KR20090125793A - 유리 함유 조성물 성형방법 - Google Patents

유리 함유 조성물 성형방법

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KR20090125793A
KR20090125793A KR1020097020145A KR20097020145A KR20090125793A KR 20090125793 A KR20090125793 A KR 20090125793A KR 1020097020145 A KR1020097020145 A KR 1020097020145A KR 20097020145 A KR20097020145 A KR 20097020145A KR 20090125793 A KR20090125793 A KR 20090125793A
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가스빠 뻬 마르끄
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Abstract

유리-함유 아이템(item) 성형방법에 관한 것으로, 본 방법은 제 1 표면을 갖는 제 1 구조를 제공하는 단계, 패턴화되어 있고 다공성인 제 2 표면을 갖는 제 2 구조를 제공하는 단계, 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면 사이에 제 1 유리 함유 조성물 양을 배치하는 단계, 이후 상기 제 1 조성물 양이 충분히 연화되도록, 상기 제 1 구조 및 제 2 구조, 및 상기 제 1 조성물 양을 함께 가열하여, 상기 제 1 구조 및 제 2 구조가, 중력 또는 그 밖의 다른 힘이 적용되는 조건 하에서 서로를 향하여 이동하여, 상기 제 2 표면의 패턴이 상기 제 1 조성물 양에 성형되는 단계, 이후 충분히 안정화되도록 상기 조성물을 냉각하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 제 2 구조는 적어도 5%의 열린 다공성을 갖는 다공성 탄소를 포함하고, 여기서 상기 조성물 양은 상기 1 조성물 양 또는 상기 제 2 표면의 손상없이, 상기 제 2 표면으로부터 제거됨으로써 상기 제 2 표면이 재-사용 조건에 있도록 한다.

Description

유리 함유 조성물 성형방법{METHODS FOR FORMING COMPOSITIONS CONTAINING GLASS}
본 발명은 2007년 2월 28일 출원된 유럽 특허출원 제07300836.9호를 우선권으로 청구한다. 본 명세서에는 미세유체 장치에서 발견되는 것과 같은 작은 형상을 형성하는데 유용한 유리 성형방법이 기술되어 있다.
수 많은 유리 물질들은 화학적 및 물리적 불활성, 기계적 내구성(긴 지속성), 기계적 안정성 또는 강성(rigidity) 및 투명성을 포함하는 특정 우수한 성질을 갖고 있다. 유리는 또한 큰 열 충격(thermal shock) 또는 큰 열 구배(thermal gradients)에 저항할 수도 있다. 상기의 모든 성질로 인하여 유리는 매력적인 물질로서 많은 곳에서 응용이 된다. 이러한 응용 중 하나로 미세유체가 있다.
미세유체 장치는 통상적으로는 적어도 하나의 치수 및 일반적으로는 수개의 치수(dimensions)를 갖고 있는(1 밀리미터 이하로 부터 수 밀리미터까지의 범위에 있음) 유체 통로(fluidic passages) 또는 챔버를 포함하고 있는 장치이다. 미세유체 장치는 전체 공정의 유체 체적(fluid volume)이 낮고, 표면 대 부피 비가 높다는 특징 때문에, 어렵고, 위험한, 또는 심지어 불가능한 화학 반응 및 공정을 안전하면서도 효율적으로, 그리고 환경 친화적인 방법으로 수행하는데 유용하게 사용될 수 있다(연속 흐름인 경우 미세유체 장치는 약 100 ㎖/분 또는 그 이상의 처리 속도를 지님).
그러나 유리가 수 많은 응용에 있어서 매력적인 물질이 되도록 하는 성질 가운데 불활성 및 내구성과 같은 성질은, 경성(hardness) 및 취성(brittleness)과 같은 다른 성질들과 함께 유리 성형이 어렵도록 한다.
유리로 이루어진 미세유체 장치는 지금까지 화학적으로 또는 물리적으로 식각(etching)하여 얻을 수 있었다. 식각은 유리 기판 내에서 예컨대, 유리 덮개(glass lid)에 의해 밀봉 가능한 트렌치(trenches)를 제조하는데 사용될 수 있다. 그러나 상기 기술들은 전반적으로 만족스럽지 못하다. 등방적 화학적 식각(isotropic chemical etching)을 하면 유의적인 종횡비를 얻어질 수 없다. 한편, 물리적 에칭은 고가이고 생산 능력이 제한적이기 때문에 수행하기 어렵다. 열린 트렌치(open trenches)를 폐쇄하기 위하여, 덮개를 부착하거나 밀봉하는데 가장 종종 사용되는 기술은 이온 부착(ionic attachment)이다. 그러나 이러한 기술은 고가이면서도 먼지에 민감하기 때문에 수행하기 어렵다. 또한, 높은 품질의 밀봉을 제공하기 위해서는 각 층의 표면은 상당히 평평하여야 한다.
본 발명자 및/또는 동료는 2개 이상의 기판 사이에 레세스(recesses) 또는 통로(passages)를 한정(defining)하고 있는 구조적으로 통합된 프릿(frit)으로 형성된 미세 유체 장치를 이미 개발한바 있으며, 그 내용은 예컨대 미국특허번호 제6,769,444호, "Microfluidic Device and Manufacture Thereof" 및 해당 등록특허 또는 공개특허에 개시되어 있다. 상기 공개문헌에 개시된 방법은 다양한 단계들을 포함하고 있는데, 상기 단계들은 제 1 기판을 제공하는 단계, 제 2 기판을 제공하는 단계, 상기 제 1 기판의 접촉면(facing surface) 위에 제 1 프릿(frit) 구조를 형성하는 단계,상기 제 2 기판의 접촉면(facing surface) 위에 제 2 프릿(frit) 구조를 형성하는 단계, 및 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 하나 이상의 통합된-프릿-한정 레세스 또는 통로를 형성하기 위하여 접촉 면을 서로 향하도록 함으로써, 상기 제 1 기판, 상기 제 2 기판, 상기 제 1 프릿 구조 및 제 2 프릿 구조를 함께 통합하는 단계를 포함하고 있다. 상기 유형의 장치에서는 통합된 프릿(consolidated frit)이 유체 통로를 한정하므로, 비-유리 기판을 사용하더라도 상기 통로는 통합된 프릿의 유리 또는 유리-세라믹 물질과 함께 정렬될 수 있다.
