柔性玻璃元件及其制造方法技术

本发明专利技术的目的是一种脆性无机材料的元件，其是高柔性的并具有大的强度。为此，提供了一种无机脆性材料的元件(1)，其具有两个相反的侧面(3、5)和周向边缘(7)，元件(1)包括至少三个部分，其包括第一部分(9)和两个第二部分(11、13)，第二部分与第一部分邻接，使得第一部分(9)布置在第二部分(11、13)之间，第一部分(9)包括开口(90)的排列，开口(90)形成从元件的一个侧面(3)到相反的侧面(5)的通道，使得第一部分(9)具有比第二部分(11、13)更高的柔性。13)更高的柔性。13)更高的柔性。

【技术实现步骤摘要】
柔性玻璃元件及其制造方法


[0001]本专利技术总体上涉及板状玻璃元件。特别地，本专利技术涉及具有高柔性的玻璃元件。

技术介绍

[0002]玻璃是一种独特地结合了透明性、硬度和温度稳定性的材料。此外，玻璃可以承受高压力。另一方面，玻璃是一种脆性材料，如果受到拉应力则可能意外地破裂。因此，如果需要高柔性，则玻璃不是首选材料。然而，如果玻璃优越的性质可以与高柔性相结合，则将大大有益于许多潜在的应用。这方面的一个
是开发柔性光学显示器，例如用于可折叠智能手机。
[0003]使玻璃具有柔性的一种可行性是减小其厚度。然而，这也降低了其抗冲击的强度。强度降低可以通过夹层设计补偿，夹层设计将两个或多个薄玻璃和聚合物元件相结合。然而，夹层结构可能具有其他缺点，例如由于具有折射率阶跃的界面数量增加而易于分层或降低光透射率。上面讨论的利弊不仅适于作为材料的玻璃，也适于其他脆性无机材料。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的是提供一种脆性无机材料的元件，其同时是高柔性的并且具有高的强度。
[0005]因此，提供了一种无机脆性材料的元件，其具有两个相反的侧面和周向边缘。通过相反的侧面和较低高度的边缘，元件通常是平的或板状的。元件具有至少三个部分，其中，至少三个部分包括第一部分和两个第二部分，第二部分与第一部分邻接，使得第一部分布置在第二部分之间。第一部分包括开口的排列，开口终止于两个相反的侧面、即形成穿过元件的通道、即从元件的一个侧面延伸到元件的相反的侧面。以此方式，第一部分比第二部分具有更高的柔性。开口优选地并排成列地布置。每列内的相邻开口由第一腹板隔开，而相邻列的开口由第二腹板隔开。此外，相邻列的第一腹板布置成彼此偏移。换句话说，第一腹板从一列到另一列是交错的。
[0006]在优选的实施例中，开口的列分别是直线的或包括至少直线的部分。因此，在该实施例中，列是并排布置的开口的窄的列。以此方式，第一部分可以形成用于第二部分的铰接部。
[0007]通常，当弯曲薄玻璃板时，凸面受到拉应力。然而，通过分别地引入切口或开口，沿弯曲线的直线连接被中断并且弯矩主要通过腹板传递。第一腹板和第二腹板在设计上形成类似于砖砌中的接缝的结构。当元件弯曲时，第一腹板的这种交错布置在第二腹板内产生扭转应力。然而，与弯曲相比，扭转对材料产生低得多的拉应力。因此，至少部分地通过腹板的扭转来吸收弯曲力，可以降低总的拉应力。这样，元件可以容易地弯曲而不会断裂。
[0008]第二部分中的至少一个、特别是两个第二部分优选地具有封闭表面，即在脆性材料中不具有延伸穿过元件的开口而使得开口终止于两个相反的侧面。此外，该部分的表面优选地是平的。然而，在一些实施例中，表面也可以是结构化的，例如通过包括肋、突起、凹
部中的至少一种结构化。
[0009]为了提高柔性，优选的是，腹板的宽度在开口的列的纵向方向上小于开口的宽度。
[0010]此外，为了便于绕中间的柔性部分弯曲元件，优选的是，开口是椭圆形的。特别地，开口的纵向方向优选地在沿第一部分和第二部分之间的边界线的方向上定向。
[0011]对于第二腹板给定的宽度，腹板长度与元件厚度的比例随纵向开口的长度而增加。大的比例有利于高柔性。然而，包括具有高长度和低厚度的腹板的网格也可以构造成没有椭圆形开口。因此，独立于开口的形状，根据元件的一个实施例，第二腹板的长度分别是其厚度或元件厚度的至少两倍。
