本發(fā)明屬于鋼化玻璃制造領(lǐng)域，涉及一種超薄玻璃物理鋼化方法及其設(shè)備系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

器件的薄型化是一個發(fā)展趨勢，相應(yīng)地市場對超薄玻璃的需求日益上升，如平板顯示器、oled照明以及太陽能電池等領(lǐng)域。但超薄化也帶來了顯而易見的弊端，那就是力學(xué)強度的降低，這給超薄玻璃的實際應(yīng)用帶來了巨大的阻礙。相對于化學(xué)鋼化，物理鋼化穩(wěn)定，但要實現(xiàn)超薄玻璃的物理鋼化，還存在困難。物理鋼化主要是通過對高溫玻璃進行快速冷卻，導(dǎo)致玻璃表面急劇收縮產(chǎn)生壓應(yīng)力，玻璃內(nèi)層形成張應(yīng)力。超薄玻璃的鋼化程度取決于冷卻介質(zhì)的冷卻強度，冷卻強度越高，玻璃的內(nèi)應(yīng)力越大，鋼化程度越高。目前，玻璃鋼化的急冷過程主要是采用射流沖擊換熱的方式。常用的冷空氣射流沖擊鋼化，需要利用壓縮泵產(chǎn)生高速氣流，需要消耗大量的電能，而且很難實現(xiàn)超薄玻璃的物理鋼化。另外，玻璃厚度越薄，鋼化需要的急冷時間越短，所需射流空氣流速越大，會對玻璃表面平整度造成影響。為此，需要尋找冷卻效率更高的換熱增強方式來實現(xiàn)薄玻璃的完全物理鋼化。

文獻[h.ohkubo,s.nishio,mistcoolingforthermaltemperingofglass[j].1988,54(501):1163-1169；n.sozbir,y.w.chang,s.c.yao,experimentalinvestigationofwatermistcoolingforglasstempering.atsprays,2004,14(3):191-210；n.sozbir,s.c.yao,spraymistcoolingheattransferinglasstemperingprocess[j].heatandmasstransfer,2016:1-13.]利用分段冷卻方式對不同厚度(2.1-4.9mm)玻璃進行鋼化實驗研究，先是噴嘴噴出的水霧在極短時間對玻璃進行冷卻，當(dāng)玻璃表面溫度低于leidenfrost溫度之后，改換成空氣進行冷卻。急冷過程中的水霧冷卻，主要利用的是霧流在膜沸騰條件下高的換熱率，該方法能夠有效地降低玻璃鋼化急冷過程中能源的消耗以及冷卻過程中所需要的空氣量[n.sozbir,y.w.chang,s.c.yao,experimentalinvestigationofwatermistcoolingforglasstempering.atsprays,2004,14(3):191-210.]。但這種冷卻方式，水霧冷卻時間控制精度要求很高，很難實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。而且這種噴嘴噴霧冷卻的方式，在加熱表面上會存在換熱不均勻[w.l.cheng,q.n.liu,r.zhao.etal.experimentalinvestigationofparameterseffectonheattransferofspraycooling[j].heatandmasstransfer,2010,46(8):911-921.]。表面溫度非均勻性會照成玻璃中應(yīng)力分布不均勻，從而導(dǎo)致玻璃易破碎。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)中水霧冷卻時間控制精度要求很高、難實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)、表面溫度非均勻性會造成玻璃中應(yīng)力分布不均勻，從而導(dǎo)致玻璃易破碎的技術(shù)問題，提供一種超薄玻璃物理鋼化方法及其設(shè)備系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種超薄玻璃物理鋼化方法，包括：

