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CN1777770B - 用于抽空玻璃室的改进的密封装置 - Google Patents

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CN1777770B CN2004800104344A CN200480010434A CN1777770B CN 1777770 B CN1777770 B CN 1777770B CN 2004800104344 A CN2004800104344 A CN 2004800104344A CN 200480010434 A CN200480010434 A CN 200480010434A CN 1777770 B CN1777770 B CN 1777770B
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Abstract

一垫圈(10)被设置用于抽空头组件(20)，以抽空由两块玻璃板(101、102)界定的室(104)。该垫圈(10)由诸如铝的金属箔片制成，并具有相反的密封表面(14、15、19)，这些密封表面被成形为具有一系列精细的凹槽(17)，其中，密封表面之间的厚度变化小于1μm。

Description

用于抽空玻璃室的改进的密封装置
技术领域
本发明涉及被玻璃壁限定(即包围)的室的抽空(evacuation)，所述玻璃壁包括断口，通过它可实现抽空。本发明针对诸如真空玻璃封装(vacuumglazing)和等离子显示面板的抽空玻璃面板已经取得了发展，在这里将针对上述情况描述本发明。然而，应该理解的是，本发明确实有更广的应用，例如包括平板形成的显示器件。
背景技术
在一种形式的真空玻璃封装中，两平面隔开的玻璃板处于面对面相对的关系，并围绕它们的边缘用通常被称为焊接用玻璃的低熔点玻璃气密地密封。这些板之间的空间(即室)被抽空，并通过小支撑柱的网状结构保持这些板面对面的间隔。在一般情况下，玻璃封装可能由表面面积在0.02到4.00平方米量级、板厚度在2.0mm到5mm的量级和面对面的表面间隔在0.1mm到0.2mm量级的玻璃板组成。
平形抽空玻璃面板的制作通常包括两个步骤，这两个步骤都涉及将面板加热到高温。在第一步骤中，围绕两玻璃板的外围用焊接用玻璃进行气密密封。在这个过程中，焊接用玻璃粉作为浆液沉积在玻璃板的外围周围，而且整个组件被加热到高温，一般超过460℃。在这个温度，焊接用玻璃熔化形成为抗渗物质，并润湿玻璃板。因此，当焊接用玻璃随着组件向室温冷却而固化时，在玻璃板的边缘周围形成了牢固无泄露的密封。
在第二制作步骤中，面板的室被抽空。这通常通过使用一真空系统通过其中一个玻璃板上的小开口或孔移除面板内的空气来实现。在这个抽空过程中，组件通常被放置在一炉中，并被加热到高温，以便从表面移除抽空空间内的残余空气。
面板的室与抽空系统的连接能以几种方式实现。在一种方法中，在其中一个玻璃面板内的开口周围密封长玻璃管，以便管的内部连接到面板的内部空间。该密封通常在边缘密封过程中用焊接用玻璃实现。在当边缘密封处理完成后玻璃板已经冷却到室温之后，该管子用O形环密封联接器连接到真空系统。该连接通常在用于在抽空处理过程中加热面板的炉的外部的一点来进行，以便在加热操作过程中O形环保持冷却。
在另一种抽空方法中，开口可能仅仅是其中一个玻璃板上的孔。或者，该开口可能包括通过其中一个玻璃板的孔，在该孔上用焊接用玻璃密封一玻璃短管。在使用这些设计的平玻璃面板的抽空过程中，直接在开口周围的玻璃板表面上实现了密封。在该方法的一种实施方式中，抽空杯(或头)被放置在开口上，并用O形环密封到所述板的表面上。在这样情况下，因为O形环材料在较高温度会分解，所以在抽空过程中玻璃板的温度被限制在大约220℃。在烘烤处理完成时，或者通过将一罩密封在玻璃板上的孔上，或者通过熔化玻璃管的末端，来封闭开口。
人们已经认识到的是，如果能在单个加热步骤中进行边缘密封和抽空处理，则将获得显著的优点，如减少制作时间和成本。这在使用O形环将抽空杯密封到玻璃板的情况下是不可能的，因为O形环的材料在边缘密封处理中的高温下会被破坏。
