使用非等温的温度分布制造玻璃制品的方法

摘要

根据一种实施方式,制造具有三维形状的玻璃制品的方法包含将玻璃制品坯料加热到凝固温度以上的温度，并将玻璃制品坯料偶合到开口模具。开口模具包含模塑区域，该模塑区域具有总体对应于玻璃制品的形状的三维形状并在模塑区域之内具有非等温的温度分布。该方法还包含沿着玻璃制品坯料保持非等温的温度分布，并在玻璃制品坯料偶合到开口模具的模塑区域的同时冷却玻璃制品坯料，以凝固玻璃制品的形状。

说明书

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119要求2013年08月15日提交的美国临时申 请系列第61/866,162号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考 将其完整地结合于此。

领域

本发明总体涉及用于成形玻璃制品的模具,具体来说,涉及具有三维形 状的用于玻璃制品的单侧面模具和使用该模具来成形玻璃制品的方法。

背景

玻璃制品可包括作为各种消费者产品中的盖板玻璃，包括例如手机和 平板的消费者装置上的互动显示器。随着玻璃制品更加广泛地应用于各种 消费者设备，玻璃制品的几何复杂性也增加，因为制造商推动就美学和功 能而言的设计范围。例如，某些产品可要求将玻璃制品形成为复杂的形状， 例如绕着装置的边缘翘曲的弯曲的部分，由此需要额外的形成操作来获得 所需的几何形貌。然而，某些产品的设计要求可规定较窄的偏离目标形状 的误差。

因此，可需要用于形成玻璃制品的替代的模具和方法。

概述

根据一种实施方式,制造具有三维形状的玻璃制品的方法包含将玻璃 制品坯料加热到凝固温度以上的温度，并将玻璃制品坯料偶合到开口模具 (open-facedmold)。开口模具包含模塑区域，该模塑区域具有总体对应于 玻璃制品的形状的三维形状并在模塑区域之内具有非等温的温度分布。该 方法还包含沿着玻璃制品坯料保持非等温的温度分布，并在玻璃制品坯料 偶合到开口模具的模塑区域的同时冷却玻璃制品坯料，以凝固(set)玻璃制 品的形状。

在另一种实施方式中,用于形成玻璃制品的模塑设备包含开口模具，该 开口模具包含模塑区域。该模塑区域具有接触面，接触面的三维形状总体 对应于玻璃制品的形状。将多个排气孔设置在开口模具的模塑区域之内,并 延伸穿过接触面。排气孔与真空泵流体连通。在开口模具中设置至少一个 冷却通道,其包含设置靠近模塑区域并与开口模具的多个排气孔和接触面 流体隔离的部分。该冷却通道在玻璃制品中产生非等温的温度分布。

又在另一种实施方式中,制造具有三维形状的玻璃制品的方法包含将 玻璃制品坯料加热到凝固温度以上的温度，并将玻璃制品坯料偶合到开口 模具。开口模具的三维形状不同于玻璃制品的目标形状。此外，开口模具 在模塑区域之内具有非等温的温度分布。该方法还包含沿着玻璃制品坯料 保持非等温的温度分布，并在玻璃制品坯料偶合到开口模具的模塑区域的 同时将玻璃制品坯料冷却到低于粘性温度的温度，以凝固玻璃制品的形状， 并从开口模具释放玻璃制品。

在以下的详细描述中给出了本实施方式的其他特征和优点，其中的部 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。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式， 用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附 图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构 成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并 与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。

