高静态疲劳的氧化铝等压管制造技术

本发明专利技术涉及高静态疲劳的氧化铝等压管，提供了一种用于熔融工艺制造玻璃或玻璃陶瓷的等压管(13)。该等压管由一种具有比现有的制造等压管的氧化铝材料更高静态疲劳的氧化铝材料制备而成。具体地，该氧化铝材料在1200℃下采用10000磅/平方英寸的应力作用具有大于1小时失效时间(静态疲劳)。这种高水平的静态疲劳性使得在熔融工艺制造高性能玻璃板时采用氧化铝等压管代替氧化锆等压管成为可能，包括那些与氧化锆等压管不相容但可以与氧化铝等压管相容的玻璃板，例如，具有高碱含量的防碎裂及防划刻玻璃板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过熔融工艺生产玻璃板中使用的等压管(isopipe)，具体涉及表现出高水平的静态疲劳性能的氧化铝等压管。定义词组“静态疲劳”是指一种当物体在受到应力下没有立刻断裂或失效的延迟断裂现象。通常，静态疲劳寿命可以低至几秒钟或几分钟或者长达数万小时。词组“氧化铝材料”是指一种由一个或多个Al2O3相组成的耐火材料，组合物中的 Al2O3相占到了该材料的至少50体积百分数。“等压管” 一词通常是指一种具有适于在熔融下拉工艺中作为玻璃成型的结构的主要部件，不必考虑该主要部件的特殊形状及结构或该主要部件的形成是否包括了等压工艺。当说明书或权利要求书中的数值范围设置为开放式时，该范围包括其端点值。
技术介绍
A.熔融工艺熔融工艺是玻璃制造领域用于生产平板玻璃的基本技术之一。例如，见 Varshneya, Arun K.的“平板玻璃”，无机玻璃基础，Academic出版有限公司出版，波士顿， 1994年，第20章，第4. 2节，第534440页。与诸如浮法和狭缝拉制法等本领域已知的其他方法相比，所述熔融法制得的玻璃板的表面具有优良的平面度和光滑度。因此，熔融法对于那些用于制造多种电子装置的玻璃板的生产变得尤为重要。仅举两个例子，熔融法生产的玻璃板已经作为基板而用于平板显示装置的生产中，例如，液晶显示器(LCD)，及移动电子装置面板诸如触摸屏面板。熔融工艺，具体是，溢流下拉熔融工艺，是Muart M. Dockerty的第3338696号和第3682609号普通许可美国专利的主题，这些专利的内容参考结合入本文中。图1显示了这两个专利的工艺示意图。如图中所示，该系统包括一个向收集槽11提供熔融玻璃的供料管9，所述收集槽11在自由空间跨度中被称为“等压管”的耐火材料主体13中形成。一旦达到稳态操作，熔融玻璃从供料管流向上述的收集槽，然后从堰两侧溢流 (即，槽顶部的两侧)，从而形成了两片向下流动且沿等压管外表面向内流动的玻璃。这两片玻璃在等压管底部或根部15相遇，熔合在一起形成单片玻璃板，例如，具有约700微米厚度的玻璃板。随后将单片玻璃板送入一个拉制装置(由图1中用箭头17示意性表示)，该装置可通过从根部下拉玻璃板时的速率来控制玻璃板的厚度。如图1所示，最终玻璃带的外表面在整个过程中与等压管外表面的任何部分都不接触。并且这些表面仅接触周围的气氛。形成最终玻璃板的两半玻璃板的内表面不接触等压管，但这些内表面在等压管的根部熔合在一起，从而被包在最终玻璃板体的内部。以此方式，最终所得玻璃板的外表面就具有优良的性能。B.对等压管的要求如前所述，等压管13在成型过程中直接与玻璃相接触，故其对熔融工艺的成功是至关重要的。因此，等压管需要达到严格的机械性能及化学性能以满足其生产高质量玻璃板产品的较长时间的使用寿命。关于使用过程中对机械性能的要求，一个垂直的温度梯度被施加到等压管上以控制熔融玻璃在形成玻璃板时的粘度。具体地，在等压管的根部，通常需要将玻璃粘度控制在大约100到300kP的范围内，而为了达到这一粘度，垂直温度梯度需要设置在，例如， 50-100°C。除该稳态温度梯度外，等压管也必须能够经得起加热过程中产生的瞬时温度梯度，在维护及修理操作期间也如此，例如，当更换一个或多个用于保持该等压管在其运行温度上的外部加热元件时。除了对温度梯度承受力的要求之外，还要求等压管在其使用温度上具有非常稳定的结构。