СТЕКЛО С ВЫСОКОЙ ПРОПУСКАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ Российский патент 2017 года по МПК C03C3/87 C03C4/10 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Для данной заявки испрашивается приоритет по предварительной заявке США 61/379772, поданной 13 сентября 2010 г., содержание которой во всей полноте включено здесь посредством ссылки.

Уровень техники

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение в общем смысле относится к стеклу с высокой пропускающей способностью в инфракрасной области и высокой пропускающей способностью в видимой области спектра и, более конкретно, к флоат-стеклу с высокой пропускающей способностью, имеющему низкое содержание железа и низкое содержание марганца.

Технические аспекты.

В области производства электроэнергии применяются солнечные элементы (фотоэлектрические ячейки) и солнечные зеркала. Солнечные элементы преобразуют солнечную энергию в электрическую энергию. В типичном случае солнечные элементы снабжены покровной пластиной с высокой пропускающей способностью, такой как стеклянная покровная пластина, через которую проходит солнечная энергия, достигая внутренней части солнечного элемента. Солнечные зеркала используются для отражения солнечной энергии. Солнечные зеркала в типичном случае имеют защитную стеклянную подложку. Солнечная энергия проходит через подложку к отражающему покрытию, которое отражает солнечную энергию обратно через стеклянную подложку, чтобы направить солнечную энергию к области ее применения.

Стекло, используемое для солнечных элементов и солнечных зеркал, предпочтительно обладает высокой пропускающей способностью в области спектра электромагнитного излучения более 380 нанометров («нм»), например, пропусканием более 90% в диапазоне видимого и инфракрасного («ИК») излучения. Эти изделия также предпочтительно имеют низкую поглощающую способность, например, ниже 2% в видимом и ИК-диапазонах. Конкретные границы видимого и ИК-диапазонов электромагнитного спектра, а также максимумы пропускания изменяются в зависимости от полупроводникового материала фотоэлектрической ячейки. Например, но не в качестве ограничения предмета обсуждения, для кремниевого фотоэлектрического солнечного элемента предпочтительный диапазон длин волн видимого и ИК-спектра находится в пределах 380-1200 нм, а максимум пропускания - в области от около 900 нм до 950 нм.

Обычно при производстве флоат-стекла плавится материал стекольной шихты. Расплавленное стекло осветляется и гомогенизируется, и осветленное гомогенизированное расплавленное стекло формуется в виде ленты листового стекла посредством контролируемого снижения температуры расплавленного стекла при его нахождении на поверхности расплавленного металла во флоат-ванне. Типичные материалы шихты включают песок, кальцинированную соду, известняк, доломит и сульфат натрия. В то время как кальцинированная сода и сульфат натрия по своей природе имеют очень невысокое содержание железа, остальные материалы, в частности, песок, если их не подвергнуть химической обработке по удалению железа, могут включать значительные концентрации железа.

Связанная с присутствием в стекле железа проблема заключается в том что, как правило, чем выше содержание железа (в частности, FeO), тем ниже светопропускание стекла. Для применений, требующих высокой светопроницаемости, используется специальный песок, обладающий естественным низким содержанием железа, или песок, подвергнутый химической обработке для удаления железа. Однако это увеличивает стоимость получаемого стекла. Стекло, имеющее низкое общее содержание железа, выражаемое в виде Fe₂O₃, например, менее около 0,025 массовых процентов (в дальнейшем также обозначаемых как «масс. %»), обычно именуется стеклом с низким содержанием железа. Железо не добавляется к сырьевому материалу специально, однако присутствует в виде примеси в компонентах сырья.

Даже при том, что содержание железа в стеклах с низким содержанием железа невелико, для солнечных элементов желательно снижение в стекле массовой процентной доли закисного железа (Fe⁺²) в максимально возможной степени для того, чтобы максимизировать пропускание и минимизировать поглощающую способность стекла в видимом и ИК-диапазоне электромагнитного спектра. Железо в трехвалентном состоянии (Fe⁺³) представляет собой пигмент меньшей интенсивности, чем железо в закисном виде, и сдвигает спектр пропускания стекла в область желтого и в противоположную сторону от обычно придаваемого стеклу двухвалентным железом зелено-синего окрашивания. Иначе говоря, увеличение содержания железа в трехвалентном окисном состоянии при уменьшении содержания железа в двухвалентном закисном состоянии увеличивает пропускание и снижает поглощающую способность стекла в видимом и ИК-диапазоне.

