專利名稱：玻璃鋼化方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼化玻璃的方法和一種用于鋼化玻璃的裝置，更具體而言，涉及一種鋼化玻璃的方法和一種用于鋼化玻璃的裝置，其中使用加熱器并且產(chǎn)生高頻。
背景技術(shù)：
玻璃材料在多種工業(yè)領(lǐng)域中的使用迅速增加，包括光電電池蓋；平板顯示器，諸如薄膜晶體管_液晶顯示器(TFT-IXDs)、有機(jī)電致發(fā)光(EL)顯示器；用于多種移動電子器 件的蓋；或類似領(lǐng)域。這樣的玻璃材料被要求具有輕的重量和纖薄的輪廓，而且由于玻璃材料具有大的脆性的特性，因此確保長壽命是必要的。為了確保玻璃的長壽命，正在進(jìn)行多種鋼化方法的研究。相關(guān)領(lǐng)域的玻璃鋼化技術(shù)包括化學(xué)鋼化和熱鋼化，在化學(xué)鋼化中，在玻璃片的表面和水溶液(熔鹽)之間交換離子，在熱鋼化中，玻璃片被熱處理。然而，化學(xué)鋼化具有的缺點在于就玻璃片和水溶液之間的離子交換需要的處理時間、玻璃片的尺寸、水溶液的再循環(huán)(污染和濃度控制)等來說，其使用價值是不能令人滿意的。另外，相關(guān)領(lǐng)域的熱鋼化包括在熱臥式爐中移動玻璃板的同時升溫之后的淬火。然而，由于玻璃在熱鋼化爐內(nèi)停留有限的時間并且玻璃片的溫度從其表面開始升高，所以使玻璃片的內(nèi)部的溫度和外部的溫度均勻的能力被限制。另外，玻璃片可被鋼化的最小厚度為3. 2t,這是有問題的。因此，為了克服前述問題，引進(jìn)用于促進(jìn)均勻加熱的空氣對流系統(tǒng)和新的淬火技術(shù)(水霧、控制壓縮空氣的流動速率等等)。另外，即使玻璃過熱，輸送方法的改進(jìn)(氣浮)防止玻璃變形(輥波、翹曲等等)。因此，獲得高于現(xiàn)有技術(shù)的淬火起始溫度的淬火起始溫度。然而，即使使用這樣的方法，玻璃片可被鋼化的最小厚度為2.8t。因此，這因此限制減少鋼化玻璃的重量和厚度的能力，這是有問題的。而且，不管鋼化技術(shù)的前述改進(jìn)，根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的使用對流和輻射的這樣的鋼化技術(shù)，玻璃片從其表面開始被加熱。因此，在淬火中可獲得玻璃片的內(nèi)部和外部之間的差異是有限的。特別地，外部的溫度高于內(nèi)部的溫度，這在實現(xiàn)用于玻璃片的鋼化的表面壓應(yīng)力中是不利的。在本發(fā)明的背景技術(shù)部分所公開的信息僅用于加強(qiáng)對本發(fā)明背景技術(shù)的理解，不應(yīng)被用作對該信息形成本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)或任何形式的暗示。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個方面提供一種玻璃片，該玻璃片在通過控制該玻璃的內(nèi)部的溫度和外部的溫度而被鋼化后具有大量形成應(yīng)力。在本發(fā)明的一個方面，提供一種鋼化玻璃的方法。所述方法包括使用加熱器和高頻發(fā)生器加熱玻璃片的加熱步驟和通過淬火冷卻所述玻璃片的冷卻步驟。在示例性實施例中，所述加熱步驟可包括使用第一加熱器加熱所述玻璃片的第一加熱步驟和使用第二加熱器和所述高頻發(fā)生器加熱由所述第一加熱器加熱的所述玻璃片的第二加熱步驟。在示例性實施例中，所述第一加熱步驟可在300°C至800°C范圍內(nèi)的表面溫度下加熱所述玻璃片，所述第二加熱步驟可在350°C至850°C范圍內(nèi)的表面溫度下加熱所述玻
