CN1930097A - 无需折断的切割玻璃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在无需施加折断力的情况下切割玻璃板的方法。本发明方法包括下列步骤：对玻璃板进行处理，由此产生具有双轴向分布的应力，使K因子为0.05－0.4MPa.m^1/2，该K因子定义为K＝[∫_zσ_z ²·H(σ_z)·dz]^1/2，其中z为厚度中的位置，σ_z是在位置z处的双轴向的基本上各向同性应力的强度，如果σ_z大于零则H(σ_z)等于1，如果σ_z小于或等于零则H(σ_z)等于0，按惯例该拉伸以正值表示，压缩以负值表示；然后沿所需切割线划刻出深于10μm的部分刻痕，该部分刻痕达玻璃的拉伸区。本发明例如可用于无需折断情况下沿小曲率半径的曲线切割玻璃；切割其宽度类似于其厚度的玻璃条；或切割可例如用于在平面型场致发射荧光屏中作为定位架的框形物。

Description

无需折断的切割玻璃的方法

本发明涉及一种在无需施加折断力的情况下切割玻璃板(vitrage)的方法。

通常按下列连续步骤切割玻璃：

·沿所需切割线划刻出部分刻痕，然后

·施加(折断)力，以使部分刻痕扩展成贯穿该玻璃厚度的刻痕，借此按预期将其断裂。

而且，玻璃经切割后还可能需改进其机械强度，例如其棱边弯曲强度。为此可在该经切割的玻璃上进行化学韧化(或退火)处理，通常是将其浸入熔融的硝酸钾浴中。因此在化学韧化处理前该经化学韧性处理的玻璃已有其确定的形状，并且不打算在韧性处理后再进行切割。

WO 98/46537中教导了一种经化学韧化处理(钾离子交换)所得的玻璃特殊组合物，以用于制备航空领域的窗玻璃。但并未设想在化学韧化处理后进行切割。

EP 793132中教导了一种由一对其表面上有电极的玻璃板构成的电池，并且其中至少一块玻璃板经过化学韧化处理。该要引入到这种电池中的玻璃经化学韧化处理，然后进行划刻，并在引入电池中时折断成许多单个的元件。这时的化学韧化处理是在最多20μm厚度上进行。该文件教导了，在对玻璃划刻后，通常要施加压力以达将其折断，并且在经化学韧化处理的玻璃情况下，如果经化学处理的层太厚，可特别难以折断。EP 793132的目的是要进行一种用通常的方法能使该玻璃折断的化学韧化处理。为此，对最大厚度为2mm的玻璃，其化学韧化处理的最大厚度为20μm。

EP 875490公开了一种用于制备以化学韧化处理硬化的玻璃的方法。该玻璃的最大厚度应是1.2mm，并且韧化时间小于2小时。该化学韧化处理的最大厚度为30μm。该玻璃可弯曲。该玻璃可覆盖有由溅射产生的例如金属层，并可用作LCD或DTR。该经化学处理的玻璃可切割成板或片。该文件未教导在不需折断情况下的切割玻璃的特殊条件。

EP 982121公开了一种三层结构，其至少一层的表面上是玻璃制成并包括刻痕。该刻痕可以是零宽度。优选就在经刻痕的玻璃下面的层是可挠性的(如是聚合物)。因此由于该刻痕就使该三层结构更具挠性。该经刻痕的玻璃可经化学韧化处理。如果刻痕是非零宽度，则可充填以其折射系数与刻痕玻璃相同的聚合物。其所预想的应用是：安全卡、建筑物窗、智能卡、照片面层。该刻痕可呈有形的以具有镜面效应。

EP 964112教导了一种包含玻璃薄板的板，其部分厚度的上面有呈水平排列和相互平行的沟纹。这优选是由激光切割的。该文件未提到玻璃的化学韧化处理。

FR 1598242、FR 2053664和FR 2063482教导了在存在有用于保护某些区域不受韧化处理的屏障存在下进行的化学韧化处理。然后在这些区域进行切割。与无屏障的热韧化板相比，这种处理必然产生在厚度上的应力不平衡。因此这种玻璃板在厚度上不呈自平衡。此外如此处理过的条带是不均匀的，并且必须在由屏障保护的区域切割。这些文件均未教导如何制备一种在其表面的任何点上进行划刻后无需折断的可切割的玻璃板，而因为其均匀性这正是适于按本发明的玻璃板的情况。此外这些文件所建议的屏障有损于在棱边的热韧化处理效果，正好在通常由韧化处理所强化的点处。

当玻璃在以某种方法处理后进行切割时现已发现玻璃的异常性能。

当满足本发明的基本参数时，由划刻产生的刻痕会自身贯穿整个处理的玻璃板，即不需施加折断力。在本发明的应用范围内，术语“玻璃板”具有非常一般的意义，无形状限制，它包括所有基于玻璃的制品和包括通常两基本平行的主面的制品，特别是图8所示的框形物。

