專利名稱：碳化硅質(zhì)材料熱處理用夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面顯示板用的玻璃基板等的較大型的玻璃基板進(jìn)行熱處理時，用于載置該玻璃板所使用的板狀夾具。
但是，結(jié)晶化玻璃質(zhì)的熱處理用夾具，由于反復(fù)使用結(jié)晶相會發(fā)生變化，產(chǎn)生彎曲變形，所以，在使用較短的時間期間后就不能再使用。另外，結(jié)晶化玻璃質(zhì)熱處理用夾具，由于其剛性率低到80Gpa，在將夾具多段地塔組進(jìn)行玻璃基板的熱處理時，在2段以上的段中，夾具的中央部分向下彎曲，存在處理的玻璃基板產(chǎn)生變形的情況。
而且，結(jié)晶化玻璃質(zhì)熱處理用具，熱傳導(dǎo)率低至1W/mK，升溫時和降溫時在夾具內(nèi)易產(chǎn)生溫度分布，在這種溫度分布大時，玻璃基板在熱處理中生成處理斑紋，所以，升溫和降溫都需要足夠長的時間，限制了處理速度的提高。
因此，最近，以前在燒制衛(wèi)生陶器或瓷磚等的比較小型的制品時，使用的主相由碳化硅構(gòu)成的熱處理用夾具，也試圖應(yīng)用于在前述的玻璃基板的熱處理中。
然而，以前在衛(wèi)生陶器或瓷磚等的比較小型的制品在燒成時，使用的主相是由碳化硅構(gòu)成的熱處理用夾具通常面積在0.7米2以下，表面的平均算術(shù)粗糙度Ra超過200μm，對于夾具的彎曲等變形，在面積為0.7米2的情況下，允許3毫米的強度，但是，在使用平面顯示板等的玻璃基板的熱處理時，面積更大，表面更光滑，要求變形更小。
例如，作為平面顯示板一種的等離子體顯示板用的玻璃基板，因為基板自體推進(jìn)大型化，其熱處理用的夾具也使用面積為0.9米2以上的大型化夾具，而允許彎曲等的變形為1毫米以下。而且，如果在熱處理時，由于玻璃基板與熱處理用夾具的熱膨脹差使兩者的接觸面產(chǎn)生磨擦，熱處理用夾具的表面粗糙度象現(xiàn)有技術(shù)的那樣大的話，會因這種磨擦擦傷玻璃基板。這種擦傷的發(fā)生，隨著熱處理用夾具的加大而更顯著。
主相由碳化硅構(gòu)成的熱處理用夾具為了滿足前述玻璃基板熱處理的必要標(biāo)準(zhǔn)，通常需要對其表面進(jìn)行研磨、溶射、施釉等的表面加工以提高平面度。對于主相由碳化硅構(gòu)成的材質(zhì)，僅考慮提高其平面度而實施研磨加工時，進(jìn)行直到其表面成為鏡面狀的研磨，表面的粗糙度變得非常小。這種傾向，在對由碳化硅粒子構(gòu)成的成形體，在其氣孔中含浸金屬硅燒成得到的含浸硅的碳化硅進(jìn)行研磨時特別顯著。
但是，將玻璃基板載置在這種表面研磨成鏡面狀的熱處理用夾具上時，由于玻璃基板在夾具上滑動定位費時，同時熱處理后玻璃基板與熱處理用夾具緊密接觸，難以將其分離，由于緊密接觸，在熱處理中玻璃基板會發(fā)生斷裂、列紋等損傷。
另外，作為改善平面度的方法，在表面溶射或施釉與玻璃層熱膨脹一致后，通過研磨加工提高平面度。但是，在這種情況下，由于考慮提高平面度進(jìn)行研磨加工表面加工成鏡面狀，會產(chǎn)生與上述相同的問題。
而且，進(jìn)行溶射，表面近旁的氣孔被溶射膜覆蓋，使平面度提高，通過調(diào)整溶射原料的粒度可以控制平面度。但是，使用粒度大的溶射原料，由于原料的粒度的起因使溶射膜產(chǎn)生凸部，不僅不能改善表面粗糙度，相反擦傷了玻璃基板表面。
由于熱處理結(jié)束后，玻璃基板從夾具上的卸出從操作效率觀點考慮，通常通過設(shè)置吸盤等的吸著部件的自動機進(jìn)行，需要能夠使用自動機進(jìn)行取出操作。假若為面積在0.7米2以下的熱處理用夾具上載置的比較小型的玻璃基板，用自動機可能進(jìn)行卸出緊密接觸的夾具，但是，卸出時，緊密接觸部分會產(chǎn)生微小的缺陷。
