CN101668710A

CN101668710A - 形成含玻璃的组合物的方法

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Publication number: CN101668710A
Application number: CN200880013573A
Authority: CN
Inventors: T·L·达努克斯; G·P·马克斯; R·M·莫伦纳; C·W·坦纳
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: EP1964816B1; US20100071418A1; JP5665215B2; EP1964816A1; TW200909363A; CN101668710B; TWI526407B; WO2008106161A1; KR20090125793A; JP2011513162A; EP2118025A1

Abstract

本发明揭示了模塑玻璃和玻璃复合体的方法，包括提供具有第一表面的第一结构，提供具有第二表面的第二结构，该第二表面是图案化和多孔的，在第一和第二表面之间设置一定量的含玻璃的组合物，然后将第一和第二结构以及第一用量的组合物一起加热至足以软化第一用量的组合物的程度，使得第一和第二结构在重力或以其他方式施加的力的作用下彼此相向运动，从而在第一用量的组合物中形成第二表面的图案，然后将该组合物冷却至足以稳定该组合物的程度，该第二结构包含开口孔隙率至少为5％的多孔碳，该一定量的组合物能够从第二表面去除，而不损坏该一定量的组合物或第二表面，使得该第二表面可以再次使用。

Description

形成含玻璃的组合物的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年2月28日提交的欧洲专利申请序列第07300836.9号的优先权。

发明背景

许多玻璃材料具有某些所需的性质，包括化学和生物惰性、机械耐久性(长久磨损性)、机械稳定性或刚性和透明性。玻璃还能耐受热冲击或大的热梯度。这些性质结合在一起使得玻璃成为一种用于许多应用的有吸引力的材料。这些应用中的一种是微流体学。

本文理解的微流体器件是包括流体通道或室的器件，所述流体通道或室通常具有至少一个、一般具有多个亚毫米至毫米范围的维度。部分地由于微流体器件具有特征性的低的总过程流体容积和特征性的高的表面积/容积比，所以微流体器件可以用于以安全、有效和环境友好的方式进行困难、危险、或者甚至在其他条件下不可能的化学反应和过程，进行的生产率为约100毫升/分钟的连续流，而且可以是明显更高的。

但是，一些使玻璃对许多应用具有吸引力的性质，例如惰性和耐久性，以及其他性质例如硬度和脆性，使得玻璃难以成形。

已经通过化学或物理蚀刻获得了由玻璃制成的微流体器件。可以通过蚀刻在玻璃基材中形成沟槽，这些沟槽例如可以用玻璃盖密封。但是这些技术并不完全令人满意。各向同性化学蚀刻不能获得显著的长宽比，而物理蚀刻因为其高成本和有限的生产能力而难以实施。要封闭开放的沟槽，最常采用的附连或密封盖的技术是离子附连。但是这种技术昂贵，并且在一定程度上难以实施，原因是其对灰尘高度敏感。而且，要提供高品质密封，各层的表面必须极为平坦。

本发明的发明人和/或他们的合作人在以前的工作中已经开发了在两个或更多个基材之间限定了凹槽或通道的、由结构化的固结玻璃料形成的微流体器件，如美国专利第6769444号“微流体器件及其制造”和相关专利或专利公开文本所揭示的。这些文献中揭示的方法包括各种步骤，包括：提供第一基材，提供第二基材，在所述第一基材的相向表面上形成第一玻璃料结构，在所述第二基材的相向表面上形成第二玻璃料结构，使所述第一基材和所述第二基材以及所述第一和第二玻璃料结构固结在一起，使相向表面彼此相对，从而在所述第一和第二基材之间形成一个或多个由固结玻璃料限定的凹槽或通道。在这种类型的器件中，由于固结玻璃料限定了流体通道，所以即使是使用非玻璃基材，也可以用固结玻璃料的玻璃或玻璃-陶瓷材料对通道加衬。

如国际专利公开WO 03/086958中揭示的制造玻璃微流体器件的另一种途径涉及将玻璃气相沉积在临时基材的表面上，该临时基材的形状作为要生产形状的负模。通过气相沉积在表面上形成玻璃之后，通过湿蚀刻从玻璃去除临时基材。气相沉积和蚀刻是较慢、昂贵和环境不友好的工艺。

