CN106458699A - 具有高和低的氧化的铁含量的含锂玻璃、其制造方法及使用其的产品 - Google Patents

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Abstract

低红外吸收锂玻璃包括0.0005‑0.015wt％、更优选0.001‑0.010wt％范围内的FeO和0.005‑0.15范围内、更优选0.005‑0.10范围内的氧化还原比。该玻璃能被化学强化并用于提供夜视镜或者观测设备所用的防弹观察罩。提供了一种方法，通过将另外的氧化剂加入到配合料中来将玻璃制造方法从制造高红外吸收锂玻璃(其具有0.02‑0.04wt％范围内的FeO和0.2‑0.4范围内的氧化还原比)变成制造低红外吸收锂玻璃。提供了第二方法，通过将另外的还原剂加入到配合料中来将玻璃制造方法从制造低红外吸收锂玻璃变成制造高红外吸收锂玻璃。在本发明的一个实施方式中，氧化剂为CeO2。本发明的一实施方式涵盖根据该方法制造的玻璃。

Description

具有高和低的氧化的铁含量的含锂玻璃、其制造方法及使用 其的产品
相关申请的交叉参考
本申请是2013年2月15日提交且名称为“LITHIUM CONTAINING GLASS WITH HIGHOXIDIZED IRON CONTENT AND METHOD OF MAKING SAME”的美国专利申请序列No.13/768,030的部分继续申请。本申请要求2012年2月24日提交且名称为“LITHIUM CONTAININGGLASS WITH HIGH OXIDIZED IRON CONTENT AND METHOD OF MAKING SAME”的美国临时专利申请序列No.61/602,909以及2014年5月20日提交且名称为“AIRCRAFT WINDSHIELD”的美国临时专利申请序列No.62/000,782的权益。申请序列No.61/602,909、No.62/000,782和13/768,030以其整体通过参考并入本文。
发明背景
发明领域
本发明涉及具有低或高的氧化的铁含量的玻璃，涉及这样的玻璃的制造方法，涉及使用这样的玻璃制造的制品，且更具体地，本发明涉及具有高或低的红外透射率的锂铝硅酸盐玻璃，涉及从制造高红外吸收玻璃(即，具有高的还原的铁含量的玻璃)的活动变为制造低红外吸收玻璃(即，具有低的还原的铁含量的玻璃)的活动，且反之亦然的方法，涉及制品，例如使用这样的玻璃制造的汽车和/或飞行器的透明体。
技术讨论
在下面的讨论中特别关注的是含锂玻璃的制造。如本领域技术人员所理解的，经常使用含锂玻璃来制造离子交换强化玻璃。在美国专利No.4,156,755(“下文也称作USPN‘755”)中公开了一种类型的含锂玻璃，该专利以整体通过参考并入本文。USPN‘755的玻璃也被称作“锂铝硅酸盐玻璃”，因为该参考文献涵盖了该玻璃的三种组分，即锂、铝和氧化硅，这些对该玻璃而言是最大的特征。
通常，铁不是制造离子交换方法的锂铝硅酸盐玻璃所需的成分，但是，少量铁通常作为玻璃配合料成分中的杂质而存在于锂铝硅酸盐玻璃中。现在，管理含锂玻璃配合料中的氧化铁来改变含锂玻璃的光学和/或颜色性质是目前兴趣所在。为了背景兴趣，市售玻璃中Fe2O3形式的总铁氧化物含量取决于产品要求，但是对被认为是透明的玻璃组合物通常在百万分之50-1200(下文也称作“PPM”)的范围内或以重量计(下文也称作“重量百分比”或“wt％”)为总体的0.005-0.12％。更具体地，铁可以作为二价铁(FeO)或者三价铁(Fe2O3)加入到玻璃组合物中。在玻璃配合料的熔融期间，在约25-30wt％的二价铁形式的铁(Fe++)和70-75wt％的三价铁形式的铁(Fe+++)的情况下，在三价铁形式的铁(Fe+++)和二价铁形式的铁(Fe++)之间达到平衡。氧化铁Fe2O3是强的紫外辐射吸收剂，作为黄色着色剂在玻璃中起作用，氧化亚铁FeO是强的红外辐射吸收剂，且作为蓝色着色剂在玻璃中起作用。
当在(例如但不限于讨论)弯曲和/或成形之前加热玻璃片、(例如但不限于讨论)锂铝硅酸盐玻璃片(下文也称作“锂玻璃片”)时的情况下，锂玻璃片的组成优选包括0.02-0.04wt％(200-400PPM)范围内的氧化亚铁(FeO)，0.05-0.10wt％(500-1000PPM)范围内的氧化铁(Fe2O3)和0.2-0.4范围内的氧化还原比(下面详细讨论)。在锂玻璃片将于本发明的实施中用作红外设备的观察窗(例如但不限于红外夜视镜)或者作为透明装甲或航天窗的部件时的情况中，锂玻璃片的组成优选包括优选0.001-0.005wt％(10-50PPM)范围内的氧化亚铁(FeO)，0.010-0.05wt％(100-500PPM)范围内的氧化铁(Fe2O3)，且该锂玻璃具有0.005-0.10范围内的优选的氧化还原比。如由上述讨论可知，对于待被加热的锂玻璃片，氧化亚铁的wt％较高且氧化铁的wt％较低，以增加红外波长的吸收从而减小锂玻璃片达到弯曲温度的加热时间；对于将被用于红外设备用观察窗的锂玻璃片，氧化亚铁的wt％较低且氧化铁的wt％较高，以增加红外能量通过该观察窗的透射百分率。
现在考虑从制造高红外吸收(下文也称作“HIRA”)锂玻璃片的活动到制造低红外吸收(下文也称作“LIRA”)锂玻璃片的活动、和/或从制造LIRA锂玻璃片的活动到制造HIRA锂玻璃片的活动的缺点。如当前本领域技术人员所能理解的，一个缺点在于，从一个活动的结束时(例如制造HIRA锂玻璃片的活动的结束)开始且在下一个活动开始时(例如制造LIRA锂玻璃片的活动的开始)结束的期间所产生的玻璃的量。用作LIRA锂玻璃片和HIRA锂玻璃片的规格之外的玻璃通常被废弃或作为碎玻璃使用。如当前本领域技术人员所能理解的，丢弃从一个活动改变到另一活动期间所产生的玻璃的损失严重，这归因于锂玻璃相对高的配合料成本和制造不可用的玻璃或者边缘质量的玻璃所浪费的时间。
因此，有利的是提供一种方法，其使得与从制造可用的HIRA锂玻璃片或可用的LIRA锂玻璃片的活动分别变为制造可用的LIRA锂玻璃片或者可用的HIRA锂玻璃片的活动相关的缺点最小化或消除。
发明内容
本发明的一个非限定性实施方式涉及玻璃组合物，其中，玻璃组合物包含：
和选自大于0至0.50wt％范围内的氧化铈、大于0至0.75wt％范围内的氧化锰及它们的混合物的氧化剂，以及0.005-0.15范围内的氧化还原比。
本发明的另一个非限定性实施方式涉及玻璃组合物，其中，玻璃组合物包含：
和0.006-0.13范围内的氧化还原比。
进一步地，本发明涉及用于观察辐射的红外能量的装置，该装置包含具有至少一个通路的外壳、用于观察辐射的红外能量的透镜系统，该通路具有第一开口端和第二开口端，改进包括：
与该通路的一端相邻安装的化学强化防弹玻璃透镜，该防弹玻璃透镜包含第一表面、相对的第二表面和在该防弹玻璃透镜的第一和第二表面之间的玻璃段，该玻璃段包含：
