具有蜂窩結構的陶瓷成形裝置及方法
2023-06-17 16:19:01 2
具有蜂窩結構的陶瓷成形裝置及方法
【專利摘要】用於熔合拉制玻璃帶的陶瓷成形裝置，包括蜂窩結構。在其他例子中，熔合拉制玻璃帶的方法包括為陶瓷成形裝置提供蜂窩結構的步驟。用於熔合拉制玻璃帶的陶瓷成形裝置的製造方法包括以下步驟：通過模頭元件擠出陶瓷成形批料，以形成具有蜂窩結構的生坯體，所述蜂窩結構包括多個壁，所述多個壁至少部分限定延伸通過生坯體的多個通道。多個壁分別具有限定在一對相應的通道之間的厚度，該厚度是約0.5mm至約30mm。所述方法還包括對生坯體進行燒制的步驟，以形成具有蜂窩結構的經燒制的陶瓷體。所述方法還包括如下步驟，提供陶瓷成形裝置，所述陶瓷成形裝置具有楔和被一對堰至少部分限定的槽，其中，蜂窩結構形成至少一部分的陶瓷成形裝置。
【專利說明】具有蜂窩結構的陶瓷成形裝置及方法
[0001]本申請根據35U.S.C.§ 119，要求2011年8月31日提交的美國臨時申請系列第61/529504號的優先權，本文以該申請為基礎並將其全文通過引用結合於此。
【技術領域】
[0002]本發明一般地涉及陶瓷成形裝置，更具體地涉及具有蜂窩結構的陶瓷成形裝置及方法。
[0003]發明背景
[0004]玻璃製造設備通常用來形成各種玻璃產品，例如LCD平板玻璃。已知使得熔融玻璃向下流動通過陶瓷成形裝置並從陶瓷成形裝置熔合拉制玻璃帶來製造平板玻璃。
【發明內容】
[0005]以下給出
【發明內容】
的簡化歸納，以便提供對詳述部分所描述的一些示例性方面的
基本理解。
[0006]在本發明的一個示例性方面，提供了用於熔合拉制玻璃帶的陶瓷成形裝置。所述陶瓷成形裝置包括成形楔，所述成形楔包括一對在所述成形楔的相對端部之間延伸的向下傾斜的成形表面部分。所述一對向下傾斜的成形表面部分分別沿著下遊方向會聚，以形成成形楔的根部。蜂窩結 構形成至少一部分的陶瓷成形裝置，所述蜂窩結構包括多個壁，所述多個壁至少部分限定了多個通道。
[0007]在該方面的一個實施方式中，陶瓷成形裝置還包括槽，所述槽被一對堰至少部分限定，所述一對堰包括限定了所述槽的相對側的第一堰和第二堰。
[0008]在該方面的另一個實施方式中，所述槽包括在所述一對堰的至少一個的頂部和所述槽的較低部分之間的深度，該深度沿著陶瓷成形裝置的軸變化。
[0009]在該方面的另一個實施方式中，蜂窩結構形成至少一部分的一對堰。
[0010]在該方面的另一個實施方式中，蜂窩結構形成至少一部分的成形楔。
[0011]在該方面的另一個實施方式中，蜂窩結構的多個壁分別包括限定在一對相應的通道之間的厚度，該厚度是約0.5mm至約30mm,在某些實施方式中，最多為25mm,在某些其他實施方式中，最多為20mm,在某些其他實施方式中，最多為15mm,在某些其他實施方式中，最多為IOmm,在某些其他實施方式中，最多為8mm,在某些其他實施方式中，最多為5mm,在某些其他實施方式中，最多為3_，在某些其他實施方式中，最多為2_，在某些其他實施方式中，最多為1mm。
[0012]在該方面的其他實施方式中，蜂窩結構的通道密度是約1/25個通道/cm2至約20個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/20個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/15個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/10個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/5個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為5個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為10個通道/cm2,在某些實施方式中，至少為15個通道/cm2。[0013]在該方面的另一個實施方式中，陶瓷成形裝置還包括位於蜂窩結構外周表面上的外層耐火材料。
[0014]在該方面的一個實施方式中，外層耐火材料包括陶瓷材料。
[0015]在該方面的另一個實施方式中，外層陶瓷材料包括閉孔多孔結構。
[0016]在本發明的另一個示例性方面，一種熔合拉制玻璃帶的方法包括以下步驟:步驟
(I)，提供陶瓷成形裝置，所述陶瓷成形裝置包括槽，所述槽被一對堰至少部分限定，所述一對堰包括限定了所述槽的相對側的第一堰和第二堰。所述陶瓷成形裝置還包括成形楔，所述成形楔包括一對在所述成形楔的相對端部之間延伸的向下傾斜的成形表面部分。所述一對向下傾斜的成形表面部分分別沿著下遊方向會聚，以形成成形楔的根部。蜂窩結構形成至少一部分的陶瓷成形裝置，所述蜂窩結構包括多個壁，所述多個壁至少部分限定了多個通道。所述方法還包括步驟(II)，將玻璃熔體引入陶瓷成形裝置的槽中。所述方法還包括步驟(III)，使熔融玻璃經由該對堰的頂邊緣從槽溢出，從而相應的熔融玻璃板分別沿著向內傾斜的成形表面部分向下移動。所述方法還包括步驟(IV)，熔合拉制熔融玻璃板一起作為玻璃帶離開成形楔的根部。
[0017]在該方面的一個實施方式中，步驟(1)提供了形成至少一部分的對堰的蜂窩結構。
[0018]在該方面的另一個實施方式中，步驟(1)提供了形成至少一部分的成形楔的蜂窩結構。
[0019]在該方面的另一個實施方式中，步驟(1)提供了形成基本整個成形楔的蜂窩結構。
[0020]在該方面的另一個實施方式中，步驟(1)提供了位於形成了成形楔的蜂窩結構的外周表面上的外層耐火材料。
[0021]在該方面的另一個實施方式中，步驟(1)提供了位於蜂窩結構的外周表面上的外層耐火材料。
