JP2006008486A - Setter for heat treatment, method of manufacturing the same and method of heat-treating glass substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス基板等の材料(被熱処理材料)を載置した状態で加熱炉内に送給される矩形平板状の熱処理用セッターに関するものである。 The present invention relates to a heat treatment setter having a rectangular flat plate shape that is fed into a heating furnace in a state where a material (material to be heat treated) such as a glass substrate is placed.
近年、表示デバイスの多様化が進む中で、大画面の平面ディスプレイが注目されている。その代表格であるプラズマディスプレイパネル(以下、PDPと称す)の製作に使用されるガラス基板は、厚み2.8mm程度の薄肉平板状のソーダライム系ガラス板から形成されるのが通例である。このガラス基板の表面には、電極や絶縁層等の回路パターンを形成するためにペーストが塗布されると共に、その塗布されたペーストをガラス基板に定着させるために加熱炉において500〜700℃程度の温度域で熱処理が施される。 In recent years, with the diversification of display devices, a large-screen flat display attracts attention. A glass substrate used for manufacturing a typical plasma display panel (hereinafter referred to as PDP) is typically formed from a thin flat soda-lime glass plate having a thickness of about 2.8 mm. A paste is applied to the surface of the glass substrate in order to form a circuit pattern such as an electrode or an insulating layer, and the applied paste is fixed to the glass substrate at about 500 to 700 ° C. in a heating furnace. Heat treatment is performed in the temperature range.
上記の熱処理は、生産効率と省エネルギーの観点から、一般的にローラーハースキルン炉で実施されている。ローラーハースキルン炉は、複数本のローラーをガラス基板の搬送方向に並べて配置することにより構成した搬送手段(ローラーコンベア)を備えている。この際、ガラス基板をローラーコンベア上で搬送すると、ガラス基板に反りや歪みが発生したり、表面に傷が付く虞れがある。そのため図1に示すように、ガラス基板10を、矩形平板状のセッター11の上に載置し、炉内に設置された多数のローラー12上をセッター11が移動するようにしてガラス基板10を搬送するようにしている。 The above heat treatment is generally performed in a roller hearth kiln from the viewpoint of production efficiency and energy saving. The roller hearth kiln furnace includes transport means (roller conveyor) configured by arranging a plurality of rollers side by side in the transport direction of the glass substrate. At this time, if the glass substrate is conveyed on a roller conveyor, the glass substrate may be warped or distorted, or the surface may be damaged. Therefore, as shown in FIG. 1, the glass substrate 10 is placed on a rectangular flat plate-like setter 11, and the glass substrate 10 is moved so that the setter 11 moves on a large number of rollers 12 installed in the furnace. I am trying to carry it.
この熱処理に用いられるセッターは、繰り返し何度も使用され、しかも昇温、焼成、冷却の熱サイクルが短時間の間に繰り返されるため、耐熱衝撃性に優れていることが要求される。 The setter used for this heat treatment is used repeatedly many times, and since the thermal cycle of temperature raising, firing and cooling is repeated in a short time, it is required to have excellent thermal shock resistance.
また特にPDP用のガラス基板は、比較的軟化変形しやすい特性を有している。そのため熱処理時にセッターが変形すると、その変形に沿って、ガラス基板も変形し、平坦度が低下する。ガラス基板の平坦度が低下すると、電極や絶縁層等の回路パターンの配置にズレが生じ、表示性能が低下する。そのためセッターには、ガラス基板を載せる載置面が、平坦且つ平滑であり、焼成時における寸法変化が極力小さいこと、すなわち形状安定性に優れることが要求される。さらにPDPは、益々大型化する傾向にあり、それに使用するガラス基板も大板化しており、それに伴いセッターも大板化しなければならない。 In particular, the glass substrate for PDP has a characteristic that it is relatively soft and easily deformed. Therefore, when the setter is deformed during the heat treatment, the glass substrate is also deformed along the deformation, and the flatness is lowered. When the flatness of the glass substrate is lowered, the arrangement of circuit patterns such as electrodes and insulating layers is shifted, and display performance is lowered. For this reason, the setter is required to have a flat and smooth mounting surface on which the glass substrate is placed, and to have as little dimensional change during firing as possible, that is, excellent shape stability. Furthermore, the PDP tends to increase in size, and the glass substrate used for the PDP is also increased in size, so that the setter must also be increased in size.
従来より熱処理用セッターとしては、SiC質セラミックからなるセッターが提案されている。(例えば特許文献1)しかしSiC質セラミックは、セッターとして用いるには、熱膨張係数が高く、耐熱衝撃性が低いという欠点がある。また製造の際、セラミックを焼結させるための温度範囲が狭いため、温度管理が非常に難しい。さらに大板化すると、乾燥や焼成時に亀裂が発生しやすいため、工業生産には不向きである。 Conventionally, as a setter for heat treatment, a setter made of SiC ceramic has been proposed. (For example, Patent Document 1) However, SiC ceramics have the disadvantages of high thermal expansion coefficient and low thermal shock resistance when used as a setter. Moreover, since the temperature range for sintering a ceramic is narrow at the time of manufacture, temperature control is very difficult. If the plate is further increased, cracks are likely to occur during drying and firing, which is not suitable for industrial production.