为克服这个困难人们已经开发出一种方法，该方法在申请人较早的申请PCT/AU99/00964中有描述.该方法使用了能承受用于形成焊接用玻璃边缘密封的处理高温的抽空头.该抽空头有两个同心的密封表面，当所述杯被抽空时，它们由于大气压力被强制冲压抽空开口周围的玻璃板上.通过该表面和玻璃板之间的接触形成的密封不是完全无泄露的.该密封表面限定了在杯和玻璃板之间用独立的真空系统不同地抽空的两个同心室.外环形室通常用旋转泵抽空，在这个室中的压力一般为1托左右.内室采使用利用了扩散泵或涡轮分子泵的高真空系统抽空，这个室中的压力一般为10-3托，也能低到10-4托。抽空头的两个室内的压力取决于对它们进行抽空的回路的抽空速度和通过所述头密封表面和玻璃板表面之间的小间隙泄漏空气的速率。这些泄露速率由很多因素决定，包括两个表面的清洁度和它们的平面度。
在抽空头中心区域内实现10-3托的真空度对很多应用都是足够的，包括一些没有进行非常严格的绝缘的真空玻璃封装的设计。然而，对很多应用，希望达到更高的真空水平。真空玻璃封装的非常严格的绝缘设计要求内部空间内的压强应该在大约10-4托或更低。另外，等离子显示面板的加工要求要求在制作过程中在面板内部空间内的压强应该更低，在10-5托到10-6托之间。在国际专利申请PCT/AU99/00964中，描述了用于获得如此低压强的一种方法。所述方法在抽空头内使用三个或更多的抽空级。尽管这样的多级抽空技术能非常满意地工作，它们需要更复杂更昂贵的真空系统。
抽空头的另一问题在于杯的金属密封表面和玻璃板表面之间的直接接触可能在玻璃表面上造成印记。尽管这些印记不会明显地弱化玻璃，但是它们也是不希望出现的，因为对于所得到的抽空面板，它们是不美观的。为了防止这些印记的发生，在抽空头和玻璃表面之间可使用相对较软的金属垫圈。该垫圈必须由在玻璃面板的制作过程的最大温度下不会熔化而且在这些高温处具有非常低的蒸汽气压的材料制成。具有近似660℃熔点的铝是非常适合这种垫圈的材料。
在过去，垫圈由商品级的辊压铝箔制成，该垫圈一般为50μm厚。该垫圈在尺寸上比抽空头的外径大。它具有中心孔，该孔足够大以覆盖玻璃面板的抽气开口周围的区域。该垫圈在位于抽空头的密封表面之间的区域内还具有一个或更多孔，以便从从垫圈和玻璃板表面之间的空间移除空气。
然而，在以前，使用垫圈并不能获得真空玻璃封装和等离子显示面板的高密封设计中所需的真空水平。
发明内容
本发明针对至少一种优选形式的用于对室进行抽空的、高温处理中的一种改进的密封装置。
在第一方面，发明提供了用于在玻璃壁和抽空头之间提供气密封的垫圈，所述垫圈具有相反的面，其在一个面上包括一第一密封表面，用于接合所述抽空头的一相应的密封表面，并在相对的面上包括一第二密封表面，用于接合所述玻璃壁，其中，所述第一密封表面的厚度变化小于1μm，所述第二密封表面的厚度变化小于1μm。
在一实施例中，垫圈是阻热的，并能承受超过400℃的温度，更优选能承受超过460℃.在一种形式中，垫圈材料还在这些高温下具有非常低的蒸汽气压.在该应用中，垫圈优选由金属或金属合金形成.在一特别优选的形式中，垫圈由厚度在20μm和80μm之间的铝形成.
在一实施例中，垫圈的至少一个面上的密封表面被成形，以便当施加压力到该密封面上时更易于变形。
在一具体实施例中，至少一个垫圈面被成形以包括由至少一个凸起脊构成的结构。在使用时，凸起脊形成垫圈所述面上的密封表面，并在一种形式中绕垫圈连续延伸，以提供高质量的气密封。在一种形式中，凸起脊可以是螺旋形式，而在另一实施例中，可以是至少一个但是优选多个的环的形式。
以上形式的垫圈非常适合用于面板和抽空头要经受高温的抽空玻璃面板的制作。这样的应用用于单个加热步骤的制作过程。根据本发明一实施例的垫圈在相对较低的压力下比传统的由铝箔形成的垫圈显示出了更有效的密封，同时依然能适应高温环境。
当使用金属垫圈进行玻璃表面的密封时，冲压垫圈的力必须保持充分地低，使得它不会引起玻璃的破碎。在使用抽空头去抽空玻璃面板的实际应用中，不希望而且也不便于使用外部夹持系统在垫圈上施加压力。因此，该压力应该理想地被限制在由大气压作用在抽空头外表面上引起的压力。对于一个直径为70mm的典型抽空头，这个力等于大约40kg的重量。在垫圈上进行成形使得垫圈能够变形，以提供更好的密封。这是由于成形导致在接触抽空头或玻璃壁的垫圈材料部分中的应力大于在平形垫圈中产生的应力。其次，垫圈材料能侧向流入垫圈表面上的凹槽内。另外，通过提供密封表面的点到点厚度变化小于1μm的垫圈，极大地改进了密封装置，因为它极大地减小了在密封表面之间的空隙量。
