复合溢流槽的制作方法

专利名称：复合溢流槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来制造玻璃片的方法和设备。具体地，本发明涉及用于制造玻璃片的熔合下拉法以及该方法中所用的设备。本发明可用于，例如制造适用于液晶显示器(LCD)的高精度玻璃基材。
背景技术：
在各种目前主要的LCD器件，例如电视机中，使用两片高精度的玻璃片，一片作为电子电路组件，例如薄膜晶体管(TFT)的基材，另一片作为滤色片的基材。各种技术 可用于制造所述高精度光学玻璃基材。一种领先的技术是美国纽约康宁公司(CorningIncorporated, Corning, New York, U. S. A.)开发的溢流熔合下拉技术,其涉及使用通常称作溢流槽的成形主体、成形管、成形槽或者成形装置。成形主体通常包含上部件和下部件，所述上部件包含两个上槽壁和槽底部，上槽壁和槽底部限定了用于容纳熔融玻璃的槽空间；所述下部件具有楔形截面，该楔形截面具有两个向下倾斜在根部连接的主侧表面，其中所述上部件和下部件的侧壁形成两个连续成形表面。在操作期间，将熔融玻璃装到槽中，使其可在槽的顶表面(称作堰)溢流，沿着两个主侧表面向下流动，然后在两个表面的会聚线(称作根部)处结合以形成整体玻璃带，所述整体玻璃带的两个外表面没有与成形主体的表面接触。对玻璃带进行下拉并冷却，形成具有所需厚度和完好外表面的弹性玻璃片。制造尺寸不断增大的具有高图像质量的高质量LCD对于成形主体的几何形状以及尺寸稳定性提出的要求越来越严格。为了制造具有足够宽度的连续玻璃片，通常仅将成形主体悬挂在端部。在操作期间，成形主体受到其自身及其支撑的熔融玻璃的重力，和非常高的操作温度，例如1200-1300° C。在这样的高温和大的外部负荷下，在长期生产周期中要解决稳定性问题是非常复杂的。在过去几十年间，康宁公司已经成功开发了各种技术来解决该问题，包括通过在进口端和压力端施加压力对成形主体施加向上弯曲力矩，以及使用较不容易发生下垂的高性能材料。但是，随着所需玻璃片的尺寸随时间不断增大，成形主体的水平跨度也不断增大。在给定的时间和给定的工作条件下，用相同材料制造的具有较大跨度(长度)的成形主体倾向于弯曲得更厉害。此外，由符合所有几何形状和形状稳定性要求的单一材料制造的整体成形主体是非常昂贵的，即使是较小尺寸时也是如此。因此，非常需要一种设计用于溢流熔合下拉法的成形主体，该成形主体对于制造、维护、操作是经济的，并且适用于制造宽度大的玻璃片。本发明满足了这些需求和其他需求。

发明内容
本文揭示本发明的若干方面。应当理解，这些方面可以彼此重叠，也可以不重叠。因此，一个方面的某个部分可以落入另一个方面的范围内，反之亦然。每个方面用诸多实施方式来说明，而实施方式又可以包括一个或多个具体实施方式
。应当理解，这些实施方式可以彼此重叠，也可以彼此不重叠。因此，一个实施方式或其具体实施方式
的某个部分可以落入或不落入另一个实施方式或其具体实施方式
的范围内，反之亦然。因此，根据本发明第一个方面，提供了一种用于熔合下拉法的制造玻璃片的设备，该设备包含成形主体，所述成形主体具有由第一材料制造的上部件(101)和位于所述上部件(101)下方的由第二材料制造的下部件(103);其中所述上部件(101)包含两个上槽壁(112、114)和槽底部，所述上槽壁和槽底部限定了用于容纳熔融玻璃的槽空间(105);所述下部件(103)具有楔形截面，该楔形截面具有两个向下倾斜在根部连接的主表面；上部件(101)和下部件(103)的侧壁实质上形成两个连续成形表面，在正常操作期间所述连续成形表面上的熔融玻璃流可以向下流动在根部(108)结合，所述第一材料在1200° C的蠕变速率为CR1，所述第二材料在1200° C的蠕变速率为CR2，并且CR1〈CR2。·在本发明第一方面的某些实施方式中，CR2/CRD103，在某些实施方式中，CR2/CRD104，在某些其他实施方式中，CR2/CRD105。在本发明第一方面的某些实施方式中，CRl〈lxlO_7，在某些实施方式中，CRl〈lxlO_8，在某些其他实施方式中，CRl〈lxlO_9，在某些其他实施方式中，CR1〈1X10_1(I，在某些其他实施方式中，CRl〈lxlO_n，在某些其他实施方式中，CRl〈lxlO_12。