專利名稱：玻璃制品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃組合物及由其制造的產(chǎn)品，在任何給定批次的玻璃組合物內(nèi)，其在關(guān)鍵性能方面變化很小。
背景技術(shù)：
在玻璃應(yīng)用中，例如液晶板、用于即時(instance)濾光器和光開關(guān)的光通信設(shè)備、記錄介質(zhì)、鹵素和高強(qiáng)度放電(HID)燈等玻璃基片性能的一致性相當(dāng)關(guān)鍵。高能激光系統(tǒng)使用許多大片的光學(xué)性能玻璃，有時要用上千片大尺寸激光玻璃片，對這些片而言，具有一致的光學(xué)性能是必須的。類似于熔融石英組合物，玻璃組合物由一些影響使用該組合物的產(chǎn)品的制造或性能的基本性能來表征，也就是粘度、％透射、OH水平。OH(羥基)對玻璃或石英粘度的影響是眾所周知的。例如，圖I圖解了用多種OH濃度制造的高純石英的粘度曲線。如圖所見，玻璃的粘度隨羥基濃度增加而急劇下降。如果在OH水平方面，玻璃或石英在批與批之間或在同一批中存在變化，那么將導(dǎo)致不一致的可制造性和產(chǎn)品性能。從燈制造者的角度，由于需要對設(shè)備進(jìn)行不希望的且頻繁的調(diào)整以解決玻璃性能上的變化，玻璃性能上的變化會影響高速燈生產(chǎn)線的產(chǎn)量。幾乎所有的弧光放電燈和許多高強(qiáng)度白熾燈，例如鹵鎢燈，發(fā)射對人眼和皮膚可能有害的紫外(UV)輻射。如在美國專利 No. 2，895，839,3, 148，300,3, 848，152,4, 307，315和4，361，779中披露的那樣，燈已經(jīng)發(fā)展為具有發(fā)射被密封在熔融石英透明罩內(nèi)的UV和可見光輻射的光源。美國專利No. 2，221709,5, 569，979,6, 677，260披露了包含UV吸收材料或所謂摻雜劑的熔融石英組合物，以管或棒的形式用于制造燈，例如，作為具有吸收UV輻射性能的燈罩。美國專利公開No. 20040063564A1披露了用于形成信息記錄介質(zhì)用玻璃基片的組合物，該玻璃基片具有期望的性能，如特定的線性熱膨脹系數(shù)、斷裂韌性和預(yù)定的表面硬度。在制造大量玻璃制品例如玻璃纖維的應(yīng)用中，為獲得預(yù)期范圍的性能，如粘度、防潮性能等，玻璃組合物具有一致性同樣是有用的。美國專利公開No. 20020077243A1披露了用于制造微電子凈化室環(huán)境用的玻璃纖維過濾器的組合物。由于構(gòu)成玻璃組合物的原料的體積大，因此在玻璃組合物以及由現(xiàn)有技術(shù)的玻璃組合物制成的產(chǎn)品的性能方面，批與批之間存在很大變化。使玻璃組合物具 有一致的性能，以便由其制造的產(chǎn)品具有一致或在小范圍內(nèi)變化的性能是重要的。此外，一致的性能使制造者得以操作生產(chǎn)線得到高產(chǎn)率和始終如一的優(yōu)良玻璃產(chǎn)品，而對生產(chǎn)線很少或不作調(diào)整。本發(fā)明涉及一種新的玻璃組合物，以及用于制造具有按照標(biāo)準(zhǔn)偏差測定的均一性能的玻璃產(chǎn)品的方法。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及構(gòu)成許多玻璃制品的玻璃組合物，該玻璃組合物包含40到99wt. % SiO2，其中該玻璃組合物具有從600°C到1650°C的軟化溫度范圍，并且其中從一批生產(chǎn)的玻璃制品中隨機(jī)選擇的10個或更多個樣品測得的軟化溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差為10°C或更低。另一方面，本發(fā)明涉及制造玻璃產(chǎn)品的方法，其包括步驟a)形成0.02到0. 50wt. %分散劑和I到25wt. %摻雜劑的初始混合物，該摻雜劑選自金屬氧化物A1203、Ti02、CeO2> Nd2O3、B2O3、BaO> SrO> CaO> MgO> Na20、K2O> Li20、Sb2O3、Y2O3> Co3O4、Cu2O> Cr2O3 及其混合物，其中分散劑是具有50 400m2/gBET和< I U m平均粒度的熱解法(fumed)金屬氧化物山)將初始混合物混入92 99wt. % SiO2中形成石英混合物；c)由該混合物制備 熔融態(tài)玻璃的熔體；以及d)使熔融態(tài)玻璃流過器具形成玻璃產(chǎn)品。