和选自大于0至0.50wt％范围内的氧化铈、大于0至0.75wt％范围内的氧化锰及它们的混合物的氧化剂，以及0.005-0.15范围内的氧化还原比。
更进一步地，本发明的非限定性实施方式涉及层合透明体(例如飞行器和陆地车辆挡风玻璃)，其中包含多个化学强化的玻璃片以及任选的塑料片，该玻璃片和塑料片通过塑料夹层层合在一起，其中，至少一个玻璃片具有包括如下的玻璃组成：
和来自组A和B之一的一个或多个选择，其中，组A包含：
FeO 0.0005-0.015wt％
Fe2O3(总铁) 50-小于800ppm
和选自大于0至0.50wt％范围内的氧化铈、大于0至0.75wt％范围内的氧化锰及它们的混合物的氧化剂，以及0.005-0.15范围内的氧化还原比；和组B：
FeO 0.02-0.05wt％
Fe2O3(总铁) 800-1200ppm
氧化还原比 0.20-0.40。
附图的简要说明
图1A和1B是玻璃熔炉的横截面的平面视图，该熔炉连接至用于根据本发明的教导来制造浮法玻璃带的类型的玻璃形成室。
图2是图1A所示的玻璃熔融室的放大的横截面侧视图。
图3是显示了作为通过不同量的CeO2和MnO2氧化FeO的结果，氧化还原值和近似二价铁(FeO)含量的曲线图。
图4是显示了通过不同量的CeO2和MnO2降低二价铁(FeO)的浓度的曲线图。未示出氧化铁含量的增加。
图5是本发明的夜视仪的横截面侧视图，该夜视仪具有根据本发明的教导所制造的保护性透镜。
图6是引入本发明的特征的层合的防弹透镜或者窗的侧面放大视图。
图7是现有技术飞行器挡风玻璃的端部部分的横截面视图。
图8是与图7的视图类似的视图，示出本发明的飞行器挡风玻璃的一个方面。
图9是与图7的视图类似的视图，示出本发明的飞行器挡风玻璃的另一个方面。
图10是引入本发明的多个方面的飞行器的可加热构件的平面视图。
具体实施方式
如本文所使用的，空间或方向术语例如“内部”、“外部”、“左”，“右”、“上”、“下”、“水平”、“垂直”等在其显示于附图的图中时涉及到本发明。但是，应当理解，本发明可以假定不同的可选择的方位，且因此这样的术语不被认为是限定性的。此外，用于说明书和权利要求书中表示尺寸、物理特性等的全部数值在全部的情况中被理解为是用术语“大约”修正的。因此，除非有相反的指示，否则下面的说明书和权利要求书中阐述的数值可以根据本发明所期望和/或所寻求获得的性能而变化。最起码，和并非打算使用等价原则来限制权利要求的范围，每个数值参数应当至少按照所报告的有效数字的数值并通过使用通常的四舍五入技术来解释。此外，本文公开的全部范围被理解为包含处于其中的任何的和全部的子范围。例如所述的范围“1-10”应当被认为包括了在最小值1和最大值10之间(并包括端点)的任何和全部子范围；即，全部的子范围是从最小值1或者更大开始，并且以最大值10或更小结束，例如1-6.7，或3.2-8.1，或5.5-10。
在讨论本发明的几个非限定性方面之前，应当理解本发明在其应用中并不被限于本文所示和所讨论的本发明的具体的非限定性方面的细节，因为本发明能够是其它实施方式。此外，本文所用于讨论本发明的术语是用于说明而非限制的目的。更进一步，除非另有指示，否则在下面的讨论中，同样的标记指的是同样的元件，并且任何组成量标记，例如“以重量百分比计”、“wt％”或“wt％”、“百万分之一”和“ppm”，是基于最终玻璃组合物的总重量，或氧化物形式的混合成分的总重量，例如但不限于水合氧化物或碳酸盐至氧化物形式的转换完成之后的玻璃配合料，可以是任一情形。
本发明的非限定性玻璃组合物
实施本发明的非限定性方面用来制造、但不限于制造类似于(但不限于)USPN‘755中公开的玻璃片和/或组合物(其含有一定量的三价铁氧化物(Fe2O3)和/或二价铁氧化物(FeO)以提高玻璃的性质和/或颜色)的类型的锂铝硅酸盐玻璃或锂玻璃、片材或组合物。本文公开的锂玻璃中存在的铁的总量是根据标准分析惯例以Fe2O3的方式来表达的，但这不意味着全部的铁实际上处于Fe2O3的形式。同样，处于亚铁态(Fe++)的铁的量是作为FeO来报告的，即使它实际上可能不会作为FeO存在于玻璃中。为了反映本文公开的玻璃组合物中的二价铁和三价铁的相对量，将使用术语“氧化还原比”。如本文所使用的，氧化还原比将意味着以FeO表达的处于亚铁态的铁的量除以以Fe2O3表达的铁的总量。如能理解的，FeO等于氧化还原比乘以总铁(以Fe2O3表达)，且总铁(以Fe2O3表达)等于FeO除以氧化还原比。
USPN‘755中公开的锂玻璃的材料或成分的范围列于表1中。
表1
该玻璃中除了锂之外的全部氧化物的重量百分比是使用X射线荧光光谱法(也称作“XRFS”)来测量的。该玻璃中的氧化锂的重量百分比是通过原子吸收来测量的。
另外，如USPN‘755中所公开的，也可以包括少量或夹杂量的其它玻璃形成材料和玻璃改性剂或着色剂，例如MgO、MnO、TiO2、Sb2O3、As2O3、K2O、PbO、SO3、着色剂和其混合物。少量或夹杂量是等于或小于2重量百分比(“wt％”)、优选小于1.5wt％且最优选小于1.00wt％的量。可包括少量的着色剂例如Fe2O3。如本领域技术人员所理解的，Sb2O3和As2O3是用于玻璃片拉制工艺的氧化剂，但是不适用于浮法玻璃工艺，这是因为浮法玻璃室的还原性条件将Sb2O3和As2O3分别还原成锑和砷金属。通常用于实施浮法玻璃工艺的装置示于图1A、1B和2，且在以下更详细地讨论。
在本发明的一个非限定性方面中，当加热具有表1的组成的锂玻璃片时，例如但不限于讨论，在锂玻璃片弯曲和/或成型之前，锂玻璃组合物优选(但不限于本发明)含有表1的成分加上添加0.02-0.05wt％(200-500ppm)范围内、以及处于0.02-0.035wt％(200-350ppm)和0.035-0.040wt％(350-400ppm)范围内且优选0.03-0.038wt％(300-380ppm)范围内的氧化亚铁(FeO)，0.0800-0.1200wt％(800-1200ppm)和0.05-0.12％(500-1200ppm)范围内、以及处于0.06-0.10％(600-1000ppm)范围内的氧化铁(Fe2O3)，和0.2-0.4范围内且优选0.2-0.35范围内的氧化还原比。出于清楚的目的，锂玻璃例如但不限于表1的锂玻璃(其具有0.02-0.05wt％(200-500ppm)范围内以及如上公开的对于FeO的任何子范围内的FeO，且具有0.05-0.12％(500-1200ppm)范围内及如上公开的对于Fe2O3的子范围内的Fe2O3，和0.2-0.4范围内及如上公开的氧化还原比的任何子范围内的氧化还原比)在下文也被称作“高红外吸收锂铝硅酸盐玻璃”或“HIRA锂铝硅酸盐玻璃”或“HIRA锂玻璃”。
在制造HIRA锂玻璃的活动期间，向玻璃配合料成分添加硫酸盐和碳来增加二价铁(Fe++)含量，从而将熔融的玻璃保持在所期望的氧化还原比范围内和总铁范围内。
