Литийсодержащее стекло с высоким содержанием окислительного железа и способ его изготовления

Изобретение относится к литийсодержщим стеклам с высоким содержанием окисленного железа. Технический результат изобретения заключается в сокращении времени перехода от производственного цикла изготовления стекла с высоким поглощением в ИК-области к производственному цикла изготовления стекла с низким поглощением в ИК-области или наоборот. Стекло содержит следующие компоненты, % масс.: SiO₂ 60-63; Na₂O 10-12; Li₂O 4-5,5; Al₂O₃ 17-19; ZrO₂ 3,5-5; Al₂O₃+ZrO₂ 21,5-24; FeO 0,0005-0,015; Fe₂O₃ (общее железо) 50-1200 ч./млн и окислитель, выбранный из группы, включающей оксид церия в количестве более 0-0,50% масс., оксид марганца в количестве более 0-0,75% масс. и их смеси. Способ замены процесса изготовления стекла процесса изготовления литиевого стекла с высоким поглощением в инфракрасной области с содержанием FeO в количестве 0,02-0,04% масс. и редокс отношением в диапазоне 0,2-0,4 на процесс изготовления литиевого стекла с низким поглощением в инфракрасной области добавлением дополнительных окислителей - CeO₂ и MnO₂ к материалам шихты. Второй способ состоит в замене процесса изготовления литиевого стекла с низким поглощением в инфракрасной области на процесс изготовления литиевого стекла с высоким поглощением в инфракрасной области добавлением дополнительных восстановителей к материалам шихты. 6 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.

 

Перекрестная ссылка на родственную заявку

Данная заявка испрашивает приоритет по заявке US №61/602909, поданной 24 февраля 2012 с названием “Литийсодержащее стекло с высоким содержанием окисленного железа и способ его изготовления”. Заявка 61/602909 полностью включена в настоящее описание ссылкой.

Известный уровень техники

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к стеклу, имеющему высокое содержание окисленного железа, и к способам получения таких стекол, и более конкретно, к способу перехода от производственного цикла изготовления стекла с высоким поглощением в инфракрасной области, т.е. стекла с высоким содержанием восстановленного железа, к производственному циклу изготовления стекла с низким поглощением в инфракрасной области, то есть стекла с низким содержанием восстановленного железа, и стеклам, изготовленным таким образом. Также в заявке раскрыт способ перехода от производственного цикла изготовления стекла с низким поглощением в инфракрасной области, т.е. стекла с низким содержанием восстановленного железа к производственному циклу изготовления стекла с высоким поглощением в инфракрасной области, т.е. стекла с высоким содержанием восстановленного железа и стеклам, изготовленным таким образом. В соответствии с использованием в данном описании термин “производственный цикл” означает изготовление заданного количества стекла, например, но без ограничения, листового стекла заданного качества, например, но без ограничения оптическими и цветовыми свойствами с использованием заданного количества материалов стекольной шихты или ингредиентов.

Обсуждение технологии

Особый интерес для последующего обсуждения представляет изготовление литийсодержащих стекол. Специалистам в данной области известно, что литийсодержащие стекла обычно используются в качестве подложки при изготовлении упрочненного ионным обменом стекла. Один тип литийсодержащего стекла раскрыт в US №4,156,755 (“здесь и далее также называемый как “USPN ′755”), который включен в описание ссылкой.

В целом, железо не является обязательным ингредиентом при изготовлении литийсодержащего стекла для процесса ионного обмена, однако небольшие количества железа, как правило, присутствуют в литийсодержащем стекле в качестве примеси в ингредиентах стекольной шихты, или железо добавлено в материалы стекольной шихты для создания литийсодержащего стекла, имеющего искомые свойства, например, но без ограничения, оптические и/или цветные свойства. Общее содержание оксида железа в пересчете на Fe₂O₃ в коммерческих стеклах зависит от требований к продукту, но обычно находится в диапазоне 50-1200 частей на миллион {далее также обозначаемое как “ч./млн”} или 0,005-0,12% общего количества железа в пересчете на оксид (далее обозначаемое как “массовый процент” или “% масс.”), поэтому считается композицией прозрачного стекла. В частности, добавление железа может быть выполнено в виде двухвалентного железа (FeO) или трехвалентного железа (Fe₂O₃). Во время плавления материалов стекольной шихты достигается равновесие между железом в форме трехвалентного железа (Fe⁺⁺⁺) и в форме двухвалентного железа (Fe⁺⁺) с 25-30% масс. двухвалентного железа (Fe⁺⁺) и 70-75% масс. трехвалентного железа (Fe⁺⁺⁺). Оксид трехвалентного железа Fe₂O₃ является сильным поглотителем ультрафиолетового излучения и выступает в виде желтого красящего вещества в стекле, и оксид двухвалентного железа FeO является сильным поглотителем инфракрасного излучения и выступает в виде синего красителя в стекле. Особый интерес в настоящей дискуссии представляет оксид железа, FeO.

В случае, когда лист стекла, например, но без ограничения обсуждением, литийсодержащий стеклянный лист (далее также называемый как “лист литиевого стекла”), необходимо нагреть, например, но без ограничения обсуждением, до моллирования и формирования, композиция листа литиевого стекла обычно включает оксид двухвалентного железа (FeO) в количестве 0,02-0,04% масс., и лист литиевого стекла имеет редокс отношение (подробно обсуждается ниже) 0,2-0,4. В случае, когда литийсодержащее стекло (далее также называемое “литиевое стекло”) используется в осуществлении изобретения, в качестве смотрового окна для инфракрасного оборудования, например, но без ограничения, инфракрасных очков ночного видения, или в качестве компонента прозрачной брони или аэрокосмических окон, содержание оксида двухвалентного железа предпочтительно составляет 0,001-0,010% масс., редокс отношение литиевого стекла предпочтительно составляет 0,005-0,10. Процентное содержание оксида двухвалентного железа выше для листа литиевого стекла, который должен быть нагрет, чтобы увеличить поглощение в инфракрасном диапазоне для уменьшения времени нагрева листа литиевого стекла, чтобы достичь температуры гнутья. Процентное содержание оксида двухвалентного железа является низким для литиевого стекла, используемого для смотрового окна инфракрасного оборудования в соответствии с целью изобретения увеличения процента пропускания инфракрасного излучения через смотровое окно.