유리 미세유체 장치를 제조하는 다른 접근방법, 예컨대 국제공개특허 번호 제03/086958호에서 개시된 방법은 형상을 제조하는데 있어서, 네거티브 주형으로 제공되도록 형상된 임시 기판의 표면 위에 유리를 기상 증착(vapor deposition)하는 방법에 관한 것이다. 기상 증착에 의해 표면 위에 유리가 형성되면, 임시 기판은 습식 식각에 의해 유리로부터 제거된다. 기상증착 및 식각은 상대적으로 느리고, 고가이며, 환경적으로 비-친화적인 방법이다.
본 발명자 및/또는 동료는 예컨대 미국특허공개번호제 2005/0241815에 나타난 바와 같이 미세유체 장치를 형성하는 방법을 개발한 적이 있으며, 이 방법은 유리 박막 시트가 진공-성형된 결과 시트의 대향면(opposing sides) 위에 교대 채널 구조(alternating channel structure)이 생성되고, 이후 이를 하나 이상의 다른 진공-성형 시트 또는 플랫 시트와 융합하여 폐쇄하는 것이다. 상기 문헌에 개시된 방법은 본 명세서에서 기술된 목적을 달성하는데 있어서 유용하다. 그러나, 보다 가파른 홈 각도(groove angle)(예 90℃) 및 매우 다양한 채널 형상 및 크기를 포함하면서도, 상기 진공-형성 기술보다 더욱 미세하고 더욱 복잡한 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
오랫동안, 유리를 형상화하여 다양하게 응용하는데 다양한 핫 프레싱(hot pressing) 및 핫 포밍(hot forming) 기술들이 사용되었다. 미세 또는 매우 미세한 형상을 형성할 수 있는 기술들의 대분분은 어렵고, 특별한 장치를 요구하며, 또는 고가이고, 또는 환경 책임(environmental liabilites)이 있다. 유리내에 미세한 구조를 형성하는데 있어서는 경제적이면서도 단순한 공정이 바람직하다.
도 1은 유리를 포함하는 조성물을 성형 제품으로 성형하기 위한 적층 시스템을 보여준다.
도 2는 컨베이어 벨트를 통해 오븐 통과 중에 있는 다수의 적층 시스템을 보여준다.
도 3은 열 처리 개시 후에 제 1 구조 표면 및 제 2 구조표면 사이에 배치된 횡-단면을 보여준다.
도 4는 제 1 구조 및 제 2 구조 사이에 배치된 유리를 포함하는 조성물로서, 상기 구조들 중 하나의 표면이 조성물을 관통한 것의 횡-단면을 보여준다.
도 5는 주형 표면으로부터 제거된 성형 유리-함유 조성물의 횡단면 및 주형 임프레션(mold impression)의 이형 각도(release angle)를 보여준다.
도 6은 양 측면에 주형 임프레션을 갖는 성형제품을 제조하기 위하여, 2개의 다른 주형 표면 사이에 배치된 유리-함유 조성물 양의 횡-단면을 보여준다.
도 7은 시트의 한 측면 위에 4개의 주형 표면 임프레션을 갖는 유리 시트를 보여준다.
도 8은 패턴화된 표면을 갖는 다수의 구조 사이 각각에 배치된 다수의 조성물 양으로 이루어진 적층 시스템을 보여준다.
도 9는 본 발명의 특정 구현예를 도시하고 있는 다공성 그라파이트(porous graphite) 구조 형태의 구조의 사진이다.
도 10은 다공성 그래파이트 구조 및 이로부터 제조된 성형 유리 시트을 나타내는 사진이다.
도 11은 성형 유리 시트를 나타내는 사진이다.
도 12는 2개의 성형 유리 시트를 함께 압착(pressing)하여 조립된 미세유체 장치 중 하나의 샘플을 나타내는 사진으로, 쥐색 채널(grey channels)은 장치내의 열린 레세스(open recesses)이다.
도 13은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)로 압착 및 융합된 성형 유리 시트를 나타내는 사진이다.
본 명세서에는 미세유체 장치에서 발견되는 것과 같은 작은 형상을 생성하는데 유용한 유리 성형방법이 기술되어 있다. 본 명세서에 기재된 물질, 방법 및 장치의 이점 중 일부는 하기의 상세한 설명에 기술될 것이며, 하기에 기술된 양태들을 실시함으로써 인식될 수 있다. 하기에 기술된 이점은 첨부된 청구항에서 특히 강조하는 구성수단 및 조합에 의해 인식되고 달성될 것이다.
본 명세서의 상세한 설명 및 하기의 청구항에서는 다수의 용어들이 하기의 의미를 갖는 것으로 정의되고 있다:
본 상세한 설명 전체에 걸쳐서, 내용에서 달리 언급되지 않는다면, 용어 "포함하다(comprise)", 또는 "포함되는" 또는 "포함하는"과 같은 변형들은 진술된 하나의 형상 또는 단계, 또는 형상들 또는 단계들 그룹을 포함하는 것을 내포한다. 그러나 이것이 특정한 다른 형상 또는 단계, 또는 특정한 다른 형상들 또는 단계들을 배제하는 것은 아니다.
본 상세한 설명 및 첨부된 청구항에서 사용된 것처럼, 단일 형태 "a", "an" 및 "the"는 내용에서 명백하게 달리 가리키지 않는 한, 복수의 지시대상을 포함하고 있음을 주의하여야 한다. 따라서 예를 들어 "유리 물질(a glass material)"에 대한 지시대상은 내용이 명백하게 달리 가리키지 않는다면 2개 이상의 상기 물질의 혼합물, 및 그 유사체를 포함한다.
