DE102007023497B4

DE102007023497B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gläsern, Glaskeramiken oder Keramiken sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE102007023497B4
Application number: DE102007023497A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr. Kolberg; Thomas Kirsch; Paul Kissl
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2027-05-19
Also published as: JP2008285402A; US20080282734A1; FR2916197B1; JP4927027B2; GB2450588B; DE102007023497A1; FR2916197A1; GB2450588A; GB0808466D0

Abstract

Verfahren zur Herstellung von hochschmelzenden Gläsern, Glaskeramiken oder Keramiken durch einen Prozess, während dem eine Schmelze eine Temperatur von 1760°C übersteigt, mit den folgenden Schritten:
Schmelzen eines Scherbenmaterials zu der Schmelze;
Läutern der Schmelze; und
Diskontinuierliches Ausgießen der Schmelze durch einen rohrförmigen Auslass (4) aus Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gew.-% Iridium enthält, wobei die Temperatur eines mit der sauerstoffhaltigen Umgebungsatmosphäre in Kontakt befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) so gesteuert oder geregelt wird, dass diese stets niedriger als 1000°C ist, außer während des Ausgießens der Schmelze aus dem rohrförmigen Auslass.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie deren Verwendung zur Herstellung von Gläsern, Glaskeramiken oder Keramiken, insbesondere von Gläsern, Glaskeramiken oder Keramiken mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 1800°C. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern, beispielsweise von Stäben oder anderen Vollkörpern sowie von Rohren oder anderen Hohlkörpern, aus Gläsern oder Glaskeramiken im diskontinuierlichen Betrieb.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Allgemein betrifft die vorliegende Erfindung Gläser oder Glaskeramiken, die nur einen sehr geringen Anteil an Netzwerkwandlern, insbesondere Alkalioxide, aufweisen und Gläser oder Glaskeramiken, die einen hohen Anteil hoch schmelzender Oxide, wie beispielsweise SiO₂, GeO₂, Al₂O₃, ZrO₂, Nb₂O₅ oder Ta₂O₅, aufweisen. Gläser oder Glaskeramiken der vorgenannten Art weisen relativ hohe Schmelztemperaturen im Bereich von etwa 1700°C auf. Zu ihrer Herstellung muss eine Glasschmelze oftmals während längerer Zeiträume auf relativ hohe Temperaturen aufgeheizt werden, etwa zum Läutern der Glasschmelze. Die notwendigen relativ hohen Temperaturen im Dauerbetrieb stellen neue Herausforderungen an die Auslegung von Schmelztiegeln.
Eine herkömmliche Vorrichtung zur Herstellung von Rohren und Stäben im diskontinuierlichen Betrieb gemäß dem Stand der Technik umfasst einen als Schmelzgefäß dienenden Tiegel, der üblicherweise aus Pt und Pt-Legierungen, beispielsweise PtRh30, gebildet ist. Unter dem Tiegel ist ein Rohr aus einem der vorgenannten Edelmetalle angeschweißt, das über einen oder mehrere von der Tiegelheizung unabhängige Heizkreise beheizt wird. Dies gewährleistet, dass die Temperatureinstellung des für den Heißformgebungsprozess entscheidenden Rohres unabhängig von der Temperatureinstellung des Tiegels realisiert werden kann.
Diese Anordnung hat sich in sehr vielen Fällen bewährt. Nachteilig ist jedoch, dass die maximale Temperatur auf etwa 1760°C beschränkt und die Lebensdauer der Vorrichtung bei derartig hohen Temperaturen stark eingeschränkt ist. Gläser oder Glaskeramiken, die nur einen sehr geringen Anteil an Netzwerkwandlern, speziell Alkalioxiden, aufweisen oder Gläser oder Glaskeramiken, die einen hohen Anteil hoch schmelzender Oxide wie beispielsweise Al₂O₃, SiO₂, GeO₂, ZrO₂, Nb₂O₅ oder Ta₂O₅ aufweisen, benötigen jedoch unter Umständen höhere Schmelztemperaturen bzw. müssen bei den maximal möglichen Temperaturen über unwirtschaftlich lange Prozesszeiträume mehr zusammengesintert als geschmolzen werden.
EP 1 160 208 A2 offenbart einen Schmelztiegel zur kontinuierlichen Herstellung von Glas-Formkörpern. Der Schmelztiegel ist aus einem Metall gefertigt, das der Schmelztemperatur des Glases standhält, nämlich aus Molybdän oder Wolfram. Damit Oxide der Schmelztiegelwand nicht in die Glasschmelze hinein diffundieren, wo sie zu Verfärbungen des Glases und zu Einschlüssen in dem Glas führen können, ist die Schmelztiegelwand mit einer Schicht aus einem reaktionsträgen, erst bei hoher Temperatur schmelzenden Metall ausgekleidet. Die Auskleidung besteht aus Rhenium, Osmium, Iridium oder Legierungen dieser Metalle.
Der doppelwandige Aufbau des Schmelztiegels ist vergleichsweise aufwändig und erfordert einen relativ komplexen Aufbau, der den Aufbau einer wasserstoffhaltigen Schutzgasatmosphäre im Innen- und Außenraum des Schmelzgefäßes ermöglichen muss, um das Verbrennen von Molybdän oder Wolfram bei den verwendeten hohen Temperaturen zu unterdrücken. Dieses wasserstoffhaltige Gas bedingt jedoch verschiedene Probleme: Zum ersten ist es brennbar und setzt teure Sicherheitssysteme voraus, zum zweiten kann es zu Materialversprödungen bei Konstruktionswerkstoffen kommen und zum dritten, was für die Glasschmelze von großer Bedeutung ist, verhindert das wasserstoffhaltige Gas den Einsatz von Glasbestandteilen mit verschiedenen Oxidationsstufen und leicht reduzierbaren Komponenten. So sind insbesondere die in der Glaschemie üblichen Redoxläutermittel As₂O₃, Sb₂O₃ und SnO₂ nicht verwendbar, sondern es muss mit teurem Helium geläutert werden, was relativ ineffizient ist.
Zur Gemengezufuhr sind bei dieser Vorrichtung Schleusensysteme notwendig und es kann kein Ziehrohr mit Düse zur Formgebung verwendet werden, was für die Viskositätseinstellung des Glases für eine präzise Formgebung unumgänglich ist. Somit eignet sich diese Vorrichtung zwar für hochreines Kieselglas, bei dem ohnehin keine Läutermittel (= Verunreiniger) zugesetzt werden dürfen. Doch für eine kostengünstige und einfach zu handhabende Fertigung von Glasteilen hoher Präzision im diskontinuierlichen Betrieb ist diese Vorrichtung zumeist zu komplex und zu teuer.
Zur Herstellung hoch schmelzender, kristallisierender Gläser offenbart US 6 482 758 B1 die Verwendung eines Ir-Tiegels. Allerdings wird der Tiegel nach dem Läutern aus der Beheizungseinheit entnommen und ausgekippt. Es versteht sich von selbst, dass diese Vorgehensweise nur für relativ kleine Tiegel praktikabel ist, etwa für Experimente im Labormaßstab, weil große Tiegel aus Gewichtsgründen nicht einfach manuell entnommen werden können bzw. bei der zu Hilfenahme von Kränen unter dem Eigengewicht deformieren bzw. nicht bezahlbare Wandstärken aufweisen müssten. Weiter ist bei dieser Vorrichtung auch keine komplexe bzw. definierte Formgebung wie Rohrzug möglich, sondern nur der Guss in eine blockförmige Kompaktform. Ein weiterer Nachteil besteht gerade bei zur Kristallisation neigenden Gläsern darin, dass bei Guss über die Kante durch unkontrollierte Temperaturführung und/oder am oberen Rand sitzende Verdampfungsprodukte die unerwünschte Kristallisation ausgelöst werden kann.
Aus dem Stand der Technik sind auch Schmelztiegel aus Iridium oder einer hochiridiumhaltigen Legierung bekannt. Solche Schmelztiegel werden in der Kristallzucht verwendet, beispielsweise zur Kristallzucht nach dem bekannten Czochralski-Verfahren. Dabei werden ebenfalls Ausgangsmaterialien bei hohen Temperaturen aufgeschmolzen. Allerdings handelt es sich bei Kristallen um eine vollständig andere Substanzklasse mit ganz anderen Verarbeitungseigenschaften. So entfallen bei der Kristallzucht der bei Gläsern bekannte Läuterprozess und die Zugabe eines Läutermittels. Gänzlich anders ist auch die Formgebung, denn die Form eines gezogenen Kristalls wird durch den verwendeten Impfkristall und die Formgebung der zumeist sehr komplexen Ziehvorrichtung vorgegeben. Kristall-Ziehvorrichtungen können zur Herstellung von Gläsern deshalb nicht verwendet werden. Da Kristalle ein schlagartiges Erstarrungsverhalten bei definierter Temperatur zeigen, sind außerdem Heißformgebungsprozesse über ein Rohrsystem und über eine Temperaturabsenkung mit nachfolgender Viskositätserhöhung über viele hundert Grad prinzipiell nicht möglich.
US 4,938,198 A offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung stark reduzierender Phosphatgläser, mit einem Gefäß zum Aufnehmen einer Glasschmelze und mit einem Behälter, der das Gefäß aufnimmt, wobei das Gefäß einen rohrförmigen Auslass aufweist, das Gefäß und der rohrförmige Auslass aus sauerstoffdurchlässigem Platin oder einer sauerstoffdurchlässigen Platinlegierung gebildet sind, und wobei der Behälter ausgelegt ist, um das Gefäß und den rohrförmigen Auslass unter einer Sauerstoffatmosphäre aufzunehmen.
Dieser Druckschrift ist ferner der Hinweis zu entnehmen, dass das Gefäß zum Aufnehmen der Schmelze nicht aus Iridium oder einer Iridiumlegierung bestehen sollte, da Iridium nur unter einem vergleichsweise hohem Aufwand zu einem Gefäß verarbeitet werden kann und die Außenoberfläche des Gefäßes mit einem inerten Metall, beispielsweise Rhodium, beschichtet werden muss, was aufwändig ist.
JP 02-022132 A offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasschmelzen im Temperaturbereich von 1000°C bis 2000°C. Offenbart wird ferner, dass Iridium prinzipiell als Hochtemperaturwerkstoff geeignet ist, um eine Korrosion, die durch die bei hohen Temperaturen vorliegende Schmelze hervorgerufen wird, mit dem Gefäß zum Aufnehmen der Glasschmelze zu unterbinden. Allerdings werden keine konkreten Maßnahmen zur Beheizung, zur Wahl des Feuerfestmaterials, zur Heißformgebung, zur verwendeten Glasart, zur Anlagensteuerung und zur Stabilisierung des Iridiums bzw. der Iridium-Legierung offenbart.
Die 2 zeigt in einem schematischen Teilschnitt einen als Gefäß zur Aufnahme einer Glasschmelze dienenden Schmelztiegel 2 mit einem Auslaufrohr 4 gemäß der DE 103 48 466 A1 , entsprechend der US 2005/0109062 A1 der Anmelderin, deren Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme ausdrücklich in der vorliegenden Anmeldung mit beinhaltet sei. Im oberen Teil weist der Schmelztiegel 2 eine Tiegelwand auf, die aus einem Blech gefertigt ist, das geeignet zugeschnitten wird und entlang der Schweißnaht 8 durch Schweißen stoffschlüssig verbunden wird. Geeignete Einkerbungen in dem Blech sorgen dafür, dass auch der Boden geeignet gebildet und mittels einer nicht dargestellten Schweißnaht mit dem Rest der Tiegelwand verbunden wird.
In der Mitte des Bodens beginnt das als rohrförmiger Auslass dienende Auslaufrohr 4, das aus mehreren Segmenten 10 bis 14 gebildet ist. Bei dem dargestellten Beispiel weist das Auslaufrohr 4 einen runden Querschnitt auf. Das Auslaufrohr 4 kann auch einen anderen geeigneten Querschnitt aufweisen. Die einzelnen Segmente 10 bis 14 sind jeweils aus einem Blech gefertigt, das geeignet zugeschnitten und entlang der jeweiligen Schweißnaht 16 zu einem rohrförmigen Gebilde verbunden wird. Das oberste Segment 10 ist konisch geformt und ist mit dem Boden des Schmelztiegels 2 verbunden. Die konische Form unterstützt ein Auslaufen der Glasschmelze aus dem zylindrischen Teil des Schmelztiegels 2 in das Auslaufrohr 4. Die weiteren Segmente 11 bis 14 sind im Wesentlichen geradlinig ausgebildet. In dem oberen Teil A des Auslaufrohrs 4 bestehen die Segmente 10 bis 13 aus Iridium oder einem hoch-iridiumhaltigen Material, nämlich einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, wie nachfolgend ausgeführt. In dem unteren Teil B des Auslaufrohrs 4 besteht das Segment 14 oder die mehreren Segmente (nicht dargestellt) aus einer oxidationsbeständigen Legierung, bevorzugt aus PtRh30 oder PtRh20.
Am unteren Ende des Auslaufrohrs 4 ist eine Ziehdüse 15 angeordnet, die als Heißformgebungseinrichtung dient, um die aus dem Auslaufrohr 4 austretende Glasschmelze zu einem Formkörper zu formen. Das Auslaufrohr 4 wird mit Hilfe eines elektrischen Stroms, der durch die Wände der Segmente 10 bis 14 fließt, widerstandsbeheizt.
Das konische Segment 10 ist mit dem Boden des Schmelztiegels 2 über eine Schweißnaht verbunden. Auch die weiteren Segmente 11 bis 13 aus Iridium oder aus der Iridiumlegierung sind bevorzugt mittels Schweißverbindungen miteinander verbunden. Die Schmelztemperaturen von Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, und anderen oxidationsbeständigen Legierungen, die zur Ausbildung des Segments 14 des unteren Abschnittes B des Auslaufrohrs 4 verwendet werden, unterscheiden sich deutlich. Deshalb kann das Segment 14 aus der niedrig schmelzenden oxidationsbeständigen Legierung nicht mittels Schweißverbindung mit dem Segment 13 aus Iridium oder aus der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, verbunden werden. Zur Verbindung dient deshalb eine Art Steckverbindung, bei der das Segment 13 eng anliegend in das Segment 14 hineingeschoben wird. Bei den hohen Betriebstemperaturen kommt es zu einer Art „Überschmelzen” der unterschiedlichen Materialien und so zu einem adhäsiven Zusammenhalten der unterschiedlichen Materialien. Der Außendurchmesser des Segments 13 und der Innendurchmesser des Segments 14 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich beim Ausbilden der Steckverbindung eine Art Wulst aus dem Material der niedrig schmelzenden oxidationsbeständigen Legierung des Segments 14 um das Material des Segments 13 anlegt, die zur Abdichtung des Auslaufrohrs 4 in dem Übergangsbereich 39 zwischen dem Abschnitt A und dem Abschnitt B dient.
