用于切割帶有特殊的棱邊構(gòu)造的薄玻璃的方法
【專利摘要】一種用于沿著預(yù)先給出的分割線分割薄玻璃片，特別是玻璃膜的方法，其中，分割線具有比薄玻璃片的玻璃的轉(zhuǎn)化溫度Tg低250K的溫度更高的工作溫度，該方法包括沿著分割線借助于起分割薄玻璃片作用的激光射線引入能量。
【專利說明】用于切割帶有特殊的棱邊構(gòu)造的薄玻璃的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于激光的方法，其用于分割薄玻璃，特別是玻璃膜，其中，玻璃膜在分割之后具有特殊構(gòu)造的、帶有非常平滑且無微裂紋的表面的切割棱邊。
【背景技術(shù)】
[0002]薄玻璃被越來越多地被用于多種多樣的應(yīng)用，譬如，在消費(fèi)性電子產(chǎn)品領(lǐng)域中例如用作用于半導(dǎo)體模塊的、用于有機(jī)LED光源的或用于薄的或者彎的顯示設(shè)備的覆蓋玻璃，或者在可再生能源或能源【技術(shù)領(lǐng)域】中例如用于太陽能電池的覆蓋玻璃。針對于此的示例為觸摸面板、電容器、薄膜電池、柔性電路板、柔性0LED、柔性光伏模塊或電子紙。對于許多應(yīng)用，薄玻璃逐漸地成為焦點(diǎn)，這是基于它的突出的特性，例如耐化學(xué)品性、耐溫度變化性和耐熱性、氣密性、高電絕緣性能、可調(diào)整的膨脹系數(shù)、曲撓性(Biegsamkeit)、高的光學(xué)質(zhì)量和透光性以及基于兩個薄玻璃側(cè)的火拋光的表面的帶有非常低的表面粗糙度的高表面質(zhì)量。在此，薄玻璃理解為具有小于約1.2mm的厚度的玻璃膜。由于薄玻璃的曲撓性，作為玻璃膜的薄玻璃越來越多地在制造之后首先以小于250 μ m的厚度范圍被卷繞，并且作為玻璃卷存放或者被輸送去整理(Konfektionierung)或進(jìn)一步加工。在卷對卷式(Roll-to-roll)過程中，玻璃膜還可以在中間處理(例如表面覆層或修整)之后再次被卷繞并且被提供給進(jìn)一步的應(yīng)用。相對于存放或者輸送平著伸展的材料，玻璃的卷包含有在進(jìn)一步加工中成本低廉地緊湊地存放、輸送及操作的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]在進(jìn)一步加工中，由玻璃卷以及由平著存放的材料分割出小的、與需求相應(yīng)的玻璃膜區(qū)段。在一些應(yīng)用中，這些玻璃膜區(qū)段還再次作為彎的或卷起的玻璃使用。
[0004]在所有卓越的特性的情況下，作為脆性材料的玻璃擁有非常小的斷裂強(qiáng)度，這是因?yàn)椴Ａ鄬鞈?yīng)力是低耐抗性的。在玻璃彎曲時，在彎的玻璃的外表面上出現(xiàn)拉伸應(yīng)力。首先，為了無斷裂地存放·并且為了無斷裂地輸送這種玻璃卷，或者為了無裂紋且無斷裂地使用較小的玻璃膜區(qū)段，棱邊的質(zhì)量和完好性是重要的，以便避免在卷繞的或者彎的玻璃膜中生成裂紋或斷裂。在棱邊上已經(jīng)產(chǎn)生的損壞，譬如很小的裂紋(例如微裂紋)可以成為在玻璃膜中的更大的裂紋的原因和生成點(diǎn)。此外，由于在卷起的或彎的玻璃膜的頂側(cè)上的拉伸應(yīng)力，表面相對于劃痕、凹痕或其他表面缺陷保持完好和豁免(Freiheit)是重要的，以便避免在卷繞的或者彎的玻璃膜中生成裂紋或斷裂。第三，在玻璃中由制造引起的內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)當(dāng)是盡可能小的或者是不存在的，以便避免在卷繞的或者彎的玻璃膜中生成裂紋或斷裂。特別地，玻璃膜棱邊的性質(zhì)是在玻璃膜的裂紋生成或裂紋擴(kuò)展直至斷裂方面有著特別重要的意義的。
[0005]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，薄玻璃或者說玻璃膜通過特殊地研磨的金剛石或者由特種鋼或碳化鎢制成的小輪來劃刻和斷裂。在此，通過劃刻表面在玻璃中有針對性地產(chǎn)生應(yīng)力。沿著如此產(chǎn)生的裂縫，玻璃經(jīng)由壓、拉或彎曲受控制地?cái)嗔选?br> [0006]由此生成帶有高粗糙度、大量微裂紋以及在棱邊邊沿上的凸邊或貝殼狀凸起的棱邊。[0007]通常為了提高棱邊強(qiáng)度，這些棱邊接著被整邊、倒角或研磨和拋光。在特別是在小于250 μ m厚度范圍的玻璃膜的情況下，不再能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械的棱邊加工而不出現(xiàn)針對玻璃的額外的裂紋或斷裂危險(xiǎn)。