일 양태에 따르면, 유리-함유 미세유체 장치를 제조하는 방법은 다음을 포함한다:
패턴화된 주형 표면을 갖는 경질(rigid), 비-점착성(non-strick) 물질의 단편을 제공하는 단계; 제 1 유리-함유 물질 양을 제공하는 단계;
상기 제 1 유리-함유 물질 양을 상기 패턴화된 주형 표면과 접촉하는 단계;
상기 패턴화된 주형 표면 및 상기 제 1 유리-함유 물질 양을 압착(pressing)하는 단계;
상기 유리 함유 물질이 충분히 연화되도록, 상기 경질 비-점착성 물질의 단편 및 상기 제 1 유리-함유 물질 양을 함께 가열하여, 상기 패턴화된 주형 표면이 상기 제 1 유리-함유 물질에서 복제되고, 상기 제 1 유리-함유 물질 양은 제 1 성형-유리 함유 제품을 성형하는 단계;
상기 제 1 성형 유리-함유 제품을 적어도 2개의 추가적인 유리-함유 제품과 적층하는 단계;
적어도 하나의 유체 통로(fluidic passage)를 가지는 미세유체 장치를 생산하도록 열 처리하여 상기 적층된 제품을 함께 밀봉하는 단계.
본 발명에서 유용한 유리-함유 물질은 가열시 점성 물질로 전환될 수 있는 유리-함유 물질 모두를 의미한다. 유리-함유 물질은 충전된 프릿(frit)을 함유하고 있는 프릿(frit) 형태로 있을 수 있다. 유리-함유 물질은 또한 시트 형태일 수 있다. 시트의 치수는 불과 수백 제곱 미크론(microns)에서 수십 제곱 데시미터(dicimeters)까지 다양할 수 있고, 시트 두께는 수백 마이크로미터에서 수십 센티미터까지 가질 수 있다. 유리-함유 물질에는 유리질 유리(vitreous glass), 유리 세라믹, 또는 유리 조성물을 포함할 수 있다.
유리 조성물은 유리 프릿 및 충전제를 포함할 수 있다. 조성물은 유리 프릿 및 충전제를 치밀하게(intimately) 혼합함으로써 프릿 형태로 제조될 수 있다. 그 결과로 생기는 프릿 조성물 또는 충전된 프릿은 이후 본 발명의 형성방법에 있어서 유리-함유 물질로써 직접적으로 사용될 수 있거나, 또는 우선 유리 시트로 성형될 수 있다. 어느 경우이든, 충전제는 상기 조성물 전체에 걸쳐서 균일하게 분산되거나, 균일하게 통합되어 있는 것이 바람직하다. 이는 전체 유리 시트가 전체 시트 전체에 걸쳐서 상당히 일정한 성질(예컨대 평균 열 전도율)을 갖도록 한다. 본 발명에서 유용한 특정 유리 프릿 및 충전제는 하기에 기술되어 있다.
유리 프릿은 가열시 점성 물질로 전환될 수 있는 유리 물질 모두를 의미한다. 다양한 물질들이 본 명세서에서 사용될 수 있다. 일 양태에 따르면, 유리 프릿은 SiO2 및 적어도 하나의 다른 알칼리산화물, 알칼리 토류 산화물, 전이 금속산화물, 비-금속 산화물(예, 알루미늄 산화물 또는 인 산화물), 또는 이들의 조합을 포함한다. 다른 양태에 따르면, 유리 프릿은 알칼리 실리케이트, 알칼리 토류 실리케이트 또는 이들의 조합을 포함한다. 유리 프릿으로서 유용한 물질의 예로는 보로실리케이트, 지르코늄-함유 보로실리케이트, 또는 소듐 보로실리케이트를 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.
충전제와 관련하여, 상기 충전제는 바람직하게는 충전제의 열적 성질 및 기계적 성질을 보전하기 위하여 유리 프릿과 관련하여 대부분 또는 완전히 불활성이다. 유리 프릿과 관련하여 충전제가 대부분 또는 완전히 불활성일 경우, 상기 충전제는 충전제/프릿 매트릭스 내에서 반응이 없거나 최소한으로 반응하여, 통합(consolidation)을 방해하는 포밍(foaming), 새로운 상(phase) 형성, 크래킹 및 다른 과정들이 본질적으로 없도록 한다. 상기 조건 하에서, 최소한의 다공성(porosity)을 갖는 조성물을 제조하는 것이 가능하다.
상기 충전제는 또한 일반적으로 비다공성 또는 최소한의 다공성 및 낮은 표면 면적을 소유하는 것이 바람직하다. 상기 충전제는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 유기 화합물처럼 소결(sintering) 하는 동안에 타서 없어지지 않는다. 충전제는 열 처리 동안 단단하고, 부드러우며, 또는 심지어 용융된 상태를 유지할 수 있다. 일 양태에 따르면, 상기 충전제는 유리 프릿의 보다 큰 연화점 또는 용융점을 갖는다. 충전제의 선택에 의존하여, 상기 충전제는 산화물을 형성함으로써 최종 조성물로의 통합을 촉진하게 된다.
충전제는 바람직하게는 조성물의 평균 열 전도율은 증가한다. 일 양태에 따르면, 상기 충전제는 2 W/m/K이상, 3 W/m/K 이상, 4 W/m/K 이상, 또는 5 W/m/K 이상의 평균 열 전도율을 갖는다. 본 발명에서 유용한 충전제의 예로는 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드, 보론 카바이드, 보론 나이트라이드, 티타늄 브로마이드, 물라이트, 알루미나, 은, 금, 몰리브데늄, 텅스텐, 탄소, 실리콘, 다이아몬드, 니켈, 백금, 또는 이들의 조합을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
충전제의 양은, 여러 개 가운데, 선택된 유리 프릿의 유형 및 원하는 평균 열 전도율에 따라 다양할 수 있다. 일 양태에 따르면, 충전제의 양은 조성물 부피 대비 5% 이상이다. 다른 양태에 따르면 충전제의 양은 조성물 부피 대비 15% 내지 60%이다.
주형을 제조하는데 사용되는 물질과 관련하여, 유리에 대한 주형 물질의 CTE/영 모듈 이외에 상기 주형의 다공성(porosity) 및 화학적 안정성이 추가로 고려된다. 다공성과 관련하여, 주형은 일정한 정도의 다공성을 소유함으로써 열 처리 동안에 생산된 가스가 다공성 주형을 통해 용융된 유리를 빠져나가, 유리 내에 포집되지 않도록 하는 것이 가장 바람직하다. 일 양태에 따르면, 상기 주형은 5% 초과의 열린 다공성(open porosity), 즉 주형의 5% 초과 부피가 열려져 있다. 다른 양태에 따르면, 상기 주형은 적어도 10%의 다공성을 갖는다.