按照本发明，发现其K因子为0.05-0.4MPa.m^1/2的经处理过的玻璃可在无需施加折断力下进行切割，该K因子定义为

        K＝[∫_zσ_z ².H(σ_z).dz]^

其中z为厚度中的位置，σ_z是在位置z处的双轴向的近似各向同性的应力的强度，如果σ_z大于零，则H(σ_z)等于1，如果σ_z小于或等于零，则H(σ_z)等于0，按惯例该拉伸以正值表示，压缩以负值表示。

实际上对这类玻璃，该部分刻痕(sous-fissure)甚至在无折断力时本身扩展成贯穿该玻璃厚度的刻痕。需要使该部分刻痕达到玻璃板的呈拉伸区和深度大于10μm。特别是本发明能对任何厚度，特别是小于500μm，但也可大于1.2mm，甚至大于2.6mm厚度的玻璃板进行无需折断的切割，而除本发明外，通常还不知用激光方法对所述厚度的直接切割。按本发明的切割通常形成不会割手的棱边，从安全观点看是一优点。通常本发明的无需折断的切割是对厚度小于或等于5.2mm的玻璃进行。

因此本发明涉及一种切割玻璃板的方法，该玻璃板包括有两主面的玻璃片，所述方法不涉为施加折断力，该方法包括下列步骤：

·对玻璃薄板进行处理，以产生应力，其至少一区域呈压缩和至少一区域呈拉伸，该应力的分布呈双轴向、近似于各向同性和在其厚度中是自-平衡的，所述应力使K因子为0.05-0.4MPa.m^1/2；

·沿所需切割线划刻深度大于10μm的部分刻痕，该部分刻痕达到该玻璃板的拉伸区。

使玻璃具有无需折断下的可切割特性的应力可由对各种玻璃进行合适的处理来得到，特别是：

·化学韧化处理或

·产生至少一层薄层或

·在划刻期间使玻璃经受近似各向同性的双轴向弯曲。

上述提到的头两种处理固有地产生双轴向的近似各向同性的应力分布，该头两种处理也产生切割后的残余应力。该第三种处理(经受双轴向弯曲)不产生切割后的残余应力，因为一旦玻璃破裂该挠性力就消失了。

该处理赋予玻璃双轴向的近似各向同性的应力分布，这意指是以平行于玻璃板的方向施加，并有给定的深度，在平行于玻璃板的所有方向上均有近似相同的强度。这些双轴向应力在平行于玻璃板的平面中通常是各向同性的。这些应力在玻璃板的厚度中是自-平衡的，这意指拉伸应力抵消了压缩应力，即相当于∫_zσ(z)·dz＝0，其中σ(z)代表玻璃板厚度中z位置的应力。本发明可制备一种在任何点均可按本发明切割的玻璃板。这种玻璃板在平行于其主平面(平面玻璃板情况下)的所有方向上均有大的表面，特别是大于10cm，甚至大于20cm，甚至大于50cm，甚至大于1m。

在所述处理之前，该玻璃可能没有内应力。特别是浮法玻璃(verreflotté)。该玻璃可具有任何组成，特别是钠-钙型，或可具有在FR97/04508或W096/11887中所述组成的一种。

如果选择实施化学韧化处理，则该玻璃应当含碱金属氧化物。这种氧化物可以是Na₂O或Li₂O，并在玻璃中以例如1-20重量％存在。该化学韧化处理在于用其它的较大的碱金属离子取代玻璃中原来存存的碱金属离子。如果原来的氧化物是Na₂O，则用KNO₃实施化学韧化处理，以用K⁺离子至少部分取代Na⁺。如果原来的氧化物是Li₂O，则用NaNO₃或KNO₃实施化学韧化处理，依请况用Na⁺或K⁺离子至少部分取代Li⁺。特别是如果该处理是化学韧化处理，则按本发明切割的玻璃具有较好的棱边强度。所以该韧化处理可造成Na⁺或K⁺离子在垂直于至少一个主面方向上的浓度梯度，并从所述主面不断下降。

为测定玻璃中的K因子，可采用biasographe技术。该技术是本领域技术人员所熟知的，特别可参阅H.Aben，C.Guillemet，“Photoelasticity of glass”，Springer-Verlag 1993，p.150。

该biasographe技术绐出应力强度分布，如图1所示的曲线(1)，它表示应力σ与玻璃中的深度的函数关系(横坐标轴垂直于玻璃板)。所有相应厚度dz_i的应力σ_i均在整个的曲线(1)上测定，dz_i例如是8μm。实际上该K因子由下式确定：

            K＝(Σσ₁ ².dz₁)^1/2

该biasographe技术需要接近玻璃板棱边。为使用此技术，优选是该玻璃板的宽度等于其厚度的至少5倍。也可使用其它的光弹性方法，如stratorefractometer。

