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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein blau-gefärbtes Soda-Kalk-Silica-Glas
mit einer niedrigen Lichtdurchlässigkeit,
die es erstrebenswert für
eine Verwendung als gegen Einsicht abschirmende Verglasung in Fahrzeugen
macht, wie beispielsweise als Seiten- und Rück-Fenster in Vans oder als
Sonnendächer
für Kraftfahrzeuge.
Der Begriff „blaugefärbt", wie er in der vorliegenden
Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet wird, wird so
verstanden, dass er Gläser
einschließt,
die eine dominante Wellenlänge
von 480 bis 489 Nanometer (nm) haben, und kann auch gekennzeichnet
werden als blau-grüne
oder blau-graue Farbe umfassend. Darüber hinaus sollte das Glas
eine geringere Infrarot-Strahlungs- und Ultraviolett-Strahlungs-Durchlässigkeit
im Vergleich zu typischen blauen Gläsern zeigen, wie sie in Kraftfahrzeug-Anwendungen
verwendet werden, und sollte kompatibel mit Floatglas-Herstellungsverfahren
sein.
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Verschiedene
dunkel getönte,
infrarote. und ultraviolette Strahlung absorbierende Glas-Zusammensetzungen
sind im Stand der Technik bekannt. Das hauptsächliche Färbemittel in typischen dunkel
getönte, gegen
Einsicht abschirmenden Gläsern
bei Kraftfahrzeugen ist Eisen, das üblicherweise sowohl in Form
von Fe2O3 als auch
in Form von FeO zugegen ist. Einige Gläser machen Gebrauch von Cobalt,
Selen und gegebenenfalls Nickel in Kombination mit Eisen zum Erreichen
einer gewünschten
Farbe und Absorption von infraroter und ultravioletter Strahlung,
wie dies beispielsweise offenbart ist in den Druckschriften US-A
4,873,206 (Jones); US-A 5,278,108 (Cheng et al.); US-A 5,308,805
(Baker et al.); US-A 5,545,596 und US-A 5,582,455 (beide Casariego
et al.) und EP-A 0 705 800. Andere Gläser schließen auch Chrom in diese Kombination
von Färbemitteln
ein, wie offenbart ist in den Druckschriften US-A 4,104,076 (Pons);
US-A 4,339,541 (Dela Ruye); US-A 5,023,210 (Krumwiede et al.) und
US-A 5,352,640 (Combes et al.); FR-A 2,331,527 und CA-A 2,148,954. Patente
wie beispielsweise die Druckschriften US-A 5,521,128 und 5,346,867
(beide Jones et al.) und 5,411,922 (Jones) schließen weiter
Mangan und/oder Titan ein. Noch andere Gläser können zusätzliche Materialien einschließen, wie
beispielsweise offenbart ist in der Druckschrift WO-A 96/00194,
die den Einschluss von einer Gesamt-Eisen-Menge von 0,2 bis 4 Gewichts-Prozent
und 0 bis 0,45 Gewichts-Prozent Se, CoO, Cr2O3, NiO, CuO und Fluor, Zirkonium, Zink, Cer,
Titan (bis zu 1 Gewichts-Prozent) und Kupfer und weniger als 4 Gewichts-Prozent
Bariumoxid in die Glas-Zusammensetzung lehrt und fordert, dass die
Summe der Erdalkalimetall-Oxide nicht über 10 Gewichts-Prozent des
Glases liegt. Jedoch offenbart keines der Beispiele eine Zusammensetzung,
die TiO2 enthält, und der CoO-Gehalt in den
Beispielen entweder weniger als 89 ppm oder oberhalb von 252 ppm
liegt.
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Aus
der Druckschrift EP-A 0,536,049 ist ein gefärbtes Glas bekannt, das einen
Solarstrahlung absorbierenden und färbenden Teil enthält, der
Gesamt-Eisen in einer Menge von 0,45 bis 2,5 Gewichts-Prozent, CoO
in einer Menge von 0,001 bis 0,02 Gewichts-Prozent, Selen in einer Menge von 0
bis 0,0025 Gewichts-Prozent und Cr2O3 in einer Menge von 0 bis 0,1 Gewichts-Prozent
enthält.
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Die
Druckschrift US-A 5,393,593 bezieht sich auf dunkelgrau gefärbtes Glas,
das einen Solarstrahlung absorbierenden und färbenden Anteil umfasst, der
Gesamt-Eisen in einer Menge von 1,00 bis 2,2 Gewichts-Prozent, FeO
in einer Menge von wenigstens 0,20 Gewichts-Prozent, CoO in einer
Menge von 0,010 bis 0,03 Gewichts-Prozent, Selen in einer Menge
von 0,0005 bis 0,005 Gewichts-Prozent enthält. Die Farbe des Glases ist
gekennzeichnet durch eine dominante Wellenlänge im Bereich von 485 bis
580 nm.
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Eine
besondere blaue Zusammensetzung, die eine überlegene Spektral-Leistung
liefert, ist offenbart in der Druckschrift US-A 4,792,536 (Pecoraro
et al.). Im Handel erhältliche
Produkte, die dieses Patent einschließen, werden vertrieben von
der Firma PPG Industries, Inc., unter den Marken SOLEXTRA® und
AZURLITE®.
