KR101583391B1 - 전자기 방사에 의한 글래스 시트의 형성 동안 온도 제어 - Google Patents

전자기 방사에 의한 글래스 시트의 형성 동안 온도 제어 Download PDF

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Abstract

글래스 시트를 형성하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 용융 글래스-기반 재료를 수용하도록 구성된 내화체 및 용융 글래스-기반 재료를 통해 내화체의 적어도 일부를 선택적으로 가열하기 위해 에너지를 전달하기 위한 수단을 포함하는 시스템 및 방법이 제공된다. 한 형태에 있어서, 전송된 에너지는 용융 글래스-기반 재료에 의해 완전히 흡수되지 않고 내화체에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는 선택된 주파수이다. 그 에너지는 레이저 빔 어레이, 스캐닝 레이저 빔, 마이크로파 발생기, 무선 주파수 발생기, 또는 다른 수단에 의해 전달될 수 있다.

Description

전자기 방사에 의한 글래스 시트의 형성 동안 온도 제어{TEMPERATURE CONTROL DURING FORMATION OF GLASS SHEETS BY ELECTROMAGNETIC RADIATION}
본 출원은 "전자기 방사에 의한 글래스 퓨전의 온도 조절"로 명칭된 2008년 2월 29일자 출원된 미국 가출원 제61/067,671호 및 2008년 4월 29일자 출원된 미국 특허출원 제12/150,484호의 이점을 주장한다.
본 발명은 글래스 시트를 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 글래스 시트 형성 공정에 사용된 전송 시스템을 열적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다.
최근, LCD 애플리케이션을 포함한 다양한 애플리케이션에 사용되는 평판 글래스 시트에 대한 필요성이 상당히 주목되고 있으며, 그러한 글래스 시트의 결함 및/또는 결손을 최소화시키려는 노력이 이루어지고 있다. 양질의 글래스 시트에 영향을 미치는 통상의 문제는 불투명화(devitrification; 글래스에서의 결정 성장)이다.
글래스 시트를 형성하기 위한 기존의 수단은 다운-드로우 퓨전(아이소파이프의 사용과 같은), 플로트 공정(float process), 롤링(rolling) 등을 포함한다. 이들 각각의 공정에 있어서, 용융 글래스-기반 재료는 보통 글래스 시트의 형성 공정에서 내화체에 걸쳐 흐른다. 그러나, 글래스-기반 재료의 액상 점도는 기존의 퓨전 형성가능 글래스의 합성 범위를 제한할 수 있다. LCD를 위한 기존의 퓨전 형성가능 글래스는 약 500,000 푸아즈(poise) 이상의 액상 점도를 가질 수 있다(2000-시리즈(series) 글래스에 대해 1,000,000 푸아즈에 가까워질 수 있는). 일반적으로, 500,000 푸아즈 이하의 액상 점도를 갖는 글래스-기반 재료는 최근 제조 공정 동안 일어날 수 있는 불투명화로 인해 고품질의 글래스 시트를 형성하는데 사용될 수 없다.
"액상"은 2가지 요소, 즉 핵 생성의 개시 및 결정 성장 비율을 갖는다. 핵 생성은 내화-글래스 인터페이스(이종 핵 생성)에서 내화면에 발생할 수 있고, 핵 생성 동작은 주로 인터페이스에서 표면 거칠기 및 로컬 합성 변경에 의해 좌우된다. 이종 핵 생성(인터페이스에서라기 보다는 오히려 벌크 글래스에서)은 보통 핵을 형성하기 위해 원자가 이동할 수 없는 점성이 충분히 높은 지점까지 상승하여 액상 이하의 delta-T로 과냉각하는 함수이다. 결정 성장 비율은 보통 액상 온도 이하에서만 최대이고 원자 이동성이 감소됨에 따라 점차적으로 저하한다.
글래스 불투명화를 엄격하게 하지 않더라도, 또 다른 결정화의 문제는 2차 지르콘이다. 지르콘을 포함하는 내화체를 이용하여 제조된 글래스 시트는 이러한 문제에 영향받을 수 있다. 제조 공정의 고온 단계에서 글래스에 용해시키는 지르콘 또는 지르코니아는 결함으로서 글래스 시트에 통합될 수 있는 작은 지르콘 니들(needle)의 형태로 공정 중의 낮은 온도 부분에 침전될 수 있다. 이러한 공정은 낮은 온도에서 글래스의 감소된 용해도를 갖는 소정 내화 합성물을 발생시킬 수 있고, 반드시 지르콘 합성물로 제한하는 것은 아니다.