为获得具有K因子为0.05-0.4MPa.m^1/2的玻璃板，可使其经受化学韧化处理。这种化学韧化处理应当在足够的温度下进行足够长的时间使K因子达0.05-0.4MPa.m^1/2。本领域技术人员借常规试验可确定达该所需值的时间和温度。通常该化学韧化处理是将要处理的玻璃板浸入含所选盐(通常是NaNO₃或KNO₃)的热浴中。该浴含有浓的盐。该化学韧化处理通常在380℃-520℃下进行，在任何方式下该温度均低于待处理玻璃的软化点。该化学韧化处理引起该处理玻璃可达如50μm深度的表面上的离子交换。该离子交换是产生碱金属离子浓度梯度的起因。通常该梯度的特征是由化学韧化处理提供的离子浓度(通常是Na⁺或K⁺)从主面向玻璃板芯呈下降现象。在表面和如最大50μm深之间存在梯度。该梯度在图2中以虚线示出，其浓度向玻璃板内不断下降。为有助于理解，该梯度的深度在图中有所放大。

现有技术的经化学韧化的玻璃板其实际上在化学韧化处理后不经切割，该玻璃板在整个表面包括棱边均有相同的组成。图2a)以截面示出切割后的经化学处理的玻璃板的棱边。该切割产生棱边(2)。部分刻痕(3)的划刻线在棱边上可见，并在图2a)中以较粗的线表示(要提及的是如果玻璃板足够厚或在特别薄的玻璃板如厚度小于500μm情况下采用显微镜总可用裸眼看到在玻璃板的切割棱边上的部分刻痕)。该切割后的玻璃板的化学韧化处理在玻璃板和韧化介质之间引起碱金属离子交换。这种交换使从玻璃板表面向玻璃板内部形成碱金属离子梯度，从玻璃板的平行主面(图2中的(4)和(5))和离棱边(包括(2)所示的)足够距离存在这种梯度，如起始于主面的表面上的点(6)和垂直该指向玻璃板芯体的面上存在该梯度。该点(6)通常离棱边至少1mm。沿垂直于主面方向的棱边不存在该梯度，但在平行于该玻璃板主面方向并离所述主面足够距离的棱边上存在该梯度。

图2b)示出按本发明的玻璃板，它是在化学韧化处理后经切割的。应理解，在此情况下，按本发明切割的棱边(2)具有一种组成，该组成取决于棱边是否靠近或远离玻璃板的平行主面而改变。按本发明切割的棱边表面具有在形成部分刻痕的主面和玻璃芯体之间的碱金属离子的表面浓度梯度。这就是与在经化学韧化处理前所切割的玻璃(图2a)所示情况)的基本区别，该玻璃不存在沿棱边的梯度。在本发明的情况下，按本发明切割的棱边就具有这种梯度，并有部分刻痕的印记，但也可其后如经研磨或抛光去除该印记。因此，本发明也涉及一种具有无可见部分刻痕的棱边的玻璃板。

如果化学韧化处理在硝酸钾浴中进行，则沿棱边端处的棱边的钾离子的表面浓度最大，即在棱边和形成部分刻痕的主面之间的角处的钾离子浓度最大。沿棱边的表面离子浓度C_离子的变化示于图2b)的左方曲线。但该棱边在平行于玻璃板主面(图2a)中4)和5)表示的面)的方向上无浓度梯度。因此具有部分刻痕的棱边在垂直于所述棱边的方向上无碱金属离子浓度。

在玻璃上赋予应力的处理也可应用至少一种薄膜。该薄膜的沉积要使在划刻时膜应呈压缩。这特别可采用其膨胀系数小于基板的膜的热沉积(通常为400-700℃)来实现。然后该膜在冷却时产生压缩。在该经涂敷过的玻璃达室温后再进行切割。该膜特别可采用溶胶-凝胶或网板印刷或CVD法制备，该膜也可以在低温下通过magnétron溅射或CVD等离子体来制备。特别是当该膜是由氮化硅制备时。因为从膜的侧面看，该膜具有使经涂敷的基板呈凸状的自然趋势，所以可判断该膜是呈压缩的。

该膜具有能获得所需应力强度因子的厚度。通常膜的厚度为1-20μm。优选该膜的应力为200MPa-5GPa，例如约300MPa。本领域技术人员知道如何测定玻璃上膜的应力。

该膜的应力特别可从玻璃的凸状的改变或从它在玻璃中引起的应力来测定，该应力通常由光弹性来分析。

该膜特别可由氮化硅、碳氮化硅、碳化硅、碳氧化硅、氧碳氮化硅、氧化钛、氮化钛、碳氮化钛、碳化钛、碳氧化钛或氧碳氮化钛制成。

也可在基底的每侧上施加呈压缩的膜。当仅在一面上涂以呈压缩的膜时，该划刻可在有膜的那侧上进行。为划刻可将力施加到玻璃板上，以降低涂有膜的玻璃板上所产生的凸状，但这不是必不可少的。当玻璃两面均涂有呈压缩的膜时，刻划可在一面或另一面上进行。

