CN108473363A - 氟化锡系玻璃料和其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供作为能将烧成温度设定为200℃以下的超低熔性的SnO‑SnF2‑P2O5系玻璃料具备高的耐水性及透明性的玻璃料。一种氟化锡系玻璃料,以摩尔%计,含有30%~70%的SnF2、10%~30%的P2O5、10%~40%的SnO、0.1%~10%的SnO2、0%~5%的In2O3、0%~5%的B2O3、0%~5%的SiO2,该氟化锡系玻璃料的玻璃化转变点为160℃以下、软化点为180℃以下、最大粒径为100μm以下,200℃的烧成物在厚度0.6mm时的可见光透射率为80%以上,该烧成物在85℃的热水中浸渍24小时所导致的体积减少率为2重量%以下。
Description
技术领域
本发明涉及作为各种显示面板、太阳能电池面板、各种电子部件、光学部件等的密封材料及涂布材料合适的氟化锡系玻璃料和其制造方法。
背景技术
作为密封用玻璃材料,以往使用了各种各样组成的玻璃料,但近年来,为了减少环境负担,不含铅成分、且为了抑制对被密封物、其内置元件等的热不良影响而能将烧成温度设定为较低的低熔性的玻璃料被视为有用的。作为这样的低熔性的无铅玻璃,代表性的为磷酸锡系玻璃(例如专利文献1、2),还提出了通过在其主成分的SnO及P2O5中进而添加B2O3(专利文献3)、SiO2(专利文献4)、ZnO(专利文献5)、Y2O3(专利文献6)等作为主要成分或微量成分从而提高密封强度、玻璃强度、耐候性、耐湿性、耐久性等各种玻璃特性。然而,这些以往的磷酸锡系的玻璃料即使可以说是低熔性的,但在密封时的烧成温度也为400℃~480℃左右,因此为了提高密封加工性,迫切期望能以更低的温度进行烧成。
作为可应对上述要求的更低熔性的无铅玻璃,已知有SnO-SnF2-P2O5系玻璃。例如,专利文献7提出了如下的锡·氟磷酸盐材料,其以元素比计为Sn:20~85重量%、P:2~20重量%、O:10~30重量%、F:10~36重量%、Nb:0~5重量%,Sn+P+O+F为75重量%以上。另外,专利文献8中提出了如下的锡·氟磷酸盐材料,其以元素比计为Sn:55~75重量%、P:4~14重量%、O:6~24重量%、F:4~22重量%、W:0.4~15重量%,玻璃化转变温度低于160℃。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平09-235136号公报
专利文献2:日本特开2008-037740号公报
专利文献3:日本特开2000-169183号公报
专利文献4:日本特开2001-048579号公报
专利文献5:日本特开2011-225404号公报
专利文献6:日本特开2004-010405号公报
专利文献7:日本特表2007-001817号公报
专利文献8:日本特表2010-505727号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是,总体来讲,以往的SnO-SnF2-P2O5系的玻璃料存在如下问题:若为了低熔化而增大SnF2、P2O5的比率,则耐水性降低,因此,例如在将有机EL显示器那样地内部含有厌恶水分的功能要素的物体作为密封对象的情况下,为了确保耐水性,不得不增大SnO的比率,由此SnF2及P2O5的比率相对变少,因此需要将烧成温度设为250℃以上,另外烧成物为几μm左右的薄膜时为无色透明,但若成为100μm以上的厚膜,则会发生透明性的降低、着色。
本发明鉴于上述实际情况,其目的在于,提供作为能将烧成温度设定为200℃以下的超低熔性的SnO-SnF2-P2O5系玻璃的、具备高的耐水性及透明性的氟化锡系玻璃料和其制造方法。
