CN104628243A - 一种表面拉应力玻璃的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面拉应力玻璃的制造方法，具体为：采用加热激光对玻璃的待处理区域照射使表面层玻璃升温至软化温度，当表面层玻璃升温软化而内层玻璃未软化时，停止照射；降低表面层玻璃温度至凝固点温度，使表面层玻璃由软化态变成非软化态并收缩；进一步降低表面层玻璃温度至凝固点温度以下，使表面层玻璃与内层玻璃达到温度平衡，使得表面层玻璃形成拉应力，内层玻璃形成压应力。通过本发明提供的方法，能够形成具有拉应力的表面层玻璃，使得表面层玻璃对液态物质具备不浸润性或者疏水性，这种加工处理后的玻璃可大量用于需要抗湿气的环境中，也可大量用于玻璃的微结构缺陷消除处理或者其它的加工处理。

Description

一种表面拉应力玻璃的制造方法

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及表面拉应力玻璃的制造加工领域。

背景技术

放在洁净的玻璃板上的一滴水，会附着在玻璃板上形成薄层；把一块洁净的玻璃片进入水里再取出来，玻璃表面会沾上一层水。这种现象叫做浸润，对玻璃来说，水是浸润液体。而放在洁净的玻璃板上的一滴水银，能够在玻璃板上滚来滚去，而不附着在上面；把一块洁净的玻璃片进入水银里再取出来，玻璃上也不附着水银。这种现象叫做不浸润，对玻璃来说，水银是不浸润液体。液体对固体的浸润程度不同,如一滴水在干净的玻璃上会浸润而摊开,而一滴水如果在蜡质平面上则会保持水珠状态为不浸润，浸润和不浸润并不是两极关系而是一个可以量化的量,量化的参数就是浸润角。一滴液体滴在固体平面上,液滴最底端(可以理解为"山脚下"那个位置),液面与固体平板的夹角即为浸润角，则浸润角为零度时为彻底的不浸润(这时固体平板上的液滴为球状),浸润角为180度时为彻底的浸润(这时固体平板上的液滴沿平面摊开而无限延展)。

在很多应用场所，例如，建筑窗户、汽车玻璃窗户、室外棚子窗户等，如果遇到雾气或水汽时，雾气或水汽会在窗户上浸润来摊开，影响窗户的能见度，比如，汽车玻璃窗户的能见度可能会引起交通事故。

另外，有些玻璃可能存在机械微结构缺陷，影响正常的使用功能和玻璃的美观或者玻璃的强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种表面拉应力玻璃的制造方法，形成表面拉应力和光洁的凸形表面，以使得原本具有亲水特性(浸润性)的玻璃表面转变为疏水特性(不浸润性)的玻璃表面，或者使得原本具有微结构缺陷的玻璃去掉微结构缺陷，因而提高玻璃的机械拉压性能。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种表面拉应力玻璃的制造方法，具体方案为：

采用加热激光对玻璃的待处理区域照射使表面层玻璃升温至软化温度，当表面层玻璃升温软化而内层玻璃未软化时，停止照射；

降低表面层玻璃温度至凝固点温度，使表面层玻璃由软化态变成非软化态并收缩；

进一步降低表面层玻璃温度至凝固点以下，使其与内层玻璃温度到达平衡，此时表面层玻璃温度变化大于内层玻璃的温度变化，因而使得表面层玻璃形成拉应力，内层玻璃形成压应力。

通过本发明提供的一种表面拉应力玻璃的制造方法，采用加热激光对玻璃的待处理区域照射以使表面层玻璃快速升温至软化，而内层玻璃保持非软化状态；当表面层玻璃温度降低时，根据热胀冷缩原理，表面层玻璃会收缩，形成表面拉应力和光洁凸形表面，使得表面层玻璃对液态物质具备不浸润性或者疏水性，这种加工处理后的玻璃可大量用于需要抗湿气的环境中，也可大量用于玻璃的缺陷消除处理或者其它的加工处理。

