wz

<!-- <IMG border=0 src=/netaicon/PTO/titlebar.gif><br> -->

<TBODY>United States Patent

5,964,913

Titov ,   et al.

October 12, 1999 </TBODY>

 

Preklad: Ing. Ladislav Kopecky

Souvesejici stranky: Technologie vyroby plaveneho skla

Dalsi informace o vyrobe skla: http://www.ippc.cz/soubory/sklo/index.html

 

Metoda vyroby skloviteho materialu

Anotace

Vynalez se tyka skloviteho materialu jedne faze a jeho vyroby z taveniny sklotvorne mnohoslozkove smesi. Proces zahrnuje pripravu jednofazove taveniny, v niz jsou obsazeny pohyblive kationy ze sklotvorne smesi. Tavenina s nizkym elektrickym odporem postupne prochazi z jednoho zarizeni do druheho. Tato zarizeni jsou ve styku s taveninou, ktera je vystavena ucinkum stejnosmerneho proudu. Napeti v elektrickem obvodu je regulovano, aby se (v tavenine) vytvoril stejnosmerny proud a aby se snizila koncentrace redukci na katode z kovu stejneho druhu jako mobilni Kationy.. Tavenina se snizenou koncentraci pohyblivych kationu je ochlazena, cimz se vytvori material pro konstrukcni pouziti. V jine konfiguraci je anoda oddelena od taveniny mediem, ktere je znacne inertni vzhledem k tavenine. Napeti v tomto elektrickem obvodu je regulovano, aby se vytvorilo elektrostaticke pole mezi katodou a anodou, a aby se vytvoril stejnosmerny elektricky proud, a tak byla snizena koncentrace pohyblivych kationu v tavenine s redukci na katode z kovu stejneho druhu. Tato tavenina je podobne ochlazena, aby byl vytvoren material vhodny pro konstrukce. V dalsi konfiguraci je jedna anoda v primem styku s taveninou a druha je od ni oddelena.

 


<TBODY>Inventors:

Titov; Nikolai Fydorovich (Volgogard, RU); Polyakov; Sergei Vladimirovich (Volgogard, RU); Barabash; Vitaly Romanovich (Volgogard, RU); Kolesnikov; Alexander Georgievich (Volgogard, RU); Golovchenko; Alexander Ivanovich (Volgogard, RU); Polyakov; Pavel Vladimirobich (Volgogard, RU); Sobolev; Valerian Markovich (Moskow Region, RU); Skachko; Vasilly Sergeevich (Volgogard, RU); Baldwin; Roy Donald (Dublin, OH); Dunaev; Igor Mikhailovich (Krasnodar, RU); Burylyov; Boris Petrovich (Krasnodar, RU)

Assignee:

Dynelec Corporation (Columbus, OH)

Appl. No.:

934410

Filed:

September 19, 1997</TBODY>

 

<TBODY>Current U.S. Class:

65/135.6; 65/30.1; 65/135.7; 205/358; 205/769

Intern'l Class:

C03C 015/00; C03B 005/02; C03B 005/027

Field of Search:

65/30.1,135.6,135.7 205/769,358 </TBODY>

References Cited [Referenced By]

 


U.S. Patent Documents

<TBODY>Re29464

Nov., 1977

Loukes.

 

1955451

Apr., 1934

Blau

204/19.

3505049

Apr., 1970

Plumat.

 

3622295

Nov., 1971

Loukes et al.

65/30.

3656927

Apr., 1972

Lawrenson.

 

3902882

Sep., 1975

Loukes.

 

4759787

Jul., 1988

Winterburn

65/30.

4874417

Oct., 1989

Winterburn

65/111.

4983255

Jan., 1991

Gruenwald et al.

156/643.

5096479

Mar., 1992

Allen et al.

65/30.

5491116

Feb., 1996

Beall et al.

65/33. </TBODY>


Primary Examiner: Silverman; Stanley S.
Assistant Examiner: Ruller; Jacqueline A.
Attorney, Agent or Firm: Mueller and Smith LPA

 


Goverment Interests

 




STATEMENT REGARDING FEDERALLY SPONSORED RESEARCH

Not Applicable.

 


Parent Case Text

 




CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

This application is a continuation-in-part of application Ser. No. 08/617,620 filed Mar. 18, 1996, now abandoned, the disclosure of which is expressly incorporated herein by reference.

 


Popis



POZADI VYNALEZU

V soucasne dobe sklarsky prumysl vyrabi siroky rozsah sklenenych predmetu. Sklo, jako mnohotvarny amorfni stav hmoty, vyrabeny z tavenin prirodnich mineralu a syntetickych latek, ma jedinecne vlastnosti a pouziti jinych materialu nez sklo je u nekterych technologii nemozne. Sklo je specialni system skladajici se z ruznych kyslicniku kovu Me2O, MeO, Me2O3, MeO2, Me2O5 a MeO3 (kde Me predstavuje "metal" - kov). Na miste kysliku muze byt fluor, chlor nebo prvky, ktere maji podobne fyzikalne-chemicke vlastnosti. Tradicni zpusob vyroby skla je realizovan postupnym provadenim konecne serie fyzikalne-chemickych procesu:

T1, T2, . . . , Tn-m, . . . , Tn-1, Tn (1)

kde:

n a m jsou cela cisla;

1 £ m < n.

Rozsirena klasifikace techto procesu, muze byt reprezentovana ve forme nasledujicich technologickych operaci:

a) priprava sklotvorne pocatecni smesi prirodnich a/nebo syntetickych latek;

b) zahrati pocatecni smesi na teplotu, potrebnou pro uplne roztaveni, pricemz se vytvori nova latka;

c) ochlazeni takto ziskane latky, ktera je ve stavu taveniny, na teplotu vhodnou pro tvarovani predmetu; a

d) tepelne nebo jine zpracovani predmetu s cilem dosahnout pozadovanych fyzikalne-chemickych vlastnosti.

Kdyz je konecna rada fyzikalne-chemickych procesu


T1, T2, . . . , Tn-m (2)

pusobenim silovych poli (mechanickeho, tepelneho, elektrickeho a dalsich poli, ktere pusobi podobne) dokoncena, vysledkem je ziskani latky, ktera je strukturalni smesi ve stavu taveniny a ktera ma vlastnosti elektrolytu, bez ohledu na to, zda vychozi latky mely vlastnosti elektrolytu.

V ziskane latce lze rozlisit dve zakladni casti. Jedna z techto casti je relativne nepohybliva a je, jako celek, monostrukturou, ktera je trirozmerna a prakticky spojita v celem objemu ve forme mrizky (geometricka reprezentace), jez je charakteristicka zapornym nabojem (slovem "prakticky" je mineno, ze v mrizce jsou mezery neobsazene atomy). Druha cast strukturalni smesi je vzhledem k prvni casti aktivni a pohybliva a obsahuje nahodne rozmistene ionty kovu, premistujici se pusobenim tepelneho pole, ktere tvori skupiny nebo shluky, a kazdy iont (majici kladny naboj) ma samostatnou iontovou vazbu s relativne nepohyblivou casti.

Konecna rada fyzikalne-chemickych procesu


Tn-m, . . . , Tn-1, Tn (3)

je ukoncena ziskanim materialu zvaneho sklo majici fyzikalne-chemicke vlastnosti, definovane stavem a chemickym slozenim taveniny v okamziku tuhnuti.

Jak jiz bylo receno, v tavenine lze rozlisit dve casti. Mrizka skla, jako celek, je prakticky jednotna v celem objemu, v nemz jsou kationy pohyblive pouze v objemu, ktery zaujima skupina kationu, a v pripade, kdy teplota je dostatecne vysoka, se kationy pohybuji od jedne skupiny ke druhe bez poruseni spojitosti mrizky skla. Chemicke prvky, ktere jsou reprezentovany pohyblivymi kationy, netvori strukturalni skupiny s kyslikem (nebo fluorem, chlorem a dalsimi prvky s podobnymi fyzikalne-chemickymi vlastnostmi).

Mrizka je zakladem skla a urcuje jeho vlastnosti. Sklo, skladajici se pouze z chemickych prvku tvoricich mrizku (jednoslozkove systemy, napr. kremenne sklo), ma nejvice zadouci vlastnosti z hlediska teplotniho odporu a pevnosti. Skupiny kationu, kdyz jsou obsazeny v mrizce (mnohoslozkove systemy, napriklad silikatova skla), pouze zhorsuji vlastnosti skla a normalne jsou pridavany do sklarske smesi, aby byly ziskany technicke parametry skla prijatelne pro uzivatele za nejnizsi vyrobni naklady. Vyhody jednoslozkoveho skla jsou obecne zname. Technicke parametry jednoslozkoveho skla umoznuji snizit hmotnost koncoveho produktu a dovoluji pouzit vyrobky ze skla v obtiznych pracovnich podminkach. Pouze vysoka cena zbozi, vyrobeneho z jednoslozkoveho skla, brani jeho sirokemu uplatneni.

Mezi jednoslozkovymi systemy ma kremenne sklo vlastnosti pozadovane u rady aplikaci. Tento tvrdy material se vyznacuje celou radou dulezitych vlastnosti, jako je: vysoka pevnost, tvrdost, odolnost proti opotrebeni, tepelna odolnost, odolnost proti agresivnimu prostredi a vynikajici opticke vlastnosti.

V soucasne dobe se kremenne sklo s odpovidajicimi technickymi parametry prumyslove vyrabi pouze nekolika metodami: elektrotermalne, plynovym plamenem a parni fazi. Tyto metody vyroby skla vsak kladou vysoke naroky na pracovni silu a jsou drahe, protoze vyzaduji vysokou teplotu taveni (1550 C nebo vyssi) vychozi smesi a zdlouhavy proces tepelneho zpracovani.

Nejracionalnejsi a nejekonomictejsi zpusob reseni tohoto problemu je vyrobit mnohoslozkovy system, charakteristicky nizkymi teplotami taveni vychozi smesi a potom odstraneni pohyblive slozky z taveniny. Kremenna skla VicorÒ a PyrexÒ dnes nachazeji nejsirsi uplatneni v prumyslu. Tato skla maji vlastnosti srovnatelne s vlastnostmi kremenneho skla pri nizsich vyrobnich nakladech.

Typicka chemicka vychozi smes pouzivana pro vyrobu skla VicorÒ nevyzaduje zahrati na vysokou teplotu, aby doslo k jejimu roztaveni. Pri vyrobe tohoto skla je pouzita specialni metoda odstranovani pohyblive casti z taveniny. V procesu prudkeho ochlazeni jsou vytvoreny dve faze s vzajemne prostoupenymi slabe vazanymi strukturami. Jedna z fazi je odstranena pomoci kyseliny. Rovnovaha je krehka, struktura je porezni, sklovity material obsahuje 96% kyslicniku kremiciteho. Na konci technologickeho cyklu je material podroben tepelne uprave pri teplote, kdy material prejde do tekuteho stavu, takze se vytvori neporezni, pruhledne sklo s vlastnostmi srovnatelnymi s vlastnostmi kremenneho skla.

Sklo PyrexÒ je take vyrabeno z vychozi smesi zvlastniho chemickeho slozeni, ktera ma nizkou teplotu taveni, ale jednu z jeho fazi predstavuji kapky tekutiny, ktere jsou chemicky odstranitelne s velkymi obtizemi. Jelikoz je takova kapka izolovana od druhe faze/mrizky a nema s ni prakticky zadne strukturalni vazby, mechanicka pevnost a dalsi vlastnosti takoveho skla jsou urceny vlastnostmi faze/mrizky, ktera je tvorena prevazne kyslicnikem kremicitym.

Metody vyroby jednoslozkovych skel s pouzitim tradicnich vyrobnich technik jsou pouzitelne tehdy, jestlize vychozi smes ma urcite chemicke slozeni. Takove metody jsou vyrobne narocne a drahe bud vlivem vysoke teploty taveni (napr. kremenne sklo), nebo z duvodu vetsiho mnozstvi a slozitosti technologickych operaci (napr. sklo VicorÒ ). Je evidentni, ze metoda odstraneni aktivni pohyblive casti skla primo z mnohoslozkove smesi o nizke teplote taveni, vyuzivajici faktu, ze tavenina ma vlastnosti elektrolytu, bude mit nejvetsi efekt. V takovem procesu existuje moznost vyrobit sklo/mrizku ve forme materialu s lepsimi technickymi vlastnostmi v porovnani se sklem ziskanym obycejnymi metodami z vychozi mnohoslozkove smesi. Je take zrejme, ze takova metoda je aplikovatelna na mnohoslozkovou taveninu vychozi smesi prakticky jakehokoli chemickeho slozeni, v niz jsou zastoupeny dve zakladni casti.


