專利名稱：用來形成玻璃制品的漸進(jìn)式壓制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過以漸進(jìn)式(progressive)方式進(jìn)行壓制來制造玻璃制品的方法； 具體來說，本發(fā)明涉及能夠形成具有均勻的壁厚和彎曲邊緣的制品的方法。
背景技術(shù)：
玻璃制品的壓制是本領(lǐng)域已知的，在很多專利申請中進(jìn)行了描述，例如美國專利第4，362，429號(描述了用來由熔融玻璃片壓制玻璃制品的方法和設(shè)備)，第4，797，144號 (描述了用來壓制和模塑光學(xué)元件的方法)，第5，122，177號(描述了用來對玻璃片進(jìn)行壓制以形成彎曲的機(jī)動車窗的方法)，第5，192，353號(描述了用來壓制接近鳥巢形狀的玻璃制品的方法)，第5，213，603號(描述了用來壓制成形玻璃制品的壓環(huán)設(shè)備)，以及第 5，695，537號(描述了用來彎曲玻璃片以形成彎曲的玻璃形狀的方法)。通常用玻璃加工工藝制造玻璃制品，例如TV面板，飲料玻璃杯，碟子，花瓶，煙灰缸，以及形成預(yù)成形件，在之后的步驟中對預(yù)成形件進(jìn)行吹塑(“壓制-吹塑”法)。在這些工藝中，將熔融玻璃的“凝塊”放在模具中，用柱塞壓在所述玻璃凝塊上，以形成制品。但是， 這些用來形成玻璃制品的方法不能用來形成小的薄的玻璃片，例如本文所述的這些。另外， 這些方法在小于軟化點(diǎn)的粘度(107 6泊(Poise))下進(jìn)行，由于壓制的凝塊的玻璃厚度不均勻，經(jīng)常會在玻璃中形成“細(xì)小的斑點(diǎn)”，有害于最終制品的強(qiáng)度。在較低粘度下制造的制品還具有更大的扭曲，不適合用于高精度的成形。盡管上述專利描述了玻璃制品的形成，但是這些方法均不適合用來形成均勻的薄的精密玻璃制品，例如用作小型電子裝置外殼的那些；所述小型電子裝置是例如手機(jī)、個(gè)人音樂裝置、計(jì)算器和其它的小型裝置。本領(lǐng)域已知的方法無法形成可以用于這些裝置的薄玻璃制品。因此，人們非常需要開發(fā)一種方法，形成尺寸容差小于0. 2毫米的薄玻璃制品， 其可以用于很多種裝置。發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種用來形成薄的精密玻璃制品的方法，在本文中稱作“漸進(jìn)式壓制 (progressive pressing) ”。在一個(gè)實(shí)施方式中，使用本發(fā)明的方法形成的制品的厚度小于 5毫米。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述制品的厚度小于2毫米。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述制品的厚度小于1毫米。在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種用來形成小而薄的玻璃制品的方法，所述方法包括以下步驟提供模具，所述模具由具有空腔的模頭以及能夠適合放入所述模頭的空腔內(nèi)的柱塞組成，所述模頭包括底部，與底部夾角為45-90度且與所述底部接觸的側(cè)壁，與所述側(cè)壁限定的平面平行的端壁，以及在所述模頭內(nèi)從所述側(cè)壁向外延伸到所述端部區(qū)域的成形過渡(transition)區(qū)域，所述過渡區(qū)域在所述側(cè)壁和端壁之間的空腔的內(nèi)部周圍是連續(xù)的；提供具有長度、寬度和厚度尺寸的玻璃片，使得玻璃在端部區(qū)域和過渡區(qū)域的連接處適合進(jìn)入模具之內(nèi)；將玻璃加熱至粘度為IO7-IO13泊；使得柱塞下降，與所述玻璃接觸；對玻璃施加漸增的壓力；對玻璃進(jìn)行壓制，直至側(cè)壁顯著彎曲，由此形成玻璃制品；任選對玻璃進(jìn)行冷卻，直至粘度> IO9 ；撤回柱塞；將玻璃制品從模頭取出。所述端部區(qū)域用來使得玻璃工件與模頭對齊。可以使端部區(qū)域的側(cè)壁傾斜、彎曲或斜切，以幫助對齊工件。所述側(cè)壁也可以以用銷、塊體或其他對齊裝置代替。可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的導(dǎo)引銷、 導(dǎo)軌、滑動件或其他固定設(shè)備，使得柱塞與模頭對齊。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述側(cè)壁與底壁接觸。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述模頭是無底的模頭，使得進(jìn)行成形的玻璃制品能通過模頭并從底部移出。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述端壁不平行于側(cè)壁。