本发明的发明人和/或他们的合作人已经开发了形成微流体器件的方法，其中，真空形成玻璃薄片，在该片的相对各侧产生交错的沟道结构，然后通过与一个或多个其他真空形成的片或平坦片熔合进行封闭，如美国专利公开2005/0241815中所示。虽然该文献中揭示的方法适用于该文献中描述的目的，但是需要形成比这种真空形成技术所能够实现的更为精细和更为复杂的结构，包括尖锐的槽角(例如90°)以及更多种类的沟道形状和尺寸。

经过许多年，还已经将各种热压和热成形技术用于各种应用的玻璃成形。在这些能够形成精细或非常精细特征元件的技术中，大多数技术是困难的，要求特别的设备，或者是昂贵的，或者对环境有影响。需要一种在玻璃中形成精细结构的经济而简单的可靠方法。

发明概述

本文所述是适用于生产例如微流体器件中的小特征元件的玻璃成形方法。本文所述材料、方法和器件的优点部分地在以下描述中提出，或者可以通过实施以下描述的各方面而了解。通过所附权利要求中具体指出的各要素及各组合，将认识和实现以下所述的优点。

附图简要说明

图1显示用于将含玻璃的组合物成形为成形制品的层叠系统。

图2显示正经由传送带行进通过烘箱的多个层叠系统。

图3显示设置于第一和第二结构的表面之间、用于热加工的含玻璃的组合物的横截面。

图4显示设置于第一和第二结构之间的含玻璃的组合物的横截面，其中一个结构的表面穿透组合物。

图5显示从模塑表面取下的已成形的含玻璃的组合物的横截面以及模压的脱模角。

图6显示设置于两个不同模塑表面之间、从而在两侧通过模压生产成形制品的一定量的含玻璃的组合物的横截面。

图7显示一种玻璃片，在该片的一侧上进行四模塑表面压制。

图8显示由设置在具有图案化表面的对应多个结构之间的各种量的含玻璃的组合物构成的层叠系统。

图9是说明本发明某些实施方式的多孔石墨结构的照片。

图10是多孔石墨结构和由模具生产的已成形玻璃片的照片。

图11是已成形玻璃片的照片。

图12是通过将两个已成形玻璃片压制在一起组装而成的样品微流体器件的照片，其中的灰色沟道是器件中的开放凹槽。

图13显示压制并熔合在硅晶片上的已成形玻璃片的照片。

发明详述

在本说明书和以下的权利要求中，引用的各种术语具有以下定义：

在本说明书中，除非文本中有其他要求，否则，“包括”、“包含”、“含有”将理解为表示包含规定的特征或步骤或者特征组或步骤组，但是不排除任何其他特征或步骤或者特征组或步骤组。

必须注意的是，如本说明书和所附权利要求中所用，单数形式的“一个”、“一种”、“该”包括复数形式的情况，除非文本中有清楚的相反指示。因此，例如“一种玻璃材料”包括两种或更多种此类材料的混合物的情况，等等。

在一个方面，制造含玻璃的微流体器件的方法包括：

提供一片刚性、不粘的材料，该材料具有图案化的模塑表面；

提供第一用量的含玻璃材料；

使第一用量的含玻璃材料接触图案化的模塑表面；

将图案化的模塑表面和第一用量的含玻璃材料压制在一起；

将该片刚性、不粘的材料以及第一用量的含玻璃材料一起加热至足以软化该第一用量的含玻璃材料的程度，从而在第一用量的含玻璃材料中复制该图案化的模塑表面，该第一用量的含玻璃材料形成含玻璃的第一成形制品；

将所述含玻璃的第一成形制品和至少两个额外的含玻璃制品层叠；

通过热处理将层叠的制品密封在一起，形成其中具有至少一个流体通道的微流体器件。

适用于本文的含玻璃材料是加热时能转化成粘性材料的任何含玻璃材料。该含玻璃材料可以是玻璃料的形式，包括填充的玻璃料形式。该含玻璃材料还可以是片的形式。该片的维度可以从几百平方微米变化到最高几平方分米，片的厚度可以从几百微米变化到最高几厘米。该含玻璃材料可以包含透明玻璃(vitreous glass)、玻璃陶瓷、或玻璃复合体。

该玻璃复合体可以包含玻璃料和填料。该复合体可以通过密切混合玻璃料和填料从而制备成玻璃料的形式。然后可以将形成的玻璃料复合体或填充的玻璃料直接用作本发明形成方法中的含玻璃材料，或者可以首先将其成形为玻璃片。在这两种情况中，都要求填料均匀分布或整合在复合体中。这样有助于保证整个玻璃片具有适度的一致性质(例如平均热导性)。以下将描述适用于本文的某些玻璃料和填料。

