TWI535677B - 用於化學韌化玻璃之設備及使用其化學韌化玻璃之方法 - Google Patents

Description

用於化學韌化玻璃之設備及使用其化學韌化玻璃之方法

相關申請案之交互參照

本申請案係主張2012年11月1日提申之韓國專利申請案第10-2012-0122795號的優先權，該申請案整體內容係併於此於各方面作為參考。

本發明係關於用於化學韌化玻璃之設備及使用其化學韌化玻璃之方法，更具體地說，關於可在玻璃表面上藉由通過離子交換促使壓縮應力來韌化玻璃表面之用於化學韌化玻璃的設備及使用其之方法。

玻璃材料在各種工業領域中的使用急速增加，例如，用於太陽電池或平板顯示器如薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)、電漿顯示面板(PDP)及有機電致發光(OEL)裝置之外蓋，以及用於各種行動型電子裝置之外蓋。因此，玻璃材料需求為具有輕及薄的外型。

然而，玻璃材料又輕又薄的外型由於玻璃的脆性導致可靠性的問題。因此，正在進行強化方法的各種研究以實現玻璃的可靠性。

玻璃強化方法通常包括熱強化(回火(tempering))和化學韌化(韌化)。

熱強化為藉由通過在玻璃表面加熱到高溫然後迅速冷卻引發玻璃表面的壓縮應力以強化一片玻璃的方法。然而，熱強化有一個問題在於由於玻璃的快速冷卻，熱量在玻璃的整個區域上不均勻地傳遞，從而導致強化玻璃的局部強度不均勻。此外，強化後，玻璃的曲度和光透射率降低，且折射率變得不均勻。此外，熱強化也具有對於具厚度為2.5毫米(mm)或更小的層疊玻璃的不適用性問題。

化學韌化是藉由與具有更大離子半徑的鹼金屬離子(一般情況下，K離子)交換存在於玻璃內部具有小離子半徑的鹼金屬離子(一般情況下，Na離子)而引發玻璃表面之壓縮應力以韌化一片玻璃的方法。這類化學韌化是可有效地應用於具有複雜形狀或具厚度為2毫米(mm)或更小的層疊玻璃的一片玻璃的方法。

然而，由於離子交換的效率、離子交換的時間、韌化成本、及類似的問題，這樣的化學韌化還無法實際應用於量產製程。

在本發明的先前技術部分公開的資訊僅提供用於更好地理解本發明的背景，而不應被視為承認或以任何形式暗示該資訊形成本領域中具有通常知識者所習知的先前技術。

本發明的各層面提供一種可改善化學韌化玻璃之效率的用於化學韌化玻璃的設備及使用其化學韌化玻璃的方法。

在本發明的一個層面中，提供一種用於化學韌化玻璃同時 連續地輸送玻璃的設備。設備包括化學韌化玻璃的化學韌化槽；從化學韌化槽的上游通過化學韌化槽輸送玻璃到化學韌化槽的下游的輸送部份；及安排在化學韌化槽上的微波產生器，微波產生器向玻璃輻射微波。

在本發明的另一個層面中，提供一種使用用於化學韌化玻璃的設備來化學韌化玻璃的方法，設備包括化學韌化槽及微波產生器。方法包括以下步驟：連續地從化學韌化槽的上游通過化學韌化槽輸送玻璃到化學韌化槽的下游；及以微波產生器向玻璃輻射微波來化學韌化被輸送到化學韌化槽的玻璃。