在本发明的另一个非限定性实施方式中，锂玻璃(例如但不限于具有表1的玻璃组成的锂玻璃)被用作红外装置用观察窗，例如但不限于红外夜视镜、观测设备例如步枪瞄准镜。锂玻璃组合物基本上不含铁以去除玻璃中的FeO，从而减小(如果不消除的话)由该玻璃引起的红外吸收。如上所讨论的，铁的氧化物没有作为表1的锂玻璃的组分列出；然而，如本领域技术人员所理解的，预期铁(例如二价铁)的氧化物将作为配合料材料例如碎玻璃中被发现的夹杂材料存在于该玻璃中。如当前能理解的，制造基本上不含铁的玻璃以消除玻璃中的FeO是昂贵的。但在本发明的一个方面中，将受控量的铁和氧化剂添加到配合料中以减少和/或维持低量的FeO、和/或以增加和/或维持高量的氧化铁(Fe2O3)。在本发明的一个非限定性方面中，将氧化铁(Fe2O3)和氧化剂添加到表1的成分中。对于二价铁能存在的程度，本发明预期本发明的玻璃将包括表1的组成加上0.0005-0.015wt％(5-150ppm)范围内、和优选0.001-0.010wt％(10-100ppm)范围内的氧化亚铁(FeO)，以及0.005至小于0.08wt％(50-800ppm)范围内、0.005-0.06wt％(50-600ppm)范围内、优选0.005-0.03wt％(50-300ppm)范围内的氧化铁，以及0.005-0.15范围内和优选0.005-0.10范围内的氧化还原比。
出于清楚的目的，锂玻璃例如但不限于表1的锂玻璃(其具有0.0005-0.015wt％(5-150ppm)范围内及如上公开的对于FeO的任何子范围内的FeO，具有0.005-0.08wt％(50-800ppm)范围内且优选在如上公开的子范围内的Fe2O3，且具有0.005-0.15范围内及如上公开的氧化还原比的任何子范围内的氧化还原比)在下文也被称作“低红外吸收锂铝硅酸盐玻璃”或“LIRA锂铝硅酸盐玻璃”或“LIRA锂玻璃”。预期总铁(Fe2O3)将在50-800ppm、50-500ppm、50-400ppm、50-300ppm、50-200ppm和50-100ppm的范围内。在制造LIRA锂玻璃的活动期间，期望与所选择的玻璃制造工艺相容的氧化剂会被添加到玻璃中以将FeO氧化成Fe2O3，从而将氧化还原比维持在所期望的0.005-0.15的范围内。
氧化剂的候选被确认为氧化铈、氧化锰、氧化锑、氧化砷及其组合。在本讨论中对氧化锑和氧化砷没有兴趣，因为玻璃制造工艺(以下详细讨论)与具有氧化锑和氧化砷的熔融配合料不相容、且与将熔融的玻璃在金属锡浴上移动通过具有氢气氛的炉不相容。两种可得到的氧化剂氧化铈和氧化锰被评估以确定它们与锂玻璃(但不限制于表1的锂玻璃，其具有铁，以将熔融的玻璃维持在用于LIRA锂玻璃的氧化还原比范围和氧化铁(Fe2O3)范围内)的使用，以确定以合适的浓度具有所期望的杂质(例如如上讨论的那些)和氧化铈及氧化锰的锂玻璃是否产生具有可接受的液相线温度的玻璃。
更具体地，制造了表2中示出的玻璃的实验室样品，它们包括“对照样品”(其为未添加氧化铈和/或氧化锰的玻璃样品)；“铈样品”，其为具有表2中所述的添加CeO2的玻璃样品；和“锰样品”，其为具有表2中所述的添加MnO2的玻璃样品。样品1-5为具有不同量的氧化铈的铈样品，且样品6和7为具有不同量的氧化锰的锰样品。
表2具有氧化铈和氧化锰的高铁氧化物(～0.09wt％)
在上面表2中也收集了对于玻璃的光谱数据。将该数据重新计算为0.223英寸玻璃厚度且光谱的紫外光部分已被校正为对于介于300-375纳米(“nm”)(包括端点)之间的波长，以用于玻璃中的铈的荧光。通过如下来完成校正：测量排除镜面的(漫)透射率，然后从对于呈现出与铈荧光相关的明显的漫射成分的波长的总透射率减去漫射组分。该方法有可能无法说明全部的铈荧光，但认为其与具有全部被包括的荧光的数据相比更真实。该方法也被用于本文讨论的所有含氧化铈的熔体。
图3是显示了氧化还原比和近似FeO含量的曲线图，且图4是显示氧化亚铁含量的曲线图，其中对照样品和样品1-7在纵坐标(y轴)上，且氧化铈和氧化锰的wt％在横坐标(x轴)上。对照样品数据点在y轴上。在本发明的优选实施中，氧化铈被用于将二价铁氧化成三价铁，因为如图3和4所示，氧化铈是比氧化锰更有效的氧化剂，且氧化铈将玻璃“脱色”。更具体地，氧化铈不是玻璃中的着色剂，但氧化铈是玻璃中的强力氧化剂，且其在脱色玻璃中的作用是将二价铁状态(Fe++)的铁氧化成三价铁(Fe+++)状态的铁。虽然氧化铈对于使玻璃中残留的痕量的二价铁脱色是有用的，但是氧化铈的使用具有局限，例如但不限于所述讨论，将LIRA锂玻璃曝露于日光对于玻璃具有日晒(solarizing)效应，其导致Ce+++光氧化成Ce++++以及Fe+++光还原成Fe++。如本领域技术人员所理解的，铈的日晒效应和Fe+++至Fe++的光还原增加了玻璃在电磁频谱的可见和IR范围内的光吸收，这减小了在这些范围中的光透射率。因为当总铁氧化物处于低水平例如小于0.03wt％时利用日晒的可见和红外透射率的下降小于1％，所以氧化铈优先氧化二价铁。不过，本发明预期加入氧化锰代替氧化铈和加入氧化锰和氧化铈的混合物。
在具有从0.50wt％下降至0wt％的氧化铈含量的情况下，以非常低的总铁氧化物水平制造表3中的下述玻璃。数据包括在配合料因玻璃制造工艺而失去水和二氧化碳之后计算的配合料数据，该数据是对三种玻璃分析了组成、粘度数据、液相线数据和光谱数据而得到的数据。
表3具有0-0.50wt％范围的氧化铈含量的低铁玻璃
表3中的数据显示在液相线显著低于Log 4温度(在该温度下粘度为10,000泊；在浮法生产期间，该温度将足够下游，使得玻璃快速移动且没有足够时间让结晶化发生)时，能在浮法线上制造玻璃(参见图2)。作为液相线确定的结果，表中的液相线数据不包括存在在较高氧化铈含量的玻璃中出现的异常晶体(0.15％和更高的氧化铈具有这些晶体，0.10％似乎具有非常小的微晶但它们太小以至于不能被积极地认定为晶体；0和0.05％氧化铈不具有任何这些晶体)。这些异常晶体的存在不必然表示当在经过24小时时间框架(其远大于这些温度范围产生的浮法线上的时间)测量液相线时不能制造玻璃。为了避免这些异常晶体的形成，低于0.15wt％的浓度的氧化铈的使用是优选的，且更优选不高于0.10wt％。液相线通过如下来确定：将玻璃暴露于梯度炉中的高温持续24小时并按照ASTMC829-81报告晶体首次形成时的玻璃温度；该相同工序用于本文所讨论的所有数据。
表3中的实施例11和12的氧化还原数据也显示含氧化铈的玻璃被高度氧化(低的氧化还原)且在降低氧化亚铁含量的效果更显著的光谱的红外(IR)部分中具有更大的透射率。氧化铈作为紫外光(UV)吸收剂的使用也能在UV透射率数据中看到。较低的总太阳能透射(TSET)主要归因于高氧化铈玻璃的较大的UV吸收；尽管UV仅是TSET的一小部分，但其足以使数值下降。
在本发明的一个方面中，将氧化铈(CeO2)添加到配合料中以制造LIRA锂玻璃。制备了四种实验室熔体，且仅对于光谱和液相线分析了所制造的玻璃以确定配合料是否能被熔化和实施浮法玻璃工艺是否能制造玻璃带，这在玻璃制造领域中是众所周知的且在下面详细讨论。以下，在表4中示出了玻璃组成(如从配合料计算的)和液相线值。与之前的部分类似，评价了这些熔体中的几个的液相线以确保在具有较高氧化铁水平的情况下这些组成的浮法玻璃中将没有结晶化。
