CN1217707A - 制造玻璃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制造单组分玻璃或性能可与单组分玻璃相比的由多组分玻璃制得的多组分玻璃的方法。该方法包括产生一种具有玻璃形成材料和玻璃改性材料的熔融玻璃池,该玻璃改性材料具有可以从该熔融玻璃中除去的阳离子;以及向该熔融玻璃上施加至少一种选自电场、静电场、磁场和电磁场的力场,使玻璃改性材料中的阳离子从该熔融玻璃中除去,从而使熔融玻璃中阳离子的浓度降低。

Description

制造玻璃的方法

本发明涉及一种制造玻璃的方法，更进一步地说，涉及制造单组分玻璃或其性能可与单组分玻璃相比的多组分玻璃的方法。

由单一组分制成的玻璃具有优越的物理和化学性能。这些性能可以使单组分玻璃应用于一些极端的情况下。举例来说，为纯二氧化硅的石英玻璃具有较高的熔化和软化温度、较高的强度、硬度、耐磨性、热稳定性、对腐蚀介质攻击的稳定性和对可见光和紫外光的较高透光性。但是石英玻璃的优越性能受到其高制造成本的影响。典型的用来制造石英玻璃的工艺、电热、气体燃烧、等离子体以及蒸汽状态均是高劳动强度的。此外，石英玻璃的熔化温度极高(约1750℃)，并且该玻璃对于某些用途来说需要大量的热处理。这些因素均会使制造石英玻璃的成本变高，它阻碍了石英玻璃的广泛使用。

为了降低初始熔化点以及成本，经常向玻璃中加入一些改性剂。这些改性剂通常用来获得特定的所需的玻璃性能。但是改性剂在玻璃中的存在降低了该玻璃的基础性能。

人们认为多组份玻璃具有下列两个部分：晶格形成物和改性剂。玻璃晶格基本上是一种单一的三维阴离子。该玻璃的性能主要由晶格确定。改性剂是可以在高温下在晶格中移动的阳离子基团。改性剂进入晶格元素的离子键中。

为了由多组份玻璃混合物获得其性能可以与单组份玻璃相比的玻璃，研究人员试图从多组份玻璃系统中除去改性剂。人们已经开发出了几种有名的其性能可以与石英玻璃相比的多组份玻璃。含有约96％SiO₂的Vicor^®玻璃是由约10％Na₂O、30％B₂O₃和60％SiO₂的起始混合物制成的。将这些成份加热到约1600℃以产生熔融玻璃，而后冷却。过冷的液体会进入一种亚稳分离的区域并且分成两种液相。一种相的组成接近纯二氧化硅，而另一种富含Na₂O和B₂O₃。这两种液相形成相互可以渗透的结构。通过用酸处理该材料可以将钠和硼氧化物浸析掉。该材料的剩余物质是脆性的、玻璃质的几乎纯净的氧化硅。然后将其在约1000℃的温度下进行热处理，由此形成一种可以流动的状态，形成无孔的透明玻璃，其性能可以与石英玻璃相比。

另一种其性能与纯石英玻璃相类似的多组份玻璃是Pyrex^®玻璃。Pyrex^®玻璃的组成为大约4％Na₂O、16％B₂O₃和80％SiO₂。根据Na₂B₈O₁₃-SiO₂系统的相图，该玻璃组成是在过冷液体分相区中。由于四硼酸钠(sodium tetraborate)的体积含量较小(约10-20％重量)，在玻璃基质中形成分开的钠和硼氧化物的料滴。这些料滴由于它们被基质相包围而不能被浸析掉。

虽然人们已经知道单组分玻璃和其性能可以与单组份玻璃相比的多组份玻璃的方法，但是，现有的方法昂贵且复杂。因此人们希望有一种可以制造单组份玻璃或其性能可以与单组份玻璃相比的多组分玻璃的简单、廉价的方法。

图1是采用本发明的方法的分批式工艺。

图2是浮法玻璃工艺的示意图。

图3是采用本发明的方法具有电化学场和电场的浮法工艺示意图。

图4是本发明的方法的示意图，该方法在玻璃的制造过程中在玻璃中产生正电荷。

图5是采用本发明的方法制造玻璃或使玻璃充电的方法的示意图。

图6是本发明的方法的示意图，该方法在已存在的玻璃中产生正电荷。

图7是多组分系统的电化学工艺的典型的电压-电流特性图。

图8是包括将中和的熔融金属阴极循环使用的工艺的示意图。

图9是采用由本发明制得的玻璃作为积能器。

本发明公开了一种用于制造单组分玻璃或其性能可以与单组分玻璃相比的多组分玻璃的方法。该方法包括提供一池熔融玻璃，其具有玻璃形成材料和玻璃改性材料，该玻璃改性材料具有能够由该熔融玻璃中除去的阳离子。至少施加一种力场，该力场选自电场、静电场、磁场和电磁场，从而使玻璃改性材料中的阳离子从熔融玻璃中除去，使熔融玻璃中阳离子的浓度降低。

该方法优选地包括将熔融玻璃连续地从该池中拉出。该方法优选地包括至少施加两种力场来降低熔融玻璃中的阳离子浓度。

该方法的一个实施方案包括提供一池熔融玻璃，其具有玻璃形成物材料和玻璃改性材料，该玻璃改性材料具有可以从熔融玻璃中除去的阳离子。提供一第一和一第二电极，它们与该熔融玻璃接触，第二电极能从熔融玻璃中接收阳离子。在第一和第二电极上施加第一电压，从而使第一电极的极性相对于第二电极来说保持阳性，使第一电流由第二电极流过熔融玻璃的一部分，流向第一电极。提供一与熔融玻璃接触的第三电极，第三电极可以从熔融玻璃中接收阳离子，提供一不与熔融玻璃接触的第四电极，第四电极通过一种惰性导电介质而与熔融玻璃隔开。在第三和第四电极上施加一第二电压，从而使第四电极的极性相对第三电极来说保持阳性，使第二电流由第三电极流过熔融玻璃和惰性导电介质，流向第四电极，从而使玻璃改性材料中的阳离子在第二和第三电极处降低并且从熔融玻璃中除去阳离子，结果使熔融玻璃中的阳离子浓度降低。

第二和第三电极优选地是一种单个熔融电极。熔融玻璃优选地从池中连续拉出。第二电流的方向优选地垂直于熔融玻璃的流动方向。

利用这种方法可以制得具有正电荷的玻璃。优选地可以通过提供不与玻璃表面相接触的第五和第六电极以及与玻璃表面接触的埋入电极而做到这一点。在第五和第六电极上施加第三电压，使第三电流在较小的势能方向上由玻璃流过埋入电极，从该玻璃中除去电子，从而在玻璃中形成正电荷。

一旦采用上述方法制得一件玻璃，还可以采用下列方法在该玻璃中产生正电荷。将该玻璃加热到超过其软化点的温度，形成一个与玻璃表面接触的埋入电极。在不与玻璃表面相接触的一对电极上施加电压，使电流在较小的势能方向上由玻璃流过埋入电极，从玻璃中除去电子，从而在该玻璃中形成正电荷。

可以将通过在阴极处还原阳离子而形成的金属氧化并且作为工艺中的原料而循环使用。

术语“玻璃形成材料”是指可以形成玻璃的材料，如SiO₂和Al₂O₃，这些材料包括玻璃形成元素：1)具有高电荷，如P⁵+、V⁵⁺、Si⁴⁺、Ti⁴⁺、Zn⁴⁺、Ge⁴⁺、B³⁺、Al³⁺、Fe³⁺和具有相似晶体化学性能的阳离子，2)Fe²⁺、Co²⁺和Ni²⁺，以及3)和化学元素，如Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Be²⁺以及具有类似晶体化学性能的阳离子，它们与元素周期表中的Ⅵ和Ⅶ族中的元素形成配位多面体。这些玻璃形成元素与元素周期表中的Ⅵ和Ⅶ族元素结合或与盐或盐的混合物，如与碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐结合。

术语“玻璃改性材料”是指本身不能形成玻璃的材料，但是，该材料当在熔融状态下与玻璃形成材料结合时能够形成玻璃。玻璃改性材料的例子包括Na₂O和MgO。这些材料包括玻璃改性元素，如1)Li⁺、Na⁺、K⁺和具有类似物理和化学性能的阳离子，2)Ca²⁺、S²⁺、B²⁺，以及具有类似物理和化学性能的阳离子，以及3)Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺，以及具有类似物理和化学性能的阳离子，它们不与元素周期表中Ⅵ和Ⅶ族中的元素形成稳定的键。玻璃改性元素与元素周期表中的Ⅵ和Ⅶ族元素结合，或与盐和盐的混合物，如碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐结合。

根据本发明的制造玻璃的方法基本上与本领域中常用的相同，其不同之处在于是将熔融玻璃暴露于一个或多个力场。下面将结合分批式工艺(batch process)和浮法玻璃工艺(float glass process)描述本发明，虽然也可以采用其它的工艺。

