리는 가스와 오직 접촉된다. 개시된 시스템 및 방법은, (적어도 몇몇 고려된 구체 예에서) 적어도 0.1 mm 만큼 얇은 두께를 가진 건축용 유리 시트에서, "완전 템퍼링된" 또는 다이싱 거동까지 포함하는, 열적 강화를 가능하게 하며; 및 몇몇 구체 예에서, 퀀칭 동안에 액체 또는 고체 접촉의 부족으로부터 결과하는 낮은 거칠기 (roughness) 및 고도의 평탄도 (flatness)를 가진 얇은 건축용 유리의 강화를 제공한다. 다양한 구체 예에서, 이들 유리한 건축용 유리 시트 물질 특성은, 종래의 대류 유리 템퍼링 시스템과 비교하여, 실질적으로 더 낮은 퀀칭 파워 요건 (quenching power requirements)을 갖는 시스템 및 방법에 의해 제공된다.
본 개시의 하나의 구체 예는, 건축용 유리 물질을 열적으로 강화하는 공정에 관한 것이다. 상기 공정은 건축용 유리 물질로 형성된 제품을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 공정은 건축용 유리 물질의 유리 전이 온도 이상에서 제품을 가열하는 단계를 포함한다. 상기 공정은 가열된 제품을 냉각 스테이션 (cooling station)으로 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 냉각 스테이션은, 가열된 제품을 향하는 히트 싱크 표면을 가진 히트 싱크 및 상기 히트 싱크 표면이 가열된 제품과 접촉하지 않도록 가열된 제품으로부터 히트 싱크 표면을 분리시키는 가스 갭 (gas gap)을 포함한다. 상기 공정은, 표면 압축 응력 및 중심 인장 응력이 제품 내에서 생성되도록 유리 전이 온도 아래의 온도로 가열된 제품을 냉각시키는 단계를 포함한다. 상기 제품은, 가열된 제품으로부터 히트 싱크로 상기 갭을 가로지르는 전도 (conduction)에 의해 열 에너지를 전달시켜 냉각되어, 가열된 제품을 떠나는 열 에너지의 20 % 이상은 갭을 가로지르고 상기 히트 싱크에 의해 수용된다.
본 개시의 다른 구체 예는, 건축용 유리 시트를 열적으로 강화하는 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 유리 시트로 열을 전달하는 가열 소자 (heating element)를 포함하는 가열 스테이션을 포함하며, 상기 유리 시트는 제1 주 표면, 제2 주 표면, 및 제1 및 제2 주 표면들 사이에 두께를 포함한다. 상기 시스템은, 대립하는 제1 및 제2 히트 싱크 표면을 포함하고, 이들 사이에 채널을 형성하여, 냉각 동안에 유리 시트가 상기 채널 내에 위치되는, 냉각 스테이션을 포함한다. 상기 시스템은, 채널에 가압된 가스를 전달하는 가스 베어링을 포함하여, 유리 시트가 제1 및 제2 히트 싱크 표면을 접촉하지 않고 채널 내에서 지지되며, 가스 베어링은 갭 영역을 한정한다. 상기 가스 베어링은, 가스를 채널로 전달하여, 채널 내로 가스의 총 질량 유량율 (mass flow rate)이 0을 초과하고 갭 영역의 제곱미터 당 2k/gCp 이하이며, 여기서 k는 열 전도 방향에서 평가된 채널 내에 가스의 열 전도도이고, g는 유리 시트와 히트 싱크 표면 사이에 거리이며, Cp는 채널 내의 가스의 비열용량 (specific heat capacity)이다.
본 개시의 또 다른 구체 예는 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품에 관한 것이다. 상기 제품은 제1 주 표면, 상기 제1 주 표면에 대립하는 제2 주 표면, 및 상기 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 위치한 내부 영역을 포함한다. 상기 제품은 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 4 mm 미만의 평균 두께를 포함한다. 제품은 적어도 70 wt.% 이산화규소를 포함한다. 제1 주 표면 및 제2 주 표면 둘 다의 적어도 일부의 이온 함량 및 화학적 구성 성분은 상기 내부 영역의 적어도 일부의 이온 함량 및 화학적 구성 성분과 동일하다. 제1 주 표면 및 제2 주 표면은, 압축 응력 하에 있고 내부 영역은 인장 응력 하에 있으며, 압축 응력은 150 MPa보다 크다. 제1 주 표면의 표면 거칠기는 0.2 내지 1.5 nm Ra 거칠기이다.
본 개시의 또 다른 구체 예는 건축용 창에서 건축용 유리 또는 유리-세라믹 층에 관한 것이다. 구체 예에서, 창은 제1 유리-계 층 및 제2 유리-계 층을 포함한다. 구체 예에서, 제1 유리-계 층은 제1 및 제2 주 표면, 제1 유리 물질로 형성된 제1 몸체, 및 제1 외부 에지를 포함한다. 구체 예에서, 제2 유리-계 층은 제1 및 제2 주 표면, 제2 유리 물질로 형성된 제2 몸체 및 제2 외부 에지를 포함한다. 제2 유리-계 층은 제1 거리 만큼 제1 유리-계 층과 이격되어, 실질적으로 평행하게 배치된다. 구체 예에서, 제2 유리-계 층은 제2 유리-계 층의 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 위치된 내부 영역을 포함한다. 구체 예에서, 제2 유리-계 층은, 내부 영역의 적어도 일부의 이온 함량 및 화학적 구성 성분과 동일한 제1 주 표면 및 제2 주 표면 둘 다의 적어도 일 부분의 이온 함량 및 화학적 구성 성분을 포함한다. 구체 예에서, 제1 및 제2 주 표면은 압축 응력 하에 있고, 상기 내부 영역은 인장 응력 하에 있으며, 그리고 상기 압축 응력은 150 MPa보다 크다. 구체 예에서, 제2 유리-계 층의 제1 주 표면의 표면 거칠기는 0.2 내지 2.0 nm Ra의 거칠기이다.
본 개시의 또 다른 구체 예는 구조물용 창에서 건축용 유리 또는 유리-세라믹 층에 관한 것이다. 구체 예에서, 창은 제1 유리-계 층 및 제2 유리-계 층을 포함한다. 구체 예에서, 제1 유리-계 층은 제1 및 제2 주 표면, 제1 유리 물질로 형성된 제1 몸체, 및 제1 외부 에지를 포함한다. 구체 예에서, 제2 유리-계 층은 제1 및 제2 주 표면, 제2 유리 물질로 형성된 제2 몸체, 및 제2 외부 에지를 포함한다. 제2 유리-계 층의 제1 및 제2 주 표면은 두께 (t)에 의해 분리된다. 제2 유리-계 층은 제1 거리 만큼 제1 유리-계 층과 이격되어, 실질적으로 평행하게 배치된다. 구체 예에서, 제1 주 표면은 제2 유리-계 층의 제1 주 표면의 50 mm 이하의 프로파일 따라 100 ㎛의 총 인디케이터 런-아웃 (total indicator run-out, TIR)에 대해 평평하게 된다. 구체 예에서, 제2 유리-계 층은 α S CTE 의 1/℃로 표현되는 저온 선형 CTE, α L CTE 의 1/℃로 표현되는 고온 선형 CTE, E의 GPa로 표현되는 탄성 모듈러스 (elastic modulus), T strain 의 ℃ 단위로 표현되는 변형 (strain) 온도, 및 T soft 의 ℃ 단위로 표현되는 연화 온도를 가진 유리 물질을 포함한다. 추가 구체 예에서, 제2 유리-계 층의 제1 주 표면은 600 MPa보다 작고 단위가 MPa인 다음 것보다 큰 열적 유도 표면 압축 응력을 가지고
Figure pct00001
여기서 P 1 은 다음과 같이 주어지고
Figure pct00002
P 2 는 다음과 같이 주어지며
Figure pct00003
그리고 h는 0.020 cal/s·㎠·℃ 이상이다.
본 개시의 여전히 또 다른 구체 예는 건축용 창의 건축용 유리 또는 유리-세라믹 층에 관한 것이다. 구체 예에서, 창은 제1 유리 페인 및 제2 유리 페인을 포함한다. 구체 예에서, 제1 유리 페인은 제1 및 제2 주 표면, 제1 유리 물질로 형성된 제1 몸체, 및 제1 외부 에지를 포함한다. 구체 예에서, 제2 유리 페인은 제1 및 제2 주 표면, 제2 유리 물질로 형성된 제2 몸체, 및 제2 외부 에지를 포함한다. 제2 유리 페인은 제1 거리 만큼 제1 유리 페인과 이격되어, 실질적으로 평행하게 배치된다. 구체 예에서, 제1 주 표면은 제2 유리 페인의 제1 주 표면의 50 mm 이하의 프로파일을 따라 100 ㎛의 총 인디케이터 런-아웃 (TIR)에 대해 평평하게 된다. 구체 예에서, 제2 유리 페인은 T soft 의 ℃의 단위로 표현된 연화 온도 및 T anneal 의 ℃의 단위로 표현된 어닐링 온도, 및 ℃의 단위로 표현될 시에 Tfs로 나타난 제2 유리 페인의 제1 주 표면 상에 측정된 표면 가상 (fictive) 온도를 가진 유리를 포함한다. 구체 예에서, 제2 유리 페인은 (Tfs - T anneal )/(T soft - T anneal )으로 주어진 무-차원 (non-dimensional) 표면 가상 온도 파라미터 θs을 가진다. 구체 예에서, 파라미터 θs는 0.20 내지 0.9의 범위에 있다.
부가적인 특색 및 이점은 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로 하기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 명백하거나, 또는 하기 상세한 설명, 청구항뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 구체 예를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.
전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 단순히 대표적인 것이고, 청구항의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다.
수반되는 도면은 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 혼입되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구체 예들을 예시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 구체 예의 원리 및 작동을 설명하기 위해 제공된다.
도 1 (종래 기술)은, 유리 두께의 함수에 따른 "완전 템퍼링"을 위해 요구된 블로어 파워 (blower power)의 그래프이다.
도 2 (종래 기술)는, 이전 공정 또는 기계 (O) 및 새로운 공정 또는 기계 (N)에 대한 유리 두께의 함수에 따른 "완전 템퍼링"을 위해 요구된 블로어 파워의 그래프이다.
도 3 (종래 기술)은, 도 1의 그래프 상에 일치되도록 크기 조정되고 중첩된 도 2의 이전 곡선 (O) 및 새로운 곡선 (N)의 그래프이다.
도 4는 대표적인 구체 예에 따른 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 또는 시트의 사시도이다.
도 5는 대표적인 구체 예에 따른 도 4의 열적으로 강화된 유리 시트의 개략적인 부분 단면이다.
도 6은 대표적인 구체 예에 따른 유리 또는 유리-세라믹 제품에 대해 추정된 인장 응력 대 두께를 나타내는 그래프이다.
도 7은 대표적인 구체 예에 따른 파단된 유리 또는 유리-세라믹 제품의 일부를 나타낸다.
도 8은 실험으로부터 양의 인장 응력의 함수에 따른 제곱센티미터 당 파편 (fragmentation)의 플롯이다.
도 9는 실험으로부터 초기 고온 존 온도의 함수에 따른 표면에서 음의 인장 응력의 크기의 플롯이며, 다이싱 (dicing)을 달성하기 위한 임계값 (threshold)을 나타낸다.
도 10은, 본 발명의 방법 및 시스템의 하나 이상의 구체 예에 의해 얻어진 가상 온도에 대한 무-차원 표면 가상 온도 파라미터 θs의 플롯이다.
도 11은, 나타낸 다양한 조성물에 대해 제안된 템퍼링 가능성 파라미터 (temperability parameter) Ψ에 대해 플롯된, 다른 유리 조성에 대해 시뮬레이션에 의해 계산된 표면 압축 응력의 플롯이다.
도 12 및 13은, 열 전달 계수 (h)의 함수에 따른 두 파라미터 P1 및 P2의 그래프이다.
도 14는, 밀리미터로 시트의 두께 (t)의 함수에 따른 유리 시트의 MPa 단위의 표면 압축의 그래프로서, 본 개시의 시스템 및 방법의 하나 이상의 구체 예로 새롭게 시작된 성능의 영역들을 나타낸다.
도 15는 본 개시의 템퍼링된 유리 시트의 선택된 대표적인 구체 예에 대해 플롯된 두께의 함수에 따른 압축 응력을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 개시에 따른 방법의 몇몇 관점들을 예시하는 흐름도이다.
도 17은, 본 발명에 따른 또 다른 방법의 몇몇 관점들을 예시하는 흐름도이다.
도 18은, 종래 기술과 대조적으로, 본 개시의 방법 및 시스템이 작동을 가능하게 하는, 영역을 나타내기 위해 영역 R 및 그 위에 표시된 지점 A, B, A', 및 B'를 갖는, 도 3의 그래프이다.
도 19는, 도 2의 축소된 크기 카피 (size copy)에 인접하게 나타내지만 (및 그 스케일에 대해 위치되지만), 도 18의 영역 R 및 지점 A, B, A', 및 B'의 또 다른 표현이다.
도 20 (종래 기술)은, 유리 두께의 함수에 따른 템퍼링을 위해 필요한 열 전달 계수의 그래프이다.
도 21은, 대표적인 구체 예에 따라, 대류보다 전도에 의해 냉각되는 유리 시트의 개략적인 단면도이다.
도 22는 대표적인 구체 예에 따른 전도 강화 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 23은 대표적인 구체 예에 따른 도 22의 것과 유사한 시스템의 또 다른 구체 예의 절단 사시도이다.
도 24는 대표적인 구체 예에 따른 도 23의 삽입 피처 (inset feature)의 선택적인 구체 예의 절단 사시도이다.
도 25는, 대표적인 구체 예에 따른 도 23의 삽입 피처의 또 다른 선택적인 구체 예의 절단 사시도이다.
도 26은 대표적인 구체 예에 따른 도 다른 방법의 몇몇 관점을 예시하는 흐름도이다.
도 27은 대표적인 구체 예에 따른 건축용 유리창을 가진 빌딩의 사시도이다.
도 28은 대표적인 구체 예에 따른 조리대 상에 디스플레이의 사시도이다.
도 29는 대표적인 구체 예에 따른 유리 또는 유리-세라믹 제품을 포함하는 디바이스 (device)의 분해 사시도이다.
도 30은 대표적인 구체 예에 따른 유리 또는 유리-세라믹 제품 또는 시트의 사시도이다.
도 31은 일 구체 예에 따른 구조물의 외부로부터 보일 시에 건축용 창이다.
도 32-33은 대표적인 구체 예에 따른 도 31의 라인 1-1을 따라 보이는 2 중-페인 창의 주변 에지의 단면도이다.
도 34는 대표적인 구체 예에 따른 도 31의 라인 1-1을 따라 보이는 3 중-페인 창의 주변 에지의 단면도이다.
도 35는 대표적인 구체 예에 따른 실시 예의 진공 단열 유리 (VIG) 창의 전면도이다.
도 36은 대표적인 구체 예에 따른 도 35의 라인 1-1을 따라 보이는 2 중-페인 VIG 창의 주변 에지의 단면도이다.
도 37은 실시 예의 유리-범프 스페이서의 확대 단면도이다.
도 38은 양쪽 표면에 형성된 유리-범프 스페이서를 갖는 중간 유리-계 층을 가진, 도 35의 라인 1-1을 따라 보이는 3 중-페인 VIG 창의 주변 에지의 단면도이다.
도 39는 중간 유리-계 층보다는 오히려, 후면 유리-계 층에 형성된 제2 세트의 유리-범프 스페이서를 가진, 도 35의 라인 1-1을 따라 보이는 실시 예의 3 중-페인 VIG 창의 주변 에지의 단면도이다.
도 40은 중간 유리-계 층보다는 오히려, 전면 및 후면 유리-계 층에 형성된 제1 및 제2 세트의 유리-범프 스페이서를 가진, 도 35의 라인 1-1을 따라 보이는 실시 예의 3 중-페인 VIG 창의 주변 에지의 단면도이다.
본 발명자들은 건축용 유리를 열적으로 강화하는 방법 및 시스템 모두 및 그 결과로 생긴 열적 강화 건축용 유리 시트 그 자체에서, 건축용 유리의 열적 가공에서 개선에 대한 필요성을 인지하였다. 예를 들어, 더 얇지만, 강한 광학-품질의 건축용 유리 시트 물질 (예를 들어, 건축용 유리 페인) 및 이러한 건축용 유리 시트를 포함하는 생산품은, 건물, 집, 사무실, 및 유사한 구조물 내부 및 외부 모두의 단일 및 다중-페인 창, 건축용 창, 진공 단열 유리 (VIG) 창 등에 층 또는 페인으로서 포함된 많은 적용에 유용하다. 인식되는 바와 같이, 유리는 압축에 매우 강하지만 표면의 인장에 대해서는 상대적으로 약하다. 노출된 표면이 없는 중심에서 인장에 의해 균형을 이루는, 시트의 표면에서 압축을 제공하여, 건축용 유리 시트의 유용한 강도는 극적으로 증가된다. 그러나, 건축용 유리의 전통적인 열적 강화는, 선택적인 강화 방법 (예를 들어, 화학적 강화, 적층-기반 강화)에 비해 일반적으로 더 싸고 빠르지만, 건축용 유리의 전통적인 열적 강화는, 얇은 건축용 유리 (예를 들어, 2-3 mm 이하의 건축용 유리 시트)를 강화하는데 효과적이지 않은 것으로 알려져 있다. 전통적인 열적 유리 강화 방법은, 강화의 수준이 퀀칭 동안에 유리 시트의 표면과 중심 사이에 생성된 온도 차이에 의존하기 때문에, 더 두꺼운 유리 시트로 제한되는 것으로 통상적으로 생각되었으며; 및 전통적인 강화 방법의 열 전도 속도의 제한으로 인해, 얇은 유리 시트 전체적으로 통상적으로 일어나는 상대적으로 균일한 냉각으로 인한 얇은 건축용 유리 시트의 표면과 중심 사이에 충분한 온도 차이를 달성하는 것이 어렵다.
한편, 이온 교환을 통해 얇은 건축용 유리의 강화는, 장시간 동안 건축용 유리의 화학적 입욕 (chemical bathing)이 필요한 것과 같은, 시간-소비적이고 번거로운 것일 수 있다. 다른 타입의 건축용 유리를 서로 직접 적층하는 것은, 이중-아이소파이프 퓨전 인발 (dual-isopipe fusiondraw)을 포함하는 것과 같은, 복잡한 제조 공정을 요구할 수 있다.
따라서, 종래의 공정보다 덜 자원-집약적이고 그리고/또는 덜 번거로운 공정에 의해 제조된, 창, 카운트톱 (countertops), 디바이스 등과 같은, 다양한 용도를 위해 건축용 유리의 강화를 결과하는 응력 프로파일을 가진 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품에 대한 필요성이 존재한다. 구체적으로, 여기에서 논의된 공정 및 시스템은, 건축용 유리의 외부 부분을 강화시키는 응력 프로파일을 가진 건축용 유리 제품을 형성하며, 이는 궁극적으로 균열 및 손상을 경감시키면서 동시에 다양한 다른 바람직한 건축용 유리 품질 (예를 들어, 기하학적 구조, 표면 품질, 가시광의 투과율, 유연성, 등)을 가능하도록 역할을 하여, 다양한 건축용 유리 적용에 사용을 용이하게 한다.
본 설명은, 고도로 강화된 건축용 유리 물질, 및 특히 고도로 강화된 얇은 건축용 유리 시트를 제조하기 위해 열적 강화를 활용하는 개선된 방법 및 시스템을 제공한다. 상기 방법 및 시스템은, 종래의 건축용 유리 강화 공정의 다양한 한계를 해결하여, 약 3 mm 미만, 2 mm 미만, 1.5 mm 미만, 1.0 mm 미만, 0.5 mm 미만, 약 0.25 mm 미만, 및 약 0.1 mm 미만의 두께를 갖는 건축용 유리 시트에서 높은 수준의 강화를 가능하게 한다. 특히, 본 발명자들은, 매우 얇은 건축용 유리 시트에서도 강화 또는 템퍼링을 제공하기 위해 건축용 유리 시트의 표면과 중심 사이에 충분히 큰 온도 차이를 형성하는 매우 높은 속도의 열 전도를 제공하는 시스템 및 방법을 개발했다.
종래의 열적 템퍼링 기술 및 한계에 대한 개요
유리를 열적으로 강화하기 위한 종래의 산업 공정은, 복사 에너지 가열로 (radiant energy furnace)또는 대류 가열로 (또는 두 기술 모두를 사용하는 "조합 모드" 가열로)에서 미리 결정된 온도로 유리 시트를 가열하는 단계 다음, 유리 표면을 따라 또는 향하여 다량의 주변 공기를 불어 넣는, 통상적인 대류를 통해 가스 냉각 ("퀀칭")시키는 단계를 포함한다. 이 가스 냉각 공정은, 주로 대류적이고, 이에 의해, 가스가 고온 유리 시트로부터 열을 운반함에 따라, 확산 및 이류를 통해, 유체의 질량 운동 (집단 이동)에 의한 열 전달이 이루어진다.
종래의 템퍼링 공정에서, 특정 요인 (factors)은 유리 시트, 특히 얇은 유리 시트에서 가능한 것으로 통상 고려되는 강화의 양을 제한할 수 있다. 완성된 시트 상에 압축 응력의 양이, 퀀칭 동안에 달성된, 시트의 표면과 중심 사이의 온도 차이의 크기와 직접적으로 관련되기 때문에, 부분적으로 제한은 존재한다. 그러나, 퀀칭 동안 온도 차이가 클수록, 퀀칭 동안 유리가 파괴될 가능성은 높다. 주어진 냉각 속도에 대하여, 파괴는, 더 높은 초기 유리 온도에서 퀀칭을 시작하여, 줄어들 수 있다. 또한, 더 높은 출발온도는 통상적으로 템퍼링된 유리 시트가 높은 냉각 속도에 의해 제공된 충분한 강화 잠재력을 달성하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 퀀칭 시작시 시트의 온도를 높이는 것도 또한 자체의 잠재적 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 높은 초기 유리 온도는, 시트가 더 연화되면서, 과도한 시트의 변형을 초래하여, 다시 사실상 달성 가능한 온도 차이를 제한할 수 있다.
종래의 템퍼링 공정에서, 시트 두께는 또한 퀀칭 동안에 달성 가능한 온도 차이에 상당한 제한을 가한다. 시트가 더 얇을수록, 퀀칭 동안에 주어진 냉각 속도에 대해 표면과 중심 사이에 온도 차이가 더 낮아진다. 이는 표면으로부터 중심을 열적으로 절연하는데 유리 두께가 얇기 때문이다. 따라서, 얇은 유리의 열적 강화는 통상적으로 (더 두꺼운 유리의 열적 강화와 비교하여) 더 높은 냉각 속도를 요구하며, 따라서, 유리의 외부 표면으로부터 더 빠른 열의 제거는, 유리 시트의 내부와 외부 부분들 사이에서 차등 온도의 강화 수준을 발생하기 위해 상당한 에너지 소모를 통상적으로 요구한다.
예로써, 도 1은, 35년 전에 개발된 산업 표준 열적 강화 공정에 기초한, 밀리미터 단위의 유리 두께의 함수에 따른, 소다-라임 유리 ("SLG")를 "완전히 템퍼링"하기 위해 충분한 주변 공기를 불어주기 위해 사용된 에어 블로어에 의해 (유리 시트 면적의 제곱미터 당 킬로와트로) 필요한 파워를 나타낸다. 필요한 파워는, 사용된 유리가 더 얇아지면서 기하급수적으로 증가한다. 따라서, 약 3 mm 두께의 유리 시트는, 수년 동안 이용할 수 있는 가장 얇은 완전 열적 템퍼링된 상업적 유리였다.
더욱이, 시트가 얇을수록, 유리의 주어진 연성 (즉, 주어진 점도)에서 변형의 가능성은 커진다. 따라서, 두께를 감소시키는 것은 달성 가능한 온도 차이를 직접적으로 감소시키며, 시트의 변형의 위험이 증가하기 때문에, 더 높은 냉각 속도의 완전한 이점을 달성하기 위해 및 더 높은 냉각 속도에 의해 유발된 유리 파괴 (breakage)를 방지하기 위해, 더 높은 시트 온도를 사용하는 기회를 감소시키는 경향이 있다. 따라서, 종래의 대류 가스 강화 공정에서, 더 높은 냉각 속도는, 공기 흐름의 속도를 증가시키고, 유리 시트 표면에 대한 공기 노즐 개구의 거리를 감소시키며, (냉각의 시작시에) 유리의 온도를 증가시키고, 선택적으로, 냉각 공기의 온도를 감소시켜, 달성된다.
더 최근의 실시 예로서, 도 2 (종래 기술)의 성능 곡선은, 최첨단 유리 열적 강화 장비를 사용하여 공개되었다. 이 개선된 장비는, 유리를 냉각시키기 위해 전통적인 공기 분사식 대류 공정을 계속 사용하지만, 적어도 가열의 마지막 단계 동안에 유리를 지지하기 위해 공기를 활용하는 시스템으로 가열 동안에 유리를 지지하는데 사용된 롤러를 대체한다. 롤러 접촉이 없으면, 유리는 퀀칭 전에 더 높은 온도 (더 높은 연성/더 낮은 점도)로 가열될 수 있어, 전하는 바에 의하면, 2 mm 두께에서 완전 템퍼링된 유리의 생산을 가능하게 한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 2 mm 두께의 시트를 강화하는데 요구되는 보고된 블로어 파워는, 롤러를 사용하는 것 (곡선 O)과 비교하여, 유리를 지지하기 위해 공기를 사용하여 가능해진 더 높은 온도 (곡선 (N))에서 1200 kW/㎡으로부터 400 kW/㎡로 감소한다.
비록 이것이 완전히 템퍼링된 2 mm 두께의 유리를 생산할 수 있기 위한 진척을 나타낼지라도, 도 3 (종래 기술)에 나타낸 바와 같이, 도 1의 스케일에 일치하도록, 도 2의 이전 곡선 (O) 및 새로운 곡선 (N)의 스케일링은, (도 2에 나타낸) 최신의 대류 템퍼링 공정에 의해 달성된 성능에서 개선이, 비교적 작고 유리 시트의 대류 강화에서 에너지 요구의 이전의 이해하에서 단순히 점진적 변화 (incremental change)인 것을 나타낸다. 도 3에서, 도 2의 이전 곡선 (O) 및 새로운 곡선 (N)은 도 1의 그래프와 일치되도록 스케일링되고, (새로운 곡선 (N)의 더 용이한 관찰을 위해 240kW/㎡에서 상부를 잘라버린 이전 곡선 (O)로) 그 위에 중첩된다. 도 3으로부터, 곡선 (N)에 의해 나타낸 기술은 유리 두께가 3 mm에서 2 mm로 감소됨에 따라 대류 가스 퀀칭 공정의 성능 곡선을 단지 약간만을 변화시킨다는 것이 분명하다. 높은 작동 지점 (2 mm 유리에 대해 400kW/㎡의 블로어 파워)은, 이 방법에 의해 더 얇은 유리를 가공하는데 여전히 필요한 파워에서 급격한 증가를 나타낸다. 기류 (airflow)의 급격한 증가 및 이에 따른, 필요한 파워는, 공학적 실무와 경제성의 문제로서, 종래의 대류 가스 보강 방법을 사용하여 완전히 템퍼링된 유리를 생산하면서 2 mm 두께 아래로 진행하는 어려움을 제시한다. 부가적으로, 필요한 매우 높은 기류는, 또한 더 얇은 시트의 형태를 변형시킬 수 있다. 따라서, 2 mm 미만의 두께를 가진 유리의 완전한 템퍼링에 도달하기 위해 또는 열적 템퍼링을 사용하여 소다-라임 유리의 것보다 더 낮은 열팽창계수 ("CTE")를 가진 유리에서 2 mm로 완전 템퍼링에 도달하기 위해, 본 발명자들은 또 다른 템퍼링 방법/시스템이 필요하다는 것을 알게 되었다.
현재의 상업적 대류 가스 강화에 대한 선택적인 열적 강화 방법이 또한 시도되었지만, 각각은 대류 가스 강화에 비해 약간의 단점을 갖는다. 특히, 더 높은 냉각 속도를 달성하는 통상적인 선택적인 열적 강화 방법은, 일반적으로 가스 접촉만이 아닌, 유리 표면과 적어도 약간의 액체 또는 고체 접촉을 요구한다. 유리 시트와의 이러한 접촉은, 유리 표면 품질, 유리 평탄도, 및/또는 강화 공정의 균등성에 악영향을 미칠 수 있다. 이들 결함은 때때로 사람의 눈으로, 특히 반사광으로 볼 때 인지될 수 있다. 이하 좀 더 상세히 기재되는 바와 같이, 적어도 몇몇 구체 예에서, 본 개시의 전도성 열적 템퍼링 시스템은, 이러한 접촉-관련 결함을 감소시키거나 제거한다.
액체 욕조 (bath) 또는 흐르는 액체에서 침지의 형태로, 뿐만 아니라 분사의 형태로, 액체 접촉 강화는, 대류 가스 강화보다 더 높은 냉각 속도를 달성하는데 사용되었지만, 냉각 공정 동안에 시트를 가로지르는 과도한 열적 변화를 유발하는 단점을 갖는다. 침지 또는 침지-형 분무 또는 액체의 흐름에서, 액체 욕조 또는 액체 흐름 내에서 자발적으로 발생하는 대류로 인해 작은 영역에 걸쳐 큰 열 변화는 일어날 수 있다. 미세 분무 (finer spraying)에서, 별개의 분무 액적 (droplets) 및 노즐 분무 패턴의 효과는, 또한 상당한 열적 변화를 생성한다. 과도한 열적 변화는, 액체 접촉에 의한 열적 강화 동안에 유리 파괴를 유발하는 경향이 있으며, 이는 냉각 속도를 제한하여 완화될 수 있지만, 냉각 속도의 제한은 또한 달성될 수 있는 그 결과로 생긴 강도를 낮춘다. 더욱이, (액체 욕조 또는 액체 흐름 또는 액체 분사 내에서 시트를 위치 또는 보유하기 위한) 시트의 필요한 취급은 또한, 시트와 물리적 접촉으로부터 물리적인 응력 및 과도한 열적 변형을 유발하여, 또한 강화 동안에 파괴를 유발하는 경향이 있고 냉각 속도 및 그 결과로 생긴 강도를 제한한다. 마지막으로, 오일 침지 및 다양한 분무 기술에 의한 높은 냉각 속도 퀀칭과 같은, 몇몇 액체 냉각 방법은, 이러한 냉각 동안에 유리 표면을 변경시킬 수 있어, 만족스러운 마감을 생성하기 위해 나중에 시트 표면으로부터 유리 물질의 제거를 필요로 한다.
고체 접촉 열적 강화는, 냉각 고체 표면과 고온 유리의 표면과의 접촉시키는 단계를 포함한다. 액체 접촉 강화와 같이, 액체 접촉 강화에서 보인 것과 같은, 과도한 열적 변화는, 퀀칭 공정 동안에 쉽게 일어날 수 있다. 유리 시트의 표면 마감에서, 퀀칭 표면에서, 또는 시트의 두께의 일치성 (consistency)에서 임의의 불완전성은, 시트의 몇몇 구역에 걸쳐 불완전한 접촉을 결과하며, 이러한 불완전한 접촉은, 공정 동안에 유리를 파괴하는 경향이 있는 큰 열적 변화를 유발할 수 있으며 또한 시트가 견딘다면 원치않는 복굴절을 유발할 수 있다. 부가적으로, 고온 유리 시트와 고체 물체의 접촉은, 칩 (chip), 체크 (check), 균열 (crack), 스크레치 (scratch) 및 이와 유사한 것과 같은, 표면 결함의 형성을 초래할 수 있다. 유리 시트의 전체 표면에 걸쳐 우수한 물리적 접촉의 달성은 또한, 시트의 치수가 증가함에 따라, 어려움이 증가될 수 있다. 고체 표면과의 물리적 접촉은 또한, 퀀칭 동안에 시트에 기계적으로 응력을 가할 수 있어, 공정 동안에 시트를 파괴할 가능성을 높인다. 더욱이, 초기 접촉에서 과도한 높은 속도의 온도 변화는, 시트 가공 동안에 파괴를 유발할 수 있으며, 이로써, 얇은 유리 기판의 접촉 냉각은, 상업적으로 실행 가능하지 않다.