另外，必須在面積為0.7米2以上的熱處理用夾具上載置比較大型的玻璃基板時，緊密接觸程度增加，難以用自動機進(jìn)行卸出操作。而且，在熱處理用夾具上必須載置面積為0.9米2以上的比較大型的玻璃基板時，緊密接觸程度增加更大，不僅不能用自動機進(jìn)行卸出操作，而且在卸出時會發(fā)生斷裂、裂紋等重大缺陷。
作為其對策，試圖在熱處理用夾具上加工空氣流通用的孔，以防止緊密接觸，但會有降低夾具的剛性，加大彎曲的問題。
按照本發(fā)明，提供的熱處理用夾具的特征是，用于在玻璃基板進(jìn)行熱處理時，載置該玻璃基板使用的板狀熱處理用夾具，主相由碳化硅構(gòu)成，在表面上設(shè)置有凹凸形狀，表面的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.01-200m，凹凸的平均間隔Sm與算術(shù)平均粗糙度Ra的比(Sm/Ra)為500以下。
而且，在本發(fā)明中，(算術(shù)平均粗糙度Ra)和(凹凸的平均間隔Sm)都是按JIS B 0601-1994定義的值。
本發(fā)明的熱處理用夾具的主相由碳化硅構(gòu)成的碳化硅質(zhì)熱處理用夾具。碳化硅與以前作為玻璃基板的熱處理用夾具的材料廣泛使用的結(jié)晶化玻璃相比，由于其剛性高，即使多段地的塔組彎曲也較小，可以抑制由夾具的彎曲引起的熱處理中玻璃基板的變形。具體地說，剛性率優(yōu)選在130Gpa以上，如果在200Gpa以上，彎曲更小是最優(yōu)選的。
此外，由于碳化硅質(zhì)夾具熱傳導(dǎo)率比結(jié)晶化玻璃夾具顯著地高，進(jìn)行升溫和降溫的時間短，夾具內(nèi)的溫度分布小，玻璃基板在熱處理中不易生成斑紋(ムラ)。因此，與以前相比，可短時間高效率地進(jìn)行熱處理。具體地說，熱傳導(dǎo)率優(yōu)選為80W/mK以上。而且，碳化硅質(zhì)夾具也具有象結(jié)晶化玻璃質(zhì)夾具那樣的生成顆粒成長的結(jié)日晶相，夾具自體隨時間變形小，可以長期穩(wěn)定地使用。
本發(fā)明用于那種載置發(fā)生緊密接觸和微小缺陷，通過自動機卸出困難的比較大型的玻璃基板，具有0.7米2以上面積的熱處理用夾具上有效特別是用于載在卸出時有可能發(fā)生斷裂、裂紋等的重大損傷比將特大型的玻璃基板，具有0.9米2以上的面積的熱處理用夾具上更好，這樣的大型玻璃基板在近年推進(jìn)大型化的等離子體顯示板等的平板顯示中主要使用的。
在本發(fā)明中，為防止玻璃基板的緊密接觸，表面具有凹凸形狀，表面的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.01-200m優(yōu)選0.1-20m，更優(yōu)選0.1-10m，凹凸的平均間隔Sm與算術(shù)平均粗糙度Ra的比(Sm/Ra)為500以下。
通過控制這種夾具表面的凹凸，在夾具與玻璃基板之間通過形成微細(xì)的空隙，可使空氣等氣體有流通的路徑，防止兩者的緊密接觸。另外，由于有這樣的表面狀態(tài)，玻璃基板載置在夾具上時玻璃基板在夾具上移動滑動而引起的位置偏移，因此容易定位。
此外，在夾具表面算術(shù)平均粗糙度Ra小于0.01m時，與凹凸的平均間隔Sm與算術(shù)平均粗糙度Ra的比(Sm/Ra)無關(guān)，由于玻璃基板與夾具的接觸部分緊密接觸，玻璃基板的一部分與夾具緊固，因此，卸出玻璃基板時，壓著部分殘留在夾具上，造成微小缺陷。
在夾具表面的算術(shù)平均粗糙度Ra大于0.01m的情況下，由于凹凸的平均間隔Sm與算術(shù)平均粗糙度Ra的比(Sm/Ra)在500以下，可防止玻璃基板與夾具緊密接觸，可防止發(fā)生上述那樣的微小缺陷。而且，夾具表面的算術(shù)平均粗糙度Ra大于0.1m，能夠縮短在夾具上設(shè)置玻璃基板時決定位置所要求的時間，在低溫處理時，可以減小夾具移動時玻璃基板的位置的偏移。
