用于制造tft玻璃的加料負(fù)載的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及制造鋁硅酸鹽玻璃，如TFT/IXD玻璃，即一種"特種玻璃"，并且更具體 地說，涉及一種用于制造這種特種玻璃的新穎的加料負(fù)載。本申請(qǐng)要求2013年1月17日 提交的臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/753, 643 (我們的參考案RVS-36467)的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)專利 申請(qǐng)以引用的方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0002] 包括薄膜晶體管（TFT)電視面板和觸摸屏裝置（智能手機(jī)、平板電腦等）在內(nèi)的 各種顯示裝置中所用的含有低堿、高氧化鋁的玻璃由于所需的成品玻璃化學(xué)特性（如高粘 度和高熔融溫度）而在制造期間需要高能量輸入以進(jìn)行熔融和澄清。傳統(tǒng)的玻璃配料方法 涉及將單獨(dú)的組分在引入到熔爐中之前進(jìn)行干混。存在一些與這種配料相關(guān)的問題和限 制，如Carty的7, 937, 969和Carty的7, 260, 960中所述，這些參考文獻(xiàn)以引用的方式并入 本文。熔爐內(nèi)的配合料分層導(dǎo)致低效的和不完全的熔融。
[0003] 常規(guī)的玻璃配料方法的問題由于技術(shù)顯示器玻璃產(chǎn)品所需的化學(xué)組成而被放大， 這是因?yàn)閴A含量更低并且氧化鋁含量更高。因此，關(guān)鍵在于改進(jìn)熔爐中的熔融和澄清工藝 而不改變所指定的化學(xué)組成。一種實(shí)現(xiàn)更高效率的可能性在于改變玻璃配合料材料的形 式，以使得反應(yīng)性程度提高，以及諸如增加材料的比表面積。然而，配合料材料的顆粒篩分 由于在熔爐內(nèi)所造成的損失和問題而相當(dāng)受限，并且過細(xì)的篩分會(huì)引起許多問題并且容易 在熔融期間浮在空中。對(duì)于原料的更細(xì)的顆粒篩分還會(huì)造成有更多的夾帶空氣被引入到熔 爐中，從而導(dǎo)致需要額外的澄清以從熔融玻璃中去除氣泡。
[0004] 概述
[0005] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于提高玻璃配合料原料，特別是低堿、高氧化鋁玻璃的玻璃 配合料原料的熔融效率，這是通過增強(qiáng)被送入熔爐中的配合料的反應(yīng)性以及改進(jìn)所述配合 料的形式來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明通過將配合料的組分研磨到更細(xì)的顆粒篩分以達(dá)到更大的比表 面積和反應(yīng)性來實(shí)現(xiàn)更高的熱效率。將這些細(xì)配合料組分共混成如成品玻璃化學(xué)規(guī)格所要 求的比例。將共混的細(xì)配合料材料在一起制漿，充分混合成均勻的懸浮液并且噴霧干燥。這 種工藝產(chǎn)生由各種細(xì)顆粒的團(tuán)聚物構(gòu)成的小干燥珠粒。然后將這些噴霧干燥的珠粒在窯爐 中燒結(jié)以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)完整性，從而使得所述珠粒在玻璃制造工藝的情況下所遇到的正常的處 理和混合下不易碎。本發(fā)明的一個(gè)方面是對(duì)原料進(jìn)行的新穎篩分以使得原料顆粒具有小于 30微米的最大粒度D99,即"細(xì)"顆粒，并且優(yōu)選地小于20微米的最大粒度D99,這是"超細(xì)" 粉末或顆粒的通用定義。優(yōu)選的最大粒度是3-20微米的D99。