在本发明第一方面的某些实施方式中，所述设备还包含装入成形主体的炉，其适用于使得成形主体的上部件(101)维持在基本恒定的温度，并维持成形主体的下部件(103)的温度梯度Δ T=T顶$-T根$，其中T顶$是下部件(103)的顶部的温度，T根是下部件(103)的根部(108)的温度，并AT彡10° C，在某些实施方式中AT彡20° C，在某些实施方式中AT彡30° C，在某些实施方式中AT彡50° C，在某些实施方式中AT彡80° C，在某些实施方式中AT < 100° C，在某些实施方式中AT < 80° C，在某些其他实施方式中 AT 彡 60° C。在本发明第一方面的某些实施方式中，在1200° C以及200psi的负荷下第二材料的蠕变速率为CR2，其中CR2 ( 1χ10_5/小时。在本发明第一方面的某些实施方式中，在1200° C以及200psi的负荷下第一材料的蠕变速率为CR1，其中CRl彡1χ10_13/小时。在本发明第一方面的某些实施方式中，下部件(103)在各端部具有通过墩块(105、107)支撑的翼(104、106)。在某些实施方式中，墩块(105、107)向下部件(103)的各端部施加压力F、F’，使得在下部件(103)的内存在压力力矩以减小成形主体的下部件(103)的下垂。在本发明第一方面的某些实施方式中，第一材料基本由a-SiC、氮化娃、或者氧氮化硅构成，第二材料基本由锆石构成。在本发明第一方面的某些实施方式中，上部件(101)还包含腔。在某些实施方式中，该设备还包含在腔(115)内适用于对成形主体进行加热的加热元件。在本发明第一方面的某些实施方式中，上部件(101)的底表面以及下部件(103)的顶表面具有在所述表面形成的彼此相反的互锁特征。
本发明第二方面涉及制造玻璃片的方法，该方法包括以下步骤(A)提供玻璃熔体；(B)提供成形主体，所述成形主体具有由第一材料制造的上部件(101)和位于所述上部件(101) 下方的由第二材料制造的下部件(103);其中所述上部件(101)包含两个上槽侧壁和槽底表面，所述上槽侧壁和槽底表面限定了用于容纳熔融玻璃的槽空间(105);所述下部件(103)具有楔形截面，该楔形截面具有两个向下倾斜在根部连接的主表面；上部件(101)和下部件(103)的外侧表面实质上形成两个连续成形表面，在正常操作期间所述连续成形表面上的熔融玻璃流可以向下流动在根部(108)结合；所述第一材料在1200° C的蠕变速率为CR1，所述第二材料在1200° C的蠕变速率为CR2，并且CR1〈CR2。(C)将玻璃熔体送到成形主体的槽中，使得玻璃熔体在槽侧壁的顶表面溢流，流过两个成形表面，并在根部(108)结合以形成整体玻璃带；(D)在根部(108)下方拉制玻璃带以形成玻璃片。在本发明第二方面的某些实施方式中，CR2/CRD103，在某些实施方式中，CR2/CRD104，在某些其他实施方式中，CR2/CRD105。在本发明第二方面的某些实施方式中，所述方法还包括以下步骤(E)和(F)(E)通过马弗炉将成形主体的上部件(101)维持在基本恒定的温度；以及(F)维持成形主体的下部件(103)的温度梯度AT=T顶部-T根部，其中T顶部是下部件(103)的顶部的温度，1^$是下部件(103)的根部(108)的温度，并且AT彡10° C，在某些实施方式中AT彡20° C，在某些实施方式中AT彡30° C，在某些实施方式中AT彡50° C，在某些实施方式中AT > 80° C，在某些实施方式中AT < 100° C，在某些实施方式中AT <80° C，在某些其他实施方式中AT < 60° C。在本发明第二方面的某些实施方式中，选择第二材料，使该材料在1200° C以及200psi的负荷下的蠕变速率为CR2，其中CR2 ( 1χ10_5/小时。在本发明第二方面的某些实施方式中，选择第一材料，使该材料在1200° C以及200psi的负荷下的蠕变速率为CR1，其中CRl彡lxlO—13/小时。在本发明第二方面的某些实施方式中，下部件(103)在端部分别有通过墩块(105,107)支撑的翼(104、106)。