在图1中，将密封的石英容器(retort)10放在高温真空炉12中，该炉在低于1毫米汞柱真空下操作。将具有合适组成的原料及混合物放在石英坩埚14中，坩埚14放在低熔化温度金属床上，该金属将变成熔融阴极16。合适的金属材料包括但不限于锡和铅。将由低电阻材料，优选地为铂制成的电极18悬挂在位于原料表面上方的具有合适结构的可以从外面进行调节的棒20上。由低电阻材料，优选地为铂制成的电极22水平放置在将变成熔融玻璃的原料中。另一个电极24，优选地为铂放在靠近原料上表面的地方。将低电阻电极丝26、28和30连接到每个电极上并且通过密封的石英管伸出容器的上端。采用适当的流动控制装置向该容器中供入干燥的惰性气体31，优选地为氦或氮。分解炉的内部连续地排气并且通过具有适当控制的真空系统32而保持在1-2毫米汞柱真空下。利用质谱仪34对真空管线连续监测，以测定在该过程中发生的情况。将电极丝26与高压电供给装置36的正极相连。而熔融阴极16的电极丝38与高压电供给装置36的负极相连。低压电供给装置40的正极与电极丝28相连。低压电供给装置40的负极与来自熔融阴极16的电极丝38相连。第二低压电供给装置42的一端与电极丝30相连。电供给装置42的另一端与不同的电势点相连，优选地为接地。

在该方法中，只采用一个静电场来产生电化学池。由于阳极不与熔融玻璃接触，因此，不会产生中性层。熔融阴极将吸收玻璃改性离子，还会防止形成中性层。两个与低电压供给装置相连的埋入电极仅仅用来测定玻璃的性能而不是用来产生电化学反应以除去离子。

采用Na₂CO₃(99.99％纯)和SiO₂(99.99％纯)的起始混合物的分批式工艺将在1毫米汞柱的真空下加热到熔融状态，其环境为氦He，其中所有的水、氧、氮和其它大气杂质均被除去。Na₂CO₃将在加热下分解成Na₂O+CO₂(气体)。该气体将从容器中除去。余下的固体成分将形成熔融玻璃，其组成为可迁移的阳离子Na₂O和不可迁移的阴离子SiO₂。在电极18和熔融阴极16之间施加电压，直到发生气体离子化。该电压取决于可变的温度、压力、电极与玻璃之间的距离以及气体组成。对于氦来说，该电压在间隙为5毫米时可以高达15000V。施加电压可以使金属离子聚集在熔融金属(在该实施例部为锡)中。这将使过量的电子存在于玻璃中。这些电子将通过埋入的电极而传导到地上。当将玻璃冷却成固体或过冷液体状态时，它将含有正电荷。电荷的数量理论上可以达到每公斤玻璃227安培·小时。与图6类似但没有热炉的方法可以用来控制在玻璃中和玻璃外面电子的流动(即电流)。

尽管不是要受到操作理论的限制，但可以认为本发明按照下面所述的方式操作。

当将玻璃形成材料和玻璃改性材料加热到该混合物转变温度(在该温度下玻璃混合物由一种相变成另一种相)以上的温度时，熔体中的成分起反应并形成一种结构化合物。该结构化合物是一种特定的具有两部分的真实溶液：一种相对不迁移的部分和一种相对迁移的部分。该不迁移部分基本上是单一的三维阳离子，它是一种晶格形式，由单个宏观部分(每一个具有负电荷)或者以一个或两个方向连接在它们之间的宏观部分(具有负电荷)组成。可迁移的部分由金属离子组成，这些离子随机地分布在晶格中，它们可以在热场的作用下移动并且形成基团或连接在一起。每个离子(它们是阴离子)与晶格具有单独的离子键。

熔体表示起始成分的一种新的状态。它具有电解质的性能并且可以导电，而不管起始材料是否具有这些性能。这两部分均是相反符号的电荷携带者，它们可以在所需的方向上进行移动。

可迁移部分的阳离子通过热扩散而在晶格结构中移动。这将使晶格的状态发生变化。这种中间状态是化学键连续断裂和形成的结果。其与晶格起始状态不同的是存在负电荷携带者，这些携带者仅存在一段较短的时间。在其形成时，负电荷携带着具有能量比晶格的其它部分更大的电子。

施加在熔体上的力场决定了电荷携带者在热扩散过程中的移动方向。它们使来自晶格中间状态的负电荷携带者的、具有更大能量的电子定位，位移并取出。这使得可迁移部分的浓度发生了变化。可迁移部分可以部分或完全地从熔体中除去。此外，该力场还可以导致在熔体中形成正电荷。

在常规的电化学池中，当离子与电极接触时，它们会获得或放出电子，进入原子或分子的中性状态。原子或分子以气泡的形式向上流动或以颗粒的形式沉淀出来并且通过热扩散而分布在起始电解液中。这在电极的周围释放出了一定的空间用于新离子。电化学过程的效率主要取决于靠近电极处的料层的更新速度。如果该料层更新较差或根本不更新，则该电化学过程会放慢或停止。

在熔融玻璃池中，晶格基本上是一种阴离子。在熔融玻璃中进行电化学过程时，起初只有部分与阳极接触的晶格会释放出电子，进入外部的电路中，形成电中性层。由于晶格是相当静止的，因此该层不能以常规方式更新，因此，电化学过程缓慢或停止。

这个问题通过选择起始原料的化学组成来产生晶格由分散在熔体中的微小部分组成的结构化合物是不能解决的。单个阴离子的微小部分会迁移到阳极上并且会象常规电解质中那样被中和。中和的微小部分彼此接触并且结合成一种电中性层，该电中性层会阻止新的微小部分被中和。这会使电化学过程像在具有常规晶格的结构化合物那样被终止。在阳极附近缺少料层更新会使电场强度增加到使靠近阳极处的料层中的结构化合物发生分解的水平。当电化学池外部电路中电压达到约1.6-2伏时会发生分解。

阳极和阴极表面之间的关系以及阳极表面的长度决定了该电化学池电路中的电流密度。确定这些关系以使每一个特定的起始混合物的化学组成达到最终的电流密度值。这些因素确定了从熔融玻璃中除去阳离子的效率。

当该玻璃含有两种或两种以上具有不同阳离子或具有相同的阳离子但电荷不同的玻璃改性材料时，阴极过程由两个或多个顺次的夺取过程组成，每一个过程具有不同的电流值。具有最低最终电流值的阳极最先发生夺取，而后是下一个具有较低值的。由于不同种类或不同电荷的阳离子传输的动力学不同，会发生电流增加。在外部电路中在不会导致惰性导电介质击穿的最大电压值中会发生这些变化。

图2表示一种典型的浮法玻璃制造工艺。玻璃成分在熔炉50中加热到转变温度。在玻璃成分熔化后，它们被移到熔炉52中。炉52具有熔融金属池54，熔融玻璃倾倒在其上。熔融玻璃在熔融金属表面上扩散开并且该玻璃的上下表面变成基本上平坦并且平行。熔炉52具有一系列温度连续下降的温度区。当玻璃在该熔炉中流动时，它会变冷，导致其粘度增加。从该熔融玻璃池中连续拉出玻璃板并且如果需要可以进行进一步处理。

图3表示本发明的方法的一种具体实施方案。熔融玻璃56通过阳极60由熔炉50被移送到熔炉52中，该阳极由低电阻材料如铂制成。在熔融玻璃56中建立一个电化学池。将电压58施加到阳极60和阴极62上，使电流在熔融玻璃中由阴极62流向阳极60。在浮法玻璃工艺中所用的熔融金属(或锡或铅)将被用作阴极62。

如图3中所示，熔融玻璃将以超过在电力作用下基质大部分流向阳极的速度的绝对值的速度流动。在熔融玻璃移动经过靠近阳极60的区域的过程中，新的晶格部分将稳定地与阳极60接触并且连续地将电子释放到外部电路中，从而可以更新阳极附近的层。这将可以连续地进行传统的阳极-阴极工艺。这会产生从熔体中有效除去可迁移部分所需的条件。

熔炉52中的熔融玻璃56将流动到电化学池的熔融锡阴极上，但不与锡池的壁接触。自由流动的熔融玻璃56与在其表面上方的阴极达到最大的表面接触。该阴极工艺将在熔融玻璃料流落下并且与熔融锡接触的地方开始。该阴极工艺的特征在于在阴极表面处中和阳离子。中和的强度将与在阳极处由晶格中夺取的电子的数量成正比。

熔融玻璃如图3中所示可遇到第二个力场。在阴极62和阳极66上施加电压64，该阳极66不与熔融玻璃接触。阳极66通过干燥的惰性导电介质如氮或氦气而与熔融玻璃隔开。这将在阴极62到阳极66之间产生一种电流流动。阳极66优选地是由铂制成并且其尺寸应使其与熔融玻璃的最大表面重叠并且使电荷放电不会发生在电极、熔炉材料和不被熔融玻璃覆盖的熔融锡表面之间。

静电场将与热场一起作用在熔融玻璃中的可迁移阳离子上，引起阳离子向阴极62的方向移动。该静电场还会增加晶格中电子的能量，使之达到足以将它们夺取并且不会使该晶格分解的能量水平。能量大于构成结构化合物中化学键的电子的能量的电子将会首先被夺取。

向阳极66的方向移动的未成键的电子以及向阴极62的方向移动的阳离子将会在由熔融玻璃、惰性导电介质、阴极62和阳极66组成的电路中产生电流。由于阳极66不会与熔体接触，将不会在阴极处发生料层更新和分解的问题。该电流的最大电压是使该导电介质击穿的电压。

