CN106457514A - 用于形成层压玻璃结构的研磨射流 - Google Patents

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CN106457514A CN201580021634.8A CN201580021634A CN106457514A CN 106457514 A CN106457514 A CN 106457514A CN 201580021634 A CN201580021634 A CN 201580021634A CN 106457514 A CN106457514 A CN 106457514A
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M·L·汉弗莱
W·J·姆肯德里克
M·W·普莱斯
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Abstract

本发明提供一种使层压玻璃结构成形的方法，所述层压玻璃结构包含通过粘合层层压至非玻璃基材上的具有不超过约0.3mm的厚度的挠性玻璃片。所述方法包括用包含增压切割流体和研磨颗粒的研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割，从而形成成形的层压玻璃结构；所述成形的层压玻璃结构的切割边缘的玻璃边缘强度至少约为20MPa。

Description

用于形成层压玻璃结构的研磨射流
本申请要求2014年4月29日提交的美国专利申请号61/985731的优先权，其全部内容通过引用纳入本文。
技术领域
本发明涉及玻璃层压件结构，更具体而言，涉及形成层压玻璃结构的研磨射流。
背景
层压玻璃结构可用作生产各种器具、汽车零件、建筑结构或电子设备的组件。例如，层压玻璃结构可作为防护玻璃结合到各种终端产品中，如冰箱、后防溅板、装饰性玻璃制品或电视机。然而，由于能够使用的机械加工方法和层压玻璃结构的性质的限制，可能难以使用通常在制造环境中使用的机械加工方法来切割或通过其他方式使层压玻璃结构成形而不导致玻璃层中发生破裂。例如，不使用许多这类机械加工方法来切割玻璃、塑料或粘合剂。所以，需要使层压玻璃结构成形的方法，该方法能将使用和安装玻璃层压件的工作量和成本降到最低。
发明概述
一种提高挠性玻璃机械可靠性的技术是将挠性玻璃层压或粘接至一种或多种层压材料或者具有特殊结构的基材上。挠性玻璃可为厚度在300μm或更小的玻璃，所述厚度包括但不限于300、275、250、225、200、190、180、170、160、150、140、130、120、110、100、90、180、70、60、50、40、30、20或10μm。另外，挠性玻璃的厚度可在100～200微米的范围内。根据层压玻璃结构所需要的机械强度和抗冲击能力、以及目标用途中的预期弯曲应力和弯曲方向，可设计层压玻璃结构以满足各种机械要求。当使用得当时，相对于非层压挠性玻璃，层压玻璃结构能够提供改善的机械可靠性和耐冲击性能。
层压玻璃结构一旦形成，就可能有必要对它们进行切割或以其他方式使它们成形。为此，本文描述了使层压玻璃结构成形的方法，其中，使用研磨射流切割设备将层压玻璃结构有效地切割成所需形状，同时，将对挠性玻璃的损伤降到最低，所述损伤足以将边缘强度减小至低于预定量和/或引发径向或周向裂纹扩展。这些层压玻璃结构可被用于例如厨房设备的后防溅板，其中，可使用研磨射流切割设备将较大的层压玻璃结构切割成预选的尺寸。
以下的详细叙述中披露了本发明的附加特征和优点，其中的部分内容对于本领域的技术人员而言，可以通过所述内容或者按文字描述以及附图中的举例实施本发明而变得显而易见。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是对本发明的示例，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原理的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图图示说明了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用以说明例如本发明的原理和操作。应理解，在本说明书和附图中披露的本发明的各种特征可以任意组合使用。作为非限制性例子，本发明的各种特征可以按照以下各个方面相互组合。
根据第一个方面的一种使层压玻璃结构成形的方法，所述层压玻璃结构包含通过粘合层层压至非玻璃基材上的具有不超过约0.3mm的厚度的挠性玻璃片，所述方法包括：
用包含增压切割流体和研磨颗粒的研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割，从而形成成形的层压玻璃结构；
其中，所述成形的层压玻璃结构的切割边缘的玻璃边缘强度至少约为20MPa。
根据第二个方面，提供第一个方面的方法，其中，研磨颗粒具有至少70的ISO/FEPA粒度号。
根据第三个方面，提供第一或第二个方面的方法，其包括使所述切割流体增压至至少约17000psi。
根据第四个方面，提供第一至第三个方面中任一个的方法，其中，形成所述研磨切割射流的喷嘴具有约0.2mm～约1.3mm的内径。
根据第五个方面，提供第一至第四个方面中任一个的方法，其中，形成所述研磨切割射流的喷嘴具有不超过约0.5mm的内径。
根据第六个方面，提供第一至第五个方面中任一个的方法，其包括初始的时候在与所述层压玻璃结构隔开的位置形成研磨射流。
根据第七个方面，提供第一至第六个方面中任一个的方法，其还包括对所述挠性玻璃片的表面的至少一部分进行遮盖。
根据第八个方面，提供第一至第七个方面中任一个的方法，其中，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括在使所述层压玻璃结构浸没的同时对其进行切割。
根据第九个方面，提供第一至第八个方面中任一个的方法，其还包括在用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割之前，将所述层压玻璃结构夹在啮合部件与表面之间。
