用于增加均匀性的玻璃熔融系统和方法与流程

本申请根据35u.s.c.§119，要求2015年08月26日提交的美国临时申请系列第62/210,080号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

技术背景

本公开一般地涉及玻璃熔融系统和方法，更具体地，涉及用于增加均匀性的玻璃熔融系统和方法。

背景技术：

玻璃材料(例如，用作显示器应用，包括lcd电视机和手持式电子器件，的平板玻璃的那些)对于起泡(即，由于例如玻璃熔体中的气泡所导致的玻璃中的缺陷)的要求越来越严格。例如，存在长度超过300微米的起泡会使得整块玻璃片被丢弃。此外，每磅玻璃上会导致被丢弃的起泡的数量必定越来越低。

气泡会源自玻璃制造系统中的多种来源。例如，在玻璃预熔体中，由于批料材料的分解以及电极处的反应，会形成气泡。在铂-玻璃界面处，由于氢渗透和电芯会形成气泡。在玻璃自由表面处，例如在搅拌室和入口，由于空气重叠会形成气泡。以及，在玻璃成形装置上，由于成形装置的耐火材料与玻璃之间的反应，会形成气泡。

减少起泡的一个重要考量是气泡的形成是在澄清之前、之后或其过程中(即，气泡的形成发生在熔融玻璃流过澄清容器之前、流过的过程中或者之后)。对于在流过澄清容器之后形成的气泡，强调的是防止气泡的形成，因为在后续加工步骤中，可能几乎没有机会从玻璃熔体去除气泡。对于流过澄清容器之前形成的气泡，强调经由生长和上升到玻璃自由表面来去除气泡。为了使得气泡上升速度最大化，澄清容器通常运行在较高温度下。

此外，澄清容器中的状态，例如不断增加的高温，实际上可能导致产生新的气泡。此类气泡可能来源于玻璃熔融系统中的任意数量的复杂现象中的一种或多种，包括但不限于：与玻璃组成、温度和压力(例如，温度和压力对于玻璃熔融系统的组分的平衡反应的影响)以及各种玻璃熔体不均匀性(例如，高-sio2线条或结)相关的气泡形成。

技术实现要素：

本文揭示了用于生产玻璃制品的设备。设备包括：熔融容器，位于熔融容器下游的澄清容器，以及位于熔融容器下游且位于澄清容器上游的鼓泡容器。

本文还揭示了生产玻璃制品的方法。方法包括将熔融玻璃引入用于生产玻璃制品的设备中。设备包括：熔融容器，位于熔融容器下游的澄清容器，以及位于熔融容器下游且位于澄清容器上游的鼓泡容器。

此外，本文揭示了通过上文方法制造的玻璃片，以及包含此类玻璃片的电子器件。

在以下的详细描述中提出了这些和其他实施方式的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的实施方式而被认识。

应理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述都介绍了本文的实施方式，用来提供理解要求保护的实施方式的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对这些和其他实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图举例说明了这些和其他实施方式的各种实施方式，并与描述一起用来解释其原理和操作。

附图说明

图1是根据本公开的方面，用于生产玻璃制品的包括成形装置的设备的示意图；

图2是根据本文所揭示的实施方式，用于生产玻璃制品的包括鼓泡容器的设备的一部分示意图；

图3是根据本文所揭示的实施方式的鼓泡容器的底部的俯视剖面图；

图4是玻璃鼓泡容器和连接管的示意图，其中，玻璃鼓泡器的出口连接管包括静态混合器；

图5是玻璃鼓泡容器和连接管的示意图，其中，玻璃鼓泡器的入口和出口连接管包括静态混合器；

图6是根据本文所揭示的实施方式的澄清容器的透视图；以及

图7是根据本文所揭示的实施方式的澄清容器的替代实施方式的透视图。

具体实施方式

下面参考本公开的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。

图1显示玻璃成形设备101的示例性示意图，其用于熔合拉制玻璃带103用于后续加工成玻璃片。所示意的玻璃成形设备包括熔合拉制设备，但是在其他例子中，也可以提供其他熔合成形设备。玻璃成形设备101可以包括熔融容器(或者熔炉)105，其配置成从储料斗109接收批料材料107。可以通过由马达113驱动的批料传递装置111来引入批料107。任选的控制器115可配置成激活电动机113，以将所需量的批料材料107引入熔融容器105中，如箭头117所示。玻璃水平探针119可用于测量竖管123内的玻璃熔体(或熔融玻璃)121的水平，并通过通信线路125的方式将测得的信息传输到控制器115。

