用于将玻璃管改造成玻璃套管的方法与流程

本申请根据专利法要求2015年1月26日提交的美国临时申请序列号62/107598的优先权益，所述申请的内容作为本文的基础并据此以引用的方式整体并入本文。

本公开大体涉及三维(3d)玻璃制品的制造。

背景技术：

玻璃面板常常用作电子装置(例如蜂窝电话或智能电话)的前盖。电子装置制造商现在希望电子装置后盖也由玻璃制成并且满足与前盖相同的高尺寸精度和表面质量。虽然可以必要的尺寸精度和表面质量单独制造前盖和后盖并且然后将前盖和后盖中的每个与壳体组装，但是这使制造工艺添加额外步骤并且可能导致尺寸控制损失。

用于从熔融玻璃形成玻璃管的方法是已知的。最常见的工艺是丹纳工艺(dannerprocess)、维洛工艺(velloprocess)和下拉工艺(downdrawprocess)。例如在heinzg.pfaender,“schottguidetoglass”,第2版,chapman&hall,1996中描述了这些工艺。这些工艺通常用于形成具有圆形横截面形状的玻璃管。挤出可以用于形成具有非圆形横截面形状(例如，可以具有平坦侧面的横截面形状)的玻璃管。然而，挤出涉及工具与玻璃表面的接触，这可能会降低玻璃表面质量。非圆形挤出物比圆形挤出物更难以抛光或以其他方式进行后处理而移除缺陷，所以在成品中仍然存在由挤出引起的缺陷。当前方法受到产品质量或极低制造速度的限制。

没有从预先存在的高质量玻璃管产生高质量成形的玻璃套管的可商购高质量改造方法。当前方法受到产品质量或极低制造速度限制。需要一种制造高质量成形玻璃套管的在线玻璃制造工艺。

技术实现要素：

本公开大体涉及玻璃套管和用于形成此类玻璃套管的成形工具。

视情况，用于产生具有第一扁平部分的玻璃套管的方法可以包括以下步骤：提供由玻璃制成的实质上圆柱形的管，所述实质上圆柱形的管具有纵向轴线和封闭某个空间的内曲表面；视情况抛光或以其他方式处理管以减少或移除内部缺陷、外部缺陷或这两者；将实质上圆柱形的管加热至玻璃软化范围内的温度；将具有大体上d形或大体上矩形的横截面的一或多个成形工具引入封闭空间中；使一或多个成形工具抵靠内曲表面而移动以使管变形，从而形成第一扁平部分。视情况，至少两个成形工具可以被引入封闭空间中，并且彼此分开并抵靠内曲表面而移动。一或多个成形工具可抵靠内曲表面而移动，以使管变形并且形成两个相对的扁平部分。具有大体上矩形的横截面的一或多个成形工具可抵靠内曲表面而移动，以使管变形并且形成两对两个相对的扁平部分。可替代地，具有大体上d形的横截面的一或多个成形工具可抵靠内曲表面而移动，以使管变形并且形成两个相对的弯曲部分。两个相对的弯曲部分可以是实质上半圆形的。

大体上d形的横截面可以包括：大体上半圆柱形的凸形前部，安装用于抵靠内曲表面移动；周向间隔开的轴向延伸的第一侧部和第二侧部，位于前部的相对侧面上；第一跟随部分，沿大体上平行于前部的移动方向的平面从第一侧部向后延伸；以及第二跟随部分，大体上平行于前部的移动方向从第二侧部向后延伸。

实质上圆柱形的管可以被加热至某个温度，使得玻璃温度超过玻璃的膨胀软化点或玻璃的利特尔顿软化点(littletonsofteningpoint)。实质上圆柱形的管可以被加热至一个温度，使得玻璃粘度是10⁷-10^9.5p(泊)。实质上圆柱形的管可以具有沿着纵向轴线的长度，并且一或多个成形工具可以在实质上圆柱形管的每厘米长度0.5-10.0n的力下抵靠内曲表面移动。

一或多个成形工具可以由任何合适的材料制成，例如：涂覆用氮化硼的钢；多孔石墨或碳空气轴承；或镍基合金(例如，铬镍铁合金)。

视情况，玻璃套管可以具有实质上矩形或实质上椭圆形的横截面、长度、内部开口以及玻璃厚度；横截面视情况可以具有至少第一扁平部分，其中第一扁平部分的扁平度在整个长度上偏差不大于50μm。视情况，玻璃厚度在整个第一扁平部分上变化不大于50μm。视情况，内部开口在整个第一扁平部分上变化不大于100μm。横截面还可以包括与第一扁平部分相对的第二扁平部分以便限定第一对相对的扁平部分。横截面还可以包括第二对相对的实质上扁平的部分。第一对和第二对相对的实质上扁平的部分可以限定大体上矩形的横截面。可替代地，横截面可以包括一对相对的弯曲部分。相对的弯曲部分可以是实质上半圆形的。也考虑管的其他形状，诸如具有圆角的实质上三角形或实质上六边形形状。

