CN102083759A - 制造成形玻璃物品的方法 - Google Patents

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Abstract

在制造成形玻璃物品的方法中，将玻璃片放置在具有成形玻璃物品想要的表面轮廓的成形表面的模具上。所述玻璃片通过辐射在模具上优先加热。将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现所述成形玻璃物品想要的表面轮廓。

Description

制造成形玻璃物品的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2008年7月2日提交的临时申请61/077597的权益。
技术领域
本发明总体上涉及一种制造成形玻璃物品的方法。这里所用的术语“成形玻璃物品”涉及一种由非平面的，开放的表面分界的玻璃物品。  “开放”是指所述玻璃物品的分界表面不形成封闭空间。
背景技术
制模是用于制造成形物件的常用技术。成形玻璃物品可用例如压模技术制成。在一个实施例中，压模是指从熔融玻璃中剪切出一料块，并在模具中将玻璃料压制成想要的形状。在模具中所述熔融玻璃暴露于外部空气。当延展所述熔融玻璃来制作有复杂弧度的薄壁玻璃物品时，所述熔融玻璃在达到最终想要的形状之前可能会变冷，或形成冷的壳。由于低表面质量和总的低尺寸精度，上述压模工艺制得的玻璃物品也可能表现出一种或多种切痕，扭曲，光学畸变。
发明概述
在本发明的第一个方面，制造成形玻璃物品的方法包括将玻璃片放置于具有成形玻璃物品想要的表面轮廓的成形表面的模具上。当所述玻璃片在模具附近时，通过辐射优先并快速地加热所述玻璃片，以使所述模具在加热过程中与所述玻璃片相比明显更冷。将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现出成形表面轮廓。在下陷和成形之后，将已下陷和成形的玻璃片从模具中移出。
在本发明方法的第一个方面，可将所述玻璃片加热至低于玻璃片软化点的温度。或者，可将所述玻璃片加热至玻璃片软化点和退火点之间的温度。
在本发明方法的第一个方面，可在将所述玻璃片下陷至成形表面过程中向所述玻璃片和成形表面之间施加真空。任选地，在向所述玻璃片和成形表面之间施加真空之前，可允许所述玻璃片通过重力向所述成形表面下陷。任选地，可在所述玻璃片通过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间施加真空。
在本发明方法的第一个方面，可在将下陷玻璃片从模具中移出之前，在模具中冷却所述下陷玻璃片。任选地，可将所述下陷玻璃片进行退火。任选地，可以切割所述下陷玻璃片来得到选定尺寸的成形玻璃物品。任选地，可对所述成形玻璃物品的切割边缘进行磨光。任选地，可通过离子交换化学强化所述成形玻璃物品。任选地，可以向所述成形玻璃物品施加抗污涂层。
在本发明方法的第一个方面，可在将所述玻璃片放置于模具上之前，将所述玻璃片切割成形成选定尺寸的成形玻璃物品所需的网状。
在本发明方法的第一个方面，可将所述玻璃片放置于多个模具上，在所述多个模具附近通过辐射优先并快速地加热，并将所述玻璃片下陷至模具的成形表面。任选地，可将所述下陷玻璃片切块来得到多个成形玻璃物品。任选地，可通过离子交换化学强化所述成形玻璃物品。任选地，可在所述成形玻璃物品上施加抗污涂层。
在本发明方法的第二个方面，制造成形玻璃物品的方法包括将玻璃片放置于无下陷(free-sag)模具上。在所述免下陷模具附近加热所述玻璃片。用具有成形物品想要的表面轮廓的成形表面的活塞向所述玻璃片施压，以使所述受压玻璃片的至少一部分呈现想要的表面轮廓。
在本发明方法的第二个方面，可在将所述玻璃片放置在无下陷模具上之前，将所述玻璃片切割成形成选定尺寸的成形玻璃物品所需的网状。
在本发明方法的第二个方面，可将所述受压玻璃片进行退火。
在本发明方法的第二个方面，可将所述受压玻璃片进行切割以得到选定形状的成形玻璃物品。任选地，可对所述成形玻璃物品的切割边缘进行磨光。
在本发明方法的第三个方面，制造成形玻璃物品的方法包括将玻璃片放置在无下陷模具上，并在所述无下陷模具附近加热所述玻璃片。所述方法还包括通过重力使所述玻璃片自然下陷来形成三维弧度。所述方法还包括将所述具有三维弧度的玻璃片的表面磨光来形成成形玻璃物品。
本发明的其它方面和方式可以从以下说明和所附权利要求中得出。
附图说明
如下所述的附图示出了本发明的通常的具体实施方式，由于本发明允许其它等同有效的实施方式，所作的描述并不意于限制本发明的范围。所述附图并非按比例绘制，为了清楚简要地说明，将某些特征和视图按比例放大或用框图表示。
图1是制造成形玻璃物品的方法的流程图。
图2A是具有成形表面的下陷模具的透视图。
图2B是图2A中所示下陷模具沿2B-2B线的剖面图。
图2C是图2B中所示下陷模具的一种变化形式。
图2D是图2B中所示下陷模具的另一种变化形式。
图3示出了置于具有成形表面的下陷模具上的玻璃片。
