制備玻璃制品的方法
【專利說明】制備玻璃制品的方法
[0001 ] 相關申請交叉參考
[0002] 本申請根據35U.S.C.§119要求2013年08月08日提交的美國臨時申請系列第61/ 863,488號的優(yōu)先權，本文以該申請的內容為基礎并通過參考將其完整地結合于此。
[0003] 背景 1 .發(fā)明領域
[0004] 本發(fā)明總體涉及玻璃板再成形。具體來說，本發(fā)明涉及用于在使用模具來形成成 形的玻璃制品過程中從該模具除去熱量的機械裝置。
[0005] 相關技術說明
[0006] 玻璃板再成形過程涉及在模具上放置玻璃板，將該玻璃板和模具加熱到它們各自 的形成溫度，和將玻璃板形成為成形的玻璃制品。模具通常由金屬制成，且常常需要在超過 500Γ的表面溫度下運行，從而在不給玻璃引入表面缺陷或在成形的玻璃制品的形成完成 之前不過度冷卻玻璃的情況下，對熱玻璃進行成形。在成形的玻璃制品的形成過程中，模具 可需要以受控的方式在短時間段內以大于l〇〇°C的溫度變化來循環(huán)，這需要密切控制模具 的冷卻，從而制備均勻地成形的玻璃制品。在其它情況下，在模具的成形表面上一位置處的 理想的模具溫度比相同模具上另一表面位置更高例如50°C或更大，這需要只在模具的一部 分上高度和精確地控制冷卻。
[0007] 挺塗
[0008] 通過模具形成的成形的玻璃制品的最終形狀通常需要非常精確，通常在理想形狀 的小于± 100μπι之內。如果沒有精確地控制模具表面溫度，因為熱應力，玻璃將通過該量或 更大的量翹曲。
[0009] 例如施加真空來使玻璃板貼合到模具的成形表面的輔助過程可防止模具的背側 被密封用于直接的氣體或液體冷卻，這進而可需要通過傳導或輻射與模具連通的密封的除 熱裝置。在形成玻璃所需的操作溫度下，除熱裝置和模具之間的輻射傳熱是一致的和可控 的，但除熱速率較低，且難以隔離模具的小部分用于除熱。可使用除熱裝置和模具之間的直 接固體和固體傳導傳熱，但接觸電阻是可變的并受到許多因素的影響，例如表面平坦度、表 面精磨、加工公差等，這導致不利的模具的不均勻的和變化的冷卻。在較低溫度下，模具和 除熱裝置之間的接觸界面可用高傳導率的漿料進行填充，從而來補償這種不規(guī)則，但在玻 璃板再成形過程中典型的高溫下或玻璃表面的污染受到關注時，這通常不是一個選擇。
[0010] 使用單一模具操作的實驗室規(guī)模的工藝表明與無冷卻的條件相比，除熱裝置和模 具之間的固體和固體接觸冷卻速率足以將模具表面溫度梯度增加30°C或更大。需要非常精 確地加工組件，且在不同的設備組件之間裝置不可重復。輻射冷卻板已成功用于多模具生 產規(guī)模工藝中，并具有可重復的熱結果，但因為除去的熱量的量較小且沒有緊密的聚集，不 能獲得較大的表面溫度梯度。
[0011 ]在一種不例性實施方式中，相對于模具設置換熱器，從而換熱器的換熱表面與模 具的背表面相反，且通過包含氣體層的間隙與模具的背表面隔開。間隙的高度大于零，并限 定氣體層的厚度。選定間隙的高度，從而換熱表面和模具的背表面之間的主要的傳熱機理 是通過經過氣體層的傳導。操作換熱器來在使用模具再成形玻璃板的過程中，選擇性地從 模具的至少一部分除去熱量。
[0012] 上述概述用于提供本發(fā)明的介紹。其并不旨在確定本發(fā)明的關鍵性/決定性要素， 或者旨在描繪本發(fā)明的范圍或所附的權利要求。將參考附圖對各種方面和實施方式進行更 詳細地描述。
[0013] 附圖簡述
[0014] 以下是結合附圖進行的【附圖說明】。為了清楚和簡明起見，附圖不一定按比例繪制， 附圖的某些特征和某些視圖可以按比例放大顯示或示意性顯示。
[0015] 圖1顯示設置成在玻璃板再成形過程中從模具的至少一部分除去熱量的換熱器。
[0016] 圖2顯示空氣傳導率和空氣間隙高度之間的關系。
[0017]圖3顯示具有差異化傳熱區(qū)域的換熱器。
