专利名称：澄清玻璃的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及澄清熔融玻璃的方法和系统。具体地，本发明涉及包含金属澄清容器 的玻璃澄清方法和系统。本发明适用于例如用于制造LCD玻璃基板的直接加热的钼澄清系 统。
背景技术：
制造玻璃制品的一个示例性方法是从熔化原料如金属氧化物开始，形成熔融玻 璃。熔化过程不仅形成玻璃，而且形成许多不需要的副产物，包括各种气体，如氧气、二氧化 碳、一氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氩气、氮气和水蒸气等。若不除去，这些气体将在整个制 造过程中继续存在，最后在玻璃成品中形成小的包含物或气泡，有时形成微观气态包含物 或气泡。对于某些玻璃制品来说，少量气态包含物的存在并非致命缺陷。然而，对于其他制 品的制造来说，直径小到50 μ m的气态包含物也是不可接受的。一种这样的玻璃制品是用 于制造显示器件如液晶显示器和有机发光二极管显示器的玻璃板。对于这样的应用，玻璃 必须具有格外的澄清度、原始表面(pristine surface)，且基本上没有变形和包含物。为了从熔融玻璃中除去气态包含物，通常向进料中加入一种或多种澄清剂。澄清 剂可以是多价氧化物，如As203。在玻璃熔化过程中，AS2O3转化为AS205。在澄清阶段，发生 以下反应As2O5 — As203+02 (气体)释放的氧气在熔融玻璃或熔体中形成气泡。气泡使其他溶解气体可被收集起来， 上升到熔体表面，从而在制造过程中除去。加热通常是在高温澄清容器中进行。显示器级玻璃的澄清温度可高达1700°C。如此高的温度需要使用专门的金属或合 金，以防澄清容器受到破坏。通常使用钼或钼合金，如钼-铑。钼的优点在于其具有高熔化 温度，不易溶解到玻璃中。然而，在如此高的温度下，钼或钼合金容易氧化。因此，必须采取 措施，防止热的钼澄清容器与空气中的氧气接触。在玻璃澄清和运送过程中，也非常需要采 取其他措施减少Pt的氧化。在澄清容器中，若给定停留时间，则要获得质量更高的玻璃，熔融玻璃需要更高的 澄清温度。然而，对于诸如用金属或金属合金制成的澄清系统，其形成材料具有操作温度上 限。因此，需要一种玻璃澄清系统，它能为熔融玻璃提供高澄清温度，但不超过金属的最高 操作温度。本发明满足了此需求。
发明内容
因此，本发明的第一个方面是玻璃制法，其包括在澄清容器中澄清熔融玻璃 的步骤，所述澄清容器包含不与熔融玻璃直接接触的顶壁部分，以及与熔融玻璃直 接接触的侧壁部分，其中顶壁部分具有温度T(顶)，侧壁部分具有温度T(侧)，且 T(顶)-T(侧)(IO0C0在本发明的第一个方面的某些实施方式中，T(顶)-T(侧)彡5°C。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，容器的壁部分包含金属。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，对壁部分通电流，由此加热容器。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，壁部分包含Pt。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，T(侧)彡1600 0C ；在某些实 施方式中，τ (侧)彡1630 0C ；在某些实施方式中，T (侧)彡1650 °C ；在某些实施方 式中，T(侧)彡1660 0C ；在某些实施方式中，T(侧)彡1670 °C ；在某些实施方式 中，T(侧)彡1680 0C ；在某些实施方式中，T(侧)彡1690 °C ；在某些实施方式中， T(侧)彡 1700°C。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，熔融玻璃是硼硅酸盐玻璃，在某些实 施方式中是硼铝硅酸盐(aluminoborosilicate)玻璃。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，澄清容器用托架(cradle)支承，容器 放在托架中。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，澄清容器用多层隔热材料包封。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，澄清容器用至少一层适应至少1650°C 的工作温度的隔热材料包封。