專利名稱：：用于形成玻璃板的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用來形成玻璃板的設(shè)備，更具體來說涉及用來形成玻璃板的成形主體，其能夠減少玻璃中固體夾雜物的量。
背景技術(shù)：
：熔合法是玻璃制造領(lǐng)域中用來制造玻璃板的一種基礎(chǔ)技術(shù)。與浮法和狹縫拉制法之類的本領(lǐng)域已知的其它方法相比，所述熔合法制得的玻璃板的表面具有優(yōu)良的平整度和光滑度。因此，在用于生產(chǎn)液晶顯示器(LCD)的玻璃基板的制造中，熔合法變得特別重要。StuartM.Dockerty的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利第3，338，696號(hào)和第3，682，609號(hào)中的主題是所述熔合法，具體來說是溢流下拉熔合法。如這些專利中所述，將玻璃熔體輸送到被稱為"等壓槽(isopipe)"的形成于耐火材料主體中的凹槽之內(nèi)。在Dockerty的專利中描述了一個(gè)示例性的熔合下拉法，一旦達(dá)到穩(wěn)態(tài)操作，玻璃熔體便從凹槽的頂部的兩側(cè)溢流，形成兩塊玻璃半板，這兩塊玻璃半板沿著等壓槽的外表面向下流動(dòng)，然后向內(nèi)移動(dòng)。兩塊玻璃半板在等壓槽的底部或根部匯合，在此熔合在一起形成單塊玻璃板。然后，將該單板輸送至拉制設(shè)備，該設(shè)備通過從根部將該板拉離的速率來控制該板的厚度。拉制設(shè)備位于根部的下游足夠遠(yuǎn)的位置，使單板在與該設(shè)備接觸之前已經(jīng)冷卻。成品玻璃板的外表面在該方法的任何階段都不與等壓槽外表面的任何部分接觸。這些表面只與環(huán)境氣氛接觸。形成成品玻璃板的兩塊玻璃半板的內(nèi)表面與等壓槽接觸，但是這些內(nèi)表面在等壓槽的根部熔合在一起，因此埋沒到成品玻璃板體內(nèi)。以這種方式，成品玻璃板可具有優(yōu)異的外表面性能。當(dāng)玻璃熔體流入用于該熔合工藝的等壓槽的凹槽中以及在其外表面上流動(dòng)的時(shí)候，該等壓槽經(jīng)受高溫和很大的機(jī)械負(fù)荷。為了能夠耐受這樣的高要求的條件，等壓槽通常優(yōu)選由等靜壓制的耐火材料塊料制成(因此稱為〃等壓-槽〃)。具體來說，所述等壓槽優(yōu)選由等靜壓制的鋯石耐火材料制成，即主要由Zr02和Si02組成的耐火材料。例如，所述等壓槽可以由鋯石耐火材料制成，其中Zr02和Si02的總量至少占該材料的95重量％，所述材料的理論組成為Zr02Si(^，或者等價(jià)地寫作ZrSi04。用作LCD基板的平板玻璃的生產(chǎn)中造成損失的來源是由于玻璃在流入制造工藝所用的鋯石等壓槽中以及在該等壓槽上流動(dòng)時(shí)，使得玻璃中存在鋯石晶體夾雜物(在本發(fā)明中稱為〃二次鋯石晶體〃或者〃二次鋯石缺陷〃)。對(duì)于需要在較高溫度下形成的對(duì)失透化比較敏感的玻璃來說，二次鋯石晶體的問題更為嚴(yán)重。形成在成品玻璃板中發(fā)現(xiàn)的鋯石晶體的鋯石來源于鋯石等壓槽的上部部分。具體來說，正是由于在等壓槽的凹槽內(nèi)以及等壓槽外側(cè)的上部壁(堰部)的溫度和粘度之下，氧化鋯(即Zr02和/或Zr+4+20—2)溶入玻璃熔體中，而最終產(chǎn)生這些缺陷。相對(duì)于等壓槽的下部，上述部分處的玻璃的溫度更高，粘度更低，這是因?yàn)楫?dāng)玻璃沿著等壓槽流下的時(shí)候，其會(huì)發(fā)生冷卻并變得更粘。3氧化鋯在玻璃熔體中的溶解性和擴(kuò)散性質(zhì)會(huì)隨著玻璃的溫度和粘度而變化(也即是說，隨著玻璃的溫度降低、粘度增大，溶液中可以保持的氧化鋯的量較少，擴(kuò)散速率減小)。當(dāng)玻璃接近等壓槽的底部(根部)的時(shí)候，其中的氧化鋯可能達(dá)到過飽和。因此，鋯石晶體(即二次鋯石晶體)會(huì)在鋯石等壓槽的底部(例如根部)成核并生長。最終這些晶體生長到足夠的長度，斷裂混入玻璃流中，在玻璃板的熔合線處或熔合線附近成為缺陷。
