MX2011003630A - Vidrio con coeficiente de expansion termica intermedio. - Google Patents

Vidrio con coeficiente de expansion termica intermedio.

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Adam J Allison
Timothy J Kiczenski
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Abstract

Se describen vidrios de aluminoborosilicato que pueden ser útiles en aplicaciones fotovoltaicas, fotocrómicas, electrocrómicas o de iluminación por diodo de emisión de luz orgánica (OLED).

Description

VIDRIO CON COEFICIENTE DE EXPANSIÓN TÉRMICA INTERMEDIO Esta solicitud reclama el beneficio de prioridad de la Solicitud de Patente de E.U.A. No. 12/573213 presentada el 5 de Octubre de 2009, que reclama prioridad a la Solicitud Provisional de E.U.A. No. 61/103126 presentada el 6 de Octubre de 2008, y Solicitud Provisional de E.U.A. No. 61/177827 presentada el 13 de Mayo de 2009.
CAMPO DE LA INVENCION Modalidades se refieren generalmente a vidrios de aluminoborosilicato y más particularmente a vidrios de aluminoborosilicatos alcalinos bajos que pueden ser útiles en aplicaciones fotovoltaicas, fotocrómicas, electrocrómicas o de iluminación por diodo de emisión de luz orgánica (OLED).
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El procedimiento de formación de fusión típicamente produce vidrio plano con superficie óptima y características geométricas útiles para muchas aplicaciones electrónicas, por ejemplo, sustratos usados en aplicaciones electrónicas, por ejemplo, vidrio de pantalla para televisiones de LCD.
A lo largo de los últimos 10 años, productos de vidrio de fusión Corning incluyen 1737™, 1737G™, Eagle2000F™, EagleXG™ Jade™, y códigos 1317 y 2317 (Gorilla Glass™). Generalmente se cree que la fusión eficiente ocurre a una temperatura correspondiente a una viscosidad de fusión de aproximadamente 200 poise (p). Estos vidrios comparten en común temperaturas 200p con un exceso de 1600°C, que se puede traducir en corrosión acelerada del tanque y el electrodo, desafios mayores de refinación debido a temperaturas de refinación aún más elevadas, y/o tiempo de vida del sistema de platino reducido, particularmente alrededor del refinador. Pueden tener temperaturas a 3000 poise en exceso de aproximadamente 1300°C, y desde que este es una viscosidad típica para un agitador óptico, las temperaturas altas a esta viscosidad puede traducirse al desgaste del agitador excesivo y niveles elevados de defectos de platino en el cuerpo del vidrio.
Muchos de los vidrios antes descritos tienen temperaturas de suministro en exceso de 1200°C, y esto puede contribuir al deslizamiento de materiales refractarios isopipe, particularmente para tamaños de hoja grande.
Estos atributos se combinan para limitar el flujo (debido a velocidades de fusión lentas), para acelerar el deterioro de los activos, para forzar las reconstrucciones en escalas de tiempo mucho más cortas que los tiempos de vida del producto, para forzar soluciones inaceptables (arsénico), costosas (cápsula) o no manejables (refinación en vacío) para la eliminación de defectos, y de este modo contribuir de maneras significativas al costo de fabricación del vidrio.
En aplicaciones en donde un vidrio grueso, comparativamente de bajo costo con menos propiedades extremas se requiere, estos vidrios no son solo destructivos, si no prohibitivamente costosos para fabricar. Esto es particularmente cierto cuando los materiales competitivos se hacen por el procedimiento de flotación, un procedimiento muy bueno para la producción de vidrio a bajo costo con propiedades convencionales. En aplicaciones que son sensibles al costo, tales como paneles fotovoltaicos de gran área e iluminación OLED, este diferencial de costo es muy grande para hacer el punto de precio de vidrios tipo LCD inaceptables.
Para reducir dichos costos, es conveniente hacer descender los contribuyentes globales más grandes (fuera del terminado), y muchos de estos se siguen directamente con las temperaturas usadas en el procedimiento de fusión y formación. Por lo tanto, hay una necesidad de un vidrio que funde a una temperatura más baja que aquellos vidrios antes mencionados.
Además, puede ser conveniente tener un vidrio útil para aplicaciones de temperatura baja, por ejemplo, aplicaciones fotovoltaicas y de luz LED. Además, puede ser conveniente tener un vidrio cuyas temperaturas de procesamiento son lo suficientemente bajas que la manufactura del vidrio no consumen excesivamente la energía que estas aplicaciones se busca salvar.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Una modalidad es un vidrio que comprende, en porcentaje en mol: 60 a 65 por ciento de SiO2; 8 a 12 por ciento.de AI2O3; 7 a 15 por ciento de B203; más de 0 a 8 por ciento de M20; y 9 a 15 por ciento de RO¡ en donde, M es un metal alcalino y en donde, R es un metal alcalinotérreo.
