CN110435253A - 玻璃/金属层合结构和制造层合结构的方法 - Google Patents

玻璃/金属层合结构和制造层合结构的方法 Download PDF

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Abstract

层合结构包含金属板，该金属板具有第一表面和第二表面，以及在第一表面与第二表面之间延伸的约0.5‑2mm的厚度。层合结构还包含具有小于或等于约1.1mm厚度的第一化学强化玻璃板和将第一化学强化玻璃板附连到金属板第一表面的第一中间层。在其他示例中，制造层合结构的方法包括通过中间层将金属板和第一化学强化玻璃板层合到一起的步骤。

Description

玻璃/金属层合结构和制造层合结构的方法
分案申请说明
本申请系申请日为2013年10月02日、国际申请号为PCT/US2013/062956、进入中国国家阶段后的国家申请号为201380063463.6、题为“玻璃/金属层合结构和制造层合结构的方法”的发明专利申请的分案申请。
交叉参考
本申请要求2012年10月5日提交的美国专利申请第61/710287号的优先权，其全部内容通过引用结合入本文。
本发明总体涉及玻璃/金属层合结构和制造层合结构的方法，更具体涉及包括化学强化玻璃板的玻璃/金属层合结构以及制造包括化学强化玻璃板的层合结构的方法。
背景
发明领域
技术背景
已知提供具有包括金属板外壳的各种设备，例如电器。例如，较薄的金属板通常用作电器外壳表面。这样，金属板既提供了保护，同时又保持了电器外观。从多数使用情况看，金属外壳板会在短时间内失去其美学外观，因为其耐刮擦性差，针对指纹和油渍的清洁能力差。
发明内容
根据第一方面，层合结构包含金属板，该金属板具有第一表面和第二表面，以及在所述第一表面与第二表面之间延伸的约0.5-2mm的厚度。层合结构还包含具有小于或等于约1.1mm厚度的第一化学强化玻璃板和将第一化学强化玻璃板附连到金属板第一表面的第一中间层。
根据第一方面的一个示例，第一中间层包含聚乙烯醇缩丁醛层。
根据第一方面的另一个示例，聚乙烯醇缩丁醛层具有约0.1-0.8mm的厚度。
根据第一方面的又一个示例，第一中间层包含离聚物。
根据第一方面的再一个示例，第一中间层的厚度约为0.1-2mm。
根据第一方面的另一个示例，第一中间层的杨氏模量等于或大于15MPa。
根据第一方面的另一个示例，第一中间层的杨氏模量等于或大于275MPa。
根据第一方面的又一个示例，第一化学强化玻璃板包含经过酸蚀刻的玻璃板。
根据第一方面的再一个示例，第一化学强化玻璃板具有约0.5-1.1mm的厚度。
根据第一方面的另一个示例，第一化学强化玻璃板包含选自下组的玻璃：铝硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃。
根据第一方面的又一个示例，还包含：具有小于或等于约1.1mm厚度的第二化学强化玻璃板；以及将第二化学强化玻璃板附连到金属板第二表面的第二中间层。
根据第二方面，制造层合结构的方法包括步骤(I)：提供金属板，该金属板具有第一表面和第二表面，以及在所述第一表面与第二表面之间延伸的约0.5-2mm的厚度。所述方法还包括步骤(II)：提供具有小于或等于约1.1mm厚度的化学强化玻璃板。所述方法还包括步骤(III)：通过第一中间层将化学强化玻璃板附连到金属板第一表面。
在第二方面的一个示例中，步骤(II)提供厚度在约0.5-1.1mm范围内的化学强化玻璃板。
在第二方面的另一个示例中，步骤(II)包括提供具有选自下组的玻璃的玻璃板的步骤：铝硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃。
在第二方面的又一个示例中，所述方法还包括以下步骤：从源玻璃板分离多块玻璃板；以及对所述多块玻璃板中的至少一块玻璃板进行化学强化，以提供权利要求(II)的化学强化玻璃板。
在第二方面的再一个示例中，在对玻璃板进行化学强化的步骤之前，还包括对玻璃板的至少一个边缘进行精整的步骤。
在第二方面的再一个示例中，在步骤(III)之前，还包括对第一中间层进行调理(conditioning)以控制含水量的步骤。
在第二方面的再一个示例中，所述调理步骤将第一中间层的含水量调节到小于1％。
在第二方面的另一个示例中，步骤(III)包括以下步骤：建立堆结构，使得中间层位于化学强化玻璃基板与金属板第一表面之间；将该堆结构置于真空室；对真空室至少部分抽真空；以及将该堆结构加热到层合温度。
在第二方面的另一个示例中，在步骤(III)之前，还包括对化学强化玻璃板进行酸蚀刻的步骤。
附图简要说明
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是包含根据本发明各方面的层合结构的柜子的示意图；
图2是图1所示柜子沿着线2-2的部分横截面视图，显示了根据本发明各方面的层合结构；
图3是根据本发明另一些方面的另一个示例性层合结构的另一个横截面视图；
图4是说明根据本发明各方面制造层合结构的示例性步骤的流程图；