[0022]在該方面的另一個實施方式中，步驟(1)提供了蜂窩結構的多個壁，所述蜂窩結構的多個壁分別具有限定在一對相應的通道之間的厚度，該厚度是約0.5_至約30_，在某些實施方式中，最多為25mm，在某些其他實施方式中，最多為20mm，在某些其他實施方式中，最多為15mm,在某些其他實施方式中，最多為IOmm,在某些其他實施方式中，最多為8mm,在某些其他實施方式中,最多為5mm,在某些其他實施方式中,最多為3mm,在某些其他實施方式中，最多為2mm,在某些其他實施方式中,最多為1mm。
[0023]在該方面的另一實施方式中，步驟(1)提供了蜂窩結構，所述蜂窩結構的通道密度是約1/25個通道/cm2至約20個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/20個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/15個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/10個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/5個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為I個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為5個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為10個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為15個通道/cm2。
[0024]在本發明的另一示例性方面，用於熔合拉制玻璃帶的陶瓷成形裝置的製造方法包括以下步驟:步驟(1)，通過模頭元件擠出陶瓷成形批料，以形成具有蜂窩結構的生坯體，所述蜂窩結構包括多個壁，所述多個壁至少部分限定延伸通過生坯體的多個通道。所述多個壁分別具有限定在一對相應的通道之間的厚度，該厚度是約0.5mm至約30_，在某些實施方式中，最多為25mm,在某些其他實施方式中，最多為20mm,在某些其他實施方式中，最多為15mm,在某些其他實施方式中,最多為IOmm,在某些其他實施方式中,最多為8mm,在某些其他實施方式中，最多為5_，在某些其他實施方式中，最多為3_，在某些其他實施方式中，最多為2mm，在某些其他實施方式中，最多為1mm。所述方法還包括步驟(II)，燒制生坯體以形成具有蜂窩結構的經燒制的陶瓷體。所述方法還包括步驟(III)，提供陶瓷成形裝置，所述陶瓷成形裝置具有楔和被一對堰至少部分限定的槽，其中，蜂窩結構形成至少一部分的陶瓷成形裝置。
[0025]在該方面的一個實施方式中，步驟(III)包括使用機械加工過程來提供陶瓷成形裝置。
[0026]在該方面的另一個實施方式中，所述步驟(III)的機械加工過程包括在步驟(II)之前對生坯體進行機械加工。
[0027]在該方面的另一個實施方式中，所述步驟(III)的機械加工過程包括在步驟(II)之後對經燒制的陶瓷體進行機械加工。
[0028]在該方面的另一實施方式中，步驟(1)形成了蜂窩結構，所述蜂窩結構的通道密度是約1/25個通道/cm2至約20個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/20個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/15個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/10個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/5個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為I個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為5個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為10個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為15個通道/cm2。
[0029]在該方面的另一個實施方式中，蜂窩結構形成陶瓷成形裝置的至少一部分的楔。
[0030]在該方面的另一個實施方式中，陶瓷體包括基本閉孔的多孔結構。
[0031]在該方面的另一個實施方式中，所述方法還包括如下步驟:通過混合第一數量的具有第一平均粒度的顆粒和第二數量的具有第二平均粒度的顆粒來製備陶瓷成形材料，所述第二平均粒度大於所述第一平均粒度。
[0032]在該方面的另一個實施方式中，所述第一數量的顆粒和第二數量的顆粒包括氧化招顆粒。
[0033]在該方面的另一個實施方式中，第一數量的氧化鋁顆粒的第一平均粒度約為0.6微米，第二數量的氧化鋁顆粒的第二平均粒度約為2.7微米。
[0034]在該方面的另一個實施方式中，第一數量的氧化鋁顆粒與第二數量的氧化鋁顆粒的重量比約為3:1。
[0035]在該方面的另一個實施方式中，所述第一數量的顆粒和第二數量的顆粒包括鋯石顆粒。
[0036]在該方面的另一個實施方式中，第一數量的鋯石顆粒的第一平均粒度約為I微米，第二數量的鋯石顆粒的第二平均粒度約為7微米。
[0037]在該方面的另一個實施方式中，第一數量的鋯石顆粒與第二數量的鋯石顆粒的重量比約為1:1。[0038]在該方面的另一個實施方式中，所述方法還包括如下步驟，將外層耐火材料施加到蜂窩結構的外周表面。