STRUCNE SHRNUTI VYNALEZU

Tento vynalez produkuje jednofazovy sklovity material elektrochemickym procesem primo z taveniny, v niz mohou byt rozliseny dve slozky. Tato tavenina je pripravena ze sklotvorne mnohoslozkove sytici smesi prakticky jakehokoli sklotvorneho chemickeho slozeni. Takoveho cile je dosazeno postupne provadenou konecnou radou fyzikalne-chemickych procesu:

T1, T2, . . . , Tn-m, . . . , Tn-(m-1), Tn-(m-2), . . . , Tn-(m-k), . . . , Tn-1, Tn (4)

kde:

n a m jsou cela cisla;

1 £ m < n;

1 £ k < m.

z nichz vetsina je provadena metodami, ktere jsou bezne provadeny ve sklarskem prumyslu.

Pro soucasne ucely a v souladu s prijatou terminologii "strukturalni slozka" neni ani fyzikalni, ani mechanickou smesi slozek, ale je zvlastnim typem opravdoveho roztoku. Je to neurcita chemicka smes komponent predstavujici slozity system, v nemz mohou byt rozliseny dve zakladni casti: jedna cast je nemenna (hlavni cast) a druha je promenliva (vedlejsi cast). Hlavni casti je minena strukturovana slozka, jejiz zmena povede ke zmene smesi jako celku. Promenliva cast, naopak, muze byt podrobena zmenam a nahrazena. Pro identifikaci jsou hlavni casti strukturalni smesi oznaceny pismeny:

A-- nemenna (hlavni) cast;

B-- promenliva (vedlejsi) cast;

C-- strukturalni smes.

Strukturalni smes C muze byt oznacovana dvema pismeny: AB.

1.0 Fyzikalne-chemicky proces

T1, T2, . . . , Tn-m (5)

probiha tehdy, kdyz:

1.1 pro ziskani zakladnich casti, tj.nemenne (hlavni) casti A a promenlive (vedlejsi casti) B, strukturalni smesi C jsou homogenne promichany vhodne komponenty -- sytici chemicke slouceniny (napr. Na2O) nebo vychozi suroviny (napr. Na2CO3) obsahujici cinne chemicke slouceniny a eventuelne doplnkove komponenty (napr. katalyzatory) -- v mnozstvich pozadovanych pro pripravu bud sytici (feed), nebo vychozi (starting) sklotvorne mnohoslozkove smesi (dale jen bud sytici smes, nebo vychozi smes) predepsane chemicke kompozice;


1.2 komponenty sytici smesi identifikovane ve strukturalni smesi C jako cast A jsou charakterizovany

chemickymi prvky vstupujicimi do kompozice jako vychozi chemicke slouceniny a ktere maji valencni cislo 3 a vyssi a jejichz kationy maji vysoky naboj (napr. P5+, V5+, Si4+, Ti4+, Zr4+, Ge4+, B3+, Al3+, Fe3+ a krystalochemicky jim podobne) nebo ktere maji valencni cislo rovne 2 a jejichz kationy maji naboj roven 2 (napr. Fe2+, Co2+, Ni2+, Pb2+, Cd2+, Zn2+, Be2+ a krystalochemicky jim podobne) a

ktere tvori, v kombinaci s prvky skupin VI-VII periodicke tabulky (napr. s kyslikem) stabilni koordinovane polyhedrony typu [MeOn ];

1.3 komponenty sytici smesi identifikovane ve strukturalni smesi C jako cast B jsou charakterizovany

a) chemickymi prvky vstupujicimi do smesi vychozich chemickych sloucenin a ktere maji valencni cislo 1 a jejichz kationy maji naboj roven 1 (napr. Li+, Na+, K+, a ty, ktere maji podobne fyzikalni a chemicke vlastnosti) nebo ty chemicke prvky, ktere maji valencni cislo rovne 2 a jejichz kationy maji naboj roven 2 (napr. Ca2+, Sr+, Mg+ a ty, jejichz kationy maji podobne fyzikalni a chemicke vlastnosti); a

b) chemickymi prvky vstupujicimi do smesi vychozich chemickych sloucenin, ktere maji valencni cislo rovne 2 a jejichz kationy maji naboj roven 2 (napr. Pb2+, Cd2+, Zn2+, Be2+ a ty, jejichz kationy maji podobne fyzikalni a chemicke vlastnosti), v pripadech, kdy v kombinaci s prvky skupin VI a VII periodicke tabulky prvku (napriklad s kyslikem) netvori stabilni polyhedrony typu [MeOn ];

1.4 sytici smes pripravena z komponent identifikovanych v odstavcich 1.2 a 1.3 je zahrata na teplotu, pri niz kazda z komponent vychozi smesi prejde do tekuteho stavu;

1.5 komponenty vychozi smesi v tavenine ztrati svoji individualitu a vytvori strukturalni smes C, v niz

a) cast A je jako celek bud monostruktura, ktera je trirozmerna a prakticky spojita v celem objemu telesa a ktera je charakterizovana zapornym nabojem a muze byt geometricky znazornena ve forme mrizky, nebo se sklada z jednotlivych makrocastic se zapornym nabojem, nebo se sklada z makrocastic mezi sebou svazanych bud v jednom, nebo ve dvou, nebo ve trech smerech do monostruktury, majici zaporny naboj (slovem "prakticky" je mineno, ze v mrizce jsou mezery, ktere nejsou obsazeny atomy), a

b) cast B, aktivni a pohybliva vzhledem k casti A, se sklada z nahodne rozmistenych iontu kovu v casti A, ktere se vlivem tepelneho pole premistuji, tvori skupiny nebo shluky a kazdy iont (majici kladny naboj) ma samostatnou iontovou vazbu s casti A.

Taveniny vytvorene z vychozich komponent, identifikovanych v odstavcich 1.2 a 1.3, predstavuji novy stav vychozich komponent kazde z roztavenych latek a vykazuji vlastnosti elektrolytu a vedou elektricky proud pomoci jejich iontu a elektronu, nebo pouze iontu a maji dve rozeznatelne podstatne casti, totiz cast A a cast B, z nichz kazda ma nosice elektrickeho naboje opacneho znamenka, rozmistene v objemu, ktere umoznuji organizovat fyzikalne-chemicky proces presunu nosicu v pozadovanem smeru pomoci elektrickeho pole.

2.0 fyzikalne-chemicke procesy

Tn-m, . . . , Tn-(m-1), Tn-(m-2), . . . , Tn-(m-k) (6)

jsou uskutecneny v tavenine cinnosti:

(a)    tepelneho pole, ktere zpusobuje tepelnou difuzi kladne nabite pohyblive casti B v objemu taveniny a take vede k prechodnemu stavu casti A, jejiz stav je dusledkem rozbiti a vytvoreni novych chemickych vazeb, a lisi se od pocatecniho stavu casti A pritomnosti zapornych nosicu naboje, ktere v okamziku vytvoreni prechodneho stavu casti A maji prebytek elektronu a ktere maji energii vetsi nez je energie jinych elektronu, jez patri k chemickym prvkum casti A, a

(b)   elektrickeho a elektrostatickeho pole, nebo jejich kombinace, ktere urcuje smer pohybu nosicu naboju v procesu tepelne difuze a vede k jejich orientaci a/nebo k premistovani a k oddeleni elektronu s vyssi energii od nosicu zaporneho naboje v prechodnem stavu casti A taveniny, a take vede, spolu s pusobenim tepelneho pole, ke zmene koncentrace aktivni pohyblive casti B v tavenine, jejimu odstraneni z taveniny, nebo k jejimu castecnemu odstraneni nebo bez vytvoreni prebytku kladneho naboje ve zbyvajici casti taveniny,

a tudiz cast A taveniny muze byt vyjadrena nasledujicim obecnym vzorcem:

SMeqm Vkn,

kde:

Meq jsou chemicke prvky specifikovane v odstavci 1.2;

Vk jsou chemicke prvky skupiny VI--VII periodicke tabulky, predevsim kyslik.

Analogicky cast B taveniny muze byt popsana nasledujicim vzorcem:


SMepf,

kde:

Mep jsou chemicke prvky definovane v odstavci 1.3.

Fyzikalne-chemicke procesy (6) modifikuji taveninu takovym zpusobem, ze homogenni system predstavovany strukturalni smesi C, vyjadreny obecnym vzorcem:

SMepf MeqmVkn,

prejde do heterogenniho systemu, ktery se sklada nejmene ze dvou fazi:

jedna faze je modifikovana cast A strukturalni smesi C, ktera muze mit prebytek kladneho prostoroveho naboje; a

dalsi faze je modifikovana cast B strukturalni smesi C.

Transformace homogenniho systemu do systemu skladajiciho se nejmene ze dvou fazi muze probehnout podle nasledujiciho modelu:

SMepf MeqmVkn --> r Mepf + (S-r) Mepf MeqmVkn

kde:

r Mepf je modifikovana cast B strukturalni smesi C a soucasne neutralizovane kationy definovane v odstavci 1.3;

(S-r) Mepf MeqmVkn je modifikovana strukturalni smes C po odstraneni pohyblivych kationu v mnozstvi SMepf - rMepf a je definovana v odstavcich 1.2 a 1.3 ve forme monomolekularnich smesi, ktere mohou mit prebytek kladneho prostoroveho naboje;

i, j, f, m, n jsou cela cisla; a

r, S > 0 jsou realna cisla.

3. Fyzikalne chemicke procesy

Tn-(m-k). . . , Tn-1, Tn (7)

jsou charakterizovany rekonstrukci chemickych vazeb v tavenine o vysoke viskozite po odstraneni aktivni pohyblive casti tepelnym, elektrickym a/nebo elektrostatickym polem (nebo poli s podobnymi ucinky) a po ochlazeni taveniny jsou pouzity metody a zarizeni obvykla ve sklarskem prumyslu pro ziskavani skloviteho materialu, z nehoz se vytvareji ruzne predmety.

Strucne receno, vynalez se tyka metody vyroby materialu z taveniny sklotvorne mnohoslozkove sytici smesi aplikaci elektrochemickeho procesu. Proces je zahajen vytvorenim taveniny sytici smesi, ktera se sklada ze dvou zakladnich casti (jak byly vyse popsany) a v niz jsou rozptyleny kationy jednomocnych a/nebo dvojmocnych kovu. Dale zarizeni obsahuje nejmene jednu anodu a nejmene jednu katodu. Stejnosmerny proud je potom nechan protekat mezi anodou a katodou. Tavenina kontaktne a postupne prochazi mezi anodou a katodou, aby se snizila koncentrace kationu kovu (definovanych v odstavci 1.3) v tavenine. Tavenina je ochlazena, cimz je vyroba tohoto materialu dokoncena. Poznamka: Jak anod, tak katod muze byt vice.


V jinem usporadani popisovaneho vynalezu je tavenina v kontaktu s katodou. Anoda, ktera je vyrobena z materialu o nizkem elektrickem odporu, je zavesena nad taveninou a je od taveniny oddelena inertnim mediem (nemusi byt inertni absolutne) vzhledem k tavenine (napr. plyn, vakuum, apod.). Napeti je vlozeno mezi katodu a anodu, aby se vytvorilo elektrostaticke pole, cimz vznikne stejnosmerny proud v elektrickem obvodu katody, taveniny, inertniho media a anody, a tim je snizena koncentrace kationu recenych kovu v tavenine.

V jeste jinem usporadani vynalezu je tavenina vystavena ucinkum stejnosmerneho elektrickeho proudu v elektrickem obvodu anody, ktera je v kontaktu s taveninou, a v el. obvodu anody, jez je od taveniny oddelena mezerou (pusobenim elektrickeho respektive elektrostatickeho pole). V tomto usporadani maji oba elektricke obvody spolecnou katodu. Katody ve vsech trech usporadanich mohou byt bud pevne (napr. z grafitu nebo platiny), nebo kapalne (napr. roztaveny cin) a rozpoustet recene kovy nebo kovy stejneho druhu jako jsou kationy odstranovane z taveniny. Volba materialu katody, stejne jako ostatnich materialu zavisi na konkretnich podminkach aplikace vynalezu.

Ziskana tavenina se zmenenou koncentraci komponent muze byt dostatecne ochlazena, aby se z ni dal vyrabet "strukturni artikl". "Strukturnim artiklem" je mineno realne fyzicke teleso s trirozmernou strukturou vyprodukovanou z recene taveniny pomoci elektrochemickeho procesu s pouzitim tohoto vynalezu. Artiklem muze byt meziprodukt nebo finalni vyrobek v konecne konfiguraci. V zavislosti na zvolenem rezimu ochlazovani taveniny se zmenenou koncentraci komponent(y), strukturni artikl muze byt ve forme krystalickeho skla nebo skla (v amorfnim stavu), jak vedi ti, kteri jsou znalci v oboru.

Povaha, principy, podrobnosti a technicke vybaveni metody budou jasneji pochopitelne z nasledujiciho podrobneho popisu s priklady realizace vynalezu s odkazy na doprovodne nakresy.