表4具有不同低水平的氧化铈含量和低氧化铁水平的四种熔体的配合料组成、液 相线数据和光谱数据
如上所述，液相线数据显示表4的玻璃组合物能被熔化且玻璃带可在浮法线上制造(期望log 4温度与表3中的那些玻璃非常类似)。作为液相线试验的结果，没有观察到异常晶体，与之前来自表3的对于具有低氧化铈含量的玻璃的数据一致。
制备并分析了表5的7个实施例18-24。如从配合料组分计算的那样，这些实验室熔体的组成遵循表5。这些玻璃具有表1的锂玻璃的组成、氧化铁和氧化亚铁、以及总计小于5wt％的杂质，其如上所讨论的通常在玻璃配合料中被发现。
表5具有不同MnO 2 和CeO 2 含量的中等水平氧化铁组成的配合料组成
为了对比，对于来自表1中的组成(除了铁以外)的流水线生产的标准HIRA锂玻璃(该标准玻璃具有～0.095wt％的总铁氧化物，没有有意添加氧化铈)测量了光透射率且对0.223英寸厚度重新计算了数据。该HIRA锂玻璃提供了88.13％LTC/2°(大于395纳米(“nm”)至小于775nm波长)、67.26％紫外(“UV”,295-395nm波长)、70.53％红外(“IR”，775-2125nm波长)和78.40％总太阳能透射(“TSET”，275-2125nm波长)的值。表5(上面)的玻璃中的氧化铁含量的显著缺少，与氧化铈(其导致大多数铁氧化物以三价铁(Fe+++)氧化态存在)的性质结合，相对于标准HIRA锂玻璃，改善了表5中的实施例玻璃在可见(LTC/2°)、红外(IR)范围的光透射率。
表5中显示了具有氧化铈的LIRA锂玻璃具有880-887℃范围内的液相线，这对于在图1A、1B和2中示出的浮法玻璃工艺中制造玻璃而言是可接受的，因为log 4温度对于该浓度的玻璃典型地为约1,060℃。在这些测试中没有观察到异常晶体。
表5的实施例21的意图是作为表5的实施例18的精确重复用于测量重复性。然而，光谱数据和氧化还原不相等，且该差异的原因不知道，但认为问题在于配合料的称重。
在本发明的一个方面中，将氧化铈作为紫外光吸收剂和作为氧化还原控制剂两者来添加。由于氧化铁水平从HIRA锂玻璃的0.10wt％水平显著地降低，因此需要添加一些氧化铈来提供与HIRA锂玻璃相同或更好的UV防护。铈也导致玻璃中的铁氧化物主要处于三价铁状态，其也吸收UV光，但在大部分可见范围中和在红外波长范围中是基本上透明的。
制造了两种实验室熔体，其被确定为实施例19和22，表5中列出的数据包含氧化锰的添加。已知氧化锰是氧化还原控制剂，能将玻璃中的二价铁(Fe++)氧化物氧化成三价铁(Fe+++)氧化态。
在含锰熔体的情况下，初始数据看起来是有希望的。但是，日晒(即，表明其自身在不同光谱性质中的玻璃的氧化还原的光致变化)导致玻璃变紫。以下表6中的光透射率数据是对于表5中具有配合料MnO2浓度的实施例19和22，两者也含有氧化铈。该表中也包括了对于该两种玻璃在化学强化工艺之后和在通过将玻璃暴露于Q-Sun室1中的模拟太阳光来日晒玻璃之后的光透射数据。测试工序包括在Q-Sun 1000氙测试室装置中暴露150小时且在340nm于0.68瓦特/m2(“W/m2”)下维持。该暴露模拟了玻璃对自然太阳光(夏天中午的太阳)的户外暴晒。对于0.223英寸的均匀玻璃厚度计算所有的光透射数据，并对氧化铈荧光进行校正。
表6含有氧化锰和氧化铈的玻璃组合物在％透射率方面的整体光谱属性和氧化还 原数据
在表6中，对各实施例的一个样品测量了光谱，随后化学强化，随后日晒。该确切的样品不同于选择用于表5中的光谱数据的样品，这解释了两个表之间光谱数据的稍许不同，其可能归因于测试之前的少量的日晒。
由氧化铈和氧化锰的组合提供的低的氧化还原导致氧化锰的日晒成为紫色形式。这些样品在日晒后变成淡紫色，且横跨紫外、可见和红外区域的光透射率的损失在表6的日晒数据中是明显的。
在本发明的一个非限定性方面中，氧化铈(CeO2)和/或氧化锰(MnO2)被用于将二价铁氧化成三价铁。如上所讨论的，氧化铈和氧化锰是相容的，例如形成具有对于图1A、1B和2中所示的玻璃制造工艺而言可接受的液相线温度的玻璃。在本发明的优选实施中，氧化铈(CeO2)被用于将二价铁氧化成三价铁，因为如图3和4所示，氧化铈(CeO2)是比氧化锰(MnO2)更有效的氧化剂。
在本发明的实施中，可使用大于0至0.50wt％范围内、优选在0.02-0.45wt％范围内、和更优选在0.03-0.40wt％范围内的氧化铈。对于氧化铈的其它范围包括但不限于0.01-0.15wt％、0.02-0.10wt％和0.03-0.07wt％。可使用大于0至0.75wt％范围内、优选0.02-0.50wt％范围内和更优选0.04-0.45wt％的量的氧化锰。如能理解的，在本发明的实施中可使用CeO2和MnO2的混合物来氧化二价铁。较低总铁含量的玻璃可使用较低量的氧化铈或氧化锰。在本说明书中，氧化铈或氧化锰的量应分别意味着总铈或总锰，以CeO2或MnO2的形式表达，即使这些组分可能实际上在玻璃中不以CeO2或MnO2的形式存在，且可以以其它氧化物的形式例如Ce3O4或MnO或以非氧化物的形式存在。
其中，制造添加了氧化铈和氧化锰的表5的玻璃的样品以确定是否这些玻璃组成与浮法玻璃工艺相容，由这些玻璃的液相线温度和来自表3的相似玻璃的log 4粘度温度来确定。数据表明了浮法玻璃工艺相容性且在液相线样品中没有观察到异常晶体。
如上所讨论的，对于HIRA锂玻璃，氧化亚铁的wt％为较高，以增加红外波长的吸收，从而减小玻璃达到弯曲温度的加热时间、或提供太阳能热控制的水平，且对于LIRA锂玻璃，氧化亚铁的wt％较低，以减少红外观察范围中的红外能量的吸收、且增加红外观察范围内的红外能量的百分比透射率，从而增强红外产生物体的观察或增强窗的可见光透射率。出于清楚的目的，紫外波长范围为电磁谱的295-395纳米(下文也称作“nm”)；可见波长范围为电磁谱的大于395至小于775nm；且近红外波长范围为电磁谱的775-2100nm。红外观察波长范围是器件依赖性的且可包括大部分可见光范围。在本发明的一个非限定性实施方式中，红外观察波长范围为电磁谱的400-920nm。在本发明的实施中，LIRA锂玻璃优选具有等于和大于88％的可见透射率、更优选大于89％的可见透射率、且最优选大于90％的可见透射率；等于或大于80％的红外透射率、更优选大于85％的红外透射率、且最优选等于和大于90％的红外透射率；等于和大于80％的红外观察透射率、更优选大于85％的红外观察透射率、且最优选大于90％的红外观察透射率。
进而，在本发明的实施中，HIRA锂玻璃具有小于89％的可见透射率、小于80％的红外透射率、小于80％的红外观察透射率。
