CN105319136A - 用于确定由脆性-断裂材料制成的板状元件的边缘强度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种改进的测量方法以及对应的测量装置，使用它们可以测量由脆性-断裂材料制成的板状元件的边缘强度。为此，长的样品在短边缘处被拉开，其中力传递点紧邻所述样品的基体表面的重心。

Description

用于确定由脆性-断裂材料制成的板状元件的边缘强度的方法和设备

技术领域

本发明一般涉及一种材料的强度参数的确定方法。具体而言，本发明涉及一种脆性-断裂材料、诸如玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷的强度的确定方法。本发明更优选用于确定玻璃板的断裂强度。

背景技术

例如，脆性-断裂材料与韧性材料在负载下失效方面的行为不同。韧性材料、特别是许多金属在高达弹性极限的弯曲或拉伸负载下扩展，然后在很明确的负载下破裂。与此相比，脆性-断裂材料的断裂不在材料特性值的强度极限下发生，而是基于作用的拉伸应力而以统计学上的几率发生。断裂几率分布(例如、正常或韦布尔分布)的参数主要取决于样品的处理，但是与韧性材料不同，它们仅仅稍微取决于材料。

为了得到脆性-断裂材料的强度方面的知识，需要进行断裂测试。除了别的以外，然后可以从这些测试中得出断裂强度分布的参数。

如果由脆性-断裂材料制成的板状元件经受弯曲，额外的效应是强度明显由元件的边缘的断裂强度确定。由此在表面区域中发生的断裂通常比较从元件的一个边缘起始的断裂更少见。

已知许多方法，通过其可以在没有任何接触的情况下确定薄玻璃的边缘强度。例如，公开专利申请US2014/0083198Al描述了一种方法，在其中，板沿边缘局部地并在没有任何接触的情况下进行加热。这导致在板边缘处产生拉伸应力。但是，使用此方法的测量在时间方面代价高，并且不适于获得统计强度数据或处理监控。此外，在呈现较低膨胀(低热膨胀系数)、诸如电子装置中使用的玻璃的情况下，它们完全失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的测量方法以及对应的测量装置，使用它可以测量由脆性-断裂材料制成的板状元件的边缘强度。

本发明的目的通过独立权利要求的主题得以实现。本发明的有利实施例和改进方案在各个从属权利要求中给出。

附图说明

下面基于附图解释本发明的示例性实施例。在附图中，相同的标号表述相同或对应的元件。在附图中：

图1示出用于测量板状、脆性-断裂元件的断裂强度的传统测量设备；

图2示出由脆性-断裂材料制成的条状，在其端部处设置有本发明测量设备的保持器；

图3示出图2中所示设备的样品边缘的平面图；

图4示出条状的相同机械应力线(等值线)的分布；

图5示出用于进行本发明方法的测量设备；

图6示出具有根据本发明确定的弯曲半径的玻璃带的辊；

图7-9示出玻璃物品的弯曲测试作为从断裂测试中获得的统计参数的函数的最大和最小弯曲半径；

图10示出玻璃带形式的玻璃物品，在其上通过辊施加具有预定弯曲半径的局部弯曲。

具体实施方式

在评估玻璃物品的机械性能中的基本问题首先是脆性材料的强度的统计性质。例如在韧性材料的情况下的弹性极限方面，玻璃没有强度，而是具有断裂统计，其例如通过平均值和散点(scatter)来表征。因此，玻璃强度的测量需要在足够数目的随机样品上进行(例如，见K.Nattermann,A.Habeck:"Bruchstatistik"in"FestigkeitvonGlas-GrundlagenandMessverfahren",ISBN3-921089-30-1)。尤其对于生产控制，所谓控制图表也对于指出目标值的倾向/偏差有用(例如，根据ISO7870)。

薄玻璃的边缘强度可以通过2点弯曲法来确定。图1示出用于进行此方法的测量设备2。在此方法中，玻璃样品10夹持在两个支撑板25、26之间并且通过将这些板25、26相互靠拢而弯曲。

在此情况下，在样品上产生应力的不均匀状态，应力在样品10的中部为最大。对应地，也在两个支撑板25、26之间的中部，样品10的弯曲半径最小。

然后通过确定破裂处存在的最小弯曲半径R_min以及通过基于此值确定边缘处的对应拉伸应力，可以确定断裂处的拉伸应力。这里，拉伸应力σ与弯曲半径成反比。弯曲半径R_min接着取决于两个支撑板25、26之间的距离。为了确定样品10的破裂处的拉伸应力，因此在断裂时间点处简单地记录两个支撑板51、52之间的距离a。

但是，此方法中的测量区域的长度是可变的，并且长度越小，边缘强度越大。一般而言，使用小样品上的测量结果，以估计显著更大的产品的强度。为此，下面关系式可以用于计算失效的几率：

(1)F_product＝1-(1-F_sample)^L

指数L由下式给出：

(2)L＝L_product/L_sample。

这里，F_sample和F_product分别是测量样品和最终产品的失效几率；

L_sample是测量样品上的测量长度；以及

L_product是最终产品的边缘长度。

如可以看出，产品与样品之间的边缘长度比值是公式的指数，为此原因，其对结果的影响非常大。相应地，产品失效的计算几率的不确定性也随指数变大而增大。

在2点弯曲法中，由于方法的测量长度非常短，此比值以及因此在确定失效几率中的不确定性对于较大产品非常大。另外，“减小的样品长度”接合到比值L_product/L_sample中并且必须为每个样品单独计算。这是由于如下原因：弯曲应力在样品长度上分布不均匀并因此必须使用恒定应力计算“假定”的测量长度。另外的假设结合到此计算中并进一步增大较大样品的结果的不准确度。

在此方法中，因为整个样品10弯曲，样品10的两个边缘也总是测试其强度。在样品10中，如果两个边缘使用不同方法制备，那么此测量方法仅仅可以用于测试制备较弱强度质量的制备方法。

在下面，将在基于薄玻璃的条状的示例性实施例中描述本发明。但是，本发明也可以同样方式应用到其他板状元件。除非特别指出，除了薄玻璃或薄玻璃样品之外，也可以使用另一种脆性-断裂材料，特别是玻璃陶瓷或陶瓷。

