TW201540690A - 陶瓷氧化物主體及其製造方法以及製造玻璃片的方法 - Google Patents

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Abstract

本案揭示陶瓷氧化物主體。陶瓷氧化物主體可包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末，及氧化鈦粉末。

Description

陶瓷氧化物主體及其製造方法以及製造玻璃片的方法 相關申請案之交互參照
本申請案主張申請於2014年3月27日之美國臨時申請案第61/970,974號之優先權權益，本申請案依據該申請案之內容，且該申請案之內容以引用方式全部併入本文中。
本揭示案總體上係關於陶瓷氧化物主體、製造陶瓷氧化物主體之方法，及製造玻璃片之方法。
氧化鋁材料在各種應用中用作耐火材料。氧化鋁一般具有相對較高之熱傳導率(在20℃時測得為約40W/m．K)。然而，儘管熱傳導率是固有特性，但氧化鋁之熱傳導性可另外依據一般技藝人士已知之外部參數而定，該等外部參數如但不限於孔隙率、粒度，及缺陷密度。
例如，對於緻密氧化鋁而言，熱傳導率較高，而熱震效能及可機械加工性並不佳。此外，只要氧化鋁之孔隙率並未低至足以對耐火材料之機械完整性產生不利影響，則可 能更容易成型及機械加工多孔氧化鋁。然而，多孔氧化鋁之熱傳導率一般較低。氧化鋁之熱傳導性另外可能受純度影響。
以下內容提出本揭示案之簡化要旨，以便提供對詳細描述中所描述之一些示例性態樣的基本理解。
在本揭示案之第一態樣中，陶瓷氧化物主體包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末。
在第一態樣之一個實例中，熔融氧化鋁粉末包括陶瓷氧化物主體之自約10%至約50%之重量百分比範圍。
在第一態樣之另一實例中，細氧化鋁粉末包括陶瓷氧化物主體之自約10%至約50%之重量百分比範圍。
在第一態樣之又一實例中，熔鑄氧化鋁粉末包括範圍自約44微米至約700微米之粒度分佈。
在第一態樣之又一實例中，陶瓷氧化物主體包括範圍自約11.4%至約21.3%之孔隙率。
在第一態樣之又一實例中，陶瓷氧化物主體包括在200℃下範圍自約10W/m．K至約14.5W/m．K之熱傳導率。
在第一態樣之另一實例中，陶瓷氧化物主體包括在1200℃下範圍自約4W/m．K至約5.81W/m．K之熱傳導率。
在第一態樣之另一實例中，成型裝置包括陶瓷氧化物主體。
可單獨提供第一態樣或結合上文論述之第一態樣中之一個實例或任何實例組合來提供第一態樣。
在第二態樣中，製造陶瓷氧化物主體之方法包括以 下步驟：對包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末之混合物進行批量處理，形成混合物，及燒製所形成之混合物以形成陶瓷氧化物主體。
在第二態樣之一個實例中，熔鑄氧化鋁粉末包括陶瓷氧化物主體之自約50%至約99.5%之重量百分比範圍。
在第二態樣之另一實例中，細氧化鋁粉末包括陶瓷氧化物主體之自約10%至約50%之重量百分比範圍。
在第二態樣之又一實例中，熔鑄氧化鋁粉末包括範圍自約44微米至約700微米之粒度分佈。
在第二態樣之又一實例中，陶瓷氧化物主體包括範圍自約11.4%至約21.3%之孔隙率。
在第二態樣之又一實例中，陶瓷氧化物主體包括在200℃下範圍自約10W/m．K至約14.5W/m．K之熱傳導率。
在第二態樣之另一個實例中，陶瓷氧化物主體包括在1200℃下範圍自約4W/m．K至約5.81W/m．K之熱傳導率。
在第二態樣之又一實例中，混合物由選自由以下各者組成之群組之一方法形成：滑鑄、乾壓、冷等均壓、熱壓、熱等均壓、射出模製及薄帶鑄製。
在第二態樣之又一實例中，在約1550℃與約1650℃之間執行燒製。
可單獨提供第二態樣或結合上文論述之第二態樣中之一個實例或任何實例組合來提供第二態樣。
在第三態樣中，製造玻璃片之方法包括以下步驟：藉由使用包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末 之陶瓷氧化物主體形成玻璃片。
在第三態樣之一個實例中，陶瓷氧化物主體之至少一部分接收來自加熱塊之熱能。
在第三態樣之另一實例中，陶瓷氧化物主體包括範圍自約11.4%至約21.3%之孔隙率。
可單獨提供第三態樣或結合上文論述之第三態樣中之一個實例或任何實例組合來提供第三態樣。
101‧‧‧玻璃成型設備
103‧‧‧玻璃帶
105‧‧‧熔化容器
107‧‧‧批料