图4示出了玻璃片置于具有成形表面的下陷模具上时的直进式排列(inline arrangement)。
图5示出了在加热区或炉中的下陷模具上的玻璃片。
图6示出了玻璃片下陷至下陷模具的成形表面。
图7示出了制造多个成形玻璃物品的方法中置于多个模具上的玻璃片。
图8是图1中所示制造成形玻璃物品的方法的变化形式的流程图。
图9是具有成形表面的另一种下陷模具的透视图。
图10是图1中所示制造成形玻璃物品的方法的另一种变化形式的流程图。
图11示出了用具有成形表面的活塞向玻璃片施压。
图12是图1中所示制造成形玻璃物品的方法的再一种变化形式的流程图。
图13示出了用中-红外加热器优先加热模具上的玻璃片。
图14显示了中-红外加热器的黑体曲线和玻璃的透光曲线。
图15是用中-红外加热器在模具附近加热玻璃过程中模具和玻璃温度的曲线图。
图16示出了用具有凹形表面的模具形成成形物品的方法。
图17示出了用无下陷模具形成成形物品的方法。
详细描述
如附图所示，结合一些优选的实施方式对本发明进行详细描述。在描述优选的实施方式时，阐述了一些特定细节以便彻底理解本发明。但很明显对本领域技术人员来说，也可在不采用这些特定细节的情况下实施本发明。此外，本发明中没有详细描述的众所周知的特征和/或工艺步骤不会造成本发明公开不充分。另外，采用了相似或相同数字来表示相同或相似的元件。
图1示出了制造成形玻璃物品的方法的流程图。在本发明的技术领域中，术语“成形玻璃物品”是指具有非平面的，开放的分界表面的玻璃物品。所述分界表面也指分界表面轮廓。所述玻璃物品的分界表面轮廓可表现为单一的弧度，即沿着一个独立方向的弧度；或空间弧度，即沿着多个独立方向的弧度。图1以及后续附图中所示的方法可用来形成具有单一或空间弧度的分界表面轮廓的成形玻璃物品。这类成形玻璃物品可用于电子消费品，如精密鼠标。图1以及后续附图中所示的方法可用来形成具有薄壁的成形玻璃物品。所述薄壁可将单一或空间弧度融为一体。在一些实施例中，用图1以及后续附图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围是约1-3mm。在一些实施例中，用图1以及后续附图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抛光边缘磨光的光学性能。
如图1所示，制作具有分界表面轮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)。图2A显示了所述模具的一个实施例。如图2A所示，下陷模具200包括具有顶部表面206的模体202和成形表面208。成形表面208的顶部边缘209与顶部表面206相接。所述成形表面208在顶部表面206下面延伸至模体202。所述成形表面208的边缘211(在图中仅可见一边)围绕着模体202，与模体202的内表面213(在图中仅可见一边)相对。所述成形表面208和内表面213形成向顶部表面206开放的空穴204。所述成形表面208具有与要制作的成形玻璃物品的分界表面轮廓相配的成形表面轮廓。可以想到所述成形表面208的成形表面轮廓可以与图2A中所示的不同，取决于要制作的成形玻璃物品的分界表面轮廓。
所述模体202包括一条或多条从模体202底部表面(图2B中215)延伸至成形表面208的槽210。所述槽210用于连接模具200的外部和成形表面208。在一个实施例中，所述槽210用作真空槽。即所述槽210可以连接真空泵或其它装置(图中未示出)经过成形表面208对空穴204提供真空。如图2C所示的一种模具200可能的变化形式包括在模体202中提供斜槽210a，而非直槽(图2B中210)。如图2D所示的另一种模具200可能的变化形式包括在成形表面208上预定的位置提供线性零件(alignment feature)216，如钉、脊，和其它类似的隆起。所述线性零件216有助于在模具200上更精确地放置玻璃片。图2A-2D中所示的任一模具200可由耐热材料制成，优选对要制作的玻璃物品所用的材料无影响的耐热材料。在一个实施例中，所述模具200可由高温钢或铸铁制成。为延长模具200的使用寿命，所述成形表面208可用对要制作的玻璃物品所用的材料无影响的高温材料进行涂覆，例如可购自阿莫洛伊(Armoloy)的钻石铬涂料(Diamond Chromiun coating)。
