CN111977953B - 用于处理玻璃元件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是，在热加工之后更加简便又可靠地分离玻璃元件。为此，本发明提供一种处理玻璃元件(1)的方法，在该方法中在温度提高到至少100℃的热处理过程期间或之后，将用于分离玻璃元件(1)的穿孔线(3)引入到玻璃元件(1)中，通过借助超短脉冲激光器(7)的脉冲激光束(5)沿穿孔线(3)的预定路线将彼此间隔的丝状损伤(9)引入玻璃元件(1)中，并且其中在引入丝状损伤(9)期间或之后，对玻璃元件(1)进行冷却，使得产生在丝状损伤(9)处引起机械应力的温度梯度，从而减小沿穿孔线(3)分离玻璃元件(1)所必需的致断力。

Description

用于处理玻璃元件的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及通过沿期望的分离线分离玻璃来处理玻璃。本发明特别是涉及一种用于引入分离线的激光辅助方法。
背景技术
为了沿预定的线分割玻璃板，通常应用刻划断裂法。在此方法中，首先沿着线刻划玻璃，然后通过在该线上施加弯曲应力而使其断裂。然而，这里的问题在于，特别是在玻璃较厚的情况下，通过在线处的开裂所产生的边缘面可能延展，并因而不再垂直于侧面。
WO 2015/095088A1已知了一种用于激光切割显示器玻璃的方法。在此方法中，在玻璃带的溢流熔融成型过程(Overflow-Fusion-Formungsprozess)之后，分离开玻璃带的滚边，将玻璃带切成一定长度，然后再将其切成期望的规格，以获得玻璃板的期望的目标轮廓和尺寸。切割可以使用超短脉冲激光进行。WO 2015/095091A1也描述了相应的内容。
US 9975799和WO 2016/007843主要描述了分离出由玻璃带通过吹塑成型形成的瓶制品(所谓的丝带拉伸工艺)，这是通过沿瓶颈成丝，随后通过引入机械应力或热应力(特别是通过二氧化碳激光器)沿丝线分离出瓶制件。在热成型过程之后即刻进行分离过程。
上述文献的共同点在于，在热成形过程之后进行超短脉冲激光过程，其中热状态下的断裂预备与冷状态下的基材分割之间并无明确的时间间隔。
由于成丝是一种基于热的过程，因此它不仅取决于诸如热膨胀系数的材料特性，而且取决于加工期间的工件温度。事实表明，室温下成丝脆性材料与高温下成丝同种材料存在以下明显差异：成丝过程所产生的局部温差ΔT随着工件温度升高而减小，因此更高的工件温度下在成丝区域中产生的应力远低于在更低的基材温度下该区域中产生的应力。材料中的损伤度在高温下也相应下降。在围绕成丝周围的损伤度上的差异通过明显更高的致断力(在更高的工件温度下成丝时)表现，该致断力还具有明显更高的分散度。
出乎意料地，随着成丝过程中加工温度的升高，断开丝线所必需的致断力及其分散度增高。这种效应一直持续到玻璃的转化温度，在达到该转化温度时所产生的材料损伤的可分割性急剧下降。对于在线工艺(Inline-Prozess)中应用成丝法而言，这种效应特别是在附近或热成型区域中的高温下尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，在热加工、特别是热成型之后，更加简便又可靠地分离玻璃元件。该目的通过独立权利要求的主题解决。本发明的有利技术方案参阅各从属权利要求。
高温下分离线处的可分割性的衰减效应可以通过增加突发脉冲数和/或突发脉冲频率来抵消，由此产生较强的损伤以及(与之相关的)较低的致断力。但本发明的基础在于，如果在激光引起损伤的区域中进行迅速冷却，则可以显著减小致断力及其发散性。冷却速率越快，成丝过程后立即在改性材料的区域通过强制冷却降低致断力及其分散度的效果则越明显：冷却速率越慢，致断力的减小度越大。