STRUCNY POPIS NAKRESU

FIG. 1 je schema konvencniho vyrobniho procesu plaveneho skla;

 

FIG. 2 je schema vyrobniho procesu plaveneho skla, kde je pouzito elektricke pole k organizaci elektrochemickeho procesu v souladu s predkladanym vynalezem;

FIG. 3 ukazuje krivku typicke volt-amperove charakteristiky elektrochemickeho procesu;

FIG. 4 je schema vyrobniho procesu plaveneho skla, kde je pouzito elektrostaticke pole k organizaci elektrochemickeho procesu v souladu s predkladanym vynalezem;

FIG. 5 je schema ilustrujici proces ziskavani prebytku kladneho naboje v tavenine a jeho neutralizace v souladu s predkladanym vynalezem;

FIG. 6 je schema vyrobniho procesu plaveneho skla, kde je pouzito elektricke a elektrostaticke pole k organizaci elektrochemickeho procesu v souladu s predkladanym vynalezem; a

FIG. 7 je schema, ktere ilustruje priklad (drive uvedeny).


Nakresy budou podrobne popsany nize.

 


PODROBNY POPIS VYNALEZU
4.0 K vyrobe anorganickeho skloviteho materialu (v amorfnim nebo krystalickem stavu) z roztavenych oxidu (fluoridu apod.) vysoce valencnich kovu z taveniny vychozi smesi, majici chemicke slozeni pozadovane pro vytvoreni predepsane strukturni smesi C, je nutne, v souladu s predkladanym vynalezem, spojite provadet fyzikalne-chemicke procesy (4)


T1, T2, . . . , Tn-(m-1), Tn-(m-2), . . . , Tn-(m-k), . . . , Tn-1, Tn ,

k nimz dochazi v technologickem cyklu (vcetne technologickych operaci od ziskavani a pripravy vychozi smesi po produkci koncoveho materialu), ktere mohou byt rozdeleny do tri skupin nize uvedenych technologickych operaci:

a) ziskavani strukturalni smesi C zalozene na principu termochemie;

b) zmena koncentrace mobilnich kationu casti B v tavenine kombinovanym ucinkem tepelneho a elektrickeho a/nebo elektrostatickeho pole (nebo poli s podobnymi ucinky) s odstranenim kationu casti B z taveniny (nebo s castecnym odstranenim) s nebo bez vytvoreni prebytku kladneho naboje ve zbyvajici casti taveniny; a

 

(c) vyroba anorganickeho skloviteho materialu jako koncoveho produktu nebo jako meziproduktu pro naslednou vyrobu strukturalniho artiklu, pozadovaneho uzivatelem, nebo prima vyroba tohoto artiklu tvarovanim materialu behem chladnuti taveniny, skladajici se z chemickych prvku, definovanych v odstavcich 1.2 a 1.3, a soucasne ziskavani kovu, definovanych v odstavci 1.3 bud jako produktu, nebo pro naslednou oxidaci kovu pro vyrobu komponent vychozi smesi s vyuzitim tepla uvolneneho v procesu oxidace kovu.

 

Pro realizaci vynalezu, technologicky cyklus vyroby anorganickeho skloviteho materialu, jsou pouzity zname metody a zarizeni pouzivana ve sklarskem prumyslu s modifikacemi a doplnky nutnymi pro organizaci elektrochemickeho procesu v tavenine a uskutecneni bodu (b) odstavce 4 technologickych operaci.

Rozdil mezi touto metodou a jejim technickym vybavenim a znamymi metodami vyroby skloviteho materialu (jako strukturalniho materialu, nebo jako skla, nebo jako krystalickeho skla), stejne jako pouziti znamych metod a technickeho vybaveni, bude blize pochopeno prozkoumanim (jako priklad) pouzite metody a technickeho vybaveni pro vyrobu plaveneho skla (FIG. 1). Pouziti jinych znamych metod a technickeho vybaveni, stejne jako nutne zmeny realizace vynalezu, budou zcela zrejme pro ty, kdo jsou seznameni s technologii vyroby skla nebo krystalickeho skla.

 


Vyroba plaveneho skla je realizovana sekvencnim provadenim konecne rady fyzikalne-chemickych procesu (1):


T1, T2, . . . , Tn-m, . . . , Tn-1, Tn

vcetne konecne rady fyzikalne-chemickych procesu (2):


T1, T2, . . . , Tn-m

s pouzitim vseobecne znameho vybaveni pro ziskavani a pripravu komponent sytici smesi (feed mix), zavazku sytici smesi v davkach nebo nepretrzite do pece 1, zahrati na pracovni teplotu s cilem ziskani taveniny sytici smesi, a

 

konecne rady fyzikalne-chemickych procesu (3):


Tn-m, Tn-1, Tn

realizovanych metodami a vybavenim vcetne pece 2, v niz je zarizeni 3 s roztavenym kovem 4, ktery slouzi pro ucely hlazeni, a teplotni podminky v teto peci umoznuji menit viskozitu taveniny sytici smesi tak, aby bylo mozne vytvorit geometricky tvar souvisla plocha, a krome toho pec 2 je spojena s peci 1 a je zde zarizeni 5 pro presun taveniny sytici smesi 6 z pece 1 do pece 2 na roztaveny kov 4 a dale je k peci 2 pripojeno specialni pomocne zarizeni 7 pro tazeni a ochlazovani platu skla.


V predkladanem vynalezu ziskani taveniny znamena ziskani latky, kdyz kazda komponenta sytici smesi prejde do tekuteho stavu a kdyz komponenty spolu vzajemne reaguji. Protoze se chemicke slozeni latky meni v zavislosti na pozadovanych fyzikalnich a chemickych vlastnostech konecneho produktu, neni uskutecnitelne udat presna chemicka slozeni pro vsechny latky (stejne jako pro vsechny sytici smesi). Proto jsou tyto latky obecne nazyvany "strukturalni smes", jejiz definice a vlastnosti jsou uvedeny vyse. Z vyse uvedeneho duvodu neni ani mozne uvest presne teploty a dalsi parametry (napriklad vlozene napeti) materialu vynalezu. Parametry se budou menit podle zvoleneho vybaveni a chemickeho slozeni smesi materialu vynalezu.

 

Proces ziskavani strukturalni smesi (ktera je podle vynalezu ekvivalentni ziskavani latky nebo taveniny) je stejny pro vsechny procesy a predchazi provadeni elektrochemickeho procesu bud v klasicke elektrochemicke bunce s cinnosti elektrickeho pole, nebo v elektrochemicke bunce s cinnosti elektrostatickeho nebo v elektrochemicke bunce s cinnosti obou recenych poli a s temi charakteristikami, ktere jsou nutne pro ziskani materialu vynalezu. Stejny je take pro vsechny 3 pripady elektrochemickeho procesu proces chlazeni se ziskanim materialu nebo strukturalniho artiklu, ktery je analogicky ke strukturalnimu artiklu bezne vyrabenemu sklarskym prumyslem. Protoze pro vsechny 3 nezavisle metody existuje identicky proces ziskavani strukturalni smesi, bude tento proces popsan pouze jednou pro vsechny tri druhy elektrochemickych procesu.



4.1 Vytvareni strukturalni smesi C


Podle vynalezu, za ucelem ziskani strukturalni smesi C, musi byt proveden konecny sled fyzikalne-chemickych procesu (5)

T1, T2, . . . , Tn-m , (5)


ktere jsou realizovany metodami a pomoci zarizeni obvykle pouzivanych ve sklarskem prumyslu, vcetne plaveneho (float) procesu, a jsou radne zvoleny v souladu s tim, jak bylo vyse popsano. Na obrazcich . 1, 2, 4 a 6 je sled fyzikalne-chemickych procesu (5) naznacen sipkami od zarizeni nutneho pro realizaci teto rady kroku. Na techto obrazcich je pec pro ziskani taveniny oznacena cislem 1, zatimco ostatni casti zarizeni (napriklad pro pripravu a zavazku sytici smesi) nejsou oznaceny cislicemi. Krome toho je v predstavovanem vynalezu konecny sled fyzikalne-chemickych procesu charakteristicky faktem, ze



4.1.1 Sytici smes je pripravovana z pozadovanych komponent pro ziskani strukturalni smesi C a vytvorena podle odstavce 1.3 a je slozena z:


oxidu jednomocnych nebo dvojmocnych kovu nebo z jejich smesi,

fluoridu jednomocnych nebo dvojmocnych kovu nebo z jejich smesi, nebo

bromidu jednomocnych nebo dvojmocnych kovu nebo z jejich smesi, a

vytvorena podle odstavce 1.2 a reprezentovana:

 

fluoridy kovu, ktere maji vyssi valenci, nebo smesi takovych fluoridu,

oxidy kovu, ktere maji vyssi valenci, nebo smesi takovych oxidu nebo


bromidy kovu, ktere maji vyssi valenci, nebo smesi takovych bromidu a podle toho komponenty vychozi smesi mohou byt tvoreny jinymi chemickymi slouceninami kovu s prvky skupin VI-VII periodicke tabulky, stejne jako solemi nebo smesi soli (napr. uhlicitany, sulfaty, nitraty a fosfaty) a tak smes pro popisovany proces muze byt dodana jako vychozi smes soli nebo jinych slozek, ktere jsou premeneny na sytici smes.


4.1.2 Pripravena sytici smes je zavazena bud periodicky, nebo spojite do pece 1, zahrata na teplotu vytvareni strukturalni smesi C, jejiz slozeni muze byt zapsano nasledujicim obecnym vzorcem:


Mepf Meqm Vkn

4.1.3 Komponenty vychozi smesi vsazene do pece 1 reaguji spolu navzajem a jsou modifikovany ve fyzikalne-chemickych procesech takovym zpusobem, ze komponenty vychozi smesi popsane v odstavci 4.1.1 jsou utvoreny, jak je popsano v odstavcich 1.2 a 1.3. Vysledkem reakci je strukturalni smes C, v niz mohou byt rozeznany iontove vazane casti A a B novy stav vychozich komponent.


4.2 Zmena koncentrace casti B a jeji odstraneni ze strukturalni smesi C

4.2.1 Zmena koncentrace casti B strukturalni smesi C v tepelnem a elektrickem poli


Tavenina, reprezentovana strukturalni smesi C, vykazuje vlastnosti elektrolytu a je bud nucena teci, nebo tece samovolne z pece 1 do pece 2 s cilem vyvolani elektrochemickeho procesu v tavenine pomoci vybaveni bezne uzivaneho v klasickem elektrochemickem clanku.


Aby se zmenila koncentrace casti B jejim odstranovanim z taveniny, je provadena rada fyzikalne-chemickych procesu (6)

Tn-31 m, . . . , Tn-(m-1), Tn-(m-2), . . . , Tn-(m-k)

tvoricich elektrochemicky proces v peci 2, ktera obsahuje zarizeni zminena vyse. Tato zarizeni jsou zobrazena na FIG. 1 a s jistymi zmenami take na FIG. 6. a jsou popsana nasledovne. Zarizeni 3, zobrazene spolu s roztavenym kovem 4 na FIG. 1, je na FIG. 2 zobrazeno jako zarizeni 9 a slouzi jako katoda elektrochemickeho clanku. Zarizeni 5, ktere slouzi pro presun taveniny na tekuty kov 4, jak je znazorneno na FIG. 1, je vyrobeno z materialu s nizkym elektrickym odporem a na FIG. 2 je znazorneno jako zarizeni 8 a slouzi jako anoda elektrochemickeho clanku. Tavenina 6 (na FIG. 2) je dopravovana z pece 1 do pece 2 a pritom je postupne v kontaktu se zarizenim 8 a 9. Zarizeni 8 (anoda) a 9 (katoda) jsou v kontaktnim styku s taveninou a vlivem zdroje napeti V1 taveninou 6 proteka stejnosmerny elektricky proud a timto zpusobem je snizovana koncentrace kationu casti B jejich odstranovanim z taveniny 6 katodovym procesem, beznym u klasickeho elektrochemickeho clanku, a v tomto pripade s rozpustenim kovu stejneho druhu jako jsou odstranovane kationy casti B v tekutem kovu 4 (napr. cin nebo olovo) zarizeni 9.



V beznych elektrochemickych clancich, ionty, jako samostatne jednotky struktury, ktere mezi sebou nemaji zadne chemicke (strukturni) vazby, pri dosazeni anody (katody) a kdyz s ni prijdou do styku, ziskaji nebo ztrati elektrony, ktere privedou do neutralniho stavu (atomy nebo molekuly) a ktere potom mohou bud byt uvolnovany ve forme bublinek plynu, nebo se usazuji ve forme castic a/nebo mohou byt premistovany v puvodnim elektrolytu tepelnou difuzi a uvolnovat prostor v blizkosti anody (katody) pro nove ionty. Ucinnost elektrochemickeho procesu vyznamne zavisi na rychlosti obnovovani iontu ve vrstve v blizkosti anody (katody). Elektrochemicky proces muze z praktickych duvodu ustat, jestlize je recena vrstva obnovovana slabe nebo neni obnovovana vubec.