109‧‧‧儲倉
111‧‧‧批量傳送裝置
113‧‧‧馬達
115‧‧‧控制器
117‧‧‧箭頭
119‧‧‧玻璃金屬探針
121‧‧‧玻璃熔體
123‧‧‧豎管
125‧‧‧通訊線路
127‧‧‧澄清容器
129‧‧‧第一連接管
131‧‧‧混合容器
133‧‧‧傳送容器
135‧‧‧第二連接管
137‧‧‧第三連接管
139‧‧‧下導管
141‧‧‧入口
143‧‧‧成型裝置
151‧‧‧加熱模組
153a‧‧‧邊緣導向器加熱模組
153b‧‧‧邊緣導向器加熱模組
155a‧‧‧加熱模組
155b‧‧‧加熱模組
155c‧‧‧加熱模組
155d‧‧‧加熱模組
155e‧‧‧加熱模組
201‧‧‧槽
203‧‧‧第一堰
205‧‧‧第二堰
211‧‧‧成型楔子
213‧‧‧表面部分
215‧‧‧表面部分
217‧‧‧下游方向
219‧‧‧根
221‧‧‧拉製平面
223‧‧‧邊緣導向器
225‧‧‧第一相對端部
227‧‧‧第二相對端部
229‧‧‧安裝架
251‧‧‧細長電阻加熱元件
255‧‧‧區段
261‧‧‧耐火塊
401‧‧‧步驟
402‧‧‧步驟
403‧‧‧步驟
501‧‧‧步驟
在參考附圖閱讀下文中詳細描述時可更佳地理解本揭示案之該等及其他特徵、態樣及優勢，在該等圖式中：第1圖是一示意圖，該圖圖示根據本揭示案之一示例性實施例之玻璃成型設備之實例，該設備包括一成型裝置；第2圖是沿第1圖中線2-2截取之成型裝置之橫剖面放大透視圖；第3圖是沿第1圖中線2-2截取之成型裝置之橫剖面放大正視圖；第4圖是一示意性流程圖，該圖圖示製造陶瓷氧化物主體之方法中的示例性步驟；及第5圖是一示意性流程圖，該圖圖示製造玻璃片之方法中的示例性步驟。
現將在下文中藉由參考附圖更全面地描述實例，該等附圖中圖示示例性實施例。在可能的情況下，在全部圖式中使用相同元件符號以指示相同或類似部件。然而，態樣可 以眾多不同形式體現，且不應被視作限定於本文中闡述之實施例。
本文中使用之術語僅以描述特定實施例為目的，且並非意欲限制本揭示案。如在本文中所使用，單數形式「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」意欲亦包括複數形式，除非上下文中另有明確指示。將進一步理解，術語「包括(comprises)」及/或「包括(comprising)」在用於本說明書中時規定所陳述之特徵、整數、步驟、操作、要素及/或組件之存在，但不排除存在或增添一或更多個其他特徵、整數、步驟、操作、要素、組件及/或上述各者之組合。亦將理解，術語「粉末」不意謂著僅存在單一種粉末。相反，術語「粉末」應解釋為呈聚集態之複數種粉末。在此情形中，「粉末」及「顆粒」被視作表示相同特徵。例如，在粒度分佈中，術語「顆粒」係解釋為大體上與「粉末」粒徑分佈相同。術語「玻璃帶」係指從成型裝置中拉製而成且具有低黏度之玻璃，該低黏度足以變更玻璃厚度。術語「玻璃片」係指由成型裝置製造而成，與「玻璃帶」相比具有更大黏度之玻璃，該黏度使得玻璃片之厚度無法進一步變更。將進一步理解，「細氧化鋁粉末」中之用詞「細」應相對於「熔鑄氧化鋁粉末」進行解釋，「熔鑄氧化鋁粉末」包括整體大於細氧化鋁粉末之粉末粒徑。
為實現此論述之目的，「COB」表示在1580℃下燒製完全乾燥主體達10小時之後獲得的陶瓷氧化物主體。
第1圖圖示玻璃成型設備101之示意圖，該玻璃成 型設備用於熔融拉製玻璃帶103以便後續處理成為玻璃片。圖示之玻璃成型設備101包括熔融拉製設備，但更多實例中可提供其他熔融成型設備。玻璃成型設備101可包括熔化容器(或熔化爐)105，該熔化容器經配置以接收來自儲倉109之批料107。可由馬達113供電之批量傳送裝置111引入批料107。可選控制器115可經配置以起動馬達113以將所需量之批料107引入熔化容器105中，如箭頭117所指示。玻璃金屬探針119可用以測量豎管123內之玻璃熔體(或熔化玻璃)121位準，且藉由通訊線路125將測得之資訊傳達至控制器115。
玻璃成型設備101亦可包括諸如澄清管之澄清容器127，該澄清容器定位在熔化容器105下游且經由第一連接管129流體耦接至熔化容器105。諸如攪拌腔室之混合容器131亦可位於澄清容器127下游。諸如碗腔之傳送容器133可定位在混合容器131下游。如圖所示，第二連接管135可將澄清容器127耦接至混合容器131，且第三連接管137可將混合容器131耦接至傳送容器133。如進一步所圖示，下導管139可經定位以將玻璃熔體121從傳送容器133傳送至成型裝置143之入口141。如圖所示，熔化容器105、澄清容器127、混合容器131、傳送容器133及成型裝置143是玻璃熔體站之實例，該等玻璃熔體站可沿玻璃成型設備101而連續定位。
