CN110662722A - 穹形或碗形玻璃及制造穹形或碗形玻璃的方法 - Google Patents

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CN110662722A CN201880014007.5A CN201880014007A CN110662722A CN 110662722 A CN110662722 A CN 110662722A CN 201880014007 A CN201880014007 A CN 201880014007A CN 110662722 A CN110662722 A CN 110662722A
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Abstract

一种玻璃片，其包括第一主表面，与第一主表面相对的第二主表面，以及在第一主表面与第二主表面之间延伸的边缘表面。所述玻璃片包括0.3mm至2mm的厚度。所述玻璃片包括穹形或碗形形状。

Description

穹形或碗形玻璃及制造穹形或碗形玻璃的方法
背景
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2018年2月12日提交的系列号为62/629338的美国临时申请和2017年2月24日提交的系列号为62/463198的美国临时申请的优先权权益，它们各自的内容作为本文的基础并通过引用全文纳入本文中。
技术领域
本公开一般涉及玻璃片和玻璃基材以及制造玻璃片和玻璃基材的方法。更具体地，本公开涉及用于硬盘驱动器的玻璃基材以及使用玻璃制造工艺或系统(例如利用玻璃拉制设备的玻璃制造工艺和系统)来制造玻璃基材的方法。
背景技术
自从IBM于1956年设计并制造的第一个磁记录硬盘驱动器(HDD)问世以来，已经超过60年了。驱动容量为约4.4MB，这与20世纪80年代早期出现的首个个人计算机硬盘驱动器的相同。目前，可获得储存容量为约10TB的HDD，并且它们用于现代计算机系统。随着新技术的出现，每个驱动器的成本及驱动器的物理尺寸得到了显著的下降。这些突出发展的结合使得市场对HDD的需求不断增加。
HDD将信息储存在由厚的非磁性基板和薄的铁磁性膜涂层组成的盘片上。有两种主要的硬盘驱动外形规格：2.5”(65mm)——其通常使用玻璃基材；以及3.5”(95mm)——其通常使用铝基材。来自固态驱动器对HDD造成的价格压力迫使HDD制造商想方设法降低驱动器的每TB的成本。降低成本的两种最有希望的方法是增加每个驱动器的盘片数目和增加盘片的面密度(TB/in2)。增加盘片的数目需要使用较薄的盘片来维持恒定的驱动外形规格。在这种情况中，期望增加基材材料的刚度以抵消由于厚度减小导致的刚度降低。这是促使HDD制造商在95mmHDD中考虑玻璃的一个因素。增加面密度要求使用被称为热辅助磁记录(HAMR)的新型磁薄膜技术。该技术需要在沉积期间对磁薄膜进行高温(例如高于600℃)退火。因为高的工艺温度，因此铝基材无法用于HAMR。这也促使将玻璃基材用于95mm HDD应用。
许多属性与HDD中的磁盘性能相关。例如，扁平度具有关联性，因为HDD组件中的磁盘数目增加，盘片厚度和间距变得更小。较薄的盘片具有显著更小的抗挠刚度，并且在搬运期间及操作状态时更有可能失效。基材的任何翘曲(即平面外变形)都会放大操作期间盘片的动态响应，并且使由于读/写磁头相对于其中正在写入/读取信息的磁道的错误配准而导致读/写错误的风险增加。在最坏的情况中，磁头可能“撞”到磁盘中，导致HDD毁灭性失效。增加面密度的主要因素之一是减小磁道宽度，以便在相同的磁盘半径中写入更多磁道。随着磁道宽度减小，驱动器对盘片的平面外变形的敏感度增加。因此，若不严格限制磁盘扁平度，预计读写错误将随着面密度的增加和较薄的盘片的增多而增加。