在一個實(shí)施方案中，玻璃產(chǎn)品具有管、棒或片的形式。在第二實(shí)施方案中，熱解法金屬氧化物選自二氧化硅或已存在于摻雜劑中的一種金屬氧化物中的至少一種。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種玻璃產(chǎn)品，其包含92 99% wt. % Si02、l到8wt. %選自金屬氧化物 A1203、CeO2> TiO2> Nd203、B203、BaO> SrO> CaO> MgO> Na2O> K2O> Li20、Sb2O3> Y2O3>Co3O4, Cu2O, Cr2O及其混合物的摻雜劑；以及具有50 400m2/g BET和< I y m平均粒度的0. 02到0. 50wt. %熱解法金屬氧化物，其中熱解法金屬氧化物是SiO2或存在于摻雜劑中的一種金屬氧化物，其中由同一批制備的多個制品的粘度顯示低于10°c的標(biāo)準(zhǔn)偏差。


圖I是說明作為OH濃度函數(shù)的高純石英玻璃的粘度變化圖。圖2是由本發(fā)明一個實(shí)施方案的玻璃組合物制成的燈罩，也就是在右側(cè)的2個金屬絲燈，與2個由現(xiàn)有技術(shù)的玻璃組合物制成的燈罩(在左側(cè)的燈)的對比照片。圖3是比較本發(fā)明由同一批制成的玻璃產(chǎn)品的樣品與由現(xiàn)有技術(shù)的組合物制成的玻璃產(chǎn)品的樣品的UV透射數(shù)據(jù)變化的圖。圖4是比較本發(fā)明由同一批制成的玻璃產(chǎn)品的樣品與現(xiàn)有技術(shù)中可購買的玻璃產(chǎn)品的樣品，在200 800nm范圍內(nèi)UV透射數(shù)據(jù)變化的圖。圖5是比較本發(fā)明玻璃組合物的一個實(shí)施方案與現(xiàn)有技術(shù)中可購買的玻璃產(chǎn)品的參照樣品的平均OH濃度和標(biāo)準(zhǔn)偏差的圖。圖6是具體地比較由本發(fā)明一個實(shí)施方案的玻璃組合物制成的玻璃“圓盤”與由現(xiàn)有技術(shù)中的玻璃組合物制成的玻璃圓盤關(guān)于透明度(或者通過玻璃的透射)的照片。
具體實(shí)施例方式如同此處所用，可運(yùn)用近似的術(shù)語修飾任何可變但不會導(dǎo)致其所涉及的基本功能改變的定量表述。因此，在一些情況下，由一個或幾個術(shù)語例如“大約”和“基本上”修飾的數(shù)值，不限于給定的精確值。
本文所用的術(shù)語“功能化”可以與“表面功能化”、“功能化表面”、“涂覆”、“表面處
理”或“處理”相互交換使用，指用本發(fā)明的分散劑涂布二氧化硅和摻雜劑組分。如同此處所用，“涂布劑”與“分散”劑相互交換使用。盡管該術(shù)語可以用于表示不同材料(不同二氧化硅濃度)的組合物或制品，但本文所用的術(shù)語“玻璃”可與“石英玻璃”或“石英”或“熔融石英”相互交替使用，指通過熔融包含天然或合成砂(二氧化硅)的混合物而形成的組合物、部件、產(chǎn)品或制品。天然或合成砂可以單獨(dú)或同時用于本發(fā)明的組合物中，用來表示組合物的術(shù)語包括天然形成的結(jié)晶二氧化硅例如砂/巖石或合成得到的二氧化硅，或二者的混合物。術(shù)語“砂”可與二氧化硅相互交替使用，表示天然砂或合成砂，或二者的混合物。當(dāng)應(yīng)用于供制造本發(fā)明的玻璃產(chǎn)品的分批法時，本文所用術(shù)語“批”(lot)指按砂和其它添加劑的整個組合物至少IOOkg的單批砂料制造的玻璃制品。當(dāng)應(yīng)用于制造玻璃產(chǎn)品的連續(xù)法時，術(shù)語“批”指由一個工藝連續(xù)生產(chǎn)的具有至少IOOkg總重量的玻璃制品。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及通過使用至少一種幫助一種或多種摻雜劑粘附在砂粒上的分散劑/涂布劑，在由同一批組合物形成的制品例如玻璃纖維、管、棒、片、板等的性能方面具有最小變化的玻璃組合物。分散劑使在同一批內(nèi)的組合物的均一性最大化，以致在如粘度、OH—等性能方面，由同一批制造的制品或部件具有最小的變化。其后，由本發(fā)明組合物制成的在性能上具有最小變化的制品可以熔化、拉制、成型或修整為最終的玻璃產(chǎn)品。