在某些实施方式中，通过墩块(105、107)分别向下部件(103)的端部产生压缩力F、F’，从而在下部件(103)的内部存在压缩力矩以减小成形主体的下部件(103)的弯垂。在本发明第二方面的某些实施方式中，第一材料基本由a-SiC、氮化硅、或者氧氮化硅构成，第二材料基本由锆石构成。在本发明第二方面的某些实施方式中，上部件(101)还包含腔。在某些实施方式中，在腔(115)内部设置加热元件，对成形主体的上部件(101)进行加热。在本发明第二方面的某些实施方式中，上部件(101)的底表面以及下部件(103)的顶表面具有在所述表面上形成的彼此相反的互锁特征。在本发明第二方面的某些实施方式中，步骤(B)包括(BI)得到由使用过的成形主体的第一材料制造的上部件(101);(B2)得到由第二材料制造的新的下部件(103);以及(B3)将所述上部件(101)叠加到下部件(103)上，以提供成形主体。
本发明一个或多个实施方式和/或方面具有下述一个或多个优点。首先，成形主体的上部件(101)可以循环再利用于多次生产操作中，仅需替换下部件(103)，并且甚至可以对下部件(103)进行重新磨光用于较小一代成形主体，因此降低了生产操作中成形主体的平均成本。第二，由于下部件(103)下垂较小以及上部件(101)不发生下垂，相比于由单一陶瓷材料，例如锆石制得的常规整体成形主体，本发明的成形主体的使用寿命可以得到延长。第三，可以制得具有内腔的上部件(101)，这可降低制造成形主体时的材料消耗，降低了下部件(103)上的重量负荷，从而降低了成本并同时延长了成形主体的使用寿命。在以下的详细描述中列出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言由所述描述而容易理解，或按文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施本发明而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是对本发明的示例性说明，用 来提供理解要求专利权的本发明的性质和特性的总体评述或框架。所包含的附图提供进一步理解本发明，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图简要说明图I是根据本发明的一个实施方式将成形主体的上部件(101)和下部件(103)叠加在一起之前的侧视示意图。图2是根据本发明的一个实施方式将成形主体的上部件(101)和下部件(103)叠加在一起之前的端视示意图。图3是根据本发明的一个实施方式操作时的成形主体的侧视示意图。图4是根据本发明的另一个实施方式的成形主体操作时的上部件(101)和下部件
(103)的端视不意图。图5是熔合下拉法制造玻璃片时操作的成形主体的示意图。图6是显示CRA/CRB之比与包含a -SiC的上部件和锆石下部件(103)的成形主体温度的关系的图，所述CRA是上部件的蠕变速率，CRB是下部件(103)的蠕变速率。图7是显示根据本发明的一个实施方式的成形主体的上部件的下表面以及下部件(103)的上表面的变形的图。图8是显示根部的最大变形与施加到根部的端部上的压力F、F’的关系的图。
具体实施例方式除非另有说明，本说明书和权利要求书所用的所有数值，例如表示成分的重量百分数和摩尔百分数、尺寸的数值和某些物理特性的值应理解为在所有情况下均被术语“约”修饰。还应理解，说明书和权利要求书中所用的精确数值构成本发明的附加实施方式。本发明人已尽力确保实施例中披露的数值的准确性。然而，由于各个测量技术存在标准偏差，任何测得的数值都可能本来就包含某些误差。如本文所用，在描述本发明和撰写本发明的权利要求时，所用的不定冠词“一个”或“一种”指“至少一个(种)”，不应局限为“仅一个(种)”，除非明确有相反的说明。因此，例如，提到的“腔”包括具有一个、两个或更多个此类“腔”115的实施方式，除非文本中有另外的明确表不。