Один из недостатков перехода от производственного цикла изготовления литиевого стекла с высоким поглощением в инфракрасной области (далее также называемого “HIRA”) к производственному циклу изготовления литиевого стекла с низким поглощением в инфракрасной области (далее также обозначаемого “LIRA”) изобретения, и/или перехода производственного цикла изготовления литиевого стекла LIRA изобретения к производственному циклу изготовления литиевого стекла HIRA, является количество производимого стекла в период, начиная с конца одного производственного цикла, например конец производственного цикла изготовления литиевого стекла HIRA, и окончания в начале следующего производственного цикла, например начало производственного цикла изготовления литиевого стекла LIRA, которое соответствует техническим условиям для литиевого стекла LIRA или литиевого стекла HIRA. Стекло, которое не соответствует техническим условиям для использования в качестве литиевого стекла LIRA и литиевого стекла HIRA, обычно утилизируют или используют в качестве стеклобоя. Специалисты в данной области техники могут оценить, что утилизация стекла, изготовленного во время перехода от одного производственного цикла к другому, является дорогостоящей в связи с относительно высокой стоимостью ингредиентов литиевого стекла и потерями времени на изготовление непригодного стекла или стекла ограниченного качества.

Предпочтительно, таким образом, предложить способ минимизации или устранения недостатков, связанных с переходом от производственного цикла изготовления пригодного для использования литиевого стекла HIRA или пригодного для использования литиевого стекла LIRA к производственному циклу изготовления пригодного для использования литиевого стекла LIRA или пригодного для использования литиевого стекла HIRA соответственно.

Краткое изложение существа изобретения

Одно не ограничивающее осуществление изобретение относится к композиции стекла, включающей, среди прочего,

SiO2	60-63% масс.
Na2O	10-12% масс.
Li2O	4-5,5% масс.
AL2O3	17-19% масс.
ZrO2	3,5-5% масс.
(Al2O3+ZrO2)	21,5-24% масс.
FeO	0,0005-0,015% масс.
Fe2O3 (общее железо)	50-1200 ч./млн; или 0,005-0,12% масс.

и окислитель выбран из группы, включающей оксид церия в количестве более 0-0,50% масс., оксид марганца в количестве более 0-0,75% масс. и их смесей и имеющей редокс отношение в диапазоне 0,005-0,15.

Другое не ограничивающее осуществление изобретения относится к устройству для наблюдения инфракрасного излучения, устройство включает корпус, имеющий, по меньшей мере, один канал, имеющий первый открытый конец и второй открытый конец, систему линз, установленную внутри канала для наблюдения инфракрасного излучения, причем усовершенствование устройства включает:

химически упрочненную стеклянную баллистическую линзу, установленную рядом с одним концом канала, причем баллистическая стеклянная линза включает первую поверхность, противоположную второй поверхности, и сегмент стекла между первой и второй поверхностями баллистической стеклянной линзы, сегмент стекла включает, среди прочего,

SiO2	60-63% масс.
Na2O	10-12% масс.
Li2O	4-5,5% масс.
Al2O3	17-19% масс.
ZrO2	3,5-5% масс.
(Al2O3+ZrO2)	21,5-24% масс.
FeO	0,0005-0,015% масс.
Fe2O3 (общее железо)	50-1200 ч./млн; или 0,005-012% масс.

и окислитель, выбранный из группы, включающей оксид церия в количестве более 0-0,50% масс., оксид марганца в количестве более 0-0,75% масс. и их смесей и имеющей редокс отношение в количестве 0,005-0,15.

Кроме того, другое не ограничивающее осуществление изобретения относится к способу замены стекломассы в печи с расплавленной композицией литиевого стекла с высоким поглощением в инфракрасной области с содержанием FeO в количестве 0,02-0,04% масс. и редокс отношением в диапазоне 0,2-0,4 на расплавленную композицию литиевого стекла с низким поглощением в инфракрасной области с содержанием FeO в количестве 0,0005-0,015% масс., редокс отношением в диапазоне 0,005-0,15 и заданным количеством первого окислителя для окисления FeO, причем способ включает:

подачу материала шихты, включающего ингредиенты для изготовления расплавленной композиции литиевого стекла с низким поглощением в инфракрасной области с содержанием FeO в количестве 0,0005-0,015% масс. редокс отношением в диапазоне 0,005-0,15 и заданным количеством первого окислителя для окисления FeO;

добавления второго окислителя к материалу стекольной шихты в количестве, равном или вдвое превышающем количество первого окислителя, в течение заранее заданного периода времени, чтобы окислить FeO в стекломассе в печи, и

остановку выполнения вышеуказанных стадий после заданного периода времени.

Далее не ограничивающее осуществление изобретения относится к ламинированному остеклению, например, такому как ветровое стекло самолетов и наземных транспортных средств, включающее несколько листов стекла, причем, по меньшей мере, один лист стекла является химически упрочненным, и необязательно пластиковые листы, причем листы стекла и пластиковые листы ламинируют вместе с помощью пластиковых промежуточных слоев и, по меньшей мере, один из листов стекла имеет композицию стекла, включающую, среди прочего:

SiO2	60-63% масс
Na2O	10-12% масс
Li2O	4-5,5% масс
Al2O3	17-19% масс
ZrO2	3,5-5% масс
(Al2O3+ZrO2)	21,5-24%
FeO	0,0005-0,015% масс
Fe2O3 (общее железо)	50-1200 ч./млн;

и окислитель выбирают из группы оксида церия с содержанием в интервале более 0-0,50% масс., оксида марганца с содержанием в количестве более 0-0,75% масс. и их смесей, и редокс отношение в диапазоне 0,005-0,15.