따라서, 형성 공정 동안 글래스의 2차 지르콘 영향 및 불투명화를 최소화하면서 글래스 전송 시스템을 열적으로 제어하여 글래스 시트를 형성하기 위한 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명은 글래스 시트를 형성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 특히, 용융 글래스로 한정하지 않으나, 글래스-기반 재료를 수용하도록 구성된 내화체를 포함하는 시스템이 제공된다. 글래스-기반 재료를 통해 적어도 내화체의 일부를 선택적으로 가열하기 위해 에너지를 전달하기 위한 수단을 더 포함한다. 한 형태에 있어서, 전달된 에너지는 글래스-기반 재료에 의해 완전히 흡수되지 않고 내화체에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는 선택된 주파수이다.
사용에 있어서, 글래스-기반 재료를 수용하도록 구성된 내화체를 제공하는 단계 및 적어도 내화체의 일부를 가열하기 위해 글래스-기반 재료를 통해 적어도 내화체의 일부로 에너지를 전달하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 추가 실시예들이 부분적으로 이하의 상세한 설명, 및 소정 청구항에서 기술되고, 일부는 상세한 설명으로부터 유도되고, 또 본 발명의 실시에 의해 알 수 있을 것이다. 상술한 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 예시에 불과하고, 개시 및/또는 청구된 바와 같은 발명으로 제한하지 않는다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은 글래스 시트 형성 공정에 사용된 전송 시스템을 열적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 시트 글래스를 롤링하기 위한 예시의 시스템을 나타낸다.
도 2는 플로트 공정을 이용하여 시트 글래스를 형성하기 위한 예시의 시스템을 나타낸다.
도 3은 다운-드로우 퓨전 공정을 이용하여 시트 글래스를 형성하기 위한 아이소파이프를 갖춘 예시의 시스템을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 한 형태에 따른 아이소파이프의 벽을 넘쳐 흐르는 용융 글래스를 통해 아이소파이프의 루트 내화물(root refractory)을 가열하도록 구성된 40MHz의 표유장(stray field)의 RF를 포함하는 예시의 시스템을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 형태에 따른 아이소파이프의 벽을 넘쳐 흐르는 용융 글래스를 통해 아이소파이프의 루트 내화물을 가열하도록 구성된 40MHz의 평판 RF를 포함하는 예시의 시스템을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 한 형태에 따른 아이소파이프의 벽을 넘쳐 흐르는 용융 글래스를 통해 아이소파이프의 루트 내화물을 가열하도록 구성된 마이크로파 발생기를 포함하는 예시의 시스템을 나타낸다.
도 7은 아이소파이프의 측면을 넘쳐 흐르는 용융 글래스(도시하지 않음)를 통해 루트 내화물을 가열하기 위한 레이저 어레이 및 루트부를 갖는 아이소파이프를 포함한 시트 글래스를 형성하기 위한 예시의 오버플로우 다운-드로우 퓨전 시스템을 나타낸다.
도 8은 아이소파이프의 측면을 넘쳐 흐르는 용융 글래스(도시하지 않음)를 통해 루트 내화물을 가열하기 위한 스캐닝 레이저 및 루트부를 갖는 아이소파이프를 포함한 시트 글래스를 형성하기 위한 예시의 오버플로우 다운-드로우 퓨전 시스템을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 한 형태에 따른 MoSi2 내열요소 및 마이크로파 또는 RF 에너지를 이용하여 복합로(hybrid furnace)에 유사한 볼륨의 EAGLE2000F 글래스 및 지르콘 재료를 포함한 2450MHz 및 900℃의 실험장치의 개략도이다.
도 10은 도 9의 실험장치에서 유사한 볼륨의 EAGLE2000F 글래스 및 지르콘 재료를 이용한 2450MHz 및 900℃에서의 실험 결과를 나타낸다.
도 11은 주파수 및 온도 함수로서 EAGLE2000F 글래스에 대한 지르콘 재료의 각기 다른 유전상수(ε')의 그래프이다.
도 12는 주파수 및 온도 함수로서 EAGLE2000F 글래스에 대한 지르콘 재료의 각기 다른 유전상수(ε')의 그래프이다.
도 13은 주파수 및 온도 함수로서 EAGLE2000F 글래스 및 지르콘 재료의 반(1/2) 파워 침투깊이를 나타낸다.
