CN102356050A - 分离强化玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用来将强化玻璃制品、特别是强化玻璃片分离或分割成至少两片的方法，所述至少两片中的一个具有预定的形状和/或尺寸。在玻璃内大于所述玻璃的强化表面层的深度的深度之处引发了一个缺陷，在大于所述强化表面层的深度并且位于所述强化表面层以外的缺口深度处形成了从所述缺陷延伸出来的缺口，以至少部分地分离所述玻璃。在一个实施方式中，通过以下的方式产生所述缺口：用激光器处理玻璃，将玻璃加热至以下的温度范围：从比玻璃的应变点低大约50℃到玻璃的应变点和退火点之间的温度。本发明还描述了一种玻璃制品，所述玻璃制品具有至少一个强化的表面以及至少一个边缘，所述至少一个边缘的平均边缘强度至少为200MPa。

Description

分离强化玻璃的方法
相关申请交叉参考
本申请要求2009年2月19日提交的美国申请系列号第12/388935号的优先权。
背景技术
在玻璃中引入表面压缩应力曲线(profile)是一种众所周知的强化玻璃的方法。具体来说，可以通过热回火或者用离子交换法对玻璃进行化学强化，在玻璃中引入残余应力。通过离子交换进行的化学强化包括使得包含碱金属离子的玻璃接触熔融盐浴，所述熔融盐浴包含的碱金属离子大于玻璃中原本包含的碱金属离子。由于化学电势差，玻璃中的一些离子被较大的离子代替，形成较大体积的层，在玻璃的表面内产生压缩应力，由此弥补了内部的拉伸应力，从而维持作用力的平衡。
尽管热回火或化学强化使得玻璃牢固而且能够抗损坏，但是玻璃内的残余应力使得化学强化的玻璃的切割或分离变得很困难。具体来说，如果对强化层的厚度超过约20微米且压缩应力约大于400MPa的强化玻璃进行机械划线以进行切割，经常会导致无法控制的裂纹蔓延，在一些情况下，会导致玻璃的粉碎。即使能够对强化的玻璃进行机械刻划，所得的边缘的质量也可能会很差，具有较大厚度的玻璃片尤其如此。
发明概述
提供了一种用来将强化玻璃制品分离或分割成至少两片的方法，所述片中的至少一个具有预定的形状和尺寸，所述强化玻璃制品具体来说是强化玻璃片，已经通过热回火或化学强化进行过强化。在玻璃内的一个深度引发缺陷，该深度大于所述玻璃的强化表面层的深度(在本文中称作“层的深度”)，在所述缺陷处引发缺口，并且沿着分离方向延伸通过所述玻璃片，该缺口的深度大于所述强化表面层的深度，并且位于所述强化表面层以外，以至少部分地分离所述玻璃。在一个实施方式中，通过以下的方式产生所述缺口：用激光器处理玻璃，将玻璃加热至以下的温度范围：从比玻璃的应变点低大约50℃到应变点和退火点之间的温度。本发明还描述了一种玻璃制品，所述玻璃制品具有至少一个化学强化的表面以及至少一个通过所述分离方法形成的边缘，所述至少一个边缘的平均边缘强度至少为200MPa。
因此，本发明的一个方面提供一种将强化玻璃片分离成至少两片的方法。该方法包括：提供强化玻璃片，所述强化玻璃片具有应变点、退火点、厚度、第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面基本上互相平行，并且通过多个边缘连接，其特征在于，所述第一表面和第二表面中的至少一个包括受到压缩应力的强化表面层，所述强化表面层从表面延伸到一个层深度；在所述强化玻璃片内的一个缺陷深度引发缺陷，所述缺陷深度大于所述层的深度，并且位于所述层的深度以外；在所述强化玻璃片中形成缺口，以将所述强化玻璃片至少部分地分离为至少两片，所述缺口从所述缺陷处起始，按照分离方向，从所述缺陷沿着所述强化玻璃片延伸，该缺口的缺口深度大于或等于所述层的深度。
本发明的第二个方面提供一种在强化玻璃片中形成缺口的方法。所述强化玻璃片具有应变点和退火点，受到拉伸应力的中心区域，以及受到压缩应力并从所述表面延伸到一个层深度的强化表面层。该方法包括：在所述强化玻璃片内的缺陷深度引发缺陷，所述缺陷深度大于所述层的深度，位于所述层的深度以外；用激光束辐照所述强化玻璃片，在缺口深度将所述玻璃加热至以下范围的温度：从比所述应变点低大约50℃到所述应变点和所述退火点之间的温度，以形成所述缺口，所述缺口深度大于或等于所述层的深度，所述缺口在所述缺陷处起始，从所述缺陷延伸。
本发明的第三方面提供一种强化的玻璃制品。所述强化玻璃制品具有受到拉伸应力的中心区域，至少一个受到压缩应力并从所述表面延伸到一个层深度的强化的表面层，以及至少一个边缘，所述至少一个边缘的平均边缘强度至少为200MPa。
