生产线、方法、以及烧结制品转让专利
申请号 : CN202110731255.5
文献号 : CN113305997B
文献日 : 2022-01-28
发明人 : M·E·巴丁 , W·J·布顿 , J·L·布朗 , T·J·柯里 , R·E·赫尼 , L·W·克斯特 , T·D·凯查姆 , J·A·奥兰尼科 , K·R·奥兰尼科 , J·帕那宁 , T·席尔瓦布拉特 , D·J·圣朱利安 , V·文卡特斯瓦兰 , N·M·津克
申请人 : 康宁股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种烧结片材,其包括:
第一表面、第二表面、以及在第一表面和第二表面之间延伸的主体,其中片材的厚度限定为第一表面和第二表面之间的距离,片材的宽度限定为与厚度正交的第一表面或第二表面中一个表面的第一尺寸,并且片材的长度限定为与片材厚度和宽度正交的第一表面或第二表面中一个表面的第二尺寸,
其中,所述主体包含选自多晶陶瓷和合成矿物的材料,并且其中所述材料是烧结形式,包含彼此熔合的细粒;
其中,片材的长度大于或等于片材的宽度,并且其中,片材的宽度大于片材的厚度的5倍,片材的厚度为不超过1毫米;
其中,片材的第一表面和第二表面各自具有粒状轮廓,其中粒状轮廓包括相对于各细粒之间边界处的第一表面和第二表面的凹陷部分高度范围为25纳米至150微米的细粒;
其中,片材具有高表面质量以使得第一表面和第二表面都具有至少一平方厘米的下述区域:所述区域具有少于十个的粘附或磨损造成的尺寸大于五微米的表面缺陷。
2.如权利要求1所述片材,其特征在于,所述厚度为至少10微米且不大于250微米。
3.如权利要求2所述片材,其特征在于,所述宽度为至少5毫米。
4.如权利要求3所述片材,其特征在于,所述宽度为至少5厘米。
5.如权利要求4所述片材,其特征在于,所述宽度不大于20厘米。
6.如权利要求4所述片材,其特征在于,所述长度为至少10米。
7.如权利要求4所述片材,其特征在于,所述片材具有至少30平方厘米的表面积。
8.一种烧结片材,其包括:
第一表面、第二表面、以及在第一表面和第二表面之间延伸的主体,其中片材的厚度限定为第一表面和第二表面之间的距离,片材的宽度限定为与厚度正交的第一表面或第二表面中一个表面的第一尺寸,并且片材的长度限定为与片材厚度和宽度正交的第一表面或第二表面中一个表面的第二尺寸,
其中,所述主体包含选自多晶陶瓷和合成矿物的材料,并且其中所述材料是烧结形式,包含彼此熔合的细粒;
其中,片材的长度大于或等于片材的宽度,并且,其中,所述片材是薄的,以使得片材的宽度大于片材的厚度的5倍,片材的厚度为少于200微米;
其中,第一和第二表面各自具有粒状轮廓,所述粒状轮廓包括相对于细粒之间边界处各表面的凹陷部分高度范围为25纳米至150微米的细粒;
在第一和第二表面各自的整个表面上平均每平方毫米的表面具有少于10个的针孔,其横截面积至少为1平方微米。
9.如权利要求8所述片材,其特征在于,所述片材具有至少10体积%的孔隙率。
10.如权利要求8所述片材,其被构造用于电池。
11.如权利要求8所述片材,其特征在于,所述材料包括锂。
12.如权利要求8所述片材,其特征在于,所述片材具有在300纳米约至800纳米波长下至少30%的总透射率。
说明书 :
生产线、方法、以及烧结制品
文。
制品可以通过以下方式制造:形成烧结材料的大锭、将材料切割为长条或板材,并且将相应
的制品抛光为所需形式和表面质量。抛光有助于去除制品表面上的瑕疵或缺陷,但是耗费
时间和资源。
且置于炉内,所述炉烧尽有机粘合剂并使得无机细粒烧结。定位器板通常由可耐受烧结过
程的耐火材料形成。当去除粘合剂时,定位器板对带进行支承。
制品的表面缺陷,例如拉拽槽、烧结碎屑、杂质斑块等。图1和图2显示出在烧结的陶瓷制品
110、210上的表面缺陷112、212(例如在烧结期间由定位器板引起的缺陷)的示例。申请人认
为这些缺陷通过提供应力集中和裂纹引发的位点来降低各制品的强度。
员可能无法去除烧结过程中由定位器板引起的表面缺陷或由切割引起的缺陷。类似地,对
于更厚一些但仍很薄的烧结制品,申请人认为在某些时刻制品具有太多的表面积进行抛
光。具有大表面积的易碎和/或薄的片材的传统抛光设备的控制可能变得笨拙和/或不切实
际。因此,使用常规制造方法不能获得具有通常与抛光相关的质量(例如平坦度、平滑度和/
或无缺陷表面)的薄制品,特别是具有相对较大表面积的那些制品尤为如此;和/或因为在
克服制造难题和每件物品的相关成本方面的极大的不利因素,本领域普通技术人员可能避
免尝试制造该制品。
好的机械性质(例如由于具有极少的表面缺陷而具有该性质)。该制品可以用作基材(如,电
池中的基材、印刷电路板上的基材),用作显示器的覆盖片(如用于手持装置),或者可是其
它用途的制品。
发明内容
涉及连续的生产线,其中,连续带包括含有由有机粘合剂保持在一起的无机颗粒的生坯区
段。在生产线上,将生坯区段引导至第一加热位置以将粘合剂烧尽(burn off)或烧成炭