砂組分:根據(jù)最終應(yīng)用，砂(SiO2)原料可以是合成砂、天然砂或其混合物。在一個實(shí)施方案中，SiO2的量從40到75%變化。在第二實(shí)施方案中，該量為從70到95wt. %。在第三實(shí)施方案中，玻璃包含具有至少90wt. %含量SiO2的透光、玻璃質(zhì)組合物。在具有高熔點(diǎn)石英組合物的第四實(shí)施方案中，使用至少95wt. % SiO2。在第五實(shí)施方案中，SiO2的數(shù)量從40到99%變化。分散劑組分:在一個實(shí)施方案中，該試劑為選自氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、二氧化鈰、氧化釹和其混合物的熱解法金屬氧化物，具有50m2/g到IOOOmVg的BET值和低于25微米的粒度。用本領(lǐng)域已知的方法生產(chǎn)熱解法金屬氧化物，在一個例子中，適合的原料蒸汽(例如用于熱解法二氧化硅的四氯化硅)在氫和氧的火焰中水解。金屬氧化物的表面積可由S. Brunauer, P H. Emmet 和 I. Teller, J. Am. ChemicalSociety, Volume 60，309頁(1938)的并通常稱為BET的氮吸附方法測定。在一個實(shí)施方案中，分散劑具有100m2/g到約400m2/g的BET。在第二實(shí)施方案中，熱解法金屬氧化物分散劑具有15 y m或更小的平均粒徑。在第三實(shí)施方案中，熱解法金屬氧化物具有低于I. 0 y m的平均粒徑。在第四實(shí)施方案中，熱解法金屬氧化物具有0. I 0.5 的平均粒徑和50m2/g 到 IOOmVg 的 BET 值。以0. 02到0. 50wt. % (基于最終玻璃組合物的總重)的量，將分散劑添加到玻璃組合物中。在一個實(shí)施方案中，以0. 04到0. 30wt. %的量，將分散劑添加到砂混合物中。在第二實(shí)施方案中，以0. 05到0. 15wt. %。在第三實(shí)施方案中，以0. 05到0. IOwt. %。在一個實(shí)施方案中，將它同摻雜劑一起直接添加到玻璃組合物中。在第二實(shí)施方案中，將它與至少一種摻雜劑或部分摻雜劑預(yù)混合，形成母料，隨后將母料添加到砂混合物中。在第三實(shí)施方案中，分散劑與部分或全部選定的摻雜劑混合，形成母料，母料隨后添加、到砂混合物和其它摻雜劑中。在第四實(shí)施方案中，分散劑與全部或一些選定的摻雜劑以及一些砂混合，形成母料，隨后將母料添加到最終砂混合物中。在一個實(shí)施方案中，分散劑是未處理的熱解法二氧化硅。在第二實(shí)施方案中，其中用Al2O3作摻雜劑，分散劑為熱解法氧化鋁。在第三實(shí)施方案中，其中添加CeO2作為摻雜齊U，用熱解法氧化鈰作分散劑。在第四實(shí)施方案中，其中所用摻雜劑中的一種是Nd2O3，用熱解法氧化釹和熱解法二氧化硅的混合物作分散劑。在又一個實(shí)施方案中，不管用什么摻雜齊U，分散劑選自對玻璃產(chǎn)品的性能具有很小負(fù)面影響的熱解法金屬氧化物，也就是，熱解法氧化招、二氧化娃、二氧化鈦、二氧化鋪、氧化釹和其混合物。摻雜劑組分:根據(jù)最終應(yīng)用和期望的性能，例如高強(qiáng)度放電燈、鹵鎢燈、汽車玻璃窗、光學(xué)透鏡等，可向基礎(chǔ)硅酸鹽或硼硅酸鹽玻璃中添加許多不同的摻雜劑和其混合物。摻雜劑的例子包括但不限于本領(lǐng)域已知的金屬、金屬氧化物和堿金屬氧化物，每種摻雜劑的 量為 0. I 25wt. %。在一個實(shí)施方案中，將摻雜劑添加到玻璃中，改變它的顏色和其透射特性。在第二實(shí)施方案中，摻雜劑的總量在0. I到IOwt. %的范圍內(nèi)。在第三實(shí)施方案中，每一摻雜劑從0. I到8wt. %變化。在第三實(shí)施方案中，每一摻雜劑從0. I到5wt. %變化。在一個實(shí)施方案中，摻雜劑是氧化釹Nd203。像其它稀土兀素一樣,釹作為著色劑早已為人熟知，它具有遍布可見和不可見區(qū)域的吸收光譜，幾乎不改變地透射至基礎(chǔ)化合物如玻璃。釹吸收在介于約568和590nm之間的可見光譜的黃色區(qū)域的光。結(jié)果，通過含釹玻璃的光增強(qiáng)周圍環(huán)境中的紅綠色調(diào)。此外，在霧天，含釹玻璃提高可見度。在第二實(shí)施方案中，摻雜劑是氧化硼B(yǎng)203。可小心調(diào)整B2O3的量以給予玻璃足夠低的粘度，使其易于熔融，而不增加玻璃的膨脹。