CN101687682B - 制备烟炱玻璃板和烧结玻璃板的方法及设备 - Google Patents

制备烟炱玻璃板和烧结玻璃板的方法及设备 Download PDF

Info

Publication number
CN101687682B
CN101687682B CN2008800233593A CN200880023359A CN101687682B CN 101687682 B CN101687682 B CN 101687682B CN 2008800233593 A CN2008800233593 A CN 2008800233593A CN 200880023359 A CN200880023359 A CN 200880023359A CN 101687682 B CN101687682 B CN 101687682B
Authority
CN
China
Prior art keywords
soot
plate
glass
soot plate
rotating cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2008800233593A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101687682A (zh
Inventor
M·D·布拉迪
D·W·霍托夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corning Inc
Original Assignee
Corning Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Corning Inc filed Critical Corning Inc
Publication of CN101687682A publication Critical patent/CN101687682A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101687682B publication Critical patent/CN101687682B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1484—Means for supporting, rotating or translating the article being formed
    • C03B19/1492—Deposition substrates, e.g. targets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1453—Thermal after-treatment of the shaped article, e.g. dehydrating, consolidating, sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00—Type of glass produced
    • C03B2201/02—Pure silica glass, e.g. pure fused quartz
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00—Type of glass produced
    • C03B2201/06—Doped silica-based glasses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2207/00—Glass deposition burners
    • C03B2207/50—Multiple burner arrangements
    • C03B2207/52—Linear array of like burners

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Abstract

制备玻璃烟炱板和烧结玻璃板的设备和方法。可在转筒的弯曲沉积表面(103)上沉积玻璃烟炱颗粒。然后，从沉积表面上剥离烟炱板。将烟炱板烧结成固结玻璃。烟炱板和烧结玻璃可具有足够的长度和挠性，以便卷成卷材(117)。

