CN102985239B - 用于以应力消除方式制造穿孔工件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于以应力消除方式从玻璃、玻璃陶瓷或半导体制造穿孔工件的方法。将所述工件加热至转变温度，然后在合适频率或脉冲形状的高压电场的基础上对所述工件进行穿孔。然后以释放所述穿孔步骤所产生机械应力的速率使所述穿孔工件从所述转变温度范围冷却至室温。

Description

用于以应力消除方式制造穿孔工件的方法
技术领域
本发明涉及用于以应力消除方式从玻璃、玻璃陶瓷或半导体制造穿孔工件的方法。
背景技术
通过借助于局部电热加热直至材料挥发以使得在电介质中产生待形成的孔，可以对诸如塑料、半导体或玻璃的介电材料的箔或薄片进行穿孔。在所述穿孔点，进行所述材料的局部加热以局部降低击穿电场强度。那么如果越过所述材料施加合适频率或脉冲形状的高压电场，则将导致击穿并且电流将流过所述材料。如果和半导体、玻璃、玻璃陶瓷和许多塑料的情况一样，所述材料随温度在电导率方面显示出足够大的增加，则这导致在所述材料中击穿沟道的“电热自聚焦”：其中所述材料更热，所述电流密度也增加并且继续进一步局部加热所述材料直至它挥发，并且所述蒸气基本上“轰开”所述穿孔。
文献U.S.2008/0047935A1、WO2009/059768A1和WO2009/074338A1描述了通过向预定穿孔点选择性供给热能并施加电场以产生由电流和功率调制元件所限定的电流从而在电绝缘基底中制造穿孔。不对整个工件进行加热。
从GB248403A可知，在穿孔前将玻璃预热至高达400℃至500℃，通过使用提供有交流电压的电极对以熔化在所述穿孔区域中的玻璃而实现穿孔。然后按压所述电极中的一个使其通过所述玻璃以形成希望的穿孔。对所述穿孔玻璃进行热处理以消除由于穿孔而产生的应力。
从DE102007062979A1可知用于制造具有改进抗热震性的玻璃制品的方法，所述玻璃制品即作为炊具的内部板材的玻璃板。通过用局部热源扫过相关表面，在成形后直接将这种槽形玻璃板在它外部表面上快速表层加热至在软化点或以上范围中的温度。对于所述加热玻璃板的后处理，使它在退火炉中经受缓慢冷却和余热步骤。
当对玻璃或玻璃状材料的工件进行电热穿孔时，在所述孔边缘的区域中可能出现非常高的应力条件。取决于所述工件的几何结构（孔的尺寸和图案，工件的厚度和维度）和玻璃类型，可能导致等于和高于50MPa的有害拉应力，其可能还与有害的切向拉应力有关系。当在所述工件中所述孔的间距必须非常小时，特别是当继之另外的处理步骤例如如果要涂覆该工件时，则这种工件的变形、分裂或裂缝的风险特别大。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于制造玻璃、玻璃陶瓷或半导体的穿孔工件的方法，其以应力消除方式进行电热穿孔。
根据本发明，将待穿孔工件加热至高达在所述工件材料在该温度下软化的转变温度附近的温度范围，但是并不在这个温度范围中保持很久以至于出现工件变形的风险。在合适的频率或脉冲形状的高压电场的基础上，对所述工件进行穿孔。在这个过程中，电流增加，由此加热所述穿孔材料并使其挥发。此时使在所述穿孔边缘区域中温度高于其它区域温度的穿孔工件如此缓慢地冷却以至于释放了所述穿孔步骤产生的机械应力。
还可以经由摆式退火（Pendelglühenserfolgen）完成所述冷却步骤，其中在冷却至室温之前对所述穿孔工件进行再加热。适当地，将再加热进行至高达在所述工件材料转变温度附近的温度范围。
本发明实现如下效果，即在很大程度上避免形成热感应应力条件，或者已经存在的应力条件被降低或甚至消失。
具体实施方式
将根据示意性显示了穿孔工件制造过程的附图来描述本发明。
将玻璃、玻璃陶瓷或半导体的板形工件1放置于炉2中，在炉2中将所述工件加热至在所述工件材料的转变温度附近的温度。在所述转变温度下，所述材料软化，然而在这个温度下在短停留时间期间所述工件没有失去它的形状。该温度对应于在1012和1014dPa·s之间的粘度范围，即从恰好低于所述转变温度至恰好高于所述转变温度的范围。
将以这种方式进行预先热处理的工件1放置于包括加工空间30以及电极和反电极31、32的穿孔装置3中。高压发生器33激发电极31、32以使得对所述工件1施加合适频率或脉冲形状的高压电场。在箭头34标记的单个点处可感知所述高压电场。在这些点处，所述高压电场超过工件1材料的介电强度，以使得电流流过所述工件，这对所述材料进行局部加热，由此电流增加并且热产生增加，直至所述材料在这些点处挥发。单个孔10可以说是被轰开。以基本上垂直于所述工件表面的方式形成这些孔10，并且这些孔10具有近似圆形的轮廓。
一旦形成所述孔10，则将工件1再转移至此时作为退火炉操作的炉2中。所述冷却速率为使得所述穿孔步骤所产生机械应力释放的速率。所述冷却速率可以在-0.5至-5℃/分钟的范围中。对于玻璃工件，在所述转变温度附近的温度范围中优选约-2℃/分钟的冷却速率。在远离所述转变温度的温度范围中可以更快速地进行冷却，因为应力释放已经发生。在不含碱玻璃或低碱玻璃的情况下，所述转变温度为约700℃。使用的加热温度为650℃至730℃。
根据本发明另一实施方式，可以将炉2作为摆式退火炉进行操作。这意味着将所述穿孔工件再加热至高达在所述转变温度附近的范围，并且再使其冷却，以使得可预期所述工件的完全释放。

Claims (7)

1.用于以应力消除方式从玻璃、玻璃陶瓷或半导体制造穿孔工件的方法，其包括如下步骤：
a)提供待穿孔的整个工件，所述工件具有如下特性，其具有转变温度，且所述工件的材料在该转变温度处软化；
b)在步骤c)之前，将所述整个工件加热至高达在所述转变温度附近的温度范围，其中使工件软化至1012和1014dPa·s之间的粘度范围中；
c)使用合适频率或脉冲形状的高压电场对所述工件进行穿孔，在该电场中增大的电流在待穿孔位置处流动，其电流加热所述穿孔材料并使其挥发；
d)以释放所述穿孔步骤所产生的机械应力的速率在炉中将所述穿孔工件从所述转变温度范围冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中在炉(2)中完成对所述工件的加热和冷却。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中所述冷却速率在-0.5至-5℃/分钟的范围中。
4.根据权利要求3所述的方法，
其中在冷却期间在所述转变温度范围附近作为工件的穿孔玻璃板的冷却速率是-2℃/分钟。
5.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，对于由不含碱玻璃或低碱玻璃制成的工件，使用在650℃至730℃范围中的加热温度。
6.根据权利要求1或2所述的方法，
其中在步骤d)中，在冷却至室温之前对所述穿孔工件进行再加热。
7.根据权利要求6所述的方法，
其中将再加热进行至高达在所述工件材料转变温度附近的温度范围。
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