本发明专利技术涉及一种用于生产玻璃的方法及系统，其中在熔化和澄清过程期间减少或优选避免玻璃的还原敏感成分的还原。所述玻璃优选为具有高折射率的玻璃。在过程期间，将氧化剂引入澄清容器中，并优选还引入由冷却剂冷却的带狭缝壳体制成的熔化坩锅中。所述氧化剂优选为氧气。此外，本发明专利技术涉及一种用于执行所述方法的系统（图１）。
Method and system for the production of glass to avoid chemical reduction of components
The present invention relates to a method and system for producing glass, in which reduction or reduction of reduction sensitive components of glass is reduced during or during the melting and clarification process. The glass is preferably a glass having a high refractive index. During the process, the oxidizing agent into a clarifying container, and preferably also introduced by coolant cooling with a slit melting crucible made of shell. The oxidant is preferably oxygen. In addition, the present invention relates to a system for performing the method (Fig. 1).
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于生产玻璃的方法及系统，其中在熔化和澄清过程期间减少且优选为避免还原玻璃的还原敏感成分。所述玻璃优选为具有高折射率的玻璃。根据本专利技术，术语“对还原敏感”包含对还原和氧化反应都敏感，即，对还原敏感还包含“对氧化还原敏感”。
技术介绍
许多高折射率材料和玻璃，尤其是用于光学元件、光纤和显示器应用以及用于保护并钝化电子部件和组件的应用的那些高折射率材料和玻璃是以一种方式组成的，即熔化技术的生产导致常规系统和设备在涉及到非常重要的应用特性(例如，透射、折射率位置和同质性、电阻和压缩性)的性能上的相当大的损耗，进而使生产较不经济。 此类材料和玻璃包括在熔化状态对还原敏感和/或具腐蚀性的成分。对还原敏感(所谓多价)成分在熔化物中可具有不同的氧化还原状态(氧化状态)。此类成分的氧化还原平衡等式为 其中M(x+n)+是物质M的氧化形式，且Mx+是物质M的还原形式。氧化还原伴随物常为熔化物中存在的氧离子(O2-)和溶解在熔化物中的氧气(O2)。 对于此氧化还原平衡，且在氧气浓度恒定的前提下(O2-＝恒定)，可用公式来表示平衡常数K K＝(·n/4]/()(1) 从等式(1)和等式(2)ΔH-T*ΔS＝-RT*lnK，温度T和氧气浓度的氧化还原平衡/、/具有以下相关性 ln(/)＝ΔH/(R·T)-ΔS/R+(n/4)·ln (3) 其中ΔH＝反应焓，ΔS＝反应熵，R＝特定气体常数。 此结果为，如果温度T上升和/或氧气浓度下降，那么氧化还原平衡转向还原物质Mx+。 在降低温度T和/或提高氧气浓度的情况下，氧化还原平衡转向氧化物质M(x+n)+。 最终由熔化物的组分、物质和基质特定的热力学变量(ΔH和ΔS)以及与其它多价成分的可能的氧化还原反应来确定不同温度和不同氧气浓度下成分的氧化形式和还原形式的氧化还原关系。举例来说，在组分的熔化物中(重量％)8.8％的Na2O；29.6％的SrO；61.1％的P2O5和0.5％的SnO2，在1200℃且氧气部分压力为0.21巴(这是大气中的部分压力)下，约94％的锡以Sn4+形式(氧化形式)存在，而仅6％以Sn2+形式(还原形式)存在。如果温度增加到1500℃(在不改变氧气浓度的情况下，即不改变部分压力的情况下)，氧化还原关系发生改变。在热力平衡的那个群集中，47％的锡作为Sn4+(氧化形式)存在，50％作为Sn2+(还原形式)存在，且已有3％作为元素金属锡而存在。如果在1500℃下提高氧气浓度，即增加部分压力到1巴，那么57.5％的锡作为Sn4+(氧化形式)存在，41％作为Sn2+(还原形式)存在，且仅1.5％作为元素金属锡而存在。此熔化物中的磷酸盐离子也成为热力氧化还原平衡的基础。在1200℃且氧气部分压力为0.21巴(这是大气中的部分压力)下，约99.9％的磷作为P5+(氧化形式)存在，且仅0.1％作为P3+(还原形式)存在。