本发明中的松散材料是室温下的总体积至少为200立方厘米(cm3)的连续固体块状物。因此，总体积各小于IOOcm3的一堆粉末或球粒不视为本发明中的松散材料。通过现有技术中采用的标准技术测定1200° C和200psi负荷(1·38χ106帕斯卡)下材料的蠕变速率。熔合下拉法的成形主体在非常高的温度下，例如对于某些玻璃组合物高于1100° C的温度下操作，并经受由于其自身重量以及其支撑的熔融玻璃的重量所致的高负荷。此外，由于该方法的特性,玻璃熔体从顶部向下到根部进行冷却,对成形主体施加温度梯度。已知基于锆石的成形主体在操作的应力和温度下发生蠕变，产生随时间进行的不可逆转的下垂。成形主体的变形导致流体路径变化以及制得的玻璃片的厚度变化。使用一段时间之后，变形变得如此过分以致不得不替换或者修复成形主体。成形主体单独和自身的制造和安装成本非常高。生产周期的终止以及因此而来 的生产线修复会造成更加大的生产损失。康宁公司开发的减小成形主体下垂的一种方法是通过一对墩块向成形主体的两端部施加压力，所述墩块还支撑了成形主体的端部。虽然对于小尺寸一代的生产线，该方法可以将基于锆石的成形主体的使用寿命有效地延长数年，但是所述作用是有限的，特别是对于大尺寸成形主体,例如长度大于2000mm的成形主体。虽然存在比锆石明显更低的蠕变速率的材料，完全由单一材料制造的整体成形主体在操作条件下不会发生蠕变，但是由于为了下拉法成功所必需的温度梯度使其会经受过高的内应力。成形主体的蠕变会释放由于温度梯度引起的内应力。蠕变不足以及持续高应力会引起成形主体的灾难性事故。本发明通过提供复合成形主体解决成形主体中蠕变和应力矛盾的解决方案，所述复合成形主体由在正常操作条件下具有不同蠕变速率的至少两种材料制得。下面参考附

图1-6中所示的各种实施方式对本发明进行描述和说明。应指出，本领域普通技术人员从本说明书获益后，可以设想其他实施方式，这些实施方式也落在要求保护的本发明的范围内。根据本发明第一方面的成形主体的上部件101由第一材料制造，并包含两个上槽壁(112、114)以及槽底部，所述上槽壁以及槽底部一起限定了用于容纳熔融玻璃的槽空间
(105)。成形主体的下部件103由第二材料制造，并包含具有两个主侧面的楔，所述两个主侧面向下倾斜在公共线108处连接，该公共线108通常是直的，称作成形主体的根部。上部件101叠加在下部件103上。理想地，成形主体的组件包含上部件101和下部件103，所述下部件103具有与用整体锆石片制得的常规成形主体基本类似的外观和功能。因此，上部件101和下部件103的外侧面理想地形成两个连续平滑的主侧面，玻璃熔体可以在所述连续平滑主侧面上流动而不发生速度方向的突然变化。理想地，在正常操作温度下，上部件101的宽度与下部件103的宽度在它们之间的界面处基本相同。在操作期间，成形主体与上游装置和辅助设备，例如成形槽进口管、端盖以及边缘引导器等，如本领域所揭示的辅助设备相连接，因而可以使用熔合下拉法用所述成形主体制得玻璃片。上部件101和下部件103都经受高温，在该高温下熔融玻璃可以因重力而流动。在成形主体的操作温度下，第一材料形成的成形主体的上部件101的蠕变速率速显著地低于第二材料形成的下部件103。因此，希望CR2/CRD103，在某些实施方式中，CR2/CR1>104，在某些实施方式中，CR2/CRD105，其中CR2和CRl分别是第二材料和第一材料在1200° C的蠕变速率。例如，所述第一材料可以是a-SiC、氮化硅或者氧氮化硅的陶瓷，所述第二材料可以是锆石、氧化锆、氧化铝、MgO的陶瓷，或者耐火金属，例如Pt以及含Pt合金等。理想地，甚至对于第二材料，CR2〈lxlO_5/小时，更理想地，CR2〈1X10_6/小时，更加理想地，CR2〈lxlO_V小时。通常，对于由陶瓷材料例如锆石的整体片制造的长度至少为2000mm的成形主体，非常希望材料的蠕变速率最高为1χ10_6/小时。但是，对于本发明，由于复合结构，CR2的要求可以更宽，例如，可约从1χ10_5/小时到1χ10_6/小时，以获得基本相同的蠕变阈值量。图6是显示CRA/CRB之比与温度的关系的图，其中CRA是a-SiC在不同温度的蠕变速率，CRB是锆石在不同温度的蠕变速率。此图显示在约1200° C时，a-SiC的蠕变速率约为锆石的蠕变速率的lxl0_6。