从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出本发明的这些和其它方面、优点和显著特征。
附图简要说明
图1是强化玻璃片的截面示意图；
图2是用激光器处理强化玻璃片以形成缺口的截面示意图。
发明详述
在以下描述中，类似的附图标记表示附图所示若干视图中类似或相应的部分。还应理解，除非另外指出，否则，术语如“顶部”，“底部”，“向外”，“向内”等是方便用语，不被认作限制性术语。此外，每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一个和它们的组合时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素，或者主要由它们组成，或者由它们组成。类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。除非另外说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限。
参见所有附图，并具体参见图1，应理解为描述本发明的具体实施方式进行的说明，这些说明不构成对本发明的说明书的限制。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，所示的附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意性方式显示。
在本文中，术语“应变点”表示玻璃的粘度η等于1014.5泊的温度，术语“退火点”表示玻璃的粘度η等于1013泊的温度。
可以通过加热方式或化学方式对玻璃片进行强化。在热强化(本文中也称为“热退火”)中，将玻璃片加热至高于玻璃的应变点，但是低于玻璃的软化点的温度，然后快速冷却至低于应变点的温度，在玻璃的表面形成强化层。或者，可以通过被称作离子交换的方法对玻璃片进行化学强化。在此方法中，用具有相同价态或氧化态的较大的离子代替或交换玻璃的表面层内的离子。离子交换过程通常是通过将玻璃浸没在包含较大的离子的熔融盐浴中进行的。例如，对于碱性铝硅酸盐玻璃，玻璃中的较小的碱金属阳离子，例如锂，可以被较大的碱金属阳离子，例如钠、钾、铷或铯代替。类似的，玻璃中的钠离子可以被较大的离子，例如钾、铷或铯代替。通过用较大的离子代替较小的离子，形成较大体积的表面层，从而在玻璃的表面层内形成压缩应力。因此，弥补了在玻璃的内部区域内产生的拉伸应力，从而保持这些作用力之间的平衡。
尽管热强化或化学强化使得玻璃牢固而且能够抗损坏，但是玻璃内的残余应力使得化学强化的玻璃的切割或分离变得很困难。具体来说，如果对层厚度超过约20微米且压缩应力约大于400MPa的强化玻璃进行机械划线以进行切割，经常会导致无法控制的裂纹蔓延，在一些情况下，会导致玻璃的粉碎。即使能够对强化的玻璃进行机械刻划，所得的边缘的质量也可能会很差，较厚的玻璃片尤其如此。
因此，本发明提供了一种用来对强化玻璃(特别是通过离子交换进行化学强化的玻璃)进行可控的分割、分离或切割的方法，解决了强化玻璃的切割或分离的问题。在本文中，术语“切割”、“分割”和“分离”可以互换使用，表示通过物理手段将玻璃制品，例如玻璃片分离或分割成两片或更多片。所述分离在以下方面受到引导或控制：基本上沿着所需的或预定的平面或线将玻璃分割而获得至少两个片，所述片中的至少一个具有所需的或预定的几何形状和尺寸，而不是被分割成具有任意的尺寸和/或形状的片。本发明一个实施方式中所述的方法包括提供强化的玻璃片，在强化玻璃片的强化层的深度(或者层的深度)下方的缺陷深度处，在所述强化玻璃片中引发缺陷，在所述强化的玻璃片内，在大于所述层的深度的深度之处，形成缺口，所述缺口从所述缺陷起始，从所述缺陷延伸，产生应力，从而沿着所述缺口将所述强化的玻璃片分离成具有所需的几何形状和尺寸的至少两个片。
在第一步中，所述方法包括提供化学强化的玻璃片，所述化学强化的玻璃片具有第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面基本上互相平行，或者彼此形状一致。所述强化的玻璃片不一定是平面的。所述强化的玻璃片可以是例如具有至少一个弯曲表面的三维片，等等。所述第一表面和第二表面通过至少一个边缘互相连接或接合。所述第一表面和第二表面中的至少一个具有受到压缩应力并从所述表面延伸到玻璃内的一个层深度的强化的表面层。在一个实施方式中，所述第一层和第二层都具有强化的表面层。
