专利名称：用于制造具有减小的缺陷密度的浮法玻璃的方法
技术领域：
本发明涉及用于减小玻璃缺陷密度的方法和有关组合物；尤其涉及可以在包括氧燃料炉的浮法玻璃工艺中使用的方法。
背景技术：
通过浮法玻璃工艺来生产玻璃在本领域中是公知的。一般地，浮法玻璃工艺包括混合并加热玻璃组合物的各种成分以生成玻璃熔体，将玻璃熔体倾倒到熔融锡槽上，以及沿着熔融锡槽拉伸玻璃熔体，以形成尺寸稳定的连续的玻璃板。
向玻璃组合物中添加各种成分，以产生具有不同性能的玻璃，所述性能例如颜色、阳光吸收率、强度等。玻璃的最终用途决定玻璃组合物中所需的特定成分。例如，在一个例子中，可能需要蓝色玻璃，所以在组合物中将使用某些成分。在另一个例子中，可能需要具有特定UV吸收率的绿色玻璃，所以将使用不同的添加剂来组成组合物。
在玻璃中存在的一种成分是水。在将玻璃熔体倾倒到锡槽中的浮法玻璃工艺步骤中，一些水从玻璃熔体中扩散出来，并且在玻璃-锡界面处分解成氢和氧。氢溶解度很低的锡基本上被来自槽气氛的氢饱和，所以只有非常少的额外的氢可以溶解到锡中。因此，由于水分解产生的氢被束缚在了熔融玻璃与锡之间的界面处，并最终进入玻璃的底表面，显现为在玻璃物件底表面中的露底的气泡缺陷。可以将露底气泡描述为玻璃中的空洞，其一般具有倒U形横截面。露底气泡的存在增加了玻璃的总缺陷密度。
消费者设定对用于某些应用的玻璃的缺陷密度的要求。由于存在露底气泡，传统的浮法玻璃工艺很难满足这些标准。
本发明提供了用于减小在浮法玻璃工艺中、尤其是在氧燃料炉中生产的玻璃的露底缺陷密度的新颖方法。
发明内容
在一个实施例中，本发明是用于减小浮法玻璃的缺陷密度的方法，包括融化玻璃组合物，该玻璃组合物包括65～75wt％的SiO2；10～20wt％的Na2O；5～15wt％的CaO；0～5wt％的MgO；0～5wt％的Al2O3；0～5wt％的K2O；0～2wt％的FeO；和0～2wt％的Fe2O3，其中，玻璃组合物具有大于或等于1.23的总场强度指数(fieldstrength index)。
在另一个实施例中，本发明是玻璃组合物，包括65～75wt％的SiO2；10～20wt％的Na2O；5～15wt％的CaO；0～5wt％的MgO；0～5wt％的Al2O3；0～5wt％的K2O；0～2wt％的FeO；和
0～2wt％的Fe2O3，其中，玻璃组合物具有大于或等于1.23的总场强度指数。
对本发明的描述除非指出，否则在说明书和权利要求中使用的表示尺寸、物理特性、成份量、反应条件等的所有数字要理解成在所有情况下都可以由词“大约”来修改。因此，除非有相反的指出，否则在下面的说明书和权利要求中给出的数值可以根据想要通过本发明获得的期望性能而改变。最起码，并且不是要限制对权利要求的范围应用等同原则，每一个数字参数至少应该根据所报导的重要数字的数值并应用普通的舍入技术来解释。此外，这里公开的所有范围要被理解成包含其中包含的任何和所有子范围。例如，所说的“1到10”的范围应该认为是包括在最小值1和最大值10之间(并包括这两个端值)的任何和所有子范围；既，从最小值1或大些的值开始而在最大值10或小些的值结束的所有子范围，例如5.5到10，或者3.2到7.8。
本发明是用于减小通过本领域中公知的浮法玻璃工艺生产的玻璃的缺陷密度的方法。本发明可以在包括空气燃料炉或氧燃料炉的浮法玻璃工艺中使用。在氧燃料炉中，氧而非空气支持燃烧。但是，本发明特别适合于包括氧燃料炉的浮法玻璃工艺。
