专利名称：一种改善硼硅酸盐玻璃熔化均匀性的结构的制作方法
技术领域：
本发明属于TFT-IXD玻璃基板的制造技术领域，涉及到在硼硅酸盐的熔制过程，特别是解决硼硅酸盐熔制不均匀问题的方法和设备。
背景技术：
用于TFT-IXD的玻璃基板，需要通过溅射、化学气相沉积(CVD)等技术在在底层基板玻璃表面形成透明导电膜、绝缘膜、半导体(多晶硅、无定形 等)膜及金属膜，然后通过光蚀刻技术形成各种电路和图形，如果玻璃含有碱金属氧化物(Na20，K2O, Li2O),在热处理过程中碱金属离子扩散进入沉积半导体材料，损害半导体膜特性，因此，玻璃应不含碱金属氧化物，必须采用无碱玻璃，首选的是以Si02、Al203, B203及碱土金属氧化物RO (R = Mg，Ca，Sr, Ba)等为主成分的无碱铝硼硅酸盐玻璃。到目前为止，生产平面显示器用玻璃基板有三种主要的制造技术，分别为浮法、槽口下拉法及溢流熔融法。浮法生产的玻璃基板表面会产生伤痕及凹凸，需再经表面研磨抛光，抛光过程昂贵且费时，但具有可生产较宽玻璃产品且产量较大的优点；槽口下拉法只适用于中小面积基板的生产；溢流熔融技术可以产出具有双原始玻璃表面的超薄玻璃基板，与浮法和槽口下拉法相比，可免除研磨或抛光等后加工过程，同时在平面显示器制造过程中，也不需注意因同时具有原始及与液态锡有接触的不同玻璃表面，或和研磨介质有所接触而造成玻璃表面性质差异等，己成为超薄平板玻璃成型的主流。玻璃基板的生产一般包括步骤⑴配料和熔解；⑵澄清和均化；(3)冷却；⑷成型；(5)退火、切割、检验和包装
坐寸o熔解工序是制得高品质玻璃的关键和前提，但是无碱玻璃配料中含有大量的Al2O, B203成分，其中的B203在高温下是一种易挥发的物质，硼挥发之后改变了原来玻璃组分的结构，玻璃液表面堆积了较轻的富硅层，玻璃底部堆积了较重的富铝层，导致玻璃熔化不均匀的问题，影响最终的产品质量。氧化硼的挥发可以分成3个阶段。第一阶段在300°C以前，随着温度升高，硼酸依次转化成HBO2, H2B2O4, B2O3和其他氧化硼与水的化合物，这些化合物具有较低的熔点和沸点(如HBO2的沸点236°C )，因此，大量硼质液体的出现使此阶段氧化硼的蒸汽压迅速升高，导致B2O3的挥发率相当大，此阶段B2O3的挥发量占全程挥发量约28%。第二阶段在硼硅酸盐和玻璃的形成阶段(大约在300 1000°C )，在此阶段随着温度升高，各种盐类开始分解成新生态氧化物，如CaO，Al2O3等。这些氧化物具有很好的化学反应活性，与氧化硼形成具有较高熔点的各种化合物，其相应的饱和蒸汽压就比较低，因此，硼的挥发速率减缓，此阶段硼挥发量占全程挥发量的63%。第三阶段在1000 1550°C，此时由于大量玻璃液的生成，硼挥发实际仅在玻璃液表面发生，挥发率取决于氧化硼在玻璃液中的扩散速度，高粘度的玻璃液使氧化硼向表面的扩散速度变得很小，此时硼的挥发量很小，在1400°C以上，由于玻璃液的粘度显著下降，而使硼的挥发量略呈增加的趋势，此阶段氧化硼的挥发量占全程挥发量的9 %。
可以看出硼的挥发主要发生在1000°C以前，如何降低此阶段硼的挥发是解决问题的关键，同时降低玻璃液表面温度也是解决问题的思路。
发明内容
本发明针对硼硅酸盐在熔解阶段发生溶解不均匀的问题，提供一种克服溶解不均匀的方法和结构，提高熔解质量，为后工序生产高品质玻璃创造条件。本发明的技术方案是减少配合料及玻璃液中硼的挥发，稳定玻璃的组分，克服玻璃溶解不均匀的发生；另一技术方案是减少玻璃液底部富铝层堆积物对整个玻璃成分的影响，达到解决溶解不均匀发生的目的。