用于解决问题的方案
为了达成上述目的,对于权利要求1的技术方案的氟化锡系玻璃料,以摩尔%计,含有30%~70%的SnF2、10%~30%的P2O5、10%~40%的SnO、0.1%~10%的SnO2、0%~5%的In2O3、0%~5%的B2O3、0%~5%的SiO2,该氟化锡系玻璃料的玻璃化转变点为160℃以下、软化点为180℃以下、最大粒径为100μm以下,200℃的烧成物在厚度0.6mm时的可见光透射率为80%以上,该烧成物在85℃的热水中浸渍24小时所导致的体积减少率为2重量%以下。
对于权利要求2的技术方案,在上述权利要求1的氟化锡系玻璃中,以摩尔%计,含有40%~65%的SnF2、15%~30%的P2O5、15%~40%的SnO、0.1%~2%的SnO2、0%~5%的In2O3、0%~5%的B2O3、0%~5%的SiO2。
权利要求3的技术方案的氟化锡系玻璃料的制造方法的特征在于,在以摩尔%计含有30%~70%的SnF2、10%~30%的P2O5、10%~40%的SnO、0.1%~10%的SnO2、0%~5%的In2O3、0%~5%的B2O3、0%~5%的SiO2的玻璃原料粉末中,混合芳香族羧酸类的粉末,使该混合物在500℃以下加热熔融而进行了玻璃化后,进行粉碎。
权利要求4的技术方案采用如下构成:在上述权利要求3的氟化锡系玻璃料的制造方法中,相对于上述玻璃原料粉末100重量份,混合上述芳香族羧酸类的粉末0.5~2.5重量份。
权利要求5的技术方案采用如下构成:在上述权利要求3的氟化锡系玻璃料的制造方法中,上述芳香族羧酸类为选自芳香族单羧酸、芳香族二羧酸、芳香族二羧酸酐、芳香族二羧酸的单烷基酯或二烷基酯中的至少1种。
发明效果
对于权利要求1的技术方案的氟化锡系玻璃料,以特定比率含有SnF2、P2O5、SnO及SnO2,玻璃化转变点及软化点非常低、且为超低熔性,因此可得到良好的流动性,进而密封加工性优异、并且能够可靠地防止对被密封物、其内置元件等的热不良影响,而且密封玻璃层为无色透明、且表现出高的透光性,并且耐水性优异,因此即使是例如有机EL显示器那样地内部含有厌恶水分的功能要素的物体,也能够完全没有障碍地作为密封对象。
根据权利要求2的技术方案,作为氟化锡系玻璃料,具有进一步限定的玻璃组成,从而能更可靠地发挥上述各作用效果。
根据权利要求3的技术方案,在特定的玻璃原料粉末中混合芳香族羧酸类的粉末而进行熔融玻璃化,因此能够容易地制造能将烧成温度设定为200°以下的超低熔性的、并且能够形成透光性及耐水性优异的密封玻璃层的氟化锡系玻璃料。
根据权利要求4的技术方案,相对于玻璃原料粉末以特定比率配混芳香族羧酸类的粉末,因此能够可靠地制造上述优异的氟化锡系玻璃料。
根据权利要求5的技术方案,使用特定的芳香族羧酸类,因此能够更可靠地制造上述优异的氟化锡系玻璃料。
具体实施方式
本发明的氟化锡系玻璃料基本上具有SnF2-SnO-P2O5-SnO2的4成分体系的玻璃组成,除了其必需的4种成分以外,还可以含有In2O、B2O3、SiO2作为任意成分,通过将各成分设为特定比率,从而玻璃化转变点及软化点非常低、且为超低熔性,因此即使在200°以下的烧成温度下也表现出良好的流动性,可得到优异的密封性及大的密封强度,并且密封玻璃层具备高的透光性及耐水性。
即,对于该玻璃料的玻璃组成,以摩尔%计,含有30%~70%的SnF2、10%~30%的P2O5、10%~40%的SnO、0.1%~10%的SnO2、0%~5%的In2O3、0%~5%的B2O3、0%~5%的SiO2,由此玻璃化转变点〔Tg〕为160℃以下、软化点〔Tf〕为180℃以下。