玻璃成形设备101还可包括位于熔融容器105下游、并且通过第一连接管129的方式与熔融容器105流体连接的澄清容器127(例如澄清管)。混合容器131(例如，搅拌室)也可位于澄清容器127的下游，以及传递容器133(例如，碗)可位于混合容器131的下游。如所示，第二连接管135可以连接澄清容器127和混合容器131，以及第三连接管137可以连接混合容器131和传递容器133。如进一步所示，可放置下导管139，以将玻璃熔体121从传递容器133输送至成形装置143的入口141。如所示，熔融容器105、澄清容器127、混合容器131、传递容器133和成形装置143是玻璃熔体站的例子，它们可以以串联的形式沿着玻璃成形设备101放置。

熔融容器105通常由耐火材料(例如耐火砖(如陶瓷砖))制造。玻璃成形设备101还可包括通常由铂或含铂金属例如铂-铑、铂-铱以及它们的组合构成的部件，但是这些部件还可包含诸如钼、钯、铼、钽、钛、钨、钌、锇、锆和它们的合金以及/或者二氧化锆之类的难熔金属。含铂组件可包括如下的一个或多个：第一连接管129、澄清容器127(例如澄清管)、第二连接管135、竖管123、混合容器131(例如搅拌室)、第三连接管137、传递容器133(例如碗)、下导管139以及进口141。成形装置143由耐火材料(例如，陶瓷)制造，并设计用来形成玻璃带103。

图2显示一部分的玻璃成形设备的示例性示意图，其中，该设备包括鼓泡容器145。在图2所示的实施方式中，澄清容器127位于熔融容器105的下游，以及鼓泡容器145位于熔融容器105的下游且位于澄清容器127的上游。鼓泡容器145经由鼓泡容器入口管129a与熔融容器105流体连接，并且经由鼓泡容器出口管129b与澄清容器127流体连接。经由气体进料器147将气体(g)引入鼓泡容器145的底部，这最终导致形成气泡148，其在气体鼓泡容器145中上升。

图3显示具有多个气体进料孔146的鼓泡容器145的示例性俯视剖面图，所述多个气体进料孔146实现了经由气体进料器147将气体引入到鼓泡容器145的底部的通道。在图3所示的实施方式中，以大致圆形图案布置气体进料孔146。

虽然在图2和3所示的实施方式中，显示鼓泡容器145具有垂直管状形状(例如，具有圆形或椭圆形横截面的圆柱体)，但是要理解的是，本文所揭示的实施方式包括了鼓泡容器145可以具有其他形状(例如，矩形形状(例如，具有正方形或矩形横截面))的那些。此外，虽然图3的实施方式显示气体进料孔146以大致圆形图案布置，但是要理解的是，本文所揭示的实施方式包括气体进料孔可以以其他图案(例如，椭圆形图案、正方形图案、矩形图案、线性图案或者具有其他形状或构造的图案)布置的那些。

在某些示例性实施方式中，鼓泡容器145、气体进料器147和气体进料孔146可以操作成使得气体释放进入气体进料孔146是定时的，从而按顺序形成气泡并以预定模式(例如，向上螺旋模式)在鼓泡容器中上升。形成此类模式可以实现鼓泡容器145内增强的混合作用，其中，气体熔体中的气泡的拉曳效应提供了搅拌作用，这可以最小化或消除各种玻璃熔体不均匀性，例如，会导致最终玻璃产品中的线条或结的不均匀性类型。