该熔融锡阴极将连续地被来自玻璃的中性阳离子饱和。熔融锡被连续地更新，从而使从玻璃中除去阳离子的过程得以连续进行。可以将锡/金属合金收集起来并且采用已知的制造纯金属的方法进行处理。由此形成的金属还可以作进一步处理并且用作玻璃组合物的起始成分。在该金属处理过程中，产生的热量还可以用于该工艺中。

如图4中所示，在某些条件下可以在玻璃中诱导产生正电荷。当由晶格中单位时间里除去的电子的数量超过在阴极处中和的阳离子的数量时，电子可以向零电势的方向移动。在这种情况下如果电极通过导体连接到任何其势能与吸收电子的玻璃表面上的电极势能不同的表面上时，电极就会产生电流。当发生这种情况时，就会在玻璃中形成正电荷。

在图4中，该玻璃还经受一第三力场。该玻璃将在熔炉52中冷却，并且该玻璃的粘度将会增加，从而使该阳离子不能在玻璃中很容易地迁移。在电极70和72上施加电压68。电极对70和72不与熔融玻璃接触。埋入的电极74与玻璃表面接触。在这种情况下，可以将更多的电子在阳极70处从熔融玻璃中除去，其数量超过由于熔融玻璃粘度的增加而在阴极72处减少的阳离子。因此，电子将向埋入电极74的方向流动并且在熔融玻璃中会形成过量正电荷。

具有正电荷的玻璃还可以采用如图5中所示的结构在分批工艺中产生。起始材料选自玻璃形成材料和玻璃改性材料的组合物。在真空和惰性气体环境下将混合物加热到熔融状态。典型地，该真空为1毫米汞柱并且该气体为氦或氮气。在电极78和80上的电压76将增加到使该气体发生离子化的水平，使电流由电极78通过玻璃流动到熔融阴极80上。这将使金属离子集中在熔融金属上，在该混合物中留下游离的电子。这些电子可以通过埋入电极82而传向大地，留下正电荷。当该混合物变冷时，就会形成一种含有正电荷的玻璃。在放电过程中，电子可以回到玻璃中。但是，它们不能回到原晶格位置中，而是作为可以重复除去(从而在玻璃中产生电荷)并且在放电过程中会返回的“游离电子”而占领位置。

实施例1

由含有26％Na₂O和74％SiO₂的熔体制造玻璃。将石英砂(SiO₂)和纯碱(Na₂CO₃)在真空炉中加热到约900℃，获得一种熔体。采用一种中间容器或罐(如图1中所示)，以确保玻璃熔体免受该真空炉表面的污染。在该容器中可以保持1毫米汞柱的真空，而在熔炉中稍低一些。在该玻璃熔体上方放置一铂阳极，玻璃与阳极之间的间距约为5毫米。施加足以使该阳极和玻璃之间的气体离子化的DC电压，长达4小时。在该实施例中，在熔融玻璃的上方保持真空为1毫米汞柱的氦气气氛，将该玻璃冷却并且在室温下测定其性能。该玻璃将具有明显的能量储存，理论上最高可以达到每公斤玻璃10安培·小时。

当加热该罐或容器时必须注意，应该采用每分钟2℃的加热速度，以防止使石英盛放容器受损。在该实施例中，熔炉不是必须接地，并且应将DC电压施加到加热元件上，以防止存在杂散电场。熔炉中的真空应该稍稍低于容器中的真空，以防止任何零落的污染物进入容器中。可以选择不锈钢作为真空炉的构造材料，以尽可能地防止零落的铁污染。

下面将对本发明作进一步描述。

玻璃是一种有不同的金属氧化物，如Me₂O、MeO、Me₂O₃、MeO₂、Me₂O₅和MeO₃组成的特殊系统。可以采用氟、氯和物理和化学性能相似的元素来代替氧。

传统的玻璃制造方式可以通过依次进行一整套物理和化学过程而实现：

            T,T¹,T²,...,Tⁿ    (1)

这些工艺的广义上的分类可以以下列技术操作过程的形式来表示：由天然的或合成的材料制备玻璃形成起始混合物，将该起始混合物加热到使该混合物完全转变成一种熔体所需的温度，形成一种新材料，将由此得到的熔融状态的材料冷却到形成制品所需的温度，以及对这些制品进行热处理和其它处理，以获得所需的微观结构以及物理和化学性能。

在完成时由于力场(机械、热、电和其它与这些作用相似的场)的作用，多个物理和化学过程

            T,T¹,T²,...,T^n-m    (2)可以产生由熔体状态的结构化合物组成的材料，该材料具有电解质的性能，而不管起始材料是否具有这些性能。

在由此形成的熔体中，我们可以看到有两种组成部分。其中一种是相对不可迁移的，实际上它是具有普通负电荷的晶格离子形式的连续部分。具有超过进入到该晶格的化学元素中的其它电子能量的一些电子使整个晶格具有负电荷。

相对第一部分来说，该结构化合物的另一部分是活性的和可迁移的部分，它用具有正电荷(阳离子)的化学成分的独立基团或组织(但不是晶体)表示，每一个阳离子与晶格具有独立的离子键。

多个物理和化学过程

            T^n-m,…,T^n-1,Tⁿ    (3)

通过制造称为玻璃的材料而结束，该玻璃具有由获得该玻璃时的状态以及熔体的化学组成决定的物理和化学性能。

在熔体中，同样我们可以在玻璃中发现两种组成部分。该玻璃晶格是单一的三维阴离子，它仅仅在被整个阳离子基团占领的空间中具有可迁移的阳离子。在高温下，这些阳离子会由一个基团移动到另一个基团中，但不会打破该玻璃晶格的连续性。

该晶格是确定玻璃性能的基础。仅仅由形成该晶格的化学成分组成的玻璃(单组分系统，如石英玻璃)具有最佳的性能，并且当在晶格中存在阳离子基团时(多组分系统，如硅酸盐玻璃)，阳离子基团仅仅影响该玻璃的主要性能并且一般是将它们导入到玻璃组合物中，从而以最低的生产成本获得用户可以接受的玻璃技术特征。单组分玻璃的优点通常是已知的。这种玻璃的技术特点可以降低最终产品的重量并且可以将玻璃产品用于恶劣的操作环境下。仅仅是由这种玻璃制得的制品的高价格妨碍了它们的广泛应用。

通过依次进行下列多个物理和化学过程：

T,T¹,T²,...,T^n-m,T^n-(m+1),...,T^n-1,Tⁿ    (2)可以解决直接由实际上具有任何一种玻璃形成化学组成的起始混合物的低温多组分熔体制造单相化学组成的玻璃材料的问题，在该熔体中我们可以看到两个组成部分。大多数所述的化学过程可以通过常规的玻璃制造工业的方法以及根据玻璃制造工业所采用的技术来实施。

结构化合物既不是其组成成分的物理混合物，也不是其组成成分的机械混合物，而是一种特殊类型的真实溶液(true solution)。它是一种有两种组成部分组成的复杂系统的不确定的化合物，其中一个是不可变的部分(主要部分)，而另一个是可变的部分。其中其变化可以导致该化合物整个发生变化的结构化合物的部分可以认为是该玻璃的主要部分。而可以改变的部分将会被改变并被取代。为了识别该化合物中的组成部分，可以采用字母符号，如A-不可改变的(主要的)部分，B-可改变的部分和C-结构化合物来表示。可以用两个字母符号(AB)来表示结构化合物C。

根据该系统的化学组成部分，一种相是均质的。

为了产生结构化合物C的不可改变的(主要的)部分A和可改变的部分B，可以以制备所述的化学组成的起始玻璃形成混合物所需的量均匀混合适当的成分，即起始化合物(如Na₂O)或含有起始化合物的成分(例如Na₂CO₃)以及可能的添加成分(例如物理和化学过程的加速剂)。

在结构化合物中作为部分A的起始混合物的成分，其特征在于a)进入到起始化合物组成中的化学元素，其阳离子带有高电荷，P⁵⁺、V⁵⁺、Si⁴⁺、Ti⁴⁺、Zn⁴⁺、Ge⁴⁺、B³⁺、Al³⁺、Fe³⁺和具有相似晶体化学性能的阳离子，b)Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺，和c)其阳离子为Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Be²⁺以及具有相似晶体化学性能的阳离子的化学元素，它们与元素周期表中Ⅵ-Ⅶ族中的元素形成稳定的配位多面体(例如与氧形成MeO_n)。

在该结构化合物中作为部分B的起始混合物的成分，其特征在于a)进入到起始化合物组成中的化学元素，Li⁺、Na⁺、K⁺，以及具有相似的物理和化学性能的阳离子，b)Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺以及具有相似的物理和化学性能的阳离子，和c)其阳离子为Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺或者具有相似的物理和化学性能的阳离子的化学元素，它们不能与元素周期表中Ⅵ-Ⅶ族中元素形成稳定的键(例如与氧)。

将由这些成分制得的混合物加热到该起始混合物中每一种成分的转变温度以上并将其转变成熔体。

起始混合物中的成分在熔体中失去其个性并且形成结构化合物C，结构化合物C中的部分A是一种晶体形式的单个三维阴离子，它由具有负电荷的单个宏观部分组成，或者由具有单个负电荷的在一个方向或两个方向或三个方向上连接在它们之间的宏观部分组成。相对于部分A来说是活性并且是可迁移的结构化合物中的部分B由在部分A中随机分布的金属离子组成，它们在热场的作用下移动，形成基团或联系，并且每一种离子(原则上，它具有正电荷)具有与部分A相连的独立离子键。

