边缘处理玻璃工件的切割边缘的制作方法
边缘处理玻璃工件的切割边缘的制作方法
【专利说明】边缘处理玻璃工件的切割边缘
[0001]相关申请交叉参考
[0002]本申请根据35U.S.C.§ 119，要求2012年8月31日提交的美国临时申请系列号61/695，482的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
[0003]背景
[0004]领域
[0005]本发明总体涉及玻璃板，更具体地，涉及化学强化，回火，火焰抛光，或退火玻璃工件的切割边缘的设备和方法。
【背景技术】
[0006]玻璃的化学强化是一种表面精磨过程。在超过300°C的温度下，将玻璃浸没在含钾盐例如硝酸钾的浴中。将未强化的玻璃表面暴露于钾离子，导致玻璃表面中的钠离子被来自盐溶液的钾离子所置换。
[0007]置换钠离子的钾离子比它们置换的钠离子更大。几何上更大的钾离子的插入导致钾离子楔入较小的钠离子迀移到硝酸钾溶液时留下的空隙。这种离子置换导致玻璃表面处于压缩状态，而芯体互补地处于拉伸状态。化学强化的玻璃表面处的压缩导致玻璃破碎和断裂的发生率较低，因为对玻璃表面上较小的刮擦不易于通过该玻璃层传播。
【发明内容】
[0008]除了其它原因以外，化学强化的玻璃板因为优异的机械性能应用于各种应用。本发明的发明人认识到，当切割化学强化的玻璃的工件时，沿着玻璃板切割边缘的优异的机械性能减弱，因为暴露了玻璃的中央张力。发明人还认识到，在化学强化的玻璃板上存在电路和其它温度敏感的组件可使得难以修复沿着玻璃板切割边缘的优异的机械性能。此外，发明人认识到，玻璃板上存在电路和其它温度敏感的组件使得难以施加涉及加热的其它玻璃处理，例如沿着板的切割边缘的回火，火焰抛光，和退火。因此，需要一种方法，其修复化学强化的玻璃的原始强度性质或允许其它边缘处理过程却不损坏设置在玻璃板上的组件。
[0009]具体来说，玻璃基片边缘上具有印刷的电子器件时，其后加工通常限于低温(< 2000C )过程例如酸蚀刻、研磨和抛光，和其它化学和机械技术。这是因为电子器件包括温度敏感的介电层。在大多数产品中，无需较高温度的加工，因为低温后加工技术取得所需的结果，因此这不是个问题。但是，在一些情况下，能将这些工件暴露于较高温度加工是有益的。例如，在进行所以的大片印刷和切割成较小尺寸之后，制造商可能想火焰抛光、退火、离子交换或以其它方式热处理精磨产品的边缘，却不损坏在玻璃基片上包括的电子器件。对于制造商而言，希望将所需的电子器件印刷在大的玻璃板表面上，然后将大的玻璃板切割成最终需要的尺寸，因为这样的步骤允许使用用于印刷电子器件的现有设备，且允许同时施涂用于多个单元的电路图。本文所述的设备和方法允许将玻璃工件的本体保持就玻璃表面上的印刷的电子器件而言可接受的的温度，同时允许将边缘加热到高温用于离子交换，火焰抛光，退火，回火，或以其它方式热处理精磨产品的边缘。
[0010]在玻璃工件的加热边缘和冷却的玻璃工件本体之间形成温度梯度。从玻璃的边缘到温度降低至低于损坏电子器件层处的距离，称为“回烧(burnback)”。这通常约为0.5_2毫米，较短的距离是更理想的，但更难以实现。较短的距离是理想的，因为它允许将电子器件置于更靠近玻璃板的边缘，且对于如全集成触摸屏的应用，最大化屏幕的活性表面区域是所需的。
[0011]本发明的介绍了用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备和方法。
[0012]根据本发明的【具体实施方式】，提供了用于化学强化的玻璃板切割边缘的设备，其包括离子交换源、热源和冷却系统。化学强化的玻璃工件具有活性区域和空闲边缘部分。设置热源来将热量导向离子交换源并将化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到3500C -600°C。冷却系统将化学强化的玻璃工件的活性区域的温度保持低于250°C。冷却系统包括散热组件，其热结合到化学强化的玻璃工件的活性区域。此外，将化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分暴露超出散热组件的范围。
[0013]根据本发明的【具体实施方式】，提供了用于化学强化的玻璃板切割边缘的设备，其包括离子交换源、热源和冷却系统。化学强化的玻璃工件具有活性区域和空闲边缘部分。设置热源来将热量导向离子交换源并将化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到3500C -600°C。冷却系统将化学强化的玻璃工件的活性区域的温度保持低于250°C。冷却系统包括散热组件，其热结合到化学强化的玻璃的活性区域。此外，将化学强化的玻璃的空闲边缘部分暴露超出散热组件的范围。散热组件包括间隔体，垫圈，和夹持元件。将玻璃工件和具有附着到其的垫圈的间隔体的重复串列(repeating series)在夹持元件之间压制在一起，从而在垫圈和化学强化的玻璃工件之间形成流体密封的密封件。垫圈设置在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上。垫圈具体地包括在各间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上的主体垫圈和边缘垫圈。主体垫圈和边缘垫圈设置在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上，且在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上的主体垫圈和边缘垫圈之间形成具有进口端和出口端的流体流动通道。冷却系统还包括传热流体。化学强化的玻璃和散热组件热浸没于传热流体中。此外，离子交换源是一种浆料，其包括至少一种盐和至少一种粘合剂，能在化学强化的玻璃的空闲边缘部分铺展并被加热到大于至少一种盐的熔点却不流出切割边缘。
[0014]根据本发明的【具体实施方式】，提供用于边缘处理至少一个玻璃工件的切割边缘的设备，其包括热源和冷却系统。设备构造成退火、回火、火焰抛光或化学强化至少一个玻璃工件的切割边缘。至少一个玻璃工件具有活性区域和空闲边缘部分。此外，设置热源来将热量导向玻璃工件的空闲边缘部分并将玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到3500C -6000C ο冷却系统具有散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于250°C。暴露的空闲边缘部分超出散热组件的范围。
[0015]根据本发明的【具体实施方式】，提供用于处理至少一个玻璃工件的切割边缘的方法。所述方法包括提供至少一个玻璃工件，其包括活性区域和空闲边缘部分。所述方法还包括提供用于边缘处理至少一个玻璃工件的切割边缘的设备。设备包括热源和冷却系统。设置热源来将热量导向玻璃工件的空闲边缘部分并将玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到350°C -600°C。冷却系统具有散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于250°C。此外，暴露的空闲边缘部分超出散热组件的范围。所述方法还包括退火、回火、火焰抛光或化学强化至少一个玻璃工件的切割边缘。
[0016]在以下详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。附图简要说明
[0017]当结合以下附图阅读下面对本发明的【具体实施方式】的详细描述时，可对其形成最好的理解，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中:
[0018]图1示意性地显示根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备；
[0019]图2是根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备的局部切割端部视图；
[0020]图3是根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备的切割前视图；
[0021]图4是根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备的切割前视图；
[0022]图5是根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备的局部切割端部视图；和
