專利名稱：輻射源透明燈罩的制作方法
技術領域：
本發明涉及包括光源在內的輻射源透明燈罩。
根據現有技術，采用Ca/Na玻璃、硼硅酸鹽玻璃或玻璃陶瓷作為透明的燈罩。玻璃和/或玻璃陶瓷的選擇取決于各自的對材料提出的熱和機械方面的要求。
Ca/Na玻璃被用作熱和/或化學預應力玻璃。如果玻璃的最大溫度負荷高于280℃或者有一個大的溫度梯度，則導致玻璃產生引起破裂的高應力，那么就使用硼硅酸鹽玻璃。硼硅酸鹽玻璃可加熱預應力。由于該熱預應力，機械強度提高，而且具有耐溫度梯度的特性。硼硅酸鹽玻璃在熱預應力和非預應力形式上具有的溫度負荷能力要比化學或熱預應力的Ca/Na玻璃的高。硼硅酸鹽玻璃短時間內的最大溫度負荷能力最高達500℃。而熱預應力鈉鈣玻璃的最大溫度負荷能力約為350℃，原因是預應力因高溫再度被降低。
如果要求熱預應力玻璃，例如安全玻璃在最大溫度＞350℃時仍保持其特性，那么熱預應力的鋁硅酸鹽玻璃能滿足要求。在因硼硅酸鹽玻璃或預應力鋁硅酸鹽玻璃不能滿足要求的溫度負荷下，就必須使用玻璃陶瓷。這種玻璃陶瓷可以是完全透明的，也可以是著色的。
可轉變成玻璃陶瓷的鋁硅酸鹽玻璃的表面是由工藝條件下軋制的結構化和不平整性決定的。就像橘皮一樣。在宏觀結構中，有零星的小孔或直徑不大于0.5mm的凸起存在。在凹處以及在凸起的表面后附著有污垢，并且通過機械方法難以除去，甚至不再被除去。在使用時，特殊的清潔刮刀和海綿的機械清潔方式有效性受到了限制。在這種情況下，海綿和刮刀剛好常常是清潔工具，它能提供優異的清潔度。所軋制的鋁硅酸鹽玻璃的表面結構也影響玻璃/玻璃陶瓷上涂層的質量，即出現了不希望有的表面缺陷。為了避免出現這種缺陷，在對玻璃/玻璃陶瓷涂覆前，根據應用狀況先進行拋光。玻璃或玻璃陶瓷的光滑表面例如可通過后續的拋光研磨來實現。典型的方法是用粒徑約為100微米的顆粒進行粗研磨。隨后用粒徑為12-15微米的顆粒進行研磨。然后，用較細的顆粒進行精拋光。也可在拋光后的光滑表面上涂覆諸如SnO2的涂層。
但是，生產具有光滑表面、耐高溫輻射源透明燈罩的上述已知方法在制備玻璃/玻璃陶瓷罩后需要額外的步驟，這就增加了生產成本。
本發明的目的是提供由鋁硅酸鹽玻璃制成的輻射源透明燈罩，這種燈罩無需進行后處理步驟就具有光滑的表面。
本發明的任務通過權利要求1的透明燈罩得以解決。
根據熱要求，由浮法鋁硅酸鹽玻璃(在要求熱預應力形式的安全玻璃時)制成或由這樣的浮法玻璃陶瓷制成的本發明燈罩具有與鈉鈣浮法玻璃相同的表面質量。根據玻璃或玻璃陶瓷的生產方法，通過浮法生產和必要時通過陶瓷化獲得的光滑表面無需進行額外的拋光步驟。該表面因此而易于凈化并適合于無拋光涂覆。
此外，燈罩的散射特性差并且具有耐高溫性。
燈罩不僅具有平的玻璃/玻璃陶瓷體構型，而且具有異型構型。
正如下文將描述的，如果玻璃體含有TiO2晶種，那么燈罩宜具備一體化的UV保護。因此，無需額外的過濾器，就能使在燈的射線范圍內的人體不受傷害。
特別是根據DIN4762詳細說明了表面粗糙度的概念。粗糙度值差Ra是平均平面的絕對高偏差的算術平均值或實際斷面距離與平均斷面的絕對差值的算術平均值。這里的平均斷面是通過以下方式確定的，即通過實際斷面在參考距離內如此地確定斷面，使得在上面的實際斷面的充滿材料的面積的總數和在底面的無材料的面積的總數一樣大。根據DIN4762，借助于白色光干涉顯微術(測量面0.6×0.5mm)測定Rq＝平方平均粗糙度值。根據下式計算Ra=(|Z1|+|Z2|+|Z3|+···+|Zn|)N]]>Rq=(Z12+Z22+Z32+···+Zn2)N]]>浮法生產平板玻璃陶瓷體的技術是公知的。
原則上，所有已知的浮法玻璃陶瓷都能用于生產本發明的易清潔的玻璃陶瓷體。
為了獲得特別優異的表面質量和相應高的易清潔性，最好選用浮法熱預應力和可轉變成具有以高石英混晶或熱液石英混晶為主晶相的玻璃陶瓷的玻璃作為玻璃陶瓷的起始玻璃，其中在浮法生產中通過限制Pt的含量＜300ppb、Rh的含量＜3.0ppb和ZnO的含量＜1.5重量％，以及SnO2的含量＜1重量％來避免產生有干擾的表面缺陷，以及在熔融玻璃時，不使用常規的澄清劑氧化砷或氧化銻進行澄清。