鼓泡容器145中的玻璃熔体内的气泡148的平均尺寸虽然没有限制，但是可以是例如直径至少为2毫米，从而在预期的柱高度和温度(玻璃熔体粘度)条件下实现足够的气泡上升，这是本领域技术人员可以配置的。例如，气泡148的平均尺寸可以约为2毫米直径至约为50毫米直径，例如约为5毫米直径至约为20毫米直径，还例如约为10毫米直径至约为15毫米直径。

将气泡148引入鼓泡容器145的速率会取决于多个因素，包括但不限于，玻璃熔体通过鼓泡容器的流量、玻璃组成、鼓泡容器的温度、鼓泡容器的压力、所需的混合效果程度以及引入的气体物质等。

除了提供混合作用之外，将气泡引入鼓泡容器145中的玻璃熔体内可以将气态物质引入玻璃熔体中，这可以改变气体化学性，具体来说，通过添加有助于澄清的所需气体和通过最小化或消除可能对澄清有害的气体。例如，将某些气体物质引入鼓泡容器145中的玻璃熔体内可导致诸如so2之类的气体减少(reduction)(这在许多玻璃熔体中具有高平衡压)，同时，支撑氧化的澄清氧化还原剂(例如，锡)，从而当在澄清器中加热时，存在足够的氧化物质可以释放o2。沿着这些路线，将某些气体物质引入鼓泡容器145中的玻璃熔体内可导致在澄清容器127中产生的气泡减少，特别是当至少一部分的澄清容器127运行在较高温度时。

虽然不限于任何特定气态物质，但是引入到鼓泡容器145底部的气体(g)可以是例如选自下组中的至少一种：氮气、氧气、空气、稀有气体(例如，he、ne、ar、kr等)，以及它们的混合物。例如，在某些示例性实施方式中，引入到鼓泡容器145的底部的气体(g)可以包含：至少50摩尔％的氮气，例如，至少60摩尔％的氮气，包括至少80摩尔％的氮气，包括50-100摩尔％的氮气，例如，60-90摩尔％的氮气。引入鼓泡容器145的底部的气体(g)还可包括至少氮气和氧气的混合物，例如，包含至少50摩尔％氮气和最高至50摩尔％氧气的混合物，例如，包含50-90摩尔％氮气和10-50摩尔％氧气的混合物，包括60-80摩尔％氮气和20-40摩尔％氧气。

鼓泡容器145、鼓泡容器入口管129a和/或鼓泡容器出口管129b可以使用高温金属(具体来说，耐氧化的高温金属)构造。合适的金属可以选自例如铂族金属，即，铂、铱、铑、钯、锇和钌。还可以使用铂族金属的合金。例如，鼓泡容器145、鼓泡容器入口管129a和/或鼓泡容器出口管129b可以由铂或者铂的合金(例如，铂-铑合金)构造。

通常来说，预期鼓泡容器145的平均温度可能至少如熔融容器105的平均温度那么高，同时，低于澄清容器127中的平均温度。

在某些示例性实施方式中，鼓泡容器145的平均温度可以比熔融容器105的平均温度高了0℃至150℃，例如，比熔融容器105的平均温度高了50℃至100℃。在此类实施方式中，鼓泡容器145中的平均温度可以小于澄清容器127中的平均温度，例如，比澄清容器127中的平均温度小了至少50℃、又例如小了至少75℃，以及还例如小于至少100℃，包括比澄清容器127中的平均温度小了50-200℃(例如，75-150℃)。

例如，如果熔融容器105的平均温度是至少1500℃，则鼓泡容器145的平均温度也可以至少是1500℃，例如，1500℃至1650℃，包括1550℃至1600℃。如果鼓泡容器145的平均温度是至少1500℃，则澄清容器127的平均温度可以至少是1550℃，例如，1500℃至1700℃，包括1575℃至1675℃。