주형 물질을 선택하는데 있어서 다른 고려사항은 주형은 상승된 온도, 특히 유리조성물을 적절하게 연화시키는데 요구되는 온도에서 화학적으로 안정하여야 한다는 점이다. 본 명세서에서 주형 물질과 관련하여 사용된 용어 "화학적으로 안정(chemically stable)"은 불활성 물질로부터 상기 용융된 유리와 반응할 수 있는 물질로 전환되는 주형 물질의 저항성으로 정의된다. 예를 들어, 보론 나이트라이드를 사용할 경우, 보론 나이트라이드는 700℃보다 큰 온도에서 보론산화물로 전환될 수 있다. 보론 산화물은 화학적으로 유리와 반응할 수 있고, 이는 결과적으로 유리가 주형에 점착되도록 한다. 따라서 본 발명의 일 양태에 따르면, 보론 나이트라이드가 사용될 수 있으나 바람직한 것은 아니다.
주형 물질은 보다 바람직하게는 카본 로라인(Carbone Lorraine)에서 제조된 그레이드(grade) 2450 PT 그라파이트와 같은 탄소, 가장 바람직하게는 다공성 탄소를 포함한다. 상기 그래이드(grade) 그라파이트는 300℃에서 25 x 10-7/℃의 CTE를 가지며 열린 다공성 수준은 약 10%이다. CNC 기계가공, 다이아몬드 초고속 기계가공, 방전기계가공, 또는 이들의 조합과 같은 기술들은 특정 주형 표면을 제조하는데 이용될 수 있다. 주형 표면 디자인은 원하는 특징에 의존하여 다양할 수 있다. 하기에 상세히 기술된 것처럼, 본 명세서에 기술된 방법들은 높은 종횡비(3 이상의 높이/너비)를 갖으면서 불과 수 미크론부터 수십 밀리미터의 높이를 갖는 주형 표면을 사용하는 것을 허용한다. 절대 높이 및 종횡비는 단일 값으로 제한되는 것은 아니며, 주형 표면의 한 영역에서 다른 영역까지 다양할 수 있다. 주형 표면은 미세 유체 기기에 바람직한 다양한 다른 3-차원(3D)의 홈(groove) 구조(예, 채널, 캐비티) 및 융기된 구조(예, 벽, 기둥)를 지닐 수 있다. 또 주형 위의 홈 구조 또는 융기된 구조와 함께 90°의 이형 각도(release angle)가 가능하며, 이들의 관련성은 하기에서 보다 상세하게 기재될 것이다.
성형 유리-함유 제품을 제조하는 일 구현예를 도 1을 참조하여 기술하고자 한다. 제 1 유리-함유 조성물 양(이 경우 시트 2 형태로 됨)이 제 1 표면(예컨대 제 1 구조 1의 평평한 상부 표면) 및 제 2 패턴화된 표면(예컨대 제 2 구조 3의 주형 표면 14) 사이에 배치된다. 유리-함유 조성물이 시트 2 형태인 경우, 일반적으로 시트 2는 높은 수준(level)의 2차원을 갖는 것이 바람직하다. 제 1 표면 12 및 제 2 또는 주형 표면 14은 동일 물질 또는 다른 물질로 이루어질 수 있다. 일 양태에 따르면, 제 1 표면 12는 탄소, 보론 나이트라이드 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함한다. 다른 양태에 따르면, 제 1 표면 12 및 제 2 표면 14이 동일한 물질로 구성될 경우, 상기 물질은 바람직하게는 예컨대 카본 로라인(Carbone Lorraine)에 의해 제조된 그레이드(grade) 2450 PT 그라파이트와 같은 탄소, 바람직하게는 다공성 탄소이다.
이형제(releasing agent)를 선택적으로 사용할 수 있다. 이형제는 원할 경우 제 2 표면 14, 유리-함유 조성물 2, 및 제 1 표면 12 중 어느 곳에서도 사용될 수 있다. 사용되는 이형제의 양은 다양할 수 있다. 제 2 표면 14의 물질 및 이형제는 유사한 성질을 갖거나 또는 유사한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제 2 표면 표면 또는 주형 표면 14은 그라파이트로 이루어져 있고, 상기 이형제는 바람직하게는 탄소 수트(carbon soot)이다.
압력은 바람직하게는 유리-함유 조성물 2 및 제 2 표면 14 사이의 경계면에 적용된다. 이는 로드(load) 4를 제 2 구조 3의 상부에 놓음으로써 가능하며, 로드는 가열하는 동안 제 2 표면 표면 또는 주형 표면 14가 유리-함유 조성물 2의 관통을 촉진하도록 한다. 제 1 구조 1, 유리-함유 조성물 2, 제 2 구조 3 및 로드 4는 함께 적층 시스템 10을 형성한다. 상기 로드는 상승된 온도(즉, 유리-함유 조성물 2를 적절하게 연화시키는데 요구되는 온도)를 견딜 수 있는 어떠한 물질로부터도 제조가능하다. 로드의 무게는 유리-함유 조성물 2의 양 또는 두께, 그리고 제 2 표면 또는 주형 표면 14의 조성물로의 원하는 투과 양에 의존하여 다양할 수 있다.
일단 제 1 구조, 유리 함유 조성물, 제 2 구조, 및 선택사항인 로드로 이루어진 적층 시스템 10이 준비되면, 유리-함유 조성물 2이 점성 흐름을 갖는데 충분한 온도까지 가열된다. 이러한 가열을 수행하기 위하여, 적층 시스템 10을 오븐에 둘 수 있다. 가열하기 전에, 오븐 내의 공기는 바람직하게는 진공에 의해 제거되고, 질소와 같은 불활성 가스가 오븐 내에 도입된다. 하나 또는 이상의 적층된 시스템이 오븐에 도입되는 것을 예상할 수 있다.