附图简要说明

图1A示意性地显示根据本文所示或所述的一种或多种实施方式的具 有2个弯曲的侧面的玻璃制品的俯视透视图；

图1B示意性地显示根据本文所示或所述的一种或多种实施方式的具 有4个弯曲的侧面的玻璃制品的俯视透视图；

图1C示意性地显示根据本文所示或所述的一种或多种实施方式的图1 的玻璃制品的沿着线A-A所示的俯视横截面视图；

图2示意性地显示根据本文所示或所述的一种或多种实施方式的玻璃 的松弛与其温度和冷却速率的关系；

图3示意性地显示根据本文所示或所述的一种或多种实施方式的模具 和玻璃制品的正面透视图；

图4示意性地显示根据本文所示或所述的一种或多种实施方式的由面 内温度梯度导致的面外位移的建模结果；

图5示意性地显示根据本文所示或所述的一种或多种实施方式的由在 厚度之间(through-thickness)的温度梯度导致的面外位移的建模结果；和

图6示意性地显示根据本文所示或所述的一种或多种实施方式的具有 离子交换表面层的玻璃制品的俯视横截面视图。

详细描述

下面详细参考各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只 要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。 图3示意性地显示用于与本文所述的模塑方法联用的模具的实施方式。在 一种实施方式中,制造具有三维形状的玻璃制品的方法可通常包含将玻璃 制品坯料加热到大于凝固温度的温度，并将玻璃制品坯料偶合到开口模具。 开口模具包含模塑区域，该模塑区域具有总体对应于玻璃制品的形状的三 维形状并在模塑区域之内具有非等温的温度分布。该方法还包含在玻璃制 品坯料偶合到开口模具的模塑区域的同时冷却玻璃制品坯料，以凝固玻璃 制品的形状。参考附图，将更加详细地描述制造具有三维形状的玻璃制品 的方法以及其中所用的模具的各种实施方式。

现在参考1A-1C,显示根据本发明制造的玻璃制品。可将玻璃制品结合 进入消费者产品例如智能手机或平板电脑。可利用各种技术来形成玻璃制 品100，从而玻璃制品具有三维形状。如本文所使用，术语“三维形状”指玻 璃制品总体上具有至少部分地从平坦的偏离的形状。例如但不限于,玻璃制 品100可具有多种三维形状中的一种,例如如图1A所示的雪橇形状，其中 边缘102a,102b弯曲远离中央部分,或者如图1B所示的碟形状，其中边缘 104a,104b,104c,104d弯曲远离中央部分。在各种实施方式中,玻璃制品100 还可具有基本上平坦的区域106,如图1C中示意性地显示的玻璃制品100 的横截面视图所示。利用本文所述的形成技术可提供具有基本上平坦的区 域的玻璃制品，该平坦的区域呈现较低的与平面构造的偏差，例如越过玻 璃制品100的中央部分偏差小于或等于约200μm的量。

玻璃制品100的强度和机械可靠性随它的表面缺陷或瑕疵尺寸密度分 布以及材料遭受的随着时间累积的应力暴露而变化。例如,图1A或图1B中 的玻璃制品100在制造过程中可遭受各种热应力和机械应力,例如通过形 成、模塑和抛光造成。具体来说，玻璃制品100可在靠近模具的模塑区域 的高轮廓化(highcontoured)部分的位置(例如,在靠近弯曲的边缘102a和 102b的点处)呈现高应力场，并在靠近模具的轮廓化更低的模具的模塑区域 呈现低应力场(例如,在靠近图1C所示的基本上平坦的区域106的点处)。 在一些实施方式中,玻璃制品100在强化过程例如在离子交换加工中进一步 遭受应力。

在一实施例中,玻璃制品100遭受由玻璃中面内和在厚度之间的热梯 度造成的应力。这种热梯度可来自在将玻璃制品坯料101形成为玻璃制品 100时玻璃制品坯料101(示于图3)所经历的不同的加热和冷却速率。例如, 可从用来形成玻璃制品100的模具300(示于图3)、模具的中央和模具的边 缘的不同加热和冷却速率、玻璃制品坯料101和模具300之间的不同的接 触情况等将这些热梯度赋予玻璃制品坯料101。这些热梯度可为玻璃制品 100诱导内部应力和/或导致玻璃制品100的不利的变形或翘曲。然而,可利 用热梯度来在玻璃制品100中赋予受控的变形或翘曲。例如,在各种实施方 式中,热梯度可使玻璃制品坯料101翘曲成所需的三维形状。当在特定的温 度范围中将这些热梯度引入到玻璃制品坯料101时,在使玻璃制品100冷却 之后该玻璃制品100可在有翘曲的情况下凝固。由此，该翘曲改变玻璃制 品100的三维形状。或者,可利用热梯度来在玻璃制品中赋予超过设计公差 的受控的变形或翘曲，从而补偿由下游制造工艺造成的玻璃制品100的后 续的翘曲。

