KR20140057349A - 가변 열팽창 계수를 갖는 얇은 유리 시트 및 제조 공정 - Google Patents

가변 열팽창 계수를 갖는 얇은 유리 시트 및 제조 공정 Download PDF

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KR20140057349A
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Abstract

유리 시트는 롤-대-롤 유리 시트 증착 및 소결 공정을 사용하여 형성된다. 상기 유리 시트 형성은 수트-수용 장치의 증착 표면상에 제1 유리 수트 입자를 형성시키는 단계, 상기 증착 표면으로부터 상기 제1 유리 수트 층을 제거하는 단계, 및 미지지된 제1 유리 수트 층상에 제2 유리 수트 층을 형성시키는 단계를 포함한다. 상기 최종 복합 유리 수트 시트는 소결된 유리 시트를 형성하기 위해 가열된다. 상기 유리 시트는 실질적으로 동종의 유리 시트일 수 있거나 또는 층-특이 속성을 갖는 복합 유리 시트일 수 있다.

Description

가변 열팽창 계수를 갖는 얇은 유리 시트 및 제조 공정 {THIN GLASS SHEET WITH TUNABLE COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION AND MANUFACTURING PROCESS}
본 출원은 2011년 8월 23일자에 출원된 미국 특허출원 제13/215,526호의 우선권을 주장하며, 상기 출원의 전체적인 내용은 참조로서 본 발명에 모두 포함된다.
본 발명은 일반적으로 유리 시트에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는, 원하는 조성물 및 열팽창 계수를 갖는 균일한 유리 시트를 형성하기 위한 유리 수트 증착 및 소결 공정에 관한 것이다.
유리 시트 물질은 다양한 다른 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 예들어, 플로트 유리 공정 (float glass process)에 있어서, 고체 유리의 시트는 용융 금속의 층 상에 용융 유리를 플로팅시켜 만들어진다. 이러한 공정은 균일한 두께 및 매우 평평한 표면을 갖는 유리 시트를 형성하는데 사용될 수 있다. 그러나, 플로트 유리 공정은 상기 유리 용융 및 상기 용융 금속 사이에 직접적인 접촉을 필수적으로 포함하고, 이것은 상기 계면에 원하지 않는 오염을 유도할 수 있어 본래의 표면 품질보다 떨어질 수 있다. 주표면 모두에 본래의 표면 특성을 갖는 고품질 플로트 유리 시트를 생산하기 위하여, 플로트 유리는 통상적으로 하나 이상의 표면 연마 단계를 적용한다. 이러한 공정은 부가적인 비용을 발생한다. 게다가, 상기 플로트 공정은 롤가능한 (rollable) (즉, 매우 얇은) 유리 시트를 제조하는데 사용되지 않는 것으로 믿어진다.
유리 시트 물질을 형성하기 위한 부가적인 방법은 융합 인발 공정 (fusion draw process)이다. 이러한 공정에 있어서, 용융 유리는 "아이소파이프 (isopipe)"로 불리는 홈통 (trough)에 주입되고, 이것은 상기 용융 유리가 양 측면을 균일하게 흐려 넘칠 때까지 과충진된다. 상기 용융 유리는 그 다음, 상기 홈통의 하부에서, 상기 유리가 평평한 유리의 연속 시트를 형성하기 위해 인발되어, 재결합 (rejoin) 또는 융합한다. 상기 유리 시트의 주 표면 모두가 상기 형성 공정 동안 어떤 지지체 물질과 직접적으로 접촉하지 않기 때문에, 주 표면 모두에서 고품질 표면은 달성될 수 있다.
상기 융합 인발 공정의 동력학적 본질에 기인하여, 융합 인발에 대해 적절한 유리 조성물의 수는 상기 용융 상 (molten phase)에서 필수적인 특성 (예를 들어, 액상 점도, 변형점, 등)을 소유하는 것으로 제한된다. 최종적으로, 상기 융합 인발 공정에 사용된 장치는 고가일 수 있다.
실리콘에 근접하게 일치하는 열팽창 계수 (CTE)를 갖는 얇은 유리 시트는 종래의 플로트 및 융합 인발 공정에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 특정 유리 조성물이 융합 인발가능한 것으로 결정된다고 가정하여도, 상기 최종 유리에서 특정 열팽창 계수를 달성하기 위하여 이들 공정에서 상기 유리 조성물을 변경하는 것은 비실용적이다. 이것은 주로 각각의 새로운 유리 조성물에 대한 용융 탱크, 융합 아이소파이프, 및 유리 반송 장비 (conveyance equipment)를 포함하는, 융합 인발 공정 장치를 재구성하기 위한 비용 및 시간 소비일 것이다. 더군다나, 잠재적인 교차-오염 (cross-contamination) 문제는 원하는 열팽창 계수를 갖는 얇은 유리 시트를 생산하기 위한 융합 인발 공정에서 상기 유리 조성물을 정기적으로 변화시키는 것을 고려하는 것조차도 어렵게 만든다.
전술된 관점에 있어서, 고품질 표면 및 맞춤형 열팽창 계수를 갖는 경제적이고, 균일한, 얇은 유리 시트는 매우 바람직하다. 본 발명에 개시된 공정은 형성-후 랩핑 또는 연마에 대한 필요없이 특정된 두께 및 조성물로 유리 시트를 생산할 수 있다. 상기 유리 시트는 하나 이상의 층, 구성분, 또는 상 (phases)을 포함할 수 있다. 이러한 유리 시트는, 예를 들어, 마이크로전자용 기판, 및 수퍼전도성 물질을 형성하기 위한 기판 등으로서 사용될 수 있다.
유리 형성 방법은 유리 수트 증착 및 소결 공정을 포함한다. 다양한 구현 예에 따르면, 상기 공정은 지지된 수트 층 (supported soot layer)을 형성하기 위해 수트-수용 장치 (soot-receiving device)의 증착 표면상에 제1 유리 수트 입자를 증착시키는 단계, 제1 수트 시트를 형성하기 위해 상기 증착 표면으로부터 상기 수트 층을 제거하는 단계, 및 복합 수트 시트 (composite soot sheet)를 형성하기 위해 상기 제1 수트 시트의 적어도 하나의 표면상에 제2 유리 수트 입자를 증착시키는 단계를 포함한다.
상기 제2 유리 수트 입자는 상기 제1 유리 수트 입자를 소결하지 않는 소결 단계에서 유리 시트를 형성하기 위해 소결될 수 있다. 상기 제1 수트 시트로부터 분리될 수 있는, 최종 유리 시트는, 얇은, 롤가능한 유리 시트, 또는 더 두꺼운 유리 시트일 수 있다.
인식된 바와 같이, 상기 증착 표면으로부터 방출된 상기 지지된 수트 층은 두 개의 주 대립 표면 (opposing surfaces)을 갖는다. 상기 "접촉 표면 (contact surface)"은 상기 수트 수용 장치 (soot receiving device)의 증착 표면과 접촉하여 형성된 표면인 반면, "자유 표면 (free surface)"은 대립 표면이다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 지지된 수트 층이 제1 수트 시트를 형성하기 위해 상기 증착 표면으로부터 방출된 후, 제2 유리 수트 입자는 "접촉 표면" 또는 "자유 표면"의 하나 또는 모두에 증착될 수 있다. 따라서 형성된 복합 수트 시트의 상황에 있어서, 계면 (interfacial surface)은 하나의 수트 층 및 뒤이어-증착된 수트 층 사이의 표면을 의미하는 반면, 자유 표면은 또 다른 수트 층과 직접적인 접촉 없이 형성된 표면을 의미한다.