도 14는 주파수 및 온도 함수로서 EAGLE2000F 글래스 및 지르콘 재료의 손실 탄젠트(loss tangent)를 나타낸다.
이하의 본 발명의 설명은 본 발명의 가능한 교시로서 현재 가장 잘 알려져 있는 실시예로 제공된다. 이 때문에, 당업자들은 본 발명의 이점의 결과를 여전히 가지면서 여기에 기술된 본 발명의 다양한 실시예로 많은 변경이 이루어질 수 있다는 것을 인식 및 평가할 수 있을 것이다. 또한 본 발명의 원하는 이점들이 다른 특징들을 이용하지 않고 본 발명의 몇몇 특징들을 선택함으로써 얻어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 당업자들은 본 발명에 대한 많은 변형 및 채용이 가능하고 심지어 소정 환경에서도 적합할 수 있으며 본 발명의 일부로 채용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 이하의 설명은 본 발명의 원리의 설명으로 제공되고, 그것으로 한정하지는 않는다.
여기에 사용된 바와 같이, 단수형 표현 "하나(a, an)" 및 "그(the)"는 상황을 달리 명확히 표현하지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다. 따라서, 예컨대 하나의 아이소파이프와 관련해서는 상황을 달리 명확히 표현하지 않는 한 2개 또는 그 이상의 아이소파이프를 갖춘 실시예를 포함한다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어 "지르콘 재료"는 명확하게 반대로 특정하지 않는 한 지르콘을 포함하는 지르콘 합성물(지르코늄 실리케이트)로 언급될 것이다. 다양한 형태에 따른 지르콘 재료는 예컨대 아이소파이프와 같은 세라믹 내화체를 형성하는데 적합할 수 있다. 제공될 경우 지르콘 재료는 예컨대 고체 또는 분말과 같은 소정의 적절한 형태로 제공될 수 있다.
여기서 범위들은 "약" 어느 한 특정치부터 "약" 또 다른 특정치까지와 같이 표현될 수 있다. 그와 같이 범위가 표현될 경우, 또 다른 실시예는 어느 한 특정치부터 또 다른 특정치까지를 포함한다. 유사하게, 추상적인 "약"의 사용에 의해 값이 근사치로 표현될 경우는 특정치가 또 다른 실시예를 형성한다는 것으로 이해해야 할 것이다. 더욱이, 각 범위의 종료점들이 또 다른 종료점 및 별개의 또 다른 종료점 모두를 의미한다는 것을 이해해야 할 것이다.
상기 간략히 요약한 바와 같이, 본 발명은 글래스 시트를 형성하기 위한 시스템(즉, 장치) 및 방법을 제공한다. 불투명화 또는 2차 지르콘 퇴적과 같은 글래스에서 발생하는 결함을 최소화하기 위해, 시트-형성 공정에 사용된 글래스 전송 시스템의 열적 특성을 제어하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 이하 좀더 상세히 설명하는 바와 같이, 충분히 높은 온도로 전송 시스템을 유지함으로써 전송 시스템으로부터 하류로 흐르는 글래스의 신속한 냉각을 가능하게 한다. 글래스를 신속하게 냉각함으로써, 글래스가 결정화의 높은 성장 비율 온도 존에서 소비하는 시간이 최소화된다. 유사하게, 전송 시스템을 가열하고 전송 시스템에 걸쳐 열구배(thermal gradient)를 최소화함으로써, 예컨대 지르콘 재료와 같은 지르콘의 퇴적이 제어될 수 있다.
한 형태에 있어서, 시스템은 글래스-기반 재료를 수용하도록 구성된 내화체를 포함한다. 한 형태에 있어서, 그러한 글래스-기반 재료는 용융 글래스가 될 수 있다. 내화체는 글래스-기반 재료가 하류로 진행되는 원단부를 갖춘다. 다양한 형태에 따라, 그러한 내화체는 지르콘 내화 재료로 이루어진다.
도 1과 관련하여, 한 형태의 내화체는 글래스 시트를 형성하기 위해 롤링 공정에 사용될 수 있다. 이러한 형태에 있어서, 내화체(107)는 이 내화체의 대향의 근단부보다 낮은 원단부가 아래로 기울어진다. 글래스-기반 재료(111)가 원단부를 벗어나 하류로 흐름에 따라, 글래스 시트를 형성하기 위해 적어도 한쌍의 롤러(115)에 의해 글래스-기반 재료가 당겨진다.