Die 1 zeigt in einem schematischen Querschnitt eine Vorrichtung zur Herstellung von hochschmelzenden Gläsern oder hochschmelzenden Glaskeramiken, im diskontinuierlichen Betrieb gemäß der DE 103 48 466 A1 , entsprechend der US 2005/0109062 A1 der Anmelderin. Die Vorrichtung 1 umfasst den Schmelztiegel 2 gemäß der 2, der in einem Behälter aufgenommen ist, der aus einem unteren Behälterabschnitt 19 und dem oberen Behälterabschnitt 20 gebildet ist. Der Schmelztiegel 2 ist in dem Behälter so aufgenommen, dass der obere Rand des Schmelztiegels 2 nicht über den oberen Rand des oberen Behälterabschnitts 20 vorsteht. Der obere Behälterabschnitt 20 ist von einer Abdeckung 21 bedeckt. Insgesamt ist der so ausgebildete Behälter ausreichend zu der Umgebungsatmosphäre abgeschlossen, sodass in dem Innenraum des Behälters, wo der Schmelztiegel 2 aufgenommen ist, eine Schutzgasatmosphäre ausgebildet werden kann, sodass eine unerwünschte Oxidbildung des Iridiums oder der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, des Schmelztiegels 2 und des Abschnittes A des Auslaufrohrs 4 (siehe 2) verhindert werden kann.
Um den Schmelztiegel 2 herum ist eine wassergekühlte Induktionsspule 3 angeordnet, die spiralförmig und mit nicht verschwindender Steigung um den Schmelztiegel 2 herum verläuft. Die Induktionsspule 3 ist unter einem geringen Abstand zu der Außenwand des Schmelztiegels 2 angeordnet, bevorzugt unter einem Abstand von etwa 60 bis 80 mm. Zwischen der Induktionsspule 3 und dem Schmelztiegel 2 befindet sich ein feuerfester Zylinder 23, der den Schmelztiegel 2 radial umgibt und an der Unterseite durch das zweite Bodenelement 26 und das erste Bodenelement 25 abgeschlossen ist. Der so entstehende Zwischenraum zwischen der Innenumfangsoberfläche des feuerfesten Zylinders 23 und der Außenumfangsoberfläche des Schmelztiegels 2 ist mit MgO-Kügelchen 24 aufgeschüttet, um eine ausreichende Formstabilität des Schmelztiegels 2 auch bei Temperaturen von oberhalb von etwa 2000°C zu gewährleisten. Die Kügelchen der Kugelschüttung 24 müssen bei den angegebenen Temperaturen ausreichend temperatur- und formstabil und oxidationsbeständig sein. Bevorzugt wird deshalb MgO als Material der Kugelschüttung verwendet. Eine Verwendung von ZrO₂ ist beispielsweise auch realisierbar. Die Kügelchen der Kugelschüttung 24 können auch eine von der Kugelform abweichende Oberflächengestalt aufweisen. Insgesamt wird jedoch in dem Zwischenraum zwischen der Innenumfangsoberfläche des Zylinders 23 und der Außenumfangsoberfläche des Schmelztiegels 2 ein ausreichender Gasfluss, insbesondere Schutzgasfluss, aufrecht erhalten, sodass der Schmelztiegel 2 von einem inerten Schutzgas umströmt wird, um eine unerwünschte Oxidbildung des Iridiums oder der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, des Schmelztiegels 2 zu verhindern.
Ein ausreichender Gasfluss in dem vorgenannten Zwischenraum kann gewährleistet werden, wenn die Kügelchen der Kugelschüttung 24 einen Durchmesser von zumindest etwa 2,0 mm aufweisen, bevorzugter von zumindest etwa 2,5 mm und noch bevorzugter von zumindest etwa 3,0 mm.
Bei der Anwendung der Vorrichtung gemäß den 1 und 2 stellte sich jedoch heraus, dass es nach einer gewissen Betriebszeit, beispielsweise nach zwei bis drei Monaten, zu einem Versagen des Auslaufrohrs kam, insbesondere durch Undichtigkeiten in dessen Umfangswand, was zu einem unerwünschten, unkontrollierten seitlichen Austritt der Glasschmelze führte.
DE 199 39 781 A1 offenbart einen Skulltiegel für das Einschmelzen, die Kristallisation oder das Läutern von anorganischen Substanzen, mit einer Tiegelwandung, einen Tiegelboden, der ein als Hülse ausgestaltetes Auslaufrohr aufweist, das auch aus Ir ausgebildet sein kann. Offenbart ist eine Temperatur von 1050 Grad Celsius, die jedoch zu einem völlig anderen Zweck eingesetzt wird, denn durch Halten der Temperatur unter diesen Wert soll eine Glas-Grenzschicht auf der Innenoberfläche der Auslaufhülse gewährleistet werden, die einer Zersetzung des Hülsenmaterials entgegen wirken soll.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, womit sich hoch schmelzende Gläser oder hoch schmelzende Glaskeramiken noch zuverlässiger und mit geeigneter Qualität herstellen lassen.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 36 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Somit geht die vorliegende Erfindung aus von einem Verfahren zur Herstellung von hochschmelzenden Gläsern oder Glaskeramiken gemäss der DE 103 48 466 A1 entsprechend der US 2005/010 9062 A1 , wobei ein Gefäss zum Aufnehmen einer Glasschmelze verwendet wird, das einen rohrförmigen Auslass aufweist, das Gefäss in einem Behälter angeordnet ist, das Gefäss und der gesamte rohrförmige Auslass aus Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, hergestellt sind und in dem Behälter eine Schutzgasatmosphäre ausgebildet ist, derart, dass das Gefäss und ein Abschnitt des rohrförmigen Auslasses in dem Behälter unter der Schutzgasatmosphäre aufgenommen sind, die eine Oxidbildung des Iridiums oder der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, verhindert. Dabei ragt ein vorderes freies Ende des rohrförmigen Auslasses durch eine in einem Boden des Behälters befindliche Öffnung in die Umgebungsatmosphäre. Erfindungsgemäss wird die Temperatur des sich ausserhalb des Behälters befindlichen vorderen freien Endes des rohrförmigen Auslasses so gesteuert oder geregelt, dass diese stets niedriger als etwa 1.000°C ist, bevorzugter niedriger als etwa 950°C, ausser während des Auslaufens der Glasschmelze aus dem rohrförmigen Auslass.
Bei einer solchen Prozesssteuerung oder -regelung kann der vorgenannte Ausfall des rohrförmigen Auslasses auch über längere Betriebsdauern, die einen Zeitraum von zwei bis drei Monaten deutlich übersteigen, zuverlässig verhindert werden. Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, dass bei der Vorrichtung nach der DE 103 48 466 A1 Ursache für das Versagen des rohrförmigen Auslasses stets die Verbindung des aus dem Iridium oder der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, bestehenden Abschnittes des Auslaufrohrs mit dem aus der oxidationsbeständigen Legierung, beispielsweise PtRh20, hergestellten Abschnitt war. Durch aufwendige metallographische Untersuchungen haben die Erfinder ferner festgestellt, dass Elemente der Platingruppe des aus der oxidationsbeständigen Legierung hergestellten Abschnittes, insbesondere Pt bzw. Rh, unter Zurücklassung einer Fehlstelle in den aus Iridium oder aus der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, hergestellten Abschnitt diffundieren. Diese Fehlstellen akkumulierten sich im Laufe der Zeit, wodurch sich im Material des rohrförmigen Auslasses Poren bildeten. Sobald die Anzahl der Poren eine gewisse Grössenordnung überschritten hat, wies die Verbindungsstelle zwischen den beiden aus unterschiedlichen Materialien hergestellten Abschnitten des rohrförmigen Auslasses keine ausreichende Festigkeit mehr auf, sodass die Verbindungsstelle schliesslich bei mechanischer Belastung abriss. Als weitere mögliche Fehlerursache kommen lokale Überhöhungen des Heizstroms aufgrund von Materialinhomogenitäten in dem rohrförmigen Auslasse in Betracht, was zu einem lokalen Abschmelzen des Restmaterials führt. Weil erfindungsgemäß der gesamte rohrförmige Auslass aus Iridium oder der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, hergestellt ist, ist diese Schwachstelle des rohrförmigen Auslasses erfindungsgemäss eliminiert. Denn eine Diffusion von Legierungsbestandteilen kann nicht mehr auftreten, da die treibende thermodynamische Kraft nicht mehr vorhanden ist.
Dem vorgenannten Stand der Technik kann entnommen werden, dass Teile des Tiegels oder Auslaufrohrs, die der sauerstoffhaltigen Umgebungsatmosphäre ausgesetzt sind, aufgrund der Abdampfung von gasförmigem Iridiumoxid rasch zersetzt werden. Deshalb wurde gemäss dem Stand der Technik ein Aufbau gewählt, bei dem der Schmelztiegel und ein erster Abschnitt des rohrförmigen Auslasses in einem Behälter unter einer Schutzgasatmosphäre aufgenommen sind, und das vordere freie Ende des rohrförmigen Auslasses, das der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt ist, aus einem anderen Material als Iridium oder der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, hergestellt ist, nämlich aus einer oxidationsbeständigen Legierung der Platingruppe. Aufwändige Versuchsreihen der Erfinder haben jedoch ergeben, dass auch durch geeignete Prozessführung und optional weitere Massnahmen eine oxidative Zersetzung des Iridiums oder der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, welches das der Umgebungsatmosphäre ausgesetzte vordere freie Ende des rohrförmigen Auslasses ausbildet, zuverlässig verhindert werden kann.
Als erste Massnahme zur Verhinderung der vorgenannten oxidativen Zersetzung wird erfindungsgemäss eine geeignete Temperatursteuerung gewählt. Dem liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass das der Umgebungsatmosphäre ausgesetzte vordere freie Ende des rohrförmigen Auslasses die meiste Zeit, jedenfalls bei diskontinuierlichem Betrieb der Vorrichtung, ausreichend kühl gehalten werden kann, damit die vorgenannte oxidative Zersetzung nicht in nennenswertem Ausmasse auftritt. Zum Oxidationsverhalten von Elementen der Platingruppe sei beispielhaft auf „Reactions of Oxygen with the platinum metals”, von J. C. Chaston, Platinum metals review 1965, 9 (2), 51–56 verwiesen. Es hat sich gezeigt, dass eine frische Oberfläche aus einem Material aus Iridium oder einem hochiridiumhaltigen Material bei Erwärmung mit einer sehr dünnen Schicht aus Oxid überzogen ist, die vermutlich als Barriere wirkt, um ein weiteres Wachsen der Oxidschicht zu verhindern. Bei weiterer Erwärmung auf Temperaturen oberhalb von etwa 400°C kann ein beginnendes Wachstum der Oxidschicht beobachtet werden. Diese Oxidschicht wirkt dennoch weiterhin schützend gegen eine unkontrollierte oxidative Zersetzung. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass die vorgenannte oxidative Zersetzung des vorderen freien Endes des Auslaufrohrs jedenfalls bei der beengten Geometrie, wie diese am vorderen freien Ende des Auslaufrohrs vorliegt, mit begrenztem Austausch mit der Umgebungsatmosphäre, dünne Oxidschichten auf der Aussenseite des der Umgebungsatmosphäre ausgesetzten vorderen freien Endes des rohrförmigen Auslasses bei Temperaturen bis hinauf zu 1.000°C die vorgenannte oxidative Zersetzung in ausreichendem Masse unterbinden. Bei der Prozessführung ist erfindungsgemäss jedoch darauf zu achten, dass die Gesamtzeitdauer, während der das der Umgebungsatmosphäre ausgesetzte vordere freie Ende des rohrförmigen Auslasses sich auf hoher Temperatur befindet, minimiert ist.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Temperatursteuerung dergestalt, dass das der Umgebungsatmosphäre ausgesetzte vordere freie Ende mit Ausnahme der Phase, während der die Glasschmelze aus dem rohrförmigen Auslass ausläuft, stets auf einer Temperatur unterhalb von etwa 950°C gehalten wird, also deutlich unterhalb der vorgenannten Grenztemperatur von 1.000°C, um der vorgenannten oxidativen Zersetzung in ausreichendem Masse entgegenzuwirken.
Als weitere Maßnahme zur Verhinderung der vorgenannten oxidativen Zersetzung wird gemäss einer weiteren Ausführungsform der innere Teil des vorderen freien Endes des rohrförmigen Auslasses gegen den Einfluss der Umgebungsatmosphäre durch einen darin ausgebildeten Glaspfropfen geschützt. Aufwändige Versuchsreihen der Erfinder haben überraschenderweise ergeben, dass Glas sehr gut geeignet ist, um den inneren Teil des vorderen Endes des rohrförmigen Auslasses gegen den Einfluss der Umgebungsatmosphäre in ausreichendem Masse zu schützen, sodass auch das vordere freie Ende aus Iridium oder der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, hergestellt sein kann. Zweckmässig wird hierzu dasjenige Glas verwendet, das ohnehin im Tiegel geschmolzen werden soll, was insbesondere von der Erweichungstemperatur der verwendeten Glassorte abhängig ist. Zur Ausbildung eines geeigneten Glaspfropfens wird die Auslauföffnung des rohrförmigen Auslasses mit einem Verschlusskörper verschlossen, der bevorzugt gekühlt ist und aus einem Metall ausgebildet ist, beispielsweise Kupfer, und werden dann Scherben bevorzugt derselben Zusammensetzung wie das herzustellende Glas oder einer anderen Zusammensetzung in kaltem Zustand in Form von Scherben in den rohrförmigen Auslass eingebracht. Anschließend wird der rohrförmige Auslass bis über die Erweichungstemperatur des eingebrachten Scherbenmaterials erhitzt. Weil die Auslauföffnung des rohrförmigen Auslasses durch den Verschlusskörper verschlossen ist, kann während der Phase des Einfüllens und Erhitzens das eingebrachte Scherbenmaterial nicht herausrieseln. Während der Phase des Erhitzens wird dabei die vorgenannte Grenztemperatur von etwa 1.000°C, bevorzugter 950°C, ab der eine Schädigung des Iridiums oder der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, eintritt, nicht überschritten. Es bildet sich im unteren Teil des rohrförmigen Auslasses ein kompakter Pfropfen aus geschmolzenem, gasdichten Glas, der spaltfrei am Material des rohrförmigen Auslasses anliegt und in Kontakt zum bevorzugt gekühlten Verschlusskörper ist. Auf diese Weise wird erfindungsgemäss der innere Teil des vorderen freien Endes des rohrförmigen Auslasses gegen die Umgebungsatmosphäre hin abgedichtet.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform können die vorgenannten Schritte des Einbringens von Scherbenmaterial, des Erhitzens des rohrförmigen Auslasses über die Erweichungstemperatur des Scherbenmaterials und des Abkühlens des rohrförmigen Auslasses bis zum Ausbilden des Pfropfens solange wiederholt werden, bis der gesamte rohrförmige Auslass, d. h. bis zum Übergangsbereich zum Schmelztiegel, mit einem Pfropfen abgedichtet sind. Dabei wird der sich im Behälter befindliche Teil des Tiegels und des rohrförmigen Auslasses so gegen die Umgebungsatmospäre geschützt, wie in der DE 103 48 466 A1 bzw. US 2005/010 9062 A1 der Anmelderin beschrieben. Dabei braucht der Schmelztiegel selbst gemäss einer weiteren Ausführungsform garnicht erhitzt werden, wenn Schmelztiegel und rohrförmiger Auslass über getrennte Heizeinrichtungen beheizt werden können.
