玻璃化学增韧用设备和利用其对玻璃进行化学增韧的方法

摘要

本发明提供了一种玻璃化学增韧用设备和一种利用所述设备对玻璃进行化学增韧的方法，所述设备能够通过经由离子交换对玻璃表面引发压缩应力来对玻璃的表面进行增韧。所述设备包括：化学增韧浴，对玻璃进行化学增韧；传送部件，将玻璃从化学增韧浴的上游通过化学增韧浴传送到化学增韧浴的下游；以及微波发生器，设置在化学增韧浴上方，微波发生器将微波辐射到玻璃。

说明书

本申请要求于2012年11月1日提交的第10-2012-0122795号韩国专利 申请的优先权，这里出于所有目的通过引用并入上述专利申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及一种玻璃化学增韧用设备和一种利用该设备对玻璃进行化学 增韧的方法，更具体地讲，涉及这样一种玻璃化学增韧用设备和一种利用该 设备的方法，所述设备能够通过经由离子交换而在玻璃表面上引发压缩应力 来对玻璃的表面进行增韧。

背景技术

玻璃材料的使用在各种工业领域（例如，用于光伏电池或者诸如薄膜晶 体管液晶显示器（TFT-LCD）、等离子体显示面板（PDP）和有机电致发光 （OEL）装置的平板显示器的盖以及用于各种移动电子器件的盖）中剧增。 因此，需要玻璃材料具有轻的且薄的性质。

然而，玻璃材料的轻的且薄的性质因玻璃的脆性而导致可靠性问题。因 此，为了实现玻璃的可靠性，正在对各种增强方法进行研究。

玻璃增强方法通常包括热增强（回火）和化学增韧（增韧）。

热增强是通过经由将玻璃表面加热到高温然后快速冷却对玻璃的表面引 发压缩应力来增强一块玻璃的方法。然而，热增强具有如下问题：由于玻璃 的快速冷却，热未在玻璃的整个区域上均匀地传递，由此导致增强的玻璃的 强度局部不均匀。另外，在增强后，玻璃的曲度和透光度减小，并且折射率 变得不均匀。此外，热增强还具有不适用于厚度为2.5mm或更小的层压玻璃 的问题。

化学增韧是通过经由将存在于玻璃内部的具有小的离子半径的碱离子 （通常为Na离子）与具有较大的离子半径的碱离子（通常为K离子）进行 交换对玻璃的表面引发压缩应力来对一块玻璃进行增韧的方法。这样的化学 增韧是能够有用地应用于一块具有复杂形状的玻璃或厚度为2mm或更小的 层压玻璃的方法。

然而，由于离子交换效率、离子交换时间、增韧成本等的问题，这样的 化学增韧在实践上不应用于批量生产。

提供本发明部分的背景技术中公开的信息只是为了更好地理解本发明的 背景，并且该信息不应该被当作承认或者以任何形式暗示此信息形成本领域 技术人员将已经知道的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面提供了一种玻璃化学增韧用设备和一种利用所述设备 对玻璃进行化学增韧的方法，所述设备能够提高玻璃的化学增韧的效率。

在本发明的一方面，提供了一种用于在连续传送玻璃的同时对玻璃进行 化学增韧的设备。所述设备包括：化学增韧浴，对玻璃进行化学增韧；传送 部件，将玻璃从化学增韧浴的上游通过化学增韧浴传送到化学增韧浴的下游； 以及微波发生器，设置在化学增韧浴上方，微波发生器将微波辐射到玻璃。

在本发明的另一方面，提供了一种利用玻璃化学增韧用设备对玻璃进行 化学增韧的方法，所述设备包括化学增韧浴和微波发生器。所述方法包括： 将玻璃从化学增韧浴的上游通过化学增韧浴连续地传送到化学增韧浴的下 游；以及利用将微波辐射到玻璃的微波发生器对传送到化学增韧浴的玻璃进 行化学增韧。