구현 예에 있어서, 상기 제1 유리 수트 입자 및 상기 제2 유리 수트 입자 사이에서 소결 온도의 차이는 제2 유리 수트 입자가 상기 제1 수트 시트의 주 대립 표면의 하나와 접촉하는 동안 소결하는 것을 가능하게 한다. 상기 제1 유리 수트 입자의 더 높은 소결 온도의 결과로서, 오직 상기 제2 유리 수트 입자는 유리 시트를 형성하기 위해 소결한다. 전술된 접근법을 사용하여 만든 유리 시트는 200 microns 이하의 평균 두께 및 1 ㎚ 이하의 두 개의 주 대립 표면 중 적어도 하나에 대한 평균 표면 조도를 가질 수 있다. 상기 제2 유리 수트 입자의 조성물을 조절하여, 상기 최종 유리 시트의 CTE는 또한 조절될 수 있다.
본 발명의 부가적인 특성 및 장점은 하기의 상세한 설명에서 더욱 설명될 것이고, 부분적으로는 하기의 상세한 설명, 청구항, 및 첨부된 도면을 포함하는, 본 발명에 기재된 바와 같이 본 발명을 실행하여 인지되거나 또는 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 쉽게 명백해 질 것이다.
전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 본 발명의 구현 예들을 제공하며, 청구된 바와 같은 본 발명의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것임을 이해되어야 한다. 첨부하는 도면은 본 발명의 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 혼입되며, 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 다양한 구현 예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 작동을 좀더 구체적으로 설명한다.
도 1은 얇은 유리 시트를 형성하기 위한 장치의 개략도이고;
도 2는 복합 수트 시트의 개략도이다.
하나의 구현 예에 따른 유리 시트를 형성하기 위한 장치는 도 1에 개략적으로 나타낸다. 상기 장치 (100)는 한 쌍의 수트-제공 장치 (110, 116), 수트-수용 장치 (soot-receving device) (120), 수트 시트-안내 장치 (soot sheet-guiding device) (130), 및 수트 시트-소결 장치 (soot sheet-sintering device) (140)를 포함한다.
하기에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 구현 예는 제1 수트 시트상에 형성되는 제2 수트 시트로부터 얇은, 고 CTE 유리 시트의 형성에 관한 것이다. 상기 제2 수트 시트가 소결되는 가열 단계 동안, 상기 제1 수트 시트는 상기 가열에 의해 크게 영향을 받지 않는다. 따라서, 통상적으로 상대적으로 낮은 용융 (및 소결) 온도를 갖는, 고 CTE 유리는 개시된 수트-계 공정을 사용하여 형성될 수 있고, 여기서 이전에-형성된 수트 층 (제1 수트 층)은 상기 제2 수트 시트의 형성 및 고밀도를 위한 일회용 캐리어 (carrier)로서 사용된다. 캐리어로서 상기 제1 수트 시트 없이, 상기 제2 수트 시트를 형성하는 제2 유리 수트 입자는 독립된 (free-standing) 수트 시트를 형성하기보다는 상기 수트-수용 장치에 소결되고 원하지 않게 결합될 것이다. 따라서, 본 발명의 구현 예는 두 개의 수트 시트의 연속적인 형성에 관한 것이다. 캐리어 시트를 형성하는, 상기 제1 수트 시트는, 높은 용융 온도, 높은 소결 온도 물질을 포함하고, 상기 제2 수트 시트는 상대적으로 낮은 용융 온도, 낮은 소결 온도 물질을 포함한다.
초기 증착 단계에 있어서, 제1 수트-제공 장치 (110)에 의해 형성된 제1 유리 수트 입자 (150)는 상기 수트-수용 장치 (120)의 증착 표면 (122) 상에 증착된다. 상기 수트-수용 장치 (120)는 회전가능한 드럼 또는 벨트의 형태일 수 있고, 따라서 연속적인 증착 표면 (122)를 포함할 수 있다. 상기 수트 입자 (150)는 상기 증착 표면 (122) 상에 수트 층 (152)를 형성하도록 증착된다. 상기 수트 층 (152)은 접촉 표면 (155) 및 자유 표면 (157)을 갖는 독립된, 연속적인 수트 시트 (154)로서 증착 표면 (122)로부터 방출될 수 있다. 상기 증착 표면 (122)으로부터 상기 수트 층 (152)을 방출하는 작용은, 예를 들어, 상기 수트 층 및 증착 표면 사이의 열팽창 계수 및/또는 중력의 영향 하에서의 불일치 (mismatch) 또는 열적 불일치의 결과로서 물리적 간섭없이 일어날 수 있다.
상기 제1 수트 시트 (154)가 상기 수트-수용 장치 (120)로부터 방출된 후, 수트 시트-안내 장치 (130)는 상기 제1 수트 시트 (154)의 이동을 안내할 수 있다. 구현 예에 있어서, 제2 증착 단계에 있어서, 제2 수트-제공 장치 (116)에 의해 형성된 제2 유리 수트 입자 (160)는 제2 수트 층 (162)을 형성하기 위해 제1 수트 시트 (154)의 상기 접촉 표면 (155)상에 증착된다. 상기 제2 수트 층 (162)의 부가 및 상기 제1 수트 시트 (154)에 임의의 후속하는 수트 층 (도시되지 않음)은 복합 수트 시트 (174)를 형성한다. 상기 수트 시트-안내 장치 (130)는 수트 시트-소결 장치 (140)를 통하여 상기 복합 수트 시트 (174)의 이동을 더욱 안내할 수 있고, 이것은 유리 시트 (156)을 형성하기 위해 상기 복합 수트 시트 (174)의 일부를 소결하고 강화시킨다. 구현 예에 있어서, 제2 수트 층은 상기 수트 시트 (154)의 접촉 표면 (155) 상에 제2 수트 층을 형성하는 것에 부가하거나 또는 대신하여 상기 수트 시트 (154)의 자유 표면 (157) 상에 증착될 수 있다.
따라서, 유리 시트를 형성하는 공정은 지지된 수트 층을 형성하기 위해 수트-수용 장치의 증착 표면상에 유리 수트 입자를 증착시키는 단계, 제1 수트 시트를 형성하기 위해 상기 증착 표면으로부터 상기 수트 층을 제거하는 단계, 및 복합 수트 시트를 형성하기 위해 상기 제1 수트 시트의 적어도 하나의 표면상에 부가적인 유리 수트 입자를 증착시키는 단계를 포함한다. 상기 복합 수트 시트는 상기 제2 유리 수트 입자 (160)로부터 소결된 유리 시트를 형성하기 위해 가열될 수 있다. 상기 공정 및 장치의 부가적인 관점은 하기에 상세하게 기재하였다.
비록 다양한 장치가 유리 수트 입자를 형성하기 위해 사용될 수 있을지라도, 예를 들어, 수트 제공 장치 (110, 116)는 외부 기상 증착 (outside vapor deposition) OVD, 기상 축 증착 (vapor axial deposition) (VAD) 및 평면 증착 (planar deposition) 공정에 사용되는 것과 같은, 하나 이상의 불꽃 가수분해 버너를 포함할 수 있다. 적절한 버너 형상은 미국특허 제6,606,883호, 제5,922,100호, 제6,837,076호, 제6,743,011호 및 제6,736,633호에서 개시되었고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 본 발명에 모두 포함된다.
상기 수트-제공 장치 (110, 116)는 단일 버너 또는 다중 버너를 포함할 수 있다. 예로서 버너는 길이 l 및 폭 w를 갖는 출력 표면 (output surface)을 갖는다. 상기 출력 표면은 N 컬럼들의 가스 오리피스 (gas orifices)를 포함하고, 여기서 N은 1 내지 20 이상의 범위일 수 있다. 구현 예에 있어서, 각 오리피스는 0.076 ㎝ 직경 홀을 포함한다. 상기 출력 표면의 길이 l은 약 2.5 내지 30.5 ㎝ 또는 그 이상의 범위일 수 있고, 상기 폭은 0.1 내지 7.5 ㎝의 범위일 수 있다. 선택적으로, 다중 버너는 상기 배열의 길이 및 폭에 걸쳐 수트 입자의 실질적으로 연속적인 스트림을 생산할 수 있는 버너 배열로 설계될 수 있다.
