CN101190827B - 玻璃制品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种玻璃组合物，其特征在于，在由其制成的玻璃产品的性能方面，批与批之间变化很小。该玻璃组合物包含40到99wt.％SiO2，具有从600℃到1650℃变化的软化温度，并且其中从由一批生产的玻璃制品中随机选择的10个或更多个样品获得的软化温度测量的标准偏差为10℃或更低。

Description

玻璃制品及其制造方法
与相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2006年6月20日的美国专利申请No.60/805,300的权益，该专利申请在此全文引入作为参考。
技术领域
本发明涉及玻璃组合物及由其制造的产品，在任何给定批次的玻璃组合物内，其在关键性能方面变化很小。
背景技术
在玻璃应用中，例如液晶板、用于即时(instance)滤光器和光开关的光通信设备、记录介质、卤素和高强度放电(HID)灯等，玻璃基片性能的一致性相当关键。高能激光***使用许多大片的光学性能玻璃，有时要用上千片大尺寸激光玻璃片，对这些片而言，具有一致的光学性能是必须的。类似于熔融石英组合物，玻璃组合物由一些影响使用该组合物的产品的制造或性能的基本性能来表征，也就是粘度、％透射、OH水平。OH(羟基)对玻璃或石英粘度的影响是众所周知的。例如，图1图解了用多种OH浓度制造的高纯石英的粘度曲线。如图所见，玻璃的粘度随羟基浓度增加而急剧下降。如果在OH水平方面，玻璃或石英在批与批之间或在同一批中存在变化，那么将导致不一致的可制造性和产品性能。从灯制造者的角度，由于需要对设备进行不希望的且频繁的调整以解决玻璃性能上的变化，玻璃性能上的变化会影响高速灯生产线的产量。
几乎所有的弧光放电灯和许多高强度白炽灯，例如卤钨灯，发射对人眼和皮肤可能有害的紫外(UV)辐射。如在美国专利No.2,895,839、3,148,300、3,848,152、4,307,315和4,361,779中披露的那样，灯已经发展为具有发射被密封在熔融石英透明罩内的UV和可见光辐射的光源。美国专利No.2,221709、5,569,979、6,677,260披露了包含UV吸收材料或所谓掺杂剂的熔融石英组合物，以管或棒的形式用于制造灯，例如，作为具有吸收UV辐射性能的灯罩。
美国专利公开No.20040063564A1披露了用于形成信息记录介质用玻璃基片的组合物，该玻璃基片具有期望的性能，如特定的线性热膨胀系数、断裂韧性和预定的表面硬度。在制造大量玻璃制品例如玻璃纤维的应用中，为获得预期范围的性能，如粘度、防潮性能等，玻璃组合物具有一致性同样是有用的。美国专利公开No.20020077243A1披露了用于制造微电子净化室环境用的玻璃纤维过滤器的组合物。
由于构成玻璃组合物的原料的体积大，因此在玻璃组合物以及由现有技术的玻璃组合物制成的产品的性能方面，批与批之间存在很大变化。使玻璃组合物具有一致的性能，以便由其制造的产品具有一致或在小范围内变化的性能是重要的。此外，一致的性能使制造者得以操作生产线得到高产率和始终如一的优良玻璃产品，而对生产线很少或不作调整。本发明涉及一种新的玻璃组合物，以及用于制造具有按照标准偏差测定的均一性能的玻璃产品的方法。
发明内容
一方面，本发明涉及构成许多玻璃制品的玻璃组合物，该玻璃组合物包含40到99wt.％SiO2，其中该玻璃组合物具有从600℃到1650℃的软化温度范围，并且其中从一批生产的玻璃制品中随机选择的10个或更多个样品测得的软化温度的标准偏差为10℃或更低。
另一方面，本发明涉及制造玻璃产品的方法，其包括步骤：a)形成0.02到0.50wt.％分散剂和1到25wt.％掺杂剂的初始混合物，该掺杂剂选自金属氧化物Al2O3、TiO2、CeO2、Nd2O3、B2O3、BaO、SrO、CaO、MgO、Na2O、K2O、Li2O、Sb2O3、Y2O3、Co3O4、Cu2O、Cr2O3及其混合物，其中分散剂是具有50～400m2/gBET和＜1μm平均粒度的热解法(fumed)金属氧化物；b)将初始混合物混入92～99wt.％SiO2中形成石英混合物；c)由该混合物制备熔融态玻璃的熔体；以及d)使熔融态玻璃流过器具形成玻璃产品。在一个实施方案中，玻璃产品具有管、棒或片的形式。在第二实施方案中，热解法金属氧化物选自二氧化硅或已存在于掺杂剂中的一种金属氧化物中的至少一种。