根据第十个方面，提供第一至第九个方面中任一个的方法，其中，所述研磨颗粒的粒度不超过所述挠性玻璃片的厚度的150％。
根据第十一个方面，提供第一至第十个方面中任一个的方法，其中，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括在透穿位置透穿所述层压玻璃结构，并且使用所述研磨切割射流在所述透穿位置的周围切割孔。
根据第十二个方面，提供第一至第十一个方面中任一个的方法，其中，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括以约20毫米/分钟～约3500毫米/分钟的速率进行切割。
根据第十三个方面的一种使层压玻璃结构成形的方法，所述层压玻璃结构包含通过粘合层层压至非玻璃基材上的具有不超过约0.3mm的厚度的挠性玻璃片，所述方法包括：
用包含增压切割流体和研磨颗粒的研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割，从而形成成形的层压玻璃结构；
其中，所述研磨颗粒的粒度不超过所述挠性玻璃片的厚度的150％。
根据第十四个方面，提供第十三个方面的方法，其中，所述成形的层压玻璃片的切割边缘的玻璃边缘强度至少约为20MPa。
根据第十五个方面，提供了第十三或第十四个方面的方法，其中，所述研磨颗粒具有至少70的ISO/FEPA粒度号。
根据第十六个方面，提供第十三至第十五个方面中任一个的方法，其包括使所述切割流体增压至至少约17000psi。
根据第十七个方面，提供第十三至第十六个方面中任一个的方法，其中，形成所述研磨切割射流的喷嘴具有不超过约1.3mm的内径。
根据第十八个方面，提供第十三至十七个方面中任一个的方法，其中，形成所述研磨切割射流的喷嘴具有不超过约0.5mm的内径。
根据第十九个方面，提供第十三至第十八个方面中任一个的方法，其包括初始的时候在与所述层压玻璃结构隔开的位置形成研磨射流。
根据第二十个方面，提供第十三至第十九个方面中任一个的方法，其还包括对所述挠性玻璃片的表面的至少一部分进行遮盖。
根据第二十一个方面，提供第十三至第二十个方面中任一个的方法，其中，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括在使所述层压玻璃结构浸没的同时对其进行切割。
根据第二十二个方面，提供第十三至第二十一个方面中任一个的方法，其还包括在用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割之前，将所述层压玻璃结构夹在啮合部件与表面之间。
根据第二十三个方面，提供第十三至第二十二个方面中任一个的方法，其中，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括在透穿位置透穿所述层压玻璃结构，并且使用所述研磨切割射流在所述透穿位置的周围切割孔。
根据第二十四个方面，提供第十三至第二十三个方面中任一个的方法，其中，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括以约20毫米/分钟～约3500毫米/分钟的速率进行切割。
根据第二十五个方面的一种使层压玻璃结构成形的方法，所述层压玻璃结构包含通过粘合层层压至非玻璃基材上的具有不超过约0.3mm的厚度的挠性玻璃片，所述方法包括：
提供包含喷嘴组件的研磨射流切割设备，所述喷嘴组件包含具有约0.2～约1.3mm的内径的喷嘴；
将增压流体以不低于约17000psi的压力从增压流体源递送至所述喷嘴；
将研磨颗粒从研磨颗粒源递送至所述增压流体，形成研磨切割射流，所述研磨颗粒具有不超过所述挠性玻璃片的厚度的150％的粒度；以及
用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割，从而形成成形的层压玻璃结构。
根据第二十六个方面，提供第二十五个方面的方法，其中，所述成形的层压玻璃片的切割边缘的玻璃边缘强度至少约为20MPa。
根据第二十七个方面的一种层压玻璃结构，其包含：
挠性玻璃片，所述挠性玻璃片具有切割边缘和不超过约0.3mm的厚度；和
非玻璃基材，所述非玻璃基材被结合至所述挠性玻璃片的表面上；
其中，所述挠性玻璃片的所述切割边缘的玻璃边缘强度至少约为20MPa。
根据第二十八个方面，提供第二十七个方面的层压玻璃结构，其还包含粘合层，所述粘合层使所述挠性玻璃片结合至所述非玻璃基材。
根据第二十九个方面，提供第二十七或第二十八个方面的层压玻璃结构，其还包含切穿所述挠性玻璃片和所述非玻璃基材的孔，且所述孔至少部分由所述切割边缘限定。
根据第三十个方面，提供第二十七至第二十九个方面中任一个的层压玻璃结构，其中，所述切割边缘包含直线。
根据第三十一个方面，提供第二十七至第三十个方面中任一个的层压玻璃结构，其中，所述切割边缘包含圆弧。
根据第三十二个方面，提供第二十七至第三十一个方面中任一个的层压玻璃结构，其还包含斜切边缘，其中，所述非玻璃基材延伸超过所述挠性玻璃片的所述切割边缘。
附图的简要说明
参照附图阅读本发明的以下详细描述，可以更好地理解本发明的这些方面、特征和优点以及其他的方面、特征和优点，其中：
图1图示了根据本发明多个方面的层压玻璃结构的一种实施方式的截面图；
图2描绘了图1所示的层压玻璃结构的截面视图，根据本发明多个方面在一个或多个玻璃表面上或者在位于基材与挠性玻璃层之间的膜上具有装饰性图案；
图3描绘了根据本发明多个方面的用于使层压玻璃结构成形的设备和方法的示意图；
图4描绘了根据本发明多个方面的用于使层压玻璃结构成形的图3的设备和方法的另一个示意图；
图5描绘了根据本发明多个方面的用于固定预制的层压玻璃结构的设备的示意图；
图6图示了根据本发明多个方面的按照图3所示方法形成的层压玻璃结构在精整之前的切割边缘；
图7图示了根据本发明多个方面的精整之后的图5所示的切割边缘；
图8图示了根据本发明多个方面的对层压玻璃结构的切割边缘进行精整的方法；
图9图示了沙砾粒度与美国金刚石粒度号的关系图；
