TW202220944A - 用於增加玻璃物體強度和／或硬度的方法 - Google Patents

用於增加玻璃物體強度和／或硬度的方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202220944A
TW202220944A TW110132609A TW110132609A TW202220944A TW 202220944 A TW202220944 A TW 202220944A TW 110132609 A TW110132609 A TW 110132609A TW 110132609 A TW110132609 A TW 110132609A TW 202220944 A TW202220944 A TW 202220944A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
glass
temperature
glass object
mass
furnace
Prior art date
Application number
TW110132609A
Other languages
English (en)
Inventor
湯瑪士 沃蘭德
薩賓 赫尼希
馬汀 葛洛斯
希科 黑班肯佩爾
Original Assignee
德商２Ｍｈ玻璃有限公司
弗萊貝格工業大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 德商２Ｍｈ玻璃有限公司, 弗萊貝格工業大學 filed Critical 德商２Ｍｈ玻璃有限公司
Publication of TW202220944A publication Critical patent/TW202220944A/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47G—HOUSEHOLD OR TABLE EQUIPMENT
    • A47G19/00—Table service
    • A47G19/02—Plates, dishes or the like
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47G—HOUSEHOLD OR TABLE EQUIPMENT
    • A47G19/00—Table service
    • A47G19/22—Drinking vessels or saucers used for table service
    • A47G19/2205—Drinking glasses or vessels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/012—Tempering or quenching glass products by heat treatment, e.g. for crystallisation; Heat treatment of glass products before tempering by cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/02—Tempering or quenching glass products using liquid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/02—Tempering or quenching glass products using liquid
    • C03B27/03—Tempering or quenching glass products using liquid the liquid being a molten metal or a molten salt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/007—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
    • C03C3/091—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47G—HOUSEHOLD OR TABLE EQUIPMENT