また焼結後のSiC質セラミックは、表面の算術平均粗さRaが比較的大きい。このような材料をPDP等のガラス基板の熱処理用セッターとして用いると、ガラスとセラミックの硬度差から、両者の接触面の摩擦によって、ガラス基板表面に擦り傷が発生しやすい。この擦り傷の発生は、ガラス基板が大板化するほど顕著になる。そのため従来からSiC質セラミックの表面を研磨して平坦化することが提案されている。(例えば特許文献2)
しかしSiC質セラミックは、硬度が高く、加工性にも劣るため、機械加工には長時間を要する。さらにSiC質セラミックを加工するための工具の消耗が激しいため、生産性や製造コストの面で好ましくない。
The sintered SiC ceramic has a relatively large arithmetic average roughness Ra on the surface. When such a material is used as a setter for heat treatment of a glass substrate such as a PDP, the glass substrate surface is likely to be scratched due to friction between the contact surfaces of the glass and ceramic due to the difference in hardness between glass and ceramic. The occurrence of this scratch becomes more prominent as the glass substrate becomes larger. Therefore, it has been conventionally proposed to polish and flatten the surface of the SiC ceramic. (For example, Patent Document 2)
However, SiC ceramics are high in hardness and inferior in workability, so that machining requires a long time. Furthermore, since the consumption of tools for processing SiC ceramics is severe, it is not preferable in terms of productivity and manufacturing cost.
このような事情から、大板のガラス基板のセッターとして、低膨張の結晶化ガラスを使用することが提案されている。(例えば特許文献3)
低膨張の結晶化ガラスは、熱膨張係数がゼロに近いため、耐熱衝撃性に優れており、熱変形が起こり難い。またSiC質セラミックに比べて、大板化するのが容易である。さらに加工性に優れ、比較的容易に表面を平滑面にすることができる。 Low-expansion crystallized glass has a thermal expansion coefficient close to zero, and therefore has excellent thermal shock resistance and is unlikely to undergo thermal deformation. In addition, it is easy to increase the size as compared with SiC ceramics. Furthermore, it is excellent in workability, and the surface can be made smooth relatively easily.
ところでガラス基板の熱処理効率を向上するためには、一度にできるだけ多くのガラス基板を熱処理炉内に投入することが望ましい。そのため複数枚のセッターを、スペーサーを介して棚状に積み重ね、各セッター上にガラス基板を載置し、この状態で熱処理炉内に投入する方法が知られている。例えば図2に示すように2枚のセッター13、14を準備し、一方のセッター13の上面四隅近傍に棒状(例えば円柱状)のスペーサ15を立て、各スペーサ15上に、他方のセッター14を載置し、2枚のセッター13、14を棚状に積み重ねてから、各々のセッター13、14の上面中央部にガラス基板16、17を載置する方法が知られている。 By the way, in order to improve the heat treatment efficiency of the glass substrate, it is desirable to put as many glass substrates as possible into the heat treatment furnace at a time. Therefore, a method is known in which a plurality of setters are stacked in a shelf shape via spacers, a glass substrate is placed on each setter, and the state is put into a heat treatment furnace in this state. For example, as shown in FIG. 2, two setters 13 and 14 are prepared, rod-like (for example, columnar) spacers 15 are set up near the upper four corners of one setter 13, and the other setter 14 is placed on each spacer 15. A method is known in which two setters 13 and 14 are stacked and stacked, and then glass substrates 16 and 17 are placed on the center of the upper surface of each setter 13 and 14.
この方法によると、上下段の各セッター13、14の間には、一定の空隙が形成されることになり、この空隙によって、熱処理炉内において雰囲気の自由な流通が実現する。その結果、各ガラス基板16、17を均等に熱処理することが可能となる。 According to this method, a fixed gap is formed between the upper and lower setters 13 and 14, and this gap allows free circulation of the atmosphere in the heat treatment furnace. As a result, the glass substrates 16 and 17 can be uniformly heat-treated.
しかしながら、上段のセッター14は、その四隅がスペーサ15によって点支持されているだけであるため、図3(a)に示すように上段のセッター14の自重と、その上に載置されたガラス基板17の荷重によって、上段のセッター14の中央部が下方に垂れるように反りやすく、平坦性を維持することが困難である。またローラーコンベアの種類によっては、下段のセッター13が反ることもある。すなわち図3(b)に示すように玉付きローラー18を備えた加熱炉の場合には、ローラー18と下段のセッター13は、やや中央寄りで当接することになり、しかも下段のセッター13の両端には、上段のセッター14と、その上に載置されたガラス基板17の荷重が加わることになるため、下段のセッター13の中央部が上方に突出するように反ることがある。 However, since the upper setter 14 is only point-supported at the four corners by the spacers 15, as shown in FIG. 3A, the weight of the upper setter 14 and the glass substrate placed thereon are provided. With the load of 17, it is easy to warp so that the center part of the upper setter 14 may hang down, and it is difficult to maintain flatness. Depending on the type of roller conveyor, the lower setter 13 may warp. That is, in the case of a heating furnace provided with a balled roller 18 as shown in FIG. 3B, the roller 18 and the lower setter 13 are in contact with each other slightly closer to the center, and both ends of the lower setter 13 Since the load of the upper setter 14 and the glass substrate 17 placed thereon is applied, the center portion of the lower setter 13 may warp so as to protrude upward.
