CN111936441A - 用于制造经涂覆的化学强化的玻璃制品的方法 - Google Patents

用于制造经涂覆的化学强化的玻璃制品的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制造经涂覆的玻璃制品的方法的方法，所述方法包括以下步骤：(i)制备具有彼此相反的第一主表面和第二主表面的玻璃基板，(ii)用激光照射所述玻璃基板的至少第一主表面以在所述第一主表面上形成限定轮廓线的至少一条分离线，用于将至少一个玻璃制品与所述玻璃基板分开，所述玻璃制品具有与步骤a.的所述玻璃基板不同的形状和/或尺寸(iii)化学强化其上形成有至少一条分离线的所述玻璃基板，所述分离线在深度方向上从所述第一主表面延伸到所述第二主表面，(iv)根据所述至少一条分离线将所述至少一个玻璃制品与所述玻璃基板分离。根据本发明，在化学强化步骤c.的其上形成有所述至少一条分离线的所述玻璃材料的步骤与根据步骤d.的所述至少一条分离线将至少一个玻璃制品与所述玻璃基板分离的步骤之间，所述玻璃材料经受涂覆步骤。

Description

用于制造经涂覆的化学强化的玻璃制品的方法
本发明涉及一种用于制造经涂覆的化学强化的玻璃制品的方法。更具体地，本发明涉及一种从较大的玻璃基板制造所需尺寸的改进的经涂覆的强化玻璃片的方法。
例如，在用于电子设备的盖板玻璃、用于建筑材料的玻璃窗、用于车辆的玻璃窗、......的领域中，出于安全原因通常需要高强度，并且高强度要与这类玻璃窗所需的安全规则相符合。因此，玻璃窗通常经受化学强化工艺，以获得具有高抗应力性的玻璃窗或盖板。
在化学强化处理中，原子直径大于原始原子的碱金属离子被引入玻璃基板的表面。因此，在玻璃基板的表面上形成压缩应力层，从而提高了玻璃基板的强度。
通常，通过以下方式获得化学强化的玻璃制品：(I)制备具有大尺寸的玻璃基板，(II)从该玻璃基板切割并收集具有所需形状和尺寸的多个玻璃制品，以及(III)化学强化成形的玻璃制品。
因此，在制造化学强化的玻璃制品的常规方法中，许多切割成最终形状的玻璃基板被处理以随后进行化学强化。在化学强化之前，玻璃基板在其端面处容易划伤，需要足够仔细的处理。
根据常规方法，在许多块玻璃基板(有时是小块或具有复杂形状而没有抗应力性)经受化学强化工艺之前，必须对这些玻璃基板进行处理，这会导致损坏玻璃基板的高风险。此外，难以确保主要在最终获得的玻璃制品中的强度质量，并且不能最佳地控制玻璃制品的生产产量。
为了避免此问题，已经开发了一些方法，比如在将玻璃基板切割成其最终形状之前强化具有大尺寸的玻璃。然而，用诸如方法，玻璃制品的端面并没有通过初始离子交换而得到强化。因此，最终的玻璃制品不能很好地抵抗外部负荷，并且可能无法满足安全要求。
此外，当必须对玻璃基板进行处理时，例如，当必须在玻璃基板的表面上施加涂层或涂料时，此问题加剧。
本发明的目的是提供一种制造经涂覆的玻璃制品的方法，该经涂覆的玻璃制品在该玻璃制品的主表面上以及在其边缘上具有良好的强度。因此，可以生产改进的经涂覆的强化玻璃制品。在简化生产玻璃制品的工艺的同时，大大降低了损坏玻璃制品的风险(通常在存储或运输期间出现刮痕、在处理或加工期间由楔块在端面上造成的裂纹或损坏、......)。
根据本发明，制造经涂覆的玻璃制品的方法包括以下步骤：
a.制备具有彼此相反的第一主表面和第二主表面的玻璃基板，