由起始成分形成的熔体代表起始成分的一种新状态，并且每一种熔体具有电解质的性能并且通过离子和电子或仅仅通过离子导电并且具有两种不同的组成部分A和B，每一个部分是相反符号的电荷携带者，这些电荷分布在体内，从而使物理和化学过程得以进行，以使它们向着所需的方向移动。

在热场和电场的作用下，在熔体中进行下列物理和化学过程

      T^n-m,T^n-(m+1),T^n-(m+2),...,T^n-1    (6)

热场引起在部分A熔体中的带正电荷的可迁移部分B发生热扩散并且导致一种部分A的中间状态。部分A的中间状态是化学键的连续断裂和形成的结果，其区别于部分A的起始状态在于仅存在一短时间的负电荷载体的存在。部分A的中间状态的负电荷载体在其形成时带有能量超过所述部分的其它电子的电子。

电场或静电场或它们的结合决定了电荷携带者在热扩散过程中的移动方向，并且导致了它们的取向和/或位移以及导致由该熔体部分A的中间状态的负电荷携带者夺取能量更大的电子，并且与热场的作用一起导致熔体中活性可迁移部分B的浓度的变化，或者从熔体中部分除去可迁移部分B，在熔体余下的部分中形成或不会形成过量的正电荷。

熔体中部分A可以用下列通式来表示：

                    Me^q _mV^k _n，式中：

Me^q-是作为部分A起始混合物成分的化学元素；

V^k-是元素周期表中Ⅵ-Ⅶ族中的化学元素，特别是氧。

熔体中部分B可以写成下列通式：

                    sMe^p _f.式中：

Me^p-是部分B的起始混合物成分的化学元素。

物理和化学过程使熔体改性，使得以下列通式的结构化合物C表示的均质系统转变成由至少两个部分组成的宏观不均质系统：一种相是具有过量正空间电荷的结构化合物C的改性部分A，而另一种是结构化合物C的改性部分B，

             sMe^p _fMe^q _mV^k _n。

均质系统转变成由至少两种相组成的不均质系统的过程可以按下列方式进行：

              式中：

r_fMe_f-是化合物C的改性部分B；

(s-rf)Me^p _fMe^q _mV^k _n-是单分子和/或双分子形式的化合物C的改性部分A，它可以具有过量正空间电荷；

i,j,f,m,n-是整数；以及

r,s＞0-是实数。

物理和化学过程

             T^n-1,…,Tⁿ,    (7)的特征在于通过热场和静电场(以及具有类似作用的场)在缺少活性可迁移部分的高速度熔体中形成化学键并且提供了在冷却的同时形成具有合适几何形状的玻璃质材料。

为了由起始混合物的熔体(具有形成所述的结构化合物C所需的化学组成)制备无机玻璃质材料，根据本发明，必须连续地进行下列物理和化学过程

T,T¹,T²,...,T^n-m,T^n-(m+1),T^n-(m+2),...,T^n-1,Tⁿ,    (8)该过程以可以分成三个操作过程的技术(工艺)循环发生(从获得和制备起始混合物成分到制备最后的材料)：1)获得基于热力学原则的结构化合物；2)通过热场和电场和/或静电场以及具有相似的从熔体中除去(或部分除去)部分B的作用的场的组合作用而改变活性可迁移部分B在熔体中的浓度，在余下的熔体部分中形成或不形成过量的正电荷；以及3)伴随着回收从熔体中除去的金属和/或伴随着氧化从熔体中除去的金属，产生无机玻璃质材料，由此获得起始混合物的成分，同时回收在金属氧化过程中释放的热量。

采用玻璃制造工业内已知的方法和设备来执行每一个技术(或工艺)操作以及在制备无机玻璃质材料工艺循环操作之间的过程。根据本发明人的观点，实现本发明的最佳途径是基于在图2中所表示的制造浮法玻璃的方法和设备。

浮法玻璃制造过程的特征在于进行下列步骤：a)采用通常已知的用于获得和制备起始混合成分、制备起始混合物以及将该起始混合物以批量形式或连续形式加入到在获得熔体的工作温度下操作的熔炉50中的设备来进行下列多个物理和化学过程

        T,T¹,T²,...,T^n-m；b)采用用于将熔体由熔炉50转移到熔炉52中熔融金属(如锡)上的方法和设备进行多个连续的物理和化学过程，熔炉52的温度条件足以改变熔体的粘度以连续地生产由熔融金属抛光的工业板玻璃

        T^n-m,...,T^n-1    (9)；以及c)采用用于由熔炉52拉制高粘度熔体以产生具有合适几何性的工业板玻璃的方法和设备进行多个物理和化学过程

T^n-1,...,Tⁿ(10)

根据本发明，采用在玻璃制造工业中的方法和设备来连续地进行多个下列物理和化学过程

T,T¹,T²,...,T^n-m,以产生玻璃质材料，包括那些用于制造浮法玻璃的，其特征在于由下列成分(制造结构化合物C所需的)制造起始混合物：a)例如以高价金属的氟化物或这种氟化物的混合物，高价金属氧化物或这些氧化物的混合物，或高价金属溴化物或这些溴化物的混合物为代表的成分；以及b)例如以单价或二价金属的氧化物或单价和/或二价氧化物的混合物，单价或二价金属的氟化物或单价和/或二价氟化物的混合物，或单价或二价金属的溴化物或单价和/或二价溴化物的混合物为代表的成分。起始混合物的成分可以以金属与元素周期表中Ⅵ-Ⅶ族中元素的其它化合物为代表，以及以盐或盐的混合物(如碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐或磷酸盐)为代表。

可以将制得的起始混合物以顺序批料或连续的形式加入到熔炉50中，熔炉50加热到形成化合物C所需的温度，其组成可以用下列通式来表示：

            Me^p _fMe^q _mV^k _n，

由于物理和化学过程，加入到熔炉50中的起始混合物的成分相互起反应并且改性成使该成分进入到熔体中，并且该反应的最终产物是化合物C，此时，我们可以识别处于离子键中的组成部分A和B，即起始成分的一种新的状态。

具有电解质性能(不管起始成分是否具有这些性能)并且用结构化合物C表示的熔体通过重力由熔炉50流到熔炉52中或者采用机械装置进行传送。

通过本发明，可以采用制造浮法玻璃所用的方法和设备以及与用于制造浮法玻璃相似的方法和设备(具有一些改变和添加)来实施多个物理和化学过程

            T^n-m,T^n-(m+1),T^n-(m+2),...,T^n-1

它包括将结构化合物C的熔体通过由低电阻材料制得的装置(作为电化学池的阳极)并且采用现有的技术由熔炉50传送到熔炉52中，用来制造浮法玻璃的熔融金属(例如锡或铅)根据本发明用作电化学池的阴极，并且通过熔体产生内部电路，该熔体具有电解质发生性能，而不管起始材料是否具有电解质性能，该熔体通过其离子和电子或仅仅通过离子传导电流，在其以合适的方向的传送下而进行工作，并且外部电路由通常用于电化学池中的元件组成。

在常规的电化学池中，离子作为相互之间没有化学(结构)键的独立的结构单元，在到达电极并与它们接触时会获得和释放电子，变成中性原子或分子的状态，而后以气泡的形式向上流动或者以颗粒的形式下降和/或通过热扩散分布在起始电解质中，在电极的周围释放出空间用于给新的离子。电化学过程的效率主要取决于电极周围物料层的更新速度，并且如果该物料层更新较差或根本上不更新，该电化学过程实际上会停止。

如上所述，任何结构化合物的基础是一种基质，它实际上是一种单个的阴离子，当在熔体中进行电化学过程时，该基质一开始会仅仅通过与阳极接触的部分将电子释放到电化学系统的外部电路中，形成电中性层。该层按照一般的理解是不会被更新的，因为它仅仅发生在常规的电解质中，并且其更新仅仅通过结合到常规晶格中的原子和离子的长时间空间分布才成为可能。

阴极附近料层的更新问题不能通过适当地选择起始物料的化学组成来产生具有由立体分布在熔体中的微观部分组成的晶格的结构化合物而得到解决。作为单个阴离子的微观部分会向在常规的电解液中迁移到阳极附近并且在与它接触时被中和。被中和的微观部分与阳极及互相接触并且组合而成一种普通的电中性层，从而防止新的微观部分-阴离子中和，它们聚集在缺少阳离子的物料中并且它们还会彼此接触并且在阳极附近形成常规的电中性层，结果使电化学过程以与具有常规晶格的结构化合物相同的方式中止。

在阳极附近的物料层缺少更新导致了电场强度增加到使阳极附近物料层中的结构化合物分解的数量，当在电化学池外电路中的电压达到约1.6-2伏时开始分解。在这种电化学池的电路中，从熔体中除去可迁移部分的过程是低效的。

如图3所示，由熔炉50转移到熔炉52中的熔体在电的作用下并且以与熔体宏观部分移动方向相反的方向通过由低电阻材料制成的装置(作为电化学池的阳极)以绝对值超过基质宏观部分移向阳极的速度的速度移动。在熔体移动通过阳极附近的区域过程中，新的晶格部分一直与阳极接触并且持续地向电化学池的外电路中释放电子，从而更新料层并且可以通过阳极-阴极工艺使传统的电化学过程连续进行，将电子和离子在内电路中传导，获得电子的材料-导体(或一种源)以及通过类似的被中和的阳离子形成的材料。

