TW201437158A - 具有預定形狀的模製玻璃製品之自由成型製造方法，及依照所述方法製造及成型的玻璃製品之用途 - Google Patents

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Abstract

一種自由成型地製造具有預定形狀的模製玻璃製品之方法，其中，此方法至少包括以下步驟：-提供初始玻璃，-保持住該初始玻璃，-加熱該初始玻璃之某個分區，使得在此分區內，該初始玻璃獲得109至104 dPas、特別是108至104 dPas的黏度，且使得該初始玻璃在其被保持之位置的黏度不低於1013 dPas，其中，用至少一雷射束沿一封閉線條進行加熱，以及-透過施加外力，使得經加熱的該初始玻璃發生變形，直至達到玻璃製品之預定形狀。一種經成型的、自初始玻璃獲得的玻璃製品，其具有至少一沈降T，此沈降之關係式為：T＞(AdρBg)/(γl)，其中A=初始玻璃之需要沈降的面積；ρ=玻璃密度；g=重力加速度；γ=經加熱的初始玻璃之表面張力；d=初始玻璃之厚度；B=初始玻璃上之經加熱的加熱區之寬度，l=初始玻璃上之經加熱的線條之長度，且其中，成型玻璃製品之表面在變形完畢後不具有任何大於1 μm、特別是大於0.1 μm的雜質。

Description

具有預定形狀的模製玻璃製品之自由成型製造方法，及依照所述方法製造及成型的玻璃製品之用途
本發明係有關於一種具有預定形狀的模製玻璃製品之自由成型製造方法、及依照此方法所製造並成型的玻璃製品之用途。
根據先前技術，在用平板玻璃來成型玻璃製品的方法中，所使用的是在成型工藝結束時與玻璃製品發生接觸的模具，即，並非採用自由成型方式。
文獻US 2010/0000259 A1主要描述了較佳地利用中波紅外線輻射來使玻璃發生彎曲，而該紅外線輻射係較佳地在玻璃中被吸收。
文獻DE 10 2010 020 439 A1描述多種使得玻璃製品變形的方法，其係採用模具，且在玻璃模製體之不同位置選用不同的溫度。
文獻US 2012/0114901 A1描述一種透過將玻璃盤彎曲來製造玻璃罩的方法，其係選擇相應的溫度分佈及相應的模具半徑。
其中，一旦產品在整個面上具有模具接觸，則將成型程序停止。
WO 2011/000012 A1描述對材料進行雷射加熱式彎曲擠壓工藝。
所有上述方法若非需要採用表面品質極佳的模具，而其 製造工藝非常複雜且昂貴，否則便是需要以研磨及拋光的方式進行後處理。此點會加大難度且提高成本。
DE 10 2011 050628 A1描述一種自由成型彎曲方法，但，此案之輻射源被施作成為輻射燃燒器，並且，必須視需要達到的彎曲形狀，而對其輻射源重新進行機械定位。
DE 10 2007 012146 B4描述一種雷射束及一種掃描鏡，用於使得需要變形的玻璃盤局部升溫，並藉由重力作用以使其變形。此案中必須實施溫度量測，因為，其變形係透過與溫度存在直接關聯的黏度而受到控制。
採用DE 10 2007 012146 B4中針對較薄的平板玻璃及較小的待變形面的相關資料後，則可看出，重力本身不足以產生變形，因為，表面張力讓玻璃保持形狀。
針對與關係式Adρg<γl相關之玻璃厚度而言，純粹的重力導致不充分的沈降T，其中A=需要沈降的面積，單位為m2；ρ=玻璃密度，單位為kg/m3；g=9.81m/s2；γ=表面張力，單位為N/m；d=玻璃厚度，單位為m；B=加熱區寬度，單位為m，l=經加熱的線條之長度，單位為m。
單位為m的沈降T在此形狀下不再由「黏度-時間」曲線決定，而是純粹由外力F(單位為N)決定：T=(AdρB+F)/(γl)。