图2的图表显示根据本文所述的一种或多种实施方式的玻璃组合物的 松弛随冷却速率的变化。在该图表中，x轴表示冷却速率(单位是℃(C)/秒 (s)),而y轴表示凝固区温度(单位是℃(C))。应理解图片上所示的数值本 质上只是说明性的，并可随玻璃组合物而变化。该图表显示粘性区202,粘 弹区或凝固区204,和弹性区206。如图2所示,粘性区202指其中玻璃中的 大于约95％应力已经松弛的状态。粘弹区或凝固区204指其中玻璃中约90％ 压缩应力到约10％的压缩应力已经松弛的状态。弹性区206指其中玻璃中小 于约5％压缩应力已经松弛的状态。在一些实施方式中,所述粘度区之间的边 界可取决于特定实施方式而变化。例如,粘性区到粘弹区之间的转变可发生 在约90％-约95％的松弛，粘弹区和弹性区之间的转变可发生在约5％-约10％ 松弛。

当将玻璃制品坯料101形成为玻璃制品时,将玻璃制品坯料101加热到 玻璃制品坯料101不再处于弹性区206的温度。在各种实施方式中,将玻璃 制品坯料101加热到大于凝固温度的温度。对于给定的冷却速率,凝固温度 是可在玻璃中形成应力的温度。可取决于各种因素，来选择将玻璃制品坯 料101所加热到的温度。在一些实施方式中,当将玻璃制品坯料101加热到 大于凝固温度的温度时,玻璃制品坯料101进入粘性区202或粘弹区204。 加热之后，将玻璃制品坯料101引入到模具300进行成形。

图3显示根据本文所述的一种或多种实施方式的用于形成具有三维形 状的玻璃制品的模具300的一种示例。如图3所示,模具300包含开口的、 单一侧面的模腔(moldform)302。模腔302可由任意合适的材料制成,例如 铝、镍、铸铁或黄铜，并可用或不用耐腐蚀的涂层或热学阻挡涂层涂覆。 模腔302包含具有接触面306的模塑区域304。接触面306的三维形状总体 对应于待形成的玻璃制品的形状。尽管接触面306的三维形状总体对应于 玻璃制品的形状,但接触面306的形状可不同于玻璃制品的最终设计形状。 如上所述，玻璃制品100中的温度梯度和玻璃制品坯料101的冷却速率可 使玻璃制品坯料101发生翘曲，从而玻璃制品100的形状不同于但总体对 应于模塑区域304的接触面306的形状。接触面306的形状与玻璃制品100 的最终设计形状差异的量取决于在于形成之后进行的加工步骤(例如化学 强化)中引入的翘曲。

将多个排气孔308设置在开口的模腔302的模塑区域304之内,并延伸 穿过接触面306。排气孔308与真空泵310流体连通。排气孔308使得通过 越过玻璃制品坯料101的压力不平衡，将玻璃制品坯料101保持亲密接触 模具300，且不接触与模腔302相反的玻璃制品坯料101的面。减少或消除 与玻璃制品坯料101的接触可减少在最终玻璃制品100中存在的缺陷。

在各种实施方式中,在偶合玻璃制品坯料101之前，将模具300加热到 升高的温度。在一些实施方式中,将模具300加热到大于环境温度的温度， 其低于玻璃的凝固温度。可使用任何不同的常规技术来加热模具300。例如, 可将加热元件设置在炉子顶部、位于模具上方和位于靠近模具的边缘、或 者嵌入在模具中。加热元件可由碳化硅、钨、镍铬合金(nichrome)等制成。 在一些情况下,可将发射器板与顶部安装的加热元件联用，以提供更均匀的 加热。将加热的玻璃制品坯料101引入模具300的模塑区域304，真空泵通 过排气孔308牵拉流体以使加热的玻璃制品坯料101接触加热的接触面 306。通过由真空泵310沿着接触面306构建的至少一部分真空，将玻璃制 品坯料101在模腔302上固定到位。

模具300可还包含至少一个冷却通道312，在图3中通过虚线来表示。 在各种实施方式中,冷却通道312可在邻近模塑区域304的位置，为模腔302 提供流体冷却流。冷却通道312可以蛇形图案(如所示图3)、漩涡图案或横 跨整个接触面306产生所需的温度分布的另一图案设置在模具300中。在 一些实施方式中,流体冷却流包括在模具300的操作的温度范围中对模具 300惰性的气体，例如空气、氮气、氦气、氖气等，但可使用其它流体冷却 流和其它冷却机械装置。在所示实施方式中,冷却通道312包含靠近模塑区 域304设置并与模具300的排气孔308和接触面306流体隔离的部分。因 此,当将流体冷却流引入冷却通道312时,冷却通道312冷却靠近具有流体 冷却流的模塑区域304的模具300的一部分。冷却通道312在整个接触面 306产生非均匀的、非等温的温度分布。再次重申,冷却通道312可用来控 制模具300的部分的温度，从而模具300的第一部分具有第一温度，模具 300的第二部分具有不同于第一温度的第二温度。这样,模具300在模塑区 域304之内呈现非等温的温度分布。在一些实施方式中,可通过一个或多个 冷却通道312来引入流体加热流而不是流体冷却流，从而在玻璃制品100 的厚度上产生热梯度。