    • A47G2400/00—Details not otherwise provided for in A47G19/00-A47G23/16
    • A47G2400/10—Articles made from a particular material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

本發明係關於一種用於增加由玻璃材料所製成的玻璃物體的強度，尤其是彎曲斷裂強度的方法。該方法包括將玻璃物體加熱至第一溫度的步驟，所述第一溫度高於玻璃材料的轉化溫度，將玻璃物體迅速冷卻至第二溫度的步驟，所述第二溫度低於玻璃材料的轉化溫度，以及在所述第二溫度下進行離子交換過程的步驟。

Description

用於增加玻璃物體強度和/或硬度的方法
本發明係關於一種用於增加玻璃物體強度，尤其是彎曲斷裂強度的方法，該玻璃物體由玻璃材料，即鹼金屬-鹼土金屬-矽酸鹽玻璃或硼矽酸鹽玻璃製成。
本發明此外還關於一種根據本發明的方法製造而成的玻璃物體。
已知很多硬化和強化製程，以使玻璃作為多功能的高科技材料理想地適用於各種用途。大多數的硬化和強化製程要麼非常難以應用和/或以採用大多都很昂貴的特種玻璃為前提條件。
比如眾所周知地，藉由所謂的熱鋼化（俗稱的熱硬化或回火硬化）來增強玻璃的斷裂強度。其中，將待強化的玻璃工件在爐中加熱至大約600℃，然後放入水中急速冷卻至室溫。藉由在水中急速冷卻，使得表面硬化，部件的外部尺寸現在僅略微改變。在玻璃工件的表面會產生壓應力，該壓應力最終導致更高的斷裂強度。熱鋼化特別用於製造鋼化安全玻璃（ESG）。鋼化安全玻璃的應力分佈則穿過玻璃厚度在內部形成很高的拉應力，玻璃被敲碎時，該拉應力導致特徵性的碎屑斷裂模式。
此外已知，可藉由化學鋼化法來強化玻璃物體。在化學鋼化中，有所謂的高溫離子交換製程和所謂的低溫離子交換製程的區別。至今，在工業中僅採用低溫離子交換製程，在該製程當中，鹼離子被更大的鹼離子所替換。在所述兩種製程過程中，藉由離子交換而在玻璃表面形成壓應力區，該離子交換大多發生在玻璃表面和鹽浴之間的熔鹽池中。例如，鈉離子交換為鉀離子，這會在玻璃表面產生壓應力區，因為鉀離子大於鈉離子。對於商用玻璃（鹼金屬-鹼土金屬-矽酸鹽玻璃）來說，不利的是，熔鹽中的處理時間太長。這個處理時間通常在8到36個小時之間。處理時間長的問題，可以藉由採用昂貴的特殊玻璃，伴隨著同時採用複雜的、特別是多階段的處理製程來避免。
由DD 1579 66 已知一種藉由離子交換來強化玻璃製品的方法和裝置。其中，玻璃製品藉由玻璃表面和鹼鹽熔體之間的鹼離子交換而得到強化。為了強化，將帶有向下開口的中空玻璃製品，或者圍繞水平軸轉動或樞轉的中空玻璃製品撒上熔融鹽。此處，鹽不斷地被傳送並且穿過穿孔板，以向分佈在多層中的玻璃製品進行瀑布式投送。不利的是，只在採用比較昂貴的特殊玻璃時，使用這種方法才是經濟可行的。
從DE 195 10 202 C2中已知一種根據吹-吹（吹塑）和壓-吹（壓塑）成型製程製造出機械強度增加的中空玻璃體的方法。該方法的特徵在於，在吹塑製程的初模和/或成品模或在壓塑製程中的成品模中的吹氣裡摻雜了霧狀鹼金屬鹽水溶液。
從DE 11 2014 003 344 T5已知一種用於數位攝影機、行動電話、數位助理等的平板螢幕的化學鋼化玻璃。化學鋼化玻璃具有採用離子交換製程而產生的壓力負荷層，其中玻璃的表面粗糙度大於或等於0.20nm以及其中從玻璃最外表面到深度X的範圍內的氫濃度Y在X為0.1至0.4（μm）時滿足方程式Y=aX+b。將所述玻璃預加熱至攝氏100度，然後浸入熔鹽中。
本發明的目的是提供一種方法，該方法在相對地可較快執行的同時，也可強化不是由昂貴的、特別匹配的特殊玻璃製成的玻璃物體。
該目的藉由一種方法實現，該方法的特徵在於以下步驟： a) 加熱玻璃物體至第一溫度，該第一溫度高於玻璃材料轉化溫度， b)將玻璃物體迅速冷卻至第二溫度，該第二溫度低於玻璃材料的轉化溫度，其中藉由將玻璃物體與冷卻劑接觸來進行迅速冷卻，該冷卻劑具有第二溫度， c) 在第二溫度下進行離子交換過程，需要15分鐘到45分鐘的時間。
根據本發明的方法是基於熱硬化和化學硬化的巧妙結合以及可以以有利且令人驚異的方式相對簡單、快速且不複雜地實施。然而，根據本發明的方法仍提供了熱鋼化和化學鋼化的顯著優點。