(char),形成相同带的未结合区段。接着,沿着生产线,使得未结合区段通过第二加热位置,
用于使得无机颗粒至少部分烧结。第一和第二加热位置可以通过生产线上相同或不同的炉
进行加热。如果带在第二加热位置仅处部分烧结,则生产线上可以有额外的加热位置以对
带进行进一步处理,例如用于完成带的烧结的第三加热位置。在第二加热位置的部分烧结
可使得对带施加张力,用于在第三加热位置进一步烧结,其中张力使带保持平坦,从而有利
于特别平坦的烧结片材和/或烧结引起的表面缺陷极少的烧结片材。
粘合剂或者使得带的粘合剂烧成炭,但是在至少部分烧结发生之前,未结合区段下方的带
的重量不一定会需要在未结合区段处切断或扯断所述带。申请人发现所述带能够保持自身
足够长的时间用于至少部分烧结,而不需要定位器(setter)板。结果,烧结制品没有在烧结
期间典型地由定位器板导致产生的接触引起的表面缺陷。烧结制品两侧的表面在缺陷数量
上彼此一致,并且该数量足够低,以使得所获得的烧结制品相对于具有更多表面缺陷的制
品可具有改进的机械性能,例如提高的拉伸强度。
式而被认识。应理解,上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的,并且旨在提
供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。
因此,结合附图,通过以下详细描述能够更好地理解本公开,图中:
具体实施方式
理解的,与附图之一所示或者在涉及实施方式之一的文本中所述的实施方式相关的特征和
属性可以适用于在另一附图所示或文本其他地方所描述的实施方式。
312进行引导。根据一示例性实施方式,炉系统312包括通路318,所述通路318包括粘合剂烧
尽位置B和/或用于带通过粘合剂烧尽位置B之后使得带314至少部分烧结的烧结位置C。在
一些实施方式中,粘合剂烧尽位置B邻近烧结位置C,例如沿生产线310直接在烧结位置C的
上方或下方,例如在烧结位置C上方或下方1米内、50厘米内、10厘米内。如进一步讨论,粘结
剂烧尽位置B和烧结位置C的紧密设置减少了在进行烧结之前带314未被粘结剂结合的时
间/长度。
所述至少一些区段用来烧尽粘合剂(例如,粘合剂烧尽位置B)和/或使得带314至少部分烧
结(例如,烧结位置C)。例如,通路318可以进行定向以使得带314可以大体垂直延伸,并且沿
着相对于水平呈45°和135°之间(例如,60°和120°之间,如以90°±10°)取向的路径向上和/
或向下移动。使得带314通过粘结剂烧尽位置B和/或烧结位置C而不使带314与烧结位置C的
表面320和/或粘结剂烧尽位置B的表面322接触,被认为在由炉子系统312进行处理时,通过
减少材料转移和/或刻痕或者由接触以其他方式对带314造成的成形,改进了带314的表面
质量。
烯醇缩丁醛、邻苯二甲酸二丁酯、聚碳酸烷基酯、丙烯酸聚合物、聚酯、硅酮等)结合的多晶
陶瓷和/或矿物(例如氧化铝、氧化锆、锂石榴石(lithium garnet)、尖晶石)。在预期的实施
方式中,生坯带区段314A可以包括以有机粘合剂结合的金属颗粒。在其它预期的实施方式
中,生坯带区段314A可以包括由有机粘合剂结合的玻璃细粒(例如,高纯度二氧化硅细粒、
硼硅酸盐、硅铝酸盐、碱石灰)或其它无机细粒。在预期的实施方式中,生坯带区段314A可以
包含以有机粘合剂结合的玻璃陶瓷颗粒(例如,堇青石、LAS锂铝硅酸盐、纳米结构锂金属磷
酸盐、钡长石)。根据一示例性实施方式,生坯带区段314A具有约0.01体积%至约25体积%
的孔隙率,并且/或者无机颗粒的中值粒径为50纳米至1000纳米,并且布伦纳(Brunauer)、
2
埃米特(Emmett)和特勒(Teller)(BET)表面积为2至30m/g。在其他预期的实施方式中,上
述材料可以通过无机粘合剂或其他粘合剂粘合,并且/或者上述材料可以是其他尺寸或具
有其他孔隙率。
大部分粘合剂烧成炭,例如至少90%粘合剂。根据示例性实施方式,生坯带区段314A以自支
承的方式通过烧尽位置B,并且不需要和/或不接触烧尽位置B的表面322。在粘合剂烧尽位
置B之外,带314不再是“生坯”,并且带314的第二区段是未结合带区段314B(例如,烧尽带区
段,粘合剂烧成炭的带区段),其可以是未烧结的,但可能没有粘合剂或具有烧成炭的粘合
剂。因为未结合带区段314B没有加工和/或未烧成炭的粘合剂,本领域的普通技术人员可以
预期未结合带区段314B在其自身重量或未结合带区段314B下面的带314部分的重量下,由
于缺乏粘合剂而简单崩塌或破裂。然而,申请人已经发现,尽管粘合剂被烧尽和/或烧成炭,
但是如果对带314进行正确处理,例如如果对带314上的张力进行控制和/或如果在带314的
无机材料(例如陶瓷细粒)进行至少部分烧结前带314并未弯曲和/或重新取向,则未结合带
区段314B可以保持完好。
如,可以对多晶陶瓷细粒进行烧结,以使得细粒彼此结合或熔合,但是带314仍然包括大量
的孔隙率(例如,至少10体积%、至少30体积%),其中“孔隙率”是指是未被无机材料如多晶