在另外的實(shí)施方式中，將玻璃加熱至粘度為IO8-IOltl泊。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述柱塞是空心柱塞，與玻璃接觸的柱塞面具有開口，經(jīng)由所述開口，通過所述柱塞對玻璃施加真空，以將玻璃保持就位，防止底部翹曲，并玻璃制品形成之后將其從模頭拔出。任選的，在形成之后，可以對所述開口進(jìn)行加壓，從而將部件從柱塞彈出。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種無底的模頭，所述柱塞是空心的柱塞，與所述玻璃接觸的柱塞面中包括開口，通過所述柱塞對所述玻璃施加真空，以將玻璃保持就位， 在制品形成的時(shí)候?qū)⒉Ａ哪ｎ^拔出，或者當(dāng)將柱塞完全推過模頭的時(shí)候，將形成的玻璃制品釋放在接收表面上(例如合適的傳送帶或旋轉(zhuǎn)臺)。所述真空柱塞除了用來將玻璃保持就位以外，還可以用來減少或消除壓制加工過程中玻璃表面發(fā)生的任意翹曲。任選的，在形成之后，可以對所述開口進(jìn)行加壓，從而將部件從柱塞彈出。附圖簡要說明盡管說明書以及權(quán)利要求書得出結(jié)論并具體指出和明確要求保護(hù)本發(fā)明的主題， 但是我們認(rèn)為結(jié)合附圖，能夠更好地理解以下說明書。一些附圖，例如圖5顯示了光反射。

圖1是各種可以用來形成玻璃制品的成形玻璃工件。圖2顯示了玻璃制品(右圖)以及用來形成該玻璃制品的工件或坯件(左圖)。圖3是由圖1所示的工件12制造的壓制后玻璃的側(cè)面斜視圖，顯示了制品的深度及其圓化角。圖4是圖3的制品的斜視圖。圖5是具有不同深度的兩個(gè)玻璃制品的側(cè)面和底部的斜視圖。圖6顯示了包括置于模頭的彎曲部分上的玻璃片(工件)的漸進(jìn)式壓制設(shè)備(模頭/柱塞)。圖7A和7B顯示了漸進(jìn)式壓制工藝的起始和結(jié)束。圖8顯示了空心柱塞22a以及連接于所述柱塞/棒組件的真空源62，其可以用來通過與所述玻璃工件100接觸的柱塞面內(nèi)的開口 60將玻璃工件保持就位。圖9顯示了本文所述的不同的熱源可以用來對玻璃工件100的選定的區(qū)域進(jìn)行加熱的情況。圖10顯示了沒有端壁的模頭。圖11基于圖10，顯示了無底的模頭。
圖12顯示了由本發(fā)明方法制造的玻璃制品的測量橫截面。發(fā)明詳述應(yīng)當(dāng)理解，沒有具體顯示或描述的那些元件可以采取本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的各種變化形式。例如，用來使得柱塞上升和下降的機(jī)構(gòu)，加熱爐或烘箱的加熱元件，傳送帶和圓臺，以及微波、輻射、感應(yīng)加熱和其他加熱元件都是玻璃加熱領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的，除非與本發(fā)明的方法和設(shè)備所引起的變化有關(guān)，否則在本文中都不進(jìn)行描述。在本文中通過圖示和描述來沿著本發(fā)明操作路徑說明操作的關(guān)鍵原理以及部件關(guān)系，但是附圖不一定按照實(shí)際尺寸或比例繪制?？赡苄枰恍┛浯髞韽?qiáng)調(diào)基本結(jié)構(gòu)關(guān)系或者操作原理。一些用來實(shí)施所述實(shí)施方式所需的常規(guī)部件，例如各種緊固件，對齊銷，導(dǎo)引件和固定件在附圖中沒有顯示，以簡化本發(fā)明的描述。在附圖以及以下文字中，類似的部件用類似的附圖標(biāo)記表示，之前已經(jīng)描述過的關(guān)于部件、設(shè)置或部件之間的相互作用的類似描述予以省略?？梢圆捎渺o態(tài)負(fù)荷或者動態(tài)負(fù)荷進(jìn)行壓制。在一個(gè)實(shí)施方式中，采用靜態(tài)負(fù)荷，將玻璃部件放置在模頭上，將玻璃/模頭的組合放置在加熱爐中。然后將柱塞放置在玻璃的頂上，在柱塞頂上放置重物。然后將內(nèi)部裝有玻璃、模頭、柱塞和重物的加熱爐封閉，加熱至使得玻璃的粘度為IO7-IO13泊的溫度，保持該溫度足夠的時(shí)間，以使得玻璃部件完全成形。 所述柱塞頂上的重物與柱塞本身的重量相結(jié)合，對玻璃施加恒定的負(fù)荷，將玻璃壓制成所需的形狀。在另一個(gè)實(shí)施方式中，采用動態(tài)負(fù)荷，提供包括模頭和可移動柱塞的加熱爐。將所述玻璃部件放置在模頭上，封閉加熱爐。然后可以對加熱爐的內(nèi)部進(jìn)行加熱，在加熱爐溫度升高的時(shí)候，使得玻璃柱塞與之內(nèi)的玻璃接觸。當(dāng)玻璃達(dá)到IO7-IO13范圍的粘度的時(shí)候， 柱塞對經(jīng)受成形工藝的玻璃施加壓力。所述壓力連續(xù)增大，施加于玻璃，將玻璃壓制成所需的形狀。