[0023]图6示意性地显示根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备。< br>[0024]参见所有附图，应理解，说明的目的是描述本发明的【具体实施方式】，并不构成对本发明的限制。
[0025]详细描述
[0026]设想了能与设备100的实施方式兼容的各种边缘处理。化学强化玻璃工件140的切割边缘是设想的一种特殊边缘处理。其它边缘处理包括回火，火焰抛光，或退火玻璃工件140的切割边缘。为了清楚，本说明书全文的讨论主要涉及化学强化玻璃工件140，但本领域普通技术人员将意识到可用回火，火焰抛光，退火，或另一种边缘处理取代。
[0027]一种用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的实施方式见图1，2和3。设备100包括离子交换源110，热源120和冷却系统130。玻璃工件140同时包括活性区域142和空闲边缘部分144。玻璃工件140的活性区域142是将电子电路图或其它热敏感的表面处理设置在化学强化的玻璃工件上的区域。空闲边缘部分144沿着切割边缘的玻璃工件140的区域。空闲边缘部分144可为基本上纯玻璃，但可包括标称量的污染物或非热敏性应用。
[0028]玻璃工件140可包括任何玻璃基片。具体玻璃工件140的非限制性例子包括之前化学强化的玻璃，非化学强化的玻璃，和层压件。
[0029]设置热源120来将热量导向玻璃工件140的空闲边缘部分144。还设想了当边缘处理是化学强化玻璃工件140时，具体将热源120导向离子交换源110。构造和设定热源120的尺寸，以将玻璃工件140的空闲边缘部分144的温度升高到约350°C -约600°C，例如，到约400°C -约550°C，或约420°C -约480°C。在其他实施方式中，具体设想了构造和设定热源120的尺寸，将空闲边缘部分144的温度升高到350°C -600°C范围所包括的整数值界定的各范围。
[0030]冷却系统130包括散热组件150，其热结合到活性区域142。冷却系统130和散热组件150可优选构造成和尺寸切割成将活性区域142的温度保持低于约250°C，例如，低于约200°C，或低于约180°C。在其他实施方式中，具体设想了冷却系统130和散热组件150构造成和尺寸切割成将活性区域142的温度保持在小于或等于(TC和250°C之间的各整数值。
[0031]暴露的空闲边缘部分144超出散热组件150的范围。当加热空闲边缘部分144作为离子交换过程的一部分时，空闲边缘部分可延伸超出散热组件150。空闲边缘部分144超出散热组件150延伸允许空闲边缘部分的延伸的部分的温度大于或等于350°C或所需温度，但不反作用于散热组件的冷却。
[0032]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的选定实施方式中，该设备还包括间隔体160，垫圈170和夹持元件180。垫圈170设置在间隔体160的前面和后面，也称为第一和第二侧面。具有附着到其的垫圈170的间隔体160以玻璃工件140和间隔体/垫圈组合的重复串列排布。将玻璃工件140和具有附着到其的垫圈170的间隔体160的重复串列在夹持元件180之间压制在一起，从而在垫圈和玻璃工件之间形成流体密封的密封件。
[0033]夹持元件180向玻璃工件140和具有附着到其的垫圈170的间隔体160的重复串列的相对面施加力。因为夹持元件暴露于离子交换源I1和来自热源120的热量，所以夹持元件可为不锈钢，但设想了也可由耐受来自离子交换源的热量和损伤的已知材料制成。
[0034]在选定实施方式中，设想了间隔体160包括导热金属例如，例如，铝或铜。此夕卜，设想了在设备100的一种实施方式中，垫圈170包括硅酮或聚四氟乙烯。还设想了在设备100的选定实施方式中，垫圈170包括释放涂层以减弱对化学强化的玻璃140的粘附和/或化学强化的玻璃包括可去除的隔离剂以减缓粘附垫圈。其中，释放涂层或隔离剂可为氮化硼、特氟龙、硅酮、石墨等。选择将取决于与垫圈材料和施涂到玻璃边缘的任何浆料的兼容性。例如，当浆料没有氧化或当没有使用浆料(即，用于回火应用，例如)且控制气氛以排出氧时，可使用石墨。
[0035]根据方法的一种实施方式，通过将粉末摩擦进入垫圈的表面直到表面是光滑的，用氮化硼粉末隔离剂(购自MMC公司(McMasterCarr)，由俄亥俄州斯特朗斯维尔的莫门特高性能材料-石英公司(MomentivePerformanceMaterials-Quartz, Inc)制备，称为氮化硼喷雾II，高温释放涂层)来制备垫圈表面。然后，用少量气体吹扫间隔体和垫圈工件，以去除松散的粉末。当再次使用垫圈和间隔体工件时，如果注意到粘附到玻璃，则再次施涂氮化硼粉末。如果使用太多或者没有均匀地施涂，那么会允许存在通过垫圈的通道，且不能保持良好的密封。如果使用太少，垫圈粘附到玻璃。
[0036]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的选定实施方式中，玻璃工件和具有附着到其的垫圈170的间隔体160的重复串列包括交替的玻璃工件和具有垫圈的间隔体(即玻璃-垫圈/间隔体/垫圈-玻璃-垫圈/间隔体/垫圈-玻璃)。在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的另一选定实施方式中，玻璃工件和具有附着到其的垫圈170的间隔体160的重复串列包括由具有垫圈的间隔体分离的两个玻璃工件的分组(即垫圈/间隔体/垫圈-玻璃-玻璃-垫圈/间隔体/垫圈-玻璃-玻璃-垫圈/间隔体/垫圈)。设想了多件玻璃工件140和具有附着到其的垫圈170的间隔体160的重复串列可包括从单一件玻璃到数百件玻璃的全部整数值，包括例如10件玻璃、50件玻璃和200件玻璃。
[0037]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的其它选定实施方式中，垫圈170包括主体垫圈172和边缘垫圈174。主体垫圈172和边缘垫圈174各自同时设置在间隔体160的第一侧面和第二侧面上。主体垫圈172和边缘垫圈174与玻璃工件140和间隔体160 —起形成流体流动通道190。流体流动通道190具有进口端192和出口端194。此外，根据一种实施方式，冷却系统130还包括传热流体200。化学强化的玻璃140和散热组件150热浸没于传热流体200。例如，传热流体200可从进口端192通过流体流动通道190，经过化学强化的玻璃140，和排出出口端194。
[0038]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的另一选定实施方式中，散热组件150还包括集管(header)210。集管210包括进口集管212和出口集管214。将进口集管212设置成与流体流动通道190的进口端192流体连通，以及将出口集管214设置成与流体流动通道的出口端194流体连通。集管210构造成允许穿过多个流体流动通道190分配传热流体200以同时冷却多个玻璃工件140。具体地，进口集管212接收传热流体200的进料流，并与一个或多个流体流动通道190接合，从而通过流体流动通道传输传热流体。在通过流体流动通道190之后，传热流体200通过出口集管214再固结成排出流。集管210可为不锈钢，但设想了也可由耐热和耐来自离子交换源110的损坏的已知材料制成。设备100包括单一进口集管212和单一出口集管214，但设想了多个进口集管或出口集管可与流体流动通道190接合。此外，设想了可将一个或多个传热流体200的进料流提供给一个或多个进口集管212。
[0039]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的选定实施方式中，散热组件150还包括流体配件220。进口流体配件222与进口集管212流体连通，且出口流体配件224与出口集管214流体连通。流体配件可为本技术领域所公知的任意类型的流体密封连接，其非限制性例子包括有螺纹的连接器、快速释放类连接器或者压缩配件。
[0040]传热流体200可包括液体或气体。液体传热流体200的非限制性例子包 括水、乙二醇、丙二醇、和油。气体传热流体200的非限制性例子包括空气、氮气和氦气。不同传热流体200的热容不同，因此必须考虑传热流体充分地沿着流体流动通道190的全部长度去除热量的能力。如果传热流体200的热容太低，它将在流体流动通道190的进口端192吸收热量，但在到达出口端194之前不再有能力吸收其它的热量。