图1显示强化的玻璃片的横截面示意图。强化玻璃片100具有厚度t和长度l，基本互相平行的第一表面110和第二表面120，以及连接所述第一表面110和第二表面120的边缘130。玻璃片100是热强化或化学强化的，具有分别从第一表面110和第二表面120延伸到各个表面下方深度d1，d2的强化表面层112，122。强化的表面层112，122受到压缩应力。另外，强化的玻璃片100具有受到张力，或拉伸应力的中心区域115。通常将所述强化表面层112、122延伸的深度d1，d2独立地称作“层的深度”。在另一个实施方式中，第一表面110和第二表面120中只有一个被强化；例如，第一表面110被化学强化或热强化，具有强化的表面层112，所述第二表面120未被强化。边缘130的一部分132也可以由于所述强化工艺而被强化。厚度t至少约为100微米(0.1毫米)，通常约为100微米至最高约3毫米。在一个实施方式中，约为500微米(0.5毫米)至最高约3mm。
本发明所述的方法用来对那些通过本领域已知的方法热强化或化学强化的玻璃进行分离。在一个实施方式中，所述强化玻璃是碱性铝硅酸盐玻璃。在一个实施方式中，所述玻璃包含：60-70摩尔％SiO2；6-14摩尔％Al2O3；0-15摩尔％B2O3；0-15摩尔％Li2O；0-20摩尔％Na2O；0-10摩尔％K2O；0-8摩尔％MgO；0-10摩尔％CaO；0-5摩尔％ZrO2；0-1摩尔％SnO2；0-1摩尔％CeO2；小于50ppm的As2O3；以及小于50ppm的Sb2O3；其中12摩尔％≤Li2O+Na2O+K2O≤20摩尔％且0摩尔％≤MgO+CaO≤10摩尔％。在另一个实施方式中，所述玻璃包含：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％；以及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％。在一个具体的实施方式中，所述玻璃具有以下组成：66.7摩尔％SiO2；10.5摩尔％Al2O3；0.64摩尔％B2O3；13.8摩尔％Na2O；2.06摩尔％K2O；5.50摩尔％MgO；0.46摩尔％CaO；0.01摩尔％ZrO2；0.34摩尔％As2O3；和0.007摩尔％Fe2O3。在另一个实施方式中，所述玻璃具有以下组成：66.4摩尔％SiO2；10.3摩尔％Al2O3；0.60摩尔％B2O3；4.0摩尔％Na2O；2.10摩尔％K2O；5.76摩尔％MgO；0.58摩尔％CaO；0.01摩尔％ZrO2；0.21摩尔％SnO2；和0.007摩尔％Fe2O3。在一些实施方式中，所述玻璃可以基本不含锂，而在其它实施方式中，所述玻璃基本不含砷、锑和钡中的至少一种。所述玻璃还可以进行下拉；即通过本领域已知的狭缝拉制法或熔合拉制法进行成形。在这些情况下，所述玻璃的液相线粘度至少为130千泊。所述碱性铝硅酸盐玻璃的非限制性例子在以下文献中进行描述：Adam J.Ellison等人的美国专利申请第11/888,213号，题为“用于覆盖板的可下拉的化学强化的玻璃(Down-Drawable，Chemically Strengthened Glass forCover Plate)”，于2007年7月31日提交，其要求2007年5月22日提交的具有相同标题的美国临时专利申请第60/930,808号的优先权；Matthew J.Dejneka等人的美国专利申请第12/277,573号，题为“具有改进的韧性和抗划擦性的玻璃(Glasses Having Improved Toughness and Scratch Resistance)”，于2008年11月25日提交，其要求2007年11月29日提交的具有相同标题的美国临时专利申请第61/004,677号的优先权；Matthew J.Dejneka等人的美国临时专利申请第61/067,130号，题为“用于硅酸盐玻璃的澄清剂(Fining Agents forSilicate Glasses)”，于2008年2月26日提交；Matthew J.Dejneka等人的美国临时专利申请第61/067,732号，题为“离子交换的快速冷却的玻璃(Ion-Exchanged，Fast Cooled Glasses)”，于2008年2月29日提交；以及Kristen L.Barefoot等人的美国临时专利申请第61/087324号，题为“化学回火的覆盖玻璃(Chemically Tempered Cover Glass)”，于2008年8月8日提交，这些参考文献都全文参考结合入本文中。