[0039]在該方面的另一個實施方式中，所述方法還包括如下步驟，在步驟(II)的過程中，在燒制室內降低氣氛的氧氣水平。
[0040]在該方面的另一個實施方式中，所述方法還包括如下步驟，在步驟(II)的過程中，迫使流體通過多個通道。
[0041]在該方面的另一個實施方式中，所述方法還包括如下步驟，在步驟(II)的過程中，迫使蒸汽通過多個通道。
[0042]在本發明的另一示例性方面，用於熔合拉制玻璃帶的陶瓷成形裝置的製造方法包括以下步驟:通過模頭元件擠出陶瓷成形批料，以形成具有蜂窩結構的生坯體，所述蜂窩結構包括多個壁，所述多個壁至少部分限定延伸通過生坯體的多個通道，其中所述多個壁分別具有限定在一對相應的通道之間的厚度，該厚度是約0.5_至約30_，在某些實施方式中，最多為25mm,在某些其他實施方式中，最多為20mm,在某些其他實施方式中，最多為15mm,在某些其他實施方式中,最多為IOmm,在某些其他實施方式中,最多為8mm,在某些其他實施方式中，最多為5mm,在某些其他實施方式中，最多為3mm,在某些其他實施方式中，最多為2mm,在某些其他實施方式中,最多為1mm,並且蜂窩結構包括約1/25個通道/cm2至約20個通道/cm2的通道密度，在某些實施方式中，至少為1/20個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/15個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/10個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/5個通道/cm2， 在某些實施方式中，至少為1/2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為I個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為5個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為10個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為15個通道/cm2。所述方法還包括對生坯體進行機械加工的步驟，從而為生坯成形裝置提供楔和被一對堰至少部分限定的槽，其中，蜂窩結構形成至少一部分的生坯成形裝置。所述方法還包括對生坯成形裝置進行燒制的步驟，以形成具有蜂窩結構的經燒制的陶瓷成形裝置。
[0043]在本發明的另一示例性方面，用於熔合拉制玻璃帶的陶瓷成形裝置的製造方法包括以下步驟:通過模頭元件擠出陶瓷成形批料，以形成具有蜂窩結構的生坯體，所述蜂窩結構包括多個壁，所述多個壁至少部分限定延伸通過生坯體的多個通道。所述多個壁分別具有限定在一對相應的通道之間的厚度，該厚度是約0.5mm至約30_，在某些實施方式中，最多為25mm,在某些其他實施方式中，最多為20mm,在某些其他實施方式中，最多為15mm,在某些其他實施方式中，最多為10mm，在某些其他實施方式中，最多為8mm，在某些其他實施方式中，最多為5mm,在某些其他實施方式中，最多為3mm,在某些其他實施方式中，最多為2mm,在某些其他實施方式中，最多為1mm,並且蜂窩結構包括約1/25個通道/cm2至約20個通道/cm2的通道密度，在某些實施方式中，至少為1/20個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/15個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/10個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/5個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為I個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為5個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為10個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為15個通道/cm2。所述方法還包括對生坯體進行燒制的步驟，以形成具有蜂窩結構的經燒制的陶瓷體。所述方法還包括對經燒制的陶瓷體進行機械加工的步驟，從而為陶瓷成形裝置提供楔和被一對堰至少部分限定的槽，其中，蜂窩結構形成至少一部分的陶瓷成形裝置。
[0044]附圖簡述
[0045]參照附圖閱讀以下具體描述將可更好地理解這些及其它方面，其中:
[0046]圖1是包括根據本發明的一些方面的陶瓷成形裝置的熔合拉制設備的示意圖；
[0047]圖2是圖1的陶瓷成形裝置的截面放大透視圖；
[0048]圖3是圖2的蜂窩結構和外層的放大圖； [0049]圖4是經燒制的陶瓷材料的閉合多孔結構的放大圖；
[0050]圖5所示是用於通過模頭元件擠出陶瓷成形批料以形成生坯體的擠出過程的示意圖；
[0051]圖6所示是第一數量的氧化鋁顆粒和第二數量的氧化鋁顆粒的示例性顆粒分布；
[0052]圖7所示是圖6的第一數量的氧化鋁顆粒和第二數量的氧化鋁顆粒的計算分布與實際分布的結合；
[0053]圖8是圖5的一部分模頭兀件的局部放大截面圖；
[0054]圖9是分段生坯體沿圖5中9-9線的截面圖；
[0055]圖10所示是燒制生坯體以形成經燒制的陶瓷體的方法；
[0056]圖11所示是用於燒制生坯體以形成經燒制的陶瓷體的示例性燒制循環；