图5是说明根据本发明各方面的以下任选步骤的示意图：将堆结构置于真空室中，将该堆结构加热至层合温度，以产生层合结构。
图6是说明根据本发明各方面的六组层合结构的断裂冲击能量(impact energyat breakage)的韦布尔(Weibull)图，所述层合结构包含1mm 玻璃、16号(1.59mm)不锈钢和各种类型的中间层；
图7是说明根据本发明各方面的五组层合结构的断裂冲击能量的韦布尔图，所述层合结构包含1mm玻璃、0.38mm聚乙烯醇缩丁醛层和各种厚度的不锈钢；
图8是说明根据本发明各方面的三组层合结构的断裂冲击能量的韦布尔图，所述层合结构包含1mm玻璃、0.89mm离聚物层和各种厚度的不锈钢；
图9是说明根据本发明各方面的三组层合结构的断裂冲击能量的韦布尔图，所述层合结构包含1mm玻璃，与两组4mm全钢化钠钙玻璃作比较；
图10是说明根据本发明各方面的两组层合结构的断裂冲击能量的韦布尔图，所述层合结构包含1mm玻璃、0.38mm聚乙烯醇缩丁醛层和两块可选不锈钢板[即16号(1.59mm)和24号(0.64mm)]，与根据本发明各方面的另两组层合结构作比较，所述另两组层合结构包含经过酸蚀刻的1mm玻璃、0.38mm聚乙烯醇缩丁醛层和两块可选不锈钢板[即16号(1.59mm)和24号(0.64mm)]；以及
图11是说明根据本发明各方面的两组层合结构的断裂冲击能量的韦布尔图，所述层合结构包含经过酸蚀刻的0.7mm玻璃、0.89mm离聚物和两块可选不锈钢板[即16号(1.59mm)和24号(0.64mm)]。
具体实施方式
在此将参照附图更完整地描述本发明，附图中给出了本发明的示例性的实施方式。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。但是，本发明可以以许多不同的方式实施，不应被解读成限定于在此提出的实施方式。这些示例性的实施方式使得说明透彻而完整，能够向本领域技术人员完全地展示所要求保护的本发明的范围。
根据本发明各方面，层合结构可用于多种应用。例如,层合结构可用于各种建筑应用，例如壁板、装饰面板、柜子安装、墙面装饰或其他建筑应用。在其他例子中，层合结构可用于家具物件和/或家用电器。例如，层合结构可作为外部面板结合到柜子或其他家具和/或家用电器上。例如，图1显示了柜子101的示意图，它结合了根据本发明各方面的层合结构103。在一个示例中，柜子101可结合到墙壁储藏单元中。在另一个例子中，柜子可以用于冷藏。例如，柜子101可包含电冰箱和/或冷冻机，但作为替代形式，也可提供其他各种非冷藏用示例。
图2显示了沿着图1中的线2-2的示例性部分横截面，它只是一种示例，其中层合结构被结合进去作为冷冻柜子(例如电冰箱和/或冷冻机)的外表层。层合结构103可包括使用中的整个构造，但层合结构103也可视具体应用与面板的其他元件组合，如绝缘层和/或内表层。
如图2所示，层合结构可包括金属板201，它可包括各种金属类型和/或各种厚度和构造。例如，金属板201可包含钢、冷轧钢、铝或其他金属类型。在一个具体示例中，金属板可包含不锈钢。对于外部面板构造，不锈钢可具有合适的应用，包括提供所需的保护，长时间抵抗腐蚀，提供所需的外观，如拉绒不锈钢外观。
金属板201可具有第一表面203和第二表面205，以及在第一表面203与第二表面205之间延伸的厚度T1。取决于特定应用，金属板201的厚度T1可包括各种厚度。较薄的金属板可在一些应用中用来降低材料成本和/或减轻层合结构重量，同时提供足够的抗变形性。在其他示例中，较厚的金属板可用在需要更大的支撑以保持层合结构的机械完整性的应用中。在一些示例中，厚度可在25号金属板(例如约0.5mm)到12号金属板(例如约2mm)的范围内。在另一些示例中，厚度可在24号金属板(例如约0.64mm厚的不锈钢)到16号金属板(例如约1.59mm厚的不锈钢)的范围内。因此，参考图2，金属板201的厚度T1可约为0.5-2mm，例如约0.64-1.59mm，但可根据具体应用提供其他厚度。
如图2进一步所示，层合结构103可进一步包含化学强化玻璃板207，它具有在第一表面209与第二表面211之间延伸的厚度T2，所述厚度小于或等于约1.5mm，例如小于或等于约1.1mm，例如约0.5-1.1mm，例如约0.55-1.1mm。在一个具体示例中，化学强化玻璃板207的厚度T2约为0.7mm。在另一个示例中，化学强化玻璃板207的厚度T2约为1mm。化学强化玻璃板207可包含诸如铝硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃这样的玻璃，或者其他玻璃材料。
可利用形成玻璃的各种技术生产可结合到层合结构103中的玻璃板207。例如，可利用熔合下拉技术、熔合上拉技术、狭缝拉制技术或其他工艺提供玻璃带，该玻璃带可加工成具有所需尺寸构造的玻璃板。例如，可利用熔合拉制法获得纯净表面。在一些示例中，可利用显示器品质的玻璃板207在金属板201的第一表面203上提供透明盖板。提供显示器品质的玻璃可使金属板201的第一表面203的美学外观得到保留。同时，玻璃板207可帮助金属板201的第一表面203保持纯净的表面质量。实际上，由于层合到金属板201上的保护性玻璃板207，刮擦、污渍或其他缺陷得以避免。
