專利名稱：制造玻璃片的方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及形成玻璃片的方法和設(shè)備，更具體涉及由玻璃預(yù)成形體拉制玻璃片的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
人們對特種玻璃或玻璃-陶瓷之類的玻璃基材料制成的平坦玻璃片、特別是精密平坦玻璃片(即具有高表面質(zhì)量和均勻厚度的玻璃片)的需要在日益提高。近來使用這種平坦玻璃片的平板顯示器受到了極大的關(guān)注。這些關(guān)注當(dāng)中的很大一部分集中在小型部件上，例如用于便攜式計算機(jī)的小型部件。然而，目前人們在考慮更大的用于信息和娛樂用途的部件，使得顯示器工業(yè)中具有高應(yīng)變點的玻璃相應(yīng)地急劇發(fā)展。人們需要這些玻璃來制造用于下一代液晶顯示器(LCD)(例如有源矩陣LCD(AMLCD))和其它高級顯示器(例如等離子顯示器)的顯示器平板。一般來說，需要應(yīng)變點至少為700℃。較佳的是，應(yīng)變點高于800℃。對于AMLCD，這種高應(yīng)變點對于將硅芯片或陣列直接結(jié)合在玻璃基片上是很重要的。等于或高于900℃的處理溫度可以進(jìn)一步促進(jìn)在玻璃基片上制造多晶硅。為達(dá)成該目標(biāo)，玻璃的熱膨脹性能需要與硅非常接近，玻璃的應(yīng)變點應(yīng)足夠高，使得在將硅芯片結(jié)合到玻璃上之后，以及在隨后的處理步驟中對玻璃進(jìn)行加熱的時候，玻璃不會發(fā)生壓縮(也被稱為收縮或致密化)和/或翹曲。
液晶顯示器(LCD)可以為兩種基本矩陣類型的形式，本征矩陣尋址或非本征矩陣尋址。本征矩陣類型依賴于液晶材料的閾性質(zhì)。非本征或有源矩陣(AM)類型具有二極管、金屬-絕緣體-金屬(MIM)器件或薄膜晶體管(TFT)的陣列，該陣列為各個像素提供電子開關(guān)。
在這兩種情況下，兩片玻璃形成所述顯示器的結(jié)構(gòu)。這兩個玻璃片之間的間隔是臨界間隙尺寸，約為5-10微米。所述玻璃片必需是透明的，必須能夠耐受它們在顯示處理過程中所暴露于的化學(xué)條件。另外，這兩個矩陣種類的需要不同。
本征尋址LCD是在≤350℃的條件下，進(jìn)行薄膜沉積、然后光刻形成圖案而制造的。因此，基片的要求經(jīng)常與段節(jié)顯示器的要求相同。已經(jīng)證明，具有阻擋層的鈉鈣玻璃足以應(yīng)付大多數(shù)的需要。
高性能本征尋址LCD(超扭轉(zhuǎn)相列(STN)類)出于保持間隙尺寸均勻的目的，增添了對極為精密的平整度的要求。由于這種需求，必須對用于這種顯示器的鈉鈣玻璃進(jìn)行拋光。或者可以在不經(jīng)拋光的條件下，使用精密成形的購自Corning Incorporated，Corning，N.Y.的Code 1737硼硅鋁酸鋇玻璃。
非本征尋址LCD還可進(jìn)一步分為兩個種類；即一種是基于MIM或無定形硅(a-Si)器件，另一種基于多晶硅(多-Si)器件。MIM或a-Si類的基片要求與STN用途類似。
但是由多-Si形成的器件的處理溫度高于a-Si TFT所用的溫度。人們需要應(yīng)用溫度(比玻璃的應(yīng)變點低25℃的溫度)為600-800℃的基片，但是實際所需的溫度由制造TFT時所用的具體方法所決定。這些具有沉積的門電介質(zhì)的TFT需要的溫度為600℃-650℃，而具有熱氧化物的TFT需要的溫度約為800℃。
a-Si和多-Si法都需要精確排列連續(xù)的光刻圖案，因此基片必須保持低的熱收縮。由于多-Si需要較高的溫度，因此需要使用應(yīng)變點高于鈉鈣玻璃的玻璃，以免玻璃片在處理過程中發(fā)生熱變形(壓縮，即收縮)?？梢岳斫猓瑧?yīng)變點越低，這種尺寸變化越大。因此，人們進(jìn)行了大量的研究，開發(fā)具有高應(yīng)變點的玻璃，以便將在高于600℃的溫度下進(jìn)行器件處理的過程中的壓縮最小化。
美國專利第4,824,808號(Dumbaugh，Jr.)列出了被視為玻璃完全滿足LCD基片的需要必須滿足的四個性質(zhì)首先，玻璃必須基本不含有意加入的堿金屬氧化物，以避免堿金屬從基片遷移入晶體管矩陣的可能性；其次，玻璃基片必須具有足夠的化學(xué)耐久性，以耐受在TFT矩陣沉積過程中所用的試劑；第三，(即使在晶片處理溫度升高的情況下，)必須將TFT中所含的玻璃和硅之間膨脹的不匹配保持在較低的水平；第四，所述玻璃必須能夠以低成本制成高質(zhì)量薄片形式；也即是說，必須無需進(jìn)行大量的研磨和拋光來確保所必需的表面平整度。
