用于精制熔融的玻璃的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請根據(jù)35U.S.C. § 119要求2013年01月24日提交的美國臨時(shí)申請系列第 61/756186號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過參考將其完整地結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體涉及用于制造玻璃的方法和設(shè)備，具體來說，涉及用于改善熔融的玻 璃精制（refining)步驟中的玻璃質(zhì)量的方法和設(shè)備，所述方法制備可用于各種產(chǎn)品的玻 璃。
[0004] 背景
[0005] 通過在熔融爐中熔融選定的原料成分（批料）來制造玻璃產(chǎn)生一種粘性熔融的材 料（下文稱為熔融的玻璃），其后續(xù)地形成并冷卻成玻璃制品。但是，熔融過程還產(chǎn)生不想 要的副產(chǎn)物，如果不從熔融的玻璃去除該副產(chǎn)物，它們可通過玻璃制造過程并在最終制品 中作為可見缺陷顯現(xiàn)。在氣態(tài)副產(chǎn)物的情況下，這種缺陷不同地稱為種子、氣泡或氣態(tài)包含 物。此外，熔融的玻璃中的化學(xué)不均勻物可導(dǎo)致某些其它可見缺陷，通常稱為細(xì)溝、條帶或 粗線。特別是對于光學(xué)質(zhì)量玻璃，例如用于光學(xué)透鏡的玻璃或用于平板顯示器（例如液晶 顯示器）的基材，諸如細(xì)溝、粗線或種子的缺陷是不可接受的缺陷，其可顯著地影響最終制 品用于其預(yù)期目的的適用性。因此，需要在玻璃制品到達(dá)其最終形式之前，去除或防止形成 這種缺陷。
[0006] 概述
[0007] 熔融批料材料來制備熔融的玻璃的過程產(chǎn)生各種氣態(tài)副產(chǎn)物。這些氣態(tài)副產(chǎn)物 可溶解于玻璃自身，或可作為氣泡分散在玻璃之內(nèi)。例如，這種氣體可包括但不限于〇) 2和 S02。用于去除這些熔融相關(guān)的缺陷的方法之一是在初始熔融過程中添加澄清劑，例如砷， 銻，錫，鈰或硼的氧化物。例如，澄清劑可添加到提供至熔融爐的批料材料。在制造過程 的后續(xù)步驟中，將熔融的玻璃加熱到充分大于初始熔融溫度的預(yù)定的溫度，從而誘導(dǎo)澄清 劑通過原子價(jià)態(tài)改變產(chǎn)生氧氣泡。換句話說，還原澄清劑并放出過量的氧。此外，更高的 溫度降低熔融的玻璃的粘度，使得氧氣泡更易于向上地流動(dòng)通過熔融的玻璃。隨著氧氣泡 通過熔融的玻璃向上移動(dòng)，熔融產(chǎn)生的氣體擴(kuò)散進(jìn)入氧氣泡并傳輸?shù)饺廴诘牟ＡУ淖杂?的表面，其中把氣體釋放到自由的表面上方的氣氛。
[0008] 某些玻璃制造過程使用貴金屬遞送系統(tǒng)來把熔融的玻璃遞送到后續(xù)的形成設(shè)備。 對于預(yù)期用于光學(xué)或要求高光學(xué)清晰度的其它精確應(yīng)用的高純玻璃而言，尤其如此。與形 成氧氣泡相關(guān)的一個(gè)問題是如果這些氣泡與由貴金屬或貴金屬合金形成的某些玻璃加工 和精制容器接觸任意可觀的時(shí)間段，容器的內(nèi)部表面可發(fā)生腐蝕。如果任其發(fā)展，這種腐 蝕可弱化容器壁并最終導(dǎo)致破壞容器。因此，通常對熔融的玻璃進(jìn)行精制（或通常簡單地 稱為"澄清"），其中從熔融的玻璃去除氣態(tài)包含物（氣泡）。