回到图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适合所述成形玻璃物品应用的玻璃组合物制得。在一个优选的实施方式中，所述玻璃片由可通过离子交换进行化学强化的玻璃组合物制得。通常，在玻璃结构中存在小的碱离子(如Li+和Na+)可以交换成较大的碱土离子(如K+)，以使玻璃组合物适合通过离子交换进行化学强化。碱性玻璃组合物可以有多种。例如，转让给康宁股份有限公司，康宁，纽约(Corning Incorporated，Corning，NY)的美国专利申请11/888213公开了碱硅铝酸盐玻璃可通过离子交换进行强化并下拉(down-drawn)到板上。所述玻璃的熔化温度低于约1650℃，其液相粘度为至少130千泊(kpoise)，在一个实施方式中，大于250千泊。所述玻璃可以在相对低的温度进行离子交换且交换深度为至少30μm。所述玻璃成分包括：64摩尔％≤SiO2≤68摩尔％；12摩尔％≤Na2O≤16摩尔％；8摩尔％≤Al2O3≤12摩尔％；0摩尔％≤B2O3≤3摩尔％；2摩尔％≤K2O≤5摩尔％；4摩尔％≤MgO≤6摩尔％；和0摩尔％≤CaO≤5摩尔％，其中：66摩尔％≤SiO2+B2O3+CaO≤69摩尔％；Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO＞10摩尔％；5摩尔％≤MgO+CaO+SrO≤8摩尔％；(Na2O+B2O3)-Al2O3≤2摩尔％；2摩尔％≤Na2O-Al2O3≤6摩尔％；和4摩尔％≤(Na2O+K2O)-Al2O3≤10摩尔％。可用于实施本发明的玻璃的范例是戈瑞拉(GorillaTM)玻璃，可购自康宁股份有限公司，康宁，纽约，编号2317。
所述制造成形玻璃物品的方法包括将玻璃片放置于模具上(104)。图3显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的顶部表面206上。玻璃片218和模具200之间平的状态在所述制造成形玻璃物品的方法的后续步骤中会改变。所述玻璃片218可通过任意合适的玻璃成形工艺制成，如熔拉工艺和浮法工艺。如图4所示的直进式工艺中，可将玻璃片218从玻璃熔化槽或玻璃成形装置(如熔拉装置或浮床)或玻璃后成形装置如磨光装置(通用222表示)中水平地拉至模具200上。通常将玻璃片218从装置222中水平地拉至模具200上。所述玻璃片218可以是连续玻璃片或非连续玻璃片的一部分。在一个优选的实施例中，所述玻璃片218是用熔拉工艺制成的且至少一个表面经过火抛光。在本发明的一个实施方式中，当玻璃片218放在模具200上时，模具200是热的。
回到图1，所述制造成形玻璃物品的方法包括加热玻璃片和模具(106)。当玻璃片在模具附近时进行加热。可在玻璃片放置在模具上之前或之后进行加热，也可在玻璃片置于模具上的至少一段时间内持续加热。优选地，在玻璃片置于模具上的至少一段时间内将所述玻璃片加热至或维持在低于玻璃片软化点的温度。优选地，在玻璃片置于模具上的至少一段时间内将所述玻璃片加热至或维持在玻璃片的软化点和退火点之间的温度。所述玻璃片的软化点和退火点取决于制作玻璃片用的玻璃组合物。所述玻璃片和模具不必呈现相同的温度。如图5所示，例如通过将玻璃片218和模具200置于包括一个或多个加热元件226的炉或加热区域224内，将玻璃片218加热至或维持在想要升高的温度。优选地，将加热元件226安置在炉或加热区域224内直接加热玻璃片218的表面。例如，加热元件226可以置于玻璃片218之上。优选地，加热元件226在迅速达到想要的温度时能快速响应。优选地，加热元件226是封闭的，从而将生成对玻璃片218有影响的颗粒的可能最小化。在一个优选的实施方式中，加热元件226是电阻元件。在一个更优选的实施方式中，加热元件226是中-红外加热器，如贺利氏特种光源中-红外加热器(Hereaus Noblelight mid-IR heater)，其响应快速并且电阻元件封闭在石英玻璃封套中。优选地，炉或加热区域224设计成将对流降为最小，因为对流会生成能导致最后玻璃物品表面缺陷的颗粒。所述玻璃片218可以在模具200置于炉或加热区域224之前或之后放置在模具200上。
回到图1，所述制造成形玻璃物品的方法包括将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现出成形表面的成形表面轮廓。如图6所示，玻璃片下陷至成形表面208包括将模体202中的槽210与真空泵或其它装置228相连，所述装置228能向模空穴204或成形表面208和玻璃片218间的空间提供真空。在一个优选的实施方式中，当玻璃片218的粘度约为109泊时，向模空穴204施加真空。在向模空穴204施加真空时，玻璃片218低于其软化点的温度，优选为在软化点和退火点之间的温度。装置228通过空穴204向玻璃片218施加真空，将玻璃片218拉至空穴204并贴于成形表面208，以使玻璃片218呈现出成形表面208的形状。通过真空将玻璃片218拉至成形表面208的过程可以称作真空下陷。在一个实施例中，真空下陷发生在玻璃片218因重力开始向模空穴204(或向成形表面)下陷之前。在另一实施例中，在完成真空下陷之前，允许玻璃片218通过重力向成形表面208下陷或下陷至成形表面208。真空下陷通常需要玻璃片218足够大，能在向空穴204施加真空之前覆盖模空穴204的开放端。一般来说，在真空下陷之前允许玻璃片218通过重力下陷会增加玻璃片和成形表面间的接触而可能影响玻璃片的表面质量。