进一步的，通过控制加热激光扫描速度、加热激光扫描密度、加热激光照射时间和加热激光功率大小来控制玻璃待处理区域的加热温度和软化深度。

进一步的，所述加热激光对玻璃的待处理区域照射具体包括：通过加热激光对玻璃的待处理区域进行逐行填充扫描加热获得大面积拉应力玻璃表面。

进一步的，所述加热激光为二氧化碳激光或紫外激光或半导体红外激光或光纤激光。

进一步的，当所述玻璃为钢化玻璃时，所述钢化玻璃为物理钢化玻璃或化学钢化玻璃。

进一步的，与表面层玻璃拉应力面相对应的另一面设置有光反射层。

进一步的，在所述加热激光对玻璃的待处理区域照射进行快速加热之前还包括：对所述玻璃整体进行加热，所述加热温度低于所述玻璃的软化温度。

进一步的,所述进一步降低表面层玻璃温度至玻璃的凝固点温度以下，使其与内层玻璃温度到达平衡具体包括：降低表面层玻璃温度的降温速度不超过30摄氏度/秒。

玻璃对激光有一定的吸收率，具体吸收率与玻璃成分、激光加热厚度、激光波长、激光峰值功率密度、玻璃加热前的温度等多种因素有关。本发明的机理是，采用加热激光对表面层玻璃急剧加热，表面层玻璃吸收加热激光光子而被急剧加热，当内层玻璃还处于固态，即非软化态时，表面层玻璃由于温度超过玻璃软化温度而迅速软化，此时加热激光停止加热，表面层玻璃由于软化，因而表面形成张力，该张力使得表面层玻璃凸起且光洁度大大提高。如果此前玻璃被加热部分存在机械微结构缺陷，例如裂纹，此刻也因为表面层玻璃软化产生拉应力而自动消失。随着表面层玻璃温度的降低至凝固点温度，表面层玻璃由软化态玻璃转变为固态玻璃，此时表面层固态玻璃与内层固态玻璃具备温度差，当表面层玻璃温度进一步降低至玻璃的凝固点温度以下最终与内层玻璃温度平衡下来时，由于玻璃材料的热胀冷缩，表面层玻璃由于收缩量大，因而存在拉应力，即表面层玻璃存在拉应力，内层玻璃由于收缩量相对小，因而存在压应力。此时表面层玻璃表面光洁度获得极大改善，表面层玻璃具有疏水性，同时表面层玻璃的机械缺陷减少或者消除。

此时表面层玻璃获得的改善不止如此，液体对表面层玻璃的浸润现象也发生改变，以水为例做进一步说明，但所述液体不限于水。在对玻璃进行本发明提供的方法处理之前，玻璃表面，对于非强化玻璃，表面层玻璃可以认为没有应力存在，对于强化玻璃，表面层玻璃表现为压应力，两种玻璃均表现出对水的浸润特性，即对水表现出亲水特性。经过本发明提供的方法处理后，不论何种玻璃，表面层玻璃都表现出具有拉应力，即张力，此时玻璃表现出非常好的疏水性，即对水不再具有浸润性。其原因可以分析如下：请见图1-A，1和2为一块玻璃的不同部分，在采用本发明提供的方法处理前，1和2的物理性质可以相同，也可以不同，在经过了本发明提供的方法处理后，1为所述表面层玻璃，1内部形成拉伸应力，2为所述内层玻璃，内部形成压应力。如果所述玻璃为钢化玻璃，那么内层玻璃2内部也可能同时存在拉应力和压应力，这个可以根据具体情况分析得出。如果一滴水珠3置于1上，请见图1-B，由于1内部存在拉应力，那么作为与内层玻璃2相应部分对称分布于表面层玻璃1两侧的水滴内部，也形成与2内部应力方向相同的应力，即水滴3与表面层玻璃1接触的部分受到压应力作用，这样可直接减少水滴3在表面层玻璃1表面的浸润角，从而实现玻璃表面的疏水性。

根据具体不同的玻璃的成分、玻璃的厚度和玻璃的均匀性等确定加热激光的类型、加热激光的波长、加热激光的平均功率、加热激光光斑大小，以及在加热激光对玻璃加热的时候，加热激光的光斑是静止还是移动状态。加热激光的类型包括连续加热激光和脉冲加热激光。连续加热激光是连续波形式的加热激光，脉冲加热激光是发射激光脉冲的激光。

通过加热激光波长选择、加热激光扫描速度、加热激光扫描密度、加热激光照射时间、玻璃表面激光功率大小来控制表面层玻璃具体加热温度和软化深度，同时在加热激光加热表面层玻璃之前，可以对该玻璃整体进行加热，且加热温度低于玻璃的软化温度。采取该措施的目的在于控制拉应力表面层玻璃的厚度，以及拉应力表面玻璃拉应力的大小，即张力大小，避免加热激光对表面层玻璃进行加热时表面层玻璃的温度与内层玻璃的温度差太大，而导致玻璃的变形太大，从而避免玻璃因变形太大开裂，另外，玻璃变形太大也会影响美观。

