TWI400167B - 在一工作物中作出變弱部的方法 - Google Patents
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Description
本發明關於一種在一脆而易碎的硬材料構成的一工作物中特別是一種陶瓷或玻璃中作出變弱部的方法，利用一能源，該能源藉著依標的將能量局部加入使該工作物在加入能量的地點變弱。
為了在固體材料表面之上或之下作標記，有各種不同的方法，例如用硬而尖銳的物體刮刻，或THERMARK方法(德專利DE 195 41 453 A1)，其中，用一種雷射顏料粒子(例如從一膠帶)轉印到一工作物表面並固定。
此方法需要小心地測定膠帶材料、固體、及膠帶距離該平坦工作物表面的距離。
如不用此方式，也可將著色性的物質(玻璃、粒子)於它們在工作物表面上固化之前印到或噴灑上去。
此方法，須在工作物表面使顏料體至少暫時固化，因此將材料噴覆時，有某些局部的模糊不分明處無法避免，過量的材料須再除去。
一種需要的深度效果(Tiefeneffekt)〔將發色物(Chromophor)加入裂痕中〕在此方法中並未提供。
同樣地在習知技術中也有用雷射將材料切除而將一種刮痕或缺口的構造做入一工作物中，該構造一般對肉眼或影像辨識系統而言很容易辨認，因此使得其切分
(Vereinzelung)較容易。
本發明提到一種將由陶瓷、玻璃、金屬或其組合構成的任何形狀的工作物作標記的方法，此構造係依標的系列地用一聚焦的能量或利用一適當控制的能源暫時遮罩沿x，y方向(也可選擇性地亦沿z方向)施加。
此作標記的作用可為不可逆、可逆或只暫時(揮發性)。
在此，作標記的作業係可直接在所要的位置作，或在工作物之完全加工後用減成(Substraktiv)的方法加工出來，其方法係在未施覆的位置將負構造再依標的除去。
作標記的作業係將一種物料與工作物起化學反應，或將一物料沈積到工作物中，或使工作物的一定的化學、物理或生物性質發生組織改變或局部改變而達成。
能源可為一燃燒器、一紫外線、可見光或紅外線發射器、也可為一機械能源，例如一種局部拉直機，要將所做入的構造檢出，可用肉眼(在可見光頻域中顏色改變)或利用物理、化學的檢出器達成。
因此本發明的一特點，係在一工作物(特別是一陶瓷或一玻璃)利用能源造成變弱部，該能量藉由依標的將能量局部作用加入，使該固體在能量加入之處變脆弱。
依本發明在該能量加入之前及/或之同時，將能量加入的地點施以發色物料，因此在能量加入的地點，該工作物產生可用物理、化學、或生物方式看得見的改變。
在另一特點中，本發明關於一工作物(特別是一陶瓷或玻璃)，它具有局部做入的變弱部，該變弱部從工作物的表面延伸到其內部。
依本發明，該變弱部係藉加入或壓入的發色物(chromophor)物質而可檢出及/或用顏色表現。
(A)如果使用一種非燒蝕性(non-ablative)工作的雷射方法，與實例而言，該方法只產生一條二度空間的預斷線，而不將材料切除，而該雷射光的能量減少到使得組織中不產生斷離位置，或者在工作物表面不再發生任何傷痕，則這種能源(它用雷射或其他點狀、線狀或面狀方式工作)只能用準確配合的照明辨識或甚至不再能辨識。
人們希望對這種標記方法或斷離方法使所移行過的位置能容易再辨識，這種辨識可迅速、準確實施而不需裝置成本，而不會使所施的外來材料由於其本身體積使工作物的幾何形狀改變。
如果在施入能量後，立刻將工作物表面利用一冷卻液(在最簡單的情形為水性介質)呈驟變(schockartig)方式冷卻，但其中所加入之能量仍用於在該冷卻液或溶在其中的物質(例如發泡物質)與工作物的表面(陶瓷、金屬陶瓷、玻璃)之間發生反應，利用此反應，該能源的軌跡在處理後仍可追踪。
該發色物質侵入一未受機械性損壞(versehren)的表
面中，一如它在能量加入時產生裂痕的場合循環此裂痕，並使裂痕的內表面潤濕，且在適當能量加入的場合，也與該表面反應，在此，這種發色物質被工作物吸收或與工作物反應(與THERMARK方法有別)，而不會有可測出的體積改變，過量的發色物不需用機械方式或化學方式除去。
舉例而言，對於一種由白色氧化鋁構成的工作物，最適用的物質係在熱影響下形成強著色的尖晶石(Spinelle)者，例如鈷塩或鉻塩、鐵塩、或鋅塩或其中至少二種塩的組合。當適當定劑量時(約0.01~50克/每升冷卻液)，沿著所做入的裂痕得到耐水的細灰線，它們可用肉眼看見，且舉例而言可使進一步加工步驟的調整或稍後的分離作業較容易。