[0041]参考图4和5，在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的实施方式中，散热组件150还包括流体流动限流器230。将流体流动限流器230设置在流体流动通道190中，以形成长的进口区域232、在流体流动限流器和化学强化的玻璃140之间的密封流体间隙234、和长的排出区域236。
[0042]和其它批露的实施方式类似，传热流体200进入流体流动通道190的进口端192。流体流动限流器230限制传热流体200在流体流动限流器和玻璃工件140之间通过。由流体流动限流器230导致的限制迫使传热流体200进入流体流动通道190，以沿着长的进口区域232的长度分配。传热流体200随后通过密封流体间隙234在流体流动限流器230和玻璃工件140之间穿过，进入长的排出区域236以排出流体流动通道190。在流体流动限流器230和玻璃工件140之间形成的密封流体间隙234的尺寸与流体流动通道190是非常小的，使得流动以相同的速度沿着密封流体间隙的全部长度均匀分布。
[0043]参考图6，在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的实施方式中，散热组件150包括至少两个流动端口 310，至少一个导热体340，和流体储存器330。流动端口 310包括进口流动端口 312和出口流动端口 314。进口流动端口 312和出口流动端口314与流体储存器330流体连通。此外，将多件玻璃工件140和导热体340的重复串列设置在流体储存器中。此外，根据一种实施方式，冷却系统130还包括传热流体200。玻璃工件140和散热组件150热浸没于传热流体200中。例如，传热流体200可穿过进口流动端口 312和进入流体储存器330以环绕和热浸没设置其中的玻璃工件140和散热组件150，最后通过出口流动端口 314排出流体储存器。
[0044]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的选定实施方式中，玻璃工件140和导热体340的重复串列包括交替的玻璃工件和导热体(即玻璃-导热体-玻璃-导热体-玻璃)。在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的选定实施方式中，玻璃工件140和导热体340的重复串列包括由导热体分离的两个玻璃工件的分组(即导热体-玻璃-玻璃-导热体-玻璃-玻璃-导热体)。设想了玻璃工件和导热体340的重复串列可包括从单一件玻璃到数百件玻璃的全部整数值，包括例如10件玻璃、50件玻璃和200件玻璃。
[0045]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的一种实施方式中，导热体340比玻璃工件更宽，从而它延伸超出玻璃工件以形成散热片342。在用于边缘处理玻璃工件140的切割边缘的设备100的另一种实施方式中，导热体340与玻璃工件基本上相同的宽度。基本上相同的宽度指玻璃工件140和导热体340长度差别小于10%，小于8%，小于6%，小于4%，小于2%，或小于1%。
[0046]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的一种实施方式中，活性区域142包括印刷电路。印刷电路用于在玻璃板的表面上的各种应用。例如，完全集成的触摸屏通过使用在玻璃屏幕表面上的印刷电路，来检查用户在显示器区域中触摸的压力和位置。
[0047]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的一种实施方式中，离子交换源是施涂到玻璃工件的切割边缘的浆料。离子交换浆料包括至少一种盐和至少一种粘合剂。浆料还能在玻璃工件140的空闲边缘部分144上铺展，并加热到大于至少一种盐的熔点，却不使离子交换浆料流出切割边缘。离子交换浆料需要能耐受至少一种盐的熔点以上的加热却不流出切割边缘，因为要进行离子交换过程盐必须是熔融状态。例如，一种化学强化玻璃的方法包括将切割玻璃中的钠离子与来自盐的钾离子交换，且钾盐必须是熔融状态以适当地交换离子。至少一种盐可为钾盐。钾盐的具体非限制性例子包括KNO3, KNO2, KCl, K2SO4,或其组合。此外，至少一种粘合剂可为粘土、氧化铝、氧化铁、沸石、其他惰性有机材料，或其组合。
[0048]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的一种实施方式中，离子交换源110是纯熔融盐浴。至少一种盐可为钾盐。钾盐的具体非限制性例子包括KNO3, KNO2, KCl, K2SO4,或其组合。交换离子作为化学强化过程的一部分通过下述来实现:至少将化学强化的玻璃工件140的切割边缘浸没进入熔盐浴。熔融盐与切割边缘流体接触，并以与使用离子交换浆料相同的方式实现玻璃工件140中的离子交换(例如钠和钾)。设想了可将设备100部分或全部地浸没在熔盐浴中，且使用冷却系统130将玻璃工件140的活性区域142的温度保持低于所需的阈值温度。
[0049]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的一种实施方式中，热源120是红外(IR)源。在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的另一种实施方式中，热源120是电阻加热器。其它实施方式和设想的热源还包括感应加热、对流和传导加热、微波或射频(RF)加热。在离子交换源是纯熔融盐浴的实施方式中，热源可为盐浴自身。
[0050]再次重申，虽然主要涉及对玻璃的边缘进行离子交换以构建或再次构建压缩强度的玻璃工件140批露了本发明的设备100，但该设备和教导可延伸到其它高温加工例如火焰抛光，退火，或回火。当在火焰抛光或退火过程中冷却活性区域时，在强化切割边缘时将玻璃工件140的活性区域142的温度保持在可接受的范围的原理和系统也适用。
[0051]本文批露了用于边缘处理玻璃工件140的切割边缘的设备100的各种实施方式。应理解，在一个实施方式中教导和批露的元件适用于其它批露的实施方式。设想了批露的元件和各批露的实施方式的所有组合。
[0052]进行了经验性测试来确认设备100的有效性。将如图1所示的设备100用于测试冷却有效性。将光通量约为1，000, 000W/m2最大通量的30kW IR源灯泡悬挂在设备100上方6英寸处。将8个间隔体160和7件49mmxl00mm切割的玻璃工件140安装成组件。在切割到所需尺寸之前，对玻璃工件140进行化学强化。将Imm厚的粘土和亚硝酸钾浆料(离子交换浆料)层作为离子交换源110涂覆到玻璃工件140和间隔体160的表面上。将灯源通电到65% (600, 000ff/m2)通量。离子交换浆料的表面在30秒内达到530-550 °C的温度，并在实验期间内保持在500°C (如用FLIRIR照相机所测，其辐射系数为0.94)，必要时调节IR系统的功率。在两小时之后，完全关闭灯的功率，将玻璃工件140从设备100取出。通过背散射和显微镜测量切割边缘的离子交换深度，显示为30微米。还显示玻璃的强度平均从148MPa提高到468MPa。此外，强度在用SiC磨损之后大多数保留(超过80% )。最后，因为上面具有印刷的有机层(苯并环丁烯-“BCB”)的玻璃工件140表明在距离边缘的回烧距离最高达I毫米时该层仍然存活且光学图像没有观察到损坏，所以确认了冷却系统130和设备100的有效性。
[0053]单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。本文中“至少一种”部件、元件等不应认为选择性使用修饰语“一个”或“一种”限于单独的部件、元件等。
[0054]出于描述和限定本发明的目的，应当指出，词语“基本上”、“约为”和“约”在本文中用来表示可归属于任何定量比较、数值、测量或其他表达的固有不确 定程度。本文所用术语“基本”、“约为”和“约”还用来表示数量的表达值与所述的参比值的偏离程度，这种偏离不会导致所讨论的主题的基本功能发生改变。
[0055]还需要注意，本文中以特定的方式“构造”是表示特定的性质、或者以特定的方式发挥功能，是结构性描述，而不是对预期的用途进行限制。更具体来说，本文所述的对部件进行构建的方式表示该部件现有的物理条件，因此可以将其看作该部件的结构特征的限定性描述。
[0056]应当指出，本文所用的诸如“典型”之类的词语不是用来限制本发明要求保护的范围，也不表示某些特征对本发明要求保护的结构或者功能来说是重要的、关键的、或者甚至是必不可少的。相反地，这些术语仅仅用来表示本发明实施方式的特定方面，或者强调可以或者不可以用于本发明特定实施方式的替代的或附加的特征。
