评估装配玻璃对形成淬火痕的敏感性的方法与流程

评估装配玻璃对形成淬火痕的敏感性的方法
1.本发明涉及经热学强化的玻璃的领域，尤其是所谓的热“钢化”玻璃（英语为“heat strengthened glass”），也称为“半淬火”玻璃，或所谓的热淬火玻璃，并且更特别地，此类玻璃覆有至少一个薄层。
2.本技术所涉及的玻璃尤其可以旨在用于建筑物幕墙、市政设施、交通工具（机动车、公共汽车、火车、轮船、飞机等）的装配玻璃。
3.对玻璃进行热学强化的加工（尤其是热淬火或热钢化）涉及到加热到600
°
c以上，然后通过空气喷射快速冷却。为此，在炉子（尤其是辐射或对流炉）中加热玻璃，然后通过冷却装置冷却玻璃，冷却装置通常包括淬火箱，其负责对玻璃的由喷嘴发出的多次空气喷射。在大多数热学强化设备中，通过辊床水平地传送玻璃。根据成品玻璃中期望的厚度和应力水平来调整空气喷射的速度。
4.在本发明的上下文中，表述“热学强化（renforcement thermique）”是涵盖热钢化和热淬火的概括性表述。玻璃的热学强化会在玻璃的厚度上产生应力场，这向玻璃赋予了对弯曲的更大的机械抗性，并且向其赋予了特定的破裂模式，尤其是在淬火玻璃的情况下，所述特定的破裂模式可以降低打碎玻璃时对人造成伤害的风险。该应力场是通过在玻璃凝固过程中玻璃主面的表面与其核心之间的冷却速率差异获得的。玻璃越厚，由于冷却核心的热惯性就越大，因此产生残余应力场所需的鼓风强度就越小。
5.冷却空气喷射通常同时施加到玻璃的两个主面上。可以在玻璃片材的传送辊之间进行鼓风。使用空气喷射并不能保证整个玻璃的均匀冷却。使用具有覆层的玻璃（尤其是低发射覆层）也可能使加热炉的调节复杂化。当玻璃离开炉子以便然后被冷却时，可以观察到玻璃温度场的或多或少的不均匀性，有时在仅几厘米的距离内出现几十摄氏度的温度梯度。根据其热历史并且由于玻璃的光弹性特性，这可以表现为在偏振光下出现虹彩，即本领域技术人员熟知的“淬火痕（marques de trempe）”（英语为“quench marks（淬火痕迹）”或“strain patterns”（应变图案））或者“淬火花”或“豹斑”，这些表述等同地用于热钢化玻璃，也称为“半淬火”玻璃。玻璃的这种不均匀性归因于玻璃内部的应力的不均匀且各向异性的分布。这种应力分布首先取决于玻璃的热历史，亦即其热学强化的加热的或好或差的均匀性以及其热学强化的冷却的或好或差的均匀性。
6.已经提出了各种解决方案来减小热学强化玻璃的淬火痕，尤其是如wo2018051029所提出的解决方案。
7.施加于玻璃的覆层可以改变其淬火痕的外观，或使其增大或使其减小。目前没有任何简单的手段来在实现覆层之前预测覆层对热学强化玻璃的淬火痕的影响，而本发明的目的正是填补该空白。
8.根据本发明，装配玻璃（vitrage）的淬火痕被认为是装配玻璃各区域之间的色差的结果。由于这些淬火痕源于应力的各向异性，并且由于具有不同应力的区域会引起对光线的不同的光学相移，从而赋予它们不同的着色，因此我们想到了基于基材的不具有光学相移的区域与同一基材的引起给定的光学相移的区域之间的可计算的色差来建立测量标度。这种测量标度使得能够针对相同的光学相移和相同的光线入射来比较装配玻璃。因此，
(1984)。在所有情况下，δe都表示与给定颜色空间中的两种不同颜色相对应的两个点之间的距离。
16.在本发明的上下文中，设计了参数σ
