TW200427641A - Method and apparatus for strengthening glass - Google Patents

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200427641 ⑴ 玖、發明說明 相關申請案之相互參照 本申請案請求在2003年，四月22日提出申請的美國 臨時申請案第 60/4 64,3 5 6號（我方參考案號： 01638.0010. PZUS00)，發明名稱「用以強化玻璃之方法與 裝置」，以及在2004年，三月31日提出申請之其對應非 臨時申請案（序號尙未指定）（我方參考案號： 01638.0010. NPUS02)，發明名稱「用以強化玻璃之方法與 裝置」之優先權，在此以其全部內容倂入本文中以供參考 之用。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於強化玻璃之方法與裝置。更明確地說， 本發明係關於對玻璃物品施加離子之化學強化的方法以及 以此方法用於製造瓶子的裝置。 【先前技術】 玻璃瓶製造已經自動化許多年且有許多設備用於製造 玻璃，尤其是用於汽水和酒精飲料工業。習知自動化玻璃 瓶製造由玻璃熔爐開始。將包括，例如，碳酸鈣、砂（氧 化矽）、碳酸鈉及廢棄玻璃在內的原料塡入玻璃熔爐內， 以約1 5 0 (TC之溫度使其熔融。熔融溫度決於玻璃內使用 的成分而定。熔融玻璃流持續地由爐中流出，以塡料機將 預定量的玻璃切成塊。 - 4 - (2) (2)200427641 玻璃瓶形成法經常涉及最初的形成步驟和最後的修飾 步驟。最初的形成步驟會使個別玻璃塊落內空模子當中， 使其進行初步成形，變成部分成型的玻璃熔漿。壓縮再吹 鑄的方法初步使用金屬柱塞將玻璃塊壓入空模子中，而吹 氣再吹鑄的方法使用壓縮空氣將玻璃塊壓入空模子中。接 著再將來自初始步驟之部分成型的玻璃熔漿運送至成品模 中。必要時可在施加壓縮空氣之前先再次加熱使部分成型 的玻璃熔漿膨脹塡滿成品模，使玻璃變成成品模的形狀， 耢此形成瓶子的最後形狀。 最近成型的瓶子一般都由退火連續徐冷窯運送，在其 中再加熱並逐漸冷卻到玻璃退火點。玻璃的退火點取決於 玻璃組成。例如，退火點可定義爲玻璃在1 5分鐘內可釋 放9 5 %應力時的溫度。此定義可視玻璃組成和與該玻璃組 成相關的剪應力模數而變。對任何特定組成都一樣，退火 點係玻璃爲1 0 1 3 p 〇 i s e時的溫度。在退火點時，玻璃的應 變可在1 5分鐘內移除。爲達說明之目的，鉛玻璃的退火 點約5 5 0 °C。藉著將瓶子維持在退火溫度或以上一段時間 ’接近玻璃表面的溫度會變得幾乎與內部的溫度相同。這 會使內部與表面之間的溫度差異減至最小，從而防止外表 面以比內部更快的速率冷卻。因此退火將大幅降低最後會 產生其他結果的玻璃應變。沒有退火方法時，玻璃成品在 其本身的內部應變的作用之下可能會自發地破裂。因此經 退火的玻璃會比以未經控制的方式快速通過其退火溫度而 冷卻的玻璃更堅固。 >5- (3) (3)200427641 張緊的結果會發生玻璃破裂，特別是在表面處，玻璃 破裂一般都源於表面。爲了強化玻璃物品，藉此降低破裂 的機率，代替退火的方法係均勻地增加玻璃物品表面的壓 縮應力。化學強化玻璃的方法係以較大離子取代玻璃表面 的較小離子以提高玻璃的表面壓縮應力，從而增加其強度 的方法。儘管鈉可取代鋰，且鉀可取代鈉與鋰，但一般大 都用鹹石灰氧化矽玻璃，以鉀離子取代玻璃表面的鈉離子 〇 在一化學強化的方法中，藉著長時間浸入熔融鹽浴中 以交換離子處理玻璃產品。例如，美國專利案第 357 7 3,4 8 9號的表1顯示數種用於化學玻璃強化的鉀鹽浴 ，包括 KN〇3及 K2Cr2〇7/KCl浴，其中鹽浴的溫度介於 5 2 5 °C至6 2 5 °C，玻璃浸泡時間從8小時至7天。然而， 此等方法在大量生產的製造環境中並無法實現，因爲其必 需將產物分數批長時間浸泡在熔融鹽浴中，因此會中斷運 輸帶型生產線的平順流動。美國專利案第3,751，2 3 8號揭 示二步驟鉀鹽浴浸泡化學強化方法。在第一步驟，將玻璃 物品浸泡在7 5 0 °C (遠高於應變點5 8 1 °C及退火點6 1 3 °C )的 K C I / K 2 S 0 4鹽浴中2 0分鐘。在第二步驟中，將玻璃物品 浸泡在5 2 5 °C (低於應變點5 6 °C )的KN 0 3浴中4小時。 其他的化學強化方法涉及在施用離子交換材料，一般 都以飽和鹽溶液的形態，之前先將玻璃物品冷卻到遠低於 應變點以下。玻璃的應變點係無法引入永久應變的溫度以 下的玻璃溫度，其可爲黏度在1 〇 14.5 p 〇 i s e (1 〇 13 · 5 p a _ s e c) 冬 (4) (4)200427641 時的溫度。例如，在美國專利案第4,2 06,2 5 3號說明的方 法中，在玻璃產品製成並冷卻至約6 0 °C以下之後對該產 品表面施加約75°C的KC1、KN〇3及K2S04水溶液。然後 在溫度正好低於應變點（約5 1 0°C )時進行熱處理。 第]圖顯示先前技藝用鉀鹽溶液強化玻璃物品的化學 強化方法之實施例。如以上說明般進行瓶子形成1 1 0和退 火1 20步驟。然後將玻璃運送1 3 0至第二製程，其中將瓶 子再加熱1 4 0至約1 0 〇 °C的溫度。以鹽溶液施於瓶子1 5 0 ’接著在強化用連續徐冷窯加熱至離子交換溫度，即， 4 6 0至5 5 0 °C。離子交換溫度端視有多少時間可進行離子 交換反應，而按順序離子交換反應又視實際製造情況而定 。可進行離子交換的時間越短，離子交換溫度就越高。在 離子交換溫度熱浸1 6 0之後，使瓶子冷卻至室溫，然後再 移除殘餘塗層，即，鹽還沒有造成玻璃表面內的離子交換 的部分，例如，利用室溫水霧。在此階段時，較佳已將玻 璃物品冷卻至約9 0 °C。 離子交換法之一目的係以較大離子（例如，鉀）取代玻 璃表面的較小離子（例如，鈉）以提高玻璃的表面壓縮應力 。若之後將玻璃維持在退火溫度一段時間，結果將會使加 入表面的壓縮應力釋放。藉此可使強化用連續徐冷窯維持 在4 60至5 5 0 °C的溫度範圍內，端視由實際製造情況下可 允許的離子交換時間而定。此溫度可，例如，稍微低於退 火溫度，例如，5 2 5 t。此離子交換步驟要求達到以下的 平衡：較熱會加速離子交換過程，但若溫度太高並接近退 -7- (5) (5)200427641 火溫度，由離子交換引入的壓縮應力有可能由於玻璃結構 鬆弛而釋放。 再返回去對照第1圖，鹽溶液可於瓶子的溫度較冷， 達低於退火點和應變點，時施加1 5 0。若施加鹽溶液時的 瓶子溫度太高’那麼施加鹽水溶液將造成瓶子迅速冷卻， 這經常會造成破裂。在施用溶液之後，使瓶子的溫度升高 以加速離子交換過程。此先前技藝的方法會遭遇到無法順 應現有的線上瓶子製造設備的問題，因爲在施用鹽溶液時 瓶子必需冷卻一段時間以防止破裂，且必需再加熱以進行 離子交換反應。此等附帶步驟既花時間又會降低瓶子製造 的效率。然而，此等方法的缺點在於其不易順應之前就存 在的線上瓶子生產線，因爲標準瓶子製造作業並未裝配設 備以處理附帶冷卻及加熱周期。因此，修改工業製程以包 括，例如，上述玻璃強化方法可能極耗費成本。 美國專利案第4;218;2 3 0號聲稱發表可將離子交換法 用於高速工業生產線的方法。在此方法中，將磷酸鉀和磷 酸鈉的水溶液噴在溫度介於2 0 CTC與玻璃退火點之間的玻 璃物品上。使玻璃維持在3 00 °C至正好退火點以下的範圍 內的溫度5至3 0分鐘。 美國專利案第3 5 7 9 1;8 09號中說明以磨成粉的鹽施於 熱玻璃物品的方法。在此方法中，將低溶點鹽，kno3， 和高熔點鹽，K 2 P 0 4，的混合物磨成粉末並在退火點以上 的溫度時施於玻璃物品表面。低熔點鹽會熔融並熔合，使 混合物黏至玻璃表面。離子交換在至少2 0 0 °C時發生，但 (6) (6)200427641 較佳在玻璃應變點以上。 另一防止玻璃破裂的方法爲火焰拋光，其藉著使玻璃 在缺陷區域平穩地硬化而移除小塊或刮痕等表面缺陷。例 如，美國專利案第4,23], 7 7 8號說明使新形成的玻璃物品 有點冷，然後在對該表面進行火焰拋光之後退火一段時間 。有許多專利都有說明供火焰拋光用的裝置，例如，美國 專利案第 4,2655651 ; 2,422,482 ; 2,338,841 ;及 2，3 3 1，0 1 4 號。 此技藝需要的是可生產高強度玻璃物品的玻璃製造方 法。相關聯的需求爲改良的離子交換強化方法。也需要可 順應現有瓶子製造設備而不需再重新爲該設備實質訂製的 玻璃強化方法。 【發明內容】 本發明提供化學強化玻璃物品的方法，其包含在至少 玻璃退火點溫度的溫度玻璃物品施加鹽，然後在連續徐 冷窯中使玻璃物品維持在局溫。該高溫可爲，例如，玻璃 的應變點溫度與約應變點溫度以下15〇t之間。玻璃可維 持在此高溫下至少約5分鐘。本發明的具體例可包括火焰 拋光與化學強化結合的方法。本發明的裝置有些具體例可 順應現有的瓶子製造設備以進行本發明方法的具體例。 有一形態中’本發明可提供強化玻璃物品的方法。該 玻璃物品可使用任何玻璃成形法由熔融玻璃成形。經潤飾 之後的成形玻璃物品可經火焰拋光熔融並修補任何表面缺 -9- (7) (7)200427641 陷，同時將玻璃物品表面的溫度提高至至少用以形成該物 品的玻璃退火點溫度。有一具體例中’玻璃物品爲玻璃瓶 。另一具體例中，玻璃物品係由應變點溫度約5 3 0 °C且退 火點溫度約5 5 0 °C的玻璃形成。 該方法之一具體例中由以下的步驟施加鹽，將玻璃物 品浸入熔融浴中少於約1分鐘，例如，約〇. 5至約3 0秒 ，或較佳約3至約5秒。較佳具體例中，熔融鹽浴中包含 硝酸鉀與氯化鉀的等莫耳混合物。有些鹽浴的具體例包括 在莫耳百分比混合物中介於40至60個百分比的硝酸鉀和 氯化鉀，及其他具體例包括40至60%的硝酸鉀和40至 6 0%氯化鉀之混合物。其他具體例包括含硫酸鉀與氯化鉀 的熔融鹽浴。又其他的具體例中，熔融鹽浴包含以下任二 或多者的組合：硝酸鉀、硫酸鉀、氯化鉀、磷酸鉀及重鉻 酸鉀。有一具體例中，以高於瓶子溫度的鹽浴溫度直接進 行浸泡。另一具體例中，熔融浴的溫度可爲超過玻璃退火 點以上2 5 °C。又另一具體例中，鹽浴可具5 5 0。(：與7 5 0 r 之間的溫度。 在替代性具體例中，以含鉀離子的溶液或磨成粉或熔 融的鉀鹽噴塗玻璃而將鹽施於玻璃表面，同時玻璃的表面 溫度係高於玻璃的退火點至少2 5 t。或者，噴塗步驟可 在玻璃的退火點以上至少5 0 t或在玻璃的退火點以上至 少1 0 Q C之溫度時進行。有一具體例中，鉀溶液或錦鹽爲 磷酸鉀（K3 P 04)。另一具體例中，鉀溶液包含約5 〇重量％ 磷酸鉀和5 0重量％水。 - 10- (8) (8)200427641 噴塗步驟可爲透過噴嘴強力驅動溶液的習知噴塗法或 其可爲火焰噴塗、靜電或粉末噴塗法。若使用習知噴塗法 ’鉀溶液或鉀鹽液滴會接觸熱玻璃物品，並可稍微冷卻熱 玻璃物品的表面。若使用火焰噴塗法，可透過粉末會在噴 塗液內液化的粉末火焰噴槍塡充磨成粉的鉀鹽，並使熔融 的鉀鹽液滴接觸熱玻璃物品。或者，可在火焰拋光噴嘴之 間施加鉀溶液。若使用靜電噴塗液，使鉀溶液液滴充電並 以靜電的方式吸引至玻璃物品。或者，可以磨成粉的鉀鹽 用於習知或靜電噴塗液。又另一具體例中，可以化學氣相 沈積的方式施加鉀鹽。 在將鹽施於玻璃物品的步驟之後，無論用蘸浸法、噴 塗法或其他施加方法，本發明的方法都包括在連續徐冷窯 或其他熱處理裝置中熱處理玻璃物品的步驟。此步驟可藉 著使表面維持在以下的溫度之間或包括玻璃的應變點和應 變點以下150C而使鉀離子局速擴散至玻璃物品表面內。 玻璃可維持在局溫時至少約5分鐘，較佳少於1小時，更 佳在1 0分鐘與1小時之間或1 5與2 0分鐘之間。 另一具體例中，本發明提供生產強化玻璃物品之裝置 。此裝置可包括生產成型玻璃物品的方法。該成型玻璃物 品可由任何熟於此藝之士所習知的方法製造，包括但不限 於’壓縮再吹鑄方法和吹氣再吹鑄方法。該裝置在成形站 之後可包括熱絕緣_道俾使熱損失降至最低。該裝置可進 一步包括火焰拋光噴嘴，其係用以火焰拋光玻璃物品表面 以移除表面缺陷並加熱表面至高於玻璃退火點以上至少 -11 - 200427641 Ο) 2 5 °C之溫度。有一具體例中，該玻璃物品係玻璃瓶。有一 具體例中，玻璃物品由應變溫度介於5 2 0 t：與5 4 0 °C之間 且退火溫度介於5 4 0 °C與5 6 (TC之間的玻璃形成。另一具 體例中，該玻璃物品係由應變溫度約5 3 0 °C且退火溫度約 5 5 0 °C之玻璃形成。 有一具體例中，該裝置可進一步包括在熱強化之前蘸 浸玻璃物品用的鹽浴。有一具體例中，熔融的鹽浴係鉀鹽 浴，例如 KN03/KC1 鹽浴、K2S04/KC]鹽浴或 K2S04/ KC1/KN03鹽浴。有一具體例中，該鹽浴係維持在玻璃的 退火點以上至少約25 °C的溫度。 另一具體例中，該裝置可進一步包括以含鉀離子或另 一鉀來源的溶液噴塗玻璃物品用的噴嘴。有一具體例中， 以噴嘴將鉀來源噴在玻璃物品表面，同時使該表面維持在 玻璃的退火點以上至少約2 5 °C的溫度。另一具體例，以 噴嘴將鉀噴在玻璃物品表面，同時使該表面維持在玻璃的 退火點以上至少約50°C的溫度。又另一具體例中，在該 表面維持在玻璃的退火點以上至少約1 的溫度時噴塗 該表面。該噴嘴可由噴塗磨成粉的鉀鹽之火焰噴嘴加以$ 代。或者，該嘴可由噴塗鉀溶液之靜電噴嘴加以取代。或 者’該噴嘴可由習知或靜電粉末噴嘴加以取代。有一具ρ 例中，該鉀溶液包含5 0重量％磷酸鉀和5 0重量。/。水。 