[0018]圖4顯示設置成在玻璃板再成形過程中從模具的至少一部分除去熱量的換熱器， 該換熱器包括主要傳熱裝置和輔助傳熱裝置。
[0019] 圖5顯示加熱管的基本操作。
[0020] 具體描述
[0021] 在以下詳細描述中，為了提供對本發(fā)明實施方式的透徹理解，陳述了許多具體的 細節(jié)。但是，對本領域技術人員清楚的是，實施方式可以在沒有這些具體細節(jié)中的一些或全 部的情況下實施。在其它情況中，為了不使本發(fā)明的主題難理解，沒有詳細描述眾所周知的 特征或工藝。此外，類似或相同的附圖編號可用于標識共有或類似的零件。
[0022] 圖1顯示模具10,其具有用于形成成形的玻璃制品的成形表面12。將待形成為成形 的玻璃制品的玻璃板18設置在模具10的頂部表面14上?？墒褂美鐚R銷釘的裝置(未顯 示)來在模具10的頂部表面14上對齊玻璃板18。在玻璃板18和模具10上方是加熱裝置20,其 包含用于將玻璃板18和模具10加熱到所需的形成溫度的一個或多個加熱器。在一些實施方 式中，加熱裝置20包含一個或多個輻射加熱器，例如紅外加熱器、電阻加熱器等。通常，加熱 裝置20,模具10,和玻璃板18將設置在爐子(未顯示）中，從而可控制玻璃板18和模具10的加 熱?？墒褂闷渌鼨C械裝置來控制玻璃板18和模具10的加熱，例如如美國專利申請公開號 2013/00981110( "白勒(Bailey)"）所述。
[0023] 包含傳熱裝置22的換熱器21設置在模具10下方，并可操作來從模具10除去熱量。 設置傳熱裝置22,從而傳熱裝置22的上部表面(或換熱表面)24與模具10的背表面16相對。 取決于所需從模具10去除熱量的地方，上部表面24可對應于模具10的背表面16的全部或只 有一部分。傳熱裝置22的上部表面24通過包含氣體層的間隙26與模具的背表面16隔開。氣 體可為空氣或惰性氣體或選自空氣和惰性氣體的氣體混合物。沿著垂直于相對的表面16， 24的方向測量的間隙的高度26限定氣體層的厚度。間隙的高度26大于零。在相反的表面16， 24之間的間隙的高度26可通過各種方式來實現。例如，可相對于一些參比平面，將模具10和 傳熱裝置22支撐在所需的高度，從而它們之間的間隙26具有所需的高度。還可將具有所需 的間隙高度的間隔件(未顯示)設置在相反的表面16,24之間。此外，可將致動器(未顯示)連 接到模具10和傳熱裝置22中的任一種或每一種，從而將間隙26調節(jié)到所需的高度。
[0024] -般來說，在大于或等于3mm的大間隙高度下，換熱器和模具之間的主要的傳熱機 理是通過輻射。在這種情況下，模具的背表面具有到換熱器的高視角系數(view factor)， 這將在模具的整個下部表面上產生基本上均勻的冷卻。在3mm的間隙厚度下，在典型操作溫 度下的從模具的除熱速率通常最高達4.5-5.3W/cm 2。對于有些模具設計而言，特別是當玻 璃板再成形過程在接觸玻璃的模具的成形表面上需要基本上均勻溫度時，該除熱速率是足 夠的。然而，當只在模具的一部分上（例如模具的部分)需要更高的冷卻速率(例如，大于或 等于7W/cm 2)時，就遇到了困難。與主要是輻射冷卻相關的較低最大除熱速率和較高到模具 的背表面的視角系數將使得難以構建這種模具的直接的冷卻。
[0025] 例如，考慮空氣作為模具和換熱表面之間的間隙中的氣體。在典型的操作溫度下， 換熱器和模具的背表面之間的空氣溫度估計為約300°C，這對應于空氣傳導率為0.045Wnf 提供該空氣溫度估計來說明，且無意于限制。取決于玻璃再成形過程的具體情況，空 氣溫度可高于或低于300°C。）下文的表1顯示各種空氣間隙高度的空氣傳導率。表1中所示 的數據也在圖2中顯示為曲線A。
[0026] 表 1
[0027]
[0028]
[0029] 從表1和圖2可知，隨著空氣間隙的厚度降低到1mm以下，空氣間隙中的通過空氣的 傳導傳熱的效率顯著增加。用于傳熱的輻射部分的當量傳導率還可通過下述公式來計算：
[0030]
[0031] 其中κ是傳導率，ε是表面的輻射