CN115176522A - 板状制品及其用途,以及包括该制品的家用电器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及适于微波屏蔽应用(如微波炉门或电子元件盖)的玻璃或玻璃陶瓷板的板状制品。本发明还涉及包括该板状制品的家用电器,以及这种板状制品的用途。
Description
技术领域
本发明涉及适于微波屏蔽应用(如微波炉门或电子元件盖)的玻璃或玻璃陶瓷板或带等板状制品。本发明还涉及包括板状制品的家用电器,以及这种板状制品的用途。
背景技术
用于屏蔽微波辐射的板状制品,如微波炉门,通常包括透明玻璃板以及与玻璃板相邻布置的金属网。然而,这样的金属网妨碍了透过玻璃板的视野。
为了透过炉门提供清晰的视野,同时提供足够的微波屏蔽,人们提出了不同的解决方案。
现有技术提出的解决方案的微波屏蔽层由金属网或涂层组成,所述涂层包括例如铟锡氧化物(ITO)细颗粒、锑掺杂的氧化锡(ATO)细颗粒、铝掺杂的氧化锌细颗粒、或者Ag、Cu、不锈钢、Ni、Cr、Ti、Au、碳纳米管(CNT)中的材料。
例如,美国专利2920174教导了金属薄膜反射微波辐射同时传输光辐射的问题。该专利还教导了可以通过将基底构件的相对表面金属化来增加金属薄膜的有效厚度。不幸的是,该专利并未教导使用廉价的市售材料的微波炉窗。
美国专利5981927教导了将吸收膜与金属丝网一起使用。对金属丝网的要求并不能令人满意地解决镀膜玻璃板的透明度问题。
US8502125B2涉及一种玻璃上带有孔的透明导电金属涂层。炉门包括至少一个由介电材料制成的透明门板和至少部分包围透明门板的金属镀层。该涂层的功能类似于金属网。没有给出金属涂层的组成。金属网为具有许多孔的丝网,这些孔的直径小于微波辐射的波长,以防止微波辐射传输至微波炉外部。根据US8502125B2的涂层包括导电金属,该导电金属形成在透明衬底上并且具有多个直径小于微波波长的孔。而不透明金属涂层中的这些孔允许透过炉门看到炉腔,同时金属镀层赋予炉门微波屏蔽的作用。
US3304401A公开了一种层压式透明微波炉门闭合件,其中穿孔金属芯的内表面由透明的无孔层覆盖,外表面由塑料、Pyrex玻璃或类似材料的透明的无孔层覆盖。然而,这样的穿孔金属芯似乎不符合例如美国1968年《健康与安全辐射控制法(Radiation Controlfor Health and Safety Act)》的行政执行条例中规定的电磁能泄漏标准。
迄今为止,所提议的解决方案均没有能够解决确保充分屏蔽微波和/或充分反射电磁辐射同时又能通过板状制品提供清晰的视野的问题。此外,所提出的解决方案需要相当昂贵的生产过程。
发明内容
因此,本发明的目的是提供用于微波屏蔽应用的板状制品,如用于微波炉的门或窗或作为照明设备的玻璃盖,其至少部分地克服了现有技术的问题。
本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决。特殊和优选实施例是从属权利要求和本申请进一步公开的主题。
本发明涉及一种板状制品,其包括板状衬底和可选地设置在所述衬底的至少一部分的至少一个主表面上的层,其中所述衬底包括玻璃或玻璃陶瓷材料;并且在包括衬底和可选的层的所述板状制品的一部分中,所述板状制品在1.5μm至10μm的波长范围内对电磁辐射的反射率为约至少10%,即此波长范围内的光谱反射率在整个波长范围内为至少10%,并且微波泄漏小于约80mW/cm2,优选为小于50mW/cm2,更优选为小于10mW/cm2,最优选为小于5mW/cm2。
根据实施例,微波泄漏可以小于约70mW/cm2。根据实施例,微波泄漏可以小于约60mW/cm2。根据实施例,微波泄漏可以小于约50mW/cm2。根据实施例,微波泄漏可以小于约40mW/cm2。根据实施例,微波泄漏可以小于约30mW/cm2。根据实施例,微波泄漏可以小于约20mW/cm2。根据实施例,微波泄漏可以大于约10mW/cm2并且小于约80mW/cm2,例如,不超过70mW/cm2,或不超过60mW/cm2,或不超过50mW/cm2,或不超过40mW/cm2,或不超过30mW/cm2,或不超过20mW/cm2。
在本发明的范围内,微波泄漏是在根据或基于澳大利亚标准ASNZS60335.2.25和AS/NZS3760进行的测试中测定的。微波泄漏是针对大约2.45GHz频率测定的,对应的波长为12.24cm。测试使用标准的微波泄漏探测器进行,射频(RF)功率感应范围设置在0mW/cm2与100mW/cm2之间。然而,射频(RF)功率感应范围也可以设置在0mW/cm2与80mW/cm2之间,或0mW/cm2与50mW/cm2之间,或0mW/cm2与10mW/cm2之间,这取决于板状制品的微波泄漏特性。也就是说,如果能实现非常好的微波泄漏,则可以将射频(RF)功率感应范围设置为较小的范围,例如,在0mW/cm2与10mW/cm2之间。分辨率为0.1mW/cm2。具有圆偏振的平面波的标定精度为±1dB。对阶跃输入的响应时间小于1秒。在第一步中清除存储的信息之后,将垫片连接于探测器,以确保正确的测量距离(在这种情况下,距离待测试的板状制品的外表面5cm)。进一步调整探测器,以提供最高读数,并将其记录下来。然后,将一杯水,即大约275ml水,放置在配备有门的微波炉内,该门包括根据本发明实施例的板状制品。关上门后,以800瓦的功率启动微波炉。在微波炉运行时,微波泄漏探测器沿着门透明部分的边缘、密封件和外表面运行,以检测是否有任何泄漏。这将使得测量值出现在探测器的数字显示屏上。这些值需要低于5mW/cm2才能通过澳大利亚标准。
本发明的实施例可以在至少800瓦功率下实现小于约80mW/cm2,优选为小于50mW/cm2,更优选为小于10mW/cm2,最优选为小于5mW/cm2的微波泄漏。发明人认为这些微波泄漏值也可以在更高瓦数下实现,例如1200瓦,或2000瓦,或甚至3000瓦。
优选地,就一切情况而论,微波泄漏是在至少800瓦功率下测定的。发明人认为,上述微波泄漏可以在至少800瓦与至多3000瓦之间的瓦数范围内实现,或者在至少800瓦与2000瓦之间的范围内实现,或者在至少800瓦与1000瓦之间的范围内实现。
此外,在本发明的范围内,Surface Optics Corporation的积分球设备ET100已用于在20°和60°两个入射角下,测量板状制品在1.5μm至10μm波长范围内的5个反射波段的对电磁辐射的反射率。波长过滤探测器测量每个波段中反射的不可见红外辐射总量。在本发明的范围内,术语“红外反射”和“红外反射率”被用作同义词。此外,优选地,红外反射(或红外反射率)表示为在1.5μm至10μm的电磁辐射波长范围内。
在测量过程中,积分球直接压在待测量表面上。
根据本发明的板状制品提供了几个优点。
例如,板状制品可用作微波炉的透明观察窗,特别是用于微波泄漏小于10mW/cm2,优选为小于5mW/cm2的实施例的微波炉的透明观察窗,其具有与燃气炉的传统观察窗相似的观察质量。
另一个优点是,这种制品可以用作光扩散器,例如作为微波炉门的一部分,以提供均匀的微波炉腔室照明,而没有使用传统金属网时在微波炉内部出现的阴影,或者例如用来覆盖通常照亮微波炉内部的照明单元。
此外,这种板状制品也可以用作一个或多个LED的罩。例如,在现有微波炉中,灯泡被LED所取代。然而,这些LED可能会损坏,需要保护其免受80mW/cm2以上的微波辐射。在这种情况下,可以将本发明的制品在用于覆盖LED时的微波泄漏要求设定为低于该制品用于微波炉门时的微波泄漏要求。当用作LED保护时,制品的微波泄漏可以小于80mW/cm2,优选为小于50mW/cm2,更优选为小于10mW/cm2,最优选为小于5mW/cm2,然而,非常令人惊讶的是,已经发现,在900瓦微波功率下,5分钟内,设置为小于80mW/cm2,优选为小于50mW/cm2的微波泄漏已经足以避免影响LED功能。在不同情况下,优选地,微波泄漏是在至少800瓦功率下测定的。
