[发明专利]形成低颗粒缺陷玻璃薄片的静电方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§120，要求2012年5月22日提交的美国申请系列第13/477,566号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景

本发明一般地涉及玻璃片，更具体地涉及用来形成高表面质量的玻璃片和玻璃带的玻璃烟炱沉积和烧结法。形成的此类玻璃产品可以不含或者基本不含表面颗粒。

可以使用各种不同的方法形成玻璃片材料。例如，在浮法玻璃工艺中，通过使熔融玻璃浮在熔融金属床上来制造固体玻璃片。该方法可以用来形成具有均匀厚度和非常平坦表面的玻璃片。但是，浮法玻璃工艺必须包括玻璃熔体和熔融金属之间的直接接触，这会在界面处造成不合乎希望的污染，使表面质量逊于纯洁的表面质量。为了制造在两个主表面上都具纯洁的表面性质的高质量浮法玻璃片，通常对浮法玻璃进行一次或多次表面抛光步骤。该加工增加了额外的花费。另外，认为浮法无法用来制造可卷曲(即非常薄)的玻璃片。

另一种用来形成玻璃片材料的方法是熔合拉制法。在该方法中，将熔融玻璃进料到被称为等压槽的槽内，使得该等压槽满溢，直至熔融玻璃从两侧均匀溢流出。然后所述熔融玻璃在所述槽的底部重新结合、或者熔合，在槽的底部进行拉制以形成平坦连续玻璃片。因为在成形过程期间玻璃片的两个主表面都不与任何支承材料直接接触，所以两个主表面都可以实现高表面质量。但是，由于熔合拉制法的动力学性质，适合用于熔合拉制的玻璃组合物的数量仅限于在熔融相中具有所需性质(例如液相线粘度、应变点等)的那些。此外，用于熔合拉制法的设备可能是昂贵的。

可以使用玻璃烟炱沉积和烧结法来制造厚度小于或等于200微米的薄的可卷曲玻璃片。在该方法中，经由气相反应形成玻璃烟炱的颗粒并沉积到转筒上形成烟炱层，所述烟炱层从筒脱离作为自支承烟炱片，该自支承烟炱片进而烧结形成玻璃片。在形成烟炱片的行为期间，在烟炱形成和沉积过程中制造的并且没有结合到玻璃烟炱层中的劣烟炱颗粒可能之后结合到烟炱片的表面中，并且不合乎希望地结合到所得到的玻璃片的表面中。

形成的烟炱颗粒的约50％均匀地结合到烟炱层中，该烟炱层从沉积表面脱离以形成烟炱片。虽然大多数过量的颗粒可以通过靠近沉积区的排气系统进行收集，但是潜在的、大量且有害体积的烟炱颗粒会沉积到烟炱片上。这些颗粒，没有均匀地结合到烟炱片中，它们落下并碎落到烟炱片上，最终显示为所得到的玻璃中的表面缺陷。在靠近烟炱片使用高体积或高速排气系统可能是有问题的，因为通过排气产生的气速在使得烟炱颗粒导向远离烟炱片的作用的同时，也会作用于烟炱片，并撕扯或撕裂烟炱片。

基于如上所述，由于希望无缺陷的玻璃薄片，因此会希望建立一种形成烟炱片的稳健方法，所述烟炱片不含或基本不含无需要的表面颗粒以及由于此类颗粒所引起的缺陷。

概述

本文所揭示的设备和相应的方法可生产具有特定厚度和组成的无表面颗粒的玻璃片，而无需成形后的精研或抛光。所述玻璃片可基本不含颗粒引起的缺陷。该玻璃片可以包括一层或多层、一种或多种组分或者一个或多个相。此类玻璃片可用作例如，微电子基材以及形成超导体材料的基材等。

一种形成无表面颗粒的玻璃片的方法包括玻璃烟炱沉积和烧结过程。根据各个实施方式，该过程包括提供玻璃烟炱颗粒，将第一部分的玻璃烟炱颗粒沉积到沉积表面上以形成支撑烟炱层，将第二部分的玻璃烟炱颗粒静电吸引并收集到带电板的表面上，从沉积表面上去除烟炱层以形成烟炱片，以及对至少部分烟炱片进行加热，以烧结玻璃烟炱颗粒从而形成玻璃片。第三部分的玻璃烟炱颗粒，对应没有沉积形成支撑烟炱层的其他部分的玻璃烟炱颗粒，可以使用任选的排气系统进行收集。

在形成和沉积玻璃烟炱颗粒的作用期间，至少一些烟炱颗粒带电并后续通过带相反电荷的静电板收集。可以通过使用构成一部分的沉积区的合适的带电板或者仅仅作为气体燃烧器热力学的结果(其可原位产生带电的玻璃烟炱颗粒)使得玻璃烟炱颗粒带电。在一些实施方式中，玻璃烟炱颗粒带正电，静电板带负电。采用所揭示的方法和设备，可以通过使用选择性作用力有效地控制过量玻璃烟炱颗粒的配置，所述选择性作用力可隔绝玻璃烟炱颗粒而不对玻璃片造成负面影响。具体地，静电力仅对之前未结合到烟炱层中的带电的玻璃烟炱颗粒起作用，不同于大压差/排气方法，静电力对于烟炱片是无害的。