CN105189380B - 切割层叠强化玻璃基材的方法 - Google Patents

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Abstract

揭示了切割层叠强化玻璃基材的方法。所述方法包括：提供层叠强化玻璃基材，其具有玻璃芯层和至少一层玻璃包覆层，所述玻璃芯层具有第一和第二表面部分，所述至少一层玻璃包覆层与所述玻璃芯层的第一表面部分或第二表面部分融合。玻璃芯层的芯热膨胀系数小于包覆热膨胀系数。该方法还包括在层叠强化玻璃基材上形成边缘缺陷，在所述至少一层玻璃包覆层上对层叠强化玻璃基材的第一区域和第二区域进行加热。所述第一和第二区域分别偏离所需分离线的第一和第二侧。该方法还包括使得在边缘缺陷处引发的裂纹在第一和第二区域之间扩展。

Description

切割层叠强化玻璃基材的方法
相关申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119，要求2012年11月21日提交的美国临时系列第61/728,918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。
技术领域
本申请一般地涉及分离层叠强化玻璃基材的方法，更具体地，通过拉伸和压缩操纵来分离层叠强化玻璃基材的方法。
背景技术
玻璃制品，例如覆盖玻璃和玻璃底板等，同时用于消费者和商用电子器件，例如LCD和LED显示器、电脑监测器以及自动取款机(ATM)等。部分此类玻璃制品可包括“触摸”功能，这使得玻璃制品必须与各种物体(包括用户的手指和/或手写笔装置)接触，这样，玻璃必须足够的牢固，以经受常规接触而不损坏。此外，此类玻璃制品还可结合到便携式电子器件中，如移动电话、个人媒体播放器和平板电脑。在相关装置的运输和/或使用过程中，结合到此类装置中玻璃制品容易损坏。因此，在电子器件使用的玻璃制品可能需要有增强的强度，从而不仅能耐受来自实际应用的常规“触摸”接触，还能耐受在运输器件时可能发生的偶然接触和冲击。
发明内容
根据一个实施方式，切割层叠强化玻璃基材的方法包括：提供层叠强化玻璃基材，所述层叠强化玻璃基材具有玻璃芯层和至少一层玻璃包覆层，所述玻璃芯层具有第一表面部分和与第一表面部分相对的第二表面部分，所述至少一层玻璃包覆层与所述玻璃芯层的第一表面部分或第二表面部分融合。所述玻璃芯层具有平均芯热膨胀系数CTE芯，所述至少一层玻璃包覆层具有平均包覆热膨胀系数CTE包覆，其小于平均芯热膨胀系数CTE芯。该方法还可包括：在层叠强化玻璃基材的边缘形成边缘缺陷，对层叠强化玻璃基材的所述至少一层玻璃包覆层上的第一区域进行加热，以及对层叠强化玻璃基材的所述至少一层玻璃包覆层上的第二区域进行加热。所述第一区域偏离所需分离线的第一侧，所述第二区域偏离所需分离线的第二侧。该方法还可包括：使得在边缘缺陷处模拟(imitated)的裂纹沿着所需分离线在层叠强化玻璃基材的第一和第二区域之间扩展。
根据另一个实施方式，切割层叠强化玻璃基材的方法包括：提供层叠强化玻璃基材，所述层叠强化玻璃基材具有玻璃芯层和至少一层玻璃包覆层，所述玻璃芯层具有第一表面部分和与第一表面部分相对的第二表面部分，所述至少一层玻璃包覆层与所述玻璃芯层的第一表面部分或第二表面部分融合。所述玻璃芯层具有平均芯热膨胀系数CTE芯，所述至少一层玻璃包覆层具有平均包覆热膨胀系数CTE包覆，其小于平均芯热膨胀系数CTE芯。该方法还可包括：形成第一降低的中心张力区，所述第一降低的中心张力区沿着所需分离线延伸并与其偏移，以及形成第二降低的中心张力区，所述第二降低的中心张力区也沿着所需分离线延伸。所述第一降低的中心张力区偏离所需分离线的第一侧，所述第二降低的中心张力区偏移所需分离线的第二侧。第一和第二降低的中心张力区具有降低的张力CT1，其小于沿着所需分离线的中心张力CT2。该方法还可包括使得裂纹沿着所需分离线在第一降低的中心张力区和第二降低的中心张力区之间扩展。
在以下的详细描述中提出了本文所述用于切割层叠强化玻璃基材的方法的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
应理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1示意性显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的层叠强化玻璃基材片的截面图；
图2示意性显示用于制造图1的层叠强化玻璃基材片的熔合拉制法；
图3显示根据本文所示和所示的一个或多个实施方式的示例性玻璃芯层组成和示例性玻璃包覆层组成的热膨胀vs温度的关系图；