在第二方面中，本发明提供了一种用于在玻璃壁和抽空头之间提供气密封的垫圈，所述垫圈具有相反的面，其在一个面上包括一第一密封表面，用于接合所述抽空头的一相应的密封表面，并在相对的面上包括一第二密封表面，用于接合所述玻璃壁，其中，所述垫圈的至少一个面上的密封表面被成形，以便在施加压力到所述密封表面时比非成形表面更易于变形。
在一种形式中，只有垫圈的一侧被成形。该垫圈使用光滑侧接触抽空头，而用成形侧接触玻璃板。在这样的情况下，两侧上增加的应力水平使得垫圈容易地变形。
在另一种形式中，垫圈的两侧都被成形。
在垫圈被成形以包括凸起区域和至少一个凹槽的设置中，凸起区域的材料可能不会完全地填充凹槽区域。如果使用螺旋凹槽，则在垫圈两侧上将存在窄的泄露通道，这些通道横过抽空头的密封表面，并经过这些未完全填充的螺旋凹槽。简单的计算显示，在玻璃面板的制作过程中沿着这些凹槽泄露的空气量是可忽略的。因此，这些螺旋泄露通道的存在不会显著地降低真空密封的质量。
在一种形式中，垫圈被冲压以限制厚度变化和/或成形垫圈表面。在另一种形式中，也可以使用光刻技术将凹槽结构直接制作在垫圈表面上。如果使用了这个方法，优选地，垫圈材料本身在厚度上是足够均匀的，使得在其使用过程中由抽空头导致的变形也足以获得满意质量的真空密封。当传统辊压铝箔被用作垫圈以将抽空头密封到玻璃板时，其点到点的厚度变化远大于想要的厚度变化。专用的辊压技术与传统辊压铝箔相比可能可以减小点到点的厚度变化，而且如果用光刻方法制作这些凹槽，以这种方式制作的箔片可能是适合的。
在另一方面，本发明提供了对室进行抽空的方法，该室至少部分被包括一抽空端口的玻璃壁封闭，所述方法包括如下步骤：
利用具有与所述端口连通的一第一腔的一抽空头，覆盖所述端口和围绕所述端口的一部分玻璃壁；
在所述抽空头和玻璃壁之间设置一垫圈，以在所述玻璃壁和所述头之间提供气密封；
施加压力到所述垫圈上，使得所述垫圈充分变形以改善所述壁和所述头之间的密封；
通过所述第一腔抽空所述玻璃室。
在一种形式中，根据发明这方面的方法进一步包括使玻璃壁承受大于450℃的温度并同时保持玻璃壁和抽空头之间气密封的步骤。
在一种形式中，所述压力是由于对抽空头中的腔进行抽空而施加在垫圈上的。在一种形式中，这可以通过抽空第一腔(它转而对室进行抽空)来实现。在另一种形式中，所述压力可以通过抽空抽空头内的第二腔来实现，或者通过抽空第一和第二腔来施加。
在一种具体形式中，垫圈是本发明上述方面中的上述形成中的任何一种。更具体地，垫圈可由铝箔形成，其被预加工以使得其比标准的平铝箔更易于变形。在一种形式中，在由于对抽空头内的腔进行抽空而施加的所述压力的作用下，使得箔片变形。在该力作用下，在与玻璃壁和抽空头的密封表面之间测量得到的垫圈厚度可减小超过1μm。
在另一方面，本发明提供了可以用于上述任意方法中的抽空头组件。在这个方面，抽空头组件包括抽空头和依据上述任一形式制作的垫圈。
在另一方面，本发明提供了具有与玻璃壁接近的热膨胀系数的抽空头。
在过去，对于大部分真空设备，用于抽空玻璃面板的抽空头由诸如304型号的奥氏体(或300系列)不锈钢制成。正如在真空玻璃封装制作过程中需要的那样，这种材料容易加工和焊接，而且在高温下能保持强度和抗腐(蚀)性。这种材料在整个相关温度范围内的热膨胀系数近似为18×10-6℃-1。对于钠钙玻璃(它一般用于形成玻璃壁)，其热膨胀系数低得多，大约为8×10-6℃-1。
通过提供在热膨胀系数更接近玻璃面板热膨胀系数的抽空头，已经发现当该系统向室温冷却时抽空头和玻璃板之间的真空密封的传导率的劣化小得多。适合本发明这个方面的材料包括马氏体(或400系列)不锈钢。这些类型的不锈钢比奥氏体类型具有更小的热膨胀系数。例如，410型号不锈钢在整个相关温度范围内的热膨胀系数近似为11×10-6℃-1。
在抽空头组件包括依据上述任一形式制作的垫圈的情况下，提供热膨胀系数接近玻璃壁的抽空头能够带来显著的优点。测量已经显示在高温时在铝箔和玻璃之间形成了相对较弱的结合，而且在面板冷却的过程中铝垫圈不会相对玻璃移动。因此，在这些元件之间的真空密封的质量在系统冷却到室温时保持不变。然而，如果抽空头的热膨胀系数并不接近玻璃壁的热膨胀系数，当系统冷却时，抽空头比玻璃板收缩更多。这导致杯的密封表面相对玻璃对应区域移动。由于铝垫圈被结合到玻璃板上，所以所述杯相对铝垫圈向内滑动。因此，当系统向室温冷却时，由于高温下垫圈的成形表面的非弹性变形而形成的抽空头和垫圈之间的非常良好的真空密封劣化。
使抽空头的热膨胀系数接近玻璃壁的热膨胀系数将改善这个问题.通过这样的方式，当系统向室温冷却时，抽空头和玻璃板之间的真空密封的传导率的劣化小得多.