當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定的最大值的時(shí)候，停止施加壓力，撤回柱塞，所述壓力的預(yù)定的最大值可以對于每種厚度的每種玻璃組成通過實(shí)驗(yàn)確定。然后將形成的部件從模頭和烘箱中取出。當(dāng)采用靜態(tài)法的時(shí)候，對于厚度等于或小于2毫米的玻璃，靜態(tài)負(fù)荷為1-8千克。對于1毫米厚的部件，靜態(tài)負(fù)荷為3-6千克。對于0. 5毫米厚的部件，靜態(tài)負(fù)荷為2-5千克。 對于具有不同厚度和尺寸的部件，所述靜態(tài)負(fù)荷可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)。當(dāng)采用動態(tài)法的時(shí)候，動態(tài)負(fù)荷的上限落入相同的1-8千克的限制。也即是說，對于0.5毫米的部件，動態(tài)負(fù)荷上限為3-6千克，對于0. 3毫米的部件，上限為2-5千克。目前，用于小型裝置的薄玻璃制品，特別是由小玻璃片或工件制造的那些薄玻璃制品，不得不通過對玻璃基材進(jìn)行機(jī)械加工而制得。(本文所用術(shù)語“片”和“工件”可以互換使用)。目前已知的真空彎垂和壓制法無法制造具有均勻厚度或者尺寸容差小于0. 2毫米的薄而復(fù)雜的玻璃形狀。圖1以非限制性的方式顯示了可以使用本發(fā)明的方法制造的玻璃制品的不同的玻璃形狀。在圖1中，附圖標(biāo)記11顯示了具有直角的角的矩形工件，附圖標(biāo)記12顯示了具有圓化的角的矩形工件，附圖標(biāo)記13顯示了橢圓形工件，附圖標(biāo)記14顯示了圓形工件?？梢允褂煤线m的柱塞/模頭的組合將圖1所述的各個(gè)工件加工成與工件形狀相同的制品(即矩形、橢圓形或圓形)。也可以使用本發(fā)明的方法對形狀不同于圖1所示的工件進(jìn)行加工。對于不同形狀的工件，必須使用適當(dāng)形狀的模頭和柱塞。在本發(fā)明的附圖中，除非另外說明，否則，用來制造所示制品的玻璃的厚度為1. 3毫米(0. 13厘米)。另外， 所述柱塞的尺寸小于所述玻璃工件的尺寸。例如，當(dāng)使用長15厘米、寬6厘米、厚1. 3毫米
6的工件的時(shí)候，可以使用面尺寸(與玻璃工件接觸的側(cè)面)為14厘米X5厘米的柱塞形成在各側(cè)上具有約0.5厘米(5毫米)的深度的制品。所述柱塞可以在工件上置于中心，從而在最終產(chǎn)品中獲得這些尺寸。例如，圖2-5顯示了根據(jù)本發(fā)明制造的玻璃制品。所述玻璃制品呈矩形形狀，此種形狀可以用于很多小型電子制品，例如手機(jī)、個(gè)人音樂播放器和其它的裝置。在這些裝置中，希望玻璃制品的厚度盡可能薄，同時(shí)保持機(jī)械可靠性。本發(fā)明的方法特別適合用來加工具有以下尺寸的玻璃片其厚度小于5毫米，并且(1)，各自獨(dú)立地，長度和寬度(或者對于橢圓形制品，為主軸和副軸)小于或等于25厘米(<25厘米)，或(2)直徑小于或等于25 厘米。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述厚度小于3毫米。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述長度和寬度各自獨(dú)立地為4-15厘米。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述厚度小于1毫米。在另一個(gè)實(shí)施方式中，彎曲半徑小于玻璃厚度的兩倍。圖2顯示了在漸進(jìn)式壓制之前(100，左側(cè))和之后(102，右側(cè))的玻璃工件。圖 3和圖4是圖2所示的制品的斜視圖，不同之處在于，圖4僅僅顯示了形成的制品。圖3顯示了使用本發(fā)明所述的方法制造的制品的照片。在此工藝中，將1. 3毫米厚的平坦的片壓制成淺的“碟”，該碟具有平坦的底部和連續(xù)的側(cè)壁，所述側(cè)壁延伸至比碟的底部高3. 5毫米。將制品的角切成圓角，以免在壓制過程中發(fā)生彎曲。圖5顯示了使用本發(fā)明的方法形成的具有不同深度的兩種玻璃制品102和104，左邊的制品102與圖2-4所示的制品相同。 將圖5的制品翻轉(zhuǎn)成底朝天，以更好地顯示角處的曲率以及從制品底部到側(cè)壁的彎曲的過渡情況。兩個(gè)制品的長度和寬度都在4-15厘米的范圍內(nèi)，左邊的制品102的深度約為1厘米(10毫米)，右邊的制品104的深度約為0.3厘米(3毫米)。圖5的制品由小玻璃片或工件形成，例如圖2所示的那些。但是，圖2的玻璃片不適于進(jìn)行彎垂，這是因?yàn)槠涠盖偷谋谂c底部成直角，這會造成側(cè)壁的拉伸，因此在最終制品的高沖擊區(qū)域形成薄的點(diǎn)，這會導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度脆弱的制品。