在一个示例中，玻璃板可包含化学强化玻璃，如购自康宁股份有限公司的玻璃。这种化学强化玻璃可例如根据美国专利申请第7,666,511号、第4,483,700号和第5,674,790号得到。化学强化可通过离子交换工艺进行。例如，玻璃板(例如铝硅酸盐玻璃、碱金属铝硼硅酸盐玻璃)可通过熔合拉制法制备，然后在熔盐浴中将玻璃板浸泡预定时间以进行化学强化。玻璃板中处于或接近玻璃板表面的离子与更大的金属离子(例如来自盐浴的金属离子)进行交换。在一个实施方式中，所述熔盐浴的温度约为430℃，预定的时间约为8小时。在另一个实施方式中，所述熔盐浴的温度接近450℃，预定的时间约为4.5小时。
较大离子结合到玻璃中，在近表面区域产生压缩应力，从而强化玻璃板。在玻璃板中心区域内产生相应的拉伸应力，以平衡所述压缩应力。对玻璃进行的化学强化过程可在距离表面较深的深度(例如约40μm，甚至能够达到大于100μm)产生较高的压缩应力(例如约700-730MPa，甚至能够达到大于800MPa)。这种玻璃可具有高残留强度、高抗擦伤性、高抗冲击性、高挠曲强度以及纯净表面。一种示例性玻璃组成可包含SiO2、B2O3和Na2O，其中，(SiO2+B2O3)≥66摩尔％，并且Na2O≥9摩尔％。
在其他示例中，化学强化玻璃板207可包含经过酸蚀刻的玻璃板，以对玻璃板进行进一步强化。酸蚀刻的引入使得能够在本发明的层合结构中使用更薄的钢，而不会弱化抗冲击性能。在一些示例中，酸蚀刻步骤能够从化学强化玻璃板207的表面除去约1.5-1.7μm的厚度。酸蚀刻针对的是这样的事实：表面强度对表面缺陷的尺寸和尖端形状极度敏感。通过除去上述表面层，酸蚀刻能够清理掉多数小于1μm的表面缺陷。尽管酸蚀刻可能没有除去更大的缺陷，但酸蚀刻程序倾向于使缺陷尖端圆化，这反过来极大地减小应力集中因数。对玻璃表面的改善(例如除去小的表面缺陷和使较大缺陷的尖端圆化)能够极大地增加玻璃强度，如抗冲击性。不仅如此，只除去了较小深度的玻璃，这不会导致化学强化玻璃板中的压缩应力显著下降，化学强化玻璃板在进入玻璃板大得多的深度具有较高的压缩应力，如距离表面40μm，在一些示例中甚至大于100μm。
在一个示例中，酸蚀刻步骤可在水平喷雾蚀刻系统中进行，采用1.5M HF/0.9MH2SO4的化学溶液。其他处理参数可包括90°F(32.2℃)的处理温度，40秒钟的处理时间，20psi的喷雾压力，15次循环/分钟的喷雾振荡周期，并使用0.48加仑/分钟的圆锥形喷嘴。酸蚀刻之后，通过清洗步骤用水清洁经过处理的玻璃板，采用20psi的喷雾压力和0.3加仑/分钟的涡轮风扇(fanjet)型喷嘴。然后，经过酸蚀刻化学强化的玻璃板可在5马力空气涡轮下干燥，该空气涡轮用气流干燥系统提供空气。
如图2所进一步显示，层合结构103还可包含将第一化学强化玻璃板207附连到金属板201的第一表面203上的中间层213。中间层213可由各种材料形成，取决于玻璃板和金属板的应用和特性。可提供基本上透明的光学澄清中间层，但在其他示例中也可提供不透明中间层，还有可能提供有色中间层。在其他示例中，可通过丝网印刷或数字扫描印刷将所需图像印制到用于美学目的的玻璃侧面上或印制到中间层上。因为这些印制的图像可安排在界面上(例如中间层上)，它们可在产品的整个寿命期间保存完好，不受刮擦损伤。作为附加或替代方式，中间层可包含透明层，使得能够看清金属板的外表面。实际上，中间层213可包括透明中间层213，在玻璃板207与金属板201之间提供优异的光学界面。在一些示例中，可通过透明中间层213将显示器品质的玻璃板207层合到金属板201上，从而金属板201的第一表面203的外观容易看到并且可长期保存。
更进一步，可对中间层213加以选择，以帮助对层合结构103的强化，并且在玻璃板207破碎的情况下，帮助截留来自玻璃板207的玻璃碎片。中间层可包含各种材料，如乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚酯(PET)、丙烯酸类材料(例如丙烯酸压敏胶带)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、离聚物或其他中间层材料。若使用PET，在一个示例中，PET材料可夹在两层丙烯酸类粘性材料之间。在一个示例中，可对中间层213加以选择，以提供大于或等于15MPa的杨氏模量，如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)层。在一个示例中，聚乙烯醇缩丁醛中间层213可具有约0.1-0.8mm的厚度，如约0.3-0.76mm，如约0.38mm。
在另一个示例中，中间层213可具有大于或等于275MPa的第一中间层杨氏模量。例如，第一中间层可包含杨氏模量大于或等于275MPa，例如约300MPa的离聚物。在一个示例中，离聚物可包含购自杜邦公司的离聚物。在这样的例子中，中间层213的厚度可约为0.1-2mm，例如约0.5-1.5mm，例如约0.89mm。