本发明进一步涉及一种玻璃产品，其包含92～99％wt.％SiO2、1到8wt.％选自金属氧化物Al2O3、CeO2、TiO2、Nd2O3、B2O3、BaO、SrO、CaO、MgO、Na2O、K2O、Li2O、Sb2O3、Y2O3、Co3O4、Cu2O、Cr2O及其混合物的掺杂剂；以及具有50～400m2/g BET和＜1μm平均粒度的0.02到0.50wt.％热解法金属氧化物，其中热解法金属氧化物是SiO2或存在于掺杂剂中的一种金属氧化物，其中由同一批制备的多个制品的粘度显示低于10℃的标准偏差。
附图说明
图1是说明作为OH浓度函数的高纯石英玻璃的粘度变化图。
图2是由本发明一个实施方案的玻璃组合物制成的灯罩，也就是在右侧的2个金属丝灯，与2个由现有技术的玻璃组合物制成的灯罩(在左侧的灯)的对比照片。
图3是比较本发明由同一批制成的玻璃产品的样品与由现有技术的组合物制成的玻璃产品的样品的UV透射数据变化的图。
图4是比较本发明由同一批制成的玻璃产品的样品与现有技术中可购买的玻璃产品的样品，在200～800nm范围内UV透射数据变化的图。
图5是比较本发明玻璃组合物的一个实施方案与现有技术中可购买的玻璃产品的参照样品的平均OH浓度和标准偏差的图。
图6是具体地比较由本发明一个实施方案的玻璃组合物制成的玻璃“圆盘”与由现有技术中的玻璃组合物制成的玻璃圆盘关于透明度(或者通过玻璃的透射)的照片。
具体实施方式
如同此处所用，可运用近似的术语修饰任何可变但不会导致其所涉及的基本功能改变的定量表述。因此，在一些情况下，由一个或几个术语例如“大约”和“基本上”修饰的数值，不限于给定的精确值。
本文所用的术语“功能化”可以与“表面功能化”、“功能化表面”、“涂覆”、“表面处理”或“处理”相互交换使用，指用本发明的分散剂涂布二氧化硅和掺杂剂组分。如同此处所用，“涂布剂”与“分散”剂相互交换使用。
尽管该术语可以用于表示不同材料(不同二氧化硅浓度)的组合物或制品，但本文所用的术语“玻璃”可与“石英玻璃”或“石英”或“熔融石英”相互交替使用，指通过熔融包含天然或合成砂(二氧化硅)的混合物而形成的组合物、部件、产品或制品。天然或合成砂可以单独或同时用于本发明的组合物中，用来表示组合物的术语包括：天然形成的结晶二氧化硅例如砂/岩石或合成得到的二氧化硅，或二者的混合物。术语“砂”可与二氧化硅相互交替使用，表示天然砂或合成砂，或二者的混合物。
当应用于供制造本发明的玻璃产品的分批法时，本文所用术语“批”(lot)指按砂和其它添加剂的整个组合物至少100kg的单批砂料制造的玻璃制品。当应用于制造玻璃产品的连续法时，术语“批”指由一个工艺连续生产的具有至少100kg总重量的玻璃制品。
在一个实施方案中，本发明涉及通过使用至少一种帮助一种或多种掺杂剂粘附在砂粒上的分散剂/涂布剂，在由同一批组合物形成的制品例如玻璃纤维、管、棒、片、板等的性能方面具有最小变化的玻璃组合物。分散剂使在同一批内的组合物的均一性最大化，以致在如粘度、OH-等性能方面，由同一批制造的制品或部件具有最小的变化。其后，由本发明组合物制成的在性能上具有最小变化的制品可以熔化、拉制、成型或修整为最终的玻璃产品。
砂组分：根据最终应用，砂(SiO2)原料可以是合成砂、天然砂或其混合物。在一个实施方案中，SiO2的量从40到75％变化。在第二实施方案中，该量为从70到95wt.％。在第三实施方案中，玻璃包含具有至少90wt.％含量SiO2的透光、玻璃质组合物。在具有高熔点石英组合物的第四实施方案中，使用至少95wt.％SiO2。在第五实施方案中，SiO2的数量从40到99％变化。
分散剂组分：在一个实施方案中，该试剂为选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈、氧化钕和其混合物的热解法金属氧化物，具有50m2/g到1000m2/g的BET值和低于25微米的粒度。用本领域已知的方法生产热解法金属氧化物，在一个例子中，适合的原料蒸汽(例如用于热解法二氧化硅的四氯化硅)在氢和氧的火焰中水解。