上述玻璃组成中,若SnF2的比率超过70摩尔%,则作为玻璃的稳定性降低、密封玻璃层的强度及耐水性变得不充分。相反,SnF2的比率小于30摩尔%时,由于玻璃化转变点〔Tg〕及软化点〔Tf〕的上升,低温加工性恶化,并且热膨胀性也变大。
若P2O5的比率超过30摩尔%,则密封玻璃层的耐水性显著降低。另外,P2O5的比率小于10摩尔%时,由于玻璃化转变点〔Tg〕及软化点〔Tf〕的上升,低温加工性恶化,并且热膨胀性也变大。
若SnO的比率超过40摩尔%,则由于玻璃化转变点〔Tg〕及软化点〔Tf〕的上升,低温加工性变得不充分。相反,SnO的比率小于10摩尔%时,作为玻璃的稳定性降低,密封玻璃层的强度及耐水性变得不充分。
对于SnO2的比率,为0.1摩尔%以上时有助于耐水性提高,但若超过10摩尔%,则热膨胀性变大,使玻璃化转变点等热特性提高。需要说明的是,该SnO2与SnO相比软化点极高,因此以往认为不适合本发明中作为目的那样的低温熔融,但已判明通过调整其与SnO的比率,即使是低温熔融也不会产生障碍。
In2O3及B2O3为提高玻璃的耐久性的成分,各自若超过5摩尔%,则低温加工性恶化。另外,SiO2为对低熔化和耐水性提高均有帮助的成分,但若超过5摩尔%,则热膨胀性变大。
而且,该玻璃料的更优选的玻璃组成为,以摩尔%计,40%~65%的SnF2、15%~30%的P2O5、15%~40%的SnO、0.1%~2%的SnO2、0%~5%的In2O3、0%~5%的B2O3、0%~5%的SiO2。
需要说明的是,该玻璃料的玻璃组成中,除了上述的SnF2、P2O5、SnO、In2O、B2O3、SnO2这6种成分以外,根据需要可以以各自5摩尔%以下的少量范围含有其它各种氧化物成分。作为这样的其它氧化物成分,可列举出Nb2O5、TiO2、BaO、Ta2O5、Al2O3等。
进而,作为本发明的氟化锡系玻璃料,必须使200℃的烧成物在厚度0.6mm时的可见光透射率为80%以上、该烧成物在85℃的热水中浸渍24小时所导致的体积减少率为2重量%以下。另外,为了用作密封材料,该玻璃料的最大粒径设为100μm以下。
为了制造如上所述的氟化锡系玻璃料,根据常规方法,首先将玻璃原料粉末的混合物放入氧化铝坩埚等容器中,使其在电炉等加热炉内加热熔融规定时间而进行玻璃化,但理想的是采用在该玻璃原料粉末中预先混合芳香族羧酸类的粉末而进行玻璃化的本发明的制造方法。
即,本发明的氟化锡系玻璃料的制造方法的特征在于,在含有30~70摩尔%的SnF2、10~30摩尔%的P2O5、10~40摩尔%的SnO、0.1~10摩尔%的SnO2、0~5摩尔%的In2O3、0~5摩尔%的B2O3、0~5摩尔%的SiO2的玻璃原料粉末中,混合芳香族羧酸类的粉末,使该混合物在500℃以下加热熔融而进行了玻璃化后,进行粉碎。
如此地在玻璃原料粉末中混合芳香族羧酸类的粉末而进行玻璃化并进行粉碎而得到玻璃料为能将烧成温度设定为200℃以下的超低熔性的,并且密封玻璃层具备高的耐水性及透明性。关于其理由还不明确,但认为必需成分的SnO和SnO2的价数的控制优选产生影响。即,假定为:对于SnO,以Sn2+的状态被离子化,对于SnO2,以Sn4+的状态被离子化,通过所述Sn2+与Sn4+以适当的比率共存,从而稳定化。玻璃中所含的各元素的离子通常以同一价数存在,但有时非常罕见地如Sn那样地以价数不同的离子共存的状态稳定化。另外,在玻璃中同一元素存在不同价数的离子的情况下,通常而言有在熔融过程中变不稳定的倾向,但推测通过芳香族羧酸类在玻璃原料粉末的熔融过程中作为还原剂及澄清剂而起作用,从而玻璃的耐水性及透明性会改善。