在玻璃上产生应力的处理也可以是施加双轴向的近似各向同性的弯曲力。可通过将玻璃板的两主面加热到不同温度，并通过由该温度差自然引起的相反的变形来对玻璃板施加力以产生合适的双轴向弯曲力。只要温度差和抗变形的力存在，则进行划刻并发生折断。在这种情况下，该弯曲力是由组合产生的，即一方面是在两主面上施加不同温度，另一方面是由温差引起的抗变形的力。图3示出该原理的实施方案。该图示出有两主面(7)和(8)的玻璃板和含有许多孔(10)的板(9)。通过孔施加吸力使玻璃板可压向吸引它的板。将该板加热到与玻璃板的起始温度不同的温度，以使面(8)与面(7)的温度不同。在玻璃板两面产生温差就是为何当玻璃板压向该板时会产生应力的原因。事实上如果玻璃板仍呈平衡形态，它就不含任何应力。如果面(8)比面(7)热，只要玻璃板仍保持受压则面(8)呈压缩。在此情况下，可在面(7)上进行划刻，即在呈拉伸的面上划刻。所以在该面上的部分刻痕立即达到拉伸区，并且非常浅的刻痕是足够的，同时仍保持深于10μm。如果面(8)比面(7)冷，只要玻璃板仍保持受压，则面(7)呈压缩。在此情况下，可在面(7)上进行划刻，即在呈压缩的面上划刻，在此情况下，因为为达拉伸区该部分刻痕应该比压缩下的厚度更深，它应该深过玻璃板厚度的一半(moitié)。

在施加弯曲力的情况下，该划刻应该在施加该力的时候进行。以在玻璃中产生应力所施加的力是大大小于通常的折断力。例如对于厚度为0.1-5.2mm的玻璃板，该弯曲力可为3-70MPa，当然该玻璃板越薄，则力需越大。通常，对厚度为1-5.2mm的玻璃板，该弯曲力可为3-20MPa。实际上，一旦划刻该部分刻痕就立即延伸到整个玻璃厚度中，因此就在划刻之后就可立即停止弯曲力，这对折断不会产生影响。

为在无需折断下切割具有合适K因子的玻璃，在该玻璃表面上沿相应所需的切割线进行划刻。该划刻形成部分刻痕(本领域技术人员称为盲刻痕)。特别可采用划刻轮或金刚石或激光进行划刻。通常，特别是对厚度为1-3mm的玻璃板，该部分刻痕的深度为100-1000μm。该部分刻痕的深度通常为玻璃板厚度的10％-20％，例如约15％。

当使用划刻轮或金刚石时，用足以得到足够深的部分刻痕的压力进行划刻，该部分刻痕应该能在无需折断力下扩展。当使用划刻轮或金刚石时，该划刻优选在切割油(本领域技术人员也称为“汽油(pétrole)”)下进行。当使用划刻轮时，优选使用具有大的角度如145°角的划刻轮。该划刻轮的角度是图4所示的角α。对给定的划刻轮或金刚石，也可通过例行的实验找出适于划刻的压力。因为不足的压力不能产生折断，而过高的压力会造成不可控的折断，即不总是沿划刻线折断。

当满足本发明的基本参数时，由该划刻产生的刻痕会自身全部贯穿所处理的玻璃板，即无需施加折断力。也可借助下列方法之一来加速该刻痕的扩展：

·采用水：可将少量水置于刻痕中；对此例如可在切割前湿润该玻璃板，仅湿润相应于玻璃板的划刻端的那部分(通常几mm)。

·在划刻端增加划刻压力。

划刻应该产生部分刻痕。该划刻可在玻璃板上呈压缩的主面上进行或如果存在拉伸的主面，则在玻璃板上呈拉伸的主面上进行。如果划刻在呈压缩的主面上进行(特别是在经化学韧化处理或用膜呈压缩的表面情况下)，该部分刻痕要深于呈压缩的厚度e_c，以致达到拉伸区。特别是如果该处理是化学韧化处理，则优选该刻痕的深度为呈压缩的厚度e_c值的5-20倍。

在化学韧化处理情况下，该呈压缩的厚度可由离子交换的深度P_e求取，该深度可按下式确定：

a)由 $P_e=\frac{\sqrt{\mathrm{\π}}\×\mathrm{Mv}\×\mathrm{ev}\×\mathrm{\Δm}}{32\×a\×\mathrm{mi}}$ 确定

其中：

a表示玻璃中原始碱金属氧化物(如Na₂O或Li₂O)的摩尔％；

mi表示玻璃的原始(在韧化前)总质量，以克表示；

Mv表示玻璃的摩尔质量，以g/mol表示；

Δm表示在韧化处理期间玻璃的吸收速率(laprise de poids)，以克表示；

ev表示玻璃的厚度，以微米表示，

因此P_e的单位为微米；

b)由微探针分布图确定，在该情况下以韧化处理所提供的离子含量等于玻璃基体的离子含量的深度来确定，误差为5％。

在形成膜的处理情况下，呈压缩的厚度等于膜的厚度，其条件是该膜呈压缩，并且无外力使玻璃板显著变形。

在施加弯曲力的处理情况下，如果划刻是在呈压缩的面上进行，则呈压缩的厚度等于玻璃板厚度的一半(moitié)。在施加弯曲力的处理情况下，如果划刻是在呈拉伸的面上进行，则该部分刻痕可较浅，但仍保持大于10μm。