总而言之，目前传统的测量方法的缺点包括如下几点：

-测量长度过短。这导致再计算较大样品中的较大不确定性。

-样品长度上的应力分布不均匀。这也导致再计算较大样品时的进一步不确定性。

-两个边缘等同地经受应力，使得不同制备的边缘不能够彼此独立地进行测量。

-整个样品的弯曲也将表面区域沿弯曲轴线方向置于高拉伸应力下，其结果是，基于边缘和表面的质量，在表面上可能出现断裂。

-该方法仅仅适于均匀厚度的样品，因为用于计算接着发生的弯曲变形的近似方法将否则不再有效。

本发明的测量方法和测量设备实际上解决了迄今为止传统的2点弯曲方法的所有上述五个缺点：

-实践上可以使用任何长度的样品，

-样品中的应力在测量范围上很大程度上恒定，

-拉伸应力在两个样品的边缘明显不同，使得断裂优选起始于可以预定并且可以因此很大程度上独立于另一个边缘研究的边缘，

-表面上的拉伸应力通过施加的应力分布而显著降低，

-通过此方法也可以研究已知厚度分布的不均匀厚度样品，因为存在用于计算应力分布的解析法。

然后根据本发明实现此目的，因为在较短边缘处拉开较长样品(拉伸测试)。据此传递力的点优选紧邻样品的基体表面的重心。如果传递力的点位于重心处，确保整个样品宽度上的恒定拉伸应力。传递力的点的改变赋予了额外扭矩，这导致通常线性或者至少大致线性的、倾斜应力曲线，但是这在不同情况下在样品宽度上起始于边缘。

通过沿样品的短边缘适当选择传递力的点或其位置，可以调节测试边缘处的应力与相对边缘处的应力之间的比值，结果是可以进行选择边缘的测试。

因此，本发明提供一种用于确定由脆性-断裂材料制成的板状元件的边缘强度的方法，其中提供由脆性-断力材料制成的板状样品，其具有相对的侧面以及沿样品的纵向延伸的两个纵向边缘。条状的两端部中的每一个连接到保持器。然后将两个保持器拉伸开，使得条状经受沿样品的纵向取向的拉伸应力。拉伸力据此相对于样品沿两个纵向边缘延伸的中心线非对称地传递，使得在一个纵向边缘上比在相对纵向边缘上施加更高的拉伸应力。拉伸力然后增大，直到样品破裂并记录样品破裂处的拉伸应力。作为此替代方案，也可以仅仅增大拉伸力直到达到预定最大值。然后可以确定样品是否承受最大值的拉伸力。以此方式可以确定板状材料是否满足对边缘强度的特定要求。

如果样品经受应力直到其破裂，以确定玻璃的强度的统计参数，在多个样品上重复进行上述方法。优选地，为了确定统计强度参数、例如韦布尔分布，测试至少10个并优选最少20个样品。对于在高达预定拉伸力最大值的负载的实施例，可以使用多个样品重复该方法，以确定统计值、例如失效几率。

为了解释该方法，图2示出条状1的一个侧面10上的平面图。图3示出系统的一个纵向边缘12的平面图。由于样品1的带状几何形状，其具有沿纵向5延伸的两个纵向边缘12、13。在条状1的端部15、16处紧固对应的保持器2或4。

样品1在实践上可以是任意长度。但是，其应当优选具有至少两倍于基体边缘长度的长度，以在纵向边缘的测量范围中调节足够均匀的应力分布。相应地，优选使用具有长度至少为其宽度两倍长的样品。根据一个示例性实施例，使用尺寸为20mmx50mm的样品。

在没有任何限制保持器2的特殊形式的情况下，如图中所示，金属通常优选用作保持器的材料。与脆性-断裂材料、例如特别是与玻璃相比，金属能够吸收更大的拉伸力。但是，拉伸应力方面更强的其他材料也可以用于保持器。例如，塑料或复合材料也可以用于保持器。

为了测试厚度在20μm-300μm范围中的薄玻璃，例如优选地，厚度在0.1mm-0.5mm范围中的板状保持器2、4是优选的。根据一个示例性实施例，图2和3中所示的保持器2、4的厚度为0.2mm。但是，很显然，在本发明的应用性方面，对玻璃厚度方面没有限制。因此，更厚的玻璃、例如厚度高达1.5mm的玻璃可以通过本发明的方法进行测试，如果需要，使用相应更厚的保持器2、4。

本发明的方法特别可以适用于薄玻璃样品，例如厚度t选择集合为{10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、65μm、70μm、75μm、85μm、100μm、110μm、120μm、145μm、160μm、180μm、200μm、210μm、250μm}的玻璃。

保持器2、4每者具有力传递装置，其在此为眼孔(eyelet)20的形式，以将施加的拉伸力传经由紧固装置递给保持器2、4以及由此传递到条状1上。例如，眼孔20可以悬挂在拉伸装置的适当紧固件中。保持器2、4以此方式紧固到样品1，使得力传递装置相对于条状1的中心线18朝向样品1的一个边缘12、13偏移。力传递装置限定力传递点，该力传递点代表拉伸力分布的重心。如果眼孔20或与其互补的销用作力传递装置，力传递点通常位于眼孔或销的中心。

优选地，保持器2、4通过粘合连接7连接到样品1的端部14、15。由于粘合连接7，可以使用单组分或双组分粘结剂。根据本发明的又一个实施例，也可以使用双面胶带。在保持器的紧固部分14内进行粘结附接。在此情况下，紧固部分14是保持器与样品1重叠的部分，并且在所示的示例中，限定样品与对应保持器2、4的紧固表面区域。

如图2和3所示，在沿拉伸方向的横向方向上的宽度优选尽可能大的表面区域上产生样品2到对应保持器2、4的连接。结果是，样品1中的拉伸应力分布在尽可能靠近保持器2、4处已经尽可能线性。由于保持器2、4到样品1的这样的平板(flat)连接，其中平板连接在样品宽度的大部分上延伸，因此尽可能很大程度上也防止样品1中点处的过量拉伸应力。

