專利名稱：：有色玻璃組合物的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及玻璃組合物，特別地是包括最小量著色劑和其它性能調節(jié)材料但表現(xiàn)出強烈色彩的玻璃組合物。
背景技術：
：玻璃基材用于各種應用例如汽車應用、建筑應用、航空航天應用等。玻璃基材還用于家具(例如桌面、架子等)和用具。取決于玻璃基材的最終應用，希望玻璃基材表現(xiàn)出某些(a)美學上的性能，例如但不限于顏色和(b)日光控制性能，例如但不限于太陽能總透過率("TSET")、可見光透過率("Lta")等?？梢园磶追N不同方式調節(jié)玻璃基材的美學性能和日光控制性能。第一種方式包括在玻璃基材表面上沉積涂層。第二種方式改變構成玻璃基材的化學組成(即，構成玻璃組合物的材料類型和/或玻璃組合物中各種材料的重量百分數(shù))。經常地，向公知的基礎玻璃組合物例如鈉-鉀-硅基礎玻璃組合物中添加能夠調節(jié)玻璃組合物的日光性能的著色劑和/或其它材料，以提供能夠表現(xiàn)出獨特性能性質的玻璃基材。雖然能夠調節(jié)玻璃組合物的日光性能的一種著色劑或一種材料的作用是已知的(例如，已知向基礎玻璃組合物中添加FeO提高玻璃組合物的紅外(IR)吸收)，但本發(fā)明的實質是使用能夠調節(jié)玻璃組合物的日光性能的各種著色劑和/或材料，每種著色劑或材料能夠單獨地產生獨特作用，從而共同實現(xiàn)性能的組合。根據(jù)本發(fā)明，向鈉-鈣-硅基礎玻璃組合物中添加具體量的能夠調節(jié)玻璃組合物的美學和/或日光性能的具體材料，以提供著色玻璃基材。本發(fā)明的玻璃基材可表現(xiàn)出各種顏色例如，但不限于藍色、綠色、黃色、青銅色和灰色。本發(fā)明的玻璃基材還可表現(xiàn)出等于或大于80%的Lta，該Lta對于用于家具和用具的玻璃基材通常是所需的。發(fā)明概述在非限制性實施方案中，本發(fā)明是包含基礎玻璃組合物和著色劑及性能調節(jié)部分的玻璃組合物，所述基礎玻璃組合物包含65-75重量。/。Si02、10-20重量。/。Na20、5-15重量y。CaO、0-5重量。/。MgO、0-5重量%A1203、0-5重量0"20和0-1重量y。BaO，所述著色劑及性能調節(jié)部分包含至多0.02重量％的總鐵、0.05-1.5重量％的Ce02、至多50PPM的CoO、至多15PPM的Se、至多500PPM的Cr203、至多0.5重量％的CuO、至多0.3重量％的V205、至多1重量°/。的Ti02、至多200PPM的NiO、至多3重量°/。的Er203、至多0.6重量°/。的Mn02和至多2重量％的Nd203，其中所述玻璃組合物具有至多0.55的氧化還原比。在另一個實施方案中，本發(fā)明是由包含玻璃組合物和著色劑及性能調節(jié)部分的玻璃片材，所述玻璃組合物包含65-75重量y。Si02、10-20重量。/。Na20、5-15重量。/。CaO、0-5重量。/。MgO、0-5重量°"1203、0-5重量%K20和0-1重量。/。BaO，所述著色劑及性能調節(jié)部分包含至多0.02重量°/。的總鐵、0.05-1.5重量％的Ce02、至多50PPM的CoO、至多15PPM的Se、至多500PPM的Cr203、至多0.5重量°/。的CuO、至多0.3重量％的V205、至多1重量°/。的Ti02、至多200PPM的NiO、至多3重量％的Er203、至多0.6重量°/。的Mn02和至多2重量％的Nd203，其中所述玻璃組合物具有至多0.55的氧化還原比且該玻璃片材在0.223英寸(5.664mm)厚度下表現(xiàn)出等于或大于70%的Lta。在又一非限制性實施方案中，本發(fā)明是制造玻璃組合物的方法，該方法包括加工配合料以形成玻璃組合物，所述玻璃組合物包含65-75重量94Si02、10-20重量％^20、5-15重量y。