常规的玻璃硬盘基材通过多步方法来制造，其涉及以下基本步骤：(1)压制模塑玻璃盘，(2)使用核心钻孔和边缘划线/研磨将该盘成形成磁盘“生坯”，(3)打磨生坯的表面以将其厚度降低到接近最终的所需厚度，(4)对生坯进行斜切和边缘抛光，(5)在一个或多个步骤中打磨生坯以进一步降低生坯的厚度并消除由之前的步骤导致的表面损伤，以及(6)对生坯进行抛光以获得足够低的表面粗糙度，从而能够沉积光滑的磁膜。经过压制模塑的盘厚度通常大于1mm，这需要多个打磨步骤来将厚度降低到小于0.7mm的目标厚度，因此通过该方法难以经济地生产基材。压制模塑还难以实现生坯形状的精确控制或者难以在这样的大量材料移除期间保持生坯形状。
因此，本领域中需要提供用于HDD的高性能玻璃磁盘，以提供改进的工艺来实现所述高性能玻璃磁盘。
发明内容
本公开的一些实施方式涉及玻璃片。所述玻璃片包括第一主表面，与第一主表面相对的第二主表面，以及在第一主表面与第二主表面之间延伸的边缘表面。玻璃片包括0.3mm至2mm的厚度。玻璃片包括穹形或碗形。
本公开的其他实施方式涉及环状玻璃基材。所述环状玻璃基材包括第一主表面，与第一主表面相对的第二主表面，以及在第一主表面与第二主表面之间延伸的边缘表面。环状玻璃基材包括0.3mm至2mm的厚度。环状玻璃基材包括穹形或碗形。
本公开的其他实施方式涉及加工玻璃的方法。所述方法包括：在拉制方向上形成熔融玻璃的带材。所述方法包括：在拉制方向以及横向于拉制方向上控制带材的凝固区中的温度梯度，以将带材成形为穹形或碗形。所述方法包括：切割带材以形成包含穹形或碗形的玻璃片。
本文所述的实施方式提供了示例性的基材磁盘形状，以最大程度地减小在HDD操作期间的盘片的平面外变形。本文所述的实施方式还提供了一种示例性的完整片材形状，从中可有效地切割出所述磁盘。另外的实施方式还提供了一种熔合成形方法，通过该方法可获得所述完整片材。所述实施方式能够实现HDD基材的低成本制造，并且对于采用薄盘片或HAMR技术的设计具有性能优势。应注意，通常的熔合方法不产生具有所需固有形状的片材。相反，通常的熔合过程可能需要控制全片材的翘曲和边缘/角梯度，因此HDD应用所需的长度尺度上的翘曲一般被忽略。
本文所述及要求保护的实施方式能够实现磁盘的面密度最大化，这通过在操作期间减少磁盘的平面外变形来使磁盘的面密度最大化，进而允许使磁头/磁盘间距最小化。随着HDD制造商趋向使用更薄的盘片，对最大可能地减少由于基材形状导致的平面外变形的需要有所增加。
可切割出具有示例性形状的玻璃基材的玻璃片是有利的，因为其能够实现成本更低的制造。本文所述的熔合片材加工相比于常规的压制/模塑加工是有利的，因为熔合片材可制造成更接近目标厚度的厚度，并且熔合表面具有低粗糙度，且不具有因为与辊、模具、锡浴等接触而引起的缺陷。
在以下的具体实施方式中给出了另外的特征和优点，其中的部分特征和优点对于本领域的技术人员而言通过所作描述是显而易见的，或者通过实施本文所述的实施方式，包括以下的具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所描述的实施方式而被认识。
应理解，前述的一般性描述和下文的具体实施方式都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文公开的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1示出了一部分的示例性硬盘驱动器(HDD)；
图2A-2D示出了熔合成形过程中产生的示例性形状；
图3A-3D示出了示例性的初始和最终的磁盘形状；
图4示出了在硬盘驱动操作条件下得到接近扁平形状的磁盘的示例性形状；
图5示出了具有与图4所示相同的曲率的示例性熔合成形的完整玻璃片；
图6A示出了玻璃带中的示例性带材凝固区形状；
图6B示出了基线条件的小玻璃部件的形状的示例性固有形状；
图7A示出了玻璃带中的示例性带材凝固区形状；
图7B示出了针对限制凝固区内的带材位置的条件，小玻璃部件的形状的示例性固有形状；
图8示意性地示出了一种示例性玻璃制造设备；
图9示意性示出了图8的玻璃制造设备的牵拉辊对和热控制单元的侧视图；
图10示出了用于形成多个环状玻璃基材的示例性玻璃片；以及
图11示出了一种示例性的环状玻璃基材。
具体实施方式
