KR102522616B1 - 유리 용융물 표면상에서의 기포 수명 감소 방법 - Google Patents

Abstract

자유 표면 위의 자유 용적을 포함하는 용기 내에 포함되거나 용기를 통해 유동하는 용융 유리 용적의 자유 표면상의 기포 수명을 감소시킴으로써, 기포들이 상기 용융 유리 용적으로 재혼입되는 것을 최소화하고 완성된 유리 제품들에서 블리스터들의 발생을 감소시키는 방법.

Description

유리 용융물 표면상에서의 기포 수명 감소 방법

[0001] 본 출원은 2017년 3월 16일에 출원된 미국 예비출원 일련번호 제62/472,116호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용들은 아래에서 완전히 기술된 것처럼 그 전체가 참고로 인용되고 그리고 본 명세서에 통합된다.

[0002] 본 개시는 일반적으로 유리 제품을 형성하는 방법들, 특히 용기 내의 용융 유리 용적의 표면에서 기포 수명을 감소시키기 위해 용기 내에 계면 활성제를 도입하는 방법에 관한 것이다.

[0003] 조명 패널들, 또는 액정 또는 다른 형태의 시각적 디스플레이들의 제조에 사용되는 유리 기판들과 같은 광학적 품질의 유리 제품들의 제조는 다양한 도관들 또는 용기들을 통한 용융 유리의 수송을 포함하는 고온 공정을 수반한다. 이들 도관들 또는 용기들의 일부는 자유 용적(free volume)을, 예를 들어 상기 용융 유리의 표면 위의 기체 분위기, 함유할 수 있다. 상기 표면에 도달할 수 있는 기포들은 일반적으로 표면에 도달하면 빠르게 터질 것으로 예상되지만, 일부 경우에는 용융 유리 속으로 재혼입되는 위험이 있다.

[0004] 본 명세서에 기술된 방법들은 용기(예를 들어, 도관, 컨테이너, 탱크 등)에 함유되어 있거나 및/또는 용기를 통해 유동하는 용융 유리의 자유 표면 상에 존재하는 기포 막들의 표면 장력을 수정할 수 있으며, 그리하여 상기 용융 유리의 표면상의 기포들의 수명을 감소시키고 그리고 용융 유리의 용적 내에서 기포의 재혼입의 가능성을 최소화할 수 있다. 따라서, 완성된 유리 제품에서 블리스터들(기포들)의 발생이 감소될 수 있다.

[0005] 따라서, 용융 유리 내의 기포 수명 감소 방법이 기술되며, 상기 방법은 전기적으로-부스팅된 용융 용기 내에 용융 유리를 형성하는 단계, 상기 용융 용기의 하류 용기를 통하여 상기 용융 유리를 유동시키는 단계로서, 상기 하류 용기는 상기 용융 유리의 자유 표면과 상기 하류 용기의 상부 사이에 자유 용적을 함유한다. 가습 가스가 상기 자유 용적으로 유동되며, 상기 가습 가스는 적어도 하나의 불활성 가스 및 수증기를 포함한다. 실시 예들에서, 상기 가습 가스는 연소에 의해 생성되지 않는다. 예를 들어, 실시 예들에서 상기 가습 가스는 아무 탄소 화합물들을, 예를 들어 탄화수소들 또는 다른 탄소 화합물들, 포함하지 않는다.

[0006] 상기 하류 용기의 벽은 금속성일 수 있다(예를 들어, 용융 유리와 접촉하는 금속성 벽들을 포함한다). 예를 들어, 상기 하류 용기는 백금, 예컨대 백금 합금을 포함할 수 있다.

[0007] 상기 하류 용기는, 예를 들어 청징 용기 또는 교반 용기와 같은 용융 유리 컨디셔닝 용기일 수 있다. 실시 예들에서, 가습 가스는 청징 용기 내에서 용융 유리의 유동 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 청징 용기 내로 유동된다.

[0008] 상기 가습 가스의 이슬점은 약 41℃ 내지 약 92℃의 범위, 예를 들어 약 60℃ 내지 약 92℃의 범위내일 수 있다.

[0009] 상기 가습 가스의 유량은 0보다 더 크고 약 80 slpm(standard liters per minute) 이하, 예를 들어 약 10 slpm 내지 약 80 slpm의 범위 내일 수 있다.

[0010] 상기 가습 가스는, 예를 들어 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스를 포함할 수 있지만, 다른 실시 예들에서, 상기 캐리어 가스는 다른 불활성 가스, 예를 들어 헬륨, 네온 또는 크립톤과 같은 희가스 또는 상기 선행하는 불활성 가스들 중 임의의 조합들일 수 있다.

[0011] 상기 하류 용기에서 상기 용융 유리의 온도는 약 1300℃ 이상, 예를 들어 1450℃ 이상 또는 1700℃ 이상, 예를 들어 약 1300℃ 내지 약 1720℃의 범위 내일 수 있다.

[0012] 상기 가습 가스 중의 평균 산소(O₂) 함량은 약 10 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 예를 들어 약 15 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 20 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 30 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 40 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 50 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 60 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 70 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 80 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 10 부피% 약 80 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 70 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 60 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 50 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 40 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 30 부피%의 범위, 또는 약 10 부피% 내지 약 20 부피%의 범위일 수 있으며, 모든 범위들과 그들 사이의 하위 범위들을 포함할 수 있다.

[0013] 일부 실시 예들에서, 상기 방법은 가습 가스를 하류 용기 내로 유동시키기 이전에 상기 가습 가스를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 가습 가스는 하류 용기로 가습 가스를 유동시키기 이전에 이슬점보다 더 높은 온도로 가열될 수 있다.

[0014] 다른 실시 예들에서, 용융 유리에서 기포 수명을 감소시키는 방법이 기술되며, 상기 방법은 전기적으로-부스팅된 용융 용기에 용융 유리를 형성하는 단계, 용융 유리를 용융 용기의 하류 용기를 통해 유동시키는 단계를 포함하며, 상기 하류 용기는 용융 유리의 자유 표면과 하류 용기의 상부 사이의 자유 용적을 함유하며, 상기 용융 유리는 자유 표면 상에 단일 기포 깊이보다 더 크지 않은 기포 층을 포함한다. 가습 가스는 용기 외부로부터와 같이 자유 용적으로 유동되고, 가습 가스는 수증기와 적어도 일부 산소를 포함한다. 실시 예들에서, 가습 가스는 연소에 의해 생성되지 않는다(예를 들어, 용융 용기에 침지된 연소에 의해 형성되지 않음). 실시 예들에서, 가습 가스는 탄소 화합물, 예를 들어 탄화수소 또는 다른 탄소 화합물을 함유하지 않는다.

[0015] 하류 용기의 벽, 예를 들어 전체 용기는 백금, 예를 들어 백금 합금을 포함할 수 있다.

[0016] 가습 가스의 이슬점은 약 41℃ 내지 약 92℃의 범위 내일 수 있다.

[0017] 가습 가스의 유량은 0보다 더 크며 약 80 slpm 이하의 범위, 예를 들어 약 10 slpm 내지 약 80 slpm의 범위 내일 수 있다.

[0018] 가습 가스는, 예를 들어 불활성 가스, 예를 들어 질소 또는 희가스 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

[0019] 상기 가습 가스 중의 평균 산소(O₂) 함량은 약 10 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 예를 들어 약 15 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 20 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 30 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 40 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 50 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 60 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 70 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 80 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 10 부피% 약 80 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 70 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 60 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 50 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 40 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 30 부피%의 범위, 또는 약 10 부피% 내지 약 20 부피%의 범위일 수 있으며, 모든 범위들과 그들 사이의 하위 범위들을 포함할 수 있다.

[0020] 일부 실시 예들에서, 상기 하류 용기에서 상기 용융 유리의 온도는 약 1300℃ 이상, 예를 들어 1450℃ 이상 또는 1700℃ 이상, 예를 들어 약 1300℃ 내지 약 1720℃의 범위 내일 수 있다.

[0021] 또 다른 실시 예들에서, 용융 유리의 기포 수명을 감소시키는 방법은 전기적으로-부스팅된 용융 용기 내에 용융 유리를 형성하는 단계, 상기 용융 용기의 하류 용기를 통해 용융 유리를 안내하는 단계를 포함하며, 상기 용융 유리는 상기 용융 유리의 자유 표면 상에 복수의 기포들을 포함하며, 상기 방법은 상기 자유 표면 위에서 상기 하류 용기의 자유 용적으로 도입된 계면 활성제로 상기 복수의 기포들의 막들 상에 표면장력 구배를 감소시키는 단계를 포함한다. 일부 실시 예들에 따르면, 상기 기포들은 포말(foam)을 포함하지 않는다.