在另一种形式中，本发明针对一种加工垫圈的方法，其用于减小垫圈密封表面厚度变化，以及对垫圈的至少一个表面成形，以使垫圈在压力作用下更易于变形。在一实施例中，在单步骤加工过程中获得了该结果。在另一方面，本发明涉及在以上过程中使用的冲压工具。
附图说明
以下将参考附图描述本发明的实施例。附图和相关描述的具体内容并不替代之前对附图的更广泛的描述。
在附图中：
图1是真空玻璃封装的示意性剖切透视图；
图2示出利用抽空头使用单步制作处理的玻璃封装制作中的顺序的步骤(a)至(e)；
图3是图2所示处理中使用的垫圈的平面图；
图4是图3所示垫圈的一部分的详细横截面视图；
图5是在垫圈用于图2所示制作处理中时垫圈的一部分的放大的详细横截面视图；
图6是用于图3所示垫圈的制作的冲压工具的示意图；
图7是加工图6所示冲压工具的支承表面的加工装置的示意图；
图8是图6所示冲压工具的支承表面的放大的详细视图；
图9是位于烘烤室内并通过抽空头连接到外部真空泵的玻璃封装的示意性表示；以及
图10到图13示出在对图2所示程序及其变形的执行中得到的测量结果的图示。
具体实施方式
图1图示了平形抽空玻璃面板100，该面板包括两个保持面对面隔开关系的平面玻璃板101、102。所述玻璃板通常由钠钙玻璃构成，并且通过边缘密封用的焊接用玻璃构成的密封条(bead)103沿其边缘互连。
室104由两块玻璃板101、102界定，这些板通过支撑柱105构成的网状结构或阵列保持隔开的关系。室104被抽空到低于10-3托的水平，这使得通过板的气态热传导相对其他热流机制可以忽略不记。
玻璃板101形成有开口106(见图2)，玻璃抽气管107被定位在开口106内并从开口106向外伸出。抽气管通过焊接用玻璃的密封条108密封到玻璃板上。如图1所示，面板抽空之后，抽气管被密封。
平形抽空玻璃面板100的制作需要两个主要的操作，第一个是在玻璃面板101、102周围提供边缘密封，第二个是对室104进行抽空。一般，这两个操作都涉及将面板加热到高温。
尽管传统地这两个操作都在分开的步骤中进行，但是也可以在单个加热步骤中执行，正如在申请者以前的国际申请PCT/AU99/00964中所详细描述的那样.以下将参考图2说明该单阶段处理，其中使用了抽空头20.首先，如图2(a)所示组装面板100的两玻璃板101、102.然后，如图2(b)所示，将作为浆液形式的粉末的焊接用玻璃21沉积在玻璃板外边缘109、110的周围以及抽气管107的周围.