[0012]用于元件的最优选的材料是玻璃。然而，也考虑使用另一种脆性材料、例如玻璃陶瓷、蓝宝石或半导体(例如硅)来制造元件。
[0013]独立于所使用的材料，元件可以在柔性的第一部分处容易弯曲并且甚至折叠。因此，还预期提供一种制品，其包括根据本专利技术的平的元件，由此平的元件在第一部分处弯曲和折叠，使得其中一个侧面的第二部分的表面彼此面对。此外，元件可以容易弯曲成使得第二部分的彼此面对的表面是平行的或处于至少锐角的位置。
[0014]此外，第二部分可以靠近在一起，特别是如果柔性的第一部分足够宽的话。如果柔性的第一部分具有向外凸出的自由度，则第二部分可以处于靠近在一起的位置。因此，根据改进方案，平的元件被折叠，并且第二部分的彼此面对的表面处于靠近在一起的位置，使得第一部分向外凸出，从而使折叠的平的元件在第一部分处的厚度大于在第一部分和第二部分之间的边界线处的厚度。同样，在此情况下，折叠的平的元件在第一部分的厚度大于第二部分相反的位置处的厚度。
[0015]第一部分的特别高的柔性可以通过这样的实施例实现，其中，开口是椭圆形的并且沿其纵向方向具有变化的宽度。具体地，根据该实施例，沿纵向方向测量并从开口的一端开始的宽度具有两个最大值和中间最小值，中间最小值的宽度小于最大值的宽度。换句话说，椭圆形或细长开口可具有在纵向方向上间隔开的两个宽度最大值，中间的宽度最小值位于两个最大值之间。类似地，在开口的列之间延伸并因此沿开口的纵向方向延伸的第二腹板可具有变化的宽度。如果如上所述形成开口、即开口具有宽度在两个最大值之间的中间最小值，则尤其可能是这种情况。具体地，第二腹板可能的形状具有两个宽度最小值，最小值在腹板的纵向方向上间隔开，其中，中间的宽度最大值位于腹板的宽度最小值之间。
[0016]通常，通过结构化有如本文所述的开口的部分，结构化的开口弯曲时最大拉应变可以减少相同尺寸的非结构化的元件的弯曲内的值的至少50％。
[0017]降低最大拉应变可以显著提高结构化的部分的柔性。玻璃的柔性通常可以表示为2点弯曲试验中的断裂弯曲间隙。根据优选的实施例，与非结构化的部件、即第二部分相比，结构化的部件、即第一部分的柔性高至少2倍、优选地至少3倍、最优选地至少4倍。2点弯曲是测量玻璃的弯曲强度或弯曲性能的试验。通过于室温约20℃和相对湿度约50％在样品上使用UTM(万能试验机)确定断裂弯曲半径。玻璃元件处于弯曲位置，并且其相对端部位于两个平行板(钢板)之间。然后减小板之间的距离，使得玻璃元件的弯曲半径减小，其中，加载速度为60mm/min。当超薄玻璃元件扭结或损坏或断裂成两块或若干块时(这由UTM软件的信号确定)，记录板之间的距离。由该距离计算出玻璃元件在断裂时的相应弯曲半径。柔性与板的距离成反比。因此，如果结构化的部件的柔性是非结构化的部分柔性的两倍，则在断裂
之前板的距离可以减半。该两点弯曲测试可调整，并且其特别适于超薄玻璃元件。由于本文所述的元件的柔性，可以完美地采用该方法。
[0018]玻璃的化学钢化可以进一步提高结构化的和非结构化的部件的柔性。
[0019]通常，使用熔融盐进行化学钢化，其包含Na
+
或K
+
离子或它们的混合物。常用的盐是NaNO3、KNO3、NaCl、KCl、K2SO4、Na2SO4、Na2CO3和K2CO3。在化学钢化期间也可使用NaOH、KOH和其他钠盐或钾盐等添加剂以更好地控制离子交换的速度、CS(压应力)和DoL(层深度)。此外，含Ag
+
或含Cu
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无机脆性材料的元件(1)，具有两个相反的侧面(3、5)和周向边缘(7)，所述元件(1)包括至少三个部分，所述至少三个部分包括第一部分(9)和两个第二部分(11、13)，所述第二部分与第一部分邻接，使得所述第一部分(9)布置在第二部分(11、13)之间，所述第一部分(9)包括形成从所述元件的一个侧面(3)到相反的侧面(5)的通道的开口(90)的排列，使得所述第一部分(9)具有比第二部分(11、13)更高的柔性。2.根据权利要求1所述的元件(1)，其中，所述开口(90)并排成列(91)布置，每列内的相邻开口(90)由第一腹板(92)隔开，并且相邻列(91)的开口(90)由第二腹板(94)隔开，并且其中，相邻列(91)的第一腹板(92)布置成彼此偏移。3.根据权利要求1或2所述的元件(1)，其中，所述第一部分(9)的柔性比所述第二部分(11、13)柔性高至少2倍、优选地至少3倍、最优选地至少4倍。4.根据前述权利要求中任一项所述的元件(1)，具有至少一个以下特征：