应用本发明提供的方案，与现有技术相比，具有以下的优点和技术效果：

(1)第一次提出采用加热激光加热玻璃表面实现表面层玻璃产生拉应力的方法，改变了玻璃表面对液体的浸润与不浸润特性，用于汽车车窗可以防雾气，用于卫生间梳妆台的镜子或汽车的反射镜等领域就可以防水汽，用于室外照明灯具可以防止起雾，汽车防雾车灯灯罩更可以完美解决。

(2)本发明提出一种表面拉应力玻璃制造方法，可以消除玻璃表面机械微结构缺陷，实现玻璃表面的局部修补，制造玻璃表面张力(拉应力)从而实现非常光洁的玻璃表面。

附图说明

图1-A为本发明实施例1的一种表面拉应力玻璃制造方法未处理前的玻璃结构示意图；

图1-B为采用本发明实施例1的一种表面拉应力玻璃制造方法处理后的玻璃结构示意图；

图2为本发明实施例1中制造表面拉应力玻璃原理示意图；

图3为本发明实施例1防雾普通玻璃反射镜示意图；

图4-A为本发明实施例1的防雾钢化玻璃窗结构示意图；

图4-B为本发明实施例1的另一防雾钢化玻璃窗结构示意图；

图5为本发明实施例2的一种表面拉应力玻璃制造方法原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1、一种表面拉应力玻璃的制造方法。下面结合图2-图4对本实施例提供的方法进行详细说明。

图2为本实施例的表面拉应力玻璃制造方法原理图，由图2可知：初始准直入射激光光束11经第一振镜镜片15反射，其反射光束14经第二振镜镜片13反射，得到反射激光光束18，反射激光光束18射入平场聚焦镜19，输出聚焦光束射向玻璃20。

初始准直入射激光光束11，用于对玻璃20的入射表面的待处理区域照射进行加热，因此也称之为加热激光。该加热激光的波长为10.6微米，该加热激光可以为二氧化碳激光或紫外激光或半导体红外激光或光纤激光，本实施例采用连续的二氧化碳气体激光，平均功率为50W，基模，直径为2毫米。

所述第一振镜镜片15，被振镜电机17的主轴16夹持，可以绕主轴16轴线摆动。

所述第二振镜镜片13，被振镜主轴12夹持，可以绕振镜主轴12轴线摆动。

在第一振镜镜片15和第二振镜镜片13的控制下，反射激光光束18在玻璃20的入射表面上(即待处理区域)进行逐行扫描填充加热，使表面层玻璃迅速升温至软化温度，当表面层玻璃软化，而内层玻璃未软化时，停止照射加热。其中，反射激光光束18在玻璃20的待处理区域进行逐行扫描填充加热的目的是为了获得大面积拉应力表面玻璃。本实施例可以通过反射激光光束18的扫描速度、扫描密度、照射时间、激光波长的选择以及控制玻璃表面激光功率大小来控制玻璃20的待处理区域升温速度。一旦入射表面的待处理区域玻璃温度超过玻璃软化温度即停止激光加热，此时内层玻璃温度还没有达到玻璃软化温度；表面层玻璃由于软化形成软化状态玻璃，而内层玻璃仍保持非软化状态(即固态)。此时降低表面层玻璃的温度至玻璃的凝固点，使表面层玻璃由软化态转变为固态，但是此时固态的表面层玻璃和固态的内层玻璃还是存在温差，因此继续降低表面层玻璃的温度至玻璃的凝固点以下，当最终表面层玻璃和内层玻璃温度达到平衡时，由于热胀冷缩原理，表面层玻璃内部产生拉应力，可以称之为张力，内层玻璃产生压应力。需要说明的是，本实施例中的玻璃可以为钢化玻璃(也称为强化玻璃)，也可以为非钢化玻璃，即本实施例对玻璃的材质没有特定的要求。当玻璃为钢化玻璃的时候，玻璃可以为物理钢化玻璃，也可以为化学钢化玻璃。

参见图3，图3为实施例1的防雾普通玻璃反射镜结构示意图。26为采用本实施例提供的方法处理后形成的压应力内层玻璃，27为采用本实施例提供的方法处理后形成的拉应力表面层玻璃，在采用上述方法之前，内层玻璃26和表面层玻璃27物理性质和化学性质完全相同，就是一块玻璃的不同空间部分。表面层玻璃27由于内部拉应力的存在，具备了疏水特性，具备防雾功能。在内层玻璃26的另一个表面，可以电镀或者采用其它方式设置反光膜25，用于美容玻璃等领域，这样卫生间有水汽的时候玻璃表面不会起雾。

