CN108883545A - 其中形成有孔的层压玻璃制品及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种玻璃制品(100)，其包括芯体层(102)以及第一包覆层(104)和第二包覆层(106)，所述芯体层(102)由具有芯体热膨胀系数(CTE)的芯体玻璃组合物形成，所述第一包覆层(104)和第二包覆层(106)与芯体层(102)的第一和第二主表面熔合并且由包含包覆CTE的包覆玻璃组合物形成。孔(120)延伸穿过芯体层(102)、第一包覆层(104)和第二包覆层(106)中的每一者。包覆CTE小于芯体CTE，使得第一包覆层(104)和第二包覆层(106)中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层(102)处于拉伸应力下。玻璃制品(100)的挠曲强度可以为至少约75MPa。玻璃制品(100)在改良环上环测试中可承受的峰值载荷比参比玻璃制品在改良环上环测试中可承受的峰值载荷低最多96.5％。
Description
相关申请的交叉引用
本说明书要求2016年3月24日提交的系列号为62/312,767，名称为“LaminatedGlass Article with Aperture Formed Therein and Method for Forming the Same”[《其中形成有孔的层压玻璃制品及其形成方法》]的美国临时专利申请的优先权，其全文通过引用的方式纳入本文。
背景
1、技术领域
本公开涉及玻璃制品，更具体而言，涉及包含多个玻璃层的层压玻璃制品及其形成方法。
2、背景技术
玻璃制品可用于各种产品，例如，包括汽车窗用玻璃、建筑面板、器具和盖板玻璃(如用于触摸屏装置，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和监控器)。在使用期间，相对较大的瑕疵可能被引入到玻璃制品的表面中。例如，已经观察到，当智能手机掉落到粗糙表面(如沥青)上时，因为与粗糙表面的尖锐特征接触而引起的局部凹陷可造成盖板玻璃表面中的瑕疵深达约300μm。因此，期望提供一种玻璃制品，其对由深的瑕疵造成的破裂具有改进的抗性，从而能够改进机械可靠性和掉落性能。
发明内容
本文公开了其中形成有孔的层压玻璃制品及其形成方法。
本文公开了一种在层压玻璃制品中形成孔的方法。层压玻璃制品包括设置在第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层之间的玻璃芯体层。芯体层包括含有芯体热膨胀系数(CTE)的芯体玻璃组合物。第一包覆层和第二包覆层中的每一者均包括含有包覆CTE的包覆玻璃组合物。包覆CTE小于芯体CTE，使得第一包覆层和第二包覆层中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层处于拉伸应力下。所述方法包括用穿孔工具形成穿过层压玻璃制品的导孔；以及用成形工具扩大所形成的穿过玻璃制品的导孔以形成孔，所述穿孔工具具有由以下等式决定的小于或等于12％的ADG参数，
其中Dη是穿孔工具的尖端直径，α是穿孔工具尖端的夹角，并且ρ是穿孔工具上的磨料的平均粒度。
本文公开了一种在层压玻璃制品中形成孔的方法。层压玻璃制品包括设置在第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层之间的玻璃芯体层。芯体层包括含有芯体热膨胀系数(CTE)的芯体玻璃组合物。第一包覆层和第二包覆层中的每一者均包括含有包覆CTE的包覆玻璃组合物。包覆CTE小于芯体CTE，使得第一包覆层和第二包覆层中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层处于拉伸应力下。所述方法包括用穿孔工具形成穿过层压玻璃制品的导孔；以及用成形工具扩大所形成的穿过玻璃制品的导孔以形成孔，所述成形工具包含设置在该成形工具外表面上的磨料颗粒，所述穿孔工具具有由以下等式决定的小于或等于12％的ADG参数，
其中Dη是穿孔工具的尖端直径，α是穿孔工具尖端的夹角，并且ρ是穿孔工具上的磨料的平均粒度。
本文公开了一种玻璃制品，其包括由包含芯体热膨胀系数(CTE)的芯体玻璃组合物形成的芯体层。第一包覆层与芯体层的第一主表面熔合，而第二包覆层与芯体层的第二主表面熔合。第一包覆层和第二包覆层中的每一者均由包含包覆CTE的包覆玻璃组合物形成。孔延伸穿过芯体层、第一包覆层和第二包覆层中的每一者。包覆CTE小于芯体CTE，使得第一包覆层和第二包覆层中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层处于拉伸应力下。玻璃制品的挠曲强度为至少约75MPa。
本文公开了一种层压玻璃制品，其包括设置在第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层之间的玻璃芯体层。芯体层包括含有芯体热膨胀系数(CTE)的芯体玻璃组合物。第一包覆层和第二包覆层中的每一者均包括含有包覆CTE的包覆玻璃组合物。包覆CTE小于芯体CTE，使得第一包覆层和第二包覆层中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层处于拉伸应力下。孔延伸穿过玻璃制品的整个厚度。玻璃制品在改良环上环测试中可承受的峰值载荷比参比玻璃制品在改良环上环测试中可承受的峰值载荷低最多96.5％。参比玻璃制品与所述玻璃制品基本上相同，但是不含延伸穿过其的孔。
本文公开了一种在层压玻璃制品中形成孔的方法。层压玻璃制品包括设置在第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层之间的玻璃芯体层。芯体层包括含有芯体热膨胀系数(CTE)的芯体玻璃组合物。第一包覆层和第二包覆层中的每一者均包括含有包覆CTE的包覆玻璃组合物。包覆CTE小于芯体CTE，使得第一包覆层和第二包覆层中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层处于拉伸应力下。所述方法包括形成穿过层压玻璃制品的导孔以及扩大所形成的穿过玻璃制品的导孔以形成孔。
应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都仅仅是示例性的，并且旨在提供用于理解所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。附图例示了一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各个实施方式的原理和操作。
附图说明
图1是玻璃制品的一个示例性实施方式的截面示意图。
图2是可用于形成玻璃制品的溢流分配器的一个示例性实施方式的截面示意图。
图3是其中形成有孔的图1的玻璃制品的透视图。
图4是在其中形成孔之前的图1的玻璃制品以及被定位用于在玻璃制品中形成孔的机械切割工具的一个示例性实施方式的截面示意图。
图5是图4的机械切割工具在接触玻璃制品的外表面，并且前进穿过玻璃制品之后的截面示意图。
图6是图3-4的机械切割工具进一步前进到最终深度之后，该机械切割工具的截面示意图。
图7是图3-5的机械切割工具在玻璃制品内平移之后，该机械切割工具的截面示意图。
图8是从图1的玻璃制品的入口表面拍摄的导孔的照片。
图9是从玻璃制品的出口表面拍摄的图8的导孔的照片。
图10是例示了使用改良ROR测试确定的各个实施例和比较例的玻璃制品的失效峰值载荷的韦布尔图。
图11是例示了使用改良ROR测试确定的各个实施例和比较例的玻璃制品的挠曲强度的韦布尔图。
图12是被定位用于在图1的玻璃制品中形成导孔的穿孔工具的截面示意图。
图13A是前进穿过玻璃制品以形成导孔的图12的穿孔工具的截面示意图。
图13B是定位在图13A的导孔上方的成形工具的截面示意图。
图13C是前进穿过玻璃制品和导孔以形成孔的图13B的成形工具的截面示意图。
图14是从图1的玻璃制品的入口表面拍摄的由穿孔工具形成的导孔的照片。
图15是从玻璃制品的出口表面拍摄的图14的导孔的照片。
图16例示了在不包含任何孔的层压玻璃制品上设置的环上环测试。
图17例示了在包含1.6mm孔的层压玻璃制品上设置的环上环测试。
图18例示了在包含5mm孔的层压玻璃制品上设置的环上环测试。
图19是例示了使用图19的改良ROR测试确定的各个实施例的玻璃制品的失效峰值载荷的韦布尔图。
图20是例示了使用图18的改良ROR测试确定的各个实施例的玻璃制品的失效峰值载荷的韦布尔图。
图21A是先使用穿孔工具再使用具有400号光洁度(grit finish)的成形工具在其中形成孔的玻璃制品的A侧照片。
图21B是图21A的玻璃制品的B侧照片。
图21C是先使用穿孔工具再使用具有400号光洁度的成形工具在其中形成孔的玻璃制品的平均缺口数的图。
图22A是先使用穿孔工具，再使用具有400号光洁度的成形工具，接着使用具有800号光洁度的成形工具而在其中形成孔的玻璃制品的A侧照片。
图22B是图21A的玻璃制品的B侧照片。
图22C是例示了先使用穿孔工具，再使用具有400号光洁度的成形工具，接着使用具有800号光洁度的成形工具而在其中形成孔的玻璃制品的平均缺口数的图。
图23A是先使用穿孔工具，再使用具有400号光洁度的成形工具，接着使用具有1000号光洁度的成形工具而在其中形成孔的玻璃制品的A侧照片。
图23B是图23A的玻璃制品的B侧照片。
图23C是例示了先使用穿孔工具，再使用具有400号光洁度的成形工具，接着使用具有1000号光洁度的成形工具而在其中形成孔的玻璃制品的平均缺口数的图。
图24是例示了先使用穿孔工具，再使用(1)具有400号光洁度的成形工具；(2)具有400号光洁度的成形工具，接着使用具有1000号光洁度的成形工具；和(3)具有400号光洁度的成形工具，接着使用具有1000号光洁度的成形工具，而在其中形成具有孔的玻璃制品的平均缺口数对比缺口尺寸的图。
具体实施方式
现在将对示于附图中的示例性实施方式进行详细说明。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。附图中的部件不一定按比例绘制，而重点在于说明示例性实施方式的原理。