b.用激光照射所述玻璃基板的至少第一主表面以在所述第一主表面上形成限定轮廓线的至少一条分离线，用于将至少一个玻璃制品与所述玻璃基板分开，所述玻璃制品具有与步骤a.的所述玻璃基板不同的形状和/或尺寸，
c.化学强化其上形成有至少一条分离线的所述玻璃基板，所述分离线在深度方向上从所述第一主表面延伸到所述第二主表面，
d.根据所述至少一条分离线将所述至少一个玻璃制品与所述玻璃基板分离。
根据本发明，在化学强化其上形成有该至少一条分离线的玻璃材料的步骤(步骤c.)与根据该至少一条分离线将至少一个玻璃制品与该玻璃基板分离的步骤(步骤d.)之间，该玻璃基板经受至少一个涂覆步骤。
因此，在玻璃制品的主表面上以及在其边缘上改善了涂层的质量和化学强化，从而减少了损失程度，尤其是减少了边缘效应。
由于所提出的方法，可以通过简单的方法生产化学强化的经涂覆的玻璃制品，其中，化学强化工艺和涂覆工艺被直接连续地施加在较大的玻璃基板上。然后根据玻璃制品的所需尺寸和形状确定的分离线，将玻璃制品与大尺寸玻璃分离。因此，更好地控制了玻璃制品的强化、涂覆和分离。而且，通过这种方法进行的涂层沉积更加容易，因为该涂层沉积是在大尺寸玻璃板上进行的。因此，提高了生产产量，降低了制造成本。由于这种方法，可以容易地制造边到边涂层和涂料沉积。
此外，本发明方法提供了一种用于显著节省涂层材料和玻璃基板的消耗的装置。
此外，本发明方法提供了一种用于获得可以被冷弯曲的化学强化的经涂覆的玻璃制品的装置。与用于制造经涂覆的化学强化的玻璃的常规方法相比，根据本发明的方法更便宜且更高效。
顾名思义，冷弯曲是在工厂的自然温度下进行的。该工艺开始于将玻璃放入框架中，该框架将玻璃机械地弯曲成期望的框架形状。在框架安装过程中，将玻璃直接胶合或拧入框架中。然后准备好将框架安装到车辆或建筑物中。
从机械角度来看，玻璃越薄，弯曲越容易。然而，形状也可以具有扭曲的设计。通过这种方法，因为玻璃制品的端面由于离子交换而坚固，因此增强了冷弯曲性能。
冷弯曲尤其适用于弯曲汽车的内部外部玻璃窗件的玻璃制品，比如玻璃控制台、仪表板、车门装饰元件、支柱、挡风玻璃、侧窗、后窗、天窗、隔墙、......
根据本发明，在强化和涂覆之后，该玻璃制品的表面上的钾含量高于该玻璃制品的边缘上存在的钾含量。在化学强化期间，玻璃制品端面中的钾含量增加。因此，玻璃制品的端面更能抵抗外部负荷/应力。因此，更好地增强了玻璃制品的可能受到张力应力的面(特别是在冷弯曲时)，并且在不需要压缩的位置上限制压缩以限制中心张力。
根据本发明的实施例，分离线在深度方向上从主表面延伸到相反的主表面。
在第一主表面上形成多条分离线，该分离线可以在一个步骤或一个以上步骤中产生。分离线是根据玻璃制品(即，最终产品)的尺寸和/或形状来限定的。从较大尺寸的玻璃基板来看，玻璃制品的轮廓由分离线限定。因此，在涂覆工艺之后，根据分离线/轮廓线将玻璃制品与大尺寸玻璃基板分离，并收集这些玻璃制品。
根据本发明的一个实施例，该分离线包括形成“点切割线”的多个相邻空隙。
应当理解，这些空隙的深度将取决于玻璃厚度。
更优选地，这些空隙的深度等于玻璃基板的厚度。
根据本发明，通过使用激光产生分离线、并且更具体地是多个相邻的空隙。
根据本发明的一个实施例，从该玻璃基板的上表面产生(多个)分离线、并且更具体地是多个并置的空隙。通过术语“玻璃基板的上表面”，应当理解，玻璃表面中的该表面不与支撑件直接接触，在该支撑件上布置玻璃基板以实施(多个)分离线。