Description

制备烟炱玻璃板和烧结玻璃板的方法及设备
相关申请交叉参考
本申请要求2007年5月7日提交的美国专利申请第11/800585号的优先权，其内容通过参考并入本文。
技术领域
本发明涉及制备玻璃板的方法。具体地，本发明涉及用于制备烟炱(soot)玻璃板和烧结玻璃板的烟炱法，以及用于此法的设备。本发明可用于例如制备可卷起的挠性长玻璃板，如二氧化硅玻璃板。
背景技术
在现有技术中，有许多制备玻璃板材的商业方法。例如，浮法是在熔融金属槽液上形成玻璃板。此方法可用于制备具有很宽组成范围的玻璃板材。此法的另一优点是它能在暴露于空气的一侧获得高表面质量。然而，此法要求金属熔体与玻璃熔体之间直接接触，这将对界面造成不必要的污染，并导致界面间表面质量不及原始表面。因此，为了生产出两个主表面均具有原始表面质量的高质量玻璃板，可能需要对浮法生产的玻璃板进一步进行表面抛光，而这是支出非常大的步骤。不仅如此，我们相信浮法未曾用于制备可卷起的薄玻璃带。
熔合拉制法是当前制备具有极高表面质量的薄玻璃板，如用作LCD基板的薄玻璃板的方法之一。因为玻璃板的两个主表面在成形过程中不直接接触任何载体材料，所以它们能同时获得高表面质量。然而，为适应此方法，玻璃必须在液相线黏度、应变点等方面满足一定条件。因此，对于许多玻璃组成，此方法无法高效率地使用并获得良好效果。不仅如此，众所周知的是，此方法需要使用昂贵的机械。尽管熔合拉制法制得的LCD玻璃基板非常薄，但是它们也没有薄到足以产生许多应用所需要或所希望具有的挠性的程度。
特别是对于高二氧化硅玻璃板，如包含至少90摩尔％的二氧化硅的玻璃板材，浮法和熔合拉制法均不实用，因为该玻璃材料具有高软化点。尺寸大、纯度高的二氧化硅玻璃板可用作常规光掩模基板、LCD图像掩模基板等。这种二氧化硅玻璃板一般通过对大块二氧化硅玻璃锭进行切割、磨光和抛光来制备，所述二氧化硅玻璃锭在例如大型火焰水解炉中生产，这是花费极高、损耗很大的方法。这种切片和抛光方法花费太高，不适用于制备厚度低于500μm、厚度均匀性好且表面质量不错的挠性二氧化硅薄玻璃板。因此，迫切需要一种花费低廉的替代方法，用于制备需要具有高表面质量和均匀厚度的二氧化硅玻璃板。
通过提供烟炱法制备玻璃板材，本发明的一些实施方式满足了上述需要。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供了一种制备玻璃板的方法，它包含以下步骤：
(A)供给大量玻璃烟炱颗粒；
(B)将所述玻璃烟炱颗粒沉积在转筒(rotating drum)的弯曲沉积表面上，形成烟炱板；以及
(C)从转筒表面上剥离至少部分烟炱板。
在本发明方法的一些实施方式中，步骤(A)包含通过燃烧器阵列产生大量玻璃烟炱颗粒。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(B)中，沉积表面上形成的烟炱板具有基本均匀的厚度。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(B)中，转筒具有绕轴旋转的圆柱形沉积表面，玻璃颗粒沉积在所述表面上。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(B)中，所形成的烟炱板基本是连续的。在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(B)中，沉积表面上形成的烟炱板的平均厚度为10-400μm，在一些实施方式中为20-350μm，在一些实施方式中为50-300μm，在其他一些实施方式中为50-200μm。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(C)中，向沉积表面上要剥离烟炱板的位置喷射气体，以帮助剥离烟炱板。
在本发明方法的一些实施方式中，所述方法在步骤(C)之后包含以下步骤(D)：
(D)在转筒仍在旋转和部分烟炱板仍保持附连在沉积表面上的情况下，将刚刚从沉积表面上剥离下来的那部分烟炱板从沉积表面上移走。
在本发明方法的一些实施方式中，步骤(D)与步骤(B)同时进行。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(D)中，刚刚从沉积表面上剥离下来的那部分烟炱板从剥离它的转筒沉积表面上移走的方向基本与沉积表面相切。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(D)中，烟炱板的移动由与烟炱板主表面接触的烟炱板引导装置引导。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(D)中，烟炱板引导装置仅与烟炱板主表面的边缘部分接触。
在本发明方法的一些实施方式中，所述方法还包含以下步骤(EE)：
(EE)将烟炱板烧结为致密化玻璃板。
在本发明方法的一些实施方式中，所述方法还包含以下步骤(E)：
(E)将部分移动的烟炱板加热到烧结温度，从而将至少部分烟炱板烧结为致密化玻璃。
在本发明包含步骤(E)的方法的一些实施方式中，烧结玻璃板的厚度为10μm-300μm，在一些实施方式中为10μm-200μm，在一些实施方式中为20μm-300μm，在一些实施方式中为20μm-200μm，在一些实施方式中为30μm-300μm，在一些实施方式中为30μm-200μm，在其他一些实施方式中为50μm-200μm。
在本发明包含步骤(E)的方法的一些实施方式中，在步骤(E)中，对烟炱板的多个部分进行烧结，烧结部分形成连续的致密化玻璃板。在一些实施方式中，烧结依次进行。
在本发明包含步骤(E)的方法的一些实施方式中，在步骤(E)中，正在烧结的烟炱板的主表面大部分在烧结过程中不与固体物发生物理接触。
在本发明包含步骤(E)的方法的一些实施方式中，在步骤(E)中，烟炱板正在烧结的部分基本处于竖直位置。
在本发明包含步骤(E)的方法的一些实施方式中，在步骤(E)中，正在烧结的烟炱板至少有一个主表面的边缘部分与烟炱板引导装置接触。
在本发明包含步骤(E)的方法的一些实施方式中，在步骤(E)中，正在烧结的烟炱板两个主表面的两个边缘部分的两侧均与烟炱板引导装置接触，烟炱板引导装置在烧结过程中在烟炱板上施加拉伸应力。
在本发明包含步骤(E)的方法的一些实施方式中，在步骤(E)中，烟炱板引导装置包括引导辊。
在本发明包含步骤(E)的方法的一些实施方式中，在步骤(E)中，烟炱引导装置包括移动带或夹持辊。
在本发明方法的一些实施方式中，所述方法还包含以下步骤(FF)：
(FF)将至少部分烟炱板卷成一卷。
在本发明方法的一些实施方式中，所述方法还包含以下步骤(FFF)：
(FFF)将烟炱板切成分立的烟炱板体。
在本发明方法的一些实施方式中，所述方法还包含：
(FFF-1)烟炱板边缘修整装置，用于除去烟炱板的边缘部分。
在本发明包含步骤(E)的方法的一些实施方式中，所述方法还包含以下步骤(F)：
(F)将至少部分包含致密化玻璃的板材卷成一卷。
在本发明包含步骤(E)的方法的一些实施方式中，在步骤(E)中，对烟炱板的多个部分进行烧结，烧结的部分形成致密化连续板材，且所述方法还包含在步骤(E)之后的以下步骤(FA)：
(FA)将致密化连续玻璃板卷成一卷。
在本发明方法的一些实施方式中，步骤(A)包含在玻璃烟炱颗粒中加入掺杂剂。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(B)中，沉积的烟炱板基本由单层玻璃颗粒组成，所述玻璃颗粒具有基本均匀的组成。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(B)中，沉积的烟炱板包含至少两层玻璃颗粒，每层玻璃颗粒的组成不同于连续层的组成。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(B)中，沉积的烟炱板基本由单层玻璃颗粒组成，所述玻璃颗粒的局部烟炱密度变化较小。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(B)中，沉积的烟炱板包含至少两层玻璃颗粒，每层玻璃颗粒的平均烟炱密度不同于连续层的平均烟炱密度。
在本发明方法的一些实施方式中，在步骤(A)中，玻璃烟炱颗粒包含至少90重量％的二氧化硅(在一些实施方式中包含至少95％，在其他一些实施方式中至少98％)。在一些实施方式中，二氧化硅烟炱颗粒通过火焰水解形成。
本发明的第二个方面涉及制备玻璃板的设备，它包括：
(I)用于供给玻璃烟炱颗粒的烟炱供给装置；
(II)具有弯曲的外沉积表面的转筒，玻璃烟炱颗粒可沉积在该表面上，形成烟炱板；
(III)用于从转筒外沉积表面上剥离至少部分烟炱板的烟炱板剥离装置；以及
(IV)用于将刚刚从沉积表面上剥离下来的那部分烟炱板引离转筒外沉积表面的烟炱板引导装置。
在本发明设备的一些实施方式中，烟炱供给装置(I)包含燃烧器阵列。
在本发明设备的一些实施方式中，转筒(II)至少在提供外沉积表面的外围区域包含耐火材料。在一些实施方式中，所述耐火材料选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆、锆石和耐火金属。