回到图1，所述制造成形玻璃物品的方法包括冷却下陷玻璃片(110)。这一步骤包括从炉或加热区域中移出带有下陷玻璃片的模具，如上所述，在模具中冷却下陷玻璃片。优选地，下陷玻璃片在模具中冷却至低于玻璃片退火点的温度。更优选地，下陷玻璃片在模具中冷却至低于玻璃片应变点(strain point)的温度。可通过将模具暴露于环境空气中或在模具和玻璃片周围循环冷空气或气体进行冷却。所述制造成形玻璃物品的方法还包括从模具中移出下陷玻璃片(112)。将下陷玻璃片进行退火(114)，例如将下陷玻璃片置于退火炉中退火。将切割下陷玻璃片来得到具有理想尺寸的想要的成形玻璃物品(116)。例如，将下陷玻璃片的周围部分从下陷玻璃片上修整掉。可用合适的多轴CNC(电脑数字控制)工具将下陷玻璃片(尤其是复杂形状的下陷玻璃片)切割成形。切割成形后，所述方法还包括将成形玻璃物品磨光(118)。例如火抛光等技术可用于磨光成形玻璃物品。
所述方法进一步包括通过离子交换化学强化成形玻璃物品(120)。离子交换通常发生在不超过玻璃转换温度的高温度范围。将玻璃在熔融碱盐中浸渍，所述熔融碱盐的离子半径大于玻璃中所含的碱性离子，玻璃中较小的碱性离子与较大的碱离子进行交换。再将玻璃冷却。玻璃中离子交换的深度取决于玻璃组分。一般来说，离子交换越深，表面承压越高且玻璃越坚固。所述方法进一步包括在成形玻璃物品上施加抗污涂层(122)。
上述方法可以有一种或多种变化形式。在本发明的一种变化形式中，上述方法适用于一次(in one shot)制造多个成形玻璃物品。所述适用方法包括在图1所示的步骤100中提供多个模具。所述模具以任意想要的形式放置，但总体上彼此靠近。所述适用方法进一步包括在图2中所示的步骤102中提供足够大的板放置到模具上。图7示出了图1所示步骤104，即玻璃片218放置在多个模具200上。在这一变化形式中，模具200的成形表面208具有相同的成形表面轮廓来制作具有相同形状的玻璃物品，或具有不同的成形表面轮廓来制作具有不同形状的玻璃物品。如前所述，在直进式工艺中，可将玻璃片218从玻璃熔化槽、玻璃成形装置或玻璃后成形装置中水平地拉出并放置在多个模具上。所述方法余下的步骤与图1中所示，或与图1中所示方法的任一变化形式的后续步骤相同。在从模具上移出下陷玻璃片后，将下陷玻璃片切块并修整得到单独的成形玻璃物品。
图8是制造成形玻璃物品的方法的另一种变化形式的流程图。在前述实施例中，图8所示的方法包括提供一个具有成形表面的模具(800)。所述方法还包括确定要制作的成形玻璃物品的平面形状(802)。这一步骤用来确定形成成形玻璃物品所需的玻璃片的确切数量。所述方法还包括提供和切割具有平面形状(或网状)的玻璃片(804)。所述网状玻璃片经过边缘磨光(805)。然后将所述玻璃片放置于模具上(806)。所述方法还包括加热玻璃片和模具(808)。所述玻璃片和模具可加热至低于玻璃片软化点的较高的温度，优选加热至玻璃片软化点和退火点之间的温度。在本发明方法的一些变化形式中步骤808可以在步骤806之前，所述模具和玻璃片可以分别加热或一起加热。所述方法包括下陷玻璃片至模具的成形表面(810)来形成网状下陷玻璃片。可以采用真空下陷。在下陷步骤之后，将网状下陷玻璃片在模具中冷却(812)。冷却可以通过将模具暴露于环境空气或在模具和玻璃片周围循环冷空气或气体进行。在冷却步骤后，将网状下陷玻璃片从模具上移出(814)。再将网状下陷玻璃片退火(816)。与图1中所示的方法不同，不必将网状下陷玻璃片切割成形。这时，经退火的网状下陷玻璃片与成形玻璃物品的形状相同。所述方法可以进一步包括通过离子交换化学强化成形玻璃物品(818)。所述方法还可以包括向所述成形玻璃物品施加抗污涂层(820)。应当理解结合图1-7已对图8中本发明方法的变化形式的上述步骤作了充分描述，在此不再赘述。图8中本发明方法的变化形式的优点是在下陷玻璃片之前将玻璃片切割成网状，避免了在下陷后切割玻璃片。下陷步骤前，玻璃片还是平的(即2D)，易于切割。下陷步骤后，玻璃片的形状更复杂，是非平面的(即3D)。
在图8所示方法的实施例中，由于要将玻璃片切割至形成成形玻璃物品刚好所需的尺寸，使用了与图2A-2D中所示的不同的模具。图9示出了另一种下陷模具230。在前述的图2A-2D所示方法的实施例中，下陷模具230包括具有顶部表面234和成形表面236的模体232，所述成形表面236的顶部边缘238与顶部表面234相接。如前述的图2A-2D中所示的模具，所述成形表面236具有与要制作的成形玻璃物品的分界表面轮廓相配的成形表面轮廓。所述成形表面236在顶部表面234下延伸。与图2A-2D中所示方法的实施例不同，成形表面236的侧边240不封闭在模体232的内表面中。可在模体202上装置把手242以方便运送模体202。槽244从模具的底部表面(图中未示出)延伸至成形表面236。如前述图2A-2D中所示的模具，所述槽244可用作真空槽。可在成形表面236上设置线性零件(与图2D中216相似)以助于定位(in registering)成形表面236上的网状玻璃片。采用模具230，将玻璃片下陷至成形表面236通常需要允许玻璃片通过重力下陷至成形表面236，或将玻璃片放置于成形表面236上，再通过真空(即真空下陷)沿着成形表面236拉出玻璃片。