發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)實(shí)施方式中，揭示了一種用來形成玻璃板的設(shè)備，其包括成形主體，所述成形主體具有傾斜的成形面，與所述傾斜的成形面相交的基本垂直的成形面，所述傾斜的成形面之間的角度小于42度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，揭示了一種形成玻璃板的方法，該方法包括提供玻璃熔體，使得玻璃熔體在包含晶體耐火材料的成形主體上流過，所述成形主體還包括傾斜的成形面以及與所述傾斜的成形面相交的基本垂直的成形面，對(duì)所述垂直的成形面的最大高度以及傾斜的成形面之間的角度進(jìn)行選擇，以盡可能減小玻璃熔體中溶解的耐火材料的濃度。應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都提出本發(fā)明的實(shí)施方式，用來提供理解要求保護(hù)的本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。包括的附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖以圖示形式說明了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理和操作。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的用來形成玻璃板的成形主體的側(cè)視圖。圖2是圖1的成形主體的截面圖，顯示了傾斜的成形面之間的角度。圖3顯示了隨著傾斜的成形面之間的角度以及垂直的成形面的高度的減小，對(duì)成形面上的溫度曲線的影響的示圖(沿著成形表面向上或向下)。圖4是對(duì)于兩種等壓槽根部的角度，溶解在玻璃熔體中的等壓槽的材料的濃度重量百分比減去該材料的飽和濃度重量百分比％的差值隨著與等壓槽的成形面之間距離的變化關(guān)系圖。圖5是本發(fā)明的成形主體的另一個(gè)實(shí)施方式，其包括多對(duì)傾斜的成形面。圖6是顯示以高于飽和濃度的量溶于玻璃熔體中的等壓槽材料的濃度隨著與等壓槽距離變化的關(guān)系圖。具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的用來制備玻璃板的熔合下拉法中，在熔爐中使得形成玻璃的前體(配料)熔化，形成熔融原料，或玻璃熔體，然后使其在成形主體上流動(dòng)，以形成玻璃板。通常該成形主體包括上部成形面，以及與所述上部成形面相交的傾斜成形面。所述傾斜成形面在所述成形主體的底部或根部匯合。所述上部成形面通?；旧鲜谴怪倍叫械?。成形主體或等壓槽的設(shè)計(jì)必須考慮許多互相競(jìng)爭的因素。將熔融的原料引入成形主體中的凹槽內(nèi)，其側(cè)面由壩(堰)限制。必須在足夠低的粘度、即足夠高的溫度下將熔融原料引入成形主體，使得玻璃熔體能夠均勻地溢流過堰的頂部。然后使得熔融原料沿著成形主體的外部成形面(包括傾斜的成形面)流下，流到主體的底部。所述傾斜成形面之間的角度必須不會(huì)大到足以因?yàn)橹亓Χ沟貌Ａc等壓槽相分離。另一方面，離開成形主體的底部或根部的熔融原料必須具有足夠高的粘度(處于足夠低的溫度)，以使得熔融的原料能夠成功地下拉，而且粘度不會(huì)過低，以至于熔融原料的粘度低于其液相線粘度，在低于液相線粘度的情況下，會(huì)造成玻璃熔體結(jié)晶化。另外，所述成形主體應(yīng)當(dāng)能夠耐受瞬時(shí)加熱條件(例如升溫或冷卻)下的應(yīng)力而不會(huì)使得成形主體受到破壞，能夠耐受由于成形主體的質(zhì)量以及長時(shí)間高溫操作造成的成形主體的下垂或蠕變。如果從成形主體溢流的玻璃熔體在沿著成形面下降的過程中在高溫下保持過久，成形主體所包含的材料可能會(huì)被溶解，然后在成形主體較冷的部分(例如根部)重新結(jié)晶化。晶體會(huì)生長到一定程度，然后發(fā)生破碎，夾帶在玻璃流中，在最終玻璃產(chǎn)品中形成缺陷。