このように一旦セッターに反りが発生すると、二度と平坦な形状に復元することはない。そして反りが生じたセッター上に、PDPに用いられるようなガラス基板を載置して熱処理を行うと、ガラス基板が軟化してセッターの表面形状に沿って形状変化するため、ガラス基板にも反りが発生する。特に大型のガラス基板を熱処理するために用いられるセッターは、大板で面積が広いため、中央部の反りが大きくなり、ガラス基板の反りが一層顕著となる。 Thus, once the setter warps, it will never be restored to a flat shape. When a glass substrate such as that used for PDP is placed on the setter where the warpage has occurred and heat treatment is performed, the glass substrate softens and changes shape along the surface shape of the setter. Will occur. In particular, a setter used for heat-treating a large glass substrate is a large plate and has a large area, so that the warp of the central portion becomes large, and the warp of the glass substrate becomes more remarkable.
本発明の目的は、高温下で局所的な荷重が加わっても、長期的な形状安定性を有し、且つ、熱処理炉内外での急熱急冷による熱衝撃に強く、さらに大板化が容易な熱処理用セッターを提供することである。 The object of the present invention is that it has long-term shape stability even when a local load is applied at high temperatures, is resistant to thermal shock caused by rapid and rapid cooling inside and outside the heat treatment furnace, and can be easily made larger. Is to provide a setter for heat treatment.
上記技術的課題を解決するためになされた本発明の熱処理用セッターは、被熱処理材料を載置するための熱処理用セッターであって、結晶相としてβ−石英固溶体を81〜95質量%含有するLi2O−Al2O3−SiO2系結晶化ガラス板からなることを特徴とする。 The heat-treating setter of the present invention made to solve the above technical problem is a heat-treating setter for placing a material to be heat-treated, and contains 81 to 95% by mass of β-quartz solid solution as a crystal phase. characterized by comprising the li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystallized glass plate.
また本発明の熱処理用セッターの製造方法は、Li2O−Al2O3−SiO2系結晶性ガラス板を準備した後、700〜900℃の温度域で熱処理し、さらに800〜1100℃の温度域で熱処理することによって、内部にβ−石英固溶体を81〜95質量%析出させることを特徴とする。 The manufacturing method of the heat treatment for the setter of the present invention, after preparing the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystallized glass plate was subjected to heat treatment in a temperature range of 700 to 900 ° C., further 800 to 1100 ° C. By heat-treating in a temperature range, 81 to 95% by mass of β-quartz solid solution is precipitated inside.
また本発明のガラス基板の熱処理方法は、複数枚の熱処理用セッターを、スペーサを介して棚状に積み重ね、各熱処理用セッターの上にガラス基板を載置した状態で熱処理するガラス基板の熱処理方法であって、前記熱処理用セッターは、結晶相としてβ−石英固溶体を81〜95質量%含有するLi2O−Al2O3−SiO2系結晶化ガラス板からなることを特徴とする。 The glass substrate heat treatment method of the present invention is a heat treatment method for a glass substrate in which a plurality of heat treatment setters are stacked in a shelf shape via a spacer, and the glass substrate is placed on each heat treatment setter. The setter for heat treatment is characterized by comprising a Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystallized glass plate containing 81 to 95% by mass of β-quartz solid solution as a crystal phase.
本発明の熱処理用セッターは、結晶相としてβ−石英固溶体を81〜95質量%含有するLi2O−Al2O3−SiO2系結晶化ガラス板(Li2O、Al2O3及びSiO2を必須成分として含有する結晶化ガラス板)から形成されてなるため、高温下で局所的な荷重が加わっても、長期的な形状安定性を有し、且つ、熱処理炉内外での急熱急冷による熱衝撃に強く、さらに大板化が容易である。そのため大板のPDP用ガラス基板の熱処理用セッターとして好適である。 The setter for heat treatment of the present invention is a Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystallized glass plate (Li 2 O, Al 2 O 3 and SiO 2) containing 81 to 95% by mass of β-quartz solid solution as a crystal phase. Crystallized glass plate containing 2 as an essential component), it has long-term shape stability even when a local load is applied at high temperatures, and rapid heating inside and outside the heat treatment furnace Resistant to thermal shock due to rapid cooling and easy to enlarge. Therefore, it is suitable as a setter for heat treatment of a large glass substrate for PDP.
本発明の熱処理用セッターは、Li2O−Al2O3−SiO2系の結晶化ガラス板から形成される。Li2O−Al2O3−SiO2系の結晶性ガラスは、所定の条件で熱処理することによって、負の膨張係数を有するβ―石英固溶体が析出し、この結晶の持つ熱膨張挙動を材料全体に反映させることができる。そのため結晶化ガラスの熱膨張係数を略ゼロに近づけることができ、耐熱衝撃性や形状安定性に優れた材料となる。 The setter for heat treatment of the present invention is formed from a Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystallized glass plate. Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 crystalline glass is a material that exhibits the thermal expansion behavior of this crystal when β-quartz solid solution having a negative expansion coefficient is precipitated by heat treatment under predetermined conditions. It can be reflected in the whole. Therefore, the thermal expansion coefficient of crystallized glass can be brought close to substantially zero, and the material has excellent thermal shock resistance and shape stability.