在操作期间，本发明的成形主体通常装在马弗炉，例如本领域所揭示的用于装入传统整体单一材料成形主体的马弗炉中以维持所需的温度和温度梯度。理想地，马弗炉包含数个各自具有可调节加热功率的区段，这样可以将成形主体的上部件101维持在基本恒 定的操作温度，并维持成形主体的下部件103具有从顶部到底部(根部)的温度梯度。例如，优选可以将上部件101从堰到上部件101和下部件103之间的界面维持在Tav±10° C的温度范围内，更优选维持在Tav±4° C的温度范围内，更加优选维持在Tav±2° C的温度范围内，更加优选维持在Tav±l° C的温度范围内，其中所述Tav是上部件101的平均温度。理想地，可以维持成形主体的下部件103的温度梯度AT=Twsp-Tfia，其中Iwsp是下部件103的顶部温度(即上部件101和下部件103之间的界面处的温度)，Tfia是成形主体的根部108的温度(即下部件103的最低部分的温度)，并且AT彡10° C，在某些实施方式中Λ T彡20° C，在某些实施方式中Λ T彡30° C，在某些实施方式中Λ T彡50° C，在某些实施方式中AT彡80° C，在某些实施方式中ΛΤ< 100° C，在某些实施方式中ΛΤ< 80° C，在某些其他实施方式中AT <60° C。在某些实施方式中，成形主体下部件103中的温度梯度从顶部到底部基本上是线性的。由于上部件101的蠕变速率非常低，上部件101基本保持弹性，并且在正常操作期间不发生蠕变。此外，由于在整个上部件101主体中的温度基本恒定,上部件101没有经受由于过分的温度梯度所引起的明显的热应力。虽然下部件103受到为了成功地形成要在根部进行拉制的玻璃带所需的温度梯度的作用，但是第二材料的较高蠕变速率为减小由AT引起的热应力创造条件。非常类似于在常规熔合下拉法中常规成形主体的装配，优选通过如下方法支撑本发明的成形主体通过墩块105、107在下部件103的各端部进行支撑，然后再通过下部件103来支撑上部件101。为此，希望下部件103具有两个可以放置在支撑墩块105和107上的突出翼形端104和106。为了减小使用期间成形主体的下部件103下垂，希望通过墩块105和107向下部件103的各端部施加压力F、F’，因而在下部件103主体内产生了向上弯曲力矩，其抵消了由于上部件101、下部件103以及熔融玻璃的重量所致的下垂趋势。由于第一材料甚至在高操作温度下的蠕变速率也极低，可以在上部件101内形成一个或多个腔115，而不会显著地影响上部件101在操作期间的蠕变。理想地，可以形成从一端到另一端穿过上部件101整体的一个或多个直通道腔115。也可以形成仅贯穿上部件101部分长度的腔115。存在腔115的一个优点是，它可以减少上部件101所需的材料，降低制造成本，并显著地降低重量，从而减小了通过在上部件101内的温度梯度产生的应力及其重量，并减小了由于重量负荷所致的下部件103的下垂。理想地，腔115占上部件101所占据的总体积空间的至少10%，在某些实施方式中，占至少20%，在某些实施方式中，占至少30%，在某些实施方式中，占至少40%，在某些实施方式中，占至少50%。此外，可以将加热元件，例如SiC灼热棒插入一个或多个腔115中，所述加热元件可以在初始启动和正常操作期间对成形主体的上部件101和下部件103进行加热，并将成形主体维持在所需的温度和温度梯度。优选将上部件101的下表面直接叠加到下部件103的上表面上。理想地，上部件101和下部件103之间的接触是基本无间隙的。因此，在一个实施方式中，上部件101具有基本平坦的下表面，下部件103具有基本平坦的上表面，允许使得两个表面直接相互接触。在另一个实施方式中，上部件101的下表面和下部件103的上表面具有彼此相反的表面曲率，这样两个表面可以相互紧密地接合在一起。例如，上部件101的下表面可以具有凸轮廓，下部件103的上表面可以具有接纳了所述上部件101的凸轮廓的相应的凹轮廓。又例如，上部件101的下表面可以具有凹通道113，下部件103的上表面可以具有用于插入到所·述凹通道113中的凸突出111。一旦将上部件101叠加到下部件103上，表面特征使得在两部件之间形成互锁。