下面将详细说明本公开的实施方式，这些实施方式的实例在附图中示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。但是，本公开可以以许多不同的形式实施并且不应被解读成限于本文中提出的实施方式。
本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这样的范围时，另一个实施方式包括自所述一个具体数值始和/或至所述另一具体数值止。类似地，当用先行词“约”将数值表示为近似值时，应理解具体数值构成了另一个实施方式。将进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点都是重要的，并且独立于另一个端点。
本文所用的方向术语——例如上、下、右、左、前、后、顶、底、垂直、水平——仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来暗示绝对的取向。
除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法不应理解为其步骤需要按具体顺序进行，或者对于任何装置，需要具体的取向。因此，如果方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序，或者任何设备权利要求没有实际叙述各组件的顺序或取向，或者权利要求书或说明书中没有另外具体陈述步骤限于具体顺序，或者没有叙述设备组件的具体顺序或取向，那么在任何方面都不应推断顺序或取向。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础，包括：涉及步骤安排的逻辑问题、操作流程、组件的顺序或组件的取向问题；由语法组织或标点派生的明显含义问题和说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。
除非文中另有明确说明，否则如本文中所用的单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代形式。因此，例如，提到的“一种”部件包括具有两种或更多种这类部件的方面，除非文本中有另外的明确表示。
如本文中所使用的，“熔融玻璃”应理解为在冷却时可进入到玻璃态的熔融材料。术语熔融玻璃与术语“熔体”同义使用。熔融玻璃例如可以形成大多数硅酸盐玻璃，但是本公开不限于此。
现在参考图1，图1示出了一部分的示例性硬盘驱动器(HDD)100。部分的HDD 100包括部分壳体102、轴104、间隔件106和磁盘108。为了简便，省略了HDD 100的其他部件。轴104可旋转地机械连接到壳体102。各间隔件106机械连接到轴104并且磁盘108固定在各间隔件106之间。间隔件106的外直径可以大于磁盘108的内直径。在某些示例性实施方式中，间隔件106的外直径可以为约25mm至35mm(例如31mm)。磁盘108可以包含翘曲(在图1中有所夸张)，其定义为负的平面外最大值(如磁盘108的110处所指示的)与正的平面外最大值(如磁盘108的112处所指示的)之间的差。在一个示例性实施方式中，磁盘108的翘曲小于0.20μm。
已经确定了由熔合成形方法产生的用于HDD操作的示例性的最佳磁盘形状。已经确定该磁盘的杨氏模量为约80GPa至86GPa(例如83GPa)。已经确定该磁盘的泊松比为约0.20至0.26(例如0.23)。已经确定该磁盘的密度为约2500kg/m3至2700kg/m3(例如2590kg/m3)。所述磁盘的厚度为约0.3mm至2mm(例如0.7mm)或者约0.3mm至0.7mm，并且内直径为约20mm至30mm(例如25mm)，且外直径为约60mm至100mm(例如67mm、95mm)。在操作状态下，磁盘108固定在各间隔件106之间，以各种速度旋转。
为了确定最佳的目标磁盘形状，可通过圆形磁盘的x-和y-笛卡尔坐标的二阶多项式函数来表征磁盘形状。考虑到熔合成形过程并且为了简化优化过程，可以按如下所述的方程1来保持二阶项。系数A和B定义为设计变量并且在本公开中进行微调
Z＝Ax2+By2 1