(1)將超薄玻璃在加熱系統(tǒng)中加熱至軟化溫度；

(2)通過移動系統(tǒng)將加熱后的超薄玻璃移動至垂直于沖擊射流板位置處；

(3)所述超薄玻璃在氣霧兩相陣列射流沖擊下進行急速冷卻，制得鋼化超薄玻璃。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，步驟(1)中所述加熱系統(tǒng)為加熱爐，加熱溫度為873-963k，加熱時間為5-10分鐘。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，步驟(3)之前還包括步驟：調(diào)整沖擊射流板和超薄玻璃之間的距離、空氣入口流速和液滴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使得通過氣霧兩相陣列的射流孔射出的氣霧兩相陣列射流在到達超薄玻璃表面之前發(fā)生完全氣化。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，所述沖擊射流板和超薄玻璃之間的距離小于或者等于一倍的射流孔的直徑。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，所述沖擊射流板至超薄玻璃表面之間的間距為1-5mm，所述空氣入口流速為30-96m/s，所述液滴的直徑為5-20微米，所述液滴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10％。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，步驟(2)中所述沖擊射流板是由順排圓形陣列射流孔組成，每個射流孔的直徑為5-8mm，相鄰兩個射流孔之間的間距為5-10mm，所述沖擊射流板的尺寸為200*100mm-400*200mm。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，步驟(3)中所述超薄玻璃在氣霧兩相陣列射流沖擊下進行急速冷卻包括：液滴通過噴嘴和轉(zhuǎn)換頭的組合進入到空氣流的管道中，氣霧兩相陣列射流通過高速的空氣流將離散相液滴攜帶進入混合倉，經(jīng)混合之后從沖擊射流板射出至超薄玻璃上。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，所述空氣流的管道的外壁包裹有一層保溫層。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)是：一種超薄玻璃物理鋼化設(shè)備系統(tǒng)，包括：加熱系統(tǒng)、移動系統(tǒng)、對稱式的射流沖擊系統(tǒng)和氣霧兩相流產(chǎn)生裝置，對稱式的射流沖擊系統(tǒng)包括沖擊射流板，所述沖擊射流板通過移動系統(tǒng)與所述加熱系統(tǒng)連接，所述氣霧兩相流產(chǎn)生裝置連接所述沖擊射流板，超薄玻璃經(jīng)所述加熱系統(tǒng)加熱軟化后，由所述移動系統(tǒng)運至所述沖擊射流板，所述氣霧兩相流產(chǎn)生裝置所制得的氣霧兩相流通過所述沖擊射流板沖擊至超薄玻璃表面。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，所述超薄玻璃物理鋼化設(shè)備系統(tǒng)還包括用于調(diào)整超薄玻璃和沖擊射流板之間的間距的調(diào)整裝置。

本發(fā)明的有益效果是：方法簡單，易于操作，重復(fù)性高，鋼化效果好。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中：

圖1是本發(fā)明中的一種超薄玻璃物理鋼化設(shè)備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1為壓縮機、2為儲氣罐、3為針閥、4為流量計、5為轉(zhuǎn)換頭、6為噴嘴、7為氣霧兩相流產(chǎn)生裝置、8為射流孔、9為射流板、10為加熱爐、11為調(diào)整裝置。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。

此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。

請參閱圖1，圖1是本發(fā)明中的一種超薄玻璃物理鋼化設(shè)備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明是對稱式玻璃鋼化結(jié)構(gòu)，包括加熱系統(tǒng)，移動系統(tǒng)，對稱式的射流沖擊系統(tǒng)，氣霧兩相流產(chǎn)生裝置，玻璃和沖擊板之間間距的調(diào)整裝置11組成，可以物理鋼化出超薄玻璃。

玻璃厚度為小于等于2mm，玻璃加熱需要高溫較快速，通過加熱爐10進行加熱達到軟化溫度，873-963k，所需的加熱時間為5-10分鐘。

之后玻璃通過移動系統(tǒng)中的導(dǎo)軌進入到預(yù)先設(shè)定的射流沖擊的位置，而后通過兩側(cè)的圓形陣列射流進行沖擊冷卻。在本步驟中，玻璃到達指定位置的需要較短的時間，為的是防止在運動過程中玻璃的熱量的自然散失。以及在運動過程中需要玻璃的平穩(wěn)，可采用一與導(dǎo)軌相連的支架，將玻璃的上側(cè)固定在其上，在支架的外側(cè)附加一層外框，既可以減少運動過程中熱量的散失，又可以防止運動過程中玻璃的炸裂所對人造成的傷害。

氣體射流通過壓縮機1產(chǎn)生，經(jīng)由壓縮機1之后到達儲氣罐2，之后通過針閥3控制氣體的流量大小，氣體雷諾數(shù)控制在10000-30000，相對于圓管直徑為5mm時，管中的空氣流速為30-96m/s?？諝馍淞骺?的溫度的改變是通過添加的冰塊數(shù)目來進行控制的，可以實現(xiàn)283k-303k之間的射流溫度的改變，為了更好地保持這一低溫射流入口效果，在空氣流的管道外側(cè)包裹一層保溫層，最大限度的降低熱量的損失。