特別地可藉由根據本發明的方法實現很高的強度值，尤其是考慮到彎曲斷裂強度，顯微硬度和耐劃傷，所述強度值超出未經處理的玻璃的強度值很多倍，其中所需過程的時間相比於普通化學鋼化法所需的時間卻很短。已經證實，在根據本發明的方法中，離子交換所需時間通常少於30分鐘，所達到的良好強度值卻類似於加工時間很長的常見化學鋼化法，以及能夠比純粹的熱鋼化獲得更好的強度值。根據本發明的方法因此特別有利地適合用於硬化玻璃物體的工業批量生產。
根據本發明的方法的另一個優勢則在於，在關於待處理玻璃物體可能的壁厚和可能的形狀方面提供了很大的靈活性。根據本發明的方法既適用於提高平板玻璃的強度，例如用於窗戶或顯示器，也適用於提高其它形狀的玻璃物體的強度，特別是器皿和/或餐盤製品。
本發明尤其具有特別的優勢，即特別是相對價格低廉的玻璃材料，如簡單的日用玻璃，特別是瓶罐玻璃，也可作為原始材料來使用，以最終得到特別抗碎的玻璃物體。
此外本發明具有非常特別的優勢，特別是對於日常需求的物品，由於斷裂強度增加，所需要的玻璃物體壁厚更小。其結果則是與傳統製造相比，在生產中採用同樣的玻璃材料製造出玻璃物體，可節省玻璃。尤其是，根據本發明所處理的玻璃物體因此比傳統的使用相同的玻璃材料製造出來的玻璃物體具有更小的自重。
如果第一溫度在轉化溫度之上100克耳文至300克耳文之間的範圍內，則將取得很好的結果。特別是可有利地規定，第一溫度在低於玻璃材料的利特頓點50克耳文且高於玻璃材料的利特頓點30克耳文的範圍內。
轉化溫度是使得玻璃在冷卻過程中從塑性範圍變為剛性狀態的溫度；尤其是使得黏度η為10 12.3Pa•s（十的十二點三次方帕斯卡乘以秒）的溫度。利特頓點是使得黏度η為10 6.6Pa•s（帕斯卡乘以秒）的溫度。
特別是可有利地規定，將玻璃物體以某種方式加熱，使得初始加熱速度為100克耳文/分鐘，尤其是250克耳文/分鐘以上。
可有利地以如下方式將玻璃物體加熱至第一溫度，即將玻璃物體（特別地與一個批次內的其它玻璃物體一起）移入爐中。所述爐可有利地具有爐溫，該爐溫對應於玻璃材料的利特頓點或者低於玻璃物體的玻璃材料的利特頓點至多50克耳文並且高於玻璃物體的玻璃材料的利特頓點至多30克耳文。特別是，所述爐可以有利地具有高於第一溫度10克耳文至40克耳文範圍內的爐溫。尤其是使用鹼金屬-鹼土金屬-矽酸鹽玻璃作為玻璃材料時，爐溫可以有利地在650℃至770℃範圍內，特別是740℃至760℃範圍內或680℃至730℃範圍內，或者為750℃。
重要地是要注意，玻璃物體在爐內停留得足夠久，以（至少在玻璃物體的最外層）達到第一溫度。然而，不允許玻璃物體在爐內停留太長時間，以避免意外變形。事實證明，在將玻璃物體設計為帶壁（其具有壁厚）中空體的情況下，如果玻璃物體在爐內停留的加熱時間在每毫米壁厚35秒至90秒範圍內，特別是每毫米壁厚45秒至70秒，尤其是每毫米壁厚55秒，則將取得特別好的效果。在玻璃物體不同位置的壁有不同厚度的情況下，最薄點處的壁厚對於加熱時間較佳地至關重要。在玻璃物體為平板設計而且有厚度的情況下，如果玻璃物體停留在爐內的加熱時間為每毫米厚度35秒至90秒範圍內，特別是每毫米厚度45秒至70秒，尤其是每毫米厚度55秒，則將取得特別好的效果。在玻璃物體不同位置有不同厚度的情況下，最薄點處的厚度對於加熱時間較佳地至關重要。
特別是，在玻璃物體的壁厚或者厚度大於2毫米，——尤其是大於3毫米，以及/或者玻璃物體在不同區域內具有極為不同的壁厚或厚度的情況下，可以以特別有利的方式在多階段、尤其是兩個階段內完成加熱。特別是可有利地規定，首先慢慢地將玻璃物體加熱至中間溫度，然後再快速加熱至第一溫度。特別是可有利地規定，首先以第一加熱速度將玻璃物體加熱至中間溫度，然後以高於第一加熱速度的第二加熱速度將該玻璃物體加熱至第一溫度。
這種方法具有特殊的優勢，即有效避免了玻璃物體的意外變形，因為玻璃物體的所有區域同時或者至少在指定的或可指定的時間範圍內達到第一溫度。這樣防止了，被更快加熱的玻璃物體的區域已經（意外）變形，卻仍需等待其它加熱不是那麼快的區域達到第一溫度。
此外，這種方法還有特殊的優勢，即避免了或至少減少了特別是在高溫下發生的玻璃物體和支架（該支架在方法實施過程中保持和/或傳送玻璃物體）的相互作用。
較佳地，中間溫度在低於玻璃材料轉化溫度50克耳文至高於玻璃材料轉化溫度100克耳文的範圍內，尤其是在高於玻璃材料轉化溫度0克耳文至50克耳文的範圍內。