熔化容器105可利用耐火材料製造而成，如耐火(例如陶瓷)磚。玻璃成型設備101可進一步包括通常由以下各者製成之組件：鉑或含鉑金屬，如鉑銠、鉑銥及上述各者之 組合，但含鉑金屬亦可包括該等耐火金屬，如鉬、鈀、錸、鉭、鈦、鎢、釕、鋨、鋯及上述各者之合金及/或二氧化鋯或氧化鋁。含鉑組件可包括第一連接管129、澄清容器127(例如精煉爐管)、第二連接管135、豎管123、混合容器131(例如攪拌腔室)、第三連接管137、傳送容器133(例如碗腔)、下導管139及入口141中之一或更多者。成型裝置143由諸如耐火材料之陶瓷材料製成，且經設計以形成玻璃帶103。
玻璃成型設備101可進一步包括一或更多個加熱模組151，在第1圖及第2圖中示意性地圖示該等加熱模組。加熱模組151可位於各種位置以向玻璃成型設備101之一部分以熱能形式提供熱，以間接地加熱玻璃帶；及/或可經定位以直接加熱玻璃帶。例如，加熱模組151可包括邊緣導向器加熱模組153a、153b，該等模組經配置以加熱邊緣導向器223(參看第2圖)以間接地加熱越過邊緣導向器223之玻璃帶103的邊緣，及/或直接加熱越過邊緣導向器之玻璃帶的邊緣。在該等實例中，邊緣導向器加熱模組153a、153b可獨立操作以在每一邊緣導向器處提供所需之加熱。
如第1圖所示，在其他實例中，一系列加熱模組155a-155e可沿加熱軸間隔排列，以直接加熱拉製玻璃帶。在該等實例中，加熱模組155a-155e可獨立操作以沿加熱軸提供所需之加熱輪廓，以恰當地加熱繞過加熱軸之玻璃帶之側向範圍。
在一些實例中，因此，一或更多個加熱模組151可定位在成型裝置143附近，以用於直接或間接地將熱輻射投 射至成型裝置143之一部分及/或正在從成型裝置143拉製之玻璃帶。在另一情況中，一或更多個加熱模組151可定位在任一玻璃熔體站附近，如熔化容器105、澄清容器127、混合容器131，或傳送容器133。在又一個實例中，一或更多個加熱模組151可向熔化玻璃121提供熱。
第2圖是沿第1圖之線2-2截取之成型裝置143之橫剖面放大透視圖。如圖所示，成型裝置143可包括至少部分地由一對堰界定之槽201，該等堰包括第一堰203及第二堰205，該等堰界定槽201之相對側。成型裝置143可進一步包括成型楔子211，該成型楔子211包括一對向下傾斜之成型表面部分213、215，該等部分在成型楔子211相對端部之間延伸。該對向下傾斜成型表面部分213、215沿下游方向217會聚以形成根219。拉製平面221貫通根219而延伸，其中可在沿拉製平面221向下游方向217拉製玻璃帶103。如圖所示，拉製平面221可將根219對分，但拉製平面221可在相對於根219之其他定向上延伸。
成型裝置143視情況可配備一或更多個邊緣導向器223，該等導向器與該對向下傾斜之成型表面部分213、215中之至少一者相交。在其他實例中，一或更多個邊緣導向器可與兩個向下傾斜成型表面部分213、215相交。在其他實例中，邊緣導向器可定位在成型楔子211之相對端部中之每一端，其中玻璃帶103之一邊緣由流出邊緣導向器223之熔化玻璃形成。例如，如第2圖所示，邊緣導向器223可定位在第一相對端部225處，且第二相同邊緣導向器(第2圖中未 圖示)可定位在第二相對端部227(參看在第1圖中之223)處。每一邊緣導向器223可經配置以與兩個向下傾斜成型表面部分213、215相交。每一邊緣導向器223可大體上彼此相同，但在其他實例中，邊緣導向器可具有不同特性。可依據本揭示案之態樣而使用各種成型楔子及邊緣導向器配置。例如，本揭示案之態樣可用於美國專利案第3,451,798號、美國專利案第3,537,834號及/或美國專利案第7,409,839號中揭示之成型楔子及邊緣導向器配置，上述專利案中之每一者以引用方式全部併入本文中。
第3圖圖示沿第1圖中線2-2截取之成型裝置143之示例性剖面圖，其中圖示加熱模組151相對於玻璃成型設備101之示例性位置。如第3圖所示，加熱模組151可至少包括一細長電阻加熱元件251。電阻加熱元件251可為細長電阻加熱元件，該元件以可控方式經彎曲或纏繞以包括複數個加熱區段及連接區段。自玻璃成型設備101可見，電阻加熱元件251可包括局部加熱區域。電阻加熱元件251可安裝至安裝架229，但加熱元件251可安裝至其他結構或可在其他實例中為獨立式。或者，電阻加熱元件251之一部分可部分地或完全地容納、嵌入或收納在安裝架229或另一結構中。例如，整個電阻加熱元件251可容納在空腔內，或嵌入(例如封裝)安裝架229中以經由安裝架在一方向上向目標區域傳遞熱。