無論該裝置以鹽浴蘸浸方法、鹽噴塗方法或其他方$ 施加鹽，該裝置可進一步包括強化用連續徐冷窯，其中可 配置強化用連續徐冷窯使玻璃物品維持在大於應變點以1 -12- (10) (10)200427641 8 0 °C之溫度，並使玻璃物品保持在強化用連續徐冷窯中至 少約4 5分鐘。或者，可使強化用連續徐冷窯維持在高達 玻璃應變點的溫度。玻璃物品最長可保持在強化用連續徐 冷窯中達3 0分鐘時間。或者，以較高溫強化時，玻璃物 品可保持在強化用連續徐冷窯中至少約1 5分鐘。又另一 替代案中’以較低溫強化時，玻璃物品可保持在強化用連 續徐冷窯中約4 5分鐘。另一具體例中，使玻璃物品維持 在玻璃的退火點或以下的溫度至少約5分鐘。 由於退火點及應變點、玻璃重量、容器形狀等等不同 ，所以實現本發明的較佳方法視玻璃類型而變。爲達說明 的目的’當強化重量爲165克的200 ml可口可樂公司體 型鉛玻璃瓶時，在攝氏約5 2 0度時對該容器進行離子交換 2 0分鐘。一般用於此瓶子的鉛玻璃都具有攝氏5 5 〇度的 退火溫度和攝氏5 3 0度的應變溫度。 【實施方式】 本發明的方法與裝置係關於玻璃製造方法與裝置。明 確地說，該方法與裝置係對於現有玻璃瓶製造方法及裝置 的改良，其能以化學強化的方式提供具優異強度特性的玻 璃瓶之製造。有些具體例不需要實質改變現有的瓶子製造 設備。使用本發明的方法與裝置的益處包括每單位重量玻 璃比先前技藝的強度更高。或者，使用本發明的方法可使 用比先前技藝的方法更少的玻璃製造相同強度的瓶子。儘 管本文中提供的實施例與說明係針對玻璃瓶的製造，但咸 -13- (11) (11)200427641 應瞭解本發明可應用於任何種類的玻璃物品，包括但不限 於··例如’玻璃瓶、飲料杯或酒杯或任何玻璃容器、玻璃 罐及玻璃盤、有度數的鏡片、成像透鏡、光纖及汽車與建 築窗戶。 第2圖爲根據本發明之一具體例的強化玻璃方法的流 程圖。瓶子形成步驟3 1 0可按照以上背景段中說明的方式 進行。然而’經發現吹氣再吹鑄瓶子成形方法可形成比壓 縮再吹鑄的方法更優異，因爲使用壓縮再吹鑄的方法時， 柱塞與瓶子內表面之間的接觸可能會造成瓶子內側的缺陷 。這些缺陷可能變成以本發明的方法強化的瓶子之弱點， 因此吹氣再吹纟尋的方法爲供瓶子成形的較佳方法。然而， 本發明的強化方法可有益地用於壓縮再吹鑄與吹氣再吹鑄 的方法形成瓶子。 在瓶子剛成形之後，其溫度一般都在退火點以上。有 些具體例中，在瓶子成形之後接著將瓶子浸在熔融鹽浴 3 2 0中。有些具體例中，瓶子可在浸入鹽浴之前先以火焰 拋光。如以下進一步詳細說明，當瓶子通過根據本發明的 具體例之玻璃強化系統的火焰拋光段時，可經由重直於瓶 子移動方向的機械手段移動火焰。有些具體例中，可使用 兩步驟火焰拋光方法。第一步驟係’例如，當玻璃物品在 運輸帶上的時候進行。此步驟可包括，例如，玻璃瓶的側 邊及頂部的凹槽之火焰拋光。第二步驟可包括以火焰拋光 玻璃物品的底部。這可將玻璃物品舉離運輸帶並使其行經 火焰上而進行。包括此第二步驟的火焰拋光可消除，例如 -14- (12) (12)200427641 ，隆起（即，玻璃瓶底部的脊）。 第3圖說明可使用根據本發明之具體例的火焰拋光步 驟達到的益處。此圖係使用以鑽石筆產生5 0微米缺陷而 造成損傷的平玻璃板建構而成。以一組板進行使用甲烷/ 氧氣焰的火焰拋光。以第二組板進行使用乙炔/空氣焰的 火焰拋光。第三組板，控制組板，未經火焰拋光。第四組 板不刻劃產生缺陷也不進行火焰拋光。接著對玻璃板施加 應力直到破裂爲止，記錄各玻璃板的破裂應力。 第3圖爲顯示此等試驗結果的W e i b u 11圖。該圖的橫 座標爲外加應力的度量，而縱座標爲破裂機率的度量。經 火焰拋光的板子能忍受約與未產生缺陷的板子一樣多的應 力，且強度優於控制組板。以甲烷/氧氣焰拋光的板子強 度稍微優於利用乙炔/空氣拋光的板子及未產生缺陷的板 子。以乙炔/空氣拋光的板子強度比未產生缺陷的板子稍 微差一點。 本發明有些具體例中，瓶子的溫度剛好在浸入鹽浴之 前可介於，例如，5 0 0 °C與 6 0 0 °C之間。在本發明的替代 性具體例中，瓶子的溫度可在玻璃的退火點以上至少約 2 5°C。另一具體例中，瓶子的溫度可介於510°C與5 90 °C 之間。又另一具體例中，瓶子的溫度可介於，例如，5 1 0 °C與5 5 0 °C之間。有一例示性具體例中，瓶子的溫度剛好 在瓶子浸入鹽浴之前可爲約5 4 0 °C。浸漬時間可遠短於先 前技藝的浸漬時間。鹽浴溫度可比瓶子溫度更高。有一具 體例中，鹽浴溫度可介於，例如，5 5 0 °C與7 5 0 °C之間。 (13) (13)200427641 有一例示性具體例中，鹽浴可於約6 1 0 °C的溫度。另一具 體例中，鹽浴溫度可爲約6 0 0 °C。如以上討論的，先前技 藝一般都要浸泡1 /2小時至4小時。在步驟3 2 0中，瓶子 可浸泡不到〗分鐘。較佳地，瓶子可浸入鹽浴中介於0.5 秒與3 0秒之間。另一具體例中，瓶子可浸在鹽浴中介於 約3秒與5秒之間。另一較佳具體例中，瓶子可浸泡少於 1 0秒。 有一具體例中，熔融鹽浴可爲熔點高於熱處理步驟 3 3 0期間使用的強化用連續徐冷窯的溫度之鉀鹽浴。熔融 鹽洛的較佳組成爲45旲耳％硝酸狎（KN〇3)與55莫耳％氯 化鉀（KC1)。此組成在55CTC至7 5 0 °c之間的溫度可爲液態 ，因此可均勻塗覆浸入維持在此溫度範圍內的瓶子。此組 成在溫度約5 2 (TC時爲半固態，因此使鹽在熱處理步騾. 3 3 0期間可以在瓶子上呈粗糙均勻塗層的方式保留在定點 ，這可粗糙均勻強化並防止鹽在強化用連續徐冷窯內產生 。其他適合的鹽浴組成可由熟於此藝之士使用相圖與經驗 法則決定。例如，其他適合的鹽浴組成可包括 K C 1 / Κ Ν Ο 3 / K 2 S Ο 4。一般而言，鹽浴組成較佳能使該浴在 玻璃退火點以上約5 0 °C的溫度時爲液態，且在強化用連 續徐冷窯的溫度時爲固態或半固態。 如第4圖中說明的，強化處理之後的玻璃強度取決於 玻璃處理的溫度與時間。因此，無論進行任何玻璃強化方 法時都有利有弊。例如，在較低溫度強化玻璃時，玻璃可 能無法變得像玻璃在高溫，例如，玻璃的退火溫度處理時 -16— (14) (14)200427641 一樣強。然而，若在高溫時處理玻璃，最大的玻璃強度會 隨著時間更劇烈地變化，因此，必須隨之調整公差。 由此期待離子交換反應可在退火點或以下時發生，唯 溫度僅能維持約1 5至2 0分鐘或更短的時間。然而，因爲 離子交換反應與在退火點或以上時才發生的鬆弛都係動態 過程，所以由此通則可達到顯著的偏差。藉此應不得再認 爲本發明會在任何特定時間受限於任何特定溫度。 熱處理的時間與溫度可隨生產設備的需求而做調整， 需要更快速生產時可使用更高的溫度與更短的時間，而更 長的熱處理時間用以進一步增加經處理的玻璃之強度。另 一具體例中，使玻璃物品維持在應變溫度達介於5至3 0 分鐘的時間。增加在此等溫度時的暴露時間可能會導致玻 璃物品的強度降低。在任何溫度時增加暴露時間，玻璃物 品的強度可能會逐漸地增加至最大値，然後可能會降低。 達最大強度的時間會隨著溫度提高而減短。 接著該瓶子可在強化用連續徐冷窯中進行熱處理3 3 0 。此熱處理可加速離子交換過程。強化用連續徐冷窯的溫 度較佳低於或約等於玻璃的應變點以下1 5 0 °C。更佳地， 可將強化用連續徐冷窯的溫度設定於玻璃應變點以下約 1 3 0 °C與玻璃應變點之間。有一具體例中，強化用連續徐 冷窯的溫度在玻璃應變點溫度以下約3 0幾°C。或者，強 化用連續徐冷窯的溫度在玻璃應變點溫度以下約1 0幾。C 。有一具體例中，玻璃可留在連續徐冷窯中介於1 5分鐘 與5 5分鐘之間的時間。更佳地，玻璃可留在連續徐冷窯 -17· (15) (15)200427641 中介於2 0與5 〇分鐘之間的時間。有些具體例中，取決於 所用的玻璃類型，玻璃可留在強化用連續徐冷窯中約3 〇 分鐘的時間。較大的瓶子可能需要以較慢速度加工，因此 ，可能在連續徐冷窯中更長的時間。因爲可暴露更長的時 間，所以可能要將溫度降低以充分應用強化方法。然而， 如以上對照第3圖說明的，離子交換反應的時間可能比根 據選擇的溫度決定的時間更長或更短。經過熱處理3 3 0之 後，可以上述之相同方法使瓶子冷卻3 4 0並移除3 5 0鹽。 如以下對照第1 〇圖詳細說明的，玻璃可在連續徐冷窯中 緩慢地冷卻。 根據本發明的具體例之一例示性方法中，由玻璃成形 法在約6 5 0 °C時產生成形的玻璃物品。溫度可更高或更低 ，端視所用的特定方法與材料、瓶子設計及壁厚而定。有 一具體例中’可對玻璃物品任何位置施加介於，例如，2 0 與45 ctu(塗層厚度單位）之間的塗層厚度之熱端氧化錫塗 層。施敷氧化錫塗層可在玻璃表面上形成織構使後續施敷 的冷端塗層能黏附於玻璃瓶表面。與氧化錫之1 ctu有關 的塗層厚度單元係約4埃。此塗層可用玻璃製造技藝中任 何習知的方法施敷，一般在瓶子成形與連續徐冷窯入口之 間的位置。或者，若使用火焰拋光，可在瓶子火焰拋光之 前先施敷氧化錫塗層。 沈積氧化錫塗層之後，有些具體例中，可以火焰拋光 經塗覆氧化錫塗層的玻璃物品以熔融並修補任何玻璃的表 面缺陷。或者，可使用任何可接受的火焰拋光速率。火焰 - 18- (16) (16)200427641 拋光也可將玻璃物品的溫度提高至玻璃的退火點以上約 2 5 °C或有時候又更高。本發明另一具體例中，瓶子並未以 氧化錫塗覆。有些具體例中，在氧化錫塗層火焰拋光且沈 積之後，瓶子溫度可能超過5 5 (TC。 化學強化可直接在施敷氧化錫塗層之後或在火焰拋光 之後發生。爲了進行化學強化，可將該物品浸入鹽浴中。 有一具體例中，將瓶子浸入，例如，溫度爲6 1 (TC的5 0 % KN03/5〇% KC1鹽浴中約1秒。簡短在鹽浴中浸泡之後， 可將瓶子運送至溫度介於，例如，4 8 0 °C與5 3 0。(：之間的 強化用連續徐冷窯。另具體例中，可將瓶子置於強化用連 續徐冷窯，窯溫介於，例如，4 9 0 °C與 5 2 0 °C之間。替化 性具體例中，強化用連續徐冷窯可具有介於玻璃應變點以 下約1 5 0 °C與約玻璃的應變點之間的設定點溫度。在連續 徐冷窯的冷卻段時可將經強化的物品之溫度降低約2 5分 鐘至90°C。冷卻之後，接著將玻璃物品浸泡在90。(：的水 浴中達預定時間以移除過量的鹽。有一具體例中，移除過 量鹽的預定時間可爲，例如，6秒。然後可用，例如，空 氣帷幕移除過量水。 可施於溫暖的物品之冷端塗層，例如，硬脂酸酯塗層 或聚乙烯塗層。其他冷端塗層可包括外加矽氧烷蠟、聚乙 烯、聚乙烯醇、硬脂酸或油酸等低溫冷端塗層，或瓶子製 造技藝中習知的任何其他冷端塗層以提供平滑度並防止瓶 子行經檢查及塡充線時受到損傷。然後可將經塗覆的物品 運至修飾線以施加低溫有機修飾塗層。在使用聚乙烯塗層 -19- (17) (17)200427641 的具體例中’塗層可以不需硬化。有〜具體例中，可對玻 璃物品表面施敷防磨損塗層。在替代性具體例中，在苛性 淸潔方法之後塡充瓶子方法之前可施敷後端塗層。此後端 塗層可爲’例如’聚乙；):希塗層。有些可再塡充瓶子的例子 中’可在各苛性淸洗周期之後施敷此等塗層。可用作後端 塗層的可接受瓶子塗層之一實施例爲At ofina販售的 Tegog]as 3 0 00+ Anti-Scuff Coating。 要注意在保有相對的瓶子強度時，使用本文中說明的 技術製造的瓶子內有較大玻璃強度可使用較少玻璃。例如 ，使用電腦模型，使用先前技藝方法製造重量丨70克的瓶 子可降至i i 〇克同時保有瓶子的強度。同時要注意本發明 優異的強化方法可利用此方法製備的瓶子外表面之高強度 特性設計瓶子而增強並進一步降低瓶子重量。使用電腦模 型，瓶子可透過設計可取得使用電腦模型，例如，熟於此 藝之士所習知的有限元素分析方法，的好處。 第5圖爲根據本發明的替代性具體例之方法的流程圖 。瓶子成形步驟2 1 0可如以上背景段中說明的方式進行。 就在瓶子成形之後，其溫度一般都高於退火點。例如，有 一具體例中，瓶子具有約6 0 0 °C的溫度。瓶子成形方法經 常都會導致玻璃缺陷，這通常皆係與模子或固定不動的板 子等較冷材料接觸時由熱衝擊。此等缺陷可爲應力集中點 且經常爲造玻璃瓶低強度的起因。 然後可用以上說明關於鹽浴浸泡方法的相似方法將瓶 子火焰拋光2 2 0。火焰拋光可由此技藝中任何習知的方法 -20- (18) (18)200427641 進行。例如’火焰拋光可使瓶子通過一系列排出燃燒氣， 例如’空氣-甲烷、氧-甲烷、空氣-乙炔或氧-乙炔而進行 °其他如淫氣等成分可加入火焰流以加速裂痕鈍化方法。 火焰拋光可用以完成以下任一或二目的：（丨）修補表面裂 痕’以及（2)將玻璃表面溫度提高至遠超過退火點的溫度 ’藉此將以下說明之後續噴塗方法期間的任何破裂減至最 小。 火焰抛光2 2 0可將火焰施於瓶子〇 · I至1 0秒，較佳 〇 · 1至5秒而完成。最佳地，放置火焰使與瓶子表面接觸 足以使任何尖銳裂縫溶融並變圓的時間。火焰抛光步驟 2 2 0可將瓶子的表面溫度提高至遠高於玻璃退火點以上。 有一具體例中，可將瓶子加熱，例如，至6 5 0 °C以上的溫 度。或者，火焰拋光220可將瓶子的表面溫度提高至介於 5 5 0 °C與6 5 0 °C之間。火焰拋光的益處已經在以上對照第3 圖說明過。 不用，或除了，火焰拋光之外，在蘸浸、噴塗或其他 鹽應用方法的替代性具體中，本發明有一方法可使用微波 表面加熱以修補玻璃的裂痕，引入制約的表面殘餘應力， 加速噴塗鹽之後的離子交換強化，經由噴塗硫酸銨化合物 去鹼化而強化，及/或提高表面溫度以加速後續離子交換 強化方法。對玻璃物品表面施敷微波敏化塗層可促進玻璃 表面以微波輻射加熱。在離子交換反應中特別有用的爲同 時也包含可交換的鉀離子之微波敏化塗層。 