KR101652551B1 - 전기 집진에 의한 플래티늄 응축 감소 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 집진을 사용함으로써 유리 용융물 처리 공정 중에 공중 부유 입자를 줄이기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명은 제조된 유리 내에 귀금속 혼입 및 비금속 혼입을 줄이는 데에 효과적이다.

Description

전기 집진에 의한 플래티늄 응축 감소{PLATINUM CONDENSATION ABATEMENT BY ELECTROSTATIC PRECIPITATION}
본 출원은 2008년 11월 18일에 출원된 미국 특허 12/313200의 우선권의 이익을 주장한다.
기술분야
본 발명은 유리 용융물의 처리 동안 입자를 감소시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 플래티늄 산화 후의 환원에 의해서 유리 내에서 플래티늄 결함을 일으킬 수 있는 플래티늄-함유 금속 전달 시스템을 사용하는 유리 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들면 플래티늄을 함유하는 유리 용융 전달 시스템을 사용하는 고품질 유리(예를 들면 LCD 디스플레이의 유리 기판을 제조하는 데에 적당한 유리)의 제조에서 유용하다.
LCD 적용에 요구되는 높은 광학 품질은 LCD 유리 기판에서 큰 혼입이 없는 것이 바람직하다. 귀금속 혼입은 유리 용융물을 귀금속 함유 장치를 사용하여 전달하거나, 미세화하거나 또는 형성하는 문제가 있는 것이 알려져 있다. 품질 및 표면 요건이 더욱 엄격해 지고 있기 때문에 허용가능한 귀금속 혼입의 크기 및 양은 지속적으로 감소하고 있다. 유리 내에서 귀금속 혼입의 문제는 새로운 문제가 아니며, 디스플레이 유리에 대해서 독특한 것이 아니다.
유리 내에 귀금속 혼입의 발생에 대해서 설명되는 하나의 메카니즘은 상승된 온도에서 귀금속의 산화 후의 해리 및 응축되는 것이다. 이들 산화-응축 반응이 자유로운 유리 표면 근방에서 발생하면, 유리 내에 응축된 금속이 혼입되고 결함/혼입을 형성할 수 있다. 귀금속 혼입은 비활성 분위기에서 귀금속을 침지해서 금속의 산화 후에 응축을 피함으로써 감소될 수 있는 것이 종래에 제안되었다.
그러나, 유리 처리 시스템에 비활성 기체의 도입은 쉽게 행해지지 않기 때문에 또 다른 장치가 필요로 하며, 기존의 유리 생산 라인을 개량하는 것이 곤란하다. 게다가 비활성 기체 분위기는 이러한 보호 기체의 연속적인 흐름을 통해서 유지될 수 있고, 이것은 유리 생산 라인의 열 프로파일의 바람직하지 않은 변화를 일으킬 수 있다. 또한, 이러한 접근 방법은 귀금속 혼입을 줄이는 데에 효과적이지만, 그외의 비금속원, 예를 들면 SnO2 등에 의한 오염을 줄일 수 없다.
따라서, 유리 처리 방법에서 유리의 품질에 영향을 미칠 수 있는 입자를 효과적으로 및 효율적으로 줄이는 방법 및 장치를 필요로 한다. 본 발명은 이러한 필요를 만족시킨다.
본 발명의 제 1 형태에 따라서,
(A) 내화성 용기에서 유리 용융물을 처리하고, 여기서 상기 유리 용융물을 공중 부양 입자를 포함하는 분위기에 노출시키는 단계, 및
(B) 상기 분위기에서 전기장을 인가하고, 상기 전기장을 발생하는 적어도 하나의 전극의 표면에서 상기 입자를 수집함으로써 입자를 감소시키는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 전기장은 필수적으로 유리 용융물에서 전위 구배를 제공하지 않는 유리의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 내화성 용기는 상기 분위기에 노출된 내화성 금속을 포함하고, 상기 분위기는 내화성 금속과 분위기 사이의 반응이 적어도 일부의 공중 부양 입자를 생성시키는 산화력이 있다.
본 발명의 제 1 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 내화성 금속 용기는 플래티늄 또는 그 합금을 포함한다.
본 발명의 제 1 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 전기장은 상기 분위기에서 코로나를 발생시킨다.
본 발명의 제 1 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 유리 용융물에 직접적으로 접촉하는 모든 금속은 필수적으로 동일한 전위를 인가한다.
