CN200480032071-隔热的钢化窗玻璃-审定授权.pdf

注 本页蓝色字体部分可点击查询相关专利 SooPAT 隔热的钢化窗玻璃隔热的钢化窗玻璃 申请号 2 0 0 4 8 0 0 3 2 0 7 1 4 申请日 2 0 0 4 1 0 0 5 申请 专利权 人申请 专利权 人法国圣戈班玻璃厂 地址地址法国库伯瓦 发明 设计 人发明 设计 人F 马兰东 主分类号主分类号C 0 3 C 2 1 0 0 2 0 0 6 0 1 I 分类号分类号C 0 3 C 2 1 0 0 2 0 0 6 0 1 I C 0 3 C 1 3 0 0 2 0 0 6 0 1 I F 2 4 C 1 5 0 4 2 0 0 6 0 1 I F 2 4 B 1 1 9 2 2 0 0 6 0 1 I 公开 公告 号公开 公告 号1 8 7 4 9 6 9 公开 公告 日公开 公告 日2 0 0 6 1 2 0 6 专利代理机构专利代理机构中国专利代理 香港 有限公司 代理人代理人刘维升 林森 10 授权公告号 CN 1874969 B 45 授权公告日 2011 09 14 CN 1874969 B CN1874969B 21 申请号 200480032071 4 22 申请日 2004 10 05 0312648 2003 10 29 FR 0400596 2004 01 22 FR C03C 21 00 2006 01 C03C 13 00 2006 01 F24C 15 04 2006 01 F24B 1 192 2006 01 73 专利权人 法国圣戈班玻璃厂 地址 法国库伯瓦 72 发明人 F 马兰东 74 专利代理机构 中国专利代理 香港 有限公 司 72001 代理人 刘维升 林森 54 发明名称 隔热的钢化窗玻璃 57 摘要 本发明涉及进行化学钢化处理 以使得具有 从表面开始的碱金属离子浓度梯度的玻璃 其玻 璃的交换深度至少 100 m 表面应力至少 200MPa 和芯的粘度点至少 550 这种窗玻璃可主要作 为热解炉门 火炉 炉灶 防火门 烟囱销用于家庭 烹饪方面 更一般地用于将两种具有不同温度的 气态介质分开 这种窗玻璃是特别耐热冲击的 30 优先权数据 85 PCT申请进入国家阶段日 2006 04 28 86 PCT申请的申请数据 PCT FR2004 050486 2004 10 05 87 PCT申请的公布数据 WO2005 042428 FR 2005 05 12 51 Int Cl 审查员 詹远光 19 中华人民共和国国家知识产权局 12 发明专利 权利要求书 1 页 说明书 6 页 CN 1874969 B1 1 页 2 1 具有从表面开始的碱金属离子浓度梯度的玻璃 该碱金属离子的交换深度至少 100 m 表面应力至少 200MPa 和芯的粘度点至少 550 其中交换离子选自 Na Li K 在采用化学钢化处理前 原始玻璃应该含有碱金属氧化物 这种氧化物是 Na2O 或 Li2O 并且在该玻璃中的含量是 1 20 重量 最后玻璃是碱金属 混合的 含有至少两种不同碱金属氧化物的玻璃 它含有 50 80 二氧化硅 SiO2 含有 5 30 式 M2O 碱金属氧化物 式中 M 是 Na K 或 Li 2 根据上述权利要求所述的玻璃 其特征在于它在 400 的交换碱金属离子的相互扩 散系数至多 9 10 17m2 s 1 3 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的玻璃 其特征在于交换碱金属离子在 490 的相互扩散系数与交换碱金属离子在 400 的相互扩散系数之比是至少 20 4 根据权利要求 1 或 2 所述的玻璃 其特征在于交换碱金属离子在 