[发明专利]离子交换玻璃以及所得的制品

说明书

一种层叠结构，其具有第一玻璃层、第二玻璃层以及位于第一玻璃层和第二玻璃层之间的至少一层聚合物中间层。第一玻璃层包括薄的化学强化玻璃，其具有约为250‑350MPa的表面压缩应力以及大于约60μm的压缩应力层深度(DOL)。第二玻璃层也可包括薄的化学强化玻璃，其具有约为250‑350MPa的表面压缩应力以及大于约60μm的压缩应力层深度(DOL)。

分案申请说明

本申请系申请日为2014年06月23日、国际申请号为PCT/US2014/043619、进入中国国家阶段后的国家申请号为201480046872.X、题为“离子交换玻璃以及所得的制品”的发明专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2013年6月25日提交的美国申请13/926461以及2012年9月26日提交的美国申请13/626,958的优先权，其全文通过引用结合入本文。

技术背景

发明领域

本文所揭示的实施方式涉及用于生产离子交换玻璃(特别是此类玻璃，其具有如下特性：中等压缩应力、高的压缩层深度和/或所需的中心张力)的方法。

相关讨论

玻璃层叠体可用作建筑和车辆或运输应用(包括汽车、机车、火车和飞机)中的窗和玻璃窗。玻璃层叠体还可用作栏杆和阶梯中的玻璃面板，作为用于墙壁、柱子、电梯桥厢、厨房应用和其它应用的装饰性面板或盖板。如本文所使用，窗格玻璃或层叠玻璃结构是窗户、面板、墙壁、箱体、信息板(sign)或其他结构的透明、半透明、半透明的或者不透明部件。用于建筑和/或汽车应用的常见类型的玻璃窗包括透明和有色的层叠玻璃结构。

常规汽车玻璃窗结构可由2块2mm的钠钙玻璃以及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中间层构成。这些层叠构造具有一定优势，包括低成本和足以应用于汽车和其它应用的抗冲性。但是，由于它们有限的抗冲击性和较高的重量，这些层叠体通常展现出差的性能特性，包括当受到路边碎片撞击、故意破坏或者其他冲击事件时较高的破裂可能性以及对于相应车辆较低的燃料效率。

在强度是至关重要的应用中(例如，上文所述的汽车应用)，可以通过数种方法来增强常规玻璃的强度，包括涂层、热回火和化学强化(离子交换)。热回火通常用于厚的整体式玻璃片，并且其优势在于产生贯穿玻璃表面的厚的压缩层，通常是玻璃总厚度的20-25％。但是，不利的是，压缩应力的大小较低，通常小于100MPa。此外，对于较薄的玻璃(例如小于约2mm的情况下)，热回火变得愈加无效。

相反地，离子交换(IX)技术可以在经处理的玻璃中产生高水平的压缩应力，在表面处高至约1000MPa，并且适用于非常薄的玻璃。但是，不利的是，离子交换受限于较浅的压缩层，通常约为数十微米等。高的压缩应力可产生非常高的钝物冲击抗性，这可能无法通过汽车应用的特定安全标准，例如ECE(UN欧洲经济委员会)的R43头型冲击测试，在该测试中，要求玻璃在某一冲击负荷下破裂以防止受伤。常规研究和发展工作聚焦于以车辆层叠体的抗冲击性为代价的受控或优先破裂。

虽然常规单步骤离子交换工艺可采用长的离子交换步骤来实现较高的压缩层深度(DOL)，但是该长度的持续时间还导致中心张力(CT)上升超过选定的玻璃脆度限值，导致不合乎希望的玻璃脆性。举例来说，最近的实验发现，当在纯KNO₃中进行长的单步骤离子交换工艺(475℃，8小时)，4英寸x 4英寸x 0.7mm的Gorilla片在破裂之后，展现出不合乎希望的破碎(高能破碎成大量小片)。事实上，虽然实现了约为101μm的DOL，但是导致65MPa的较高CT，这高于所需的主体玻璃片的脆度限值(48MPa)。

此外，最近发现，安装好的汽车玻璃窗(其采用离子交换玻璃)可能建立起深至约75μm的外部划痕，这是由于暴露于环境研磨材料，例如石英砂、飞溅的碎片等，所导致的。该深度会超过压缩层的典型深度(例如，数十微米)，这会导致玻璃不合乎希望的碎裂。