CN109937194A - 用于定位及稳固用于涂覆的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基材的方法和设备 - Google Patents

用于定位及稳固用于涂覆的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基材的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种制备用于涂覆的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷基材的方法，所述方法包括：处理载体的主表面以形成载体结合表面，所述载体的厚度为至少2mm；在载体结合表面上设置载体表面改性层；使载体结合到至少一个基材，所述基材具有基材结合表面并且厚度为约0.1mm至约3.5mm，所述结合通过使载体与基材临时连接来进行，所述临时连接在载体表面改性层处与基材结合表面处进行。另外，进行所述处理和设置步骤，使得在结合步骤后，载体表面改性层与基材结合表面之间的粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。

Description

用于定位及稳固用于涂覆的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基材的方 法和设备
相关申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119要求于2016年10月25日提交的系列号为62/412397的美国临时申请的优先权权益，本申请以该申请的内容为基础，并且通过引用的方式全文纳入本文。
背景技术
本公开一般涉及用于定位和稳固用于涂覆的基材的方法和设备，更具体地，涉及用于用耐刮擦涂层涂覆盖板玻璃基材的方法和设备。
多年以来，玻璃元件已经被用作各种电子装置的盖板玻璃基材。近来已经开发了各种技术将具有特殊特征和性质的功能性涂层置于这些基材上。这些功能性涂层包括抗微生物涂层、耐刮擦涂层、抗指纹涂层和抗反射涂层。
随着这些涂层技术的发展而在盖板玻璃基材的表面上提供了所需的性质和属性，仍然存在以低制造成本和高制造产量将它们结合到包含这些基材的产品中的挑战。在各种涂覆设备中定位及稳固玻璃基材在技术上存在困难。例如，基材可能因处理和固定装置直接接触而易受到损坏。另外，某些涂覆工艺可能在部件上施加大的机械力，从而在部件与工艺中使用的固定装置之间产生显著的接触力。
在许多常规方法中，在用粘合剂或粘胶带涂覆期间，将盖板玻璃基材的非面向用户侧附接于固定装置。通常需要有额外的制造步骤来移除固定装置与玻璃基材之间的粘合剂。在从固定装置移除基材之后，粘合剂还通常会在基材上留下残余物，导致需要额外的清洁步骤。这些额外的制造步骤(例如粘合剂的清洁和移除)可导致要额外的制造时间并使基材的处理增加，它们均可导致制造成本增加并使产率降低。
因此，需要可靠度高、制造成本低且制造灵活性高的定位和稳固用于涂覆的基材的方法和设备。
发明内容
根据第1个实施方式，提供了一种制备用于涂覆的制品的方法，所述方法包括：
处理载体的主表面以形成载体结合表面；
在载体结合表面上设置载体表面改性层；
使载体与多个基材结合，每个基材包含基材结合表面，所述结合通过使载体与每个基材临时连接来进行，所述临时连接在载体表面改性层处与每个基材相应的基材结合表面处进行。
其中，进行所述处理和设置步骤，使得在结合步骤后，载体表面改性层与每个基材结合表面之间的粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
根据第2个实施方式，提供了根据实施方式1所述的方法，所述载体包含至少2mm的厚度，并且所述多个基材中的每个基材包含约0.1mm至约3.5mm的厚度。
根据第3个实施方式，提供了根据实施方式1或实施方式2所述的方法，其中，在300℃或更低的涂覆温度及10-6托至760托的涂覆压力下将涂层设置在所述至少一个基材上之后，粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
根据第4个实施方式，提供了根据实施方式1-3中任一个实施方式所述的方法，其中，载体表面改性层的表面积是基材结合表面的表面积的约60％，并且在结合步骤之后，粘附能为180mJ/m2至1000mJ/m2。
根据第5个实施方式，提供了根据实施方式3所述的方法，其中，所述多个基材中的至少一个基材是适于显示器玻璃应用的强化基材。
根据第6个实施方式，提供了根据实施方式4所述的方法，其中，所述涂层是利用物理气相沉积或等离子体增强的气相沉积工艺沉积在所述多个基材中的至少一个基材的至少一个主表面上的耐刮擦层。
根据第7个实施方式，提供了根据实施方式3所述的方法，其中，利用鼓涂覆工艺将所述涂层设置在所述多个基材中的至少一个基材上，所述鼓涂覆工艺使所述至少一个基材经受约1N至20N的离心力。
根据第8个实施方式，提供了根据实施方式3所述的方法，其中，处理步骤包括：在环境温度至70℃的温度下，用包含去离子水和过氧化氢的清洁组合物清洁载体的主表面。
根据第9个实施方式，提供了实施方式3所述的方法，其中，载体表面改性层包含基于烃的材料。
根据第10个实施方式，提供了实施方式3所述的方法，其还包括以下步骤：
在将涂层设置在所述多个基材中的至少一个基材上之后，使载体与所述多个基材中的至少一个基材脱粘，所述脱粘通过在载体和所述多个基材中的至少一个基材不破裂的情况下，使载体表面改性层与所述多个基材中的至少一个基材的基材结合表面机械分离来进行。
根据第11个实施方式，提供了根据实施方式10所述的方法，其中，在脱粘步骤后，所述多个基材中的至少一个基材的基材结合表面包含不超过痕量的载体表面改性层。
根据第12个实施方式，提供了根据实施方式1-11中任一个实施方式所述的方法，其中，所述多个基材中的至少一个基材的形状基本上是非平面的。
根据第13个实施方式，提供了根据实施方式1-12中任一个实施方式所述的方法，其中，所述多个基材中的至少一个基材的形状基本上是非平面的，并且所述多个基材中的至少一个基材的基材结合表面位于所述至少一个基材的基本为平面的部分上。