[0022] 실시 예들에서, 상기 계면 활성제를 도입하는 단계는 연소로 인한 것이 아닌 가습 가스를 자유 용적으로 유동시키는 것을 포함한다. 사익 가습 가스는 질소, 희가스 또는 이들의 조합과 같은 적어도 하나 이상의 불활성 가스를 포함할 수 있다.

[0023] 일부 실시 예들에서, 하류 용기의 벽, 예를 들어 전체 용기는 백금을 포함할 수 있다.

[0024] 가습 가스의 이슬점은 약 41℃ 내지 약 92℃, 예를 들어 약 60℃ 내지 약 92℃의 범위 내이다.

[0025] 일부 실시 예들에서, 가습 가스의 유량은 0보다 더 크며 약 80 slpm 이하의 범위, 예를 들어 약 10 slpm 내지 약 80 slpm의 범위 내일 수 있다.

[0026] 일부 실시 예들에서, 하류 용기 내의 용융 유리의 온도는 약 1300℃ 이상, 예를 들어 약 1450℃ 이상, 예를 들어 약 1300℃ 내지 약 1720℃의 범위 내일 수 있다.

[0027] 상기 가습 가스는 연소에 의해 형성되지 않는다.

[0028] 일부 실시 예들에서, 하류 용기는 청징 용기이다. 일부 실시 예들에서, 하류 용기는 교반 용기이다.

[0029] 일부 실시 예들에서, 하류 용기는 교반 용기와 성형 몸체 사이에 위치된다. 예를 들어, 하류 용기는 전달 용기일 수 있다.

[0030] 상기 방법은 용융 유리를 성형 몸체로 안내시키는 단계 및 성형 몸체로부터 용융 유리를 리본으로서 인발하는 단계를 더 포함할 수 있다.

[0031] 또 다른 실시 예에서, 용융 유리에서 기포 수명을 감소시키는 방법이 개시되며, 상기 방법은 용융 용기 내에 용융 유리를 형성하는 단계, 용융 유리를 용융 용기의 하류 용기를 통해 유동시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 하류 용기는 용융 유리의 자유 표면 및 하류 용기의 상부 사이에 자유 용적을 포함하며, 상기 용융 유리는 자유 표면상에 적어도 하나의 기포를 포함하며, 상기 방법은 가습 가스를 자유 용적 내로 유동시키는 단계를 포함하며, 여기서 가습 가스 중의 산소 분압이 적어도 하나의 기포에서의 산소 분압 이상이다.

[0032] 본 명세서에 개시된 실시 예들의 추가적인 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업자에게 명백하거나 또는 하기의 상세한 설명, 청구항들 및 첨부된 도면들을 포함하는, 본 명세서에 기술된 바와 같은 실시 예들을 실시함으로써 인식될 것이다.

[0033] 전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 본 명세서에 개시된 실시 예들의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 뼈대를 제공하기 위해 의도된 실시 예들을 나타내는 것임을 이해해야 한다. 첨부 도면들은 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 본 개시의 다양한 실시 예들을 도시하고 상세한 설명과 함께 그 원리들 및 동작들을 설명하는 역할을 한다.

[0034] 도 1은 기포가 마란고니 효과(Marangoni effect)를 경험함에 따라 용융 유리 기포의 일련의 개략적인 예시를 포함한다.
[0035] 도 2는 본 개시의 실시 예들에 따른 예시적인 유리 제조 장치의 개략도이다.
[0036] 도 3은 가습 캐리어 가스를 청징(fining) 용기에 제공하기 위한 가스 공급 튜브를 포함하는 예시적인 청징 용기의 단면도이다.
[0037] 도 4는 가습 캐리어 가스를 청징 용기에 제공하기 위한 예시적인 가스 공급 튜브의 상세 단면도이다.
[0038] 도 5는 가습 캐리어 가스를 교반 용기에 제공하기 위한 입구를 포함하는 예시적인 교반 용기의 단면도이다.
[0039] 도 6은 다양한 직경들의 기포들에 대해 측정된 터짐(제거) 시간들을 나타내는 차트이다.
[0040] 도 7은 기포들에 대한 2개의 상이한 대기들, 건조 공기 대기 및 가습 대기에 대한 기포 직경의 함수로서 기포 제거 시간의 플롯이다.

[0041] 이하, 본 개시의 실시 예들에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이며, 그 예들이 첨부 도면들에 도시되어 있다. 가능할 때는 언제나, 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분들을 지칭하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용될 것이다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.

[0042] 본 명세서에서 범위들은 "약(about)" 하나의 특정 값으로부터 및/또는 "약" 다른 특정 값까지 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 실시 예는 상기 하나의 특정 값으로부터 및/또는 상기 다른 특정 값까지 포함한다. 유사하게, 선행한 "약"의 사용에 의하여 값들이 근사치로 표현될 때, 상기 특정 값은 다른 실시 예를 형성하는 것으로 이해될 것이다. 각각의 상기 범위들의 종말점들은 다른 종말점과 관련하여, 그리고 상기 다른 종말점과 무관하게 중요하다는 것이 추가로 이해될 것이다.

[0043] 본 명세서에서 사용될 수 있는 방향 용어들- 예를 들어, 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 상부, 바닥 -은 단지 도면들을 참조하여 만들어졌으며 절대적인 방향을 암시하도록 의도되지 않는다.

[0044] 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에 설명된 임의의 방법은 그 단계들이 특정 순서로 수행될 필요가 있거나, 임의의 장치를 사용하여 특정 방향들이 요구되는 것으로 해석되는 것으로 결코 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항은 그 단계들에 뒤따르는 순서를 실제로 언급하지 않거나, 또는 임의의 장치 청구항은 실제로 개별 구성요소들에 대한 순서 또는 방향을 언급하지 않거나, 또는 상기 단계들이 특정 순서로 제한되어야 하는 것 또는 어떤 장치의 구성요소들에 대한 특정 순서 또는 방향이 언급되지 않는 것이 청구항들 또는 상세한 설명에서 달리 구체적으로 언급되지 않는 경우, 어떤 식으로든 순서 또는 방향이 추론되는 것으로 의도된 것은 결코 아니다. 이것은 단계들의 배열, 동작 흐름, 구성요소들의 순서, 또는 구성요소들의 방향에 관한 논리의 문제들; 문법적 구성 또는 구두점에서 파생된 일반적 의미; 및 본 명세서에서 설명된 실시 예들의 수 또는 유형;을 포함하는, 해석을 위한 어떠한 가능한 비표현적 기초에 대하여 유지된다.

[0045] 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태들 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "하나(a)"의 구성요소에 대한 언급은 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 둘 이상의 그러한 구성요소들를 갖는 양태들을 포함한다.

[0046] 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용융 유리와 같은 용융 물질을 함유하는 도관 또는 다른 용기의 컨텍스트에서 용어 "자유 용적(free volume)"은 용융 유리에 의해 점유되지 않은 상기 용기의 용적을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 보다 구체적으로, 상기 자유 용적은 상기 용기 내의 용융 유리의 표면과 상기 용기의 상부 사이에서 연장되고, 예를 들어 하나 이상의 가스들, 증기들 또는 다른 비-고체 또는 비-액체 성분을 함유할 수 있다. 자유 용적은 용융 재료의 "자유 표면(free surface)"에서 상기 용융 재료와 접속한다. 상기 용융 재료는 용기에 포함되거나 또는 용기를 통해 흐를 수 있다.

[0047] 본 명세서에 사용된 바와 같이, "용융 유리(molten glass)"는 냉각시 유리 상태로 들어갈 수 있는 용융 재료를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 용융 유리라는 용어는 "용융물(melt)"이라는 용어와 동의어로 사용된다. 용융 유리는, 예를 들어 대부분의 실리카 유리를 형성할 수 있지만, 본 개시는 이에 제한되지는 않는다.

[0048] 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "산화환원(redox)"는 환원 화학 반응 또는 산화 화학 반응 중 하나 또는 둘 다를 지칭한다.

[0049] 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 내화 재료는 약 538 ℃ 이상의 환경들에 노출되는 구조들 또는 시스템들의 구성요소들에 그들을 적용 가능하게 하는 화학적 및 물리적 특성들을 가지는 비금속 재료이다.