最后一個要求是最難達(dá)到的，這是由于這需要能夠生產(chǎn)基本已經(jīng)精整過的玻璃片的片狀玻璃生產(chǎn)工藝。
用來生產(chǎn)LCD基片的兩種常用方法是浮法和熔化法。這兩種方法都需要用耐火玻璃熔爐將玻璃料流輸送到片材成形裝置。對于高應(yīng)變點玻璃組合物，需要較大的高溫玻璃熔爐將高質(zhì)量的玻璃流輸送到片材成形裝置。這是由于高應(yīng)變點玻璃具有高熔化溫度，該溫度通常高于1700℃。
在浮法中，熔融玻璃料流從熔爐流出，流入包含液態(tài)金屬介質(zhì)的浮法熔窯(float furnace)中。通常所述金屬是錫。對浮法熔窯中的氣氛進(jìn)行控制，以防錫被氧化。熔融的玻璃在液態(tài)錫之上以平坦連續(xù)的帶狀形式浮動和鋪展。該玻璃帶被輸送入退火爐或冷卻隧道內(nèi)，在此處以控制的速率將玻璃帶冷卻至室溫。冷卻得玻璃具有平坦光滑的表面，該表面只需最小程度的通過例如研磨和拋光之類的方法進(jìn)行的進(jìn)一步精整化。
但是很難在包含熔融錫的場所形成具有高應(yīng)變點的玻璃。這是由于錫在超過1050-1100℃的溫度下具有高蒸氣壓。在高應(yīng)變點玻璃所需的高成形溫度下，熔融的錫會在浮法熔窯內(nèi)蒸發(fā)，最后在浮法熔窯內(nèi)較冷的位置冷凝。在一些情況下，這種冷凝將足以產(chǎn)生被稱為“錫雨”的現(xiàn)象，在此情況下，錫大量地落在玻璃上，結(jié)合在玻璃表面上。
在熔化法中，形成玻璃的熔體流入耐火凹槽中，然后以控制的方式從凹槽的任意側(cè)溢流。這種方法的一個主要優(yōu)點是最終形成的玻璃片的表面不與任何耐火材料或者其它成形設(shè)備相接觸。該方法的另一個優(yōu)點是制得非常平坦、厚度非常均勻的玻璃片。因此不需要通過二次加工來獲得用于顯示器應(yīng)用的光滑、平坦而均勻的玻璃片。但是該方法的缺陷是無法處理具有高應(yīng)變點的玻璃，這是由于這需要高溫，而高溫會顯著加快玻璃成形部件的損耗，會增大玻璃熔體受到污染的可能性。通常需要在玻璃粘度為105-106泊的條件下對其進(jìn)行成形，以獲得最佳的平坦度和均勻的厚度。
在D.C.Boyd和D.A.Thompson名為“Glass”的稿本，Encyclopedia ofChemical Technology，第11卷，第三版，第807-880頁中給出了關(guān)于熔化拉延法和浮法的簡短描述(見第860-863頁)。在授予Dockerty的美國專利第3,338,696號和第3,682,609號中也描述了熔化拉制法。不幸的是，熔化拉制法和浮法都無法有效地由具有高應(yīng)變點的玻璃組合物(其應(yīng)變點可例如高于900℃)制備平坦玻璃片。
概述在一寬泛的方面中，本發(fā)明包括提供玻璃預(yù)成形體，在加熱爐內(nèi)對該玻璃預(yù)成形體進(jìn)行加熱，形成凝塊和預(yù)制片材，將所述凝塊與預(yù)制片材分離，將所述預(yù)制片材拉伸至預(yù)定的寬度，將該預(yù)制片材拉制成具有預(yù)定厚度的玻璃片材。所述玻璃預(yù)成形體的應(yīng)變點優(yōu)選約高于700℃，更優(yōu)選約高于900℃。
在本發(fā)明一個實施方式中，在拉伸預(yù)制片材的時候，首先使拉伸臂朝預(yù)制片材向內(nèi)移動至與預(yù)制片材接觸，然后向外移動，將所述預(yù)制片材拉伸成玻璃片。所述拉伸臂還可用來將玻璃片向下拉伸，使其與輥式拉邊機(jī)相接。
與玻璃片相接的輥式拉邊機(jī)在玻璃片上施加向下的拉力，從而減小玻璃片的厚度。根據(jù)本發(fā)明，可將玻璃片的厚度拉伸至小于4毫米，優(yōu)選小于1毫米，更優(yōu)選小于100微米?？梢栽诶七^程中或之后將玻璃片切割成單獨(dú)的玻璃小片，或者如果玻璃片足夠薄，能夠提供所需的撓性，可以將其卷起來用于儲存。
根據(jù)本發(fā)明，可以對應(yīng)變點約高于600℃、優(yōu)選約高于700℃的玻璃進(jìn)行拉制?？梢杂幸娴貙?yīng)變點約高于900℃的玻璃拉制成玻璃片。
本發(fā)明的方法還可包括對玻璃片施加保護(hù)涂層。所述保護(hù)涂層可以以液體或固體膜的形式施加。如果以液體形式施加，該方法還包括通過合適的方法(例如熱固化或光固化)使涂層固化。