在本发明设备的一些实施方式中，烟炱板剥离装置(III)包含气体喷射器。
在本发明设备的一些实施方式中，烟炱板引导装置(IV)包含辊。在一些实施方式中，烟炱板引导装置(IV)包含多个辊，所述辊夹持烟炱板主表面的边缘部分。
在本发明设备的一些实施方式中，烟炱板引导装置包含辊，且所述辊经定位后，基本仅与烟炱板主表面的边缘部分直接接触。
在本发明设备的一些实施方式中，所述设备还包含：
(IV-1)用于切断部分烟炱板的烟炱板切割装置。
在本发明设备的一些实施方式中，所述设备还包含：
(IV-2)用于使烟炱板形成卷材的烟炱板卷起装置。
在本发明设备的一些实施方式中，所述设备还包含：
(IV-3)用于除去烟炱板边缘部分的烟炱板边缘修整装置。
在本发明设备的一些实施方式中，所述设备还包含：
(V)用于将至少部分烟炱板烧结成致密化玻璃板的烟炱板烧结装置。
在本发明设备的一些实施方式中，所述设备包含烟炱板烧结装置(V)，且该烟炱板烧结装置(V)包含多个烟炱板引导装置(如夹持辊)，所述引导装置在烧结烟炱板时向烟炱板提供拉伸应力。
在本发明设备的一些实施方式中，所述设备包含烟炱板烧结装置(V)，且该烟炱板烧结装置(V)包含感应加热器。
在本发明设备的一些实施方式中，所述设备包含烟炱板烧结装置(V)，且该烟炱板烧结装置(V)具有一定取向，使得烟炱板受热时，烟炱板在重力作用下产生的下垂可忽略不计。
在本发明设备的一些实施方式中，所述设备还包含：
(VI)用于切断部分玻璃板的玻璃板切割装置。
在本发明设备的一些实施方式中，所述设备还包含：
(VII)用于使玻璃板形成卷材的玻璃板卷起装置。
本发明方法和设备的一些实施方式具有以下一个或大量优点：(i)无需液态金属槽液即能连续形成玻璃板；(ii)进行最少的表面抛光或不再进行表面抛光即能产生具有高表面质量的玻璃板；(iii)能产生具有均匀厚度和组成的烟炱玻璃板；(iv)能产生厚度非常均匀的薄玻璃板；以及(v)能产生具有多个化学组成和/或物理性质不同的层的玻璃板。对于许多应用来说，具有上面一个或多个优点是非常适宜的。
本发明的其他特征和优点将在以下详细描述中陈述，一部分在本领域的技术人员阅读该描述后将变得显而易见，或者可通过如本发明的文字描述、权利要求书以及附图所述实施本发明而认识到。
应当理解，前文概述和下文详述都仅仅是对本发明示例性说明，其意图是为理解要求专利权的本发明的性质和特点提供全面评述或框架。
本申请所含附图用于进一步理解本发明，它们包含在本说明书中并构成其一部分。
附图说明
在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式，能够连续生产玻璃板的工作设备的示意图。
图2是图1所示工作设备的烟炱沉积部件和烟炱剥离部件沿烟炱沉积转筒的旋转轴线方向看去的示意图。
图3是本发明另一实施方式的工作设备的烟炱沉积部件和烟炱剥离部件沿烟炱沉积转筒的旋转轴线方向看去的示意图。
图4是根据本发明的一个实施方式，沿基本平行于在烧结烟炱板的主表面的方向看去时，一个工作设备的烧结区横截面的示意图。
图5是根据本发明的一个实施方式，说明玻璃板制备方法的示意流程图。
图6是包含两个分立烟炱颗粒层的烟炱板的横截面示意图。
具体实施方式
除非另有说明，所有数字，如说明书和权利要求书中用来表达成分的重量百分数、尺寸以及一些物理性质的量值的数字，都应理解为在所有情况下均受“约”字修饰。还应理解，说明书和权利要求书中所用的精确数值构成本发明的另外的实施方式。发明人已尽力保证实施例中所披露的数值的准确性。然而，由于相应测量技术中存在标准偏差，任何测量的数值都不可避免地包含一些误差。
在描述本发明和要求相关权利时，本文所用不定数量词“一个”或“一种”表示“至少一个/一种”，而不限于“仅有一个/一种”的情形，除非有明确的相反说明。因此，例如“一个主表面”这个提法包括涉及一个或两个主表面的实施方式，除非上下文清楚地作出其他说明。
本文所用一个“烟炱层”或一个“烟炱的层”意指与相邻颗粒粘结或不粘结、厚度等于或大于单个颗粒平均直径且分布基本均匀的一层玻璃颗粒。因此，一个烟炱层可在其厚度上包含大量颗粒。“分布基本均匀”意指颗粒按一定方式排布，使得对材料的最终应用比较重要的层中，单位体积内的平均组成和性质基本相同。当然，随着分辨率变得越来越小，所述组成和/或性质可以在一定范围内发生偏离。不过，只要这种偏离对材料的目标用途来说并不显著，单个烟炱层内的这种偏离是可容忍的。当烟炱板包含多个烟炱层时，毗邻层之间在组成和/或性质上的差异对材料的目标用途来说是弥足重要的。如本领域的普通技术人员通常所理解的，只要毗邻层界面的厚度对材料的最终应用目的没有显著影响，毗邻层界面处的组成和/或性质可以在一定程度上偏离这两层体相中的组成和/或性质。图6简要示出了两层烟炱板的横截面。一种玻璃颗粒构成第一烟炱层601，另一种颗粒构成第二层603，该层与第一个烟炱层601相邻并具有不同的组成和/或物理性质。在层601和603的界面区605中，可能出现这两种颗粒掺混的现象。除非另有具体说明，本文所用“玻璃板”既包括由固结玻璃制成的板材，也包括含大量玻璃烟炱颗粒的板材(即烟炱板)。如本领域通常所理解的，板具有两个面积大于其他所有表面的连续表面。本文所用“两个具有最大面积的连续表面”称作主表面。在一些实施方式中，主表面的面积大于或等于第三大表面的面积的5倍。两个主表面在某一位置上的距离叫作板在该位置上的厚度。在本发明的包括烟炱板和烧结玻璃板在内的板材的一些实施方式中，将板放置在平坦基材表面上时，两个主表面基本相互平行。在这些实施方式中，板沿主表面具有基本均匀的厚度。在其他一些实施方式中，两个主表面可以不相互平行，板在不同位置上的厚度可以变化。板的主表面中，可以有任意一个是平整的或弯曲的，也可以两个都是平整的或弯曲的。烟炱板是含至少一个烟炱层的板材，其中玻璃烟炱颗粒与邻近的至少部分颗粒连接并粘结起来。然而，在烟炱板中，在至少一些颗粒的颗粒边界处存在孔隙。在完全致密化的理想玻璃中，材料中不存在孔隙，此时玻璃在给定温度和压力下将达到最大密度。
制备玻璃材料的各种烟炱沉积法是公知的。例如，用OVD法(外气相沉积法)、IVD法(内气相沉积法)和VAD法(气相轴向沉积法)制备掺杂和未掺杂的高纯熔融二氧化硅材料。OVD法、IVD法和VAD法通常是两步法，第一步在心轴或饵棒外表面上沉积玻璃烟炱颗粒，形成烟炱体；第二步将烟炱体烧结成固结玻璃。美国专利申请第11/305857号披露了制备熔融二氧化硅玻璃的平面沉积法，具体是在旋转基材的基本平整的沉积表面上沉积一层二氧化硅烟炱颗粒，然后将烟炱层烧结成固结玻璃。要制备大面积烟炱板或玻璃板，本领域公知的这些方法和设备是不经济的；不经改进，它们不能直接用来以连续方式制备烟炱板或玻璃板。
本文所用术语“低的局部烟炱密度变化”意指在主表面之一中的半径至少为0.2mm、在一些实施方式中优选至少为0.2cm的取样区里，所沉积烟炱板或所沉积单层烟炱颗粒的局部烟炱密度变化小于取样区的平均体相密度的20％，或者小于0.2g/cm3，二者取其大者。在本发明的一些实施方式中，在主表面之一中的半径至少为0.2mm、在一些实施方式中优选至少为0.2cm的取样区里，用本发明的方法或设备沉积的烟炱板的局部烟炱密度变化小于取样区的平均体相密度的10％，或者小于0.1g/cm3，二者取其大者。在本发明中，在具有给定厚度的确定区域里，给定位置的“局部烟炱密度”是在该给定位置的整个厚度上测得的局部烟炱密度的平均值。任意选择局部烟炱密度测量值的分辨率，作为10μm×10μm×10μm立方空间里的平均烟炱密度。烟炱密度通过以下方式计算：烟炱颗粒的质量除以烟炱颗粒所占据的给定体积，所述体积包括所有烟炱颗粒以及颗粒内部和颗粒之间的所有孔隙和自由空间的总体积。
术语“基本均匀的温度”意指所涉表面或物体具有平均温度Tm，该表面或物体的不同位置的温度在Tm±50℃的范围内。平均温度Tm可随时间变化。在本发明的一些实施方式中，具有基本均匀的温度的表面或物体在不同位置的温度宜在Tm±25℃的范围内，在其他一些实施方式中在Tm±10℃的范围内。
在本文中，“烧结玻璃”和“固结玻璃”可互换使用，意指这样一种玻璃材料，其密度高于或等于在STP条件下(压力为101.325kPa，温度为273K)具有相同化学组成和微结构的玻璃材料的最高可能密度(D最大)的95％。在一些实施方式中，烧结玻璃的密度宜至少为STP条件下D最大的98％。在一些实施方式中，烧结玻璃的密度宜至少为STP条件下D最大的99％。在一些实施方式中，烧结玻璃的密度宜至少为STP条件下D最大的99.9％。
本发明人已经发现，有可能将沉积表面上形成的玻璃烟炱板剥离下来而不使其破裂。这种玻璃烟炱板可转移到下游加工成固结玻璃板。基于此项发现和其他专业技术，本发明人设计了制备包括玻璃烟炱板和烧结玻璃板在内的玻璃板材的方法和设备。对于烧结玻璃板，本发明方法基本上是从烟炱到玻璃的方法，即它需要先进行形成烟炱板的步骤，然后进行将烟炱板烧结成固结玻璃板的步骤。
从广义上讲，本发明方法包含以下步骤：
(A)供给大量玻璃烟炱颗粒；