璃片?！ぴ谑纠詫嵤├校谝言谒黾訜岵襟E中被加熱的所述玻璃片中，所述玻璃片的內(nèi)部的溫度可高于或等于所述玻璃片的外部的溫度。在示例性實施例中，所述玻璃片的厚度可為2. 8t或更小。在示例性實施例中，所述高頻發(fā)生器可產(chǎn)生0. 98GHz至6. OGHz范圍內(nèi)的高頻。優(yōu)選的是，所述高頻發(fā)生器產(chǎn)生2. 4GHz至5. 8GHz范圍內(nèi)的高頻。在示例性實施例中，所述冷卻步驟可包括使用空氣、水霧和冷卻輥將所述玻璃片淬火。在本發(fā)明的另一方面，提供用于鋼化玻璃的裝置。所述裝置包括用于輸送玻璃片的輸送單元；用于加熱所述玻璃片的加熱單元，所述加熱單元包括加熱器和高頻發(fā)生器；和用于將由所述加熱單元加熱的所述玻璃片淬火的冷卻單元。在示例性實施例中，所述加熱單元可包括用于使用第一加熱器加熱所述玻璃片的預(yù)加熱爐和用于使用第二加熱器和所述高頻發(fā)生器加熱所述玻璃片的主加熱爐。在示例性實施例中，所述輸送單元可包括用于在所述加熱單元中輸送所述玻璃片時向所述玻璃片的下表面提供氣墊的空氣供給器。根據(jù)本發(fā)明的實施例，能夠確保在所述玻璃片被加熱處理期間所述玻璃片的內(nèi)部溫度與外部溫度之間的差為正，使得已被鋼化后的所述玻璃片能實現(xiàn)大量的形成應(yīng)力，由此進(jìn)一步增強(qiáng)所述玻璃片的強(qiáng)度。本發(fā)明的所述方法和所述裝置所具有其它的特征和優(yōu)點將從附圖而顯而易見，或者在附圖中更加詳細(xì)地被闡明，這些附圖被合并于此，并且在本發(fā)明的下面的詳細(xì)描述中，這些附圖一起用于解釋本發(fā)明的某些原理。
圖I為描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的鋼化玻璃的方法的示意流程圖；圖2為描繪使用相關(guān)領(lǐng)域的加熱器加熱的玻璃片的內(nèi)部和外部之間的溫度差的圖表；圖3為描繪在所述玻璃片的外部溫度已達(dá)到預(yù)定溫度時玻璃片的內(nèi)部和外部的溫度變化的圖表；圖4為描繪在所述玻璃片被加熱使其內(nèi)部溫度和外部溫度變?yōu)?00°C后在不同高頻輸出下玻璃片的內(nèi)部和外部的溫度變化的圖表；圖5為描繪通過調(diào)整高頻輸出和操作而控制的玻璃片的內(nèi)部溫度和外部溫度的圖表；圖6為描繪高頻加熱后在不同初始溫度下玻璃片的內(nèi)部和外部之間的溫度差的圖表；圖I為描繪在玻璃片的不同厚度下玻璃片的內(nèi)部的溫度變化的圖表；圖8為描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于鋼化玻璃的裝置的示意結(jié)構(gòu)視圖；圖9為描繪作為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于鋼化玻璃的裝置的部件的加熱器的示意結(jié)構(gòu)視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參見根據(jù)本發(fā)明的鋼化玻璃的方法和用于鋼化玻璃的裝置，其各個實施例在附圖中被例示并在下面被描述，從而本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以容易地實施本發(fā)明。貫穿本文件，應(yīng)該參見附圖，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記和標(biāo)志在不同的附圖中始終指代相同或相似的部件。在本發(fā)明的下面描述中，合并于此的已知功能和部件的詳細(xì)描述在它們可能使本發(fā)明的主題不清楚時將被省略。圖I為描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的鋼化玻璃的方法的示意流程圖。參見圖1，根據(jù)本發(fā)明實施例的鋼化玻璃的方法可包括輸送步驟S110、加熱步驟S120和冷卻步驟S130。為了鋼化玻璃片，首先，在SI 10，待被鋼化的玻璃片被輸送至加熱單元。玻璃片可為具有2. 8t或更小的厚度的玻璃的薄板。隨后，在S120，使用加熱器和高頻發(fā)生器加熱被裝入加熱單元的玻璃片。加熱器通過由電阻產(chǎn)生熱以從玻璃片的外部向內(nèi)部加熱玻璃片，高頻發(fā)生器通過產(chǎn)生高頻使玻璃片內(nèi)部的離子振蕩來加熱玻璃片的內(nèi)部和外部二者。這里，高頻發(fā)生器產(chǎn)生0. 98GHz至6. OGHz范圍內(nèi)的高頻，優(yōu)選地，從2. 4GHz至