[0008]為了獲得改進(jìn)的棱邊質(zhì)量，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)一步開發(fā)中使用了激光劃刻方法，以便借助熱學(xué)生出的機(jī)械應(yīng)力來斷裂玻璃基材。兩種方法的組合也是在現(xiàn)有技術(shù)中所公知并被推廣的。在激光劃刻方法的情況下，通過聚集的激光射線(通常為CO2激光射線)把玻璃沿著精確限定的線加熱并且通過緊隨其后的冷卻流體(例如壓縮空氣或空氣-液體混合物)的冷射流來在玻璃中產(chǎn)生如此大的熱應(yīng)力，以使得該玻璃可沿著預(yù)設(shè)的棱邊斷裂或者使該玻璃沿著預(yù)設(shè)的棱邊斷裂。例如，DE69304194T2、EP0872303B1和US6，407, 360描述了這種激光劃刻方法。
[0009]但是該技術(shù)還是產(chǎn)生帶有相應(yīng)的粗糙度和微裂紋的斷裂的棱邊。由在棱邊結(jié)構(gòu)中的凹痕和微裂紋出發(fā)，特別是在在厚度小于250 μ m的范圍中薄的玻璃膜彎曲或者卷起時，裂紋可能會在玻璃中形成并且擴(kuò)展，并且這些裂紋接著導(dǎo)致玻璃斷裂。
[0010]不同的方法建議了，用塑料給棱邊覆層，以便提高棱邊強(qiáng)度。因此，W099/46212做出了以高粘度的可固化塑料給玻璃片棱邊覆層的建議?？梢酝ㄟ^將玻璃棱邊浸入到塑料中并且通過紫外光線固化來進(jìn)行覆層。接著去除在玻璃片的外表面上突出的塑料。這種方法建議用于0.1到2mm厚度的玻璃片。在這種情況下缺點(diǎn)是，其包含有多個復(fù)雜的、附加的方法步驟并且相當(dāng)?shù)夭贿m用于在5到250 μ m范圍中的玻璃膜。首先，在這種類型的薄玻璃膜的情況下可以去除突出的塑料而不損壞膜。此外，如在W099/46212中所公開的那樣，棱邊的覆層及其微裂紋的填充本身只是非常有限地防止了裂紋生成和裂紋擴(kuò)展。如在該文獻(xiàn)中建議的那樣，高粘度的塑料可能由于其粘滯性而只是在玻璃片棱邊的表面結(jié)構(gòu)中表面地遮蓋了微裂紋。據(jù)此，微裂紋在相應(yīng)地作用的拉應(yīng)力的情況下可能仍然起用于裂紋發(fā)展的起點(diǎn)的作用，該起點(diǎn)接著導(dǎo)致直至玻璃片斷裂。
[0011]為了提高在大于0.6mm或大于0.1mm的厚度范圍中玻璃基材的棱邊強(qiáng)度，W02010/135614還建議了以聚合物給`棱邊表面覆層。但是，如在文獻(xiàn)中所實(shí)施的那樣，在此這種覆層只是非常有限地防止了由棱邊起的裂紋的生成和擴(kuò)展，這是因?yàn)樵诶膺叡砻娼Y(jié)構(gòu)中的微裂紋可以由其深處出來無阻礙地導(dǎo)致裂紋發(fā)展。此外，這種借助塑料的棱邊覆層方法在5到250 μ m范圍中的薄玻璃膜的情況下僅能非常昂貴地實(shí)行。此外，特別是在膜非常薄的情況下不能避免覆層在棱邊上形成增厚部，該增厚部不能在不存在損壞膜的危險(xiǎn)的情況下被去除，并且在使用或卷繞玻璃膜時表現(xiàn)出很大干擾。
[0012]因此值得追求的是完全切斷這種玻璃膜，其中，生成火拋光的、平滑的、無微裂紋的棱邊。為此使用具有在非常小的局部范圍內(nèi)使溫度提高的優(yōu)點(diǎn)的激光，問題在于，激光射線能量除了被反射的部分之外，絕大部分雖然被玻璃吸收，卻僅在非常薄的、其厚度相應(yīng)于一個波長的表面層中施放能量。
[0013]DE3546001描述了一種用于旋轉(zhuǎn)對稱的玻璃中空體的借助激光的分割方法，該中空體轉(zhuǎn)動地在切割位置上通過氣體燃燒器被加熱到直至玻璃的軟化點(diǎn)以下。接著，用激光照射切割位置，從而通過玻璃沿著激光射線的反復(fù)轉(zhuǎn)動逐漸造成熱應(yīng)力或者說溫度提高。然后借助于作用的拉力去除要切下的部分。然而沒有闡明用來切割薄玻璃膜的解決方案。