图10图示了根据本发明多个方面的对层压玻璃结构的切割边缘进行打磨的方法；
图11图示了根据本发明多个方面的另一种用于使层压玻璃结构成形的方法；
图12图示了根据本发明多个方面的另一种用于使层压玻璃结构成形的方法；
图13图示了根据本发明多个方面的另一种用于使层压玻璃结构成形的方法；以及
图14图示了根据本发明多个方面的包含多个直线切口和圆角的经过装饰的层压玻璃结构。
发明详述
在以下的详述中，出于解释而非限制的目的，给出了说明具体细节的示例性实施方式，以提供对本发明的各种原理的充分理解。但是，对于本领域普通技术人员显而易见的是，在从本说明书获益后，可以按照不同于本文所述具体细节的其他实施方式实施本发明。另外，本文可能省去对众所周知的装置、方法和材料的描述，以免干扰对本发明的各种原理的描述。最后，在任何适用的情况下，相同的附图标记表示相同的元件。
本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。表述这样的范围时，另一种实施方式包括自所述一个具体值始和/或至所述另一具体值止。类似地，用先行词“约”将数值表示为近似值时，应理解该具体值构成另一个实施方式。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相结合以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。
本文所用的方向术语，例如上、下、左、右、前、后、顶、底，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来暗示绝对的取向。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，在任何方面，当方法权利要求实际上没有陈述其步骤应遵循的顺序时，或者当权利要求或描述中没有另外具体说明所述步骤应限于特定顺序时，不应推断出任何特定顺序。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础，包括：涉及步骤或操作流程的安排的逻辑问题；由语法组织或标点派生的明显含义问题；说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。
如本文所用，单数形式的“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数指代形式，除非文中另有明确说明。因此，例如，提到的“一种组件”包括具有两种或更多种这类组件的方面，除非文本中有另外的明确表示。
尽管玻璃本身是一种结实的材料，其强度和机械可靠性仍然受到其表面瑕疵或者瑕疵尺寸密度分布以及经过一段时间所累积的接触应力的影响。在一个完整的产品生命周期中，层压玻璃结构可能受到不同种类的静态和动态的机械应力。本文所述的实施方式总体上涉及使用研磨射流切割设备切割层压玻璃结构的方法。本文所讨论的具体例子所涉及的层压玻璃结构中，非玻璃基材是聚合物和/或金属或者金属合金，例如不锈钢、铝、镍、镁、黄铜、青铜、钛、钨、铜、铸铁或贵金属。
参见图1，该图图示了示例性层压玻璃结构的截面图。层压玻璃结构10包含由挠性玻璃片14形成的挠性玻璃层12和层压至该挠性玻璃层12上的非玻璃基材层16。非玻璃基材层16由非玻璃基材18形成，例如聚合物、木材或基于木材的产品(例如碎屑板、刨花板、纤维板、纸板、硬纸板、低压层压件、高压层压件或胶合板)、金属或金属合金(例如不锈钢、铜、镍、黄铜、青铜、钛、钨、铸铁或铝)、陶瓷、复合材料或其它聚合物或刚性材料，或者这些材料的组合。
非玻璃基材18可使用聚合物材料形成，例如下述聚合物材料中的任意一种或多种：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、或热聚合物聚烯烃(TPOTM–聚乙烯、聚丙烯、嵌段共聚物聚丙烯(BCPP)或橡胶的聚合物/填料掺混物)、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯基丁酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯和取代聚乙烯、聚羟基丁酸酯、聚羟基乙烯基丁酸酯、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚醚、聚砜、聚乙烯基乙炔、透明热塑性塑料、透明聚丁二烯、聚氰基丙烯酸酯、纤维素基聚合物、聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、多硫化物、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯和聚硅氧烷。也可以使用先作为预聚物或者前化合物沉淀/涂覆然后加以转化的聚合物，例如环氧树脂、聚氨酯、苯酚甲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂。许多显示器和电学应用可优选基于丙烯酸的聚合物、硅酮以及这种结构辅助层，例如市售可得的杜邦公司(DuPont)的聚合物层对于一些应用来说可以是透明的，但对另一些应用来说不必透明。