본 발명의 제 1 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 단계 (A)에서, 상기 내화성 용기는 (a) 내화성 금속을 포함하는 챔버 벽에 의해서 한정된 교반 챔버 및 (b) 내화성 금속을 포함하는 교반기 축을 포함하는 유리 용융물 교반 장치를 포함한다. 특정한 실시형태에서, 단계 (B)에서, 상기 전기장은 (i) 제1 전극으로서 함께 기능하는 상기 교반 챔버 벽 및 교반기 축 및 (ii) 상기 유리 용융물의 표면에 배치된 반대의 제 2 전극 사이에서 전위 구배에 의해서 적어도 부분적으로 발생된다.
본 발명의 제 1 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 단계 (B)에서, 입자를 수용하기 위한 배리어는 상기 제 2 전극과 상기 유리 용융물의 표면 사이에 제공된다.
본 발명의 제 1 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 단계 (B)에서, 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전기장은 적어도 100V의 전위 구배에 의해서 영향을 받는다.
본 발명의 제 1 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 단계 (B)에서, 상기 제 2 전극에는 제 1 전극보다 높은 전위를 제공한다.
본 발명의 제 1 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 단계 (A)에서, 상기 유리 용융물은 LCD 디스플레이의 유리 기판의 제조용이다.
본 발명의 제 1 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 교반 챔버 벽의 적어도 일부 및 상기 교반기 축의 적어도 일부는 산소-함유 분위기에 노출된다.
본 발명의 제 2 형태에 따라서, 상승된 온도에서 작업하는 데에 적합한 내화성 용기를 포함하고, 상기 유리 용융물은 (i) 제 1 전극 및 (ii) 입자를 수집하기 위한 제 2 전극을 포함하는 전기 집진 장치를 포함하는 공중 부양 입자를 포함하는 분위기에 노출된 유리 용융물 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 제 2 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 내화성 용기는 상기 분위기에 노출된 내화성 금속을 포함한다.
본 발명의 제 2 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 내화성 용기의 적어도 일부는 전기 집진 장치의 제 1 전극으로서 기능한다.
본 발명의 제 2 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 동일한 전위는 상기 유리 용융물에 노출된 내화성 금속의 표면에 인가된다.
본 발명의 제 2 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 내화성 용기는 교반 챔버 및 교반기 축을 포함하는 유리 용융물 교반 장치를 포함한다.
본 발명의 제 2 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 장치는 작업중에 장치에 의해서 처리될 상기 유리 용융물의 표면과 상기 제 2 전극 사이에 배리어를 포함하고, 여기서 배리어는 상기 제 2 전극으로부터 이탈된 입자를 차단하는 데에 적합하다.
본 발명의 제 2 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 제 2 전극은 제 1 전극보다 높은 전위를 갖는다.
본 발명의 제 2 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 장치는 상기 제 1 전극의 전위와 다른 전위를 갖는 제 3 전극을 더욱 포함한다. 특정한 실시형태에 따라서, 상기 제 3전극은 필수적으로 제 2 전극과 동일한 전위를 갖는다. 특정한 실시형태에 따라서, 상기 제 3 전극은 제 1 전극의 전위보다 높은 전위를 갖는다.
본 발명의 제 2 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 적어도 하나의 전극은 코로나를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 제 2 형태의 특정한 실시형태에 따라서, 상기 제 2 전극의 표면은 상기 제 1 전극의 표면과 다른 물질이다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태는 하나 이상의 하기의 이점을 갖는다. 첫째로, 본 발명은 플래티늄-함유 내화성 용기에서 전달되고, 미세화되고, 형성되고 및/또는 교반된 유리 물질 내에서 플래티늄 혼입을 저하시켜서 유리 생산량을 향상시킬 수 있다. 둘째로, 본 발명은 플래티늄 혼입을 저하시키면서, 그외의 무기질 공중 부양 입자, 예를 들면, B2O3, SnO2 등에 의한 오염에 의해서 발생하는 조성 및 특성 변화의 가능성을 줄일 수 있다.
본 발명의 추가의 특징 및 이점은 후술된 상세한 설명에서 기재되고, 그 일부는 설명으로부터 당업자에게 명백하게 되거나 또는 기재된 설명 및 청구 범위, 또한 수반된 도면에서 기재된 본 발명을 실시함으로써 인지될 것이다.
상기 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시이고, 주장된 바와 같이 본 발명의 특성 및 특징을 이해하기 위해서 고찰 또는 구성을 제공하는 것을 의도하는 것으로 이해된다.
