用於以應力消除方式製造穿孔工件的方法
2023-06-03 12:07:41
專利名稱：用於以應力消除方式製造穿孔工件的方法
技術領域：
本發明涉及用於以應力消除方式從玻璃、玻璃陶瓷或半導體製造穿孔工件的方法。
背景技術：
通過藉助於局部電熱加熱直至材料揮發以使得在電介質中產生待形成的孔，可以對諸如塑料、半導體或玻璃的介電材料的箔或薄片進行穿孔。在所述穿孔點，進行所述材料的局部加熱以局部降低擊穿電場強度。那麼如果越過所述材料施加合適頻率或脈衝形狀的高壓電場，則將導致擊穿並且電流將流過所述材料。如果和半導體、玻璃、玻璃陶瓷和許多塑料的情況一樣，所述材料隨溫度在電導率方面顯示出足夠大的增加，則這導致在所述材料中擊穿溝道的「電熱自聚焦」:其中所述材料更熱，所述電流密度也增加並且繼續進一步局部加熱所述材料直至它揮發，並且所述蒸氣基本上「轟開」所述穿孔。
文獻WO 2009/059768 Al和WO 2009/074338 Al描述了通過向預定穿孔點選擇性供給熱能並施加電場以產生由電流和功率調製元件所限定的電流從而在電絕緣基底中製造穿孔。不對整個工件進行加熱。
從DE 10 2007 062 979 Al可知用於製造具有改進抗熱震性的玻璃製品的方法， 所述玻璃製品即作為炊具的內部板材的玻璃板。通過用局部熱源掃過相關表面，在成形後直接將這種槽形玻璃板在它外部表面上快速表層加熱至在軟化點或以上範圍中的溫度。對於所述加熱玻璃板的後處理，使它在退火爐中經受緩慢冷卻和餘熱步驟。
當對玻璃或玻璃狀材料的工件進行電熱穿孔時，在所述孔邊緣的區域中可能出現非常高的應力條件。取決於所述工件的幾何結構(孔的尺寸和圖案，工件的厚度和維度)和玻璃類型，可能導致等於和高於50MPa的有害拉應力，其可能還與有害的切向拉應力有關係。當在所述工件中所述孔的間距必須非常小時，特別是當繼之另外的處理步驟例如如果要塗覆該工件時，則這種工件的變形、分裂或裂縫的風險特別大。發明內容
因此，本發明的目的是提供用於製造玻璃、玻璃陶瓷或半導體的穿孔工件的方法， 其以應力消除方式進行電熱穿孔。
根據本發明，將待穿孔工件加熱至高達在所述工件材料在該溫度下軟化的轉變溫度附近的溫度範圍，但是並不在這個溫度範圍中保持很久以至於出現工件變形的風險。在合適的頻率或脈衝形狀的高壓電場的基礎上，對所述工件進行穿孔。在這個過程中，電流增加，由此加熱所述穿孔材料並使其揮發。此時使在所述穿孔邊緣區域中溫度高於其它區域溫度的穿孔工件如此緩慢地冷卻以至於釋放了所述穿孔步驟產生的機械應力。
還可以經由擺式退火(Pendelgliihens erfolgen)完成所述冷卻步驟,其中在冷卻至室溫之前對所述穿孔工件進行再加熱。適當地，將再加熱進行至高達在所述工件材料轉變溫度附近的溫度範圍。
本發明實現如下效果，即在很大程度上避免形成熱感應應力條件，或者已經存在的應力條件被降低或甚至消失。
具體實施方式
將根據示意性顯示了穿孔工件製造過程的附圖
來描述本發明。
將玻璃、玻璃陶瓷或半導體的板形工件I放置於爐2中，在爐2中將所述工件加熱至在所述工件材料的轉變溫度附近的溫度。在所述轉變溫度下，所述材料軟化，然而在這個溫度下在短停留時間期間所述工件沒有失去它的形狀。該溫度對應於在IO12和1014dPa · s 之間的粘度範圍，即從恰好低於所述轉變溫度至恰好高於所述轉變溫度的範圍。