Один из методов снижения в стекле массовой процентной доли двухвалентного железа состоит во включении в материал стекольной шихты окислителя. В прошлом для уменьшения количества FeO к композиции стекла добавлялись такие окислители, как NaNO₃, CeO₂, Sb₂O₃ и As₂O₃. Однако эти ранее применявшиеся окислители имеют недостатки, которые включают сложность обработки, проблемы, связанные с экологией и безопасностью. Например, для NaNO₃ характерна проблема испускания NOx, As₂O₃ является ядовитым. Sb₂O₃ и As₂O₃ несовместимы с флоат-процессом получения стекла из-за протекающих в ванне с оловом реакций, следствием которых оказывается появление на стекле полос серого цвета. Обнаружено, что стекло с CeO₂ «соляризуется», когда подвергается воздействию солнечного света в течение длительного времени. Понятия «соляризуется» или «соляризация» подразумевают, что подвергание стекла с низким содержанием железа, содержащего оксид церия, воздействию солнечного света заставляет это стекло изменять цвет от желтоватого до синеватого вследствие фотоокисления Ce⁺³ в Ce⁺⁴ и фотовосстановления Fe⁺³ в Fe⁺². Синий Fe⁺² поглощает больше света, чем желтый Fe⁺³, что снижает пропускную способность стекла и уменьшает выходную электрическую мощность солнечного элемента.

В настоящее время можно признать, что предпочтительным было бы обеспечение стекла с низким содержанием железа, совместимого с системой производства флоат-стекла, которое имело бы низкие уровни железа в закисном состоянии (Fe⁺²) и было бы свободно от недостатков стекла предшествующего уровня техники, связанных с проблемой соляризации.

Краткое изложение сущности изобретения

Стекло с высокой пропускающей способностью содержит SiO₂ в диапазоне от 65 до 75 масс. %, Na₂O в диапазоне от 10 до 20 масс. %, CaO в диапазоне от 5 до 15 масс. %, MgO в диапазоне от 0 до 5 масс. %, Al₂O₃ в диапазоне от 0 до 5 масс. %, K₂O в диапазоне от 0 до 5 масс. %, MnO₂ в диапазоне от 0,035 до 0,6 масс. %, FeO в диапазоне от 0,0010 до 0,0030 масс. % и Fe₂O₃ (общее железо) в диапазоне от 0,001 до 0,03 масс. %. Такое стекло имеет окислительно-восстановительное отношение в диапазоне от 0,1 до 0,4.

Другой вид стекла с высокой пропускающей способностью содержит SiO₂ в диапазоне от 71 до 75 масс. %, Na₂O в диапазоне от 13 до 14 масс. %, CaO в диапазоне от 10 до 11 масс. %, MgO в диапазоне от 2 до 3 масс. %, Al₂O₃ в диапазоне от 0,02 до 0,05 масс. %, K₂O в диапазоне от 0,01 до 0,02 масс. %, MnO₂ в диапазоне от 0,18 до 0,25 масс. %, FeO в диапазоне от 0,0015 до 0,0018 масс. % и Fe₂O₃ (общее железо) в диапазоне от 0,007 до 0,008 масс. %. Данное стекло имеет окислительно-восстановительное отношение в диапазоне от 0,15 до 0,25.