[0057]圖12示意性地顯示了機械加工的過程，該過程為蜂窩結構提供了周邊形狀，該周邊形狀近似陶瓷成形裝置的堰、槽和成形楔的外周形狀；以及
[0058]圖13顯示了施加到經機械加工的蜂窩結構的表面的外層耐火材料。
[0059]發明詳沭
[0060]在此將參照附圖更完整地描述各實施例，附圖中給出了示例性實施方式。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標記來表示相同或類似的部分。但是，本發明可以以許多不同的方式實施，不應被解讀成局限於在此提出的實施方式。
[0061]圖1顯示了用於熔合拉制玻璃帶103以後續加工成玻璃板的熔合拉制設備101的示意圖。所述熔合拉制設備101可以包括熔融容器105，該熔融容器105配置成用來從儲料鬥109接收批料107。可以通過用電動機113驅動的批料輸送裝置111來引入所述批料107。可任選的控制器115可配置成用於激活電動機113，從而將所需量的批料107引入熔融容器105中，如箭頭117所示。玻璃金屬探針119可用於測量豎管123內的玻璃熔體121的水平，並通過通信線路125的方式將測得的信息傳輸到控制器115。
[0062]熔合拉制設備101還可包括澄清容器127 (例如澄清管)，所述澄清容器127位於熔融容器105的下遊，並通過第一連接管129的方式與所述熔融容器105相連。混合容器131 (例如攪拌室)也可位於所述澄清容器127的下遊，並且輸送容器133 (例如缽形料筒(bowl))可位於所述混合容器131的下遊。如所示，第二連接管135可將所述澄清容器127連接至所述混合容器131，並且第三連接管137可將所述混合容器131連接至輸送容器133。如進一步所示，可放置下導管139，以將玻璃熔體121從所述輸送容器133輸送至陶瓷成形裝置143的進口 141。如所示，玻璃熔體位點的示例有熔融容器105、澄清容器127、混合容器131、輸送容器133和陶瓷成形裝置143，它們可以以串聯的形式沿著熔合拉制設備101放置。[0063]熔融容器105通常由耐火材料製造，例如由耐火(如陶瓷)磚製造。熔合拉制設備101還包括通常由鉬或含鉬金屬例如鉬-銠、鉬-銥及其組合製造的部件，但是這些部件還包含諸如以下的難熔金屬:例如鑰、鈀、錸、鉭、鈦、鎢、釕、鋨、鋯及其合金和/或二氧化鋯。所述含鉬部件可以包括以下的一種或多種部件:第一連接管129、澄清容器127 (例如澄清管)、第二連接管135、豎管123、混合容器131 (例如攪拌室)、第三連接管137、輸送容器133(例如缽形料筒(bowl))、下導管139和進口 141。陶瓷成形裝置143由陶瓷材料製造，並設計用來形成玻璃帶103。
[0064]圖2是圖1的熔合拉制設備101沿線2-2的截面透視圖。如所示，陶瓷成形裝置143可以包括槽201，所述槽201被一對堰至少部分限定，所述一對堰包括限定了所述槽201的相對側的第一堰203和第二堰205。如進一步所示，槽還可至少部分被底壁207限定。如所示，堰203、205的內表面和底壁207限定了基本U形的形狀，表面相互基本呈90°設置。在其他例子中，所述U形的形狀可具有圓角。在其他例子中，槽可以具有底表面，該底表面被堰203、205的內表面的交叉所限定。例如，所述槽可以具有V形的輪廓。雖然未示出，但是在其他例子中，槽可包括其他構型。
[0065]如所示，槽201可以具有在堰的頂部和所述槽201的較低部分之間的深度「D」，該深度「D」沿著軸209變化，但是深度也可以是沿著軸209基本相同的。改變槽201的深度「D」可有助於使得玻璃帶厚度在玻璃帶的寬度上是一致的。在恰一個例子中，如圖2所示，靠近陶瓷成形裝置143的進口的深度「D/』可以大於位於槽201的進口下遊處的槽201的深度「D2」。如虛線210所示，底壁207可以以相對於軸209的銳角延伸，以提供這樣的深度，該深度沿著陶瓷成形裝置143從進口端到相對端的長度是基本連續降低的。
[0066]陶瓷成形裝置143還包括成形楔211，所述成形楔211包括一對在所述成形楔211的相對端部之間延伸的向下傾斜的成形表面部分213、215。所述一對向下傾斜的成形表面部分213、215分別沿著下 遊方向217會聚，以形成根部219。拉制平面221延伸通過根部219，其中可以在下遊方向217沿著所述拉制平面221拉制玻璃帶103。如所示，拉制平面221可在根部219處對開，但是所述拉制平面221也可沿著相對於所述根部219的其他方向延伸。
[0067]可任選地為陶瓷成形裝置143提供一個或多個邊緣引導件223，所述一個或多個邊緣引導件223與一對向下傾斜的成形表面部分213、215中的至少一個相交。在其他例子中，一個或多個邊緣引導件可以與兩個向下傾斜的成形表面部分213、215都相交。在其他例子中，邊緣引導件可以分別位於成形楔211的相對端，其中通過熔融玻璃流出邊緣引導件形成玻璃帶103的一個邊緣。例如，如圖2所示，邊緣引導件223可以位於第一相對端225a，第二相同的邊緣引導件(未示出)可以位於第二相對端(參見圖1中的225b)。邊緣引導件可分別構造成與兩個向下傾斜的成形表面部分213、215都相交。各個邊緣引導件223可以是基本相互相同的，但是在其他例子中，邊緣引導件也可以具有不同特徵。根據本發明的一些方面，可以使用各種成形楔和邊緣引導件構造。例如，本發明的一些方面可以使用美國專利第3，451，798號、第3，537，834號、第7，409，839號和/或2009年2月26日提交的美國臨時專利申請第61/155，669號中所揭示的成形楔和邊緣引導件構造，其分別通過引用全文結合入本文。
