本申請根據(jù)專利法要求2015年1月8日提交的美國專利申請序列號14/592452的優(yōu)先權(quán)益，所述申請的內(nèi)容是本文的基礎并且據(jù)此以引用的方式整體并入本文。

本公開大體涉及用于處理玻璃批料的方法和設備，并且更具體地涉及用于在澄清過程期間使用rf等離子體將熱能添加到玻璃熔體的方法和設備。

背景技術(shù)：

可以在各種應用使用玻璃基板，所述應用的范圍為從窗戶到高性能顯示裝置。由于對改善的分辨率、清晰度和性能的需求增加，因此對玻璃基板的質(zhì)量要求已經(jīng)變得更加嚴格。然而，玻璃質(zhì)量可能受到各種加工步驟(從形成玻璃熔體到該玻璃產(chǎn)品的最終包裝)的不利影響。具體地講，玻璃片材可能并不適于在存在氣泡(并且在某些情況下，甚至玻璃片材中的單個氣泡)的情況下使用。

在熔融過程期間，將玻璃前體批料混合在一起并且在熔化器中進行加熱。批料熔化和反應，從而散出在熔融玻璃中產(chǎn)生氣泡的反應氣體。然后，熔融玻璃經(jīng)歷澄清步驟以便移除被捕獲在熔體中的氣泡。然而，這種澄清步驟通常需要較長處理時間、高能量消耗和/或增加的費用，這是因為反應氣體為了逸出玻璃熔體而行進了較長距離。為了促進氣泡從玻璃熔體逸出，通常使用由諸如鉑的材料構(gòu)成的長管(例如，若干米長)執(zhí)行澄清，這可具有相當大的占地面積和費用。

除了消耗空間、能源和/或資本之外，當前澄清過程也會限制可有效地融化和澄清的玻璃組合物。例如，為了驅(qū)動氣泡從玻璃熔體逸出，通常使用超過熔化溫度的澄清溫度(至少約50℃并且有時至少約100℃)。因此，可獲得的澄清溫度的上限可以對具有較高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(諸如超過約1600℃或更高的溫度)的玻璃組合物施加限制。

澄清可以通過兩個過程促進氣泡移除。當玻璃溫度的增加導致玻璃熔體的較低粘度時，發(fā)生斯托克斯澄清化。然后，氣泡可以通過較不粘稠的玻璃熔體更快地上升。當玻璃溫度的增加對化學澄清劑(諸如錫)進行化學還原時發(fā)生化學澄清，從而將氧氣釋放到玻璃中，氧氣之后可以并入氣泡。當氣泡吸收過多氧氣時，它的尺寸增加并且更容易地上升通過玻璃熔體，有時與其他氣泡合并和/或崩潰。澄清劑可以包括錫、砷和銻(僅舉數(shù)例)。砷和銻是較強的澄清劑，但是可能會造成安全和環(huán)境危害，并且因此不太常用。氧化錫是相對更安全的，但另外具有相對較弱的澄清能力。此外，因為升高的錫水平可導致在下游處理期間(例如，在成形體或溢流槽上)形成二次晶體，所以可以作為澄清劑并入玻璃批料中的錫的量通常受到限制。

因此，本申請人已經(jīng)對用于促進澄清的各種方法進行研究，諸如真空澄清、離心澄清、以及通過深熔池重新吸收氣泡。然而，這些方法仍然受制于一或多個缺點，包括在較高澄清溫度下的高成本和/或減小的有效性。申請人也已經(jīng)對熱點澄清、或在流動玻璃流內(nèi)生產(chǎn)溫度升高的局部區(qū)進行研究。例如，使用傳統(tǒng)的燃燒器、微波、超聲波等等可以實現(xiàn)熱點澄清。微波和超聲波澄清可提供超越傳統(tǒng)澄清過程的成本優(yōu)勢，但可能受制于較差的穿透深度和/或可能實際上難以實現(xiàn)。使用火焰燃燒來創(chuàng)建熱點的傳統(tǒng)燃燒器也可能具有一或多個缺點，諸如無法精確控制熱點溫度。如果火焰不夠熱，那么將不生成熱點并且因此將不會驅(qū)動和/或增強澄清。如果火焰過熱，或者如果熱點中心過熱，那么熔體中的較不穩(wěn)定的氧化物(例如硼)可能揮發(fā)，從而對最終產(chǎn)品的組合產(chǎn)生負面影響。