图2A-2D利用笛卡尔坐标X、Y和Z(单位为毫米)示出了熔合成形过程中产生的示例性形状。图2A示出了碗形形状，图2B示出了柱形形状，图2C示出了鞍形形状，图2D示出了穹形形状。利用上述方程1中的系数A和B的不同集合在图2A-2D中绘制出每种形状。对于图2A的碗形形状，A＝4且B＝2(即，Z＝4x2+2y2)。对于图2B的柱形形状，A＝4且B＝0(即，Z＝4x2)。对于图2C的鞍形形状，A＝2且B＝-2(即，Z＝2x2–2y2)。对于图2D的穹形形状，A＝-4且B＝-2(即，Z＝-4x2–2y2)。
图3A-3D分别示出了对应于图2A-2D的四种形状的处于重力和固定力(例如由于间隔件所致)下的变形形状。图3A-3D利用笛卡尔坐标X、Y和Z(单位为毫米)示出了示例性的初始磁盘形状(即，固定在各间隔件之间之前并且无重力作用)和最终的磁盘形状(即，固定在各间隔件之间之后并且具有重力作用)。参考图3A-3D，碗形形状(图3A)、柱形形状(图3B)、鞍形形状(图3C)和穹形形状(图3D)在重力下的平面外位移分别是4.48μm、5.19μm、5.19μm和6.66μm。如果同时考虑重力和7200转/分钟的磁盘旋转，则，碗形形状、柱形形状、鞍形形状和穹形形状的翘曲分别是4.26μm、4.83μm、4.83μm和6.36μm。对于两种情况，碗形优于其他候选形状。进一步研究A和B的量值，通过对称的使用，确定当A＝B＝0.8时，翘曲可以最小化并且量值为0.17μm。对于以毫米为单位的A、B和Z，可以使用以下方程2来描述示例性的最佳形状。
图4使用笛卡尔坐标X、Y和Z(单位为毫米)示出了在硬盘驱动操作条件下得到接近扁平形状的磁盘的示例性最佳形状。关于最佳的磁盘形状，应考虑至少两个问题。首先，如果以完美扁平的磁盘为目标，则可观察到翘曲为约1.00μm，这显著大于所需值0.17μm。这表明，在操作状态下，目标扁平形状将不能提供最低的翘曲。第二，如果在磁盘安装过程期间不能识别碗形形状，则很有可能将使用最差的形状——穹形形状。因此，如果在HDD组装过程期间不能保持磁盘形状的取向，则鞍形形状(其关于x-y平面对称)可能是更好的解决方案。
自由振动分析的结果表明，翘曲对固有频率和振动模式的影响忽略不计。这些动态量与平面外的磁盘振动响应直接相关。因此，确定在操作状态和空气湍流引起的磁盘振动下，在等式2中找到的最优解确实是最佳的。
将熔合成形的玻璃片切割成较小的部件允许释放平面内应力，所述平面内应力由玻璃带经受的热经历所产生。随着该平面内应力释放到极小的量值，在玻璃中捕获的“固有”形状通过局部曲率开始主导小玻璃片的所得形状。以这种方式，在“凝固区”内，固有形状被固定到玻璃中，所述“凝固区”通过温度来界定，在该温度下，瞬时热膨胀系数(CTE)以显著更低的速率变化。为了由熔合成形方法生产玻璃片，该玻璃片应具有与将被切割下来的最佳磁盘相似的曲率。图5利用笛卡尔坐标X、Y和Z(单位为毫米)示出了基于图4所示的最佳磁盘形状的一种示例性的最佳熔合成形的完整玻璃片。
图6A-6B和图7A-7B例示了在凝固区内的玻璃带的瞬时形状与将玻璃部件的无重力形状整合在一起的所得到的固有形状计算的比较情况。图6A示出了玻璃带中的示例性带材凝固区形状，图6B示出了对于基线条件，针对小玻璃部件的形状的示例性固有形状。图7A示出了玻璃带中的示例性带材凝固区形状，图7B示出了对于限制凝固区内的带材位置的条件，针对小玻璃部件的形状的示例性固有形状。图6A-6B和图7A-7B各自包括x轴上的横拉位置，y轴上的离根部的距离，以及在z轴上的位移，单位为毫米。
参考这些附图，可以观察到，凝固区内(图6A和7A)的玻璃带的形状因为机械手段而变化，由此限制了热诱导的平面应力的影响，固有形状(图6B和7B)也有所改变。在一个示例性熔合拉制过程中，机械手段可能被限制用于保持原始的玻璃表面，这意味着这些带材的形状变化可能需要使用热手段来完成。为了实现上文论述的所需最佳形状，可能需要调整温度分布以使得在横拉和下拉两种情况中，所关注的区域的边界处于张力中，而中心区域处于压缩中。该应力型式将在玻璃带中表现为碗形/穹形，并因此产生所需的玻璃磁盘形状。根据玻璃基材或片材的机械结构，片材边缘处于张力中且中心处于压缩中的应力型式得到了穹形形状(或碗形)，而片材边缘处于压缩中且中心处于张力中的应力型式得到了鞍形形状。