490 的相互扩散 系数低于 2 10 15m2s 1 5 根据权利要求 1 或 2 所述的玻璃 其特征在于芯的粘度点是至少 570 6 根据权利要求 1 或 2 所述的玻璃 其特征在于碱金属离子的交换深度是至多 300 m 7 根据上述权利要求 1 或 2 所述的玻璃 其特征在于它符合标准 EN60335 2 6 8 包括根据上述权利要求中任一项权利要求所述玻璃的窗玻璃 9 根据上述权利要求 8 所述的窗玻璃 其特征在于它的厚度是 2 7mm 10 根据权利要求 9 所述的窗玻璃 其特征在于它的厚度是 2 8 5mm 11 包括上述权利要求1 7中任一项权利要求所述的玻璃或上述权利要求8 10中任一 项权利要求所述的窗玻璃的门 12 根据上述权利要求 11 所述的门 它包括与所述窗玻璃直接连成一体的铰链 13 根据上述门的权利要求中任一项权利要求所述的门 其特征在于用密封圈保护该 窗玻璃的边缘 14 包括根据上述权利要求 1 7 中任一项权利要求所述玻璃 上述权利要求 8 10 中任 一项权利要求所述的窗玻璃或上述权利要求 11 13 中任一项权利要求所述的门的炉灶 15 包括根据上述权利要求 1 7 中任一项权利要求所述玻璃 上述权利要求 8 10 中任 一项权利要求所述的窗玻璃或上述权利要求 11 13 中任一项权利要求所述的门的防火门 16 包括根据上述权利要求 1 7 中任一项权利要求所述玻璃 上述权利要求 8 10 中任 一项权利要求所述的窗玻璃或上述权利要求 11 13 中任一项权利要求所述的门的烟囱销 17 包括上述门的权利要求中任一项权利要求所述门的炉 18 根据上述权利要求 17 所述的炉 其特征在于它是热解类型的 19 包括上述门的权利要求中任一项权利要求所述门的火炉 20 根据上述窗玻璃的权利要求中任一项权利要求所述窗玻璃在将具有不同温度的两 种气体介质分开中的用途 第一种气体介质的温度是 300 530 第二种气体介质的温度比 第一种低至少 50 21 根据上述权利要求 20 所述的用途 其特征在于第二种气体介质的温度比第一种低 至少 100 22 根据权利要求 21 所述的用途 其特征在于第二种介质是室温 权 利 要 求 书 CN 1874969 B1 6 页 3 隔热的钢化窗玻璃 0001 本发明涉及尤其在家庭烹饪方面 作为炉门 更特别地所述的 热解 炉 火炉 炉灶 防火门 烟囱销 insert de chemin e 更一般地在分开两种具有不同温度的气态介 质中可使用的经受化学钢化 trempe 处理的玻璃或窗玻璃 0002 在要描述的领域中使用的玻璃通常应该能够 0003 尽可能最长久地耐高温 具体地直到 530 0004 在窗玻璃板一侧耐热介质 特别地直到 530 而在另一侧耐冷介质 特别是 环境温度 即一般而言 18 40 0005 耐热冲击 例如根据标准 EN60335 2 6 所描述的耐热冲击 特别是往其中一个主 面上喷洒冷水 例如20 产生这些热冲击 甚至在另一个面与热介质接触 例如530 的情况下也通过洒冷水 例如 20 产生这些热冲击 0006 耐机械冲击 0007 考虑到其应用 尤其期望安装门时将这种窗玻璃用作不使用门框的门时 具有足 够的机械强度 0008 可能至少部分地由特定的玻璃或陶瓷组合物提供或达到这个性能组 例如某些硼 硅酸盐玻璃或某些玻璃 陶瓷 但是 这些特定的组合物成本很高 0009 采用热或化学方法钢化的玻璃获得良好的机械强度 但是认为它们会快速地衰 减 考虑到所打算的应用 这意味着钢化带来的优点很快丧失 此外 考虑到化学钢化所涉 及的离子扩散系数低 某些玻璃的化学钢化处理难以实施 确实不应考虑 0010 根据本发明 为达到离子交换 碱金属离子 深度至少 