金属氧化物的表面积可由S.Brunauer，P.H.Emmet和I.Teller，J.Am.Chemical Society，Volume 60，309页(1938)的并通常称为BET的氮吸附方法测定。在一个实施方案中，分散剂具有100m2/g到约400m2/g的BET。在第二实施方案中，热解法金属氧化物分散剂具有15μm或更小的平均粒径。在第三实施方案中，热解法金属氧化物具有低于1.0μm的平均粒径。在第四实施方案中，热解法金属氧化物具有0.1～0.5μm的平均粒径和50m2/g到100m2/g的BET值。
以0.02到0.50wt.％(基于最终玻璃组合物的总重)的量，将分散剂添加到玻璃组合物中。在一个实施方案中，以0.04到0.30wt.％的量，将分散剂添加到砂混合物中。在第二实施方案中，以0.05到0.15wt.％。在第三实施方案中，以0.05到0.10wt.％。
在一个实施方案中，将它同掺杂剂一起直接添加到玻璃组合物中。在第二实施方案中，将它与至少一种掺杂剂或部分掺杂剂预混合，形成母料，随后将母料添加到砂混合物中。在第三实施方案中，分散剂与部分或全部选定的掺杂剂混合，形成母料，母料随后添加到砂混合物和其它掺杂剂中。在第四实施方案中，分散剂与全部或一些选定的掺杂剂以及一些砂混合，形成母料，随后将母料添加到最终砂混合物中。
在一个实施方案中，分散剂是未处理的热解法二氧化硅。在第二实施方案中，其中用Al2O3作掺杂剂，分散剂为热解法氧化铝。在第三实施方案中，其中添加CeO2作为掺杂剂，用热解法氧化铈作分散剂。在第四实施方案中，其中所用掺杂剂中的一种是Nd2O3，用热解法氧化钕和热解法二氧化硅的混合物作分散剂。在又一个实施方案中，不管用什么掺杂剂，分散剂选自对玻璃产品的性能具有很小负面影响的热解法金属氧化物，也就是，热解法氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈、氧化钕和其混合物。
掺杂剂组分：根据最终应用和期望的性能，例如高强度放电灯、卤钨灯、汽车玻璃窗、光学透镜等，可向基础硅酸盐或硼硅酸盐玻璃中添加许多不同的掺杂剂和其混合物。掺杂剂的例子包括但不限于本领域已知的金属、金属氧化物和碱金属氧化物，每种掺杂剂的量为0.1～25wt.％。
在一个实施方案中，将掺杂剂添加到玻璃中，改变它的颜色和其透射特性。在第二实施方案中，掺杂剂的总量在0.1到10wt.％的范围内。在第三实施方案中，每一掺杂剂从0.1到8wt.％变化。在第三实施方案中，每一掺杂剂从0.1到5wt.％变化。
在一个实施方案中，掺杂剂是氧化钕Nd2O3。像其它稀土元素一样，钕作为着色剂早已为人熟知，它具有遍布可见和不可见区域的吸收光谱，几乎不改变地透射至基础化合物如玻璃。钕吸收在介于约568和590nm之间的可见光谱的黄色区域的光。结果，通过含钕玻璃的光增强周围环境中的红绿色调。此外，在雾天，含钕玻璃提高可见度。
在第二实施方案中，掺杂剂是氧化硼B2O3。可小心调整B2O3的量以给予玻璃足够低的粘度，使其易于熔融，而不增加玻璃的膨胀。在第三实施方案中，在用于具有低膨胀系数和较低软化温度的玻璃的硼硅酸盐组合物(SiO2+B2O3)中，掺杂剂是碱金属氧化物，例如Na2O、K2O或Al2O3或其混合物。在第四实施方案中，掺杂剂是0.1～5wt.％量的CeO2。铈是唯一一种吸收UV辐射而在光谱可见区没有吸收的稀土元素。在第五实施方案中，可以添加钛或氧化钛，其中钛的添加有时产生黄棕色玻璃。在第六实施方案中，掺杂剂包括氧化铕Eu2O3自身，或者与其它掺杂剂如TiO2和CeO2的组合。在第七实施方案中，可以添加掺杂剂如CaO和/或氧化镁MgO，以赋予组合物稳定性。
在含95～99.9wt.％SiO2并且排除分散剂的玻璃组合物的一个实施方案中，按从0.1到5wt.％变化的Al2O3量和其它杂质不超过150ppm(总量)的量添加掺杂剂。在第二实施方案中，该组合物包含95～99.9wt.％SiO2、作为掺杂剂的0.1到5wt.％Al2O3、0.1到400ppm钛(元素)、0.1到4000铈(以元素或CeO2形式)，以及不超过150ppm(总量)的其它杂质。在第三实施方案中，该组合物包含95～99.9wt.％SiO2、0.1到5wt.％Al2O3掺杂剂、0.1到400ppm钛(元素)、0.1到4000铈(以元素或CeO2形式)、0.01到2wt.％Nd2O3，以及不超过150ppm(总量)的其它杂质。
