切割层叠强化玻璃基材的方法_2

文档序号:9437909阅读:来源:国知局
合物208溢流过槽212 并流过下等压槽204的成形外表面216、218。下等压槽204的成形外表面216、218在根部 220处汇聚。因此,流过成形外表面216、218的熔融的玻璃芯组合物208在下等压槽204的 根部220再次结合,由此形成层叠玻璃制品的玻璃芯层102。
[0029] 同时地,熔融玻璃包覆组合物206溢流过上等压槽202中形成的槽210,并流过上 等压槽202的成形外表面222、224。通过上等压槽202使熔融的玻璃包覆组合物206向外 偏转,从而使得熔融的玻璃包覆组合物206绕着下等压槽204流动,并与流过下等压槽的成 形外表面216、218的熔融的玻璃芯组合物208接触,与熔融的玻璃芯组合物融合,形成绕着 玻璃芯层102的玻璃包覆层104a、104b。
[0030] 如上文所述,熔融的玻璃芯组合物208的平均热膨胀系数0^^通常大于熔融的 玻璃包覆组合物206的平均包覆热膨胀系数CTEta。因此,随着玻璃芯层102和玻璃包覆 层104a、104b冷却,玻璃芯层102和玻璃包覆层104a、104b的热膨胀系数的差异导致在玻 璃包覆层l〇4a、104b中建立压缩应力。该压缩应力增加了所得到的层叠玻璃制品的强度, 无需进行离子交换处理或热回火处理。用于玻璃芯层102和玻璃包覆层104a、104b的玻 璃组合物可包括但不限于,题为"高CTE硼硅酸钾芯玻璃以及包含其的玻璃制品(High CTE Potassium Borosilicate Core Glasses and Glass Articles Comprising the Same) ', 的美国专利申请号61/604, 869,以及题为"低CTE不含碱的硼铝硅酸盐玻璃组合物以及包 含其的玻璃制品(Low CTE Alkali-Free BoroAluminosilcate Glass Compositions and Glass Articles Comprising the Same)"美国专利申请号 61/604, 839,它们都转让给了康 宁公司(Corning Incorporated),其全文通过应用结合入本文。
[0031] 表1列出了以下文的示例性方式使用的玻璃组合物。
[0032] CN 105189380 A 说明书 5/12 页
[0033] 表1-玻璃组成
[0034] 目前,具有玻璃组成A、C、D、E、F、G、H和I的玻璃可购自康宁公司,玻璃名称或编 号分别是 2317、0317、Eagle S000_、2318、7761、2319、2816 和 2916,具有玻璃组成 B 和 J 的玻璃也是由康宁公司制造的。
[0035] 再次参见图1所示的层叠强化玻璃基材100,层叠玻璃制品的玻璃芯层102由具有 较高平均热膨胀系数的玻璃组合物形成,例如本文所述的玻璃组合物,其具有大于或等于 75x10 7/°C的热膨胀系数。层叠强化玻璃基材100的玻璃包覆层104a、104b是由具有较低 平均热膨胀系数的玻璃组合物形成的,以有助于层叠玻璃制品的熔融成形后的冷却之后的 包覆层中的压缩应力的建立。
[0036] 更具体地,对于给定的包覆和芯厚度比,玻璃包覆层104a、104b组成与玻璃芯层 102组成之间的CTE差异,以及后续的玻璃包覆层104a、104b和玻璃芯层102从约为凝固点 (例如,比玻璃应变点高约为5°C )冷却到较低温度(例如,室温)。当玻璃芯层102组合物 的CTE高于玻璃包覆层104a、104b组合物,在玻璃包覆层104a、140b中存在压缩应力(CS), 并且随着层叠强化玻璃基材的冷却,其被玻璃芯层102中天然存在的中心张力(CT)抵消平 衡。玻璃包覆层104a、104b的压缩应力CS可通过等式(1)描述:
[0038] 玻璃芯层102中的中心张力(CT)可通过等式⑵描述:
[0040] 其中,Es和Ras分别是芯玻璃和包覆玻璃的弹性模量;vs和V ta分别是芯玻璃和 包覆玻璃的泊松比;1"是芯玻璃和包覆玻璃的较低的凝固点,单位为摄氏度(凝固点定义 为比玻璃应变点高5°C ) ; α @和α 分别是芯玻璃和包覆玻璃从凝固点f到室温(在上 式中使用25°C )的平均热膨胀系数;hs是芯的一半厚度;以及Il1i11是包覆厚度。
[0041] 提供等式(1)和(2)来表征在室温(即,25°C )下,对于给定的玻璃组合物对可实 现的应力水平。应注意的是,当玻璃组合物在室温和f之间的另一个温度T凝固时,CS和 CT同时都会成比例地下降。因此,等式⑴和⑵可总结如下:
[0044] 由于CS和CT必须相互平衡,提供等式(5):
[0046] 从等式(3)和(4)可以看出,CS和CT可随着局部温度变化立即发生变化,其如图 3所示。图3显示对于玻璃芯层组合物330和玻璃包覆层组合物332的热膨胀vs温度关系 图。曲线330的数据对应玻璃A,曲线332的数据对应玻璃B。应理解的是,这些玻璃组合 物仅仅用作示例,并且可使用其他玻璃组合物。
