切割層疊強(qiáng)化玻璃基材的方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉參考
[0002] 本申請根據(jù)35U.S.C. § 119,要求2012年11月21日提交的美國臨時(shí)系列第 61/728, 918號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請為基礎(chǔ)并將其全文通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本申請一般地涉及分離層疊強(qiáng)化玻璃基材的方法，更具體地，通過拉伸和壓縮操 縱來分離層疊強(qiáng)化玻璃基材的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 玻璃制品，例如覆蓋玻璃和玻璃底板等，同時(shí)用于消費(fèi)者和商用電子器件，例如 IXD和LED顯示器、電腦監(jiān)測器以及自動(dòng)取款機(jī)（ATM)等。部分此類玻璃制品可包括"觸 摸"功能，這使得玻璃制品必須與各種物體（包括用戶的手指和/或手寫筆裝置）接觸，這 樣，玻璃必須足夠的牢固，以經(jīng)受常規(guī)接觸而不損壞。此外，此類玻璃制品還可結(jié)合到便攜 式電子器件中，如移動(dòng)電話、個(gè)人媒體播放器和平板電腦。在相關(guān)裝置的運(yùn)輸和/或使用過 程中，結(jié)合到此類裝置中玻璃制品容易損壞。因此，在電子器件使用的玻璃制品可能需要有 增強(qiáng)的強(qiáng)度，從而不僅能耐受來自實(shí)際應(yīng)用的常規(guī)"觸摸"接觸，還能耐受在運(yùn)輸器件時(shí)可 能發(fā)生的偶然接觸和沖擊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，切割層疊強(qiáng)化玻璃基材的方法包括：提供層疊強(qiáng)化玻璃基材， 所述層疊強(qiáng)化玻璃基材具有玻璃芯層和至少一層玻璃包覆層，所述玻璃芯層具有第一表面 部分和與第一表面部分相對的第二表面部分，所述至少一層玻璃包覆層與所述玻璃芯層的 第一表面部分或第二表面部分融合。所述玻璃芯層具有平均芯熱膨脹系數(shù)CTEs，所述至少 一層玻璃包覆層具有平均包覆熱膨脹系數(shù)CTEta，其小于平均芯熱膨脹系數(shù)CTEs。該方法 還可包括：在層疊強(qiáng)化玻璃基材的邊緣形成邊緣缺陷，對層疊強(qiáng)化玻璃基材的所述至少一 層玻璃包覆層上的第一區(qū)域進(jìn)行加熱，以及對層疊強(qiáng)化玻璃基材的所述至少一層玻璃包覆 層上的第二區(qū)域進(jìn)行加熱。所述第一區(qū)域偏離所需分離線的第一側(cè)，所述第二區(qū)域偏離所 需分離線的第二側(cè)。該方法還可包括：使得在邊緣缺陷處模擬（imitated)的裂紋沿著所需 分離線在層疊強(qiáng)化玻璃基材的第一和第二區(qū)域之間擴(kuò)展。
[0006] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，切割層疊強(qiáng)化玻璃基材的方法包括：提供層疊強(qiáng)化玻璃基 材，所述層疊強(qiáng)化玻璃基材具有玻璃芯層和至少一層玻璃包覆層，所述玻璃芯層具有第一 表面部分和與第一表面部分相對的第二表面部分，所述至少一層玻璃包覆層與所述玻璃芯 層的第一表面部分或第二表面部分融合。所述玻璃芯層具有平均芯熱膨脹系數(shù)CTEs，所述 至少一層玻璃包覆層具有平均包覆熱膨脹系數(shù)CTEta，其小于平均芯熱膨脹系數(shù)CTEs。該 方法還可包括：形成第一降低的中心張力區(qū)，所述第一降低的中心張力區(qū)沿著所需分離線 延伸并與其偏移，以及形成第二降低的中心張力區(qū)，所述第二降低的中心張力區(qū)也沿著所 需分離線延伸。所述第一降低的中心張力區(qū)偏離所需分離線的第一側(cè)，所述第二降低的中 心張力區(qū)偏移所需分離線的第二側(cè)。第一和第二降低的中心張力區(qū)具有降低的張力CT1,其 小于沿著所需分離線的中心張力CT2。該方法還可包括使得裂紋沿著所需分離線在第一降 低的中心張力區(qū)和第二降低的中心張力區(qū)之間擴(kuò)展。