因此，提供具有更高生產(chǎn)量和/或更低成本、同時還最小化與玻璃質(zhì)量相關的問題(諸如熔體中氣泡引起的缺陷)的玻璃澄清方法將是有利的。提供適于熔化特種玻璃材料(諸如具有較高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的玻璃)的玻璃澄清過程和設備也將是有利的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在各種實施方式中，本公開涉及用于生成熱等離子體的設備，所述設備包括：電極；接地電極；介電等離子體約束容器，在電極與接地電極之間延伸；磁場發(fā)生器，圍繞介電等離子體約束容器延伸；入口，用于將氣體遞送到介電等離子體約束容器中；rf電流源，被耦合到電極和接地電極以用于將氣體轉(zhuǎn)換成熱等離子體；以及出口，用于遞送熱等離子體。在本文中也公開了包含這種設備的用于澄清熔融玻璃的系統(tǒng)。本文進一步公開了玻璃結(jié)構(gòu)(諸如玻璃片材)，玻璃結(jié)構(gòu)具有大于約1650℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(tg)并且小于約0.001個氣泡/磅的氣泡濃度。玻璃結(jié)構(gòu)可以包括至少約45重量％(例如約45至約95重量％)的氧化鋁和/或二氧化硅、以及小于約55重量％(例如5至55重量％)的鋇、硼、鎂、鈣、鈉、鍶、錫和/或鈦的氧化物中的至少一種。

附加的特征和優(yōu)點將在以下詳細描述中闡述，并且部分地由本領域的技術(shù)人員從描述中顯而易見，或者通過實踐本文所述本發(fā)明來識別，包括以下詳細描述、權(quán)利要求、以及附圖。

應當了解，以上概述與以下詳述二者均呈現(xiàn)了各種實施方式，并且意圖提供用于理解所要求保護的本發(fā)明的性質(zhì)和特征的綜述或框架。包括附圖提供進一步的理解并且所述附圖并入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖說明各種實施方式并與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理和操作。

附圖說明

當結(jié)合以下附圖閱讀時，可最好地理解以下詳細描述，其中相同結(jié)構(gòu)用相同參考數(shù)字指示，并且其中：

圖1是根據(jù)本公開的一個實施方式的用于澄清玻璃批料的設備的剖面圖；

圖2描繪了根據(jù)本公開的各種實施方式的用于澄清玻璃批料的設備；以及

圖3a-b是根據(jù)本公開的各種實施方式的用于澄清玻璃批料的系統(tǒng)的剖面圖。

具體實施方式

設備

本文中公開了用于生成熱等離子體的設備，所述設備包括：電極；接地電極；介電等離子體約束容器，在電極與接地電極之間延伸；磁場發(fā)生器，圍繞介電等離子體約束容器延伸；入口，用于將氣體遞送到介電等離子體約束容器中；rf電流源，被耦合到電極和接地電極以用于將氣體轉(zhuǎn)換成熱等離子體；以及出口，其用于遞送熱等離子體。

如本文所使用，術(shù)語“熱等離子體”、“大氣熱等離子體”和其變化旨在指示穿過入射高頻電場的氣體，諸如惰性氣體(例如氬)。遇到電磁場產(chǎn)生氣體原子的電離并且釋放電子，所述電子被加速到高速度并且因此被加速到高動能。一些高速電子通過與其他原子最外面的電子碰撞而電離其他原子，并且那些釋放的電子可以進而產(chǎn)生附加的電離，從而導致級聯(lián)電離效應。由此產(chǎn)生的等離子體可能在流中流動，捕獲在該流中的高能顆粒被投射朝向待加熱的物體并撞擊它，由此將其動能傳遞到物體(例如，熔融玻璃等)。

圖1示出了可操作以用于執(zhí)行根據(jù)本公開的實施方式的方法的示例性設備100的剖面圖。在所示的實施方式中，熱環(huán)耦合等離子體噴射設備100安裝在澄清管112的壁上。設備包括電極101、接地電極102、以及在兩個電極之間延伸的介電等離子體約束容器(或管)108。磁場發(fā)生器117圍繞約束容器108延伸，以便誘導圍繞設備所產(chǎn)生的磁場線處的回旋電子流。氣體(例如，惰性氣體)可以通過入口104來遞送到等離子體約束容器108，并且可以作為等離子體羽流115離開約束容器108。

根據(jù)各種實施方式，電極(或第一電極)101可以是包括一或多種金屬或金屬合金的環(huán)。例如，電極可以包括銀、銅、或具有低電阻率的其他合適金屬(諸如鋁、鉑和金、以和其組合)。因為較高的電阻產(chǎn)生更多的熱量并且降低熱傳遞(q)(這可能導致增加的功率損耗)，所以具有較低電阻的材料可以是有利的。環(huán)的厚度也可以取決于各種處理參數(shù)而變化。在一些情況下，因為額外的材料可以降低整體電阻率并且從而改善rf電流傳導的效率，所以采用更厚的環(huán)可以是有利的。在一個非限制性實施方式中，電極101是厚度在約1cm至約3cm范圍內(nèi)(例如約2cm)的鍍銀銅環(huán)。取決于施加的功率和/或電極與澄清容器的接近程度，可以任選地使用水或任何其他合適流體來冷卻電極。