在某些示例性实施方式中，鼓泡容器出口管129b的平均温度可以比鼓泡容器145和鼓泡容器入口管129a的平均温度高，例如比鼓泡容器145或鼓泡容器入口管129a的平均温度高了至少25℃，包括比鼓泡容器145的平均温度高了25-150℃。例如，如果鼓泡容器145的平均温度是至少1500℃，则鼓泡容器出口管129b的平均温度可以至少是1525℃，例如，1525℃至1700℃。

在某些示例性实施方式中，鼓泡容器145的平均温度可以比鼓泡容器入口管129a的平均温度高，例如比鼓泡容器入口管129a的平均温度高了至少25℃，包括比鼓泡容器入口管129a的平均温度高了25-100℃。例如，如果鼓泡容器入口管129a的平均温度是至少1500℃，则鼓泡容器145的平均温度可以至少是1525℃，例如，1525℃至1625℃。

可以控制鼓泡容器145、鼓泡容器入口管129a、鼓泡容器出口管129b和澄清容器127中的熔融玻璃的温度，从而当熔融玻璃进入澄清容器127时，其位于或者接近澄清温度。虽然可以采用外部加热线圈对这些元件中的一个或多个进行间接加热，但是可以通过直接加热方法更高效地完成加热，如下文更详细描述。

图4显示玻璃鼓泡容器145、鼓泡容器入口管129a和鼓泡容器出口管129b的示例性示意图，其中，出口管129b包括混合器，具体来说，包括静态混合器149b。静态混合器149b会为离开鼓泡容器145的玻璃熔体提供曲折路径，从而实现了玻璃熔体的混合改善和均匀性增加，并且还减少或消除了会导致最终玻璃产品中的线条或节的不均匀性。

图5显示玻璃鼓泡容器145、鼓泡容器入口管129a和鼓泡容器出口管129b的示例性示意图，其中，入口管129a包括混合器，具体来说，包括静态混合器149a，以及其中，出口管129b包括混合器，具体来说，包括静态混合器149b。静态混合器149a和149b会为进入和离开鼓泡容器145的玻璃熔体提供曲折路径，从而实现了玻璃熔体的混合改善和均匀性增加，并且还减少或消除了会导致最终玻璃产品中的线条或节的不均匀性。

虽然图4和5显示的是静态混合器，但是要理解的是，本文所揭示的实施方式还包括其他类型的混合器，例如，主动混合器，例如，具有转动刀片和轴的混合器，其中，可以通过马达(例如，电机)的运行来使得刀片转动。本文所揭示的实施方式还包括具有除了图4和5所示的几何形貌之外的静态混合器，例如，在入口管和/或出口管的整个直径上延伸的板，并且具有各种模式化开口以实现熔融玻璃流动通过。本文所揭示的实施方式还包括鼓泡容器的入口管包括至少一个混合器而鼓泡容器的出口管可以不包含至少一个混合器的那些(未示出)。

当熔融玻璃传递通过传递设备时，由于其通过发生脱气过程的澄清容器而对其进行了调节。在熔融过程期间，发展出了各种气体。如果留在熔融玻璃中，则这些气体会在最终玻璃制品(例如，来自熔合工艺的玻璃片)中产生气泡。为了消除来自玻璃的气泡，在澄清容器中，将熔融玻璃的温度提升到大于熔融温度的温度。批料中包含且熔融玻璃中存在的多价化合物在温度增加过程中释放氧气，并且有助于从熔融玻璃扫除在熔融过程中形成的气体。气体被释放进入澄清容器高于熔融玻璃的自由表面的排出体积中。在一些情况下，例如，在用于显示器工业的玻璃片生产中，澄清容器中的温度会超过1650℃，以及甚至超过1700℃，并且接近澄清容器壁的熔化温度。

增加澄清容器中的温度的一种方法是在澄清容器中建立电流，其中，通过容器的金属壁的电阻来增加温度。这种直接加热可以被称作焦耳加热。为此，电极(也称作凸缘)与澄清容器附连，并且作为电流的进入和离开位置。