本发明特别能对厚度为至少0.3mm，至少0.7mm，甚至至少1.2mm，甚至大于1.5mm，甚至至少2.6mm的玻璃板进行无需折断的切割。通常该玻璃板的厚度小于20mm，如最多5.2mm。特别是该玻璃板的厚度为0.7mm-5.2mm，如2.6mm-5.2mm。

本发明的切割是以在玻璃表面上划刻刻痕开始，并且观察到刻痕贯穿经受切割的玻璃板的无机部分的整个厚度。实际上，层叠式玻璃板，即由放在聚合物中间层两面的至少两块玻璃板的组合，其玻璃板之一按本发明处理并按本发明划刻的情况下，很明显该刻痕仅贯穿经划刻的那块玻璃板而不贯穿位于聚合物中间层另一面的另一块玻璃板。

本发明还涉及含具有两主面和至少一条棱边的玻璃片的玻璃板，该玻璃板在其厚度上有应力分布，该应力是双轴向的，近似各向同性的和自-平衡的，其中K因子为0.05-0.4MPa.m^1/2。

本发明可制备现有技术不能制备的切割型材。

按本发明可以非常小的曲率半径沿曲线切割玻璃，甚至可如此切割厚玻璃。至少在沿切割线的一个点上，该曲率半径可小于40mm，或甚至小于30mm，甚至小于20mm，甚至小于10mm，甚至小于5mm。通常该曲率半径小于3mm。该切割的这种曲率半径可对厚度甚至大于1mm，甚至大于2.6mm的玻璃板获得。通常，优选对于厚度小于5.2mm的玻璃板会导致小于10mm的曲率半径，特别是可切割记录磁盘，即同时对其周边圆环和其中心圆孔进行切割。

按照本发明，可沿呈凹度变化的曲线，甚至沿以非常小的曲率半径连接反向凹度的曲线进行切割，如正要给出的。图5示出一种在玻璃(11)上进行的切割形式，该切割在点(12)处有凹度改变。连接点(12)的是两个不同凹度的曲线。在图5中，在点(12)两边的曲线有绝对值相同的曲率半径，如所述的它可以是非常小。

按照本发明，可在非常小的宽度上切割玻璃。玻璃通常有厚度、宽度和长度(至少等于宽度)。通常按本发明要切割的玻璃具有近似相同的厚度。通常是平面的。按照本发明，玻璃板切割的宽度可以甚至小于厚度的1.5倍，甚至小于厚度的1.2倍，甚至小于厚度的1倍和甚至小于或等于厚度的0.7倍。通常玻璃板切割的宽度大于该厚度的0.1倍。因此本发明特别可制备具有上述所给宽度，特别是其量级类似厚度或甚至小于厚度的量级的方形或矩形截面的玻璃条。

按照本发明，可沿包括角度的切割线切割玻璃组件。该角度例如是60°-120°，特别是90°。很明显，该切割形成凹形角为α1的块和凹形角为α2的块(见图6)。为此该切割不必是两条相交的不同切割线交叉形成所需角度的结果，该两条切割线除交叉外是连续的。为按本发明形成角度，有两种方案：

1)可在切割前在对该角所选的点处钻孔，然后进行切割形成两条在该孔的位置相遇的不同划刻线，该孔的直径可例如为0.2-2mm；或

2)在对该角所选的地方不钻孔，而是作划刻线，其每一点处均满足上述关于曲率半径至少是3mm的条件，因此实际上该角是一条曲率半径非常小的曲线。可重复几次该划刻，条件是不同的划刻线相遇，以使其在交叉点处的切线相重合。

如果需用手划刻，可优选是在该角的所需地方钻孔。如果需用机器划刻，在划刻前不需孔，只要该划刻遵守上面给定的最小曲率半径。采用这类机器时，该划刻通常以一步完成，即该划刻体是放在该玻璃上一次，并且直到划刻结束才离开。

图6示出经本发明切割后的两块玻璃板。可以看出，该切割有一个小曲率半径的圆角，在两切割部分中产生两个完全吻合在一起的角。该角是在切割前未钻孔的情况下产生的。按照现有技术，已知如何形成90°角，但是是由互相横穿过的切割线的交叉产生的。即在其交叉点后继续。图7示出按现有技术切割普通玻璃的这种方法，切割线(13)横穿玻璃板的整个表面，并形成方形和矩形的块(14)。以此方法切下的所有的块均是凸形角，无一切块有凹形角。