수반된 도면은 본 발명을 더욱 이해시키기 위해서 포함되어 있고 본 명세서의 일부에 포함되고, 그 일부를 구성한다.
본 발명은 전기 집진을 사용함으로써 유리 용융물 처리 공정 중에 공중 부유 입자를 줄이기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명은 제조된 유리 내에 귀금속 혼입 및 비금속 혼입을 줄이는 데에 효과적이다.
수반된 도면에서:
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 교반 장치의 개략도이다.
도 2는 플래티늄 응축 감소에 대한 본 발명의 효능을 시험하는 실험실 셋업의 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전기 집진 장치에서 전극을 둘러싼 튜브의 각각의 온도 존의 개략도이다.
도 4-21은 시험 끝에 도 2에 도시된 전기 집진 장치에서 2개의 전극의 다른 존의 전자현미경 이미지이다.
달리 기재되어 있지 않으면, 본 명세서 및 청구 범위에서 사용된 성분의 중량%, 차원 및 특정한 물성에 대한 값과 같은 모든 수치는 모든 경우에 "약"인 것으로 이해된다. 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 정확한 수치는 본 발명의 추가의 실시형태를 형성하는 것으로 이해될 필요가 있다. 실시예에 기재된 수치의 정확성을 보증하기 위해서 노력했다. 그러나, 임의의 측정된 수치는 각각의 측정 방법에서 알려진 표준 편차에 기인하는 특정한 오차를 함유할 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 본 발명의 기재 및 주장에서, 부정관사 "a" 또는 "an"의 사용은 달리 명확하게 기재되어 있지 않으면 "적어도 하나"를 의미하고 "단지 하나"로 제한되는 것은 아니다. 따라서, 예를 들면 "an electrode"는 달리 기재되어 있지 않으면, 2개 이상의 전극을 갖는 실시형태를 포함한다. 마찬가지로, "a particle"은 2개 이상의 입자를 갖는 실시형태를 동시에 또는 간헐적으로 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "유리 용융물 처리 장치"는 유리 용융물을 처리하는 장치를 의미하고, 이는 유리 용융물 전달 장치, 유리 용융물 균질화 장치, 예를 들면 교반 장치, 유리 용융물 형성 장치, 예를 들면 유리 용융물 롤링 장치, 유리 용융물 가압 장치, 유리 용융물로부터 유리 시트를 형성하는 퓨전 드로우 시스템, 유리 용융물로부터 유리 시트를 형성하는 슬롯 드로우 시스템 등을 포함하지만 이들로 한정되지 않는다. 유리 용융물은 일반적으로 상승된 온도에서 유지되기 때문에, 유리 용융물 처리 장치는 일반적으로 내화성 용기를 포함하고, 이는 유리 용융물에 직접 접촉하는, 파이프, 콘테이너, 챔버, 블록 등을 포함하지만 이들로 한정되지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이 "유리 처리"는 즉, 유리 용융물 전달, 유리 용융물 균질화(예를 들면 교반 및 혼합), 유리 용융물 미세화, 유리 형성(롤링, 가압, 퓨전 형성, 슬롯 형성, 드로잉) 등을 포함할 수 있다. 그러나, "유리 용융물 처리" 및 "유리 용융물의 처리"로부터, 원료, 예를 들면 산화물, 미네랄, 쿨렛(cullet) 등이 가열되고 반응하여 목적의 조성물을 갖는 유리 용융물을 형성하는 유리 용융 단계가 제외된다. 본 발명은 유리 용융 탱크에서 유리 용융물을 형성한 후의 공정 단계에 관련된다.
본원에 사용된 바와 같이, "전기 집진"은 입자에 전기장을 인가함으로써 공중 부양 입자를 수집하는 것을 의미한다. "공중 부양"은 상기 분위기에 일시적으로 또는 안정하게 존재하는 입자를 의미한다. 따라서, 이러한 입자는 즉, 상기 분위기에 비교적 안정하게 현탁될 수 있는 입자, 또한 일시적으로 공기 중에서 이동하는 입자(예를 들면, 중력에 의해서 이탈하는 또는 공기 흐름에 의해서 포집된)를 포함할 수 있다. 특정한 실시형태에서, 전기장은 2개의 전극에 의해서 발생된다. 특정한 실시형태에서, 전기장은 2개를 초과한 전극에 의해서 발생된다. 특정한 실시형태에서, 적어도 하나의 전극, 바람직하게 높은 전위를 갖는 전극은 공중 부양 입자에 전하를 제공할 수 있는 코로나를 발생시킨다. 적어도 하나의 전극은 그 전극에 의해서 발생되는 전기장에 의해서 여기에 가해진 힘을 통해서 입자를 수집하는 입자 수집 장치로서 기능한다.