Dichos vidrios tratan una o más de las desventajas antes mencionadas de vidrios convencionales y proveen una o más de las siguientes ventajas: los álcalis agregados al vidrio pueden acelerar grandemente la fusión, permitiendo velocidades más altas de arrastre y temperaturas de fusión más bajas. También pueden elevar el coeficiente de expansión térmica para ser una comparación mejor para, por ejemplo, aplicaciones fotovoltaicas CdTe.
Aspectos y ventajas adicionales se expondrán en la descripción detallada que sigue, y en parte serán fácilmente aparentes para aquellos con experiencia en la técnica a partir de la descripción o reconocido por el practicante de la invención como se describe en la descripción escrita y sus reivindicaciones, así como los dibujos anexos.
Se entiende que la descripción general anterior y la siguiente descripción detallada son meramente ejemplares de la invención, y se destinan para proveer una vista general o marco para el entendimiento de la naturaleza y carácter de la invención como se reclama.
Los dibujos acompañantes se incluyen para proveer un entendimiento adicional de la invención, y se incorporan y constituyen una parte de esta especificación. Los dibujos ilustran una o más modalidades de la invención y junto con la descripción sirven para explicar los principios y operación de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se puede entender a partir de la siguiente descripción detallada ya sea de manera individual o junto con los dibujos acompañantes.
La figura 1 es una gráfica de viscosidad de líquidus estimada.
La figura 2 es una ilustración de aspectos de un dispositivo fotovoltaico de acuerdo a una modalidad.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Ahora se hace referencia en detalle a varias modalidades de la invención. Cuando quiera que sea posible, los mismos números de referencia se usarán a lo largo de los dibujos para referirse a las características iguales o similares.
Como se usa aquí, el término "sustrato" se puede usar para describir un sustrato o un superestrato dependiendo de la configuración de la celda fotovoltaica. Por ejemplo, el sustrato es un superestrato, si cuando se asemeja a una celda fotovoltaica, está en el lado incidente de luz de una celda fotovoltaica. El superestrato puede proveer protección para los materiales fotovoltaicos del impacto y degradación ambiental mientras permite la transmisión de las longitudes de onda apropiadas del espectro solar. Además, celdas fotovoltaicas múltiples se pueden disponer en un modulo fotovoltaico.
Como se usa aquí, el término "adyacente" se puede definir como estar en proximidad cercana. Estructuras adyacentes pueden o no estar en contacto físico entre sí. Estructuras adyacentes pueden tener otras capas y/o estructuras dispuestas entre ellas.
Como se usa aquí, el término "planar" se puede definir teniendo una superficie topográficamente plana de manera sustancial.
Aunque intervalos numéricos ejemplares se describen en las modalidades, cada uno de los intervalos pueden incluir cualquier valor numérico incluyendo lugares decimales dentro del intervalo incluyendo cada uno de los puntos finales de los intervalos.
Como se usa aquí, componentes multivalentes de las composiciones ejemplares se presentan, por ejemplo, como Fe203, Sn02, AS2O5, Sb205. Estos materiales se agrupan como dichos óxidos pero valencias mixtas o valencias alternativas se pueden usar.
Una modalidad es un vidrio que comprende, en porcentaje en mol: 60 a 65 por ciento de SiO2; 8 a 12 por ciento de AI2O3; 7 a 15 por ciento de B2O3; más de 0 a 8 por ciento de M2O; y 9 a 15 por ciento de RO; en donde, M es un metal alcalino y en donde, R es un metal alcalinotérreo.
Otra modalidad es un vidrio que comprende, en porcentaje en mol: 61 a 64 por ciento de SiO2; 8 a 12 por ciento de AI2O3; 9 a 15 por ciento de B2O3; más de 0 a 4 por ciento de M2O; y 12 a 15 por ciento de RO; en donde, M es un metal alcalino y en donde, R es un metal alcalinotérreo.
Otra modalidad es un vidrio que comprende, en porcentaje en mol: 60 a 65 por ciento de SiO2¡ 8 a menos de 10 por ciento de AI2O3; más de 11 a 15 por ciento de B2O3; más de 0 a menos de 1 por ciento de M20; y 9 a 15 por ciento de RO; en donde, M es un metal alcalino y en donde, R es un metal alcalinotérreo.
Otra modalidad es un vidrio que comprende, en porcentaje en mol: 60 a 65 por ciento de SiO2¡ 10 a 12 por ciento de AI2O3; 7 a 11 por ciento de B2O3; 1 a 8 por ciento de M2O; y 9 a 15 por ciento de RO; en donde, M es un metal alcalino y en donde, R es un metal alcalinotérreo.
En una modalidad, M es un metal alcalino seleccionado de Li, Na, K, Rb, Cs, y una combinación de los anteriores. En algunas modalidades, M se selecciona de Li, K, Cs y una combinación de los mismos.
En una modalidad, R se selecciona de Mg, Ca, Sr, Ba, y una combinación de los anteriores. En algunas modalidades, R se selecciona de Mg, Ca, Sr y una combinación de los anteriores.