接地電極(或第二電極)102也可以是包括如上公開的一或多種金屬或金屬合金(例如鉑)的環(huán)，并且可以具有如上所述的厚度(例如約1cm至約3cm、或約2cm)。在某些實施方式中，接地電極102可包括等離子體羽流可通過其離開的安裝凸緣。取決于施加的功率和/或電極與澄清容器的接近程度，可以任選地使用水或任何其他合適流體來冷卻接地電極。與采用內(nèi)部電弧電極的電弧等離子體射流相反，本文公開的設備可以采用不與等離子體羽流物理接觸的外部電極。這種配置可以避免由于電極材料蒸發(fā)而導致的玻璃熔體污染。

可以使用rf電流源103在兩個電極101與102之間建立rf場，所述rf電流源103通常可以包括rf發(fā)生器(未示出)和rfmatchwork(未示出)。在一些實施方式中，rf電流的頻率可在約3mhz至約100mhz的范圍內(nèi)，諸如約5mhz至約90mhz、約10mhz至約80mhz、約20mhz至約70mhz、約30mhz至約60mhz、或約40mhz至約50mhz，包括其間所有范圍和子范圍。例如，示例性rf頻率包括6.78mhz、13.56mhz、27.12mhz和40.68mhz。取決于要被澄清的玻璃熔體的體積，rf電流源103可以在約10kw至約100kw的功率范圍內(nèi)操作，例如功率可以在約20kw至約90kw、約30kw至約80kw、約40kw至約70kw、或約50kw至約60kw的范圍內(nèi)，包括其間所有范圍和子范圍。

可以通過入口104將氣體引入等離子體約束管108中。入口104可以包括由金屬(例如黃銅)、金屬合金(例如不銹鋼)、或陶瓷材料構(gòu)成的凸緣。入口可以包括氣體流動通過的中心噴嘴114、以及噴嘴外環(huán)帶113。噴嘴外環(huán)帶可以包括如特定應用所需的任何數(shù)量的較小噴嘴(例如，多達16個噴嘴或更多噴嘴)。從噴嘴環(huán)帶113向下的流可以用于朝向等離子體約束管108的中心引導工作氣流。根據(jù)各種實施方式，氣體可以選自惰性氣體，諸如氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣。例如，來自中心噴嘴114和噴嘴環(huán)帶113的氣流流速可以在約1slpm至約30slpm的范圍內(nèi)，諸如約2slpm至約28slpm、約5slpm至約24slpm、約8slpm至約20slpm、或約10slpm至約15slpm，包括其間所有范圍和子范圍。在一些實施方式中，來自中心噴嘴的氣流流速可以在約1至約24slpm的范圍內(nèi)，并且來自噴嘴環(huán)帶的氣流流速可獨立地在約1至約24slpm的范圍內(nèi)。

可以使用水或任何其他合適流體對凸緣進行冷卻。冷卻入口105和冷卻出口106可以被設置并且可以連接到冷凍機(未示出)，以便將水或其他冷卻劑維持在期望的溫度(例如室溫)。在一些情況下，因為較冷的溫度可能在設備外部產(chǎn)生冷凝(這在玻璃生產(chǎn)環(huán)境中可能是不期望的)，所以將等離子體約束容器108保持在約室溫或更高可以是有利的。等離子體約束容器108可以具有任何形狀或尺寸，并且在某些情況下可以是管狀的形狀。

冷卻容納容器(或冷卻套)107可以設置在等離子體約束容器108周圍，以用于容納冷卻水或其他冷卻液。容納容器107和約束容器108都可以由介電材料構(gòu)成，諸如高溫陶瓷材料(例如，氮化硅、高純度氧化鋁、以和其組合)。容納容器107可以提供空間110和111，以用于使循環(huán)冷卻劑圍繞約束容器108流動以便均勻地冷卻它?？梢栽O置環(huán)密封件109以便密封冷卻套并且使空間110和111基本上防水。環(huán)密封件109也可以由陶瓷材料構(gòu)造，并且在一些實施方式中可以使用例如熱環(huán)氧樹脂來密封在兩個容器之間。任選地，空間110和111還可以包括陶瓷棒(未示出)，以用于圍繞整個約束容器108均勻地偏轉(zhuǎn)水流。這些棒可以改善水循環(huán)，并且確保等離子體約束容器的下部和上部的適當冷卻。