上面给出的LIRA和HIRA锂玻璃的光谱性质是在0.223英寸(5.7毫米)的厚度下报告的。使用具有2°观测器的国际照明委员会标准照明体A(CIE Standard Illuminant A)在380-780纳米的波长范围来确定可见透射率。使用Parry Moon air mass 2.0直接太阳辐照数据在800-2100nm的波长范围来确定红外透射率。使用国际照明委员会标准照明体A(CIEStandard Illuminant A)的相对分光照度和观察设备的响应函数在400-930nm的波长范围来确定观察透射率。
下面表7中示出的是对于本发明的一个非限定性方面的HIRA锂玻璃和LIRA锂玻璃的氧化还原数据。表7的氧化还原数据可与表1中的玻璃组合物一起使用。
表7 HIRA和LIRA锂玻璃的氧化还原数据
在本发明的一个非限定性方面中，根据表2-6中对于LIRA锂玻璃的数据，LIRA锂玻璃在295-395nm的紫外(“UV”)波长范围内具有50-85％范围内的透射率；LIRA锂玻璃在395-775的可见(“LTC/2°”)波长范围内具有89-92％范围内的透射率；LIRA锂玻璃在775-2125的红外(“IR”)波长范围内具有80-92％范围内的透射率；且LIRA锂玻璃在275-2125nm的总太阳能透射率(“TSET”)波长范围内具有82-92％范围内的透射率。另外期望的是，HIRA锂玻璃在295-395nm的紫外(“UV”)波长范围内将具有67-74wt％范围内的透射率；HIRA锂玻璃在395-775的可见(“LTC/2°”)波长范围内将具有88-90wt％范围内的透射率；HIRA锂玻璃在775-2125的红外(“IR”)波长范围内将具有70-79wt％范围内的透射率；且HIRA锂玻璃在275-2125nm的总太阳能透射率(“TSET”)波长范围内将具有78-84wt％范围内的透射率。上面给出的LIRA和HIRA锂玻璃是在0.223英寸(5.7毫米)的厚度下报告的。
本发明的玻璃制造工艺
本发明的LIRA和HIRA锂玻璃可使用传统的非真空澄清室浮法玻璃系统来制造，例如但不限于图1和2中示出的类型，或使用真空澄清室浮法玻璃系统来制造，例如但不限于美国专利Nos.4,792,536和5,030,594中公开的类型，这些专利通过参考并入本文。
图1A、1B和2中示出的是在本发明的非限定性方面的实施中使用以制造浮法玻璃的连续玻璃带的装置。现在如有需要参照图1A、1B和2，常规的连续供料、横火焰的玻璃熔融和非真空澄清炉20包括由耐火材料制成的底部22、顶部24和侧壁26所形成的外壳。HIRA或LIRA锂玻璃配合料材料28通过炉20的延长部32中的入口30(参见图2，被称作投料口)以任何方便或常规的方式引入，从而形成漂浮在熔融玻璃38的表面36上的料毯34(参见图2)。如图1A、1B和2中所示，玻璃的整体行进在图中是从左到右的，朝着本领域制造浮法平板玻璃所用类型的玻璃形成室40的入口端39(参见图1B)。
用于熔融配合料28和用于加热熔融的玻璃38的火焰(未示出)从沿着侧壁26间隔的燃烧器小炉口42发出(参见图2)，并被引导至且横跨熔融的玻璃38的表面36上。如本领域技术人员已知的，在加热周期的前半部分，火焰从池炉20一侧上的每个小炉口中的喷嘴43(参见图2)发出，而炉的废气移动穿过炉的相对侧上的小炉口。在加热周期的后半部分，小炉口的功能反转，废气小炉口是燃烧小炉口，而燃烧小炉口是废气小炉口。用于图1A、1B和2中所示类型的炉20的燃烧周期是本领域众所周知的，认为无需进一步的讨论。
如本领域技术人员可理解的，本发明预期使用空气和燃料气体的混合物，或者氧和燃料气体的混合物，用以产生火焰来加热配合料和熔融的玻璃。对于在玻璃熔炉中使用氧和燃料气体的讨论来说，可以参考美国专利申请公开No.2009-0205711A1(标题为“Useof Photovoltaic for Waste Heat Recovery”)和/或美国专利No.8,304,358，这些公开通过参考并入本文。
从配合料供料端或者投料口端壁46向下游移动的玻璃配合料28在炉20的熔融段48中熔融，且熔融的玻璃38移动穿过炉腰54(参见图1A和1B)到炉20的澄清段56。在澄清段56中，除去熔融的玻璃38中的气泡，并在熔融的玻璃通过澄清段56时将熔融的玻璃38进行混合或均化。熔融的玻璃38是以任何方便或通常的方式从澄清段56传递到玻璃形成室40中包含的熔融金属池(未示出)上。当传递的熔融玻璃38在熔融金属池(未示出)上移动通过玻璃形成室40时，将熔融的玻璃尺寸化和冷却。维度稳定的尺寸化玻璃带(未示出)从玻璃形成室40移出进入退火炉(未示出)。图1A、1B和2中所示类型以及上面讨论的类型的玻璃制造设备是本领域众所周知的，认为无需进一步的讨论。
如本领域技术人员现在可理解的，当从制造HIRA锂玻璃的活动变为制造LIRA锂玻璃的活动时，在本发明的一个非限定性方面中用于制造HIRA锂玻璃的活动结束时炉20(参见图1A、1B和2)中含有的熔融HIRA锂玻璃中的二价铁(FeO)从0.018-0.05wt％的范围降低至0.0005-0.015wt％、和更优选至0.001-0.010wt％的范围；且氧化还原比优选从0.2-0.4的范围降低至0.005-0.15的范围和更优选至0.005-0.10的范围。
在本发明的实施中，炉(例如但不限于图1A、1B和2中示出的炉20)中含有的1850吨的熔融HIRA锂玻璃转化成1850吨的熔融LIRA锂玻璃是在3-4天内完成的，而通过仅仅加入无氧化剂的LIRA锂玻璃配合料成分进行转化将需要约两周。
出于清楚的目的，如本文所使用的，术语“活动(Campaign)”是指使用一定量的玻璃配合料或成分制造具有一定范围性质(例如但不限于光学和颜色性质)的一定量的玻璃(例如但不限于平板玻璃带)。
在本发明的实施中，从熔融的HIRA锂玻璃变成熔融的LIRA锂玻璃可在3-4天内、使用氧化剂来完成。氧化剂优选与制造HIRA和LIRA锂玻璃的实施的玻璃制造工艺相容，且将二价铁氧化成三价铁。在本发明的一个非限定性方面中，氧化铈(CeO2)和/或氧化锰(MnO2)被用于将二价铁氧化成三价铁。如上面讨论的，氧化铈和氧化锰是相容的，例如是与图1A、1B和2所示的玻璃制造工艺相容的玻璃组合物的组分。在本发明优选的实施中，氧化铈(CeO2)被用于将二价铁氧化成三价铁，这是因为，如图3和4的曲线图中绘制的数据所示的那样，氧化铈(CeO2)是比氧化锰(MnO2)更有效的氧化剂。在本发明的实施中使用的氧化铈(CeO2)包括铈氧化物的各种形式，包括但不限于氧化铈(III)(Ce2O3)和碳酸铈(Ce2(CO3)3·xH2O)。
在本发明的下述非限定性实施方式中，进行活动A来制造HIRA锂玻璃。指定活动A结束并开始活动B以制造LIRA锂玻璃。正在制造的HIRA锂玻璃的组成和待制造的LIRA锂玻璃的组成示于表8中。
表8