图7表示用于多组分系统的电化学工艺的典型电压-电流特性。其幅度、电荷符号以及性能相同的在阴极处电荷载体的中和过程(阴极过程包括分解和传送过程)和/或其幅度、电荷符号以及性能相同的在阳极处的电荷载体的中和过程(阳极过程包括分解和传送过程)的特征在于，它们各自的电压-电流特性以及最终的电流，该电流的幅值在阳极(和/或阴极)过程完全结束或一个阳极(和/或阴极)过程结束并且另一个阳极(和/或阴极)过程开始时由于熔体中存在类似的电荷载体但性能不同而发生变化。阳极(和/或阴极)过程一次发生，从电流值小于其它阳极(和/或阴极)过程的最终电流值的过程开始。

对于起始混合物的熔体，其特征在于从部分A中夺取电子的电化学池中的阳极过程在整个电化学过程中不会改变，这是因为电荷载体的性能不改变(部分A)。在具有移动熔体的电化学池中，如果有不同性能的阳离子存在，电流的变化仅仅在阴极过程变化时才会发生。对于一个阴极过程来说，其最终的电流值(对应于该电流的最大的和所需的电压)在阳极(阴极)合适的表面和构型、移动速度以及熔体粘度情况下达到。

熔炉52中的熔体将在电化学池的锡阴极上流动，并且熔体料流不会与锡槽的壁接触。自由流动的熔体与阴极在其整个表面上达到某种最大的表面接触并且具有在熔体移动方向上延伸的料滴的形状。该阴极过程将在熔体流动下降并且与熔融锡接触的地方开始，而在其最大宽度直径的料滴中结束。发生阴极过程处的接触表面的长度以及阴极过程的时间由(如相当高粘度的熔体)中的物理和化学过程确定。

事实上，该阴极过程的特征在于在阴极表面中获得的阳离子的综合，综合的强度与在阳极处从部分A中夺取的阳离子的数量成正比。

阴极和阳极表面与阳极表面的强度之间的关系确定了电化学池电路中的电流密度值并且将其确定以使每一种起始混合物的特定的化学组成达到最终的电流密度值。因此这些因素确定了除去熔体中活性可迁移部分B的效率，根据本发明它导致了从由至少两种物相组成的均质系统形成宏观异质系统。

其中：

Me^p _f-rMe^q _mV^k _n-是结构化合物C中被改性的部分A，

rMe^p-是结构化合物C中被改性的部分B。

由结构化合物C表示的熔体中，部分A具有电子，其能量超过其它进入到构成该基质的化学元素的组成中的电子的能量，该融体由于重力而流动，或者通过某些机械装置由熔炉50传送到熔炉52中。

根据本发明，通过用来制造浮法玻璃的方法和设备，以及与制造浮法玻璃相类似但具有某些变化和添加物的方法和设备可以实现多个物理和化学过程

      T^n-m,T^n-(m+1),T^n-(m+2),…,T^n-1,它包括将结构化合物C的熔体由熔炉50移送到熔炉52中，放在熔融金属(如用于生产浮法玻璃的锡或铅)上，该熔融金属是静电场的负电极，其正极位于该熔体上方，并且由一种相对于该熔体呈惰性的导电介质(例如一种气体介质)与熔体隔开，根据本发明，两个电极均是由熔体中除去可迁移的活性部分B的电路中的元件。

在熔炉52中，熔体在锡上移动，或与锡一起移动(图3)，该锡作为静电场的负电极。第二电极(正极)不与熔体接触，并且被一种干燥的惰性导电介质隔开，从而建立与熔体移动方向垂直的静电场，并且两个电极连接到电压源上，形成外部电路。正极的尺寸应使得在电极与熔炉材料之间的放电以及与未被熔体占用的锡表面的放电不会发生。此外，该正极表面区域将覆盖最大的熔体表面区域。

在由结构化合物C表示的起始混合物的熔体中，部分A具有不稳定的区域，在引起机械应力的热电场的作用下会升高，这可以解释成是在熔体中形成了微观不均匀性，并且其特征在于不稳定的中间状态。在这种状态下(当旧的化学键松开和/断开时并且建立新的键时)，在化学键断裂时，电子具有与元素电荷相等的局部功能电荷。这种电子的能量可以超过在部分A中形成化学键的其它电子的能量。

强度值不足以使惰性气体断开，并且作用在熔体部分B中可迁移阳离子上的强静电场将会使它们位移，并且与具有足够温度值的热场的作用一起(当化学键的断裂最大时，其中一个条件是阳离子在晶格中进行扩散所必需的)导致部分B中的阳离子以向着负极的方向移动，并且使电子的能量增加到足以从晶格中夺取它们而不会使其发生分解。具有基本上大于其它构成结构化合物C中化学键的电子的能量的电子将首先被夺取。

以正极的方向移动的未受约束的电子(由晶格中夺取的电子)，以及以负极的方向移动的阳离子将会在电路中产生电流，该电路包括熔体、惰性导电介质和建立静电场的元件。在如此形成的电路中的电流将确定在传送、中和以及从熔体中除去可迁移的部分B的工作量。这与电解槽中的过程相对应，其不同之处在于：a)该内部电路包括熔体和惰性导电介质(例如离子化的气体)；b)阳极和阴极是建立静电场的电路的电极；以及c)阳极不与熔体接触，去除了在阳极附近形成物料层和与料层更新和/或分解有关的过程以及阳极过程(是常规电化学池常见的)及其对电路中电流改变特性的影响。

静电场电路中电流的变化是在惰性导电介质中出现电流时发生的，直到惰性导电介质中达到最终的电流(至少是一个阴极过程)。这种电路的电压由不会引起惰性导电介质击穿的值确定。电流的进一步变化仅仅在这些阴极过程发生变化(在所述的电压极限内是可行的)的情况下才会发生。

阴极过程的变化造成电路中电流增加到新的最终值，发生此情况是由于在不同特性的部分B的阳离子传输中的不同动力学，或者是由于它们的载流子(在融体中存在的情况)的不同值。这发生在外部电路的电压值在一定范围内的情况，在此范围内不会导致惰性导电介质电击穿。

在由包括熔体、惰性导电介质(内部电路)以及静电场(其正电极用惰性导电介质与熔体隔开)的负电极的各个元件形成的电路中，在热场作用下在熔炉52中的熔体中发生的一系列过程，此过程产生了在电化学过程中从熔体中除去活性可迁移部分B的条件，根据本发明，该电化学过程导致了由均质系统形成宏观异质系统，该系统至少由两种相组成

其中：

Me^p _f-rMe^q _mV^k _n-是结构化合物C中被改性的部分A，

rMe^p-是结构化合物C中被改性的部分B。

结构化合物C中具有共用正电荷的部分B的改性由通过静电场从晶格中夺取的电子在各个阳离子的中和过程中进行。当单位时间内从晶格中夺取的电子的总数超过在阴极处中和的阳离子的数量，则它们就会向着零电势的方向移动。

在这种情况下，如果将电极通过导体与任何一个其电势与吸收电子的电极的电势不同的表面连接，在电路中的这些电子(如图5中所示)就会形成电流，并且在结构化合物C中形成过量的分布在体内的正电荷，所述的电路由低电阻材料制成的电极组成，该电极在静电场中获得(吸收)电子，并且其位置使得电化学过程不停止或者表现该过程特征的数值的变化可以忽略不计。

当结构化合物C中活性可迁移部分B的阳离子不被转移到阴极处并且不能接收游离的电子并被中和时，在这种情况下，当结构化合物的粘度较高以及当活性可迁移部分的阳离子主要在由阳离子基团占有的体内移动时，电子的移动就有可能仅仅向着较小电势的方向进行。这些条件将会在热和静电场的作用下在结构化合物C中产生最大的过量正电荷。

用于制造浮法玻璃的方法和设备使得在熔炉52中的温度条件能够改变粘度以及获得一些温度区域，在这些温度区域中具有合适的粘度可以确保产生在结构化合物C中获得最大过量正电荷的条件，为此安排了适当的电路元件并且在熔炉52的温度区域中建立静电场。

热场和静电场的组合将会使熔体中活性可迁移部分B的浓度发生变化，使其从熔体中除去或部分除去，形成(当所有电路闭合时)或不形成(当不是所有的电路都闭合时)形成过量正电荷，这些电荷分布在由静电场维持的熔体的余下部分的体内。

具有电解质性能的熔体将会自发地或者通过某些机械装置由熔炉50移送到熔炉52中，而不管熔体的起始成分是否具有这些性能，该熔体由结构化合物C表示，其中部分A的电子能量超过进入到构成基质的化学元素的组成中的电子的能量。

根据本发明，通过用于制造浮法玻璃的方法和装置以及与用于制造浮法玻璃相似的方法和设备(具有一些构成本发明的基本改变和添加物)，可以进行多个物理和化学过程

        T^n-m,T^n-(m+1),T^n-(m+2),...,T^n-1，它包括将结构化合物C的熔体通过由低电阻材料制成的装置由熔炉50移送到熔炉52中，所述的装置是该电化学池的阳极，并且还构成了已有技术的元件，用于生产浮法玻璃的熔融金属(如锡或铅)根据本发明用作该电化学池的阴极，同时是静电场的负极，该静电场的正极放在熔体上方并且用惰性导电介质(例如气体介质)与熔体隔开。该电化学池的内部电路由熔体组成，该熔体通过其离子和电子或仅仅通过离子传导电流，而内部电路由熔体和内部电流传导介质产生，其在静电场的电路中的电化学过程是从中通过的电流引起的，并且根据本发明，完成内部电路的外部电路由通常用于电化学池中以进行电化学过程的元件组成。