為了實現這一點，例如可在第一加熱階段之後提高爐溫。或者，也可以使用兩個不同爐溫的爐，其中，在第一加熱階段之後，為了進行第二加熱階段而將玻璃物體從第一爐轉移至爐溫更高的第二爐。在一個特別有利的實施方案中，所使用的爐包括不同溫度的爐區，這樣在第一爐區的第一加熱階段之後，可將玻璃物體轉移至第二爐區進行第二加熱階段。
特別是可有利地規定，將玻璃物體首先在第一爐溫下進行加熱，之後在第二爐溫下進行加熱，所述第二爐溫高於所述第一爐溫。如果玻璃物體曝露於第二爐溫的加熱時間達30秒至120秒，尤其是80秒至100秒，或者90秒，則此處特別有優勢。以此方式使得玻璃物體到處都達到了初級溫度，而沒有出現玻璃物體變形。
在鹼金屬-鹼土金屬-矽酸鹽玻璃的情況下，上部爐溫則有利地在680℃至730℃的範圍內。在一個有利的實施方案中，一旦玻璃物體達到第一溫度，就立即進行迅速冷卻。在玻璃物體達到第一溫度之後，迅速冷卻至少較佳延遲至多1分鐘。以此方式來避免，在進行迅速冷卻之前，已加熱至第一溫度的玻璃物體首先緩慢地，尤其是重新冷卻至高於轉化溫度100克耳文至300克耳文範圍之外的溫度。如果第二溫度在低於轉化溫度50克耳文至200克耳文的範圍內，則將達到很好的強度值。
在一個特別有利的實施方案中，藉由玻璃物體和冷卻劑的「接觸」而完成迅速冷卻，所述冷卻劑是液體或懸浮液。
冷卻劑具有第二溫度。特別地可藉由將玻璃物體浸入冷卻池完成迅速冷卻，所述冷卻池包含冷卻劑。作為替代方案，例如也可以藉由噴射或噴灑冷卻劑來實現「接觸」，所述冷卻劑較佳具有第二溫度。以根據本發明的方式特別地認識到，如果將玻璃物體——例如不同於傳統的鋼化法地——不冷卻至室溫，而是冷卻至也用於進行離子交換過程的第二溫度，則將取得特別好的效果。較佳地，在藉由玻璃物體與冷卻劑的接觸而實現的迅速冷卻過程和離子交換過程的開始之間沒有時間上的延遲以及/或者不重新加熱玻璃物體。此類方法特別地有效以及就玻璃物體的強度而言，尤其是彎曲斷裂強度方面，將取得相當好的結果。
此外還認識到，初始冷卻速度基本上是由初級溫度和冷卻劑溫度之間的差異以及由特定材料的傳熱係數所決定的。如果以某種方式選擇第一溫度和冷卻劑溫度，使得初始冷卻速度的範圍是80克耳文/每秒至120克耳文/秒,尤其是90克耳文/每秒至110克耳文/每秒，或者就是100克耳文/每秒，那麼特別地，就斷裂強度方面而言將取得很好的結果。
較佳地，離子交換過程包括從玻璃物體中移除離子，特別是鹼離子，更特別是鈉離子，以及用體積更大的離子，特別是鹼離子，更特別地是鉀離子來代替。如前所述，離子交換過程較佳包括玻璃物體與交換介質的接觸。
在一個特別有利的實施方案中，使用交換鹽熔體形式或含有交換鹽的糊狀物或懸浮液形式的交換介質。此處尤其可有利地規定，交換鹽是硝酸鉀或者含有硝酸鉀。
特別地可藉由浸入或藉由噴射或藉由噴灑實現玻璃物體和交換介質的接觸。
在一個特別有利的實施方案中，冷卻劑同時也是交換介質。特別是可有利地規定，將玻璃物體加熱至第一溫度之後浸入交換介質，該交換介質同時也充當冷卻劑，由此而直接完成迅速冷卻以及立即開始離子交換過程。這種處理方式特別對於短流程製程尤其有優勢。
根據本發明，離子交換過程進行15分鐘至45分鐘的時間。但是已經得到證實，如果離子交換過程持續20分鐘至40分鐘的時間，尤其是大約30分鐘，則將達到極高的強度值。
玻璃材料較佳不是鋁矽酸鹽玻璃，因為此種玻璃不易製造並且生產成本高。較佳地，玻璃材料中的氧化鋁成分含量少於5%（質量百分比）（Al 2O 3＜5%），特別地少於4.5%（質量百分比）（Al 2O 3＜4.5%）。
特別地，鹼金屬-鹼土金屬-矽酸鹽玻璃具有這種特別的優勢，即廉價易得，但是可採用根據本發明的方法加工成為特別防碎的玻璃物體。尤其是使用鹼金屬-鹼土金屬-矽酸鹽玻璃作為玻璃材料時，第一溫度可以有利地在700℃至760℃的範圍內，特別是720℃至740℃的範圍內。與此對應，特別是當冷卻劑例如是熔融鹽如熔融鈉鹽或熔融鉀鹽時，冷卻劑溫度可有利地在350℃至500℃的範圍內，尤其是在390℃至450℃或在420℃至440℃的範圍內，特別是為了實現上述有利的冷卻速度。
玻璃材料中的二氧化矽成分含量（SiO 2）可有利地多於58%（質量百分比）且少於85%（質量百分比），特別地多於70%（質量百分比）且少於74%（質量百分比）。特別是當玻璃材料是鹼金屬-鹼土金屬-矽酸鹽玻璃時，可有利地包含多於70%（質量百分比）且少於74%（質量百分比）的二氧化矽成分。
