CN106573448A - 大且薄的玻璃/金属层压件 - Google Patents

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Abstract

本文所述的是层压结构，所述层压结构包括包含第一面和第二面的金属片、第一玻璃片和将第一玻璃片连接到金属片第一面的第一中间层。此外，本文所述的是制造层压结构的方法，所述方法包括下述步骤：使用中间层，将金属片和玻璃片层压在一起。

Description

大且薄的玻璃/金属层压件
本申请根据35U.S.C.§119要求2014年08月20日提交的美国临时申请系列第62/039,548号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。
技术领域
本文所述的是玻璃/金属层压件结构和制造层压件结构的方法，具体来说是包含化学强化或非化学强化玻璃片的大的玻璃/金属层压件结构。
背景
各种设备例如电器可包括含有金属片的外部壳体。例如，可将较薄的金属片用作例如冰箱和/或冷冻库的电器的外部壳体表面。其它非限制性应用包括建筑元件，例如电梯墙面板、房间墙壁和办公隔间墙；家具应用,如家具面板；和装饰或功能应用,如标志板等。金属片可用来为电器或元件提供保护，同时保持其外部外观。但是，已观察到因为不良的耐刮擦性和/或例如涉及指纹和/或油污的清洁难度，金属片可随时间丢失其美学外观。因此，提供具有保护性表皮的金属片是有优势的，例如薄的玻璃/金属层压结构，其可更易于清洁和/或其可具有增加的耐刮擦性。
申请人披露了具有各种所需性质的薄的金属/玻璃层压件，例如参见2013年10月02日提交的国际专利申请号PCT/US2013/062956以及2014年02月18日提交的美国专利申请号14/183,185,以上各文的全部内容通过引用纳入本文。然而,申请人发现在较大的玻璃/金属层压件(例如,约300mm x 300mm或更大)中可出现翘曲,在一些情况下,这可使制造的制品变得不适于预期的应用。因此，提供薄的玻璃/金属层压件用于更大的应用是有优势的，其可在没有潜在的翘曲不足的情况下，提供本文所述的改善的美学性质。
概述
在各种实施方式中,本公开涉及层压结构，其包含金属片，所述金属片具有第一面和第二面且具有在第一面和第二面之间延伸的约0.1mm-约5mm的厚度。所述层压结构还包含具有约0.1mm-约2.5mm厚度的第一玻璃片,和将第一玻璃片连接到金属片第一面的第一中间层。金属片可具有热膨胀系数(CTE)，其是玻璃片CTE的约30％之内。
在一些实施方式中,第一玻璃片可具有下述厚度：约0.1mm-约1.5mm,约0.5-约1.1mm,或约0.3mm-约1mm,包含在它们之间的所有范围和子范围。在各种实施方式中,第一玻璃片可进行例如化学强化和/或热钢化处理,且可包含选自下述的玻璃：铝硅酸盐玻璃,碱性-铝硅酸盐玻璃,硼硅酸盐玻璃,碱性-硼硅酸盐玻璃,硼铝硅酸盐玻璃,和碱性-硼铝硅酸盐玻璃。作为非限制性例子，第一玻璃片还可包含防眩光表面，其可例如通过基于蚀刻的和/或溶胶-凝胶沉积工艺来获得。
根据其它非限制实施方式,第一中间层可包含聚乙烯醇缩丁醛或离子交联聚合物(ionomer)。在各种实施方式中,第一中间层可具有下述厚度：约0.1mm-约2mm,例如约0.1mm-约0.8mm。在其它实施方式中,第一中间层可具有下述杨氏模量：大于或等于15MPa,例如大于或等于275MPa。
此外，本公开涉及一种制造层压结构的方法，所述方法包括:(i)提供金属片，其具有第一面、第二面和在第一面和第二面之间延伸的约0.1mm-约5mm的厚度,(ii)提供玻璃片，所述玻璃片具有约0.1mm-约2.5mm的厚度,和(iii)使用第一中间层将玻璃片连接到金属片的第一面,其中金属片的CTE是玻璃片的CTE的约30％之内。
在以下的详细描述中提出了本发明的其他特征和优点，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方法而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述给出了本发明的各种实施方式，用来提供理解权利要求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各种非限制性实施方式，并与说明书一起用来解释本发明的原理和操作。
附图简要说明
当结合附图来阅读下文的详细描述时，将更好地理解本公开的各种特征、方面和优势，当可能时附图中相同的结构用相同的附图标记来表示，其中：
图1是横截面视图，其显示根据本公开的方面的示例性层压结构；
图2是横截面视图，其显示根据本公开的其它方面的示例性层压结构；以及
图3是流程图，其显示根据本公开的方面的制造层压结构的示例性步骤。
具体描述
根据本公开的方面的层压结构可用于各种应用。例如，层压结构可用于各种建筑应用，例如壁板、装饰面板、橱柜装置、墙纸或其它建筑应用。在其它示例中，层压结构可用于家具物品和/或家用电器。例如,层压结构可包括作为橱柜、家具物品和/或家用电器的外部面板。在一种非限制性实施方式中，可将层压结构结合进入橱柜，例如冷冻的橱柜，例如冰箱或冷冻库，但可替代地提供各种其它非冷冻的示例。