根据第14个实施方式，提供了根据实施方式1-13中任一个实施方式所述的方法，其中，所述载体表面改性层的表面积小于载体主表面的表面积。
根据第15个实施方式，提供了根据实施方式1-14中任一个实施方式所述的方法，其中，所述表面改性层的表面积小于所述多个基材中的至少一个基材的基材结合表面的表面积。
根据第16个实施方式，提供了一种用于涂覆的制品，所述制品包括：
包含载体结合表面的载体；
设置在载体结合表面上的载体表面改性层；和
多个基材，所述多个基材中的每个基材包含基材结合表面，
其中，所述载体表面改性层和基材结合表面相连接，使得在载体表面改性层与所述基材中的至少一个基材的基材结合表面之间存在50mJ/m2至1000mJ/m2的粘附能，并且
进一步地，其中，可从所述基材中的至少一个基材机械移除所述载体而所述至少一个基材基材与载体不会破裂。
根据第17个实施方式，提供了根据实施方式16所述的制品，所述载体包含至少2mm的厚度，所述多个基材中的至少一个基材包含约0.1mm至约3.5mm的厚度。
根据第18个实施方式，提供了根据实施方式16或实施方式17所述的制品，其中，在300℃或更低的涂覆温度及10-6托至760托的涂覆压力下将涂层设置在所述至少一个基材上之后，粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
根据第19个实施方式，提供了根据实施方式16-18中任一个实施方式所述的制品，其中，载体表面改性层的表面积是基材结合表面的表面积的约60％，并且在300℃或更低的涂覆温度及10-6托至760托的涂覆压力下将涂层设置在所述至少一个基材上之后，粘附能为180mJ/m2至1000mJ/m2。
根据第20个实施方式，提供了实施方式16-19中任一个实施方式所述的制品，其中，载体表面改性层包含基于烃的材料。
根据第21个实施方式，提供了根据实施方式16-20中任一个实施方式所述的制品，其中，可从所述至少一个基材机械移除所述载体，使得所述至少一个基材的基材结合表面包含不超过痕量的载体表面改性层。
根据第22个实施方式，提供了一种对基材进行涂覆的固定装置组件，所述组件包括：
至少一个载体，其包含载体结合表面和安装表面；
设置在载体结合表面上的载体表面改性层；和
凸轮组件，其包括板和至少一个夹具，所述夹具可拆卸式地连接到所述至少一个载体的安装表面，所述板可拆卸式地连接到所述至少一个夹具，
其中，载体表面改性层临时连接到基材的基材结合表面，并且粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
根据第23个实施方式，提供了根据实施方式22所述的固定装置组件，其中，所述至少一个载体和所述至少一个夹具是多个对应的载体和夹具，并且进一步地，每个载体的载体表面改性层临时连接到基材的基材结合表面，并且粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
根据第24个实施方式，提供了根据实施方式22所述的固定装置组件，其中，载体表面改性层临时连接到基材的基材结合表面，并且在连接和沉积之后，粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
根据第25个实施方式，提供了根据实施方式22-24中任一个实施方式所述的固定装置组件，其中，所述固定装置适用于在鼓涂覆工艺中涂覆多个基材，所述鼓涂覆工艺使每个基材经受约1N至20N的离心力。
根据第26个实施方式，提供了根据实施方式22-25中任一个实施方式所述的固定装置组件，其中，载体表面改性层与基材的基材结合表面临时连接，所述基材是基本非平面的形状，使得在载体表面改性层与基材结合表面之间存在50mJ/m2至1000mJ/m2的粘附能。
根据第27个实施方式，提供了根据实施方式22-26中任一个实施方式所述的固定装置组件，所述至少一个载体包含至少2mm的厚度。
在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点，这些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具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。
应当理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例性的，且旨在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公开原理的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了一个或多个实施方式，并与说明书一起通过示例的方式用以解释本公开的原理和操作。应理解，在本说明书和附图中公开的本公开的各种特征可以任意组合使用。
附图说明
图1是根据一些实施方式所述的用于涂覆的制品的平面示意图，该制品包括载体、多个基材以及设置在基材与载体之间的载体表面改性层和结合表面。
图1A是沿着线IA-IA的图1所示的用于涂覆的制品的截面示意图。
图2是根据一些实施方式所述的用于涂覆的制品的平面示意图，该制品包括载体、基材以及设置在基材与载体之间的载体表面改性层和结合表面。
图2A是沿着线IIA-IIA的图2所示的用于涂覆的制品的截面示意图。
图3是根据一些实施方式所述的用于涂覆的制品的平面示意图，该制品包括载体、比载体大的基材以及设置在基材与载体之间的载体表面改性层和结合表面。
图3A是沿着线IIIA-IIIA的图3所示的用于涂覆的制品的截面示意图。
图4是根据一些实施方式所述的用于涂覆的制品的平面示意图，该制品包括载体、形状基本是非平面的基材以及设置在基材与载体之间的载体表面改性层和结合表面。
图4A是沿着线IVA-IVA的图4所示的用于涂覆的制品的截面示意图。
图5A、5B和5C是根据一些实施方式所述的用于对基材进行涂覆的固定装置组件的示意图。
图6A和6B是根据一些实施方式所述的用于对多个基材进行涂覆的固定装置组件的示意图。
具体实施方式
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，以提供对本公开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公开的具体细节的其他实施方式实施本公开。另外，本文可能省去对众所周知的装置、方法和材料的描述，以免干扰对本公开的各种原理的描述。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。