5.8GHz。正被加熱的玻璃片的內(nèi)部和外部之間的差異可通過調(diào)整加熱期間的環(huán)境溫度、高頻輸出、玻璃片的體積等等而被控制。優(yōu)選的是，玻璃片被加熱到玻璃片的內(nèi)部的溫度與玻璃片的外部的溫度相同或更高。通常，鋼化玻璃片指的是通過使玻璃片產(chǎn)生應(yīng)力以增加其機(jī)械強(qiáng)度的玻璃片。用下面的公式表示已被鋼化后的玻璃片中的形成應(yīng)力
(y Ji 2O- = ^-X-XA/'
卜I' 3其中，O為已被鋼化后的玻璃片的應(yīng)力，V為泊松比，a為熱膨脹系數(shù)，E為楊氏模量，AT ( ATw^ATs*)為玻璃片的內(nèi)部的溫度與玻璃片的外部的溫度之差。使用相關(guān)領(lǐng)域的加熱器加熱(ATms)為使用輻射/對流/傳導(dǎo)加熱中的一種類型，其中玻璃片的內(nèi)部和外部的溫度之間的差為負(fù)值。相比之下，淬火(具有的問題在于玻璃片的內(nèi)部的溫度和外部的溫度之間的差為正值，使得鋼化后可被獲得的應(yīng)力減少。因此，本發(fā)明使用加熱器和高頻發(fā)生器加熱玻璃片。使用加熱器加熱開始于玻璃片的外部(表面)，而使用高頻發(fā)生器加熱橫穿玻璃片的內(nèi)部和外部(體積)而被執(zhí)行。雖然使用加熱器和高頻發(fā)生器加熱玻璃片，但是加熱單元的溫度環(huán)境僅取決于加熱器的加熱溫度，使得加熱單元的溫度變?yōu)榈陀诓Ａ臏囟取Ｒ蚨?，這形成溫度梯度，其中由于玻璃片的表面通過空氣而被冷卻，所以玻璃片的表面的溫度低于玻璃片的內(nèi)部的溫度。由于玻璃片的內(nèi)部的溫度和外部的溫度之間的差A(yù) T■為正值，所以已被鋼化后的玻璃片可獲得大的形成應(yīng)力。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)玻璃片的強(qiáng)度是可能的。
用于被裝入加熱單元的玻璃片的加熱步驟可包括第一加熱步驟和第二加熱步驟，在第一加熱步驟中使用第一加熱器，在第二加熱步驟中使用第二加熱器和高頻發(fā)生器。由于玻璃片使用第一加熱器加熱，并隨后使用第二加熱器和高頻發(fā)生器而被加熱，所以由高頻加熱增加玻璃片的內(nèi)部的溫度是可能的，同時減少在通過高頻加熱玻璃片時可發(fā)生的溫度控制難的問題和局部加熱的問題。具體而言，高頻加熱可能導(dǎo)致歸因于玻璃片的溫度的非線性增加的熱擊穿現(xiàn)象和在玻璃片上高頻吸收良好的一點處的局部加熱現(xiàn)象。然而，因為高頻加熱在玻璃片使用加熱器由于摩擦加熱而被加熱后被執(zhí)行，使得它的溫度變?yōu)轭A(yù)定溫度或更高，否則由于高頻加熱可能在預(yù)定溫度或更高發(fā)生熱擊穿，所以阻止玻璃片的熱擊穿并減輕玻璃片的局部加熱是可能的。這里，在第一加熱步驟，玻璃片將在300°C或更高的并且不超過玻璃片在第二加熱步驟中的加熱溫度的溫度被加熱。即使在第一加熱步驟的加熱溫度和第二加熱步驟的加熱溫度相同時，由于第二加熱步驟包括高頻加熱，玻璃片的內(nèi)部在第二加熱步驟的溫度高于玻璃片的內(nèi)部在第一加熱步驟的溫度。優(yōu)選的是，第一加熱步驟在300°C至800°C范圍內(nèi)的溫度加熱玻璃片，而第二加熱步驟在350°C至850°C范圍內(nèi)的溫度加熱玻璃片。最后，在S130，被加熱的玻璃片通過淬火被冷卻，從而完成玻璃片的鋼化。這里，淬火可通過在被加熱的玻璃片上吹冷卻壓縮空氣和水霧以及在冷卻輥上輸送被加熱的玻璃片而被執(zhí)行。圖2至圖7為描繪由根據(jù)本發(fā)明的高頻加熱在玻璃片上引起的效果的圖表。圖2為描繪使用相關(guān)領(lǐng)域的加熱器加熱的玻璃片的內(nèi)部和外部之間的溫度差的圖表，圖3為描繪在玻璃片的外部的溫度已達(dá)到預(yù)定溫度時玻璃片的內(nèi)部和外部的溫度變化的圖表。參見圖2，可以理解，當(dāng)使用相關(guān)領(lǐng)域的加熱器加熱玻璃片時，玻璃片的外部的溫度高于玻璃片的內(nèi)部的溫度。因此，如上所述，顯而易見的是，相關(guān)領(lǐng)域的加熱器的使用對于增強(qiáng)玻璃片的應(yīng)力的形成具有不利的效果。