Способ изготовления стекла с помощью флоат-процесса содержит добавление материалов стекольной шихты в печь для варки стекла, при этом такие материалы стекольной шихты компонуются так, чтобы обеспечить стекло, содержащее SiO₂ в диапазоне от 65 до 75 масс. %, Na₂O в диапазоне от 10 до 20 масс. %, CaO в диапазоне от 5 до 15 масс. %, MgO в диапазоне от 0 до 5 масс. %, Al₂O₃ в диапазоне от 0 до 5 масс. %, K₂O в диапазоне от 0 до 5 масс. %, MnO₂ в диапазоне от 0,035 до 0,6 масс. %, FeO в диапазоне от 0,0010 до 0,0030 масс. % и Fe₂O₃ (общее железо) в диапазоне от 0,001 до 0,03 масс. % и имеющее окислительно-восстановительное отношение в диапазоне от 0,1 до 0,4. Материалы стекольной шихты нагреваются для образования расплавленной стекломассы. Стекломасса переносится в флоат-ванну для образования ленты стекла.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет график зависимости процента пропускания для стекла, обсуждаемого в Примере 2, от длины волны (нм);

Фиг. 2 является графиком зависимости Tsol для образцов 2, 5 и 8 из Примера 2 от окислительно-восстановительного отношения;

Фиг. 3 является графиком зависимости окислительно-восстановительного отношения для стекла из Примера 2 от массовой процентной доли оксида марганца; и

Фиг. 4 представляет график зависимости величины Tsol для стекла из Примера 2 от массовой процентной доли оксида марганца.

Подробное описание сущности изобретения

Для целей настоящего изобретения относящиеся к пространству или направлению термины, такие «внутренний», «внешний», «левый», «правый», «выше», «ниже», «горизонтальный», «вертикальный» и т.п. соотносятся с изобретением так, как это представлено на чертежах. Однако следует понимать, что в изобретении могут допускаться различные альтернативные ориентационные положения и, соответственно, такие термины нельзя рассматривать в качестве ограничивающих. Кроме того, следует понимать, что все используемые в описании и формуле изобретения числа, отображающие размеры, физические величины и т.п. должны быть модифицированы термином «около». Соответственно, если не указывается иного, представленные в нижеследующем описании и формуле изобретения численные величины могут изменяться в зависимости от желательных свойств, которые желательно и/или необходимо получить в соответствии с данным изобретением. Самое меньшее, и не как попытка ограничения применимости доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр должен истолковываться по меньшей мере с учетом количества представленных значимых цифр и с применением обычных методов округления. Более того, все раскрываемые здесь диапазоны должны пониматься как охватывающие все и любые относящиеся к ним поддиапазоны. Например, обозначенный диапазон «1-10» следует рассматривать как включающий все и любые поддиапазоны между (и включительно) минимальной величиной 1 и максимальной величиной 10, то есть все поддиапазоны, начинающиеся с минимальной величины 1 или выше и заканчивающийся максимальной величиной 10 или ниже, например, от 1 до 6,7, или от 3,2 до 8,1, или от 5,5 до 10. Перед обсуждением нескольких неограничивающих воплощений изобретения понимается, что данное изобретение не ограничивается в своей применимости конкретными подробностями его отдельных неограничивающих воплощений, показанных и обсуждаемых здесь, так как в данном изобретении возможны и другие воплощения. Помимо этого, все ранее обсуждавшиеся или упоминаемые здесь документы, либо предлагаемые далее для обсуждения или упоминания, такие как, но не только, выданные патенты и опубликованные патентные заявки, должны рассматриваться здесь и далее как «включенные посредством ссылки» во всей их полноте. Более того, терминология, используемая здесь для обсуждения данного изобретения, предназначается только для целей описания и не является ограничительной. Кроме того, если не указано иное, в следующем далее обсуждении одинаковые номера позиций относятся к одинаковым элементам. Любые ссылки на количественный состав композиции, такие как «массовая процентная доля» или «масс. %», «частей на миллион» или «ч./млн.», основываются на общей массе конечной композиции стекла или общей массе смешиваемых компонентов, например, но не только, на общей массе материалов стекольной шихты, в подходящем случае. «Общее содержание железа» раскрываемых здесь композиций стекла в соответствии со стандартной аналитической практикой представляется в выражении на Fe₂O₃, независимо от формы его фактического присутствия. Аналогичным образом количество железа в ферро- форме, т.е. виде двухвалентного железа (Fe⁺²), представляется как FeO, даже если на самом деле оно может не присутствовать в стекле именно как FeO. Доля общего железа в ферро- форме, т.е. в двухвалентном состоянии, используется в качестве меры окислительно-восстановительного состояния стекла и выражается в виде соотношения FeO/Fe₂O₃, которое является массовой процентной долей железа в двухвалентном состоянии (в выражении FeO), разделенный на массовую процентную долю общего железа (выраженной как Fe₂O₃). Видимая область электромагнитного спектра представлена 380-780 нанометрами (в дальнейшем также обозначаемыми как «нм»), а инфракрасный (в дальнейшем также именуемый «ИК») диапазон электромагнитного спектра находится выше 780 нм и обычно считается находящимся в диапазоне 780-10000 нм.