De acuerdo a otra modalidad, el vidrio es sustancialmente libre de BaO. Por ejemplo, el contendido de BaO puede ser de 0.05 por ciento en mol o menos, por ejemplo, cero por ciento en mol.
En algunas modalidades, el vidrio es sustancialmente libre de Sb203, As203, o sus combinaciones, por ejemplo, el vidrio comprende 0.05 por ciento en mol o menos de Sb2Ü3 o As203 o una combinación de los mismos. Por ejemplo, el vidrio puede comprender cero por ciento en mol de Sb203 o AS2O3 o una combinación de los mismos.
En algunas modalidades, el vidrio comprende de 60 a 65 por ciento en mol de S1O2. En algunas modalidades, el vidrio comprende 61 a 64 por ciento en mol de S1O2. En algunas modalidades, el vidrio comprende de 62 a 64 por ciento en mol de Si02.
En otra modalidad, el vidrio comprende 0.01 a 0.4 por ciento en El vidrio de acuerdo a una modalidad, comprende en por ciento en mol: 62 a 65 por ciento de SiO2; 10 a 12 por ciento de Al203; 7 a 11 por ciento de B203; 3 a 8 por ciento de MgO; 3 a 10 por ciento de CaO; 3 a 8 por ciento de SrO; y 1 a 8 por ciento de M20; en donde, M es un metal alcalino seleccionado de K, Na y sus combinaciones y en donde, CaO/(CaO + SrO) es de 0.4 a 1.
El vidrio, en una modalidad, es enrollable. El vidrio, en una modalidad, es estirable de manera descendente. El vidrio puede ser estirado por ranura o estirado por fusión, por ejemplo. De acuerdo a otra modalidad, el vidrio puede ser formado por flotación.
El vidrio además puede comprender 2 por ciento en mol o menos de TiO2, MnO, ZnO, Nb205, Mo03, Ta205, WO3, Zr02, Y2O3, La2O3, Hf02, CdO, Sn02, Fe203, Ce02, As203, Sb203, Cl, Br, P205, o sus combinaciones.
Como se menciona antes, los vidrios, de acuerdo con algunas modalidades, comprenden 7 a 15 por ciento en mol, por ejemplo 7 a 11 por ciento en mol de B2O3. B2O3 se añade al vidrio para reducir la temperatura de fusión, para disminuir la temperatura de líquidus, para incrementar la viscosidad de líquidus, y para mejorar la durabilidad mecánica relativa al vidrio que no contiene B2O3.
También como se menciona antes, los vidrios, de acuerdo con algunas modalidades, 9 a 15 por ciento en mol de RO en donde, R es un metal alcalinotérreo. El vidrio puede comprender, por ejemplo, 1 a 8 por ciento en mol de MgO. MgO se puede agregar al vidrio para reducir la temperatura de fusión y para incrementar el punto de tensión. Puede disminuir inconvenientemente CTE en relación a otros alcalinotérreos (por ejemplo, CaO, SrO, BaO), y otros ajustes se pueden hacer para mantener la CTE dentro del intervalo deseado. Ejemplos de ajustes adecuados incluyen incrementar SrO en el gasto de CaO, incrementando la concentración de óxido alcalino, y reemplazando un óxido alcalino más pequeño (por ejemplo, Na2O) en todo o parte con un óxido alcalino más grande (por ejemplo, K2O).
Los vidrios, en algunas modalidades, comprenden 1 a 9 por ciento en mol de CaO. Relativo a óxidos alcalinos o SrO, CaO contribuye a un punto de tensión más alto, densidad más baja, y temperatura de fusión más baja. Es un componente primario de ciertas fases de desvitrificación posible, particularmente anortita (CaAI2SÍ2O8), y esta fase tiene solución sólida completa con una fase de sodio análoga, albite (NaAISiaOe). Contenidos altos de Na y Ca tomados solos pueden causar temperaturas de líquidus inaceptablemente altas. Sin embargo, las fuentes químicas para CaO incluyen piedra de cal, un material muy barato, al grado que un volumen alto y bajo costo son factores, es útil típicamente hacer el contenido de CaO tan alto como sea razonablemente logrado en relación a otros óxidos alcalinotérreos.
Los vidrios pueden comprender, en algunas modalidades, de 0 a 5 por ciento en mol de SrO. En ciertas modalidades, el vidrio no contiene SrO agrupado deliberadamente, aunque puede estar por supuesto presente como un contaminante en otros materiales de lote. SrO contribuye a un coeficiente más alto de expansión térmica, y la proporción relativa de SrO y CaO se puede manipular para mejorar temperatura de líquidus, y de este modo la viscosidad de líquidus. SrO no es tan efectivo como CaO o MgO para mejorar el punto de tensión, y reemplazando cualquiera de estos con SrO tiende a causar que se incremente la temperatura de fusión.
En ciertas modalidades, el vidrio satisface una o más de las siguientes expresiones: 1.0 < (M2O+RO)/AI2O3 < 2; y 0.4 < CaO/(CaO+SrO) < 1.