Dieses Glas hat eine dominante Wellenlänge, die im Bereich von etwa
486 bis 489 nm liegt, und die Anregungs-Reinheit liegt im Bereich
von etwa 8 bis 14 %.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Glas-Zusammensetzung
bereitzustellen, die es erlaubt, ein dunkel getöntes, blau gefärbtes Glas
herzustellen, und so die ses blau gefärbte Glas zu vervollständigen,
und zwar unter Anwendung herkömmlicher
Glas-Schmelz-Verarbeitungs-Techniken.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine blau gefärbte,
infrarote und ultraviolette Strahlung absorbierende Glas-Zusammensetzung,
die eine Zusammensetzung aufweist, die einen Basis-Glasanteil umfasst,
der umfasst: SiO
2: 66 bis 75 Gewichts-Prozent;
Na
2O: 10 bis 20 Gewichts-Prozent; CaO: 5
bis 15 Gewichts-Prozent; MgO: 0 bis 5 Gewichts-Prozent; Al
2O
3: 0 bis 5 Gewichts-Prozent; K
2O:
0 bis 5 Gewichts-Prozent; und die einen Solarstrahlung absorbierenden
und färbenden
Anteil umfasst, der im wesentlichen besteht aus
Gesamteisen: | 0,9
bis 2 Gewichts-Prozent; |
FeO: | 0,15
bis 0,65 Gewichts-Prozent; |
CoO: | 90
bis 250 ppm; und |
TiO2: | 0,02
bis 0,40 Gewichts-Prozent; |
Se: | 0
bis 12 ppm |
MnO2: | bis
zu 39 ppm; |
wobei das Glas eine Lichtdurchlässigkeit
(„luminous
transmittance";
LTA) von mehr als 35 Prozent bis zu 60 Prozent aufweist, eine Gesamt-Solar-Ultraviolett-Durchlässigkeit
(„total
solar ultraviolet transmittance";
TSUV) von 35 Prozent oder weniger aufweist, eine Gesamt-Solar-Infrarot-Durchlässigkeit
(„total
solar infrared transmittance";
TSIR) von 25 Prozent oder weniger aufweist, eine Gesamt-Solarenergie-Durchlässigkeit
(„total
solar energy transmittance";
TSET) von 40 Prozent oder weniger aufweist und eine Farbe, die durch
eine dominante Wellenlänge
im Bereich von 480 bis 489 nm charakterisiert ist, und eine Anregungs-Reinheit
von mindestens 8 Prozent aufweist, wobei alle diese Werte für eine Dicke
von 4,06 mm (0,160 in) bestimmt sind.
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Diese
Aufgabe wird auch gelöst
durch eine blau gefärbte,
infrarote und ultraviolette Strahlung absorbierende Glas-Zusammensetzung
mit einer Zusammensetzung, die einen Basis-Glasanteil umfasst, welcher umfasst:
SiO
2: 66 bis 75 Gewichts-Prozent; Na
2O: 10 bis 20 Gewichts-Prozent; CaO: 5 bis
15 Gewichts-Prozent; MgO: 0 bis 5 Gewichts- Prozent; Al
2O
3: 0 bis 5 Gewichts-Prozent; K
2O:
0 bis 5 Gewichts-Prozent; und einen Solarstrahlung absorbierenden
und färbenden
Anteil, der im wesentlichen besteht aus:
Gesamt-Eisen: | 0,9
bis 2 Gewichts-Prozent; |
FeO: | 0,15
bis 0,65 Gewichts-Prozent; |
CoO: | 90
bis 250 ppm; und |
TiO2: | 0,02
bis 0,40 Gewichts-Prozent; |
MnO2: | bis
zu 39 ppm; |
worin das Glas eine Lichtdurchlässigkeit
(„luminous
transmittance";
LTA) von mehr als 20 Prozent bis zu 60 Prozent aufweist, eine Gesamt-Solar-Ultraviolett-Durchlässigkeit
(„total
solar ultraviolet transmittance";
TSUV) von 35 Prozent oder weniger aufweist; eine Gesamt-Solar-Infrarot-Durchlässigkeit
(„total
solar infrared transmittance";
TSIR) von 25 Prozent oder weniger aufweist, eine Gesamt-Solarenergie-Durchlässigkeit
(„total
solar energy transmittance";
TSET) von 40 Prozent oder weniger aufweist und die Farbe des Glases
durch eine dominante Wellenlänge
im Bereich von 480 bis 489 nm und eine Anregungs-Reinheit von mindestens
8 Prozent gekennzeichnet ist, wobei alle diese Werte für eine Dicke
von 4,06 mm (0,160 in) bestimmt sind.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine blau gefärbte, infrarote
und ultraviolette Strahlung absorbierende Glas-Zusammensetzung mit einer Zusammensetzung, die
einen Basis-Glasanteil umfasst, der umfasst: SiO
2:
66 bis 75 Gewichts-Prozent; Na
2O: 10 bis
20 Gewichts-Prozent; CaO: 5 bis 15 Gewichts-Prozent; MgO: 0 bis
5 Gewichts-Prozent; Al
2O
3:
0 bis 5 Gewichts-Prozent;
K
2O: 0 bis 5 Gewichts-Prozent; und einen
Solarstrahlung absorbierenden und färbenden Anteil aufweist, der
im wesentlichen besteht aus:
Gesamt-Eisen: | 0,9
bis 2 Gewichts-Prozent; |
FeO: | 0,15
bis 0,65 Gewichts-Prozent; |
CoO: | 90
bis zu weniger als 200 ppm; und |
TiO2: | 0,2
bis 0,40 Gewichts-Prozent; |
MnO2: | bis
zu 39 ppm; |
worin das Glas eine Licht-Durchlässigkeit
(„luminous
transmittance";
LTA) bis zu 60 Prozent aufweist, eine Gesamt-Solar-Ultraviolett-Durchlässigkeit
(„total
solar ultravio let transmittance";
TSUV) von 35 Prozent oder weniger aufweist; eine Gesamt-Solar-Infrarot-Durchlässigkeit
(„total
solar infrared transmittance";
TSIR) von 25 Prozent oder weniger aufweist; eine Gesamt-Solarenergie-Durchlässigkeit
(„total
solar energy transmittance"; TSET)
von 40 Prozent oder weniger aufweist und die Farbe des Glases durch
eine dominante Wellenlänge
in dem Bereich von 480 bis 489 nm und eine Anregungs-Reinheit von
mindestens 8 Prozent, gekennzeichnet ist, wobei alle diese Werte
für eine
Dicke von 4,06 mm (0,160 in) bestimmt sind.