图8是一种示例性的玻璃制造设备210，例如熔合下拉制造设备。在一些实施方式中，玻璃制造设备210可包括玻璃熔化炉212，该玻璃熔化炉212可包含熔化容器214。除了熔化容器214外，玻璃熔化炉212可任选包含一个或多个其他部件，如加热元件(例如燃烧器和/或电极)，其被构造用于加热原料并将原料转化为熔融玻璃。在另外的实施方式中，玻璃熔化炉212可以包含热管理装置(例如绝热部件)，其减少了熔化容器的热损耗。在另外的实施方式中，玻璃熔化炉212可以包含电子装置和/或机电装置，其有利于将原料熔化为玻璃熔体。更进一步，玻璃熔化炉212可以包括支承结构(例如支承底座、支承构件等)或其他部件。
在一些实施方式中，熔化炉212可以作为玻璃制造设备的部件纳入，所述玻璃制造设备被构造用于制造玻璃制品，例如长度不确定的玻璃带，但是在另外的实施方式中，玻璃制造设备可以被构造用于形成其他玻璃制品而不加以限制，例如玻璃棒、玻璃管、玻璃封套(例如用于照明装置的玻璃封套，如灯泡)和玻璃透镜，但还考虑了许多其他玻璃制品。在一些实例中，熔化炉可以作为玻璃制造设备的部件纳入，该玻璃制造设备包括狭缝拉制设备、浮浴设备、下拉设备(例如熔合下拉设备)、上拉设备、压制设备、辊设备、拉管设备或者能够得益于本公开的任何其他玻璃制造设备。举例而言，图8示意性地例示了作为熔合下拉玻璃制造设备210的部件的玻璃熔化炉212，该玻璃制造设备210用于熔合拉制玻璃带以用于随后将玻璃带加工成单独的玻璃片或将玻璃带卷绕到卷轴上。
玻璃制造设备210(例如熔合下拉设备210)可任选地包括上游玻璃制造设备216，该上游玻璃制造设备216位于玻璃熔化容器214的上游。在一些实例中，上游玻璃制造设备216的一部分或整体可以作为玻璃熔化炉212的部分并入。如图8例示的实施方式所示，上游玻璃制造设备216可包含原料储存仓218、原料输送装置220和连接至该原料输送装置的发动机222。储存仓218可以被构造用于储存一定量的原料224，可通过一个或多个进料端口将原料224进料到玻璃熔化炉212的熔化容器214中，如箭头226所示。原料224通常包含一种或多种形成玻璃的金属氧化物和一种或多种改性剂。在一些实例中，原料输送装置220可由发动机222提供动力，使得原料输送装置220将预定量的原料224从储存仓218输送到熔化容器214。在另外的实例中，发动机222可为原料输送装置220提供动力，从而基于相对于熔融玻璃的流动方向在熔化容器214下游感测到的熔融玻璃液位，以受控的速率加入原料224。此后，可加热熔化容器214内的原料224以形成熔融玻璃228。
玻璃制造设备210还可任选包含下游玻璃制造设备230，其相对于熔融玻璃228的流动方向位于玻璃熔化炉212的下游。在一些实例中，下游玻璃制造设备230的一部分可以作为玻璃熔炉212的部分并入。然而，在一些情况中，下文论述的第一连接管道232，或者下游玻璃制造设备230的其他部分，可以作为玻璃熔化炉212的部分纳入。
下游玻璃制造设备230可包括第一调节(即处理)容器，如澄清容器234，其位于熔化容器214下游并通过上述第一连接管道232与熔化容器214连接。在一些实例中，熔融玻璃228可借助于重力经第一连接管道232从熔化容器214进料到澄清容器234。例如，重力可以驱动熔融玻璃228通过第一连接管道232的内部通路，从熔化容器214到达澄清容器234。但应理解，其他调节容器也可位于熔化容器214下游，例如在熔化容器214与澄清容器234之间。在一些实施方式中，在熔化容器与澄清容器之间可使用调节容器，其中来自主熔化容器的熔融玻璃可在次级容器中进一步加热，以延续熔化过程，或者可冷却到比主熔化容器中的熔融玻璃的温度更低的温度，然后进入澄清容器。