Jak bylo poznamenano vyse, cast strukturalni smesi se vyznacuje zapornym nabojem a kdyz v tavenine probiha elektrochemicky proces, v pripade, kdy je tato cast reprezentovana monostrukturou ve forme trirozmerne mrizky (matice), elektrony se presouvaji do vnejsiho elektrickeho obvodu elektrochemickeho clanku z te casti mrizky, ktera je v kontaktu s anodou a ktera pri odevzdavani elektronu je neutralizovana soubeznym procesem presunu kationu casti B od anody s vytvorenim elektricky neutralni vrstvy u anody.


Tato vrstva neni obnovovana obvyklym zpusobem jako v pripade obycejnych elektrolytu. Je obnovovana zdlouhavym prerozdelovanim atomu a iontu sloucenych v bezne mrizce a vysledkem - pro vsechny prakticke ucely - je ukonceni elektrochemickeho procesu a elektricky proud v elektrickem obvodu (v rozsahu hodnot vlozeneho napeti) nezpusobuje rozklad teto vrstvy. Tato elektricky neutralni vrstva se sklada z chemickych prvku, ktere tvori cast A, jak je popsano vyse (napr. oxid kremiku, oxid hliniku, atd.). Je znamo, ze elektricky proud v mediu, skladajicim se napriklad z kyslicniku kremiciteho a latek s podobnymi elektrickymi vlastnostmi, se nevytvori, jestlize se latka nerozlozi na elementarni komponenty ve forme iontu (napr. O- a Si30), coz neni cilem vynalezu.


Problem obnovovani vrstvy v blizkosti anody take neni vyresen dokonce ani v pripade, kdy vhodny vyber chemicke smesi vychozich komponent vytvari strukturalni smes s casti A skladajici se z makrocastic prostorove oddelenych v objemu taveniny. Makrocastice, kterymi jsou jednotlive aniony, se budou pohybovat jako v obycejnem elektrolytu k anode a budou neutralizovany, kdyz s ni prijdou do kontaktu. Neutralizovane makrocastice, ktere jsou v tepelnem pohybu, prijdou do styku spolu navzajem a slouci se do prakticky jedine elektricky neutralni vrstvy, ktera brani neutralizaci novych makrocastic aniontu, ktere se hromadi v mnozstvi ochuzenych kationu a ktere se take slouci do elektricky neutralni vrstvy, vedouci k ukonceni elektrochemickeho procesu stejnym zpusobem jako v pripade s procesem se strukturalni smesi C majici cast A jako trirozmernou mrizku prakticky v celem objemu.

V tavenine, ktera je premistovana z pece 1 pres oblast, kde se nachazi anoda, ke katode (zarizeni 9) v peci 2, jak je zrejme z FIG. 2, dochazi ke kombinaci fyzikalniho a chemickeho procesu, ktera vede ke spojitemu elektrochemickemu procesu a stabilnimu ucinnemu stejnosmernemu proudu v rozsahu danem vlozenym napetim, jenz nevede k procesu rozkladu casti A u anody. V elektrickem obvodu takoveho elektrochemickeho clanku jsou kationy pohyblive casti B efektivne odstranovany z taveniny.

Behem pohybu taveniny pres anodu 8 dochazi ke spojitemu obnovovani vrstvy, ktera je v kontaktu s anodou a stale nove castice mrizky, ktere ztraceji elektrony, s ni prijdou do styku, a tak do vnejsiho elektrickeho obvodu elektrochemickeho clanku jsou spojite premistovany elektrony, coz vede k vytvoreni staleho elektrickeho proudu a elektrochemicky proces s anodo-katodovymi procesy, kdy v tavenine vedou proud elektrony a kationy, umoznuje ziskavani latek, vytvorenych neutralizovanymi kationy stejneho druhu (jako je material roztavene kovove katody, pp), a latek, ktere jsou tvoreny chemickymi prvky casti A.

 



Na FIG. 3 vidite typickou volt-amperovou charakteristiku elektrochemickeho procesu mnohoslozkoveho systemu. Proces neutralizace nosicu naboje na katode, jejiz velikost, znamenko naboje a povaha jsou stejne (katodove procesy zahrnuji disociaci a presun) a/nebo proces neutralizace nosicu naboje na anode, jejiz velikost, znamenko naboje a povaha jsou stejne (anodove procesy zahrnuji disociaci a presun), jsou charakterizovany jejich volt-amperovou krivkou a limitni hodnotou proudu, jehoz velikost se muze zmenit po dokonceni anodoveho (a/nebo katodoveho) procesu nebo po dokonceni jednoho anodoveho (a/nebo katodoveho) procesu a zahajeni jineho anodoveho (a/nebo katodoveho) procesu z duvodu pritomnosti nosicu naboje stejneho znamenka v tavenine (kladneho nebo zaporneho) ale odlisne povahy. Anodove (a/nebo katodove) procesy nastavaji sekvencne, pocinaje procesem, jehoz limitni hodnota proudu bude nizsi nez limitni hodnoty proudu jinych anodovych (a/nebo katodovych) procesu.

 

Pro taveninu sytici smesi (pripravenou z komponent urcenych v odstavcich 1.2 a 1.3 a popsanych v odstavci 4.1.1), se anodovy proces v elektrochemickem clanku, charakterizovanem vytrhavanim elektronu z casti A, nemeni behem celeho elektrochemickeho procesu, protoze velikost, znamenko naboje a povaha nosicu naboje se nemeni (cast A). V elektrochemicke bunce s pohybujici se taveninou je zmena proudu mozna pouze se zmenou katodoveho procesu, jestlize jsou zde pritomny kationy o ruzne velikosti naboje a/nebo ruzne povahy (znamenko naboje je stejne). Limitni hodnota proudu s odpovidajicim maximem a napetim nutnym pro katodovy proces zavisi na velikosti plochy a konfigurace anody (katody), rychlosti pohybu a viskozite taveniny. Pro dosazeni limitni hodnoty elektrickeho proudu a dosazeni cile odstranit z taveniny pozadovane mnozstvi kationu casti B je napeti regulovano.


Tavenina v peci 2 se rozlije na tekuty kov 4 (napr. cin nebo olovo). Rozlevani taveniny neni omezovano a tavenina neprijde do kontaktu se stenami (tj. tavenina lezi volne) zarizeni obsahujiciho roztaveny kov, ktere spolu s timto roztavenym kovem tvori katodu (zarizeni 9) elektrochemickeho clanku. Protoze se tavenina rozleva volne, je v kontaktu s katodou maximalni dosazitelna plocha taveniny. Pro odborniky, existuji evidentni a snadno rozpoznatelne faktory, ktere ovlivnuji rozlevani taveniny (tj. chemicke slozeni, viskozita, mnozstvi taveniny, ktere je rozlevano na katodu) v kazdem specifickem pripade. Je nutne pocitat s dulezitym rysem elektrochemickeho procesu, kterym je zavislost elektrickeho proudu (respektive zavislost ucinnosti elektrochemickeho procesu) na plose anody a katody. Katodove procesy pro taveniny jako syticich smesi (pripravovane z komponent urcenych v odstavcich 1.2 a 1.3 vyse uvedenych a popsane v odstavci 4.1.1) jsou definovany s cilem fyzikalne-chemickeho procesu v tavenine (tj. relativne vysokou viskozitou taveniny, ktera ovlivnuje difuzi kationu na katode). Katodovy proces je vlastne charakterizovan procesem neutralizace kationu, ktere se nachazeji v blizkosti povrchu katody s intenzitou neutralizace kationu primo umerne poctu elektronu odstranenych z casti A na anode.


Plocha povrchu anod(y) a katod(y), teplota (viskozita taveniny), prilozene napeti, rychlost pohybu taveniny, dalsi parametry procesu a vybaveni jsou urcujicimi faktory dosazene limitni hodnoty elektrickeho proudu pro kazdy pripad specifickeho chemickeho slozeni sytici smesi a v dusledku toho tyto faktory definuji ucinnost odstranovani pohyblivych kationu casti B z taveniny a - podle tohoto vynalezu - vedou k tomu, ze se z homogenniho systemu (tj. z vychozi sklotvorne jednofazove mnohoslozkove taveniny) vytvori heterogenni system, ktery se sklada nejmene ze dvou fazi:


SMepf Meqm Vkn --> rMepf + (S-r)Mepf Meqm Vkn

jedna faze


rMepf je modifikovana cast B strukturalni smesi C a je soucasne neutralizovana kationy urcenymi v odstavci 1.3;

druha faze


(S-r)Mepf Meqm Vkn je modofikovana strukturalni smes C po odstraneni pohyblivych kationu v mnozstvi SMepf Meqm - rMepf Meqm a je urcena v odstavcich 1.2 a 1.3.


Vybaveni elektrochemickeho clanku a metody organizovani elektrochemickeho procesu s aplikaci tohoto vynalezu pro kazdy specificky pripad v praxi budou odlisne, ale musi zahrnovat pohyb sklotvorne taveniny od anody ke katode (obe elektrody musi byt z materialu o nizkem elektrickem odporu) a byt s nimi v kontaktnim styku, aby dochazelo k obnovovani kontaktni vrstvy u anody. Krome toho mezi zarizenimi musi byt podstatne prvky elektrochemickeho clanku -- minimalne musi obsahovat jednu anodu a jednu katodu a obe elektrody musi byt soucasti elektrickeho obvodu, pripojeneho na stejnosmerny zdroj napeti.

 


4.2.2 Zmena koncentrace casti B strukturalni smesi C v tepelnem a elektrostatickem poli

 


Tavenina, reprezentovana strukturalni smesi C, tece bud nucene, nebo samovolne z pece 1 do pece 2. Cast A taveniny, charakterizovana zapornym nabojem utvorenym prebytkem elektronu, ma elektrony, ktere mohou mit, prave jako elektrony v okamziku vytvoreni prechodneho stavu casti A, energii vetsi nez ostatni elektrony, ktere prislusi chemickym prvkum casti A.

 

Aby se zmenila koncentrace kationu casti B jejich odstranenim z taveniny, je v peci 2 provedena konecna posloupnost fyzikalne-chemickych procesu (6)

Tn-m, . . . , Tn-(m-1), Tn-(m-2), . . . , Tn-(m-k)

tvoricich elektrochemicky proces (FIG. 4). Pec 2 ma vyse popsana zarizeni, ktera jsou zobrazena na FIG. 1 s nekterymi zmenami zobrazenymi na FIG. 4 a popsanymi nasledovne. Tavenina sytici smesi je premistena do pece 2 pomoci zarizeni 5 na tekuty kov 4 (napr. cin nebo olovo), ktery spolu se zarizenim 3 tvori zarizeni 10 slouzici jako katoda v elektrickem obvodu elektrostatickeho pole, jehoz anoda je zarizeni 11, vyrobene z materialu o nizkem elektrickem odporu a je od taveniny 6 oddelena mediem 13 (napr. plynnym), ktere je inertni vzhledem k tavenine 6. Katoda a anoda (zarizeni 10 resp. zarizeni 11) tvori spolu s taveninou 6 a mediem 13 elektricky obvod, ktery zahrnuje zdroj stejnosmerneho napeti 12. V tomto elektrickem obvodu je vytvoreno elektrostaticke pole, ktere zpusobi, ze timto obvodem proteka stejnosmerny elektricky proud a timto zpusobem je snizena koncentrace kationu casti B jejich odstranenim z taveniny 6 v katodovem procesu beznem u klasickeho elektrochemickeho clanku a v tomto pripade rozpoustenim kationu kovu odstranovanych z casti B, ktere jsou stejneho druhu jako tekuty kov 4 (napr. cin nebo olovo) v roztavenem kovu 4 katody (zarizeni 10).


V peci 2 se tavenina pohybuje s nebo na tekuty kov 4 ve smeru, ktery je kolmy na elektrostaticke pole vytvorene katodou a anodou (zarizeni 10 resp. 11). Teplota, velikost napeti a geometricke rozmery anody (zarizeni 11) jsou urceny tak, aby mezi recenou anodou a materialem pece 2 a s povrchem tekuteho kovu 4, na nemz nelezi tavenina 6, nebyly iniciovany elektricke vyboje. Krome toho plocha povrchu anody (zarizeni 11) je takova, aby maximalne prekryvala plochu povrchu taveniny 6 bez zminenych elektrickych vyboju.