본 발명자들의 열적 강화 건축용 유리 및 관련 전도성 냉각 공정 및 방법에 대한 개요
본 개시는, 종래의 공정에서 흔한 다양한 흠 (flaws)을 발생시키지 않고, 예를 들어, 건축용 유리의 표면에 손상 없이, 복굴절을 유도하지 않고, 불균일한 강화 없이, 및/또는 용인할 수 없는 파괴, 등을 유발하지 않고, 상업적인 규모로 얇은 건축용 유리 시트를 효과적이고, 효율적이며, 균등하게 열적으로 강화시켜, 전술된 전통적인 공정을 능가한다. 이전에 얻을 수 없었던, 얇고, 열적으로 템퍼링된/강화된 건축용 유리 시트는, 여기에 개시된 하나 이상의 구현 예에 의해 생산될 수 있다. 여기에 논의된 시스템 및 공정은, 건축용 유리의 우수한 물리적 제어 및 조심스런 취급으로, 정밀한 방식으로 매우 높은 열 전달률을 제공하여 이를 달성한다. 특정 구체 예에서, 여기서 논의된 공정 및 시스템은, 본 발명자들이 냉각의 시작에서 더 높은 상대 온도로 얇은 건축용 유리 시트를 가공하는 것을 감안하여, 더 높은 열적 강화 수준을 결과하는 것을 확인한, 냉각/퀀칭 섹션에서 작은-갭 (gap)의, 가스 베어링을 활용한다. 이하 개시된 바와 같이, 이 작은-갭의, 가스 베어링 냉각/퀀칭 섹션은, 높은 기류 기반 대류 냉각을 이용하는 것보다, 상기 갭을 가로지르는 히트 싱크(들)로 전도성 열 전달을 통해 매우 높은 열 전달률을 달성한다. 이 고속의 전도성 열 전달은 갭 내에서 가스 베어링 상에 건축용 유리를 지지하여, 액체 또는 고체 물질과 건축용 유리를 접촉하지 않으면서 달성된다. 이하 개시된 바와 같이, 본 발명자들은 또한, 적어도 몇몇 구체 예에서, 여기서 논의된 공정 및 시스템이 열적 강화 건축용 유리, 구체적으로 하나 이상의 독특한 특성을 가진, 열적으로 강화된 얇은 건축용 유리를 형성한다는 것을 확인했다.
본 개시에 따른 방법 및/또는 시스템에 의해 처리된 건축용 유리 시트의 몇몇 구체 예는, 이전에 공지된 것보다 더 높은 수준의 영구적인 열적으로 유도된 응력을 갖는다. 이론에 의해 구속되는 것을 원하지는 않지만, 열적으로 유도된 응력의 달성된 수준은, 여러 원인으로 얻을 수 있다고 믿어진다. 여기에서 상세한 공정에서의 열 전달의 높은 균일성은, 건축용 유리에서 물리적 및 원치않는 열적 응력을 감소 또는 제거하여, 건축용 유리 시트가 파괴 없이 더 높은 열 전달률에서 템퍼링되는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 상기 방법은, 냉각 공정에서 온도의 훨씬 더 큰 변화를 제공하는, 원하는 건축용 유리 평탄도 및 형태를 여전히 보존하면서, 더 낮은 건축용 유리 시트 점도 (퀀칭의 시작 시 더 높은 초기 온도)에서 수행될 수 있으며, 이를 통해 달성된 열 강화 수준을 증가시킨다.
열적 템퍼링 건축용 유리 시트
전술한 바와 같이, 본 발명자들은 열적 강화 건축용 유리 시트, 특히 얇은 건축용 유리 시트를 형성하기 위한 시스템 및 공정을 개발했으며, 본 섹션에서 논의된 바와 같이, 여기서 논의된 바와 같이 형성된 열적 강화된, 얇은 건축용 유리 시트는, 종래의 열적 또는 다른 템퍼링 방법을 통해 이전에 달성할 수 없었던, 하나 이상의 독특한 특성 및/또는 특성들의 조합을 가진다.
열적 템퍼링 건축용 유리 시트 구조물 및 치수
도 4 및 도 5를 참조하면, 높은 표면 압축 응력 및/또는 높은 중심 장력을 가진 열적 강화 건축용 유리 시트는 대표적인 구체 예에 따라 나타낸다. 도 4는 열적 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 또는 시트 (500)의 사시도를 나타내며, 도 5는 하나 이상의 구체 예에 따른 열적 강화 건축용 유리 시트 (500)의 개략적인 부분 단면도이다. 시트 (500)는 또한 여기에서 페인으로서, 또는 유리-계 층으로서 지칭될 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (500) (예를 들어, 시트, 빔, 플레이트)은, 제1 주 표면 (510), 제2 주 표면 (520) (여기에 개시된 바와 같이 반투명일 수 있는, 시트 (500)의 후면으로의 점선), 및 이들 사이에서 연장된 몸체 (522)를 포함한다. 제2 주 표면 (520)은, 제1 주 표면 (510)으로부터 몸체 (522)의 대립 면 상에 있어, 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 두께 (t)가 제1 및 제2 주 표면 (510, 520) 사이에 거리로서 정의되며, 여기서 두께 (t)는 또한 깊이의 치수이다. 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 폭 (w)은, 두께 (t)의 수직인 제1 또는 제2 주 표면 (510, 520) 중 하나의 제1 치수로서 정의된다. 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 길이 (l)는, 두께 (t) 및 폭 (w) 모두에 수직인 제1 또는 제2 주 표면 (510, 520) 중 하나의 제2 치수로서 정의된다.
대표적인 구체 예에서, 건축용 유리 시트 (500)의 두께 (t)는, 건축용 유리 시트 (500)의 길이 (l) 미만이다. 다른 대표적인 구체 예에서, 건축용 유리 시트 (500)의 두께 (t)는 건축용 유리 시트 (500)의 폭 (w) 미만이다. 또 다른 대표적인 구체 예에서, 건축용 유리 시트 (500)의 두께 (t)는 건축용 유리 시트 (500)의 길이 (l) 및 폭 (w) 모두 미만이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 건축용 유리 시트 (500)는, 시트의 중심 부분에서 영구적인 열적으로 유도된 중심 인장 응력의 영역 (550) (즉, 장력)에 의해 균형을 이루는, 제1 및 제2 주 표면 (510, 520)에 그리고/또는 그 근처에 영구적인 열적으로 유도된 압축 응력의 영역들 (530, 540)을 더욱 가진다.
상기 방법 및 시스템은 광범위한 두께 범위를 가진 강화된 건축용 유리 시트를 형성하는데 사용될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 건축용 유리 시트 (500)의 두께 (t)는, 말단 값에 부가하여, 0.2 mm, 0.28 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.55 mm, 0.7 mm, 1 mm, 1.1 mm, 1.5 mm, 1.8 mm, 2 mm 및 3.2 mm를 포함하는, 0.1 mm 내지 5.7 또는 6.0 mm의 범위이다. 고려된 구체 예는, 0.1 내지 20 mm, 0.1 내지 16 mm, 0.1 내지 12 mm, 0.1 내지 8 mm, 0.1 내지 6 mm, 0.1 내지 4 mm, 0.1 내지 3 mm, 0.1 내지 2 mm, 0.1 내지 2 mm 미만, 0.1 내지 1.5 mm, 0.1 내지 1 mm, 0.1 내지 0.7 mm, 0.1 내지 0.5 mm 및 0.1 내지 0.3 mm의 범위에서 두께 (t)를 가진 열적 강화 건축용 유리 시트 (500)를 포함한다.
몇몇 구체 예에서, 3 mm 이하 두께의 건축용 유리 시트가 사용된다. 몇몇 구체 예에서, 건축용 유리 두께는, 약 (예를 들어, ±1%) 8 mm 이하, 약 6 mm 이하, 약 3 mm 이하, 약 2.5 mm 이하, 약 2 mm 이하, 약 1.8 mm 이하, 약 1.6 mm 이하, 약 1.4 mm 이하, 약 1.2 mm 이하, 약 1 mm 이하, 약 0.8 mm 이하, 약 0.7 mm 이하, 약 0.6 mm 이하, 약 0.5 mm 이하, 약 0.4 mm 이하, 약 0.3 mm 이하, 또는 약 0.28 mm 이하이다.
몇몇 구체 예에서, 열적 강화 건축용 유리 시트는, 높은 종횡비 (aspect ratios)를 갖는다 - 즉, 두께에 대한 길이 및 폭의 비는 크다. 여기서 논의된 열적 템퍼링 공정이 높은 압력 또는 큰 체적의 공기를 의존하지 않기 때문에, 표면 거칠기 및 평탄도와 같은, 다양한 건축용 유리 시트 특성은, 여기서 논의된 가스 베어링 및 높은 열 전달률 시스템을 이용하여 템퍼링된 후에 유지될 수 있다. 유사하게, 여기서 논의된 열적 템퍼링 공정은, 높은 종횡비의 건축용 유리 시트 (즉, 두께에 대해 높은 비의 길이, 또는 두께에 대한 높은 비의 폭, 또는 둘 모두를 가진 건축용 유리 시트)가 원하는 또는 필요한 형태를 유지하면서 열적으로 강화되는 것을 가능하게 한다. 구체적으로, 대략 적어도 10:1, 적어도 20:1, 및 1000:1까지 및 이상의 두께에 대한 길이 및/또는 두께에 대한 폭의 비 ("종횡비")을 가진 시트는, 강화될 수 있다. 고려된 구체 예에서, 적어도 200:1, 적어도 500:1, 적어도 1000:1, 적어도 2000:1, 적어도 4000:1의 종횡비를 갖는 시트는 강화될 수 있다.
대표적인 구체 예에 따르면, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 길이 (l)는, 폭 (w)의 두 배 이상, 폭 (w)의 다섯 배 이상, 및/또는 폭 (w)에 50배 이하와 같은, 폭 (w) 이상이다. 몇몇 이러한 구체 예에서, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 폭 (w)은, 두께 (t)의 2배 이상, 두께 (t)의 5배 이상, 및/또는 두께 (t)의 50배 이하와 같은, 두께 (t) 이상이다.
몇몇 구체 예에서, 이하 논의된 도 27-30에 대하여 개시된 적용들에 대해서 같이, 예를 들어, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 길이 (l)는, 적어도 3 cm, 적어도 5 cm, 적어도 7.5 cm, 적어도 20 cm, 적어도 50 cm와 같은, 적어도 1 cm이고, 그리고/또는 10 m 이하, 7.5 m 이하, 5 m 이하와 같은, 50 m 이하이다. 몇몇 이러한 구체 예에서, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 폭 (w)은, 적어도 3 cm, 적어도 5 cm, 적어도 7.5 cm, 적어도 20 cm, 적어도 50 cm와 같은, 적어도 1 cm이고, 그리고/또는 10 m 이하, 7.5 m 이하, 5 m 이하와 같은, 50 m 이하이다. 도 4를 참조하면, 건축용 유리 또는 유리-세라믹은, 2.5 cm 이하, 1 cm 이하, 5 mm 이하, 2.5 mm 이하, 2　mm 이하, 1.7 mm 이하, 1.5 mm 이하, 1.2 mm 이하, 또는 심지어, 고려된 구체 예에서, 0.8 mm 이하와 같은, 1 mm 이하와 같은, 5cm보다 더 얇은 두께 (t)를 가진 시트 (500)의 형태이고; 및/또는 상기 두께 (t)는, 적어도 50 ㎛, 적어도 100 ㎛, 적어도 300 ㎛와 같은, 적어도 10 ㎛이다.
다른 고려된 구체 예에서, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은 여기에 개시된 것과 다른 크기를 가질 수 있다. 고려된 구체 예에서, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품의 길이 (l), 폭 (w), 및/또는 두께 (t)는, 더 복잡한 기하학 구조 (일반적으로 도 30 참조)의 경우와 같이, 변화할 수 있으며, 여기에 개시된 치수는, 서로에 대해 길이 (l), 폭 (w), 및 두께 (t)의 전술된 정의를 가진 상응하는 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품의 관점에 대해 적어도 적용된다.
몇몇 구체 예에서, 건축용 유리 시트 (500)의 제1 또는 제2 표면 (510, 520) 중 적어도 하나는, 상대적으로 큰 표면적을 갖는다. 다양한 구체 예에서, 제1 및/또는 제2 표면 (510, 520)은, 적어도 100 ㎟, 예를 들어, 적어도 900 ㎟, 적어도 2500 ㎟, 적어도 5000 ㎟, 적어도 100 ㎠, 적어도 900 ㎠, 적어도 2500 ㎠, 적어도 5000 ㎠, 및/또는 2500 ㎡ 이하, 예컨대 100 ㎡ 이하, 5000 ㎠ 이하, 2500 ㎠ 이하, 1000 ㎠ 이하, 500 ㎠ 이하, 100 ㎠ 이하의 면적을 갖는다. 이와 같이, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)는, 여기에 개시된 방법 및 시스템을 제외하고, 여기에서 논의된 건축용 유리 시트의 두께, 표면 품질, 및/또는 변형 균질성을 가지면서, 특히 열적으로 강화하는 것이 어렵거나 불가능할 수 있는, 상대적으로 큰 표면적을 가질 수 있다. 더욱이, 여기에 개시된 방법 및 시스템을 제외하고, 이온-교환에 의존하지 않고 또는 건축용 유리의 타입에 변화없이, 응력 프로파일, 특히 응력 프로파일의 음의 인장 응력 부분 (도 6 참조)을 달성하는 것이 어렵거나 불가능할 수 있다.
열적 강화 건축용 유리 시트 압축 및 인장 응력
전술한 바와 같이, 여기서 논의된 열적으로 강화된 건축용 유리 시트는, 예를 들어, 도 5에 나타낸 구역 (530, 540)에서, 대단히 높은 표면 압축 응력, 도 5에 나타낸 영역 (550)에서, 대단히 높은 중심 인장 응력, 및/또는 독특한 응력 프로파일을 가질 수 있다 (도 6 참조). 이것은 특히 여기에서 논의된 바와 같은 건축용 유리 시트 (500)의 얇은 두께 및/또는 다른 독특한 물리적 특성 (예를 들어, 매우 낮은 거칠기, 고도의 평탄도, 다양한 광학 특성, 가상 온도 특성, 등)을 고려하여 사실이다.
여기에 개시된 공정 및 시스템에 의해 형성된 건축용 유리의 압축 응력들 (예를 들어, 도 5에 나타낸 영역 (530, 540))은, 건축용 유리의 두께 (t)의 함수에 따라 변할 수 있다. 다양한 구체 예에서, 3 mm 이하의 두께를 가진, 건축용 유리, 예를 들어, 건축용 유리 시트 (500)는, 적어도 45 MPa, 적어도 60 MPa, 적어도 80 MPa, 적어도 100 MPa, 적어도 150 MPa, 적어도 200 MPa, 적어도 250 MPa, 적어도 300 MPa, 적어도 350 MPa, 적어도 400 MPa, 및/또는 1 GPa 이하의 압축 응력 (예를 들어, 표면 압축 응력)을 가진다. 고려된 구체 예에서, 2 mm 이하의 두께를 가진 건축용 유리는, 적어도 45 MPa, 적어도 60 MPa, 적어도 80 MPa, 적어도 100 MPa, 적어도 150 MPa, 적어도 175 MPa, 적어도 200 MPa, 적어도 250 MPa, 적어도 300 MPa, 적어도 350 MPa, 적어도 400 MPa, 및/또는 1 GPa 이하의 압축 응력을 갖는다. 고려된 구체 예에서, 1.5 mm 이하의 두께를 가진 건축용 유리는, 적어도 45 MPa, 적어도 60 MPa, 적어도 80 MPa, 적어도 100 MPa, 적어도 150 MPa, 적어도 175 MPa, 적어도 200 MPa, 적어도 250 MPa, 적어도 300 MPa, 적어도 350 MPa, 및/또는 1 GPa 이하의 압축 응력을 갖는다. 고려된 구체 예에서, 1 mm 이하의 두께를 가진 건축용 유리는, 적어도 45 MPa, 적어도 60 MPa, 적어도 80 MPa, 적어도 100 MPa, 적어도 150 MPa, 적어도 175 MPa, 적어도 200 MPa, 적어도 250 MPa, 적어도 300 MPa, 및/또는 1 GPa 이하의 압축 응력을 갖는다. 고려된 구체 예에서, 0.5 mm 이하의 두께를 가진 건축용 유리는, 적어도 45 MPa, 적어도 60 MPa, 적어도 50 MPa, 적어도 80 MPa, 적어도 100 MPa, 적어도 150 MPa, 적어도 175 MPa, 적어도 200 MPa, 적어도 250 MPa, 및/또는 1 GPa 이하의 압축 응력을 갖는다.
몇몇 구체 예에서, 여기에 개시된 공정 및 시스템에 의해 형성된 건축용 유리에서 열적으로 유도된 중심 장력 (예를 들어, 도 5에 나타낸 영역 (550))은, 30 MPa 초과, 40 MPa 초과, 50 MPa 초과, 75 MPa 초과, 100 MPa를 초과할 수 있다. 다른 구체 예에서, 열적으로 유도된 중심 장력은, 300 MPa 미만, 또는 400 MPa 미만일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 열적으로 유도된 중심 장력은, 약 30 MPa 내지 약 300 MPa, 약 50 MPa 내지 약 300 MPa, 약 60 MPa 내지 약 200 MPa, 약 70 MPa 내지 약 150 MPa, 또는 약 80 MPa 내지 약 140 MPa일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 열적 강화 건축용 유리 시트는, 고도의 가늠 (thinness), 즉 특히 얇다. 매우 높은 열 전달률이 여기에 개시된 시스템 및 방법을 통해 적용될 수 있기 때문에, 상당한 열적 효과, 예를 들어, 적어도 10 MPa 또는 심지어 적어도 20 MPa의 중심 장력은, 0.3 mm 미만의 두께의 SLG의 시트에 생성될 수 있다. 실제로, 매우 얇은 시트인, 적어도 0.1 mm 만큼 얇은 시트는, 열적으로 강화될 수 있다. 두께 및 다른 변수의 함수에 따라 고려되는, 달성된 및 달성 가능한 특정 수준의 열적 응력은 여기에서 좀 더 상세하게 기재된다.
도 6을 참조하면, 도 4의 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의, 25 ℃의 실온 및 표준 대기압에서, 개념적 응력 프로파일 (560)은, 양의 인장 응력 하의 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 내부 부분 (550) 및 음의 인장 응력 (예를 들어, 양의 압축 응력)하에서 내부 부분 (550)에 외부 및 인접하는 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 부분들 (530, 540)을 나타낸다. 본 발명자들은, 음의 인장 응력이 그를 통해서 균열의 개시 및/또는 전파를 제한하여 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)를 적어도 부분적으로 강화한다고 믿는다.
본 발명의 기술로 독특한 것으로 믿는, 여기에 개시된 바와 같이 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 비교적 넓은 표면적 및/또는 얇은 두께를 고려해 볼 때, 응력 프로파일 (560)에서 인장 응력은, 내부 부분 (550)의 양의 인장 응력과 상기 내부 부분 (550)에 외부 및 인접한 부분 (530, 540)의 음의 인장 응력 사이에서 급격하게 전환한다. 이러한 급격한 전환 (sharp transition)은, (제품 두께의 일부일 수 있고, 반드시 제품 기하학 구조의 치수가 아닌, 변화율을 수량화하는데 사용되는 거리인) 500 ㎛, 250 ㎛, 100 ㎛의 거리와 같은, 1 mm의 거리와 같은, 변화가 일어나는 두께의 거리로 나눈 응력의 크기 (예를 들어, 양 및 음의 인장 응력 +σ,-σ의 피크 값 (peak values)에서 차이인, 100 MPa, 200 MPa, 250 MPa, 300 MPa, 400 MPa)로서 표현될 수 있는, 인장 응력의 변화율 (즉, 기울기)로서 이해될 수 있다. 몇몇 이러한 구체 예에서, 인장 응력의 변화율은, 1 mm로 나눈 5000 MPa를 초과하지 않는 것과 같은, 1 mm로 나눈 7000 MPa를 초과하지 않는다. 고려된 구체 예에서, 양 및 음의 인장 응력의 피크 값에서 차이는, 적어도 100　MPa, 적어도 150　MPa, 적어도 200　MPa, 적어도 250　MPa, 적어도 300　MPa, 적어도 400　MPa, 적어도 500　MPa와 같은, 적어도 50　MPa 및/또는 50　GPa 이하이다. 고려된 구체 예에서, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)는, 적어도 100　MPa, 적어도 150　MPa, 적어도 200　MPa, 적어도 250　MPa, 적어도 300　MPa, 적어도 400　MPa, 적어도 500　MPa가 같은, 크기로 적어도 50 MPa의 피크 음의 인장 응력을 갖는다. 여기서 논의된 시스템 및 방법에 의해 발생된 가파른 인장 곡선 전환은, 주어진 두께에 대해 건축용 유리 시트의 표면에서 더 높은 크기의 음의 인장 응력을 달성하고 그리고/또는 예를 들어, 여기에 개시된 바와 같은 다이싱을 대한 파편화 가능성을 달성하는 것과 같은, 더 고도의 음의 인장 응력으로 더 얇은 건축용 유리 제품을 제조하는 능력의 지표인 것으로 믿어진다. 종래의 열적 템퍼링 접근법은, 이러한 가파른 인장 응력 곡선을 달성하는 것이 불가능할 수 있다.
대표적인 구체 예에 따르면, 인장 응력의 높은 변화율은, 건축용 유리 시트 (500)의 두께의 적어도 5 %, 두께의 적어도 10 %, 두께의 적어도 15 %, 또는 두께의 적어도 25 %와 같은, 두께의 적어도 2%인, 응력 프로파일 (560)의 두께-방향 스트레치 (thickness-wise stretch)에 걸쳐 지속된 전-술된 크기들 중 적어도 하나이다. 고려된 구체 예에서, 강화는 인장 응력의 높은 변화율을 갖는 두께-방향 스트레치가, 예를 들어, 화학적 템퍼링과 더욱 구별될 수 있는, 제1 표면으로부터의 두께로 20 % 내지 80 %의 깊이에서 중심이 있도록 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)로 깊이 연장된다.
적어도 몇몇 고려된 구체 예에서, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은, 도 6에 점선 (562)으로 개념적으로 나타낸, 이온 함량의 측면에서 이의 조성에서 변화를 포함한다. 좀 더 구체적으로, 이러한 구체 예에서 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (500)의 조성물은, 응력 프로파일 (560)에 영향을 미치는, 교환되거나 주입된 이온 (implanted ions)을 포함한다. 몇몇 이러한 구체 예에서, 교환되거나 또는 주입된 이온은, 음의 인장 응력이 또한, 여기서 논의된 바와 같은 열적 템퍼링의 결과이기 때문에, 음의 인장 응력 하에서 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (500)의 일부 (530, 540)을 통해 완전히 연장되지 않는다.
따라서, 이온 교환 강도 증가율을 갖는 인장 응력 프로파일 (560)의 곡선은, 곡선의 접선이 불연속 또는 갑작스러운 변화 (564)의 어느 한쪽에서 서로 다른 방향에서 불연속 또는 갑작스러운 변화 (564)를 포함한다. 갑작스러운 변화 (564)는, 인장 응력이 불연속 또는 갑작스런 변화 (564)에 바로 인접한 면에서 음이 되도록, 음의 인장 응력 하에 부분 (530, 540) 내에 위치된다. 불연속 또는 갑작스러운 변화 (564)는, 다른 이온 함량의 깊이에 상응할 수 있지만, 몇몇 이러한 구체 예에서, 음의 인장 응력 하에 부분들 (530, 540)의 다른 부분은 여전히 양의 인장 응력 하에 있는 부분 (550)과 이온 함량의 측면에서 동일한 조성물을 갖는다.
바꿔 말하면, 적어도 몇몇 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (500)에 대해, 이온-교환 또는 주입의 유무에 관계없이, 음의 인장 응력 하에 있고 내부 부분 (550)에 외부 및 인접한, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 부분들 (530, 540)의 적어도 일부의 조성은, 양의 인장 응력하에 있는, 내부 부분 (550)의 적어도 일부의 조성과 동일하다. 이러한 구체 예에서, 응력 프로파일의 음의 인장 응력의 적어도 일부는, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 (500)의 조성물 (예를 들어, 이온 조성물) 내에 변화에 독립적이다. 이러한 구조는 덜한 화학적 템퍼링 없이 및/또는 덜한 화학적 템퍼링으로 충분한 강도를 제공하여 적어도 어느 정도까지 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 조성물을 단순화할 수 있다. 더욱이, 이러한 구조는 조성물에서 불연속/변화로 인하여 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500) 내에 응력 집중 (stress concentrations)을 감소시킬 수 있어, 조성물 불연속에서 박리 및/또는 균열의 변화를 가능한 감소시킨다.
열적 템퍼링 건축용 유리 시트 파괴 성능
충분한 에너지가 인장 응력의 영역 (550)에 저장되는 경우, 건축용 유리는 충분히 손상된 경우 안전유리 또는 "다이스" 같이 파괴될 것이다. 여기에 사용된 바와 같은, 건축용 유리 시트는 건축용 유리 시트 25 ㎠의 면적이 40개 이상의 조각으로 파괴되는 경우 다이스로 고려된다. 몇몇 구체 예에서, 다이싱은 건축용 유리 시트가 "완전히 템퍼링"된 (즉, 2 mm 이상의 두꺼운 건축용 유리, 여기서 건축용 유리 시트는 적어도 65 MPa의 압축 응력 또는 적어도 67 MPa의 에지 압축을 가짐) 것을 나타내는 질적 측정으로 사용된다. 다양한 구체 예에서, 건축용 유리 시트 (500)는, 25㎠의 면적의 건축용 유리 시트 (500)가 40개 이상의 조각으로 파괴되도록 인장 응력의 영역 (550)에서 충분한 인장 응력을 가진다.
도 7을 참조하면, 시트 (500)와 같은, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트에 대해 여기에 개시된 바와 같은 특성을 가진, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)은, 예를 들어, 뾰족한 펀치 또는 다른 기구를 사용하여 그리고/또는 일반적으로 미국 표준 협회 (ANSI) Z97.1 (충격 시험) 및 ASTM 1048 표준에 따라, 파단된다. 대표적인 구체 예에 따르면, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)은, 파단시 다이싱이 일어나는 정도로 강화되어, 다수의 작은 알갱이 모양의 덩어리 (616) (예를 들어, 파편, 조각)을 형성한다. 몇몇 구체 예에서, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)은, 충격이 해머로 또는 펀치로 가해져서 알갱이 모양의 조각으로 건축용 유리의 균열을 개시하는, 파편화 시험에서 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)의 50 mm × 50 mm의 면적 내에 40개 이상인 다수의 알갱이 모양의 덩어리 (616)를 생성하기에 충분한 열적으로-유도된 응력을 갖는다. 약 1 cm의 금속 핀 길이 (614)를 갖는, 표준 사무용 압정 (612)은 참조를 위해 나타낸다.
다양한 고려된 구체 예에 따르면, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)의 얇은 두께에도 불구하고, 응력 프로파일 (일반적으로, 도 6, 참조)은, 파단시 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)이, 90　㎟ 미만, 예컨대 50　㎟ 미만, 예컨대 20　㎟ 미만, 예컨대 10　㎟ 미만, 예컨대 5　㎟ 미만, 및/또는 적어도 10　㎛2의 제1 또는 제2 표면에 대한 면적을 가진, 특히 작은 알갱이 모양의 덩어리 (616)로 산산이 부서지도록, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)의 높은 파편화 잠재력을 부여한다. 이러한 몇몇 구체 예에서, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)의 파편화 잠재력은, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품이 파단될 시에, 알갱이 모양의 덩어리 (616)의 적어도 20 % (예를 들어, 적어도 50 %, 적어도 70 %, 적어도 95 %)가 전술한 양 중 하나의 제1 또는 제2 표면 중 적어도 하나의 면적을 가진다.
몇몇 구체 예에서, 본 발명의 기술을 사용하여 여기에 개시된 바와 같은 인장 응력으로 제조될 수 있는 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)의 특히 얇은 기하학 구조에 적어도 부분적으로 기인하여, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)의 파편화 잠재력은, 파단시, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)이, 50 mm3 미만, 예컨대 40 mm3 미만, 30 mm3 미만, 예를 들어 25 mm3 미만 및/또는 적어도 50 ㎛3의 체적을 가진, 특히 저-체적의 알갱이 모양의 덩어리로 산산이 부서지는 것이다.
몇몇 구체 예에서, 본 발명의 기술을 사용하여 여기에 개시된 바와 같은 인장 응력으로 제조될 수 있는 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)의 특히 대면적에 적어도 부분적으로 기인하여, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)의 파편화 잠재력은, 파단시, 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)이, 체적으로 적어도 50 ㎛3의 적어도 100개의 알갱이 모양의 덩어리 (616)로, 예를 들어, 체적으로 적어도 50 ㎛3의 적어도 200개, 적어도 400개, 적어도 4000개의 알갱이 모양의 덩어리 (616)로 산산이 부서지는 것이다.
이제, 도 8 및 도 9를 참조하면, 실험은, 적어도 70 wt.%의 이산화규소, 및/또는 적어도 10 wt.%의 산화나트륨, 및/또는 적어도 7 wt.%의 산화칼슘을 포함하고, 여기에 개시된 장비 및 공정을 사용하여 강화된 1.1 mm 두께의 유리 시트에 대해 수행된다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 유리의 제곱 센티미터 당 알갱이 모양의 덩어리 (616)의 수는, 각각의 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)의 중심에서 양의 인장 응력의 크기와 일반적으로 관련되는 것으로 밝혀졌다. 유사하게, 도 9에 나타낸 바와 같이, 각각의 유리 또는 유리-세라믹 제품 (610)의 파편화 잠재력은 또한, 퀀칭 동안에 유리 시트 표면과 히트 싱크/가스 베어링 사이에 갭의 크기 및 갭에서 사용된 가스의 열 전도도에 기초한, 퀀칭 동안에 유리 표면에 유효하게 가해진 cal/㎠·s·℃ 단위 (SI 단위는 watt/㎡·K)로 계산된 예상 열 전달 계수 (h) 및 고온 존 (예를 들어, 도 21, 도 22 및 도 23, 참조)에서 유리의 온도와 관련된 것으로 밝혀졌다.
열적 템퍼링 건축용 유리 시트 가상 온도
다양한 구체 예에서, 여기서 논의된 시스템 및 방법에 의해 형성된 열적 강화 건축용 유리 시트 (예를 들어, 건축용 유리 시트 (500))는, 높은 가상 온도를 갖는다. 다양한 구체 예에서, 여기서 논의된 건축용 유리 물질의 높은 가상 온도는, 건축용 유리 시트 (500)의 높은 수준의 템퍼링, 높은 중심 인장 응력 및/또는 높은 압축 표면 응력과 관련되는 것으로 이해될 것이다. 표면 가상 온도는, 시차 주사 열량측정법, 브릴루인 분광법 (Brillouin spectroscopy), 또는 라만 분광법을 포함하는, 임의의 적합한 방법에 의해 결정될 수 있다.
대표적인 구체 예에 따르면, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)는, 소다-라임 유리의 경우와 같이, 몇몇 구체 예에서 적어도 500 ℃, 예컨대 적어도 600 ℃, 또는 심지어 적어도 700 ℃와 같은, 특히 높은 가상 온도를 가진 제1 및/또는 제2 표면 (510, 520)에 또는 그 근처와 같은, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트의 일부를 가진다. 대표적인 구체 예에 따르면, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)는, 예를 들어, 적어도 10 ℃ 초과, 적어도 30 ℃ 초과, 적어도 50 ℃ 초과, 적어도 70 ℃ 초과, 또는 심지어 적어도 100 ℃ 초과와 같은, 동일한 화학적 조성물의 어닐링된 유리에 비해 특히 높은 가상 온도를 갖는, 제1 및/또는 제2 표면 (510, 520)에 또는 그 근처와 같은, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트의 부분을 갖는다. 높은 가상 온도는, 강화 시스템 (예를 들어, 도 21, 22, 및 도 23, 참조)에서 고온 존으로부터 냉각 존으로 빠른 전환으로 인해 적어도 부분적으로 현재 논의된 발명 기술에 의해 달성될 수 있다. 본 발명자들은, 높은 가상 온도가 유리의 증가된 내손상성 (damage resistance)에 상응하거나 또는 관련될 수 있는 것으로 믿는다.
표면 가상 온도를 결정하는 몇몇 방법에서, 가상의 온도를 합리적인 정확도로 측정하기 위해 열 강화 공정에 의해 유도된 "템퍼링 응력"을 완화하기 위해 유리를 파괴할 필요가 있을 수 있다. 라만 분광법에 의해 측정된 특징적인 구조 밴드 (characteristic structure bands)는 가상 온도 및 실리케이트 유리에서 적용된 응력 모두에 대하여 제어된 방식으로 시프트 (shift)하는 것으로 잘 알려져 있다. 이러한 시프트는, 템퍼링 응력이 알려진 경우, 열적 강화 유리 시트의 가상 온도를 비-파괴적으로 측정하는데 사용될 수 있다.
일반적으로, 도 10을 참조하면, 몇 가지 대표적인 건축용 유리 제품에 대한 가상 온도의 결정을 나타낸다. 실리카 유리의 라만 스펙트럼에 대한 응력 효과는, D.R. Tallant, T.A. Michalske, 및 W.L. Smith, "The effects of tensile stress on the Raman spectrum of silica glass," J. Non- Cryst. Solids, 106 380-383 (1988)에 보고되어 있다. 65 wt.% 이상의 실리카의 상업적인 유리는 실질적으로 동일한 반응을 갖는다. 보고된 응력 반응이 단축 (uniaxial)응력에 대한 것일지라도, σxx = σyy인, 템퍼링된 유리에서 관찰되는 것과 같은 2축 응력 상태의 경우에서, 피크는 단축 응력에 의해 예상된 것의 두 배 만큼 시프트될 것으로 예상될 수 있다. 소다-라임 유리 및 유리 2에서 1090 cm-1 근처의 피크는, 실리카 유리에서 관찰된 1050 cm-1 피크에 상응한다. 실리카에서 1050 cm-1 피크, 및 SLG 및 다른 실리케이트 유리에서 상응하는 피크에 대한 응력의 효과는, 수학식 a) ω (cm-1) = 1054.93-0.00232·σ에 의해, MPa 단위로 응력 σ의 함수에 따라, 표현될 수 있다.