粘合层20可由粘合材料22形成，可用来在其相应的宽表面24与26之间的界面处将挠性玻璃层12层压至非玻璃基材层16上。粘合材料22可以是非粘性中间层、粘合剂、粘合剂片或膜、液体粘合剂(例如热熔粘合剂)、粉末粘合剂、压敏粘合剂、可紫外光固化的粘合剂、可热固化的粘合剂或其他类似的粘合剂或者它们的组合。粘合材料22可在层压过程中帮助挠性玻璃14附着于非玻璃基材18上。低温粘合材料的一些例子包括UV固化的Norland 68、Flexcon V29TT、3M OCA 8211、8212、8146和8172(室温下通过压力结合)、3M 4905、粘合剂、硅酮、丙烯酸酯、光学透明的粘合剂、包封剂材料、聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯/乙酸乙烯酯、离聚物和木胶。也可使用诸如Graphicmount和Facemount(例如，可购自位于美国佛罗里达州萨拉索塔(Sarasota)的雷杰(LexJet)公司)这样的典型的图形粘合剂(graphic adhesive)。更高温度的粘合材料的一些例子包括杜邦SentryGlas、杜邦PV5411、日本世界公司(Japan World Corporation)材料FAS和聚乙烯醇缩丁醛树脂。粘合层20可以是薄的，其具有小于或等于约1000μm的厚度，包括小于或等于约500μm、约250μm、小于或等于约50μm、小于或等于40μm、小于或等于约25μm、或在约0.1mm与约5mm之间。粘合剂也可含有其他功能性组分，例如着色、装饰、耐热或者抗UV，减反射(AR)过滤功能等。粘合材料22在固化时可以是光学透明的，也可以是不透明的。如图2所示，在粘合材料22是粘合剂片或膜的实施方式中，粘合材料22可具有透过挠性玻璃厚度可见的装饰图案或设计。
在图2中，层压玻璃结构10包含由粘合材料22的片或膜形成的粘合层20。粘合材料22有一组从挠性玻璃层12的外表面32可见的条状图案30。在一些实施方式中，非玻璃基材层可提供装饰图案，并且/或者装饰图案可被提供在挠性玻璃片14的两个表面之一上。在一些实施方式中，装饰图案可被提供在多个层12、16和/或20上。一些气泡可能会在层压过程中或层压之后夹带入层压玻璃结构中，但是直径等于或小于100μm的气泡可能不会影响层压玻璃结构的抗冲击性能。可在层压过程中使用真空层压系统或向结构的表面施加压力来减少气泡的形成。在另一些实施方式中，可在不使用粘合剂的条件下对挠性玻璃层12进行层压。
挠性玻璃片14可具有约0.3mm或更小的厚度34，厚度包括但不限于例如约0.01～0.05mm、约0.05～0.1mm、约0.1～0.15mm、约0.15～0.3mm、约0.100mm～约0.200mm、0.3、0.275、0.25、0.225、0.2、0.19、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02或0.01mm。挠性玻璃片14可由玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷材料或者它们的复合材料形成。形成高品质挠性玻璃片的熔合法(例如下拉法)可用于各种设备，一种这样的应用是平板显示器。相比于通过其他方法制得的玻璃片，由熔合法制得的玻璃片的表面具有优异的平坦度和光滑度。美国专利序列号3338696和3682609中描述了熔合法。另一些合适的玻璃片形成方法包括浮法、上拉法和狭缝拉制法。另外，挠性玻璃片14可通过采用能使该玻璃的表面银离子浓度在大于0至0.047μg/cm2范围内的化学组成而进一步具有抗菌性能，美国专利申请公开序列号2012/0034435A1中有进一步描述。挠性玻璃14也可涂覆含有银的釉层，或者以其他方式掺杂银离子，以获得所需的抗菌性能，美国专利申请公开序列号2011/0081542A1中有进一步描述。另外，挠性玻璃14可含有以下摩尔组成：50％的SiO2、25％的CaO和25％的Na2O，以获得所需的抗菌效果。
一旦形成挠性玻璃片14，可使用各种设备和方法将其层压至非玻璃基材18上。一些例子包括片对片层压，其中，例如使用粘合材料22利用压力和/或热量将挠性玻璃片14粘合至非玻璃基材18上。作为另一个例子，可以使用辊对片或辊对辊层压法，其中，同样利用压力将挠性玻璃片14的连续带从供料辊粘合至非玻璃基材18上，该非玻璃基材18可以是来自供料辊的连续基材或多个单独的基材。虽然有可能将层压玻璃结构形成为最终所需的尺寸，但可能的情况是，在层压玻璃结构形成之后，可能需要对层压玻璃结构进行某种成形(例如切割)。在这些例子中，层压玻璃结构可指预制的层压玻璃结构，其中，会使用研磨射流切割设备对该预制的层压玻璃结构进行最终加工。
无意受限于理论，在将层压玻璃结构切割成预定尺寸的过程中可能遇到的一个困难在于使挠性玻璃片14保持可接受的边缘品质。挠性玻璃片14的边缘品质关系到边缘强度，还关系到可能在挠性玻璃片14中引发/形成不利的或非故意的裂纹和破裂。在一些实施方式中，可能希望在切割之后在挠性玻璃片14中保持预定的边缘强度。例如，使挠性玻璃片14的边缘强度保持在至少约20MPa(例如至少约50MPa或至少约100MPa)可使层压玻璃结构10的挠性玻璃片14能够在诸如搬运和安装这样的终端使用条件下幸存，而不会在挠性玻璃片14中形成裂纹和破裂。已发现在预定的条件下，可使用并非常用于对层压玻璃结构10中的至少一种材料进行切割的研磨射流切割方法和装置来切割层压玻璃结构10(例如挠性玻璃片14、粘合材料22和非玻璃基材18)，且在一些实施方式中，无论是否进行后续的边缘精整加工，都能在挠性玻璃片14中保持至少约20MPa(例如至少约50MPa或至少约100MPa)的预定边缘强度。可使用更大粒度号的砂纸对层压玻璃结构10的边缘进行精整，以进一步改善玻璃边缘的品质和强度。
研磨射流切割是一种可被用于在工件进行透穿、切割直线和诸如圆角和孔这样的精密的非直线形状的工艺。所述工件可以是例如材料片。如本文所用，术语“切割”可指除去目标材料的至少一部分，且作为切割操作的一部分，可包括透穿目标材料。如本文所用，术语“透穿”可指利用研磨射流对目标材料进行初始穿透。由两个或更多个通过粘合剂结合在一起的材料层构成的层压材料可在研磨射流切割的过程中面临挑战。例如，各层之间的受力液体会倾向于通过迫使这些层彼此分离而发生脱层。在降低对层压材料进行研磨射流切割时发生脱层的可能性上可能存在多个考虑因素，例如结合强度以及避开透穿点。如果需要进行透穿，则可使用相对较低的切割压力。在一些例子中，可在层压材料中提供预先钻好的起始孔，之后将使用研磨射流对这些起始孔进行透穿。
