对玻璃的氧化态进行定量测量的方法技术

本发明专利技术提供一种用来测量玻璃组合物中的Ｆｅ（Ⅱ）和Ｆｅ（Ⅲ）的含量，使用这些测得的含量确定这些玻璃材料的相对氧化态，并根据这些测量值确定玻璃材料质量的方法。另外，本发明专利技术还提供了以省时省工的方式在制造超精制／超纯玻璃时，可靠地测定玻璃质量的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求2003年6月24日提交的美国专利申请第10/602,290号的优先权，该申请全文引入本文作为参考。
技术介绍
专利
本专利技术一般地涉及用来测量玻璃中氧化铁含量的方法，更具体地涉及用来将玻璃中氧化铁的含量与玻璃的氧化态相关联，并将玻璃的氧化态与玻璃的质量相关联的方法。
技术介绍
最终玻璃玻璃制品中的缺陷一直是使玻璃制品制造成本升高的一个主要因素。由于在制造的玻璃制品中具有这些缺陷，可能会影响这些玻璃制品，使其不适合于使用。这些缺陷可分为本性上是固体的(solid in nature)(例如未熔化的原料或其它耐火材料)或气态的(例如气泡或砂眼)。在原料混合物中使用一些化学组分能帮助除去气态的缺陷。这些组分被称为澄清剂，包括一些多价氧化物和/或卤化物材料。例如在美国专利第5,824,127号(Bange)和第6,128,924号(Bange)中描述了典型的澄清剂一种较为新颖而要求苛刻的玻璃的用途是用作平面显示器(FPD)的基片。这类显示器中众所周知的一种是液晶显示器(LCD)。在LCD中，两片厚度各约为1毫米厚的玻璃片包围着一层3-5微米厚的液晶材料层。液晶材料包括一些具有双折射性质(折射率取决于晶体取向)而且能够通过施加电场改变晶体取向的有机材料。在这种玻璃-液晶玻璃“单元”的外面施加极化膜，可制得电压控制阀。通过仅向整个液晶的一小块区域施加所需的电压，便可达到真实显示所需的象素化。这可内在地完成(无源矩阵液晶显示器)或通过在各像素位置制造薄膜晶体管(TFT)有源地完成(有源矩阵液晶显示器，AMLCD)。然后添加外部光源制成显示器。玻璃基片的透光度性质对这些FPD，特别是对AMLCD的光学性能有直接的影响。具有大约像素尺寸的玻璃缺陷可能会干扰通过像素的透光度，在显示器中造成光缺陷，这种光缺陷会立刻很明显地被显示器的观察者/用户观察到。显示器尺寸和显示分辨率的增大都对玻璃制造厂家提出了更高的要求，需要他们提供含有更小夹杂物的更大的玻璃片。通常对用于AMLCD的玻璃基片的要求是夹杂物不大于约50微米，玻璃的面积约为1米×1米。为使玻璃基片达到这种高质量等级，在整个玻璃制造过程中必须进行非常严格的控制。为尽可能少地产生固体夹杂物，必须对原料、熔制系统和操作进行严格控制。对于气态的夹杂物，在制造过程中还要进行另外的控制，即加入一种或多种特定量和特定种类的澄清剂，所述的量和种类取决于澄清剂的功效。尽管刚才所讨论的大多数控制都可通过标准操作控制实时地进行，但是已经证明澄清剂的功效是有问题的。对于基于多价氧化物(例如As2O3，Sb2O3，SnO2，CeO2，Fe2O3)的澄清包装，其功效取决于氧化物的氧化态。已经确定，玻璃的氧化态反映了以杂质组分的形式存在于大多数制造的玻璃中的铁离子Fe(II)和Fe(III)的相对量。不幸的是，现有的用来测定玻璃中铁氧化态的方法或者需要采用原子吸收光谱(AAS)或电子顺磁共振(EPR)之类的成本高而且耗时的化学分析，或者需要采用准确度较差的摄谱法(集中在两个波长来监控玻璃的性质，例如300-400纳米和1000-1200纳米)，尽管后一种方法较快，但是结果经常不一致。因此，对于玻璃技术人员或工艺工程人员来说，反馈时间较慢和/或反馈信息的质量不可靠，因此很难在玻璃熔制过程中进行矫正操作。因此，在工业中需要能够准确追踪测量铁离子的含量，从而追踪测量制造的玻璃材料中的氧化态。特别对于将用于高要求的FPD市场的玻璃制品更是如此。在工业中还需要有快速、高效而准确的方法，以免制造出和输送质量令人无法接收的玻璃产品，而且在适当的情况下，需要这种测量能够在制造玻璃的现场进行，从而尽可能缩短进行矫正所需的时间。在此背景下开发了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的一个方面一般地涉及分光光谱法测量玻璃材料中的Fe(II)和Fe(III)。测得的离子含量提供了与玻璃质量相关的玻璃的相对氧化态。本专利技术提供了通过UV-Vis分光光谱法准确而灵敏地测量Fe(II)和Fe(III)的方法。