SLG 및 또 다른 유리인, 유리 2에 대한 가상 온도의 함수에 따른 라만 밴드 위치의 보정 곡선은 생성된다. 유리 샘플은, τ = 10*η/G에 의해 계산된 구조 완화 시간보다 2-3배 더 긴, 다양한 시간에 대해 열-처리되며, 여기서 η는 점도이고, G는 전단 탄성계수이다. 열-처리 이후, 유리는 열-처리 온도에서 가상 온도를 냉각시키기 위해 물에서 퀀칭된다. 유리 표면은 그 후에, 200-1800 cm-1의 범위에 걸쳐, 442 nm 레이저, 10-30초 노출 시간, 및 100 % 파워를 사용하는, 1-2 ㎛ 스폿 크기 및 50x 배율로 마이크로 라만 (micro Raman)에 의해 측정된다. 1000-1200 cm-1에서 피크의 위치는, 이 경우에, Renishaw WiRE 버전 4.1, 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 맞춰졌다. 가상 온도 Tf (℃)의 함수에 따라 공기 측에 대해 SLG에서 측정된 1090 cm-1 라만 피크의 우수한 적합성은, 수학식 b) ω (cm-1) = 1110.66 - 0.0282·Tf에 의해 주어진다. 유리 2에 대해, 우수한 적합성은 수학식 c) ω (cm-1) = 1102.00 - 0.0231·Tf에 의해 주어진다.
수학식 a), b) 및 c)에 설정된 관계를 사용하여, 표면 압축 응력에 기인한 보정 인자로 측정된 라만 피크 위치의 함수에 따라 건축용 유리의 가상 온도를 표현하는 것이 가능하다. 100 MPa의 압축 응력, σc는, 가상 온도에서 대략 15 내지 20 ℃ 감소와 같은 라만 밴드 위치를 시프트시킨다. 하기 수학식 1은 SLG에 적용할 수 있다:
[수학식 1]
Figure pct00004
유리 2에 적용 가능한 수학식은 하기 수학식 2이다:
Figure pct00005
이들 수학식에서, ω는 1090 cm-1 근처의 피크에 대해 측정된 피크 파수 (wavenumber)이며, σc는 임의의 적합한 기술에 의해 측정된 표면 압축 응력으로서, ℃ 단위로 가상 온도의 응력-보정된 측정값을 산출한다. 결정된 가상 온도와 관련된 증가된 내손상성의 입증으로서, 4개의 유리 시트 샘플은 준비되는데, 2개의 6 mm 소다-라임 유리 (SLG) 시트는, 약 70 및 110 MPa의 표면 압축 응력 (CS)으로 종래의 템퍼링된 방법에 의해, 및 2개의 1.1 mm SLG 시트는, 대략 동일 수준의 CS로 여기에 개시된 방법 및 시스템에 의해 준비된다. 각각의 두께 중 하나인, 2개의 부가적인 시트들은, 대조구로 사용된다. 각 시험 시트의 표면은, 표준 비커스 압입 (Vickers indentation)에 적용된다. 각 15초 동안, 다양한 수준의 힘은 가해지며, 24시간의 대기 이후, 압입은 각각 조사된다. 표 1에 나타낸 바와 같이, (균열이 시작하는 경향이 있는 압입자 (indenter)의 4개 지점 중에서 2개가 균열의 평균 수로 나타나는 하중으로서 정의된) 50 % 균열 임계값은 각 샘플에 대해 결정되었다.
표 1은, (6 mm 시트에 반영된 것으로) 종래의 대류 가스 템퍼링에 의해 가공된 SLG에 대한 비커스 균열 개시 임계값이, 어닐링된 또는 인도된-대로의 SLG 시트에 대한 것과 본질적으로 동일하여, 0과 1 뉴톤 (N) 사이로부터 약 1 내지 2 뉴톤 (N) 미만으로 상승하는 것을 나타낸다. 이는 종래의 템퍼링에 의해 제공되었던 유리 전이 온도 (η=1012-13.3 Poise로 정의된, SLG에 대해 Tg = 550 ℃)에 비해 ~25 내지 35 ℃의 표면 가상 온도 (Tfs 또는 Tfsurface)에서 상대적으로 적당한 상승과 관련이 있다. 대조적으로, 본 방법 및 시스템을 사용한 템퍼링에 의해, 비커스 균열 개시 임계값은, 종래의 템퍼링에 의해 부여된 비커스 내손상성을 넘어 10-배 증가인, 10 N을 초과하여 개선된다. 구체화된 유리에서, Tfs - Tg는 적어도 50 ℃, 또는 적어도 75 ℃, 또는 적어도 90 ℃, 또는 대략 75 ℃ 내지 100 ℃의 범위이다. 심지어, 낮은 수준의 열 강화를 포함하는 구체 예에서, 구체화된 유리는, 예를 들어, 5 N과 같은 수준에서, 증가된 내성을 여전히 제공할 수 있다. 특정 고려된 구체 예에서, 15초 비커스 균열 개시 시험 이후에 50 %의 균열 임계값은, 5 N, 10 N, 20 N, 또는 30 N 이상일 수 있다.
표 1
샘플 두께 (mm) CS (MPa) 표면 Tf (℃) 균열 임계값 (N)
대조구 1.1 어닐링 ~Tg (550) 0 - 1
대조구 6 어닐링 ~Tg (550) 0 - 1
얇은 저 강도 1.1 -72 626 10 - 20
두꺼운 저 강도 6 -66 575 1 - 2
얇은 중간 강도 1.1 -106 642 10 - 20
두꺼운 중간 강도 6 -114 586 1 - 2
하기 무-차원 가상 온도 파라미터 θ는, 생성된 가상 온도의 측면에서 열적 강화 공정의 상대 성능을 비교하는데 사용될 수 있다. 이 경우에서 표면 가상 온도 θs의 측면에서 고려하면 하기 수학식 3과 같다:
[수학식 3]
Figure pct00006
여기서, T fs 는 표면 가상 온도이고, T anneal (η=1013.2 Poise의 점도에서 유리의 온도)는 어닐링점이며, T soft (η=107.6 Poise의 점도에서 유리의 온도)는 유리 시트의 연화점이다. 도 10은 두 개의 다른 유리에 대한 열적 강화 동안에 적용된, 열 전달률 (h)의 함수에 따라 측정된 표면 가상 온도에 대한 θs의 플롯이다. 도 10에서 나타낸 바와 같이, 2개의 다른 유리에 대한 결과는, 서로 상당히 가깝게 중첩된다. 이것은, 파라미터 θ가 유리를 생산하는데 필요한 열 전달률 (h)와 관련하여, 직접 비교된 다른 유리의 가상 온도를 비교하기 위한 수단을 제공한다는 것을 의미한다. 각 h에서 결과의 수직 범위는, 퀀칭의 시작에서 초기 온도인, T0의 값에서 변화에 상응한다. 구체 예에서, 파라미터 θs는 약 (예를 들어, ±10 %) 0.2 내지 약 0.9, 또는 0.21 내지 0.09, 또는 0.22 내지 0.09, 또는 0.23 내지 0.09, 또는 0.24 내지 0.09, 또는 0.25 내지 0.09, 또는 0.30 내지 0.09, 또는 0.40 내지 0.09, 또는 0.5 내지 0.9, 또는 0.51 내지 0.9, 또는 0.52 내지 0.9, 또는 0.53 내지 0.9, 또는 0.54 내지 0.9, 또는 0.54 내지 0.9, 또는 0.55 내지 0.9, 또는 0.6 내지 0.9, 또는 심지어 0.65 내지 0.9을 포함한다.
열적 템퍼링 건축용 유리 시트 템퍼링 가능성 파라미터
다양한 구체 예에서, 여기에서 논의된 시스템 및 방법에 의해 형성된 열적 강화 건축용 유리 시트 (예를 들어, 건축용 유리 시트 (500))는 높은 템퍼링 가능성 및/또는 열 전달 값을 가진다. 유리의 "특정 열적 응력 (specific thermal stress)"은 다음과 같이 주어진다:
[수학식 4]
Figure pct00007
여기서 α는 유리의 (저온 선형) CTE이고, E는 유리 물질의 탄성 모듈러스이며, 그리고 μ는 유리 물질의 Poisson 비이다. 이러한 값은, 온도 구배를 받을 시에 주어진 유리 조성물 내에 생성된 응력 수준을 나타내기 위해 사용된다. 또한, 그는 열적 "템퍼링 가능성"의 평가자로 사용될 수 있다. 더 높은 열 전달률 (예를 들어, 약 800 W/㎡K 이상)에서, 그러나, 유리의 고온 또는 "액상선 (liquidus)" CTE는, 템퍼링 성능에 영향을 미치기 시작한다. 그러므로, 이러한 조건하에서, 점도 곡선을 가로지르는 변화하는 CTE 값에 대한 적분의 근사치에 기초한, 템퍼링 가능성 파라미터 Ψ는 하기 수학식 5와 같이 유용한 것으로 밝혀졌다:
[수학식 5]
Figure pct00008
여기서, α S CTE 는, 1/℃ (℃-1)로 표현되는, 저온 선형 CTE (유리에 대해 0-300 ℃의 평균 선형 팽창계수와 동일)이며, α L CTE 는, 1/℃ (℃-1)로 표현되는, 고온 선형 CTE (유리 전이와 연화점 사이에 어느 곳에서 일어나는 것으로 관찰되는 고온 플래토 값 (plateau value)과 동일)이고, E는, (일반적으로 0 내지 1의 범위에 있는 (무차원) 파라미터 Ψ의 값을 가능하게 하는) GPa (MPa 아님)로 표현되는, 유리의 탄성 모듈러스이며, T strain 는, ℃로 표현되는 (η=1014.7 Poise의 점도에서 유리의 온도인), 유리의 변형점 온도이고, T soft 는, ℃로 표현되는, (η=107.6 Poise의 점도에서 유리의 온도인) 유리의 연화점이다.
열적 강화 공정 및 그 결과로 생긴 표면 압축 응력은, 템퍼링 파라미터, Ψ를 결정하기 위해 변하는 특성을 갖는 유리에 대해 모델링된다. 유리는 변하는 열 전달 계수 및 108.2 Poise의 동일한 출발 점도에서 모델링된다. 다양한 유리의 특성은, 108.2 Poise에서 각 유리에 대한 온도 및 각각에 대해 템퍼링 가능성 파라미터 Ψ의 계산된 값과 함께, 표 2에 나타낸다.
유리 모듈러스 저 CTE 고 CTE 108.2 Poise ℃ 연화점 ℃ 변형점 ℃ 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
표 2의 결과는, Ψ이 유리의 열적 강화 성능에 비례한다는 것을 나타낸다. 이 상관관계는, 단지 1 mm의 유리 시트 두께 및 높은 열 전달률 (2093 W/㎡K (0.05 cal/s·㎠·℃)의 열 전달 계수)에 대한 구체화된 실시예를 제공하는, 도 11에 더욱 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 7개의 다른 유리의 결과한 압축 응력에서 변화는, 제안된 템퍼링 가능성 파라미터 Ψ에서 변화와 상당히 상관관계가 있다.
열적 템퍼링 건축용 유리 시트 열 전달 계수 및 표면 압축 응력 및 중심 인장 응력에 대한 관계
다른 관점에서, 임의의 유리에 대해, (cal/㎠·s·℃로 표현되는) 열 전달 계수 (h)의 임의의 주어진 값에서, 표면 압축 응력 (MPa 단위, σ CS ) 대 두께 (t, mm 단위)의 곡선은, (0 내지 6 mm의 범위에 대해) 쌍곡선으로 맞춰질 수 있으며, 여기서 P1 및 P2는 다음과 같은 h의 함수이다:
[수학식 6]
Figure pct00009
또는, 대체된 Ψ에 대한 표현으로, 압축 응력 σcs (Glass,h,t)의 곡선은 다음과 같이 주어진다:
[수학식 7]
Figure pct00010
여기서, 수학식 6 또는 7에서, 상수 P1, P2는, 각각 하기 수학식 8 및 9에 의해 주어진, 열 전달 값, h의 연속 함수이다:
[수학식 8]
Figure pct00011
및
[수학식 9]
Figure pct00012
상수 P1, P2는, 각각, 도 12 및 13에서 h의 함수에 따라 그래프화된다. 따라서, P1의 값을 사용하여, 주어진 h 및 상응하는 P2에 대해, 수학식 6 또는 7에서 동일한 h에 대해, 두께 (t)의 함수에 따라, h에서 얻을 수 있는 표면 압축 응력 (CS)에 상응하는 곡선은 명시된다.
몇몇 구체 예에서, 유사한 식은, 동일한 전도하에서 예측된 압축 응력을 2로 간단하게 나누어, 특히 6 mm 이하의 두께에서, 및 800 W/㎡K 이상과 같은, 열 전달 계수에서, 열적 강화 건축용 유리 시트의 중심 장력 (CT)을 예측하는데 사용될 수 있다. 따라서, 예상된 중심 장력은 하기 수학식 10과 같이 주어질 수 있다:
[수학식 10]
Figure pct00013
여기서, P1CT 및 P2CT는 하기 수학식 11 및 12와 같이 주어진다:
[수학식 11]
Figure pct00014
및
[수학식 12]
Figure pct00015
몇몇 구체 예에서, h 및 hCT는 열적 강화의 주어진 물리적 사례에 대해 동일한 값을 가질 수 있다. 그러나, 몇몇 구체 예에서, 이들은 변할 수 있으며, 개별적인 변수를 제공하고, 그들 사이에 변화의 허용은, 2:1 CS/CT의 통상적인 비가 유지되지 않는 사례를, 묘사적인 성능 곡선 (descriptive performance curves)내에서, 포착하는 것을 가능하게 한다.
현재 개시된 공정 및 시스템 중 하나 이상의 구체 예는, 표 3에 나타낸 모든 열 전달률 값 (h 및 hCT)에서 열적으로 강화된 SLG 시트를 생성한다.
대표적인 구체 예에 따른 h 및 h CT 값들
cal/s·㎠·℃ W/㎡K cal/s·㎠·℃ W/㎡K cal/s·㎠·℃ W/㎡K
0.010 418.68 0.042 1758.456 0.070 2930.76
0.013 544.284 0.045 1884.06 0.071 2972.628
0.018 753.624 0.047 1967.796 0.078 3265.704
0.019 795.492 0.048 2009.664 0.080 3349.44
0.020 837.36 0.049 2051.532 0.081 3391.308
0.021 879.228 0.050 2093.4 0.082 3433.176
0.022 921.096 0.051 2135.268 0.095 3977.46
0.023 962.964 0.052 2177.136 0.096 4019.328
0.027 1130.436 0.053 2219.004 0.102 4270.536
0.028 1172.304 0.054 2260.872 0.104 4354.272
0.029 1214.172 0.055 2302.74 0.105 4396.14
0.030 1256.04 0.060 2512.08 0.127 5317.236
0.031 1297.908 0.061 2553.948 0.144 6028.992
0.033 1381.644 0.062 2595.816 0.148 6196.464
0.034 1423.512 0.063 2637.684 0.149 6238.332
0.038 1590.984 0.065 2721.42 0.184 7703.712
0.040 1674.72 0.067 2805.156 　 　
0.041 1716.588 0.069 2888.892 　 　
몇몇 구체 예에서, 열 전달률 값 (h 및 h CT )은, 약 0.024 내지 약 0.15, 약 0.026 내지 약 0.10, 또는 약 0.026 내지 약 0.075 cal/s·㎠·℃일 수 있다.
도 14는, 표 2에서 SLG에 대한 Ψ의 값에 상응하는 Ψ (SLG)로, 상기 수학식 6-9에 따른 선택된 h의 값에 대한 C (h,t)·Ψ (SLG)의 그래프에 의해, 두께 (t) (mm)의 함수에 따라 유리 시트의 표면 압축의 MPa 단위의 새롭게 개방된 성능 공간을 나타낸다. 트레이스 표지 (traces labeled) (GC)는, 108.2 Poises의 가열된 유리 점도 또는 대류 가스 공정의 능력 이상의 온도인, 약 704℃에서 그 공정에 이러한 수준의 열 전달 계수가 사용될 수 있는 것으로 가정하여, 0.02 cal/s·㎠·℃ (또는 840 W/㎡K)로부터 0.03 cal/s·㎠·℃ 또는 1250 W/㎡K로, 가스 대류 템퍼링에 의해 달성될 수 있는 SLG 시트의 두께에 대한 최대 응력의 예상 범위를 나타낸다.
가스 대류 템퍼링 공정에 기초한 가장 높게 보고된 시트 CS 값의 예로는, 범례에서 가스로 표지된 삼각형 마커에 의해 나타낸다. 값 (601)은, 상업용 장비의 광고 상품 성능을 나타내며, 반면에 값 (602)은 유리 공정 학회에서의 구두 보고에 기초한다. 트레이스 표지 (LC)는, 108.2 Poise의 초기 가열된 유리 점도 또는 약 704℃에서 공정을 또한 가정하여, 0.0625 cal/s·㎠·℃ (또는 약 2600 W/㎡K)의 열 전달 계수 h로 주어진, 액체 접촉 템퍼링에 의해 달성 가능한 것으로 예상되는 SLG 시트의 두께에 대한 최대 응력의 곡선을 나타낸다. 액체 접촉 템퍼링 공정에 기초한 가장 높게 보고된 시트 CS 값의 실시 예로는, 범례에서 액체로 표지된 원형 마커로 나타낸다. 2 mm 두께에서 두 값 중 더 높은 값은, 보로실리케이트 (borosilicate) 건축용 유리 시트의 템퍼링의 보고에 기반하며, 그리고 달성된 응력은, 스케일링된 직접 비교를 위해 (Ψ SLG )/(Ψborosilicate)로 도면에 대해 스케일링된다.
트레이스 표지 (704)는, 0.20 cal/s·㎠·℃ (또는 약 8370 W/㎡K)의 열 전달률 및 704 ℃의, 퀀칭 직전의, 초기 온도에서 본 개시된 방법 및 시스템 중 하나 이상의 구체 예에 의해 달성될 수 있는 응력을 나타낸다. 이렇게 달성 가능한 건축용 유리 시트에 대한 응력의 수준은, 액체 템퍼링이 최첨단의 가스 대류 템퍼링 이상을 나타냄에 따라, 액체 템퍼링 강도 수준을 넘는 거의 동일한 범주의 개선을 나타낸다. 그러나, 트레이스 표지 (704)는 상한이 아니다 - 구체 예는 심지어 더 고온에서 (건축용 유리의 낮은 점도에서) 작은-갭의 가스 베어링 열적 강화에서 달성 가능한 형태 및 평탄도의 양호한 제어에 기인하여 이 값 이상에서 실행 가능하다는 것을 나타낸다. 트레이스 표지 (730)는, 건축용 유리의 연화점에 매우 가깝거나 그 이상인, 730 ℃의 SLG 시트에 대한 출발온도에서 0.20 cal/s·㎠·℃ (또는 약 8370 W/㎡K)의 열 전달률에 의해 달성된 부가적인 강화 성능의 일부를 나타낸다. 압축 응력에서, 이에 따라 건축용 유리 시트 강도에서 상당한 개선은, 특히 높은 열 전달률 및 타이트한 가스 베어링 (tight gas bearing)에서 시트 평탄도 및 형상의 양호한 취급 및 제어에 의해 가능한 높은 초기 온도의 사용의 조합에 의해 이렇게 달성되며 - 및 상기 개선은 2 mm 이하의 두께에서 특히 두드러진다.
도 15는, 2 mm 이하에서, 그러나, 본 개시에 의해 가능한 열적 강화 수준 및 가늠의 극단적인 조합을 나타내는, 본 개시의 하나 이상의 구체 예에 의해 제조된 탬퍼링 유리 시트의 선택된 실시 예에 대해 플롯된 두께의 함수에 따른 압축 응력으로, 상기에서 설명된 도 14의 트레이스를 나타낸다.
낮은 표면 거칠기 및 높은 평탄도를 갖는 열적 템퍼링 건축용 유리 시트
다양한 구체 예에서, 시트 (500)와 같은, 여기에 개시된 열적 강화 건축용 유리 시트는, 높은 열적 응력 및 낮은, 형성된-대로의 표면 거칠기 모두를 갖는다. 여기에 개시된 공정 및 방법은, 형성된-대로의 표면의 표면 거칠기를 증가시키기 않고 건축용 유리의 시트를 열적으로 강화할 수 있다. 예를 들어, 유입 플로우트 (incoming float) 건축용 유리 공기-측 표면 및 유입 퓨전 형성된 건축용 유리 표면은 공정 전 및 후에 원자력 현미경 (atomic force microscopy, AFM)에 의해 특징화된다. Ra 표면 거칠기는, 유입 1.1 mm 소다-라임 플로우트 건축용 유리에 대해 1nm (0.6-0.7 nm) 미만이며, Ra 표면 거칠기는 본 공정에 따른 열적 강화에 의해 증가되지 않는다. 유사하게, 퓨전-형성된 건축용 유리의 1.1 mm 시트에 대해 0.3 nm 이하 (0.2-0.3)의 Ra 표면 거칠기는, 본 개시에 따른 열적 강화에 의해 유지된다. 따라서, 열적 강화 건축용 유리 시트는, 적어도 10 ㎛ x 10 ㎛의 면적에 대해, 0.2 내지 1.5 nm, 0.2 내지 0.7 nm, 0.2 내지 0.4 nm, 또는 심지어 0.2 내지 0.3 nm와 같은, Ra 거칠기의 범위에서 적어도 제1 표면에 대해 표면 거칠기를 갖는다. 표면 거칠기는, 대표적인 구체 예에서, 10 ㎛ x 10 ㎛의 면적, 또는 몇몇 구체 예에서 15 ㎛ x 15 ㎛의 면적에 대해 측정될 수 있다.
몇몇 고려된 구체 예에서, 여기에 개시된 열적 강화 건축용 유리 시트는, 높은 열적 응력 및 낮은, 형성된-대로의 표면 거칠기 및/또는 코팅된 표면 모두를 갖는다. 여기에 개시된 공정 및 방법은, 건축용 유리 시트의 매끄러운 형성된-대로의 또는 인도된-대로의 표면의 표면 거칠기를 증가시키지 않고, 민감한 저-E 또는 반사-방지 또는 기타 코팅들을 손상시키지 않고, 건축용 유리의 시트를 열적으로 강화시킬 수 있다. 유입 플로우트 건축용 유리 공기-측 표면, 및 유입 퓨전 형성된 건축용 유리 표면은, 공정 전 및 후에 원자력 현미경 (AFM)에 의해 특징화될 수 있다. Ra 표면 거칠기는, 1.1 mm 소다-라임 플로우트 건축용 유리의 공기 측 상에 유입에 대해 (0.6 내지 0.7 nm와 같은) 1 nm 미만이고, 본 개시에 따른 열적 강화에 의해 증가되지 않는다. Ra 표면 거칠기는 퓨전-형성된 건축용 유리의 1.1 mm 시트 상에 유입에 대해 (0.2 내지 0.3 nm와 같은) 0.3 nm 이하이고, 비슷하게, 본 개시에 따른 열적 강화에 의해 증가되지 않는다. 따라서, 고려된 구체 예에서, 본 개시에 따른, 열적 강화 건축용 유리 시트는, 적어도 0.2 nm 및/또는 1.5 nm 이하 Ra 거칠기, 예컨대 0.7 nm 이하, 예를 들어, 0.4 nm 이하, 또는 심지어 0.3 nm 이하의 Ra 거칠기의 범위에 적어도 제1 표면 상에 표면 거칠기를 가지거나, 또는 강화 전에 적용될 수 있는 타입의 시트 위에 코팅을 갖는 열적으로 강화된 시트를 가지거나, 또는 출발 물질로서 상응하는 건축용 유리 시트와 함께 사용된 본 공정으로부터 얻어진, 코팅 및 이들 낮은 거칠기 값들의 조합을 갖는다. 표면 품질 및/또는 표면 코팅(들)의 이러한 보호는, 본 공정 및 방법으로 이용 가능한 전체 범위에 비해 제한된 열적 강화 효과를 생성하는, 대류 가스 템퍼링 또는 아마도 낮은 열 전달 액체 템퍼링 공정의 사용을 사전에 요구하는 것으로, 본 발명자들은 이해하고 있다.
또 다른 구체 예에서, 여기에 기재된 열적 강화 건축용 유리 시트는, 높은 평탄도를 갖는다. 다양한 구체 예에서, 여기서 논의된 강화 시스템은, 이송 및 가열 동안에 건축용 유리 물질을 지지하기 위해 제어된 가스 베어링을 활용하며, 몇몇 구체 예에서, 건축용 유리 시트의 평탄도를 제어 및/또는 개선하는데 도움을 주기 위해 사용될 수 있어, 특히 얇고 그리고/또는 고도로 강화된 건축용 유리 시트에 대해, 이전에 얻을 수 있는 것보다 더 높은 평탄도를 결과한다. 예를 들어, 적어도 0.6 mm의 시트는, 개선된 강화-후 평탄도로 강화될 수 있다. 여기서 구체화된 열적 강화 건축용 유리 시트의 평탄도는, 제1 또는 제2 표면 중 하나를 따른 임의의 50 mm 길이를 따라 100 ㎛ 이하의 총 인디케이터 런-아웃 (TIR), 제1 또는 제2 표면 중 하나 상에 50 mm 길이 내에서 300 ㎛ TIR 이하, 또는 제1 또는 제2 표면 중 하나에서 50 mm 길이 내에 70 ㎛ TIR 이하를 포함할 수 있다. 대표적인 구체 예에서, 평탄도는, 건축용 유리 시트의 임의의 50 mm 이하 프로파일을 따라 측정된다. 고려된 구체 예에서, 여기에 개시된 두께를 가진 시트는, 제1 또는 제2 표면 중 하나에서 20 mm 길이 내에서 평탄도 200 ㎛ TIR 이하, 예컨대 평탄도 100 ㎛ TIR 이하, 평탄도 70 ㎛ TIR 이하, 평탄도 50 ㎛ TIR 이하를 갖는다.
고려된 구체 예에 따르면, 여기서 논의된 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (예를 들어, 도 4에 나타낸 건축용 유리 시트 또는 페인 (500))은, 몸체 (522)의 1 cm 길이방향 스트레치를 따라 이의 두께 (t)가 50 ㎛ 이하 만큼, 예컨대 10 ㎛ 이하 만큼, 5 ㎛ 이하 만큼, 2 ㎛ 이하 만큼 변화하지 않도록, 고-도의 치수 일치성을 갖는다. 이러한 치수 일치성은, 치수를 왜곡할 수 있는 냉각 판 정렬 및/또는 표면 불규칙과 같은, 실제 고려사항에 기인한 고체 퀀칭에 의해, 여기에 개시된 바와 같은, 주어진 두께, 면적, 및/또는 음의 인장 응력의 크기에 대해 달성될 수 없다.
고려된 구체 예에 따르면, 여기서 논의된 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은, 1 cm 길이방향 프로파일이 이를 따라서, 20 ㎛, 10 ㎛, 5 ㎛, 2 ㎛ 내에서와 같은, 50 ㎛의 직선 내에서 머무르도록; 및/또는 1 cm 폭방향 프로파일이 이를 따라서, 20 ㎛, 10 ㎛, 5 ㎛, 2 ㎛ 내에서와 같은, 50 ㎛의 직선 내에서 머무르도록, 평평한, 적어도 하나의 주 표면 (예를 들어, 도 4에서 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 제1 및 제2 표면 (510, 520))을 갖는다. 이러한 높은 평탄도는, 액체의 대류 및 관련 힘으로 인한 이들 공정에서 강화된 건축용 유리의 뒤틀림 (warping) 또는 굽힘 (bending)과 같은, 실질적 고려사항에 기인한 액체 퀀칭에 의해, 여기에 개시된 바와 같은, 주어진 두께, 면적, 및/또는 음의 인장 응력의 크기에 대해 달성될 수 없다.
열적 강화 건축용 유리 시트 CTE
또 다른 관점은 열적으로 강화된 낮은 열팽창계수 (CTE) 건축용 우리 시트를 포함한다. 전술한 바와 같이 (수학식 7 및 10, 참조), 열적 강화 효과는, 건축용 유리 시트가 포함되는 건축용 유리의 CTE에 상당히 의존한다. 그러나, 낮은 CTE 건축용 유리의 열적 강화는, 예를 들어, 증가된 내약품성, 또는 낮은 알칼리 함량으로 인한 전자 디바이스와의 우수한 호환성과 같은, 유리한 특성을 가진 강화 건축용 유리 조성물을 제공할 수 있다. 65, 60, 55, 50, 45, 40, 및 심지어 35 x 10-6℃-1 이하의 CTEs를 가진 건축용 유리 시트는, 4 mm 이하, 3.5 mm 이하, 3 mm 이하, 및 심지어 2 mm 이하의 두께에서 파괴 패턴 ("다이싱") 같은 안전유리일 수 있다. 40 x 10-6℃1 이하의 CTE 값을 가진 건축용 유리는, 여기에 기재된 공정을 사용하여 강화될 수 있다. 여기서 논의된 시스템 및 방법에 의해 강화된 이러한 낮은 CTE 건축용 유리는, 동일한 두께에서 종래의 상업용 (가스 대류) 공정에 의해 강화된 SLG 시트와 비슷한 표면 압축을 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 낮은 CTE 건축용 유리의 압축 응력은, 1 cm 이하, 5 mm 이하, 3 mm 이하, 2 mm 이하, 1.5 mm 이하, 1 mm 이하, 0.75 mm 이하, 0.5 mm 이하, 0.3 mm 이하, 0.2　mm 이하, 또는 0.1 mm 이하의 두께를 가진 건축용 유리 시트에 대해 적어도 50 MPa, 적어도 100 MPa, 적어도 125 MPa, 적어도 150 MPa, 적어도 200 MPa, 적어도 250 MPa, 적어도 300 MPa, 또는 적어도 400 MPa를 포함할 수 있다.
본 개시에 따라 형성된 건축용 유리 시트는, 건축용 유리 페인에 사용된 건축용 유리-중간층-건축용 유리 적층물과 같은, 예를 들어, 단일 및 다중-페인 창에서, 다수의 적용을 가진다. 더 강하고 더 얇은 적층물은 생산될 수 있어, 중량과 비용의 절감 및 연료 효율성 중가를 결과한다. 바람직하게, 열적으로 강화된 얇은 시트는, 저온 굽힘될 수 있고 형성된 두꺼운 건축용 유리에 적층될 수 있어, 얇은 시트의 임의의 고온 성형을 요구하지 않는 쉽고 신뢰성 있는 제조 공정을 제공한다.
열적 템퍼링 건축용 유리 시트의 알파
하기 표 4는 (표에서 "방법의 소스"로 나타낸) 본 개시의 방법에 의해 얻어진 결과, 및 성능 지수 (figure of merit), 즉, 템퍼링 공정 내에서 얻어진 열교환의 계수의 개략적인 측정인, 알파 (Alpha)를 나타낸다. 알파는 하기 수학식 13에 의해 주어진다:
[수학식 13]
Figure pct00016
여기서, CS는 물리적 압축 응력 (MPa)이며, t는 밀리미터 단위 두께이고, CTE는 ℃-1 단위의 열팽창계수이며, E는 MPa 단위로 유리의 탄성율이고, 알파는 ℃/mm 단위로 산출된다.
Figure pct00017
샘플 1 및 샘플 3은 개시된 공정으로부터 얻어진 반복 가능한 값이며, 공정에서 가스로서 샘플 1은 공기를 사용하고 샘플 3은 헬륨을 사용한다. 샘플 2는 본 공정 내에서 공기를 사용하는 "챔피언 (champion)" 값을 나타낸다, 즉, 현재까지 신뢰성 높게 반복할 수 없다. 본 개시의 공정에 의해 처리된 유리 샘플 (샘플 1-3)은 모두 알파 117℃/mm를 초과한다. 본 발명자들은, 두께에 따라 알파의 기울기가 더 낮은 유리 두께에 따라 더 낮은 고유 경향을 가질 수 있는 것으로 믿는다. 여기에 개시된 건축용 유리는, 몇몇 구체 예에서, 20t+77를 초과하는 알파를 가지며, 여기서 t (mm)는 유리의 두께이다.
