CN118529919A - 用于控制玻璃带特性的设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于制造玻璃制品的设备和方法，包括配置成使流体朝向玻璃带流动的厚度控制装置，该厚度控制装置包括配置成使流体从中流过的至少一个可枢转流体排出导管，其中可枢转流体排出导管的旋转改变流体相对于玻璃带的流动方向。

Description

用于控制玻璃带特性的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求基于35U.S.C.§119于2023年2月21日申请的美国临时申请序列号63/447116的优先权，其全文通过引用并入于此。

技术领域

本公开内容总体上涉及用于控制玻璃带特性的设备和方法，更具体地涉及用于控制玻璃带厚度的设备和方法。

背景技术

在诸如用于显示设备(包括电视和手持设备，例如电话和平板电脑)的玻璃片之类的玻璃制品的生产中，玻璃制品可以由玻璃片制造，玻璃片是通过从成形体拉出玻璃带形成的。当玻璃带从成形体拉出时，玻璃带的厚度可沿宽度方向变化。特别是随着带宽度的增加和/或平均带厚度的减少，这种厚度变化可能导致不希望的玻璃片厚度变化或工艺中断。因此，期望解决这些问题的措施。

发明内容

这里披露的实施方式包括一种用于制造玻璃制品的设备。该设备包括配置成容纳玻璃带的成形设备。该设备还包括厚度控制装置，该厚度控制装置配置成使流体朝向玻璃带流动。该厚度控制装置包括配置为使流体从中流过的至少一个可枢转流体排出导管。可枢转流体排出导管的旋转改变流体相对于玻璃带的流动方向。

这里披露的实施方式还包括制造玻璃制品的方法。该方法包括在成形设备中使玻璃带流动。该方法还包括使流体从厚度控制装置的至少一个可枢转流体排出导管朝向玻璃带流动。可枢转流体排出导管的转动改变流体相对于玻璃带的流动方向。

此外，这里披露的实施方式包括厚度控制装置，该厚度控制装置配置成使流体朝向玻璃带流动。该厚度控制装置包括至少一个配置成使流体从中流过的可枢转流体排出导管。可枢转流体排出导管的转动改变流体相对于玻璃带的流动方向。

这里披露的实施方式的附加特征和优点将在以下的详细描述中进行阐述，并且部分从该描述中对本领域技术人员来说是显而易见的或者通过实施如这里所述的所披露的实施方式是会意识到的，包括以下的详细描述、权利要求以及所附附图。

应该理解的是，上述一般描述和以下详细描述所述的实施方式旨在提供用于理解所要求权利的实施方式的性质和特征的概述或框架。附图是为了提供进一步的理解，并被纳入构成本说明书的一部分。附图示出了本公开内容的各种实施方式，并与描述一起用于解释其原理和操作。

附图说明

图1是示例性熔融下拉玻璃制造设备和工艺的示意图；

图2是玻璃带的示意性剖面图；

图3是图2的玻璃带的一部分的分解视图；

图4是根据这里披露的实施方式的厚度控制装置的示意性俯视图；

图5是图4的厚度控制装置的示意性侧视图；

图6A和6B是根据这里披露的实施方式的可枢转流体排出导管的示意性端视图；

图7是根据这里披露的实施方式的相对于玻璃带定位的厚度控制装置的示意性俯视图；

图8是根据这里披露的实施方式的相对于玻璃带定位的厚度控制装置的示意性端视图；

图9是图7的玻璃带的一部分的分解视图；和

图10是图9的玻璃带部分的分解视图。

具体实施方式

现在将详细参照本公开内容的该优选实施方式，其示例在附图中示出。在可能的情况下，在整个附图中使用相同的附图标记来指代相同或类似的部件。然而，本公开内容可以以许多不同的形式体现，不应被解释为限于这里所述的实施方式。

范围可在这里表示为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表示这样的范围时，另一实施方式包括从一特定值和/或到另一特定值。类似地，当值作为近似值表示时，例如通过使用先行词“约”，将理解为特定值形成另一个实施方式。将进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点都是显著的，并且独立于另一个端点。