在又一个实施方案中，除了分散剂，用作卤钨灯和其它高温灯灯罩的组合物主要由90.5～95.7wt.％SiO2、2.8～3.0wt.％B2O3、0.7～1.7wt.％Al2O3、0.4～4.5wt.％Nd2O3和0.1～1wt.％CeO2组成。在制造卤灯灯罩的又一个实施方案中，除了分散剂，组合物主要由55～66wt.％SiO2、0～13wt.％B2O3、14～18wt.％Al2O3、0～13wt.％BaO、0～4wt.％SrO、0～13wt.％CaO、0～8wt.％MgO、0.4～4.5wt.％Nd2O3和0.1～1wt.％CeO2组成。在用于密封光束白炽前灯的玻璃组合物的另一实施方案中，除了分散剂，组合物主要由64～85wt.％SiO2、11～28wt.％B2O、0.5～8.5wt.％Al2O3、0～3.5wt.％BaO、0～1.5wt.％CaO、0～7.5wt.％Na2O、0～9.5wt.％K2O、0～1.5wt.％Li2O、0～1.5wt.％Sb2O3、0.4～4.5wt.％Nd2O3和0.1～1wt.％CeO2组成。
在吸收560～620nm范围内红光的玻璃组合物的一个实施方案中，除了添加的分散剂的量，组合物包含95～110重量份SiO2、0.5到1.2重量份CeO2、0.5到2.5重量份Nd2O3、0.1到1重量份Al2O3、任选地0.001到0.1重量份Eu2O3、0.001到0.1重量份TiO2、0.001到0.5重量份BaO。
在用于制造净化室HEPA和ULPA过滤器的玻璃组合物的一个实施方案中，除了作为分散剂的0.05至0.10wt.％量的热解法氧化硅，该组合物包含＜1wt.％硼、5.5～18wt.％氧化钡、10～14.5wt.％碱金属氧化物、4～8wt.％氧化铝、1～9wt.％碱土金属氧化物、2～6wt.％氧化锌、0.1～1.5wt.％氟和余量的二氧化硅。在用于具有优异电绝缘性能的灯玻璃元件的玻璃组合物的又一个实施方案中，除了作为分散剂的0.02至0.50wt.％量的热解法氧化铝，该组合物包含55～80wt.％SiO2、0.5～5wt.％Al2O3、0～5wt.％B2O3、2～15wt.％Na2O、0～5wt.％Li2O和1～15wt.％K2O，Na2O、Li2O和K2O的总量在3～25wt.％的范围内。在用于光应用如梯度折射率透镜(graded index lene)的又一种玻璃组合物中，除了作为分散剂的0.02到0.50wt.％量的热解法氧化硅，该组合物包含40～65mol.％SiO2、1～10mol.％TiO2、高达22mol.％MgO、2～18mol.％Li2O、2到20mol.％Na2O和1～15mol.％CaO、SrO及BaO中的任一种。
制造玻璃组合物/产品的方法：分散剂在本发明的组合物中的使用促进掺杂剂在砂料中的混合，从而促进制造的玻璃产品的均一性。可以通过分批法(一次一个(one-at-a-time)熔融方法)或连续熔融法制备该组合物。
在分批法的一个实施方案中，玻璃产品由桶或袋装砂形式的砂料分批制成，每桶或袋具有至少100lbs的重量。在另一个实施方案中，玻璃产品由每批至少100kg的砂料分批制成，按100kg规格桶装供应砂。在又一个实施方案中，以每袋或桶300lbs分批供应砂，从而由每批至少300lbs的单批制出玻璃制品。
在一个实施方案中，首先将分散剂也就是热解法金属氧化物如热解法二氧化硅、热解法氧化铝等，与20～100％的单一掺杂剂、一些掺杂剂或所有掺杂剂混合，形成母料或浓缩物。热解法金属氧化物分散剂可以是与掺杂材料相同或不同的金属氧化物。为了使分散剂完全涂布掺杂剂，混合/掺合可以在本领域已知的处理设备如混合器、高强度搅拌机中进行足够长的时间。在一个实施方案中，作为分散剂的热解法二氧化硅混合物与掺杂剂如Al2O3、CeO2、Nd2O3等在搅拌机中混合1到5小时，形成母料。尽管不受理论限制，但据信热解法二氧化硅作为砂粒“涂布”剂，并吸引掺杂剂如氧化铝的较小颗粒，从而提供更均匀的混合物。
在下一步骤中，将包含涂布的掺杂剂的母料添加到天然/合成砂料和剩余的未涂布的掺杂剂(如果有)中，在例如转筒、砂研磨机等设备中完全混合。
在本发明的一个实施方案中，将均一的混合物在介于500～1500℃之间的温度下煅烧或加热足够长的时间，例如1/2～4hrs，使砂干燥。混合物随后在足够高的温度下熔融，形成玻璃产品。该温度取决于玻璃组成，在石英组合物中(具有＞95％SiO2)，混合物在＞2000℃并直到2500℃的温度下熔融，提供玻璃质材料。在一个实施方案中，将混合物连续送入在1400～2300℃的温度范围内操作的高温感应(电)炉中，形成多种尺寸的管和棒。在另一个实施方案中，将混合物送入模子，其中用火焰熔融熔化组合物，并且其中将熔融的混合物导入模子形成玻璃制品。