根据本发明的实施例，因为微波发生器增加了与玻璃的离子交换，所以 能够改善玻璃的化学增韧效率。

另外，通过增大玻璃的离子交换深度能够提高被增韧的玻璃的强度，并 且能够提高对重大破坏的可靠性。

此外，因为反射部件在玻璃的整个区域上建立均匀的电场，所以在玻璃 的整个区域上能够进行均匀的离子交换反应。

另外，因为反射部件抑制由相应的微波发生器产生的微波之间的干扰， 所以能够限制玻璃中的局部电场浓度。

本发明的方法和设备具有其它特征和优点，将根据附图清楚或者在附图 中更详细地阐明这些特征和优点，附图被合并于此并且在后面的本发明的具 体实施方式中附图一起用于说明本发明的某些原理。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的玻璃化学增韧用设备的横截面的概念 图；

图2是示出根据微波功率的硝酸钾溶液的温度升高速率的曲线图；

图3是示出微波对离子交换深度的作用的曲线图；

图4是根据本发明实施例的玻璃化学增韧用设备的概念俯视图；

图5是根据本发明实施例的玻璃化学增韧用设备的概念剖视图；

图6是各个第四反射部件的概念图；

图7是示出当反射部件围绕一排微波发生器的四侧设置时通过模拟由于 微波辐射而施加到玻璃的电场分布和温度分布所测量的电场分布分析(a)和温 度分布分析(b)的照片；

图8是示出当反射部件围绕两排微波发生器的四侧设置且设置在这两排 微波发生器之间时通过模拟由于微波辐射而施加到玻璃的电场分布和温度分 布所测量的电场分布分析(a)和温度分布分析(b)的照片；

图9是示意性地示出根据本发明的另一实施例的对玻璃进行化学增韧的 方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考根据本发明的玻璃化学增韧用设备和利用该设备对玻璃 进行化学增韧的方法，在附图中示出并且以下描述了本发明的实施例，使得 本发明所涉及领域的普通技术人员可以容易地实施本发明。

在整个这个文件中，应该参照附图，在不同附图中使用相同的参考数字 和符号来指明相同或类似的组件。在下面对本发明的描述中，当对合并于此 的已知功能和组件的详细描述可能使本发明的主题不清楚时将会将其省去。

在下文中，将纵向方向定义为传送基底的方向，并将横向方向定义为与 传送基底的方向交叉的方向。

图1是示出根据本发明实施例的玻璃化学增韧用设备的横截面的概念 图。

参照图1，本发明的对连续加载到其中的玻璃进行化学增韧的设备包括 化学增韧浴100、传送部件200和微波发生器300。

化学增韧浴100是对玻璃进行化学增韧的反应发生的反应浴。优选的是， 化学增韧浴100是通过将待增韧的玻璃浸入到硝酸钾溶液中且使玻璃的Na 离子与来自硝酸钾溶液的K离子进行交换而发生化学增韧反应的反应浴。化 学增韧浴100可以通过加热器（未示出）来加热，并且可以在玻璃被进行化 学增韧的同时保持均匀的温度。

传送部件200通过化学增韧浴100将玻璃从化学增韧浴100的上游传送 到化学增韧浴100的下游。

由于传送部件200通过化学增韧浴100连续地传送玻璃，所以可以提高 化学增韧的产率。

微波发生器300设置在化学增韧浴100上方，并将微波辐射到玻璃。

微波发生器300可以产生范围为0.98GHz至6.0GHz且优选地为2.4GHz 至5.8GHz的微波。

当微波发生器300将微波辐射到玻璃时，玻璃的组成中的碱离子成分 （Na-O）响应于微波而振动，由此使玻璃的分子间键合结构略微地松动并产 生热。另外，当通过硝酸钾溶液对玻璃进行化学增韧时，硝酸钾溶液中的碱 离子（K⁺）响应于微波而振动，由此提高硝酸钾溶液的离子活性并产生热。 由于此现象，促进了玻璃的离子交换反应，由此缩短玻璃的化学增韧时间。 图2是示出根据微波功率的硝酸钾溶液的温度升高速率的曲线图。参照图2， 可以了解到，硝酸钾溶液或离子交换盐的温度升高速率与微波功率成比例增 加。即，通过将微波施加到硝酸钾溶液能够提高硝酸钾溶液的离子交换活性。