本發(fā)明力圖通過限制溶入玻璃熔體中的成形主體材料的量以減少晶體重新生長的程度。圖1和圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式用來制造玻璃板的成形主體或等壓槽10。等壓槽10包括用來通過入口14接收來自供應(yīng)源(未顯示)的玻璃熔體的凹槽12，限制凹槽12的堰16，18，垂直成形面20，22和傾斜的成形面24，26。垂直成形面20，22分別沿著過渡線或突變線28、30與傾斜的成形面24、26相交。傾斜的成形面24，26以角度a設(shè)置，在等壓槽的底部或根部32相交。垂直成形面20，22優(yōu)選基本平行。等壓槽10具有長度L和總體高度H。根部32和突變線28、30之間的垂直距離為h，而突變線與堰16、18的頂部之間的距離為h'，h'的值在最大值h'^和最小值h'u、之間變化。因此，H在最大值H最大和最小值H最小之間變化。通過入口14將玻璃熔體34送入等壓槽10，然后玻璃熔體在堰16、18的頂部從等壓槽10溢流，例如在垂直成形面20、22的頂部溢流，然后作為兩股獨(dú)立的物流沿著成形面20，22以及24，26流下。所述兩股玻璃流在根部32重新合并或熔合形成玻璃板36，玻璃板36被牽拉設(shè)備(表示為牽拉輥38)向下牽拉。等壓槽10通常由鋯石或氧化鋁之類的陶瓷耐火材料組成。優(yōu)選將等壓槽10包容在外殼40之內(nèi)，所述外殼40中包括在其中垂直設(shè)置的加熱元件42，用來控制等壓槽成形表面上玻璃熔體的溫度。從圖2可以看到，垂直成形面20，22大體平行于內(nèi)部馬弗爐壁44，46，而這些內(nèi)部馬弗爐壁被加熱元件42加熱。一般來說，沿著垂直成形面20、22流下的玻璃熔體的溫度是基本恒定的。另一方面，傾斜的成形面24、26是傾斜的，暴露于等壓槽下方較冷的溫度。也即是說，所述傾斜的或匯合的成形面的取向具有水平分量和垂直分量。因此，玻璃熔體在沿著傾斜的成形面下降的同時(shí)被冷卻。所得的溫度與等壓槽上位置的關(guān)系圖類似于圖3的曲線50，圖中顯示在垂直成形面上的溫度基本恒定(從堰的頂部到突變線_部分50a)，在沿著等壓槽從突變線向著根部向下移動(dòng)的過程中，溫度大體上成線性降低-部分50b。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)長時(shí)間處于高溫條件會(huì)導(dǎo)致等壓槽所含的材料溶入玻璃熔體中。因此，通過減小垂直成形面的高度，可以減少溶入玻璃熔體中的等壓槽材料的量，由此可以減少可能從玻璃熔體流沉淀出來的材料的量。不希望限于任何特定的理論，認(rèn)為通過減小玻璃熔體必須通過的垂直成形面的距離可以縮短玻璃熔體接觸存在于等壓槽頂部的高溫的時(shí)間。由此，使得等壓槽材料溶入玻璃熔體中的時(shí)間較短，因此在等壓槽的較冷區(qū)域(例如根部32附近)可以沉淀出來的等壓槽材料較少。與此同時(shí)，僅僅減小垂直成形面的高度可能導(dǎo)致等壓槽總體高度減小。人們不希望總體高度減小，這是因?yàn)樵诖饲闆r下，等壓槽更容易發(fā)生下垂。因此，希望在不減小等壓槽自身的總體高度H的情況下減小垂直成形面的高度。這可以通過減小傾斜成形面之間的角度a來完成。假定等壓槽的堰之間的寬度W固定，則隨著垂直成形面的高度h'變小，角度a變小以保持等壓槽的總高度H。通過減小傾斜成形面之間的角度還得到的另外的優(yōu)點(diǎn)，即減小等壓槽的總質(zhì)量，由此得到減小的下垂，在溫度瞬間變化(例如升溫和冷卻)的過程中由熱引發(fā)的應(yīng)力較小。參見圖2，通過減小角度a能夠使得傾斜成形面24，26向內(nèi)移動(dòng)到24'，26'所示的位置。因此，突變線28，30分別向上移動(dòng)到28'，30'所示的位置，h'減小，除去了過量的等壓槽材料。這可以結(jié)合圖3以及曲線52設(shè)想溫度的變化。如圖所示，盡管曲線52的起始溫度和最終溫度與曲線50相同，但是曲線52表示的總體溫度曲線更為扁平(更接近線性)，在新確定的突變線的溫度更低。