一种表面拉应力玻璃的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光加工领域，具体涉及表面拉应力玻璃的制造加工领域。
【背景技术】
[0002]放在洁净的玻璃板上的一滴水，会附着在玻璃板上形成薄层；把一块洁净的玻璃片进入水里再取出来，玻璃表面会沾上一层水。这种现象叫做浸润，对玻璃来说，水是浸润液体。而放在洁净的玻璃板上的一滴水银，能够在玻璃板上滚来滚去，而不附着在上面；把一块洁净的玻璃片进入水银里再取出来，玻璃上也不附着水银。这种现象叫做不浸润，对玻璃来说，水银是不浸润液体。液体对固体的浸润程度不同，如一滴水在干净的玻璃上会浸润而摊开，而一滴水如果在蜡质平面上则会保持水珠状态为不浸润，浸润和不浸润并不是两极关系而是一个可以量化的量，量化的参数就是浸润角。一滴液体滴在固体平面上，液滴最底端(可以理解为"山脚下"那个位置)，液面与固体平板的夹角即为浸润角，则浸润角为零度时为彻底的不浸润(这时固体平板上的液滴为球状)，浸润角为180度时为彻底的浸润(这时固体平板上的液滴沿平面摊开而无限延展)。
[0003]在很多应用场所，例如，建筑窗户、汽车玻璃窗户、室外棚子窗户等，如果遇到雾气或水汽时，雾气或水汽会在窗户上浸润来摊开，影响窗户的能见度，比如，汽车玻璃窗户的能见度可能会引起交通事故。
[0004]另外，有些玻璃可能存在机械微结构缺陷，影响正常的使用功能和玻璃的美观或者玻璃的强度。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种表面拉应力玻璃的制造方法，形成表面拉应力和光洁的凸形表面，以使得原本具有亲水特性(浸润性)的玻璃表面转变为疏水特性(不浸润性)的玻璃表面，或者使得原本具有微结构缺陷的玻璃去掉微结构缺陷，因而提高玻璃的机械拉压性能。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种表面拉应力玻璃的制造方法，具体方案为:
[0007]采用加热激光对玻璃的待处理区域照射使表面层玻璃升温至软化温度，当表面层玻璃升温软化而内层玻璃未软化时，停止照射；
[0008]降低表面层玻璃温度至凝固点温度，使表面层玻璃由软化态变成非软化态并收缩；
[0009]进一步降低表面层玻璃温度至凝固点以下，使其与内层玻璃温度到达平衡，此时表面层玻璃温度变化大于内层玻璃的温度变化，因而使得表面层玻璃形成拉应力，内层玻璃形成压应力。
[0010]通过本发明提供的一种表面拉应力玻璃的制造方法，采用加热激光对玻璃的待处理区域照射以使表面层玻璃快速升温至软化，而内层玻璃保持非软化状态；当表面层玻璃温度降低时，根据热胀冷缩原理，表面层玻璃会收缩，形成表面拉应力和光洁凸形表面，使得表面层玻璃对液态物质具备不浸润性或者疏水性，这种加工处理后的玻璃可大量用于需要抗湿气的环境中，也可大量用于玻璃的缺陷消除处理或者其它的加工处理。
[0011]进一步的，通过控制加热激光扫描速度、加热激光扫描密度、加热激光照射时间和加热激光功率大小来控制玻璃待处理区域的加热温度和软化深度。
[0012]进一步的，所述加热激光对玻璃的待处理区域照射具体包括:通过加热激光对玻璃的待处理区域进行逐行填充扫描加热获得大面积拉应力玻璃表面。
[0013]进一步的，所述加热激光为二氧化碳激光或紫外激光或半导体红外激光或光纤激光。
[0014]进一步的，当所述玻璃为钢化玻璃时，所述钢化玻璃为物理钢化玻璃或化学钢化玻璃。
[0015]进一步的，与表面层玻璃拉应力面相对应的另一面设置有光反射层。
[0016]进一步的，在所述加热激光对玻璃的待处理区域照射进行快速加热之前还包括:对所述玻璃整体进行加热，所述加热温度低于所述玻璃的软化温度。
[0017]进一步的，所述进一步降低表面层玻璃温度至玻璃的凝固点温度以下，使其与内层玻璃温度到达平衡具体包括:降低表面层玻璃温度的降温速度不超过30摄氏度/秒。
[0018]玻璃对激光有一定的吸收率，具体吸收率与玻璃成分、激光加热厚度、激光波长、激光峰值功率密度、玻璃加热前的温度等多种因素有关。本发明的机理是，采用加热激光对表面层玻璃急剧加热，表面层玻璃吸收加热激光光子而被急剧加热，当内层玻璃还处于固态，即非软化态时，表面层玻璃由于温度超过玻璃软化温度而迅速软化，此时加热激光停止加热，表面层玻璃由于软化，因而表面形成张力，该张力使得表面层玻璃凸起且光洁度大大提高。如果此前玻璃被加热部分存在机械微结构缺陷，例如裂纹，此刻也因为表面层玻璃软化产生拉应力而自动消失。随着表面层玻璃温度的降低至凝固点温度，表面层玻璃由软化态玻璃转变为固态玻璃，此时表面层固态玻璃与内层固态玻璃具备温度差，当表面层玻璃温度进一步降低至玻璃的凝固点温度以下最终与内层玻璃温度平衡下来时，由于玻璃材料的热胀冷缩，表面层玻璃由于收缩量大，因而存在拉应力，即表面层玻璃存在拉应力，内层玻璃由于收缩量相对小，因而存在压应力。此时表面层玻璃表面光洁度获得极大改善，表面层玻璃具有疏水性，同时表面层玻璃的机械缺陷减少或者消除。
