制備成型玻璃制品的方法和設備的制造方法
【專利說明】制備成型玻璃制品的方法和設備
[0001] 相關申請的交叉參考
[0002] 本申請根據(jù)美國法典第35卷第119條要求在2013年5月7日提交的美國臨時申 請61/820, 363和在2014年3月12日提交的美國臨時申請61/951，585的優(yōu)先權，其內容 通過引用完整結合于此。
[0003] 背景 1.技術領域
[0004] 本公開涉及制備成型玻璃制品，例如移動或掌上電子設備的外殼。
[0005] 2.背景
[0006] 掌上設備的外殼在具有功能性的同時也被要求具有美觀性。擁有三維形狀，其中 一部分是平面的，而另一部分經(jīng)過成形，比如有一定的彎度或者弧度，這樣的外殼逐漸成為 一種潮流。玻璃是能用來制成這種外殼的材料之一；但是制備具有平面區(qū)域和彎曲區(qū)域的 成型玻璃制品需要一定的方法和設備。本公開涉及制備成型玻璃制品的方法和設備，所述 成型玻璃制品具有能夠使它們可用作外殼玻璃的有用特性。
[0007] 概述
[0008] 第一個方面包括制備一種三維成型玻璃制品，它包括在成型工具中放置一塊玻璃 板，其中該成型工具包括模具、平面區(qū)域柱塞和彎曲區(qū)域柱塞，其中所述模具具有成型表 面，該成型表面具有適用于成型玻璃制品的所需表面輪廓，包括平面區(qū)域和彎曲區(qū)域；所述 平面區(qū)域柱塞具有與模具的平面區(qū)域對應的成型表面；所述彎曲區(qū)域柱塞具有與模具的彎 曲區(qū)域對應的成型表面。該方法還包括將平面區(qū)域柱塞移向玻璃板以壓縮玻璃板；將對應 于模具彎曲區(qū)域上方區(qū)域的玻璃板部分加熱到成型溫度以上的溫度；將彎曲區(qū)域柱塞移向 被加熱的玻璃板以壓縮被加熱的玻璃板，從而形成具有平面區(qū)域和彎曲區(qū)域的成型玻璃制 品。當用彎曲區(qū)域柱塞來壓縮加熱過的玻璃板時，所述的模具彎曲區(qū)域上方區(qū)域的玻璃板 部分的溫度比模具平面區(qū)域上方區(qū)域的玻璃板部分的溫度要高。
[0009] 在一些實施方式中，模具、平面區(qū)域柱塞和彎曲區(qū)域柱塞是多孔的。在一些實施方 式中，氣體流過多孔模具，平面區(qū)域柱塞和彎曲區(qū)域柱塞在玻璃板上方和下方形成壓縮氣 體層。在一些實施方式中，彎曲區(qū)域柱塞為加熱對應于模具彎曲區(qū)域上方區(qū)域的玻璃板部 分提供熱量。在一些實施方式中，一個輻射加熱器為加熱對應于模具彎曲區(qū)域上方區(qū)域的 玻璃板部分提供熱量。
[0010] 在一些實施方式中，模具的彎曲區(qū)域包含第一彎曲區(qū)域和第二彎曲區(qū)域。在一些 實施方式中，彎曲區(qū)域柱塞是安置在模具第一彎曲區(qū)域上方的第一彎曲區(qū)域柱塞，其中成 型工具還包含安置在模具第二彎曲區(qū)域上方的第二彎曲區(qū)域柱塞。在一些實施方式中，模 具的平面區(qū)域包含第一平面區(qū)域和第二平面區(qū)域。在一些實施方式中，平面區(qū)域柱塞是安 置在模具第一平面區(qū)域上方的第一平面區(qū)域柱塞，而且成型工具還包含安置在模具第二平 面區(qū)域上方的第二平面區(qū)域柱塞。