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Die
Lösung
schließt
auch ein eine blau gefärbte,
infrarote und ultraviolette Strahlung absorbierende Glaszusammensetzung
mit einer Zusammensetzung, die einen Basis-Glasanteil umfasst, welcher umfasst: SiO
2: 66 bis 75 Gewichts-Prozent; Na
2O: 10 bis 20 Gewichts-Prozent; CaO: 5 bis
15 Gewichts-Prozent; MgO: 0 bis 5 Gewichts-Prozent; Al
2O
3: 0 bis 5 Gewichts-Prozent; K
2O:
0 bis 5 Gewichts-Prozent; und einen Solarstrahlung absorbierenden
und färbenden
Anteil umfasst, der im wesentlichen besteht aus:
Gesamt-Eisen: | 0,9
bis 2 Gewichts-Prozent; |
FeO: | 0,15
bis 0,65 Gewichts-Prozent; |
CoO: | 90
bis 250 ppm; |
Se: | 0
bis 12 ppm |
TiO2: | 0,02
bis 0,40 Gewichts-Prozent; |
Nd2O3: | 0
bis 1 Gewichts-Prozent; |
SnO2: | 0
bis 2 Gewichts-Prozent; |
ZnO: | 0
bis 1 Gewichts-Prozent; |
MoO3: | 0
bis 0,03 Gewichts-Prozent; |
CeO2: | 0
bis 2 Gewichts-Prozent; |
NiO: | 0
bis 0,1 Gewichts-Prozent; |
MnO2: | bis
zu 39 ppm; |
SO3: | bis
zu 0,3 Gewichts-Prozent; |
wobei das Glas eine Lichtdurchlässigkeit
(„luminous
transmittance";
LTA) von mehr als 35 Prozent bis zu 60 Prozent aufweist; eine Gesamt-Solar-Ultraviolett-Durchlässigkeit
(„total
solar ultraviolet transmittance";
TSUV) von 35 Prozent oder weniger aufweist; eine Gesamt-Solar-Infrarot-Durchlässigkeit
(„total
solar infrared transmittance";
TSIR) von 25 Prozent oder weniger aufweist; eine Gesamt-Solarenergie-Durchlässigkeit
(„total
solar energy transmittance";
TSET) von 40 Prozent oder weniger aufweist und die Farbe des Glases
durch eine dominante Wellenlänge
im Bereich von 480 bis 489 nm und einer Anregungs-Reinheit von wenigstens
8 Prozent gekennzeichnet ist, wobei alle diese Werte für eine Dicke
von 4,06 mm (0,160 in) bestimmt sind.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung schließt
die Glas-Zusammensetzung eines blau gefärbten, infrarote und ultraviolette
Strahlung absorbierenden Soda-Kalk-Silica-Glas-Gegenstandes einen Solar-Strahlung absorbierenden
und färbenden
Anteil auf, der im wesentlichen aus 0,9 bis 2,0 Gewichts-Prozent
Gesamt-Eisen, 0,15 bis 0,65 Gewichts-Prozent FeO, 90 bis 250 ppm CoO und
gegebenenfalls bis zu 12 ppm Se und 0,02 bis 0,40 Gewichts-Prozent
TiO2 und vorzugsweise 1 bis 1,4 Gewichts-Prozent
Gesamt-Eisen, 0,20 bis
0,50 Gewichts-Prozent FeO, 100 bis 150 ppm CoO und bis zu 8 ppm
Se besteht.