在另一寬泛的范圍內(nèi)，本發(fā)明提供了一種用來拉制玻璃片的設(shè)備，該設(shè)備包括回火爐；拉伸臂，該拉伸臂可移動地安裝在所述回火爐下方，用來與預(yù)制片材接觸，進(jìn)行拉伸，將預(yù)制片材拉制成玻璃片；以及輥式拉邊機(jī)，該輥式拉邊機(jī)可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述拉伸臂下方，用來與玻璃片相接，對該玻璃片施加向下的作用力。
在一優(yōu)選的實施方式中，所述回火爐包含多個加熱元件，這些加熱元件的溫度可單獨(dú)控制。這種設(shè)計使得可以沿垂直和/或水平方向?qū)鼗馉t內(nèi)的溫度曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)，使玻璃片的翹曲最小。
本發(fā)明的設(shè)備可包含安裝在所述回火爐下方(下游)的退火爐。該退火爐可安裝在回火爐上，或者與回火爐相連。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還可包括用來對所述拉制的玻璃片進(jìn)行涂敷的系統(tǒng)(例如液體浴涂敷系統(tǒng))或者用來施加塑料膜的系統(tǒng)。對于液體浴結(jié)構(gòu)，將所述玻璃片拉過合適的涂敷模頭，在玻璃片的至少一個或多個途經(jīng)面上施涂具有基本均勻的厚度的液體涂層。該涂層可以包圍玻璃片的邊緣?？梢允褂靡粋€或多個輥，在所述玻璃片的一個或兩個面上施涂聚合物涂層。
結(jié)合附圖，通過以下解釋性而非限制性的說明可以更容易地理解本發(fā)明，而本發(fā)明的其它目的、特征、細(xì)節(jié)和優(yōu)點也會更加顯而易見。
附圖簡述
圖1是拉制塔的圖，該拉制塔包括單獨(dú)的可用來由預(yù)成形體拉制玻璃片的部件。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方式的預(yù)成形體支承組件的近視圖，圖中顯示該組件固定著一個玻璃預(yù)成形體。
圖3顯示了玻璃預(yù)成形體、曳尾玻璃(預(yù)制片材)和凝塊。
圖4是預(yù)成形體、曳尾玻璃(預(yù)制片材)和凝塊的截面?zhèn)纫晥D。
圖5是將所述凝塊與玻璃預(yù)成形體相連的預(yù)制片材的軸向截面圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的拉伸臂組件的近視圖。
圖7是一套輥式拉邊機(jī)的透視圖，圖中顯示了兩對相對的輥式拉邊機(jī)，它們在玻璃片上施加向下的拉力。
圖8顯示了在對玻璃片進(jìn)行拉制的時候，在玻璃片上施加固體塑料片的側(cè)視圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的回火爐的前視圖，圖中顯示了可單獨(dú)獨(dú)立控制的加熱元件。
圖10是根據(jù)本發(fā)明實施方式的回火爐的水平截面圖。
詳述從圖1可以看出，本發(fā)明包括提供玻璃預(yù)成形體，在加熱爐內(nèi)加熱該玻璃預(yù)成形體，形成凝塊，將該預(yù)成形體拉制成玻璃片。形成凝塊表示至少將玻璃預(yù)成形體加熱至其軟化點，從該預(yù)成形體的主體上拉出其一部分(凝塊)，用這一部分拉制寬闊的玻璃料流(預(yù)制片材)。軟化點通常視為玻璃在其自身重力作用下發(fā)生變形、粘度約為107.6泊時的溫度。
在本發(fā)明一實施方式中，通過常規(guī)的玻璃成形技術(shù)形成玻璃預(yù)成形體。這些技術(shù)包括化學(xué)蒸氣沉積和澆鑄法，這些方法包括使用溶膠凝膠。化學(xué)蒸氣沉積(CVD)技術(shù)是光學(xué)領(lǐng)域眾所周知的，包括外部蒸氣沉積(OVD)，氣相沉積(VAD)，改良的化學(xué)蒸氣沉積(MCVD)等。OVD和VAD都需要使玻璃前體化合物在火焰中水解形成煙炱(soot)，將該煙炱沉積在目標(biāo)物上形成多孔的玻璃煙炱預(yù)成形體。然后可通過以下操作對該多孔煙炱預(yù)成形體進(jìn)行清潔、脫水和固結(jié)首先在含氯氣體之類的清潔氣體的存在下加熱該預(yù)成形體，然后將該預(yù)成形體進(jìn)一步加熱至足以使得煙炱顆粒固結(jié)形成透明的固體玻璃預(yù)成形體的溫度。但是應(yīng)當(dāng)注意，可采用的玻璃沉積法不僅限于上述的例子。