[0050] 최종 유리 제품에서의 블리스터들(기포들)은 생산 수율 감소를 초래할 수 있으며, 이는 통상적으로 상업적으로 바람직하지 않다. 유리 내의 기포들은, 예를 들어 용융된 유리가 가열되어 용융된 유리의 점도를 감소시키고 그리고 용융된 유리의 산화 환원 상태가 기존 기포들로 추가적인 산소를 방출하도록 이동되어 상기 기포들의 성장을 야기하는 청징 공정(fining process)에 의해 제거될 수 있다. 용융 유리의 감소된 점도와 결합된 기포들의 증가된 부력(buoyancy)은 기포들이 터지는 용융 유리의 자유 표면으로 기포들의 상승을 용이하게 한다. 기포들 내에 함유된 가스는 상기 자유 용적으로 들어가고, 이어서 의도적인 배출을 통하여, 또는 누출 또는 용기의 다른 배출구들을 통하여 용기를 떠날 수 있다.

[0051] 역사적으로, 기포들의 터짐은 기포들이 유리 용융물의 자유 표면에 도달한 후 매우 빠르게 발생하는 것으로 가정되었다. 그러나, 기포들이 용융물 위의 기체 분위기와 교환될 수 있고 그리고 그 이후에 용융물 내로 재혼입될 수 있는 충분한 시간동안 용융물의 표면에 기포들이 지속될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

[0052] 완성된 유리 제품들에서 기포들의 분석은 상당한 비율의 N₂ 가스를 보여 주었다. 조사된 유리들은 다르게 상당한 양의 용존 질소를 함유하지 않았고 그리고 질소는 용기의 산화를 감소시키기 위해 금속 용기들의 자유 용적을 포함하는 대기에서 종종 사용되는 대부분의 가스이기 때문에, 기포들은 상기 용융물 위에서, 즉 상기 용융물의 자유 표면에서 대기와 교환하는 동안에 높은 N₂ 가스 함량을 수득한 것으로 이론화되었다. 이것은, 기포들이 용융된 유리의 용적으로 재-혼입되고 그 이후 최종 유리 제품에 고정되게 하기 위해서는, 기체 교환을 수용하기에 충분한 시간 동안 상기 용융물의 표면 상에서 기포들의 지속을 필요로 한다. 재혼입에 잠재적으로 기여할 수 있는 자유 표면들은, 비록 다른 용기들에서도 자유 표면들이 발견될 수 있지만, 예를 들어 청징 용기들 및 교반 용기들에서 발견될 수 있다. 그러나, 용융물의 자유 표면에 도달한 후 용융물 내의 기포들이 최종 유리 제품에서 기포들로서 나타나기 위해서는, 기포들이 용융물의 자유 표면 상에 있을 때 기포가 터지는 것을 먼저 방지해야 한다.

[0053] 용융 유리의 풀 내에서, 기포가 용융물의 표면상에 위치함에 따라 기포 막의 배수(drainage)가 기포 터짐에 선행한다. 배수는 규칙적인 배수와 불규칙 배수의 두 가지 주요 수단에 의해 발생한다. 규칙적인 배수에서는, 기포 막을 포함하는 액체가 중력으로 인해 용융물로 다시 흘러내림(drain)에 따라 기포 막은 시간이 지남에 따라 얇아진다. 막의 두께, 특히 기포의 상부에서의 막 두께가 임계 두께로 감소되도록 충분한 물질이 상기 막으로부터 흘러내리면, 기포가 터진다. 불규칙한 배수에서는, 용융된 물질의 밴드들이 막의 표면을 가로 질러 이동하며, 막은 시간에 따라 규칙적으로 두께가 감소하지 않는다. 불규칙 배수는 기포 막을 따라 표면장력 구배가 낮은 표면 장력 영역들에서 높은 표면장력 영역들로 물질의 유동을 생성하는 마란고니 효과(Gibbs-Marangoni effect)에 의해 발생하는 것으로 생각된다. 마란고니 효과는 중력으로 인한 배수에 반대되며, 기포 벽 두께를, 특히 기포의 상부에서, 터짐이 발생하는 임계 두께 이상으로 유지하는 유동을 생성할 수 있다.

[0054] 이론에 구애됨이 없이, 용융 유리-함유 용기 내의 고온, 용융 유리 내에서의 휘발성 성분의 존재, 및 특정 유리 제조 공정들 내에서 기포들의 일반적으로 특이한(상호연결되지 않은) 성질이 기포 막 상에서 표면 장력 구배를 초래한다. 마란고니 효과로 인한 이러한 구배는, 예를 들어 기포의 상부에서 기포 막을 두껍게 하고, 이것은 용융물의 표면에서 기포 수명을 연장시킨다. 도 1을 참조하면, 기포 수명에서의 일련의 시기들이 도시되어있다. (a)에서, 기포가 용융 유리의 자유 표면(6)에 도달한 직후의 기포(4)가 도시된다. 기포(4)는 상부 두께(t1)와 베이스 두께(t2) 사이에 일반적으로 일정한 막 두께와 함께 도시되어 있다. (b)에서, 화살표 8로 지시된 바와 같이, 기포 막은 용융물로 다시 흘러내리기 시작하였고, 그리고 기포의 상부에서 현저히 얇아진 것으로 반영되었다. 고온에서, 유리 용융물의 다양한 화학적 성분들은 휘발로 인해 용융물의 자유 표면에서 손실될 수 있음에 유의해야 한다. 붕소와 같은 특정 화학 성분들이 손실되면 용융 유리의 표면 장력은 증가된다. 다른 휘발성 성분들은 알칼리(Li, Na, K, Rb, Cs 및 Fr) 및 알칼리토류(Be, Mg, Ca, Sr, Ba 및 Ra)를 포함할 수 있다. 추가의 휘발성 성분들은 V, Ti 및 F를 포함할 수 있다. 기포 막은 벌크 용융물로부터 크게 분리되고 그리고 상기 막의 양측 상에 대기를 포함하기 때문에 용융 유리의 자유 표면과 비교할 때 상기 용융물로부터의 성분들의 휘발은 기포 막에서 두드러진다. 더 중요한 것은, 초기 배수로 인한 기포 상부에서의 기포 막의 얇아짐은 기포 상부에서의 성분들의 휘발이 기포 막의 베이스에서의 성분들의 휘발보다 기포 상부에서의 표면 장력에 더 큰 영향을 미친다 것을 의미한다. 이것은 적어도 막의 더 얇은 부분이 막의 더 두꺼운 부분보다 휘발성 성분(들)을 더 빨리 잃을 것이고, 따라서 비례적으로 기포 막의 베이스보다 표면 장력의 큰 변화를 경험할 것이기 때문이다. 예를 들어, 기포 막의 내부로부터 주위 대기로의 휘발성 성분들의 방출 경로는 두꺼운 막 부분보다 얇은 막 부분에 대해 더 짧다. 기포의 상부(상부) 부분과 벌크 용융 표면에 가장 가까운 기포의 베이스 사이에 형성된 결과적인 표면 장력 구배는 마란고니 효과를 촉진시키는 것이다. 따라서, (c)에서, 용융 유리의 흐름(8)은 흘러내림 보다도 기포의 상부로 흐르는 용융 유리와 함께 역전되어, 예를 들어 (b)와 비교하여 상부 두께 (t1)를 증가시킨다. 해결되지 않은, 마란고니 효과는 불규칙한 배수를 유발 및/또는 연장하고 기포 수명을 연장할 수 있다. 따라서, 기포 배수를 지원하고 터짐을 유도하기 위해 점도를 감소시키기 위한 국부적 온도 상승은, 반대로 마란고니 효과를 악화시키고 기포 수명을 연장시킬 수 있음을 이해할 수 있다.

[0055] 용융 유리를 함유하는 금속 용기의 외측과 접촉하는 습한 대기를 형성하는 것이 공지되어있다. 즉, 수증기를 포함하는 대기가 용융 유리 반대편의 용기의 외벽과 접촉하게 된다. 이것은 특히 광학 품질 유리 제품들의 제조에 사용되는 백금-함유 용기 벽들에 대한 경우이다. 용기 내부(즉, 용융 유리 내)의 수소 분압 이상인, 가습 대기의 존재로 인한 용기 외측의 수소 분압은 용융 유리로부터 금속 벽을 통한 수소의 흐름을 방지하며, 그리하여 용융 유리-금속 벽 계면에서 산소 기포들의 형성을 방지한다. 본 개시에 따르면, 용융물 위의 대기, 즉 용기의 자유 용적(용기 내측) 내에서의 습도는 계면 활성제로서 작용할 수 있다는 것이 알려져 있으며, 이것은 기포 막의 표면 장력 구배를 감소시킬 수 있으며, 그리고 마란고니 효과, 불규칙한 배수 및 결과적으로 연장된 기포 수명들을 감소시키거나 방지시켜줄 수 있다.