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Das
Basis-Glas gemäß der vorliegenden
Erfindung, d.h. die Haupt-Bestandteile des Glases ohne die infrarote
oder ultraviolette Strahlung absorbierenden Materialien und/oder
Färbemittel,
die eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind, ist ein handelsübliches
Soda-Kalk-Silica-Glas, das typischerweise wie folgt gekennzeichnet
ist:
| Gewichts-Prozent |
SiO2 | 66
bis 75 |
Na2O | 10
bis 20 |
CaO | 5
bis 15 |
MgO | 0
bis 5 |
Al2O3 | 0
bis 5 |
K2O | 0
bis 5 |
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Alle "Gewichts-Prozent
(Gew.-%)" angegebenen
Werte, wie sie in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet
werden, beziehen sich auf das Gesamt-Gewicht der End-Glas-Zusammensetzung.
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Diesem
Basis-Glas setzt die vorliegende Erfindung infrarote und ultraviolette
Strahlung absorbierende Materialien und Färbemittel in Form von Eisen
und Cobalt und gegebenenfalls Selen und/oder Titan zu. Wie in der
vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen in Bezug auf die Glas-Zusammensetzungen offenbart
wird, wird Eisen angegeben als Fe2O3 und FeO; Cobalt wird angegeben als CoO;
Selen wird angegeben als elementares Se; und Titan wird angegeben
als TiO2. Es sollte verstanden werden, dass
die Glas-Zusammensetzungen, die in der vorliegenden Anmeldung und
in den Patentansprüchen
offenbart sind, kleine Mengen anderer Materialien einschließen können, beispielsweise
Schmelz- und Raffinier-Hilfsmittel, Begleit-Materialien oder Verunreinigungen.
Es sollte weiter verstanden werden, dass – in einer Ausführungsform der
Erfindung – kleine
Mengen zusätzlicher
Materialien in das Glas eingeschlossen werden können, um die gewünschten
charakteristischen Farb-Eigenschaften bereitzustellen und die Solar-Absorptionswirkung
des Glases zu verbessern, wie später
weiter im einzelnen diskutiert wird.
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Die
Eisenoxide in einer Glas-Zusammensetzung dienen einigen Funktionen.
Eisen(III)oxid, Fe2O3,
ist ein stark ultraviolette Strahlung absorbierendes Mittel und
arbeitet als Gelb-Färbemittel
in dem Glas. Eisen(II)oxid, FeO, ist ein stark infrarote Strahlung
absorbierendes Mittel und arbeitet als Blau-Färbemittel. Die Gesamt-Menge
an Eisen, die in den in der vorliegenden Erfindung offenbarten Gläsern zugegen
ist, wird ausgedrückt
als Fe2O3 in Übereinstimmung
mit standardisierter analytischer Praxis. Dies impliziert jedoch
nicht, dass alles Eisen tatsächlich
in Form von Fe2O3 vorliegt.
In gleicher Weise wird die Menge an Eisen im Eisen(II)-Zustand als
FeO angegeben, obwohl es nicht unbedingt tatsächlich in dem Glas als FeO
vorliegen muss. Um die relativen Mengen an Eisen(II) und Eisen(III)
in den in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Glas-Zusammensetzungen
wiederzugeben, soll der Begriff „Redox" die Menge an Eisen im Eisen(II)-Zustand (ausgedruckt
als FeO) dividiert durch die Menge an Gesamt-Eisen (ausgedrückt als
Fe2O3) bedeuten.
Weiter soll der Begriff „Gesamt-Eisen" in der vorliegenden
Beschreibung – solange
nichts anderes angegeben ist – die
Gesamt-Menge Eisen bedeuten, ausgedrückt als Fe2O3, und der Begriff „FeO" soll Eisen im Eisen(II)-Zustand bedeuten,
ausgedrückt
als FeO.
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CoO
arbeitet als Blau-Färbemittel
und zeigt keine merklichen Eigenschaften der Absorption infraroter oder
ultravioletter Strahlung. Se ist ein ultraviolette Strahlung absorbierendes
Färbemittel,
das Soda-Kalk-Silica-Glas eine rosa oder braune Farbe verleiht.
Se kann auch in gewissem Umfang infrarote Strahlung absorbieren,
und seine Verwendung führt
zu einer Neigung der Reduktion des Redox-Wertes. TiO2 ist ein Mittel
zur Absorption ultravioletter Strahlung, das als Färbemittel
arbeitet, das der Glas-Zusammensetzung
eine gelbe Farbe verleiht. Eine brauchbare Ausgewogenheit zwischen
den Komponenten Eisen (d.h. Eisen(III)oxid und Eisen(II)oxid) und
Cobalt und gegebenenfalls Selen und Titan ist zum Erhalt des gewünschten,
blau gefärbten, gegen
Einsicht abschirmenden Glases mit den gewünschten spektralen Eigenschaften
erforderlich.
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Das
Glas gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in einem kontinuierlichen, in großem Umfang durchgeführten, kommerziellen
Glas-Schmelz-Prozess geschmolzen und verfeinert werden und kann
zu Flachglas-Platten unterschiedlicher Dicke durch den Float-Prozess geformt werden,
in dem das geschmolzene Glas auf einem Pool von geschmolzenem Metall, üblicherweise
Zinn, getragen wird, soweit es Band-Form annimmt, und in einer in
diesem technischen Bereich wohlbekannten Weise abgekühlt werden.