如本文所用，术语“约”指量、尺寸、公式、参数和其他数量和特征不是精确的且无需精确的，但可按照要求是大致的和/或更大或者更小，如反射公差、转化因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员所知的其他因子。当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本公开包括所参考的具体值或者端点。无论说明书中的范围的数值或端点是否使用“约”列举，范围的数值或端点旨在包括两种实施方式：一种用“约”修饰，另一种未用“约”修饰。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相关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。
除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式“一个”、“一种”以及“该/所述”包括复数指代。因此，例如，提到的一种“部件”包括具有两种或更多种这类部件的实施方式，除非文本中有另外的明确表示。
一般而言，两个表面之间的粘附能量(即，文中所用的“结合能”或“粘附能”)通过双悬臂梁方法或楔入测试来测量。所述测试以定性的方式模拟对两个表面之间的界面处的粘附性结合连接的力和作用。楔入测试通常用于测量结合能。例如，ASTM D5041——结合连接中粘合剂开裂时断裂强度的标准测试方法，以及ASTM D3762——用胶粘剂结合的铝表面耐久性的标准测试方法是利用楔形件测量基材的结合的标准测试方法。
用于确定本文公开的粘附能的测试方法如下，该测试方法基于上述ASTM方法但与上述ASTM方法不完全相同。使第一片材在玻璃制品的角落处轻微地预开裂或分离，以局部破坏第一表面与第二表面之间的结合。使用剃刀刀片，例如厚度为228±20微米的GEM牌剃刀刀片，使第一表面与第二表面预开裂。在形成该预开裂时，可能需要瞬时的持续压力来使结合疲劳。缓慢插入移除了铝标签的平坦剃刀刀片直到可观察到裂纹前沿扩展而使裂纹分离增加。无需显著地插入平坦的剃刀刀片即可诱导裂纹。一旦形成裂纹，则使玻璃制品静置至少5分钟以使裂纹稳定。对于高湿度环境，例如相对湿度高于50％的环境，可能需要更长的静置时间。
用显微镜记录裂纹长度来评估具有形成的裂纹的玻璃制品。裂纹长度是根据第一表面与第二表面的最终分离点(即，离剃刀刀片尖端最远的分离点)以及最近的剃刀刀片的非锥形部分来测量的。记录裂纹长度并使用以下方程来计算粘附能。
γ＝3tb 2E1tw1 3E2tw2 3/16L4(E1tw1 3+E2tw2 3) (1)
其中，γ是粘附能，tb表示刀片、剃刀刀片或楔形件的厚度，E1是具有第一表面的片材(例如玻璃载体)的杨氏模量，tw1是具有第一表面的片材的厚度，E2是具有第二表面的片材(例如薄玻璃片)的杨氏模量，tw2是具有第二表面的片材的厚度，并且L是在如上所述的插入剃刀刀片后第一表面与第二表面之间的裂纹长度。本文公开的薄玻璃片的杨氏模量通过共振超声光谱法来测量。
粘附能应理解为表现为硅晶片结合，在这种结合中，对初始通过氢键结合的成对晶片进行加热以使大量或全部的硅烷醇-硅烷醇氢键转化成Si--O--Si共价键。初始的室温下的氢键结合产生大致为约100-200mJ/m2的结合能，该结合能允许对结合表面进行分离，而在高温(约为400至800℃)加工期间得到的完全共价结合的晶片对具有约2000-3000mJ/m2的粘附能，该粘附能不允许对结合表面进行分离；相反，这两块晶片作为一个整体发挥作用。另一方面，如果两个表面都完全涂覆有低表面能材料(例如含氟聚合物)，并且厚度足够大以屏蔽下方基材的影响，则粘附能就会是涂层材料的粘附能并且将会极其地低，从而导致结合表面之间的粘附低或无粘附。因此，将不能够在具有第一表面的片材上加工具有第二表面的片材。考虑两种极端情况：(a)在室温下通过氢键结合将饱和有硅烷醇基团的两个经过标准清洁1(SC1，在本领域中是已知的)清洁的玻璃表面结合在一起(从而粘附能为约100-200mJ/m2)，然后将其加热至能够将硅烷醇基团转化为共价Si--O--Si键的温度(从而粘附能变成2000-3000mJ/m2)。该2000-3000mJ/m2的粘附能过高以至于无法分开这对表面；以及(b)在室温下使完全涂覆有含氟聚合物的具有低表面粘附能(每个表面约为12-20mJ/m2)的两个表面结合，并在所需的加工温度下加热。在后面这种情况(b)中，各表面不仅在低温下不结合(因为当将各表面放在一起时，约24-40mJ/m2的总粘附能过低)，而且它们在高温下也不结合，因为存在太少的极性反应基团。在这两种极端情况之间，存在某一粘附能范围，例如在50-1000mJ/m2之间，该范围可产生所需程度的临时结合。因此，本发明人发现了提供改性层的各种方法，从而得到这两种极端情况之间的粘附能，并且可产生临时结合。本文所用的“临时结合”或“临时地结合”意为结合足以使一对表面(例如基材结合表面24a和载体10的上主表面)在经受加工时保持彼此结合，但是结合的程度同样允许在加工完成后使第一表面与第二表面分离[即使是在所需的温度(例如约300℃的温度)下加工之后也如此]。另外，可通过机械力使第一表面与第二表面分离，并且是以至少不显著损坏具有第二表面的片材，还优选不显著损坏具有第一表面的片材的方式来进行。
本公开的实施方式一般涉及用于定位和稳固用于涂覆的制品的方法和设备，所述制品包含基材和载体。本公开还涉及用于用耐刮擦涂层(例如包含硅烷、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮氧化铝的层)和其他功能性涂层涂覆盖板玻璃基材(例如，4.5代至10代尺寸的显示器玻璃基材，例如约730mm×920mm至约3000mm×3000mm)的方法和设备。另外，用于定位和稳固用于涂覆的基材的这些方法和设备有利地以高可靠性、低制造成本和高制造灵活性来进行。