Настоящее изобретение предлагает известково-натриевое стекло, обладающее высокой способностью к пропусканию энергии видимого и инфракрасного света при измерении в нормальном (то есть перпендикулярном) направлении к основной поверхности стеклянного листа, и стекло изобретения является идеальным, в частности (хотя и не ограничивается только таким применением), для использования в качестве покровных пластин в производстве электрических солнечных элементов и стеклянных подложек для солнечных зеркал. Под «высоким пропусканием видимого света» подразумевается измеренное пропускание видимого света, равное или превышающее 85%, такое как равное или большее 87%, такое как равное или большее 90%, при толщине стекла в 4 мм. Специалистам в данной области техники очевидно, что стекло, обладающее при толщине 4 мм 90% пропусканием видимого света, при толщине менее 4 мм имеет пропускание видимого света, превышающее 90%, а при толщине более 4 мм имеет пропускание видимого света ниже 90%. Под «высоким пропусканием энергии инфракрасного излучения» подразумевается измеренное пропускание энергии инфракрасного излучения, равное или превышающее 85%, такое как равное или большее 87%, такое как равное или большее 90%, такое как равное или большее 91%, при толщине стекла в 4 мм. Специалистам в данной области очевидно, что стекло, обладающее при толщине 4 мм 91% пропусканием энергии инфракрасного излучения, при толщине менее 4 мм имеет пропускание энергии инфракрасного излучения, превышающее 91%, а при толщине более 4 мм имеет пропускание энергии инфракрасного излучения ниже 91%.

Стекло изобретения может изготавливаться с помощью обычной системы для получения флоат-стекла без вакуумного осветления или с использованием системы для получения флоат-стекла с вакуумным осветлением. В системе может использоваться обычная воздушно-топливная печь или обычная кислородно-топливная печь. В процессе производства флоат-стекла материалы стекольной шихты вводятся в печь через загрузочное отверстие. Горелки плавят сырьевые материалы и нагревают расплавленное стекло. В таких горелках для получения пламени и нагревания сырьевых материалов и расплавленного стекла может использоваться либо смесь воздуха и горючего газа (воздушно-топливная печь), либо смесь кислорода и горючего газа (кислородно-топливная печь). Расплавленное стекло любым обычным способом подается в ванну расплавленного металла, содержащегося в камере формования стекла. При прохождении подаваемой стекломассы через камеру формования стекла в ванну расплавленного металла, расплавленному стеклу придаются размеры и оно охлаждается. Стабильная по размерам лента стекла перемещается из камеры формования стекла в лер для отжига. Установки для изготовления флоат-стекла описанного выше типа хорошо известны в данной области и поэтому не требуют каких-либо дальнейших обсуждений.

Хотя данное изобретение направлено на известково-натриевые стекла с низким содержанием железа, например, известково-натриевые стекла, имеющие содержание железа в выражении Fe₂O₃, равное или меньшее 0,025 масс. % (250 ч./млн.), такое как равное или меньшее 0,01 масс. % (100 ч./млн.), данное изобретение не ограничивается только этим, и изобретение может быть реализовано в целях снижения массовой процентной доли двухвалентного железа в стеклах с высоким содержанием железа, например, известково-натриевых стеклах, имеющих содержание общего железа в выражении Fe₂O₃, превышающее 0,01 масс. % (100 ч./млн.). Кроме того, изобретение не ограничивается стеклянными покровными пластинами для солнечных элементов и стеклянными подложками для солнечных зеркал, и может использоваться в качестве стеклянных покровных пластин или стеклянных подложек для любого типа солнечных элементов или коллекторов солнечных лучей, к примеру, таких как окна жилых и промышленных зданий, окна для транспортных средств любого типа, например, наземных, воздушных, космических, надводных и подводных транспортных средств, а также в качестве верхних поверхностей столов в мебельном производстве, в качестве лишь небольшого числа возможных примеров.