介电玻璃或玻璃陶瓷衬底,即具有高介电常数和/或低介电损耗的玻璃或玻璃陶瓷衬底,可用于防止许多高功率应用(例如商业或工业微波炉)中的微波泄漏。在本发明的范围内,具有高介电常数和/或低介电损耗的玻璃或玻璃陶瓷材料被理解为指在1GHz频率下的介电常数εr为至少约15并且优选为至多约910,更优选为至少约15并小于约150,和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ为至多约0.0075,并且优选至少约0.0024且至多约0.0075的玻璃或玻璃陶瓷材料。例如,玻璃或玻璃陶瓷材料可以以衬底的形式存在,或以一个或多个颗粒的形式存在,或以层的形式存在,或以熔剂(flux)的形式存在。
对于介电玻璃衬底、介电熔剂、介电颗粒和包含介电玻璃熔剂和/或介电颗粒的介电层的合适组分可以基本相同。也就是说,根据本发明,介电玻璃或玻璃陶瓷材料至少有三种不同的使用方式,即作为衬底和/或熔剂和/或作为颗粒。
此外,所述板状制品可用作电磁屏蔽,特别是用于微波屏蔽,以防止敏感区域中的干扰,或创建区域以阻止微波辐射进入或离开受保护区域。例如,这种屏蔽可以用于避免例如在需要***或岩石或其它聚集体的建筑区域中所使用的***设备的意外触发。
根据实施例,该层存在,并且为连续层。在本发明的范围内,如果层不包含任何孔和/或凹槽,而是连续地应用于该层所覆盖的衬底部分,则该层被理解为连续的。
根据实施例,该层是存在的,并且为基本透明的未着色层。在本发明的范围内,如果层具有中性颜色,则该层被视为未着色层。中性颜色可以由颜色坐标a*、b*定义,其中-2<a*<2且-2<b*<2,其中a*、b*是L*a*b*颜色空间中的颜色坐标。这里,L*是从黑色(0)到白色(100)的亮度,a*是从绿色到红色,其中正值表示红色,负值表示绿色,0表示中性;b*是从蓝色到黄色,其中正值表示黄色,负值表示蓝色,0表示中性。
根据另一个实施例,板状衬底包括基本透明、未着色的玻璃或玻璃陶瓷材料。如果要实现透过板状制品的基本清晰、无障碍的视野,则优选该实施例。根据优选实施例,基本透明的未着色层可以与基本透明的未着色衬底相结合。通过这种方式,可以实现透过板状制品的基本清晰、无障碍的视野。
根据另一个实施例,该层是存在的,并且为未着色涂层,从而,在制品的无层部分(如果存在这样的无层部分)中的制品颜色与包括衬底和该层的部分中的制品颜色之间的色差ΔE小于10,优选为小于5,更优选为小于3,其中ΔE是CIEL*a*b*色彩空间中的色差,由以下公式给出:
这里,下标“l”表示制品中包括层的部分的颜色坐标,下标“a”表示制品中无层部分的颜色坐标。颜色坐标可以用柯尼卡美能达(Konica Minolta)的CM-700d分光光度计测量。包括衬底和层的制品部分的颜色测量是在所述层位于玻璃或玻璃陶瓷制品最靠近测量设备的一侧时进行的。此外,如果衬底包括未着色的、基本透明的材料,则在白色背景下进行颜色测量。在没有无层部分的情况下,为了计算ΔE值,可以使用未涂覆的衬底来获得颜色坐标,以代替无层颜色坐标。
在本发明的范围内,“玻璃”被理解为是指通过熔融工艺获得的无定形材料。
在本发明的范围内,“主表面”是指共同构成玻璃或玻璃陶瓷制品整体表面区域的大部分的板状制品的表面。也就是说,根据实施例的板状制品可以呈板状,例如玻璃板或灶台面板或微波炉窗。则主表面为玻璃板或灶台面板的顶面和底面,或者为微波炉窗垂直安装在微波炉中时的前侧和后侧。
“玻璃陶瓷”被理解为是指通过对前体玻璃材料进行热处理而获得的材料,该热处理通常包括在第一段时间内在第一段温度下产生小微晶,小微晶随后在第二段时间内在第二段温度下生长。生产玻璃陶瓷的受控结晶过程为本领域技术人员所熟知。
在本发明的范围内,术语“金属”是指至少在其主体区域内至少以金属键为主的材料,这与命名为“准金属”或“非金属”的元素和/或材料形成对比。金属可以被称为至少以金属键为主的金属元素或化合物。这种化合物也可以表示为合金或金属合金。
在本发明的上下文中,如果元素在笛卡儿坐标系的第一个空间方向上的尺寸比在笛卡儿坐标系的另外两个空间方向上的尺寸小至少一个数量级,则认为该成形体是板状的。换句话说,板状体的厚度比其宽度和长度小至少一个数量级。包括板状衬底的板状制品的示例(其中板状衬底包含玻璃或玻璃陶瓷材料)为例如玻璃或玻璃陶瓷片或带。板状体可以是平坦的,也可以是弯曲的,例如,弯曲的或曲面的玻璃板。
根据实施例,板状制品和/或衬底具有约1mm至约8mm的厚度。根据实施例,板状制品和/或衬底的厚度为约1mm。根据实施例,板状制品和/或衬底的厚度为约2mm。根据实施例,板状制品和/或衬底的厚度为约3mm。根据实施例,板状制品和/或衬底的厚度为约4mm。根据实施例,板状制品和/或衬底的厚度为约5mm。根据实施例,板状制品和/或衬底的厚度为约6mm。根据实施例,板状制品和/或衬底的厚度为约7mm。根据实施例,板状制品和/或衬底的厚度为约8mm。
根据实施例,在包括衬底和可选的层的板状制品的部分中,对于制品和/或衬底的厚度为约3mm至约4mm,板状制品在380nm至780nm的波长范围内对电磁辐射的透射率(即,透光率)为至少约10%。根据优选实施例,对于厚度在约3mm至约4mm的制品和/或衬底,在板状制品的该部分中,波长范围为380nm至780nm的对电磁辐射的透光率可以为至少约10%,或至少约30%,或甚至最高达至少约70%或甚至至少约80%。
在本发明的意义上,透光率(或可见光透射率)被理解为如DIN EN 410中定义的透光率。透光率是针对380nm至780nm的波长范围测定的。
在此,透光率的测定方法如下所述。将待测样品(本例中指包括衬底和可选的层的制品)放置在积分球或乌布利希(Ulbricht)球的外部,与球的入口相距预定距离,从而产生2°孔径角。然后根据标准光源D65用光照射所述部分(本例中指制品的包括衬底和可选层的部分)。透光率也可以表示为CIE颜色***中的Y值,用标准光C以2°角测量。所使用的光对应于色温为6800K的白光,因此代表日光。在本发明的范围内,使用测量设备Hazeguard n1279基于或根据ASTMD1003和ISO13468测定雾度和可见光透射率。
根据实施例,在板状制品的包括衬底和层(若存在)的部分中,板状制品的电阻率小于50欧姆/cm2,优选小于30欧姆/cm2。
根据实施例,板状制品的热稳定性为至少450℃并且优选为至多620℃。在本发明的范围内,当制品达到某一给定温度或在该温度下,如果其物理性质仅在预定范围内发生变化,则该制品被认为在达到该温度或在该温度下是热稳定的。在高于620℃的温度下,可能会发生形状和/或结构的不可逆变化,如制品和/或制品所包含的组分的熔融和/或变形和/或扭曲,或者裂纹形成和/或变色。这种形状和/或结构的变化在视觉检查中可能无法检测到,但仍可能导致物理特性(如电阻率)的可检测的变化。已经发现,在高于620℃的温度下,玻璃会发生变形。如果存在层,则该层也可能发生不期望的变化。此外,在高于620℃时,电导率会有所损失,从而改变电阻率,进而改变介电性能。
根据实施例,在包括衬底和层(如果存在)的部分中,制品在1GHz频率下的介电常数εr大于约15。根据实施例,在1GHz频率下,介电常数εr可以为至少约15且小于约910,优选为至少约15且小于约150。
根据实施例,在包括衬底和层(如果存在)的部分中,制品在1GHz频率下的介电损耗tanδ小于约0.0075。根据实施例,在1GHz频率下,介电损耗tanδ大于约0.0024且小于0.0075。
根据另一实施例,对于厚度为约4mm的板状制品和/衬底,在包括衬底和层(如果存在)的部分中,制品的雾度小于150,优选小于100,更优选小于1.8。
第一方面