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Obwohl
es bevorzugt ist, dass das in der vorliegenden Erfindung offenbarte
Glas unter Verwendung eines herkömmlichen,
von oben befeuerten kontinuierlichen Schmelz-Verfahrens hergestellt wird, wie es
in diesem technischen Bereich wohlbekannt ist, kann das Glas auch
unter Anwendung eines Mehrstufen-Schmelz-Verfahrens produziert werden,
wie es in den Druckschriften US-A 4,381,934 (Kunkle et al.); US-A 4,792,536
(Pecoraro et al.) und US-A 4,886,539 (Cerutti et al.) offenbart
ist. Wenn erforderlich, kann eine Rühr-Anordnung in den Schmelz-Stufen
und/oder Form-Stufen des Glas- Produktionsverfahrens
eingesetzt werden, um das Glas zu homogenisieren und ein Glas höchster optischer
Qualität
zu produzieren.
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In
Abhängigkeit
von dem Typ des Schmelz-Verfahrens kann Schwefel den Chargen-Materialien eines Soda-Kalk-Silica-Glases
als ein Schmelz- und Verfeinerungs-Hilfsmittel zugesetzt werden. Kommerziell
produziertes Float-Glas kann bis zu 0,3 Gew.-% SO3 einschließen. In
einer Glas-Zusammensetzung, die Eisen und Schwefel einschließt, kann
das Schaffen reduzierender Bedingungen eine bernsteinfarbene Färbung erzeugen,
die die Lichtdurchlässigkeit
erniedrigt, wie dies in der Druckschrift US-A 4,792,536 (Pecoraro et al.) diskutiert
wird. Es wird jedoch angenommen, dass die reduzierenden Bedingungen,
die zur Produktion dieser Färbung
in Floatglas-Zusammensetzungen
des hier offenbarten Typs erforderlich sind, auf etwa die ersten
20 Mikrometer (Micron) der unteren Glas-Oberfläche beschränkt sind, die mit dem geschmolzenen
Zinn während des
Float-Formschrittes in Kontakt sind, und zu einem geringeren Ausmaß auf die
freiliegende obere Glasfläche.
Aufgrund des niedrigen Schwefel-Gehalts des Glases und des beschränkten Bereichs
des Glases, in dem irgendeine Färbung
auftreten könnte,
abhängig
von der speziellen Soda-Kalk-Silica-Glas-Zusammensetzung hat Schwefel in diesen
Oberflächen
im wesentlichen keine stoffliche Auswirkung auf die Glas-Farbe oder
spektrale Eigenschaften.
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Es
sollte verstanden werden, dass als Ergebnis der Bildung des Glases
auf geschmolzenem Zinn, wie dies oben diskutiert wurde, messbare
Mengen an Zinnoxid in die Oberflächen-Abschnitte
des Glases auf der Seite einwandern können, die mit dem geschmolzenen
Zinn in Kontakt steht. Typischerweise hat ein Stück Float-Glas eine SnO2-Konzentration,
die im Bereich von 0,05 bis 2 Gew.-% liegt, und zwar in etwa den
ersten 25 μm
(Micron) unter der Oberfläche
des Glases, die in Kontakt mit dem Zinn war. Typische Hintergrund-Konzentrationen
an SnO2 können einen hohen Wert von 30
parts per million (ppm) haben. Es wird angenommen, dass hohe Zinn-Konzentrationen
in etwa den ersten 0,001 μm
(10 Angström)
der Glas-Oberfläche,
die von dem geschmolzenen Zinn getragen wurde, leicht das Reflexionsvermögen der
Glasoberfläche
erhöhen
können;
jedoch ist der Gesamt-Einfluss auf die Glas-Eigenschaften minimal.
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Tabelle
1 veranschaulicht Beispiele von experimentellen Glas-Schmelzen mit
Glas-Zusammensetzungen,
die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung in Ausführungsformen
zeigen. In ähnlicher
Weise veranschaulicht Tabelle 2 eine Reihe von im Computermodell
errechneten Glas-Zusammensetzungen, die die Prinzipien der vorliegenden
Erfindung in Ausführungsformen
zeigen. Die modellmäßigen Zusammensetzungen wurden
erzeugt durch ein Computermodell der Glasfarben- und Spektral-Eigenschaften,
das von der Firma PPG Industries, Inc. entwickelt wurde. Die Tabellen
1 und 2 listen nur die Mengenanteile an Eisen, Cobalt, Selen und
Titan in den Beispielen auf. Eine Analyse ausgewählter experimenteller Schmelzen
in Tabelle 1 zeigt an, dass erwartet wird, dass die Schmelzen höchstwahrscheinlich
bis zu etwa 10 ppm Cr2O3 und
bis zu etwa 39 ppm MnO2 einschließen. Beispiele
5 bis 19 schlossen auch bis zu etwa 0,032 Gew.-% TiO2 ein.
Es wird angenommen, dass die Komponenten Cr2O3, MnO2 und TiO2 in das Glas eintraten als Teil des Glasabfalls.