兩相射流中的液滴通過精細(xì)霧化噴嘴6產(chǎn)生，所產(chǎn)生的液滴直徑為5-20微米，通過霧化噴嘴6之后產(chǎn)生的液滴通過一個轉(zhuǎn)換頭5通入空氣管道中?？諝夤艿篱_有一小孔將液滴通入其中，利用高速的空氣流將通入的微小液滴攜帶走，形成氣霧流，即液滴(霧流質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約為1-10％)懸浮在空氣流中。

氣霧兩相射流在通過氣霧兩相流產(chǎn)生裝置7的沖擊混合之后通過射流板沖擊到玻璃表面進行冷卻。沖擊射流板9是由順排圓形陣列射流組成的，圓形孔射流孔8的直徑為5-8mm，射流孔8與射流孔8之間的間距為5-10mm，射流板9的尺寸為200*100mm-400*200mm。

玻璃和射流板9之間的間距可以調(diào)節(jié)，沖擊射流板9和玻璃之間的距離控制在小于等于一倍的圓形射流孔8的直徑，射流板9到玻璃表面之間的間距一般為1-5mm。為了實現(xiàn)較小距離之間的精確控制，也可以在兩側(cè)的移動滑塊上添加一個游標(biāo)卡尺來精確調(diào)整所移動的距離。

通過對稱射流對玻璃表面進行冷卻降溫，當(dāng)玻璃表面溫度從963k降低到473k的時候則可以認(rèn)為玻璃的急冷過程完成了。

通過對急冷之后的玻璃進行破碎，對其進行數(shù)粒子數(shù)目來判斷玻璃的物理鋼化程度。

下面介紹一個具體的實施方案。

實施例1：

玻璃厚度2mm，尺寸100mm×70mm，加熱至873k。

在單側(cè)單孔氣霧兩相射流下沖擊冷卻，空氣射流的雷諾數(shù)為30000，其入口溫度為303k，圓形射流孔8的直徑為5mm，射流板9到玻璃表面之間的距離分別為1mm和2mm，通過單孔射流出口時的空氣速度為96.85m/s。

在氣霧兩相中液滴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％和10％，此時的質(zhì)量流量分別為1.1038×10^-4kg/s和2.2076×10^-4kg/s，液滴的速度分別為5.5583×10^-2和1.11166×10^-1，液滴的直徑為5-20μm之間。

通過單孔兩相射流之后玻璃表面溫度在5s之后平均溫度在液滴直徑為5μm質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％時的時候玻璃表面溫度為為612k，特別是在駐點區(qū)溫度更低；液滴直徑為5μm質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％時的時候玻璃表面溫度為為637k。

通過上面的分析可以看出在空氣流中加入離散的液滴可以提高冷卻速率，通過增加孔的個數(shù)，可以實現(xiàn)超薄玻璃所需的極短的急冷時間從而實現(xiàn)鋼化。

所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解的是，本發(fā)明的特點或目的之一在于：本發(fā)明所述的超薄玻璃物理鋼化方法及其設(shè)備系統(tǒng)，首先將超薄玻璃在加熱爐中加熱至軟化溫度，通過移動系統(tǒng)將加熱后的玻璃移動至垂直于沖擊射流板位置處，之后在氣霧兩相陣列射流沖擊下進行冷卻，通過調(diào)整射流板和玻璃之間的高度以及空氣的入口流速和液滴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等參數(shù)，使得通過陣列射流孔入射出的氣霧兩相流在到達玻璃表面之前發(fā)生完全氣化，主要通過液滴的氣化潛熱以及空氣的對流換熱來對玻璃表面進行快速冷卻，以達到急冷的目的，然后急冷之后的玻璃通過破碎之后的顆粒數(shù)來判斷是否達到完全鋼化。該方法簡單，易于操作，并且易于量化，重復(fù)性高，鋼化效果好，在鋼化玻璃的制造領(lǐng)域具有很好的發(fā)展意義。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。