CN105102385B - 用于制备具有均匀模具温度的玻璃制品的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
在模具上将玻璃板成形为具有三维形状的玻璃制品。上面有玻璃制品的模具设置在辐射屏障的内部空间之内，从而模具在辐射屏障的前端阻挡物和后端阻挡物之间。模具、玻璃制品和辐射屏障被传送通过一系列的冷却工位，同时保持模具在前端和后端阻挡物之间，其中前端和后端阻挡物抑制在模具的前端和后端处的辐射传热。
Description
相关申请交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119，要求2012年12月10日提交的美国临时申请系列第61/735,274号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
领域
本发明涉及用于热再成形玻璃的方法和系统。
背景
玻璃制品例如用于手持电子器件的盖板玻璃可通过热再成形来制造，这涉及把玻璃板加热到玻璃可变形但不损坏的温度，随后将该加热的玻璃板成形为具有三维(“3D”)形状的玻璃制品。
概述
本发明描述一种制造玻璃制品的方法。在一方面中,所述方法包括在模具上将玻璃板成形为具有三维形状的玻璃制品。所述方法还包括将模具上面有玻璃制品的模具设置在辐射屏障的内部空间之内，从而模具在辐射屏障的前端阻挡物和后端阻挡物之间。传送所述模具、玻璃制品和辐射屏障通过一系列冷却工位，同时保持所述模具在前端和后端阻挡物之间，其中前端和后端阻挡物抑制在模具的前端和后端处的辐射传热。
在所述方法的至少一种实施方式中，所述设置模具的步骤使得所述辐射屏障高于所述模具顶端部延伸大于零的高度。
在所述方法的至少一种实施方式中，所述设置模具的步骤使得所述辐射屏障低于所述模具底端部延伸大于零的高度。
在所述方法的至少一种实施方式中,所述设置模具的步骤使得所述模具的外部周界边缘和朝向所述内部空间的所述辐射屏障的内表面之间存在空气间隙。
在所述方法的至少一种实施方式中,所述成形玻璃制品的步骤包括使用真空来牵拉玻璃板靠着所述模具的表面，所述模具具有限定所述玻璃制品的三维形状的三维表面轮廓。
在至少一种实施方式中,所述方法还包括在所述传送过程中保持冷却工位中的温度，从而直到玻璃制品到达所述一系列达冷却工位的最后冷却工位尽头的之时,所述玻璃制品的温度下降到所述玻璃制品的粘度大于1013泊的温度。
在所述方法的至少一种实施方式中,所述前端和后端阻挡物抑制传热，从而与所述玻璃制品相邻的整个模具表面上的最大温差小于5℃。
在所述方法的至少一种实施方式中,所述前端和后端阻挡物抑制传热，从而与所述玻璃制品相邻的整个模具表面上的最大温差小于2℃。
本发明还描述一种用来制造玻璃制品的设备。在一方面中,所述设备包括模具，所述模具具有用于把玻璃板成形为具有三维形状的玻璃制品的模具表面。所述设备还包括辐射屏障，其包括以相背、隔开关系设置的前端阻挡物和后端阻挡物，从而限定在其中接受模具的内部空间。
在至少一种实施方式中,所述设备还包括按照温度降低的顺序设置的一系列冷却工位。
在至少一种实施方式中,所述设备还包括传送机系统，用于沿着所述一系列冷却工位传送所述辐射屏障和模具，从而在所述传送过程中所述模具仍然保持在所述内部空间之内。
在所述设备的至少一种实施方式中,使用辐射率为0.1-0.4的材料涂覆形成所述前端和后端阻挡物的至少一部分的所述辐射屏障。
在所述设备的至少一种实施方式中,所述辐射屏障由在500℃-900℃的温度范围中耐氧化的材料制成。
在所述设备的至少一种实施方式中,把反射材料施涂到形成所述前端和后端阻挡物的至少一部分的辐射屏障上。
在所述设备的至少一种实施方式中,所述辐射屏障高于模具顶部表面延伸大于零的高度。
在所述设备的至少一种实施方式中,所述辐射屏障低于模具底部表面延伸大于零的高度。
在所述设备的至少一种实施方式中,定制所述内部空间的尺寸使得所述模具的外部周界边缘和朝向所述内部空间的所述辐射屏障的内表面之间存在空气间隙。
在所述设备的至少一种实施方式中,至少一部分的所述辐射屏障设置成冷却板。