Darüber
hinaus wurden die Modell-Zusammensetzungen
modellmäßig so angelegt,
dass sie 7 ppm Cr2O3 einschließen. Es
wird angenommen, dass Glas-Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung,
die mittels eines handelsüblichen
Float-Prozesses hergestellt wurden, wie dies oben diskutiert wurde,
niedrige Konzentrationen an Cr2O3 und MnO2 und weniger
als 0,020 Gew.-% TiO2 einschließen können; jedoch
werden diese Konzentrationen derartiger Materialien als Begleit-Konzentrationen
angesehen, die nicht wesentlich die charakteristischen Farb-Eigenschaften
und spektralen Eigenschaften des blauen Glases der vorliegenden
Erfindung beeinträchtigen.
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Die
in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Spektral-Eigenschaften sind bezogen
auf eine Referenz-Dicke von 0,160 in (4,06 mm). Es versteht sich,
dass die spektralen Eigenschaften der Beispiele bei verschiedenen Dicken
unter Verwendung der in der Druckschrift US-A 4,702,536 offenbarten
Formeln approximiert werden können.
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In
Bezug auf die in Tabelle 1 angegebenen Durchlässigkeits-Daten wird die Lichtdurchlässigkeit
(„luminous
transmittance";
LTA) gemessen unter Verwendung der C.I.E.-Standard-Lichtquelle A
mit einer 2°-Beobachtungs-Einheit über den
Wellenlän genbereich
von 380 bis 770 nm. Die Glas-Farbe, angegeben als dominante Wellenlänge und
Anregungs-Reinheit, wird gemessen unter Verwendung der C.I.E.-Standard-Lichtquelle „C" mit einer 2°-Beobachtungseinheit
im Anschluss an die Verfahrensweisen, die in der Norm ASTM E308-90
aufgestellt sind. Die Gesamt-Solar-Ultraviolett-Durchlässigkeit („total solar ultraviolet transmittance"; TSUV) wird gemessen über den
Wellenlängenbereich
von 300 bis 400 nm; die Gesamt-Solar-Infrarot-Durchlässigkeit
(„total
solar infrared transmittance; TSIR) wird gemessen über den
Wellenlängenbereich
von 720 bis 2000 nm; und die Gesamt-Solar-Energie-Durchlässigkeit
(„total
solar energy transmittance; TSET) wird gemessen über den Wellenlängenbereich
von 300 bis 2000 nm. Die Durchlässigkeits-Werte
TSUV, TSIR und TSET werden berechnet unter Verwendung von Strahlungsdichte-Daten
bei direkter Sonnenbestrahlung unter einer Luftmasse von 2.0 nach
Parry Moon (Parry Moon air mass 2.0 direct solar irradiance data)
und unter Verwendung der Trapez-Regel integriert, wie dies in diesem
technischen Gebiet bekannt ist. Die in Tabelle 2 angegebenen spektralen
Eigenschaften basieren auf denselben Wellenlängen-Bereichen und Berechnungs-Vorgängen.
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Proben-Herstellung
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Die
für die
Beispiele 1 bis 4 in Tabelle 1 gelieferten Daten basieren auf Labor-Experimental-Schmelzen,
die etwa die folgenden Beschickungs-Komponenten aufwiesen:
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Glasbruch
A schloss etwa 1,097 Gew.-% Gesamt-Eisen, 108 ppm CoO, 12 ppm Se
und 7 ppm Cr2O3 ein.
Glasbruch B schloss etwa 0,385 Gew.-% Gesamt-Eisen, 67 ppm CoO,
12 ppm Se und 8 ppm Cr2O3 ein. Bei
der Herstellung der Schmelzen wurden die Bestandteile ausgewogen,
gemischt und in einen Platin-Tiegel gegeben und auf (2650 °F) 1454 °C für die Zeit
von 2 h erhitzt. Als nächstes
wurde das geschmolzene Glas in Wasser gefrittet, getrocknet und
erneut in einem Platin-Tiegel für
die Zeit von 1 h auf (2650 °F)
1454 °C
erhitzt. Das geschmolzene Glas wurde dann ein zweites Mal in Wasser
gefrittet, getrocknet und erneut in einem Platin-Tiegel für die Zeit
von 2 h auf (2650 °F)
1454 °C
erhitzt. Das geschmolzene Glas wurde danach aus dem Tiegel ausgegossen
und so eine Platte geformt, und diese wurde getempert. Proben wurden
aus der Platte herausgeschnitten, geschliffen und für eine Analyse
poliert.
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Die
für die
Beispiele 5 bis 19 in Tabelle 1 gelieferte Information beruhte auf
Labor-Experimental-Schmelzen
mit etwa den folgenden Beschickungs-Komponenten:
Glasbruch | 239,74
g |
Sand | 331,10
g |
Soda-Asche | 108,27
g |
Kalkstein | 28,14
g |
Dolomit | 79,80
g |
Salz-Kuchen | 2,32
g |
Fe2O3 (Gesamt-Eisen) | im
erforderlichen Umfang |
Co3O4 | im
erforderlichen Umfang |
Se | im
erforderlichen Umfang |
TiO2 | im
erforderlichen Umfang |
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Die
Ausgangsmaterialien wurden so eingestellt, dass dadurch ein fertiges
Glas-Gewicht von 700 g produziert wurde. Reduktionsmittel wurden
im erforderlichen Umfang zugesetzt, um den Redox-Wert zu steuern.