陶瓷占据的带的体积部分。
促进随后的带314的成形的程度。根据一示例性实施方式,在张力下,发生带314的额外烧结
以产生特别平坦或以其它方式成形的烧结制品(大体参见图5)。
324可以控制并分离在张力调节器324上方与下方的带314中的张力,以使得在张力调节器
324的任一侧上的带314部分中的张力可以不同。在一些实施方式中,张力调节器324包括空
气轴承,其中空气可以沿着带314移动通过生产线310的方向、或沿着与带314移动通过生产
线310的方向相反的方向进行引导,例如,从而对带314中的张力进行调节。在其他实施方式
中,张力调节器324包括夹辊,所述夹辊拉动或推动带314以影响带314中的张力。在其它实
施方式中,张力调节器324可以是轮子(参见例如图12),其中轮子表面上的摩擦以及轮子的
旋转影响带314中的张力。如所讨论的,带314中的张力可以用于在对带314进行烧结(例如
在烧结区域C处或者沿着生产线310的其它位置进行烧结)时对带314进行成形。此外,通过
张力调节器324向带314施加张力(其正量或负量)可以通过影响该区段中的张力而有助于
将未结合带区段314B保持在一起。
度,例如室温(例如,约25℃)。在粘合剂烧尽位置B附近,带314的未结合带区段314B所经受
的温度可以高于生坯带区段314A所经受的温度,例如至少200℃,至少400℃。在烧结位置C
附近、以及在烧结位置C处,带314所经历的温度可以高于粘合剂烧尽位置B附近的带314所
经受的温度,例如在烧结位置C处为至少800℃、至少1000℃。位于沿生产线310经过烧结位
置C的位置处的带314部分可经历低于烧结位置C处的带314部分和/或位于粘合剂烧尽位置
B的带314部分的温度,例如经历室温。
材料形成的管或轴。根据一示例性实施方式,通路414是大体垂直定向的,以使得重力可以
垂直牵拉、或沿着延伸通过通路414的细长工件(例如,柔性生坯带、带状物、线;参见图3A的
整体带314)的长度以其他方式作用。在炉系统410的一些应用中,工件可以比通路414窄,并
且可以位于通路414内,从而不接触引导件412的表面。炉系统可以在生产线、例如生产线
310中使用。
尺寸正交的间隙尺寸L2。根据示意性实施方式,通路414的深度尺寸L1大于宽度尺寸,并且
宽度尺寸大于间隙尺寸L2。根据示例性实施方式,间隙尺寸L2为至少1毫米,例如,至少2毫
米、至少5毫米,以及/或者不超过500厘米。在一些实施方式中,宽度和间隙尺寸彼此相等,
以使得通路414是圆柱形的。
性实施方式,炉系统410包括热源416,例如,电阻加热元件、燃气或油燃烧器、或者其他热
源。在一些实施方式中,热源416包围烧结位置C'的至少一部分、并且/或者与烧尽位置B'分
开,例如通过可以由耐火材料形成的挡板或墙418与烧尽位置B'分开。根据一示例性实施方
式,炉系统410的热源416位于烧尽位置B'的上方或下方。因此,热量可以从烧结位置C'协同
地传递到粘合剂烧尽位置B'。在其他实施方式中,烧尽位置B可以具有与烧结位置C'分离的
热源。
工件靠近并通过烧结位置C'时,工件所经受的温度可高于在烧结位置B'附近工件所经受的
温度,例如至少800℃、至少1000℃。在与粘合剂烧尽位置B'相反的烧结位置C'一侧上,超出
烧结位置C'的工件的部分可经历较低的温度,例如经历室温。
将生坯带512缠绕在圆柱形辊514上,然后以2英寸/分钟的受控速率进料至炉系统516,如图
5所示(同样参见炉系统410,如图4所示)。炉系统516的烧结位置C″保持在1200℃。粘合剂烧
尽位置B″被隔离,并由氧化铝纤维板制成,以提供用于烧尽粘合剂的区域。粘合剂烧尽位置
B″通过离开炉系统516的烧结位置C'的热气进行加热。
C″是12英寸,导致烧结位置C”的总时间为约4到6分钟。在炉系统516的出口处,3YSZ带512'
进行部分烧结,具有约0.65的相对密度。3YSZ带512'具有足够的强度用于处理,是柔性的,
且厚度为约40微米。如图5所示,数米的烧结带512'已经在支承性塑料载体膜518上重新定
向。
现通过炉系统516的高速带速度,因为如果粘合剂烧尽位置B″太短,则粘合剂可能以过高的
速率被去除,可能导致不受控制的粘合剂消除以及带512破损。此外,申请人已经发现粘合
剂烧尽位置B″的长度与带512可以成功烧结情况下的速率相关。根据示例性实施方式,粘合
剂烧尽位置B″的长度为至少2英寸和/或不超过50英寸,例如至少4英寸和/或不超过20英
寸。在其他实施方式中,粘合剂烧尽位置B″可以具有在以上范围之外的长度。
了配料,将氧化铝粉末与包括粘合剂、分散剂、增塑剂和消泡剂的水基带铸造成分混合。所
用成分由聚合物创新公司(Polymer Innovations)生产,包括基于丙烯酸的水溶性粘合剂。
料。在一些实施方式中,申请人发现来自联合工艺公司(Union Process)的磨碎机(也称为
搅拌式球磨机)可通过使得氧化铝粉末的聚集体或纳米聚集体瓦解而促进解聚集。申请人
认为磨碎机由于在研磨过程中向材料输入高能量而具有优于其它研磨工艺和设备的优点,