[0056] 도 2에 도시되어 있는 것은 예시적인 유리 제조 장치(10)이다. 일부 실시 예들에서, 유리 제조 장치(10)는 용융 용기(14)를 포함할 수 있는 유리 용융로(12)를 포함할 수 있다. 용융 용기(14)에 부가하여, 유리 용융로(12)는 원료를 가열하고 원료를 용융 유리로 전환하도록 구성된 가열 요소들(예를 들어, 연소 버너들 및/또는 전극들)과 같은 하나 이상의 추가 성분들을 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 용융로(14)는 전기적으로-부스팅된(electrically-boosted) 용융 용기일 수 있고, 여기서 연소 버너들 및 직접 가열에 의해 에너지가 원료에 부가되고, 여기서 전류가 원료를 통과하여 원료의 주울(Joule) 가열을 통해 에너지를 부가한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전기적으로-부스팅된 용융 용기는 주울 가열 및 유리 표면 위의 연소 가열 양쪽으로부터 열 에너지를 얻는 용융 용기이며, 주울 가열을 통해 원료 및/또는 용융물에 부여된 에너지의 양은 용융물에 부가된 총 에너지의 약 20% 이상이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 전기적으로-부스팅된 용융 용기는 용융물의 표면 아래에서 연소가 발생하는 침지된(submerged) 연소 공정을 포함하지 않는다.

[0057] 다른 실시 예들에서, 유리 용융로(12)는 용융 용기로부터 열 손실을 감소시키는 열 관리 장치들(예를 들어, 절연 성분들)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 예들에서, 유리 용융로(12)는 유리 용융으로의 원료의 용융을 촉진하는 전자 장치들 및/또는 전자기계 장치들을 포함할 수 있다. 너 나아가, 유리 용융로(12)는지지 구조물들(예를 들어,지지 섀시, 지지 부재 등) 또는 다른 성분들을 포함할 수 있다.

[0058] 유리 용융 용기(14)는 전형적으로 내화성 세라믹 재료와 같은 내화성 재료, 예를 들어 알루미나 또는 지르코니아를 포함하는 내화성 세라믹 재료로 형성되지만, 내화성 세라믹 재료는 대안적으로 또는 임의의 조합으로 사용된, 이트륨(예를 들어, 이트리아, 이트리아 안정화 지르코니아, 이트륨 포스페이트), 지르콘(ZrSiO₄) 또는 알루미나-지르코니아-실리카 또는 심지어 산화 크롬과 같은 다른 내화성 재료들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 유리 용융 용기(14)는 내화성 세라믹 벽돌들로 구성될 수 있다.

[0059] 일부 실시 예들에서, 용융로(12)는 유리 물품, 예를 들어 불확실한 길이의 유리 리본을 제조하도록 구성된 유리 제조 장치의 구성 요소로서 결합될 수 있지만, 다른 실시 예들에서는 유리 제조 장치는 유리 막대들, 유리 튜브들, 유리 봉투들(예를 들어, 조명 장치들, 예를 들어 전구들을 위한 유리 봉투들) 및 유리 렌즈들과 같은 제한 없이 다른 유리 제품들을 형성하도록 구성되지만, 다른 많은 유리 제품들이 고려된다. 일부 예들에서, 용융로는 슬롯 드로우 장치(slot draw apparatus), 플로트 배스 장치(float bath apparatus), 다운 드로우 장치(down draw apparatus)(예를 들어, 융합 다운 드로우 장치), 업 드로우 장치, 프레싱 장치, 롤링 장치, 튜브 드로잉 장치 또는 본 개시로부터 이익을 얻을 수 있는 임의의 다른 유리 제조 장치를 포함하는 유리 제조 장치의 구성 요소로서 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 2는 개별 유리 시트로의 후속 처리를 위해 유리 리본을 융합 드로잉하거나 또는 스풀 상에 유리 리본을 롤링하기 위한 융합 다운 드로우 유리 제조 장치(10)의 구성 요소로서 유리 용융로(12)를 개략적으로 도시한다.

[0060] 유리 제조 장치(10)(예를 들어, 융합 다운 드로우 장치(10))는 유리 용융 용기(14)에 대해 상류에 위치된 상류 유리 제조 장치(16)를 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 일부 또는 전체 상류 유리 제조 장치(16)는 유리 용융로(12)의 일부로서 통합될 수 있다.

[0061] 도 1에 도시된 실시 예에서 보여지는 바와 같이, 상류 유리 제조 장치(16)는 원료 저장 빈(18), 원료 전달 장치(20) 및 원료 전달 장치에 연결된 모터(22)를 포함할 수 있다. 저장 빈(18)은, 화살표(26)로 표시된 바와 같이, 하나 이상의 공급 포트들을 통해 유리 용융로(12)의 용융 용기(14) 내로 공급될 수 있는 일정량의 원료(24)를 저장하도록 구성될 수 있다. 원료(24)는 전형적으로 하나 이상의 유리 형성 금속 산화물들 및 하나 이상의 개질제를 포함한다. 일부 예들에서, 원료 전달 장치(20)는 저장 빈(18)으로부터 용융 용기(14)로 미리 정해진 양의 원료(24)를 전달하도록 모터(22)에 의해 동력을 공급받을 수 있다. 다른 예들에서, 모터(22)는 용융 유리의 유동 방향에 대하여 용융 용기(14)로부터 하류에서 감지된 용융 유리의 레벨에 기초하여 제어된 속도로 원료(24)를 도입할 수 있도록 원료 공급 장치(20)에 동력을 공급할 수 있다. 그 후 용융 용기(14) 내의 원료(24)는 가열되어 용융 유리(28)를 형성할 수 있다. 전형적으로, 초기 용융 단계에서, 원료는, 예를 들어 다양한 "모래들"을 포함하는 미립자로서 용융 용기에 첨가된다. 원료는 또한 이전의 용융 및/또는 성형 작업들로부터의 스크랩 유리(즉, 유리 부스러기)를 포함할 수 있다. 연소 버너들은 전형적으로 용융 공정을 시작하는 데 사용된다. 전기적으로-부스팅된 용융 공정에서, 일단 원료의 전기 저항이 충분히 감소되면(예를 들어, 원료가 액화되기 시작할 때), 원료들과 접촉하는 전극들 사이에 전위를 발생시킴으로써 전기적 부스팅이 시작되며, 그리하여, 원료를 통하여 전류를 설정하며, 이때 전형적으로 상기 원료는 용융 상태로 들어가거나 또는 용융 상태에 있다.

[0062] 유리 제조 장치(10)는 또한 용융 유리(28)의 유동 방향에 대해 유리 용융로(12)의 하류에 위치된 하류 유리 제조 장치(30)를 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 하류 유리 제조 장치(30)의 일부가 유리 용융로(12)의 부분으로서 통합될 수 있다. 그러나, 일부 경우들에서, 아래에서 논의되는 제1 연결 도관(32) 또는 하류 유리 제조 장치(30)의 다른 일부들은 유리 용해로(12)의 부분으로서 통합될 수 있다. 제1 연결 도관(32)을 포함하는 하류 유리 제조 장치의 구성요소들은 귀금속으로 형성될 수 있다. 적합한 귀금속들은 백금, 이리듐, 로듐, 오스뮴, 루테늄 및 팔라듐으로 이루어진 금속 그룹으로부터 선택된 백금족 금속 또는 이들의 합금을 포함한다. 예를 들어, 유리 제조 장치의 하류 성분들은 약 70 중량% 내지 약 90 중량%의 백금 및 약 10 중량% 내지 약 30 중량%의 로듐을 포함하는 백금-로듐 합금으로부터 형성될 수 있다. 그러나, 다른 적합한 금속들은 몰리브덴, 레늄, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐 및 이들의 합금들을 포함할 수 있다.

[0063] 하류 유리 제조 장치(30)는 용융 용기(14)로부터 하류에 위치하고 상기 언급된 제1 연결 도관(32)을 통해 용융 용기(14)에 결합된, 청징 용기(34)와 같은 제1 컨디셔닝(즉, 처리) 용기를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 용융 유리(28)는 제1 연결 도관(32)을 통해 용융 용기(14)로부터 청징 용기(34)로 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 제1 연결 도관(32)의 내부 경로를 통해 용융 유리(28)를 용융 용기(14)로부터 청징 용기(34)로 몰아갈 수 있다. 그러나, 다른 컨디셔닝 용기들은 용융 용기(14)의 하류, 예를 들어 용융 용기(14)와 청징 용기(34) 사이에 위치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시 예들에서, 컨디셔닝 용기는 용융 용기와 청징 용기 사이에 채용될 수 있으며, 여기서 최초 용융 용기로부터의 용융 유리가 2차 용기에서 추가로 가열되어 용융 공정을 계속하거나, 또는 청징 용기에 들어가기 전에 최초 용융 용기 내의 용융 유리 온도보다 낮은 온도로 냉각된다.