[0006] 這些燒結(jié)過的珠粒是不含助熔劑的玻璃配合料混合物的粒狀均勻顆粒，所述顆粒 由于所述珠粒的顆粒篩分和非常圓（沒有角）的形狀而具有低的比表面積。玻璃配合料原 料的這種改進(jìn)的形式以多種方式促進(jìn)熔爐中更大的熱效率：
[0007] 1.更低的表面積使被引入到熔爐中的夾帶的空氣減到最低程度并且因此降低了 由于熔融玻璃中所截留的氣體而需要的澄清的量。在熔爐中實(shí)現(xiàn)可接受的玻璃質(zhì)量的時(shí)間 更少意味著所需的能量更少。
[0008] 2.所述噴霧干燥的珠粒是由單個(gè)細(xì)顆粒構(gòu)成，與玻璃原料的常規(guī)篩分相比，這些 單個(gè)細(xì)顆粒更具熱反應(yīng)性，從而改進(jìn)初熔性能并且減少能量輸入。
[0009] 3.更難熔的配合料組分（二氧化硅、氧化鋁）與不太難熔的碳酸鹽組分（石灰石、 白云石）的緊密接觸提高了二氧化硅和氧化鋁的熔融性能，以及使在熔爐中出現(xiàn)不希望有 的分層，從而導(dǎo)致不完全的熔融和成品玻璃中的缺陷的可能性減到最低程度。
[0010] 優(yōu)選地，將配合料珠粒在引入到熔爐中之前與諸如硼酸之類的助熔劑共混并且以 自由流動(dòng)、無塵的方式處理。或者，作為替代方案，可以將助熔劑引入到珠粒中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明涉及高質(zhì)量玻璃產(chǎn)品，如薄膜晶體管（TFT)玻璃的制造方面的一種改進(jìn)。 這種改進(jìn)涉及改變?nèi)廴诠に囍兴褂玫募恿县?fù)載的結(jié)構(gòu)，而不改變或影響生產(chǎn)這種類型的 高質(zhì)量玻璃中所涉及的主要設(shè)備。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，配制了一種新的加料負(fù)載。這種新的加料負(fù)載包括至少三種不同的 原料，如二氧化硅、氧化鋁、白云石、石灰石等而具有或者沒有用于使所述加料負(fù)載熔融的 必要的助熔劑。在所述新的加料負(fù)載中以預(yù)選的百分比包括這些原料。通過加熱到一般超 過1，500°C的溫度使所述加料負(fù)載轉(zhuǎn)變成鋁硅酸鹽玻璃產(chǎn)品。本發(fā)明是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的單個(gè)珠 粒的團(tuán)塊（術(shù)語"珠粒"并沒有限定技術(shù)形狀，但是具有大致平滑表面的大致圓形體）。所 述珠粒中的每一個(gè)均是制造玻璃所需的原料的復(fù)合體。通過部分燒結(jié)工藝使它們不易碎。 本發(fā)明的每一個(gè)珠粒均包括構(gòu)成所述加料負(fù)載的三種或更多種不同的礦物原料中的每一 種的經(jīng)過研磨和篩分的顆粒的均質(zhì)混合物。所述顆粒具有受控的最大粒度并且以為制造最 終的玻璃所需的預(yù)選的百分比在所述珠粒中的每一個(gè)中混合。因此，本發(fā)明涉及利用將顆 粒篩分成細(xì)或超細(xì)粒度的獨(dú)特構(gòu)思由用于制造本發(fā)明的特種玻璃的必要的礦物原料形成 單個(gè)珠粒。所述顆粒具有受控的最大粒度。在形成所述珠粒之后，將所述珠粒部分燒結(jié)以 使得它們變得穩(wěn)定或穩(wěn)定化以在用于制造玻璃產(chǎn)品的設(shè)施處輸送和處理。因此，本發(fā)明的 加料負(fù)載僅僅將現(xiàn)有的原料重新包裝成可控的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有被發(fā)現(xiàn)的優(yōu)勢，一些優(yōu) 勢之前已經(jīng)闡明并且一些優(yōu)勢隨后將闡明。本發(fā)明是形成這種新的加料負(fù)載以制造高質(zhì)量 玻璃，所述高質(zhì)量玻璃形成電視和其它薄屏裝置中所用類型的顯示板。