为了强调此点，图4示出样品1中的应力分布的模拟。仅示出一个保持器和样品1的一个纵向部分。如果优选地使用相似保持器2、4，则应力分布也相对于样品1的中心对称。在图4所示的情况下，以此方式选择力传递点或眼孔20的位置，使得纵向边缘13处的应力确切为零。

基于拉伸应力等值线22、即相同量的拉伸应力的线，示出应力分布。作为力传递装置，在图4的图示中，眼孔20相对于样品1的中心线沿朝向纵向边缘12的方向偏移。相应地，在纵向边缘12处比在相对纵向边缘13处施加更高的拉伸应力。

如可以从图4中看出，在从保持器2的紧固部分14的较短纵向距离之后，拉伸应力等值线22已经平行于纵向边缘12。在此区域中，在纵向边缘12处的拉伸应力然后也保持恒定。为了在待测的纵向边缘的最大可能长度上获得这样的不改变的拉伸应力，当紧固部分14在条状的尽可能大的宽度上延伸时，如上所述，其是有利的。一般而言，在不限制图2-图4中所示的保持器2、4的特殊设计的情况下，因此根据本发明的优选实施例提供，至少一个保持器2、4以面接触方式连接到样品1，并且紧固表面区域的宽度在条状的至少3/4宽度上、优选至少5/6宽度以及更优选整个宽度上延伸。

如可以从图3中看出，特别地，将保持器2、4仅仅紧固、即粘合地附接在样品1的侧面上-这里为侧面10上，这一般足以。这便于样品1的准备。根据本发明的实施例，保持器2、4因此紧固到样品1的一个侧面10、11的一侧上。这固有地导致两个侧面10、11之间的应力差。但是，已经发现，应力差是可忽略的。在更高的力处，可以产生样品的弯曲。在此情况下，第二保持器可以镜像对称方式紧固到相对侧面上。

在图2-图4所示的示例的基础上，可以看出本发明的又一个优选改进方案。在待测的玻璃边缘(在此示例中，纵向边缘12)与保持器2、4的边缘之间没有重叠。反而，金属保持器的边缘在短样品边缘上进入样品1。此原因是，模拟示出，在样品边缘和保持器边缘交叉的点处，在脆性-断裂材料、诸如特别是在玻璃中产生拉伸应力，这些应力明显比测量范围中的应力更大。换而言之，保持器2、4因此以此方式平板地紧固到样品1上，使得紧固表面区域(在示例中由紧固部分14的表面区域给出)与待测的纵向边缘12、即施加更大拉伸力的纵向边缘间隔一定距离。在所示的示例中，紧固部分14与纵向边缘12间隔开距离d，其对应于条状的宽度的大致1/18。

但是，距离d越大，距离紧固部分14的距离也越大，在此，拉伸应力等值线22在待测的纵向边缘处变得平行，使得拉伸应力沿纵向边缘保持恒定。一般而言，在不局限到示例性实施例的情况下，因此在本发明的改进方案中提供，紧固表面区域与纵向边缘的距离至多为条状1的宽度的1/10。另一方面，为了防止上述过量拉伸应力的效应，根据本发明的又一个实施例，一般优选地，紧固区域与纵向边缘12的距离至少与样品1的厚度一样大。这些上述改进方案特别适于没有边界的边缘部分。相比而言，如果由于玻璃板的制造而存在边界，则根据本发明的另一个实施例，距离d至少应当与边界宽度一样长。换而言之，在此情况下，优选以此方式选择紧固表面区域，使得其紧邻边界的基本恒定宽度的区域。通过各种制造方法、例如下拉法和溢流热熔法以及通过从预型件拉出玻璃带来产生边界。

在用于力传递的保持器2、4的附近，应力在待测的纵向边缘中不均匀。这可以从图4中基于样品邻近紧固部分14的区域中的拉伸应力等值线不沿直线伸展。仅仅在距离玻璃基体边缘大致两倍于紧固表面区域的深度的距离处是施加到待测纵向边缘的不变拉伸应力。

在绕保持器2、4的用于力传递的此区域中，边缘应力显著小于进一步远离基体边缘的测量区域中的应力。如果在此“保持器区域”中产生断裂，样品应当被丢弃。

经由其中力和扭矩两者的平衡必须在样品中占主导地位的方法，可以在具有均匀厚度的简单情况下确定纵向边缘12、13处的应力。力平衡应用下面关系式：

(3)力平衡：F_z＝∫_AσdA

进一步应用下面的关系式：

(4)扭矩平衡：(x_F-x_s)·F_z＝∫_A(x-x_s)·σdA

这里，Fz是拉伸力或拉力，以及σ是样品1中的应力分布。X_s是重心的x坐标(x轴沿样品的宽度或垂直于拉伸方向伸展)并且在此经由下式计算：

(5)基体区域的重心： $x_s=\frac{1}{A}{\∫}_{A}xdA$

另外，如果考虑线性应力曲线在样品1的两个纵向边缘12、13(沿x方向，即指的是垂直于拉伸或拉方向或垂直于样品边缘的方向)之间占主导地位并且应力在样品的厚度(y方向)上均匀，则得出下面关系式：

(6)线性应力曲线(Kante＝边缘)

$\mathrm{\σ}={\mathrm{\σ}}_{Kante1}-\frac{{\mathrm{\σ}}_{Kante1}-{\mathrm{\σ}}_{Kante2}}{B}\·x_z$

其中，Kante1＝边缘1；Kante2＝边缘2。

因此，对于每个样品，样品中的应力分布可以作为力传递点X_F的函数计算。特别地，这也适用于当厚度分布已知时的非均匀厚度的样品。通过使用技术力学方法，例如通过有限元计算，还可以计算应力分布以及特别对于任何形状和厚度分布进行这样做。

此外，不需要在样品的整个宽度上存在拉伸应力。相反，拉伸应力可以在一个纵向边缘处消失或者甚至于在与待测的纵向边缘相对的纵向边缘处可以存在压应力。但是，经受压应力的边缘应该防止翘曲。进一步有效的是，可以如此方式引入拉伸应力，使得在纵向边缘(在图2的示例中，纵向边缘12)处，拉伸应力显著大于相反纵向边缘(图2中的纵向边缘13)处的拉伸应力。以此方式，断裂主要起始于经受更大应力的边缘。