與OVD或VAD相比，玻璃預(yù)成形體的澆注可包括將有機(jī)玻璃前體混合起來，形成生坯預(yù)成形體，通過對該生坯預(yù)成形體進(jìn)行加熱和/或使其暴露于含氯氣體之類的合適的清潔氣體，使其干燥，然后對該生坯預(yù)成形體進(jìn)行加熱，使其固結(jié)形成透明的固體玻璃預(yù)成形體。另外的澆注玻璃預(yù)成形體的方法包括在合適的坩堝內(nèi)使玻璃(例如碎玻璃或玻璃煙炱)熔融，然后將熔融的玻璃傾倒入合適的模具中，形成所需的預(yù)成形體形狀。這兩種澆鑄法都是本領(lǐng)域眾所周知的，在此不再詳述。關(guān)于上述沉積玻璃的方法，應(yīng)注意澆鑄法并不限于本文所列的例子。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式，用來由預(yù)成形體拉制玻璃片的設(shè)備，該設(shè)備通常用數(shù)字10表示。所示的設(shè)備包括拉制塔12，該拉制塔用來安裝各種玻璃片拉制部件。該拉制塔牢固地固定在實心底座上，以防源自拉制塔外部源頭的振動影響所拉制的玻璃片的幾何形狀。該拉制塔可以與用來制造光纖的拉制塔相類似。這些拉制塔可安裝在位于地面以下數(shù)十英尺深的混凝土基座上，以防發(fā)生振動。根據(jù)本發(fā)明實施方式的設(shè)備還包括用來固定和支承玻璃預(yù)成形體的預(yù)成形體支承組件14、回火爐16、拉伸臂組件18以及輥式拉邊機(jī)20。
設(shè)備10可任選地包括玻璃厚度測量裝置22，一個或多個涂層施涂裝置24，一個或多個涂層固化裝置26，以及卷帶軸28。
根據(jù)本發(fā)明，通過任意上述技術(shù)、或任意的其它已知玻璃制造技術(shù)提供了透明固體玻璃預(yù)成形體30。較佳的是，預(yù)成形體30的形狀為矩形，具有大體平行的相對面，其寬度大于厚度。對于可能形成為其它形狀(例如圓柱形的預(yù)成形體)，可通過例如研磨之類的方法對該預(yù)成形體進(jìn)行成形，將其制成基本為矩形的形狀。盡管本發(fā)明能夠用應(yīng)變點與浮法或熔化法中所用的常規(guī)玻璃類似的(例如約為600-700℃)預(yù)成形體拉制玻璃片，但是也可對具有更高應(yīng)變點(例如應(yīng)變點約高于700℃、800℃、甚至約高于900℃)的玻璃進(jìn)行拉制。例如，可采用本發(fā)明的設(shè)備和方法有益地將應(yīng)變點約為1956℃的純?nèi)勰⒗瞥刹Ａ?br>
為提供處理玻璃預(yù)成形體的方法，通常將玻璃預(yù)成形體懸掛于預(yù)成形體支承組件14，如圖2更詳細(xì)地顯示，該組件14包括夾桿32，夾桿32用來夾在預(yù)成形體30上，牢固地固定預(yù)成形體30。夾桿32可通過一個或多個與之相連的夾具34與預(yù)成形體30的上部邊緣相連。但是其它的支承玻璃預(yù)成形體的方式，例如熔合在預(yù)成形體上的一體化柄，也包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)。預(yù)成形體支承組件14能夠通過馬達(dá)36使預(yù)成形體沿平行垂直方向向上或向下(沿z軸35)移動。還希望預(yù)成形體支承組件14能夠使預(yù)成形體沿與z軸正交的方向(即在x-y平面內(nèi))移動，使得預(yù)成形體能夠適當(dāng)?shù)刂糜诩訜釥t16中合適的位置。例如，通常需要將預(yù)成形體置于加熱爐的中心，以確保預(yù)成形體均勻加熱。
將預(yù)成形體30懸掛起來之后，通過預(yù)成形體支承組件14使預(yù)成形體30下降進(jìn)入回火爐16的加熱區(qū)，將一部分預(yù)成形體30至少加熱至其軟化點?；鼗馉t16可以是電阻爐，其中電流流經(jīng)電阻加熱元件而產(chǎn)生熱量；感應(yīng)爐，其中通過在微波感受器中誘導(dǎo)產(chǎn)生電流，而產(chǎn)生熱量；或者是任意其它的能夠?qū)⒒鼗馉t加熱至至少達(dá)到玻璃預(yù)成形體的軟化點的溫度。例如，所述回火爐可以是燃?xì)鉅t，其中氣體燃燒形成火焰。較佳的是，該回火爐能夠?qū)⒉ＡЪ訜嶂林辽偌s900℃；更優(yōu)選至少約1500℃；最優(yōu)選至少約2200℃。