예를 들어, 버너 배열은 유리 수트의 일시적이고 공간적인 균일한 층을 형성 및 증착하도록 설계된 (예를 들어, 말단과 말단을 붙여 배치된) 복수의 개별적인 버너를 포함할 수 있다. 따라서, 각 수트-제공 장치는 실질적으로 균일한 화학적 조성물 및 실질적으로 균일한 두께를 갖는 개별적인 수트 층을 형성하는데 사용될 수 있다. "균일한 조성물" 및 "균일한 두께"는 제공된 면적에 걸쳐 상기 조성물 및 두께 변화가 평균 조성물 또는 두께의 20% 이하인 것을 의미한다. 어떤 구현 예에 있어서, 수트 시트의 조성물 및 두께 변화 중 하나 또는 모두는 상기 수트 시트에 걸쳐 그들 각각의 평균값의 10% 이하일 수 있다.
예로서 버너는 9 컬럼의 가스 오리피스를 포함한다. 예를 들어, 하나의 구현 예에 따라, 실리카 유리 수트를 형성하는데 있어서, 중심선 컬럼 (centerline column) (예를 들어, 컬럼 5)은 실리카 가스 전구체/캐리어 가스 혼합물을 제공한다. 바로 인접한 컬럼 (예를 들어, 컬럼 4 및 6)은 상기 실리카 가스 전구체의 화학양론 조절을 위한 산소 가스를 제공한다. 상기 중심선의 각 측에 가스 오리피스의 다음 두 개의 컬럼 (예를 들어, 컬럼 2, 3, 7 및 8)은 부가적인 산소를 제공하고, 이의 유속은 화학양론 및 수트 밀도를 조절하는데 사용될 수 있고, 점화 불꽃 (ignition flame)을 위한 산화제 (oxidizer)를 제공한다. 오리피스의 가장 먼 컬럼 (예를 들어, 컬럼 1 및 9)은, 예를 들어, CH4/O2 또는 H2/O2의 점화 불꽃 혼합물을 제공할 수 있다. 이러한 9 컬럼 선형 버너에 대한 가스 유속의 예는 표 1에 개시하였다. 실리콘-함유 가스성 전구체는 제2 수트 시트가 형성될 수 있는, 제1 수트 시트를 형성하는데 사용될 수 있다.
실리카 수트 시트를 형성하기 위해 9 컬럼 선형 버너 (linear burner)에 대한 일례의 가스 흐름 속도
가스 버너 컬럼 일례의 흐름 속도
OMCTS 5 15 g/min
N2 5 40 SLPM
O2 4,6 18 SLPM
O2 2, 3, 7, 8 36 SLPM
CH4 1, 9 36 SLPM
O2 1, 9 30 SLPM
상기 수트-제공 장치는 상기 수트 입자의 형성 및 증착 동안 고정되어 유지될 수 있거나, 또는 선택적으로, 상기 수트-제공 장치는 상기 증착 표면에 대하여 이동 (예를 들어, 진동)될 수 있다. 상기 버너 출력 표면으로부터 상기 증착 표면까지의 거리는 약 20 mm 내지 100 mm (예를 들어, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 100 mm)의 범위일 수 있다.
상기 수트-제공 장치의 작동은 통상적으로 유리 수트 입자를 형성하기 위해 전구체 화학물질들 (예를 들어, 상기 불꽃에서 기상화된 가스성 화합물 또는 안개화된 액체들) 사이의 화학 반응을 포함한다. 선택적으로, 상기 화학 반응은 플라즈마 또는 부가 가열 장치와 같은 부가 에너지 공급원에 의해 더욱 보조될 수 있다.
실리콘-함유 전구체 화합물은, 예를 들어, 실리카 수트 입자를 포함하는 수트 시트를 형성하는데 사용될 수 있다. 실리콘-함유 전구체 화합물의 예는 옥타메틸사이클로테트라실록산 (octamethylcyclotetrasiloxane) (OMCTS)이다. OMCTS는 H2, O2, CH4 또는 다른 연료와 함께 버너 또는 버너 배열에 도입될 수 있고, 여기서 이것은 실리카 수트 입자를 생산하기 위해 산화되고 가수분해된다.
생산되고 또는 증착됨에 따라, 상기 수트 입자는, 예를 들어, 도프되지 않는, 고-순도 유리를 형성하기 위해 소결될 수 있는, 단일 상 (예를 들어, 단일 산화물)으로 필수적으로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 상기 수트 입자는, 예를 들어, 도프된 유리를 형성하기 위해 소결될 수 있는, 둘 이상의 성분 또는 둘 이상의 상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다중상 (Multiphase) 유리 시트는, OMCTS 가스 흐름에 티타늄 산화물 전구체 또는 인 산화물 전구체를 혼입시켜 만들어질 수 있다. 예로서 티타늄 및 인 산화물 전구체는 인 및 티타늄 (IV) 이소프로폭사이드 (isopropoxide)의 할라이드와 같은 다양한 용해성 금속염 및 금속 알콕사이드를 포함한다.
불꽃 가수분해 버너의 예에 있어서, 도핑 (doping)은 상기 불꽃으로 도펀트 전구체를 도입하여 상기 불꽃 가수분해 공정 동안 인시튜 (in situ) 발생할 수 있다. 플라즈마-가열 수트 분무기의 경우와 같은, 또 다른 예에 있어서, 상기 분무기로부터 분무된 수트 입자는 미리-도프될 수 있거나, 또는 선택적으로, 상기 분무된 수트 입자는 상기 수트 입자가 상기 플라즈마에서 도프되도록 도펀트-함유 플라즈마 분위기에 적용될 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 도펀트는 상기 수트 시트의 소결 동안 또는 전에 수트 시트에 혼입될 수 있다. 예로서 도펀트는 주기율표의 원소의 IA, IB, IIA, IIB, IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA, VB 및 희토류로부터의 원소를 포함한다.
상기 수트 입자는 필수적으로 균질의 조성물, 크기 및/또는 모양을 가질 수 있다. 선택적으로, 상기 수트 입자의 조성물, 크기 및 모양 중 하나 이상은 변화할 수 있다. 예를 들어, 주 유리 성분의 수트 입자는 하나의 수트-제공 장치에 의해 제공될 수 있는 반면, 도펀트 조성물의 수트 입자는 다른 수트-제공 장치에 의해 제공될 수 있다. 어떤 구현 예에 있어서, 수트 입자는 복합 입자를 형성하기 위해 상기 수트 입자를 형성 및 증착시키는 작용 동안 서로 혼합 및/또는 부착될 수 있다. 상기 수트 입자가 증착 표면상에 증착되는 동안 또는 증착하기 전에 혼합 입자를 형성하기 위해 서로 부착을 실질적으로 방지하는 것은 가능하다.
도 1을 참조하면, 증착 표면 (122)은 상기 수트-수용 장치 (120)의 주변부를 포함하고, 내화재 (refractory material)로 형성될 수 있다. 구현 예에 있어서, 상기 증착 표면 (122)은 상기 제1 수트 입자 (150) 및 상기 증착된 수트 층 (152) 모두와 화학적 및 열적으로 양립가능한 물질로 형성되고, 이로부터 상기 수트 층이 쉽게 제거될 수 있다. 수트-수용 장치 (120)의 예는, 예를 들어, 스틸, 알루미늄 또는 금속 합금의 코어 물질에 걸쳐 형성된 내화재 (예를 들어, 실리카, 실리콘 카바이드, 흑연, 지르코니아, 등)의 코팅 또는 클래딩을 포함한다. 또 다른 수트-수용 장치는 석영과 같은 적절한 내화재로 필수적으로 이루어지는 단일부 (unitary part)를 포함할 수 있다.