(B)将所述玻璃烟炱颗粒沉积在转筒的弯曲沉积表面上，形成烟炱板；以及
(C)从转筒表面上剥离至少部分烟炱板。
烟炱板本身具有许多应用。为获得固结玻璃，需要对烟炱板再进行烧结步骤。
从广义上讲，本发明设备包含：
(I)用于供给玻璃烟炱颗粒的烟炱供给装置；
(II)具有弯曲的外沉积表面的转筒，玻璃烟炱颗粒可沉积在该表面上，形成烟炱板；
(III)用于从转筒外沉积表面上剥离至少部分烟炱板的烟炱板剥离装置；以及
(IV)用于将刚刚从沉积表面上剥离下来的那部分烟炱板引离转筒外沉积表面的烟炱板引导装置。
为制备固结玻璃，需要用另外的组件烧结烟炱玻璃板。下面参考附图进一步描述和阐释本发明。应当理解，附图仅代表本发明的一些具体实施方式。因此，不应误以为本发明仅限于附图所示的实施方式。
本发明方法从供给玻璃烟炱颗粒的步骤开始。本领域公知用于供给烟炱颗粒的各种装置和方法均可采用。烟炱颗粒通常以烟炱流的形式转移到沉积表面上。可用于本发明方法的多种实施方式的烟炱供给装置包括：火焰水解燃烧器，如IVD法、OVD法和VAD法以及平面沉积法中常用的燃烧器。参见图1、2和3，105和106是燃烧器。例如，通过火焰水解生产二氧化硅玻璃的示例性燃烧器包含孔洞，通过该孔洞将含硅前体化合物如OMCTS(八甲基环四硅氧烷)引入H2、CH4或其他燃料的火焰中。OMCTS在火焰中氧化和水解，产生细二氧化硅烟炱颗粒。
燃烧器的运行通常涉及前体化合物在升高的温度下发生化学反应。美国专利第6606883号描述了用于生产掺杂和未掺杂熔融二氧化硅玻璃的燃烧器，其相关部分的全部内容通过参考并入本文。Cain等的美国专利第5922100号披露了可用于本发明的预混天然气燃烧器的例子，其相关部分的全部内容通过参考并入本文。然而，可用于本发明的燃烧器不限于美国专利第5922100号和第6606883号所述的燃烧器。美国专利第6837076号、第6743011号、第6736633号所提到的燃烧器同样可用于本发明。燃烧器可进一步辅以等离子体和其他加热手段。虽然燃烧器通常用于生产合成二氧化硅玻璃，但它们也可用来生产其他氧化物玻璃材料。
除了燃烧器外，其他装置，如等离子体加热烟炱喷溅器(sprayer)等，可用于供给本发明方法所需的烟炱颗粒。在等离子体加热烟炱喷溅器中，以一定速度供给具有单一组成或多种组成的预先形成烟炱颗粒，使其通过等离子体，该等离子体将烟炱颗粒加热到沉积步骤所需的温度。在本发明的一些实施方式中，还可利用燃烧器和等离子体加热烟炱喷溅器的组合供给玻璃烟炱颗粒。为方便起见，除非有相反说明，在下文中用“燃烧器”代表可用于本发明的所有烟炱供给装置。
所供烟炱颗粒可由基本上单一的氧化物组成，如生产未掺杂高纯二氧化硅玻璃的情况中那样。或者，烟炱颗粒可在供给步骤中进行掺杂。因此，例如，当烟炱供给装置包含火焰水解燃烧器时，掺杂可发生在火焰水解过程中，具体做法是向火焰中加入掺杂剂前体。在另一个例子中，当烟炱供给装置包含等离子体加热烟炱喷溅器时，可对喷溅器喷出的预形成烟炱颗粒进行预掺杂；或者，可将喷出的烟炱颗粒置于含掺杂剂的气氛中，使烟炱颗粒在等离子体中受到掺杂。在一些实施方式中，所供烟炱颗粒较好具有基本均匀的组成。在一些实施方式中，所供烟炱颗粒具有变化的组成。例如，主玻璃组分烟炱颗粒可由一个装置供给，而掺杂剂烟炱颗粒可由另一个独立装置供给。在一些实施方式中，烟炱颗粒可彼此混合，形成具有各种组成的复合颗粒。在一些实施方式中，还可以在将颗粒沉积到沉积表面之前，基本上阻止烟炱颗粒彼此附着形成混合颗粒。
烟炱颗粒沉积在旋转沉积转筒的弯曲表面上。弯曲表面103不与转轴104相交。在一些实施方式中，至少沉积转筒的外围部分由耐火材料制成，用来提供烟炱沉积表面。因此，沉积转筒可具有芯子和包层，所述芯子由例如钢、铝或其他材料制成，所述包层由不同的材料如二氧化硅、石墨、锆石、氧化锆等制成，用来提供沉积表面。或者，转筒可基本上采用单一材料制成，例如根据要形成的烟炱板所需的纯度，采用不同纯度的二氧化硅(高纯合成二氧化硅、较低级别或纯度的天然石英等)。转筒能绕轴104旋转。在一个有利的实施方式中，转筒具有基本上呈柱形的外表面，它可绕外表面的轴线旋转。在一个特别有利的实施方式中，转筒具有基本上呈圆柱形的外表面，它可绕外表面的轴线旋转，其外圆表面的半径为rr，其有效长度(定义为转筒上用于沉积烟炱颗粒的部分的长度)为HH。通过调节有效长度和/或外圆表面的直径大小，可调节烟炱板和烧结玻璃板的尺寸。
转筒的弯曲表面可具有各种形状。例如，可以设想，在一些实施方式中，弯曲表面可为封闭的光滑表面，如柱形表面；或具有突然拐点的封闭表面，如立方形表面、伸长立方形表面；一部分柱形表面与平坦表面的组合；等等。在图1-3中，所示转筒具有圆柱形外沉积表面103，燃烧器105和106产生的烟炱颗粒在其上沉积为连续烟炱层109和110。在另一个实施方式中，转筒具有基本上呈椭圆柱形的外表面，它绕外表面的中心轴线旋转。在一些有利的实施方式中，转筒做单向旋转，也就是在形成玻璃的过程中，转筒沿顺时针或逆时针的单一方向旋转。对于具有圆柱形外表面的转筒来说，这种单向旋转是特别有利的。然而，并不排除转筒在烟炱沉积过程中做振荡运动，也就是它可以间歇地改变旋转方向。对于具有椭圆柱形外表面的转筒来说，这种振荡运动是有利的。在一些实施方式中，烟炱颗粒沉积在转筒的部分沉积表面上。因此，对于圆柱形转筒，可设想各种实施方式，包括但不限于：(i)在一些实施方式中，所沉积的烟炱板仅覆盖转筒的部分长度；(ii)在一些实施方式中，从平行于柱体中心轴线的方向看去，沉积在表面上的烟炱板仅覆盖柱体的部分圆形横截面；以及(iii)在一些实施方式中，所沉积的烟炱板仅覆盖转筒的部分长度，且从平行于柱体中心轴线的方向看去，仅覆盖柱体的部分圆形横截面。若让烟炱颗粒顺着整个圆形横截面沉积，形成连续、封闭的套管，则在下一个步骤中，必须将该套管切成至少两个单独的部分，以便将烟炱板从沉积表面上剥离下来。为便于描述和阐释，烟炱板沿转筒的长度方向的维度称作烟炱板的宽度，而烟炱板沿沉积表面的圆形横截面的外周的维度称作烟炱板的长度。因此，若形成的烟炱板覆盖圆柱形转筒的整个长度但只覆盖其半个圆周，而转筒长度为HH，横截面半径为rr，则烟炱板的宽度将为HH，而长度将为π·rr。
在本发明的一些实施方式中，在沉积表面上形成的烟炱板主表面具有四个边：两个边基本上顺着转轴方向；另两个边顺着转筒的弯曲外表面的外周铺展并任选延伸。为便于描述，在本方法最初阶段形成的、基本上顺着烟炱板转轴方向的边称作烟炱板的第一端；在最后阶段形成的、基本上顺着转轴方向的烟炱板边称作烟炱板的第二端；顺着弯曲外表面的外周铺展和/或延伸的两个边(131和133)称作烟炱板的边缘。
在本发明的一些实施方式中，在沉积过程中，燃烧器105和106相对于转筒的转轴保持静止。在这些实施方式中，为了沿沉积表面获得较宽的烟炱板，需要大量燃烧器和/或燃烧器阵列。或者，可让燃烧器在转轴方向上沿转筒的长度做振荡运动，采用这种方式也是有利的。
在一些实施方式中，在将转筒的沉积表面上形成的烟炱板从沉积表面上取下后，希望能够将其放置在基材的平坦表面上而它不会因自身重力发生破裂。在一些实施方式中，甚至在将烟炱板从沉积表面上取下后，希望能够通过外力将其拉成或推成基本上平坦的几何形状而它不会发生破裂。为此，烟炱玻璃板宜具有一定程度的挠性，这样，施加到所需程度的应力就不会导致烟炱板破裂。烟炱板的挠性由以下因素决定，包括但不限于：(a)平均烟炱密度；(b)烟炱板的厚度；(c)沉积表面的曲率；(d)烟炱板形成时的温度；以及(e)烟炱板的厚度。对于具有基本上呈圆柱形的外沉积表面的转筒，其圆形横截面(被垂直于柱体中心轴线的平面剖切时)的直径越大，沉积的烟炱板的曲率越接近于平坦的平板，因而将烟炱板拉平或放平时，烟炱板受到的应力越小。烟炱板的挠性决定了能否用具有给定直径的心轴将烟炱板卷成卷材而不会破裂。
上文已提及，烟炱板的平均烟炱密度是决定烟炱板的挠性的因素之一。一般地，对于包含超过90％的二氧化硅的玻璃烟炱板，烟炱板的平均密度宜为0.50-1.50g·cm-3，在一些实施方式中为0.80-1.25g·cm-3。
在一些实施方式中，为了使烟炱板获得良好的挠性，板的厚度宜为10-400μm，在一些实施方式中为20-350μm，在一些实施方式中为50-300μm，在一些实施方式中为50-200μm。本发明人制备了可连续卷起的二氧化硅烟炱带，其厚度约为100μm，长度超过5m。
在一些实施方式中，所沉积的烟炱板具有低的局部烟炱密度变化是非常适宜的。在本发明的一些实施方式中，为了使最终的烧结玻璃板具有基本上均匀的组成，低的局部烟炱密度变化是非常重要的。除其他因素外，以下因素对烟炱板的局部烟炱密度变化有影响：(i)燃烧器或其他烟炱供给装置的设计和位置；(ii)燃烧器相对于沉积表面的移动；(iii)燃烧器或其他烟炱供给装置所供颗粒的温度变化；以及(iv)转筒的沉积表面的温度变化。包含大量燃烧器的燃烧器阵列105可有利地用来获得具有基本均一的化学组成和基本均匀的厚度的烟炱沉积层。“均匀的厚度”意指烟炱板的厚度变化小于或等于烟炱板平均厚度的20％。在一些实施方式中，烟炱板的厚度变化宜小于或等于烟炱板平均厚度的10％。在一些实施方式中，需要调整燃烧器相对于沉积表面的移动，以获得厚度基本均匀的烟炱板。在一些实施方式中，燃烧器105从转筒一侧振荡到另一侧，以沉积具有均匀厚度的烟炱板。在一些实施方式中，在燃烧器火焰直接接触沉积表面之前，沉积表面具有基本均匀的温度对于在烟炱板中获得均匀的局部烟炱密度可能很重要，如上文所提及的。为了将转筒的沉积表面控制在基本均匀的温度，可从内侧或外侧加热或冷却转筒。为便于在下游工艺步骤中将烟炱板从转筒的沉积表面上分离下来，烟炱颗粒的温度和沉积表面的温度不宜太高，以免烟炱颗粒熔化并永久性结合在烟炱沉积表面上。一般而言，烟炱颗粒在沉积时的平均温度越高，它们越有可能彼此结合，形成致密的牢固烟炱板。