[0064] 전술한 바와 같이, 기포들은 다양한 기술들에 의해 용융 유리(28)로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 원료(24)는 가열될 때 화학적 환원 반응을 겪고 산소를 방출하는 산화주석과 같은 다가 화합물들(즉, 청징제들(fining agents))을 포함할 수 있다. 다른 적합한 청징제는 비소, 안티몬, 철 및 세륨을 제한없이 포함하지만, 비록 앞서 언급된 바와 같이, 비소 및 안티몬의 사용은 일부 적용들에서 환경적인 이유들로 좌절될 수 있다. 청징 용기(34)는 용융 용기 온도보다 높은 온도로 가열되어, 청징제를 가열한다. 용융물에 포함된 하나 이상의 청징제들의 온도-유도된 화학적 환원에 의해 생성된 산소 기포들은 청징 용기 내의 용융 유리를 통해 상승하며, 여기서 용융 공정 동안 용융로에서 생성된 용융 유리 내의 가스들은 청징제에 의해 생성된 산소 기포들 속으로 합체되거나 확산될 수 있다. 증가된 부력과 함께 확대된 가스 기포들은 청징 용기 내에서 용융 유리의 자유 표면으로 상승한 후, 청징 용기 밖으로 배출될 수 있다. 산소 기포들은 용융 유리를 통해 상승함에 따라 청징 용기 내에서 용융 유리의 기계적 혼합을 추가로 유도할 수 있다.

[0065] 유리 제조 장치의 하나 이상의 용기, 예를 들어 청징 용기 또는 교반 용기에서 용융 유리의 표면에서 기포들은 일반적으로 단일 기포들로서 상승하고 그리고 용융 유리의 자유 표면상에 단일 기포 깊이보다 크지 않은 것으로 일반적으로 생각되는 기포들의 층을 형성할 수 있음에 유의해야 한다. 침지된 연소 공정과 같은 일부 유리 제조 공정들은 용융 유리의 표면상에 많은 기포 깊이의 두껍고 지속적인 포말을 생성할 수 있으며, 여기서 용융물 자체는 30%에 달하는 보이드들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 포말은 얇고 상호연결된 막들에 의해 분리된 다량의 가스의 집합체이다. 포말의 예로서 맥주 한 잔의 상부 및 거품 욕조가 있다. 한편, 본 개시의 주제인 용융 유리의 자유 표면에 도달하는 기포들은 전형적으로 성질에서 단일성이며 샴페인 글래스에서의 기포들과 매우 유사하게 용융 유리를 통해 상승하며, 그리고 용융로에서 또는 표면 아래(below-surface) 연소 공정이 수행되는 방법들에서 발견되는 지속적이고 두꺼운 포말과 구별된다. 더구나, 표면 위(above-surface) 연소 공정은, 연소 화염이 용기에 해로울 수 있으므로, 본 명세서에 기재된 시트 유리를 위한 융합 공정과 같은 광학 품질 유리를 위해 설계된 현대 유리 제조 장치의 금속 용기 내에서 바람직하지 않다. 본 명세서에 기술된 방법들은 포말 형성 및 지속성을 다루는데 유용할 수 있음에 유의한다. 그러나, 포말을 포함하는 기포들의 표면층만이 계면 활성제에 노출되기 때문에 효율은 감소된다.

[0066] 하류 유리 제조 장치(30)는 청징 용기(34)로부터 하류로 흐르는 용융 유리를 혼합하기 위한 혼합 장치(36)와, 예를 들어 교반 용기, 같은 다른 컨디셔닝 용기를 더 포함할 수 있다. 혼합 장치(36)는 균질한 유리 용융물을 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 그리하여 청징 용기를 빠져나가는 청징된 용융 유리 내에 달리 존재할 수 있는 화학적 또는 열적 불균일성을 감소시킨다. 도시된 바와 같이, 청징 용기(34)는 제2 연결 도관(38)에 의해 혼합 장치(36)에 결합될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 용융 유리(28)는 제2 연결 도관(38)을 통해 청징 용기(34)로부터 혼합 장치(36)로 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 제2 연결 도관(38)의 내부 경로를 통하여 청징 용기(34)로부터 혼합 장치(36)로 용융 유리(28)을 몰고 갈 수 있다. 전형적으로, 혼합 장치 내의 용융 유리는, 자유 표면과 혼합 장치의 상부 사이에서 연장되는 자유 용적과 함께, 자유 표면을 포함한다. 혼합 장치(36)가 용융 유리의 유동 방향에 대해 청징 용기(34)의 하류에 도시되어 있는 반면에, 다른 실시 예들에서 혼합 장치(36)는 청징 용기(34)로부터 상류에 위치될 수도 있음에 유의해야 한다. 일부 실시 예들에서, 하류 유리 제조 장치(30)는 다중 혼합 장치, 예를 들어 청징 용기(34) 상류의 혼합 장치 및 청징 용기(34) 하류의 혼합 장치를 포함할 수 있다. 이들 다중 혼합 장치는 동일한 디자인일 수 있거나, 또는 서로 다른 디자인일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 용기들 및/또는 도관들 중의 하나 이상은 용융 재료의 혼합 및 후속의 균질화를 증진하기 위해 내부에 배치된 고정적인 혼합 날개들을 포함할 수 있다.

[0067] 하류 유리 제조 장치(30)는 혼합 장치(36)로부터 하류에 위치될 수 있는 전달 용기(40)와 같은 다른 컨디셔닝 용기를 더 포함할 수 있다. 전달 용기(40)는 용융 유리(28)가 하류 성형 장치 내로 공급되도록 컨디셔닝할 수 있다. 예를 들어, 전달 용기(40)는 출구 도관(44)을 통해 성형 몸체(42)로 용융 유리(28)의 일정한 유동을 조절하고 제공하기 위한 축적기 및/또는 유동 제어기로서 작용할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 전달 용기(40) 내의 용융 유리는 자유 표면을 포함할 수 있으며, 여기서 자유 용적은 자유 표면으로부터 전달 용기의 상부로 상향 연장된다. 도시된 바와 같이, 혼합 장치(36)는 제3 연결 도관(46)에 의해 전달 용기(40)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 용융 유리(28)는 제3 연결 도관(46)을 통해 혼합 장치(36)로부터 전달 용기(40)로 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 제3 연결 도관(46)의 내부 경로를 통하여 용융 유리(28)를 혼합 장치(36)로부터 전달 용기(40)로 몰고 갈 수 있다.

[0068] 하류 유리 제조 장치(30)는 입구 도관(50)을 포함하여 상기 언급된 성형 몸체(42)를 포함하는 성형 장치(48)를 추가로 포함할 수 있다. 출구 도관(44)은 용융 용기(28)를 전달 용기(40)로부터 성형 장치(48)의 입구 도관(50)으로 전달하도록 위치될 수 있다. 융합 다운 드로우 유리 제조 장치에서 성형 몸체(42)는 성형 몸체의 상부 표면에 위치되는 홈통(trough)(52) 및 성형 몸체의 바닥 에지(루트)(56)를 따라 드로우 방향으로 수렴하는 수렴 성형 표면들(54)(단지 하나의 표면만 도시됨)을 포함할 수 있다. 전달 용기(40), 출구 도관(44) 및 입구 도관(50)을 통해 성형 몸체 홈통에 전달된 용융 유리는 홈통의 벽들을 넘쳐흘러서 용융 유리의 분리된 유동들로서 상기 수렴 성형 표면(54)을 따라 하강한다. 성형 몸체 홈통 내의 용융 유리는 자유 표면을 포함하고, 자유 용적은 용융 유리의 자유 표면으로부터 성형 몸체가 위치된 인클로저(enclosure)의 상부까지 연장된다는 점에 유의해야 한다. 수렴 성형 표면들의 적어도 일부에서 하향하는 용융 유리의 유동은 댐 및 에지 디렉터(edge director)들에 의해 차단되고 지향된다. 용융 유리의 상기 분리된 유동은 루트의 아래 및 루트를 따라 합류하여 용융 유리의 단일 리본(58)을 생성하며, 상기 단일 리본은 용융 유리가 냉각되고 상기 물질의 점도가 증가함에 따라 상기 유리 리본의 치수들을 제어하기 위해, 중력, 에지 롤들 및 풀링 롤들(도시되지 않음) 등에 의해 상기 가스 리본에 하향 장력을 인가함으로써 상기 루트(56)로부터 인출 방향(60)으로 인출된다. 따라서, 유리 리본(58)은 점탄성 전이(visco-elastic transition)를 거쳐서 유리 리본(58)에 안정적인 치수 특성을 제공하는 기계적 특성을 획득한다. 유리 리본(58)은 일부 실시 예들에서, 유리 리본의 탄성 영역에서 유리 분리 장치(도시되지 않음)에 의해 개별 유리 시트들(62)로 분리될 수 있지만, 다른 실시 예들에서는, 유리 리본은 스풀들에 감겨지고 추가 처리를 위해 저장될 수 있다.