本公开的另外的特征和优点将在以下详细描述中列出，并且部分地将根据此描述而对本领域技术人员是显而易见的，或通过实践本文所述的实施方式来认识，包括以下详细描述、权利要求书以及附图。

应了解，以上一般性描述和以下详细描述二者均描述各种实施方式，并且意图提供用于理解所要求保护的主题的性质和特征的综述或框架。包括附图以提供对各种实施方式的进一步理解，并且所述附图并入到本说明书中且构成本说明书的一部分。附图说明本文所述的各种实施方式，并且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

以下是对附图中的各图的描述。各图未必按比例绘制，并且为了清楚或简明起见，各图的某些特征和某些视图可以被示出为成比例地或示意性地放大。

图1a是大体上d形的横截面成形工具的俯视平面图。

图1b是图1a的成形工具的透视图。

图2a是大体上矩形的成形工具的俯视平面图。

图2b是图2a的成形工具的透视图。

图3是通过成形工具形成的玻璃套管的透视图。

图4是通过成形工具形成的另一玻璃套管的透视图。

图5a示意性地表示在变形之前的与玻璃管内曲表面接触的在图1a和图1b中描绘的两个成形工具。

图5b示意性地表示在变形之后的与玻璃管(现在是玻璃套管)内曲表面接触的在图1a和图1b中描绘的两个成形工具。

图6a-图6g示意性地示出在成形工艺的不同点处改变时的管形状。

图7示意性地示出用于在变形之前、期间和之后支撑玻璃管的可能支撑结构或平台的形状。

图8示意性地示出根据本公开的直列制造工艺的可能布局。

在本说明书中使用以下参考符号：

10玻璃管

12玻璃套管

14内曲表面(10的)

16空间(10内)

22一或多个成形工具

23大体上d形的横截面(22的)

24一或多个成形工具

25修改的矩形横截面(24的)

30扁平部分(12的)

32扁平部分(12的)

34扁平部分(12的)

36扁平部分(12的)

40弯曲部分(12的)

42弯曲部分(12的)

50支撑结构

52一或多个开口(50内)

60装载区

62加热区

64变形(或改造)区

66受控冷却区

68卸载区

70前部(23的)

71后部(23的)

72侧部(23的)

74侧部(23的)

76跟随部分(23的)

78跟随部分(23的)

80非圆形横截面(12的)

82长度(12的)

84内部开口(12的)

86玻璃厚度(12的)

90弯曲拐角(25的)

92弯曲拐角(25的)

当结合附图阅读时，以上概述以及某些发明性技术的以下详细描述将得到更好的理解。应理解，权利要求书不限于附图中所示的布置和器具。另外，附图中所示的外观是可以被采用来实现设备的所述功能的许多装饰外观之一。

具体实施方式

在以下详细描述中，列出多个具体细节以便提供对本发明的充分理解。然而，对于本领域技术人员将是清楚的：可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下来实践本发明。在其他情况下，可能不详细描述所熟知的特征或工艺，以免不必要地使本发明模糊。此外，可以使用相似或相同的参考数字来标识共同的或类似的元件。

提供高质量整体式玻璃套管，其中玻璃套管的前侧视情况可以充当前盖，并且玻璃套管的后侧视情况可以充当电子装置的后盖。整体式玻璃套管可以具有可以容纳平坦显示器的横截面轮廓。通常，此横截面轮廓可以具有可以平行于平坦显示器布置的平坦侧面。平坦侧面的扁平度视情况可以被配置来满足电子装置制造商所指定的严格要求。