图6显示澄清容器127的一个实施方式的示例性透视图，所述澄清容器127具有与其附连的三个电极，即，第一电极151a、第二电极151b和第三电极151c。在图6所示的实施方式中，澄清容器127构造成包括壁的管。例如，壁可以包括选自下组的至少一种金属：铂、铑、钯、铱、钌、锇，及其合金。围绕着管并且构造成传导电流通过壁的电极可以包括例如以下至少一种金属：铂、铑、钯、铱、钌、锇，及其合金。虽然图6显示圆柱形横截面形状，但是要理解的是，也可以采用其他几何横截面形状，例如，椭圆形状、卵状形状，或者“跑道”(矩圆)形状(其包括通过曲壁部分连接的两个较平坦壁部分)。为了降低来自澄清容器127的热损耗，澄清容器可以围绕一层或多层耐火绝热材料(未示出)，并且嵌入该耐火夹套内的热电偶可以用于监测热电偶的位置处或其附近的澄清容器的温度。

图6的澄清容器127分成两个区，第一区(a)和位于第一区下游的第二区(b)。为了从澄清容器127中的熔融玻璃提取最大量的气体，在第一区中，将熔融玻璃提升到预定澄清温度。可以在鼓泡容器出口管129b中加热熔融玻璃，从而当熔融玻璃进入澄清容器127时，其位于或接近第一区的预定澄清温度。对于直接加热的澄清容器，电流可以是交流电(ac)或直流电(dc)。可以采用对鼓泡容器出口管129b和澄清容器127这两者进行直接加热，因而鼓泡容器出口管129b和澄清容器127这两者都可包括凸缘。

在某些示例性实施方式中，第一区(a)的平均温度高于第二区(b)的平均温度。例如，本文所揭示的实施方式包括第一区(a)的平均温度比第二区(b)的平均温度高了至少50℃，例如高了至少75℃，还例如高了至少100℃的那些。本文所揭示的实施方式还包括第一区(a)的平均温度比第二区(b)的平均温度高了50-150℃，例如高了75-125℃的那些。

在某些示例性实施方式中，第一区(a)的平均温度是至少1650℃，例如至少1675℃，还例如至少1700℃，还例如至少1725℃，例如，1650-1750℃，包括1675-1725℃。在此类实施方式中，第二区(b)的平均温度可以比第一区(a)低了至少50℃，例如低了至少75℃，还例如低了至少100℃，例如，1550-1650℃，包括1575-1625℃。

虽然图6显示第一区(a)和第二区(b)具有相似的轴长，但是要理解的是，本文所揭示的实施方式包括第一区与第二区的轴长不同的那些，例如，当第一区在轴向上比第二区更长以及当第二区在轴向上比第一区更长。

维持第一区(a)的平均温度高于第二区(b)的平均温度，例如比第二区(b)高了至少50℃，可以实现例如增加玻璃熔体的均匀性，同时，实现使得在第一区(a)中产生的任意更小来源的气泡在离开澄清容器127之前具有足够的时间抵达熔融玻璃自由表面。

图7显示澄清容器127'的一个实施方式的示例性透视图，所述澄清容器127'具有与其附连的四个电极，即，第一电极151a、第二电极151b、第三电极151c和第四电极151d。图7的澄清容器127分成三个区，第一区(a)、位于第一区下游的第二区(b)、和位于第二区下游的第三区(c)。

在某些示例性实施方式中，第一区(a)的平均温度高于第二区(b)的平均温度或者第三区(c)的平均温度。例如，本文所揭示的实施方式包括第一区(a)的平均温度比第二区(b)或第三区(c)的平均温度高了至少50℃，例如高了至少75℃，还例如高了至少100℃的那些。本文所揭示的实施方式还包括第一区(a)的平均温度比第二区(b)或第三区(c)的平均温度高了50-150℃，例如高了75-125℃的那些。

在某些示例性实施方式中，第二区(b)的平均温度高于第三区(c)的平均温度。例如，本文所揭示的实施方式包括第二区(b)的平均温度比第三区(c)的平均温度高了至少25℃，例如高了至少50℃，还例如高了至少75℃的那些。本文所揭示的实施方式还包括第二区(b)的平均温度比第三区(c)的平均温度高了25-125℃，例如高了50-100℃的那些。