加熱模組151可定位在目標表面附近，例如成型裝置143之兩側(參看第2圖)。如圖所示，每一加熱模組151 可經定位以使得電阻加熱元件251之區段255以大體平行於拉製平面221之方式延伸。在另一情況中，加熱模組151可以某一角度定位，以使得區段255以大體平行於各自目標成型表面部分213、215之方式延伸。儘管未圖示，但在又一些實例中，加熱模組151可經定向以使得區段255相對於目標表面以某一角度延伸，依據加熱應用而定。然而，定向為大體平行於目標表面可有助於沿加熱模組之整個目標加熱佔地面積之均勻熱分佈。加熱模組151與目標表面之間的距離可基於所需之目標表面溫度、加熱模組151之總加熱功率，或藉由一般技藝人士在決定加熱模組151與目標表面之間距離時已知之任一其他方法而決定。
成型裝置143可配備有一或更多個耐火塊261。耐火塊261可定位在成型裝置143與電阻加熱元件251之間以接收來自電阻加熱元件之熱能，之後將熱能發射至目標表面。耐火塊261可與加熱元件251接觸以部分地或完全地接收電阻加熱元件251之至少一部分。或者，耐火塊261可經定位以與電阻加熱元件251相隔一預定間隙。耐火塊261可耦接至加熱模組151或安裝架229。或者，耐火塊261可經定位以獨立於加熱模組151或安裝架229。
在玻璃帶製程期間，耐火塊261可週期性地曝露於最高溫度及最低溫度。在一個情況中，在玻璃帶成型製程期間，電阻加熱元件251可在約600℃與約800℃之間經加熱達預定時期，以便控制在下游方向217流動之玻璃帶103之黏度。用於操作電阻加熱元件251之時間可基於在玻璃成型製 程期間在下游方向217流動之玻璃帶103所需之黏度範圍而決定。
依據玻璃帶103之流動特性而定，可隨後關閉電阻加熱元件251達一預定時期。定位在電阻加熱元件251緊鄰處且由來自電阻加熱元件251之熱能進行加熱之耐火塊261亦可冷卻至近似於室溫。因此，藉由耐火塊261在高溫與低溫之間的重複循環，耐火塊261可能由於不均勻的尺寸變更與對應之累積應力而破裂。亦即，來自電阻加熱元件251之熱能輻射需要先以熱能損失降至最低及時滯最少之方式穿過耐火塊，然後到達玻璃帶103或成型裝置143之一部分。
因此，耐火塊261可經構成以具有某些一般特性及性質。例如，耐火塊261可經構成以抵抗在玻璃成型製程內發生之連續熱循環而具有一定量之耐熱衝擊性。此外，耐火塊261可經構成以獲得在曝露於高溫時之一定量之熱傳導率。此外，耐火塊261可經構成以便允許來自電阻加熱元件251之熱能輻射先以熱能損失降低及時滯減少之方式穿過耐火塊261，然後到達玻璃帶103或成型裝置143之一部分。
成型裝置143之耐火塊261可包括複數個COB。COB可包括熔鑄耐火材料。例如，可藉由在電弧爐或其他高溫爐中，在一溫度下加熱某些精煉原材料，直至精煉氧化物原材料完全熔化而形成熔鑄耐火材料，該溫度高於原材料中所包括之陶瓷氧化物之熔化溫度，亦即在約1900℃與2500℃之間，此依據材料組成而定。然而，本文中揭示之實施例並非限定於此，且該等實施例可包括一般技藝人士已知之形成熔 鑄耐火材料的任一方法。然後，精煉氧化物原材料之熔體可冷卻至所需形狀及尺寸。例如，可將熔體傾倒入具有所需形狀及尺寸之模具，且使該熔體逐漸固化以形成具有所需形狀及尺寸之熔鑄塊。
COB可包括熔鑄氧化鋁粉末。由於其耐熱震性及熱傳導率特性，類似於其他熔鑄耐火材料之熔鑄氧化鋁可用於耐火材料應用，如但不限定於耐火塊261及一般技藝人士已知之應用於玻璃成型或製鋼熔爐中之其他用途。例如，熔鑄氧化鋁粉末可包括COB之自約50%至約99.5%之重量百分比範圍，但並非限定於此。此外，熔鑄氧化鋁粉末可包括範圍自約44微米至約700微米之粒度分佈，但並非限定於此。
儘管本文所述之COB經描述以包括熔鑄氧化鋁粉末，但本文所述之實施例並非限定於此。依據原材料之組成，複數種不同熔鑄耐火材料可為可用的。例如，熔鑄氧化鋁(Al2O3)、熔鑄氧化鋯(ZrO2)、熔鑄氧化鋁-氧化矽-氧化鋯(Al2O3-SiO2-ZrO2)或熔鑄氧化鋁矽(富鋁紅柱石，3Al2O3‧2SiO2)可用於玻璃熔化爐及/或煉鋼熔爐。