CaO、0-5重量。掘gO、0-5重量°"1203、0-5重量％1[20和0-1重量y。BaO，著色劑及性能調節(jié)部分包含至多0.02重量％的總鐵、0.05-1.5重量％的Ce02、至多50PPM的CoO、至多15PPM的Se、至多500PPM的Cr203、至多0.5重量％的CuO、至多0.3重量°/。的V205、至多1重量％的Ti02、至多200PPM的Ni0、至多3重量％的Er203、至多0.6重量％的Mn02和至多2重量％的Nd203，其中所述玻璃組合物具有至多0.55的氧化還原比。發(fā)明詳述用于本文時，說明書和權利要求書中使用的表示尺寸、物理特性、工藝參數(shù)、成分的量、反應條件等的所有數(shù)字應被理解為在所有情況下都經術語"約"修飾。因此，除非相反地指出，否則在下面的說明書和權利要求書中給出的數(shù)值可以根據(jù)尋求通過本發(fā)明獲得的期望性能而變化。最起碼，不是試圖限制對權利要求范圍應用等同原則，每理解。1外，本文公開的所有范圍:應理解為包括起始和終止范圍值以及在其中的任何及所有子范圍。例如，所陳述的"1-10"的范圍應認為包括在最小值1和最大值10之間(且包括這兩個值)的任何及所有子范圍；即，起始于1或更大的最小值而終止于IO或更小的最大值的所有子范圍，例如1.0-3.8、6.6-9.7和5.5-10。本發(fā)明的玻璃組合物包含基礎玻璃部分和著色劑及能夠調節(jié)玻璃的性能性質的材料。著色劑和能夠調節(jié)玻璃的日光控制性能的材料在本文中均稱作"著色劑及性能調節(jié)材料"。根據(jù)本發(fā)明，基礎玻璃部分包括下表1中所示量的組分。表l.基礎玻璃部分在玻璃組合物中的含量組分[基于玻璃組合物總重量計的重量百分數(shù)]Si0265-75%Na2010-20%Ca05-15%Mg00-5%A1203K200-5%Ba00-"/。所描述的基礎玻璃部分在本領域中稱作"鈉-鉀-硅"玻璃組合物。根據(jù)本發(fā)明，向基礎玻璃組合物中添加各種著色劑和能夠調節(jié)玻璃的日光性能性質的材料。本發(fā)明的玻璃組合物中包括的著色劑及性能調節(jié)材料包括氧化鐵(三氧化二鐵(Fe203)和氧化亞鐵(FeO))和氧化鈰(Ce02)。根據(jù)本發(fā)明，鐵在玻璃組合物中可以按三氧化二鐵(Fe203)和氧化亞鐵(FeO)存在。本領域中公知的是，F(xiàn)e203是強的紫外輻射吸收劑并且是黃色著色劑。本領域中公知的是，F(xiàn)eO是強的紅外輻射吸收劑并且是藍色著色劑。本發(fā)明的玻璃組合物中存在的"總鐵"用存在于玻璃組合物中的"Fe203，，的重量百分數(shù)表示，這是工業(yè)中的標準做法。但這并不暗示玻璃組合物中存在的所有鐵都是Fe203形式。根據(jù)本發(fā)明，基于玻璃組合物的總重量計，本發(fā)明的玻璃組合物中的總鐵至多為且包括0.02重量％，例如0.005-0.02重量％。本發(fā)明的玻璃組合物中以亞鐵態(tài)存在的鐵的量用玻璃組合物中存在的"FeO"的重量百分數(shù)表示，這是工業(yè)中的標準做法。雖然亞鐵態(tài)的鐵的量以FeO表示，但亞鐵態(tài)的全部量實際上可能不以FeO存在于玻璃中。本發(fā)明的玻璃組合物具有一定的"氧化還原比"。用于本文時，"氧化還原比"是亞鐵態(tài)的鐵(表示為"FeO")的量除以總鐵(表示為"Fe203")量。根據(jù)本發(fā)明的玻璃組合物具有至多0.55、例如0.05-0.525或0.1-0.5的氧化還原比。根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的玻璃組合物包含0.05重量°/。-1.5重量％、例如0.50重量％-1.25重量°/。或0.75重量％-1.0重量％的Ce02，其中所述重量百分數(shù)是基于玻璃組合物的總重量計。