本发明包括融化玻璃组合物，该玻璃组合物包括65～75wt％的SiO2；10～20wt％的Na2O；5～15wt％的CaO；0～5wt％的MgO；0～5wt％的Al2O3；0～5wt％的K2O；0～2wt％的FeO；和0～2wt％的Fe2O3，其中，总场强度必须大于或等于1.23。
所述重量百分比是基于组合物的最终氧化物重量的。玻璃中存在的铁的总量可以以Fe2O3表示。但是，这不意味所有的铁实际上都是Fe2O3的形式。类似的，铁的量可以记录为FeO，但是这不意味所有的铁实际上都是FeO的形式。
玻璃组合物中可以包括添加剂，以获得某种颜色和/或关于阳光的或者其他的性能。
可以添加到玻璃组合物中以得到具有特定颜色的玻璃的添加剂对于本领域的普通技术人员来说是公知的。这种添加剂包括但不限于铁的氧化物(FeO和Fe2O3)、钴、铬、镍、硒、铈和/或钛。
可以向玻璃组合物中添加其他添加剂，来获得具有某种关于阳光的和其他的性能的玻璃。这些添加剂对于本领域的普通技术人员来说是公知的。这种成分包括但不限于，铁的氧化物、钴、铬、钒、钛、铈或者任何其他这种传统材料。
铁的氧化物可以包含在玻璃组合物中有几个原因。三氧化二铁Fe2O3是良好的紫外辐射吸收剂，并且使玻璃呈黄色。氧化亚铁FeO是良好的红外辐射吸收剂，并且使玻璃呈蓝色。通过使Fe2O3和FeO适当平衡，可以得到绿色的玻璃。
为了反应玻璃组合物中亚铁和三价铁的相对含量，将使用术语“氧化还原比”。当在这里使用时，氧化还原比是指处于亚铁状态(FeO)的铁的量除以总铁的量。术语“总铁”以Fe2O3的形式表示。
在本发明的非限制性实施例中，玻璃组合物包括基于组合物的重量百分比的约0.005到1.5重量百分比的总铁。
CoO是弱红外辐射吸收剂，并且使玻璃呈蓝色。在本发明的非限制性实施例中，玻璃组合物包括0.0到500.0ppm的CoO。
Cr2O3可以使玻璃呈绿色，并呈现一定的紫外辐射吸收。在本发明的非限制性实施例中，玻璃组合物包括基于组合物重量的0.0到0.1重量百分比的Cr2O3。
Se可以提供紫外和红外辐射吸收，并使玻璃呈从粉红到褐色的颜色。Se还可以用来降低氧化还原比。在本发明的非限制性实施例中，玻璃组合物包括百万分之(“ppm”)0.0到100.0的Se。
可以使用TiO2来提供紫外辐射吸收，并使玻璃呈黄色。在本发明的非限制性实施例中，玻璃组合物包括基于组合物重量的0.0到2.0重量百分比的TiO2。
钒(V2O5)在不同价态下可以提供黄绿色和紫外及红外辐射吸收。在本发明的非限制性实施例中，玻璃组合物包括基于组合物总重量的0.0到0.5重量百分比的钒。
在各种非限制性实施例中，本发明的玻璃组合物可以包括镍、氧化锌、氧化饵、氧化锡、铜、锰、钕和/或钼。例如，玻璃组合物可以包括基于组合物总重量的0.0到0.1重量百分比的镍。例如，玻璃组合物可以包括基于组合物总重量的0.0到1.0重量百分比的氧化锌。例如，玻璃组合物可以包括基于组合物总重量的0.0到3.0重量百分比的氧化饵。例如，组合物可以包括基于组合物总重量的0.0到2.0重量百分比的氧化锡。例如，组合物可以包括基于组合物总重量的0.0到0.5重量百分比的铜。例如，组合物可以包括基于组合物总重量的0.0到0.5重量百分比的锰。例如，组合物可以包括基于组合物总重量的0.0到2.0重量百分比的钕。例如，组合物可以包括基于组合物总重量的0.0到300ppm的钼。
本发明的玻璃组合物还可以包括少量的其他材料，例如熔化和澄清助剂、痕量材料、杂质等，这对于本领域普通技术人员来说是公知的。