因此，這種玻璃的特征在于組成，這種組成使得在浮法生產中避免產生有干擾的表面缺陷。浮法裝置一般由熔化池和界面構成，玻璃在熔化池中熔融并澄清，界面的作用是將熔化壁中的氧化氣氛轉變成后置設備--浮法區中的還原氣氛，在浮法區中通過將玻璃注入液態金屬，主要是Sn上在氮氫混合氣的還原氣氛下來成型玻璃。玻璃的成型是通過在Sn槽上的平滑流動和通過所謂的上壓輥對玻璃表面上施加力進行的。當玻璃在熔池上的輸送同時進行冷卻，在浮法區的尾部取出玻璃，并輸送到冷卻爐中。
在形成玻璃表面和玻璃在浮浴中輸送時，玻璃和浮法工藝氣氛或Sn浴之間發生相互反應，導致產生有干擾的表面缺陷。
當玻璃中含有溶解形式的高于300ppb Pt或高于30ppb Rh時，因還原條件，在玻璃表面上產生了Pt顆粒或Rh顆粒的金屬沉淀，它們對大的，最大達100微米的高石英混晶起晶核作用，結果產生了有干擾的表面結晶。這種材料特別是作為電極、爐襯、攪拌器、輸送管、閘門等找到了應用。因此，在實施該方法生產上述玻璃陶瓷的裝置中，為了避免形成表面結晶，主要是避免加入含Pt或Rh的原料，而用陶瓷原料代替或者在熔融池或界面中，使其不超過所述含量。
ZnO的含量限制在1.5重量％。試驗表明在浮法的還原條件下，玻璃表面的鋅含量不高。對此，人們認為玻璃表面上的鋅被部分還原，由于與Zn2+相比，Zn的蒸汽壓較高，它在浮池氣氛下發生蒸發。除了浮法裝置運行時所不希望有的蒸發和Zn在冷卻位置處的沉淀外，玻璃中不均勻分布的Zn也參與了靠近結晶表面的關鍵結晶帶。由高石英混晶形成的該結晶帶是在接近表面處形成，在那里玻璃中的Zn含量又差不多達到了初始值。因此，適宜的是使開始時的初始值較小。
玻璃中SnO2的含量低于1重量％。由于浮法區中還原條件的影響，玻璃表面中的SnO2同樣被部分還原。直接在玻璃表面上形成令人驚奇的金屬Sn的小球，盡管這些小球在冷卻或潔凈處理時易于除去，但是在玻璃表面上留下了球形小孔，它們對應用的影響最大。
如果SnO2的含量極低，那么就能避免形成小球。
未采用Li2O-Al2O3-SiO2系玻璃中常用的澄清劑氧化砷和/或氧化銻澄清上述起始玻璃。在浮法過程中還原條件的影響下，所述的澄清劑會直接在玻璃表面上還原并形成有干擾和明顯可見的金屬覆蓋物。從經濟的角度來看，通過研磨和拋光除去對應用有干擾和有毒性危險的覆蓋物是不合算的。因此，為了避免形成覆蓋物，適宜的方法是至少采用另一種化學澄清劑，例如SnO2、CeO2、硫酸鹽化合物、氯化物以降低氣泡數，SnO2的理想含量為玻璃熔體的0.2-0.6重量％。另外，也可采用諸如負壓或高于17502的高溫對玻璃熔體進行物理澄清。通過另一種澄清劑和/或另一種澄清方法以此確保要求的氣泡質量。
為此，在進行陶瓷化時，關心的問題是通過浮法獲得的低粗糙度值不會受到不良影響，其中例如，懸掛著進行陶瓷化或通過一個氣墊進行陶瓷化，即通常是不讓需陶瓷化的玻璃體與底板接觸。
至于玻璃陶瓷表面具有極低粗糙度的特殊優點是通過浮法并陶瓷化具有下列組成的鋁硅酸鹽玻璃實現的，其組成按氧化物的重量％計為
Li2O 3.2-5.0Na2O 0-1.5K2O 0-1.5∑Na2O＋K2O 0.2-2.0MgO0.1-2.2CaO0-1.5SrO0-1.5BaO0-2.5ZnO0-＜1.5Al2O319-25SiO255-69TiO21.0-5.0ZrO21.0-2.5SnO20-＜1.0∑TiO2＋ZrO2＋SnO22.5-5.0P2O50-3.0按照第二種方式，在一個特別優選的實施方案中，玻璃具有下列組成，按氧化物的重量％計Li2O 3.5-4.5Na2O 0.2-1.0K2O 0-0.8∑Na2O＋K2O 0.4-1.5MgO0.3-2.0CaO0-1.0SrO0-1.0BaO0-2.5ZnO0-1.0Al2O319-24SiO260-68TiO21.0-2.0
ZrO21.2-2.2SnO20-0.6∑TiO2＋ZrO2＋SnO23.0-4.5P2O50-2.0用這種玻璃制備本發明的玻璃陶瓷體是特別有利的，因為相應的表面是極其潔凈的。