[0013] 本發(fā)明的一個(gè)主要的方面在于提供了一種用于制造鋁硅酸鹽玻璃，如TFT玻璃的 加料負(fù)載。作為廣泛的內(nèi)容，使用于玻璃熔體的礦物原料按最終玻璃產(chǎn)品的預(yù)選百分比形 成漿液并且使這種漿液形成單個(gè)珠粒的團(tuán)塊，通過部分燒結(jié)使所述單個(gè)珠粒穩(wěn)定。這種加 料負(fù)載在制造玻璃方面已經(jīng)產(chǎn)生許多優(yōu)勢。
[0014] 在作出本發(fā)明之后，研發(fā)了本發(fā)明的另一個(gè)方面以滿足特殊的情形，其中特定的 客戶希望使用本發(fā)明的具有它的諸多優(yōu)勢的全部的新穎珠粒構(gòu)思；但是，還希望添加獨(dú)特 的、不同的或甚至秘密的礦物原料以在熔融設(shè)施處形成最終的"加料負(fù)載"。為了適應(yīng)這種 特殊的商業(yè)需求，對(duì)本發(fā)明的寬泛定義進(jìn)行修改。在這種修改中，新穎的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的珠粒合 并有最終熔體的加料負(fù)載的礦物原料中的"至少三種"。這"至少三種"礦物原料的重量百 分比由最終熔體的加料負(fù)載中這些原料的預(yù)選百分比決定，如由具體的鋁硅酸鹽玻璃產(chǎn)品 的規(guī)格所規(guī)定。
[0015] 使用本發(fā)明的這種修改過的定義，在所述修改過的定義的"至少三種"礦物原料實(shí) 際上是"加料負(fù)載"的若干種礦物原料的"全部"時(shí)形成"最終的"加料負(fù)載珠粒，如第一定 義。因此，通過這種修改過的定義，當(dāng)客戶不希望在制造現(xiàn)場添加礦物原料時(shí)，利用本發(fā)明 的主要方面并且所述珠粒是"加料負(fù)載"。因此，這種修改過的定義僅僅便于特定的客戶需 求，同時(shí)仍限定了本發(fā)明的新穎珠粒。本發(fā)明的再另一個(gè)方面涉及助熔劑，如硼酸。新穎的 珠粒（無論是符合作為"加料負(fù)載"的珠粒的主要定義還是可能略少于最終加料負(fù)載的珠 粒的修改過的定義）可以合并有助熔劑，而不會(huì)影響通過具有細(xì)或超細(xì)的原料粉末的結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定的珠粒所實(shí)現(xiàn)的許多優(yōu)勢。
[0016] 作為總結(jié)，"加料負(fù)載"是在熔融工藝中用于制造"特種"玻璃的所有"礦物"原料。 通常，在熔融設(shè)施處將所需的助熔劑添加到加料負(fù)載中。除了"加料負(fù)載"之外，還可以由 客戶將其它材料添加到加料負(fù)載中以對(duì)玻璃或它的熔融參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在加料負(fù)載中原料的最大粒度被控制到小于20微米并 且優(yōu)選地在3至20微米的D99范圍內(nèi)。通過使用形成構(gòu)成本發(fā)明的珠粒的這些超細(xì)顆粒， 熔融或熔合工藝的相互作用被增強(qiáng)并且是高效的，從而促進(jìn)珠粒的穩(wěn)定化。根據(jù)本發(fā)明的 另一個(gè)方面，包含本發(fā)明的加料負(fù)載的各種珠粒的有效直徑一般小于500微米并且優(yōu)選地 在50至200微米的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，珠粒的有效直徑具有受控的最大值 而具有或沒有受控的最小值。