请见图4，为实施例1的防雾钢化玻璃窗结构示意图，其中图4-A中，在采用本实施例提供的方法对玻璃进行处理之前，32为钢化玻璃的一个压应力表面层，30为钢化玻璃的另一个压应力表面层。31a和31b为钢化玻璃内部拉应力层。采用本实施例提供的方法对玻璃进行处理后，表面层玻璃30软化再固化形成拉应力层，与30相邻的31a内部应力由拉应力变为压应力，32仍然保持压应力，与32相邻的31b仍然保持拉应力。表面层玻璃30由于内部拉应力的存在，具备了疏水特性，具备防雾功能。

为了使得钢化玻璃弯曲强度不受太大变化，请见图4中图4-B所示，在采用本实施例提供的方法对玻璃进行处理之前，32为钢化玻璃一个压应力表面层，30a和30b为另两个压应力层，31为钢化玻璃内部拉应力层。采用上述方法对玻璃进行处理后，表面层玻璃30a软化再固化，其内部应力由压应力变成拉应力，与30a相邻的30b仍然保持压应力，32仍然保持压应力，与32相邻的31仍然保持拉应力。这样整体玻璃强度不受太大影响，而表面层玻璃30a由于内部拉应力的存在，具备了疏水特性，具备防雾功能。

经过采用本实施例提供的方法对玻璃进行处理后，得到具有防雾功能的表面层钢化玻璃，可以用于建筑窗户、汽车玻璃窗户或室外棚子窗户等领域。

另外，为了防止在激光对玻璃加热的过程中玻璃开裂，在加热激光对玻璃的待处理区域进行照射加热之前，可以对玻璃整体加热，此时加热温度小于玻璃的到软化温度，这样可以减少表面层玻璃和内层玻璃温度差，进而可以控制表面层玻璃拉应力的大小，防止加热过程中玻璃变形太大而开裂。

此外，在加热激光对玻璃的待处理区域进行照射加热前，还可以在玻璃的待处理区域放置掩膜，加热激光通过掩膜对玻璃的待处理区域进行照射加热，以使最后形成与掩膜形状相同形状的表面拉应力玻璃，这样形成的拉应力玻璃具有特定的形状，具有更好的功能和更美观。加热激光经过掩膜孔的光斑可以大于掩膜孔，也可以小于掩膜孔，当加热激光经过掩膜孔的光斑小于掩膜孔时，需要加热激光多次对玻璃的待处理区域照射扫描，其中，掩膜孔位于扫描区域内。所述掩膜可以采用金属材料制作，也可以采用其他材料制作。

实施例2、一种表面拉应力玻璃的制造方法。以下结合图5对本实施例提供的方法进行说明。

参见图5，若玻璃表面有机械微结构缺陷点，例如钢化玻璃，其裂纹会扩散，例如普通玻璃，影响外观。这种情况下，可以采用本实施例提供的方法进行对具有机械微结构缺陷的玻璃进行处理，消除玻璃表面或侧面的机械微结构缺陷。其机理是这样的：激光加热玻璃表面，玻璃表面急剧升温至软化温度，使得表面层玻璃温度超过玻璃软化温度而软化，内层玻璃没有来得及软化时停止激光加热，此时表面层玻璃因软化而产生表面张力(拉应力)，原来存在于玻璃表面的机械微结构缺陷此时由于流体玻璃表面张力的原因自动减少或者消失，随着表面层玻璃热量的流失，表面层玻璃由软化态转化为固态，并保持了具备张力的光洁表面，完美去除了玻璃机械微结构缺陷。请见图5，这是激光器消除玻璃表面缺陷的效果示意图，42为玻璃，或者为所述内层玻璃，41为消除了机械微结构缺陷的具备张力的光洁玻璃表面，由于加热激光对玻璃的待处理区域是逐行扫描加热的，因此玻璃表面会形成微观凸起的平行山脊，图5是垂直于激光扫描运动方向的横截面示意图，图5中显示加热激光对玻璃表面共扫描了4行，每一行扫描就对应一个山脊。一个采用本实施例来消除玻璃表面微结构缺陷的例子：对手机等触摸品玻璃或者其它电子产品所用玻璃侧表面的机械微缺陷进行修补，为了减少玻璃侧表面的拉应力，可以把触摸屏玻璃加热到软化温度以下再用本实施例提供的方法进行机械微缺陷去除，然后再缓慢降温，降温速度不超过30摄氏度/秒，最终达到常温，这样既可以消除触摸品玻璃侧表面的机械微缺陷，也可以减少玻璃侧表面拉应力，其中，所述机械微缺陷可以是激光加工造成的，也可以是机械加工造成的。