研磨射流切割并非常用于在薄材料(例如300μm或更薄，诸如200μm或更薄、诸如100μm或更薄)中切割和形成孔，因为其使用相对较高的切割压力(例如约17000～约50000或更高)，这会使薄、脆的材料开裂或产生碎屑，尤其是在透穿点处。本文所述的研磨射流方法和设备可被用于切割如本文所述的包含厚度约为0.3mm或更小的挠性玻璃片的层压玻璃结构。该研磨射流切割方法可只由一步构成，即完全切穿层压玻璃结构，形成外观和触感平滑的切割边缘，并且/或者形成至少约20MPa的切割后边缘强度。“切割后”边缘强度可指在对该边缘进行诸如打磨或抛光这样的精整加工之前的边缘强度。然而，在一些实施方式中，可使用多步骤工艺以在层压玻璃结构的所有材料上得到可接受的边缘品质。在一些实施方式中，可先使用相同或不同的工艺对非玻璃基材和挠性玻璃片分别进行切割，再对层压玻璃结构进行装配。例如，可使用研磨射流切割工艺对挠性玻璃片或非玻璃基材进行切割，使用不同的工艺对他们中的另一种进行切割，所述不同的工艺包括不同的研磨射流切割工艺。
参见图3，图3示意性地图示了一种示例性的研磨射流切割设备100。如本文所用，术语“研磨射流”可指由任何合适的切割流体形成的射流，且包含任何合适的研磨材料。在一些实施方式中，切割流体包括含有或不含添加剂的水。示例性的切割流体包括水、液氮、甘醇、石蜡、油(例如矿物油、棕榈油、植物油)、它们的组合等。示例性的磨料包括石榴石、糖、盐、冰粒、氧化铝、氧化钛、小苏打、它们的组合等。研磨射流切割设备100包含具有喷嘴104的嘴喷组件102。喷嘴104的内径(例如约0.008英寸～约0.02英寸)可以是微小尺寸的(例如0.008英寸或更小)或大尺寸的(例如0.01英寸或更大)。喷嘴组件102接受来自于与其可操作连接的增压流体源106的增压流体。磨料容器108可与喷嘴组件102可操作连接以向其递送研磨颗粒，所述研磨颗粒与增压流体混合以形成研磨射流110。可提供阀112和114以允许选择性地将增压流体和研磨颗粒递送至喷嘴组件102。
可将控制器118通过有线或无线连接与研磨射流切割设备100的各种组件可操作连接。在所示的实施方式中，可将控制器连接至阀112和114，以选择性地打开和关闭阀112和114。还可将控制器118连接至桥臂120或任何其它合适的用以对喷嘴组件102的移动进行例如不超过五轴(例如单轴、双轴、三轴、四轴和五轴)的控制的驱动系统。还可将控制器118连接至其它组件，例如喷嘴组件102、泵以及加压流体和磨料源106和108。控制器118可包含用以控制研磨射流切割设备100的组件的控制软件、固件和/或硬件。控制器118可包含处理器、存储器(例如ROM、RAM)、存储介质(例如硬盘、闪存等)、用户输入装置(例如键盘、鼠标、触屏等)、输出装置(例如显示器、灯等)、输入/输出装置(例如网卡、串行总线等)、操作系统(例如微软视窗操作系统(Microsoft Windows))以及应用程序和数据。控制器118可包含用于生成和/或导入计算机辅助设计(CAD)图片或其它合适图片或信息的软件，切割或透穿操作可通过这些图片或信息进行。
参见图4，图4图示了利用研磨射流切割设备100对预制的层压玻璃结构102进行研磨射流切割的方法140。预制的层压玻璃结构142可支承在用于切割工艺的支承结构的表面144上，所述切割工艺使用研磨射流切割设备100和背向支承结构的表面144的预制的层压玻璃结构142的挠性玻璃片146、和夹在挠性玻璃片146与支承表面144之间的非玻璃基材148。在一些实施方式中，表面144可以是收集切割流体和研磨颗粒的收集槽150的一部分或以其他方式位于该收集槽150内。在一些实施方式中，可将预制的层压玻璃结构142浸没在流体152(例如水)中以进行浸没的切割操作，这倾向于产生更少的噪音，且可降低振动，所述振动会导致在挠性玻璃片146中形成裂纹。在另一些实施方式中，可不将预制的层压玻璃结构142浸没在流体152中。例如，表面144可位于流体152的表面的上方(例如在收集槽150的上方)，以使预制的层压玻璃结构142位于流体的外侧。
参见图4，可对挠性玻璃片146的宽表面162施用掩模160(例如胶带)。例如，掩模160可以是沿着目标切割线和/或在外边缘或其它位置施用的胶带条，在所述其它位置处可施用夹具、重物等，以支承预制的层压玻璃结构142并防止振动。掩模160可用于保护表面162，也可用于防止玻璃碎屑沿着切割边缘164、166和在表面162上粘附和聚集。在何处施用掩模160可取决于多个因素，例如所用的喷嘴104、在哪里支承预制的层压玻璃结构142、以及最终的(或有用的)层压玻璃结构与废料的关系。在一些实施方式中，每片预制的层压玻璃结构142都可能是有用的，而在其他实施方式中，一片或多片预制的层压玻璃结构142可能是废料。在一些实施方式中，预制的层压玻璃结构142的废料部分和有用部分都可受到支撑(例如使用夹具、磁体、重物等)。
在不进行透穿的切割操作中，控制器118可产生增压流体和研磨颗粒，所述增压流体和研磨颗粒被递送至喷嘴组件102并混合，以生成被递送穿过喷嘴104的研磨射流170。最初时，研磨射流170可在离开预制的层压玻璃结构142的位置处起始。在一些实施方式中，可能需要延迟送水(water lag，例如1～3秒)以允许将研磨颗粒递送至增压流体。当研磨射流170(例如以约17000psi或更大、诸如以约30000psi或更大、诸如以约40000psi或更大、诸如以约50000psi或更大、诸如以约58000psi或更大、诸如以约60,000psi或更大的压力)与预制的层压玻璃结构142的边缘相交且被导向挠性玻璃片146上时，对该预制的层压玻璃结构142的切割开始。作为一个微研磨射流的例子，可使用0.2mm的喷嘴直径搭配240号的石榴石研磨颗粒。作为一个示例性的大磨料的例子，可使用0.3mm的喷嘴直径搭配320号的石榴石研磨颗粒。当使用较小的喷嘴尺寸和/或更细的研磨颗粒时，研磨射流可具有较高的压力。在一些实施方式中，可能有益的是使用压力较低的研磨射流以避免可能由挠性玻璃片与非玻璃基材之间的受力流体导致的脱层。在这些实施方式中，研磨射流可具有不超过约58000psi或不超过约30000psi的压力。例如，当使用0.3mm喷嘴和120号石榴石研磨颗粒时，研磨射流可具有约58000psi的压力。在另一个例子中，当使用0.2mm喷嘴和240号石榴石研磨颗粒时，研磨射流可具有约30000psi的压力。在另一个例子中，当使用0.045英寸(1mm)喷嘴和90号石榴石研磨颗粒时，研磨射流可具有约58000psi的压力。