[0068]陶瓷成形裝置143可包括寬範圍的陶瓷組合物，其具有適合將熔融玻璃熔合拉製成玻璃帶的材料性質。典型的材料性質可以包括耐高溫性，而不會汙染熔融玻璃，強度，避免蠕變的能力，耐磨損性和/或其他特性。在一些例子中，陶瓷成形裝置是由鋯石、氧化鋁、磷釔礦或其他陶瓷材料形成的。在其他例子中，可以將陶瓷組合物燒製成堇青石體。
[0069]如圖2所示，至少一部分的陶瓷成形裝置143可以包括蜂窩結構227，所述蜂窩結構227具有至少部分限定了多個通道231的多個壁229。如所示，蜂窩結構227可以包括形成通道的蜂窩網絡的交叉壁的格子。在一個例子中，通道可以基本沿著包括在拉制平面221內的軸209延伸。如所示，通道231可以沿著軸209延伸，延伸的方向基本平行於拉制平面221，但是在其他例子中，通道231也可以沿著軸209成螺旋形地扭曲。又例如，其他例子可以包括以其他方向延伸的通道231。例如，通道可以相對於軸209呈角度地延伸。在其他例子中，通道231可以基本垂直於拉制平面221延伸，但是在其他例子中，通道也可以以其他角度延伸。
[0070]舉例來說，圖3顯示了蜂窩結構227的一個例子，其中通道231基本是相互相同的，並且相互均勻地間隔開。在其他例子中，通道231可以相互有差別地間隔開和/或具有不同的尺寸和/或形狀。如所示，通道231的形狀可以是基本正方形的，但是孔也可以包括具有三側或更多側的其他多邊形(例如，三角形、矩形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形等)、圓形、橢圓形或者其他形狀構造。雖然圖3顯示了具有較尖的角的通道，但是也可以對這些角進行嵌條以增加蜂窩的強度。
[0071 ] 如圖3進一步所示，蜂窩結構227可以包括通道密度，該通道密度可以被認為是與垂直於軸209和拉制平面221的橫截面相交的蜂窩結構的通道的平均數量。蜂窩結構的多個壁229還可以具有厚度「T」，該厚度「T」被認為是各對相應的通道231之間的通道的平均厚度。如所示，壁229的厚度「T」可以與一個或多個壁是基本相同的，在其他例子中可以具有不同的厚度。
[0072]可以調節通道密度和厚度「T」以提供寬範圍的益處。例如，可以調節通道密度和厚度「T」以降低在燒制過程中將生坯體燒製成陶瓷體的時間。事實上，通道可以增強將熱量快速傳輸至生坯體的內部區域。因而可以較快速地提升溫度而不會建立起不合乎希望的熱梯度，否則的話，這會在燒制過程中使得成形裝置開裂。此外，如下文所述，可以選擇通道的尺寸和通道密度，以實現流體有效地移動通過通道。又例如，可以調節通道密度和厚度以提供最佳耐蠕變性、強度、易於機械加工和其他因素。
[0073]在其他例子中，可以調節通道密度和厚度「T」以降低陶瓷成形裝置143的重量。重量的下降可有助於陶瓷成形裝置143的運輸，降低將陶瓷成形裝置運輸至位點位置的耗費和資源，以及簡化使得陶瓷成形裝置143進入熔合拉制設備101中的位置的操作。又例如，降低陶瓷成形裝置143的重量可有助於降低彎矩，這可能會導致陶瓷成形裝置143在使用中的變形。又例如，重量的下降可有助於陶瓷成形裝置143耐受不合乎希望的熱變形(例如，熱蠕變)。又例如，可以選擇通道密度和厚度「T」，從而為陶瓷成形裝置143提供足夠的強度以避免使用中的變形。例如，交叉壁的格子可有助於為陶瓷成形裝置143配製足夠的強度，同時具有降低的燒制時間、蜂窩結構227的重量下降和其他有益特徵的好處。還可希望使得通道壁厚度「T」在蜂窩截面上是不均勻的。例如，使得通道壁厚度「T」在靠近周界處較大以增加皮強度和導熱性會是重要的。或者，會希望使得垂直朝向壁的通道壁比水平朝向壁的通道壁更厚。該方法可用於降低彎矩(該彎矩會導致陶瓷成形裝置在使用中的變形)，同時使得裝置的總重量最小化。相同的方法也可用於在熱加工過程中熱量傳輸進入或離開裝置的優選方向。例如，在粘合劑燒盡過程中，可以在靠近導致收縮開裂的基材角落處建立二維和三維熱梯度。通過建立基材內的熱傳輸的優選方向，可以在粘合劑燒盡過程中在基材內沿著單軸建立熱梯度，使得基材材料沿著軸方向收縮而不會開裂。在該粘合劑燒盡過程中，在基材周圍也會需要外部耐火絕熱材料，以維持一維熱梯度。
[0074]在一些例子中，孔密度可以是約1/25個通道/cm2至約20個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/20個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/15個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/10個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/5個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為1/2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為I個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為2個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為5個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為10個通道/cm2，在某些實施方式中，至少為15個通道/cm2。舉例來說，圖3顯示了側面長度為「L」的蜂窩孔結構227的正方形區域的一個例子。在一個例子中，長度「L」可以是1cm，但是在其他例子中也可以採用其他長度。如所示，在I平方釐米內具有16個通道。這樣，如果所示的正方形區域代表蜂窩結構227的整個區域，則所示的孔密度為16個通道/cm2。在其他例子中，通道密度可以大於I個通道/cm2或者小於20個通道/cm2，例如小於19個通道/cm2，這取決於應用。此外或者作為替換，厚度「T」可以是約0.5mm (即，約0.02英寸)至約30mm,在某些實施方式中，最多為25mm,在某些其他實施方式中，最多為20mm,在某些其他實施方式中，最多為15_，在某些其他實施方式中，最多為10_，在某些其他實施方式中，最多為8mm,在某些其他實施方式中，最多為5mm,在某些其他實施方式中，最多為3mm,在某些其他實施方式中，最多為2mm,在某些其他實施方式中，最多為1mm,但是在其他例子中也可以使用其他厚度。