除熔鑄氧化鋁粉末之外，COB可另外包括細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末，但並非限定於此。例如，COB可包括範圍自約11.4%至約21.3%之孔隙率。COB之孔隙率可用以減少用以將COB機械加工至所需形狀所需之總時間量，因為高孔隙率相對與鬆散結構關聯。此外，COB可包括在200℃下範圍自約10W/m．K至約14.5W/m．K之熱傳導率，或在1200℃下範圍自約4W/m．K至約5.81W/m．K之熱傳導率。由此，COB 可具有一熱傳導率，該熱傳導率等於或大於100%熔鑄氧化鋁之熱傳導率。
用於製造COB之示例性方法在第4圖中圖示之流程圖中進行說明。可理解，第4圖中繪示之步驟序列僅以說明為目的，且並非意欲以任何方式限制該方法，因為將理解，該等步驟可以不同邏輯次序進行，可包括額外或介入之步驟，或所述步驟可分為多個步驟，但不有損於本揭示案。
第4圖中圖示之示例性方法可從步驟401開始，對包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末之混合物進行批量處理。具有所需粒度分佈之熔鑄鋁粉末可藉由磨碎熔鑄氧化鋁餅而製備。該混合物可進一步包括但不限於分散劑、黏合劑或水，依據所選擇之陶瓷成型製程而定。
在步驟402中，可形成混合物。混合物可藉由複數個陶瓷成型製程中之至少一者而形成為具有預定形狀及尺寸之主體。預定形狀可包括但不限於立方體、長方體、板塊、磚塊或一般技藝人士已知的、製造COB所用之混合物在形成時使用之任何形狀。
陶瓷成型製程可包括但不限於滑鑄、薄帶鑄製、乾壓、冷均壓(cold isostatic pressing；CIP)、熱壓、熱均壓(hot isostatic pressing；HIP)、射出模製，及一般技藝人士已知之任何成型製程，其中陶瓷粉末藉由外力壓緊在一起以形成具有預定形狀及尺寸之主體。在該等成型製程中，滑鑄可利用模具以將漿料鑄製為所需及可能之複雜形狀。相對較薄之COB可藉由使用薄帶鑄製或一般技藝人士已知的其他類似方法而 製造。包括高密度之COB可藉由使用CIP、HIP或一般技藝人士已知的其他類似方法而製造。
可依據混合物藉由哪一製程而形成來對所形成之混合物進行乾燥。例如，由滑鑄、薄帶鑄製或一般技藝人士已知的類似方法形成之混合物可在大氣溫度下乾燥達約數個小時至約數天之久。
另一方面，不包括水或任何液體類型分散劑之混合物在形成之後可無需乾燥。例如，在乾壓之情況下，可不向混合物中添加分散劑、黏合劑及水。在另一情況下，諸如聚乙烯醇(poly vinyl alcohol；PVA)之黏合劑可與氧化物粉末混合以藉由乾壓而使混合物形成預定形狀。在又一情況下，對於滑鑄或薄帶鑄製而言，可將諸如酒石酸之分散劑、諸如Scogin® HV之黏合劑，及/或水添加至混合物以提供在滑鑄或薄帶鑄製期間所需之某些流變性。
儘管PVA、酒石酸及Scogin® HV被列舉為可用於混合物之形成中之分散劑及黏合劑，但本文中描述之實施例並非限定於此。例如，可選擇一般技藝人士已知的其他分散劑及黏合劑以替代PVA、酒石酸或Scogin® HV以用於形成混合物。
在步驟403中，所形成之混合物可經燒製以形成COB。在混合物形成之後，所形成之混合物可隨後在預定溫度下經燒製達預定時段以形成COB。可基於所形成之混合物之組成來選擇尖峰燒製溫度。在一個情況下，包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末之所形成混合物可在約 1500℃與約1680℃之間的尖峰溫度下燒製達約10小時以形成COB。在另一實例中，可在約1550℃與約1650℃之間的溫度下執行燒製。
在藉由燒製所形成之混合物而形成COB之後，可測量COB之物理特性。物理特性可包括孔隙率、中值孔徑、容積密度及熱傳導率。COB之孔隙率及中值孔徑可藉由水銀測孔儀來測量。為測定COB之容積密度，可測量COB之高度、寬度及深度以測定COB之體積。可測量COB之重量，由此賦能對COB之體積密度之測定。熱傳導性可藉由雷射閃光方法測量，此方法基於對薄碟形樣品背面之溫度上升之測量，該溫度上升由在樣品正面上提供之較短能量脈衝而產生。可基於試樣之熱擴散率、比熱及密度而測定熱傳導性。在一實例中，可在兩個不同溫度即200℃及1200℃下測定熱傳導率，以分析熱傳導率之溫度相依性。
第5圖是一示意性流程圖，該圖圖示製造玻璃片之方法中的示例性步驟。類似於第4圖，可理解，第5圖中繪示之步驟僅以說明為目的，且並非意欲以任何方式限制該方法，因為將理解，可包括額外或介入之步驟，或所述步驟可分為多個步驟，但不有損於本揭示案。