图4A显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的层叠强化玻璃基材在所需分离线附近的表面上的示例性温度曲线图；
图4B是由根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图4A的温度曲线得到的层叠强化玻璃基材的中心张力曲线图；
图4C是由根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图4A的温度曲线得到的层叠强化玻璃基材的压缩应力曲线图；
图5示意性显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的层叠强化玻璃基材的表面上的第一和第二激光束；
图6示意性显示用于切割根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的层叠强化玻璃基材的系统；
图7示意性显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的层叠强化玻璃基材的表面上的第一和第二激光束以及温度曲线、中心张力曲线和压缩应力曲线；
图8示意性显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的层叠强化玻璃基材的表面上的拉长的第一和第二激光束以及温度曲线、中心张力曲线和压缩应力曲线；
图9A和9B显示从根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的层叠强化玻璃基材片分离的两个示例性层叠强化玻璃制品；以及
图9C显示待通过沿着所需分离线施加第一和第二中心张力区进行切割的层叠玻璃管。
具体实施方式
下面详细参考用来切割层叠强化玻璃基材的方法的实施方式，其例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。如下文进一步详述，实施方式提供了切割层叠强化玻璃基材的方法，该方法通过采用激光或者其他快速且局部加热源来沿着所需分离线操纵中心张力和压缩应力，以提供可引导裂纹的最小抵抗路径。由于玻璃芯层的中心张力以及融合层叠玻璃基材中的包覆压缩都与芯玻璃层和玻璃包覆层的较低的凝固点之间的温差成瞬时反比，可以对中心张力和压缩应力的大小和分布进行管理，以避免无引导的裂纹扩展并提供受控的破裂和稳定引导的裂纹生长。下面将具体结合附图，更详细地描述用于切割层叠强化玻璃基材的各种方法。
可以通过热回火和/或离子交换处理对玻璃制品进行强化。在此类情况下，可以在玻璃制品形成之后使得玻璃制品经受额外的加工步骤，这些加工步骤会增加玻璃制品的总成本。此外，进行这些加工步骤所需的额外处理会增加损坏玻璃制品的风险，这会降低制造产率并会进一步增加生产成本和玻璃制品的最终成本。
双融合拉制是用于生产强化玻璃基材的另一种方法。双融合拉制产生了三层层叠强化的玻璃基材，其具有位于两层包覆层之间的芯层。当芯玻璃具有比包覆玻璃高的热膨胀系数时，在包覆层中存在压缩应力，并且当层叠强化玻璃基材从退火点和应变点冷却至较低温度时，其被芯层中天然存在的中心张力抵消平衡。通过压缩应力化的包覆层进行强化提供了额外的抗损坏性。抗损坏包覆层和高中心张力芯的存在会使得层叠强化玻璃基材难以通过常规方法，例如机械划线和分离法以及激光划线和分离法进行切割。
现参见图1，示意性显示层叠强化玻璃基材100的截面图。如下文进一步详述，可以在拉制过程的底部以及在拉制过程之后对层叠强化玻璃基材进行切割，以将层叠强化玻璃基材分离成多个层叠强化玻璃制品。层叠强化玻璃基材100通常包括玻璃芯层102和一对玻璃包覆层104a、104b。应注意的是，在其他实施方式中，层叠强化玻璃基材可仅包括一层玻璃包覆层，从而提供双层基材。
仍参见图1，具有第一表面105和第二表面107的玻璃芯层102通常包括第一表面部分103a和第二表面部分103b，所述第二表面部分103b与第一表面部分103a相对。将第一玻璃包覆层104a与玻璃芯层102的第一表面部分103a熔合，第二玻璃包覆层104b与玻璃芯层102的第二表面部分103b熔合。玻璃包覆层104a、104b与玻璃芯层102融合，且在玻璃芯层102和玻璃包覆层104a、104b之间不设置任意额外材料，例如粘合剂或涂层等。
在本文所述的层叠强化玻璃基材100的实施方式中，玻璃芯层102是由具有平均芯热膨胀系数CTE芯的第一玻璃组合物形成的，玻璃包覆层104a、104b是由第二、不同的玻璃组合物形成的，其具有平均包覆热膨胀系数CTE包覆。本文所用术语“CTE”指的是玻璃组合物在约为20-300℃温度范围的平均的热膨胀系数。CTE芯大于CTE包覆，这导致玻璃包覆层104a、104b具有压缩应力，且无需进行离子交换或热回火。
