玻璃成型中的温度均匀装置以及温度均匀方法

摘要

本发明涉及一种用于平板显示器玻璃基板制造过程中由溢流法成型玻璃基板时使用的玻璃成型中的温度均匀装置以及温度均匀方法，包括熔融玻璃在其上溢流成型的成型体、设在成型体外的由顶端加热元件和侧壁加热元件组成的加热成型空间以及设在顶端加热元件和侧壁加热元件外的保温部，在溢流玻璃液成型体与加热元件之间成型体周边设有板块状温度均匀装置，其作用是收集辐射到熔融玻璃的热能，以面辐射形式加热熔融玻璃，使玻璃流液获得均匀的温度；通过调节此温度均匀装置与熔融玻璃之间的距离以及其背部加热元件的相对位置，对熔融玻璃温度控制，以降低玻璃薄板成型厚度及曲率变化，提高玻璃基板的质量和良品率。

说明书

技术领域：

本发明属于平板显示器件的玻璃制造领域，本发明涉及一种用于平板显示器玻璃基板制造过程中由溢流法成型玻璃基板时使用的玻璃成型中的温度均匀装置以及温度均匀方法。

背景技术：

新型的平板显示器的显示效果如何，其中的玻璃基板的质量起着非常重要的作用，由于显示器中特别是薄膜晶体管显示器(TFT-LCD)中使用的玻璃上面在制造过程中要形成许多晶体管以及连接周遍器件、控制显示参数的各种电路图，该电路图大都在微米级，如果玻璃表面有大于线宽的划伤或突起物就会引起短路等问题的产生，制造表明平滑整洁的玻璃基板是显示器具有良好显示效果条件之一。作为优质玻璃基板的生产工艺，原先有一种被称之为“溢流法”的生产方法，如美国专利第3338696号所述。溢流法是使熔融态的玻璃沿着一个具有楔形截面的、并向下收敛的成型体的两表面向下流动，并在成型体下端合流成一体，然后使其逐渐冷却的同时，向下牵引形成玻璃薄板(如图1所示)。

在熔融玻璃由熔融态逐渐冷却固化的过程中，需要严格的掌握熔融玻璃的粘度与温度梯度，图8表示的是玻璃温度与粘度和冷却时间的关系。由图8中曲线可以看出，在成型过程中的熔融玻璃，其对于温度的变化反应非常敏感，对于此温度区间内的1℃的温度变化，或者1s的冷却偏差，都将造成熔融玻璃粘度的变化，所以在成型的马氟炉中，温度控制精度要达到±0.1℃。而区域性的温度的变化十分容易造成区域性的粘度的变化，这将必然影响在溢流下拉过程中单位区域内的流量的不均匀，很容易使得熔融玻璃产生不同的厚度和曲率，从而严重降低玻璃薄板的质量。

现有的玻璃基板生产工艺，通常采用图1所示的马氟炉结构，采用溢流法生产薄板玻璃。并且大都采用如图1所示的在马氟炉内壁缠绕加热丝或者单纯的采用硅碳棒辐射加热的方式，来提升马氟炉的炉内温度，并用以调节熔融态玻璃的粘度。此种方式虽然能够使得马氟炉内部快速的达到并保持成型温度，但是由于硅碳棒的点加热特性，其加热方式是通过棒体本身向外作扇面辐射，其在玻板表面形成的温度场如图1中箭头表示，这样必然产生加热区域的重叠和交错，从而在溢流而下的玻璃熔融液面上形成栅状的温度梯度，容易造成熔融玻璃在溢流过程中受到不均匀的温度加热而造成局部温度的变化，从而使得熔融态玻璃局部的粘度变化而使得流量不均匀，增加了玻璃基板的区域性厚度不均匀的可能性，造成控制手段的复杂化，且降低了玻璃基板成型的良品率降低玻璃基板的质量，增加了成型难度。这在玻璃基板的大规模生产中是十分不利的。

当熔融玻璃表面的温度产生变化时，传统工艺对于其调节的方法十分有限，通常仅仅采用对于某加热源进行加大或者降低功率的调节，来加大或者降低对应熔融玻璃的温度。采用这样的调节方法，如果单次调节幅度过大，则容易适度熔融玻璃局部温度变化过大而产生超调现象，并且容易对其他部分温度产生较大的影响；如果单次调节幅度过小，则需要浪费较多的时间，使得稳定生产的成本加大。如何在较短时间内稳定玻璃液的温度，关系到玻璃质量稳定与否。