根据等式(6)和图4的示例，由于从一个纵向边缘到另一个纵向边缘的倾斜应力曲线，区域比两点弯曲中经受显著更少的应力。相应地，更罕见发生表面区域断裂。

图5示出用于确定由脆性-断裂材料制成的条状1的边缘强度的设备29的示例性实施例。

在不局限于图示示例性实施例的情况下，根据本发明用于确定板状、脆性-断裂材料的边缘强度的设备29包括：

-两个间隔开的保持器2、4，用于紧固由脆性-断裂材料制成的条状1的端部，以及

-拉伸测试装置30，其设置成将拉伸力施加到一个保持器2、4，使得拉伸力沿紧固到保持器2、4的条状1的纵向方向传递，其中

-拉伸测试装置30进一步设置成连续增大拉伸力并且当样品在施加的拉伸力下断开时显示或记录拉伸力或与拉伸力对应的值。这里，拉伸力也可以增大到预定拉伸力，拉伸测试装置30设置成记录样品是否承受住拉伸力或与拉伸力对应的值的预定最大值。

如已经解释，保持器2、4具有力传递装置，以将拉伸测试装置30的拉伸力传递到保持器2、4，这些力传递装置布置成从垂直于拉伸方向观察时相对于保持器2、4的紧固部分13的中部侧向偏移，使得紧固到保持器2、4的样品1的纵向边缘12、13上的拉伸力不同。

为了防止测量值的歪曲，当防止测试过程中的样品1的任何扭曲时是优选的。为此，根据本发明的改进方案，使用两个滑架37，如图5所示的示例，两个滑架37均在相同导轨39上行驶并且由此可以仅仅沿轴相对彼此移动。

位于这些滑架37的每一个上的是销31，保持器3、4与它们的眼孔20可以钩到其中。

根据本发明的改进方案，拉伸测试装置30包括气动或液动拉伸装置32。为此，在图示的示例中，一个滑架37经由气动气缸连接到导轨39的安装框架。如果拉伸装置32供应有压力下的工作流体35，则气动气缸将力施加到滑架37上，使得滑架沿导轨远离相对保持器37取向。

气动或液动拉伸装置32是优选的，因为施加到样品上的拉伸力可以容易地基于工作流体35的压力计算。根据本发明的又一个改进方案，因此提供用于记录气动或液动拉伸装置32的工作流体35的压力的压力传感器34。工作流体的压力因此代表了与拉伸力对应的值。例如，适于工作流体35是空气。

压力传感器34连接到记录装置40，其记录和/或显示压力值。如果工作流体35的压力然后通过压力源36而连续增大并且样品1在通过加压工作流体35所施加的拉伸力下断开，拉伸力或与拉伸力对应的值的当前值通过记录装置40显示和/或记录。

压力源也可以通过记录装置40或通过超驰(overriding)控制装置来控制，以逐渐增大压力。但是，根据简单实施例，压力源36也可以设置成以时间控制方式增大工作流体35的压力。

对于确定样品1断开的时间点以及对于读取该时间点处所施加的拉伸力或将其存在存储器中，具有不同的可选方法。例如，可以存储压力曲线并且在压力因为样品由于断开而导致的反作用力丢失而急剧下降的情况下，当发生压力的急剧下降时，可以显示和/或记录下降之前存在(prevailing)的值。另一个简单的可选方法包括提供开关42，其由当样品1断开时移动的滑架37致动。由开关42发射的开关信号触发记录拉伸力或对应值的当前值，例如图5的示例中的压力传感器34的测量压力值。

液动或气动产生用于测试样品1的拉伸力或拉力提供另外一个特别优点。多个气动或液动拉伸装置32可以同时连接到压力源36。相应地，通过使用拉伸装置32还可以同时测试多个样品1。工作流体的压力然后导致当拉伸装置32相同时将相同的拉伸力施加到样品1。拉伸力或工作流体的压力然后可以连续增大，直到所有的样品1已经断开。检测每个断开并且记录在断开处的各个当前拉伸力或与拉伸力对应的值。

根据本发明的一个实施例，因此多个样品在其两个保持器2、4处同时被断开或拉开，用于将样品拉伸开的拉伸力通过共用的加压工作流体气动或液动地产生。

除了其他之外，本发明适于确定弯曲负载下的断裂几率分布的参数以及基于这些参数确定由测试的脆性-断裂材料制成的物品能够在足够高几率下承受的弯曲半径。在此处理中，还可以确定在预定最大失效率的情况下在弯曲负载下的预定寿命。为此，应用是卷绕薄玻璃带。这样的卷绕省掉在玻璃带生产后直接将其切割的要求。相反，较长的玻璃带可以此方式存储和/或运输，以在后来的时间点通过将其回卷并将其切割成合适尺寸来进行进一步的处理。这里产生的问题是，由于玻璃带的较长长度(例如一般长度为20-300m)，断裂的几率也增大。但是，单个断裂通常导致整卷的玻璃不可用。

因此，根据本发明的方面，本发明涉及一种带状玻璃物品，其中通过本发明的方法检测这样的玻璃物品的样品的边缘强度，基于边缘强度确定最小弯曲半径并且弯曲优选类似于获得样品的玻璃物品的另一种玻璃物品，其中，弯曲半径不小于确定的最小弯曲半径。相似玻璃物品是由相同玻璃厚度的相同玻璃制成并且具有相似生产的边缘的那些玻璃物品。

具体而言，如上所述，玻璃物品可以是玻璃带，在生产玻璃带后，卷绕玻璃带以形成辊，其中玻璃辊的内侧处的弯曲半径不小于最小弯曲半径。

图6示出由这样的玻璃带100构成的玻璃辊103。玻璃辊的内侧104由卷绕的玻璃带100的最内层形成，其也可以将玻璃带100缠绕在芯上。由于螺旋缠绕，玻璃带100的各个层的弯曲半径朝向外侧变大。因此，断裂几率的控制因素的最小弯曲半径存在于内侧104。另外，为了保护玻璃材料，片材料107可以用其缠绕，使得玻璃带100的各个层不直接位于另一个层的顶部，而是通过片材料107间隔开。如下进一步讨论，玻璃物品、例如玻璃辊100在保证强度以及同时最可能的紧凑尺寸方面可通过本发明优化。