在活动A运行期间，将表8中列出的HIRA锂玻璃配合料供入炉20(参见图1A、1B和2)中，进行熔融和澄清，且澄清的玻璃如上面所讨论的那样移动进入玻璃形成室40中来制造HIRA锂玻璃。在活动A待结束时的指定时间，使用于LIRA锂玻璃的玻璃配合料如上面所讨论的那样移动进入炉20的熔融段48中来开始活动B。在活动B的第一个36小时期间，配制了用于LIRA锂玻璃的配合料来提供锂玻璃，其具有0.04-0.90wt％范围内的氧化铈，即，两倍于表8的锂玻璃所规定的氧化铈。在36小时期间之后，配制了用于LIRA锂玻璃的配合料来提供具有0.02-0.45wt％范围内的氧化铈的锂玻璃(参见表8)。
在本发明的一个方面中，将碳酸铈加入配合料中以将活动A变为活动B，从而制造具有表8中列出的成分的LIRA锂玻璃(除了0.033-0.75wt％范围内的碳酸铈加入到该配合料中以外)。对于初始的LIRA锂玻璃配合料(活动B的第一个36小时周期)，将0.066-1.50wt％的wt％范围内的碳酸铈加入该配合料中。如所理解的那样，0.066-1.50wt％范围两倍于表8的玻璃组合物的CeO2范围，其是在由于玻璃制造工艺失去二氧化碳和水之后并以CeO2(不管其实际氧化状态)表达的氧化铈含量。在活动B的初始36小时期间结束时，将碳酸铈降低到0.033-0.75wt％的范围来进行活动B，以制造具有表8所示的玻璃组成的LIRA锂玻璃。在活动B的第一36小时期间，添加另外的碳酸铈以在炉20的熔融段26和澄清段56中更快速地氧化二价铁。
在本发明的另一个非限定性实施方式中，如果正在制造的玻璃具有足够的UV吸收剂例如氧化铈，则在初始36小时脉冲后，不需要另外脉冲的碳酸铈。
本发明不限于脉冲数或长度(即，在有限的时间期间添加更高浓度的玻璃组分)，或者不限于脉冲中的氧化铈的wt％。在本发明的实施中，脉冲中的氧化铈的wt％通常为添加至LIRA锂玻璃配合料的氧化铈的wt％的2-3倍，且脉冲数通常为1或2。每个脉冲的时间段可根据需要改变。在从活动A变到活动B时涉及使用CeO2以氧化二价铁的上述程序可应用于本发明的实施，其使用MnO2或者CeO2和MnO2的混合物，以将制造HIRA锂玻璃的活动A变为制造LIRA锂玻璃的活动B。虽然程序是相同的，但MnO2的wt％和CeO2及MnO2的混合物的wt％增加，因为比氧化锰更有效的氧化剂即氧化铈减少。
本发明不限于向配合料添加氧化剂例如但不限于CeO2、MnO2及CeO2和MnO2的混合物，且本发明预期将另外的氧化剂添加到澄清部56中的熔融玻璃中或者添加到位于炉腰54上游的熔融部48中的熔融玻璃中。
在本发明的另一个非限定性实施方式中，通过加入还原剂将三价铁Fe2O3还原成二价铁FeO，从而将制造LIRA锂玻璃的活动变成制造HIRA锂玻璃的活动。可用于本发明实施中的还原剂包括但不限于碳、含碳材料，例如但不限于石墨、蔗糖(C12H22O11)、煤，硅金属和氧化锡(SnO2)。本发明的另外非限定性方面包括但不限于将氧化剂和还原剂添加到玻璃配合料中以将FeO改变为Fe2O3或将Fe2O3改变为FeO，作为这样的情形可以是，当改变用于制造不同类型的钠钙硅酸盐玻璃或者任何其它类型的玻璃时，例如从HIRA或LIRA锂玻璃改变成钠钙硅酸盐玻璃的活动时，反之亦然。
进而，可实施本发明以将制造具有高铁含量(例如但不限于0.02-0.04wt％范围内的氧化亚铁)和0.2-0.4范围内的氧化还原比的钠钙硅酸盐玻璃的一个活动改变为制造具有低铁含量(例如但不限于0.001-0.010wt％范围内的氧化亚铁)和0.005-0.15范围内的氧化还原比的钠钙硅酸盐玻璃的另一个活动。
本发明的制品的非限定性方面
LIRA锂玻璃的用途和HIRA锂玻璃的用途例如但不限于本发明，可加工表8的HIRA锂玻璃和LIRA锂玻璃以在如下用途中使用：陆地、天空、太空、水上和水下交通工具用窗；商业和住宅窗用透明体，太阳能收集器用盖子，和用于防弹观察窗。HIRA锂玻璃的用途通常用于通过可见光的观察窗和/或用于加热和成型锂玻璃片，且通常不推荐用于观察来自物体的红外能量，例如HIRA锂玻璃的用途不推荐用于夜视镜，因为其吸收红外能量。对于夜视装备，推荐LIRA锂玻璃以防护夜视装备的透镜系统，例如但不限于夜视镜和夜视仪。进而，LIRA锂玻璃也推荐用于飞行器挡风玻璃，因此其具有高的可见和IR透射率。更具体地且参考图5，其显示了夜视步枪瞄准镜70，其具有管72和安装在管72的通路76中的夜视放大透镜系统74。由化学强化LIRA锂玻璃制造的防弹透镜78与透镜系统74隔开地安装在管的端部。利用该布置，本发明的化学强化LIRA锂玻璃透镜保护透镜系统74免受破裂。LIRA锂玻璃和HIRA锂玻璃也可用于专业应用，包括但不限于本发明，其在家具、器具和淋浴门中的应用。
参考图6，其显示了防弹透镜或窗84的非限定性实施方式。窗84包括通过层合领域所用类型的塑料夹层材料90层合在一起的多个LIRA锂化学强化玻璃片86和塑料片88。可用于本发明的塑料片包括但不限于聚碳酸酯、丙烯酸、拉伸的丙烯酸、聚氨酯、聚脲氨酯(polyureaurethane)和含有酯或碳酸酯基的聚氨酯。
如本领域技术人员理解的，钠化学强化玻璃的指纹是化学强化玻璃片86的近表面区域87(图6中示出的阴影(phantom)并标记为“87”)处的较高浓度的钠离子，以及随着距化学强化玻璃的中心89的距离减小而减小的钠离子浓度。更具体地，在钠盐浴中化学强化的锂玻璃与表1中示出的相比，在近表面区域87(参见图6)具有更高的氧化钠浓度和更低的氧化锂浓度。离子交换深度通常距玻璃层的每个表面小于0.020英寸，且在本发明的一个方面中，离子交换的量在距表面0.020英寸之后变得可忽视。
在本发明的一个非限定性实施方式的实施中，LIRA和HIRA锂玻璃可以是未涂覆的或是用任何类型的涂层涂覆的，例如但不限于用于选择性地通过、吸收或反射预定波长范围的光和能量的环保涂层、光催化膜或减水膜、或例如美国专利Nos.5,873,203和5,469,657中公开的类型的透明导电性氧化物，这些专利通过参考并入本文。
图7-9中示出的是飞行器挡风玻璃的右边部分的横截面视图。参考图7，其示出了现有技术的飞行器挡风玻璃110的右边部分。挡风玻璃110包括玻璃片112(下文也称作“第一玻璃片112”)，在第一玻璃片112的内表面116上具有高强度辐射场(下文也称作“HIRF”)膜114。第一玻璃片112的外表面118与第一玻璃片112的内表面116相对并面向飞行器的内部(未图示)。利用该布置，第一玻璃片112的表面118为挡风玻璃110的内表面且为第一玻璃片112的外表面118。第一聚乙烯醇缩丁醛(下文也称作“第一PVB”)层120重叠并固定于HIRF膜114从而将第一玻璃片112固定于玻璃片124(下文也称作“第二玻璃片124”)的第一表面122。通过粘合层130将第二玻璃片124的第二表面126固定于加热部件128(参见图10)，该粘合层130包括在第二玻璃片124的第二表面126上的第一聚氨酯层132；在第一聚氨酯层132上的第二PVB层134；和介于第二PVB层134和可加热部件128之间并与它们粘附的第二聚氨酯层136。