結晶化ガラスが高温下で局所的な荷重を受けた場合に変形する理由は、結晶化ガラス内部におけるガラス相が軟化変形するためである。そのため結晶化ガラスの変形を抑えるためには、β−石英固溶体の含有割合、すなわち結晶量を増加させる必要がある。つまりβ−石英固溶体は、熱処理によってガラス相が軟化変形する時に、物理的な障害となり、変形の進行を抑える働きを有するため、その含有量が多いほど、ガラス基板の変形防止効果が大きくなる。 The reason why the crystallized glass is deformed when subjected to a local load at a high temperature is that the glass phase inside the crystallized glass is softened and deformed. Therefore, in order to suppress the deformation of the crystallized glass, it is necessary to increase the content ratio of the β-quartz solid solution, that is, the amount of crystals. That is, the β-quartz solid solution has a function of becoming a physical obstacle and suppressing the progress of deformation when the glass phase is softened and deformed by heat treatment, so that the larger the content thereof, the greater the effect of preventing deformation of the glass substrate.
本発明者等の知見によると、従来から熱処理用セッターに使用されてきたLi2O−Al2O3−SiO2系結晶化ガラス板は、β−石英固溶体の結晶量が50〜75質量%程度であり、これを81%以上にすると、結晶化ガラスの変形に寄与するガラス相の割合が少なくなり、しかもβ−石英固溶体が、結晶化ガラスの変形に対する物理的な障害となるため、結晶化ガラスの変形を抑えることができる。ただしβ−石英固溶体の結晶量が95質量%を超えると、結晶化ガラスの熱膨張係数が、負側に大きくなりすぎ、例えばPDP用ガラス基板のように約80×10-7/℃という大きな熱膨張係数を有する材質のガラス基板を熱処理する時、セッターとガラス基板の熱膨張差から、熱処理中に摩擦が生じ、ガラス基板に変形が生じたり、擦り傷が発生しやすくなる。β−石英固溶体の結晶量の好ましい範囲は85〜95質量%、より好ましい範囲は85〜90質量%である。尚、本発明においては、上記の効果を損なわない限り、β−石英固溶体以外の結晶を析出しても構わない。 According to the knowledge of the present inventors, the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystallized glass plate that has been conventionally used in heat setters has a crystal content of β-quartz solid solution of 50 to 75% by mass. If this is 81% or more, the proportion of the glass phase contributing to the deformation of the crystallized glass decreases, and the β-quartz solid solution becomes a physical obstacle to the deformation of the crystallized glass. The deformation of the vitrified glass can be suppressed. However, when the amount of crystal of the β-quartz solid solution exceeds 95% by mass, the thermal expansion coefficient of the crystallized glass becomes too large on the negative side, for example, as large as about 80 × 10 −7 / ° C. like a glass substrate for PDP. When a glass substrate made of a material having a thermal expansion coefficient is heat-treated, friction occurs during the heat treatment due to the difference in thermal expansion between the setter and the glass substrate, and the glass substrate is likely to be deformed or scratched. A preferable range of the crystal amount of the β-quartz solid solution is 85 to 95% by mass, and a more preferable range is 85 to 90% by mass. In the present invention, crystals other than the β-quartz solid solution may be precipitated as long as the above effects are not impaired.
また本発明で使用するLi2O−Al2O3−SiO2系結晶化ガラスは、30〜750℃における平均線熱膨張係数が、−10〜+10×10-7/℃の範囲にあれば、結晶化ガラスの耐熱衝撃性が向上し、熱処理時に結晶化ガラスの内部に温度差が発生しても、熱膨張差で割れ難くなる。特に30〜750℃における平均線熱膨張係数が、−10〜+5×10-7/℃の範囲にあれば、非常に優れた耐熱衝撃性が得られる。 The Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 crystallized glass used in the present invention has an average linear thermal expansion coefficient at 30 to 750 ° C. in the range of −10 to + 10 × 10 −7 / ° C. The thermal shock resistance of the crystallized glass is improved, and even if a temperature difference occurs inside the crystallized glass during heat treatment, it becomes difficult to break due to the difference in thermal expansion. In particular, if the average linear thermal expansion coefficient at 30 to 750 ° C. is in the range of −10 to + 5 × 10 −7 / ° C., very excellent thermal shock resistance can be obtained.
またLi2O−Al2O3−SiO2系結晶化ガラス板は、厚さ4mmでの平均透過率が、波長400〜800nmにおいて、30%以上であることが好ましい。この平均透過率が30%以上であれば、セッターを通してガラス基板を確認することが可能である。そのためセッターを棚状に積み重ねて熱処理する場合、上段のセッターを通して、下段のガラス基板を視認できるため、作業安全性が向上する。またセッター上にガラス基板を載置する時、下段のガラス基板の位置を確認しながら、上段のガラス基板の位置合わせができるため、作業効率も向上する。 The Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystallized glass plate preferably has an average transmittance of 30% or more at a wavelength of 400 to 800 nm at a thickness of 4 mm. If this average transmittance is 30% or more, the glass substrate can be confirmed through a setter. Therefore, when the setters are stacked in a shelf shape and heat-treated, the lower glass substrate can be visually recognized through the upper setter, thereby improving work safety. Further, when the glass substrate is placed on the setter, the upper glass substrate can be aligned while checking the position of the lower glass substrate, so that the work efficiency is also improved.