[0007] 在以下的詳細(xì)描述中提出了本文所述用于切割層疊強(qiáng)化玻璃基材的方法的其他 特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出， 或者通過實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的本發(fā)明而被認(rèn) 識(shí)。
[0008] 應(yīng)理解的是，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述介紹了各種實(shí)施方式，用來提 供理解要求保護(hù)的主題的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對各種實(shí)施方 式的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖以圖示形式說 明了本文所述的各種實(shí)施方式，并與說明書一起用來解釋要求保護(hù)的主題的原理和操作。
【附圖說明】
[0009] 圖1示意性顯示根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的層疊強(qiáng)化玻璃基 材片的截面圖；
[0010] 圖2示意性顯示用于制造圖1的層疊強(qiáng)化玻璃基材片的熔合拉制法；
[0011] 圖3顯示根據(jù)本文所示和所示的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的示例性玻璃芯層組成和 示例性玻璃包覆層組成的熱膨脹vs溫度的關(guān)系圖；
[0012] 圖4A顯示根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的層疊強(qiáng)化玻璃基材在所 需分離線附近的表面上的示例性溫度曲線圖；
[0013] 圖4B是由根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的圖4A的溫度曲線得到的 層疊強(qiáng)化玻璃基材的中心張力曲線圖；
[0014] 圖4C是由根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的圖4A的溫度曲線得到的 層疊強(qiáng)化玻璃基材的壓縮應(yīng)力曲線圖；
[0015] 圖5示意性顯示根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的層疊強(qiáng)化玻璃基 材的表面上的第一和第二激光束；
[0016] 圖6示意性顯示用于切割根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的層疊強(qiáng) 化玻璃基材的系統(tǒng)；
[0017] 圖7示意性顯示根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的層疊強(qiáng)化玻璃基 材的表面上的第一和第二激光束以及溫度曲線、中心張力曲線和壓縮應(yīng)力曲線；
[0018] 圖8示意性顯示根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的層疊強(qiáng)化玻璃基 材的表面上的拉長的第一和第二激光束以及溫度曲線、中心張力曲線和壓縮應(yīng)力曲線；
[0019] 圖9A和9B顯示從根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的層疊強(qiáng)化玻璃基 材片分離的兩個(gè)示例性層疊強(qiáng)化玻璃制品；以及
[0020] 圖9C顯示待通過沿著所需分離線施加第一和第二中心張力區(qū)進(jìn)行切割的層疊玻 璃管。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面詳細(xì)參考用來切割層疊強(qiáng)化玻璃基材的方法的實(shí)施方式，其例子在附圖中示 出。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或類似的部分。如下文進(jìn) 一步詳述，實(shí)施方式提供了切割層疊強(qiáng)化玻璃基材的方法，該方法通過采用激光或者其他 快速且局部加熱源來沿著所需分離線操縱中心張力和壓縮應(yīng)力，以提供可引導(dǎo)裂紋的最小 抵抗路徑。由于玻璃芯層的中心張力以及融合層疊玻璃基材中的包覆壓縮都與芯玻璃層和 玻璃包覆層的較低的凝固點(diǎn)之間的溫差成瞬時(shí)反比，可以對中心張力和壓縮應(yīng)力的大小和 分布進(jìn)行管理，以避免無引導(dǎo)的裂紋擴(kuò)展并提供受控的破裂和穩(wěn)定引導(dǎo)的裂紋生長。下面 將具體結(jié)合附圖，更詳細(xì)地描述用于切割層疊強(qiáng)化玻璃基材的各種方法。