图1a、图1b、图2a和图2b示出本公开的用于使由玻璃材料制成的管10(图5a和图7所示)变形的成形工具22和24。玻璃材料通常是玻璃并且呈实质上圆形截面的圆柱形管10的形式。一或多个成形工具22或24可以由任何合适的材料形成，诸如：涂覆有氮化硼的钢、空气轴承(视情况由例如石墨或碳的耐火材料制成的烧结空气轴承)、镍基合金(例如，铬镍铁合金)或另一种材料。视情况，成形工具材料可以是在成形工具22和24与玻璃管10之间的接触期间将少量缺点引入到玻璃材料中的材料。此外，所选择的成形工具材料视情况具有类似于或高于所述玻璃材料的热膨胀系数或者以其他方式布置(如在空气轴承的情况下)，以便确保当玻璃在变形之后冷却时，玻璃不会收缩得足以在玻璃中引入应力、或变形或以其他方式干扰一或多个成形工具22或24。成形工具材料视情况具有足够高的热特性，使得其在用于使玻璃管10变形的温度下实质上不变形或降解。作为一个具体示例，如果成形工具22或24是由石墨或碳制成的空气轴承，则应注意在成形工具22或24所遇到的温度和其他条件下，空气轴承中所使用的气体不支持石墨或碳的过度氧化。

视情况，玻璃管10可以由可离子交换的玻璃制成。视情况，可离子交换的玻璃含有相对小的碱金属或碱土金属离子，其可以互换为相对大的碱金属或碱土金属离子。可离子交换的玻璃可以是碱-铝硅酸盐玻璃或碱-铝硼硅酸盐玻璃。可离子交换的玻璃的示例可以见于专利文献中，例如美国专利号7,666,511(ellison等人，2008年11月20日)、美国专利号4,483,700(forker，jr等人，1984年11月20日)、以及美国专利号5,674,790(araujo，1997年10月7日)，所有这些专利文献都以引用的方式整体并入，并且也可以商标玻璃从康宁公司(corningincorporated)获得。

视情况，可以提供实质上圆柱形的玻璃管10。玻璃管10可以被抛光或以其他方式处理以便减少或移除内部缺陷。玻璃管10可以被加热至其软化点。软化点可以是例如膨胀软化点或利特尔顿软化点。一或多个成形工具22或24然后可以被引入到玻璃管10的内曲表面14内的空间16中，并且抵靠内曲表面14移动以使玻璃管10变形并形成第一扁平部分30。视情况，为了形成玻璃套管12，两个成形工具22、22或24、24可以被引入到空间16中，并且彼此分开地并抵靠玻璃管10的内曲表面14上的两个相对接触部分移动。视情况，形成两个相对的扁平部分30、32。

如本公开中所使用的，术语“套管”用于描述具有非圆形横截面80的三维(3d)管状基材。在图3和图4中描绘出示例性玻璃套管12。视情况，玻璃套管12可以具有稍微椭圆形或稍微矩形的带倒圆边缘的横截面。视情况，玻璃套管12可以具有长度82、内部开口84以及玻璃厚度86。视情况，玻璃套管12可以具有是或接近光学上平坦的至少一个扁平部分30。

视情况，如图1a和图1b所描绘的，一或多个成形工具22或24可以具有大体上d形的横截面23。大体上d形的横截面23可以包括大体上半圆柱形的凸形前部70，其被安装用于抵靠内曲表面14移动。大体上d形的横截面22还可以包括：周向间隔开的轴向延伸的第一侧部72和第二侧部74，其位于前部70的相对侧面上；第一跟随部分76，其沿着大体上平行于前部70的移动方向的平面从第一侧部72向后延伸；以及第二跟随部分78，其大体上平行于前部70的移动方向从第二侧部74向后延伸。如图1a和图1b所示的，后部71可以是直的，如在字母“d”中，它也可以是弯曲的或以其他方式成形并且仍然是如在此定义的“大体上d形”，这是因为它通常不与玻璃管10接触。大体上d形的横截面23的一个优点可以包括在变形期间防止与跟随部分76和78相邻的玻璃管10下垂。这种下垂可以产生狗骨形套管，如果并非有意的话，所述狗骨形套管可能是不期望的。大体上d形的横截面23的另一优点可以包括可能易于形成具有一对相对的弯曲部分40、42的玻璃套管12。视情况，所述一对相对的弯曲部分40、42可以是实质上半圆形的。

图3示出可以使用图1a和图1b中所描绘的一或多个成形工具22(视情况两个)形成的玻璃套管12。

图5a示出在变形之前抵靠玻璃管10的内曲表面14定位的具有大体上d形的横截面23的两个成形工具的示意图。图5b示出在变形之后支承抵靠玻璃管10(现在呈玻璃套管12的形式)的内曲表面14的具有大体上d形的横截面22的两个成形工具的示意图。