例如与其他技术相比,该研磨工艺能够在较短的时间内将该批料研磨成更小的粒度,例如,
磨碎机的1至3小时相对于采用球磨的50至100小时。
容器水冷至15℃以避免过热、并减少溶剂的蒸发。首先以500转/分钟(rpm)对浆料进行5分
钟的初始研磨以瓦解大聚集体,然后将速度增加至1300rpm并研磨1小时。在研磨结束时,将
罐减速至170rpm,加入消泡剂以除去夹带的空气。然后,将浆料倾倒通过80‑120目筛,以在
除气之前从浆液中去除研磨介质。
可能在混合物内包含气泡。除气可以用干燥器腔室和Mazerustar真空行星式混合器完成。
可将浆料装入干燥器腔室中并进行高达10分钟的除气。初始除气后,可将浆料装入行星式
混合器中并在真空下操作5分钟。申请人发现,替代性的除气程序(不使用Mazerustar混合
器)是在干燥器腔室中使用更高的真空。
米或1微米的过滤器完成。该过滤器可以由例如尼龙、纤维或其他合适材料制成。
可以是例如 玻璃、金属带等替代材料。为了促进带的制造,使浆料在具有约4至20
密耳(约100至500微米)间隙的手术刀下通过以形成陶瓷带的薄片。通常使用8密耳(约200
微米)的刀片高度。铸造刀片以10毫米/秒的速度移动跨过 速度可根据需要改变以
提高处理速度,并改变带512的厚度。干燥后,带的厚度为100至150微米。在这种状态下的带
512被称为“生坯带”。
进料至炉系统516中,如图5所示。带512具有足够的强度以在粘合剂烧尽期间在其自身重量
下保持在一起。炉系统516的烧结位置C″保持在1100℃的温度下。在炉系统516的出口处,氧
化铝带512'进行部分烧结,具有约0.7的相对密度。带512'的烧制厚度为约100微米。
材、箔)包括第一表面612(例如,顶部、侧面)以及可以与第一表面612相反的第二表面614
(例如,底部)。烧结制品进一步包括在第一表面612和第二表面614之间延伸的材料主体
616。
表面614中的一个表面的第一尺寸。制品610的长度(大致参见图8的烧结片材810的宽度L)
可以限定为与厚度T和宽度正交的第一表面612或第二表面614中的一个表面的第二尺寸。
根据示例性实施方式,烧结制品610是烧结材料的细长薄带。至少部分由于几何形状,一些
这样的实施方式是柔性的,使得制品610能围绕心轴或卷轴弯曲(例如,直径为1米或更小、
0.7米或更小),这对于制造、存储等是有利的。在其他实施方式中,烧结制品610可以是其他
形状的(例如圆形、环形、套筒或管状形状),不具有恒定厚度等。
至少10倍、至少100倍。在一些实施方式中,制品610的宽度为至少5毫米,例如至少10毫米、
例如至少50毫米。在一些实施方式中,制品610的厚度T不超过2厘米,例如不超过5毫米,例
如不超过2毫米,例如不超过1毫米,例如不超过500微米,例如不超过200微米。根据一示例
性实施方式,当生坯带进入炉中并进行烧结时,烧结几乎均匀地发生;并且片材的长度、宽
度和厚度可以减小至多约30%。这样,本文所公开的生坯带的尺寸可以比上述烧结制品所
述尺寸大30%。薄带可使生产线能够快速运行,因为来自炉的热量可以快速穿透并烧结该
带。另外薄带可以是柔性的,利于沿制生产线的方向弯曲和变化(例如,大致参见图11)。
粒状轮廓,如当在显微镜下观察时尤为如此。粒状轮廓包括从主体616大体向外突出的细粒
618,其相对细粒618之间的边界620处的表面凹陷部分具有至少25纳米和/或不大于100微
米的高度H(例如,平均高度),如至少50纳米和/或不超过80微米的高度H。在其他实施方式
中,高度H可以是其他尺寸。
应用(例如用于显示器的背光单元进行散射光)中为烧结制品610提供益处,增加用于涂层
的更大粘附性的表面积或用于培养物生长的表面积。在预期的实施方式中,未抛光表面
612、614的粗糙度为在沿制品长度的一个维度的10毫米距离上约10至约1000纳米,例如约
15纳米至约800纳米。在预期的实施方式中,表面612、614中的一表面或两者的粗糙度为在
沿单个轴的1cm的距离上约1nm至约10μm。
制品610可以进行抛光,如图7A‑7B所示;例如,取决于制品的具体预期用途。例如,使用制品
610作为基材可不需要非常光滑的表面,并且图6A‑6B的未抛光表面可能是足够的;而该制
品作为镜子或作为透镜的用途可能需要如图7A‑7B所示进行抛光。然而,如本文所公开的,
对于特别薄的制品或者薄且具有较大表面积的制品,可能难以进行抛光。
可以进行抛光以校正来自切割的粗糙表面。但是,申请人认为,对于非常薄的烧结的陶瓷或
其他材料的制品,表面抛光可能特别困难或麻烦,随着该制品变薄且该制品的表面积变大,
困难程度增加。然而,根据本公开技术制造的烧结制品可能较少由于这样的限制而受到限
制,因为根据本发明技术制造的制品可以带的较长长度进行连续制造。此外,如本文所公开
的炉系统的尺寸可以进行按比例缩放以适应和烧结更宽的制品,例如具有至少2厘米、至少
5厘米、至少10厘米、至少50厘米宽度的制品。