磁場發(fā)生器117可以放置在等離子體約束容器108(和冷卻套107)周圍(例如與約束容器同心)，并且可以用于提供期望的等離子體流動模式。例如，通過致使離子和電子圍繞磁場線螺旋運動，磁體可以向內(nèi)夾緊等離子體，從而產(chǎn)生回旋流。由于在等離子體約束容器108中存在電場和磁場兩者而引起的洛倫茲力可以產(chǎn)生電子回旋共振(ecr)效應，其取決于磁場的強度。ecr也可能取決于電子碰撞率，其可能進而取決于其他因素(諸如壓力)。例如，由于有限的自由空間(例如，數(shù)量級為約68nm的平均自由空間)，電子碰撞速率可能在大氣壓下更高，使得電子限制了在與其他顆粒碰撞之前圍繞磁場線螺旋運動的時間。電子進行螺旋運動的程度致使其能夠拾取附加動能，然后它們可以將所述附加動能傳遞到與其碰撞的顆粒，顆粒非彈性地吸收動能并且然后被具有初始較高能量的磁場線捕獲，隨后旋轉(zhuǎn)幾次，并且然后與另一個顆粒碰撞。在較低壓的等離子體中，平均自由空間可能是較大的(例如，數(shù)量級為幾厘米)，使得電子可以在較長距離內(nèi)螺旋運動而不被阻礙。

當發(fā)生回旋共振時，電子可能具有與離子和中性顆粒碰撞的附加機會，由此傳遞其動能(從圍繞磁場線加速獲得)。離子和中性顆?？梢晕者@種動能，所述動能然后被轉(zhuǎn)換成熱量，從而致使離子和中性顆粒更強烈地振動。中性顆粒由于與電子的碰撞還可能被電離，所述中性顆粒從其軌道中彈出價電子并且由于湯森效應增加自由電子數(shù)。因此，ecr效應可用于將等離子體溫度顯著提高到足以在等離子體熔體中創(chuàng)建熱點的水平。

例如，產(chǎn)生ecr所需的磁場取決于rf電流的頻率?？梢允褂靡韵鹿絹碛嬎闼璧拇艌鰪姸?b)(對于非相對論性速度)：

其中ω是角頻率(2π·頻率)，m是電子的靜止質(zhì)量9.11x10-³¹kg)，并且e是基本電子電荷(1.602x10-¹⁹c)。因此，為了以13.56mhz的示例性頻率產(chǎn)生ecr，所需的最小磁場強度(b)可以如下計算：

或t，特斯拉

因此，用于以13.56mhz頻率操作的設備的周圍磁場發(fā)生器117應具有至少約4.8x10^-4t的場強度。當然，本領域技術(shù)人員能夠針對其他操作頻率計算磁場強度、并且相應地選擇或修改磁體。

根據(jù)各種實施方式，可以使用螺線管來產(chǎn)生磁場。例如，通過改變dc電流，可以在螺線管中控制場強度。在某些實施方式中，螺線管可以用水或任何其他合適的流體來冷卻以便最大化效率。當然，也可以使用其他磁場發(fā)生器，并且設想其在本公開的范圍內(nèi)。

在各種實施方式中，設備100可以安裝在澄清管112的壁上。等離子體羽流115因此可以離開等離子體約束管108，并且在澄清管內(nèi)撞擊玻璃熔體116的表面。等離子體羽流115可以被設想為具有基本圓柱形或稍微圓錐形的形狀，具有給定長度和圓形剖面。圓形剖面由中心或核心以及各種同心環(huán)或護套限定。因此，等離子體羽流的溫度可以被描述為剖面梯度，其中等離子體羽流的核心可以具有高達約11,000k的溫度，并且等離子體羽流的外護套或外邊緣可以具有至少約300k的相對較低溫度。例如，核心的溫度可以在約9,000k至約11,000k的范圍內(nèi)，并且外護套的溫度可以在約300k至約1,000k的范圍內(nèi)，諸如約300k至約500k。多個設備100可以安裝在沿澄清管的各種位置處，以便在玻璃熔體流動通過澄清管時在玻璃溶體中創(chuàng)建熱點。根據(jù)各種實施方式，設備可以在足以產(chǎn)生局部溫度可高達2000℃的熱點的溫度下操作。例如，該設備可將玻璃熔體加熱到約500℃至約1900℃范圍內(nèi)的溫度，例如約800℃至約1800℃、約1000℃至約1700℃、約1200℃至約1600℃、或約1400℃至約1500℃，包括其間所有范圍和子范圍。

圖2提供了用于執(zhí)行本文公開的各種方法的設備100的另一個圖示。如圖1所示，設備包括電極101、接地電極102、以及在兩個電極之間的介電等離子體約束容器108。氣體118通過入口104進入約束容器108并且作為等離子體羽流115離開。兩個電極連接到提供電極之間的電流ic的rf源103。在正弦周期的前半部分中，電極101帶正電并且接地電極102帶負電。在操作期間，接地電極102保持接地電勢，但是電極101可以從高于地電勢的正電勢擺動到相對地電勢的負電勢。磁場線b被示為與氣流和等離子體羽流的方向正交。電場線e從正電荷行進到負電荷，并且可以在該方向上向最外面的電子施加力。第二磁場由磁場發(fā)生器(未示出)生成，其中場線平行于氣流方向行進。磁場可以將電子拉入圓周運動，從而在氣體中形成可以隨rf場的正弦方向改變而改變方向的螺旋路徑。