是故，毋需進行精確的溫度監測。黏度決定了變形速度，僅需將黏度保持在足夠低的水平，便能確保在有限時間內發生變形。
文獻WO 2005/042420 A1揭露一種製造玻璃成型件的方法，其玻璃成型件具有呈多邊形、板狀的、且視情況至少局部有所突起的基面，及至少一個沿該基面之邊緣有所彎曲的側邊，包括以下步驟：- 提供一個呈多邊形、平坦的、且視情況至少局部有所突起的玻璃盤，- 用線性燃燒器將該玻璃盤之至少一側之邊緣加熱至玻璃之軟化點，- 沿其彎曲邊緣，將伸出低黏度邊緣的玻璃周邊作為玻璃成型件之側邊，彎曲至某個預定角度，- 冷卻該玻璃成型件。
文獻DE 38 37 552 A1描述一種製造具有平滑表面的玻璃產品之方法，其中，將玻璃盤放置到尺寸與玻璃產品之內部尺寸相應的陽模上，使得該陽模接觸玻璃板之內圓周邊緣區域。將玻璃板之需要變形的外周邊區域加熱至某個高於玻璃板中央區域之溫度的溫度，使得後者在陽模上因其自身重量而變形。用陽模對透過上述方式變形的玻璃板進行擠壓，而該陽模之尺寸係與玻璃產品之外部尺寸相對應。
文獻WO 2013/055587 A1同樣揭露一種使得平板玻璃變形的方法。
本發明之目的在於找到一種自由成型地製造具有預定形狀的模製玻璃製品之方法，此方法可克服先前技術中的上述缺點。本發明之另一目的在於低成本且簡單地製造具有高表面品質的成型玻璃製品，且特別是省去了後處理步驟。
依照申請專利範圍第1項，本發明用以達成上述目的之解決方案為一種自由成型地製造具有預定形狀的模製玻璃製品之方法，其中，此方法至少包括以下步驟：- 提供初始玻璃，- 保持住該初始玻璃，- 加熱該初始玻璃之某個分區，使得在此分區內，該初始玻璃獲得109至104dPas、特別是108至104dPas的黏度，且使得該初始玻璃在其被保持之位置的黏度不低於1013dPas，其中，用至少一雷射束沿一封閉線條進行加熱，以及- 透過施加外力，使得經加熱的該初始玻璃發生變形，直至達到玻璃製品之預定形狀。
依照申請專利範圍第19項，本發明用以達成上述目的之解決方案為一種經成型的、自初始玻璃獲得的玻璃製品，其具有至少一沈降T，此沈降之關係式為：T>(AdρBg)/(γl)，其中A=初始玻璃之需要沈降的面積，單位為m2；ρ=玻璃密度，單位為kg/m3；g=9.81m/s2；γ=經加熱的初始玻璃之表面張力N/m；d=初始玻璃之厚度，單位為m； B=初始玻璃上之經加熱的加熱區之寬度，單位為m，l=初始玻璃上之經加熱的線條之長度，單位為m，且其中，成型玻璃製品之表面在變形完畢後不具有任何大於1μm、特別是大於0.1μm的雜質。
A、d、ρ、B、γ及l可在成型玻璃製品上測得(參閱圖6)。
雜質主要指可能因模具接觸而產生的表面錯誤。
本發明中之自由成型此一概念，尤指經加熱的分區不與模具發生接觸。
本發明之有利設計方案參閱諸附屬項。
較佳地係採用平板玻璃為初始玻璃，該平板玻璃則藉由本發明之方法而以獲得成型玻璃製品的方式發生變形。
較佳地，採用石灰鹼玻璃、硼矽玻璃或矽酸鋁玻璃為初始玻璃。
根據此方法之另一設計方案，將初始玻璃預加熱。較佳為在獨立的爐子中實施預加熱。
較佳地，選擇加熱參數，特別是，初始玻璃之在其分區內所需要獲得的黏度，以及，變形參數，特別是，變形時間及變形力，使得其變形在初始玻璃達到預定形狀的情況下停止。
根據此方法之另一設計方案，利用至少一個燃燒器或者利用紅外線輻射來加熱其分區。
亦可利用至少一雷射束來加熱其分區，其中，尤佳為用至少2Hz的雷射束頻率掃描該分區。
可同時或者以某個時間順序對整個分區進行加熱。
較佳地，沿一封閉線條進行加熱。
可以進行加熱，使得在其分區與初始玻璃之剩餘區域之間設有預定的熱梯度。