如圖3所示，當(dāng)預(yù)成形體30的一部分，通常是由假想線31所表示的預(yù)成形體的底部邊緣部分，被加熱至至少達(dá)到玻璃軟化點時，會形成凝塊38，該凝塊在重力的作用下從預(yù)成形體脫離，牽拉出將所述凝塊與預(yù)成形體相連的曳尾玻璃(trailing glass)40。圖4顯示了預(yù)成形體30，凝塊38和曳尾玻璃40的縱向截面圖。凝塊的形成以及凝塊被拉離預(yù)成形體30通常被稱為“凝塊落下”。作為比較，光纖形成過程中的曳尾玻璃通常是具有圓形截面的纖絲。對于片材拉制法(例如本文所揭示的拉制法)，起始預(yù)成形體的形狀通常是矩形的，而不是像管線預(yù)成形體那樣是圓柱形的。根據(jù)本發(fā)明，曳尾玻璃40(下文中稱為預(yù)制片材40)，是寬闊的而非圓形的。圖5顯示了預(yù)制片材40的軸向截面。預(yù)制片材40可如圖5所示，具有凸形截面，大體上為橢圓形，或者預(yù)制片材40可具有凹形截面，或者其截面同時具有凸形和凹形外形。較佳的是，預(yù)制片材40的截面基本為矩形。因此在進(jìn)行任何水平拉伸處理之前，預(yù)制片材是將凝塊與玻璃主體(預(yù)成形體)相連的寬而厚(相對于最終玻璃片的厚度)的玻璃料流。預(yù)制片材40在沿從預(yù)成形體底部(根部)到凝塊38的方向上，其寬度通常會非常快地減小，因此通常不能用作最終的玻璃片。另外，預(yù)制片材還可以具有無法接受的厚度，沿此預(yù)制片材的寬度，其厚度無法控制，而且在變化。
當(dāng)凝塊38和相連的預(yù)制片材40從提供通向該凝塊的回火爐16的出口下降足夠的距離之后，可通過以下方法除去凝塊38，例如在玻璃料流的整個寬度上對預(yù)制片材進(jìn)行刻劃，將凝塊38從預(yù)制片材上折斷除去。圖6所示的拉伸臂42朝預(yù)制片材40向內(nèi)移動，沿預(yù)制片材各邊的長度與預(yù)制片材相接觸。拉伸臂42可通過任意合適的方法向內(nèi)移動。例如，拉伸臂42可以通過壓縮空氣操作，或者通過液壓操作。拉伸臂42可通過馬達(dá)操作，例如將螺桿的一端與拉伸臂相連，所述螺桿的另一端與馬達(dá)相連，并錨定在固定螺母內(nèi)。拉伸臂向內(nèi)移動至拉伸臂接觸預(yù)制片材的位置，使得預(yù)制片材與各拉伸臂相連接。然后拉伸臂向外移動，優(yōu)選同時對稱地(以相同的速率)向外移動，將預(yù)制片材拉伸成具有預(yù)定厚度的玻璃片。然后拉伸臂42向下移動，向下拉制玻璃片，直至玻璃片與輥式拉邊機(jī)20相接。
該實施方式的各拉伸臂具有氣動或液壓傳動的制動裝置44，以及與所述制動裝置相連的接觸桿46。制動裝置44在操作時，通過使所述接觸桿46朝預(yù)制片材40向內(nèi)移動，使接觸桿接觸預(yù)制片材。圖中顯示拉伸臂安裝在滑架組件48上，該滑架能夠通過馬達(dá)50使得拉伸臂沿離開回火爐的玻璃料流的長度上下移動。
當(dāng)預(yù)制片材40已被拉伸臂拉寬形成玻璃片52，且玻璃片52與輥式拉邊機(jī)20相接之后，可以使拉伸臂與玻璃片的邊緣分離?？赏ㄟ^以下的方式將拉伸臂與玻璃片的邊緣分離，例如使拉伸臂旋轉(zhuǎn)離開玻璃片的平面，從而對拉伸臂的接觸桿部分與玻璃之間的連接施加足夠的扭矩，以破壞它們之間的連接，從而釋放接觸桿46。較佳的是，各接觸桿由能夠與玻璃相結(jié)合，但是也可很容易地從玻璃上脫離的材料制成。所述接觸桿優(yōu)選由鉑組成。
如圖7所示，輥式拉邊機(jī)20設(shè)置成一組至少兩對相對的輥，相對的輥式拉邊機(jī)的每對輥位于玻璃片的相對一側(cè)，由馬達(dá)(圖中未顯示)所驅(qū)動。因此一套輥式拉邊機(jī)包括至少四個輥，玻璃片的每一側(cè)有兩個相對的輥。輥式拉邊機(jī)20沿玻璃片52的每一側(cè)的一部分54與玻璃片52相接，對玻璃片施加向下的作用力，從加熱的預(yù)成形體拉制玻璃片。輥式拉邊機(jī)20還可冷卻玻璃片的邊緣，使玻璃片的邊緣變硬?？赏ㄟ^例如使冷卻介質(zhì)從各輥內(nèi)部的一個或多個通道(未顯示)通過，對輥式拉邊機(jī)20進(jìn)行冷卻。所述冷卻介質(zhì)可以是例如空氣或水。為了提高輥式拉邊機(jī)20對玻璃片的夾持，輥式拉邊機(jī)20可以如圖7所示為齒狀或脊?fàn)畹模蛘呔哂衅渌軌虼龠M(jìn)提高施加在玻璃片上的扭矩的表面特征。
本發(fā)明特別宜用于CVD法形成的預(yù)成形體，CVD法形成預(yù)成形體的時候，從預(yù)成形體形成(例如玻璃煙炱沉積)至凝塊下落為止，玻璃的外表面都不需與另一面相接觸。也即是說，將會成為玻璃片的玻璃的表面大體上保持未被接觸。因此，拉制的玻璃片的兩個寬闊的表面(面)都保持初始狀態(tài)。玻璃片沿其邊緣的與拉伸臂和/或輥式拉邊機(jī)接觸的部分54(被稱為凸緣(bead))以后要從玻璃片上除去。