玻璃料是加热时能够转化成粘性材料的任何玻璃材料。本文可以使用各种材料。在一个方面，玻璃料包含SiO₂和至少一种其他碱金属氧化物、碱土金属氧化物、过渡金属氧化物、非金属氧化物(例如铝或磷的氧化物)，或它们的组合。在另一个方面，玻璃料包含碱金属硅酸盐、碱土金属硅酸盐、或它们的组合。适合用作玻璃料的材料的例子包括但并不限于硼硅酸盐、含锆的硼硅酸盐、或硼硅酸钠。

至于填料，要求填料对于玻璃料是接近惰性或完全惰性的，这样才能保持填料的热性质和机械性质。填料对于玻璃料是接近惰性或完全惰性时，在填料/玻璃料基质中，填料没有反应或反应趋势最小化，使得基本没有发泡、形成新相、破裂、或者干扰固结的任何其他过程。在这些情况下，可以产生孔隙率最小化的复合体。

通常还要求填料是基本无孔或具有最小的孔隙率，并且具有低表面积。在烧结期间，填料不会象本领域中通常使用的有机化合物那样烧尽。在热加工期间，填料能保持刚性、软化、或者甚至熔化。在一个方面，填料的软化点或熔点大于玻璃料的软化点或熔点。根据填料的选择，填料可以形成氧化物，这有助于其整合至最终复合体中。

填料能有利地提高复合体的平均热导性。在一个方面，填料的平均热导性大于或等于2W/m/K，大于或等于3W/m/K，大于或等于4W/m/K，或者大于或等于5W/m/K。适用于本文的填料的例子包括但并不限于碳化硅、氮化铝、碳化硼、氮化硼、溴化钛、多铝红柱石、氧化铝、银、金、钼、钨、碳、硅、金刚石、镍、铂、或它们的任意组合。

填料的量可以根据所选玻璃料的种类、要求的平均热导性等变化。在一个方面，填料的量大于或等于复合体的5体积％。在另一个方面，填料的量为复合体的15-60体积％。

关于制造模具所用的材料，除了模具材料相对于玻璃的CTE/杨氏模量以外，要考虑模具的孔隙率和化学稳定性。关于孔隙率，模具最好具有一定程度的孔隙率，使得热加工期间产生的气体能够通过多孔模具逸出熔融玻璃而不会夹带在玻璃中。在一个方面，模具的开口孔隙率大于5％，即，模具的5体积％以上是开口的。在另一个方面，模具的开口孔隙率至少为10％。

选择模具材料时要考虑的另一个因素是，模具在升高的温度下应当是化学稳定的，尤其是在充分软化玻璃复合体所要求的那些温度下是化学稳定的。本文对模具材料使用的术语“化学稳定的”定义为，将模具材料从惰性材料转化为能与熔融玻璃相互作用的材料的耐受性。例如，虽然可以使用氮化硼，但是氮化硼在超过700℃的温度下会转化成氧化硼。氧化硼能与玻璃发生化学相互作用，导致玻璃粘在模具上。因此，根据本发明的一个方面，氮化硼可以使用但并非优选。

模具材料更有利地包含碳，最有利的是，模具材料包含多孔碳，例如卡本洛林(Carbone Lorraine)制造的2450PT级石墨。该等级石墨在300℃时的CTE为25×10^-7/℃，开口孔隙率水平约为10％。可以使用CNC机械加工、金刚石超高速机械加工、放电机械加工、或它们的组合之类的技术来制造特殊的模塑表面。模塑表面的设计可以根据要求的特征元件而变化。如下文将详细讨论的，本文描述的方法允许使用具有高长宽比(高度/宽度大于3)以及绝对高度从几微米到最高几毫米的模塑表面。绝对高度和长宽比并不限于单个数值，模塑表面的各区可以各不相同。模塑表面可以具有多种不同的三维(3D)开槽结构(例如沟道、空腔)和凸起结构(例如壁、柱)，这些结构在微流体器件中是有利的。而且，对于模具上的开槽或凸起结构，可以有90°的脱模角，下文将更具体地描述其相关性。