100 m 表面应力至少 200Mpa而经受足够强的化学钢化处理的特定玻璃 或窗玻璃 是适合于前面提到的应用领 域的 在本发明的范围内 原始玻璃 即化学钢化处理前的玻璃 应该具有下述特征 0011 粘度点 point de viscosit 英语为应变点 strain point 这相应于玻璃 粘度为 1014 5泊的温度 至少 550 优选地至少 570 0012 优选地 在 400 温度下交换碱金属离子的相互扩散系数至多是 9 10 17m2 s 1 0013 优选地 交换碱金属离子在 490 的相互扩散系数与交换碱金属离子在 400 的 相互扩散系数之比是至少 20 0014 因此 本发明利用交换离子在 400 的相互扩散系数低的玻璃 根据本发明 甚至 可以使用交换离子在 490 的相互扩散系数低的玻璃 特别是交换离子在 490 的相互扩 散系数低于 2 10 15m2 s 1的玻璃 按照这个观点 本发明反潮流地涉及化学钢化领域 因为 本发明利用具有低离子相互扩散系数的玻璃 然而采用化学方法使这种玻璃钢化时 就表 现出低化学钢化能力 0015 化学钢化操作的原理本身是已知的 一方面通过使化学钢化技术改变使用不太能 进行化学钢化处理的原始玻璃这个事实 另一方面通过足够长的操作时间以达到所期望的 离子交换深度和表面应力值 这样可以将经典的化学钢化技术应用于本发明 0016 这种化学钢化处理可使玻璃表面改性 但是 该芯依然未交换 结果在化学钢化处 理后 芯的粘度点是玻璃在其化学钢化前的粘度点 说 明 书 CN 1874969 B2 6 页 4 0017 在采用化学钢化处理前 原始玻璃应该含有碱金属氧化物 这种氧化物可以是 Na2O 或 Li2O 并且在该玻璃中的含量例如是 1 20 重量 这种化学钢化处理是用其它较 大的碱金属离子置换在原料玻璃中存在的碱金属离子 如果开始的氧化物是 Na2O 则通过 KNO3处理应用化学钢化方法 从而至少部分地用 K 离子置换 Na 离子 如果开始的氧化物 是Li2O 则通过NaNO3或KNO3处理应用化学钢化方法 从而按照这种情况用Na 或K 离子至 少部分置换 Li 离子 这种钢化进行达到 K 或 Na 离子浓度梯度垂直于至少一个主面并从 所述主面开始降低 0018 原料玻璃 化学钢化前 和最后玻璃 化学钢化后 是二氧化硅基无机玻璃 0019 最后玻璃是碱金属 混合的 即含有至少两种不同碱金属氧化物的 具体地由于 玻璃经受化学钢化处理 玻璃 一般而言 它含有 50 80 二氧化硅 SiO2 在这里通常含有 5 30 式 M2O 碱金属氧化物 式中 M 是碱金属 例如 Na K 或 Li 在化学钢化之前 使用的玻 璃含有同样量的二氧化硅和基本同样总量的碱金属氧化物 与最后玻璃不同之处是原料玻 璃可能只含有单一的碱金属氧化物 这种化学钢化处理发生了碱金属离子的交换作用 但 没有改变碱金属氧化物的总摩尔含量 0020 一般而言 把待处理玻璃板浸入所选择的热盐浴 一般是NaNO3或KNO3 中进行这 种化学钢化处理 这个盐浴含有浓缩盐 一般在温度 380 520 下进行这种化学钢化处 理 无论如何在低于待处理玻璃软化温度的温度下进行这种化学钢化处理 这种化学钢化 处理在处理的玻璃表面上产生离子交换 其深度例如可以是直到 300 m 这种离子交换是 造成碱金属离子浓度梯度的根源 一般而言 这个梯度的特征在于从主面开始并朝着玻璃 板芯的方向 由这种化学钢化所带来离子的浓度降低 一般是 K 或 Na 这个梯度例如存 在于该表面与深度至多 300 m 之间 0021 可以按照如下方法确定离子交换深度 Pe 0022 a 用式 0023 式中 0024 代表该玻璃中开始碱金属氧化物 例如 Na2O 或 