另外，參見圖3，在玻璃片的外部的溫度變?yōu)榕c玻璃片的內(nèi)部的溫度相同之前，需要長的時間。使用相關(guān)領(lǐng)域的方法在預(yù)定的處理時間內(nèi)，難于將玻璃片的內(nèi)部的溫度和外部的溫度調(diào)整/保持均勻。也就是說，在使用相關(guān)領(lǐng)域的加熱器加熱玻璃片后，通過使玻璃片的內(nèi)部的溫度和外部的溫度均勻而賦予玻璃片高的形成強(qiáng)度的方法對于在線處理(in-line process)是不適用的。圖4為描繪在玻璃片的內(nèi)部的溫度和外部的溫度被加熱到600°C后在不同高頻輸出下玻璃片的內(nèi)部的溫度和外部的溫度變化的圖表。參見圖4，可以理解，當(dāng)使用高頻加熱玻璃片時，玻璃片的內(nèi)部首先被加熱。因此，如上所述，已被鋼化后的玻璃片可具有大的壓應(yīng)力。圖5為描繪通過調(diào)整高頻的輸出和操作而控制的玻璃片的內(nèi)部的溫度和外部的溫度的圖表。也就是說，本發(fā)明使得通過由控制高頻輸出調(diào)整玻璃片的內(nèi)部的溫度和外部的溫度以有效地控制已被鋼化后的玻璃片的應(yīng)力成為可能。圖6為描繪高頻加熱后在不同初始溫度下玻璃片的內(nèi)部和外部的溫度差的圖表。
參見圖6，隨初始溫度而定的玻璃片的內(nèi)部溫度和外部溫度差不大。因此，顯而易見的是，在預(yù)定溫度或更高控制玻璃片的溫度是容易的。圖7為描繪在玻璃片的不同厚度下玻璃片的內(nèi)部的溫度變化的圖表。參見圖7，可以理解，玻璃片的內(nèi)部的溫度上升的速率隨著玻璃片的厚度的減小而增加。也就是說，圖7示出，不僅能夠使用高頻加熱薄板玻璃，而且能夠通過減少用于鋼化的處理時間實現(xiàn)高的生產(chǎn)率。圖8為描繪根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的用于鋼化玻璃的裝置的示意結(jié)構(gòu)視圖。參見圖8，用于鋼化玻璃的裝置包括輸送部分100、加熱部分200和冷卻部分300。輸送部分100輸送待被鋼化的玻璃片10。雖然圖8例示輸送單元包括輥，但是本發(fā)明不限于此。相反，輸送部分可被實現(xiàn)為玻璃的表面在沒有接觸的情況下被輸送。另外，輸送單元100可包括空氣供給器(未示出)，該空氣供給器用于防止玻璃片10在玻璃片10在加熱單元200中被輸送時被損壞。當(dāng)使用輥在加熱單元200的熱環(huán)境中輸送玻璃片10時，在玻璃片的表面接觸到輥的表面的處理中可能產(chǎn)生一些問題。玻璃片的問題可包括但不限于翹曲、下凹和表面損壞，在表面損壞中，刮痕或波形槽(即，輥波)被形成在玻璃片的表面。因此，玻璃片經(jīng)由空氣供給器(未示出)接觸到輥，氣墊通過將空氣吹到將由于熱而翹曲或下凹的玻璃片的下表面上而被形成。以這種方式，能夠支撐可能翹曲或下凹的玻璃片并防止玻璃片的表面被損壞。這里，被吹到玻璃片上的空氣可為熱空氣。加熱單元200包括用于加熱玻璃片的加熱器201和高頻發(fā)生器202。雖然圖8示出一個加熱器和一個高頻發(fā)生器，但是根據(jù)玻璃片的尺寸可提供多個加熱器和多個高頻發(fā)生器。在這種情況下，優(yōu)選的是，加熱器和高頻發(fā)生器被設(shè)置為使得它們彼此交替。如上所述，加熱器201通過由電阻產(chǎn)生熱以從其外部向內(nèi)部加熱玻璃片10，高頻發(fā)生器202由通過產(chǎn)生高頻使玻璃片10內(nèi)部的離子振蕩的摩擦熱來加熱玻璃片10的內(nèi)部和外部二者。圖9為描繪作為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的用于鋼化玻璃的裝置中的部件的加熱器的示意結(jié)構(gòu)視圖。如圖9中所示，加熱單元200可包括使用第一加熱器211加熱玻璃片10的預(yù)加熱爐210和使用第二加熱器221和高頻發(fā)生器222加熱玻璃片的主加熱爐220。