Der in den Schmelzen verwendete Glasbruch (der etwa 30 % der Schmelze
ausmachte) schloss bis zu 0,51 Gew.-% Gesamt-Eisen, 0,055 Gew.-%
TiO2 und 7 ppm Cr2O3 ein. Bei der Herstellung der Schmelzen
wurden die Bestandteile ausgewogen und gemischt. Eine Teilmenge
des Ausgangs-Beschickungs-Materials
wurde dann in einen Siliciumoxid-Tiegel gegeben und auf (2450 °F) 1343 °C erhitzt.
Sobald das Beschickungs-Material herunterschmolz, wurden die verbleibenden
Ausgangs-Materialien dem Tiegel zugeführt, und der Tiegel wurde für 30 min
bei (2450 °F)
1343 °C
gehalten. Die geschmolzene Beschickung wurde dann erhitzt und bei Temperaturen
von (2500 °F)
1371 °C,
(2550 °F)
1399 °C,
(2600 °F)
1427 °C
für die
Zeit von 30 min, 30 min bzw. 1 h gehalten. Als nächstes wurde das geschmolzene
Glas in Wasser gefrittet, getrocknet und in einem Platin-Tiegel
für 2 h
auf eine Temperatur von (2650 °F)
1454 °C
erhitzt. Das geschmolzene Glas wurde dann aus dem Tiegel ausgegossen
und so eine Platte geformt, und diese wurde getempert. Proben wurden
aus der Platte herausgeschnitten, geschliffen und für eine Analyse
poliert.
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Die
chemische Analyse der Glas-Zusammensetzungen (mit Ausnahme von FeO)
wurde bestimmt unter Verwendung eines RIGAKU 3370-Röntgenstrahl-Fluoreszenz-Spektrophotometers.
Die charakteristischen Spektral-Eigenschaften des Glases wurden
an getemperten Proben unter Verwendung eines Perkin-Elmer-Lambda
9-UV/VIS/NIR-Spektrophotometers
vor dem Tempern des Glases oder einer längeren Bestrahlung mit ultravioletter
Strahlung bestimmt, was die Spektral-Eigenschaften des Glases beeinträchtigt.
Der FeO-Gehalt und der Redox-Wert wurden unter Verwendung des Glasfarben-
und Spektraleigenschaften-Computermodells bestimmt, das von der
Firma PPG Industries, Inc. entwickelt worden war.
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Im
folgenden finden sich die ungefähren
Gehalte an basischen Oxiden der in Tabelle 1 offenbarten Experimental-Schmelzen:
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Es
wird erwartet, dass die basischen Oxid-Bestandteile kommerzieller
Soda-Kalk-Silica-Glas-Zusammensetzungen
auf der Basis der in Tabelle 1 offenbarten Experi mental-Schmelzen
und die Modell-Zusammensetzungen, wie sie in Tabelle 2 offenbart
sind, in die Bereiche der Glas-Komponenten fallen, wie sie oben
diskutiert wurden.
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Es
wird nun auf die Tabellen 1 und 2 Bezug genommen, die vorliegende
Erfindung liefert ein blau gefärbtes
Glas mit einer Standard-Grund-Zusammensetzung eines Soda-Kalk-Silica-Glases
und darüber
hinaus einen Gehalt an Eisen und Cobalt und gegebenenfalls Selen
und Titan als infrarote und ultraviolette Strahlung absorbierende
Materialien und Färbemittel
mit einer Lichtdurchlässigkeit
(„luminous
transmittance";
LTA) von mehr als 20 % bis hinauf zu 60 % und einer Farbe, die gekennzeichnet
ist durch eine dominante Wellenlänge (DW)
im Bereich von 480 bis 489 nm, vorzugsweise von 482 bis 487 nm,
und einer Anregungs-Reinheit (excitation purity; Pe) von wenigstens
8 %, vorzugsweise von 10 bis 30 %, bei einer Dicke von (0,16 in),
4,06 mm. Es wird im Voraus erwähnt,
dass die Farbe des Glases innerhalb des Bereichs der dominanten
Wellenlänge schwanken
kann und so ein gewünschtes
Produkt bereitgestellt werden kann.
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Das
Redox-Verhältnis
für das
Glas wird zwischen 0,15 und 0,40 gehalten, vorzugsweise zwischen 0,20
und 0,35, noch mehr bevorzugt zwischen 0,24 und 0,32. Die Glas-Zusammensetzung hat
auch einen TSUV-Wert von nicht mehr als 35 %, vorzugsweise von nicht
mehr als 30 %; einen TSIR-Wert von nicht mehr als 25 %, vorzugsweise
von nicht mehr als 20 %; und einen TSET-Wert von nicht mehr als
40 %, vorzugsweise von nicht mehr als 35 %.