如本文前面的文字所述，在一个实施方式中，通过离子交换工艺对玻璃进行化学强化，在此工艺中，用具有相同价态或氧化态的较大的离子代替玻璃表面层中的离子。在一个具体实施方式中，所述表面层中的离子以及所述较大的离子是一价的碱金属阳离子，例如Li+(当玻璃中存在的时候)，Na+，K+，Rb+和Cs+。或者，表面层中的一价阳离子可以用碱金属阳离子以外的一价阳离子，例如Ag+等代替。
在一个非限制性实施例中，使用本文所述的方法对碱性铝硅酸盐玻璃样品进行切割。所述样品具有上文所述范围内的组成。各种样品通过在410℃，在包含KNO3的熔融盐浴中浸泡来进行离子交换，从而进行强化。浸泡时间约为0.5小时至最高约7小时。所述离子交换处理形成强化的玻璃，该强化的玻璃包括深度约为10微米至最高至少50微米的层，该层具有大约200MPa至最高约800MPa的压缩应力。
在一个实施方式中，所述强化玻璃的层深度至少为20微米。所述层的压缩深度的压缩应力至少为200MPa，具有约小于100MPa的中心张力。通常可以用交换的层相对于基础玻璃的折射率变化造成的光波导效应来测量层的压缩应力和深度。
离子交换法通常是通过将玻璃浸泡在熔融盐浴中来进行的，所述熔融盐浴包含用来交换玻璃中的较小的离子的较大的离子。本领域技术人员能够理解，离子交换工艺的参数包括但不限于浴的组成和温度，浸没时间，所述玻璃在一种或多种盐浴中的浸没次数，多种盐浴的使用，其它的步骤，例如退火、洗涤等，通常是由以下的因素决定的：玻璃的组成，所需的层的深度，以及通过强化操作需要获得的玻璃的压缩应力。例如，含碱金属的玻璃的离子交换可以通过以下方式实现：在至少一种包含盐的熔融浴中进行浸泡，所述盐包括例如但不限于较大碱金属离子的硝酸盐、硫酸盐和氯化物。所述熔融盐浴的温度通常约为380℃至最高约450℃，浸泡时间约为15分钟至最高16小时。
上文引用的美国专利申请以及临时专利申请提供了离子交换工艺的非限制性例子。另外，在以下文献中描述了在多种离子交换浴中浸没玻璃(在两次浸泡之间进行洗涤和/或退火步骤)的离子交换工艺的非限制性例子：Douglas C.Allan等人的美国临时专利申请第61/079,995号，题为“用于消费用途的具有压缩表面的玻璃(Glass with Compressive Surface for Consumer Applications)”，于2008年7月11日提交，其中通过在具有不同浓度的盐浴中多次浸泡，进行连续的离子交换处理，从而对玻璃进行强化；以及Christopher M.Lee等人的美国临时专利申请第61/084,398号，题为“用于玻璃化学强化的两步离子交换(Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass)”，于2008年7月29日提交，其中，玻璃通过以下方式进行强化：首先在用流出离子稀释的第一浴中进行离子交换，然后在第二浴中浸泡，所述第二浴的流出离子浓度小于第一浴。美国临时专利申请第61/079,995号和第61/084,398号的全文参考结合入本文中。
在另一个实施方式中，可以通过热回火对强化的玻璃片100进行强化。在此技术中，将强化的玻璃片100加热至高于玻璃的应变点的温度，然后快速冷却至低于应变点的温度，从而形成强化的层112，122。
在提供强化玻璃片100之后，在玻璃片内引发缺陷。在所述强化表面层112以外的缺陷深度d3(图2)引发初始缺陷(图2的140)，该缺陷深度d3大于或等于层的深度d1。在一个实施方式中，如图2所示，缺陷140在边缘130和第一表面110上引发，延伸通过强化表面层112的深度，延伸入中心区域115。或者，可以在边缘130和第二表面120上引发缺陷140，延伸通过强化表面层112的深度，进入中心区域115。在一个实施方式中，可以通过机械方式，例如划线等来形成缺陷140。或者，可以通过具有等于或小于纳秒长度(例如皮秒或飞秒长度)的短激光脉冲引发缺陷140。
然后在强化玻璃片100中形成缺口(图2中的150)。缺口150起始于缺陷140，沿着缺口方向延伸，在图2中，该缺口方向平行于强化玻璃片100的长度l。缺口150破坏了玻璃内分子水平的键，在缺口深度d4形成，该缺口深度大于强化层112的深度d1。在一个实施方式中，缺口150是完全的或完整的，穿透强化玻璃片100的整个深度t。在另一个实施方式中，缺口150是部分的，没有穿透强化玻璃片100的整个深度t。部分缺口也称作“中部裂纹”。