일련의 적층 시스템을 컨베이어 벨트 방식에 의해 오븐에 도입될 수 있고, 상기 적층 시스템은 하나 이상의 유리-함유 조성물 양을 포함할 수 있다. 이러한 양태가 도 2에 도시되어 있다. 여기서 일련의 적층 시스템 20은 질소 가스의 분위기 하에서 컨베이어 벨트 22에 의해 오븐 21으로 공급되고, 여기서 각각의 적층 시스템 20은 6개의 유리-함유 조성물 양 2을 포함하고 있다. 적층 시스템 20이 오븐으로 이동하는 속도는 1 분 내지 1 시간까지 다양할 수 있다. 도 2에 도시된 공정은 유리-함유 조성물의 다수의 출발 양 2으로부터 대량의 성형 제품을 제조하는데 있어서 효율적인 방법이다. 예를 들어, 만약 유리-함유 조성물 양 2을 포함하는 적층 시스템이 2시간의 열 사이클 동안 5미터/hr로 오븐에 공급되고, 오븐이 12 m 길이인 경우, 상기 오븐은 1시간 당 60 적층 시스템을 열처리할 수 있으며, 이는 한 1시간에 600 성형 제품이 제조되는 것과 대응한다.
도 3은 로드가 없는 적층 시스템 10의 횡-단면을 보여준다. 제 2 구조 3과 관련하여, 제 2 구조 또는 주형 표면 14은 도 4에서 나타난 것처럼, 형성이 완성될 때 제 1 구조의 제 1 표면과 접촉하는, 표면 14의 하나 이상의 영역(area) 또는 형상(feature) 31을 가질 수 있다. 영역 또는 형상 31( 이 경우 제 2 표면 또는 패턴화된 표면 14의 주변(perimeter)으로부터 이격된 영역 형태임)은 그림에서 다수의 표면 14로부터 수직방향으로 충분히 오프셋(offset) 되어 있어, 열처리하자마자 이는 유리-함유 조성물 2를 관통할 수 있고, 5에서 보이는 것처럼 성형 제품 51 내에서 관통-홀(through-hole) 16을 생성할 수 있다. 영역 31의 형태은 원형, 직사각형, 또는 장방형(oblong) 등 어떠한 형태라도 가능하다. 열 처리 동안 관통-홀이 형성되는 점은 성형 제품 51에서 고가이면서 제품을 손상 또는 파괴할 수 있는 홀-드릴링(hole-drilling)을 피하도록 한다. 패턴화된 제 2 표면 또는 주형 표면 14의 다른 선택적인 특징으로서, 상기 제 2 구조 3은 또한 성형이 완성되었을 때 제 1 구조의 제 1 표면 12와 접촉하는 다른 영역, 패턴화된 제 2 표면 14의 주변에 있는 영역 32을 가질 수 있고, 이는 선택적으로 제 2 구조 3의 패턴화된 제 2 표면 14를 둘러싸고 있다. 상기 둘러싸고 있는 볼록부(raised area)는 용융된 유리가 구조 1 및 3 사이에서 빠져나가는 것을 차단하는 흐름 유지 수단(flow retainer)으로서 역할을 할 수 있다. 상기 흐름 유지수단은 또한 공정 동안 유리의 두께가 일정하도록 하고, 균질 하도록 하는데 도움을 줄 수도 있다.
도 3에서 보인 것처럼, 다수의 볼록부 33가 구조 3의 표면 14 위에 있으며, 이는 궁극적으로는 유리-함유 조성물 내에 성형된 형상을 만들어 낸다. 도 4와 관련하여, 가열시 유리-함유 조성물은 연화 상태 또는 점성 상태로 전환되며, 이때 영역 31 및 영역 33은 유리-함유 조성물을 관통한다. 도 5는 공정 후에 표면 14로부터 제거된 성형 제품 51을 보여준다.
적층 시스템 10 또는 20의 열 처리 온도 및 지속시간은 유리-함유 조성물의 점도, 표면 14의 종횡비, 및 표면 14의 복잡성을 포함하는 일부 파라미터에 따라 다양할 수 있다. 그러나 상기 파라미터에 한정되는 것은 아니다. 유리 주형 표면을 제조하기 위한 전형적인 기술은 용융된 유리가 상기 표면에 접착하는 것을 피하기 위하여 짧은 가열 시간으로 제한된다. 이는 단순한 주형 표면을 형성하도록 한다. 본 명세서에 기술된 방법은 공정 동안에 용융된 유리가 주형 표면에 접착하는 것을 피할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 기술된 방법에 따르면 긴 가열시간이 가능하고, 이는 연화된 유리-함유 조성물이 복잡한 주형 표면 각각의 개구를 관통할 수 있도록 한다. 이는 궁극적으로 보다 복잡한 성형 유리-함유 제품을 성형할 수 있도록 한다. 따라서 적층 시스템은 1분 내지 1 시간 또는 심지어 그 이상으로 가열될 수 있으며, 이는 현재의 핫 포밍(hot forming) 기술보다 그 범위가 더욱 넓다.
가열 단계 후, 적층 시스템은 적어도 100℃까지, 바람직하게는 상온까지 시간을 두고 천천히 냉각시킨다. 본 명세서에 기술된 방법들은 연화 유리-함유 조성물이 주형 표면 또는 표면들에 접착하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 본 명세서에서 기술된 방법은 주형 표면에 유리 결빙(glass freezing)(즉, 접착성)이 없이도 유리-함유 조성물 및 주형 표면이 함께 천천히 냉각되도록 한다. 천천히 냉각함으로써, 제 2 구조 및 주형 표면에서 크랙(crack)이 형성되는 것을 방지할 수 있어, 결국 제 2 구조 및 그 주형 표면은 재-사용될 수 있다. 또 주형 표면은 성형 제품에 접착되지 않으므로, 제 2 구조 및 그 주형 구조는 식각(etching)과 같은 당 업계에서 일반적으로 사용되는 기술에 의하지 않고 손으로도 성형 제품으로부터 제거할 수 있다. 이는 총 생산가 및 성형제품의 전반적인 품질에 있어서 극적의 포지티브 효과를 갖는다.