當(dāng)玻璃片52被下拉的時候，玻璃片的厚度減小，直至玻璃片達(dá)到預(yù)定的厚度。玻璃片的厚度會與以下因素有關(guān)從預(yù)成形體拉制玻璃片的速率(即在輥式拉邊機(jī)與玻璃片之間的接觸點處，輥式拉邊機(jī)的線速度)，將預(yù)成形體送入回火爐的速度(向下進(jìn)料速度)，以及回火爐的溫度。在玻璃片和第一套輥式拉邊機(jī)之間的接觸點，玻璃片不一定完全形成(例如達(dá)到預(yù)定的厚度)。本發(fā)明還包括玻璃片在與第一套輥式拉邊機(jī)接觸之后，玻璃片的粘度使得其厚度可以進(jìn)一步減小。在需要極薄的玻璃片(例如厚度約小于1毫米的玻璃片)的時候尤其需要這種情況。因此，可以根據(jù)需要沿玻璃片的路徑使用另外的幾套輥式拉邊機(jī)，將玻璃片的厚度減小到所需的厚度。盡管根據(jù)本發(fā)明能夠拉制得到的玻璃片的厚度的上限通常是由預(yù)成形體的厚度決定的，但是優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明拉制的玻璃片的厚度約小于4毫米，更優(yōu)選約小于1毫米，最優(yōu)選約小于0.7毫米。根據(jù)本發(fā)明拉制的玻璃片甚至可拉制到厚度約小于100微米。
可以任選地測量玻璃片的厚度，將此操作作為拉制工藝的一部分，測量結(jié)果用來控制例如預(yù)成形體的向下進(jìn)料速度，或者輥式拉邊機(jī)的轉(zhuǎn)速。玻璃片的厚度可以用合適的測量裝置測量，例如激光測微計，圖1中用數(shù)字22表示。這些裝置可以在市場上購得。測量裝置22根據(jù)輸入控制器的玻璃片厚度預(yù)定值產(chǎn)生誤差信號。誤差信號經(jīng)由控制線58輸送到控制器56?？刂破?6可以是例如計算機(jī)。然后控制器56可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的指令(例如計算機(jī)程序)調(diào)節(jié)向下進(jìn)料速度，輥式拉邊機(jī)轉(zhuǎn)速和/或扭矩，或者爐溫，或者它們的組合，減小來自測量裝置22的誤差信號，從而校正玻璃片的厚度。
回收玻璃片的方式部分取決于玻璃片的厚度。例如，如果玻璃片的厚度約為數(shù)十微米，玻璃片可以如圖1所示適宜地卷在整批卷軸(bulk spool)28上，以后可以從該卷軸上切割下單獨(dú)的預(yù)定尺寸的片材?；蛘呖梢愿淖儾ＡЯ狭鞯姆较?，使得玻璃的延伸距離長于回火爐和支承結(jié)構(gòu)(例如地面)之間的距離，例如可以在玻璃料流的底部將玻璃料流的方向從垂直改為水平，沿水平方向，例如在輥上傳輸玻璃料流，直至可以從該玻璃料流上切割下玻璃片的單獨(dú)小片。
另一方面，對于其厚度會使得玻璃片在卷起的時候發(fā)生斷裂的玻璃片，例如厚度約大于1毫米的玻璃片，必須在拉制過程中將其切割成具有一種或多種預(yù)定尺寸的玻璃小片?？赏ㄟ^本領(lǐng)域已知的任意常規(guī)技術(shù)將玻璃片切割成單獨(dú)的小片，這些技術(shù)包括對玻璃片進(jìn)行刻劃和切斷，或者進(jìn)行激光切割。
為了保護(hù)玻璃片的表面，可以在拉制過程中對玻璃片進(jìn)行涂敷，例如施涂丙烯酸酯涂層?？赏ㄟ^牽拉著玻璃片使其通過包含在涂料模頭24中的液體涂料浴，從而施涂這種涂層。可以對模頭24加壓?；蛘呖梢詫⒁后w涂料噴涂在玻璃的表面上?？梢詫⒁后w涂層施涂在玻璃的一個或多個表面上。然后可以根據(jù)涂料種類的要求，采用固化設(shè)備26對所述液體涂層進(jìn)行固化。例如，對于加熱固化(熱固化)的涂層，固化設(shè)備26可以使烘箱，或者固化設(shè)備26可通過使涂層曝光于紫外光而固化(光致固化)。
再或者，可以通過在玻璃片的寬闊表面上施加固體保護(hù)層，例如如圖8所示，在拉制玻璃片的時候，將塑料膜壓制在玻璃片上，從而提供保護(hù)涂層。圖8顯示了正在根據(jù)本發(fā)明拉制的玻璃片52的側(cè)視圖。例如，如圖8所示，可以從整批卷軸(bulk roll)62加入合適的塑料膜60，用第一施加輥64將其壓向玻璃片。圖8顯示了正被施加在玻璃片的一個面上的塑料膜。但是可以很容易地同時利用第二整批卷軸66和第二施加輥68將塑料膜60施加在玻璃片的兩個面上。但是當(dāng)僅在玻璃片52上施加單個固體塑料膜的時候，可能仍然需要在不施加第二塑料膜的條件下使用第二施加輥68，所述第二施加輥作為背襯作用力，以防玻璃片52因第一施加輥64的作用而移動。