在第三實(shí)施方案中，在用于具有低膨脹系數(shù)和較低軟化溫度的玻璃的硼硅酸鹽組合物(Si02+B203)中，摻雜劑是堿金屬氧化物，例如Na2O, K2O或Al2O3或其混合物。在第四實(shí)施方案中，摻雜劑是0. I 5wt. %量的CeO2。鈰是唯一一種吸收UV輻射而在光譜可見區(qū)沒有吸收的稀土元素。在第五實(shí)施方案中，可以添加鈦或氧化鈦，其中鈦的添加有時產(chǎn)生黃棕色玻璃。在第六實(shí)施方案中，摻雜劑包括氧化銪Eu2O3自身，或者與其它摻雜劑如TiO2和CeO2的組合。在第七實(shí)施方案中，可以添加摻雜劑如CaO和/或氧化鎂MgO,以賦予組合物穩(wěn)定性。在含95 99. 9wt. % SiO2并且排除分散劑的玻璃組合物的一個實(shí)施方案中，按從0. I到5wt. %變化的Al2O3量和其它雜質(zhì)不超過150ppm(總量)的量添加摻雜劑。在第二實(shí)施方案中，該組合物包含95 99. 9wt. % SiO2、作為摻雜劑的0. I到5wt. % A1203、0. I到400ppm鈦(元素)、0. I到4000鋪(以元素或CeO2形式),以及不超過150ppm(總量)的其它雜質(zhì)。在第三實(shí)施方案中，該組合物包含95 99. 9wt. % SiO2,0. I到5wt. % Al2O3摻雜劑、0. I到400ppm鈦(元素),0. I到4000鈰(以元素或CeO2形式)、0. 01到2wt. % Nd2O3,以及不超過150ppm(總量)的其它雜質(zhì)。在又一個實(shí)施方案中，除了分散劑，用作鹵鎢燈和其它高溫?zé)魺粽值慕M合物主要由 90. 5 95. 7wt. % Si02、2. 8 3. Owt. % B203、0. 7 I. 7wt. % A1203、0. 4 4. 5wt. %Nd2O3和0. I lwt. % CeO2組成。在制造鹵燈燈罩的又一個實(shí)施方案中，除了分散劑，組合物主要由 55 66wt. % Si02、0 13wt. % B2O3'14 18wt. % A1203、0 13wt. % BaO,0 4wt. % SrO>0 13wt. % CaO>0 8wt. % Mg0、0. 4 4. 5wt. % Nd2O3 和 0. I lwt. %CeO2組成。在用于密封光束白熾前燈的玻璃組合物的另一實(shí)施方案中，除了分散劑，組合物主要由 64 85wt. % SiO2Ul 28wt. % B20、0. 5 8. 5wt. % A1203、0 3. 5wt. % BaO,
0 I. 5wt. % Ca0、0 I. 5wt. % Na20、0 9. 5wt. % K20、0 I. 5wt. % Li20、0 I. 5wt. %Sb2O3>0. 4 4. 5wt. % Nd2O3 和 0. I lwt. % CeO2 組成。在吸收560 620nm范圍內(nèi)紅光的玻璃組合物的一個實(shí)施方案中，除了添加的分散劑的量，組合物包含95 110重量份Si02、0. 5到I. 2重量份Ce02、0. 5到2. 5重量份Nd203、0. I到I重量份Al2O3、任選地0. 001到0. I重量份Eu203、0. 001到0. I重量份TiO2'0. 001到0. 5重量份BaO。在用于制造凈化室HEPA和ULPA過濾器的玻璃組合物的一個實(shí)施方案中，除了作為分散劑的0.05至0. IOwt. %量的熱解法氧化硅，該組合物包含< lwt. %硼、5. 5 18wt. %氧化鋇、10 14. 5wt. %堿金屬氧化物、4 8wt. %氧化招、I 9wt. %堿土金屬氧·化物、2 6wt. %氧化鋅、0. I I. 5wt. %氟和余量的二氧化硅。在用于具有優(yōu)異電絕緣性能的燈玻璃元件的玻璃組合物的又一個實(shí)施方案中，除了作為分散劑的0. 02至0. 50wt. %量的熱解法氧化鋁，該組合物包含55 80wt. % SiO2,0. 5 5wt. % A1203、0 5wt. % B203、