如在本文中所使用的，术语“平均热膨胀系数”或“平均CTE”是指给定材料或层在0℃至300℃之间的平均线性热膨胀系数。除非另有说明，否则，本文中所使用的术语“热膨胀系数”或“CTE”是指平均热膨胀系数。例如，使用在ASTM E228“Standard Test Method forLinear Thermal Expansion of Solid Materials With a Push-Rod Dilatometer”[《用推杆膨胀计测试固体材料线性热膨胀性的标准试验方法》]或ISO 7991:1987“Glass--Determination of coefficient of mean linear thermal expansion.”[《玻璃——平均线性热膨胀系数的确定》]中所述的程序可确定CTE。
如在本文中所使用的，术语“挠曲强度”是指使用改良环上环测试方法(改良ROR测试)确定的玻璃制品的挠曲强度，所述改良环上环测试方法类似于ASTM C1499-03“Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of AdvancedCeramics at Ambient Temperature”[《环境温度下的先进陶瓷的单调等双轴挠曲强度的标准测试方法》]中所述的测试方法。使用与ASTM C1499-03中所述的测试固定装置和测试条件稍微有所不同的测试固定装置和测试条件来进行改良ROR测试。具体来说，使用1英寸直径的支承环和1/2英寸直径的负载环对50mm×50mm样品进行测试。各个环的曲率半径为1/16英寸。以1.2mm/分钟的速率施加载荷。在50％相对湿度和室温下进行测试。公开号为2013/0045375的美国专利申请中(例如在第0027段中)列出了改良ROR测试的一般条件，该美国专利申请通过引用的方式全文纳入本文。简要地参考图17和18，该图17和18示意性地描绘了改良ROR测试，其中各环以形成的孔为中心。注意，除非另有说明，否则在测试之前，进行测试以产生本文所述数据的样品未经磨损。
如本文中所使用的，术语“峰值载荷”是指在改良ROR测试中，玻璃制品可承受的峰值载荷，或者玻璃制品发生失效时的载荷。
如在本文中所使用的，术语“ADG参数”是指穿孔工具的夹角与尖端直径的乘积相对于穿孔工具的磨料颗粒的平均粒度的比值，本文将进行更详细的描述。ADG参数用于确定具体的工具是否适合用作包含高芯体拉伸应力的玻璃制品的穿孔工具，本文将进行更详细的描述。
在本文所述的各个实施方式中，玻璃制品在该玻璃制品中的给定深度处包含压缩应力或拉伸应力。压缩应力和/或拉伸应力值可使用任何合适的技术来确定，例如，包括基于双折射的测量技术、折射近场(RNF)技术或光弹性测量技术(例如使用偏振计)。例如，示例性的应力测量标准包括ASTM C1422/C1422M-10“Standard Specification forChemically Strengthened Flat Glass”[《化学强化平板玻璃的标准规范》]和ASTM F218“Standard Method for Analyzing Stress in Glass”[《玻璃应力分析的标准方法》]。
在各个实施方式中，层压玻璃制品包括设置在第一包覆层与第二包覆层之间的芯体层。芯体层和/或包覆层是包含玻璃材料、陶瓷材料、玻璃陶瓷材料或其组合的玻璃层。在一些实施方式中，芯体层和/或包覆层是透明玻璃层。例如，玻璃制品在约400nm至约700nm的波长范围内透射至少约80％的可见光。芯体层由包含芯体CTE的芯体玻璃组合物形成。第一包覆层和第二包覆层中的每一者均由包含包覆CTE的包覆玻璃组合物形成。第一包覆层的包覆玻璃组合物和第二包覆层的包覆玻璃组合物可以彼此相同或不同。包覆CTE小于芯体CTE，使得第一包覆层和第二包覆层中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层处于拉伸应力下。例如，芯体拉伸应力可以小于约58MPa。例如，最大芯体拉伸应力可以为57MPa。在一些实施方式中，芯体拉伸应力小于约55MPa。孔延伸穿过芯体层、第一包覆层和第二包覆层中的每一者。在一些实施方式中，玻璃制品的挠曲强度为至少约75MPa。另外，或者替换性地，玻璃制品在改良ROR测试中可承受的峰值载荷比参比玻璃制品在改良ROR测试中可承受的峰值载荷低最多96.5％。在这样的实施方式中，除了参比玻璃制品不含延伸穿过其的孔之外，参比玻璃制品与所述玻璃制品基本上相同。
图1是层压玻璃制品100的一个示例性实施方式的截面图。在一些实施方式中，玻璃制品100包括含有多个玻璃层的层压片。层压片可如图1所示的那样基本上是平面的，或者是非平面的。玻璃制品100包含设置在第一包覆层104与第二包覆层106之间的芯体层102。在一些实施方式中，第一包覆层104和第二包覆层106为如图1所示的外层。例如，将第一包覆层104的外表面108用作玻璃制品100的外表面，并且/或者将第二包覆层106的外表面110用作玻璃制品的外表面。在其他实施方式中，第一包覆层和/或第二包覆层是设置在芯体层与外层之间的中间层。
芯体层102包含第一主表面和与该第一主表面相对的第二主表面。在一些实施方式中，第一包覆层104与芯体层102的第一主表面熔合。另外，或者替换性地，第二包覆层106与芯体层102的第二主表面熔合。在这些实施方式中，第一包覆层104与芯体层102之间的界面112和/或第二包覆层106与芯体层102之间的界面114不含任何结合材料，例如粘合剂、涂层或者被添加或构造用于使相应的各包覆层与芯体层粘结的任何非玻璃材料。因此，第一包覆层104和/或第二包覆层106与芯体层102直接熔合或者直接毗邻芯体层102。在一些实施方式中，玻璃制品100包含一层或多层中间层，所述一层或多层中间层被设置在芯体层102与第一包覆层104之间和/或芯体层102与第二包覆层106之间。例如，中间层包含在芯体层102与包覆层的界面处形成的中间玻璃层和/或扩散层。扩散层可包含掺混区域，所述掺混区域包含毗邻该扩散层的每一层的组分(例如在两个直接毗邻的玻璃层之间的掺混区域)。在一些实施方式中，玻璃制品100包括玻璃-玻璃层压件(例如原位熔合的多层玻璃-玻璃层压件)，其中，直接毗邻的各玻璃层之间的界面是玻璃-玻璃界面。
在一些实施方式中，芯体层102包含芯体玻璃组合物，并且第一和/或第二包覆层104和106包含与芯体玻璃组合物不同的包覆玻璃组合物。在对玻璃制品进行本文所述的任何类型的化学强化处理之前，芯体玻璃组合物和包覆玻璃组合物彼此不同。例如，在图1所示的实施方式中，芯体层102包含第一玻璃组合物或者由第一玻璃组合物形成，并且第一包覆层104和第二包覆层106中的每一者包含第二玻璃组合物或者由第二玻璃组合物形成。在其他实施方式中，第一包覆层104包含第二玻璃组合物或者由第二玻璃组合物形成，并且第二包覆层106包含第三玻璃组合物或者由第三玻璃组合物形成，所述第三玻璃组合物与第一玻璃组合物和第二玻璃组合物不同。
玻璃制品100可使用合适的工艺来成形，例如熔合拉制、向下拉制、狭缝拉制、向上拉制或浮法。在一些实施方式中，玻璃制品100使用熔合拉制法来形成。图2是可用于形成玻璃制品(例如玻璃制品100)的溢流分配器200的一个示例性实施方式的截面图。可如第4,214,886号美国专利所述来构造溢流分配器200，所述专利通过引用全文纳入本文。例如，溢流分配器200包含下溢流分配器220和位于该下溢流分配器220上方的上溢流分配器240。下溢流分配器220包含槽222。熔化第一玻璃组合物224并将其以粘性态进料到槽222中。如下文进一步描述的，第一玻璃组合物224形成玻璃制品100的芯体层102。上溢流分配器240包含槽242。熔化第二玻璃组合物244并将其以粘性态加入槽242中。如下文进一步描述的，第二玻璃组合物244形成玻璃制品100的第一和第二包覆层104和106。
第一玻璃组合物224从槽222中溢流出，并且沿着下溢流分配器220的相对的外成形表面226和228向下流动。外成形表面226和228在拉制线230处汇合。沿着下溢流分配器220的相应的外成形表面226和228向下流动的第一玻璃组合物224的分开的流在拉制线230处汇合，它们在此处熔合在一起以形成玻璃制品100的芯体层102。
第二玻璃组合物244从槽242中溢流出，并且沿着上溢流分配器240的相对的外成形表面246和248向下流动。第二玻璃组合物244通过上溢流分配器240向外偏离，以使第二玻璃组合物在下溢流分配器220的周围流动，并与流过下溢流分配器的外成形表面226和228的第一玻璃组合物224接触。使第二玻璃组合物244的分开的流与相应的第一玻璃组合物224的分开的流相熔合，所述第一玻璃组合物224的分开的流沿着下溢流分配器220的相应的外成形表面226和228向下流动。一旦在拉制线230处与第一玻璃组合物224的流汇合，则第二玻璃组合物244形成玻璃制品100的第一和第二包覆层104和106。
在一些实施方式中，一种方法包括使粘性态的芯体层102的第一玻璃组合物224与粘性态的第一和第二包覆层104和106的第二玻璃组合物244接触，以形成层压片。在一些这样的实施方式中，层压片是从如图2所示的下溢流分配器220的拉制线230处离开的部分玻璃带。玻璃带可通过合适的方式，包括例如通过重力作用和/或牵拉辊的方式，从下溢流分配器220中拉制出来。玻璃带随着其离开下溢流分配器220而冷却。将玻璃带切断以从中分离出层压片。因此，层压片是从玻璃带中切割下来的。可使用合适的技术来切断玻璃带，例如刻划、弯曲、热冲击和/或激光切割。在一些实施方式中，玻璃制品100包含如图1所示的层压片。在其他实施方式中，可(例如通过切割或模塑)进一步加工层压片以形成玻璃制品100。
虽然图1所示的玻璃制品100包含三层，但是本公开也包括其他实施方式。在其他实施方式中，玻璃制品可具有确定的层数，例如四层、五层或更多层。例如，可使用具有分开的槽的下溢流分配器，使得两种玻璃组合物流过下溢流分配器的相对的外成形表面并在拉制线处汇合，从而形成包含四层的玻璃制品。可使用额外的溢流分配器和/或使用具有分开的槽的溢流分配器来形成包含五层或更多层的玻璃制品。因此，具有确定层数的玻璃制品可通过对溢流分配器进行相应改造来形成。