[0075]在其他例子中，沿著垂直於通道的平面截取的蜂窩結構227的橫截面可以呈現出這樣的蜂窩結構，其包括了蜂窩結構的總通道面積(「C」)相對於總佔地面積(「F」)(即，包括了壁和通道的總橫截面積)的C/F比。在此類例子中，C/F比可以是約0.25-0.80，但是在其他例子中也可以採用其他比例。
[0076]如圖2和3所示，陶瓷成形裝置143還可包括可任選的外層233。參見圖3，可以施加外層233 (如果提供的話)，以提供光滑表面301，該光滑表面配置成使得熔融玻璃能夠進行不間斷地流動。這樣，可以將外層233施加到經機械加工的外周303上，以施加到會在機械加工過程中發生暴露的壁229的經機械加工的外邊緣305上和/或部分通道307內。在一個例子中，可以用與蜂窩結構227相同或相似的材料來形成外層233。此外，或者作為替換，可以選擇用於外層233和蜂窩結構227的材料以具有相似或相同的熱膨脹係數。
[0077]圖4顯示了經燒制的陶瓷材料401的一個示例性示意內部結構，其可被認為呈現了壁229和/或外層233的材料。如所述，經燒制的陶瓷材料401包括具有閉孔403的多孔材料。這樣，陶瓷材料包括基本閉孔的多孔結構。經燒制陶瓷材料401的閉合孔隙可有助於使得不合乎需要的熔融玻璃置換進入陶瓷成形裝置最小化。可以調節加工參數和/或陶瓷成形材料的批料成分，使得孔的中值孔徑是例如小於約100微米，小於約50微米，或者小於約25微米。
[0078]蜂窩結構227可用於形成至少一部分的成形楔211和/或堰203、205。例如，蜂窩結構可以形成至少一部分的成形楔211。此外或者作為替換，蜂窩結構227可以形成至少一部分的堰203、205。這樣，蜂窩結構可用於僅形成部分的陶瓷成形裝置143。在其他例子中，如所示，蜂窩結構227可以形成基本整個陶瓷成形裝置143，但是在其他例子中，蜂窩結構227可以形成全部的陶瓷成形裝置143。事實上，如所示，蜂窩結構形成了基本上整個成形楔211和堰203,205ο
[0079]下面初始參考圖1闡述用熔合拉制設備101製造玻璃帶的方法。首先，可以從儲料鬥109引入批料107。控制器115激活電動機113，從而將批料107輸送進入熔融容器105，如箭頭117所示。然後在熔融容器105中將批料熔融成玻璃熔體121。然後使得玻璃熔體121通過第一連接管129進入澄清容器127，其中可以從玻璃熔體121中去處氣泡。然後玻璃熔體通過第二連接管135進入混合容器131。操作混合容器131來混合玻璃熔體121，以提供均勻混合物。然後使得玻璃熔體通過第三連接管137並進入輸送容器133，之後通過下導管139的方式傳輸進入陶瓷成形裝置143的進口 141。
[0080]參見圖2，玻璃熔體121傳輸進入槽201，然後從堰203、205的頂部邊緣溢出。然後相應的熔融玻璃板分別向下移動到成形楔211的向內傾斜的成形表面213、215，使得當熔融玻璃板移動到成形楔211的根部219時，熔融玻璃板的邊緣最終流過邊緣引導件223。然後兩塊熔融玻璃板在根部219熔合在一起，並作為玻璃帶103拉制離開根部219。
[0081]與陶瓷成形裝置143相關的蜂窩結構227可顯著地降低成形裝置143的總重量。同時，蜂窩結構227的壁229可設計成提供所需的結構支承，該結構支承對於將熔融玻璃支承在槽201內和使其向下流過向下傾斜的成形表面213、215是必需的。由於蜂窩結構227所導致的重量下降可有助於防止陶瓷成形裝置143不合乎希望的彎曲，所述彎曲可能是由於高操作溫度發生的。事實上， 可以由兩個相對端225a、225b來懸掛陶瓷成形裝置143，其中可能由於成形裝置143的重量發生陶瓷成形裝置143的中間部分的彎曲。蜂窩結構227可以提供足夠的力來耐受該彎曲，同時重量的下降進一步降低了陶瓷成形裝置143在其自身重量下發生彎曲的趨勢。除此之外，由於蜂窩結構227所提供的成形裝置143的重量降低和足夠的支承特性，可以避免成形裝置143在高溫狀態下的蠕變。
[0082]下面將描述用於熔合拉制玻璃帶103的陶瓷成形裝置143的製造方法。所述方法可包括製備陶瓷成形批料的步驟，在圖5中用步驟501表示。在各種例子中可以使用各種陶瓷成形批料和/或組合物。在一個例子中，批料組合物可以包括鋯石或氧化鋁顆粒。在一個例子中，可以以不同的數量提供具有不同平均粒度的顆粒，以獲得所需的顆粒填裝。例如，製備陶瓷成形批料的批料製備方法可以包括混合第一數量的具有第一平均粒度的氧化鋁顆粒和第二數量的具有第二平均粒度的氧化鋁顆粒，所述第二平均粒度大於所述第一平均粒度。在此類例子中，可以實現更好的填裝，使得較大數量的較小顆粒填充在較小數量的較大顆粒的相互嚙合之間產生的間隙中。
[0083]在一個例子中，氧化鋁顆粒可用作陶瓷成形批料。氧化鋁可能是合乎希望的，例如，因為該材料與許多玻璃相容，當在熔合拉制過程期間，當玻璃熔體通過陶瓷成形裝置143時，不會汙染玻璃熔體。氧化鋁提供了較堅固的陶瓷成形裝置143，並且它能夠在1200°C下操作延長的時間而不會發生蠕變變形。氧化鋁顆粒可購自許多供應商，並且它們是較廉價的，從而降低了製造成本。