本发明的玻璃组合物必须具有一定的总场强度(也称为阳离子场强度)。玻璃组合物的总场强度必须大于或等于1.23或者大于或等于1.300。单个阳离子场强度的表示为Z2/r，即电荷的平方除以半径。玻璃组合物的总场强度如下计算首先计算某些氧化物的摩尔分数。对于本申请来说，在总场强度的计算中只考虑下面的氧化物SiO2、Na2O、CaO、MgO、Al2O3、K2O、Fe2O3和FeO。然后，将阳离子/分子的数量乘以摩尔分数和每一种阳离子的场强度，来获得每一种氧化物对总场强度的贡献。总场强度是每一种氧化物贡献的总和。
下面的表格示出了对玻璃组合物的基场强度计算。
用来计算玻璃组合物中存在的总场强度的氧化物重量百分比的很小的变化就可以对组合物的总场强度产生巨大的影响。因此，组合物中某些氧化物的微小改变将使得总场强度落到本发明所需的范围之外。
在浮法玻璃工艺中，玻璃组合物在熔化之后被倾倒到锡槽中。进入锡槽的玻璃熔体可以包含水。玻璃熔体可以具有等于或大于基于组合物总重量百分比的0.035重量百分比的水含量。水含量可以使用光谱分析在实验室中测量。
如本领域中公知的，对玻璃熔体做进一步的处理，以生成各种厚度的平玻璃板。在美国专利No.3,083,551、美国专利No.3,961,930和美国专利No.4,091,156中公开了合适的浮法玻璃工艺的非限制性实例，在本文中通过引用将所有这些专利的内容包含在内。
根据本发明，可以生产出具有减小的缺陷密度的玻璃；尤其是露底气泡缺陷的密度减小的玻璃。
玻璃中的缺陷可以使用在线和离线方法测量。可以使用由Inspection Technologies公司制造的自动检查系统来在线测量缺陷。还可以通过视觉检查来离线检测缺陷。所测量的缺陷包括表面和内部缺陷。通过减少露底气泡缺陷的数量，本发明减小了玻璃的总缺陷密度。玻璃的缺陷密度被测量为每100平方英尺的缺陷数。
根据本发明生产的玻璃可以满足对于缺陷密度的各种商业标准。例如，汽车生产商设定用于汽车挡风玻璃的缺陷密度标准。一家汽车生产商要求汽车挡风玻璃具有零缺陷。具有缺陷的任何一块玻璃在工场都被丢弃。在这种情况下，如果玻璃中的缺陷密度超过1个每平方英尺，那么对于有利可图的操作来说，浮法工艺的合格率就变得太低了。
本发明还包含下面的组合物，该组合物包括65～75wt％的SiO2；10～20wt％的Na2O；5～15wt％的CaO；0～5wt％的MgO；0～5wt％的Al2O3；0～5wt％的K2O；0～2wt％的Fe2O3；和0～2wt％的FeO，其中，玻璃组合物具有大于或等于1.23的总场强度指数。
所述重量百分比是基于组合物的最终重量的。组合物还可以包括上面讨论的所有其他的成分。
可以使用本发明的方法和相关玻璃组合物来形成大量的玻璃物件，例如但不限于玻璃带，层压物件例如汽车挡风玻璃，刚化玻璃物件例如侧灯、背灯、建筑用玻璃产品等。
在本发明的非限制性实施例中，玻璃物件可以被用来形成本领域中公知的层压产品。根据本发明至少可以生产层压产品中的玻璃件中的一个。层压产品可以是缺陷数量每100平方英尺中缺陷少于1个的挡风玻璃。
实例下面的非限制性实施例说明了本发明。表1示出了根据本发明的各种玻璃组合物。重量百分比基于组合物的总重量。