可替代地，或此外可有利地規定，玻璃材料中含有鹼金屬氧化物成分，特別是氧化鈉成分（Na 2O）和/或氧化鋰成分（Li 2O），成分範圍為5%（質量百分比）至20%（質量百分比），特別地範圍為10%（質量百分比）至14.5%（質量百分比），或者範圍為12%（質量百分比）至13.5%（質量百分比）。
玻璃材料（可替代地或另外地）可有利地包含最多7%（質量百分比）的氧化鉀成分含量（K 2O），特別地最多3%（質量百分比）或最多1%（質量百分比）。玻璃材料中可特別地含有在0.5%（質量百分比）至0.9%（質量百分比）範圍內的氧化鉀成分。
可替代地，或另外地可有利地規定，玻璃材料中有少於15%（質量百分比）的三氧化硼成分含量（B 2O 3），特別地至多5%（質量百分比）。
如前所述，經根據本發明的方法處理過的玻璃物體具有極好的強度值，儘管該玻璃物體可由成本低廉的玻璃材料製成。特別地，玻璃物體可達到尤其是根據DIN EN 1288-5所測量到的強度，該強度比相同的——尤其是相同形式和相同尺寸以及相同玻璃材料的、但未經處理的、玻璃物體的強度高至少1.5倍，特別是至少2倍或至少3倍或至少4倍或至少5倍。
例如可證明，厚度為0.95mm的商用浮法玻璃，由鹼金屬-鹼土金屬-矽酸鹽玻璃作為玻璃材料製成，經過根據本發明的處理，在玻璃上進行了一個30分鐘的離子交換過程，在根據DIN EN 1288-5的雙環彎曲測試中證實了比相同的、未經處理的浮法玻璃更高的強度。厚度為0.95mm的浮法玻璃例如被用於顯示器。具體來說，未經處理的浮法玻璃試樣的平均雙環抗彎強度為550MPa，而根據本發明所處理過的試樣的平均雙環抗彎強度為1600MPa。
例如因此可根據本發明的方法達到強度值，該強度值至少可與傳統的顯示螢幕（特別是由特殊玻璃製成以及採用成本耗費較大的傳統方法處理過的顯示螢幕）的強度相比較。
玻璃物體可例如設計成為中空體，尤其是水杯、花瓶、杯子、碗或瓶子。也可將玻璃物體設計成為餐盤，尤其是（較深的）盤子和（較淺的）盤子。玻璃物體也可設計成為例如用於平板顯示器的平板玻璃。
圖1示意性地展示了在實施本發明方法過程中的、不按比例示出的溫度情況，所述根據本發明的方法是用於提高由玻璃材料製成的玻璃物體的強度，尤其是彎曲斷裂強度。
在第一步中完成對玻璃物體的加熱1，即從初始溫度T A——該初始溫度例如可以是室溫——加熱至第一溫度T 1，該第一溫度高於玻璃物體的玻璃材料的轉化溫度T g。較佳地，第一溫度T 1是在高於玻璃材料轉化溫度T g100克耳文至300克耳文的第一範圍3內。
在第二步中完成對玻璃物體的迅速冷卻2，即冷卻至第二溫度T 2，該第二溫度低於玻璃材料的轉化溫度T g。第二溫度較佳地是在低於轉化溫度T g50克耳文至200克耳文的第二範圍4內。
較佳地藉由與冷卻劑的「接觸」來完成迅速冷卻2，所述冷卻劑具有第二溫度T 2以及所述冷卻劑同時也是在第二溫度T 2下執行第三步（未示出）即離子交換過程所需要的交換介質。
離子交換過程較佳進行15分鐘至300分鐘，特別是20分鐘至40分鐘，特別是大約30分鐘的時間。
圖2示意性地展示了在執行根據本發明方法的一個實施例的過程中的、不按比例示出的溫度情況，所述根據本發明的方法是用於提高由鈉鈣玻璃製成的玻璃物體的強度，尤其是彎曲斷裂強度。
在第一步中完成對玻璃物體的加熱1，即在爐中（未示出）從初始溫度T A——該初始溫度例如可為20℃——加熱至745℃的第一溫度T 1，該第一溫度高於玻璃物體的玻璃材料530℃的轉化溫度T g。在第二步中將玻璃物體直接迅速冷卻2至第二溫度T 2，該第二溫度為420℃。藉由將玻璃物體浸入冷卻池（未示出）來完成迅速冷卻2，所述冷卻池裝有充當冷卻劑的硝酸鉀熔鹽。該熔鹽的溫度為420℃。
所述熔鹽同時也是執行第三步（未示出）即離子交換過程所需要的交換介質，所述離子交換過程在420℃的第二溫度T 2下執行。為此，玻璃物體在熔鹽中的停留時間範圍為15分鐘至300分鐘，特別是20分鐘至40分鐘，特別是大約30分鐘的時間。
之後，將玻璃物體從熔鹽中移出並且進一步在冷卻池外的冷卻位置冷卻至室溫以及最後將其清理乾淨。
1:加熱 2:迅速冷卻 3:第一範圍 4:第二範圍 T 1:第一溫度 T 2:第二溫度 T A:初始溫度 T g:轉化溫度
在圖中舉例說明和示意性地圖示了本發明的標的，並且根據隨後的圖式進行了描述，其中在各種實施例中，相同的或者相同作用的元件大多標有相同的元件符號。圖式中：圖1係在實施根據本發明的方法的過程中的不同溫度說明，以及