实际宏观效果肉眼根本无法观察出来，因此采用本实施例提供的方法进行玻璃表面缺陷修复方面具有独到之处。

需要说明的是，上述实施例1和实施例2只是本发明的两个典型的应用，实际上其应用领域并不局限于上述情形。

总之，采用本发明提供的一种表面拉应力玻璃的制造方法，利用加热激光对玻璃待处理区域快速加热使表面层玻璃急剧升温达到软化温度，内层玻璃来不及软化时停止激光加热，此时表面层玻璃软化而内层玻璃还未软化；降低表面层玻璃的温度至玻璃的凝固点温度，表面层玻璃由软化态转化为固态，此时作为固态的表面层玻璃温度明显高于处于固态的内层玻璃温度；进一步降低表面层玻璃的温度至凝固点温度以下，最终表面层玻璃与内层玻璃达到热平衡温度，由于热胀冷缩原因，表面层玻璃形成拉应力，内层玻璃形成压应力，这样表面层玻璃的液体的浸润和不浸润性能发生改变，经过试验验证，至少对水产生明显的疏水性，具备明显的防雾功能。

另外，激光加热玻璃表面，玻璃表面急剧升温，使得表面层玻璃温度超过玻璃软化温度而软化，内层玻璃没有来得及软化时停止激光加热，此时表面层玻璃因软化而产生表面张力(拉应力)，原来存在于玻璃表面的机械微结构缺陷此时由于流体玻璃表面张力的原因自动减少或者消失，随着表面层玻璃热量的流失，表面层玻璃由软化态转化为固态，并保持了具备张力的光洁表面，完美去除了玻璃机械缺陷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种表面拉应力玻璃的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

采用加热激光对玻璃的待处理区域照射使表面层玻璃升温至软化温度，当表面层玻璃升温软化而内层玻璃未软化时，停止照射；

降低表面层玻璃温度至玻璃的凝固点温度，使表面层玻璃由软化态变成非软化态并收缩；

进一步降低表面层玻璃温度至玻璃的凝固点温度以下，使其与内层玻璃温度到达平衡，此时表面层玻璃温度变化大于内层玻璃的温度变化，因而使得表面层玻璃形成拉应力，内层玻璃形成压应力。

2.如权利要求1所述的一种表面拉应力玻璃的制造方法，其特征在于，通过控制加热激光扫描速度、加热激光扫描密度、加热激光照射时间和加热激光功率大小来控制玻璃待处理区域的加热温度和软化深度。

3.如权利要求1所述的一种表面拉应力玻璃的制造方法，其特征在于，所述加热激光对玻璃的待处理区域照射具体为：

通过加热激光对玻璃的待处理区域进行逐行填充扫描加热。

4.如权利要求1所述的一种表面拉应力玻璃的制造方法，其特征在于，在所述采用加热激光对玻璃的待处理区域照射进行快速加热之前还包括：

在玻璃的待处理区域放置掩膜；

所述采用加热激光对玻璃的待处理区域照射进行快速加热具体包括：

加热激光通过掩膜对玻璃的待处理区域照射，以获得与所述掩膜形状相同形状的拉应力玻璃表面。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种表面拉应力玻璃的制造方法，其特征在于，所述加热激光为二氧化碳激光或紫外激光或半导体红外激光或光纤激光。

6.如权利要求1-4任一项所述的一种表面拉应力玻璃的制造方法，其特征在于，当所述玻璃为钢化玻璃时，所述钢化玻璃为物理钢化玻璃或化学钢化玻璃。

7.如权利要求1所述的一种表面拉应力玻璃的制造方法，其特征在于，还包括：

与表面层玻璃拉应力面相对应的另一面设置有光反射层。

8.如权利要求1所述的一种表面拉应力玻璃的制造方法，其特征在于，在所述采用加热激光对玻璃的待处理区域照射进行快速加热之前还包括：

对所述玻璃整体进行加热，所述加热温度低于所述玻璃的软化温度。

9.如权利要求1所述的一种表面拉应力玻璃的制造方法，其特征在于，所述进一步降低表面层玻璃温度至玻璃的凝固点温度以下，使其与内层玻璃温度到达平衡具体包括：

降低表面层玻璃温度的降温速度不超过30摄氏度/秒。