强化玻璃的机械划线和分离的制作方法
【专利说明】强化玻璃的机械划线和分离 阳oou分案申请说明
[0002] 本申请系申请日为2011年3月17日、申请号为201180014471. 2、题为"强化玻璃 的机械划线和分离"的发明专利申请的分案申请。
[000引相关申请交叉参考
[0004] 本申请根据35U.S.C. § 119(e)要求2010年3月19日提交的美国临时申请系列 第61/315491号的优先权。
技术领域
[0005] 本发明一般设及将强化玻璃片切割和分离成更小片段的方法，更具体地设及在不 引起不希望发生的玻璃片破裂的情况下对强化玻璃基片进行机械切割和分离的方法。
【背景技术】
[0006] 化学强化玻璃片已用于许多应用，包括用于消费电子设备的防护罩玻璃。用于化 学强化的离子交换法在玻璃表面上产生压缩应力层，该压缩应力层有利地增强了表面抗损 性能，但同时在玻璃厚度的中段造成拉伸应力。
[0007] 为了按照目前的实践获得化学强化玻璃片部件，首先从非强化（非离子交换）玻 璃片切割出片段形式的部件，形成所需部件的最终形状，并对所述片段边缘和形状进行修 整，满足美学目标和功能目标。然后，使玻璃部件经历离子交换强化过程，也就是将片段浸 入升至最佳溫度的离子交换浴槽中，保持足够的时间，沿玻璃厚度形成工程应力分布，该应 力分布提供所需的表面强化效应。然后，从浴槽中取出所述部件，进行清洁，供进一步处理。
[0008] 随着化学强化玻璃的应用拓宽到覆盖新兴技术，如具有集成触屏的设备，显示器 制造商需要W更大的玻璃片形式供应的离子交换玻璃，W便随后将其切割成成品部件的各 种尺寸和形状。为了减少用来支持触屏设备功能的部件数量，也为了降低制造成本，人们日 益强烈地要求中等尺寸至大尺寸玻璃板的切割和分离工艺步骤在事先经过离子交换强化 的玻璃板上进行。
[0009] 由于许多化学强化玻璃具有较高的脆性，目前可用于切割玻璃片（包括小型和大 型信息显示板所用类型的薄拉制玻璃片）的机械方法和工艺还没有成功地用于切割离子 交换强化玻璃而不导致玻璃产生裂纹。因此，目前更多的注意力集中于特殊工艺，如水射流 切割和所谓的"湿蚀刻"工艺，W便能够有效地切割和分离化学强化玻璃。然而，运当中的 许多方法费时、费钱，因此，人们仍然需要既经济又有效的方法，用来将较脆的化学强化玻 璃片分离成预定尺寸和形状的片段。
【发明内容】
[0010] 本发明提供了将大片化学强化玻璃切割和分离成具有预定尺寸和形状的较小强 化片段的方法。经济的机械划线工艺参数可与改进的分离技术一起确保玻璃片完全分离， 即使对具有高水平压缩表面应力的薄玻璃片也是如此。此外，所掲示的方法能够方便地适 用于现有的制造环境。
[0011] 因此，第一方面，本发明包括给强化玻璃片划线而不会引起玻璃片分离或破裂的 方法。首先，运些方法包括在玻璃片第一表面内靠近玻璃片第一边缘的位置形成裂纹引发 点。所述玻璃片是具有给定深度（深度"WL")的表面压缩层的化学强化玻璃片，在靠近玻 璃片第一边缘的位置形成的裂纹引发点包含延伸至第一表面内的表面压痕。
[0012] 形成裂纹引发点之后，从裂纹引发点向玻璃片第二边缘如玻璃片的相反边缘，对 第一表面进行机械划线，在表面中划出裂口线（ventline)。出于本文描述的目的，裂口线 是在玻璃片表面中形成的压痕线，将该表面打开至一定深度。根据本发明的方法，裂口线在 玻璃片第一表面中延伸至裂口深度，该裂口深度至少等于深度DOL但小于断裂深度，该断 裂深度就是导致玻璃片自发地彻底分离成片段或其他碎片的深度。