通过微波辐射还能够增加玻璃的离子交换深度。例如，当将钠钙硅酸盐 玻璃浸入到500℃的硝酸钾溶液中并随后用微波辐射30分钟时，钠钙硅酸盐 玻璃具有400MPa的压缩应力和范围为9.8μm至10.5μm的离子增韧深度。当 将碱铝硅酸盐玻璃浸入到500℃的硝酸钾溶液中并随后用微波辐射30分钟 时，碱铝硅酸盐玻璃具有710MPa的压缩应力和范围为30.6μm至33.8μm的 离子增韧深度。与未辐射微波的现有技术的情况相比，这些离子增韧深度增 加了大约20%。这还可以根据图3了解到，其中，图3是示出微波对离子交 换深度的作用的曲线图。

根据本发明的实施例，微波发生器300与玻璃之间的距离①可以为nλ。 这里，n是整数，λ是由微波发生器300产生的微波的波长。优选的是，n是 范围为1至20的整数。因为微波发生器300与玻璃之间的距离为nλ，所以 通过微波能够使玻璃的离子交换效率最大化。

图4和图5是根据本发明实施例的玻璃化学增韧用设备的概念俯视图和 剖视图。

参照图4和图5，根据本发明实施例的玻璃化学增韧用设备还可以包括 将由微波发生器300产生的微波反射到玻璃的反射部件400。

反射部件400将由微波发生器300产生的微波反射到玻璃，从而微波被 多重散射。因此，这在玻璃的整个区域上形成均匀的电场，从而在玻璃的整 个区域上发生均匀的离子交换反应。另外，能够在不影响玻璃的情况下防止 由微波发生器300产生的微波被化学增韧浴吸收，由此提高了微波发生器300 的能量效率。反射部件400可以由可反射微波的导电金属（不锈钢）制成。

当本发明的玻璃化学增韧用设备包括多个微波发生器300时，反射部件 400可以在微波发生器300之间进行分隔，使得至少一个发生器位于每个区 中。

反射部件400包括设置在玻璃上方的第一反射部分411和412。第一反 射部分411和412在沿纵向方向彼此隔开的微波发生器311、321和331之间 进行分隔。

在这种情况下，优选的是，每个微波发生器（311、321、331）和每个第 一反射部分（411、412）之间的距离②为2λ，从而有效地防止由微波发生器 311、321和331产生的微波之间的干扰。

第一反射体411和412可以构造为使得它们沿横向方向延伸。

另外，当设置多排微波发生器时，第一反射部分411和412可以在成排 的微波发生器之间分隔。这里，每排微波发生器意图沿横向方向形成。形成 在成排的微波发生器之间的每个第一反射部分（411、412）阻止由成排的微 波发生器产生的微波的相互干扰，由此防止电场集中在玻璃的局部区域上。

另外，反射部件400包括第二反射部分421和422，第二反射部分421 和422在沿横向方向彼此隔开的微波发生器311、312、313和314之间进行 分隔。

另外，当设置至少一排微波发生器300时，第二反射部分421和422可 以设置到这排微波发生器300的左侧和/或右侧。在这种情况下，优选的是， 微波发生器（311、314）与每个第二反射部分（421、422）之间的距离③为 2λ或更小。另外，优选的是，设置在一排中的微波发生器311、312、313和 314之间的距离④为2λ。

第二反射部分421和422可以被构造为使得它们沿纵向方向延伸。

另外，反射部件400还可以包括设置在玻璃上方和/或下方的第三反射部 分431和432，从而其每个主平面面对玻璃的主平面。因为第三反射部分431 和432设置在玻璃上方和/或下方，所以能够更有效地将由微波发生器300产 生的微波反射到玻璃。

当第三反射部分431和432设置在玻璃下方时，玻璃与每个第三反射部 分（431、432）之间的距离⑤为λ。

另外，反射部件400还可以包括设置在玻璃下方的位于与第一反射部分 411和412对应的位置处的第四反射部分441和442。

第四反射部分441和442设置在用于对玻璃进行化学增韧的溶液（优选 地为硝酸钾溶液）中，第四反射部分441和442中的每个可以具有多个孔， 以促进溶液的对流。孔的直径优选地为3mm或更小。图6是每个第四反射部 分的概念图。