玻璃物品优选由锂铝硅酸盐玻璃、钠钙硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、含碱铝硅酸盐玻璃或无碱或低碱铝硅酸盐玻璃构成。例如这样的玻璃通过拉制法、诸如下拉法、溢流热熔法或通过浮法技术生产。

优选地，可以使用低铁或无铁玻璃、特别是Fe₂O₃含量小于0.05wt％、优选小于0.03wt％的玻璃，因为所述玻璃具有降低的吸收性并因此使得特别可以提高透明度。

但是，对于其他应用，灰玻璃或有色玻璃也是优选的。

根据一个实施例，使用为其用途而回火的玻璃或玻璃陶瓷。此玻璃或玻璃陶瓷可以通过离子交换进行化学回火或进行热回火或通过热和化学方法的组合进行回火。

一种光学玻璃也可以用作玻璃材料，例如重火石玻璃、镧重火石玻璃、燧石玻璃、轻燧石玻璃、冕玻璃、硼硅酸冕玻璃、钡冕玻璃、重冕玻璃、或氟冕玻璃。

优选地，可以使用低铁或无铁玻璃、特别是Fe₂O₃含量小于0.05wt％、优选小于0.03wt％的玻璃，因为所述玻璃具有降低的吸收性并因此特别高的透明度。

但是，对于其他应用，灰玻璃或有色玻璃也是优选的。

本发明特别适于优化已经具有高强度的玻璃的机械性能。高强度玻璃通常用于其中玻璃还经受高机械负载的应用。这样的玻璃因此设计成承受作用在表面区域上的弯曲应力。在此情况下，特别地，玻璃的边缘代表显著的弱项。最终，由高强度玻璃制成的玻璃板实际上断开很快，如果板的边缘具有瑕疵并且也经受弯曲负载。然后通过本发明可以检测边缘的质量是否保持恒定，例如各个玻璃板是通过分割更大玻璃板而完成。因此。例如可以想象，由于磨损，切割轮在玻璃边缘处留下损伤。如果情况是这样，整个玻璃板的强度显著降低。如果该方法可以用于非常精确确定制造的产品中的这样变化以及测试边缘形成中的改进效率。下面假设的是高强度玻璃，通过本发明监控边缘强度可以获得其强度的提高。

适合该实施例的是具有如下组分的玻璃，以摩尔百分比给出摩尔成分：

另外，作为附加条件，氟的摩尔含量与B₂O₃的摩尔含量的商、即F/B₂O₃的范围为0.0003-15，优选为0.0003-11，特被优选为0.0003-10。这些玻璃可以进行化学回火并且可以在移动显示器中用作盖玻璃。

此情况中的成分优选包含如下组分：

特别优选地，成分包括如下组分：

根据本发明的改进方案，优选的是具有如下玻璃成分的硼硅酸盐玻璃，包括(wt％)：

以及，如果需要的话，着色氧化物添加剂、诸如Nd₂O₃、Fe₂O₃、CoO、NiO、V₂O₅、Nd₂O₃、MnO₂、TiO₂、CuO、CeO₂、Cr₂O₃、稀土氧化物的含量为0-5wt％、或者对于“黑玻璃”含量为0-15wt％；以及精炼剂、诸如As₂O₃、Sb₂O₃、SnO₂、SO₃、Cl、F、CeO₂的含量为0-2wt％。

无碱硼硅酸盐玻璃构成另一个合适的玻璃组。在此情况下，下面的以重量百分比(wt％)给出的成分是优选的：

在US2002/0032117A1中也描述了这些玻璃，其整个范围中的含量也是本申请关于玻璃成分和玻璃性能的主题。此类的玻璃由申请人以商品名称AF32销售。

下面表格列出了另一种无碱硼硅酸盐玻璃的组分的含量以及在右面一排列出与此类玻璃具有相似性能的另一类玻璃的成分范围：

又一类优选玻璃类型的玻璃包括具有以重量百分比给出的下列成分的硼硅酸盐玻璃：

此类玻璃是肖特玻璃D263。在US2013/207058A1中还描述了具有更精确成分的玻璃，其含量也是本申请全范围中关于玻璃成分及其玻璃性能方面的主题。

钠钙玻璃也是合适的。下表中列出的是两个示例性实施例以及根据优选成分范围的组分的重量百分比的比例：

	玻璃1	玻璃2	范围
				SiO2	74.42	71.86	63-81
Al2O3	0.75	0.08	0-2
				MgO	0.30	5.64	0-6
CaO	11.27	9.23	7-14
				Li2O	0.00	0.00	0-2
Na2O	12.9	13.13	9-15
				K2O	0.19	0.02	0-1.5
Fe2O3	0.01	0.04	0-0.6
				Cr2O3	0.00	0.00	0-0.2
MnO2	0.00	0.00	0-0.2
				Co3O4	0.00	0.00	0-0.1
TiO2	0.01	0.01	0-0.8
				SO3	0.16	0.00	0-0.2
Se	0.00	0.00	0-0.1

玻璃2特别适于通过浮法方法制造片玻璃。

根据一个实施例，下面成分的另一个钠钙硅酸盐玻璃用作玻璃，包含(wt％)：

以及，如果需要的话，着色氧化物添加剂、诸如Nd₂O₃、Fe₂O₃、CoO、NiO、V₂O₅、Nd₂O₃、MnO₂、TiO₂、CuO、CeO₂、Cr₂O₃、稀土氧化物的含量为0-5wt％、或者对于“黑玻璃”含量为0-15wt％；以及精炼剂、诸如As₂O₃、Sb₂O₃、SnO₂、SO₃、Cl、F、CeO₂的含量为0-2wt％。

根据本发明的又一个实施例，下面成分的锂铝硅酸盐玻璃用作玻璃材料，包含(wt％)：

以及，如果需要的话，着色氧化物添加剂、诸如Nd₂O₃、Fe₂O₃、CoO、NiO、V₂O₅、Nd₂O₃、MnO₂、TiO₂、CuO、CeO₂、Cr2O₃、稀土氧化物的含量为0-1wt％；以及精炼剂、诸如As₂O₃、Sb₂O₃、SnO₂、SO₃、Cl、F、CeO₂的含量为0-2wt％。