此处使用的方向术语——例如上、下、右、左、前、后、顶、底——仅参考所绘制的图形，并不暗示绝对方向。

除非另有明确说明，这里所述的任何方法绝不旨在被解释为要求其步骤以特定顺序执行，也不要求使用任何设备进行特定取向。因此，方法权利要求并不实际列举步骤应该遵循的顺序，或任何设备权利要求并不实际列举单个元件的顺序或方位，或者权利要求或描述中不特别声明将步骤限制在一个特定的顺序，或并不列举设备的元件的特定顺序或方位，并不旨在在任何方面推断顺序或方位。这适用于任何可能的非表达性解释基础，包括：与步骤安排、操作流程、元件顺序或组件方位有关的逻辑问题；从语法组织或标点派生的简单意义；说明书中描述的实施方式的数量或类型。

如这里所使用的，单数形式的“一”和“该”包括复数指涉物，除非上下文另有明确指示。因此，例如，对“一”元件的引用包括具有两个或更多这样的元件的方面，除非上下文明确地另有指示。

如这里所使用的，术语“颗粒”是指可以存在于表面上的任何类型的颗粒，例如玻璃颗粒和灰尘颗粒。

图1所示的是示例性玻璃制造设备10。在一些示例中，玻璃制造设备10可包括玻璃熔化炉12，玻璃熔化炉12可包括熔化容器14。除了熔化容器14之外，玻璃熔化炉12可以选择性地包括一个或多个附加部件，如加热原材料并将原材料转化为熔融玻璃的加热元件(例如，燃烧器或电极)。在另外的例子中，玻璃熔化炉12可以包括热管理装置(例如，隔热部件)，其减少熔化容器附近的热量损失。在进一步的示例中，玻璃熔化炉12可以包括电子设备和/或机电设备，其便于将原材料熔化成玻璃熔体。此外，玻璃熔化炉12可包括支撑结构(例如，支撑底盘、支撑构件等)或其它元件。

玻璃熔化容器14通常由诸如耐火陶瓷材料之类的耐火材料组成，例如含有氧化铝或氧化锆的耐火陶瓷材料。在一些示例中，玻璃熔化容器14可由耐火陶瓷砖构成。下面将更详细地描述玻璃熔化容器14的具体实施方式。

在一些示例中，玻璃熔化炉可作为玻璃制造设备的部件并入，以制造玻璃基板，例如连续长度的玻璃带。在一些示例中，本公开内容的玻璃熔化炉可以作为玻璃制造设备的部件并入，该设备包括槽式拉伸设备、浮法浴设备、下拉设备(如熔化工艺)、上拉设备、压轧设备、拔管设备或将受益于这里所披露的方面的任何其他玻璃制造设备。作为示例，图1示意性地示出了作为熔化下拉玻璃制造设备10的部件的玻璃熔化炉12，用于熔化拉出玻璃带，用于随后加工成单个玻璃片。

玻璃制造设备10(例如，熔化下拉玻璃制造设备10)可以选择性地包括位于相对于玻璃熔化容器14上游的上游玻璃制造设备16。在一些示例中，上游玻璃制造设备16的一部分或整体可以作为玻璃熔化炉12的一部分。

如所示示例中所示，上游玻璃制造设备16可包括存储仓18、原料输送装置20和连接到原料输送装置的电机22。如箭头26所示，存储仓18可配置成存储可送入玻璃熔化炉12的熔化容器14的原材料24。原材料24通常包括一种或多种玻璃形成金属氧化物和一种或多种改性剂。在一些示例中，原料输送装置20可由电机22提供动力，使得原料输送装置20将预定数量的原料24从储存仓18输送到熔化容器14。在进一步的示例中，电机22可以为原料输送装置20提供动力，以基于从熔化容器14下游感测到的熔融玻璃水平以受控速率引入原材料24。熔化容器14中的原材料24随后可以加热形成熔融玻璃28。