非常希望第一材料和第二材料在从室温到成形主体的正常操作温度的温度范围内具有基本相同的线性膨胀系数。但是，因为两种材料的蠕变速率明显不同，即使不是不可能，这有时也是难以实现的。然而，希望上部件101的下表面以及下部件103的上表面在正常操作期间是基本齐平的，即基本上具有相同的宽度，因而上部件101和下部件103的侧表面结合以形成两个连续基本平滑的成形表面，而没有间隙、倾斜或者突起。为此，如果两种材料具有不同的膨胀特性和从室温到操作温度不同的线性膨胀量，则本领域技术人员可以将上部件101的下表面以及下部件103的上表面设计成在室温具有略微不同的宽度尺寸，因而在加热到操作温度之后，它们基本上膨胀到相同的宽度并变得基本齐平。根据本发明成形主体的制造涉及独立地形成上部件101和下部件103。其中，所述下部件 103 可以通过例如 W002/44102、W008/066725、W009/054951 以及 W009/058345 等所述的方法由基于锆石的材料制造，它们都通过引用全文结合于此。可以对由第一材料颗粒制得的生坯体进行烧结来制造第一材料的大的致密陶瓷块，从所述陶瓷块可以机械加工得到槽以及可任选的内部腔115。类似地，可以对由第二材料颗粒制得的生坯体进行烧结来制造第二材料的大陶瓷块，从所述陶瓷块机械加工得到包含楔的下部件103。如果需要的话，也可以通过机械加工形成互锁表面特征。然后将上部件101和下部件103叠加在一起以形成成形主体组件，将该成形主体组件放入马弗炉中并与其他上游设备和下游设备相连接。在玻璃制备过程中，首先将成形主体500预加热到接近操作温度的温度。然后通过进口管501将熔融玻璃引入到上部件101的槽505中。一旦槽505被完全充满，则熔融玻璃可以在上部件101的堰上溢流，沿着上部件101和下部件103的两个侧表面507向下流动，在下部件103的侧表面上逐渐冷却下来，然后到达下部件103的根部509，在根部形成了整体熔融玻璃带503，所述整体熔融玻璃带503的粘度大于进口管501处的粘度，并通过拉动与玻璃带边缘直接接触的辊(未示出)进行向下拉制。成形主体组件还可以包含端盖505，边缘引导器(未示出)以及其他辅助组件。已知第一材料的蠕变速率极低，所以上部件101在整个制造周期的过程中基本保持弹性。而下部件103可以蠕变和下垂，虽然相比于常规基于锆石的整体成形主体的蠕变率和下垂率低得多。在制造周期结束时，生产是停止的，可以将成形主体从马弗炉中取去并分解，用新的下部件代替用过的变形的下部件103，与已有的上部件101叠加，然后再次安装到新的马弗炉中。因此，本发明的一大优势是成形主体的上部件101的再循环性和再使用性，这有可能可以明显降低熔合下拉法的成形主体的成本。即使对于下部件103，因为几何形状简单，可以将它机械加工成较小尺寸并用于特点为较小长度的成形主体的生产线中。较难对由单一陶瓷材料，例如锆石制造的常规成形主体进行再循环和再利用，原因是
(i)在生产周期的结束时，堰和根部108都是变形的，因此都需要进行机械加工，以及(ii)较之只是下部件103，对包含槽、侧表面以及楔的整体主体的复杂形状进行再磨光则困难得多。以下实施例进一步说明本发明。但是应理解，实施例仅是为了说明，不应以任意方 式被解释为对要求保护的本发明进行限制。实施例通过数学模拟对根部温度为1164° C，堰温度为1221° C以及压力F为6000磅(26，689牛)下操作的复合溢流槽进行分析,该复合溢流槽包含由a -SiC制造的上部件101以及由锆石制造的长度为79英寸(2000mm)的下部件103。图7显示了在上部件和下部件之间的界面处估计的形状变化。横轴上的数据是与成形主体压力端(即，相对于玻璃熔体进口位置端的成形主体直接经受压力F的端部)的距离，纵轴上的数据是偏移速率，单位是微米/年。曲线703显示了上部件101的下表面的形状，曲线705显示了下部件103的上表面的形状。距离701显示了上部件101的下表面与下部件103的上表面之间的最大间隙。如预期，顶部件基本上没有形状变化，因为其随时间的蠕变是可忽略不计的，仅发生倾斜和移动，因为它是靠在变形的下部件103上的。由于锆石的蠕变速率较高，下部件103随时间发生蠕变。