權利要求
1.一種輻射源透明燈罩，由熱預應力的浮法鋁硅酸鹽玻璃或由其陶瓷化的浮法玻璃陶瓷的玻璃體組成，其表面結構具有平均粗糙度值Ra≤0.02微米和/或平方平均粗糙度值Rq≤0.01微米的粗糙度。
2.根據權利要求1的燈罩，由浮法、熱預應力和可轉變成具有高石英混晶或熱液石英混晶的玻璃陶瓷的起始玻璃制成，其含有含量低于300ppb的Pt，低于30ppb的Rh，低于1.5重量％的ZnO和低于1重量％的SnO2，在熔融時未采用常規的澄清劑氧化砷和/或氧化銻進行澄清，其成型是在還原氣氛下通過注入液態金屬上實現的。
3.根據權利要求2的燈罩，它用浮法鋁硅酸鹽玻璃作為起始玻璃。
4.根據權利要求3的燈罩，其特征在于起始玻璃的組成(按氧化物的重量％計)為Li2O 3.2-5.0Na2O 0-1.5K2O 0-1.5∑Na2O＋K2O 0.2-2.0MgO0.1-2.2CaO0-1.5SrO0-1.5BaO0-2.5ZnO0-＜1.5Al2O319-25SiO255-69TiO21.0-5.0ZrO21.0-2.5SnO20-＜1.0∑TiO2＋ZrO2＋SnO22.5-5.0P2O50-3.0必要時添加了著色組分，例如V-、Cr-、Mn-、Fe-、Co-、Cu-、Ni-、Se-、Cl-化合物。
5.根據權利要求4的燈罩，其特征在于起始玻璃的組成(按氧化物的重量％計)為Li2O 3.5-4.5Na2O 0.2-1.0K2O 0-0.8∑Na2O＋K2O 0.4-1.5MgO0.3-2.0CaO0-1.0SrO0-1.0BaO0-2.5ZnO0-1.0Al2O319-24SiO260-68TiO21.0-2.0ZrO21.2-2.2SnO20-0.6∑TiO2＋ZrO2＋SnO23.0-4.5P2O50-2.0必要時添加了著色組分，例如V-、Cr-、Mn-、Fe-、Co-、Cu-、Ni-、Se-、Cl-化合物。
6.根據權利要求3-5任一項的燈罩，其特征在于在浮法過程中，為了避免產生有害的靠近表面的結晶帶，起始玻璃適應關系式(按重量％)3.2×ZnO＋TiO2≤4.3。
7.根據權利要求3-6任一項的燈罩，其特征在于起始玻璃中Fe2O3的含量低于200ppb和TiO2的含量低于2.5重量％，以防止在玻璃態下出現有干擾的著色和在4mm厚度時的透光率＞89％，優選＞90％。
8.根據權利要求3-7任一項的燈罩，其特征在于工藝中的起始玻璃無BaO。
9.根據權利要求3-8任一項的燈罩，其特征在于熱膨脹系數α200/300在3.5-5.0×10-6/K之間，轉變溫度Tg在600-750℃之間和玻璃陶瓷的加工溫度VA在1350℃以下。
10.根據權利要求3-9任一項的燈罩，其特征在于具有以熱液石英混晶為主晶相的玻璃陶瓷的熱膨脹系數低于1.5×10-6/K。
11.根據權利要求3-9任一項的燈罩，其特征在于具有以高石英混晶為主晶相的玻璃陶瓷的熱膨脹系數在(0±0.3)×10-6/K，優選(0±0.15)×10-6/K和透光率＞80％。
12.根據權利要求3-11任一項的燈罩，其特征在于為了達到低的氣泡數，至少使用另一種化學澄清劑，例如SnO2、CeO2、硫酸鹽化合物、氯化物，優選SnO2的含量為玻璃熔體的0.2-0.6重量％。
13.根據權利要求3-11任一項的燈罩，其特征在于為了達到低的氣泡數，用物理方法，例如借助于負壓或高于1750℃的高溫澄清玻璃熔體。
全文摘要
本發明涉及承受是高熱負荷的燈罩,因此要求使用特種玻璃,例如硼硅酸鹽玻璃或玻璃陶瓷。若不采用額外使產品價格提高的拋光措施,則已知燈罩就具有高的表面粗糙度,對燈罩的散光特性和易清潔特性不是利的。本發明提供了一種由熱預應力、浮法鋁硅酸鹽玻璃或由其陶瓷化的玻璃陶瓷的玻璃體制成的燈罩,其表面粗糙度R
文檔編號F21V3/00GK1332329SQ01125430
公開日2002年1月23日 申請日期2001年4月7日 優先權日2000年4月8日
發明者S·梅爾森, P·納斯 申請人:肖特玻璃制造廠