在一个实施方案中，其中玻璃产品为连续拔管的形式，例如，可以用本领域已知的任一种方法制造管，包括Danner法、Vello法、连续拉拔法或其改进方法。
来自本发明组合物的玻璃产品：尽管不受理论限制，但据信具有大表面积的热解法金属氧化物形式的分散剂起混合剂的作用，帮助掺杂剂粘附或附着于砂粒上，从而提供均一的混合，并且随后提供对于从同一批砂得到的产品在性能方面变化很小的玻璃产品。玻璃产品可以为玻璃管的中间体形态，用于制造卤灯灯泡或水处理灯；实心玻璃棒或用于制造灯罩的预制品；片、用于汽车玻璃窗的玻璃板或片。玻璃产品可为最终的实体形态，例如玻璃纤维。
在一个实施方案中，管具有大小从1到500mm的外径(OD)，根据管的大小，具有从1到20mm的厚度。对于具有低于100mmOD的管，管长从24到60”变化，对于具有大于100mmOD的管，管长从24到96”变化。
在另一个用本领域已知的方法制造玻璃预制品或棒的实施方案中，包括至少两步的连续拉拔法。在第一步中，将具有孔的、拉长的、固结的预制品拉制为直径减小的预制品。第二步包括在比第一步低的温度下，将直径减小的预制品拉制为棒，以减少在拉制过程中玻璃棒内杂质的形成。在一个例子中，棒具有从0.5mm到50mm变化的OD。在一个实施方案中，以拉拔法制造棒。
在连续法例如制造用于汽车应用的玻璃板的一个实施方案中，在原料混合并熔融后，将熔融物送入常规浮法玻璃炉中，并随后送入模子形成最终产品。
玻璃产品的均一性能：在一个实施方案中，本发明玻璃产品的特征在于，对于由同一批生产的玻璃制品，也就是由每批使用至少100kg最小量的砂的同一混合批次生产的制品或件，或者由连续法连续生产的具有至少100kg总重的玻璃制品，具有均一的性能。
均一的性能指的是在来自同一批的玻璃件或产品的性能方面，测量到很小的变化。这些性能从化学性能如OH水平到物理性能如粘度、透射、强度和色彩测量、软化点、退火点等；热性能如热膨胀系数；机械性能如抗压强度等。此处所用的许多产品指的是从由同一批制成的产品/件中随机选择的至少10个样品。
熔化温度、软化温度、应变温度和退火温度根据玻璃组成分别变化，也就是，从低至600℃的硼酸铅玻璃软化点变化到热解法二氧化硅的1650℃。根据组合物中存在的二氧化硅的量，本发明的玻璃制品具有不同的工作温度。然而，它们全部具有如下特征：对于由同一批制成的玻璃制品，在熔化温度、软化温度、应变温度和退火温度方面变化很小。在一个实施方案中，当由同一批生产的玻璃样品中随机选择的10个或更多个样品测量时，由同一批制成的玻璃制品在熔化点、软化点、弯曲点(bending point)和退火点方面分别具有低于10℃的标准偏差σ。在第二实施方案中，由对至少10个随机选择的样品的测量，熔化、软化、弯曲和退火温度的标准偏差分别低于5℃。
在一个实施方案中，由同一批制成的玻璃制品具有在1000～1250℃范围内的平均退火温度(对应于13.18泊的粘度对数值)，具有低于10℃的标准偏差σ。在第二实施方案中，对于由同一批制成的制品，玻璃制品具有低于5℃的标准偏差σ。
在一个实施方案中，在平均OH浓度方面，由同一批生产的玻璃制品具有10ppm的标准偏差σ。在一个实施方案中，玻璃制品具有低于100ppm的平均OH浓度，具有低于10ppm的标准偏差σ。在另一个实施方案中，玻璃具有＜50ppm的平均OH浓度，同时对于来自同一批的玻璃制品，具有低于5ppm的σ值。在又一个实施方案中，来自同一批的玻璃制品具有＜30ppm的平均OH浓度，具有低于5ppm的σ值。在第四实施方案中，来自同一批的玻璃制品具有＜20ppm的平均OH浓度，具有低于3ppm的σ值。