較佳地，利用適宜的量測法，特別是，利用熱像感測器，量測其熱梯度，以及/或者，利用適宜的量測法，特別是，利用光學感測器及/或聲學感測器，量測其變形。
另外的作用力特別是可透過對經加熱的初始玻璃施加過壓及/或負壓而實現。
另外的作用力可透過在初始玻璃上的壓差而施加。
另外的作用力同樣可透過較佳為作用於玻璃板之高黏度地點的機械印模而傳遞。
較佳地，採用不作用於其玻璃之黏度<1013dPas的區域的作用力。
所獲得的玻璃製品較佳不具有尺寸大於1μm、特別是大於0.1μm的雜質(Pits)。
所獲得的玻璃製品尤佳為呈半殼形形狀。
藉由在存在新的溫度/黏度曲線時反向施力，亦可獲得其他形狀。特別是，在已沈降的區段內部之伸出原有玻璃盤之平面的區段所具有的形狀。
根據本發明，依照本發明之方法製造的玻璃製品可應用於電子設備，特別是，用作為外殼或屏幕之一部分。
1‧‧‧(變形)平板玻璃；(預定形狀)成型玻璃製品
2‧‧‧(平板玻璃)分區；平均黏度區域(107至1013dPas)
3‧‧‧(平板玻璃)分區；低黏度區域(104至108dPas)
4‧‧‧(平板玻璃)分區；平均黏度區域(107至1013dPas)
5‧‧‧(平板玻璃)分區；彎曲黏度區域(107至1012dPas)
6‧‧‧低黏度至彎曲黏度之過渡
7‧‧‧支承部；支架
8‧‧‧高黏度區域(>1012dPas)
A-A‧‧‧截線
B，C‧‧‧彎曲點間的過渡區域
圖1為包含若干較佳處理步驟的流程圖。
圖2為在平板玻璃中製造凹處及本發明之玻璃製品，該平板玻璃係在變形期間於外部被保持住。圖上部為其俯視狀態，圖下部為沿截線A-A取得之截面狀態。
圖3為平板玻璃中之一區域發生沈降及本發明之玻璃製品，該平板玻璃係在變形期間於外部被保持住。圖上部為其俯視狀態，圖下部為沿截線A-A取得之截面狀態。
圖4為平板玻璃之周邊區域發生沈降及本發明之玻璃製品，該平板玻璃係在變形期間於內部被保持住。圖上部為其俯視狀態，圖下部為沿截線取得之截面狀態。
圖5為在平板玻璃中成型一扁平帽罩及本發明之玻璃製品。圖上部為其俯視狀態，圖下部為沿截線A-A取得之截面狀態。
圖6顯示在成型玻璃製品上測得A、d、ρ、B、γ及l。
[實施例]
圖1為包含自由成型的製造具有預定形狀的模製玻璃製品之較佳處理步驟的示範性流程圖。首先係預定(規定)待成型的玻璃製品之形狀。再計算相應的溫度-(黏度-)時間-作用力曲線。亦即，求得需要在何種溫度條件下以多大施力將初始玻璃之哪個分區加熱多久，以獲得所期望的變形。利用雷射束進行加熱。亦即，一個相應的雷射掃描器係以實現所期望的溫度-(黏度-)時間曲線的方式加以編程。透過在其玻璃盤上之壓差大小來調節施力。此初始玻璃(平板玻璃)係被提供、被保持在相應的位置，並且，以使得初始玻璃變形為具有預定形狀的成型玻璃製品的方式，運作其溫度-(黏度-)時間-作用力程式。最後步驟為取出成型玻璃製品。
圖2為在矽酸鋁平板玻璃(變形的平板玻璃1)中製造出凹處，而此矽酸鋁平板玻璃係在變形期間被外部地保持住。將初始玻璃(平板玻璃)之分區2加熱至使此分區2獲得107至1013dPas之黏度的溫度，將分區3加熱至使此分區3獲得104至108dPas之黏度的溫度。採用加熱方式，使得該初始玻璃在其被保持之位置的黏度不低於1013dPas。透過施力而在玻璃板上產生的壓力差，使得經加熱的初始玻璃發生變形，直至達到玻璃製品之預定形狀。
圖3為在平板玻璃(變形的平板玻璃1)中製造出不對稱的凹處，而此平板玻璃係在變形期間被外部地保持住。將初始玻璃(平板玻璃)之分區2、3、4、5及6加熱至不同溫度，使得該等分區獲得不同的黏度。採用加熱方式，使得該初始玻璃在其被保持之位置的黏度不低於1013dPas。透過施加重力使得經加熱的初始玻璃發生變形，直至達到玻璃製品之預定形狀。