用作载具材料的另一种优选的是具有如下玻璃成分的碱铝硅酸盐玻璃，包括(wt％)：

以及，如果需要的话，着色氧化物添加剂、诸如Nd₂O₃、Fe₂O₃、CoO、NiO、V₂O₅、Nd₂O₃、MnO₂、TiO₂、CuO、CeO₂、Cr₂O₃、稀土氧化物的含量为0-5wt％、或者对于“黑玻璃”含量为0-15wt％；以及精炼剂、诸如As₂O₃、Sb₂O₃、SnO₂、SO₃、Cl、F、CeO₂的含量为0-2wt％。

更优选用作载具材料的是具有如下玻璃成分的无碱铝硅酸盐玻璃，包括(wt％)：

以及，如果需要的话，着色氧化物添加剂、诸如Nd₂O₃、Fe₂O₃、CoO、NiO、V₂O₅、Nd₂O₃、MnO₂、TiO₂、CuO、CeO₂、Cr₂O₃、稀土氧化物的含量为0-5wt％、或者对于“黑玻璃”含量为0-15wt％；以及精炼剂、诸如As₂O₃、Sb₂O₃、SnO₂、SO₃、Cl、F、CeO₂的含量为0-2wt％。

更优选使用的是具有如下玻璃成分的铝硅酸盐玻璃，包括(wt％)：

以及，如果需要的话，着色氧化物添加剂、诸如Nd₂O₃、Fe₂O₃、CoO、NiO、V₂O₅、Nd₂O₃、MnO₂、TiO₂、CuO、CeO₂、Cr₂O₃、稀土氧化物的含量为0-5wt％、或者对于“黑玻璃”含量为0-15wt％；以及精炼剂、诸如As₂O₃、Sb₂O₃、SnO₂、SO₃、Cl、F、CeO₂的含量为0-2wt％。

例如，可以使用诸如德国美因兹的肖特公司以商品名称D263、D263eco、B270、B270eco、Borofloat、XensationCover、Xensationcover3D、AF45、AF37、AF32或AF32eco销售的薄玻璃。

在另一个实施例中，脆性-断裂材料是玻璃陶瓷，特别是玻璃陶瓷面板(pane)的形式，其中玻璃陶瓷由陶瓷化铝硅酸盐玻璃或锂铝硅酸盐玻璃、特别是化学和/或热硬化的、陶瓷化铝硅酸盐玻璃或锂铝硅酸盐玻璃。在另一实施例中，脆性-断裂材料包括可陶瓷化的初始玻璃，其在遇火情况下被陶瓷化或者在热作用下持续陶瓷化并由此带来提高的防火安全性。

优选地，使用具有如下成分的初始玻璃的玻璃陶瓷或可陶瓷化玻璃(wt％)：

在另一个实施例，优选使用具有如下成分的玻璃陶瓷或可陶瓷化的玻璃作为初始玻璃(wt％)：

在另一个实施例，优选使用具有如下成分的玻璃陶瓷或可陶瓷化的玻璃作为初始玻璃(wt％)：

玻璃陶瓷优选包含高石英混晶或热液石英混晶的用作主晶相。微晶尺寸优选小于70nm，更优选小于或等于50nm，最优选小于或等于10nm。

根据本发明的方法或设备然后适于以此方式规定具有较大表面区域的玻璃物品、例如薄玻璃带100、特别是具有卷绕的薄玻璃带100的玻璃辊103形式的断裂测试，使得玻璃物品承受限定的拉伸负载、特别是由于弯曲负载并保证不断裂。为此，玻璃物品在其进一步使用或进一步处理之前可以经受规定的弯曲负载，该规定的弯曲负载通过本发明的方法获得的数据来表示。因此，然后在任何情况下，玻璃物品在没有任何断裂的非常高几率的情况下承受此幅度的弯曲负载。下面更详细描述本发明的此实施例。

在本发明用于确定板状、脆性-断裂材料的边缘强度的方法中，取由断裂应力的N个值σ₁...σ_N构成的随机样品以及通过这些计算值：

(7) $R_i=\frac{E}{2{\mathrm{\σ}}_1}\·t_i$

E表示玻璃的弹性模量，t_i表述第i个样品的边缘处的厚度。值R_i是对应于边缘将在相同拉伸应力下受压力处的拉伸应力的弯曲半径。接着，从这些值，优选根据下式计算随机样品的弯曲半径的平均值<R>以及方差s：

(8) $<R>=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{R}_i,$ 以及

(9) $s=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{(R_i-<R>)}^2}.$

整个玻璃物品、特别是玻璃片然后弯曲，使得基于相对方差s/<R>，其两个弯曲方向的弯曲半径R_PT位于图7的曲线图所限定的区域中，即位于两个曲线R_PT，max和R_PT，min之间。弯曲可以通过在辊上压制玻璃物品产生。在图7所示的图中，当样品1断裂时玻璃物品的弯曲半径与弯曲半径的平均值<R>的比值在坐标上作为相对偏差s/<R>的函数绘出。

优选地，多个随机样品N是指至少20个，从随机样品中抛弃拉伸应力或对应弯曲半径R_i的10％最大值和10％最小值，并且从剩余样品(所谓的“支持随机样品”)中，根据等式(8)和(9)仅获得平均值和方差。玻璃物品然后优选通过将其拉过辊而弯曲，使得基于相对方差s/<R>，其弯曲半径R_PT位于图8中两个相反弯曲方向的曲线R_PT，min和R_PT，max的区域之间。

值R_PT，max和R_PT，min是相对方差s/<R>的函数。如果相对方差较高，这意味着，在断裂测试中存在较大的弯曲应力或对应的弯曲半径的散点。相应地，在更高的散点的情况下，整个玻璃物品的断力测试也选择更大的弯曲半径，以能够确保对应于选择的弯曲半径的给定断裂强度。