参考图1和1A，其示出了用于涂覆的制品100，该制品100包括载体10，所述载体10具有上主表面14、下主表面12和厚度18。载体10还包括载体结合表面14a。如图所示，用于涂覆的制品100还包括设置在载体结合表面14a上的具有厚度38的载体表面改性层30；以及多个基材20，每个基材20具有厚度28、基材结合表面24a、下主表面24和上主表面22。另外，在每个基材20的上主表面22上设置有涂层50。载体10、载体表面改性层30和基材20总共具有堆叠厚度8。
再次转到图1和1A所示的用于涂覆的制品100，使载体表面改性层30与每个基材20的基材结合表面24a连接，使得在载体表面改性层30与基材结合表面24a之间存在50mJ/m2至1000mJ/m2的粘附能。在该粘附能范围内，基材20与载体10有效地临时结合。在将涂层50施加于基材20期间和之后，以这些粘附能使载体10保持基材20。在某些实施方式中，在300℃或更低的涂覆温度下，以10-6托至760托的涂覆压力将涂层50设置在基材20的上主表面22上(例如，利用物理气相沉积工艺或等离子体增强的气相沉积工艺)之后，以这些粘附能使载体10保持基材20。另外，涂层50可以是一层或多层耐刮擦涂层(例如包含硅烷、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮氧化铝的一层或多层)或另外的功能性涂层(例如抗指纹涂层、抗反射涂层、抗微生物涂层)。
因此，可从基材20机械移除载体10(或反之亦然)，以在完成加工步骤而在基材20上形成涂层50时，消除或以其他方式显著降低基材20破裂的风险。在某些实施方式中，可从基材20机械移除载体10(或反之亦然)，以在移除载体10时，基材结合表面24a上具有不超过痕量的载体表面改性层30。在用于涂覆的制品100的某些实施方式中，例如，存在于载体表面改性层30与基材结合表面24a之间的粘附能可以是50mJ/m2、100mJ/m2、150mJ/m2、200mJ/m2、250mJ/m2、300mJ/m2、350mJ/m2、400mJ/m2、450mJ/m2、500mJ/m2、550mJ/m2、600mJ/m2、650mJ/m2、700mJ/m2、750mJ/m2、800mJ/m2、850mJ/m2、900mJ/m2、950mJ/m2、1000mJ/m2，以及这些水平之间的所有粘附能数值。
在用于涂覆的制品100的某些实施方式中，载体10具有至少2mm的厚度18。虽然基于本公开的概念，厚度18不存在上限，但是厚度18的实际上限是基于最大程度地减少载体10的成本的需要，用于涂覆临时结合到载体10的基材20的设备的尺寸限制，知道玻璃材料的强度可随着尺寸增加而降低以及其他因素。在许多实施方式中，载体10的厚度18的上限是约51mm(即，约2英寸)。另外，载体10的尺寸可容纳一个或多个1代(Gen 1)尺寸或更大的基材20，例如2代至10代(例如片材尺寸为100mm×100mm至3m×3m或更大)的基材20。
再次参考图1和1A，用于涂覆的制品100的实施方式包括多个基材20，每个基材20的厚度28为约0.1mm至约3.5mm。例如，基材20的厚度28可以是0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm，以及前述厚度之间的所有数值。基材20的某些实施方式的厚度28在约0.1mm至约1mm的范围内。一般而言，随着基材20的厚度28增加，基材20的重量增加。在某些实施方式中，对于厚度28较大的基材20，尤其是对于厚度28超过2mm的基材20，载体表面改性层30与基材结合表面24a之间的粘附能下界增加(例如>150mJ/m2)可以是有利的。特别地，有所增加的粘附能下界可确保在将涂层50施涂于基材20期间，基材20不会从载体10掉落或以不受控的方式相对于载体10移动。
再次参考图1和1A所示的用于涂覆的制品100，载体10、载体表面改性层30和基材20总共具有堆叠厚度8。在某些实施方式中，堆叠厚度8可以低至约2mm至上界，所述上界取决于载体10的厚度18的上限，例如约100mm的堆叠厚度。在某些实施方式中，用于涂覆的制品100的堆叠厚度8在约2mm至约30mm的范围内，以及这些极限之间的所有数值。
在某些实施方式中，当载体表面改性层30的表面积小于基材结合表面24a的表面积的100％(例如是其的约60％至100％)时，载体表面改性层30与基材结合表面24a之间的较高的粘附能下界(例如>150mJ/m2)可以是有利的(还参见图3和3A的用于涂覆的制品100)。由此，可以利用载体10与基材20之间的增加的粘附能来抵消载体表面改性层30与基材20之间的减小的接触面积百分比。例如，在用于涂覆的制品100的一个示例性实施方式中，载体表面改性层30的表面积是基材结合表面24a的表面积的约60％至约80％，并且载体表面改性层30与基材结合表面24a之间存在的粘附能为180mJ/m2至1000mJ/m2。此外，在300℃或更低的涂覆温度下，以10-6托至760托的涂覆压力将涂层50设置在基材20上之后，在制品100中可存在这些粘附能。
再次参考图1和1A，用于涂覆的制品100的载体10可以是任何合适的材料，例如包括玻璃。载体10并非必需为玻璃，而是可以为陶瓷、玻璃陶瓷或金属(因为其粘附能可以与本公开中概述的方法和概念类似的方式，以示例性方式得到控制)。如果载体10由玻璃制成，则其可具有任意合适的组成，包括铝硅酸盐、硼硅酸盐、铝硼硅酸盐、钠钙硅酸盐，并且取决于其最终应用可以是含碱金属的或不含碱金属的。
再次参考图1和1A，用于涂覆的制品100的基材20可以是根据基材应用(例如用于手机装置的盖板玻璃)的任何合适材料，例如包括玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷。当由玻璃制成时，则基材20可以具有任意合适的组成，包括铝硅酸盐、硼硅酸盐、铝硼硅酸盐、钠钙硅酸盐，并且取决于其最终应用可以是含碱金属或者不含碱金属的。在某些实施方式中，对基材20和载体10的组成进行选择，使得它们各自的热膨胀系数(CTE)相似，以防止用于涂覆的制品100发生翘曲、剥离及在高温加工期间与CTE错配诱导的热应力相关的其他失效情况。在优选的实施方式中，用于涂覆的制品100包括载体10以及具有玻璃组成的一个或多个基材20。