也即是說，堰頂部(例如垂直成形面頂部)之間的溫度曲線-部分52a-的溫度降低速度比部分50a更大，突變線和根部之間的曲線50的部分(部分52b)的溫度變化小于對(duì)應(yīng)的50b。較佳的是，角度a小于42度。較佳的是，a約小于35度，優(yōu)選小于30度。圖4顯示了一種等壓槽的模擬數(shù)據(jù)，該等壓槽的長度約為295厘米，在等壓槽入口端的總體最大高度H^力為100厘米。假定在等壓槽上的流速約為1500磅/小時(shí)。曲線54表示角度a為42度的等壓槽，其堰頂部的溫度為1246t:，突變線溫度為1238t:，根部溫度為1181.5t:，而曲線56表示相同的等壓槽，但是其傾斜成形面之間的角度a為30度，其堰頂部的溫度為1242t:，突變線溫度為123『C，根部溫度為1181.5°C?？v軸是由溶于玻璃熔體的氧化鋯的量(C)減去玻璃熔體中氧化鋯的飽和濃度(Cs)得到的差值，用來表示晶體生長傾向。圖4顯示了當(dāng)根部的角度從42度減小到30度的時(shí)候，預(yù)期由溶解的氧化鋯重結(jié)晶形成鋯石的趨勢(shì)降低。例如，在與等壓槽的成形面相距20微米的位置，在角度為42度時(shí)，特定溫度下氧化鋯濃度C減去氧化鋯飽和濃度Cs所得的差值約為0.05重量％，而當(dāng)該角度為30度時(shí)，該濃度差值約為0.046重量％。從圖4可以很清楚地看出，當(dāng)傾斜成形面之間的角度從42度減小到30度的時(shí)候，溶解的氧化鋯的峰值向內(nèi)移動(dòng)，更靠近等壓槽的成形面。這說明在更小的角度之下，使得晶體生長在更接近等壓槽表面處發(fā)生延遲。因此，可以阻止晶體生長到超過特定的長度，所述晶體發(fā)生破碎并夾帶在玻璃熔體流中的可能性降低。下表列出了示例性的等壓槽近似的a和h'i力的值，所述示例性等壓槽的最大整體高度H^^約為97.8厘米，寬度W約為28厘米。等壓槽的長度超過254厘米。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在圖5所示的另一個(gè)實(shí)施方式中，顯示了成形主體(等壓槽)60的橫截面圖，該主體60包括凹槽62，堰64，66，第一對(duì)傾斜成形面68，70以及第二對(duì)傾斜成形面72，74。所述第二對(duì)傾斜成形面72，74在等壓槽的底部處的根部76相交。根據(jù)圖4所示的實(shí)施方式，所述第一對(duì)傾斜成形面68，70之間形成角度13。較佳的是，角度13小于42度。第二成形面72，74與第一成形面68，70相交，第二成形面72，74之間形成角度e。等壓槽60可以包括與第一對(duì)傾斜的成形面68、70相交的垂直成形面78，80。角度9優(yōu)選小于角度13。角度13可以例如小于42度，優(yōu)選小于35度，更優(yōu)選小于25度，優(yōu)選小于20度。較佳的是，圖4的實(shí)施方式中，可以在特定的垂直距離下使得與根部相鄰的傾斜成形面之間具有較小的角度。例如，對(duì)于給定的成形主體高度(根部和堰頂部之間的距離)以及給定的成形主體最大寬度(一個(gè)堰的外側(cè)與相對(duì)的堰的外側(cè)之間的距離)，與根部相鄰的傾斜成形面之間的角度可以小于僅采用一對(duì)傾斜的成形面的情況。圖6顯示了模擬數(shù)據(jù)，其中顯示了在等壓槽的成形面上流動(dòng)的玻璃熔體中溶解的等壓槽材料濃度的示例性限制，具體來說顯示了沿等壓槽的長度在中點(diǎn)取的構(gòu)成等壓槽的鋯石的濃度。假定玻璃熔體的流速為1500磅/小時(shí)，溫度范圍(頂部至底部)約為1243-1125°C。曲線圖顯示兩條曲線82、84劃分出三個(gè)區(qū)。在導(dǎo)致第I區(qū)中的氧化鋯濃度的條件下(曲線82之內(nèi))操作等壓槽可以安全操作，發(fā)生晶體破碎的機(jī)會(huì)極小。也即是說，從圖4可以看到，X-軸可以看作超過飽和濃度的特定溶解的等壓槽材料濃度下，等壓槽上晶體生長的最大長度。通過圖示說明，當(dāng)C-Cs濃度差為0的時(shí)候，曲線82顯示最大晶體長度為70微米。