按照本发明，甚至可从玻璃板的内部切割和去除完整的型材，同时所述切割没有交叉该玻璃板的原始外边界。因此从余下的玻璃板中分出其外边界为该切割形状的完整型材，该玻璃板也有具有该切割形状的内边界，并且其外边界仍不改变其原始外边界(切割前)。为此该划刻是沿与其自身相连接的线进行，而与玻璃板的外边界无交叉，并且一方面形成一个完整的型材的切割，另一方面产生一个中空的型材，该中空型材的外形线相应于该玻璃板的原始外形线，该中空型材的内形线相应于该完整型材的外形线。该完整型材可以是圆或如所述具有曲率半径。图8示出这种可能性。在此图中，完整型材(15)已从玻璃板的内部切出，该玻璃板显示为中空型材(16)。该完整型材的外形线相应于中空型材的内形线(17)。该中空型材的外形线(18)与切割前该原始玻璃板的相同。该完整型材可以是圆或可包括如所述的小曲率半径。该完整型材也可包括如所达的一个或多个角，当然这些角必须按上述条件作，即在切割前形成孔或不预先形成孔，但该切割要遵守最小曲率半径为3mm。因此完整型材可切割成多角外形线。特别是该多角型材可包括三、四、五或六或甚至更多角的型材。因此在以90°包含四个角的切割后(即图8中所示切割形状的情况)可切出具有方形或矩形形状的完整型材。所以中空型材呈框形，该框形型材具有方形或矩形的内边界和方形或矩形的外边界。这种框也具有方形或矩形的截面。如此得到的中空型材(或框)特别可用作在两玻璃板之间的插入件，如在平面FED(场致发射显示器)屏中。该中空型材可有非常小的边宽(图8中的(19))，即相当于已提到过的细条。该完整型材可与空型材分离，优选是从有起始刻痕的那边取出。该完整型材通常可用手取出。为了便于取出，特别是对较厚的玻璃板可进行热取出操作，该操作在于首先加热(如达90-220℃)整个切割的玻璃板，而这时完整型材与中空型材还未分离，然后冷却含要取出的完整型材的玻璃板的中心部分。由冷却引起的收缩能使完整型材更容易取出。

本发明的切割可通过划刻按本发明处理(化学、膜或弯曲处理)过的玻璃板的表面来进行，该玻璃板构成层叠式玻璃板的配件。在这种情况下，由划刻引起的刻痕贯穿处理过的玻璃的厚度并终止在通常置于层叠式玻璃板的玻璃板之间的聚合物中间层处。以这种方法可划刻多条直线或平行贯穿层叠式玻璃板的经处理过的玻璃板的刻痕，该刻痕穿过该玻璃板直到聚合物中间层。由此所形成的刻痕起到透过玻璃板的光的反射镜的作用。由此所得的在美学上引人注目的玻璃板可作为光的偏转器。图9示出了这种应用。图中表明，该光线(20)在按本发明形成的贯穿叠式玻璃板(23)的经处理的玻璃板(22)的刻痕的界面(21)处反射，该叠式玻璃板是包括由聚合物层(24)分开的两块玻璃板的组合。在此应用中，各刻痕可按一定距离2-10mm互相分开。通常，希望两刻痕间的距离为经划刻的玻璃厚度的40-80％。

当然，也可进行通常的切割，即贯穿该玻璃板的整个表面，以切割成方形或矩形型材。这种类型的块可作为LCD(液晶显示器)元件的保护玻璃板。

本发明，特别是当其包括化学韧化处理时非常有益于电子领域的玻璃板的切割。该化学韧化技术特别可用于能离子交换的玻璃，如电子学中特别是有高应力点的玻璃的情况，例如由法国Saint-GobainGlass公司销售的CS77玻璃。这种玻璃的组成描述于例如EP 0914299中。所以该切割技术可用于制造荧光屏(等离子体、LCD、TFT、FED屏)和场致发射显示器的附件，并可用于制造真空玻璃板。利用化学韧化处理可使棱边，特别是经切割的棱边有高的机械强度。用现有技术的切割方法，为切割该玻璃需要使部件与玻璃表面接触并保持在其上进行划刻和/或折断。如果该玻璃表面已经过印制那这是有缺点的，因为任何与印制品的接触均可使其受损。由於本发明的技术，更特别是当其采用化学韧化处理时，可(在产生应力的处理后)进行印制，然后在最少与部件的接触下再对其进行切割。特别是可生产母体玻璃，在其表面上印制图案，然后实施制造循环，为仅在其后切割成每块荧光屏(电话、掌上电脑或便携式电脑屏的荧光屏)。

