制备成型玻璃制品的方法和设备的制造方法
【专利说明】制备成型玻璃制品的方法和设备
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请根据美国法典第35卷第119条要求在2013年5月7日提交的美国临时申 请61/820, 363和在2014年3月12日提交的美国临时申请61/951，585的优先权，其内容 通过引用完整结合于此。
[0003] 背景 1.技术领域
[0004] 本公开涉及制备成型玻璃制品，例如移动或掌上电子设备的外壳。
[0005] 2.背景
[0006] 掌上设备的外壳在具有功能性的同时也被要求具有美观性。拥有三维形状，其中 一部分是平面的，而另一部分经过成形，比如有一定的弯度或者弧度，这样的外壳逐渐成为 一种潮流。玻璃是能用来制成这种外壳的材料之一；但是制备具有平面区域和弯曲区域的 成型玻璃制品需要一定的方法和设备。本公开涉及制备成型玻璃制品的方法和设备，所述 成型玻璃制品具有能够使它们可用作外壳玻璃的有用特性。
[0007] 概述
[0008] 第一个方面包括制备一种三维成型玻璃制品，它包括在成型工具中放置一块玻璃 板，其中该成型工具包括模具、平面区域柱塞和弯曲区域柱塞，其中所述模具具有成型表 面，该成型表面具有适用于成型玻璃制品的所需表面轮廓，包括平面区域和弯曲区域；所述 平面区域柱塞具有与模具的平面区域对应的成型表面；所述弯曲区域柱塞具有与模具的弯 曲区域对应的成型表面。该方法还包括将平面区域柱塞移向玻璃板以压缩玻璃板；将对应 于模具弯曲区域上方区域的玻璃板部分加热到成型温度以上的温度；将弯曲区域柱塞移向 被加热的玻璃板以压缩被加热的玻璃板，从而形成具有平面区域和弯曲区域的成型玻璃制 品。当用弯曲区域柱塞来压缩加热过的玻璃板时，所述的模具弯曲区域上方区域的玻璃板 部分的温度比模具平面区域上方区域的玻璃板部分的温度要高。
[0009] 在一些实施方式中，模具、平面区域柱塞和弯曲区域柱塞是多孔的。在一些实施方 式中，气体流过多孔模具，平面区域柱塞和弯曲区域柱塞在玻璃板上方和下方形成压缩气 体层。在一些实施方式中，弯曲区域柱塞为加热对应于模具弯曲区域上方区域的玻璃板部 分提供热量。在一些实施方式中，一个辐射加热器为加热对应于模具弯曲区域上方区域的 玻璃板部分提供热量。
[0010] 在一些实施方式中，模具的弯曲区域包含第一弯曲区域和第二弯曲区域。在一些 实施方式中，弯曲区域柱塞是安置在模具第一弯曲区域上方的第一弯曲区域柱塞，其中成 型工具还包含安置在模具第二弯曲区域上方的第二弯曲区域柱塞。在一些实施方式中，模 具的平面区域包含第一平面区域和第二平面区域。在一些实施方式中，平面区域柱塞是安 置在模具第一平面区域上方的第一平面区域柱塞，而且成型工具还包含安置在模具第二平 面区域上方的第二平面区域柱塞。
[0011] 在一些实施方式中，被压缩在平面区域柱塞和模具之间的玻璃板部分的黏度保持 在IO12P~1013·7Ρ之间。在一些实施方式中，平面区域柱塞和模具之间的玻璃板部分所受的 压强在IOkPa~IMPa之间。在一些实施方式中，被压缩在弯曲区域柱塞和模具之间的玻璃 板部分的黏度保持在1〇9· 6P~IO11P之间。在一些实施方式中，弯曲区域柱塞和模具之间的 玻璃板部分所受的压强在IOkPa~IMPa之间。
[0012] 第二个方面包括一种用于制作三维成型玻璃制品的设备，其包含：
[0013] 具有成型表面的模具，该成型表面具有适用于成型玻璃制品的所需表面轮廓，包 含平面区域和弯曲区域；具有对应于模具平面区域的成型表面且被设置在模具平面区域上 方的平面区域柱塞；具有对应于模具弯曲区域的成型表面且被设置在模具弯曲区域上方的 弯曲区域柱塞；以及用来加热玻璃板位于模具弯曲区域上方的区域的加热器，其中，平面区 域柱塞和弯曲区域柱塞彼此相对移动。
[0014] 在一些实施方式中，模具、平面区域柱塞和弯曲区域柱塞是多孔的。在一些实施方 式中，气体源与多孔的模具、平面区域柱塞和弯曲区域柱塞连接，以便气体能够流过多孔模 具、平面区域柱塞和弯曲区域柱塞，在玻璃板上方和下方形成一个压缩气体层。在一些实施 方式中，加热器结合在弯曲区域柱塞内。在一些实施方式中，加热器是设置在弯曲区域柱塞 附近的辐射加热器。
[0015] 在一些实施方式中，模具弯曲区域包含第一弯曲区域和第二弯曲区域。在一些实 施方式中，弯曲区域柱塞是安置在模具第一个弯曲区域上方的第一弯曲区域柱塞，其中所 述设备还包含安置在模具第二个弯曲区域上方的第二弯曲柱塞。在一些实施方式中，模具 的平面区域包含第一平面区域和第二平面区域。在一些实施方式中，平面区域柱塞是安置 在模具第一平面区域上方的第一平面区域柱塞，而且所述设备还包含安置在模具第二平面 区域上方的第二平面区域柱塞。