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，澄清容器用至少一层防火板包封。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，澄清容器的侧壁部分通过补充加热进 一步进行差异化加热，如让电流通过Pt加热体系或其他直接金属加热体系。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，在澄清容器顶壁部分外侧安装冷却叶 片或受热器(heat sink)。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，澄清容器顶壁部分的厚度大于侧壁部 分的厚度。在本发明的第一个方面的某些实施方式中，澄清容器的壁部分包含金属，并且与 T (顶)-τ (侧)> 5 °C的情况相比，该金属的氧化减少。本发明的第二个方面是玻璃澄清系统，其包含-可在其中澄清熔融玻璃的金属容器，该金属容器具有在玻璃澄清过程中基本上 不与熔融玻璃直接接触的顶壁部分，以及与熔融玻璃直接接触的侧壁部分。-可自动检测(sense)顶壁部分温度的第一温度传感器，以及可自动检测侧壁部 分温度的第二温度传感器；-可通过金属容器侧壁部分提供电流的电源，以加热澄清容器的顶壁部分和侧壁 部分；_支承金属容器的托架；以及-容纳金属容器的隔热外壳；
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其中澄清系统可在澄清过程中维持容器的顶壁部分温度T (顶)与侧壁部分温度 T(侧)之间的差异，其中T(顶)-T(侧)(IO0C0在本发明的第二个方面的某些实施方式中，所述系统还包含可对金属容器侧壁部 分进行差异化加热的加热元件，如直接Pt加热系统或其他直接金属加热系统。在本发明的第二个方面的某些实施方式中，在金属容器顶壁部分外侧安装冷却叶 片或受热器。在本发明的第二个方面的某些实施方式中，金属容器顶壁部分的厚度大于侧壁部 分的厚度。在本发明的第二个方面的某些实施方式中，隔热外壳包含至少一层防火板。在本发明的第二个方面的某些实施方式中，金属容器包含Pt和/或其合金。本发明的一个或多个实施方式具有以下一个或多个优点(i)可生产缺陷更少、 质量更高的玻璃；(ii)可减少建造澄清容器所用金属(如贵金属)的氧化，因此可延长该 系统的使用期限；(iii)该系统可获得优越的隔热性；(iv)利用本发明可使熔融玻璃获得 最佳温度均勻性；(iv)可显著节省投资；以及(V)所产玻璃的具有更高选择。
图1是根据本发明的一个实施方式所用的金属澄清容器的横截面示意图。图2是根据本发明的一个实施方式的澄清容器的横截面示意图。图3是Pt-Rh合金在不同温度和温度梯度下氧化(由重量损失表示)的图示。
具体实施例方式除非另有说明，说明书和权利要求书中所用的所有数值，如表达各成分的重量百 分数、尺寸和某些物理性质的数值，都应理解为在所有情况下均受“约”字修饰。还应理解， 说明书和权利要求书中所用精确数值构成本发明的另外的实施方式。发明人已尽力保证实 施例中所披露的数值的准确性。不过，由于相应测量技术存在标准偏差，所以任何测量值都 可能难免地包含某些误差。本文所用不定冠词“一个”或“一种”表示“至少一个(种)”，并且不应局限为“仅 一个(种)”，除非有相反说明。因此，例如，“一个澄清容器”的说法包括具有两个或更多个 澄清容器的实施方式，除非文中另有明确说明。典型的玻璃澄清系统包括澄清容器，熔融玻璃在此澄清容器中停留一段时间，即 停留时间，熔融玻璃内的气泡在此期间由熔融玻璃内部上升到表面。在所有其他条件都相 同的情况下，熔融玻璃的粘度越低，气泡在熔体内越容易形成和上升。宜将澄清容器里的熔 融玻璃加热至足够高的温度，使玻璃的粘度足够低。玻璃熔体所能达到的最高温度部分地 取决于澄清容器的材料。以包含Pt澄清容器的澄清系统为例，熔融玻璃的温度不能超过Pt 的熔化温度。纯Pt的熔点为1768°C。若将Pt澄清容器加热到接近其熔点的温度，则其机 械整体性受到严重削弱。如上所述，在澄清过程中，澄清系统中澄清容器的不同部分受热情况不同，部分原 因是它们接触的环境不同。澄清容器下部起到熔融玻璃的承载和储存器的作用，因而与玻 璃直接接触。可是，上部是留给空气逃逸的空间，因此在澄清步骤中通常不与玻璃熔体直接接触。玻璃与气体传热速率的差异会在澄清容器顶部与侧面/底部之间产生不可忽视的温 度梯度。