Weil das in den rohrförmigen Auslass eingebrachte Scherbenmaterial Glasscherben sind, kommt es beim Aufschmelzen der Glaseinwaage nicht zu einer Gasfreisetzung, die eine unerwünschte Oxidation auf der Innenseite des rohrförmigen Auslasses bzw. Schmelztiegels hervorrufen würde. Bevorzugt wird zur Ausbildung des vorgenannten Glaspfropfens eine Temperaturführung mit steilen Temperaturrampen, so dass die Temperatur des rohrförmigen Auslasses rasch auf Temperaturen oberhalb der Erweichungstemperatur hochgefahren und anschliessend wieder abgesenkt werden kann. Zu diesem Zweck wird es bevorzugt, wenn das vordere freie Ende des rohrförmigen Auslasses aktiv gekühlt wird, was durch eine zusätzliche Kühleinrichtung im Bereich des der Umgebungsatmosphäre ausgesetzten vorderen freien Endes des rohrförmigen Auslasses zusätzlich unterstützt werden kann. Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist jedoch der Verschlusskörper aktiv gekühlt und aus einem Metall ausgebildet, sodass durch innigen Kontakt des Verschlusskörpers mit dem Material des rohrförmigen Auslasses ein ausreichender thermischer Kontakt gewährleistet werden kann, um dem vorderen freien Ende rasch Wärme zu entziehen.
Insbesondere für den Fall, dass die Erweichungstemperatur des herzustellenden Glases oberhalb von 1.000°C liegt, können zur Ausbildung des vorgenannten Pfropfens in dem rohrförmigen Auslass auch Fremdscherben eines nicht-oxidierenden beliebigen anderen Glases verwendet werden. Bei einer solchen Ausführungsform werden somit die Schritte des Einbringens des Scherbenmaterials mit einer anderen Zusammensetzung als dem herzustellenden Glas in den rohrförmigen Auslass, des Erhitzens des rohrförmigen Auslasses über die Erweichungstemperatur des in den rohrförmigen Auslass eingebrachten Scherbenmaterials und des Abkühlens des rohrförmigen Auslasses zum Ausbilden des Pfropfens solange wiederholt, bis in dem rohrförmigen Auslass ein diesen gasdicht abdichtender Glaspfropfen ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der zur Ausbildung des Glaspfropfens eine andere Glassorte verwendet wird, wird eine Rückvermischung des Rohrinhalts mit dem Schmelztiegel dadurch verhindert, dass im nicht-strömenden Zustand der Vorrichtung, d. h. dann, wenn der rohrförmige Auslass von dem Verschlusskörper verschlossen ist, die Temperatur im rohrförmigen Auslass um mindestens 100°C kälter gehalten wird als im Schmelztiegel, was insbesondere mittels getrennter Heizeinrichtungen für den Schmelztiegel und den rohrförmigen Auslass ohne weiteres bewerkstelligt werden kann. Beim Auslaufen der Glasschmelze wird bei einer solchen Ausführungsform zunächst der erste Teil des Gusses verworfen und erst dann, wenn der Inhalt des rohrförmigen Auslasses vollständig ausgegossen ist, die Glasschmelze zur Herstellung eines Formkörpers aus Glas oder Glaskeramik verwendet. Da das Volumen des rohrförmigen Auslasses im Vergleich zum Volumen des Schmelztiegels jedoch gering ist, ist dies auf wirtschaftlich sinnvolle Weise möglich. Nach dem ersten Guss ist der rohrförmige Auslass für alle weiteren Zyklen bis zu einem Glaswechsel oder einem Anlagenausbau bevorzugt mit dem herzustellenden Glas gefüllt.
In allen Phasen ausserhalb der Gussphase (diskontinuierlicher Betrieb) kann das sich ausserhalb des Behälters befindliche vordere freie Ende des rohrförmigen Auslasses dadurch geschützt werden, dass über die Kühlleistung des aktiv gekühlten Verschlusskörpers, beispielsweise aus Kupfer, soviel Wärme aus diesem Rohrabschnitt entzogen wird, dass die Temperatur unterhalb der für die vorgenannte oxidative Zersetzung kritischen 1.000°C bleibt, bevorzugter unterhalb von 950°C.
Wie dem Fachmann ohne weiters ersichtlich sein wird, ist die Innenseite des sich ausserhalb des Behälters befindlichen vorderen freien Endes des rohrförmigen Auslasses auch für die Zeit des Gusses bzw. für einen kontinuierlichen Betrieb weiterhin durch das ausfliessende Glas geschützt, auch wenn die Temperatur nun, abhängig von den Eigenschaften der Glassorte, oberhalb von 1.000°C liegt. Für die Phase des Gusses bzw. Auslaufens der Glasschmelze aus dem rohrförmigen Auslass sind deshalb gemäss einer weiteren Ausführungsform weitere Massnahmen erforderlich, um die Aussenseite des sich ausserhalb des Behälters befindlichen vorderen freien Endes des rohrförmigen Auslasses gegen ein unkontrolliertes oxidatives Zersetzen zu schützen.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform wird dies durch Blasen eines inerten Schutzgases auf die Aussenseite des sich ausserhalb des Behälters befindlichen freien Endes des rohrförmigen Körpers bewerkstelligt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass aufgrund der begrenzten und nach oben hin abgeschlossenen Geometrie im Bereich des Auslassöffnung des rohrförmigen Auslasses nur ein begrenzter Gasaustausch mit der Sauerstoff enthaltenden Umgebungsatmosphäre stattfindet. Denn das vordere freie Ende des rohrförmigen Auslasses ist in einem nach oben hin abgeschlossenen zylindrischen Hohlraum angeordnet. Wird dieser zylindrische Hohlraum mit einer ausreichenden Menge an inertem Schutzgas gespült, so kann die vorgenannte unkontrollierte oxidative Zersetzung des vorderen freien Endes des rohrförmigen Auslasses zuverlässig verhindert werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist über das sich ausserhalb des Behälters befindliche vordere freie Ende des rohrförmigen Auslasses ein gelochter oder poröser, zylinder- oder ringförmiger Körper gestülpt, der das inerte Schutzgas über die Aussenseite des rohrförmigen Auslasses leitet. Bevorzugt ist dieser gelochte oder poröse Körper aus einem Metall ausgebildet, was insbesondere das Temperaturmanagement und eine aktive Kühlung des vorderen freien Endes wirkungsvoll unterstützt. Alternativ kann auch ein keramischer oder metallischer Sinterkörper verwendet werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist der poröse Körper ein Sinterkörper aus Metall oder ein Metallschaum. Der gelochte oder poröse Körper kann aktiv gekühlt werden, beispielsweise von einem Kühlmedium durchströmt werden. Zu diesem Zweck kann auch das inerte Schutzgas den gelochten oder porösen Körper in gekühltem Zustand in flüssiger und/oder gasförmiger Phase durchströmen.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform umfasst das inerte Schutzgas N₂ und/oder ein Edelgas oder besteht aus diesen Gasen. Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann dem inerten Schutzgas H₂ beigemischt sein, sodass schädlicher Sauerstoff nicht nur physikalisch verdrängt sondern auch durch chemische Reaktion, nämlich durch Oxidation des Wasserstoffs, entfernt werden kann.
Zusätzlich oder alternativ zur vorgenannten Abschirmung der Aussenseite des rohrförmigen Auslasses kann die Aussenseite des sich ausserhalb des Behälters befindlichen freien Endes des rohrförmigen Auslasses auch mittels einer gasdichten, dünnen Schicht aus einem hochtemperaturfesten keramischen Material überzogen sein. Auch der Schmelztiegel kann auf der Außenseite mit einem hochtemperaturfesten keramischen Material überzogen sein, insbesondere als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme für den Fall eines Ausfalls der Schutzgasatmosphäre oder zur Verminderung der Abdampfung von Schmelztiegelmaterial. Dieses hochtemperaturfeste keramische Material kann insbesondere mittels eines Plasma-Sprayverfahrens aufgebracht werden. Für weitere Einzelheiten betreffend einen solchen Überzug aus hochtemperaturfesten keramischen Materialien sei auf die WO 02/44 115 A2 , entsprechend der US 2004/0067369 A1 , der Anmelderin hingewiesen, deren gesamter Inhalt hiermit ausdrücklich im Wege der Bezugnahme in der vorliegenden Anmeldung mit beinhaltet sei. Solche hochtemperaturfesten keramischen Materialien können insbesondere aus ZrO₂, Y₂O₃, MgO oder aus Mischungen daraus bestehen. Die Schicht ist dabei ausreichend dick ausgebildet, sodass diese gasdicht ist, gleichzeitig jedoch aufgrund der stattfindenden Temperaturänderungen nicht zu Abplatzungen führt.
Unter hoch schmelzenden Gläsern oder hoch schmelzenden Glaskeramiken im Sinne dieser Anmeldung seien insbesondere Gläser oder Glaskeramiken verstanden, die zur Herstellung einen Prozess durchlaufen, während dem die Temperaturen die üblicherweise durch das platinhaltige Material des Schmelztiegels vorgegebene Maximaltemperatur von 1760°C übersteigen. Dies schließt nicht aus, dass der Schmelzpunkt der Glasschmelze selbst unterhalb von 1760°C liegt. Wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben werden wird, lassen sich erfindungsgemäß jedoch Temperaturen von etwa 2000°C oder gar bis zu etwa 2200°C erzielen. Weil zum Schmelzen und Läutern der Glasschmelze erfindungsgemäß höhere Temperaturen erzielt werden können, lassen sich so hoch schmelzende Gläser oder Glaskeramiken mit überraschend vorteilhaften Eigenschaften erzielen, insbesondere hinsichtlich der optischen Transmission, des thermischen Ausdehnungsverhaltens und der Verwendung als Übergangsgläser zur Verbindung zweier Glassorten mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
Eine weitere Verwendung ist die als Aufdampfgläser in Vakuumanlagen. Hierzu ist es erforderlich, dass die Glasschmelze keine Alkalioxide enthält, sodass sehr hohe Schmelztemperaturen realisiert werden können, dass die Glasschmelze keine Blasen enthält, was eine sehr gute Läuterung, insbesondere bei sehr hohen Temperaturen, erfordert, und dass die Glasschmelze keine gelösten Gase enthält, die im Vakuum aufschäumen könnten, was ebenfalls eine sehr gute Läuterung, insbesondere bei sehr hohen Temperaturen, erfordert.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich die vorgenannten relativ hohen Temperaturen ohne weiteres bei Verwendung von Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, erzielen lassen. Bekanntermaßen weist Iridium selbst einen Schmelzpunkt von etwa 2410°C bis etwa 2443°C auf. Auch hoch-iridiumhaltige Legierungen weisen einen nur geringfügig niedrigeren Schmelzpunkt auf. Wenngleich somit erfindungsgemäß Verarbeitungstemperaturen bis bin zu etwa 2400°C grundsätzlich denkbar sind, sollte erfindungsgemäß aus Sicherheitsgründen ein Temperaturabstand von etwa 100°C bis etwa 200°C zu dieser Obergrenze eingehalten werden, etwa zur Vermeidung einer lokalen Überhitzung, einer unzureichenden Temperaturmessung oder einer Stabilitätsverringerung aufgrund von Korngrenzenwachstum des Iridiums. Aufwändige Versuchsreihen der Erfinder haben ergeben, dass Iridium selbst bei den vorgenannten hohen Temperaturen nur relativ wenig mit der Glasschmelze reagiert.
Erfindungsgemäß lässt sich eine Oxidbildung des Iridiums oder der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, bei hohen Temperaturen in Gegenwart von Sauerstoff in überraschend einfacher Weise dadurch verhindern, dass der Behälter derart ausgelegt ist, dass das Iridium oder die Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, der Vorrichtung, insbesondere des Gefäßes und des ersten Abschnittes des rohrförmigen Auslasses, unter einer Schutzgasatmosphäre aufgenommen wird. Vorteilhaft ist, dass sich so eine langzeitstabile Vorrichtung erzielen lässt. Zu weiteren Einzelheiten bezüglich Aufbau, Betrieb und Auslegung des Behälters und der Vorrichtung sei auf die DE 103 48 466 A1 bzw. US 2005/0109062 A1 der Anmelderin verwiesen, deren Inhalt hiermit ausdrücklich im Wege der Bezugnahme in der vorliegenden Anmeldung mit beinhaltet sei.
