[发明专利]用于具有多种组分离子交换浴的基材离子交换系统的混合设备以及混合这种浴的方法

说明书

本申请根据35U.S.C.§119要求2013年6月17日提交的美国临时申请系列第61/ 835,764号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。

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多种组分熔融的离子 交换浴的离子交换系统中所用的混合设备,以及混合这种浴的方法。

通过局部的组成改性，离子交换(IOX)过程用来改变和控制不同玻璃、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，可将不同的重金属离子(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。

这些IOX过程常常涉及在升高的温度下将基材浸没于多种组分离子交换浴中。熔 盐浴包含用于引入基材的金属离子。在IOX过程中，基材中的离子与浴中的金属离子进行交 换，通常在基材的外部区域之内。这样,对于控制在基材的外部区域之内交换的离子的数 量，在IOX过程中控制浴中金属离子的浓度至关重要。

这些浓度水平可随时间改变，因为浴中的金属离子被消耗，并被从基材交换出的 离子(例如,“流出的离子”)置换。浓度水平的这些变化常常表现为观察到的在延长的时间 段内于一系列离子交换的基材中交换的金属离子的量的逐渐的变化。然而，存在其它情况， 其中交换的金属离子的量意料之外地在进行离子交换过程的特定基材的区域内发生变化。 类似地，在进行单一离子交换过程或运行(run)的多个基材中，观察到不同基材之间提供的 金属离子的量发生显著变化，该变化取决于基材在离子交换容器之内的位置。这种提供的 金属离子的量的局部变化可导致离子交换的基材的性质发生不利的或意料之外的变化。

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、控制和最小化在进 行离子交换过程的基材中可能发生的随时间的金属离子浓度的局部变化。

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所述离子交换浴和基材的容器，该离子交 换浴包含以第一金属离子浓度具有多个第一金属离子的第一金属盐以及以第二金属离子 浓度具有多个第二金属离子的第二金属盐。所述系统还包含混合设备，其构造成对浴进行 混合，从而容器中的浴中的第一金属离子浓度是基本上均匀的。基材金属离子是可与所述 多个第一金属离子和多个第二金属离子进行离子交换的,且第一金属盐和第二金属盐是可 互混的和熔融的。

混合设备可构造成增加第一金属盐进入第二金属盐的溶解速率。在其它可能的变 体中，混合设备还可基本上位于容器之内且可包含叶轮组件、喷雾组件、混合框架组件、分 配器篮或离线的搅拌器组件。

根据其它的实施方式,提供一种维护离子交换浴的方法。所述方法包括以下步骤： 提供具有包含多个基材金属离子的外部区域的基材；制备离子交换浴，该离子交换浴包含 以第一金属离子浓度具有多个第一金属离子的第一金属盐以及以第二金属离子浓度具有 多个第二金属离子的第二金属盐；和提供用于容纳离子交换浴和基材的容器。所述方法还 包括以下步骤：将基材浸没于离子交换浴中，从而多个基材金属离子的一部分与多个第一 金属离子的一部分进行交换；和对浴进行混合，从而容器内的浴中的第一金属离子浓度是 基本上均匀的。此外,第一金属盐和第二金属盐是可互混的和熔融的。

在以下的详细描述中提出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利 要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解 权利要求的性质和特性的总体评述或框架。所附附图提供了对本发明的进一步理解，附图 被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式，并与文字 描述一起用来解释各个实施方式的原理和操作。

附图简要说明