过与定位器板接触(例如,粘附和/或磨损)而有印记,而另一侧可能未曝露于定位器板)可
能非常不同。在一些实施方式中,例如在烧结制品610为片材或带形式(大体参见图8所示的
片材810)的情况下,表面一致性使得第一表面每平方厘米表面缺陷平均面积为第二表面的
每平方厘米表面缺陷平均面积±50%内,其中“表面缺陷”是沿着相应表面尺寸至少15、10
和/或5微米的磨损和/或粘附,例如,如图1‑2所示,如第二表面的每平方厘米表面缺陷平均
面积±30%内,例如,在第二表面的每平方厘米表面缺陷平均面积±20%内。
量)非常不同。在一些实施方式中,例如,在烧结制品610为片材或带的形式(大体参见图8所
示的片材810)的实施方式中,表面质量使得平均每平方厘米的第一和第二表面均具有少于
15个、10个和/或5个尺寸大于15微米、10和/或5微米的表面缺陷,例如,平均每平方厘米少
于3个这种表面缺陷,例如平均每平方厘米少于1个这样的表面缺陷。因此,根据本文公开的
发明技术制造的烧结制品可具有相对高且一致的表面质量。申请人认为,烧结制品610高且
一致的表面质量通过减少应力集中和/或裂纹引发的位点来促使制品610的强度增加。
锆、氧化铝、尖晶石(例如MgAl2O4、ZnAl2O4、FeAl2O4、MnAl2O4、CuFe2O4、MgFe2O4、FeCr2O4)、石榴
石、堇青石、莫来石、钙钛矿、烧绿石、碳化硅、氮化硅、碳化硼、二硼化钛、氮化硅铝(silicon
alumina nitride)、和/或氧氮化铝。在一些实施方式中,制品610是金属。在其它实施方式
中,制品610是由粉末细粒烧结的玻璃。在一些实施方式中,制品610是IX玻璃和/或玻璃陶
瓷。本文所公开的材料可以是合成的。
表面814之间延伸的主体(通常参见图6A‑6B的制品610的侧面612、614和主体616)。根据一
个示例性实施方式,片材810的宽度W限定为与厚度T'正交的表面814中一个表面的第一尺
寸。根据示例性实施方式,片材810具有至少两个大致垂直的纵向侧边缘812。片材810的长
度L定义为与厚度T'和宽度W正交的顶部或底部表面814中的一个表面的第二尺寸。长度L可
以大于或等于宽度W。宽度W可以大于或等于厚度T’。
至少30平方厘米,如至少100平方厘米,甚至在一些实施方式中超过1000、5000、或甚至
10000平方厘米;或根据本文所公开几何形状的其它尺寸,例如关于制品610的实施方式。在
一些实施方式中,片材810的宽度W小于其长度L的1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9、1/10、和/或
1/20。该几何形状对于某些应用可能是特别有用的,例如将片材810用作直线型电池的基材
和/或将片材810用作在烘箱中使碳纳米管生长的表面,其中片材810填充烤箱表面、但不填
充烤箱的大量体积。
其它实施方式中,片材810包括如本文所公开的玻璃、金属或其他材料。此外,根据示例性实
施方式,片材810的材料为烧结形式的以使得材料的细粒彼此熔合(大体参见图6A)。片材
810可以具有粒状轮廓(大体参见图6A‑6B)或者可以进行抛光(大体参见图7A‑7B)。
~30m/g的氧化铝粉末制成。片材810由99.5‑99.995重量%的氧化铝和约100至约1000ppm
的烧结添加剂(如氧化镁)的带式浇铸氧化铝粉末制成。在一些实施方式中,片材810是半透
明的。当片材810厚度为500μm或更小时,片材810在约300nm至约800nm波长处的总透射率可
以是至少30%的。在一些实施方式中,当片材810厚度为500μm或更小时,在约300nm至约
800nm波长下穿过片材810的总透射率为约50%至约85%。在一些实施方式中,当片材810厚
度为500μm或更小时,在约300nm至约800nm波长下穿过片材810的漫透射率为约10%至约
60%。在设想的实施方式中,片材810在上述公开范围内的波长下、但具有其它厚度,例如本
文公开的其它厚度的情况下,可以具有上述公开的透射率百分比。本文公开的除氧化铝之
外的材料也可以导致该半透明的烧结制品。
912可以是生坯带的一个卷922的形式。如图9所示,在一些实施方式中,将生坯带922引导至
炉系统914的第一部分926中,例如通过引导通路928进行引导。如图9所示,在一些实施方式
中,将生坯带922沿垂直轴引导通过炉系统914,以使得生坯带922不与炉系统的定位器板
和/或表面接触。
统914的第一部分926的带932可以是部分烧结的。通过炉系统914的第一部分926的带922中
的张力可受张力调节器916影响,所述张力调节器916可使得张力调节器916沿生产线910的
任一侧上的带922、932、924中的张力存在差别。如图9所示,在张力调节器916的下方,炉系
统914包括第二部分930。
系统914的第二部分930中烧结时,张力调节器916、918之间的提高的张力可以用于保持带
932平坦。例如,部分烧结的带932可以具有足够柔性以通过在张力调节器932、918之间的带
