CN110713352A - 化学强化玻璃的制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一实施方式，一种化学强化玻璃的制造方法，包括：涂覆步骤，在玻璃的表面涂覆包含规定离子的物质，以及热处理步骤，将所述玻璃投入到强化炉中进行加热。所述强化炉包括一个以上的频率发生器，所述频率发生器在所述热处理步骤中加热所述玻璃期间发生规定范围的频率，所述频率的范围预先设定，使得所述玻璃的强化深度(DOL)以及压应力(CS)分别形成为规定数值以上。

Description

化学强化玻璃的制造方法
技术领域
本发明涉及一种化学强化玻璃的制造方法。
背景技术
强化玻璃是在普通玻璃的表面形成压应力而制造的玻璃，与普通玻璃相比具有优异的机械强度，如弯曲强度和抗冲击性等。这种强化玻璃被用于多种技术及工业领域。
强化玻璃的制造方法有物理强化普通玻璃的方法和化学强化的方法等。
首先，物理强化方法是通过在高温(软化点以上的温度)加热普通玻璃并将其再次冷却，在玻璃的表面形成压应力的方法。然而，根据该方法，尤其是在薄玻璃(厚度3mm以下)的情况下，在高温下加热玻璃的过程中会发生玻璃的弯曲现象，因此在强化玻璃方面会有困难。另外，由于该方法利用高温热量，因此存在能源消耗多的问题。
相反，化学强化方法是指将普通玻璃在碱性盐水溶液中暴露数小时，使包含在普通玻璃中的碱离子被包含在碱性盐水溶液中的其他碱离子取代，从而在普通玻璃的表面形成压应力的方法。这种化学强化方法与物理强化方法不同，可在低温(软化点以下的温度)下强化普通玻璃。由于几乎不产生玻璃的弯曲现象且能源消耗少，因此该方法被广泛应用于该领域。
然而，这种化学强化方法为了在玻璃表面进行妥善的离子取代，玻璃需要长时间暴露在碱性盐水溶液中，因此可能会导致制造工序变长并降低生产性。
在此，本发明的发明人(们)将通过本说明书，提出一种化学强化玻璃的制造方法，该方法通过化学性的强化普通玻璃以提高离子取代的反应速率，从而增加强化玻璃的生产效率。
在先技术文献
专利文献1：韩国授权专利第10-1061659号(2011.8.26)
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种提高玻璃的化学强化速率以提高强化玻璃的生产效率的化学强化玻璃的制造方法。
用于解决问题的手段
为实现上述目的的本发明的代表性结构如下。
根据本发明的一实施方式，一种化学强化玻璃的制造方法，包括：涂覆步骤，在玻璃的表面涂覆包含规定离子的物质，以及热处理步骤，将所述玻璃投入到强化炉中进行加热。所述强化炉包括一个以上的频率发生器，所述频率发生器在所述热处理步骤中加热所述玻璃期间发生规定范围的频率，所述频率的范围预先设定，使得所述玻璃的强化深度(DOL)以及压应力(CS)分别形成为规定数值以上。
发明效果
根据本发明，可以提供提高强化玻璃的生产效率的化学强化玻璃的制造方法。
附图说明
图1是示出根据本发明的一实施例的化学强化玻璃的制造方法的流程图。
图2是示出用于根据本发明的一实施例的化学强化玻璃的制造方法的强化炉的内部构造的图。
图3A和图3B是示出在根据本发明的一实施例的化学强化玻璃的制造方法中，根据频率范围的变化的玻璃的机械强度的变化的曲线图。
附图标记说明
10：玻璃
20：传送装置
100：强化炉
110：频率发生器
具体实施方式
后述的对于本发明的详细说明，将参照示出可实施本发明的特定实施例为示例的附图。将充分详细说明这种实施例，以使本领域技术人员能够充分实施本发明。应理解，本发明的各种实施例虽然彼此不同，但不必相互排斥。例如，本说明书中记载的特定形状、构造及特性在不脱离本发明的精神及范围的前提下，可从一实施例变更为另一实施例来实现。另外，应理解，各个实施例内的个别构成要素的位置或配置在不脱离本发明的精神及范围的前提下，也可以进行变更。因此，后述的详细说明并不旨在以限制的含义进行实施，并且本发明的范围应被解释为包括权利要求书的权利要求所要保护的范围及与其等同的所有范围。附图中，类似的附图标记在多个实施方式中表示相同或类似的构成要素。