[0016] 第三个方面包括一种由上面描述的方法制成的3D玻璃结构。
[0017] 应当理解的是，前面的概要描述和接下来的详细描述是示例性的，意在为理解本 公开内容提供概览或框架。附图包含在本公开内容中，用于提供更好的理解，并且结合在本 说明书中构成说明书的一部分。
[0018] 附图简要描述
[0019] 下面是对附图的描述。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，所示的附图 的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意性方式显示。
[0020] 图1Α-1Β分别展示了碟子形状和雪橇形状的外壳玻璃的示例。
[0021] 图2Α-2Β展示了典型地用于消费者电子设备的具有样条（spline)半径的成型玻 璃制品的示例性横向剖面图，其中玻璃的曲率半径沿着边缘方向减小。
[0022] 图3A-3C分别展示了三个通过双模压制、真空弯垂和机械加工制成的在栅格上的 三维成型玻璃板。栅格的阴影展示了由于在通过双模压制、单模真空弯垂和机械加工制备 三维部件时的固有工艺问题，玻璃表面是如何扭曲光的透射的。
[0023] 图4A-4D展示了在传统的双模压制工艺中由于玻璃板的弯折（图4A-4B)和平面 区域拉伸至一个拐角（图4C-4D)引起的光学畸变。
[0024] 图5展示了在传统的双模压制工艺中玻璃板在一个拐角区域中与理想形状的偏 差。
[0025] 图6A-6D展示了在只使用真空或使用真空和压力成型的单模工艺中由于玻璃板 弯折产生的力学变形。
[0026] 图7A-7E展示了使用三件套模具的弯曲压制工艺的示例性示图。
[0027] 图8是三件套模具的示例性横向剖视图。
[0028] 图9形象地描述了玻璃和底模之间的空隙，用来：（1)避免玻璃弯曲区域产生过度 压制造成的痕迹，（2)防止缺陷很难被磨光的弯曲部凹面在美观方面受到损害，以及（3)补 偿玻璃在相对于模具被压制之后最开始的较快收缩。
[0029] 图10A-10E是使用多孔的三件套模具的弯曲压制工艺的示例性示图。
[0030] 图11是传统等温压制和三件套模具弯曲压制之间的热循环比较图表。
[0031] 图12A-12D是使用多孔两件套模具的弯曲压制工艺的示例性示图。
[0032] 图13是显示使用两件套模具弯曲压制工艺在玻璃的整个宽度上的压力分布的 图。
[0033] 图14是显示使用三件套模具弯曲压制工艺在玻璃的整个宽度上的压力分布的 图。
[0034] 详细描述
[0035] 在接下来的详细描述中，将陈述众多的具体细节，用来提供对本文所述的具体实 施方式的透彻理解。然而，本领域技术人员清楚在什么时候可以在缺少部分或全部这些具 体细节的情况下将实施方式付诸实施。另外，相似或相同的附图标记可以用来标示共同或 相似的元素。
[0036] 本文公开了材料、化合物、组成和组分，它们可用于本文所公开的方法和组合物， 可与所述方法和组合物结合使用，可用于准备所述方法和制备所述组合物，或者是所述方 法和组合物的【具体实施方式】。这些和其他的材料在此被公开；应当理解，当这些材料的组 合、子集、交互作用、组等等被公开，而没有明确公开对这些化合物的个别和整体组合及其 变体的具体描述时，每一种情况都在本文的具体构思和描述之列。
[0037] 本文所用的术语"大约"意味着数量、大小、配方、参数及其他数量和特征不是或者 不必是精确的，而是可以根据需要是大致的和/或更大一些或更小一些，反映出为本领域 技术人员所知的容差、转换因子、取整、测量误差等，以及其他因素。大体上来说，数量、大 小、配方、参数或者其他的数量或特征是"大约"或者"大致"的，不管是否这样明确表述。
[0038] 本文所用的术语"或者"是包罗性的。更具体地说，短语"A或B"意味着"A、B或 者A和B"。排他性的"或者"在本文中用诸如"A或B"和"A或B之一"的术语指明。
[0039] 不定冠词"一个"和"一种"是用来描述【具体实施方式】的元素和组分的。这些冠词 的使用意味着这些元素或者组分中的一个或者至少一个是存在的。虽然这些冠词通常用来 表示所修饰的名词是单数名词，但本文所用的"一个"和"一种"也包括复数，除非在一些特 殊情况下另有说明。类似地，本文所用的定冠词"该"也表示所修饰的名词可以是单数或复 数，同样除非在一些特殊情况下另有说明。
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