第5圖之方法可包括藉由使用COB形成玻璃片之步驟501，該COB包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末。如上文所論述，在玻璃片之製造期間，由於玻璃熔體及/或玻璃帶之黏度與玻璃帶及/或玻璃片之厚度直接相關，因此一般可能需要控制玻璃熔體及/或玻璃帶之黏度。通 常，具有高黏度之玻璃帶產生更厚的玻璃帶，而玻璃帶之較低黏度則可產生更薄的玻璃帶。
如上文第2圖及第3圖中之論述所闡明，可藉由間接加熱玻璃成型設備101之一部分或直接加熱流出成型裝置143之玻璃帶來控制玻璃帶之黏度和厚度。
包括複數個COB之耐火塊261可經定位以便耐火塊261中COB之至少一部分接收來自電阻加熱元件251之熱能。從加熱模組151接收之熱能可從耐火塊261之表面再次發射向玻璃成型設備101或玻璃帶103之至少一部分，依據耐火塊261相對於成型裝置143或玻璃帶103之位置而定。耐火塊261之陶瓷氧化物主體可具有較高熱傳導率，以減少從電阻加熱元件251到玻璃成型設備101或玻璃帶103之熱路徑期間的熱能損失。
將理解，由於電阻加熱元件251之局部化加熱區域，從電阻加熱元件251直接輻射出之熱能不會均勻地提供至玻璃成型設備101或玻璃帶103。然而，耐火塊261之COB可具有一熱傳導率，該熱傳導率賦能對均勻加熱區域之提供，以便可實現玻璃成型設備101或玻璃帶103之均勻加熱。耐火塊261之COB之熱傳導率可進一步賦能整個玻璃成型設備101或玻璃帶103上之局部溫度梯度之降低。
實例
為達到此論述之目的，將理解，粒徑相對較小之陶瓷粉末可充填由粒徑相對較大之陶瓷粉末所形成的間隔，以增大所形成之混合物之密度，且對應地增大在燒製之後COB 的密度。相反，具有一種以上之粒度分佈之陶瓷粉末可用以達到所需密度。
此外，在高溫下燒製期間，細氧化鋁粉末可自身或藉由與一或更多個其他氧化物粉末結合來充當燒結助劑，以便可形成具有所需機械完整性及所需可控孔隙率之COB。
此外，氧化鈦粉末單獨或結合諸如細氧化鋁粉末之其他氧化物粉末，在燒製期間充當用於熔鑄氧化鋁粉末之燒結助劑。例如，依據氧化物粉末之純度及組成，液相可在諸如但不限於等於或大於約1500℃之高溫下形成。包括氧化鋁及氧化鈦中之至少一者之液相可跨於粉末之邊界擴散，以將多個粉末熔融至一個主體。
此外，每一漿料之黏度可依據固體氧化物粉末、黏合劑、分散劑及水之間的相對比率而定。一般而言，當固體氧化物粉末之相對量較高，則漿料黏度在球磨之後可能較高。
在此實例中，藉由滑鑄製程，用熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末、氧化鈦粉末、黏合劑、分散劑及水製備十種COB。對於熔鑄氧化鋁粉末而言，使用三種具有不同粒度分佈之熔鑄氧化鋁粉末。為形成具有不同粒度分佈之熔鑄氧化鋁粉末，將熔鑄氧化鋁餅磨碎至粉末。在此實例中，將28目熔鑄氧化鋁粉末(最大粒度為約700微米)、60目熔鑄氧化鋁粉末(最大粒度為約250微米)及具有不同粒徑之325目熔鑄氧化鋁粉末(最大粒度為約44微米)稱重，如表1中所計算。
表1-用於具有較高熱傳導率之多孔氧化鋁之漿料組成
用於每一漿料之材料的相對量在表1中圖示。每一漿料中的黏合劑、分散劑及水之相對量基於所有氧化物粉末之量而表示，以便每一漿料之材料總量經調整至重量百分比100%，該等氧化物粉末亦即熔鑄氧化鋁粉末28、熔鑄氧化鋁 粉末60、熔鑄氧化鋁粉末325、細氧化鋁325、細氧化鋁3000及氧化鈦。具有不同粒度分佈之熔鑄氧化鋁粉末用以控制COB之密度。在表1中的所有漿料組成中，熔鑄氧化鋁粉末在所有氧化物粉末中包括範圍自約50%(漿料F)至約99.5%(漿料A及D)之重量百分比，所有氧化物粉末包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末。
將預定量之細氧化鋁粉末添加至熔鑄氧化鋁粉末。具有不同粒度分佈之兩種不同的細氧化鋁粉末是具有325目徑之已使用細氧化鋁325(最大粒度為約44微米)，及平均粒度為1微米之細氧化鋁3000。兩種不同細氧化鋁粉末中之至少一者用於與熔鑄氧化鋁粉末混合。
細氧化鋁粉末粒徑一般小於鑄熔氧化鋁粉末之粒徑。如前文所述，及如此實例中之情況，較小的細氧化鋁粉末充填漿料中熔鑄氧化鋁粉末之間形成之間隔，以在滑鑄期間維持混合物密度。在滑鑄期間，為試圖抑制畸變或破裂，藉由維持密度大於閾值數而在石膏模具上形成混合物。