La relación (M20+RO)/Al203 es mayor de manera conveniente que 1.0 para ayudar en remover burbujas del vidrio durante la etapa de fusión inicial. Esto ocurre debido a que los óxidos de metal alcalino o alcalinotérreo no están involucrados en la estabilización de AI2O3 están disponibles para digerir la fuente de sílice, normalmente una arena comercial. El área superficial que puede ser el sitio para la nucleación de burbujas y crecimiento son por lo tanto eliminados al inicio en la fusión, y un vidrio libre de burbujas comparativamente se obtiene.
La relación de CaO/(CaO+SrO) se mantiene de manera conveniente entre 0.4 y 1 para obtener un buen balance entre la temperatura de líquidus (y por lo tanto viscosidad de líquidus) y la temperatura de fusión. Por ejemplo, las composiciones con bajas concentraciones de álcali y concentraciones altas de SrO tienen temperaturas de fusión comparativamente altas, y si SrO es muy alto entonces las temperaturas de líquidus pueden ser elevadas también relativas a vidrios con más óxido alcalino y SrO inferior. Sin embargo, para concentraciones fijas de todos los otros componentes, un mínimo local en la temperatura de líquidus a veces se obtiene para relaciones CaO/(CaO+SrO) entre 0.4 y 1.
También como se menciona antes, los vidrios, de acuerdo con algunas modalidades, incluyendo mayor que cero a 8 por ciento en mol 2O, por ejemplo, 0.05 a 8 por ciento en mol de M2O, 0.1 a 8 por ciento en mol de M2O, 0.5 a 8 por ciento en mol de M2O, 1 a 8 por ciento en mol de M2O, donde M es uno o más cationes alcalinos Li, Na, K, Rb y Cs.
En ciertas modalidades, es deseable que los álcalis en cuestión sean Li, k y Cs o sus combinaciones. Los cationes alcalinos incrementan CTE de manera escalonada, pero también disminuyen el punto de tensión y, dependiendo de cómo se añaden, incrementan las temperaturas de fusión. El óxido alcalino menos efectivo para CTE es LÍ2O, y el óxido alcalino más efectivo es CS2O. Como se observa antes, sodio puede participar en una de las fases de desvitrificación posibles de los vidrios inventivos, y mientras ajustes en otros componentes se pueden usar para contrarrestar esto, por ejemplo, cambiando la relación CaO/(CaO+SrO), esta tendencia puede hacerlo conveniente para reemplazar sodio con otros álcalis, o usar una mezcla de álcalis en lugar de sodio solo. Si un alto volumen y bajo costo son importantes, entonces es deseable tanto como sea posible confinar los óxidos alcalinos a a2Ü y K2O o sus combinaciones.
Los vidrios, de acuerdo con algunas modalidades, pueden comprender además una variedad de otros componentes. Por ejemplo, los vidrios pueden comprender Sn02, Fe2C»3, MnO, Ce02, AS2O3, Sb203, Cl, Br o sus combinaciones. Estos materiales se pueden agregar como agentes de refinación (por ejemplo, para facilitar la remoción de inclusiones gaseosas de materiales en lote fundidos usados para producir el vidrio) y/o para otros propósitos. En ciertas modalidades, los vidrios comprenden Sn02 (por ejemplo, como se calcula en porcentaje en mol en una base de óxido, 0.02 a 0.3 Sn02, etc.) y Fe203 (por ejemplo, como se calcula en porcentaje en mol en una base de óxido, 0.005 a 0.08 Fe203, 0.01 a 0.08 de Fe203, etc.). A manera de ilustración, en ciertas modalidades, los vidrios comprenden SnÜ2 y Fe2Ü3, en donde, en porcentaje en mol en una base óxido: 0.02 < Sn02 < 0.3; y 0.005 < Fe203 < 0.08.
En ciertas modalidades, los vidrios comprenden menos del 0.05% en mol de Sb203, As203, o sus combinaciones. En ciertas modalidades, los vidrios comprenden Sn02l Fe203, Ce02, Cl, Br o sus combinaciones e incluyen menos de 0.05% (por ejemplo, menos de 0.04%, menos de 0.03%, menos de 0.02%, menos de 0.01 %, etc.) porcentaje en mol de Sb203, AS2O3, o sus combinaciones. En ciertas modalidades, los vidrios comprenden Sn02 y Fe203 e incluyen menos de 0.05 por ciento en mol (por ejemplo, menos de 0.04 por ciento en mol, menos de 0.03 por ciento en mol, menos de 0.02 por ciento en mol, menos de 0.01 por ciento en mol, etc.) de Sb203, AS2O3, o sus combinaciones. En ciertas modalidades, los vidrios comprenden Sn02 y Fe203, en donde, en porcentaje en mol en una base óxido: 0.02 < Sn02 < 0.3; y 0.005 < Fe203 < 0.08, e incluyen menos de 0.05% en mol de Sb203, AS2O3, o sus combinaciones.