在一个实施方式中，通过以下方式形成缺口150：用激光束160对强化玻璃片100进行加热，然后在初始缺陷140处骤冷。用激光束160对其中引发缺陷140的强化玻璃片100的表面进行加热。例如，在图2中，缺陷140在第一表面110中引发，然后用激光160加热。用细长的椭圆形激光束160对强化玻璃片100进行加热，沿着强化玻璃片100的整个长度1将强化的玻璃片100局部加热至一定温度，该温度的范围是从比强化玻璃片100的应变点低大约50℃至强化玻璃片100的应变点和退火点之间的温度。在一些实施方式中，强化的玻璃主体100是通过离子交换而化学强化的，用激光束160将强化的玻璃片100加热至应变点到退火点之间的温度。与随后在起始缺陷140处施加的骤冷相结合，激光束160造成了温度梯度，因此产生了拉伸应力。所述激光束160的局部加热在缺口150内产生拉伸应力，在围绕缺口150的玻璃内产生压缩应力，从而平衡强化玻璃片100内的作用力。沿着缺口150对强化玻璃片100的骤冷增大了温度梯度，引发了缺口150快速延伸通过强化玻璃片100的厚度t，使得缺口150沿着缺口方向或分离方向蔓延，由此使得强化的玻璃片100沿着缺口150分离。在一些情况下，仅仅对强化的玻璃片100进行加热而不进行骤冷就足以分离强化玻璃片100了。但是，在其它的实施方式中，需要进行骤冷，因为由此可以通过加热至较低的温度而分离强化的玻璃片100，为分离工艺提供可控性的度量(即能够以可控的或引导的方式沿着预定的线或平面分离强化玻璃片)。
激光束160以预定的速度，沿着方向162移动跨过强化的玻璃片100。所述移动可以通过使得激光束160和/或强化的玻璃片100移动来完成。缺口深度d4取决于移动速度、激光束160的长度，并且一定程度取决于激光束160的能量曲线。在一个实施方式中，缺口深度d4等于强化玻璃片100的厚度t，因此允许强化玻璃片沿着预定的平面完全分离成至少两片，所述预定的平面垂直于第一表面110和第二表面120，包括缺口150；例如由此沿着预定的线1将强化玻璃片100分割开。
对于层的深度d1小于20微米或者表面层110、120中只有一个被强化的实施方式，缺口深度d4小于强化玻璃片100的厚度t。在这些条件下，在一些情况下，可以实现强化玻璃片100的部分分离。强化玻璃片100沿着缺口150划线或弱化。在这些情况下，通过产生应力，沿着缺口150将强化玻璃片100分离成至少两片。在一个实施方式中，通过在用激光束160加热之后立刻对强化的玻璃片100进行骤冷，从而产生应力，产生热梯度和相应的应力场。通常通过以下方式来实现沿着缺口150对强化玻璃片100的一个区域或一部分的骤冷：当激光束160移动经过强化玻璃片100的表面的时候，使用跟随着激光束160的冷却剂流或射流(图2中的170)，例如喷水，冷却气体，乙醇，水/空气雾等。可以将骤冷流或射流170设置在跟随激光束160的区域之内，或者跟随着激光束160，与之相距大约1毫米至最高约100毫米。所述骤冷的制冷剂流或射流170的直径通常限定到约为0.2-10毫米，与激光束160对齐。
所述激光束160的尺寸和强度分布足以在强化玻璃片100的整个厚度t上提供有效的梯度加热，从而形成缺口150，该缺口的深度远远大于压缩层112的深度d1。通过考虑压缩层112的深度和总厚度t，对激光束160移动通过强化玻璃片100的速度、光束长度和相应的光束停留时间进行选择。还对激光束160的功率进行最优化，以避免将强化的玻璃片100加热至高于玻璃的应变点的温度，在一些实施方式中，高于退火点。还对激光束160的功率进行最优化，以使得通过本发明的方法分离形成的边缘具有更好的质量(例如，表现为没有碎屑，小的切口，产生的碎片的量少)。
在一个实施方式中，通过使用圆柱形透镜300形成细长的椭圆形激光束160，其长度至少约为300毫米。在另一个实施方式中，使用本领域已知的扫描技术使得激光束更进一步变得细长。所述扫描技术使得激光束160伸长至长度至少为500毫米。
在一个实施方式中，通过用CO2激光器产生的波长为10.6微米的激光束160对强化玻璃片100进行处理，从而产生缺口150。由于表面吸收，CO2激光辐射不会深深地穿透入强化玻璃片100中。10.6微米的激光辐射的有效穿透深度通常约为1-10微米，取决于玻璃的吸收、光束长度和光束移动速度。但是，穿透强化玻璃片100的厚度的激光束160引发的热量导致形成穿过强化玻璃片100的深缺口150，该热量引发应力，或者在一些情况下，使得强化的玻璃片100完全分离。
激光束160可以是细长的，形状为椭圆形。在一个实施方式中，激光束160的长度或主轴大于或等于强化玻璃片100在分离玻璃的方向(或平面)上的长度l。例如，可以使用长度为300毫米的激光束将长度最高达300毫米的强化玻璃片分离。