图10示出了制造成形玻璃物品方法的另一种变形方式。图10所示的方法包括提供无下陷模具(1000)。所述模具是无下陷的，不具有如上文所述的成形表面。所述方法包括确定要制作的成形玻璃物品的平面形状(1002)。所述方法还包括提供并切割具有平面形状(或网状)的玻璃片(1004)。所述网状玻璃片可经过边缘磨光(1005)。所述模具和玻璃片在炉中或加热区域中加热(1006)。所述玻璃片可加热至低于玻璃片软化点的温度，优选加热至玻璃片软化点和退火点之间的温度。当所述模具和玻璃片是热的时，将模具和玻璃片从炉或加热区域中移出并运送至压力器(1008)。当所述模具和玻璃片是热的时，向玻璃片施压(1010)。参见图11，当玻璃片218支撑在无下陷模具254上时，用具有成形表面252的活塞250向玻璃片218施压。用活塞250施压后，所述玻璃片218呈现出成形表面252的成形表面轮廓。所述活塞250的运动是受控的，这样在向玻璃片的施压过程中玻璃片218不会接触底部压力平台256。在前述的实施例中，所述活塞250的成形表面252的成形表面轮廓与要形成的玻璃物品的分界表面轮廓相配。回到图10，在向玻璃片施压后，将所述玻璃片进行退火(1012)。所述方法可以进一步包括通过例如离子交换化学强化所述退火玻璃片(1014)。所述方法可以进一步包括在成形玻璃片上施加抗污涂层(1016)。应当理解结合图1-9已对图10中本发明方法的变化形式的上述步骤作了充分描述，在此不再赘述。
图12示出了所述制造成形玻璃物品方法的另一种变化形式。图12中所示方法包括提供无下陷模具(1200)和提供玻璃片(1202)。将玻璃片置于无下陷模具上(1204)。再将所述玻璃片和模具加热(1206)。这一步骤可以是，例如将玻璃片和模具至于炉或加热区域中。优选地，将玻璃片加热至低于玻璃片软化点的温度。更优选地，将玻璃片加热至玻璃片软化点和退火点之间的温度。当所述模具和玻璃片是热的时，将所述玻璃片和模具运送至压力器(1208)。如上文所述，用具有成形表面的活塞向所述玻璃片施压(1210)。在向玻璃片施压后，将所述玻璃片进行退火(1212)。将所述玻璃片切割成形(1214)来得到具有理想维度或尺寸的成形玻璃物品。可将所述成形玻璃物品进行边缘磨光(1216)。所述方法可以进一步包括通过例如离子交换化学强化所述成型玻璃物品(1218)。所述方法可以进一步包括在成形玻璃物品上施加抗污涂层(1220)。
上述方法和其变化形式包括在模具附近加热玻璃片。优选地，在模具附近通过辐射优先并快速地加热所述玻璃片，以使加热过程中所述模具与玻璃片相比保持充分较冷。这使得通过下陷玻璃片至模具形成的玻璃物品具有较高的表面质量，延长了模具寿命，并得到较快的循环时间。上文中提到在一个优选的实施例中，加热元件(图5中226)是中红外加热器。中红外加热器可用来在模具附近优选并快速地加热玻璃片，以使加热过程中所述模具与玻璃片相比保持充分较冷。在一个实施例中，在4分钟或更短的时间内将玻璃温度从室温升至800℃可以认为是快速加热。图15显示了一个在模具附近快速加热玻璃片的实施例。在图15所示实施例中，玻璃片在不到4分钟的时间达到800℃，而模具与玻璃片相比保持充分较冷。在图15所示实施例中，当玻璃片约为800℃时，模具约为650℃。将所述玻璃片加热到能下陷至模具的温度来形成成形玻璃物品。在这一温度时，玻璃片和模具之间的温差至少为100℃，优选至少150℃，更优选至少175℃，但优选地低于250℃。图15中显示的是用中-红外加热的温度趋势。图15中所示的模具温度曲线和玻璃温度曲线分别与模具材料和玻璃材料呈函数关系。在这个实施例中，模具材料是因康奈尔(INCONEL)718，一种沉积可固化的镍铬合金；玻璃材料是康宁(CORNING)2317，一种可化学回火来提供高抗损性能的碱硅铝酸盐玻璃。
参见图13，中红外加热器226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。虽未示出，所述中-红外加热器226，玻璃片218和模具200可封闭在炉壁中(例如见图5中炉224)。可用任意合适的方法将中-红外加热器226悬浮玻璃片218上方(如图5所示的实施例)。这种安排方式使中-红外加热器优先并快速地加热模具200上的玻璃片218。“优先加热”是指大部分传递的热量到达玻璃片218，而不是在玻璃片218和模具200之间分配大部分热量，从而更快地加热玻璃片218而非模具200。在加热玻璃片218最佳的光谱范围内通过辐射直接加热玻璃片218来达到“优先加热”。