根据本发明的一个实施例，从该玻璃基板的上表面(第一主表面)和该玻璃基板的下表面(第二主表面)产生(多个)分离线、并且更具体地是多个并置的空隙。可以同时或分别地从玻璃基板的上表面和下表面产生(多个)分离线，并且更具体地是多个并置的空隙。
因此，当玻璃基板经受化学强化和经受涂覆时，玻璃制品的通过分离线的边缘也被强化和涂覆。因此，玻璃制品更耐划伤和物理应力，并且通过简化方法获得了更多的美感。
在所提出的方法的最后阶段，必须将玻璃制品与玻璃母板分离。可以使用不同的方法进行分离。一种解决方案可能是在受控位置用机械设备(金刚石工具、切割轮、......)引发裂纹，使得该裂纹沿初始分离线扩展。另外，在初始分离线附近产生额外空隙将沿该初始分离线产生受控的裂纹扩展。实际上，这些第一方法利用玻璃板的芯内部的由化学回火工艺产生的内部张力。因此，处于适当位置的第一裂纹的引发将引起玻璃制品与初始玻璃板的分离。在最终的玻璃制品之外破坏初始玻璃板也有可能获得最终的玻璃制品，而不影响其质量。将玻璃制品与初始玻璃窗格分离的另一种技术是通过引起热冲击(无论是用CO2激光点、火焰或IR加热器加热，还是用压缩空气、液氮或其他冷却剂溶液冷却)来促进分离线的劈裂。而且，将酸溶液(蚀刻溶液)浇注到多个并置的空隙上将引起玻璃制品的劈裂。
图1是示意性地示出根据本发明的实施例的制造玻璃制品的方法的流程的图。
在下文中，将参考图1来描述本发明的实施例。
如图1所示，一种制造经涂覆的玻璃制品的方法包括以下步骤：
a.制备具有彼此相反的第一主表面和第二主表面的玻璃基板，
b.用激光照射所述玻璃基板的至少第一主表面以在所述第一主表面上形成限定轮廓线的至少一条分离线，用于将至少一个玻璃制品与所述玻璃基板分开，所述玻璃制品具有与步骤a.的所述玻璃基板不同的形状和/或尺寸，
c.化学强化其上形成有至少一条分离线的所述玻璃基板，所述分离线在深度方向上从所述第一主表面延伸到所述第二主表面，
d.根据所述至少一条分离线将所述至少一个玻璃制品与所述玻璃基板分离。
根据本发明，在化学强化其上形成有该至少一条分离线的玻璃材料的步骤(步骤c.)与根据该至少一条分离线将至少一个玻璃制品与该玻璃基板分离的步骤(步骤d.)之间，该玻璃基板经受至少一个涂覆步骤。
根据本发明，玻璃基板的玻璃组成没有特别限制，只要其组成适合于化学强化即可。玻璃基板可以是例如钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱铝硅酸盐玻璃......根据本发明的玻璃基板可以是通过浮法工艺、拉延工艺、辊压工艺或已知的从熔融玻璃组成开始制造玻璃板的任何其他工艺获得的玻璃基板。依据根据本发明的优选实施例，该玻璃基板是浮法玻璃基板。术语“浮法玻璃基板”应当理解为意指通过浮法玻璃工艺形成的玻璃基板，该浮法玻璃工艺包括在还原条件下将熔融玻璃浇注到熔融锡的浴上。
根据本发明的玻璃基板的厚度可以在0.03mm与19mm之间变化。有利地，根据本发明的玻璃基板的厚度可以在0.03mm与6mm之间变化。优选地，出于重量的原因并且为了能够容易地使玻璃制品冷弯曲，根据本发明的玻璃基板的厚度为0.1mm至2.2mm。
根据本发明，如果玻璃制品必须被冷弯曲，则玻璃基板可以全部或部分地弯曲以正确地配合玻璃制品和支撑件的特定设计。
在此阶段，玻璃基板然后经受化学强化处理。
根据本发明，用激光照射玻璃基板以形成至少一条分离线。优选地，用激光照射玻璃基板以在该玻璃基板的至少第一主表面上形成至少一条分离线作为由激光形成的多个空隙的线所限定的“点切割线”。
在此，“分离线”是指通过以预定布置设置多个空隙的线而形成的直线区域或弯曲区域。