상기한 바와 같이, 본 명세서에 기술된 방법은 복잡하면서도 상세한 형상을 갖는 성형 유리-함유 제품을 제조하도록 한다. 예를 들어, 주형 표면은 100 mm 이상의 깊이 및 100 mm 이상의 너비에서 유리-함유 조성물을 관통할 수 있는 다수의 유리-함유 영역을 소유할 수 있다. 다른 양태에 따르면, 상기 깊이는 100 mm 내지 10 mm 일 수 있고, 그 너비는 100 mm부터 10 mm 일 수 있다. 다른 양태에 따르면, 주형 표면은 3 이상의 종횡비를 가질 수 있다. 여기서 종횡비는 영역 또는 형상의 너비에 대한 표면 14의 영역 또는 특징의 높이(도에서 수직 방향임)이다. 도 5와 관련하여, 이행 각도(release angle) 52는 한 실험에서는 105°이였다. 정확히 90°의 이형각도는 유리-함유 조성물이 주형 표면에 접착하기 때문에 이미 공지된 기술을 사용할 경우 불가능하다. 그러나, 본 명세서에서 기술된 방법은 유리-함유 조성물 및 주형 표면 사이의 접착을 피할 수 있기 때문에, 90℃에 근접한 각도가 가능하다. 또한, 90°에 도달하는 이형각도와 연계된 높은 종횡비 또한 가능하다. 다시 언급하건대, 연화된 유리-함유 조성물은 주형 표면에 접착되지 않기 때문에, 긴 가열 시간이 가능하며, 이는 증가된 종횡비를 야기하고, 방출 각도가 90℃에 접근하도록 한다. 이는 미세유체 장치와 같은 특정 응용에 있어서 바람직할 수 있다.
비록 도 1에서 제 1 구조의 제 1 표면 12이 평면일지라도, 제 1 표면 12은 대신 패턴화된 표면일 수도 있다. 도 6과 관련하여, 유리-함유 조성물 60은 제 1 구조 61 및 제 2 구조 62 사이에 삽입된다. 이러한 양태에 따르면, 제 1 구조 61 및 제 2 구조 62의 제 1 표면 12 및 제 2 표면 14 는 모두 패턴화되어있고, 이는 볼록부의 수 및 치수와 관련하여 다르다. 열처리 후, 성형 유리-함유 제품 63은 제품의 각각의 측면이 주형-표면 임프레션(impression)을 갖는 곳에서 제조된다. 따라서, 상기 성형된 유리-함유 제품의 각각의 측면(side) 위에서 동일 또는 다른 임프레션을 갖는 것이 가능하다.
다른 양태에 따르면, 2 이상의 제 1 구조 또는 제 2 구조는 유리-함유 조성물의 동일한 표면 위에 배치될 수 있고, 여기서 상기 구조은 동일 또는 다른 패턴화된 표면을 포함한다. 도 7에서 성형 유리-함유 제품 70은 동일한 성형 패턴 71 및 73 그리고 동일한 성형 패턴 72 및 74을 가지고 있는 4개의 제 2 구조에 의해 성형된 것이다. 유리-함유 조성물 특정 양의 측방향 범위(lateral extent) 및 패턴 하는데 사용되는 하나 이상의 구조에 의존하여, 각각이 주형 표면을 갖는 여러 개의 구조를 유리-함유 조성물의 표면 위에서 나란히 놓고, 그 적층을 열처리하는 것이 가능하다.
상기의 기술은 또한 다수(즉, 2 이상)의 성형 유리-함유 제품을 동시에 제조하는데도 유용하다. 일 양태에 따르면, 이러한 방법은 다음을 포함한다:
제 1 표면을 갖는 제 1 구조를 제공하는 단계;
제 2 표면 및 상기 제 2 표면의 반대편 표면(surface opposite)을 가지고 있는 제 2 구조를 제공하는 단계(상기 제 2 표면은 패턴화되어 있고 다공성임);
상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면 사이에 제 1 유리 함유 조성물 양을 배치하는 단계;
제 3 표면 및 상기 제 2 표면의 반대편 표면 사이에 제 2 유리 함유 조성물 양을 배치하면서, 상기 제 3 표면을 가지고 있는 제 3 구조를 제공하는 단계(상기 반대편 표면 및 상기 제 3 표면 중 하나는 패턴화되어 있음);
상기 제 1 및 제 2 유리 함유 조성물 양이 충분히 연화되도록, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 구조, 및 제 1 및 제 2 유리 함유 조성물 양을 가열하여, 상기 제 1 및 제 2 구조, 및 상기 제 2 및 제 3 구조가, 중력 또는 그 밖의 다른 힘이 적용되는 조건 하에서 서로를 향하여 이동하여, 각각의 패턴화된 표면에 의해서 상기 제 1 조성물 양이 제 1 성형 제품을 성형하고, 상기 제 2 조성물 양이 제 2 성형 제품을 성형하는 단계.
도 8과 관련하여, 유리-함유 조성물 양 81, 83, 85, 87, 및 89 는 구조 80 및 구조 82, 84, 86, 88, 및 90 사이에 배치되거나 끼워져 있다. 구조 82, 84, 86, 및 88인 경우, 다른 구조의 패턴화된 표면이 있다. 따라서, 다수의 성형된 유리-함유 제품들이 하나의 적층 시스템으로부터 제조될 수 있다. 도 8에 보인 것처럼, 5개의 성형 제품 91, 93, 95, 97, 99은 열처리 및 성형 제품 제거 후에 제조된다. 상기 기술한 바와 같이, 다수의 성형 제품을 짧은 시간 내에 제조하는 것이 가능하다. 구조 82, 84, 86, 및 88 각각이 동일한 2개의 패턴화된 구조를 갖지만, 다수의 다른 성형 제품을 동시에 생산하도록 2개 이상의 다른 표면을 가지는 구조들을 적층하는 것을 예상할 수 있다.
본 명세서에서 기술된 방법에 의해 생산된 성형 유리-함유 제품은 미세반응기와 같은 미세유체 기기를 제조하는데 있어서 유용하다. 연동하여 대향하는 구조를 갖는 다수의 성형 제품들이 적층 및 밀봉될 수 있다. 일 양태에 따르면 상기 적층된 성형 제품은 공기하 상승된 온도에서 밀봉될 수 있다. 온도 및 가열 지속시간은 성형 제품을 제조하는데 사용된 물질에 의존하여 다양할 것이다. 가열 지속시간은 각각의 접촉하는 성형 제품 사이에 완전한 밀봉이 형성되도록 충분히 길어야 한다. 미세반응기인 경우, 이는 시스템으로부터 어떠한 반응물도 누수되지 않으면서 미세반응기 내에 내부 압력을 유지하도록 하는 것이 중요하다.
성형 제품의 양 측면이 구성될 수 있고, 일부는 다른 것과 독립적으로 구성될 수 있기 때문에 이러한 방법은 유리 미세유체 장치 또는 미세 반응기, 특히 다수의 층을 갖는 유리 반응기를 제조하는데 필요한 수 많은 유리 구성요소들을 최소화한다.
