用于测定脆性-断裂材料薄片的边缘的断裂强度的方法和装置的制造方法_4

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:相对于该边缘上的特定的机械拉伸应力σ g,该边缘具有有保障的断裂强 度,在该方法中,
[0180] -制造玻璃制品,并且
[0181] -在特定拉伸应力σ ,的情况下,优选在该特定拉伸应力σ J] I. 1倍的情况下, 最优选选在该特定拉伸应力σ 1. 2倍的情况下,该玻璃制品的边缘的断裂强度至少是 在该边缘的一个区段中,优选至少沿着该边缘长度的〇. 01倍,最优选选至少沿着该边缘长 度的〇. 1倍,特别是沿着整个边缘通过在具有限定曲率的型板表面上实施玻璃制品的弯曲 来进行检测,在此,一旦玻璃制品断裂就将其舍弃。
[0182] 通过该方法能够提供具有经检测的边缘断裂强度的玻璃制品。
[0183] 通过以这种玻璃制品的样品并利用所述方法来检测边缘强度,可以进一步获得一 种制造薄的、扁平的玻璃制品的方法:根据该边缘强度确定最小的弯曲半径r m,并将与用于 获得样品的玻璃制品相同类型的玻璃制品弯曲,在此,弯曲半径私不低于所确定的最小弯 曲半径r m。在此,用于获得样品的玻璃制品也可以包括待检测的玻璃制品。例如,可以通过 将待检测的玻璃制品的一个区段分离来获得样品。
[0184] 该方法允许利用样品来表征自身不能被检测的玻璃制品并且能够保证其质量。
[0185] 另一个方法的特征在于,玻璃片制造成玻璃制品,并且玻璃片在其制造之后被缠 绕成辊,其中,玻璃片在辊内侧上的弯曲半径RrF超过最小的弯曲半径RM。
[0186] 该方法能够提供卷绕的玻璃片,并且在购买时不需要忍受过多的玻璃断裂。
[0187] 图8中示出了根据本发明的玻璃产品103。其为卷绕的玻璃片100。对于这种玻 璃片,首先通过根据本发明的方法确定最小允许弯曲半径,然后再缠绕玻璃片。在此需要注 意,在辊103的内侧104上,玻璃的弯曲半径大于允许最小弯曲半径。在这种缠绕中,带材 107 (例如纸张或塑料)被连带材缠绕,以防止玻璃片的表面被刮伤。
[0188] 为了能够确保即使在非常大面积的玻璃制品中,例如特别是薄玻璃片中,也有特 别低的断裂率,根据本发明的一种实施方式,也可以将用于检测平坦样品10的断裂强度的 方法与用于玻璃产品103的弯曲检测相结合。本发明的这种实施方式的构思基于,首先通 过用于检测平坦样品10的断裂强度的方法确定用于断裂强度的一个或多个参数,特别是 一个或多个统计数值,并根据这些参数确定用于整个玻璃制品的弯曲测试的弯曲半径,然 后对玻璃制品进行弯曲测试,在此,当玻璃制品在具有固定弯曲半径的弯曲负荷下发生断 裂时,舍弃该玻璃制品。适宜地将玻璃制品的弯曲半径或者说所使用型板的对应型板表面 的曲率半径选择为,大于样品10断裂时的弯曲半径的平均值。
[0189] 由此使得玻璃制品的边缘、特别是玻璃片的边缘以限定的半径弯曲并且产生弯曲 应力,该弯曲应力应足够高,以使边缘在临界的薄弱位置断裂,但是另一方面该弯曲应力也 应足够低,以便非临界的边缘缺陷不会通过弯曲而加剧。特别是应当确保,所制得的玻璃具 有带有充分统计可靠性的、有保障的强度特性。
[0190] 为了设置用于玻璃制品弯曲测试的弯曲半径,按照根据本发明的方法在玻璃样品 10上实施统计方式的强度试验,通过该样品测定玻璃制品的"基本强度"。该弯曲测试应当 作用在下述区域中:在该区域中,玻璃制品的强度特性不利地偏离了样品的强度特性,即偏 离了根据本发明在具有连续减小的弯曲半径的玻璃样品上的断裂测试。
[0191] 在一种实施方式中,通过根据本发明的、用于检测平坦样品10的断裂强度的方 法,基于断裂弯曲半径札…^的N个数值来拉伸样品,并针对样品的这些数值计算平均值
[0193] 以及方差
[0195] 然后优选通过在滚筒上的传输使整个玻璃制品、特别是玻璃片弯曲,从而取决于 相对方差(relativen Varianz)s/〈R>,两个弯曲方向的弯曲半径1^都位于由图9中的曲 线限定的区域中,即处于两条曲线RPTi_和R PTi_之间。在图9中示出的曲线图中,在坐标 中标出了玻璃制品的弯曲半径与样品10断裂时的弯曲半径的平均值<R>的比率,该比率是 相对方差s/〈R>的函数。
[0196] 优选样品N的规模为至少20个,在这些样品中,将10%的最大值和10%的最小值 舍弃,并只根据剩下的样品(所谓的"依据随机样品")按照上述两个等式获得平均值和方 差。随后例如在滚筒上拉伸玻璃制品,以对玻璃制品进行弯曲测试,从而与相对方差s/〈R> 有关地使优选两个弯曲方向的弯曲半径R pt都位于图10中的曲线所限定的区域中。