抽空头20被安置在板101的表面上，位于抽气管107上方。抽空头20包括金属主体22，该金属主体具有或形成有一中心第一腔23。该第一腔23的尺寸被形成为能够接收抽气管107，并且在室104的抽空和除气(out-gassing)过程中能够实现自由的气体运动。如图9所示意性示出的，第一腔23通过端口24和导管25连接到位于烘烤室50外部的真空泵51。
在抽空头20的主体22内还提供了第二环形腔26。第二腔26被设置成包围第一腔23，并在使用中被设置为被包围抽气管107的玻璃板101的表面封闭。第一环形带(annular land)27位于第一和第二腔23、26之间，而第二环形带28包围第二环形腔26。
如在下面详细讨论的那样，垫圈10被设置在抽空头和玻璃板101之间，用于在抽空头20和玻璃板101之间提供良好的真空密封。
如图9所示，腔26的环形带27、28通过端口29和导管30被连接到另一真空泵52。
一般，抽空头20会具有50mm到100mm的外径，第一中心腔23会具有量级在10mm到20mm的直径。带27、28各自会具有量级在1mm(但也可能在0.10mm到10mm范围内)的径向宽度。
在抽空头20连接到面板100之后，整个组件在烘烤室中被加热到大约460℃。在这个处理过程中，焊接用玻璃熔化以在玻璃封装101、102的边缘周围和抽气管107周围形成密封103。同时，两个环形带27和28之间的环形腔26由泵52抽空。泵52一般为旋转泵，腔26中的压强通常达到大约1托的值。
然后，玻璃封装和抽空头被冷却到焊接用玻璃固化的温度(到大约380℃的温度)，然后通过将高真空系统51连接到抽空头20的中心腔23，开始对两块玻璃板101和102之间的室104的抽空。该高真空系统51使用扩散泵或者涡轮分子泵，并且所述室中的压强一般为10-3托或更小。
在抽空头的中心区域内实现10-3托的真空度对于很多应用是足够的，包括没有非常严格绝缘的真空玻璃封装的一些设计。然而，希望达到更高的真空水平，例如，通过热传导流经10-3托的真空的微小但相当量的热会导致真空玻璃封装热绝缘性能的可察觉的降低。因此，真空玻璃封装的非常严格的绝缘设计要求内部空间内的压强应该为大约10-4托或更小。另外，等离子显示面板的加工要求要求在加工过程中面板内部空间内的压强应该更低，在10-5到10-6托之间。通过在抽空头20和玻璃板101之间加入垫圈10，由于垫圈提供了有效的密封，所以能够获得了这样的高水平真空。
当玻璃封装100和抽空头20被冷却时，保持腔23的抽空状态。在该冷却期间内使用的具体温度/时间进度完全取决于实现玻璃内表面的充分除气所需的时间，因此该进度可能根据玻璃封装100的结构而变化。
当除气和抽空已经完成时，抽气管107被封闭，完成面板的构造。在图2e中示出的情况下，通过熔化和熔合抽气管107的端部实现该封闭。
图3和图4图示了上述抽空过程中使用的垫圈10。
垫圈10一般由50μm厚的商品级辊压铝箔制成。垫圈需要由在玻璃面板制作过程中的最大温度下不会熔化并在这样的些高温下具有非常低的蒸汽气压的材料制成。而且，优选垫圈由相对较软的金属制成，以防止抽空头导致的玻璃印记。尽管铝是非常适合的材料，但本领域技术人员应该认识到，也可以使用诸如其他适合的金属或金属合金的其他材料。
垫圈10在尺寸上大于抽空头20的外径。它具有相反的主面11和12，并包括一中心孔13，该孔足够大以容纳在玻璃板101的抽气管107周围的区域。垫圈10在一个面11或两个面11、12上包括环形密封表面14、15，这些密封表面设计成对应与抽空20的环形带27、28。
垫圈10在密封表面14、15之间还包括一个或更多孔。在对杯的环形区域进行抽空时，这些孔使空气从垫圈10和玻璃板101表面之间的空间排出。
如在图4中最佳图示的，密封表面14、15被特别成形为具有被凸起脊18隔开的一系列精细、同心或近似同心的凹槽17。在另一面12上提供了类似的环形成形表面(profiled surface)19，它们与玻璃板101接合，并设置成与垫圈10上表面11的成形表面14、15直接相对。密封表面(14、15、19)的这种轮廓用于使得垫圈更柔顺，以便垫圈在其被挤压在玻璃板101和抽空头20之间时将更容易变形。
当抽空头20和垫圈10在形成玻璃面板100的边缘密封的处理过程中被加热到高温时，铝垫圈的屈服强度下降，而且抽空头20的啮合表面(即带27、28)在由于大气压而产生的力的作用下会使垫圈的材料逐渐变形。垫圈的成形的密封表面使得与表面是平形的情况相比，会产生大得多的变形量。该变形的增大是由于两个原因。第一，垫圈10仅在凸起脊18处接触玻璃板和抽空头的密封表面，而凸起脊18仅占密封表面的标称面积的一小部分。从而，接触这些表面的垫圈材料部分内的压力大于在平形表面中产生的压力。第二，接触玻璃板101和抽空头密封表面的垫圈凸起脊18的材料能够侧向流进垫圈密封表面上的凹槽17内。因此，与具有平形密封表面的垫圈相比，对该垫圈的给定量的挤压所需的材料移动要小得多。图5示意性示出金属垫圈在抽空头20和玻璃板101之间被冲压后，其形状通常会如何改变。因此，凹槽17的存在有效地增加了垫圈的柔顺性，使得垫圈每个面上的密封表面处能够有1μm到2μm的平均总变形。