图1显示根据本公开的各种方面的层压结构100的横截面视图。层压结构可包含金属片101，其可包含宽范围的金属类型和/或宽范围的厚度和构造。例如,金属片101可包含钢、冷轧钢、铝、或任意其它合适的金属。在一非限制性示例中，金属片包括不锈钢。不锈钢可适用于外部面板构造，其可提供所需的保护、耐腐蚀性和/或所需的外部外观，例如拉丝(brushed)不锈钢外观。适用于根据本公开的各种方面的应用的市售不锈钢可包含例如430#不锈钢和具有相似热膨胀系数(CTE)的其它不锈钢,例如409#,410#,416#,430#,440#,和446#不锈钢等。
金属片101可包含第一面103和第二面105，且厚度T1在第一面103和第二面105之间延伸。金属片101的厚度T1可取决于特定应用而变化。例如，较薄的金属片可用于各种应用中来降低材料成本和/或层压结构的重量，同时仍然提供足够的耐变形性。在其它实施方式中，较厚的金属片可用于各种应用，例如其中需要其它支架来保持层压结构的机械整体性。在一些实施方式中,厚度可从25规格(Gauge)金属片(例如,约0.5mm)到最高达12规格金属片(例如,约2mm)变化。在其它实施方式中,厚度可从24规格(Gauge)金属片(例如,约0.64mm厚不锈钢)到最高达16规格金属片(例如,约1.59mm厚不锈钢)变化。根据另一非限制性实施方式，可使用26规格金属片(例如,约0.48mm)。这样,参考图1,金属片101的厚度T1可为约0.1mm-约5mm,例如约0.3mm-约2mm,约0.5-约1.5mm,或约0.6mm-约1mm,但取决于特定应用可提供其它厚度。
在各种实施方式中,金属片101可具有CTE，其在玻璃片107的CTE的约30％之内,例如在玻璃片CTE的约25％之内,约20％之内,约15％之内,约10％之内,约5％之内,或约1％之内。如本文所使用，术语“约30％之内”及其变体用于指金属片的CTE的数值可从低至比玻璃片CTE更小30％(0.7*CTE玻璃)变化到玻璃片CTE更高30％(1.3*CTE玻璃)。例如,金属片的CTE可为小于约11x10-6/℃,例如小于约10x10-6/℃,小于约9x10-6/℃,或小于约8x10-6/℃,包含在它们之间的所有范围和子范围。在一些非限制实施方式中,金属片的CTE可为约7.5x10-6/℃-约11x10-6/℃,例如约8x10-6/℃-约10.5x10-6/℃,或约8.5x10-6/℃-约9.5x10-6/℃,包含在它们之间的所有范围和子范围。
如图1所示,层压结构还可包含具有在第一玻璃面109和第二玻璃面111之间延伸的厚度T2的玻璃片107，所述厚度T2小于或等于约2.5mm,例如小于或等于约2mm,或小于或等于约1.5mm,例如,约0.1mm-约1.5mm,约0.5-约1.1mm,或约0.3mm-约1mm,包含在它们之间的所有范围和子范围。在一非限制实施方式中,玻璃片107可具有约0.7mm的厚度T2。在另一种实施方式中,玻璃片107可具有约1mm的厚度T2。在其它实施方式中,玻璃片107可具有约0.3mm的厚度T2。又根据其它实施方式,玻璃片107可具有约0.1mm-约0.5mm,或约0.3mm-约1mm的厚度T2。
根据各种实施方式,玻璃片107可包含玻璃，例如铝硅酸盐玻璃,碱性-铝硅酸盐玻璃,硼硅酸盐玻璃,碱性-硼硅酸盐玻璃,硼铝硅酸盐玻璃,和碱性-硼铝硅酸盐玻璃,或其它玻璃材料。可使用各种玻璃形成技术来制备可包括在层压结构之内的玻璃片107。例如，可使用熔合下拉技术、熔合上拉技术、狭缝拉制技术或其它方法来提供玻璃带，该玻璃带可加工成具有所需尺寸构造的玻璃片。例如，熔合拉制法可提供来获得基本上纯净的表面。
在一些实施方式中,显示器质量的玻璃片107可用来提供在金属片101的第一表面103上的透明外罩。提供显示器质量的玻璃可允许保留金属片101的第一表面103的美学外观。同时,玻璃片107可有助于保持金属片101的第一表面103的纯净表面质量。实际上，通过使用保护性玻璃片107覆盖金属片101，可避免刮擦、污点和/或其它不完美。
玻璃片可具有下述热膨胀系数(CTE)：例如约5x10-6/℃-约14x10-6/℃,例如约6x10-6/℃-约13x10-6/℃,约7x10-6/℃-约12x10-6/℃,约8x10-6/℃-约11x10-6/℃,或约9x10-6/℃-约10x10-6/℃,包含在它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中,玻璃片可具有下述CTE：约7x10-6/℃-约9x10-6/℃,例如,约7.5x10-6/℃-约8.6x10-6/℃,约7.6x10-6/℃-约8.5x10-6/℃,或约8x10-6/℃-约8.3x10-6/℃。
根据其它方面,玻璃片可具有大于约100MPa的压缩应力和大于约10微米的压缩应力层深度(DOL),例如,大于约500MPa的压缩应力和大于约20微米的DOL,或大于约700MPa的压缩应力和大于约40微米的DOL。在一些实施方式中,可通过例如化学强化和/或热钢化地来处理玻璃片，从而增加玻璃强度和/或其耐破碎性和/或耐刮擦性。