(B)利用雷射將一種細的組織損傷做入一工作物中。冷卻劑或其發色成分同樣地侵入裂痕中且留在該處，即使在冷卻劑的揮發性成分蒸發後亦然。
因此本發明關於一些固體，特別是陶瓷或玻璃，藉著局部作用的能源(例如雷射光或燃燒器)將一條預斷線(一般看不見)做入。利用這種預斷線，該固體較易切分成較小的單位。
依本發明，在能量施入的同時，將施入能量的地點施以賦色(亦即發色物)的物料，因此預斷線發生物理、化學或生物性之可看見的改變。
如此該預斷線就長期地且可檢出地被標示出來。
如果該加入能量的地點施以賦色物料的作業和能量加入的作業並非同時或緊接在其後進行，則該預斷線封閉，且標記仍只能在固體的表面上作。
另一個要敘述的例子為扁平陶瓷攜帶體，它用一生物性營養溶液蓋住。
在製造後，亦即在燒結後將作了標記的預斷線做到該陶瓷攜帶體中，然後用該營養溶液施覆。如此使用者可將別的單元件折斷，其中他可藉由標示看到預斷線的地點。
由於在能量施入之前及/或之同時，能量施入的地點施以發色物料，使在能量施入的地點，該工作物發生物理性、化學性或生物性的可見變化，因此該能量施入的地點作了標示且該工作用很容易進一步加工或進一步使用。
該工作物的一部分面積或整個面積可以發色物料，然後才依本發明作處理。
在此，施加發色的物質可用任意的順序以及頻繁數在固體上或工作物上實施。
該發色物料可呈溶液、或懸浮液或分散液或粉末狀或以上形式的組合使用。
該發色物料宜為釩、錳、銅、銀、鎢、鎳、鈷、鉻、鐵、或鋅這些元素或這些元至少二種的組合或至少一種這些元素的化合物及/或元素的組合。
在本發明一實施例中使用載體液，該發色物料混入其中，且該載體液為該發色物料的溶液、懸浮液、分散液或其組合，至少一種發色物料的濃度至少為0.01克/每升載
體液。在能量施入之前及/或同時，將能量施入的地點施以這種載體液。
在本發明另一實施例，使用載體物質，粉末狀的發色物料混入該載體物質中，且該發色物質的濃度至少為載體物質的0.001重量%，且該載體物質含有至少一種附著性賦與劑及/或至少一種結合劑及/或其他的助熔劑(Zuschlagstoff)或其組合。
對於各工作物可將載體液及/或載體物質以任意順序一次或數次以相同或不同的組成使用。
對於載體液及/或攜帶物質，顏色強度可利用該載體液/載體物質內的發色物料的不同濃度調整，其中在載體液及/或載體物質中的發色物料的濃度係對於該工作物(1)中產生之著色的強度成比例增加。
對於一種載體及/或載體物質，顏色強度也利用能源之不同程度能量施入而調整，其中，在攜帶液及/或攜帶物質相同濃度及組成的場合，加入的能量增加使著色強度改變。
因此，要調整著色，可將攜帶液及/或攜帶物質中的發色物料濃度及/或加入能量的強度改變。
著色強度的改變，在一本發明的應用中，係用於評估工作物的變弱部及/或變弱的程度。
在能量加入之前及/或之時，還可將至少另一種液體物質與能量施入的地點結合，且該物質在能量施入之時或之後侵入該變弱部中。
適用於作此另外的物質者，宜為二氫螢光素(Fluoreszin)或間苯二酚(Resorcin)或洋紅(Fuchsin)或其組合。
在一本發明的特點中，至少一種載體液及/或一載體物質藉由一供應手段供應到量施入的地點而與能量施加的作業同步化。舉例而言，此供應手段可為一管或一供應裝置。
最好將至少一載體液及/或一載體物質混在一儲存容器中或主動攪拌而以定劑量或不定劑量方式供應到能量施入的地點。
對於各一載體液及/或一載體物質可各使用一分別的儲存容器，且該儲存容器的各出路互相並聯及/或串聯，且在此程序時，將相同或不同的量從儲存容器以定劑量方式或不定劑量方式取出。
也可將至少一種載體液及/或載體物質與至少另一種該程序所需的液態或氣態的物料或其組合混合及/或平行地供應。
依本發明的方法處理過的一種工作物(宜由陶瓷或玻璃)的特點為：它具有一種局部做入的變弱部，該變弱部係工作物的表面延伸到其內部，且該變弱部可利用浸入之發色物質而檢出及/或呈顏色標示。
這些物質宜可利用輻射線(且宜為紫外線)激發生螢光。
在一實施例中，該工作物的材料由以下的物質是一或
其組合構成：a)“氧化鋁”，主成份比例為>50.1重量%之氧化鋁，b)“氧化鋯”，主成份比例為>50.1重量%之氧化鋯，c)“氮化鋁”，主成份比例為>50.1重量%之氮化鋁，d)“氮化矽”，主成份比例為>50.1重量%之氮化矽，以及添加物，宜為CaO、SiO2
、MgO、B2
O3
、Y2
O3
、Sc2
O3
、CeO2
、氧化銅或金屬或雜質，其量2重量%，或為其組合。