Tavenina 6 (pripravena podle zasad uvedenych v odstavcich 1.2 a 1.3 a popsana v odstavci 4.1.1), predstavujici strukturalni smes C, ma v casti A oblasti charakterizovane nestabilnim prechodnym stavem, ktery vznika z duvodu mechanickeho napeti a smykove deformace vysvetlovane pritomnosti mikronehomogenit v tavenine a pusobenim tepelneho pole. V tomto stavu (kdy stare chemicke vazby jsou oslabeny a/nebo rozbity a jsou vytvareny vazby nove), v okamziku rozbijeni chemicke vazby, muze byt energie elektronu vetsi nez energie ostatnich elektronu, ktere patri k chemickym prvkum casti A, a je dostatecna pro odtrzeni elektronu pusobenim elektrostatickeho pole s dostatecne velkou intenzitou.


Elektrostaticke pole s intenzitou, ktera nezpusobuje elektricke vyboje v mediu 13, za spolupusobeni tepelneho pole o teplote nad teplotou zeskelnateni (kdy pocet rozbitych chemickych vazeb v casti A je nejvetsi -- jedna z pozadovanych podminek pro difuzi kationu casti B do objemu sklotvorne taveniny), premistuje pohyblive kationy casti B v tavenine 6 ke katode (zarizeni 10) a vytrhava z casti A elektrony, ktere pro to maji dostatecne velkou energii a ktere se dostanou do stavu volnych elektronu.

 

Volne elektrony pohybujici se v elektrostatickem poli smerem k anode (zarizeni 11) a kationy casti B pohybujici se smerem ke katode (zarizeni 10) vytvareji v tavenine 6 elektricky proud. Tento elektricky proud proteka elektrickym obvodem tvorenym taveninou 3, mediem 13 a prvky tvoricimi elektrostaticke pole. Proud v tomto obvodu ma vyznam realizace procesu presunu, neutralizace a odstranovani kationu pohyblive casti B z taveniny 6, prave jako v elektrochemickem clanku a odpovida procesu popsanem pod hlavickou 4.2.1 ve spojeni s FIG. 2 s temito rozdily:

a) vnitrni obvod se sklada ze sklotvorne taveniny a media (napr. plynu nebo vakua), ktere je inertni vzhledem k tavenine;

b) anoda a katoda jsou elektrody vytvarejici elektrostaticke pole spolu s dalsimi vhodnymi prvky elektrickeho obvodu; a

c) anoda neni v kontaktu s taveninou, cimz je odstranen problem vytvareni vrstvy v blizkosti anody a problemy s procesy spojenymi s obnovovanim a/nebo rozkladem, a jsou eliminovany anodove procesy, typicke u obycejnych elektrochemickych clanku, a jejich ucinky na charakteristicke zmeny elektrickeho proudu.

 

Zmeny proudu (regulaci napeti) v elektrickem obvodu elektrostatickeho pole se vyskytnou s vytvorenim nejmene jednoho katodoveho procesu s proudem, ktery dosahne sve limitni hodnoty pro tento proces, a k dalsi zmene proudu dojde pouze v pripade zmeny katodovych procesu, ktere jsou uskutecnitelne pouze pri omezenem napeti, ktere nezpusobi vyse zminene elektricke vyboje.


Zmeny katodovych procesu (regulaci napeti) jsou doprovazeny zvysenim proudu ve vyse popsanem elektrickem obvodu na nove limitni hodnoty a vznikaji diky ruzne kineticke energii, ktera zavisi na hodnote jejich naboje a jejich povaze, potrebne pro presun kationu casti B. Pro ucely pozadovane zmeny koncentrace kationu casti B je tudiz regulovano napeti.

 

Konecna posloupnost fyzikalne-chemickych procesu v tavenine 6 v peci 2 pod vlivem tepelneho pole a stejnosmerneho proudu v elektrickem obvodu, vcetne prvku tvoricich elektrostaticke pole a ktere take zahrnuji taveninu 6 a medium 13 a v nemz je anoda (zarizeni 11) oddelena mediem 13 od taveniny 6, vytvari podminky pro zmeny koncentrace pohyblivych kationu casti B jejich odstranovanim z taveniny 6 v elektrochemickem procesu a, podle predlozeneho vynalezu, vede z homogenniho systemu (tj. z vychozi sklotvorne jednofazove mnohoslozkove taveniny) k vytvoreni heterogenniho systemu, ktery se sklada nejmene ze dvou fazi:

 

SMepf Meqm Vkn --> rMepf + (S-r)Mepf Meqm Vkn

jedna faze

rMepf je modifikovana cast B strukturalni smesi C a soucasne to jsou neutralizovane kationy definovane v odstavci 1.3;

druha faze

(S-r)Mepf Meqm Vkn je modifikovana strukturalni smes C po odstraneni pohyblivych kationu v mnozstvi SMepf Meqm - rMepf Meqm a je definovana v odstavcich 1.2 a 1.3.

Vybaveni elektrochemickeho clanku a metody vytvareni elektrochemickeho procesu s aplikaci tohoto vynalezu pro kazdy specificky pripad v praxi bude jine a s jinym usporadanim, ale musi zahrnovat podstatne prvky elektrochemickeho clanku -- nejmene jedno zarizeni vyrobene z materialu s nizkym elektrickym odporem musi byt katoda, na niz je kontaktne umistena tavenina sklotvorne sytici smesi -- a jedno zarizeni vyrobene z materialu s nizkym elektrickym odporem musi byt anoda oddelena od teto taveniny mediem inertnim vzhledem k tavenine, a krome toho tato zarizeni musi byt pripojena k elektrickemu obvodu, ktery zahrnuje stejnosmerny zdroj napeti.

 


Modifikace casti B probiha v procesu neutralizace jednotlivych kationu elektrony vytrzenymi z casti A elektrostatickym polem. Kdyz napeti elektrostatickeho pole v elektrickem obvodu ucinkuje takovym zpusobem, ze mnozstvi elektronu vytrzenych z casti A prevysuje pocet elektronu pozadovanych pro neutralizaci kationu casti B, potom se elektrony mohou pohybovat v elektrickem obvodu (schema je zobrazeno na FIG. 5), jehoz soucasti je zarizeni 14, vyrobene z materialu o nizkem elektrickem odporu a schopne prijmout elektrony mezi recenou anodou a katodou. Toto zarizeni je v obecnem pripade umisteno (napr. na FIG. 5 je to zarizeni 14 umistene v tavenine) mezi anodu a katodu, aby elektrochemicky proces nebyl prerusen nebo zmeny hodnot, charakterizujici elektrochemicky proces mohly byt zanedbany, a je pres zatez spojeno s povrchem, ktery ma kladnejsi potencial (napr. v FIG. 5 je to povrch 16), aby k tomuto povrchu tekl elektricky proud, jehoz vysledkem bude, ze prebytek kladneho naboje, distribuovany v objemu strukturalni smesi C, bude odveden do zateze (napr. v FIG. 5 je tato zatez 15).


Pec 2 muze mit teplotni zony od jednoho konce ke druhemu (typicky s vyssi teplotou na vstupu a se snizujici se teplotou smerem k vystupu), ktere urcuji (a mohou zmenit) viskozitu taveniny 6 na viskozitu dovolujici vytvaret geometricky tvar tabule, ktera je fyzikalne stabilni pri manipulaci, v zone, jejiz anoda (anody) a katoda (katody) elektrostatickeho pole jsou usporadany takovym zpusobem, ze nejsou v kontaktu s tabuli (neni zobrazeno na FIG. 4) pro ziskani prebytku kladneho elektrickeho naboje ve strukturalni smesi C a s temi procedurami, jake byly popsany vyse pro pripad, v nemz tavenina 6 je v kontaktu s katodou (zarizeni 10).


Kombinace tepelneho a elektrostatickeho pole vede ke zmene koncentrace kationu mobilni casti B v tavenine 6, jejimu odstraneni z taveniny, nebo k castecnemu odstraneni bez vytvoreni (kdyz ne vsechny elektricke obvody jsou uzavreny, tj. elektricky obvod zarizeni je spojen s povrchem o vyssim potencialu) nebo s vytvorenim (kdyz jsou vsechny elektricke obvody uzavreny) prebytku kladneho naboje distribuovaneho v objemu zbyvajici casti taveniny, pricemz naboj je udrzovan elektrostatickym polem.

 

 

 

 

4.2.3 Zmena koncentrace casti B strukturalni smesi C v tepelnem, elektrickem a elektrostatickem poli

 

 

Tavenina, ktera vykazuje vlastnosti elektrolytu a reprezentovana strukturalni smesi C tece bud nucene nebo samovolne z pece 1 do pece 2.


Cast A v tavenine, charakterizovana zapornym nabojem tvorenym prebytkem elektronu, obsahuje elektrony, ktere mohou mit, prave jako elektrony v okamziku prechodneho stavu casti A, energii vetsi nez je energie jinych elektronu, ktere patri k chemickym prvkum casti A.


Pro zmenu koncentrace kationu casti B jejich odstranenim z taveniny je v peci 2 provedena posloupnost fyzikalne-chemickych procesu (6)


Tn-m, . . . , Tn-(m-1), Tn-(m-2), . . . , Tn-(m-k)

tvoricich elektrochemicky proces (FIG. 6). Pec 2 obsahuje zarizeni popsana vyse a ktera jsou zobrazena na FIG. 1. Tato pec krome toho obsahuje dalsi zarizeni, ktera jsou popsana nasledovne. Zarizeni 3 spolu s tekutym kovem 4, jak je zobrazeno na FIG. 1, je na FIG. 6 oznaceno cislem 17 a slouzi jako katoda elektrochemickeho clanku. Zarizeni 5 pro presun taveniny na tekuty kov 4, jak je zobrazeno na FIG. 1, je vyrobeno z materialu o nizkem elektrickem odporu (na FIG. 6 je oznaceno cislem 18) a slouzi jako anoda elektrochemickeho clanku. Tavenina 6 (na FIG. 6) prechazi z pece 1 do pece 2 a postupne od zarizeni 18 k zarizeni 17 a je s nimi v kontaktnim styku. Zarizeni 18 a 17, spolu s taveninou 6 a zdrojem napeti 19 tvori elektricky obvod elektrochemickeho clanku. Zarizeni 3 spolu s tekutym kovem 4 (napr. cin nebo olovo) (na FIG. 6 oznaceno cislem 17), ktere slouzi jako katoda el. obvodu pro vytvoreni elektrickeho pole, zaroven slouzi jako katoda el. obvodu pro vytvoreni elektrostatickeho pole. Anoda tohoto zarizeni (na FIG. 6 oznacena cislem 20) je vyrobena z materialu o nizkem elektrickem odporu a je od taveniny oddelena mediem 21 (napr. plynnym), ktere je inertni vzhledem k tavenine 6. Zarizeni 17 a 20 (katoda resp. anoda) jsou spolecne s taveninou 6 a mediem 21 zapojeny do elektrickeho obvodu, ktery zahrnuje stejnosmerny zdroj el. napeti 22. Vlozenim napeti do elektrickeho obvodu mezi katodu 17 a anodu 20, ktera neni v kontaktu s taveninou 6, je mezi temito elektrodami vytvoreno elektrostaticke pole. V tomto pripade je koncentrace pohyblivych kationu casti B taveniny snizena spolecnym pusobenim elektrickeho a elektrostatickeho pole. Podobne jako v predchozich pripadech se tyto pohyblive kationy presunuji ke spolecne katode 17 obsahujici roztaveny kov 4, kde jsou rozpousteny a neutralizovany.


Tradicni elektrochemicke procesy v tavenine sklotvorne smesi (vytvorene podle odstavcu 1.2, 1.3 a 4.1.1) v prvnim kroku zacinaji neutralizaci te casti mrizky (cast A), ktera je v kontaktu s anodou, jiz odevzdaji elektrony. S procesem neutralizace jedne casti mrizky se zaroven objevi trirozmerna elektricky neutralni vrstva, ktera je jako celek monostrukturou a v podstate spojite rozsireni mrizky a je reprezentovana prakticky pouze temi chemickymi prvky, ktere tvori cast A.

 

Zachovani mrizky a elektricky neutralni vrstvy jako celku neznamena, ze neutralizace teto casti mrizky, ktera vytvorila elektricky neutralni vrstvu, je nasledovana spojitou neutralizaci jinych casti mrizky majici zaporny naboj, protoze mrizka je dielektrikum (tj. nema elektronovou vodivost) a stane se vodivou pouze tehdy, kdyz dojde k prurazu vysokym napetim, doprovazenemu rozlozenim latky (v tomto pripade elektricky neutralni vrstvy a mrizky). Vlivem tohoto rozkladu se provadeni elektrochemickeho procesu stane bezpredmetnym, jestlize cilem je zachovani mrizky a jeji ziskani jako materialu.


S vytvorenim elektricky neutralni vrstvy neutralizace mrizky ustane z duvodu absence elektricke vodivosti vrstvy a proud v obvodu poklesne na minimalni hodnotu (prakticky prestane teci), takze elektrochemicky proces se stane neefektivni.