類似的，通常使用玻璃凝塊進(jìn)行的熱玻璃或熔融玻璃的壓制也不適合用來形成厚度小于1毫米的玻璃制品，特別是厚度小于0.5毫米的玻璃制品。特別不適合具有90° (直角)的側(cè)壁的制品，這是因?yàn)樵趬褐七^程中，由于玻璃的驟冷，玻璃無法流入角區(qū)域。但是本文所述的漸進(jìn)式壓制工藝克服了這些難題。圖6是根據(jù)本發(fā)明用來形成玻璃制品的設(shè)備20的主要部件的切面?zhèn)纫晥D，其中驅(qū)動機(jī)構(gòu)、加熱爐等之類的元件省略掉了。所述設(shè)備20包括模頭21和柱塞22，包括與柱塞連接的移動棒23。所述柱塞具有頂壁、側(cè)壁和底壁，底壁用附圖標(biāo)記27表示，其它的壁未給予附圖標(biāo)記。如圖所示，所述模頭21包括側(cè)壁28(前側(cè)壁和后側(cè)壁未顯示)，端壁M(前端壁和后端壁未顯示)，底壁四以及圍繞模頭從側(cè)壁觀向外延伸到端壁M的過渡區(qū)域 26。相對側(cè)壁之間的距離小于與相對側(cè)壁相關(guān)的相對端壁之間的距離，這是因?yàn)檫^渡區(qū)域 26是圍繞模頭在端壁和側(cè)壁之間向外延伸的，以及模頭各側(cè)面上的端壁和側(cè)壁是互相平行的。過渡區(qū)域的形狀是非常重要的，應(yīng)當(dāng)是平整且凸起的，以防產(chǎn)生任何尖銳的邊緣，所述尖銳的邊緣有可能在玻璃滑過的時(shí)候鉤掛玻璃，造成劃傷或溝槽。所述過渡區(qū)域沈的截面可以是簡單的圓弧，橢圓形，或者任意其它的平整的連續(xù)表面。將圖中顯示為100的玻璃片放置在端壁M附近的過渡區(qū)域沈上，加熱至IO13至IO7泊，然后壓制成成形的制品?？梢栽趯⒉ＡХ胖迷谶^渡區(qū)域上之后，對玻璃進(jìn)行額外的加熱，例如使用紅外輻射進(jìn)行加熱。圖6的箭頭顯示了柱塞的向下運(yùn)動。在一個(gè)實(shí)施方式中，圖6的模頭可以具有可拆卸的底部， 或者是無底的模頭，使得進(jìn)行壓制的玻璃片可以通過模頭，落在收集表面上。圖11顯示了無底模頭的一個(gè)例子。在設(shè)備20的另一個(gè)實(shí)施方式中，如圖10所示，所述模頭21a沒有端壁M。如圖 10所示，所述模頭包括側(cè)壁^a (前側(cè)壁和后側(cè)壁未顯示)，底壁29a和過渡區(qū)域^a，如圖 10所示，所述過渡區(qū)域圍繞模頭21a從側(cè)壁^a向外延伸。柱塞22和向下移動的棒23如圖6所示。將圖中顯示為100的玻璃片加熱至IO13至IO7泊，設(shè)置在過渡區(qū)域26a上，然后壓制成成形制品?？梢栽趯⒉ＡХ胖迷谶^渡區(qū)域上之后，對玻璃進(jìn)行額外的加熱，例如使用紅外輻射進(jìn)行加熱。圖10的箭頭顯示了柱塞的向下運(yùn)動。圖7A和7B顯示了如圖6所示使用模頭和柱塞的情況，圖中顯示了壓制工藝開始和結(jié)束的情況。在圖7A中，柱塞22(圖中未顯示棒部分)與軟化的玻璃100接觸，對軟化的玻璃100施加壓力，使得玻璃在通過過渡區(qū)域沈的過程中，玻璃的側(cè)面開始變形，形成玻璃制品。在圖7B中，附圖標(biāo)記100顯示了與圖7A相比，在成形工藝中進(jìn)一步加工的玻璃， 附圖標(biāo)記102顯示了制品的成形完成之后的玻璃制品。虛線箭頭顯示了柱塞22進(jìn)一步移動以形成制品。一旦成形完成，撤回柱塞，將完成的制品102從模頭移出。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述柱塞面是實(shí)心的。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述柱塞22和移動棒23可以是空心的， 所述柱塞面可以具有通過該面的開口，可以在成形過程中施加真空，從而將玻璃保持就位， 在成形工藝完成的時(shí)候，將玻璃從模頭中移出。還可以將圖10所述的設(shè)備用于參照圖7A 和7B所述的壓制工藝。所述玻璃片可以由任何適合用于預(yù)期用途的玻璃制造；例如，硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、二氧化硅-氧化鈦玻璃、二氧化硅-氧化鋁玻璃、堿金屬鋁硅酸鹽玻璃(例如Corning Gorilla 玻璃)以及本領(lǐng)域已知的其它的玻璃。首先將玻璃切割成一般的形狀，對邊緣進(jìn)行精整(也即是說，進(jìn)行平直化、圓化、拋光、研磨或其它的加工，以制備所需的表面和邊緣)。然后將玻璃加載入設(shè)備20中，使得玻璃100的端部置于模頭21的過渡區(qū)域沈上。然后將玻璃100和設(shè)備加熱至接近玻璃的軟化點(diǎn)，通常加熱至玻璃的粘度為IO7-IO13泊，相當(dāng)于溫度約為600-875°C。