932中的张力进行弯曲和/或变平,同时由于部分烧结的结合,部分烧结的带932可以足够坚
固以承受张力而不会破损。换言之,在炉系统914的第二部分930中,将部分烧结的带932烧
结至最终密度,并保持在足够的张力下以使得片材、带或带材变平,消除可能在未约束烧结
中出现的卷曲、弯曲、拱起等。例如,申请人发现1厘米宽的部分烧结的氧化锆或氧化铝带材
能够承受大于1千克的张力,约20兆帕,而没有破损。
公开的材料的表面质量、表面一致性、大面积、薄厚度和/或材料性质结合可以使得片材、基
材、烧结带、制品等特别适用于各种应用,例如用于显示器的坚硬覆盖片、高温基材、柔性隔
膜和其他应用。
领域技术人员通常将生坯主体夹在平坦的耐火表面之间,这通常会导致烧结制品两侧上的
许多表面缺陷。因此,当制造如本文所公开的合成石榴石薄片材时,本公开的技术被认为是
特别有用的。
1020。然而,对于生产线1010,生坯带在生产线1010上进行连续生产。此外,在烧结带1024从
炉系统1014的第二部分1030中排出时,将烧结带1024切成条状物1032(例如,至少5厘米长、
至少10厘米长,和/或不超过5米长、不超过3米长)。随后,条状物1032可进行堆叠、包装和运
输。
1114(例如,相对于水平方向在30°以内,相对于水平方向在10°以内)时,聚合物背衬1116在
分离位置1118处从带1112撕下并且缠绕到单独的卷轴1120上。随后,带1112经过空气轴承
1122,并且以受控量的下垂逐渐地重新取向至第一引导件1124中,所述第一引导件1124使
得带1112大致垂直取向(例如,相对于垂直方向在30°内、相对于垂直方向在10°内)。
尽以形成带1112的未结合区段的较低温度的炉。第一炉1126还可对所获得的带1112的未结
合区段进行部分烧结以形成带1112的部分烧结区段1128。在通过第一炉之后,可以将带
1112引导通过第二引导件1130。第一引导件1124和第二引导件1130使得带1112与通过第一
炉1126的通路对准,使得带1112不与第一炉1126的表面接触,从而减少了与粘附和磨损相
关的表面缺陷的数量。该带1112可能仍然具有一些缺陷,例如由于与错误颗粒接触造成的
缺陷等。
擦表面1134上滑动。轮1132与部分烧结区段1128之间的温差可有助于抑制轮1132与部分烧
结区段1128之间的粘滞或粘附。根据一示例性实施方式,轮1132进行旋转以控制带1112中
的张力,例如通过在轮1132的任一侧上为带1112提供不同的张力。
加轮1132中带1112离开一侧上的带1112中的张力,同时在带112的远端上通过张力调节器、
如接收带1112的卷轴(大体参见图3和图9)、对带1112进行牵拉的机器臂(大体参见图10)、
辊等保持所增加的张力。当带1112经过第二(可能温度更高)炉1136时,带1112中的张力在
带1112完全烧结时使得带保持平坦。
在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装设置、材料的使用、颜色、取向
上的变化)而不实质上背离本文所述主题的新颖性教导和优点。显示为一体形成的一些元
件可以由多个部分或元件构成,元件的位置可以互换或以其他方式变化,并且离散元件的
性质或数量或位置可以进行改变或变化。任何过程、逻辑算法或方法步骤的次序或顺序可
根据替代性实施方式而变化或重新排序。可以对各种示例性实施方式的设计、操作条件和
布置进行其他替代、修改、改变和省略,而不背离本发明的技术范围。
如至少10纳米、例如至少20纳米、例如至少25纳米,并且/或者不超过200微米、例如不超过
100微米、不超过80微米、不超过50微米。
实施方式中,带1212从卷轴1214上离开并来到辊1244和真空抱筒(vacuum hug drum)1242
上,然后聚合物背衬1216在分离位置1218处从带1212撕下,并且通过张紧装置1240张紧,经
过辊1246,并卷绕到单独的卷轴1220上。带1212(没有背衬1216)随后进入炉1226的粘合剂
烧尽区段B’”。在一些这样的实施方式中,带1212以大体垂直取向进入,并且/或者不与炉
1226接触。
烧成炭或烧尽以形成带1212的未结合区段的较低温度的炉。炉1226的较高温度部分C’”还
可对所获得的带1212的未结合区段进行部分烧结以形成带1212的部分烧结区段1228,如图
12中的离开炉1226所示。
的表面接触,由此减少了与粘附和磨损相关的表面缺陷的数量。根据一示例性实施方式,分
离位置1218和辊1252或炉1226的出口处或出口附近的其他引导件通常彼此垂直对齐,如沿
垂直方向的15°内、10°内的线彼此垂直对齐。
过之后,部分烧结的带可以缠绕在接收卷轴1250上。
3YE进行制备。生坯带以大于约20厘米的宽度进行铸造,生坯带的厚度为约25微米。然后使
用圆形剃刀刀片将该带手动划分为约15mm的宽度。使得生坯带从分离位置(参见图12中的
分离位置1218)上的解送卷轴(pay‑out spool)(大体参见图12中的卷轴1214)经过,并通过