仍然参考图1和1A，用于涂覆的制品100的表面改性层30可包括任何种数目的材料，对它们进行选择以控制基材20和载体10之间的粘附能。在某些实施方式中，表面改性层30是由任何种数目的烃源气体制成的经过等离子体聚合的膜，所述烃源气体例如烷烃(包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷)；烯烃(包括乙烯、丙烯)、炔烃(包括乙炔)和芳烃(包括苯、甲苯)、氢气和其他气体来源。等离子体聚合形成了高度交联的材料层。可利用对反应条件和源气体的控制来控制膜的厚度、密度和化学性质以针对基材20与载体10之间的特定粘附能定制表面改性层30的官能团。在示例性实施方式中，表面改性层30是包含基于烃的材料的经过等离子体聚合的膜。在用于涂覆的制品100的一些实施方式中，基于烃的材料衍生自包含C2H4-H2、N2和O2或者CH4、H2N2和O2的源气体。
再次参考图1和1A所示的用于涂覆的制品100，表面改性层30具有厚度38。在一些实施方式中，厚度38在以下范围内：约0.1nm至约100nm、约0.5nm至约50nm、约1nm至约10nm，或者更优选地，约1.5nm至约3nm。例如，厚度38可以是0.1nm、0.2nm、0.3nm、0.4nm、0.5nm、1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm以及这些厚度之间的所有数值。在一些优选的实施方式中，表面改性层30包含基于烃的材料，并且厚度38为约2nm。
仍然参考图1和1A所示的用于涂覆的制品100，在某些实施方式中，载体结合表面14a与载体10的上主表面14基本上是一体的。例如，通过用清洁工艺来处理表面14，可由上主表面14形成载体结合表面14a。在一些实施方式中，为此可采用清洁工艺，其中在环境温度至约70℃的温度下，在稀释的过氧化氢和碱中(例如本领域已知的标准清洁1(SC1))，或在稀释的过氧化氢和去离子水溶液中清洁载体10。清洁从载体10的结合表面移除颗粒，并且能产生载体结合表面14a的基线表面能。利用与经过清洁的载体结合表面14a相关的稳定的表面能，通过随后在结合表面14a上方形成载体表面改性层30，更容易控制基材20与载体10之间的粘附能。
根据用于涂覆的制品100的其他实施方式，载体表面改性层30的表面积可小于载体14的主表面和/或载体结合表面14a的表面积。在这样的构造中，通过限制表面改性层30在载体10上的范围以顺应临时结合到载体的基材20的相对尺寸，可以节约制造成本。也就是说，可以定制用于形成表面改性层30的工艺，以在载体10的特定区域中选择性地沉积表面改性层30，所述特定区域对应于基材20的临时结合位置。除了降低与层30相关的材料成本，在这种构造中选择性地沉积表面改性层30还可有利地减少残余量的表面改性层30留在载体10和/或基材20上的风险。
根据用于涂覆的制品100的一些实施方式，基材20由玻璃组合物制造，并且使其经受强化增强工艺以例如用于显示器玻璃应用。在某些实施方式中，强化可通过热处理(例如热回火)来实现。在一些实施方式中，强化可通过对具有芯体部分和包层部分的基材进行热处理来实现。在强度增加的基材20的一些实施方式中，在基材中形成了一个或多个压缩应力区，其从一个或多个主表面延伸到一个或多个选定的深度。在其他实施方式中，这些压缩应力区通过离子交换(IOX)工艺形成。在具有通过IOX工艺形成的压缩应力区的这些基材中，压缩应力区可包含多个可离子交换的金属离子和多个经过离子交换的金属离子，对经过离子交换的金属离子进行选择以在基材20中的压缩应力区中产生压缩应力。在用于涂覆的制品100的某些实施方式中，压缩应力区随着基材形成，并且最大压缩应力(通常在主表面处)可在50MPa至2000MPa的范围内。
如图2和2A所示，用于涂覆的制品100的一些实施方式包括载体10、基材20以及设置在基材20与载体10之间的载体表面改性层30和载体结合表面14a。在某些实施方式中，用于涂覆的制品100的这种构造包括针对单个基材20或小数目的基材20调整尺寸的载体10，例如针对尺寸相对较大的基材20(例如5代或更高的代)调整尺寸的载体10。在图2和2A所示的用于涂覆的制品100的其他实施方式中，包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷材料的载体10的尺寸被调整成用于容纳一个基材20，以增加制品100的可靠性和/或制造灵活性。对于可靠性，具有载体10和单个基材20的用于涂覆的制品100可被布置成最大程度地减小载体10的尺寸和非结合空间，以降低潜在的强度有限的缺陷的普遍性并因此增加其强度。对于制造灵活性，这种具有尺寸相对较小的载体10的用于涂覆的制品100可用于多种工艺以在基材20上形成涂层50。也就是说，这种制品100将具有与涂覆设备和固定装置相关的较小的尺寸相关限制。
现在参考图3和3A，用于涂覆的制品100的一些实施方式包括载体10、基材20以及设置在基材20与载体10之间的载体表面改性层30和载体结合表面14a。更具体地，在该构造中，用于涂覆的制品100包括表面改性层30，其表面积小于基材结合表面24a。在图3和3A所示的用于涂覆的制品100的某些实施方式中，当载体表面改性层30的表面积小于基材结合表面24a的表面积时，载体表面改性层30与基材结合表面24a之间的较高的粘附能下界(例如>150mJ/m2)可以是有利的。由此，可以利用载体10与基材20之间的增加的粘附能来抵消载体表面改性层30与基材20之间的减小的接触面积百分比。例如，在图3和3A所示的用于涂覆的制品100的一个示例性实施方式中，载体表面改性层30的表面积是基材结合表面24a的表面积的约60％至约80％，并且载体表面改性层30与基材结合表面24a之间存在的粘附能为180mJ/m2至1000mJ/m2。此外，在300℃或更低的涂覆温度下，以10-6托至760托的涂覆压力将涂层50设置在基材20上之后，在制品100中可存在这些粘附水平。