상기 수트-수용 장치 (120) 및 특히 상기 증착 표면 (122)은 다양한 다른 방식에서 설계될 수 있고, 다양한 모양 및/또는 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 증착 표면의 폭은, 비록 더 작거나 또는 더 큰 치수가 가능할지라도, 약 2 ㎝ 내지 2 m의 범위 일 수 있다. 상기 수트-수용 장치 (120)의 단면 모양은 원형, 계란형 (oval), 타원형 (elliptical), 삼각형, 사각형, 육각형, 등일 수 있고, 상기 수트-수용 장치 (120)의 상응하는 단면 치수 (예를 들어, 직경 또는 길이)는 또한 변화할 수 있다. 예를 들어, 원형의 단면을 갖는 수트-수용 장치의 직경은 약 2 ㎝ 내지 50 ㎝의 범위일 수 있다. 수트-수용 장치 (120)의 예는 250 mm 내부 직경, 260 mm 외부 직경, 및 24 ㎝ 폭 증착 표면을 갖는 석영 실린더를 포함한다.
원형 또는 계란형 단면의 예에 있어서, 상기 증착 표면 (122)은 닫힌, 연속적 표면을 포함할 수 있는 반면, 타원형, 삼각형, 사각형 또는 육각형 단면의 예에 있어서, 상기 증착 표면은 단편화된 표면 (segmented surface)을 포함할 수 있다. 상기 수트-수용 장치 (120)의 크기 및 치수를 적절하게 선택하여, 연속적 또는 반-연속적 수트 시트는 형성될 수 있다.
상기 증착 표면 (122)은 매끄러운 표면일 수 있거나 또는 선택적으로 길이 스케일의 범위를 가로지르는 상승되거나 또는 낮춰진 돌출부 (protrusions)의 형태로 규칙적이거나 또는 불규칙적인 패턴화를 포함한다. 매끄러운 표면은 부가적인 연마 없이 또는 하나 이상의 형성-후 연마 단계 이후에 사용될 수 있다. 상기 패턴화는 하나 이상의 불연속 면 (discrete facet)으로부터 상기 표면의 일반적인 조도까지의 범위일 수 있다. 증착된 수트 층은 상기 증착 표면에서 패턴화와 일치할 수 있다. 상기 제1 수트 시트에 형성된 패턴은 이것이 상기 증착 표면으로부터 분리됨에 따라 상기 제1 수트 시트에서 보유될 수 있고, 차례로, 엠보스된 (embossed) 유리 시트를 결과하는 상기 제2 수트 시트의 소결된 표면에 전달 및 보존된다.
상기-기재된 증착 표면-유도된 엠보싱의 변형에 있어서, 제1 수트 시트의 상기 접촉 표면 및 자유 표면 중 하나 또는 모두는 상기 증착 표면으로부터 상기 시트가 제거된 이후, 소결 전에 패턴화될 수 있다. 또한, 제2 수트 시트의 표면은 상기 시트가 상기 제1 수트 시트에 걸쳐 형성된 이후, 소결 전에 패턴화될 수 있다. 예를 들어, 수트 시트 표면을 부드럽게 터치하여, 출원인은 지문으로 수트 시트 표면을 패턴화했다. 상기 수트 시트의 소결시, 상기 지문 패턴은 최종 유리 시트에 보유된다.
어떤 구현 예에 있어서, 상기 수트-수용 장치 (120)는 그 위에 수트 층 (152)을 형성하기 위하여 수트 입자 (150)를 증착하는 작용 동안 회전된다. 상기 회전은 일정한 방향, 예를 들어, 시계방향 또는 반-시계방향 일 수 있다. 하나의 구현 예에 따른 회전의 방향은 도 1에서 화살표 A에 의해 표시된다. 선택적으로, 상기 수트-수용 장치는 상기 수트 증착 공정 동안 진동할 수 있고, 즉, 회전 방향은 간헐적으로 변할 수 있다. 상기 수트-수용 장치 (120)의 증착 표면 (122)의 선 속도 (linear velocity)는 0.1 mm/sec 내지 10 mm/sec (예를 들어, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 또는 10 mm/sec)의 범위일 수 있다. 스케일-업에 있어서, 상기 증착 표면의 선 속도는 1 m/sec 이상까지 증가될 수 있는 것으로 믿어진다.
수트 입자 (150)는 상기 증착 표면 (122)의 오직 일부에 증착되고, 상기 증착된 수트 층 (152)은 길이 L을 갖는 독립된 연속 또는 반-연속 제1 수트 시트 (154)를 형성하기 위해 제거된다. 상기 증착된 층 (152)의 폭 (및 명목상 상기 수트 시트 (154))은 W이다.
어떤 구현 예에 있어서, 상기 수트 층은 상기 증착 표면상에 연속적으로 형성될 수 있고, 상기 증착 표면으로부터 연속적으로 제거될 수 있다. 수트 층의 형성 동안, 수트 입자는 상기 증착 표면 및 서로 어떤 정도로 결합된다. 이들이 증착될 경우, 상기 수트 입자의 평균 온도가 더 높아질수록, 그들은 서로 결합하고, 조밀하고 기계적으로 강한 수트 시트를 형성할 가능성이 높다. 그러나, 더 높은 증착 온도는 또한 상기 수트 입자 및 상기 증착 표면 사이에 결합을 촉진하는데, 이것은 상기 수트 시트의 방출을 방해할 수 있다.
수트 입자 및 상기 증착 표면 사이의 결합은 상기 수트 입자가 증착되는 위치 및 상기 수트 층 (152)이 상기 제1 수트 시트 (154)를 형성하기 위해 방출되는 위치 사이에 온도 구배를 조절하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 만약 상기 수트 층 및 상기 증착 표면이 상당히 다른 열팽창 계수 (CTEs)를 갖는다면, 상기 방출은 상기 온도 구배에 의해 유발된 응력에 기인하여 자연스럽게 일어날 수 있다. 어떤 구현 예에 있어서, 상기 증착 표면으로부터 증착된 수트 층의 제거는 상기 증착 표면 (122)의 폭보다 적은 폭 W를 갖는 수트 층을 형성시켜 더 쉽게 만들어질 수 있다. 상기 증착 표면을 가로지르는 실질적으로 균일한 온도를 얻기 위하여, 상기 수트-수용 장치는 내부, 외부, 또는 모두로부터 가열되거나 또는 냉각될 수 있다.
상기 증착 표면으로부터 상기 수트 층을 분리하는 작용 동안, 상기 분리된 수트 시트의 이동 방향이 상기 증착 표면의 방출 점에 대해 실질적으로 접선 (tangential)일 수 있다. "실질적으로 접선"은 상기 증착 표면의 방출 점에 관하여 상기 수트 시트의 이동 방향이 상기 방출 점에서 상기 증착 표면에 대한 접선인 방향으로부터 약 10 도 미만 (예를 들어, 10, 5, 2 또는 1 도 미만)으로 벗어난다는 것을 의미한다. 실질적으로 접선 방출 각을 유지하는 것은 상기 방출 점에서 상기 수트 시트에 대해 영향을 주는 응력을 감소시킬 수 있다.
원형 또는 계란형 단면을 갖는 수트-수용 장치에 대하여, 상기 증착 표면의 곡률은 상기 수트-수용 장치의 단면 직경의 함수이다. 직경의 증가에 따라, 곡률의 반경이 증가하고, 상기 증착된 수트에서 응력은 상기 증착된 수트 시트의 모양이 평평한, 평면 시트의 모양에 근접함에 따라 감소한다.