2 15wt. % Na20、0 5wt. % Li2O 和 I 15wt. % K2O, Na2O, Li2O 和 K2O 的總量在 3 25wt. %的范圍內(nèi)。在用于光應(yīng)用如梯度折射率透鏡(graded index lene)的又一種玻璃組合物中，除了作為分散劑的0. 02到0. 50wt. %量的熱解法氧化硅，該組合物包含40 65mol. % SiO2U IOmol. % TiO2、高達(dá) 22mol. % MgO,2 18mol. % Li20,2 到 20mol. %Na2O 和 I 15mol. % CaO、SrO 及 BaO 中的任一種。制造玻璃組合物/產(chǎn)品的方法分散劑在本發(fā)明的組合物中的使用促講摻雜劑在砂料中的混合，從而促進(jìn)制造的玻璃產(chǎn)品的均一性?？梢酝ㄟ^分批法(一次一個(one-at-a-time)熔融方法)或連續(xù)熔融法制備該組合物。在分批法的一個實(shí)施方案中，玻璃產(chǎn)品由桶或袋裝砂形式的砂料分批制成，每桶或袋具有至少IOOlbs的重量。在另一個實(shí)施方案中，玻璃產(chǎn)品由每批至少IOOkg的砂料分批制成，按IOOkg規(guī)格桶裝供應(yīng)砂。在又一個實(shí)施方案中，以每袋或桶3001bs分批供應(yīng)砂，從而由每批至少3001bs的單批制出玻璃制品。在一個實(shí)施方案中，首先將分散劑也就是熱解法金屬氧化物如熱解法二氧化硅、熱解法氧化鋁等，與20 100%的單一摻雜劑、一些摻雜劑或所有摻雜劑混合，形成母料或濃縮物。熱解法金屬氧化物分散劑可以是與摻雜材料相同或不同的金屬氧化物。為了使分散劑完全涂布摻雜劑，混合/摻合可以在本領(lǐng)域已知的處理設(shè)備如混合器、高強(qiáng)度攪拌機(jī)中進(jìn)行足夠長的時間。在一個實(shí)施方案中，作為分散劑的熱解法二氧化硅混合物與摻雜劑如Al2o3、CeO2> Nd2O3等在Turbula 攪拌機(jī)中混合I到5小時，形成母料。盡管不受理論限制，但據(jù)信熱解法二氧化硅作為砂?！巴坎肌眲?，并吸引摻雜劑如氧化鋁的較小顆粒，從而提供更均勻的混合物。在下一步驟中，將包含涂布的摻雜劑的母料添加到天然/合成砂料和剩余的未涂布的摻雜劑(如果有)中，在例如轉(zhuǎn)筒、砂研磨機(jī)等設(shè)備中完全混合。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，將均一的混合物在介于500 1500°C之間的溫度下煅燒或加熱足夠長的時間，例如1/2 4hrs，使砂干燥?；旌衔镫S后在足夠高的溫度下熔融，形成玻璃產(chǎn)品。該溫度取決于玻璃組成，在石英組合物中(具有>95% SiO2),混合物在> 2000°C并直到2500°C的溫度下熔融，提供玻璃質(zhì)材料。在一個實(shí)施方案中，將混合物連續(xù)送入在1400 2300°C的溫度范圍內(nèi)操作的高溫感應(yīng)(電)爐中，形成多種尺寸的管和棒。在另一個實(shí)施方案中，將混合物送入模子，其中用火焰熔融熔化組合物，并且其中將熔融的混合物導(dǎo)入模子形成玻璃制品。在一個實(shí)施方案中，其中玻璃產(chǎn)品為連續(xù)拔管的形式，例如，可以用本領(lǐng)域已知的任一種方法制造管，包括Danner法、Vello法、連續(xù)拉拔法或其改進(jìn)方法。來自本發(fā)明組合物的玻璃產(chǎn)品:盡管不受理論限制，但據(jù)信具有大表面積的熱解法金屬氧化物形式的分散劑起混合劑的作用，幫助摻雜劑粘附或附著于砂粒上，從而提供均一的混合，并且隨后提供對于從同一批砂得到的產(chǎn)品在性能方面變化很小的玻璃產(chǎn)品。玻璃產(chǎn)品可以為玻璃管的中間體形態(tài)，用于制造鹵燈燈泡或水處理燈；實(shí)心玻璃棒或用于制造燈罩的預(yù)制品；片、用于汽車玻璃窗的玻璃板或片。玻璃產(chǎn)品可為最終的實(shí)體形態(tài)，例如玻璃纖維。
在一個實(shí)施方案中，管具有大小從I到500mm的外徑(OD)，根據(jù)管的大小，具有從I到20mm的厚度。對于具有低于IOOmmOD的管，管長從24到60”變化，對于具有大于IOOmmOD的管，管長從24到96”變化。在另一個用本領(lǐng)域已知的方法制造玻璃預(yù)制品或棒的實(shí)施方案中，包括至少兩步的連續(xù)拉拔法。在第一步中，將具有孔的、拉長的、固結(jié)的預(yù)制品拉制為直徑減小的預(yù)制品。第二步包括在比第一步低的溫度下，將直徑減小的預(yù)制品拉制為棒，以減少在拉制過程中玻璃棒內(nèi)雜質(zhì)的形成。在一個例子中，棒具有從0. 5mm到50mm變化的OD。在一個實(shí)施方案中，以拉拔法制造棒。