具有可調(diào)熱膨脹系數(shù)的薄玻璃板及其制造過程的制作方法
【專利摘要】一種使用卷到卷玻璃灰粒沉積和燒結(jié)過程形成的玻璃板。玻璃板形成涉及在灰粒接收裝置（120）的沉積表面（122）上形成第一玻璃灰粒層（152），從沉積表面（122）移除第一玻璃灰粒層（152），并且在未支承的第一玻璃灰粒層上形成第二玻璃灰粒層（162）。該得到的復(fù)合玻璃灰粒板（174）被加熱，以形成經(jīng)燒結(jié)的玻璃板。該玻璃板能夠是大體上均勻的玻璃板或者具有具體層屬性的復(fù)合玻璃板。
【專利說明】具有可調(diào)熱膨脹系數(shù)的薄玻璃板及其制造過程
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)?jiān)?5U.S.C.§ 120下要求2011年8月23日提交的美國申請(qǐng)?zhí)?3/215526的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其全部內(nèi)容依靠并通過參考合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開總體上涉及玻璃板，并且更具體地涉及玻璃灰粒沉積和燒結(jié)過程，其用于形成具有所期望的組成物和熱膨脹系數(shù)的均勻的玻璃板。
【背景技術(shù)】 [0004]能夠使用許多不同方法形成玻璃板材料。例如，在浮法玻璃加工過程中，固體玻璃板通過使熔融玻璃在熔融金屬床上浮動(dòng)制成。這個(gè)過程能夠被用于形成厚度均勻并且表明非常平坦的玻璃板。然而，浮法玻璃加工過程必須涉及玻璃熔化物和熔融金屬之間的直接接觸，這能夠?qū)е略诮缑嫣幍牟黄谕奈廴竞筒患霸嫉谋砻尜|(zhì)量。為了生產(chǎn)在兩個(gè)主表面上都具有原始表面性質(zhì)的高質(zhì)量的浮法玻璃板，通常浮法玻璃經(jīng)受一個(gè)或多個(gè)表面拋光步驟。這個(gè)加工增加了額外的費(fèi)用。此外，人們相信，該浮動(dòng)加工過程還沒有用于制造可卷曲的(即，非常薄)玻璃板。
[0005]用于形成玻璃板材料的額外的方法是熔合拉制法。在這個(gè)工藝中，熔融玻璃被送入被稱作“隔離管(isopipe)”的槽中，其被充滿，直到該熔融玻璃在兩側(cè)上均勻地流動(dòng)。然后，該熔融玻璃在槽的底部重新聚合或熔化，在這里，其被拉制以形成連續(xù)的平坦玻璃板。因?yàn)椴ＡО宓膬蓚€(gè)主表面在形成過程期間都未直接接觸任何支承材料，所以能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)主表面的高表面質(zhì)量。
[0006]由于熔合拉制法的動(dòng)態(tài)本質(zhì)，所以適合于熔合拉制的玻璃組成物的數(shù)目限于具有在熔融相中所必需屬性(例如，液相粘性、應(yīng)變點(diǎn)等)的組成物。最終，用于熔合拉制法的儀器可能是昂貴的。
[0007]熱膨脹系數(shù)(CTE)緊密匹配硅的薄玻璃板能夠通過常規(guī)的浮動(dòng)和熔合拉制過程形成。然而，在這些過程中改變玻璃組成物，以便在得到的玻璃中實(shí)現(xiàn)特殊的熱膨脹系數(shù)是不實(shí)際的，即使假設(shè)特殊的熱膨脹系數(shù)被確定為熔合可拉制的。明顯地，重新配置該熔合拉制法設(shè)備，包括用于每個(gè)新玻璃組成物的熔化槽、熔融隔離管和玻璃運(yùn)送裝置，這些會(huì)是既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢。此外，交叉污染問題的潛在可能使得甚至難以設(shè)想常規(guī)地改變?nèi)酆侠品ㄖ械牟ＡЫM成物，以便生產(chǎn)具有所期望的熱膨脹系數(shù)的薄玻璃板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]考慮上文，非常需要具有高的表面質(zhì)量和定制的熱膨脹系數(shù)的經(jīng)濟(jì)的均勻薄玻璃板。本文中公開的過程能夠生產(chǎn)出具體厚度和組成物的玻璃板，而無需后形成研磨或拋光。玻璃板能夠包括一個(gè)或多個(gè)層、組分或相。例如，能夠使用這些玻璃板作為用于微電子器件的基底，并且作為用于形成超導(dǎo)材料的襯底，等等。[0009]形成玻璃板的方法涉及玻璃灰粒沉積和燒結(jié)過程。根據(jù)各種實(shí)施例，該過程涉及將第一玻璃灰粒顆粒沉積在灰粒接收裝置的沉積表面，以形成支承的灰粒層，從該沉積表面去除灰粒層，以形成第一灰粒板，并且將第二玻璃灰粒顆粒沉積在第一灰粒板的至少一個(gè)表面上，以形成復(fù)合灰粒板。第二玻璃灰粒顆粒能夠被燒結(jié)，以在燒結(jié)步驟中形成玻璃板，在該燒結(jié)步驟中未燒結(jié)第一玻璃灰粒顆粒。能夠從第一灰粒板分離的得到的玻璃板能夠是薄的可卷的玻璃板，或者較厚的玻璃板。