[0047] 如图3所示,随着温度上升到Π 对于示意性的A-B玻璃组成对,是513°C ),应力 与阴影区域334成比例。因此,可以通过对施加到所需分离线附近的温度式样进行选择和 控制,来沿着和绕着线对CS和CT大小和曲线进行操纵。该方法不同于现有方法(其中, 玻璃组成对被均匀加热,或者直接对所需分离线进行加热,其中,最大功率恰位于沿着切割 线)。
[0048] 图4A-4C分别显示示意性温度曲线160以及对应的中心张力曲线170和压缩应力 曲线180。图4A显示所需分离线上的温度曲线160,其中横轴是距离所需分离线(X = O) 的距离,纵轴是温度。在所示的例子中,将包覆玻璃层的表面的第一区域162a和第二区域 162b加热至最大温度T1。第一区域162a和第二区域162b都与所需分离线发生偏移,偏移 距离为R1。小的&会使得裂纹扩展更稳定并且保持沿着切割线。在一些实施方式中,R/J、 于3_。在其他实施方式中,R1小于1.5_。在其他实施方式中,R1小于0. 75_。因此,直 接位于所需分离线上的玻璃包覆层的区域没有被加热至最大温度T1,而是小于最大温度T1的温度T2。第一区域162a、第二区域162b和所需分离线外的区域可以接近环境温度T。,从 而使得 T2CT1, T1XT0。
[0049] 如上文关于图3以及等式(3)和(4)所述,局部温度的变化使得玻璃芯层内的CT 立即变化。图4B显示根据图4A所示的温度曲线并施加到层叠强化玻璃基材的中心张力曲 线170。横轴是距离所需分离线(X = O)的距离,纵轴是CT。如图4B所示,对应第一区域 162a的第一降低的中心张力区172a和对应第二区域162b的第二降低的中心张力区172b 具有中心张力(CT1),其低于所需分离线处的中心张力(CT2),这是由于第一和第二区域 162a、162b处的局部加热导致的。层叠强化玻璃基材的其余区域具有负的中心张力(CT。), 从而使得 CT2X^T1, CT'CT。。
[0050] 图4C显示根据图4B所示的中心张力曲线170的压缩应力曲线180。横轴是距离 所需分离线(X = O)的距离,纵轴是CS。如图4C所示,对应第一区域162a的第一降低的压 缩应力区182a和对应第二区域162b的第二降低的压缩应力区182b具有压缩应力(CS1),其 低于所需分离线处的压缩应力(CS2)的大小,这是由于第一和第二区域162a、162b处的局 部加热导致的。层叠强化玻璃基材的其余区域具有负的压缩应力(CS。),从而使得CSpCSp CS1WS00
[0051] 如上所述对层叠强化玻璃基材的表面进行加热形成具有CT1的第一和第二降低的 中心张力区172a、172b,提供沿着或靠近所需分离线扩展的裂纹的边界,因为层叠强化玻璃 基材具有(^2的区域会是裂纹扩展的优选和最小抵抗路径。换言之,第一和第二降低的中心 张力区172a、172b的较低的CTjI导裂纹沿着所需分离线扩展。因此,可以对CT JP CT 2 (类 似地,第一和第二区域处对应的压缩应力(CS1)和所需分离线处的压缩应力(CS2))进行优 化,以避免由于CT2降低至某一阈值导致的不稳定的裂纹扩展。可以将CT i控制成具有绕 着所需分离线的明显较低的中心张力带,以避免除了所需分离线之外的任意方向的裂纹开 裂。在一些实施方式中,当局部温度到达约为芯玻璃和包覆玻璃的较低的凝固点时,(^可 低至零。可以将CT2控制成低于无裂纹边缘质量的某一阈值(例如,25MPa),但是足够使得 裂纹自扩展。关于温度,1的下限可以由维持初始瑕疵扩展以形成裂口(vent)所需的应力 限定;上限可小于或等于芯玻璃和包覆玻璃的较低的应变点。
[0052] 可以同时优化加热源参数实现目标偏移R1和中心张力CT i、CT2。能够如上所述施 加局部加热的任意装置可用于根据本文所述的实施方式切割层叠强化玻璃基材。虽然本文 上下文中所述的加热源是激光,但是本发明的实施方式不限于此。例如,在一些实施方式 中,可以通过施加到层叠强化玻璃基材的表面的薄加热元件来提供局部加热。
[0053] 现参见图5,显示了具有第一和第二激光束斑154a、154b的层叠强化玻璃基材100 的表面105。如上所述,可以通过除了激光束斑154a、154b之外的加热源对层叠强化玻璃基 材100的表面105进行加热。向层叠强化玻璃基材100的第一边缘108施加边缘缺陷112, 以提供裂纹的起始位置。可机械地形成边缘缺陷112,例如,利用划线刀、通过激光烧蚀或者 通过其他方法。第一和第二激光束斑154a、154b分别用于对毗邻所需分离线110的第一和 第二区域162a、162b进行加热。
[0054] 现参见图6,可通过由一个或多个激光源150产生的一个或多个激光束15
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