玻璃制造设备10还可以选择性地包括位于相对于玻璃熔化炉12下游的下游玻璃制造设备30。在一些示例中，下游玻璃制造设备30的一部分可以作为玻璃熔化炉12的一部分并入。在一些情况下，下面讨论的第一连接导管32，或下游玻璃制造设备30的其他部分，可以并入作为玻璃熔化炉12的一部分。下游玻璃制造设备的元件，包括第一连接导管32，可以由贵金属形成。合适的贵金属包括从由铂、铱、铑、锇、钌和钯组成的金属组中选择的铂族金属，或其合金。例如，玻璃制造设备的下游元件可由铂铑合金形成，包括按重量计约70％至约90％的铂和约10％至约30％的铑。然而，其他合适的金属可以包括钼、钯、铼、钽、钛、钨及其合金。

下游玻璃制造设备30可包括第一调理(即，处理)容器，如澄清容器34，其位于熔化容器14的下游，并通过上述第一连接导管32耦接到熔化容器14。在一些示例中，熔融玻璃28可以通过第一连接导管32从熔化容器14通过重力输送到澄清容器34。例如，重力可使熔融玻璃28从熔化容器14通过第一连接导管32的内部通道至澄清容器34。然而，应当理解的是，其它调理容器可以位于熔化容器14的下游，例如在熔化容器14和澄清容器34之间。在一些实施方式中，在熔化容器和澄清容器之间可以使用调理容器，其中来自初级熔化容器的熔融玻璃被进一步加热以继续熔化过程，或者在进入澄清容器之前冷却到低于熔化容器中熔融玻璃温度的温度。

气泡可以通过各种技术从澄清容器34内的熔融玻璃28中除去。例如，原材料24可包括多价化合物(即澄清剂)，如氧化锡，其在加热时发生化学还原反应并释放氧气。其他合适的澄清剂包括但不限于砷、锑、铁和铈。将澄清容器34加热到高于熔化容器温度的温度，从而加热熔融玻璃和澄清剂。由澄清剂的温度诱导的化学还原产生的氧气气泡通过澄清容器内的熔融玻璃上升，其中熔化炉中产生的熔融玻璃中的气体可以扩散或凝聚到澄清剂产生的氧气气泡中。然后，扩大的气泡可以上升到澄清容器中熔融玻璃的自由表面，然后从澄清容器中排出。氧气气泡可以进一步诱导熔融玻璃在澄清容器中的机械混合。

下游玻璃制造设备30还可以包括另一调理容器，例如用于混合熔融玻璃的混合容器36。混合容器36可位于澄清容器34的下游。混合容器36可用于提供均匀的玻璃熔体组合物，从而减少化学不均匀性或热不均匀性，否则这种化学不均匀性或热不均匀性可能存在于从澄清容器离开的澄清熔融玻璃中。如图所示，澄清容器34可以通过第二连接导管38耦接到混合容器36。在一些示例中，熔融玻璃28可以通过第二连接导管38从澄清容器34通过重力输送到混合容器36。例如，重力可使熔融玻璃28从澄清容器34通过第二连接导管38的内部通道至混合容器36。应当注意，虽然混合容器36显示在澄清容器34的下游，但是混合容器36可以位于澄清容器34的上游。在一些实施方式中，下游玻璃制造设备30可以包括多个混合容器，例如，在澄清容器34上游的混合容器和在澄清容器34下游的混合容器。这些多个混合容器可以是相同的设计，也可以是不同的设计。

下游玻璃制造设备30还可以包括另一调理容器，如可位于混合容器36下游的输送容器40。输送容器40可以调理要被送入下游成形装置的熔融玻璃28。例如，输送容器40可以用作为蓄液器和/或流量控制器，以通过出口导管44调节和/或提供一致流量的熔融玻璃28到成形体42。如图所示，混合容器36可以通过第三连接导管46耦接到输送容器40。在一些示例中，熔融玻璃28可以通过第三连接导管46从混合容器36通过重力输送到输送容器40。例如，重力可以驱动熔融玻璃28通过第三连接导管46的内部通道从混合容器36到输送容器40。