Настоящее изобретение обеспечивает стекло с высокой пропускающей способностью, которое является менее восприимчивым к соляризации, чем предшествующие содержащие церий композиции стекла, и является совместимым с обычным флоат-способом производства стекла. Стекло настоящего изобретения имеет композицию, включающую следующие основные компоненты. Под «основными компонентами» подразумеваются материалы, специально добавляемые для придания стеклу желательной композиции. Хотя изобретение может быть осуществлено с обычным стеклом любого типа, общие принципы изобретения будут описаны в отношении композиции обычного известково-натриевого стекла. Модельное известково-натриевое стекло, включающее признаки данного изобретения, характеризуется следующим образом (все величины представлены в масс. %, если не указывается иного):

В практике изобретения ингредиенты стекольной шихты, выбранные для изготовления стекол с низким содержанием железа, не имеют никакого специально добавляемого железа, и любое находящееся в сырьевых материалах железо присутствует в виде случайных посторонних материалов. Содержание железа, в целом рассматриваемое как содержание посторонних включений, составляет менее 0,020 масс. %. Для целей настоящего изобретения сырьевые материалы выбираются таким образом, чтобы содержащееся в них железо не приводило бы к показателю общего железа в стекле, превышающему в выражении на Fe₂O₃ 0,025 масс. % (250 ч./млн.). Для уменьшения количества железа могут выбираться один или несколько сырьевых материалов с низким содержанием железа. Например, выбор сырья может включать песок с низким содержанием железа, который в пересчете на Fe₂O₃ может иметь содержание железа около 0,008 масс. % (80 ч./млн.) железа. Присутствие известняка и доломита, обычных материалов стекольной шихты, может быть, из-за присущей им загрязненности железом, исключено. Вместо них может использоваться более чистый источник кальция, такой как арагонит, который является минеральной формой карбоната кальция с содержанием Fe₂O₃ лишь около 0,020 масс. % (200 ч./млн.). Может использоваться и низкожелезистый доломит, имеющий содержание железа (Fe₂O₃) менее, чем около 0,020 масс. % (200 ч./млн.). Может применяться гидроксид алюминия с около 0,008 масс. % (80 ч./млн.) Fe₂O₃.

Как обсуждалось выше, в практике данного изобретения церий специально к сырьевым материалам не добавляется. В случае его наличия, церий присутствует в качестве случайных примесей в количествах, например, менее 0,010 масс. % (100 ч./млн.). Следует учитывать, что раскрываемые здесь композиции стекла могут включать небольшие количества других материалов, например, ускорителей плавления и осветлителей, случайные примеси и остаточные вещества, загрязнения и другие подобные материалы, не добавляемые преднамеренно в целях изменения или воздействия на цвет стекла. Следует также понимать, что в стекло могут вноситься небольшие количества дополнительных компонентов, предназначенных для обеспечения желательных цветовых характеристик и/или улучшения эффективности преобразования солнечной энергии. Например, другие случайные посторонние или загрязняющие материалы, которые могут присутствовать в количестве менее 0,01 масс. %, могут включать ZrO₂, CoO, Se, NiO, Cl, P₂O₅, V₂O₅, CeO₂, Cr₂O₃, Li₂O, K₂O и TiO₂.

Что касается сырьевых материалов, то основным компонентом стекла является SiO₂. На варочные свойства стекла влияют Na₂O и K₂O. MgO и CaO воздействуют на химическую устойчивость стекла и влияют на температуру девитрификации и вязкость стекла в ходе формования. Al₂O₃ также влияет на химическую устойчивость стекла. В соответствии с данным изобретением, обеспечивается MnO₂ в качестве окислителя для окисления FeO в Fe₂O₃. С уменьшением присутствия FeO пропускание стекла возрастает.