下面，将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，以使本发明所属技术领域的普通技术人员易于实施本发明。
本发明的优选实施例
图1是示出根据本发明的一实施例的化学强化玻璃的制造方法的流程图。
将参照图1进行说明。在根据本实施例的化学强化玻璃的制造方法中，可以按顺序执行投入步骤S100、预热步骤S200、第一次涂覆步骤S300、第二次涂覆步骤S400、热处理步骤S500及缓冷步骤S600，随后，可以执行附加工序S700至S1000等。
首先，投入步骤S100可以为通过传送装置将普通玻璃投入至预热装置的步骤。传送装置可以形成为例如，自动化机械装置夹持普通玻璃并投入至传送带的构造。然而，这种投入步骤S100并非是包括本发明的技术特征的步骤，当然也可以通过其他已知的投入方法将普通玻璃投入到预热装置中。一方面，传送装置不仅能够将普通玻璃投入到预热装置中，还能够在一个步骤之后将普通玻璃按顺序移动至下一个步骤，使得普通玻璃经过后述的多个步骤而被强化。
接下来，可以执行预热步骤S200。预热步骤S200指的是，对投入到预热装置中的普通玻璃进行预热的步骤。具体而言，预热装置包括能够加热普通玻璃的加热器，加热器能够以100℃至120℃的温度加热普通玻璃，由此，普通玻璃的表面温度能够上升至100℃。然而，在这种预热步骤中，由于普通玻璃的局部表面温度上升，即便一张玻璃中的不同部位，膨胀力也会有所不同，有可能降低玻璃的特性。因此，在执行预热步骤S200时，优选地，根据玻璃产品的尺寸、形状、厚度等适当地考虑普通玻璃中施加预热的范围、预热的温度、预热的时间等。
接下来，可以执行第一次涂覆步骤S300。第一次涂覆步骤S300指的是，在预热的普通玻璃的表面涂覆包含规定离子的第一物质的步骤。在普通玻璃的表面涂覆第一物质时，普通玻璃的表面会发生普通玻璃所包含的钠离子(Na+)被规定的离子取代的化学反应，其中，规定的离子可以是离子半径大于钠离子(Na+)的离子。本实施例中，规定的离子可以是钾离子(K+)。
更具体而言，在每100ml水(H2O)中溶解20g至50g的硝酸钾(KNO3)以制备第一物质，将第一物质的温度形成为70℃，并以一定比例涂覆在普通玻璃的整个表面，从而能够完成第一次涂覆步骤S300。然而，第一物质可以是粘性弱的液态，将第一物质涂覆到玻璃的表面时，第一物质能够沿着玻璃的表面从上部流动至下部，在玻璃的表面无法妥善地进行钠离子(Na+)和钾离子(K+)的离子取代。
在本实施例中，为弥补这种问题，可以对涂覆有第一物质的玻璃执行第二次涂覆步骤S400，该第二次涂覆步骤S400是涂覆在第一物质中进一步添加氧化锌(ZnO)的第二物质的步骤。众所周知，包含在第二物质中的氧化锌(ZnO)在玻璃的化学强化工艺中不仅能够提高离子取代的效率，还能够提高液态物质的粘性。具体而言，在每100ml水(H2O)中混合20g至50g的硝酸钾(KNO3)及20g至50g的氧化锌(ZnO)以制备第二物质，并将第二物质的温度形成为70℃，并且能够以一定厚度涂覆在玻璃的整个表面。其中，由于第二物质包含氧化锌(ZnO)，可以以粘性大的糊状涂覆到玻璃，由此可确保在玻璃的表面妥善进行离子取代的化学反应时间。
然而，在上述第一次涂覆步骤及第二次涂覆步骤中，包含于第一物质和第二物质的成分及其混合比是为说明本实施例而例示的，但本发明并不限定于此。另外，第一物质及第二物质中，可以进一步包含除硝酸钾(KNO3)及/或氧化锌(ZnO)以外的成分，上述成分的混合比仍可以进行多种变更。另外，取代钠离子(Na+)的离子也并不限定于钾离子(K+)，可以变更为能够取代钠离子(Na+)且离子半径大于钠离子(Na+)的其他已知的离子。