在一种实施方式中,玻璃片107可包含化学强化玻璃例如来自康宁有限公司(Corning Incorporated)的玻璃。这种化学强化玻璃例如可根据美国专利申请号7,666,511,4,483,700,和/或5,674,790来提供，以上各文的全部内容通过引用纳入本文。在一些非限制实施方式中,玻璃片可为玻璃，其具有约7.5-约8.5x10-6/℃的CTE。来自康宁有限公司(Corning Incorporated)的WillowTM玻璃和EAGLE玻璃也可适于用作在各种实施方式中的玻璃片。
根据本公开的非限制性方面,化学强化可通过离子交换过程来实施。例如,玻璃片(例如,铝硅酸盐玻璃,碱性-硼铝硅酸盐玻璃)可通过熔合拉制来制备，然后通过将玻璃片在熔盐浴中浸没预定时间段来化学强化。在玻璃片表面处或靠近玻璃片表面的玻璃之内的离子交换例如来自盐浴的更大的金属离子。熔盐浴的温度和处理时间段可变化；但是，本领域普通技术人员有能力根据所需的应用来决定时间和温度。作为非限制性例子,熔盐浴温度可为约430℃-约450℃，且预定时间段可为约4-约8小时。
虽然无意受限于理论，但据信将较大的离子结合进入玻璃通过在靠近表面区域中形成压缩应力，来强化玻璃片。在玻璃片中心区域内引入相应的拉伸应力，以平衡所述压缩应力。玻璃的化学强化过程可具有在较高DOL下(例如,约40微米；和甚至能大于100微米)下的较高的压缩应力(例如,约700MPa-约730MPa；且甚至能大于800MPa)。这种玻璃可具有高保留强度和高耐刮擦损坏性,高抗冲击性,和/或高挠曲强度以及基本上纯净的表面。一种示例性玻璃组合物可包含SiO2,B2O3和Na2O,其中(SiO2+B2O3)≥66摩尔％,和Na2O≥9摩尔％。
在其它实施方式中,玻璃片107可进行酸蚀刻，以进一步强化玻璃片。玻璃片的酸蚀刻可实现在不降低抗冲性能的情况下，在本公开的层压结构中使用甚至更薄的金属。在一些例子中,酸蚀刻步骤可从玻璃片107的一个或多个表面除去约1.5-约1.7微米。酸蚀刻解决了下述事实：玻璃强度可对表面瑕疵的尺寸和尖端形状是极端敏感的。通过除去如上所述的表面层，据信酸蚀刻可清除大多数的小于1微米的表面瑕疵。虽然酸蚀刻可能没有除去更大的瑕疵，但酸蚀刻步骤可圆化瑕疵尖端，其本来可显著降低应力集中系数。
通过酸蚀刻的玻璃表面的改善(例如，除去小的表面瑕疵以及圆化较大瑕疵的尖端)可显著增加玻璃强度，例如抗冲性。此外,可只除去较小深度的玻璃,从而可不在玻璃片中发生显著的压缩应力下降，因为玻璃可具有在大得多的深度(例如距离表面40微米或甚至大于100微米在一些例子中)下的较高压缩应力。
在一非限制实施方式中,酸蚀刻步骤可使用约1.5M HF/0.9M H2SO4的化学溶液在水平喷涂蚀刻系统上进行。其它加工参数可包含下述中的一个或多个：约90°F(32.2℃)的加工温度,约40秒的加工时间,约20psi的喷涂压力,约15循环/分钟的喷涂振荡,和约0.48加仑/分钟的锥形喷涂喷嘴。但是，取决于特定应用，可改变上述加工参数中的一种或多种，且这种变化在本领域普通技术人员的能力范围之内。在酸蚀刻之后，可使用淋洗步骤(例如使用水)来清洁加工的玻璃片。例如，可在约20psi的喷涂压力下，使用约0.3加仑/分钟的涡流风扇发动机(fanjet)图案的喷嘴。然后，可干燥酸蚀刻的玻璃片。例如,可使用空气流动干燥器系统，例如在约5hp下操作的空气涡轮机。
如图1所示,层压结构还可包含中间层113，其将第一玻璃片107连接到金属片101的第一面103。取决于玻璃和金属片的应用和特征，中间层113可由宽范围的材料来形成。根据一些实施方式，可提供是基本上透明的光学清澈的中间层,但在其它例子中可提供不透明的和可能着色的中间层。在其它实施方式中,例如可通过丝网印刷或数字扫描印刷，将所需的图像印刷到玻璃上和/或印刷到中间层上，用于美学和/或功能目的。因为这些印刷的图像可在界面上(例如,在中间层和/或内部玻璃表面上)设置，在产品生命周期中，它们可受到良好保护，免受刮擦损坏。
附加的或可选的，中间层可包含透明层以允许清楚地看见金属片的外部表面。实际上，中间层113可包含透明中间层113，其可在玻璃片107和金属片101之间提供优异的光学界面。在一些实施方式中，可通过透明中间层113将显示器-质量玻璃片107层压到金属片101，从而可容易地看见和随时间保护金属片101第一面103的外部外观。
此外，可选定中间层113来有助于强化层压结构，且可在玻璃片107破碎的事件中进一步有助于捕获来自玻璃片107的玻璃小块。中间层可包含各种材料，例如乙烯醋酸乙烯酯(EVA),热塑性聚氨酯(TPU),聚酯(PET),丙烯酸(例如,丙烯酸压敏胶带),聚乙烯醇缩丁醛(PVB),离子交联聚合物,或任何其它合适的中间层材料。如果使用PET,在一种实施方式中,PET材料可夹在两层丙烯酸胶粘剂材料之间。在另一非限制实施方式中,可选定中间层113来提供大于或等于15MPa(例如大于或等于约30MPa,约50MPa,约100MPa,约150MPa,或约200MPa)的杨氏模量。例如,中间层113可包含具有约0.1mm-约0.8mm,或约0.3mm-约0.76mm,例如约0.38mm厚度的聚乙烯醇缩丁醛。