图7是示出当反射部件400围绕一排微波发生器300的四侧设置时通过 模拟由于微波辐射而施加到玻璃的电场分布和温度分布所测量的电场分布分 析(a)和温度分布分析(b)的照片。参照图7，当反射部件400围绕一排微波发 生器300的四侧设置时，在玻璃的包括角的整个区域上形成均匀的电场。由 此，可以了解到，玻璃的整个区域被均匀地加热。这指示了当由微波发生器 产生的微波被反射部件多重散射时的效果。

图8是示出当反射部件400围绕两排微波发生器300的四侧设置且设置 在这两排微波发生器之间时通过模拟由于微波辐射而施加到玻璃的电场分布 和温度分布所测量的电场分布分析(a)和温度分布分析(b)的照片。参照图8， 可以了解到，当两排微波发生器300在玻璃上辐射微波时，反射部件400阻 止了由成排的微波发生器产生的微波之间的干扰。因此，产生与微波发生器 设置在一排中的情况相同的电场分布和温度分布。

图9是示意性地示出根据本发明的另一实施例的对玻璃进行化学增韧的 方法的流程图。

参照图9，本发明提供了一种利用包括化学增韧浴和微波发生器的玻璃 化学增韧用设备对玻璃进行化学增韧的方法。该方法包括：传送步骤S100， 通过化学增韧浴将玻璃从化学增韧浴的上游连续地传送到化学增韧浴的下 游；以及化学增韧步骤S200，通过利用来自微波发生器的微波对传送到化学 增韧浴中的玻璃进行辐射来对玻璃进行化学增韧。

这里，优选的是，微波发生器与正在进行化学增韧的玻璃之间的距离为 nλ。

另外，玻璃化学增韧用设备还可以包括反射部件，在化学增韧步骤S200， 反射部件将由微波发生器产生的微波反射到正在进行化学增韧的玻璃。

当玻璃化学增韧用设备包括多个微波发生器时，反射部件可以包括设置 在正在进行化学增韧的玻璃上方的第一反射部分。第一反射部分在沿纵向方 向彼此隔开的微波发生器之间进行分隔。在化学增韧步骤S200，第一反射部 分抑制由沿纵向方向彼此隔开的微波发生器产生的微波的干扰。优选的是， 每个微波发生器与相邻的第一反射部分之间的距离为2λ。

另外，当玻璃化学增韧用设备包括多个微波发生器时，反射部件可以包 括第二反射部分，第二反射部分在沿横向方向彼此隔开的微波发生器之间进 行分隔。在化学增韧步骤S200，第二反射部分抑制由沿横向方向彼此隔开的 微波发生器产生的微波的干扰。具体地讲，当微波发生器设置成至少一排时， 第二反射部分可以设置到这排微波发生器的左侧和/或右侧，从而反射否则将 被吸收到玻璃化学增韧用设备的侧表面的微波，由此提高微波发生器的能量 效率。在这种情况下，优选的是，每个微波发生器与相邻的第二反射部分之 间的距离为2λ或更小，并且每排的微波发生器之间的距离为2λ。

另外，反射部件可以包括设置在正在进行化学增韧的玻璃上方和/或下方 的第三反射部分，从而每个第三反射部分的主平面面对玻璃的主平面。在化 学增韧步骤S200，第三反射部分将由微波发生器辐射的微波反射到正在进行 化学增韧的玻璃的上表面和下表面中的至少一个表面。优选的是，第三反射 部分设置在正在进行化学增韧的玻璃下方，并且正在进行化学增韧的玻璃与 第三反射部分之间的距离为λ。

另外，反射部件可以包括设置在玻璃下方的位于与第一反射部分对应的 位置处的第四反射部分。在化学增韧步骤S200，第四反射部分抑制由沿纵向 方向彼此隔开的微波发生器辐射的微波之间的干扰。

已经针对附图给出了以上对本发明的特定示例性实施例的描述。这些描 述不意图是详尽的或者不意图将本发明局限于所公开的精确形式，并且显而 易见地，依据以上教导，对于本领域的普通技术人员来说，许多修改形式和 变形形式是可能的。

因此，本发明的范围不意图限于以上的实施例，而是由所附的权利要求 书及其等同物限定。