图2是示出用于根据本发明的一实施例的化学强化玻璃的制造方法的强化炉的内部构造的图。
根据本发明的一实施例，在普通玻璃的表面涂覆包含硝酸钾(KNO3)的第一物质及第二物质之后，可以执行将玻璃投入到强化炉中进行加热的热处理步骤S500。
其中，强化炉100可以构成为，能够同时加热普通玻璃的两面(可以指原玻璃中表面积大的两个面)的所谓多类型强化炉的结构。具体而言，强化炉100的内部形成有玻璃10通过传送装置20而移动的路径，强化炉100可以形成为沿着平行于玻璃10传送方向的方向延长并包裹玻璃10的两面的形状。
另外，强化炉100的内侧形成有加热装置(未图示)，加热装置以相同的温度加热玻璃10的两面，使得玻璃10的一面与相反面的表面温度相同或使表面温度差距减小。强化炉100内部的温度可以通过控制加热装置来保持预设的温度，优选地，强化炉100内部的温度保持在420℃至500℃。假如，强化炉100内部的温度为420℃以下时，可能无法确保预先设计的强化玻璃的机械强度，相反，强化炉100内部的温度为500℃以上时，强化玻璃的强化层可能消失或玻璃的形状可能变形。另外，在热处理步骤S500中，优选地，玻璃被加热10分钟至30分钟。假如，热处理步骤S500的工序时间为10分钟以下时，可能不会形成预先设计的强化玻璃的强化深度(DOL)和压应力(CS)，相反，工序时间为30分钟以上时，化学强化玻璃的生产效率可能会降低。
如图2所示，强化炉100内部设置有发生规定范围的频率的频率发生器110。在强化炉内部加热玻璃期间，频率发生器110发生规定范围的频率，由此，可以急剧增加发生在玻璃表面的离子取代现象的反应速率。具体而言，当涂覆有第一物质及第二物质的玻璃10通过传送装置20投入到强化炉100时，如上所述，通过强化炉100内部的加热装置，玻璃10的两面被加热，且玻璃10的表面温度上升。例如，频率发生器110可以在强化炉100的两侧内侧面分别沿着垂直方向以适当隔开的方式安装有三个，在加热玻璃期间，能够发生7kHz至21kHz范围的频率。然而，上述频率发生器的形状与配置构造可以根据强化炉的构造、投入到强化炉的玻璃的尺寸等进行多种变更。
以下，在根据本实施例的化学强化玻璃的制造方法中，将详细说明在强化炉内部加热玻璃的同时发生特定范围的频率对强化玻璃的机械强度产生何种影响。
图3A和图3B是示出在根据本发明的一实施例的化学强化玻璃的制造方法中，根据频率范围的变化的玻璃的机械强度的变化的曲线图。
在图3A和图3B所示的实验例中，表示化学强化玻璃的机械强度的指标可以是强化玻璃的强化深度(Depth Of Layer，DOL)与形成在玻璃表面的压应力(CompressiveStress，CS)。在下面的实验例中，设定当强化深度(DOL)为19μm以上且压应力(CS)为800Mpa以上时，实现强化玻璃的充分的机械强度。另外，在该实验例中，作为不同的实验条件，将强化炉的强化温度设定为450℃，频率发生时间设定为20分钟。
首先，参照图3A能够观察到，强化深度(DOL)在频率范围为0kHz至7kHz的区间急剧增加。
接下来能够观察到，在频率范围为7kHz至21kHz的区间中，强化深度(DOL)已达到目标值19μm以上，基于频率范围的变化的强化深度(DOL)的变化幅度显著减少。
最后能够观察到，在频率范围为21kHz以上的区间中，频率范围越高强化深度(DOL)反而减少的现象。
接下来，参照图3B能够观察到，与强化深度(DOL)相同，压应力(CS)在频率范围为0kHz至7kHz的区间中，也急剧增加。
接下来能够观察到，频率范围为7kHz至21kHz的区间中，压应力(CS)达到目标数值800Mpa以上。另外能够观察到，在该频率范围中，基于频率范围的变化的压应力(CS)的变化幅度显著减少。