在其它实施方式中,中间层113可包含大于或等于275MPa的杨氏模量。例如,第一中间层可包含离子交联聚合物，其具有大于或等于275MPa(例如大于或等于约300MPa,约350MPa,或约400MPa)的杨氏模量。在各种实施方式中,离子交联聚合物可包含可从杜邦公司(DuPont)购买的离子交联聚合物。在这种实施方式中,中间层113的厚度可为例如约0.1mm-约2mm,例如约0.5mm-约1.5mm,例如约0.89mm。
根据本公开的其它方面,层压结构可包含一个或多个其它基材，例如传感器、指示器或有源装置。例如，可在下面的基材中提供触摸板和相关的电子器件，或可在中间的中间层中提供它们，在中间层上可直接邻近触摸垫来提供玻璃基材。因为玻璃片较薄，用户可与触摸垫互动。例如，在冰箱和/或冷冻器的非限制性示例性实施方式中，用户例如可激活灯光、分配水和/或冰等。
还应理解，根据本公开的层压结构不限于包含单一玻璃片和/或单一金属片的结构。例如,层压结构还可包含第二中间层，其将第二玻璃片连接到金属片的第二面。图2显示根据本公开的各种方面的示例性层压结构200，其包含两片这种玻璃片。层压结构200包含第一中间层213，其将第一玻璃片207连接到金属片201的第一面203。如图所示，层压结构200还可包含第二中间层215，其将第二玻璃片217连接到金属片201的第二面205。在一些实施方式中,第二玻璃片217可为化学强化玻璃片。在一些实施方式中,第二中间层215可包含与第一中间层213相同的材料，且具有相同厚度T3。类似地,在一些实施方式中,第二玻璃片217可与第一玻璃片207相同，其包含具有相同厚度T2和其它特征。在各种实施方式中,第二玻璃片217可以与第一玻璃片207保护金属片201的第一面203相同的方式来保护金属片201的第二面205。当然，可使用层和它们的各特征的其它组合来提供各种构造的阵列，其预期落在本公开的范围之内。
方法
参考图3,现在描述根据本公开的方面的制造层压结构的示例性方法。所述方法可从步骤301开始，包括提供和/或制备玻璃片(参见A栏),中间层(B栏),和金属片(C栏)。如下所述，所述方法包括步骤303，其中中间层将玻璃片连接到金属片的第一面。
如图3所示，A栏显示在提供玻璃片的步骤过程中可实施的任选的步骤。提供和/或制备玻璃片的方法可包括提供具有所需厚度(例如,参见图1中的T2)的玻璃片的步骤305。如上所述，玻璃片的厚度可为约0.1mm-约2.5mm。玻璃片可包含玻璃例如铝硅酸盐玻璃,碱性-铝硅酸盐玻璃,硼硅酸盐玻璃,碱性-硼硅酸盐玻璃,硼铝硅酸盐玻璃,和碱性-硼铝硅酸盐玻璃,或任何其它合适的玻璃材料。玻璃片可通过各种技术来提供，例如熔合下拉法、熔合上拉法、狭缝拉制法或本技术领域所公知的其它方法。
玻璃片可任选地在步骤306中加工，从而提供具有至少一个防眩光表面的玻璃片。防眩光加工可在任选的化学强化步骤311之前(步骤306)或在任选的化学强化步骤311之后(步骤312)进行。例如,如果玻璃片在化学强化步骤311之前经历防眩光加工,可使用基于蚀刻的防眩光工艺。例如，在欧洲专利申请公开号2563733 A1和国际申请公开号WO 2012/0749343 A1中描述了非限制性工艺，以上各文的全部内容通过引用纳入本文。合适的基于蚀刻的防眩光工艺包括但不限于酸蚀刻、膏蚀刻(creamy etching)、掩模的酸蚀刻、机械粗糙化(例如，喷砂)及其组合。在一些非限制实施方式中，可使用机械粗糙化和酸蚀刻的组合，但设想了其它组合。根据各种实施方式,防眩光加工可在成形/定型(sizing)步骤307之前和/或之后进行。
所述方法随后可任选地从步骤305或306推进到从源玻璃片分离多个玻璃片的步骤307。例如,可从熔合下拉法形成具有所需的厚度的铝硅酸盐玻璃或碱性-硼铝硅酸盐玻璃的玻璃带。然后，可从玻璃带切割多个玻璃片，且任选地进一步分离成具有用于特定应用的总体所需尺寸的玻璃片的子集(subset)。可使用宽范围的技术，来实施分离多个玻璃片。例如，因为加工在引入额外瑕疵中的风险，尤其是对于薄的玻璃而言，可选定加工来最小化对玻璃强度的不利影响。在一例子中,可将具有约110°的尖端角度的例如包含金刚石的约3mm直径划割砂轮用于划割操作。同时，可将约0.8kgf的施加的力用于划割力。
来自步骤307的具有所需尺寸的玻璃片随后可进一步任选地在步骤309过程中加工。例如,在化学强化玻璃片的步骤之前，可需要机械加工或以其它方式精磨玻璃片的至少一个边缘。例如,步骤309可包含边缘研磨和精磨的步骤,例如从而将边缘圆化或成斜面到所需的轮廓，从而减少尖锐边缘，和/或改善美学和/或边缘强度。在一种实施方式中,可将轮廓化的金刚石砂轮400#(金刚石磨料的目尺寸)用于各种应用。其它加工参数可包括下述中的一个或多个：约10m/秒-约30m/秒的研磨速度,约0.5m/分钟的加料速度,和约0.1mm-约0.2mm的研磨深度。如果需要更高的边缘强度，可使用例如800#金刚石轮进行后续的研磨步骤。这种任选的后续研磨步骤可包括相似的加工参数，例如约10m/秒-约30m/秒的研磨速度,约0.5m/分钟的加料速度,和约0.05mm-约0.1mm的研磨深度。