在一些實施例中，第一加熱器和第二加熱器可為相同的加熱器。例如，在用于鋼化玻璃的裝置中，玻璃片10在暫時停留在加熱單元中或加熱器沿玻璃片移動時被加熱，玻璃片可使用相同的加熱器被預(yù)加熱和加熱。冷卻單元300將已被加熱單元200加熱的玻璃片10淬火。雖然圖9不出一個第一加熱器、一個第二加熱器和一個高頻發(fā)生器,但是根據(jù)玻璃片的尺寸可提供多個第一加熱器、多個第二加熱器和多個高頻發(fā)生器。本發(fā)明的特定示例性實施例的前述描述已參照某些實施例和附圖而被提供。前述描述不是旨在窮盡或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開的精確形式，而且顯而易見的是，根據(jù)上面的教導(dǎo)，許多修改或變型對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是可能的。
因此，其旨在，本發(fā)明的范圍不限于前述的實施例，而是通過附于此的權(quán)利要求書及其等價物而被限定。
權(quán)利要求
1.一種鋼化玻璃的方法，包括步驟 使用加熱器和高頻發(fā)生器加熱玻璃片；以及 通過淬火冷卻所述玻璃片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中 所述加熱器包括第一加熱器和第二加熱器，并且 所述加熱步驟包括 一使用所述第一加熱器加熱所述玻璃；以及 一使用所述第二加熱器和所述高頻發(fā)生器加熱被所述第一加熱器加熱的所述玻璃片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述高頻發(fā)生器產(chǎn)生0.98GHz至6. OGHz范圍內(nèi)的聞頻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述高頻發(fā)生器產(chǎn)生2.4GHz至5. SGHz范圍內(nèi)的聞頻。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中 使用所述第一加熱器加熱所述玻璃片包括在300°C至800°C范圍內(nèi)的溫度下加熱所述玻璃片；以及 使用所述第二加熱器和所述高頻發(fā)生器加熱所述玻璃片包括在350°C至850°C范圍內(nèi)的溫度下加熱所述玻璃片。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中已在所述加熱步驟中被加熱的所述玻璃片的內(nèi)部的溫度高于或等于已在所述加熱步驟中被加熱的所述玻璃片的外部的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述玻璃片的厚度為2.8mm或更小。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述冷卻步驟包括使用空氣、水霧和冷卻輥將所述玻璃片淬火。
9.一種用于鋼化玻璃的裝置，包括 用于輸送玻璃片的輸送單兀； 用于加熱所述玻璃片的加熱單元，所述加熱單元包括加熱器和高頻發(fā)生器；和 用于將被所述加熱單元加熱的所述玻璃片淬火的冷卻單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中 所述加熱器包括第一加熱器和第二加熱器，并且 所述加熱單元使用所述第一加熱器加熱所述玻璃片，并且隨后使用所述第二加熱器和所述高頻發(fā)生器加熱所述玻璃片。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述輸送單元包括當(dāng)在所述加熱單元中輸送所述玻璃片時用于向所述玻璃片的下表面提供氣墊的空氣供給器。
全文摘要
一種玻璃鋼化方法和裝置，其中使用加熱器并產(chǎn)生高頻。所述方法包括使用加熱器和高頻發(fā)生器加熱玻璃片的加熱步驟和通過淬火冷卻所述玻璃片的冷卻步驟。
文檔編號C03B27/00GK102964058SQ20121032003
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者李會官, 尹敬敏, 曹瑞英, 權(quán)潤瑛, 南真守, 樸敬旭, 崔宰榮 申請人:三星康寧精密素材株式會社