有利的是，图3和3A中所示的用于涂覆的制品100的这种构造最大程度地减少了表面改性层30与基材20接触的程度，因此，在完成了在基材20上形成涂层50时而从基材20移除载体10后，减少了可能作为不期望的残余物潜在保留下来的改性层30的量。这种构造的另一个益处是可开发用于形成粘附能相对较恒定的表面改性层30的稳定方法，同时可调整表面改性层30与基材结合表面24a之间的接触程度，以实现在涂覆期间基材20的保留以及在涂覆过程完成时便于移除基材20的适当平衡。用于涂覆的制品100的这种构造的另一益处是其有利于基材20的边缘涂覆，在基材20的某些应用中，这可能是期望的。特别地，用于涂覆的制品100的这种构造确保了表面改性层30与基材20的边缘间隔一定距离，因此允许沿着基材20的上主表面用涂层50涂覆基材20的边缘。
现在参考图4和4A，根据本公开的一些实施方式，其示出了用于涂覆的制品100，该制品100包括载体10、具有基本是非平面形状的基材20以及设置在基材20与载体10之间的载体表面改性层30和载体结合表面14a。如在图4和4A中以示例性形式示出的，用于涂覆的制品100包括表面改性层30，其表面积小于基材结合表面24a。更具体地，基材20基本是非平面形状，并且基材结合表面24a定位在基材20的基本为平面的部分上。此外，在基材结合表面14a处，载体表面改性层30用于将载体10连接到基材20的平面部分。利用图4和4A所示的这些特定特征，用于涂覆的制品100凭借在基本为平面的区域处将表面改性层30临时结合到基材20、结合到载体10这样的设计而有利地有助于涂覆基本是非平面的基材20。
在图4和4A所示的用于涂覆的制品100的其他实施方式中，基材20可以是基本非平面形状并且可以不具有任何基本是平面的区域。在用于涂覆的制品100的这种构造中，表面改性层30仍可临时结合到载体10和基材20。例如，可在载体10上形成显著较厚的表面改性层30(例如100nm至10微米范围内的厚度)以顺应基材20的非平面外观，这是鉴于表面改性层30相对于基材20和载体10的材料通常具有更大的顺应性，特别是当表面改性层的厚度增加时。在其他实施方式中，用于涂覆的制品100的这种构造也可用载体10中的非平面特征(尤其是在载体结合表面14a处的非平面特征)来匹配基材20的非平面特征。
根据本公开的其他实施方式，提供了制备用于涂覆的制品(例如图1和1A所示的涂覆制品100)的方法。所述方法包括：处理载体的主表面(例如载体10的主表面14)以形成载体结合表面(例如载体结合表面14a)，所述载体的厚度(例如载体10的厚度18)为至少2mm。所述方法还包括：在载体结合表面上设置载体表面改性层(例如表面改性层30)；以及使载体结合到至少一个基材(例如基材20)，所述基材具有基材结合表面(例如基材结合表面24a)并且厚度(例如基材20的厚度28)为约0.1mm至约3.5mm，所述结合通过使载体与基材临时连接来进行，所述临时连接在载体表面改性层处与基材结合表面处进行。另外，进行所述处理和设置步骤，使得在结合步骤后，载体表面改性层与基材结合表面之间的粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
进一步地，对于制备用于涂覆的制品的方法而言，处理载体(例如载体10)的主表面的步骤可包括清洁过程。清洁从载体的结合表面移除了颗粒，并且允许形成载体结合表面的基线表面能。利用与经过清洁的载体结合表面(例如载体结合表面14a)相关的稳定的表面能，通过随后在结合表面上方形成载体表面改性层，更容易控制基材与载体之间的粘附能。在所述方法的一些实施方式中，在环境温度至约70℃的温度下，利用稀释的过氧化氢和碱(例如SC1过程)或稀释的过氧化氢和去离子水溶液来进行处理步骤。在前述方法中，去离子水和过氧化氢可以40:2的比值来制备，并且在约55℃下用该溶液来进行清洁。还应理解，在用于处理载体的方法中所采用的相同步骤也可用于处理待被涂覆和/或临时结合到载体的基材的表面。此外，本领域技术人员还应理解，可以对处理步骤进行各种置换，包括在形成表面改性层之前，仅使用去离子水，使用刷子、超声清洁装置及其他装置来清洁载体的表面。
再次参考制备用于涂覆的制品的方法，可以利用各种产生层的方法来进行设置载体表面改性层(例如表面改性层30)的步骤，以使载体与基材之间的粘附能在约50mJ/m2至约1000mJ/m2的范围内。例如，可以使用电感耦合等离子体(ICP)工艺在载体上形成包含基于烃的材料的表面改性层，所述电感耦合等离子体工艺采用包含C2H4-H2和N2-O2气体混合物的前体气体。又例如，可以使用反应离子蚀刻(RIE)工艺在载体上形成包含基于烃的材料的表面改性层，所述反应离子蚀刻工艺采用包含CH4、H2N2和O2气体混合物的前体气体。在所述方法的某些实施方式中，在低于300℃的温度下，以10-6托(1.32x 10-9atm)至760托(1atm)的压力进行将涂层设置到基材20上的步骤。在前述的RIE和ICP方法中，可在环境温度下在载体上形成表面改性层。另外，在所述方法的优选实施方式中，在载体上形成表面改性层，并且在载体表面层与基材之间包含约50mJ/m2至1000mJ/m2的粘附能，并且当包含载体和基材的制品在最高至300℃的温度下经受另外的工艺步骤以涂覆基材时，其仍是稳定的。
仍然参考制备用于涂覆的制品的方法，通过使载体临时连接到基材可进行使载体结合到至少一个基材(例如图1、1A所示的基材20)的步骤，所述临时连接在载体表面改性层处与基材结合表面处进行。如本领域技术人员所理解的，可使用各种方法来实现该步骤——例如，将载体及其表面改性层手动连接到基材的结合表面，在等静压中将这些特征压制在一起，通过压辊等。另外，以某种方式进行结合步骤，以确保载体表面改性层与基材结合表面之间的粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2，并且在用功能性涂层(例如，图1、1A所示的涂层50)涂覆基材的任何步骤期间和之后，粘附能仍维持在该范围内。
制备用于涂覆的制品的方法还可包括用功能性涂层(例如图1、1A所示的涂层50)涂覆基材的步骤。例如，所述涂层可以是利用物理气相沉积或等离子体增强的气相沉积工艺沉积在所述至少一个基材的至少一个主表面上的耐刮擦层。另外，取决于所用的具体涂覆方法，用于在基材上形成涂层的方法可在环境温度至最高达约300℃进行。在某些实施方式中，利用鼓涂覆工艺将涂层设置在所述至少一个基材上，所述鼓涂覆工艺使所述至少一个基材经受约1N至20N的离心力。因此，在采用了所述鼓涂覆工艺之后，载体表面改性层与基材结合表面之间的粘附能应维持50mJ/m2至1000mJ/m2。