Li2O 的摩尔 0025 mi 代表以克表示的玻璃起始总质量 钢化之前 0026 Mv 代表以克 摩尔表示的玻璃摩尔质量 0027 m 代表以克表示的在钢化期间玻璃增重 0028 ev 代表以微米表示的玻璃厚度 0029 于是得到以微米表示的 Pe 0030 b 或者采用微探针剖面图 在这种情况下 将通过钢化带来的离子含量等于约 0 5 玻璃基体含量时的深度确定为离子交换深度 Pe 0031 另外还应该指出 这种化学钢化使得这种窗玻璃的机械强度获得改善 这就使 得它特别适合于使用与该窗玻璃直接连在一起的铰链 charni re 作为门 不需要门 框 cadre porteur 但是可以预料还是使用例如用金属制成的密封圈 不需要装卸机 porteur 例如用铝或不锈钢制成的密封圈防止该窗玻璃边缘受到机械冲击 把这样一 种密封圈放在该窗玻璃边缘中 0032 本发明的玻璃或窗玻璃主要用作热解炉 火炉 烟囱销的外壁 通常构成门的部 说 明 书 CN 1874969 B3 6 页 5 分 在热解炉的情况下 该窗玻璃一般构成壁的部分 这包括这些门 其中包括至少两 块平行的窗玻璃 一般而言至多五块平行的窗玻璃 在大多数情况下三块平行窗玻璃 所述 的平行窗玻璃是用薄空气层分开的 包括本发明窗玻璃的壁可以是至少一块这种窗玻璃 更特别地它与炉内介质直接接触 该介质可以升温到460 530 包括本发明窗玻璃的壁可 以将介质温度一般升到 460 530 的热解炉内部与同接触环境空气的炉外部分开 在火炉 和烟囱销的情况下 一般而言 该窗玻璃只是为了将火炉或烟囱销内部与该部件介质隔开 在这种情况下 本发明的窗玻璃本身实现将升到温度 300 530 的热介质与由该部件环境 空气构成的冷介质分开 在本申请的范围内可以认为 环境空气是该部件升到 18 40 特 别地约 20 的平均温度 0033 考虑到所期望的应用 本发明的窗玻璃通常特别可以承受至少一个下述条件而不 破碎 0034 a 在空气中在500 加热至少300小时 接着在300 加热1小时 再立刻 这意 味着不让该窗玻璃冷却 喷洒 20 水 0035 b 在空气中在 400 下至少 3 年 接着立刻 这意味着不让该窗玻璃冷却 在该 窗玻璃一侧喷洒 20 水 0036 c 其中一个主面在温度 350 530 下与第一种气体介质接触 在化学上对该窗 玻璃是中性的 具体例如空气 另一个面在比第一种气体介质温度低至少 50 甚至至少 100 的温度下与第二种气体介质接触 在化学上对该窗玻璃是中性的 具体例如空气 这些条件保持至少 2 小时 接着往已与最热介质接触的这侧立刻喷洒 20 水 第二种气体 介质的温度可以是部件的环境空气温度 0037 d 在包括多块平行玻璃的窗玻璃中 例如 2 3 4 或 5 块玻璃 本发明的窗玻璃 与同它平行的其它玻璃结合时 这些不同的窗玻璃是用空气薄层分开的 并且这是为了所 述的窗玻璃将在温度 350 530 下的第一种气体介质 在化学上对该窗玻璃是中性的 具 体例如空气 与在比第一种气体介质温度低至少 50 甚至至少 100 的温度下的第二种 气体介质 在化学上对该窗玻璃是中性的 具体例如空气 分开 这些条件保持至少 2 小 时 接着立刻往已与最热介质接触的这侧喷洒20 水 在这种应用中 本发明的窗玻璃可以 与最热的介质接触 在这种应用中 所有这些玻璃都可以是本发明的玻璃 第二种气体介 质的温度可以是部件的环境空气温度 0038 本发明窗玻璃的厚度可以是 2 7mm 更特别地 本发明可应用于厚度 2 8 5mm 特 别地约 3mm 的窗玻璃 该窗玻璃通常是平板玻璃 0039 在门中可以安装本发明的玻璃或窗玻璃 特别包括与所述窗玻璃直接连成一体的 铰链 在炉灶 防火门 烟囱销 