Кроме того, изобретение относится к способу замены стекломассы в печи с расплавленной композицией литиевого стекла с низким поглощением в инфракрасной области с содержанием FeO в количестве 0,0005-0,015% масс., редокс отношением в диапазоне 0,005-0,10 на композицию литиевого стекла с высоким поглощением в инфракрасной области с содержанием FeO в количестве 0,02-0,04% масс. и редокс отношением в диапазоне 0,2-0,4, посредством подачи материала стекольной шихты, включающей компоненты, необходимые для получения расплавленной композиции литиевого стекла с высоким поглощением в инфракрасной области, и заданное количество первого восстановителя для увеличения содержания FeO; добавления второго восстановителя к материалу стекольной шихты в количестве, равном или вдвое превышающем количество первого восстановителя, в течение определенного периода времени для увеличения содержания FeO в стекломассе в печи, и остановки выполнения предшествующей стадии после заданного периода времени.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1А и 1В представляют вид в плане поперечного сечения стекловаренной печи, соединенной с флоат-ванной, используемой для изготовления ленты флоат-стекла в соответствии с существом изобретения.

Фиг. 2 представляет вид сбоку сечения флоат-ванны, показанной на фиг. 1А.

Фиг. 3 является графиком, показывающим значение редокс отношения и приблизительное содержание двухвалентного железа (FeO) в результате окисления FeO различными количествами СеО₂ и MnO₂.

Фиг. 4 является графиком, показывающим окисление двухвалентного железа (FeO) с помощью различных количеств СеО₂ и MnO₂.

Фиг. 5 является поперечным сечением вида сбоку прибора ночного видения изобретения, имеющего защитную линзу, выполненную в соответствии с изобретением.

Фиг. 6 является видом сбоку многослойной баллистической линзы или окна, включающих признаки изобретения.

Описание изобретения

В данном описании, термины, относящиеся к пространству или направлению, такие как “внутренний”, “внешний”, “левый”, “правый”, “вверх”, “вниз”, “горизонтальный”, “вертикальный” и т.п., относятся к изобретению в том виде, как это показано на чертежах. Однако следует понимать, что изобретение может предполагать различные альтернативные ориентации и, соответственно, такие термины не следует рассматривать как ограничивающие. Кроме того, все числа, выражающие размеры, физические характеристики и т.д., используемые в описании и формуле изобретения, следует понимать как уточненные во всех случаях термином «около». Соответственно, если не указано иное, числовые значения, изложенные в последующем описании и формуле изобретения, могут изменяться в зависимости от искомых свойств и/или целей, которые должны быть достигнуты с помощью настоящего изобретения. По меньшей мере, не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр, по меньшей мере, должен истолковываться в свете количества приведенных значащих цифр и с использованием обычного правила округления. Кроме того, подразумевается, что все диапазоны, раскрытые в описании, охватывают все указанные поддиапазоны. Например, указанный диапазон “от 1 до 10” следует рассматривать, как включающий все поддиапазоны между ними и с включением минимального значения 1 и максимального значения 10; то есть все поддиапазоны, начинающиеся с минимального значения 1 или более и заканчивающиеся максимальным значением 10 или менее, например от 1 до 6,7, или от 3,2 до 8,1, или от 5,5 до 10. Также в соответствии с использованием в описании термин “смонтированный над” означает, смонтированный над, но необязательно с поверхностным контактом. Например, одно изделие или компонент изделия “смонтированное над” другим изделием или компонентом изделия не исключает присутствия материалов между изделиями или между компонентами изделий соответственно.

Прежде чем обсуждать несколько не ограничивающих осуществлений изобретения, следует понимать, что изобретение не ограничивается в своем применении деталями конкретных не ограничивающих осуществлений, представленными и описанными в заявке, так как изобретение допускает другие осуществления. Кроме того, терминология, используемая в описании для обсуждения изобретения, применяется для раскрытия, а не для ограничения. Более того, если не указано иное, в последующем обсуждении, одинаковые цифровые обозначения к одинаковым элементам.

Не ограничивающие осуществления изобретения раскрыты с использованием композиций литиевого стекла, описанных в USPN ′755, однако изобретение ими не ограничено и изобретение может быть осуществлено для замены одного производственного цикла изготовления натриево-кальциево-силикатного стекла, имеющего высокое содержание окисленного железа, например, но без ограничения содержанием оксида трехвалентного железа в количестве 0,02-0,04% масс. и редокс отношением в диапазоне 0,2-0,4 на другой производственный цикл изготовления натриево-кальциево-силикатного стекла, имеющего низкое содержание окисленного железа, например, но без ограничения содержанием оксида двухвалентного железа в количестве 0,001-0,010% масс., и редокс отношением в диапазоне 0,005-0,15.

Понятно, что Fe₂O₃ и/или FeO могут быть добавлены в качестве красителя или модификатора свойств. Общее количество железа, присутствующего в литиевых стеклах, раскрытых в описании, выражается в пересчете на Fe₂O₃ в соответствии со стандартной аналитической практикой, но это не означает, что все железо действительно находится в виде Fe₂O₃. Подобным образом, количество железа в двухвалентном состоянии приводится в пересчете на FeO, хотя оно в действительности не присутствует в стекле в виде FeO. Для выражения относительных количеств двухвалентного железа и трехвалентного железа в композициях стекла, раскрытых в описании, термин “редокс отношение” означает количество железа в двухвалентном состоянии в пересчете на FeO, деленное на количество общего железа в пересчете на Fe₂O₃. Кроме того, если не указано иное, термин “общее железо” в описании означает общее содержание железа в пересчете на Fe₂O₃, и термин “FeO” означает железо в двухвалентном состоянии в пересчете на FeO.

Диапазоны содержания материалов или ингредиентов литийсодержащего стекла, раскрытые в USPN ′755, перечислены в следующей таблице 1.

Таблица 1
Компонент	Содержание	Предпочтительное содержание
SiO2	59-63% масс.	60-63% масс.
Na2O	10-13% масс.	10-12% масс.
Li2O	4-5,5% масс.	4-5,5% масс.
Al2O3	15-23% масс.	17-19% масс.
ZrO2	2-5% масс.	3,5-5%
(Al2O3+ZrO2)	19-25% масс.	21,5-24% масс.