v
来表征装配玻璃呈现淬火痕的能力。该参数σ
v
是基于对装配玻璃的不具有光学延迟的点与装配玻璃的引起光学相移的点之间的色差的确定。有利地，参数σ
v
可以与由装配玻璃中具有的玻璃基材引起的光学相移无关或者不太相关。
17.本发明涉及评估取决于装配玻璃的各向异性的装配玻璃形成淬火痕的敏感性的方法，所述敏感性通过计算参数σ
v
来评估，所述装配玻璃包括面1和面2，两者都与外部环境接触，所述淬火痕针对透射或反射并且在装配玻璃的一侧或另一侧的视觉由装配玻璃的不同区域中的不同光学相移而导致，所述方法包括
‑ꢀ
由计算机实施的计算步骤，计算通过面1或通过面2的至少一个透射参数，称为t1或t2，或者计算在面1上或在面2上的至少一个反射参数，称为r1和r2，一方面针对装配玻璃的不引起光学相移的区域进行该计算，并且另一方面针对装配玻璃的如下区域进行该计算：所述区域具有相对于入射平面呈给定角度定向的双折射轴，并且引起给定的光学相移域中的对光线的光学相移δ，并且这是针对该光线的给定偏振且针对该光线的给定入射角；
‑ꢀ
由计算机实施的计算步骤，基于参数t1、t2、r1、r2中的至少一个来计算至少一个参数δe(δ)，其对应于装配玻璃的未引起光学相移的区域与装配玻璃的引起光学相移δ的区域之间的色差，然后
‑ꢀ
通过应用函数g来计算σ
v
，函数g取决于计算出的一个或多个δe(δ)，并且在必要时取决于一个或多个对应的δ。
18.根据本发明的模型，光学相移δ与可见光谱中的波长无关。
19.优选地，双折射轴相对于入射平面的角度为45
°
，并且偏振为s或p，因为这对应于产生最可见的淬火痕的观察条件。
20.函数g基于至少一个δe(δ)和在必要时每个对应的δ来计算σ
v
，以提供在测量标度中有意义的σ
v
值。因此可以写成σ
v = g(δe(δ), δ)。因此，这尤其展现出选择g使得σ
v = δe(δ)的可能性。一个δe(δ)对应于一个给定的δ。如果计算多个δe(δ)，则针对不同的δ计算每个δe(δ)。
21.函数g也可以等于任意函数f2，所述任意函数f2仅取决于针对给定的δ确定的σ
δ
或各自针对不同的δ确定的多个σ
δ
，每个σ
δ
等于δe(δ)除以函数f1(δ)的商，所述函数f1(δ)仅取决于对应的δ（σ
δ = δe(δ)/f1(δ)）。可以写成g = f2(σ
δ
)。特别地，函数f2可以是一个或多个σ
δ
的多项式函数。
22.一个或多个σ
δ
与由装配玻璃引起的光学相移无关或者不太相关是有利的，因为σ
v
也将如此，并且于是将更能代表覆层针对更宽的光学相移范围对淬火痕的影响。在寻找使一个或多个σ
δ
与光学相移无关或者不太相关的函数f1时，凭经验和直觉假设f1(δ)可以有利地接近或等于sin2δ。在f1(δ) = sin2δ的情况下，观察到光学相移δ越小，σ
δ
越与光学相移δ无关。正因如此，在本发明的上下文中，最相关的光学相移域优选地接近零并且从零开始。尤其是，当δ趋近于0时σ
δ
的极限是表征装配玻璃的良好σ
v
值。实际上，能够观察到商δe(δ)/sin2δ明显与δ无关，尤其是对于δ的较小值（尤其是δ < π/2，特别是δ < π/15，并且尤其是对于δ < π/30），这对应于最常见的情况。当然，除正弦函数之外的并且给出接近正弦函数