В одном особенно предпочтительном неограничивающем воплощении композиция стекла включает:

SiO₂ в диапазоне от 70 до 75 масс. %, таком как от 71 до 75 масс. %, таком как от 72 до 74 масс. %;

Na₂O в диапазоне от 10 до 15 масс. %, таком как от 12 до 14 масс. %, таком как от 13 до 14 масс. %;

CaO в диапазоне от 9 до 15 масс. %, таком как от 10 до 12 масс. %, таком как от 10 до 11 масс. %;

MgO в диапазоне от 1 до 5 масс. %, таком как от 1 до 4 масс. %, таком как от 2 до 3 масс. %;

Al₂O₃ в диапазоне от 0,001 до 0,1 масс. %, таком как от 0,005 до 0,09 масс. %, таком как от 0,02 до 0,05 масс. %;

K₂O в диапазоне от 0,001 до 0,1 масс. %, таком как от 0,005 до 0,05 масс. %, таком как от 0,01 до 0,03 масс. %, таком как от 0,01 до 0,02 масс. %;

MnO₂ в количестве, меньшем или равном 0,6 масс. %, таком как меньшее или равное 0,4 масс. %, таком как меньшее или равное 0,3 масс. %, таком как меньшее или равное 0,25 масс. %, таком как меньшее или равное 0,23 масс. %, таком как меньшее или равное 0,21 масс. %, таком как меньшее или равное 0,2 масс. %, таком как меньшее или равное 0,19 масс. %, таком как меньшее или равное 0,17 масс. %. Например, содержание MnO₂ может находиться в диапазоне от 0,035 до 0,6 масс. %, таком как от 0,05 до 0,3 масс. %, таком как от 0,1 до 0.3 масс. %, таком как от 0,15 до 0,3 масс. %, таком как от 0,15 до 0,25 масс. %, таком как от 0,17 до 0,25 масс. %, таком как от 0,18 до 0,25 масс. %, таком как от 0,2 до 0,25 масс. %;

FeO в диапазоне от 10 до 30 ч./млн., таком как от 10 до 20 ч./млн., таком как от 15 до 18 ч./млн.;

Fe₂O₃ (общее железо) в количестве, меньшем или равном 0,025 масс. %, таком как меньшее или равное 0,02 масс. %, таком как меньшее или равное 0,015 масс. %, таком как меньшее или равное 0,01 масс. %, таком как меньшее или равное 0,008 масс. %, таком как меньшее 0,007 масс. %. Например, общее железо может находиться в диапазоне от 0,003 до 0,03 масс. %, таком как от 0,005 до 0,015 масс. %, таком как от 0,005 до 0,0125 масс. %, таком как от 0,005 до 0,01 масс. %, таком как от 0,005 до 0,008 масс. %, таком как от 0,007 до 0,008 масс. %.

Данное стекло имеет окислительно-восстановительное отношение, большее или равное 0,1, такое как превышающее или равное 0,15, такое как превышающее или равное 0,19, такое как превышающее или равное 0,2, такое как превышающее или равное 0,22, такое как превышающее или равное 0,3. Например, величина окислительно-восстановительного отношения может находиться в диапазоне от 0,1 до 0,4, таком как от 0,1 до 0,3, таком как от 0,15 до 0,3, таком как от 0,2 до 0,3, таком как от 0,2 до 0,25.

Стекло изобретения является подходящим, в частности, для применения в качестве стеклянной подложки или стеклянной покровной пластины для фотоэлектрического кремниевого солнечного элемента. Кремниевые ячейки в типичном случае имеют максимальную эффективность электрического преобразования (чувствительность к лучистому потоку) при около 950 нм. Эта длина волны близка к той, на которой поглощает Fe⁺². Поэтому снижение количества Fe⁺² увеличивает пропускающую способность стекла. Обычно считается, что добавление MnO₂ к композиции стекла с низким содержанием железа снижает светопроницаемость стекла и будет неблагоприятно влиять на применение стекла для солнечных элементов. Однако неожиданно было найдено, что если Mn⁺³ восстанавливается до Mn⁺² в ходе окисления Fe⁺² в Fe⁺³, он не проявляет неблагоприятного воздействия на работу солнечного элемента, поскольку пик поглощения Mn⁺² приходится на диапазон от 410 нм до 420 нм (см. Фиг. 1), который находится вблизи нижней границы длин волн кривой чувствительности поликристаллического кремния к солнечному излучению. Mn в композиции стекла взаимодействует с Fe по механизму обмена электронами. Поэтому более высокое светопропускание на волнах с большей длиной, где чувствительность кремния к солнечному излучению выше, компенсирует ослабление пропускания, которое может явиться результатом более низкого светопропускания из-за поглощения Mn⁺². В результате модуль солнечного элемента оказывается способным к генерации большего количества электричества. В этой системе Mn⁺³ (пурпурный) взаимодействует с Fe⁺² (синий), приводя к Mn⁺² (желтый) и Fe⁺³ (желтый). Поддержание окислительно-восстановительного отношения в диапазоне от 0,1 до 0,4, таком как превышающее 0,2, поддерживает Mn⁺² и препятствует Mn⁺³.