在所述设备的至少一种实施方式中,至少一部分的所述辐射屏障包括等温传热装置。
在所述设备的至少一种实施方式中,所述辐射屏障的结构选自一对平行的壁、盒子、管和穹顶。
应理解，前面的概述和以下的详细描述都只是本发明的示例，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图举例说明了本发明的各种实施方式，并与描述一起用来解释本发明的原理和操作。
附图简述
以下是结合附图进行的附图说明。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可以按比例放大显示或示意性显示。
图1显示制备玻璃制品时所用的一系列工位(station)。
图2a是辐射屏障的横截面视图，且模具设置在辐射屏障的内部空间中。
图2b是辐射屏障的透视图，且模具设置在辐射屏障的内部空间中。
图2c是图2b的辐射屏障和模具的俯视图。
图2d是具有顶部盖子的辐射屏障的透视图。
图2e是具有倾斜的壁的辐射屏障的透视图。
图2f是管状辐射屏障的透视图。
图2g穹顶状辐射屏障的透视图。
图3显示用于把玻璃板成形为玻璃制品的模具。
图4显示用于研究辐射屏障对模具温度均匀性有效性的模型。
图5a是没有辐射屏障的模具温度的图表。
图5b是具有辐射屏障的模具温度的图表。
图6是模具表面温差随着辐射屏障壁高度的变化而变化的关系的图表。
具体描述
在以下详细描述中，为了提供对本发明实施方式的透彻理解，陈述了许多具体的细节。但是，对本领域技术人员显而易见的是，本发明可以在没有这些具体细节中的一些细节或全部细节的情况下实施。在其它情况中，为了不使本发明难理解，没有详细描述众所周知的特征或工艺。此外，类似或相同的附图编号可用于标识共有或类似的零件。
为了符合设计规格，用于手持装置的玻璃制品必须符合非常严格的形状精度，约为±50μm。为了实现该形状精度，玻璃制品在成形之后，在其仍然保持在模具上的情况下对其进行冷却和/或退火，直至玻璃达到低于玻璃转化温度的温度，在该温度下，可以安全地从模具取下玻璃制品。冷却相通常涉及使得其上具有玻璃制品的模具沿着一连串的冷却工位进行传送。为了防止玻璃制品的翘曲并且实现所需的形状精度，在冷却相期间，在玻璃制品的整个表面上的温差应该非常小，例如不大于5℃，并且在玻璃制品的整个厚度上的温差也应该非常小，例如不大于2℃。
温度沿着一连串的冷却工位逐渐下降，这意味着任意下游的冷却工位的温度低于相邻的上游冷却工位的温度。如果冷却工位之间没有物理阻挡物或者冷却工位没有物理分离，则模具的前端会与较低的温度环境接触，而模具的后端会与较高的温度环境接触。这会引起模具的前端和后端之间的温差。所引起的温差会影响模具上的玻璃制品的表面温差和厚度温差，可能导致不可接受的表面温差和厚度温差。
在本发明中，当在模具上冷却玻璃制品时，在模具的前端和后端形成辐射阻挡物。模拟结果表明使用该方法且无需主动管理整个模具的温差，并可实现整个玻璃制品的温差小于2℃。该方法使得无需使用可能潜在地导致玻璃污染的隔热材料来物理分离冷却工位。该方法还最大程度减小玻璃制品的翘曲,使得能制备形状精确性满足所需规格的玻璃制品。
图1显示工位100-108，可在其中制备具有3D形状的玻璃制品。第一工位100是成形工位，其中使用模具112把玻璃板109成形为具有3D形状的玻璃制品。成形工位100配备了加热装置111例如红外加热器、电阻加热器或电感加热器,用于把玻璃板加热到该玻璃板可成形为玻璃制品的温度。其余工位102,104,106,108是冷却工位，在这些工位中，玻璃制品被冷却至能够从模具112安全地分离玻璃制品的温度。分别将冷却工位102,104,106,108控制在不同温度,且冷却工位的温度从最靠近成形工位100的第一冷却工位102到最后冷却工位108逐渐降低。即，T(102)>T(104)>T(106)>T(108),其中T是温度。冷却工位102,104,106,108可包括加热元件和/或隔热物(没有独立地标出)，从而在冷却工位中提供所需的热环境。在一些实施方式中,在冷却工位102,104,106,108之间没有物理或隔热隔板。但是，在其他实施方式中,如果在冷却工位102,104,106,108之间有物理隔板，这些隔板可为门的形式，其可选择性地开启以允许模具112和在模具上的玻璃从一个工位通到另一个工位。