虽然图1所示的玻璃制品100包含层压片，但是本公开也包括其他实施方式。在其他实施方式中，玻璃制品包括含有多个管状层的层压管(例如通过一个或多个环形孔形成)。例如，层压管的部分截面包含与图1所示的相似的层压结构。在其他实施方式中，玻璃制品包括成形的玻璃制品(例如通过对层压片进行成形或模塑来形成)。
玻璃制品100的厚度可以玻璃制品的相对外表面(例如外表面108和110)之间的距离来测量。在一些实施方式中，玻璃制品100包含至少约0.05mm、至少约0.1mm、至少约0.2mm或至少约0.3mm的厚度。另外，或者替换性地，玻璃制品100包含最高约2mm、最高约1.5mm、最高约1mm、最高约0.7mm或者最高约0.5mm的厚度。在一些实施方式中，芯体层102的厚度与玻璃制品100的厚度的比值为至少约为0.7、至少约为0.8、至少约为0.85、至少约为0.9或至少约为0.95。另外，或者替换性地，芯体层102的厚度与玻璃制品100的厚度的比值为最高约0.95、最高约0.93、最高约0.9、最高约0.87或者最高约0.85。在一些实施方式中，第一包覆层104和第二包覆层106中的每一者的厚度为约0.01mm至约0.3mm。
在一些实施方式中，芯体层102的第一玻璃组合物和/或第一包覆层104和/或第二包覆层106的第二玻璃组合物包含至少约30千泊(kP)、至少约50kP、至少约100kP、至少约200kP或至少约300kP的液相线粘度。在一些实施方式中，第一玻璃组合物和/或第二玻璃组合物包含适合利用本文所述的熔合拉制法形成玻璃制品100的液相线粘度。例如，芯体层102的第一玻璃组合物包含至少约100kP、至少约200kP或至少约300kP的液相线粘度。另外，或者替换性地，第一玻璃组合物包含最高约3000kP、最高约2500kP、最高约1000kP或者最高约800kP的液相线粘度。另外，或者替换性地，第一包覆层104和/或第二包覆层106的第二玻璃组合物包含至少约50kP、至少约100kP或者至少约200kP的液相线粘度。另外，或者替换性地，第二玻璃组合物包含最高约3000kP、最高约2500kP、最高约1000kP或者最高约800kP的液相线粘度。第一玻璃组合物可有助于负载第二玻璃组合物到溢流分配器以形成第二层。因此，第二玻璃组合物可包含的液相线粘度低于通常认为适合利用熔合拉制法形成单层片的液相线粘度。
在一些实施方式中，对玻璃制品100进行机械强化。例如，第一包覆层104和/或第二包覆层106的第二玻璃组合物包含与芯体层102的第一玻璃组合物不同的CTE。这种在玻璃制品100的直接相邻的各层之间的CTE差别可引起玻璃制品的机械强化。例如，第一和第二包覆层104和106由CTE比芯体层102的玻璃组合物(例如第一玻璃组合物)更低的玻璃组合物(例如第二玻璃组合物)形成。因此，玻璃制品100包含的CTE差别CTE芯体–CTE包覆大于零。相比于芯体层102，第一和第二包覆层104和106的相对更低的CTE造成在玻璃制品100冷却后，即在包覆层中形成压缩应力并且在芯体层中形成拉伸应力。因此，芯体层102的CTE——CTE芯体与第一包覆层104和/或第二包覆层106的CTE——CTE包覆之间的差，或者CTE差别CTE芯体–CTE包覆在包覆层中产生了压缩应力，由此使玻璃制品100得到机械强化。在包覆层是玻璃制品外层的实施方式中，包覆层中的这种压缩应力通过对抗玻璃制品外表面处存在的瑕疵的扩展而有利于玻璃制品的强度。在各个实施方式中，第一和第二包覆层中的每一者可独立地具有比芯体层更高的CTE、更低的CTE或基本上相等的CTE。
在一些实施方式中，芯体层102的CTE与第一包覆层104和/或第二包覆层106的CTE相差至少约1x10-7℃-1、至少约2x10-7℃-1、至少约3x10-7℃-1、至少约4x10-7℃-1、至少约5x10-7℃-1、至少约10x10-7℃-1、至少约15x10-7℃-1、至少约20x10-7℃-1、至少约25x10-7℃-1、至少约30x10-7℃-1、至少约35x10-7℃-1、至少约40x10-7℃-1或者至少约45x10-7℃-1。另外，或者替换性地，芯体层102的CTE与第一包覆层104和/或第二包覆层106的CTE相差最多约100x10-7℃-1、最多约75x10-7℃-1、最多约50x10-7℃-1、最多约40x10-7℃-1、最多约30x10-7℃-1、最多约20x10-7℃-1、最多约10x10-7℃-1、最多约9x10-7℃-1、最多约8x10-7℃-1、最多约7x10-7℃-1、最多约6x10-7℃-1或者最多约5x10-7℃-1。例如，在一些实施方式中，芯体层102的CTE与第一包覆层104和/或第二包覆层106的CTE相差约1x10-7℃-1至约10x10-7℃-1或约1x10-7℃-1至约5x10-7℃-1。在一些实施方式中，第一包覆层和/或第二包覆层的第二玻璃组合物包含最高约90x10-7℃-1、最高约89x10-7℃-1、最高约88x10-7℃-1、最高约80x10-7℃-1、最高约70x10-7℃-1、最高约60x10-7℃-1、最高约50x10-7℃-1、最高约40x10-7℃-1或最高约35x10-7℃-1的CTE。另外，或者替换性地，第一包覆层104和/或第二包覆层106的第二玻璃组合物包含至少约10x10-7℃-1、至少约15x10-7℃-1、至少约25x10-7℃-1、至少约30x10-7℃-1、至少约40x10-7℃-1、至少约50x10-7℃-1、至少约60x10-7℃-1、至少约70x10-7℃-1、至少约80x10-7℃-1或者至少约85x10-7℃-1的CTE。另外，或者替换性地，芯体层102的第一玻璃组合物包含至少约40x10-7℃-1、至少约50x10-7℃-1、至少约55x10-7℃-1、至少约65x10-7℃-1、至少约70x10-7℃-1、至少约80x10-7℃-1或者至少约90x10-7℃-1的CTE。另外，或者替换性地，芯体层102的第一玻璃组合物包含最高约120x10-7℃-1、最高约110x10-7℃-1、最高约100x10-7℃-1、最高约90x10-7℃-1、最高约75x10-7℃-1或者最高约70x10-7℃-1的CTE。
在各个实施方式中，玻璃制品包含延伸穿过芯体层、第一包覆层和第二包覆层中的每一者的孔。在玻璃制品中形成孔可降低玻璃制品的挠曲强度。这种有所降低的挠曲强度可能使玻璃制品不适于可使玻璃制品经受损坏诱导条件的应用，例如交通工具应用(如汽车窗用玻璃、内部面板和外部面板)、建筑面板、器具和消费性电子器件应用[例如触摸屏装置(如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和监控器)的盖板玻璃或背板]。例如，可存在于限制孔的内边缘中的边缘瑕疵可造成裂纹从内边缘扩展通过玻璃制品的长度和/或宽度。在本文所述的玻璃制品经过强化(例如机械强化和/或化学强化)的实施方式中，包覆层处于压缩中，而芯体层处于拉伸中。由于裂纹更易于扩展通过处于拉伸中的玻璃，因此玻璃制品可以特别容易在孔形成期间或之后，在内边缘处的芯体层的暴露部分处扩展裂纹。
图3是其中形成有孔120的玻璃制品100的透视图。玻璃制品100包含限定玻璃制品外周界的外边缘116。在一些实施方式中，玻璃制品100包含从较大的玻璃片中切割出来的部分。例如，可通过机械切割(例如刻划和断裂)、热应力(例如用加热的线、焰炬、激光或另一种加热装置加热)、和/或激光切割(例如，如第2015/0165560号美国专利申请公开所述，其通过引用全文纳入本文)从玻璃片中切割出该部分。在这样的实施方式中，至少一部分外边缘116包含切割边缘。切割边缘可以形成时的形式或进行进一步的精整工艺(例如研磨和/或抛光)来使用。孔120延伸穿过第一包覆层104、芯体层102和第二包覆层106中的每一者。因此，孔120延伸穿过玻璃制品100的整个厚度。在图3所示的实施方式中，孔120包含椭圆形。在其他实施方式中，孔包含圆形、矩形或其他多边形或非多边形。
在一些实施方式中，孔120是直的孔，其中侧壁基本上垂直于第一包覆层104的外表面108和/或第二包覆层106的外表面110延伸。例如，孔120的区域从第一包覆层104的外表面108到第二包覆层106的外表面110基本上保持恒定。在其他实施方式中，孔120是锥形孔，其中侧壁不垂直于第一包覆层104的外表面108和/或第二包覆层106的外表面110延伸。例如，孔120的区域从第一包覆层104的外表面108到第二包覆层106的外表面110增大或减小。在其他实施方式中，孔120的侧壁在玻璃制品100的整个第一部分厚度中向内或向外变细，并在玻璃制品的整个第二部分厚度中基本上保持恒定或以相反的方向逐渐变细。例如，孔120的区域从第一包覆层104的外表面108到中间点减小，并从中间点到第二包覆层106的外表面110增大。
在各个实施方式中，其中形成有孔120的玻璃制品100包含至少约75MPa的挠曲强度。例如，玻璃制品100包含至少约75MPa、至少约80MPa、至少约85MPa、至少约90MPa、或者至少约94MPa的挠曲强度。另外，或者替换性地，玻璃制品包含最高约2100MPa、最高约2000MPa、最高约1900MPa、最高约1800MPa、最高约1700MPa、最高约1600MPa、最高约1500MPa、最高约1400MPa、最高约1300MPa、最高约1200MPa、最高约1100MPa、最高约1000MPa、最高约900MPa、最高约800MPa、最高约700MPa、最高约600MPa、最高约500MPa、最高约400MPa、最高约300MPa、最高约200MPa或者最高约100MPa的挠曲强度。孔120由内边缘122限制。在各个实施方式中，形成孔120使得内边缘122的边缘品质足以能够使玻璃制品100具有本文所述的高挠曲强度。
在一些实施方式中，玻璃制品100在改良ROR测试中可承受的峰值载荷比参比玻璃制品在改良ROR测试中可承受的峰值载荷低最多96.5％。例如，玻璃制品100可承受的峰值载荷比参比玻璃制品可承受的峰值载荷低最多96.4％、最多96.3％、最多96.2％、最多96.1％、最多96％、最多95.9％、最多95.8％、最多95.7％、最多95.6％、最多95.5％、最多95.4％、最多95.3％、最多95.2％或者最多95.1％。在这样的实施方式中，除了参比玻璃制品不含延伸穿过其的孔之外，参比玻璃制品与所述玻璃制品基本上相同。