发明内容：

本发明克服了现有技术中存在的容易造成局部温度不均、导致厚度不均匀、控制手段复杂化、成型难度大等的不足，而提供一种大幅提高玻璃成型质量，降低操作难度的玻璃成型中的温度均匀装置以及温度均匀方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种玻璃成型中的温度均匀装置包括熔融玻璃在其上溢流成型的成型体、设置在成型体外面的由顶端加热元件和侧壁加热元件组成的加热成型空间以及设置在顶端加热元件和侧壁加热元件外面的保温部，在溢流玻璃液的成型体与加热元件之间的成型体周边设置有板块状温度均匀装置。

所述的板块状温度均匀装置是高性能硅碳板，其热传导率在1000℃时至少应该大于30w/mk。

所述的顶端加热元件和侧壁加热元件是硅碳棒、硅钼棒加热元件，采用吊装、镶嵌的安装方式均匀地分布在马氟炉内部。

顶端加热元件和侧壁加热元件分布在板块状温度均匀装置的外面上。所述的分布在板块状温度均匀装置的外面上的顶端加热元件和侧壁加热元件是加热丝、U形加热棒加热元件。所述的分布在板块状温度均匀装置的外面上的顶端加热元件和侧壁加热元件的分布是均匀或不均匀的，元件间间距n应该大于0.5倍的元件自身间距m，小于1.5倍的m。

板块状温度均匀装置的厚度应该在10～40mm之间。温度均匀装置是充满空间的完整板块或由小的板块拼接而成的。

一种利用温度均匀装置的玻璃成型中的温度均匀方法，具体如下：

首先，在溢流玻璃液的成型体与加热元件之间的成型体周边设置板块状温度均匀装置，并以面辐射的形式加热熔融玻璃，使得玻璃流液得以获得相对均匀的温度；

其次，通过调节温度均匀装置与熔融玻璃之间的距离以及调节温度均匀装置和其背部加热元件的相对位置，从而调节对熔融玻璃的温度控制，降低玻璃薄板成型的厚度及曲率的变化，提高玻璃基板的质量和良品率。

当工艺生产需要对熔融玻璃表面的温度进行调节时，横向调节高性能硅碳板的位置，如果熔融玻璃需要更高的温度，调节高性能硅碳板向成型体方向移动，使得熔融玻璃获得大量热量，使其整体表面的温度快速上升，当需要对熔融玻璃的局部进行调节时，调节对应的加热元件和高性能硅碳板的相对位置来改变需要调节的点线。

本发明的熔融玻璃在成型体溢流而成型，经加热成型空间从而产生玻璃薄板成型所必须的温度。在与熔融玻璃之间的空间里，增加均温设备，其作用是将辐射到熔融玻璃的热能收集并以面辐射的形式加热熔融玻璃，使得玻璃流液得以获得相对均匀的温度。在温度控制操作中，相同平面的熔融玻璃将保证拥有极为相似的粘度，从而降低了玻璃薄板成型的厚度及曲率的变化。试验表明，运用此设备生产玻璃薄板的过程中，同一平面上的温度变化明显减小，同样在纵向温度的波动也明显减小，玻璃薄板的品味和良品率大大提升。

附图说明：

图1为原先溢流法的马氟炉结构。

图2为本发明的结构示意图。

图3为由模块拼装的均温板的结构图。

图4为加热丝缠绕而成的加热板的结构图。

图5为U形加热棒构成的加热板的结构图。

图6为某水平面上使用本装置前后玻璃液温度分布比较。

图7为某纵向面上使用本装置前后玻璃液温度分布比较。

图8为玻璃在成型过程中粘度与温度、冷却时间的关系。

具体实施方式：

如图2所示，本实用新型包括熔融玻璃在其上溢流成型的成型体104、设置在成型体104外面的由顶端加热元件102和侧壁加热元件103组成的加热成型空间以及设置在顶端加热元件和侧壁加热元件外面的保温部101，在成型体104与顶端加热元件102和侧壁加热元件103之间设置有温度均匀装置105，其作用是收集辐射到熔融玻璃的热能，并以面辐射的形式加热熔融玻璃，使得玻璃流液得以获得相对均匀的温度；温度均匀装置105即均温设备105为碳化硅均温板，其将成型体104密闭在内部空间中，顶端加热元件102、侧壁加热元件103向均温设备105辐射热源，均温设备105由于具有相当高的热传导率，在1000℃时达到35w/mk以上，所以板面也产生近似相同的温度，从而作为均匀的面热源对熔融玻璃加热，熔融玻璃受到的热能是均匀的，从而保证了玻璃液粘度的均匀。

