[发明专利]具有单一组分和多种组分离子交换浴的基材离子交换系统和维护这种系统的方法

说明书

一种基材离子交换系统以及维护这种系统的方法，以及维护该系统的方法，该基材离子交换系统包含具有包含多个基材金属离子的外部区域的基材、离子交换浴和用于容纳该离子交换浴和基材的容器，该离子交换浴包含具有第一金属离子浓度的多个第一金属离子和具有第二金属离子浓度的多个第二金属离子。离子交换系统还包含处理器和连接到容器的温度传感器,该处理器构造成接收来自传感器的容器温度，并构造成至少部分地基于第一金属离子消耗速率关系和容器温度来评估第一金属离子浓度。此外,预先确定第一金属离子消耗速率关系。

本申请根据35U.S.C.§119要求2013年06月17日提交的美国临时申请系列第61/835,808号的优先权，以及要求2013年06月18日提交的美国申请系列第61/836,443号的优先权，上述申请的内容是本申请的基础并通过参考完整地结合于此。

背景

本发明总体涉及基材离子交换系统，以及维护和控制这种系统的方法。具体来说，本发明的各种实施方式涉及用于玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷制品的具有单一组分和多种组分熔融的离子交换浴的离子交换系统,以及用于维护和控制这种系统的方法。

通过局部的组成改性，离子交换(IOX)过程用来改变和控制各种玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷基材中的金属离子的浓度。基材中的这些组成改性可用来改变某些基材性质。例如,作为强化机理，可将碱金属离子(例如,Na和K离子)提供进入基材的表面区域。作为另一示例，可将各种重金属离子(例如,Ag,Cu和Zn离子)提供进入基材的表面区域，从而为基材提供抗微生物性质。在一些情况下,基材可包含增强基材强度的一些碱金属离子(下文中，可将这种基材称作“强化的基材”),且还可用一种或多种重金属离子进行改性来提供提供抗微生物性质。

这些IOX过程常常涉及于升高的温度下在熔盐浴中浸没基材。熔盐浴包含用于引入基材中的金属离子。在IOX过程中，基材中的离子与浴中的金属离子进行交换。这样,对于控制在IOX过程中与基材交换的离子的数量，控制浴中金属离子的浓度至关重要。这些浓度水平会随时间改变，因为浴中的金属离子被消耗，并被与基材交换的离子(例如,“流出的离子”)置换。在某些时间点，浴中金属离子的浓度下降到低于通过IOX过程在基材中提供所需的性质的可行水平。然而,在制造中，为各次基材离子交换运行使用“新鲜的”离子交换浴以应对这些金属离子消耗问题的做法常常不太符合实际或不够经济。

因此,本领域需要开发适用于制造操作的系统和方法，其考虑了与基材的IOX加工相关的离子交换浴中的金属离子浓度随时间的变化。

概述

根据一种实施方式，提供一种基材离子交换系统，其包含基材、包含具有第一金属离子浓度的多个第一金属离子的离子交换浴，以及用于容纳离子交换浴和基材的容器。离子交换系统还包含处理器和连接到容器的温度传感器,该处理器构造成接收来自传感器的容器温度数据和构造成至少部分地基于第一金属离子消耗速率关系和容器温度来评估第一金属离子浓度。此外,所述第一金属离子消耗速率关系是预先决定的。

根据另一种实施方式,提供一种基材离子交换系统，其包含具有包含多个基材金属离子的外部区域的基材、离子交换浴和用于容纳离子交换浴和基材的容器，该离子交换浴包含具有第一金属离子浓度的多个第一金属离子和具有第二金属离子浓度的多个第二金属离子。在一种或多种实施方式中,所述基材离子交换系统可包括包含具有第一金属离子浓度的多个第一金属离子的第一离子交换浴，且可包括包含具有第二金属离子浓度的多个第二金属离子的第二离子交换浴。或者,基材可包含强化的基材,其包含多个基材金属离子和任选地包含多个金属离子。这种基材可用于包含单一离子交换浴的基材离子交换系统，该单一离子交换浴包含具有第一金属离子浓度的多个第一金属离子。在一些实施方式中,可使用具有不同金属离子和金属离子浓度的多于两种离子交换浴。所述离子交换系统还包含处理器和连接到容器的温度传感器,该处理器构造成接收来自传感器的容器温度，并构造成至少部分地基于第一金属离子消耗速率关系和容器温度来评估第一金属离子浓度。此外,所述第一金属离子消耗速率关系是预先决定的。