在本發明之一具體例中，可接著在瓶子表面溫度高於 -21 - (19) (19)200427641 退火溫度時以鹽溶液噴塗2 3 0瓶子。有一實施例中，若退 火溫度係約5 5 0 °C，那麼瓶可具有介於約5 5 0 °C與6 5 0 °C 之間的表面溫度。較佳地，玻璃的表面溫度熱到噴塗鹽溶 液無法使玻璃冷卻至應變點以下（應變點可爲，例如，5 3 0 °C )。較佳地，溶劑在與瓶子表面接觸之前或正好與瓶子 表面接觸時蒸發。較佳的溫度範圍係高於玻璃應變點以上 約 5 0 °C。又另一替代性具體例中，玻璃的表面溫度爲噴 塗步驟不會在玻璃物品內引起缺陷時的任何溫度。 鹽溶液可爲熟於此藝之士所習知可用於離子交換玻璃 強化的任何溶液。較佳的鹽溶液爲磷酸鉀（Κ3Ρ04，無水） 的5 0重量％水溶液。此溶液適宜的原因在於5 0重量％磷 酸鉀溶液在室溫就可配成，因此不需要加熱此溶液。然而 ，5 0 °C時可得到62重量％磷酸鉀溶液，且此溶液也可用 於本發明。或者，鹽溶液可爲4 5重量％磷酸鉀、1 〇重量 %磷酸鈉（Na3OP4)，餘量爲水。另一具體例中，鹽溶液包 含硫酸鉀（K2S04)、氯化鉀（KC1)及硝酸鉀（kn〇3)的混合物 〇 在替代性具體例中，瓶子可經火焰噴塗而不是以習知 方噴塗。在火焰噴塗具體例中’可以磨成粉的鹽，例如 ，碟酸鉀鹽，噴在瓶子表面上。用根據本發明具體例的火 焰噴塗，因爲此方法不需以瓶子的熱能蒸發經原子化成液 _的水分，所以預期利用火焰噴塗法可增進噴塗動力學並 降低破裂。磨成粉的鹽可熔於火焰中形成微細的熔融原子 化噴塗液。在替代性實施例中，火焰噴塗可使用鹽溶液而 -22- (20) (20)200427641 不使用磨成粉的鹽。火焰可爲此技藝中作何習知的火焰， 例如，甲烷、氧-甲烷、乙炔、氧乙炔或氫。可用於本發 明的的火焰塗塗裝置實施例包括美國專利案第4,674,68 3 與5，2 9 7，7 3 3號中揭示的裝置及提及的裝置，或熟於此藝 之士所習知之任何其他火焰噴塗裝置。 又另一替代性具體例中，可以靜電的方式噴塗瓶子。 在此具體例中，對噴塗器施加電位，例如，負電位，並使 瓶子接地。使鹽溶液或熔融鹽的液滴帶負電並吸附於中性 瓶子’藉此供給瓶子平坦的塗層。可用於本發明的靜電噴 塗裝置實施例包括美國專利案第 5，7 5 9，2 7 1與 5，7 0 4 5 5 5 4 號中揭示的裝置及提及的裝置，或熟於此藝之士所習知之 任何其他火焰噴塗裝置。 至於先前說明的蘸浸法，可經火焰拋光、噴塗的瓶可 接著在強化用連續徐冷窯或烘箱等其他任何適合的環境中 進行熱處理240。較佳地，在玻璃的應變點以下的溫度時 進行熱處理。例如，若應變點爲5 3 0 °C，強化用連續徐冷 窯中的熱處理可在5 1 0 °C的設定點溫度時進行2 0至2 5分 鐘。至於另一竇施例，強化用連續徐冷窯中的熱處理可在 5 2 0 °C進行1 5分鐘。然而，其他具體例包括在高於玻璃應 變點以下8 0 t的溫度時進行熱處理或在高於玻璃應變點 的溫度時進行熱處理。在較佳具體例中，強化用連續徐冷 窯具有介於玻璃的應變點以下約1 5 0 °C與約應變點溫度之 間的溫度，更佳介於玻璃的應變點以下約1 3 0 °C與約應變 點溫度之間的溫度。在此等具體例各個中，如對照第4圖 -23 - (21) (21)200427641 所討論的，在較高溫度時發生的加速離子交換反應，與最 好在較低溫時達成以防止玻璃表面鬆弛之間必須達到。例 如，在退火點時，玻璃表面鬆弛會在約1 5分鐘之內發生 〇 較佳具體例中，熱處理的溫度低於噴在瓶子表面之鹽 的熔點以防止鹽滴落至瓶子側。這可防止鹽在瓶子表面的 不均勻分布，並藉此防止不均勻強化，也可防止鹽在連續 徐冷窯內聚積。鹽的水性噴塗應用會在玻璃瓶上形成頑強 的塗層而不易以硏磨劑接觸而移除。對瓶子進行熱處理 2 4 0之後’使其冷卻2 5 0並以水淸洗2 6 0以移除殘留的鹽 殘餘物。如以上說明的，其他附帶的加工可施塗裝飾性塗 層並施塗第二保護性塗層。 第6圖爲比較根據本發明具體例之不同玻璃強化方法 的益處的柱狀圖。由第6圖顯然而可見，利用含火焰拋光 的離子交換方法可製造具比單獨離子交換方法及火焰拋光 更高的強度。以下實施例1 2中將進一步詳細說明爲達此 圖形所進行的實驗。 第7圖爲根據本發明之一具體例的玻璃強化系統7〇〇 之平面視圖。玻璃成形機7 1 2經由輸入端7 1 1步驟收受供 製造特定類型玻璃用的原料。可配置玻璃成形機7 1 2俾將 玻璃液滴或個別玻璃塊加工成如背景中說明的玻璃成形品 。由成形機產生呈，例如，鈕扣7 0 1形狀的玻璃成形品。 其他的玻璃物品’例如’罐、壺及花瓶等能舉出來的實施 例皆可以相同方法成形。 - 24- (22) 200427641 瓶子7 0 1由成形機7 1 2輸出之後，可加以藍 經由輸出端7 1 3捨棄有缺陷的瓶子。經初步檢垄 在721處對瓶子塗覆塗層。在721處施塗塗層p 如，施塗氧化錫塗層。氧化錫塗層可施塗，例釘 20與45 ct 11之間的厚度。有些具體例中，瓶子 層視需要施塗。又另一具體例中，可在72 ]處邡 塗層之前先以火焰拋光瓶子7 0 1。 等瓶子721完全塗覆之後，可使瓶子通過中 722到十字運輸帶73 0上。在十字運輸帶730 7〇1可用火焰拋光裝置731進行火焰拋光。火焰 7 3 1可爲配置用於工業生產線上之任何類型的火 置。瓶子的火焰拋光視需要施加，但有些具體例 焰拋光對於最終玻璃產物的強度具有潛在有益的 以較佳。經發現火焰拋光對於具大型缺陷的瓶子 ’而該大型缺陷傾向於使玻璃物品變得纖弱。如 的’因爲火焰拋光可消除此大型缺陷，所以火焰 質上消除破裂，繼而強化最可由由缺陷引起破裂 有些具體例中，瓶子不需要以火焰拋光側邊。例 發明所有具體例中啤酒瓶可能都不需要以火焰拋 ε因此，可視要拋光的瓶子類型而決定瓶子是否 光。 瓶子用火焰拋光裝置7 3 1火焰拋光之後，可 在連續徐冷窯前段，如此才可以環狀路線7 4 I例 物品移動裝置7 4 ]，例如，機器手臂自連續徐冷 視，且可 之後，可 包括，例 ，介於約 7 0 1的塗 塗氧化錫 心運送輪 上，瓶子 拋光裝置 焰拋光裝 中由於火 效應，所 特別有益 以上說明 拋光可實 的瓶子。 如，在本 光其側邊 要火焰拋 將瓶子排 示的玻璃 窯前段的 -25- (23)200427641 暫存 鹽浴 裝置 ，可 70 1 受的 並浸 760 強化 76 1， 退火 三冷 第1 續徐 在各 定點 第四 t：之 七、 設定 續徐 ，較 溫度 區擷取玻璃物品，並將其浸泡於鹽浴7 5 1中。或者， 7 5 1可以鹽溶液噴塗瓶子的機構，或火焰噴塗瓶子的 加以取代。在替代性具體例中，在浸泡於鹽溶液之前 透過視情況需要設置的火焰拋光裝置7 3 2移動瓶子 ，而以火焰拋光瓶子7 0]的底部。瓶子可以任何可接 火焰拋光速率進行火焰拋光。 瓶子用視情況需要的火焰拋光裝置7 3 2進行火焰拋光 泡於鹽浴75 1之後，可將瓶子置於強化用連續徐冷窯 內。在本發明之一具體例中，強化用連續徐冷黛可含 段7 6 1及冷卻段7 6 2。或者，可含一個以上的強化段 以及一個以上的冷卻段762。第8A圖中說明例示性 用連續徐冷窯的結構。在此具體例中，有六退火段及 卻段。用第8 A圖的退火用連續徐冷窯對照下討論的 1圖進行比較試驗。第8 A圖中說明的習知退火用連 冷黛可包括設定點溫度5 5 5 r的第一區。玻璃物品可 區段中維持，例如，3分鐘。第二區可具5 5 0 °C之設 溫度。第三區段可具，例如，5 4 0 °C之設定點溫度。 區段可具約5〇〇忙之設定點溫度。第五區段可具460 設定點溫度。第六區段可具43(TC之設定點溫度。第 第八及第九區段可分別地具3 2 0 t、2 0 (TC及！ 3 〇 c之 點溫度。作何習知退火點溫度設計皆可用以比較將連 冷窯的設定點温度維持在玻璃物品的溫度以下的效果 仏力於玻璃應變點溫度以下約1 5 0 °C與約玻璃應變點 之間。更佳地，溫度可介於玻璃應變點溫度以下約 -26- (24) (24)200427641 1 3 0 °C與約玻璃應變點溫度之間。 第8 B圖中說明強化用連續徐冷窯的實施例。在此具 體例中，有五強化段及四冷卻段。強化用連續徐冷窯可包 括第一、第二、第三、第四及第五區段，各具約5 0 〇。(：的 設定點溫度。第六區段可具，例如，4 7 0 °C的設定點溫度 。第七、第八及第九區段可分別地具，例如，約 3 2 0 °C、 2 0 0 °C及1 3 0 °C的設定點溫度。其他強化溫度設計都可與 本發明的方法相關聯使用。 用模擬工廠的環境進行許多試驗。爲了模擬生產線， 在成形機7 1 2中成形之後，預熱瓶子。有一實施例中，以 每秒4”的速率處理200 mL瓶子，在50(TC時預熱5分鐘 ，浸在61 5°C的鹽浴中，並在5 0 0 °C時在連續徐冷窯760 中強化2 0分鐘。在此處理之前此瓶子的平均溫度爲5 〇 j °C而處理之後爲4 5 1 °C。另一實施例中，以每秒4 ”的速率 火焰拋光200 mL的瓶子，在5 90 °C時預熱5分鐘。處理 之前瓶子的表面溫度5 0 1 °C，而處理之後5 2 5 °C。另一實 施例中，以每秒4”的速率火焰拋光 200 mL的瓶子，在 5 0 0 °C時預熱5分鐘並浸在鹽浴中，鹽浴溫度爲6 ] 5 °C。 在此處理之前的瓶子溫度爲4 9 6 °C，處理之後的溫度爲 4 8 9 °C。又另一實施例中，以每秒4”的速率火焰拋光200 m L的瓶子，在5 0 0 °C時預熱5分鐘。在此處理之前的瓶 子溫度爲494 °C，處理之後的溫度爲4 6 3 °C。又另一實施 例中’僅以母秒4 "的速率火焰抛光2 〇 0 m L的瓶子。在火 焰拋光之前的瓶子溫度爲5 0 CTC，火焰拋光之後的溫度爲 (25) (25)200427641 4 7 ] °C。另一實施例中，以每秒4 ”的速率火焰拋光2 0 0 m L 的瓶子，在5 0 0 °C時在連續徐冷窯7 6 0中強化2 0分鐘。 在此處理之前的瓶子溫度爲4 9 2 t，處理之後的溫度爲 4 5 2 °C。以上所指的所有溫度皆係由瓶子之至少3位置進 行測量爲基準的平均瓶子溫度。 視情況需要的二步驟鹽去除方法（其中各步驟皆可單 獨使用或結合其他任何步驟）可在瓶子離開連續徐冷窯 7 6 0之後由第一噴沖步驟開始。噴塗瓶子7Ό 1之後，可藉 由機械手臂7 6 1移除並浸在溫水中使任何殘餘在瓶子7 〇 j 上的鹽鬆開。有一具體例中，浸泡之後可再對瓶子7 01噴 洗以移除任何殘餘的鹽。無論經過任何視情況需要的步驟 ’瓶子都可以，例如噴射空氣加以乾燥。乾燥之後，瓶子 701可經由輸送帶790輸出至後段塗覆機（未圖式）。 弟9圖爲瓶子浸在根據本發明之一形態的強化瓶子用 系統中的透視圖。可配置機械手臂7 4 1用夾件7 4 2移動， 例如，兩排瓶子7 0 1。然後可以機械手臂將兩排瓶子7 0 1 浸入鹽浴7 5 1中。瓶子7 01可浸入鹽浴中歷經，例如，i 分鐘或更短的時間。或者，瓶子可蘸浸約0.5秒與約:3 0 秒之間的時間。較佳地，瓶子可蘸浸約3秒與5秒之間的 時間。又另一較佳具體例中，瓶子可蘸浸短於約1 0秒的 時間。經過預定時間之後，機械手臂74 1可自鹽浴7 5 1中 移出瓶子7 0 1。本發明之一具體例中，瓶子7 〇 ：!的底部可 以火焰拋光。替代性具體例中，瓶子7 0].的底部並未火焰 拋光。 - 28- (26) 200427641 第】〇圖爲根據本發明之一形態供強化瓶子 之瓶子沖洗機構7 7 0的透視圖。沖洗瓶子的系統 括機械手臂771，含夾具7 72。本發明有一具體 配置夾件7 7 2以夾取兩排瓶子7 0 1並在溫水浴中 一具體例中，在沖洗槽7 8 0中的水溫度可爲，例 。如以上說明的，當瓶子離開連續徐冷窯時，沖 中的水可爲接近瓶子溫度的任何溫度。瓶子在沖 中沖洗預定時間之後，可以機械手臂7 7 1將沖洗 701置於輸送帶上進一步處理。 在利用所有前述強化方法的實驗中，除了化 換方法之外，在系統的不同點擷取5瓶子的平均 璃瓶的溫度依照以下方法之各階段採擷：玻璃iy 、玻璃毯（「B」）、取出（「C」）、機器末端（「 端塗覆機之前（「E」）、熱端塗覆機之後（「F」） 送輪處（「G」）、連續徐冷窯入口處（「H」）及連 末端（「Ϊ」）。如上所述，僅進行此等溫度測量 成形機712與運送輪722之間的運輸帶，或運送 連續徐冷窯入口（「Η」）或化學離子交換過程或 徐冷窯入口（「I」）的火焰拋光之間的運輸帶進 光。 結果表示容量爲200 mL的瓶子、3 0 0 mL 3 3 0 mL的瓶子、3 5 0 mL的瓶子及I L的瓶子5 的平均値。此不同瓶子容量各不同位置的結果如 用的系統 7 7 0可包 例中，可 沖洗。有 如，90〇C 洗槽7 8 0 洗槽7 8 0 過的瓶子 學離子交 溫度。玻 I (「A」） D」）、熱 、中心運 續徐冷窯 ，而未對 輪72 2與 用於連續 行火焰拋 的瓶子、 瓶子之間 表1所示 -29- (27) 200427641 位置 200mL(°C ) 300mL(°C ) 330mL(〇C ) 350mL(〇C ) 1L(°C ) A 1 030.5 1 007.3 1 03 8.8 1016.8 1016.4 B 7 96.5 740.3 804.7 749.1 776.4 C 687.4 634.1 665.6 657.4 622.1 D 683.4 618.8 614.8 636.2 605.0 E 679.2 618.7 638.5 620.6 604.5 F 673.9 615.3 621.2 630.8 594.4 G 637.4 592.8 581.8 570.8 578.0 Η 605.3 579.3 561.9 570.9 571.4 I 172.5 147.4 179.3 145.6 176.4 表1

