[发明专利]能够通过化学强化而具有受控的翘曲的玻璃板

说明书

1.发明领域

本发明涉及一种能够被化学回火/强化并且能够通过化学强化而具有受控的翘曲的改进的玻璃板。例如，本发明涉及一种能够通过化学强化来抑制翘曲以保持其平整度、或者可替代地能够通过化学强化而翘曲成所希望的形状的玻璃板。

具体地，本发明涉及一种能够被容易地化学回火/强化、能够通过化学强化而具有受控的翘曲并且是便宜的及易于生产的改进的玻璃板。

呈单片或叠层形式的化学强化的玻璃板在其中机械阻力是必须的/强制的专门的玻璃装配工作中获得越来越多的应用，如运输(即，航空、汽车)、建筑物/建筑学以及显示器行业。在此类应用中，显示器行业在过去几年中已变为需要化学强化的透明玻璃板作为用于大量电子装置如移动电话、智能电话、TV、计算机、数字照相机等的保护/盖板玻璃、观察窗或(触摸)屏幕的巨大市场。确实，因为这些装置中的许多是便携式的，对所使用的玻璃在机械上要求很多，并且因此高度令人希望的是其能够在使用和运输期间耐受冲击和/或损害，诸如刮擦或冲击。化学强化在显示器领域中甚至更具有极大重要性，因为此领域需要具有低厚度(低至小于1mm)的玻璃板，并且因为化学强化被认为是机械上加强(超)薄玻璃板所选择的方法。出于重量原因，还有利的是使用薄玻璃板作为用于太阳能、热或光伏器件的盖板玻璃。

2.现有技术的解决方案

玻璃物品的化学强化是热诱导的离子交换，涉及用较大离子(例如，碱性钾离子)置换玻璃的表层中的较小碱性钠离子。当较大离子“楔”入原来由钠离子占据的小位点时，玻璃中出现增加的表面压缩应力。此类化学处理总体上是通过将玻璃浸入含有一种或多种较大离子的熔融盐的离子交换熔融浴中、在温度和时间的精确控制下进行。已经如此处理的玻璃物品的断裂强度因此增加大致等于所产生的表面压缩应力的值。

尽管如此，能够在化学强化的玻璃的使用期间影响其表面的损害导致此强化作用的减小，并且如果该损害是使得压缩下的层被穿透，则甚至可能消除此强化作用。因此，取决于旨在用于化学强化的玻璃的用途，焦点集中在实现高的表面压缩应力(或“CS”)值和/或压缩下的层的高的厚度值(其与被称作“层深度”或“DoL”(即所引入的离子到达的深度)的参数有关)，其理想地至少等于玻璃可能经受的最大可能缺陷/损害的深度。这两个参数的组合通常被认为适当地限定所得机械强度的品质。

特别地，在显示器领域中，当使用“逐件法(piece-by-piece process)”来生产化学强化的玻璃板(在回火处理之前进行切割成最终尺寸)时，针对边缘强度搜索高的DoL值(优选地高于10微米并且非常优选地高于12微米或甚至更好地高于15微米)，而当使用“片材法”(在回火处理之后进行切割成最终尺寸)时，“中心张力”(定义为(CS*DoL)/(玻璃厚度-2*DoL))必须保持是低的。

还已知的是，对于给定的玻璃组成，这两个强化参数还显著取决于离子交换法的温度和时间的条件。因此，压缩下的层的厚度根据已知的扩散定律随着温度并且随着离子交换的持续时间而增加。但是温度越高，由离子交换诱发的应力松弛越快。同样，将该处理延长过长时间允许给予应力松弛所必需的时间并且因此导致更小程度的韧化。因此，为该方法选择的条件通常在于最优温度与最小持续时间之间的折中，以优化方法成本。

为了降低化学强化的成本(限制持续时间和/或温度以达到压缩应力和DOL的搜索值)，已提出(仅描述或已在市场上)大量“容易化学回火的”玻璃组合物(意味着它们尤其有利于离子交换)，但它们通常具有各种缺点。

它们中的许多包含源自昂贵原料和/或显著改变玻璃(熔融的或最终的)的物理特性的成分。已知的一些可化学回火的玻璃组合物含有例如显著含量的锂和/或硼。然而，锂具有增加玻璃的密度的缺点，而硼具有因其蒸发和炉壁/耐火材料腐蚀而有时导致波筋(ream)的形成的缺点。另外，由于它们的相应原料的高价格，两者均具有极大增加最终玻璃价格的额外且显著的缺点。

还已知铝硅酸盐型玻璃组合物，诸如，在美国专利申请US2012/0196110A1中描述的那些，来自康宁(Coming)的玻璃产品或来自旭硝子公司(Asahi Glass Co.)的玻璃产品，对于化学回火是非常有效的。然而，它们具有大量缺点。它们的高温特性使它们非常难以生产(粘度、澄清能力、成形、耐火材料腐蚀)。由于使用的一些原料(即，氧化铝)的昂贵性且由于它们的生产所需的高温(高含量的能源/燃料)，它们的成本相对较高。

与铝硅酸盐玻璃组合物相比，钠钙硅玻璃组合物一般不被视为容易化学回火的组合物的良好候选物，即便它们便宜得多。