[0057]对本领域的普通技术人员显而易见的是，可以对本发明进行各种修改和变动而不会偏离本发明的范围和精神。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本发明精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。
【主权项】
1.一种用于化学强化至少一个化学强化的玻璃工件的切割边缘的设备，所述设备包括离子交换源、热源和冷却系统；其中， 所述化学强化的玻璃工件包括活性区域和空闲边缘部分； 设置热源来将热量导向离子交换源并将化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到 3500C -6000C ； 冷却系统包括散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于250°C ;和 暴露的空闲边缘部分超出散热组件的范围。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于: 所述散热组件包括至少一个间隔体，垫圈，和夹持元件； 所述垫圈设置在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上；和将化学强化玻璃工件和具有附着到其上的垫圈的间隔体的重复串列在夹持元件之间压制在一起，从而在垫圈和化学强化的玻璃工件之间形成流体密封的密封件。3.如权利要求2所述的设备，其特征在于: 所述垫圈包括在各间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上的主体垫圈和边缘垫圈； 主体垫圈和边缘垫圈设置在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上，且在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上的主体垫圈和边缘垫圈之间形成具有进口端和出口端的流体流动通道； 冷却系统还包括传热流体；和 所述化学强化的玻璃和散热组件热浸没于传热流体中。4.如权利要求3所述的设备，其特征在于: 所述散热组件还包括集管； 该集管包括进口集管和出口集管；和 所述流体流动通道的进口端与进口集管流体连通，以及流体流动通道的出口端与出口集管流体连通。5.如权利要求4所述的设备，其特征在于: 散热组件还包括流体配件； 所述流体配件包括进口流体配件和出口流体配件；和 所述进口流体配件与进口集管流体连通，且出口流体配件与出口集管流体连通。6.如权利要求2所述的设备，其特征在于，化学强化的玻璃工件和具有附着到其的垫圈的间隔体的重复串列包括交替的化学强化的玻璃工件和具有垫圈的间隔体。7.如权利要求2所述的设备，其特征在于: 垫圈包括主体垫圈和边缘垫圈； 所述主体垫圈和边缘垫圈设置在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上，且在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上的主体垫圈和边缘垫圈之间形成具有进口端和出口端的流体流动通道； 所述散热组件还包括流体流动限流器； 将流体流动限流器设置在流体流动通道中，以形成长的进口区域、在流体流动限流器和化学强化的玻璃之间的密封流体间隙、和长的排出区域； 冷却系统还包括传热流体；和 所述化学强化的玻璃和散热组件热浸没于传热流体中。8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述传热流体是气体。9.如权利要求2所述的设备，其特征在于，至少一个垫圈的表面上设置有隔离剂。10.如权利要求1所述的设备，其特征在于: 所述散热组件包括至少两个流动端口、至少一个导热体、和流体储存器； 所述流动端口包括进口流动端口和出口流动端口 ； 进口流动端口与流体储存器流体连通； 出口流动端口与流体储存器流体连通； 将化学强化的玻璃工件和导热体的重复串列设置在流体储存器中； 冷却系统还包括传热流体；和 所述化学强化的玻璃工件和散热组件热浸没于传热流体中。11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述导热体比化学强化的玻璃工件更宽，从而它延伸超出化学强化的玻璃工件以形成散热片。12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述导热体具有与玻璃工件基本上相同的宽度。13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，化学强化的玻璃工件和导热体的重复串列包括交替的化学强化的玻璃工件和导热体。14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，化学强化的玻璃工件的活性区域包括印刷电路。15.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述离子交换源是一种浆料，其包括至少一种盐和至少一种粘合剂，能在化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分铺展并被加热到大于所述至少一种盐的熔点却不流出所述化学强化的玻璃工件的切割边缘。16.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述离子交换源是纯的熔融盐。17.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热源是IR源。18.如权利要求1所述的设备，其特征在于，设置热源来将热量导向离子交换源，并将化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到420°C -480°C,以及所述冷却系统包括散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于180°C。19.一种用于边缘处理至少一个玻璃工件的切割边缘的设备，所述设备包括热源和冷却系统；其中， 所述玻璃工件包括活性区域和空闲边缘部分； 设置热源来将热量导向玻璃工件的空闲边缘部分并将玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到350°C -600°C ； 所述冷却系统包括散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于250 0C ； 暴露的空闲边缘部分超出散热组件的范围；且 将设备构造成退火、回火、火焰抛光或化学强化所述至少一个玻璃工件的切割边缘。20.一种用于处理至少一个玻璃工件的切割边缘的方法，所述方法包括: 提供至少一个玻璃工件，其包括活性区域和空闲边缘部分； 提供用于边缘处理至少一个玻璃工件的切割边缘的设备，所述设备包括热源和冷却系统；其中设置热源来将热量导向玻璃工件的空闲边缘部分并将玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到350°C _600°C，所述冷却系统包括散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于250°C，以及暴露的空闲边缘部分超出散热组件的范围；和退火、回火、火焰抛光或化学强化至少一个玻璃工件的切割边缘。21.如权利要求20所述的方法，其特征在于: 所述方法还包括提供离子交换源和化学强化至少一个玻璃工件的切割边缘。
【专利摘要】提拱了用于边缘处理玻璃板的切割边缘的设备和方法，其包括热源和冷却系统。玻璃工件具有活性区域和空闲边缘部分。设置热源来将热量导向空闲边缘部分并将玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到350℃-600℃。冷却系统将玻璃工件的活性区域的温度保持低于250℃。此外,冷却系统包括散热组件，其热结合到玻璃工件的活性区域。
【IPC分类】C03B27/04, C03C17/00, C03B33/00, C03C21/00, C03B25/02, C03B29/02
【公开号】CN104903265
【申请号】CN201380052369
【发明人】R·S·巴尔康, D·M·小诺尼, G·G·斯奎尔, E·M·维连诺, K·L·沃森
【申请人】康宁股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年8月28日