在一些實施方式中，本文公開的設備可以被設想為以類似于介電阻擋放電等離子體射流的方式起作用，盡管此類設備缺乏產(chǎn)生如本文所公開的熱等離子體所需的形式和功能。例如，介電阻擋放電裝置使用低得多的頻率(例如，小于500khz)，并且從而產(chǎn)生具有非常小的等離子體體積的非熱等離子體。由于低電子密度和低溫，電離水平是非常弱的。因此，通過這種羽流產(chǎn)生的等離子體在體積或溫度上不足以將玻璃熔體加熱到高澄清溫度，特別是鑒于玻璃熔體的潛在大表面積。相比之下，本文公開的設備在高得多的頻率(例如，3mhz或更大)、高功率(例如，10kw或更大)、以及等離子體中的高循環(huán)電流(例如，高達14amp)下起作用。此外，使用磁場發(fā)生器來誘導ecr將等離子體羽流的溫度提高到足以驅(qū)動和/或增強玻璃澄清的水平。

這樣，本文公開的用于生成熱等離子體的設備可用于玻璃澄清過程，例如用于通過電子轟擊而不是火焰燃燒將熔融玻璃加熱到較高溫度。這個特征和其他特征允許與常規(guī)澄清設備相比是靈活、可調(diào)諧和便宜的設備。特別地，在一些實施方式中，本文所公開的用于生成熱等離子體的設備可以被精確地控制和調(diào)諧到期望的溫度，由此避免過冷或過熱的熱點以及與其相關的相應缺點。

方法

本文中公開了用于澄清熔融玻璃的方法，所述方法包括：使用本文所述設備來生成熱等離子體，將熔融玻璃引入澄清容器中，以及使熔融玻璃與熱等離子體接觸。根據(jù)本文所公開的各種實施方式，熔融玻璃批料與等離子體羽流接觸并且由其加熱。如本文所用，術(shù)語“接觸”和“已接觸的”和其變化旨在指示熔融玻璃與等離子體的物理和/或熱相互作用。例如，玻璃可與等離子體物理接觸、和/或玻璃可與等離子體進行熱接觸，例如由熱等離子體產(chǎn)生的熱量。熔融玻璃可以被等離子體直接加熱，或通過與被等離子體加熱的材料或表面接觸來間接加熱。

還應理解，通過與熱等離子體接觸來加熱熔融玻璃可以是熔融玻璃的整體加熱或玻璃熔體的選定區(qū)的局部加熱(例如，創(chuàng)建“熱點”)。與整體加熱相反，局部加熱向一或多個預定區(qū)(例如，在澄清容器中)提供熱量，使得玻璃行進通過相對于彼此是相對熱和冷的離散區(qū)，這些區(qū)任選地沿澄清器長度交替。圖3a-b描繪了用于執(zhí)行根據(jù)本文公開的各種實施方式的方法的替代性系統(tǒng)配置。圖3a-b都描繪了用于局部加熱的配置，并且將在下面更詳細地討論。

在圖3a中，多個等離子體噴槍300可附接或以其他方式耦合到澄清容器320、和/或可以放在容器附近。例如，等離子體噴槍300可以剛好位于澄清容器的外部，諸如在澄清器的耐火部分的壁內(nèi)。如箭頭所指示的，玻璃熔體g從入口330流到出口340。在所示的實施方式中，等離子體噴槍300可以朝向玻璃-空氣界面350，從而在表面處創(chuàng)建一或多個局部熱點360，其可以輻射到玻璃熔體g中并且局部地增加玻璃溫度。升高的溫度可以促進斯托克斯澄清化并且激活玻璃熔體中的化學澄清，使得玻璃熔體中的氣泡370可以升高到表面和/或崩潰。此外，等離子體羽流可以在玻璃熔體中引入對流，其可能破壞玻璃熔體的層流并且促進澄清容器中的混合，這可以進一步促進澄清和/或減少對下游混合的需要。根據(jù)各種實施方式，圖3a中描繪的在玻璃-空氣界面處提供熱點的系統(tǒng)配置可以有利于淺層澄清建立。

圖3b描繪了替代性配置，其中等離子體噴槍300位于澄清容器320的下方。在所示實施方式中，在玻璃下面創(chuàng)建一或多個局部熱點360，它可能隨著熱玻璃從澄清器底部上升而促進斯托克斯澄清化。等離子體噴槍朝向與玻璃接觸的表面380并且撞擊在其上。然后通過來自表面380的熱傳遞390對玻璃熔體g進行加熱。根據(jù)某些實施方式，與圖3a的配置相比，圖3b所描繪的系統(tǒng)配置可以提供增強的澄清(例如，斯托克斯澄清化)，但是如果噴槍撞擊的材料(表面380)不能有效地將熱量傳遞到玻璃熔體，則這種構(gòu)造可能效率較低。此外，在此配置中，與等離子體接觸的材料應當被選擇為承受來自等離子體噴槍的熱量而不被損壞。