根据本发明的第一方面,衬底包括玻璃或玻璃陶瓷材料,所述玻璃或玻璃陶瓷材料在1GHz频率下的介电常数εr大于15,和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ小于0.0075。根据实施例,在1GHz频率下的介电常数εr可以大于15且小于约910,优选为大于15且小于约150。根据实施例,在1GHz频率下的介电损耗tanδ大于约0.0024且小于约0.0075。在这种情况下,衬底本身在1.5μm至10μm的波长范围内对电磁辐射的反射率为至少约10%,和/或微波泄漏小于80mW/cm2,优选为小于50mW/cm2,更优选为小于10mW/cm2,最优选为小于5mW/cm2。优选地,微波泄漏是在至少800瓦功率下测定的。此外,对于厚度在至少1mm与至多8mm之间的衬底和/或制品,可以实现该微波泄漏。由于不需要将任何层应用于衬底,因此该实施例在以制品的高透明度为目标的情况下是优选的。这种实施例的另一个优点是,在这种情况下,制品可以配置为仅显示非常小的雾度,例如,对于厚度为约4mm的制品,雾度小于1.8。此外,根据本发明的这一方面,该制品可以包括本发明的层或仅作为安全措施的常规层(如果需要用于检测玻璃破损的安全电路)。根据优选实施例,该制品可以是无层的。如果需要高透光率,则这样的实施例可以是优选的。优选地,这样的制品可以用作微波照明设备的玻璃盖以及腔体观察窗,例如,包括观察窗的微波炉门。在这种情况下,安全电路可以在没有层的情况下实现,以便检测玻璃破损,并且在早期检测到可能的破损时,将使磁控管断电。
根据第一方面,优选地,衬底的厚度为至少4mm。
下表给出了用于介电衬底的玻璃材料的合适组成范围,基于氧化物按重量百分比计:
表1
组分 | 范围wt% | |
Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 5~50 | 优选为9~40 |
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~45 | 优选为12~45 |
Li<sub>2</sub>O | 0~4 | |
Na<sub>2</sub>O | 0~4 | |
BaO | 0~30 | 优选为17~25 |
ZnO | 0~5 | |
TiO<sub>2</sub> | 0~15 | |
ZrO<sub>2</sub> | 0~10 | |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~15 | |
Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~15 | |
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~5 | |
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~15 | |
GeO<sub>2</sub> | 0~7 | |
Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~7 | |
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~小于1 |
下表给出了用于介电衬底的合适玻璃材料的示例组成,基于氧化物按重量百分比计:
表2
1 | 2 | |
组分 | Wt% | Wt% |
SiO<sub>2</sub> | 6.5 | |
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 37 | |
K<sub>2</sub>O | 2.4 | |
Na<sub>2</sub>O | ||
BaO | 17 | |
SrO | ||
ZnO | 0.4 | |
TiO<sub>2</sub> | 3.9 | 10.5 |
ZrO<sub>2</sub> | 6.4 | |
Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 39.3 | 9.5 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 5.1 | |
Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 7.6 | |
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.5 | |
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 48.0 | |
GeO<sub>2</sub> | 0.5 | |
Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 6.0 | |
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.4 | |
性质 | ||
软化温度EW(10<sup>7.6</sup>dpas) | 806℃ | 861℃ |
热膨胀系数(CTE)α<sub>(20-300)</sub> | 6.8*10<sup>-6</sup>/K | 8.5*10<sup>-6</sup>/K |
密度,g/cm<sup>3</sup> | 4.0 | 5.41 |
折射率,n<sub>d</sub> | 1.92 | 2.022 |
介电常数,ε<sub>r</sub> | 21.2@1GHz | 19.9@1GHz |
介电损耗,tanδ | 0.0028@1GHz | 0.0042@1GHz |
雾度 | 小于1.8 | 小于1.8 |
衬底的选定性质已在上表中列出。针对所示的雾度值,衬底厚度为4mm时所测得的雾度值为1.76,衬底厚度为1mm时所测得的雾度值为1.19。
根据表2的组成,对于4mm的衬底厚度,可以实现小于80mW/cm2(例如30~50mW/cm2)的微波泄漏。相比之下,厚度为4mm的标准钠钙玻璃衬底导致超过100mW/cm2的微波泄漏。优选地,微波泄漏是在至少800瓦功率下测定的。
合适的玻璃或玻璃陶瓷材料的其他组成范围在下表中给出(基于氧化物按重量百分比计)。
表3
组分 | 范围,wt% |
SiO<sub>2</sub> | 0~30 |
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~50 |
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O | 0~15 |
BaO+SrO+CaO+MgO | 0~80,优选为16~40 |
ZnO | 0~35 |
TiO<sub>2</sub> | 0~85,优选为3~39 |
ZrO<sub>2</sub> | 0~75 |
Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~60 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
GeO<sub>2</sub> | 0~15 |
Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~60 |
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~5 |
WO<sub>3</sub> | 0~15 |
Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~25 |
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~小于1 |
SnO<sub>2</sub> | 0~小于1 |
F | 0~小于2 |
表4
组分 | 范围,wt% |
SiO<sub>2</sub> | 0~50,优选为0~30 |
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~50 |
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O | 0~15 |
BaO+SrO+CaO+MgO | 0~30,优选为0~18 |
ZnO | 0~5 |
TiO<sub>2</sub> | 3~17 |