作为上述的芳香族羧酸类,没有特别限制,例如,如苯甲酸、水杨酸之类的芳香族单羧酸、如邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸之类的芳香族二羧酸、如邻苯二甲酸酐之类的芳香族二羧酸酐、如对苯二甲酸二甲酯之类的芳香族二羧酸烷基酯等可以作为适当的例子而举出,它们可以单独使用或组合使用两种以上。
需要说明的是,这些芳香族羧酸类为适量时,在混合至玻璃原料粉末中而进行玻璃化时的熔融过程中会挥散从而完全消失,不会以碳化物的形式残留在玻璃中,因此不用担心因所得玻璃料阻碍密封层的透光性。与此相对,已判明:对于被认为作为还原剂的作用的其它有机化合物、树脂类、碳粉末等,在混合至玻璃原料粉末中并加热熔融时,其碳化物容易残留在玻璃中,由此因玻璃料的烧成而导致阻碍密封层的透光性,并且成为在其烧成时产生发泡的原因。
对于芳香族羧酸类的添加量,相对于玻璃原料粉末100重量份,优选0.5~2.5重量份的范围,过少时,不能充分发挥由所得玻璃料导致的提高密封玻璃层的耐水性及透明性的作用,过多时,该密封玻璃层的透光性反而降低。
为了由经玻璃化的熔融物得到玻璃料,将该熔融物流入氧化铝舟皿(aluminaboat)等适当的模板并进行冷却,利用粉碎机将得到的玻璃块粉碎至适当的粒度,对粗粒分进行分级并去除即可。需要说明的是,玻璃料的粒度如所述那样地最大粒径设为100μm以下,尤其是作为小型器件用的超薄型显示器的密封用途,推荐最大粒径设为10μm以下、更适当地设为6μm以下。
上述粉碎中可以使用以往玻璃料制造中通用的喷射式粉碎机等各种粉碎机,特别是为了成为3μm以下这样的细的粒度,利用湿式粉碎为宜。该湿式粉碎是在水、醇水溶液那样的水性溶剂中、使用直径5mm以下的包含氧化铝、氧化锆的介质(珠)或珠磨机进行粉碎,也可以进行比喷射式粉碎机粉碎更细的粉碎,但由于是使用了水性溶剂的微粉碎,因此作为被粉碎物的玻璃组合物必须具备高的耐水性,在该点上本发明的玻璃材料也适合。
需要说明的是,本发明的氟化锡系玻璃料除了单独使用以外,还可以制成混合有填充材料、骨料那样的填料的混合物形态。这种填料由于其配混而会使密封玻璃层的热膨胀系数降低,因此通过配混量的调整,能够容易地使该密封玻璃层的热膨胀性适应被密封物的热膨胀性。另外,对于该混合物形态,由于在加热熔融时玻璃成分作为将填料的粒子彼此粘合的粘结剂而起作用,因此得到的密封玻璃层成为高强度且致密的陶瓷形态的烧结体。
作为上述的填料,只要为熔点比玻璃成分高、在加工时的烧成温度下不熔融的物质即可,对种类没有特别限定,例如硅酸锆、堇青石、磷酸锆、β-锂霞石、β-锂辉石、锆石、氧化铝、多铝红柱石、二氧化硅、β-石英固溶体、硅酸锌、钛酸铝等的粉末是合适的。而且,这些填料的配混量以玻璃粉末/填料的重量比计设为50/50~99/1的范围为宜。该配混量过多时,熔融时的流动性恶化,并且基于玻璃组合物的粘合力不足从而无法形成坚固的烧结体。
本发明的氟化锡系玻璃料以及在该玻璃料中混合上述填料而得到的混合粉末通常作为高浓度分散于有机粘结剂溶液而成的糊剂使用,并通过丝网印刷等涂布于被密封物的密封部而供于烧成,因此也可以预先制成糊剂形态而进行制品化。
作为上述糊剂中使用的有机粘结剂溶液,没有特别限定,优选溶剂在玻璃化转变点附近发生气化,例如,有使粘结剂成分溶解于作为中·低沸点溶剂的丙酮、乙醇、异丙醇、2-甲氧基乙醇、稀释剂(シンナ一)、它们的混合溶剂而得者;使丙烯酸系树脂粘结剂溶解于酮类、酯类、低沸点芳香族等溶剂而得者。而且,从涂布操作性的方面出发,糊剂的粘度设为30~3000dPa·s的范围为宜。
实施例
以下,通过实施例具体地对本发明进行说明。需要说明的是,以下使用的原料氧化物均为和光纯药公司制的特级试剂,关于其它分析试剂等,也同样使用特级试剂。
制造例1~21