[0009] 此外，還需要?jiǎng)蚧廴诘牟Ａ砣コ?xì)溝和粗線，和防止累積停滯玻璃，其是在制 造過程中熔融的玻璃的不均勻流動(dòng)的結(jié)果。通常，在澄清過程之后但在熔融的玻璃冷卻到 其中熔融的玻璃的粘度使得難以攪拌或混合熔融的玻璃的溫度之前攪拌或混合熔融的玻 璃。但是，存在這種常規(guī)過程到底多有效的限制，因?yàn)槌吻暹^程下游的熔融的玻璃已經(jīng)歷 冷卻。
[0010] 另一個(gè)問題涉及容納在熔融爐之內(nèi)的熔融的玻璃的高溫和腐蝕性質(zhì)，這可導(dǎo)致 當(dāng)在熔融爐中形成熔融的玻璃時(shí)，熔融爐緩慢地溶解于熔融的玻璃。例如，鋯氧化物（下 文稱為氧化鋯（Zirconia))是可用于構(gòu)造熔融爐的這樣一種陶瓷材料。構(gòu)成熔融爐的氧化 鋯可在形成熔融的玻璃時(shí)溶解于熔融的玻璃并可在直到過程結(jié)束時(shí)仍然留在玻璃中，仍然 是最終玻璃產(chǎn)品的一個(gè)成分。如果氧化鋯以低濃度均勻地分散和溶解于熔融的玻璃，則它 不會(huì)導(dǎo)致顯著的問題或影響最終產(chǎn)品。但是，如果氧化鋯沒有均勻地混合進(jìn)入和有效地溶 解于所有熔融的玻璃，且在離散的位置存在顯著濃度的氧化鋯，則當(dāng)熔融的玻璃冷卻時(shí)， 氧化鋯可從溶液結(jié)晶出來并在最終產(chǎn)品中形成可見缺陷。因此，在勻化之前不能允許發(fā)生 結(jié)晶，因?yàn)閯蚧械幕旌先コ坏┬纬傻木w的作用有限。根據(jù)本文所述的實(shí)施方式，在玻 璃制造過程早期勻化熔融的玻璃，其靠近熔融步驟且在玻璃冷卻到其中熔融的玻璃的粘 度有害地影響混合效率且允許在玻璃中形成晶體組分的溫度之前。
[0011] 因此，批露了一種在玻璃制造過程中澄清（fining)熔融的玻璃的方法，所述方法 包括使熔融的玻璃通過設(shè)置在澄清容器和熔融爐之間的第一金屬導(dǎo)管從熔融爐流動(dòng)到金 屬澄清容器，該澄清容器包含第一部分和第二部分；使熔融的玻璃沿著向上的垂直方向流 動(dòng)通過澄清容器的第一部分；當(dāng)熔融的玻璃沿著向上的垂直方向流動(dòng)時(shí)，攪拌該熔融的玻 璃；當(dāng)熔融的玻璃沿著向上的垂直方向流動(dòng)時(shí)，增加熔融的玻璃的溫度；把熔融的玻璃的 流動(dòng)從向上的垂直方向重定向成澄清容器的第二部分中的非垂直方向；和其中澄清容器的 第一部分和第二部分中的熔融的玻璃包含連續(xù)的自由的玻璃表面，該自由的玻璃表面是與 玻璃自由表面上方的氣氛的界面，從而使熔融的玻璃中的氣體氣泡逃逸進(jìn)入氣氛。
[0012] 在一些實(shí)施方式中，所述非垂直方向是水平的方向。
[0013] 所述攪拌可包含使用旋轉(zhuǎn)元件主動(dòng)地混合熔融的玻璃。在一些情況下，所述攪拌 在熔融的玻璃上提供向上的抽吸（pump)作用。
[0014] 增加熔融的玻璃的溫度的步驟包含使電流流動(dòng)通過第一部分的壁（即，在該壁之 內(nèi)）。
[0015] 所述方法還可包括通過設(shè)置在澄清容器和攪拌容器之間的第二金屬導(dǎo)管使熔融 的玻璃從澄清容器流動(dòng)到設(shè)置在澄清容器下游的攪拌容器，其中在第二金屬導(dǎo)管之內(nèi)流 動(dòng)的熔融的玻璃不具有自由的玻璃表面，和在該攪拌容器中攪拌熔融的玻璃。