每个中-红外加热器226具有在玻璃片218吸收光谱区域的大量黑体辐射能。特别感兴趣的光谱区域是波长在2.0μm至4.5μm间的区域，多数玻璃在这一区域有相当的吸收系数，这主要由于水、硼、碱、痕量还原铁，或其他过渡金属离子和稀土金属离子的存在。如果玻璃要有可视光谱的高透过率，用于增加中-红外吸收的添加剂要限制在低于约2μm光谱吸收的添加剂，因为在可视光谱区的折光会影响玻璃透光。在玻璃部分透过的光谱范围内加热是有利的，因为这能使得热量更均一地透过玻璃深度。优选地，所述中红外加热器226的加热元件229封闭在石英或熔融石英管231中来保护加热元件的使用寿命，能快速加热而不污染加热元件，并使得玻璃和模具的污染减到最小。所述玻璃片218和中红外加热器226之间的距离227优选地小于或等于50.8cm。优选地，所述玻璃片218和加热器226呈线性排列(a line of sight)以使玻璃片218通过吸收辐射直接被加热。应当理解在图1，8，10和12中任意玻璃/模具加热步骤中都能采用优先加热。
图14显示了标准中-红外加热器在800℃和900℃的黑体曲线。图中也显示了2mm厚康宁2317玻璃的中红外透光率。在2.5μm以上的区域，玻璃的透光减少，而玻璃的吸收增加。这种吸收的增加发生在与中红外加热器高黑体发射能相同的光谱范围。由于玻璃的主要热量传递机理可用红外辐射有效地加热玻璃。优化中红外吸收的玻璃性能仍需要维持部分透光，这是因为如果玻璃是完全吸收的，只有玻璃表面能通过辐射来加热，而玻璃整体要通过传导加热。玻璃在温度高于500℃时，通过辐射的加热传递比传导或对流要快得多。因此，优选采用辐射进行快速加热。
具体实施方式
在以下描述的不同实施例中，通过优先加热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(如参见前文所述图1，6和8)。这些实施例中，玻璃片采用康宁(CORNING)2317玻璃。模具所用的材料是不同的，将在下文详述。对每个实施例，采用真空下陷来形成玻璃片为成形玻璃物品。所述玻璃片加热至玻璃粘度小于109.1P，优先小于108.6P，使下陷玻璃经真空充分贴近复杂的模具成形表面(例如具有空间曲率的表面)。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108.2P和107.2P之间，这取决于要形成部件的曲率和形状。较小的曲率半径和较窄的角度，以及复杂的形状和更好的性能(feature)，如果其形状不允许模具接近真空通常需要其粘度接近或大于玻璃软化点。另一方面，如前所述，可加压来形成成形玻璃物品。当玻璃片高于玻璃转变温度时开始发生下陷，但为了玻璃片适应模具形状，玻璃片需要在一定的粘度。通常下陷需要的粘度在107P和109P。所需的粘度取决于如上所述形状的类型。在较高的粘度(如109P)可形成平缓的轮廓，而形成陡弯和极小转弯半径(tight radius)所需的粘度要低得多。一旦玻璃片达到指定的粘度，就能在模具成形。对于真空下陷，所述加热元件在施加真空时通常要维持至少一段时间。
在第一个实施例中，模具由310级不锈钢(SS310)制成。SS310的热容为500J/Kg-K，热传导率为14.2W/m-k。根据第一个实施例和上文所述方法形成零件时观察到的温度显示在以下表1中：
表1
  零件编号   模具材料  T模具，in(℃)  T模具，峰(℃)  T下陷(℃)   循环时间(分)
  1275   SS 310  538  662  780   4:33
  1276   SS 310  538  664  781   4:40
  1278   SS 310  543  665  782   4:26
  1279   SS 310  540  665  782   4:24
  1280   SS 310  544  661  782   4:17
  平均  540.6  663.4  781.4   4:28
对表1中所示的零件，将第一温差电偶(图13中221)放在模具的中间来测量模具温度。T模具，in是模具与下陷玻璃片进入炉内时通过第一温差电偶记录的温度。这个过程要控制T模具，in维持在恒定的标定值550℃。表1中所示的数字与550℃有差异是模具材料热传导率和热容量以及热质量差造成的。T模具，峰是下陷过程中通过第一温差电偶测得的最大温度。将第二温差电偶(图13中223)在玻璃下陷至模具之前放在玻璃平面上。T下陷是通过第二温差电偶记录的温度。在表1中，平均T模具，峰比T下陷低约120℃。循环时间是从玻璃片和模具放至中红外炉到打开中-红外炉的时间。
在第二个实施例中采用的模具材料是因康奈尔(INCONEL)718。因康奈尔718的热容为435J/Kg-K，热传导率为11.4W/m-K，即其热容和热传导率比第一个实施例中SS310低。根据第二个实施例和上文所述方法形成成形玻璃物品时观察到的温度显示在以下表2中。表2中平均T模具，峰约为60℃，比表1中平均T模具，峰低。这表示采用相对低的热传导和热容的模具材料可以降低T模具，峰。
表2
  零件编号   模具材料   T模具，in(℃)  T模具，峰(℃)  T下陷(℃)   循环时间(分)
  1235   因康奈尔718   546  603  781   4:50
  1236   因康奈尔718   547  604  781   4:47
  1237   因康奈尔718   546  604  781   4:49