一旦获得所需的尺寸和性质且机械加工或以其它方式精磨任何边缘(例如,在步骤306,307,和/或309中),玻璃片可任选地在步骤311中进行化学强化。例如,如上所述,化学强化步骤可包括离子交换化学强化技术,例如用来产生玻璃的技术。此外，玻璃片可任选地在步骤313中进行酸蚀刻。可使用如上所述的示例性步骤来进行酸蚀刻，从而如对于特定应用而言所需的进一步强化玻璃片。
如上所述,如果进行防眩光加工,也可在任选的化学强化步骤311之后进行。例如,在步骤312中,可对强化玻璃片进行溶胶-凝胶加工，以制备至少一个防眩光表面。例如，在欧洲专利号1802557 B1中描述了非限制性溶胶-凝胶工艺，该文的全部内容通过引用纳入本文。合适的溶胶-凝胶基防眩光工艺还可包括例如使用防眩光溶胶-凝胶组合物涂覆玻璃片，且在较低温度(例如,小于约350℃)下烘烤玻璃片。根据各种实施方式,在溶胶-凝胶防眩光加工之后,玻璃片随后可通过步骤313中的酸蚀刻进一步加工。
任选地,在进入所述方法的层压方框303之前,可在步骤315中清洁玻璃片。清洁可设计来除去表面赃物、污点和其它残留物。玻璃清洁步骤可使用工业超声清洗仪、水平喷涂系统或其它清洁技术来进行。
A栏中的许多步骤是任选的，且可甚至一起排除。例如，可仅将玻璃片提供用于层压的工艺，排除了如上所述的各种加工步骤。例如，在步骤305之后，玻璃片可已经包括所需的厚度以及所需的尺寸。在这种示例中，所述方法可从步骤305直接推进到步骤309，或可甚至直接推进到步骤311。如果提供的玻璃片已经呈现所需的强度性质，可省略化学强化步骤311和/或酸蚀刻步骤313。此外，如果在步骤307中定型玻璃片，边缘特征可足以用于特定应用，其中所述方法可直接推进到步骤311，无需在步骤309中的机械加工。还如A栏所示，取决于特定应用，还可省略清洁的步骤315。最后，如果在步骤306中加工玻璃片来制备至少一个防眩光表面，则可省略步骤312，反之亦然。
提供和/或制备方框301可进一步包括提供和/或制备中间层(B栏)。例如，所述方法可包括提供中间层的步骤317。作为非限制性例子，中间层可提供作为聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或离子交联聚合物中间层，但在其它例子中可提供其它中间层类型，如上所述。在一种实施方式中,中间层可包含具有约0.1mm-约0.8mm,例如约0.3mm-约0.76mm厚度的PVB。在另一种实施方式中,中间层可包含具有约0.1mm-约2mm例如约0.5mm-约1.5mm厚度的离子交联聚合物。
在各种实施方式中,所述方法可继续到将中间层切割到用于层压结构的适当尺寸的步骤319。此外，例如,可调整(conditioned)中间层来控制中间层的水分含量。在一例子中,调整的步骤321将中间层的水分含量调节到小于约1％,例如小于或等于约0.65％,例如小于或等于约0.2％。控制中间层的水分含量可有利于帮助在层压步骤中获得优异的中间层粘结质量。在其它实施方式中,如果中间层包含PVB,可将水分含量控制到小于或等于约0.65％。根据一些实施方式，如果使用离子交联聚合物,可将水分含量控制到小于或等于约0.2％。可以本技术领域所公知的各种方式来进行控制水分含量。例如,可将中间层设置于受控环境中，其中调节温度和/或湿度来获得所需的中间层水分含量。
如B栏所示,提供和/或制备中间层的步骤以不同的顺序来进行和/或可一起省略某些步骤。例如,可为中间层提供合适的尺寸和性质。在这种示例中，可省略切割319和调整321的步骤。此外，可在没有切割步骤的情况下或在切割步骤之前，实施调整的步骤，如图3所示。
提供和/或制备方框301可进一步包括提供和/或制备金属片(C栏)。所述方法可起始于提供金属片的步骤323，所述金属片包含第一面和第二面，且具有在第一面和第二面之间延伸的所需的厚度。在一种实施方式中,可将金属片提供作为不锈钢金属片,但在其它实施方式中可使用其它材料。在另一种实施方式中,金属片可为25规格金属片(例如,约0.5mm)到最高达12规格金属片(例如,约2mm)。在其它实施例中,厚度可为24规格金属片(例如,约0.64mm)到最高达16规格金属片(例如,约1.59mm)。这样,金属片的厚度(参见,例如,图1中的T1)可为约0.1mm-约5mm,例如约0.5mm-约2mm,或约0.64mm-约1.59mm,但取决于特定应用可提供其它厚度。
所述方法可进一步从提供金属片的步骤323推进到将金属片切割或以其它方式成形到所需尺寸和/或形状的步骤325。在一例子中,可使用激光切割来最小化边缘变形，所述边缘变形本来影响在金属片边缘处的中间层和玻璃片的粘结质量。例如，可使用其它合适的切割机制,例如水-喷射。
