低鐵、高氧化還原比以及高鐵、高氧化還原比的鈉鈣硅玻璃及其制造方法
【專利說明】低鐵、高氧化還原比以及高鐵、高氧化還原比的鈉鈣硅玻璃 及其制造方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年4月15日提交的名稱為"LOW IRON, HIGH REDOX RATIO SODA-UME-SILICA GLASS AND METHOD OF MAKING SAME" 的美國臨時專利申請第 61/812, 006號的權(quán)益。申請第61/812, 006號通過引用以其整體并入本文。
[0003] 發(fā)明背景 1、發(fā)明領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明總體上涉及含鐵的、高氧化還原比的鈉鈣硅玻璃及其制造方法，且更特別 地涉及低鐵、高氧化還原比以及高鐵、高氧化還原比的鈉鈣硅玻璃及其制造方法。
[0005] 2、現(xiàn)有技術(shù)討論
[0006] 如制造鈉鈣硅玻璃領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，關(guān)注的參數(shù)包括、但不限于氧化 還原比及表示為Fe203的總鐵。例如，且不限于該討論，通過引用并入本文的美國專利第 6, 962, 887號公開了一種玻璃，其具有在大于0至0.02重量百分比（"wt%"）范圍內(nèi)的表 示為Fe20 3的總鐵及在0. 2至0. 6范圍內(nèi)的氧化還原比。該玻璃例如在如桌面或擱板的家 具應(yīng)用中是美學(xué)上令人愉悅的且有用的。進一步，當(dāng)從垂直于玻璃主表面的角度觀察時，該 玻璃是高度透明的，但是當(dāng)從邊緣觀察時，具有美學(xué)上期望的藍(lán)色，即，天藍(lán)色的邊緣顏色。 這類玻璃以 PPG Industries Ohio 注冊的商標(biāo)"Starphire"，由 PPG Industries, Inc?出 售。
[0007] 本討論所關(guān)注的另一種玻璃公開于美國專利第6, 313, 053號中，該專利通過引用 并入本文中。該專利公開了一種藍(lán)色著色玻璃，該玻璃采用標(biāo)準(zhǔn)鈉鈣硅玻璃基質(zhì)組分及添 加的鐵和鈷，以及任選的鉻作為陽光輻射吸收材料及著色劑。該藍(lán)色著色玻璃具有在〇. 10 至1. Owt %范圍內(nèi)的表示為Fe203的總鐵，且具有在大于0. 35至0. 60范圍內(nèi)的氧化還原 比?？紤]這類玻璃用于討論高鐵、高氧化還原比的鈉鈣硅玻璃的目的。這類玻璃以PPG Industries Ohio 注冊的商標(biāo)"Solextra"，由 PPG Industries, Inc.出售。
[0008] 該低鐵及高鐵、高氧化還原的鈉鈣硅玻璃組合物可以采用如美國專利第 4, 792, 536號和第5, 030, 584號中所公開的多階段熔融及真空輔助澄清操作來制造， 且可以如美國專利第6, 962, 887號中所公開的傳統(tǒng)浮法玻璃系統(tǒng)來制造。美國專利第 4, 792, 536號、第5, 030, 594號及第6, 962, 887號通過引用并入本文。該高鐵、低鐵、高 氧化還原比鈉鈣硅玻璃組合物一般以如美國專利第4, 604, 123號、第6, 962, 887號和 第7, 691，763號中所公開的采用含氧燃料的傳統(tǒng)浮法玻璃系統(tǒng)制造，以獲得或保持高氧 化還原比，且該低鐵、高氧化還原玻璃可以采用燃燒含氧燃料的熔爐來制造，但優(yōu)選在 Siemens類型熔爐中采用燃燒的燃料與空氣的混合物來制造。美國專利第4, 604, 123號、 第6, 962, 887號及第7, 691，763號通過引用并入本文。盡管美國專利第4, 792, 536號、第 5, 030, 594號、第6, 313, 053號以及第6, 962, 887號中所公開的目前可獲得的用于制造玻璃 的方法是可接受的，但其仍存在限制。更特別地，在本討論中所關(guān)注的限制是保持玻璃的氧 化還原比在0.2至0.6的范圍內(nèi)，且更優(yōu)選在0.35至0.6的范圍內(nèi)。