为了获得烟炱板的高产量，可单独或以各种组合形式采取多种措施：(i)增大转筒旋转的角速度；(ii)增大转筒的横截面尺寸(如圆柱形鼓的直径)；(iii)增大转筒的有效长度；以及(iv)使用多个燃烧器(甚或多个燃烧器阵列)供给更多的烟炱颗粒。
参见图3，有两个燃烧器(或两个燃烧器阵列)105和106被用来在转筒的沉积表面上沉积两层烟炱109和110。在一些实施方式中，两层烟炱109和110宜具有基本相同的化学组成和物理性质，如平均烟炱密度、平均烟炱颗粒尺寸等。为此，燃烧器105和106可基本上相同，以供给两股组成基本相同的烟炱流。燃烧器105供给的烟炱颗粒经沉积后，形成与转筒的沉积表面直接接触的基层烟炱109。随后，燃烧器106供给的烟炱颗粒经沉积后，在烟炱层109上形成具有相同或不同厚度的另一个层110。层109和110一起构成烟炱板。在一些实施方式中，两个层109和110宜具有不同的化学组成。例如，每个层可包含掺有不同掺杂剂的二氧化硅颗粒。在一些实施方式中，两个层109和110宜具有基本相同的化学组成，但具有不同的物理性质，如平均烟炱密度、平均烟炱颗粒尺寸等。这种不同的层109和110一起构成具有多个子层的烟炱层，它具有许多应用。虽然图3仅显示了两层实施方式，但利用相同的设计原理，可以形成具有更多烟炱层的烟炱板。还可设想，利用单个燃烧器(或燃烧器阵列)间歇地和交替地供给烟炱颗粒，并仔细调整燃烧器(或燃烧器阵列)相对于转筒的沉积表面的移动，也可获得这种多层结构。若需要多个烟炱颗粒层，且希望避免相邻层的交叉污染，提供不同层的多个燃烧器在操作中宜处于物理分离状态。这种物理分离可通过以下方法实现，包括但不限于：(i)调整燃烧器的移动；(ii)让燃烧器在不同的时段工作；以及(iii)在燃烧器之间施加物理隔板，以防一股颗粒流中的烟炱颗粒进入另一股颗粒流。
在本发明的一些实施方式中，转筒的沉积表面上形成的烟炱板可保留在沉积表面上，直至沉积过程完成。因此，具有所需长度、宽度和厚度的烟炱板在沉积表面上形成之后，可关闭燃烧器，然后从沉积表面上剥离如此形成的烟炱板。或者，在本发明的其他一些实施方式中，如下文将要更详细描述的，所形成的部分烟炱板可连续地从转筒的沉积表面上剥离，并连续移走。本文所用“剥离”意指使之脱离。
刚开始在沉积表面上形成烟炱板时，烟炱颗粒与沉积表面发生一定程度的结合是必要的。然而，如上文所指出，若烟炱板与沉积表面之间结合太强，则可能给从沉积表面上剥离烟炱板的操作造成困难。沉积表面与沉积于其上的烟炱板发生有限结合对于方便剥离烟炱板具有决定性影响。在一些实施方式中，若烟炱板与沉积表面具有不同的热膨胀系数(CTE)，当沉积烟炱颗粒形成烟炱板的位置与从沉积表面上剥离烟炱板的位置之间存在温度梯度时，可削弱上述结合的强度，由于温度梯度引起的应力，剥离可自动发生。在其他一些实施方式中，可利用一些工具(“烟炱板剥离装置”)和/或方法诱导、引发或辅助烟炱板从沉积表面上剥离。烟炱板剥离装置的例子包括但不限于：刀，凿，切割线或丝，或者气流。气流(“气体喷射器”)107可有利地用于一些实施方式，因为它能冷却或加热烟炱板和/或沉积表面，在界面处引入热应力；或者将应力保持在所需范围内；以及清洁沉积表面，它们均同时发生。气体喷射器的另一个优点是它能通过调节其压力来调节它施加在烟炱板上的机械力，并能通过选择气体喷射器的方向及尺寸，探明对烟炱板施加力的位置。当气体喷射器使用一股压缩空气时，有时被称作气刀。
烟炱板可在其仍在旋转或处于静止时从转筒的沉积表面上剥离。在本发明的一些实施方式中，在剥离烟炱板并将其从沉积表面移走时，转筒保持静止，剥离过程自烟炱板的第一端和第二端之一开始，或自二者同时开始。在这些实施方式中，通常在烟炱板与沉积表面之间的界面处对烟炱板施加机械力，以便从沉积表面逐渐剥离烟炱板。在其他一些实施方式中，在剥离烟炱板并将其从沉积表面移走时，转筒在旋转，并且以连续方式将刚刚从沉积表面剥离下来的那部分烟炱板从沉积表面移走，如同将其卷离沉积表面一样。在这些实施方式中，为辅助剥离，可有利地采用气体喷射器，将其对准发生剥离的位置。在这些实施方式中，烟炱板相对于沉积表面移动的方向一般适宜与弯曲的沉积表面基本相切。“基本相切”意指烟炱板相对于沉积表面移动的方向与弯曲表面在剥离位置的切线方向相差10°以内。使烟炱板的移动基本保持切线方向可减小在剥离位置处施加在烟炱板上的应力，以免引起烟炱板破裂。
因此，从图1、2和3以及上面的描述可看出，在本发明的一些实施方式中，有可能如下所述在步骤(C)之后进行步骤(D)：
(D)在转筒仍在旋转和部分烟炱板仍保持附连在沉积表面上的情况下，将刚刚从沉积表面上剥离下来的那部分烟炱板从沉积表面上移走。
如图1、2和3所示，在本发明的一些实施方式中，还可以同时进行步骤(B)和(D)，从而能够连续生产延长的烟炱板，同时保持转筒基本不间断地旋转多个圈。这些包含连续过程的实施方式是特别有利的，它们能连续不断地生产长带式烟炱板和玻璃板。
在一些实施方式中，特别是在涉及连续生产长带式烟炱板和/或烧结玻璃板的实施方式中，当进行上述步骤(D)时，有利的做法是，利用特定的烟炱板引导装置，引导剥离下来的烟炱板从沉积表面连续移走。在本发明的一些实施方式中，烟炱板引导装置与烟炱板的主表面直接接触，在烟炱板移动时，对其提供支撑和引导。在其他一些实施方式中，烟炱板引导装置包含大量构件，它们与烟炱板的两个主表面均直接接触。因为烟炱板的厚度通常比其主表面的尺寸小得多，所以烟炱板引导装置宜直接接触烟炱板主表面，以便为烟炱板的移动提供有意义的引导和/或动力。为保持烟炱板的高表面质量，并避免烟炱板引导装置如辊的污染和刮擦，烟炱板引导装置(111、113、405)宜基本上仅直接接触烟炱板主表面的边缘部分。“主表面的边缘部分”意指靠近主表面边缘(如上文所定义)的部分。在一些这样的实施方式中，这样的多个构件夹住烟炱板。烟炱板引导装置在一些实施方式中是有源的，即它通过并非由非烟炱板提供的外力驱动，使得该装置提供使烟炱板沿所需方向移动的部分力。在一些实施方式中，烟炱板引导装置是无源的，即除与之接触的烟炱板提供的外力以外，它不受其他外力驱动，烟炱板引导装置的任何构件在移动时所需的能量由直接接触该装置的烟炱板提供。在本发明的一些实施方式中，烟炱板引导装置包含运送带。在其他一些实施方式中，烟炱板引导装置包含引导辊。
烟炱板从沉积表面剥离和运走之后，可利用烟炱板切断装置将其切割成较小的分立烟炱片。可利用各种切割装置和方法切断烟炱板。在一些实施方式中，激光切割是特别有利的。然后，可直接使用这种烟炱板片，或者在下游经进一步处理后再使用，所述下游加工包括但不限于下文将更详细描述的烧结。若需要，也可将烟炱板卷成成卷的烟炱板，在成卷烟炱板的相邻表面之间可放置间隔材料如纸、布等，也可不放置。若需要，在将烟炱板切割成分立的片以供下游使用之前，或者在将烟炱板卷成卷材之前，可除去烟炱板的一个边缘部分，在一些实施方式中两个边缘部分均除去。同样，激光切割等方法可有利地用于除去边缘。
当需要烧结玻璃板时，可对根据本发明形成的烟炱板或其一部分进行烧结步骤(EE)，将烟炱板加热至烧结温度，烟炱板中的烟炱颗粒由此转变为致密化玻璃板片。若进行步骤(D)，宜随后进行下面的步骤(E)，以获得烧结的玻璃片：
(E)将部分移动的烟炱板顺次加热到烧结温度，从而将至少部分烟炱板烧结为致密化玻璃。
因此，在一些实施方式中，可将连续移动的烟炱板送入本发明设备的烧结区(193)，其中至少部分烟炱板被加热到足够高的温度并保持足够长的时间，将该部分烟炱板转化为致密化玻璃。本领域的技术人员能够根据玻璃的组成、最终玻璃所需的质量和生产工艺的产量等因素，确定恰当的烧结温度和烧结时间。例如，为烧结高纯二氧化硅烟炱板，烧结温度通常宜为1000-1600℃，在一些实施方式中为1400-1600℃。如本领域的技术人员通常所知晓的，在烧结阶段，形成烟炱板的烟炱颗粒可在颗粒边界形成更多的化学键，产生更大的连续玻璃网络。在一些实施方式中，烧结宜产生基本不含孔隙和气泡的玻璃材料。