以下参考附图1描述生产含玻璃的成形制品的一种实施方式。将第一用量的含玻璃的组合物(在该情况中是片2的形式)设置在第一表面(例如第一结构1的平坦上表面12)和第二图案化表面(例如第二结构3的模塑表面14)之间。如果含玻璃的组合物为片2的形式，则通常要求片2具有一定平坦度。第一表面12和第二或模塑表面14可以由相同或不同的材料构成。在一个方面，第一表面12包含碳、氮化硼陶瓷、或其组合。在另一个方面，当第一表面12和第二表面14由相同材料构成时，该材料是碳，优选为多孔碳，例如卡本洛林(CarboneLorraine)制造的2450PT级石墨。

可任选使用脱模剂。可以按照要求将脱模剂施用于第二表面14、含玻璃的组合物2、以及第一表面12中的任何一个上。施用的脱模剂的量可以变化。要求第二表面14的材料和脱模剂具有类似的性质，或者它们由类似材料构成。例如，第二表面或模塑表面14由石墨构成时，有利的脱模剂是炭黑。

向含玻璃的组合物2和第二表面14之间的界面施加压力是有利的。这可以通过置于第二结构3顶部的负荷物4实现，从而帮助第二表面或模塑表面14在加热期间穿入含玻璃的组合物2中。第一结构1、含玻璃的组合物2、第二结构3以及负荷物4一起形成层叠系统10。可以由能够承受升高的温度(即，充分软化含玻璃的组合物2所需要的温度)的任何材料制备该负荷物。负荷物重量可以根据含玻璃的组合物2的量或厚度以及要求的第二表面或模塑表面14穿入该组合物中的量而变化。

制备得到由第一结构、含玻璃的组合物、第二结构和任选的负荷物构成的层叠系统10之后，将该层叠系统10加热至足以得到含玻璃的组合物2的粘性流体的温度。要进行这种加热，可以将层叠系统10置于烘箱中。在加热之前，需要通过真空排除烘箱中的空气，向烘箱中引入惰性气体例如氮气。考虑可以向烘箱中引入一个或多个层叠系统。

可以通过传送带的方式向烘箱中引入一系列层叠系统，层叠系统可以包括超过一种用量的含玻璃的组合物。该方面如图2中所示，图中，通过传送带22在氮气气氛下将一系列层叠系统20输送至烘箱21中，各层叠系统20包括六种用量的含玻璃的组合物2。将层叠系统20传递至烘箱中的速率可以从1分钟变化至1小时。图2中所示过程是用于由多种起始用量的含玻璃的组合物2生产大量成形制品的有效方法。例如，如果在2小时热周期中以5米/小时的速率将用量2构成的层叠系统送入烘箱中，而且烘箱长度为12米，则该烘箱每小时可以热加工60个层叠系统，对应于每小时生产600个成形制品。

图3显示没有负荷物的层叠系统10的横截面图。如图4中所示，对于第二结构3，当成形完成时，第二表面或模塑表面14中可以有一个或多个区或者一个或多个特征元件31接触第一结构的第一表面。该区或特征元件31(在该情况中为与第二或图案化表面14的周边间隔的区的形式)在图中的垂直方向上与表面14的大部分形成足够大的距离，从而能够在热加工时穿透含玻璃的组合物2，在成形制品51中形成通孔16，如图5中所示。区31的形状可以是任何形状，例如圆形、矩形或椭圆形。热加工期间通孔的形成避免了在成形制品中钻孔，而钻孔工艺是昂贵的，而且会损坏或破坏该成形制品。作为第二结构3的图案化第二表面或模塑表面14的另一个任选特征元件，第二结构3还有一个区在成形完成时接触第一结构的第一表面12，区32位于图案化第二表面14的周边，任选包围第二结构3的图案化第二表面14。这些周围的凸起区可以作为止流器，防止熔融玻璃从结构1和3之间逃逸。这种止流器还有助于保证玻璃在加工期间具有均匀的厚度和一致性。

如图3中所示，在结构3的表面14上具有多个凸起区33，它们最终在含玻璃的组合物中形成成形特征元件。参考图4，加热时，含玻璃的组合物转化成软化或粘性状态，这时区31和33穿透含玻璃的组合物。图5显示加工以及从表面14脱离之后的成形制品51。