在本領域中已知Ce02作為紫外吸收劑。在本領域中還已知Ce02作為強氧化劑，其將配合料中存在的鐵氧化形成Fe203，F(xiàn)e203是沒有FeO強的著色劑。在各種非限制性實施方案中，本發(fā)明的玻璃組合物可包括下面主要存在以決定玻璃組合物所表現(xiàn)出的顏色的任選的著色劑和其它性能調節(jié)材料中的一種或多種氧化鈷(CoO)、硒(Se)、氧化鉻((^203)、氧化銅(Cu0)、五氧化二釩(V205)、二氧化鈦(Ti02)、氧化鎳(Ni0)、氧化鉺(Er203)、二氧化錳(Mn02)和氧化釹(Nd203)。根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃組合物可包含至多50PPM、例如2PPM-35PPM或5PPM-25PPM的CoO。CoO作為藍色著色劑且不表現(xiàn)出任何明顯的紅外或紫外輻射吸收性能。根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃組合物可包含至多15PPM、例如3PPM-14PPM或5PPM-12PPM的Se。在本領域中已知Se作為紫外和紅外輻射吸收著色劑，其賦予鈉-鈣-硅玻璃粉紅色或褐色(精確的顏色取決于價態(tài))。根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃組合物可包含至多500PPM、例如10PPM-300PPM或20PPM-200PPM的Cr203。在本領域中已知(^203作為綠色著色劑。根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃組合物可包含至多0.5重量％、例如至多o.3重量％或至多o.i重量°/。的cuo，其中所述重量百分數(shù)是基于玻璃組合物的總重量計。在本領域中已知CuO作為藍色著色劑。根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃組合物可包含至多0.3重量％、例如至多0.2重量％或至多0.1重量％的105，其中所述重量百分數(shù)是基于玻璃組合物的總重量計。在本領域中已知VA作為綠色著色劑。根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃組合物可包含至多1重量％、例如至多0.8重量％或至多0.6重量％的Ti02，其中所述重量百分數(shù)是基于玻璃組合物的總重量計。在本領域中已知Ti02作為黃色著色劑和紫外輻射吸收劑。根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃組合物可包含至多200PPM、例如5PPM-100PPM或IOPPM-50PPM的NiO。在本領域中已知NiO作為褐色著色劑。根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃組合物可包含至多3重量％、例如O.25重量°/。-2重量％或0.5重量％-1.5重量％的Er203，其中所述重量百分數(shù)是基于玻璃組合物的總重量計。在本領域中已知￡1:203作為粉紅色著色劑。根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃組合物可包含至多0.6重量％、例如0.1重量°/。-0.5重量°/?；?.2重量°/廣0.4重量°/。的Mn02,其中所述重量百分數(shù)是基于玻璃組合物的總重量計。在本領域中已知Mn02作為紫色著色劑。根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃組合物可包含至多2重量％、例如0.25重量％-1.5重量°/?；?.5重量％-1重量°/。的Nd203，其中所述重量百分數(shù)是基于玻璃組合物的總重量計。