所有实施例均以玻璃板的化学韧化处理开始，按如下制备，该韧化处理的主要参数(时间和温度)列于表1。采用的起始玻璃如下：

CS77：法国Saint-Gobain Glass公司销售的玻璃；

Px：法国Saint-Gobain Glass公司销售的planilux牌玻璃；

C0211：Corning公司销售的玻璃。

实施例中的化学韧化处理

取大小为300×200×e mm的平面玻璃，“e”表示在硝酸钾浴中于温度T下经时间“t”韧化处理的厚度。该处理在玻璃板中产生芯体应力。

实施例中的切割方法

采用金刚石或划刻轮将玻璃板切割成相应于各种应用的不同切割型材。采用划刻轮的切割均按下述方法进行。用ADLER公司出售的VITRUM牌的划刻轮进行划刻，该划刻轮的角度为145°，直径为5mm，采用划刻油和一定压力，以使部分刻痕深于交换厚度Pe。对说明本发明的实施例，要提及的是该部分刻痕贯穿了整个玻璃厚度而无需施加折断力(见表1中的扩展)。在某些情况下，该扩展是在划刻线的端处以加水来引发，水经毛细管作用穿透入部分刻痕中。在其它情况下，该扩展是借助于在划刻线的端处增加压力来引发。

对所有施施例，该K因子是在10mm宽的玻璃条上用biasographe来测定，实施例5和6除外，对该两实施例的测定用玻璃条宽度为3mm。

在表1中，使用了下列表达和缩写：

·Pe：离子交换深度；

·Δ负载：压力的增加

·扩展和类型：用以判定该刻痕扩展是否准确继续进行(定向扩展)或该刻痕扩展是否是不可控的，这意指玻璃沿划刻线未折断，或刻痕扩展是否不发生，这意指在玻璃最后未折断。

实施例1和2：框

化学韧化处理前，用金刚石钻头在玻璃板的各角处钻四个直径为1mm的孔，该孔离玻璃板棱边4mm。化学韧化处理后，沿与玻璃板棱边呈平行的直线并经各孔切割玻璃板，以划刻成框。在孔间的矩形玻璃块可取出，以致得到框(见图8)。

实施例3：日光反射作用

用一块经化学处理过的玻璃板和一块普通的钠-钙型玻璃板(未经化学处理)并在其之间以通常方法置入聚乙烯醇缩丁醛(PVB)薄膜以制成厚2mm的层叠式玻璃板。

在该玻璃板的一端已浸渍水(达约5mm)后，用划刻轮在经化学处理过的那面玻璃板上划刻出第一组直的和平行的划刻线。该划刻线相互间隔8mm，并且该划刻线在浸渍过水的梭边处完成。该水起引发每条刻痕扩展的作用。然后在第一组划刻线之间划刻第二组划刻线，以使最终该玻璃板有近似每隔4mm的划刻线。要提到的是，所有的划刻线引起的刻痕均扩展到达PVD膜，即均贯穿了经化学韧化处理的玻璃板的全厚度。该玻璃板由于其每条刻痕的镜面效应就可对通过它的光起反射器的作用。

实施例4：切割圆盘

采用ADLER公司销售形VITRUM牌划刻轮在经化学韧化处理过的玻璃上切割直径为60mm的圆盘，该划刻轮的角度为145°，直径为5mm，该划刻轮安装在有手柄的圆形玻璃切割器上，参考Bohle 530.0节1.19。该玻璃盘借助热取出法取出，同时无该盘和其余玻璃板的折断。

实施例5：切割薄膜玻璃

采用金刚石切割经化学韧化处过的厚度为300μm的薄膜玻璃，同时不用水或不用增加压力来产生引发作用。该切割易于沿划刻线实现而无不受控制的折断。玻璃的K因子在3mm宽的条上通过biasographe测定。

实施例6：(对比实施例)

程序如实施例5，其不同是未经化学韧化处理，以致K因子达到表1所示的值。

实施例7-9：(对比实施例)

程序如实施例2，其不同是未经化学韧化处理，以致K因子达到表1所示的值。

                                            表1

实施例	1和4	2	3	5	6(对比)	7(对比)	8(对比)	9(对比)
									处理前的玻璃类型	CS77	Px	Px	C0211	C0211	Px	Px	Px
韧化处理参数(T和t)	15h490℃	8h490℃	13h490℃	2h460℃	3h460℃	-	72h490℃	9天460℃
									玻璃厚度(mm)	1.1	1.6	2.85	0.3	0.3	1.6	1.6	3.85
X(MPa.m1/2)	0.19	0.26	0.24	0.38	0.42	0.01	0.52	0.52
									Pe(μm)	27	41	51	17	20	0	122	123
划刻轮的压力(kg)	3	3.7	4.0	不受控制	不受控制	4	5.5-6	3-6
									部分刻痕的深度(μm)	170	395	360	＞30	＞30	＜550	400	430
引发作用？	水	Δ负载0.5kg	水	无	无	水	无	Δ负载0.7kg
									扩展和类型？	定向扩展	定向扩展	定向扩展	定向扩展	不受控制扩展	无扩展	无扩展	无扩展

Claims (31)

1.一种切割玻璃板的方法，该玻璃板包括具有两主面的玻璃薄板，该方法无需施加折断力，所述方法包括下列步骤：

·对玻璃薄板进行处理，以产生应力，其至少一区域呈压缩和至少一区域呈拉伸，该应力的分布呈双轴向、近似于各向同性和在其厚度中是自-平衡的，所述应力使K因子为0.05-0.4MPa.m^1/2；该K因子定义为