Bevorzugt weist das den Tiegel und den rohrförmigen Auslass ausbildende Iridium einen Iridium-Anteil von mindestens 99%, bevorzugter von mindestens 99,5% und noch bevorzugter von mindestens 99,8% auf. Ganz besonders bevorzugt beträgt der Edelmetallanteil des Iridiums zumindest 99,95%. Dem Iridium können weitere Elemente der Platingruppe beigemischt sein, bevorzugt mit Konzentrationen unterhalb von 1000 ppm. Grundsätzlich eignet sich als Iridiumlegierung auch eine Platingruppe-Metalllegierung mit einem Iridium-Anteil von mindestens 95%, bevorzugter von mindestens 96,5% und noch bevorzugter von mindestens 98%. Die vorgenannten Materialien können ohne weiteres in Form von Blechen hergestellt und zu dem Gefäß oder dem rohrförmigen Auslass mit der gewünschten Gestalt geformt werden. Selbst dünnwandige Profile weisen bei den vorgenanten relativ hohen Temperaturen noch eine ausreichende Formstabilität auf.
Bevorzugt werden das Gefäß und der rohrförmige Auslass mit Hilfe von zumindest zwei unabhängig voneinander steuer- oder regelbaren Heizvorrichtungen beheizt. Somit lässt sich gewährleisten, dass das Gefäß selbst auf den vorgenannten relativ hohen Temperaturen gehalten wird, beispielsweise zum Läutern der Glasschmelze, während der rohrförmige Auslass oder zumindest dessen vorderes freies Ende auf einer Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Glaspfropfens gehalten werden kann. Weiterhin lässt sich auch während der Heißformgebung der Glasschmelze ein geeignetes Temperaturprofil in der Vorrichtung realisieren, beispielsweise auch geringfügig unterschiedliche Temperaturen im Gefäß und in dem Auslaufrohr.
Der rohrförmige Auslass kann von einer externen Heizvorrichtung beheizt werden, beispielsweise von einer externen Induktionsspule, die den Auslass umgibt. Bevorzugt wird der rohrförmige Auslass elektrisch mittels einer Widerstandsheizung beheizt. Ganz besonders bevorzugt wird der Heizstrom direkt an die Wandung des rohrförmigen Auslasses angelegt.
Bevorzugt ist das Gefäß zur Aufnahme der Glasschmelze von einer Abdeckung abgedeckt, die einer thermischen Isolierung der Glasschmelze und/oder einem weiteren Schutz der Glasschmelze vor der Umgebungsatmosphäre dient. Die Abdeckung kann aus einer Keramik gebildet sein. Bevorzugt weist die Abdeckung einen Deckel auf, der beim Niederschmelzen des Scherbenmaterials der Glasschmelze zum Einführen weiteren Scherbenmaterials geöffnet werden kann, beispielsweise durch Schwenken oder Verschieben. Bevorzugt ist der Deckel aus einer oxidationsbeständigen Legierung gebildet, bevorzugt aus einer PtRh20-Legierung, die kostengünstig erhältlich ist und ausreichend formstabil und reaktionsträge ist. Es können aber auch Ir oder Ir-Legierungen als Deckel verwendet werden. Hierbei besteht analog zum Oxidationsschutz des Ablaufrohrs die Möglichkeit, für den Deckel eine Kombination mit einem oxidationsbeständigen Edelmetall bzw. einer Edelmetalllegierung und mit Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, zu verwenden, wobei das Iridium bzw. die Iridiumlegierung innerhalb des Behälters mit der Schutzgasatmosphäre angeordnet ist und das oxidationsbeständige Edelmetall bzw. die Edelmetalllegierung auch außerhalb des Behälters mit der Schutzgasatmosphäre angeordnet sein kann. Bevorzugt wird als Edelmetalllegierung bei dieser Ausführungsform eine Pt/Rh20-Legierung verwendet wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform können das Gefäß und die Abdeckung druckdicht ausgelegt sein. Zu diesem Zweck können der obere Rand des Gefäßes und ein Innenumfangsrand der Abdeckung plan geschliffen sein und kann ein Dichtmittel, beispielsweise ein Metallring, auf dem oberen Rand des Gefäßes vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform weist das Gefäß einen Gaseinlass auf, sodass dem Innenvolumen des Gefäßes ein unter Überdruck stehendes Gas zugeführt werden kann, um den Austritt der Glasschmelze aus dem rohrförmigen Auslass weiter zu fördern. Der Überdruck in dem Gefäß kann beispielsweise auch den abnehmenden hydrostatischen Druck beim Austritt der Glasschmelze aus dem Gefäß ausgleichen. Zur Steuerung oder Regelung des Überdrucks in dem Gefäß kann eine Steuer- oder Regelungseinrichtung vorgesehen sein, der ein Signal eines in dem Gefäß oder in der Abdeckung vorgesehenen Druckaufnehmers eingegeben wird.
Zum Aufbau eines gewissen Überdruckes in dem Gefäß wird bevorzugt ein inertes Gas verwendet. Besonders bevorzugt weist dieses inerte Gas dieselbe Zusammensetzung wie das zum Aufbau einer Schutzgasatmosphäre in dem Behälter verwendete Gas auf.
Bevorzugt wird dem Behälter zum Aufbau einer ausreichenden Schutzgasatmosphäre zumindest vorübergehend ein inertes Schutzgas zugeführt. Zu diesem Zweck weist der Behälter einen Gaseinlass zum Zuführen eines inerten Schutzgases in das Innenvolumen des Behälters auf, der den Behälter mit einem Gasreservoir verbindet. Bevorzugt ist das inerte Schutzgas so ausgelegt, um in dem Innenvolumen des Behälters neutrale bis leicht oxidierende Bedingungen aufrecht zu erhalten.
Als inertes Schutzgas eignen sich insbesondere Argon oder Stickstoff, die einfach zu handhaben und kostengünstig erhältlich sind. Die Erfinder haben in aufwändigen Versuchsreihen herausgefunden, dass Gemische mit einem Sauerstoffgehalt zwischen etwa 5 × 10^–3% und etwa 5% und bevorzugter zwischen etwa 0,5% und etwa 2% von Vorteil sind, weil diese Reaktionen zwischen dem Material des Gefäßes und den Glaskomponenten unterbinden können, insbesondere durch Reduktion von Glaskomponenten mit anschließender Legierungsbildung. Im Vergleich zu herkömmlichen Schmelztiegeln, bei denen überwiegend Wolfram oder Molybdän als Trägermaterial für eine Innenauskleidung des Schmelztiegels verwendet wird, kann erfindungsgemäß auf die Verwendung eines wasserstoffhaltigen Schutzgases ganz verzichtet werden, was zu einer Vereinfachung des Aufbaus und zu einer größeren Anwendungsbreite hinsichtlich der Glaszusammensetzung führt. Weiter können erfindungsgemäß die üblichen Redoxläutermittel, beispielsweise As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, verwendet werden. Auf die Verwendung von teurem He zur Blasenverminderung beim Läutern der Glasschmelze kann grundsätzlich auch verzichtet werden.
Zum Aufbau der Schutzgasatmosphäre kann der Behälter kontinuierlich von dem Schutzgas durchströmt werden. Bevorzugt weist der Behälter eine Abdeckung auf, die nicht nur der thermischen Isolierung des in dem Behälter angeordneten Gefäßes dient, sondern auch einer gewissen Rückhaltung des Schutzgases in dem Innenvolumen des Behälters. Auf diese Weise kann ein Fließgleichgewicht der Schutzgasatmosphäre bei geringem Durchfluss des Schutzgases gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Behälter druckdicht ausgelegt sein, so dass ein Austausch des Schutzgases in dem Innenvolumen des Behälters mit der Umgebungsatmosphäre gänzlich unterdrückt werden kann. Zum Abbau eines Überdrucks kann ein Überdruckventil in dem Behälter vorgesehen sein. Ferner kann ein Gasauslass zum Auslassen des inerten Schutzgases aus dem Innenvolumen des Behälters vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Gefäß von einer Induktionsspule beheizt, die um das Gefäß gewickelt ist. Die Grundform der Induktionsspule ist bevorzugt an die Grundform des Gefäßes angepasst, wobei das Gefäß bevorzugt punktsymmetrisch innerhalb der Induktionsspule angeordnet ist. Die Induktionsspule ist unter einem geeigneten, geringen Abstand zu dem Gefäß angeordnet und erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Höhe des Gefäßes. Bevorzugt ist die Induktionsspule spiralförmig mit einer von 0° verschiedenen Steigung um das Gefäß gewickelt, weil sich so noch homogenere Temperaturprofile erzielen lassen. Die Induktionsspule kann jedoch auch mäanderförmig, von der Seite aus betrachtet in rechteckförmige Segmente unterteilt, um das Gefäß gewickelt sein, mit einer Steigung der einzelnen Segmente der Induktionsspule von im wesentlichen 0°. Bevorzugt ist die Induktionsspule wassergekühlt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der Seitenwand des Gefäßes und der Induktionsspule eine hitzebeständige Hülle, bevorzugt mit derselben Grundform wie das Gefäß, angeordnet. Sofern der Querschnitt des Gefäßes kreisförmig ist, ist die Hülle als Zylinder ausgebildet. Das Material des Zylinders oder der Hülle soll den in der Umgebung des Gefäßes vorherrschenden Temperaturen standhalten. Bevorzugt werden deshalb Materialien, die auch bei Temperaturen von etwa 1750°C noch ausreichend formstabil sind, beispielsweise Keramikfaserschutzrohr aus ZrO₂- oder Al₂O₃-Fasern. Die Verwendung von Fasermaterialien erweist sich aufgrund einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit als bei massiven Keramikmaterialien als vorteilhaft. Es können aber auch keramische Werkstoffe verwendet werden, welche bei 1750°C eine ausreichende Stabilität und Isolationswirkung aufweisen, beispielsweise Silimannit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der Seitenwand des Gefäßes und der Hülle oder dem Zylinder eine Schüttung von hitzebeständigen Kügelchen vorgesehen. Die Kügelchen brauchen nicht zwingend kugelförmig ausgebildet sein, sondern können auch beispielsweise eine elliptische Form aufweisen oder unregelmäßig gestaltet sein. Die sowohl an der Außenwand des Gefäßes als auch an der Innenwand des Zylinders oder der Hülle anliegende Schüttung bewirkt eine Vergleichmäßigung der Drücke und einer Aufnahme von mechanischen Spannungen um das Gefäß herum. Die Schüttung wirkt somit etwaigen Verformungen des Gefäßes, etwa aufgrund einer Erweichung der Seitenwände des Gefäßes, entgegen. Insgesamt lässt sich somit auch bei den erfindungsgemäß sehr hohen Temperaturen bis ca. 2000°C, bevorzugt ca. 2200°C, eine ausreichende Formstabilität des zum Glasschmelzen und Läutern verwendeten Gefäßes erzielen. Weiterhin gewährleisten sie eine ausreichende Isolationswirkung, um die o. g. Materialien als hitzebeständige Hülle verwenden zu können.
Bevorzugt strömt das zum Aufbau der Schutzgasatmosphäre verwendete inerte Gas auch durch die Kugelschüttung hindurch, um eine Oxidbildung des Gefäßes zu verhindern. Aufwändige Versuchsreihen der Erfinder haben ergeben, dass sich ein ausreichender Gasdurchfluss dann realisieren lässt, wenn die Kügelchen der Kugelschüttung einen Durchmesser von mindestens 2,0 mm, bevorzugter von mindestens 2,5 mm und noch bevorzugter von mindestens 3,0 mm aufweisen. Grundsätzlich kann ein ausreichender Gasdurchfluss aber auch durch eine unregelmässige Oberflächengestaltung der Kügelchen bewirkt werden, bis hin zu einer Grundform, die eher quaderförmig sein kann. Bevorzugt sind die Kügelchen der Kugelschüttung aus Magnesiumoxid (MgO) gebildet, weil dieses Material ausreichend hitze- und oxidationsbeständig und formstabil ist. Die Verwendung von ZrO₂ ist ebenfalls möglich.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist alternativ zwischen der Seitenwand des Gefässes und der Hülle oder dem Zylinder eine Lage aus MgO-Steinen angeordnet. Dadurch kann ein Zusammensintern und Zusammensacken einer Kugelschüttung verhindert werden. Damit kann eine komplette Umhüllung des Tiegels besser gewährleistet werden, so dass die thermische Isolierung auch über einen längeren Betrieb zuverlässig gewährleistet werden kann. In formstabile MgO-Steine können ferner Bohrungen für nachträglich einsetzbare Thermoelemente oder dergleichen eingebracht werden, was die Temperaturmessung deutlich vereinfacht.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Herstellung von hoch schmelzenden Gläsern oder Glaskeramiken bereitgestellt, wie vorstehend ausgeführt.
Eine solche Vorrichtung wird bevorzugt nacheinander in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen betrieben. In einem ersten Betriebszustand wird das Gemenge zum Niederschmelzen in das Gefäß eingebracht. Anschließend wird die Temperatur des Gefäßes auf die vorgenannten relativ hohen Temperaturen erhöht, bei denen die Glasschmelze in bekannter Weise geläutert wird. Diese Temperaturen liegen weit oberhalb der später gewählten Verarbeitungstemperatur der Glasschmelze. In dem ersten Betriebszustand wird der rohrförmige Auslass bevorzugt auf einer deutlich niedrigeren Temperatur gehalten, bei der die Glasschmelze erstarrt oder sich verfestigt, um in dem rohrförmigen Auslass einen Pfropfen zu bilden, der den rohrförmigen Auslass verstopft und ein Auslaufen der Glasschmelze verhindert. Um ein noch homogeneres Endprodukt zu erzielen, kann deshalb der erste Teil der bei der späteren Heißformgebung austretenden Glasschmelze auch ausgesondert werden. Während des Läuterns kann die Heizung des rohrförmigen Auslasses ausgeschaltet sein oder zur Kompensation von Wärmeverlusten geeignet gesteuert oder geregelt werden.
In einem nachfolgenden zweiten Betriebszustand wird nach dem Läutern die Temperatur der Glasschmelze auf die eigentliche Verarbeitungstemperatur abgesenkt und wird der rohrförmige Auslass auf die Verarbeitungstemperatur erwärmt, so dass sich der Pfropfen löst und die Glasschmelze aus dem rohrförmigen Auslass austritt. In dem zweiten Betriebszustand können das Gefäß und der rohrförmige Auslass auf denselben oder auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden.
Erfindungsgemäß lassen sich Temperaturen während des ersten Betriebszustands von zumindest 1800°C, bevorzugter von zumindest 2000°C und noch bevorzugter von zumindest 2200°C realisieren. Bei diesen Temperaturen können grundsätzlich beliebige Glaszusammensetzungen behandelt werden.
Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäß Glaszusammensetzungen behandelt, die 80 Gewichts-% bis 90 Gewichts-% SiO₂, 0 Gewichts-% bis 10 Gewichts-% Al₂O₃, 0 Gewichts-% bis 15 Gewichts-% B₂O₃ und weniger als 3 Gewichts-% R₂O umfassen, wobei der Anteil von Al₂O₃ und B₂O₃ zusammen 7 Gewichts-% bis 20 Gewichts-% beträgt und R für ein Alkali-Element einer Gruppe bestehend aus Li, Na, K, Rb und Cs steht. Wie nachfolgend noch ausführlicher dargelegt werden wird, lassen sich auf diese Weise Obergangsgläser mit noch vorteilhafteren Eigenschaften erzielen, insbesondere im Hinblick auf deren optische Transmission, deren Wärmeausdehnung und deren Homogenität. Ferner lassen sich auch Cordierit-Gläser mit noch vorteilhafteren Eigenschaften herstellen.
Zweckmäßig kann die Glaszusammensetzung zusätzlich noch weitere hoch schmelzende Oxide bis 20 Gewichts-% MgO und/oder bis 10 Gewichts-%, bevorzugter bis 5 Gewichts-% weiterer hoch schmelzender Oxide, wie beispielsweise TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, Ta₂O₅, WO₃ oder MoO₃ oder Mischungen daraus, umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Teil des SiO₂, nämlich bis zu 50% des SiO₂, durch GeO₂ und/oder P₂O₅ ersetzt sein.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Glasschmelze in dem Gefäß während des ersten Betriebszustands bzw. während des Läuterns mit einer Rührvorrichtung, die aus Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften gebildet ist, gerührt wird. Die Rührvorrichtung kann mit einem Gasreservoir verbunden sein, um zum Reduzieren der Glasschmelze ein Gas einzublasen. Weiterhin kann hiermit die Schmelze zusätzlich homogeniert werden. Weitere Effekte liegen in einer Beschleunigung des Aufschmelzverhaltens und der Läuterung. Auch ein Trocknen des Glases bzw. eine Verminderung der OH (Wasserabsorptionsbande) im NIR ist durch das Einblasen eines Gases zu erreichen. Auch kann hierdurch der Restgasgehalt des Glases abgesenkt werden, was vorteilhaft für eine spätere Heißnachverarbeitung sein kann. Eine weitere bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Glases stellt die Verwendung als Aufdampfglas dar.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird somit ein hoch schmelzendes Glas oder eine hoch schmelzende Glaskeramik bereitgestellt, umfassend: 80 Gewichts-% bis 90 Gewichts-% SiO₂, 0 Gewichts-% bis 10 Gewichts-% Al₂O₃, 0 Gewichts-% bis 15 Gewichts-% B₂O₃, und weniger als 3 Gewichts-% R₂O, wobei der Anteil von Al₂O₃ und B₂O₃ zusammen 7% bis 20% beträgt und wobei R für ein Alkali-Element aus einer Gruppe bestehend aus Li, Na, K, Rb und Cs steht. Das Glas oder die Glaskeramik zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass eine Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen etwa 400 nm und etwa 800 nm, bezogen auf eine Substratdicke von etwa 20 mm, zumindest etwa 65%, bevorzugter zumindest etwa 75% und noch bevorzugter zumindest etwa 80% beträgt. Bevorzugt wird das Glas oder die Glaskeramik mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt. Gläser oder Glaskeramiken der vorgenannten Zusammensetzung und mit der vorgenannten vorteilhaft hohen Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich sind aus dem Stand der Technik derzeit nicht bekannt. Diese Gläser können beispielsweise als Sichtgläser in Ofenanlagen oder dergleichen verwendet werden.
Bevorzugt beträgt die Transmission im Bereich einer Wasser-Absorptionsbande bei etwa 1350 nm, bezogen auf eine Substratdicke von 20 mm, zumindest etwa 75% und/oder beträgt die Transmission im Bereich einer Wasser-Absorptionsbande bei etwa 2200 nm, bezogen auf eine Substratdicke von 20 mm, zumindest etwa 50%, bevorzugter zumindest etwa 55%. Solche vorteilhaft hohen optischen Transmissionen im nahen infraroten Spektralbereich für Gläser der vorgenannten Zusammensetzung sind aus dem Stand der Technik derzeit nicht bekannt.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Glas eignet sich als Übergangsglas zur Verbindung zweier Glassorten mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise zur Herstellung einer Schmelzverbindung zwischen Quarzglas und Duranglas, die aufgrund der großen Unterschiede in der Wärmeausdehnung (α-Wert: Quarzglas 0,5 × 10^–6 K^–1; Duranglas 3,3 × 10^–6 K^–1) schwierig zu realisieren ist. Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Glaser speziell in ihrem Ausdehnungsverhalten aufeinander abgestimmt und werden diese erfindungsgemäß in Stufen von α = 1,3 × 10^–6 K^–1 über α = 2,0 × 10^–6 K^–1 bis α = 2,7 × 10^–6 K^–1 miteinander verschmolzen, mit einer Toleranz von etwa 0,1 × 10^–6 K^–1.
FIGURENÜBERSICHT
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösenden Aufgaben ergeben werden, die ausdrücklich Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sein sollen. Es zeigen:
1 in einem schematischen Querschnitt eine herkömmliche Vorrichtung zur Herstellung von hoch schmelzenden Gläser oder Glaskeramiken;
2 in einem schematischen Teilschnitt einen Schmelztiegel mit einem Auslaufrohr bei der Vorrichtung gemäß der 1;
3 in einem schematischen Querschnitt eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 in einer perspektivischen Ansicht einen Verschlusskörper zum Verschließen des rohrförmigen Auslasses bei der Vorrichtung gemäß der 3;
5a und 5b in einem schematischen Teilschnitt das vordere, freie Ende des rohrförmigen Auslasses einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform; und
6 die spektrale Transmission eines beispielhaften Glases gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Wie in der 3 gezeigt, weist der obere Teil des Schmelztiegels 2 insgesamt eine schlanke Grundform auf, sodass eine den Schmelztiegel 2 umgebende Heizvorrichtung, wie beispielhaft in der 3 dargestellt, für eine gleichmäßige Erwärmung der in dem Schmelztiegel 2 aufgenommenen Glasschmelze sorgt. Ein Öffnungsverhältnis h/L des zylindrischen Teils des Schmelztiegels 2 ist bevorzugt zumindest größer als 2,0, bevorzugter größer als 3,0 und noch bevorzugter größer als 4,0, wobei h eine maximale Innenhöhe des zylindrischen Teils des Schmelztiegels 2 und L ein maximaler Abstand von Seitenwänden bzw. der Durchmesser des zylindrischen Teils des Schmelztiegels 2 ist.
In entsprechender Weise wie in der 2 dargestellt, ist der Boden um einen Winkel alpha im Bereich von bis zu 20°, bevorzugt im Bereich von etwa 10°, radial einwärts geneigt, um ein Auslaufen der Glasschmelze zu unterstützen. Grundsätzlich kann der Boden auch gewölbt oder flach ausgebildet sein.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Tiegelwand des Schmelztiegels 2 aus einem Blech mit einer Länge von etwa 510 mm und einer Wandstärke von etwa 1,0 mm gefertigt. Der zylindrische Teil des Schmelztiegels 2 weist somit ein theoretisches Fassungsvermögen von etwa 17 Litern auf. Zur Ausbildung von Schmelztiegeln mit größerem Fassungsvermögen kann die Höhe des zylindrischen Teils vergrößert oder sowohl die Höhe als auch der Durchmesser des zylindrischen Teils unter Skalierung des vorgegebenen Öffnungsverhältnisses h/L erhöht werden. Dabei ist zu beachten, dass die den zylindrischen Teil des Schmelztiegels 2 umgebende Heizvorrichtung (siehe 3) derart ausgelegt wird, dass über den Durchmesser und die Höhe des zylindrischen Teils des Schmelztiegels 2 ein homogenes Temperaturprofil erzielt werden kann.
Die 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung, die grundsätzlich denselben Aufbau wie die herkömmliche Vorrichtung nach der 1 aufweist.
Abweichend zur 1 sind insbesondere die folgenden Massnahmen getroffen: Der gesamte rohrförmige Auslass 4 des Schmelztiegels 2 ist aus Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, ausgebildet, wie vorstehend beschrieben. Durch ein Loch im Boden des Behälters 20 ragt das vordere freie Ende des Auslaufrohrs 4 in den unteren Behälterabschnitt 19. Dort kann das vordere freie Ende des Auslaufrohrs 4 insbesondere durch Widerstandsheizen erwärmt werden. Der untere Behälterabschnitt 19 an seinem unteren Ende von einem Deckel 320 verschlossen, der eine zentrale Bohrung aufweist, die in die zentrale Öffnung 33 des Behälterabschnitts 19 übergeht. Ein Blech 321, das mit dem vorderen Ende des rohrförmigen Auslasses 4 verschweißt ist oder diesem zumindest berührt, deckt die zentrale Öffnung 33 des Behälterabschnitts 19 ab, sodass nur der vorderste, vergleichsweise kurze Abschnitt des rohrförmigen Auslasses mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt steht. Der obere Behälterabschnitt 20 und der untere Behälterabschnitt 19 sind im Bereich des Verbindungsflansches 45 miteinander verbunden. Über die Kühlmittelanschlüsse 35, 36 bzw. 37, 38 können der obere bzw. untere Behälterabschnitt 20, 19 getrennt voneinander gekühlt werden. Im oberen Behälterabschnitt 20 ist zwischen der Seitenwand des Schmelztiegels 2 und dem Zylinder 23 aus dem feuerfesten Material eine Lage aus MgO-Platten anstelle einer Kugelschüttung, wie in der 1 gezeigt, angeordnet. In Verlängerung der Durchführung 28 ist in den MgO-Platten eine Hülse 27 zur Aufnahme eines Temperatursensors eingebracht. Auch in dem unteren Behälterabschnitt 19 ist eine Durchführung 41 zur Durchführung der Drähte eines Temperatursensors sowie eine Thermoelementfahne 40 nahe der Auslauföffnung des Auslaufrohrs 4 vorgesehen.
Der obere Rand des Schmelztiegels 2 ist flach ausgebildet. Auf dem oberen Rand wird, wie in der 3 dargestellt, eine Abdeckung 31 aufgelegt, die einer thermischen Isolierung der in dem Schmelztiegel 2 aufgenommenen Glasschmelze und einem weiteren Schutz der Glasschmelze vor der Umgebungsatmosphäre dient. Die Abdeckung 31 kann auf dem oberen Rand aufgelegt sein. Die Abdeckung 31 kann auch so auf dem oberen Rand aufgelegt und mit diesem verbunden sein, dass der Schmelztiegel 2 in gewissem Maße druckdicht abgeschlossen ist, sodass eine Atmosphäre mit einem gewissen Überdruck in dem Schmelztiegel 2 aufgebaut werden kann durch Einströmen eines Gases, bevorzugt eines Schutzgases, durch einen nicht dargestellten Gaseinlass in den Innenraum des Schmelztiegels 2 oberhalb des Pegels der Glasschmelze. Dieser Überdruck kann beispielsweise dazu verwendet werden, um den beim Austritt der Glasschmelze aus dem Auslaufrohr 4 geringer werdenden hydrostatischen Druck der Glasschmelze auszugleichen.
Die Tiegelwand und das Auslaufrohr 4 sind aus Iridium mit einem Iridium-Anteil von mindestens 99%, bevorzugter von mindestens 99,5% und noch bevorzugter von mindestens 99,8% gebildet, sodass deren Schmelzpunkt bei 2400°C liegt. Ganz besonders bevorzugt wird ein Iridium mit einem Iridium-Anteil von mindestens 99,8% und einem Anteil von Elementen aus der Platingruppe von mindestens 99,95%. Dabei beträgt der Anteil von Pt, Rh und W jeweils maximal 1000 ppm, der Anteil von Fe maximal 500 ppm, der Anteil von Ru maximal 300 ppm, der Anteil von Ni 200 ppm, der Anteil von Mo, Pd jeweils maximal 100 ppm, der Anteil von Cu, Mg, Os, Ti jeweils maximal 30 ppm und der Anteil von Ag, Al, As, Au, B, Bi, Cd, Cr, Mn, Pb, Si, Sb, V, Zn, Zr jeweils maximal 10 ppm.
Als Materialien der Tiegelwand und des Auslaufrohrs 4 kommen grundsätzlich auch Iridiumlegierungen, gebildet aus einer Platingruppe-Legierung, mit einem Iridium-Anteil von mindestens 95%, bevorzugter von mindestens 96,5% und noch bevorzugter von mindestens 98% in Betracht. Bei der Verarbeitung der vorgenannten Materialien ist zu beachten, dass diese relativ spröde sind und erst bei vergleichsweise hohen Temperaturen duktil werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Induktionsspule 3 durch einen Umrichter mit einer Anschlussleistung von etwa 50 kW bei einer Frequenz von etwa 10 kHz betrieben. Somit lassen sich auch im Langzeitbetrieb Temperaturen von oberhalb 2000°C in dem zylindrischen Abschnitt des Schmelztiegels 2 erzielen.
Das den Schmelztiegel 2 abstützende erste Bodenelement 25 aus MgO, der feuerfeste Zylinder 23 und die Induktionsspule 3 liegen auf einem zweiten Bodenelement 26 auf, das auf dem Boden des unteren Behälterabschnitts 19 abgestützt ist. Das zweite Bodenelement 26 dient einer mechanischen Abstützung dieser Anordnung sowie einer ausreichenden thermischen Isolation. Zu diesem Zweck wird die Dicke des zweiten Bodenelements 26 ausreichend gewählt. Das Material des zweiten Bodenelements 26 muss ausreichend temperatur- und formstabil sowie oxidationsbeständig sein. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das zweite Bodenelement 26 aus ZrSiO₄ gebildet. Das Bodenelement 26 kann auch zweigeteilt sein und durch ein oberes Bodenelement aus ZrSiO₄ und ein unteres Bodenelement aus einem Standard-Feuerfestmaterial (beispielsweise L300) ersetzt sein.