在本領域中已知Nd203作為藍色著色劑。鹽(S03)。本發(fā)明的玻璃組合物可通過常規(guī)玻璃制造工藝來制備。例如，可通過坩堝熔化、平板拉制法、浮法玻璃工藝等由配合料形成玻璃組合物。典型地，將公知的配合料與其它組分混合形成起始材料，將該起始材料加工成本發(fā)明的玻璃組合物。在本發(fā)明的非限制性實施方案中，向配合料中添加納米顆粒形式的著色劑和性能調節(jié)材料。在另一個非限制性實施方案中，本發(fā)明的玻璃組合物通過本領域公知的浮法玻璃工藝來形成。由于用于制備本發(fā)明的玻璃組合物的原料和/或設備，在最終玻璃組合物中可存在某些雜質。這些物質在玻璃組合物中以微量存在并在本文中被稱作"外來雜質"。外來雜質對玻璃的性能性質不起作用。外來雜質包括但不限于SrO和Zr02。在本發(fā)明的非限制性實施方案中，將所述玻璃組合物形成為玻璃基材和/或本領域中^^知的層壓玻璃制品。可形成具有各種厚度的玻璃基材。例如，可形成具有至多24mm厚度的玻璃基材。在非限制性實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的玻璃基材在0.223英寸(5.664mm)厚度下表現(xiàn)出等于或大于70%、例如等于或大于75%、或者等于或大于80%的Lta。在本發(fā)明的非限制性實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的玻璃基材用于家具或用具。實施例通過下面的非限制性實施例對本發(fā)明進行說明。實施例1-4以下面的方式進行。稱取出表2中所示配合料、徹底混合且放置于在4英寸鉑坩堝中，該鉑坩堝在設定為2，600。F(1，427X:)溫度的電阻爐中，并且加熱2小時。然后在室溫下將玻璃熔體注入水中(本領域中稱作"玻璃熔結")以制成玻璃熔塊。在設定為1，100。F(593t:)溫度的退火烘箱中將所述玻璃熔塊千燥20分鐘。將玻璃熔塊放回到坩堝中，并將坩堝置于設定為2，600。F(1，427X:)溫度的烘箱中2小時。然后在金屬臺上澆鑄玻璃熔體。將所得玻璃片材放入設定為1，125。F(6071C)溫度的退火爐中并保持1小時。關閉退火爐的電源，讓玻璃片材在退火爐中放置16小時，將其冷卻至室溫。將由玻璃熔體得到樣品滾壓并拋光。表2.實施例1-4的玻璃配合料<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>tSTARPHIRE⑧碎玻璃是指以STARPHIRE⑥玻璃的名稱商購自PPGIndustries,Inc(Pittsburgh，PA)的玻璃，將其破碎且按上迷加入到配合料中。在下表3中顯示了根據(jù)本發(fā)明制成的示例性玻璃組合物的組成信息。玻璃組合物中的材料含量通過x-射線熒光化學分析測定。由玻璃組合物中測定存在的氧化鐵的含量計算出氧化還原比。表3.實施例1-4的玻璃組成數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>Ce02和(^203是在STARPHIRE⑧碎玻璃中。表4顯示了厚度為0.223英寸(5.6642mm)的示例性玻璃基材的各種性質性能。使用PerkinElmerLambda9分光光度計對樣品的光i脊性能進行測定。根據(jù)本發(fā)明，按下述測得上述性能性質。所有的日光透過率數(shù)據(jù)根據(jù)ASTMam1.5g(E892T.1)利用空氣質量日光數(shù)據(jù)進行計算。如本領域中公知的那樣，采用梯形法則在波長范圍內對所有透過率值進行積分?？梢姽馔高^率(Lta)代表基于使用C.I.E.1931標準光源"A"在380-770納米的波長范圍以10納米間隔測得的數(shù)據(jù)而計算出的值?？偺栕贤馔高^率(TSUV)代表基于使用SAE1796標準在300-400納米的波長范圍以5納米間隔測得的數(shù)據(jù)而計算出的值?？