穿过工位100-108延伸的是移动工作台(或传送机)110,其可为线性工作台(或传送机)或旋转工作台(或传送机),这意味着工位100-108不限于图1所示的线性排布。如图1所示,模具112在第二冷却工位104中,已从成形工位100传送进入第一冷却工位102和从第一冷却工位102传送进入第二冷却工位104。模具112支撑在模具支架114上，该模具支架支撑在移动工作台110上或以其它方式偶合到该移动工作台110。模具支架114可包括旋转装置，从而当模具112在冷却工位102-108中或移动穿过冷却工位102-108时可旋转模具112。模具112携带在成形工位100中由玻璃板109形成的玻璃制品115。模具112和玻璃制品115可称为玻璃/模具组装件113。
环绕模具112的至少前端和后端124a,124b的是辐射屏障200。具有环绕模具112的辐射屏障200时,辐射屏障200和玻璃/模具组装件113一起传送通过一系列冷却工位102-108。辐射屏障200可支撑在移动工作台110上或以其它方式偶合到该移动工作台110，从而与玻璃/模具组装件113一起移动穿过冷却工位102-108。或者,可使用独立的移动工作台(或传送机)来提供辐射屏障200,且辐射屏障200的移动工作台的操作与模具112的操作相配合，从而通过一系列冷却工位102-108传送辐射屏障200和玻璃/模具组装件113来保持辐射屏障200和模具112之间的关系。在模具112从成形工位100传送进入第一冷却工位102之后，可围绕模具112设置辐射屏障200。或者,可在把模具112和玻璃板109装载进入成形工位100之前围绕模具112设置辐射屏障200,在这种情况下，当模具112在成形工位100中时辐射屏障200也围绕模具112。
辐射屏障200包括为相反关系的前表面202和背表面204,和内部空间222,该内部空间222大到足以容纳模具112且在表面202,204之间限定。当模具112设置在内部空间222之内时,前表面202邻近模具112的前端124a，并在前端124a和位于前端124a下游的冷却工位的辐射视角因数(radiation view factor)之间形成阻挡物。因此,前表面202可称为前端阻挡物。同样地，当模具112设置在内部空间222之内时,背表面204邻近模具112的后端124b，并在后端124b和后端124b上游的冷却工位的辐射视角因数之间形成阻挡物。因此,背表面204可称为后端阻挡物。应指出，对应于前端和后端124a,124b的模具112部分可不是固定的，例如如果模具112设置在内部空间222之内并进行旋转。因此，在任意情况下，被视为模具112前端124a的端部是朝向模具112移动方向的模具112的任何端部。类似地，在任意情况下，被视为模具112后端124b的端部是朝向与模具112移动方向相反方向的模具112的任何端部。
图2a显示辐射屏障200.1,其为辐射屏障200的一种实施方式且为两个平行的壁的形式。辐射屏障200.1具有相反的前壁和背壁206.1,208.1。前壁和背壁206.1,208.1的表面202.1,204.1提供如上所述的形成阻挡物的前表面和背表面。前壁和背壁206.1,208.1被分离开来以限定在其中接受模具112的内部空间222.1。可选定前壁和背壁206.1,208.1的尺寸，从而使用时辐射屏障200.1高于模具112的顶部端部126a延伸高度ht>0和/或低于模具112的底部端部126b延伸高度hb>0。可选定前壁和背壁206.1,208.1之间的间隔，从而在前壁和背壁206.1,208.1(或朝向内部空间222.1的内表面120a,120b)与模具112的前端和后端124a,124b之间存在空气间隙128a,128b。空气间隙128a,128b可具有相同或不同的宽度。图2a中显示的前壁和背壁206.1,208.1是平坦和垂直的，但在替代实施方式中,它们可为弯曲的和/或倾斜的。