유리 용융물은 유리 탱크에서 형성한 후, 유리 용융물을 단단한 유리 제품(예를 들면, 유리 시트, 유리 플레이트, 등)으로 냉각시키기 전에, 유리 용융물은 일반적으로 상술한 다양한 처리 단계를 실시한다. 이러한 단계 중에, 유리 용융물은 분위기에 노출될 수 있다. 분위기는 다양한 이유에 의해서 공중 부양 입자를 포함할 수 있다. 이러한 입자가 유리 용융물에 들어가면, 최종 형성된 유리 제품에서 바람직하지 않은 혼입을 형성하고, 품질 및 생산량을 저하시킬 수 있다. 상기 분위기에서 이러한 입자의 감소는, 특히 광학 유리 제품에 대해서 불가피하다. 오염물 입자는 많은 요소, 예를 들면, 즉 공기 공급 장치, 유리 용융물 및/또는 이들의 성분의 증발 및 응축, 처리 공정에서 사용되는 내화성 물질의 증발, 반응 및 응축, 내화물에서 발휘된 기계적인 힘, 등에 의해서 발생될 수 있다.
LCD 유리 기판은 표면 및 벌크 양측에서 높은 품질을 필요로 한다. 퓨전 드로우 방법은 Corning Incororated, Corning NY, U.S.A.에 의해서 개발되었고 반도체 성분을 형성하는 데에 적당한 프리스틴 광학 표면을 갖는 박막 유리 시트, 예를 들면 박막 트랜지스터를 형성한다. 유리 시트의 벌크의 광학 품질에 대한 엄격한 요건은 유리 내에 매우 낮은 수준의 혼입을 요구한다. 이러한 방법에서, 내화성 물질, 예를 들면 귀금속, 예를 들면, Pt, Rh, Ir, Os, Pd, Au, Ru, Re 등은 유리 용융물을 처리하는 장치에서 비금속 내화물, 예를 들면, SiO2, ZrO2, 지르콘, Al2O3, SiC 등과 함께 사용될 수 있다. 하기의 요소, 즉 유리 시트에서 바람직하지 않은 혼입의 형성에 기여할 수 있는 것이 공지되어 있다.
첫번째, 귀금속, 예를 들면 Pt 및 Rh의 산화 후 환원은 유리내에서 귀금속 결함을 형성하는 데에 기여한다. 예를 들면, 플래티늄의 온도가 상승될 때, 예를 들면 실온으로부터 LCD 유리 용융물이 처리되는 일반적인 온도까지 상승될 때, 하기의 반응의 평형이 우측으로 이동하는 것이 바람직하다.
Pt (고체) + O2 (기체) ←→ PtO2 (기체).
따라서, Pt 용기의 뜨거운 표면은 주변 분위기에서 O2의 존재하에서 PtO2로 산화될 수 있고, 이것은 낮은 온도에서 또 다른 표면 또는 매질(예를 들면 상기 분위기)에 접촉할 때 해리되어 고체 Pt를 형성할 수 있다. 고체 Pt는 시간에 따라서 충분한 크기의 입자로 성장한 후, 유리 용융물에 들어가고 형성된 최종 유리 제품에서 혼입을 형성한다.
둘째로, 낮은 온도에서 표면 또는 매질과 접촉시에 특정한 유리 성분의 증발 후 응축은 이들 산화물의 입자, 예를 들면 B2O3, SnO2, R2O (R 은 알칼리 금속) 등을 형성시킬 수 있다. 이들 산화물 입자가 유리 용융물에 들어가면, 이들은 국소적으로 유리 조성을 변화시켜서 최종 유리 내에서 바람직하지 않은 조성 및 특성 변화를 일으킬 수 있다.
셋째로, 내화성 용기를 구축하는 데에 사용되는 그외의 내화성 물질은 분쇄하거나 그렇지 않으면 미세한 입자를 생성할 수 있다. 이러한 내화성 입자가 제공되면, 이들은 최종 유리 제품에서 블리스터 및 그외의 혼입을 형성할 수 있다.