在本申请中，顶部温度在澄清容器顶端测量。这个区域的温度往往是澄清容器中 的最高温度。澄清容器侧面部分的温度在澄清容器侧面位于熔融玻璃表面线以下的地方测 量。此区域的温度非常接近于与之直接接触的玻璃熔体的温度。本发明人发现，将澄清容器顶部与侧面/底部之间的温度梯度保持较低，可使玻 璃熔体获得高得多的澄清温度，提高澄清效率和效果，提高玻璃质量。本发明人还发现，减小澄清容器顶部与侧面/底部之间的温度梯度，可减少金属 氧化，从而延长澄清系统的使用寿命。某些澄清系统采用直接加热澄清容器的方法，即在容器壁中通电流。其他某些澄 清系统单另使用间接的独立加热器件加热澄清容器，如金属线圈、SiC加热棒等。其他某些 澄清系统使用直接和间接加热方法的组合。本发明可应用于所有这些澄清系统。下面结合直接加热钼澄清系统(DHPS)阐述本发明。应当指出，DHPS仅仅是本发 明的一个实施方式，本发明同样可在其他玻璃制造系统中实施。图1是包含熔融玻璃111的金属容器的横截面示意图。103是金属容器顶壁部分， 它不与熔融玻璃111直接接触；105是该容器的侧壁部分，与熔融玻璃111直接接触；107是 用于自动检测顶壁部分温度的第一温度传感器(如热电偶)；109是用于自动检测侧壁部分 温度的第二温度传感器。通过使用这两个温度传感器，可以监控澄清容器顶部与侧面/底 部之间的温度梯度。对于DHPS，可相应地调整通入澄清容器的电流，使顶部与侧面/底部的 受热情况不同，从而将温度梯度维持在所需范围内。图2是根据本发明的一个实施方式的澄清系统的横截面示意图。205是金属容器， 包容熔融玻璃209并对其进行澄清。201a、201b和201c分别是容纳该容器205的深托架 的第一侧壁、底部和第二侧壁。203是托架壁与容器之间的衬垫材料。207a和207b是盖 板，用于覆盖容器和衬垫材料。211和213是封闭托架和容器的隔热层。213宜用防火板制 造(如用陶瓷纤维制成的耐高温纤维板)。在此实施方式中，除使澄清容器完全隔热外，使 用深托架还可在澄清过程中最大程度减少热损失，将澄清容器的温度梯度维持在所需范围 内。用高导热材料如氧化铝隔热耐火砖制成的典型直接热澄清器系统，在澄清器顶部 与其下面的管部分之间形成大的热梯度，其原因是玻璃线低于澄清器顶部高度，从而留下 空气空间或自由玻璃表面，供气泡逃逸。不与任何玻璃接触的澄清器顶部区域更热，因为没 有热散失到玻璃中。其结果是，可达到的最高玻璃温度受到澄清器顶部温度限制，所述顶部 温度由澄清器材料的熔化温度决定。温度梯度(ΔΤ)越大，则玻璃温度越低，澄清能力下 降。可用许多方法减小澄清容器顶部与侧部之间的温度梯度(Δ T)。减小澄清器顶部 与底部之间的△ T的示例性方法包括但不限于(a)通过钼或Kanthal 线圈补充加热；(b) 用隔热耐火砖和纤维板进行隔热包装；(c)在澄清器“热”部安置冷却叶片或受热器；(d)改 变顶部设计，如采用双片结构或增加厚度，或采用二者的组合。在某些实施方式中，当采用 主动加热或冷却，如方法(a)和/或(c)时，宜利用反馈回路控制加热和/或冷却。这样， 就可以检测和监控澄清容器底部与侧部之间的温度梯度，进而调节和控制补充加热元件和 /或外部冷却器件，与直接加热系统一起(若存在的话)，使顶部与侧部之间达到所需的温
6度梯度。将澄清容器顶部加厚可增加澄清容器顶部的机械整体性，即使将顶部加热到高于 侧部的温度也是如此。此方法会显著增加澄清容器的成本，特别是用贵金属如Pt和/或 Pt-Rh合金制造耐高温澄清容器时。优选的实施方式是使用隔热耐火砖和/或耐火板，因为其他方法需要额外的能量 设备，在使用线圈的情况下还需要电力设备。冷却叶片或受热器会产生局部凝结点，形成 Pto2，该物质可带来钼杂质。此外，增加隔热性之后，使用较少的能量即可获得相近甚至更 高的玻璃温度。升高玻璃温度以提高澄清能力数据显示，根据本发明的澄清系统，若隔热托架采用多层耐火板，则可达到的 T(顶)-T(侧) 10°C。而对于具有基本相同的尺寸和几何结构，但澄清容器没有足够的 隔热的对比澄清器，所观察到的T (顶)-T (侧) 40°C。数据显示，本发明的澄清系统的能量消耗低得多。根据本发明的包括深托架和多 层耐火板隔热的澄清器所消耗的能量仅相当于对比澄清器所消耗的能量的约60% -80%, 所述对比澄清器中的托架没有那么深，也不含多层隔热耐火板。利用本发明的澄清系统澄清的玻璃的质量显著高于利用对比澄清系统澄清的玻 璃。利用对比澄清器澄清的玻璃所包含的气泡约为根据本发明澄清的玻璃的1.7-6倍。