可改变流体冷却流经过冷却通道312的流量，从而产生在平坦的区域 106之内的多个非等温的温度分布中的一种。在一些实施方式中,在靠近模 塑区域304边缘位置处的接触面306的温度大于在远离模塑区域304边缘 位置处的接触面306的温度。在其它实施方式中,在靠近模塑区域304边缘 位置处的接触面306的温度小于在远离模塑区域304边缘位置处的接触面 306的温度。虽然图3的说明描述了彼此具有不同温度的接触面306的各种 代表性区域，但应理解该区域可对应于不同的形状、尺寸和取向。

一般来说,将模具300和玻璃制品坯料101同时加热到所需的初始温 度，其大于其中设置模具300的环境温度。将玻璃制品坯料101加热到大 于玻璃组合物的弹性温度范围的温度。使玻璃制品坯料101接触模具300 的接触面306。当玻璃制品坯料101接触模具300的接触面时,真空泵310 通过排气孔308牵拉流体,沿着设置靠近接触面306的玻璃制品坯料101的 侧面降低压力。真空泵310保持越过玻璃制品坯料101的压力不平衡,由此 将玻璃制品坯料101夹持到模具300的接触面306。在升高的温度下，由真 空泵310导致的压力不平衡可克服玻璃制品坯料101的强度，从而玻璃制 品坯料101将贴合模具300的接触面306的形状。

将玻璃制品坯料101和模具300的温度从初始温度降低。随着玻璃制 品坯料101的温度降低，玻璃制品坯料101将继续贴合接触面306的形状。 当通过冷却通道312引导流体冷却流时,流体冷却流通过传导和/或对流从 接触面306除去热量,模具300用作玻璃制品坯料101的散热槽,从玻璃制 品坯料101除去热量。随着玻璃制品坯料101的温度降低,玻璃制品坯料101 的强度增加。此外，随着玻璃制品坯料101和模具300的温度下降,玻璃制 品坯料101和模具300的因各自的热膨胀系数造成尺寸降低。然而,因为玻 璃制品坯料101和模具300可能具有不同的热膨胀系数,因热膨胀差异导致 的玻璃制品坯料101和模具300尺寸的相对变化可在玻璃制品坯料101中 诱导应力。因为玻璃制品坯料101的温度同时下降,在处于弹性温度范围的 温度下，玻璃制品坯料101冷却时诱导至玻璃制品坯料101的应力可保持 在玻璃制品100中。

此外，因为沿着玻璃制品坯料101的通过厚度方向和/或面内方向在玻 璃制品坯料101上保持非等温的温度梯度,在较高温度下的玻璃制品坯料 101的部分可趋于相对于在较低温度下的玻璃制品坯料101的部分膨胀。当 玻璃制品坯料101的温度通过粘弹温度范围降低到弹性温度范围时，玻璃 制品坯料101的多个部分之间膨胀的差异可在玻璃制品坯料101中引入应 力。因此,当将两维或三维形状凝固进入玻璃制品坯料101的轮廓与在室温 下的玻璃制品100的轮廓进行比较时，玻璃制品坯料101的轮廓可发生改 变。具体来说，保持在升高的温度下的玻璃制品坯料101的部分可趋于比 保持在相对更低温度下的玻璃制品坯料101的部分收缩更多。玻璃制品100 的某些部分的收缩可趋于使玻璃制品100翘曲远离模具300的接触面306 的形状。

因为从玻璃制品坯料101除热的速率对应于冷却通道312从接触面306 除热的速率,所以模具300的接触面306的非等温的温度分布可导致在玻璃 制品坯料101产生类似的非等温的温度分布,或热梯度。越过玻璃制品坯料 101产生非等温的温度分布，因为图4和5显示因模具300中的冷却通道 312而在玻璃制品坯料101产生的热梯度所导致的玻璃制品坯料101中的位 移。