图3显示了根据本发明第一方面的另一个示例性层合结构301。层合结构301可包含将玻璃板207附连到金属板201的第一表面203上的中间层213。如图所示，层合结构301还可包含将第二化学强化玻璃板305附连到金属板201的第二表面205上的第二中间层303。第二中间层303可包含与第一中间层213相同的材料，并具有与第一中间层213相同的厚度T3。类似的，在一些示例中，第二化学强化玻璃板305可与第一化学强化玻璃板207相同，包括具有相同的厚度T2及其他特征。提供层合结构301可类似地包括提供第二化学强化玻璃板305，以与第一化学强化玻璃板207保护金属板201的第一表面203的相同方式保护金属板201的第二表面。
参考图4，现在描述制造层合结构103的示例性方法，应理解，类似或相同的过程可用于形成层合结构301。该方法从提供和/或制备框401开始，包括提供和/或制备化学强化玻璃板207(参见A栏)、中间层213(B栏)和金属板201(C栏)。如下文所述，该方法以层合框403结束，其中中间层213将化学强化玻璃板207附连到金属板201的第一表面203上。
如图4所示，A栏呈现了可在提供化学强化玻璃板207的步骤中进行的任选步骤。提供和/或制备化学强化玻璃板207的方法可包括提供具有所需厚度(例如参见图2中的T2)的玻璃板的步骤405。如前文所提及，玻璃板207的厚度T2可小于或等于约1.5mm，例如小于或等于1.1mm，例如约0.5-1.1mm，例如约0.55-1.1mm。在一个具体示例中，玻璃板207的厚度T2约为0.7mm。在另一个示例中，玻璃板207的厚度T2约为1mm。玻璃板207可包含诸如铝硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃这样的玻璃，或者其他玻璃材料。玻璃板207可通过各种技术提供，如熔合下拉法、熔合上拉法、狭缝拉制法或其他方法。
然后，所述方法可任选从步骤405进行到自源玻璃板分离多块玻璃板的步骤407。例如，可通过熔合下拉法形成具有所需厚度的铝硅酸盐玻璃或碱金属铝硼硅酸盐玻璃的玻璃带。然后，可从该玻璃带切割多块玻璃板，并任选进一步分离成具有所需总体尺寸的一小组玻璃板，以用于特定应用。分离多块玻璃板可利用各种技术进行。例如，可对加工技术加以选择，以最大程度减小因其引入额外缺陷的风险而对玻璃强度造成的不利影响，特别是对于薄玻璃。在一个示例中，可利用顶锥角为110°、直径为3mm的划线轮(例如包括金刚石)进行划线操作。同时，约0.8千克力的外力可用作划线力。
然后，来自步骤407的具有所需尺寸的玻璃板可进一步任选在步骤409中进行处理，在对玻璃板207进行化学强化的步骤之前对玻璃板207的至少一条边缘进行机械加工或以其他方式精整。例如，步骤409可包括边缘磨光和精整步骤，将边缘圆化或斜切至所需轮廓，减少尖锐边缘，提高美观性和边缘强度。在一个示例中，400#(金刚石磨料的粒度)成形金刚石轮可用于各种应用。其他加工参数可包括约10-30m/s的磨光速度，约0.5m/min的进料速率，以及约0.1-0.2mm的磨光深度。若需要更高的边缘强度，可用800#金刚石轮进行后续磨光步骤。这种任选的后续磨光步骤可包括如下加工参数，例如约10-30m/s的磨光速度，约0.5m/min的进料速率，以及约0.05-0.1mm的磨光深度。
一旦获得所需尺寸(例如在步骤407中)并且任何边缘得到机械加工或以其他方式精整(例如在步骤409中)，即可在步骤411中对玻璃板进行化学强化。例如，如上文所讨论，化学强化步骤可包括用来生产 玻璃的离子交换化学强化技术。更进一步，在步骤411的化学强化之后，化学强化玻璃板207可任选在步骤413中进行酸蚀刻。酸蚀刻可通过上文讨论的示例性过程进行，以便如特定应用所希望的那样，对玻璃板进行进一步强化。
在进入制造方法的层合框403之前，可任选在步骤415中对玻璃板进行清洁。清洁过程可经过设计，以除去表面灰尘、污点及其他残留物。玻璃清洁步骤可利用工业超声清洁器、水平喷雾系统或其他清洁技术进行。
A栏的许多步骤是任选的，甚至可全部排除。例如，可简单地为层合过程提供化学强化玻璃板。此外，各个步骤都是任选的，并且可一起排除。例如，在步骤405之后，玻璃板可能已经具有所需的厚度以及所需的尺寸。在这样的示例中，所述方法可直接从步骤405进行到步骤409，甚至直接进行到步骤411。此外，若玻璃板在步骤407中进行尺寸裁剪，则边缘特性对特定应用来说可能是足够的，因而所述方法可直接进行到步骤411，而无须在步骤409中对边缘进行机械加工。如A栏进一步所示，可视具体应用跳过酸蚀刻步骤413和/或清洁步骤415。
提供和/或制备框401可进一步包括提供和/或制备中间层213(B栏)。例如，所述方法可包括提供中间层的步骤417。可提供聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或离聚物中间层作为中间层，但在上文所讨论的其他示例中也可提供其他中间层类型。在一个示例中，中间层213可包含PVB，其厚度约为0.1-0.8mm，例如约0.3-0.76mm，例如约0.38mm。在另一个示例中，中间层213可包含离聚物，其厚度约为0.1-2mm，例如约0.5-1.5mm，例如约0.89mm。