在該工作物上，在一實施例中設有相關或分別之著色區域，它們具有相同及/或不同之著色及/或著色強度。
在該工作物上，在一使用例中，至少全面積或部分面積施有載體液及/或載體物質，含有發色物質，且將如此處理過的工作物當作前產物用於本發明的方法或本發明的工作物。
此前產物或如此所處理過的工作物可用於測定至少一能源的強度及/或強度走勢。
此工作物(前產物)也可用於調整至少一種能量施入程序及/或用於評估能量施入程序的常數及/或將能量施入的結果作記錄(Archivierung)。
以下利用圖式詳細說明本發明。
圖1顯示一種工作物(1)，它具有做入之局部機械性變弱部(2)或預斷位置或預斷線。
圖號(3)表示一種顏料或一種發色物質，它在局部熱處
理時，由於固體化學反應，由本身產生變弱部(2)。
圖號(4)顯示圖2中之切痕，它在圖2中放大顯示。
圖號(5)表示一切痕，它在圖3中放大顯示。
圖2顯示圖1的切痕(4)的放大圖，工作物(1)的變弱部(2)具有此切痕，在能量施入的地點藉著能量施入或熱處理在工作物中短時造成微空腔，將一種粒子狀或沈積的顏料(3)侵入到此變弱部中到該微空腔中。
圖3顯示圖1的切痕(5)的放大圖，將一變弱部(2)做到此工作物(1)中。圖號(6)表示一反應區域，在此區域中，工作物的材料與一塩化合物在熱處理時造成該工作物(1)的局部顏色改變。
圖4顯示一供應裝置，它將發色物質供應到能量施入的地點。在此，該發色物質含在一載體液(8)或一載體物質(9)中，且位於儲存容器(7)中。在一儲存容器中設有一攪拌機(13)以改善該發色物質在載體液(8)中的混合作用。
經由一定量供應裝置(10)(例如閥)，該載體液(8)及/或載體物質(9)進到出路(11)並由該處出來，經由供應裝置(12)到能量施入的地點施到工作物上。
(1)‧‧‧工作物
(2)‧‧‧變弱部(預斷位置、預斷線)
(3)‧‧‧顏料或發色物質
(4)‧‧‧切痕
(5)‧‧‧切痕
(6)‧‧‧反應區域
(7)‧‧‧儲存容器
(8)‧‧‧載體液
(9)‧‧‧載體物質
(10)‧‧‧定量供應裝置
(11)‧‧‧出路
(12)‧‧‧供應裝置
(13)‧‧‧攪拌機
圖1係一種工作物的立體圖，具有一預斷線；圖2係圖1切痕的放大圖；圖3係圖1切痕之放大圖，具有一反應區域；圖4係一供應裝置之示意圖。
(1)‧‧‧工作物
(2)‧‧‧變弱部(預斷位置、預斷線)
(3)‧‧‧顏料或發色物質
(4)‧‧‧切痕
(5)‧‧‧切痕
Claims (24)
- 一種在一工作物(1)中作出變弱部(2)的方法，該工作物(1)係由脆而易碎之硬材料構成，利用一能源，該能源藉著依標的將能量局部加入使該工作物(1)在加入能量的地點變弱，其特徵在：在該能量加入之前及/或之同時，將能量加入的地點施以發色物質，因此在能量加入的地點，該工作物(1)產生可用物理、化學、或生物方式看得見的改變，其中：該發色物質係為以下元素或其化合物：釩、錳、銅、銀、鎢、鎳、鈷、鉻、鐵、鋅或至少二種這些元素的組合、或至少一種這些元素的化合物、或化合物及/或元素的組合，其特徵在：將至少一載體液(8)及/或一載體物質(9)經由至少一供應管(12)供到能量加入的地點且與能量加入作業同步。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中：該工作物(1)的部分面積或整個面積施以發色物質。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：施以發色物質的作業以任意順序及頻繁度在該工作物(1)上實施。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該發色物質呈溶液、懸浮液、分散液或粉末形式或其組合而使用。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該脆而易碎的硬材料為陶瓷或玻璃。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：使用之載體液(8)，其中混入該發色物質，且該載體液(8)為該發色物質的溶液、懸浮液、分散液或其組合，其中至少一發色物質的濃度為至少0.01克/每升載體液。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：使用載體物質(9)，其中混入粉末狀發色物質，且該發色物質的濃度為該載體物質(9)的至少0.001重量%，且該載體物質(9)至少含有一種附著賦與劑及/或至少一結合劑及/或至少一助熔劑或其組合。