具体地，本文所述的层叠强化玻璃基材100可由熔合层叠法形成，例如美国专利第4,214,886号所述的方法，其通过引用结合入本文。例如，参见图2，用于形成层叠玻璃制品的层叠熔合拉制设备200包括上等压槽202，其位于下等压槽204的上方。上等压槽202包括槽210，将熔融的玻璃包覆组合物206从熔融器(未显示)进料到其中。类似地，下等压槽204包括槽212，将熔融的玻璃芯组合物208从熔融器(未显示)进料到其中。在本文所述的实施方式中，熔融的玻璃芯组合物208的平均热膨胀系数CTE芯大于熔融的玻璃包覆组合物206的平均热膨胀系数CTE包覆。
随着熔融玻璃芯组合物208填充槽212，所述熔融玻璃芯组合物208溢流过槽212并流过下等压槽204的成形外表面216、218。下等压槽204的成形外表面216、218在根部220处汇聚。因此，流过成形外表面216、218的熔融的玻璃芯组合物208在下等压槽204的根部220再次结合，由此形成层叠玻璃制品的玻璃芯层102。
同时地，熔融玻璃包覆组合物206溢流过上等压槽202中形成的槽210，并流过上等压槽202的成形外表面222、224。通过上等压槽202使熔融的玻璃包覆组合物206向外偏转，从而使得熔融的玻璃包覆组合物206绕着下等压槽204流动，并与流过下等压槽的成形外表面216、218的熔融的玻璃芯组合物208接触，与熔融的玻璃芯组合物融合，形成绕着玻璃芯层102的玻璃包覆层104a、104b。
如上文所述，熔融的玻璃芯组合物208的平均热膨胀系数CTE芯通常大于熔融的玻璃包覆组合物206的平均包覆热膨胀系数CTE包覆。因此，随着玻璃芯层102和玻璃包覆层104a、104b冷却，玻璃芯层102和玻璃包覆层104a、104b的热膨胀系数的差异导致在玻璃包覆层104a、104b中建立压缩应力。该压缩应力增加了所得到的层叠玻璃制品的强度，无需进行离子交换处理或热回火处理。用于玻璃芯层102和玻璃包覆层104a、104b的玻璃组合物可包括但不限于，题为“高CTE硼硅酸钾芯玻璃以及包含其的玻璃制品(High CTE PotassiumBorosilicate Core Glasses and Glass Articles Comprising the Same)”的美国专利申请号61/604,869，以及题为“低CTE不含碱的硼铝硅酸盐玻璃组合物以及包含其的玻璃制品(Low CTE Alkali-Free BoroAluminosilcate Glass Compositions and GlassArticles Comprising the Same)”美国专利申请号61/604,839，它们都转让给了康宁公司(Corning Incorporated)，其全文通过应用结合入本文。
表1列出了以下文的示例性方式使用的玻璃组合物。
表1-玻璃组成
目前，具有玻璃组成A、C、D、E、F、G、H和I的玻璃可购自康宁公司，玻璃名称或编号分别是2317、0317、2318、7761、2319、2816和2916，具有玻璃组成B和J的玻璃也是由康宁公司制造的。
再次参见图1所示的层叠强化玻璃基材100，层叠玻璃制品的玻璃芯层102由具有较高平均热膨胀系数的玻璃组合物形成，例如本文所述的玻璃组合物，其具有大于或等于75x10-7/℃的热膨胀系数。层叠强化玻璃基材100的玻璃包覆层104a、104b是由具有较低平均热膨胀系数的玻璃组合物形成的，以有助于层叠玻璃制品的熔融成形后的冷却之后的包覆层中的压缩应力的建立。
更具体地，对于给定的包覆和芯厚度比，玻璃包覆层104a、104b组成与玻璃芯层102组成之间的CTE差异，以及后续的玻璃包覆层104a、104b和玻璃芯层102从约为凝固点(例如，比玻璃应变点高约为5℃)冷却到较低温度(例如，室温)。当玻璃芯层102组合物的CTE高于玻璃包覆层104a、104b组合物，在玻璃包覆层104a、140b中存在压缩应力(CS)，并且随着层叠强化玻璃基材的冷却，其被玻璃芯层102中天然存在的中心张力(CT)抵消平衡。玻璃包覆层104a、104b的压缩应力CS可通过等式(1)描述：
玻璃芯层102中的中心张力(CT)可通过等式(2)描述：
其中，E芯和E包覆分别是芯玻璃和包覆玻璃的弹性模量；v芯和v包覆分别是芯玻璃和包覆玻璃的泊松比；T*是芯玻璃和包覆玻璃的较低的凝固点，单位为摄氏度(凝固点定义为比玻璃应变点高5℃)；α芯和α包覆分别是芯玻璃和包覆玻璃从凝固点T*到室温(在上式中使用25℃)的平均热膨胀系数；h芯是芯的一半厚度；以及h包覆是包覆厚度。