图2b显示辐射屏障200.2,其为辐射屏障200的一种实施方式且为盒子的形式。辐射屏障200.2具有相反的前壁和背壁206.2,208.2和相反的侧壁210.2,212.2。前壁和背壁206.2,208.2的表面202.2,204.2提供如上所述的形成阻挡物的前表面和背表面。前壁和背壁206.2,208.2被分离开来以限定在里面接受模具112的内部空间222.2。侧壁210.2,212.2在前壁和背壁206.2,208.2的端部之间延伸并毗连前壁和背壁206.2,208.2的端部,由此围住内部空间222.2的边。与辐射屏障200.1的情况类似,可选定壁206.2,208.2,210.2,212.2的尺寸，从而使用时辐射屏障200.2高于模具顶部端部延伸高度ht>0和/或低于模具顶部端部延伸高度hb>0。此外，如图2c所示,可选定前壁和背壁206.2,208.2之间的间隔以及侧壁210.2,212.2之间的间隔，从而在模具112的周界边缘127和辐射屏障200.2的朝向内部空间222.2的内表面120之间存在空气间隙128。空气间隙128可包括或不包括绕着模具112的均匀宽度。
图2d显示成盒子形式的辐射屏障200.3，其包括前壁和背壁206.3,208.3和侧壁210.3,212.3。顶部覆盖壁214固定到壁206.3,208.3,210.3,212.3的顶部或与之一体形成。在替代实施方式中,底部覆盖壁(未显示)可固定到壁206.3,208.3,210.3,212.3的底部或与之一体形成。因此，辐射屏障200.3可具有顶部和/或底部覆盖壁。当辐射屏障200.3同时具有顶部和底部覆盖时，应在壁206.3,208.3,210.3,212.3和覆盖壁的至少一种中提供门，从而允许将模具112设置在辐射屏障的内部空间中。除了顶部覆盖壁214之外,辐射屏障200.3的结构类似于辐射屏障200.2(见图2b)的结构。
图2e显示另一种辐射屏障200.4，其结构类似于辐射屏障200.2(见图2b)的结构。辐射屏障200.4,200.2之间的主要区别在于辐射屏障200.4的前壁和背壁206.4,208.4以及侧壁210.4,212.4是倾斜的。在替代实施方式中,还可为辐射屏障200.4提供如针对辐射屏障200.3(见图2d)所述的顶部和/或底部覆盖壁。
图2f显示辐射屏障200.5，其具有管状形式的弯曲的壁216。模具设置在由弯曲的壁216形成的内部空间222.5中。由弯曲的壁216形成的管的横截面形状可为圆形、椭圆或甚至不规则的封闭形状。使用时，弯曲的壁216的前壁和背壁部分206.5,208.5提供前端和后端阻挡物。如有需要,还可为辐射屏障200.5提供如针对辐射屏障200.3(见图2d)所述的顶部和/或底部覆盖壁。
图2g显示辐射屏障200.6，其具有为穹顶或抛物形式的弯曲的壁218。模具设置在穹顶的内部空间222.6中。使用时，弯曲的壁或穹顶218的前壁和背壁部分206.6,208.6提供辐射屏障的前端和后端阻挡物。如有需要,还可为辐射屏障200.6提供如针对辐射屏障200.3(见图2d)所述的底部覆盖壁。
在一些实施方式中,如上所述的任意辐射屏障可在它们的壁中包括一种或多种等温传热装置,例如加热管道。出于说明性目的，图2d显示在前壁206.3中的加热管道121。这不必然意味着等温传热装置必须位于前壁中。等温传热装置的位置将基于所需的辐射屏障的内部空间之内的温度分布来选择。或者,如上所述的辐射屏障的任意壁可为冷却板。
在一些实施方式中,如上所述的辐射屏障的任意壁可具有孔或开口或门，且可针对各种不同应用而策略性地设置其位置，例如对辐射屏障的内部空间进行排气,测量辐射屏障的内部空间之内的条件,在辐射屏障的内部空间之内执行操作,和向辐射屏障供应流体例如冷却流体,例如其中辐射屏障包括等温传热装置或冷却板。