將以這種方式進行預先熱處理的工件I放置於包括加工空間30以及電極和反電極31、32的穿孔裝置3中。高壓發生器33激發電極31、32以使得對所述工件I施加合適頻率或脈衝形狀的高壓電場。在箭頭34標記的單個點處可感知所述高壓電場。在這些點處，所述高壓電場超過工件I材料的介電強度，以使得電流流過所述工件，這對所述材料進行局部加熱，由此電流增加並且熱產生增加，直至所述材料在這些點處揮發。單個孔10可以說是被轟開。以基本上垂直於所述工件表面的方式形成這些孔10，並且這些孔10具有近似圓形的輪廓。
一旦形成所述孔10，則將工件I再轉移至此時作為退火爐操作的爐2中。所述冷卻速率為使得所述穿孔步驟所產生機械應力釋放的速率。所述冷卻速率可以在-O. 5至-5°c / 分鐘的範圍中。對於玻璃工件，在所述轉變溫度附近的溫度範圍中優選約_2°C /分鐘的冷卻速率。在遠離所述轉變溫度的溫度範圍中可以更快速地進行冷卻，因為應力釋放已經發生。在不含鹼玻璃或低鹼玻璃的情況下，所述轉變溫度為約700°C。使用的加熱溫度為 650 0C M 730 0C ο
根據本發明另一實施方式，可以將爐2作為擺式退火爐進行操作。這意味著將所述穿孔工件再加熱至高達在所述轉變溫度附近的範圍，並且再使其冷卻，以使得可預期所述工件的完全釋放。
權利要求
1.用於以應力消除方式從玻璃、玻璃陶瓷或半導體製造穿孔工件的方法，其包括如下步驟a)提供待穿孔的工件，所述工件具有如下特性，其具有轉變溫度，且所述工件的材料在該轉變溫度處軟化；b)優選將所述整個工件加熱至高達在所述轉變溫度附近的溫度範圍；c)使用合適頻率或脈衝形狀的高壓電場對所述工件進行穿孔，在該電場中增大的電流在待穿孔位置處流動，其加熱所述穿孔材料並使其揮發；d)以釋放所述穿孔步驟所產生的機械應力的速率將所述穿孔工件從所述轉變溫度範圍冷卻至室溫。
2.根據權利要求I所述的方法，其中使工件軟化至IO12和1014dPa · s之間的粘度範圍中。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其中所述冷卻速率在-O. 5至-5°C /分鐘的範圍中。
4.根據權利要求3所述的方法，其中在冷卻期間在所述轉變溫度範圍附近作為工件的穿孔玻璃板的冷卻速率是-2V /分鐘±50%ο
5.根據權利要求I至4中的任一項所述的方法，其中對於由不含鹼玻璃或低鹼玻璃製成的工件使用在650°C至730°C範圍中的加熱溫度。
6.根據權利要求I至5中的任一項所述的方法，其中在步驟d)中，在冷卻至室溫之前對所述穿孔工件進行再加熱。
7.根據權利要求6所述的方法，其中將再加熱進行至高達在所述工件材料轉變溫度附近的溫度範圍。
全文摘要
本發明涉及用於以應力消除方式從玻璃、玻璃陶瓷或半導體製造穿孔工件的方法。將所述工件加熱至轉變溫度，然後在在合適頻率或脈衝形狀的高壓電場的基礎上對所述工件進行穿孔。然後以釋放所述穿孔步驟所產生機械應力的速率使所述穿孔工件從所述轉變溫度範圍冷卻至室溫。
文檔編號B26F1/28GK102985239SQ201180031902
公開日2013年3月20日 申請日期2011年7月4日 優先權日2010年7月2日
發明者庫爾特·納特爾曼, 烏爾裡希·珀什爾特 申請人:肖特公開股份有限公司