[0016] 在另一種實(shí)施方式中，描述了一種玻璃加工設(shè)備，其包含恪融爐，該恪融爐由耐 火材料形成并構(gòu)造成熔融批料材料以形成熔融的玻璃；金屬澄清容器，其包含具有垂直的 縱向軸線的第一部分和連接到第一部分并具有非垂直的縱向軸線的第二部分；在熔融爐和 澄清容器第一部分之間延伸的第一金屬導(dǎo)管，從而熔融的玻璃穿過第一金屬導(dǎo)管從熔融爐 流動(dòng)到澄清容器；設(shè)置在澄清容器下游的攪拌容器；在澄清容器和攪拌容器之間延伸的第 二金屬導(dǎo)管，從而熔融的玻璃穿過第二金屬導(dǎo)管從澄清容器流動(dòng)到攪拌容器；設(shè)置在第一 部分中的攪拌元件，該攪拌元件構(gòu)造成當(dāng)恪融的玻璃向上地流動(dòng)通過第一部分時(shí)攪拌恪融 的玻璃，以及連接到第一部分的電極，該電極構(gòu)造成使電流流動(dòng)通過第一部分的壁。在一些 實(shí)施方式中，第二部分的縱向軸線可垂直于第一部分的縱向軸線。
[0017] 攪拌元件可包含可旋轉(zhuǎn)的攪拌器?？尚D(zhuǎn)的攪拌器可包含，例如，偶合到軸和從 軸向外延伸的攪拌元件，其中第一部分的底和延伸元件的最上面的點(diǎn)之間的距離大于第 一部分的底和第二部分的壁的內(nèi)部表面上的最低點(diǎn)之間的距離。攪拌元件可構(gòu)造成向熔融 的玻璃提供向上的抽吸作用。
[0018] 在一些實(shí)施方式中，第一導(dǎo)管的縱向軸線垂直于第一部分的縱向軸線。
[0019] 在另一種實(shí)施方式中，批露了一種用于澄清熔融的玻璃的澄清容器，其包含具 有第一縱向軸線的第一部分和具有第二縱向軸線的第二部分，其中第一縱向軸線是垂 直的和第二縱向軸線是非垂直的；設(shè)置在第一部分之內(nèi)的攪拌元件；至少一個(gè)排放通道 (passage)，其延伸通過第二部分的壁從而第二部分的內(nèi)部體積與第二部分的外部的氣氛 流體連通；和連接到第一部分的電極，該電極構(gòu)造成使電流流動(dòng)通過第一部分的壁。攪拌元 件可包含可旋轉(zhuǎn)的攪拌器。在一些實(shí)施方式中，攪拌元件構(gòu)造成當(dāng)旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)的攪拌器時(shí)， 向熔融的玻璃提供向上的抽吸作用。
[0020] 可旋轉(zhuǎn)的攪拌器可包含偶合到軸和從軸向外延伸的攪拌元件，其中第一部分的 底和攪拌元件的最上面的點(diǎn)之間的距離大于第一部分的底和第二部分的壁的內(nèi)部表面上 的最低點(diǎn)之間的距離。
[0021] 操作時(shí)，電極可設(shè)置成與電源電連接。澄清容器第一部分和第二部分可包含鉑， 在一些實(shí)施方式中，第二部分的端部與第一部分的壁交叉。
[0022] 澄清容器的第一縱向軸線可垂直于第二縱向軸線。
[0023] 在以下的詳細(xì)描述中提出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言由所述內(nèi)容而容易理解，或按文字描述和其權(quán)利要求書以及附圖中 所述實(shí)施本發(fā)明而被認(rèn)識(shí)。應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都僅僅是示例性 的，用來提供理解本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。
[0024] 所附附圖提供了對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書 的一部分?！靖綀D說明】了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，并與說明書一起用來解釋各種實(shí)施 方式的原理和操作。
[0025] 附圖簡要說明
[0026] 圖1是一種示例玻璃制造設(shè)備的主要功能部分的示意圖，其包含如本文所述的澄 清容器；
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