對於一些漿料(漿料A及D)而言，細氧化鋁並未包括在內，而漿料G、H、I及J僅包括一種類型之細氧化鋁粉末，亦即細氧化鋁3000。對於漿料B、C、E及F而言，兩種不同類型之細氧化鋁粉末，亦即細氧化鋁325及細氧化鋁3000被添加至熔鑄氧化鋁粉末。在包含細氧化鋁之漿料中，至少重量百分比5%之對應氧化物粉末由細氧化鋁粉末組成。在一個實例中，細氧化鋁粉末之量在所有氧化物粉末中的重量百分比範圍自約10%至約50%，所有氧化物粉末包括 熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末。例如，如表1中所闡明，對滑鑄製程而言，細氧化鋁粉末之量的重量百分比範圍自約12.5%至約50%。
亦添加預定量之氧化鈦粉末以形成混合物，該氧化鈦粉末之平均粒度為1微米。儘管此實例中包括之漿料包括重量百分比等於約0.6%之氧化鈦粉末之量，但本文中之實施例並非限定於此。例如，漿料中包括之氧化鈦粉末在COB中的重量百分比範圍自0.1%至約10%。漿料中包括之氧化鈦粉末在COB中的重量百分比範圍可替代地自0.1%至約5%。
將每一材料稱重，且隨後被提供至球磨機器中以用於均質混合。亦將預定量之高純度氧化鋁球置於球磨機器中以用於均質混合材料。球磨時間範圍自約數個小時至約數天。
在材料球磨之後，材料具有黏性漿料形式。然後，將漿料傾倒入具有所需形狀及幾何尺寸的石膏模具中。應注意，儘管此實例中使用石膏模具，但亦可使用熟石膏模具或一般技藝人士已知的任何其他適用模具。
漿料停留在石膏模具中達預定時段，以在石膏模具內壁中形成濕的固態主體。隨後，藉由將石膏模具中之漿料傾倒入石膏模具外部，以恢復過量漿料。形成於石膏模具內壁中之濕的固態層在石膏模具中停留達約數個小時，直至濕的固態主體至少部分地乾燥，以形成部分乾燥固態主體。隨後，部分乾燥固態主體分離於石膏模具，並在大氣中乾燥達約24小時以上，以形成充分乾燥之固態主體。
將充分乾燥之固態主體置於高溫爐中，以便根據表 2中圖示之燒製時程進行燒製，以大體上燃盡及從充分乾燥固態主體中移除全部揮發性材料，如黏合劑、分散劑及水，從而產生包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末之COB。
應注意，可藉由使用一般技藝人士已知的任何適合方法完成或執行燒製，且燒製不限定於上文表2中提供之燒製時程。此外，應進一步注意，上文表2中提供之燒製時程可依據一般技藝人士之知識而有所不同。例如，步驟3中之尖峰溫度可經控制至小於約1700℃，該溫度低於氧化鋁之熔化溫度(約2072℃)及氧化鈦之熔化溫度(約1843℃)。此外，表2中步驟3中之尖峰溫度可在約1500℃與約1680℃之間變化。步驟2及步驟4中之升溫速率亦可在約20℃/分鐘與約70℃/分鐘之間變化。
在根據燒製時程燒製充分乾燥之主體以形成COB之後，測量COB之物理特性。選定COB之特性概括在表3中。此外，表3中之「COB E」涉及由表1中之漿料E製造而成之COB，以此類推。
在表3中，一般技藝人士已知常用於耐火塊中的商品級100%之熔鑄氧化鋁主體係用作基準，以對比其物理特性與由選定漿料製成的COB之物理特性。
基準的孔隙率經測定為約16.7%。由選定之漿料製成的複數個COB包括範圍自11.4%至約21.3%之孔隙率值。例如，針對由漿料G及I製成之COB，獲得21.3%之孔隙率。此外，複數個參數顯而易見有助於COB之孔隙率，而至少相對量之細氧化鋁粉末顯而易見影響COB之孔隙率。在一個實例中，COB C、F、H及J比COB G及I具有更大量之細氧化鋁粉末，COB C、F、H及J顯示相對較低之孔隙率，分別為13.4%、11.4%、14.5%，及15.9%。在漿料B及H中變更細氧化鋁粉末(亦即細氧化鋁粉末325及3000)之間的相對量可產生不同孔隙率，COB B之孔隙率為15.8%，且COB H之孔隙率為14.5%。在被測量孔隙率之COB中，COB E、G及I包括等於或大於基準孔隙率之孔隙率。
針對熱傳導率，選用於進行熱傳導率測量的幾乎所有COB(B、C、D、F、H、I及J)都顯示相當於或大於基準熱傳導率之熱傳導率。僅COB G在1200℃下測量時顯示小於基準熱傳導率之熱傳導率。因此推斷，與基準熱能損失相比，藉由滑鑄而形成且具有相當於或大於基準熱傳導率之熱傳導率的COB放射出熱能損失降低的熱能。COB之整體效能等同於用作基準之100%熔鑄氧化鋁耐火材料。一般而言，COB之製造成本低於基準之製造成本。