本发明不限于可加热部件128的设计和/或构造，且在本领域中用于加热片材的表面以防止在挡风玻璃110的外表面138上形成雾、雪和/或冰、用于融化挡风玻璃110的外表面138上的雪和冰、和/或用于从挡风玻璃110的外表面138除去雾、雪和冰的任何导电性可加热部件都可用于本发明的实施中。通常但不限于本发明，图10中示出的是由附图标记128表示的可加热部件的非限定性实施方式。在本发明的一个非限定性实施方式中，可加热部件128包括外玻璃片140(也称作“第三玻璃片”)(其具有施加于第三玻璃片140的内表面142的导电性涂层141)以及与导电性涂层141电接触的一对间隔的汇流条144和145。
更具体地，导电性涂层141介于汇流条144和145之间并与它们电接触。本发明不限于导电性涂层141的组成，且本领域已知的任何导电性涂层可用在本发明的实施中。例如且不限于本发明，导电性涂层141可从任何合适的透明导电性材料制得。可用在本发明的实施中的透明导电性涂层141的非限定性实施方式包括但不限于：在注册商标NESA下的由PPGIndustries,Inc.出售的类型的热解沉积氟掺杂的氧化锡膜；在注册商标NESATRON下的由PPG Industries,Inc.出售的类型的磁控溅射沉积的锡掺杂的氧化铟膜；由一个或多个磁控溅射沉积膜制作的涂层，该膜包括但不限于在金属氧化物膜(例如氧化锌和/或锡酸锌)之间的金属膜(例如银)，它们的每一个可通过磁控溅射依次施加，例如在美国专利Nos.4,610,771、4,806,220和5,821,001(但不限于此)中公开的那样。美国专利Nos.4,610,771、4,806,220和5,821,001的公开内容通过参考以其整体并入本文。
本发明不限于使用导电性涂层141以加热玻璃片140，且本发明期望使用任何类型的能被电加热的部件，例如但不限于导电性线，例如图10的阴影中示出的线147，其能被埋在塑料夹层的片材中，例如但不限于介于汇流条144和145之间且与汇流条144和145电连接的第二聚氨酯夹层136。这样的加热布置在本领域(在PPG Industries,Ohio Inc.注册商标AIRCON下)中是已知的，且公开在美国专利No.4,078,107中，该专利通过参考以其整体并入本文。
本发明不限于汇流条144和145的设计和/或构造，且本领域中使用的任何类型的汇流条可用在本发明的实施中。可用在本发明的实施中的汇流条的实例包括但不限于美国专利Nos.3,762,902、4,623,389和4,902,875中公开的类型，这些专利通过参考以其整体并入本文。
在继续参考图10时，在本发明的一个非限定性实施方式中，汇流条144和145分别通过线149和150连接至智能电源控制器和监测系统(其在美国专利No.8,981,265中做了详细讨论)以向汇流条144和145及导电性涂层141提供能量。
图8中示出的是本发明的飞行器挡风玻璃152的非限定性实施方式的右边部分的横截面视图。如图7和8的比较所示，图8中所示的挡风玻璃152与图7中所示的挡风玻璃110类似，除了图7的挡风玻璃110的第二玻璃片124被玻璃片159取代。更具体地，挡风玻璃110的第二玻璃片124具有0.625英寸的厚度；是本领域被称作“水白色(无色透明)”玻璃的钠钙硅玻璃，且是美国专利No.6,962,887中公开的类型。美国专利No.6,962,887通过参考并入本文。挡风玻璃152的第二玻璃片159具有0.375英寸的厚度；为化学强化HIRA或LIRA锂玻璃且优选为LIRA锂玻璃。
由挡风玻璃152提供的改进包括但不限于更轻的挡风玻璃，因为图8的挡风玻璃152的第二玻璃片159具有0.375英寸的厚度，而图7的挡风玻璃110的第二玻璃片124具有0.625英寸的厚度。可使用更薄的玻璃，因为LIRA锂玻璃是化学强化的。进而，LIRA锂玻璃具有低的可见光吸收率和高的可见光透射率，使得LIRA锂玻璃与水白色玻璃在它们涉及光透射时相容。将LIRA锂玻璃化学强化增加了其强度，使得可使用更薄的玻璃以降低挡风玻璃的重量且增加其强度。
图9中示出的是由附图标记162表示的本发明的飞行器挡风玻璃的另一个非限定性实施方式的右边部分的横截面视图。如图8和9中所示，图9中所示的挡风玻璃162与图8中所示的挡风玻璃152类似，除了图8的挡风玻璃152的第一玻璃片112被玻璃片164取代(下文也称作“第四玻璃片164)(参见图9)。更具体地，挡风玻璃110和152的第一玻璃片112具有0.310英寸的厚度；为化学强化的玻璃，且为美国专利No.4,156,755中公开的类型。LIRA和HIRA锂玻璃通过本领域众所周知的用钠离子取代玻璃表面处的锂离子来化学强化。挡风玻璃162的第四玻璃片164具有0.310英寸的厚度，且为LIRA化学强化锂玻璃。
由挡风玻璃162提供的相对于挡风玻璃110的改进包括但不限于更轻的挡风玻璃，因为图8的挡风玻璃152的第二玻璃片159和图9的挡风玻璃162的第二玻璃片154各具有0.375英寸的厚度，而图7的挡风玻璃110的第二玻璃片124具有0.625英寸的厚度。另外，挡风玻璃162(参见图9)相对于挡风玻璃152(参见图8)，通过使用化学强化LIRA锂玻璃片作为挡风玻璃162的第一玻璃片164得到了改进。如上所讨论的，化学强化LIRA锂玻璃是与HIRA锂玻璃相比具有更高的可见和红外透射率的低铁玻璃。
如能理解的，本发明期望用挡风玻璃162的玻璃片164取代图7的第一玻璃片112并保留第二玻璃片124。
如能进一步理解的，本发明不限于将玻璃片成型的方法，或将片材层合以制造飞行器层合挡风玻璃的方法。进而，本发明不限于将挡风玻璃固定在飞行器主体中的方式。例如但不限于本发明，HIRF膜114通过导电带166与电源连接，且挡风玻璃152和/或162和凸起密封件168通过板部件170和螺栓172固定在飞行器主体中。
进而，本领域技术人员将容易理解的是，可对本发明进行修改而不脱离之前描述中公开的概念。因此，本文详细描述的具体实施方式仅为说明性的，且不限制本发明的范围，其被赋予本发明的公开内容的完整宽度和任何及所有的其等价物。
本发明不限于上面呈现和讨论的本发明的实施方式，呈现它们仅为了说明目的，且本发明的范围仅受下述权利要求和任意的附加权利要求(它们加入到本申请中，具有与本申请直接或间接的联系)的范围限制。

Claims (22)

1.玻璃组合物，其包含：
和选自大于0至0.50wt％范围内的氧化铈、大于0至0.75wt％范围内的氧化锰及它们的混合物的氧化剂，以及0.005-0.15范围内的氧化还原比。
2.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中，氧化铈在0.01-0.15wt％的范围内。
3.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中，FeO为选自0.0005-0.015wt％和0.001-0.010wt％的范围之一，Fe2O3(总铁)为选自0.005-0.06wt％和0.005-0.03wt％的范围之一，且氧化还原比为选自0.005-0.15wt％和0.005-0.10wt％的范围之一。