根据本发明的一个实施例，多个空隙的线的深度对应于玻璃基板的厚度，以容易且适当地将至少一个玻璃制品与玻璃基板分离。
取决于玻璃基板的厚度和/或玻璃制品的形状和或尺寸，可以通过使玻璃基板的第一主表面经受激光、或者通过使玻璃基板的第一主表面和第二主表面经受激光、或者通过使玻璃基板的第一主表面以连续的方式经受多组激光束来获得所需的空隙深度。
“分离线”的预定布置例如是在玻璃基板的第一主表面上沿固定方向(X方向)设置的多个表面空隙，从而形成平面内空隙区域。
每个表面空隙对应于至少第一主表面上的激光的照射位置，并且具有例如1μm至5μm的直径。然而，表面空隙的直径根据激光照射条件、玻璃基板的类型、......而不同。
相邻表面空隙之间的中心到中心的距离是基于玻璃基板的组成和厚度、激光加工条件、玻璃制品的形状和/或尺寸、......确定的。例如，相邻表面空隙之间的中心到中心的距离可以在2μm到10μm的范围内。应当注意，表面空隙之间的中心到中心的距离不必在所有位置都相等，并且可以根据位置而不同。这些空隙可以以不规则的间隔来设置。
另一方面，如上所述，可以通过在玻璃基板中从第一主表面朝向第二主表面设置一个或多个空隙来形成多个空隙的线(点切割线)。
空隙的形状、尺寸和间距未做特别地限制。例如，当从Y方向观看时，空隙可以具有比如圆形、椭圆形、矩形、或三角形等形状。进一步地，从Y方向观看，空隙的最大尺寸例如在0.1μm至1000μm的范围内。
根据本发明的一个实施例，构成至少一条分离线的空隙沿玻璃基板的厚度方向(Z方向)设置。优选地，分离线的每个空隙在Z方向上延伸。然而，构成至少一条分离线的每个空隙可以从玻璃基板的第一主表面到第二主表面相对于Z方向倾斜地设置。构成分离线的至少一条分离线可以具有或可以不具有向着与玻璃基板的第一主表面相反的第二主表面开口的空隙(第二表面空隙)。
因此，如上所述，分离线没有形成为连续的“线”，而是当每个表面空隙接合时形成的虚拟空隙区域。应当注意，该虚拟空隙区域表示线性区域。
此外，分离线可以由非常靠近地设置的多个单条平行分离线产生，以形成多条平行“线”的集合。
根据一个实施例，可以首先用激光照射玻璃基板的第一主表面，然后照射第二主表面。第一主表面和第二主表面可以被同时或分别地照射。可以通过重复穿过玻璃基板的厚度的激光操作来获得构成分离线所需的空隙的深度。
适用于根据本发明的方法的激光例如是短脉冲激光。优选地，这种短脉冲激光束是突发脉冲，以高效地形成构成至少一条分离线的空隙。进一步地，这种短脉冲激光照射时间时的平均输出是例如30W或更多。当短脉冲激光的这种平均输出小于10W时，在一些情况下可能无法形成足够的空隙。作为突发脉冲的激光的示例，一个内部空隙行由脉冲数为3到10的突发激光形成，激光输出约为额定(50W)的90％，突发频率约为60kHz，突发时间宽度为20皮秒至165纳秒。作为突发的时间宽度，优选范围是从10纳秒到100纳秒。
在形成至少一条分离线之后，至少一条分离线在其上限定至少一个玻璃制品的轮廓线的玻璃基板然后经受化学强化工艺。
化学强化处理的条件未做特别地限制。例如，可以通过将至少一条分离线在其上限定至少一个玻璃制品的轮廓线的玻璃基板在380℃至500℃的熔融盐中浸泡1分钟至72小时来进行化学强化。
作为熔融盐，可以使用硝酸盐。例如，当用较大的碱金属离子代替玻璃基板中包含的锂离子时，可以使用包含硝酸钠、硝酸钾、硝酸铷和硝酸铯中的至少一种的熔融盐。进一步地，在用较大的碱金属离子代替玻璃基板中包含的钠离子情况中，可以使用包含硝酸钾、硝酸铷和硝酸铯中的至少一种的熔融盐。此外，当用较大的碱金属离子代替玻璃基板中包含的钾离子时，可以使用包含硝酸铷和硝酸铯中的至少一种的熔融盐。