구현 예에 있어서, 상기 제1 수트 시트는 파손 (fracturing) 또는 파열 (tearing) 없이 (즉, 상기 증착 표면, 취급, 부가적 유리 수트 증착 및 소결로부터 제거의 작용 동안) 고유한 질량을 지지하기 위한 충분한 기계적 신뢰도 (integrity)을 갖는다. 상기 제1 수트 시트의 물리적 및 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있는 공정 변수는, 특히, 상기 수트 시트의 두께 및 밀도, 상기 증착 표면의 곡률, 및 형성 동안 상기 수트 층 및 제1 수트 시트의 온도를 포함한다.
상기 제1 수트 시트 (154)는 두 개의 주 표면을 포함하고, 이의 오직 하나는 상기 수트 층의 형성 동안 상기 증착 표면과 접촉한다. 따라서, 상기 제1 수트 시트 (154)의 두 개의 주 표면은 "접촉 표면" 및 대립하는 "자유 표면"을 특징으로 하고 구분될 수 있다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 제1 수트 시트 (154)는 접촉 표면 (155) 및 자유 표면 (157)을 갖는다. 상기 예시된 구현 예에 따르면, 제2 수트 제공 장치 (116)는 상기 접촉 표면 (155)상에 증착된 제2 유리 수트 입자 (160)의 스트림을 형성한다. 도 2에서 예시된 바와 같이, 서로, 제1 수트 시트 (154), 및 제2 유리 수트 입자 (160)를 포함하는 제2 수트 층 (162)은 복합 수트 시트 (174)를 형성한다. 도 2에서 나타낸 바와 같이, 상기 복합 수트 시트를 가열한 결과로서, 상기 제2 유리 수트 입자 (160)는 유리 시트 (156)를 형성하기 위해 소결할 수 있는 반면, 상기 제1 유리 수트 입자는 소결되지 않고, 상기 제1 수트 시트 (154)는 가열에 의해 실질적으로 변화되지 않는다.
예시되지 않은 구현 예에 따르면, 제1 수트 시트 (154)가 상기 증착 표면으로부터 방출된 후, 다중 부가 수트 층은 그 위에 증착될 수 있다. 상기 부가적 수트 층은 상기 제1 수트 시트 (154)의 하나 또는 양면에 동시에 또는 연속적으로 증착될 수 있다 (즉, 상기 접촉 표면 (155) 또는 상기 자유 표면 (157)과 직접 접촉하거나, 또는 상기 접촉 표면 또는 상기 자유 표면에 걸쳐 형성된 하나 이상의 이전에-증착된 수트 층과 직접 접촉).
구현 예에 있어서, 상기 제1 수트 시트의 접촉 표면상에 증착된 제2 유리 수트 입자의 조성물은 상기 제1 수트 시트의 자유 표면상에 증착된 제2 유리 수트 입자의 조성물과 실질적으로 동일하다. 선택적 구현 예에 있어서, 상기 제1 수트 시트의 접촉 표면상에 증착된 제2 유리 수트 입자의 조성물은 상기 제1 수트 시트의 자유 표면상에 증착된 제2 유리 수트 입자의 조성물과 다르다. 제1 수트 시트 (154)의 양면 상에 제2 수트 층을 형성시켜, 동일하거나 또는 다른 조성물을 갖는 두 개의 유리 시트를 동시에 형성하는 것이 단일 가열 단계 동안 가능하다.
구현 예에 따르면, 복합 수트 시트는 적어도 두 개의 유리 수트 층을 포함하고, 한 쌍의 노출된 주 대립 표면을 갖는다. 상기 원래의 수트 시트의 접촉 층 상에 상기 유리 수트 층의 적어도 하나를 증착시켜, 상기 복합 수트 시트의 노출된 표면의 양면은 자유 표면이다.
적어도 90 mole% 실리카를 포함하는 제1 수트 시트의 예에 있어서, 상기 수트 시트의 평균 수트 밀도는 약 0.3 내지 1.5 g/㎤의 범위, 예를 들어, 약 0.4 내지 0.7 g/㎤, 또는 약 0.8 내지 1.25 g/㎤의 범위일 수 있고, 상기 제1 수트 시트 (154)의 평균 두께는 10 내지 600 ㎛의 범위, 예를 들어, 20 내지 200 ㎛, 50 내지 100 ㎛ 또는 300 내지 500 ㎛의 범위일 수 있다.
후속하는-증착된 수트 층 (즉, 상기 접촉 표면 및 상기 자유 표면의 적어도 하나에 증착된 유리 수트 입자로부터 형성된 수트 층 (162))은 10 내지 600 ㎛의 평균 두께, 예를 들어, 20 내지 200 ㎛, 50 내지 100 ㎛ 또는 300 내지 500 ㎛의 평균 두께를 가질 수 있다. 최종 복합 수트 시트의 총 두께는 100 ㎛ 내지 5 ㎝의 범위일 수 있다.
상기 제2 수트 시트의 조성물은 50wt.%까지의 실리카를 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 20 wt.%의 게르마니아, 약 20 wt.%의 P2O5, 및 10 wt.%의 알루미나를 포함할 수 있다.
특히 연속적 수트 시트 및/또는 소결된 유리 시트 생산을 포함하는 어떤 구현 예에 있어서, 상기 제1 수트 시트 (154)의 방출 후 상기 증착 표면으로부터 떨어진 상기 제1 수트 시트의 연속적 이동은 수트 시트 안내 장치 (130)에 의해 보조될 수 있다. 상기 수트 시트 안내 장치 (130)는 상기 수트 시트에 대한 기계적 지지체를 제공하고 이동을 돕기 위하여, 상기 수트 시트 (154)의 적어도 일부와 직접적으로 접촉될 수 있다.
상기 제1 수트 시트 (154)의 고품질 표면을 유지하기 위하여, 상기 수트 시트 안내 장치 (130)는 상기 제1 수트 시트 (154)의 오직 일부 (예를 들어, 엣지부)와 접촉될 수 있다. 어떤 구현 예에 있어서, 상기 수트 시트 안내 장치는 상기 수트 시트의 엣지부를 고정 및 수트 시트 소결 장치를 통한 상기 수트 시트를 안내할 수 있는 한 쌍의 클램핑 롤러 (clamping roller)를 포함한다.
비슷한 맥락에 있어서, 상기 증착 표면으로부터 떨어진 상기 복합 수트 시트 (174)의 연속적 이동은 상기 수트 시트 안내 장치 (130)에 의해 촉진될 수 있다. 상기 수트 시트 안내 장치 (130)는 이동을 돕고, 기계적 지지를 제공하기 위하여 상기 복합 수트 시트 (174)의 적어도 일부와 직접적으로 접촉될 수 있다. 도 1에서 나타낸 바와 같이, 상기 복합 수트 시트 (174)의 고 품질 표면을 유지하기 위하여, 상기 수트 시트 안내 장치 (130)는 오직 이의 일부 (예를 들어, 엣지부)와 접촉할 수 있다.