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，粘度為IO8-IO12泊，最優(yōu)選為IO8-IO10泊(對于Corning GorillaTM玻璃為680-800°C )。優(yōu)選在盡可能冷的條件下(較高的粘度)對玻璃100進(jìn)行壓制，因?yàn)樵趬褐频臅r(shí)候玻璃的溫度越低，則最終制品的表面精整和尺寸容差越好。但是，較低的壓制溫度使得壓制過程較慢。因此，對壓制速度和最終制品的質(zhì)量之間進(jìn)行權(quán)衡折衷。根據(jù)產(chǎn)品的指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)因素和其它的因素來確定溫度 /壓制壓力的選擇。另外，如果玻璃變得過冷，也即是說，如果玻璃接近其Tg或退火點(diǎn)，玻璃可能會折斷而非彎曲。在壓制工藝完成之后，將制品和模具從加熱爐內(nèi)取出；冷卻至低于使得玻璃粘度為IO7-IO13泊的溫度，例如但不限于，對于在600-875°C的溫度下粘度為IO7-IO13泊的玻璃， 將玻璃溫度冷卻至450-650°C ；然后將壓制的制品從模具中取出，然后對制品進(jìn)行進(jìn)一步的冷卻。在一個(gè)實(shí)施方式中，例如對于在600-875°C溫度范圍內(nèi)的粘度為IO7-IO13泊的玻璃， 將制品從加熱爐內(nèi)取出，冷卻至480-620°C，然后將制品從模具中取出。一般來說，將制品冷卻至比玻璃成形溫度低50-150°C的溫度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，在壓制完成之后，如上文所述，在加熱爐內(nèi)將制品冷卻，將制品和模具從加熱爐移出，然后將制品從模具移出。
在本發(fā)明的漸進(jìn)式壓制法中，模頭和柱塞的形狀是重要的參數(shù)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，如圖6所示，所述模頭包括圓弧、斜角、橢圓區(qū)段、旋渦狀或從玻璃片的“加載點(diǎn)”到最終形狀的其他逐漸過渡。所述形狀將從邊緣開始，逐步向著部件的中心推進(jìn)，對部件進(jìn)行逐步成形。由此可以進(jìn)行最大的彎曲運(yùn)動，因此可以在高粘度情況下進(jìn)行壓制，在此情況下， 表面精整效果最佳。所述逐步的形狀可以是平滑而連續(xù)的，以避免出現(xiàn)任何不連續(xù)結(jié)構(gòu)，所述不連續(xù)結(jié)構(gòu)可能會對玻璃滑動和彎曲成所需形狀造成扭曲鉤掛、劃痕或其它的影響。所述柱塞的形狀與模頭的形狀以及進(jìn)行成形的玻璃制品的形狀相符。如圖6，7A和7B所示， 所述柱塞可以具有與玻璃接觸的圓化的或方形的角。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述柱塞的角的形狀為最終制品所需的形式；例如，如圖2-5所示為圓化的角。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，將所述玻璃片100放在模頭21中，使得其置于過渡區(qū)域沈上。然后在加熱爐內(nèi)將模頭21、柱塞22和玻璃100加熱至接近玻璃的軟化點(diǎn)，使用柱塞對玻璃逐漸施加壓力，將玻璃壓入模頭中，形成制品。當(dāng)壓制完成的時(shí)候，將模頭從加熱爐取出，使其冷卻，將玻璃制品從模頭取出。在一個(gè)實(shí)施方式中，模頭20的底部四不存在，完成的玻璃制品被柱塞推過模頭，移動到接收表面上。在一些情況下，所述模頭是無底的模頭(不存在底部四)，柱塞的移動繼續(xù)進(jìn)行，直至制品102與接收表面(圖中未顯示) 接觸或者幾乎與接收表面接觸。然后撤回柱塞22，將新的玻璃片放入模頭中，加熱至接近其軟化點(diǎn)，重復(fù)該壓制過程。在圖8所示的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述柱塞2 是空心的，在其與玻璃片100接觸的底面27中具有開口 60，使得可以對與柱塞2 接觸的玻璃100的表面施加真空。根據(jù)真空源與柱塞/棒組件的相連位置，棒23a可以是實(shí)心的或者空心的。例如，真空源64通過空心連接器(例如管子)64與柱塞2 相連(或者與棒23a相連)，從而施加真空?；蛘?， 如果棒23a是空心的，可以將真空源與棒連接。所述真空將玻璃保持就位，促進(jìn)由工件100 壓制的玻璃制品102從模頭的去除。然后通過進(jìn)入氣體而破壞真空，使得制品102被釋放， 置于接收表面上。當(dāng)模頭21存在底部四的時(shí)候，在將片材從模頭21撤出并置于接收表面上之后，破壞真空。如果模頭21內(nèi)不存在底部四，則在制品102通過模頭并置于接收表面上的時(shí)候破壞真空。