[0084]可以基於陶瓷成形材料燒製成陶瓷成形裝置143之前的擠出，對氧化鋁顆粒進行選擇，從而為陶瓷成形裝置143提供令人滿意的性能。可以對氧化鋁顆粒分布進行控制，以產生微結構，其中的孔是閉合的，從而玻璃無法容易地滲透主體和降低耐蠕變性。這樣，可以控制燒結之後的顆粒的尺寸，使得具有最小化的微裂紋(如果有的話)以使得強度最優化，或者具有受控的微裂紋以使得韌性最優化。
[0085]圖6僅僅顯示了第一數量的氧化鋁顆粒「A」的顆粒分布601和第二數量的氧化鋁顆粒「B」的顆粒分布603之間的一個示例性顆粒對比。圖6的水平軸表示顆粒的尺寸(單位:微米)，而縱軸表示顆粒的體積百分比。通過光散射粒度分析儀的測量來獲得所示的顆粒分布601、603。確定所示的第一數量的氧化鋁顆粒「A」具有約0.6微米的第一平均粒度，確定所示的第二數量的氧化鋁顆粒「B」具有約2.7微米的第二平均粒度。
[0086]使用芬克(Funk)和迪傑(Dinger) (D.R.Dinger,南卡羅萊納州克萊姆森市迪傑陶瓷諮詢服務(Dinger Ceramic Consulting Services, Clemson, SC))所述方法計算的顆粒填裝確定第一數量的顆粒「A」與第二數量的顆粒「B」的最佳配比會導致如圖7所示的結合最佳顆粒分布701。圖7的水平軸表示顆粒的尺寸(單位:微米)，而縱軸表示顆粒的體積百分比。第一數量的顆粒「A」與第二數量的顆粒「B」以3:1的比例混合。測量所得到的實際結合顆粒分布703。如圖7所示，3:1比例的實際結合顆粒分布703緊密地匹配最佳填裝顆粒分布701。
[0087]然後製備批料組合物，之後進行燒制以在燒結之後產生基本純的氧化鋁成形裝置，據信所述基本純的氧化鋁成形裝置對於玻璃溶解具有高度恢復(resilient)能力，在1200°C下良好的耐蠕變性，以及具有高的靜態疲勞壽命。如下表1中的批料組成所示，在批料中不含無機燒結助劑。還注意到，第一數量的顆粒「A」和第二數量的顆粒「B」，它們在擠出之前用100目篩網過篩，以去除任意的大雜質。
[0088]表1-示例性氧化鋁批料組成
[0089]
【權利要求】
1.一種用於熔合拉制玻璃帶的陶瓷成形裝置，其包括: 成形楔，所述成形楔包括在所述成形楔的相對端之間延伸的一對向下傾斜的成形表面部分，所述一對向下傾斜的成形表面部分分別沿著下遊方向會聚，以形成成形楔的根部，其中，蜂窩結構形成至少一部分的所述陶瓷成形裝置，所述蜂窩結構包括多個壁，所述多個壁至少部分限定多個通道。
2.如權利要求1所述的陶瓷成形裝置，所述陶瓷成形裝置還包括槽，所述槽被一對堰至少部分限定，所述一對堰包括限定了所述槽的相對側的第一堰和第二堰。
3.如權利要求2所述的陶瓷成形裝置，其特徵在於，所述槽包括在所述一對堰的至少一個的頂部和所述槽的較低部分之間的深度，該深度沿著陶瓷成形裝置的軸變化。
4.如權利要求2所述的陶瓷成形裝置，其特徵在於，所述蜂窩結構形成所述一對堰的至少一部分。
5.如權利要求4所述的陶瓷成形裝置，其特徵在於，所述蜂窩結構形成至少一部分的成形楔。
6.如權利要求1所述的陶瓷成形裝置，其特徵在於，所述蜂窩結構形成至少一部分的成形楔。
7.如權利要求1所述的陶瓷成形裝置，其特徵在於，所述蜂窩結構的多個壁分別具有限定在一對相應的通道之間的厚度，該厚度是約0.5mm至約30_。
8.如權利要求1所述的陶瓷成形裝置，其特徵在於，所述蜂窩結構的通道密度約為1/25個通道/cm2至約20個通道/cm2。
9.如權利要求1所述的陶瓷成形裝置，所述陶瓷成形裝置還包括位於蜂窩結構外周表面上的外層耐火材料。
10.如權利要求9所述的陶瓷成形裝置，其特徵在於，所述外層耐火材料包括陶瓷材料。
11.如權利要求10所述的陶瓷成形裝置，其特徵在於，外層陶瓷材料包括閉孔多孔結構。
12.—種對玻璃帶進行熔合拉制的方法，所述方法包括以下步驟: (I)提供陶瓷成形裝置，所述陶瓷成形裝置包括槽，所述槽被一對堰至少部分限定，所述一對堰包括限定了所述槽的相對側的第一堰和第二堰，所述陶瓷成形裝置還包括成形楔，所述成形楔包括在所述成形楔的相對端部之間延伸的一對向下傾斜的成形表面部分，所述一對向下傾斜的成形表面部分分別沿著下遊方向會聚，以形成成形楔的根部，其中蜂窩結構形成至少一部分的所述陶瓷成形裝置，所述蜂窩結構包括多個壁，所述多個壁至少部分限定了多個通道； (II)將玻璃熔體引入所述陶瓷成形裝置的槽中； (III)使熔融玻璃經由一對堰的頂邊緣從槽溢出，從而相應的熔融玻璃板分別沿著向內傾斜的成形表面部分向下移動；以及 (IV)熔合拉制熔融玻璃板一起作為玻璃帶離開成形楔的根部。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，步驟(1)提供了形成所述一對堰的至少一部分的蜂窩結構。
14.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，步驟(1)提供了形成至少一部分的成形楔的蜂窩結構。
15.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，步驟(1)提供了形成基本整個成形楔的蜂窩結構。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，步驟(1)提供了位於形成了成形楔的蜂窩結構的外周表面上的外層耐火材料。
17.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，步驟(1)提供了位於蜂窩結構的外周表面上的外層耐火材料。