一般来说,当温度梯度朝着玻璃制品坯料101的边缘增加时,边缘比基 底(base)膨胀更多。该膨胀将弯曲力矩施加到玻璃制品坯料101的基底。 然而，在该过程中施加的真空压力防止该基底弯曲成穹顶形状，且该部件 仍然贴合到模具。因为增加的温度梯度，当玻璃制品100冷却到室温时,边 缘必须比基底收缩更多。边缘的这种增加的收缩导致将反向的弯曲力矩施 加到基底。因为在该加工阶段中，没有施加真空压力，基底沿着该反向的 弯曲移动，这将玻璃制品100的形状改变成弓形。

图4显示因越过玻璃制品坯料101面内方向的热梯度造成的位移。在 图4中,在靠近玻璃制品坯料101边缘位置的点402处的玻璃制品坯料101 的温度大于在远离玻璃制品坯料边缘位置的点404处的玻璃制品坯料101 的温度。因此,靠近玻璃制品坯料101边缘的点(例如,在区域406之内的点) 比远离玻璃制品坯料101的边缘的点(例如,在区域408之内的点)呈现更大 的累积位移,且在区域406之内的点具有比在区域408之内的点具有更大的 位移。在各种实施方式中,在区域410,412,和414之内的位移落在区域406 和区域408中的位移之内。因此,当模具300的接触面306越过玻璃制品坯 料101产生这种热梯度时,玻璃制品坯料101的边缘趋于从模具300的接触 面306偏斜。类似地,如果在设置靠近玻璃制品坯料101边缘的点处的玻璃 制品坯料101的温度小于在设置远离玻璃制品坯料101边缘的点处的玻璃 制品坯料101的温度,玻璃制品坯料101的边缘趋于朝着模具300的接触面 306偏斜。在各种实施方式中,非等温的温度分布,和由非等温的温度分布导 致的热梯度可通过下述来控制：调节通过冷却通道312的流体冷却流的流 量。因此,除了通过模具300的轮廓提供的控制以外，调节流体冷却流的流 量可对玻璃制品100的形状提供一些控制。

图5显示由在玻璃制品坯料101厚度之间的热梯度造成的位移。在图 5中,靠近接触面306的玻璃制品坯料101的面的温度小于处于远离接触面 306的位置处的玻璃制品坯料101的面的温度。因此,靠近接触面306的玻 璃制品坯料101的面比处于远离接触面306的位置处的玻璃制品坯料101 的面呈现更少的热膨胀。因此,玻璃制品坯料101趋于翘曲成弓状形状(例 如,相对于区域418的在区域416之内的正的位移，其中正的方向远离模 具)。类似地,靠近接触面306的玻璃制品坯料101的面的温度大于远离接 触面306的玻璃制品坯料101的面的温度,玻璃制品坯料101趋于翘曲成穹 顶形状。

在一些实施方式中,在模具300中将加热元件(未显示)设置成与接触 面306相对并隔开。加热元件和模具300的冷却通道312一起可产生在玻 璃制品100厚度之间的热梯度。再次重申,接触接触面306的玻璃制品100 的面的温度可不同于与接触面306隔开的玻璃制品100的面的温度。然而, 应理解包含加热元件是任选的，且无需使用加热元件来产生在玻璃制品100 厚度之间的热梯度。

在各种实施方式中,可调节流体冷却流的流量，以改变越过玻璃制品坯 料101的面内方向和/或在玻璃制品坯料101的厚度之间的热梯度。通过改 变玻璃制品坯料101中的热梯度,可形成玻璃制品坯料101，从而玻璃制品 100的三维形状总体对应于所需的玻璃制品100的设计形状。可控制热梯度 来形成预定的玻璃制品坯料101的翘曲以补偿在形成之后的工艺中形成的 相反的翘曲(例如,化学强化,退火,边缘加工)。下面将更加详细地描述使用 模具300来制造具有三维形状的玻璃制品100的方法。