再次参考制备用于涂覆的制品的方法，所述方法还可包括以下步骤：在将涂层设置在所述至少一个基材上之后，载体与所述至少一个基材脱粘，所述脱粘通过在载体和基材不破裂的情况下，使载体表面改性层与所述基材结合表面机械分离来进行。在某些实施方式中，通过手动操作来进行脱粘，以从基材物理移除或剥落载体，或者反之亦然。在其他实施方式中，可使用机械固定装置来夹持载体，并且可进行人工操作以从载体脱粘出基材。在另外的实施方式中，可使用机械固定装置来夹持载体和基材，并且可对这些固定装置进行控制以使载体与基材脱粘或反之亦然。优选地，进行脱粘(以及之前的方法步骤)，使得在脱粘后，基材结合表面不具有超过痕量的载体表面改性层。因此，在某些实施方式中，载体表面改性层与载体之间的粘附能高于载体表面改性层与基材结合表面之间的粘附能，它们全部在50mJ/m2至1000mJ/m2的范围内。在一些实施方式中，为了获得所需的粘附能，可调整所述方法中的处理载体的步骤。
现在转到图5A-5C，根据本公开的一些实施方式，提供了用于对基材20或用于涂覆的制品100进行涂覆的固定装置组件300。所述固定装置组件300包括：至少一个载体10，所述载体10具有载体结合表面14a、安装表面(例如下主表面12)和至少2mm的厚度。此外，固定装置组件300包括设置在载体结合表面14a上的载体表面改性层30；以及凸轮组件200。凸轮组件200包括板220和至少一个夹具210，所述夹具210具有夹具表面212，所述至少一个夹具210可拆卸式地连接到所述至少一个载体10的安装表面，所述板220通过凸轮组件230可拆卸式地连接到所述至少一个夹具210。此外，载体表面改性层30临时连接基材结合表面24a(未示出)，所述基材结合表面24a与基材20的下主表面24是一体的，并且载体表面改性层30与基材结合表面24a之间的粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
再次参考图5A-5C，固定装置组件300将基材20或用于涂覆的制品100作为设备的部分来定位和稳固，以利用功能性涂层(例如图1、1A所示的涂层50)涂覆基材20。夹具表面212机械附接于载体10的安装表面(例如下主表面12)，进而凭借载体的载体表面改性层30而将基材20临时保持在适当位置。夹具表面212是夹具210的部分，所述夹具210可通过凸轮组件230可拆卸式地附接于板220。因此，板220可附接于机械固定装置，以在利用功能性涂层涂覆基材20的设备中定位和移动涂覆制品100。采用固定装置组件300的这种设备可包括鼓涂覆器，其在约1N至约20N的离心力下对基材20进行鼓涂覆。一旦完成了用涂层涂覆基材20的过程，则可在夹具表面212处从固定装置组件300移除用于涂覆的制品100。一旦从固定装置组件300移除出来，则用于涂覆的制品100可经受脱粘步骤以从载体10机械分离出基材20，该基材20目前具有功能性涂层。
再次参考图5A-5C所示的固定装置组件300，载体表面改性层30临时连接或结合到基材20的基材结合表面24a(参见图1、1A)，并且在临时连接和随后的涂覆沉积后，载体表面改性层30与基材结合表面24a之间的粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。在固定装置组件300的一些实施方式中，用于涂覆的制品100中的载体表面改性层30与基本是非平面形状的基材20的基材结合表面24a临时连接(参见图4、4A)，使得在载体表面改性层30与基材结合表面24a之间存在50mJ/m2至1000mJ/m2的粘附能。因此，在该构造中，固定装置组件300可用于对非平面基材20进行涂覆操作。
现在参考图6A和6B，根据本公开的一些实施方式，提供了用于对多个基材20进行涂覆的固定装置组件300a。固定装置组件300a类似于图5A-5C所示的固定装置组件300，并且编号相同的元件具有相同或相似的功能和结构。所述两个固定装置组件之间的主要差别在于固定装置组件300a可在一个凸轮组件200a上容纳多个基材20。更具体地，凸轮组件200a包括板220a，其具有多个夹具210，每个夹具210具有其自己的夹具表面212，其可拆卸地连接到对应的载体10的安装表面。另外，板220a通过凸轮组件230可拆卸式地连接到夹具210。由此，凸轮组件200a可凭借具有多个夹具210来定位和稳固多个载体10和对应的基材20，以有助于在一个涂覆步骤中进行用功能性涂层(例如图1、1A所示的涂层50)涂覆基材20的操作。一旦完成了用涂层涂覆基材20的过程，则可在夹具210的夹具表面212(参见图5A-5C)处从固定装置组件300a移除每个用于涂覆的制品100。当从固定装置组件300a移除出来后，则可使每个用于涂覆的制品100经受脱粘步骤以从载体10机械分离出每个基材20，所述每个基材20目前具有功能性涂层。
应当强调，本公开的上述实施方式，包括任何的实施方式，仅仅是可能实现的实例，其仅是为了清楚理解本公开的各种原理而陈述的。可以对本公开的上述实施方式进行许多改变和调整而基本上不偏离本公开的精神和各种原理。所有这些变动和修改旨在包括在该说明书和所附权利要求保护的范围内。
本文所用的术语“基本”、“基本上”及其变化形式旨在表示所述的特征等于或近似等于一数值或描述。例如，“基本上平面的”表面旨在表示平面的或大致平面的表面。

Claims (29)

1.一种制备用于涂覆的制品的方法，所述方法包括：
处理载体的主表面以形成载体结合表面；
在载体结合表面上设置载体表面改性层；
使载体与至少一个基材结合，所述至少一个基材包含基材结合表面，所述结合通过使载体与所述至少一个基材临时连接来进行，所述临时连接在载体表面改性层处与所述至少一个基材的基材结合表面处进行。
其中，进行处理和设置步骤，使得在结合步骤之后，载体表面改性层与每个基材结合表面之间的粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
2.根据权利要求1所述的方法，所述载体包含至少2mm的厚度，并且所述至少一个基材包含约0.1mm至约3.5mm的厚度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，在300℃或更低的涂覆温度和10-6托至760托的涂覆压力下将涂层设置在所述至少一个基材上之后，粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，载体表面改性层的表面积是基材结合表面的表面积的约60％，并且在结合步骤之后，粘附能为180mJ/m2至1000mJ/m2。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述至少一个基材是适于显示器玻璃应用的强化基材。