给出的值的其他函数可能也可以适合作为函数f1。例如，正弦函数的有限展开通常是合适的。再举一个示例，对于如δ < π/30这样特别小的δ值，f1 = δ2也可能是合适的。正因如此，认为选择这样的f1(δ)是令人满意的：所述f1(δ)给出介于(sin2δ)
ꢀ–ꢀ
1与(sin2δ) 1之间、优选地介于(sin2δ)
ꢀ–ꢀ
0.5与(sin2δ) 0.5之间的值。
23.表征装配玻璃的σ
v
的值可以基于针对给定光学相移值的单个σ
δ
或基于多个σ
δ
来确定，每个σ
δ
是针对不同的光学相移值δ确定的。值σ
v
可以借助于函数f2(σ
δ
)来确定，函数f2(σ
δ
)仅与一个或多个σ
δ
有关。该函数f2(σ
δ
)是任意的，并且使得能够在任意测量的标度内表征装配玻璃。可以在这个测量标度内比较具有玻璃基材和覆层系统的装配玻璃v1的σ
v1
与具有相同玻璃基材但不具有覆层系统的装配玻璃v2的σ
v2
，以便能够评估该覆层系统是会相比于裸玻璃基材增大淬火痕（σ
v1 > σ
v2
）还是减小淬火痕（σ
v1 < σ
v2
）。这种比较当然是通过采用相同的测量标度并因此相同的δ值以及相同的函数g、f1和f2对两个装配玻璃v1和v2进行的。应该注意的是，装配玻璃v2很可能已经在其一个或两个主面上包括了薄层或薄层堆叠，因此v1中的覆层系统将在已经存在于v2中的薄层或薄层堆叠上添加薄层或薄层堆叠。这样，因此可以在实现覆层系统之前模拟所述覆层系统对装配玻璃的淬火痕的影响，并选择最合适的覆层系统。
24.如果仅确定一个σ
δ
，则函数f2(σ
δ
)可以例如简单地等于σ
δ
（σ
v = σ
δ
）。函数f2(σ
δ
)可以是σ
δ
的多项式。尤其是，函数f2(σ
δ
)可以是比例系数k（σ
v = k.σ
δ
）。函数f2(σ
δ
)也可以是加上或减去常数值x。
25.如果基于多个σ
δ
确定σ
v
，则在给定的光学相移δ的域中，该函数f2(σ
δ
)可以例如是多个σ
δ
的多项式函数，如尤其是光学相移δ的该域中的σ
δ
的算术平均值。
26.无论选择什么样的函数f2(σ
δ
)，当δ趋近于0（零光学相移）时δe/f1(δ)的极限都是σ
δ
的优选值，因为观察到当δ趋近于0时δe/f1(δ)更与δ无关。这样，有利地，σ
v = f2(lim
δ
→0δe/f1(δ))。尤其是，σ
v
可以简单地等于当δ趋近于0时的σ
δ
的极限。尤其是，σ
v = lim
δ
→0δe/sin2(δ)特别合适。
27.光学相移δ的域在零至π之间。一般而言，只需它在零至π/2之间、甚至在零至π/15之间、甚至在零至π/30之间即可。实际上，正是最接近零的δ值由于对δ的变化最不敏感而得到最相关的σ
δ
。
28.函数f2(σ
δ
)优选地是根据δ的单调函数（单调增函数或单调减函数）。函数f2(σ
δ
)是任意和自由选择的，以构成一个测量标度。函数f2(σ
δ
)的应用也可以通过计算机来实施。
29.对于σ
v
的确定，可以仅使用（通过应用函数f2(σ
δ
)）对应于小δ（尤其是小于π/2）的一个σ
δ
值，这是在观察到该σ
δ
值在所考虑的δ域中随δ变化很小之后，所述域从零开始。
30.对于σ
v
的确定，可以使用（通过应用函数f2）对应于小δ（尤其是小于π/2）的多个σ
δ
值，这是在观察到这些σ
δ
值在所考虑的δ域中随δ变化很小之后，所述域从零开始。
31.无论是仅使用一个σ
δ
还是使用多个σ
δ