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In
einer besonderen Ausführungsform
schließt
die Glas-Zusammensetzung ein: 0,9 bis 2,0 Gew.-% Gesamt-Eisen, vorzugsweise
1 bis 1,4 Gew.-% Gesamt-Eisen, und noch mehr bevorzugt 1,1 bis 1,3
Gew.-% Gesamt-Eisen; 0,15 bis 0,65 Gew.-% FeO, vorzugsweise 0,2
bis 0,5 GEw.-% FeO und noch mehr bevorzugt 0,24 bis 0,40 Gew.-%
FeO; und 90 bis 250 ppm CoO, vorzugsweise 100 bis 150 ppm CoO und
noch mehr bevorzugt 110 bis 140 ppm CoO. Wie früher diskutiert, kann auch Selen
in die Glas-Zusammensetzung
eingeschlossen sein, und noch spezieller 0 bis 12 ppm Se, vorzugsweise
0 bis 8 ppm Se. Eine Ausführungsform
der Erfindung schließt
1 bis 6 ppm Se ein. Titan ist in der Glas-Zusammensetzung eingeschlossen,
und speziell 0,02 bis 0,4 Gew.-% TiO2. Eine
Ausführungsform
der Erfindung schließt
0,02 bis 0,3 Gew.-% TiO2 ein.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung ist die Glas-Zusammensetzung Selen-frei und hat einen
LTA-Wert von mehr als 20 % bis hinauf zu 60 % und vorzugsweise von
mehr als 35 % bis hinauf zu 55 %. In einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist die Glas-Zusammensetzung Selen-frei und hat einen Gehalt
an CoO von weniger als 200 ppm. In noch einer anderen Ausführungsform
der Erfindung hat die Glas-Zusammensetzung einen Se-Gehalt von bis
zu 12 ppm und hat einen LTA-Wert
von mehr als 35 % bis hinauf zu 60 %, vorzugsweise von 40 bis 55
%.
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Es
wird erwartet, dass sich die spektralen Eigenschaften des Glases
nach Tempern des Glases und weiter bei längerer Belichtung mit ultravioletter
Strahlung ändern,
dies wird allgemein als „Solarisation" bezeichnet. Insbesondere
wird abgeschätzt,
dass ein Tempern und eine Solarisation der Glas-Zusammensetzungen,
die in der vorliegenden Anmeldung und in den Patentansprüchen offenbart
werden, den LTA-Wert und den TSIR-Wert um 0,5 bis 1 % reduzieren können, den
TSUV-Wert um 1 bis 2 % reduzieren und den TSET-Wert um 1 bis 1,5
% reduzieren. Als Ergebnis hat in einer Ausführungsform der Erfindung das
Glas ausgewählte
Spektral-Eigenschaften, die anfangs außerhalb der erwünschten
Bereiche liegen, wie sie vorstehend diskutiert wurden, jedoch nach
Tempern und/oder Solariation in die erwünschten Bereiche fallen.
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Glas,
wie es im Rahmen der vorliegenden Erfindung offenbart wird und durch
den Float-Prozess hergestellt wird, hat typischerweise eine Platten-Dicke
im Bereich von 1 Millimeter bis 10 Millimeter.
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Für Anwendungen
im Bereich des Verglasens von Fahrzeugen ist es bevorzugt, dass
die Glasplatten, die eine Zusammensetzung und spektrale Eigenschaften
aufweisen, wie sie in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen offenbart
sind, eine Dicke innerhalb des Bereichs von (0,121 bis 0,197 in)
3,1 bis 5 mm aufweisen. Vorab wird erwähnt, dass dann, wenn eine einzelne
Glas-Schicht in dem oben angegebenen Dicken-Bereich verwendet wird,
das Glas getempert wird, z.B. für
ein Seiten- oder Rück-Fenster
eines Fahrzeugs.
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Es
kommt auch in Betracht, dass das Glas Anwendungen im architektonischen
Bereich hat und in einer Dicke verwendet wird, die im Bereich von
(0,14 bis 0,24 in) 3,6 bis 6 mm liegt.
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Wenn
mehrere Schichten entweder für
Anwendungen im Fahrzeug-Bereich oder im Architektur-Bereich verwendet
werden, wird bereits jetzt erwähnt,
dass die Glasschichten getempert und zusammen-laminiert werden,
wofür man
einen thermoplastischen Kleber wie beispielsweise Polyvinylbutyral
verwendet.
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Wie
früher
diskutiert, können
andere Materialien auch den Glas-Zusammensetzungen zugesetzt werden,
wie sie im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen offenbart
werden, um weiter die Infrarot- und Ultraviolett-Strahlungs-Durchlässigkeit
zu verringern und/oder die Glas-Farbe zu steuern. Insbesondere kommt
in Betracht, dass die folgenden Materialien dem Eisen und Cobalt
und gegebenenfalls Selen und Titan enthaltenden Soda-Kalk-Silica-Glas
zugesetzt werden, das vorliegend offenbart wird:
Nd2O3 | 0
bis 1 Gew.-% |
SnO2 | 0
bis 2 Gew.-% |
ZnO | 0
bis 1 Gew.-% |
MoO3 | 0
bis 0,03 Gew.-% |
CeO2 | 0
bis 2 Gew.-% |
NiO | 0
bis 0,1 Gew.-% |
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Es
sollte anerkannt werden, dass es möglich ist, dass Einstellungen
der grundlegenden Eisen-, Cobalt-, Selen- und Titan-Komponenten
gemacht werden müssen,
um eine bestimmte Färbung
zu erreichen und/oder eine den Redox-Wert beeinflussende Möglichkeit
dieser zusätzlichen
Materialien zu erreichen.