通过调节此温度均匀装置与熔融玻璃之间的距离以及调节此温度均匀装置和其背部加热元的相对位置，从而调节对熔融玻璃的温度控制，以此降低玻璃薄板成型的厚度及曲率的变化，提高玻璃基板的质量和良品率。

如图3所示，温度均匀装置105可以是完整的板块，也可以是由一定结构的小模块拼装而成。图3给出了由小模块拼装的碳化硅均温板的结构图。采用拼装结构，不但可以达到均温加热的目的，同时可以使得安装和操作更加方便可行。同时，105的厚度选取10-40mm之间。当105的厚度越薄，即接近10mm时，碳化硅板达到均温效果的反应时间越短，但是对于整板的强度则大大降低，且不易加工成型；当105的厚度大于40mm时，其反应时间大大迟滞，难以达到调温均温的目的，且温度调节时间大大延长。

如图4、5所示，对于加热源，可以采用均匀的布置硅碳棒的方式。为了使得105可以更容易的获得更为均匀的热源，加热源可以采用加热模块的方式。图4、5给出了两种加热模块的结构。图4在耐火板块上开槽，缠绕加热丝。图5在耐火板块上嵌装U形加热棒，采用两侧交叉引线的方式，尽量使得加热部温度均匀。元件间间距n应该大于0.5倍的元件间距m小于1.5倍的m，最好是m＝n。试验表明，当m＝n时，加热板产生的加热温度最为均匀，获得的温度曲线也最圆滑。

图6显示了水平面上使用本装置前后玻璃液温度分布比较。可以看出，在使用了本均温装置之后，同一水平面上的熔融玻璃的温度趋于均匀，波动大大降低。在使用原有的成型装置时，成型玻璃的横向厚度变化对于0.7mm-1.5mm的薄板玻璃在100um左右，在采用本发明的设备和方法后，横向的厚度变化很容易的控制在30um的平均水平，保证了同平面上熔融玻璃的粘度的均衡，从而产生更加均匀的厚度，降低了玻璃薄板曲率变化的风险。

图7显示了某纵向面上使用本装置前后玻璃液温度分布比较。同样的，在使用了本均温装置之后，熔融玻璃整体的温度分布也趋于均匀，温度过渡更加圆滑，玻璃流液整体流动也更加合理。在更小的温度波动下，使得玻璃薄板本身更加均匀，成型玻璃的纵向的厚度可以控制在50um以下，同时减小了操作难度。

在对熔融玻璃进行必要的温度上升时，背部加热元件的调节将不会直接影响熔融玻璃的质量。适当调节高性能硅碳板向Trough方向移动，熔融玻璃立刻更加容易的获得更多的热量，使得其整体表面的温度快速上升到需要的程度。并且由于高性能硅碳板的存在，其各个部分的温度分布仍然是均匀不变的，这样就不必再对局部的温度点进行多余的再调节，使得工艺的稳定时间减少到原来的1/3。

在玻璃基板的成型过程中，如上的设备形成制造玻璃基板的关键设备。在马氟炉中的加热元件或板块加热马氟炉内腔时，同时加热置于加热源和成型体Trough之间的高性能硅碳板，使其在对应的区域内加热到相应的温度，并具有相当平滑的温度曲线。当熔融玻璃由Trough溢流而下成型时，高性能硅碳板对于熔融玻璃进行面辐射加热，其均匀的热辐射面可以使得熔融玻璃在横向和纵向上同样获得相似的温度。

在玻璃成型过程中，一旦需要温度的调节，背部加热元件的调节将不会直接影响熔融玻璃的质量。当工艺生产需要对熔融玻璃表面的温度进行调节时，可以横向调节高性能硅碳板的位置。如果熔融玻璃需要更高的温度，可以适当调节高性能硅碳板向Trough方向移动，使得熔融玻璃更加容易获得大量的热量，从而可以使得其整体表面的温度快速上升。由于高性能硅碳板的存在，其均匀的热量分布可以使得熔融玻璃的表面温度上升时仍然保持相对均匀的分布，而不必再对局部的温度点进行多余的再调节。当需要对熔融玻璃的局部进行调节时，可以调节对应的加热元件和高性能硅碳板的相对位置来改变需要调节的点线。同样由于高性能硅碳板的高导热性，对于相应点线的调节在调整局部温度的同时，其对于周遭温度的影响较为平滑，不至于引起大范围内的温度波动。显然，这种调节方式不但容易使得调节过程相对平滑，也使得调节时间大大降低。