[0013] 第二方面，本发明提供了将包含表面压缩层的化学强化玻璃片分离成两块或更多 块片段的方法。运些方法利用了按照前文所述的方法和/或其他合适的方法形成的裂口 线。根据运些方法，首先在玻璃片的第一表面上形成裂口线，该裂口线在表面中延伸至裂口 深度，该裂口深度至少等于表面压缩层的深度（例如深度D0L)，但小于导致玻璃片分离的 断裂深度。然后，在第一表面上沿裂口线施加均匀的弯曲力矩，弯曲力矩足够大（即产生足 够的表面应力），沿着裂口线将玻璃片分离成玻璃片段。若需要，可在裂口线末端形成如上 文所述的断裂引发点，W提高分离效率。
【附图说明】
[0014]下面部分结合附图描述本文所掲示的方法的其他方面，附图中：
[0015] 图1和la示意性地呈现了在靠近化学强化玻璃片边缘的位置通过机械方法形成 裂纹引发点的情形；
[0016] 图2呈现了用来将强化玻璃片分离成多块片段的十字交叉裂口线的排布方式；
[0017] 图3呈现了一种玻璃片分离组件的设置方式，该组件包含柔顺性支承片，用来对 支承于其上的被划线的玻璃片施加=点弯曲应力；
[0018] 图4是按照本发明方法制得的玻璃片段的一段断裂面的正视图；W及
[0019] 图5比较了所掲示的方法的分离效率随选定的工艺变量的变化。
【具体实施方式】
[0020] 虽然本文所掲示的方法一般适用于将各种各样的玻璃片制品和材料分割成较小 片的玻璃段，但下文将更完整地描述的运些方法的特定实施方式包括特定范围的参数所限 定的工艺步骤，运些工艺参数对于给高度强化和增初的玻璃划线和分割特别有效，所述高 度强化和增初的玻璃是例如目前在严苛的条件下使用的信息显示器所要求的玻璃。因此， W下描述和说明性例子特别设及运样的实施方式，虽然所掲示的方法的实施不限于此。
[0021] 化学强化玻璃片主要是沿其厚度具有工程应力分布的玻璃基片，在化学强化过程 中，玻璃片的表面部分经受高水平的压缩应力，而内部经受拉伸应力。当包含峰值压缩应 力为400-900MPa、压缩层深度值0L)为5-100ym的表面压缩层时，玻璃片的厚度不超过 1. 5mm，运种玻璃片是用于信息显示器应用的典型玻璃片。因此，它们涵盖一类重要的技术 材料，本文所掲示的玻璃片分离方法给它们带来了特别的经济和技术优势。
[0022] 给运样的玻璃片划线时，若采用为分离大玻璃片，如用于LCD显示器基片的大玻 璃片开发的技术，通常导致玻璃产生裂纹。根据理论，当对离子交换强化玻璃制品施加足W 克服表面压缩应力和引起具有拉伸应力的制品内部产生中间裂纹的划线力时，裂纹会不受 控制地径直扩展，导致制品自发破裂。
[0023] 但是，根据所掲示的方法的选定实施方式，采用具有经适当选择的几何特点的划 线砂轮引发受控的机械损伤，运种机械损伤可克服残余表面压缩应力，而不会引起不希望 发生的玻璃片分离或破裂。在具体的实施方式中，直径为2mm、具有适当的锥形圆周划线 边缘的金刚石划线轮可用于该目的。作为一个具体例子，边缘锥角为90-140°，甚或为 110-115。的划线轮可成功地在厚1. 1mm、最大（外表面）压缩应力为400-900MPa的离 子交换玻璃片中划出非裂纹扩展型裂口线，特别是在压缩应力表面层的层深度值0L)为 5-100ym的情况下。运些划线轮锥角在划线过程中提供的中间裂纹深度（裂口深度）可达 到玻璃厚度的10-20%，而不会