專利名稱：制造成形玻璃物品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種制造成形玻璃物品的方法。這里所用的術(shù)語“成形玻璃物 品”涉及一種由非平面的，開放的表面分界的玻璃物品?！伴_放”是指所述玻璃物品的分 界表面不形成封閉空間。
背景技術(shù)：
制模是用于制造成形物件的常用技術(shù)。成形玻璃物品可用例如壓模技術(shù)制成。在 一個實(shí)施例中，壓模是指從熔融玻璃中剪切出一料塊，并在模具中將玻璃料壓制成想要的 形狀。在模具中所述熔融玻璃暴露于外部空氣。當(dāng)延展所述熔融玻璃來制作有復(fù)雜弧度的 薄壁玻璃物品時，所述熔融玻璃在達(dá)到最終想要的形狀之前可能會變冷，或形成冷的殼。由 于低表面質(zhì)量和總的低尺寸精度，上述壓模工藝制得的玻璃物品也可能表現(xiàn)出一種或多種 切痕，扭曲，光學(xué)畸變。發(fā)明概述在本發(fā)明的第一個方面，制造成形玻璃物品的方法包括將玻璃片放置于具有成形 玻璃物品想要的表面輪廓的成形表面的模具上。當(dāng)所述玻璃片在模具附近時，通過輻射優(yōu) 先并快速地加熱所述玻璃片，以使所述模具在加熱過程中與所述玻璃片相比明顯更冷。將 所述玻璃片下陷至模具的成形表面以使所述玻璃片的至少一部分呈現(xiàn)出成形表面輪廓。在 下陷和成形之后，將已下陷和成形的玻璃片從模具中移出。在本發(fā)明方法的第一個方面，可將所述玻璃片加熱至低于玻璃片軟化點(diǎn)的溫度。 或者，可將所述玻璃片加熱至玻璃片軟化點(diǎn)和退火點(diǎn)之間的溫度。在本發(fā)明方法的第一個方面，可在將所述玻璃片下陷至成形表面過程中向所述玻 璃片和成形表面之間施加真空。任選地，在向所述玻璃片和成形表面之間施加真空之前，可 允許所述玻璃片通過重力向所述成形表面下陷。任選地，可在所述玻璃片通過重力向所述 成形表面下陷之前，在所述玻璃片和成形表面之間施加真空。在本發(fā)明方法的第一個方面，可在將下陷玻璃片從模具中移出之前，在模具中冷 卻所述下陷玻璃片。任選地，可將所述下陷玻璃片進(jìn)行退火。任選地，可以切割所述下陷玻 璃片來得到選定尺寸的成形玻璃物品。任選地，可對所述成形玻璃物品的切割邊緣進(jìn)行磨 光。任選地，可通過離子交換化學(xué)強(qiáng)化所述成形玻璃物品。任選地，可以向所述成形玻璃物 品施加抗污涂層。在本發(fā)明方法的第一個方面，可在將所述玻璃片放置于模具上之前，將所述玻璃 片切割成形成選定尺寸的成形玻璃物品所需的網(wǎng)狀。在本發(fā)明方法的第一個方面，可將所述玻璃片放置于多個模具上，在所述多個模 具附近通過輻射優(yōu)先并快速地加熱，并將所述玻璃片下陷至模具的成形表面。任選地，可將所述下陷玻璃片切塊來得到多個成形玻璃物品。任選地，可通過離子交換化學(xué)強(qiáng)化所述成 形玻璃物品。任選地，可在所述成形玻璃物品上施加抗污涂層。在本發(fā)明方法的第二個方面，制造成形玻璃物品的方法包括將玻璃片放置于無下 陷(free-sag)模具上。在所述免下陷模具附近加熱所述玻璃片。用具有成形物品想要的 表面輪廓的成形表面的活塞向所述玻璃片施壓，以使所述受壓玻璃片的至少一部分呈現(xiàn)想 要的表面輪廓。在本發(fā)明方法的第二個方面，可在將所述玻璃片放置在無下陷模具上之前，將所 述玻璃片切割成形成選定尺寸的成形玻璃物品所需的網(wǎng)狀。在本發(fā)明方法的第二個方面，可將所述受壓玻璃片進(jìn)行退火。在本發(fā)明方法的第二個方面，可將所述受壓玻璃片進(jìn)行切割以得到選定形狀的成 形玻璃物品。任選地，可對所述成形玻璃物品的切割邊緣進(jìn)行磨光。在本發(fā)明方法的第三個方面，制造成形玻璃物品的方法包括將玻璃片放置在無下 陷模具上，并在所述無下陷模具附近加熱所述玻璃片。所述方法還包括通過重力使所述玻 璃片自然下陷來形成三維弧度。所述方法還包括將所述具有三維弧度的玻璃片的表面磨光 來形成成形玻璃物品。本發(fā)明的其它方面和方式可以從以下說明和所附權(quán)利要求中得出。


如下所述的附圖示出了本發(fā)明的通常的具體實(shí)施方式
，由于本發(fā)明允許其它等同 有效的實(shí)施方式，所作的描述并不意于限制本發(fā)明的范圍。所述附圖并非按比例繪制，為了 清楚簡要地說明，將某些特征和視圖按比例放大或用框圖表示。圖1是制造成形玻璃物品的方法的流程圖。圖2A是具有成形表面的下陷模具的透視圖。圖2B是圖2A中所示下陷模具沿2B-2B線的剖面圖。圖2C是圖2B中所示下陷模具的一種變化形式。圖2D是圖2B中所示下陷模具的另一種變化形式。圖3示出了置于具有成形表面的下陷模具上的玻璃片。圖4示出了玻璃片置于具有成形表面的下陷模具上時的直進(jìn)式排列(inline arrangement)0圖5示出了在加熱區(qū)或爐中的下陷模具上的玻璃片。圖6示出了玻璃片下陷至下陷模具的成形表面。圖7示出了制造多個成形玻璃物品的方法中置于多個模具上的玻璃片。圖8是圖1中所示制造成形玻璃物品的方法的變化形式的流程圖。圖9是具有成形表面的另一種下陷模具的透視圖。圖10是圖1中所示制造成形玻璃物品的方法的另一種變化形式的流程圖。圖11示出了用具有成形表面的活塞向玻璃片施壓。圖12是圖1中所示制造成形玻璃物品的方法的再一種變化形式的流程圖。圖13示出了用中-紅外加熱器優(yōu)先加熱模具上的玻璃片。圖14顯示了中-紅外加熱器的黑體曲線和玻璃的透光曲線。