다른 양태에 따르면, 성형된 유리-함유 제품을 유리가 아닌 기판에 부착하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 높은 열 전도율 기판에 밀봉된 성형 유리-함유 시트는 결과적으로 생성된 미세반응기의 열전달을 향상시킬 수 있다. 일 양태에 따르면, 기판에 사용되는 물질은 성형된 유리-함유 조성물의 것과 유사한 CTE를 갖고, 공정 온도를 견딜 수 있어야 한다. 본 명세서에서 유용한 기판의 예로는 실리콘, 실리콘 카바이드, 알루미나, 금속 및 그 유사체을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 일 양태에 따르며느 기판위에 유리 주형을 부착시키는 방법은 다음을 포함한다:
제 1 표면을 갖는 제 1 구조를 제공하는 단계;
패턴화되어 있고 다공성인 제 2 표면을 갖고 있는 제 2 구조를 제공하는 단계;
상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면 사이에 제 1 유리 함유 조성물 양을 배치하는 단계;
상기 제 1 조성물 양이 충분히 연화되도록, 상기 제 1 및 제 2 및 상기 제 1 조성물 양을 함께 가열하여, 상기 제 1 및 제 2 구조가, 중력 또는 그 밖의 다른 힘이 적용되는 조건 하에서 서로를 향하여 이동하여, 상기 제 2 표면의 패턴이 상기 제 1 조성물 양에 성형되는 단계;
여기서 상기 가열하는 단계는 상기 제 1 유리 함유 조성물 양을 상기 제 1 표면에 융합시켜, 제 1 유리 함유 조성물 양이 상기 제 1 구조와 함께, 성형 유리-함유 제품을 성형하는 것을 포함한다.
패턴화된(주조) 표면의 제조
도 9에 나타난 바와 같이 패턴화된 표면의 제조를, 예컨대 그래파이트 블록 단편(프랑스, 뤼 진 자우레스-게네빌리에르(Gennevilliers), 카본 로라이네(Carbon Lorraine)에 의해 제조된 그레이드(grade) C25)으로부터 CNS 기계 가공에 의해 달성하여 표면 14를 갖는 구조 3을 성형하였다. 상기 그레이드는 300℃에서 33 x 10-7/℃의 열 팽창성 및 약 10% 수준의 열린 가공성(open porosity)을 가지고 있어, 공정 동안 가스가 유리를 빠져나가도록 하여 거품 형성을 방지하도록 한다. 도 9의 주형 표면 14 디자인은 마이크로 반응기에서 사용되는 대표적인 구조물이다. 여기서, 주형의 형상 높이는 100 ㎛ 내지 1.5 mm까지 다양하고, 너비는 100 ㎛ 내지 7 mm 까지 다양하다. 도 9와 관련하여, 상기 주형은 서펜타인 구조(serpentine structure)(높이= 1mm, 너비= 4 mm), 믹서기 구역에 대응하는 다 부위 구조, 및 다양한 종횡비의 일부 필라(pillars), 및 일부 동심원을 포함하고 있다.
주형 유리 시트의 제조
도 1과 관련하여, 도 9에서 보인 것처럼 제 2 패턴화된 표면 14을 갖는 제 2 구조 3를 보로플로트™(Borofloat™) 유리 시트 형태로 된 유리-함유 조성물 2 위에 놓았다. 유리 시트는 제 2 구조 1의 제 1 표면 12에 의해 아래에서 지지되었다. 제 1 및 제 2 구조 모두는 탄소로 형성되었다. 가열 동안 패턴화된 표면 14의 형상 또는 영역이 유리-함유 조성물에 관통하는 속도를 증가키시도록, NS30 내화성 금속으로부터 기계 가공처리된 금속 중량 형태의 로드 4를 제 2 구조 3의 상부에 놓았다. 상기 물체의 질량 및 지름은 1.5㎏ 및 100 mm 이였다. 본 공정의 일 특이적 가치는 중력과 같은 큰 압력이 요구되지 않고, 단순한 무게도 좋은 결과를 제공할 수 있다는 것이다. 특히 주형 표면 및 유리-함유 조성물 사이의 압력은 100kPa 미만, 바람직하게는 10 kPa 또는 심지어 1 kpa 미만이 되는 것이 바람직하다.
적층 어셈블리 10를 오븐에 로딩하고, 질소 유동 하에 가열하였다. 질소를 도입하기 전에, 오븐 내의 공기를 진공에 의해 제거하였다. 열처리로(furnace)의 온도를 2시간에 걸쳐 900℃까지 상승시켜 유리 시트의 점성 변형을 표면의 홈 14에 유도하였다. 1 시간의 드웰(dwell)이 있은 후, 5시간에 걸쳐 상온까지 냉각하였다. 제 1 구조 및 제 2 구조 및 형성된 유리 시트를 손으로 분해하였다. 도 10 및 11은 상기 기술된 방법을 통해 성형된 성형 보로플로트(borofloat) 유리 시트(3.5 mm 두께)를 나타낸다. 주형 표면(molding surface) 14의 모든 형상은, 심지어 가장 복잡한 형상인 경우라도, 유리 표면 위에서 완벽하게 복제된다. 또한, 도 11에 보이는 바와 같이 CNC 장치의 도구 사용에 의해 주형 위의 주형 기계 가공 결함에 대응하는 형상 53도 유리 시트의 표면 위에서 임프레션되었다.
미세유체 장치의 조립
미세유체 구성성분 57을 제조하기 위하여, 상기 방법에 의해 제조된 2개의 성형 유리 시트를 800℃에서 공기 하에서 함께 밀봉하였다. 도 12와 관련하여, 유체 통로 55는(여기서는 서펜탄인(serpentine) 형상 형태(어두운 음영)으로 보임) 2 mm 높이 및 4 mm 너비를 갖는다. 이러한 어셈블리는 약 60 bars 수치의 가압을 지탱하였다. 밀봉 경계면에서의 결점은 발견되지 않았다.
도 13은 제 2 성형 제품 사진을 보여준다. 상기 샘플은 실리콘 웨이퍼가 보로플로트 유리 시트와 접촉하는 제 1 표면을 갖는 제 1 구조로서 사용된 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법에 의해 얻을 수 있었다.