Массовое процентное содержание всех оксидов в стекле, кроме лития, определяется с использованием рентгенофлуоресцентной спектрометрии (также известный как “XRFS”). Массовое процентное содержание оксида лития в стекле определяется с помощью атомной абсорбции.

Могут быть включены незначительные количества (до около 5% общей массы) других стеклообразующих материалов и модификаторов стекла или красителей, например MgO, MnO, TiO₂, Sb₂O₃, As₂O₃, K₂O, PbO, ZnO и CaO, и их смеси. Как понятно специалистам в данной области техники, Sb₂O₃ и As₂O₃ являются окислителями для процесса вытягивания листа стекла, но не подходят для использования в процессе изготовления флоат-стекла, поскольку восстановительные условия камеры флоат-стекла восстанавливают Sb₂O₃ и As₂O₃ до металлической сурьмы и мышьяка соответственно.

В одном не ограничивающем осуществлении изобретения, когда необходимо нагреть лист литиевого стекла, имеющего композицию таблицы 1, например, но без ограничения обсуждением, до гибки и/или формования листа, композиция литиевого стекла содержит ингредиенты таблицы 1 плюс оксид железа в количестве 0,02-0,05% масс. и предпочтительно в количестве 0,03-0,038% масс., и редокс отношение в диапазоне 0,2-0,4 и предпочтительно в диапазоне 0,2-0,35 (далее вышеуказанное стекло также обозначается как “литиевое стекло с высоким поглощением в инфракрасной области” или “литиевое стекло HIRA”). В ходе производственного цикла изготовления литиевого стекла HIRA выполняют добавки сульфатов и углерода к ингредиентам стекла. Сульфаты и углерод добавляют для увеличения содержания оксида двухвалентного железа для сохранения редокс отношения стекломассы в искомом диапазоне.

В другом, не ограничивающем осуществлении изобретения, когда литийсодержащее стекло с составом таблицы 1 используется в качестве смотрового окна для инфракрасного оборудования, например, но без ограничения, инфракрасные очки ночного видения, прицелы, например прицелы стрелкового оружия, композиция литиевого стекла содержит ингредиенты таблицы 1. Как было отмечено, оксиды железа не указаны в качестве компонента, однако, как понятно специалистам в данной области техники, можно ожидать, что оксиды железа, например двухвалентного железа, будут присутствовать в стекле в качестве инородного материала, присутствующего в шихте, например стеклобое. Относительно количества двухвалентного железа, которое может присутствовать, стекло по изобретению включает композицию таблицы 1 плюс оксид железа в количестве 0,0005-0,015% масс., и предпочтительно в количестве 0,001-0,010% масс., и редокс отношение в диапазоне 0,005-0,15, и предпочтительно в диапазоне 0,005-0,10 (далее вышеуказанное стекло также называется “литийсодержащим стеклом с низким поглощением в инфракрасной области” или “литиевое стекло LIRA”). Предполагается, что общее содержание железа (Fe₂O₃) будет находиться в диапазоне 50-200 ч./млн Fe₂O₃. В ходе производственного цикла изготовления литиевого стекла LIRA к стеклу добавляют окислители, совместимые с выбранным процессом изготовления стекла, например оксид церия, оксид марганца, оксид сурьмы, оксид мышьяка и их комбинации добавляют к ингредиентам стекольной шихты для поддержания редокс отношения стекломассы в диапазоне для литиевого стекла LIRA.

Как описано выше, % масс. оксида двухвалентного железа выше для литиевого стекла HIRA, чтобы увеличить поглощение в инфракрасном диапазоне для снижения времени нагрева стекла до достижения температуры гибки или обеспечить контроль степени солнечного тепла и % масс. двухвалентного железа ниже для литиевого стекла LIRA, чтобы уменьшить поглощение инфракрасной энергии в инфракрасном диапазоне и увеличивать процент пропускания инфракрасной энергии в инфракрасном диапазоне для улучшения наблюдения объектов, генерирующих инфракрасное излучение. Для ясности, ультрафиолетовый диапазон длин волн составляет 300-380 нанометров (далее также обозначаемый “нм”); видимый диапазон длин волн составляет 380-780 нм; и ближний инфракрасный диапазон длин волн 800-2100 нм; электромагнитного спектра. Видимый инфракрасный диапазон длин волн зависит от устройства. В одном не ограничивающем осуществлении изобретения, видимый инфракрасный диапазон длин волн составляет 400-920 нм электромагнитного спектра. В осуществлении изобретения литиевое стекло LIRA предпочтительно имеет пропускание в видимой области, равное и более 88%, более предпочтительно пропускание в видимой области более 89% и наиболее предпочтительно пропускание в видимой области более 90%; пропускание в инфракрасной области равно и более 80%, более предпочтительно пропускание в инфракрасной области более 85% и наиболее предпочтительно пропускание в инфракрасной области равно и более 90%; наблюдаемое пропускание в инфракрасной области равно и более 80%, более предпочтительно наблюдаемое пропускание в инфракрасной области более 85% и наиболее предпочтительно наблюдаемое пропускание в инфракрасной области более 90%.

Кроме того, в осуществлении по изобретению литиевое стекло HIRA имеет пропускание в видимом диапазоне менее 88%; пропускание в инфракрасной области менее 75%; пропускание в инфракрасной области менее 80%.

Спектральные свойства литиевого стекла LIRA, приведенные выше, представлены для толщины 0,223 дюйма (5,7 мм). Пропускание в видимой области определяется с использованием стандартного излучателя A CIE с углом наблюдения 2° в диапазоне длин волн 380-780 нанометров. Пропускание в инфракрасной области определяется с использованием данных для прямого солнечного излучения для воздушной массы 2.0 Перри Муна в диапазоне длин волн 800-2100 нм. Пропускание определяется с использованием относительного спектрального облучения стандартным излучателем A CIE и функции отклика просмотрового устройства в диапазоне длин волн 400-930 нм.

Литиевые стекла LIRA и HTRA изобретения могут быть изготовлены с помощью обычной невакуумной системы осветления флоат-стекла, например, но без ограничения типом, показанным на фиг. 1 и 2, или с помощью вакуумной системы осветления флоат-стекла, например, но без ограничения типом, раскрытым в US 4,792,536 и 5,030,594, которые включены в описание ссылкой).