由本发明组合物制成的玻璃制品的特征还在于具有优异的尺寸控制/稳定性，例如，由相同的模子非同一批制成的最终产品的尺寸变化很小。一般地，通过工艺能力(process capability，Cpk)能够准确判断玻璃产品的尺寸精度(成型性)。这里，“工艺能力”表示，当工艺标准化并且异常原因被排除，由此工艺保持在稳定状态时，所达到的质量等级。在一个实施方案中，用微米和卡尺测量玻璃制品的尺寸，对板状玻璃制品，测量至少三维：长度、厚度和宽度。在第二实施方案中，测量(管)长度、厚度和直径的尺寸。在一个实施方案中，本发明玻璃制品的特征在于，在全部三个定量尺寸上，具有＞1.50的Cpk(工艺能力指数)。在第二实施方案中，对于由同一批制成的制品，玻璃制品具有＞1.33的Cpk。在又一个实施方案中，测量玻璃制品的外径、壁厚和椭圆度(沿圆周线的外径变化)，并且其中对于来自同一批的制品，制品具有＞1.33的Cpk。
在一个实施方案中，本发明由同一批生产的玻璃制品在25℃到320℃具有0.54×10-6/K到5.5×10-7/K的平均热膨胀系数，具有＜0.5×10-7/K的标准偏差σ。在一个实施方案中，玻璃制品在25℃到320℃具有低于7.0×10-7/K的平均热膨胀系数，具有＜7×10-8/K的标准偏差σ。
在一个实施方案中，本发明由同一批制成的玻璃制品具有从1.40到1.68的折射率，同时对于由同一批制成的玻璃制品，具有低于0.001的标准偏差。在一个实施方案中，玻璃制品具有从1.450到1.480范围的折射率，同时对于由同一批制成的玻璃制品，具有低于0.0001的标准偏差。
在一个实施方案中，包含95～99.995wt.％高纯二氧化硅的本发明的玻璃制品，在400～800nm波长范围显示超过90％的可见透射，对于由同一批生产的玻璃制品，具有低于2％的标准偏差。在第二实施方案中，玻璃制品在400～800nm波长范围显示超过90％的可见透射，对于由同一批生产的玻璃制品，具有低于0.5％的标准偏差。
使用玻璃产品的应用和制品：在一个实施方案中，熔融的玻璃组合物模制/成型为最终产品，如玻璃板或容器。在用于灯产品，例如卤钨灯***的灯罩或用于卤钨灯的灯套，以及其它高温照明设备(“高强度放电灯”)的另一个实施方案中，在成型为用作灯罩或灯套的最终玻璃应用之前，将熔融玻璃组合物制成中间玻璃产品，例如棒或管。
在一个实施方案中，在透射或反射可见光的高对比和提高的可见性能可能有益的应用中，使用组合物。这些应用包括，例如，用于眼镜如太阳镜的光学玻璃，或用于激光的玻璃基质。在又一个实施方案中，玻璃可以制成具有提高的对比性能、能够减轻视觉不适的计算机屏幕，或者制成减少眩目的后视镜。本发明具有均一性能的玻璃产品还能够用于一些应用，例如用于医学、化学和药物产品的容器，如细颈瓶、瓶子、试剂容器、试管、滴定圆柱等。在另一个实施方案中，产品用于如汽车玻璃窗的应用。该玻璃组合物还能够用于实体玻璃产品如玻璃纤维。
实施例：
此处提供实施例以说明本发明而不是试图限制本发明的范围。
在实施例中，热解法二氧化硅是从Matteson-Ridolfi Inc.购买的Cab-O-SilM5，其具有200m2/g的B.E.T.表面积和0.2～0.3μm的平均粒度(团聚)。所用的砂是具有至少99.99％纯度的天然砂，其可从多个来源购买。
实施例1：用96wt.％高纯二氧化硅、作为掺杂剂的4wt.％Al2O3制成玻璃组合物，并且使其它杂质保持低于150ppm。Al2O3掺杂剂在混合入该批SiO2之前，先用0.08wt.％热解法二氧化硅涂布。然后在高感应炉中，于2000℃下熔融该组合物，形成石英管(在随后的实施例中标记为LSPG1)。
实施例2：用96wt.％高纯二氧化硅、4wt.％Al2O3、200ppm钛和500ppmCeO2制成防UV玻璃组合物，并且使其它杂质保持低于150ppm。Al2O3、钛、CeO2掺杂剂混合物在混合入该批SiO2之前，先用0.05wt.％热解法二氧化硅涂布。然后在高感应炉中，于2000℃下熔融该组合物，形成石英管(在随后的实施例中标记为LSPG 2)。
实施例3：测量来自由实施例1的石英玻璃组合物LSPG 1制成的熔融石英管部分的随机样品的OH浓度(ppm)。同时从由Corning Incorporated of Corning，NY购买的
Figure G061H2940420070122D000111
7907、
Figure G061H2940420070122D000112
7913和
Figure G061H2940420070122D000113
7921熔融石英玻璃管获得随机样品，并且测量OH浓度。测定标准偏差，并且结果如表1所示：
表1
  实施例1管   Vycor 7907管   Vycor7913管   Vycor7921管