层叠系统10或20的热加工温度和持续时间可以在包括但不限于以下的几个参数中变化：含玻璃的组合物的粘性、表面14的长宽比、以及表面14的复杂性。制造玻璃模塑表面的典型技术限于短加热时间，从而防止熔融玻璃粘在表面上。这导致形成简单的模塑表面。本文所述的方法能避免熔融玻璃在加工期间粘在模塑表面上。因此，本文所述的方法可以采用较长的加热时间，从而允许软化的含玻璃的组合物穿透复杂模塑表面的各开口。这最终导致形成更复杂的含玻璃的成形制品。因此可以将层叠系统加热从1分钟至1小时或者甚至更长时间，这种时间范围比现有热成形技术要宽得多。

加热步骤之后，使层叠系统缓慢冷却至至少100℃，随着时间冷却至室温是有利的。本文所述的方法不仅能防止软化的含玻璃的组合物粘在一个或多个模塑表面上，而且本文所述的方法允许含玻璃的组合物和模塑表面一起缓慢冷却，不会使玻璃冻结(即粘合)在模塑表面上。通过缓慢冷却，可以防止第二结构和模塑表面中形成裂缝，使得第二结构及其模塑表面可以再次使用。而且，由于模塑表面不会粘住成形制品，所以可以用手从成形制品上去除第二结构及其模塑表面，而不需要使用本领域中常用的技术例如蚀刻。这对于生产成本和成形制品的总体品质具有明显效果。

如上所述，本文所述的方法能够生产具有复杂和细节化特征元件的含玻璃的成形制品。例如，模塑表面可以具有多个能够穿透含玻璃的组合物的区，穿透深度大于100微米，宽度大于100微米。在另一个方面，深度可以为100微米至10毫米，宽度可以为100微米至10毫米。在另一个方面，模塑表面的长宽比大于3，所述长宽比是表面14中的区或特征元件的高度(在图中的垂直方向上)与该区或特征元件宽度之比。参见图5，在一个实验中，脱模角52为105°。使用以前所知技术时，90°的脱模角一般是不可能的，原因是含玻璃的组合物会粘在模塑表面上。但是由于本文所述的方法避免了含玻璃的组合物与模塑表面之间的粘着，所以接近90°的脱模角是可能的。而且，高长宽比以及接近90°的脱模角也是可能的。而且，由于软化的含玻璃的组合物不会粘在模塑表面上，所以较长的加热时间是可能的，这导致长宽比增大以及脱模角接近90°。这对于某些应用例如微流体器件是有利的。

虽然图1中第一结构的第一表面12是平坦的，但是第一表面12也可以具有图案化表面。参见图6，将含玻璃的组合物60插入第一结构61和第二结构62之间。在该方面，第一和第二结构61和62的第一和第二表面12和14都是图案化的，它们在凸起区的数量和维度方面不同。热加工之后，产生含玻璃的成形制品63，该成形制品的各侧具有模塑表面压痕。因此，含玻璃的成形制品的各侧上可以具有相同或不同的压痕。

在另一个方面，可以在含玻璃的组合物的相同表面上设置两个或更多个第一或第二结构，其中这些结构包括相同或不同的图案化表面。在图7中，含玻璃的成形制品70由4个第二结构形成，形成的图案中，71和73是相同的，72和74是相同的。根据特定量的含玻璃的组合物的横向范围，以及根据用于图案化的一种或多种结构，可以放置多种结构，各结构具有模塑表面，使各结构在含玻璃的组合物的表面上并排设置，并对形成的层叠进行热加工。

上述技术还可用于同时制造多个(即，两个或更多个)含玻璃的成形制品。在一个方面，该方法包括：

提供具有第一表面的第一结构；

提供具有第二表面以及与该第二表面相反的表面的第二结构，所述第二表面是图案化和多孔的；

在所述第一表面和所述第二表面之间设置第一用量的含玻璃的组合物；

提供具有第三表面的第三结构，在所述第三表面以及与所述第二表面相反的表面之间设置第二用量的含玻璃的组合物，所述相反表面和第三表面中的一个是图案化的；

将第一、第二和第三结构以及第一用量和第二用量的含玻璃的组合物一起加热至足以软化第一用量和第二用量的含玻璃的组合物的程度，使得第一和第二结构、以及第二和第三结构在重力或以其他方式施加的力的作用下彼此相向运动，使得第一用量的组合物形成第一成形制品，第二用量的组合物形成第二成形制品，各成形制品通过对应的图案化表面加以图案化。