在連續(xù)法例如制造用于汽車應(yīng)用的玻璃板的一個實(shí)施方案中，在原料混合并熔融后，將熔融物送入常規(guī)浮法玻璃爐中，并隨后送入模子形成最終產(chǎn)品。玻璃產(chǎn)品的均一件能:在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明玻璃產(chǎn)品的特征在于，對于由同一批生產(chǎn)的玻璃制品，也就是由每批使用至少IOOkg最小量的砂的同一混合批次生產(chǎn)的制品或件，或者由連續(xù)法連續(xù)生產(chǎn)的具有至少IOOkg總重的玻璃制品，具有均一的性能。均一的性能指的是在來自同一批的玻璃件或產(chǎn)品的性能方面，測量到很小的變化。這些性能從化學(xué)性能如OH水平到物理性能如粘度、透射、強(qiáng)度和色彩測量、軟化點(diǎn)、退火點(diǎn)等；熱性能如熱膨脹系數(shù)；機(jī)械性能如抗壓強(qiáng)度等。此處所用的許多產(chǎn)品指的是從由同一批制成的產(chǎn)品/件中隨機(jī)選擇的至少10個樣品。熔化溫度、軟化溫度、應(yīng)變溫度和退火溫度根據(jù)玻璃組成分別變化，也就是，從低至600°C的硼酸鉛玻璃軟化點(diǎn)變化到熱解法二氧化硅的1650°C。根據(jù)組合物中存在的二氧化硅的量，本發(fā)明的玻璃制品具有不同的工作溫度。然而，它們?nèi)烤哂腥缦绿卣鲗τ谟赏慌瞥傻牟Ａе破?，在熔化溫度、軟化溫度、?yīng)變溫度和退火溫度方面變化很小。在一個實(shí)施方案中，當(dāng)由同一批生產(chǎn)的玻璃樣品中隨機(jī)選擇的10個或更多個樣品測量時，由同一批制成的玻璃制品在熔化點(diǎn)、軟化點(diǎn)、彎曲點(diǎn)(bending point)和退火點(diǎn)方面分別具有低于10°C的標(biāo)準(zhǔn)偏差0。在第二實(shí)施方案中，由對至少10個隨機(jī)選擇的樣品的測量，熔化、軟化、彎曲和退火溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別低于5°C。在一個實(shí)施方案中，由同一批制成的玻璃制品具有在1000 1250°C范圍內(nèi)的平均退火溫度(對應(yīng)于13. 18泊的粘度對數(shù)值)，具有低于10°C的標(biāo)準(zhǔn)偏差0。在第二實(shí)施方案中，對于由同一批制成的制品，玻璃制品具有低于5°C的標(biāo)準(zhǔn)偏差0。在一個實(shí)施方案中，在平均OH濃度方面，由同一批生產(chǎn)的玻璃制品具有IOppm的標(biāo)準(zhǔn)偏差O。在一個實(shí)施方案中，玻璃制品具有低于IOOppm的平均OH濃度，具有低于IOppm的標(biāo)準(zhǔn)偏差O。在另一個實(shí)施方案中，玻璃具有< 50ppm的平均OH濃度，同時對于來自同一批的玻璃制品，具有低于5ppm的O值。在又一個實(shí)施方案中，來自同一批的玻璃制品具有< 30ppm的平均OH濃度，具有低于5ppm的o值。在第四實(shí)施方案中，來自同一批的玻璃制品具有< 20ppm的平均OH濃度，具有低于3ppm的o值。由本發(fā)明組合物制成的玻璃制品的特征還在于具有優(yōu)異的尺寸控制/穩(wěn)定性，例如，由相同的模子非同一批制成的最終產(chǎn)品的尺寸變化很小。一般地，通過工藝能力(process capability, Cpk)能夠準(zhǔn)確判斷玻璃產(chǎn)品的尺寸精度(成型性)。這里，“工藝能力”表示，當(dāng)工藝標(biāo)準(zhǔn)化并且異常原因被排除，由此工藝保持在穩(wěn)定狀態(tài)時，所達(dá)到的質(zhì)量等級。在一個實(shí)施方案中，用微米和卡尺測量玻璃制品的尺寸，對板狀玻璃制品，測量至少三維長度、厚度和寬度。在第二實(shí)施方案中，測量(管)長度、厚度和直徑的尺寸。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明玻璃制品的特征在于，在全部三個定量尺寸上，具有> 1.50的Cpk(工 藝能力指數(shù))。在第二實(shí)施方案中，對于由同一批制成的制品，玻璃制品具有>1.33的Cpk。在又一個實(shí)施方案中，測量玻璃制品的外徑、壁厚和橢圓度(沿圓周線的外徑變化)，并且其中對于來自同一批的制品，制品具有> I. 33的Cpk。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明由同一批生產(chǎn)的玻璃制品在25°C到320°C具有