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：對於各工作物(1)，載體液(8)及/或載體物質(9)以任何順序一次或數次以相同或不同的組成使用。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：對於載體液(8)及/或載體物質(9)，該色強度利用載體液(8)及/或載體物質(9)中不同的發色物質濃度而控制，其中在載體液(8)及/或載體物質(9)中的發色物質的濃度和該工作物(1)中所產生之著色的強度成比例上升。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：對於一種載體液(8)及/或載體物質(9)，該顏色強度利用能源不同的能量加入程度而調整，其中在該載體液(8)及/或載體物質(9)的相同濃度及組成的場合，加入之能量加增進成著色強度的改變。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：將該載體液(8)及/或載體物質(9)中的發色物質的濃度 及/或該加入能量的強度改變，以調整著色程度。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：利用著色強度的變化以評估該工作物的變弱部(2)及/或變弱的程度。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：在能量加入之前及/或之時，將至少另一種固態或液態物料與加入能量的地點相結合，且該物料在能量加入之時或之後侵入該變弱部(2)中。
- 如申請專利範圍第13項之方法，其中：使用二氫螢光素、間苯二酚或洋紅或其組合當作此另一物料。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：將至少一載體液(8)及/或一載體物質(9)在一儲存容器(7)中混合或主動攪拌，並以定劑量或未定劑量方式供應到能量加入的地點。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：對各一載體液(8)或一載體物質(9)各使用一分別的儲存容器(7)，且將儲存容器(11)的各生路並聯及/或串聯，且在此程序時，將相同量或不同量從儲存容器(7)以定劑量方式或未定劑量方式取出。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：至少一載體液(8)及/或載體物質(9)與另一種該程序所需的液態物質或氣態物質或其組合混合，及/或平行供應。
- 一種工作物(1)，特別是由一種陶瓷或玻璃構成者，具有一局部做入的變弱部(2)，該變弱部從該工作物(1)表面延伸到其內部，其特徵在：該變弱部可利用侵入之發色物料而檢出及/或呈顏色方式表現。
- 如申請專利範圍第18項之工作物，其中：該物料可利用輻射線，特別是紫外線激發生螢光。
- 如申請專利範圍第18或第19項之工作物，其中：該工作物(1)的材料由以下的物質之一或其組合構成：a)“氧化鋁”，主成份比例為>50.1重量%之氧化鋁，b)“氧化鋯”，主成份比例為>50.1重量%之氧化鋯，c)“氮化鋁”，主成份比例為>50.1重量%之氮化鋁，d)“氮化矽”，主成份比例為>50.1重量%之氮化矽，以及添加物，宜為CaO、SiO2 、MgO、B2 O3 、Y2 O3 、Sc2 O3 、CeO2 、氧化銅或金屬或雜質，其量2重量%，或為其組合。
- 如申請專利範圍第18或第19項之工作物，其中：在該工作物(1)上設以相關的或分別之著色區域，這些區域具有相同及/或不同的著色及/或著色強度。
- 一種工作物，其中：在該工作物(1)上至少有一種整個面積或部分面積施覆的載體液(8)及/或載體物質(9)，它含有發色物質，俾特別是於做申請專利範圍第1~17項中任一項之方法的前產物及/或用於當作申請專利範圍第18~21項中任一項的工作物使用。
- 如申請專利範圍第22項之工作物，其中： 該工作物(1)用於測定至少一能的強度及/或強度走勢。
- 如申請專利範圍第22或第23項之工作物，其中：該工作物(1)用於調整至少一能量加入程序及/或用於評估能量加入程序的恆定性及/或用於將能量加入的結果作記錄。
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