またLi2O−Al2O3−SiO2系結晶化ガラス板は、厚さ4mmでの平均透過率が、波長1〜2μmにおいて、70%以上であることが好ましい。この平均透過率が70%以上(より好ましくは75%以上)であれば、セッターを透過する熱線が多く、ガラス基板を効率良く、且つ均一に加熱することができる。 The Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystallized glass plate preferably has an average transmittance of 70% or more at a wavelength of 1 to 2 μm at a thickness of 4 mm. If this average transmittance is 70% or more (more preferably 75% or more), there are many heat rays that pass through the setter, and the glass substrate can be efficiently and uniformly heated.
また本発明の熱処理用セッターは、被熱処理材料を載置する面の表面粗さ(Ra)が1.0μm以下であることが好ましい。その理由は、上記表面粗さが1.0μmより大きくなると、セッターと被熱処理材料との間に生じた摩擦によって、被熱処理材料の表面に擦り傷が入りやすくなるからである。特に被熱処理材料がPDP用ガラス基板のように大板である場合は、セッターとガラス基板との接触面積が大きくなり、擦り傷がより発生しやすくなるため好ましくない。この表面粗さのより好ましい範囲は0.7μm以下、さらに好ましい範囲は0.5μm以下である。 In the heat-treating setter of the present invention, the surface roughness (Ra) of the surface on which the heat-treated material is placed is preferably 1.0 μm or less. The reason is that when the surface roughness is larger than 1.0 μm, the surface of the heat-treated material is easily scratched by the friction generated between the setter and the heat-treated material. In particular, when the material to be heat-treated is a large plate such as a glass substrate for PDP, the contact area between the setter and the glass substrate is increased, and scratches are more likely to occur. A more preferable range of the surface roughness is 0.7 μm or less, and a more preferable range is 0.5 μm or less.
また本発明の熱処理用セッターは、被熱処理材料を載置する面(一方の面)の表面積が14000cm2以上である場合に、形状安定性(反り防止)の効果が顕著に発揮される。また、このような表面積の大きい熱処理用セッターは、PDP用ガラス基板を載置するのに適している。上記表面積の好ましい範囲は、20000cm2以上、より好ましい範囲は、22000cm2以上である。尚、本発明の熱処理用セッターは、一方の面のみを載置面にしても良いし、両方の面(表面と裏面)を載置面として使用しても良い。また熱処理用セッターの厚みは、2〜10mm程度が適当であるが、強度面を考慮すると、表面積が大きくなるに伴って、厚みも大きくすることが好ましい。具体的には、上記表面積が14000cm2以上の場合には、4mm以上(好ましくは5mm以上)の厚みが適している。 In addition, the setter for heat treatment of the present invention exhibits the effect of shape stability (warping prevention) remarkably when the surface area (one surface) on which the material to be heat treated is 14000 cm 2 or more. Further, such a heat treatment setter having a large surface area is suitable for mounting a glass substrate for PDP. A preferable range of the surface area is 20000 cm 2 or more, and a more preferable range is 22000 cm 2 or more. In the heat treatment setter of the present invention, only one surface may be used as the mounting surface, or both surfaces (front surface and back surface) may be used as the mounting surface. The thickness of the setter for heat treatment is suitably about 2 to 10 mm. However, considering the strength, it is preferable to increase the thickness as the surface area increases. Specifically, when the surface area is 14000 cm 2 or more, a thickness of 4 mm or more (preferably 5 mm or more) is suitable.
また本発明におけるLi2O−Al2O3−SiO2系結晶化ガラス板は、質量百分率で、SiO2 55〜70%、Al2O3 15〜30%、Li2O 2.5〜6%、ZnO 0〜4%、BaO 0〜5%、TiO2 1〜6%、ZrO2 0〜4%、P2O5 0〜5%、MgO 0〜3%、Na2O 0〜4%、K2O 0〜4%の組成を含有することが好ましい。 The Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystallized glass plate in the present invention, by mass percentage, SiO 2 55~70%, Al 2 O 3 15~30%, Li 2 O 2.5~6 %, 0~4% ZnO, BaO 0~5 %, TiO 2 1~6%, ZrO 2 0~4%, P 2 O 5 0~5%, 0~3% MgO, Na 2 O 0~4% It is preferable to contain a composition of 0 to 4% of K 2 O.
Li2O−Al2O3−SiO2系結晶化ガラス板の組成範囲を上記のように限定した理由は、次のとおりである。 The reason why the composition range of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystallized glass plate is limited as described above is as follows.
SiO2は、ガラスのネットワークフォーマーであると共に、β−石英固溶体の結晶を構成する成分であるが、その含有量が55%より少ないと、ガラスが失透しやすくなり、化学的耐久性も低下する。一方、70%より多いと、ガラスの溶解性が低下する。SiO2の好ましい含有量は、60〜70%である。 SiO 2 is a glass network former and a component constituting a β-quartz solid solution crystal. If its content is less than 55%, the glass tends to be devitrified, and the chemical durability is also improved. descend. On the other hand, when it exceeds 70%, the solubility of the glass is lowered. The preferable content of SiO 2 is 60 to 70%.
Al2O3も、結晶を構成する成分であるが、15%より少ないと、ガラスの溶解性が低下する。一方、30%より多いと、ガラスが失透しやすくなり、化学的耐久性が低下する。Al2O3の好ましい含有量は、15〜25%である。 Al 2 O 3 is also a component constituting the crystal, but if it is less than 15%, the solubility of the glass is lowered. On the other hand, if it exceeds 30%, the glass tends to devitrify and the chemical durability is lowered. The preferable content of Al 2 O 3 is 15 to 25%.