可使用约120毫米/分钟～3500毫米/分钟的切割速率。例如，切割速率可约为1000毫米/分钟或更高，诸如约1400毫米/分钟或更高。当在预制的层压玻璃结构142中切割角或圆弧时，可使切割速率降低约20％～约50％。切割速率的降低量可至少部分取决于被切割的圆弧的尺寸。
振动控制可防止或降低裂纹的形成。例如，可使用磁体将预制的层压玻璃结构142固定至磁性背板上。当不使用背板时，可使用夹具。在一些实施方式中，可使用合适的固定方式将预制的层压玻璃结构142固定至表面144上。图5是用于将预制的层压玻璃结构142固定至表面144上的固定器154的一种示例性实施方式的透视图。固定器154可包含一个或多个啮合部件156以啮合挠性玻璃片146。例如，图5所示的固定器154包含配置成一对平行棒的两个啮合部件156。利用合适的紧固件(例如螺丝)将啮合部件156固定至表面144。如图5所示，预制的层压玻璃结构142可位于表面144与啮合部件156之间。啮合部件156的宽度大于预制的层压玻璃结构142，以使啮合部件延伸超过该层压玻璃结构的边缘。紧固件可以是可调节的，以调节啮合部件156与表面144之间的距离，从而可通过收紧紧固件来将预制的层压玻璃结构142夹在表面上。夹力应当足够高以限制平移(例如x和y方向上的移动)和振动(例如z方向上的移动)，且应当足够低以避免弄碎挠性玻璃片。在一些实施方式中，啮合部件可包含与挠性玻璃片接触的适形材料(例如橡胶、氯丁橡胶或其它合适的材料)。这种适形材料可能有助于抑制振动和/或避免损坏挠性玻璃片。可确定预制的层压玻璃结构142的位置，以使目标切割线设置于啮合部件156之间(例如在相邻啮合部件之间的开口之内)。在另一些实施方式中，啮合部件可包含啮合片，该啮合片中形成有开口且与目标切割线对齐。所述开口(例如啮合部件156之间的空间或啮合片中的开口)的宽度应当足够大以适应流体喷射。例如，在一些实施方式中，开口可具有至少约20mm，例如约50mm的宽度。附加地或替代地，开口可具有不超过约300mm，例如约150mm的宽度。开口的宽度可取决于非玻璃基材的材料。例如，PMMA基材材料的开口宽度可不超过约150mm，或钢制基材材料的开口宽度可不超过约300mm。较宽的开口可能适用于更加坚硬的基材材料。
在一些实施方式中，表面144包含可位于啮合部件156之间(例如与相邻啮合部件之间的开孔对齐)的孔158。如图5所示，可确定预制的层压玻璃结构142的位置，以使孔158与目标切割线对齐。孔158可使得流体射流和/或切割碎片在切割过程中能够流过表面144并离开预制的层压玻璃结构142。
控制振动的另一种方法是使有用部分粘附在更大的废料工件上。随后可对这些粘附进行机械破除以取下有用部分。可采用打磨操作，例如在所述粘附区域上使用180号或诸如400号这样的更细的砂纸(例如AlOx或SiC)，以防止任何裂纹起始位点在挠性玻璃片146中扩展。
图6图示了使用示例性的研磨射流切割工艺切割得到的挠性玻璃片178的切割边缘176。由于切割过程，可沿着切割边缘176产生圆碎屑和/或直碎屑180。在一些实施方式中，可能需要一次或多次精整操作来除去碎屑180或减小碎屑180的尺寸，形成更光滑或更干净的切割边缘176(图7)。参见图8，在步骤182中，将合适的砂纸(例如AlOx、SiC，至少180号或更细，例如400号)贴附于打磨块上。简要参见图9，图9是对粒度与挠性玻璃片厚度和粒度进行比较的图。如本文所用，术语“粒度”可指ISO/FEPA粒度号，且与平均粒径相对应。为了将切割或精整操作过程中玻璃边缘的碎屑产生降到最低，所使用的粒度应当不超过挠性玻璃片的厚度的150％。例如，粒度可远远小于挠性玻璃片的厚度以产生小于预定深度(例如约20μm或更小)的任意碎片尺寸。在一些实施方式中，可使用600或更细，例如800或更细的粒度。如图9所示，当使用100～200微米的挠性玻璃厚度时，600的粒度产生小于50微米，即约30微米的沙砾粒度，这比挠性玻璃的厚度小得多。例如，在切割过程中使用平均直径小于挠性玻璃片的厚度的约1/4，例如小于约1/5的研磨颗粒时，可显著减少边缘碎屑产生，得到约20MPa或更大，例如约50MPa或更大，例如约100MPa或更大的玻璃边缘强度。
回到图8，在步骤184中，可沿着切割边缘176施用流体，例如水。在步骤186中，砂纸和打磨块可相对于切割边缘176保持一定角度(即相对于横切挠性玻璃片宽表面的平面的角度)。图10图示了以相对于切割边缘176为α的角度(例如约1度～约45度，例如约1度～约20度)与切割边缘接触的砂纸188。这种设置可使挠性玻璃片146的边缘176相对于非玻璃基材194的边缘192向内偏移，通过使边缘192延伸超过边缘176，可在例如处理过程中为边缘176提供一些保护。在一些实施方式中，可通过调整研磨射流偏离垂直方向的角度(例如使用五轴切割设备)，在切割本身的过程中形成斜切边缘，其中，挠性玻璃片146的边缘176相对于非玻璃基材194的边缘192向内偏移。回到图8，一旦用400号砂纸完成初始打磨操作，即可在步骤196中用更细的砂纸(800号)以相同的角度α进行精整操作。在步骤198中，可对层压玻璃结构进行清洗和干燥。可以类似于上文所述的方式使用振动砂磨机、带式砂磨机或盘式砂磨机。
现在参照图11，可使用如上所述的研磨射流切割工艺制造各种非直线切口。例如，图11图示了一种用于在如上所述的预制的层压玻璃结构202上切穿圆孔(以切割线200表示)的方法，该预制的层压玻璃结构202包含使用粘合剂层压至非玻璃基材上的挠性玻璃片。可使用研磨射流在透穿位置204处透穿预制的层压玻璃结构202。在初始的透穿过程中，挠性玻璃片可能会开裂或产生碎屑，这可以在随后的制孔过程中切除。一旦透穿，即可将研磨射流沿径向移动(例如沿着切割线206)至所需的孔直径。然后，可沿着圆形的切割线200进行周界切割。通过使透穿位置位于所需孔的中心处或在该中心附近，可形成直径大于约4mm，例如约7mm或更大的孔。由初始透穿产生的损伤和损伤区域的范围会在很大程度上取决于由水压形成的预制的层压玻璃结构中的挠曲量。最少的挠曲会形成距离透穿中心约0.02英寸的透穿损伤。是否需要进行任何次级精整至少部分取决于切割和供料速率。一些切口可能不需要进行次级精整，而另一些则可能需要进行单步的SiC或AlOx打磨或其它类型的精整。通过改变工艺参数，经常能够将切割过程中发生的任何微小的开裂或严重的玻璃产生碎屑降到最低。然而，取决于切割过程，小孔的下限可在4～7mm直径的范围内。