本文所公開的方法可具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的澄清方法的各種優(yōu)點。例如，通過使用熱等離子體加熱熔融玻璃，可以減少澄清設備的占地面積(例如，縮短澄清容器長度)。減少用于構(gòu)造此類澄清容器的貴重材料(例如pt)的量(即使減少一小部分)的能力可轉(zhuǎn)化為顯著資本節(jié)省?？商娲?，對于預先存在的澄清系統(tǒng)和容器，可能增加熔融玻璃的生產(chǎn)量，由此改善效率并且生成增加的收入。此外，使用作為目標的可調(diào)諧的等離子體來加熱熔融玻璃可能導致在設備壽命期間的磨損減少。例如，即使在一年時間內(nèi)鉑金氧化量降低2％也可導致顯著降低成本。

另外，本文所公開的方法可有利地與其他玻璃熔化技術(shù)(諸如浸沒式燃燒熔化(scm))組合。scm是一種具有較小占地面積小和相對較低成本的高產(chǎn)量熔化技術(shù)，其通過將氣體-氧氣火焰直接注入玻璃熔體中來熔化玻璃。scm具有有利的高熔化速率，但是具有生成泡沫濕玻璃(例如高達約30％空隙率)的缺點。使用熱等離子體來澄清這種玻璃熔體可以是有利的，因為它可以有效地破裂熔體中的泡沫，并且可以生成與用于scm的熔化溫度兼容的較高溫度，可能需要所述較高溫度來促進化學澄清。另外，通過熱等離子體的澄清是相對干燥的過程，并且因此可用于從scm玻璃熔體移除水分，特別是在下游處理步驟中通過離子交換來化學強化的玻璃的情況下，這可以是有利的。此外，scm熔化設備可以包括將scm連接到澄清容器的中間腔室，并且這個腔室可容易地被改裝成包括等離子體澄清設備。

玻璃結(jié)構(gòu)

術(shù)語“玻璃批料”和其變體在本文中用于指示玻璃前體顆粒的混合物，在熔化時，反應和/或組合以便形成玻璃?？赏ㄟ^用于組合玻璃前體顆粒的任何已知方法來制備和/或混合玻璃批料。例如，在某些非限制性實施方式中，玻璃批料可以包括玻璃前體顆粒的干燥或基本上干燥的混合物，例如沒有任何溶劑或液體。在其他實施方式中，玻璃批料可能以漿料的形式，例如，在存在液體或溶劑下的玻璃前體顆粒的混合物。

根據(jù)各種實施方式，玻璃批料可以包括玻璃前體材料，諸如二氧化硅、氧化鋁和各種附加氧化物(諸如鋇、硼、鎂、鈣、鈉、鍶、錫或鈦的氧化物)。例如，玻璃批料可以是二氧化硅和/或氧化鋁與一或多種附加氧化物的混合物。在各種實施方式中，玻璃批料包括總共約45至約95重量％的氧化鋁和/或二氧化硅、以及總共約5至約55重量％的鋇、硼、鎂、鈣、鈉、鍶、錫和/或鈦的氧化物中的至少一種。

各種特種或“非常規(guī)”的玻璃組合物可能因極高熔點而面臨挑戰(zhàn)，特別是鑒于在顯著高于熔化器的溫度下操作澄清器的趨勢。例如，包含氧化鋇和氧化鋁的混合物或氧化鈣和氧化鋁的混合物的玻璃批料可以具有極高熔化溫度(例如高于2100℃)，這使熔化過程復雜化并且使常規(guī)澄清變得困難(如果不是不可能的話)。包括高水平的二氧化硅和低水平的二氧化鈦的超低膨脹玻璃在使用傳統(tǒng)過程來熔化和澄清時也可能面臨困難。

特種玻璃也可以由包括相對高量的氧化鋁的批料生產(chǎn)，例如大于約20wt％的氧化鋁?？墒褂帽疚乃_的方法和設備來澄清的特種玻璃組合物可包括氧化鋁和氧化鋇的混合物，諸如包括至少約50重量％的氧化鋁和小于約50重量％的氧化鋇的混合物、例如包括約50至約75重量％的氧化鋁和約25至約50重量％的氧化鋇的混合物、或約67重量％的氧化鋁和約33重量％的氧化鋇的混合物。包含氧化鋁和氧化鈣的類似混合物也可以用作玻璃批料，例如包括約70至約80重量％的氧化鋁和約20至約30重量％的氧化鈣的混合物。

玻璃可以包含高水平的二氧化硅，例如約85至約95重量％的二氧化硅和約5至約15重量％的氧化鈦、或大于約90重量％的二氧化硅和小于約10重量％的氧化鈦。這些玻璃可以包括羥基(-oh)和各種附加元素，諸如nb、ta、f和al。例如，玻璃可以包括小于約5重量％的這種附加元素。在某些實施方式中，玻璃可以包括在約0.1至約5重量％的范圍內(nèi)的這種元素，諸如約0.5至約3重量％、或約1至約2重量％。

