[发明专利]玻璃涂覆工艺和设备

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序所述的在玻璃基板上涂覆的工艺，且特别地涉及一种通过使用至少一种或多种液体原材料来涂覆玻璃基板的工艺，液体原材料基本在玻璃基板表面的至少一部分上或附近起反应以在其上形成涂层，该工艺包括以下步骤：a)加热该玻璃基板到至少大致涂覆温度；b)通过将该一种或多种液体材料转换成液体气溶胶和将该液体-气溶胶的至少一部分沉积到玻璃基板表面的所述部分上而在玻璃基板表面上形成涂层；c)重复步骤b)至少一次；以及，d)在多个步骤b)的至少一个之前加热该玻璃基板表面。本发明还涉及根据权利要求14的前序所述在玻璃基板上形成涂层的设备，且特别地涉及用于在玻璃基板上热解地形成涂层的设备，该设备包括：输送机装置，其用于沿着涂覆路径在下游方向输送玻璃基板；至少两个涂覆单元，其沿着涂覆路径连续地布置，用于将一种或多种液体材料转换成液体-气溶胶，且将该液体-气溶胶喷涂到玻璃基板上以在玻璃基板上形成涂层；玻璃基板加热装置，其用于在形成涂层之前加热该玻璃基板到大致至少玻璃基板的涂覆温度、退火温度；以及，一个或多个玻璃基板表面加热装置，其用于加热该玻璃基板表面。

背景技术

出于各种目的来制造涂层玻璃，选择该涂层以给予玻璃某些特定需要的性质。用于建筑和汽车玻璃的涂层的重要实例为那些被设计成相对于红外辐射减小涂层面的发射率的涂层(低发射涂层)，被设计成减小总太阳能透射的涂层和被设计成提供亲水性或自我清洁玻璃表面的涂层。对于光伏应用，具有透明导电氧化物(TCO)涂层的玻璃是很重要的。已知，例如，掺氟氧化锡(FTO)或掺铝氧化锌涂层良好地用于TCO和低发射涂层；氧化钛涂层，特别地具有锐钛矿晶体结构，用于自我清洁涂层；且铁-钴-铬基氧化物涂层用于近红外反射涂层。

玻璃上的涂层可被分成两种不同组，软涂层和硬涂层。软涂层通常通过溅射而涂覆且其对于玻璃表面的粘附性相当差。硬涂层通常具有良好的粘附性和高耐磨性，其通常通过热解方法来涂覆，诸如化学气相沉积(CVD)和喷雾热解。

在CVD中，涂层前体材料为气相且使得蒸气进入涂覆腔室且作为良好控制且均匀的流随着被涂覆的基板流动。涂层形成速率相当缓慢且因此该工艺通常在超过650℃的温度执行，因为涂层生长速率通常随着温度升高指数地增加。相当高的温度要求使得CVD工艺相当不适合于在浮法玻璃工艺之外进行玻璃涂覆操作，即，离线涂覆应用。

为了在低于大约650℃的温度形成厚涂层，通常厚度超过400nm的涂层，常规地使用喷涂设备来在基板上喷涂涂层前体液滴流。但常规喷雾热解系统具有许多缺点，诸如生成陡峭的热梯度，且具有涂层不均匀性和品质的问题。通过减小液滴大小可以实现该工艺的重要改进，如在本申请者的目前未公开的芬兰专利申请FI20071003和FI20080217中所述。

涂层形成工艺是表面温度的阿累尼乌斯型函数（Arrhenius-type function）且因此需要高玻璃表面温度来用于快速涂层增长速率。US5,124,180，BTU工程公司(BTU Engineering Corporation)，1992年6月23日，描述了一种用于在基板上产生基本无光雾（haze free）掺氟金属氧化物涂层的方法，该方法包括以下步骤：加热基板表面；使所述表面与蒸气接触，蒸气包括金属氧化物前体、含氧剂、含氟乙烯的掺杂剂；以及，使得所述蒸气热反应为含氟金属氧化物。该公开文献还描述了用于在基板上产生均匀金属氧化物薄膜涂层的设备。该设备包括加热器和输送机，加热器用于加热该基板到大约450℃与600℃之间，输送机将加热的基板输送到邻近喷射器头的反应区。因此，实际上，加热整个基板，不仅是基板表面。并未描述加热机制，但该公开文献的图1A示出放置于输送基板下方的加热器。

US4,917,717，Glaverbel，1990年4月17日，描述了一种在热玻璃基板的上面上热解形成金属化合物涂层的设备。该设备包括用于喷涂液体原材料的装置和用于向喷涂区供热的加热装置。加热涂覆腔室的喷涂区以使得涂层前体材料的部分在其到达基板之前蒸发以利用蒸发的涂层前体材料充注该区。

基于液体-气溶胶的涂层，即，前体材料包括气体和液滴的涂层，通常需要比基于蒸气的涂层更多的热，这归因于液体蒸发所需的能量。液滴较大，通常具有大约100微米直径的喷涂涂层，需要较多的蒸发能量使得喷涂涂层工艺通常不能应用于像浮法玻璃生产或玻璃回火的高速工艺中。