在一个示例中，所述方法可继续进行到将中间层切割到适用于层合结构的合适尺寸的步骤419。更进一步，可对中间层进行调理，例如用以控制中间层的含水量。在一个示例中，调理步骤421将中间层的含水量调整到小于1％，例如小于或等于约0.65％，例如小于或等于约0.2％。控制中间层的含水量有助于在层合过程中实现中间层的优异结合质量。若中间层包含PVB，则含水量可控制到小于或等于约0.65％。若中间层包含离聚物，则含水量可控制到小于或等于约0.2％。控制含水量可通过各种途径进行。例如，可将中间层置于受控环境中，在该环境中调节温度和/或湿度，以实现中间层所需的含水量。
如B栏所示，提供和/或制备中间层213的步骤可按照不同顺序进行，并且/或者某些步骤可一起省略。例如，可提供具有合适尺寸的中间层。在这样的示例中，切割步骤419可省略。此外，在其他示例中可省略调理步骤，或者调理步骤可在不进行切割步骤的情况下进行，或者在切割步骤之前进行，如图4所示。
提供和/或制备框401可进一步包括提供和/或制备金属板201(C栏)。所述方法可从提供金属板201的步骤423开始，该金属板201具有第一表面203和第二表面205，以及在第一表面203与第二表面205之间延伸的所需厚度。在一个示例中，可提供不锈钢金属板201作为金属板201，但在其他示例中也可使用其他材料。在一个示例中，不锈钢金属板201可在25号金属板(例如约0.5mm)至12号金属板(例如约2mm)的范围内。在另一些示例中，厚度可在24号金属板(例如约0.64mm厚的不锈钢)到16号金属板(例如约1.59mm厚的不锈钢)的范围内。因此，金属板201的厚度T1可约为0.5-2mm，例如约0.64-1.59mm，但可根据具体应用提供其他厚度。
所述方法可从提供金属板201的步骤423进一步进行到步骤425，步骤425对金属板201进行切割或以其他方式成形，以获得所需尺寸。在一个示例中，可采用激光切割，以最大程度减小边缘变形，否则会影响中间层与玻璃板在玻璃板201的边缘位置的结合质量。
在步骤425之后，所述方法可任选进行到边缘修整和清洁步骤427。例如，切割之后，可通过机械铣削或拉削方法对不锈钢板边缘进行修整，并用无尘擦拭布或异丙醇清洁。钢表面可用Teknek(或类似品牌)粘尘辊清洁，除去表面灰尘和颗粒物。然后，所述方法可进行到从钢板除去任何保护膜的步骤429。例如，在层合之前，可除去前后保护膜。如图所示，步骤425、427和429是任选的，其中任何步骤可省略，并且/或者这些步骤可按如图所示的各种顺序进行。
在制备框401下面提供和/或制备化学强化玻璃板207、中间层213和金属板201之后，所述方法可接着进行到层合框403，包括利用第一中间层213将化学强化玻璃板207附连到金属板201的第一表面203上的步骤，以提供图2所示的层合结构103。类似的，层合框403还可包括通过利用第二中间层303将化学强化玻璃板305附连到金属板201的第二表面205上的步骤，以提供图3所示的层合结构301。
在层合框403下，所述方法可从建立堆结构的步骤431开始，将中间层213置于化学强化玻璃板207与金属板201的第一表面203之间，以提供三层堆结构(例如，参见图2)。此外，若需要，所述方法可继续用第二中间层303建立堆结构，将所述第二中间层303置于第二化学强化玻璃板305与金属板201的第二表面205之间，以提供五层堆结构(例如，参见图3)。然后，可用几片高温聚酯胶带在至少两个边缘固定堆结构501，以防移动。
如图5所示，接下来可将堆结构501置于真空室内，例如置于真空袋503内。在真空装袋的步骤中，这些组装起来的部件可包在薄透气布中，透气布用相同的胶带固定，然后包在松散透气材料中，并置于塑料膜层合袋内。这些部件在袋内布置成单层。提供多个堆结构不是通常做法，但为了更高的生产能力也是可能的。袋可通过所附真空端口热密封。对于两类中间层，真空袋端口可在高压釜腔室505内附连到真空软管，在腔室仍然打开的时候施加真空以进行检漏。同样装入其他装袋部件，直至达到高压釜505的部件容量。
如步骤433所示，接下来可对真空室503至少部分抽气，并按照预定的温度和压力分布曲线加热堆结构。例如，热处理步骤可用高压釜进行，高压釜中采用特定的温度和压力分布曲线，以实现层合结构的优选粘附(结合)质量。
对于具有PVB中间层的层合结构，部件处于密封袋内的真空之下，温度可以3°F/min的速率上升到130℃的保温温度。达到设定的温度时，开始以5psi/min的速率升高压力，直至达到80psi的设定压力。在30分钟的保温时间之后，温度以3°F/min的速率回落。将压力保持在80psi，直至温度达到50℃(122°F)，以免在PVB中形成气泡，此时压力也以5psi/min的速率回落。在腔室冷却且压力建立平衡之后，从高压釜、真空袋、透气布移出部件，除去胶带，清除部件上的层合残留物。