参见图8，各种量的含玻璃的组合物81、83、85、87和89设置或夹在结构80和结构82、84、86、88和90之间。对于结构82、84、86和88的情况，各结构具有不同的图案化表面。因此，可以由一个层叠系统生产多个含玻璃的成形制品。如图8中所示，在热加工和去除成形制品之后生产了5个成形制品91、93、95、97和99。如上所述，可以在短时间内生产大量成形制品。虽然结构82、84、86和88各自具有两个相同的图案化表面，但是考虑可以层叠具有两个以上不同表面的结构，从而同时生产多个不同成形制品。

通过本文所述方法生产的含玻璃的成形制品可用于生产微流体器件例如微型反应器。可以层叠和密封具有协作相向结构的多个成形制品。在一个方面，可以在升高的温度下在空气中密封层叠的成形制品。加热温度和持续时间将根据制造成形制品所用的材料变化。加热持续时间长到足以保证在接触的各成形制品之间形成完全密封。对于微型反应器的情况，完全密封是很重要的，从而保证系统没有反应物渗漏，并保持微型反应器的内压。

由于成形制品的两侧都可以是结构化的，而且结构化的程度互相独立，所以本方法尽可能减少了制造玻璃微流体器件或微型反应器所需要的玻璃组件数量，尤其是对具有多个层的玻璃微型反应器而言。

在另一个方面，要求将含玻璃的成形制品附连至非玻璃基材。例如，将含玻璃的成形片密封至高热导性基材能够增加所得微型反应器的热传导。在一个方面，用于基材的材料的CTE与形成含玻璃的组合物的材料的CTE类似，并且可以承受加工温度。本文适用的基材的例子包括但并不限于硅、碳化硅、氧化铝、金属等。在一个方面，将玻璃模具附连在基材上的方法包括：

提供具有第一表面的第一结构；

提供具有第二表面的第二结构，所述第二表面是图案化和多孔的；

将第一和第二结构、以及第一用量的组合物一起加热至足以软化第一用量的组合物的程度，使得第一和第二结构在重力或以其他方式施加的力的作用下彼此相向运动，从而在第一用量的组合物中形成第二表面的图案；

其中，加热步骤包括使所述第一用量的含玻璃的组合物熔合至所述第一表面，导致第一用量的含玻璃的组合物与第一结构一起形成含玻璃的成形制品。

实施例

制造模塑表面

通过从石墨块片材(由Carbone Lorraine 41，rue JeanJaurès-Genneviliers，法国制造的C25级石墨)进行CNC机械加工，形成具有表面14的结构3，从而制造模塑表面14，例如图9中所示。该等级石墨在300℃时的热膨胀系数为33×10^-7/℃，开口孔隙率水平约为10％，使得在加工期间气体能逸出玻璃，防止形成气泡。图9中所示模具表面设计是微型反应器中所用的代表性结构。在此，模具的特征元件高度为100微米至1.5毫米，宽度为100微米至7毫米。参见图9，模具具有蜿蜒的结构(高度＝1毫米，宽度＝4毫米)，是对应于混合器区的一种多部分结构，以及一些各种长宽比的柱和同心圆。

制备模塑玻璃片

参见图1，将如图9中所示的具有图案化第二表面14的第二结构3置于Borofloat^TM玻璃片形式的含玻璃的组合物2上。该玻璃片由第一结构1的第一表面12支撑。该第一和第二结构都由碳形成。将由NS30耐火金属机械加工得到的金属砝码形式的负荷物4置于第二结构3的顶部，从而增大图案化表面14的特征元件或区在加热期间穿入玻璃中的速率。砝码的质量和直径为1.5千克和100毫米。本过程的一个特别价值在于，不需要大的压力，因为重力和简单的砝码就能提供良好的结果。具体地说，模塑表面和含玻璃的组合物之间的压力优选小于100千帕，更优选小于10或者甚至1千帕。

将层叠组件10装入烘箱中，在氮气流下加热。在引入氮气之前，通过真空排出烘箱中的空气。炉温在2小时内升高至900℃，使玻璃片粘性变形至表面14的凹槽中。保持1小时，然后在5小时内冷却至室温。手工拆开第一和第二结构以及玻璃成形片。图10和11显示由上述过程形成的Borofloat玻璃成形片51(3.5毫米厚度)。模塑表面14的所有特征元件、甚至最复杂的特征元件，都完美地复制在玻璃表面上。而且，由图11可知，甚至对应于模具上因为CNC设备的工具动作导致的模具机械加工缺陷的特征元件53都压制到玻璃片表面上。