偺柤t外透過率(TSIR)代表基于在800-2100納米的波長范圍以50納米間隔測得的數(shù)據(jù)而計算出的值?？偺柲芡高^率(TSET)代表基于從300納米至2100納米以50納米間隔測得的透過率而計算出的值。按照主波長(DW)和色純度描述的顏色代表基于使用帶有2°觀測器的C.I.E.1931標準光源"C"測得的數(shù)據(jù)而計算出的值?？梢婎伾蓡蝹€觀測者測定并且表示普通人明顯觀測到的顏色。表4.實施例1-4的性能性質<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>基于表4，本發(fā)明玻璃組合物的非限制性實例可用于形成表現(xiàn)出各種顏色例如綠色和藍色的厚度為0.223英寸(5.6642mm)的玻璃基材。根據(jù)本發(fā)明的玻璃組合物在厚度為0.223英寸(5.664mm)的玻璃基材中還可表現(xiàn)出下面性能性質中的一種或多種等于或大于80%、例如等于或大于85%的Lta;小于91%、例如等于或小于87%的TSET;小于72%、例如等于或小于67%的TSUV;470nm-585認的DW;和至多30%的Pe。本領域技術人員將很容易理解，可對本發(fā)明做出修改而不背離前述中公開的概念。這些修改被認為包括在本發(fā)明的范圍內。因此，上文詳述的具體實施方案僅是說明性的，而不是對本發(fā)明的范圍進行限制，本發(fā)明的范圍將由所附權利要求書及其任何和所有等同方式的全部范圍所給出。權利要求1.包含基礎玻璃組合物和著色劑及性能調節(jié)部分的玻璃組合物，所述基礎玻璃組合物包含Si0265-75重量％，Na2010-20重量％，CaO5-15重量％，MgO0-5重量％，Al2O30-5重量％，K2O0-5重量％，和BaO0-1重量％，所述著色劑及性能調節(jié)部分包含總鐵至多0.02重量％，CeO20.05-1.5重量％，CoO0-50PPM，Se0-15PPM，Cr2O30-500PPM，CuO0-0.5重量％，V2O50-0.3重量％，TiO20-1重量％，NiO0-200PPM，Er2O30-3重量％，MnO20-0.6重量％，和Nd2O30-2重量％，其中所述玻璃組合物具有至多0.55的氧化還原比。2.根據(jù)權利要求1的玻璃組合物，其中所述氧化還原比為0.05-0.525。3.根據(jù)權利要求1的玻璃組合物，其中所述Ce02為0.75°/。重量-1.0°/。重量。4.根據(jù)權利要求1的玻璃組合物，其中所述氧化還原比為0.1-0.5。5.根據(jù)權利要求1的玻璃組合物，其中存在至少一種下述量的如下材料2-35PPM的CoO、3-14PPM的Se、10-300PPM的Cr203、至多0.3重量％的Cu0、至多0.2重量°/。的V205、0.15-0.8重量％的Ti02、5-100PPM的NiO、0.25-2重量°/。的Er203、0.1-0.5重量°/。的Mn02和0.25-1.5重量％的Nd203。6.根據(jù)權利要求5的玻璃組合物，其中存在至少一種下述量的如下材料5-25PPM的CoO、5-12PPM的Se、20-200PPM的Cr203、至多0.1重量％的CuO、至多0.1重量°/。的V205、0.2-0.6重量％的Ti02、10-50PPM的NiO、0.5-1.5重量％的Er203、0.2-0.4重量°/。的Mn。2和0.5-1重量°/。的Nd203。7.由根據(jù)權利要求1的組合物制成的玻璃片材。8.根據(jù)權利要求7的玻璃片材，該片材在0.223英寸(5.664mm)厚度下表現(xiàn)出大于或等于70%的Lta。9.根據(jù)權利要求8的玻璃片材，該片材在0.223英寸(5.664mm)厚度下表現(xiàn)出大于或等于85%的Lta。10.