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圖15是用中-紅外加熱器在模具附近加熱玻璃過程中模具和玻璃溫度的曲線圖。圖16示出了用具有凹形表面的模具形成成形物品的方法。圖17示出了用無下陷模具形成成形物品的方法。詳細(xì)描述如附圖所示，結(jié)合一些優(yōu)選的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。在描述優(yōu)選的實(shí) 施方式時，闡述了一些特定細(xì)節(jié)以便徹底理解本發(fā)明。但很明顯對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，也 可在不采用這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。此外，本發(fā)明中沒有詳細(xì)描述的眾所周知 的特征和/或工藝步驟不會造成本發(fā)明公開不充分。另外，采用了相似或相同數(shù)字來表示 相同或相似的元件。圖1示出了制造成形玻璃物品的方法的流程圖。在本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域中，術(shù)語“成 形玻璃物品”是指具有非平面的，開放的分界表面的玻璃物品。所述分界表面也指分界表面 輪廓。所述玻璃物品的分界表面輪廓可表現(xiàn)為單一的弧度，即沿著一個獨(dú)立方向的弧度；或 空間弧度，即沿著多個獨(dú)立方向的弧度。圖1以及后續(xù)附圖中所示的方法可用來形成具有 單一或空間弧度的分界表面輪廓的成形玻璃物品。這類成形玻璃物品可用于電子消費(fèi)品， 如精密鼠標(biāo)。圖1以及后續(xù)附圖中所示的方法可用來形成具有薄壁的成形玻璃物品。所述 薄壁可將單一或空間弧度融為一體。在一些實(shí)施例中，用圖1以及后續(xù)附圖中所示的方法 形成的或可用所示方法形成的所述薄壁成形玻璃物品的壁的厚度范圍是約l-3mm。在一些 實(shí)施例中，用圖1以及后續(xù)附圖中所示的方法形成的或可用所示的方法形成的成形玻璃物 品的表面具有拋光邊緣磨光的光學(xué)性能。如圖1所示，制作具有分界表面輪廓的成形玻璃物品的方法包括提供具有成形表 面的下陷模具(100)。圖2A顯示了所述模具的一個實(shí)施例。如圖2A所示，下陷模具200包 括具有頂部表面206的模體202和成形表面208。成形表面208的頂部邊緣209與頂部表 面206相接。所述成形表面208在頂部表面206下面延伸至模體202。所述成形表面208 的邊緣211(在圖中僅可見一邊)圍繞著模體202，與模體202的內(nèi)表面213(在圖中僅可見 一邊)相對。所述成形表面208和內(nèi)表面213形成向頂部表面206開放的空穴204。所述 成形表面208具有與要制作的成形玻璃物品的分界表面輪廓相配的成形表面輪廓?？梢韵?到所述成形表面208的成形表面輪廓可以與圖2A中所示的不同，取決于要制作的成形玻璃 物品的分界表面輪廓。所述模體202包括一條或多條從模體202底部表面(圖2B中21 延伸至成形表 面208的槽210。所述槽210用于連接模具200的外部和成形表面208。在一個實(shí)施例中， 所述槽210用作真空槽。即所述槽210可以連接真空泵或其它裝置(圖中未示出)經(jīng)過成 形表面208對空穴204提供真空。如圖2C所示的一種模具200可能的變化形式包括在模體 202中提供斜槽210a，而非直槽(圖2B中210)。如圖2D所示的另一種模具200可能的變 化形式包括在成形表面208上預(yù)定的位置提供線性零件(alignment feature) 216，如釘、 脊，和其它類似的隆起。所述線性零件216有助于在模具200上更精確地放置玻璃片。圖 2A-2D中所示的任一模具200可由耐熱材料制成，優(yōu)選對要制作的玻璃物品所用的材料無 影響的耐熱材料。在一個實(shí)施例中，所述模具200可由高溫鋼或鑄鐵制成。為延長模具200 的使用壽命，所述成形表面208可用對要制作的玻璃物品所用的材料無影響的高溫材料進(jìn) 行涂覆，例如可購自阿莫洛伊(Armoloy)的鉆石鉻涂料(Diamond Chromiun coating)。