2 00 mL的瓶子的冷端具有每吋 0.3 8 °C的冷卻速率。 成形機712與運送輪722之間的輸送帶的輸送帶速度爲每 秒3 4 ”。運送帶7 2 2與連續徐冷窯入口之間的運送帶速度 爲每秒2 6 ”。3 0 0 m L的瓶子的冷端具有每吋0.2 9 °C的冷 卻速率。成形機7 1 2與運送輪722之間的輸送帶的輸送帶 速度爲每秒21”。運送帶72 2與連續徐冷窯入口之間的運 送帶速度爲每秒1 6 ”。3 3 0 m L的瓶子的冷端具有每时〇 . 4 °C的冷卻速率。成形機7 1 2與運送輪7 2 2之間的輸送帶的 輸送帶速度爲每秒34”。運送帶722與連續徐冷窯入口之 間的運送帶速度爲每秒2 5 ”。3 5 0 m L的瓶子的冷端具有每 吋〇.35t的冷卻速率。成形機712與運送輪722之間的輸 送帶的輸送帶速度爲每秒22”。運送帶722與連續徐冷窯 -30- (28) (28)200427641 入口之間的運送帶速度爲每秒I 6 ”。1 L的瓶子的冷端具 有每吋（K 3 7 °C的冷卻速率。成形機7 1 2與運送輪722之間 的輸送帶的輸送帶速度爲每秒1 5 ”。運送帶72 2與連續徐 冷窯入口之間的運送帶速度爲每秒〗1 ”。 用前述系統之一優點爲使用本發明的方法時，設立製 造設備時生產線不需實質改良就能製造玻璃物品。例如， 增加瓶子移動裝置，以及，例如，鹽浴或噴塗裝置時，可 利用本發明許多的特徵。此外，僅需改良連續徐冷窯內的 溫度5就可以退火用連續徐冷窯作爲強化用連續徐冷窯。 最後’使用本發明，就可選擇性地使用退火方法或本發明 的方法製造玻璃，端視對於要製造的玻璃之要求而定。 實施例 本文用根據本發明的不同方法呈現出許多實施例。爲 了模擬實際生產線的條件，瓶子在成形機中成形之後及蘸 &且置於爐子之前進行預熱。在實際實行本發明時，假設 不需預熱，且瓶子的平均溫度接近瓶子要預熱的溫度。此 外’如以上說明的，不使用爐子，但可使用連續徐冷窯。 除非另加說明，否則本文所指的溫度皆爲設定點溫度。表 2表示用與本發明相關聯的不同爐溫設定進行1 〇次試驗 的結果。 - 31 - (29) 200427641 (29)