[0010]如將理解的，從該沉積表面釋放的支承灰粒層具有兩個(gè)相對(duì)的主表面?！敖佑|表面”是與灰粒接收裝置的沉積表面接觸形成的表面，而“自由表面”是相對(duì)表面。在進(jìn)一步實(shí)施例中，在從沉積表面釋放支承灰粒層，以形成第一灰粒板后，能夠?qū)⒌诙ＡЩ伊ｎw粒沉積在“接觸表面”或“自由表面”的一個(gè)或兩者上。在由此形成的復(fù)合灰粒板的背景下，分界表面意思是在一個(gè)灰粒層和隨后沉積的灰粒層之間的表面，而自由表面意思是已經(jīng)形成而沒有與另一個(gè)灰粒層直接接觸的表面。
[0011]在實(shí)施例中，第一玻璃灰粒顆粒和第二玻璃灰粒顆粒之間的燒結(jié)溫度的差異使第二玻璃灰粒顆粒能夠燒結(jié)，同時(shí)與第一灰粒板的一個(gè)主相對(duì)表面接觸。由于第一玻璃灰粒顆粒的更高的燒結(jié)溫度，所以只有第二玻璃灰粒顆粒燒結(jié)，以形成玻璃板。使用上述方法制成的玻璃板能夠具有200微米或更少的平均厚度，和在兩個(gè)主相對(duì)表面的至少一個(gè)上方具有Inm或更少的平均表面粗糙度。通過控制第二玻璃灰粒顆粒的組成物，也能夠控制得到的玻璃板的CTE。
[0012]將在詳細(xì)說明中闡述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，并在某種程度上，本領(lǐng)域技術(shù)人員從描述中或通過 實(shí)踐本文中所述的本發(fā)明，包括隨后的詳細(xì)說明、權(quán)利要求以及附圖，其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將容易顯而易見。
[0013]應(yīng)當(dāng)理解，前述概述及其后的詳細(xì)說明兩者都呈現(xiàn)了本發(fā)明的實(shí)施例，并且意圖提供綜述或構(gòu)架，用于理解如所要求的本發(fā)明的本質(zhì)和特性。包括附圖以提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且附圖被并入本說明書并且構(gòu)成說明書的一部分。該附圖示出本發(fā)明的各種實(shí)施例并與說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理和工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是用于形成薄玻璃板的儀器的示意圖；和
[0015]圖2是復(fù)合灰粒板的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1中示意地示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于形成玻璃板的設(shè)備。該儀器包括一對(duì)灰粒供應(yīng)裝置110、116、灰粒接收裝置120、灰粒板引導(dǎo)裝置130、和灰粒板燒結(jié)裝置140。
[0017]如下面將更詳細(xì)地公開的，本公開的實(shí)施例涉及從在第一灰粒板上形成的第二灰粒板，形成薄的高CTE玻璃板。在燒結(jié)第二灰粒板的加熱步驟期間，第一灰粒板基本上不受加熱的影響。因此，能夠使用所公開的基于灰粒過程形成通常具有相對(duì)低的熔化(和燒結(jié))溫度的高CTE玻璃，在該基于灰粒過程中，先前形成的灰粒層(第一灰粒層)被用作可沉積載體，用于第二灰粒板的形成和致密化。沒有第一灰粒板作為載體，形成第二灰粒板的第二玻璃灰粒顆粒將燒結(jié)并且不期望地粘結(jié)到灰粒接收裝置，而不是形成獨(dú)立的灰粒板。因此，本公開的實(shí)施例涉及兩個(gè)灰粒板的連續(xù)形成。形成載體片的第一灰粒板包括高熔化溫度高燒結(jié)溫度材料，并且第二灰粒板包括相對(duì)低的熔化溫度和低燒結(jié)溫度材料。
[0018]在最初的沉積步驟中，由第一灰粒供應(yīng)裝置110形成的第一玻璃灰粒顆粒150沉積在灰粒接收裝置120的沉積表面122上。該灰粒接收裝置120可以呈可旋轉(zhuǎn)鼓輪或帶的形式，并且因此可包括連續(xù)的沉積表面122。該灰粒顆粒150被沉積，以在沉積表面122上形成灰粒層152。該灰粒層152能夠從沉積表面122釋放，作為具有接觸表面155和自由表面157的獨(dú)立連續(xù)灰粒板154。從沉積表面122釋放灰粒層152的行為能夠發(fā)生，而無需物理介入，該物理介入為例如熱失配或灰粒層和沉積表面之間的熱膨脹系數(shù)失配和/或在地心引力的影響下的結(jié)果。