回到圖1，所述制造成形玻璃物品的方法包括提供玻璃片(102)。所述玻璃片可 由任意適合所述成形玻璃物品應(yīng)用的玻璃組合物制得。在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述 玻璃片由可通過離子交換進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化的玻璃組合物制得。通常，在玻璃結(jié)構(gòu)中存在小 的堿離子(如Li+和Na+)可以交換成較大的堿土離子(如K+)，以使玻璃組合物適合通 過離子交換進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化。堿性玻璃組合物可以有多種。例如，轉(zhuǎn)讓給康寧股份有限公 司，康寧，紐約(Corning Incorporated, Corning, NY)的美國專利申請 11/888213 公開 了堿硅鋁酸鹽玻璃可通過離子交換進(jìn)行強(qiáng)化并下拉(down-drawn)到板上。所述玻璃的 熔化溫度低于約1650°C，其液相粘度為至少130千泊(kpoise)，在一個實(shí)施方式中，大于 250千泊。所述玻璃可以在相對低的溫度進(jìn)行離子交換且交換深度為至少30μπι。所述 玻璃成分包括64摩爾SiO2 ^ 68摩爾％ ；12摩爾Nei2O ^ 16摩爾％ ；8摩爾％ 彡Al2O3彡12摩爾％ ；0摩爾％彡B2O3彡3摩爾％ ；2摩爾％彡K2O彡5摩爾％ ；4摩爾％ ^ MgO ^ 6摩爾％ ；和0摩爾CaO彡5摩爾％，其中66摩爾Si02+B203+Ca0彡69 摩爾 ％ ； Na20+K20+B203+Mg0+Ca0+Sr0 >10 摩爾 摩爾 Mg0+Ca0+Sr0 彡 8 摩 爾% ； (Na2CHB2O3) -Al2O3彡2摩爾摩爾Na2O-Al2O3彡6摩爾％ ；和4摩爾％ ((Na20+K20)-Al2O3 ^ 10摩爾％?？捎糜趯?shí)施本發(fā)明的玻璃的范例是戈瑞拉(Gorilla ) 玻璃，可購自康寧股份有限公司，康寧，紐約，編號2317。所述制造成形玻璃物品的方法包括將玻璃片放置于模具上(104)。圖3顯示了有 上述特征的玻璃片218置于模具200上，所述玻璃片218的一部分220在模具200的空穴 204上。所述玻璃片218最初平放在模具200的頂部表面206上。玻璃片218和模具200 之間平的狀態(tài)在所述制造成形玻璃物品的方法的后續(xù)步驟中會改變。所述玻璃片218可通 過任意合適的玻璃成形工藝制成，如熔拉工藝和浮法工藝。如圖4所示的直進(jìn)式工藝中，可 將玻璃片218從玻璃熔化槽或玻璃成形裝置(如熔拉裝置或浮床)或玻璃后成形裝置如磨 光裝置(通用222表示)中水平地拉至模具200上。通常將玻璃片218從裝置222中水平 地拉至模具200上。所述玻璃片218可以是連續(xù)玻璃片或非連續(xù)玻璃片的一部分。在一個 優(yōu)選的實(shí)施例中，所述玻璃片218是用熔拉工藝制成的且至少一個表面經(jīng)過火拋光。在本 發(fā)明的一個實(shí)施方式中，當(dāng)玻璃片218放在模具200上時，模具200是熱的。回到圖1，所述制造成形玻璃物品的方法包括加熱玻璃片和模具(106)。當(dāng)玻璃片 在模具附近時進(jìn)行加熱。可在玻璃片放置在模具上之前或之后進(jìn)行加熱，也可在玻璃片置 于模具上的至少一段時間內(nèi)持續(xù)加熱。優(yōu)選地，在玻璃片置于模具上的至少一段時間內(nèi)將 所述玻璃片加熱至或維持在低于玻璃片軟化點(diǎn)的溫度。優(yōu)選地，在玻璃片置于模具上的至 少一段時間內(nèi)將所述玻璃片加熱至或維持在玻璃片的軟化點(diǎn)和退火點(diǎn)之間的溫度。所述玻 璃片的軟化點(diǎn)和退火點(diǎn)取決于制作玻璃片用的玻璃組合物。所述玻璃片和模具不必呈現(xiàn)相 同的溫度。如圖5所示，例如通過將玻璃片218和模具200置于包括一個或多個加熱元件 226的爐或加熱區(qū)域224內(nèi)，將玻璃片218加熱至或維持在想要升高的溫度。優(yōu)選地，將加 熱元件2 安置在爐或加熱區(qū)域224內(nèi)直接加熱玻璃片218的表面。例如，加熱元件2 可以置于玻璃片218之上。優(yōu)選地，加熱元件2 在迅速達(dá)到想要的溫度時能快速響應(yīng)。 優(yōu)選地，加熱元件2 是封閉的，從而將生成對玻璃片218有影響的顆粒的可能最小化。在 一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，加熱元件2 是電阻元件。在一個更優(yōu)選的實(shí)施方式中，加熱元件 2 是中-紅外加熱器，如賀利氏特種光源中-紅外加熱器(Hereaus Noblelight mid-IRheater)，其響應(yīng)快速并且電阻元件封閉在石英玻璃封套中。