回到图1,辐射屏障200通过在模具112的前端和后端124a,124b阻断到上游和下游冷却工位的热辐射视角因数来取得模具/玻璃制品温度均匀性。当使用低辐射率材料涂覆辐射屏障200的壁或壁部分时，可实现对模具/玻璃制品温度均匀性的进一步改善。可把涂层施涂到整个辐射屏障200或者限于提供用作前端和后端阻挡物的前表面和背表面202,204的壁或壁部分。在一些实施方式中,低-辐射率涂层材料的辐射率是0.1(例如,铂)-0.4(例如,金)。
在一些实施方式中,辐射屏障200的壁由在高温下耐氧化的材料制成，该高温是冷却工位中所可能遭遇的例如500℃-900℃的温度。例如,辐射屏障200的壁可由超级合金例如600合金(其为镍-铬合金)制成。或者，在高达900℃的温度下不发生氧化的其它材料可用于辐射屏障200的壁。
可通过把反射材料施涂到辐射屏障的内表面(例如,图2b中的120)和/或外表面(例如,图2b中的129)，来增强辐射屏障200取得模具/玻璃制品温度均匀性的能力。在一实施例中,辐射屏障200的壁由600合金制成并通过下述方式把金沉积在壁上：首先使用碳化硅粉末在环氧树脂中的悬浮液喷涂壁，然后真空沉积金。在另一实施例中,辐射屏障200的壁由600合金制成，并把来自胶体溶液的玉镜或薄的(例如0.5μm厚)箔施加到壁。或者，除了如上所具体描述的材料的其它组合可用于辐射屏障200的壁。
取决于模具/玻璃制品尺寸、冷却工位尺寸和冷却工位中的模具设置,可选定ht,hb,和d,和ε的值来在模具112的整个顶部表面取得特定水平的温度均匀性。参数ht是辐射屏障200高于模具112的顶部端部延伸的高度(参见,例如,图2a中的ht)。参数hb是辐射屏障200低于模具112的底部端部延伸的高度(参见,例如,图2a中的hb)。参数d是朝向辐射屏障200内部空间的辐射屏障200的内表面和模具112的外周界边缘之间的空气间隙的最小宽度(参见,例如,图2a中的空气间隙128a,128b或图2c中的空气间隙128)。参数ε是辐射屏障200的辐射率,特别是提供前端和后端阻挡物的辐射屏障200部分的辐射率。在一种或更多种实施方式中,ht,hb,和d分别大于零。一般来说,ht,hb,和d的最佳值取决于冷却工位(图1中的102-108)的尺寸,模具112的尺寸和冷却工位中的模具112的设置。
在图3中,模具112具有模具表面130,其3D表面轮廓决定玻璃制品115(见图1)的形状。为了允许通过真空成形,可在模具112中形成孔131。通过孔131,可将真空施加到在模具表面130上方的腔体133，从而把玻璃板109拉进腔体133和靠着模具表面130。模具112是由能够耐受高温的材料制造的，例如会在工位100-108中遇到的高温。模具材料可以是在成形条件下不会与玻璃板109发生反应(或者与玻璃板109相粘附)的材料，或者可以用涂层材料涂覆模具表面130，该涂层材料在成形条件下不会与玻璃板109发生反应(或者与玻璃板109相粘附)。在一个例子中，模具由非反应性碳材料例如石墨制造，并且对模具表面130进行高度抛光以避免当模具表面与玻璃接触时，将缺陷引入玻璃中。在另一个例子中，模具由致密陶瓷材料(例如，碳化硅、碳化钨或氮化硅)制造，并且模具表面130涂覆有非反应性碳材料，例如石墨。在另一实施例中,模具表面130由超级合金例如718合金(一种镍-铬合金)制成，且使用硬陶瓷材料例如氮化钛铝涂覆模具表面130。如果模具112是由碳材料制造或者如果模具表面130涂覆有碳材料，则成形工位100中的气氛应该是惰性的。
基于所需的玻璃制品的性质，来选定待成形为玻璃制品115的玻璃板109(见图1)的组成。对于需要高强度和耐刮擦性的应用，玻璃板可以由可离子交换玻璃制造，即该玻璃含有可以用较大碱金属或碱土金属离子交换的较小碱金属或碱土金属离子。可离子交换的玻璃的示例可参见下述专利：例如美国专利号7,666,511(埃里森(Ellison)等；2008.11.20),美国专利号4,483,700(佛克尔二世(Forker,Jr.)等.；1984.11.20),和美国专利号5,674,790(阿罗加(Araujo)；1997.10.07),以上各文的全部内容通过引用纳入本文，还可购自康宁有限公司(CorningIncorporated)商标为大猩猩玻璃。通常，这些可离子交换玻璃是碱性铝硅酸盐玻璃或者碱性铝硼硅酸盐玻璃。可离子交换玻璃能够通过离子交换来实现玻璃制品的化学强化，这还同时改善玻璃制品的强度和耐刮擦性。