下游玻璃制造设备230还可包含另一个调节容器，例如混合设备236，例如搅拌容器，其用于混合从澄清容器234向下游流动的熔融玻璃。混合设备236可用于提供均匀的玻璃熔体组合物，从而减少化学或热不均匀性，这些化学或热不均匀性原本可存在于离开澄清容器的经澄清的熔融玻璃中。如图所示，澄清容器234可以通过第二连接管道238与混合设备236连接。在一些实施方式中，熔融玻璃228可以从澄清容器234经第二连接管道238借助于重力加料到混合设备236。例如，重力可以驱动熔融玻璃228通过第二连接管道238的内部通路，从澄清容器234到达混合设备236。通常，混合设备中的熔融玻璃包括自由表面，并且自由空间在自由表面与混合设备的顶部之间扩展。应注意的是，虽然图中显示混合设备236相对于熔融玻璃的流动方向处于澄清容器234的下游，但是在其他实施方式中，混合设备236可以位于澄清容器234的上游。在一些实施方式中，下游玻璃制造设备230可以包括多个混合设备，例如位于澄清容器234上游的混合设备和位于澄清容器234下游的混合设备。这些多个混合设备可以具有相同设计，或者它们可以具有彼此不同的设计。在一些实施方式中，所述容器和/或管道中的一个或多个可以包括位于其中的静态混合叶片以促进熔融材料的混合和随后的均化。
下游玻璃制造设备230还可包括另一个调节容器，例如输送容器240，其可以位于混合设备236的下游。输送容器240可以调节要进料到下游成形装置中的熔融玻璃228。例如，输送容器240可起到蓄积器和/或流量控制器的作用，以调整熔融玻璃228的流量并通过出口管道244向成形主体242提供恒定流量的熔融玻璃228。在一些实施方式中，输送容器240中的熔融玻璃可包括自由表面，其中，自由空间从自由表面向上扩展到输送容器的顶部。如图所示，混合设备236可以通过第三连接管道246连接至输送容器240。在一些实例中，熔融玻璃228可借助重力作用，通过第三连接管道246从混合设备236进料到输送容器240。例如，重力可以驱动熔融玻璃228通过第三连接管道246的内部通路，从混合设备236到达输送容器240。
下游玻璃制造设备230还可包含成形设备248，该成形设备248包括上述成形主体242，该成形主体242包括入口管道250。可对出口管道244进行定位以将熔融玻璃228从输送容器240输送到成形设备248的入口管道250。熔合下拉玻璃制造设备中的成形主体242可包含位于成形主体上表面中的槽252和在拉制方向上沿着成形主体的底部边缘(根部)256会聚的会聚成形表面254(仅示出了一个表面)。经由输送容器240、出口管道244和入口管道250输送到成形主体槽的熔融玻璃溢流过槽壁，并且作为分开的熔融玻璃流沿会聚成形表面254下行。应注意，成形主体槽中的熔融玻璃包含自由表面，并且自由空间从熔融玻璃的自由表面扩展到成形主体处于其中的包壳的顶部。挡板和边缘引导件拦截及引导熔融玻璃沿着至少一部分会聚成形表面的向下流动。分开的熔融玻璃流沿着根部在根部下方接合而产生单个熔融玻璃带258，通过对玻璃带施加向下的张力(例如借助于重力和/或牵拉辊对)在拉制方向260上从根部256拉制熔融玻璃带258，从而随着熔融玻璃冷却和材料的粘度增加而控制玻璃带的尺寸。因此，拉制路径260横向于玻璃带258的宽度延伸。玻璃带258在凝固区268中经历粘弹转变并获得机械性质，该机械性质赋予玻璃带258稳定的尺寸特征。
成形设备248还包括两对上方牵拉辊对270，两对下方牵拉辊对274和热控制单元266。每对牵拉辊对270和274通过信号路径由控制器(图9)控制。每对牵拉辊对270和274接触或挤压玻璃带258并旋转以在260处指示的方向上移动玻璃带。第一上方牵拉辊对270布置在玻璃带258的第一(即，左)边缘处，第二上方牵拉辊对270布置在玻璃带258的第二(即，右)边缘处，其与第一上方牵拉辊对270直接相对。第一下方牵拉辊对274布置在玻璃带258的第一(即，左)边缘处，第二下方牵拉辊对274布置在玻璃带258的第二(即，右)边缘处，其与第一下方牵拉辊对274直接相对。对牵拉辊对270和274以及热控制单元266进行控制，以在凝固区268中给予玻璃带258所需的形状，这将参考图9在下文有所描述。在一些实施方式中，利用玻璃分离设备(未示出)，可在玻璃带的弹性区域中将玻璃带258分离成各个玻璃片262，但是在另外的实施方式中，可将玻璃带缠绕到卷轴上并储存起来以用于进一步的处理。