参见图12和13，图12和图13图示了不同的圆弧切口。在图12中，对预制的层压玻璃结构212使用研磨射流切割工艺来提供圆角210。在图13中，图示了具有第一圆弧(较大半径214，例如4mm)和第二圆弧(较小半径216，例如2mm)的非直线切割。在图14中，图示了一种经过装饰的层压玻璃结构220，其包含多条直线切口222，圆角224和开口或孔226和228。在该例子中，经过装饰的层压玻璃结构220可形成为笔记本电脑键盘的环绕物。可在层压玻璃结构内切割出各种圆形、方形、矩形和定制形状，以例如起到诸如电源插座盒这样的各种物体的后防溅板的作用。
大磨料喷射和微磨料喷射的方法和设备可用于使层压玻璃结构成形，并且在制造环境下形成具有所需边缘强度的切割边缘。本文所述的工艺和工艺参数可适用于在层压玻璃结构中产生笔直的或弯曲的切口，以及在这些层压玻璃结构中制造直径大于约4mm的孔。能够对层压玻璃结构进行成功的切割和制孔的技术的优选组合可包括以下中的一项或多项：
a.(例如沿着目标切割线)用诸如绘图胶带(painter’s tape)或电器面板地板胶带(electrical panel floor tape)这样的静电粘胶带、乙烯基胶带或粘胶带对挠性玻璃表面进行遮盖，以增加边缘切口的精度，并且防止颗粒粘附在玻璃上。
b.在使层压件浸没在水中或者将层压件固定在合适的固定器中的同时对该层压件进行切割以减轻振动，所述振动会导致开裂、玻璃碎屑产生、以及颗粒粘附于玻璃表面。
c.使用以下喷头和粒度来使玻璃边缘的碎屑产生降到最低：微水喷射(喷头直径0.2mm或0.008英寸，240号石榴石)和大水喷射(喷头直径1.3mm，90号石榴石)。在一些实施方式中，可在不使用任何次级精整操作的条件下使用微水喷射喷头来提供不小于约20MPa，例如50MPa或100MPa的切割边缘强度(例如切割后的边缘强度)。
d.使用小于玻璃厚度150％的粒度以形成更高品质的边缘。最大粒度可在约90～约400，例如约180～约400、约240～约320号的范围内，或者以粒径计在约75～约50μm的范围内。可使用粒径为800～1200的研磨切割射流，然而，喷嘴堵塞和沙砾聚集问题随着粒度的增加而增加。
e.对孔使用切割路径以使因在将要切割的孔的几何中心处透穿材料而引起的开裂和碎屑产生降到最低，沿直线或螺旋图案向外移动至孔的最终圆弧，然后沿着孔的周界切割出该孔的形状。
f.对直线和拐角分别使用约84毫米/分钟和20毫米/分钟的切割速率以使拐角处的玻璃开裂降到最低。
g.将开始泵送石榴石浆料至开始泵送水之间的延迟设定为1.5秒，以使发生在所得到的孔的边缘处的碎屑产生和开裂降到最低。
h.使用粘附板或支撑板以使对最后一点玻璃切孔时所遗留的开裂降到最低。
i.使用70～50μm范围内的粒度，以实现小于约20μm的玻璃屑的目标尺寸。
使用本发明的研磨射流切割工艺和设备可具有以下优势中的一项或多项：可提供以较高的速率(例如约20毫米/分钟～3500毫米/分钟)在一次处理中对层压件进行切割/休整的能力；可在玻璃面朝上且被遮盖的条件下进行研磨射流切割，这能够降低对层压玻璃结构的玻璃面的附加损伤；由于最小程度的玻璃碎屑产生而使大射流切割能够对层压件进行切割而无需进行次级切割或诸如打磨这样的精整步骤；上述研磨射流切割可适合制造，即适合大规模生产；可使用研磨射流切割切出直线切口、曲线、孔和其它非直线形状；可使用本发明的研磨射流同时切穿所有的层压层，且可对相对较大的尺寸(例如24×39英寸(600×1000mm))以及更大的尺寸进行切割。本发明的研磨射流切割可允许进行快速原型生产，并且可提供高定位精度(0.0001英寸(0.003mm))、高成形精度(+/-0.0004英寸(0.01mm))、由于切口小(0.0118英寸/分钟(0.3mm)/分钟)而可提供高材料利用率、以及在微水射流技术的场合下可提供低切割力(负荷)。本发明的研磨射流切割技术可提供很小的(如果存在)热冲击(热量)，所述热冲击(热量)会使粘合剂熔化或燃烧，并且在激光切割的场合下会使材料结构发生很小的(如果存在)改变。
应当强调，本发明上述实施方式、包括任何实施例，仅仅是可能实现的实施例，仅是为了清楚理解本发明的各种原理而陈述的。可以在基本上不偏离本发明的精神和各种原理的情况下，对本发明的上述实施方式进行许多改变和调整。在本文中，所有这些调整和改变都包括在本说明书和本发明的范围之内，并受所附权利要求的保护。

Claims (32)

1.一种使层压玻璃结构成形的方法，所述层压玻璃结构包含通过粘合层层压至非玻璃基材上的具有不超过约0.3mm的厚度的挠性玻璃片，所述方法包括：
用包含增压切割流体和研磨颗粒的研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割，从而形成成形的层压玻璃结构；