最后能够观察到，频率为21kHz以上的区间中，压应力(CS)随频率增加而大致减少的现象(然而，50kHz至10kHz区间中压应力(CS)短暂性增加。)。
分析上述实验结果可知，在图3A和图3B所示的实验例中，频率范围为7kHz至21kHz的区间是唯一的达到作为目标数值的强化深度(DOL)19μm以上和压应力(CS)800Mpa以上的区间，以这种区间的最小及最大频率为界线，强化玻璃的机械强度急剧变化，在其他频率范围中，机械强度未能达到目标数值。
因此，通过上述实验的结果，可以得出结论，利用7kHz至21kHz范围的频率时，对提高强化玻璃的机械强度具有显著效果。
根据本发明一实施例的化学强化玻璃的制造方法，在热处理步骤S500之后可执行降低已被加热的玻璃的温度的缓冷步骤S600。在缓冷步骤S600中，可向玻璃喷射空气或将玻璃暴露在自然风中，以降低温度。
接下来，可以执行清洗步骤S700。在清洗步骤S700中，可向玻璃喷射蒸馏水等，以清除残留在玻璃表面的第一物质及第二物质。
接下来，可以执行干燥步骤S800，在该步骤中，可以向强化玻璃喷射空气，以去除产品表面的水分。
接下来，可以进一步执行可在化学强化玻璃的制造过程中执行的附加工序，如搬出强化玻璃的搬出步骤S900及检测强化玻璃的不良的验收步骤S1000等。
以上，通过如具体的构成要素等的特定事项及有限实施例及附图说明本发明，但仅仅是为了更加有助于全面理解本发明，本发明并不限定于所述实施例，本发明所属领域的普通技术人员可通过上述记载实施各种修改及变更。
因此，本发明的思想不应局限于上述说明的实施例，权利要求以及与该权利要求等同或由此等价变更的所有范围都应属于本发明的思想范畴。

Claims (9)

1.一种化学强化玻璃的制造方法，其特征在于，包括：
涂覆步骤，在玻璃的表面涂覆包含规定离子的物质，以及
热处理步骤，将所述玻璃投入到强化炉中进行加热；
在所述热处理步骤中，所述玻璃在所述强化炉中加热10分钟至30分钟；
所述强化炉包括一个以上的频率发生器；
所述频率发生器，在所述热处理步骤中加热所述玻璃的期间发生规定范围的频率；
所述频率的范围预先设定为，使得所述玻璃的强化深度在19μm以上，压应力在800Mpa以上；
所述频率的范围为7kHz至2kHz。
2.根据权利要求1所述的化学强化玻璃的制造方法，其特征在于，
所述规定的离子是钾离子。
3.根据权利要求2所述的化学强化玻璃的制造方法，其特征在于，
所述涂覆步骤包括：
第一次涂覆步骤，将每100mL的水中包含20g至50g硝酸钾的第一物质涂覆到所述玻璃的表面，以及
第二次涂覆步骤，将每100mL的水中包含20g至50g硝酸钾以及20g至50g氧化锌的第二物质涂覆到所述玻璃的表面。
4.根据权利要求3所述的化学强化玻璃的制造方法，其特征在于，
在所述第一次涂覆步骤及所述第二次涂覆步骤中，涂覆到所述玻璃的表面的所述第一物质及所述第二物质的温度为70℃。
5.根据权利要求1所述的化学强化玻璃的制造方法，其特征在于，
在所述涂覆步骤之前，进一步包括预热所述玻璃的预热步骤。
6.根据权利要求5所述的化学强化玻璃的制造方法，其特征在于，
在所述预热步骤中，预热温度为100℃至120℃。
7.根据权利要求1所述的化学强化玻璃的制造方法，其特征在于，
在所述热处理步骤之后，进一步包括：
冷却所述玻璃的缓冷步骤，
清洗经冷却的所述玻璃的清洗步骤，
干燥经清洗的所述玻璃的干燥步骤，
搬出经干燥的所述玻璃的搬出步骤，以及
检测已搬出的所述玻璃的验收步骤。
8.根据权利要求1所述的化学强化玻璃的制造方法，其特征在于，
在所述热处理步骤中，所述强化炉的内部温度为420℃至500℃。
9.根据权利要求1所述的化学强化玻璃的制造方法，其特征在于，
所述强化炉是同时加热所述玻璃的两面的多类型强化炉。
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