将从将作为玻璃原料的SnF2、SnO、P2O5(使用磷酸氢铵)、SnO2、In2O3、B2O3、SiO2的各粉末按后述表1、2中记载的比率(摩尔%)混合而成者、以及相对于这些玻璃原料粉末进而按该表1、2中记载的比率(重量%)添加混合作为芳香族羧酸类的对苯二甲酸粉末而成者中分别称量的10g收纳于容量50cc的氧化铝坩埚中,在马弗炉内在380℃~500℃下进行40分钟加热而使其熔融,然后将其熔液流入氧化铝舟皿并进行回收,从冷却后的玻璃杆(glassbar)切出纵横4mm、长度11mm的玻璃棒,并且通过自动研钵中的粉碎及分级由其剩余部分制造粒径100μm以下的玻璃料。
使用上述方法中制造的各玻璃料及玻璃棒,对玻璃化转变点〔Tg〕、软化点〔Tf〕、热膨胀系数〔CTE〕、色调、透光性、耐水性进行研究。将其结果示于后述表1、2。各项目的测定方法如下。
〔玻璃化转变点、软化点〕
利用差示热分析装置(Rigaku Corporation制TG-8120),作为参考(标准样品),使用α-氧化铝,在加热速度10℃/分钟、温度范围25℃(室温)~300℃的测定条件下对玻璃料的玻璃化转变点〔Tg〕及软化点〔Tf〕进行测定。
〔热膨胀系数〕
利用热机械分析装置(Rigaku Corporation制TMA8310),测定热膨胀系数。该测定使用上述玻璃棒作为测定试样,以10℃/分钟从常温升温至100℃,求出平均热膨胀系数α。另外,标准样品使用石英玻璃。
〔色调〕
称量上述玻璃料0.02±0.001g并填充至直径5mm、深度5mm的金属容器中,以10℃/分钟升温至200℃,在该温度下进行5分钟烧成,取出其烧成物并对色调进行研究。
〔透光性〕
以10℃/分钟使所需量的上述玻璃料升温至200℃,在该温度下进行5分钟烧成,制作直径30mm、厚度0.6mm的钮扣状的成形试样,利用吸光度测定器(岛津制作所公司制的商品名UV-1800)对各成形试样测定可见光区域的吸光度(波长380nm~780nm的平均值),根据其结果按以下4个等级对透光性进行评价。
◎···可见光透射率为85%以上。
○···可见光透射率为80%以上且小于85%。
△···可见光透射率为50%以上且小于80%。
×···可见光透射率小于50%。
〔耐水性〕
使上述玻璃棒在85℃的热水500mL中浸渍24小时,根据下式算出相对于初始重量的重量变化。
重量变化(%)=〔1-测定重量(g)/初始重量(g)〕×100
〔表1〕
根据表1的结果,制造例1、2、5、8中得到的玻璃料由于SnF2、SnO、P2O5、SnO2的各成分的比率处于本发明的规定范围,因此玻璃化转变点〔Tg〕及软化点〔Tf〕极低,可以说是能将烧成温度设定为200℃以下的超低熔性,但由于耐水性非常差,因此不适于本发明的氟化锡系玻璃料。与此相对,各成分的比率与制造例2相同的制造例3中得到的玻璃料、与制造例5相同的制造例6、7中得到的玻璃料、与制造例8相同的制造例9、10中得到的玻璃料各自通过在玻璃原料中适量配混作为芳香族羧酸类的对苯二甲酸而进行玻璃化,从而玻璃化转变点〔Tg〕及软化点〔Tf〕极低、且为超低熔性,而且耐水性飞跃性地提高,透光性也变高,适于本发明的氟化锡系玻璃料。然而,制造例4中得到的玻璃料虽然可获得优异的耐水性,但对苯二甲酸相对于玻璃原料的配混量过多,从而碳化物残留在玻璃中而发生白浊,透光性变不良。
〔表2〕