根據本發明之實施例，由於微波產生器提升與玻璃的離子交換，故能夠改善玻璃的化學韌化效率。

此外，能夠藉由提升玻璃的離子交換深度而提升韌化玻璃的強度及改善對嚴重性(catastrophic)破壞的可靠性。

此外，由於反射部份在玻璃的整個區域上使電場建立均勻性，可能使玻璃的整個區域上進行均勻之離子交換反應。

此外，由於反射部份抑制由各別微波產生器產生的微波之間的干涉，故能夠限制玻璃中局部電場集中。

本發明的方法及設備具有其他特徵及優點，其將自併入本文的附圖以及連同用於解釋本發明的特定實施例之本發明之下列詳細說明而得以顯而易見或更詳細地說明。

100‧‧‧化學韌化槽

200‧‧‧輸送部份

300、311、321、331、311、312、313、314‧‧‧微波產生器

400‧‧‧反射部份

411、412‧‧‧第一反射部

421、422‧‧‧第二反射部

431、432‧‧‧第三反射部

441、442‧‧‧第四反射部

①、②、③、④、⑤‧‧‧距離

S100‧‧‧輸送步驟

S200‧‧‧化學韌化步驟

第1圖是根據本發明的實施例表示用於化學韌化玻璃的設備的剖面概念圖； 第2圖是示出視微波功率而定的硝酸鉀溶液的溫度成長率的圖表；第3圖為示出微波對離子交換深度的效果的圖表；第4圖是根據本發明的實施例用於化學韌化玻璃的設備的俯視平面概念圖；第5圖是根據本發明的實施例用於化學韌化玻璃的設備的剖面概念圖；第6圖是各第四反射部份的概念圖；第7圖是示出當反射部份安排在微波產生器之一列的四邊周圍時，藉由模擬因微波輻射施加於玻璃的電場分佈及溫度分佈所測量的電場分佈分析(a)及溫度分佈分析(b)的照片；第8圖是示出當反射部份安排在微波產生器之兩列的四邊周圍及介於兩列之間時，藉由模擬因微波輻射施加於玻璃的電場分佈及溫度分佈所測量的電場分佈分析(a)及溫度分佈分析(b)的照片；以及第9圖是根據本發明的另一實施例示意性示出化學韌化玻璃之方法的流程圖。

根據本發明，現將詳細參考用於化學韌化玻璃之設備及使用其化學韌化玻璃之方法，其實施例繪示於附圖中並於下說明，以使本發明之領域具有通常知識者可輕易將本發明付諸實行。

在通篇說明書中，應參考附圖，其中在不同的附圖中使用相同的參考數字和參考符號指定相同或相似的部件。在本發明以下描述 中，當併於本文中之已知功能和部件的詳細描述可能使本發明的標的物不清楚時，其將會被省略。

在下文中，縱向定義為基板被輸送的方向，橫向被定義為與基板之輸送方向交叉的方向。

第1圖是根據本發明的實施例表示用於化學韌化玻璃的設備的剖面的概念圖。

參考第1圖，將連續裝入設備的玻璃化學韌化之本發明的設備包括化學韌化槽100、輸送部份200和微波產生器300。

化學韌化槽100為其中發生化學韌化玻璃反應的反應槽。化學韌化槽100較佳為藉由浸入待韌化的玻璃到硝酸鉀溶液中，且自硝酸鉀溶液中將玻璃的鈉(Na)離子與鉀(K)離子交換之化學韌化反應發生的反應槽。化學韌化槽100可以用加熱器(未示出)加熱，且當玻璃被化學韌化時維持均勻的溫度。

輸送部份200從化學韌化槽100的上游通過化學韌化槽100輸送玻璃到化學韌化槽100的下游。

當輸送部份200連續地輸送玻璃通過化學韌化槽100時，化學韌化的產率可得以改善。

微波產生器300安排在化學韌化槽100的上方，且向玻璃輻射微波。

微波產生器300可產生介於0.98到6.0GHz的微波，更理想的，是介於2.4到5.8GHz。

當微波產生器300向玻璃輻射微波時，玻璃組成物的鹼金屬離子成份(鈉(Na)-氧(O))響應微波而振動，從而略微鬆動玻璃的分子間 鍵結結構且產生熱。此外，當藉由硝酸鉀溶液化學韌化玻璃時，硝酸鉀溶液中的鹼金屬離子(K+)響應微波而振動，從而提高硝酸鉀溶液中的離子活性且產生熱。由於此現象，玻璃的離子交換反應被促進，從而減少玻璃的化學韌化時間。第2圖是示出視微波功率而定的硝酸鉀溶液的溫度成長率的圖表。參考第2圖，可理解硝酸鉀溶液或離子交換鹽(ion exchange salt)的溫度成長率與微波功率成正比地增加。換言之，可能通過向硝酸鉀溶液施加微波而增加硝酸鉀溶液的離子交換活性。