在步骤325之后,所述方法可任选地推进到边缘裁剪和清洁的步骤327。例如,在切割之后，可通过机械碾磨(milling)或拉削方法来裁剪不锈钢片的边缘，且用干净的抹布和/或异丙醇或其它合适的溶剂来清洁。还用Teknek(或当量)粘尘辊(tacky roller)清洁钢表面，来除去表面尘埃和颗粒。然后，所述方法可推进到从钢片除去任何保护膜的步骤329。例如，当存在前和/或后保护膜时，可在层压之前除去它们。如图所示，步骤325,327和329是任选的，其中这些步骤的任意一种可省略和/或所述步骤可以如所示的各种顺序来实施。
在提供/制备方框301下提供和/或制备玻璃片、中间层和金属片之后，所述方法随后可推进到层压方框303，其包括使用第一中间层将玻璃片连接到金属片的第一面以制备例如如图1所示的三层层压结构的步骤。类似地，层压方框303还可包括下述步骤：使用第二中间层，将第二玻璃片连接到金属片的第二面以提供5-层层压结构,如图2所示。
在层压方框303下,所述方法可通过构建堆叠件的步骤331开始，且将中间层设置在玻璃片和金属片的第一面之间以提供3-层堆叠件(参见,例如,图1)。此外,如有需要,所述方法可继续形成堆叠件，且将第二中间层设置在第二玻璃片和金属片的第二面之间以提供5-层堆叠件(参见,例如,图2)。随后，可通过例如将高温聚酯胶带的小块设置在至少两个边缘上，来任选地固定堆叠件来防止移位。
可通过本技术领域所公知的手段，使用中间层将玻璃片连接到金属片。例如，可将堆叠件设置在真空腔室之内，例如真空袋中。在真空袋装的步骤中，可在例如薄的透气布中包覆这些组装的零件，其可通过胶带(例如，聚酯胶带)固定，然后用更松散的透气材料包覆，并放置在塑料膜层压袋之内。零件可在袋之内以单一层设置，或为了更高通量，可每次处理多个堆叠件。可使用连接的真空端口热密封袋。可将真空袋的端口连接到高压釜腔室之内的真空软管，可在高压釜腔室仍然开放时施加真空来检查泄露。也可装载其它袋装的零件，最高达高压釜的零件容量。
在步骤333中，真空腔室随后至少部分地排空，且可使用预定的温度和压力分布加热堆叠件。例如，可使用高压釜来实施热加工步骤，其中使用特定的温度和压力分布从而获得优选的层压结构胶粘(粘合)质量。
对于具有PVB中间层的层压结构，可将零件设置在真空下，并暴露于适当的温度和压力分布。例如，可以约3℉/分钟的速率，将温度升高到约130(266℉)的保温温度(soaktemperature)。当达到温度设定点时，引发约5psi/分钟的压力升高，直到达到约80psi的压力设定点。在约30分钟的保温时间之后，以约3℉/分钟的速率，使温度反过来下降。可将压力保持在约80psi下，直到达到约50℃(122℉)，从而最小化PVB中的气泡形成，在该点下还可以约5psi/分钟的速率使压力下降。在腔室冷却且形成压力平衡之后，可例如从高压釜、袋子和透气布取出零件，可除去胶带，清洁零件的层压残留物。
对于具有离子交联聚合物中间层的玻璃/钢层压件，可使用如上关于PVB所详述的相似循环。例如，可以约4℉/分钟的升温速率，将温度升高到约133℃(272℉)。在约60分钟的保温时间之后，可以约4℉/分钟的速率降低升温速率，直到温度达到210℉，从而最小化膜中的雾度形成。然后，可在工艺结束处提供层压结构，其在图3中通过335来表示。
本公开的其它方面可包括在制造层压结构的方法中所使用的任选的加工技术，其可向层压结构提供进一步的有益特征。例如，加工技术可任选地包括用于玻璃片的制备步骤，包括划割和破碎步骤、边缘精磨、离子交换来施加压缩表面层以及酸蚀刻来进一步减少玻璃表面瑕疵。在其它实施方式中，任选的加工技术可包括装饰玻璃或其它组件，以为玻璃提供装饰外观。对于中间层而言，加工技术可任选地包括适当地调整中间层(例如，PVB或离子交联聚合物)中间层来提高粘合强度。对于钢层，加工技术可任选地包括激光切割从而避免通过机械方法导致的边缘变形。在层压步骤中，本公开还可包括下述步骤：具有特定热循环分布的真空施加的热加工，其可定制地用于各种中间层(例如，PVB和离子交联聚合物中间层)，以用于提高的粘合强度和减少的空气气泡。
其它任选的加工步骤可包括为层压结构提供集成安装特征，例如孔和/或吊钩，其可促进在终端产品应用中的安装。例如，可将安装支架连接到金属片或以其它方式提供在层压结构上。在一些实施方式中，可机械加工金属片来包括孔和/或吊钩或任何其它合适的安装特征。
在另一种实施方式中，可制造层压结构，从而减少或消除玻璃边缘接触的发生。尤其是在加工玻璃面板的过程中，边缘接触是在层压结构的安装或使用中玻璃面板破碎的主要原因之一。在一些情况下，边缘接触可在玻璃层上诱导潜在缺陷和/或边缘碎屑化和/或边缘裂纹。因此，根据本文所述的各种实施方式，可例如通过提供绕着玻璃片的外部边缘包覆的金属片，来组装层压基材从而保护玻璃边缘。在一些实施方式中，玻璃片可嵌套在通过金属片形成的凹槽里面。还设想了其它构造，其可减少与玻璃片外部边缘接触的潜在性，因此减少或避免层压结构的机械劣化。
