[发明专利]用于制造吸收红外和紫外辐射的绿色玻璃的配合料组合物

说明书

本发明一般涉及制造吸收红外和紫外辐射的绿色玻璃的配合料组合物。

一般都知道制造吸收红外辐射的钠钙硅玻璃要掺入铁。在玻璃中存在的铁一般是氧化亚铁（FeO）和氧化高铁（Fe₂O₃）。铁的总量和氧化亚铁与高铁之间的相对比例对玻璃的颜色和透射性能有直接和重量大的影响。当氧化亚铁含量增加时（靠氧化高铁的化学还原），红外吸收也增加而紫外吸收则减小。相对于Fe₂O₃提高FeO浓度也使玻璃的颜色从黄或黄-绿色变为暗绿或蓝-绿色，这将减少玻璃对可见光的透射率。因此为加强玻璃对红外的吸收而又不减弱可见光的透射，现有技述认为必须制造总铁含量低的玻璃，而这总铁是大部分从Fe₂O₃还原为FeO。一般认为总铁含量低的玻璃是指铁含量低于0.75%（重量）的玻璃。例如，美国专利3，652，303公开一种吸收红外的蓝色钠钙硅玻璃组合物，在厚度为1/4英寸时可见光的透射率大于70%，在此玻璃中，通过在熔体中加入还原量的金属锡和氯化亚硒，使低的总铁含量的至少80%是保持在亚铁状态。

许多含铁玻璃组合物还含有熟知的辅剂，如二氧化钛，二氧化钼、和二氧化铈，以提供紫外能的吸收。这些已知的紫外能吸收剂有特殊的缺点，特别是在汽车用玻璃的制造中，因为它们使玻璃的颜色从要求的绿色或蓝-绿色变为不可接受的黄色。可以加入二氧化铈，但浓度要足够低，以不致反过来影响这种玻璃所需要的绿色或蓝-绿色。

美国专利1，936，231公开一种无色玻璃，其中加入氧化铁作为紫外截除剂，但加入量要小使所得玻璃能保持对可见光的高透射率。推荐的总铁含量约为0.35%（重量）。为降低这种玻璃组合物的总铁含量，此专利还公开可加入小量铈化合物作为紫外辐射的截除剂。这样，所得的玻璃组合物仍保持无色外观和对可见光高透射的功能。

美国专利4，792，536公开一种制造吸收红外线能量的玻璃，它含有的总铁浓度低而且大部还原为FeO。此专利还公开包含总铁量较多时可增加对红外线能量的吸收，但这样，可见光透射率下降以致不能适于汽车用玻璃的要求。公开的方法是使用两步熔化和精炼操作，在强还原条件下使铁以亚铁形式存在的量增加，而给定的低总铁浓度是0.45-0.65%（重量）。此专利指出至少35%的铁必须还原为FeO。最好大于50%的总铁还原为亚铁形式。还公开为吸收紫外辐射对于低的总铁浓度且高还原态铁的玻璃，可加入0.25-0.5%（重量）的二氧化铈。但指出要避免二氧化铈的浓度较高，因为这可能使玻璃的总透射功能变坏。按美国专利4，792，536的方法生产的一个玻璃例子，组合物11公开一种低的总铁含量的玻璃，其中30%的铁还原为FeO和二氧化铈的含量为1%。厚度为4毫米时，总的太阳能透射率约为52%和紫外辐射透射率约为37%。这种玻璃对太阳能的总透射率相当高的原因是总铁浓度低，而对紫外辐射透射率也相当高的原因是Fe₂O₃的浓度低，它的大部分已还原为FeO。

玻璃组合物的总铁含量一般以总Fe₂O₃的重量百分数表示，而总Fe₂O₃的重量百分数则是氧化铁的重量百分数与氧化亚铁等当量的氧化铁的重量百分数之和。在本说明书和权利要求书中所指的总铁都与上述规定一致，即总铁均以Fe₂O₃表示。当玻璃配合料组合物中加入Fe₂O₃时，在熔体中一部分Fe₂O₃还原为FeO。在熔体中氧化亚铁和氧化铁的分配是氧化-还原平衡的结果，在下文均以“亚铁值”（ferrous value）表示，其定义是氧化亚铁的重量百分数除以总氧化铁的重量百分数。

二氧化铈是强氧化剂，加到含铁的钠钙硅玻璃配合料组合物中，会对氧化铁和氧化亚铁的分配产生极大的影响。为抵削二氧化铈的氧化作用，可以向玻璃配合料中加入碳。但加入碳过多会对配合料的熔化过程产生不利的影响，因为碳易于与诸如芒硝或石膏之类的配合料硫酸盐反应，而这些硫酸盐是钠钙硅玻璃的标准添加剂，以加速硅的溶解和起到澄清剂的作用。因此已知过量的碳会造成配合料熔化中形成硅浮渣和在玻璃产品中有硅夹杂的缺陷。