  1240   因康奈尔718   546  605  781   4:56
  1241   因康奈尔718   546  605  781   4:51
  平均   546.2  604.2  781   4:50
在第三个实施例中采用的模具材料是金刚砂。金刚砂的热容是750J/Kg-K，热传导率是120W/m-K，即其热容和热传导率比第二个实施例中因康奈尔718和第一个实施例中SS310高。根据第三个实施例和上文所述方法形成成形玻璃物品时观察到的温度显示在以下表3中。实施例3中模具和玻璃的温度差与实施例1中所述相似。
表3
  零件编号   模具材料  T模具，in(℃)  T模具，峰(℃)   T下陷(℃)   循环时间(分)
  1314   SiC  534  645   767   5:50
  1315   SiC  551  659   769   5:58
  1316   SiC  550  656   770   5:50
  1317   SiC  550  661   769   6:05
  平均  546.3  655.3   768.8   5:55
在第四个实施例中，模具由310级不锈钢(SS310)制成，但T模具，in较低，为550℃至500℃(在第一到第三个实施例中，T模具，in是550℃)。根据第四个实施例和上文所述方法形成成形玻璃物品时观察到的温度显示在以下表4中。
表4
  零件编号   模具材料  T模具，in(℃)  T模具，峰(℃)   T下陷(℃)   循环时间(分)
  1309   SS 310  491  684   780   7:00
  1310   SS 310  500  677   780   6:44
  1311   SS 310  491  678   779   6:25
  1312   SS 310  497  678   780   6:14
  1313   SS 310  496  675   779   6:25
  平均  495  678.4   779.6   6:33
在第5个实施例中，模具由因康奈尔718制成，但T模具，in较低，为550℃至500℃(在第一到第三个实施例中，T模具，in是550℃)。根据第五个实施例和上文所述方法形成成形玻璃物品时观察到的温度显示在以下表5中。
表5
  零件编号   模具材料  T模具，in(℃)  T模具，峰(℃)  T下陷(℃)   循环时间(分)
  1253   因康奈尔718  489  630  780   8:54
  1254   因康奈尔718  495  633  780   9:03
  1255   因康奈尔718  496  638  780   9:07
  1305   因康奈尔718  500  651  780   9:17
  1306   因康奈尔718  500  645  780   9:07
  平均  496  639.4  780   9:05
上述表4和5显示了较低的T模具，in如何影响循环时间和T模具，峰。降低T模具，in50℃(即从550℃降到500℃)没有降低模具和玻璃的温度差，并增加了循环时间。这是由于对玻璃片热量的传导是通过辐射加热来进行快速加热的。这个结果显示保持模具比T下陷低约250℃可能对工艺循环时间有反作用并且不能充分显示通过采用中红外辐射快速直接加热玻璃的优点，因为从玻璃传导到模具上会有热量损失。
以上所述本发明的方法及其变化形式并不限于具有凹形表面的模具。在另一些实施例中，所述模具具有凸形表面。在这种情况下，将所述玻璃片引入凸形模具附近，用上文所述方法加热，再下陷至凸形模具上。图16是所述方法的简化示意图，其中将玻璃片215引入凸形模具253附近。如箭头255所示，所述玻璃片251下陷至凸形模具253上。下陷后，冷却下陷模板251并从模具253上移出。如箭头259所示，将所述下陷玻璃片251的凹形表面257通过例如磨削，研磨和抛光展平。最终的玻璃物品如261所示是平凸形的。可对玻璃物品261施加图1或图8以及上文所述任意附加步骤。例如，可以对玻璃物品261施加退火，通过离子交换化学强化和用抗污涂层涂覆中的一种或多种。
图17是用无下陷模具形成成形物品的简化示意图。将平玻璃片263引入无下陷模具265附近。再将所述平玻璃片263置于无下陷模具265，如箭头266所示，允许玻璃片由重力自然下陷而形成具有三维弧度的玻璃片267。无论玻璃片263置于无下陷模具265上之前或之后，下陷都是在加热玻璃片263之前进行的。下陷后，将下陷玻璃片267冷却并从无下陷模具265移出。如箭头269所示，再将下陷玻璃片267的外围边缘268磨掉。如箭头272所示，再将所述成形玻璃片267的凹形表面270通过例如磨削，研磨和抛光展平。最终的玻璃物品如274所示是平凸形的。与前面的实施例相同，可以对玻璃物品274施加退火，通过离子交换化学强化和用抗污涂层涂覆中的一种或多种。