提供等式(1)和(2)来表征在室温(即，25℃)下，对于给定的玻璃组合物对可实现的应力水平。应注意的是，当玻璃组合物在室温和T*之间的另一个温度T凝固时，CS和CT同时都会成比例地下降。因此，等式(1)和(2)可总结如下：
由于CS和CT必须相互平衡，提供等式(5)：
从等式(3)和(4)可以看出，CS和CT可随着局部温度变化立即发生变化，其如图3所示。图3显示对于玻璃芯层组合物330和玻璃包覆层组合物332的热膨胀vs温度关系图。曲线330的数据对应玻璃A，曲线332的数据对应玻璃B。应理解的是，这些玻璃组合物仅仅用作示例，并且可使用其他玻璃组合物。
如图3所示，随着温度上升到T*(对于示意性的A-B玻璃组成对，是513℃)，应力与阴影区域334成比例。因此，可以通过对施加到所需分离线附近的温度式样进行选择和控制，来沿着和绕着线对CS和CT大小和曲线进行操纵。该方法不同于现有方法(其中，玻璃组成对被均匀加热，或者直接对所需分离线进行加热，其中，最大功率恰位于沿着切割线)。
图4A-4C分别显示示意性温度曲线160以及对应的中心张力曲线170和压缩应力曲线180。图4A显示所需分离线上的温度曲线160，其中横轴是距离所需分离线(x＝0)的距离，纵轴是温度。在所示的例子中，将包覆玻璃层的表面的第一区域162a和第二区域162b加热至最大温度T1。第一区域162a和第二区域162b都与所需分离线发生偏移，偏移距离为R1。小的R1会使得裂纹扩展更稳定并且保持沿着切割线。在一些实施方式中，R1小于3mm。在其他实施方式中，R1小于1.5mm。在其他实施方式中，R1小于0.75mm。因此，直接位于所需分离线上的玻璃包覆层的区域没有被加热至最大温度T1，而是小于最大温度T1的温度T2。第一区域162a、第二区域162b和所需分离线外的区域可以接近环境温度T0，从而使得T2<T1，T1>T0。
如上文关于图3以及等式(3)和(4)所述，局部温度的变化使得玻璃芯层内的CT立即变化。图4B显示根据图4A所示的温度曲线并施加到层叠强化玻璃基材的中心张力曲线170。横轴是距离所需分离线(x＝0)的距离，纵轴是CT。如图4B所示，对应第一区域162a的第一降低的中心张力区172a和对应第二区域162b的第二降低的中心张力区172b具有中心张力(CT1)，其低于所需分离线处的中心张力(CT2)，这是由于第一和第二区域162a、162b处的局部加热导致的。层叠强化玻璃基材的其余区域具有负的中心张力(CT0)，从而使得CT2>CT1，CT1<CT0。
图4C显示根据图4B所示的中心张力曲线170的压缩应力曲线180。横轴是距离所需分离线(x＝0)的距离，纵轴是CS。如图4C所示，对应第一区域162a的第一降低的压缩应力区182a和对应第二区域162b的第二降低的压缩应力区182b具有压缩应力(CS1)，其低于所需分离线处的压缩应力(CS2)的大小，这是由于第一和第二区域162a、162b处的局部加热导致的。层叠强化玻璃基材的其余区域具有负的压缩应力(CS0)，从而使得CS2>CS1，CS1<CS0。
如上所述对层叠强化玻璃基材的表面进行加热形成具有CT1的第一和第二降低的中心张力区172a、172b，提供沿着或靠近所需分离线扩展的裂纹的边界，因为层叠强化玻璃基材具有CT2的区域会是裂纹扩展的优选和最小抵抗路径。换言之，第一和第二降低的中心张力区172a、172b的较低的CT1引导裂纹沿着所需分离线扩展。因此，可以对CT1和CT2(类似地，第一和第二区域处对应的压缩应力(CS1)和所需分离线处的压缩应力(CS2))进行优化，以避免由于CT2降低至某一阈值导致的不稳定的裂纹扩展。可以将CT1控制成具有绕着所需分离线的明显较低的中心张力带，以避免除了所需分离线之外的任意方向的裂纹开裂。在一些实施方式中，当局部温度到达约为芯玻璃和包覆玻璃的较低的凝固点时，CT1可低至零。可以将CT2控制成低于无裂纹边缘质量的某一阈值(例如，25MPa)，但是足够使得裂纹自扩展。关于温度，T2的下限可以由维持初始瑕疵扩展以形成裂口(vent)所需的应力限定；上限可小于或等于芯玻璃和包覆玻璃的较低的应变点。
可以同时优化加热源参数实现目标偏移R1和中心张力CT1、CT2。能够如上所述施加局部加热的任意装置可用于根据本文所述的实施方式切割层叠强化玻璃基材。虽然本文上下文中所述的加热源是激光，但是本发明的实施方式不限于此。例如，在一些实施方式中，可以通过施加到层叠强化玻璃基材的表面的薄加热元件来提供局部加热。
现参见图5，显示了具有第一和第二激光束斑154a、154b的层叠强化玻璃基材100的表面105。如上所述，可以通过除了激光束斑154a、154b之外的加热源对层叠强化玻璃基材100的表面105进行加热。向层叠强化玻璃基材100的第一边缘108施加边缘缺陷112，以提供裂纹的起始位置。可机械地形成边缘缺陷112，例如，利用划线刀、通过激光烧蚀或者通过其他方法。第一和第二激光束斑154a、154b分别用于对毗邻所需分离线110的第一和第二区域162a、162b进行加热。