玻璃片材，所述玻璃片材包含一種玻璃組合物，所述玻璃組合物包括Si0265-75重量％，Na2010-20重量％，CaO5-15重量％，Mg00-5重量％，A12030-5重量％，K200-5重量％，和BaO0-1重量％，和著色劑及性能調節(jié)部分，該部分包含總鐵至多0，02重量％，Ce020.05-1.5重量％，CoO0-50PPM，Se0-15PPM，Cr2030-500PPM，CuOO-O.5重量％，V2050-0.3重量％，0-1重量％，NiO0-200PPM，Er2030-3重量％，Mn020-0.6重量％，和歸30-2重量％，其中所述玻璃組合物具有至多0.55的氧化還原比，且其中所迷玻璃片材在0.223英寸(5.664mm)厚度下表現(xiàn)出等于或大于70%的Lta。11.根據(jù)權利要求10的玻璃組合物，其中存在至少一種下述量的如下材料2-35PPM的CoO、3-14PPM的Se、10-300PPM的Cr203、至多0.3重量°/。的CuO、至多0，2重量％的V205、0.15-0.8重量％的Ti02、5-100PPM的NiO、0.25-2重量％的Er203、0.1-0.5重量°/。的Mn。2和0.25-1.5重量°/。的Nd203。12.制造玻璃組合物的方法，該方法包括加工配合料以形成玻璃組合物，該玻璃組合物包含Si0265-75重量％，Na2010-20重量％,CaO5-15重量％，MgO0-5重量％，A12030-5重量％，K200-5重量％，和BaO0-1重量％,和著色劑及性能調節(jié)部分，該部分包含總鐵至多0.02重量％，Ce020.05-1.5重量％，CoO0-50PPM，Se0-15PPM，Cr2030-500PPM,CuO0-0.5重量％,V2050-0.3重量％，Ti020-1重量％，NiO0-200PPM，Er2030-3重量％，Mn020-0.6重量％，和Nd2030-2重量％，其中所述玻璃組合物具有至多0.55的氧化還原比。13.根據(jù)權利要求12的方法，其中玻璃組合物中存在至少一種下述量的如下材料2-35PPM的CoO、3-14PPM的Se、10-300PPM的Cr203、至多0.3重量％的CuO、至多0.2重量％的V205、0.15-0.8重量％的Ti02、5-100PPM的NiO、0,25-2重量％的Er203、0.l-O.5重量％的Mn。2和0.25-1.5重量％的Nd203。14.根據(jù)權利要求13的方法，其中玻璃組合物中存在至少一種下述量的如下材料5-25PPM的CoO、5-12PPM的Se、20-200PPM的Cr203、至多0.1重量°/。的CuO、至多0.1重量％的V205、0.2-0.6重量％的Ti02、10-50PPM的NiO、0.5-1.5重量％的Er203、0.2-0.4重量％的Mn02和0.5-1重量％的Nd203。15.根據(jù)權利要求14的方法，其還包括將玻璃組合物形成平面片全文摘要公開了玻璃組合物。該玻璃組合物包含基礎玻璃組合物和著色劑及性能調節(jié)部分，所述基礎玻璃組合物包含65-75重量％的SiO₂、10-20重量％的Na₂O、5-15重量％的CaO、0-5重量％的MgO、0-5重量％的Al₂O₃、0-5重量％的K₂O和0-1重量％的BaO，所述著色劑及性能調節(jié)部分包含至多0.02重量％的總鐵、0.05-1.5重量％的CeO₂、至多50PPM的CoO、至多15PPM的Se、至多500PPM的Cr₂O₃、至多0.5重量％的CuO、至多0.3重量％的V₂O₅、至多1重量％的TiO₂、至多200PPM的NiO、至多3重量％的Er₂O₃、至多0.6重量％的MnO₂和至多2重量％的Nd₂O₃，其中所述玻璃組合物具有至多0.55的氧化還原比。文檔編號C03C4/02GK101370743SQ200780002316公開日2009年2月18日申請日期2007年1月4日優(yōu)先權日2006年1月12日發(fā)明者D·G·史密斯,L·J·施萊斯塔克申請人:Ppg工業(yè)俄亥俄公司