  39.15   24156   124.46   118.83
  39.82   277.49   153.54   123.66
  36.66   267.46   110.11   105.43
  36.09   267.21   130.27   89.35
  36.14   25151   116.89   119.28
  36.21   268.57   212.04   122.62
  224.87
  224.38
  210.58
  91.48
  83.6
  77.07
  66.99
  90.45
  平均OH   37.345   262.300   136.909   113.195
  标准偏差   1.683   13.171   57.905   13.387
实施例4：用由实施例1的组合物LSPG 1制成的随机选择的熔融石英管以及
Figure G061H2940420070122D000121
7913管制成灯罩。未调整灯生产线，以解决管在物理和化学性能方面的不同。图2是比较由本发明的石英组合物制成的灯(在右手一侧的两个灯)和由现有技术的组合物制成的灯(在图左侧的两个灯)的照片，显示出由现有技术的组合物制成的灯有变形。
实施例5：测量了由：a)实施例1～2的组合物LSPG 1和LSPG 2；b)从GEQuartz，Inc.of Ohio购买的GE214天然石英制成的石英管样品在200到400nm之间的UV透射数据。图3是比较UV透射数据的图，显示与现有技术的石英玻璃组合物(GE214石英)相比，本发明的石英玻璃产品当由同一批制成时，具有窄得多的UV透射变化波段。
并且如图解所示，本发明的石英玻璃产品在250到400nm之间吸收至少90％UV辐射，并且在200到400nm之间吸收至少87％UV辐射。尽管未在图3中测量/说明，但应指出，与本发明的组合物在200到300nm范围低于10％的窄变化相比，Vycor 7913的公开得到的透射数据显示，对于Vycor 7913，从200到300nm，有从＜5％到约90％的明显跳跃。
实施例6：测量了由实施例2的组合物LSPG 2制成的石英管样品和包括Osram 406、Philips 521和Vycor 7907在内的购买的产品在200到800nm之间的UV透射数据。图4是比较各种样品UV透射数据的图。如同所示，与现有技术的样品相比，在200～300nm范围，本发明样品的透射数据显示很小的变化。
实施例7：测量了由实施例2的组合物LSPG 2制成的石英管样品和包括Osram 406、Philips 521、Vycor 7907以及Philips低粘度玻璃在内的购买的产品的OH浓度。图5是比较实施例2组合物vs.各种现有技术玻璃样品(显示为参照样品1～5的购买的玻璃)以ppm计的OH浓度图。如图所示，与现有技术的样品相比，本发明的样品具有低得多的平均OH水平和标准偏差。
实施例8：由：1)包含96wt.％高纯二氧化硅、作为掺杂剂的4wt.％Al2O3的对比玻璃组合物，并且使其它杂质保持低于150ppm；和2)本发明的组合物，具有0.08wt.％热解法二氧化硅的实施例1的LSPG 1组合物，熔融成具有4”×4”×1”(厚度)尺寸的玻璃圆盘。图6是比较并排的两个玻璃圆盘的照片，对比玻璃圆盘在图的左侧，而LSPG1玻璃圆盘在右侧。如同所示，在右侧LSPG1圆盘下的字母显得更清晰/更易于阅读，在右侧的玻璃具有比在左侧的玻璃更高的透明度(或者穿过玻璃的透射)。
此书面说明书用包括最佳方式的实施例公开本发明，并且还使本领域普通技术人员能够制造并利用本发明。本发明可取得专利的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域普通技术人员想到的其它实施例。如果它们具有无法区别于权利要求书字面措词的结构元素，或者如果它们包括无法实质区别于权利要求书字面措词的等同结构元素，这样的其它实施例趋向于在权利要求书的范围内。
本文提及的所有引用在此特意引入全文作为参考。

Claims (9)

1.一种构成许多玻璃制品的玻璃组合物，该玻璃组合物具有从600℃到1650℃变化的软化温度，并且当从一批玻璃制品中随机选择10个或更多个样品测量软化温度时，具有低于10℃的标准偏差σ；
其中该组合物包含
40到99wt.％SiO2、