Das erste Bodenelement 25 und das zweite Bodenelement 26 weisen eine Öffnung auf, durch die hindurch das Auslaufrohr 4 in den unteren Behälterabschnitt 19 durchgeführt ist. Über die zentrale Öffnung in dem Bodenblech 321 ist das vorderste Ende des rohrförmigen Auslasses 4 schließlich der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt. Der untere zylindrische Abschnitt des unteren Behälterabschnitts 19 umgibt das Auslaufrohr 4. Das Auslaufrohr 4 befindet sich bis auf einen geringen Anteil in dem unteren Behälterabschnitt und wird durch den als Verschlussteil wirkenden Deckel 320 zum Behälterabschnitt 19 gasdicht verschlossen, um ein Eindringen von Luftatmosphäre in den unteren Behälterabschnitt 19 zu verhindern.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn nur ein kurzer Abschnitt des Auslaufrohrs 4 der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt ist. Die Lage des Übergangsbereichs in der 3 soll deshalb nur der Erläuterung dienen und soll nicht maßstabsgetreu ausgelegt werden.
Wie in der 3 dargestellt, befindet sich in dem unteren Behälterabschnitt 19 ein Gaseinlass 22, der der Zufuhr eines Schutzgases in das Innenvolumen des Behälters dient. Der Gaseinlass 22 ist mit einer nicht dargestellten Gasleitung und einem nicht dargestellten Gasreservoir verbunden. Insgesamt wird somit der Behälter von einem Schutzgas durchspült und wird der in dem Behälter aufgenommene Schmelztiegel 2 von dem Schutzgas umspült, um eine unerwünschte Oxidbildung des Iridiums oder der Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, des Schmelztiegels 2 sowie des ersten Abschnittes des Auslaufrohrs 4 wirkungsvoll zu verhindern.
Das Schutzgas hält in dem Innenvolumen des Behälters neutrale bis leicht oxidierende Bedingungen aufrecht. Zu diesem Zweck kann ein Schutzgas mit einem Sauerstoffgehalt zwischen 5 × –10^–3% und 5% und bevorzugter zwischen 0,5% und 2% verwendet werden. Insgesamt ist das verwendete Schutzgas reaktionsträge und reagiert mit dem Iridium oder Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, in vernachlässigbarem Umfang. Als inertes, reaktionsträges Schutzgas kommen insbesondere Argon oder Stickstoff in Betracht. Die vorgenannten geringfügigen Sauerstoffzusätze können Reaktionen zwischen dem Material des Schmelztiegels und Glaskomponenten unterbinden (Reduktion von Glaskomponenten mit anschließender Legierungsbildung). Weiterhin wird der Innenraum des Schmelztiegels mit Schutzgas gespült, um die Tiegelinnenwand gegen Oxidation durch Luftsauerstoff zu schützen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Außenraum zwischen Schmelztiegel 2 und Behälter 19/20 unter einer neutralen bis leicht reduzierenden Schutzgasatmosphäre gehalten, da hier keine Schmelze mit reduzierbaren Bestandteilen vorhanden ist. Der Innenraum des Schmelztiegels 2 kann dann durch eine Gaszuführung durch den Deckel 18 bzw. 31 wie beschrieben unter eine neutralen bis leicht oxidierenden Schutzgasatmosphäre beaufschlagt werden. Hier macht es sich vorteilhaft bemerkbar, dass Iridium im Gegensatz zu Platin nicht gasdurchlässig ist.
Der Behälter braucht nicht druckdicht ausgelegt sein, da es ausreichend ist, wenn sich ein Fließgleichgewicht in dem Innenvolumen des Behälters ausbildet, das eine ausreichenden Schutzgasatmosphäre darin gewährleistet. Grundsätzlich kann der Behälter 5 jedoch auch druckdicht ausgebildet sein, um ein Eindringen von Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre in das Innenvolumen des Behälters noch wirkungsvoller zu unterdrücken.
Durch die Verwendung von Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, für den Schmelztiegel können erfindungsgemäß Schmelztemperaturen von etwa 2000°C oder darüber hinaus erreicht werden. Hierdurch werden sämtliche physikalischen und chemischen Abläufe des Schmelzprozesses wesentlich beschleunigt. Die Prozesszeiten werden bei gleichzeitiger Qualitätssteigerung deutlich herabgesetzt. Somit lassen sich erfindungsgemäß Gläser oder Glaskeramiken mit neuen, überraschend vorteilhaften Eigenschaften erzielen.
Ganz allgemein wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen betrieben. Zunächst wird durch Öffnen des Deckels 18 ein Glasgemenge oder ein entsprechendes Scherbenmaterial sukzessive in den Schmelztiegel 2 eingebracht. Während dieser Phase des Niedrigschmelzens kann die Temperatur des Schmelztiegels 2, je nach Glasgemenge bzw. Rohstoff, auch vergleichsweise niedrig gewählt werden, bevorzugt wird die Temperatur des Schmelztiegels 2 jedoch bereits während des Niedrigschmelzens auf oberhalb von etwa 1800°C gehalten.
Zur weiteren Behandlung der Glasschmelze, insbesondere zum Läutern, wird die Temperatur des Schmelztiegels 2 mit Hilfe der Induktionsspule 3 auf einer Temperatur weit oberhalb einer späteren Verarbeitungstemperatur der Glasschmelze gehalten. Aufgrund der sehr hohen Temperaturen, die erfindungsgemäß möglich sind, können die Läuterprozesse sehr viel wirkungsvoller ablaufen. In diesem ersten Betriebszustand wird die Temperatur des Auslaufrohrs 4 vergleichsweise niedrig und unterhalb der Schmelztemperatur der Glasschmelze gehalten. Dabei ist darauf zu achten, dass mit Ausnahme der Phase des Ausgießens der Glasschmelze aus dem Auslaufrohr das der Umgebungsatmosphäre ausgesetzte vordere freie Ende des Auslaufrohrs auf einer Temperatur unterhalb von 1000°C, bevorzugter unterhalb von 950°C, gehalten wird. In dem Auslaufrohr 4 bildet sich somit ein Pfropfen aus zähflüssiger oder erstarrter Glasschmelze aus, der ein Auslaufen der Glasschmelze aus dem Schmelztiegel 2 und eine oxidative Zersetzung auf der Innenseite des Auslaufrohrs 4 verhindert. Während des Läuterprozesses werden in der Glasschmelze übliche Läutermittel aktiviert. Zum Rühren der Glasschmelze in dem Schmelztiegel 2 kann auch eine nicht dargestellte Rührvorrichtung in dem Schmelztiegel 2 angeordnet sein oder durch die Abdeckung 31 hindurch in diesen eingeführt werden. Erfindungsgemäß besteht die Rührvorrichtung aus dem vorgenannten Iridium oder aus der vorgenannten Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält. Erfindungsgemäß kann die Rührvorrichtung selbst auch zum Einblasen von, beispielsweise reduzierenden, Gasen, verwendet werden.
Der Übergangsbereich zwischen flüssiger Glasschmelze und hoch viskosem oder erstarrtem Pfropfen ist fließend, befindet sich jedoch bevorzugt innerhalb des Auslaufrohrs 4. Innerhalb des Schmelztiegels 2 wird somit eine sehr homogene Glasschmelze ausgebildet.
Während des ersten Betriebszustandes braucht das Auslaufrohr 4 nicht notwendiger Weise erwärmt werden, weil durch entsprechende Auslegung des unteren zylindrischen Abschnittes des unteren Behälterabschnitts 19 für eine ausreichende Kühlung des Auslaufrohrs 4 durch Wärmeabstrahlung gesorgt werden kann. Grundsätzlich kann das Auslaufrohr 4 jedoch auch während des ersten Betriebszustands gesteuert oder geregelt erwärmt oder gekühlt werden.
Wie in der 3 gezeigt, wird die Auslauföffnung des Auslaufrohrs 4 von einer als Verschlusskörper wirkenden Kupferplatte 50 verschlossen, auf deren Oberseite ein konisch zulaufender Dorn 51 ausgebildet ist, der in die Auslauföffnung hineinragt und diese in innigem Kontakt zur Innenwand des Auslaufrohrs 4 verschliesst. Alternativ kann die Oberseite der als Verschlusskörper wirkenden Kupferplatte 50 auch konisch ausgebildet sein. Die 4 zeigt einen solchen Verschlusskörper 50 in einer perspektivischen Darstellung. Wie schematisch in 3 gezeigt, ist in den Verschlusskörper ein Kühlkanal 52 gebohrt bzw. gefräst. Als Zuleitung werden zwei Kupferrohre 53, 54 in die Bohrung eingelötet. Der Verschlusskörper kann von Wasser oder einem anderen geeigneten Kühlfluid, auch Luft, Luft-Wasser-Aerosol, Öl oder dergleichen durchströmt werden. Der Verschlusskörper 50 wird nach Anschluss an ein entsprechendes Kühlsystem mit der breiteren Fläche unter dem Auslaufrohr 4 des Tiegels angebracht. Bei einem Ausführungsbeispiel betrugen die Kantenmasse des Verschlusskörpers 50 100 mm × 40 mm × 20 mm und wurden als Zuleitung für das Kühlmittel Kupferrohre mit einem Innendurchmesser von 13 mm, einem Aussendurchmesser von 15 mm und einer Länge von 350 mm verwendet. Durch den vollflächigen Kontakt des Dorns 51 und der flachen Oberseite des Verschlusskörpers 50 mit dem vorderen Ende des Auslaufrohrs 4 kann ein ausreichender thermischer Kontakt gewährleistet werden, um das der Umgebungsatmosphäre ausgesetzte vordere freie Ende des Auslaufrohrs 4 ausreichend zu kühlen. Insbesondere kann so das vordere Ende des Auslaufrohrs 4 während der vorgenannten Phase der Läuterns der Glasschmelze auf einer Temperatur unterhalb von 1.000°C, bevorzugter unterhalb von 950°C, gehalten werden.
Nach dem Läutern, wenn eine Glasschmelze mit ausreichender Qualität in dem Schmelztiegel 2 ausgebildet worden ist, wird die Temperatur der Glasschmelze in dem Schmelztiegel 2 zum Einnehmen eines zweiten Betriebszustands auf eine Verarbeitungstemperatur abgesenkt und wird das Auslaufrohr 4 auf die Verarbeitungstemperatur erwärmt. Die Verarbeitungstemperatur wird so gewählt, dass die Glasschmelze eine gewünschte Viskosität aufweist bzw. zur Ausbildung von Formkörpern geeignet ist. Die Verarbeitungstemperatur liegt oberhalb des Schmelzpunktes der Glasschmelze und kann durch Ändern der Heizleistung der Induktionsspule 3 und der Heizleistung des Heizstroms an dem Auslaufrohr 4 verändert werden. Der Schmelztiegel 2 und das Auslaufrohr 4 können auch auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden, beispielsweise mit einer Temperaturdifferenz von 10 bis 40°C.
In dem zweiten Betriebszustand schmilzt oder erweicht der Pfropfen in dem Auslaufrohr 4, sodass die Glasschmelze aus dem Auslaufrohr 4 ausläuft. Ggf. muss hier mit einem Gasbrenner während eines begrenzten Zeitraums zugeheizt werden. Dabei wird die Glasschmelze durch das Profil des Auslaufrohrs 4 und/oder durch weitere Heißformgebungseinrichtungen, beispielsweise eine Ziehdüse, wie diese in der 3 mit dem Bezugszeichen 15 angedeutet ist, geformt. Gemäß der Erfindung können sowohl Vollkörper, beispielsweise Stäbe, als auch Hohlkörper, beispielsweise Rohre, ausgebildet werden.
Statt zu Formkörpern aus Glas kann die austretende Glasschmelze auch abgeschreckt und somit zu Pulver weiter verarbeitet werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann zur Ausbildung des Pfropfens in dem Auslaufrohr 4 auch eine andere Glassorte als die im Schmelztiegel 2 enthaltene Glassorte verwendet werden, mit einer Erweichungstemperatur unterhalb von 1.000°C, bevorzugter 950°C. Dabei wird bevorzugt ein nicht-oxidierendes, ansonsten beliebiges Glas verwendet. Um eine Rückvermischung des Rohrinhalts mit dem Tiegel zu verhindern, wird der Verschlusskörper so stark gekühlt, dass die Temperatur im Auslaufrohr um mindestens 100°C kälter gehalten ist als im Tiegel. Allerdings muss bei dieser Ausführungsform der erste Teil des Gusses, der ja aus dem anderen Glasmaterial besteht, verworfen werden.
Anhand der 5a und 5b werden nachfolgend weitere Massnahmen zum Schutz der Aussenseite der Umgebungsatmosphäre ausgesetzten vorderen freien Endes des Auslaufrohrs 4 beschrieben. Gemäss der 5a ist um das Auslaufrohr 4 ein zylinderförmiger oder ringförmiger, gelochter oder poröser Körper 42 angeordnet, über den ein Schutzgas über die Aussenseite des vorderen Endes des Auslaufrohrs 4 geleitet wird. Der Körper 42 umschliesst bevorzugt das Auslaufrohr 4 unter Berührung desselben. Die Heizeinrichtung, beispielsweise eine Induktionsspule, zum Heizen des Auslaufrohrs 4 ist bevorzugt auf dem Aussenumfang bzw. ausserhalb des Körpers 42 angeordnet. Der Körper 42 füllt bevorzugt den gesamten, der Umgebungsatmopsphäre ausgesetzten hohlzylindrischen Abschnitt des unteren Behälterabschnittes aus (vgl. 3). Für eine bessere Wärmeleitung zwischen Heizeinrichtung (nicht dargestellt) und Auslaufrohr 4 ist der Körper 42 bevorzugt aus einem Metall ausgebildet, insbesondere aus einem gelochten Metallzylinder, einem hohlzylindrischen metallischen Sinterkörper oder einem hohlzylindrischen Metallschaum. Als Schutzgas eignet sich N₂ oder die bekannten Edelgase oder Mischungen der vorstehend genannten Gase mit H₂.
Bedarfsweise kann der Körper 42 zusätzlich auch gekühlt werden. Dies kann durch Hindurchleiten eines stark gekühlten Schutzgases in der Gas- oder Flüssigphase bewerkstelligt werden. Selbstverständlich können auch zusätzliche Kühlmittel an bzw. in dem Körper 42 angeordnet sein, insbesondere ein Kühlkanal, der von einem Kühlfluid durchströmt wird.
Die 5b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Aussenseite des der Umgebungsatmosphäre ausgesetzten vorderen freien Endes des Auslaufrohrs 4 mit einer gasdichten und dünnen Schicht aus einer hochtemperaturfesten Keramik überzogen ist, die insbesondere mit Hilfe eines Plasma-Sprayverfahrens aufgebracht ist. Zu weiteren Einzelheiten der Aussenbeschichtung 43 sei auf die Inbezuggenommene WO 02/44 115 A2 bzw. US 2004/00673 69 A1 der Anmelderin oder EP 1 722 008 A2 der Anmelderin verwesen.