[0014]由DE19616327描述了一種分割帶有直至0.5mm的壁厚的玻璃管的方法和設(shè)備，其中在最終有高的、可重現(xiàn)的質(zhì)量的情況下，玻璃管被加熱到玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg以上的溫度，以便使玻璃管能夠接著借助于激光被切斷。DE19616327沒有描述薄玻璃片或薄玻璃帶的切斷。另外，在DE19616327中一直對玻璃管進(jìn)行精加工，即，首先對玻璃管進(jìn)行冷卻，然后在即將進(jìn)行激光切割照射之前通過失焦激光射線加溫，并通過激光切割射線切割。在DE19616327中沒有描述例如在連續(xù)制造過程的范疇中進(jìn)行分割。待切斷的玻璃管的壁厚在0.1mm的范圍中。作為針對待切斷的玻璃管的凸起，在由DE19616327公知的方法中容忍25 μ m的外凸起和/或內(nèi)凸起。這種通過切割過程引入的不平坦度對于切割薄玻璃片是不能容忍的，這是因?yàn)榉駝t在彎曲時出現(xiàn)過高的應(yīng)力并且導(dǎo)致薄玻璃片斷裂，從而根據(jù)DE19616327的方法不能在薄玻璃片的情況下應(yīng)用。
[0015]由JP60251138公知了用CO2激光來激光切割玻璃，特別是傳統(tǒng)的具有大于0.1mm的厚度的玻璃片，然而沒有說明切割時的溫度，僅僅是把玻璃片預(yù)熱到確定的溫度。因此JP60251138不能為此給出以下依據(jù)，即，激光分割方法也能夠用于替代常規(guī)片的薄玻璃片，而不在表面上形成凸起。
[0016]由DE102009008292公知了一種以下拉方法中或以溢流下拉熔合方法制造的玻璃層，其具有最高50 μ m的厚度并且在電容器中用作電介質(zhì)。由DE102009008292公知了借助激光在單個軌跡中切割玻璃層，然而在涉及激光切割方面沒有給出溫度指標(biāo)。關(guān)于在邊沿上出現(xiàn)的凸起也沒有做出說明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]因此，本發(fā)明的任務(wù)是避免現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)并且提供一種方法，其可以實(shí)現(xiàn)完全切斷薄玻璃，特別是玻璃膜，并且在這種情況下提供允許薄玻璃彎曲或卷起的薄玻璃切割棱邊質(zhì)量，其中，在最大程度上或者完全避免了從切割棱邊起生成裂紋。特別地，還應(yīng)當(dāng)盡可能地避免形成凸起。
[0018]本發(fā)明通過權(quán)利要·求1的特征解決了這些問題。本發(fā)明的其他有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求2到23中進(jìn)行了說明。
[0019]根據(jù)本發(fā)明提供了一種方法，其用于沿著預(yù)先給出的分割線分割薄玻璃片，特別是玻璃膜，其中，在第一實(shí)施方式中，分割線在即將分割之前具有比薄玻璃片的玻璃的轉(zhuǎn)化溫度Tg低250K (開爾文)的溫度更高的工作溫度，優(yōu)選具有比Tg低100K的溫度更高的工作溫度。在進(jìn)一步設(shè)計(jì)方案中，特別優(yōu)選地具有在比Tg高和低50K的范圍中的工作溫度，特別是優(yōu)選地具有在比Tg高和低30K的范圍中的工作溫度，該設(shè)計(jì)方案包括沿著分割線借助于起分割薄玻璃片作用的激光射線引入能量。
[0020]這種方法特別適用于玻璃膜形式的帶有最高250 μ m、優(yōu)選最高120 μ m、特別優(yōu)選最高55 μ m、尤其優(yōu)選最高35 μ m厚度的薄玻璃，并且特別適用于帶有至少5 μ m、優(yōu)選至少10 μ m、特別優(yōu)選至少15 μ m的厚度的玻璃膜。
[0021]玻璃膜被理解為厚度范圍在5到250 μ m的厚度范圍中的薄玻璃。然而根據(jù)本發(fā)明的方法也可用在直至1.2mm的厚度范圍中的薄玻璃。