据此，本发明提供一种处理玻璃元件的方法，在该方法中在温度提高到至少100℃、优选至少200℃、特别优选至少300℃的热处理工艺期间或之后将用于分离玻璃元件的穿孔线引入到玻璃元件中，其中通过借助超短脉冲激光器的脉冲激光束沿穿孔线的预定路线引入彼此间隔的丝状损伤，并且其中在引入丝状损伤期间或之后对玻璃元件进行冷却，使得产生在丝状损伤处引起机械应力的温度梯度，从而减小沿穿孔线分离玻璃元件所需的致断力。
一种用于处理玻璃元件的相应的装置包括：
-用于热处理玻璃元件的装置；以及
-用于将穿孔线引入到玻璃元件中以沿穿孔线分离玻璃元件的装置，其中，该装置用于引入穿孔线；
-超短脉冲激光器，该超短脉冲激光器布置且定向成使其在用于处理玻璃元件的装置的区域中对玻璃元件射入光束，在该区域中玻璃元件在用于热处理玻璃元件的装置中进行加工时的加温之前仍具有至少100℃的温度，并且其中该玻璃元件在用于热处理玻璃元件的装置中进行加工之后仍具有至少100℃的温度，并且其中，
-设置移动设备，以使激光束的入射点沿穿孔线的预定路线移动，
其中，超短脉冲激光器配置成将丝状损伤引入到玻璃元件中，
并且其中用于处理玻璃元件的装置包括
-冷却设备，该冷却设备布置且构造成使其在将丝状损伤引入到玻璃元件期间或之后冷却玻璃元件，使得产生在丝状损伤处引起机械应力的温度梯度，从而减小沿穿孔线分离玻璃元件所需的致断力并且通常也减小其分散度。这时，致断力和分散度与热下的成丝相比有所减小，通过适当的冷却甚至与室温下的成丝相比也有所减小。除减小致断力之外，本发明还能使脆性材料断裂的典型统计分布变窄。这一点十分有利的是，能够增加分离玻璃元件时的可靠性或降低失控断裂的概率。
提高的温度(在该提高的温度下引入穿孔线)可以不仅如上所描述地选择为绝对温度。根据本发明的一种实施方式，基于室温与玻璃转化温度之间的区间选择玻璃温度。根据一种改进方案提出，在提高的温度下的热处理工艺期间或之后将用于分离玻璃元件的穿孔线引入到玻璃元件中，其中该温度与20℃的室温相比至少升高从室温到玻璃转化温度的温差的二分之一。例如，如果玻璃的玻璃转化温度为520℃，则到Tg的温差的二分之一对应于250℃的温升。因此，在至少室温(20℃)+250℃、即至少270℃的温度下引入穿孔线。根据一种改进方案，在至少对应于室温加上室温与玻璃转化温度之间的温度间隔的四分之三的温度下引入穿孔线。在上例中，该温度即为至少20℃+(3/4)*500℃＝395℃的温度。
特别优选地，本发明采用热成型工艺形式进行热处理工艺。根据一种优选实施方式，用于热处理玻璃元件的装置包括用于热成型玻璃元件的装置。热成型特别是可以包括由熔体成型玻璃元件。
为了在成丝工艺之后或辐射之后直接通过强制冷却来有效地减低致断力，可以使用与基于激光的热分离相关联的冷却法，例如使用二氧化碳激光器进行分离。例如，可以采用吹入空气、其他气态介质或空气/气液混合物(气溶胶)或者通过浸入液体中进行淬火(浸冷)。也可以通过来自浇注喷嘴的液幕进行淬火，玻璃元件穿过该液幕。冷却时有利的是，通过接触基材的改性区域实现对具有丝状损伤的区域的至少局部冷却，从而局部产生热应力，该热应力在成丝改性或丝状损伤周围扩大微裂纹并因此引起进一步削弱材料。冷却方法的选择可以根据现有生产滚边条件和工艺参数的要求进行。
通过成丝之后的局部淬火导致应力的提高，并且因此导致微裂纹的加强的形成或延长，使得因增强预损伤而降低后续分离所需的致断应力。
作为用于本发明的目的的超短脉冲激光器尤其适合的是波长为1064纳米的掺钕钇铝石榴石激光器。该激光器可以用于本公开中描述的所有实施方式。本发明适用的超短脉冲激光器的平均功率优选在20瓦至300瓦的范围内。为了获得丝状损伤，根据本发明的有利改进方案采用400微焦耳以上的突发脉冲的脉冲能量(Pulsenergie im Burst)，更有利的是500微焦耳以上的总突发脉冲的能量。
当超短脉冲激光器以所谓的突发脉冲模式操作时，复现率是突发脉冲输出的重复率。脉冲持续时间基本上无关于激光器以单脉冲模式还是突发脉冲模式操作。突发脉冲内脉冲的脉冲长度通常与单脉冲操作中脉冲的脉冲长度相似。突发脉冲频率可以在15MHz至90MHz的范围内，优选在20MHz至85MHz的区间内。根据一个示例，突发脉冲频率例如为50MHz，突发脉冲中的脉冲数在1个至10个脉冲之间，例如6个脉冲。