Selbstverständlich kann auch die Außenseite des Schmelztiegels 2 vollständig oder abschnittsweise in entsprechender Weise mit einer hochtemperaturfesten Keramik überzogen sein, die insbesondere mit Hilfe des vorgenannten Plasma-Sprayverfahrens aufgebracht ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich grundsätzlich sämtliche bekannten Glassorten herstellen. Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung jedoch für Gläser oder Glaskeramiken, die nur einen sehr geringen Anteil an Netzwerkwandlern, insbesondere Alkalioxiden, aufweisen oder für Gläser oder Glaskeramiken, die eine hohen Anteil hochschmelzender Oxide, beispielsweise SiO₂, GeO₂, Al₂O₃, ZrO₂, Nb₂O₅ oder Ta₂O₅, aufweisen. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Glas oder die Glaskeramik einen Anteil von SiO₂ von 80 Gewichts-% bis 90 Gewichts-%, einen Anteil von Al₂O₃ von 0 Gewichts-% bis 10 Gewichts-%, einen Anteil von B₂O₃ von 0 Gewichts-% bis 15 Gewichts-% und weniger als 3% R₂O, wobei der Anteil von Al₂O₃ und B₂O₃ zusammen 7 Gewichts-% bis 20 Gewichts-% beträgt und R für ein Alkali-Element einer Gruppe bestehend aus Li, Na, K, Rb und Cs steht. Gläser der vorgenannten Zusammensetzung konnten mit Schmelztiegeln aus dem Stand der Technik nicht oder nicht in ausreichender Qualität hergestellt werden. Bei den vorgenannten Gläsern kann bis zur Hälfte (50%) des SiO₂ durch GeO₂ und/oder P₂O₅ substituiert sein. Im Falle der Beimischung von P₂O₅ bildet sich bei Anwesenheit von Al₂O₃ AlPO₄, das sich wie SiO₂ verhält.
Zweckmäßig kann die Glaszusammensetzung zusätzlich noch weitere hoch schmelzende Oxide bis 20 Gewichts-% MgO und/oder bis 10 Gewichts-%, bevorzugter bis 5 Gewichts-%, weiterer hoch schmelzender Oxide umfassen, beispielsweise TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, Ta₂O₅, WO₃ oder MoO₃ oder Mischungen daraus. Weitere optionale Bestandteile können CaO, SrO und BaO sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich somit zur Herstellung so genannter Übergangsgläser, die zur Herstellung einer Schmelzverbindung zwischen einem Glas mit einem niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und einem Glas mit einem hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten dienen, beispielsweise zwischen Quarzglas mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 0,5 × 10^–6 K^–1 und zwischen Duranglas mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 3,3 × 10^–6 K^–1. Erfindungsgemäß lassen sich Übergangsgläser mit speziell auf die beiden zu verbindenden Glassorten abgestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten herstellen, wie nachfolgend beschrieben.
Weitere herstellbare Gläser sind Aufdampfgläser und Displaygläser, die gleichfalls alkalioxidfrei sind.
Zu weiteren Einzelheiten bezüglich Zusammensetzung und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Gläser oder Glaskeramiken sei auf die in Bezug genommene DE 103 48 466 A1 bzw. US 2005/0109062 A1 der Anmelderin verwiesen.

Die Tabelle 1 fasst die Zusammensetzung und die ermittelten thermischen Ausdehnungskoeffizienten verschiedener Übergangsgläser zusammen, die gemäß der vorliegenden Erfindung und dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel hergestellt wurden.

Oxide in (Gew.-%)	8228	8229	8230	Neu 1	Neu 2
SiO₂	82,1	87,0	83,6	83,0	82,5
B₂O₃	12,3	11,6	11,0	12,5	8,6
Al₂O₃	5,3	-	2,5	4,5	5,5
Na₂O	-	1,4	2,2	-	-
K₂O	-	-	0,3
Läuterm.	0,05–0,2	0,05–0,2	0,05–0,2	0,05–0,2	0,05–0,2
α(× 10^–6)	1,3	2,0	2,7	1,15	1,0

Tabelle 1

Die Übergangsgläser mit den Schott-Typenbezeichnungen 8228, 8229 und 8230 weisen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 1,3 × 10^–6 K^–1, 2,0 × 10^–6 K^–1 bzw. 2,7 × 10^–6 K^–1 auf und eignen sich deshalb hervorragend zur Herstellung einer Schmelzverbindung zwischen Quarzglas und Duranglas. Sämtliche der vorstehend in der Tabelle 1 bezeichneten Glassorten weisen einen Brechungsindex von kleiner als 1,47 auf. Die Glassorten der Spalten 4 und 5 der Tabelle 1 können mit herkömmlichen, nicht-iridiumhaltigen Schmelztiegeln gemäß dem Stand der Technik nicht hergestellt werden.
Aufgrund der erfindungsgemäß möglich gewordenen deutlich höheren Temperaturen lassen sich neuartige Gläser und Glaskeramiken der vorgenannten Zusammensetzung mit noch nicht da gewesenen Eigenschaften herstellen. Dies wird beispielhaft in der 6 dargestellt, die die spektrale Transmission der Glassorte 8228 gemäß der Tabelle 1 darstellt. In der 6 wird die spektrale Transmission einer Glassorte 8228, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und gemäß dem nachfolgend ausführlich dargelegten Ausführungsbeispiel 1 hergestellt worden ist, verglichen mit der spektralen Transmission einer Glassorte identischer Zusammensetzung, die mit einem üblichen, nicht-iridiumhaltigen Schmelztiegel gemäß dem Stand der Technik bei Temperaturen von 1760°C hergestellt worden ist. In der 6 bezeichnet die obere Kurve die spektrale Transmission einer erfindungsgemäß hergestellten Glassorte 8228 gemäß dem nachfolgend dargelegten Ausführungsbeispiel 1 und bezeichnet die untere Kurve die spektrale Transmission einer Glassorte 8228 gemäß dem Stand der Technik. Wie der 6 entnommen werden kann, ist die spektrale Transmission in dem nahen UV-Bereich höher und setzt um etwa 30 nm früher ein.
Die hohen Schmelztemperaturen ermöglichen weiterhin neben dem Einsatz von hochschmelzenden Rohstoffen die Verwendung von nicht toxischen Hochtemperaturläutermitteln wie z. B. SnO₂ statt As₂O₃. Die Mengenzugabe des auf den PtRh30-Tiegel abgestimmten Läutermittels kann entsprechend vermindert werden. Glaszusammensetzungen, die aufgrund ihrer hohen Viskosität nicht oder nur unter hohem Aufwand schmelzbar sind, können im Iridium-Tiegel wirtschaftlich hergestellt werden. Neben den hohen Temperaturen hat Iridium gegenüber der PtRh30-Legierung den Vorteil, weniger Farbstich (Rh) im Glas zu verursachen. Somit sind auch Produkte mit optischen Anforderungen darstellbar. Dies ist in der 6 dargestellt. Man erkennt deutlich die bessere Transmission im Sichtbaren der im Ir-Tiegel geschmolzenen Probe. Visuell besteht hier ein leicht gelber Farbeindruck, während bei Verwendung von PtRh30 ein deutlicher rötlich-bräunlicher Farbstich auftritt. Im IR-Spektralbereich sind die Wasserbanden weniger intensiv ausgebildet, was eine Folge der deutlich höheren Schmelztemperatur ist.
Nachfolgend sind weitere mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung schmelzbare Gläser aufgeführt: Cordieritähnliche Glaskeramiken deren Zusammensetzung für SiO₂ im Bereich zwischen 40 Gewichts-% und 60 Gewichts-%, für Al₂O₃ im Bereich zwischen 25 Gewichts-% und 45 Gewichts-% und für MgO im Bereich von 10 Gewichts-%–20 Gewichts-% liegt. Zweckmäßig kann die Glaszusammensetzung zusätzlich noch weitere hoch schmelzende Oxide bis 10 Gewichts-%, bevorzugter bis 5 Gewichts-% umfassen, beispielsweise TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, Ta₂O₅ oder WO₃ oder Mischungen daraus. Prinzipiell ist auch MoO₃ möglich, allerdings könnte seine Verwendung zu einer Färbung des Glases, je nach Anwendung, führen.
Wie dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich werden wird, beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Reihe weiterer Gesichtspunkte, die grundsätzlich auch gesondert unabhängig beansprucht werden könnten.
Mit dem vorgenannten Verfahren lassen sich grundsätzlich Glaskeramiken beliebiger Zusammensetzungen herstellen. Bevorzugt werden Glaskeramiken hergestellt, deren Zusammensetzung in den nachfolgenden Patenten bzw. Patentanmeldungen offenbart ist, deren Offenbarungsgehalt hiermit im Wege der Bezugnahme ausdrücklich in dieser Patentanmeldung mit beinhaltet sei: EP 0 220 333 B1 entsprechend US 5,212,122 , DE 43 21 373 C2 entsprechend US 5,446,008 , DE 196 22 522 C1 entsprechend US 5,922,271 , DE 199 07 038 A1 , DE 199 39 787 A1 entsprechend WO 02/16279 , DE 100 17 701 C2 , DE 100 17 699 A1 und EP 1 170 264 A1 entsprechend US 6,515,263 .

1: Schmelzvorrichtung
2: Schmelztiegel
3: Induktionsspule
4: Auslaufrohr
8: Schweißnaht
10: Konisches Segment
11: Rohrabschnitt
12: Rohrabschnitt
13: Rohrabschnitt
14: Rohrabschnitt
15: Ziehdüse
16: Schweißnaht
17: Anschlüsse für Thermoelemente
18: Deckel
19: Unterer Behälterabschnitt
20: Oberer Behälterabschnitt
21: Abdeckung des oberen Behälterabschnitts
22: Gaseinlass
23: Feuerfester Zylinder
24: Kugelschüttung/MgO-Platten
25: Erstes Bodenelement zur Lastaufnahme und thermischen Isolierung
26: Zweites Bodenelement zur Lastaufnahme und thermischen Isolierung
27: Hülse für Temperatursensor
28: Durchführung
29: Deckelstein
30: Durchführung für Medienversorgung
31: Abdeckung für Schmelztiegel 2
32: Abschirmung des Auslaufrohrs 4
320: Abschlussdeckel
321: Blech
33: Öffnung
34: Elektrischer Anschluss
35: Oberer Kühlmittelanschluss zum oberen Behälterabschnitt 20
36: Unterer Kühlmittelanschluss zum oberen Behälterabschnitt 20
37: Oberer Kühlmittelanschluss zum unteren Behälterabschnitt 19
38: Unterer Kühlmittelanschluss zum unteren Behälterabschnitt 19
39: Übergangsbereich
40: Hülse für Temperatursensor/Thermoelementfahne
41: Durchführung
42: Poröser Körper/Sinterkörper
43: Außenbeschichtung
45: Verbindungsflansch
50: Verschlusskörper
51: Dorn/Vorsprung
52: Kühlmittelkanal
53: Kühlmitteleinlass
54: Kühlmittelauslass

Claims

Verfahren zur Herstellung von hochschmelzenden Gläsern, Glaskeramiken oder Keramiken durch einen Prozess, während dem eine Schmelze eine Temperatur von 1760°C übersteigt, mit den folgenden Schritten: Schmelzen eines Scherbenmaterials zu der Schmelze; Läutern der Schmelze; und Diskontinuierliches Ausgießen der Schmelze durch einen rohrförmigen Auslass (4) aus Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gew.-% Iridium enthält, wobei die Temperatur eines mit der sauerstoffhaltigen Umgebungsatmosphäre in Kontakt befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) so gesteuert oder geregelt wird, dass diese stets niedriger als 1000°C ist, außer während des Ausgießens der Schmelze aus dem rohrförmigen Auslass.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Temperatur des mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) so gesteuert oder geregelt wird, dass diese stets niedriger als 950°C ist, außer während des Ausgießens der Schmelze aus dem rohrförmigen Auslass.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Scherbenmaterial mit einer ersten vorgegebenen Zusammensetzung in ein Gefäß (2) zum Aufnehmen der Schmelze eingebracht wird, welches den rohrförmigen Auslass (4) aufweist, wobei das Gefäß (2) aus Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gew.-% Iridium enthält, besteht und das Gefäß (2) in einem Behälter (19, 20) angeordnet ist, wobei in dem Behälter (19, 20) eine Schutzgasatmosphäre derart bereitgestellt wird, dass das Gefäß (2) und ein Abschnitt (10–13) des rohrförmigen Auslasses in dem Behälter (19, 20) unter der Schutzgasatmosphäre aufgenommen sind, die eine Oxidbildung des Iridiums oder der Iridiumlegierung verhindert, wobei der Schritt des Einbringens des Scherbenmaterials mit der ersten vorgegebenen Zusammensetzung die folgenden Schritte umfasst: Verschließen einer Auslassöffnung des rohrförmigen Auslasses (4): Einbringen eines Scherbenmaterials einer zweiten Zusammensetzung in den rohrförmigen Auslass (4); und Erhitzen des rohrförmigen Auslasses (4) über eine Erweichungstemperatur des Scherbenmaterials mit der zweiten Zusammensetzung und Abkühlen des rohrförmigen Auslasses (4) zum Ausbilden eines den rohrförmigen Auslass (4) verstopfenden Pfropfens aus geschmolzenem, gasdichten Glas.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Schritte des Erhitzens des rohrförmigen Auslasses (4) über die Erweichungstemperatur des Scherbenmaterials mit der zweiten Zusammensetzung und des Abkühlens des rohrförmigen Auslasses (4) zum Ausbilden des Pfropfens solange wiederholt werden, bis der gesamte rohrförmige Auslass (4) gefüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Gefäß (2) zur Ausbildung des Pfropfens in dem rohrförmigen Auslass nicht erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die erste und zweite Zusammensetzung identisch ist und eine Erweichungstemperatur unterhalb von 1000°C, bevorzugter unterhalb von 950°C, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Erweichungstemperatur des Scherbenmaterials der ersten Zusammensetzung oberhalb von 1000°C liegt, die erste und zweite Zusammensetzung verschieden sind und das Scherbenmaterial der zweiten Zusammensetzung Scherben eines nicht-oxidierenden Glases sind.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Scherbenmaterial der zweiten Zusammensetzung frei von Fe₂O₃, As₂O₃, Sb₂O₃ und/oder As₂O₅ ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, sofern nicht rückbezogen auf Anspruch 5, wobei das Gefäß (2) während des Erhitzens des rohrförmigen Auslasses (4) über die Erweichungstemperatur des Scherbenmaterials mit der zweiten Zusammensetzung und des Abkühlens des rohrförmigen Auslasses (4) zum Ausbilden des Pfropfens erhitzt wird, wobei die Temperatur im rohrförmigen Auslass (4) um zumindest 100°C niedriger gehalten wird als im Gefäß (2).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem in Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre befindlichen Teil des rohrförmigen Auslasses (4) aktiv Wärme entzogen wird, außer während des Auslaufens der Schmelze aus dem rohrförmigen Auslass.