열적 강화 시스템 및 공정
다양한 구체 예에서, 건축용 유리 시트를 강화하기 위한 공정은, 건축용 유리 시트 (500)와 같은, 건축용 유리 시트의 적어도 일부를, 여기서 논의된 특성 중 하나 이상을 가진 강화 건축용 유리 시트를 생성하는, 시트가 빠르게 냉각되는 냉각 또는 퀀칭 존으로 지지하거나 안내하는 단계를 포함한다. 다양한 구체 예에서, 건축용 유리 시트는, 건축용 유리 시트의 표면과 하나 이상의 히트 싱크 사이에 갭으로 전달된 가스의 흐름 또는 압력에 의해 적어도 부분적으로 지지된다. 일반적으로, 건축용 유리 시트의 온도는, 시트가 냉각 존으로 이동될 때, 건축용 유리의 전이 온도 이상이며, 다양한 구체 예에서, 건축용 유리 시트는, 대류보다 열 전도에 의해 냉각 존 내에서 냉각된다. 전도는, 인접한 분자들 사이에 상호작용을 통해 에너지가 전달되는 열 전달의 과정이며, 대류는, 가열된 유체가 열원에서 멀리 이동하고 더 차가운 유체에 의해 대체되는 것과 같은, 유체 (예를 들어, 공기, 헬륨 등) 운동을 통해 에너지가 전달되는 열 전달의 과정이다. 따라서, 본 시스템은, 유리 시트의 냉각 동안 열 전달의 주된 모드가 대류인 종래의 대류-기반 유리 강화/템퍼링 시스템과 현저하게 다르다.
몇몇 구체 예에서, 건축용 유리 시트를 강화하기 위한 전체 공정은, 고온 존에서 건축용 유리 시트를 가열하는 단계, 그 후에 냉각 존에서 건축용 유리 시트를 냉각하는 단계를 포함한다. 건축용 유리 시트는, 건축용 유리의 점도가 η= 1012 - 1013.3　Poise 값을 갖는 온도인, 전이 온도를 갖는다. 건축용 유리는, 건축용 유리 시트를 전이 온도 이상으로 올리기 위해 충분히 가열되고, 그 후에 냉각 존으로 이동된다. 선택적으로, 건축용 유리는, 전환 존 (transition zone)을 통해서 고온 존에서 냉각 존으로 전환될 수 있다. 냉각 존에서, 건축용 유리 시트의 표면은, 건축용 유리 시트의 양쪽 상에 하나가, 각각 건축용 유리 표면 중 하나와 히트 싱크의 대립하는 표면 사이에 갭으로, 히트 싱크에 인접하게 위치된다. 가스는, 히트 싱크에서 다수의 구멍을 통해 갭으로 전해지고, 몇몇 구체 예에서, 이렇게 전해진 가스는, 건축용 유리 표면이 히트 싱크와 접촉하지 않도록, 히트 싱크들 사이에 건축용 유리를 지지하는 에어 베어링을 형성한다. 냉각 존 내에서, 건축용 유리 시트는, 대류보다 전도에 의해 냉각되며 여기에서 논의된 바와 같은 증가된 강도를 제공하는 시트의 열적으로 유도된 표면 압축 및 열적으로 유도된 중심 장력을 고정 또는 생성하도록 충분히 냉각된다. 다양한 구체 예에서, 전도를 통한 주된 냉각은, 건축용 유리 시트가 히트 싱크의 대립하는 표면과 가깝지만 접촉하지 않도록, 냉각 존 내에 매우 작은 갭 크기를 가짐으로써 달성된다.
개시된 공정을 가능하게 하기 위한 장치는, 전이 온도 이상의 온도로 건축용 유리 시트를 가열하기 위한 가열 존 및 가열된 건축용 유리 시트를 냉각하기 위한 냉각 존을 포함하여, 강화 건축용 유리 시트를 제공할 수 있다. 장치는 가열 존과 냉각 존 사이에 선택적인 전환 존을 포함할 수 있다. 냉각 존은, 가열된 건축용 유리 시트가 수용되는, 갭을 한정하는 한 쌍의 대립 표면을 가진 히트 싱크를 포함할 수 있다. 냉각 존은, 갭 내에 건축용 유리 시트를 지지하도록 작용하는 갭의 대립 측면 상에 배치된 한 쌍의 가스 베어링을 포함할 수 있다. 갭은 대류보다 전도에 의해 가열된 건축용 유리 시트를 냉각하도록 구성될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 가스 베어링은, 갭으로 가스를 전하기 위한 다수의 구멍을 포함할 수 있으며, 가스 베어링 표면은, 대류보다 전도에 의해 가열된 건축용 유리 시트로부터 열을 전도시킬 수 있는, 히트 싱크로서 작용한다.
여기에 개시된 강화 공정 및 장치 (일반적으로, 도 21-25, 참조)는, 독창적인 형태의 열적 템퍼링에 의해 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (일반적으로, 도 4-7 및 27-30, 참조)의 강화를 가능하게 한다. 공정은, 가파른, 인장 응력 대 두께/깊이 곡선 (일반적으로, 도 6, 참조), 특히 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품의 표면 근처에서 가파른 기울기를 가능하게 하며, 이는 이온-교환에 의한 강화 또는 다른 건축용 유리를 적층하는 것을 요구하지 않고, 각각의 제품의 표면 근처에 주어진 두께에 대해 특히 높은 수준의 음의 인장 응력으로 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품의 강화를 가능하게 한다. 그러나, 몇몇 구체 예에서, 여기에 개시된 열적 템퍼링 공정은, 이온 교환으로 증가되거나 또는 유리-대-유리 적층에 적용될 수 있다. 여기에 개시된 열적 템퍼링 공정은, 접촉 퀀칭 장비의 정렬 제한, 종래의 대류 시스템의 냉각 속도 제한, 및/또는 액체 퀀칭 템퍼링과 연관된 뒤틀림 손상과 같은, 종래의 열적 템퍼링 방법을 통해 강화하는데 너무 클 수 있는 대-면적의 제품 (예를 들어, 시트)에서 특히 높은 수준의 강화를 가능하게 한다. 여기에 개시된 공정은, 예컨대, 종래의 대류 템퍼링의 냉각 속도 제한에 기인하여 및/또는 고체 또는 액체 퀀칭과 연관된 접촉력 및 강화 공정 동안에 얇은 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품의 파괴 또는 파단에 대한 민감성에 기인하여, 종래의 템퍼링 방법을 통해 강화하는데 너무 얇을 수 있는 특히 얇은 시트에서 높은 수준의 강화를 독특하게 가능하게 한다. 그러나, 다른 고려된 구체 예에서, 여기에 개시된 바와 같은 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은, 예컨대 여기에 개시된 독특한 강화 공정과 조합하는 것과 같이, 적어도 몇몇 고체 또는 액체 퀀칭으로 제조될 수 있다.
본 개시에 따른 방법의 하나의 구체 예는, 도 16의 흐름도에 예시된다. 방법 또는 공정 (100)은, 건축용 유리 시트의 전이 온도 이상의 온도에서 건축용 유리 시트를 제공하는 단계 (140)를 포함한다. 방법 또는 공정 (100)은 또한 가스에 의해 (가스 흐름 및 압력을 통해) 적어도 부분적으로 건축용 유리 시트를 지지하는 단계 (160)를 포함한다. 단계 (160)는, 건축용 유리가 가스에 의해 지지되는 동안, 1) 가스를 통해 히트 싱크로 대류보다 전도에 의해, 및 2) 주위 온도에 있을 때 시트의 열적으로-유도된 표면 압축 응력 및 열적으로-유도된 중심 인장 응력을 충분히 생성하거나 고정하기 위해, 시트를 냉각시키는 단계를 포함한다.
도 17의 흐름도에서 방법 (100')으로 도시된, 도 16의 구체 예의 변형에 따르면, 방법은, 시트가 건축용 유리의 전이 온도 이상이 되도록 건축용 유리 시트를 충분하게 가열하는 단계 (110)를 포함할 수 있다. 냉각 단계 (160)에 대한 준비로서, 또는 일부로서, 방법 (100')은, 단계 (120)에서, 구멍을 각각 가진, 제1 및 제2 히트 싱크 표면 (일반적으로, 도 21-25, 참조)을 갖는 (단일 피스 (single piece)으로 또는 개별 피스로) 히트 싱크를 제공하는 단계를 더욱 포함한다. 단계 (130A)에서, 방법은 제1 갭을 가로지르는 제1 히트 싱크 표면과 마주하는 제1 시트 표면을 위치시키는 단계 및, 단계 (130B)에서, 제2 갭을 가로질러 제2 히트 싱크 표면과 마주하는 제2 시트 표면을 위치시키는 단계를 포함한다. 히트 싱크 표면은, 구멍을 포함할 수 있으며, 그리고/또는 다공성일 수 있다. 방법 (100')은, 단계 (160)에서, 건축용 유리를 충분히 강화시키기 위해 (예를 들어, 열적으로-유도된 표면 압축 응력 및 열적으로-유도된 중심 인장 응력을 시트에서 충분히 생성 또는 고정하기 위해), 각각의 히트 싱크 표면으로 가스를 통해 대류보다 전도에 의해, 시트를 냉각시키는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 단계 (160)는 또한, 구멍 또는 다공성 히트 싱크를 통해 제1 및 제2 갭으로 가스를 전하는 단계를 포함할 수 있으며, 몇몇 이러한 구체 예에서, 가스는, 히트 싱크에 인접하여 건축용 유리 시트를 지지하는 에어 베어링을 형성하도록 전해진다. 몇몇 구체 예에서, 가스는 단지 히트 싱크의 구멍을 통해 또는 단지 다공성 히트 싱크의 기공 또는 기공 및 구멍을 통해 전해진다.
본 개시의 이들 및 기타 관련 방법은, 대류 대신에, 냉각의 기본 모드로서 전도를 사용하여 가스-대류-냉각의 현재 지배적인 기술에 반대된다. 고체-대-가스 (유리 대 공기) 열교환 대신에, 여기에 개시된 방법은, 열적 강화를 생성하는 냉각을 시작 및 완료를 모두 하기 위해, (예를 들어, 유리 표면과 히트 싱크 사이에 물리적 접촉 없이) 소량의 가스에 의한 작은 갭을 가로질러 매개된, 고체-대-고체 (유리 대 히트 싱크) 열교환을 사용한다. 비록 약간의 대류가 작은 갭으로 가스 (예를 들어, 에어 베어링 가스)가 흐름에 따라 존재하지만, 가스를 통해 및 히트 싱크로 갭을 직접적으로 가로지르는 전도는, 냉각의 주요 모드이다. 본 발명자들은, 전도 열 전달의 우세가 대류 지배적인 냉각 공정에 비해 열 전달률을 증가시키는 것을 알아냈다.
(심지어 갭을 가로지르는) 고체-대-고체 전도가 대류보다 더 빠른 열 흐름을 가능하게 하기 때문에, 더 얇은 건축용 유리 시트에 대해 필요한 냉각 속도 증가는, 가스 속도 및 체적과 관련 있지 않다. 다양한 구체 예에 따르면, 대류 시스템에서 가스 흐름 및 갭 크기에 의해 통상적으로 부과된 제약 없이, 예컨대, 갭에서 가스 쿠션 (gas cushion)의 강성 (stiffness)를 제어하기 위해, 시트를 지지하기 위해, 시트를 평탄화 또는 다른 형태화를 위해, 열 전도를 최적화하기 위해, 열적 강화 동안에 시트 평탄도 및/또는 형태를 유지하기 위해, 및/또는 시트의 용이한 취급과 높은 냉각 속도 간의 균형을 위해, 가스 흐름 및 갭 크기는, 다른 목적을 위해 선택되거나, 제어되거나 또는 최적화될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 냉각이 대류를 통한 것이 아니기 때문에, 가스 베어링을 지지하는 매우 낮은 가스 유속으로 인해, 헬륨은, 본 개시의 시스템에서 공기에 대한 경제적으로 실행 가능한 대안이 되며, 이러한 구체 예에서, 헬륨은 공기의 약 5배의 열 전도도를 제공한다. 현재 이용 가능한 것들의 몇 배로 예상되는 가격을 가진 헬륨조차도 본 개시의 시스템의 낮은 유속에서 경제적으로 실행 가능한 대안이 된다.
더욱이, 본 개시의 시스템이 (대류 시스템에 비해) 냉각 동안에 건축용 유리 시트에 대하여 흐르는 공기의 체적을 줄이기 때문에, 여기서 논의된 시스템 및 방법은, 종래의 대류 기반 템퍼링 시스템에 필요한 고속의, 높은 체적 공기 흐름에 의해 통상적으로 유발된 건축용 유리의 고온의 얇은 시트의 변형에 대한 잠재적 위험을 줄인다. 이는 또한 더 부드럽고, 더 고온의 건축용 유리 시트가 찌그러짐 없이 또는 최소한의 찌그러짐으로 취급되는 것을 가능하게 하여, 강화의 달성 가능한 정도를 더욱 개선시킨다. 높은 공기 유속의 제거는, 또한 (높은 공기 흐름에 반대로 움직이는) 퀀칭 챔버로 시트를 이송하는데 및 높은-흐름의, 냉각 공기가 시트를 가열하는데 사용된 가열로의 인접한 부분으로 진입하고 냉각시키는 것을 막는데 종종 볼 수 있는 문제를 완화시킨다.
더욱이, 가스를 통한, 전도의 이용은, 종래의 액체 접촉 또는 고체 접촉 퀀칭 템퍼링과 관련된, 접촉 손상, 뒤틀림, 변형, 등을 완화시킬 수 있다. 중간 전도체로서의 가스의 이용은, 고체-대-고체 접촉을 피하여 가공된 제품의 표면 품질을 보존한다. 가스를 통한 높은 전도 속도를 매개하는 것은 또한 액체 접촉을 피한다. 몇몇 타입의 액체 퀀칭은, 원치않는 찌그러짐, 템퍼링에서 공간적 변형 및 건축용 유리 표면의 오염을 도입할 수 있다. 이들 구체 예는, 본질적으로 비-접촉 (가스는 제외)이지만 매우 높은-속도의 냉각을 제공한다. 다른 구체 예에서, 전술한 바와 같이, 고체- 또는 액체-접촉은 포함될 수 있다.
열적 템퍼링 시스템/공정의 파워 소모
높은 공기 유속을 피하는 또 다른 장점은, 주요 건축용 유리 냉각 메커니즘으로서 고체-가스-고체 전도를 이용하여 달성된 파워 및 에너지 절감에 있다. 도 18 및 19의 지점 A 및 B는, 상대적으로 높은 흐름에서 압축된 공기 공급에 의한, 건축용 유리 시트 제곱미터 당, 에어 베어링의 피크 전력 사용의 최고 예상치를 나타낸다. 압축된 공기의 실질적 최저 피크 전력 사용은, 나타낸 값의 1/16 만큼 작을 수 있다. 지점 A 및 B는, 히트 싱크의 활성 냉각을 포함하지 않지만, 몇몇 구체 예에서, 특히 기계가 연속적이고, 준-연속 또는 고주파수 작동인 경우 포함될 수 있다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 지점 A' 및 B'는, 건축용 유리 시트 온도에서 300 ℃ 강하의 열 부하 등량 (thermal load equivalent)이, 지점 A'에 대해 2.1초의 및 지점 B'에 대해 1초 내에 제한 시간 내에서, 7.5 내지 1의 열-대-기계 (또는 전기) 효율비를 가진 활성 냉각 시스템에 의해 달성되는 것으로 가정하여, 히트 싱크 표면의 활성 냉각이 고려될 때, 지점 A 및 B에서 에어 베어링의 작동에 대한 보수적으로 예측된 피크 전력 수준을 나타낸다. (이들 지점은 여기에 개시된 장치에서 실제로 템퍼링된 건축용 유리 시트에 거의 상응한다.)
도 18 및 19의 영역 R 내의 4개의 지점이 (적어도 정도로) 본 개시의 방법 및 시스템에 의해 얻어질 수 있는 개선의 의의를 예시하지만, 전력 수요가 나타낸 양이기 때문에 최대한의 이익이 도면들에서 상당히 과소 평가될 가능성이 있음을 주의해야 한다. 예를 들어, 곡선 (N)에 의해 나타낸 것과 같은, 에어 블로어의 피크 전력은, 효율적으로 켜고 끌 수 없어, 공기가 필요하지 않을 경우, (감소된 부하로) 그러나 여전히 회전하는, 대형 팬 (fan)을 차단하기 위한 게이트로 제어되는 공기통로 (gated airways)를 통상적으로 필요로 한다. 본 개시에 따라 쉽게 달성될 수 있는 실시 예로서 지점 A' 및 B'로 나타낸, 냉방 설비 (chilled water plants)와 같은 유체 냉각 시스템의 피크 전력 수요는, 일반적으로 훨씬 효율적으로 공급될 수 있으며, 유효 피크 전력은, 훨씬 더 낮아져서, 완전 연속 작동이 접근됨에 따라 오직 A' 및 B'에 접근할 수 있다. 따라서, 전체 에너지 수요에서 차이는, 도면에 나타낸, 피크 전력 수요에 대한 차이보다 더 커지는 경향이 있다. 몇몇 구체 예에서, 여기에 개시된 공정은, 2 mm 두께 이하의 건축용 유리 시트를 열적으로 강화하기 위해 120 KW/㎡ 미만, 100 KW/㎡ 미만, 80 KW/㎡ 미만의 피크 전력을 갖는다.
열적 템퍼링 동안에 얇은 건축용 유리 시트로부터의 열 전달
일반적으로, 본 개시의 시스템 및 공정에서 얇은 건축용 유리 시트로부터의 열 전달은, 전도 성분, 대류 성분 및 복사 성분을 포함한다. 여기서 상세히 전술되고 설명된 바와 같은, 본 개시의 열적 템퍼링 시스템은, 얇은 건축용 유리 시트를 퀀칭하기 위한 주요 메커니즘으로서 전도성 열 전달을 활용하여 얇은 건축용 유리 템퍼링을 제공한다.
다음은 기본 이론에 대한 본 발명자들의 이해이다. 얇은 건축용 유리 시트 (예를 들어, 2 mm 이하)에 대한 충분히 높은 냉각 속도가, 공기와 같은 가스를 통한 전도에 의해 실제로 달성될 수 있는지 - 만일 그렇다면, 이러한 속도가 실제 갭 크기에서 달성될 수 있는지를 묻는 것은, 전도 효과가 보통, 대류 및 복사의 분석을 위하여 흔히 무시될 만큼 너무 작은, 유리 템퍼링 분야의 당업자에게 당연할 수 있다.
여기에 개시된 시스템을 사용하는 공정에서 구체화된 조건에서 열전도의 양은, 다음을 통해 결정될 수 있다. 먼저, 본 개시에서와 같은 전도에 의한 열적 강화의 맥락에서, 갭 내에 가스의 열 전도도는, 열 기울기를 따르는, 전도의 방향으로 평가되어야 한다. 냉각되는 시트의 표면에 또는 그 근처에, 고온의 공기는, 히트 싱크의 표면에 또는 그 근처에 실온 또는 그에 가까운 공기와 같은, 더 낮은 온도의 공기보다 충분히 더 높은 열 전도도를 갖는다 ( (건조) 실온 공기 (25 ℃)의 공칭 열 전도도는 대략 0.026 W/m·K이다). 전체 갭에 걸친 공기가 냉각 시작시 두 개의 마주보는 표면들의 평균 온도에 있는 것으로 가정하는 근사치는 사용된다. 냉각의 시작시, 건축용 유리 시트는, 예를 들어, 670 ℃의 온도일 수 있으며, 반면에, 히트 싱크 표면은, 예를 들어, 30 ℃에서 시작할 수 있다. 따라서, 시트가 타당하게 고도의 표면 및 두께 일치성으로 마감된다고 가정하여, 갭의 공기의 평균 온도는 350 ℃일 것이고, 여기서 건조 공기는, 하기에서 논의된 바와 같은, 본 개시의 시스템 내에서 갭의 크기를 통해 많은 양의 열 에너지를 전도시키기 충분히 높고 실온에서 이의 열 전도도보다 75 % 높은, 약 0.047 W/m·K의 열 전도도를 갖는다.
예시를 위해, 갭이 (갭 거리 (g)의 방향에 수직인 모든 방향에서) 면적 (Ag)을 갖는 갭의 거리 (g)를 통한 전도 성분의 열 전달률 (Qcond)은, 하기 수학식 14와 같이 주어질 수 있다:
[수학식 14]
Figure pct00018
여기서, k는 열 전도의 방향 (또는 반대)에서 값을 구한 갭에서 물질 (가스)의 열 전도도이며, T S 는 건축용 유리 표면의 온도이고, T HS 는 히트 싱크 표면 (다른 구체 예의 경우, 열원 표면)의 온도이다. 전술한 바와 같은, 엄밀하게 k의 값을 구하기 위해, 가스의 열 전도도가 온도에 따라 변하기 때문에, 전도 열 흐름의 방향을 따라 (또는 반대로) 가스의 열 전도도를 적분하는 것이 필요할 것이며, - 그러나, 양호한 근사치로서, k는 두 표면의 온도 (T S 및 T HS )의 평균일 때 갭에서 가스에 대한 k의 값으로서 취해질 수 있다.
수학식 14를 열 전달 계수의 단위 (켈빈 온도당 제곱미터 당 열 흐름 파워 (heat flow power)의 단위)로 재구성하면 하기 수학식 15와 같이 주어진다:
[수학식 15]
Figure pct00019
그래서, 갭을 가로지르는 전도에 대한 유효 열 전달 계수는, 갭의 길이 (미터)에 의해 나누어진 갭에서 매체 (이 경우에 공기)의 열 전도도 (W/mK의 단위)이어서, 온도 차이의 정도에 대해 제곱미터 당 와트 (Watt)의 값을 제공한다. 표 5는, 각 10 ㎛의 스텝으로 10 ㎛로부터 200 ㎛까지의 갭 크기의 공기 및 헬륨 충진 갭에 대한, 단독 전도에 기인한, 열 전달 계수 (k/g)를 나타낸다.
Figure pct00020
도 20 (종래 기술)은, 특정한 가정된 조건하에서, mm 단위의 두께의 함수에 따라, 유리의 완전히 템퍼링된 시트를 달성하기 위해 필요한 열 전달 계수를 나타내는 (부가된 2 mm에서 기준선을 갖는) 약 35년 전의 산업 표준 곡선을 나타낸다. 도 20과 표 5의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 대략 40 ㎛의 공기로 채워진 갭은, 전도에 의해 2 mm 두께의 건축용 유리의 완전한 템퍼링을 가능하게 할 수 있다. 40 micrometers 약간 미만인 다소 작은 갭이지만, 컨베이어 적용 (conveyor applications)에서 평면 다공성 에어 베어링은, 일반적으로 20 micrometers 만큼 작은 갭으로 신뢰성 있게 운전될 수 있다. 따라서, 37 micrometers는, 히트 싱크 표면에서 기공들에 의해 공급된 공기 갭에 대해 달성될 수 있다. 가스로서 헬륨 (또는 열 전도도가 비슷한, 수소)을 사용한 경우, 약 200 ㎛의 갭은, 2 mm 두께의 건축용 유리를 완전히 템퍼링하는데 사용될 수 있다. 가스로서 헬륨 또는 수소의 사용은, 동일한 열 전달 계수에 대해 약 5배 더 큰 갭 크기를 가능하게 한다. 다시 말해서, 갭에서 가스로서 수소 또는 헬륨의 사용은, 동일한 갭 크기에서 약 5배 만큼의 퀀칭이 가능하게 열 전달 계수를 증가시킨다. 그래서, 공기를 사용하더라도, 간격은 실용적이지 않고, 전도성이 높은 가스의 경우, 갭 간격은, 2 millimeters 미만의 시트 두께에서도, 비교적 쉽게 달성할 수 있다.
대류보다 전도에 의한 가스를 통한 냉각에 부가하여, 또 다른 구체 예는, 대류보다 전도에 의한 가스를 통한 가열 (또는 가열 및/또는 냉각)을 포함한다. 전도 및 대류의 상대적인 기여에 대해, 가열에 대한 것인지 또는 냉각에 대한 것인지는, 갭 (또는 갭들)을 가로지르는 대류 성분의 열 전달률 (Q conv )은 다음 수학식 16과 같이 주어질 수 있다:
[수학식 16]
Figure pct00021
여기서,
Figure pct00022
은 가스의 질량 유속이며, Cp는 가스의 비열용량이고, Ti는 가스가 갭으로 흐를 때 가스의 유입 온도이며, e는 갭에서 흐르는 가스, 시트 표면 및 히트 싱크/열원의 표면 (갭의 "벽들") 사이에서 열교환의 유효성 (effectiveness)이다. e의 값은 (0의 표면-대-가스 열교환을 나타내는) 0으로부터 (가스가 표면 온도에 완전한 도달을 나타내는) 1로 변한다. e의 값은, 예를 들어, e-NTU 방법을 사용하여 열 전달의 기술분야의 당업자에 의해 계산될 수 있다.
통상적으로, 그러나, 시트의 표면과 히트 싱크/열원의 표면 사이의 갭이 작은 경우, e의 값은 거의 1과 같을 것이어서, 가스가 갭을 떠나기 전에, - 양쪽의 두 표면의 온도의 평균과, 대체로, 같도록 - 거의 완전히 가스를 가열되는 것을 의미한다. e=1 (대류 열 전달률의 약간 과대평가), 및 가스가 히트 싱크/열원의 표면을 통해 갭으로 공급되는 것으로 가정하여, 갭에서 가스의 초기 온도가, 히트 싱크/열원의 표면의 온도와 동일한 (T i = T HS ) 것으로 가정될 수 있다. 대류로 인한 열 전달률은, 그 후에 수학식 17과 같이 단순화될 수 있다:
[수학식 17]
Figure pct00023
건축용 유리 및 유사한 물질을 열 강화 또는 열 처리에 통상적으로 유용한 온도에서, 처리 동안에 시트에서 나가는 복사 열 전달은 상대적으로 작다. 갭의 구역 (예를 들어, 도 21에 나타낸 갭 (204a, 204b))에서, 주로 전도에 의한 시트 (예를 들어, 도 21에 나타낸 시트 (200))를 냉각하기 위해 (또는, 가열할 때 열원으로부터의 복사의 양이 너무 많지 않다고 가정하여, 가열하기 위해), 다음 수학식 18만이 필요하다:
[수학식 18]
Figure pct00024
수학식 18과 수학식 14 및 17을 조합하면, 다음 수학식 19의 조건이 주어지며:
[수학식 19]
Figure pct00025
수학식 19는, 유지되는 경우, 문제의 갭의 구역에서, 시트가 주로 전도에 의해 냉각되는 (또는 가열되는) 것을 본질적으로 보장할 것이다. 따라서, 가스의 질량 유속
Figure pct00026
은 갭 구역의 제곱미터 당 2kA g /gC p , 또는 2k/gC p 미만이어야 한다. 하나의 구체 예에서,
Figure pct00027
< B·(2kA g /gC p ), 여기서 B는 전도 냉각에 대한 대류 냉각의 비이다. 여기에 사용된 바와 같이, B는 1보다 작고 0보다 큰 양의 정수이며, 구체적으로 2/3 이하, 또는 심지어 4/5 또는 9/10 이하의 값을 갖는다. 일반적으로, 건축용 유리 시트 (예를 들어, 히트 싱크 표면에 대한 도 21에 나타낸 시트 (200)) (예를 들어, 도 21에 나타낸, 히트 싱크 표면 (201b, 202b))의 위치 또는 열교환 표면 자체의 위치를 제어하는데 가스 흐름을 사용할 필요성에 맞게,
Figure pct00028
은 가능한 낮게 유지되어야 한다. 전도 냉각에 대한 대류 냉각의 비는 1 미만 내지 1x10-8의 값일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, B는 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, 또는 1x10-8 미만이다. 몇몇 구체 예에서,
Figure pct00029
은 히트 싱크 표면에 대해 시트 위치를 제어하고 지지하기 위해 가스 흐름을 이용할 필요성에 맞게, 최소화된다. 다른 구체 예에서,
Figure pct00030
은 시트에 대해, 열교환 표면 그 자체의 위치를 제어하기 위해 선택되어야 한다.
다양한 구체 예에서, 본 개시의 전도성-기반 냉각 시스템 내의 가스의 질량 유속 (
Figure pct00031
)은 종래의 대류-기반 템퍼링 시스템과 비교하여 실질적으로 더 낮다. 이러한 실질적으로 더 낮은 가스 유속은 여기서 논의된 바와 같이, 전도성 시스템이 실질적으로 감소된 전력 사용으로 작동되는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 적어도 몇몇 구체 예에서, 감소된 가스 유속은 또한 종래의 대류 냉각 시스템과 비교하여 실질적으로 더 조용한 냉각 시스템을 결과한다. 이러한 구체 예에서, 소음의 감소는 청각 손상의 잠재성을 감소시키고 심지어 작업자가 청각 보호를 사용할 필요성을 감소시키거나 제거함으로써, 작업자 안전을 증가시킬 수 있다.
이해되는 바와 같이, 건축용 유리 물질의 시트가 대립하는 히트 싱크 표면 사이의 에어 베어링 상에 지지되는 구체 예에서, 전도성 열 전달은 건축용 유리 시트의 양 측면으로부터 양쪽 히트 싱크 표면으로 발생할 것이다. 이로써, 이러한 구체 예에서, 건축용 유리 시트는 제1 및 제2 시트 표면을 가지며, 건축용 유리 시트의 냉각은 제1 갭이 제1 시트 표면과 제1 히트 싱크 표면 사이에 위치되도록 제1 시트 표면 (예를 들어, 건축용 유리 시트의 하부 표면)을 제1 히트 싱크 표면 (예를 들어, 하부 히트 싱크의 표면)에 인접하게 위치시킴으로써, 그리고 제2 갭이 제2 시트 표면과 제2 히트 싱크 표면 사이에 위치되도록 제2 시트 표면 (예를 들어, 건축용 유리 시트의 상부 표면)을 제2 히트 싱크 표면 (예를 들어, 상부 히트 싱크의 표면)에 인접하게 위치시킴으로써, 수행된다. 이러한 구체 예에서, 제1 시트 표면으로부터 제1 히트 싱크 표면으로 그리고 제2 시트 표면으로부터 제2 히트 싱크 표면으로 열 전도가 일어나도록 허용된다. 이러한 구체 예에서, 제1 갭은 g1의 제1 갭에 걸친 길이 및 Ag1의 제1 갭의 면적을 가지며, 제2 갭은 g2의 제2 갭에 걸친 길이 및 Ag2의 제2 갭의 면적을 가진다. 이러한 구체 예에서, 제1 갭으로의 제1 가스의 제1 흐름이 제공되고, 제2 갭으로의 제2 가스의 제2 흐름이 제공된다. 이해되는 바와 같이, 상기 논의와 유사하게, 제1 가스는 열 용량 (Cp1) 및 열 전도도 (k1)를 가지며, 제1 흐름은 질량 유속 (
Figure pct00032
)으로 제공된다. 이러한 구체 예에서,
Figure pct00033
은 0보다 크고 (2k1Ag1)/(g1Cp1)보다 작다. 더욱이, 제2 가스는 열 용량 (Cp2) 및 열 전도도 (k2)를 가지며, 제2 흐름은 질량 유속 (
Figure pct00034
)으로 제공된다. 이러한 구체 예에서,
Figure pct00035
는 0보다 크고 (2k2Ag2)/(g2Cp2)보다 작다. 이러한 구체 예에서, 제1 및 제2 흐름은 건축용 유리 시트가 히트 싱크 표면에 접촉함 없이 지지되도록 건축용 유리 시트와 접촉한다. 이러한 방식으로, 시트는 시트의 중심 장력 및 표면 압축 응력을 생성하는 방식으로, 대류보다 전도에 의해 많이 냉각된다.
고 전도 냉각 존을 포함하는 건축용 유리 강화 시스템
도 21을 참조하면, 고 전도 유리 냉각/퀀칭 스테이션 (quenching station)의, 및 대류보다 전도에 의해 많이 냉각되는 유리 시트의 개략적인 단면은 나타낸다. 고온 (hot) 유리 시트 (200)는, 각각 갭 (204a 및 204b)에 걸친 각각의 제1 및 제2 히트 싱크 (201a, 202a)의 각각의 제1 및 제2 표면 (201b, 202b)을 각각 대면한 제1 및 제2 (주) 표면 (200a, 200b)을 가진다. 가스 (230)는 화살표로 나타낸 바와 같이 제1 및 제2 표면 (201b, 202b)을 통해 공급되어, 갭 (204a, 204b)을 공급하고 건축용 유리 시트를 히트 싱크 (201a, 202a) 중심에, 또는 그렇지 않으면 상기 히트 싱크 사이에 위치시키는 것에 도움을 준다. 공기 또는 다른 가스는 화살표 (240)에 의해 나타낸 바와 같이 히트 싱크 (201a, 202a)의 에지를 지나갈 수 있다. 여기에서 논의에 따라 갭 (204a, 204b)의 크기 및 가스 및 가스 (230)의 유속을 선택함으로써, 건축용 유리 시트 (200)는 대류보다 전도에 의해 많이 냉각될 것이다. 특정 구체 예에서, 건축용 유리 시트 (200)는, 건축용 유리 시트 (200)와 같은 가열된 제품에서 빠져나가는 20 % 초과, 구체적으로 50 % 초과, 보다 구체적으로는 80 % 초과의 열 에너지가 갭 (204a, 204b)과 같은 갭을 가로질러 히트 싱크 (201a 및 202a)에 의해 수용되도록, 히트 싱크 (201a 및 202a)에 의해 냉각된다.