无 意受限于任何特定理论，但是据信，造成此结果的原因是在本发明的澄清器中，熔融玻璃可 获得更高的温度。因此，对于本发明，玻璃的总损失少得多。直接加热钼系统包含加在金属上的电压，在某些实施方式中所述金属是钼或其 合金；这反过来导致金属受热。此方法用于加热LCD玻璃传送系统的贵金属部件。结果， 贵金属所达到的温度显著高于环境温度或周围部件的温度。高温加上钼与环境之间的大 温度梯度(ΔΤ)，导致钼的氧化速率增大。这种情况下的氧化速率比间接加热贵金属时更 高。图3所示数据表明，直接加热时的贵金属氧化速率比间接加热时的氧化速率高得多，所 述速率依赖于温度梯度。此图纵轴代表Ph_20Rh板在1670°C的重量损失(单位为克·英 寸_2 月，横轴代表所测试的Pt_20Rh板所处的环境温度。因此，任何能够减小温度梯度 效应的方法可显著减小贵金属的氧化速率。因此，本发明将减少金属容器壁的氧化。利用隔热性更好的包装将减少最优操作所需的能量，这意味着钼表面，尤其是顶 壁部分，可在更低的温度下工作。更少的能量意味着更低的氧化速率，这也暗示着贵金属可 将整体性保持更长时间。因此，对于直接加热部件如玻璃澄清器，因玻璃渗漏或结构缺陷而 失效的时间将推后。本领域的技术人员不难看出，在不背离本发明的范围和精神的前提下，可对本发 明作出各种改进和变动。因此，本发明意在覆盖本发明的各种改进和变化形式，只要它们落 在所附权利要求及其等价要求的范围之内。
权利要求
一种玻璃制造法，其包括在澄清容器中澄清熔融玻璃的步骤，所述澄清容器包含不与熔融玻璃直接接触的顶壁部分，以及与熔融玻璃直接接触的侧壁部分，其中顶壁部分具有温度T(顶)，侧壁部分具有温度T(侧)，且T(顶) T(侧)≤10℃。
2.如权利要求1所述的玻璃制造法，其特征在于，所述容器通过使电流通过壁部分来 加热。
3.如权利要求1或2所述的玻璃制造法，其特征在于，所述容器的壁部分包含Pt。
4.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制造法，其特征在于，T(侧)彡1600°C。
5.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制造法，其特征在于，所述熔融玻璃是硼硅酸 盐玻璃。
6.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制造法，其特征在于，所述澄清容器用托架支 撑，将所述容器放在托架中。
7.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制造法，其特征在于，所述澄清容器用多层隔 热材料封闭。
8.如权利要求7所述的玻璃制造方法，其特征在于，所述澄清容器用至少一层适应 1650°C的工作温度的隔热材料封闭。
9.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制造法，其特征在于，所述容器的侧壁部分通 过补充加热方法进一步进行差异化加热。
10.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制造法，其特征在于，在所述澄清容器顶壁部 分外侧安装冷却叶片或受热器。
11.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制造法，其特征在于，所述澄清容器顶壁部分 的厚度大于侧壁部分的厚度。
12.如前述权利要求中任一项所述的玻璃制造法，其特征在于，所述澄清容器的壁部分 包含金属，且与T (顶)-T (侧)> 30 V的情况相比，该金属的氧化减少。
全文摘要
本发明提供了一种玻璃制法，其包含在澄清容器中澄清熔融玻璃的步骤，所述澄清容器包含不与熔融玻璃直接接触的顶壁部分，以及与熔融玻璃直接接触的侧壁部分，其中顶壁部分具有温度T(顶)，侧壁部分具有温度T(侧)，且T(顶)-T(侧)≤10℃。本发明还提供了一种玻璃澄清系统。本发明特别适用于包含金属澄清容器的澄清系统，所述澄清容器用贵金属如Pt和/或Pt-Rh合金制成。
文档编号C03B5/225GK101932530SQ200880124607
公开日2010年12月29日 申请日期2008年11月7日 优先权日2007年11月8日
发明者J·P·墨菲, L·H·科塔斯卡, P·R·格热斯基, R·E·弗雷利, W·B·马汀格利三世 申请人:康宁股份有限公司