18.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，步驟(1)為所述蜂窩結構的多個壁分別提供了限定在一對相應的通道之間的厚度，該厚度是約0.5mm至約30_。
19.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述步驟(1)為蜂窩結構提供了約為1/25個通道/cm2至約20個通道/cm2的通道密度。
20.一種製造用於熔合拉制玻璃帶的陶瓷成形裝置的方法，所述方法包括以下步驟: (I)通過模頭元件擠出陶瓷成形批料，以形成具有蜂窩結構的生坯體，所述蜂窩結構包括多個壁，所述多個壁至少部分限定延伸通過生坯體的多個通道，其中所述多個壁分別具有限定在一對相應的通道之間的厚度，該厚度是約0.5mm至約30_ ； (II)燒制生坯體 以形成具有蜂窩結構的經燒制的陶瓷體；以及 (III)提供陶瓷成形裝置，所述陶瓷成形裝置具有楔和被一對堰至少部分限定的槽，其中，蜂窩結構形成至少一部分的陶瓷成形裝置。
21.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，步驟(III)包括使用機械加工過程來提供陶瓷成形裝置。
22.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述步驟(III)的機械加工過程包括在步驟(II)之前對生坯體進行機械加工。
23.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述步驟(III)的機械加工過程包括在步驟(II)之後對經燒制的陶瓷體進行機械加工。
24.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述步驟(1)形成蜂窩結構，所述蜂窩結構具有約為1/25個通道/cm2至約20個通道/cm2的通道密度。
25.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述蜂窩結構形成陶瓷成形裝置的至少一部分的楔。
26.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述陶瓷體包括基本閉孔的多孔結構。
27.如權利要求20所述的方法，所述方法還包括如下步驟:通過混合第一數量的具有第一平均粒度的顆粒和第二數量的具有第二平均粒度的顆粒來製備陶瓷成形材料，所述第二平均粒度大於所述第一平均粒度。
28.如權利要求27所述的方法，其特徵在於，所述第一數量的顆粒和第二數量的顆粒包括氧化鋁顆粒。
29.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，第一數量的氧化鋁顆粒的第一平均粒度約為0.6微米，第二數量的氧化鋁顆粒的第二平均粒度約為2.7微米。
30.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，第一數量的氧化鋁顆粒與第二數量的氧化鋁顆粒的重量比約為3:1。
31.如權利要求27所述的方法，其特徵在於，所述第一數量的顆粒和第二數量的顆粒包括錯石顆粒。
32.如權利要求31所述的方法，其特徵在於，第一數量的鋯石顆粒的第一平均粒度約為I微米，第二數量的鋯石顆粒的第二平均粒度約為7微米。
33.如權利要求31所述的方法，其特徵在於，第一數量的鋯石顆粒與第二數量的鋯石顆粒的重量比約為1:1。
34.如權利要求20所述的方法，所述方法還包括向蜂窩結構的外周表面施加外層耐火材料的步驟。
35.如權利要求20所述的方法，所述方法還包括降低步驟(II)過程中的燒制室中的氣氛的氧氣水平的步驟。
36.如權利要求20所述的方法，所述方法還包括在步驟(II)的過程中，迫使流體通過多個通道的步驟。
37.如權利要求20所述的方法，所述方法還包括在步驟(II)的過程中，迫使蒸汽通過多個通道的步驟。
38.一種製造用於熔合拉制玻璃帶的陶瓷成形裝置的方法，所述方法包括以下步驟: (I)通過模頭元件擠出陶瓷成形批料，以形成具有蜂窩結構的生坯體，所述蜂窩結構包括多個壁，所述多個壁至少部分限定延伸通過生坯體的多個通道，其中所述多個壁分別具有限定在一對相應的通道之間的厚度，該厚度是約0.5mm至約30mm，並且所述蜂窩結構包括約1/25個通道/cm2至約20個通道/cm2的通道密度； (II)對生坯體進行機械加工，從而為生坯成形裝置提供楔和被一對堰至少部分限定的槽，其中，蜂窩結構形成至少一部分的生坯成形裝置；以及 (III)燒制生坯成形裝置以形成具有蜂窩結構的經燒制的陶瓷成形裝置。
39.一種製造用於熔合拉制玻璃帶的陶瓷成形裝置的方法，所述方法包括以下步驟: (I)通過模頭元件擠出陶瓷成形批料，以形成具有蜂窩結構的生坯體，所述蜂窩結構包括多個壁，所述多個壁至少部分限定延伸通過生坯體的多個通道，其中所述多個壁分別具有限定在一對相應的通道之間的厚度，該厚度是約0.5mm至約30mm，並且所述蜂窩結構包括約1/25個通道/cm2至約20個通道/cm2的通道密度； (II)燒制生坯體以形成具有蜂窩結構的經燒制的陶瓷體；以及 (III)對經燒制的陶瓷體進行機械加工，從而為陶瓷成形裝置提供楔和被一對堰至少部分限定的槽，其中，蜂窩結構形成至少一部分的陶瓷成形裝置。
【文檔編號】C03B17/06GK103764577SQ201280042068
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月24日 優先權日:2011年8月31日
【發明者】W·P·安迪葛, I·A·科爾內霍, T·D·凱査姆, J·S·薩瑟蘭, C·W·坦納 申請人:康寧股份有限公司