为进一步增强垫圈10在提供抽空头20和玻璃板101之间的密封方面的有效性，提供垫圈，使得在相反的脊区域之间的点到点厚度变化在优选小于1μm、更优选小于0.6μm的小容差内。保持这样小的容差改善了密封，因为任何抽空头垫圈和玻璃的密封表面的平面度偏差可能影响密封的质量，特别是如果垫圈的变形量不能补偿平面度的偏差时。
抽空头的密封表面要加工成使得点到点的平面度偏差远小于±0.1μm是可能的。在一般的抽空头的直径范围上，在一片浮法玻璃中可能出现甚至更小的平面度偏差。然而，传统辊压铝箔的点到点平均厚度变化一般大到箔片厚度的±2％，或对于50μm厚的箔片为±1μm。然而，测量显示，在这样的箔片中，在相距几个毫米的点处会出现±2μm的局部厚度变化。这样的变化是由于辊压过程中箔片的制作方式造成的。
因此，为了使用铝垫圈提供良好的真空密封必须在由于抽空头上的大气压作用而施加在垫圈上的相对较小的力下，消除由铝箔的平面度偏差导致的间隙。
为了实现垫圈密封表面14、15、19上的所述成形和这些表面的点到点厚度变化，垫圈10在被引入抽空组件之前被进行加工。该预先加工通过图6中最佳图示的单次冲压操作完成。
具体地，如图6所示，垫圈的加工涉及利用冲压工具40的一个部件上的两个硬质金属表面41、42将垫圈区域冲压到冲压工具46另一部件上的平形表面47上。冲压工具制造成使得在挤压操作过程中压在垫圈上的位于一侧的表面41、42和位于另一侧的表面47名义上非常平坦。这两个支承表面还具有包括一系列同心或近似同心的凸起脊43的精细结构，如图8中最佳图示的，这些凸起脊被略微凹入的区域44分隔开。在金属冲压工具40的支承表面41、42、47上的各个脊43一般比该表面上的凹槽区域44高1μm到5μm。在冲压操作过程中，垫圈10不可逆转地发生变形，使得冲压工具40的表面41、42、47的轮廓转印到垫圈表面14、15、19上，并由此形成垫圈的成形密封表面。从而，冲压工具的硬质表面将反映了冲压工具的表面形状的结构印到垫圈的表面上。另外，因为冲压工具的支承表面非常的平坦，所以对垫圈的挤压减小了垫圈的点到点厚度变化。
图7示出了在冲压工具40的支承表面上进行最后加工操作的方法。如该图所示，在传统的金属加工车床60上加工金属冲压工具40的支承表面41、42、47，使得它们名义上非常平坦。冲压工具40的支承表面41、42、47的点到点平面度偏差取决于在车床60主驱动轴内的轴承的质量和在最后加工操作中推进刀具的横向进给运动的总和。一般，利用状态良好的金属加工车床，可以很容易地得到小到±0.4μm的点到点平面度偏差。
冲压工具40的支承表面的最后加工操作在车床上采用硬化刀具61完成，该刀具去除了金属冲压工具40的支承表面的极薄的一层。刀具的端部被加工成使得其轮廓反映加工表面所希望的形状。在这里，刀具61的端部加工成具有横截面近似为圆形的轮廓。在最后加工操作中，刀具以非常低的速率推进，一般，以加工表面每转近似25μm的速率前进。因此，该加工操作在金属冲压工具的本来非常平坦的支承表面上留下具有对应节距的精细螺旋结构。如图7和8所示，该螺旋结构包括略微突出于这些表面的名义平面之上并被空凹槽44分隔的一系列脊43。如上所述，金属冲压工具的支承表面上的各个脊43一般比所述表面的凹槽区域高1μm到5μm。
金属冲压工具40被设计成使得它挤压在金属垫圈的以抽空头20的密封表面(27、28)的位置为中心、且比密封表面略宽的区域上。这样做使得在玻璃面板的制作过程中能够方便地将抽空头20放置在垫圈10的加工区域上。作为一示例，典型抽空头具有1mm宽的带27、28。在这样的情况下，一般，金属冲压工具40设计成使得使铝垫圈变形的支承表面41、42以与抽空头的密封表面27、28相同的位置为中心，并且大约为2mm宽。
图6所示金属冲压工具40由比铝硬很多的诸如中性钢或硬化工具钢的材料制成。该冲压工具包括两个部件45、46，它们被对准，使得在它们被用于冲压垫圈时总是在预定位置会合。在所示工具的一种设计中，部件46被加工成使得支承表面47平坦均匀，而另一部件上的支承表面41、42被加工成使得它们仅在与抽空头20的密封表面位置位置对应的区域上挤压铝垫圈。在冲压工具的另一种设计(未示出)中，两个部件的支承表面相对于工具的其它部分凸起。冲压工具的工作远离在两种情况下本质上是一样的。如上所述，冲压工具的密封表面在宽度上被制作成略微大于抽空头的密封表面，以便垫圈的承受冲压操作的区域整个置于抽空头的密封表面下。