圖2係執行根據本發明方法的一個實施例過程中的溫度條件的展示。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
1:加熱
2:迅速冷卻
3:第一範圍
4:第二範圍
T1:第一溫度
T2:第二溫度
TA:初始溫度
Tg:轉化溫度

Claims (30)

  1. 一種用於增加由一玻璃材料——即鹼金屬-鹼土金屬-矽酸鹽玻璃或硼矽酸鹽玻璃——製成的一玻璃物體的強度的方法，尤其是彎曲斷裂強度，其特徵在於以下步驟： 加熱該玻璃物體至一第一溫度，該第一溫度高於該玻璃材料的轉化溫度， 將的玻璃物體迅速冷卻至一第二溫度，該第二溫度低於的玻璃材料的轉化溫度，其中藉由該玻璃物體和一冷卻劑的「接觸」來實現該迅速冷卻，所述冷卻劑具有該第二溫度， 在該第二溫度下進行一離子交換過程，所需時間為15分鐘到45分鐘。
  2. 根據請求項1所述之方法，其中，該第一溫度的範圍為該轉化溫度之上100克耳文至300克耳文。
  3. 根據請求項1或2所述之方法，其中，該第一溫度的範圍為低於該玻璃材料的利特頓點50克耳文且高於該玻璃材料的利特頓點30克耳文。
  4. 根據請求項1至3中之一者所述之方法，其中，將該玻璃物體加熱使得初始加熱速度為100克耳文/分鐘，尤其是250克耳文/分鐘以上。
  5. 根據請求項1至4中之一者所述之方法，其中，一旦該玻璃物體達到該第一溫度，立即進行該迅速冷卻，或者在該玻璃物體達到該第一溫度之後，最多延遲1分鐘進行該迅速冷卻。
  6. 根據請求項1至5中之一者所述之方法，其中，將該玻璃物體轉移到一爐中進行加熱。
  7. 根據請求項6所述之方法，其中，該爐具有一爐溫，該爐溫高於該第一溫度，或者該爐具有一爐溫，該爐溫的範圍為該第一溫度之上10克耳文至40克耳文。
  8. 根據請求項1至7中之一者所述之方法，其中，該玻璃物體具有一厚度以及該玻璃物體停留在該爐中，加熱時間為每毫米厚度35秒至45秒，尤其是每毫米厚度40秒。
  9. 根據請求項1至8中之一者所述之方法，其中，該玻璃物體是有一壁的一中空體，該壁具有一壁厚，以及該玻璃物體停留在該爐中，加熱時間為每毫米壁厚35秒至45秒，尤其是每毫米壁厚40秒。
  10. 根據請求項1至9中之一者所述之方法，其中，該第二溫度的範圍為低於該轉化溫度50克耳文至200克耳文。
  11. 根據請求項1至10中之一者所述之方法，其中，該冷卻劑是一液體或一懸浮液。
  12. 根據請求項1至11中之一者所述之方法，其中，藉由將該玻璃物體浸入一裝有該冷卻劑的冷卻池或者藉由噴射或藉由噴灑該冷卻劑實現該迅速冷卻。
  13. 根據請求項1至12中之一者所述之方法，其中，選擇該第一溫度和該冷卻劑的冷卻劑溫度，使得初始冷卻速度的範圍是80克耳文/每秒至120克耳文/秒，尤其是90克耳文/每秒至110克耳文/每秒，或者就是100克耳文/每秒。
  14. 根據請求項1至13中之一者所述之方法，其中，該離子交換過程包括從該玻璃物體中移除離子，特別是鹼離子，更特別地是鈉離子，以及用體積更大的離子，特別是鹼離子，更特別地是鉀離子來代替。
  15. 根據請求項1至14中之一者所述之方法，其中，該離子交換過程包括該玻璃物體和一交換介質的「接觸」，所述交換介質尤其是具有該第二溫度的交換介質。
  16. 根據請求項15所述之方法，其中，使用一交換鹽熔體形式或含有一交換鹽的一糊狀物或一懸浮液形式的交換介質。
  17. 根據請求項16所述之方法，其中，該交換鹽是硝酸鉀或者含有硝酸鉀。
  18. 根據權要求16或17所述之方法，其中，該玻璃物體和該交換介質的「接觸」 是藉由浸入或藉由噴射或藉由噴灑來實現。
  19. 根據請求項15至18中之一者所述之方法，其中，該冷卻劑同時也是該交換介質。
  20. 根據請求項1至19中之一者所述之方法，其中，進行該離子交換過程所需時間為20分鐘至40分鐘。
  21. 根據請求項1至20中之一者所述之方法，其中，該玻璃材料不是鋁矽酸鹽玻璃。
  22. 根據請求項1至21中之一者所述之方法，其中，該玻璃材料中的氧化鋁成分含量少於5%（質量百分比），特別是少於4.5%（質量百分比）。
  23. 根據請求項1至22中之一者所述之方法，其中，該玻璃材料中的二氧化矽成分含量多於58%（質量百分比）且少於85%（質量百分比），特別地多於70%（質量百分比）且少於74%（質量百分比）。