在一優(yōu)選的實施方式中，如圖9所示，回火爐16可包括多個單獨(dú)的加熱元件70。圖9顯示了大量的加熱元件，但是可以根據(jù)需要適當(dāng)?shù)厥褂幂^少行或較少列的加熱元件。圖9是回火爐的前(或側(cè))視圖。圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的回火爐從爐頂觀察的水平截面圖，圖中顯示回火爐具有矩形空心的截面?？筛鶕?jù)需要使用其它的截面形狀，但是優(yōu)選矩形。圖中顯示了加熱元件70。單獨(dú)的加熱元件70可以在回火爐的寬度上線型排列，即單行或單列排列，或者單獨(dú)的加熱元件可以以具有多行和/或多列單獨(dú)的元件的網(wǎng)格或矩陣形式排列。較佳的是，單獨(dú)的加熱元件是分別控制的，例如由控制器56所控制，使得可以對它們的溫度進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)。通過使用其溫度可以分別控制的單獨(dú)的加熱元件，有利于對玻璃片施加特定的空間溫度曲線，為拉制過程提供了更大的靈活性，從而減小了與溫度相關(guān)的缺陷，例如由于在玻璃片寬度上溫度曲線的不均勻造成的玻璃片翹曲。沿箭頭71所示的方向?qū)ΣＡнM(jìn)行拉制。當(dāng)使用多個獨(dú)立地加熱元件的時候，控制器56可以控制單個加熱元件的溫度，以調(diào)節(jié)施加于玻璃預(yù)成形體的溫度曲線。
所述回火爐溫度的垂直變化一定程度上有助于對玻璃片進(jìn)行受控冷卻，因此可以在拉制過程中對玻璃片進(jìn)行限制的退火。另外，可以任選地提供退火爐72，以便進(jìn)一步對玻璃片進(jìn)行退火。可以如圖1所示將退火爐27與回火爐16相連，或者退火爐72可與回火爐16相分離。
實施例1根據(jù)本文所述的本發(fā)明拉制了由應(yīng)變點為665℃的玻璃組成的預(yù)成形體。所述玻璃預(yù)成形體具有寬59毫米×厚3毫米的矩形橫截面。所述預(yù)成形體以15毫米/分鐘的速率(向下進(jìn)料速率)下降通過電阻加熱回火爐的加熱區(qū)，將所述預(yù)成形體的底邊加熱至1225℃。形成了凝塊，并且該凝塊下落，然后通過刻劃和切斷將其與預(yù)制片材分離。在起初使用鉑拉伸臂拉伸該預(yù)制片材之后，使用單獨(dú)的一套輥式拉邊機(jī)，在玻璃片的每一側(cè)具有一對相對的輥式拉邊機(jī)拉制玻璃片。所述輥式拉邊機(jī)以150毫米/分鐘的速率拉制玻璃片。拉制的玻璃片的最終厚度為1毫米，寬度為25毫米。最終的玻璃片在600℃退火4小時。退火之后，玻璃片收縮了53ppm。
實施例2根據(jù)本文所述的本發(fā)明拉制了由應(yīng)變點為800℃的玻璃組成的預(yù)成形體。所述玻璃預(yù)成形體具有寬59毫米×厚3毫米的矩形橫截面。所述預(yù)成形體以15毫米/分鐘的速率(向下進(jìn)料速率)下降通過電阻加熱回火爐的加熱區(qū)，將所述預(yù)成形體的底邊加熱至1300℃。形成了凝塊，并且該凝塊下落，然后通過刻劃和切斷將其與預(yù)制片材分離。在起初使用鉑拉伸臂拉伸該預(yù)制片材之后，使用單獨(dú)的一套輥式拉邊機(jī)，在玻璃片的每一側(cè)具有一對相對的輥式拉邊機(jī)拉制玻璃片。所述輥式拉邊機(jī)以150毫米/分鐘的速率拉制玻璃片。拉制的玻璃片的最終厚度為1毫米，寬度為25毫米。最終的玻璃片在600℃退火4小時。退火之后，玻璃片收縮了3ppm。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很清楚地看出，可以在不背離本發(fā)明精神和范圍的前提下對其進(jìn)行各種其它的改變和修改。因此本發(fā)明應(yīng)包括這些改變和修改，只要它們包括在所附權(quán)利要求書及其等價內(nèi)容的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