Li2Oも、結晶を構成する成分であるが、2.5%より少ないと、所望の結晶が析出し難くなる。一方、6%より多いと、ガラスの化学的耐久性が低下する。Li2Oの好ましい含有量は、3〜5%である。 Li 2 O is also a component constituting the crystal, but if it is less than 2.5%, it becomes difficult to deposit a desired crystal. On the other hand, if it exceeds 6%, the chemical durability of the glass is lowered. The preferable content of Li 2 O is 3 to 5%.
ZnOは、結晶を析出させやすくする成分であるが、4%より多いと、ガラスが失透しやすくなるため、ガラスの徐冷時や結晶化時に、熱処理のコントロールが困難となる。ZnOの好ましい含有量は、0〜3%である。 ZnO is a component that facilitates the precipitation of crystals, but if it exceeds 4%, the glass tends to be devitrified, so that it becomes difficult to control the heat treatment during slow cooling or crystallization of the glass. The preferable content of ZnO is 0 to 3%.
BaOは、ガラスの溶解性を向上し、失透物の発生を防止するための成分であるが、5%より多いと、所望の結晶量が得られがたく、また熱膨張係数が高くなって、熱的特性が低下する。BaOの好ましい含有量は、0〜4%である。 BaO is a component for improving the solubility of the glass and preventing the generation of devitrified substances. However, if it exceeds 5%, it is difficult to obtain the desired amount of crystals and the thermal expansion coefficient becomes high. , The thermal properties are reduced. The preferable content of BaO is 0 to 4%.
TiO2は、核形成剤として作用する成分である。その含有量が1%より少ないと、結晶化が安定して起こらず、結晶が粗大になり、その結果、化学的耐久性が低下する。一方、6%より多いと、色調が褐色となり、透明性が損なわれる。TiO2の好ましい含有量は、1〜5%である。 TiO 2 is a component that acts as a nucleating agent. If the content is less than 1%, crystallization does not occur stably and the crystal becomes coarse, resulting in a decrease in chemical durability. On the other hand, if it exceeds 6%, the color tone becomes brown and the transparency is impaired. The preferable content of TiO 2 is 1 to 5%.
ZrO2も核形成剤として作用する成分であるが、溶解し難いため、多量に含有することは好ましくない。特に4%より多いと、ガラス中に失透物が発生しやすくなる。ZrO2の好ましい含有量は、0〜3%である。 ZrO 2 is also a component that acts as a nucleating agent, but it is difficult to dissolve it, so it is not preferable to contain a large amount. In particular, when it exceeds 4%, devitrified substances are likely to be generated in the glass. The preferable content of ZrO 2 is 0 to 3%.
P2O5は、ZrO2の難溶解性を著しく改善する成分であるが、5%より多いと、ガラスが分相しやすくなって均一なガラスが得られ難くなる。P2O5の好ましい含有量は、0〜3%である。 P 2 O 5 is a component that remarkably improves the poor solubility of ZrO 2 , but if it exceeds 5%, the glass tends to phase-separate and it becomes difficult to obtain a uniform glass. The preferable content of P 2 O 5 is 0 to 3%.
MgOは、結晶を析出しやすくする成分であるが、3%より多いと、熱膨張係数が大きくなりすぎる。MgOの好ましい含有量は、0〜2%である。 MgO is a component that facilitates precipitation of crystals, but if it exceeds 3%, the thermal expansion coefficient becomes too large. A preferable content of MgO is 0 to 2%.
Na2OとK2Oは、ガラスの溶融性を向上させる成分であるが、各々4%より多いと、化学的耐久性が著しく低下する。また、これらの成分の合量が7%より多いと、結晶性が悪くなると共に、熱膨張係数が高くなりすぎるため好ましくない。 Na 2 O and K 2 O are components that improve the meltability of the glass, but if they are more than 4% each, the chemical durability is remarkably lowered. Further, if the total amount of these components is more than 7%, the crystallinity is deteriorated and the thermal expansion coefficient becomes too high, which is not preferable.
また本発明では、上記成分以外にも、As2O3、Sb2O3、CaO、PbO等の成分を、各々2%まで含有させることによって、ガラスの溶解性、作業性、均一性等を向上させることができる。但し、As2O3は、環境負荷物質であるため、極力使用を避けるべきである。さらにガラスの安定性を改善するため、F2、Cl2、SO3、Fe2O3の群から選択される一種、又は2種以上を、合量で0.5%まで含有させることができる。 In addition, in the present invention, in addition to the above components, components such as As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , CaO, PbO and the like can be incorporated up to 2%, respectively, so that the solubility, workability, uniformity, etc. of the glass can be improved. Can be improved. However, As 2 O 3 is an environmentally hazardous substance and should be avoided as much as possible. Furthermore, in order to improve the stability of the glass, one or two or more selected from the group of F 2 , Cl 2 , SO 3 and Fe 2 O 3 can be contained up to a total amount of 0.5%. .