在一些实施方式中，在玻璃制品100中形成孔120后，获得了玻璃制品100的高挠曲强度而无需对内边缘122进行研磨或抛光。因此，处于刚形成时的条件下的具有内边缘122的玻璃制品100包含本文所述的高挠曲强度。例如，包含本文所述的高挠曲强度的玻璃制品100的内边缘122包含至少约0.05μm的Ra表面粗糙度。这一Ra表面粗糙度可与经过研磨和/或抛光的边缘形成对照，所述经过研磨和/或抛光的边缘的Ra表面粗糙度通常小于0.05μm，例如0.002μm或更小。另外，或者替换性地，包含本文所述的高挠曲强度的玻璃制品100的内边缘122包含最高约0.5μm的Ra表面粗糙度。在不需要进行二次研磨或抛光工艺的情况下实现高挠曲强度可降低制造玻璃制品的成本和/或复杂性，并且/或者避免了可由这些加工引起的玻璃制品的断裂。
在一些实施方式中，玻璃制品包含多个孔。例如，在图3所示的实施方式中，多个孔包括由内边缘122限制的孔120、由内边缘126限制的第二孔124、以及由内边缘130限制的第三孔128。孔124被构造成具有圆润端部的大致矩形的狭缝。孔128被构造成具有圆形形状的孔。在其他实施方式中，每个孔可独立地具有本文所述的另一种合适的形状。形成所述多个孔中的每个孔，使得相应的内边缘的边缘品质足以能够使玻璃制品100具有本文所述的高挠曲强度。
在一些实施方式中，图3所示的玻璃制品100可用作智能手机的盖板玻璃。因此，孔120可为按钮提供开口，孔124可为耳机或扬声器提供开口，和/或孔128可为摄像机提供开口。在其他实施方式中，玻璃制品包括合适数目的孔，这些孔定位在合适的位置以用于玻璃制品的预期应用。
在一些实施方式中，对玻璃制品100进行化学强化。例如，对玻璃制品100进行离子交换处理以增加玻璃制品暴露表面附近的玻璃制品区域中的压缩应力。可在玻璃制品100中形成孔之前或之后，使玻璃制品100进行离子交换处理。因此，暴露的表面可包括玻璃制品100的一个或多个外表面(例如外表面108和/或外表面110)、一个或多个内边缘(例如内边缘122、内边缘126和/或内边缘130)、和/或一个或多个外边缘(例如外边缘116)。
在一些实施方式中，离子交换处理包括将离子交换介质施涂于玻璃制品100的一个或多个暴露表面。所述离子交换介质包括含有待与玻璃基质(例如第一包覆层104和/或第二包覆层106的玻璃基质)中的较小离子交换的较大离子的溶液、糊料、凝胶、液体、蒸汽、等离子体、或其它合适的介质。术语“较大离子”和“较小离子”是相对的术语，意为较大离子相比于较小离子相对较大，而较小离子相比于较大离子相对较小。因此，较大离子具有比较小离子更大的离子半径，而较小离子具有比较大离子更小的离子半径。在一些实施方式中，玻璃制品100的芯体层102、第一包覆层104和/或第二包覆层106包括碱金属硅铝酸盐玻璃。因此，玻璃制品100中的较小离子和离子交换介质中的较大离子可以是一价碱金属阳离子(例如Li+、Na+、K+、Rb+和/或Cs+)。或者，玻璃制品100中的一价阳离子可以被除了碱金属阳离子以外的一价阳离子(例如Ag+等)替代。在一些实施方式中，玻璃制品100的芯体层102、第一包覆层104和/或第二包覆层106包括碱土金属硅铝酸盐玻璃。因此，玻璃制品100中的较小离子和离子交换介质中的较大离子可以是二价碱土金属阳离子(例如Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+和/或Ba2+)。在一些实施方式中，离子交换介质包括熔融盐溶液，并且离子交换处理包括将层压玻璃制品浸没在熔融盐浴中，该熔融盐浴包含待与玻璃基质中的较小离子(例如Na+、Li+、Ca2+和/或Mg2+)交换的较大离子(例如K+、Na+、Ba2+、Sr2+和/或Ca2+)。在一些实施方式中，熔融盐浴包含较大离子的盐(例如硝酸盐、硫酸盐和/或氯化物)。例如，熔融盐浴包含熔融KNO3、熔融NaNO3或其组合。另外，或者替换性地，所述熔融盐浴的温度为约380℃至约450℃，并且浸没时间为约2小时至约16小时。
通过在玻璃制品100的暴露表面处用较大离子替换玻璃基质中的较小离子，芯体层102的拉伸应力得到降低或消除，或者在玻璃制品的暴露表面附近形成了压缩应力。另外，或者替换性地，第一包覆层104和/或第二包覆层106的压缩应力在玻璃制品100的暴露表面附近有所增加，或者在玻璃制品100的暴露表面附近形成了第一包覆层104和/或第二包覆层106的压缩应力。例如，在离子交换处理期间，在玻璃制品100的暴露表面附近，来自离子交换介质的较大离子扩散到芯体层102的外部部分中，并且来自玻璃基质的较小离子从芯体层的外部部分扩散出来。因此，芯体层102的外部部分包括玻璃制品100的离子交换区域。离子交换区域中的较大离子的浓度增大造成玻璃基质拥挤并且使离子交换区域中的拉伸应力减少和/或在离子交换区域中形成了压缩应力。因此，相对于芯体层102的剩余部分(例如非离子交换区域)，离子交换区域包含有所减小的拉伸应力。另外，或者替换性地，在离子交换处理期间，在玻璃制品100的暴露表面附近，来自离子交换介质的较大离子扩散到第一包覆层104和/或第二包覆层106的外部部分中，并且来自玻璃基质的较小离子从第一包覆层和/或第二包覆层的外部部分扩散出来。因此，第一包覆层104和/或第二包覆层106的外部部分包括玻璃制品100的离子交换区域。离子交换区域中的较大离子的浓度增大造成玻璃基质拥挤并且使离子交换区域中的玻璃制品100的压缩应力增加。因此，相对于第一包覆层104和/或第二包覆层106的剩余部分(例如非离子交换区域)的压缩应力，离子交换区域包含有所增加的压缩应力。
在一些实施方式中，玻璃制品经过本文所述的机械强化(例如，第一包覆层104和/或第二包覆层106的CTE低于芯体层102的CTE)。在这样的实施方式中，使玻璃制品100进行离子交换处理将玻璃制品外表面处的表面压缩应力(例如来自CTE错配产生的初始表面压缩应力)增加到最终的表面压缩应力。例如，最终的压缩应力为至少约200MPa、至少约300MPa、至少约400MPa、至少约500MPa、至少约600MPa、至少约700MPa、至少约800MPa、至少约900MPa或者至少约1000MPa。另外，或者替换性地，最终的压缩应力值为最高约1300MPa、最高约1200MPa、最高约1100MPa、最高约1000MPa、最高约900MPa或者最高约800MPa。
在一些实施方式中，在层压玻璃制品中形成孔的方法包括形成穿过玻璃制品的导孔，然后将该导孔扩大到所需的孔尺寸。例如，所述形成导孔包括用一种机械切割工具或一系列机械切割工具钻通玻璃制品。例如，所述机械切割工具包括钻头、刳刨头或另一种合适的切割工具。
图4是在其中形成孔120之前的玻璃制品100以及被定位用于在玻璃制品中形成孔的机械切割工具300的一个示例性实施方式的截面示意图。机械切割工具300包括工具轴AT和工具直径DT。例如，工具直径为最高约2mm、最高约1.8mm、最高约1.6mm或者最高约1.4mm。另外，或者替换性地，例如，工具直径为至少约0.5mm、至少约0.7mm、至少约0.9mm或者至少约1.1mm。在一些实施方式中，机械切割工具300包括定位在机械切割工具300的远端处的工具头302和从工具头302向近侧延伸的工具轴杆304。在图4所示的实施方式中，工具头302被构造成锥形头。在其他实施方式中，工具头包含钝形、圆形、或其他合适形状。工具头302和工具轴杆304可以是形成机械切割工具300的整体部件或者是连接在一起的分离部件。机械切割工具300可以由以下物质形成或包含以下物质，例如金刚石、碳化硅或另一种合适的材料。工具头302和工具轴杆304可以由相同或不同的材料形成。例如，工具头302由硬化材料(例如金刚石或碳化硅)形成，而工具轴杆304由不同的材料(例如钢)形成。在一些实施方式中，用硬化材料对工具头302和/或工具轴杆304进行涂覆。例如，工具头302和/或工具轴杆304由不锈钢形成，并用金刚石或碳化硅进行涂覆。
在一些实施方式中，机械切割工具300包含设置在该机械切割工具外表面上的磨料颗粒。例如，机械切割工具300的工作部分包含设置在其外表面上的磨料颗粒。机械切割工具300的工作部分包括工具头302。在一些实施方式中，机械切割工具300的工作部分还包括工具轴杆304的远端部分。机械切割工具300的工作部分包含工作长度。例如，工作长度为至少约0.5mm、至少约1mm、至少约1.5mm、至少约2mm、至少约2.5mm或者至少约3mm。另外，或者替换性地，工作长度为最高约10mm、最高约8mm、最高约6mm、最高约5mm或者最高约4mm。例如，磨料颗粒包括金刚石磨粒(例如镀有磨粒的金刚石)、碳化硅或另一种合适的磨料。
在一些实施方式中，机械切割工具的不同部分包括不同尺寸的磨料颗粒。例如，机械切割工具300在工具头302处包含粗磨料颗粒，并且在工作部分的近端处包含细磨料颗粒。在一些实施方式中，粗磨料颗粒包含以下粒度号的颗粒、基本上由以下粒度号的颗粒组成或者由以下粒度号的颗粒组成：600号粒度或更粗、500号粒度或更粗、或者450号粒度或更粗。另外，或者替换性地，粗磨料包含200号粒度或更细的颗粒、基本上由200号粒度或更细的颗粒组成、或者由200号粒度或更细的颗粒组成。另外，或者替换性地，细磨料颗粒包含以下粒度号的颗粒、基本上由以下粒度号的颗粒组成或者由以下粒度号的颗粒组成：800号粒度或更细、900号粒度或更细、1000号粒度或更细、或者1100号粒度或更细。另外，或者替换性地，细磨料颗粒包含1600号粒度或更粗的颗粒、基本上由1600号粒度或更粗的颗粒组成、或者由1600号粒度或更粗的颗粒组成。在一些实施方式中，磨料颗粒的尺寸沿着机械切割工具300，从工具头302向着工作部分的近端，以近端方向由细逐渐变粗(例如连续或基本上连续地由细变粗)。因此，随着机械切割工具在本文所述的玻璃制品中前进地更远，与玻璃制品接触的磨料颗粒变得更细。