[0019]在第一灰粒板154從灰粒接收裝置120釋放之后，灰粒板引導(dǎo)裝置130能夠引導(dǎo)第一灰粒板154的移動(dòng)。在實(shí)施例中，在第二沉積步驟中，由第二灰粒供應(yīng)裝置116形成的第二玻璃灰粒顆粒160被沉積在第一灰粒板154的接觸表面155上，以形成第二灰粒層162。第二灰粒層162和任何后來的灰粒層(未示出)到第一灰粒板154的增加形成了復(fù)合灰粒板174。該灰粒板引導(dǎo)裝置130能夠進(jìn)一步引導(dǎo)復(fù)合灰粒板174移動(dòng)通過灰粒板燒結(jié)裝置140，其燒結(jié)并加固復(fù)合灰粒板174的一部分，以形成玻璃板156。在實(shí)施例中，附加地或替代地在灰粒板154的接觸表面上形成第二灰粒層，第二灰粒層能夠被沉積在灰粒板154的自由表面157上。
[0020]因此，形成玻璃板的過程包括將玻璃灰粒顆粒沉積在灰粒接收裝置的沉積表面上，以形成支承的灰粒層，從該沉積表面去除灰粒層，以形成第一灰粒板，并且將附加的玻璃灰粒顆粒沉積在第一灰粒板的至少一個(gè)表面上，以形成復(fù)合灰粒板。該復(fù)合灰粒板能夠被加熱以從第二玻璃灰粒顆粒160形成燒結(jié)的玻璃板。下文中，詳細(xì)公開該過程和設(shè)備的其它方面。
[0021]盡管各種裝置被用于形成玻璃灰粒顆粒，例如，灰粒供應(yīng)裝置110、116可以包括一個(gè)或多個(gè)火焰水解燃燒器，該燃燒器被用于外部汽相淀積0VD、汽相軸向淀積(VAD)和平面沉積過程。在美國專利號(hào)6606883、5922100、6837076、6743011和6736633中公開了適合的燃燒器配置，其全部內(nèi)容通過參考合并于此。
[0022]灰粒供應(yīng)裝置110、116可以包括單個(gè)燃燒器或多個(gè)燃燒器。示例燃燒器具有長度I且寬度w的輸出表面。該輸出表面包括N列噴氣嘴，其中N可以從I到20或更多。在實(shí)施例中，每個(gè)噴嘴都包括0.076cm直徑的孔。輸出表面的長度I能夠從大約2.5到30.5cm或更長，并且寬度范圍能夠從0.1到7.5cm?？蛇x地，多個(gè)燃燒器能夠被配置為燃燒器陣列，其能夠在陣列的長度和寬度上產(chǎn)生大體上連續(xù)的灰粒顆粒流。
[0023]例如，燃燒器陣列可以包括許多單獨(dú)的燃`燒器(例如，首尾相連放置)，這些燃燒器被配置為形成并沉積在時(shí)間和空間上均勻的玻璃灰粒層。因此，每個(gè)灰粒供應(yīng)裝置能夠被用于形成單獨(dú)的灰粒層，該灰粒層具有大體上均勻的化學(xué)組成和大體上均勻的厚度?！熬鶆蚪M成”和“均勻厚度”意思是，在給定區(qū)域上方的組成物和厚度變化小于或等于平均組成物或厚度的20%。在某些實(shí)施例中，灰粒板的組成物和厚度變化中一個(gè)或兩者能夠小于或等于在灰粒板上方其各自的平均值。
[0024]示例燃燒器包括9列噴氣嘴。在形成石英玻璃灰粒中，例如根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，中心線列(例如，列5)提供硅氣體前體/載氣體混合物。緊鄰的列(例如，列4和6)為硅氣體前體的化學(xué)計(jì)量控制提供氧。在中心線的任一側(cè)上的下兩列噴氣嘴(例如，列2、3、7和8)提供額外的氧，其流速能夠被用于控制化學(xué)計(jì)量和灰粒密度，并且為點(diǎn)火火焰提供氧化劑。該最外列的噴嘴(例如，列I和9)可以提供例如CH4/02或H2/02的點(diǎn)火火焰混合物。在表格I中公開了用于這種9列線性燃燒器的示例氣體流速范圍。含硅氣態(tài)前體能夠被用于形成第一灰粒板，在該第一灰粒板上能夠形成第二灰粒板。
[0025]表格I用于9列線性燃燒器的示例氣體流率，以形成硅灰粒板
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造玻璃板的方法，所述方法包括: 將第一玻璃灰粒顆粒沉積在沉積表面上，以形成支承灰粒層； 將所述灰粒層從所述沉積表面移除，以形成第一灰粒板，所述第一灰粒板具有接觸表面和自由表面； 將第二玻璃灰粒顆粒沉積在所述接觸表面和所述自由表面中的至少一個(gè)上，以形成復(fù)合灰粒板；和 加熱所述復(fù)合灰粒板的一部分從而燒結(jié)所述第二玻璃灰粒顆粒，以形成在所述第一灰粒板上形成的玻璃板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第二玻璃灰粒顆粒被沉積在所述第一灰粒板的所述自由表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第二玻璃灰粒顆粒被沉積在所述第一灰粒板的所述接觸表面和所述自由表面兩者上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中被沉積在所述接觸表面上的所述第二玻璃灰粒顆粒的組成物大體上與被沉積在自由表面上的所述第二玻璃灰粒顆粒的組成物一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