[0069] 본 개시의 주제인 주된 점들은 이제 청징 용기와 관련하여 설명될 것이며, 이러한 주된 점들은 청징 용기에 제한되지 않고, 용융 유리의 용적 위에 자유 용적을 포함하는 다른 용기들에도 적용될 수 있다는 이해와 함께 설명될 것이며, 이러한 용기들은 용융 유리를 함유 및/또는 전달하고 자유 용적을 포함할 수 있는 교반 용기들, 전달 용기들, 및 다른 용기들 및/또는 도관들을 포함한다. 이하에 사용되는 바와 같이, 용어 "용기들"은 분리된 처리 용기들, 예를 들어 청징 용기들 및 교반 용기들, 그리고 이러한 분리된 처리 용기들을 연결하는 도관들 모두를 포함하는 것으로 간주될 것이다.

[0070] 도 3은 예시적인 청징 용기(34)의 측 단면도이다. 청징 용기(34)는 이를 통해 흐르는 용융 유리의 용적(28)과, 용융 유리(28)의 자유 표면(66) 위에 위치한 자유 용적(64) 내에 포함된 기체 분위기를 포함한다. 용융 유리는 화살표 68로 지시된 바와 같이 제1 단부에서 청징 용기로 흘러 들어가고 화살표 70으로 지시된 바와 같이 반대편의 제2 단부로 흘러 나간다. 예를 들어, 용융 유리는 도관(32)을 통해 청징 용기(34) 내로, 도관(38)을 통해 청징 용기(34) 밖으로 흘러나갈 수 있다. 청징 용기 내의 용융 유리는 용융 온도보다 높은 온도, 예를 들어 약 1600℃ 내지 약 1700℃의 범위, 예컨대 약 1650℃ 내지 1700℃의 범위 내의 온도로, 전형적으로 용기 자체 내에 설정된 전류에 의해 가열되며, 그러나 추가 실시 예들에서, 상기 청징 용기는 다른 수단, 예를 들어 외부 가열 요소들(도시되지 않음)에 의해 가열될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 용융 유리는 1700℃보다 높은, 예를 들어 약 1720℃에 이르는 온도로 가열될 수 있다.

[0071] 도 3에 도시된 바와 같이, 청징 용기(34)는 플랜지들 사이에 그리고 상기 청징 용기의 중간 벽 또는 벽들 내에 전류가 설정되도록 각각의 전극들(74)을 통해 전력 공급원(도시되지 않음)과 전기적으로 연통하는 플랜지들(72), 예를 들어 적어도 2개의 플랜지들을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 다수의 플랜지들이, 예를 들어 3개의 플랜지들, 4개의 플랜지들, 또는 심지어 5개의 플랜지들 이상, 사용될 수 있으며, 여기서 상기 용기는 온도 영역들의 차등 국부 가열에 의해 복수의 온도 영역들로 열적으로 분할될 수 있다. 기포 성장으로 인한 기포들의 증가된 부력 그리고 온도 증가의 결과로서 용융 유리의 감소된 점도는, 동시에 기포들에 대한 상승력을 증가시키고, 용융 유리 내에서 기포들(76)의 상향 상승에 대한 저항을 감소시켜서, 자유 표면(66)으로 기포들의 상승을 촉진시킨다. 자유 표면(66)에서, 기포들이 터질 수 있고, 그 안에 함유된 가스가 자유 용적(64)으로 방출될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 가스는 화살표 82로 지시된 바와 같이, 선택적인 배기 튜브(80)을 통해 청징 용기 밖으로 배출될 수 있다. 실시 예들에서, 배기 튜브(80)는, 예를 들어 외부 전기 저항 가열 요소(들)(84)와 같은 하나 이상의 가열 요소들에 의해 가열될 수 있지만, 추가 실시 예들에서 배기 튜브(80)는 청징 용기(34)와 유사한 방식으로 상기 배기 튜브 내에 직접 전류를 설정함으로써 가열될 수 있다. 그러나, 추가로 설명되는 바와 같이, 자유 표면(66)에 도달할 때 일부 기포들은 이전에 설명된 이유들로 상대적으로 연장된 체류시간 동안 터지지 않을 수 있으며, 청징 용기를 통해 흐르는 용융 유리 내에 재혼입될 수 있다.

[0072] 본 명세서에 기재된 실시 예들에 따르면, 가습 가스(88)는 가습기(90)와 유체 연통하는 청징 용기 가스 공급 튜브(86)를 통해 자유 표면(66) 위의 자유 용적(64)으로 주입될 수 있다. 가습 가스(88)는 수증기 및 산소(O₂)를 포함하며, 비-가연성 캐리어 가스를 더 포함할 수 있다. 도 2의 가습기(90)가 청징 용기(34) 및 혼합 장치(36)(이하에서 논의됨)에 연결된 것으로 도시되어 있지만, 개별 가습기들이 청징 용기(34) 및/또는 혼합 장치(36), 및/또는 임의의 다른 용기에 개별적인 전용 가습기들에 의해, 또는 개별적 및 공용 가습기들의 조합에 의해 가습 가스가 공급되도록 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 비-가연성 캐리어 가스는 탄화수소들을 포함하지 않고 및/또는 유리 제조 공정 동안 연소 부산물로서 형성되지 않으며, 예를 들어 질소와 같은 불활성 가스를 포함할 수 있지만, 다른 실시 예들에서 상기 캐리어 가스는 다른 불활성 가스, 예를 들어 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 등과 같은 희가스 또는 전술한 불활성 가스들 중 임의의 조합일 수 있다. 예를 들어, 실시 예들에서, 상기 캐리어 가스 또는 일반적으로 상기 가습 가스의 임의의 성분 어느 것도, 습기의 원인(예를 들어, 수증기)으로서, 연료의, 예를 들어 천연 가스, 연소에 의존하는 유리 제조 공정(예를 들어, 용융 용기)에서 침지된 연소 버너로부터 기원하지 않는다.

[0073] 가습 가스의 평균 산소(O₂) 함량은 기포들로부터 산소의 외부 확산이 없음을 보장하도록 기포들 내의 산소 함량 이상이어야 한다. 즉, 기포들 외부의 대기에서 산소의 분압은 기포들 내에서의 산소의 분압과 적어도 같아야 한다. 기포들로부터 주변 대기로의 산소의 외부 확산은 기포 수축 및 후속되는 기포 벽 두께를 초래할 수 있다. 두꺼워진 기포 벽들은 기포들이 유리 흐름 내로 재혼입을 허용하기에 충분한 시간 동안 기포 터짐을 연장할 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 가습 가스 내의 산소 분압은 기포 팽창을 보장하기 위해 기포들 내의 산소 분압보다 더 클 수 있다.

[0074] 가습 가스 중의 산소의 평균 산소 함량은, 예를 들어 약 10 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 예를 들어 약 15 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 20 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 30 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 40 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 50 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 60 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 70 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 80 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 80 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 70 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 60 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 50 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 40 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 30 부피%의 범위, 또는 약 10 부피% 내지 약 20 부피%의 범위일 수 있으며, 모든 범위들과 그 사이의 하위 범위들을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 가습 가스는 공기를 포함할 수 있다.

[0075] 일부 실시 예들에서, 계면 활성제로서 수증기의 존재는 기포 벽 내부보다 기포 벽 외부의 낮은 산소 분압의 영향에 대응할 수 있다. 따라서, 기포 벽을 두껍게 하고 기포 지속성을 연장(기포 터짐 지연)시킬 수 있는 기포 수축을 방지하는 것이 목표라는 것을 이해해야 한다. 따라서, 산소 및 수증기의 양은 기포 수축을 방지하기 위해 조정될 수 있으며, 이것은 일부 실시 예들에서, 기포 내부의 산소 분압보다 작은 기포 외부의 산소 분압으로 결과될 수 있다.

[0076] 더 낮은 온도들에서 동작하는 용기들은, 예를 들어 교반 용기, 예를 들어 청징 용기와 같은 보다 높은 동작 온도 용기보다 용기 벽(들)의 과도한 산화 없이 보다 높은 산소 농도들을 견딜 수 있다.

[0077] 가습 가스의 이슬점은 약 41℃ 내지 약 92℃의 범위, 예를 들어 약 60℃ 내지 약 92℃의 범위일 수 있다. 가습 가스의 나머지는 불활성 캐리어 가스 일 수 있다.

[0078] 가습 가스의 유량은 0 내지 약 80 slpm의 범위, 예를 들어 약 10 slpm 내지 약 80 slpm의 범위, 약 20 slpm 내지 약 80 slpm의 범위, 약 30 slpm 내지 약 80 slpm 범위, 예컨대 약 40 slpm 내지 약 80 scfm 범위, 약 50 slpm 내지 약 80 slpm 범위, 약 60 slpm 내지 약 80 slpm 범위, 약 70 slpm 내지 약 80 slpm 범위, 약 10 slpm 내지 약 70 slpm 범위, 약 10 slpm 내지 약 60 slpm 범위, 약 10 slpm 내지 약 50 slpm 범위, 약 10 slpm 내지 약 40 slpm의 범위, 약 10 slpm 내지 약 30 slpm의 범위, 또는 약 10 slpm 내지 약 20 slpm의 범위일 수 있다.

[0079] 일부 실시 예들에서, 청징 용기 가스 공급 튜브(86)는 가열될 수 있고, 이에 따라 청징 용기(34)에 공급된 가습 가스를 가열할 수 있다. 예를 들어, 청징 용기 가스 공급 튜브(86) 및 이에 의한 가습 가스(88)는 외부 전기 저항 가열 요소(들)(92)와 같은 하나 이상의 가열 요소들에 의해 가열될 수 있지만, 추가적인 실시 예들에서, 청징 용기 가스 공급 튜브(86)는 청징 용기 가열 방법과 유사한 방식으로 상기 청징 용기 가스 공급 튜브 내에 직접 전류를 설정함으로써 가열될 수 있다. 예를 들어, 청징 용기 가스 공급 튜브(86)는 청징 용기(34)와 관련하여 기술된 바와 같이 전력 공급원과 전기적으로 연통하는 하나 이상의 플랜지들을 포함할 수 있다.

[0080] 도 4는 용융 유리(28)(도시되지 않음)의 자유 표면(66) 위의 청징 용기(34)의 벽(100)을 관통하는 것으로 도시된 예시적인 청징 용기 가스 공급 튜브(86)의 단면도이다. 청징 용기 가스 공급 튜브(86)는 청징 용기 가스 공급 튜브가 청징 용기 벽(100)을 관통하는 강화 슬리브(102)를 통해 연장되는 것으로 도시되어 있다. 또한, 강화 플레이트들(104)은 강화 슬리브(102)를 둘러싸고, 청징 용기 벽(100)의 위와 아래에 위치하며, 그것에 부착된 것으로 도시되어 있다. 강화 플레이트들(104), 강화 슬리브(102) 및 청징 용기 벽(100)은, 예를 들어 용접에 의해 서로 부착될 수 있다. 예를 들어, 강화 플레이트들(104)는 청징 용기 벽(100) 및 강화 슬리브(102)에 용접될 수 있다. 또한, 실시 예들에서, 강화 슬리브(102)는 청징 용기 가스 공급 튜브(86)에 용접될 수 있다. 강화 플레이트들(104) 및 강화 슬리브(102)는, 상기 청징 용기 가스 공급 튜브가 상기 청징 용기를 관통하는 상기 청징 용기 벽에 그리고 상기 청징 용기 가스 공급 튜브(86)에 추가적인 두께를 제공하며, 모두가 백금 합금의 얇은 시트들로 형성될 수 있고, 시스템의 초기 가열 동안 금속이 팽창함에 따라 쉽게 변형될 수 있기 때문이다.

[0081] 청징 용기 가스 공급 튜브(86)는 폐쇄된 바닥(106), 및 청징 용기 가스 공급 튜브의 바닥 근처에서 청징 용기 가스 공급 튜브의 측벽 상에 위치되고 그리고 가습 가스가 청징 용기(34) 내에서 용융 유리의 유동 방향(110)과 실질적으로 평행한 방향으로 상기 청징 용기 가스 공급 튜브로부터 배출되도록 안내된(예를 들어, 하류 방향으로 안내된) 배기 포트(108)를 포함한다. 가습 가스 및 용융 유리의 실질적으로 평행한 유동은 가스 공급 튜브로부터 용융 유리의 표면상으로 배출되는 가습 가스의 직접 충돌 및 후속되는 용융 유리 표면의 냉각을 최소화하거나 제거한다. 이러한 냉각은 용융 유리에서 점도 불균일을 야기하여 최종 제품에서 결함들로 나타날 수 있다. 또한, 측면-포트된(side-ported) 청징 용기 가스 공급 튜브는 예컨대 쉽게 휘발되는 붕소와 같은 유리 성분과 같은, 응축물들이 배기 포트에 축적되고 결국 용융 유리 아래로 떨어질 가능성을 감소시킨다.

[0082] 일부 실시 예들에서, 혼합 장치(36)는 대안적으로 또는 청징 용기(34)에 부가하여 가습 가스를 공급받을 수 있다. 도 5는 예시적인 혼합 장치(36)의 단면도이다. 혼합 장치(36)는 교반 용기(200), 예를 들어 교반 용기, 및 교반 용기(200) 위에 위치된 교반 용기 커버(202)를 포함한다. 혼합 장치(36)는 교반 용기 내부에 회전 가능하게 장착된 교반기(204)를 더 포함하며, 교반기(204)는 교반 용기 커버(202)를 통해 연장되는 샤프트(206) 및 샤프트(206)로부터 연장되는 복수의 혼합 블레이드들(208)을 포함하며, 교반기(204)의 적어도 일부는 용융 유리(28)에 침지된다. 샤프트(206)는, 예를 들어 상기 교반기를 회전시키는 데 사용되는 체인 또는 기어 구동 장치에 의해 모터(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 도 5에 도시된 실시 예에서, 각각 화살표들 210 및 212로 나타낸 바와 같이, 용융 유리는 도관(38)을 통해 교반 용기(200)로 들어가고, 회전하는 교반기의 혼합 블레이드들을 통해 아래로 흐르고, 도관(46)을 통해 나간다. 자유 용적(214)은 용융 유리(28)의 자유 표면(216)과 용기 커버(202) 사이에 위치되고 유지될 수 있다.

[0083] 혼합 장치(36)는 교반 용기 가스 공급 튜브(218) 및 선택적인 교반 용기 배기 튜브(220)를 추가로 포함할 수 있다. 실시 예들에서, 만약 존재한다면, 교반 용기 가스 공급 튜브(218) 및 교반 용기 배기 튜브(220) 중 하나 또는 둘 모두는 교반 용기 커버(202)를 통해 연장되고 자유 표면(216) 위의 자유 용적(214) 내로 개방되도록 배열될 수 있다. 가습 가스(222)는 교반 용기 가스 공급 튜브(218)를 통해 교반 용기(200) 내에서 자유 표면(216) 위의 자유 용적(214) 내로 주입될 수 있다. 가습 가스(222)는 적어도 산소와 혼합된 수증기를 포함한다. 청징 용기와 마찬가지로, 기포들 외부의 대기 중의 산소 분압은, 일부 실시 예들에서, 기포들 내의 산소 분압과 적어도 동일할 수 있으며, 일부 실시 예들에서는 가습 가스 내의 산소 분압은 기포 팽창을 보장하기 위해 기포들 내의 산소 분압보다 더 클 수 있지만, 다른 추가 실시 예들에서는, 수증기의 존재는 기포 수축이 발생하지 않는 한, 기포들 내부의 산소 분압보다 낮은 기포들 외부의 산소 분압에 대해 허용 오차를 초래할 수 있다.

[0084] 따라서, 교반 용기에 제공된 가습 가스의 평균 산소 함량은 약 10 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 예를 들어 약 15 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 20 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 30 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 40 내지 약 90 부피%의 범위, 약 50 내지 약 90 부피%의 범위, 약 60 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 70 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 80 부피% 내지 약 90 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 80 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 70 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 60 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 50 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 40 부피%의 범위, 약 10 부피% 내지 약 30 부피%의 범위, 또는 약 10 부피% 내지 약 20 부피%의 범위일 수 있으며, 모든 범위들 및 그들 사이의 하부-범위들을 포함한다. 가습 가스의 이슬점은 약 41℃ 내지 약 92℃의 범위, 예를 들어 약 60℃ 내지 약 92℃의 범위일 수 있다. 가습 가스의 나머지는 불활성 캐리어 가스, 예를 들어 질소, 또는 임의의 희가스들 또는 그들의 조합들일 수 있다.

[0085] 가습 가스(222)의 유량은 0보다 더 큰 내지 약 80 slpm의 범위, 예를 들어 약 10 slpm 내지 약 80 slpm의 범위, 약 20 slpm 내지 약 80 slpm의 범위, 약 30 slpm 내지 약 80 slpm 범위, 예컨대 약 40 slpm 내지 약 80 scfm 범위, 약 50 slpm 내지 약 80 slpm 범위, 약 60 slpm 내지 약 80 slpm 범위, 약 70 slpm 내지 약 80 slpm 범위, 약 10 slpm 내지 약 70 slpm 범위, 약 10 slpm 내지 약 60 slpm 범위, 약 10 slpm 내지 약 50 slpm 범위, 약 10 slpm 내지 약 40 slpm 범위, 약 10 slpm 내지 약 30 slpm 범위, 또는 약 10 slpm 내지 약 20 slpm 범위일 수 있다. 자유 표면(216) 위의 교반 용기(200)의 자유 용적(214) 내의 가스는 화살표 224로 표시된 바와 같이 교반 용기 배기 튜브(220)를 통해 배기될 수 있다.

[0086] 비록 청징제가 교반 용기에 있는 동안 상당한 산소 기포들을 제공할 것 같지는 않지만, 기포들이, 예를 들어 용융 용기 내로부터 기원하는 기포들 또는 심지어 청징 공정 동안에 재혼입된 기포들, 여전히 교반 용기 내에서 용융 유리의 표면으로 상승할 수 있음에 유의해야 한다. 또한, 붕소와 같은 특정 유리 성분들의 휘발은 여전히 교반 용기 내에서 발생할 수 있다.

[0087] 실시 예들에서, 교반 용기 가스 공급 튜브(218)는 가열되어 교반 용기(200)에 공급된 가습 가스를 가열할 수 있다. 예를 들어, 교반 용기 가스 공급 튜브(218) 및 이에 의한 가습 가스(222)는 외부 전기 저항 가열 요소(들)(226)과 같은 하나 이상의 가열 요소들에 의해 가열될 수 있으며, 추가 실시 예들에서, 교반 용기 가스 공급 튜브(218)는 교반 용기 가스 공급 튜브 내에 직접적으로 전류를 설정함으로써 가열될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 만약 존재한다면, 교반 용기 배기 튜브(220)는, 예를 들어 외부 전기 저항 가열 요소(들)(228)와 같은 하나 이상의 가열 요소들에 의해 가열될 수 있으며, 추가 실시 예들에서 교반 용기 배기 튜브(220)는 교반 용기 배기 튜브 내에 직접적으로 전류를 설정함으로써 가열될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 교반 용기 배기 튜브가 필요하지 않을 수 있으며, 여기서 배기는, 예를 들어 교반 용기 커버(202)와 교반 용기(200) 사이의 누출을 통해 얻어진다.

[0088] 도 6은 다양한 초기 기포 가스들 및 커버 가스들(여기서, 상기 기포 가스는 기포들 내에 함유된 가스를 나타내며, 상기 커버 가스는 자유 용적, 예를 들어 자유 용적(64 및/또는 214) 내에 포함된 가스를 나타냄)을 가지고, 약 1550℃에서 용융된 Corning Eagle® XG® 유리에 형성된 기포들에 대해 측정된 터짐 시간들의 차트이다. 규칙적 배수를 가정한 계산들에 기초하여, 모든 기포들은 이론상 터짐 시간을 초과했다. 다이아몬드들로 표시된 가습 연소 커버 대기에서 O₂ 기포들이 가장 빠르게 터졌으며, 삼각형들로 표시된 실험실 공기 커버 가스로 증기를 사용하여 분사된 기포들이 이어지고, 사각형으로 표시된 실험실 공기 커버 가스에 실험실 공기를 사용하여 분사된 기포들이 이어졌다. X들은 규칙적 배수를 가정할 때 이론상 터짐 시간을 나타낸다. 상기 데이터는 기포 가스 또는 커버 가스 중의 어느 하나로부터 기포 막에서의 물의 존재가 기포 터짐 시간들에 영향을 미치는 것으로 나타난다는 것을 보여준다.

[0089] 도 7은 가습 대기(원들) 및 건조(가습되지 않은) 대기 모두에 대한 기포 직경의 함수로서 기포 터짐 시간(제거 시간)의 플롯이다. 이 데이터는 기포들을 둘러싼 대기의 가습의 결과로서 기포 수명에서 현저한 감소를 보여준다. 용융 공정 동안 형성된 기포들을 갖는, 석영 도가니에서 유리 용융이 수행되었다. 알루미나 튜브를 통해 건조 공기 및 가습 공기 모두가 도가니 내로 유입되었다. 석영 도가니를 고온 관찰 로에 수직으로 적재하고, 유리 용융물 상에 수집된 기포들의 인-시튜(in-situ) 관찰이 석영 도가니에 인접하여 설치된 카메라를 통해 수행되었다. 기포들(직경 > 1,000㎛을 갖는)의 대부분이 1,600℃에서 석영 도가니의 내구성이 약 2시간이라는 이유로 140분 이내에 제거될 수 없었기 때문에 플롯에 표시된 1,000㎛ 위의 기포들(건조 조건)은 적었다. 2시간 후 도가니는 변형되어 결정화되기 시작했다. 용융 유리는 Corning® XG®의 용융물이었다. 건조한 공기의 이슬점은 0℃이고, 반면에 가습 공기의 이슬점은 60℃였다.

[0090] 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시의 실시 예들에 대해 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 전술한 설명은 청징 용기 및 교반 용기를 중심으로 하지만, 본 명세서에 기술된 원리들은 자유 표면을 갖는 용융 유리를 포함하는 다른 용기들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 개시는 첨부된 청구항들 및 그들의 등가물들의 범위 내에 제공된 그러한 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (46)

1. 용융 유리 내의 기포 수명 감소 방법으로서,
   전기적으로-부스팅된 용융 용기 내에 용융 유리를 형성하는 단계;
   상기 용융 용기의 하류 용기를 통하여 상기 용융 유리를 안내하는(directing) 단계로서, 상기 하류 용기는 상기 하류 용기 내의 상기 용융 유리의 자유 표면 위에 자유 용적(free volume)을 함유하는, 상기 안내하는 단계; 및
   상기 자유 용적으로 가습 가스를 유동시키는 단계;를 포함하며,
   상기 가습 가스는 10 부피% 이상의 O₂ 및 41℃ 내지 92℃의 범위 내의 이슬점을 포함하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하류 용기의 벽은 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 가습 가스의 유량은 0보다 크고 80 slpm 이하인 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 하류 용기 내의 상기 용융 유리의 온도는 1300℃ 내지 1720℃의 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 가습 가스를 상기 하류 용기로 유동시키는 단계 이전에 상기 가습 가스를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 용융 유리 내의 기포 수명 감소 방법으로서,
   전기적으로-부스팅된 용융 용기 내에 용융 유리를 형성하는 단계;
   상기 용융 용기의 하류 용기를 통하여 상기 용융 유리를 유동시키는 단계로서, 상기 하류 용기는 상기 용융 유리의 자유 표면과 상기 하류 용기 내의 상부 사이에 자유 용적을 함유하며, 상기 용융 유리는 상기 자유 표면 상에 단일 기포 깊이보다 더 크지 않은 기포층을 포함하는, 상기 유동시키는 단계; 및
   상기 자유 용적으로 10 부피% 이상의 O₂ 및 41℃ 내지 92℃의 범위 내의 이슬점을 포함하는 가습 가스를 유동시키는 단계;
   를 포함하는 방법.
10. 삭제
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 가습 가스의 유량은 0보다 크고 80 slpm 이하인 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 삭제
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 하류 용기 내의 상기 용융 유리의 온도는 1300℃ 내지 1720℃의 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 청구항 9에 있어서,
    상기 가습 가스는 연소에 의해 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 방법.
15. 청구항 9, 11, 13, 14 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 유리를 성형 몸체로 안내하는 단계 및 상기 용융 유리를 리본으로서 상기 성형 몸체로부터 인발하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
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