界面处的复杂形状是由于施加的弯曲力矩引起的。曲线703和705之差是在距离压力端的各种位置处的上部件和下部件之间的间隙增长速率。然后通过压力F对最大间隙701的增长速率的影响的数学模拟，分析了在相同工作温度但是不同压缩负荷下的相同成形主体。图8的横轴所示是压力F，单位是磅力，纵轴所示是最大间隙增长速率，单位是微米/年。可以看到，在约为6000磅力的压力F观察到了最小增长速率。对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下对本发明进行各种修改和变动。因此，本发明应涵盖对本发明的这些修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求及其等同方案的范围之内。
权利要求
1.一种使用熔合下拉法制造玻璃片的设备，该设备包含成形主体，所述成形主体具有由第一材料制造的上部件(101)和位于所述上部件(101)下方的由第二材料制造的下部件(103);其中所述上部件(101)包含两个上槽壁(112、114)和槽底部，所述上槽壁和槽底部限定了用于容纳熔融玻璃的槽空间(105);所述下部件(103)具有楔形截面，该楔形截面具有两个向下倾斜在根部连接的主表面；上部件(101)和下部件(103)的侧壁实质上形成两个连续成形表面，在正常操作期间所述连续成形表面上的熔融玻璃流可以向下流动在根部(108)结合；所述第一材料在1200° C的蠕变速率为CRl，所述第二材料在1200° C的蠕变速率为CR2，并且CR1〈CR2。
2.如权利要求I所述的制造玻璃片的设备，其特征在于，CR2/CRD103，在某些实施方式中，CR2/CRD104，在某些其他实施方式中，CR2/CRD105。
3.如权利要求I或2所述的制造玻璃片的设备，其特征在于，该设备还包含装入成形主体的炉，其适用于使得成形主体的上部件(101)维持在基本恒定的温度，并维持成形主体的下部件(103)的温度梯度Δ T=T-T，其中T顶部是下部件(103)的顶部的温度，T根部是下部件(103)的根部(108)的温度，并且AT彡10° C，在某些实施方式中AT彡20° C，在某些实施方式中AT > 30° C，在某些实施方式中AT > 50° C，在某些实施方式中AT彡80° C，在某些实施方式中AT < 100° C，在某些实施方式中AT < 80° C，在某些其他实施方式中ΛΤ < 60° C。
4.如前述任一项权利要求所述的制造玻璃片的设备，其特征在于，在1200°C和200psi的负荷下所述CR2 ( IxlO-5/小时。
5.如前述任一项权利要求所述的制造玻璃片的设备，其特征在于，在1200°C和200psi的负荷下所述CRl彡1χ10_13/小时。
6.如前述任一项权利要求所述的制造玻璃片的设备，其特征在于，所述下部件(103)在各端部具有通过墩块(105、107)支撑的翼(104、106)。
7.如前述任一项权利要求所述的制造玻璃片的设备，其特征在于，所述墩块(105、107)向下部件(103)的各端部施加压力F、F’，使得在下部件(103)内存在压力力矩以减小成形主体的下部件(103)下垂。
8.如前述任一项权利要求所述的制造玻璃片的设备，其特征在于，所述第一材料基本由a -SiC、氮化硅、或者氧氮化硅构成，所述第二材料基本由锆石构成。
9.如前述任一项权利要求所述的制造玻璃片的设备，其特征在于，所述上部件(101)还包含腔。
10.如权利要求9所述的制造玻璃片的设备，其特征在于，该设备还包含在所述腔(115)内适用于对成形主体进行加热的加热元件。
11.如前述任一项权利要求所述的制造玻璃片的设备，其特征在于，所述上部件(101)的底表面和下部件(103)的顶表面具有在所述表面上形成的彼此相反的互锁特征。