미세 유체 장치의 일 특징적인 가치는 특히 만약 모든 관통-홀이 초기 성형 과정의 일부로써 성형될 경우, 본 발명의 단계에 따라 생산된 3개 이상의 성형 제품을 조립할 때 알 수 있다. 예를 들어, 성형 구조 91, 93, 95, 97 및 99는 적층될 수 있고 함께 밀봉되어 다층 미세유체 기기를 성형할 수 있다.

Claims (30)

  1. 유리-함유 아이템(item) 성형방법으로서, 상기 방법은:
    제 1 표면을 갖는 제 1 구조를 제공하는 단계;
    패턴화되어 있고 다공성(porous)인 제 2 표면을 갖는 제 2 구조를 제공하는 단계;
    상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면 사이에 제 1 유리 함유 조성물 양을 배치하는 단계;
    상기 제 1 조성물 양이 충분히 연화되도록, 상기 제 1 구조 및 제 2 구조, 및 상기 제 1 조성물 양을 함께 가열하여, 상기 제 1 구조 및 제 2 구조가, 중력 또는 그 밖의 다른 힘이 적용되는 조건 하에서 서로를 향하여 이동하여, 상기 제 2 표면의 패턴이 상기 제 1 조성물 양에 성형되는 단계;
    상기 제 1 조성물 양 및 제 1 조성물 양에 성형된 패턴이 충분히 안정화되도록 상기 제 1 구조 및 제 2 구조, 및 상기 제 1 조성물 양을 함께 냉각하는 단계를 포함하고,
    여기서 상기 제 2 구조는 적어도 5%의 열린 다공성(opne porous)을 갖는 다공성 탄소(poous carbon)를 포함하며, 여기서 상기 방법은 상기 제 1 조성물 양 또는 상기 제 2 표면의 손상없이, 상기 제 2 표면으로부터 상기 제 1 조성물 양을 제거함으로써, 상기 제 2 표면이 재-사용 조건에 있고, 상기 제 1 조성물 양은 제 1 성형 제품을 성형하도록 하는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 조성물 양은 비정질 유리(viteous glasses)로 이루어진 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 함유 조성물은 유리-세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 함유 조성물은 유리 복합체(glass composite)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유리 복합체는 세라믹-충전 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 세라믹은 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유리 함유 조성물 양은 시트 형태인 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유리 함유 조성물 양은 프릿 형태인 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 유리 함유 조성물은 충전된 프릿(filled frit) 형태인 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 조성물 양은 유기 바인더(organic binder)를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 단계는 적어도 100℃까지 냉각하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 단계는 불활성 분위기(inert atmospher)에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 가열 단계는 대기압(atmospheric pressure)에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 표면은 패턴화된 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열단계는 상기 제 2 구조의 하나 이상의 패턴화된 표면이 상기 제 1 표면과 접착할 때까지 상기 제 1 및 제 2 구조가 서로를 향하여 이동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 영역(area)은 상기 제 2 구조의 패턴화된 표면의 주변(perimeter)으로부터 이격된 영역을 포함하여, 하나 이상의 관통-홀(through-holes)이 상기 제 1 성형 제품 내에 성형되는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  17. 제 15항 또는 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 영역은 제 2 구조의 패턴화된 구조의 주변에서의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 2 구조의 패턴화된 표면의 주변에서의 영역은 상기 제 2 구조의 패턴화된 표면을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 구조는 상기 제 2 표면의 반대편 표면(surface opposite)을 가지고, 상기 방법은 제 3 표면을 갖는 제 3 구조를 제공하는 단계, 제 3 표면 및 상기 제 2 표면의 반대편 표면 사이에 제 2 유리 함유 조성물 양을 배치하는 단계, 상기 제 1 및 제 2 유리 함유 조성물 양이 충분히 연화되도록, 상기 제 1 구조, 제 2 구조, 및 제 3 구조, 및 상기 제 1 및 제 2 유리 함유 조성물 양을 함께 가열하여, 상기 제 1 구조 및 제 2 구조, 및 상기 제 2 구조 및 제 3 구조가, 중력 또는 그 밖의 다른 힘이 적용되는 조건하에서 서로를 향하여 이동하여, 상기 제 2 조성물 양이 제 2 성형 제품을 성형하는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 반대편 표면(surface opposite) 및 상기 제 3 표면 중 적어도 하나는 패턴화된 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  21. 제 1항 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구조는 적어도 5%의 열린 다공성(open porosity)을 갖는 다공성 탄소(porous carbon)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 방법은 적어도 하나의 내부 통로(interior passageway)를 갖는 유리-함유 아이템을 성형하도록 상기 1 성형 제품 및 상기 제 2 성형 제품을 결합하는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 결합하는 단계는 상기 제품이 접착할 때까지 상기 제 1 성형 제품 및 제 2 성형 제품을 함께 가열하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 결합하는 단계는 상기 제 1 성형 제품 및 상기 제 2 성형 제품 사이에 프릿 결합(frit joint) 또는 밀봉을 형성하도록 상기 제 1 성형 제품 및 상기 제 2 성형 제품 사이에 배치된 프릿을 상기 제 1 성형 제품 및 상기 제 2 성형 제품과 함께 가열하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 제 1 조성물 양, 및 상기 제 1 표면 및 제 2 표면 사이에 이형제(release agent)를 제공하는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 이형제는 탄소 수트(carbon soot)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  27. 제 1항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구조는 적어도 10%의 열린 다공성(open porosity)을 갖는 다공성 탄소(porous carbon)를 포함하며, 여기서 상기 방법은 상기 제 1 표면의 손상없이, 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 1 조성물 양을 제거함으로써, 상기 제 1 표면이 재-사용 조건에 있도록 하는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  28. 제 1항 내지 제 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열단계는 상기 제 1 유리 함유 조성물 양을 상기 제 1 표면에 융합하는 것을 포함하고, 상기 제 1 성형 제품은 상기 제 1 구조를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 방법은 적어도 하나의 내부 통로(interior passageway)를 갖는 유리-함유 아이템을 성형하도록 상기 제 1 성형 제품을 제 2 제품에 결합하는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
  30. 제 1항 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중력 또는 그 밖에 적용된 힘은 100 킬로파스칼(kilopascal) 미만의 압력을 적용하는 것을 특징으로 하는 유리-함유 아이템 성형방법.
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