넷째로, 유리 용융물과 접촉하는 주위 공기는 입자, 예를 들면 그외의 장치 또는 공정 단계에 의해서 발생된 먼지에 의해서 오염될 수 있다. 예를 들면, 다운스트림 공정, 예를 들면 유리 스코어링, 파쇄, 에지 마감 등은 유리 용융물이 접촉하는 분위기에 들어가는 유리 입자를 생성할 수 있다. 이것은 특히 유리 용융물은 다운 스트림 공정으로부터 상당한 공기 흐름을 갖는 분위기에서 형성되는 유리 형성 영역에 대해서 사실이다.
따라서, 유리 제조 방법에서 입자가 유리 용융물에 접촉하기 전에 포집되도록 입자를 감소시킬 필요가 있는 것이 사실이다. 이러한 필요성은, 특히, 상술한 메카니즘에 의해서 상승된 온도에서 귀금속이 산소에 노출된 영역에서 두드러진다. 이들 영역은 (i) 유리 용융물 미세화 장치; (ii) 다운커머 영역, (iii) 이소파이프 영역; (iv) 유리 교반 장치, 및 (v) 유리 형성 장치를 포함하지만 이들로 한정되지 않는다.
귀금속으로 이루어진 유리 용융물 미세화 장치에서, 유리 용융물은 파이너 용기(finer vessel)에 부분적으로 충전되고, 파이너 용기는 튜브일 수 있다. 유리 라인 위에 파이너의 내부 표면은 산소-함유일 수 있는 분위기에 노출된다. 유리 용융물 내측에 기포는 유리 용융물을 방출하고 유리 파이너를 탈출한다. 상기 메카니즘에 의해서, Pt 입자가 파이너의 내부 표면 또는 배기 가스의 출구 표면에 형성되고, 시간 경과에 따라서 축적하고 충분히 크게 성장되면 유리 용융물에 들어가서 Pt 혼입을 형성한다.
다운 커머는 유리 용융물을 유리 시트로 형성하는 이소파이프의 주입구로 유리 용융물을 전달하는 파이프이다. 다운 커머는 Pt 또는 Pt 합금으로 이루어질 수 있다. 유리 용융물이 다운 커머를 방출할 때 산소-함유 분위기에 노출된다. 상기 메카니즘에 따라서 다운 커머를 형성하는 금속은 산화되어 유리 용융물에 들어갈 수 있는 Pt입자를 형성하여 혼입 결함을 형성한다.
아이소파이프는 유리 용융물이 범람하고 바닥에서 접합해서 하나의 유리시트로 용융하는 장치이다. Pt 또는 Pt 합금은 아이소파이프의 빌딩 부분(building part) 또는 과잉의 성분에 사용될 수 있고, 일반적으로 공기 및 상승된 온도에 노출된다. 동일한 메카니즘에 따라서, Pt 입자가 형성되고 그 형성 동안 유리 용융물에 존재할 수 있다. 이 영역에서, 상당한 공기 흐름이 발생하고 다른 입자에 의한 오염 가능성도 증가할 수 있다.
교반 장치는 Pt 입자 응축 및 오염을 상당히 일으키는 경향이 있는 유리 용융 처리 시스템의 성분이다. 도 1은 일반적인 유리 용융물 교반 장치의 개략도를 포함한다. 이러한 장치에서, 교반 챔버는 교반 챔버 벽(103) 및 바닥(104)으로 한정된다. 유리 용융물(113)은 주입구(109)를 통과하여 챔버로 전달되고 유리 라인(115)까지 챔버를 채운다. 다수의 블레이드(107)을 포함하는 교반기 축(105)은 회전에 의한 교반 응력에 의해서 유리 용융물(113)을 교반한다. 교반기 축(105) 및 챔버벽(103)은 특정한 이로운 실시형태에서 Pt 또는 Pt 합금으로 이루어진다. 교반 챔버는 교반 챔버 커버(117)로 피복될 수 있다. 특정한 실시형태에서 유리 라인(115) 위에, 교반 챔버는 산소-함유 분위기, 예를 들면 공기로 채운다. 일반적으로, 유리 용융물은 챔버 내측에서 가장 높은 온도를 갖고; 챔버 커버 영역의 온도는 유리 용융물보다 낮다. 이러한 온도 구배는 10℃미만이라도, 더 낮은 온도를 갖는 표면 또는 매질과 접촉해서 Pt 및 Pt 합금입자의 산화 및 환원/응축을 일으키는 데에 충분하다. 적절한 감소없이, 시간 경과에 따라서 축적되는 입자가 충분히 크게 성장하고, 유리 용융물에 들어가서 결국 형성된 유리 시트 내에 결함을 일으킬 수 있다.