在另一個(gè)實(shí)施方式中，在采用真空或不采用真空的情況下，將柱塞組件置于烘箱、 加熱爐或其他加熱設(shè)備中，所述加熱設(shè)備包括(1)通過該設(shè)備的傳送帶，或者( 位于加熱爐內(nèi)的旋轉(zhuǎn)臺，所述傳送帶或旋轉(zhuǎn)臺各自能夠容納多個(gè)模頭，在模頭上具有玻璃片，如本文所述。使得模頭移動，直至其位于柱塞下方，此時(shí)模頭停止移動。然后使得柱塞下降，與玻璃接觸，如本文所述將玻璃漸進(jìn)式壓制成玻璃制品。當(dāng)壓制完成的時(shí)候，將柱塞從模頭撤回， 將模頭從柱塞下方移出，代之以其中包括玻璃片100的新模頭?；蛘?，當(dāng)使用無底模頭的時(shí)候(見圖11，其基于圖10，不同之處在于，29b表示通過除去圖10的底部^a在模頭的底部形成的開放區(qū)域)，將壓制成形的制品從模頭的底部推出。然后將壓制成形的制品置于模頭下方的表面上。然后，柱塞通過模頭撤回，可以移除模頭，代之以其上具有玻璃片100的新模頭，或者在模頭上放置新的玻璃片100。圖6，&a，7B和9所示的模頭也是無底的模頭。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)包括壓制后的玻璃的模頭位于可以從加熱區(qū)域移出的位置的時(shí)候，將模頭從加熱區(qū)域移出，從加熱設(shè)備取出，然后將壓制后的玻璃制品從模頭移出。 在將包括壓制后的玻璃制品的模頭從傳送帶或旋轉(zhuǎn)臺移出的時(shí)候，將包括未壓制的玻璃片的另外的模頭置于傳送帶或旋轉(zhuǎn)臺上?；蛘撸?dāng)使用旋轉(zhuǎn)臺的時(shí)候，插入玻璃片，重復(fù)該循環(huán)。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)將加熱爐或烘箱用作加熱設(shè)備的時(shí)候，所述烘箱具有擋板或隔膜以形成不同溫度的區(qū)域，以便促進(jìn)在壓制之前和壓制過程中對玻璃的加熱，以及在壓制之后對玻璃的冷卻。盡管以上的段落描述了在加熱爐或烘箱中對整個(gè)柱塞、模頭和玻璃組件進(jìn)行加熱，但是在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，采用局部加熱優(yōu)選對玻璃需要變形和/或彎曲的區(qū)域進(jìn)行局部加熱?？梢允褂幂椛?、感應(yīng)加熱、微波加熱、激光、火焰或本領(lǐng)域已知的其他加熱方法對需要變形和/或彎曲的區(qū)域進(jìn)行局部加熱。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以在過渡區(qū)域沈處，將加熱元件設(shè)置在模頭外側(cè)周圍，在玻璃移動通過模頭的時(shí)候，也通過傳導(dǎo)對玻璃進(jìn)行加熱。圖9顯示圖6的設(shè)備(為了清楚起見，除去了附圖標(biāo)記)，其包括至少一個(gè)加熱源80， 所述加熱源可以是火焰、微波或輻射源，對工件100的外部部分進(jìn)行加熱。圖中還顯示了感應(yīng)加熱源或加熱線圈82，其在壓制開始之前、工件初始設(shè)置位置處圍繞模頭外側(cè)纏繞。用來制造玻璃制品的模頭和模具可以由任意用于壓制玻璃的材料制造。例如，所述模頭/模具可以由鋼和各種鋼合金制成，其上涂覆或不涂覆保護(hù)金屬(例如但不限于用鉬、鈦或鎢涂覆)和/或本領(lǐng)域已知可以用于模塑或擠出玻璃的脫模劑，可以由石墨制成， 涂覆脫模劑或未涂覆脫模劑。鋼模具的一個(gè)例子是涂覆了鉬的鋼模具。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，對柱塞涂覆鋼或鋼合金柱塞，所述模頭是兩部分式模頭，由外部部件和石墨插入件組成，所述外部部件如圖6所示包括底部、側(cè)壁、過渡區(qū)域和端部區(qū)域，所述石墨插入件具有相同的形狀，用來插入所述外部部件。理想情況下，所述模具的熱膨脹系數(shù)(CTE)與玻璃類似，以免在加熱或冷卻過程中產(chǎn)生不同的應(yīng)力或位移，以及保持嚴(yán)格的尺寸控制。還優(yōu)選對玻璃坯件和模具的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得在模塑溫度下，在“端部或加載區(qū)域”和玻璃坯件之間具有5-100微米的間隙，以提供用于玻璃加載和成形的間隙。希望玻璃具有圓弧、斜切、圓化或圓切的邊緣，防止玻璃片在模頭和柱塞的側(cè)面上結(jié)合或鉤掛。還對完成的邊緣提供了一種形狀，如果要在成形之后再進(jìn)行精整，該形狀就太復(fù)雜了。本領(lǐng)域已知的任何玻璃均可通過本發(fā)明的方法進(jìn)行漸進(jìn)式壓制，只要模塑設(shè)備適合于壓制玻璃采用的溫度，要求是在最高操作溫度下，所述設(shè)備不會與選定的玻璃反應(yīng)。