在某些示例性实施方式中，第一区(a)的平均温度高于第二区(b)的平均温度，以及第二区(b)的平均温度高于第三区(c)的平均温度。例如，本文所揭示的实施方式包括如下那些：第一区(a)的平均温度比第二区(b)的平均温度高了至少50℃，以及第二区(b)的平均温度比第三区(c)的平均温度高了至少25℃。本文所揭示的实施方式还包括如下那些：第一区(a)的平均温度比第二区(b)的平均温度高了50-150℃，以及第二区(b)的平均温度比第三区(c)的平均温度高了25-125℃。

维持第一区(a)的平均温度高于第二区(b)的平均温度，以及维持第二区(b)的平均温度高于第三区(c)的平均温度，可以实现例如对玻璃熔体均匀性的增加进行更细调节，同时，实现使得在第一区(a)中产生的任意更小来源的气泡在离开澄清容器127之前具有足够的时间抵达熔融玻璃自由表面。

虽然图7显示第一区(a)、第二区(b)和第三区(c)具有相似的轴长，但是要理解的是，本文所揭示的实施方式包括第一、第二和第三区的轴长不同的那些。此外，虽然图6和7分别显示具有两个和三个区(以及分别具有三个和四个电极)的澄清容器，但是要理解的是，本文所揭示的实施方式包括具有更多数量的区(和电极)，例如至少四个区(和五个电极)、至少五个区(和六个电极)等的澄清容器。

本文所揭示的实施方式可用于各种玻璃组合物。例如，此类组合物可以包括如下玻璃组合物，例如，包含58-65重量％sio2、14-20重量％al2o3、8-12重量％b2o3、1-3重量％mgo、5-10重量％cao、和0.5-2重量％sro的无碱性玻璃组合物。此类组合物还可以包括如下玻璃组合物，例如，包含58-65重量％sio2、16-22重量％al2o3、1-5重量％b2o3、1-4重量％mgo、2-6重量％cao、1-4重量％sro、和5-10重量％bao的无碱性玻璃组合物。此类组合物还可以包括如下玻璃组合物，例如，包含57-61重量％sio2、17-21重量％al2o3、5-8重量％b2o3、1-5重量％mgo、3-9重量％cao、0-6重量％sro、和0-7重量％bao的无碱性玻璃组合物。此类组合物还可额外地包括如下玻璃组合物，例如含碱性玻璃组合物，其包含：55-72重量％sio2、12-24重量％al2o3、10-18重量％na2o、0-10重量％b2o3、0-5重量％k2o、0-5重量％mgo、和0-5重量％cao，在某些实施方式中，其还可包含1-5重量％k2o和1-5重量％mgo。

本文所揭示的实施方式可以实现生产具有减少缺陷(例如，起泡、线条和/或节)的玻璃片。例如，相对于不包括本文所揭示的实施方式的方法，本文所揭示的实施方式可以实现生产如下玻璃片，其减少了至少30％、例如至少50％、又例如至少70％的长度大于300微米的起泡，包括生产如下玻璃片，其减少了至少30％、例如至少50％、又例如至少70％的长度大于200微米的起泡，以及生产如下玻璃片，其减少了至少30％、例如至少50％、又例如至少70％的长度大于100微米的起泡，包括生产如下玻璃片，其减少了至少30％、例如至少50％、又例如至少70％的长度为100-500微米的起泡.

虽然已经相对于溢流下拉工艺描述了本文所揭示的具体实施方式，但是要理解的是，此类实施方式的操作原理还可应用于其他玻璃成形工艺，例如，流法工艺和狭缝拉制工艺。

对本领域的技术人员而言显而易见的是，可以在不偏离本文的范围和精神的前提下对本文的实施方式进行各种修改和变动。因此，本公开涵盖对这些和其他实施方式的修改和变动，只要它们落在所附权利要求及其等同方案的范围之内。