现参见图6，可通过由一个或多个激光源150产生的一个或多个激光束152来形成第一和第二激光束斑154a、154b。在一些实施方式中，激光源150是CO2激光源。层叠强化玻璃基材100和/或一个或多个激光源150可进行移动，从而使得第一和第二激光束斑154a、154b横跨层叠强化玻璃基材100的表面105。在一些实施方式中，采用束分裂器使得单个激光束152分裂形成第一和第二激光束斑154a、154b。在其他实施方式中，单个激光束152依次在第一区域162a和第二区域162b上扫描。激光束152的操作参数包括但不限于，功率水平、束形状、波长、脉冲频率和扫描速度。可以对激光束152的参数进行设定以实现所需的温度曲线。
在一些实施方式中，离散的第一和第二激光束斑154a、154b前进跨过层叠强化玻璃基材100的表面105。可通过激光束152的局部快速扫描形成椭圆形束斑，从而形成第一和第二激光束斑154a、154b。在其他实施方式中，采用一个或多个聚焦光学件(未示出)以形成第一和第二激光束斑154a、154b的所需形状和尺寸。在其他实施方式中，如下文所述和如图8所示，第一和第二激光束斑154a’、154b’可以是跨过层叠强化玻璃基材100的整个表面105的拉长的束斑。
在一些实施方式中，可以向边缘缺陷112施加来自冷却喷嘴140的冷却射流142，以促进边缘缺陷112处的裂口的形成。冷却射流可以是液体或气体。在一个实施方式中，冷却射流是去离子水。可以在对第一和第二区域162a、162b进行加热以形成对应的第一和第二降低的中心张力区172a、172b的过程中或者紧接其后施加冷却射流142。在其他实施方式中，没有采用冷却射流。
现参见图7，显示了被两个激光束斑154a、154b(或者其他加热源)加热的层叠强化玻璃基材100的表面105，其具有叠加其上的对应的温度曲线160、中心张力曲线170和压缩应力曲线180。应注意的是，温度曲线160、中心张力曲线170和压缩应力曲线180的布置不对应表面105上的任意特定位置，它们仅仅是出于示意性目的而提供的。温度曲线160、中心张力曲线170和压缩应力曲线180从层叠强化玻璃基材100的第一边缘108延伸到第二边缘109。
虚线表示所需分离线110。第一和第二激光束斑154a、154b同时或依次前进穿过表面105，如箭头A所示，以使得靠近所需分离线的层叠强化玻璃基材100的温度增加。加热的目标是一些距离所需分离线110小的但是有限的距离，从而温度在两侧对称地、距离所需分离线110的一些小距离处达到最大。因此，可获得温度曲线160。还可获得对应的CT和CS曲线170、180。层叠强化玻璃基材100的中心张力在实际切割线具有局部最大值(CT2)，在温度最大处降低至局部最小值(CT1)，然后在加热离开加热区之前增加到初始水平(CT0)。
由于其与CT成比例，内部弹性能和应力强度因子也都在所需分离线处具有局部最大值。如上所述，所需分离线110对于裂纹扩展是优选且最小抵抗路径，因为其被第一和第二降低的中心张力区172a、172b限定。可以提供贯穿裂口边缘缺陷112以引发裂纹从一个边缘108扩展到另一个边缘109。在一些实施方式中，可以向边缘缺陷112施加冷却射流142以进一步促进裂纹扩展。图8显示由一个或多个扫描激光束形成的第一拉长的激光束斑154a和第二拉长的激光束斑154b。第一拉长的激光束斑154a和第二拉长的激光束斑154b可以由明显椭圆形状的激光束形成，或者可以是由一个或多个激光束形成，所述一个或多个激光束具有快速扫描速度，在短的时间框架(例如几秒)内进行多次扫描通过。第一拉长和第二拉长的激光束斑154a、154b可在层叠强化玻璃基材100的表面105上限定第一和第二激光线。
裂纹在边缘缺陷112处引发，然后在第一和第二降低的中心张力区172a、172b之间扩展。以这种方式，当裂纹在层叠强化玻璃基材100内扩展时，第一和第二降低的中心张力区172a、172b对其进行引导。
在一些实施方式中，可以在所需分离线110上施加屏蔽组件(未示出)。屏蔽组件可以防止激光辐射(或者其他能量，取决于加热源)入射到所需分离线110上的层叠强化玻璃基材100的表面105上。屏蔽组件可以配置成材料薄片，其为表面105屏蔽了由加热源提供的能量。
本文所述的切割方法可用于将层叠强化玻璃基材片切割成层叠强化玻璃制品，包括具有任意边缘(例如，弯曲边缘)的制品。图9A和9B示意性显示从层叠强化玻璃基材片切割的层叠强化玻璃制品的两个非限制性例子。层叠强化玻璃制品可提供作为，例如电子器件的覆盖玻璃。