，优选地选择δ的域，使得当δ从0变为该域的最大值时，σ
δ
变化小于0.5，并且优选地变化小于0.2。如果无法确定针对δ等于0的σ
δ
（如果f1(δ)是sin2δ就是这种情况），可以取当δ趋近于0时δe/f1(δ)的极限（记为lim
δ
→0δe/f1(δ)）作为δ = 0时的σ
δ
值。有利地，δ的域的最大值小于π/15并且优选地小于π/30。
32.淬火痕的虹彩效果与入射光的偏振状态和光线相对于玻璃基材的入射角强相关。此外，δe通常对于50
°
至80
°
之间的相对于玻璃基材的入射角而言最大，并且因此优选地将
入射角选择为在该范围内，尤其是60
°
。
33.一般而言，装配玻璃包括与外部环境接触的两个面，称为面1和面2。这些面中的每一个都具有强度为外/内界面所特定的透射属性和反射属性。这些属性由以下参数表示：
x
τ
i
(θ)：面i（1或2）针对偏振x（s或p）的透射系数；
extx
ρ
i
(θ)：外表面i（1或2）针对偏振x（s或p）的反射系数；
intx
ρ
i
(θ)：内表面i（1或2）针对偏振x（s或p）的反射系数；即，总共12个参数来表征与装配玻璃外部环境的界面。这些参数都与波长有关，因此可以用作为波长的函数的光谱来表示。
34.这些参数τ和ρ是已知的或可以本领域技术人员已知的方式来测量，尤其是在薄层或薄层堆叠的情况下。可（通过测量或计算）针对任何薄层或薄层堆叠确定它们。
35.基于这些界面参数，可以计算装配玻璃在其两个面1和2上的透射（t1和t2）和反射（r1和r2）参数。t1（或者说t2）是光线在通过面1（或者说面2）撞击装配玻璃的情况下穿过装配玻璃的透射系数。r1（或者说r2）是光线通过面1（或者说面2）撞击装配玻璃的情况下的装配玻璃的反射系数。
36.一般而言，每次穿过装配玻璃后，尤其是每次在内部界面上反射后，偏振状态都会发生变化。在如下特定情况下：其中入射光束沿x（s或p）偏振，其中基材的双折射轴相对于入射平面以45
°
定向，并且其中相移表示为π的分数：δ = π/n（π/2、π/3、π/4、
…
），则光束在2n次反射后再次变为偏振x。通过下式来定义针对k（k = 0、1、2、3等，直到2n）个偏振态的内部反射
intk
ρ
i
和透射
k
τ
i
系数：其中，偏振y是与x正交的偏振（x = s并且y = p，或者x = p于是y = s）。第k个偏振态对应于穿过透明基材k次的初始偏振x的光束的偏振。
37.因此，参数
k
τ
i
表示初始偏振为x的光线在穿过透明基材k次后的面i（1或2）的透射系数。参数
intk
ρ
i
表示初始偏振为x的光线在穿过透明基材k次后的面i（1或2）的内部反射系数。由于光束在2n次反射后再次变为偏振x，则有：。
38.可以借助于下式确定参数t1、t2、r1和r2：
→ꢀ
偏振p
ꢀ→ꢀ
圆偏振
ꢀ→ꢀ
等等。
45.如果n = 2，则装配玻璃局部具有四分之一波片的效果。在偏振为p的光入射的情况下，光在每次穿过装配玻璃时改变偏振，如下：偏振p
ꢀ→ꢀ
圆偏振
ꢀ→ꢀ
偏振s
ꢀ→ꢀ
圆偏振
ꢀ→ꢀ
偏振p
ꢀ→ꢀ
圆偏振
ꢀ→ꢀ
等等。
46.中间（圆）偏振态的透射和反射系数为：。
47.基材的透射和反射参数于是为：。
48.如果取函数sin2作为函数f1，并且由于光学相移在此设定为δ = π/2且sin
2 (π/2) = 1，于是有：。