12.一种制造玻璃片的方法，该方法包括以下步骤 (A)提供玻璃熔体； (B)提供成形主体，所述成形主体具有由第一材料制造的上部件(101)和位于所述上部件(101)下方的由第二材料制造的下部件(103);其中所述上部件(101)包含两个上槽侧壁和槽底表面，所述上槽侧壁和槽底表面限定了用于容纳熔融玻璃的槽空间(105);所述下部件(103)具有楔形截面，该楔形截面具有两个向下倾斜在根部连接的主表面；上部件(101)和下部件(103)的外侧表面实质上形成两个连续成形表面，在正常操作时所述连续成形表面上的熔融玻璃流可以向下流动在根部(108)结合；所述第一材料在1200° C的蠕变速率为CR1，所述第二材料在1200° C的蠕变速率为CR2，并且CR1〈CR2 ； (C)将玻璃熔体送到成形主体的槽中，使得玻璃熔体在槽侧壁的顶表面溢流,流过两个成形表面，并在根部(108)结合以形成整体玻璃带； (D)在根部(108)下方拉制玻璃带以形成玻璃片。
13.如权利要求12所述的制造玻璃片的方法，其特征在于，CR2/CRD103，在某些实施方式中，CR2/CRD104，在某些其他实施方式中，CR2/CRD105。
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤(E)和(F) (E)通过马弗炉将成形主体的上部件(101)维持在基本恒定的温度；以及 (F)维持成形主体的下部件(103)的温度梯度AT=Twsp-Tfia，其中！^^是下部件(103)的顶部的温度，Tfisp是下部件(103)的根部(108)的温度，并且AT彡10° C，在某些实施方式中AT彡20° C，在某些实施方式中AT彡30° C，在某些实施方式中AT彡50° C，在某些实施方式中AT > 80° C，在某些实施方式中AT < 100° C，在某些实施方式中AT <80° C，在某些其他实施方式中AT < 60° C。
15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，在1200°C和200psi的负荷下CR2 ( IxlO-5/小时。
16.如权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，在1200°C和200psi的负荷下CRl彡IxlO-13/小时。
17.如权利要求12至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述下部件(103)在各端部具有通过墩块(105、107)支撑的翼(104、106)。
18.如权利要求12至17中任一项所述制造玻璃片的方法，其特征在于，该方法还包括通过墩块(105、107)向下部件(103)的各端部施加压力F、F’，使得在下部件(103)内存在压力力矩以减小成形主体的下部件(103)下垂。
19.如权利要求12至18中任一项所述制造玻璃片的方法，其特征在于，所述第一材料基本由a -SiC、氮化硅、或者氧氮化硅构成，所述第二材料基本由锆石构成。
20.如前述权利要求12至19中任一项所述制造玻璃片的方法，其特征在于，所述上部件(101)还包含腔。
21.如前述权利要求12至20中任一项所述制造玻璃片的方法，其特征在于，该方法还包括通过腔内加热元件对上部件(101)进行加热。
22.如前述权利要求12至21中任一项所述制造玻璃片的方法，其特征在于，所述上部件(101)的底表面和下部件(103)的顶表面具有在所述表面上形成的彼此相反的互锁特征。
23.如前述权利要求12至22中任一项所述制造玻璃片的方法，其特征在于，所述步骤(B)包括以下步骤 (BI)得到由使用过的成形主体的第一材料制造的上部件(101)； (B2)得到由第二材料制造的新的下部件(103);以及 (B3)将所述上部件(101)叠加到下部件(103)上，以提供成形主体。
全文摘要
一种使用成形主体制造玻璃片的熔合下拉法，所述成形主体包含由第一材料制造的上部件(101)和由第二材料制造的下部件(103)，其中在成形主体的正常操作温度下，所述第一材料的蠕变速率低于第二材料的蠕变速率；以及包含该成形主体的熔合下拉成形设备。本发明的优点在于它解决了由单一材料，例如锆石制造的整体成形主体的内应力问题和长期蠕变问题。
文档编号C03B17/00GK102906034SQ201180026265
公开日2013年1月30日 申请日期2011年5月26日 优先权日2010年5月28日
发明者N·A·帕宁 申请人:康宁股份有限公司