Стекло настоящего изобретения может изготавливаться любой толщины, например, от 1 мм до 20 мм, таким как от около 1 мм до 10 мм, таким как от 2 мм до 6 мм, таким как от 3 мм до 5 мм, таким как толщиной в 4 мм.

В следующих далее примерах описывается модельная композиция стекла изобретения, однако изобретение этими конкретными примерами не ограничивается.

Примеры

Пример 1

С помощью обычного способа производства флоат-стекла был изготовлен стеклянный лист, имеющий следующую композицию. Следующие величины представлены в масс. %.

Стекло имело окислительно-восстановительное отношение, равное 0,227.

Кусок стекла толщиной 3,2 мм был подвергнут испытаниям и показал следующие свойства:

Tuv - ISO 9050, 2003, общая воздушная масса 1,5, от 300 до 380 нм;

Tvis - источник света D65, 2°, от 380 до 780 нм;

Tir - ISO 9050, 2003, общая воздушная масса 1,5, от 780 до 2500 нм;

Tsol - ISO 9050, 2003, общая воздушная масса 1,5, от 300 до 2500 нм;

Tpv C-Si - ISO 9050, 2003, общая воздушная масса 1,5, ячейка SolarWorld C-Si (чувствительность от 300 до 1200 нм).

Пример 2

Были изготовлены несколько стекол изобретения с помощью промышленного способа производства флоат-стекла. Содержание в них оксида марганца и железа изменяли. Были проанализированы по нескольку образцов из каждой партии, результаты анализов показаны ниже в Таблице 4. В Таблице 4 величины Tsol представлены для толщины в 4 мм, а показатели содержания общего железа и оксида марганца приводятся в масс. %.

Фиг. 1 является графиком процентной доли пропускания в зависимости от длины волны (нм) для образца 2 (партия 1), образца 5 (партия 2) и образца 8 (партия 3).

Фиг. 2 показывает зависимость Tsol (4 мм) от окислительно-восстановительного отношения для партий из Таблицы 4. По мере снижения окислительно-восстановительного отношения до около 0,25 показатель Tsol начинает выходить на постоянный уровень. Когда величина окислительно-восстановительного отношения достигает и становится ниже около 0,2, показатель Tsol выходит на постоянный уровень или начинает снижаться. Предполагается, что это происходит из-за образования при более низких редокс-уровнях Mn⁺³ при более низких редокс-уровнях.

Фиг. 3 показывает зависимость окислительно-восстановительного отношения от массовой процентной доли оксида марганца для партий из Таблицы 4. При увеличении содержания оксида марганца окислительно-восстановительное отношение в целом снижается.

Фиг. 4 показывает зависимость показателя Tsol по диапазону от 300 нм до 2500 нм от массовой процентной доли оксида марганца для партий из Таблицы 4. Когда содержание оксида марганца приближается к 0,2 масс. %, Tsol начинает выходить на постоянный уровень. В диапазоне содержания оксида марганца от 0,2 до 0,25 масс. % величина Tsol находится по существу на постоянном уровне. При содержании оксида марганца выше 0,25 масс. % величина Tsol начинает уменьшаться. Также видно, что действие оксида марганца на Tsol минимально до тех пор, пока содержание оксида марганца не достигает около 0,05 масс. %.