粘合剂烧尽烟道(参见图12中的烧尽区段B’”),通过过渡区(参见图12中的区域X’”),并进
入更高温度的炉(例如,图12中的炉1226的区段C’”)。
C”’的热空气被动加热。用于实施例1的炉和粘合剂烧尽烟道中的通道由平行板材中的陶瓷
纤维板制成,在板材之间具有0.125‑0.5英寸的间隙(大体参见图4的间隙414和L2)。与间隙
正交的宽度为约3.5英寸。粘合剂烧尽区的长度为约17英寸,并且粘合剂烧尽区下方的炉的
长度为24英寸。
化铝或具有相似烧结温度的其它陶瓷进行烧结或部分烧结时,申请人将炉的温度设定为接
近1000℃,并且将带速度设定为1英寸/分钟。在以热方式插入之后,在带从炉底部出来后,
温度可以升高,并且带速度也会增加。如果以冷方式插入,申请人建议在通过炉子并加热期
间中以低速(0.25至1英寸/分钟)移动(即,输送、传输)带。
生坯带在炉内输送超过2.25小时,并且获得约90英尺连续长度的部分烧结带。
粉末3YE进行制备。生坯带以大于约20厘米的宽度进行铸造。生坯带的厚度为约25微米。然
后使用圆形剃刀刀片将生坯带手动划分为约52mm的宽度。
气被动加热。炉和粘合剂烧尽烟道中的通道(同样)由平行板材中的陶瓷纤维板制成,在板
材之间具有1/8至1/2英寸的间隙。烟道的宽度为约31/2英寸。粘合剂烧尽区的长度约为17
英寸,并且炉的长度为24英寸。
度下。带在单独炉温下以各温度运行约1小时。炉运行超过6.5小时,并且使得超过连续65英
寸(生坯)部分烧结带运行通过炉。
过。例如,可以通过增加炉的长度来提高速率。通过其中的生坯带的收缩率为至少1.5%(例
如,在一些实施方式中为至少2%)和/或不超过20%,例如不超过15%。
粉末3YE进行制备。生坯带以大于约20厘米的宽度进行铸造。生坯带的厚度为约25微米。然
后使用圆形剃刀刀片将该带手动划分为约35mm的宽度。
由平行板材中的陶瓷纤维板制成,在板材之间具有1/8至1/2英寸的间隙。烟道的宽度为约
31/2英寸。粘合剂烧尽区的长度约为17英寸,并且炉的长度为24英寸。
温度和相应带速度条件下将约10英尺的带在部分烧结后缠绕到直径为3.25的卷轴上,而没
有断裂。
上的解送卷轴经过,并通过粘合剂烧尽烟道,通过过渡区,并进入炉。以1100℃至1200℃的
温度以及4、6、或8英寸/分钟的速度运行。粘合剂烧尽烟道处于约100℃至400℃的温度下,
并且制造总体175英尺(生坯)的部分烧结带。
英寸/分钟制造的带在带的长度和宽度上具有总体约0.6mm的平均面外平坦度。
不同的是,在穿过之后,将炉加热至并设定为1200℃,并且带以8英寸/分钟的速度移动。粘
合剂烧尽烟道处于约100℃至400℃的温度下。使得生坯带移动通过炉超过3小时,并且获得
超过147英尺连续长度(生坯)的部分烧结带。
到辊1342时,高温材料的板材1346形成炉1326中的狭窄的通道。
触,但是稍后可以移除以提供带的低缺陷中心部分,如本文所公开的。在一些这样的实施方
式中,带的纵向边缘包括切割标记,如激光或机械标记。
接触,在一些这样的实施方式中,由此如本文文所述减少了与粘附和磨损相关的表面缺陷
的数量。在通过张紧装置1340之后,使得最终烧结的带通过两个辊1344,并且通过传输装置
1360(例如,辊、轴承、履带)。在传输装置1360之后,最终的烧结带可以在使用夹层材料的情
况下卷绕或在不用夹层材料的情况下卷绕。
1212随后进入炉1426,并且带1412是大致垂直取向的。在烧结过程中,张紧器(例如,重物
1460,辊)附接到部分烧结的带上以在烧结期间对带进行牵拉以及/或者使得带保持平坦。
在预想的实施方式中,重物1460可以是带本身的一段长度。
度仅为相同材料并且由相同尺寸以及组成的生坯带形成的理想地完全烧结带的拉伸强度
的一部分,例如小于20%,如小于10%,诸如小于5%,但仍为正值,如至少0.05%。
置)的设备上。陶瓷板材1346由碳化硅制成。板材之间的间隙为2至8毫米,板材的宽度为4英
寸。炉的外部尺寸是21英寸长。将炉加热至1400℃(例如比实施例1的炉高至少100℃,例如,
至少200℃以上、400℃以上)。
1312缠绕在张紧装置1340上。
2010)。该带是半透明的,如果放置文本与该带接触(参见图17‑18的完全烧结带2010并与图
17‑18的部分烧结带2012进行比较),则可以通过该带阅读文本。该带确实具有光散射造成
的一些白色雾度,可能来自微小孔隙率(例如,小于1%(如小于0.5%)并且/或者至少为
0.1%的孔隙率)。
后,所述带在带运动方向上是平坦的。交叉网(带)方向存在一些“C形”卷曲。通过光学显微
镜以100倍放大检查完全烧结带的1cm×1cm的面积。对最终烧结带的两面进行检查。没有发
现定位器板典型的粘合或磨损缺陷。
结之前,带为约25微米厚。将部分烧结的带卷置于炉上,其中炉在炉的顶部和底部绝热件
(insulation)中具有3/16英寸和3.5英寸宽的狭窄间隙以使带通过。将带以冷方式穿过间
隙并附接7.5克的重物(大体参见图14)。将炉加热到1450℃,当炉达到1450℃时开始带移