Los vidrios, de acuerdo con algunas modalidades, (por ejemplo, cualquiera de los vidrios discutidos antes) pueden incluir F, Cl o Br, por ejemplo, como en el caso donde los vidrios comprenden Cl y/o Br como agentes de refinación. Por ejemplo, el vidrio puede comprender flúor, cloro, y/o bromo, en donde, como se calcula en porcentaje en mol: F+CI+Br < 0.4, tal como donde F+CI+Br<0.3, F+CI+Br<0.2, F+CI+Br<0.1 , 0.001=F+CI+Br<0.4, y/o 0.005<F+CI+Br<0.4. A manera de ilustración, en ciertas modalidades, el vidrio comprende Sn02 y Fe2O3 y, opcionalmente, flúor, cloro, y/o bromo, de tal manera que, como se calcula en porcentaje en mol en una base óxido: 0.02<SnO2<0.3, 0.005<Fe2O3<0.08, y F+CI+Br<0.4¡ y, en ciertas modalidades, el vidrio comprende Sn02 y Fe203 y, opcionalmente, Sb203, AS2O3, flúor, cloro, y/o bromo, de tal modo que, como se calcula en porcentaje en mol en una base óxido, 0.02<SnO2<0.3, 0.005<Fe2O3<0.08, y F+CI+Br<0.4, y de tal modo que el vidrio incluye menos de 0.05 por ciento en mol (por ejemplo, menos de 0.04, menos de 0.03, menos de 0.02, menos de 0.01 , etc.) por ciento en mol de Sb203, AS2O3, o sus combinaciones.
Los vidrios, de acuerdo con algunas modalidades, comprenden BaO. En ciertas modalidades, los vidrios comprenden menos de 0.1 por ciento en mol de BaO.
Los vidrios, de acuerdo con algunas modalidades, pueden incluir además contaminantes como típicamente se encuentran en vidrio preparado comercialmente. Además o alternativamente, una variedad de otros óxidos (por ejemplo, Ti02, MnO, ZnO, Nb205, Mo03, Ta2O5, W03, ZrO2, Y2O3, La2O3, P2O5, y lo similar) se puede agregar, aunque con ajustes a otros componentes de vidrio, sin comprometer sus características de fusión o formación. En aquellos casos donde los vidrios, de acuerdo con algunas modalidades, además incluyen otros óxidos, cada uno de otros óxidos están presentes normalmente en una cantidad que no excede el 2% en mol, y sus concentraciones combinadas totales típicamente es inferior o igual a 5% en mol, aunque otras cantidades más altas se pueden usar siempre que las cantidades usadas no coloquen la composición fuera de los intervalos descritos antes. Los vidrios, de acuerdo con algunas modalidades, también pueden incluir varios contaminantes asociados con materiales de lote y/o introducidos en el vidrio por medio del equipo de fusión, refinado, y/o formación, usado para producir el vidrio (por ejemplo, Zr02).
El vidrio, de acuerdo con algunas modalidades, es estirable de manera descendente; es decir, el vidrio es capaz de formarse en hojas usando métodos de estirado descendente tal como, pero no limitado a, métodos de estirado por fusión, y estirado por ranura que se conocen por aquellos con experiencia en la técnica de fabricación de vidrio. Dichos procedimientos de estirado descendentemente se usan en la manufactura a gran escala de vidrio plano, por ejemplo, vidrio de pantalla o vidrio intercambiable iónico.
El procedimiento de estirado por fusión usa un isopipe que tiene un canal para aceptar materia prima de vidrio fundido. El canal tiene aliviaderos que se abren en la parte superior a lo largo de la longitud del canal en ambos lados del canal. Cuando el canal se llena con material fundido, el vidrio fundido fluye en los aliviaderos. Debido a la gravedad, el vidrio fundido fluye hacia debajo de las superficies externas del isopipe. Estas superficies externas se extienden hacia abajo y hacia adentro de modo que se juntan en un borde abajo del tanque de estiramiento. Las dos superficies de vidrio que fluyen se juntan en este borde para fusionarse y formar una hoja que fluye sencilla. El método de estirado por fusión ofrece la ventaja que, debido a que las dos películas de vidrio que luyen sobre el canal se fusionan juntas, ni la superficie externas de los vidrios resultantes entran en contacto con cualquier parte del aparato. De este modo, las propiedades de la superficie no se afectan por dicho contacto.
El método de estirado por ranura es distinto del método de estirado por fusión. Aquí el vidrio en bruto fundido se provee a un conducto. El fondo del conducto tiene una ranura abierta que es más amplia en una dimensión que la otra dimensión con una boquilla que se extiende la longitud de la ranura. El vidrio fundido fluye a través de la ranura/boquilla y se estira hacia abajo como una hoja continua entre esta y dentro de una región de recocido. En comparación al procedimiento de estirado por fusión, el procedimiento de estirado por ranura provee una hoja más delgada, como solo una hoja sencilla se estira a través de la ranura, más que dos hojas que se fusionan juntas, como en el procedimiento de estirado descendente por fusión.