在本发明的一些实施方式中，烧结宜以一定方式进行，使所得烧结玻璃不因玻璃板的重力等因素而显著下垂。避免因重力而下垂的一种措施是在烧结中将烟炱板置于基本竖直的位置，即烟炱所受重力基本平行于板的主表面。当然，可稍微偏离恰好竖直的位置，例如偏离±15°，在一些实施方式中偏离±10°，在其他一些实施方式中偏离±5°，这些情形应视为在“基本竖直”的含义之内。在烧结过程中减缓玻璃下垂的另一种措施是在烟炱板和/或玻璃板上施加拉伸应力。这种拉伸应力可通过烟炱板引导装置，如夹持辊(111、113、405)和/或夹持运送带施加。在烧结过程中，由于烟炱板结构的固结，烟炱板的密度通常随烧结过程的进行而增大。若不在烟炱板上施加拉伸应力，烟炱板将收缩。因此，在烧结过程中对烟炱板施加拉伸应力还可导致烟炱板变薄，特别是当用夹持引导装置施加拉伸应力，且在整个烧结区(401)中，所述装置之间具有基本恒定的距离时。若在烧结过程中对烟炱板施加拉伸应力，则可将烟炱板置于基本水平的位置、如上所述基本竖直的位置或者居于这两种位置之间的倾斜位置。在烧结过程中，拉伸应力可抵消重力的作用，防止烟炱板和/或玻璃板下垂。
在一些实施方式中，作为烧结烟炱板的结果，至少大部分玻璃板极宜具有高的主表面质量：表面起伏低；表面粗糙度低；基本没有擦痕。这种高表面质量对于例如LCD显示器基板特别有利。可采取若干措施获得上述高质量表面的一个或多个特性。例如，为该目的，在烧结烟炱板时，宜使至少一个(在一些实施方式中同时使两个)主表面的大部分(50％，在一些实施方式中至少60％，在一些实施方式中至少70％，在一些实施方式中至少80％，在一些实施方式中至少90％，在其他一些实施方式中至少95％，在其他一些实施方式中至少98％)暴露于气体或真空而不直接接触固体物。据信，在保持主表面暴露于气体或真空时进行的烧结，可消除烟炱板表面上的部分缺陷(若存在缺陷)，并产生具有上述高质量表面的一个或多个特性的玻璃板。因此，在一些实施方式中，在烧结过程中，宜利用上文所讨论的烟炱板引导装置(111、113、405)引导烟炱板的移动，其中烟炱板引导装置基本上仅能与主表面的边缘部分接触。此外，带到烟炱板表面上的污染物，如环境中的颗粒，会影响烧结玻璃的表面质量。因此，在清洁环境中，如在清洁室里进行烧结，可帮助提高烧结玻璃板的表面质量。
可用各种热源将烟炱板加热到烧结温度。采用电阻加热和感应加热是特别有利的，因为二者不改变环境气氛的组成，并且可完全独立地调节环境气氛，以满足生产各种玻璃材料的要求。烟炱板和玻璃板在烧结中的热历程会影响最终致密化玻璃的厚度、玻璃的组成、最终玻璃组成的均一性以及最终玻璃的物理性质的均一性(如折射率、双折射等)。因此，若烧结玻璃需要均一的组成和/或性质，进行烧结的烟炱板或其一部分宜在烧结步骤中处于基本均匀的烧结温度下。为获得基本均匀的烧结温度，采用感应加热和电阻加热是有利的。在一些实施方式中，如图1和4所示，极宜从主表面的两侧同时加热烟炱板。
在一些实施方式中，在进行烧结的加热室中注入惰性气体，如N2、Ar、Ne、它们的混合气等，以改善热传递，防止设备和/或玻璃材料的组分发生氧化。
在一些实施方式中，特别是在烟炱板是要整个烧结的分立烟炱板的情况中，在进行烧结步骤时，烟炱板在烧结区内保持静止。若烟炱板太大，无法在烧结区中整个同时烧结，则可以分步重复的方式烧结烟炱板，也就是先烧结一部分烟炱板，然后烧结另一部分。在本发明的其他一些实施方式中，特别是在涉及步骤(D)的连续方法中，尤其是在涉及同时进行步骤(B)和(D)的方法中，可让烟炱板相继通过烧结区，从而对烟炱板进行顺次烧结，以连续生产烧结玻璃。
图4简要示出了本发明一个实施方式中的设备的烧结区401的横截面。将烟炱板403固定不动，并用夹持型烟炱板引导辊405拉紧。箭头A和A’示出了烧结过程中辊405施加在烟炱板主表面上的力的方向。使位于封闭烧结区402中的加热元件407，如电阻加热元件或感应加热器的感受器(susceptor)达到升高的温度。加热元件发出的辐射406和/或被加热元件加热到烧结温度的气体将烟炱板加热到烧结温度。由于辊405的拉紧作用，烟炱板的下垂现象基本得以避免或消除。
将烟炱板或其一部分烧结成致密化玻璃板之后，可立即用切割装置将致密化玻璃板切断成分立的片。可用各种切割装置和方法切断玻璃板。在一些实施方式中，激光切割是特别有利的。这种分离的固结玻璃片可直接使用，或者经进一步后形成处理之后再使用，所述处理如除去边缘、涂布、抛光等。或者，在本发明的其他一些实施方式中，可利用卷起装置将长带式烧结玻璃板卷成成卷的玻璃板。可在玻璃卷中相邻玻璃表面之间插入一些间隔材料，如纸板、布、涂布材料等。若在烧结过程中，烟炱板主表面的一个边缘部分被夹住，则该边缘部分极有可能在烧结步骤结束时尚未烧结成致密化玻璃，或者，即使它同样受到烧结，但该边缘部分的厚度和/或表面质量可能与烧结期间不接触固体物的玻璃板中心部分不同。因此，在这些实施方式中，若要将玻璃板卷成卷材，则在将该玻璃板卷成卷材之前，宜除去其边缘部分。可用各种切割装置和方法除去边缘。在一些实施方式中，激光切割是特别有利的。
在一些实施方式中，若需要将玻璃板装运到另一个地方进一步处理和/或实现下游应用，则在玻璃板的至少一个主表面上施加保护涂层。对于要卷成卷材的长玻璃板，这种涂层是有利的。将玻璃带卷成卷材之前，在其两侧施加涂层是有利的。
图5是简要示出本发明一个实施方式的连续方法的流程图。此图中的标记具有以下含义：
501：供给烟炱颗粒；
503：在转筒的沉积表面上沉积烟炱颗粒，形成烟炱板；
505：从沉积表面剥离烟炱板；
507：将烟炱板从沉积表面转移到烟炱板烧结区；
509：将部分烟炱板置于烧结温度下，将烧结的部分转化为致密化玻璃；
511：除去玻璃板的边缘；
513：在玻璃板主表面上施涂保护涂层；以及
515：将挠性薄玻璃板卷成成卷的玻璃板材。
图1所示设备的实施方式具有三个区：烟炱沉积和剥离区191；烧结区193和卷起区195。在加热区193中，对烟炱板施加热量115，将烟炱板加热到烧结温度。在卷起区，将烧结玻璃板卷成卷材117。
如上文所述，本发明的方法和设备特别适合制备包含高百分比二氧化硅的烟炱板和烧结玻璃板，例如二氧化硅玻璃包含至少90重量％，在一些实施方式中至少95重量％，在一些实施方式中至少98重量％，甚至在一些实施方式中至少99重量％的SiO2。本领域的技术人员阅读本文之后，可将现有技术中有关制备二氧化硅玻璃的火焰水解法的相关内容加以变通之后，用于本发明。
根据本发明的一些实施方式，可制备烧结的挠性玻璃板，如长玻璃带。可制备厚10μm、30μm、50μm、100μm的玻璃板。在本发明的一些实施方式中，烧结玻璃板的厚度为10-300μm，在一些实施方式中为10-200μm，在一些实施方式中为20-300μm，在一些实施方式中为20-200μm，在一些实施方式中为30-300μm，在一些实施方式中为30-200μm，在其他一些实施方式中为50-200μm。玻璃越薄，其挠性越高，玻璃表面越完美。尽管如此，10-100μm之间的厚度可很好地平衡操控性和挠性。挠性薄玻璃板具有许多应用。
以下非限制性实施例进一步阐释了本发明。
实施例
实施例1：制造单层烟炱板
在本发明的设备中制备了至少含99重量％的二氧化硅的层。将5个线性燃烧器安装在燃烧器歧管(burner manifold)上，每个燃烧器宽1英寸。将这些燃烧器一个接一个排成一条线，以产生5英寸宽的均匀烟炱流。流过燃烧器的气体包括：在燃烧器的中心孔中由20SLPM的N2负载的OMCTS，其速度约为5g/min。这些气体沿其长度方向的两侧被一排O2孔包围，所述O2孔供给约5SLPM的O2。这些气体外面还有2排孔，再供给20SLPM的O2。在上述两排孔外面的最后一排孔提供火焰，点燃OMCTS。CH4的流速为12SLPM，O2的流速为10SLPM。
将燃烧器放置在离沉积靶约4英寸的地方。所述靶是直径为15英寸的柱形石英转筒。所述转筒的壁厚为0.25英寸。转动转筒，提供约1mm/s的表面速度。来自燃烧器线性阵列的烟炱喷向转筒，在转筒上沉积一层厚约200μm、宽6英寸的烟炱。多出1英寸烟炱板是因为颗粒沿转筒表面流动。在5英寸的燃烧器宽度范围内，烟炱板的平均密度约为1.1g/cc。在此范围外的烟炱具有较低密度，因为它不是燃烧器的直接沉积区。在气刀供给的空气流的增强作用下，从转筒上剥离具有较高密度的5英寸宽烟炱板。气刀通过10英寸宽的气刀体供给约20SLPM的空气，射向转筒。除帮助剥离烟炱外，气刀还将转筒的温度保持均匀，并将其保持在约200℃的较低温度。通过手动方式抓住5英寸宽烟炱板的外边缘，将其送往卷绕转筒。该转筒的直径约为6英寸。在实验结束之前，将5m烟炱板卷绕到转筒上。
实施例2：烧结单层烟炱板
制造如上面实施例1所述烟炱板，但其厚度为60μm。在燃烧器阵列中使用三个上述燃烧器。通过增大转筒的转速和减小OMCTS的流速来减小厚度。通过调节燃烧器的流速、转筒的转速和燃烧器到转筒的距离来改变烟炱板的厚度、密度和生产速率。
取一段约2英尺长、3英寸宽的样品进行烧结实验。将烟炱板外边缘扣在与该段样品接触的辊之间。提供热源烧结烟炱板。烟炱温度达到约1500℃，将烟炱板致密化为透明的烧结玻璃。烧结玻璃的厚度约为30μm。
将具有未烧结外边缘的烧结板从咬合机构上取下，并修整去除其边缘。用5瓦激光器从烧结板上修整未烧结烟炱。激光沿板的长度方向以约3mm/s的速度横进。依次修整两个侧边，但也可同时采用两个激光器。
对本领域的技术人员来说显而易见的是，可对本发明作出各种改进和变化，只要不背离本发明的范围和精神即可。因此，本发明意在涵盖本发明的这些改进和变化形式，只要它们落在所述权利要求及其等价要求的范围之内。