在某些非限制性實施方式中，批料包括小于約55重量％的鋇、硼、鎂、鈣、鈉、鍶、錫和/或鈦的氧化物中的至少一種，例如小于約50重量％、小于約45重量％、小于約40重量％、小于約35重量％、小于約30重量％、小于約35重量％、小于約20重量％、小于約15重量％、小于約10重量％或小于約5重量％(相對于玻璃批料的總重量)，包括其間所有范圍和子范圍。在不希望受理論束縛的情況下，據(jù)信在這種改性劑中低處的玻璃可能具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并且因此可能更難以使用常規(guī)方法來熔化和/或澄清。

作為非限制性示例，玻璃批料可以包括小于約55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5重量％的氧化鋇，包括其間所有范圍和子范圍。作為非限制性示例，玻璃批料可以包括小于約55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5重量％的氧化硼，包括其間所有范圍和子范圍。可替代地，玻璃批料可以包括小于約55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5重量％的氧化鎂，包括其間所有范圍和子范圍。在其他實施方式中，玻璃批料可以包括小于約55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5重量％的氧化鈣，包括其間所有范圍和子范圍。根據(jù)另外的實施方式，玻璃批料可以包括小于約55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5重量％的氧化鈉，包括其間所有范圍和子范圍。在另外實施方式中，玻璃批料可以包括小于約55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5重量％的氧化鍶，包括其間所有范圍和子范圍。在再進一步的實施方式中，玻璃批料可以包括小于約55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5重量％的氧化鍶，包括其間所有范圍和子范圍。根據(jù)其他實施方式，玻璃批料可以包括小于約55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5重量％的氧化鈦，包括其間所有范圍和子范圍。應當理解，可以使用上述氧化物的各種混合物，其中所述至少一種氧化物的總量小于約55重量％。作為非限制性示例，可以使用氧化鈉和氧化鈣的混合物，或者可以使用氧化鈦和氧化鈉的組合，或者可以使用氧化鎂、氧化鈉和氧化鈣的組合等。

二氧化硅和/或氧化鋁可能以至少約45重量％的玻璃批料的總和量存在，例如至少約50重量％、至少約55重量％、至少約60重量％、至少約65重量％、至少約70重量％、至少約75重量％、至少約80重量％、至少約85重量％、至少約90重量％，或至少約95重量％。根據(jù)某些實施方式，玻璃批料可以包含至少約45、50、55、60、65、70、75、80、85、90或95重量％的二氧化硅。在其他實施方式中，玻璃批料可以包含至少約45、50、55、60、65、70、75、80、85、90或95重量％的氧化鋁。

應當理解，也可以使用以上指示量的二氧化硅和氧化鋁的混合物，其中二氧化硅和氧化鋁的總和量大于約45重量％。

還可以設想附加玻璃批料組合物可用作以本文所述方法中處理的玻璃批料，所述附加玻璃批料組合物可能需要升高的熔化溫度和/或可能具有與上述那些類似的其他處理困難。例如，包括氮化硅、碳化硅、氧化鋯和其他具有高熔化溫度的氧化物的玻璃批料可適用于根據(jù)本文所述方法的處理。也可以根據(jù)本文所述的方法處理高性能光學玻璃(諸如來自corningincorporated的eagle和lotus^tmxp)。

可以通過本領域已知的用于混合和/或處理玻璃批料的任何方法來制備玻璃批料。例如，批料可以混合、碾磨、研磨和/或以其他方式處理，以便產(chǎn)生具有期望尺寸和/或形狀的期望混合物。例如，玻璃批料可以具有小于約1,000微米的平均粒度，例如小于約900、800、700、600、500、400、300、200或100微米，以及其間所有范圍和子范圍。在各種實施方式中，玻璃批料可以具有約5微米至約1,000微米范圍內(nèi)的平均粒度，諸如約50微米至約900微米、約100微米至約800微米、約150微米至約700微米、約200微米至約600微米、或約250微米至500微米，以及其間所有范圍和子范圍。在另外的實施方式中，玻璃批料的平均粒度可以小于約100微米，諸如小于約50微米、小于約25微米、或小于約10微米。

本文所述的方法和設備提供用于熔化和澄清玻璃批料的方法，所述玻璃批料然后可以用于形成玻璃結(jié)構(gòu)。如本文所使用的，術(shù)語“玻璃結(jié)構(gòu)”和其變型旨在指示通過處理熔融玻璃制成的玻璃制品，例如在澄清過程之后生產(chǎn)的任何物品。玻璃結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、組成或微結(jié)構(gòu)不受限制，并且可以是任何常規(guī)或非常規(guī)制品。例如，玻璃結(jié)構(gòu)可以是已經(jīng)冷卻至例如室溫的制品，或者可以是以熔融或半熔融狀態(tài)存在的制品。在一些實施方式中，玻璃結(jié)構(gòu)可以是諸如通過融合拉伸、槽拉伸或浮法過程產(chǎn)生的玻璃片材。具有不同組成和物理性質(zhì)的各種其他玻璃形狀被設想并且旨在落入本公開的范圍內(nèi)。