通过选择根据图7或图8的取向到等同玻璃物品的样品的断裂强度的相对方差并限定弯曲半径尽可能小的窄范围的曲线R_PT，max/<R>(s/<R>)和R_{PT， min}/<R>(S/<R>)之间的弯曲半径，可以确保非常高的断裂强度并且仍将在断裂测试中将不合格者限制为实际上具有显著弱项的玻璃样品。

图7和图8的曲线R_PT，max/<R>和R_PT，min/<R>朝向彼此稍微偏移。对于上述的测试条件两者，即一方面值在根据图7的R_PT，max/<R>到R_PT，min/<R>的范围中的随机样品是有利的，另一方面，根据图8产生R_PT，max/<R>到R_PT，min/<R>范围中的对应弯曲半径的调整随机样品，可以规定包络范围。为此，图9示出图7和8的曲线R_PT，max/<R>和R_PT，min/<R>以及优选限定值R_min/<R>(S/<R>)、R_max/<R>(S/<R>)，曲线R_PT，max/<R>和R_PT，min/<R>位于限定值R_min/<R>(S/<R>)、R_max/<R>之间。根据本发明的实施例，因此以这样方式选择整个薄的、平板玻璃物品的断裂测试的弯曲半径，使得其位于R_min(S/<R>)、R_max(S/<R>)之间。在此情况下，弯曲半径R_min(S/<R>)、R_max(S/<R>)可以采用下面关系式：

i) $\frac{R_{\min }}{<R>}=1+\exp \left(\frac{s}{<R>\&CenterDot;0.053}-2.9\right),$ 以及

ii) $\frac{R_{\max }}{<R>}=3.5+\exp \left(\frac{s}{<R>\&CenterDot;0.051}-2.3\right).$

相应地，本发明还涉及一种提供具有高断裂强度的板状玻璃(例如，薄玻璃带100或玻璃辊103)，其中

-通过本发明用于确定板状、脆性-断裂材料的边缘强度的方法，多个样品1(总数为N)用于评估每个样品1的断裂处的拉伸应力；

-从这些值中，计算对每个样品1已经断裂处的拉伸应力对应的弯曲半径R_i的平均值<R>并且使用平均值<R>，

-优选根据下式计算方差s

$s=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{(R_i-<R>)}^2}$

并且然后其中

-将由相同玻璃材料制成作为样品(1)的玻璃样品、优选玻璃带(100)弯曲，以测试玻璃物品是否能承受弯曲半径R_PT或对应的拉伸应力，其中

-以此方式选择弯曲半径R_PT，使得其位于取决于相对方差S/<R>的半径R_min到R_max的范围中，其中

-通过上述等式i)和ii)给出半径R_min和R_max。

特别地，根据等式(7)可以确定半径R_i。

本发明的相似玻璃材料应理解为具有相似边缘处理的相同成分和相同厚度的玻璃。为此，特别地，样品1自身是从玻璃物品上切割的。可选地，可以从事先生产的另一个玻璃物品或以后以与待提供的真正玻璃物品的方式获得样品1。

例如，如果通过本发明方法测试的样品1的边缘与其特征的玻璃物品的边缘不同，然后不再可以在没有任何进其他东西的情况下从样品1的拉伸强度的测量结果得出玻璃物品的边缘强度的结论。

为此，图10示意性示出玻璃带100形式的玻璃物品，其沿箭头前进并且在辊8、9上引导，使得在玻璃带上局部地强加弯曲半径R_PT由辊8、9预定的弯曲。优选地，使得沿相反弯曲方向的弯曲测试玻璃物品。为此，在图10的示例中，辊8、9布置在玻璃带100的上方和下方，使得玻璃带在每个侧面11、12围绕一个辊8、9的情况下弯曲。

根据一个改进方案，为了确保优选具有非常大表面区域并且细长的玻璃带形式的整个玻璃物品在R_min到R_max范围中的弯曲半径的情况下承受弯曲应力，其纵向边缘沿其整个长度的至少3/4、优选沿其整个长度至少在弯曲半径R_PT的情况下弯曲。

如上所述，调节的随机样品可以用于确定值<R>(断裂处的弯曲半径的平均值)和s(断裂处的弯曲半径的方差)，其通过确定至少二十个样品的断裂处的弯曲半径或拉伸应力并使用等式(7)进行再计算，并且抛弃弯曲半径的最大值和最小值、优选10％的最大值和最小值以及使用剩余值计算平均值和方差。

上述本发明的实施例然后可以用于生产在预定弯曲半径处的弯曲负载下具有保证或预定断裂强度的板状玻璃物品，其中其边缘或玻璃物品的至少一个边缘沿其整个边缘长度在弯曲半径R_PT情况下承受弯曲负载，其中对应于上面给出的等式i)、ii)的弯曲半径在

iii) $R_{min}=<R>\&CenterDot;\left\{1+\exp \left(\frac{s}{<R>\&CenterDot;0.053}-2.9\right)\right\}$ 到

iv) $R_{\max }=<R>\&CenterDot;\left\{3.5+\exp \left(\frac{s}{<R>\&CenterDot;0.051}-2.3\right)\right\}$

的范围中，其中<R>是平均值，并且

$s=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{(R_i-<R>)}^2}$

是由于玻璃物品的玻璃材料相同的玻璃材料制成的多个(N个)样品在断裂处的弯曲半径的方差，每个样品1断裂处的弯曲半径R_i优选通过本发明用于检测由脆性-断裂材料制成的平板样品1的断裂强度的方法确定。

特别优选地，玻璃物品是长度至少为20m、优选至少50m的薄玻璃带。优选地，沿至少20m的玻璃带100的的整个长度测试断裂强度并且可以确保玻璃带承受的对应弯曲半径。

本领域一般技术人员清楚，本发明不局限于上述示例性实施例，而是可以不同方式进行变化，特别是可以将各个示例性实施例的特征彼此组合。

附图标记列表

1样品

2、4保持器

51的纵向

7粘结连接

10、111的侧面

12、131的纵向边缘

142、4的紧固部分

15、16端部

18中心线

20眼孔

22拉伸应力等值线

25、26支撑板

29用于确定边缘强度的装置

30拉伸测试装置

31销

32气动或液动拉伸或拉伸装置

34压力传感器

35工作流体

36压力源

37滑架

39导轨

40记录装置

42开关

100玻璃带

103玻璃辊

104103的内侧104

107片材

Claims (15)

