[发明专利]一种改善硼硅酸盐玻璃熔化均匀性的结构

说明书

技术领域

本发明属于TFT-LCD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-LCD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、无定形硅等)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(Na₂O，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SiO2、Al₂O3，B₂O3及碱土金属氧化物R0(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：(1)配料和熔解；(2)澄清和均化；(3)冷却；(4)成型；(5)退火、切割、检验和包装等。

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，B₂O3成分，其中的B₂O3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℃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℃)，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℃)，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℃，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℃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℃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。