为了形成玻璃制品115,把玻璃板109置于模具112上,如图3所示。然后，把玻璃板109和模具112装载进入成形工位100,如图1所示。在把玻璃板109和模具112装载进入成形工位100时，把玻璃板109预热到一定的初始温度,即,从而最小化玻璃/模具组装件在成形工位100中的停留时间。该初始温度低于玻璃可变形的成形温度。在成形工位100,可把玻璃板109加热到玻璃可成形为玻璃制品的成形温度。通常，成形温度是对应玻璃粘度为1013泊(poise)的温度至对应玻璃粘度为107泊的温度。优选地，成形温度是对应玻璃粘度为1011泊(poise)的温度至对应玻璃粘度为107泊的温度。更优选地，成形温度是对应玻璃粘度为109.1泊的温度至对应玻璃粘度为107.7泊的温度。通过允许玻璃板109下垂靠着模具表面130(见图3)和/或通过使用真空把玻璃板109牵拉至靠着模具表面130,来形成玻璃制品115。取决于成形技术,可在5-45秒中形成玻璃制品115。取决于冷却方法(主动-被动),玻璃制品115在模具112上的冷却可进行2-10分钟。
玻璃制品115和模具112的组合可称为玻璃/模具组装件113。在形成玻璃制品115之后,把玻璃/模具组装件113从成形工位100传送到第一冷却工位102。在玻璃/模具组装件113进入第一冷却工位102之前或在玻璃/模具组装件113刚刚进入第一冷却工位102后围绕模具112设置辐射屏障200。在第一冷却工位102之内,允许玻璃制品115的温度降低一定的预定量。玻璃/模具组装件113可包括在模具112下方的冷却板119。可通过冷却板119循环冷却剂例如冷却空气，来降低模具112的温度。冷却工位中的空气温度试图与模具温度达到平衡,且玻璃制品的温度将在空气温度和模具温度之间。
然后，把玻璃/模具组装件113移动进入第二冷却工位104,其中再次允许玻璃制品的温度降低一定的预定的量。同样地，可通过操作冷却板119来辅助玻璃制品115的冷却。持续这种玻璃/模具组装件113从一个工位到接下来的工位的移动，直到玻璃/模具组装件113在最后的冷却工位108中。在最后的冷却工位108尽头处,玻璃制品115具有冻结温度,该温度是可把玻璃制品115从模具112分离的温度。在一个实施方式中，冻结温度低于对应玻璃粘度为1012泊的温度。优选地，冻结温度低于对应玻璃粘度为1013泊的温度。
虽然玻璃/模具组装件113通过一系列冷却工位102-108沿着由箭头125表示的方向移动,但辐射屏障200与玻璃/模具组装件113一起移动并阻断来自模具112的前端和后端124a,124b的辐射视角因数。即，模具112的前端124a被屏蔽以免直接暴露于下游冷却工位中的热环境,模具112的后端124b被屏蔽以免直接暴露于上游冷却工位或成形工位中的热环境。通过阻断辐射视角因数,辐射屏障200抑制模具112的前端和后端124a,124b处本来因为暴露于上游和下游工位会发生的辐射传热。这意味着模具112的前端和后端124a,124b经历与模具112的其余部分基本相同的温度条件,这最终导致整个模具112上更均匀的温度分布,这导致由模具112携带的整个玻璃制品115的温差降低。此外，可在辐射屏障200的内部空间之内旋转模具112，从而进一步改善模具112和玻璃制品115中的温度均匀性。
可通过使用阻断来自模具112的前端和后端的辐射视角因数的辐射屏障200冷却玻璃制品115来实现整个玻璃制品的最大温差小于5℃。当使用反射材料涂覆辐射屏障壁且基于冷却工位的尺寸和在冷却工位中的模具的位置设置来优化辐射屏障壁的尺寸时,可实现整个玻璃制品的最大温差小于2℃。
