具有改进的回火能力的玻璃制造技术

本公开涉及具有改进的热回火能力的玻璃组合物。所公开的玻璃组合物具有高的热膨胀系数和杨氏模量，并且能够实现高的表面压缩。还提供了制造所述玻璃的方法。

Glass with improved tempering ability

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的回火能力的玻璃本申请根据35U.S.C.§119要求2017年8月24日提交的系列号为62/549,507的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。
本公开涉及可高度回火的玻璃组合物。更具体地，本公开涉及当相比于普通钠钙玻璃时，具有改进的回火的玻璃。甚至更具体地，本公开涉及用于热回火工艺的具有高热膨胀系数和高杨氏模量的玻璃组合物。
技术介绍
在热回火中，玻璃产品被加热到接近软化温度并接着迅速淬火。结果，在冷却期间，玻璃将具有比内部更低的表面温度。在玻璃表面冷却到室温之前会一直保持温度差异。由于玻璃的中心较慢地冷却到室温，其收缩到较小的比体积，而表面层的高比体积保持不变。这得到了表面压缩层，其使得回火玻璃具有强度。比体积的差异主要是因为冷却时玻璃的热膨胀差异所致，而在较小程度上是由于表面与本体之间的假想温度差所致。对于第一种近似，热回火玻璃中的应力分布可通过简单的抛物线表示，其中表面压缩应力的大小大致等于中心张力的两倍。热回火玻璃有时被称为安全玻璃，其常应用于需要安全断裂行为以防止失效时发生受伤的情况，并且用于强化汽车的侧窗和尾窗以及诸如沐浴门之类的物体。期望的是，与退火玻璃不同，当热回火玻璃破裂时，其破碎成没有锋利边缘或针状形状的岩盐状的片。正因为此，表征热回火玻璃的断裂行为极为重要。期望的断裂性质被称为“切割(dicing)”，其在玻璃实现完全回火时发生。除了热回火玻璃的安全方面之外，回火也强化了玻璃，使得其更耐损坏和更耐久。由于耐久性增加，回火玻璃可用于普通玻璃会迅速破裂的应用——例如，汽车挡风玻璃，在这种情况中，玻璃可被岩石或其他硬物冲击。由于玻璃越来越多地用于建筑、汽车和电子装置应用，因此不断需要回火能力得到改进的强化玻璃。具体说明在以下说明中，每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一种及组合时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数目的这些所列要素，或者主要由任何数目的这些所列要素组成，或者由任何数目的这些所列要素组成。类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或其组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数目的这些所列要素组成。除非另有说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限，以及所述上限和下限之间的任意范围。除非另外说明，否则，本文所用的修饰语“一个”、“一种”及其相应的修饰语“该(所述)”意为“至少一(个/种)”或者“一(个/种)或多(个/种)”。还应理解的是，在说明书和附图中公开的各个特征可以任意的和所有的组合方式使用。如果本文中列出包含上限值和下限值的数值范围，则除非在特定情形下另外指出，否则该范围旨在包括范围的端点以及该范围之内的所有整数和分数。权利要求的范围并不限于定义范围时所列举的具体值。另外，当数量、浓度或其他数值或参数以范围、一个或多个优选范围或优选上限值和优选下限值的列表的形式给出时，这应当被理解为明确公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任何配对形成的所有范围，而无论这些配对是否被单独公开。最后，当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本公开包括所参考的具体值或者端点。当范围的数值或端点不使用“约”列举时，范围的数值或端点旨在包括两种实施方式：一种用“约”修饰，另一种未用“约”修饰。如本文所用，术语“约”指量、尺寸、公式、参数以及其他数量和特征不是精确的且无需精确的，而是可按照要求是近似的和/或更大或者更小，从而反映公差、换算因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员所知的其他因子。应注意，本文可用术语“基本上”表示可由任何定量比较、数值、测量或其他表示方法造成的固有不确定性的程度。在本文中还使用这些术语表示数量的表示值可以与宣称的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致论述的主题的基本功能改变。因此，“不含Al2O3”的玻璃是指不向该玻璃中主动添加或配入Al2O3，但其可作为污染物以极少的量[例如百万份分之500份(500ppm)、400ppm、300ppm、200ppm或100ppm或更低]存在的玻璃。除非另有说明，否则所有组成都以摩尔百分数(摩尔％)表示。热膨胀系数(CTE)用10-7/℃表示，并且除非另有说明，其表示在25℃至300℃的温度范围内的测量值。低温CTE(LTCTE)在25℃下测量并且用10-7/℃表示。高温CTE(HTCTE)在300℃下测量并且用10-7/℃表示。LTCTE和HTCTE的和用10-7/℃表示。密度用克/cm3表示并且通过阿基米德(Archimedes)方法(ASTMC693)测量。杨氏模量、剪切模量和泊松比通过ASTMC623标准来测量。玻璃组合物在热回火中，玻璃产品被加热到接近软化温度并接着迅速淬火。结果，在冷却期间，玻璃将具有比内部更低的表面温度。在玻璃表面冷却到室温之前会一直保持温度差异。由于玻璃的中心较慢地冷却到室温，其收缩到较小的比体积，而表面层的高比体积保持不变。这得到了表面压缩层，其使得回火玻璃具有强度。比体积的差异是因为冷却时玻璃的热膨胀差异以及表面与本体之间的假想温度差综合所致。对于第一种近似，热回火玻璃中的应力分布可通过简单的抛物线表示，其中表面压缩应力的大小大致等于中心张力的两倍。与退火玻璃不同，当热回火玻璃破裂时，其破碎成没有锋利边缘或针状形状的岩盐状的片。这种行为对于需要安全断裂行为的情况尤为有用，正因为此，表征热回火玻璃的断裂行为极为重要。期望的断裂性质被称为“切割”，其在玻璃实现完全回火时发生。回火玻璃的切割阈值是一种在玻璃失效事件中可认为对使用者“安全”的任意定义的断裂行为。全球存在各种标准，例如，美国的ASTMC1048和ANSIZ97.1，欧洲的EN12150-1，俄罗斯的GOST5727-88，日本的JISR3206以及中国的GB15763.2(这些标准全部通过引用纳入本文)。各国之间的标准几乎相同：对于>3mm的厚玻璃，要求钠钙回火玻璃的碎片在50mmx50mm的区域中含有至少30-40个碎片(1.6个碎片/cm2)，而日本标准在较薄玻璃的情况中特别要求有至少60个碎片。预测玻璃组合物在热回火期间产生应力的能力是有意义的。形成更一般的表达式时，可进行的最简单的近似是假定对于玻璃厚度和淬火速率的任何选定组合，由于热应变而形成的应力是最大可能应力的一部分。因此，由恒定粘度在淬火时形成的压缩回火应力的一般表达式可表示为：其中，αs是固体形式的玻璃的CTE，αL是液体形式的玻璃的CTE，T软化是软化点温度，T应变是应变点温度，并且常数Ψ是被称为“回火率参数”的材料性质，其表示如果在淬火时表面冻住可形成的最大热应变。最大热应变可通过根据温度变化的热膨胀的两步积分和一般的玻璃性质来粗略估算。热膨胀系数(CTE)假定从室温到应变点是常数，并且接着从应变点到软化点也是常数。考虑到这一点，并且假定室温接近于0℃，更一般的“回火率参数”可表示为：其中E的单位为GPa，温度以℃为单位给出，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃组合物，其包含：/n60-72摩尔％SiO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170824 US 62/549,5071.一种玻璃组合物，其包含：
60-72摩尔％SiO2
大于0摩尔％Al2O3
大于0摩尔％MgO
大于0摩尔％CaO
6-16摩尔％Na2O+K2O
0-16摩尔％Na2O
0-16摩尔％K2O
以及B2O3或ZnO中的一种或多种，其中：
当存在B2O3时，B2O3占1-10摩尔％；并且
当存在ZnO时，ZnO占3-8摩尔％。