在各种实施方式中，可将抗微生物的涂层施加到玻璃片表面。在其它实施方式中，玻璃片可包括具有抗微生物的特征的组合物。例如，玻璃片可为含有银、铜或者银和铜的组合的玻璃或玻璃陶瓷材料。示例性组合物包括但不限于银和铜或其混合物，其可为零价作为Ag0或Cu0存在于玻璃或玻璃陶瓷中,其是金属形式；可为离子的，且作为Ag+1,Cu+1或Cu+2存在于玻璃或玻璃陶瓷中；或者可作为零价和一种或两种试剂的离子形式的混合物存在于玻璃或玻璃陶瓷中,例如,Ag0和Cu+1和/或Cu+2,Ag+1和Cu0,以及零价和离子物质的其它组合。可通过下述将抗微生物剂结合进入玻璃或玻璃陶瓷：(1)使用含有上述抗微生物剂的一种或两种的离子交换浴的预形成的GC的离子交换，或者(2)将上述抗微生物剂的一种或两种包括进入批料材料，所述批料材料用于制备玻璃，其随后进行陶瓷化来形成玻璃或玻璃陶瓷。在(1)中，抗微生物剂将作为氧化物以离子形式存在于玻璃或玻璃陶瓷中，因可将抗微生物剂的硝酸盐用于离子交换，且因为在离子交换过程中，玻璃或玻璃陶瓷上的硝酸盐物质容易分解。其它抗微生物的涂层和组合物的描述参见国际专利申请公开号WO2013/036746,以及美国申请号13/649,499；13/197,312；和14/176,470,以上各文的全部内容通过引用纳入本文。
相对于完全钢化的钠钙玻璃和不锈钢，本公开的层压结构可具有多种优势。例如，就抗冲性而言，相对于完全钢化的钠钙玻璃单层(厚达4mm)，本公开的层压结构可呈现可比拟的或优异的性能。此外，与在破碎时将玻璃碎屑释放到周围环境的完全钢化的钠钙玻璃相比，本公开的层压结构可在它们破碎时固定玻璃碎片。与不锈钢整体件结构相比，在本公开的层压结构中存在玻璃层可实现更高的结构硬度和由此得到的更高的耐刮擦性，且可有助于在更长的时间段中保持不锈钢表面的新鲜的美学外观。
本公开的一些示例性实施方式的优势可包括具有一个或两个较薄玻璃的层(例如，小于或等于2.5mm)的高质量层压结构。此外，通过使用用于不锈钢层压应用的各种加工技术，层压结构可具有在更长的服务时间中保持拉丝不锈钢的美学外观的能力。此外，本公开的层压结构可规避通过“局部变形”导致的低抗冲性的典型问题，使用具有较薄玻璃层的其它层压结构时本来会出现“局部变形”。此外，通过酸蚀刻强化的示例性层压结构可实现在没有对抗冲性的显著不利影响的情况下，将更薄的钢如24规格(0.635mm)用于玻璃/钢层压件。
这样，本公开还呈现层压结构，其可使用玻璃片来保护金属片，从而避免金属片的刮擦和弄脏玻璃片表面。实际上，可能更加难以从未保护的金属表面去除的任何污泥或脏物都可用方便的方式容易地从玻璃片的表面去除。在一些实施方式中，可将玻璃片层压到不锈钢金属片来提供吸引人的表面，其具有增强的耐刮擦性和较容易的清洁能力，例如就指纹、油污、微生物污染物等而言。根据各种实施方式，还可处理玻璃片来提供防眩光表面，从而提供具有进一步美学益处的层压结构。玻璃片由此可帮助保护不锈钢的美学外观，和帮助促进层压结构表面的清洁和保养。
此外，层压结构的玻璃片可为不锈钢金属片提供增加的在尖锐冲击下对塑性变形的耐受性。这样，玻璃片帮助金属片屏蔽本来可能压痕或损坏金属片的冲击。与不锈钢金属片相比，玻璃片还可增加层压结构的化学/电化学稳定性，由此保护不锈钢的表面特征。
此外，本文所述的玻璃/金属层压件可用于提供大尺寸(例如300mm x300mm或更大的)装饰或功能元件，其具有减少的翘曲且在一些实施方式中不具有翘曲，这可满足用于例如家用电器和建筑元件的严格的内部标准。虽然无意受限于理论，但据信本文所述的玻璃/金属层压件具有减少的玻璃和金属材料之间的CTE不匹配，这可阻止或基本上阻止翘曲，从而制备可用于多种应用的基本上平坦的或平面的层压件。
应理解，多个揭示的实施方式可涉及与特定实施方式一起描述的特定特征、原理或步骤。还应理解，虽然涉及一种特定实施方式描述了特定的特征、元件或步骤，但它们可以各种没有阐述的组合或置换与替代实施方式互换或组合。
还应理解的是，本文所用的冠词“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，不应局限为“仅一个(一种)”，除非明确有相反的说明。因此，例如，提到“玻璃片”包括具有两种或更多种这类玻璃片的方面，除非文本中有另外的明确表示。
在此，范围可以表示为从“约”一个具体值和/或到“约”另一个具体值的范围。当表述这种范围时，例子包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成另一个方面。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值有关和与另一个端点值无关时，都是有意义的。
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，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。