0.54X KT6A到5. 5X 1(T/K的平均熱膨脹系數(shù)，具有< 0. 5X lCT/K的標(biāo)準(zhǔn)偏差o。在一個實(shí)施方案中，玻璃制品在25°C到320°C具有低于7. 0X10_7/K的平均熱膨脹系數(shù)，具有< 7 X IO-8A的標(biāo)準(zhǔn)偏差O。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明由同一批制成的玻璃制品具有從I. 40到1.68的折射率，同時對于由同一批制成的玻璃制品，具有低于0. 001的標(biāo)準(zhǔn)偏差。在一個實(shí)施方案中，玻璃制品具有從I. 450到I. 480范圍的折射率，同時對于由同一批制成的玻璃制品，具有低于0. 0001的標(biāo)準(zhǔn)偏差。在一個實(shí)施方案中，包含95 99. 995wt. %高純二氧化硅的本發(fā)明的玻璃制品，在400 800nm波長范圍顯示超過90 %的可見透射，對于由同一批生產(chǎn)的玻璃制品，具有低于2%的標(biāo)準(zhǔn)偏差。在第二實(shí)施方案中，玻璃制品在400 800nm波長范圍顯示超過90%的可見透射，對于由同一批生產(chǎn)的玻璃制品，具有低于0. 5 %的標(biāo)準(zhǔn)偏差。使用玻璃產(chǎn)品的應(yīng)用和制品:在一個實(shí)施方案中，熔融的玻璃組合物模制/成型為最終產(chǎn)品，如玻璃板或容器。在用于燈產(chǎn)品，例如鹵鎢燈系統(tǒng)的燈罩或用于鹵鎢燈的燈套，以及其它高溫照明設(shè)備(“高強(qiáng)度放電燈”)的另一個實(shí)施方案中，在成型為用作燈罩或燈套的最終玻璃應(yīng)用之前，將熔融玻璃組合物制成中間玻璃產(chǎn)品，例如棒或管。在一個實(shí)施方案中，在透射或反射可見光的高對比和提高的可見性能可能有益的應(yīng)用中，使用組合物。這些應(yīng)用包括，例如，用于眼鏡如太陽鏡的光學(xué)玻璃，或用于激光的玻璃基質(zhì)。在又一個實(shí)施方案中，玻璃可以制成具有提高的對比性能、能夠減輕視覺不適的計算機(jī)屏幕，或者制成減少眩目的后視鏡。本發(fā)明具有均一性能的玻璃產(chǎn)品還能夠用于一些應(yīng)用，例如用于醫(yī)學(xué)、化學(xué)和藥物產(chǎn)品的容器，如細(xì)頸瓶、瓶子、試劑容器、試管、滴定圓柱等。在另一個實(shí)施方案中，產(chǎn)品用于如汽車玻璃窗的應(yīng)用。該玻璃組合物還能夠用于實(shí)體玻璃產(chǎn)品如玻璃纖維。實(shí)施例此處提供實(shí)施例以說明本發(fā)明而不是試圖限制本發(fā)明的范圍。在實(shí)施例中，熱解法二氧化娃是從Matteson-Ridolfi Inc.購買的Cab-0_SilM5,其具有200m2/g的B. E. T表面積和0. 2 0. 3 y m的平均粒度(團(tuán)聚)。所用的砂是具有至少99. 99%純度的天然砂,其可從多個來源購買。實(shí)施例I :用96wt. %高純二氧化硅、作為摻雜劑的4wt. % Al2O3制成玻璃組合物，并且使其它雜質(zhì)保持低于150ppm。Al2O3摻雜劑在混合入該批SiO2之前，先用0. 08wt. %熱解法二氧化硅涂布。然后在高感應(yīng)爐中，于2000°C下熔融該組合物，形成石英管(在隨后的 實(shí)施例中標(biāo)記為LSPG I)。實(shí)施例2 :用 96wt. %高純二氧化娃、4wt. % Al203、200ppm 鈦和 500ppmCe02 制成防UV玻璃組合物，并且使其它雜質(zhì)保持低于150ppm。Al2O3、鈦、CeO2摻雜劑混合物在混合入該批SiO2之前，先用0. 05wt. %熱解法二氧化硅涂布。然后在高感應(yīng)爐中，于2000°C下熔融該組合物，形成石英管(在隨后的實(shí)施例中標(biāo)記為LSPG 2)。實(shí)施例3 :測量來自由實(shí)施例I的石英玻璃組合物L(fēng)SPG I制成的熔融石英管部分的隨機(jī)樣品的OH濃度(ppm)。同時從由Coming Incorporated ofCorning,NY購買的\^COr 7907,^cor 7913和\^00產(chǎn)7921熔融石英玻璃管獲得隨機(jī)樣品，并且測量OH濃度。測定