1.一种用于确定由板状、脆性-断裂材料的边缘强度的方法，其中在板状、脆性-断裂材料中，提供由脆性-断裂材料制成的条状样品1，其具有两个相反侧面(10、11)和沿样品(1)的纵向(5)延伸的两个纵向边缘(12、13)，其中

-所述条状(1)的两端部(15、16)中的每一个连接到保持器(2、4)；以及

-将所述两个保持器(2、4)拉开，使得所述条状样品(1)经受沿其纵向(5)取向的拉伸应力，其中

-拉伸力相对于沿所述两个纵向边缘(12、13)之间延伸的所述样品(1)的中心线(18)非对称地传递，使得在一个所述纵向边缘(12)上比在相对纵向边缘(13)上施加更高的拉伸应力，并且其中

-增大所述拉伸力直到所述样品(1)拉断；以及

-记录所述样品(1)裂开处的所述拉伸力。

2.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，所述保持器(2、4)以此方式紧固到所述样品(1)，使得所述保持器(2、4)的力传递装置相对于所述条状(1)的所述中心线(18)朝向所述样品(1)的一个边缘(12、13)偏移。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述保持器(2、4)通过粘合连接(7)连接到所述样品(1)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述保持器(2、4)紧固到所述样品(1)的一个侧面(10、11)的一侧上。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个所述保持器(2、4)以面接触方式连接到所述样品，其中紧固区域的宽度在所述样品(1)的至少3/4、优选至少5/6的宽度上延伸。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述保持器(2、4)以面接触方式紧固到所述样品(1)，使得所述紧固表面区域与施加更高拉伸力的所述纵向边缘(12)间隔一定距离。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，多个所述样品(1)同时被拉断，其中将其拉伸开的拉伸力通过使用共用、加压工作流体(35)气动或液动地产生。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用长度至少为其宽度两倍的样品(1)。

9.一种用于生产板状玻璃物品的方法，其中使用这样的玻璃物品的样品通过上述权利要求中任一项所述的方法检测边缘强度，最小弯曲半径基于所述边缘强度确定并且弯曲优选类似于获得样品的所述玻璃物品的另一种玻璃物品，其中，所述弯曲半径不超过确定的所述最小弯曲半径。

10.根据前一权利要求所述的方法，其中，生产玻璃带作为玻璃物品，并且其中，在其生产后，将所述玻璃带卷绕成辊，其中所述玻璃带在所述辊的内侧的弯曲半径不超过所述最小弯曲半径。

11.一种用于提供具有高断裂强度的板状玻璃物品的方法，其中，通过上述权利要求中任一项所述的方法，多个样品(1)用于评估每个所述样品(1)断裂处的所述拉伸应力，

-从这些值，计算与每个所述样品(10)已经断裂处的所述拉伸应力对应的弯曲半径R_i的平均值<R>并使用所述平均值<R>，

-根据 $s=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{(R_i-<R>)}^2}$ 计算方差s，

并且其中然后，

-弯曲作为样品(1)的由相同玻璃材料制成的玻璃物品、优选玻璃带(100)，以测试所述玻璃物品是否承受弯曲半径R_PT或对应的拉伸应力，其中

-以此方式选择所述弯曲半径R_PT，使得其位于取决于相对方差s/<R>的半径R_min到R_max的范围中，其中所述半径R_min和R_max通过

$\frac{R_{\min }}{<R>}=1+\exp \left(\frac{s}{<R>\&CenterDot;0.053}-2.9\right)$ 以及

$\frac{R_{\max }}{<R>}=3.5+\exp \left(\frac{s}{<R>\&CenterDot;0.051}-2.3\right)$

给出。

12.一种在弯曲负载下具有预定断裂强度的板状玻璃物品，其具有预定弯曲半径，其中，所述玻璃物品的至少一个边缘沿其整个边缘长度在弯曲半径R_PT的情况下承受住弯曲负载，其中所述弯曲半径位于从

$R_{min}=<R>\&CenterDot;\left\{1+\exp \left(\frac{s}{<R>\&CenterDot;0,053}-2.9\right)\right\}$ 到

$R_{\max }=<R>\&CenterDot;\left\{3.5+\exp \left(\frac{s}{<R>\&CenterDot;0.051}-2.3\right)\right\}$ 的范围中，

其中，<R>是平均值，并且

$s=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{(R_i-<R>)}^2}$

是由与所述玻璃物品的玻璃材料相同的玻璃材料制成的N个样品(1)断裂处的所述弯曲半径的方差，每个所述样品(1)断裂处的所述弯曲半径R_i是通过根据权利要求1-10中任一项所述的用于检测平坦样品(1)的所述断裂强度的方法确定。

13.根据前一权利要求所述的板状玻璃物品，其特征在于，所述玻璃物品是长度为至少20m的薄玻璃带(100)。

14.一种用于确定板状、脆性-断裂材料的边缘强度的设备(29)，包括

-两个间隔开的保持器(2、4)，用于保持由脆性-断裂材料制成的条状样品(1)的端部，以及

-拉伸测试装置(30)，其设置成将拉伸力施加在一个所述保持器(2、4)上，使得所述拉伸力沿紧固到一个所述保持器(2、4)的条状样品(1)的纵向传递，其中

-所述拉伸测试装置(30)进一步设置成连续增大所述拉伸力并且当样品在施加的拉伸力下断开时显示或记录拉伸力的当前值值或与拉伸力对应的值；并且其中所述保持器(2、4)

-具有力传递装置，以将所述拉伸测试装置(30)的所述拉伸力传递到所述保持器(2、4)上，其中

-从垂直于拉伸的方向观察，所述力传递装置相对于所述保持器(2、4)的紧固部分(13)的中心侧向偏移布置，使得紧固到所述保持器(2、4)的样品的纵向边缘上的拉伸力不同。

15.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述拉伸测试装置(30)包括气动或液动拉伸装置(32)，优选地，所述设备还包括用于记录气动或液动拉伸装置(32)的工作流体(35)的压力的压力传感器(34)。