表1.玻璃组合物无色玻璃#1无色玻璃#2绿色玻璃#1绿色玻璃#2成分 [wt％] [wt％] [wt％] [wt％]SiO2 71.5972.35 72.7772.56Na2O 13.9 13.813.5913.4K2O 10.710.0670.078CaO 7.99 7.869.58 9.62MgO 3.8 3.883.1 3.02Al2O3 1.49 1.110.19 0.25Fe2O30.08 0.090.35 0.47FeO 0.04 0.040.13 0.21SO3 0.0880.117 0.1460.119SrO 0.0070.005 0.0060.006ZrO2 0.0090.023 0.0110.014Cl0.0080.006 00Cr2O3 0.0007 0.0009 0.0007 0.001MnO2 00 0.0022 0.0026Mo00 00.0015BaO 00 0.01 0.01TiO2 00 0.0450.225CeO2 00 00SnO2 00 00基场强度 1.2361.240 1.2371.238上述实例只是提供用来说明本发明的。本发明的范围由下面的权利要求限定。
权利要求
1.一种用于减小通过浮法玻璃工艺生产的玻璃的缺陷密度的方法，包括熔化玻璃组合物，该玻璃组合物包括65～75wt％的SiO2；10～20wt％的Na2O；5～15wt％的CaO；0～5wt％的MgO；0～5wt％的Al2O3；0～5wt％的K2O；0～2wt％的Fe2O3；和0～2wt％的FeO，其中，该玻璃组合物具有大于或等于1.23的总场强度指数。
2.根据权利要求1的方法，其中，该玻璃组合物还包括下面中的至少一个基于组合物重量的0.0到2.0重量百分比的TiO2；基于组合物总重量的0.0到3.0重量百分比的氧化饵；和/或基于组合物总重量的0.0到2.0重量百分比的钕。
3.根据权利要求1的方法，其中，熔化玻璃组合物产生水含量至少为基于组合物总重量百分比的0.035重量百分比的玻璃熔体。
4.根据权利要求1的方法，其中，所产生的玻璃具有每100平方英尺总缺陷少于10个的缺陷密度。
5.一种浮法玻璃组合物，包括65～75wt％的SiO2；10～20wt％的Na2O；5～15wt％的CaO；0～5wt％的MgO；0～5wt％的Al2O3；0～5wt％的K2O；0～2wt％的Fe2O3；和0～2wt％的FeO，其中，该玻璃组合物具有大于或等于1.23的总场强度指数。
6.根据权利要求5的浮法玻璃组合物，还包括下面中的至少一个基于组合物重量的0.0到2.0重量百分比的TiO2；基于组合物总重量的0.0到3.0重量百分比的氧化饵；和/或基于组合物总重量的0.0到2.0重量百分比的钕。
7.一种包括玻璃组合物的浮法玻璃物件，所述玻璃组合物包括65～75wt％的SiO2；10～20wt％的Na2O；5～15wt％的CaO；0～5wt％的MgO；0～5wt％的Al2O3；0～5wt％的K2O；0～2wt％的Fe2O3；和0～2wt％的FeO，其中，该玻璃组合物具有大于或等于1.23的总场强度指数。
8.根据权利要求7的浮法玻璃物件，其中，所述玻璃组合物还包括下面中的至少一个基于组合物重量的0.0到2.0重量百分比的TiO2；基于组合物总重量的0.0到3.0重量百分比的氧化饵；和/或基于组合物总重量的0.0到2.0重量百分比的钕。
9.根据权利要求8的浮法玻璃物件，其中，所述物件包括在层压产品中的至少一片玻璃，所述物件含有每100平方英尺多于1个的总缺陷。
10.根据权利要求8的浮法玻璃物件，其中，所述层压产品是挡风玻璃。
全文摘要
本发明公开了一种用于减小玻璃的缺陷密度的方法，包括熔化玻璃组合物，该玻璃组合物包括65～75wt％的SiO
文档编号C03C4/00GK1684917SQ03822954
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月26日 优先权日2002年9月27日
发明者C·S·史密斯, G·A·皮科拉罗 申请人:Ppg工业俄亥俄公司