本発明の熱処理用セッターは、Li2O−Al2O3−SiO2系結晶性ガラス板を準備した後、700〜900℃の温度域で熱処理(一次熱処理)し、さらに800〜1100℃の温度域で熱処理(二次熱処理)することによって製造することができる。 The heat-treating setter of the present invention is prepared by preparing a Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystalline glass plate, then heat-treating (primary heat-treatment) in a temperature range of 700 to 900 ° C., and further 800 to 1100 ° C. It can be manufactured by heat treatment (secondary heat treatment) in a temperature range.
Li2O−Al2O3−SiO2系結晶性ガラス板を製造するには、所望の組成を有するガラスとなるようにガラス原料を調合した後、溶融炉に投入し、1500〜1650℃で、10〜20時間溶解し、次いでロールアウト法やプレス法等で、所望の寸法の板状ガラスに成形し、徐冷すれば良い。また一次熱処理の時間を30〜180分間に設定し、二次熱処理の時間を10〜180分間に設定することが好ましい。また必要に応じて、表面(載置面)を平滑にするため研磨したり、端面やコーナー部の欠けや割れを防止するため面取りや角採りを行っても良い。 In order to produce a Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystalline glass plate, a glass raw material is prepared so as to be a glass having a desired composition, and then charged into a melting furnace at 1500 to 1650 ° C. , For 10 to 20 hours, and then formed into a sheet glass having a desired size by a roll-out method, a press method, or the like, and slowly cooled. Moreover, it is preferable to set the time for primary heat treatment to 30 to 180 minutes and the time for secondary heat treatment to 10 to 180 minutes. Further, if necessary, the surface (mounting surface) may be polished to make it smooth, or chamfering or chamfering may be performed to prevent end faces and corners from being chipped or cracked.
また本発明の熱処理用セッターを用いてガラス基板を熱処理する場合、スペーサを介して棚状に積み重ね、各熱処理用セッターの上にガラス基板を載置した状態で熱処理すると、生産効率が向上するため好ましい。 In addition, when heat-treating a glass substrate using the heat-treating setter of the present invention, stacking in a shelf shape via a spacer and heat-treating the glass substrate placed on each heat-treating setter improves production efficiency. preferable.
この場合、熱処理用セッターの所定箇所に凹みを形成し、その凹みにスペーサを嵌合したり、熱処理用セッターの所定箇所にスペーサを固着すると、セッターの倒壊や位置ずれが防止されるため好ましい。またスペーサは、熱処理用セッターを一定の間隔で保持できるものであればいずれも使用可能であり、形状としては、円柱状、角柱状、板状、球状等が適しており、材料としては、セラミック、結晶化ガラス、金属、窒化物等が適している。 In this case, it is preferable to form a recess at a predetermined position of the heat treatment setter and fit a spacer into the recess or to fix the spacer to the predetermined position of the heat treatment setter because the setter is prevented from collapsing or being displaced. Any spacer can be used as long as it can hold the setter for heat treatment at regular intervals. The shape is suitable to be cylindrical, prismatic, plate, spherical, etc., and the material is ceramic. Crystallized glass, metal, nitride and the like are suitable.
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples.
まず質量百分率で、SiO2 65.9%、Al2O3 22.0%、MgO 0.1%、Li2O 4.0%、Na2O 0.5%、K2O 0.5%、P2O5 1.5%、ZrO2 2.5%、BaO 0.5%、TiO2 2.0%、As2O3 0.5%の組成となるようにガラス原料を調合し、白金ルツボを用いて1580℃で16時間溶解した後、カーボン台上に流し出し、ローラー成形することによって4mm厚の板状ガラスを作製した。 First, by mass percentage, SiO 2 65.9%, Al 2 O 3 22.0%, MgO 0.1%, Li 2 O 4.0%, Na 2 O 0.5%, K 2 O 0.5% , P 2 O 5 1.5%, ZrO 2 2.5%, BaO 0.5%, TiO 2 2.0%, As 2 O 3 0.5% After melting at 1580 ° C. for 16 hours using a platinum crucible, the glass plate was cast on a carbon table and formed into a 4 mm thick plate glass by roller molding.
次いで、この板状ガラスを300℃/時の速度で780℃(一次熱処理温度)まで昇温し、その温度で120分間保持して核形成を行った後、さらに80℃/時の速度で、次の表1に示す温度(二次熱処理温度)まで昇温し、各温度で60分間保持することによって結晶を析出させた。 Next, the plate-like glass was heated to 780 ° C. (primary heat treatment temperature) at a rate of 300 ° C./hour, held at that temperature for 120 minutes to perform nucleation, and further at a rate of 80 ° C./hour, The temperature was raised to the temperatures shown in the following Table 1 (secondary heat treatment temperature), and crystals were precipitated by holding at each temperature for 60 minutes.
こうして得られた結晶化ガラスについて、結晶相と結晶量、波長400〜800nmと波長1〜2μmにおける平均透過率、熱膨張係数、表面粗さ(Ra)、及び変形量を調べ、その結果も表1に示した。尚、表中のβ−Qは、β−石英固溶体を意味している。 The crystallized glass thus obtained was examined for crystal phase and crystal amount, average transmittance at wavelengths of 400 to 800 nm and wavelengths of 1 to 2 μm, thermal expansion coefficient, surface roughness (Ra), and deformation amount, and the results are also shown. It was shown in 1. In the table, β-Q means β-quartz solid solution.