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei dem in Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre befindlichen Teil des rohrförmigen Auslasses (4) mit Hilfe eines Verschlusskörpers (50) Wärme entzogen wird, der die Auslauföffnung des rohrförmigen Auslasses (4) verschließt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Verschlusskörper (50) von einem Kühlfluid durchströmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem während des Auslaufens der Glasschmelze aus dem rohrförmigen Auslass (4) eine Außenseite des in Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) durch ein inertes Schutzgas geschützt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das inerte Schutzgas mittels eines gelochten oder porösen, zylinder- oder ringförmigen Körpers (42) über die Außenseite des in Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der gelochte oder poröse, zylinder- oder ringförmige Körper (42) gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Schutzgas N₂ und/oder ein Edelgas ist oder dieses enthält.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Schutzgas weiterhin H₂ enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gefäß (2) so bereitgestellt wird, dass eine Außenseite des in Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) mittels einer gasdichten, dünnen Schicht aus einem hochtemperaturfesten keramischen Material überzogen ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Außenseite des in Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) mittels eines Plasma-Sprayverfahrens aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Iridium mit einem Iridium-Anteil von mindestens 99%, bevorzugter von mindestens 99,5% und noch bevorzugter von mindestens 99,8% bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Behälter (19, 20) ein inertes Schutzgas zugeführt wird, um in einem Innenvolumen des Behälters neutrale bis leicht oxidierende Bedingungen aufrecht zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das inerte Schutzgas mit einem Sauerstoffgehalt zwischen 5 × 10^–3% und 5% und bevorzugter zwischen 0,5% und 2% zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem einem Außenraum zwischen Gefäß (2) und Behälter (19, 20) ein inertes Schutzgas zugeführt wird, um in dem Außenraum neutrale bis leicht reduzierende Bedingungen aufrecht zu erhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – die Schmelze in dem Gefäß (2) in einem ersten Betriebszustand zum Läutern zunächst auf einer Temperatur weit oberhalb einer Verarbeitungstemperatur der Glasschmelze gehalten wird, während der rohrförmige Auslass (4) auf einer Temperatur gehalten wird, bei der die Glasschmelze einen den Auslass (4) verstopfenden Pfropfen ausbildet, und bei dem – die Temperatur der Schmelze in dem Gefäß (2) in einem zweiten Betriebszustand nach dem Läutern auf die Verarbeitungstemperatur abgesenkt wird, während der rohrförmige Auslass (4) auf die Verarbeitungstemperatur erwärmt wird, so dass sich der Pfropfen löst und die Schmelze aus dem rohrförmigen Auslass (4) austritt.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Temperatur während des ersten Betriebszustands zumindest 1800°C, bevorzugter zumindest 2000°C und noch bevorzugter zumindest 2200°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Glaszusammensetzung 80 Gewichts-% bis 90 Gewichts-% SiO₂, 0 Gewichts-% bis 10 Gewichts-% Al₂O₃, 0 Gewichts-% bis 15 Gewichts-% B₂O₃, weniger als 3 Gewichts-% R₂O umfasst, wobei der Anteil von Al₂O₃ und B₂O₃ zusammen 7 Gewichts-% bis 20 Gewichts-% beträgt und R für ein Alkali-Element aus einer Gruppe bestehend aus Li, Na, K, Rb und Cs steht.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem bis zu 50 Gewichts-% des SiO₂ ersetzt sind durch GeO₂ und/oder P₂O₅, wobei die Glaszusammensetzung bei Anwendung von P₂O₅ bevorzugt einen nicht verschwindenden Anteil von Al₂O₃ enthält.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, bei dem die Glaszusammensetzung zusätzlich hoch schmelzende Oxide bis 20 Gewichts-% MgO und/oder bis 10 Gewichts-%, bevorzugter bis 5 Gewichts-%, weiterer hoch schmelzender Oxide, beispielsweise TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, Ta₂O₅, WO₃ oder MoO₃ oder Mischungen daraus, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Glaszusammensetzung weiterhin die Oxide CaO, SrO und/oder BaO und zusätzlich MgO enthält.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Glas als Displayglas ausgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Temperatur während des ersten Betriebszustandes zumindest 1800°C, bevorzugter 1850°C, beträgt und bei dem die Glaszusammensetzung 40 Gewichts-% bis 60 Gewichts-% SiO₂, 25 Gewichts-% bis 45 Gewichts-% Al₂O₃ und 10 Gewichts-% bis 20 Gewichts-% MgO enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schmelze bei ihrem Ausgießen aus dem rohrförmigen Auslass (4) oder einer an dem rohrförmigen Auslass (4) vorgesehenen Heißformgebungseinrichtung (15) zu einem Formkörper geformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schmelze in dem Gefäß (2) während des ersten Betriebszustands mit einer Rührvorrichtung, die aus Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, gebildet ist, gerührt wird, wobei die Rührvorrichtung bevorzugt ein Gas zum Reduzieren und Läutern der Schmelze in die Schmelze einbläst.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Schmelze so eingeschmolzen und geläutert wird, dass eine Transmission des Glases oder der Glaskeramik im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 800 nm, bezogen auf eine Substratdicke von 20 mm, zumindest 65%, bevorzugter zumindest 75% und noch bevorzugter zumindest 80% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 26, sofern rückbezogen auf Anspruch 24, bei dem die Schmelze während des ersten Betriebszustands so eingeschmolzen und geläutert wird, dass eine Transmission des Glases oder der Glaskeramik im Bereich einer Wasser-Absorptionsbande bei 1350 nm, bezogen auf eine Substratdicke von 20 mm, zumindest 75% beträgt und/oder die Transmission im Bereich einer Wasser-Absorptionsbande bei 2200 nm, bezogen auf eine Substratdicke von 20 mm, zumindest 50%, bevorzugter zumindest 55%, beträgt.
Vorrichtung zur Herstellung von hochschmelzenden Gläsern, Glaskeramiken oder Keramiken, die zu ihrer Herstellung einen Prozess durchlaufen, während dem eine Schmelze eine Temperatur von 1760°C übersteigt, wobei die Vorrichtung wenigstens das Folgende umfasst: ein Gefäß (2) zum Schmelzen eines Scherbenmaterials zu einer Schmelze und zum Läutern der Schmelze; einen rohrförmigen Auslass (4) aus Iridium oder einer Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, zum diskontinuierlichen Ausgießen der Schmelze; und Mittel zum Steuern oder Regeln der Temperatur eines mit einer Umgebungsatmosphäre in Kontakt befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4), sodass die Temperatur des mit der sauerstoffhaltigen Umgebungsatmosphäre in Kontakt befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) stets niedriger als 1000°C ist, außer während des Ausgießens der Schmelze aus dem rohrförmigen Auslass.
Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei das Mittel zum Steuern oder Regeln eine Heizeinrichtung (3) so steuert oder regelt, dass die Temperatur des mit einer Umgebungsatmosphäre in Kontakt befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) stets niedriger als 950°C ist, außer während des Auslaufens der Glasschmelze aus dem rohrförmigen Auslass.
Vorrichtung nach Anspruch 36 oder 37, weiterhin umfassend ein bewegbares Verschlussmittel (50) zum Verschließen einer Auslassöffnung des rohrförmigen Auslasses (4), um die Auslassöffnung wahlweise freizugeben und zu verschließen.
Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei das Verschlussmittel (50) von einem Kühlfluid durchströmbar ist, um dem mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt befindlichen Teil des rohrförmigen Auslasses (4) aktiv Wärme zu entziehen.
Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei das Mittel zum Steuern oder Regeln weiterhin die Durchflussmenge des Kühlfluids durch das Verschlussmittel (50) steuert oder regelt und insbesondere einen Durchfluss des Kühlfluids durch das Verschlussmittel während des Ausgießens der Schmelze aus dem rohrförmigen Auslass verringert oder verhindert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 40, wobei das Verschlussmittel einen sich konisch verjüngenden Vorsprung (51) zum Verschließen der Auslassöffnung des rohrförmigen Auslasses (4) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 41, wobei dem Gefäß (2) eine erste Heizeinrichtung (3) und dem rohrförmigen Auslass (4) eine zweite Heizeinrichtung zugeordnet sind, sodass das Gefäß (2) und der rohrförmige Auslass (4) unabhängig voneinander heizbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 42, wobei das Mittel zum Steuern oder Regeln die erste und zweite Heizeinrichtung (3) so steuert oder regelt, dass die Temperatur im rohrförmigen Auslass (4) um zumindest 100°C niedriger gehalten wird als im Gefäß (2).
Vorrichtung nach Anspruch 42, sofern rückbezogen auf Anspruch 40, wobei das Mittel zum Steuern oder Regeln die erste und zweite Heizeinrichtung (3) sowie die Durchflussmenge des Kühlfluids durch das Verschlussmittel (50) so steuert oder regelt, dass die Temperatur im rohrförmigen Auslass (4) um zumindest 100°C niedriger gehalten wird als im Gefäß (2).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 44, weiterhin umfassend einen gelochten oder porösen, zylinder- oder ringförmigen Körper (42), der um den mit der Umgehungsatmosphäre in Kontakt befindlichen Teil des rohrförmigen Auslasses (4) herum so angeordnet ist und/oder ausgelegt ist, um über eine Außenseite des mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) ein inertes Schutzgas zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei der gelochte oder poröse, zylinder- oder ringförmige Körper (42) kühlbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 45 oder 46, wobei der gelochte oder poröse, zylinder- oder ringförmige Körper (42) mit einem Schutzgas-Reservoir verbunden ist, das dem Körper (42) ein Schutzgas zuführt, das N₂ und/oder ein Edelgas ist oder dieses enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 47, wobei das Schutzgas weiterhin H₂ enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 48, wobei eine Außenseite des mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) mittels einer gasdichten, dünnen Schicht aus einem hochtemperaturfesten keramischen Material überzogen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei die Außenseite des mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt befindlichen Teils des rohrförmigen Auslasses (4) mittels eines Plasma-Sprayverfahrens mit der Schicht überzogen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 40, bei der das Iridium einen Iridium-Anteil von mindestens 99%, bevorzugter von mindestens 99,5% und noch bevorzugter von mindestens 99,8% aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 51, bei der das Schutzgas, das dem Behälter (19, 20) zugeführt wird, in einem Innenvolumen des Behälters neutrale bis leicht oxidierende Bedingungen aufrechterhält.
Vorrichtung nach Anspruch 52, bei der das inerte Schutzgas einen Sauerstoffgehalt zwischen 5 × 10^–3% und 5% und bevorzugter zwischen 0,5% und 2% aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 53, bei der einem Außenraum zwischen Gefäß (2) und Behälter (19, 20) ein inertes Schutzgas zugeführt wird, um in dem Außenraum neutrale bis leicht reduzierende Bedingungen aufrecht zu erhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 54, bei der das Mittel zum Steuern oder Regeln eine Heizeinrichtung und/oder das Verschlussmittel (50) so steuert oder regelt, dass – die Schmelze in dem Gefäß (2) in einem ersten Betriebszustand zum Läutern zunächst auf einer Temperatur weit oberhalb einer Verarbeitungstemperatur der Schmelze gehalten wird, während der rohrförmige Auslass (4) auf einer Temperatur gehalten wird, bei der die Schmelze einen den Auslass (4) verstopfenden Pfropfen ausbildet, und – die Temperatur der Schmelze in dem Gefäß (2) in einem zweiten Betriebszustand nach dem Läutern auf die Verarbeitungstemperatur abgesenkt wird, während der rohrförmige Auslass (4) auf die Verarbeitungstemperatur erwärmt wird, so dass sich der Pfropfen löst und die Schmelze aus dem rohrförmigen Auslass (4) austritt.
Vorrichtung nach Anspruch 55, bei der das Mittel zum Steuern oder Regeln ausgelegt ist, sodass die Temperatur während des ersten Betriebszustands zumindest 1800°C, bevorzugter zumindest 2000°C und noch bevorzugter zumindest 2200°C beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 56, weiterhin umfassend eine Heißformgebungseinrichtung (15), die an dem rohrförmigen Auslass (4) vorgesehen ist, um die Glasschmelze bei ihrem Austritt aus dem rohrförmigen Auslass (4) zu formen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 57, weiterhin umfassend eine Rührvorrichtung, die aus Iridium oder Iridiumlegierung, die wenigstens 50 Gewichts-% Iridium enthält, gebildet ist, um während eines Läutervorgangs die Schmelze in dem Gefäß (2) zu rühren und ein Gas zum Reduzieren und Läutern der Schmelze einzublasen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 58, bei der das Gefäß (2) von einer Abdeckung (18, 31) abgedeckt ist, die bevorzugt eine oxidationsbeständige Legierung umfasst und noch bevorzugter eine PtRh20-Legierung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 59, bei der das Gefäß (2) und die Abdeckung (18, 31) druckdicht ausgelegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 59, bei der das Gefäß (2) einen Gaseinlass aufweist, um einem Innenvolumen des Gefäßes (2) ein inertes Gas zuzuführen, wobei eine Steuer- oder Regelungseinrichtung zum Steuern oder Regeln eines Drucks des inerten Gases in dem Innenvolumen vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 61, bei der ein Öffnungsverhältnis h/L des Gefäßes (2) sehr viel größer als 1 ist, wobei h eine maximale Innenhöhe des Gefäßes (2) und L ein maximaler Abstand von Seitenwänden (6) des Gefäßes (2) ist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 62 zur Herstellung von Gläsern oder Glaskeramiken, insbesondere von Gläsern oder Glaskeramiken mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 1800°C.