본 발명은 전기장을 이용하여 금속 입자, 예를 들면 Pt 및 Pt-합금 입자, 유리 성분으로부터 형성된 입자, 및 주위 공기에서 존재하는 입자를 포함하는 공중 부양 입자를 끌어당기고 포집함으로써 이들을 감소시키고 유리 용융물의 혼입을 방지한다.
전기장은 다른 전위를 갖는 적어도 2개의 전극에 의해서 발생된다. 사용된 일반적인 전기 집진 장치에서, 예를 들면 플라이-애쉬를 감소하기 위한 발전소에서, 상기 집진장치의 적어도 하나의 전극은 입자에 전하를 제공하는 코로나를 발생시키는 능력을 갖고, 이것은 반대 전극에 의해서 끌어 당겨지고 수집된다. 일단 반대 전극에 도달하면, 입자의 전하는 반대 전극에 의해서 공급된 반대 전하에 의해서 중화된다. 이들 종래의 전기 집진 장치에서, 전극은 일반적으로 금속으로 이루어진다. 본 발명에서, 전극은 물질이 작업 온도에서 충분한 전기전도성을 갖는 것이면 전극은 금속 및 그외의 물질로 이루어질 수 있다. 상술한 바와 같이, 코로나는 본 발명의 특정한 실시형태에서 적어도 하나의 전극에 의해서 형성되지만, 하기 실시예에 나타낸 바와 같이 코로나의 발생은 필요하지 않다. 특별한 이론에 의해서 한정되는 것을 의도하지 않고, 본 발명자들은 특정한 실시형태에서 유리 처리 장치의 분위기에서 형성되거나 존재하는 적어도 일부의 입자는 다양한 양의 전하로 충전되므로 반대 전극에 의해서 끌어 당겨지고 포집될 수 있다고 생각된다.
도 1에서 개략적으로 도시된 유리 용융물 교반 장치(100)는 본 발명의 실시형태를 나타낸다. 교반 장치(100)에서, 상기 기재되고 검토된 유리 용융물 교반 장치의 상기 성분 이외에, 전기장은 챔버 벽(103), 교반기 축(105), 교반 챔버 커버(117)(도시된 바와 같이 3개 모두는 접지된다) 및 교반 챔버에 내장된 제 2 전극(119)를 적용함으로써 발생된다. 본 실시형태에서, 교반 챔버벽(103), 교반기 축(105) 및 교반 챔버 커버(117)는 총괄적으로 본 출원에서 전기 집진 장치의 의미에서 제 1 전극으로서 기능한다. 제 2 전극(119)과 유리 라인(상기 분위기에 노출된 유리 용융물의 표면) 사이에서, 배리어(123)는 교반 챔버 커버(117)로부터 확장한 로드(121)의 말단에 부착된다. 배리어(123)는 제 2 전극(119)의 표면으로부터 이탈될 수 있는 임의의 입자, 예를 들면, Pt 입자를 차단할 능력을 갖는다. 바람직하게, 적당한 위치에서 배리어(123)을 유지하는 확장한 로드(121) 및 배리어(123)는 전기절연 물질, 예를 들면 산화물, 세라믹 등으로 이루어진다. 따라서, 상기 분위기에서 적용된 전기장의 효과에 의해서 임의의 공중 부양 입자는 우선, 제 2 전극(119)의 표면에 부착되고 제 2 전극(119)의 표면에서 수집되고, 제 2 전극(119)의 표면으로부터 입자가 이탈되는 경우에 배리어(123)에 의해서 수집된다. 제 2 전극(119) 및 배리어(123)는 연속적인 유리 처리 공정에 의한 상당한 간섭없이 때때로 세정될 수 있다.