在以结构化合物C为代表的玻璃形成混合物的熔体中的常规电化学过程分两个阶段进行，结构化合物C中部分A实际上是单个阴离子并且部分B中的阳离子是活性的，并且可以在部分A中移动，在第一阶段中在阳极附近形成电中性层，由部分A的化学元素表示，并且在该电中性层的厚度方向上形成电场。第二阶段的特征在于阳极附近的电中性层被电场分解。

电化学过程这两个阶段的结果是部分B的分解化学元素的产物(例如钠)以及部分A的分解产物(例如硅和氧)。也就是说在传统的电化学过程中，在熔体中获得的(结构化合物C的)材料发生分解并且该过程的运用不会获得完全或部分缺少部分B的材料形式的部分A。在用于工业化生产独立的某些材料形式的化学元素的常规电化学过程中应用所述的熔体是低效的，这是因为完全分解熔体状态的多组分结构化合物C的过程需要极大的和不可避免的人员以及其它材料消耗。

在熔体中的常规电化学过程在其第一阶段由与阳极接触的晶格部分的中和开始，向电化学池的外部电路中释放出电子。一部分晶格的中和过程不会将其与其它晶格部分结合的结构键断开，在阳极附近形成单个三维电中性的料层，该料层基本上是晶格的连续延伸，它仅仅由构成部分A的那些化学元素表示。

在形成作为一个单元的电中性层的同时保存晶格并不是意味着，晶格其它部分(具有负电荷并且是单一的阴离子)的连续中和过程将会在形成电中性层的晶格部分的中和过程之后进行。电子沿着晶格中的结构键或某些其它的途径(包括在该电中性层中)转移到阳极上的过程要达到最小，并且由于晶格是不导电的，因此在正常条件下要排除。这种电介质仅仅在施加高击穿电压，并伴随着材料的分解时才成为导体，因此如果目的是为了保存作为一个单元的晶格并且以材料形式获得该晶格，则没有必要进行该过程。

晶格的中和过程在形成电中性层时由于在其中不存在传导而中止，并且电路中的电流也停止。因此，对应于该电化学过程的电压达到使晶格得以保持的值。

阳极的正电荷和晶格的负电荷(不包括中和部分-电中性层)产生了电势差，这导致了在阳极附近的电中性层厚度方向上产生一定强度的电场，由于电中性层的厚度较小，该强度在电化学池外部电路中的电压达到约1.6-2伏时达到使该层分解所需的值。

由于晶格中的所有原子均连接在构成该电中性层的三维空间结构中，并且将该结构连接至少保持在一个方向上，靠近阳极处的层不会被更新，就象原子和离子是独立的结构单元的电解质使离子通过电场作用而移送到电极处那样。在阳极附近料层中的离子数量处于动态，持续被更新的中性离子保持该独立结构单元的质量以及电路中电流的连续。

向在电解质中通过阴离子而对阳极附近的料层进行更新是不可能的，这是因为当熔体中的部分A由隔开的宏观部分组成时(独立结构单元形式的阴离子)，由于阳极附近的料层中的宏观部分-阴离子被中和，并且彼此之间形成牢固的联合，因此它们形成一层阻止其它宏观部分-阴离子进行中和的料层。在所述的熔体中，在结合在单一晶格中的原子和离子的长空间分布的条件下，该电中性层被更新。

在结构化合物C的部分A中缺少导电性以及在阳极附近的电中性层缺少更新(一般看来它是发生在电解质中)是由于静电场的强度增加到使阳极附近的料层中的结构化合物发生分解的值而造成的。在这种电化学池的电路中，由熔体中除去可迁移部分的过程是低效的(inefficient)。

在从熔炉50中流出、经过阳极附近的区域流到熔炉52中阴极上的熔体中发生一系列导致在电化学池和静电场(同时是闭合的电路)中形成不会使阳极附近的晶格发生分解的物理和化学过程，所述的熔炉52中的阴极同时也是产生静电场的其它电路的阴极。在电场和静电场的这种组合中晶格是不会发生分解的，熔体中可迁移部分可以有效地除去。

由熔炉50转移到熔炉52中的熔体(图3)在电场作用下、以与熔体宏观部分移动方向相反的方向将以绝对值超过基质宏观部分移动到阳极的速度移动通过由低电阻材料制成的装置，该装置是电化学池的阳极。在熔体移动经过阳极附近的区域的过程中，新的晶格部分将连续地与阳极接触并且连续地将电子释放到电化学池外部电路中。然后发生料层的更新以及具有阳极-阴极过程和电子与离子在内部电路中导电的传统电化学过程。

熔炉52中的熔体将在电化学池锡阴极上流动并且不会达到锡池的壁。自由流动的熔体与阴极具有最大的表面接触并且在锡上或与锡一起移动，所述的锡作为该静电场的负电极。第二电极(正电极)将不与熔体接触并且用惰性导电介质隔开，使得它可以建立一个与熔体移动方向垂直的静电场，并且两个电极均连接到形成外部电路的电压源上。静电场的正电极的尺寸将预定成使电极与熔炉材料以及电极与未被熔体占领的锡表面之间不会发生放电。与此同时，正电极表面将覆盖最大的熔体表面区域。

强度不足以使作用在熔体部分B中可迁移阳离子上的惰性导电介质发生击穿的静电场将会使它们位移，并且与具有足够温度的热场作用一起(当化学键的断裂达到最大时，其中一个条件是阳离子在晶格体内扩散所需要的)将会使部分B中阳离子向着负电极的方向移动并且使电子的能量增加到足以从晶格中夺取它们的能量。能量基本上超过构成结构化合物C中化学键的其它电子的电子将首先被夺取。这些电子可以在部分A的中间状态中形成，该中间状态是在化学键断裂时化学键断裂和形成的结果。

未键合的向着正电极的方向移动的电子(从晶格中夺取的电子)和向着负电极的方向移动的阳离子将在由熔体、惰性导电介质和形成电场的元件构成的电路中产生电流。在由此形成的电路中的电流将限定活性可迁移部分B的移动、中和以及从熔体的除去，其形式与电化学池中的相同。

在电化学池中热场中的一系列过程与在由熔体、惰性导电介质和在热场中产生静电场的元件构成的电路中移动的熔体一起提供了最有效的除去活性可迁移部分B的条件，根据本发明，这些条件导致由均质系统形成至少由两种相组成的异质系统：

           其中：

Me^p _f-rMe^q _mV^k _n-是结构化合物C中被改性的部分A，

rMe^p-是结构化合物C中被改性的部分B。

当由电化学池中结构化合物的晶格通过具有不与熔体接触的阳极的静电场释放的电子的总量超过单位时间内在阴极处被中和的活性可迁移部分B的阳离子的数量时，这些电子就会向着零电势的方向移动，它可以产生用于电子向着零电势的方向移动的电路。这种电路可以贮存分布在结构化合物C体内的过量正电荷。

当结构化合物C的活性可迁移部分B的阳离子没有移动到阴极处，并且不能接受电子并被中和时，如果结构化合物的粘度较高，并且当活性可迁移部分的阳离子在由阳离子基团占领的主体内移动时，电子实际上可以仅仅向着较低电热的方向移动。作者的观点是这些条件可以在结构化合物C中产生最大的过量正电荷。

用于制造浮法玻璃的方法和设备，使得熔炉52中的温度条件可以改变熔体粘度，并且获得多个温度区域，在这些温度区域中，具有所需的粘度以确保在结构化合物C中获得最大的过量正电荷，为此将安排适当的电路元件，并且将电场和静电场组合在所述的熔炉52的温度区域中。

热场、电场和静电场的组合将使熔体中活性可迁移部分B的浓度发生变化，将其从熔体中除去或部分除去，形成(当所有电路闭合时)或不形成(当所有电路不闭合时)分布在熔体其余部分中的正电荷。

多个物理和化学过程

          T^n-1,...,Tⁿ的特征在于在缺少部分B的高粘度熔体中重新构建化学键，并且在熔炉52的区域中拉制熔体的过程中进行，该熔炉52的区域具有可以将熔体粘度改变成完成松弛过程，以及结构化合物C完全转变成固体相所需的值及时间的温度条件。

在拉制过程中将阴极过程区域中的熔体过冷到低于玻璃转变温度以及电化学池和/或静电场的作用将会在松弛过程中止期间获得具有与熔体的化学元素及化合物的结构和浓度相对应的化学元素和化合物的结构及浓度的玻璃，并且该玻璃具有在电化学过程中熔体所获得的并且通过静电场保持到过量正电荷(当所有电路均是闭合的)。

在熔炉52的温度区域中，有这么一个区域，在该区域中结构化合物的粘度达到可以确保在熔融金属阴极区域以外产生的材料具有稳定的几何形状的值。热场在这种区域中的作用足以使在该区域中设置的电路当静电场的电极(由低电阻材料制成)与所制得的材料具有一定的距离时，可以有效地产生空间正电荷。

