[发明专利]用来减少玻璃中的气态内含物的设备和方法

说明书

要求享有在先美国申请的优先权

本申请要求2009年2月10日提交的美国专利申请系列号第12/368,585号的优先权。该文献以及本文提到的所有出版物、专利和专利文献的全部内容都参考结合入本文中。

技术领域

本发明涉及用来减少玻璃中的气态内含物的玻璃制造系统和方法。在一个实施方式，所述玻璃制造系统和方法特别能用于减少高熔化温度或高应变点玻璃中的气态内含物，所述玻璃例如是用作平板显示器装置中的玻璃基板的玻璃。

背景技术

平板显示器装置，例如液晶显示器(LCD)，由平板玻璃基板或片材制造。用于LCD玻璃的常规玻璃制造工艺通常从在熔炉内熔融玻璃前体即进料开始。在此熔融阶段发生反应，释放出气体，在玻璃熔体内形成气泡。微气泡(seed)也可能是由进料颗粒之间捕集的填隙空气产生的。在任意情况下，都必须除去这些气泡和微气泡(在本文中统称为气态内含物)，从而制造高质量的玻璃。一般通过对玻璃熔体进行“澄清”来实现去除气态内含物。为清楚说明，对于因熔融过程而形成的气态内含物，无论是作为反应产物或者填隙气体，以下都称作“微气泡”、“浮泡”或“气泡”。

澄清玻璃熔体的常规方法是通过化学澄清进行。在化学澄清中，例如通过加入到进料，将澄清剂引入玻璃熔体。澄清剂是多价氧化物，在高温条件下还原(失去氧)，在低温条件下氧化(与氧再结合)。然后，澄清剂释放的氧扩散到在熔融过程中形成的微气泡中使微气泡生长。因此增大微气泡的浮力，使微气泡上升到玻璃表面，在表面从熔体释放。理想情况，要求澄清剂在熔融过程后期、在已形成大多数微气泡之后释放氧，从而提高澄清剂的效力。所以，虽然可以在熔融容器中消除大的微气泡，但是玻璃通常会在澄清容器中进行额外的澄清，在澄清容器中，玻璃熔体的温度通常升高至高于熔化温度。升高澄清容器内的玻璃熔体的温度使玻璃的粘度下降，使玻璃熔体中的微气泡更容易上升至玻璃表面，多价氧化物澄清剂会释放澄清气体(氧气)至玻璃熔体，导致微气泡生长并且有助于微气泡的去除过程。玻璃熔体澄清之后，可立即将熔体冷却并搅拌，之后通过本领域已知的多种可用的成形方法中的任何一种进行成形，例如成形为玻璃片。

许多常规的玻璃制造工艺都使用砷作为澄清剂。砷是已知的最高温度的澄清剂，将砷加入熔炉中(熔融容器)的熔融玻璃浴时，在高温(例如，高于1450℃)下砷使O₂从玻璃熔体释放。这种高温的O₂释放有助于在熔融阶段中除去微气泡，特别是在玻璃制造的澄清化阶段过程中除去微气泡，制得基本没有气态内含物的玻璃产品。

从环境角度看，希望能提供不必使用砷作为澄清剂条件下制造玻璃的备选方法，特别是制造LCD玻璃中通常使用的高熔点和应变点玻璃。含砷化合物通常是毒性的，对含砷的玻璃的处理不仅导致产生高处理成本的废物，而且在超过显示器装置有效寿命后产生与装置本身相关的处置问题。不幸的是，许多备选澄清剂通常释放较少氧，和/或在过低温度下，在与已确定的澄清剂例如砷相关的调节过程中几乎不再吸收O₂，从而限制了澄清剂的澄清和氧再吸收能力。因此，在玻璃制造工艺的澄清阶段(即，玻璃在澄清容器内时)，澄清剂可产生的氧气量不足以对澄清容器中的玻璃进行有效澄清。因此，寻找到能减少玻璃中的气态内含物而不必使用有毒澄清剂的方法将是有益的。

发明概述

在一个方面，本发明提供了一种减少玻璃中的气态内含物的方法，该方法包括以下步骤：(a)在熔化温度T_M下在熔融容器中对批料进行加热，以形成熔融玻璃，所述熔融玻璃包含多价氧化物材料；(b)在耐火管中将所述熔融玻璃冷却至低于T_M的冷却温度T_C，所述熔融玻璃在所述耐火管中保留预定的停留时间；(c)在澄清容器中将冷却的熔融玻璃加热至澄清温度T_F≥T_M。