【公告号】EP2890654A1, US20150218045, WO2014036108A1
【专利说明】边缘处理玻璃工件的切割边缘
[0001]相关申请交叉参考
[0002]本申请根据35U.S.C.§ 119，要求2012年8月31日提交的美国临时申请系列号61/695，482的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
[0003]背景
[0004]领域
[0005]本发明总体涉及玻璃板，更具体地，涉及化学强化，回火，火焰抛光，或退火玻璃工件的切割边缘的设备和方法。
【背景技术】
[0006]玻璃的化学强化是一种表面精磨过程。在超过300°C的温度下，将玻璃浸没在含钾盐例如硝酸钾的浴中。将未强化的玻璃表面暴露于钾离子，导致玻璃表面中的钠离子被来自盐溶液的钾离子所置换。
[0007]置换钠离子的钾离子比它们置换的钠离子更大。几何上更大的钾离子的插入导致钾离子楔入较小的钠离子迀移到硝酸钾溶液时留下的空隙。这种离子置换导致玻璃表面处于压缩状态，而芯体互补地处于拉伸状态。化学强化的玻璃表面处的压缩导致玻璃破碎和断裂的发生率较低，因为对玻璃表面上较小的刮擦不易于通过该玻璃层传播。
【发明内容】
[0008]除了其它原因以外，化学强化的玻璃板因为优异的机械性能应用于各种应用。本发明的发明人认识到，当切割化学强化的玻璃的工件时，沿着玻璃板切割边缘的优异的机械性能减弱，因为暴露了玻璃的中央张力。发明人还认识到，在化学强化的玻璃板上存在电路和其它温度敏感的组件可使得难以修复沿着玻璃板切割边缘的优异的机械性能。此外，发明人认识到，玻璃板上存在电路和其它温度敏感的组件使得难以施加涉及加热的其它玻璃处理，例如沿着板的切割边缘的回火，火焰抛光，和退火。因此，需要一种方法，其修复化学强化的玻璃的原始强度性质或允许其它边缘处理过程却不损坏设置在玻璃板上的组件。
[0009]具体来说，玻璃基片边缘上具有印刷的电子器件时，其后加工通常限于低温(< 2000C )过程例如酸蚀刻、研磨和抛光，和其它化学和机械技术。这是因为电子器件包括温度敏感的介电层。在大多数产品中，无需较高温度的加工，因为低温后加工技术取得所需的结果，因此这不是个问题。但是，在一些情况下，能将这些工件暴露于较高温度加工是有益的。例如，在进行所以的大片印刷和切割成较小尺寸之后，制造商可能想火焰抛光、退火、离子交换或以其它方式热处理精磨产品的边缘，却不损坏在玻璃基片上包括的电子器件。对于制造商而言，希望将所需的电子器件印刷在大的玻璃板表面上，然后将大的玻璃板切割成最终需要的尺寸，因为这样的步骤允许使用用于印刷电子器件的现有设备，且允许同时施涂用于多个单元的电路图。本文所述的设备和方法允许将玻璃工件的本体保持就玻璃表面上的印刷的电子器件而言可接受的的温度，同时允许将边缘加热到高温用于离子交换，火焰抛光，退火，回火，或以其它方式热处理精磨产品的边缘。
[0010]在玻璃工件的加热边缘和冷却的玻璃工件本体之间形成温度梯度。从玻璃的边缘到温度降低至低于损坏电子器件层处的距离，称为“回烧(burnback)”。这通常约为0.5_2毫米，较短的距离是更理想的，但更难以实现。较短的距离是理想的，因为它允许将电子器件置于更靠近玻璃板的边缘，且对于如全集成触摸屏的应用，最大化屏幕的活性表面区域是所需的。
[0011]本发明的介绍了用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备和方法。
[0012]根据本发明的【具体实施方式】，提供了用于化学强化的玻璃板切割边缘的设备，其包括离子交换源、热源和冷却系统。化学强化的玻璃工件具有活性区域和空闲边缘部分。设置热源来将热量导向离子交换源并将化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到3500C -600°C。冷却系统将化学强化的玻璃工件的活性区域的温度保持低于250°C。冷却系统包括散热组件，其热结合到化学强化的玻璃工件的活性区域。此外，将化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分暴露超出散热组件的范围。
[0013]根据本发明的【具体实施方式】，提供了用于化学强化的玻璃板切割边缘的设备，其包括离子交换源、热源和冷却系统。化学强化的玻璃工件具有活性区域和空闲边缘部分。设置热源来将热量导向离子交换源并将化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到3500C -600°C。冷却系统将化学强化的玻璃工件的活性区域的温度保持低于250°C。冷却系统包括散热组件，其热结合到化学强化的玻璃的活性区域。此外，将化学强化的玻璃的空闲边缘部分暴露超出散热组件的范围。散热组件包括间隔体，垫圈，和夹持元件。将玻璃工件和具有附着到其的垫圈的间隔体的重复串列(repeating series)在夹持元件之间压制在一起，从而在垫圈和化学强化的玻璃工件之间形成流体密封的密封件。垫圈设置在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上。垫圈具体地包括在各间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上的主体垫圈和边缘垫圈。主体垫圈和边缘垫圈设置在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上，且在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上的主体垫圈和边缘垫圈之间形成具有进口端和出口端的流体流动通道。冷却系统还包括传热流体。化学强化的玻璃和散热组件热浸没于传热流体中。此外，离子交换源是一种浆料，其包括至少一种盐和至少一种粘合剂，能在化学强化的玻璃的空闲边缘部分铺展并被加热到大于至少一种盐的熔点却不流出切割边缘。
[0014]根据本发明的【具体实施方式】，提供用于边缘处理至少一个玻璃工件的切割边缘的设备，其包括热源和冷却系统。设备构造成退火、回火、火焰抛光或化学强化至少一个玻璃工件的切割边缘。至少一个玻璃工件具有活性区域和空闲边缘部分。此外，设置热源来将热量导向玻璃工件的空闲边缘部分并将玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到3500C -6000C ο冷却系统具有散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于250°C。暴露的空闲边缘部分超出散热组件的范围。
[0015]根据本发明的【具体实施方式】，提供用于处理至少一个玻璃工件的切割边缘的方法。所述方法包括提供至少一个玻璃工件，其包括活性区域和空闲边缘部分。所述方法还包括提供用于边缘处理至少一个玻璃工件的切割边缘的设备。设备包括热源和冷却系统。设置热源来将热量导向玻璃工件的空闲边缘部分并将玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到350°C -600°C。冷却系统具有散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于250°C。此外，暴露的空闲边缘部分超出散热组件的范围。所述方法还包括退火、回火、火焰抛光或化学强化至少一个玻璃工件的切割边缘。
[0016]在以下详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。附图简要说明
[0017]当结合以下附图阅读下面对本发明的【具体实施方式】的详细描述时，可对其形成最好的理解，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中:
[0018]图1示意性地显示根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备；
[0019]图2是根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备的局部切割端部视图；
[0020]图3是根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备的切割前视图；
[0021]图4是根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备的切割前视图；
[0022]图5是根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备的局部切割端部视图；和