表1から明らかなように、実施例1〜3は、いずれも結晶相としてβ−石英固溶体を析出し、結晶量が83質量%以上であった。また400〜800nmにおける平均透過率が40〜70%、1〜2μmにおける平均透過率が85%、熱膨張係数が−4〜−5×10-7/℃、表面粗さ(Ra)が0.2であった。さらに変形量は、20×10-4%以下であった。 As is clear from Table 1, in Examples 1 to 3, a β-quartz solid solution was precipitated as a crystal phase, and the amount of crystals was 83% by mass or more. The average transmittance at 400 to 800 nm is 40 to 70%, the average transmittance at 1 to 2 μm is 85%, the thermal expansion coefficient is −4 to −5 × 10 −7 / ° C., and the surface roughness (Ra) is 0. 2. Furthermore, the amount of deformation was 20 × 10 −4 % or less.
一方、比較例1は、β−石英固溶体を析出しているものの、変形量が45×10-4%であり、実施例に比べて大幅に変形した。 On the other hand, in Comparative Example 1, although β-quartz solid solution was precipitated, the deformation amount was 45 × 10 −4 %, which was significantly deformed as compared with the Example.
尚、表中の結晶相は、粉末X線回折法(株式会社リガク製RINT2100)によって確認し、結晶量は、上記粉末X線回折法により得られた回折パターンから、ピーク面積法を用いて算出した。 The crystal phase in the table was confirmed by a powder X-ray diffraction method (RINT2100 manufactured by Rigaku Corporation), and the amount of crystals was calculated from the diffraction pattern obtained by the powder X-ray diffraction method using the peak area method. did.
平均透過率は、試料ガラスを所定寸法に加工し、厚みが4mmとなるように両面研磨した後、分光光度計(島津製UV2500PC)を用いて測定した。 The average transmittance was measured using a spectrophotometer (Shimadzu UV 2500PC) after processing the sample glass into a predetermined dimension and polishing both surfaces so that the thickness was 4 mm.
熱膨張係数は、差動検出式相対膨張計を用いて、30〜750℃の温度における平均線熱膨張係数を測定した。 The coefficient of thermal expansion measured the average linear thermal expansion coefficient in the temperature of 30-750 degreeC using the differential detection type relative dilatometer.
表面粗さ(Ra)は、触針式表面粗さ計(JUKI株式会社製JP7200F)を用いた測定した。 The surface roughness (Ra) was measured using a stylus type surface roughness meter (JP7200F manufactured by JUKI Corporation).
変形量は、次の方法で求めた。まず各試料ガラスから、幅5mm、長さ75mm、厚さ2.5mmの試験体を切り出した。次に図4に示すように、定盤19上に間隔60mmで平行に配置した2本の支持棒20、21の上に試験体22を載置した。次に、この試験体22の中心部に、500gの錘23をつり下げ、垂直荷重を加えた状態で、750℃で24時間加熱した。変形量は、加熱後の試験体22の中心変形量を測定し、その値を次式に代入して算出した。 The amount of deformation was determined by the following method. First, a specimen having a width of 5 mm, a length of 75 mm, and a thickness of 2.5 mm was cut out from each sample glass. Next, as shown in FIG. 4, the test body 22 was placed on the two support bars 20, 21 arranged in parallel on the surface plate 19 with a spacing of 60 mm. Next, a 500 g weight 23 was suspended at the center of the test body 22 and heated at 750 ° C. for 24 hours with a vertical load applied. The amount of deformation was calculated by measuring the amount of central deformation of the specimen 22 after heating and substituting that value into the following equation.
変形量=(中心変形量/(試験体の長さ)2×100)
また実施例3と同じ条件で、長さ1700mm、幅1300mm、厚み5mmの結晶化ガラス板(熱処理用セッター)を2枚作製し、図2に示すように、一方のセッターの上面四隅近傍にスペーサを立て、その上に他方のセッターを棚状に積み重ね、各セッターの上に42インチ用PDP用ガラス基板(日本電気硝子株式会社製PP−8)を載置し、600℃で1000時間熱処理したところ、セッターやガラス基板に形状変化は認められなかった。
Deformation amount = (center deformation amount / (length of specimen) 2 × 100)
Further, two crystallized glass plates (setters for heat treatment) having a length of 1700 mm, a width of 1300 mm, and a thickness of 5 mm were produced under the same conditions as in Example 3. As shown in FIG. 2, spacers were formed near the upper four corners of one setter. The other setter was stacked in a shelf shape, and a 42-inch PDP glass substrate (PP-8 manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) was placed on each setter and heat-treated at 600 ° C. for 1000 hours. However, no change in shape was observed in the setter or the glass substrate.
本発明の熱処理用セッターは、各種の平面ディスプレイに用いられるガラス基板を熱処理するためのセッターとして適しており、特に大面積のPDP用ガラス基板のセッターとして好適である。 The setter for heat treatment of the present invention is suitable as a setter for heat-treating a glass substrate used in various flat displays, and is particularly suitable as a setter for a glass substrate for a large area PDP.
10、16、17 ガラス基板
11、13、14 熱処理用セッター
12 ローラー
15 スペーサ
18 玉付きローラー
19 定盤
20、21 支持棒
22 試験体
23 錘
10, 16, 17 Glass substrate 11, 13, 14 Heat treatment setter 12 Roller 15 Spacer 18 Ball roller 19 Surface plate 20, 21 Support rod 22 Specimen 23 Weight
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