2.如权利要求1所述的玻璃组合物，其包含>0-10摩尔％MgO。


3.如权利要求1或权利要求2所述的玻璃组合物，其包含>0-12摩尔％Al2O3。


4.如权利要求1-3中任一项所述的玻璃组合物，其包含>0-15摩尔％CaO。


5.如权利要求1-4中任一项所述的玻璃组合物，其包含8-16摩尔％Na2O+K2O。


6.如权利要求1-5中任一项所述的玻璃组合物，其包含>0-15摩尔％Na2O。


7.如权利要求1-6中任一项所述的玻璃组合物，其包含1.5-8摩尔％B2O3并且不含ZnO。


8.如权利要求1-7中任一项所述的玻璃组合物，其包含3-8摩尔％ZnO并且不含B2O3。


9.如权利要求1-8中任一项所述的玻璃组合物，其中，玻璃组合物具有在25℃下测得的低温热膨胀系数(LTCTE)和在300℃下测得的高温热膨胀系数(HTCTE)，并且其中，LTCTE和HTCTE的和为35x10-7/℃或更大。


10.如权利要求9所述的玻璃组合物，其中，LTCTE和HTCTE的和为37x10-7/℃或更大。


11.如权利要求9所述的玻璃组合物，其中，LTCTE和HTCTE的和为40x10-7/℃或更大。


12.如权利要求1-11中任一项所述的玻璃组合物，其中，玻璃组合物具有回火率ψ，并且所述回火率ψ等于或大于0.80。


13.如权利要求12所述的玻璃组合物，其中，回火率ψ等于或大于0.85。


14.如权利要求12所述的玻璃组合物，其中，回火率ψ等于或大于0.90。


15.如权利要求1所述的玻璃组合物，其包含：
60-65摩尔％SiO2
5-10摩尔％Al2O3
3-10摩尔％MgO
5-15摩尔％CaO
8-15摩尔％Na2O+K2O
0-15摩尔％Na2O
0-15摩尔％K2O
1.5-6摩尔％B2O3；并且
其中，玻璃组合物具有在25℃下测得的低温热膨胀系数(LTCTE)和在300℃下测得的高温热膨胀系数(HTCTE)，并且其中，LTCTE和HTCTE的和为35x10-7/℃或更大；并且
所述玻璃组合物具有回火率ψ，且所述回火率ψ等于或大于0.80。


16.如权利要求15所述的玻璃组合物，其中，LTCTE和HTCTE的和为40x10-7/℃或更大。


17.如权利要求15或权利要求16所述的玻璃组合物，其中，回火率ψ等于或大于0.90。


18.如权利要求1所述的玻璃组合物，其包含：
65-72摩尔％SiO2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·M·格罗斯，P·J·莱齐，J·吴，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US