ZrO<sub>2</sub> | 0~8 |
Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 8~60,优选为8~40 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
GeO<sub>2</sub> | 0~15 |
Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~60,优选为0~48 |
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~5 |
WO<sub>3</sub> | 0~15 |
Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~25 |
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 小于1 |
SnO<sub>2</sub> | 小于1 |
F | 小于2 |
根据本发明的第一方面,具有所需介电性质的玻璃或玻璃陶瓷用作衬底材料。合适的玻璃或玻璃陶瓷材料在1GHz频率下的介电常数εr为至少约15,或约15至约910、优选为约15至小于150,和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ为至多约0.0075或约0.0024至约0.0075。在本发明的范围内,具有这些性质的材料也可以称为介电材料。也就是说,在本发明的范围内,这种玻璃或玻璃陶瓷也可以称为介电玻璃或玻璃陶瓷。
如果使用这种玻璃或玻璃陶瓷衬底,由于这些介电性质,在1.5μm至10μm的波长范围内对电磁辐射的反射率为至少约10%,和/或微波泄漏为小于80mW/cm2、优选为小于50mW/cm2、更优选为小于10mW/cm2、最优选为小于5mW/cm2。也就是说,如果使用这种玻璃或玻璃陶瓷衬底,则不需要微波屏蔽涂层。如果使用不具有任何层的玻璃或玻璃陶瓷衬底,则可以进一步考虑使用厚度大于4mm,例如6mm或8mm的更厚的衬底。优选地,微波泄漏在至少800瓦的功率下测定。此外,对于厚度在至少4mm且至多8mm的衬底和/或制品,可以优选实现这种微波泄漏。
如果存在层,例如用于安全电路时,所述层可以是金属层,所述层的厚度可以优选为5nm至50nm。根据实施例,所述层的厚度可以为5nm至30nm。根据另一个实施例,所述层可以为纳米晶体,即包括尺寸为5nm至50nm的晶体。如果金属层的层厚度小于5nm,则可能会导致层材料的分布不均匀,即,例如金属材料的小簇可能会聚集在衬底的主表面的某些部分,而所述主表面的其他部分可能是无簇的,因此是无层的。这种不均匀的分布可能在各个簇中产生很高的微波能的吸收,并进而形成热点,最终导致很高的微波泄漏。但是,为了实现板状制品的高的视觉透明度,层厚度也不应过大。
所述金属层可以包括下列组分(按重量百分比给出)。
表5
组分 | 范围,wt% |
Ni | 0~90 |
Cr | 1~98,优选为1~90 |
Fe | 0~50 |
C | 大于0,优选小于或等于1.2 |
Ti | 0~2.1 |
Mo | 0~5 |
Au | 0~5 |
Cu | 0~10.5 |
碳是一种不可避免的污染物,而并非是有意添加到层中的成分。
合适的金属层的组成在下表中给出(按重量百分比计)。
表6
换句话说,所述金属层可以理解为是金属合金层。在这种情况下,金属合金包括至少1wt%的金属铬。
金属合金层可以更优于包含单一金属的层,这是因为金属合金层可以显示出更好的等离子体效应。
如果所述层是存在的且为金属层,则所述金属层可以为包括至少1wt%的铬的涂层。这对于实现在380nm至780nm的波长范围内对电磁辐射的透射率的改进,即透光率的改进可能是必要的。此外,已发现这种金属层制品的微波泄漏很低,即低于5mW/cm2。但是,金属层的铬含量过高可导致制品的透光率相当低,例如低于5%。因此,所述涂层可以包括至多98wt%的铬、优选为至多90wt%的铬。
根据另一个实施例,所述层是存在的并包括透明导电氧化物(TCO)。
在本发明的范围内,透明导电氧化物被理解为是指半导体氧化物。当以薄膜的形式施加时,半导体氧化物显示出最高至或甚至高于80%的高透光率值。透明导电氧化物材料(或TCO材料)包括,但不限于锡氧化物,尤其是掺杂的锡氧化物,例如掺杂铟的氧化锡;或锌氧化物,尤其是掺杂的锌氧化物。
优选地,透明导电氧化物包括SnO2。根据一个实施例,SnO2可以是透明导电氧化物的主要组分。根据另一个实施例,TCO可以包括掺杂的SnO2。在掺杂材料,例如掺杂的SnO2中,主要组分不必以其化学计量的形式存在,并且可以通过在分子式中将化学计量指数“2”替换为“x”来表示。如果在本发明的范围内提及掺杂化合物,例如掺杂的SnO2,则应理解为在化学计量化合物的结构中,至少一种掺杂剂材料(如Sb和/或Ni)替代其中一个主要组分,如Sn。如果掺杂材料为结晶材料,则晶格中会掺杂一种或几种掺杂剂。掺杂有元素“Z”的SnO2通常写为Z-SnO2或Z-SnOx或SnO2:Z或SnOx:Z。合适的掺杂剂包括,但不限于卤素、准金属和过渡金属和后过渡金属以及其任意组合,例如In、Ge、F、Cl和I。包含掺杂的SnO2的透明导电氧化物材料的合适的组成范围在下表中给出。
表7
组分 | 范围,wt% |
SnO<sub>x</sub> | 90~99 |
F | 0~10,优选为1~10 |
SbO<sub>y</sub> | 0~10,优选为1~10 |
NiO<sub>z</sub> | 0~10,优选为1~10 |
CuO<sub>a</sub> | 0~10,优选为1~10 |
这里,组分CuOa、SnOx、SbOy和NiOz中的下标“a”、“x”、“y”和“z”表示在各自的透明导电氧化物中,氧化物不必以其化学计量的形式存在,而氧化物的整体结构,例如晶体结构至少保持基本不变。在化合物SnO2的结构中,元素Cu、Sb和Ni替代Sn,而F可替代O。这些组分以混合价存在。例如,可以注意到,在掺杂的SnO2的情况下,通常不是所有的Sn都具有化合价(+IV)。因此,不能分别给出下标a、x、y和z的确切数值。通常,掺杂剂水平为至少约1wt%至不超过约2wt%。但是,如果掺杂剂水平超过2wt%并且可能最高达到10wt%,也可以得到好的结果。
包含SnO2作为主要组分的透明导电氧化物层的合适的组成在下表中给出(按重量百分比计)。
表8
如果制品包括TCO层,则所述层可以提供小于约1,000欧姆/cm2的低电阻率。这样的层仅在所施加的场下才显示导电性,这使其成为安全电路的理想选择。可以优选地通过常压化学气相沉积(APCVD)施加包括TCO材料(尤其是包括SnO2)的层。包括TCO的层可以用作微波设备(例如微波炉等家用电器)的安全电路的一部分。这种安全电路与所述设备的整体安全开关相串联,并且可以用于检测玻璃是否破裂。这样,所述TCO层可以以非常薄的层的形式提供,如果将其作为在玻璃衬底上不提供微波屏蔽特性的单层,则所述TCO层的微波泄漏高于10mW/cm2。但是,如果这种非常薄的包括TCO的层与金属层结合,则包括TCO的层的不充分的微波屏蔽特性不会影响由金属层或介电玻璃或玻璃陶瓷衬底实现的初级泄漏阻断。
优选地,通过例如APCVD等热解工艺来施加包括透明导电氧化物材料的层。在本发明的范围内,热解工艺被理解为涉及前体材料在升温下的反应的热涂覆工艺。这样,可以获得热施加(或热解)涂层。这些涂层通常是化学键合到衬底上的硬涂层,相比之下,软涂层至少主要形成机械键。
可以优选的是,所述制品包括两层,其中一层为金属层,另一层包括透明导电氧化物。
根据一个实施例,制品包括衬底和层,所述层包括玻璃或玻璃陶瓷材料,所述玻璃或玻璃陶瓷材料在1GHz频率下的介电常数εr为大于约15且优选小于约910、更优选为至少约15且小于约150,和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ为小于约0.0075、优选为大于约0.0024且小于约0.0075。那样,所述层被配置成使其也表现出微波屏蔽特性。