6.根据权利要求3或权利要求5所述的方法，其中，所述涂层是利用物理气相沉积或等离子体增强的气相沉积工艺沉积在所述至少一个基材的至少一个主表面上的耐刮擦层。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的方法，其中，利用鼓涂覆工艺将所述涂层设置在所述至少一个基材上，所述鼓涂覆工艺使所述至少一个基材经受约1N至20N的离心力。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的方法，其中，处理步骤包括：在环境温度至70℃的温度下，用包含去离子水和过氧化氢的清洁组合物清洁载体的主表面。
9.根据权利要求3-8中任一项所述的方法，其中，载体表面改性层包含基于烃的材料。
10.根据权利要求3-9中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
在将涂层设置在所述至少一个基材上之后，使载体与所述至少一个基材脱粘，所述脱粘通过在载体和所述至少一个基材不破裂的情况下，使载体表面改性层与所述至少一个基材的基材结合表面机械分离来进行。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在脱粘步骤后，所述至少一个基材的基材结合表面包含不超过痕量的载体表面改性层。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，所述至少一个基材的形状基本上是非平面的。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中，所述至少一个基材的形状基本上是非平面的，并且所述至少一个基材的基材结合表面定位在所述至少一个基材的基本为平面的部分上。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中，所述载体表面改性层的表面积小于载体主表面的表面积。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中，所述表面改性层的表面积小于所述至少一个基材的基材结合表面的表面积。
16.一种用于涂覆的制品，其包括：
包含载体结合表面的载体；
设置在载体结合表面上的载体表面改性层；和
至少一个基材，所述至少一个基材包含基材结合表面，
其中，所述载体表面改性层和所述至少一个基材的基材结合表面相连接，使得在载体表面改性层与所述至少一个基材的基材结合表面之间存在50mJ/m2至1000mJ/m2的粘附能，并且
进一步地，其中，能够从所述至少一个基材机械移除载体而所述至少一个基材与载体不破裂。
17.根据权利要求16所述的制品，所述载体包含至少2mm的厚度，所述至少一个基材包含约0.1mm至约3.5mm的厚度。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的制品，其中，在300℃或更低的涂覆温度和10-6托至760托的涂覆压力下将涂层设置在所述至少一个基材上之后，粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
19.根据权利要求16或权利要求17所述的制品，其中，载体表面改性层的表面积是所述至少一个基材的基材结合表面的表面积的约60％，并且在300℃或更低的涂覆温度以及10-6托至760托的涂覆压力下将涂层设置在所述至少一个基材上之后，粘附能为180mJ/m2至1000mJ/m2。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的制品，其中，载体表面改性层包含基于烃的材料。
21.根据权利要求16-20中任一项所述的制品，其中，能够从所述至少一个基材机械移除所述载体，使得所述至少一个基材的基材结合表面包含不超过痕量的载体表面改性层。
22.一种用于涂覆基材的固定装置组件，包括：
至少一个载体，其包含载体结合表面和安装表面；
设置在载体结合表面上的载体表面改性层；和
凸轮组件，其包括板和至少一个夹具，所述夹具能够拆卸式地连接到所述至少一个载体的安装表面，所述板能够拆卸式地连接到所述至少一个夹具，
其中，载体表面改性层临时连接到基材的基材结合表面，并且粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
23.根据权利要求22所述的固定装置组件，其中，所述至少一个载体和所述至少一个夹具是多个对应的载体和夹具，并且进一步地，每个载体的载体表面改性层临时连接到基材的基材结合表面，并且粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
24.根据权利要求22所述的固定装置组件，其中，载体表面改性层临时连接到基材的基材结合表面，并且在连接和沉积之后，粘附能为50mJ/m2至1000mJ/m2。
25.根据权利要求22-24中任一项所述的固定装置组件，其中，所述固定装置适用于在鼓涂覆工艺中涂覆多个基材，所述鼓涂覆工艺使每个基材经受约1N至20N的离心力。
26.根据权利要求22-25中任一项所述的固定装置组件，其中，载体表面改性层与基材的基材结合表面临时连接，所述基材是基本非平面的形状，使得在载体表面改性层与基材结合表面之间存在50mJ/m2至1000mJ/m2的粘附能。
27.根据权利要求22-26中任一项所述的固定装置组件，所述至少一个载体包含至少2mm的厚度。
28.根据权利要求16-21中任一项所述的制品，其中，所述至少一个基材包含多个基材。
29.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其中，所述至少一个基材包含多个基材。
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