[0023]图6示意性地显示根据本发明的一种实施方式的用于边缘处理玻璃工件的切割边缘的设备。< br>[0024]参见所有附图，应理解，说明的目的是描述本发明的【具体实施方式】，并不构成对本发明的限制。
[0025]详细描述
[0026]设想了能与设备100的实施方式兼容的各种边缘处理。化学强化玻璃工件140的切割边缘是设想的一种特殊边缘处理。其它边缘处理包括回火，火焰抛光，或退火玻璃工件140的切割边缘。为了清楚，本说明书全文的讨论主要涉及化学强化玻璃工件140，但本领域普通技术人员将意识到可用回火，火焰抛光，退火，或另一种边缘处理取代。
[0027]一种用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的实施方式见图1，2和3。设备100包括离子交换源110，热源120和冷却系统130。玻璃工件140同时包括活性区域142和空闲边缘部分144。玻璃工件140的活性区域142是将电子电路图或其它热敏感的表面处理设置在化学强化的玻璃工件上的区域。空闲边缘部分144沿着切割边缘的玻璃工件140的区域。空闲边缘部分144可为基本上纯玻璃，但可包括标称量的污染物或非热敏性应用。
[0028]玻璃工件140可包括任何玻璃基片。具体玻璃工件140的非限制性例子包括之前化学强化的玻璃，非化学强化的玻璃，和层压件。
[0029]设置热源120来将热量导向玻璃工件140的空闲边缘部分144。还设想了当边缘处理是化学强化玻璃工件140时，具体将热源120导向离子交换源110。构造和设定热源120的尺寸，以将玻璃工件140的空闲边缘部分144的温度升高到约350°C -约600°C，例如，到约400°C -约550°C，或约420°C -约480°C。在其他实施方式中，具体设想了构造和设定热源120的尺寸，将空闲边缘部分144的温度升高到350°C -600°C范围所包括的整数值界定的各范围。
[0030]冷却系统130包括散热组件150，其热结合到活性区域142。冷却系统130和散热组件150可优选构造成和尺寸切割成将活性区域142的温度保持低于约250°C，例如，低于约200°C，或低于约180°C。在其他实施方式中，具体设想了冷却系统130和散热组件150构造成和尺寸切割成将活性区域142的温度保持在小于或等于(TC和250°C之间的各整数值。
[0031]暴露的空闲边缘部分144超出散热组件150的范围。当加热空闲边缘部分144作为离子交换过程的一部分时，空闲边缘部分可延伸超出散热组件150。空闲边缘部分144超出散热组件150延伸允许空闲边缘部分的延伸的部分的温度大于或等于350°C或所需温度，但不反作用于散热组件的冷却。
[0032]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的选定实施方式中，该设备还包括间隔体160，垫圈170和夹持元件180。垫圈170设置在间隔体160的前面和后面，也称为第一和第二侧面。具有附着到其的垫圈170的间隔体160以玻璃工件140和间隔体/垫圈组合的重复串列排布。将玻璃工件140和具有附着到其的垫圈170的间隔体160的重复串列在夹持元件180之间压制在一起，从而在垫圈和玻璃工件之间形成流体密封的密封件。
[0033]夹持元件180向玻璃工件140和具有附着到其的垫圈170的间隔体160的重复串列的相对面施加力。因为夹持元件暴露于离子交换源I1和来自热源120的热量，所以夹持元件可为不锈钢，但设想了也可由耐受来自离子交换源的热量和损伤的已知材料制成。
[0034]在选定实施方式中，设想了间隔体160包括导热金属例如，例如，铝或铜。此夕卜，设想了在设备100的一种实施方式中，垫圈170包括硅酮或聚四氟乙烯。还设想了在设备100的选定实施方式中，垫圈170包括释放涂层以减弱对化学强化的玻璃140的粘附和/或化学强化的玻璃包括可去除的隔离剂以减缓粘附垫圈。其中，释放涂层或隔离剂可为氮化硼、特氟龙、硅酮、石墨等。选择将取决于与垫圈材料和施涂到玻璃边缘的任何浆料的兼容性。例如，当浆料没有氧化或当没有使用浆料(即，用于回火应用，例如)且控制气氛以排出氧时，可使用石墨。
[0035]根据方法的一种实施方式，通过将粉末摩擦进入垫圈的表面直到表面是光滑的，用氮化硼粉末隔离剂(购自MMC公司(McMasterCarr)，由俄亥俄州斯特朗斯维尔的莫门特高性能材料-石英公司(MomentivePerformanceMaterials-Quartz, Inc)制备，称为氮化硼喷雾II，高温释放涂层)来制备垫圈表面。然后，用少量气体吹扫间隔体和垫圈工件，以去除松散的粉末。当再次使用垫圈和间隔体工件时，如果注意到粘附到玻璃，则再次施涂氮化硼粉末。如果使用太多或者没有均匀地施涂，那么会允许存在通过垫圈的通道，且不能保持良好的密封。如果使用太少，垫圈粘附到玻璃。
[0036]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的选定实施方式中，玻璃工件和具有附着到其的垫圈170的间隔体160的重复串列包括交替的玻璃工件和具有垫圈的间隔体(即玻璃-垫圈/间隔体/垫圈-玻璃-垫圈/间隔体/垫圈-玻璃)。在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的另一选定实施方式中，玻璃工件和具有附着到其的垫圈170的间隔体160的重复串列包括由具有垫圈的间隔体分离的两个玻璃工件的分组(即垫圈/间隔体/垫圈-玻璃-玻璃-垫圈/间隔体/垫圈-玻璃-玻璃-垫圈/间隔体/垫圈)。设想了多件玻璃工件140和具有附着到其的垫圈170的间隔体160的重复串列可包括从单一件玻璃到数百件玻璃的全部整数值，包括例如10件玻璃、50件玻璃和200件玻璃。
[0037]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的其它选定实施方式中，垫圈170包括主体垫圈172和边缘垫圈174。主体垫圈172和边缘垫圈174各自同时设置在间隔体160的第一侧面和第二侧面上。主体垫圈172和边缘垫圈174与玻璃工件140和间隔体160 —起形成流体流动通道190。流体流动通道190具有进口端192和出口端194。此外，根据一种实施方式，冷却系统130还包括传热流体200。化学强化的玻璃140和散热组件150热浸没于传热流体200。例如，传热流体200可从进口端192通过流体流动通道190，经过化学强化的玻璃140，和排出出口端194。
[0038]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的另一选定实施方式中，散热组件150还包括集管(header)210。集管210包括进口集管212和出口集管214。将进口集管212设置成与流体流动通道190的进口端192流体连通，以及将出口集管214设置成与流体流动通道的出口端194流体连通。集管210构造成允许穿过多个流体流动通道190分配传热流体200以同时冷却多个玻璃工件140。具体地，进口集管212接收传热流体200的进料流，并与一个或多个流体流动通道190接合，从而通过流体流动通道传输传热流体。在通过流体流动通道190之后，传热流体200通过出口集管214再固结成排出流。集管210可为不锈钢，但设想了也可由耐热和耐来自离子交换源110的损坏的已知材料制成。设备100包括单一进口集管212和单一出口集管214，但设想了多个进口集管或出口集管可与流体流动通道190接合。此外，设想了可将一个或多个传热流体200的进料流提供给一个或多个进口集管212。
[0039]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的选定实施方式中，散热组件150还包括流体配件220。进口流体配件222与进口集管212流体连通，且出口流体配件224与出口集管214流体连通。流体配件可为本技术领域所公知的任意类型的流体密封连接，其非限制性例子包括有螺纹的连接器、快速释放类连接器或者压缩配件。
[0040]传热流体200可包括液体或气体。液体传热流体200的非限制性例子包 括水、乙二醇、丙二醇、和油。气体传热流体200的非限制性例子包括空气、氮气和氦气。不同传热流体200的热容不同，因此必须考虑传热流体充分地沿着流体流动通道190的全部长度去除热量的能力。如果传热流体200的热容太低，它将在流体流动通道190的进口端192吸收热量，但在到达出口端194之前不再有能力吸收其它的热量。