優(yōu)選地，爐或加熱區(qū)域2M設(shè) 計成將對流降為最小，因?yàn)閷α鲿赡軐?dǎo)致最后玻璃物品表面缺陷的顆粒。所述玻璃片 218可以在模具200置于爐或加熱區(qū)域2M之前或之后放置在模具200上?；氐綀D1，所述制造成形玻璃物品的方法包括將玻璃片下陷至模具的成形表面 (108)，所述下陷至成形表面的玻璃片的至少一部分呈現(xiàn)出成形表面的成形表面輪廓。如圖 6所示，玻璃片下陷至成形表面208包括將模體202中的槽210與真空泵或其它裝置2 相 連，所述裝置2 能向模空穴204或成形表面208和玻璃片218間的空間提供真空。在一 個優(yōu)選的實(shí)施方式中，當(dāng)玻璃片218的粘度約為IO9泊時，向模空穴204施加真空。在向模 空穴204施加真空時，玻璃片218低于其軟化點(diǎn)的溫度，優(yōu)選為在軟化點(diǎn)和退火點(diǎn)之間的溫 度。裝置2 通過空穴204向玻璃片218施加真空，將玻璃片218拉至空穴204并貼于成 形表面208，以使玻璃片218呈現(xiàn)出成形表面208的形狀。通過真空將玻璃片218拉至成形 表面208的過程可以稱作真空下陷。在一個實(shí)施例中，真空下陷發(fā)生在玻璃片218因重力 開始向?？昭?04(或向成形表面)下陷之前。在另一實(shí)施例中，在完成真空下陷之前，允 許玻璃片218通過重力向成形表面208下陷或下陷至成形表面208。真空下陷通常需要玻 璃片218足夠大，能在向空穴204施加真空之前覆蓋?？昭?04的開放端。一般來說，在真 空下陷之前允許玻璃片218通過重力下陷會增加玻璃片和成形表面間的接觸而可能影響 玻璃片的表面質(zhì)量。回到圖1，所述制造成形玻璃物品的方法包括冷卻下陷玻璃片(110)。這一步驟包 括從爐或加熱區(qū)域中移出帶有下陷玻璃片的模具，如上所述，在模具中冷卻下陷玻璃片。優(yōu) 選地，下陷玻璃片在模具中冷卻至低于玻璃片退火點(diǎn)的溫度。更優(yōu)選地，下陷玻璃片在模具 中冷卻至低于玻璃片應(yīng)變點(diǎn)(strain point)的溫度?？赏ㄟ^將模具暴露于環(huán)境空氣中或 在模具和玻璃片周圍循環(huán)冷空氣或氣體進(jìn)行冷卻。所述制造成形玻璃物品的方法還包括從 模具中移出下陷玻璃片(112)。將下陷玻璃片進(jìn)行退火(114)，例如將下陷玻璃片置于退火 爐中退火。將切割下陷玻璃片來得到具有理想尺寸的想要的成形玻璃物品(116)。例如，將 下陷玻璃片的周圍部分從下陷玻璃片上修整掉?？捎煤线m的多軸CNC(電腦數(shù)字控制)工 具將下陷玻璃片(尤其是復(fù)雜形狀的下陷玻璃片)切割成形。切割成形后，所述方法還包 括將成形玻璃物品磨光(118)。例如火拋光等技術(shù)可用于磨光成形玻璃物品。所述方法進(jìn)一步包括通過離子交換化學(xué)強(qiáng)化成形玻璃物品(120)。離子交換通常 發(fā)生在不超過玻璃轉(zhuǎn)換溫度的高溫度范圍。將玻璃在熔融堿鹽中浸漬，所述熔融堿鹽的離 子半徑大于玻璃中所含的堿性離子，玻璃中較小的堿性離子與較大的堿離子進(jìn)行交換。再 將玻璃冷卻。玻璃中離子交換的深度取決于玻璃組分。一般來說，離子交換越深，表面承壓 越高且玻璃越堅固。所述方法進(jìn)一步包括在成形玻璃物品上施加抗污涂層(122)。上述方法可以有一種或多種變化形式。在本發(fā)明的一種變化形式中，上述方法適 用于一次(in one shot)制造多個成形玻璃物品。所述適用方法包括在圖1所示的步驟 100中提供多個模具。所述模具以任意想要的形式放置，但總體上彼此靠近。所述適用方法 進(jìn)一步包括在圖2中所示的步驟102中提供足夠大的板放置到模具上。圖7示出了圖1所 示步驟104，即玻璃片218放置在多個模具200上。在這一變化形式中，模具200的成形表 面208具有相同的成形表面輪廓來制作具有相同形狀的玻璃物品，或具有不同的成形表面 輪廓來制作具有不同形狀的玻璃物品。如前所述，在直進(jìn)式工藝中，可將玻璃片218從玻璃熔化槽、玻璃成形裝置或玻璃后成形裝置中水平地拉出并放置在多個模具上。所述方法余 下的步驟與圖1中所示，或與圖1中所示方法的任一變化形式的后續(xù)步驟相同。在從模具 上移出下陷玻璃片后，將下陷玻璃片切塊并修整得到單獨(dú)的成形玻璃物品。圖8是制造成形玻璃物品的方法的另一種變化形式的流程圖。在前述實(shí)施例中， 圖8所示的方法包括提供一個具有成形表面的模具(800)。所述方法還包括確定要制作的 成形玻璃物品的平面形狀(802)。這一步驟用來確定形成成形玻璃物品所需的玻璃片的確 切數(shù)量。所述方法還包括提供和切割具有平面形狀(或網(wǎng)狀)的玻璃片(804)。所述網(wǎng)狀 玻璃片經(jīng)過邊緣磨光(80 。