在1500℃温度和还原条件下，例如在氧气部分压力为10-5巴的情况下，约89％的磷以P5+形式(氧化形式)存在，但已有11％以P3+形式(还原形式)存在，且甚至有0.1％作为元素磷存在(来源“Das Redoxverhalten polyvalenterElemente in Phosphatschmelzen und Phosphatgl_sern”，Dissertation Annegret Matthai，Jena1999)。 待生产的材料的产品特性的关键之处在于结合所包括成分的还原，一方面还原物质本身对光学透射值直接影响(减少)，以及还原物质与容器材料的反应对光学透射值间接影响(减少)。此外，重要的材料特性(例如，电阻和介电强度)受到负面影响，但还原物质或其腐蚀性产品也可影响结晶和模制特性。 如果这些材料并不是以其最有可能的氧化状态存在的话，将出现可还原物质对透射特性的直接影响。高氧化状态常具有电子配置，其禁止在吸收可见光谱区域中的光的情况下发生电子跃迁，其又影响了材料的光学透射。但一旦这些成分以较低的氧化状态存在，那么可出现允许电子跃迁的电子配置。这导致吸收可见光谱区域中的光，且因此导致变色。此类所谓的多价成分例如是铌、磷、钒、钛、锡、钼、钨、铅、铋。 如果这些成分被进一步热还原或化学还原，那么其可获得O的氧化状态，且因此以元素形式存在。出现纳米区域中的微粒和/或晶体的沉淀。这在光的影响下导致材料中的衍射和散射效应，其也影响可见光谱范围中的透射。但同样可影响例如电阻、介电强度和结晶特性等其它特性。 如果沉积的微粒或晶体生长，材料中就出现张力和缺陷，在高能量密度的辐射(例如，激光)期间，其可导致玻璃的毁坏。如DE 101 38 109 A1中所述，必须通过复杂过程(例如使用高度毒性的气态氯)来再次氧化此类微粒，以便在熔化过程后改进玻璃的光学特性。基于环境和加工安全性基础，必须减弱玻璃批量中硝酸盐的添加(其通过NO2和其它含氮气体的释放而在熔化物中提供强烈的氧化条件)。所述过程与自由的磷酸盐(P2O5)结合时也高度危险，因为其可导致爆炸反应。 在熔化物中可热还原和/或化学还原为元素状态的成分例如是磷、锡、镓、铅、砷、锑、钼、铋、银、铜、铂金属和金。 如果在熔化物中还原的成分与容器材料之间有形成合金的引力或倾向，那么所还原的成分熔合进入容器材料中，且因此被连续地从熔化物中的化学平衡中萃取，其形成将导致反应的减弱。如此开始了一个循环，其最终导致坩锅的毁坏，因为随着合金的形成，坩锅材料的电阻和熔点急剧降低。这在坩锅是由铂族制成的情况下尤其严重。在这种情况下，例如，5％的磷熔合进入铂导致熔点从1770℃降低到588℃，其对坩锅的耐用度形成影响。 在较不显著的情况下，原位形成的合金立刻溶解在熔化物中，且出现坩锅材料大量进入熔化物中的情况。在铂元素的情况下，这关系到变色和透射特性的恶化。 如果期望达成较高的折射率(nd＞1.7且优选nd＞1.75)和/或尽可能低的软化温度(其对于精密和精确压制很重要)，那么尤其关键的是将大量的可还原化合物引入到材料和玻璃中。 使用所谓的基于氧化物或氧化物-陶瓷的耐火材料(例如，锆、硅酸盐或氧化铝材料)仅解决上述问题的一部分，且另外还不是经济上合理的解决方案。这些材料确实为非还原性的，不展示朝着元素沉积方向的任何合金形成倾向，且在腐蚀性和停留时间方面相对于许多熔化组分保持相对稳定。但当被熔化物侵蚀时，它们部分溶解而“性质变坏”，也就是这些材料可导致玻璃中的缺陷。 尤其不可接受应可通过精密压制腐蚀性侵蚀物而另外加工的高折射率熔化组分，因为坩锅的溶解和材料进入熔化物导致材料和玻璃特性方面的不良改变，尤其是转变温度的增加、粘度特性的改变、折射率和阿贝数的改变以及投射的改变。此外，形成富集耐火材料的区域，在体积中条纹和折射率改变的情况下，所述区域变得可见。 作为对耐火材料的强烈侵蚀的进一步效应，除了相当大地恶化玻璃的特性和同质性之外，还部分极端地缩短熔化设备的停留时间，从而导致大量成本。一方面，是因为熔化单元的更换而使成本上升，且另一方面是由于反复的停工成本。 在具有冷却壁(在上面冷冻材料，并形成特定材料的接触区域)的系统中腐蚀性材料和玻璃的连续熔化和澄清对于许多技术和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生产玻璃的方法，其中在澄清过程期间通过将氧化剂导入澄清容器中来减少（优选为避免）还原所述玻璃的还原敏感成分。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：米夏埃多莱斯特，乌韦科尔贝格，西蒙娜莫妮卡里特尔，西尔克沃尔夫，
申请(专利权)人：史考特公司，
类型：发明
国别省市：DE[]
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