下游玻璃制造设备30还可以包括成形设备48，该成形设备48包括上述成形体42和入口导管50。出口导管44可以定位为将熔融玻璃28从输送容器40输送到成形设备48的进口导管50。例如，在示例中，出口导管44可以嵌套在进口导管50内并与进口导管50的内表面隔开，从而提供位于出口导管44的外表面和进口导管50的内表面之间的熔融玻璃的自由表面。熔化下拉玻璃制造设备中的成形体42可包括位于成形体的上表面的槽52和沿成形体42的底边56在拉伸方向上收敛的收敛成形表面54。通过输送容器40、出口导管44和进口导管50输送到形成体槽的熔融玻璃，作为熔融玻璃的分开的流从槽的侧壁溢出并沿收敛成形表面54下降。熔融玻璃的分开的流在底边56下面并沿着底边56接合，以产生单一玻璃带58，通过对所述玻璃带施加张力(如通过重力、边辊72和拉辊82)来控制玻璃带的尺寸，随着玻璃冷却和玻璃粘度的增加，玻璃带从底边56沿拉伸或流动方向60拉出。因此，玻璃带58经历粘弹性转变，并获得机械性能，使玻璃带58具有稳定的尺寸特性。在一些实施方式中，玻璃带58可通过玻璃分离设备100在玻璃带的弹性区域内分离成单独的玻璃片62。然后，机器人64可以使用夹持工具65将单个玻璃片62转移到输送系统，从而可以对单个玻璃片进行进一步处理。

图2示出了玻璃带58的示意性剖面图，如在成形设备48中形成的玻璃带58。图3示出了图2中玻璃带58的一部分的分解视图，特别是图2中“A”区域所示的玻璃带58的部分。玻璃带58包括中心区域158(也称为“质量区域”)和端部区域160(也称为“珠边区域”)。此外，玻璃带58还包括位于中心区域158和珠边区域160之间的中间区域156。由图3可知，玻璃带58在中间区域156具有最小厚度T1，在珠边区域160具有最大厚度T2，其中T2大于T1。另外，玻璃带58在中心区域158具有中等厚度T3，其中T3大于T1且小于T2。

图4和图5分别显示了根据这里披露的实施方式的厚度控制装置200的示意性俯视图和侧视图。厚度控制装置200包括两个基本上平行的可枢转流体排出导管202，每个导管通过转塔组件204延伸。可枢转流体排出导管202分别配置成使流体从中流过，并且转塔组件204配置成实现可枢转流体排出导管202的竖直旋转或水平旋转中的至少一个，其中可枢转流体排出导管202的竖直旋转在图5中用虚线箭头示意性示出，可枢转流体排出导管202的水平旋转在图4中用虚线箭头示意性示出。

转塔组件204可以根据本领域普通技术人员已知的方法进行组装和操作，并且可以通过驱动机构206来实现可枢转流体排出导管202的旋转，该驱动机构206在某些示例性实施方式中可以包括与转塔组件204机械连接的精密可调千分尺驱动器。转塔组件204也可以是可手动调整的以实现可枢转流体排出导管202的旋转。

虽然图4显示了具有两个基本上平行的流体排出导管202的厚度控制装置200，但这里披露的实施方式包括具有更多或更少数量的流体排出导管的厚度控制装置，如一个流体排出导管或至少三个基本平行的流体排出导管，如三个、四个或五个基本平行的流体排出导管。

图6A和6B示出了根据这里披露的实施方式的可枢转流体排出导管202和202'的示意性端视图。具体地说，图6A示出了流体排出导管202的示意性端视图，该流体排出导管202具有贯穿其中的单个内孔212，而图6B示出了流体排出导管202'的示意性端视图，该流体排出导管202'具有贯穿其中的基本上平行的双孔212A和212B。虽然图6A和6B所示的流体排出导管202和202'分别具有穿过其延伸的单孔和双孔，但是这里披露的实施方式包括具有至少三个穿过其延伸的内孔的流体排出导管，如具有三个、四个或五个穿过其延伸的内孔的流体排出导管。

在某些示例性实施方式中，流体排出导管202或202'包括能够承受至少约1200摄氏度温度的耐火材料。例如，流体排出导管202或202'可以包括耐火陶瓷材料，如氧化铝、莫来石(mullite)或氧化锆。