선택적으로, 내화체는 글래스 시트를 형성하기 위한 플로트 공정에 사용될 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 내화체(207)의 적어도 일부는 이 내화체의 적어도 일부보다 낮은 원단부가 아래로 기울어진다. 용융 글래스-기반 재료(111)가 원단부를 벗어나 하류로 흐름에 따라, 액체 금속(주석과 같은)의 배스(219; bath)로 용융 글래스-기반 재료가 전송된다.
또 다른 형태에 있어서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 내화체(307)를 갖춘 아이소파이프(301)는 다운-드로우 퓨전 공정을 통해 글래스 시트를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 그 아이소파이프는 공급 파이프(303)를 통해 용융 글래스-기반 재료(111)를 수용하기 위한 홈통(305; trough)을 규정하는 상부를 포함할 수 있다. 그 아이소파이프는 이 아이소파이프의 루트(309) 쪽으로 테이퍼(taper)되는 대향의 하부를 포함한다. 따라서, 내화체의 원단부는 루트를 포함한다. 용융 글래스-기반 재료(111)는 홈통에 수용되어 그 홈통의 양측 상부를 넘쳐흘러, 아래쪽으로 흐른 후 아이소파이프의 외면을 따라 안쪽으로 흐르는 2개의 글래스 시트를 형성한다. 그 2개의 글래스 시트는 아이소파이프의 루트(309)에서 만나고, 여기서 단일 시트로 함께 융합된다. 이후, 그 단일 시트는 이 시트가 루트로부터 떨어져 드로우(draw)되는 비율로 시트의 두께를 제어하는 롤러와 같은 인발장치로 공급될 수 있다(흐름 화살표 313으로 나타낸 바와 같이).
다른 형태에 있어서, 시스템은 글래스-기반 재료를 통해 원단부의 일부를 선택적으로 가열하기 위해 에너지를 전달하기 위한 수단을 포함한다. 예컨대, 도 1 및 2에는 용융 글래스가 각각의 내화체로부터 분리되는 지점에 가까운 에너지 인가영역(각각 117 및 217)이 나타나 있다. 유사하게, 에너지 전달수단이 예컨대 도 4~7에 나타낸 바와 같이 루트부에 가까운 아이소파이프를 가열하도록 구성될 수 있다. 특정 형태에 있어서, 전달된 에너지는 용융 글래스-기반 재료에 의해 완전히 흡수되지 않고 내화체의 원단부에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는 선택된 주파수가 된다.
내화체의 원단부를 선택적으로 가열하기 위해 에너지를 전달하도록 다양한 수단이 사용될 수 있다. 한 형태에 있어서, 무선 주파수(RF) 발생기가 사용될 수 있다. 전송 시스템 및 제어 시스템은 내화체의 원단부로 에너지를 전달하기 위해 무선 주파수 발생기와 조합하여 사용될 수 있다. 전송 시스템은 용융 글래스-기반 재료를 통해 에너지를 전달하기 위해 각 내화체의 원단부와 평행한 2개 또는 그 이상의 평행 로드 쌍을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 4와 관련하여, 평행 로드(431) 쌍이 아이소파이프(301)의 루트부의 각 측면에 위치되어 그 루트부의 측면 모두에 표유장(433)을 발생시키도록 루트부에 평행하게 형성될 수 있다. 선택적으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 전송 시스템은 아이소파이프(301)의 루트부와 같이 원단부의 길이의 적어도 일부를 따라 형성되는 평판(535)을 포함할 수 있다.
따라서, RF는 내화체의 원단부의 길이를 따라 비교적 균일하게 전달될 수 있다. 다른 형태에 있어서, RF를 발생하는 판(들) 또는 로드(들)는 내화체를 따라 흐르는 글래스-기반 재료로부터 열을 제거하기 위해 히트싱크(heat sink)로서 사용될 수 있다.