对于具有离聚物中间层的玻璃/钢层合物，处理周期几乎相同，不同的是温度变化速率为4°F/min，保温温度为133℃(272°F)，保温时间为60分钟。温度变化速率可保持在4°F/min的速率，直至温度达到210°F，以防膜中形成雾气。然后，可在图4中标记为435的工艺结束步骤提供层合结构103,301。
图6-11显示了在各种层合结构上进行测试的结果，用以说明性能特点。在每次测试中，将四英寸的正方形层合结构置于1英寸厚的柔性泡沫载体上，玻璃板面朝上。然后，535克的球从距离玻璃板的不同高度落下。一旦发现破裂，即记录对应于球的高度的相应能量。制成图6-11所示的韦布尔图，它们绘出了失效百分率—失效能量关系。因此，在每幅图中，Y轴(即纵轴)的单位是百分数(％)，而X轴(即横轴)的单位是焦耳(即失效能量)。
图6是说明根据本发明各方面的六组层合结构的断裂冲击能量的韦布尔图，所述层合结构包含1mm玻璃、16号(1.59mm)不锈钢和各种类型的中间层。数据组601代表包括中间层的层合结构，该中间层含有离聚物并且厚0.89mm。数据组603代表具有中间层的层合结构，该中间层含有聚乙烯醇缩丁醛(PVB)并且厚0.38mm。数据组605代表具有中间层的层合结构，该中间层含有离聚物并且厚1.5mm。数据组607代表具有中间层的层合结构，该中间层含有热塑性聚氨酯(TPU)并且厚0.34mm。数据组609代表具有中间层的层合结构，该中间层含有丙烯酸类压敏胶带(以下称“APSAT”)并且厚0.05mm。数据组611代表具有中间层的层合结构，该中间层含有APSAT+PET+APSAT并且厚0.17mm。APSAT+PET+APSAT中间层包含位于层合物中间的PET膜，夹在两层APSAT之间。数据组613是比较样品，用于与根据本发明各方面的其他六组层合结构601,603,605,607,609,611作比较的目的。数据组613包含全钢化钠钙玻璃板，厚4mm。图6所示数据组代表的数据再现于下表1，其中每组样品按照冲击能量升高的顺序归类。
表1
图6所示韦布尔图中的数据组605,607,609和611表明，含有APSAT,TPU和1.5mm离聚物的层合结构不具有与数据组613代表的4mm全钢化钠钙玻璃板相当的抗冲击性。另一方面，数据组603代表的含有0.38mm PVB的层合结构具有相当的抗冲击性，而数据组601代表的含有0.89离聚物的组具有优越的抗冲击性，比所有其他数据组603,605,607,609,611和钠钙玻璃613都高得多。比较数据组601与605，可以认识到抗冲击性随着SentryGlas离聚物中间层厚度的减小而增大。
图7是说明根据本发明各方面的五组层合结构的断裂冲击能量的韦布尔图，所述层合结构包含1mm玻璃、0.38mm聚乙烯醇缩丁醛层(PVB)和各种厚度的不锈钢板。数据组701代表含有16号不锈钢板(即1.59mm厚)的层合结构。数据组703代表含有18号不锈钢板(即1.27mm厚)的层合结构。数据组705代表含有20号不锈钢板(即0.95mm厚)的层合结构。数据组707代表含有22号不锈钢板(即0.79mm厚)的层合结构。数据组709代表含有24号不锈钢板(即0.64mm厚)的层合结构。图7所示数据组代表的数据再现于下表2，其中每组样品按照冲击能量升高的顺序归类：
表2
如前所述，具有较薄不锈钢板厚度的三组层合物(即20号、22号和24号厚度)不能达到具有较厚不锈钢板厚度的两组层合物(即16号和18号厚度)那样高的抗冲击性。
图8是说明根据本发明各方面的三组层合结构的断裂冲击能量的韦布尔图，所述层合结构包含1mm玻璃、0.89mm离聚物层和各种厚度的不锈钢。
数据组801代表含有16号不锈钢板(即1.59mm厚)的层合结构。数据组803代表含有22号不锈钢板(即0.79mm厚)的层合结构。数据组805代表含有24号不锈钢板(即0.64mm厚)的层合结构。图8所示数据组代表的数据再现于下表3，其中每组样品按照冲击能量升高的顺序归类：
表3
如这些数据所示，0.89mm离聚物的存在提供了令人印象深刻的抗冲击性。实际上，如数据组803所示，即使含有较薄钢层(薄至0.79mm)的层合结构也达到了与4mm全钢化钠钙玻璃(参见图6中的数据组613)或含有1mmGorilla玻璃+0.38PVB+1.59mm钢(参见图6中的数据组603)的层合结构相当的抗冲击性。如数据组801所示，含有1.59mm不锈钢和0.89mm离聚物的层合结构具有最高的抗冲击性。
图9是说明根据本发明各方面的三组层合结构的断裂冲击能量的韦布尔图，所述层合结构包含1mm玻璃，与两组4mm全钢化钠钙玻璃作比较。数据组901代表含有16号不锈钢板(即1.59mm厚)和厚0.38mm的PVB中间层的层合结构。数据组903代表含有16号不锈钢板(即1.59mm厚)和厚0.89mm的离聚物中间层的层合结构。数据组905代表含有22号不锈钢板(即0.79mm厚)和厚0.89mm的离聚物中间层的层合结构。出于比较目的，增加了两组钠钙玻璃。数据组907代表4mm厚全钢化钠钙玻璃。数据组909代表4mm厚全钢化钠钙玻璃，但添加了黑色玻璃料涂层。图9所示数据组代表的数据再现于下表4，其中每组样品按照冲击能量升高的顺序归类：