4.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中，玻璃在295-395nm的紫外(“UV”)波长范围内具有50-85％范围内的透射率；在395-775nm的可见(“LTC/2°”)波长范围内具有89-92％范围内的透射率；在775-2125nm的红外(“IR”)波长范围内具有80-92％范围内的透射率；且在275-2125nm的总太阳能透射率(“TSET”)波长范围内具有82-92％范围内的透射率，其中上述玻璃具有0.223英寸(5.7毫米)的厚度。
5.玻璃组合物，其包含：
和0.006-0.13范围的氧化还原比；和
选自大于0至0.50wt％范围内的氧化铈、大于0至0.75wt％范围内的氧化锰及它们的混合物的氧化剂，以及0.005-0.15范围内的氧化还原比。
6.根据权利要求5所述的玻璃组合物，其中，FeO为选自0.002-0.015wt％、0.002-0.001wt％、0.0035-0.001wt％和0.003-0.0038wt％的范围之一，Fe2O3(总铁)为选自0.08-0.12wt％和0.09-0.10wt％的范围之一，且氧化还原比为选自0.01-0.13和0.015-0.10的范围之一。
7.根据权利要求5所述的玻璃组合物，其中，FeO在0.002-0.012wt％范围内；总铁在0.08-0.12wt％范围内；氧化还原比在0.02-0.10范围内。
8.权利要求5所述的玻璃组合物，其中，玻璃在295-395nm的紫外(“UV”)波长范围内具有67-74％范围内的透射率；玻璃在395-775的可见(“LTC/2°”)波长范围内内具有88-90％范围的透射率；玻璃在775-2125的红外(“IR”)波长范围内具有70-79％范围内的透射率；玻璃在275-2125nm的总太阳能透射率(“TSET”)波长范围内具有78-84％范围内的透射率，其中上述玻璃具有0.223英寸(5.7毫米)的厚度。
9.用于观察辐射的红外能量的装置，该装置包括具有至少一个通路的外壳、用于观察辐射的红外能量的透镜系统，该通路具有第一开口端和第二开口端，改进包括：
与该通路的一端相邻安装的化学强化防弹玻璃透镜，该防弹玻璃透镜包含第一表面、相对的第二表面和在该防弹玻璃透镜的第一和第二表面之间的玻璃段，该玻璃段包含：
和选自大于0至0.50wt％范围内的氧化铈、大于0至0.75wt％范围内的氧化锰及它们的混合物的氧化剂，以及0.005-0.15范围内的氧化还原比。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，该透镜具有大于88％的可见透射率，大于80％的红外透射率和大于80％的红外观察透射率；这些透射率是对具有0.223英寸(5.7毫米)厚度的玻璃透镜而言。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，该玻璃段的FeO在0.001-0.010wt％范围内。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，该玻璃段的氧化还原比在0.005-0.10范围内。
13.层合透明体，其包含多个化学强化的玻璃片以及任选的塑料片，该玻璃片和塑料片通过塑料夹层层合在一起，其中，至少一个玻璃片具有包括如下的玻璃组成：
和来自组A和B之一的一个或多个选择，其中，组A包含：
FeO 0.0005-0.015wt％
Fe2O3(总铁) 50-小于800ppm
和选自大于0至0.50wt％范围内的氧化铈、大于0至0.75wt％范围内的氧化锰及它们的混合物的氧化剂，以及0.005-0.15范围内的氧化还原比；和组B：
FeO 0.02-0.05wt％
Fe2O3(总铁) 800-1200ppm
氧化还原比 0.20-0.40。
14.根据权利要求13所述的层合透明体，其中，该层合透明体选自飞行器窗和陆地、天空、太空、水上和水下交通工具的窗。
15.根据权利要求14所述的层合透明体，其中，该窗为挡风玻璃。
16.根据权利要求13所述的玻璃组合物，其中，组A的氧化铈在0.01-0.15wt％范围内。
17.根据权利要求16所述的玻璃组合物，其中，组A的FeO为选自0.0005-0.015wt％和0.001-0.010wt％的范围之一，组A的Fe2O3(总铁)为选自0.005-0.06wt％、0.005-0.05wt％和0.005-0.03wt％的范围之一，且组A的氧化还原比为选自0.005-0.15和0.005-0.10的范围之一。
18.根据权利要求13所述的玻璃组合物，其中，组A的玻璃在295-395nm的紫外(“UV”)波长范围内具有50-85％范围内的透射率；在395-775的可见(“LTC/2°”)波长范围内具有89-92％范围内的透射率；在775-2125的红外(“IR”)波长范围内具有75-92％范围内的透射率；且在275-2125nm的总太阳能透射率(“TSET”)波长范围内具有82-92％范围内的透射率，其中上述玻璃具有0.223英寸(5.7毫米)的厚度。
19.根据权利要求18所述的玻璃组合物，其中，组A的FeO在0.001-0.010wt％范围内，组A的总铁在50-200ppm范围内，组A的氧化还原比在0.005-0.10范围内，且氧化剂选自0.02-0.45wt％范围内的氧化铈、0.02-0.50wt％范围内的氧化锰及它们的混合物。
20.根据权利要求13所述的玻璃组合物，其中，组B的FeO为选自0.02-0.05wt％、0.02-0.035wt％、0.035-0.04wt％和0.03-0.038wt％的范围之一，组B的Fe2O3(总铁)为选自0.05-0.12wt％和0.06-0.10wt％的范围之一，且组B的氧化还原比为选自0.2-0.4和0.20-0.35的范围之一。
21.根据权利要求13所述的玻璃组合物，其中，组B的FeO在0.020-0.035wt％范围内，组B的总铁在0.05-0.12wt％范围内，且组B的氧化还原比在0.02-0.35范围内。
22.根据权利要求13所述的玻璃组合物，其中，组B的玻璃在295-395nm的紫外(“UV”)波长范围内具有50-85％范围内的透射率；组B的玻璃在395-775的可见(“LTC/2°”)波长范围内具有89-92％范围内的透射率；组B的玻璃在775-2125的红外(“IR”)波长范围内具有80-90％范围内的透射率；组B的玻璃在275-2125nm的总太阳能透射率(“TSET”)波长范围内具有82-92％范围内的透射率，其中上述玻璃具有0.223英寸(5.7毫米)的厚度。
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