專利名稱：澄清玻璃的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及澄清熔融玻璃的方法和系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及包含金屬澄清容器 的玻璃澄清方法和系統(tǒng)。本發(fā)明適用于例如用于制造LCD玻璃基板的直接加熱的鉬澄清系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
制造玻璃制品的一個(gè)示例性方法是從熔化原料如金屬氧化物開始，形成熔融玻 璃。熔化過程不僅形成玻璃，而且形成許多不需要的副產(chǎn)物，包括各種氣體，如氧氣、二氧化 碳、一氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氬氣、氮?dú)夂退魵獾?。若不除去，這些氣體將在整個(gè)制 造過程中繼續(xù)存在，最后在玻璃成品中形成小的包含物或氣泡，有時(shí)形成微觀氣態(tài)包含物 或氣泡。對(duì)于某些玻璃制品來說，少量氣態(tài)包含物的存在并非致命缺陷。然而，對(duì)于其他制 品的制造來說，直徑小到50 μ m的氣態(tài)包含物也是不可接受的。一種這樣的玻璃制品是用 于制造顯示器件如液晶顯示器和有機(jī)發(fā)光二極管顯示器的玻璃板。對(duì)于這樣的應(yīng)用，玻璃 必須具有格外的澄清度、原始表面(pristine surface)，且基本上沒有變形和包含物。為了從熔融玻璃中除去氣態(tài)包含物，通常向進(jìn)料中加入一種或多種澄清劑。澄清 劑可以是多價(jià)氧化物，如As203。在玻璃熔化過程中，AS2O3轉(zhuǎn)化為AS205。在澄清階段，發(fā)生 以下反應(yīng)As2O5 — As203+02 (氣體)釋放的氧氣在熔融玻璃或熔體中形成氣泡。氣泡使其他溶解氣體可被收集起來， 上升到熔體表面，從而在制造過程中除去。加熱通常是在高溫澄清容器中進(jìn)行。顯示器級(jí)玻璃的澄清溫度可高達(dá)1700°C。如此高的溫度需要使用專門的金屬或合 金，以防澄清容器受到破壞。通常使用鉬或鉬合金，如鉬-銠。鉬的優(yōu)點(diǎn)在于其具有高熔化 溫度，不易溶解到玻璃中。然而，在如此高的溫度下，鉬或鉬合金容易氧化。因此，必須采取 措施，防止熱的鉬澄清容器與空氣中的氧氣接觸。在玻璃澄清和運(yùn)送過程中，也非常需要采 取其他措施減少Pt的氧化。在澄清容器中，若給定停留時(shí)間，則要獲得質(zhì)量更高的玻璃，熔融玻璃需要更高的 澄清溫度。然而，對(duì)于諸如用金屬或金屬合金制成的澄清系統(tǒng)，其形成材料具有操作溫度上 限。因此，需要一種玻璃澄清系統(tǒng)，它能為熔融玻璃提供高澄清溫度，但不超過金屬的最高 操作溫度。本發(fā)明滿足了此需求。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一個(gè)方面是玻璃制法，其包括在澄清容器中澄清熔融玻璃 的步驟，所述澄清容器包含不與熔融玻璃直接接觸的頂壁部分，以及與熔融玻璃直 接接觸的側(cè)壁部分，其中頂壁部分具有溫度T(頂)，側(cè)壁部分具有溫度T(側(cè))，且 T(頂)-T(側(cè))(IO0C0在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，T(頂)-T(側(cè))彡5°C。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，容器的壁部分包含金屬。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，對(duì)壁部分通電流，由此加熱容器。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，壁部分包含Pt。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，T(側(cè))彡1600 0C ；在某些實(shí) 施方式中，τ (側(cè))彡1630 0C ；在某些實(shí)施方式中，T (側(cè))彡1650 °C ；在某些實(shí)施方 式中，T(側(cè))彡1660 0C ；在某些實(shí)施方式中，T(側(cè))彡1670 °C ；在某些實(shí)施方式 中，T(側(cè))彡1680 0C ；在某些實(shí)施方式中，T(側(cè))彡1690 °C ；在某些實(shí)施方式中， T(側(cè))彡 1700°C。