[0009] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，可通過加入硫（參見并入的多項美國專利）和碳 (例如但不限于石墨、煤和/或油）以將三價鐵（Fe +++)還原為二價鐵（Fe++)來提高氧化還 原比。盡管目前存在用于制造具有低鐵、高氧化還原比以及高鐵、高氧化還原比的玻璃的 可獲得的方法，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，這些方法一般被修改以符合熔爐的參數(shù)。更特別 地，采用碳來提高由采用燃燒含氧燃料的玻璃制造熔爐所制造的鈉鈣硅玻璃的氧化還原比 可導(dǎo)致配合料的熔化改變，該改變可導(dǎo)致氧化硅結(jié)石。鑒于前述內(nèi)容，有益的是提供一種用 于制造具有高氧化還原比的低鐵和高鐵的鈉鈣硅玻璃的方法，該方法與用于熔化玻璃配合 料材料的加熱系統(tǒng)或熔爐的類型無關(guān)，且可消除與加熱系統(tǒng)相關(guān)的限制。
[0010] 發(fā)明概述
[0011] 本發(fā)明涉及一種具有錫面和相對的空氣面的玻璃，其中在玻璃形成過程中，玻璃 的錫面支撐在熔融錫槽上。該玻璃包括，除其它以外，基礎(chǔ)鈉鈣硅玻璃部分和著色劑部分。 該著色劑部分包含，除其它以外，作為Fe 203的總鐵，其選自在大于0至0. 02wt%范圍內(nèi)的作 為Fe203的總鐵；在大于0. 02wt%至小于0. 10wt%范圍內(nèi)的作為Fe 203的總鐵；以及在0. 10 至2.OOwt%范圍內(nèi)的作為Fe203的總鐵的組；氧化還原比在0.2至0.6的范圍內(nèi)。以在大 于0. 005至5. Owt%范圍內(nèi)的量提供錫的錫和/或含錫化合物，其中錫和/或含錫化合物 在玻璃的空氣面提供的錫濃度小于玻璃的錫面的錫濃度。
[0012] 本發(fā)明進一步涉及一種除其它以外，通過提供基礎(chǔ)鈉鈣硅玻璃部分及著色劑部分 來制造玻璃的方法。該著色劑部分包含，除其它以外，作為Fe 203的總鐵，其選自在大于0 至0. 02wt %范圍內(nèi)的作為Fe203的總鐵；在大于0. 02wt %至小于0. 10wt %范圍內(nèi)的作為 Fe203的總鐵；以及在0. 10至2. 00wt %范圍內(nèi)的作為Fe 203的總鐵的組，和以在大于0. 005 至5. Owt%范圍內(nèi)的量提供錫的錫和/或含錫化合物，之后，熔融該玻璃部分和該著色劑部 分以提供熔融玻璃池；使該熔融玻璃流至熔融錫槽上；使該熔融玻璃在該熔融錫槽的表面 上移動，同時可控地冷卻該玻璃并向該玻璃施加力以提供所需厚度的玻璃；且將玻璃移出 該熔融錫槽，其中在玻璃的錫面的錫和/或含錫化合物的濃度大于在玻璃本體部分內(nèi)的Sn 濃度，玻璃的本體部分從玻璃的空氣面延伸且在即將到達(dá)玻璃的錫面前終止。
[0013] 附圖簡要說明
[0014]圖1A和1B是可用于實施本發(fā)明的玻璃熔爐的水平截面；圖1A是該熔爐的熔化 部，圖1B是該熔爐的澄清和均化部。
[0015] 圖2是圖1A中所示的熔化部的垂直截面。
[0016] 圖3是部分沿可用于實施本發(fā)明的玻璃熔化和澄清設(shè)備橫截面的高架側(cè)視圖。
[0017] 圖4顯示了低鐵、鈉鈣硅玻璃實驗室樣品的一組測試結(jié)果，以顯示石墨和二氧化 錫對氧化還原比的作用。直線連接具有類似石墨含量的每個樣品的測試結(jié)果。在2650° F 的溫度熔化用于每個樣品的配合料。
[0018] 圖5顯示了低鐵、鈉鈣硅玻璃實驗室樣品的一組測試結(jié)果，（1)以顯示溫度的作 用，（2)以顯示加入配合料的二氧化錫的作用，及（3)以對加入配合料的二氧化錫和具有已 經(jīng)存在于100%碎玻璃形式的玻璃中的二氧化錫的玻璃進行比較。這些樣品是無石墨的，且 直線連接來自在各自熔化溫度被加熱的配合料的樣品。
[0019] 圖6顯示了低鐵、鈉鈣硅玻璃實驗室樣品的一組測試結(jié)果，該測試結(jié)果顯示了錫 化合物對氧化還原比的作用。在2650° F熔化配合料，且直線連接普通測試結(jié)果。
