[发明专利]用于精制熔融的玻璃的方法和设备

说明书

批露了用于澄清熔融的玻璃的方法和设备，其增强玻璃的均匀性，避免澄清容器的物理结构受到来自在澄清过程中释放进入气泡的氧的腐蚀影响，以及溶解和分散熔融过程中可能渗透进入熔融的玻璃的耐火材料。在澄清过程中，沿着垂直方向引导熔融的玻璃，同时搅拌和加热该熔融的玻璃到形成氧气泡的温度，从而收集在制造熔融的玻璃时形成的气体。然后沿着非垂直方向引导熔融的玻璃的流动，从而使氧气泡和收集的气体通过玻璃自由表面逃逸进入玻璃自由表面上方的气氛。玻璃自由表面和其上方的气氛从熔融的玻璃的垂直的流上方延伸到澄清容器的出口。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求2013年01月24日提交的美国临时申请系列第61/756186号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。

技术领域

本发明总体涉及用于制造玻璃的方法和设备，具体来说，涉及用于改善熔融的玻璃精制(refining)步骤中的玻璃质量的方法和设备，所述方法制备可用于各种产品的玻璃。

背景

通过在熔融炉中熔融选定的原料成分(批料)来制造玻璃产生一种粘性熔融的材料(下文称为熔融的玻璃)，其后续地形成并冷却成玻璃制品。但是,熔融过程还产生不想要的副产物，如果不从熔融的玻璃去除该副产物，它们可通过玻璃制造过程并在最终制品中作为可见缺陷显现。在气态副产物的情况下，这种缺陷不同地称为种子、气泡或气态包含物。此外，熔融的玻璃中的化学不均匀物可导致某些其它可见缺陷，通常称为细沟、条带或粗线。特别是对于光学质量玻璃，例如用于光学透镜的玻璃或用于平板显示器(例如液晶显示器)的基材，诸如细沟、粗线或种子的缺陷是不可接受的缺陷，其可显著地影响最终制品用于其预期目的的适用性。因此，需要在玻璃制品到达其最终形式之前，去除或防止形成这种缺陷。

概述

熔融批料材料来制备熔融的玻璃的过程产生各种气态副产物。这些气态副产物可溶解于玻璃自身，或可作为气泡分散在玻璃之内。例如，这种气体可包括但不限于CO₂和SO₂。用于去除这些熔融相关的缺陷的方法之一是在初始熔融过程中添加澄清剂,例如砷,锑,锡，铈或硼的氧化物。例如,澄清剂可添加到提供至熔融炉的批料材料。在制造过程的后续步骤中，将熔融的玻璃加热到充分大于初始熔融温度的预定的温度，从而诱导澄清剂通过原子价态改变产生氧气泡。换句话说,还原澄清剂并放出过量的氧。此外,更高的温度降低熔融的玻璃的粘度,使得氧气泡更易于向上地流动通过熔融的玻璃。随着氧气泡通过熔融的玻璃向上移动,熔融产生的气体扩散进入氧气泡并传输到熔融的玻璃的自由的表面,其中把气体释放到自由的表面上方的气氛。

某些玻璃制造过程使用贵金属递送系统来把熔融的玻璃递送到后续的形成设备。对于预期用于光学或要求高光学清晰度的其它精确应用的高纯玻璃而言，尤其如此。与形成氧气泡相关的一个问题是如果这些气泡与由贵金属或贵金属合金形成的某些玻璃加工和精制容器接触任意可观的时间段,容器的内部表面可发生腐蚀。如果任其发展，这种腐蚀可弱化容器壁并最终导致破坏容器。因此,通常对熔融的玻璃进行精制(或通常简单地称为“澄清”)，其中从熔融的玻璃去除气态包含物(气泡)。

此外，还需要匀化熔融的玻璃来去除细沟和粗线，和防止累积停滞玻璃，其是在制造过程中熔融的玻璃的不均匀流动的结果。通常，在澄清过程之后但在熔融的玻璃冷却到其中熔融的玻璃的粘度使得难以搅拌或混合熔融的玻璃的温度之前搅拌或混合熔融的玻璃。但是,存在这种常规过程到底多有效的限制，因为澄清过程下游的熔融的玻璃已经历冷却。