Con el fin de ser compatible con procedimientos de estirado descendente, el vidrio de aluminoborosilicato descrito aquí tiene una viscosidad de líquidus alta. En una modalidad, el vidrio tiene una viscosidad de líquidus de 50000 poise o mayor, por ejemplo, 150000 poise o mayor, por ejemplo, mayor o igual a 500000. Las viscosidades de líquidus de los vidrios se correlacionan muy cercanamente con la diferencia entre la temperatura de líquidus y el punto de ablandamiento. Esta correlación se indica por la línea 10 en la figura 1. Para procedimientos posteriores, los vidrios preferiblemente tienen líquidus - punto de ablandamiento menor de 230°C, más preferiblemente menos de 200°C.
En consecuencia, en una modalidad, el vidrio tiene un punto de tensión de 600°C o mayor, por ejemplo, 620°C o mayor. En algunas modalidades, el vidrio tiene un coeficiente de expansión térmica de 38 x 10"7 o mayor, por ejemplo, 40 x 10"7 o mayor, por ejemplo, 45 x 10"7 o mayor.
El vidrio de acuerdo con una modalidad puede tener un punto de tensión de 620°C o mayor y/o un coeficiente de expansión térmica de 45 x 10" 7 o mayor.
De acuerdo con una modalidad, el vidrio es ion intercambiado en un baño de sal que comprende una o más sales de iones alcalinos. El vidrio puede ser ion intercambiado para cambiar sus propiedades mecánicas. Por ejemplo, iones alcalinos más pequeños, tal como litio o sodio, se pueden intercambiar de ión en una sal fundida que contiene uno o más iones alcalinos más grandes, tal como sodio, potasio, rubidio o cesio. Si se realiza a una temperatura muy debajo del punto de tensión por suficiente tiempo, un perfil de difusión se formará en el cual el alcalino más grande se mueve en la superficie de vidrio desde el baño de sal, y el ion más pequeño se mueve desde el interior del vidrio en el baño de sal. Cuando la muestra se remueve, la superficie irá bajo compresión, produciendo dureza incrementada contra daño. Dicha dureza puede ser deseable en casos donde el vidrio será expuesto a condiciones ambientales adversas, tal como rejillas fotovoltaicas expuestas a granizo. Un alcalino más grande ya en el vidrio también se puede intercambiar por un alcalino más pequeño en un baño de sal. Si esto se realiza a temperaturas cercanas al punto de esfuerzo, y si el vidrio se remueve y su superficie se recalienta rápidamente a alta temperatura y se enfría rápidamente, la superficie del vidrio mostrará tensión comprensible considerable introducida por temple térmico. Esto también proveerá protección contra condiciones ambientales adversas. Será claro para una persona con experiencia en la técnica que cualquier catión monovalente se puede intercambiar por alcalinos ya en el vidrio, que incluyen cobre, plata, talio, etc., y estos también proveen atributos de valor potencial y usos finales, tal como introducir color para iluminación o una capa de índice refractivo elevado para atrapar la luz.
De acuerdo con otra modalidad, el vidrio puede ser flotante formado como es conocido en la técnica de vidrio de formación flotante.
En una modalidad, el vidrio está en la forma de una hoja. El vidrio en la forma de una hoja puede ser templado térmicamente.
En una modalidad, un dispositivo de diodo que emite luz orgánica comprende el vidrio en la forma de una hoja.
En una modalidad, un dispositivo fotovoltaico comprende el vidrio en la forma de una hoja. El dispositivo fotovoltaico puede comprender más de una de las hojas de vidrio, por ejemplo, como un sustrato y/o como un superestrato. En una modalidad, la hoja de vidrio es sustancialmente plana. De acuerdo con una modalidad, la hoja de vidrio es transparente.
De acuerdo con algunas modalidades, la hoja de vidrio tiene un grosor de 4.0 mm o menos, por ejemplo, 3.5 mm o menos, por ejemplo, 3.2 mm o menos, por ejemplo, 3.0 mm o menos, por ejemplo, 2.5 mm o menos, por ejemplo, 2.0 mm o menos, por ejemplo, 1.9 mm o menos, por ejemplo, 1.8 mm o menos, por ejemplo, 1.5 mm o menos, por ejemplo, 1.1 mm o menos, por ejemplo, 0.5 mm a 2.0 mm, por ejemplo, 0.5 mm a 1.1 mm, por ejemplo, 0.7 mm a 1.1 mm. Aunque estos son grosores ejemplares, la hoja de vidrio puede tener un grosor de cualquier valor numérico que incluye lugares decimales en el intervalo de 0.1 mm arriba y que incluye 4.0 mm.
En otra modalidad, el dispositivo fotovoltaico que comprende una hoja de vidrio y un medio fotovoltaico activo adyacente a la hoja de vidrio.
El medio fotovoltaico activo puede comprender capas múltiples, por ejemplo, una capa de silicio amorfo y una capa de silicio microcristalina.