然后將所述玻璃片放置于模具上(806)。所述方法還包括加 熱玻璃片和模具(808)。所述玻璃片和模具可加熱至低于玻璃片軟化點(diǎn)的較高的溫度，優(yōu)選 加熱至玻璃片軟化點(diǎn)和退火點(diǎn)之間的溫度。在本發(fā)明方法的一些變化形式中步驟808可以 在步驟806之前，所述模具和玻璃片可以分別加熱或一起加熱。所述方法包括下陷玻璃片 至模具的成形表面(810)來形成網(wǎng)狀下陷玻璃片?？梢圆捎谜婵障孪荨Ｔ谙孪莶襟E之后，將 網(wǎng)狀下陷玻璃片在模具中冷卻(812)。冷卻可以通過將模具暴露于環(huán)境空氣或在模具和玻 璃片周圍循環(huán)冷空氣或氣體進(jìn)行。在冷卻步驟后，將網(wǎng)狀下陷玻璃片從模具上移出(814)。 再將網(wǎng)狀下陷玻璃片退火(816)。與圖1中所示的方法不同，不必將網(wǎng)狀下陷玻璃片切割成 形。這時，經(jīng)退火的網(wǎng)狀下陷玻璃片與成形玻璃物品的形狀相同。所述方法可以進(jìn)一步包 括通過離子交換化學(xué)強(qiáng)化成形玻璃物品(818)。所述方法還可以包括向所述成形玻璃物品 施加抗污涂層(820)。應(yīng)當(dāng)理解結(jié)合圖1-7已對圖8中本發(fā)明方法的變化形式的上述步驟 作了充分描述，在此不再贅述。圖8中本發(fā)明方法的變化形式的優(yōu)點(diǎn)是在下陷玻璃片之前 將玻璃片切割成網(wǎng)狀，避免了在下陷后切割玻璃片。下陷步驟前，玻璃片還是平的(即2D)， 易于切割。下陷步驟后，玻璃片的形狀更復(fù)雜，是非平面的(即3D)。在圖8所示方法的實(shí)施例中，由于要將玻璃片切割至形成成形玻璃物品剛好所需 的尺寸，使用了與圖2A-2D中所示的不同的模具。圖9示出了另一種下陷模具230。在前述 的圖2A-2D所示方法的實(shí)施例中，下陷模具230包括具有頂部表面234和成形表面236的 模體232，所述成形表面236的頂部邊緣238與頂部表面234相接。如前述的圖2A-2D中 所示的模具，所述成形表面236具有與要制作的成形玻璃物品的分界表面輪廓相配的成形 表面輪廓。所述成形表面236在頂部表面234下延伸。與圖2A-2D中所示方法的實(shí)施例不 同，成形表面236的側(cè)邊240不封閉在模體232的內(nèi)表面中。可在模體202上裝置把手242 以方便運(yùn)送模體202。槽244從模具的底部表面(圖中未示出)延伸至成形表面236。如 前述圖2A-2D中所示的模具，所述槽244可用作真空槽?？稍诔尚伪砻?36上設(shè)置線性零 件(與圖2D中216相似)以助于定位(in registering)成形表面236上的網(wǎng)狀玻璃片。 采用模具230，將玻璃片下陷至成形表面236通常需要允許玻璃片通過重力下陷至成形表 面236，或?qū)⒉Ａ胖糜诔尚伪砻?36上，再通過真空(即真空下陷)沿著成形表面236 拉出玻璃片。圖10示出了制造成形玻璃物品方法的另一種變形方式。圖10所示的方法包括提 供無下陷模具(1000)。所述模具是無下陷的，不具有如上文所述的成形表面。所述方法包 括確定要制作的成形玻璃物品的平面形狀(1002)。所述方法還包括提供并切割具有平面 形狀(或網(wǎng)狀)的玻璃片(1004)。所述網(wǎng)狀玻璃片可經(jīng)過邊緣磨光(100 。所述模具和 玻璃片在爐中或加熱區(qū)域中加熱(1006)。所述玻璃片可加熱至低于玻璃片軟化點(diǎn)的溫度，優(yōu)選加熱至玻璃片軟化點(diǎn)和退火點(diǎn)之間的溫度。當(dāng)所述模具和玻璃片是熱的時，將模具和 玻璃片從爐或加熱區(qū)域中移出并運(yùn)送至壓力器(1008)。當(dāng)所述模具和玻璃片是熱的時，向 玻璃片施壓(1010)。參見圖11，當(dāng)玻璃片218支撐在無下陷模具邪4上時，用具有成形表 面252的活塞250向玻璃片218施壓。用活塞250施壓后，所述玻璃片218呈現(xiàn)出成形表 面252的成形表面輪廓。所述活塞250的運(yùn)動是受控的，這樣在向玻璃片的施壓過程中玻 璃片218不會接觸底部壓力平臺256。在前述的實(shí)施例中，所述活塞250的成形表面252的 成形表面輪廓與要形成的玻璃物品的分界表面輪廓相配?；氐綀D10，在向玻璃片施壓后，將 所述玻璃片進(jìn)行退火(1012)。所述方法可以進(jìn)一步包括通過例如離子交換化學(xué)強(qiáng)化所述退 火玻璃片(1014)。所述方法可以進(jìn)一步包括在成形玻璃片上施加抗污涂層(1016)。應(yīng)當(dāng) 理解結(jié)合圖1-9已對圖10中本發(fā)明方法的變化形式的上述步驟作了充分描述，在此不再贅 述。圖12示出了所述制造成形玻璃物品方法的另一種變化形式。圖12中所示方法包 括提供無下陷模具(1200)和提供玻璃片(120 。