在一些实施方式中，用机械切割工具300钻通玻璃制品包括使机械切割工具300以某一转速围绕工具轴旋转。例如，所述转速为至少约40,000rpm、至少约45,000rpm、至少约50,000rpm、至少约55,000rpm或者至少约57,000rpm。另外，或者替换性地，例如，所述转速为最高约80,000rpm、最高约75,000rpm、最高约70,000rpm、最高约65,000rpm或者最高约63,000rpm。在一些实施方式中，所述转速在约56,000至62,000之间。该转速可有助于减少对玻璃制品100的损坏并产生具有足够边缘品质的孔，从而能够形成具有本文所述的高挠曲强度的玻璃制品100。
在一些实施方式中，用机械切割工具300钻通玻璃制品包括用机械切割工具300接触玻璃制品100的外表面并使机械切割工具300以某一速度前进穿过玻璃制品100。在一些实施方式中，在接触与前进步骤期间，使机械切割工具100以所述转速旋转。图5是机械切割工具300接触了玻璃制品100的外表面108，并且使机械切割工具前进穿过玻璃制品之后，该机械切割工具300的截面示意图。在一些实施方式中，使机械切割工具300前进穿过玻璃制品100包括使机械切割工具300在厚度方向(例如Z方向)上前进穿过玻璃制品100。例如，使第一包覆层104的外表面108与机械切割工具300接触，并且使机械切割工具300以基本上恒定的速度向着第二包覆层106的外表面110前进到玻璃制品100中。例如，机械切割工具300可以以约10mm/分钟至约15mm/分钟(例如13mm/分钟)的速度前进。在一些实施方式中，机械切割工具300以初始速度前进，直到机械切割工具穿透整个玻璃制品100，如图5所示。在其他实施方式中，机械切割工具300以初始速度前进，直到机械切割工具300穿过玻璃制品100的一部分厚度到达初始深度，该初始深度小于玻璃制品100的厚度，然后以不同的速度前进直到机械切割工具300穿过玻璃制品100的剩余厚度。所述深度可以以初始与机械切割工具300接触的玻璃制品100的外表面(例如外表面108)到机械切割工具300的远端的距离来测量。例如，初始深度是玻璃制品100的厚度的至少约30％。另外，或者替换性地，例如，初始深度是玻璃制品厚度的最高约60％。例如，初始速度为至少约10mm/分钟、至少约11mm/分钟、至少约12mm/分钟、或者至少约12.5mm/分钟。另外，或者替换性地，例如，初始速度为最高约15mm/分钟、最高约14mm/分钟、或者最高约13mm/分钟。
在一些实施方式中，用机械切割工具300钻通玻璃制品100包括使机械切割工具300以最终速度进一步前进到最终深度(例如，在玻璃制品的外表面与机械切割工具300接触，并使机械切割工具300以初始速度前进穿过玻璃制品100之后)。图6是机械切割工具300进一步前进到最终深度之后，该机械切割工具300的截面示意图。在图6所示的实施方式中，最终深度大于玻璃制品100的厚度。因此，机械切割工具300的一部分工作部分延伸超过玻璃制品100的外表面110。在一些实施方式中，最终深度小于或等于机械切割工具300的工作部分的长度。因此，在前进步骤期间与玻璃制品100接触的机械切割工具300的唯一部分是工作部分。机械切割工具300的磨料颗粒的粒径可沿着本文所述的工作部分的长度变化。在一些实施方式中，随着机械切割工具300进一步前进，与玻璃颗粒100接触的磨料颗粒变得越来越细。这种粒径梯度可以有助于减少对玻璃制品的损坏并产生具有足够边缘品质的孔，从而能够获得具有本文所述的高挠曲强度的玻璃制品。例如，最终速度为至少约20mm/分钟、至少约25mm/分钟、至少约28mm/分钟、至少约30mm/分钟、或者至少约31mm/分钟。另外，或者替换性地，例如，最终速度为最高约40mm/分钟、最高约35mm/分钟、或者最高约32mm/分钟。
在一些实施方式中，在层压玻璃制品中形成孔的方法包括扩大所形成的穿过玻璃制品100的导孔。例如，扩大导孔包括在玻璃制品100内平移机械切割工具300。图7是机械切割工具300在玻璃制品100内平移之后，该机械切割工具300的截面示意图。在一些实施方式中，使机械切割工具300在玻璃制品100内平移包括在机械切割工具300与玻璃制品100接合的同时(例如在使机械切割工具前进之后并且在使机械切割工具撤回之前)，在横向方向(例如X方向和/或Y方向)上移动机械切割工具。机械切割工具300在玻璃制品100内的这种平移移除了在玻璃制品中形成的导孔周围的玻璃材料，从而扩大了导孔。对所述平移进行控制以移除足够的材料，从而形成具有确定尺寸和形状的孔。
在钻孔步骤和/或平移步骤之后，可以从玻璃制品100撤回机械切割工具300。
在一些实施方式中，机械切割工具300与计算机数控(CNC)机器连接或者是计算机数控(CNC)机器的部件。CNC机器可控制机械切割工具的位置，从而使机械切割工具前进、撤回和/或平移，以在本文所述的玻璃制品中形成孔。CNC机器能够精确控制这种移动的速度，以有助于减少对玻璃制品的损坏并产生具有足够边缘品质的孔，从而能够获得具有本文所述的高挠曲强度的玻璃制品。
本文所述的层压玻璃制品可能难以形成穿过其的孔。具体来说，由于芯体层CTE与包覆玻璃层CTE之间的错配，层压玻璃制品一般包括相对较高的芯体拉伸应力。例如，这种层压玻璃制品的最大芯体拉伸应力可以为约57MPa。当在玻璃制品中形成孔时，这种高的芯体拉伸应力可以增加过早失效的可能性。因此，在一些实施方式中，在层压玻璃制品中形成孔的方法包括首先用穿孔工具形成穿过玻璃制品的导孔。随后，使用成形工具将导孔成形成具有所需尺寸的最终孔。例如，在一些实施方式中，形成导孔可以包括首先用穿孔工具钻通玻璃制品，随后用一个成形工具(例如上述机械切割工具300)或多个连续的成形工具对孔进行成形。穿孔工具和成形工具均可以包括，例如，钻头、刳刨头或另一种合适的切割工具。如本文所述，通过使用钻孔工具可以在导孔/孔形成期间减少层压玻璃制品的失效。下述方法还预计可用于强化玻璃制品，其中所述强化是对玻璃制品进行离子交换或热回火的结果。
图12例示了在玻璃制品100中形成导孔之前的玻璃制品100，以及被定位用于在玻璃制品100中形成导孔的穿孔工具400的一个示例性实施方式的截面放大示意图。在一些实施方式中，穿孔工具400包括定位在穿孔工具的远端处的穿孔工具头402和从穿孔工具头402向近侧延伸的穿孔工具轴杆404。在图12所示的实施方式中，穿孔工具头402被构造成锥形头，并且包括工具轴AP、尖端直径Dη和夹角α。穿孔工具头402还包括粒度为ρ的磨料颗粒。在一些实施方式中，例如，尖端直径Dη小于约0.6mm、小于约0.5mm或者小于约0.3mm。在一些实施方式中，例如，夹角α小于约65度、小于约40度、小于约20度、小于约15度、或者小于约10度。通过具有在规定范围内的夹角α，可减少使用穿孔工具来形成穿过制品的导孔时玻璃制品破坏性失效(即，断裂)的风险。
在一些实施方式中，穿孔工具头402和穿孔工具轴杆404可以是形成穿孔工具400的整体部件或者是连接在一起的分离部件。穿孔工具400可以由以下物质形成或包含以下物质，例如金刚石、碳化硅或另一种合适的材料。在一些实施方式中，穿孔工具头402和穿孔工具轴杆404可以由相同或不同的材料形成。例如，穿孔工具头402可以由硬质磨料(例如金刚石或碳化硅)形成，而穿孔工具轴杆404由不同的材料(例如钢)形成。在其他一些实施方式中，穿孔工具头402和/或穿孔工具轴杆404由合适的工具材料(例如钢)形成并且用磨料颗粒401涂覆。例如，穿孔工具头402和/或穿孔工具轴杆404可以由不锈钢形成，并且用例如但不限于金刚石或碳化硅涂覆。
在一些实施方式中，穿孔工具400包含设置在该穿孔工具400的外表面上的磨料颗粒401。例如，穿孔工具400的穿孔工具头402包含设置其外表面上的磨料颗粒401。穿孔工具400的穿孔工具头402包含工作长度LW。在一些实施方式中，穿孔工具400的穿孔工具头402的工作长度LW一般大于其所操作的玻璃制品的厚度。也就是说，穿孔工具400的穿孔工具头402可以包含的工作长度LW至少足够地长以穿过玻璃制品100。在一些实施方式中，穿孔工具头402的工作长度LW至少是玻璃制品100的厚度的110％，或者至少是玻璃制品100的厚度的约115％。例如，在一些实施方式中，穿孔工具头402的工作长度LW足以穿过玻璃制品100而到达预定深度，该预定深度至少是玻璃制品100的厚度的约105％至约115％(例如110％+/-1％)。例如但不进行限制，工作长度LW可以为至少约0.5mm、至少约1mm、至少约1.5mm、至少约2mm、至少约2.5mm或者至少约3mm。例如但不进行限制，在一些实施方式中，工作长度LW可以为最高约10mm、最高约8mm、最高约6mm、最高约5mm或者最高约4mm。
磨料颗粒401可以包括，例如但不限于金刚石磨粒、钎焊金刚石磨粒、碳化硅、或适于研磨玻璃的另一种磨料、或其组合。磨料颗粒401可以具有各种粒度。在一些实施方式中，磨料颗粒401包含以下粒度号的颗粒、基本上由以下粒度号的颗粒组成或者由以下粒度号的颗粒组成：700号粒度或更粗、600号粒度或更粗、500号粒度或更粗、或者400号粒度或更粗。另外，或者替换性地，磨料颗粒包含以下粒度号的颗粒、基本上由以下粒度号的颗粒组成或者由以下粒度号的颗粒组成：200号粒度或更细、300号粒度或更细、或者400号粒度或更细。如上文关于机械切割工具300所述，预计了穿孔工具400的磨料颗粒401的尺寸可以沿着穿孔工具头的工作长度LW逐渐(例如连续或基本上连续)增加或减小。例如，在一些实施方式中，磨料颗粒401的尺寸从穿孔工具头402的远端出发，沿着工作长度LW由粗逐渐变到细。因此，随着穿孔工具400在本文所述的玻璃制品100中前进地更远，与玻璃制品100接触的磨料颗粒401变得更细。在一些实施方式中，磨料颗粒401的尺寸从穿孔工具头402的远端出发，沿着工作长度LW由细逐渐变到粗。也就是说，随着穿孔工具400在玻璃制品100中前进地更远，与玻璃制品100接触的磨料颗粒401变得更粗。因此，虽然较细的磨料颗粒产生了磨损，但是较粗的磨料颗粒可以允许对导孔进行更快地钻孔。
如上所述，穿孔工具400可以包括多个特征，例如尖端直径Dη、夹角α和平均粒度为ρ的磨料颗粒。这些特征可以用于确定被称为ADG(角、直径和磨粒)参数的单参数，其可用于确定具体的工具是否将适合作为穿孔工具用于本文所述的包含高芯体拉伸应力的玻璃制品。ADG参数通过以下等式给出：
在本文所述的实施方式中，穿孔工具400的ADG可以小于或等于约12％、小于或等于约10％、或者小于或等于约5％。已经发现，在使用穿孔工具形成穿过玻璃制品的导孔时，ADG参数小于或等于约12％，包括小于或等于约10％，或者甚至是小于或等于约5％的穿孔工具减少了玻璃制品破坏性失效(即，断裂)的风险。