試驗編 Sn〇2 火焰拋 預 熱 鹽浴溫 蘸浸時 強度溫 重量 爆裂壓 控制組 壓差 號 塗層 光 時間 溫度 度 間 度 (g) 力 爆裂壓 (psi) (ctu) (min) (°C ) (°C ) ⑻ (Cc ) 力 1 40 是 1 510 600 ] 520 3.0 739 427 312 2 40.4 是 5 510 630 1 520 2.6 738 433 305 3 41.6 否 5 550 615 1 500 1.5 724 443 281 4 40.2 是 5 510 600 1 480 7.2 ! 763 484 279 5 40.4 否 5 510 600 1 520 5.6 760 486 274 6 40 否 1 550 615 1 500 1.5 701 427 274 7 40 是 1 510 600 1 480 3.86 735 472 263 8 41.2 是 5 510 600 1 520 5.2 745 496 249 9 41 否 5 550 615 ] 500 1.3 736 506 230 10 40.6 否 5 550 615 1 500 ]·3 662 734 228 表2

製造用於此等實施例的瓶子之玻璃類型爲鉛玻璃。普 通熟習此技之士將明瞭，因爲玻璃具潛在不同特性，例如 ，不同退火溫度、不同應變點溫度及不同最終強度，所以 無論使周根據本發明不同具體例的任何方法，改變用以製 造玻璃物品的玻璃類型都可能需要某程度的最佳化。用於 以下實施例的鉛玻璃之組成總結於以下表3中。. -32 - (30) 200427641 鉛玻璃組成 氧化物 組成（％ ) SI〇2 72 A L 2 〇 3 1.6 FE2〇3 0.7 N A2〇 13 K2〇 0.86 MGO 0.20 C AO 10 S03 0.2 1 B AO 0 C R 2 〇 3 0.0010 TI〇2 0.0 19 SRO 0 退火點 5 4 0 °C 表3