超過70微米的時(shí)候，溶解的等壓槽材料不足以提供晶體生長。當(dāng)?shù)扔诤偷陀?0微米的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)晶體破碎導(dǎo)致的麻煩較少。在第III區(qū)的條件下進(jìn)行操作會(huì)得到不希望的性能。在第III區(qū)(曲線84以外)進(jìn)行操作會(huì)提供足夠的溶解的等壓槽材料的濃度，晶體生長可能超過安全長度，即晶體可以很容易破碎并夾雜在玻璃熔體之中。最后，在第II區(qū)內(nèi)的操作(曲線82和84之間)顯示出介于第I區(qū)和第III區(qū)之間的性能。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明上述實(shí)施方式、特別是任意"優(yōu)選的"實(shí)施方式僅僅是可能實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例，僅表示用來清楚理解本發(fā)明的原理?？梢栽诨旧喜黄x本發(fā)明的精神和原理的情況下，對(duì)本發(fā)明的上述實(shí)施方式進(jìn)行許多的改變和調(diào)整。所有這些調(diào)整和改變都包括在本文中，包括在本發(fā)明和說明書的范圍之內(nèi)，受到所附權(quán)利要求書的保護(hù)。權(quán)利要求一種用于形成玻璃板的設(shè)備，該設(shè)備包括成形主體，其包含第一對(duì)傾斜成形面；與所述第一對(duì)傾斜成形面相交的基本垂直的成形面；所述第一對(duì)傾斜成形面之間的角度小于42度。2.如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述垂直成形面的最大高度h'i力約小于60厘米。3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述成形主體的長度至少約為265厘米。4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括與所述第一對(duì)傾斜成形面相交的第二對(duì)傾斜成形面。5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二對(duì)傾斜成形面在等壓槽的底部相交。6.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，第二對(duì)傾斜成形面之間的角度小于42度。7.—種形成玻璃板的方法，該方法包括提供玻璃熔體；使得所述玻璃熔體在成形主體上溢流，所述成形主體包含晶體型耐火材料，所述成形主體還包括傾斜成形面以及與所述傾斜成形面相交的基本垂直的成形面；禾口對(duì)所述垂直形成面的最大高度以及傾斜成形面之間的角度進(jìn)行選擇，以盡可能減小玻璃熔體中溶解的耐火材料的濃度。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述垂直成形面的最大高度約小于60厘米。9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述傾斜成形面之間的角度約小于42度。全文摘要本發(fā)明揭示了一種用來形成玻璃板的設(shè)備，所述設(shè)備包括用來支承玻璃熔體流的成形主體，所述成形主體具有基本垂直的成形面和傾斜的成形面。對(duì)所述垂直成形面的高度以及所述傾斜的成形面之間的角度進(jìn)行選擇，以盡可能減少構(gòu)成所述成形主體的材料溶入玻璃熔體中的量，從而減少在成形主體上的重新結(jié)晶化。文檔編號(hào)C03B17/06GK101795985SQ200880105707公開日2010年8月4日申請(qǐng)日期2008年7月9日優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日發(fā)明者C·C·何,S·M·馬利羅,李喬申請(qǐng)人:康寧股份有限公司