本文所述的方法不限于切割层叠强化玻璃基材片。参见图9C，显示了配置成层叠玻璃管194的层叠强化玻璃基材。层叠玻璃管194包括围绕着玻璃芯层102’的外玻璃包覆层104a’和内玻璃包覆层104b’。层叠玻璃管100’可沿着所需分离线110’绕着外玻璃包覆层104a’的表面进行切割。可通过施加热能，将上文所述的第一和第二降低的中心张力区施加到与所需分离线110’相邻。在一个例子中，当两个激光束入射到外玻璃包覆层104a’上并与所需分离线110’偏移时，层叠玻璃管100’转动。然后裂纹可沿着所需分离线110’扩展。
本文所述的切割方法不仅可用于将玻璃制品分离成一定的尺寸(例如，图9A和9B所示的玻璃制品190、192)，其也可用于上游层叠强化玻璃基材制造，例如在拉制底部(BOD)的玻璃分离，以及拉制的层叠强化玻璃基材的垂直珠分离(VBS)。
芯-包覆组成实施例
下文是三对芯-包覆玻璃组成对，其显示局部化温度对于CT和CS的影响，以实现如图4A所示的温度曲线(以及所得到的中心张力和压缩应力曲线)。
芯-包覆组成实施例1
在第一非限制性实施例中，玻璃芯层是玻璃C，其具有：10.4x106psi的弹性模量、0.22的泊松比、98x10-7/℃的平均CTE以及T*＝581℃。玻璃包覆层是玻璃D，其具有：10.3x106psi的弹性模量、0.23的泊松比、36.1x10-7/℃的平均CTE以及T*＝671℃。玻璃芯层的厚度为0.526mm，玻璃包覆层的厚度为0.0478mm。下表1显示对于这第一对芯-包覆对，改变温度T对于CS和CT的影响：
T(℃) CS(psi) CT(psi)
25 -42183 3833
300 -21319 1937
500 -6145 558
表1：玻璃C和玻璃D层叠对
如表1所示，温度T的增加使得实施例1的芯-包覆组成对的CS和CT下降。
芯-包覆组成实施例2
在第二非限制性实施例中，玻璃芯层是玻璃E，其具有：10.4x106psi的弹性模量、0.21的泊松比、83.6x10-7/℃的平均CTE以及T*＝564℃。玻璃包覆层是玻璃F，其具有：10.0x106psi的弹性模量、0.23的泊松比、28x10-7/℃的平均CTE以及T*＝463℃。玻璃芯层的厚度为0.38mm，玻璃包覆层的厚度为0.076mm。下表2显示对于这第二对芯-包覆对实施例，改变温度T对于CS和CT的影响：
T(℃) CS(psi) CT(psi)
25 -26415 5283
300 -15861 3172
500 -3799 760
表2：玻璃E和玻璃F层叠对
如表2所示，温度T的增加使得实施例2的芯-包覆组成对的CS和CT下降。
芯-包覆组成实施例3
在第三非限制性实施例中，玻璃芯层是玻璃G，其具有：10.4x106psi的弹性模量、0.21的泊松比、81.4x10-7/℃的平均CTE以及T*＝604℃。玻璃包覆层是玻璃H，其具有：10.9x106psi的弹性模量、0.23的泊松比、43.5x10-7/℃的平均CTE以及T*＝635℃。玻璃芯层的厚度为0.38mm，玻璃包覆层的厚度为0.076mm。下表3显示对于这第三对芯-包覆对实施例，改变温度T对于CS和CT的影响：
T(℃) CS(psi) CT(psi)
25 -25566 5113
300 -13423 2685
500 -4592 918
表3：玻璃G和玻璃H层叠对
如表3所示，温度T的增加使得实施例3的芯-包覆组成对的CS和CT下降。
层叠强化玻璃基材切割实施例
提供根据本文所述的实施方式的对层叠强化玻璃基材进行切割的两个非限制性实施例。
切割实施例1
在第一个非限制性切割实施例中，层叠强化玻璃基材片具有通过再拉制过程形成的玻璃A的玻璃芯层以及玻璃E的两层玻璃包覆层。玻璃A具有：10.6x106psi的弹性模量、0.21的泊松比、91.1x10-7/℃的平均CTE以及T*＝556℃。玻璃E具有：10.4x106psi的弹性模量、0.206的泊松比、80.9x10-7/℃的平均CTE以及T*＝565℃。玻璃芯层的厚度为0.38mm，玻璃包覆层的厚度为0.076mm。下表4显示对于该实施例，改变温度T对于CS和CT的影响：
T(℃) CS(psi) CT(psi)
25 -5935.63 1187.1
300 -2861.62 572.3
500 -625.98 125.2
表4：玻璃A和玻璃E层叠对
将CO2激光束聚焦至直径约为1.5mm。激光束依次扫描两条平行线，形成第一和第二激光束斑。两个激光束斑间隔的偏离R1约为1.5mm，长度约为230mm。CO2激光操作的频率为40kHz，功率为230W。使用电流计扫描器，使得激光束以30m/s的速度在层叠强化玻璃基材的表面上扫描。