實施例1 根據本發明之具體例的第一實施例中，在成形機中成 形5瓶子並以氧化錫熱端塗層塗覆。然後以火焰拋光該瓶 子。氧化錫塗層具40 ctu的厚度。爲將條件模擬成實際 生產線可能發生的情況，在5 I 的溫度時預熱]分鐘。 預熱之後，將瓶子浸於鹽浴中。鹽浴由 5 0/5 0的 -33- (31) (31)200427641 KC1/KN03組成並保持在60(TC的溫度。然後將瓶子浸入 鹽浴中1秒。黏附於瓶子的鹽平均重量爲3 .0克。黏附於 瓶子的鹽量爲瓶子置於鹽浴之前鹽浴溫度及瓶子溫度的函 數。蘸浸之後，瓶子進行熱處理，使反應（即，鈉離子與 鉀離子之間的離子交換）更效率地且更易於發生。熱處理 在爐子中進行2 0分鐘且在5 2 (TC的溫度時進行。此方法 重複進行3或更多次以構成總數2 0個強化的玻璃瓶。此 外，製造20個控制組瓶子。此20個控制組瓶子已經用先 前技藝的退火方法在退火爐中退火，但並未進行化學強化 〇 然後試驗此4 0個瓶子以得知在其爆裂以前瓶子內可 施加多少內壓。使用上述溫度製造的強化瓶子的平均爆裂 壓力爲73 9 psi，相對於施於控制組瓶子之平均爆裂壓力 42 7 psi，計算爆裂壓力差爲312 psi。此等結果大體上以 第1 1圖的Wei bull圖加以說明。第1 1圖圖形的橫座標爲 外加壓力之測値，而縱座反映出失敗的機率。，第1 1圖顯 示根據本發明方法強化的瓶子比先前技藝退火方法強化的 瓶子更堅固。 實施例2 根據本發明之具體例的第二實施例中，在成形機中成 形5瓶:子並以氧化錫熱端塗層塗覆。然後以火焰拋光該瓶 子。氧化錫塗層具40.4 ctu的厚度。爲將條件模擬成實際 生產線可能發生的情況，在5 ] 0 °C.的溫度時預熱5分鐘。 -34- (32) (32)200427641 預熱之後，將瓶子浸於鹽浴中。鹽浴由 5 0 / 5 0的 K C】/ K N 0 3組成並保持在6 3 0 °C的溫度。然後將瓶子浸入 鹽浴中】秒。黏附於瓶于的鹽平均重重爲2 · 6克。用貫施 例1爲基準作比較’可見到因爲鹽浴的溫度比實施例I用 的溫度更高，所以黏附本實施例的瓶子表面之鹽較少。此 關係證明黏附於瓶子的鹽量至少係鹽浴溫度的函數。蘸浸 之後，瓶子進行熱處理，使反應（即，鈉離子與鉀離子之 間的離子交換）更效率地且更易於發生。熱處理在爐子中 進行2 0分鐘且在5 2 0 °C的溫度時進行。此方法重複進行3 或更多次以構成總數2 0個強化的玻璃瓶。此外，製造2 0 個控制組瓶子。此2 0個控制組瓶子已經用先前技藝的退 火方法在退火爐中退火，但並未進行化學強化。 ， 然後試驗此4 0個瓶子以得知在其爆裂以前瓶子內可 施加多少內壓。使用上述溫度製造的強化瓶子的平均爆裂 壓力爲7 3 8 psi ’相對於施於控制組瓶子之平均爆裂壓力 43 3 psi，計算爆裂壓力差爲3〇5 psi。由此，本實施例進 一步說明使用短時間鹽浴接著在爐子中熱強化一段時間的 優點。此等結果大體上以第1 2圖的Wei bun圖加以說明 。第1 2圖顯示根據本發明方法強化的瓶子比先前技藝退 火方法強化的瓶子更堅固。 實施例3 根據本發明之具體例的第三實施例中，在成形機中成 形5瓶子並以氧化錫熱端塗層塗覆。然後以火焰拋光該瓶 - 35- (33) (33)200427641 子。氧化錫塗層具4 1 . 6 c t ii的厚度。爲將條件模擬成實際 生產線可能發生的情況，在5 5 0 °C的溫度時預熱5分鐘。 預熱之後，將瓶子浸於鹽浴中。鹽浴由5 0/5 0的 K C 1 / K N 0 3組成並保持在6 1 5 °c的溫度。然後將瓶子浸入 鹽浴中1秒。黏附於瓶子的鹽平均重量爲I . 5克。用實施 例1爲基準作比較，可見到因爲鹽浴的溫度比實施例1用 的溫度更局’且該瓶子的溫度也比實施例1用的瓶子溫度 更局，所以黏附本實施例的瓶子表面之鹽較少。此關係證 明黏附於瓶子的鹽量係其置於鹽浴之前鹽浴溫度與瓶子溫 度的函數。蘸浸之後，瓶子進行熱處理，使反應(即，鈉 離子與鉀離子之間的離子交換）更效率地且更易於發生。 熱處理在爐子中進行2 0分鐘且在5 0 0 °C的溫度時進行。 此方法重複進行3或更多次以構成總數20個強化的玻璃 瓶。此外，製造2 0個控制組瓶子。此2 0個控制組瓶子已 經用先前技藝的退火方法在退火爐中退火，但並未進行化 學強化。 · 然後試驗此40個瓶子以得知在其爆裂以前瓶子內可 施加多少內壓。使用上述溫度製造的強化瓶子的平均爆裂 壓力爲7 2 4 p s i，相對於施於控制組瓶子之平均爆裂壓力 44 3 p si，計算爆裂壓力差爲281 psi。由此，本實施例進 一步說明使用短時間鹽浴接著在爐子中熱強化一段時間的 優點。此等結果大體上以第〗3圖的W e i b ii 11圖加以g兌明 。第1 3圖顯示根據本發明方法強化的瓶子比先前技藝退 火方法強化的瓶子更堅固。 - 36- (34) (34)200427641 實施例4 根據本發明之具體例的第四實施例中，在成形機中成 幵^ 5瓶子並以氧化錫熱端塗層塗覆。然後以火焰拋光該瓶 子。氧化錫塗層具40.2 ctu的厚度。爲將條件模擬成實際 生產線可能發生的情況，在5 1 〇。(：的溫度時預熱5分鐘。 預熱之後，將瓶子浸於鹽浴中。鹽浴由 5 0/5 0 的 KC1/KN03組成並保持在6 0 0 °C的溫度。然後將瓶子浸入 鹽浴中1秒。黏附於瓶子的鹽平均重量爲7.2克。用實施 例1爲基準作比較，可見到本實施例的瓶子表面黏附較多 鹽。蘸浸之後，瓶子進行熱處理，使反應（即，鈉離子與 鉀離子之間的離子交換）更效率地且更易於發生。熱處理 在爐子中進行2 0分鐘且在4 8 0 °C的溫度時進行。此方法 重複進行3或更多次以構成總數2 0個強化的玻璃瓶。此 外，製造2 0個控制組瓶子。此2 0個控制組瓶子已經用先 前技藝的退火方法在退火爐中退火，但並未進行化學強化 〇 然後試驗此4 0個瓶子以得知在其爆裂以前瓶子內可 施加多少內壓。使用上述溫度製造的強化瓶子的平均爆裂 壓力爲763 p si，相對於施於控制組瓶子之平均爆裂壓力 484 psi，計算爆裂壓力差爲279 psi。由此，本實施例進 一步說明使用短時間鹽浴接著在爐子中熱強化一段時間的 優點。此等結果大體上以第]4圖的w e i bu 11圖加以說明 。第1 4圖顯示根據本發明方法強化的瓶子比先前技藝退 (35) (35)200427641 火方法強化的瓶子更堅固。 實施例5 根據本發明之具體例的第五實施例中，在成形機中成 形5瓶子並以氧化錫熱端塗層塗覆。然後以火焰拋光該瓶 子。氧化錫塗層具40.4 ctu的厚度。爲將條件模擬成實際 生產線可能發生的情況，在5 1 0 °C的溫度時預熱5分鐘。 預熱之後，將瓶子浸於鹽浴中。鹽浴由 5 0/5 0的 φ KC1/KN03組成並保持在6 0 0 °C的溫度。然後將瓶子浸入 鹽浴中1秒。黏附於瓶子的鹽平均重量爲5.6克。蘸浸之 後，瓶子進行熱處理，使反應（即，鈉離子與鉀離子之間 的離子交換）更效率地且更易於發生。熱處理在爐子中進 行2 0分鐘且在5 2 (TC的溫度時進行。此方法重複進行3 或更多次以構成總數2 0個強化的玻璃瓶。此外，製造2 0 個控制組瓶子。此20個控制組瓶子已經用先前技藝的退 火方法在退火爐中退火，但並未進行化學強化。 着 然後試驗此40個瓶子以得知在其破裂以前瓶子內可 施加多少內壓。使用上述溫度製造的強化瓶子的平均壓力 爲7 6 0 psi，相對於施於控制組瓶子之平均壓力4 8 6 psi， 計算壓力差爲274 p si。由此，本實施例進一步說明使用 短時間鹽浴接著在爐子中熱強化一段時間的優點。此等結 果大體上以第1 5圖的Weibull圖加以說明。第1 5圖顯示 根據本發明方法強化的瓶子比先前技藝退火方法強化的瓶 子更堅固。 -38- (36)200427641 實施例6 根據本 形5瓶子並 子。氧化錫 生產線可能 預熱之後 kci/kno3 I 鹽浴中1秒 後，瓶子進 的離子交換 行20分鐘 或更多次以 個控制組瓶 火方法在退 然後試 施加多少內 壓力爲701 4 4 3 p s i，計 一步說明使 優點。此等 。第1 6圖 火方法強化 發明之具體例的第六實施例中，在成形機中成 以氧化錫熱端塗層塗覆。然後以火焰拋光該瓶 塗層具40 ctu的厚度。爲將條件模擬成實際 發生的情況，在5 5 0 °C的溫度時預熱1分鐘。 ’將瓶子浸於鹽浴中。鹽浴由 5 0 / 5 0的 S成並保持在6 1 5 °C的溫度。然後將瓶子浸入 。黏附於瓶子的鹽平均重量爲1 . 5克。蘸浸之 行熱處理，使反應（即，鈉離子與鉀離子之間 )更效率地且更易於發生。熱處理在爐子中進 且在500°C的溫度時進行。此方法重複進行3 構成總數20個強化的玻璃瓶。此外，製造20 子。此20個控制組瓶子已經用先前技藝的退 火爐中退火，但並未進行化學強化。 驗此4 0個瓶子以得知在其爆裂以前瓶子內可 壓。使用上述溫度製造的強化瓶子的平均爆裂 P si，相對於施於控制組瓶子之平均爆裂壓力 算爆裂壓力差爲2 74 psi。由此，本實施例進 用短時間鹽浴接著在爐子中熱強化一段時間的 結果大體上以第16圖的Weibul】圖加以說明 顯示根據本發明方法強化的瓶子比先前技藝退 的瓶子更堅固。

-39- (37) (37)200427641 實施例7 根據本發明之具體例的第七實施例中，在成形機中成 形5瓶子並以氧化錫熱端塗層塗覆。然後以火焰拋光該瓶 子。氧化錫塗層具4 0 ctu的厚度。爲將條件模擬成實際 生產線可能發生的情況，在5 1 0 °C的溫度時預熱1分鐘。 預熱之後，將瓶子浸於鹽浴中。鹽浴由 5 0/5 0的 KC1/KN03組成並保持在600 °C的溫度。然後將瓶子浸入 鹽浴中1秒。黏附於瓶子的鹽平均重量爲3 .8 6克。蘸浸 之後’瓶子進行熱處理，使反應（即，鈉離子與鉀離子之 間的離子交換）更效率地且更易於發生。熱處理在爐子中 進行2 0分鐘且在4 8 0 °C的溫度時進行。此方法重複進行3 或更多次以構成總數20個強化的玻璃瓶。此外，製造20 個控制組瓶子。此20個控制組瓶子已經用先前技藝的退 火方法在退火爐中退火，但並未進行化學強化。 然後試驗此4 0個瓶子以得知在其爆裂以前瓶子內可 施加多少內壓。使用上述溫度製造的強化瓶子的平均爆裂 壓力爲7 3 5 psi，相對於施於控制組瓶子之平均爆裂壓力 4 72 psi，計算爆裂壓力差爲263 psi。由此，本實施例進 一步說明使用短時間鹽浴接著在爐子中熱強化一段時間的 優點。此等結果大體上以第1 7圖的Weibull圖加以說明 。第]7圖顯示根據本發明方法強化的瓶子比先前技藝退 火方法強化的瓶子更堅固。

實施例S -40- (38) (38)200427641 根據本發明之具體例的第八實施例中，在成形機中成 形5瓶子並以氧化錫熱端塗層塗覆。然後以火焰拋光該瓶 子。氧化錫塗層具4 1 · 2 ctu的厚度。爲將條件模擬成實際 生產線可能發生的情況，在5 1 0 °C的溫度時預熱1分鐘。 預熱之後，將瓶子浸於鹽浴中。鹽浴由 5 0/5 0的 KC1/KN03組成並保持在6 OOt的溫度。然後將瓶子浸入 鹽浴中]秒。黏附於瓶子的鹽平均重量爲5 .2克。蘸浸之 後’瓶子進行熱處理，使反應（即，鈉離子與鉀離子之間 的離子交換）更效率地且更易於發生。熱處理在爐子中進 行2 0分鐘且在5 2 〇 °C的溫度時進行。此方法重複進行3 或更多次以構成總數2 0個強化的玻璃瓶。此外，製造2 0 個控制組瓶子。此2 0個控制組瓶子已經用先前技藝的退 火方法在退火爐中退火，但並未進行化學強化。 然後試驗此4 0個瓶子以得知在其爆裂以前瓶子內可 施加多少內壓。使用上述溫度製造的強化瓶子的平均爆裂 壓力爲74 5 psi，相對於施於控制組瓶子之平均爆裂壓力 490 psi，計算爆裂壓力差爲249 psi。由此，本實施例進 一步說明使用短時間鹽浴接著在爐子中熱強化一段時間的 優點。此等結果大體上以第I 8圖的Wei bull圖加以說明 。第1 8圖顯示根據本發明方法強化的瓶子比先前技藝退 火方法強化的瓶子更堅固。 實施例9 根據本發明之具體例的第九實施例中，在成形機中成 一 41 - (39) (39)200427641 形5瓶子並以氧化錫熱端塗層塗覆。然後以火焰拋光該瓶 子。氧化錫塗層具4 1 . 〇 ctu的厚度。爲將條件模擬成實際 生產線可能發生的情況，在5 5 0 °C的溫度時預熱5分鐘。 預熱之後，將瓶子浸於鹽浴中。鹽浴由 5 0/5 0的 KC1/KN03組成並保持在61 5 °C的溫度。然後將瓶子浸入 鹽浴中1秒。黏附於瓶子的鹽平均重量爲1 .3克。蘸浸之 後，瓶子進行熱處理，使反應（即，鈉離子與鉀離子之間 的離子交換）更效率地且更易於發生。熱處理在爐子中進 行2 0分鐘且在5 0 0 °C的溫度時進行。此方法重複進行3 或更多次以構成總數20個強化的玻璃瓶。此外，製造20 個控制組瓶子。此2 0個控制組瓶子已經用先前技藝的退 火方法在退火爐中退火，但並未進行化學強化。 然後試驗此4 0個瓶子以得知在其爆裂以前瓶子內可 施加多少內壓。使用上述溫度製造的強化瓶子的平均爆裂 壓力爲736 psi，相對於施於控制組瓶子之平均爆裂壓力 506 psi，計算爆裂壓力差爲230 psi。由此，本實施例進 一步說明使用短時間鹽浴接著在爐子中熱強化一段時間的 優點。此等結果大體上以第19圖的Wei bull圖加以說明 。第]9圖顯示根據本發明方法強化的瓶子比先前技藝退 火方法強化的瓶子更堅固。 實施例]〇 根據本發明之具體例的第十實施例中，在成形機中成 形5瓶子並以氧化錫熱端塗層塗覆。然後以火焰拋光該瓶 -42 - (40) (40)200427641 子。氧化錫塗層具4 0.6 ctu的厚度。爲將條件模擬成實際 生產線可能發生的情況，在5 5 0 °C的溫度時預熱5分鐘。 預熱之後，將瓶子浸於鹽浴中。鹽浴由5 0/5 0的 KC1/KN03組成並保持在6 1 5 °C的溫度。然後將瓶子浸入 鹽浴中1秒。黏附於瓶子的鹽平均重量爲1 .3克。蘸浸之 後，瓶子進行熱處理，使反應（即，鈉離子與鉀離子之間 的離子交換）更效率地且更易於發生。熱處理在爐子中進 行 2 0分鐘且在5 0 (TC的溫度時進行。此方法重複進行3 或更多次以構成總數2 0個強化的玻璃瓶。此外，製造2 0 個控制組瓶子。此2 0個控制組瓶子已經用先前技藝的退 火方法在退火爐中退火，但並未進行化學強化。 然後試驗此40個瓶子以得知在其爆裂以前瓶子內可 施加多少內壓。使用上述溫度製造的強化瓶子的平均爆裂 壓力爲662 p si，相對於施於控制組瓶子之平均爆裂壓力 43 4 psi，計算爆裂壓力差爲228 psi。由此，本實施例進 一步說明使用短時間鹽浴接著在爐子中熱強化一段時間的 優點。此等結果大體上以第2 0圖的W e i b u 11圖加以說明 。第2 0圖顯示根據本發明方法強化的瓶子比先前技藝退 火方法強化的瓶子更堅固。 如對照實施例1至1 0部分詳細說明的，黏附於各瓶 子表面的鹽重量決取於以下的因素：（I )瓶子溫度及（2) 鹽浴溫度。根據另一組試驗，測量黏附於玻璃的鹽太少時 ，對玻璃強度是否會有負面的衝擊。此外，當黏附於玻璃 的鹽量增加時，明顯顯示回饋逐漸減小。由第2 1圖中說 - 43- (41) (41)200427641 明的圖形可說明此論點。因此，本發明有些具體例中，特 別是成本係關注之重點，就可量身訂作鹽浴溫度和蘸浸（ 或在替代性具體例中，噴塗）之前的瓶子濫度，使得有大 約’例如，1與3克之間的鹽溶液黏附於瓶子。 實施例1 1 使用200 mL的瓶子和3 00 mL的瓶子進行另—組試 驗。試驗數據在以下表4中。此數據證明當離子交換時的 玻璃溫度逼近，及到達玻璃退火溫度時，將會喪失用化學 離子交換方法強化玻璃的大部分有益之處。有一例中，處 理過的瓶子僅比控制組的爆裂壓力大1 7 psi，另一例中， 處理過的瓶子實際上比控制組的爆裂壓力小1 psi。因此 ’此數據證明在將鹽塗層施塗於玻璃，使用例如噴塗或蘸 浸方法之後，使玻璃溫度保持在退火點以下比較重要。如 以上說明的，第8A及8B圖中說明用以製造處理過的瓶 子與控制組瓶子之強化用連續徐冷窯外廓與退火用連續徐 冷黛外廓。 - 44- (42) 200427641 試驗 預熱 時間 蘸浸 g化 Sn02 塗層 重量/cm2 離子交 退火過 壓差 編號 分 溫度 ⑻ 溫度 分 空々囚 7^1 ϋπ. 塗層 重量 (g/cm2) 換過 (psi) (psi) (°C) (°C) Cc) (ctu) (g) (psi) 1 10 540 1 606 退火窯外廓 42 1.45 0.00474 680 681 -1 2 1 540 1 630 退火窯外廓 42.5 ].9 0.00621 606 589 Π 表4