[0197] RPTi_和RΡΤι_的数值是相对方差s/〈R>的函数。如果相对方差较高,则表示弯曲 应力具有较高的散点(Streuung),或者说在断裂试验中对应的弯曲半径具有较高的散点。 相应地在较高的散点情况下,也要为整个玻璃制品的断裂测试选择较大的弯曲半径,从而 能够确保所选择的弯曲半径对应于特定的断裂强度。
[0198] 根据图9或图10的曲线RPT,_/〈R> (s/〈R>)和RPT,_/〈R> (s/〈R>)针对于相同类型 玻璃制品样品的断裂强度的相对方差并限定了包括尽可能小的弯曲半径的狭窄区域,通过 在这些曲线之间选择弯曲半径,能够确保非常高的断裂强度,并且仍然能够在玻璃制品的 断裂测试中限制废品,这些废品实际上具有明显的薄弱位置。
[0199] 将图9和图10的曲线RPT,_/〈R>和RPT,_/〈R>之间的区域略微地相对移动。对于 上述两个测试条件,即,对于数值在根据图9的R PT,_/〈R>至RPT,_/〈R>的区域内有利的样 品,以及对于已获得根据图10的RPT,_/〈R>至RPT,_/〈R>区域中的相应弯曲半径的、经过调 整样品,能够设定一包络区域(einhilllender Bereich)。为此在图11中示出了图9和图10 的曲线 RPT,_/〈R> 和 RPT,_/〈R>,以及优选的界限值 R_/〈R>(s/〈R>),R_/〈R>(s/〈R>),曲线 RPT,_/〈R>和RPT,_/〈R>位于该界限值之间。因此根据本发明的一种实施方式,将用于整个 薄的扁平玻璃制品断裂测试的弯曲半径选择为,该弯曲半径位于R_ (s/〈R>),R_ (s/〈R>) 的范围内。在此,对于弯曲半径1?_(8/〈1?>),1?_(8/〈1?>)可以设定下述关系式 :
[0202] 本发明还涉及一种用于制备具有高断裂强度的板状玻璃制品的方法,在该方法 中,
[0203] -借助根据本发明的、用于检测由脆性-断裂材料构成的平坦样品10、特别是玻璃 片的断裂强度的方法,对多个样品10 (总数N)进行评估:样品10分别在什么弯曲半径或什 么拉伸应力下断裂,
[0204] -根据这些数值计算各个样品(10)断裂时的弯曲半径民的平均值<R>,并通过该 平均值<R>
[0205] -根据
计算方差s,随后,
[0206] -使由与样品10相同的玻璃材料构成的玻璃制品、优选为玻璃片(100)弯曲,以检 测该玻璃制品是否能够承受住弯曲半径R pt或对应的拉伸应力,其中,
[0207] -将弯曲半径Rpt选择为,该弯曲半径位于与取决于相对方差s/〈R>的半径R_至 尺_的区域中,在此,
[0208] -通过上述设定的等式i)和ii)获得半径1?_和R_。
[0209] 图12为此示意性示出了玻璃片100形式的玻璃制品,该玻璃片沿着箭头行进并且 通过滚筒或辊子8、9移动,从而对该玻璃片局部地强加具有由滚筒8、9预先设定的弯曲半 径的弯曲。优选通过沿相反弯曲方向的弯曲对玻璃制品进行检测。为此,在图12的实施例 中将辊子8、9放置在玻璃片100的上方和下方,以使玻璃片以两个侧面11、12分别围绕滚 筒8、9中弯曲。
[0210] 为了确保玻璃片形式的、优选极大面积的且纵向延伸的整个玻璃制品能够承受弯 曲半径在1?_至R _范围内的弯曲应力,根据一种扩展方案,使玻璃制品的纵向边缘沿其整 个长度的至少3/4、优选沿其整个长度至少以弯曲半径R pt进行弯曲。
[0211] 如前所述,可以使用经调整的样品来确定数值<R> (断裂时弯曲半径的平均值)和 s (断裂时弯曲半径的方差),对此,根据至少20个样品的断裂来确定弯曲半径或拉伸应力, 并舍弃最大值和最小值,优选舍弃10 %的弯曲半径或拉伸应力最大值和10 %的弯曲半径 或拉伸应力最小值,并根据剩下的数值计算平均值和方差。
[0212] 现在,通过上述的本发明的实施方式能够制造这样的板状玻璃制品,其在具有预 定弯曲半径的弯曲负荷下具有确保的或预先设定的断裂强度,其中,该玻璃制品的边缘或 者说至少玻璃制品的一个边缘沿着该边缘的整个边缘长度经受具有弯曲半径Rpt的弯曲负 荷,在此,根据上面设定的等式i)、ii),该弯曲半径位于

的范围中,
[0215] 其中,<R>是平均值,
是在N个由与玻璃制品的玻璃材料相同的玻璃材料构成 的样品断裂时的弯曲半径的方差,其中,各个样品10断裂时的弯曲半径民优选借助根据本 发明的、用于检测由脆性-断裂材料构成的平坦样品10的断裂强度的方法进行测定。