標(biāo)準(zhǔn)偏差，并且結(jié)果如表I所示表I
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)學(xué)、化學(xué)或藥物產(chǎn)品，包含40-99wt. %的SiO2,0. l-25wt. %選自金屬氧化物Al2O3, CeO2, Nd2O3, B2O3, BaO, TiO2, SrO, CaO, MgO, Na2O, K2O, Li2O, Sb2O3 和它們的混合物的至少一種摻雜劑，以及0. 02-0. 50wt%具有50-1000m2/g BET的熱解法金屬氧化物。
2.權(quán)利要求I的產(chǎn)品，包含92-99wt.%m SiO2和l-8wt. %的摻雜劑。
3.權(quán)利要求I的產(chǎn)品，其中總摻雜劑的濃度范圍是0.I-IOwt. %。
4.權(quán)利要求I的產(chǎn)品，其中總摻雜劑的濃度范圍是0.l-8wt. %。
5.權(quán)利要求I的產(chǎn)品，其中總摻雜劑的濃度范圍是0.l-5wt. %。
6.權(quán)利要求I的產(chǎn)品，包含95-99.9wt. %的SiO2,0. l_5wt. %的Al2O3，并且其它總雜質(zhì)不超過150ppm。
7.權(quán)利要求I 的產(chǎn)品，包含 95-99. 9wt. _Si02，0. l-5wt. %的 Al2O3,0. l_400ppm 的鈦,0. l-4000ppm的鋪,并且其它總雜質(zhì)不超過150ppm。
8.權(quán)利要求I 的產(chǎn)品，包含 95-99. 9wt. %的 SiO2,0. l-5wt. %的 Al2O3,0. l_400ppm 的鈦，0. l-4000ppm的鈰，0. 01-2ww. %的Nd2O3，并且其它總雜質(zhì)不超過150ppm。
9.權(quán)利要求I的產(chǎn)品，其中熱解法金屬氧化物的粒度小于25微米。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中同一批制備的產(chǎn)品具有的平均OH濃度小于IOOppm,標(biāo)準(zhǔn)差小于lOppm。
11.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中同一批制備的產(chǎn)品具有的平均OH濃度小于50ppm,標(biāo)準(zhǔn)差小于5ppm。
12.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中同一批制備的產(chǎn)品具有的平均OH濃度小于30ppm,標(biāo)準(zhǔn)差小于5ppm。
13.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中對于來自同一批的產(chǎn)品，該產(chǎn)品由具有>1.33的工藝能力CpK的標(biāo)準(zhǔn)化工藝加工。
14.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中同一批制備的產(chǎn)品中的多個產(chǎn)品的粘度表現(xiàn)出的標(biāo)準(zhǔn)差小于10°C。
15.權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中該產(chǎn)品是細(xì)頸瓶、瓶子、試劑容器、試管或滴定圓柱。
全文摘要
一種玻璃組合物，其特征在于，在由其制成的玻璃產(chǎn)品的性能方面，批與批之間變化很小。該玻璃組合物包含40到99wt.％SiO2，具有從600℃到1650℃變化的軟化溫度，并且其中從由一批生產(chǎn)的玻璃制品中隨機(jī)選擇的10個或更多個樣品獲得的軟化溫度測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為10℃或更低。
文檔編號C03C3/06GK102745895SQ20121015782
公開日2012年10月24日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月20日
發(fā)明者K·S·祖耶夫, Y·周 申請人:通用電氣公司