1.一種制備玻璃片的方法，該方法包括提供玻璃預(yù)成形體；在爐內(nèi)加熱該玻璃預(yù)成形體，形成凝塊和預(yù)制片材；使所述凝塊從所述預(yù)制片材分離；將所述預(yù)制片材拉伸至預(yù)定的厚度；并將所述預(yù)制片材拉制成具有預(yù)定厚度的玻璃片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供玻璃預(yù)成形體的步驟包括澆鑄預(yù)成形體。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述提供玻璃預(yù)成形體的步驟包括化學(xué)蒸氣沉積。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述拉制步驟包括使所述預(yù)制片材與拉伸臂接觸，使所述拉伸臂沿垂直于玻璃片流動方向的方向移動。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述拉制步驟還包括使得所述拉伸臂沿平行于預(yù)制片材流動方向的方向移動，同時拉伸臂與預(yù)制片材相接觸，以拉長預(yù)制片材。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃片的厚度約小于4毫米。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃片的厚度約小于1毫米。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃片的厚度約小于100微米。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃預(yù)成形體的應(yīng)變點約高于600℃。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃預(yù)成形體的應(yīng)變點約高于700℃。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃預(yù)成形體的應(yīng)變點約高于900℃。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述拉制過程中，在所述玻璃片上施加保護(hù)涂層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)涂層以液體形式施加。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)涂層以固體膜的形式施加。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括將所述玻璃片卷到卷軸上的步驟。
16.一種用來拉制玻璃片的設(shè)備，該設(shè)備包括回火爐；拉伸臂，該拉伸臂可移動地安裝在所述回火爐下方，用來與預(yù)制片材接觸，并拉伸預(yù)制片材；相對的輥式拉邊機(jī)，所述輥式拉邊機(jī)可旋轉(zhuǎn)地安裝在拉伸臂下方，用來與玻璃片相接，并對該玻璃片施加向下的作用力。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，所述回火爐包括多個單獨(dú)的加熱元件。
18.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，所述單獨(dú)的加熱元件的溫度可以單獨(dú)控制。
19.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括位于所述回火爐下游的退火爐。
20.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括相對于玻璃片流動方向、位于回火爐下游的裝置，該裝置用來對玻璃片施加保護(hù)涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備玻璃基材料的平坦片材的方法，以及用于該方法的設(shè)備。所述方法包括提供玻璃預(yù)成形體，在爐內(nèi)加熱該玻璃預(yù)成形體，形成凝塊和預(yù)制片材，除去凝塊，以及將所述玻璃預(yù)制片材拉制成平坦玻璃片。還提供了一種用來將玻璃預(yù)成形體拉制成玻璃片的設(shè)備，該設(shè)備包括回火爐，用來對所述預(yù)制片材進(jìn)行拉伸以及將其拉制成玻璃片的拉伸臂，以及用來在玻璃片上施加向下作用力的相對的輥式拉邊機(jī)。所述回火爐可包括多個單獨(dú)的加熱元件，每個加熱元件的溫度能夠單獨(dú)控制。所述設(shè)備還包括用來對所述玻璃片進(jìn)行退火的退火爐。
文檔編號C03B23/02GK101031516SQ200580025715
公開日2007年9月5日 申請日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者P·J·奇莫, M·L·波利, M·T·穆塔格 申請人:康寧股份有限公司