一方面，夾具表面的算術(shù)平均粗糙度Ra大于200m，熱處理時夾具與玻璃基板的溫度差使兩者發(fā)生磨擦，會擦傷玻璃基板。
另外，凹凸的平均間隔Sm與算術(shù)平均粗糙度Ra的比(Sm/Ra)超過500，熱處理時，意味著玻璃基板與夾具接觸增多，但是，在這種情況下，當(dāng)該接觸部分緊密接觸時，玻璃基板的一部分緊固在夾具上，卸出玻璃基板時壓著部分會殘留在夾具上，發(fā)生微小缺陷。而且，玻璃基板越大卸出玻璃基板就越困難，玻璃基板容易產(chǎn)生斷裂、裂紋損傷。
夾具表面的凹凸，可通過將碳化硅粒子做主要原料燒成的成形體而得到的燒成體表面用平面研磨盤等研磨后，通過進(jìn)行噴砂處理形成，其算術(shù)平均粗糙度Ra可通過碳化硅原料的粒度、噴砂投射材料和投射壓力來控制。另外，凹凸的平均間隔Sm可通過使用的碳化硅原料粒子的粒度和密集度控制。能夠由成形體的密度控制碳化硅粒子的密集度。
在本發(fā)明中，夾具的壁厚與面積之比(壁厚/面積)優(yōu)選為2.0×10-61/mm-7.3×10-61/mm。該值小于2.0×10-61/mm時，存在彎曲過大，玻璃基板變形的問題，該值大于7.3×10-61/mm時，由于重量加重，熱容量也超過必要量，增加了設(shè)備的負(fù)荷。
平面顯示板將向50英寸、60英寸的大型化發(fā)展，與此相伴，平面顯示板用玻璃基板的熱處理所需的夾具也將大型化，例如，熱處理用夾具的長邊達(dá)到為1000mm以上，短邊為500mm以上時，夾具的壁厚優(yōu)選為2-6mm。與上述相同，如壁厚小于2mm，有可能彎曲過大，玻璃基板發(fā)生變形。另外，如壁厚超過6mm，重量過重，熱容量也超過必要量，增加了設(shè)備的負(fù)擔(dān)。
從提高剛性率或熱傳導(dǎo)率的觀點看，本發(fā)明的熱處理用夾具，金屬硅含量為5-50質(zhì)量％。主相由碳化硅構(gòu)成的并含有所定量金屬硅的熱處理用夾具能夠通過例如將碳化硅粉末成形為所定的夾具形狀，將得到的成形體，在存在金屬硅的減壓的惰性氣體氣氛中或真空中，在含浸金屬硅的同時燒制來制造。在燒成中熔融并含浸于成形體中的金屬硅與充填在氣孔中作為的骨材的碳化硅粒子結(jié)合，使成形體致密化。
首先，將碳化硅粉末成形成所定的夾具形狀，得到的成形體預(yù)燒制，這種預(yù)燒成體在存在金屬硅的減壓的惰性氣體氣氛或真空中，通過在含浸金屬硅的同時進(jìn)行燒成使成形體致密化，可以制造同樣的熱處理用夾具。在這些制造方法中，通過控制金屬硅的充填量，可控制燒成后的表觀氣孔率。
含有金屬硅的熱處理用夾具，通過表層氧化，在表層中生成二氧化硅層(玻璃層)，能夠進(jìn)一步與作為被熱處理體的玻璃基板的反應(yīng)，同時由于碳化硅粒子的表面被二氧化硅層覆蓋，得到碳化硅粒子的邊緣丸化的效果，因此對玻璃基板不易損傷。
由于該玻璃層自己生成，即便不進(jìn)行預(yù)先生成的玻璃層的特別處理，只要在對玻璃基板一次熱處理也使用一次就可以基本生成，但為了提高效果，最好在氧化氣氛中進(jìn)行熱處理、或通過施釉、溶射等在表面生成玻璃層。
如表1所示，實施例1-12的熱處理用夾具，對作為熱處理對象的玻璃基板的沒有任何影響，但是，在表面算術(shù)平均粗糙度Ra超過200的比較例1、2和4的熱處理用夾具中產(chǎn)生玻璃基板擦傷，凹凸的平均間隔Sm與算術(shù)平均粗糙度Ra的比(Sm/Ra)超過500的比較例3的熱處理用夾具與玻璃基板緊密接觸，卸出困難。另外，由結(jié)晶化玻璃質(zhì)材料構(gòu)成的比較例5的熱處理用夾具，由于剛性低而彎曲大，玻璃基板產(chǎn)生彎曲，大同時，夾具自體也過早發(fā)生變形。