在一些实施方式中，形成穿过玻璃制品100的导孔包括：随着穿孔工具400前进到玻璃制品100的表面(例如外表面108)中并且穿过玻璃制品100的厚度，通过使穿孔工具400以某一转速围绕穿孔工具轴旋转，而利用穿孔工具400钻通玻璃制品100。例如，所述转速可以为至少约40,000转/分钟(rpm)、至少约45,000rpm、至少约50,000rpm、至少约55,000rpm或者甚至是至少约56,000rpm。另外，或者替换性地，例如，所述转速可以为最高约70,000rpm、最高约65,000rpm或者最高约62,000rpm。例如，在一些实施方式中，穿孔工具的转速为约56,000rpm至约62,000rpm。约40,000rpm至约70,000rpm的转速可有助于减少在玻璃制品100中形成导孔时对玻璃制品的损坏。
用穿孔工具400钻通玻璃制品100包括用穿孔工具400接触玻璃制品100的外表面108并使穿孔工具400以某一前进速度前进穿过玻璃制品100。在一些实施方式中，在接触与前进步骤期间，使穿孔工具400以所述转速旋转。现在参考图13A，图13A是穿孔工具400接触了玻璃制品100的外表面108，并且使穿孔工具400前进穿过玻璃制品100之后，该穿孔工具400的截面示意图。在一些实施方式中，使穿孔工具400前进穿过玻璃制品100包括使穿孔工具400在厚度方向(例如Z方向)上前进穿过玻璃制品100。例如，使第一包覆层104的外表面108与穿孔工具400接触，并且使穿孔工具400以前进速度向着第二包覆层106的外表面110前进到玻璃制品100中。在一些实施方式中，前进速度可以为约10mm/分钟至约15mm/分钟(例如13mm/分钟)。在一些实施方式中，穿孔工具400以恒定速度前进，直到穿孔工具400穿透整个玻璃制品100，如图13A所示。如上文关于机械切割工具300所述，预计穿孔工具400可以先以初始速度，再以最终速度前进穿过玻璃制品。例如，最终的前进速度可以比初始的前进速度更快。
随着穿孔工具400穿透玻璃制品100的厚度，可以在第二玻璃层的外表面110上，在玻璃制品100中产生受控释放部分150。该受控释放部分150可以部分延伸到玻璃制品100的芯体部分102中。不囿于理论，认为受控释放部分的区域是穿孔工具400的快的前进速度造成的结果。使用本文所述的穿孔工具400在玻璃制品100中形成导孔可以在受控释放部分150的区域中减少对玻璃制品的表面下损坏，这使得相比于在形成导孔期间具有较严重的表面下损坏的玻璃制品，可以形成更加坚固的玻璃制品。
在形成导孔后，可从玻璃制品100撤回穿孔工具400。图13B例示了撤回了穿孔工具400后的图13A的玻璃基材的截面示意图。如图所示，由穿孔工具400留下的导孔155从外表面108到受控释放部分150可以基本上为圆锥形。因此，导孔155在外表面108处可以具有入口孔直径，该入口孔直径在受控释放部分150处变窄到过渡直径。如图所示，受控释放部分150在第二包覆层106的外表面110处变宽到出口孔直径。入口孔直径和出品孔直径的尺寸根据穿孔工具400的尺寸变化而变化，并且在本文中不限于任何特定尺寸。例如但非限制，入口孔直径可以为约150μm至约350μm，过渡直径可以为约100μm至约250μm，并且出口孔直径可以为约300μm至约600μm。
图14和15进一步例示了受控释放部分。具体来说，图14是玻璃制品中的导孔的入口孔直径(在照片中心处的最暗部分)的照片，并且图15是相同导孔的受控释放部分的出口孔直径(照片中心处的最暗部分)的照片。如图14-15所示，导孔的入口孔直径小于出口孔直径。在该实例中，入口孔的直径为275μm，但是出品孔的直径为约1400μm至约1700μm。
在一些实施方式中，穿孔工具400与计算机数控(CNC)机器连接或者是计算机数控(CNC)机器的部件，所述计算机数控(CNC)机器同时有助于使穿孔工具400以所述转速旋转以及使穿孔工具400以前进速度前进。CNC机器可控制机械切割工具的位置，从而使机械切割工具前进、撤回和/或平移，以在本文所述的玻璃制品中形成孔。CNC机器能够精确控制这种移动的速度，以有助于减少对玻璃制品的损坏并产生具有足够边缘品质的孔，从而能够获得具有本文所述的高挠曲强度的玻璃制品。
在一些实施方式中，在层压玻璃制品中形成孔的方法包括扩大所形成的穿过玻璃制品100的导孔。例如，在一些实施方式中，扩大导孔包括使成形工具平移穿过由穿孔工具400形成的导孔，以将导孔成形到所需尺寸。可以如上文关于机械切割工具300所述构造成形工具并使该成形工具前进穿过玻璃制品。在这些实施方式中(即，在随后用第二工具扩大由穿孔工具400形成的导孔的实施方式中)，机械切割工具将被称为成形工具301，并且前文关于机械切割工具300的任何描述适用于成形工具301。
现在参考图13B，图13B例示了成形工具301的截面示意图，该成形工具301定位在如图13A所示的由穿孔工具400形成的导孔155上方。图13C例示了插入到导孔155中的成形工具301的截面示意图，由此移除了由于用穿孔工具400钻动导孔而造成的任何表面下损坏和形成缺口。成形工具301还将导孔155成形成具有所需尺寸的最终孔。应注意的是，允许在钻动导孔和用成形工具对导孔进行成形之间具有大量的时间可以使钻动导孔而引起的裂纹进一步扩展到玻璃制品中，这可导致玻璃制品失效。因此，可期望及时移除由形成导孔造成的任何损坏(例如表面下损坏和缺口)，以充分防止裂纹生长。因此，可以在由穿孔工具400形成导孔155后，立即使用成形工具301来进一步加工导孔155。例如，在从导孔155撤回穿孔工具400后，在过了小于约1分钟后，可以插入成形工具以移除表面下损坏和缺口。在将孔成形到所需尺寸后，可以从玻璃制品撤回成形工具301。
在一些实施方式中，可以将穿孔工具400与成形工具301组合。例如但非限制，在一些实施方式中，图12例示的穿孔工具头402可以与图4例示的机械切割工具300的工具轴杆304形成一体，从而形成成形工具301。如本文所述，可同时适用于穿孔工具400和机械切割工具300的特征将适用于形成成形工具301的组合部分。在一些实施方式中，组合工具的不同部分可以具有粒度和/或材料不同的磨料颗粒。例如但非限制，组合工具的穿孔工具部分可以具有比组合工具的成形工具部分更粗的磨粒。在一些实施方式中，穿孔工具部分和组合工具部分均可以包含相同的粒度，但是可以包含磨料不同的颗粒。
在一些实施方式中，一系列直径不同和/或磨料材料不同的连续成形工具可以用于将导孔形成为具有所需尺寸的孔。连续成形工具可以具有不同的粒度和/或不同类型的磨料。例如，第一成形工具可以包括第一号光洁度的磨料，并且第二成形工具可以包括比第一号光洁度更细的第二号光洁度磨料。作为具体的实例，第一成形工具可以具有约400号粒度或更细的磨粒目数(grit mesh)，并且第二成形工具可以具有约800号粒度或更细的磨粒目数。
如上所述，在另外的实施方式中，在形成孔之后，可以使层压玻璃制品进行离子交换工艺。所述离子交换可以增加层压玻璃制品的强度。
在一些实施方式中，可以将冷却剂引导到穿孔工具400和成形工具301中的至少一者的上方，以在导孔形成或成形期间对工具进行冷却。冷却剂可以包含约1300ml/分钟至约1700ml/分钟的流速。在一些实施方式中，冷却剂可以在导孔形成和随后的由成形工具301进行成形的整个过程中流动。使用冷却剂可以使裂纹扩展变慢并且可以有助于防止玻璃制品100随后失效。
实施例
通过以下实施例进一步阐述各个实施方式。
实施例1
使用熔合拉制法形成图1所示的具有一般结构的层压玻璃片。由CTE为约58.7x10-7/℃的碱金属硅铝酸盐芯体玻璃组合物形成芯体层。由CTE为约32x10-7/℃的不含碱金属的硅铝酸盐包覆玻璃组合物形成第一包覆层和第二包覆层中的每一者。层压玻璃片的厚度为0.7mm。芯体层的厚度与第一和第二包覆层的总厚度的比值为6。层压玻璃片的表面压缩为约190MPa。芯体层的拉伸应力为约31.7MPa。
使用以下过程在层压玻璃片中形成孔。通过用安装在CNC机器上的钻孔工具(例如本文所述的机械切割工具300)钻通层压玻璃片的厚度形成导孔。钻孔工具已经通过电镀工艺用金刚石磨料进行了涂覆。钻孔工具的直径为1.3mm，并且工作长度为约3.5mm。金刚石磨料的范围为粗的400号粒度的金刚石尺寸至细的1200号粒度的金刚石尺寸。在钻孔期间，以59,970rpm的转速旋转钻孔工具。使钻孔工具以12.7mm/分钟的初始速度或进料速率前进到0.5842mm的深度。使钻孔工具以31.75mm/分钟的最终速度或进料速率进一步前进到3.53mm的最终深度。在最终深度处，钻孔工具完全接合。在钻孔工具完全接合的情况下，通过使钻孔工具以8.89mm/分钟的平移速度平移来扩展导孔，以形成直径为5mm的圆形孔。在小于6分钟内完成形成孔的工艺。
图8是从玻璃制品的入口表面拍摄的导孔照片，图9是从玻璃制品的出口表面拍摄的导孔照片。如图8-9所示，导孔在入口表面处的直径小于在出口表面处的直径。因此，导孔为锥形，使得导孔在玻璃制品的厚度上变得越来越大。不囿于理论，认为导孔的直径增加是导孔外周处的圆锥形裂纹造成的结果。
对64个样品重复所述过程，产率为93％。测试了30个样品，并且平均峰值载荷为10.41kgf且平均挠曲强度为85.08MPa，所述平均峰值载荷和平均挠曲强度均使用改良ROR测试来确定。
实施例2
使用熔合拉制法形成图1所示的具有一般结构的层压玻璃片。由CTE为约84.7x10-7/℃的碱金属硅铝酸盐芯体玻璃组合物形成芯体层。由CTE为约49.5x10-7/℃的碱金属硅铝酸盐包覆玻璃组合物形成第一包覆层和第二包覆层中的每一者。层压玻璃片的厚度为0.55mm。芯体层的厚度与第一和第二包覆层的总厚度的比值为4。层压玻璃片的表面压缩为约190MPa。芯体层的拉伸应力为约47.5MPa。
使用实施例1中所述的过程在层压玻璃片中形成孔。
对66个样品重复所述过程，产率为90％。测试了30个样品，并且平均峰值载荷为5.708kgf且平均挠曲强度为80.05MPa，所述平均峰值载荷和平均挠曲强度均使用改良ROR测试来确定。
实施例3