  24. 根據請求項1至23中之一者所述之方法，其中，該玻璃材料中的鹼金屬氧化物成分含量，特別是氧化鈉成分含量和/或氧化鋰成分含量，在5%（質量百分比）至20%（質量百分比）的範圍內，特別地在10%（質量百分比）至14.5%（質量百分比）的範圍內，或者在12%（質量百分比）至13.5%（質量百分比）的範圍內。
  25. 根據請求項1至24中之一者所述之方法，其中，該玻璃材料中的氧化鉀成分含量最多7%（質量百分比），特別地最多3%（質量百分比）或最多1%（質量百分比），或者該玻璃材料中的氧化鉀成分含量在0.5%（質量百分比）至0.9（質量百分比）的範圍內。
  26. 根據請求項1至25中之一者所述之方法，其中，該玻璃材料中的三硫化硼成分含量少於15%（質量百分比），特別地最多5%（質量百分比）。
  27. 一種藉由根據請求項1至26中之一者所述之方法製造的玻璃物體。
  28. 根據請求項27所述之玻璃物體，其中，該玻璃物體被設計成為一中空體，尤其是一水杯、一花瓶、一杯子、一碗或一瓶子。
  29. 根據請求項27所述之玻璃物體，其中，該玻璃物體被設計成為餐盤物品，尤其是盤子。
  30. 根據請求項27所述之玻璃物體，其中，該玻璃物體被設計成為平板玻璃板。
TW110132609A 2020-09-03 2021-09-02 用於增加玻璃物體強度和／或硬度的方法 TW202220944A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LU102043A LU102043B1 (de) 2020-09-03 2020-09-03 Verfahren zum Erhöhen der Festigkeit und/oder der Härte eines Glasgegenstandes
LULU102043 2020-09-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202220944A true TW202220944A (zh) 2022-06-01

Family

ID=73040197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110132609A TW202220944A (zh) 2020-09-03 2021-09-02 用於增加玻璃物體強度和／或硬度的方法

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20230312388A1 (zh)
EP (1) EP4208421A1 (zh)
JP (1) JP2023539777A (zh)
KR (1) KR20230061419A (zh)
CN (1) CN116234780A (zh)
AU (1) AU2021335528A1 (zh)
CA (1) CA3193626A1 (zh)
LU (1) LU102043B1 (zh)
MX (1) MX2023002582A (zh)
TW (1) TW202220944A (zh)
WO (1) WO2022049203A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE638146A (zh) * 1962-10-04
GB1026770A (en) * 1963-09-09 1966-04-20 Corning Glass Works Glass article and method of treatment
US3445316A (en) * 1966-04-14 1969-05-20 Corning Glass Works Method of differential chemical tempering glass and article
DD157966A3 (de) 1977-08-08 1982-12-22 Siegfried Schelinski Verfahren und vorrichtungen zur verfestigung von glaserzeugnissen durch ionenaustauch
FR2595091B1 (fr) * 1986-03-03 1992-04-30 Saint Gobain Vitrage Procede d'amelioration de la resistance mecanique d'un verre sodocalcique par trempe chimique