动。带以0.5英寸/分钟的速度从顶部到底部运行。制成约18英寸的完全烧结的烧结氧化锆
带。氧化锆带是半透明的。在实施例7中,对于4英寸的炉,带以及其完全烧结部分比炉长。参
见图15‑16,为了上下文和比较的目的,生坯带(3摩尔%的氧化钇稳定的氧化锆)按上述实
施例中所述进行制造,并使用常规烧结工艺进行烧结,包括使用氧化铝定位器板以在烧结
期间支承生坯从而形成陶瓷带3010。如图15所示,在100倍放大率下可以看到由于来自定位
器板的粘附和磨损引起的表面缺陷。许多粘附或磨损引起的缺陷形成了烧结片材中的针
孔,因为片材非常薄,为大约25微米。如图15所示,由于来自定位器板的粘附和磨损而产生
的缺陷通常是沿彼此的共同方向上的椭圆形(oblong)。
是所获得的烧结制品的受支承侧具有从定位器板的耐火材料转移至烧结制品的表面缺陷
(例如拖拽槽、烧结碎屑、杂质斑块等),以及定位器从烧结制品抽出材料而在该处形成的表
面中的凹陷。当陶瓷制品具有沉积于其上的薄膜时,使该定位器缺陷最小化是重要的。如果
一个或多个薄膜的层厚与定位器缺陷尺寸类似,则薄膜会具有针孔或者具有穿过薄膜层的
定位器缺陷。
与用于图15‑16的带的相同方式制造的生坯带。更具体地说,如本文所公开的,陶瓷带2010
进行连续烧结,在1400℃下以2英寸/分钟的速率运行通过具有碳化硅中心通道的如实施例
所述的第二炉。比较陶瓷带3010和陶瓷带2010,两种带显示出了在表面上的各种铸造痕迹,
例如细长滚动条纹和倾斜(丘/谷)。陶瓷带3010显示出许多涉及定位器的缺陷:结合的颗
粒,抽出和定位器‑拖曳缺陷,例如,由于在收缩带拖拽经过定位器表面时的表面刨削,定位
器拖曳在区域中产生了特征损伤图案,如本文所讨论。
地观察到其截面尺寸大于5μm的结合颗粒。更具体地说,在整个约8cm的面积上,在使用本
2
文公开技术烧结的陶瓷带2010的表面上观察到一个这样的颗粒,而在约8cm 的相等面积
上,在陶瓷带3010表面上观察到8个这样的颗粒.申请人认为陶瓷带3010由于与定位器接触
而具有更多的结合颗粒,而陶瓷带2010具有较少数量的结合表面颗粒,后者可能是由于在
炉内气氛中的颗粒粘附而造成的。在使用过滤器或其他方法去除或减少炉内气氛中的颗粒
的未来的方法实施方式中,陶瓷带2010上的这种较少数量的结合表面颗粒可进一步减少。
整个表面上少于10个针孔),在整个表面上平均每平方毫米的表面,例如少于5个针孔,少于
2个针孔,甚至在整个表面上平均每平方毫米少于1个针孔。
如90%在方向D的15°内,例如90%在方向D的10°内。凸起可以区别于定位器引起的表面缺
陷(例如磨损和粘附),因为凸起通常平滑滚动并且从邻接表面连续弯曲,与限定为或包括
表面上的不相交的或不连续的边界(其是由定位器引起的粘附颗粒或磨损的特征)不同。凸
起可以是本文所公开的至少一些过程的标记,例如由于较少限制的烧结过程的标记。其他
实施方式可以不包括这种凸起,例如,如果带在烧结过程中轴向和横向张紧,这可以通过张
紧器(例如辊、履带、轮子、机械张紧器、或其他这样的元件)来实现。
12.9mm之间。所示部分是来自22英寸长片的带。带的厚度是约22微米。另外,白斑是扫描仪
不能识别的标记在带上的标记物。
(在图21中示出为X轴)的“C形”曲率。如本文所公开的,在张力下,通过完全烧结减少带中的
拱起。可以看出,带的最大高度降低约100%,从约1.68mm降低到0.89至0.63mm之间。申请人
相信,通过本方法和/或其它方法改进,例如增加张力或改变工艺速度,平放在平坦表面上
的完全烧结带的最大高度将小于1.5mm(如小于1mm,如小于0.7mm,如理想地小于约100微
米),例如,对于宽度为约10至15mm的带来说。
1m、如至少10m,并且具有如本文所述的宽度和厚度,并且/或者如至少10mm和/或不大于
20cm的宽度和至少10微米和/或不大于500微米、如不大于250微米、如不大于100微米、如不
大于50微米的厚度。
于宽度尺寸,并且宽度尺寸大于间隙尺寸。
表面之间的距离,烧结制品的宽度限定为与厚度正交的第一表面或第二表面中一个表面的
第一尺寸,并且烧结制品的长度限定为与烧结制品厚度和宽度正交的第一表面或第二表面
中一个表面的第二尺寸,
所述高表面质量有利于所述烧结制品的强度;和
面每平方厘米的由粘附或磨损导致的尺寸大于五微米的表面缺陷的平均面积±50%之内。
定1厘米的距离上1纳米至10微米。
厚度限定为第一表面和第二表面之间的距离,片材的宽度限定为与厚度正交的第一表面或
第二表面中一个表面的第一尺寸,并且片材的长度限定为与片材厚度和宽度正交的第一表
面或第二表面中一个表面的第二尺寸,
粒。
自的面积大于10平方厘米;
缺陷;并且
纳米至10微米。
第一表面和第二表面之间的距离,陶瓷带的宽度限定为与厚度正交的第一表面或第二表面
中一个表面的第一尺寸,并且陶瓷带的长度限定为与陶瓷带厚度和宽度正交的第一表面或
第二表面中一个表面的第二尺寸,
细粒;
面和第二表面各自的面积大于2平方厘米;
粘附或磨损;和