表4
图10是说明根据本发明各方面的两组层合结构和两组替代性不锈钢板的断裂冲击能量的韦布尔图，所述层合结构包含1mm玻璃、0.38mm聚乙烯醇缩丁醛层(PVB)。数据组1005代表16号(1.59mm)不锈钢板，数据组1007代表24号(0.64mm)不锈钢板。图10还显示了根据本发明各方面的两组层合结构的断裂冲击能量，所述层合结构包含经过酸蚀刻的1mm玻璃、0.38mm聚乙烯醇缩丁醛层(PVB)以及两种替代性不锈钢板。数据组1003代表16号(1.59mm)不锈钢板，数据组1001代表24号(0.64mm)不锈钢板。出于比较目的，数据组1009代表4mm厚全钢化钠钙玻璃板。图10所示数据组代表的数据再现于下表5a和5b，其中每组样品按照冲击能量升高的顺序归类：
表5a
表5b
如数据组1001和1003所示，与未经酸蚀刻的化学强化玻璃层合结构相比以及与4mm钠钙玻璃相比时，两个经过酸蚀刻的玻璃层合结构具有优越的抗冲击性。
图11是说明根据本发明各方面的两组层合结构的断裂冲击能量的韦布尔图，所述层合结构包含经过酸蚀刻的0.7mm玻璃、0.89mm离聚物层和两种替代性不锈钢板。数据组1103代表16号(1.59mm)不锈钢板。数据组1101代表24号(0.64mm)不锈钢板。出于比较目的，数据组1105代表4mm厚全钢化钠钙玻璃板。图11所示数据组代表的数据再现于下表6，其中每组样品按照冲击能量升高的顺序归类：
表6
图11表明，用于层合结构的含有经过酸蚀刻的0.7mm 玻璃的较薄玻璃板可与薄钢板(例如24号—厚0.64mm的钢板)和0.89mm离聚物层一起使用，并且与4mm钠钙玻璃相比，仍能获得优越的抗冲击性。因此，实验结果表明，经过酸蚀刻的 玻璃确实可使较薄的钢(如24号)能够用于制造高抗冲击性玻璃/钢层合物，即便是使用0.7mm的玻璃。
如上所述，层合结构可包含金属板，该金属板具有第一表面和第二表面，以及在第一表面与第二表面之间延伸的约0.5-2mm的厚度。层合结构还可包含厚度小于或等于约1.1mm的第一化学强化玻璃板。层合结构还可包含将第一化学强化玻璃板附连到金属板第一表面上的第一中间层。在说明性示例中，层合结构可包含：1)至少一层薄玻璃(例如厚度为0.7mm或1.0mm)作为最外侧表面；2)至少一层聚合物中间层[0.38mm聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或0.89mm离聚物]；以及3)不锈钢层(例如24号至16号，约0.635-1.59mm范围内)。
本发明的层合结构相对于全钢化钠钙玻璃和不锈钢具有许多优点。例如，与全钢化钠钙玻璃单层(厚4mm)相比，本发明的层合结构在抗冲击性方面可达到差不多或优越得多的性能。此外，本发明的层合结构在破碎时能够将玻璃碎片保持在原来位置，而厚的全钢化钠钙玻璃破碎时，玻璃碎屑会散落到周围环境。与不锈钢整体结构相比，在本发明层合结构中存在玻璃可得到更高的硬度，因而得到更高的抗刮擦性，结果有助于长时间保持钢表面的新鲜美学外观。
本发明的另一些方面可包括在制造层合结构的方法中使用的任选处理技术，这些技术可为层合结构提供更多的有益特征。例如，处理技术可任选包括玻璃片制备步骤，该制备步骤包括划线和折断步骤，边缘精整，施加压缩表面层的离子交换，以及进一步减少玻璃表面缺陷的酸蚀刻。在其他示例中，其他任选处理技术可包括装饰玻璃或其他组件，为玻璃提供装饰性外观。对于中间层，处理技术可任选包括适当调理中间层(例如PVB或离聚物)，以提高结合强度。对于钢层，处理技术可任选包括激光切割，以避免机械方法造成的边缘变形。在层合步骤中，本发明可进一步包括利用特定热循环分布曲线的加真空热处理步骤，所述特定热循环分布曲线可为各种中间层(例如PVB和离聚物中间层)定制，目的是提高结合强度和减少气泡。
本发明的一些示例性实施方式的优点可产生具有一层或两层较薄玻璃(例如小于或等于1.1mm)的高质量层合结构。此外，借助用于不锈钢层合应用的各种处理技术，层合结构能够在更长的使用时间内保持拉绒不锈钢的美学外观。此外，本发明的层合结构克服了“局部变形”造成的典型的低抗冲击性问题，所述“局部变形”可能发生在其他具有较薄玻璃层的层合结构上。不仅如此，本发明的层合结构可具有与4mm全钢化钠钙玻璃相当的甚至更好的抗冲击性。此外，若玻璃发生破裂，层合结构的中间层可帮助固定破碎的玻璃片，防止其掉落到周围环境。除此之外，示例性层合结构可用到酸蚀刻，使得能够将较薄的钢如24号(0.635mm)钢用于玻璃/钢层合物，而不会对抗冲击性造成任何弱化。
因此，本发明还提供层合结构，它用玻璃板保护金属板，避免金属板受到刮擦和玻璃板表面变脏。事实上，可方便、容易地从玻璃板表面上清除任何难以从未受保护的金属表面上除去的污渍或灰尘。在一些示例中，玻璃板可层合到不锈钢金属板上以提供有吸引力的外观，同时具有改进的抗刮擦性，并且较容易清洁，例如针对指纹、油渍、微生物污染等。因此，玻璃板有助于保持不锈钢的美学外观，并且有助于清洁和维护层合结构的表面。