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，熔融玻璃是硼硅酸鹽玻璃，在某些實(shí) 施方式中是硼鋁硅酸鹽(aluminoborosilicate)玻璃。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，澄清容器用托架(cradle)支承，容器 放在托架中。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，澄清容器用多層隔熱材料包封。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，澄清容器用至少一層適應(yīng)至少1650°C 的工作溫度的隔熱材料包封。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，澄清容器用至少一層防火板包封。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，澄清容器的側(cè)壁部分通過補(bǔ)充加熱進(jìn) 一步進(jìn)行差異化加熱，如讓電流通過Pt加熱體系或其他直接金屬加熱體系。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，在澄清容器頂壁部分外側(cè)安裝冷卻葉 片或受熱器(heat sink)。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，澄清容器頂壁部分的厚度大于側(cè)壁部 分的厚度。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，澄清容器的壁部分包含金屬，并且與 T (頂)-τ (側(cè))> 5 °C的情況相比，該金屬的氧化減少。本發(fā)明的第二個(gè)方面是玻璃澄清系統(tǒng)，其包含-可在其中澄清熔融玻璃的金屬容器，該金屬容器具有在玻璃澄清過程中基本上 不與熔融玻璃直接接觸的頂壁部分，以及與熔融玻璃直接接觸的側(cè)壁部分。-可自動(dòng)檢測(cè)(sense)頂壁部分溫度的第一溫度傳感器，以及可自動(dòng)檢測(cè)側(cè)壁部 分溫度的第二溫度傳感器；-可通過金屬容器側(cè)壁部分提供電流的電源，以加熱澄清容器的頂壁部分和側(cè)壁 部分；_支承金屬容器的托架；以及-容納金屬容器的隔熱外殼；
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其中澄清系統(tǒng)可在澄清過程中維持容器的頂壁部分溫度T (頂)與側(cè)壁部分溫度 T(側(cè))之間的差異，其中T(頂)-T(側(cè))(IO0C0在本發(fā)明的第二個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)還包含可對(duì)金屬容器側(cè)壁部 分進(jìn)行差異化加熱的加熱元件，如直接Pt加熱系統(tǒng)或其他直接金屬加熱系統(tǒng)。在本發(fā)明的第二個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，在金屬容器頂壁部分外側(cè)安裝冷卻葉 片或受熱器。在本發(fā)明的第二個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，金屬容器頂壁部分的厚度大于側(cè)壁部 分的厚度。在本發(fā)明的第二個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，隔熱外殼包含至少一層防火板。在本發(fā)明的第二個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，金屬容器包含Pt和/或其合金。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式具有以下一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)(i)可生產(chǎn)缺陷更少、 質(zhì)量更高的玻璃；(ii)可減少建造澄清容器所用金屬(如貴金屬)的氧化，因此可延長(zhǎng)該 系統(tǒng)的使用期限；(iii)該系統(tǒng)可獲得優(yōu)越的隔熱性；(iv)利用本發(fā)明可使熔融玻璃獲得 最佳溫度均勻性；(iv)可顯著節(jié)省投資；以及(V)所產(chǎn)玻璃的具有更高選擇。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所用的金屬澄清容器的橫截面示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的澄清容器的橫截面示意圖。圖3是Pt-Rh合金在不同溫度和溫度梯度下氧化(由重量損失表示)的圖示。