使用熔合拉制法形成图1所示的具有一般结构的层压玻璃片。由CTE为约84.7x10-7/℃的碱金属硅铝酸盐芯体玻璃组合物形成芯体层。由CTE为约49.9x10-7/℃的碱金属硅铝酸盐包覆玻璃组合物形成第一包覆层和第二包覆层中的每一者。层压玻璃片的厚度为0.55mm。芯体层的厚度与第一和第二包覆层的总厚度的比值为4。层压玻璃片的表面压缩为约170MPa。芯体层的拉伸应力为约42.5MPa。
使用实施例1中所述的过程在层压玻璃片中形成孔。
对64个样品重复所述过程，产率为93％。测试了30个样品，并且平均峰值载荷为6.82kgf且平均挠曲强度为94.82MPa，所述平均峰值载荷和平均挠曲强度均使用改良ROR测试来确定。
比较例1
从纽约州康宁镇的康宁股份有限公司购得CONCORE，由该CONCORE离子交换玻璃形成单层玻璃片。该玻璃片的厚度为0.7mm。
在玻璃片中不形成孔。
测试了24个样品。使用改良ROR测试确定样品的平均峰值载荷为248.7kgf。
比较例2
从纽约州康宁镇的康宁股份有限公司购得CONCORE，由该CONCORE离子交换玻璃形成单层玻璃片。该玻璃片与比较例1中所述的相同。
通过用机械研磨工具研磨直径为5mm的圆形孔，在玻璃片中形成孔。
对7个样品重复所述过程。使用改良ROR测试确定样品的平均峰值载荷为15.03kgf。
比较例3
使用熔合拉制法形成图1所示的具有一般结构的层压玻璃片。该层压玻璃片与实施例1中所述的相同。
在该层压玻璃片中不形成孔。
测试了30个样品。使用改良ROR测试确定样品的平均峰值载荷为212.2kgf。
比较例4
使用熔合拉制法形成图1所示的具有一般结构的层压玻璃片。该层压玻璃片与比较例3中所述的相同。
使用激光形成直径为4mm的圆形孔，然后用机械研磨工具将该孔扩大到5mm直径，以在该层压玻璃片中形成孔。
测试了30个样品。样品的平均峰值载荷为11.7kgf且平均挠曲强度为98.12MPa，所述平均峰值载荷和平均挠曲强度均使用改良ROR测试来确定。
比较例5
使用熔合拉制法形成图1所示的具有一般结构的层压玻璃片。该层压玻璃片与比较例3中所述的相同。
使用与第2015/0165560号美国专利申请公开中所述相似的激光切割工艺形成直径为5mm的圆形孔，以在层压玻璃片中形成孔。不进行额外的研磨或抛光。
测试了30个样品。样品的平均峰值载荷为7.245kgf且平均挠曲强度为60.94MPa，所述平均峰值载荷和平均挠曲强度均使用改良ROR测试来确定。
比较例6
使用熔合拉制法形成图1所示的具有一般结构的层压玻璃片。由CTE为约74.6x10-7/℃的碱金属硅铝酸盐芯体玻璃组合物形成芯体层。由CTE为约30.9x10-7/℃的不含碱金属的硅铝酸盐包覆玻璃组合物形成第一包覆层和第二包覆层中的每一者。层压玻璃片的厚度为0.55mm。芯体层的厚度与第一和第二包覆层的总厚度的比值为4.7。层压玻璃片的表面压缩为约190MPa。芯体层的拉伸应力为约40.4MPa。
在该层压玻璃片中不形成孔。
测试了30个样品。使用改良ROR测试确定样品的平均峰值载荷为86.25kgf。
比较例7
使用熔合拉制法形成图1所示的具有一般结构的层压玻璃片。该层压玻璃片与比较例6中所述的相同。
使用与第2015/0165560号美国专利申请公开中所述相似的激光切割工艺形成宽度为2.1mm且长度为6.7mm的狭缝，以在层压玻璃片中形成孔。不进行额外的研磨或抛光。
测试了13个样品。样品的平均峰值载荷为4.867kgf且平均挠曲强度为83.48MPa，所述平均峰值载荷和平均挠曲强度均使用改良ROR测试来确定。
比较例8
使用熔合拉制法形成图1所示的具有一般结构的层压玻璃片。该层压玻璃片与比较例6中所述的相同。
使用与第2015/0165560号美国专利申请公开中所述相似的激光切割工艺形成直径为5mm的圆形孔，以在层压玻璃片中形成孔。不进行额外的研磨或抛光。
测试了30个样品。样品的平均峰值载荷为4.279kgf且平均挠曲强度为73.9MPa，所述平均峰值载荷和平均挠曲强度均使用改良ROR测试来确定。
图10是例示了使用改良ROR测试确定的各个实施例和比较例的玻璃制品的失效峰值载荷的韦布尔图。在x轴上绘制峰值载荷(单位为kgf)，并且在y轴上绘制百分比。还示出了对应于韦布尔图的数据，并且下表1示出了这些数据及计算平均值、中值和10％峰值载荷值。图11是例示了使用改良ROR测试确定的各个实施例和比较例的玻璃制品的挠曲强度的韦布尔图。在x轴上绘制挠曲强度(单位为MPa)，并且在y轴上绘制百分比。还示出了对应于韦布尔图的数据，并且下表2示出了这些数据及计算平均值、中值和10％峰值载荷值。
表1：峰值载荷结果
表2：强度结果
实施例1与比较例5的对比说明了本文所述的在玻璃制品中形成孔的方法相比于不进行额外的研磨或抛光的激光切割，能够形成峰值载荷更大且挠曲强度更大的玻璃制品。
实施例1与比较例3的对比说明了使用本文所述的方法形成孔使玻璃制品可承受的平均峰值载荷减小了95.1％。相反，比较例5与比较例3的对比说明了使用激光切割工艺形成孔使玻璃制品可承受的平均峰值载荷减小了96.6％。
穿孔工具的测试数据
对本文所述的各种穿孔工具进行测试以确定适当的ADG参数用于形成穿过具有高芯体拉伸应力(例如最大芯体拉伸应力为57MPa)的层压玻璃制品的导孔。在每种情况中，使用熔合拉制法形成图1所示的具有一般结构的层压玻璃片。由碱金属硅铝酸盐芯体玻璃组合物形成芯体层。由碱金属硅铝酸盐包覆玻璃组合物形成第一包覆层和第二包覆层中的每一者。层压玻璃片的厚度为约0.55mm。第一包覆层和第二包覆层中的每一者的厚度为约69μm。芯体层的最大芯体拉伸应力为约57MPa。使用工具A-J在层压玻璃制品中形成导孔。每种穿孔工具以约60,000rpm旋转，并且前进速度为约12.7mm/分钟的速度，且切割深度为约0.58mm。表3列出了每种工具的规格。对工具A-J中的每一种测试5次，总共测试50次。
参考下表3，发现ADG参数为约小于或等于约10％的穿孔工具在约60％的试验中成功地形成了导孔而未使玻璃制品失效，而ADG参数为4％的穿孔工具的成功率为100％。因此，可推断，ADG参数小于或等于约5％的穿孔工具的成功率可以接近99％。确定ADG参数与在最大芯体拉伸应力为57MPa的层压玻璃制品中形成导孔的成功率成反比。
表3：穿孔工具的成功率
利用各种成形工具的实验
参考图16-18，图16-18示意性地例示了针对使用上述穿孔工具和成形工具形成的各种尺寸和形状的孔的改良ROR测试设置。在每种情况中，使用熔合拉制法形成图1所示的具有一般结构的层压玻璃片。由碱金属硅铝酸盐芯体玻璃组合物形成芯体层。由碱金属硅铝酸盐包覆玻璃组合物形成第一包覆层和第二包覆层中的每一者。层压玻璃片的厚度为约0.55mm。第一包覆层和第二包覆层中的每一者的厚度为约69μm。芯体层的最大芯体拉伸应力为约57MPa。每种层压玻璃片的长度为约50mm且宽度为约50mm。
在其中形成有孔的样品中，通过首先用本文所述的ADG参数小于或等于10％的穿孔工具形成导孔来形成孔。以约60,000rpm的转速和12.7mm/分钟的进料速率使用穿孔工具。对于所使用的每种成形工具，成形工具的转速为约60,000rpm且进料速率为12.7mm/分钟。对于环上环测试，上部环的直径为约12.7mm，并且下部环的直径为约25.4mm。对于其中具有孔的样品，使环与孔在样品的相对侧上同心。
图16例示了改良ROR对照测试的设置。如图所示，在对照测试设置的情况中，样品中没有孔。图17例示了具有1.6mm的孔的样品的改良ROR测试设置。图18例示了针对5mm孔的改良ROR测试设置。对于1.6mm孔，形成孔的时间为约2分钟30秒，而对于5mm孔，形成孔的时间为约5分钟。下表4例示了进行改良ROR测试的各种样品的明细。如表4所指示的，在形成了导孔后，使用一种或多种成形工具[即，(1)仅使用400号粒度的成形工具；(2)使用400号粒度的成形工具，随后使用800号粒度的成形工具；和(3)使用400号粒度的成形工具，随后使用1000号粒度的成形工具]，对每个孔进行成形。对于各成形工具的每种组合形式，在形成孔后，使一半的样品数进行离子交换。离子交换工艺包括在420℃下将层压玻璃片(在形成孔后)浸没到100％钾盐浴中6小时。
表4：测试的样品
图19是例示了使用改良ROR测试确定的在其中形成有5mm孔的玻璃制品的失效峰值载荷的韦布尔图。在x轴上绘制向样品施加的峰值载荷(单位为kgf)，并且在y轴上绘制失效概率(百分比)。如图所示，对于更高号的光洁度(即两种成形工具)和使用离子交换的情况，玻璃制品的特征强度有所增加。在不进行离子交换的情况下，通过先用400号粒度的成形工具，随后用1000号粒度的成形工具在其中形成孔的玻璃制品，其峰值载荷增加约50％。相比于仅使用400号粒度的精整工具而不利用离子交换，增加离子交换工艺使峰值载荷强度提高了9倍。在任一种情况中(即，进行离子交换或不进行离子交换)，连续使用较细磨粒的成形工具使玻璃强度可靠地增加。
图20是例示了使用改良ROR测试确定的在其中形成有1.6mm孔的玻璃制品的失效峰值载荷的韦布尔图。在具有更小的孔(即，小于5mm的孔)的情况下，在离子交换组与无离子交换组之间，在400号光洁度、400/800号光洁度或400/1000号光洁度之间的峰值载荷强度得到了一些改进。包含离子交换工艺的组相比于无离子交换的组，其峰值载荷得到了明显改进。
图21A和21B是在形成了导孔后仅经受400号粒度成形工具而在其中形成5mm孔的玻璃制品的相对表面的照片。参考图21C，图21C的图示出了针对一组10个样品，并且这些样品具有在相同条件下形成的孔，玻璃制品的任一侧上的平均缺口数。玻璃制品的A侧上的平均缺口数为2002，而玻璃制品的第二侧上的平均缺口数为1598。
图22A和22B是在形成了导孔并随后经受400号粒度的成形工具后，再经受800号粒度成形工具而在其中形成5mm孔的玻璃制品的相对表面的照片。参考图22C，图22C的图示出了针对一组10个样品，并且这些样品具有在相同条件下形成的孔，玻璃制品的任一侧上的平均缺口数。玻璃制品的A侧上的平均缺口数为661，而玻璃制品的第二侧上的平均缺口数为364。相比于上文关于图21A-21C所述的仅使用400号粒度的成形工具，平均缺口数得到了显著改进。