组装微流体器件

要制造微流体组件57，在800℃、在空气中将以上过程制造的两个玻璃成形片密封在一起。参见图12，蜿蜒特征元件(深色)形式的流体通路55的高度为2毫米，宽度为4毫米。该组件能承受约60巴的压力值。没有观察到密封界面发生强度变差的情况。

图13显示第二成形制品的照片。该样品通过以上相同过程但是使用硅晶片作为与Borofloat玻璃片接触的具有第一表面的第一结构而获得。

由本文所述步骤生产的三个或更多个成形制品组装制得的微流体器件、尤其是如果所有通孔都作为最初形成方法的一部分而形成时，这种微流体器件具有特殊的价值。例如，可以将成形结构91、93、95、97和99层叠和密封在一起，形成多层微流体器件。

Claims

1.一种形成含玻璃的物品的方法，该方法包括：

提供具有第一表面的第一结构；

将第一和第二结构以及第一用量的组合物一起加热至足以软化第一用量的组合物的程度，使得第一和第二结构在重力或以其他形式施加的力的作用下彼此相向运动，从而在第一用量的组合物中形成第二表面的图案；

将第一和第二结构以及第一用量的组合物一起冷却至足以稳定第一用量的组合物以及在第一用量的组合物中形成的图案的程度，

其中，第二结构包含开口孔隙率至少为5％的多孔碳，该方法还包括从第二表面去除第一用量的组合物，而不损坏第一用量的组合物或第二表面，使得所述第二表面可以再次使用，第一用量的组合物形成第一成形制品。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一用量的组合物包含由透明玻璃构成的玻璃。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组合物包含含有玻璃-陶瓷的玻璃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组合物包含含有玻璃复合体的玻璃。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述玻璃复合体包含陶瓷填充的玻璃。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述陶瓷包含氧化铝。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一用量的含玻璃的组合物为片的形式。

8.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一用量的含玻璃的组合物为玻璃料的形式。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述含玻璃的组合物为填充的玻璃料的形式。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述第一用量的组合物不含有机粘结剂。

11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤包括至少冷却到100℃。

12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，所述加热步骤在惰性气氛中进行。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述加热步骤在大气压下进行。

14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一表面是图案化的。

15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述加热步骤包括第一和第二结构彼此相向运动直至第二结构的图案化表面的一个或多个区接触第一表面。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述一个或多个区包括与第二结构的图案化表面的周边间隔的区，从而在第一成形制品中形成一个或多个通孔。

17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述一个或多个区包括位于第二结构的图案化表面的周边的区。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，位于第二结构的图案化表面的周边的区包围第二结构的图案化表面。

19.如权利要求1-18中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二结构具有与所述第二表面相反的表面，所述方法还包括提供具有第三表面的第三结构，在所述第三表面和与所述第二表面相反的表面之间设置第二用量的含玻璃的组合物，将第一、第二和第三结构以及第一和第二用量的含玻璃的组合物一起加热至足以软化第一和第二用量的含玻璃的组合物的程度，使得第一和第二结构以及第二和第三结构在重力或以其他方式施加的力的作用下彼此相向运动，所述第二用量的组合物形成第二成形制品。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述相反表面和第三表面中的至少一个表面是图案化的。

21.如权利要求1-20中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一结构包含开口孔隙率至少为5％的多孔碳。

22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括连接所述第一和第二成形制品，形成具有至少一个内部通道的含玻璃物品。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述连接步骤包括在第一和第二成形制品接触的情况下一起加热这两个成形制品。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述连接步骤包括将第一和第二成形制品与设置在这两个成形制品之间的玻璃料一起加热，从而在所述第一和第二成形制品之间形成玻璃料连接或密封。

25.如权利要求1-24中任一项所述的方法，其特征在于，还包括在第一用量的组合物以及第一和第二表面之间提供脱模剂。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述脱模剂包括炭黑。

27.如权利要求1-26中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一结构包含开口孔隙率至少为10％的多孔碳，所述方法还包括从第一表面去除第一用量的组合物，而不损坏第一表面，使所述第一表面可以再次使用。

28.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，加热步骤包括将所述第一用量的含玻璃的组合物熔合至所述第一表面，所述第一成形制品还包含所述第一结构。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括将所述第一成形制品连接至第二制品，形成具有至少一个内部通道的含玻璃物品。

30.如权利要求1-29中任一项所述的方法，其特征在于，所述重力或以其他方式施加的力施加小于100千帕的压力。