몇몇 구체 예에서, 갭 (204a, 204b)은 가열된 건축용 유리 시트가 대류보다 전도에 의해 많이 냉각되도록, 갭에 걸친 충분한 두께 또는 거리를 가지도록 구성된다. 이해되는 바와 같이, 갭 (204a, 204b)의 크기는 일반적으로 주요 건축용 유리 표면과 대립 히트 싱크 표면 사이의 거리이다.
몇몇 구체 예에서, 갭 (204a 및 204b)은 약 (예를 들어, ±1%) 100 ㎛ 이상 (예를 들어, 약 100 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 190 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 180 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 170 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 160 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 150 ㎛, 약 110 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 120 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 130 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 또는 약 140 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 범위)의 두께를 가질 수 있다. 다른 구체 예에서, 갭 (204a 및 204b)은 약 (예를 들어, ±1%) 100 ㎛ 이하 (예를 들어, 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 20 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 30 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 40 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 90 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 80 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 70 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 60 ㎛, 또는 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 범위)의 두께를 가질 수 있다.
히트 싱크 (201a, 202a)는 고체 또는 다공성 형상일 수 있다. 적합한 물질은 알루미늄, 청동, 탄소 또는 흑연, 스테인리스 강 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 히트 싱크 치수는 건축용 유리 시트의 크기를 처리하기에, 그리고 히트 싱크 온도를 현저하게 변화시킴 없이 효율적으로 및 효과적으로 열을 전달하기에 충분하도록 설계될 수 있다. 히트 싱크 (201a 및/또는 202a)가 다공성인 경우에, 그들은 가스를 흐르게 하는 추가의 구멍 또는 홀을 여전히 포함할 수 있거나, 흐름을 제공하기 위해 다공성 구조물을 사용할 수 있거나, 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 히트 싱크는 도 23-25 및 이하에서 보다 상세하게 기재된, 히트 싱크의 온도를 제어하는 유체 흐름을 허용하기 위한 통로를 더욱 포함한다.
종래 기술의 높은 가스 유속을 제거하는 것은 도 21에 나타낸 바와 같이, 매우 작은 구멍 또는 기공 (206)의 사용을 히트 싱크 면에서 가능하게 하여, 갭(들)에 가스를 제공할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 구멍은 가장 작은 방향 (예를 들어, 원형 구멍의 경우 직경)으로 측정할 시에 2 mm 미만, 1.5 mm 미만, 1 mm 미만, 0.5 mm 미만, 0.25 mm 미만 또는 200, 150, 100, 50, 30, 20, 또는 10 ㎛ 이하일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 구멍은 약 (예를 들어, ±1%) 10 ㎛ 내지 약 1 ㎜, 약 20 ㎛ 내지 약 1 ㎜, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 1 mm이다.
인접한 구멍 (206) 사이의 간격은 에지 간의 구멍으로 측정된, 약 (예를 들어, ±1%) 10 ㎛ 내지 약 3 mm, 약 20 ㎛ 내지 약 2 mm, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 1 mm일 수 있다. 작은 구멍 또는 기공은 개별 흐름 제한장치 (flow restrictors)로서 기능할 수 있어, 시트를 위치시키고 갭 크기를 제어하기 위해, 시트의 지지 일치성 및 높은 수준의 강성과 같은, 고 성능, 가스 베어링 타입 동역학을 제공하고, 열적 강화 효과의 높은 균질성을 가능하게 하여 응력 복굴절을 피하거나 줄일 수 있다. 더욱이, 매우 작은 기공 또는 구멍이 사용될 수 있기 때문에, 갭(들)에 걸친 시트 표면을 대면하는 히트 싱크의 표면에서의 고형물의 상대 양이 최대화될 수 있고, 그에 따라 전도성 열 흐름을 증가시킨다.
다양한 구체 예에 따르면, 갭 (204a, 204b)에 가스를 제공하는 유일한 경로로서의 이러한 구멍 (206)의 사용, 및 히트 싱크 표면 (201b, 202b)의 수직선에 가까운 방향으로 놓이는 구멍 (206)을 바람직하게 사용하는 것은 에어 베어링 타입 동역학이 최적화되는 것, 및 더 큰 구멍으로부터의 또는 시트 (200)에 인접한 히트 싱크 표면(들) (201b, 202b)을 통하는 것과는 다른 열원으로부터의 가스 흐름에 의해, 또는 다른 과도한 측 방향 흐름에 의해 손상되지 않는 것을 보장한다. 다른 구체 예에서, 가스는 이를테면 구멍 (206) 또는 기공에 부가하여, 다른 열원을 통해 갭 (204a, 204b)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 관점은 이를테면 종래의 대류 템퍼링 공정에 관해 저 가스 흐름 및 고체-가스-고체 전도의 사용에 의한 전력 및 에너지 절감을 가능하게 한다.
도 22-25는 본 개시에 따른 건축용 유리 강화 시스템 (300)의 대표적인 구체 예를 나타낸다. 도 22는 건축용 유리 시트가 건축용 유리 시트로부터 가스를 통해 전도성 히트 싱크 내로 열 전도에 의해 냉각될 수 있는 시스템 (300)의 개략적인 단면도를 나타낸다. 장치는 고온 존 (310), 냉각 존 (330) 및 전환 가스 베어링 (320)을 포함한다. 전환 가스 베어링 (320)은 건축용 유리와 베어링 사이에 접촉이 없거나 실질적으로 어떠한 접촉도 일어나지 않도록 건축용 유리 제품 (예를 들어, 건축용 유리 시트 (400a))을 고온 존 (310)으로부터 냉각 존 (330)으로 이동 또는 안내한다. 고온 존 (310)은 고온 존 플리넘 (plenum) (318)으로부터 각각 공급되는 가스 베어링 (312)을 가지며, 베어링 (312)은 고온 존 가스 베어링 (312)을 원하는 시작 공정 온도까지 가열시키는 역할을 하는, 베어링 (312)을 통해 홀에 삽입된 카트리지 히터 (314)를 가진다. 건축용 유리 시트 (고온 존) (400a)는 원하는 사전 냉각 온도 (예를 들어, 전이 온도 이상)를 갖도록 충분히 긴 기간 동안 고온 존 가스 베어링 (312) 사이에서 유지된다.
몇몇 구체 예에서, 고온 존에서 시트를 가열하는 것은 얇은 가스 배리어 (gas barrier)를 통한 히트 싱크로부터의 열의 전도에 의해 주로 이행될 수 있다. 고온 존에서 사용되는 전도성 가열 공정은 여기에 기재된 냉각 공정과 유사할 수 있지만, 뒤바뀔 수도 있다 (예를 들어, 건축용 유리 시트 내로 열을 밀어넣음).
몇몇 구체 예에서, 고온 존 가스 베어링 (312)과 건축용 유리 시트 (400a) 사이의 갭 (316)은 0.05" (1.27 mm) 내지 0.125" (3.175 mm) 또는 그보다 큰 정도로 상대적으로 클 수 있는데, 이는 건축용 유리 시트 (400a)가 상대적으로 천천히 가열될 수 있고, 고온 가스 베어링 (312)으로부터 건축용 유리 시트 (400a) 내로 열 방사가 이러한 목적에 적당하기 때문이다. 다른 구체 예에서, 고온 존 갭 크기는 측면당 150 microns 또는 측면당 500 microns 만큼 작을 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 보다 작은 갭이 유리할 수 있는데, 이는 그들이 베어링으로 하여금 더 우수한 "강성" - 즉, 건축용 유리를 중심에 모아 상기 유리가 연화된 상태에 있을 동안 그를 평평하게 하는 능력을 갖는 것을 가능하게 하기 때문이다. 몇몇 구체 예에서, 공정은, 예를 들어, 가스 베어링 (312)에 의해 공급된 압력을 통해 초기 가열 단계에서 건축용 유리 시트를 재-형성을 - 그들을 평평하게 하는 것을 - 할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상부 및 하부 고온 존 베어링은 액추에이터 상에 있을 수 있어, 연속적인 방식으로 갭 폭을 변화시키거나, 선택적으로, 갭이 클 시에 건축용 유리가 고온 존 내로 들어가도록 하게 하여 그 후에 건축용 유리가 여전하게 연화적일 동안 상기 건축용 유리를 평평하게 하기 위해 갭을 압축시킨다.
공정 온도는 건축용 유리 조성물, 건축용 유리 두께, 건축용 유리 속성 (CTE 등), 및 원하는 강화 수준을 포함하는 다수의 요인에 좌우된다. 일반적으로, 시작 공정 온도는 건축용 유리 전이 온도와 리틀 톤 연화점 (Littleton softening point) 사이의 임의의 값일 수 있거나, 몇몇 구체 예에서 심지어 더 높을 수 있다. SLG 경우, 예를 들어, 시스템 (300)은 약 (예를 들어, ±1%) 640 내지 약 730 ℃ 또는 약 690 내지 약 730 ℃의 온도까지 건축용 유리 시트 (400a)를 가열한다. 몇몇 구체 예에서, 시스템 (300)은 약 (예를 들어, ±1%) 620 내지 약 800 ℃, 약 640 내지 약 770 ℃, 약 660 내지 약 750 ℃, 약 680 내지 약 750 ℃, 약 690 내지 약 740 ℃, 또는 약 690 내지 약 730 ℃의 온도까지 건축용 유리 시트 (400a)를 가열한다.
건축용 유리 시트 (400a)는 그의 원하는 시작 공정 온도 (예를 들어, 건축용 유리 전이 온도 이상)로 가열되고, 그 후에, 임의의 적합한 수단을 사용하여 고온 존 (310)으로부터 냉각 존 (330)으로 이동된다. 몇몇 구체 예에서, 고온 존 (310)으로부터 냉각 존 (330)으로 건축용 유리 시트 (400a)를 이동시키는 것은, 예를 들어, (1) 전체 조립체를 기울어지게 하여 건축용 유리 시트 상에 작용하는 중력이 그를 냉각 존으로 이동하게 함으로써, (2) 고온 존 (310)의 최 좌측 출구로부터 가스 흐름을 차단하여 (이 구체 예에서 측면이 둘러싸여 있음), 모든 가스 베어링으로부터 나오는 모든 가스가 냉각 존의 최 우측 출구로부터 배출되게 하고, 유체 힘이 건축용 유리 시트 (400a) 상에 가해지도록 하고 그를 냉각 존 (330)으로 이동하게 함으로써, 또는 (3) 상기 항목 (1) 및 (2)의 조합에 의해, 달성될 수 있다.
전환 가스 베어링 (320)에는 전환 베어링 플리넘 (328)에 의해 가스가 공급될 수 있다. 전환 가스 베어링 (320)의 표면 뒤의 고체 물질 두께는 얇고, 저 열 질량 및/또는 저 열 전도도를 가질 수 있어, 고온 존 (310)으로부터 냉각 존 (330)으로 감소된 열 전도를 허용한다. 전환 가스 베어링 (320)은 2 개의 존 (310 및 330) 사이의 열 파괴 또는 전환으로서의 역할을 할 수 있고, 고온 존의 더 큰 갭 (316)으로부터 냉각 존 (330)의 작은 갭 (336)으로 하향 전환하는 역할을 할 수 있다. 더욱이, 전환 가스 베어링 (320)의 저 열 질량 및/또는 저 열 전도도는 열 전달의 양을, 나아가 전환 가스 베어링 (320)을 지나가는 동안 건축용 유리 시트 (400a)에 의해 겪게 되는 냉각을 제한한다.
일단 건축용 유리 시트 (냉각 존) (400b)가 냉각 존 (330) 및 채널 (330a) 내로 이동하면, 정지 게이트 (341)로 나타낸 기계 정지 또는 임의의 다른 적합한 차단 메커니즘에 의해 우측 출구에서 빠져나가는 것이 정지된다. 일단 건축용 유리 시트 (400b)가 충분히 냉각되어 중심이 건축용 유리 전이 (예를 들어, 이 실시 예에 표면에서의 약 325 ℃에 상응하는 약 490 ℃ 이하의 1 mm 두께의 SLG의 경우)를 지나가게 되면, 정지 게이트 (341)는 이동되어 냉각 존 채널 (330a)을 차단해제할 수 있고, 그 후에 건축용 유리 시트 (400b)는 시스템 (300)으로부터 제거될 수 있다. 원한다면, 건축용 유리 시트 (400b)는 제거되기 전에 실온 부근의 어느 곳까지 냉각 존 (330)에 남겨질 수 있다.
전술한 바와 같이, 고온 존 (310) 내에서, 건축용 유리 시트 (400)는 건축용 유리 시트의 건축용 유리 전이 온도보다 높은 온도로 가열된다. 도 22에 나타낸 구체 예에서, 냉각 존 (330)은 개구 (330b)를 통해 가열된 건축용 유리 시트 (400b)를 수용하고, 건축용 유리 시트 (400b)를 운반하며, 냉각 존에서 건축용 유리 시트 (400b)를 냉각시키는 채널 (330a)을 포함한다. 하나 이상의 구체 예에서, 채널 (330a)은, 가스 베어링, 롤러 휠, 컨베이어 벨트, 또는 냉각 존을 통해 건축용 유리 시트를 물리적으로 수송하는 다른 수단을 포함할 수 있는 운반용 시스템을 포함한다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 냉각 존 (330)은 고온 존 플리넘 (318) 및 전환 플리넘 (328)으로부터 분리된 플리넘 (338)에 공급된 가스 베어링 (332)을 포함한다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 냉각 존 (330)은 채널 (330a)에 인접하게 배치된 하나 이상의 히트 싱크 (331)를 포함한다. 2 개의 히트 싱크가 이용되는 경우, 이러한 히트 싱크는 채널 갭 (330a)에 걸친 서로 대면한 채널 (330a)의 대립 측 상에 배치될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 히트 싱크는, 가스 베어링 (332)의 몇몇을 형성하는 복수의 구멍 (331a)을 포함하며, 냉각 존 (330)의 저온 가스 베어링 (332)의 표면은 2 개의 히트 싱크 표면으로서의 역할을 한다. 채널 (330a) 내에서의 저 공기 유속 및 채널 갭 (330a)의 작은 크기로 인해, 건축용 유리 시트 (400b)는, 건축용 유리 시트 (400b)가 히트 싱크 표면을 접촉함 없이, 갭에 걸친 건축용 유리 시트로부터 고체 히트 싱크 (331) 내로 열의 전도에 의해 주로 냉각 존 (330) 내에서 냉각된다.
몇몇 구체 예에서, 히트 싱크 및/또는 그의 표면은 세그먼트화될 수 있다. 전술한 바와 같이, 몇몇 구체 예에서, 히트 싱크는 다공성일 수 있으며, 이러한 구체 예에서, 가스 베어링 (332)용 가스가 전달되는 구멍은 다공성 히트 싱크의 기공이다. 복수의 구멍 (332b), 가스 소스 및 채널 갭 (330a)은 유체 연통될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 가스는 구멍 (331a)을 통해 흘러 채널 갭 (330a)에서 가스 쿠션, 층 또는 베어링을 형성한다. 몇몇 구체 예의 가스 쿠션은 건축용 유리 시트 (400b)가 히트 싱크 (331) 표면과 접촉하는 것을 방지한다. 가스는 또한 건축용 유리 시트 (400b)가 대류보다 전도에 의해 많이 냉각되는 가스로서의 역할을 한다.
냉각은 본질적으로 갭에 걸친 고체 간의 열 전도에 의해 발생하기 때문에, 대류-지배형 냉각에 존재하지 않는 문제가 해결될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 크고 얇은 시트의 템퍼링의 경우, 시트는 (1) 대류-기반 퀀칭에서 통상적으로 사용되는 것보다 빠른 속도로 선택적으로 냉각 존 내로 빠르게 도입될 수 있고/있거나, (2) 공정은 다수의 시트가 그들 사이의 작은 공간을 두고 연속적인 스트림으로 번갈아 (one after the other) 가열 및 냉각되고, 히트 싱크가 열적 평형에 도달하도록 활발히 냉각되어 대형 시트의 전면 및 트레일링 (trailing) 에지가 유사한 열 이력을 가지는 준 연속 모드 (quasi-continuous mode)로 동작된다.
몇몇 구체 예에서, 구멍 (331a)을 통해 흐르는 가스는 히트 싱크를 냉각시킨다. 몇몇 구체 예에서, 구멍을 통해 흐르는 가스는 갭에 걸친 건축용 유리로부터 히트 싱크 내로 열 전도를 용이하게 하고, 또한 히트 싱크 (331)를 냉각시킨다. 몇몇 사례에서, 별도의 가스 또는 유체가 히트 싱크 (331)를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 히트 싱크 (331)는 도 23에 대해 보다 상세하게 기재된 바와 같이, 히트 싱크 (331)를 냉각시키기 위해 냉각 유체를 흐르게 하는, 통로 (334)를 포함할 수 있다. 통로 (334)는 둘러싸일 수 있다.
2 개의 히트 싱크가 사용되는 경우 (즉, 제1 히트 싱크 및 제2 히트 싱크), 채널 갭 (330a)에 가스를 제공하기 위해 하나 이상의 가스 소스가 사용될 수 있다. 가스 소스는 서로 동일한 가스 또는 다른 가스를 포함할 수 있다. 채널 갭 (330a)은, 따라서, 하나의 가스, 다른 가스 소스의 가스들의 혼합물, 또는 동일 가스 소스를 포함할 수 있다. 대표적인 가스는 공기, 질소, 이산화탄소, 헬륨 또는 기타 불활성 가스 (noble gases), 수소 및 이들의 다양한 조합을 포함한다. 가스는 건축용 유리 시트 (400b)를 전도적으로 냉각하기 시작하기 직전에 채널 (330a)에 진입할 시에, 그의 열 전도도로 설명될 수 있다. 몇몇 사례에서, 가스는 약 (예를 들어, ±1%) 0.02 W/(m·K) 이상, 약 0.025 W/(m·K) 이상, 약 0.03 W/(m·K) 이상, 약 0.035 W/(m·K) 이상, 약 0.04 W/(m·K) 이상, 약 0.045 W/(m·K) 이상, 약 0.05 W/(m·K) 이상, 약 0.06 W/(m·K) 이상, 약 0.07 W/(m·K) 이상, 약 0.08 W/(m·K) 이상, 약 0.09 W/(m·K) 이상, 약 0.1 W/(m·K) 이상, 약 0.15 W/(m·K) 이상, 또는 약 0.2 W/(m·K) 이상)의 열 전도도를 가질 수 있다.
여기에 기재된 공정 및 시스템은 상기에서 논의한 바와 같이 매우 얇은 건축용 유리 시트 내에서도 온도 차이의 강화 정도 (strengthening degree)가 형성되도록 하는 높은 열 전달률을 허용한다. 건축용 유리 시트와 히트 싱크 사이에 갭을 두고 가스로 공기를 사용하면, 높은 열 전달률은 전도만을 통해 350, 450, 550, 650, 750, 1000 및 1200 kW/m2 이상 높은 만큼 가능해진다. 헬륨 또는 수소를 사용하면, 5000 kW/m2 이상의 열 전달률이 달성될 수 있다.
하나 이상의 구체 예의 히트 싱크 (331)는 고정될 수 있거나 또는 채널 갭 (330a)의 두께를 변경하도록 이동될 수 있다. 건축용 유리 시트 (400b)의 두께는 히트 싱크 (331)의 대립 표면 (예를 들어, 도 22의 배치에서 히트 싱크 (331)의 상부 및 하부 표면) 사이의 거리로서 정의된, 채널 갭 (300a)의 약 0.4 배 두께 내지 약 0.6 배 두께의 범위에 있을 수 있다. 몇몇 사례에서, 채널 갭은 가열된 건축용 유리 시트가 대류보다 전도에 의해 많이 냉각되도록 충분한 두께를 가지도록 구성된다.
몇몇 구체 예에서, 채널 갭은, 건축용 유리 시트 (400b)가 채널 (330a) 내를 통해 운반되거나, 상기 채널 내에 위치될 시에, 건축용 유리 시트 (400b) 및 히트 싱크 표면의 주 표면 사이의 거리 (예를 들어, 상기에서 논의된 갭 크기)가 약 (예를 들어, ±1%) 100 ㎛ 이상 (약 100 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 190 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 180 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 170 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 160 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 150 ㎛, 약 110 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 120 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 130 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 또는 약 140 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 범위)이 되도록 하는 두께를 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 채널 갭은, 건축용 유리 시트 (400b)가 채널을 통해 운반될 시에, 건축용 유리 시트와 히트 싱크 표면 사이의 거리 (갭 또는 갭들 (336))가 약 (예를 들어, ±1%) 100 ㎛ 이하 (예를 들어, 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 20 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 30 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 40 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 90 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 80 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 70 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 60 ㎛, 또는 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 범위)가 되도록 하는 두께를 가질 수 있다. 채널 갭 (330a)의 전체 두께는, 건축용 유리 시트 (400b)의 두께에 의존하지만, 일반적으로 건축용 유리 시트의 두께 더하기, 히트 싱크 표면과 건축용 유리 시트 사이 거리의 2 배를 특징으로 할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 건축용 유리 시트와 히트 싱크 사이의 거리 또는 갭 (336)은, 동일하지 않을 수 있다. 이러한 구체 예에서, 채널 갭 (330a)의 전체 두께는, 건축용 유리 시트의 두께 더하기, 건축용 유리 시트와 각각의 히트 싱크 표면 사이 거리 합을 특징으로 할 수 있다.
몇몇 사례에서, 채널 갭의 전체 두께는 약 (예를 들어, ±1%) 2500 ㎛ 미만 (예를 들어, 약 120 ㎛ 내지 약 2500 ㎛, 약 150 ㎛ 내지 약 2500 ㎛, 약 200 ㎛ 내지 약 2500 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 2500 ㎛, 약 400 ㎛ 내지 약 2500 ㎛, 약 500 ㎛ 내지 약 2500 ㎛, 약 600 ㎛ 내지 약 2500 ㎛, 약 700 ㎛ 내지 약 2500 ㎛, 약 800 ㎛ 내지 약 2500 ㎛, 약 900 ㎛ 내지 약 2500 ㎛, 약 1000 ㎛ 내지 약 2500 ㎛, 약 120 ㎛ 내지 약 2250 ㎛, 약 120 ㎛ 내지 약 2000 ㎛, 약 120 ㎛ 내지 약 1800 ㎛, 약 120 ㎛ 내지 약 1600 ㎛, 약 120 ㎛ 내지 약 1500 ㎛, 약 120 ㎛ 내지 약 1400 ㎛, 약 120 ㎛ 내지 약 1300 ㎛, 약 120 ㎛ 내지 약 1200 ㎛, 또는 약 120 ㎛ 내지 약 1000 ㎛의 범위)일 수 있다. 몇몇 사례에서, 채널 갭의 전체 두께는 약 2500 ㎛ 이상 (예를 들어, 약 2500 ㎛ 내지 약 10,000 ㎛, 약 2500 ㎛ 내지 약 9,000 ㎛, 약 2500 ㎛ 내지 약 8,000 ㎛, 약 2500 ㎛ 내지 약 7,000 ㎛, 약 2500 ㎛ 내지 약 6,000 ㎛, 약 2500 ㎛ 내지 약 5,000 ㎛, 약 2500 ㎛ 내지 약 4,000 ㎛, 약 2750 ㎛ 내지 약 10,000 ㎛, 약 3000 ㎛ 내지 약 10,000 ㎛, 약 3500 ㎛ 내지 약 10,000 ㎛, 약 4000 ㎛ 내지 약 10,000 ㎛, 약 4500 ㎛ 내지 약 10,000 ㎛, 또는 약 5000 ㎛ 내지 약 10,000 ㎛의 범위)일 수 있다.
히트 싱크 (331)에서의 구멍 (331a)은 히트 싱크 표면에 수직으로 위치될 수 있거나, 히트 싱크 표면에 대해 수직으로부터 20도 이하, 이를테면, 약 (예를 들어, ±1%) 15도 이하, 약 10도 이하 또는 약 5도 이하)의 각도로 위치될 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 히트 싱크 (냉각 베어링 (332)) 표면 뒤의 물질은 금속 (예를 들어, 스테인리스 강, 구리, 알루미늄), 세라믹, 탄소 등을 포함하는 높은 열 전달률을 가진 임의의 적합한 물질일 수 있다. 이러한 물질은, 히트 싱크가 상대적으로 많은 양의 열 에너지를 손쉽게 받아들 수 있도록, 도 22에 나타낸 바와 같이, 전환 베어링 (320)의 표면 뒤의 물질과 비교하여 상대적으로 두꺼울 수 있다. 대표적인 구체 예에서, 히트 싱크 (331)의 물질은 스테인리스 강이다.
도 23은 좌우가 거꾸로 일지라도 도 22의 것과 유사한 장치의 절개된 사시 단면도이며, 상기 장치는 추가적으로 건축용 유리 시트 (400c)가 위치된 로드/언로드 가스 베어링 (342)을 포함하는, 로드/언로드 존 (340), 그 다음에 시스템 (300)의 냉각 존 (330)을 포함한다. 또한, 도 23의 장치는 고온 존 (310), 전환 베어링 (320), 및 냉각 존 (330)에서 타이트한 채널 갭 (도면 상에 나타나 있지 않음)을 사용한다.
도 23에서의 삽도는 가스 베어링 (322a)이 가스 베어링 공급 홀 (333) 사이의 냉각제 채널 (334)에 의해 활발하게 냉각되는 냉각 존 가스 베어링 (332a)의 선택적인 구체 예를 나타내며, 이 경우 공급 홀은 베어링 (322a)의 표면에 구멍을 공급한다. 냉각 채널 (334)은 히트 싱크 세그먼트 (333b) 사이에서 정의되며, 상기 히트 싱크 세그먼트는 함께 조립되어 히트 싱크 (331) 및 건축용 유리 시트 (400b)에 대면하는 표면을 형성한다.
냉각 채널 (334)은 가스 베어링 (332)의 고체 물질로, 히트 싱크 (331)의 표면에 매우 근접하에 위치될 수 있고, 이때 히트 싱크/가스 베어링 표면과 냉각제 채널 (334)의 가장 근접한 표면 에지 사이의 고체 베어링 물질의 영역은 냉각제 채널 (334)의 가장 근접한 표면 에지와 동일한 폭을 가진다. 이에 따라서, 몇몇 구체 예에서, 냉각제 채널 (334)과 건축용 유리 (400b)에 대면하는 표면 사이의 히트 싱크 (331)/가스 베어링 (332a)의 고체 물질에는 감소된 단면 영역이 없다. 이는, 높은 가스 유속에 따르면 가스 흐름이 빠져나가기 위해 가스 노즐 어레이의 중간에 상당한 공간이 제공되도록 되어 있기 때문에, 통상적인 대류 가스 냉각 장비와는 상이하다. 활성 냉각이 사용되는 경우, 히트 싱크 (331)/가스 베어링 (332a)은 건축용 유리 표면에 가장 근접한 고체 물질에 대해, 가스 노즐 설계의 고체 물질에서 감소된 단면 영역을 가진다. 감소된 단면 영역은 일반적으로 시트로부터 되돌아오는 다량의 가열된 가스에 대해 고-체적 경로를 제공하기 위해, 처리 중에 활성 냉각 유체와 건축용 유리 시트 사이에 위치된다.
도 24는 도 23의 삽도의 것과 마찬가지로 냉각 존 가스 베어링 (332)의 또 다른 선택적인 구체 예를 여전히 나타낸다. 이러한 구체 예에서, 냉각제 채널 (334)은 가스 베어링 공급 홀 (333)을 포함한 가스 베어링 공급 부재 (335)와, 가스 베어링 (332)의 표면에 대면하는 건축용 유리 시트 (400b)를 제공하는 가스 베어링 대면 부재 (337a) 사이에 형성된다. 도 25는 도 24의 구체 예와 유사한 구조물을 가지지만, 다공성 부재 (339)가 건축용 유리 시트 (400b)에 대면하는 표면을 형성하도록, 베어링 플레이트 부재 (337b)와 건축용 유리 시트 (400b) 사이에 다공성 부재 (339)를 가진 또 다른 선택적인 냉각 존 가스 베어링 (332c)을 여전히 나타낸다.
다양한 구체 예에서, 도 16-26에 관련하여 여기에 기재된 건축용 유리 강화 공정 및 시스템은, 여기서 논의된 건축용 유리 제품 구체 예 중 어느 하나의 특색, 특징, 치수, 물리적 특성 등의 임의의 조합을 가진 건축용 유리 또는 유리 세라믹 제품 (이를테면, 건축용 유리 시트 (500))을 형성하기 위해 사용되거나 동작될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
여기에 기재된 열적 강화 공정을 거친 건축용 유리 시트는 그들 강도를 더욱 향상시키기 위해, 이온 교환을 거침으로써 더욱 처리될 수 있다. 여기에 기재된 바와 같이 열 강화된 건축용 유리의 표면의 이온 교환은, 몇몇 이러한 고려된 구체 예에서, 적어도 20 MPa, 이를테면 적어도 50 MPa, 이를테면 적어도 70 MPa, 이를테면 적어도 80 MPa, 이를테면 적어도 100 MPa, 이를테면 적어도 150 MPa, 이를테면 적어도 200 MPa, 이를테면 적어도 300 MPa, 이를테면 적어도 400 MPa, 이를테면 적어도 500 MPa, 이를테면 적어도 600 MPa 및/또는 1 GPa 이하 만큼 전술된 압축 응력을 증가시킬 수 있다.
건축용 유리 시트를 열적 제어하고 그리고/또는 가열하는 시스템 및 공정
얇은 건축용 유리 시트를 열적 강화시킴에 부가하여, 여기에 기재된 공정 및 시스템은 부가적인 열적 제어 공정에도 사용될 수 있다. 냉각이 여기에서 구체적으로 논의되지만, 시스템 및 공정은 전도성 방법을 통해 건축용 유리 시트 내로 열을 전달하는데 사용될 수 있다. 이에 따라서, 대류보다 많이 전도에 의해 가스를 통한 가열을 포함한, 본 개시의 공정의 추가적인 구체 예가 있다. 이러한 공정 또는 방법 (700)은 도 26의 흐름도에 예시된다.
방법 (700)은 2 개의 주요 단계를 포함한다. 제1단계 (단계 710)는 적어도 하나의 표면을 가진, 건축용 유리 시트와 같은 제품을 제공하는 단계를 포함한다. 제2단계 (단계 720)는 제품의 표면의 일부, 제품의 전체 표면까지 및 전체 표면을 포함하여 가열 또는 냉각시키는 단계를 포함한다. 단계 (720)는 하위-부분 (720a)에 나타낸 바와 같은, 열원 또는 히트 싱크 소스로, 또는 열원 또는 히트 싱크 소스로부터 가스를 통해 대류보다 전도에 의해 많이 수행되고, 하위-부분 (720b)에서 제품의 표면의 일부 또는 제품의 열적 제어를 완성하기에 충분하게 수행되며, 그리고 단계 (720)의 냉각/가열의 전도는 하위-부분 (720b)에서 일부의 면적의 m2당 적어도 450 kW인, 높은 열 전달률로 수행된다.
예를 들어, 제품은 제품의 표면의 일부, 제품의 전체 표면 (면적을 가진 일부) 까지 및 전체 표면을 포함하여 냉각 또는 가열시킴으로써, 대류보다 전도에 의해 많이 열적으로 제어 - 즉, 가열 또는 냉각될 수 있으며, 상기 전도는 히트 싱크 또는 열원으로부터 또는 히트 싱크 또는 열원으로 고체-대-고체 접촉을 통하지 않고, 가스를 통해 매개되어, 제품의 또는 제품 표면의 일부의 열적 제어를 충분히 완성하며, 그리고 상기 전도는 제곱미터당 적어도 450, 550, 650, 750, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1500, 2000, 3000, 4000 또는 심지어 5000 이상의 kW의 비율로 가열 또는 냉각을 적어도 몇몇 시간 동안 수행된다.
템퍼링에 부가하여, 여기서 논의된 시스템 및 방법에 의해 제공되는 높은 화력 전달률은, 템퍼링 동안에 가열 및 냉각, 건축용 유리의 에지 강화, 세라믹, 유리, 또는 다른 물질의 소성 또는 소결 등을 포함하여, 모든 종류의 열 공정 또는 환경을 가능하게 한다. 부가적으로, 열이 주로 전도에 의해 추출되거나 전해지기 때문에, 처리된 제품에서의 열 이력 및 열 분포에 대해 엄격한 제어는 제공하면서, 표면 평활도 및 품질을 보존한다. 따라서, 여전히 본 개시의 또 다른 관점에서, 열이 주로 전도에 의해 추출되거나 전달되지만, 표면 평활도 및 품질이 보존되기 때문에, 처리된 제품에서의 열 이력 및 열 분포에 대해 엄격한 제어는 제공된다. 따라서, 본 개시의 시스템 및 방법을 사용하여, 갭을 변화시키고, 히트 싱크/열원 물질을 변화시키고, 히트 싱크/열원 온도를 변화시키며, 가스 혼합물을 변화시킴으로써, 시트 평면이 놓인 방향 및 두께 방향 둘 다에서 강화 공정으로부터의 응력 프로파일을 의도적으로 변화시키는 것이 가능할 것이다 - 그리고 이들 모두는 시트가 이동함에 따라 상기 시트의 경로를 따라 또는 시트의 경로에 걸쳐 위치에 의해 변화되거나, 또는 잠재적으로는 위치뿐만 아니라, (변수 대부분에 대해) 시간에 따라 변화될 수 있다.