Как показано на фиг. 1A, 1В и 2, обычная непрерывная ванная пламенная стекловаренная печь с невакуумным осветлением 20 включает корпус, под 22, свод 24 и боковые стенки 26, изготовленные из огнеупорных материалов. Материалы стекольной шихты 28 литиевого стекла HTRA или LIRA вводятся через впускное отверстие 30 (см. фиг. 2) в предтопок 32 печи 20, известный как загрузочный карман ванной печи любым удобным или обычным образом, чтобы сформировать поверхностный слой 34, плавающий на поверхности 36 стекломассы 38 (см фиг. 2). Общее направление движения стекла, как показано на фиг. 1А и 1В, слева направо, к входному концу 39 флоат-ванны 40 (см. фиг. 1В) типа, используемого в данной области техники для изготовления листового флоат-стекла.

Пламя (не показано) для плавления шихты 28 и нагрева стекломассы 38 выходит из отверстий горелки 42, расположенных вдоль боковых стенок 26 (см. фиг. 2), и направлено на и вдоль поверхности 36 стекломассы 38. Как известно специалистам в данной области техники, в течение первой половины цикла нагрева пламя выходит из сопла 43 (см. фиг. 2) в каждом из отверстий одной стороны ванны 20, а отработанный газ печи проходит через отверстия на противоположной стороне печи. Во второй половине цикла нагрева функция отверстий меняется, и выпускные отверстия являются отверстиями для пламени, и отверстия для пламени являются выпускными отверстиями. Цикл нагрева для печей типа, показанного на фиг. 1A, 1В и 2, хорошо известен в данной области техники, и дальнейшее обсуждение не представляется необходимым.

Как известно специалистам в данной области техники, изобретение предусматривает использование смеси воздуха и топливного газа, или смеси кислорода и топливного газа для создания пламени для нагрева шихты и стекломассы. Для обсуждения использования кислорода и горючего газа в стекловаренной печи можно сослаться на US №2009-0205711 А1 под названием “Использование фотоэлектрического способа утилизации отработанного тепла”, публикация которой включена в описание ссылкой).

Материалы стекольной шихты 28, движущиеся от зоны подачи шихты или стенки загрузочного кармана ванной печи 46, плавятся в плавильной секции 48 печи 20, и стекломасса 38 проходит через пережим 54 (см. фиг. 1В) в секцию осветления 56 печи 20. В секции осветления 56 удаляются пузырьки из стекломассы 38 и стекломассу 38 смешивают или гомогенизируют, после прохождения стекломассы через секцию осветления 56. Стекломассу 38 подают любым удобным или обычным образом из секции осветления 56 на поверхность расплавленного металла (не показан), находящегося в флоат-ванне 40. При прохождении после подачи стекломассы 38 через флоат-ванну 40 на поверхности расплавленного металла (не показан) стекломассу калибруют и охлаждают. Калиброванная лента стекла со стабильными размерами (не показана) выходит из флоат-ванны 40 в печь отжига (не показана). Устройство для изготовления стекла типа, показанного на фиг. 1A, 1В и 2, и вышеописанного типа, хорошо известны в данной области техники, и дальнейшее обсуждение не представляется необходимым.

Как понятно специалистам в данной области техники, при замене производственного цикла изготовления литиевого стекла HIRA на производственный цикл изготовления литиевого стекла LIRA содержание двухвалентного железа в литиевой стекломассе HIRA, находящейся в печи 20 (см. фиг. 1A, 1В и 2) в конце производственного цикла изготовления литиевого стекла HIRA, предпочтительно снижено до 0,0005-0,015% масс. и более предпочтительно до 0,001-0,010% масс., и редокс отношение предпочтительно снижают до 0,005-0,15 и более предпочтительно до 0,005-0,10. В осуществлении изобретения превращение литиевой стекломассы HIRA в печи, например 1850 тонн, в литиевую стекломассу LIRA производится за 3-4 дня, в то время как на превращение путем добавления только ингредиентов литиевой стекольной шихты LIRA без окислителей потребуется около двух недель.

В осуществлении изобретения, переход от литиевой стекломассы HIRA к литиевой стекломассе LIRA может быть выполнен за 3-4 дня с использованием окислителя. В одном не ограничивающем осуществлении изобретения, оксид церия (СеО₂) и/или оксид марганца (MnO₂) используется/используются для окисления двухвалентного железа до трехвалентного железа, потому что, как отмечено выше, они совместимы со способом изготовления стекла, представленным на фиг. 1A, 1В и 2. В предпочтительном осуществлении изобретения оксид церия (CeO₂) используют для окисления двухвалентного железа до трехвалентного железа, потому что оксид церия (CeO₂) является более эффективным окислителем, чем оксид марганца (MnO₂), как показано проведенным экспериментом.

В частности, изготавливают образцы стекла, представленные в таблице 2 (также называемые “контрольные образцы”); образцы стекла, представленные в таблице 1 с добавками CeO₂ (также называемые “цериевые образцы”), и образцы стекла, представленные в таблице 1 с добавками MnO₂ (также называемые “марганцевые образцы”). Образцы 1-5 являются цериевыми образцами, с различным содержанием оксида церия, и образцы 6 и 7 являются марганцевыми образцами с различным содержанием оксида марганца.