图23A和23B是在形成了导孔并随后经受400号粒度的成形工具后，再经受1000号粒度成形工具而在其中形成5mm孔的玻璃制品的相对表面的照片。参考图23C，图23C的图示出了针对一组10个样品，并且这些样品具有在相同条件下形成的孔，玻璃制品的任一侧上的平均缺口数。玻璃制品的A侧上的平均缺口数为502，而玻璃制品的第二侧上的平均缺口数为42。相比于上文关于图21A-21C所述的仅使用400号粒度的成形工具，或者相比于上文关于图22A-22C所述的先使用400号粒度成形工具再使用800号粒度的成形工具，平均缺口数再次得到了显著改进。
图24是示出了对于每个样品，每种号的光洁度(即，400号光洁度、400/800号光洁度或400/1000号光洁度)的平均缺口尺寸对比总平均缺口数的图。如图所示，仅使用一种400号光洁度的成形工具具有最大的缺口数并且较大缺口的数目更大。当使用较细的成形工具进行第二次成形时，平均缺口数有所减小，并且较大缺口尺寸的数目也明显减小。
如本文所述，在本公开的一个方面中，在层压玻璃制品中形成孔的方法包括：形成穿过层压玻璃制品的导孔；以及扩大所形成的穿过玻璃制品的导孔，从而形成孔，所述层压玻璃制品包含设置在第一玻璃包覆层与第二玻璃包覆层之间的芯体层，所述芯体层包括含有芯体热膨胀系数(CTE)的芯体玻璃组合物，第一包覆层和第二包覆层中的每一者包括含有包覆CTE的包覆玻璃组合物，包覆CTE小于芯体CTE，使得第一包覆层和第二包覆层中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层处于拉伸应力下。
在本公开的另一个方面中，形成导孔包括使用机械切割工具钻通层压玻璃制品。
在本公开的另一个方面中，钻通层压玻璃制品包括使机械切割工具以至少约40,000rpm的转速围绕工具轴旋转。
在本公开的另一个方面中，钻通层压玻璃制品包括使机械切割工具以约10mm/分钟至约15mm/分钟的速度前进穿过层压玻璃制品。
在本公开的另一个方面中，扩大导孔包括使机械切割工具在层压玻璃制品内平移。
对本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离所要求保护的主题的精神或范围的情况下进行各种修改和变动。因此，所要求保护的主题不受所附权利要求书及其等同形式以外的任何内容所限。
Claims (37)
1.一种用于在层压玻璃制品中形成孔的方法，所述方法包括：
用穿孔工具形成穿过层压玻璃制品的导孔，所述穿孔工具具有由以下等式决定的小于或等于12％的ADG参数，
其中Dη是穿孔工具的尖端直径，α是穿孔工具尖端的夹角，并且ρ是穿孔工具上的磨料的平均粒度，所述层压玻璃制品包含设置在第一玻璃包覆层与第二玻璃包覆层之间的芯体层，所述芯体层包括含有芯体热膨胀系数(CTE)的芯体玻璃组合物，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的每一者包括含有包覆CTE的包覆玻璃组合物，包覆CTE小于芯体CTE，使得第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层处于拉伸应力下；以及
使用成形工具扩大所形成的穿过层压玻璃制品的导孔，从而形成孔。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述穿孔工具包含的夹角小于约15°。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述穿孔工具包含的尖端直径小于约0.5mm。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述穿孔工具包含设置在穿孔工具外表面上的400号粒度或更细的磨料颗粒。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述穿孔工具穿过层压玻璃制品厚度，穿过预定深度，所述预定深度为层压玻璃制品厚度的约105％至约115％。
6.如权利要求1所述的方法，其中，使用成形工具扩大导孔是在使用穿孔工具形成导孔的至少1分钟内进行。
7.如权利要求1所述的方法，其中，形成穿过层压玻璃制品的导孔包括使穿孔工具以至少约50,000rpm的转速围绕穿孔工具轴旋转。
8.如权利要求7所述的方法，其中，形成穿过层压玻璃制品的导孔包括使穿孔工具以约10mm/分钟至约15mm/分钟的速度前进穿过层压玻璃制品。
9.如权利要求1所述的方法，其中，扩大导孔包括使成形工具在层压玻璃制品内平移。
10.如权利要求1所述的方法，其还包括使冷却剂以约1300ml/分钟至约1700ml/分钟流动，以冷却穿孔工具和成形工具中的至少一种。
11.一种用于在层压玻璃制品中形成孔的方法，所述方法包括：
用穿孔工具形成穿过层压玻璃制品的导孔，所述穿孔工具具有由以下等式决定的小于或等于12％的ADG参数，
其中Dη是穿孔工具的尖端直径，α是穿孔工具尖端的夹角，并且ρ是穿孔工具上的磨料的平均粒度，所述层压玻璃制品包含设置在第一玻璃包覆层与第二玻璃包覆层之间的芯体层，所述芯体层包括含有芯体热膨胀系数(CTE)的芯体玻璃组合物，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的每一者包括含有包覆CTE的包覆玻璃组合物，包覆CTE小于芯体CTE，使得第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层处于拉伸应力下；以及
使用成形工具扩大所形成的穿过层压玻璃制品的导孔从而形成孔，所述成形工具包含设置在成形工具外表面上的磨料颗粒。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述穿孔工具包含的夹角小于约15°。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述穿孔工具包含的尖端直径小于约0.5mm。
14.如权利要求11所述的方法，其中，所述穿孔工具包含设置在穿孔工具外表面上的400号粒度或更细的磨料颗粒。
15.如权利要求11所述的方法，其中，所述成形工具是包含第一号光洁度的第一成形工具，并且所述方法还包括：
在使用第一成形工具扩大导孔后，将包含第二号光洁度的第二成形工具插入到孔中，所述第二号光洁度比所述第一号光洁度更细。
16.如权利要求15所述的方法，其中，第一成形工具的第一号光洁度为约400号粒度或更细，并且第二成形工具的第二号光洁度为约800号粒度或更细。
17.如权利要求11所述的方法，其还包括在形成孔之后，使层压玻璃制品进行离子交换工艺。
18.一种玻璃制品，其包括：
芯体层，其由包含芯体热膨胀系数(CTE)的芯体玻璃组合物形成；
与芯体层的第一主表面熔合的第一包覆层以及与芯体层的第二主表面熔合的第二包覆层，所述第一包覆层和第二包覆层中的每一者由包含包覆CTE的包覆玻璃组合物形成；和
延伸穿过芯体层、第一包覆层和第二包覆层中的每一者的孔；
其中，包覆CTE小于芯体CTE，使得第一包覆层和第二包覆层中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层处于拉伸应力下；并且
其中，玻璃制品的挠曲强度为至少约75MPa。
19.如权利要求18所述的玻璃制品，其中，孔的边缘包含至少约0.05μm的Ra表面粗糙度。
20.如权利要求18所述的玻璃制品，其中，孔的边缘包含约0.05μm至约0.5μm的Ra表面粗糙度。
21.如权利要求18至20中任一项所述的玻璃制品，其中，所述孔延伸穿过玻璃制品的整个厚度。
22.如权利要求18至21中任一项所述的玻璃制品，其中，第一包覆层的包覆玻璃组合物与第二包覆层的包覆玻璃组合物相同。
23.如权利要求18至21中任一项所述的玻璃制品，其中，包覆玻璃组合物包括第一包覆层的第一包覆玻璃组合物和第二包覆层的第二包覆玻璃组合物，并且第一包覆玻璃组合物与第二包覆玻璃组合物不同。
24.如权利要求18至23中任一项所述的玻璃制品，其中，芯体CTE与包覆CTE之间的差为至少约20x10-7℃-1。
25.如权利要求18至24中任一项所述的玻璃制品，其中，第一包覆层或第二包覆层中的至少一者包含离子交换区域。
26.如权利要求25所述的玻璃制品，其中，相对于第一包覆层或第二包覆层中的至少一者的压缩应力，离子交换区域包含有所增加的压缩应力。
27.一种层压玻璃制品，其包括：
设置在第一玻璃包覆层与第二玻璃包覆层之间的芯体层，所述芯体层包括含有芯体热膨胀系数(CTE)的芯体玻璃组合物，第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的每一者包括含有包覆CTE的包覆玻璃组合物，包覆CTE小于芯体CTE，使得第一玻璃包覆层和第二玻璃包覆层中的每一者均处于压缩应力下，并且芯体层处于拉伸应力下；和
延伸穿过层压玻璃制品的整个厚度的孔；
其中，层压玻璃制品在改良环上环测试中能够承受的峰值载荷比参比玻璃制品在改良环上环测试中能够承受的峰值载荷低最多96.5％，所述参比玻璃制品与层压玻璃制品基本上相同，但是不含延伸穿过其的孔。
28.如权利要求27所述的层压玻璃制品，其中，层压玻璃制品的挠曲强度为至少约75MPa。
29.如权利要求27或权利要求28所述的层压玻璃制品，其中，孔的边缘包含至少约0.05μm的Ra表面粗糙度。
30.如权利要求27或权利要求28所述的层压玻璃制品，其中，孔的边缘包含约0.05μm至约0.5μm的Ra表面粗糙度。
31.如权利要求27至30中任一项所述的层压玻璃制品，其中，芯体CTE与包覆CTE之间的差为至少约20x10-7℃-1。
32.如权利要求27至31中任一项所述的层压玻璃制品，其中，第一玻璃包覆层或第二玻璃包覆层中的至少一者包含离子交换区域。
33.如权利要求27至32中任一项所述的层压玻璃制品，其中，第一玻璃包覆层与芯体层的第一主表面熔合，并且第二玻璃包覆层与芯体层的第二主表面熔合。
34.一种电子装置，其包含如权利要求18至33中任一项所述的玻璃制品。
35.一种建筑面板，其包含如权利要求18至33中任一项所述的玻璃制品。
36.一种交通工具，其包含如权利要求18至33中任一项所述的玻璃制品。
37.一种器具，其包含如权利要求18至33中任一项所述的玻璃制品。
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