当抽空头20在制作处理过程中正被定位在玻璃面板101上时，相对抽空头的密封表面27、28正确地设置铝垫圈10很重要。具体地说，所述头的密封表面必须完全置于垫圈的在冲压工具40中已被变形的区域14、15上。实现这一点的一个相对简单的方法是在垫圈还保持在冲压工具40中时向上弯曲垫圈的外侧区域部分。在图6中以虚象的形式示意地示出该情况。经冲压的垫圈的向上弯曲区域为定位抽空头20提供了引导，以便正确地设置抽空头的密封表面。
通过观察在系统被烘烤到大约460℃的温度的抽空操作之后，由抽空头的密封表面留在垫圈上的压痕，可以知道制作铝垫圈10的功效。当使用传统辊压铝垫圈时，与由于抽空头密封表面造成的与垫圈的非弹性变形相关的压痕绕密封区域的圆周是不连续的。然而，对于经冲压的垫圈10，观察发现抽空操作之后垫圈上的压痕绕垫圈的圆周是连续的。该观察结果表明与未经加工的垫圈的情况相比，垫圈的加工使得抽空头和玻璃板外表面的密封表面与加工垫圈表面的接触要紧密得多。这从而带来了更好的真空密封，并降低了抽空头区域内的压强。
通过使用具有加工垫圈的抽空头对平玻璃面板进行抽空而获得的性能改善，已经通过测量与通过所述头的密封表面的气流相关的传导率而得到定量评价。为了执行这些测量，将抽空头放置在玻璃板上，使用适当设计的真空系统抽空所述头的两个区域。在组件被加热到大约460℃的高温并然后冷却的同时，记录抽空所述杯的分离区域的两个真空回路内的压强。在发表在Journal ot Vacuum Science and Technology(Journal of Vacuum Science andTechnology，volume A 20，Number 4，p1384-1389，July 2002)上的由N Ng、REcollins和M Lenzen所著题为“Bakeable，all-mental demountable vacuum sealto a flat glass surface”的文章中给出了执行这些操作和计算气流通过抽空头密封表面的传导率的方法。
该文章中描述的方法用于测量当抽空头被密封到3mm厚的玻璃板上并被抽空时，通过抽空头外密封表面的传导率(Cout)和内密封表面的传导率(Cin)。在这些测量中，抽空头和玻璃板被加热到近似460℃的温度，并保持在这个温度近似1小时，然后允许去冷却。图10示出了没有铝垫圈情况下的抽空头的典型的测量得到的传导率和温度。图11示出了在头和玻璃板之间使用未加工铝垫圈时的类似数据。在图12中，示出了当使用根据上述方法加工的铝垫圈时的数据。在所有的情况下，传导率测量值随温度增长而减小。当没有使用铝垫圈时(图10)，或者对于未加工的铝垫圈(图11)，该减小大部分是由于气流通过密封表面和在抽空线路中的传导率的温度相关性。然而，当使用经加工的垫圈时，在图12中的数据显示在高温下测量得到的通过抽空头密封表面的气流的传导率远小于在没有垫圈或使用未加工铝垫圈时观察到的传导率。例如，对于具有1mm宽的密封表面的抽空头，垫圈的加工一般导致在高温下通过抽空头外密封表面的气流的传导率从5×10-5ls-1下降到低于5×10-6ls-1。类似地，垫圈的加工一般将在高温下与通过抽空头内密封表面的气流相关的传导率从10-6ls-1减小到接近10-8ls-1的值。假如使用了适当的真空抽取技术，这样的减小了的传导率使得能在抽空头的两个分离的区域以及玻璃面板内部里获得相对较低的压强。
在图12中的数据显示通过全金属杯的密封表面的气流的传导率随着全金属杯和玻璃板的温度的减小而增大.因此，面板内的压强也随着系统冷却而增大.当使用具有经加工的垫圈10的抽空头20去抽空真空玻璃封装时，这通常不会构成严重的问题，因为当温度下降到大约200℃时，玻璃通常被密封了.在这个温度下，当在头和玻璃板之间使用经加工的铝垫圈时，传导率依然非常低，玻璃内的压力也相应地依然较低.然而，在一些应用中，可能不希望面板内的传导和压力随着温度的下降而增大这么多.在密封之前必须将面板冷却到室温时情况尤其如此.测量结果已经显示在高温下，在铝箔和玻璃之间形成相对较弱的结合，而且在这样的冷却过程中铝垫圈不会相对玻璃板移动.当系统冷却到室温时，这两个元件之间的真空密封的质量保持不变.已经显示，当系统冷却时通过全金属杯密封表面的传导率的增大是由于杯和玻璃板之间热膨胀的不同.当系统冷却时，抽空头比玻璃板收缩更多.这导致杯的密封表面相对玻璃的对应区域移动.由于铝垫圈被结合到玻璃板上，所以杯相对铝垫圈向内滑动.因此，当系统向室温冷却时，高温下由于垫圈成形表面的非弹性变形形成的杯和垫圈之间非常良好的真空密封变差.