根据本发明的一种实施方式，相邻丝状损伤之间的平均间距一般为1μm至10μm，优选为3μm至8μm。
为了丝状损伤处产生充足的机械应力(这有利于后续的分离过程)，根据又一种实施方式提出，在至少每秒50℃、优选至少每秒100℃的冷却速率下冷却玻璃元件。这一点不必针对整个冷却面，优选在表面上，但至少在丝状损伤的位置。优选地，进行冷却的方式是在至少一个时刻在丝状损伤的位置分别形成至少每毫米50℃的温度梯度。该温度梯度可以沿玻璃的表面和/或体积分布。例如在将玻璃淬火时，表面大面积地冷却，使得从表面向玻璃内部产生温度梯度。于是，该梯度在丝状损伤的纵向方向上延伸。
附图说明
下面参照并结合附图对本发明予以详述。
图1示出了用于处理玻璃元件的装置。
图2示出了该装置的变型方案。
图3展示了用于制造浮法玻璃的装置。
图4示出了用于将穿孔线引入到玻璃管中的布置方案。
图5是断开穿孔线时的致断力的测量值图。
图6和图7示出了根据丹纳(Danner)法和维络(Vello)法制造玻璃管的装置。
图8示出了加工头。
图9示出了在与激光束入射点相对的一侧进行冷却的布置方案。
具体实施方式
图1示出用于处理玻璃元件的装置2的示例性实施方式。从本公开的意义上而言，术语“处理”一般也包括“制造”。一种典型的处理是对玻璃元件的热成型。图1是这种处理的示例。在此通过指向下方的狭缝状喷嘴20由玻璃熔体111拉伸出连续玻璃带100形式的玻璃元件。这种玻璃带或玻璃板的热成型工艺又称为下拉法。同样地也可根据溢流熔合法进行热成型。随着到喷嘴20的距离增大，玻璃温度降低，直到在位置21降至玻璃转化温度Tg。一般而言，不限于所示的具体示例，根据一种优选实施方式提出，在低于玻璃转化温度的玻璃温度下引入穿孔线。甚至可能至少部分地在玻璃转化温度以上引入穿孔线。于是，设想熔融温度或玻璃黏度值为104dPa·s时的温度作为上限。但在低于玻璃转化温度的温度下进行成丝的优势在于，引入后尽可能地不再影响丝线的形状和位置。在低于软化点的温度下，即在黏度值为107.6dPa·s时的温度下，可能已经存在这种条件，因为在此温度以下，玻璃已经达成形状稳定。因此，根据本发明的改进方案提出，在玻璃温度低于玻璃黏度为104dPa·s时的温度下、优选在低于软化点的温度下、特别是低于黏度为1011.5dPa·s时的变形温度的温度下、特别优选在低于玻璃黏度为1013dPa·s时的上冷却点的温度下、尤其优选在低于玻璃转化温度的温度下，完成引入穿孔线3。
装置2一般包括用于将穿孔线3引入到玻璃元件1中的设备13。穿孔线3代表有针对性的预定断裂处或材料弱化处，使得随后很容易就能沿穿孔线3分离玻璃元件1。设备13包括超短脉冲激光器7，该超短脉冲激光器布置且定向成使其在用于处理玻璃元件1的装置2的区域内对玻璃元件1(这里即为玻璃带100)射入光束，在该区域中玻璃元件1仍具有至少100℃的温度。
但从图中可以看出，激光束5的入射点优选位于比玻璃达到玻璃转化温度的位置21更远离喷嘴的位置。因此，玻璃温度一般在100℃至玻璃转化温度之间的范围内。
一般地可以如图所示设置成束光学器件4，以匹配激光束。尤其成束光学器件4可以聚焦激光束5，以提高玻璃中的功率密度。各个丝状损伤9在其纵向方向上遵循激光束5的传播方向横向于、优选垂直于玻璃元件1的表面延伸。
在所示的示例中，对玻璃元件1的处理包括分割成各个玻璃板101。这里，穿孔线3确保可控的整齐断裂。为了引入本例中垂直于附图平面并垂直于玻璃带100的纵向方向延伸的由彼此并置的丝状损伤9形成的穿孔线3，相应地使激光束5垂直于纵向方向在玻璃带100上移走。为此，设置移动设备15，以使激光束5的入射点沿穿孔线3的预定路线移动。这里，既可以在玻璃上引导激光束，又可以导引玻璃越过激光束。同样地这两种变型方案的组合也是可能的。例如，为了使激光束5垂直于玻璃带100的移动方向移动，可以使用检流计扫描仪。由于玻璃带100同时进一步移动，移动设备15可以将激光束5略倾斜地导引穿过玻璃元件1，以补偿玻璃带的移动。因此，本图示出检流计扫描仪略倾斜地布置。在本实施方式中，为了确保切割路线垂直于玻璃带的边缘延伸，扫描仪镜面的倾斜度取决于玻璃带的速度并可酌情调整。