激光束160的能量或强度曲线对分离工艺具有重要意义。各种光束曲线和形状技术是本领域已知的，可以用于本文所述的方法。例如，可以用具有经典的高斯能量分布(也称作“TEM00”或“S模式”)的激光束刻划和分离强化玻璃片。或者，“D-模式”(双重)分布模式，其“平顶”改良模式，以及D模式和平顶模式的组合提供很多优点。D和“平顶”激光模式代表了本领域已知的TEM01*(包括两种偏振TEM01和TEM10的模式)和TEM00(高斯“S”)模式的不同的混合，能够比S模式更有效地加热强化玻璃片，同时不会超过应变点。激光束160包括S模式曲线、D模式曲线和平顶曲线中的一种。D和平顶模式允许使用更高的刻划速度，而不会在玻璃中产生过高的残余应力。因为D和“平顶”模式的能量曲线比S模式更均匀、更宽，因此可以用具有较低平均功率密度的激光束160对强化玻璃片100进行刻划，从而提供比S模式更宽的工艺窗口。
在一个具体实施方式中，本发明所述的方法使用至少一种快速轴向流动CO2激光器，其能够以S模式操作以及以双模式方式操作，从而能够获得具有不同的强度曲线的激光束。在一个非限制性实施例中，如本文所述的用来分离强化玻璃片的CO2激光器以双重分布或“D模式”的形式操作，此种模式是由大约60％的TEM01*模式和40％的TEM00模式混合而成。另外，对内部激光器光学元件进行合适的改良可以允许TEM00/TEM01*比例发生变化，将TEM00模式的比例增加到高于40％，消除(或者最大程度减小)所得的模式曲线中的中部强度降低。激光束保持为双重模式，但是接近“平顶”模式的曲线。D模式和平顶模式可以用于本文所述的方法。在一些情况下，D模式具有更缓和的两步加热曲线，因此是优选的。另外，使用D模式有助于促进将强化玻璃片100加热至低于玻璃的应变点的温度。
所述激光束160的长度和宽度可以在很宽的范围内变化，可以根据强化玻璃片100的性质和工艺速度要求进行调节。一般来说，较长的激光束能够延长特定体积的强化玻璃片100与激光束接触的时间。为了对化学回火的铝硅酸盐玻璃进行刻划或分离，例如光束长度可以最长约为200毫米，在一些实施方式中，可以延长至最高约250毫米，在其它的实施方式中，最高约等于或高于300毫米，由此可以在热骤冷之前使得强化玻璃片150预热。或者，可以在用激光束160进行辐照之前，用第二细长的椭圆形激光束(图中未显示)对强化的玻璃片进行预热，从而分离较长的玻璃片。可以通过例如使用本领域已知的方法将激光束160分裂，从而形成所述第二激光束。
在玻璃分离工艺中，使得激光束160和强化玻璃片100中的至少一个相对于彼此沿着方向162移动，从而允许沿着所述平面或分割线形成中部裂纹或激光缺口，由此对强化的玻璃片100进行划线或分割。移动的速度或“划线速度”取决于玻璃的性质(例如组成，层深度，压缩应力，中部张力，厚度)和尺寸，激光束160的形状和强度。在一个非限制性的实施例中，对1.3毫米厚的没有进行过离子交换的铝硅酸盐玻璃片进行刻划(即未完全分离)，刻划速度为750毫米/秒，缺口(中部裂纹)深度约为200微米。在另一个实施例中，铝硅酸盐玻璃片在410℃，在纯KNO3浴中浸泡7小时而进行离子交换，形成层深度约为51-53微米，压缩应力约为725MPa，厚度为1.3毫米，长度为150-200毫米，使用长度为200毫米、移动速度为150毫米/秒的激光束将该玻璃片完全分离。
还提供了一种通过本文所述的方法分割、切割或分离的强化玻璃制品，例如强化玻璃板等。所述强化玻璃制品具有第一表面、基本平行于所述第一表面的第二表面，以及连接所述第一表面和第二表面的至少一个边缘。所述玻璃制品如本文所述通过化学方式或热回火而强化，具有以下层中的至少一个：从所述第一表面到第一层深度的第一强化层，以及从所述第二表面延伸到第二层深度的第二强化层。所述至少一个边缘是通过使用上文所述的方法分离强化玻璃片100而形成的。在一个实施方式中，所述至少一个边缘是通过对强化玻璃片的一个表面进行辐照而切割的边缘。所述至少一个边缘沿着所述强化玻璃片100分离成至少两个片的平面形成，通过水平四点弯曲法测得，平均边缘强度至少为200MPa。
所述强化的玻璃制品可以是任何进行了化学强化或热强化的玻璃。在一个实施方式中，所述强化玻璃制品是碱性铝硅酸盐玻璃，例如前文所述的那些。
所述强化的玻璃制品同时具有抗碎屑生成和抗划擦性，非常适合用于移动通信和娱乐装置(例如电话、音乐播放器、视频播放器等)的覆盖板；以及用于便携式计算机的屏幕；或者其它的需要具有良好的抗划擦性的牢固而坚韧的玻璃的应用。
虽然为说明的目的提出典型的实施方式，但是前面的描述不应被认为是对本发明范围的限制。因此，本领域技术人员可进行各种修改、改动和选择，而不背离本发明的精神和范围。