將玻璃片置于無下陷模具上(1204)。再 將所述玻璃片和模具加熱(1206)。這一步驟可以是，例如將玻璃片和模具至于爐或加熱區(qū) 域中。優(yōu)選地，將玻璃片加熱至低于玻璃片軟化點(diǎn)的溫度。更優(yōu)選地，將玻璃片加熱至玻璃 片軟化點(diǎn)和退火點(diǎn)之間的溫度。當(dāng)所述模具和玻璃片是熱的時，將所述玻璃片和模具運(yùn)送 至壓力器(1208)。如上文所述，用具有成形表面的活塞向所述玻璃片施壓(1210)。在向玻 璃片施壓后，將所述玻璃片進(jìn)行退火(1212)。將所述玻璃片切割成形(1214)來得到具有理 想維度或尺寸的成形玻璃物品。可將所述成形玻璃物品進(jìn)行邊緣磨光(1216)。所述方法可 以進(jìn)一步包括通過例如離子交換化學(xué)強(qiáng)化所述成型玻璃物品(1218)。所述方法可以進(jìn)一步 包括在成形玻璃物品上施加抗污涂層(1220)。上述方法和其變化形式包括在模具附近加熱玻璃片。優(yōu)選地，在模具附近通過輻 射優(yōu)先并快速地加熱所述玻璃片，以使加熱過程中所述模具與玻璃片相比保持充分較冷。 這使得通過下陷玻璃片至模具形成的玻璃物品具有較高的表面質(zhì)量，延長了模具壽命，并 得到較快的循環(huán)時間。上文中提到在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，加熱元件(圖5中226)是中紅 外加熱器。中紅外加熱器可用來在模具附近優(yōu)選并快速地加熱玻璃片，以使加熱過程中所 述模具與玻璃片相比保持充分較冷。在一個實(shí)施例中，在4分鐘或更短的時間內(nèi)將玻璃溫 度從室溫升至800°C可以認(rèn)為是快速加熱。圖15顯示了一個在模具附近快速加熱玻璃片的 實(shí)施例。在圖15所示實(shí)施例中，玻璃片在不到4分鐘的時間達(dá)到800°C，而模具與玻璃片相 比保持充分較冷。在圖15所示實(shí)施例中，當(dāng)玻璃片約為800°C時，模具約為650°C。將所述 玻璃片加熱到能下陷至模具的溫度來形成成形玻璃物品。在這一溫度時，玻璃片和模具之 間的溫差至少為100°C，優(yōu)選至少150°C，更優(yōu)選至少175°C，但優(yōu)選地低于250°C。圖15中 顯示的是用中-紅外加熱的溫度趨勢。圖15中所示的模具溫度曲線和玻璃溫度曲線分別 與模具材料和玻璃材料呈函數(shù)關(guān)系。在這個實(shí)施例中，模具材料是因康奈爾(INC0NEL)718， 一種沉積可固化的鎳鉻合金；玻璃材料是康寧(CORNING) 2317，一種可化學(xué)回火來提供高 抗損性能的堿硅鋁酸鹽玻璃。參見圖13，中紅外加熱器2 置于玻璃片218上，所述玻璃片置于模具200附近， 可以置于模具200上。雖未示出，所述中-紅外加熱器226，玻璃片218和模具200可封閉 在爐壁中(例如見圖5中爐224)?？捎萌我夂线m的方法將中-紅外加熱器2 懸浮玻璃片218上方(如圖5所示的實(shí)施例)。這種安排方式使中-紅外加熱器優(yōu)先并快速地加熱模 具200上的玻璃片218?！皟?yōu)先加熱”是指大部分傳遞的熱量到達(dá)玻璃片218，而不是在玻璃 片218和模具200之間分配大部分熱量，從而更快地加熱玻璃片218而非模具200。在加熱 玻璃片218最佳的光譜范圍內(nèi)通過輻射直接加熱玻璃片218來達(dá)到“優(yōu)先加熱”。每個中-紅外加熱器2 具有在玻璃片218吸收光譜區(qū)域的大量黑體輻射能。特 別感興趣的光譜區(qū)域是波長在2. 0 μ m至4. 5 μ m間的區(qū)域，多數(shù)玻璃在這一區(qū)域有相當(dāng)?shù)?吸收系數(shù)，這主要由于水、硼、堿、痕量還原鐵，或其他過渡金屬離子和稀土金屬離子的存 在。如果玻璃要有可視光譜的高透過率，用于增加中-紅外吸收的添加劑要限制在低于約 2 μ m光譜吸收的添加劑，因?yàn)樵诳梢暪庾V區(qū)的折光會影響玻璃透光。在玻璃部分透過的光 譜范圍內(nèi)加熱是有利的，因?yàn)檫@能使得熱量更均一地透過玻璃深度。優(yōu)選地，所述中紅外加 熱器226的加熱元件2 封閉在石英或熔融石英管231中來保護(hù)加熱元件的使用壽命，能 快速加熱而不污染加熱元件，并使得玻璃和模具的污染減到最小。所述玻璃片218和中紅 外加熱器2 之間的距離227優(yōu)選地小于或等于50. Scm0優(yōu)選地，所述玻璃片218和加熱 器2 呈線性排列(a line of sight)以使玻璃片218通過吸收輻射直接被加熱。應(yīng)當(dāng)理 解在圖1，8，10和12中任意玻璃/模具加熱步驟中都能采用優(yōu)先加熱。圖14顯示了標(biāo)準(zhǔn)中-紅外加熱器在800°C和900°C的黑體曲線。圖中也顯示了 2mm厚康寧2317玻璃的中紅外透光率。在2. 5 μ m以上的區(qū)域，玻璃的透光減少，而玻璃的 吸收增加。這種吸收的增加發(fā)生在與中紅外加熱器高黑體發(fā)射能相同的光譜范圍。由于玻 璃的主要熱量傳遞機(jī)理可用紅外輻射有效地加熱玻璃。優(yōu)化中紅外吸收的玻璃性能仍需要 維持部分透光，這是因?yàn)槿绻Ａ峭耆盏?，只有玻璃表面能通過輻射來加熱，而玻璃 整體要通過傳導(dǎo)加熱。玻璃在溫度高于500°C時，通過輻射的加熱傳遞比傳導(dǎo)或?qū)α饕斓?多。因此，優(yōu)選采用輻射進(jìn)行快速加熱。