Фиг. 3 представляет собой график, показывающий редокс отношение и приблизительное содержание FeO, и фиг.4 представляет собой график, показывающий содержание оксида двухвалентного железа в контрольном образце и образцах 1-7 по оси ординат (ось y) и % масс. оксида церия и оксида марганца по оси абсцисс (ось x). Точки данных контрольного образца находятся на оси y. В предпочтительном осуществлении изобретения оксид церия используют для окисления двухвалентного железа до трехвалентного железа, потому что, как показано на фиг. 3 и 4, оксид церия является более эффективным окислителем, чем оксид марганца и оксид церия “обесцвечивает” стекло. В частности, оксид церия не является красителем для стекла, но оксид церия является мощным окислителем в стекле, и его функция в обесцвеченном стекле состоит в окислении железа в двухвалентном состоянии (Fe⁺⁺) до железа в трехвалентном состоянии (Fe⁺⁺⁺). Хотя оксид церия является пригодным для обесцвечивания остающихся следов двухвалентного железа, использование оксида церия имеет ограничения, например, но без ограничения обсуждением, воздействие солнца на литиевое стекло LIRA дает эффект соляризации стекла, что приводит к фотоокислению Се⁺⁺⁺ до Се⁺⁺⁺⁺ и фотовосстановлению Fe⁺⁺⁺ до Fe⁺⁺. Как понятно специалистам в данной области техники, эффект соляризации церия и фотовосстановления Fe⁺⁺⁺ до Fe⁺⁺ уменьшает пропускание и увеличивает поглощение стекла в видимом и ИК-диапазонах электромагнитного спектра. Поскольку уменьшение пропускания в видимом и инфракрасном диапазоне составляет менее 1%, оксид церия является предпочтительным окислителем двухвалентного железа. Тем не менее, изобретение предусматривает добавление оксида марганца вместо оксида церия и добавление смеси оксида марганца и оксида церия.

В осуществлении изобретения может быть использован оксид церия в диапазоне содержания более 0-0,50% масс.; предпочтительно в количестве 0,02-0,45% масс. более предпочтительно в количестве 0,04-0,40% масс. Другие диапазоны содержания оксида церия включают, но не ограничиваются, 0,01-0,15% масс.; 0,02-0,10% масс. и 0,03-0,07% масс. может быть использован оксид марганца в количестве содержания более 0-0,75% масс., предпочтительно в количестве 0,02-0,50% масс., более предпочтительно 0,04-0,45% масс. Как можно видеть, смесь CeO₂ и MnO₂ может быть использована в осуществлении изобретения для окисления двухвалентного железа. Как правило, для заданного диапазона содержания MnO₂ одна часть CeO₂ заменяет 1,10-1,50 частей MnO₂, и для заданного диапазона CeO₂ 1,10-1,5 частей MnO₂ заменяет одну часть CeO₂. В стеклах с более низким общим содержанием железа можно использовать меньшее количество оксида церия или оксида марганца. Количество оксида церия или оксида марганца в данном описании означает общее содержание церия или марганца, соответственно, в пересчете на CeO₂ или MnO₂, даже если эти компоненты фактически не присутствуют в стекле в форме CeO₂ или MnO₂.

В следующем не ограничивающем осуществлении изобретения производственный цикл A направлен на изготовление литиевого стекла HIRA. Предусмотрено окончание производственного цикла A и начало производственного цикла B изготовления литиевого стекла LIRA. Композиция изготовленного литиевого стекла HIRA и композиция изготавливаемого литиевого стекла LIRA показаны в таблице 3.

Таблица 3
Компонент	Литиевое стекло HIRA	Литиевое стекло LIRA
Производственный цикл А	Производственный цикл_В
SiO2	59-63% масс.	60-63% масс.
Na2O	10-13% масс.	10-12% масс.
Li2O	4-5,5% масс.	4-5,5% масс.
Al2O3	15-23% масс.	17-19% масс.
ZrO2	2-5% масс.	3,5-5% масс.
(Al2O3+ZrO2)	19-25% масс.	21,5-24% масс.
FeO	0,02-0,05% масс.	0,001-0,010% масс.
FeO/Fe2O3	0,2-0,4	0,005-0,10
CeO2	0,00	0,02-0,45% масс.
Fe2O3 (общее железо)	800-1200 ч./млн	50-1200 ч./млн

Во время проведения производственного цикла A, литиевую стекольную шихту HIRA подают в печь 20 (см. фиг. 1A, 1В и 2), плавят, осветляют и осветленное стекло переносят во флоат-ванну 40, как описано выше, для изготовления литиевого стекла HIRA с композицией, представленной в таблице 3. В заданный момент времени, когда заканчивается производственный цикл A, материалы стекольной шихты для литиевого стекла LIRA перемещают в плавильную секцию 48 печи 20, как описано выше, чтобы начать производственный цикл В. В течение первого 36-часового периода производственного цикла В готовят материалы стекольной шихты для литиевого стекла LIRA так, чтобы получить литиевое стекло с содержанием оксида церия в количестве 0,04-0,90% масс., т.е. с количеством оксида церия, превышающим в два раза указанное количество для литиевого стекла таблицы 3. После тридцати шести часов готовят материалы стекольной шихты для литиевого стекла для получения литиевого стекла с содержанием оксида церия в количестве 0,02-0,45% масс. (см. таблицу 3).

В одном осуществлении изобретения, карбонат церия добавляют в материалы шихты, чтобы ввести оксид церия в стекло. Для изготовления литиевого стекла LIRA таблицы 3 к шихте добавляют карбонат церия в количестве 0,033-0,75% масс. В исходные материалы шихты литиевого стекла LIRA (первые тридцать шесть часов производственного цикла В) добавляют к материалам шихты карбоната церия в количестве 0,066-1,50% масс. В конце начального тридцатишестичасового периода производственного цикла B снижают количество добавляемого к шихте карбоната церия до 0,033-0,75% масс. для начала производственного цикла B, чтобы изготовить литиевое стекло LIRA таблицы 3. Карбонат церия добавляют в течение первого тридцатишестичасового периода производственного цикла B для окисления двухвалентного железа в плавильной секции 26 и в секции осветления 56 печи 20. В конце начального тридцатишестичасового периода материалы стекольной шихты для литиевого стекла LIRA перемещают в плавильную секцию 46 печи 20, как было описано выше.

В другом не ограничивающем осуществлении изобретения, если изготавливаемое стекло содержит достаточное количество УФ-поглотителя, например оксида церия, после тридцатишестичасового периода дополнительного добавления карбоната церия не требуется, если достаточно низкое содержание железа в шихте, например, но без ограничения изобретения, используют шихту, имеющую менее 0,0005% масс. для изготовления стекла, не содержащего УФ-поглотителя.