[0011] 在一些實施方式中，被壓縮在平面區(qū)域柱塞和模具之間的玻璃板部分的黏度保持 在IO12P~1013·7Ρ之間。在一些實施方式中，平面區(qū)域柱塞和模具之間的玻璃板部分所受的 壓強在IOkPa~IMPa之間。在一些實施方式中，被壓縮在彎曲區(qū)域柱塞和模具之間的玻璃 板部分的黏度保持在1〇9· 6P~IO11P之間。在一些實施方式中，彎曲區(qū)域柱塞和模具之間的 玻璃板部分所受的壓強在IOkPa~IMPa之間。
[0012] 第二個方面包括一種用于制作三維成型玻璃制品的設備，其包含：
[0013] 具有成型表面的模具，該成型表面具有適用于成型玻璃制品的所需表面輪廓，包 含平面區(qū)域和彎曲區(qū)域；具有對應于模具平面區(qū)域的成型表面且被設置在模具平面區(qū)域上 方的平面區(qū)域柱塞；具有對應于模具彎曲區(qū)域的成型表面且被設置在模具彎曲區(qū)域上方的 彎曲區(qū)域柱塞；以及用來加熱玻璃板位于模具彎曲區(qū)域上方的區(qū)域的加熱器，其中，平面區(qū) 域柱塞和彎曲區(qū)域柱塞彼此相對移動。
[0014] 在一些實施方式中，模具、平面區(qū)域柱塞和彎曲區(qū)域柱塞是多孔的。在一些實施方 式中，氣體源與多孔的模具、平面區(qū)域柱塞和彎曲區(qū)域柱塞連接，以便氣體能夠流過多孔模 具、平面區(qū)域柱塞和彎曲區(qū)域柱塞，在玻璃板上方和下方形成一個壓縮氣體層。在一些實施 方式中，加熱器結合在彎曲區(qū)域柱塞內。在一些實施方式中，加熱器是設置在彎曲區(qū)域柱塞 附近的輻射加熱器。
[0015] 在一些實施方式中，模具彎曲區(qū)域包含第一彎曲區(qū)域和第二彎曲區(qū)域。在一些實 施方式中，彎曲區(qū)域柱塞是安置在模具第一個彎曲區(qū)域上方的第一彎曲區(qū)域柱塞，其中所 述設備還包含安置在模具第二個彎曲區(qū)域上方的第二彎曲柱塞。在一些實施方式中，模具 的平面區(qū)域包含第一平面區(qū)域和第二平面區(qū)域。在一些實施方式中，平面區(qū)域柱塞是安置 在模具第一平面區(qū)域上方的第一平面區(qū)域柱塞，而且所述設備還包含安置在模具第二平面 區(qū)域上方的第二平面區(qū)域柱塞。
[0016] 第三個方面包括一種由上面描述的方法制成的3D玻璃結構。
[0017] 應當理解的是，前面的概要描述和接下來的詳細描述是示例性的，意在為理解本 公開內容提供概覽或框架。附圖包含在本公開內容中，用于提供更好的理解，并且結合在本 說明書中構成說明書的一部分。
[0018] 附圖簡要描述
[0019] 下面是對附圖的描述。為了清楚和簡明起見，附圖不一定按比例繪制，所示的附圖 的某些特征和某些視圖可能按比例放大顯示或以示意性方式顯示。
[0020] 圖1Α-1Β分別展示了碟子形狀和雪橇形狀的外殼玻璃的示例。
[0021] 圖2Α-2Β展示了典型地用于消費者電子設備的具有樣條（spline)半徑的成型玻 璃制品的示例性橫向剖面圖，其中玻璃的曲率半徑沿著邊緣方向減小。
[0022] 圖3A-3C分別展示了三個通過雙模壓制、真空彎垂和機械加工制成的在柵格上的 三維成型玻璃板。柵格的陰影展示了由于在通過雙模壓制、單模真空彎垂和機械加工制備 三維部件時的固有工藝問題，玻璃表面是如何扭曲光的透射的。
[0023] 圖4A-4D展示了在傳統(tǒng)的雙模壓制工藝中由于玻璃板的彎折（圖4A-4B)和平面 區(qū)域拉伸至一個拐角（圖4C-4D)引起的光學畸變。