實施例1 2

以砂粒輾轉玻璃棒1 5分鐘俾對玻璃棒進行硏磨1 5分 鐘。第一組玻璃棒在含48莫耳％ KN〇3及52莫耳％KC1 的熔融浴中浸泡約5秒，然後在5 2 0 °C時進行.熱處理2 0 分鐘。第二組玻璃棒在含4 5莫耳％ KN 0 3及5 5莫耳％ K C 1 的熔融浴中浸泡約 5秒，然後在 5 2 0 °C時進行熱處理.2 0 分鐘。使雨組玻璃棒都冷卻並以冷水噴塗洗掉鹽。此二試 驗結果皆不於第2 2圖中。正如預期的結果，經硏磨而未 進行離子交換處理的控制組玻璃棒比未經硏磨且未進行離 子交換處理的控制組玻璃棒較不堅固。然而，兩組經硏磨 接著離子交換處理的玻璃棒都遠比控制組玻璃棒更堅固。 實施例1 3 以砂粒輾轉玻璃棒1 5分鐘俾對玻璃棒進行硏磨】5分 鐘。第一組玻璃棒在浴溫7 3 (TC之含2 6.3莫耳％ K2 S 04及 7 3.7莫耳。/〇KCl的熔融浴中浸泡約5秒，然後在5 2 0 °C時 -45- (43) (43)200427641 進行熱處理20分鐘。第二組玻璃棒在浴溫645 °C之含 20.2 莫耳。/〇 K2S04、56.7 莫耳 ％KC1 及 23.1 莫耳 ％ KN〇3 的熔融浴中浸泡約5秒，然後在5 2 0 °C時進行熱處理2 0 分鐘。使兩組玻璃棒都冷卻並以冷水噴塗洗掉鹽。此二試 驗結果皆示於第2 3圖中。正如預期的結果，經硏磨而未 進行離子交換處理的控制組玻璃棒比未經硏磨且未進行離 子交換處理的控制組玻璃棒較不堅固。然而，兩組經硏磨 接著離子交換處理的玻璃棒都遠比控制組玻璃棒更堅固。 浸在K2S04/KC1/KN03浴中的玻璃棒比浸在K2S〇4/KCl浴 中的玻璃棒更堅固。 實施例1 4 以大約6 0 0 c之溫出自成形機出來的玻璃棒。玻璃的 退火點爲5 5 0 °c，應變點爲5 3 0 °c。使瓶子退火並冷卻至 室溫。將瓶子預熱至約6 6 5 °C，以磷酸鉀（K 3 Ρ Ο 4)的5 0 / 5 0 重量百分比水溶液噴塗。然後在離子交換反應時使瓶子維 持在約5 0 0 °C之溫度約4 5分鐘。當瓶子自強化爐出來時 ，以冷水噴洗瓶子的鹽溶液。 以下表5可證明與藉由先前技藝的方法製備的控制組 玻璃棒作比較，用本實施例中說明的方法製造的瓶子具優 異的強度特性。利用直式柱狀阻擋牆以AGR擺錘衝擊試 驗機測量玻璃的耐衝擊性。以先進的型式進行試驗，以 2 0 i n / s e c的等級開始，以5 i n / s e c的增量增加。用一瓶子 樣品測量肩部接觸點的耐衝擊性。用第二瓶子樣品測量尾 -46 - (44) (44)200427641 部接觸點的耐擊性。爲了得到肩部與尾部衝擊數據，每 個瓶子在環繞肩部接觸點四周等間隔的〗〇個位置進行衝 擊。 肩部衝擊 尾部衝擊 壓力 空落高度 塡充落下高度 (ips) (psi) (in) (in) 控制組瓶子 74 85 389 35(164 吋/秒） \ / -- 26(142 吋/秒） 以實施例1的方 113+ 112+ 730+ 59(214 吋/秒） 38(171 吋/秒） 法製造的瓶子 表5 儘管前述段落已說明數個具體例，但並不表示要以任 何方式限制本發明的範圍。例如，儘管特定具體例用蘸浸 方法加以說明，但如以上說明的，玻璃可以使用，例如， 噴塗法、化學氣相沈積法或火焰噴塗法之熱鹽溶液塗覆。 此外’儘管所說明施塗於該瓶子的熱端塗層爲氧化錫，但 該玻璃可施塗任何數量的塗層。或者，如以上說明的，該 玻璃並不需施加塗層。 此外，本發明就強化的玻璃瓶加以說明。本發明的方 法可等效地用於強化所有類型的玻璃物品。熟於此藝之士 ϋ然知道本發明的裝置與方法可進行各種修飾及變化而不 I 1孛離其精神及範圍。同樣要注意的是術語「應變點溫度 」與「退火點溫度」的真實定義並非如普通熟於此藝之士 照字面上理解爲玻璃的應力釋放速率取決於剪切模數，因 -47 - (45) (45)200427641 此該定義僅爲近似說法。在此將各專利及其他引述資料以 其全文倂入本文以供參考之用。 【圖式簡單說明】 第】圖說明先前技藝的玻璃強化方法； 第2圖爲根據本發明之一具體例的流程圖； 第3圖爲說明火焰拋光益處的W e i b u丨丨圖； 第4圖爲局溫離子玻璃強化法和低溫離子交換玻璃強 化法之強度對時間作圖； 第5圖爲根據本發明的替代性具體例的流程圖； 第6圖爲比較根據本發明的具體例之不同玻璃強化法 的益處之柱狀統計圖； 第7圖爲根據本發明之一具體例的玻璃強化系統的平 面視圖； 第8 A圖爲說明用於比較本發明的方法與先前技藝方 法之一退火用連續徐冷窯實施例的圖式； 第8 B圖爲說明根據本發明的具體例之例示性強化用 連續徐冷窯的圖式； 第9圖爲根據本發明之一形態將瓶子浸在系統中以強 化瓶子的機構之透視圖； 第]0圖爲根據本發明之一形態在系統中沖洗瓶子以 強化瓶子的機構之透視圖； 第1 1至2 0圖爲說明與先前技藝的玻璃強化方法比較 時，根據本發明的具體例之例示性化學玻璃強化方法的益 -48- (46) (46)200427641 處之Weibull圖； 第2】圖爲玻璃強度變化對黏附於瓶子的鹽重里作圖 5 第2 2圖爲證明由本發明的浸泡方法製造的玻璃棒在 KN03/KC1浴中的優異強度特性之Weibull圖；以及 第2 3圖爲證明由本發明的浸泡方法製造的玻璃棒在 K2S04/KC1水溶液K2S04/KC1/KN03浴中的優異強度特性 之 Weibull 圖。 元件對照表 7 0 0 ·玻璃強化系統 7 〇 1 :玻璃瓶 7 1 1 :輸入 7 ] 2 :玻璃成形機 7 13 :輸出 721 :氧化錫塗層 722 :中心運送輪 7 3 0 :十字運輸帶 7 3 1 :火焰拋光運輸帶 7 3 2 :火焰拋光裝置 741 :機械手臂 7 4 2 :夾件 75 ]:鹽浴 7 6 0 :強化用連續徐冷窯 (47) (47)200427641 7 6 1 :強化段 7 6 2 :冷卻段 7 7 0 :沖洗瓶子的機構 7 7 ]:機械手臂 7 7 2 :夾具 7 8 0 :沖洗槽 7 9 0 :輸送帶

-50-

Claims (1)