图7示出了根据这里披露的实施方式的相对于玻璃带58定位的厚度控制装置200的示意性俯视图。具体而言，图7示出了四个厚度控制装置200，其中的两个位于玻璃带58的第一端(近端或“珠边”区域160)的相对两侧，并且其中的两个位于玻璃带58的第二端(近端或“珠边”区域160)的相对两侧。厚度控制装置200分别定位为通过可枢转流体排出导管202来引导流体朝向玻璃带58流动，其中可枢转流体排出导管202的旋转改变流体相对于玻璃带58的流动方向。

图8示出了根据这里披露的实施方式的相对于玻璃带58定位的厚度控制装置200的示意性端视图。具体而言，图8示出了两个厚度控制装置200，分别位于成形体42的底边56附近的玻璃带58的相对两侧。厚度控制装置200分别定位为通过可枢转流体排出导管202来引导流体朝向玻璃带58流动，其中可枢转流体排出导管202的旋转改变流体相对于玻璃带58的流动方向。

在某些示例性实施方式中，通过可枢转流体排出导管202流向玻璃带58的流体包含气体，例从空气、氮气、氦气或氩气中选择的至少一种气体。

在某些示例性实施方式中，可以控制、调整或改变通过可枢转流体排出导管202流向玻璃带58的流体流量，以便在玻璃带58的预定区域内实现所期望的局部冷却。例如，这种流体流量控制或调整可以通过控制机构进行，如本领域普通技术人员已知的反馈或前馈控制机构。

在某些示例性实施方式中，流体从厚度控制装置200朝向玻璃带58的粘度范围为约80kP至约200kP的一部分流动，如约120kP至约160kP。

在某些示例性实施方式中，通过可枢转流体排出导管202流向玻璃带58的流体的温度范围为约20℃至约40℃。

图9示出了图7的玻璃带58的一部分的分解视图，图10示出了图9的玻璃带58该部分的分解视图(如图9的区域“C”内所示)。具体而言，图9和10示出了玻璃带58受到来自厚度控制装置200的流体流动的分解视图。正如可以在图9和10中看出的，玻璃带58在端部区域160具有最大厚度T2，在中间区域156和中心区域158中分别具有接近相等的最小厚度T1和T3，其中T2大于T1或T3。此外，图9和10的玻璃带58的T1和T2之间的厚度差小于图3中玻璃带58的T1和T2之间的厚度差。具体而言，图10的虚线表示图3的玻璃带58，由图10可以看出，图3的玻璃带58的中间区域156的厚度T1小于图9和10的玻璃带58的中间区域156的厚度T1，使得图9和10中的玻璃带58的厚度变化(即最大厚度T2与最小厚度T1之差)小于图3的玻璃带58的厚度变化。

因此，相对于流体不从厚度控制装置200的至少一个可枢转流体排出导管202朝向玻璃带58流动的情况，这里披露的实施方式包括玻璃带58的厚度变化减少至少约20％，如至少约30％，进一步如至少约40％，以及再进一步如至少约50％，如从约20％至约80％，并且进一步如从约30％至约70％。

例如，可以通过定位已知在生产过程中厚度减小的玻璃带58的一部分来实现这种厚度变化的减小，以便增加该部分的相对厚度。这种定位可包括将可枢转流体排放导管202朝向玻璃带58的目标部分旋转或定向，以控制或改变流体相对于玻璃带58的流动方向。这种定位还可以包括通过厚度控制装置200的可枢转流体排出导管202调节朝向玻璃带58流动的流体的流速、温度和/或类型。例如，这样的参数可以使用例如控制机构(如本领域普通技术人员已知的反馈或前馈控制机构)来实时调整。

在某些示例性实施方式中，可枢转流体排出导管202定向成使流体沿着玻璃带58的宽度方向在中间区域156的预定距离内朝向玻璃带58流动，如在图9的区域‘C’内。例如，这里披露的实施方式包括摘要的实施方式，其中可枢转流体排出导管202定向成使流体沿玻璃带58的宽度方向在中间区域156的0.1米范围内(如在0.05米范围内)朝向玻璃带58流动。