DE19510202C2 (de) 1995-03-21 1997-12-11 Heiko Prof Dr Hessenkemper Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit von Hohlglaskörpern
CN106316155A (zh) 2013-07-19 2017-01-11 旭硝子株式会社 化学强化玻璃及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116234780A (zh) 2023-06-06
WO2022049203A1 (de) 2022-03-10
MX2023002582A (es) 2023-07-10
LU102043B1 (de) 2022-03-03
US20230312388A1 (en) 2023-10-05
EP4208421A1 (de) 2023-07-12
CA3193626A1 (en) 2022-03-10
JP2023539777A (ja) 2023-09-19
AU2021335528A1 (en) 2023-04-06
KR20230061419A (ko) 2023-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2004232803C1 (en) Method and apparatus for strengthening glass
JP7258555B2 (ja) 高強度の超薄ガラスおよびその製造方法
US4726981A (en) Strengthened glass articles and method for making
JP2019519463A (ja) 化学強化可能なガラス板
JP2017537051A (ja) 化学強化可能なガラス板
EP2371778A1 (en) Method for producing toughened flat glass with anti-reflective properties
EP3292086B1 (en) Glass sheet capable of having controlled warping through chemical strengthening
JPH02184536A (ja) 欠陥のない表面を有するガラス品の製造方法
CN110577355A (zh) 一种纳米晶玻璃陶瓷的强化方法
RU2440310C2 (ru) Способ изготовления стекла, включающий обработку поверхности хлоридом алюминия в или непосредственно перед лером
KR20180016377A (ko) 화학 강화를 통해 휨을 제어할 수 있는 유리판
ZA200508571B (en) Method and apparatus for strengthening glass
TW202220944A (zh) 用於增加玻璃物體強度和／或硬度的方法
TW202222716A (zh) 玻璃物體和製造玻璃物體的方法
JP2018505117A (ja) 化学強化可能なガラス板
TW202222729A (zh) 玻璃容器
WO2020003250A1 (en) Method of bending dissimilar glass compositions
US20230087123A1 (en) Thermally tempered glass-ceramics
WO2019130205A1 (en) Method for strengthening and bending glass sheets
TW202214538A (zh) 平板玻璃板
EP2319814A1 (en) Method and apparatus for strengthening glass
GB2329382A (en) Chemical treatment of vitreous material
CN117902829A (zh) 一种玻璃组合物、玻璃板及其制备方法和应用
Mattox SVC Topics