一种减少投料区配合料硼挥发的结构，包括在池炉投料区至少有一个配合料的预熔区，预熔区提供配合料表面迅速发生固-固反应的条件，减少粉状配合料在高温下硼的挥发；预熔区向池炉外侧有延伸，缩短池炉内料山的长度。所述预熔区的出料端与池炉内部高温空间相连通，预熔区至少有一个投料端和一个出料端。所述预熔区包括前壁，左右壁和上盖，前壁，左右壁和上盖都使用非金属耐火材料砌筑。所述预熔区纵向长度D3长度大于等于液面深度的0. 5倍。所述预熔区可具有至少一个投料口，每个投料口可容纳至少一个投料机。一种减少玻璃液表面硼挥发的方法，投料区的配合料由两侧电极设备加热融化；池炉出料口处燃枪孔配套一个冷却气补偿口。所述冷却气是空气或氧气。一种减少熔炉底部富铝层的堆积的结构，熔炉出料口下沿到池炉的距离较小，避免池底富铝层玻璃熔体在熔炉内的堆积，其特征在于，该距离小于等于液面深度的0. 25倍。一种使用气体均化玻璃熔体的方法，将气体从池底鼓入玻璃熔体，使玻璃熔体均化，鼓入气体的装置位于池炉纵向长度的后2/3区域内，即D2 = 2D1。所述鼓入气体的可以是空气或氧气。实现本发明目的一个方法是，在配合料的出料端增加一个配合料预熔区，进入预熔区的配合料在温度上升到1000°c以前，产生大量的硼挥发物被局限在一个较小的空间内。随着温度的上升，料山表面的配合料出现了软化现象，阻隔氧化硼进一步挥发。预熔区向池炉内侧有一定深度的延伸，增加预熔区域空间，缩短池炉内料山的长度，避免料山的崩塌，提高溶解的稳定性。实现本发明目的一个方法是，配合料料山两侧不设有燃气加热装置，减少燃气冲击力对配合料造成粉尘的飞扬的现象，减少配合料硼的挥发；池炉出料口燃枪孔配套一个冷却气补偿口，向炉内增加一定量冷却气体，降低该区域玻璃液表面的温度，减少玻璃液表面硼的挥发。实现本发明目的另一个方法是，保证熔炉出料口到池炉底部较小的距离，减少池底富铝层玻璃熔体在熔炉内的堆积，使流入后工序玻璃熔体中的富铝物质尽可能均匀。实现本发明目的另一个方法是，在池底增加鼓泡装置，通过气体的搅拌作用，把玻璃液搅拌、均化，同时鼓入的气泡还可以带走玻璃熔体内的小气泡，起到澄清的作用。
图I为本发明的侧视主图。图2为本发明的一个实例A-A向视图。图3为本发明的另一个实例A-A向视图。
具体实施例方式图I是本发明所涉及到的玻璃熔炉120及预熔区域110的横截面图，其包括玻璃熔炉120，它是配合料熔化以及生成玻璃液的容器。熔炉120通常由耐高温的耐火材料构成。在本发明中配合料131由送料器140送入玻璃熔炉120，配合料131进入到玻璃熔炉120后，堆积在玻璃熔炉120的前壁111附近。由于配合料131在液面线142以上部分在高 温环境下产生硼挥发，玻璃组分发生变化，玻璃液出现了溶解不均匀现象，在玻璃液表面形成较轻的富硅层132，在熔炉120底部形成富铝层133。熔融均化的玻璃液经过出料口 122流出熔炉120进入到下工序。预熔区110由池炉前壁111 (121)、左右壁112(212)和上盖114组成，位于池炉的最前端。配合料131进入池炉后堆积在预熔区110，由于此位置两侧仅有一对加热电极，空间上方没有燃气加热装置143，属于池炉内温度最低区域。预熔区131纵向长度D3增加了料山的长度，使料山趋于平缓，减少了暴露在液面以上的部分。硼硅酸盐玻璃组分中含有大量的B2O3,以及形成的HBO2,H2B204，他们都是在高温环境下容易挥发的物质，尤其是在1000°c以前。预熔区110内的硼挥发现象，被限制在池炉前端。随着配合料131温度的上升，表面软化，挥发被阻断，或者开始进入溶液内部，硼的挥发开始减弱。