[發(fā)明專(zhuān)利]對(duì)玻璃制品進(jìn)行離子交換的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780074277.0
• 申請(qǐng)日: 2017-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110035982B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·D·哈里斯;T·L·亨特;K·R·凱琳;W·J·米勒;P·A·帕克斯;J·L·斯維克;C·L·蒂蒙斯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 康寧股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C03C21/00
• 分類(lèi)號(hào): C03C21/00;C03C23/00
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 徐鑫;項(xiàng)丹

本文揭示了用于對(duì)玻璃制品進(jìn)行離子交換的系統(tǒng)和方法。對(duì)玻璃制品進(jìn)行離子交換的方法包括：從一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)輸入裝置接收加工指令；基于加工指令，用機(jī)器人升降機(jī)將容納了多個(gè)玻璃制品的匣盒自動(dòng)地裝載到一個(gè)或多個(gè)離子交換工作站的熔鹽浴中；基于加工指令，在預(yù)定時(shí)間之后，用機(jī)器人升降機(jī)自動(dòng)地從熔鹽浴取出匣盒；以及自動(dòng)地轉(zhuǎn)動(dòng)匣盒，以從匣盒排出熔鹽浴的流體。

相關(guān)申請(qǐng)交叉參考

本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§120要求2016年11月30日提交的題為“Systems andMethods for Ion Exchanging Glass Articles(對(duì)玻璃制品進(jìn)行離子交換的系統(tǒng)和方法)”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第62/428,016號(hào)和2017年11月28日提交的題為“Systems andMethods for Ion Exchanging Glass Articles(對(duì)玻璃制品進(jìn)行離子交換的系統(tǒng)和方法)”的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)第15/824,582號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全文通過(guò)引用結(jié)合入本文。

背景技術(shù)

技術(shù)領(lǐng)域

本說(shuō)明書(shū)一般地涉及對(duì)玻璃制品進(jìn)行離子交換的系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及在受控加工單元內(nèi)對(duì)玻璃制品進(jìn)行離子交換的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)背景

歷史上，因?yàn)槠湎鄬?duì)于其他材料的氣密性、光學(xué)透徹性和優(yōu)異的化學(xué)耐久性，已經(jīng)將玻璃用作許多應(yīng)用的優(yōu)選材料，包括：食物和飲料包裝，藥物包裝，廚房和實(shí)驗(yàn)室玻璃器皿，以及窗戶(hù)或者其他建筑特征。

但是，由于玻璃的機(jī)械性能，對(duì)于許多應(yīng)用而言，玻璃的使用受到限制。具體來(lái)說(shuō)，要考慮玻璃破裂，特別是在食物、飲料和藥物包裝中。對(duì)于食物、飲料和藥物包裝工業(yè)而言，破裂會(huì)是昂貴的，這是因?yàn)槔绻嘌b線(xiàn)中的破裂可能要求丟棄鄰近的未破裂容器，因?yàn)樵撊萜骺赡芎衼?lái)自破裂容器的碎片。破裂還可能要求灌裝線(xiàn)減速或停車(chē)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。此外，非災(zāi)難性破裂(即，當(dāng)玻璃具有裂紋但是沒(méi)有破裂時(shí))可能導(dǎo)致玻璃包裝或容器的內(nèi)含物喪失它們的無(wú)菌性，這進(jìn)而可能導(dǎo)致昂貴的產(chǎn)品召回。

玻璃破裂的一個(gè)根據(jù)原因是對(duì)玻璃進(jìn)行加工時(shí)和/或在后續(xù)灌裝過(guò)程中，在玻璃的表面中引入瑕疵。引入到玻璃表面中的這些瑕疵可能來(lái)自各種來(lái)源，包括：相鄰玻璃器皿片之間的接觸以及玻璃與設(shè)備(例如，裝卸和/或灌裝設(shè)備)之間的接觸。無(wú)論是何種來(lái)源，這些瑕疵的存在可能最終導(dǎo)致玻璃破裂。

離子交換加工是用于對(duì)玻璃制品進(jìn)行強(qiáng)化的工藝。通過(guò)用來(lái)自熔鹽浴的較大離子對(duì)玻璃制品中的較小離子進(jìn)行化學(xué)替換，離子交換在玻璃制品的表面上賦予了壓縮(即，壓縮應(yīng)力)。玻璃制品的表面上的壓縮提升了裂紋傳播的機(jī)械應(yīng)力閾值；這進(jìn)而改善了玻璃制品的整體強(qiáng)度。為了實(shí)現(xiàn)足夠的保護(hù)免受瑕疵影響，約60-75μm左右的壓縮層深度可能是合乎希望的。表面壓縮和層深度取決于離子交換加工時(shí)間和溫度。雖然時(shí)間和溫度的增加增加了層深度，但是由于結(jié)構(gòu)松弛導(dǎo)致表面壓縮隨時(shí)間發(fā)生下降，這降低了玻璃制品的強(qiáng)度。

此外，當(dāng)加工大量玻璃制品時(shí)，將被稱(chēng)作匣盒(cassette)的裝納了多個(gè)玻璃制品的超級(jí)結(jié)構(gòu)浸入離子交換罐中，在那里，玻璃制品與熔鹽浴接觸并與熔鹽浴發(fā)生離子交換。但是，在如此大的匣盒中對(duì)玻璃制品進(jìn)行離子交換具有其缺陷。具體來(lái)說(shuō)，難以預(yù)測(cè)容量何時(shí)是可變的，或者如果對(duì)于不同類(lèi)型的玻璃或者特定制品需要不同的離子交換循環(huán)的話(huà)，如此大的匣盒會(huì)是非常低效的。此外，使用較大的裝置器可能由于對(duì)流傳熱效率低下而導(dǎo)致匣盒內(nèi)側(cè)到外側(cè)的不同冷卻。如上文所述，當(dāng)玻璃在高溫保持較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，玻璃可能經(jīng)受所謂的結(jié)構(gòu)松弛。結(jié)構(gòu)松弛指的是由于長(zhǎng)期暴露于高溫(例如，在離子交換加工和冷卻期間)所導(dǎo)致的玻璃制品的壓縮應(yīng)力的下降，這可能導(dǎo)致強(qiáng)度減小。在冷卻過(guò)程中，相比于位于匣盒邊緣處的玻璃制品，位于相對(duì)于匣盒中心處的玻璃制品經(jīng)受更大的結(jié)構(gòu)松弛。對(duì)于壓縮應(yīng)力性質(zhì)而言，這轉(zhuǎn)變?yōu)楦蟮姆秶透偷臄?shù)值。

因此，存在對(duì)玻璃制品進(jìn)行離子交換的替代方法和系統(tǒng)的需求，以實(shí)現(xiàn)更高效率和更均勻的加工結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容