根据一种示例性方法，将玻璃制品坯料101加热到大于凝固温度的温 度。在各种实施方式中,将玻璃制品坯料101加热到一定温度，从而玻璃制 品坯料101处于粘性状态。在一些实施方式中,将玻璃制品坯料101加热到 一定温度，在该温度下，对于给定的冷却速率而言，玻璃制品坯料101的 大于约75％应力是松弛的。取决于玻璃组合物和/或玻璃制品100的要求， 可利用其它温度。例如,可将玻璃制品坯料101加热到一定温度，在该温度 下，对于给定的冷却速率而言玻璃的大于约80％应力是松弛的,例如对于给 定的冷却速率而言玻璃的大于约85％应力是松弛的,例如对于给定的冷却速 率而言玻璃的大于约90％应力是松弛的,例如对于给定的冷却速率而言玻璃 的大于约95％应力是松弛的。

在各种实施方式中,将模具300预热到大于环境温度的升高的温度。可 将模具300加热到一温度，该温度小于玻璃制品坯料101所被加热到的温 度。例如,可将模具300加热到玻璃制品坯料101将处于粘弹状态的温度。 在各种实施方式中,在预热模具之后，使流体冷却流通过模具300的冷却通 道312，以进一步控制模具300的温度。具体来说，使流体冷却流通过冷却 通道312以控制模具300的第一部分具有第一温度且模具300的第二部分 具有第二温度，从而当将玻璃制品坯料101偶合到模具300时,模具300可 在模塑区域304之内具有非等温的温度分布。

接下来，使玻璃制品坯料101偶合到模具300，从而使玻璃制品坯料 101至少部分地接触模塑区域304的接触面306。然后，借助实施通过排气 孔308牵拉流体的真空泵310,使玻璃制品坯料101贴合接触面306，由此 使玻璃制品坯料101接触接触面306并在接触面306上将玻璃制品坯料101 固定到位。

当玻璃制品坯料101偶合到模具300的模塑区域304时，冷却玻璃制 品坯料101以将玻璃制品100的形状凝固成玻璃制品坯料101。例如,模具 300可用作散热槽，从玻璃制品坯料101除去热量。如上所述，可控制流体 冷却流的流量来调节接触面306和玻璃制品坯料101的冷却速率。虽然将 玻璃制品坯料101从升高的温度冷却并保持接触接触面306,但可在玻璃制 品坯料101的厚度之间和/或越过玻璃制品坯料101的面内方向保持热梯 度。热梯度可通过沿着玻璃制品坯料101的表面在不同位置的不同冷却速 率来形成。在一种实施方式中,从接触模具300的玻璃制品坯料101的面传 导除去的热量可大于从与模具300相反的侧面传导和/或对流除去的热量, 由此在玻璃制品坯料101的厚度之间保持热梯度。在一些实施方式中,当玻 璃制品坯料101的一个侧面(例如,靠近接触面306的玻璃制品坯料101面) 进行冷却时，与接触模具300的侧面相反的玻璃制品坯料101的面可使用 加热元件进行加热来产生或改变在玻璃制品坯料101的厚度之间的热梯度。

在冷却之后,将玻璃制品100从模具300取出。在各种实施方式中,对 于给定的冷却速率而言，当玻璃制品100的最大温度在玻璃制品100的粘 弹温度范围之内时，将玻璃制品100从模具300分离(decoupled)。然而， 在一些实施方式中，对于给定的冷却速率而言，当玻璃制品的最大温度在 玻璃制品100的弹性温度范围之内时，将玻璃制品100从模具300分离。 例如,可在其中对于给定的冷却速率而言小于约5％应力玻璃是松弛的温度 下将玻璃制品100从模具300分离,例如其中对于给定的冷却速率而言小于 约10％应力玻璃是松弛的温度,例如对于给定的冷却速率而言其中小于约 15％应力玻璃是松弛的温度,例如其中对于给定的冷却速率而言小于约20％ 应力玻璃是松弛的温度。

任选地,在各种实施方式中,在将玻璃制品从模具分离以后，在玻璃制 品100上实施例如通过离子交换过程的表面强化。在示于图6的一种实施 方式中,通过交换玻璃中的离子，离子交换过程将压缩层引入玻璃制品100 的表面。玻璃制品100的表面中的这些压缩层(在本文中称作离子交换表面 层110)具有从表面层延伸的深度层108。其中化学强化过程没有引入压缩 层的玻璃制品100的区域可呈现张力，以补偿离子交换表面层110中应力 的增加。离子交换的表面层110的形成可改变玻璃制品100的形状，从而 玻璃制品100的形状不同于开口模具的模塑区域的形状。第一,化学强化通 常在升高的温度下进行，这可对玻璃制品100进行退火，由此降低在形成 过程中引入的内部应力，如本文所述。应力松弛可在玻璃制品中诱导一些 形变。其次,化学强化玻璃制品100可导致玻璃制品100发生膨胀，因为较 大的钾离子替换了较小的钠离子。对于不对称的形状，稳定的形状(即,具 有最小能量的形状)是翘曲的形状。因此,在其中实施化学强化过程的实施 方式中,模具300的模塑区域的形状可与玻璃制品100的目标形状相差预定 的量，从而在化学强化过程之后的玻璃制品100的形状总体对应于玻璃制 品100的目标形状并在可接受的公差之内模具300的模塑区域的形状可补 偿通过后续的化学强化过程造成的翘曲，从而得到形状对应于玻璃制品100 的目标形状的玻璃制品100。