49.本发明还涉及装配玻璃的制造方法，包括实现根据本发明的应用于所述装配玻璃的方法，然后生产装配玻璃。根据本发明的方法可以应用于要在相同测量标度下比较的两个不同的玻璃基材v1和v2，得到两个参数σ
v
，分别表示为σ
v1
和σ
v2
。σ
v1
和σ
v2
的比较使得能够确定哪个装配玻璃应具有比另一装配玻璃较不显眼的淬火痕。尤其是，v1可以与v2相同，除了它另外包括覆层系统，所述覆层系统包括在其一个或两个主面上的薄层或薄层堆叠。因此，在实现覆层系统之前，可以确定覆层系统是能减小还是增大淬火痕。本发明还涉及装配玻璃v1的制造方法，包括实现根据本发明的应用于装配玻璃v1和v2的方法，然后实现覆层系统。尤其是，本发明还涉及装配玻璃的制造方法，包括在玻璃基材上施加覆层系统，这包括使用根据本发明的方法以选择覆层系统，然后在玻璃基材上实现覆层系统。
50.本发明还涉及计算机程序，其包括用于执行根据本发明的方法的至少一个计算机实施的计算步骤的程序代码指令或指令的部分。本发明还涉及计算机可读记录介质，其上记录有该计算机程序。
51.示例1打算确定尤其包括8nm银层的薄层堆叠对10mm厚的planiclear牌玻璃片材（由
saint
‑
gobain glass france（法国圣戈班玻璃厂）销售）的淬火痕的影响。
52.为此，针对以下条件确定σ
δ
的值：针对各光学相移值δ = π/n，其中n范围为2到50，针对入射角65
°
，针对四个配置光谱t1、t2、r1和r2，并且针对经涂覆的玻璃片材（见图1）和针对未经涂覆的玻璃片材（见图2）。
53.在图1和图2中可以看到，光学相移δ越小，σ
δ
与光学相移δ越不相关。正因如此，在本发明的上下文中，最相关的光学相移域优选地接近零并且从零开始。尤其是，当δ趋近于0时的σ
δ
的极限是表征装配玻璃的很好的值。
54.在未经涂覆的玻璃片材的情况下（图2），由于装配玻璃是对称的，即面1与面2相同，因此t1和t2的σ
δ
的值重合，并且r1和r2的σ
δ
的值也重合。这些值在此为菲涅耳系数。
55.图1和图2的对比表明，配置t1和t2的σ
δ
的值受覆层影响很小。相反，在光学相移相同的情况下，配置r1和r2的σ
δ
的值在存在覆层的情况下更小得多。因此，对于65
°
的入射角，覆层将相比于裸玻璃基材具有减小配置r1和r2的淬火痕的作用。
56.还计算了当δ趋近于0但入射角从45
°
变化至85
°
时的σ
δ
的极限值。图3示出了涂覆有覆层的planiclear的结果，并且图4示出了裸planiclear的结果。
57.经涂覆的玻璃的最大外部反射敏感性（r2）为17.5至51
°
，而裸玻璃为41至62
°
。总的来说，覆层因此将相比于裸玻璃基材具有减小淬火痕的作用。
58.示例2如示例1那样进行，不同之处在于覆层包括薄层堆叠，薄层堆叠包括沉积在厚度为10mm的planiclear玻璃的面1上的厚度分别为12nm和22nm的两个银层。图5示出了结果。此处同样，光学相移δ越小，σ
δ
与光学相移δ越不相关。也可以说，相比于裸玻璃基材，覆层将具有在65
°
处减小r1和r2配置中的淬火痕的作用（对比图2）。还计算了当δ趋近于0但入射角从45
°
变化至85
°
时的σ
δ
的值。图6示出了结果。此处同样，具有覆层的情况比裸玻璃上的最大敏感性更小（对比图4），可以说覆层减弱了淬火痕的可见性。