[0217] 特别优选该玻璃制品是具有至少20米、优选至少50米的长度的薄玻璃片。优选 玻璃片100沿着至少20米的整个边缘长度检测断裂强度,并且该玻璃片能够确保玻璃片能 够经受的相应弯曲半径。
[0218] 玻璃制品优选由锂-铝硅酸盐玻璃、钠钙硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱金属-铝 硅酸盐玻璃、不含碱金属或碱金属含量少的铝硅酸盐玻璃。这些玻璃例如借助拉伸法,比如 下拉(Downdraw)法、溢流恪融法(Overflow-Fusion)或者借助浮法技术而获得。
[0219] 优选可以使用铁含量少或不含铁的玻璃,特别是Fe2O3含量小于0. 05重量%,优选 小于0. 03重量%,因为这种玻璃具有降低的吸收率并因此特别实现了提高的透明度。
[0220] 但是对于其他应用也优选灰玻璃或着色的玻璃。
[0221] 根据一个实施方式,使用为其用途而回火的玻璃或玻璃陶瓷。此玻璃或玻璃陶瓷 可以通过离子交换进行化学回火或进行热回火或通过热和化学方法的组合进行回火。
[0222] 也可以使用光学玻璃作为玻璃材料,例如重火石玻璃、镧重火石玻璃、燧石玻璃、 轻燧石玻璃、冕玻璃、硼硅酸冕玻璃、钡冕玻璃、重冕玻璃、或氟冕玻璃。
[0223] 优选可以使用铁含量少或不含铁的玻璃,特别是Fe2O3含量小于0. 05重量%,优选 小于0. 03重量%,因为这种玻璃具有降低的吸收率并且因此特别实现了提高的透明度。
[0224] 但是对于其他应用也优选灰玻璃或着色的玻璃。
[0225] 本发明特别适用于对已经是高强度的玻璃的机械特性进行优化。高强度的玻璃通 常用于玻璃要承受高机械负荷的用途中。因此,这种玻璃必然被设置用于承受作用在表面 上的弯曲应力。玻璃的边缘在这里代表显著的弱项。最后,当板的边缘具有缺陷并且同样 承受弯曲负荷时,由高强度玻璃构成的玻璃板将非常快速地断裂。例如在通过切开较大的 板来批量生产单个的玻璃片时,借助本发明可以检测边缘的品质是否保持恒定。因此例如 可以考虑切割轮的磨损可能会在玻璃边缘上留下损伤。如果是这种情况,整个玻璃片的强 度将被显著削弱。现在,通过该方法能够非常精确地检测制成产品的这些变化,并在边缘构 成过程中检查改善的有效性。接下来设定高强度的玻璃,在此,借助本发明可以通过监测边 缘强度来实现强度的提高。
[0226] 根据一种实施方式,玻璃适宜地具有下述按摩尔百分比给出的摩尔组成的组分:
[0229] 在此,额外地还有附加条件:氟的摩尔含量与B2O3的摩尔含量的比值,即F/B 203在 0. 0003至15的范围内,优选0. 0003至11,特别优选0. 0003至10。该玻璃能够以化学回火 并且能够在可移动的显示器中用作盖玻璃。
[0230] 在此,组成成分中优选包含以下成分:
[0231]
[0232] 特别优选组成成分中包含以下成分:

[0235] 此外,根据本发明的一种扩展方案,优选使用以下组成的硼硅酸盐玻璃,包括(按 重量%给出)
[0236] SiO2 60-85
[0237] Al2O3 1-10
[0238] B2O3 5-20
[0239] Li20+Na20+K20 总量 2_16
[0240] MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 总量:0-15
[0241] Ti02+Zr02总量 0-5
[0242] P2O5 0-2,
[0243] 以及可能添加的着色氧化物,例如 Nd203、Fe203、C〇0、NiO、V 205、Nd203、Mn02、Ti0 2、 CuO、Ce02、Cr2O3、稀土氧化物,这样的氧化物的含量为0-5重量%,或者对于"黑色玻璃"来说 其含量为0-15重量%,以及0-2重量%的精炼剂,例如As 203、Sb203、Sn02、S0 3、Cl、F、Ce02。
[0244] 还有一组合适的玻璃是无碱硼硅酸盐玻璃。在此优选以重量百分比给出以下组 成:
[0247] 该玻璃也在US2002/0032117A1中有描述,该文献中关于玻璃组成和玻璃特性的 内容也完全用于本申请的内容。这种玻璃由申请人以商品名AF32进行销售。
[0248] 接下来的表格列出另一种合适的、无碱硼娃酸盐玻璃的成
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