通过热成型过程附近的特殊环境条件，特别是当如所示示例中由玻璃熔体进行成型时，有利的是将成束光学器件4以及必要时设备13的其他部件布置在制冷柜8中。尤其激光器7和/或移动设备15也可以布置在制冷柜8中。有利地，可以总体上为装置2提供制冷柜，而不限于图1中的示例。
在引入由彼此并置的丝状损伤9形成的穿孔线3之后，最终可以分离各个玻璃板101。该方法的优势在于，仍在热玻璃上进行分离准备，因此可以缩短玻璃行进的行程。如上所述，在玻璃的高温下，所引入的丝状损伤一般不像室温下加工时那样清晰。然而，为了实现可靠又简便的分离能力，玻璃元件1在引入丝状损伤9期间或之后受到空间限制，即在丝状损伤9附近受到冷却，以使产生在丝状损伤9处引起机械应力的温度梯度，由此减小沿穿孔线3分离玻璃元件1所需的致断力。为此，用于处理玻璃元件1的装置2具有冷却设备17，该冷却设备布置成使其在引入丝状损伤9期间或可能在引入该丝状损伤9之后直接冷却玻璃元件1，以产生所述的温度梯度。特别是在薄玻璃的情况下，高的冷却速率有利于形成充足的应力。冷却速率优选为至少每秒50℃。
根据一种特别优选的实施方式，冷却设备17包括用于释放冷却流体射流18的喷嘴20。例如可以采用吹入空气、其他气态介质或气溶胶(气液混合物)、优选以空气作为载体来完成冷却。冷却流体也可以是液体射流。因此，根据本发明的一种实施方式，不限于所示的具体示例，提出通过吹入空气或气溶胶或通过喷淋液体来完成冷却。
在另一种实施方式中，通过在较冷液体中的淬火来进行冷却，该较冷液体的温度优选低于室温，特别优选低于0℃。本实施方式可以作为吹气的替选或附加方案。例如，在首先通过吹气进行谨慎冷却之后，可以通过淬火进行急速冷却。
图2示出了如图1所示的实施方式的替选或附加的技术方案。在这种用于处理玻璃元件1的装置2的实施方式中，也从喷嘴20拉伸出连续的玻璃带100，尤其以薄玻璃带的形式。拉伸可以如图所示使用下拉法、或溢流熔融法来进行。另一种普遍适用的热成型工艺是再拉法，在该再拉法中加热并拉伸出型坯。一般而言但不限于所示的示例和拉伸法，玻璃带的厚度优选在0.01mm至20mm的范围内，更优选在0.05mm至10mm的范围内，特别是在0.1mm至4mm的范围内，尤其优选在0.1mm至2mm的范围内。
视工艺而定，玻璃带的两个边缘上形成所谓的滚边(即“珠状”增厚部分)，尤其可以通过激光工艺、例如使用二氧化碳激光器或超短脉冲激光器将其分离开。由于分离过程中施加的高致断力，可能造成裂纹深入玻璃带，从而导致玻璃带的破损。因此，如本例所示，借助两个超短脉冲激光器7将出自热成型区的玻璃带在滚边区域进行成丝，并立即借助冷却喷嘴形式的冷却设备17沿穿孔线3的一侧或两侧进行局部冷却。这里，可以通过调节冷却流体的流量使冷却速率适应各种热成型过程的工艺参数(玻璃带温度和进料速率)，以免玻璃带100的质量面受到影响(在玻璃带中产生应力)。以此方式预备的玻璃带100可以在冷状态下(例如在偏转到生产线的水平部分期间或之后)通过引入机械应力而被分离。一种可行方案是经由球面辊导引穿孔线3。
滚边102在纵向方向上沿玻璃带100的边缘延伸。与之相应地，也在边缘附近沿玻璃带的纵向方向引入穿孔线3。在本发明的这种实施方式中，激光束5可以基本上保持位置固定。在此，移动设备15特别是包括拉伸辊25，该拉伸辊25下拉玻璃带100，从而使其移动经过用于引入穿孔线3的设备13，特别是经过一个或多个超短脉冲激光器。