En una modalidad, el medio fotovoltaico activo comprende telururo de cadmio, diselenuro de cobre indio galio, silicio amorfo, silicio cristalino, silicio microcristalino, o sus combinaciones.
Otra modalidad, como se muestra en la figura 2 aspectos 200 de un dispositivo fotovoltaico que comprende una hoja de vidrio 12 que comprende cualquiera de las composiciones de vidrio previamente descritas y un medio fotovoltaico activo 16 adyacente a la hoja de vidrio, en donde el medio fotovoltaico activo comprende telururo de cadmio. De acuerdo con una modalidad, la hoja de vidrio tiene un grosor como se describe previamente. El dispositivo fotovoltaico puede además comprender una capa conductiva 14, tal como un adyacente de óxido conductivo transparente o dispuesto en la hoja de vidrio.
En una modalidad, un dispositivo eiectrocrómico comprende el vidrio en la forma de una hoja. El dispositivo eiectrocrómico puede ser, por ejemplo, una ventana electrocrómica.
EJEMPLOS Lo siguiente es un ejemplo de cómo fabricar una muestra de un vidrio ejemplar, de acuerdo con una modalidad de la invención, como se muestra en el cuadro 1. Esta composición corresponde el número de composición 46 mostrada en el cuadro 7.
CUADRO 1 En algunas modalidades, el total no se añade arriba de 00%, ya que ciertos elementos captadores se presentan en concentraciones no ° despreciables.
Materiales de lote, como se muestra en el cuadro 2 se pesan y se añaden a un contenedor de plástico de 4 litros.
CUADRO 2 Se debe apreciar que en el lote, piedra caliza, dependiendo de la fuente puede contener elementos captadores y/o cantidades variadas de uno o más óxidos, por ejemplo, MgO y/o BaO. La arena se beneficia ventajosamente de modo que al menos 80% en masa pasa por la malla 60, por ejemplo malla 80, por ejemplo malla 100. El Sn02 se añade, en este ejemplo, se pre-mezcla con arena en un nivel de 10% en peso de modo que asegura el mezclado homogéneo con los otros componentes. La botella que contiene los materiales del lote se montan a un tambor y los materiales de lote se mezclan de modo que hacen un lote homogéneo y rompen los aglomerados suaves. El lote mezclado se transfiere a un crisol de platino 1800 ce y se coloca en un homo de cerámica a alta temperatura. El platino en su horno se carga en un horno Globar inactivo a una temperatura de 1550°C. Después de 6 horas, el crisol+horno se remueve y el vidrio fundido se vierte en una superficie fría, tal como una placa de hierro, para formar una torta, y después se transfiere a un recocido mantenido a una temperatura de 670°C. La torta de vidrio se mantiene a la temperatura del recocido durante 2 horas, después se enfría a una velocidad de 1 °C por minuto a temperatura ambiente.
El cuadro 3, cuadro 4, cuadro 5, cuadro 6, cuadro 7, y cuadro 8 muestran vidrios ejemplares, de acuerdo con modalidades de la invención se hacen de acuerdo con el ejemplo anterior. Los datos de propiedades para algunos vidrios también se muestran en el cuadro 3, cuadro 4, cuadro 5, cuadro 6, cuadro 7, y cuadro 8.
En vista de su temperatura de líquidus baja de 940°C y, ya que, su viscosidad de líquidus extremadamente alta en exceso de 5,000,000 poises, vidrio 49, mostrado en el cuadro 8 es un vidrio ventajoso para aplicaciones, tal como un vidrio para fotovoltaicos. Los vidrios ejemplares mostrados en el cuadro 8 comprenden, por ciento en mol: 62 a 64 por ciento de Si02; 8 a 12 por ciento de Al203; 9 a 15 por ciento de B2O3; más de 0 a 4 por ciento de M20; y 12 a 15 por ciento de RO; en donde M es un metal alcalino y en donde, R es un metal alcalinotérreo.
Además, los vidrios mostrados en el cuadro 8 tienen puntos de recocido > 640°C, coeficientes de expansión térmica (CTE) de 40-50 x 10"7/°C, 200 poises temperaturas de < 1550°C, y viscosidades de líquidus de > 500,000 poises. Viscosidad de líquidus puede ser dependiente del contenido de K20, por ejemplo, vidrio ejemplar 49 tiene un valor máximo en exceso de 5,000,000 poises para un contenido de K2O intermedio cuando se compara con los vidrios ejemplares 48, 50 y 51.
CUADRO 3 CUADRO 4 CUADRO 5 CUADRO 6 CUADRO 7 CUADRO 8 Los alcalinos en el vidrio de acuerdo con la presente invención y temperatura de fusión baja se combinan para acelerar la fusión permitiendo de esta manera volumen alto, fusión de bajo costo y formación relativa a alternativas libres de alcalino mientras retardan la propiedades competitivas, que incluyen en particular estabilidad mecánica y dimensional cuando se re-calientan a alta temperatura. Estos vidrios son bien adecuados para aplicaciones de vidrio de hoja de volumen grande, particularmente iluminación OLED y fotovoltaicos de telururo de cadmio (CdTe), para cuya estabilidad térmica, volúmenes grandes, y bajo costo son atributos de sustrato deseables.