在各种实施方式中,可调节冷却速率例如来微调越过玻璃制品坯料101 的温度梯度。本文所述的方法例如可用作玻璃制品制造工艺的迭代检查工 况参数。在冷却玻璃制品坯料101且将玻璃制品100从模具300分离之后, 将玻璃制品100的三维形状与玻璃制品100的目标形状进行比较。例如,可 使用常规的检查技术，将玻璃制品100的三维形状与玻璃制品100的计算 机辅助设计(CAD)的模型进行比较。如果玻璃制品100的形状在可接受的误 差之内，对后续的玻璃制品坯料101加热，用于形成。可接受的误差可取 决于特定的实施方式而变化。例如,在各种实施方式中,玻璃制品100形状 的可接受的误差是CAD模型标称尺寸的约100μm之内，但其它误差可为可 接受的。

如果玻璃制品100的三维形状与目标形状相差的量在可接受的误差以 外,将流量调节到使模具300产生替代非等温的温度分布的流量。当根据所 述方法处理玻璃时，加热后续的玻璃制品坯料101。将后续的玻璃制品坯料 101偶合到模具300,以第二流量冷却,从模具300分离,并将后续的玻璃制 品的形状与目标形状进行比较。可使用替代的非等温的温度分布重复该方 法，直到玻璃制品的形状是在可接受的误差之内。

现应理解，根据本发明的制造玻璃制品的方法可用来生产具有三维形 状的玻璃制品。将玻璃制品坯料加热到大于玻璃的凝固温度的温度，并引 入开口模具，该开口模具的形状总体对应于所需的玻璃制品的形状。通过 开口模具，沿着玻璃制品坯料保持非等温的温度分布。在玻璃制品坯料和 开口模具之间保持接触时，冷却玻璃制品坯料。开口模具的非等温的温度 分布可在玻璃制品中诱导翘曲，从而玻璃制品的形状不同于开口模具的形 状。本文所述的方法和设备的各种实施方式使得可制造玻璃制品来补偿在 下游工艺中可能发生的翘曲。通过在玻璃制品成形过程中补偿下游加工的 翘曲，本文所述的方法和设备可得到更少的非贴合的玻璃制品和增加的制 造效率。

在第一方面中,本发明提供制造具有三维形状的玻璃制品的方法，所述 方法包含将玻璃制品坯料加热到凝固温度以上的温度；控制开口模具的模 塑区域的第一部分以具有第一温度，且控制开口模具的模塑区域的第二部 分以具有第二温度，在模塑区域之内有效地产生非等温的温度分布,该模塑 区域的三维形状总体对应于玻璃制品的形状；将玻璃制品坯料偶合到开口 模具；和在玻璃制品坯料偶合到开口模具的模塑区域的同时冷却玻璃制品 坯料，以凝固玻璃制品的形状。

在第二方面,本发明提供制造具有三维形状的玻璃制品的方法，所述方 法可包含将玻璃制品坯料加热到凝固温度以上的温度；控制开口模具的模 塑区域的第一部分以具有第一温度，且控制开口模具的模塑区域的第二部 分以具有第二温度，为开口模具有效地产生非等温的温度分布,该开口模具 的三维形状不同于玻璃制品的目标形状；将玻璃制品坯料偶合到开口模具； 在玻璃制品坯料偶合到开口模具的同时将玻璃制品坯料冷却到低于粘性温 度的温度，以凝固玻璃制品的形状；和从开口模具释放玻璃制品。