另外可能通過微波輻射以增加玻璃的離子交換深度。例如，當鹼石灰矽酸鹽玻璃(soda-lime silicate glass)浸入500℃的硝酸鉀溶液然後以微波輻射30分鐘時，鹼石灰矽酸鹽玻璃具有壓縮應力為400MPa和離子韌化深度介於9.8到10.5微米(μm)。當鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃浸入500℃硝酸鉀溶液，然後以微波輻射30分鐘時，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃具有為710MPa的壓縮應力及介於30.6至33.8μm的離子韌化深度。此離子韌化深度比其中沒有微波輻射的先前技術提高了約20%。亦可從為示出微波對離子交換深度的效果的圖表的第3圖來理解。

根據本發明的實施例，微波產生器300和玻璃之間的距離①可以為n λ。此處，n是整數，且λ是藉由微波產生器300產生之微波的波長。較理想的是，n為範圍從1到20內的整數。由於微波產生器300及玻璃之間的距離為n λ，其可能通過微波而最大化玻璃的離子交換效率。

第4圖及第5圖是根據本發明的實施例用於化學韌化玻璃的設備的俯視平面圖及剖面概念圖。

參考第4圖及第5圖，根據本發明的實施例之用於化學韌化玻璃的設備可進一步包括反射由微波產生器300向玻璃產生的微波的 反射部份400。

反射部份400反射通過微波產生器300向玻璃產生的微波以使微波被多重散射。因此，形成玻璃的整個區域上的均勻電場，以使玻璃的整個區域上發生均勻的離子交換反應。此外，其可能在不影響玻璃下防止由微波產生器300產生的微波被化學韌化槽吸收，從而提高微波產生器300的能量效率。反射部份400可以由可反射微波的導電金屬(不銹鋼)製成。

當本發明用於化學韌化玻璃的設備包括複數個微波產生器300時，反射部份400可以在微波產生器300之間分隔，使得至少一個產生器位在各區段中

反射部份400包括第一反射部411和412安排在玻璃上。在微波產生器311、321和331之間分隔的第一反射部411和412依縱向彼此隔開。

此例中，較理想的是各微波產生器311、321、331及各第一反射部411、412之間的距離②為2 λ，以有效地阻擋由微波產生器311、321及331產生的微波之間的干涉(interference)。

第一反射部411及412可配置以依橫向延伸。

此外，當安排複數列微波產生器時，第一反射部411和412可於微波產生器的列間分隔。此處，微波產生器的各列意指依橫向形成。在微波產生器之列間形成的各第一反射部411、412阻擋由微波產生器列所產生的微波的相互干涉，從而防止電場集中在玻璃的局部區域上。

此外，反射部份400包括第二反射部421和422，第二反射部421和422分隔依橫向彼此隔開的微波產生器311、312、313及 314。

此外，當設置至少一列微波產生器300時，第二反射部421和422可安排在微波產生器300的此列的左側及/或右側。在這種情況下，較理想的是在微波產生器311、314和各第二反射部422、421之間的距離③各小或等於2 λ。此外，較理想的是介於安排成一列的微波產生器311、312、313及314之間的距離④為2 λ。

第二反射部421和422可配置以依縱向延伸。

此外，反射部份400可進一步包括安排在玻璃的上方及/或下方的第三反射部431及432，使得其各主平面朝向玻璃的主平面。由於第三反射部431及432安排在玻璃的上方及/或下方，可能更有效地反射由微波產生器300向玻璃產生的微波。