其中所述復(fù)合灰粒板包括具有第一平均組成物的第一玻璃灰粒顆粒的層，和具有第二平均組成物的第二玻璃灰粒顆粒的層，以便所述第一和第二平均組成物不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合灰粒板包括具有第一平均熱膨脹系數(shù)的第一玻璃灰粒顆粒的層，和具有第二平均熱膨脹系數(shù)的第二玻璃灰粒顆粒的層，從而所述第一熱膨脹系數(shù)小于所述第二熱膨脹系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述玻璃板在組成上是均勻的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述沉積表面上形成的所述灰粒層具有大體上均勻的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合灰粒板具有大體上均勻的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一灰粒板的平均厚度范圍從50到600 u m0
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合材料灰粒板的平均厚度范圍從lOOym到 5 cm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述玻璃板的平均厚度范圍從25y m到1.25cm。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合灰粒板的移動(dòng)由灰粒板引導(dǎo)裝置引導(dǎo)，所述灰粒板引導(dǎo)裝置與所述復(fù)合灰粒板的主表面接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述灰粒板引導(dǎo)裝置包括多個(gè)夾輥和/或夾持傳送帶。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述灰粒板引導(dǎo)裝置只接觸所述復(fù)合灰粒板的主表面接觸的外周部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述復(fù)合灰粒板的至少部分卷繞為卷筒。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述玻璃板從所述第一灰粒板分離。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括激光剪切所述玻璃板。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述玻璃杯片的至少部分卷繞到卷筒上。
20.一種通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法形成的玻璃板。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的玻璃板，其中所述玻璃板的平均厚度范圍從25iim到1.25cm0
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的玻璃板，其中所述玻璃板在所述兩個(gè)主相對(duì)表面的至少一個(gè)上具有Inm或更少的平均表面粗糙度。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的玻璃板，其中所述玻璃板的熱系數(shù)至少6X 10_7/°C。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的玻璃板，其中所述玻璃板的熱系數(shù)從6X10_V°C到30X1(T7/。。。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的玻璃板，其中所述玻璃板的熱系數(shù)從32X10_7/°C到50X1(T7/。。。
26.一種用于制 造玻璃板的方法，所述方法包括: 提供第一灰粒板，所述第一灰粒板包括第一玻璃灰粒顆粒并且具有接觸表面和自由表面； 將第二玻璃灰粒顆粒沉積在所述接觸表面和所述自由表面的至少一個(gè)上，以形成復(fù)合灰粒板；和 加熱所述復(fù)合灰粒板從而燒結(jié)所述第二玻璃灰粒顆粒，以形成在所述第一灰粒板上形成的玻璃板。
【文檔編號(hào)】C03B19/14GK103781732SQ201280040849
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月23日
【發(fā)明者】D·W·霍托夫 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司