这里披露的实施方式包括其中玻璃带58包含玻璃组分的实施方式，如无碱玻璃组分，其包括58-65重量百分比(wt％)的SiO₂、14-20wt％的Al₂O₃、8-12wt％的B₂O₃、1-3wt％的MgO、5-10wt％的CaO和0.5-2wt％的SrO。玻璃带58还可以包括玻璃组分，如无碱玻璃组分，其包括58-65wt％的SiO₂、16-22wt％的Al₂O₃，1-5wt％的B₂O₃、1-4wt％的MgO、2-6wt％的CaO、1-4wt％的SrO和5-10wt％的BaO。此外，玻璃带58可以包含玻璃组分，例如无碱玻璃组分，其包括57-61wt％的SiO₂、17-21wt％的Al₂O₃、5-8wt％的B₂O₃、1-5wt％的MgO、3-9wt％的CaO、0-6wt％的SrO和0-7wt％的BaO。玻璃带58还可以包括玻璃组分，如含碱的玻璃组分，其包括55-72wt％的SiO₂、12-24wt％的Al₂O₃、10-18wt％的Na₂O、0-10wt％的B₂O₃、0-5wt％的K₂O、0-5wt％的MgO和0-5wt％的CaO，在某些实施方式中，还可以包括1-5wt％的K₂O和1-5wt％的MgO。

虽然上述实施方式已参照熔合下拉工艺进行了描述，但应理解，此类实施方式也适用于其他玻璃成形工艺，例如浮法工艺、槽拉工艺、上拉工艺、拉管工艺和压轧工艺。

对于本领域技术人员来说，可以在不偏离本公开内容的精髓和范围的情况下对本公开内容的实施方式进行各种修改和变化，这将是显而易见的。因此，只要这些修改和变化属于所附权利要求及其等同方式的范围内，本公开内容旨在涵盖这些修改和变化。

Claims (15)

1.一种用于制造玻璃制品的设备，包括：

成形设备，配置成容纳玻璃带；和

厚度控制装置，配置成使流体朝向所述玻璃带流动，所述厚度控制装置包括至少一个可枢转流体排出导管，所述至少一个可枢转流体排出导管配置成使流体从中流过，其中所述至少一个可枢转流体排出导管的旋转改变所述流体相对于所述玻璃带的流动方向。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述成形设备容纳成形体，所述成形体配置成使所述玻璃带从所述成形体沿流动方向流动，并且所述厚度控制装置配置成使所述流体在所述成形体的下游流动。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述厚度控制装置包括至少两个基本上平行的可枢转流体排出导管。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述厚度控制装置包括转塔组件，所述转塔组件配置成实现所述至少一个可枢转流体排出导管的竖直旋转或水平旋转中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述流体包括气体。

6.一种用于制造玻璃制品的方法，包括：

使玻璃带流动在成形设备中；和

使流体从厚度控制装置的至少一个可枢转流体排出导管朝向所述玻璃带流动，其中所述至少一个可枢转流体排出导管的旋转改变所述流体相对于所述玻璃带的流动方向。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述玻璃带从成形体沿流动方向流动，并且所述流体从所述成形体下游的所述厚度控制装置流动。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述流体包括气体。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述流体从所述厚度控制装置朝向所述玻璃带的粘度范围为约80kP至约200kP的一部分流动。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，相对于流体不是从厚度控制装置的至少一个可枢转流体排出导管朝向玻璃带流动的情况，所述玻璃带的厚度变化减少至少约20％。

11.一种厚度控制装置，配置成使流体朝向玻璃带流动，所述厚度控制装置包括至少一个可枢转流体排出导管，所述至少一个可枢转流体排出导管配置成使所述流体从中流过，其中所述至少一个可枢转流体排出导管的旋转改变所述流体相对于所述玻璃带的流动方向。

12.根据权利要求11所述的厚度控制装置，其中所述厚度控制装置包括至少两个基本上平行的可枢转流体排出导管。

13.根据权利要求11所述的厚度控制装置，其中所述厚度控制装置包括转塔组件，所述转塔组件配置成实现所述至少一个可枢转流体排出管道的竖直旋转或水平旋转中的至少一个。

14.一种通过根据权利要求6所述的方法制造的玻璃制品。

15.一种电子装置，包括根据权利要求14所述的玻璃制品。