[0022] 可以通過熱回火和/或離子交換處理對玻璃制品進(jìn)行強(qiáng)化。在此類情況下，可以 在玻璃制品形成之后使得玻璃制品經(jīng)受額外的加工步驟，這些加工步驟會(huì)增加玻璃制品的 總成本。此外，進(jìn)行這些加工步驟所需的額外處理會(huì)增加損壞玻璃制品的風(fēng)險(xiǎn)，這會(huì)降低制 造產(chǎn)率并會(huì)進(jìn)一步增加生產(chǎn)成本和玻璃制品的最終成本。
[0023] 雙融合拉制是用于生產(chǎn)強(qiáng)化玻璃基材的另一種方法。雙融合拉制產(chǎn)生了三層層疊 強(qiáng)化的玻璃基材，其具有位于兩層包覆層之間的芯層。當(dāng)芯玻璃具有比包覆玻璃高的熱膨 脹系數(shù)時(shí)，在包覆層中存在壓縮應(yīng)力，并且當(dāng)層疊強(qiáng)化玻璃基材從退火點(diǎn)和應(yīng)變點(diǎn)冷卻至 較低溫度時(shí)，其被芯層中天然存在的中心張力抵消平衡。通過壓縮應(yīng)力化的包覆層進(jìn)行強(qiáng) 化提供了額外的抗損壞性?？箵p壞包覆層和高中心張力芯的存在會(huì)使得層疊強(qiáng)化玻璃基材 難以通過常規(guī)方法，例如機(jī)械劃線和分離法以及激光劃線和分離法進(jìn)行切割。
[0024] 現(xiàn)參見圖1，示意性顯示層疊強(qiáng)化玻璃基材100的截面圖。如下文進(jìn)一步詳述，可 以在拉制過程的底部以及在拉制過程之后對層疊強(qiáng)化玻璃基材進(jìn)行切割，以將層疊強(qiáng)化玻 璃基材分離成多個(gè)層疊強(qiáng)化玻璃制品。層疊強(qiáng)化玻璃基材100通常包括玻璃芯層102和一 對玻璃包覆層l〇4a、104b。應(yīng)注意的是，在其他實(shí)施方式中，層疊強(qiáng)化玻璃基材可僅包括一 層玻璃包覆層，從而提供雙層基材。
[0025] 仍參見圖1，具有第一表面105和第二表面107的玻璃芯層102通常包括第一表面 部分103a和第二表面部分103b，所述第二表面部分103b與第一表面部分103a相對。將第 一玻璃包覆層l〇4a與玻璃芯層102的第一表面部分103a熔合，第二玻璃包覆層104b與玻 璃芯層102的第二表面部分103b熔合。玻璃包覆層104a、104b與玻璃芯層102融合，且在 玻璃芯層102和玻璃包覆層104a、104b之間不設(shè)置任意額外材料，例如粘合劑或涂層等。
[0026] 在本文所述的層疊強(qiáng)化玻璃基材100的實(shí)施方式中，玻璃芯層102是由具有平均 芯熱膨脹系數(shù)CTEs的第一玻璃組合物形成的，玻璃包覆層104a、104b是由第二、不同的玻 璃組合物形成的，其具有平均包覆熱膨脹系數(shù)CTEtlll。本文所用術(shù)語"CTE"指的是玻璃組 合物在約為20-300°C溫度范圍的平均的熱膨脹系數(shù)。CTEs大于CTEta，這導(dǎo)致玻璃包覆層 104a、104b具有壓縮應(yīng)力，且無需進(jìn)行離子交換或熱回火。
[0027] 具體地，本文所述的層疊強(qiáng)化玻璃基材100可由熔合層疊法形成，例如美國專利 第4, 214, 886號(hào)所述的方法，其通過引用結(jié)合入本文。例如，參見圖2,用于形成層疊玻璃制 品的層疊熔合拉制設(shè)備200包括上等壓槽202,其位于下等壓槽204的上方。上等壓槽202 包括槽210,將熔融的玻璃包覆組合物206從熔融器（未顯示）進(jìn)料到其中。類似地，下等 壓槽204包括槽212,將熔融的玻璃芯組合物208從熔融器（未顯示）進(jìn)料到其中。在本文 所述的實(shí)施方式中，熔融的玻璃芯組合物208的平均熱膨脹系數(shù)CTEs大于熔融的玻璃包覆 組合物206的平均熱膨脹系數(shù)CTE包覆。
[0028] 隨著熔融玻璃芯組合物208填充槽212,所述熔融玻璃芯組