将透射测量值转化为消光系数，并将其与对具有已知Fe(II)和Fe(III)值的样品测得的类似测量值相比。测定Fe(II)和Fe(III)的相对值，并将其转化为玻璃材料的相对氧化态。可以用这些方法对玻璃材料中的其他金属离子(例如锰)进行测量，对其含量进行定量，并将这些测量值与玻璃的质量相联系。注意本专利技术优选的实施方式使用整条光谱曲线(约350-1400纳米)来测量Fe(II)和Fe(III)的含量，从而提高了对玻璃样品的测量分辨率和灵敏度。与现有的用来测量玻璃样品中铁离子含量或氧化态的化学分析法相比，本专利技术更加省时省力，提供一致、准确而可靠的结果。这些结果通常可以在数小时内获得，而化学分析法则需要几天时间。在另一个方面，本专利技术包括用来在将玻璃材料输送给用户之前，测定玻璃材料的质量的方法。该方法包括给玻璃材料设定临界氧化态，高于该临界值的材料不能输送给用户。本方法可包括相对于玻璃材料的特定用途提供玻璃中氧化态的标准等级。这样，具有特定氧化态的玻璃可最佳地用于特定的最终用途，例如用于LCD。在本专利技术的另一个方面，该方法包括利用分光光谱法测量玻璃材料中溶解的水，用来指示玻璃材料的质量。可将利用分光光谱法测得的玻璃材料中溶解的水的含量与利用分光光谱法测得的玻璃材料的氧化态结合起来，为玻璃材料提供另一种可靠性。在本专利技术的另一方面，该方法提供了对玻璃材料质量进行最优化所需澄清剂的种类和量。具体来说，可以用本方法来测定用于特定玻璃材料组合物的可接受的澄清剂以及可接受的澄清剂的氧化态。在制造玻璃组合物时，能够通过本专利技术的方法进行最优化的其它参数包括在玻璃制造过程中的温度变化、在制造过程中加入玻璃组合物的硝石浓度等。在另一方面，可对本专利技术的方法进行修改，用来测定超纯/超精制玻璃片的氧化态。该方法包括以下步骤准确测量通过超纯/超精制玻璃样品的透光度，然后同上地将分光光谱法测量结果与玻璃片的相对质量相联系。在以下的详述中将描述本专利技术的其它特征和优点，本领域的技术人员通过阅读本说明书，或者依照包括详述、权利要求书以及附图所述来实施本专利技术，可以显而易见地看到这些特征和优点。应当理解上面的概述和以下的详述都描述了本专利技术的实施方式，从而为本专利技术提供了综述或框架，以便理解本专利技术所要求的性质和特征。通过附图来进一步理解本专利技术，附图结合入本说明书，作为说明书的一部分。附图显示了本专利技术的各种实施方式，附图与说明书一起用来解释本专利技术的原理和操作。附图简述附图说明图1说明了根据本专利技术的分量(components)消光曲线。图2显示了与用化学分析实际测量样品相比，各种玻璃样品使用本专利技术的实施方式的Fe(II)和Fe(III)的可靠性。图3显示了Fe2O3摩尔数/FeO摩尔数的曲线。注意样品具有不同的铁浓度(Fe2O3总量为250、750和1500ppm)。优选实施方式详述接下来将详述本专利技术的优选实施方式。一般来说，本专利技术的实施方式是提供用来测量玻璃材料中FeO和Fe2O3含量的高可靠性和高灵敏度的方法，具体来说是测量用于LCD和AMLCD装置的超纯/超精制玻璃材料(通常为玻璃材料片)中FeO和Fe2O3含量的方法。本专利技术的方法还提供用来将测得的玻璃材料中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来测定玻璃材料中的氧分压的方法，该方法包括：　　　　使用大量适合用于测量ＦｅＯ和Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］含量的光的波长测量玻璃材料的透光度；　　　　将测得的玻璃材料的透光度转化为消光系数；　　　　将全部的消光系数数值转化为玻璃材料中的［Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］］↑［２］／［ＦｅＯ］↑［４］含量比，此［Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］］↑［２］／［ＦｅＯ］↑［４］比例与玻璃材料中的氧分压成正比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：KJ贝肯，DC博伊德，DE塞波林斯基，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]