[0041]参考图4和5，在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的实施方式中，散热组件150还包括流体流动限流器230。将流体流动限流器230设置在流体流动通道190中，以形成长的进口区域232、在流体流动限流器和化学强化的玻璃140之间的密封流体间隙234、和长的排出区域236。
[0042]和其它批露的实施方式类似，传热流体200进入流体流动通道190的进口端192。流体流动限流器230限制传热流体200在流体流动限流器和玻璃工件140之间通过。由流体流动限流器230导致的限制迫使传热流体200进入流体流动通道190，以沿着长的进口区域232的长度分配。传热流体200随后通过密封流体间隙234在流体流动限流器230和玻璃工件140之间穿过，进入长的排出区域236以排出流体流动通道190。在流体流动限流器230和玻璃工件140之间形成的密封流体间隙234的尺寸与流体流动通道190是非常小的，使得流动以相同的速度沿着密封流体间隙的全部长度均匀分布。
[0043]参考图6，在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的实施方式中，散热组件150包括至少两个流动端口 310，至少一个导热体340，和流体储存器330。流动端口 310包括进口流动端口 312和出口流动端口 314。进口流动端口 312和出口流动端口314与流体储存器330流体连通。此外，将多件玻璃工件140和导热体340的重复串列设置在流体储存器中。此外，根据一种实施方式，冷却系统130还包括传热流体200。玻璃工件140和散热组件150热浸没于传热流体200中。例如，传热流体200可穿过进口流动端口 312和进入流体储存器330以环绕和热浸没设置其中的玻璃工件140和散热组件150，最后通过出口流动端口 314排出流体储存器。
[0044]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的选定实施方式中，玻璃工件140和导热体340的重复串列包括交替的玻璃工件和导热体(即玻璃-导热体-玻璃-导热体-玻璃)。在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的选定实施方式中，玻璃工件140和导热体340的重复串列包括由导热体分离的两个玻璃工件的分组(即导热体-玻璃-玻璃-导热体-玻璃-玻璃-导热体)。设想了玻璃工件和导热体340的重复串列可包括从单一件玻璃到数百件玻璃的全部整数值，包括例如10件玻璃、50件玻璃和200件玻璃。
[0045]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的一种实施方式中，导热体340比玻璃工件更宽，从而它延伸超出玻璃工件以形成散热片342。在用于边缘处理玻璃工件140的切割边缘的设备100的另一种实施方式中，导热体340与玻璃工件基本上相同的宽度。基本上相同的宽度指玻璃工件140和导热体340长度差别小于10%，小于8%，小于6%，小于4%，小于2%，或小于1%。
[0046]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的一种实施方式中，活性区域142包括印刷电路。印刷电路用于在玻璃板的表面上的各种应用。例如，完全集成的触摸屏通过使用在玻璃屏幕表面上的印刷电路，来检查用户在显示器区域中触摸的压力和位置。
[0047]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的一种实施方式中，离子交换源是施涂到玻璃工件的切割边缘的浆料。离子交换浆料包括至少一种盐和至少一种粘合剂。浆料还能在玻璃工件140的空闲边缘部分144上铺展，并加热到大于至少一种盐的熔点，却不使离子交换浆料流出切割边缘。离子交换浆料需要能耐受至少一种盐的熔点以上的加热却不流出切割边缘，因为要进行离子交换过程盐必须是熔融状态。例如，一种化学强化玻璃的方法包括将切割玻璃中的钠离子与来自盐的钾离子交换，且钾盐必须是熔融状态以适当地交换离子。至少一种盐可为钾盐。钾盐的具体非限制性例子包括KNO3, KNO2, KCl, K2SO4,或其组合。此外，至少一种粘合剂可为粘土、氧化铝、氧化铁、沸石、其他惰性有机材料，或其组合。
[0048]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的一种实施方式中，离子交换源110是纯熔融盐浴。至少一种盐可为钾盐。钾盐的具体非限制性例子包括KNO3, KNO2, KCl, K2SO4,或其组合。交换离子作为化学强化过程的一部分通过下述来实现:至少将化学强化的玻璃工件140的切割边缘浸没进入熔盐浴。熔融盐与切割边缘流体接触，并以与使用离子交换浆料相同的方式实现玻璃工件140中的离子交换(例如钠和钾)。设想了可将设备100部分或全部地浸没在熔盐浴中，且使用冷却系统130将玻璃工件140的活性区域142的温度保持低于所需的阈值温度。
[0049]在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的一种实施方式中，热源120是红外(IR)源。在用于化学强化玻璃工件140的切割边缘的设备100的另一种实施方式中，热源120是电阻加热器。其它实施方式和设想的热源还包括感应加热、对流和传导加热、微波或射频(RF)加热。在离子交换源是纯熔融盐浴的实施方式中，热源可为盐浴自身。
[0050]再次重申，虽然主要涉及对玻璃的边缘进行离子交换以构建或再次构建压缩强度的玻璃工件140批露了本发明的设备100，但该设备和教导可延伸到其它高温加工例如火焰抛光，退火，或回火。当在火焰抛光或退火过程中冷却活性区域时，在强化切割边缘时将玻璃工件140的活性区域142的温度保持在可接受的范围的原理和系统也适用。
[0051]本文批露了用于边缘处理玻璃工件140的切割边缘的设备100的各种实施方式。应理解，在一个实施方式中教导和批露的元件适用于其它批露的实施方式。设想了批露的元件和各批露的实施方式的所有组合。
[0052]进行了经验性测试来确认设备100的有效性。将如图1所示的设备100用于测试冷却有效性。将光通量约为1，000, 000W/m2最大通量的30kW IR源灯泡悬挂在设备100上方6英寸处。将8个间隔体160和7件49mmxl00mm切割的玻璃工件140安装成组件。在切割到所需尺寸之前，对玻璃工件140进行化学强化。将Imm厚的粘土和亚硝酸钾浆料(离子交换浆料)层作为离子交换源110涂覆到玻璃工件140和间隔体160的表面上。将灯源通电到65% (600, 000ff/m2)通量。离子交换浆料的表面在30秒内达到530-550 °C的温度，并在实验期间内保持在500°C (如用FLIRIR照相机所测，其辐射系数为0.94)，必要时调节IR系统的功率。在两小时之后，完全关闭灯的功率，将玻璃工件140从设备100取出。通过背散射和显微镜测量切割边缘的离子交换深度，显示为30微米。还显示玻璃的强度平均从148MPa提高到468MPa。此外，强度在用SiC磨损之后大多数保留(超过80% )。最后，因为上面具有印刷的有机层(苯并环丁烯-“BCB”)的玻璃工件140表明在距离边缘的回烧距离最高达I毫米时该层仍然存活且光学图像没有观察到损坏，所以确认了冷却系统130和设备100的有效性。
[0053]单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。本文中“至少一种”部件、元件等不应认为选择性使用修饰语“一个”或“一种”限于单独的部件、元件等。
[0054]出于描述和限定本发明的目的，应当指出，词语“基本上”、“约为”和“约”在本文中用来表示可归属于任何定量比较、数值、测量或其他表达的固有不确 定程度。本文所用术语“基本”、“约为”和“约”还用来表示数量的表达值与所述的参比值的偏离程度，这种偏离不会导致所讨论的主题的基本功能发生改变。
[0055]还需要注意，本文中以特定的方式“构造”是表示特定的性质、或者以特定的方式发挥功能，是结构性描述，而不是对预期的用途进行限制。更具体来说，本文所述的对部件进行构建的方式表示该部件现有的物理条件，因此可以将其看作该部件的结构特征的限定性描述。
[0056]应当指出，本文所用的诸如“典型”之类的词语不是用来限制本发明要求保护的范围，也不表示某些特征对本发明要求保护的结构或者功能来说是重要的、关键的、或者甚至是必不可少的。相反地，这些术语仅仅用来表示本发明实施方式的特定方面，或者强调可以或者不可以用于本发明特定实施方式的替代的或附加的特征。