部分已经发生硼挥发的玻璃液，出现了成分不均匀的现象，上层漂浮着比重较轻的富硅层132，下层沉积着比重较重的富铝层133。本发明在池炉后半区池底有鼓泡装置151，从池底进入玻璃液的气泡的上升动力对玻璃液起到了搅拌均匀作用，减少池底沉积层的形成，同时对玻璃液的澄清液起到部分作用。本发明的冷却气补偿口 141持续对池炉出料上方的镜面玻璃(无泡沫漂浮)补充冷却气体，降低玻璃液表面温度，减少硼物质挥发，促进出料口 122玻璃液形成对流，达到均化作用。对于已经产生在池底形成较重比重的富铝层133。出料口 122保持到池底较小距离，堆积在池底的富铝层33可以尽快排出或流入下工序。图2是本发明一个实施例的A-A向俯视图，该实施例中前壁111和左右壁112，以及上盖114组成预熔区110，至少有一个投料机140向池炉120提供配合料131。图3是本发明另一个实施例的A-A向俯视图，该实施例中有两个预熔区210，分别由前壁211和左右壁212，以及上盖114组成，每个预熔区由I个独立的投料机140送料。该系统中至少有一个投料机140向池炉120提供配合料131。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内
权利要求
1.一种减少投料区配合料硼挥发的结构，其特征在于包括在池炉投料区至少有一个配合料的预熔区，预熔区提供配合料表面迅速发生固-固反应的条件，减少粉状配合料在高温下硼的挥发；预熔区向池炉外侧有延伸，用于缩短池炉内料山的长度。
2.如权利要求I所述的结构，其特征在于所述预熔区的出料端与池炉内部高温空间相连通，预熔区至少有一个投料端和一个出料端。
3.如权利要求I所述的结构，其特征在于所述预熔区包括前壁，左右壁和上盖、前壁、左右壁和上盖都使用非金属耐火材料砌筑。
4.如权利要求I所述的结构，其特征在于所述预熔区纵向长度D3长度大于等于液面深度的0. 5倍。
5.如权利要求I所述的结构，其特征在于所述预熔区可具有至少一个投料口，每个投料口可容纳至少一个投料机。
6.一种减少玻璃液表面硼挥发的方法，其特征在于投料区的配合料由两侧电极设备加热融化；池炉出料口处燃枪孔配套一个冷却气补偿口。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于所述冷却气是空气或氧气。
8.一种减少熔炉底部富铝层的堆积的结构，其特征在于熔炉出料口下沿到池炉的距离较小，避免池底富铝层玻璃熔体在熔炉内的堆积，该距离小于等于液面深度的0. 25倍。
9.一种使用气体均化玻璃熔体的方法，其特征在于将气体从池底鼓入玻璃熔体，使玻璃熔体均化，鼓入气体的装置位于池炉纵向长度的后2/3区域内，即D2 = 2D1。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于所述鼓入气体的是空气或氧气。
全文摘要
本发明公开了一种改善硼硅酸盐玻璃熔化均匀性的结构，该发明包括通过减少配合料表面和玻璃液表面硼的挥发，提高硼硅酸盐玻璃熔化均匀性。其结构特征包括池炉投料区至少有一个配合料的预熔区，减少进入炉内配合料的飞扬；降低送料器到玻璃液面的距离；降低池炉出料口火焰空间温度；减少池底富铝层玻璃熔体在熔炉内的停留时间的结构；将气体鼓入玻璃熔体内，达到均化玻璃熔体的目的。
文档编号C03B5/235GK102643011SQ20121008804
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者张峰, 杨国洪 申请人:彩虹显示器件股份有限公司