필수적으로 기포 또는 블리스터가 존재하지 않는 높은 품질의 유리 용융물을 얻기 위해서, 유리 용융물은 기체-생성 전기화학적 공정을 실시하지 않는 것이 바람직하다. 전위가 유리 용융물, 특히 OH기를 함유하는 것에 인가되면, 전기분해 반응을 실시하여 유리에 트랩핑되어 생성될 최종 유리 제품 내에 결함으로서 포함될 수 있는 기포를 형성하는 것이 공지되어 있다. LCD 디스플레이의 유리 기판에서, 트랩핑된 기포와 같은 블리스터는 매우 낮은 수준인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서, 상기 분위기에서 전극에 인가된 전기장은 바람직하지 않은 부반응을 일으키도록 하는 유리 용융물내에 상당한 전위 구배가 발생하지 않는다는 것을 주의할 필요가 있다. 이러한 목적을 달성하기 위한 하나의 접근방법은, 그 작업 중에 유리 용융물과 직접 접촉하는 모든 금속에 실질적으로 동일한 전위를 가하는 것이다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 유리 용융물 교반 장치에서, 내화성 금속벽(103) 및 챔버 바닥(104), 또한 금속 교반기 축이 모두 접지되고, 효과적으로 이러한 시스템에서 동일한 전위를 인가함으로써 이들 금속을 통해서 유리 용융물에 전위 구배 적용을 피한다.
본 발명에 따른 유리 용융물 교반 장치의 그외의 실시형태에서, 최적의 입자 수집 효율 및 효능을 달성하기 위한 분위기에서 다수의 전극이 이용될 수 있는 것을 고려한다. 특정한 실시형태에서, 적어도 하나의 전극은 코로나를 발생시킬 수 있고, 이것은 입자의 충전을 용이하게 해서 입자 수집의 효율 및 효능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 하기 비-제한 실시예에 의해서 더욱 설명된다.
실시예
본 실시예에서, 본 발명자는 분위기에서 전극에 의해서 발생된 전기장을 이용하여 Pt 입자의 감소 효과를 증명했다. 도 2는 실험실 셋업을 개략적으로 도시한다. 셋업(201)에서, 퍼니스(203)내에 알루미나 튜브(205)를 배치한다. 전기적으로 접지된 플래티늄 메쉬(219)는 알루미나 튜브(205)의 중심에 배치되었다. 음극(211) 및 양극(217)은 알루미나 튜브(205) 내의 플래티늄 메쉬(219) 양측에, 플래티늄 메쉬(219)에 대해서 필수적으로 대칭적인 위치에 배치되었다. 전극에 의해서 수집된 플래티늄 응축을 관찰하기 위해서, 전극(211 및 217)은 알루미나 튜브(207 및 213)에 의해서 각각 둘러싸여 있다. 튜브(207 및 213)는 절연 내화벽돌(209 및 215)에 의해서 알루미나 튜브(205)의 말단에 고정되었다. 필수적으로 동일한 DC 전압(221 및 223)이 (i)플래티늄 메쉬(219)와 음극(211) 사이 및 (ii)양극(217)과 플래티늄 메쉬(219) 사이에서 인가되었다. 따라서, 시험동안, 전기장은 튜브(205) 내의 분위기에서 형성된다.
시험동안, 퍼니스(203) 내의 온도 프로파일은 실질적으로 일정하게 유지되었다. 따라서, 셋업의 특성 때문에, 열구배는 튜브(207 및 213)를 따라서 존재했다. 튜브(207 및 213)를 따라서 다양한 위치의 온도를 측정하고 기록했다. 도 3은 전극 -포함 튜브(207 및 213)에서 측정된 위치를 더욱 상세하게 설명한다. 종래의 온도는 하기 표 1에 포함된다.
튜브 위치 A B C D E F G H I
온도 (℃) 207 715 804 861 918 981 1056 -- 1127 --
213 745 817 873 928 1002 1075 -- 1152 --
97 시간동안 실험을 실시한 후에, 실험을 중단했다. 튜브(207 및 213)의 표면은 현미경으로 관찰했다. 2개의 전극-포함 튜브(207 및 213)의 위치 A 내지 I에서 표면의 이미지는 첨부된 도면 4-21에서 제공된다. 도면 부호 및 이미지 사이의 상응은 하기 표 2에 제공된다.
튜브 위치 A B C D E F G H I
도면 207 4 6 8 10 12 14 16 18 20
213 5 7 9 11 13 15 17 19 21
상기의 표로부터 알 수 있듯이, 전극-포함 튜브(207 및 213)는 필수적으로 끝부분 영역(tip area)에서 높은 온도를 갖고, 이것은 플래티늄 메쉬(219)에 가장 근방이고, 온도는 끝부분에서 절연 내화벽돌(209 및 215)과 접촉한 말단으로 점차 감소한다. 플래티늄 메쉬(219)의 온도는 2개의 전극의 끝부분 영역보다 높은 온도를 갖는다. 절연 내화 벽돌(209 및 215)은 기밀(air-tight)하지 않다. 따라서, 튜브(205) 내의 분위기는 공기를 함유하고 대류 및/또는 확산을 통한 Pt의 산화에 의해서 시간 경과에 따라서 O2가 소비될 때 추가의 O2를 공급한다. 플래티늄 메쉬(219) 및 전극-포함 튜브(207 및 213) 사이의 온도 구배 때문에, Pt는 메쉬로부터 전극-포함 튜브로 이동하는 것이 발견되었고 상술한 산화-응축 메카니즘에 의해서 추정된다.