另外，可以进一步将一种或多种盐(比如碳酸钾)添加到熔融盐中。在这种情况下，可以在玻璃基板的表面上形成厚度为10nm至1μm的低密度层。
通过使至少一条分离线在其上限定至少一个玻璃制品的轮廓线的玻璃基板经受化学强化处理，可以在该玻璃基板的第一主表面和第二主表面以及该玻璃制品的边缘上形成压缩应力层。压缩应力层的厚度对应于用于取代的碱金属离子的渗透深度。例如，在使用硝酸钾将钠离子置换为钾离子的情况下，钠钙玻璃的压缩应力层的厚度可以为8μm至27μm，铝硅酸盐玻璃的压缩应力层的厚度为10μm至100μm。在铝硅酸盐玻璃的情况下，碱金属离子的渗透深度优选地为10μm或更大、更优选地为20μm或更大。
因此，由于玻璃基板已被化学强化，因此与常规的制造方法相比，更容易保证由该玻璃基板制造的玻璃制品的无刮痕外观和强度。因此，可以提高制造良率。
此外并且更具体地，具有其形状的玻璃制品在通过分离线分离之后具有也被化学增强的端面。因此，为玻璃制品获得了足够的强度。
根据本发明，在通过至少一条分离线将至少一个玻璃制品与玻璃基板分离并且收集该至少一个玻璃制品之前，该玻璃基板经受涂覆处理。
根据本发明的一个实施例，该玻璃板涂覆有至少一个透明且导电的薄层。根据本发明的透明且导电的薄层可以例如是基于SnO2:F、SnO2:Sb或ITO(铟锡氧化物)、ZnO:Al或ZnO:Ga的层。
根据本发明的另一个有利的实施例，该玻璃板涂覆有至少一个减反射层。根据本发明的减反射层例如可以是具有低折射率的基于多孔硅的层或者它可以由若干层(堆叠体)构成，特别是具有低和高折射率的介质材料交替层并且终止于具有低折射率的层的层堆叠体。还可以使用纹理化的玻璃板。也可以使用蚀刻或涂覆技术来避免反射。
根据另一个实施例，该玻璃基板涂覆有至少一个抗指纹层或者已经被处理以便减少或防止指纹。这种层或这种处理可以与沉积在相反面上的透明且导电的薄层组合。这种层可以与沉积在同一面上的减反射层组合，该抗指纹层位于该叠层的外部并且因而覆盖该减反射层。
根据另一个实施例，该玻璃基板是数字或丝网印刷玻璃基板、蚀刻的玻璃基板。
根据另一个实施例，该玻璃基板涂覆有涂料/搪瓷、抗菌玻璃涂层、......。
根据本发明，术语“涂覆/涂层”可以是这样的涂层，该涂层可以是通过添加或删除、修改表面材料的物理化学性质(在“玻璃可见的”温度下，低于其Tg)能够修改玻璃的表面性质(机械、化学、光电能、生物、电学、美学性质、......)的涂层以及涂料或表面处理剂。
根据另一个实施例，该玻璃基板涂覆有选自以下并非详尽的涂层列表的涂层：低辐射涂层、太阳能控制涂层、类金刚石涂层、自清洁涂层(Tio2、......)、离子注入涂层、漆面涂料(Lacobel型)、银或电介质涂层、导电油墨、红外透明油墨、半透明油墨、荧光或上转换材料、‘网状’(银纳米线、碳纳米管)的沉积、表面的(纳米)激光结构化、安全膜、双面胶、溶胶-凝胶涂层(具有其所有功能，即，颜色的修改、酶的整合、......)、太阳能型涂层和薄膜等、酸侵蚀、打磨、表面雕刻、......，
根据期望的应用和/或性质，可以在该玻璃基板的第一主表面和/或第二主表面上提供涂层。而且，几种涂层的组合可以沉积在玻璃基板的一个面和/或另一个面上，作为丝网(serigraphy)和这样的涂层......