Claims (33)

1.一种用来将强化玻璃片分离成至少两个片的方法，该方法包括：
a.提供所述强化的玻璃片，所述强化的玻璃片具有应变点、退火点、厚度、第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面基本上互相平行，通过多个边缘相连接，所述第一表面和第二表面中的至少一个具有受到压缩应力的强化表面层，所述强化的表面层从所述表面延伸到一个层深度；
b.在所述强化玻璃片内的一个缺陷深度引发缺陷，所述缺陷深度大于所述层深度，位于所述层深度以外；以及
c.在所述强化的玻璃片内形成缺口，以将所述强化玻璃片至少部分地分离成至少两个片，所述缺口在所述缺陷处起始，从所述缺陷在分离方向上沿着强化玻璃片在缺口深度延伸，所述缺口深度大于或等于所述层的深度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在强化玻璃片中形成缺口的步骤包括沿着缺口方向，用激光束辐照强化玻璃片，在缺口深度将强化的玻璃片加热至以下的温度范围，从而形成所述缺口：从比应变点低至少50°到强化玻璃片的应变点和退火点之间的温度。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述沿着缺口方向，用激光束辐照强化玻璃片，在缺口深度将强化的玻璃片加热至从比应变点低大约50°到强化玻璃片的应变点和退火点之间的温度范围的步骤包括通过整个厚度对所述强化玻璃片进行辐照和加热，从而沿着所述缺口将强化的玻璃片分离成至少两片。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述温度在强化玻璃的应变点和退火点之间。
5.如权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束的波长为10.6微米，由CO2激光器产生。
6.如权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束是细长的椭圆形激光束。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述强化玻璃片具有长度，所述细长的椭圆激光束的长度大于或等于所述强化玻璃片的长度。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述细长的椭圆激光束的长度至少约为300毫米。
9.如权利要求2-8中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括使得激光束移动跨越所述第一表面和第二表面之一的步骤。
10.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述激光束以最高达750毫米/秒的速率移动跨越第一表面和第二表面中的一个。
11.如权利要求2-10中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括用第二细长椭圆激光束辐照所述强化的玻璃片，从而对强化的玻璃片进行预热。
12.如权利要求2-11中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束具有以下的一种：S模式曲线、D模式曲线和平顶曲线。
13.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括产生应力，从而沿着所述缺口将所述强化的玻璃片分离成多片的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述产生应力从而沿着缺口将强化的玻璃片分离成多个片的步骤包括在用激光束辐照强化的玻璃片之后，用流体对强化玻璃片的一部分进行骤冷。