또 다른 형태에 있어서, 마이크로파 발생기가 내화체의 원단부를 가열하기 위해 사용될 수 있다. 마이크로파 발생기는 적절한 제어 시스템과 함께 리키 도파로(leaky waveguide)와 같은 도파로, 또는 혼 안테나(horn antenna)에 결합될 수 있다. 도파로는 내화체의 원단부에 마이크로파 에너지를 전달하도록 위치될 수 있다. 예컨대, 도 6에 나타낸 바와 같이, 도파로(639)가 결합된 마이크로파 발생기(637)는 아이소파이프(301)의 루트부의 각 측면에 위치될 수 있다. 마이크로파 발생기는 루트에 가까운 아이소파이프의 네가티브적으로(negatively) 기울어진 부분에 마이크로파 에너지를 전달할 수 있다. 다른 형태에 있어서, 도파로는 적어도 부분적으로 금속물질(한정하지는 않지만 Pt-코팅 세라믹)일 수 있으며, 내화체를 따라 흐르는 글래스-기반 재료로부터 열을 제거하기 위해 히트싱크로서 사용될 수 있다. 선택적으로, 하나 또는 그 이상의 히트싱크(661)가 글래스-기반 재료로부터 열을 제거하기 위해 마이크로파 발생기의 하류에 위치될 수 있다.
또한, 레이저가 내화체의 원단부를 선택적으로 가열하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 적어도 하나의 레이저 빔이 원단부로 진행될 수 있다. 그 레이저 빔은 780~11000nm의 근적외선 범위의 파장대를 가질 수 있다. 선택적으로, 레이저 빔은 380~780nm의 가시광선 범위의 파장대를 가질 수 있다. 한 형태에 있어서, 원단부의 길이를 따라 레이저 어레이가 위치될 수 있다. 예컨대, 다수의 레이저(723)를 포함하는 레이저 어레이(721)가 루트에 거의 평행하게 그리고 아이소파이프(301)의 루트부에 가깝게 위치될 수 있다. 각 레이저에 의해 발생된 레이저 빔(725)은 아이소파이프의 원단부로 진행될 수 있다. 비록 루트부의 한 측에만 나타냈을 지라도, 유사한 레이저 어레이가 루트부의 대향측에 위치될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 스캐닝 레이저(823)가 아이소파이프(301)와 같은 내화체의 원단부를 선택적으로 가열하기 위해 사용될 수도 있다. 그 빔이 원단부의 길이를 따라 스캐닝될 수 있다. 한 형태에 있어서, 그 레이저는 반사된 빔(825b)의 방향성을 변경하기 위해 선택적으로 이동되거나 위치될 수 있는 미러와 같은 반사면(827) 쪽으로 레이저 빔(825a)을 진행시킬 수 있다. 내화체 상의 소정 한 지점에서의 빔의 체류시간은 로컬 온도 상승을 결정할 수 있다. Nd:YAG 또는 Nd:YVO4와 같은 펄스된 근적외선 레이저는 하나의 특정 형태에서 스캐닝 레이저로 사용될 수 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 레이저는 아이소파이프(301)의 원단부의 길이의 적어도 일부(α로 표시된)를 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 도 8과 관련하여 기술한 바와 같이, 비록 스캐닝 레이저 메카니즘이 아이소파이프의 루트부의 한 측에만 나타나 있을 지라도, 유사한 스캐닝 레이저 메카니즘이 루트부의 대향측에도 위치될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
한 형태에 있어서, 전달된 에너지는 마이크로파 범위에서와 같이 약 300 내지 약 200,000MHz의 범위에 있다. 선택적으로, 전달된 에너지는 RF 범위에서와 같이 3 내지 약 300MHz의 범위에 있다. 또 다른 형태에 있어서, 에너지 전달 수단은 원단부에 걸쳐 흐르는 글래스-기반 재료의 액상 온도보다 높은 온도로 원단부의 일부를 가열하기에 충분한 주파수로 에너지를 전달하도록 구성된다.