圖4為平板玻璃之周邊區域發生變形，此平板玻璃係在變形期間於內部被保持住。
本發明純粹透過時間-黏度-作用力施加來控制變形，亦即，不採用任何平面式模具接觸，故毋需應用昂貴的模具。
本發明將平板玻璃(初始玻璃)至少局部加熱至與1013dPas之黏度相應的溫度。平板玻璃被保持在某個不發生變形的區域。此玻璃在此區域內的黏度保持在>1013dPas的水平，以免玻璃表面因支撐件而受損。在各區域內的黏度發生急劇下降，使得此平板玻璃之各分區出現「下陷」或沈降。其中，最小黏度值可為108dPas或105dPas，具體則視玻璃厚度、期望變形度、及施加於待變形位置的重力而定。選擇時間-黏度-作用力曲線，使得其變形在達到期望的形式、或期望的 中間形式之某個時間點上停止。
根據待製造的玻璃製品之預定形狀，需要採用非常大的黏度梯度及溫度梯度。較佳為利用雷射輻射(雷射掃描器)進行加熱來實現此點。透過選擇相應的雷射源，可採用不同的波長，其基於不同的吸收而以不同的深度透入初始玻璃，從而產生不同的初始玻璃深度。亦可採用其他光源，特別是，在需要發生輕度變形、且所要求的黏度梯度較小的情況下。
較佳地，採用平面式熱像感測器，監測溫度分佈。
亦可採用用於偵測玻璃變形狀態的感測器，來檢查變形情況。根據一種實施方式，此等感測器係用於確定最終形狀。根據另一實施方式，此等感測器用於調節相關作業程序。尤佳地，採用超音波感測器及/或光學感測器。
待變形的平板玻璃被容置於一個框架內，使得其各個分區可在此平板玻璃內部發生變形。平板玻璃亦可採用中央支撐方案，以便其相應的周邊發生變形。無論何種情形，支承面皆採用使平板玻璃不在緊挨該支承面之處發生變形的設計方案。
根據需要達到的形狀，較佳地可以某個時間順序對平板玻璃上之某些點進行加熱，以便將黏度較高的玻璃用作為待變形的玻璃之支架。在此情況下，相應之彎曲點可調節至例如為109dPas至108dPas的平均黏度，具體則視槓桿長度而定。
彎曲點與沈降區域之過渡區域內(如圖3中點B與點C之間)，黏度必須呈連續式分佈。
利用本發明，可製成任意的、可藉由沈降製造的形狀。舉例而言，圖5為在平板玻璃1中製造一個扁平帽罩，此帽罩例如可 用於在觸敏屏幕(觸摸屏)中導引手指。此處係對分區3進行加熱。
透過上述方式成型的玻璃較佳為在行動式或非行動式電子設備中用作玻璃罩。
下表為本發明之玻璃製品的表面性質，其係自尺寸為1150 x 850mm的平板玻璃依照本發明之方法成型：
＊該等數值係使用0.8mm/8mm閉塞濾波器在Zeiss Surfcom 1400量測系統上測得；樣本大小280x280mm。
本發明之玻璃製品，即依照本發明製造的玻璃製品，較佳為具有<50μm的厚度公差，<50μm的厚度波動，<0.05%的翹曲，及<150nm的波紋(後兩個數值係針對玻璃製品之未發生變形的區域)。
7‧‧‧支承部；支架

Claims (19)

  1. 一種自由成型地製造具有預定形狀的模製玻璃製品之方法，其中，此方法至少包括以下步驟：提供初始玻璃；保持住該初始玻璃；加熱該初始玻璃之某個分區，使得在此分區內，該初始玻璃獲得109至104dPas、特別是108至104dPas的黏度，且使得該初始玻璃在其被保持之位置的黏度不低於1013dPas，其中，用至少一雷射束沿一封閉線條進行加熱；以及透過施加外力，使得經加熱的該初始玻璃發生變形，直至達到玻璃製品之預定形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，採用平板玻璃為初始玻璃。