如上所述，本發(fā)明的熱處理用夾具，由于主相由碳化硅構(gòu)成，與傳統(tǒng)的玻璃基板熱處理中所使用的結(jié)晶化玻璃質(zhì)的夾具相比剛性更高，熱傳導(dǎo)率優(yōu)良，可以抑制由彎曲所引起的玻璃基板的變形，同時可在比較短的時間內(nèi)，高效率地進(jìn)行玻璃基板的均勻熱處理。另外，由于不會有生成顆粒成長的結(jié)晶相，夾具自體隨時間的變形小，可長期穩(wěn)定地使用。而且，通過適當(dāng)?shù)乜刂票砻娲植诙群桶纪归g隔，在夾具中不存在空穴，在夾具上的玻璃基板的定位及從夾具卸出玻璃基板都可容易地進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種玻璃基板進(jìn)行熱處理時，為載置該玻璃基板所使用的熱處理用夾具，其特征是主相由碳化硅構(gòu)成，在其表面具有凹凸形狀，表面的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.01-200m，凹凸的平均間隔Sm與算術(shù)平均粗糙度Ra的比(Sm/Ra)為500以下。
2.權(quán)利要求1所記載的熱處理用夾具，其中，表面的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.1-20m。
3.權(quán)利要求1所記載的熱處理用夾具，其中，表面的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.1-10m。
4.權(quán)利要求1-3的任一項所記載的熱處理用夾具，其中面積為0.7米2以上。
5.權(quán)利要求1-3的任一項所記載的熱處理用夾具，其中面積為0.9米2以上。
6.權(quán)利要求1-5的任一項所記載的熱處理用夾具，其中該玻璃基板是在平板顯示器中使用。
7.權(quán)利要求1-6的任一項所記載的熱處理用夾具，其中剛性率為130Gpa以上。
8.權(quán)利要求1-6的任一項所記載的熱處理用夾具，其中剛性率為200Gpa以上。
9.權(quán)利要求1-8的任一項所記載的熱處理用夾具，其中含金屬硅5-50質(zhì)量％。
10.權(quán)利要求1-9的任一項所記載的熱處理用夾具，其中壁厚與面積之比(壁厚/面積)為2.0×10-6·1/mm-7.3×10-6·1/mm。
11.權(quán)利要求9所記載的熱處理用夾具，其中在表層有二氧化硅層。
12.權(quán)利要求1-11的任一項所記載的熱處理用夾具，其中熱傳導(dǎo)率為80W/mK。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種熱處理用夾具,可以控制夾具自體隨時間變形及因彎曲使熱處理中的玻璃基板的變形,在具有穩(wěn)定性和適宜的剛性的同時,具有可在比較短時間內(nèi)高效率地進(jìn)行玻璃基板的均勻熱處理的優(yōu)良熱傳導(dǎo)性,改善了更大型玻璃基板的載置或卸出時的操作性。玻璃基板在進(jìn)行熱處理時,為載置該玻璃基板而使用的板狀熱處理用夾具。該夾具的主相由碳化硅構(gòu)成,在其表面設(shè)置有凹凸形狀,表面的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.01－200m,凹凸的平均間隔Sm與Ra的比(Sm/Ra)為500以下。
文檔編號C04B41/50GK1376647SQ02108008
公開日2002年10月30日 申請日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月22日
發(fā)明者木下壽治 申請人:日本礙子株式會社, Ngk阿德列克株式會社