图9示意性示出了图8的玻璃制造设备的上方牵拉辊对270和下方牵拉辊对274以及热控制单元266的侧视图。图9还示意性地示出了控制器280。牵拉辊对270包括牵拉辊270a和270b(统称为牵拉辊对270)。牵拉辊对270可以通过信号路径282由控制器280来控制。牵拉辊270a布置在玻璃带258的第一侧上，牵拉辊270b布置在玻璃带258的第二侧上，其与牵拉辊270a直接相对。牵拉辊270a和270b接触或挤压玻璃带258并旋转以在260处指示的方向上移动玻璃带。牵拉辊对274包括牵拉辊274a和274b(统称为牵拉辊对274)。牵拉辊对274可以通过信号路径284由控制器280来控制。牵拉辊274a布置在玻璃带258的第一侧上，牵拉辊274b布置在玻璃带258的第二侧上，其与牵拉辊274a直接相对。牵拉辊274a和274b接触或挤压玻璃带258并旋转以在260处指示的方向上移动玻璃带。在其他实施方式中，可以排除牵拉辊对270和/或274，或者除牵拉辊对270和274之外可以使用另外的牵拉辊对。
热控制单元266可以通过信号路径286由控制器280来控制。虽然热控制单元266在图9中例示为布置在玻璃带258的第二侧上，但是在其他实施方式中，热控制单元266可以替代布置在玻璃带258的第二侧上而布置在玻璃带258的第一侧上，或者除布置在玻璃带258的第二侧上也布置在玻璃带258的第一侧上。控制器280可以控制热控制单元266和牵拉辊对270和274的操作，以给予玻璃带258所需的形状。
在例如268所指示的凝固区中，依赖于温度的热膨胀系数可以是非线性的。由于玻璃带258的形状决定了由其生产的玻璃基材的平面外变形或翘曲，因此可以通过使用牵拉辊对270和274并结合由热控制单元266所提供的受控的热梯度来控制玻璃带258的形状。热控制单元266可以以受控的方式向玻璃带258增加能量(即，加热)和/或从玻璃带258提取能量(即，冷却)。使用热控制单元266以及牵拉辊对270和274来影响玻璃带258的形状的具体方法可以取决于玻璃组成和其他因素，例如，玻璃流密度、热控制的方法以及玻璃带258的尺寸。
热控制单元266在垂直方向(即，拉制方向216)和水平方向(即，横向于拉制方向216)上均影响温度梯度和冷却速率。这些温度梯度与牵拉辊对270和274一起起作用。牵拉辊对270和274可以包含控制玻璃带258的位置的平面外偏移，以及控制作用于玻璃带258的机械张力的量的可变的扭矩控制、倾斜位置和挤压(即，法向)力。温度梯度还控制由于热冲击引起的作用于玻璃带258的张力，其基于玻璃材料的性质。
图10示出了用于形成多个环状玻璃基材302的示例性玻璃片300。玻璃片300可以是使用图8和9的玻璃制造设备来成形的熔合玻璃片。玻璃片300包括第一主表面304，与第一主表面304相对的第二主表面306，以及在第一主表面304与第二主表面306之间延伸的边缘表面308。在某些示例性实施方式中，玻璃片300的厚度(即，第一主表面304与第二主表面306之间的距离)为约0.3mm至2mm，或者约0.3mm至0.7mm。玻璃片300具有穹形或碗形形状。可以切割玻璃片300以形成多个环状玻璃基材302。虽然在图10中例示的实例中，多个环状玻璃基材302以六边形图案来排列，但是在其他实例中，多个环状玻璃基材302可以以适于从玻璃片300切割的另一种合适的图案来布置。可以使用激光或其他合适的工艺从玻璃片300切割出多个环状玻璃基材302中的每一个。
图11示出了一种示例性的环状玻璃基材350。可以从玻璃片(例如图10的玻璃片300)切割出环状玻璃基材350。环状玻璃基材350可以用于制造HDD磁盘。环状玻璃基材350包括第一主表面354，与第一主表面354相对的第二主表面356，以及在第一主表面354与第二主表面356之间延伸的边缘表面358。在某些示例性实施方式中，环状玻璃基材350的厚度(即，第一主表面354与第二主表面356之间的距离)为约0.3mm至2mm，或者约0.3mm至0.7mm。环状玻璃基材350具有穹形或碗形形状。在某些示例性实施方式中，环状玻璃基材350的直径可以为约90mm至100mm。环状玻璃基材350的杨氏模量可以为80GPa至86GPa，泊松比可以为0.20至0.26，密度可以为2500kg/m3至2700kg/m3。环状玻璃基材350的翘曲可以小于约0.20μm。