[0022]此外，這種方法特別適用于特別是玻璃膜形式的、具有最高2重量％、優(yōu)選最高I重量％、進(jìn)一步優(yōu)選最高0.5重量％、進(jìn)一步優(yōu)選最高0.05重量％、特別優(yōu)選最高0.03重量％的堿金屬氧化物含量的薄玻璃片。[0023]此外，這種方法特別適用于玻璃膜形式的薄玻璃片，其由含有以下成分(基于氧化物的重量％)的玻璃制成:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種用于沿著預(yù)先給出的分割線分割薄玻璃片，特別是玻璃膜的方法，其中，所述分割線在即將分割之前具有比所述薄玻璃片的玻璃的轉(zhuǎn)化溫度Tg低250K的溫度更高的工作溫度，優(yōu)選具有比Tg低IOOK的溫度更高的工作溫度，特別優(yōu)選地具有在比Tg高和低50K的范圍中的工作溫度，特別是優(yōu)選地具有在比Tg高和低30K的范圍中的工作溫度，所述方法包括沿著所述分割線借助于起分割薄玻璃片作用的激光射線引入能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述薄玻璃片是具有最高250μ m、優(yōu)選最高120 μ m、特別優(yōu)選最高55 μ m、尤其優(yōu)選最高35 μ m厚度的玻璃膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述薄玻璃片是具有至少5μ m、優(yōu)選至少10 μ m、特別優(yōu)選至少15 μ m厚度的玻璃膜。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一所述的方法，其中，所述薄玻璃片是帶有最高2重量％、優(yōu)選最聞I重量％、進(jìn)一步優(yōu)選最聞0.5重量％、進(jìn)一步優(yōu)選最聞0.05重量％、特別優(yōu)選最聞0.03重量％的堿金屬氧化物含量的玻璃膜。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一所述的方法，其中，所述薄玻璃片是由含有以下成分(基于氧化物的重量％)的玻璃制成的玻璃膜:
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一所述的方法，其中，所述薄玻璃片是由含有以下成分(基于氧化物的重量％)的玻璃制成的玻璃膜:
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一所述的方法，其中，所述薄玻璃在沿著分割線的分割區(qū)域中的整個寬度垂直于所述玻璃的進(jìn)給方向或者所述激光的進(jìn)給方向被加熱至工作溫度。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一所述的方法，其中，用于沿著所述分割線分割薄玻璃的能量的引入借助于CO2激光進(jìn)行，特別是借助于具有在9.2到11.4 μ m的波長范圍中的CO2激光、優(yōu)選借助于10.6 μ m的波長的CO2激光或者雙倍頻的CO2激光進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，能量引入借助脈沖CO2激光或者連續(xù)波CO2激光進(jìn)行，所述脈沖CO2激光或者所述連續(xù)波CO2激光具有小于500W，優(yōu)選小于300W，特別優(yōu)選小于200W的平均激光功率PAV。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述能量引入借助帶有5到12kHz的、優(yōu)選為8到IOkHz的平均激光脈沖頻率f；ep的脈沖CO2激光進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述能量引入借助具有0.1到500 μ S的、優(yōu)選I到100 μ s的激光脈沖持續(xù)時間tp的脈沖CO2激光進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一所述的方法，其中，用于沿著所述分割線分割所述薄玻璃的能量的引入借助于YAG激光進(jìn)行，特別是借助于具有在1047到1079nm范圍中的波長的、優(yōu)選具有1064nm的波長的Nd = YAG激光，或雙倍頻的Nd = YAG激光或三倍頻的Nd = YAG激光進(jìn)行；或者借助于具有在1030nm的范圍中的波長的Yb = YAG激光，或雙倍頻的Yb = YAG激光或三倍頻的Yb: YAG激光進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一所述的方法，其中，用于沿著所述分割線分割所述薄玻璃的能量的引入借助于準(zhǔn)分子激光、特別是F2激光或ArF激光或KrF激光或通過Ar激光進(jìn)行。