Изобретение не ограничено числом или длительностью периодов, или % масс. оксида церия в периоде. В осуществлении изобретения % масс. оксида церия в периоде, как правило, в 2-3 раза превышает % масс. оксида церия в литиевой стекольной шихте LIRA и количество периодов, как правило, составляет один или два. Длительность каждого периода может изменяться по мере необходимости. Вышеописанная процедура, направленная на использование СеО₂ для окисления двухвалентного железа при переходе от производственного цикла A к производственному циклу B, применима к практическому осуществлению изобретения с использованием MnO₂ или смеси СеО₂ и MnO₂, Для замены производственного цикла A изготовления литиевого стекла HIRA на производственный цикл B изготовления литиевого стекла LIRA. Хотя процедура та же, % масс. MnO₂ и смеси CeO₂ и MnO₂ увеличивается, потому что оксид церия является более эффективным окислителем, чем оксид марганца.

Настоящее изобретение не ограничивается добавлением окислителей, например, но без ограничения, CeO₂, MnO₂, и смеси CeO₂ и MnO₂ в материалы шихты, и изобретение предусматривает добавление дополнительного окислителя к стекломассе в осветлителе 56 или стекломассе в плавильной печи 36 в положении до пережима 54.

В другом не ограничивающем осуществлении изобретения, производственный цикл изготовления литиевого стекла LIRA заменяется на производственный цикл изготовления литиевого стекла HIRA добавлением восстановителя для восстановления трехвалентного железа до двухвалентного железа. Восстановители, которые могут быть использованы в осуществлении изобретения, включают, но без ограничения, углерод, углеродные материалы, содержащие, например, но без ограничения, графит, сахарозу (С₁₂Н₂₂О₁₁), уголь, металлический кремний и оксид олова (SnO₂). Дополнительные не ограничивающие осуществления изобретения включают, но без ограничения, замену производственного цикла изготовления различных типов натриево-кальциево силикатных стекол или других типов стекол, например, переход от литиевого стекла HIRA или LIRA к натриево-кальциевому силикатному стеклу или наоборот.

Использование литиевого стекла HIRA и LIRA изобретения, изготовленного в ходе производственного цикла A и B, не ограничивается изобретением, и может быть переработано для использования в остеклении наземных, воздушных, космических, надводных и подводных транспортных средств; остекления для коммерческих и жилых окон, чехлах для солнечных коллекторов и для баллистических окон просмотра. Литиевое стекло HIRA обычно используется для окон просмотра с использованием источника, дающего видимый свет, и, как правило, не рекомендуется для наблюдения инфракрасной энергии от объектов, например, не рекомендуется использование литиевого стекла HERA для очков ночного видения. Для приборов ночного видения литиевое стекло LIRA рекомендуется для защиты объектива системы ночного видения, например, но без ограничения, очков ночного видения и прицела ночного видения. Более конкретно и со ссылкой на фиг. 5, на которой показан прицел ночного видения 70, имеющий трубку 72 и увеличительную систему линз ночного видения 74, установленную в проходе канала 76 трубки 2. Баллистическая линза 78 из химически упрочненного литиевого стекла LIRA установлена на конце трубки на расстоянии от системы линз 74. При таком расположении система линз 74 защищена от повреждения линзой из химически упрочненного литиевого стекла LIRA изобретения. Литиевое стекло LIRA также может быть использовано для специальных применений, включая, но без ограничения изобретением его использованием в мебели, техники и дверях душа.

На фиг. 6 показано не ограничивающее осуществление баллистической линзы или окна 84. Окно 84 включает несколько листов упрочненного литиевого стекла LIRA 86 и пластиковые листы 88, ламинированные совместно с помощью пластикового межслоевого материала 90 типа, используемого в ламинировании известного уровня техники.

В не ограничивающих осуществлениях изобретения литиевое стекло HTRA и LIRA могут быть без покрытия или с покрытием любого типа, например, без ограничения, наружным покрытием для селективного пропускания заданных диапазонов длины волны света и энергии, фотокаталитической пленкой или water-reducing пленкой, или прозрачного проводящего оксида, например, типа, описанного и US 5,873,203 и 5,469,657, которые включены в описание ссылкой.

Настоящее изобретение не ограничивается осуществлениями изобретения, представленными и описанными выше, которые представлены только в иллюстративных целях, и объем притязаний изобретения ограничен только нижеследующей формулой изобретения и любых дополнительными пунктами, которые добавлены к заявке, имеющими прямое или косвенное отношение к этой заявке.

1. Композиция стекла, включающая:

SiO2	60-63% масс.
Na2O	10-12% масс.
Li2O	4-5,5% масс.
Al2O3	17-19% масс.
ZrO2	3,5-5% масс.
(Al2O3+ZrO2)	21,5-24% масс.
FeO	0,0005-0,015% масс.
Fe2O3 (общее железо)	50-1200 ч./млн;

и окислитель, выбранный из группы, включающей оксид церия в количестве более 0-0,50% масс., оксид марганца в количестве более 0-0,75% масс. и их смеси, и имеющая редокс отношение в диапазоне 0,005-0,15.

2. Композиция стекла по п. 1, в которой оксид церия находится в диапазоне 0,01-0,15% масс.

3. Композиция стекла по п. 1, в которой FeO находится в диапазоне 0,001-0,010% масс.

4. Композиция стекла по п. 1, в которой Fe₂O₃ (общее железо) находится в количестве 50-200 ч./млн.

5. Композиция стекла по п. 1, в которой редокс отношение находится в диапазоне 0,005-0,10.

6. Композиция стекла по п. 1, в которой окислитель выбран из группы, включающей оксид церия в количестве 0,02-0,45% масс., оксид марганца в количестве 0,02-0,50% масс. и их смеси.

7. Композиция стекла по п. 1, в которой FeO находится в количестве 0,001-0,010% масс.; общее содержание железа находится в количестве 50-200 ч./млн; редокс отношение находится в диапазоне 0,005-0,10 и окислитель выбран из группы, включающей оксид церия в количестве 0,02-0,45% масс., оксид марганца в количестве 0,02-0,50% масс. и их смеси.