  3. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，採用石灰鹼玻璃、硼矽玻璃或矽酸鋁玻璃為初始玻璃。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，將該初始玻璃預加熱。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，選擇加熱參數，特別是，該初始玻璃之在該分區內所需要獲得的黏度，以及，變形參數，特別是，變形時間，使得其變形在該初始玻璃達到該預定形狀的情況下停止。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，利用至少一個燃燒器或者利用紅外線輻射進行加熱。
  7. 如申請專利範圍第8項之方法，其中，用至少2Hz的雷射束頻率掃描該分區。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，同時或者以某個時間順序對其整個分區進行加熱。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，進行加熱，使得在該分區與該初始玻璃之剩餘區域之間設有預定的熱梯度。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中，利用適宜的量測法，特別是，利用熱像感測器，量測該熱梯度。
  11. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，利用適宜的量測法，特別是，利用光學感測器及/或聲學感測器，量測其變形。
  12. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，其施加外力係透過對經加熱的該初始玻璃施加過壓及/或負壓而實現。
  13. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，其施加外力係透過在該初始玻璃上的壓差而施加。
  14. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，其施加外力係透過印模而施加。
  15. 如申請專利範圍第16項之方法，其中，其施加外力係透過作用於玻璃之黏度大於1012dPas之分區的印模而實現。
  16. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，所獲得的玻璃製品不具有尺寸大於1μm、特別是大於0.1μm的雜質。
  17. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中，所獲得的玻璃製品呈半殼形形狀。
  18. 一種依照申請專利範圍第1至17項中任一項所製造的玻璃製品的應用，應用於電子設備，特別是用作外殼或屏幕之一部分。
  19. 一種經成型的、自初始玻璃獲得的玻璃製品，其具有至少一沈降T，此沈降之關係式為： T>(AdρBg)/(γl)，其中A=初始玻璃之需要沈降的面積；ρ=玻璃密度；g=重力加速度；γ=經加熱的初始玻璃之表面張力；d=初始玻璃之厚度；B=初始玻璃上之經加熱的加熱區之寬度，l=初始玻璃上之經加熱的線條之長度，且其中，成型玻璃製品之表面在變形完畢後不具有任何大於1μm、特別是大於0.1μm的雜質。
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