如果要实现制品的高的热稳定性,则特别优选这个实施例。因为在这种情况下,可以使用具有高玻璃转变温度和/或低热膨胀系数的衬底材料。本实施例的另一个优点在于,根据本实施例,所述层可以被配置为玻璃基层或釉层,这允许使用合适的生产工艺,例如丝网印刷。这种印刷工艺仅将层施加到板状衬底的其中一个主表面的选定部分上而无需进一步的掩膜工艺或设备。
第二方面
根据本发明的第二方面,制品包括介电或非介电衬底和层,所述层包括玻璃或玻璃陶瓷材料,其中所述层优选为非介电玻璃熔剂层,其包括介电颗粒、优选为介电玻璃颗粒。在本实施例中,可以通过玻璃熔剂层中存在的介电颗粒提供所需性质,因此衬底或玻璃熔剂层的其余部分(当在没有介电颗粒的情况下测量时)不必具有介电性质。换句话说,衬底和玻璃熔剂层(当在没有介电颗粒的情况下测量时)可以具有小于约15的介电常数εr和/或大于约0.0075的介电损耗tanδ。在本发明的范围内,这种玻璃材料将被称为非介电玻璃材料,例如非介电玻璃熔剂或非介电玻璃衬底。
进一步地,根据所述第二方面,介电玻璃或玻璃陶瓷材料将被理解为具有高介电常数和/或低介电损耗的玻璃或玻璃陶瓷材料,特别是玻璃或玻璃陶瓷颗粒,其被理解为是指玻璃或玻璃陶瓷材料,例如玻璃或玻璃陶瓷或介电颗粒,其在1GHz频率下的介电常数εr为至少约15且优选为至多约910、更优选为小于150,和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ为至多约0.0075、优选为至少约0.0024。
根据所述第二方面,如果不存在其他层,则包括玻璃或玻璃陶瓷材料的层必须具有至少4mm、优选大于4mm的高的层厚度。可以通过丝网印刷或通过辊涂来实现包括玻璃或玻璃陶瓷材料的层的这种高的层厚度。然而,在单一的丝网印刷工艺中不能施加这种高厚度的单层,因此必须通过几个连续的印刷步骤才能获得这种高厚度,可以在单一工艺步骤中通过辊涂来获得4mm或更高的厚度。但是,根据一个实施例,包括介电玻璃或玻璃陶瓷材料的层可以在辊涂工艺中施加,其中包进行几个连续的辊涂步骤。
进一步地,在施加所述层或连续施加的层后,可以完成表面抛光,其优选在烧制后完成表面抛光。
根据一个实施例,所述层包括非介电熔剂和介电颗粒。
根据本发明的第二方面,所述层可以包括具有介电玻璃颗粒的非介电玻璃熔剂,其中所述非介电玻璃熔剂可以包括下列组分(基于氧化物按重量百分比计)。
表9
组分 | 范围,wt% |
SiO<sub>2</sub> | 20~70 |
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~30 |
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O | 0~30,优选为3~25 |
MgO+CaO+SrO+BaO | 0~25,优选为0~15 |
ZnO | 0~35 |
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub> | 0~10 |
Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~65 |
F | 0~3 |
Cl | 小于0.5 |
Re<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(Re=La<sup>3+</sup>,Ce<sup>3+</sup>,Y<sup>3+</sup>) | 小于0.5 |
SnO<sub>2</sub> | 小于0.5 |
SO<sub>3</sub> | 小于0.5 |
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 小于0.5 |
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 小于0.5 |
在这种情况下,非介电玻璃熔剂被配置为不赋予电磁辐射反射率或防止微波泄漏的特性。但是,在一些实施例中,所述层可以包括其他玻璃组分,例如玻璃颗粒,其中所述玻璃颗粒在1GHz频率下的介电常数εr为大于约15且优选为小于约910、更优选为至少约15且小于约150,和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ为小于约0.0075、优选为大于约0.0024且小于约0.0075。可以优选这样的实施例,因为根据本实施例可以选择非介电玻璃熔剂以提供特定的软化温度或与给定衬底的热膨胀系数(CTE)非常匹配的CTE,并且介电颗粒可以提供本发明的电磁辐射反射和防止微波泄漏的特性。
根据如上给出的组成范围,玻璃熔剂材料的软化温度(所述软化温度是玻璃粘度为107.6dPas时的温度)可以为约540℃至约760℃。密度可以低至2.3g/cm3或高至5g/cm3。CTE可以在约4.0×10-6/K至约11×10-6/K的范围内。因此,获得的制品和/或涂层(或层)的雾度可在较大范围内变化,但通常为低于150的值,优选为低于100。
根据本实施例,非介电玻璃熔剂的合适的组成(基于氧化物以重量百分比给出)以及所选的性质在下表中给出。
表10
介电玻璃颗粒可以包括玻璃颗粒,所述玻璃颗粒在1GHz频率下的介电常数εr为大于约15且优选为小于约910、更优选为至少约15且小于约150,和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ为至少约0.0075、优选为大于约0.0024且小于约0.0075。
优选地,在这种情况下,玻璃或玻璃陶瓷颗粒可以包括下列组分(基于氧化物以重量百分比给出)。
表11
组分 | 范围,wt% |
SiO<sub>2</sub> | 0~30 |
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~50 |
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O | 0~15 |
BaO+SrO+CaO+MgO | 0~80,优选为16~40 |
ZnO | 0~35 |
TiO<sub>2</sub> | 0~85,优选为3~39 |
ZrO<sub>2</sub> | 0~75 |
Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~60 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
GeO<sub>2</sub> | 0~15 |
Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~60 |
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~5 |
WO<sub>3</sub> | 0~15 |
Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~25 |
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~小于1 |
SnO<sub>2</sub> | 0~小于1 |
F | 0~小于2 |
玻璃或玻璃陶瓷颗粒的另一个组成范围在下表中给出(基于氧化物以重量百分比计)。
表12
组分 | 范围,wt% |
SiO<sub>2</sub> | 0~50,优选为0~30 |
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~50 |
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O | 0~15 |
BaO+SrO+CaO+MgO | 0~30,优选为0~18 |
ZnO | 0~5 |