當第三反射部431及432安排在玻璃的下方時，玻璃和各第三反射部431、432之間的距離⑤可為λ。

此外，反射部份400可進一步包括安排在玻璃的下方對應第一反射部411及412位置的第四反射部441及442。

第四反射部441和442安排在用於化學韌化玻璃之溶液中，較理想的是，硝酸鉀溶液，且各第四反射部441及442可具有複數個孔洞以促進溶液的對流。孔洞的直徑理想為3毫米(mm)或更小。第6圖是各第四反射部的概念圖。

第7圖是示出當反射部份400安排在微波產生器300的一列的四邊周圍時，藉由模擬因微波輻射而施加於玻璃的電場分佈及溫度分佈所測量的電場分佈分析(a)及溫度分佈分析(b)的照片。參考第7圖，當反射部份400安排在微波產生器300的一列之四邊周圍時，包括角落 之玻璃的整個區域上形成均勻的電場。從此可以理解，玻璃的整個區域被均勻地加熱。這指出由微波產生器產生的微波藉由反射部份多重散射的效果。

第8圖是示出當反射部份400安排在微波產生器300兩列的四邊周圍及介於兩列之間時，藉由模擬因微波輻射施加於玻璃的電場分佈及溫度分佈所測量的電場分佈分析(a)及溫度分佈分析(b)的照片。參考第8圖，可以理解的是，當兩列微波產生器300在玻璃上微波輻射時，反射部份400阻擋由微波產生器列產生的微波之間的干涉。因此，與微波產生器300安排成一列的情況產生相同的電場分佈及溫度分佈。

第9圖根據本發明的另一實施例示意性示出化學韌化玻璃之方法的流程圖。

參考第9圖，本發明提供了一種使用包括化學韌化槽及微波產生器用於化學韌化玻璃的設備而化學韌化玻璃的方法。方法包括連續地從化學韌化槽的上游通過化學韌化槽輸送玻璃到化學韌化槽的下游的輸送步驟S100、以及藉由以來自微波產生器的微波輻射輸送進入化學韌化槽的玻璃來化學韌化玻璃的化學韌化步驟S200。

此處，較理想的是，微波產生器及待化學韌化的玻璃之間的距離為n λ。

此外，用於化學韌化玻璃的設備可進一步包括反射部份，且在化學韌化步驟S200中，反射部份向待化學韌化的玻璃反射由微波產生器產生的微波。

當用於化學韌化玻璃的設備包括複數個微波產生器時，反射部份可包括安排在待化學韌化的玻璃上方的第一反射部。第一反射部在依縱向彼此間隔的微波產生器之間分隔。在化學韌化步驟S200中，第 一反射部抑制由依縱向彼此間隔的微波產生器所產生的微波的干涉。各微波產生器及相鄰的第一反射部之間較理想的距離是2 λ。

此外，當用於化學韌化玻璃的設備包括複數個微波產生器時，反射部份可包括分隔依橫向彼此間隔的微波產生器的第二反射部。在化學韌化步驟S200中，第二反射部抑制由依橫向彼此間隔的微波產生器所產生的微波的干涉。特別是，當微波產生器被安排在至少一列中時，第二反射部可以被安排在微波產生器列左側及/或右側，以便反射將另外被用於化學韌化玻璃的設備的側表面吸收之微波，從而提升微波產生器的能源效率。在這種情況下，各微波產生器及相鄰第二反射部之間較理想為距離小於或等於2 λ，且在微波產生器的各列之間的距離為2 λ。

此外，反射部份可包括安排在待化學韌化玻璃的上方及/或下方的第三反射部，使得各第三反射部的主平面朝向玻璃的主平面。在化學韌化步驟S200中，第三反射部反射由微波產生器向待化學韌化的玻璃的上表面及底面之至少一表面輻射的微波。較理想的是，第三反射部被安排在待化學韌化的玻璃下，且待化學韌化的玻璃及第三反射部之間的距離為λ。

此外，反射部份可包括第四反射部，第四反射部設置在玻璃下方位在對應於第一反射部之位置。在化學韌化步驟S200中，第四反射部抑制由依縱向彼此間隔的微波產生器所輻射的微波之間的干涉。