虽然会用过渡语“包括”来公开特定实施方式的各种特征、元素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语“由......构成”、“基本由......构成”描述在内的替代实施方式。因此，例如，对包含A+B+C的结构的隐含的替代性实施方式包括结构由A+B+C组成的实施方式和结构主要由A+B+C组成的实施方式。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是，可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下对本发明进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本发明精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。
下文的实施例用于非限制性的，且只是说明性的，本发明的范围通过权利要求来限定。
实施例
使用如下文表I所示的材料，制备3个玻璃/金属层压件(34”x55”)。
表I
层压结构A包含304#不锈钢,其具有约17x10-6/℃的CTE。层压结构B和C包含430#不锈钢,其具有约10.4x10-6/℃的CTE。在层压结构A-C中所用的玻璃片具有约8.5x10-6/℃的CTE。因此,层压件A落在本发明的范围以外(金属片CTE>30％玻璃片的CTE),而层压件B和C落在本发明的范围之内(在玻璃片CTE的30％之内)。
对比较性层压件A的理论分析预测翘曲可高达58mm。还测量了层压件A-C的每一种的实际翘曲。虽然层压件A具有38mm的实际翘曲，这对于各种应用而言是不可接受的，但层压件B和层压件C具有显著更低的2mm的翘曲。虽然无意受限于理论，但据信层压结构B和层压结构C中的降低的翘曲与降低的玻璃和金属片之间CTE不匹配相关。

Claims (20)

1.一种层压结构，其包括：
金属片，所述金属片具有第一面和第二面，且具有在第一面和第二面之间延伸的约0.1mm-约5mm的厚度；
第一玻璃片，其具有约0.1mm-约2.5mm的厚度；以及
第一中间层，其将第一玻璃片连接到金属片的第一面,
其中金属片具有热膨胀系数，其为玻璃片热膨胀系数的约30％之内。
2.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，第一中间层包含聚乙烯醇缩丁醛的层或离子交联聚合物的层。
3.如权利要求2所述的层压结构，其特征在于，聚乙烯醇缩丁醛的层具有约0.1mm-约0.8mm的厚度。
4.如权利要求2所述的层压结构，其特征在于，离子交联聚合物的层具有约0.1mm-约2mm的厚度。
5.如前述权利要求中任一项所述的层压结构，其特征在于，第一中间层的杨氏模量大于或等于约15MPa。
6.如前述权利要求中任一项所述的层压结构，其特征在于，第一层包含275MPa或更大的杨氏模量。
7.如前述权利要求中任一项所述的层压结构，其特征在于，第一玻璃片包含酸蚀刻的玻璃片。
8.如前述权利要求中任一项所述的层压结构，其特征在于，第一玻璃片具有约0.3mm-约1.5mm的厚度。
9.如前述权利要求中任一项所述的层压结构，其特征在于，第一玻璃片是化学强化的和/或热钢化的。
10.如前述权利要求中任一项所述的层压结构，其特征在于，第一玻璃片包含至少一个防眩光表面和/或至少一个抗微生物的表面。
11.如前述权利要求中任一项所述的层压结构，其特征在于，金属片的热膨胀系数是约7.5x10-6/℃-约11x10-6/℃。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
第二玻璃片，其具有约0.1mm-约2.5mm的厚度；以及
第二中间层，其将第二玻璃片连接到金属片的第二面,
其中第二玻璃片任选地是化学强化的。
13.如前述权利要求中任一项所述的层压结构，其特征在于，所述层压结构包含大于约300mm的至少一个长度尺寸或宽度尺寸。
14.一种制造层压结构的方法，所述方法包括:
(i)提供金属片，所述金属片具有第一面和第二面，且具有在第一面和第二面之间延伸的约0.1mm-约5mm的厚度；
(ii)提供玻璃片，其具有约0.1mm-约2.5mm的厚度；以及
(iii)使用第一中间层，将玻璃片连接到金属片的第一面,
其中金属片具有热膨胀系数，其为玻璃片热膨胀系数的约30％之内。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：处理玻璃片来制备至少一个防眩光表面，其中处理步骤选自酸蚀刻、膏蚀刻、掩模的酸蚀刻、溶胶-凝胶加工、机械粗糙化及其组合。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：强化玻璃片，其中强化步骤选自酸蚀刻、化学强化、热钢化及其组合。
17.如权利要求14-16中任一项所述的方法，其特征在于，玻璃片具有约0.3mm-约1.5mm的厚度。
18.如权利要求14-17中任一项所述的方法，其特征在于，玻璃片包含至少一个防眩光表面和/或至少一个抗微生物的表面。
19.如权利要求14-18中任一项所述的方法，其特征在于，第一中间层包含聚乙烯醇缩丁醛的层或离子交联聚合物的层。
20.如权利要求14-19中任一项所述的方法，其特征在于，金属片的热膨胀系数是约7.5x10-6/℃-约11x10-6/℃。
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