视情况，一或多个成形工具22或24可以具有带有两个弯曲拐角90、92的修改的矩形横截面25，例如图2a和图2b所描绘的成形工具24。具有修改的矩形横截面25的工具24的一个优点可以包括在变形期间防止玻璃管10下垂。修改的矩形横截面25的另一优点可以包括可能易于形成具有两对相对的扁平部分30、32和34、36的玻璃套管12。

图4示出可以使用图2a和图2b中所描绘的一或多个成形工具24(视情况两个)形成的玻璃套管12。

视情况，玻璃套管12的第一扁平部分30、第二扁平部分32和其他扁平部分34、36可以是光学上平坦的或近似光学上平坦的。例如，在玻璃套管12的整个6cm长的第一扁平部分30上，扁平度的偏差可以是±50μm。扁平度的偏差可以通过例如扫描共焦显微术来测量。

视情况，在玻璃套管12的整个第一扁平部分30上的厚度可以被小心地维持成使得厚度在玻璃套管12的整个6cm长的第一扁平部分30上变化不大于±50μm。

视情况，相对扁平部分30、32的整个长度上的玻璃套管12的两个相对扁平部分30、32之间的距离可以被小心地维持成使得两个相对的扁平部分30、32之间的距离在玻璃套管30、32的整个6cm长的一对两个相对扁平部分30、32上变化不大于±100μm。

视情况，图6a至图6g提供当玻璃管10变形成玻璃套管12时的玻璃管10的变化形状的示意图。图6a表示变形之前的呈其实质上圆柱形式的玻璃管10。图6g表示已经变形为玻璃套管12的玻璃管10。图6b至图6f示出玻璃管10在其从实质上圆柱形变形为玻璃套管12时的形状。

视情况，一或多个成形工具22或24可以抵靠内曲表面14移动，使得恒定力可以通过一或多个成形工具22或24施加到内曲表面14。一或多个成形工具22或24可以抵靠内曲表面14移动的速度可以变化。将所施加的力保持在临界水平下以防止破坏玻璃可能是重要的。

已经观察到，与工艺中的较晚拉伸阶段(此时，拉伸周边并且因此增加其周长)相比，使内曲表面14成形所需的力在工艺中的较早弯折阶段(初级成形拉直两个成形工具22之间的弯曲周边并且使弯曲周边围绕成形工具22弯折而实质上不增加其周长)中是较低的。因此，当从工艺的弯折阶段转换到拉伸阶段时，可以修改施加到一或多个成形工具22或24的力分布或行进速率。

视情况，一或多个成形工具22或24可以在恒定速度下抵靠内曲表面14移动。视情况，可以通过一或多个成形工具22或24施加到内曲表面14的力可以变化。将所施加的力保持在临界水平下以防止破坏玻璃可能是重要的。

尽管可能使玻璃管10在保持实质上水平时变形，但是视情况，实质上圆柱形的玻璃管10将在保持实质上竖直(即，圆柱轴线竖直)时变形以使玻璃下垂最小化。在图7中描绘出用于将玻璃管10支撑在竖直位置中的一个可能的支撑结构(或平台)50。这种支撑结构50可以具有一或多个开口52，以便允许一或多个成形工具22或24进入并且视情况移动。图7所示的支撑结构50具有两个开口52、52，以便允许两个成形工具(例如22、22)进入。支撑结构50可以由具有足以承受在使玻璃管10变形的工艺期间发生的加热和冷却的热特性的材料制成。

视情况，一系列玻璃管10可以竖直布置在如图8所示的在线制造工艺中，其可以包括五个区：(1)装载区60；(2)加热区62；(3)变形(或改造)区64；(4)受控冷却区66；以及(5)卸载区68，如图8中示意性表示的。视情况，实质上圆柱形的玻璃管10可以在装载区60中或之前装载到支撑结构50(诸如图7所描绘的支撑结构50)上。玻璃管10可以顺序地移动到加热区62中，在所述点期间玻璃管10被加热至或高于其玻璃软化点。然后玻璃管10可以顺序地移动到变形(或改造)区64中，其中可以引入一或多个成形工具22或24以使玻璃管10变形(或改造)成玻璃套管12。接下来，玻璃管10(现在是玻璃套管12)可以顺序地移动到受控冷却区66中，其中温度被小心地控制。一旦玻璃套管12已经冷却到足够低的温度，它们就可以移动到卸载区68中以便被卸载。

虽然本发明已关于数量有限的实施方式进行了描述，但享有本公开权益的本领域技术人员将了解到，可以设计不脱离如本文所公开的本发明的范围的其它实施方式。因此，本发明的范围应仅受到权利要求书的限制。