수트 시트 안내 장치를 사용하여, 연속적인 복합 수트 시트 (174)는 상기 복합 수트 시트의 적어도 일부가 부분적으로 또는 전체적으로 고밀도화된 유리로 전환하기에 충분한 온도 및 시간 동안 가열되는 수트 시트 소결 장치 (140)의 소결/어닐링 존으로 주입될 수 있다. 예를 들어, 고순도 실리카 제1 수트 시트 및 제2 수트 시트를 포함하는 복합 수트 시트는 상기 제2 수트 시트가 고밀도 유리 시트를 형성하도록 소결되는 반면, 상기 제1 (실리카) 수트 시트는 소결되지 않도록, 1200℃ 미만의 온도, 예를 들어, 약 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 가열될 수 있다. 상기 소결 온도 및 소결 시간은 상기 소결된 유리 시트 내에 보이드 (void) 및/또는 가스 버블의 형성을 조절하기 위하여 조절될 수 있다. 예로서, 상기 소결 온도 및 상기 소결 시간은 보이드 및 가스 버블이 필수적으로 없는 소결된 유리를 형성하기 위하여 조절될 수 있다.
본 발명에 사용된 바와 같은, 소결은 제2 유리 수트 입자가 이들이 서로 부착될 때까지 이들의 용융점 (고체상 소결) 이하로 가열되는 공정을 의미한다. 어닐링은 유리가 형성된 이후에 내부 응력을 완화하기 위한 유리의 냉각 공정이다. 소결 및 어닐링은 동일하거나 또는 다른 장치를 사용하여 순차적으로 수행될 수 있다.
구현 예에 있어서, 상기 제1 수트 시트의 밀도는 상기 소결 단계의 결과로서 실질적으로 변화되지 않고 남고, 이것은 상기 제2 수트 시트의 고밀도화를 유발한다. 상기 제2 수트 시트가 고밀도 유리 시트를 형성하기 위해 소결된 후에, 상기 소결된 유리 시트는, 예를 들어, 상기 각각의 층 사이에의 CTE 또는 열적 불일치에 의해 상기 제1 수트 층으로부터 분리될 수 있다. 상기 소결되지 않은 제1 수트 시트는 폐기되거나, 또는 선택적으로, 개별의 유리 시트를 형성하기 위해 상승된 온도 (예를 들어, 약 1200℃ 내지 1700℃)에서 소결될 수 있다.
상기 유리 시트 형성 공정은 상기 수트 시트 및 상기 최종 유리 시트 모두의 변형 (예를 들어, 처짐 (sagging))을 최소화하기 위하여 조절될 수 있다. 변형을 최소화하기 위한 하나의 방법은 소결 동안 실질적으로 수직으로 상기 복합 수트 시트를 지향하는 것이다. 구현 예에 따르면, 수직 방향에 대한 상기 수트 시트의 방향 각은 15 도 미만 (예를 들어, 10 또는 5 도 미만)일 수 있다.
소결은 수트 시트-소결 장치의 소결 존을 통해 복합 유리 수트 시트를 통과시키는 단계를 포함한다. 소결 동안, 소결되고 및 소결되지 않은 물질 사이의 경계를 나타내는, 소결 전면 (sintering front)은 이것이 상기 수트 시트 또는 다른 소결 전면의 엣지에 도달할 때까지 상기 제2 수트 시트를 가로질러 전진한다. 구현 예에 따르면, 상기 제2 유리 수트 시트는 가열되고, 이의 폭의 90% 까지 (예를 들어, 이의 폭의 20, 50 또는 75%) 가로질러 소결된다.
상기 소결을 수행하기 위한 적절한 수트 시트-소결 장치는, 예를 들어, 가스 산소-토치 (gas oxy-torches), 유도 가열기 (inductive heater), 저항 히터 (resistive heaters) 및 레이저와 같은 다양한 디자인 중 하나를 포함할 수 있다. 상기 디자인의 하나의 특징은 소결된 단편 (segment)이 폭 방향을 따라 미리-소결된 수트 또는 소결되지 않은 유리 수트 시트와 접촉하고, 따라서 이에 의해 지지되도록 (예를 들어, 인장되도록) 어떤 주어진 시간에서 상기 제2 유리 수트 시트 폭의 일부만을 소결시킬 수 있다.
저항 가열 및 유도 가열 장치와 같은, 다양한 다른 수트 시트-소결 장치는 상기 수트 시트를 소결하는데 사용될 수 있다. 상기 수트 시트 및 상기 유리 시트 모두의 열 이력 (thermal history)은 최종 두께, 조성물, 조성적 균질성 (homogeneity) 및 상기 최종 생산물의 다른 화학적 및 물리적 특성에 영향을 미칠 수 있다. 유리 시트는 상기 제2 수트 시트의 주 표면 중 하나 또는 모두에 열을 적용시켜 형성될 수 있다. 소결 동안, 다양한 파라미터는 온도 및 온도 프로파일, 시간, 및 분위기를 포함하여 조절될 수 있다.
소결 온도가, 예를 들어, 소결될 상기 제2 수트 시트의 조성물에 기초하여 기술분야의 당업자에 의해 선택될 수 있지만, 소결 온도는 약 700℃ 내지 1200℃의 범위일 수 있다. 더구나, 저항 및 유도 가열 공급원 모두를 포함하는 다양한 가열 공급원으로 달성가능한, 균질한 온도 프로파일은 상기 최종 유리 시트 내에 균질성을 생성하는데 사용될 수 있다. "균질한 온도 프로파일"은 미리결정된 샘플 면적 또는 샘플 부피에 걸쳐 20% 미만 (예를 들어, 10 또는 5% 미만)에 의해 변화하는 소결 온도를 의미하는 것이다.
상기 복합 수트 시트 (174)의 엣지부가 상기 수트 시트-안내 장치에 의해 유지 및 안내되는 구현 예에 있어서, 그 엣지부는 통상적으로 상기 소결 장치에 의해 소결되지 않는다. 예를 들어, 하나의 구현 예에 있어서, 약 400 micron의 평균 두께 및 24 ㎝의 총 폭을 갖는 수트 시트의 중심 10 ㎝는 약 10 ㎝의 폭 및 약 100 microns의 평균 두께를 갖는 소결된 유리 시트를 생산하기 위해 가열된다. 소결 전에, 상기 수트 시트의 평균 밀도는 약 0.5 g/㎤이다.
소결 동안 상기 온도 및 온도 프로파일 조절에 부가하여, 상기 수트 시트/유리 시트를 감싸는 주변 가스는 또한 조절될 수 있다. 구체적으로, 총 압력뿐만 아니라 적절한 소결 가스의 분압 모두는 상기 소결 공정을 조절하기 위하여 선택될 수 있다. 어떤 구현 예에 있어서, 조절된 가스 혼합물은, 예를 들어, He, O2, CO2, N2, Cl2, Ar 또는 이의 혼합물과 같은 하나 이상의 활성 또는 불활성 가스를 포함할 수 있다.
소결의 작용 동안, 상기 복합 수트 시트는 소결 존 (sintering zone)에서 고정으로 유지될 수 있거나 또는 이러한 존을 통해 연속적으로 또는 반-연속적으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 연속적 유리 시트 형성 공정에 있어서, 상기 수트 증착 표면으로부터 상기 수트 시트가 방출됨에 따른 상기 수트 시트의 생산 속도는 상기 소결 존을 통해 상기 복합 수트 시트의 이동 속도와 실질적으로 동일 할 수 있다. 소결은 동일하거나 또는 다른 소결 조건을 사용하여 소결 존을 통해 하나 이상의 통로를 통해 수행될 수 있다. 상기 소결 존으로 통해 상기 수트 시트의 선 속도는 0.1 mm/sec 내지 10 mm/sec (예를 들어, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 또는 10 mm/sec)의 범위일 수 있다. 스케일-업에 있어서, 상기 증착 표면의 선 속도는 1 m/sec 이상으로 증가될 수 있다고 믿는다. 상기 히터로부터 상기 수트 표면까지의 거리는 약 1 mm 내지 200 mm (예를 들어, 1, 5, 10, 20, 50, 100 또는 200 mm 또는 그 이상)의 범위일 수 있다.