도 2 시험에서 사용된 전기 집진 장치의 양극 및 음극의 양측 튜브에서 현저한 양의 입자가 수집되었다. 일부의 입자는 무기 물질, 예를 들면 알루미나 튜브 및 실험실 장치를 구축하는 데에 사용된 절연 내화 벽돌에 의해서 생성된다. 다른 입자들은 산화 후 응축에 의한 플래티늄의 기화에 의해서 생성된 금속 입자이다. 또한, 많은 산화/환원 소스 플래티늄 입자는 양극-포함 튜브(213)(즉, 높은 전위를 갖는 전극)의 표면에서 발견되었다. 따라서, 양극은 Pt 입자를 끌어당기고, 형성하고 수집할 수 있는 것을 나타낸다.
상기 실험으로부터, 본 발명은 유리처리장치에서 비금속 입자(예를 들면, 산화물, 유리 및 세라믹 입자) 및 금속성 입자(예를 들면 Pt 결함 등)을 감소시키기 위해서 사용될 수 있다.
당업자는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나는 일없이 본 발명의 다양한 변경 및 수정을 행할 수 있는 것이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 그 변경 및 변동이 수반된 청구범위 및 그 상응하는 부분의 범위 내에 있다면 본 발명의 변경 및 변동을 포함하는 것을 의도한다.

Claims (23)

  1. (A) 내화성 용기에서 유리 용융물을 처리하고, 여기서 상기 유리 용융물을 공중 부양 입자(air-borne particle)를 포함하는 분위기에 노출시키는 단계; 및
    (B) 상기 분위기에 전기장을 적용하고, 상기 전기장을 발생하는 적어도 하나의 전극의 표면에서 상기 입자를 수집함으로써 입자를 감소시키는 단계를 포함하며, 여기서, (i) 상기 전기장은 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에서 전위에 의해서 적어도 부분적으로 발생하고, (ii) 상기 전기장은 필수적으로 상기 유리 용융물에서 전위 구배를 제공하지 않으며,
    상기 내화성 용기의 일부는 상기 제 1 전극의 적어도 일부를 구성하고, 상기 유리 용융물에 직접 접촉하며,
    상기 제 2 전극은 상기 유리 용융물의 표면 위에 배치되어 상기 입자는 제 2 전극의 표면 상에 수집되는 유리의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내화성 용기는 상기 분위기에 노출된 내화성 금속을 포함하고, 상기 분위기는 내화성 금속과 분위기 사이의 반응이 적어도 일부의 공중 부양 입자를 생성시키는 산화력이 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 전기장은 상기 분위기에서 코로나를 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    단계 (A)에서, 상기 내화성 용기는 (a) 내화성 금속을 포함하는 챔버 벽에 의해서 한정된 교반 챔버 및 (b) 내화성 금속을 포함하는 교반기 축을 포함하는 유리 용융물 교반 장치를 포함하고, 여기서, 상기 챔버 벽 및 상기 교반기 축은 상기 제 1 전극의 적어도 일부를 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    단계 (B)에서, 입자를 수용하기 위한 배리어는 상기 제 2 전극과 상기 유리 용융물의 표면 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 유리 용융물과 직접 접촉하는 데에 적합한 내화성 용기를 포함하고, 여기서 상기 유리 용융물은 공중 부양 입자를 포함하는 분위기에 노출되며, (i) 제 1 전극 및 (ii) 상기 입자를 수집하기 위한 제 2 전극을 포함하는 전기 집진 장치를 포함하며, 여기서,
    상기 내화성 용기의 일부는 상기 제 1 전극의 적어도 일부를 구성하고, 상기 유리 용융물에 직접 접촉하며,
    상기 제 2 전극은 상기 유리 용융물의 표면 위에 배치된 유리 용융물 처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 적어도 하나의 전극은 코로나를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.

  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 배리어는 전기 절연 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 방법.
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