15.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃是碱性铝硅酸盐玻璃。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述碱性铝硅酸盐玻璃包含：60-70摩尔％SiO2；6-14摩尔％Al2O3；0-15摩尔％B2O3；0-15摩尔％Li2O；0-20摩尔％Na2O；0-10摩尔％K2O；0-8摩尔％MgO；0-10摩尔％CaO；0-5摩尔％ZrO2；0-1摩尔％SnO2；0-1摩尔％CeO2；小于50ppm的As2O3；以及小于50ppm的Sb2O3；其中12摩尔％≤Li2O+Na2O+K2O≤20摩尔％，0摩尔％≤MgO+CaO≤10摩尔％。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述碱性铝硅酸盐玻璃包含：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％；以及4摩尔％≤(Na2O+K2O)-Al2O3≤10摩尔％，所述玻璃的液相线粘度至少为130千泊。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述碱性铝硅酸盐玻璃基本不含锂。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述碱性铝硅酸盐玻璃基本不含砷、锑和钡。
20.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述强化玻璃片通过离子交换进行强化。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述强化的玻璃片的层深度至少约为20微米，压缩应力至少约为200MPa，中部张力约小于或等于100MPa。
22.一种用来在强化玻璃片中形成缺口的方法，所述强化玻璃片具有应变点和退火点，受到拉伸应力的中心区域，以及受到压缩应力并从所述表面延伸到一个层深度的强化表面层，所述方法包括：
a.在所述强化玻璃片内的一个缺陷深度引发缺陷，所述缺陷深度大于所述层深度，位于所述层深度以外；以及
b.用激光束对所述强化的玻璃片进行辐照，沿着缺口方向、在缺口深度将所述玻璃加热至以下的温度范围，从而形成所述缺口：从比应变点低大约50℃到所述应变点和所述退火点之间的温度，所述缺口深度大于或等于所述层深度，所述缺口从所述缺陷起始，从所述缺陷延伸出来。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述激光束的波长为10.6微米，由CO2激光器产生。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述激光束是细长的椭圆形激光束。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述强化玻璃片具有长度，所述细长的椭圆激光束的长度大于或等于所述强化玻璃片的长度。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述激光束具有以下的一种：S模式曲线、D模式曲线和平顶曲线。
27.一种强化玻璃制品，所述强化玻璃制品具有受到拉伸应力的中心区域，至少一个受到压缩应力并从所述表面延伸的一个层深度的强化的表面层，以及至少一个边缘，所述至少一个边缘的平均边缘强度至少为200MPa。
28.如权利要求27所述的强化玻璃制品，其特征在于，所述至少一个边缘是激光切割边缘。
29.如权利要求28所述的强化玻璃制品，其特征在于，所述激光切割边缘通过以下方式形成：
a.提供强化的玻璃片，所述强化的玻璃片具有应变点和退火点；
b.在所述强化的玻璃片内的一个缺陷深度引发缺陷，所述缺陷深度大于所述层深度，位于所述中心区域以内；以及
c.用激光束辐照所述强化的玻璃制品，在缺口深度将所述强化的玻璃制品加热至以下温度范围，从而形成缺口：从比应变点低大约50℃到应变点和退火点之间的温度，所述缺口从所述缺陷延伸出来，分离所述强化的玻璃片，形成强化的玻璃制品，所述至少一个边缘是通过分离所述强化玻璃片形成的。
30.如权利要求27所述的强化的玻璃制品，其特征在于，所述强化的玻璃制品是碱性铝硅酸盐玻璃。
31.如权利要求30所述的强化的玻璃制品，其特征在于，所述碱性铝硅酸盐玻璃包含：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％；以及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％，所述玻璃的液相线粘度至少为130千泊。
32.如权利要求30所述的强化的玻璃制品，其特征在于，所述强化的玻璃制品是通过离子交换而化学强化的。
33.如权利要求27所述的强化的玻璃制品，其特征在于，所述强化的玻璃制品是以下物件中的一种：用于移动通信或娱乐装置的覆盖板，以及用于便携式计算机的屏幕。
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