把玻璃/模具组装件113从最后的冷却工位108取出之后,把玻璃制品115与模具112分离。然后，可对玻璃制品115进行各种成形后加工。例如,可将玻璃制品115的边缘裁剪到所需尺寸，例如,当用于成形玻璃制品的玻璃板在成形玻璃制品之前不具有净尺寸时。裁剪的玻璃制品115边缘可进行研磨和抛光。然后，可通过化学强化例如离子交换或热化来强化玻璃制品115。强化之后，可把例如防污涂层或光学涂层的涂层施涂到玻璃制品的表面。还可以对玻璃制品进行退火。但是，已发现因为可使用辐射屏障取得的高模具温度均匀性，可省略后退火。
实施例
实施了实施例1—A来研究辐射屏障在模具温度均匀性上的有效性。为了研究,开发了冷却过程的热模型，并使用安纳西斯公司(Ansys,Inc)的软件进行数字模拟。图4显示研究所用模型的示意图，模具112和辐射屏障200被沿着箭头144表示的方向传送通过一系列冷却工位138-142。为了研究,分别把冷却工位138,140,142的温度控制到700℃,660℃,和620℃。各冷却工位的尺寸是20英寸×20英寸×16英寸,其中16英寸是冷却工位的高度。模具的尺寸是8.5英寸×8.5英寸×0.5英寸,其中0.5英寸是模具的高度。
图5a显示当没有环绕模具112的辐射屏障200时将模具112冷却1分钟的时间段的情况下，第二冷却工位140中模具温度的等高线图。图5b显示当具有环绕模具112的辐射屏障200时将模具112冷却相同的时间段的情况下，第二冷却工位140中模具温度的等高线图。图表表明如果在使用辐射屏障的条件下进行冷却，模具温度比不使用辐射屏障的条件下冷却的模具温度均匀得多。图4中整个模具顶部表面的最大温差小于2℃。
实施例2—实施另一研究来确定辐射屏障参数ht,hb,和d对模具温度均匀性的影响,其中ht是辐射屏障壁高于模具顶部端部上方的高度,hb是辐射屏障壁低于模具底部端部的高度,d是辐射屏障和模具的外周界边缘之间的最小空气间隙的宽度。为了研究,使用图4的模型和如上针对图4所述的温度条件。使用软件进行建模。
图6显示模具顶部表面的温差随着辐射屏障高度ht的变化而变化的函数关系的图表。图6中所表示的温差(Δt)是在模具顶部表面上观察到的最高和最低温度之间的差异。在图表中显示线条150-156，其中线条150对应于hb＝0,d＝0.5英寸,和ε＝0.8,线条152对应于hb＝1英寸,d＝0.5英寸,和ε＝0.8,线条154对应于hb＝1英寸,d＝0.25英寸,和ε＝0.8,和线条156对应于hb＝1英寸,d＝0.25英寸,和ε＝0.4(其中ε是辐射屏障壁辐射率)。
从图6中的图表,可总结出通过增加辐射屏障高度直到辐射屏障壁高于模具的顶部表面延伸1.5英寸,即,ht＝1.5英寸，实现显著地改善模具温度均匀性。如果辐射屏障高于模具顶部端部延伸超过1.5英寸，看起来对模具温度均匀性不提供任何附加的益处。从图6中的图表,还可总结出通过低于模具延伸辐射屏障盒(即,增加hb)和通过把辐射屏障盒设置得尽可能靠近模具(即,降低d)实现进一步改善模具温度。另一个发现是可通过使辐射屏障壁为反射性的或具有小于或等于0.4的低辐射率，把模具温差降低到小于2℃。
尽管已经参考具体实施方式描述了本发明,但是受益于本公开的本领域技术人员可以理解能够在不背离本发明所揭示的范围的前提下进行其他的实施方式。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书限定。
Claims (20)
1.一种制造玻璃制品的方法，其包括：
在模具上将玻璃板成形为具有三维形状的玻璃制品；
将上面有所述玻璃制品的模具设置在辐射屏障的内部空间之内，从而所述模具在所述辐射屏障的前端阻挡物和后端阻挡物之间，其中，所述辐射屏障环绕模具的至少整个周边；和