8. Устройство для наблюдения инфракрасного излучения, включающее корпус, имеющий, по меньшей мере, один канал, имеющий первый открытый конец и второй открытый конец, систему линз для наблюдения инфракрасного излучения, причем устройство включает:
химически упрочненную стеклянную баллистическую линзу, установленную рядом с одним концом канала, включающую первую поверхность, противоположную вторую поверхность и сегмент стекла между первой и второй поверхностями баллистической стеклянной линзы, причем сегмент стекла включает

SiO2	60-63% масс.
Na2O	10-12% масс.
Li2O	4-5,5% масс.
Al2O3	17-19% масс.
ZrO2	3,5-5% масс.
(Al2O3+ZrO2)	21,5-24% масс.
FeO	0,0005-0,015% масс.
Fe2O3 (общее железо)	50-1200 ч./млн;

и окислитель, выбранный из группы, включающей оксид церия в количестве более 0-0,50% масс., оксид марганца в количестве более 0-0,75% масс. и их смесей, и имеет редокс отношение в диапазоне 0,005-0,15.

9. Устройство по п. 8, в котором линза имеет пропускание в видимом диапазоне более 88%, пропускание в инфракрасном диапазоне более 80% и пропускание в проходящем инфракрасном диапазоне более 80%, пропускание приведено для стеклянной линзы толщиной 0,223 дюйма (5,7 мм).

10. Устройство по п. 8, в котором содержание FeO в стеклянном сегменте составляет 0,001-0,010% масс.

11. Устройство по п. 10, в котором редокс отношение в стеклянном сегменте составляет 0,005-0,10,

12. Устройство по п. 8, в котором окислитель выбран из группы, включающей оксид церия в количестве 0,02-0,45% масс., оксид марганца в количестве 0,02-0,50% масс. и их смеси.

13. Способ замены стекломассы в печи композиции стекломассы литиевого стекла с высоким поглощением в инфракрасном диапазоне с содержанием FeO в количестве 0,02-0,04% масс. и редокс отношением в диапазоне 0,2-0,4 на композицию стекломассы литиевого стекла с низким поглощением в инфракрасном диапазоне с содержанием FeO в количестве 0,0005-0,015% масс., редокс отношением в диапазоне 0,005-0,10 и заданным количеством первого окислителя для окисления FeO, включающий:
подачу материала стекольной шихты, включающего компоненты для получения композиции стекломассы литиевого стекла по п. 1 с низким поглощением в инфракрасном диапазоне с содержанием FeO в диапазоне 0,0005-0,015% масс., редокс отношением в диапазоне 0,005-0,10 и заданное количество первого окислителя для окисления FeO;
добавление второго окислителя к материалу стекольной шихты в количестве, равном или в два раза превышающем количество первого окислителя в течение заранее определенного периода времени для окисления FeO в стекломассе в печи, и
прекращение выполнения предыдущих стадий после заданного периода времени.

14. Способ по п. 13, в котором первый и второй окислители выбраны из группы, включающей CeO₂ и MnO₂ их смеси.

15. Способ по п. 14, в котором и первый и второй окислители представляют собой CeO₂.

16. Способ по п. 14, в котором и первый и второй окислители представляют собой MnO₂.

17. Стекло, изготовленное в соответствии со способом по п. 13, полученное из композиции стекломассы литиевого стекла с низким поглощением в инфракрасной области с содержанием FeO в количестве 0,001-0,010% масс., редокс отношением в диапазоне 0,005-0,10 и заданным количеством первого окислителя.

18. Ламинированное остекление, включающее несколько листов химически упрочненного стекла и необязательно пластиковых листов, ламинированных вместе с помощью пластиковых промежуточных слоев, в котором, по меньшей мере, один из стеклянных листов имеет композицию стекла, включающую:

SiO2	60-63% масс.
Na2O	10-12% масс.
Li2O	4-5,5% масс.
Al2O3	17-19% масс.
ZrO2	3,5-5% масс.
(Al2O3+ZrO2)	21,5-24% масс.
FeO	0,0005-0,015% масс.
Fe2O3 (общее железо)	50-1200 ч./млн;

и окислитель, выбранный из группы, включающей оксида церия в количестве более 0-0,50% масс., оксид марганца в количестве более 0-0,75% масс. и их смеси, и имеющую редокс отношение в диапазоне 0,005-0,15.

19. Ламинированное остекление по п. 18, в которой ламинированное остекление выбрано из группы, включающей авиационные окна и остекление наземных, воздушных, космических, водных и подводных транспортных средств.

20. Ламинированное остекление по п. 18, в котором окно представляет собой ветровое стекло.

21. Ламинированное остекленение по п. 18, в котором композиция стекла содержит FeO в количестве 0,001-0,010% масс.; общее содержание железа в количестве 50-200 ч./млн; имеет редокс отношение в диапазоне 0,005-0,10 и окислитель выбран из группы, включающей оксид церия в диапазоне 0,02-0,45% масс., оксид марганца в количестве 0,02-0,50% масс. и их смеси.

22. Способ замены стекломассы в печи стекломассы литиевого стекла с низким поглощением в инфракрасной области с содержанием FeO в количестве 0,0005-0,015% масс. и редокс отношением в диапазоне 0,005-0,10 по п. 1 на композицию стекломассы литиевого стекла с высоким поглощением в инфракрасной области с содержанием FeO в количестве 0,02-0,04% масс., редокс отношением в диапазоне 0,2-0,4, включающий:
подачу материала шихты, включающего компоненты для получения композиции стекломассы литиевого стекла с высоким поглощением в инфракрасной области и заданное количество первого восстановителя для повышения содержания FeO;
добавление второго восстановителя к материалу стекольной шихты в количестве, равном или в два раза превышающем количество первого восстановителя в течение заранее определенного периода времени для повышения содержания FeO в стекломассе в печи, и
прекращение выполнения предыдущих стадий после заданного периода времени.

23. Композиция стекла по п. 1, в которой окислитель представляет собой смесь оксида церия и оксида марганца, в которой общая концентрация оксидов церия и марганца находится в диапазоне 0,02-0,675%.