儘管本文中揭示之COB一般基於包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末之COB，但本文所述之實施例並非限定於此，因為COB有可能包括一般技藝人士已知的其他陶瓷氧化物材料。例如，COB可包括熔鑄氧化鋯(ZrO2)粉末及細氧化鋯粉末。此外，包括但不限於氧化鋁、氧化銅或氧化錳之陶瓷氧化物中之至少一者可作為燒結助劑添加至熔鑄氧化鋯粉末及細氧化鋯粉末中。此外，COB可包括熔鑄富鋁紅柱石粉末及細富鋁紅柱石粉末。在又一實例中，COB可包括熔鑄氧化鋁-氧化矽-氧化鋯粉末(Al2O3-SiO2-ZrO2)，及細氧化鋁、氧化矽及氧化鋯中之一者。
具有上述組成之陶瓷氧化物可經批量處理以形成混合物，然後經燒製以形成COB。可進一步將至少一個陶瓷氧化物添加至批料中以在高溫下的燒製步驟期間充當燒結助劑。
可在不背離本文所請求標的物之精神及範疇的情況下，對本文所述之實施例進行各種修改及變動。由此，本說 明書意欲涵蓋本文所述之實施例之修改及變動，前提是該等修改及變動符合所附之申請專利範圍及其同等內容的範疇。熟習該項技術者將顯而易見，可在不背離申請專利範圍之精神及範疇的情況下進行各種修改及更動。
101‧‧‧玻璃成型設備
103‧‧‧玻璃帶
143‧‧‧成型裝置
151‧‧‧加熱模組
153a‧‧‧邊緣導向器加熱模組
201‧‧‧槽
203‧‧‧第一堰
205‧‧‧第二堰
211‧‧‧成型楔子
213‧‧‧表面部分
215‧‧‧表面部分
217‧‧‧下游方向
219‧‧‧根
221‧‧‧拉製平面
223‧‧‧邊緣導向器
225‧‧‧第一相對端部

Claims (20)

  1. 一種陶瓷氧化物主體，包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末。
  2. 如請求項1所述之主體，其中該熔鑄氧化鋁粉末包括該陶瓷氧化物主體之自約50%至約99.5%之一重量百分比範圍。
  3. 如請求項2所述之主體，其中該細氧化鋁粉末包括該陶瓷氧化物主體之自約10%至約50%之一重量百分比範圍。
  4. 如請求項1所述之主體，其中該熔鑄氧化鋁粉末包括一範圍自約44微米至約700微米之一粒度分佈。
  5. 如請求項1所述之主體，其中該陶瓷氧化物主體包括一範圍自約11.4%至約21.3%之孔隙率。
  6. 如請求項1所述之主體，其中該陶瓷氧化物主體包括在200℃下一範圍自約10W/m．K至約14.5W/m．K之一熱傳導率。
  7. 如請求項1所述之主體，其中該陶瓷氧化物主體包括在1200℃下一範圍自約4W/m．K至約5.81W/m．K之一熱傳導率。
  8. 一種成型裝置，包括如請求項1所述之陶瓷氧化物主體。
  9. 一種製造一陶瓷氧化物主體之方法，該方法包括以下步驟：(I)將包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末之一混合物進行批量處理；(II)形成該混合物；及(III)燒製該已成型之混合物以形成該陶瓷氧化物主體。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該熔鑄氧化鋁粉末包括該陶瓷氧化物主體之自約50%至約99.5%之一重量百分比範圍。
  11. 如請求項9所述之方法，其中該細氧化鋁粉末包括該陶瓷氧化物主體之自約10%至約50%之一重量百分比範圍。
  12. 如請求項9所述之方法，其中該熔鑄氧化鋁粉末包括一範圍自約44微米至約700微米之一粒度分佈。
  13. 如請求項9所述之方法，其中該陶瓷氧化物主體包括一範圍自約11.4%至約21.3%之孔隙率。
  14. 如請求項9所述之方法，其中該陶瓷氧化物主體包括在200℃下一範圍自約10W/m．K至約14.5W/m．K之一熱傳導率。
  15. 如請求項9所述之方法，其中該陶瓷氧化物主體包括在1200℃下一範圍自約4W/m．K與約5.81W/m．K之間的一熱傳導率。
  16. 如請求項9所述之方法，其中該混合物藉由選自由以下方法組成之群組之一方法形成：滑鑄、乾壓、冷均壓、熱壓、熱均壓、射出模製及薄帶鑄製。
  17. 如請求項9所述之方法，其中在約1550℃與約1650℃之間執行該燒製之步驟。
  18. 一種製造一玻璃片之方法，該方法包括以下步驟：藉由使用一陶瓷氧化物主體形成該玻璃片，該陶瓷氧化物主體包括熔鑄氧化鋁粉末、細氧化鋁粉末及氧化鈦粉末。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該陶瓷氧化物主體之至少一部分接收來自一加熱塊之熱能。
  20. 如請求項18所述之方法，其中該陶瓷氧化物主體包括一範圍自約11.4%至約21.3%之孔隙率。
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