 

Jelikoz atomy elektricky neutralni vrstvy jsou vazany mezi sebou jako celek do trojrozmerne struktury a vrstva udrzuje s jinymi castmi mrizky strukturalni vazbu nejmene v jednom smeru, vrstva blizko anody neni obnovovana jako v pripade elektrolytu. Je znamo, ze elektrochemicky proces zavisi na obnovovani vrstvy v blizkosti anody a katody. V pripade obycejnych elektrolytu, kde atomy a ionty jsou oddelene strukturalni jednotky dovolujici iontum, aby byly elektrickym polem premistovany k anode (katode) a pocet iontu ve vrstve blizko anody (katody) je v dynamicke rovnovaze s neutralizovanymi ionty, ktere jsou neustale obnovovany, udrzujice kvalitu oddelenych strukturalnich jednotek, vrstva blizko anody (katody) je obnovovana a pruchod proudu elektrickym obvodem je udrzovan.


Obnovovani vrstvy v blizkosti anody pomoci anionu stejnym zpusobem jako v elektrolytech neni mozne dokonce ani v pripade, kdy cast A v tavenine je slozena z prostorove oddelenych makrocastic (multiatomove aniony ve forme oddelenych strukturalnich jednotek), protoze makrocastice-aniony ve vrstve blizko anody jsou neutralizovany a vzajemne se sdruzuji a vytvareji izolujici nebo neutralni vrstvu (jako celek prakticky monostrukturu) zabranujici neutralizaci dalsich makrocastic-anionu. V recene tavenine je elektricky neutralni vrstva obnovovana za podminek dlouhodobeho prerozdelovani atomu tvoricich mrizku. Trvani prerozdelovani atomu v mrizce je ovlivneno silou chemickych vazeb a procesem rozbijeni (vytvareni) techto vazeb pusobenim tepelneho pole. Z  vyse popsanych duvodu je proces odstranovani pohyblivych kationu casti B z recene taveniny v elektrickem obvodu konvencniho elektrochemickeho clanku neefektivni.

 

V tavenine 6 tekouci z pece 1 (FIG. 6) pres oblast anody (zarizeni 18) (s obnovovanim vrstvy blizko anody) ke katode (zarizeni 17) v peci 2, ktera je soucasne katodou dalsiho elektrickeho obvodu vytvarejiciho elektrostaticke pole, probiha konecna posloupnost fyzikalne chemickych procesu (6) vedoucich k vytvoreni elektrochemickeho procesu v tavenine 6 se soucasnym efektivnim odstranovanim kationu pohyblive casti B z taveniny 6 v elektrochemickem clanku a elektrostatickym polem [v elektrickem obvodu s anodou (zarizeni 18) dotykajici se taveniny 6 a v elektrickem obvodu s anodou (zarizeni 20), ktera se nedotyka taveniny 6].

 

Behem pohybu taveniny 6 pres oblast anody (zarizeni 18) je cast mrizky, ktera je v kontaktu s anodou, spojite nahrazovana novymi castmi mrizky, ktere odevzdavaji elektrony anode v anodovem procesu, tj. vrstva blizko anody je obnovovana a elektricky proud v obvodu tece neustale. A tak elektrochemicky proces v tavenine 6 pokracuje s anodo-katovymi procesy, s elektronovou a iontovou vodivosti v tavenine, s efektivnim odstranovanim kationu casti B z taveniny 6 v elektrickem obvodu anody (zarizeni 18), ktera je v kontaktu s touto taveninou.

 

V peci 2 (FIG. 6) se tavenina 6 rozleva na tekuty kov 4 (napr. cin nebo olovo) katody (zarizeni 17), ktera je soucasne katodou elektrostatickeho pole. Rozlevani taveniny 6 neni omezovano a tato tavenina neprijde do styku se stenami zarizeni 3, ktere obsahuje tekuty kov 4. Protoze se tavenina 6 rozleva volne, ma maximalni dosazitelnou plochu v kontaktu s katodou (zarizeni 17). Anoda (zarizeni 20) elektrostatickeho pole neni v kontaktu s taveninou 6, ale je od ni oddelena mediem 21, ktere je inertni vzhledem k tavenine, a vytvari elektrostaticke pole, kolme na smer pohybu taveniny 6, a tato anoda, spolu s katodou (zarizeni 17), je pripojena ke zdroji 22 stejnosmerneho napeti, tvorici spolu s dalsimi nezbytnymi prvky (napr. mericimi pristroji) elektricky obvod. Teplota, vlozene napeti a geometricke rozmery anody (zarizeni 20) jsou nastaveny tak, aby nebyl iniciovan elektricky vyboj mezi touto anodou a materialem pece 2 a povrchem tekuteho kovu 4, ktery neni polit taveninou 6. Soucasne plocha povrchu anody (zarizeni 20) je takova, aby maximalne prekryvala plochu povrchu taveniny 6 bez vytvoreni zmineneho elektrickeho vyboje.


V pripade, kdy medium 21 (na FIG. 4 je to 13) je plyn (napr. jako protiklad hlubokemu vakuu), teplota, vlozene napeti a tlak jsou regulovany takovym zpusobem, aby mezi anodou (zarizeni 20) (na FIG. 4 je to zarizeni 11) a taveninou 6 doslo k procesu ionizace plynu proudem elektronu [pohybujicich se z taveniny 6 skrze plynne medium 21 k anode (zarizeni 20)]. V tomto pripade se jedna o rizeny zhnouci vyboj a v peci 2 je dosazeno stabilniho technologickeho procesu.

 

Tavenina 6 (pripravena podle odstavcu 1.2, 1.3 a 4.1.1), predstavujici strukturalni smes C, ma v casti A oblasti charakterizovane nestabilnim prechodnym stavem, k nemuz dojde z duvodu mechanickeho napeti a smykove deformace, vysvetlovane pritomnosti mikro-nehomogenit v tavenine a pusobenim tepelneho pole. V tomto stavu (kdy stare chemicke vazby jsou oslabeny a/nebo rozbity a jsou vytvareny nove vazby), v okamziku rozbiti chemicke vazby, muze byt energie elektronu vetsi nez je energie ostatnich elektronu, ktere patri chemickym prvkum casti A, a je dostatecna pro odtrzeni elektronu vlivem elektrostatickeho pole s patricne velkou intenzitou, cehoz je u popisovane metody technicky dosazeno.


Elektrostaticke pole s intenzitou, ktera nezpusobi elektricke vyboje v mediu 21, premistuje pohyblive kationy casti B v tavenine 6 a spolu s pusobenim tepelneho pole o teplote nad teplotou zeskelneni (kdyz pocet rozbitych chemickych vazeb v casti A je nejvetsi -- jedna z pozadovanych podminek pro difuzi kationu casti B do objemu taveniny) vede k efektivnimu presunu kationu casti B smerem ke katode (zarizeni 17) a k odtrzeni elektronu s dostatecnou energii od casti A. Tyto elektrony se (po odtrzeni) stavaji volnymi elektrony.

 

Volne elektrony pohybujici se v elektrostatickem poli k anode (zarizeni 20) a kationy casti B pohybujici se ke katode (zarizeni 17) vytvareji v tavenine 6 elektricky proud. Tento proud tece celym elektrickym obvodem vcetne media 21 a dalsich prvku, ktere vytvareji elektrostaticke pole. Proud v tomto obvodu znamena realizaci procesu presunu, neutralizace a odstranovani kationu pohyblive casti B z taveniny, prave jako v elektrochemickem clanku elektrickeho obvodu s anodou (zarizeni 18) dotykajici se taveniny 6. Konecna posloupnost fyzikalne-chemickych procesu v pohybujici se tavenine za pusobeni tepelneho pole, elektrickeho pole v elektrickem obvodu elektrochemickeho clanku s anodou (zarizeni 18), dotykajici se taveniny 6, a elektrostatickeho pole v elektrickem obvodu s anodou (zarizeni 20), ktera neni v kontaktu s taveninou 6, vytvari ucinny elektrochemicky proces zmeny koncentrace a odstranovani kationu pohyblive casti B z taveniny 6, podle tohoto vynalezu, vede z homogenniho systemu (tj. z vychozi sklotvorne jednofazove mnohoslozkove taveniny) k vytvoreni heterogenniho systemu, ktery se sklada nejmene ze dvou fazi:

 

SMepf Meqm Vkn --> rMepf + (S-r)Mepf Meqm Vkn

jedna faze

rMepf je modifikovana cast B strukturalni smesi C a soucasne to jsou neutralizovane kationy definovane v odstavci 1.3;

druha faze

(S-r)Mepf Meqm Vkn je modifikovana strukturalni smes C po odstraneni pohyblivych kationu v mnozstvi SMepf Meqm - rMepf Meqm a je definovana v odstavcich 1.2 a 1.3.

Zarizeni elektrochemickeho clanku a metody organizace elektrochemickeho procesu s aplikaci tohoto vynalezu budou pro kazdy specificky pripad v praxi ruzne a s ruznym usporadanim, ale musi zahrnovat pohyb sklotvorne taveniny od anody ke katode a musi s nimi byt v kontaktu. Anoda i katoda musi byt vyrobeny z materialu s nizkym elektrickym odporem za ucelem dosazeni obnovovani vrstvy u anody. Mimo jine mezi temito zarizenimi musi byt podstatne prvky elektrochemickeho clanku -- alespon jedno zarizeni musi byt anoda a jedno zarizeni musi byt katoda, obe tato zarizeni musi byt zaclenena do elektrickeho obvodu se stejnosmernym zdrojem napeti. Soucasne je tato tavenina vystavena ucinkum elektrostatickeho pole, ktere je vytvoreno mezi spolecnou katodou a druhou anodou, ktera je od taveniny oddelena mediem inertnim vzhledem k tavenine. Mezi druhou anodu, vyrobenou z materialu o nizkem elektrickem odporu, a spolecnou katodu je pripojen stejnosmerny zdroj elektrickeho napeti.

 

Modifikace casti B probiha v procesu neutralizace jednotlivych kationu elektrony vytrzenymi z casti A elektrostatickym polem. Kdyz vlozene napeti v elektrickem obvodu s anodou (zarizeni 20) nedotykajici se taveniny 6 ucinkuje takovym zpusobem, ze pocet elektronu ,vytrzenych z casti A a vytvarejicich elektricky proud mezi touto anodou a katodou (zarizeni 17), prevysuje pocet elektronu potrebnych pro neutralizaci kationu casti B, potom se elektrony mohou pohybovat v elektrickem obvodu (schema viz FIG. 5), tvorenem mj. zarizenim 14, ktere je vyrobeno z materialu o nizkem el. odporu a ktere je schopne ziskat elektrony mezi anodou (zarizeni 20) a katodou (zarizeni 17). Toto zarizeni je v obecnem pripade (na FIG. 5 je to zarizeni 14 umistene v tavenine) umisteno mezi anodu a katodu, aby elektrochemicky proces nebyl prerusen nebo zmeny hodnot, charakterizujici elektrochemicky proces, mohly byt zanedbany, a je spojeno do elektrickeho obvodu s povrchem majicim kladnejsi potencial (na FIG. 5 je to povrch 16), aby byl vytvoren el. proud smerujici k tomuto povrchu, cimz bude v objemu strukturalni smesi C vytvoren prebytek kladneho naboje a bude ulozena elektricka energie. Regulaci napeti v elektrickem obvodu elektrostatickeho pole jsou vytvoreny podminky, kde v elektrickem obvodu zarizeni spojeneho s povrchem o kladnejsim potencialu je vytvoren elektricky proud smerem ke strukturalni smesi C a jeho kladny naboj je neutralizovan elektrickou zatezi, pokud je pritomna (na FIG. 5 je elektricka zatez 15), vykonavajici praci, spotrebovavajici elektrickou energii ulozenou behem vytvareni prebytku kladneho elektrickeho naboje ve strukturalni smesi C.


Pec 2 muze mit teplotni zony od jednoho konce k druhemu (typicky s vyssimi teplotami na vstupu a nizsimi teplotami smerem k vystupu), ktere urcuji viskozitu (a lze ji regulovat) taveniny 6 a meni ji na viskozitu dovolujici vytvaret z tabule geometricke tvary, ktere jsou fyzikalne stabilni pri manipulaci v zone mimo dosah elektrostatickeho pole mezi anodou a katodou.


Kombinace tepelneho, elektrickeho a elektrostatickeho pole vede ke zmene koncentrace kationu pohyblive casti B v tavenine 6 jejich odstranenim z teto taveniny, nebo k castecnemu odstraneni s vytvorenim (kdyz jsou vsechny elektricke obvody uzavreny) prebytku kladneho naboje distribuovaneho v objemu zbyvajici casti teto taveniny a udrzovanym elektrostatickym polem, nebo bez vytvoreni receneho kladneho naboje v teto tavenine (kdyz ne vsechny elektricke obvody jsou uzavreny, tj. elektricke obvody zarizeni spojenych s povrchem o kladnejsim potencialu nejsou uzavreny).