具體實(shí)施例方式除非另有說明，說明書和權(quán)利要求書中所用的所有數(shù)值，如表達(dá)各成分的重量百 分?jǐn)?shù)、尺寸和某些物理性質(zhì)的數(shù)值，都應(yīng)理解為在所有情況下均受“約”字修飾。還應(yīng)理解， 說明書和權(quán)利要求書中所用精確數(shù)值構(gòu)成本發(fā)明的另外的實(shí)施方式。發(fā)明人已盡力保證實(shí) 施例中所披露的數(shù)值的準(zhǔn)確性。不過，由于相應(yīng)測(cè)量技術(shù)存在標(biāo)準(zhǔn)偏差，所以任何測(cè)量值都 可能難免地包含某些誤差。本文所用不定冠詞“一個(gè)”或“一種”表示“至少一個(gè)(種)”，并且不應(yīng)局限為“僅 一個(gè)(種)”，除非有相反說明。因此，例如，“一個(gè)澄清容器”的說法包括具有兩個(gè)或更多個(gè) 澄清容器的實(shí)施方式，除非文中另有明確說明。典型的玻璃澄清系統(tǒng)包括澄清容器，熔融玻璃在此澄清容器中停留一段時(shí)間，即 停留時(shí)間，熔融玻璃內(nèi)的氣泡在此期間由熔融玻璃內(nèi)部上升到表面。在所有其他條件都相 同的情況下，熔融玻璃的粘度越低，氣泡在熔體內(nèi)越容易形成和上升。宜將澄清容器里的熔 融玻璃加熱至足夠高的溫度，使玻璃的粘度足夠低。玻璃熔體所能達(dá)到的最高溫度部分地 取決于澄清容器的材料。以包含Pt澄清容器的澄清系統(tǒng)為例，熔融玻璃的溫度不能超過Pt 的熔化溫度。純Pt的熔點(diǎn)為1768°C。若將Pt澄清容器加熱到接近其熔點(diǎn)的溫度，則其機(jī) 械整體性受到嚴(yán)重削弱。如上所述，在澄清過程中，澄清系統(tǒng)中澄清容器的不同部分受熱情況不同，部分原 因是它們接觸的環(huán)境不同。澄清容器下部起到熔融玻璃的承載和儲(chǔ)存器的作用，因而與玻 璃直接接觸?？墒?，上部是留給空氣逃逸的空間，因此在澄清步驟中通常不與玻璃熔體直接接觸。玻璃與氣體傳熱速率的差異會(huì)在澄清容器頂部與側(cè)面/底部之間產(chǎn)生不可忽視的溫 度梯度。在本申請(qǐng)中，頂部溫度在澄清容器頂端測(cè)量。這個(gè)區(qū)域的溫度往往是澄清容器中 的最高溫度。澄清容器側(cè)面部分的溫度在澄清容器側(cè)面位于熔融玻璃表面線以下的地方測(cè) 量。此區(qū)域的溫度非常接近于與之直接接觸的玻璃熔體的溫度。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將澄清容器頂部與側(cè)面/底部之間的溫度梯度保持較低，可使玻 璃熔體獲得高得多的澄清溫度，提高澄清效率和效果，提高玻璃質(zhì)量。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，減小澄清容器頂部與側(cè)面/底部之間的溫度梯度，可減少金屬 氧化，從而延長(zhǎng)澄清系統(tǒng)的使用壽命。某些澄清系統(tǒng)采用直接加熱澄清容器的方法，即在容器壁中通電流。其他某些澄 清系統(tǒng)單另使用間接的獨(dú)立加熱器件加熱澄清容器，如金屬線圈、SiC加熱棒等。其他某些 澄清系統(tǒng)使用直接和間接加熱方法的組合。本發(fā)明可應(yīng)用于所有這些澄清系統(tǒng)。下面結(jié)合直接加熱鉬澄清系統(tǒng)(DHPS)闡述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出，DHPS僅僅是本發(fā) 明的一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明同樣可在其他玻璃制造系統(tǒng)中實(shí)施。圖1是包含熔融玻璃111的金屬容器的橫截面示意圖。103是金屬容器頂壁部分， 它不與熔融玻璃111直接接觸；105是該容器的側(cè)壁部分，與熔融玻璃111直接接觸；107是 用于自動(dòng)檢測(cè)頂壁部分溫度的第一溫度傳感器(如熱電偶)；109是用于自動(dòng)檢測(cè)側(cè)壁部分 溫度的第二溫度傳感器。通過使用這兩個(gè)溫度傳感器，可以監(jiān)控澄清容器頂部與側(cè)面/底 部之間的溫度梯度。對(duì)于DHPS，可相應(yīng)地調(diào)整通入澄清容器的電流，使頂部與側(cè)面/底部的 受熱情況不同，從而將溫度梯度維持在所需范圍內(nèi)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的澄清系統(tǒng)的橫截面示意圖。