其中，所述挠性玻璃片的切割边缘的玻璃边缘强度至少约为20MPa。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述研磨颗粒具有至少70的ISO/FEPA粒度号。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括使所述切割流体增压至至少约17000psi。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述研磨切割射流的喷嘴具有约0.2mm～约1.3mm的内径。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述研磨切割射流的喷嘴具有不超过约0.5mm的内径。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括初始的时候在与所述层压玻璃结构隔开的位置形成研磨射流。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对所述挠性玻璃片的表面的至少一部分进行遮盖。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括在使所述层压玻璃结构浸没的同时对其进行切割。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割之前，将所述层压玻璃结构夹在啮合部件与表面之间。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述研磨颗粒的粒度不超过所述挠性玻璃片的厚度的150％。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括在透穿位置透穿所述层压玻璃结构，并且使用所述研磨切割射流在所述透穿位置的周围切割孔。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括以约20毫米/分钟～约3500毫米/分钟的速率进行切割。
13.一种使层压玻璃结构成形的方法，所述层压玻璃结构包含通过粘合层层压至非玻璃基材上的具有不超过约0.3mm的厚度的挠性玻璃片，所述方法包括：
用包含增压切割流体和研磨颗粒的研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割，从而形成成形的层压玻璃结构；
其中，所述研磨颗粒的粒度不超过所述挠性玻璃片的厚度的150％。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述挠性玻璃片的切割边缘的玻璃边缘强度至少约为20MPa。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述研磨颗粒具有至少70的ISO/FEPA粒度号。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括使所述切割流体增压至至少约17000psi。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，形成所述研磨切割射流的喷嘴具有约0.2mm～约1.3mm的内径。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，形成所述研磨切割射流的喷嘴具有不超过约0.5mm的内径。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括初始的时候在与所述层压玻璃结构隔开的位置形成研磨射流。
20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括对所述挠性玻璃片的表面的至少一部分进行遮盖。
21.如权利要求13所述的方法，其特征在于，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括在使所述层压玻璃结构浸没的同时对其进行切割。
22.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括在用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割之前，将所述层压玻璃结构夹在啮合部件与表面之间。
23.如权利要求13所述的方法，其特征在于，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括在透穿位置透穿所述层压玻璃结构，并且使用所述研磨切割射流在所述透穿位置的周围切割孔。
24.如权利要求13所述的方法，其特征在于，用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割的步骤包括以约20毫米/分钟～约3500毫米/分钟的速率进行切割。
25.一种使层压玻璃结构成形的方法，所述层压玻璃结构包含通过粘合层层压至非玻璃基材上的具有不超过约0.3mm的厚度的挠性玻璃片，所述方法包括：
提供包含喷嘴组件的研磨射流切割设备，所述喷嘴组件包含具有约0.2mm～约1.3mm的内径的喷嘴；
将增压流体以不低于约17000psi的压力从增压流体源递送至所述喷嘴；
将研磨颗粒从研磨颗粒源递送至所述增压流体，形成研磨切割射流，所述研磨颗粒具有不超过所述挠性玻璃片的厚度的150％的粒度；以及
用所述研磨切割射流对所述层压玻璃结构进行切割，从而形成成形的层压玻璃结构。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述挠性玻璃片的切割边缘的玻璃边缘强度至少约为20MPa。
27.一种层压玻璃结构，其包含：
挠性玻璃片，所述挠性玻璃片具有切割边缘和不超过约0.3mm的厚度；和
非玻璃基材，所述非玻璃基材被结合至所述挠性玻璃片的表面上；
其中，所述挠性玻璃片的所述切割边缘的玻璃边缘强度至少约为20MPa。
28.如权利要求27所述的层压玻璃结构，其特征在于，还包含粘合层，所述粘合层使所述挠性玻璃片结合至所述非玻璃基材。
29.如权利要求27所述的层压玻璃结构，其特征在于，还包含切穿所述挠性玻璃片和所述非玻璃基材的孔，且所述孔至少部分由所述切割边缘限定。
30.如权利要求29所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述切割边缘包含直线。
31.如权利要求29所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述切割边缘包含圆弧。
32.如权利要求27所述的层压玻璃结构，其特征在于，还包含斜切边缘，其中，所述非玻璃基材延伸超过所述挠性玻璃片的所述切割边缘。
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