강화 건축용 유리 시트를 혼입한 디바이스 , 생산품 및 구조물
여기서 논의된 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 및 시트는 넓은 범위의 제품, 디바이스, 생산품, 구조물 등에 광범위하게 사용된다. 대표적인 구체 예에서, 여기서 논의된 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 및 시트는 단일-페인 (pane), 다중-페인, 및 진공 단열 유리 (VIG) 창에서 일부 또는 전체 페인을 구성한다.
도 27을 참조하면, 건물, 집, 사무실, 차량 등과 같은 구조물 (1010)은 창, 벽 (예를 들어, 표면)의 일부, 칸막이, 장식 패널, 거울 등의 형태로 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1012)을 포함한다. 다른 구체 예에서, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1012)은 더 차가운 문, 오븐 문, 유사한 가정기기, 또는 다른 실내 응용물에 포함될 수 있다. 고려된 구체 예에서, 건축용 유리 또는 세라믹 제품 (1012)은, 여기에 개시된 바와 같은, 건축용 유리 또는 세라믹 제품 (1012)이, 그 내부에 양의 인장 응력에 의해 균형을 이루는, 그의 표면 상에 또는 그 근처에 음의 인장 응력을 가지도록 강화될 수 있다. 더욱이, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1012)은, 상대적으로 높은 이산화규소 함량, 이를테면, 적어도 70 wt.%의 이산화규소, 이를테면, 적어도 75 wt.%의 이산화규소를 가짐으로써 옥외 환경에서 존재할 수 있음에 따라, 화학물질 및/또는 부식에 저항하는 조성물을 가질 수 있다.
대표적인 구체 예에 따르면, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1012)은 그의 두께에 직각인 주 표면을 가지며 (도 4에 나타낸 바와 같이 일반적인 시트 (500) 참조), 이 경우에 상기 주 표면은 다른 응용물 (예를 들어, 렌즈, 배터리 구성요소 등)에 사용된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품에 비해 큰 면적 (예를 들어, 적어도 5 ㎠, 적어도 9 ㎠, 적어도 15 ㎠, 적어도 50 ㎠, 적어도 250 ㎠)을 가진다. 고려된 구체 예에서, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1012)을 통한 전체 광 투과율은, 건축용 유리 또는 유리 세라믹 제품 (1012)이 여기에 개시된 바와 같이 두께 (t), 이를테면, 5 cm 미만, 3 cm 미만, 2 cm 미만, 1.75 cm 미만, 1.5 cm 미만, 1 cm 미만, 5 mm 미만, 3 mm 미만, 2 mm 미만, 1.75 mm 미만, 1.5 mm 미만, 1 mm 미만, 0.8 mm 미만, 0.6 mm 미만, 0.5 mm 미만, 0.4 mm 미만, 0.2 mm 미만, 및/또는 적어도 10 micrometers, 이를테면 적어도 50 micrometers의 두께를 가질 시에, 약 300 nm 내지 800 nm의 파장으로부터의 적어도 약 50 % (예를 들어, 적어도 65 %, 적어도 75 %)이다.
도 31을 참조하면, 건축용 창 (1400)은 구조물 (예를 들어, 건물, 집, 사무실, 자동차, 열차 등)의 외부로부터 나타낸다. 물론, 창 (1400)의 다양한 치수 및 형상 (예를 들어, 도 30)은 본 개시에 따라 가능하다. 구체 예에서, 창 (1400)은 도 27에 나타낸 바와 같이 구조물 (1010)에 설치될 수 있다. 창 (1400)은 단일-페인 (pane), 2 중-페인, 3 중-페인 창, 또는 심지어 4 중 페인 창일 수 있다. 창 (1400)에서의 페인 중 적어도 하나는 여기에 개시된 바와 같이 제조되고, 그리고/또는 여기에 논의된 응력 프로파일, 구조물, 표면 거칠기 및/또는 다른 물리적 특성의 임의의 조합을 갖는 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품일 수 있다. 구체 예에서, 창 (1400)에서의 모든 페인은 여기에 개시된 바와 같이 제조된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (예를 들어, 도 4)를 포함한다. 선택적인 구체 예에서, 창 (1400)에서의 페인 중 하나 이상은 여기에 개시된 바와 같이 제조되고, 그리고/또는 여기에 논의된 응력 프로파일, 구조물, 표면 거칠기 및/또는 다른 물리적 특성의 임의의 조합을 갖는 건축용 유리-계 층 (즉, 열적 강화 유리 또는 유리-세라믹 제품)을 포함할 수 있다.
도 32 (도 31의 창 (1400)의 주변 에지에서의 1-1 라인을 따른 단면)에 나타낸 창 (1400)의 2 중-페인 구체 예의 실시 예를 참조하면, 창 (1400)은 제1 유리-계 층 (4102) 및 제2 유리-계 층을 포함하되, 이들 사이의 공간 또는 밀봉된 내부 영역 (4401)과 함께 포함한다. 구체 예에서, 제1 유리-계 층 (4102) 및 제2 유리-계 층 (4202)은 서로 대면하고 이격되어 실질적으로 서로 평행하게 배치된다. 구체 예에서, 제1 유리-계 층 (4102)은 내부 표면 (4106)에 대립한 외부 표면 (4104) 및 외부 에지 (4108)를 갖는 몸체 (4101)를 포함한다. 외부 및 내부 표면 (4104, 4106)은 여기에서 주 표면으로 지칭될 수 있다. 구체 예에서, 제1 유리-계 층 (4102)은 주 표면 (4104, 4106) 사이에서 두께 (t)를 정의한 내부 영역을 포함한다. 구체 예에서, 제2 유리-계 층 (4202)은 내부 표면 (4204)에 대립하는 외부 표면 (4206) 및 외부 에지 (4208)를 갖는 몸체 (4201)를 포함한다. 외부 및 내부 표면 (4206, 4204)은 여기에서 주 표면으로 지칭될 수 있다. 구체 예에서, 제2 유리-계 층 (4202)은 주 표면 (4204, 4206) 사이에서 두께 (t)를 정의하는 내부 영역을 포함한다. 유리-계 층 (4102, 4202) 둘 다는 구조물의 내부 또는 외부 페인으로서 작동될 수 있다.
제1 및 제2 유리-계 층 (4102, 4202) 중 적어도 하나 또는 둘 다는 여기에 개시된 시스템 및 방법에 따라 제조되고, 그리고/또는 여기에 개시된 바와 같이 응력 프로파일, 구조물, 유리 조성물, 표면 거칠기 등 및/또는 물리적 특성의 임의의 조합을 갖는 열적 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트이다. 하나 이상의 구체 예에서, 제2 유리-계 층 (4202)은 본 개시 (예를 들어, 도 4)에 따라 열적 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트인 반면, 제1 유리-계 층 (4102)은 열적 강화 유리 층, 화학적 강화 유리 층, 기계적 강화 유리 층, 열적 및 화학적 강화 유리 층, 열적 및 기계적 강화 유리 층 또는 화학적 및 기계적 강화 유리 층이다. 제1 및 제2 유리-계 층 (4102, 4202)은 여기에 개시된 바와 같이, 동일하거나 다른 유리 물질 조성물일 수 있다.
기계적-강화에서, 압축 응력 (CS) 영역은 유리 층의 일부분 사이의 열 팽창 계수의 불일치에 의해 발생된다. 열적-강화에서, CS 영역은 유리 연화점 근처의 유리 전이 온도보다 높은 온도로 유리 층을 가열시키고 그 후에 유리 층의 내부 영역보다 빠르게 유리 표면 영역을 냉각시킴으로써 형성된다. 표면 영역과 내부 영역 사이의 차등 냉각 속도는 잔류 표면 (CS)을 발생시킨다.
화학적-강화 유리 기판은 이온 교환 공정에 의해 발생된 압축 응력 (CS) 영역 및 중심 장력 (CT) 영역을 포함할 수 있다. 화학적 강화 유리 층에서, 유리 네트워크가 이완될 수 있는 온도보다 낮은 온도에서 보다 큰 이온으로 보다 작은 이온을 대체시킴은 응력 프로파일을 초래하는 유리 층의 표면에 걸쳐 이온 분포가 만들어진다. 들어오는 이온의 보다 큰 체적은 층의 표면 부분 상에 CS를, 그리고 유리의 중심에 장력 (CT)을 만들어낸다.
표면 압축 응력 (CS) 및 압축 응력 층 깊이 (DOL)는 Luceo Co., Ltd. (Tokyo, Japan)에 의해 제조된 FSM-6000과 같은 상업적으로 이용 가능한 기구를 사용한 표면 응력 측정 (surface stress meter, FSM) 등으로 결정되며, 그리고 CS 및 층 깊이의 측정 방법은 명칭이 "Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass"인 ASTM 1422C-99 및 "Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed, Heat-Strengthened, and Fully-Tempered Flat Glass"의 ASTM 1279.19779에 기재되고, 이들 내용은 전체적으로 참조로 여기에 혼입된다. 표면 응력 측정은 유리의 복굴절과 관련된 응력 광학 계수 (stress optical coefficient, SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는 결과적으로, 전체적으로 참조로 여기에 혼입된 내용인, 명칭이 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"인 ASTM standard C770-98 (2008)에 모두가 기재된 섬유 및 4 점 굽힘 방법과 같은 기술 분야에 공지된 이들 방법, 및 벌크 실린더 방법에 의해 측정된다.
FSM이 압축 응력을 측정하기 위해 사용될 시에, CS는 다음의 근사 관계에 의해 CT와 관련된다:
Figure pct00036
여기서, 두께 (thickness)는 강화 유리 기판의 전체 두께이다. 달리 명시되지 않는 한, CT 및 CS는 여기에서 megaPascals (MPa)로 표시되는 반면, 두께 및 DOL 또는 DOC는 millimeters 또는 microns으로 표시된다.
한 구체 예에서, (단독으로 또는 다른 강화 메커니즘과 조합하여) 화학적으로 강화된 유리 층은 250 MPa 또는 초과, 300 MPa 또는 초과, 예를 들어, 400 MPa 또는 초과, 450 MPa 또는 초과, 500 MPa 또는 초과, 550 MPa 또는 초과, 600 MPa 또는 초과, 650 MPa 또는 초과, 700 MPa 또는 초과, 750 MPa 또는 초과 또는 800 MPa 또는 초과의 표면 CS을 가질 수 있다. 한 구체 예에서, (단독으로 또는 다른 강화 메커니즘과 조합하여) 화학적으로 강화된 유리 층은 10 ㎛ 또는 초과, 15 ㎛ 또는 초과, 20 ㎛ 또는 초과 (예를 들어, 25 ㎛, 30 ㎛, 35 ㎛, 40 ㎛, 45 ㎛, 50 ㎛ 또는 초과)의 DOL 및/또는 10 MPa 또는 초과, 20 MPa 또는 초과, 30 MPa 또는 초과, 40 MPa 또는 초과 (예를 들어, 42 MPa, 45 MPa, 또는 50 MPa 또는 초과), 그러나 100 MPa 미만 (예를 들어, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55 MPa 또는 미만)의 CT를 가질 수 있다. 하나 이상의 특정 구체 예에서, (단독으로 또는 다른 강화 메커니즘과 조합하여) 화학적으로 강화된 유리 층은 다음 중 하나 이상을 가진다: 500 MPa보다 큰 표면 CS, 10 ㎛보다 큰 DOL, 및 18 MPa 보다 큰 CT.
창 (1400)은 그 페인 사이에 부재 (4421)를 더 포함할 수 있다. 부재 (4421)는 유리 페인 (4102, 4202) (밀폐 또는 비-밀폐 밀봉을 형성)의 각각의 에지 주위에 형성된 에지 밀봉 (예를 들어, 유리 프릿, 레이저 에지 밀봉, 솔더, 고무), 유리 페인 (4102, 4202)의 표면 사이의 금속성 필라 (pillar), 낮은 열 전도 물질, 또는 유리 페인 중 하나 또는 둘 다에 부착되거나 일체형으로 형성된 유리-범프 스페이서 (50)일 수 있다. 부재 (4421)는 그 유리 페인 사이에 하나 또는 두 거리 (4001, 4002) 사이의 공간을 생성하는 것을 도울 수 있다. 창 (1400)은 그 유리 페인의 에지 주위에 프레임 (4420)을 더 포함할 수 있다.
공간 (4401)은 유리-계 층 (4102 및 4202) 사이의 거리 (4001)를 포함한다. 거리 (4001)는 약 50 microns 내지 약 50 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 25 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 23 mm, 또는 약 0.2 mm 내지 약 22 mm, 또는 약 0.3 mm 내지 약 21 mm, 또는 약 0.4 mm 내지 약 20 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 19 mm, 또는 약 0.6 mm 내지 약 18 mm, 또는 약 0.7 mm 또는 약 17 mm, 또는 약 2 mm 내지 약 15 mm일 수 있다. 공간 (4401)은 밀봉될 수 있고 공기 또는 불활성 가스 (예를 들어, 아르곤, 크립톤, 크세논)와 같은 절연성 가스를 포함할 수 있다. 선택적으로, 공간 (4401)은 밀봉될 수 있고 대기압보다 낮은 진공 압력 (예를 들어, 10- 4torr)을 포함 할 수 있다. 제1 및 제2 유리-계 층 (4102, 4202) 중 하나 또는 둘 다는 그 주 표면 중 임의의 것 상에 저 방사율 층 (4110)을 포함할 수 있다. 저 방사율 층 (4110)은 주 표면 상의 또는 유리-계 층 (4102 및 4202)의 몸체 내의 필름, 코팅 또는 층일 수 있다. 도 32에 나타난 바와 같이, 저 방사율 층 (4110)은 구조물의 외부에 인접한 제1 유리-계 층 (4102)의 내부 표면 (4106) 상에 있다. 제1 및 제2 유리-계 층 (4102, 4202) 중 하나 또는 둘 다는 일렉트로크로믹 (electrochromic) 창과 같은 능동 스마트 창에 사용하기 위한 인듐 주석 산화물 층 또는 필름을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 유리-계 층 (4102, 4202) 중 하나 또는 둘 다는 또한 반사 코팅, 투명 코팅, 폴리머 코팅, 전기 전도성 코팅, 프로스팅 (frosting) 필름, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 33은 페인 중 하나가 유리 페인 (4300)에 적층된 유리-계 층 (4202)과 그 사이의 중간층 (interlayer) (4250)을 포함하는 적층물 (laminate)인 창 (1400)의 대표적인 구체 예를 나타낸다. 구체 예에서, 중간층 (4250)은 유리-계 층 (4202)과 적어도 부분적으로 동일 공간에 걸쳐 있고 (coextensive), 직접 및/또는 간접적으로 유리 페인 (4300)의 측면에 결합된다. 구체 예에서, 중간층 (4250)은 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 폴리머 물질은 폴리 비닐 부티랄 (폴리 비닐 부티랄, PVB), 폴리카보네이트, 음향 PVB, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 열가소성 폴리우레탄 (TPU), 이오노머, 열가소성 물질, 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 유리-계 층 (4102)은 선택적으로 또는 추가적으로 적층물로서 구성될 수 있다.
도 34에 나타낸 창 (1400)의 3 중-페인 구체 예의 실시 예를 참조하면 (도 31에서 창 (1400)의 주변 에지에서 라인 1-1을 따른 단면), 창 (1400)은 제3 유리-계 층 (4302)을 포함한다. 구체 예에서, 제3 유리-계 층 (4302)은 내부 표면 (4306)에 대립하는 외부 표면 (4304) 및 외부 에지 (4308)를 갖는 몸체 (4301)를 포함한다. 외부 및 내부 표면 (4304, 4306)은 여기에서 주 표면으로 지칭 될 수있다. 실시 예에서, 제3 유리 기재 층 (4302)은 주 표면 (4304, 4306) 사이의 두께 (t)를 규정하는 내부 영역을 포함한다. 외부 및 내부 표면 (4304, 4306)은 여기에서 주 표면으로 지칭될 수 있다. 구체 예에서, 제3 유리-계 층 (4302)은 주 표면 (4304, 4306) 사이에서 두께 (t)를 정의한 내부 영역을 포함한다. 구체 예에서, 제3 유리-계 층 (4302)은 제1 및/또는 제2 유리-계 층 (4102, 4202)에 대면하고 이격되어 실질적으로 서로 평행하게 배치되며, 이때 제2 공간 또는 밀봉 내부 영역 (4402)은 이들 사이에 존재한다. 도 43 구체 예에서, 제3 유리-계 층 (4302)은 제2 이격 거리 (4002) 만큼 제2 유리-계 층 (4202)으로부터 이격된다. 이에 따라서, 유리-계 층 (4302)은 구조물의 내부 또는 외부 페인으로서 둘 다 작동될 수 있다. 제3 유리-계 층 (4302)은 또한 3 중-페인 창 (1400)의 제1 및/또는 제2 유리-계 층 (4102, 4202) 사이의 중간 페인일 수 있다.
제3 유리-계 층은 여기에 개시된 시스템 및 방법에 따라 그리고/또는 여기에 개시된 바와 같이, 응력 프로파일, 유리 조성물, 구조물, 표면 거칠기 속성 및/또는 물리적 특성의 임의의 조합으로 제조된 열적 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트일 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, 제3 유리-계 층 (4302)은 열적 강화 유리 층, 화학적 강화 유리 층, 기계적 강화 유리 층, 열적 및 화학적 강화 유리 층, 열적 및 기계적 강화 유리 층 또는 화학적 및 기계적 강화 유리 층이다. 제3 유리-계 층 (4302)은 여기에 개시된 바와 같은 임의의 유리 조성물 또는 유사한 유리 물질일 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 유리-계 층 (4102, 4202, 4302) 모두는 여기에 개시된 바와 같이, 동일하거나 모두 다른 유리 물질 조성물일 수 있다. 제3 유리-계 층 (4302)은 그 주 표면 중 임의의 것 상에 저 방사율 층 (4110)을 포함할 수 있다. 저 방사율 층 (4110)은 주 표면 상의 또는 유리-계 층 (4302)의 몸체 내의 필름, 코팅 또는 층일 수 있다. 구체 예에서, 제3 유리-계 층 (4302)은 유리 페인 (4300)에 적층되며, 이때 중간층 (4250) 이들 사이에 존재한다. 구체 예에서, 중간층 (4250)은 유리-계 층 (4302)과 적어도 부분적으로 동일 공간에 걸쳐 있고, 직접 및/또는 간접적으로 유리 페인 (4300)의 측면에 결합된다. 제3 유리-계 층 (4302)은 일렉트로크로믹 창과 같은 능동 스마트 창에 사용하기 위한 인듐 주석 산화물 층 또는 필름을 포함할 수 있다. 제3 유리-계 층 (4302)은 또한 반사 코팅, 투명 코팅, 폴리머 코팅, 전기 전도성 코팅, 프로스팅 필름, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제1, 제2, 제3 유리-계 층 (4102, 4202, 4302)은 또한 이중 또는 3 중-페인 진공 단열 유리 (VIG) 창으로서 구성될 수 있다. 도 35는 VIG 창 (1500)의 실시 예의 구체 예의 전면도이다. VIG 창 (1500)의 구성은 이중 또는 3 중-페인 창 (1400)의 구성과 유사할 수 있다. VIG 창 (1500)은 2 개의 페인 또는 3 개의 페인을 포함할 수 있다. 도 36은 방향 1-1에서 바라볼 시에, 도 35의 2-페인 VIG 창 (1500) 실시 예의 단면도이다. 한 구체 예에서, VIG 창 (1500)은 제2 유리-계 층 (4202)과 이격되고 실질적으로 평행하게 위치된 제1 유리-계 층 (4102) (즉, 열적 강화 유리 또는 유리-세라믹 제품)을 포함한다. 제1 및 제2 유리 페인 (4102, 4202) 각각은 외부 표면 (4104, 4206)에 대립한 내부 표면 (4106, 4204)을 포함한다. 제1 및 제2 유리-계 층 (4102, 4202) 각각은 또한 적어도 하나의 외부 에지 (4108, 4208)을 포함한다. 다른 구체 예에서, VIG 창 (1500)은 외부 표면 (4306)에 대립한 내부 표면 (4304), 및 적어도 하나의 외부 에지 (4308)를 포함한 제3 유리-계 층 (4302)을 포함할 수 있다. 제3 유리-계 층 (4302)은 제1과 제2 유리 페인 (4102, 4202) 사이에서, 실질적으로 상기 제1 및 제2 유리 페인과 평행하거나 상기 제1 또는 제2 유리 페인 (4102, 4202)의 주 표면에 대립하여 위치될 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 유리-계 층 (4102, 4202, 4302)은 여기에 개시된 임의의 유리 또는 유리-세라믹 조성물을 포함할 수 있다. 유리-계 층 (4102, 4202, 4302) 중 하나, 둘, 또는 모두는 여기에 개시된 시스템 및 방법에 따라서 제조되고, 그리고/또는 여기에 개시된 바와 같이, 응력 프로파일, 유리 조성물, 구조물, 표면 거칠기 속성, 및/또는 물리적 특성의 임의의 조합을 갖는 열적 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트를 포함할 수 있다. 나타내지 않은 창 (1500)의 일 구체 예에서, 유리-계 층 (4102, 4202, 4302) 중 적어도 하나는 적층물로서 구성되며, 그리고 유리 페인 (4300)에 적층되고, 이때 상기 이들 사이에는 중간층 (4250)이 존재한다 (도 33에 나타낸 것과 유사함). 구체 예에서, 중간층 (4250)은 적용가능한 유리-계 층 (4102, 4202, 4302)과 적어도 부분적으로 동일 공간에 걸쳐 있고, 직접 및/또는 간접적으로 유리 페인 (4300)의 측면에 결합된다. 구체 예에서, 중간층 (4250)은 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 창 (1500)에서 유리-계 층 (4102, 4202, 4302) 중 하나, 둘, 또는 모두는 적층물로서 구성될 수 있다. 창 (1500)에서 유리-계 층 (4102, 4202, 4302) 중 하나, 둘, 또는 모두는 그의 몸체 내에서 또는 창 (1500)에서의 하나 또는 둘 다의 주 표면 상에서 저 방사율 층 (4110)을 포함할 수 있다. 창 (1500)에서 유리-계 층 (4102, 4202, 4302) 중 하나, 둘, 또는 모두는 일렉트로크로믹 창과 같은 능동 스마트 창에서 사용하기 위한 인듐 주석 산화물 층 또는 필름을 포함할 수 있다. 창 (1500)에서 유리-계 층 (4102, 4202, 4302) (제4 유리-계 층을 포함함) 중 하나, 둘, 또는 모두는 또한, 반사 코팅, 투명 코팅, 폴리머 코팅, 전기 전도성 코팅, 프로스팅 필름, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 본 개시의 프로스팅 필름은 부분적으로 투명 또는 불투명할 수 있다. 더욱이, 프로스팅 필름은 장식적 및/또는 기능적일 수 있다.
VIG 창 (1500)은 스페이서 (50)를 더 포함한다. 구체 예에서, 스페이서 (50)는 제2 유리-계 층 (4202)의 내부 표면 (4204)에 일체로 형성된 복수의 유리-범프 스페이서 (50)이다. 유리-범프 스페이서 (50)는 또한 유리-계 층 (4102)의 내부 표면 (4106) 상에 형성될 수 있다. 도 3은 실시 예의 유리-범프 스페이서 (50)의 확대도이다. 유리-범프 스페이서 (50)는 제1 또는 제2 유리-계 층 (4102, 4202)에 일체로 형성되거나, 또는 VIG 창 (1500)에 별개의 또는 별도의 요소로서 추가될 수 있다. 일체형으로 형성될 시에, 유리-범프 (50)는 유리-계 층과 동일한 물질로 형성된다 (이로써 이루어진다). (여기에서 유리-계 층의 주 표면 상에 레이저-유도 복사에 의해 포함된) 유리-범프 (50)를 형성하는 실시 예 방법은 미국 특허 제8,679,599호 및 제8,821,999호에서 논의되고, 상기 특허 전체의 내용은 여기에 참조로 혼입된다. 유리 페인 (20B)으로부터 유리-범프 (50)를 에칭하는 실시 예 방법은 예를 들어, "VACUUM INSULATED GLASS UNITS AND METHODOLOGY FOR MAYFACTURING SAME"의 명칭인 미국 출원 제62/248,715호에서 제공되고 (대리인 관리 번호 SP15-339PZ), 그 전체 내용은 여기에 참조로 혼입된다. 여기에 개시된 바와 같이, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트에 열적 강화 기술이 적용되기 전 또는 후에 유리-범프 스페이서 (50)가 유리-계 층 (4102, 4202, 4302)으로부터 제공되거나 성장될 수 있다. 스페이서 (50)는 또한 페인 (20B 및 20F) 사이의 별개의 금속, 세라믹, 알루미늄, 플라스틱 또는 유리 스페이서일 수 있다.
실시 예의 구체 예에서, 유리-범프 스페이서 (50)는 서로에 대해 규칙적으로 이격된다. 유리-범프 스페이서 (50)가 몸체 (4101, 4201, 4301)에 일체로 형성되기 때문에, 이들은, VIG 창 (1500)이 규칙적인 (즉, 실질적으로 수직으로 입사하는) 시야 각에서 보일 시에 실질적으로 보이지 않는다. 결과적으로, 유리-범프 (50)는 도 35에서 팬텀 (점선)으로 나타낸다. 유리 범프 (50)는 도 3에 나타낸 바와 같이 "팁" 또는 "상부 부분" (51)을 가진다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 상부 부분 (51)은 도 37에 나타낸 바와 같이 둥글 필요는 없다. 예를 들어, 상부 부분 (51)은 큰 곡률 반경 또는 심지어 평평한 상부 부분을 가질 수 있다. 본 개시에 따른 유리-범프 기하학적인 구조는 "GLASS BUMPS ON GLASS ARTICLES AND METHODS OF LASER-INDUCED GROWTH"의 명칭인 미국 특허 출원 제14/808,790호에 제공되며 (대리인 관리 번호 SP15-169PZ), 그 전체 내용은 참조로 여기에 통합된다. 구체 예에서, 유리-계 층 (4102, 4202, 4302)은 420 nm 내지 750 nm에서 투과성이다. 실시 예의 구체 예에서, 유리 범프 스페이서 (50)는 50 ㎛ 내지 300 ㎛, 또는 75 ㎛ 내지 150 ㎛, 및/또는 심지어 100 ㎛ 내지 120 ㎛ 범위의 높이 ("범프 높이") (H)를 가진다. 구체 예에서, 유리-범프 스페이서 (50)의 높이 (H)는 이격 거리 (4001, 4002)를 정의할 수 있다.
도 36 구체 예에서, 유리-범프 스페이서 (50)는 전면과 후면 유리 페인 (4102, 4202) 사이의 제1 거리 (4001)를 유지하기 위해 (표면 (4106)에서) 전면 유리-계 층 (4101)과 접촉한다. 구체 예에서, 창 (1500)에서 유리-범프 스페이서 (50)에 의해 접촉된 유리-계 층은 여기에서 개시된 시스템 및 방법에 따라 제조된 열적 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트이다. 주 표면의 압축 응력은 공간 (4401) 내의 진공력 및 대립 페인의 열적 수축 및 팽창에 의해 야기된 각각의 유리-범프 스페이서 (50)의 상부 부분 (51)에서 점 응력에 의해 야기되는 손상을 최소화시키는 것을 도울 수 있다.
부재 (4421) (예를 들어, 에지 밀봉)는 밀폐 밀봉을 제공하기 위해 각각의 외부 에지의 적어도 일부분 사이의 각각의 외부 에지 (4108 및 4208)에 제공될 수 있다. 전면과 후면 유리-계 층 (4102, 4202) 사이의 에지 밀봉은 밀봉된 내부 영역 (4401)을 정의한다. 구체 예에서, 에지 밀봉은 적어도 부분적으로 레어저-유도된다. 에지 밀봉은 유리 프릿 (frit)에 의한 밀봉, 유리-계 층 (4102, 4202) 사이의 직접적인 밀봉, 또는 유리-계 층 (4102, 4202) 사이의 심 (shim) 또는 유리 세그먼트와의 밀봉일 수 있다.
공간 (4401)은, 1 대기압 미만의 또는 대기압 미만의 진공 압력 (예를 들어, 10-4 torr, 또는 심지어 10-6 torr 미만)을 가지도록, 적어도 부분적으로 비워질 수 있고, 이는 VIG 창에게 원하는 열적 및 음향적 절연 특성을 제공한다. 구체 예에서, 전면 및 후면 유리-계 층 (4102, 4202)의 각각의 외부 에지 (4108, 4208) 주위의 부재 (4421)는 전면 및 후면 유리-계 층 (4102 및 4202)의 표면 (4106 및 4204) 사이에 밀폐적으로 밀봉된 공간 (4401)을 생성한다.
도 38은 도 36과 유사한 단면도이고, 3-페인 VIG 창 (1500)의 실시 예의 구체 예를 나타낸다. 유리-범프 스페이서 (50)의 제1 및 제2 세트는 제1 유리-계 층 (4102)으로부터 거리 (4001), 및 제3 유리-계 층 (4302)으로부터 거리 (4002)를 유지하기 위해 제2 유리-계 층 (4202)의 전면 및 후면 표면 (4204 및 4206) 둘 다에서 각각 형성된다. 도 38에 나타낸 실시 예의 구체 예에서, 다수의 에지 밀봉이 사용될 수 있고, 이 경우에 일 측 에지 밀봉은 에지 (4108 및 4208)의 적어도 각각의 일부분을 밀봉하는 역할을 하며, 타 측 에지 밀봉은 에지 (4208 및 4308)의 적어도 각각의 일부분을 밀봉하는 역할을 한다. 또 다른 실시 예의 구체 예에서, 단일 에지 밀봉 (4421)은 밀봉된 내부 영역 (4401 및 4402) 둘 다를 정의하기 위해 에지 (4108, 4208 및 4308)를 밀봉하는 역할을 한다.
물론, 유리-범프 스페이서는 VIG 창 (1500)에서 3 개의 유리-계 층 (4102, 4202, 4302) 중 2 개의 어느 것의 임의의 표면 상에 형성될 수 있다. 유리-계 층 (4102, 4202, 4302)은 여기에서 전면, 중간 및 후면 유리-계 층으로 지칭될 수 있다. 도 39는 도 38과 유사하며, 그리고 방향 1-1에서 바라볼 시에, 도 35의 3-페인 VIG 창 (1500)의 선택적인 실시 예의 구체 예를 나타낸다. 이러한 구체 예에서, 제2 세트의 유리-범프 스페이서 (50)는 중간 유리-계 층 (4202)보다는 오히려 제3 유리-계 층 (4302) 상에 있다. 도 39는 또한 전술한 바와 같이, 다수의 부재 (4421) (예를 들어, 에지 밀봉재)가 사용되는 실시 예의 구체 예를 나타낸다. 도 40은 도 38과 유사하고, 3-페인 VIG 창 (1500)의 여전히 또 다른 선택적인 실시 예의 구체 예를 나타내고 있으며, 제1 세트의 유리-범프 스페이서 (50)는 중간 유리-계 층 (4202)에 있기 보다는 오히려 전면 유리-계 층 (4102) 상에 있다. 이로써, 도 40에 나타낸 구체 예에서, 유리-범프 스페이서 (50)는 내부 및 외부 유리-계-층에 형성되는 반면에, 도 38에 나타낸 구체 예에서, 유리-범프 스페이서는 중간 유리-계 층에 형성된다.
창 (1500)에서 유리-계 층 (4102, 4202, 4302) (제4 유리-계 층을 포함함) 중 하나, 둘, 또는 모두는 여기에 개시된 시스템 및 방법에 따라 제조되고, 그리고/또는 여기에 개시된 바와 같이, 응력 프로파일, 유리 조성물, 구조물, 표면 거칠기 속성, 및/또는 물리적 특성의 임의의 조합을 갖는 열적 강화 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트일 수 있다. 다른 구체 예에서, 유리-계 층 (4102, 4202, 4302) 중 하나, 둘, 또는 모두는 열적 강화 유리 층, 화학적 강화 유리 층, 기계적 강화 유리 층, 열적 및 화학적 강화 유리 층, 열적 및 기계적 강화 유리 층 또는 화학적 및 기계적 강화 유리 층일 수 있다.
건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1012)의 얇은 두께는, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1012)의 높은 수준의 강도가 여기에 개시된 독창적인 공정에 의해 제공되기 때문에, 종래의 제품에 비해서 건축용, 창문용, 자동차용, 또는 다른 적용에서 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1012)의 기능을 훼손시키지 않는다. 얇은 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1012)은, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1012)이 종래의 이러한 제품보다 가벼울 수 있기 때문에, 건축용 창, 또는 다른 적용에 층 또는 페인으로서 특히 유용할 수 있어, 상응하는 전체 구조물의 중량을 감소시킨다. 자동차의 경우, 더 높은 연료 효율을 결과할 수 있다. 건물의 경우, 더 가볍거나, 더 튼튼하거나 또는 덜 자원-집약적인 구조물을 결과할 수 있다. 다른 고려된 구체 예에서, 여기에 개시된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은, 더 작은 크기, 더 두꺼운 두께의 구역을 가질 수 있고, 적은 광을 투과시킬 수 있으며, 그리고/또는 예를 들어, 도 27-30과 관련하여 개시된 다른 적용들에 사용될 수 있다.