다양한 구현 예에서 개시된 공정은 높은 열팽창 계수를 갖는 얇은 유리 시트를 형성하는데 사용될 수 있다. 이들의 상응하는 낮은 용융 온도 및 낮은 소결 온도 때문에, 이러한 물질은 증착 표면으로부터 직접 방출되는 제1 수트 시트로서 형성하는 것이 어려울 수 있다. 오히려, 본 접근법에 따르면, 상기 유리 시트를 형성할, 상기 제2 유리 수트 입자는, 더 높은 용융온도 및 따라서 소결 단계 동안 소결되지 않는 더 높은 소결 온도를 포함하는 미리-형성된 수트 시트에 걸쳐 형성된다. 예를 들어, 상기 제2 유리 수트 입자는, 약 5x10-7/℃의 열팽창 계수를 갖는, 융합된 또는 유리질 실리카를 포함하는 수트 시트에 걸쳐 형성될 수 있다. 구현 예에 따르면, 상기 최종 유리 시트는 6x10-7/℃를 초과하는 열팽창 계수를 가질 수 있다 (예를 들어, 상기 소결된 유리 시트의 열팽창 계수는 6x10-7, 8x10-7, 10x0-7, 12x10-7, 15x10-7, 30x10-7/℃ 또는 40x10-7/℃를 초과할 수 있다). 예를 들어, 유리 시트는 6x10-7/℃ 및 30x10-7/℃ 사이 또는 32x10-7/℃ 및 50x10-7/℃ 사이의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
형성시, 상기 유리 시트는 적절한 절단 장치에 의해 별개의 조각으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 레이저는 더 작은 조각으로 상기 유리 시트를 절단 또는 잘라내는데 사용될 수 있다. 다른 예에 있어서, 레이저는 상기 소결되지 않은 수트 시트로부터 상기 유리 시트를 잘라내는데 사용될 수 있다. 또한, 절단 전 또는 후에, 상기 소결된 유리는 엣지 제거, 코팅, 프린팅, 연마, 등과 같은, 하나 이상의 소결-후 공정에 적용될 수 있다. 소결된 유리 시트의 긴 리본 (ribbon)은 릴링 장치에 의해 롤로 감길 수 있다. 선택적으로, 종이 시트, 천, 코팅 물질, 등과 같은 이격 물질 (spacing material)은 이들 사이에 직접적인 접촉을 피하기 위해 상기 롤에서 인접한 유리 표면들 사이에 삽입될 수 있다.
본 발명에 개시된 공정 및 장치는 낮은 퍼센트의 실리카, 예를 들어, "저-실리카" 유리 시트를 포함하는 소결된 유리 시트 및 수스 시트를 만든는데 접합하다. "저-실리카"는 50 몰% 미만의 실리카 유리를 포함하는 유리 조성물, 예를 들어, 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 또는 45 mole % 실리카를 포함하는 유리 조성물을 의미한다. 일례의 저-실리카 유리는 알루미노보로실리케이트 유리이다. 선택적으로, 상기 제2 유리 수트 입자는 티타늄, 게르마늄, 붕소, 알루미늄, 인, 희토류 금속 및/또는 알칼리 또는 알칼리 토 금속을 (예를 들어, 하나 이상의 산화물의 형태로) 포함할 수 있다.
긴 유리 리본을 포함하는, 유연한 소결된 유리 시트는 형성될 수 있다. 저-실리카 유리 시트와 같은 소결된 유리 시트는 200 microns 이하 (예를 들어, 150, 100, 50, 또는 25 microns 미만)의 평균 두께를 가질 수 있다. 그러나, 구현 예에 따르면, 상기 소결된 유리 시트는 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10,000 또는 12,500 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 증착된 수트 층의 폭, 상기 소결 존의 폭 및 증착 시간의 양을 조절하여, 소결된 유리 시트의 폭 및 길이 모두를 독립적으로 조절하는 것은 가능하다. 상기 유리 시트의 길이는 약 2.5 ㎝ 내지 10 km 범위일 수 있다. 상기 유리 시트의 폭은 약 2.5 ㎝ 내지 2 m의 범위일 수 있다.
상기 공정은 고품질 표면 유리 시트를 형성하기 위해 사용될 수 있다 (예를 들어, 낮은 표면 굴곡 (waviness), 낮은 표면 조도를 갖고, 필수적으로 스크래치가 없는 유리 시트). 롤 상에 수트 시트를 형성하는 초기 단계, 및 소결된, 유연한 유리 시트를 릴링하는 최종 단계를 포함할 수 있는, 상기에서 개시된 공정은 "롤-대-롤" 공정으로 언급될 수 있다. 저-실리카 유리 시트를 포함하는, 최종 유리 시트는 조성물, 두께, 표면 조도, 표면 균일도, CTE 및 평평함을 포함하는 다수의 특성을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 사용된 바와 같은, "수트 층" 또는 "수트의 층"은 서로 선택적으로 결합된 필수적으로 균질하게-분포된 유리 입자의 계층 (stratum)을 의미한다. 상기 층은 일반적으로 개별적 입자의 평균 직경 이상의 평균 총 두께를 갖는다. 또한, 수트 층은 필수적으로 균질한 조성물을 갖는 단일 수트 층 또는 필수적으로 균질한 조성물을 갖는 다중 수트 층을 포함할 수 있다.
상기 제2 수트 층이 다중 층을 포함하는 구현 예에 있어서, 유리 입자의 하나의 종 (species)은 하나의 수트 층을 형성할 수 있는 반면, 유리 입자의 제2 종은 이에 인접한 또 다른 수트 층을 형성할 수 있다. 따라서, 각각의 수트 층은 특유의 조성물 및/또는 다른 특성을 가질 수 있다. 더군다나, 상기 인접한 층들 사이에 계면 영역 (interfacial region)에서, 입자의 두 종의 혼합은 일어날 수 있고, 그래서 인접한 층 (contiguous layer)의 계면에서 조성물 및/또는 특성은 각각 개별 층과 관련된 벌크 값으로부터 벗어날 수 있다.
"유리 시트"에 대한 본 발명의 기준은 복수의 유리 수트 입자 (즉, 수트 시트) 및 소결된 유리로 만들어진 시트 물질을 포함하는 시트 물질 모두를 포함한다. 기술분야에서 통상적으로 이해되는 바와 같이, 시트는 다른 표면보다 더 큰 면적을 각각 갖는, 통상적으로 서로 실질적으로 평형인 두 개의 주 대립 표면을 갖는다. 어떤 위치에서 상기 두 개의 주 표면 사이의 거리는 그 특정 위치에서 상기 시트이 두께이다. 시트는 상기 주 표면 사이에 실질적으로 균일한 두께를 가질 수 있거나, 또는 상기 두께는 균일하거나 또는 균일하지 않게 공간적으로 변화할 수 있다. 어떤 다른 구현 예에 있어서, 상기 두 개의 주 표면은 비-평형일 수 있고, 상기 주 표면 중 하나 또는 모두는 평면 또는 곡면일 수 있다. 상기 유리 시트는 실질적으로 균질한 유리 시트 또는 층-특이 속성 (layer-specific attributes)를 갖는 복합 유리 시트일 수 있다.
본 발명에서 사용된 바와 같은, "소결된 유리"는 표준 온도 및 압력 (STP) (273 K 및 1.325 kPa)의 조건 하에서 동일한 화학적 조성물 및 미세구조를 갖는 유리 물질에 대한 이론적 밀도 (theoretical density) (Dmax)의 적어도 95%의 밀도를 갖는 유리 물질을 의미한다. 어떤 구현 예에 있어서, 상기 소결된 유리가 STP 하에서 Dmax의 적어도 98%, 99% 또는 99.9%의 밀도를 갖는 것이 바람직하다.