在用钻石划线器在层叠强化玻璃基材片的边缘上产生边缘缺陷，沿着切割路径。将层叠强化玻璃基材片放在切割台上，边缘缺陷位于通过快速扫描激光束形成的两个平行激光束斑之间。激光在关闭之前，在表面上入射约1秒。在激光关闭之后，立即在边缘缺陷处打开冷却水射流，持续时间小于约0.5秒。在边缘缺陷点位产生整体裂纹，并沿着所需分离线可控地扩展。
切割实施例2
在第二个非限制性切割实施例中，层叠强化玻璃基材片具有玻璃I的玻璃芯层以及玻璃J的两层玻璃包覆层。玻璃I具有：10.9x106psi的弹性模量、0.24的泊松比、42.0x10-7/℃的平均CTE以及T*＝632℃。玻璃J具有：10.0x106psi的弹性模量、0.206的泊松比、35.0x10-7/℃的平均CTE以及T*＝629℃。玻璃芯层的厚度为0.375mm，玻璃包覆层的厚度为0.275mm。下表5显示对于该实施例，改变温度T对于CS和CT的影响：
T(℃) CS(psi) CT(psi)
25 -53326 2439
300 -1812 1328
500 -710 521
表5：玻璃I和玻璃J层叠对
将CO2激光束聚焦至直径约为1.5mm。激光束依次扫描两条平行线，形成第一和第二激光束斑。两个激光束斑间隔的偏离R1约为1.0mm，长度约为230mm。CO2激光操作的频率为40kHz，功率约为230W和260W。使用电流计扫描器，使得激光束以30m/s的速度在层叠强化玻璃基材的表面上扫描。
在用钻石划线器在层叠强化玻璃基材片的边缘上产生边缘缺陷，沿着切割路径。将层叠强化玻璃基材片放在切割台上，边缘缺陷位于通过快速扫描激光束形成的两个平行激光束斑之间。激光在关闭之前，在表面上入射约1.5秒。在激光关闭之后，立即在边缘缺陷处打开冷却水射流，持续时间小于约0.2秒。在边缘缺陷点位产生整体裂纹，并沿着所需分离线可控地扩展。
应理解的是，本文所述的方法可用于通过向玻璃包覆层的表面施加温度曲线，以产生与所需分离线相邻的第一和第二降低的中心张力区，来切割层叠强化玻璃基材。第一和第二降低的中心张力区通过提供最小抵抗路径来引导在层叠强化玻璃基材的边缘处引发的裂纹的扩展。本文所述的切割方法可用于从层叠强化玻璃基材片可控地切割具有形状的玻璃制品，以及在制造过程中切割层叠强化玻璃基材，例如拉制底部分离和垂直珠分离。因此，本文所述的用于切割层叠强化玻璃基材的方法和设备可用于已知方法和设备的替代。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (20)

1.一种对层叠强化玻璃基材进行切割的方法，所述方法包括：
提供层叠强化玻璃基材，所述层叠强化玻璃基材包括：
玻璃芯层，其具有第一表面部分和与第一表面部分相对的第二表面部分；
至少一层玻璃包覆层，其与玻璃芯层的第一表面部分或第二表面部分融合，其中所述玻璃芯层具有平均芯热膨胀系数CTE芯，所述至少一层玻璃包覆层具有平均包覆热膨胀系数CTE包覆，所述平均包覆热膨胀系数CTE包覆小于所述平均芯热膨胀系数CTE芯；
在层叠强化玻璃基材的边缘处形成边缘缺陷；
对层叠强化玻璃基材的所述至少一层玻璃包覆层上的第一区域进行加热，其中所述第一区域偏移所需分离线的第一侧；
对层叠强化玻璃基材的所述至少一层玻璃包覆层上的第二区域进行加热，其中所述第二区域偏移所需分离线的第二侧，所述第二区域与所述第一区域同时加热；以及
使得裂纹沿着所需分离线在层叠强化玻璃基材的第一和第二区域之间扩展，其中所述裂纹是在边缘缺陷处引发的。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在边缘缺陷处施加冷却射流。
3.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在对层叠强化玻璃基材的第一和第二区域进行加热之前，沿着所需分离线施加屏蔽组件，其中所述屏蔽组件防止热能施加到沿着所需分离线的层叠强化玻璃基材的表面。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一和第二区域中的层叠强化玻璃基材的温度大于沿着所需分离线的层叠强化玻璃基材的温度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一和第二区域中的层叠强化玻璃基材的温度小于所述玻璃芯层的应变点，并且小于所述至少一层玻璃包覆层的应变点。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
通过使得一个或多个激光束在所述至少一层玻璃包覆层的表面上沿着第一激光扫描线来回扫描，以对第一区域进行加热；以及