根据本发明的一个优选实施例，玻璃制品在面1(本领域技术人员众所周知的术语)上设置有防眩光、减反射和抗指纹涂层，在面2中设置有多色丝网和安全膜。
一旦在玻璃基板的第一主表面和第二主表面中的至少一个上施加了至少一个涂层，则将其形状由至少一条分离线限定的至少一个玻璃制品与玻璃基板分离，并且从该玻璃基板收集该玻璃制品。
因此，从可以被客户直接使用的简化方法获得了至少一个经涂覆的强化玻璃制品。
由根据本发明的简化方法获得的至少一个经涂覆的强化玻璃制品可以被冷弯曲例如以具有期望的和复杂的形状。由于本发明，可以获得复杂形状的、美观的且涂覆有某些功能的玻璃制品。根据本发明的玻璃制品例如可以用于电子设备的盖板玻璃、用于建筑材料的玻璃窗、用于车辆的玻璃窗、......领域中，这些领域出于安全原因通常需要高强度，并且高强度要与这类玻璃窗所需的安全规则相符合。
根据本发明获得的玻璃制品特别适合用作车辆内部玻璃窗，比如控制台、仪表板、汽车外窗、汽车制造商要求越来越复杂的形状的玻璃装饰元件。
因此，本发明还涉及通过上述方法获得的玻璃制品。

Claims (11)

1.一种制造经涂覆的玻璃制品的方法的方法，所述方法包括以下步骤：
a.制备具有彼此相反的第一主表面和第二主表面的玻璃基板，
b.用激光照射所述玻璃基板的至少第一主表面以在所述第一主表面上形成限定轮廓线的至少一条分离线，用于将至少一个玻璃制品与所述玻璃基板分开，所述玻璃制品具有与步骤a.的所述玻璃基板不同的形状和/或尺寸
c.化学强化其上形成有至少一条分离线的所述玻璃基板，所述分离线在深度方向上从所述第一主表面延伸到所述第二主表面，
d.根据所述至少一条分离线将所述至少一个玻璃制品与所述玻璃基板分离，
其特征在于，在化学强化步骤c.的其上形成有所述至少一条分离线的所述玻璃材料的步骤与根据步骤d.的所述至少一条分离线将至少一个玻璃制品与所述玻璃基板分离的步骤之间，所述玻璃基板经受至少一个涂覆步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述强化和所述涂覆之后，所述玻璃制品的所述第一主表面和所述第二主表面上的钾含量高于所述玻璃制品的边缘上存在的钾含量，并且所述玻璃制品的所述边缘上的所述钾含量高于所述玻璃制品的大部分上的钾含量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述分离线在深度方向上从所述主表面延伸到所述相反的主表面。
4.根据权利要求1至3所述的方法，其特征在于，所述分离线包括形成“点切割线”的多个相邻空隙。
5.根据权利要求1至4所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括对所述玻璃制品进行冷弯曲的步骤。
6.一种玻璃制品，其特征在于，根据权利要求1至5所述的方法获得。
7.根据权利要求6所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品的厚度在0.03mm至19mm的范围内，更优选地在0.03mm至6mm的范围内，并且更优选地在0.1mm至2.2mm的范围内。
8.根据权利要求6和7所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品是冷弯曲的。
9.根据权利要求6至8所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品是车辆的内部玻璃窗。
10.根据权利要求9所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品是车辆的玻璃控制台、仪表板或装饰元件。
11.根据权利要求6至9中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品在面1中设置有防眩光、减反射和抗指纹涂层，在面2中设置有多色丝网和安全膜。
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