유리 수트 증착 및 소결 공정을 사용한 유리 시트 형성의 부가적 관점은 공동-소유한 2007년 5월 7일, 및 2009년 5월 15일에 각각 출원한, 미국특허 제11/800,585호 및 제12/466,939호에서 개시하였고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 본 발명에 포함된다.
본 발명에 사용된 바와 같은, 용어들의 "단수" 또는 "복수"는 특별히 구분없이 사용하며, 비록 "단수"일지라도, 특별한 언급이 없는 한, 적어도 하나 또는 하나 이상을 의미한다. 따라서, 예를 들어, "금속"은 특별한 언급이 없는 둘 이상의 "금속들"을 갖는 예들을 포함한다.
범위는 "약" 하나의 특정 값으로부터, 및/또는 "약" 다른 특정 값으로 본 발명에서 표현될 수 있다. 이러한 범위로 표현된 경우, 예들은 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함한다. 유사하게, 선행하는 "약"의 사용에 의해, 값이 대략으로 표현된 경우, 특정 값이 또 다른 관점을 형성하는 것으로 이해될 것이다. 상기 범위의 각 말단 점은 다른 말단 점과 관련하여, 그리고 상기 다른 말단 점에 독립적으로 모두 의미 있는 것으로 더욱 이해될 것이다.
특별한 언급이 없는 한, 본 발명에 설명된 어떤 방법의 단계들이 특정한 순서로 수행되는 것을 요구하는 것으로 해석되는 것을 의도하지는 않는다. 따라서, 방법 청구항은 이의 단계를 수반하는 순서를 사실상 열거하지 않거나, 또는 상기 단계가 특정한 순서로 제한되는 청구항 또는 상세한 설명에서 특별하게 언급되지 않는 경우, 어떤 특정 순서로 추정되는 것을 의도하지 않는다.
이것은 또한 본 발명에서 열거가 특정 방식의 기능에 "설계되거나" 또는 "적용된" 본 발명의 구성 요소를 의미하는 것으로 주목된다. 이러한 구성 요소는 특정 방식의 기능, 또는 특정한 특성을 구체화하기 위해 "설계" 또는 "적용되고", 여기서 이러한 열거는 의도된 용도의 열거와 대립하는 구조적 열거이다. 좀더 구체적으로는, 상기 방식에 대한 본 발명에서의 기준에서 상기 구성요소는 현존하는 물리적 조건을 나타내기 위해 설계 또는 적용되고, 그것으로서, 상기 구성요소의 구조적 특징의 분명한 열거로 받아들여야 한다.
당업자들에게 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 만들어 질 수 있음은 자명하다. 본 발명의 사상 및 물질을 포함하는 개시된 변형 조합, 준-조합 및 변경이 당업자에게 일어날 수 있기 때문에, 본 발명은 첨부된 청구항의 범주 및 이들의 균등물 내의 모든 것을 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
100: 장치 110, 116: 수트-제공 장치
120: 수트-수용 장치 130: 수트 시트-안내 장치
140: 수트-소결 장치

Claims (26)

  1. 지지된 수트 층을 형성하기 위해 증착 표면상에 제1 유리 수트 입자를 증착시키는 단계;
    접촉 표면 및 자유 표면을 갖는 제1 수트 시트를 형성하기 위해 상기 증착 표면으로부터 상기 수트 층을 제거하는 단계;
    복합 수트 시트를 형성하기 위해 상기 접촉 표면 및 자유 표면 중 적어도 하나 상에 제2 유리 수트 입자를 증착시키는 단계; 및
    상기 제1 수트 시트 상에 유리 시트가 형성되도록 상기 제2 유리 수트 입자를 소결시키기 위해 상기 복합 수트 시트의 부분을 가열시키는 단계를 포함하는 유리 시트의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제2 유리 수트 입자는 상기 제1 수트 시트의 자유 표면상에 증착되는 유리 시트의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제2 유리 수트 입자는 상기 제1 수트 시트의 접촉 표면 및 자유 표면 모두에 증착되는 유리 시트의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 접촉 표면상에 증착된 상기 제2 유리 수트 입자의 조성물은 자유 표면상에 증착된 제2 유리 수트 입자의 조성물과 실질적으로 동일한 유리 시트의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합 수트 시트는 제1 평균 조성물을 갖는 제1 유리 수트 입자의 층, 및 제2 평균 조성물을 갖는 제2 유리 수트 입자의 층을 포함하는 유리 시트의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합 수트 시트는 제1 평균 열팽창 계수를 갖는 제1 유리 수트 입자의 층, 및 제2 평균 열팽창 계수를 갖는 제2 유리 수트 입자의 층을 포함하고, 상기 제1 열팽창 계수는 제2 열팽창 계수 미만인 유리 시트의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 시트는 조성적으로 동종인 유리 시트의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 증착 표면에 형성된 수트 층은 실질적은 균일한 두께인 유리 시트의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합 수트 시트는 실질적은 균일한 두께인 유리 시트의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 수트 시트는 50 내지 600 ㎛ 범위의 평균 두께를 갖는 유리 시트의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합 수트 시트는 100 ㎛ 내지 5 ㎝의 평균 두께를 갖는 유리 시트의 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 시트는 25 ㎛ 내지 1.25 ㎝ 범위의 평균 두께를 갖는 유리 시트의 제조방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합 수트 시트의 이동은 상기 복합 수트 시트의 주 표면과 접촉하는 수트-시트-안내 장치에 의해 안내되는 유리 시트의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 수트-시트-안내 장치는 다중 클램핑 롤러 및/또는 클램핑 이송 벨트를 포함하는 유리 시트의 제조방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 수트-시트-안내 장치는 상기 복합 수트 시트의 주 표면의 주변 부분과 오직 접촉하는 유리 시트의 제조방법.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은 상기 복합 수트 시트의 적어도 일부를 롤로 릴링시키는 (reeling) 단계를 더욱 포함하는 유리 시트의 제조방법.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은 상기 유리 시트를 상기 제1 수트 시트로부터 분리시키는 단계를 더욱 포함하는 유리 시트의 제조방법.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은 상기 유리 시트를 레이저 트리밍하는 단계를 더욱 포함하는 유리 시트의 제조방법.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은 상기 유리 시트의 적어도 일부를 롤로 릴링시키는 단계를 더욱 포함하는 유리 시트의 제조방법.
  20. 청구항 1에 따른 방법에 의해 형성된 유리 시트.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 유리 시트는 25 ㎛ 내지 1.25 ㎝ 범위의 평균 두께를 갖는 유리 시트.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 유리 시트는 두 개의 대립 표면들 중 적어도 하나에 대해 1 ㎚ 이하의 평균 표면 조도를 갖는 유리 시트.
  23. 청구항 20에 있어서,
    상기 유리 시트는 적어도 6x10-7/℃의 열팽창 계수를 갖는 유리 시트.
  24. 청구항 20에 있어서,
    상기 유리 시트는 6x10-7/℃ 내지 30x10-7/℃의 열팽창 계수를 갖는 유리 시트.
  25. 청구항 20에 있어서,
    상기 유리 시트는 32x10-7/℃ 내지 50x10-7/℃의 열팽창 계수를 갖는 유리 시트.
  26. 제1 유리 수트 입자를 포함하고, 접촉 표면 및 자유 표면을 갖는 제1 수트 시트를 제공하는 단계;
    복합 수트 시트를 형성하기 위해 상기 접촉 표면 및 자유 표면 중 적어도 하나 상에 제2 유리 수트 입자를 증착시키는 단계; 및
    상기 제1 수트 시트 상에 유리 시트가 형성되도록 상기 제2 유리 수트 입자를 소결시키기 위해 상기 복합 수트 시트를 가열시키는 단계를 포함하는 유리 시트의 제조방법.
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