다양한 형태에 따르면, 시스템은 글래스-기반 재료로부터 열을 흡수하도록 구성된 히트싱크를 더 포함한다. 비록 히크싱크가 글래스-기반 재료로부터 선택적으로 열을 흡수하기 위해 유체 흐름을 따라 어디에라도 위치될 수 있을 것으로 예상되지만, 그 히트싱크는 원단부 하류에 위치될 수 있다. 특정 형태에 있어서는, 히트싱크가 원단부 하류에 위치되는데, 특히 원단부에 가깝게 위치된다. 예컨대, 도 6에 나타낸 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 히트싱크(661)는 루트를 벗어나 흐르거나 드로우되는 글래스-기반 재료로부터 열을 흡수하기 위해 아이소파이프의 루트부 하류에 위치될 수 있다. 여기에 기술한 바와 같이, 다양한 시스템 구성요소가 한정하진 않지만 RF 판 또는 로드, 도파로, 또는 그 외의 다른 시스템 구성요소와 같이 히트싱크로서 동시에 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
사용에 있어서, 글래스 시트를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 한 형태의 방법은 글래스-기반 재료를 수용하도록 구성된 내화체를 제공하는 단계 및 내화체의 적어도 일부를 가열하기 위해 에너지를 전달하는 단계를 포함한다. 상술한 바와 같이, 내화체는 글래스-기반 재료가 하류로 진행하는 원단부를 포함할 수 있다. 글래스 시트를 제조하기 위한 롤링 공정, 플로트 공정, 다운-드로우 공정(테이퍼된 루트부를 갖춘 아이소파이프와 같은), 및 그 외의 다른 공지된 공정에 사용된 그와 같은 내화체를 포함할 수 있다. 선택적으로, 여기에 기술된 바와 같은 방법은 글래스의 연속 스트리밍 또는 가빙 공정(gobbing process)을 포함하는 글래스-형성을 위한 공정에 사용될 수 있다(튜브 또는 로드 드로우 등). 한 형태에 있어서, 내화체는 지르콘 내화물을 포함할 수도 있다.
한 형태에 있어서, 상기 방법은 이러한 부분을 가열하기 위해 글래스-기반 재료를 통해 내화체의 원단부의 적어도 일부에 에너지를 전달하는 단계를 포함한다. 전달된 에너지는 글래스-기반 재료에 의해 충분히 흡수되지 않고 원단부에 의해 적어도 부분적으로 흡수된 선택된 주파수일 수 있다. 상술한 바와 같이, 글래스-기반 재료는 액상 온도를 갖는다. 내화체에 에너지를 전달하는 단계는 글래스-기반 재료의 액상 온도 이상의 온도로 내화체의 부분을 충분히 가열하도록 에너지를 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 액상 온도 이상으로 적어도 내화체의 원단부를 유지함으로써, 글래스는 원단부 하류에서 액상 온도 이하로 신속히 냉각될 수 있고, 불투명화가 제어될 수 있다.
여기에 기술된 바와 같이 마이크로파 발생기, RF 발생기, 레이저 어레이, 스캐닝 레이저, 또는 다른 수단을 포함하는 다양한 수단에 의해 에너지가 전달될 수 있다. 전달된 에너지는 약 300 내지 약 200,000MHz(즉, 마이크로파 에너지)의 주파수 범위 또는 약 3 내지 약 300MHz(즉, RF 에너지)의 범위에 있다. 선택적으로, 소정 파장에서 동작하는 레이저가 가시광선 또는 근적외선 범위의 파장대 또는 불연속 파장대를 갖는 에너지를 포함한 에너지를 발생시키기 위해 사용될 수 있다.
상기 방법은 유체 흐름을 따라 하나 또는 그 이상의 미리 결정된 위치에 히트싱크를 제공하는 것을 더 포함한다. 한 형태에 있어서, 상기 방법은 원단부 하류에 히트싱크를 제공하는 것을 포함한다. 그 히트싱크는 글래스-기반 재료로부터 열을 흡수하도록 구성될 수 있다. 한 형태에 있어서, 이것은 원단부에 가까운 내화체로부터 분리되는 글래스-기반 재료의 신속한 냉각에 도움이 될 수 있다. 또한, 내화체의 원단부로부터 벗어나는 글래스-기반 재료를 드로우하기 위한 수단이 제공된다. 상술한 바와 같이, 그 히트싱크가 원단부의 상류를 포함하여, 유체 흐름을 따라 어디에든 위치될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명이 소정 설명 및 특정 실시예를 참조하여 상세히 기술했으나, 그것으로 한정하지 않고, 부가된 청구항에 정의된 바와 같은 본 발명의 광범위한 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형이 가능하다는 것을 이해해야 한다.
예
본 발명의 원리를 좀더 기술하기 위해, 여기에 청구된 세라믹 물질 및 방법이 어떻게 이루어지고 평가될 수 있는지의 완전한 설명 및 기술이 당업자에게 제공되도록 이하의 예가 기술된다. 이들 예는 본 발명의 순수한 예시에 불과할 뿐 발명자들이 그들 발명과 관련된 범위로 한정하려는 것은 아니다. 수치(예컨대, 양, 온도 등)에 대한 정확성을 보장하려는 노력이 이루어진다. 그러나, 몇몇 에러 및 편차가 생길 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 제품은 무게로 나누고, 온도는 ℃로 나누며, 그 온도는 대기 온도가 되고, 압력은 대기압 또는 대기압에 가까운 압력이 된다.