在玻璃材料获得最大电荷时强度与该场相等的静电场的条件下，可以存在过量的正电荷，这些正电荷是在相同的温度条件以及电路与起初获得的玻璃板的组合条件下形成的，所述的玻璃板具有所需的尺寸并且静止地放置在不与玻璃接触的静电场电极之间(图6)。具有所需尺寸的玻璃板可以由具有起始组成或者缺少熔体活性可迁移部分的连续移动的玻璃带获得，就象它在浮法玻璃板制造过程中制得的那样。

玻璃中的过量正电荷将通过来自周围环境的电子中和和/或当电化学池中的电路中的电流(当其可以获得时)中断时通过组织起来的电子电流而中和，并且具有其中静电场的电极放电的电路。

由此获得的材料将含有没有进入到玻璃结构中的未键合的电子，这是因为由于熔体中的电化学过程而使结构发生了不可逆转的变化，该熔体的特征在于在该过程完成时，熔体需要与外部条件相对应的能量平衡，但是具有其它的(比该过程开始前)原子和离子相对位置，在这里没有限定能量状态以及在从部分A中夺取之前在该结构中存在电子的结构键。

结构化合物C中的电子由化学键结合的状态(电子)转变成具有由范德华力确定的结合能量的未成键的电子的状态，使得电能储存在玻璃中，并且在电路中形成向着较低电势方向的电流，所述的电路由低电阻材料的电极以及电压源组成。

用于更新熔融金属阴极(被中和的阳离子连续饱和的)以及将其汇集起来用于随后通过已知的方法进行处理(目的在于产生纯净的金属，这些金属在熔体中由阳离子表示，和/或将它们氧化成混合物的起始组分并且回收在氧化过程中散发的热量)的技术条件可以通过在熔炉52区域中的装置来保证。这些技术条件以及熔炉52中的装置可以在获得玻璃质材料之前拉制缺少活性可迁移部分B的高粘度熔体，所述的玻璃质材料根据下列方式由化学元素表示，它具有所需的尺寸、几何形状、技术特点和用户质量：

         。

多个物理和化学过程

                  T^n-1,...,Tⁿ建立了在缺少活性可迁移部分的高粘度熔体中重新形成化学链所需的条件，然后在熔炉52的区域中将可迁移的活性部分取出，所述的熔炉52区域具有改变粘度的温度条件直到完成松弛过程以及结构化合物完全转变成固体状态。

举例来说，为了由具有形成所述的结构化合物C(sNa₂rSiO_(2r+s))所需的化学组成(sNa₂CO₃+rSiO₂)的起始混合物的熔体产生类似石英的玻璃质材料(Si_mO_n)，根据本发明，必须连续地进行下列物理和化学过程

T,T¹,T²,...,T^n-m,T^n-(m+1),T^n-(m+2),...,T^n-1,Tⁿ(8)这些过程在可以分成下面所述的三个技术操作的技术循环中进行(从获得和制备起始混合物成分到制备最终的材料)。

用于制备石英类玻璃质材料(Si_mO_n)的工艺周期中的每一个技术操作(以及操作之间的间隙)可以通过包括在玻璃制造工艺中使用的已知的方法和设备来进行。

根据本发明，通过采用浮法玻璃生产中所用的方法和设备以及采用与浮法玻璃生产所用的类似的方法和设备来依次进行多个物理和化学过程

          T,T¹,T²,...,T^n-m,为了获得结构化合物C(sNa₂rSiO_(2r+s))中不可改变的(主要的)部分A和可以改变的部分B，当制造合成二氧化硅(SiO₂)形式的起始化合物的合适成分或者由该起始化合物组成的石英砂(SiO₂)形式的成分以及由氧化钠(Na₂O)形式的起始化合物组成的纯碱(Na₂CO₃)形式的成分，并且将它们处理成所需的质量时(例如在获得所需的添加剂含量，具有预定的颗粒尺寸的部分和水份含量以后)，应在生产处进行堆放以通过适当的存放工艺进行连续操作，并且将这些成分以获得起始化学组成

                  sNa₂CO₃+rSiO₂所需的量均匀混合在配合料中，其中s和r是获得具有预定的成分浓度的结构化合物C所需的混合物中成分的量(重量)。

在结构化合物中作为部分A的起始混合物成分的特征在于化学元素硅进入到起始化合物(SiO₂)的成分中，其阳离子带有高电荷(Si⁴⁺)，它与元素周期表Ⅵ族中元素氧(O)结合形成配位多面体(SiO₄)。

在结构化合物中作为部分B的起始混合物的成分的特征在于化学元素钠(Na)进入到起始化合物(Na₂O)的组成中，其阳离子(Na⁺)不与元素周期表Ⅵ族中的元素氧(O)结合形成稳定的键。

所制得的起始混合物将以批料形式或连续地加入到熔炉50中并且加热到形成化合物C所需的温度。其重量、化学组成以及化学元素的浓度可以用下列式子来表示

                sNa₂rSiO_(2r+s)

由于物理和化学过程，加入到熔炉50中的起始混合物的成分、纯碱(Na₂CO₃)和石英(SiO₂)相互起反应并且改性成使成分(Na₂CO₃)和(SiO₂)进入熔体中并且反应了最终产物为二氧化碳和化合物C

在这里我们可以看到处于离子键中的组成部分A和B，即起始成分的一种新状态。

因此取决于所述的浓度的熔体中的部分A将会是一种单一的三维阴离子，其形式是通过化学键彼此结合在一起的硅(Si)和氧(O)的晶格，或者它是每一个均具有负电荷的单个宏观部分，或者是连接在它们之间的一个或两个或三个方向的宏观部分并且具有公共的负电荷，熔体中的部分A可以用下列通式来表示：

           rSiO_(2r+s)其中

Si-作为部分A中的成分的化学元素；

O-元素周期表中Ⅵ族中的化学元素。

因此，熔体中的部分B(相对部分A来说是活性和可迁移的)由随机分布在部分A中的阳离子钠(Na⁺)组成，这种阳离子在热场的作用下移动并且形成基团或结合体(但不是晶体)，每一个阳离子(Na⁺)与部分A具有独立的离子键，熔体中的部分B可以用下列通式来表示

                      sNa₂其中

Na-是作为部分B成分的化学元素。

具有电解质性能(不管起始成分(Na₂O)和(SiO₂)是否具有这些性能)并且用结构化合物C(sNa₂rSiO_(2r+s))表示的熔体(其中部分A含有能量超过进入到构成该基质的化学元素的组成中的其它电子的电子)将通过重力或通过某些机械装置由熔炉50传送到熔炉52中，在这里发生电化学过程以及结构化合物C(sNa₂rSiO_(2r+s))中的部分B的浓度在热、电和静电场中发生变化。

根据本发明，熔体中的电化学过程包括多个物理和化学过程

      T^n-m,T^n-(m+1),T^n-(m+2),…,T^n-1,这些过程可以采用制造浮法玻璃所用的方法和设备以及与用于制造浮法玻璃相似的方法和设备(具有一些改变和添加)来实施，它包括将结构化合物C(sNa₂rSiO_2r+s))的熔体通过由低电阻材料铂制得的装置(作为电化学池的阳极)并且采用现有的技术由熔炉50传送到熔炉52中，置于熔融金属(用于制造浮法玻璃的锡(Sn))上，该熔融金属根据本发明用作电化学池的阴极，同时是静电场的负极，该静电场的正极放在熔体上方，并且用惰性(相对于该熔体来说)导电氮气(N₂)介质与熔体隔开。该电化学池的内部电路是通过熔体而产生的，该熔体通过其离子和电子或仅仅通过离子传导电流，并且该内部电路(其在静电场中的电化学过程是电流从中通过而形成的)是通过熔体和该惰性导电氮气(N₂)介质而产生的，而根据本发明，使内部电路闭合的外部电路由通过用于电化学池中用来进行电化学过程的部件组成。

在电场力的作用下，熔体将以绝对值超过基质宏观部分移动到阳极的速度以与熔体宏观部分移动方向相反的方向由熔炉50通过由作为电化学池阳极的铂(Pt)制成的装置移动到熔炉52(图3)。在熔体移动通过阳极附近区域的过程中，新的晶格部分将不断地与阳极接触并且连续地将电子释放到电化学池的外部电路中，并且通过电子和离子在内部电路中的传导而发生料层的更新和具有阳极-阴极过程的常规的电化学过程。

熔炉52中的熔体将在该电化学池的阴极上流动，并且不与锡池的壁接触。自由流动的熔体与阴极具有最大的表面接触，并且在作为静电场的负极的锡上或与锡一起移动。第二电极(正极)将不与熔体接触并且用惰性导电氮气介质与其隔开，从而建立一个与熔体移动方向垂直的静电场，而且两种电极均与电压源相连，形成外部电路。该静电场的正极的尺寸将设定成使电荷不会在电极与熔炉材料之间，以及在电极与未被熔体占领的锡表面之间放出。与之同时，正极表面将覆盖起始混合物熔体的最大表面区域。