虽然只采用了有限的几种实施方式对本发明进行了描述，本领域技术人员通过了解本发明公开的内容得到的其它实施方式并未脱离本发明的保护范围。相应地，只有所附的权利要求才能限定本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种制造成形玻璃物品的方法，所述方法包括：
将玻璃片放置在具有成形玻璃物品想要的表面轮廓的成形表面的模具上；
当玻璃片在模具附近时，通过辐射优先并快速地加热所述玻璃片，以使加热过程中所述模具与玻璃片相比保持明显更冷；
将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现想要的表面轮廓；以及
在下陷和成形之后，将已下陷和成形玻璃片从模具上移出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃片在加热步骤中加热至低于玻璃片软化点的温度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃片在加热步骤中加热至玻璃片软化点和退火点之间的温度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述玻璃片下陷包括在所述玻璃片和所述成形表面之间施加真空。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在施加真空之前，允许所述玻璃片通过重力向所述成形表面下陷。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述玻璃片通过重力向所述成形表面下陷之前施加真空。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述优先并快速地加热所述玻璃片中所用的辐射是中-红外范围辐射。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在从模具中移出下陷玻璃片之前，在模具中冷却所述下陷玻璃片。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括切割所述下陷玻璃片来得到选定尺寸的成形玻璃物品。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述下陷玻璃片进行退火，化学强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层中的至少一个步骤。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在将所述玻璃片放置在模具上之前，将所述玻璃片切割成形成选定尺寸的成形玻璃物品所需的网状。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在放置步骤中将所述玻璃片放置在多个模具上，在加热步骤中在多个模具附近通过辐射优先并快速地加热所述玻璃片，在下陷步骤中将所述玻璃片下陷至模具的成形表面。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述下陷玻璃片切块来得到多个成形玻璃物品。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述下陷玻璃片进行退火，化学强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层中的至少一个步骤。
15.一种制造成形玻璃物品的方法，所述方法包括：
将玻璃片放置在无下陷模具上；
在所述无下陷模具附近加热所述玻璃片；和
用具有成形物品想要的表面轮廓的成形表面的活塞向所述玻璃片施压，以使所述受压玻璃片的至少一部分呈现想要的表面轮廓。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在将所述玻璃片放置在所述无下陷模具上之前，将所述玻璃片切割成形成选定尺寸的成形玻璃物品所需的网状。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述受压玻璃片进行退火。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括切割所述受压玻璃片来得到选定尺寸的成形玻璃物品。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述成形玻璃物品的切割边缘进行磨光，化学强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层中的至少一个步骤。
20.一种制造成形玻璃物品的方法，所述方法包括：
将玻璃片放置在无下陷模具上；
在所述无下陷模具附近加热所述玻璃片；
允许所述玻璃片通过重力自然下陷来形成三维弧度；和
对具有三维弧度的所述玻璃片的表面进行磨光来形成成形玻璃物品。
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