传送所述模具、玻璃制品和辐射屏障通过一系列冷却工位，同时保持所述模具在所述前端和后端阻挡物之间，其中前端和后端阻挡物抑制在所述模具的前端和后端处的辐射传热，从而与所述玻璃制品相邻的整个模具表面的最大温差小于5℃。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将上面有所述玻璃制品的模具设置在辐射屏障的内部空间之内的步骤使得所述辐射屏障高于所述模具顶部表面延伸大于零的高度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将上面有所述玻璃制品的模具设置在辐射屏障的内部空间之内的步骤使得所述辐射屏障低于所述模具底部表面延伸大于零的高度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将上面有所述玻璃制品的模具设置在辐射屏障的内部空间之内的步骤使得所述模具的外部周界边缘和朝向所述内部空间的所述辐射屏障的内表面之间存在空气间隙。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成形步骤包括使用真空来牵拉玻璃板靠着所述模具的表面，所述模具具有限定所述玻璃制品的三维形状的三维表面轮廓。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述传送过程中保持冷却工位中的温度，从而直到玻璃制品到达所述一系列冷却工位的最后冷却工位尽头的时刻,所述玻璃制品的温度下降到所述玻璃制品的粘度大于1013泊的温度。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前端和后端阻挡物抑制辐射传热，从而在与所述玻璃制品相邻的整个模具表面的最大温差小于2℃。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用辐射率为0.1-0.4的材料涂覆形成所述前端和后端阻挡物的至少一部分的所述辐射屏障。
9.一种用来制造玻璃制品的设备，其包括:
模具，其具有用于把玻璃板成形为具有三维形状的玻璃制品的模具表面；
辐射屏障，其包括以相反、隔开关系设置的前端阻挡物和后端阻挡物，从而限定在其中接受模具的内部空间；以及
其中前端和后端阻挡物抑制在所述模具的前端和后端处的辐射传热，从而与所述玻璃制品相邻的整个模具表面的最大温差小于5℃；
其中，所述辐射屏障环绕模具的至少整个周边。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，还包括按照温度降低的顺序设置的一系列冷却工位。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括传送机系统，用于沿着所述一系列冷却工位传送所述辐射屏障和模具，从而在所述传送过程中所述模具保持在所述内部空间之内。
12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，使用辐射率为0.1-0.4的材料涂覆形成所述前端和后端阻挡物的至少一部分的所述辐射屏障。
13.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述辐射屏障由在500℃-900℃的温度范围中耐氧化的材料制成。
14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，把反射材料施涂到形成所述前端和后端阻挡物的至少一部分的辐射屏障上。
15.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述辐射屏障高于模具顶部表面延伸大于零的高度。
16.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述辐射屏障低于模具底部表面延伸大于零的高度。
17.如权利要求9所述的设备，其特征在于，定制所述内部空间的尺寸使得所述模具的外部周界边缘和朝向所述内部空间的所述辐射屏障的内表面之间存在空气间隙。
18.如权利要求9所述的设备，其特征在于，至少一部分的所述辐射屏障包括冷却板。
19.如权利要求9所述的设备，其特征在于，至少一部分的所述辐射屏障包括等温传热装置。
20.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述辐射屏障的结构选自一对平行的壁、盒子、管和穹顶。
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