$K={[{\∫}_z{\mathrm{\σ}}_z^2\·H\left({\mathrm{\σ}}_z\right)\·\mathrm{dz}]}^{1/2}$

其中z为厚度中的位置，σ_z是在位置z处的双轴向的、近似各向同性应力的强度，如果σ_z大于零，则H(σ_z)等于1，如果σ_z小于或等于零，则H(σ_z)等于0，按惯例该拉伸以正值表示，压缩以负值表示；然后

·沿所需切割线划刻深度大于10μm的部分刻痕，该刻痕达到该玻璃板的拉伸区。

2.前述权利要求的方法，其特征在于，处理前该玻璃含碱金属氧化物，和特征在于该处理是化学韧化处理。

3.前述权利要求的方法，其特征在于，该化学韧化处理造成Na⁺或K⁺离子在垂直于至少一个主面方向上的浓度梯度，并从所述主面下降。

4.前述两个权利要求任一项的方法，其特征在于，该化学韧化处理造成深度达至多50μm的离子交换。

5.权利要求1的方法，其特征在于，该处理是施加呈压缩的膜。

6.前述权利要求的方法，其特征在于，该膜的厚度为1-20μm。

7.前述权利要求的方法，其特征在于，该膜的应力为200MPa-5GPa，

8.权利要求1的方法，其特征在于，该处理是施加双轴向的近似各向同性的弯曲力。

9.前述权利要求的方法，其特征在于，该弯曲力是由组合产生的，即一方面是在两主面上施加不同温度，另一方面是由温差引起的抗变形的力。

10.前述两个权利要求任一项的方法，其特征在于，该弯曲力为3-20MPa。

11.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该玻璃板的厚度为0.7-5.2mm。

12.前述权利要求的方法，其特征在于，该玻璃板的厚度为2.6-5.2mm。

13.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该划刻在呈压缩的主面上进行，形成贯穿压缩区以达到拉伸区的部分刻痕。

14.权利要求1-12之一的方法，其特征在于，该划刻在呈拉伸的主面上进行。

15.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该划刻是沿与其自身相连接的线迸行，而与玻璃板的外边界无交叉，并且一方面形成完整的型材的切割，另一方面产生中空的型材，该中空型材的外形线相应于该玻璃板的原始外形线，该中空型材的内形线相应于该完整型材的外形线。

16.前述权利要求之一的方法，其特征在于，该划刻沿在至少一个点处有小于5mm的曲率半径的线进行。

17.一种含具有两主面和至少一条棱边的玻璃薄板的玻璃板，该玻璃板在其厚度上有应力分布，该应力是双轴向的，近似各向同性的和自-平衡的，其K因子为0.05-0.4MPa.m^1/2，该K因子定义为

$K={[{\∫}_z{\mathrm{\σ}}_z^2\·H\left({\mathrm{\σ}}_z\right)\·\mathrm{dz}]}^{1/2}$

其中z为厚度中的位置，σ_z是在位置z处的应力，如果σ_z大于零，则H(σ_z)等于1，如果σ_z小于或等于零，则H(σ)等于0，按惯例该拉伸以正值表示，压缩以负值表示。

18.前述权利要求的玻璃板，其特征在于，其具有垂直于至少一个主面并从所述主面下降的碱金属离子的浓度梯度。

19.前述权利要求的玻璃板，其特征在于，在至少一条棱边的表面处存在该垂直于至少一个主面的梯度。

20.前述权利要求的玻璃板，其特征在于，该棱边有切割部分刻痕的划刻线。

21.前述玻璃板权利要求之一的玻璃板，其特征在于，至少一条棱边在垂直所述棱边的方向上无碱金属离子梯度。

22.前述玻璃板权利要求之一的玻璃板，其特征在于，其厚度为0.7-5.2mm。

23.前述玻璃板权利要求的玻璃板，其特征在于，其厚度为2.6-5.2mm。

24.前述玻璃板权利要求之一的玻璃板，其特征在于，其边界之一在至少一个点处有小于5mm的曲率半径。

25.特别是前述玻璃板权利要求之一的玻璃板，至少部分呈具有方形或矩形截面的条形，其宽度小于其厚度的1.5倍。

26.前述权利要求的玻璃板，至少部分地其宽度小于其厚度的1倍。

27.特别是前述玻璃板权利要求之一的玻璃板，其有方形或矩形截面的框形，该框形有方形或矩形的内边界和方形或矩形的外边界。

28.一种平面型场致发射显示器，其包括含上述权利要求的玻璃板的插件。

29.一种层叠式玻璃板，其可以是权利要求17-19的玻璃板，包括多条直线或平行贯穿该玻璃板并达聚合物中间层的刻痕。

30.前述权利要求的玻璃板，其特征在于，该刻痕互相间隔的距离为2mm-10mm。

31.前述两个权利要求任一项玻璃板，其特征在于，两条刻痕之间的间距为经划刻的玻璃薄板厚度的40-80％。

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