一般而言，不限于所示的具体示例，根据一种实施方式概述，设置热成型装置110形式的热处理装置11，其用于拉伸玻璃带100形式的玻璃元件1，其中，用于引入穿孔线3的设备13配置成在玻璃带100的纵向上引入穿孔线，在此处能够分离开条状边缘区域，该边缘区域均具有加厚滚边102。如图所示，移动设备15可以包括拉伸装置，特别是拉伸辊25。本实施方式可以类似地应用于其他拉伸法，诸如上拉法、溢流熔融法和再拉法，而且可以应用于拉管法，特别是丹纳(Danner)法或维络(Vello)法。
图3示出了另一种变型方案。如本图所示的用于处理玻璃元件的装置2又是用于制造玻璃带100的装置。在此，用于热处理的装置11包括浮槽31。玻璃熔体111从熔槽29流入浮槽31中，使用拉伸辊将其分布于此并拉向浮在锡池33上的玻璃带100。随后使玻璃带100通过冷却炉35。用于引入穿孔线3的设备13优选布置在冷却炉35的出口处。但也可能在冷却炉之前或之中引入穿孔线。冷却设备17可以整合在设备13中，或者可以接在设备13的下游。例如，冷却设备可以又包括一个或多个冷却喷嘴，或者也包括用于液体射流或液幕的液池或浇注喷嘴，用于玻璃的局部淬火。
在图3所示的实施方式中，设备13也可以用于引入在玻璃带100的纵向方向上延伸的边缘侧穿孔线3，以便分离玻璃带100的滚边102。一般可以设置分离设备37来进行分离，例如采用上文已述的球面辊形式。在分离设备37处使滚边102与玻璃带100的其余部分分离，然后可以将其收集在碎片容器中。通过输送辊39输送玻璃带100通过冷却炉35，该输送辊39相应地构成用于导引激光束越过玻璃元件1或玻璃带100的移动设备15的一部分。
冷却炉出口处的温度优选在100℃至400℃之间。无论采用何种热处理方法，这通常也是优选的温度范围。还优选在等于或低于低冷却点的温度下，即在玻璃粘度至少为1013dPa·s时的温度下，引入穿孔线3。这一条件通常发生在冷却炉的出口处。因温度低于低冷却点，通过冷却设备17进行冷却期间，可以避免不理想的恒定应力累积。根据本发明的改进方案，穿孔线3引入到玻璃元件1上的存在至少一种前述条件的位置处，即温度处于所述100℃至400℃之间的范围内或低于下冷却点。不言而喻，本发明的这种改进方案不限于浮法，而是引入穿孔线时所有热处理方法中皆可使用所述的温度范围。
浮法特别适合于生产厚度范围为0.3mm至8mm、优选至多4mm的厚玻璃。但也可以使用上述其他拉伸法来制造这种厚玻璃。一般而言但不限于图1至图3所示的具体实施方式，用于热成型的装置110包括用于采用下拉法、溢流熔融法、再拉法或浮法来制造玻璃带100的装置。
下面描述分割玻璃管的示例。在此，将玻璃管(材质：Fiolax Klar；直径：6.85mm；内径：4.85mm)在管式炉中加热到约304℃。使用高温计测量温度。将玻璃管从炉中取出并在沿圆周方向在马达驱动轴上旋转的同时进行成丝处理。图4示意性示出了管在轴151上的布置方案，该轴在此用作由马达152驱动的移动设备15。在射入激光束5期间，通过旋转产生玻璃管103上环绕的穿孔线3。使用波长为1064nm的超短脉冲激光器7来产生丝状损伤9。使用焦距为20mm的双凸透镜40作为成束光学器件4将激光束5聚焦到玻璃元件1或玻璃管103上。激光束5的原始光束直径为12mm。超短脉冲激光器以突发脉冲模式操作，其中每脉冲四个突发(vier Bursts pro Puls)。激光的转速和复现率设定成使得沿外表面上的穿孔线的丝状损伤相距7μm。
在第一测量序列中，设有穿孔线3的玻璃管103自然冷却，而不进行主动冷却。在第二测量序列中，用水将玻璃管103淬火。作为对比测试，在第三测量序列中，用超短脉冲激光器在室温下处置玻璃管。最后，在第四测量序列中，在304℃下成丝之后利用冷却喷嘴通过施加空气/水冷却混合物或空气/水气溶胶沿穿孔线强制冷却玻璃管103。体积流量为0.2ml/min。每个测量序列至少测试24个样品。根据DIN EN 843-1标准，在改性抗弯强度测试中，通过测定平均致断应力或威布尔(Weibull)参数来确定穿孔线3的强度。