TiO<sub>2</sub> | 3~17 |
ZrO<sub>2</sub> | 0~8 |
Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 8~60,优选为8~40 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
GeO<sub>2</sub> | 0~15 |
Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~60,优选为0~48 |
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~5 |
WO<sub>3</sub> | 0~15 |
Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~25 |
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 小于1 |
SnO<sub>2</sub> | 小于1 |
F | 小于2 |
根据如上给出的组成范围,玻璃材料的软化温度(即,玻璃粘度为107.6dPas时的温度)可以为约540℃至约760℃。密度可以低至2.3g/cm3或高至5g/cm3。CTE可以在约4.0×10-6/K至约10×10-6/K的范围内。因此,获得的制品和/或涂层的雾度可在较大范围内变化,但通常为低于150的值。玻璃或玻璃陶瓷在1GHz频率下的介电常数εr为大于约15,而在1GHz频率下的介电损耗tanδ为小于0.0075、优选为至少约0.0024且至多约0.0075。
介电玻璃衬底、介电熔剂和介电颗粒的合适组成(基于氧化物以重量百分比给出)以及介电玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷的所选的性质在下表中列出。
表13
优选地,根据本发明的所有方面的制品可以包括其他层,其中所述其他层为金属层。所述其他层可以布置在衬底和第一层之间,从而形成基础涂层;或者所述其他层可以布置在第一层的顶部用作顶涂层。这样,所述其他层可以被配置为例如在制品用于微波炉的情况下提供安全电路。合适的金属层或金属合金层的组成范围在表5中列出。金属或金属层的示例在表6中列出。
所述其他层还可以被配置为包括上述的透明导电氧化物。
进一步地,根据本发明的所有方面的制品还可以包括若干其他层。
如果存在其他层,则包括玻璃或玻璃陶瓷材料的层的厚度可以小于4mm。
第三方面
根据本发明的第三方面,制品包括层和介电或非介电衬底,所述层包括玻璃或玻璃陶瓷材料,其中所述层为可以包括颗粒的介电玻璃熔剂层。根据一个实施例,所述层可以包括非介电颗粒。在本实施例中,可以通过介电玻璃熔剂层提供所需性质,例如所需的介电性质,因此衬底或玻璃熔剂层中可选地存在的颗粒不必具有介电性质。换句话说,衬底或玻璃熔剂层中可选存在的颗粒可以具有小于约15的介电常数εr和/或大于约0.0075的介电损耗tanδ。根据一个实施例,所述层可以包括介电颗粒。根据一个实施例,所述熔剂可以为部分结晶的熔剂,使得在烧制后,所述层可以包括由玻璃熔剂的部分结晶产生的晶粒。根据一个实施例,所述层可以为“仅熔剂”层,即,仅将玻璃或玻璃陶瓷熔剂材料施加到衬底并随后烧制。
进一步地,根据所述第三方面,介电玻璃或玻璃陶瓷材料将被理解为具有高的介电常数和/或低的介电损耗的玻璃或玻璃陶瓷材料,特别是玻璃或玻璃陶瓷颗粒,或者玻璃或玻璃陶瓷熔剂,其被理解为是指玻璃或玻璃陶瓷材料,例如玻璃或玻璃陶瓷或介电颗粒 或熔剂,其在1GHz频率下的介电常数εr为至少约15且优选为至多约910、更优选为小于150,和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ为至多约0.0075、且优选至少约0.0024。
根据所述第三方面,如果不存在其他层,则包括玻璃或玻璃陶瓷材料的层必须具有至少4mm、优选大于4mm的高的层厚度。可以通过丝网印刷或通过辊涂来实现包括玻璃或玻璃陶瓷材料的层的这种高的层厚度。然而,在单一的丝网印刷工艺中不能施加这种高厚度的单层,因此必须通过几个连续的印刷步骤才能获得这种高厚度,可以在单一工艺步骤中通过辊涂来获得4mm或更高的厚度。但是,根据一个实施例,包括介电玻璃或玻璃陶瓷材料的层可以在辊涂工艺中施加,其中包进行几个连续的辊涂步骤。
根据一个实施例,所述玻璃熔剂可以为结晶或至少部分结晶的玻璃熔剂或包括至少部分可结晶的玻璃。在本发明的范围内,这种玻璃熔剂也可以表示为玻璃陶瓷熔剂。
在本发明的范围内,术语“玻璃熔剂”和“玻璃熔块”同义使用。在本发明的范围内,玻璃熔剂被理解为是指具有低软化点(即软化点为至少约350℃且至多约750℃)的玻璃状材料。
根据一个实施例,所述层包括介电熔剂和非介电颗粒。
根据一个实施例,玻璃熔剂包括玻璃材料,所述玻璃材料在1GHz频率下的介电常数εr为大于约15且优选为小于约910、更优选为至少约15且小于150、最优选为至少约15且小于约35,和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ为小于约0.0075、优选为大于约0.0024且小于约0.0075。所述介电玻璃熔剂可以包括下列组分(基于氧化物按重量百分比给出)。
表14
组分 | 范围,wt% |
SiO<sub>2</sub> | 0~50,优选为0~30 |
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~50 |
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O | 0~15 |
BaO+SrO+CaO+MgO | 0~30,优选为0~18 |
ZnO | 0~5 |
TiO<sub>2</sub> | 3~17 |
ZrO<sub>2</sub> | 0~8 |
Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 8~60,优选为8~40 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
GeO<sub>2</sub> | 0~15 |
Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~60,优选为0~48 |
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~5 |
WO<sub>3</sub> | 0~15 |
Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~25 |
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 小于1 |
SnO<sub>2</sub> | 小于1 |
F | 小于2 |
介电玻璃熔剂的另一个组分范围在下表中给出(基于氧化物按重量百分比计)。
表15
组分 | 范围,wt% |
SiO<sub>2</sub> | 0~30 |
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~50 |
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O | 0~15 |
BaO+SrO+CaO+MgO | 0~80,优选为16~40 |
ZnO | 0~35 |
TiO<sub>2</sub> | 0~85,优选为3~39 |
ZrO<sub>2</sub> | 0~75 |
Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~60 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
GeO<sub>2</sub> | 0~15 |
Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~20 |
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~60 |
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~5 |
WO<sub>3</sub> | 0~15 |
Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 0~25 |
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0~小于1 |
SnO<sub>2</sub> | 0~小于1 |
F | 0~小于2 |
例如,介电玻璃熔剂层可以包括下列组分(基于氧化物按重量百分比计)。
表16
优选地,根据本发明的所有方面的制品都可以包括其他层,其中所述其他层为金属层。所述其他层可以布置在衬底和第一层之间,从而形成基础涂层;或者所述其他层可以布置在第一层的顶部作为顶涂层。这样,所述其他层可以被配置为例如在制品用于微波炉的情况下提供安全电路。合适的金属层或金属合金层的组成范围在表5中列出。金属或金属层的示例在表6中列出。
其他层还可以被配置为包括上述的透明导电氧化物。
进一步地,根据本发明所有方面的制品还可以包括若干其他层。
如果存在其他层,则包括玻璃或玻璃陶瓷材料的层的厚度可以小于4mm。
第四方面
根据本发明的第四方面,制品包括介电或非介电衬底和金属层,其中所述金属层的厚度优选为至少5nm且至多50nm。优选地,所述制品包括其他层,所述其他层包含透明导电氧化物。在该方面中,可以通过金属层提供所需性质,因此衬底不必具有介电性质。换句话说,衬底可以具有小于约15的介电常数εr和/或大于约0.0075的介电损耗tanδ。
如果制品包括金属层,例如表6中给出的金属层,则对于层厚度优选为至少约5nm至至多约50nm、更优选至多约30nm的制品,在所述制品包括衬底和层的部分中,所述制品的电阻率为至少约1欧姆/cm2且至多10,000欧姆/cm2,和/或微波泄漏为小于约5mW/cm2,和/或雾度为小于约150;和/或对于厚度为约3mm至约4mm的制品和/或衬底,在所述制品包括衬底和层的部分中,所述制品在380nm至780nm的波长范围内对电磁辐射的透射率(即透光率)为至少约50%至至多约85%。
考虑到仅约5nm的非常薄的金属层可以例如涂覆在其他层的顶部,则金属层的电阻率可以非常高,即最高达约10,000欧姆/cm2,其中金属材料为在其他层的表面形成的孔隙中的孔隙填充物。这改变了该表面的本体膜的电阻率。此外,金属层的化学保护作用,例如在其表面形成钝化层,甚至能够阻止对金属层电阻率的测量,从而导致指示的电阻率值很高。
如果存在TCO层,则衬底优选包括低CTE,即CTE小于4×10-6/K的玻璃或玻璃陶瓷材料。这是有利的,因为透明导电氧化物可以配置成在暴露于微波辐射时快速加热,进而也加热衬底。这种快速加热可能导致衬底破裂。但是,通过使用低CTE的衬底材料,可以最大限度地减少由于快速升温导致的玻璃或玻璃陶瓷的破裂。
优选地,透明导电氧化物包括SnO2。根据一个实施例,SnO2可以是透明导电氧化物的主要组分。根据另一个实施例,TCO可以包括掺杂的SnO2。包括掺杂的SnO2的透明导电氧化物材料的合适的组成范围在表7中给出。合适的包括SnO2的透明导电氧化物材料的示例在表8中给出。
第五方面
根据本发明的第五方面,制品包括层和衬底,例如非介电衬底,其中所述层可以包括透明导电氧化物。在该方面,可以通过所述层提供所需性质,因此衬底不必具有介电性质。换句话说,衬底可以具有小于约15的介电常数εr和/或大于约0.0075的介电损耗tanδ。
进一步地,如果制品包括具有透明导电氧化物材料的层,则对于层厚度为至少约100nm且至多约380nm的制品,在所述制品包括衬底和层的部分中,所述制品的电阻率为至少约1欧姆/cm2至至多约1000欧姆/cm2,和/或雾度为小于约3;和/或对于厚度为约3mm至约4mm的制品和/或衬底,在所述制品包括衬底和层的部分中,所述制品在380nm至780nm的波长范围内对电磁辐射的透射率(或透光率)为至少约60%至至多约85%,和/或在1.5μm至10μm的波长范围内对电磁辐射的反射率为至少约10%至至多约90%,和/或微波泄漏为小于80mW/cm2、优选为小于50mW/cm2、更优选为小于10mW/cm2、最优选为小于5mW/cm2。优选地,微波泄漏在至少800瓦下测定。此外,对于厚度在至少1mm至至多8mm之间的衬底和/或制品,可以优选实现这种微波泄漏。
优选地,透明导电氧化物包括SnO2。SnO2为优选材料,因为其容易获得,并且能够作为层(或涂层)应用在成熟的、成本敏感的工艺中。
这样,所述层可以被配置为包括未掺杂的SnO2。如果要实现层的快速加热并进而实现衬底的快速加热,则这样的实施例是优选的。但是,这样的话,衬底优选包括热膨胀系数小于4×10-6/K的玻璃或玻璃陶瓷材料,从而提供抗热震性。
然而,为了实现在1.5μm至10μm的波长范围内对电磁辐射的反射率为至少约10%和/或微波泄漏为小于80mW/cm2、优选为小于50mW/cm2、更优选为小于10mW/cm2、最优选为小于5mW/cm2,所述层包括掺杂的SnO2。如果需要降低微波泄漏,即实现微波泄漏小于10mW/cm2、优选为小于5mW/cm2,则可以特别优选所述层包括掺杂的SnO2的实施例。优选地,微波泄漏在至少800瓦下测定。此外,对于厚度在至少1mm和至多8mm之间的衬底和/或制品,可以优选实现这种微波泄漏。
优选地,透明导电氧化物包括SnO2。根据一个实施例,SnO2可以是透明导电氧化物的主要组分。根据另一个实施例,TCO可以包括掺杂的SnO2。包括掺杂的SnO2的透明导电氧化物材料的合适的组成范围在表7中给出。合适的包括SnO2的透明导电氧化物材料的示例在表8中给出。
根据本发明的一个实施例,衬底可以包括钠钙玻璃。
根据一个实施例,所述层是存在的且为结晶层。如果要实现金属层和/或包括透明导电氧化物、优选SnO2的层的高导电性,则优选这样的实施例。根据一个实施例,所述层可以为纳米晶体。
本发明的另一个方面涉及一种家用电器,优选为包括门的微波炉,所述门包括根据本发明的一个实施例的板状制品。
根据一个优选实施例,家用电器的门没有金属网,即所述门没有金属网。
根据另一个实施例,家用电器的门包括根据本发明的单个板状制品。
示例
在以下两个表中列出的示例1至6中,第一层或基础层,即夹在衬底和其他层之间的层被施加到衬底的其中一个主表面上。所述第一层或基础层为包括TCO材料的层。金属层作为第二层在一些示例中被施加到基础层或第一层的顶部。
表17
表18
这里,示例6为根据本发明的第二方面的制品的示例,即所述制品包括层,其中所述层包括介电玻璃或玻璃陶瓷材料,这里其以介电颗粒的形式嵌入非介电玻璃熔剂层中,以及所述制品包括其他层,即TCO层。因此,即使包括玻璃或玻璃陶瓷材料的层的层厚度小于4mm,例如在5μm至70μm的范围内,所述制品仍具有非常低的微波泄漏,如表18所示。
示例7至13涉及包括玻璃层的板状玻璃制品的实施例。
表19
示例14和15涉及包括作为衬底材料的介电玻璃的板状制品。
表20
可见,在根据本发明的第二方面和第三方面的介电玻璃或玻璃陶瓷层的情况下,有必要施加其他层,例如金属层或TCO层,或者使介电玻璃或玻璃陶瓷层具有超过4mm的较高的层厚度。
具有包括介电玻璃或玻璃陶瓷材料作为单层,但层厚度小于4mm的层的制品的反例在下表中示出。从该表中的数据可以看出,这些制品不符合微波泄漏标准,其中强调了在包括玻璃或玻璃陶瓷材料的单层的情况下4mm厚度要求的重要性。
表21
附图说明
现在将参照以下附图进一步解释本发明。在附图中,相同的附图标记指代相同或相应的元件。
图1示出了家用电器的示意图(未按比例绘制)。
图2和图3示出了板状制品的示意图(未按比例绘制)。
图4示出了用作LED设备玻璃盖的板状制品的示意图(未按比例绘制)。