具體實(shí)施例方式在以下描述的不同實(shí)施例中，通過優(yōu)先加熱在模具附近的玻璃片制造成形玻璃物 品，如上所述，再下陷玻璃片至模具(如參見前文所述圖1，6和8)。這些實(shí)施例中，玻璃片采 用康寧(CORNING) 2317玻璃。模具所用的材料是不同的，將在下文詳述。對每個實(shí)施例，采 用真空下陷來形成玻璃片為成形玻璃物品。所述玻璃片加熱至玻璃粘度小于IO91P,優(yōu)先小 于IO8 6P,使下陷玻璃經(jīng)真空充分貼近復(fù)雜的模具成形表面(例如具有空間曲率的表面)。 一方面，如果模具成形表面不能采用真空或者真空只能用于所述方法的最后，那么玻璃粘 度可以在IO8 2P和IO7 2P之間，這取決于要形成部件的曲率和形狀。較小的曲率半徑和較 窄的角度，以及復(fù)雜的形狀和更好的性能(feature)，如果其形狀不允許模具接近真空通常 需要其粘度接近或大于玻璃軟化點(diǎn)。另一方面，如前所述，可加壓來形成成形玻璃物品。當(dāng) 玻璃片高于玻璃轉(zhuǎn)變溫度時開始發(fā)生下陷，但為了玻璃片適應(yīng)模具形狀，玻璃片需要在一 定的粘度。通常下陷需要的粘度在IO7P和109P。所需的粘度取決于如上所述形狀的類型。 在較高的粘度(如IO9P)可形成平緩的輪廓，而形成陡彎和極小轉(zhuǎn)彎半徑(tight radius) 所需的粘度要低得多。一旦玻璃片達(dá)到指定的粘度，就能在模具成形。對于真空下陷，所述 加熱元件在施加真空時通常要維持至少一段時間。在第一個實(shí)施例中，模具由310級不銹鋼(SS310)制成。SS310的熱容為500J/Kg-K，熱傳導(dǎo)率為14. 2W/m_k。根據(jù)第一個實(shí)施例和上文所述方法形成零件時觀察到的溫度 顯示在以下表1中表 1
零件編號模具材料T 模具，in ( C )T模具,峰(C )T下陷(C )循環(huán)時間(分)1275SS 3105386627804:331276SS 3105386647814:401278SS 3105436657824:261279SS 3105406657824:241280SS 3105446617824:17平均540. 6663. 4781. 44:28對表1中所示的零件，將第一溫差電偶(圖13中221)放在模具的中間來測量模 具溫度。Tsa,^是模具與下陷玻璃片進(jìn)入爐內(nèi)時通過第一溫差電偶記錄的溫度。這個過程 要控制TSA,in維持在恒定的標(biāo)定值550°C。表1中所示的數(shù)字與550°C有差異是模具材料 熱傳導(dǎo)率和熱容量以及熱質(zhì)量差造成的。Tsa^是下陷過程中通過第一溫差電偶測得的最 大溫度。將第二溫差電偶(圖13中22 在玻璃下陷至模具之前放在玻璃平面上。Ttb是 通過第二溫差電偶記錄的溫度。在表1中，平均Tsjl^比Ttb低約120°C。循環(huán)時間是從玻 璃片和模具放至中紅外爐到打開中-紅外爐的時間。在第二個實(shí)施例中采用的模具材料是因康奈爾(INC0NEL) 718。因康奈爾718的熱 容為435J/Kg-K，熱傳導(dǎo)率為11. 4ff/m-K,即其熱容和熱傳導(dǎo)率比第一個實(shí)施例中SS310低。 根據(jù)第二個實(shí)施例和上文所述方法形成成形玻璃物品時觀察到的溫度顯示在以下表2中。 表2中平均T··約為60°C，比表1中平均T—低。這表示采用相對低的熱傳導(dǎo)和熱容 的模具材料可以降低Tsjl^t5表 2
零件編號模具材料T 模具，in ( C )T模具,峰(C )T下陷(C )循環(huán)時間(分)1235因康奈爾7185466037814:501236因康奈爾7185476047814:471237因康奈爾7185466047814:491240因康奈爾7185466057814:56
1權(quán)利要求