4.3 Ziskani skloviteho materialu a kovu

Pro ziskani materialu ze sklotvorne taveniny, v niz koncentrace komponent vychozi chemicke smesi je zmenena pri soucasnem ziskani kovu, jako vysledek procesu zmeny koncentrace, je realizovana konecna posloupnost fyzikalne-chemickych procesu (7)

Tn-(m-k),. . . , Tn-1, Tn

behem chladnuti sklotvorne taveniny se zmenenou koncentraci jednotlivych slozek na teplotu zesklovateni a nizsi s operacemi nutnymi pro ziskani tabule tazenim sklotvorne taveniny v procesu jejiho chladnuti v zone pece 2 pomoci zarizeni teto pece a pomocneho vybaveni 7 (FIG. 1, 2, 4 nebo 6) obvykleho pri procesu floatu. Krome toho je konecna posloupnost fyzikalne-chemickych procesu (7) charakteristicka rekonstrukci chemickych vazeb pusobenim mechanickych sil vznikajicich v procesu tazeni sklotvorne taveniny, ktera je ochlazovana, a pred dokoncenim relaxacnich procesu v zone pece 2, majici teplotni podminky pro zmenu viskozity teto taveniny na pozadovane hodnoty a behem casu potrebneho pro dokonceni relaxacnich procesu a uplneho prechodu strukturalni smesi C do pevneho stavu.

 

Ochlazeni taveniny 6 na teplotu zesklovateni a nizsi, k nemuz dochazi v peci 2 v zone katodoveho procesu a v zone jejiho tazeni pomocnym vybavenim 7 po elektrochemickem procesu v teto tavenine, vede behem dokoncovani relaxacniho procesu k ziskani skloviteho materialu se strukturou a koncentraci chemickych prvku a sloucenin odpovidajici strukture a koncentraci chemickych prvku a sloucenin teto taveniny v okamziku dokonceni relaxacnich procesu a s prebytkem kladneho naboje (v pripade, kdy vsechny elektricke obvody jsou uzavreny) ziskanym taveninou 6 v elektrochemickem procesu a udrzovanym elektrostatickym polem.


Technologicke podminky pro obnoveni roztavene kovove katody, ktera je spojite nasycovana kovy stejneho druhu, jako jsou kationy casti B, v katodovych procesech, a jejich akumulace pro nasledne zpracovani (tj. vyrobni postup znamymi metodami pro ziskani kovu stejneho druhu, jako jsou kationy casti B po jejich neutralizaci v katodovych procesech, jako koncovych produktu), jsou zajisteny pomoci zarizeni pece 2 nebo v pomocnem zarizeni vne pece 2 (neni zobrazeno na obrazcich). Ziskane kovy mohou byt oxidovany pro ziskani oxidu s vyuzitim tepla uvolneneho behem oxidacniho procesu. Sklovity material, ktery je predmetem vynalezu, skladajici se z chemickych prvku urcenych v odstavcich 1.2 a 1.3 s pozadovanymi velikostmi, geometrii, technickymi parametry a spotrebnimi vlastnostmi muze byt ziskan jako koncovy produkt podle nasledujiciho schematu:


SMepf Meqm Vkn --> rMepf + (S-r)Mepf Meqm Vkn

nebo jako meziprodukt pro sklarsky prumysl nebo tyto produkty mohou byt ziskany primo behem chlazeni sklotvorne taveniny tvarovacimi metodami, ktere jsou obvykle ve sklarskem prumyslu (napr. foukani, lisovani, tazeni, atd.).

FIG. 7

 

FIG. 7 je blokove schema procesu ziskavani kremiciteho materialu Sim On a kovoveho sodiku z vychozi smesi (Na2 CO3 + SiO2) a oxidace kovoveho sodiku na vychozi komponentu Na2 CO3 s vyuzitim tepla vyvinuteho behem oxidacniho procesu.

 

Pri prakticke aplikaci vynalezu pro ziskavani pozadovaneho produktu ze sklotvorne taveniny bude zvoleno takove vybaveni, ktere je obvykle ve sklarskem prumyslu s pridanim nutnych doplnku pro realizaci tohoto vynalezu.

 

Tvrzeni

 




Tvrdime:

1. A method of producing a single phase vitreous material from a melt of a glass-forming multi-component feed mix which comprises the steps of:

(a) preparing a single phase melt in which there are mobile cations from a glass forming feed mix, components of which feed mix are chemical compounds selected from the group consisting of a chemical compound which includes a univalent metal which in the melt is a mobile cation, a chemical compound including a divalent metal which in the melt is a mobile cation, and mixtures thereof, and

chemical compounds selected from the group consisting of a chemical compound which includes a trivalent metal, a chemical compound which includes a metal with a valence higher than three (3), and mixtures thereof;

(b) passing said melt in contacting relationship with and sequentially between devices made of low electrical resistance material from device to device, said devices in and completing with the melt and a direct current voltage source an electric circuit in which circuit there is a said device serving as an anode and there is a said device serving as the cathode;

(c) regulating a voltage in said electrical circuit so that a direct electrical current is created in it and the concentration of the mobile cations in said melt is lowered thereby with reduction on the cathode of the metals of the same kind as the mobile cations; and

(d) cooling said melt which has the lowered concentration of said mobile cations to produce the material as a structural article.

2. The method of claim 1 wherein the glass forming feed mix melt having a lowered concentration of said mobile cations is cooled in the range of the temperatures of crystallization of this melt at a rate so as to obtain a material from this melt in the amorphous state, this material being in the form of a structural article.

3. The method of claim 1 wherein the melt of the glass forming feed mix having a lowered concentration of said mobile cations is maintained in the range of the temperatures of crystallization of this melt in such a way so as to obtain a material from this melt in the crystalline state, this material being in the form of a structural article.

4. The method of claim 1 wherein said components are in the form of compounds selected from the group consisting of oxides, fluorides, bromides, carbonates, sulfates, nitrates, phosphates, and mixtures thereof.

5. The method of claim 1 wherein said components in the form of compounds selected from the group consisting of carbonates, sulfates, nitrates, phosphates, and mixtures thereof, are transformed in step (a) into components of the feed mix.

6. The method of claim 1 wherein said components comprise the chemical compound the carbonate Na.sub.2 CO.sub.3, which in step (a) is transformed into the starting component Na.sub.2 O, which includes the univalent metal sodium, and the chemical compound the oxide SiO.sub.2, which includes metal silicon with a valence higher than three (3).

7. The method of claim 1 wherein said components comprise the chemical compound Na.sub.2 CO.sub.3 and the chemical compound SiO.sub.2 and in which the concentration of the cations of the univalent metal sodium (Na) is lowered in order to obtain a single phase material of fused oxide of the higher valent metal silicon (Si) having a valence higher than three (3) in the form of quartz glass (SiO.sub.2).

8. The method of claim 1 wherein in a furnace prepared for lowering the concentration of mobile cations the temperature is above the vitrification temperature of the glass forming feed mix melt placed into said furnace.

9. The method of claim 1 wherein the low electrical resistance material which serves as the cathode is the metal being reduced on the cathode.

10. The method of claim 1 wherein the low electrical resistance material which serves as the cathode dissolves metals being reduced on the cathode.

11. The method of claim 10 wherein the low electrical resistance material that serves as the cathode comprises tin.

12. The method of claim 1 wherein to implement steps (a), (b), (c), and (d) the method and equipment for the float glass process is used, and for step (c) a furnace which includes a device with liquid metal and a device for transferring the float glass melt onto the liquid metal is used so that this device of liquid metal serves as the cathode, and the device for transferring the float glass melt is made from a low electrical resistance material and serves as the anode.

13. The method of claims 1 or 12 wherein said melt is passed from the device that serves as the anode to and onto the device that serves as the cathode.

14. The method of claim 12 wherein the low electrical resistance material which serves as the cathode is the metal being reduced on the cathode.

15. The method of claim 12 wherein the low electrical resistance material which serves as the cathode dissolves metals being reduced on the cathode.

16. The method of claim 15 wherein the low electrical resistance material that serves as the cathode comprises tin.

17. The method of claims 9, 10, 11, 14, 15, or 16 wherein the low electric resistance material which serves as the cathode and contains metals being reduced on the cathode is removed from the cathode device for subsequently obtaining the reduced metals.

18. The method of claim 17 wherein the subsequently obtained metals are oxidized to obtain heat which is recovered.

19. The method of claim 18 wherein the recovered heat is utilized in the present method.

20. The method of claim 19 wherein the recovered heat is utilized in step (a) of the present method.

21. The method of claim 17 wherein the subsequently obtained metals are oxidized in order to obtain components which form the glass forming feed mix.

22. A method of producing a single phase vitreous material from a melt of glass forming multi-component feed mix which comprises the steps of:

(a) preparing a single phase melt in which there are mobile cations from a glass forming feed mix, components of which feed mix are chemical compounds selected from the group consisting of a chemical compound which includes a univalent metal which in the melt is a mobile cation, a chemical compound including a divalent metal which in the melt is a mobile cation, and mixtures thereof, and chemical compounds selected from the group consisting of a chemical compound which includes a trivalent metal, a chemical compound which includes a metal with a valence higher than three (3), and mixtures thereof, and

(b) placing said melt in contacting relationship with a device made from low electrical resistance material and which serves as a cathode, there also being a device made of low electrical resistance material and which serves as an anode, said anode separated from said melt by a medium which is inert with respect to the melt, and thereby said melt and said medium complete an electric circuit including said devices, said melt, said medium, and a direct current voltage source;

(c) regulating a voltage in said electric circuit to create an electrostatic field between the cathode and anode so that a direct electrical current is created and is passed through said cathode, said anode, said medium, and said melt, and thus the concentration of mobile cations in said melt is lowered with reduction on the cathode of the metals of the same kind; and

(d) cooling said melt which has the lowered concentration of said mobile cations to produce the material as a structural article.

23. The method of claim 22 wherein the glass forming feed mix melt having a lowered concentration of said mobile cations is cooled in the range of the temperatures of crystallization of this melt at a rate so as to obtain a material from this melt in the amorphous state, this material being in the form of a structural article.

24. The method of claim 22 wherein the melt of the glass forming feed mix having a lowered concentration of said mobile cations is maintained in the range of the temperatures of crystallization of this melt in such a way so as to obtain a material from this melt in the crystalline state, this material being in the form of a structural article.

25. The method of claim 22 wherein said components are in the form of compounds selected from the group consisting of oxides, fluorides, bromides, carbonates, sulfates, nitrates, phosphates, and mixtures thereof.

26. The method of claim 22 wherein said components in the form of compounds selected from the group consisting of carbonates, sulfates, nitrates, phosphates, and mixtures thereof are transformed in step (a) into components of the feed mix.

27. The method of claim 22 wherein said components comprise the chemical compound the carbonate Na.sub.2 CO.sub.3, which in step (a) is transformed into the starting component Na.sub.2 O, which includes the univalent metal sodium and the chemical compound the oxide SiO.sub.2 which includes metal silicon with a valence higher than three (3).

28. The method of claim 22 wherein said components comprise the chemical compound Na.sub.2 CO.sub.3 and the chemical compound SiO.sub.2 and in which the concentration of the cations of the univalent metal sodium (Na) is lowered in order to obtain a single phase material of fused oxide of the higher valent metal silicon (Si) having a valence higher than three (3) in the form of quartz glass (SiO.sub.2).

29. The method of claim 22 wherein in a furnace prepared for lowering the concentration of mobile cations, the temperature and the impressed voltage are regulated to create an effective electrical current in this electric circuit so as not to cause an electrical arc breakdown in said medium either between the anode and the materials of the furnace or between the anode and the cathode in direct contact with said medium.

30. The method of claim 29 wherein for substantial lowering of the concentration of mobile cations, the temperature in said furnace is above the vitrification temperature of the glass forming feed mix melt placed into this furnace onto the device which is made of low electrical resistance material and serves as the cathode.

31. The method of claim 22 wherein the low electrical resistance material which serves as the cathode is the metal being reduced on the cathode.

32. The method of claim 22 wherein the low electrical resistance material which serves as the cathode dissolves the metals being reduced on the cathode.

33. The method of claim 22 wherein the low electrical resistance material is tin.

34. The method of claim 22 wherein to implement steps (a), (b), (c), and (d), the float glass process is practiced and for step (c) a furnace which includes a device with liquid metal is used, wherein this device of liquid metal serves as the cathode.

35. The method of claim 22 or 34 wherein the furnace practiced for implementing steps (b) and (c) the temperature is above the vitrification temperature wherein a material with a modified surface layer is obtain ed by conducting the method for a time duration determined so that substantial lowering of the concentration of mobile cations in the melt of the glass forming feed mix occurs in the surface layer facing the anode.