形成玻璃-陶瓷的玻璃還可以在成形的同時(shí)陶瓷化，在所述漸進(jìn)式壓制設(shè)備中形成完成的玻璃陶瓷。一般來說，對加熱至粘度為IO7-IO13泊的玻璃進(jìn)行漸進(jìn)式壓制，對于堿金屬鋁硅酸鹽玻璃，這相當(dāng)于溫度約為600-875°C，所述堿金屬鋁硅酸鹽玻璃包括離子交換的堿金屬鋁硅酸鹽玻璃，例如但不限于Gorilla 玻璃(康寧有限公司)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述粘度為IO8-IOltl泊。所述玻璃的例子包括硼硅酸鹽玻璃，鋁硼硅酸鹽玻璃，Gorilla 玻璃(康寧有限公司)以及本領(lǐng)域已知的在等于或低于950°C的溫度下粘度為IO7-IO13的其他玻璃。
實(shí)施例將尺寸約為100厘米X 100厘米、厚度為1. 3毫米的大型鋁硼硅酸鹽玻璃片切割成尺寸為7X15(長X寬)的工件，用于漸進(jìn)式壓制成玻璃制品。在壓制之前，對工件的邊緣進(jìn)行研磨，將角圓化，如圖1所示。將所述工件置于模具21上，將端部區(qū)域M置于過渡區(qū)域M上。然后將裝有工件的模具放入加熱爐內(nèi)，柱塞22下方，所述柱塞22事先安放在加熱爐內(nèi)。將玻璃加熱至粘度為IO7-IO13泊，壓制15分鐘。初始施加的壓力足以使得玻璃開始變形，隨著壓制的繼續(xù)，壓力逐漸增大。確切的壓力將取決于玻璃，在壓制設(shè)備中冷卻的速度，以及玻璃的厚度。在實(shí)驗(yàn)室中，使用放置在柱塞上的4千克的重物進(jìn)行壓制，使得加熱至粘度為IO7-IO13泊的玻璃變形，以根據(jù)模具形成所需的形狀。根據(jù)本發(fā)明，在對玻璃片進(jìn)行壓制的時(shí)候，玻璃片變成包括至少一個(gè)大于45°的彎曲的制品。如圖12所示，圖12顯示了圖3的玻璃制品的截面圖，根據(jù)本發(fā)明所述的方法，當(dāng)彎曲大于70°的時(shí)候，內(nèi)部彎曲半徑100(內(nèi)部彎曲曲率半徑)小于玻璃片的厚度的四倍，玻璃的相鄰邊緣110同時(shí)彎曲。 當(dāng)彎曲大于85°的時(shí)候，所有的邊緣向上彎曲，彎曲的曲率半徑小于玻璃片厚度的兩倍。
盡管已經(jīng)參考有限數(shù)量的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，能夠在不背離本發(fā)明所揭示的范圍的前提下進(jìn)行其他的實(shí)施方式。例如， 本發(fā)明描述了對具有直徑和厚度的玻璃坯塊進(jìn)行熱處理，或者對由坯塊獲得的玻璃芯進(jìn)行熱處理，但是可以根據(jù)本發(fā)明對具有任意厚度和形狀的玻璃進(jìn)行處理。例如，所述玻璃可以是矩形、正方形、八邊形、六邊形、橢圓形等。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種用來形成薄玻璃制品的方法，所述方法包括以下步驟提供模具，所述模具由模頭和柱塞組成，所述模頭包括一個(gè)空腔，所述柱塞能夠適合安裝在所述模頭的空腔內(nèi)，所述模頭包括底部，與所述底部成70度至垂直角度并且與所述底部接觸的側(cè)壁，多個(gè)端壁，以及在所述模頭內(nèi)從所述側(cè)壁向外向延伸到所述端部區(qū)域的成形過渡區(qū)域，所述過渡區(qū)域圍繞所述模頭空腔內(nèi)部從端壁到側(cè)壁是連續(xù)的，其中，所述底部、側(cè)壁和端壁以及所述過渡區(qū)域限定了所述模頭空腔；提供具有長度、寬度和厚度尺寸的玻璃片，使得所述玻璃片在所述端壁和過渡區(qū)域的結(jié)合處適合于放置在所述模具內(nèi)，所述模頭在開始的時(shí)候基本上僅僅在邊緣處與所述玻璃片接觸；將所述玻璃片加熱至粘度為IO7-IO13泊；使得所述柱塞下降以接觸所述玻璃；對所述玻璃施加漸增的壓力；對所述玻璃進(jìn)行壓制，直至玻璃的邊緣充分彎曲，形成成形的玻璃制品；撤回所述柱塞；以及將成形的玻璃制品從模頭取出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供玻璃表示提供厚度小于5毫米的玻璃。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供玻璃表示提供厚度小于2毫米的玻璃。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供玻璃表示提供厚度小于1毫米的玻璃。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述加熱玻璃的步驟包括將玻璃加熱至粘度為 IO8-IOici 泊。