具体实施方式
图1示意性地且不按比例地示出了家用电器1。家用电器1具有包括门的前侧,该门包括根据本发明实施例的板状制品2。
图2是根据本发明实施例的板状制品2的示意性且不按比例的侧视图。板状制品2包括衬底20,该衬底20在主表面200的一部分201中包括第一层202,在这种情况下,第一层202直接施加于衬底材料。此外,在这种情况下,板状制品2包括施加于第一层201顶部的其他层203。可以施加其他层203以便完全覆盖第一(或基础)层202,或者如图3示意性所示,可以施加其他层203以便仅覆盖第一层202的部分,并且至少在其一部分中,甚至可以直接施加于衬底材料上。
优选地,在制品1包括两层的情况下,基础层202可以为包括根据本发明实施例的TCO材料的层,并且其他层203可以为根据本发明实施例的金属层。
然而,根据本发明,制品可能仅包括一个层202。在这种情况下,优选地,该层202为玻璃层。在这种情况下,该层202可以仅包括玻璃熔剂材料,或者该层可以包括玻璃熔剂以及玻璃颗粒。
此外,根据实施例,制品可以是无层的。在这种情况下,衬底材料可以包括玻璃材料,该玻璃材料赋予板状制品在1.5μm至10μm的波长范围内至少约10%的对电磁辐射的反射率,和/或小于80mW/cm2,优选为小于50mW/cm2,更优选为小于10mW/cm2,最优选为小于5mW/cm2的微波泄漏。优选地,微波泄漏是在至少800瓦的功率下测定的。此外,对于厚度在至少1mm和至多8mm之间的衬底和/或制品,可以优选地实现这种微波泄漏。例如,表1至表4和表16中列出了合适的玻璃材料。
图4示意性地描绘了包括外壳30和LED31的LED设备3,但未按比例绘制。作为外壳30的一部分,根据实施例的板状制品2可以用作例如保护罩。例如,在这种情况下,板状制品2可以配置为具有半透明的玻璃基的层,优选为根据本发明第二方面的层,即玻璃熔剂层。在图4的示意性且未按比例绘制的描绘中,板状制品2包括设置在主表面201上的第一层,其中,在如图4中描绘的情况下,第一层是第一玻璃熔剂层2021。例如,在图4的特殊实施例中,可以设想层2021为雾度最高至150的半透明层。在这种情况下,层2021的微波泄漏可以小于80mW/cm2,优选为小于50mW/cm2,甚至更低,然而,在图4所示的情况下,不需要实现非常低的微波泄漏。相反,微波泄漏设置得足够低,从而在微波功率设置为900瓦的情况下,LED功能在5分钟内不会受到影响。此外,可能优选的是,涂层为模糊的半透明涂层,使得板状制品也可以充当防眩滤光器。
附图标记列表
1 家用电器
2 板状制品
20 板状衬底
201 主表面
202 第一层,基础层
203 第二层,其他层
2021 半透明玻璃熔剂第一层
3 LED设备
30 设备外壳
31 LED
Claims (30)
1.一种板状制品,其包括板状衬底
其中,所述衬底包括玻璃或玻璃陶瓷材料;以及
其中在所述板状制品的一部分中,
所述板状制品在1.5μm至10μm的波长范围内对电磁辐射的反射率为至少约10%,并且
微波泄漏小于80mW/cm2,优选为小于50mW/cm2,更优选为小于10mW/cm2,最优选为小于5mW/cm2。
2.根据权利要求1所述的制品,其中,在所述板状制品的所述部分中,对于所述制品和/或所述衬底的厚度在约3mm与约4mm之间,所述板状制品在380nm至780nm的波长范围内对电磁辐射的透射率为至少约10%。
3.根据权利要求1所述的制品,其中,在所述板状制品的所述部分中,所述板状制品的电阻率小于50欧姆/cm2,优选为小于30欧姆/cm2。
4.根据权利要求1所述的制品,其中,在所述板状制品的所述部分中,所述板状制品的热稳定性为至少450℃。
5.根据权利要求1所述的制品,其中,在所述板状制品的所述部分中,所述板状制品在1GHz频率下的介电常数εr大于15。
6.根据权利要求1所述的制品,其中,在所述板状制品的所述部分中,所述板状制品在1GHz频率下的介电损耗tanδ小于0.0075,优选为至少约0.0024且至多约0.0075。
7.根据权利要求1所述的制品,其包括在所述板状制品的所述部分中的层,其中所述层为连续层。
8.根据权利要求1所述的制品,其中,所述衬底包括玻璃或玻璃陶瓷材料,所述玻璃或玻璃陶瓷材料在1GHz频率下的介电常数εr大于15,和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ小于0.0075,优选为至少约0.0024且至多约0.0075。
9.根据权利要求8所述的制品,其中所述制品包括至少部分设置在所述板状衬底的至少一个主表面上的层,使得所述层覆盖所述衬底的主表面之一的至少一部分,并且其中所述层为金属层,其中优选地,所述层的厚度在5nm与50nm之间。
10.根据权利要求8所述的制品,其中,所述层包括透明导电氧化物。
11.根据权利要求9所述的制品,其包括其他层,其中所述其他层包括透明导电氧化物。
12.根据权利要求1所述的制品,其包括至少部分设置在所述板状衬底的至少一个主表面上的层,使得所述层覆盖所述衬底的主表面之一的至少一部分,并且其中所述层包括玻璃或玻璃陶瓷材料,所述玻璃或玻璃陶瓷材料在1GHz频率下的介电常数εr大于15和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ小于0.0075,优选为至少约0.0024且至多约0.0075。
13.根据权利要求12所述的制品,其中,所述层包括非介电熔剂和介电颗粒。
14.根据权利要求12所述的制品,其中,所述层包括介电熔剂和非介电颗粒。
15.根据权利要求12所述的制品,其中所述制品包括其他层,其中所述其他层为金属层。
16.根据权利要求12所述的制品,其中所述制品包括其他层,其中所述其他层包括透明导电氧化物。
17.根据权利要求1所述的制品,其中,所述制品包括至少部分设置在所述板状衬底的至少一个主表面上的层,使得所述层覆盖所述衬底的主表面之一的至少一部分,并且其中所述层为金属层;以及其中所述制品在1GHz频率下的介电常数εr大于约15并且优选小于约910,优选为至少约15且小于约150,和/或其在1GHz频率下的介电损耗tanδ小于约0.0075,并且优选为大于约0.0024且小于约0.0075。
18.根据权利要求17所述的制品,其中,所述金属层包括镍和/或铬。
19.根据权利要求17所述的制品,其中,所述层的厚度在至少5nm与至多50nm之间。
20.根据权利要求17所述的制品,其中所述制品包括其他层,所述其他层包括透明导电氧化物。
21.根据权利要求17所述的制品,其中,所述衬底包括CTE小于4*10-6/K的玻璃和/或玻璃陶瓷材料。
22.根据权利要求1所述的制品,其中,所述制品包括至少部分设置在所述板状衬底的至少一个主表面上的层,使得所述层覆盖所述衬底的主表面之一的至少一部分,并且其中所述层包括透明导电氧化物;以及其中所述制品在1GHz频率下的介电常数εr大于约15并且优选小于约910,优选为至少约15且小于约150,和/或在1GHz频率下的介电损耗tanδ小于约0.0075,并且优选为大于约0.0024且小于约0.0075。
23.根据权利要求22所述的制品,其中,所述透明导电氧化物包括SnO2。
24.根据权利要求23所述的制品,其中,所述透明导电氧化物包括未掺杂的SnO2,并且其中所述衬底包括热膨胀系数小于4*10-6/K的玻璃或玻璃陶瓷材料。
25.根据权利要求23所述的制品,其中,所述SnO2为掺杂的SnO2。
26.根据权利要求25所述的制品,其中,掺杂剂包括Cu、Sb、Ni或F,或者以上的混合物。
27.根据权利要求25所述的制品,其中,所述层包括铜掺杂的SnO2。
28.一种家用电器,优选为微波炉,其包括门,所述门包括根据权利要求1所述的板状制品。
29.根据权利要求28所述的家用电器,其中,所述门没有金属网。
30.根据权利要求1所述的制品作为电磁屏蔽或作为LED的玻璃盖的用途。
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