[0024] 圖5展示了在傳統(tǒng)的雙模壓制工藝中玻璃板在一個拐角區(qū)域中與理想形狀的偏 差。
[0025] 圖6A-6D展示了在只使用真空或使用真空和壓力成型的單模工藝中由于玻璃板 彎折產(chǎn)生的力學變形。
[0026] 圖7A-7E展示了使用三件套模具的彎曲壓制工藝的示例性示圖。
[0027] 圖8是三件套模具的示例性橫向剖視圖。
[0028] 圖9形象地描述了玻璃和底模之間的空隙，用來：（1)避免玻璃彎曲區(qū)域產(chǎn)生過度 壓制造成的痕跡，（2)防止缺陷很難被磨光的彎曲部凹面在美觀方面受到損害，以及（3)補 償玻璃在相對于模具被壓制之后最開始的較快收縮。
[0029] 圖10A-10E是使用多孔的三件套模具的彎曲壓制工藝的示例性示圖。
[0030] 圖11是傳統(tǒng)等溫壓制和三件套模具彎曲壓制之間的熱循環(huán)比較圖表。
[0031] 圖12A-12D是使用多孔兩件套模具的彎曲壓制工藝的示例性示圖。
[0032] 圖13是顯示使用兩件套模具彎曲壓制工藝在玻璃的整個寬度上的壓力分布的 圖。
[0033] 圖14是顯示使用三件套模具彎曲壓制工藝在玻璃的整個寬度上的壓力分布的 圖。
[0034] 詳細描述
[0035] 在接下來的詳細描述中，將陳述眾多的具體細節(jié)，用來提供對本文所述的具體實 施方式的透徹理解。然而，本領域技術人員清楚在什么時候可以在缺少部分或全部這些具 體細節(jié)的情況下將實施方式付諸實施。另外，相似或相同的附圖標記可以用來標示共同或 相似的元素。
[0036] 本文公開了材料、化合物、組成和組分，它們可用于本文所公開的方法和組合物， 可與所述方法和組合物結合使用，可用于準備所述方法和制備所述組合物，或者是所述方 法和組合物的【具體實施方式】。這些和其他的材料在此被公開；應當理解，當這些材料的組 合、子集、交互作用、組等等被公開，而沒有明確公開對這些化合物的個別和整體組合及其 變體的具體描述時，每一種情況都在本文的具體構思和描述之列。
[0037] 本文所用的術語"大約"意味著數(shù)量、大小、配方、參數(shù)及其他數(shù)量和特征不是或者 不必是精確的，而是可以根據(jù)需要是大致的和/或更大一些或更小一些，反映出為本領域 技術人員所知的容差、轉換因子、取整、測量誤差等，以及其他因素。大體上來說，數(shù)量、大 小、配方、參數(shù)或者其他的數(shù)量或特征是"大約"或者"大致"的，不管是否這樣明確表述。
[0038] 本文所用的術語"或者"是包羅性的。更具體地說，短語"A或B"意味著"A、B或 者A和B"。排他性的"或者"在本文中用諸如"A或B"和"A或B之一"的術語指明。
[0039] 不定冠詞"一個"和"一種"是用來描述【具體實施方式】的元素和組分的。這些冠詞 的使用意味著這些元素或者組分中的一個或者至少一個是存在的。雖然這些冠詞通常用來 表示所修飾的名詞是單數(shù)名詞，但本文所用的"一個"和"一種"也包括復數(shù)，除非在一些特 殊情況下另有說明。類似地，本文所用的定冠詞"該"也表示所修飾的名詞可以是單數(shù)或復 數(shù)，同樣除非在一些特殊情況下另有說明。
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