Среднему специалисту в данной области техники очевидно, что без отступления от раскрытых в предшествующем описании принципов возможно внесение в данное изобретение различных изменений. Соответственно, подробно здесь описанные предпочтительные воплощения являются лишь иллюстративными и не ограничивающими объем изобретения, широта которого определяется прилагаемой формулой изобретения и всеми и любыми ее эквивалентами.

Изобретение относится к стеклу с высокой пропускающей способностью. Стекло содержит следующие компоненты, мас.%: SiO₂ 65-75; Na₂O 10- 20; СаО 5-15; MgO 0-5; Al₂O₃ 0- 5; К₂О 0-5; MnO₂ 0,15-0,6; FeO 0,0010-0,0030; Fe₂O₃ (общее железо) 0,001-0,03. Стекло имеет окислительно-восстановительное отношение в диапазоне от 0,1 до 0,4. Технический результат – повышение пропускания энергии видимого и инфракрасного света. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.

1. Стекло с высокой пропускающей способностью, содержащее

SiO₂ от 65 до 75 мас.%,

Na₂O от 10 до 20 мас.%,

СаО от 5 до 15 мас.%,

MgO от 0 до 5 мас.%,

Al₂O₃ от 0 до 5 мас.%,

К₂О от 0 до 5 мас.%,

MnO₂ от 0,15 до 0,6 мас.%,

FeO от 0,0010 до 0,0030 мас.%,

Fe₂O₃ (общее железо) от 0,001 до 0,03 мас.%,

при этом стекло имеет окислительно-восстановительное отношение в диапазоне от 0,1 до 0,4 и при этом стекло получено без добавления SO₃.

2. Стекло по п. 1, в котором содержание MnO₂ находится в диапазоне от 0,15 до 0,25 мас.% или от 0,2 до 0,25 мас.%.

3. Стекло по п. 1, в котором данное стекло имеет окислительно-восстановительное отношение в диапазоне от 0,1 до 0,4, от 0,1 до 0,3, от 0,2 до 0,3 или от 0,2 до 0,25.

4. Стекло по п. 1, в котором общее содержание железа составляет менее 0,02 мас.%.

5. Стекло с высокой пропускающей способностью, содержащее

SiO₂ от 71 до 75 мас.%,

Na₂O от 13 до 14 мас.%,

СаО от 10 до 11 мас.%,

MgO от 2 до 3 мас.%,

Al₂O₃ от 0,02 до 0,05 мас.%,

K₂O от 0,01 до 0,02 мас.%,

MnO₂ от 0,18 до 0,25 мас.%,

FeO от 15 до 18 ч./млн,

Fe₂O₃ (общее железо) от 0,007 до 0,008 мас.%,

при этом данное стекло имеет окислительно-восстановительное отношение в диапазоне от 0,15 до 0,25 и при этом стекло получено без добавления SO₃.

6. Способ изготовления стекла с помощью флоат-процесса, содержащий этапы:

- добавления материалов стекольной шихты в печь для варки стекла, при этом материалы стекольной шихты компонуют так, чтобы обеспечить стекло, содержащее SiO₂ в диапазоне от 65 до 75 мас.%, Na₂O в диапазоне от 10 до 20 мас.%, СаО в диапазоне от 5 до 15 мас.%, MgO в диапазоне от 0 до 5 мас.%, Al₂O₃ в диапазоне от 0 до 5 мас.%, K₂O в диапазоне от 0 до 5 мас.%, MnO₂ в диапазоне от 0,15 до 0,6 мас.%, FeO в диапазоне от 0,0010 до 0,0030 мас.% и Fe₂O₃ (общее железо) в диапазоне от 0,001 до 0,03 мас.% и имеющее окислительно-восстановительное отношение в диапазоне от 0,1 до 0,4;

- нагревания материалов стекольной шихты для образования расплавленной стекломассы;

- переноса стекломассы в флоат-ванну для образования ленты стекла и

- охлаждения ленты стекла,

при этом стекло получено без добавления SO₃.

7. Способ по п. 6, где печь для варки стекла является воздушно-топливной печью.

8. Способ по п. 6, где печь для варки стекла является кислородно-топливной печью.