本發明特定例示性實施例的上述說明已經相對於附圖呈現。其並非意在詳盡或限制本發明為所公開的精確形式，且顯然本領域具有通常知識者能夠根據上述教示進行許多修改及變化。

因此，本發明的範圍非旨在限定於前述實施例中，而是由本文所附的申請專利範圍及其等效物所定義。

100‧‧‧化學韌化槽

200‧‧‧輸送部份

300‧‧‧微波產生器

①‧‧‧距離

Claims (15)

1. 一種用於化學韌化玻璃同時連續地輸送玻璃之設備，其包括：一化學韌化槽，化學韌化該玻璃；一輸送部份，從該化學韌化槽之上游通過該化學韌化槽輸送該玻璃到該化學韌化槽之下游；及一微波產生器，安排在該化學韌化槽上，該微波產生器向該玻璃輻射一微波；其中，待化學韌化之該玻璃及該微波產生器之間之距離為n λ，其中n為整數，且λ為由該微波產生器所產生之該微波之波長。
2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其進一步包括反射由該微波產生器向待化學韌化之該玻璃所輻射之該微波之一反射部分。
3. 一種使用用於化學韌化玻璃之設備而化學韌化玻璃之方法，該設備包括一化學韌化槽及一微波產生器，該方法包括：連續地從該化學韌化槽之上游通過該化學韌化槽輸送該玻璃到該化學韌化槽之下游；及以該微波產生器向該玻璃輻射一微波來化學韌化被輸送到該化學韌化槽之該玻璃；其中，在化學韌化該玻璃之過程中，該微波產生器及待化學韌化之該玻璃之間之距離為n λ，其中n為整數，且λ為由該微波產生器所產生之該微波之波長。
4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中用於化學韌化該玻璃之該設備進一步包括在化學韌化該玻璃之過程中反射由該微波產生器向待化學韌化之該玻璃所輻射之該微波之一反射部份。
5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該設備包括複數個該微波產生器，及該反射部份包括安排在待化學韌化之該玻璃上之一第一反射部，該第一反射部於依一縱向彼此隔開之該微波產生器之間分隔，該縱向為其中輸送該玻璃之方向，其中該第一反射部在化學韌化該玻璃之過程中，抑制由依該縱向彼此隔開之該微波產生器所輻射之該微波之間之干涉。
6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該複數個微波產生器被安排成複數列，且其中該第一反射部於該微波產生器之列中分隔。
7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中各該微波產生器及該第一反射部之間之距離為2 λ。
8. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該設備包括複數個該微波產生器，及該反射部份包括分隔依一橫向彼此隔開之該微波產生器之一第二反射部，該橫向交叉其中輸送該玻璃之方向，其中該第二反射部在化學韌化該玻璃之過程中，抑制由依該橫向彼此隔開之該微波產生器所輻射之該微波之間之干涉。
9. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該設備包括複數個該微波產生器，且該微波產生器被安排成至少一列，且該反射部份包括安排在該微波產生器之至少一列之左側及/或右側之一第二反射部。
10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該微波產生器之至少一列及該第二反射部之間之距離小於或等於2 λ。
11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中在各列中該微波產生器之間之距離為2 λ。
12. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該反射部份包括安排在待化學韌化之該玻璃之上方及/或下方之一第三反射部，該第三反射部之主平面面對該玻璃之主平面，其中該第三反射部在化學韌化該玻璃之過程中反射由該微波產生器向待化學韌化之該玻璃輻射之該微波。
13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該第三反射部安排在待化學韌化之該玻璃之下方，待化學韌化之該玻璃及該第三反射部之間之距離為λ。
14. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該反射部份包括安排在待化學韌化之該玻璃之下方之一第四反射部，其中該第四反射部在化學韌化該玻璃之過程中抑制由依該縱向彼此隔開之該微波產生器所輻射之該微波之間之干涉。
15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該第四反射部具有複數個孔洞。