도 28을 참조하여, 표면 (1110)은, 조리대 및/또는 디스플레이의 일부로 기능하는, 여기에서 논의된 응력 프로파일, 구조 및/또는 물리적 특성의 임의의 조합으로 및/또는 여기에 기재된 바와 같이 제조된, 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1112)을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1012)을 관통하는 총 투과율은, 쿡탑 (cooktop)과 같이 표면 (1110)의 사용에 용이하도록, 약 800㎚에서 약 1500㎚의 적외선 파장으로부터 적어도 약 30 % (예를 들어, 적어도 50 %)이다. 몇몇 구체 예에서, 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1112)은, 약 10×10-7 ℃-1 내지 약 140×10-7 ℃-1, 약 20×10-7 ℃-1 내지 약 120×10-7 ℃-1, 약 30×10-7 ℃-1 내지 약 100×10-7 ℃-1, 약 40×10-7 ℃-1 내지 약 100×10-7 ℃-1, 약 50×10-7 ℃-1 내지 약 100×10-7 ℃-1, 또는 약 60×10-7 ℃-1 내지 약 120×10-7 ℃-1의 열팽창계수 (CTE)를 갖는다. 다양한 구체 예에서, 공정은 중간 내지 높은 CTE를 갖는 유리 조성물에 이상적으로 적합하다. 여기에 기재된 공정에서 잘 작동하는 대표 유리는, Corning's® Gorilla® 유리, 보로알루미노실리케이트, 및 소다-라임 유리와 같은, 알칼리 알루미노실리케이트를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 사용된 유리는 40×10-7/℃ 초과, 50×10-7/℃ 초과, 60×10-7/℃ 초과, 70×10-7/℃ 초과, 80×10-7/℃ 초과, 90×10-7/℃ 초과의 CTEs를 갖는다. 몇몇 이러한 CTEs는, 여기에 개시된 바와 같은 열적 템퍼링에 대해 특히 낮을 수 있고, 여기서 음의 인장 응력의 정도는 50 MPa 이하 및/또는 적어도 10 MPa이다.
도 29를 참조하면, 디바이스 (1210; 예를 들어, 포켓용 컴퓨터 (handheld computer), 태블릿, 휴대용 컴퓨터, 휴대폰, 텔레비전, 디스플레이 보드, 등)는, 여기에서 논의된 바와 같은 응력 프로파일, 구조 및/또는 물리적 특성의 임의의 조합으로 및/또는 여기에 개시된 바와 같이 제조된, 하나 이상의 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1212, 1214, 1216)을 포함하고, 전기부품 (1218) 및 하우징 (1220)을 더욱 포함한다. 고려된 구체 예에서, 하우징 (1220)은, 여기에 개시된 바와 같은 유리 또는 유리-세라믹 제품이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 고려된 구체 예에서, 전자부품 (1218)용 기판 (1222)은 여기에 개시된 바와 같은 유리 또는 유리-세라믹 제품일 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1212, 1214)은, 전면과 후면 기판으로 기능할 수 있고, 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1216)은, 디바이스 (1210)에서 커버 유리로 기능할 수 있다. 대표적인 구체 예에 따르면, 디바이스 (1210)의 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1216)은, 알칼리-알루미노실리케이트 유리이다. 이러한 조성물은, 여기에 기재된 바와 같은, 열적 템퍼링에 의해 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1216)을 강화시킬 수 있으며, 그의 표면에 또는 그 근처에서 특히 고도의 음의 인장 응력 (예를 들어, 적어도 200 MPa, 적어도 250 MPa)을 제공하는, 이온-교환에 의해 부가적으로 강화될 수 있다. 다른 구체 예에서, 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1216)은, 탄산나트륨, 산화칼슘, 탄산마그네슘칼슘, 이산화규소 (예를 들어, 적어도 70 wt.%), 산화알루미늄, 및/또는 기타 성분을 포함할 수 있으며; 및 여기에 개시된 독창적인 공정으로 강화될 수 있다. 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1216)은, 특히 얇거나 또는 여기에 개시된 바와 같은 치수들 중 어느 하나를 갖는 것과 같은, 구조를 가질 수 있다.
이제, 도 30을 참조하면, 여기에 개시된 바와 같은 응력 프로파일, 구조 및/또는 물리적 특성의 어떤 조합으로, 및/또는 여기에 개시된 공정에 따라 제조된, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1310)은, 곡률 및/또는 가변 단면 치수 (D)를 갖는다. 이러한 제품은 치수 (D)의 평균으로 또는 치수 (D)의 최대 값으로 여기에 개시된 두께를 가질 수 있다. 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1310)이 만곡된 시트로 나타내지만, 좀 더 복합 형태와 같은, 다른 형태는, 여기에 개시된 공정에 의해 강화될 수 있다. 고려된 구체 예에서, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 (1310)은, 자동차용 창 (예를 들어, 선루프) 또는 건물용 창으로, 스카이라이트로, 또는 다른 적용을 위해 사용될 수 있다.
다양한 구체 예에서, 여기에 개시된 바와 같은 응력 프로파일, 구조 및/또는 물리적 특성의 어떤 조합으로, 및/또는 여기에 개시된 공정에 따라 제조된 유리 물질은, 건축용 유리-중간층-건축용 유리 적층물의 적어도 하나의 시트를 형성하는데 유용하다. 더 강하고 더 얇은 적층물은, 생산될 수 있어, 중량 및 비용 절감을 결과한다. 바람직하게는, 열적 강화 얇은 시트는 냉간 절곡 (cold bent)되고 (일반적으로 도 30 참조) 더 두껍게 형성된 유리에 적층될 수 있어, 얇은 시트의 임의의 고온 형성/성형을 필요로 하지 않고, 쉽고 신뢰성 있는 제조 공정을 제공한다.
열적 강화 건축용 유리 시트용 유리 및 유리 세라믹 물질
논의된 시스템 및 방법은, 광범위한 건축용 유리 및/또는 유리-세라믹 물질의 열적 제어, 강화 및/또는 템퍼링에 사용될 수 있다.
여기에 기재된 공정 및 시스템은, 일반적으로 거의 모든 건축용 유리 조성물에 사용될 수 있으며, 몇몇 구체 예에서, 건축용 유리 적층물, 건축용 유리 세라믹, 및/또는 세라믹에 사용될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 공정은 높은 CTE를 가진 건축용 유리 조성물에 사용될 수 있다. 구체 예에서, 여기에서 논의된 공정과 시스템을 통해 강화된 건축용 유리는, Corning's® Gorilla® 유리와 같은, 알칼리 알루미노실리케이트, SLG, 무-소다 또는 무-알칼리 유리 및 이와 유사한 것을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 여기에서 논의된 공정 및 시스템을 통해 강화된 건축용 유리는, 40×10-7/℃ 초과, 50×10-7/℃ 초과, 60×10-7/℃ 초과, 70×10-7/℃ 초과, 80×10-7/℃ 초과, 90×10-7/℃ 초과의 CTEs를 가진다.
몇몇 적용 및 구체 예에서, (건축용 유리 시트 (500)와 같은) 여기에서 논의된 공정과 시스템을 통해 강화된 건축용 유리는, 화학적 내구성을 위해 구성된 조성물을 가질 수 있다. 몇몇 이러한 구체 예에서, 조성물은, 적어도 70 wt.%의 이산화규소, 및/또는 적어도 10 wt.%의 산화나트륨, 및/또는 적어도 7 wt.%의 산화칼슘을 포함한다. 이러한 조성물의 종래 제품은, 깊은 깊이로 화학적으로 템퍼링하는 것이 어려울 수 있으며, 그리고/또는 불가능하지는 않지만, 종래 공정의 취성 (fragility) 및 물리력 때문에, 얇은 두께에 대해 충분한 크기의 음의 표면 인장 응력으로 종래 공정에 의해 열적으로 템퍼링하는 것이 어려울 수 있다. 그러나, 고려된 구체 예에서, 여기에 개시된 독창적인 공정은, 이러한 조성물로, 건축용 유리 시트 (500)와 같은, 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품 또는 시트를 가능하게 하고, 여기서 음의 인장 응력은, 적어도 하나의 제1 및 제2 표면 (예를 들어, 건축용 유리 시트 (500)의 표면 (510, 520))으로부터 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트의 두께의 적어도 10 %, 예컨대, 두께의 적어도 12%, 두께의 적어도 15 %, 두께의 적어도 18%, 두께의 적어도 20 %의 거리까지 각각의 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 내로 확장된다.
몇몇 구체 예에서, 여기에서 논의된 바와 같이 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 및 제품은, 건축용 유리 시트의 열적 강화 전에 건축용 유리 상에 놓이는 하나 이상의 코팅을 가진다. 여기에서 논의된 공정은, 하나 이상의 코팅을 갖춘 강화된 건축용 유리 시트를 생산하는데 사용될 수 있으며, 몇몇 구체 예에서, 코팅은 열적 강화 전에 건축용 유리 상에 놓이고 열적 강화 공정에 의해 영향을 받지 않는다. 본 개시의 건축용 유리 시트 상에 유리하게 보존되는 특별한 코팅은, 낮은 E 코팅, 반사 코팅, 반사방지 코팅, 내-지문 코팅, 차단 필터, 열분해 코팅, 등을 포함한다.
대표적인 구체 예에 따르면, 여기서 논의된 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품, 예를 들어, 도 29에 나타낸 디바이스 (1210)의 제품 (1212,1214)은, 보로-알루미노실리케이트 유리이다. 몇몇 구체 예에서, 여기에서 논의된 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품, 예를 들어, 도 29에 나타낸 디바이스 (1210)의 제품 (1212, 1214)은, 일반적으로 무-알칼리 유리이지만, 여전히 여기에 개시된 바와 같은 응력 프로파일 및 구조를 갖는다. 이러한 조성물은, 건축용 유리의 이완 정도를 감소시킬 수 있어, (예를 들어, 일렉트로크로믹 창을 위해) 유리에 전자기기의 결합을 용이하게 한다. 몇몇 구체 예에서, 여기에서 논의된 건축용 유리 시트/제품은, 플렉시블 건축용 유리 시트이다. 다른 구체 예에서, 여기에서 논의된 건축용 유리 시트/제품은, 둘 이상의 건축용 유리 시트의 적층물을 포함한다.
몇몇 고려된 구체 예에서, (건축용 유리 시트 (500)와 같이) 여기에서 논의된 공정과 시스템을 통해 강화된 건축용 유리는, 비정질 기판, 결정질 기판 또는 이들의 조합, 이를테면 건축용 유리-세라믹 기판을 포함할 수 있다. (건축용 유리 시트 (500)와 같이) 여기에서 논의된 공정과 시스템을 통해 강화된 건축용 유리는, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 함유 보로실리케이트 유리, 알칼리 알루미노포스포실리케이트 유리, 또는 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리, 포토크로믹 (photochromic) 유리, 일렉트로크로믹 유리 또는 써모크로믹 (thermochromic) 유리를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체 예에서, (건축용 유리 시트 (500)와 같이) 여기에서 논의된 공정 및 시스템을 통해 강화된 건축용 유리는, 이온-교환되지 않는 이의 일부에서, 몰 퍼센트 (mol%)로, 약 (예를 들어, ±1%) 40 내지 약 80 mol.% 범위의 SiO2, 약 10 내지 약 30 mol.% 범위의 Al2O3, 약 0 내지 약 약 10 mol.% 범위의 B2O3, 약 0 내지 약 20 mol.% 범위의 R2O, 및/또는 약 0 내지 약 15 mol.% 범위의 RO를 포함하는, 조성물을 가진 건축용 유리를 포함할 수 있다. 몇몇 고려된 구체 예에서, 조성물은, 약 0 내지 약 5 mol.% 범위의 ZrO2 및 약 0 내지 약 15 mol.% 범위의 P2O5 중 하나 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 몇몇 고려된 구체 예에서, TiO2는 약 0 내지 약 2 mol.%로 존재할 수 있다.
몇몇 고려된 구체 예에서, 여기에서 논의된 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품에 사용되는 조성물은, Na2SO4, NaCl, NaF, NaBr, K2SO4, KCl, KF, KBr, 및 SnO2를 포함하는 군으로부터 선택된 0-2 mol.%의 적어도 하나의 청징제 (fining agent)와 함께 배칭될 수 있다. 하나 이상의 구체 예에 따른 건축용 유리 조성물은, 약 0 내지 약 2 mol.%, 약 0 내지 약 1 mol.%, 약 0.1 내지 약 2 mol.%, 약 0.1 내지 약 1 mol.%, 또는 약 1 내지 약 2 mol.%의 범위에서 SnO2를 더욱 포함할 수 있다. 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)에 대한 여기서 개시된 건축용 유리 조성물은, 몇몇 구체 예에서, As2O3 및/또는 Sb2O3가 실질적으로 없을 수 있다.
고려된 구체 예에서, 여기에서 논의된 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품은, 이온 교환 공정을 통해 더욱 강화되는 알칼리 알루미노실리케이트 건축용 유리 조성물 또는 알칼리 알루미노보로실리케이트 건축용 유리 조성물을 포함할 수 있다. 하나의 대표 건축용 유리 조성물은, SiO2, B2O3, 및 Na2O를 포함하며, 여기서 (SiO2 + B2O3) ≥ 66 mol.%, 및/또는 Na2O ≥ 9 mol.%이다. 구체 예에서, 건축용 유리 조성물은, 적어도 6 wt.%의 산화알루미늄을 포함한다. 또 다른 구체 예에서, 여기에서 논의된 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품은, 알칼리토 산화물의 함량이 적어도 5 wt.%가 되도록, 하나 이상의 알칼리토 산화물을 갖는 건축용 유리 조성물을 포함할 수 있다. 적절한 건축용 유리 조성물은, 몇몇 구체 예에서, K2O, MgO, 및 CaO 중 적어도 하나를 더욱 포함한다. 특정 구체 예에서, 여기에서 논의된 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품에 사용되는 건축용 유리 조성물은, 61-75 mol.% SiO2; 7-15 mol.% Al2O3; 0-12 mol.% B2O3; 9-21 mol.% Na2O; 0-4 mol.% K2O; 0-7 mol.% MgO; 및/또는 0-3 mol.% CaO를 포함할 수 있다.
여기에서 논의된 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품에 적절한 추가 실시 예의 유리 조성물은: 60-70 mol.% SiO2; 6-14 mol.% Al2O3; 0-15 mol.% B2O3; 0-15 mol.% Li2O; 0-20 mol.% Na2O; 0-10 mol.% K2O; 0-8 mol.% MgO; 0-10 mol.% CaO; 0-5 mol.% ZrO2; 0-1 mol.% SnO2; 0-1 mol.% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3를 포함하며, 여기서 12 mol.% ≤ (Li2O + Na2O + K2O) ≤ 20 mol.% 및/또는 0 mol.% ≤ (MgO + CaO) ≤ 10 mol.%이다. 여기에서 논의된 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품에 대해 적절한 여전히 추가 실시 예의 유리 조성물은: 63.5-66.5 mol.% SiO2; 8-12 mol.% Al2O3; 0-3 mol.% B2O3; 0-5 mol.% Li2O; 8-18 mol.% Na2O; 0-5 mol.% K2O; 1-7 mol.% MgO; 0-2.5 mol.% CaO; 0-3 mol.% ZrO2; 0.05-0.25 mol.% SnO2; 0.05-0.5 mol.% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3를 포함하며, 여기서 14 mol.% ≤ (Li2O + Na2O + K2O) ≤ 18 mol.% 및/또는 2 mol.% ≤ (MgO + CaO) ≤ 7 mol.%이다.
특정 고려된 구체 예에서, 여기에서 논의된 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품에 적절한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물은, 알루미나, 적어도 하나의 알칼리 금속, 및 몇몇 구체 예에서, 50 mol.% 초과의 SiO2, 다른 구체 예에서, 적어도 58 mol.% SiO2, 및 또 다른 구체 예에서, 적어도 60 mol.% SiO2을 포함하며, 여기서 (Al2O3 + B2O3)/∑개질제 (즉, 개질제의 합)의 비는 1 초과이고, 이 경우 비에서 성분들은 mol.%로 표현되고 개질제는 알칼리 금속 산화물이다. 이 건축용 유리 조성물은, 특정 구체 예에서, 58-72 mol.% SiO2; 9-17 mol.% Al2O3; 2-12 mol.% B2O3; 8-16 mol.% Na2O; 및/또는 0-4 mol.% K2O를 포함하며, 여기서 (Al2O3 + B2O3)/∑개질제 (즉, 개질제의 합)의 비는 1 초과이다. 여전히 또 다른 구체 예에서, 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)는, 64-68 mol.% SiO2; 12-16 mol.% Na2O; 8-12 mol.% Al2O3; 0-3 mol.% B2O3; 2-5 mol.% K2O; 4-6 mol.% MgO; 및 0-5 mol.% CaO를 포함하며, 여기서 66 mol.% ≤ SiO2 + B2O3 + CaO ≤ 69 mol.%; Na2O + K2O + B2O3 + MgO + CaO + SrO > 10 mol.%; 5 mol.% ≤ MgO + CaO + SrO ≤ 8 mol.%; (Na2O + B2O3) - Al2O3 ≤ 2 mol.%; 2 mol.% ≤ Na2O - Al2O3 ≤ 6 mol.%; 및 4 mol.% ≤ (Na2O + K2O) - Al2O3 ≤ 10 mol.%인, 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물을 포함할 수 있다. 선택적인 구체 예에서, 여기에서 논의된 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품은, 2 mol.% 이상의 Al2O3 및/또는 ZrO2, 또는 4 mol.% 이상의 Al2O3 및/또는 ZrO2를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물을 포함할 수 있다.
고려된 구체 예에서, 여기서 논의된 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품에 대해 적절한 유리-세라믹의 예로는, Li2O-Al2O3-SiO2 시스템 (즉, LAS-시스템) 유리-세라믹, MgO-Al2O3-SiO2 시스템 (즉, MAS-시스템) 유리-세라믹, 및/또는 β-석영 고용체, β-스포듀멘 ss, 코디에라이트, 및 리튬 디실리케이트를 포함하는 주 결정상을 포함하는 유리-세라믹을 포함할 수 있다. 여기에서 논의된 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품은, 그것이 형성되는 방식을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 여기에서 논의된 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품은, 플로우트-형성 (즉, 플로우트 공정으로 형성됨), 다운-인발, 및 특히, 퓨전 형성 또는 슬롯-인발 (즉, 퓨전 인발 공정 또는 슬롯 인발 공정과 같은 다운 인발 공정으로 형성됨)을 특징으로 할 수 있다.
플로우트-형성 강화된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품은, 매끄러운 표면 및 일정한 두께를 특징으로 할 수 있으며, 용융 금속, 통상적으로 주석의 층 (bed) 상에 용융된 건축용 유리를 부유시켜 제조된다. 대표 공정에서, 용융된 주석 층의 표면상으로 공급되는 용융된 건축용 유리 또는 유리-세라믹은, 플로팅 건축용 유리 또는 유리-세라믹 리본을 형성한다. 건축용 유리 리본이 주석 욕조를 따라 흐름에 따라, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 리본이 상기 주석으로부터 롤러 상으로 들어올려 질 수 있는 단단한 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품으로 고체화될 때까지 온도는 점진적으로 낮아진다. 일단 욕조에서 꺼내지면, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은, 더욱 냉각되고 어닐링되어 내부 응력을 감소시킬 수 있다. 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품이 유리 세라믹인 경우, 플로우트 공정으로 형성된 건축용 유리 제품은, 하나 이상의 결정질 상이 발생되는 세라믹화 공정을 거칠 수 있다.
다운-인발 공정은, 상대적으로 원래 그대로의 표면을 보유하는 일정한 두께를 갖는 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품을 생산한다. 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품의 평균 휨 강도 (flexural strength)가 표면 흠의 양과 크기로 제어되기 때문에, 최소한의 접촉을 갖는 원래 그대로의 표면은 더 높은 초기 강도를 갖는다. 이러한 고강도 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품이 그 후에 (예를 들어, 화학적으로) 더욱 강화되는 경우, 그 결과로 생긴 강도는, 랩핑된 및 연마된 표면을 갖는 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품의 강도보다 더 높을 수 있다. 다운-인발된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은, 약 2 mm 미만의 두께로 인발될 수 있다. 부가적으로, 다운-인발된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은, 비용이 드는 글라인딩 및 연마 없이도 이의 최종 적용에 사용될 수 있는 매우 평평하고, 매끄러운 표면을 갖는다. 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품이 유리 세라믹인 경우, 다운-인발 공정으로 형성된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은, 하나 이상의 결정질 상이 발생되는 세라믹화 공정을 거칠 수 있다.
퓨전 인발 공정은, 예를 들어, 용융된 건축용 유리 원료를 수용하는 채널을 갖춘 인발 탱크를 사용한다. 채널은 채널의 양 측면에 채널의 길이를 따라 상부가 개방된 웨어 (weir)를 갖는다. 채널이 용융된 물질로 채워지면, 용융된 건축용 유리는 웨어를 넘친다. 중력에 의해, 용융된 건축용 유리는 2개의 흐르는 건축용 유리 필름으로 인발 탱크의 외부 표면 아래로 흐른다. 인발 탱크의 외부 표면은 이들 표면이 인발 탱크 아래에 에지에서 합쳐지도록 내부를 향해 아래로 연장된다. 2개의 흐르는 건축용 유리 필름은 이 에지에서 합쳐져 융합하고, 단 하나로 흐르는 건축용 유리 제품을 형성한다. 퓨전 인발 방법은, 채널을 넘쳐 흐르는 2개의 건축용 유리 필름이 함께 융합되기 때문에, 그 결과로 생긴 건축용 유리 제품의 외부 표면은, 장치의 임의의 부분과 접촉을 일으키지 않는 이점을 제공한다. 따라서, 퓨전 인발된 건축용 유리 제품의 표면 특성은, 이러한 접촉에 의해 영향을 받지 않는다. 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품이 유리 세라믹인 경우, 퓨전 공정으로 형성된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은 하나 이상의 결정질 상이 발생되는 세라믹화 공정을 거칠 수 있다.
슬롯 인발 공정은 퓨전 인발 방법과는 다르다. 슬롯 인발 공정에서, 용융된 원료 유리는 인발 탱크로 제공된다. 인발 탱크의 버텀은 슬롯의 길이를 연장하는 노즐을 갖춘 개방 슬롯을 갖는다. 용융된 유리는 슬롯/노즐을 통해 흐르고 연속적인 유리 제품으로 어닐링 영역으로 다운 인발된다. 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품이 유리 세라믹인 경우, 슬롯 인발 공정으로 형성된 건축용 유리 제품은 하나 이상의 결정질 상을 발생하는 세라믹화 공정을 거칠 수 있다.
몇몇 구체 예에서, 건축용 유리 제품은, 미국 특허 제8,713,972호, 미국 특허 제9,003,835호, 미국 공개특허 제2015/0027169호, 및 미국 공개특허 제2005/0099618호에 기재된 바와 같이, 얇은 롤링 공정을 사용하여 형성될 수 있으며, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다. 좀 더 구체적으로는, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은, 용융 유리의 수직 스트림을 공급하는 단계, 약 500 ℃ 이상 또는 약 600 ℃ 이상의 표면 온도에서 유지되는, 한 쌍의 형성 롤로 용융된 유리 또는 유리-세라믹의 공급 스트림을 형성하여, 형성된 두께를 가진 형성된 건축용 유리 리본을 형성하는 단계, 및 약 400 ℃ 이하의 표면 온도에서 유지되는, 한 쌍의 사이징 롤 (sizing rolls)로 유리의 형성된 리본을 사이징하여, 형성된 두께 미만의 원하는 두께 및 원하는 두께 일치성을 갖는 사이징된 유리 리본을 생성하는, 사이징하는 단계에 의해 형성될 수 있다. 유리 리본을 형성하는데 사용되는 장치는, 용융된 유리의 공급 스트림을 공급하는 유리 공급 디바이스; 용융된 유리의 공급 스트림을 수용하기 위해 유리 공급 디바이스 아래에 수직되게 위치된 유리 형성 갭을 갖춘 형성 롤들 사이에 유리 형성 갭을 한정하고, 형성된 두께를 갖는 형성된 유리 리본을 형성하기 위해 형성 롤들 사이에 용융된 유리의 공급 스트림을 얇게 하도록, 상호 인접하게 이격되어 있고, 약 500 ℃ 이상의 표면 온도로 유지되는 한 쌍의 형성 롤; 및 형성된 건축용 유리 리본을 수용하기 위해 형성 롤 아래에 수직되게 위치된 유리 사이징 갭을 갖춘 사이징 롤들 사이에 유리 사이징 갭을 한정하고, 형성된 건축용 유리 리본을 얇게 하도록, 상호 인접하게 이격되어 있고, 약 400 ℃ 이하의 표면 온도로 유지되어, 원하는 두께 및 원하는 두께 일치성을 갖는 사이징된 건축용 유리 리본을 생성하는, 한 쌍의 사이징 롤을 포함할 수 있다.
몇몇 사례에서, 얇은 롤링 공정은 사용될 수 있는데, 여기서 건축용 유리의 점도는, 퓨전 또는 슬롯 인발 방법의 사용을 허용하지 않는다. 예를 들어, 얇은 롤링은, 유리가 100kP 미만의 액상선 점도를 나타내는 경우, 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품을 형성하는데 활용될 수 있다. 건축용 유리 또는 유리-세라믹 제품은, 표면 흠의 영향을 제거 또는 감소시키기 위해 산 연마 (acid polished)될 수 있거나 또는 이와 달리 처리될 수 있다.
고려된 구체 예에서, 여기에서 논의된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품은, 측 표면 (side surface)에 따라 다른 조성물을 갖는다. 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 (500)의 일 측에서, 대표적인 조성물은: 69-75 wt.% SiO2, 0-1.5 wt.% Al2O3, 8-12 wt.% CaO, 0-0.1 wt.% Cl, 0-500 ppm Fe, 0-500 ppm K, 0.0-4.5 wt.% MgO, 12-15 wt.% Na2O, 0-0.5 wt.% SO3, 0-0.5 wt.% SnO2, 0-0.1 wt.% SrO, 0-0.1 wt.% TiO2, 0-0.1 wt.% ZnO, 및/또는 0-0.1 wt.% ZrO2이다. 여기에서 논의된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품의 다른 측에서, 대표적인 조성물은: 73.16 wt.% SiO2, 0.076 wt.% Al2O3, 9.91 wt.% CaO, 0.014 wt.% Cl, 0.1 wt.% Fe2O3, 0.029 wt.% K2O, 2.792 wt.% MgO, 13.054 wt.% Na2O, 0.174 wt.% SO3, 0.001 wt.% SnO2, 0.01 wt.% SrO, 0.01 wt.% TiO2, 0.002 wt.% ZnO, 및/또는 0.005 wt.% ZrO2이다.
다른 고려된 구체 예에서, 여기에서 논의된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품의 조성물은, 55-85 wt.% SiO2, 0-30 wt.% Al2O3, 0-20 wt.% B2O3, 0-25 wt.% Na2O, 0-20 wt.% CaO, 0-20 wt.% K2O, 0-15 wt.% MgO, 5-20 wt.% BaO, 0.002-0.06 wt.% Fe2O3, 및/또는 0.0001-0.06 wt.% Cr2O3이다. 다른 고려된 구체 예에서, 여기에서 논의된 건축용 유리 또는 유리-세라믹 시트 또는 제품의 조성물은, 60-72 mol.% SiO2, 3.4-8 mol.% Al2O3, 13-16 mol.% Na2O, 0-1 mol.% K2O, 3.3-6 mol.% MgO, 0-0.2 mol.% TiO2, 0.01-0.15 mol.% Fe2O3, 6.5-9 mol.% CaO, 및/또는 0.02-0.4 mol.% SO3이다.
실시 예
장치 설정 - 전술된 바와 같이, 장치는 3개의 영역 - 고온 존, 전환 존, 및 저온 또는 퀀칭 존을 포함한다. 고온 존 및 퀀칭 존에서 상부 및 하부 열 베어링들 (히트 싱크들) 사이에 갭은, 원하는 간격으로 설정된다. 고온 존, 전환 존, 및 퀀칭 존에서 가스 유량은, 에어-베어링에서 건축용 유리 물질, 시트 또는 부품의 센터링을 보장하도록 설정된다. 고온 존은, 건축용 유리 제품이 이후에 퀀칭될 온도인, 원하는 TO로 예-열된다. 균일한 가열을 보장하기 위해, 건축용 유리 제품은, 배치 가열로 (batch furnace)또는연속 가열로와 같은, 별도의 예-열 장치에서 예열된다. 일반적으로, 건축용 유리 시트는 고온 존에 로딩 전에, 5분 이상 동안 예-열된다. 소다-라임 유리인 경우에, 예-열은 약 450 ℃에서 수행된다. 예-열 단계 이후에, 건축용 유리 제품은, 고온 존으로 로딩되고 평형을 허용하는데, 여기서 평형은 건축용 유리가 TO로 균일한 것이다. T0는 원하는 수준의 강화/템퍼링에 의해 결정될 수 있지만, 일반적으로 연화점과 유리 전이 온도 사이의 범위에서 유지된다. 평형까지의 시간은, 적어도 건축용 유리의 두께에 의존한다. 예를 들어, 대략 1.1 mm 이하의 건축용 유리 시트인 경우에, 평형은 대략 10초 내에 일어난다. 3 mm의 건축용 유리 시트인 경우에, 평형은 대략 10초 내지 30초에서 일어난다. 대략 6 mm까지의 두꺼운 시트인 경우에, 평형 시간은 대략 60초일 수 있다. 일단 건축용 유리가 T0로 평형을 이루면, 건축용 유리는 에어 베어링 상에 전환 존을 통해 냉각 또는 퀀칭 존으로 신속하게 이송된다. 건축용 유리 제품은, 유리 전이 온도인, Tg 아래의 온도까지 퀀칭 존에서 신속하게 퀀칭된다. 건축용 유리 시트는, 제거시 건축용 유리의 원하는 퀀칭의 정도 및/또는 원하는 온도에 따라, 1초, 10초, 또는 수 분 이상의 임의의 기간 동안 퀀칭 존에서 유지될 수 있다. 제거 동안에, 건축용 유리는 취급 전에 선택적인 냉각이 허용된다.
하기 실시 예들은 표 6에 요약된다.
실시 예 1 - 5.7 mm 두께의 소다-라임 실리케이트 유리 플레이트 (예를 들어, 적어도 70 wt.%의 이산화규소, 및/또는 적어도 10 wt.%의 산화나트륨, 및/또는 적어도 7 wt.%의 산화칼슘을 포함한 유리)는, 60초 동안 690 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 450 ℃로 10분 동안 예-열된다. T0로 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 91㎛의 갭 (여기서 갭은 유리 시트의 표면과 가장 가까운 히트 싱크 사이에 거리임)을 갖는, 헬륨으로 채워진 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지된다. 그 결과로 생긴 제품은 -312 MPa의 표면 압축, 127 MPa의 중심 인장, 및 83 ㎛의 평탄도를 갖는다.
실시 예 2 - 5.7 mm 두께의 소다-라임 실리케이트 유리 플레이트는 60초 동안 690 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 450 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 90 ㎛의 갭을 갖는, 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지된다. 그 결과로 생긴 제품은 -317 MPa의 표면 압축, 133 MPa의 중심 인장, 및 89.7 ㎛의 평탄도를 갖는다.
실시 예 3 - 1.1 mm 두께의 소다-라임 실리케이트 유리 플레이트는 10초 동안 700 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 450 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 56 ㎛의 갭을 갖는, 헬륨으로 채워진 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지된다. 그 결과로 생긴 제품은 661℃로 측정된 표면 가상 온도, -176 MPa의 표면 압축, 89 MPa의 중심 인장, 190 ㎛의 평탄도, 및 10-20 N의 비커스 균열 임계값을 갖는다.
실시 예 4 - 0.55 mm 두께의 소다-라임 실리케이트 유리 플레이트는, 10초 동안 720 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 450 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 25 ㎛의 갭을 갖는 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지되어, 0.184 cal/(㎠·s·℃)의 유효 열 전달률을 결과한다. 그 결과로 생긴 제품은 -176 MPa의 표면 압축 및 63 MPa의 중심 인장을 갖는다. 또한, 그 결과로 생긴 강화된 제품은 (초기 710 ℃ 온도 샘플에 대해) 약 168㎛ 및 (초기 720 ℃ 온도 샘플에 대해) 125 ㎛의 평탄도를 갖는다.
실시 예 5 - 1.5 mm 두께의 CORNING® GORILLA® 유리 플레이트는 30초 동안 790 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 550 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 226 ㎛의 갭을 갖는, 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지된다. 유리 제품은 공정-전 113 ㎛ 및 공정-후 58 ㎛로 측정된 평탄도에서 개선을 갖는다.