Claims (5)

1.一种制造玻璃板的设备，其包括：
(I)用于供给玻璃烟炱颗粒的烟炱供给装置；
(II)具有弯曲的外沉积表面的转筒，玻璃烟炱颗粒可沉积在该表面上，形成烟炱板；
(III)用于从转筒的外沉积表面上剥离至少部分烟炱板的烟炱板剥离装置；以及
(IV)用于沿所述烟炱板的长度方向引导刚刚从沉积表面上剥离下来的所述部分烟炱板移动离开转筒外沉积表面的烟炱板引导装置，所述烟炱板引导装置适于在烧结过程中在烟炱板宽度的方向上施加拉伸应力。
2.如权利要求1所述设备，它还包括：
(V)用于将至少部分烟炱板烧结成致密化玻璃板的烟炱板烧结装置。
3.如权利要求2所述设备，其特征在于，所述烟炱板烧结装置(V)包括多个所述烟炱板引导装置。
4.一种制造玻璃板的方法，包括以下步骤：
(A)供给大量玻璃烟炱颗粒；
(B)将所述玻璃烟炱颗粒沉积在转筒的弯曲沉积表面上，形成烟炱板；
(C)从转筒沉积表面上剥离至少部分的所述烟炱板；以及
(E)将至少部分的移动的烟炱板加热到烧结温度，从而将该至少部分的烟炱板烧结为致密化玻璃，正在烧结的烟炱板两个主表面的两个边缘部分的两侧均设置成与烟炱板引导装置接触，且烟炱板引导装置在烧结过程中在烟炱板宽度的方向上施加拉伸应力。
5.如权利要求4所述方法，在步骤(C)之后还包括步骤(D)：
(D)在转筒仍在旋转和部分烟炱板仍保持附连在沉积表面上的同时，将刚刚从沉积表面上剥离下来的那部分烟炱板从沉积表面上移走。
CN2008800233593A 2007-05-07 2008-04-22 制备烟炱玻璃板和烧结玻璃板的方法及设备 Active CN101687682B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/800,585 US7677058B2 (en) 2007-05-07 2007-05-07 Process and apparatus for making glass sheet
US11/800,585 2007-05-07
PCT/US2008/005171 WO2008136924A1 (en) 2007-05-07 2008-04-22 Process and apparatus for making soot glass sheet and sintered glass sheet