유사한 볼륨의 EAGLE2000F 글래스 및 지르콘 재료의 다양한 특성을 결정하기 위한 실험이 행해진다. 그 실험장치가 도 9에 도시되어 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 지르콘 재료 시료(955)가 다양한 주파수로 에너지를 발생시키기 위해 MoSi2 내열요소 및 마이크로파 또는 RF 발생기(951)를 이용하여 복합로(941)에 위치된다. 또한, 마이크로파 또는 RF 모드 혼합기(953)는 이들이 이동함에 따라 모드의 공진 주파수의 변조 효과를 달성하고, 그 스펙트럼 외측 가장자리의 효과 모드를 야기하도록 제공된다. 그 모드 혼합기는 또한 회전에 의해 변경되는 2차 패턴을 재방사하고 기존 필드(field)에 일정하게 결합하는 그 노(furnace) 내의 2차 안테나로서 작용할 수 있다. 그 모드 혼합기는 재료의 향상된 일정한 가열을 제공하기 위해 사용된다. MoSi2 내열요소는 시료를 900℃로 이끌기 위해 사용된다. 주변 열전대(947), 글래스 시료 열전대(943), 및 지르콘 재료 시료 열전대(945)가 온도 센서로서 제공된다. 다음에, MoSi2 내열요소는 마이크로파 또는 RF 가열에 의해 소정의 증가치로 시료의 온도가 상승하도록 수동(고정된 퍼센테이지의 출력) 모드로 들어간다. 글래스 시료(957) 및 지르콘 재료 시료(955)는 각각의 순차 실험에 들어간다. 도 10은 에너지의 함수가 글래스(10.1, 10.5)보다 지르콘 재료(10.3, 10.7)에서 더 높음에 따라 온도가 증가하는 실험 및 실증의 결과를 나타내는데, 그 양쪽 재료는 모두 가열될 것이다.
주파수 및 온도의 함수로서 EAGLE2000F 글래스에 대한 지르콘 재료의 다양한 특성을 결정하기 위한 다른 실험들이 행해진다. 도 11은 주파수 및 온도의 함수로서 EAGLE2000F 글래스에 대한 지르콘 재료의 각기 다른 유전상수(ε')를 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 그 차이는 54MHz에서 최대 증가를 나타냈다. 도 12는 주파수 및 온도의 함수로서 EAGLE2000F 글래스에 대한 지르콘 재료의 각기 다른 유전손실(ε'')을 나타낸다. 912MHz 및 2460MHz에서 그 차이는 온도의 증가에 따라 약간 증가로 비교적 일정하다. 그러나, 54MHz에서 그 차이는 약 400℃ 이상으로 증가된 온도부터 끊임없이 증가했다.
도 13은 주파수 및 온도의 함수로서 EAGLE2000F 글래스에 대한 지르콘 재료의 1/2 파워 침투깊이(cm)를 나타낸다. 테스트된 주파수들은 54MHz(지르콘 재료:13.1, 글래스:13.2), 912MHz(지르콘:13.3, 글래스:13.4), 및 2460MHz(지르콘:13.5, 글래스:13.6)이다. 양 재료들이 비교적 투명하기 때문에, 내화체 내에 그리고 내화체에 인접한 글래스를 통과할 수 있다. 도 13은 침투깊이가 2개의 마이크로파 주파수(912MHz 및 2460MHz)에서 보다 RF 주파수(54MHz)에서 더 크다는 것을 나타낸다.
도 14는 주파수 및 온도의 함수로서 EAGLE2000F 글래스에 대한 지르콘 재료의 손실 탄젠트(loss tangent)를 나타낸다. 테스트된 주파수들은 54MHz(지르콘 재료:14.1, 글래스:14.2), 912MHz(지르콘:14.3, 글래스:14.4), 및 2460MHz(지르콘:14.5, 글래스:14.6)이다. 0.01 이상에서 재료를 가열할 수 있으며, 0.1 이상에서 재료가 높게 가열될 것이다. 2450MHz 및 900℃의 실험에서 양 재료가 가열되는 것이 확인되었다.