根據(jù)各種實施方式，本文公開的方法可以使得可對具有相對更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(tg)的非常規(guī)玻璃組合物進行澄清，例如大于約1650℃、大于約1700℃、大于約1800℃、大于約1900℃或大于約2000℃，包括其間所有范圍和子范圍。在其他實施方式中，可以比現(xiàn)有技術(shù)廢熱方法更有效地對常規(guī)(和非常規(guī))玻璃組合物進行澄清，例如以便產(chǎn)生具有較少氣泡和/或水泡的熔融玻璃和玻璃結(jié)構(gòu)。例如，用于澄清熔融玻璃的典型過程可以產(chǎn)生氣泡濃度范圍為每磅玻璃約0.001至約0.01個氣泡的熔融玻璃或玻璃結(jié)構(gòu)。相比之下，本文公開的方法可以提供具有至少更低數(shù)量級的氣泡濃度的熔融玻璃和玻璃結(jié)構(gòu)，例如小于約0.001個氣泡/磅，小于約0.0009、0.0008、0.0007、0.0006、0.0005、0.0004、0.0003、0.0002或0.0001個氣泡/磅。

應當理解，各種公開的實施方式可以涉及結(jié)合該特定實施方式描述的特定特征、元件或步驟。還應當理解，特定特征、元件或步驟(盡管關于一個特定實施方式描述)可以與替代性實施方式以各種未示出的組合或排列來進行互換或組合。

應當理解，如本文所使用的，術(shù)語“所述”、“一個”或“一種”是指“至少一個”，并且除非明確指出相反，否則不應限于“僅一個”。因此，例如，除非上下文另有明確指出，否則提及“噴槍”包括具有兩個或更多個這種“噴槍”的示例。

在本文中，范圍可表達為從“約”一個具體值和/或到“約”另一個具體值。當表達這樣一個范圍時，示例包括從一個特定值和/或至另一個特定值。類似地，當通過使用先行詞“約”將值表達為近似值時，將理解的是特定值形成了另一方面。應進一步理解，該范圍的每個端點相對于另一個端點以及獨立于另一個端點都是有意義的。

各種范圍在本文中表示為“大于約”一或多個特定值或“小于約”一或多個特定值和“其間所有范圍和子范圍”。當表達此類范圍時，示例包括從任何一個特定值到任何其他特定值。例如，包含大于約45重量％(諸如大于約50、55、60、65、70、75、80、85或90重量％)的氧化鋁的玻璃批料包括約45重量％至約90重量％、約65重量％至約80重量％的氧化鋁范圍、以及每個公開值之間的所有其他可能范圍。類似地，包含小于約55重量％(諸如小于約50、45、40、35、30、25、20、15或10重量％)的至少一種氧化物的玻璃批料包括約10重量％至約55重量％、約15重量％至約40重量％的氧化物范圍、以及每個公開值之間的所有其他可能范圍。

本文所表達的所有數(shù)值應解釋為包括“約”，無論是否如此陳述，除非另有明確說明。然而，還應當理解，也精確地考慮了所引用的每個數(shù)值，不管它是否被表達為“約”該值。因此，“大于1000℃的溫度”和“大于約1000℃的溫度”都包括“大于約1000℃的溫度”以及“大于1000℃的溫度”的實施方式。

除非另外明確說明，否則決不意圖將本文陳述的任何方法解釋為要求以特定順序執(zhí)行其步驟。因此，在方法權(quán)利要求項沒有實際敘述其步驟所遵循的順序或在權(quán)利要求書或描述中沒有另外具體陳述各步驟將限于特定順序的情況下，決不意圖推斷任何特定的順序。

雖然可以使用過渡短語“包括”來公開特定實施方式的各種特征、元件或步驟，應當理解隱含替代實施方式，包括使用過渡性短語“組成”或“基本上由...組成”描述的那些。因此，例如，包括a+b+c的設備的隱含替代性實施方式包括設備由a+b+c組成的實施方式、以及設備基本上由a+b+c組成的實施方式。

對本領域的技術(shù)人員將顯而易見的是，可在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明進行各種修改和變化。由于本領域的技術(shù)人員可以想到結(jié)合本發(fā)明的精神和實質(zhì)所公開的實施方式的修改、組合、子組合和變型，本發(fā)明應當解釋為包括在所附權(quán)利要求書和其等效物的范圍內(nèi)的所有內(nèi)容。