在第三方面,本发明提供第一或第二方面所述的方法，所述方法可包含 用流体冷却流冷却靠近模塑区域的开口模具的一部分。

在第四方面,本发明提供第一到第三方面所述的方法,其中当冷却玻璃 制品坯料时,在玻璃制品坯料的厚度之间保持热梯度。

在第五方面,本发明提供第一到第四方面所述的方法,其中当冷却玻璃 制品坯料时,横跨玻璃制品坯料的面内方向上保持热梯度。

在第六方面,本发明提供第一到第五方面中任一项所述的方法，所述方 法还包含对于给定的冷却速率而言，当玻璃制品的最大温度在玻璃制品的 粘弹温度范围之内时，从开口模具分离玻璃制品。

在第七方面,本发明提供第一到第五方面中任一项所述的方法，所述方 法还包含对于给定的冷却速率而言，当玻璃制品的最大温度在玻璃制品的 弹性温度范围之内时，从开口模具分离玻璃制品。

在第八方面,本发明提供方法第一到第七方面中任一项所述的方法，所 述方法还包含沿着与接触开口模具的玻璃制品坯料的侧面相反的侧面加热 玻璃制品坯料。

在第九方面,本发明提供第一到第八方面中任一项所述的方法,其中玻 璃制品的形状不同于开口模具的模塑区域的形状。

在第十方面,本发明提供第一到第九方面中任一项所述的方法，所述方 法还包含在玻璃制品中形成具有层深度的离子交换的表面层。

在第十一方面,本发明提供第一到第十方面中任一项所述的方法,其中 形成离子交换的表面层改变玻璃制品的形状，从而玻璃制品的形状不同于 开口模具的模塑区域的形状。

在第十二方面,本发明提供第一到第十一方面中任一项所述的方法,其 中模塑区域包含高轮廓的部分和低轮廓的部分,玻璃制品在靠近模塑区域 的高轮廓的部分的位置处包含高应力场，并在靠近模塑区域的低轮廓的部 分的位置处包含低应力场。

在第十三方面,本发明提供第一到第十二方面中任一项所述的方法,其 中在第一流量下冷却玻璃制品坯料。所述方法可还包含确定玻璃制品的三 维形状不同于玻璃制品的目标形状；选定第二流量,第二冷却速率不同于第 一冷却速率,其中第二流量产生另一用于开口模具的非等温的温度分布；和 在后续的玻璃制品坯料偶合到开口模具的同时根据第二流量将后续的玻璃 制品坯料冷却到凝固温度，以凝固后续的玻璃制品的三维形状。

在第十四方面,本发明提供第一到第十三方面中任一项所述的方法,其 中玻璃制品的三维形状总体对应于玻璃制品的目标形状。

在第十五方面,本发明提供第一到第十四方面中任一项所述的方法,其 中将玻璃制品坯料加热到凝固温度以上的温度包含将玻璃制品坯料加热到 其中对于给定的冷却速率而言玻璃制品坯料的大于约75％应力是松弛的温 度。

在第十六方面,本发明提供第一到第十五方面中任一项所述的方法,其 中在将玻璃制品坯料偶合到开口模具的同时将玻璃制品坯料冷却到凝固温 度包含将玻璃制品坯料冷却到其中对于给定的冷却速率而言玻璃的小于约 20％应力是松弛的温度。

在第十七方面,本发明提供形成玻璃制品的模塑设备，其包含开口模 具，该开口模具包含的模塑区域具有接触面，接触面的三维形状总体对应 于玻璃制品的形状；设置在开口模具的模塑区域之内并延伸穿过接触面的 多个排气孔,该排气孔与真空泵流体连通；和设置在开口模具中的至少一个 冷却通道,该至少一个冷却通道包含设置靠近模塑区域并与开口模具的多 个排气孔以及接触面流体隔离的部分,其中该至少一个冷却通道产生横跨 玻璃制品的非等温的温度分布。

在第十八方面,本发明提供第十七方面所述的模塑设备，其还包含设置 成与接触面相反并与接触面隔开的加热元件。

在第十九方面,本发明提供第十七方面或十八方面所述的模塑设备，其 中在靠近模塑区域边缘位置处的开口模具的接触面温度大于在远离边缘位 置处的接触面温度。

在第二十方面,本发明提供第十七方面到十九方面中任一项所述的模 塑设备，其中在靠近模塑区域边缘位置处的开口模具的接触面温度小于在 远离边缘位置处的接触面温度。

本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的 精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此， 本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些 修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。