通过使得一个或多个激光束在所述至少一层玻璃包覆层的表面上沿着第二激光扫描线来回扫描，以对第二区域进行加热。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
通过使得第一激光束斑在所述至少一层玻璃包覆层的表面上前进，以对第一区域进行加热；以及
通过使得第二激光束斑在所述至少一层玻璃包覆层的表面上前进，以对第二区域进行加热。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
通过向所述至少一层玻璃包覆层的表面上沿着层叠强化玻璃基材的整个长度施加第一拉长的激光束斑，以对第一区域进行加热；以及
通过所述至少一层玻璃包覆层的表面上沿着层叠强化玻璃基材的整个长度上的第二拉长的激光束斑，以对第二区域进行加热。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述层叠强化玻璃基材配置成层叠玻璃管。
10.一种对层叠强化玻璃基材进行切割的方法，所述方法包括：
提供层叠强化玻璃基材，所述层叠强化玻璃基材包括：
玻璃芯层，其具有第一表面部分和与第一表面部分相对的第二表面部分；
至少一层玻璃包覆层，其与玻璃芯层的第一表面部分或第二表面部分融合，其中所述玻璃芯层具有平均芯热膨胀系数CTE芯，所述至少一层玻璃包覆层具有平均包覆热膨胀系数CTE包覆，所述平均包覆热膨胀系数CTE包覆小于所述平均芯热膨胀系数CTE芯；
形成沿着所需分离线延伸的第一降低的中心张力区，其中所述第一降低的中心张力区偏离所需分离线的第一侧，并且所述第一降低的中心张力区的降低的张力小于沿着所需分离线的中心张力CT2；
形成沿着所需分离线延伸的第二降低的中心张力区，其中所述第二降低的中心张力区偏离所需分离线的第二侧，并且所述第二降低的中心张力区的降低的中心张力小于沿着所需分离线的中心张力CT2；以及
使得裂纹沿着所需分离线在第一降低的中心张力区和第二降低的中心张力区之间扩展。
11.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括在形成第一降低的中心张力区和第二降低的中心张力区之前，在层叠强化玻璃基材的边缘处形成边缘缺陷。
12.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括在形成第一降低的中心张力区和第二降低的中心张力区之后，在边缘缺陷处施加冷却射流。
13.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括在形成第一降低的中心张力区和第二降低的中心张力区之前，沿着所需分离线施加屏蔽组件。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：
通过使得一个或多个激光束沿着所述至少一层玻璃包覆层的表面来回扫描，以形成第一降低的中心张力区和第二降低的中心张力区；以及
所述屏蔽组件防止所述一个或多个激光束入射到沿着所需分离线的至少一层玻璃包覆层的表面上。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，第二降低的中心张力区与第一降低的中心张力区同时形成。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，通过对所述至少一层玻璃包覆层的表面进行加热，以形成所述第一降低的中心张力区和第二降低的中心张力区。
17.如权利要求10所述的方法，其特征在于：
通过所述至少一层玻璃包覆层的表面上的第一激光扫描线形成第一降低的中心张力区；
通过所述至少一层玻璃包覆层的表面上的第二激光扫描线形成第二降低的中心张力区；以及
通过使得一个或多个激光束沿着层叠强化玻璃基材的整个长度来回扫描，以形成所述第一激光扫描线和第二激光扫描线。
18.如权利要求10所述的方法，其特征在于：
通过使得第一激光束斑在所述至少一层玻璃包覆层的表面上前进，以形成第一降低的中心张力区；以及
通过使得第二激光束斑在所述至少一层玻璃包覆层的表面上前进，以形成第二降低的中心张力区。
19.如权利要求10所述的方法，其特征在于：
通过向沿着所述至少一层玻璃包覆层的表面上的层叠强化玻璃基材的整个长度施加第一拉长的激光束斑，以形成第一降低的中心张力区；以及
通过向沿着所述至少一层玻璃包覆层的表面上的层叠强化玻璃基材的整个长度施加第二拉长的激光束斑，以形成第二降低的中心张力区。
20.如权利要求10所述的方法，其特征在于，沿着所需分离线的中心张力CT2小于落在第一降低的中心张力区、第二降低的中心张力区以及所需分离线之外的层叠强化玻璃基材中存在的天然中心张力CT0。
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