尺寸稳定性是非常重要的，因为等压管几何形状的变化会影响熔融工艺的整体成功程度。例如，可见，Overman，美国专利号3437470，及日本专利公开号11-246230。遗憾的是，等压管所处环境容易使其尺寸发生改变。因此，等压管在提升到诸如1000°C及更高的温度下工作。而且，等压管在这些升高的温度下工作时既要支撑其自身重量，也要支撑从其侧边和槽11里溢流出来的熔融玻璃的重量，并且，至少一些张力通过正在被下拉的熔融玻璃转移回来施加到等压管上。根据所要生产的玻璃板的宽度，等压管可具有一个无需支撑的长度，该长度可以是两米或更长。目前的商业趋势是朝着比之前更大的玻璃板发展，这就要求需要比之前更大的等压管来使之成型。等压管的全长可以是13英尺，由锆石制成的等压管的重量(见下文)估计大于15000磅。而且，分析显示出，归因于蠕变(见下文)等压管的下弯率与其长度的四次方成正比，与高度的平方成反比。相应地，等压管的长度增加一倍(具有相同的寿命要求及温度承受力)，既要求其内蠕变速率减少16倍，又要求其高度增长4倍。除了前述的机械性能要求之外，等压管还必须满足严格的化学要求。具体地，等压管不应该很快就被腐蚀或者成为玻璃中缺陷的根源。在商业化生产中，通过熔融工艺生产的玻璃板中的缺陷水平必须非常低，例如，可以是0.01缺陷数/磅及更低。当玻璃板尺寸增加后，要满足低的缺陷水平就变得更加具有挑战性，制造化学性质稳定的等压管也更加重要。C.等压管材料为了经受住以上要求的条件，等压管13由耐火材料的等静压块体制造而成。具体地，例如买自肯塔基州路易斯威尔市St. Gobain-SEFPRO的等静压氧化锆耐火材料，被用来制造熔融工艺所用的等压管。近些年，已经努力制造出具有改进的机械性能的氧化锆等压管。具体地，氧化锆等压管的蠕变性能成为集中研究的课题。例如，可见，普通许可给Helfinstine等的6974786 号美国专利，以及Tarmer等的公开号为W02006/073841的PCT专利公开文件，将上述两件申请通过引用结合入本文。如本领域技术人员所熟知的，蠕变是指通常在温度升高时施加应力往往会导致耐火材料或其他材料的物理性状发生持续的变化。蠕变以释放应力的方式表现出来，并且蠕变通常归因于晶界滑移或材料扩散。锆石受到蠕变侵害，其原因是锆石在高温下分解为液态硅石和氧化锆，而在晶界出现液态硅石增加了蠕变的速率。等压管的中部由于受到蠕变而下弯，使得溢流玻璃的堰发生变形。当堰不再成直线时，垂直于等压管长度方向的玻璃流体分布就会被打乱，并变得更难和最终不可能控制玻璃板成形，从而结束生产。因此，虽然锆石被认为是一种高性能耐火材料，但是，实际上， 由市售的锆石所构成的等压管表现出了限制它们使用寿命的尺寸变化。应该指出，虽然蠕变已经被认为是等压管材料的一项重要属性，但在本文公开之前，无论是对普通的等压管还是特殊的氧化锆等压管来说，静态疲劳并不被认为是一项重要因素。对于化学稳定性，一般认为锆石在等压管堰附近较热的区域内可溶解到无碱玻璃中(例如LCD玻璃)，并在随后的等压管根部附近较冷的区域内析出并形成二次锆石结晶。 这些结晶可被玻璃流折断且变为玻璃板中的内含物。二次结晶混入到下拉的玻璃中成为可见的缺陷，并且含有该缺陷的最终IXD面板即为不合格。正如2003年7月3日公开的普通许可美国专利公开号为2003/0121287的文件所显示的(其内容参考结合入本文中)，可以通过将堰部-根部的温度差限制在小于约100°C来控制二次锆石析晶。根据本文公开的内容，已发现虽然锆石等压管可用于某些含碱玻璃，但其与别种玻璃并不相容。具体地，如下文实施例1所详述的那样，当锆石接触到高水平碱的玻璃(即， 玻璃中，以氧化物计，Na2O, K2O及Li2O的总含量高于或等于5重量％ ；以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·D·凯查姆，J·J·麦克英托什，朴垠泳，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：