图5示出了测量结果的双对数标度轴曲线图。该图示对应于威布尔图。测量序列1到4的测量值图形标为M1至M4。为各图形绘入回归线，以便更清楚地跟踪测量序列并确定威布尔参数。结果参见下表：
事实表明，在高温状态下成丝之后，在限定局部强制冷却的情况下，致断力仅为室温下成丝化时致断力的二分之一(在相当的分散度的情况下)。另一方面，如果在热状态下成丝后不受控地大面积冷却基材，则与室温下的条件相比，致断力平均提高达50％以上，但该值仍远低于缓慢冷却情况下出现的致断力。
另外仅测量序列2展现出接近威布尔分布的致断力值分布。在此，针对平均值118N和分散度34N，可以算出特征值130N和威布尔模量4.0。该例表明，利用本发明可以总体上实现致断力的显著下降。
在图4的示例中，加工待裁切的玻璃管。然而，根据本公开的方法也可以类似地基于参照图1至图3所述的示例应用于由玻璃熔体111热成型管材。为此，图6示出了将环形穿孔线3引入到采用丹纳法连续拉伸的玻璃管103中的示例。然后可以在这些穿孔线3处将玻璃管103分成更短的区段。在该方法中，玻璃熔体111在转轴26上流动，该转轴26经由轴151随马达152置于旋转。通过旋转使玻璃熔体分布到转轴26的圆周上。同时将如此产生的管从转轴26上拉脱。通过转轴26可以供应压缩空气，以防管在转轴26后方塌陷。旋转玻璃管103已经确保将激光束5导引到玻璃管的圆周上，并将环形穿孔线3引入到仍热的玻璃中，其中有益地以管103的进给速度在轴向上进一步导引激光器7。
图7示出了又一示例。在本图所示的装置2中，使用维络法拉出连续的玻璃管103。该方法类似于参照图1的下拉法，因为是通过向下开口的喷嘴20下拉玻璃管103。喷嘴20中布置有心轴42，使得形成环形喷嘴间隙。玻璃熔体111沿心轴流动并在心轴42的末端拉制成管。通过心轴42中的中央通道44可以供应压缩空气，以防最初仍软的管塌陷。如图6的示例所示，使用激光器7引入环形穿孔线3，并借助冷却流体射流18进行局部冷却，以减小致断力。
不限于一般情况，本例描述的工艺可以在热玻璃上进行成丝，随后以如下方式进行主动冷却：可以分别相继进行如上所述的两个工艺，即使用超短脉冲激光器引入穿孔线以及冷却，或者也能同时完成这两个工艺。在后一种变型方案中，可以利用激光焊接法，其中通过适当构建的焊头将工艺用气供应到激光束的工作空间，并在成丝期间供应相应的冷却剂代替该工艺用气。根据本发明实施方式用于处理玻璃元件的装置设置为用于引入穿孔线3的设备13包括加工头，通过该加工头射入激光并将冷却流体、尤其冷却射流导向到玻璃元件1上。图8中示出了这样的加工头。加工头具有指向玻璃元件1定向的通道131，在此既导引激光束5又导引冷却射流18通过该通道131，使得激光束5的入射点位于冷却射流18中并被冷却流体包围。具有公共通道的配置具优势但不具强制性。但无论何种具体设计，在本发明的一种实施方式中提出，用于引入穿孔线3的设备13包括加工头，通过该加工头将激光束5和冷却射流都导向到玻璃元件1上，以使激光束5在玻璃元件1上的入射点位于冷却射流18中。根据又一实施方式，可能存在一种冷却流体通常直接冷却激光束5所加工区域的紧凑布置方案，其中通过适当布置的冷却设备17将冷却射流18导向到玻璃元件1的面上，再将激光束5发射到该面上，或者将冷却射流导向到玻璃元件1的面上，该面与激光束5入射的面相对。图9示出了这一变型方案的示例。通过具有透镜40的成束光学器件4将激光束聚焦到面105上，而将冷却束18定向到相对的面106上，但又如根据图6的实施方式所示，这也作用于辐射位置，并产生温度梯度，并由此产生机械应力。
所有所示的示例的共同点在于，在成丝期间或之后局部限制性进行冷却。不限于所示的具体示例，这一点通常有利于避免玻璃中的应力。
本发明不局限于前文参照附图描述的热成型工艺。其他热处理工艺包括烧结陶瓷彩釉或饰面以及将玻璃保持高温的涂布工艺。不限于具体实施方式，根据本发明的一种实施方式提出，热处理方法包括以下至少一种方法：将用于制造玻璃陶瓷的玻璃元件1陶瓷化、成型中空玻璃、容器玻璃或管状玻璃形式的玻璃元件、预加热应力、烧结陶瓷彩釉、以及涂布玻璃元件。