[0057]对本领域的普通技术人员显而易见的是，可以对本发明进行各种修改和变动而不会偏离本发明的范围和精神。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本发明精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。
【主权项】
1.一种用于化学强化至少一个化学强化的玻璃工件的切割边缘的设备，所述设备包括离子交换源、热源和冷却系统；其中， 所述化学强化的玻璃工件包括活性区域和空闲边缘部分； 设置热源来将热量导向离子交换源并将化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到 3500C -6000C ； 冷却系统包括散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于250°C ;和 暴露的空闲边缘部分超出散热组件的范围。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于: 所述散热组件包括至少一个间隔体，垫圈，和夹持元件； 所述垫圈设置在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上；和将化学强化玻璃工件和具有附着到其上的垫圈的间隔体的重复串列在夹持元件之间压制在一起，从而在垫圈和化学强化的玻璃工件之间形成流体密封的密封件。3.如权利要求2所述的设备，其特征在于: 所述垫圈包括在各间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上的主体垫圈和边缘垫圈； 主体垫圈和边缘垫圈设置在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上，且在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上的主体垫圈和边缘垫圈之间形成具有进口端和出口端的流体流动通道； 冷却系统还包括传热流体；和 所述化学强化的玻璃和散热组件热浸没于传热流体中。4.如权利要求3所述的设备，其特征在于: 所述散热组件还包括集管； 该集管包括进口集管和出口集管；和 所述流体流动通道的进口端与进口集管流体连通，以及流体流动通道的出口端与出口集管流体连通。5.如权利要求4所述的设备，其特征在于: 散热组件还包括流体配件； 所述流体配件包括进口流体配件和出口流体配件；和 所述进口流体配件与进口集管流体连通，且出口流体配件与出口集管流体连通。6.如权利要求2所述的设备，其特征在于，化学强化的玻璃工件和具有附着到其的垫圈的间隔体的重复串列包括交替的化学强化的玻璃工件和具有垫圈的间隔体。7.如权利要求2所述的设备，其特征在于: 垫圈包括主体垫圈和边缘垫圈； 所述主体垫圈和边缘垫圈设置在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上，且在间隔体的第一侧面以及间隔体的第二侧面上的主体垫圈和边缘垫圈之间形成具有进口端和出口端的流体流动通道； 所述散热组件还包括流体流动限流器； 将流体流动限流器设置在流体流动通道中，以形成长的进口区域、在流体流动限流器和化学强化的玻璃之间的密封流体间隙、和长的排出区域； 冷却系统还包括传热流体；和 所述化学强化的玻璃和散热组件热浸没于传热流体中。8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述传热流体是气体。9.如权利要求2所述的设备，其特征在于，至少一个垫圈的表面上设置有隔离剂。10.如权利要求1所述的设备，其特征在于: 所述散热组件包括至少两个流动端口、至少一个导热体、和流体储存器； 所述流动端口包括进口流动端口和出口流动端口 ； 进口流动端口与流体储存器流体连通； 出口流动端口与流体储存器流体连通； 将化学强化的玻璃工件和导热体的重复串列设置在流体储存器中； 冷却系统还包括传热流体；和 所述化学强化的玻璃工件和散热组件热浸没于传热流体中。11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述导热体比化学强化的玻璃工件更宽，从而它延伸超出化学强化的玻璃工件以形成散热片。12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述导热体具有与玻璃工件基本上相同的宽度。13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，化学强化的玻璃工件和导热体的重复串列包括交替的化学强化的玻璃工件和导热体。14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，化学强化的玻璃工件的活性区域包括印刷电路。15.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述离子交换源是一种浆料，其包括至少一种盐和至少一种粘合剂，能在化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分铺展并被加热到大于所述至少一种盐的熔点却不流出所述化学强化的玻璃工件的切割边缘。16.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述离子交换源是纯的熔融盐。17.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热源是IR源。18.如权利要求1所述的设备，其特征在于，设置热源来将热量导向离子交换源，并将化学强化的玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到420°C -480°C,以及所述冷却系统包括散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于180°C。19.一种用于边缘处理至少一个玻璃工件的切割边缘的设备，所述设备包括热源和冷却系统；其中， 所述玻璃工件包括活性区域和空闲边缘部分； 设置热源来将热量导向玻璃工件的空闲边缘部分并将玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到350°C -600°C ； 所述冷却系统包括散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于250 0C ； 暴露的空闲边缘部分超出散热组件的范围；且 将设备构造成退火、回火、火焰抛光或化学强化所述至少一个玻璃工件的切割边缘。20.一种用于处理至少一个玻璃工件的切割边缘的方法，所述方法包括: 提供至少一个玻璃工件，其包括活性区域和空闲边缘部分； 提供用于边缘处理至少一个玻璃工件的切割边缘的设备，所述设备包括热源和冷却系统；其中设置热源来将热量导向玻璃工件的空闲边缘部分并将玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到350°C _600°C，所述冷却系统包括散热组件，其热结合到活性区域并将活性区域的温度保持低于250°C，以及暴露的空闲边缘部分超出散热组件的范围；和退火、回火、火焰抛光或化学强化至少一个玻璃工件的切割边缘。21.如权利要求20所述的方法，其特征在于: 所述方法还包括提供离子交换源和化学强化至少一个玻璃工件的切割边缘。
【专利摘要】提拱了用于边缘处理玻璃板的切割边缘的设备和方法，其包括热源和冷却系统。玻璃工件具有活性区域和空闲边缘部分。设置热源来将热量导向空闲边缘部分并将玻璃工件的空闲边缘部分的温度升高到350℃-600℃。冷却系统将玻璃工件的活性区域的温度保持低于250℃。此外,冷却系统包括散热组件，其热结合到玻璃工件的活性区域。
【IPC分类】C03B27/04, C03C17/00, C03B33/00, C03C21/00, C03B25/02, C03B29/02
【公开号】CN104903265
【申请号】CN201380052369
【发明人】R·S·巴尔康, D·M·小诺尼, G·G·斯奎尔, E·M·维连诺, K·L·沃森
【申请人】康宁股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年8月28日
【公告号】EP2890654A1, US20150218045, WO2014036108A1
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