실시 예 6 - 0.7 mm 두께의 소다-라임 실리케이트 유리 플레이트는, 10초 동안 730 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 450 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 31 ㎛의 갭을 갖는, 헬륨으로 채워진 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지되어, 0.149 cal/(㎠·s·℃)의 유효 열 전달률을 결과한다. 그 결과로 생긴 제품은 -206 MPa의 표면 압축, 100 MPa의 중심 인장, 및 82 ㎛의 평탄도를 갖는다. 파단시, 유리 시트는 "다이스" (2 mm 두께 이상의 시트 다이싱에 대한 표준 용어를 사용 - 즉, 5×5 ㎠의 유리 시트가 40 이상의 조각으로 파괴됨)로 관찰되어, 시트가 완전히 템퍼링된 것을 시사한다.
실시 예 7 - 3.3 mm 두께의 Borofloat-33 유리 플레이트는, 30초 동안 800 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 550 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 119 ㎛의 갭을 갖는, 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지된다. 그 결과로 생긴 제품은 120 ㎛의 평탄도를 갖는다. 일부의 파단시, 유리 시트는 "다이스" (2 mm 두께 이상의 시트 다이싱에 대한 표준 용어를 사용 - 즉, 5×5 ㎠의 유리 시트가 40 이상의 조각으로 파괴됨)로 관찰되어, 시트가 완전히 템퍼링된 것을 나타낸다.
실시 예 8 - 3.2 mm 두께의 소다-라임 실리케이트 유리 플레이트는 30초 동안 690 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 450 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 84 ㎛의 갭을 갖는, 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지된다. 그 결과로 생긴 제품은 -218 MPa의 표면 압축, 105 MPa의 중심 인장, 및 84 ㎛의 평탄도를 갖는다.
실시 예 9 - 0.3 mm 두께의 소다-라임 실리케이트 유리 플레이트는 10초 동안 630 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 450 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 159 ㎛의 갭을 갖는, 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지된다. 그 결과로 생긴 제품은 그래이 필드 편광 분석 (gray field polarimetry)으로 관찰 가능한 멤브레인 응력 (membrane stresses)을 가져서, 유리가 열적 응력을 혼입한 것을 시사한다.
실시 예 10 - 0.1 mm 두께의 CORNING® GORILLA® 유리 플레이트는 10초 동안 820 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 550 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 141 ㎛의 갭을 갖는, 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지되어, 0.033 cal/(㎠·s·℃)의 유효 열 전달률을 결과한다. 파단시, 그 결과로 생긴 제품은 잔류 응력이 있는 유리와 일치하는 거동을 보인다.
실시 예 11 - 1.1 mm 두께의 소다-라임 실리케이트 유리 플레이트는 10초 동안 700 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 450 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 65 ㎛의 갭을 갖는, 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지되어, 0.07 cal/(㎠·s·℃)의 유효 열 전달률을 결과한다. 그 결과로 생긴 제품은 657℃로 측정된 표면 가상 온도, -201 MPa의 표면 압축, 98 MPa의 중심 인장, 158㎛의 평탄도, 및 10-20 N의 비커스 균열 임계값을 갖는다.
실시 예 12 - 1.1 mm 두께의 CORNING® GORILLA® 유리 플레이트는, 10초 동안 810 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에, 550 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는, 86㎛의 갭을 갖는 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지되어, 0.058 cal/(㎠·s·℃)의 유효 열 전달률을 결과한다. 그 결과로 생긴 제품은 711℃로 측정된 표면 가상 온도, -201 MPa의 표면 압축, 67 MPa의 중심 인장, 및 20-30 N의 비커스 균열 임계값을 갖는다.
실시 예 13 - 1.1 mm 두께의 CORNING® GORILLA® 유리 플레이트는, 10초 동안 800 ℃의 T0로 유지되는 고온 존으로 이송하기 전에 550 ℃로 10분 동안 예-열된다. 평형을 이룬 이후에, 유리 플레이트는 91㎛의 갭을 갖는 퀀칭 존으로 신속하게 이송되며, 여기서 10초 동안 유지된다. 그 결과로 생긴 제품은, 747℃로 측정된 표면 가상 온도, -138 MPa의 표면 압축, 53 MPa의 중심 인장, 66 ㎛의 평탄도, 및 20-30 N의 비커스 균열 임계값을 갖는다.
실시 예 두께 (mm) 조성물 갭
(㎛)		 T0 가스 CS
( MPa)		 CT
( MPa)		 Flatmaster (㎛) 가상
(℃)		 비커스
(N)
1 5.7 SLG 91 690 헬륨 -312 127 83 -- --
2 5.7 SLG 91 690 헬륨 -317 133 90 -- --
3 1.1 SLG 56 700 헬륨 -176 89 190 661.3 10-20
4 0.55 SLG 25 720 헬륨 -176 63 125 -- --
5 1.5 GG 226 790 헬륨 -- -- 113 전/
58 후		 -- --
6 0.7 SLG 31 730 헬륨 -206 100 82 -- --
7 3.3 Borofloat 33 119 800 헬륨 -- -- 121 -- --
8 3.2 SLG 84 690 헬륨 -218 105 81 -- --
9 0.3 SLG 159 630 헬륨 -- -- -- -- --
10 0.1 GG 141 820 헬륨 -- -- -- -- --
11 1.1 SLG 65 700 헬륨 -201 98 158 657 10-20
12 1.1 GG 86 810 헬륨 -201 67 -- 711 20-30
13 1.1 GG 91 800 헬륨 -138 53 66 747 20-30
부가적인 실시 예 - 적어도 70 wt.%의 이산화규소, 및/또는 적어도 10 wt.%의 산화나트륨, 및/또는 적어도 7 wt.%의 산화칼슘을 포함하는 5.7 mm 두께의 유리 시트는, 헬륨 가스 및 약 90 micrometers의 갭 (204a, 204b; 도 21)으로 진행된다. 상기 유리는 690 ℃의 초기 온도로 가열되고 신속하게 냉각된다. 그 결과로 생긴 강화된 제품은, 이의 표면에서 약 300 MPa의 음의 인장 응력 및 중심에서 약 121 MPa의 양의 인장 응력을 갖는다. 또한, 그 결과로 생긴 강화된 제품은 약 106.9 micrometers의 평탄도를 갖는다.
부가적인 실시 예 - 여기에 개시된 독창적인 기술을 사용하는 하나의 실험에서, 적어도 70 wt.%의 이산화규소, 및/또는 적어도 10 wt.%의 산화나트륨, 및/또는 적어도 7 wt.%의 산화칼슘을 포함하는 1.1 mm 두께의 유리 시트는, 헬륨 가스 및 약 160 micrometers의 갭 (204a, 204b; 도 21)으로 진행된다. 유리는 680 ℃의 초기 온도로 가열되고 신속하게 냉각된다. 그 결과로 생긴 강화된 제품은 이의 표면에서 약 112 MPa의 음의 인장 응력 및 중심에서 약 54 MPa의 양의 인장 응력을 갖는다. 강화 전에, 유리 시트는 약 96 micrometers의 평탄도를 갖지만, 그 결과로 생긴 강화된 제품은 약 90 micrometers의 평탄도를 갖는다. 따라서, 강화 공정은 또한 강화된 유리 또는 유리-세라믹 제품을 평평하게 한다.
다른 관점 및 이점은 전체 명세서와 첨부된 청구범위를 검토함으로써 명백해질 것이다.
다양한 대표적인 구체 예에 나타난 바와 같이, 건축용 유리 및 유리-세라믹의 구성 및 배열은 단지 예시적인 것이다. 비록 몇몇 구체 예가 본 교시에서 상세히 기술되었어도, 여기에 기재된 요지의 신규 교시 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나지 않고 여러 변형예 (예를 들면, 다양한 요소의 크기, 치수, 구조, 형상, 및 비율의 변화, 파라미터의 값, 장착 배열, 물질의 사용, 색상, 방향)가 가능하다. 일체로 형성되게 나타난 몇몇 요소는 다수의 부품 또는 요소로 구성될 수 있으며, 요소의 위치가 뒤집히거나 이와 달리 변화될 수 있고, 개별 요소 또는 위치의 성질 또는 개수는 변경되거나 변화될 수 있다. 임의의 공정, 논리 알고리즘, 또는 방법 단계의 순서 또는 연속성은 선택적인 구현 예에 따라 변화되거나 재배열될 수 있다. 본 발명의 독창적인 기술의 범주에서 벗어나지 않고, 다른 대안, 수정, 변경, 및 생략이 다양한 대표적인 구현 예의 설계, 동작 상태, 및 배열에서 이루어질 수도 있다.

Claims (68)

  1. 제1 및 제2 주 표면과, 제1 유리 물질로 형성된 제1 몸체와, 그리고 제1 외부 에지를 포함한 제1 유리-계 층;
    제1 및 제2 주 표면과, 제2 유리 물질로 형성된 제2 몸체와, 그리고 제2 외부 에지를 포함한 제2 유리-계 층;을 포함하며,
    상기 제2 유리-계 층은 제1 거리 만큼 상기 제1 유리-계 층과 대면 이격되어, 실질적으로 평행하게 배치되고;
    상기 제2 유리-계 층은 상기 제2 유리-계 층의 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 위치된 내부 영역을 포함하고;
    상기 제2 유리-계 층의 제1 주 표면 또는 제2 주 표면 중 하나의 적어도 일부분의 이온 함량 및 화학적 구성 성분은 상기 제2 유리-계 층의 내부 영역의 적어도 일 부분의 이온 함량 및 화학적 구성 성분과 동일하고;
    상기 제2 유리-계 층의 제1 및 제2 주 표면은 60 MPa보다 큰 압축 응력 하에 있고, 상기 제2 유리-계 층의 내부 영역은 인장 응력 하에 있으며;
    상기 제2 유리-계 층의 제1 주 표면의 표면 거칠기는 0.2 내지 1.5 nm Ra 거칠기인, 창 (window).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 유리-계 층 내의 응력은 상기 제2 유리-계 층의 제1 및 제2 주 표면에 대해 위치의 함수로서 변화되고,
    상기 제2 유리-계 층 내의 응력은 상기 제2 유리-계 층의 두께의 500 ㎛ 미만의 거리에 걸쳐 적어도 200 MPa의 기울기 (slope)를 가진, 창.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 유리-계 층의 제2 주 표면의 표면 거칠기는 0.2 내지 1.5 nm Ra 거칠기인, 창.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유리-계 층의 제1 및 제2 주 표면은 상기 제2 유리-계 층의 제1 및 제2 주 표면의 50 mm 프로파일을 따라 적어도 50 ㎛의 총 인디케이터 런-아웃 (total indicator run-out)에 대해 평평하게 된, 창.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유리-계 층의 제1 및 제2 주 표면의 면적은 적어도 50 ㎠인, 창.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 유리 물질은 소다-석회 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 함유 보로실리케이트 유리, 알칼리 알루미노포스포실리케이트 유리, 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리, 포토크로믹 유리 (photochromic), 일렉트로크로믹 유리, 또는 써모크로믹 (thermochromic) 유리인, 창.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리 물질 및 상기 제2 유리 물질은 동일한, 창.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리-계 층과 상기 제2 유리-계 층 사이의 제1 거리는 불활성 가스 또는 공기를 포함하는, 창.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 및 제2 주 표면과, 제3 유리 물질로 형성된 몸체와, 그리고 제3 외부 에지를 가진 제3 유리-계 층을 더 포함하며;
    상기 제3 유리-계 층은 제2 이격 거리로, 상기 제2 유리-계 층에 대립한 측면 상에서, 상기 제1 유리-계 층과 대면 이격되어, 실질적으로 평행하게 배치되는, 창.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 유리 물질, 제2 유리 물질, 및 제3 유리 물질은 동일한, 창.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리-계 층은 열적 강화 유리 층, 화학적 강화 유리 층, 기계적 강화 유리 층, 열적 및 화학적 강화 유리 층, 열적 및 기계적 강화 유리 층 또는 화학적 및 기계적 강화 유리 층을 포함하는, 창.
  12. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 유리 물질은 소다-석회 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 함유 보로실리케이트유리, 알칼리 알루미노포스포실리케이트 유리, 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리, 포토크로믹 유리, 일렉트로크로믹 유리, 또는 써모크로믹 유리인, 창.
  13. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 유리-계 층은 열적 강화 유리 층, 화학적 강화 유리 층, 기계적 강화 유리 층, 열적 및 화학적 강화 유리 층, 열적 및 기계적 강화 유리 층 또는 화학적 및 기계적 강화 유리 층을 포함하는, 창.
  14. 청구항 1 내지 청구항 7 및 청구항 9 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리-계 층은:
    상기 제1 또는 제2 주 표면 중 하나로부터 상기 제1 몸체로 형성되고 상기 제1 유리 물질로 구성된 제1 복수의 유리-범프 스페이서 - 상기 복수의 유리 범프 스페이서는 이격된 제1 거리를 유지하기 위해 상기 제2 유리-계 층과 접촉함;
    상기 제1 유리-계 층과 상기 제2 유리-계 층 사이의 제1 밀봉 내부 영역을 정의하기 위해, 상기 제1 및 제2 외부 에지의 적어도 각각의 일부분 주위에 형성된 제1 에지 밀봉;을 더 포함하며,
    상기 제1 밀봉 내부 영역은 대기압 미만의 진공 압력을 가지는, 창.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제1 유리-계 층의 제1 또는 제2 주 표면 상의 레이저 빔 조사에 의해 형성되는, 창.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 복수의 유리-범프 스페이서를 가진 제1 유리-계 층에 일체형으로 형성되되, 상기 주 표면에 대립하여 형성되는 제2 복수의 유리-범프 스페이서 - 상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제1 유리 물질로 구성되고, 이격된 제2 거리를 유지하기 위해 상기 제3 유리-계 층과 접촉함;를 더 포함하며, 그리고
    (i) 제2 에지 밀봉은 상기 제1 유리-계 층과 상기 제3 유리-계 층 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 정의하기 위해, 상기 제1 및 제3 외부 에지의 적어도 각각의 일부분을 둘러싸거나, 또는 (ii) 상기 제1 에지 밀봉은 상기 제1 유리-계 층과 상기 제3 유리-계 층 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 더 정의하기 위해, 상기 제3 외부 에지의 적어도 일부분을 더 둘러싸는, 창.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제1 유리-계 층의 제1 또는 제2 주 표면 상의 레이저 빔 조사에 의해 형성되는, 창.
  18. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    제2 복수의 유리-범프 스페이서 - 상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서에 대립하는 제1 유리-계 층에 인접하여, 상기 제3 유리-계 층의 제1 또는 제2 주 표면에 일체형으로 형성되고, 상기 제3 유리 물질로 구성되고 이격된 제2 거리를 유지하기 위해 상기 제1 유리-계 층과 접촉함;를 더 포함하며, 그리고
    i) 제2 에지 밀봉은 상기 제1 유리-계 층과 상기 제3 유리-계 층 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 정의하기 위해, 상기 제1 및 제3 외부 에지의 적어도 각각의 일부분을 둘러싸거나, 또는 ii) 상기 제1 에지 밀봉은 상기 제1 유리-계 층과 상기 제3 유리-계 층 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 더 정의하기 위해, 상기 제3 외부 에지의 적어도 일부분을 더 둘러싸는, 창.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 유리-계 층 또는 제2 유리-계 층 중 적어도 하나는 저 방사율 층을 더 포함하는, 창.
  20. 청구항 8 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 유리-계 층은 저 방사율 층을 더 포함하는, 창.
  21. 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유리-계 층은 적어도 하나의 중간층에 의해 유리 페인에 적층되고, 상기 중간층은 상기 제2 유리-계 층과 적어도 부분적으로 동일 공간에 걸쳐 있으며 (coextensive), 그리고 상기 유리 페인의 측면에 직접 또는 간접적으로 결합되는, 창.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 중간층 물질은, 폴리 비닐 부티랄 (PVB), 폴리카보네이트, 음향 PVB, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 열가소성 폴리우레탄 (TPU), 이오노머, 열가소성 물질, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 폴리머 물질을 포함하는, 창.
  23. 제1 및 제2 주 표면과, 제1 유리 물질로 형성된 제1 몸체와, 그리고 제1 외부 에지를 포함한 제1 유리-계 층;
    제1 및 제2 주 표면과, 제2 유리 물질로 형성된 제2 몸체와, 그리고 제2 외부 에지를 포함한 제2 유리-계 층;을 포함하며,
    상기 제2 유리-계 층은 제1 거리 만큼 상기 제1 유리-계 층과 이격되어, 실질적으로 평행하게 배치되고;
    상기 제2 유리-계 층의 제1 및 제2 주 표면은 두께 (t)에 의해 분리되고, 상기 제2 유리-계 층의 제1 주 표면은 상기 제1 주 표면의 50 mm 이하의 프로파일 따라 100 ㎛의 총 인디케이터 런-아웃 (total indicator run-out, TIR)에 대해 평평하게 되고;
    상기 제2 유리 물질은 α S CTE 의 1/℃로 표현되는 저온 선형 CTE, α L CTE 의 1/℃로 표현되는 고온 선형 CTE, E의 GPa로 표현되는 탄성 모듈러스, T strain 의 ℃ 단위로 표현되는 변형 (strain) 온도, 및 T soft 의 ℃ 단위로 표현되는 연화 온도를 가지고;
    상기 제2 유리-계 층의 제1 주 표면은 600 MPa보다 작고 단위가 MPa인 다음 것보다 큰 열적 유도 표면 압축 응력을 가지고
    Figure pct00037

    여기서 P 1 은 다음과 같이 주어지고
    Figure pct00038

    P 2 는 다음과 같이 주어지며
    Figure pct00039

    그리고 h는 0.020 cal/s·㎠·℃ 이상인, 창
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 제2 유리-계 층의 제1 및 제2 주 표면의 면적은 적어도 50 ㎠인, 창.
  25. 청구항 23에 있어서,
    상기 제2 유리-계 층은 l의 millimeter로 표현된 길이, 및 w의 millimeter로 표현된 폭을 더 포함하며, 상기 t는 l보다 작고, 상기 t는 w보다 작은, 창.
  26. 청구항 23 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유리-계 층의 제2 주 표면의 표면 거칠기는 0.2 내지 1.5 nm Ra 거칠기인, 창.
  27. 청구항 23 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유리-계 층의 제1 및 제2 주 표면은 상기 제2 유리-계 층의 제1 및 제2 주 표면의 50 mm 프로파일을 따라 적어도 50 ㎛의 총 인디케이터 런-아웃에 대해 평평하게 된, 창.
  28. 청구항 23 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 유리 물질은 소다-석회 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 함유 보로실리케이트유리, 알칼리 알루미노포스포실리케이트 유리, 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리, 포토크로믹 유리, 일렉트로크로믹 유리, 또는 써모크로믹 유리인, 창.
  29. 청구항 23 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리-계 층은 열적 강화 유리 층, 화학적 강화 유리 층, 기계적 강화 유리 층, 열적 및 화학적 강화 유리 층, 열적 및 기계적 강화 유리 층 또는 화학적 및 기계적 강화 유리 층을 포함하는, 창
  30. 청구항 23 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리 물질 및 상기 제2 유리 물질은 동일한, 창.
  31. 청구항 23 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리-계 층과 상기 제2 유리-계 층 사이의 제1 거리는 불활성 가스 또는 공기를 포함하는, 창.
  32. 청구항 23 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 및 제2 주 표면과, 제3 유리 물질로 형성된 몸체와, 그리고 제3 외부 에지를 가진 제3 유리-계 층을 더 포함하며;
    상기 제3 유리-계 층은 제2 이격 거리로, 상기 제2 유리-계 층에 대립한 측면 상에서, 상기 제1 유리-계 층과 이격되어, 실질적으로 평행하게 배치되는, 창.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 제3 유리 물질은 소다-석회 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 함유 보로실리케이트유리, 알칼리 알루미노포스포실리케이트 유리, 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리, 포토크로믹 유리, 일렉트로크로믹 유리, 또는 써모크로믹 유리인, 창.
  34. 청구항 32 또는 청구항 33에 있어서,
    상기 제1 유리 물질, 제2 유리 물질, 및 제3 유리 물질은 동일한, 창.
  35. 청구항 32 내지 청구항 34 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 유리-계 층은 열적 강화 유리 층, 화학적 강화 유리 층, 기계적 강화 유리 층, 열적 및 화학적 강화 유리 층, 열적 및 기계적 강화 유리 층 또는 화학적 및 기계적 강화 유리 층을 포함하는, 창
  36. 청구항 23 내지 청구항 30 및 청구항 32 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리-계 층은:
    상기 제1 또는 제2 주 표면 중 하나로부터 상기 제1 몸체로 형성되고 상기 제1 유리 물질로 구성된 제1 복수의 유리-범프 스페이서 - 상기 복수의 유리 범프 스페이서는 이격된 제1 거리를 유지하기 위해 상기 제2 유리-계 층과 접촉함;
    상기 제1 유리-계 층과 상기 제2 유리-계 층 사이의 제1 밀봉 내부 영역을 정의하기 위해, 상기 제1 및 제2 외부 에지의 적어도 각각의 일부분 주위에 형성된 제1 에지 밀봉;을 더 포함하며,
    상기 제1 밀봉 내부 영역은 대기압 미만의 진공 압력을 가지는, 창.
  37. 청구항 36에 있어서,
    상기 제1 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제1 유리-계 층의 제1 또는 제2 주 표면 상의 레이저 빔 조사에 의해 형성되는, 창.
  38. 청구항 32 내지 청구항 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 복수의 유리-범프 스페이서를 가진 제1 유리-계 층에 일체형으로 형성되되, 상기 주 표면에 대립하여 형성되는 제2 복수의 유리-범프 스페이서 - 상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제1 유리 물질로 구성되고, 이격된 제2 거리를 유지하기 위해 상기 제3 유리-계 층과 접촉함;를 더 포함하며, 그리고
    (i) 제2 에지 밀봉은 상기 제1 유리-계 층과 상기 제3 유리-계 층 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 정의하기 위해, 상기 제1 및 제3 외부 에지의 적어도 각각의 일부분을 둘러싸거나, 또는 (ii) 상기 제1 에지 밀봉은 상기 제1 유리-계 층과 상기 제3 유리-계 층 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 더 정의하기 위해, 상기 제3 외부 에지의 적어도 일부분을 더 둘러싸는, 창.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제1 유리-계 층의 제1 또는 제2 주 표면 상의 레이저 빔 조사에 의해 형성되는, 창.
  40. 청구항 32 내지 청구항 37 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 복수의 유리-범프 스페이서 - 상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서에 대립하는 제1 유리-계 층에 인접하여, 상기 제3 유리-계 층의 제1 또는 제2 주 표면에 일체형으로 형성되고, 상기 제3 유리 물질로 구성되고 이격된 제2 거리를 유지하기 위해 상기 제1 유리-계 층과 접촉함;를 더 포함하며, 그리고
    i) 제2 에지 밀봉은 상기 제1 유리-계 층과 상기 제3 유리-계 층 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 정의하기 위해, 상기 제1 및 제3 외부 에지의 적어도 각각의 일부분을 둘러싸거나, 또는 ii) 상기 제1 에지 밀봉은 상기 제1 유리-계 층과 상기 제3 유리-계 층 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 더 정의하기 위해, 상기 제3 외부 에지의 적어도 일부분을 더 둘러싸는, 창.
  41. 청구항 40에 있어서,
    상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제3 유리-계 층의 제1 또는 제2 주 표면 상의 레이저 빔 조사에 의해 형성되는, 창.
  42. 청구항 23 내지 청구항 31 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 유리-계 층 또는 제2 유리-계 층 중 적어도 하나는 저 방사율 층을 더 포함하는, 창.
  43. 청구항 32 내지 청구항 42 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 유리-계 층은 저 방사율 층을 더 포함하는, 창.
  44. 청구항 23 내지 청구항 43 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유리-계 층은 적어도 하나의 중간층에 의해 유리 페인에 적층되고, 상기 중간층은 상기 제2 유리-계 층과 적어도 부분적으로 동일 공간에 걸쳐 있으며, 그리고 상기 유리 페인의 측면에 직접 또는 간접적으로 결합되는, 창.
  45. 청구항 44에 있어서,
    상기 중간층 물질은 폴리 비닐 부티랄 (PVB), 폴리카보네이트, 음향 PVB, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 열가소성 폴리우레탄 (TPU), 이오노머, 열가소성 물질, 및 이들의 조합으로부터 구성된 군으로부터 선택된 폴리머 물질을 포함하는, 창.
  46. 제1 및 제2 주 표면과, 제1 유리 물질로 형성된 제1 몸체와, 그리고 제1 외부 에지를 포함한 제1 페인;
    제1 및 제2 주 표면과, 제2 유리 물질로 형성된 제2 몸체와, 그리고 제2 외부 에지를 포함한 제2 유리 페인;을 포함하며,
    상기 제2 유리 페인은 제1 거리 만큼 상기 제1 유리 페인과 이격되어, 실질적으로 평행하게 배치되고;
    상기 제2 유리 페인의 제1 주 표면은 상기 제2 유리 페인의 제1 주 표면의 50 mm 이하의 프로파일을 따라 100 ㎛의 총 인디케이터 런-아웃 (TIR)에 대해 평평하게 되고;
    상기 제2 유리 페인은 T soft 의 ℃의 단위로 표현된 연화 온도 및 T anneal 의 ℃의 단위로 표현된 어닐링 온도, 및 ℃의 단위로 표현될 시에 Tfs로 나타난 제2 유리 페인의 제1 주 표면 상에 측정된 표면 가상 (fictive) 온도를 가진 유리를 포함하며;
    상기 제2 유리 페인은 (Tfs - T anneal )/(T soft - T anneal )으로 주어진 무-차원 (non-dimensional) 표면 가상 온도 파라미터 θs을 가지며; 그리고
    상기 파라미터 θs는 0.20 내지 0.9의 범위에 있는, 창.
  47. 청구항 46에 있어서,
    상기 제2 유리 페인 내의 응력은 상기 제2 유리 페인의 제1 및 제2 주 표면에 대해 위치의 함수로서 변화되고,
    상기 제2 유리 페인 내의 응력은 상기 제2 유리 페인의 두께의 500 ㎛ 미만의 거리에 걸쳐 적어도 200 MPa의 기울기를 가진, 창.
  48. 청구항 46 또는 청구항 47에 있어서,
    상기 제2 유리 페인의 제2 주 표면의 표면 거칠기는 0.2 내지 1.5 nm Ra 거칠기인, 창.
  49. 청구항 46 내지 청구항 48 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유리 페인의 제1 및 제2 주 표면은 상기 제2 유리 페인의 제1 및 제2 주 표면의 50 mm 프로파일을 따라 적어도 50 ㎛의 총 인디케이터 런-아웃에 대해 평평하게 된, 창.
  50. 청구항 46 내지 청구항 49 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유리 페인의 제1 및 제2 주 표면의 면적은 적어도 50 ㎠인, 창.
  51. 청구항 46 내지 청구항 50 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 유리 물질은 소다-석회 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 함유 보로실리케이트유리, 알칼리 알루미노포스포실리케이트 유리, 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리, 포토크로믹 유리, 일렉트로크로믹 유리, 또는 써모크로믹 유리인, 창.
  52. 청구항 46 내지 청구항 51 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리 물질 및 상기 제2 유리 물질은 동일한, 창.
  53. 청구항 46 내지 청구항 52 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리 페인과 상기 제2 유리 페인 사이의 제1 거리는 불활성 가스 또는 공기를 포함하는, 창.
  54. 청구항 46 내지 청구항 53 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 및 제2 주 표면과, 제3 유리 물질로 형성된 몸체와, 그리고 제3 외부 에지를 가진 제3 유리 페인을 더 포함하며;
    상기 제3 유리 페인은 제2 이격 거리로, 상기 제2 유리 페인에 대립한 측면 상에서, 상기 제1 유리 페인과 대면 이격되어, 실질적으로 평행하게 배치되는, 창.
  55. 청구항 54에 있어서,
    상기 제1 유리 물질, 제2 유리 물질, 및 제3 유리 물질은 동일한, 창.
  56. 청구항 46 내지 청구항 55 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리 페인은 열적 강화 유리 층, 화학적 강화 유리 층, 기계적 강화 유리 층, 열적 및 화학적 강화 유리 층, 열적 및 기계적 강화 유리 층 또는 화학적 및 기계적 강화 유리 층을 포함하는, 창
  57. 청구항 54 내지 청구항 56 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 유리 물질은 소다-석회 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 함유 보로실리케이트유리, 알칼리 알루미노포스포실리케이트 유리, 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리, 포토크로믹 유리, 일렉트로크로믹 유리, 또는 써모크로믹 유리인, 창
  58. 청구항 54 내지 청구항 57 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 유리 페인은 열적 강화 유리 층, 화학적 강화 유리 층, 기계적 강화 유리 층, 열적 및 화학적 강화 유리 층, 열적 및 기계적 강화 유리 층 또는 화학적 및 기계적 강화 유리 층을 포함하는, 창.
  59. 청구항 46 내지 청구항 52 및 청구항 54 내지 청구항 58 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유리 페인은:
    상기 제1 또는 제2 주 표면 중 하나로부터 상기 제1 몸체로 형성되고 상기 제1 유리 물질로 구성된 제1 복수의 유리-범프 스페이서 - 상기 복수의 유리 범프 스페이서는 이격된 제1 거리를 유지하기 위해 상기 제2 유리 페인과 접촉함;
    상기 제1 유리 페인과 상기 제2 유리 페인 사이의 제1 밀봉 내부 영역을 정의하기 위해, 상기 제1 및 제2 외부 에지의 적어도 각각의 일부분 주위에 형성된 제1 에지 밀봉;을 더 포함하며,
    상기 제1 밀봉 내부 영역은 대기압 미만의 진공 압력을 가지는, 창.
  60. 청구항 59에 있어서,
    상기 제1 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제1 유리 페인의 제1 또는 제2 주 표면 상에의 레이저 빔 조사에 의해 형성되는, 창.
  61. 청구항 59 또는 청구항 60에 있어서,
    상기 제1 복수의 유리-범프 스페이서를 가진 제1 유리 페인에 일체형으로 형성되되, 상기 주 표면에 대립하여 형성되는 제2 복수의 유리-범프 스페이서 - 상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제1 유리 물질로 구성되고, 이격된 제2 거리를 유지하기 위해 상기 제3 유리 페인과 접촉함;를 더 포함하며, 그리고
    (i) 제2 에지 밀봉은 상기 제1 유리 페인과 상기 제3 유리 페인 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 정의하기 위해, 상기 제1 및 제3 외부 에지의 적어도 각각의 일부분을 둘러싸거나, 또는 (ii) 상기 제1 에지 밀봉은 상기 제1 유리 페인과 상기 제3 유리 페인 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 더 정의하기 위해, 상기 제3 외부 에지의 적어도 일부분을 더 둘러싸는, 창.
  62. 청구항 61에 있어서,
    상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제1 유리 페인의 제1 또는 제2 주 표면 상의 레이저 빔 조사에 의해 형성되는, 창.
  63. 청구항 59 또는 청구항 60에 있어서,
    제2 복수의 유리-범프 스페이서 - 상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서에 대립하는 제1 유리 페인에 인접하여, 상기 제3 유리 페인의 제1 또는 제2 주 표면에 일체형으로 형성되고, 상기 제3 유리 물질로 구성되고 이격된 제2 거리를 유지하기 위해 상기 제1 유리 페인과 접촉함;를 더 포함하며, 그리고
    i) 제2 에지 밀봉은 상기 제1 유리 페인과 상기 제3 유리 페인 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 정의하기 위해, 상기 제1 및 제3 외부 에지의 적어도 각각의 일부분을 둘러싸거나, 또는 ii) 상기 제1 에지 밀봉은 상기 제1 유리 페인과 상기 제3 유리 페인 사이에서, 대기압 미만의 진공 압력을 가진 제2 밀봉 내부 영역을 더 정의하기 위해, 상기 제3 외부 에지의 적어도 일부분을 더 둘러싸는, 창.
  64. 청구항 63에 있어서,
    상기 제2 복수의 유리-범프 스페이서는 상기 제3 유리 페인의 제1 또는 제2 주 표면 상의 레이저 빔 조사에 의해 형성되는, 창.
  65. 청구항 46 내지 청구항 64 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 유리 페인 또는 제2 유리 페인 중 적어도 하나는 저 방사율 층을 더 포함하는, 창.
  66. 청구항 54 내지 청구항 65 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 유리 페인은 저 방사율 층을 더 포함하는, 창.
  67. 청구항 46 내지 청구항 66 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유리 페인은 적어도 하나의 중간층에 의해 제4 유리 페인에 적층되고, 상기 중간층은 상기 제2 유리 페인과 적어도 부분적으로 동일 공간에 걸쳐 있으며, 그리고 상기 제4 유리 페인의 측면에 직접 또는 간접적으로 결합되는, 창.
  68. 청구항 67에 있어서,
    상기 중간층 물질은 폴리 비닐 부티랄 (PVB), 폴리카보네이트, 음향 PVB, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 열가소성 폴리우레탄 (TPU), 이오노머, 열가소성 물질, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 폴리머 물질을 포함하는, 창.
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