[0020] 圖7顯示了在真實操作條件下、在真實熔爐中的工廠試驗期間生產(chǎn)的低鐵玻璃與 來自實驗室熔體的低鐵玻璃之間的一組測試結(jié)果的比較。
[0021] 圖8顯示了高鐵、鈉鈣硅玻璃樣品的一組測試結(jié)果，該測試結(jié)果顯示了石墨、溫 度、二氧化錫和錫對于氧化還原比的作用。直線連接普通測試結(jié)果。
[0022] 圖9是支撐在熔融錫槽上的玻璃帶的部分側(cè)視圖。
[0023] 發(fā)明詳細(xì)說明
[0024] 如在下面討論中所采用的那樣，空間或者方向術(shù)語，比如"頂"、"底"等與本發(fā)明有 關(guān)，因其在附圖中示出。然而，應(yīng)該理解本發(fā)明可以采用各種可選的取向，因此，上述術(shù)語不 能認(rèn)為是限制性的。除非另有說明，所有在本說明書和權(quán)利要求中采用的表示尺寸、物理特 征、成分量、反應(yīng)條件等的數(shù)字都應(yīng)理解成在所有情況下用"約"一詞來進行修正。所以，除 非有相反說明，否則在下面的說明書和權(quán)利要求中設(shè)定的數(shù)值可以根據(jù)本發(fā)明想要獲得的 所希望的性能而變化。至少，且非試圖將等同原則的應(yīng)用限制在本權(quán)利要求的范圍，每個數(shù) 字參數(shù)的解釋都至少要考慮到所報告的有效數(shù)字的位數(shù)，并且使用通常的舍入方法。而且， 這里公開的所有范圍都應(yīng)理解成包含范圍的起始值和終止值，并包括任何和全部這里所包 含的子范圍。例如，記作"1至10"的范圍應(yīng)該被認(rèn)為包括任何和全部的介于（并包括）最 小值1和最大值10之間的子范圍；即，所有的以最小值1或更大值開始，以最大值10或更 小值結(jié)束的子范圍，比如5. 5至10。另外，這里引用的所有文獻，比如但不限于已授權(quán)的專 利和專利申請，都被認(rèn)為是以其整體"通過引用而被并入"。進一步，如本文中所采用的，術(shù) 語"在其上方"表示形成、施加、沉積或提供在其上方，但不必需與表面接觸。例如，形成或 施加在基板表面"上方"的涂層不排除位于該形成的涂層與基板表面之間的一個或多個相 同或不同組成的其它涂層或薄膜的存在。又進一步，術(shù)語"在其上"表示形成、施加、沉積或 提供在其上，且與表面接觸。
[0025] 在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，實施本發(fā)明制造鈉鈣硅玻璃，該鈉鈣硅 玻璃具有低鐵含量，例如，但不限于在大于〇. 〇〇_〇. 〇2wt %范圍內(nèi)的總鐵Fe203，且具有在 0. 2-0. 6范圍內(nèi)的氧化還原比，例如，但不限于在美國專利第6, 962, 887號中公開的玻璃。
[0026] 在本發(fā)明的另一非限制性實施方案中，實施本發(fā)明制造鈉鈣硅玻璃，該鈉鈣硅 玻璃具有高鐵Fe 203含量，例如，但不限于在大于等于0. lwt %范圍內(nèi)的Fe 203，且具有在 0. 2-0. 6范圍內(nèi)的氧化還原比，例如，但不限于在美國專利第6, 313, 053號中公開的玻璃。 在本發(fā)明的實施中，可以采用任何已知的玻璃制造工藝來制造本發(fā)明的高鐵、高氧化還原 比玻璃以及低鐵、高氧化還原比玻璃。
[0027] 任何提及的組分的量，除非另有規(guī)定，都是基于最終玻璃組分總重量"以重量百分 比計"。本文所公開的玻璃組分的"總鐵"含量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分析做法以Fe 203表示，而與其實際 存在形式無關(guān)。同樣，二價鐵狀態(tài)的鐵的量作為FeO報告，即使其實際上可能不作為FeO存 在于玻璃中。術(shù)語"氧化還原"、"氧化還原比"或"鐵氧化還原比"是指用二價鐵狀態(tài)（以FeO 表示）的鐵的量除以三價鐵狀態(tài)（以Fe 203表示）的總鐵的量。如本文所采用的，具有在大 于0至0. 02wt%范圍內(nèi)的總鐵（以Fe203表示）的鈉鈣硅玻璃是低鐵鈉鈣硅玻璃；具有在大 于等于0.02至0.10wt %范圍內(nèi)的總鐵的玻璃是中鐵鈉鈣硅