火炉或炉 特别是热解炉中可以安装本发明的玻璃 窗玻璃 或门 更一般而言 本发明的玻璃或窗玻璃可以用于将具有不同温度的两种气体介质分开 第一种介质的温度是 300 530 第二种介质的温度比第一种介质至少低 50 甚至至少 低 100 第二种介质的温度甚至是室温 这样由于良好的热冲击强度而使破碎的危险性降 低 0040 让具有本发明所针对用途的待用玻璃在 500 或 400 加热 接着往该窗玻璃一 侧喷洒 20 水在 400 热冲击 如此进行多个循环直到该玻璃破裂 这样特别能够确定该 玻璃的性能 该窗玻璃承受循环越多 它就越能适合所针对的用途 本发明的窗玻璃可以 说 明 书 CN 1874969 B4 6 页 6 承受至少 50 个这些循环 甚至至少 100 个循环 甚至至少 200 个循环 0041 这样一些测定时间特别长时 可以根据为加速该试验而在较高温度下进行测量得 到的结果 通过计算估算这个时间 例如 从 500 进行的试验可以估算在 400 的稳定时 间 为此 本发明人已找到下述公式可以进行估算 0042 400 的估算时间 在 500 的测定时间 CD500 CD400 其中 CD500是交换碱金属离 子在 500 的相互扩散系数 而 CD400是交换碱金属离子在 400 的相互扩散系数 实施例 2 采用了这种近似方法 0043 在下面实施例中 采用了下述名称或缩写 0044 Pe 这种化学钢化后碱金属离子的交换深度 0045 Cs 表面应力 0046 SP 粘度点 0047 CD 交换碱金属离子的相互扩散系数 0048 CD490 交换碱金属离子在 490 的相互扩散系数 0049 CD400 交换碱金属离子在 400 的相互扩散系数 0050 Tt 这种化学钢化的温度 0051 Dt 这种化学钢化的时间 0052 循环数 达到窗玻璃破裂时在 500 在 20 喷洒水的循环数 0053 对于这些实施例 采用了下述测量技术 0054 交换深度 通过在化学钢化前后称取重量的测定 式 a 0055 表面应力 采用层折射计测定 具体地在 C Guillemet 的论文 Th se de Docteur Ing nieur 科学院 巴黎 1968 中描述的仪器 0056 实施例 0057 使用由 Saint Gobain Glass France 销售的商标 Solidion Planilux 和 CS77 玻 璃 0058 表 1 列出这些玻璃在这些实施例采用温度时的粘度点 SP 应变点 strain point 值 以及相互扩散系数 CD 值 0059 表 1 0060 SP CD CD490 CD400 Solidion 500 400 4 5 10 15m2 s 1 460 2 3 10 14m2 s 1 490 4 5 1 14m2 s 1 500 5 8 1 14m2 s 1 10 5 说 明 书 CN 1874969 B5 6 页 7 Planilux 505 400 1 0 1 15m2 s 1 460 1 3 1 15m2 s 1 490 3 4 10 15m2 s 1 500 4 5 10 15m2 s 1 38 0 CS77 585 400 3 8 10 17m2 s 1 460 4 3 10 16m2 s 1 490 9 35 10 16m2 s 1 500 1 4 10 15m2 s 1 24 5 0061 这些实施例的试样制备 0062 取由这些玻璃中的每种玻璃制成的窗玻璃 其尺寸 300 200 e e 是试验窗玻璃 的厚度 使用由 3M 销售的标准 P180Y 的带式烤边机加工出这些玻璃的棱 在升到温度 Tt 的 KNO3浴中使这些窗玻璃钢化达到时间 Dt 这种处理使得玻璃表面层处于压缩状 这