附图标记列表
1 玻璃元件
2 用于处理玻璃元件的装置
3 穿孔线
4 光束成型光学器件
5 激光束
7 超短脉冲激光器
8 制冷柜
9 丝状损伤
11 用于热处理玻璃元件的装置
13 用于引入穿孔线的设备
15 移动设备
17 冷却设备
18 冷却流体射流
20 喷嘴
21 温度Tg的位置
25 拉伸辊
26 转轴
28 浮法装置
29 熔槽
31 浮槽
33 锡池
35 冷却炉
37 分离设备
39 输送辊
40 透镜
42 心轴
44 通道
100 玻璃带
101 玻璃板
102 滚边
103 玻璃管
105、106 玻璃元件1的面
110 热成型装置
111 玻璃熔体
131 通道
151 轴
152 马达

Claims (23)

1.一种处理玻璃元件(1)的方法，在所述方法中在温度提高到至少100℃的热处理工艺期间或之后，将用于分离所述玻璃元件(1)的穿孔线(3)引入到所述玻璃元件(1)中，通过借助超短脉冲激光器(7)的脉冲激光束沿所述穿孔线(3)的预定路线将彼此间隔的丝状损伤(9)引入到所述玻璃元件(1)中，并且其中在引入所述丝状损伤(9)期间或之后对所述玻璃元件(1)进行冷却，使得产生在所述丝状损伤(9)处引起机械应力的温度梯度，从而减小沿所述穿孔线(3)分离所述玻璃元件(1)所需的致断力，其中热处理工艺包括用于拉伸玻璃元件(1)的热成型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热成型是由玻璃熔体(111)成型所述玻璃元件(1)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热成型包括制造玻璃带，所述玻璃带具有在0.01mm至20mm的范围内的厚度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述玻璃带具有在0.05mm至10mm的范围内的厚度。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述玻璃带具有在0.1mm至4mm的范围内的厚度。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述玻璃带具有在0.1mm至2mm的范围内的厚度。
7.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，当玻璃温度低于玻璃黏度为104dPa·s时的温度时进行引入所述穿孔线(3)。
8.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，当玻璃温度在低于软化点的温度时进行引入所述穿孔线(3)。
9.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，当玻璃温度在低于玻璃转化温度的温度时进行引入所述穿孔线(3)。
10.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，通过吹入空气或气溶胶或者通过喷淋液体进行所述冷却。
11.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述冷却包括在液体中淬火。
12.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃元件(1)以至少每秒50℃的冷却速率来冷却。
13.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃元件(1)以至少每秒100℃的冷却速率来冷却。