[0018] 本發(fā)明的其它方面涉及將用于形成本發(fā)明的穩(wěn)定的珠粒的礦物原料中的每一種 磨成細(xì)粉。在實(shí)踐中，所述粉末的顆粒具有基本上相同的最大粒度。如上文所定義的這種 最大粒度小于30微米并且優(yōu)選地小于20微米。實(shí)際上，如果使用D99尺寸，那么范圍優(yōu)選 地是3至20微米。構(gòu)成新穎珠粒的加料負(fù)載具有多于10%的氧化鋁并且優(yōu)選地在10%至 25 %范圍內(nèi)的氧化鋁的含量。此外，所述珠粒具有圓度大于.8的表面平滑度。
[0019] 對(duì)根據(jù)本發(fā)明所形成的珠粒進(jìn)行的部分燒結(jié)工藝使得所述珠粒內(nèi)的原料形成在 20%至60%范圍內(nèi)的無定形含量。使用如下的燒結(jié)溫度，所述燒結(jié)溫度顯著低于用于制造 玻璃的溫度并且在實(shí)踐中在900°C -1，200°C的范圍內(nèi)，持續(xù)一段短的時(shí)間，如5-25分鐘。
[0020] 盡管本發(fā)明的主要方面是新穎的加料負(fù)載本身或新穎的部分加料負(fù)載，但是本發(fā) 明的另一個(gè)方面是制備這種如上文所定義的用于形成玻璃產(chǎn)品的加料負(fù)載的方法。根據(jù) 這種方法，提供了用于形成玻璃產(chǎn)品的原料并且將所述原料研磨成顆粒。將這些經(jīng)過研磨 的顆?；蚍勰﹩为?dú)地或共同以粉末混合物的形式進(jìn)行篩分，以使得所述原料中的每一種具 有小于30微米并且優(yōu)選地小于20微米的受控的D99最大粒度。優(yōu)選地，所述受控的最大 粒度在3-20微米的范圍內(nèi)。將原料粉末共混成預(yù)選的百分比以生產(chǎn)所需的最終玻璃產(chǎn)品。 在這個(gè)問題上，將細(xì)分的經(jīng)過篩分的原料顆?；蚍勰┌从芍圃熳罱K產(chǎn)品所需的百分比所決 定的預(yù)選百分比混合。使共混的顆粒形成單個(gè)珠粒的團(tuán)塊，優(yōu)選地通過標(biāo)準(zhǔn)的噴霧干燥器， 所述噴霧干燥器被調(diào)節(jié)成形成具有所需有效直徑的珠粒。因此，每一個(gè)珠粒均含有占預(yù)選 百分比的原料粉末；然而，如到目前為止所描述的這些珠粒尚未構(gòu)成本發(fā)明。這些珠粒在結(jié) 構(gòu)上不穩(wěn)定并且不能被有效地輸送和處理。本發(fā)明的一個(gè)方面是對(duì)原料進(jìn)行新穎篩分以使 得原料顆粒具有小于30微米的最大粒度D99,即"細(xì)"顆粒，并且優(yōu)選地小于20微米的最大 粒度D99或在3-20微米范圍內(nèi)的D99尺寸，這是"超細(xì)"粉末或顆粒的通用定義。不穩(wěn)定 的珠粒將是本發(fā)明的對(duì)立面。使珠粒穩(wěn)定的進(jìn)一步操作完成了本發(fā)明。使小顆粒珠粒穩(wěn)定 涉及在低溫下進(jìn)行非常短的一段時(shí)間的部分燒結(jié)工藝。因此，所述珠粒對(duì)于后續(xù)的填料、處 理、輸送以及混合在結(jié)構(gòu)上是穩(wěn)定的。珠粒穩(wěn)定化是本發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵的方面并且允許本 發(fā)明的珠粒被用作加料負(fù)載以后續(xù)熔融成所需的玻璃產(chǎn)品。因此，本發(fā)明涉及對(duì)各種細(xì)分 原料的粒度進(jìn)行控制以及使由這些加工過的原料形成的珠粒穩(wěn)定。將這兩種操作組合是新 穎的并且構(gòu)成了本發(fā)明的方面。
[0021 ] 如上文所定義，用于形成新穎的加料負(fù)載的方法構(gòu)成了穩(wěn)定珠粒團(tuán)塊的制備，這 些珠粒中的每一個(gè)均具有最終玻璃的原料配方并且具有細(xì)或超細(xì)的粒度以進(jìn)行分布以及 后續(xù)的熔合和熔融而沒有夾帶氣泡和熔融工藝中其它不利的方面。
[0022] 這種方法涉及對(duì)珠粒進(jìn)行部分燒結(jié)，所述珠粒一般由噴霧干燥器形成并且具有有 效直徑，所述有效直徑優(yōu)選地在50至2