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述加熱玻璃的步驟使用選自以下的方法進(jìn)行輻射加熱、感應(yīng)加熱、火焰加熱和微波加熱，以及將模頭、柱塞和玻璃放在烘箱內(nèi)加熱。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述柱塞是空心柱塞，與玻璃接觸的柱塞面中具有開口，可以通過所述柱塞對所述玻璃施加真空，從而在壓制過程中將玻璃保持就位， 以及將玻璃從模頭拔出。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃選自硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃和堿金屬鋁硅酸鹽玻璃。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述模頭從玻璃的加載點(diǎn)向著玻璃的最終形狀逐漸轉(zhuǎn)變，使得在大多數(shù)柱塞位移過程中，玻璃在工件的外半部接觸。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述逐漸轉(zhuǎn)變是選自以下的一種形式圓弧，斜面，橢圓形部分和漩渦形。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃片通過下拉法制造。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述模頭是無底模頭。
13.一種玻璃制品，其通過包括以下步驟的方法制造提供模具，所述模具由模頭和柱塞組成，所述模頭包括一個(gè)空腔，所述柱塞能夠適合安裝在所述模頭的空腔內(nèi)，所述模頭包括底部，與所述底部成70度至垂直角度并且與所述底部接觸的側(cè)壁，多個(gè)端壁，以及在所述模頭內(nèi)從所述側(cè)壁向外延伸到所述端部區(qū)域的成形過渡區(qū)域，所述過渡區(qū)域圍繞所述模頭空腔內(nèi)部從端壁到側(cè)壁是連續(xù)的，其中，所述底部、側(cè)壁和端壁以及所述過渡區(qū)域限定了所述模頭空腔；提供具有長度、寬度和厚度尺寸的玻璃片，使得所述玻璃片在所述端壁和過渡區(qū)域的結(jié)合處適合于放置在所述模具內(nèi)，所述模頭在開始的時(shí)候基本上僅僅在邊緣處與所述玻璃片接觸；將所述玻璃片加熱至粘度為IO7-IO13泊； 使得所述柱塞下降以接觸所述玻璃； 對所述玻璃施加漸增的壓力；對所述玻璃進(jìn)行壓制，直至玻璃的邊緣充分彎曲，形成成形的玻璃制品； 撤回所述柱塞；以及將成形的玻璃制品從模頭取出。
14.如權(quán)利要求13所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃選自硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃和堿金屬鋁硅酸鹽玻璃。
15.如權(quán)利要求13所述的玻璃制品，其特征在于，提供玻璃表示提供厚度小于5毫米的玻璃。
16.如權(quán)利要求13所述的玻璃制品，其特征在于，提供玻璃表示提供厚度小于2毫米的玻璃。
17.如權(quán)利要求13所述的玻璃制品，其特征在于，提供玻璃表示提供厚度小于1毫米的 玻璃。
18.如權(quán)利要求13所述的玻璃制品，其特征在于，所述底壁是可拆卸的底壁，可以將所述底壁從所述模頭拆下，使得所述模頭空腔開放，使得被壓制的玻璃制品可以從一端到另一端通過所述空腔，可以設(shè)置在模頭下方的接收表面上。
19.如權(quán)利要求13所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃彎曲大于70°，內(nèi)部彎曲半徑小于玻璃厚度的四倍，玻璃制品的相鄰的邊緣同時(shí)彎曲。
20.如權(quán)利要求13所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃彎曲大于85°，內(nèi)部彎曲半徑小于玻璃厚度的兩倍，玻璃制品相鄰的邊緣同時(shí)彎曲。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用柱塞和模頭形成厚度小于5毫米的小而薄的玻璃制品的方法，所述模頭包括壁、端部區(qū)域和同時(shí)與所述兩個(gè)壁接觸的過渡區(qū)域，過渡區(qū)域使得當(dāng)從所述端部區(qū)域通過過渡區(qū)域到達(dá)所述壁的時(shí)候，所述模頭的內(nèi)部距離尺寸逐漸減小。
文檔編號C03B11/10GK102264655SQ200980153839
公開日2011年11月30日 申請日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者M·J·德內(nèi)卡 申請人:康寧股份有限公司