14.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，进行所述冷却的方式是在至少一个时刻在所述丝状损伤(9)的位置形成至少每毫米50℃的温度梯度。
15.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，在所述玻璃元件(1)上引入所述穿孔线(3)的位置至少满足以下条件之一：
-温度处于100℃至400℃之间，
-温度等于或低于玻璃的下冷却点。
16.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述热处理工艺包括以下至少一个方法：
-对用于制造玻璃陶瓷的玻璃元件(1)进行陶瓷化，
-形成中空玻璃、容器玻璃或管状玻璃形式的玻璃元件，
-施加热预应力，
-烧结陶瓷彩釉，
-涂覆所述玻璃元件(1)。
17.一种用于处理玻璃元件(1)的装置，包括：
-用于热处理玻璃元件(1)的装置；以及
-用于将穿孔线(3)引入到玻璃元件(1)中以沿穿孔线(3)分离玻璃元件(1)的装置，其中用于引入穿孔线(3)的所述装置包括：
-超短脉冲激光器(7)，所述超短脉冲激光器布置且定向成使其在用于处理玻璃元件(1)的装置的区域中对所述玻璃元件(1)射入光束，在所述区域中所述玻璃元件(1)在用于热处理玻璃元件的装置中进行加工时的加温之前而仍具有至少100℃的温度，并且其中，
-设置移动设备(15)，以使激光束的入射点沿所述穿孔线(3)的预定路线移动，
其中所述超短脉冲激光器(7)配置成将丝状损伤(9)引入到所述玻璃元件(1)中，
并且其中用于处理玻璃元件(1)的装置包括：
-冷却设备(17)，所述冷却设备布置且构造成使其在将所述丝状损伤(9)引入到所述玻璃元件(1)期间或之后冷却所述玻璃元件(1)，使得产生在所述丝状损伤(9)处引起机械应力的温度梯度，从而减小沿所述穿孔线(3)分离所述玻璃元件(1)所必需的致断力，
其中用于热处理玻璃元件(1)的装置包括用于拉伸玻璃元件(1)的热成型装置(110)。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述热成型装置(110)是用于由玻璃熔体(111)成型玻璃元件(1)的装置。
19.根据权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述热处理装置包括用于拉伸玻璃带(100)形式的玻璃元件(1)的热成型装置(110)，其中所述用于引入穿孔线(3)的装置配置成在所述玻璃带(100)的纵向方向上引入所述穿孔线，在此处能够分离开条状边缘区域，所述边缘区域均具有加厚滚边(102)。
20.根据权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述热成型装置(110)包括使用下拉法或上拉法、溢流熔融法、再拉法或浮法来制造玻璃带(100)的装置或包括用于根据丹纳法或维络法制造玻璃管的装置。
21.根据权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述冷却设备(17)包括用于释放冷却射流(18)的喷嘴(20)或包括用于使玻璃元件在液体中淬火的设备。
22.根据权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述用于引入穿孔线(3)的装置包括加工头，通过所述加工头将所述激光束和冷却射流(18)都导向到所述玻璃元件(1)上，使得所述激光束在玻璃元件(1)上的入射点位于所述冷却射流(18)中。
23.根据权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述冷却设备(17)布置成将冷却射流(18)导向到所述玻璃元件(1)的一个区域上，所述区域与所述激光束(5)入射的面相对。
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