1. 200427641 Π) 拾、申請專利範圍 1 · 一種方法，其包含以下的步驟： 由熔融玻璃形成玻璃物品，該玻璃具退火點溫度； 將成形的玻璃物品浸入熔融鹽浴中，該鹽浴包含绅離 子’其中在蘸浸步驟期間該玻璃物品的表面溫度係於至少 該玻璃的退火點溫度；以及 使該玻璃的溫度維持在該玻璃的應變點溫度與該應變 點溫度以下約1 5 0 °c之間至少約5分鐘。 2 ·如申g靑專利範圍第1項之方法，其中該玻璃的表 面溫度係高於該玻璃的退火點至少約2 5 °C。 3 .如申g靑專利範圍第1項之方法，其中該玻璃物品 係浸入鹽浴中少於約1分鐘。 4. 如申請專利範圍第丨項之方法，其中該玻璃物品 係浸入鹽浴中約1 0秒或更短。 5. 如申請專利範圍第丨項之方法，其中該玻璃物品 係浸入鹽浴中介於約〇. 5秒與約3 〇秒之間。 6. 如申請專利範圍第丨項之方法，其中該玻璃物品 係浸入鹽浴中介於約3秒與約5秒之間° 7. 如申請專利範_ "貞之純’其中該鹽洛包含 硝酸鉀與氯化鉀。 8. 如申請j利範圍第7項之方法，其中該硝酸鉀係 介於4〇至6〇莫耳％的範圍內，且氯化鉀係介於4〇至6〇 莫耳。/。的範圍內。 9. 如申請專利範圍第]項之方法，其中該鹽洛包含 -51 - (2) (2)200427641 硫酸鉀與氯化鉀。 10.如申請專利範圍第1項之方法，其中該鹽浴包含 硝酸鉀、氯化鉀及硫酸鉀其中至少二者之組合。 11·如申請專利範圍第1項之方法，其中該鹽浴包含 硝酸鉀、氯化鉀及硫酸鉀其中至少二者之組合，該組合具 至少5 5 0 °c之熔點。 12·如申請專利範圍第1項之方法，其中該鹽浴具有 介於約5 5 0 °C與約7 5 0 °C之間的溫度。 1 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中使該玻璃物 品維持在介於該應變點溫度與該應變點溫度以下約1 3 0 °C 之間的溫度。 14.如申請專利範圍第1項之方法，其中該應變點溫 度係約5 3 0 °C。 15·如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含： 在將該玻璃物品浸入鹽浴之前以火焰拋光該玻璃物品 〇 16.如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含： 在維持步驟之後，使該玻璃物品冷卻，自該玻璃物品 去除殘餘的鹽以及對該玻璃物品表面施塗保護性抗磨損塗 層。 1 7 . —種裝置，其包含： 暫存區； 玻璃物品移動裝置； 鹽浴，該鹽浴包含熔融鹽，該玻璃物品移動裝置係經 -52- (3) (3)200427641 配置俾自暫存區移出玻璃物品並將玻璃物品浸入鹽浴中， 該玻璃物品移動裝置係經配置俾蘸浸表面溫度爲至少玻璃 的退火點溫度之玻璃物品，該玻璃物品移動裝置係經配置 以保持在鹽浴中少於]分鐘；以及 強化用連續徐冷窯，該強化用連續徐冷窯係經配置俾 使玻璃物品保持在介於玻璃的應變點溫度與該應變點溫度 以下約1 5 (TC之間的溫度達至少約5分鐘。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該玻璃物 品移動裝置係經配置俾將玻璃物品浸入鹽浴中約1 〇秒或 更短。 1 9 .如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該玻璃物 品移動裝置係經配置俾將玻璃物品浸入鹽浴中介於約〇 · 5 秒與約3 0秒之間。 2 0 .如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該玻璃物 品移動裝置係經配置俾將玻璃物品浸入鹽浴中介於約3秒 與約5秒之間。 2 ] ·如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該鹽浴包 含硝酸鉀與氯化鉀。 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該硝酸鉀 ’、 、 至6 0莫耳％的範圍內，且氯化鉀係介於4 0至 60莫耳％的範圍內。 9 ^ 十 -。·如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該鹽浴包 含硫酸鉀與氯化鉀。 一 ·如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該鹽浴包 -53- (4) (4)200427641 含硝酸鉀、氯化鉀及硫酸鉀其中至少二者之組合。 2 5 ·如申請專利範圍第1 7項之裝置’其中該鹽浴包 含硝酸鉀、氯化鉀及硫酸鉀其中至少二者之組合，該組合 具至少5 5 0 °C之熔點。 2 6 .如申請專利範圍第1 7項之裝置’其中該強化用 連續徐冷窯係經配置俾使玻璃物品維持在介於該應變點溫 度與該應變點溫度以下約1 3 0 °C之間的溫度。 2 7.如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該應變點 馨 溫度係約5 3 0 °C。 2 8 .如申請專利範圍第1 7項之裝置，其進一步包含 火焰拋光裝置，該火焰拋光裝置係經配置俾以火焰拋 光玻璃物品。 2 9.如申請專利範圍第2 8項之裝置，其中該火焰拋 光裝置係經配置俾以火焰拋光玻璃物品側邊之第一火焰拋 光裝置，該裝置進一步包含： Φ 第二火焰拋光裝置，其係經配置俾以火焰拋光玻璃物 品底部。 3 0 .如申請專利範圍第1 7項之裝置，其進一步包含 塗覆機構，其係經配置俾於玻璃物品自強化用連續徐 冷窯移出之後，將保護性抗磨損塗層施塗於玻璃物品表面 〇 3 1. —種玻璃製造設備，其包含經配置以形成玻璃物 -54 - 200427641 品的玻璃成形機，及強化用連續徐冷窯，改良之處包含： 鹽浴，其包含熔融鹽，該玻璃物品係浸入鹽浴中少於 1分鐘，在蘸浸步驟期間該玻璃物品具有至少高於該玻璃 退火點溫度的表面溫度；以及 強化用連續徐冷窯，該強化用連續徐冷窯係經配置俾 使玻璃物品保持在介於玻璃的應變點溫度與該應變點溫度 以下約1 5 0 °c之間的溫度達至少約5分鐘。 3 2.如申請專利範圍第3 1項之玻璃製造設備，其進 一步包含： 玻璃物品處理裝置’該玻璃物品處理裝置係經配置俾 將玻璃物品浸入鹽浴牛I 〇 3 3·如申請專利範圍第3 1項之玻璃製造設.備，其中 該玻璃物品係浸入鹽浴中約〗〇秒或更短。 3 4 ‘如申請專利範圍第3 1項之玻璃製造設備，其中 〇 . 5秒與約3 0秒之間。 S次玻璃物品係浸入鹽浴中介於約 如申Dfg專利範圍第3丨項之玻璃製造設備，其中 該玻璃物品係浸入_浴中介於約 3 6.如申請專利範圍第3 ] ’約3秒與約5秒之間。 3 ]項之玻璃製造設備，其中 該鹽浴包含硝酸鉀與氯化鉀 如申請專利範圍第3 該硝酸钾係介协^ _

   該鹽浴包含硫酸鉀與氯化鉀 曰。1項之玻璃製造設備，其中 %的範圍內，且氯化鉀係介 3 1項之玻璃製造設備’其中 ^ 55 - (6) (6)200427641 39.如申請專利範圍第3 1項之玻璃製造設備，其中 該鹽浴包含硝酸鉀、氯化鉀及硫酸鉀其中至少二者之組合 〇 4 0.如申請專利範圍第3 ]項之玻璃製造設備，其中 該鹽浴包含硝酸鉀、氯化鉀及硫酸鉀其中至少二者之組合 ，該組合具至少5 5 CTC之熔點。 41.如申請專利範圍第3 1項之玻璃製造設備，其中 該強化用連續徐冷窯係經配置使該玻璃物品維持在介於該 應變點溫度與該應變點溫度以下約1 3 (TC之間的溫度。 4 2.如申請專利範圍第3 1項之玻璃製造設備，其中 該應變點溫度係約5 3 0 °C。 43. 如申請專利範圍第3 1項之玻璃製造設備，其進 一步包含： 火焰拋光裝置，該火焰拋光裝置係經配置俾以火焰拋 光玻璃物品。 44. 如申請專利範圍第43項之玻璃製造設備，其中 該火焰抛光裝置保經配置俾以火焰抛光玻璃物品側邊之弟 一火焰拋光裝置，該裝置進一步包含： 第二火焰拋光裝置，其係經配置俾以火焰拋光玻璃物 品底部。 4 5 ·如申請專利範圍第3 ;[項之玻璃製造設備，其進 一步包含： 塗覆檢構’其係經配置俾於玻璃物品自強化用連續丫余 冷窯移出之後，將保護性抗磨損塗層施塗於玻璃物品表面 - 56- (7) (7)200427641 4 6 . —種強化玻璃之方法，其包含 由熔融玻璃形成玻璃物品，該玻璃具退火點溫度； 將鉀離子施塗於玻璃物品表面，其中在施塗步驟期間 該玻璃物品的表面溫度係於至少該玻璃的退火點溫度；以 及 使該玻璃的溫度維持在該玻璃的應變點溫度與該應變 點溫度以下約1 5 0 °C之間至少約5分鐘。 47. 如申請專利範圍第46項之方法，其中將該鉀離 子施塗於玻璃物品表面的步驟係將該玻璃物品浸入鹽浴中 少於約1 〇秒而完成。 48. 如申請專利範圍第46項之方法，其中該玻璃物 品係浸入鹽浴中介於約〇 . 5秒與約3 0秒之間。 49. 如申請專利範圍第46項之方法’其中將該鉀離 子施塗於玻璃物品表面的步騾係將該玻璃物品浸入鹽浴中 介於約3秒與約5秒之間而完成。 50. 如申請專利範圍第46項之方法’其中將該鉀離 子施塗於玻璃物品表面的步騾係將鉀離子噴塗於玻璃物品 表面而完成。 5 1 .如申請專利範圍第5 0項之方法，其中噴塗包含 火焰噴塗。 5 2.如申請專利範圍第5 0項之方法，其中噴塗包含 靜電噴塗。 5 3.如申請專利範圍第5 〇項之方法’其中噴塗包含 -57- (8) (8)200427641 電力噴塗。 54. 如申請專利範_ 46項之方法，其巾㈣㈣ 子施塗於玻璃物品表面的步驟係藉由化學氣相沈積（cvd) 而完成。 55. 如申請專利範圍第46項之方法，其中在施塗步 驟期間該玻璃物品係於至少玻璃退火點以上至少約25 ^ 的溫度。 56·如申請專利範圍第46項之方法，其中在施塗步 驟期間該玻璃物品係於至少玻璃退火點以上至少約5 〇 ^ 的溫度。 57.如申請專利範圍第46項之方法，其中在施塗步 驟期間該玻璃物品係於至少玻璃退火點以上至少約8 〇 的溫度。 58*如申請專利範圍第46項之方法，其中使該玻璃 物品維持在介於該應變點溫度與該應變點溫度以下約1 3 〇 °C之間的溫度。 5 9.如申請專利範圍第4 6項之方法，其中該應變點 溫度係約5 3 0 °C。 6 0 *如申請專利範圍第4 6項之方法，其進一步包含 在該維持步驟之後，對玻璃物品表面施塗保護性抗磨 損塗層。 6 1 .—種方法，其包含： 由熔融玻璃形成玻璃物品； -58- 200427641 Ο) 將成形的玻璃物品浸入熔融鹽浴中，該鹽洛包含鉀離 子，其中使該玻璃物品蘸浸少於約3 0秒；以及 使該玻璃的溫度維持在該玻璃的應變點溫度跑該應變 點溫度以下約1 5 0 °C之間至少約5分鐘。 62.如申請專利範圍第61項之方法，其中該玻璃物 品係浸入鹽浴中約2 0秒或更短。 63·如申請專利範圍第61項之方法，其中該玻璃物 品係浸入鹽浴中約1 〇秒或更短。 6 4 ·如申請專利範®洁· . ts ^ , _ 早匕國弟6 1項之方法，其中該玻璃物 品係浸入鹽浴中介；。u r .. 卞力I幻3秒與約5秒之間。 6 5 ·如申請專利範隱！ $ 卡 视圍弟6 1項之方法，其中該鹽浴包 含硝酸鉀與氯化鉀。 66·如申請專利範《第65項之方法，其中該硝㈣ 係介於40至6〇莫耳 一 °的範圍內，且氯化鉀係介於4 0 ^ 6 0莫耳％的範圍內。 67·如申請專利簕跑 ^ ^ ^ _第61項之方法，其中該鹽浴4 a硫酸鉀與氯化鉀。 6

   8.如申請專利範，第61項之方法，其進—·步包 在將該玻璃物品芦 π &入鹽浴之前，以火焰拋光該玻璃物 ΡΡ 0 69·如申請專利 _ ΪΙ第6 1項之方法，其進一步包含 在該維持步驟之後，對該玻璃物品表面施塗保護性抗 -59- (10) (10)200427641 磨損塗層。 7 0.如申請專利範圍第6 1項之方法，其中該鹽浴具 有介於約5 5 0 °C與約7 5 0 °C之間的溫度。 7 1 .如申請專利範圍第 6 1項之方法，其中使該玻璃 物品維持在介於該應變點溫度與該應變點溫度以下約1 3 0 °C之間的溫度。 7 2.如申請專利範圍第6 1項之方法，其中該應變點 溫度係約5 3 0 °C。

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