对本领域的技术人员而言显而易见的是，可以对本公开的实施方式进行各种修改和变动而不偏离本公开的精神和范围。因此，本公开旨在覆盖这些修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求和其等同内容的范围之内。

Claims (20)

1.一种玻璃片，其包括：
第一主表面；
与第一主表面相对的第二主表面；和
在第一主表面与第二主表面之间延伸的边缘表面，
其中，所述玻璃片包含0.3mm至2mm的厚度，并且
所述玻璃片包含穹形或碗形形状。
2.如权利要求1所述的玻璃片，其中，所述穹形或碗形形状是以下关系的函数：
Z＝0.8x2+0.8y2
其中Z、x和y是笛卡尔坐标值，单位为毫米。
3.如权利要求1所述的玻璃片，其中，所述穹形或碗形形状是以下关系的函数：
Figure FDA0002179238500000011
其中Z、x和y是笛卡尔坐标值，单位为毫米。
4.如权利要求1所述的玻璃片，其中，所述玻璃片包含0.3mm至0.7mm的厚度。
5.如权利要求1所述的玻璃片，其中，所述玻璃片包含熔合玻璃片。
6.一种环状玻璃基材，其包括：
第一主表面；
与第一主表面相对的第二主表面；和
在第一主表面与第二主表面之间延伸的边缘表面，
其中，所述环状玻璃基材包含0.3mm至2mm的厚度，并且
所述环状玻璃基材包含穹形或碗形形状。
7.如权利要求6所述的环状玻璃基材，其中，所述穹形或碗形形状是以下关系的函数：
Z＝0.8x2+0.8y2
其中Z、x和y是笛卡尔坐标值，单位为毫米。
8.如权利要求6所述的环状玻璃基材，其中，所述穹形或碗形形状是以下关系的函数：
Figure FDA0002179238500000021
其中Z、x和y是笛卡尔坐标值，单位为毫米。
9.如权利要求6所述的环状玻璃基材，其中，所述环状玻璃基材包含0.3mm至0.7mm的厚度。
10.如权利要求6所述的环状玻璃基材，其中，所述环状玻璃基材包含60mm至100mm的直径。
11.如权利要求6所述的环状玻璃基材，其中，所述环状玻璃基材包含80GPa至86GPa的杨氏模量，0.20至0.26的泊松比，以及2500kg/m3至2700kg/m3的密度。
12.如权利要求6所述的环状玻璃基材，其中，所述环状玻璃基材包含小于0.20μm的翘曲。
13.一种用于加工玻璃的方法，所述方法包括：
在拉制方向上形成熔融玻璃的带材；
在拉制方向以及横向于拉制方向上控制带材的凝固区中的温度梯度，以将带材成形为穹形或碗形形状；以及
切割带材以形成包含穹形或碗形形状的玻璃片。
14.如权利要求13所述的方法，其中，控制凝固区中的温度梯度包括：控制带材的凝固区中的热控制单元，以在拉制方向和横向于拉制方向上控制带材的凝固区中的冷却速率。
15.如权利要求13所述的方法，其还包括：
在带材的凝固区中用多个牵拉辊牵拉带材，以将所述带材成形为穹形或碗形形状。
16.如权利要求15所述的方法，其还包括：
控制所述多个牵拉辊中的每个牵拉辊的平面外偏移，以控制所述带材的位置。
17.如权利要求15所述的方法，其还包括：
控制所述多个牵拉辊中的每个牵拉辊的扭矩、倾斜位置或挤压力，以控制作用于所述带材的机械张力的量。
18.如权利要求13所述的方法，其中，形成熔融玻璃的带材包括：形成包含0.3mm至2mm厚度的熔融玻璃的带材。
19.如权利要求13所述的方法，其中，所述穹形或碗形形状是以下关系的函数：
Z＝0.8x2+0.8y2
其中Z、x和y是笛卡尔坐标值，单位为毫米。
20.如权利要求13所述的方法，其还包括：
切割玻璃片以形成包含穹形或碗形形状的多个环状玻璃基材。
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