‑
所述开口(90)的列(91)是直线的，
‑
所述第一部分(9)形成用于第二部分(11、13)的铰接部，
‑
在开口(90)的列(91)的纵向方向上，所述腹板(92)的宽度小于所述开口(90)的宽度，
‑
所述开口(90)是椭圆形的，所述开口(90)的纵向方向在沿所述第一部分(9)和第二部分(13)之间的边界线(15)的方向上定向，
‑
所述元件(1)包括至少五个部分，这至少五个部分包括三个第二部分(11、12、13)和两个第一部分(9a、9b)，所述第一部分(9a、9b)分别布置在两个第二部分(11、12、13)之间，使得所述第一部分(9a、9b)形成用于第二部分(11、12、13)的铰接部，并且其中优选地，所述第一部分(9a、9b)不同地形成。5.根据权利要求1所述的元件(1)，其中，所述第一部分(9)包围所述第二部分(11)中的一个，而其他的第二部分(13)包围第一部分(9)。6.根据前述权利要求中任一项所述的元件(1)，其特征在于，第一腹板(92)和第二腹板(94)形成网格，其中，所述腹板(92、94)相互连接，使得在所述网格内的腹板的至少一个子集在第一部分(9)挠曲时经历扭转应变，其中，所述子集包括在所述网格内的腹板(92、94)的总数的至少三分之一。7.根据前述权利要求中任一项所述的元件(1)，其特征在于，具有至少一个以下特征：
‑
所述元件(1)包括玻璃作为脆性材料，
‑
所述元件(9)的第一部分(9)结构化为使得所述第一部分(9)绕弯曲轴线弯曲直至断裂将所述元件(1)分成两个碎片，两个碎片的总重量为所述元件(1)重量的至少95％；优选地，所述元件(1)的玻璃组成包含以重量％计的根据以下实施例之一的组分：
‑
第一实施例：
‑
第二实施例：
‑
第三实施例：其中，根据所述第三实施例，玻璃优选地基本上不含碱金属氧化物；
‑
第四实施例：
8.根据前述权利要求中任一项所述的元件(1)，其中，所述开口(90)是细长的，并且其中，所述元件(1)的特征在于，具有至少一个以下特征：
‑
所述开口(90)沿其纵向方向具有变化的宽度，其中，所述开口(90)具有两个在纵向方向上间隔开的宽度最大值(17)，中间的宽度最小值(18)位于两个最大值之间，
‑
所述第二腹板(94)具有两个宽度最小值(19)，最小值(19)在所述腹板(94)的纵向方向上间隔开，其中，中间的宽度最大值(20)位于所述第二腹板(94)的宽度最小值(19)之间，
‑
所述开口(90)的轮廓或所述第二腹板(94)具有至少一个直线部分(93)，
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所述开口(90)具有圆形轮廓，
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所述第二腹板(94)的最小宽度等于或小于所述元件(1)厚度的两倍，
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所述第二腹板(94)的长度是所述元件(1)厚度的至少两倍，
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所述元件(1)是化学钢化的或热钢化的，
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通过钢化产生的压应力区域的深度小于所述第一腹板(92)和第二腹板(94)的最小腹板宽度的一半。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：肖特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：