1.一種制造成形玻璃物品的方法，所述方法包括將玻璃片放置在具有成形玻璃物品想要的表面輪廓的成形表面的模具上；當(dāng)玻璃片在模具附近時，通過輻射優(yōu)先并快速地加熱所述玻璃片，以使加熱過程中所 述模具與玻璃片相比保持明顯更冷；將玻璃片下陷至模具的成形表面上，以使下陷玻璃片的至少一部分呈現(xiàn)想要的表面輪 廓；以及在下陷和成形之后，將已下陷和成形玻璃片從模具上移出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃片在加熱步驟中加熱至低于玻璃 片軟化點(diǎn)的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃片在加熱步驟中加熱至玻璃片軟 化點(diǎn)和退火點(diǎn)之間的溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述玻璃片下陷包括在所述玻璃片和所 述成形表面之間施加真空。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在施加真空之前，允許所述 玻璃片通過重力向所述成形表面下陷。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述玻璃片通過重力向所述成形表面下 陷之前施加真空。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述優(yōu)先并快速地加熱所述玻璃片中所 用的輻射是中-紅外范圍輻射。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在從模具中移出下陷玻璃 片之前，在模具中冷卻所述下陷玻璃片。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括切割所述下陷玻璃片來得 到選定尺寸的成形玻璃物品。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述下陷玻璃片進(jìn)行 退火，化學(xué)強(qiáng)化所述成形玻璃物品和在所述成形玻璃物品上施加抗污涂層中的至少一個步 馬聚ο
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在將所述玻璃片放置在模 具上之前，將所述玻璃片切割成形成選定尺寸的成形玻璃物品所需的網(wǎng)狀。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在放置步驟中將所述玻璃片放置在多個模 具上，在加熱步驟中在多個模具附近通過輻射優(yōu)先并快速地加熱所述玻璃片，在下陷步驟 中將所述玻璃片下陷至模具的成形表面。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述下陷玻璃片切塊 來得到多個成形玻璃物品。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述下陷玻璃片進(jìn)行 退火，化學(xué)強(qiáng)化所述成形玻璃物品和在所述成形玻璃物品上施加抗污涂層中的至少一個步 馬聚ο
15.一種制造成形玻璃物品的方法，所述方法包括將玻璃片放置在無下陷模具上；在所述無下陷模具附近加熱所述玻璃片；和用具有成形物品想要的表面輪廓的成形表面的活塞向所述玻璃片施壓，以使所述受壓 玻璃片的至少一部分呈現(xiàn)想要的表面輪廓。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在將所述玻璃片放置在 所述無下陷模具上之前，將所述玻璃片切割成形成選定尺寸的成形玻璃物品所需的網(wǎng)狀。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述受壓玻璃片進(jìn)行 退火。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括切割所述受壓玻璃片來 得到選定尺寸的成形玻璃物品。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述成形玻璃物品的 切割邊緣進(jìn)行磨光，化學(xué)強(qiáng)化所述成形玻璃物品和在所述成形玻璃物品上施加抗污涂層中 的至少一個步驟。
20.一種制造成形玻璃物品的方法，所述方法包括將玻璃片放置在無下陷模具上；在所述無下陷模具附近加熱所述玻璃片；允許所述玻璃片通過重力自然下陷來形成三維弧度；和對具有三維弧度的所述玻璃片的表面進(jìn)行磨光來形成成形玻璃物品。
全文摘要
在制造成形玻璃物品的方法中，將玻璃片放置在具有成形玻璃物品想要的表面輪廓的成形表面的模具上。所述玻璃片通過輻射在模具上優(yōu)先加熱。將所述玻璃片下陷至模具的成形表面以使下陷玻璃片的至少一部分呈現(xiàn)所述成形玻璃物品想要的表面輪廓。
文檔編號C03B23/035GK102083759SQ200980125903
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者L·烏克蘭采克 申請人:康寧股份有限公司