[0019]此时表面层玻璃获得的改善不止如此，液体对表面层玻璃的浸润现象也发生改变，以水为例做进一步说明，但所述液体不限于水。在对玻璃进行本发明提供的方法处理之前，玻璃表面，对于非强化玻璃，表面层玻璃可以认为没有应力存在，对于强化玻璃，表面层玻璃表现为压应力，两种玻璃均表现出对水的浸润特性，即对水表现出亲水特性。经过本发明提供的方法处理后，不论何种玻璃，表面层玻璃都表现出具有拉应力，即张力，此时玻璃表现出非常好的疏水性，即对水不再具有浸润性。其原因可以分析如下:请见图1-A，I和2为一块玻璃的不同部分，在采用本发明提供的方法处理前，I和2的物理性质可以相同，也可以不同，在经过了本发明提供的方法处理后，I为所述表面层玻璃，I内部形成拉伸应力，2为所述内层玻璃，内部形成压应力。如果所述玻璃为钢化玻璃，那么内层玻璃2内部也可能同时存在拉应力和压应力，这个可以根据具体情况分析得出。如果一滴水珠3置于I上，请见图1-B，由于I内部存在拉应力，那么作为与内层玻璃2相应部分对称分布于表面层玻璃I两侧的水滴内部，也形成与2内部应力方向相同的应力，即水滴3与表面层玻璃I接触的部分受到压应力作用，这样可直接减少水滴3在表面层玻璃I表面的浸润角，从而实现玻璃表面的疏水性。
[0020]根据具体不同的玻璃的成分、玻璃的厚度和玻璃的均匀性等确定加热激光的类型、加热激光的波长、加热激光的平均功率、加热激光光斑大小，以及在加热激光对玻璃加热的时候，加热激光的光斑是静止还是移动状态。加热激光的类型包括连续加热激光和脉冲加热激光。连续加热激光是连续波形式的加热激光，脉冲加热激光是发射激光脉冲的激光。
[0021]通过加热激光波长选择、加热激光扫描速度、加热激光扫描密度、加热激光照射时间、玻璃表面激光功率大小来控制表面层玻璃具体加热温度和软化深度，同时在加热激光加热表面层玻璃之前，可以对该玻璃整体进行加热，且加热温度低于玻璃的软化温度。采取该措施的目的在于控制拉应力表面层玻璃的厚度，以及拉应力表面玻璃拉应力的大小，即张力大小，避免加热激光对表面层玻璃进行加热时表面层玻璃的温度与内层玻璃的温度差太大，而导致玻璃的变形太大，从而避免玻璃因变形太大开裂，另外，玻璃变形太大也会影响美观。
[0022]应用本发明提供的方案，与现有技术相比，具有以下的优点和技术效果:
[0023](I)第一次提出采用加热激光加热玻璃表面实现表面层玻璃产生拉应力的方法，改变了玻璃表面对液体的浸润与不浸润特性，用于汽车车窗可以防雾气，用于卫生间梳妆台的镜子或汽车的反射镜等领域就可以防水汽，用于室外照明灯具可以防止起雾，汽车防雾车灯灯罩更可以完美解决。
[0024](2)本发明提出一种表面拉应力玻璃制造方法，可以消除玻璃表面机械微结构缺陷，实现玻璃表面的局部修补，制造玻璃表面张力(拉应力)从而实现非常光洁的玻璃表面。
【附图说明】
[0025]图1-A为本发明实施例1的一种表面拉应力玻璃制造方法未处理前的玻璃结构示意图；
[0026]图1-B为采用本发明实施例1的一种表面拉应力玻璃制造方法处理后的玻璃结构示意图；
[0027]图2为本发明实施例1中制造表面拉应力玻璃原理示意图；
[0028]图3为本发明实施例1防雾普通玻璃反射镜示意图；
[0029]图4-A为本发明实施例1的防雾钢化玻璃窗结构示意图；
[0030]图4-B为本发明实施例1的另一防雾钢化玻璃窗结构示意图；
[0031]图5为本发明实施例2的一种表面拉应力玻璃制造方法原理图。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0033]实施例1、一种表面拉应力玻璃的制造方法。下面结合图2-图4对本实施例提供的方法进行详细说明。
[0034]图2为本实施例的表面拉应力玻璃制造方法原理图，由图2可知:初始准直入射激光光束11经第一振镜镜片15反射，其反射光束14经第二振镜镜片13反射，得到反射激光光束18，反射激光光束18射入平场聚焦镜19，输出聚焦光束射向玻璃20。
[0035]初始准直入射激光光束11，用于对玻璃20的入射表面的待处理区域照射进行加热，因此也称之为加热激光。该加热激光的波长为10.6微米，该加热激光可以为二氧化碳激光或紫外激光或半导体红外激光或光纤激光，本实施例采用连续的二氧化碳气体激光，平均功率为50W，基模，直径为2毫米。
[0036]所述第一振镜镜片15，被振镜电机17的主轴16夹持，可以绕主轴16轴线摆动。
[0037]所述第二振镜镜片13，被振镜主轴12夹持，可以绕振镜主轴12轴线摆动。
[0038]在第一振镜镜片15和第二振镜镜片13的控制下，反射激光光束18在玻璃20的入射表面上(即待处理区域)进行逐行扫描填充加热，使表面层玻璃迅速升温至软化温度，当表面层玻璃软化，而内层玻璃未软化时，停止照射加热。其中，反射激光光束18在玻璃20的待处理区域进行逐行扫描填充加热的目的是为了获得大面积拉应力表面玻璃。本实施例可以通过反射激光光束18的扫描速度、扫描密度、照射时间、激光波长的选择以及控制玻璃表面激光功率大小来控制玻璃20的待处理区域