205是金屬容器， 包容熔融玻璃209并對(duì)其進(jìn)行澄清。201a、201b和201c分別是容納該容器205的深托架 的第一側(cè)壁、底部和第二側(cè)壁。203是托架壁與容器之間的襯墊材料。207a和207b是蓋 板，用于覆蓋容器和襯墊材料。211和213是封閉托架和容器的隔熱層。213宜用防火板制 造(如用陶瓷纖維制成的耐高溫纖維板)。在此實(shí)施方式中，除使澄清容器完全隔熱外，使 用深托架還可在澄清過程中最大程度減少熱損失，將澄清容器的溫度梯度維持在所需范圍 內(nèi)。用高導(dǎo)熱材料如氧化鋁隔熱耐火磚制成的典型直接熱澄清器系統(tǒng)，在澄清器頂部 與其下面的管部分之間形成大的熱梯度，其原因是玻璃線低于澄清器頂部高度，從而留下 空氣空間或自由玻璃表面，供氣泡逃逸。不與任何玻璃接觸的澄清器頂部區(qū)域更熱，因?yàn)闆] 有熱散失到玻璃中。其結(jié)果是，可達(dá)到的最高玻璃溫度受到澄清器頂部溫度限制，所述頂部 溫度由澄清器材料的熔化溫度決定。溫度梯度(ΔΤ)越大，則玻璃溫度越低，澄清能力下 降。可用許多方法減小澄清容器頂部與側(cè)部之間的溫度梯度(Δ T)。減小澄清器頂部 與底部之間的△ T的示例性方法包括但不限于(a)通過鉬或Kanthal 線圈補(bǔ)充加熱；(b) 用隔熱耐火磚和纖維板進(jìn)行隔熱包裝；(c)在澄清器“熱”部安置冷卻葉片或受熱器；(d)改 變頂部設(shè)計(jì)，如采用雙片結(jié)構(gòu)或增加厚度，或采用二者的組合。在某些實(shí)施方式中，當(dāng)采用 主動(dòng)加熱或冷卻，如方法(a)和/或(c)時(shí)，宜利用反饋回路控制加熱和/或冷卻。這樣， 就可以檢測(cè)和監(jiān)控澄清容器底部與側(cè)部之間的溫度梯度，進(jìn)而調(diào)節(jié)和控制補(bǔ)充加熱元件和 /或外部冷卻器件，與直接加熱系統(tǒng)一起(若存在的話)，使頂部與側(cè)部之間達(dá)到所需的溫
6度梯度。將澄清容器頂部加厚可增加澄清容器頂部的機(jī)械整體性，即使將頂部加熱到高于 側(cè)部的溫度也是如此。此方法會(huì)顯著增加澄清容器的成本，特別是用貴金屬如Pt和/或 Pt-Rh合金制造耐高溫澄清容器時(shí)。優(yōu)選的實(shí)施方式是使用隔熱耐火磚和/或耐火板，因?yàn)槠渌椒ㄐ枰~外的能量 設(shè)備，在使用線圈的情況下還需要電力設(shè)備。冷卻葉片或受熱器會(huì)產(chǎn)生局部凝結(jié)點(diǎn)，形成 Pto2，該物質(zhì)可帶來鉬雜質(zhì)。此外，增加隔熱性之后，使用較少的能量即可獲得相近甚至更 高的玻璃溫度。升高玻璃溫度以提高澄清能力數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)本發(fā)明的澄清系統(tǒng)，若隔熱托架采用多層耐火板，則可達(dá)到的 T(頂)-T(側(cè)) 10°C。而對(duì)于具有基本相同的尺寸和幾何結(jié)構(gòu)，但澄清容器沒有足夠的 隔熱的對(duì)比澄清器，所觀察到的T (頂)-T (側(cè)) 40°C。數(shù)據(jù)顯示，本發(fā)明的澄清系統(tǒng)的能量消耗低得多。根據(jù)本發(fā)明的包括深托架和多 層耐火板隔熱的澄清器所消耗的能量?jī)H相當(dāng)于對(duì)比澄清器所消耗的能量的約60% -80%, 所述對(duì)比澄清器中的托架沒有那么深，也不含多層隔熱耐火板。利用本發(fā)明的澄清系統(tǒng)澄清的玻璃的質(zhì)量顯著高于利用對(duì)比澄清系統(tǒng)澄清的玻 璃。利用對(duì)比澄清器澄清的玻璃所包含的氣泡約為根據(jù)本發(fā)明澄清的玻璃的1.7-6倍。無 意受限于任何特定理論，但是據(jù)信，造成此結(jié)果的原因是在本發(fā)明的澄清器中，熔融玻璃可 獲得更高的溫度。因此，對(duì)于本發(fā)明，玻璃的總損失少得多。直接加熱鉬系統(tǒng)包含加在金屬上的電壓，在某些實(shí)施方式中所述金屬是鉬或其 合金；這反過來導(dǎo)致金屬受熱。此方法用于加熱LCD玻璃傳送系統(tǒng)的貴金屬部件。結(jié)果， 貴金屬所達(dá)到的溫度顯著高于環(huán)境溫度或周圍部件的溫度。高溫加上鉬與環(huán)境之間的大 溫度梯度(ΔΤ)，導(dǎo)致鉬的氧化速率增大。這種情況下的氧化速率比間接加熱貴金屬時(shí)更 高。圖3所示數(shù)據(jù)表明，直接加熱時(shí)的貴金屬氧化速率比間接加熱時(shí)的氧化速率高得多，所 述速率依賴于溫度梯度。