强度不足以使惰性导电氮气介质击穿的静电场(作用在熔体中部分B中的可迁移的阳离子(Na⁺)上)将会使它们移动，并且与足够温度值的热场的作用(当化学键的断裂最大时，其中一个条件是阳离子在晶格体内扩散所需要的)一起导致部分B中的阳离子(Na⁺)向着负极的方向移动，并且电子的能量增加到足以将它们从晶格中夺取出来的能量。能量基本上大于构成结构化合物C(sNa₂rSiO_2r+s))中化学键的其它电子的能量的电子将首先被夺取。这些电子可以在部分A(rSiO_2r+s))的中间状态中形成，该中间状态是化学键断裂和形成的结果。

由

Si-O-Si

型化学键形成的部分A(rSiO_2r+s))的特征在于

Si-O^{- +}Si

中间状态，该中间状态是热场的作用和机械应力的结果，并且在化学键断裂时，部分

Si-O^-晶格的电荷等于局部函数值的单位电荷。在化学键断裂时限定部分

Si-O^-晶格电荷的电子的能量可以超过形成Si-O键的电子的能量，即在具有足够强度的静电场中夺取电子的过程中，参与形成Si-O化学键的电子将不会被夺取并且保留在松弛过程中改性的部分A(rSiO_2r+s))。

向着正极的方向移动的未成键的电子和向着负极的方向移动的部分B中的阳离子(Na⁺)将在由熔体、惰性导电氮气介质和形成静电场的元件构成的电路中产生电流。在由此形成的电路中的电流将限定由熔体中输送、中和以及除去活性可迁移部分B(Na⁺)时所作的功，与电化学池中相同。

在熔体在由熔体、惰性导电氮气介质和形成热场中静电场的元件构成的电路中移动的同时，在电化学池中热场中的一系列过程将为除去活性可迁移部分B(Na⁺)提供最有效的条件，根据本发明这导致了由均质系统形成宏观异质系统，该系统至少有两种相组成：

          其中

sNa-是相B’，它基本上是结构化合物C中的改性的部分B；

rSi_jO_i-是相A’，它基本上是结构化合物C中的改性的部分A。

所述的物理和化学过程还包括在锡中溶解钠(Na)的过程。

当由电化学池中结构化合物的晶格通过具有不与熔体接触的阳极的静电场而释放的电子的总量超过单位时间里在阴极处中和的活性可迁移部分B的阳离子(Na⁺)的量时，未成键的电子将通过在用熔体闭合的电路中的接地电极而移动到地上，并且分散在体内的过量正电荷将因此而储存在结构化合物C(sNa₂rSiO_2r+s))中。

用于制造浮法玻璃的方法和装置使得在熔炉52中的温度条件可以改变熔体的粘度并且获得这样一些温度区域，在这些温度区域中，当结构化合物C(sNa₂rSiO_2r+s))中活性可迁移部分B中的阳离子(Na⁺)不能移动到阴极处并且不能接受游离的电子和不再被中和以及主要在被阳离子占领的体内移动时，熔体粘度达到这些值，并且未成键的电子实际上仅仅在用熔体闭合的电路中的接地电极中移动到地上，而且在热、电和静电场的作用下，结构化合物C(sNa₂rSiO_2r+s))达到最大的过量正电荷。

这些物理和化学过程在缺少部分B(Na⁺)的高粘度熔体中进行，该熔体在熔融锡池上和在锡池以外移动，或与熔融锡一起移动，

               T^n-1,...,Tⁿ，其特征在于在熔炉52的区域中拉制熔体的过程中重新建立化学键，该熔炉的温度条件可以将熔体的粘度改变成完成松弛过程所需的值及时间。

在拉制过程中阴极过程区域中的熔体过冷到低于玻璃转变温度以下，以及电化学池和/或静电场的作用导致了(在松弛过程结束时)获得具有与熔体中化学元素和化合物的结构及浓度相对应的化学元素和化合物的结构及浓度并且带有过量正电荷(当所有的电路是闭合的时)的玻璃，这些正电荷是通过电化学过程中的熔体获得的，并且通过静电场而保留的。

熔炉52中的装置将未用中和的钠阳离子连续饱和的熔融锡的更新提供技术条件以及未通过已知的方法进行后续处理提供聚集的锡-钠合金，这些已知的方法是用于制备纯钠(Na)和/或将它们氧化成混合物中的起始成分(Na₂CO₃)并且回收在氧化过程中释放的热量(Q)。熔炉52中的装置可以在获得在化学含量上与石英相似的玻璃制材料(Si_mO_n)之前拉制失去活性可迁移部分B的高粘度熔体，所述的玻璃制材料具有所需的尺寸、几何形状和技术特性(图8)。

由于上述过程，根据下列方式形成了一种过渡

          。

电场和静电场与热场作用的结合导致了熔体中活性可迁移部分B(Na⁺)的浓度发生变化，导致了由熔体中除去或部分除去该部分，同时形成(当所有电路闭合时)或不形成(当不是所有电路都闭合时)分布在熔体其余部分体内的正电荷。

当在玻璃中获得过量正电荷时，它将被来自周围环境中的电子中和和/或当电路闭合时，即当静电场中电极放电时，被组织好的电流中和。

由此形成的材料将未键合的电子，这些电子没有进入玻璃结构中，理论上当在正常环境条件下施加电压为0.5-6.0kV的静电场时，它可以使电流在该材料电路中在接地电极中以0.1-2mA的电流流动。

过量正电荷可以合适强度的静电场来控制，以获得最大的电容量。

当静电场强度降低到与玻璃的比容量相似时，在该材料电路中在接地的电极中会形成反馈电流，当连接负载时它会输送有用的功并且它与贮存电池相似。

图9表示能量聚积器(贮存电池)进行工作的可能的方式。预定电流和电压的保持可以通过调节由高压电源(HVPS)产生的场强E1而进行。HVPS电压的调节通过两种装置来进行：电压反馈监测装置-VFMD-U和电流反馈监测装置-CFMD-1。

当降低电压时，场强E1应因此而降低并且因此而增加电流I，导致负载电压增加。当降低电流时，HVPS电压会降低，导致电流I增加。

虽然本文中所述的制造玻璃的方法构成了本发明的一个优选的实施方案，但是应该明白本发明不仅仅限于这些装置或方法的具体形式，在不脱离由所附的权利要求书所限定的本发明的范围的基础上还可以作出一些变化。

Claims (22)

1．一种用于制造玻璃的方法，包括：

提供一池具有玻璃形成材料和玻璃改性材料的熔融玻璃，该玻璃改性材料具有可以从该熔融玻璃中除去的阳离子；以及

向该熔融玻璃上施加至少一种力场，并且使玻璃改性材料中的阳离子从该熔融玻璃中除去，从而使熔融玻璃中阳离子的浓度降低。

2．根据权利要求1的方法，其中，该力场选自电场和静电场。

3．根据权利要求2的方法，其中该力场是一种电场。

4．根据权利要求2的方法，其中该力场是一种静电场。

5．根据权利要求1的方法，还包括连续地将熔融玻璃从池中拉出。

6．根据权利要求1的方法，其中有两种力场。

7．根据权利要求6的方法，其中力场选自电场和静电场。

8．根据权利要求7的方法，其中一种力场是通过在熔体中建立电化学池而形成的电场。

9．根据权利要求8的方法，其中第二种力场是静电场。

10．根据权利要求1的方法，其中有三种力场。

11．根据权利要求10的方法，其中力场选自电场和静电场。

12．根据权利要求11的方法，其中一种力场是通过在熔体中建立电化学池而形成的电场。

13．根据权利要求12的方法，其中第二种力场是静电场。

14．根据权利要求13的方法，其中第三种力场是电场。

15．根据权利要求6的方法，还包括将熔融玻璃连续地从池中拉出。

16．一种用于制造玻璃的方法，包括：

提供一池具有玻璃形成材料和玻璃改性材料的熔融玻璃，该玻璃改性材料具有可以从该熔融玻璃中除去的阳离子；

提供与熔融玻璃接触的第一和第二电极。第二电极能够接受来自熔融玻璃的阳离子；

向第一和第二电极上施加一第一电压，使第一电极的极性相对第二电极保持阳性，从而使第一电流通过部分熔融玻璃由第二电极流动到第一电极；

提供与熔融玻璃接触的第三电极，第三电极可以接受来自熔融玻璃的阳离子；

提供不与熔融玻璃接触的第四电极，第四电极用惰性导电介质与熔融玻璃隔开；

在第三和第四电极上施加第二电压，使第四电极的极性相对第三电极保持阳性，从而使第二电流通过熔融玻璃和该惰性导电介质从第三电极流动到第四电极，使玻璃改性材料中阳离子在第二和第三电极处降低并且由熔融玻璃中除去阳离子，从而使阳离子在熔融玻璃中的浓度降低。

17．根据权利要求16的方法，其中第二和第三电极是单个电极。

18．根据权利要求17的方法，其中该单个电极是熔融电极。

19．根据权利要求17的方法，其中第一和第四电极是由铂制成的。

20．根据权利要求16的方法，还包括连续从池中以流动的方向拉制熔融玻璃。

21．根据权利要求20的方法，其中第二电流与熔融玻璃的流动方向垂直。

22．根据权利要求16的方法，它还进一步包括提供不与玻璃表面接触的第五和第六电极，和一个与玻璃表面接触的埋入电极，并且在第五和第六电极上施加一第三电压，以使一第三电流由玻璃通过埋入电极向着低电势的方向流动，从玻璃中除去电子，从而在玻璃中形成正电荷。

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