36. The method of claim 35 wherein sheet glass with a modified surface layer is produced.

37. The method of claim 36 wherein sheet glass with a modified surface layer is produced from a melt of low temperature eutectics of a glass forming feed mix.

38. The method of claim 22 or 34 wherein the medium inert with respect to the melt of the glass forming feed mix consists of a gas.

39. The method of claim 38 wherein the gas is an inert gas.

40. The method of claim 38 wherein the gas is nitrogen.

41. The method of claims 22 or 34 in which said medium is a gas wherein the temperature, impressed voltage, and pressure are regulated to create an electrical current in the gaseous medium between the melt of the glass forming feed mix and the anode in such a way as to form in said medium by means of the ionization of the gas by the flow of electrons moving from said melt to the anode a glowing electric discharge in the gas for the establishment of a stable process of lowering the concentration of mobile cations in said melt.

42. The method of claim 34 wherein the low electrical resistance material which serves as the cathode is the metal being reduced on the cathode.

43. The method of claim 34 wherein the low electrical resistance material which serves as the cathode dissolves the metals being reduced on the cathode.

44. The method of claim 43 wherein the low electrical resistance material is tin.

45. The method of claims 31, 32, 33, 42, 43, or 44 wherein the low electrical resistance material which serves as the cathode and contains metals being reduced on the cathode is removed from the cathode device for subsequently obtaining the reduced metals.

46. The method of claims 45 wherein the subsequently obtained metals are oxidized to obtain heat which is recovered.

47. The method of claim 46 wherein the recovered heat is utilized in the present method.

48. The method of claim 47 wherein the recovered heat is utilized in step (a) of the present method.

49. The method of claim 45 wherein the subsequently obtained metals are oxidized in order to obtain components which form the glass forming feed mix.

50. The method of claim 29 wherein the impressed voltage is effective so that the number of electrons creating the electrical current between said anode and said cathode exceed the number of electrons required to neutralize the mobile cations on the cathode, and

(I) there is another electric circuit which includes a device made of low electrical resistance material and capable of gaining electrons which is situated between but not in contact with said anode and said cathode in such a way so that the process is not interrupted and this device is connected by a conductor to a surface of more positive potential which creates an electrical current in this thus-formed electric circuit thereby simultaneously creating a positive charge in the melt of the glass forming feed mix, and

(ii) wherein the melt with positive charge is withdrawn from the electrostatic field and cooled to obtain material in the form of a structural article in the amorphous or crystalline state.

51. The method of claim 22 wherein said melt in step (d) is cooled to a temperature wherein the melt is physically stable for handling and (j) is arranged between devices made from low electrical resistance material adjacent to but spaced apart from said cooled melt which devices are connected to a direct current voltage source where one device serves as an anode and the other device serves as a cathode, and (k) there also is a device made from low electrical resistance material in contact with said cooled melt connected to a surface of more positive potential, and (l) the voltage is regulated in electric circuit (j) to establish an electric current in this electric circuit causing the creation of an electric current towards the surface of more positive potential, causing an excess positive charge to be formed in said cooled melt.

52. The method of claims 50 or 51 wherein an electrical load is inserted in the existing electric circuit connected to the surface of more positive potential, and the voltage in the electric circuit including the anode, the cathode, and the direct current voltage source is regulated so as to create an electrical current from the surface of more positive potential towards said cooled melt with the created positive charge that in the existing electric circuit from said cooled melt having an excess positive charge by which said excess positive charge is neutralized and the electric load for the performance of work consumes the electric power stored as the result of the creation of said excess positive charge.

53. A method of producing a single phase vitreous material from a melt of glass-forming multi-component feed mix which comprises the steps of:

(a) preparing a single phase melt in which there are mobile cations from a glass forming feed mix, components of which feed mix are chemical compounds selected from the group consisting of a chemical compound which includes a univalent metal which in the melt is a mobile cation, a chemical compound including a divalent metal which in the melt is a mobile cation, and mixtures thereof, and chemical compounds selected from the group consisting of a chemical compound which includes a trivalent metal, a chemical compound which includes a metal with a valence higher than three (3), and mixtures thereof,

(b) passing said melt in contacting relationship with and sequentially between devices made of low electrical resistance material from device to device, said devices in and completing with the melt and a direct current voltage source an electric circuit in which circuit there is a said device serving as an anode and there is a said device serving as the cathode, and simultaneously placing said melt in contacting relationship with a device made from low electrical resistance material and which serves as a cathode, there also being a device made of low electrical resistance material and which serves as an anode, said anode separated from said melt by a medium which is inert with respect to the melt, and thereby said melt and said medium complete the electric circuit including said devices, said melt, said medium, and a direct current voltage source;

(c) regulating a voltage in the electric circuit including the anode in contact with said melt so that the direct current created in this electric circuit is passed through this melt, and

impressing a voltage in the electric circuit including the anode separated from this same melt by the medium which is inert with respect to this same melt to create an electrostatic field between the anode and cathode in this electric circuit, so that the direct current created is passed through the cathode, the anode, said medium, this same melt;

whereby the concentration of said mobile cations in said melt is lowered simultaneously in said electric circuit which includes the anode in contact with the melt and in the electric circuit that includes the anode not in contact with the melt with reduction on the cathode of the metals of the same kind as the mobile cations; and

(d) cooling said melt which has the lowered concentration of said mobile cations to produce the material as a structural article.

54. The method of claim 53 wherein the glass forming feed mix melt having a lowered concentration of said mobile cations is cooled in the range of the temperatures of crystallization of this melt at a rate so as to obtain a material from this melt in the amorphous state, this material being in the form of a structural article.

55. The method of claim 53 wherein the melt of the glass forming feed mix having a lowered concentration of said mobile cations is maintained in the range of the temperatures of crystallization of this melt in such a way so as to obtain a material from this melt in the crystalline state, this material being in the form of a structural article.

56. The method of claim 53 wherein said components are in the form of compounds selected from the group consisting of oxides, fluorides, bromides, carbonates, sulfates, nitrates, phosphates, and mixtures thereof.

57. The method of claim 53 wherein said components in the form of compounds selected from the group consisting of carbonates, sulfates, nitrates, phosphates, and mixtures thereof are transformed in step (a) into components of the feed mix.

58. The method of claim 53 wherein said components comprise the chemical compound the carbonate Na.sub.2 CO.sub.3 which in step (a) is transformed into the starting component Na.sub.2 O which includes the univalent metal sodium and the chemical compound the oxide SiO.sub.2 which includes metal silicon with a valence higher than three (3).

59. The method of claim 53 wherein said components comprise the chemical compound Na.sub.2 CO.sub.3 and the chemical compound SiO.sub.2 and in which the concentration of the cations of the univalent metal sodium (Na) is lowered in order to obtain a single phase material of fused oxide of the higher valent metal silicon (Si) having a valence higher than three (3) in the form of quartz glass (SiO.sub.2).

60. The method of claim 53 wherein in a furnace prepared for lowering the concentration of said mobile cations in the melt of the glass forming feed mix which is passed in a contacting relationship with and sequentially between devices from device to device, the temperature is maintained above the vitrification temperature of this melt at least where this melt is in contacting relationship with at least one of the devices that serves as the anode, and for this same melt which is passed in contacting relationship with the cathode which is in the same electric circuit with the anode separated from this melt by the medium inert with respect to this melt, the temperature and the voltage are regulated to create an effective electric current in this electric circuit so as not to cause an electrical arc breakdown in said medium either between the anode and the materials of the furnace or between the anode and the cathode in direct contact with said medium.

61. The method of claim 60 wherein for substantial lowering of the concentration of said mobile cations, the temperature in said furnace is practiced above the vitrification temperature of the glass forming feed mix melt placed into this furnace for both the melt which is passed in a contacting relationship with and sequentially between devices from device to device, and for this same melt which is passed in a contacting relationship with the cathode which is in the same electric circuit with the anode separated from this melt by said medium inert with respect to this melt.

62. The method of claim 53 wherein the material which serves as the cathode is the metal being reduced on the cathode.

63. The method of claim 53 wherein the low electric resistance material which serves as the cathode dissolves metals being reduced on the cathode.

64. The method of claim 63 wherein the low electric resistance material that serves as the cathode comprises tin.

65. The method of claim 53 wherein to implement steps (a), (b), (c), and (d), the method and equipment for the float glass process is used, and for step (c), a furnace which includes a device with liquid metal and a device for transferring the float glass melt onto the liquid metal is used, so that the device with liquid metal serves as the cathode simultaneously in the electrical circuit with the anode in contact with this same melt, and in the electrical circuit with the anode separated from this same melt, and the device for transferring the float glass melt is made from low electrical resistance material, and serves as the anode in the electrical circuit with the anode in contact with this same melt.

66. The method of claims 53 or 65 wherein a material with a modified surface layer is obtained in said melt which is passed in contacting relationship with the cathode which is in the same electric circuit with the anode separated from this melt by said medium by conducting the present method for a time duration determined so that substantial lowering of the concentration of mobile cations in this melt occurs in the surface layer facing the anode.

67. The method of claim 66 wherein sheet glass with a modified surface layer is produced.

68. The method of claim 67 wherein sheet glass with a modified surface layer is produced from a melt of low temperature eutectics of a glass forming feed mix.

69. The method of claims 53 or 65 wherein said melt is passed from the device that serves as the anode in the electrical circuit with the anode in contact with the melt to and onto the same device that serves as the cathode in both the electrical circuit with the anode in contact with the melt, and in the electric circuit with the anode separated from this same melt.

70. The method of claim 53 or 65 wherein the medium inert with respect to the melt of the glass forming feed mix comprises a gas.

71. The method of claim 70 wherein the gas is an inert gas.

72. The method of claim 70 wherein the gas is nitrogen.

73. The method of claims 53 or 65 wherein the medium is a gas, and the temperature, impressed voltage, and pressure are regulated to create an electrical current in the gaseous medium between the melt of the glass forming feed mix and the anode in such a way as to form in said gaseous medium by means of the ionization of the gaseous medium by the flow of electrons moving from said melt to the anode a glowing electric discharge in the gaseous medium for the establishment of a stable process of lowering the concentration of mobile cations in said melt.

74. The method of claim 60 wherein in the electric circuit with the anode separated by said medium from said melt which is passed in contacting relationship with the cathode of this electric circuit the impressed voltage is effective so that the number of electrons creating the electric current between this anode and this cathode exceed the number of electrons required to neutralize the mobile cations on the cathode, and

(i) there is another electrical circuit which includes a device made of low electrical resistance material and capable of gaining electrons which is situated between but not in contact with the anode separated from the melt and the cathode in such a way so that the present process is not interrupted and this device is connected by a conductor to a surface of more positive potential which creates an electric current in this thus-formed electric circuit thereby simultaneously creating a positive charge in the melt of the glass forming feed mix, and

(ii) wherein the melt with positive charge is withdrawn from the electrostatic field and cooled to obtain material in the form of a structural article in the amorphous or crystalline state.

75. The method of claim 53 wherein said melt in step (d) is cooled to a temperature wherein the melt is physically stable for handling and (i) is arranged between devices made from low electrical resistance material adjacent to but spaced apart from said cooled melt which devices are connected to a direct current voltage source and where one device serves as an anode and the other device serves as a cathode, and (k) there also is a device made from low electrical resistance material in contact with said cooled melt connected to a surface of more positive potential, and (l) the voltage is regulated in electric circuit (j) to establish an electric current in this electric circuit causing the creation of an electric current towards the surface of more positive potential, causing an excess positive charge to be formed in said cooled melt.

76. The method of claims 74 or 75 wherein an electrical load is inserted in the existing electric circuit connected to the surface of more positive potential, and the voltage in the electric circuit including the anode, the cathode, and the direct current voltage source is regulated so as to create an electrical current from the surface of more positive potential towards said cooled melt with the created positive charge that in the existing electric circuit from said cooled melt having an excess positive charge by which said excess positive charge is neutralized and the electric load for the performance of work consumes the electric power stored as the result of the creation of said excess positive charge.

77. The method of claim 65 wherein the material which serves as the cathode is the metal being reduced on the cathode.

78. The method of claim 65 wherein the low electric resistance material which serves as the cathode dissolves metals being reduced on the cathode.

79. The method of claim 78 wherein the low electric resistance material that serves as the cathode comprises tin.

80. The method of claims 62, 63, 64,77,78, or 79 wherein the low electric resistance material which serves as the cathode and contains metals being reduced at this cathode is removed from the cathode device for subsequently obtaining the reduced metals.

81. The method of claims 80 wherein the obtained metals are oxidized to obtain heat which is recovered.

82. The method of claim 81 wherein the recovered heat is utilized in the present method.

83. The method of claim 82 wherein the recovered heat is utilized in step (a) of the present method.

84. The method of claim 80 wherein the obtained metals are oxidized in order to obtain components which form the glass forming feed mix.

 

* * * * *