根据表2的结果,对于如制造例11、12中得到的玻璃料那样地使SnO的比率高于本发明的规定、且相对地降低了SnF2及P2O5的比率的玻璃组成,与制造例1、2相比,即使耐水性稍微提高也不是良好的,而且玻璃化转变点〔Tg〕及软化点〔Tf〕上升,因此不能说是超低熔性。另外,如制造例13中得到的玻璃料那样地,即使主要成分的SnF2、SnO、P2O5的比率处于本发明的规定范围、但不含有SnO2的玻璃组成虽然为超低熔性,但耐水性不好。与此相对,制造例14~16中得到的玻璃料虽然主要成分的比率与制造例13大致同样,但由于含有适量的SnO2,因此为超低熔性、并且耐水性提高。但是,制造例14的玻璃料与在玻璃原料中适量配混对苯二甲酸而进行了玻璃化的制造例15、16的玻璃料相比,耐水性不充分。另一方面,如制造例17~21中得到的玻璃料那样地,采用SnF2、SnO、P2O5、SnO2的各成分的比率在本发明的规定范围、适量加入In2O3、B2O3、SiO2中的1种或2种作为任意成分的玻璃组成、并且在玻璃原料中适量配混对苯二甲酸而进行了玻璃化而成者,为超低熔性,且耐水性飞跃性地提高,适于本发明的氟化锡系玻璃料。
制造例22~32
对从相对于上述制造例2的玻璃原料粉末按后述表3记载的比率(重量%)添加混合除对苯二甲酸以外的该表3中记载的各种添加物而成者中分别称量的10g,与上述制造例1~21同样地操作,使其加热熔融并回收,由冷却后的玻璃杆制造上述同样的玻璃棒及玻璃料。而且,使用所述各玻璃料及玻璃棒,与制造例1~21同样地操作,对玻璃化转变点〔Tg〕、软化点〔Tf〕、热膨胀系数〔CTE〕、色调、透光性、耐水性进行研究。将其结果示于后述表3。需要说明的是,制造例29~32中,经回收的玻璃杆含有碳化物而发生白浊,因此判定为品质不良,从而省略各玻璃特性的测定。
〔表3〕
根据表3的结果明确了:如制造例22、24、26~28那样地,作为在玻璃原料中添加的芳香族羧酸类使用水杨酸、邻苯二甲酸、或将它们和对苯二甲酸组合使用的情况下,也可得到适于本发明的氟化锡系玻璃料的超低熔性、并且透光性及耐水性优异的玻璃料。与此相对,如制造例29~32那样地,使用了被认为作为还原剂的作用的纤维素树脂、丙烯酸类树脂、蔗糖、碳粉末等代替芳香族羧酸类的情况下,判断为成为它们的碳化物残留从而发生了白浊的品质不良的玻璃。需要说明的是,如制造例23、25那样地,使用水杨酸、邻苯二甲酸的情况下,其配混量过多,从而透光性恶化。
Claims (5)
1.一种氟化锡系玻璃料,以摩尔%计,含有30%~70%的SnF2、10%~30%的P2O5、10%~40%的SnO、0.1%~10%的SnO2、0%~5%的In2O3、0%~5%的B2O3、0%~5%的SiO2,所述氟化锡系玻璃料的玻璃化转变点为160℃以下、软化点为180℃以下、最大粒径为100μm以下,200℃的烧成物在厚度0.6mm时的可见光透射率为80%以上,该烧成物在85℃的热水中浸渍24小时所导致的体积减少率为2重量%以下。
2.根据权利要求1所述的氟化锡系玻璃料,其中,以摩尔%计,含有40%~65%的SnF2、15%~30%的P2O5、15%~40%的SnO、0.1%~2%的SnO2、0%~5%的In2O3、0%~5%的B2O3、0%~5%的SiO2。
3.一种氟化锡系玻璃料的制造方法,其特征在于,在以摩尔%计含有30%~70%的SnF2、10%~30%的P2O5、10%~40%的SnO、0.1%~10%的SnO2、0%~5%的In2O3、0%~5%的B2O3、0%~5%的SiO2的玻璃原料粉末中,混合芳香族羧酸类的粉末,使该混合物在500℃以下加热熔融而进行了玻璃化后,进行粉碎。
4.根据权利要求3所述的氟化锡系玻璃料的制造方法,其中,相对于所述玻璃原料粉末100重量份,混合所述芳香族羧酸类的粉末0.5重量份~2.5重量份。
5.根据权利要求3所述的氟化锡系玻璃料的制造方法,其中,所述芳香族羧酸类为选自芳香族单羧酸、芳香族二羧酸、芳香族二羧酸酐、芳香族二羧酸的单烷基酯或二烷基酯中的至少1种。
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