14.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一所述的方法，其中，用于分割所述薄玻璃，特別是玻璃膜的能量的引入沿著所述分割線以2到110米/分鐘、優(yōu)選10到80米/分鐘、特別優(yōu)選15到60米/分鐘的加工速度Vf進(jìn)行。
15.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一所述的方法，其中，所述分割線的加熱在爐中進(jìn)行，并且用于沿著所述分割線分割所述薄玻璃的能量的引入借助于穿過在所述爐的蓋板中的開口或者對于所述激光波長能透過的窗口的激光進(jìn)行。
16.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一所述的方法，其中，激光波長、激光功率、工作溫度和加工速度以如下方式彼此協(xié)調(diào)，使得所述切割棱邊在所述薄玻璃分割之后具有火拋光的表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一所述的方法，其中，激光波長、激光功率、工作溫度和加工速度以如下方式彼此協(xié)調(diào)，使得所述切割棱邊在所述薄玻璃分割之后在670 μ m的測量長度上具有最聞2納米、優(yōu)選最聞1.5納米、特別優(yōu)選最聞I納米的平均粗糖深度Ra。
18.根據(jù)權(quán)利要求1·到15中任一所述的方法，其中，激光波長、激光功率、工作溫度和加工速度以如下方式彼此協(xié)調(diào)，使得所述切割棱邊在所述薄玻璃的分割之后在670 μ m的測量長度上具有最聞I納米、優(yōu)選最聞0.8納米、特別優(yōu)選最聞0.5納米的均方根粗糖度(RMS) Rq。
19.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一所述的方法，其中，所述薄玻璃、特別是所述玻璃膜是以下拉方法或以溢流下拉熔合方法制造的并且接著連續(xù)地以連續(xù)通過法分割。
20.根據(jù)權(quán)利要求1到18中任一所述的方法，其中，所述薄玻璃、特別是所述玻璃膜是從玻璃卷展開的并且接著以連續(xù)通過法分割。
21.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一所述的方法，其中，緊接著所述分割，對所述薄玻璃在分割過程期間由熱產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行應(yīng)力消除，應(yīng)力消除優(yōu)選在爐中進(jìn)行，特別優(yōu)選在貫通爐中進(jìn)行。
22.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，通過所述切割引起的棱邊的增厚小于玻璃厚度的25%，優(yōu)選小于玻璃厚度的10%，特別地小于玻璃厚度的5%。
23.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，通過所述切割引起的棱邊的增厚小于25 μ m，特別是小于10 μ m。
【文檔編號】C03B29/16GK103857636SQ201280049426
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年10月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月7日
【發(fā)明者】托馬斯·維格爾, 于爾根·沃特, 安德烈亞斯·哈比克, 喬治·斯巴舒, 霍爾格·維格納, 格雷戈里·屈巴爾特, 安格里卡·烏爾曼 申請人:肖特公開股份有限公司