도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 주파수 감소에 따라 아이소파이프의 지르콘 재료에 의한 에너지의 흡수가 증가한다는 것이 결정되었다. 온도 증가에 따라 지르콘 재료에 의한 에너지의 흡수가 감소한다. 글래스 및 지르콘 재료의 흡수가 동등하면, 글래스가 이동하여 일부 에너지를 전달하고, 반면 지르콘 재료는 글래스와의 접촉으로 방사 및 글래스 층에 대한 열 전도에 의해 그 흡수된 에너지를 손실할 수 있다. 이는 보통 글래스 층에 비해 아이소파이프의 증가된 가열을 야기한다. 따라서, 글래스와 아이소파이프간 특성의 차가 큰 낮은 주파수 장비보다 오히려, 저비용이면서 비교적 작은 도파로를 갖는 보다 작은 2450MHz 마이크로파 장비가 사용될 수 있다. 그 도파로는 워터-냉각 금속일 수 있으며, 따라서 글래스로부터 추가의 열을 제거하기 위한 히트싱크로서 사용될 수 있다.
일반적으로, EAGLE2000F 글래스 및 지르콘 재료가 통상의 루트 온도에서 충분히 다르기 때문에, 글래스보다 지르콘 재료에 의해 더 많은 에너지가 흡수될 것이다. 이러한 방식으로, 아이소파이프, 특히 아이소파이프-글래스 인터페이스에서의 온도는, 벌크의 글래스가 아이소파이프 하류에서 액상 온도 이하로 냉각될 수 있게 하여, 글래스를 불투명하게 하는 온도 이상으로 유지될 수 있다.
107,207,307 : 내화체, 111 : 글래스-기반 재료,
115 : 롤러, 301 : 아이소파이프,
303 : 공급 파이프, 305 : 홈통,
309 : 루트, 637 : 마이크로파 발생기,
639 : 도파로, 661 : 히트싱크,
721 : 레이저 어레이, 823 : 스캐닝 레이저,
827 : 반사면, 941 : 복합로,
949 : MoSi2 내열요소, 951 : RF 발생기,
953 : RF 모드 혼합기, 955 : 지르콘 재료 시료,
957 : 글래스 시료.

Claims (20)

  1. 용융 글래스-기반 재료가 하류로 진행되는 원단부를 포함하면서 용융 글래스-기반 재료를 수용하도록 구성된 비금속 내화체; 및
    용융 글래스-기반 재료를 통해 원단부의 일부를 선택적으로 가열하기 위해 에너지를 전달하기 위한 수단을 포함하고,
    전달된 에너지는 용융 글래스-기반 재료에 의해 완전히 흡수되지 않고 원단부에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는 선택된 주파수이며,
    상기 용융 글래스-기반 재료는 액상 온도를 갖고, 상기 전달된 에너지는 상기 용융 글래스-기반 재료의 액상 온도보다 높은 온도로 원단부의 일부를 가열하기에 충분한 것을 특징으로 하는 글래스 시트를 형성하기 위한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지를 전달하기 위한 수단은 레이저 빔 어레이, 스캐닝 레이저 빔, 마이크로파 발생기, 및 무선 주파수 발생기를 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글래스 시트를 형성하기 위한 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    전달된 에너지는 300 내지 200,000MHz의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 글래스 시트를 형성하기 위한 장치.
  4. 용융 글래스-기반 재료가 하류로 진행되는 원단부를 포함하면서 용융 글래스-기반 재료를 수용하도록 구성된 비금속 내화체를 제공하는 단계; 및
    원단부의 적어도 제1부분을 가열하기 위해 용융 글래스-기반 재료를 통해 원단부의 적어도 제1부분에 에너지를 전달하는 단계를 포함하고,
    전달된 에너지는 용융 글래스-기반 재료에 의해 완전히 흡수되지 않고 원단부에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는 선택된 주파수이며,
    상기 용융 글래스-기반 재료는 액상 온도를 갖고, 상기 전달된 에너지는 상기 용융 글래스-기반 재료의 액상 온도보다 높은 온도로 원단부의 제1부분을 가열하기에 충분한 것을 특징으로 하는 글래스 시트를 형성하기 위한 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 에너지를 전달하는 단계는 상기 원단부의 제1부분으로 적어도 하나의 레이저 빔을 진행시키는 단계를 포함하고, 상기 레이저 빔은 근적외선 범위 또는 가시광선 범위의 파장대를 갖는 것을 특징으로 하는 글래스 시트를 형성하기 위한 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    전달된 에너지는 300 내지 200,000MHz의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 글래스 시트를 형성하기 위한 방법.
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