因为对于大部分真空设备，在图10、11和12中给出的测量中使用的全金属杯由诸如304型号钢的奥氏体(或300系列)不锈钢制成。正如在真空玻璃封装制作过程中需要的那样，这种材料容易加工和焊接，并在高温时能保持强度和抗腐(蚀)性。这种材料在整个相关温度范围内的热膨胀系数近似为18×10-6℃-1。对于钠钙玻璃，热膨胀系数更低，大约为8×10-6℃-1。
适合应用于金属抽空杯的材料包括马氏体(或400系列)不锈钢。这些类型的不锈钢比奥氏体类型具有小得多的热膨胀系数。例如，410型号不锈钢在整个相关温度范围内的热膨胀系数近似为11×10-6℃-1。尽管这些材料适用于真空设备，但是因为奥氏体类型更方便使用，它们很少被应用在这种应用中。
图13示出了被密封到3mm厚玻璃板上并经受高温加热循环的两个抽空杯在环形区域内的压力和通过外密封表面的气流的传导率的实验测量结果。图13a示出了用300系列(304型号)不锈钢制成的抽空杯的数据。图13b示出了由400系列(410型号)不锈钢制成的抽空杯的相应数据。这些数据表明，与由304型号不锈钢制成的杯的数据相比，对于由410型号不锈钢制成的抽空杯，当温度下降时通过密封表面的气流的传导率的劣化小得多。在图13中展示的数据显示，如果在头和玻璃之间的热膨胀差别小得多，则当系统向室温冷却时，全金属抽空头和玻璃板之间真空密封的传导率的劣化小得多。
应该认识到的是，无论使用加工垫圈10，还是提供其他类型的密封装置，都可以受益于抽空头与玻璃壁的膨胀特性的更佳匹配。
因此，本发明实现了经抽空的玻璃面板的制造中抽空头向玻璃壁的密封的改进，这使得能够获得更高水平的真空度。
在所附权利要求和之前对本发明的描述中，除了在上下文中由于用语和必要的含义而另有规定之外，词语“包括”表示非封闭的含义，即，说明所给出特征的存在，但是并不排除在本发明的不同实施例中出现或添加其它特征。
用于指定说明的特性的存在，而不是排除该存在或排除在本发明多种实施例中的其他特性的增加。
在不背离本发明的精神或范围的情况下，可对前面描述的部分进行改变和修改。

Claims (11)

1.一种用于在玻璃壁和抽空头之间提供气密封的垫圈，所述垫圈具有相反的面，其在一个面上包括一第一密封表面，用于接合所述抽空头的一相应的密封表面，并在相对的面上包括一第二密封表面，用于接合所述玻璃壁，其中，所述第一密封表面的厚度变化小于1μm，所述第二密封表面的厚度变化小于1μm。
2.根据权利要求1所述的垫圈，其中，所述垫圈是阻热的，而且能承受超过400℃的温度。
3.根据权利要求1或2所述的垫圈，其中，所述垫圈由金属或金属合金形成。
4.根据权利要求3所述的垫圈，其中，所述垫圈由厚度在20μm和80μm之间的铝箔形成。
5.根据权利要求1或2所述的垫圈，其中，所述第一密封表面和所述第二密封表面中的至少一个被成形为在施加压力到所述密封表面时，比非成形表面更易于变形。
6.根据权利要求5所述的垫圈，其中，所述第一密封表面和所述第二密封表面中的至少一个被成形以包括由至少一个凸起脊构成的结构。
7.根据权利要求6所述的垫圈，其中，所述至少一个凸起脊形成所述密封表面中的一个以提供高质量的气密。
8.根据权利要求7所述的垫圈，其中，所述至少一个凸起脊以螺旋形式延伸。
9.根据权利要求7所述的垫圈，其中，所述至少一个凸起脊是环的形式。
10.根据权利要求5所述的垫圈，其中，所述垫圈的每个密封表面被成形。
11.一种用于抽空至少部分地被包括一抽空端口的玻璃壁封闭的室的抽空头组件，所述组件包括具有与所述抽空端口工作连通的一第一腔的一抽空头，和在所述第一腔周围延伸的一垫圈，其中，所述垫圈为权利要求1到10中的任意一个。
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