此外，层合结构的玻璃板可为不锈钢金属板提供增加的对在尖锐冲击下的塑性变形的耐受性。因此，通过提供层合结构，可用玻璃板屏蔽金属板，使其免受冲击，否则可能在金属板上造成凹痕或损伤。与不锈钢金属板相比，玻璃板还能提高化学/电化学稳定性，从而保持不锈钢的表面特性。
本领域的技术人员显而易见的是，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。因此，本发明应涵盖对本发明的这些修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求及其等同方案的范围之内。

Claims (19)

1.一种层合结构，包含：
不锈钢金属板，所述金属板具有第一表面和第二表面，以及在第一表面与第二表面之间延伸的约0.5-2mm的厚度；
具有小于或等于约1.1mm厚度的第一化学强化玻璃板，其中所述第一化学强化玻璃板包含选自下组的玻璃板：铝硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃；以及
将第一化学强化玻璃板附连到金属板第一表面的第一透明中间层，
其中，当将层合结构置于1英寸厚的柔性泡沫载体上并用535克的球冲击第一化学强化玻璃板时，层合结构具有4.34-7.49焦耳的冲击能量。
2.如权利要求1所述的层合结构，其特征在于，所述第一中间层包含聚乙烯醇缩丁醛层。
3.如权利要求2所述的层合结构，其特征在于，所述聚乙烯醇缩丁醛层具有约0.1-0.8mm的厚度。
4.如权利要求1所述的层合结构，其特征在于，所述第一中间层包含离聚物。
5.如权利要求1所述的层合结构，其特征在于，所述第一中间层的厚度约为0.1-2mm。
6.如权利要求1所述的层合结构，其特征在于，所述第一中间层的杨氏模量大于或等于15MPa。
7.如权利要求6所述的层合结构，其特征在于，所述第一中间层的杨氏模量大于或等于275MPa。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的层合结构，其特征在于，所述第一化学强化玻璃板包含经过酸蚀刻的玻璃板。
9.如权利要求1-7中任意一项所述的层合结构，其特征在于，所述第一化学强化玻璃板具有约0.5-1.1mm的厚度。
10.如权利要求1-7中任意一项所述的层合结构，还包含：
具有小于或等于约1.1mm厚度的第二玻璃板；以及
将第二玻璃板附连到金属板第二表面的第二中间层。
11.一种制造层合结构的方法，包括以下步骤：
(I)提供金属板，所述金属板具有第一表面和第二表面，以及在第一表面与第二表面之间延伸的约0.5-2mm的厚度；
(II)提供具有小于或等于约1.1mm厚度和大于约800MPa压缩应力的化学强化玻璃板；以及
(III)通过第一中间层将所述化学强化玻璃板附连到所述金属板的第一表面上，其中所述第一中间层是光学澄清的。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(II)提供厚度在约0.5-1.1mm范围内的化学强化玻璃板。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(II)包括提供具有选自下组的玻璃的玻璃板的步骤：铝硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃。
14.如权利要求11-13中任意一项所述的方法，还包括以下步骤：从源玻璃板分离多块玻璃板；以及对所述多块玻璃板中的至少一块玻璃板进行化学强化，以提供步骤(II)的化学强化玻璃板。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，在对玻璃板进行化学强化的步骤之前，还包括对玻璃板的至少一个边缘进行精整的步骤。
16.如权利要求11-13中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(III)之前，还包括调理第一中间层以控制含水量的步骤。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，调理步骤将第一中间层的含水量调节到小于1％。
18.如权利要求11-13中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(III)包括以下步骤：建立堆结构，使得中间层位于化学强化玻璃板与金属板第一表面之间；将该堆结构置于真空室；对真空室至少部分抽真空；以及将该堆结构加热到层合温度。
19.如权利要求11-13中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(III)之前，还包括对化学强化玻璃板进行酸蚀刻的步骤。
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