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101687682A CN101687682A (zh) 2010-03-31
CN101687682B true CN101687682B (zh) 2012-11-21

Family

ID=39540710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008800233593A Active CN101687682B (zh) 2007-05-07 2008-04-22 制备烟炱玻璃板和烧结玻璃板的方法及设备

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7677058B2 (zh)
EP (1) EP2069245B1 (zh)
JP (2) JP2010526748A (zh)
KR (1) KR101501301B1 (zh)
CN (1) CN101687682B (zh)
TW (1) TWI382001B (zh)
WO (1) WO2008136924A1 (zh)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101511584B1 (ko) * 2008-09-25 2015-04-13 해성디에스 주식회사 롤 투 롤 반도체부품 제조장치 및 그에 적용되는 이송방법
JP5691148B2 (ja) * 2008-10-01 2015-04-01 日本電気硝子株式会社 ガラスロール、ガラスロールの製造装置、及びガラスロールの製造方法
US8062733B2 (en) * 2009-05-15 2011-11-22 Corning Incorporated Roll-to-roll glass material attributes and fingerprint
TWI464124B (zh) * 2009-05-15 2014-12-11 Corning Inc 滾軸至滾軸玻璃材料屬性及特徵
US8181485B2 (en) * 2009-06-19 2012-05-22 Corning Incorporated Roll-to-roll glass soot sheet sintering method and apparatus
US8359884B2 (en) * 2009-07-17 2013-01-29 Corning Incorporated Roll-to-roll glass: touch-free process and multilayer approach
GB2478307A (en) * 2010-03-02 2011-09-07 Heraeus Quartz Uk Ltd Manufacture of silica glass
CN102782772A (zh) * 2010-03-05 2012-11-14 卡尔斯特里姆保健公司 透明导电膜、制品及方法
US8438876B2 (en) * 2010-03-29 2013-05-14 Corning Incorporated Method and apparatus for removing glass soot sheet from substrate
TWI591029B (zh) 2010-05-28 2017-07-11 康寧公司 纏繞玻璃帶的方法
DE102011014875B3 (de) 2011-03-23 2012-04-19 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren für die Herstellung poröser Granulatteilchen aus anorganischem Werkstoff sowie deren Verwendung
GB201106015D0 (en) 2011-04-08 2011-05-25 Heraeus Quartz Uk Ltd Production of silica soot bodies
US8628840B2 (en) 2011-06-29 2014-01-14 Eastman Kodak Company Electronically conductive laminate donor element
US8865298B2 (en) 2011-06-29 2014-10-21 Eastman Kodak Company Article with metal grid composite and methods of preparing
US9321669B2 (en) 2011-08-23 2016-04-26 Corning Incorporated Thin glass sheet with tunable coefficient of thermal expansion
US8713966B2 (en) * 2011-11-30 2014-05-06 Corning Incorporated Refractory vessels and methods for forming same
US9199870B2 (en) 2012-05-22 2015-12-01 Corning Incorporated Electrostatic method and apparatus to form low-particulate defect thin glass sheets
US8857216B2 (en) 2012-05-31 2014-10-14 Corning Incorporated Burner modules, methods of forming glass sheets, and glass sheets formed thereby
TW201420464A (zh) 2012-11-26 2014-06-01 Ind Tech Res Inst 傳送裝置
US9452946B2 (en) 2013-10-18 2016-09-27 Corning Incorporated Locally-sintered porous soot parts and methods of forming
US9919958B2 (en) 2014-07-17 2018-03-20 Corning Incorporated Glass sheet and system and method for making glass sheet
US9296614B1 (en) 2014-11-12 2016-03-29 Corning Incorporated Substrate such as for use with carbon nanotubes
WO2016085778A1 (en) 2014-11-26 2016-06-02 Corning Incorporated Thin glass sheet and system and method for forming the same
US10570048B2 (en) 2015-02-13 2020-02-25 Corning Incorporated Silica-containing sheet and related system and methods
US9634349B2 (en) 2015-04-13 2017-04-25 Corning Incorporated High silica content substrate such as for use in thin-film battery
CN107922233A (zh) * 2015-08-13 2018-04-17 康宁公司 增材制造工艺和制品
US9422187B1 (en) 2015-08-21 2016-08-23 Corning Incorporated Laser sintering system and method for forming high purity, low roughness silica glass
TW201802046A (zh) * 2016-03-24 2018-01-16 康寧公司 用於形成高純度、低粗糙度、低翹曲的二氧化矽玻璃的雷射燒結系統和方法
US10435324B2 (en) 2016-08-18 2019-10-08 Corning Incorporated Laser system and method forming an edge section of a high purity fused silica glass sheet
US11274056B2 (en) 2016-08-24 2022-03-15 Corning Incorporated Laser system and method forming a high purity fused silica glass sheet with micro-crenellations
US10821707B2 (en) * 2018-05-17 2020-11-03 Vaon, Llc Multi-layer, flat glass structures
US10619926B2 (en) * 2016-10-07 2020-04-14 Corning Incorporated Process for sintering material
EP3476815B1 (en) 2017-10-27 2023-11-29 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Production of a porous product including post-adapting a pore structure
US11674030B2 (en) 2017-11-29 2023-06-13 Corning Incorporated Highly loaded inorganic filled aqueous resin systems
US11912860B2 (en) 2018-03-29 2024-02-27 Corning Incorporated Highly loaded inorganic filled organic resin systems

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3844751A (en) * 1969-02-18 1974-10-29 Regina Glass Fibre Ltd Method and apparatus for the continuous production of a web or mat of staple fibres

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3806570A (en) * 1972-03-30 1974-04-23 Corning Glass Works Method for producing high quality fused silica
JPS55130828A (en) * 1979-03-29 1980-10-11 Ohara Inc Formation of rod type or plate type optical glass
JPS58161929A (ja) * 1982-03-17 1983-09-26 Nippon Sheet Glass Co Ltd 高純度石英ガラス板の製造方法
US4494968A (en) * 1983-10-03 1985-01-22 Corning Glass Works Method of forming laminated single polarization fiber
CA1255382A (en) * 1984-08-10 1989-06-06 Masao Kawachi Hybrid optical integrated circuit with alignment guides
JPH06191860A (ja) * 1992-12-28 1994-07-12 Sano Fuji Koki Kk プリズムの成形装置
DE4418401C1 (de) * 1994-05-26 1995-06-01 Heraeus Quarzglas Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Platten aus Quarzglas
JP3687932B2 (ja) 1996-04-19 2005-08-24 東芝セラミックス株式会社 石英ガラス製板材の製造方法
US6263706B1 (en) * 1999-03-30 2001-07-24 Deliso Evelyn M. Method of controlling fluorine doping in soot preforms
US7299657B2 (en) * 2002-07-12 2007-11-27 Corning Incorporated Method of making high strain point glass
CA2492597A1 (en) 2002-07-17 2004-01-22 Hitco Carbon Composites, Inc. Continuous chemical vapor deposition process and process furnace
US7423286B2 (en) 2003-09-05 2008-09-09 Si2 Technologies, Inc. Laser transfer article and method of making
US7259106B2 (en) 2004-09-10 2007-08-21 Versatilis Llc Method of making a microelectronic and/or optoelectronic circuitry sheet

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3844751A (en) * 1969-02-18 1974-10-29 Regina Glass Fibre Ltd Method and apparatus for the continuous production of a web or mat of staple fibres

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开平9-286621A 1997.11.04

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008136924A1 (en) 2008-11-13
US20080280057A1 (en) 2008-11-13
JP2010526748A (ja) 2010-08-05
JP5868450B2 (ja) 2016-02-24
JP2014159369A (ja) 2014-09-04
CN101687682A (zh) 2010-03-31
EP2069245B1 (en) 2013-07-17
US7677058B2 (en) 2010-03-16
KR20100023848A (ko) 2010-03-04
TW200911708A (en) 2009-03-16
KR101501301B1 (ko) 2015-03-10
TWI382001B (zh) 2013-01-11
EP2069245A1 (en) 2009-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101687682B (zh) 制备烟炱玻璃板和烧结玻璃板的方法及设备
US8181485B2 (en) Roll-to-roll glass soot sheet sintering method and apparatus
EP2454206B1 (en) Touch-free and multilayer soot deposition process for a rollable glass
US8062733B2 (en) Roll-to-roll glass material attributes and fingerprint
US8438876B2 (en) Method and apparatus for removing glass soot sheet from substrate
US9199870B2 (en) Electrostatic method and apparatus to form low-particulate defect thin glass sheets
US9321669B2 (en) Thin glass sheet with tunable coefficient of thermal expansion
JP6556384B2 (ja) 中空状多孔質石英ガラス母材の製造方法
JPS6186441A (ja) 単一偏波光フアイバ用多孔質母材の製造方法および製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant