TW201033146A - Method for homogenizing a glass melt - Google Patents

Description

201033146 六、發明說明： - 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於將玻璃溶融物均勻化之方法。更特別地 ，本發明係關於在燒結處理過程中將熔融玻璃材料中雜質 減為最低之方法。 【先前技術】 成形玻璃通常被視為是一種相當惰性的材料。的確， ❿基於此原因在廣泛各種不同產業裡通常會利用玻璃容器作 為容器。然而，在玻璃製造的過程中，熔融玻璃是在極高溫 度(在-些情況下會超過16〇〇。〇下載送。在這種高溫下， 溶融玻璃可具有相當的雜性，因此需要錄傳輸及容裝 的抗腐蝕系統。此腐蝕性可導致容器材料失效。因此之故 ，多數用於熔融玻璃的容裝和傳送系統是仰賴於由耐熱性 材料所建構的容器。一項該容器為攪拌室。 在典型的玻璃製造裡，玻璃先質，或批次材料，在烘箱 參中被組合且熔融以構成熔融玻璃（"熔融物”）。流自於該批 次稼融儲槽或其他容器的玻璃流在折射率上可於任何給定 時間處縱向或橫向地改變。縱向變異一般說來是肇因於批 次及熔融條件上的變化；而橫向變異則通常是源自於溶融 玻璃組成_揮發以熔融舞耐雛的脑或侵紙 並且是以索紋或溝紋的形式呈現。 ， ^變異的出現在許多麵之玻翻具生產健上並無特 疋的顯著性。獨，當峨:融岐針職科或其他光學目 的所設計的玻璃時，㈣灿齡視為是—項主要重點其 3

I 201033146 並因而掌控所獲器具的商業可行性;並且降 低或大㈣除變異會變為不僅是所期望者，同時若欲以生 產令人滿意的ϋ具，脚其巾在—_ 值或變異性程魏夠轉在所欲容騎之内。折射羊均 度内 藉由謹慎控制批次組成份，並連同維護大致固定的熔 融條件，即可騎鮮_向變雜持在姆狹窄的容忍 録儀均值化或攪拌製騎能大幅耻玻璃裡出現 胃的索紋或溝紋。 在攪拌製造的過程中，該授拌裝置授拌該熔融玻璃並 且將該纽㈣絲細線，朗帛未··化至該溶融物 内的索紋擁有無具影響性的大小為止。 ，正如-玄玻璃製作製造裡的其他溶融玻璃載送部份，攪 拌裝置尤其是旋轉攪拌通常是由能夠承受該熔融玻璃之高 溫，腐姓環境的耐熱性金屬所建構。通常是針對應用項目 ❿所選定的耐熱性金屬-般說來可為麵或始錄合金。 玻璃攪拌室裡的揮發性氧化物可為由出現在該玻璃以 及該授拌室_元雜形成。多數簡發性及傷害性氧化 物中有-部份是由Pt，As，Sb，Β及Sn所構成。玻璃溶融物内 之可凝結氧化物的主要來源包含對於⑽2的熱絲面以 及對於B2〇3, As4〇6, SbA及Sn〇2的玻璃自由表面。此玻璃 自由表面是指在該餅室裡暴露於大氣的玻璃表面。由於 位在該玻璃自由表面上方的大氣且此大氣可能含有任何 或所有刚揭或疋其他的揮發性材料較該擾拌室外部的大氣 201033146 為熱，因此會a齡在該自由玻縣面上方社氣透過任 何開時是經由勝轉與餅室航岐雜空間朝上 μ動的自财貞向。因為該撥拌室軸桿會隨^該1¾拌轴桿與 該玻璃自由表面之間的距離增加變得較冷，因此，若該軸桿 及/或覆蓋溫度低於該等氧化物的凝結點則該攪拌室大氣 内所含之揮發性氧化物將會凝結在該軸桿的表面上。當所 獲凝結物達到關鍵大小時，該等即可能破裂並落入該玻璃 内，並且在玻璃產品裡造成雜質或泡狀缺陷。 ®【發明内容】 本發明揭示一種用以均質化熔融玻璃材料的方法及裝 置。 在一項實施例裡揭示一種用於均質化熔融材料的裝置 ，其中包含攪拌容器，此者係用以在該容器的蓄池内承受熔 融材料，可旋轉攪拌器，此者係經設置於該攪拌容器内，該 攪拌器包含軸桿，朝上凹入並自該軸桿朝外延伸且與其相 φ 耦接的捕捉器，而其中該捕捉器包含上方第一表面及下方 第二表面，並且其中該下方表面的至少一部份係接觸於該 熔融材料的蓄池，同時該上方表面係朝離於該熔融材料的 蓄池。 在另一項實施例裡說明一種用於均質化熔融材料的方

I 法’其中包含令熔融玻璃流入容器内，該熔融玻璃包含接觸 於該容器容積内之大氣的自由表面，旋轉延伸進入該熔融 玻璃的軸桿，該轴桿包含與其相耦接的捕捉器，而該捕捉器 具有朝上凹入的形狀;並且其中該捕捉器的至少一部份係

I 201033146 經浸入在該熔融玻璃内而一部份則是暴露於該容器内的 大氣。 經由下列範例性說明以及參考附圖本發明更容易暸解 以及本發明其他目標，特性，詳細情況以及優點將變為更清 楚’任何情況其並不意含限制用途。預期所有這些其他系 統’方法特性以及優點將包含於該說明中，為本發明之範圍 ，以及受到申請專利範圍保護。

【實施方式1 即如本發明中所使用者，所謂"朝上，，及"朝下，，係相對 於重力源（即如地球）而言目此物件的上方局部比起該物 件的下方或底部局部會進—步遠離於該重力源同時朝上 係離於該$力_方向，並且朝上翻向該重力源的方向 因此"亥雜朝上凹入”是指朝上開放(即碗形）的物件 ’而朝下凹人的物件則為圓頂形狀(或上凸）。 園丄顯: / •〃不很據本發明之一項實施例的示範性玻璃製作 f統10。尤其，圖1的具體實施例為用於經由熔融製造以 製造玻璃片的系統。該溶融製造可為例如由Dockerty之 ，國專利第3,咖，696號所述者。該玻璃製作系統1〇包含 箱12(熔融器12)，其中饋送材料是按如箭頭14所示 摊1 …入’然好崎轉構成雜融玻璃16;澄清器18; 。見2 2〇 ’碗狀物22;降流管24;注入管件26;及形成裝置28 各種連接管例如炼融器至纖維連接管昶 ’心月器至授拌器連接管32及授拌器至碗狀物連接管料。 該炼融器12及該形成裳置28雖概為例如由陶曼耐熱性 6 201033146 材料所構成，然對於該熔融器而言為氧化鋁方塊，該系統的 - 大部份係由能夠承受極高溫度以及該熔融玻璃之腐蝕環境 的金屬所構成。例如，熔融器12與形成裝置28之間的大部 份系統，包含澄清器18,攪拌室20,碗狀物22,降流管24,注 入管件26及連接管30, 32及34,整體或至少絕大部份是由抗 高溫(耐熱性)金屬所構成。其一特別有效的金屬為鉑，然 而始通常會與其他像是錢的耐熱性金屬合金化。不過，亦 可運用其他耐熱性金屬，尤其是其他的鉑群金屬（釕，铑，鈀 ，鐵及銥）或其等的合金。玻璃製作系統的此一部份通常是 稱為鉑質系統，因為在其建構中運用到高百分比的鉑（或鉑 合金）之故。 根據本發明，玻璃構成先質材料多為金屬氧化物，一般 稱為批次材料或簡稱為”批料"，並且饋送至熔融器12,而在 此將加熱且予以熔融以構成高溫相當低黏度的液體。當冷 卻後’此液體將形成固體無機性玻璃。為進一步討論之目 的，將會使用所謂π熔融玻璃”以表示熔融玻璃先質至無機 _性固體玻璃。 在熔融製造的過程中，會在各種批次組成份之間出現 化學反應’如此產生一些包含仏以^和S02在内的氣體而在 熔融玻璃中構成氣泡或"種粒”。若未予移除，這些種粒就 - 會城在所完成的朗物品裡。有些玻璃的顧項目雖確 - 能容忍種粒，然其他像是顯示器產業則會對於種粒的出現 具有高度敏感性。故而大幅致力於自熔融玻璃（又稱為"炼 融物）消除種粒。自熔融物中移除種粒的步驟稱為澄清， 7 201033146 並且通常是在澄清器18中進行。典型的澄清製造牽涉到將 熔融物加熱至高溫爾是超魏龜度，於此—些稱為澄 清介質的批次材料就會釋放出氧。適當的澄清介質包含碎 ，録及錫。一種或多種澄清介質釋放出大量的氧以產生龐 祕結合馳彳_朗，_將氣體推升 至炼融物的表面並且在此消散而離開熔融物。 ❹ 一旦溶融玻璃既經澄清後，即流入擾拌室20。自前文 2早討論可瞭解到炼融製造可能會將不欲氣體引入至熔融 物内。此外，熔融處理可能會在_物中產生非均質性。 並非均.，並且可能含核成襲性而展現 =獲玻璃裡的折射率變異，而這可能會在完成產品中以 先子扭曲的方式顯現。並且，索紋與熔融物其餘部份之間 的^度-減差異可齡麵完鼓雜導朗部性的表 面擾動。這些組成性變異通常稱為索紋。為消除索紋熔 ==搜拌室⑼内藉由錢拌室進行拉伸及徹底混和 如圖2所最佳顯示，勝室2G含有注人口 3Q 32。在所示具體實關裡，紐__ 入麟室内即如箭頭34所示，並且經由 °；出 且大致為垂直指向。最好，授拌室壁板含有 如前文說明其他具備_耐熱（高 I屬金屬匕以及導紐的材料，奴其他的銘 8 201033146 攪拌室20進一步含有攪拌器4〇,此者包含軸桿42以及 多個自軸桿向攪拌室之壁板38所朝外延伸的翼葉或葉片44 - 。軸桿42通常大致為垂直指向並經可旋轉地架置，使得自 軸桿之下方局部延伸的葉片44能夠在獅室内旋轉，並經 ^在炼融玻璃的自由表面46下。熔融玻璃的表面溫度通 ㊉疋在約14〇〇t：到160(TC的範圍内，然可能會按照玻璃組 成份而為較高或較低。攪拌器40最好是由鉑組成，然可為 φ鉑合金，或者經散佈強化的鉑或鉑合金（即如經氧化锆強化 的麵合金）。在-些具體實施例裡授拌器4〇是由鋼或觸 第-材料所構成，然後再予覆蓋以高溫金屬，像是含有始的 金屬。攪拌器40可由適當驅動器所旋轉。例如，勝器4〇 可為經由適當齒輪而由電氣馬達(未傾示)，或是皮帶驅 動器所旌鏟。 >攪拌室2G可為由槽室蓋48所覆蓋。槽室蓋仙可為崖 地V駐於魏38上，或者可將—高溫㈣(_)材料設置 在壁板與覆蓋之間，而在任何情況下壁板與覆蓋之間的密 封皆足以防錢體在覆蓋與壁板之間義。觀蓋通常是 距熔融玻璃的自由表面46為2射(5最m)與3英叶(7 ( =)之間，然此距離可視需要而加大。因此，自由空 ==義於髮室覆蓋4δ，授拌室壁板38與玻璃自由肩 槽室蓋4^亦含有通道，攪拌器軸桿42可經 圖2)，而在軸桿42的外邱|^ e 與覆蓋48_部表面之剛 成衣形間隔52。另外，絕緣材料(未予圖示）可經設置於授 201033146 拌室20附近以防止自熔融玻璃的熱損。 由於熔融物可能仍為相當高溫（即如1500。〇,攪拌室 7熔融翻相接觸各種元件通常含树紐金屬，像 是前文所述的銘或勘合金。可能從授拌室或銘系統之上游 兀件消解或侵姓進入熔融物内的銘會在授拌室之覆蓋區域 的較熱關内，像是靠近熔融物自由表面賴拌桿和授摔 至壁板被氧化為氣態pt〇2。而在攪拌室的較冷區域裡像 是在覆蓋與攪拌軸桿間之環狀間隔範圍内的覆蓋及轴桿， 氣態PtG4凝結並且在這絲面上金屬贿結如固體形成 物53(圖4)。然後凝結固體（即如鉑）的片件會脫離並落入 玻璃内，移動經過系統而變成最終產品上的雜質。除麵以 外，玻璃的其他成分也可能會揮發凝結並成為固體雜質。 玻璃也亦受到其他掉落於麟室裡炫融物自由表面上之異 物的影響’包含來自覆蓋的絕緣㈣及用於維護或修理的 手工具。 參 根據本實施例，赫室2〇進-步包含捕捉器54,其一項 實施=可_麵示而如目3所見。敝器54最好是相對 於覆蓋48 ffij為朝上凹入或碗开)（即如相反於圓頂形狀）。亦 即’繪於捕捉器54表面上而自捕捉器之週邊邊緣朝向轴桿 42的想像輻射線概為朝下。捕捉器％可為_截面球形 戴面，其敎合或任何其他概為凹人形狀者。軸桿犯最好 .是1伸穿過捕捉器54的中央，並且捕捉器54最好是設置於 轴柃42上，使得在均質化製造過程中當授摔器被設置在 擾拌室20之内時，捕捉器54的下方表面56接觸於授摔室内 201033146 溶融玻璃的表面。亦即，至少一部份的下方表面56會被浸 .入在縣麵裡。最好，她H 54勢部邊緣並不是完全 •延伸至壁板38,因而至少-部份的自由表面46係開放於容 積50内的大氣(捕捉器54的最大直徑小於容器 部直徑）。 捕捉器54的凹入指向提供額外的強度。此外，朝上開 放的凹入形狀可讓玻璃裡的氣泡能夠沿捕捉器的底部表面 參朝外且朝上行旅至外部邊緣，在此可於炫融玻璃的其餘自 由表面46處自熔融玻璃逸離。 即如圖3所不，捕捉器54亦可含有肋條或加勁條56,藉 以對捕捉器提供強固性和強度。肋條56 好是沿捕捉器54 的上方表Φ 58所設置。絲58亦可經處置以聽捕捉器54 的暴露局部產生氧化及/或揮發。例如，表面58可為對表面 鍍置以玻璃或陶瓷阻隔層60所表面處理，即如第5圖所示。 確實，上方表面58可例如經鍍置以與熔融物相容的玻璃。 φ 捕捉器54的出現可在攪拌室20内提供各種功能。捕捉 器54的出現以及捕捉器在熔融玻璃蓄池之自由表面處的位 置可將熔融玻璃的揮發最小化，藉此減少凝結情況。此外， 攪拌室内之熔融物容積，或蓄池，上方局部裡所產生的液流 (循環）可防止攪拌室内之熔融物容積上方局部的留滯同 •時降低在靠近熔融物自由表面處熔融物去玻作用的風險。 而且，捕捉器54的形狀和指向不僅可用以遮蔽溶融物以防 掉落材料，同時亦可作為一對於掉落材料的儲庫或收集器 。若有必要，可在攪拌室重建的操作過程中自捕捉器擷取 201033146 出掉落材料。 一旦熔融玻璃既經均質化之後，熔融物即流至構成元 件。在像是圖丨所示的熔融製造裡，構成元件28包含在頂部 處開放的管件，因而能夠形成溝槽。管件的側邊包含朝下 坡斜的壁板，壁板係沿所謂抽拉線或根部之直線而於管件 的底部處收斂。熔融玻璃在溝槽的頂部處自管件溢流，並 且流過管件的兩個朝下收斂侧邊。個別液流會在管件之根 ❿部處接合以構成熔融玻璃的單一條帶60,而當自根部下降 時予以冷卻至預定厚度。然後可將條帶切割成稍後用於諸 多應用項目的個別玻璃片，包含用以製造光學顯示器的基 板，光伏裝置（太陽能電池)和固態照明面板。 應強調的是前述本發明實施例，特別是任何"較佳"實 施例僅屬可能的實作範例並僅為清晰瞭解本發明原理所 列述。可對前述本發明具體實施例進行眾多變化及修改， 而不致顯著悖離本發明精神和原理。例如，本發明在此雖 參係按照炼融玻璃製作製造所描述，然本發明原理碟可適用 於其他的玻璃製作系統，包含浮式製造和細縫抽拉製造， 然不限於此。此外，在一些實施例裡，捕捉器54可予延伸因 而外部邊緣55接近壁板38的内部表面，並因此能夠消除覆 蓋48(亦即捕捉器54作為捕捉器以防掉落粒狀物並且作為 授:拌至的覆蓋兩者)，即如圖6所示。所有修改與變化皆係 欲以納入於本發明示與本發明的範疇内並受後載申請專 利範圍所保護。 因而本發明非限制性實施例可包含： 12 201033146 ci: 一種用於均質化熔融材料的裝置其中包含： 勝容器，用以在容器的蓄池内承受炫融材料； 可旋轉授拌器，其設置於攪拌容器内，授拌器包含袖桿； 朝上凹入並自軸桿朝外延伸且與其相輕接的捕捉器； 其中捕捉器包含上方第—表面及下方第二表面，以及 其中下方表面的至少—部份接觸於縣材_蓄池，同時 上方表面由炫融材料的蓄池被導引離開。 C2:依據C1之裝置，其中熔融材料為熔融玻璃。 C3:依據Cl 之裝置，射捕捉器上方表面加以處理以防 止上方表面氧化。 C4:依據C1-C3之裝置，其中捕捉器之上方表面塗覆陶曼或 玻璃阻隔層。 C5:依據Cl -C4之裝置，其中捕捉器包含加勁肋條。 C6:依據C1-C5之裝置，其中捕捉器包含圓錐或球面截面。 C7:依據Cl-C6之裝置，其中捕捉器與熔融材料蓄池之間的 接觸促使在蓄池表面處熔融材料循環。 C8:—種均質化熔融材料的方法，方法包含： 將熔融玻璃流入容器内，熔融玻璃包含接觸於容器容積 内之大氣的自由表面； 旋轉延伸進入熔融玻璃的軸桿，軸桿包含與其相耦接的 捕捉，而捕捉Is具有朝上凹入的形狀·以及 其中捕捉器的至少一部份係浸入在熔融玻璃内以及一部 份暴露於容器内的大氣。 C9:依據C8之方法，其中軸桿以及捕捉器旋轉。 13 201033146 CIO:依據C8-C9之方法，其中捕捉器至少一個表面包含玻璃 或陶瓷阻隔層。 C11:依據C8-C10之方法，其中容器由鉑族屬金屬形成。 C12:依據C8-C11之方法，其中容器由鉑所構成。 C13:依據C8-C12之方法，其中軸桿更進一步包含由其中延 伸出葉片，以及在熔融玻璃内轉動以使熔融玻璃均質化。 【圖式簡單說明】 圖1為依據本發明實施例範例性玻璃製造處理過程之 *斷面圖。 圖2為依據本發明實施例範例性攪拌室之斷面圖。 圖3為依據本發明實施例範例性捕捉器之透視圖。 圖4為形成於圖2攪拌室表面上凝結固體材料之斷面 圖。 圖5為圖2攪拌室之斷面圖，其顯示阻隔層形成於捕捉 器表面上。 φ 圖6為類似圖2攪拌室之攪拌室的斷面圖，但是其中捕 捉器作為熔融玻璃上覆蓋，因而消除分離容器覆蓋之需求。 【主要元件符號說明】 主玻璃製作系統1〇;熔融器12;箭頭14;溶融玻璃i6. 澄清器18;授拌室20;碗狀物22;降流管24;注入管件’ • 26;形成襄置28;連接管3〇,32,34;箭頭36邊板^ 拌器40;轴桿42;葉片44;自由表面46;覆蓋48•容積 5__隔52;_形· 53;捕捉器54;外部邊緣 %下方表面56;加勁條抓；上方表面地阻隔層⑼。

Claims (1)

1. 201033146 七、申請專利範圍 h 於均質倾融材料置，其中包含： 授拌容器，用以在容器的蓄池内承受、熔融材料； 可旋轉攪拌器，其設置於授拌容器内授摔器包含轴桿； 朝上凹入並自軸杯朝外延伸且與其相輕接的捕捉器； 其中捕捉器包含上方第—表面及下方第二表面以及 其中下方表面的至少一部份接觸於溶融材料的蓄池以及上 方表面由熔融材料的蓄池導向離開。 2. 依射請專概圍第丨狀錢其帽㈣上方表面塗 覆陶瓷或玻璃阻隔層。 3. 依財請糊細第丨或2項之裝置，其帽捉器包含圓 錐或球面截面。 4·-種均質化溶融材料的方法，該方法包含： 將溶融玻璃流入容器内溶融玻璃包含接觸於容器容積 内之大氣自由表面； 馨旋轉延伸進入炼融玻璃的軸桿，軸桿包含與其相麵接的 捕捉器，而捕捉器具有朝上凹入的形狀；以及 其中捕捉H的至少-部份係浸人在熔融玻_以及一部 份暴露於容器内的大氣。 5·依據申請專利範圍帛4項之方法，其中轴桿以及捕捉器為 • 旋轉的。 ‘ 6·依據申請專利範圍第4或5項之方法，其中捕捉器包含玻 璃或陶瓷阻隔層塗覆於至少一個表面上。 7.依據申請專利範圍第4或5項之方法，其中容器由始族屬 15 201033146 金屬形成。 8.依據申請專利範圍第4或5項之方法，其中捕捉器與熔融 玻璃之間的接觸促使在自由面處熔融玻璃循環。

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