此圖縱軸代表Ph_20Rh板在1670°C的重量損失(單位為克·英 寸_2 月，橫軸代表所測(cè)試的Pt_20Rh板所處的環(huán)境溫度。因此，任何能夠減小溫度梯度 效應(yīng)的方法可顯著減小貴金屬的氧化速率。因此，本發(fā)明將減少金屬容器壁的氧化。利用隔熱性更好的包裝將減少最優(yōu)操作所需的能量，這意味著鉬表面，尤其是頂 壁部分，可在更低的溫度下工作。更少的能量意味著更低的氧化速率，這也暗示著貴金屬可 將整體性保持更長(zhǎng)時(shí)間。因此，對(duì)于直接加熱部件如玻璃澄清器，因玻璃滲漏或結(jié)構(gòu)缺陷而 失效的時(shí)間將推后。本領(lǐng)域的技術(shù)人員不難看出，在不背離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可對(duì)本發(fā) 明作出各種改進(jìn)和變動(dòng)。因此，本發(fā)明意在覆蓋本發(fā)明的各種改進(jìn)和變化形式，只要它們落 在所附權(quán)利要求及其等價(jià)要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種玻璃制造法，其包括在澄清容器中澄清熔融玻璃的步驟，所述澄清容器包含不與熔融玻璃直接接觸的頂壁部分，以及與熔融玻璃直接接觸的側(cè)壁部分，其中頂壁部分具有溫度T(頂)，側(cè)壁部分具有溫度T(側(cè))，且T(頂) T(側(cè))≤10℃。
2.如權(quán)利要求1所述的玻璃制造法，其特征在于，所述容器通過使電流通過壁部分來 加熱。
3.如權(quán)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.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的玻璃制造法，其特征在于，T(側(cè))彡1600°C。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的玻璃制造法，其特征在于，所述熔融玻璃是硼硅酸 鹽玻璃。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的玻璃制造法，其特征在于，所述澄清容器用托架支 撐，將所述容器放在托架中。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的玻璃制造法，其特征在于，所述澄清容器用多層隔 熱材料封閉。
8.如權(quán)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層適應(yīng) 1650°C的工作溫度的隔熱材料封閉。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的玻璃制造法，其特征在于，所述容器的側(cè)壁部分通 過補(bǔ)充加熱方法進(jìn)一步進(jìn)行差異化加熱。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的玻璃制造法，其特征在于，在所述澄清容器頂壁部 分外側(cè)安裝冷卻葉片或受熱器。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的玻璃制造法，其特征在于，所述澄清容器頂壁部分 的厚度大于側(cè)壁部分的厚度。
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的玻璃制造法，其特征在于，所述澄清容器的壁部分 包含金屬，且與T (頂)-T (側(cè))> 30 V的情況相比，該金屬的氧化減少。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種玻璃制法，其包含在澄清容器中澄清熔融玻璃的步驟，所述澄清容器包含不與熔融玻璃直接接觸的頂壁部分，以及與熔融玻璃直接接觸的側(cè)壁部分，其中頂壁部分具有溫度T(頂)，側(cè)壁部分具有溫度T(側(cè))，且T(頂)-T(側(cè))≤10℃。本發(fā)明還提供了一種玻璃澄清系統(tǒng)。本發(fā)明特別適用于包含金屬澄清容器的澄清系統(tǒng)，所述澄清容器用貴金屬如Pt和/或Pt-Rh合金制成。
文檔編號(hào)C03B5/225GK101932530SQ200880124607
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者J·P·墨菲, L·H·科塔斯卡, P·R·格熱斯基, R·E·弗雷利, W·B·馬汀格利三世 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司