Será aparente para aquellos de experiencia en la técnica que varias modificaciones y variaciones se pueden hacer a la presente invención sin desviarse de la esencial o alcance de la invención. De esta manera, se intenta que la presente invención cubra las modificaciones y variaciones de esta invención provista como que vienen dentro del alcance de las reivindicaciones anexadas y sus equivalentes.

Claims (32)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1.- Un vidrio que comprende, en porcentaje en mol: 60 a 65 por ciento de S1O2; 8 a 12 por ciento de AI2O3; 7 a 15 por ciento de B2O3; más de 0 a 8 por ciento de M20; y 9 a 15 por ciento de RO; en donde, M es un metal alcalino y en donde, R es un metal alcalinotérreo.
2. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende 0.05 por ciento en mol de M2O.
3. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende 0.1 por ciento en mol de M2O.
4. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende en porcentaje en mol: 61 a 64 por ciento de SiO2; 8 a 12 por ciento de AI2O3; 9 a 15 por ciento de B2O3; más de 0 a 4 por ciento de M2O; y 12 a 15 por ciento de RO; en donde, M es un metal alcalino y en donde, R es un metal alcalinotérreo.
5. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende en porcentaje en mol: 60 a 65 por ciento de S1O2; 8 a menos de 10 por ciento de AI2O3; más de 11 a 15 por ciento de B2O3; más de 0 a menos de 1 por ciento de M2O; y 9 a 15 por ciento de RO; en donde, M es un metal alcalino y en donde, R es un metal alcalinotérreo.
6. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende en porcentaje en mol: 60 a 65 por ciento de S1O2; 10 a 12 por ciento de AI2O3; 7 a 11 por ciento de B2O3; 1 a 8 por ciento de M2O; y 9 a 15 por ciento de RO; en donde, M es un metal alcalino y en donde, R es un metal alcalinotérreo.
7.- El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque M es un metal alcalino seleccionado de Li, Na, K, Rb, Cs, y una combinación de los anteriores.
8. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque M se selecciona de Li, K, Cs y una combinación de los mismos.
9. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque R se selecciona de Mg, Ca, Sr, Ba, y una combinación de los anteriores.
10. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque R se selecciona de Mg, Ca, Sr y una combinación de los anteriores.
11. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende de 62 a 65 por ciento en mol de Si02.
12.- El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende 0.01 a 0.4 por ciento en mol de Sn02.
13.- El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende: 62 a 65 por ciento de S1O2; 10 a 12 por ciento de AI2O3; 7 a 11 por ciento de B2O3; 3 a 8 por ciento de MgO; 3 a 10 por ciento de CaO; 3 a 8 por ciento de SrO; y 1 a 8 por ciento de M20; en donde, M es un metal alcalino seleccionado de K, Na y sus combinaciones y en donde, CaO/(CaO + SrO) es de 0.4 a 1.
14. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el vidrio es estirable de manera descendente.
15. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el vidrio es estirado por ranura o estirado por fusión.
16. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el vidrio es formado por flotación.
17. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende el vidrio es sustancialmente libre de BaO.
18. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el vidrio es sustancialmente libre de Sb2O3, AS2O3, o sus combinaciones.
19. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el vidrio es intercambiado por iones en un baño de sal que comprende una o más sales de iones alcalinos.
20. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende 2 por ciento en mol o menos de ??02, ???, ???, Nb205) ?0?3, Ta205, W03, Zr02, ?203, La203, ?205, o sus combinaciones.
21.- El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende el vidrio está en la forma de una hoja.
22 - El vidrio de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque el vidrio es templado térmicamente.
23. - Un dispositivo de diodo de emisión de luz orgánica que comprende el vidrio de acuerdo con la reivindicación 21.
24. - Un dispositivo fotovoltaico que comprende el vidrio de conformidad con la reivindicación 21.
25. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque comprende un medio fotovoltaico activo adyacente al vidrio.
26 - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque el medio fotovoltaico activo comprende telururo de cadmio, diselenuro de galio indio cobre, silicio amorfo, silicio cristalino, silicio microcristalino, o sus combinaciones.
27. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque tiene un punto de tensión de 600°C o más.
28. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque tiene un coeficiente de expansión térmica de 38 x 10'7 o mayor.
29. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque tiene un coeficiente de expansión térmica de 45 x 10"7 o mayor.
30. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque tiene un punto de tensión de 620°C o mayor y un coeficiente de expansión térmica de 45 x 10"7 o mayor.
31. - El vidrio de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque tiene una viscosidad de líquidus de 50000 poise o mayor.
32.- El vidrio de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque tiene una viscosidad de líquidus de 150000 poise o mayor.
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