0.1～25wt.％选自金属氧化物Al2O3、CeO2、TiO2、Nd2O3、B2O3、BaO、SrO、CaO、MgO、Na2O、K2O、Li2O、Sb2O3及其混合物中的至少一种掺杂剂；
以及0.02到0.50wt.％具有50～400m2/g BET和＜1μm平均粒度的热解法金属氧化物，
并且其中热解法金属氧化物是SiO2或存在于掺杂剂中的一种金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中当从一批玻璃制品中随机选择10个或更多个样品进行测量时，软化温度的标准偏差σ为5℃或更低。
3.根据权利要求1～2中任一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物包含90到95wt.％SiO2，其中该玻璃组合物具有在1000～1250℃范围内的退火温度，并且当从一批玻璃制品中随机选择10个或更多个样品测量退火温度时，具有低于10℃的标准偏差σ。
4.根据权利要求1～2中任一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物具有低于100ppm的OH-浓度，并且当从一批玻璃制品中随机选择10个或更多个样品，测量OH浓度时，具有低于10ppm的标准偏差σ。
5.根据权利要求1～2中任一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃组合物具有低于30ppm的OH-浓度，并且当从一批玻璃制品中随机选择10个或更多个样品测量OH浓度时，具有低于5ppm的标准偏差σ。
6.根据权利要求1～2中任一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃制品由具有＞1.33的工艺能力CpK的标准化工艺加工。
7.根据权利要求1～2中任一项所述的玻璃组合物，其中该组合物包含
0.1～25wt.％选自金属氧化物Al2O3、CeO2、TiO2、Nd2O3、B2O3、BaO、SrO、CaO、MgO、Na2O、K2O、Li2O、Sb2O3及其混合物中的至少一种掺杂剂；
以及0.05到0.15wt.％具有50～400m2/g BET和＜1μm平均粒度的热解法金属氧化物，并且
其中热解法金属氧化物是SiO2或存在于掺杂剂中的一种金属氧化物，并 且其中热解法金属氧化物首先与20％-100％的所述至少一种掺杂剂混合，形成随后添加到玻璃组合物的SiO2中的母料，从而提供包含0.1～25wt.％的所述至少一种掺杂剂以及0.05到0.15wt.％的所述热解法金属氧化物的玻璃组合物。
8.一种用于制造在其性能方面具有减小的变化的玻璃产品的方法，该方法包括步骤：
提供
40到99wt.％SiO2和
0.1～25wt.％选自金属氧化物Al2O3、CeO2、Nd2O3、B2O3、TiO2、BaO、SrO、CaO、MgO、Na2O、K2O、Li2O、Sb2O3及其混合物中的至少一种掺杂剂；
形成0.02到0.50wt.％分散剂和20％到100％所述至少一种掺杂剂的第一混合物；其中该分散剂是具有50～400m2/g BET和＜1μm平均粒度的热解法金属氧化物，并且其中该热解法金属氧化物是SiO2或存在于掺杂剂中的一种金属氧化物；
将所述第一混合物混入SiO2和所述至少一种掺杂剂的任何残留物中，形成混合物；
由该混合物产生熔融态玻璃的熔体；
使该熔融态玻璃通过工具以形成玻璃产品，其中石英产品具有管、棒、片、线的形式，并且其中wt.％基于最终混合物的总重量。
9.一种石英玻璃产品，包含
40到99wt.％SiO2、
0.1～25wt.％选自金属氧化物Al2O3、CeO2、Nd2O3、B2O3、BaO、TiO2、SrO、CaO、MgO、Na2O、K2O、Li2O、Sb2O3及其混合物中的至少一种掺杂剂；
以及0.04到0.30wt.％具有50～400m2/g BET和＜1μm平均粒度的热解法金属氧化物，
并且
其中热解法金属氧化物是SiO2或存在于掺杂剂中的一种金属氧化物，并且其中在与40到99wt.％SiO2和所述至少一种掺杂剂的任意残留物混合之前，首先将热解法金属氧化物与20～100％所述至少一种掺杂剂混合，形成母料。 
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