FI101532B - Karhealla läpinäkyvällä pinnoitteella varustettu rakenne ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

101532

Karhealla läpinäkyvällä pinnoitteella varustettu rakenne ja menetelmä sen valmistamiseksi

Keksinnön tausta 5 Tämä keksintö koskee rakennetta, joka käsittää läpinäkyvän levyn, jossa on karhea läpinäkyvä pinnoite, jolloin rakenteen valon hajonta tai sameus on vähentynyt. Keksintö koskee myös menetelmää tällaisen rakenteen valmistamiseksi ja liittyy erityisesti energiaa säästävien 10 ikkunoiden valmistukseen, jotka läpäisevät valoa kirkkaammin ja joissa valon hajoamista tapahtuu vähemmän.

Alalla tunnetaan hyvin ikkunalasin pinnoitteiden valmistus, jotka vähentävät lämmön virtausta ikkunan läpi. Nämä "pienen emissiivisyyden" pinnoitteet vähentävät inf-15 rapuna-lämpösäteiden säteilyä pinnoitetun ikkunan pinnasta. Pinnoitteet sisältävät joko metallin, kuten hopean, tai puolijohteen, kuten fluorilla seostetun tinaoksidin. Metallipinnoitteilla ("pehmeät pinnoitteet") on hyvät optiset ominaisuudet, ja ne ovat vain vähän sameita, mutta 20 ne eivät kestä hankausta, tai altistusta ilmalle tai kosteudelle. Puolijohdepinnoitteet ("kovat pinnoitteet") ovat mekaanisesti ja kemiallisesti äärimmäisen kestäviä, mutta niillä on taipumusta olla sameampia.

Sameutta mitataan laitteilla, jotka havaitsevat 25 valon, joka läpäisee pinnoitetun levyn, mutta joka poikkeaa enemmän kuin muutaman asteen alkuperäisen valon suunnasta. Pinnoitettua lasia, jonka sameusarvot ovat suuremmat kuin noin yksi prosentti, voidaan pitää kyseenalaisena ikkunaksi. Erityisissä tarkasteluolosuhteissa (kirkas va-30 lo, tumma tausta) pinnoitetun lasin sameus voidaan havaita • V sameusarvoilla, jotka ovat jopa alle yhden prosentin.

Mekanismien joukkoon, jotka tuottavat pinnoitteen sameuden, kuuluvat epäsäännöllisyydet joko pinnoitteen pinnoilla tai ontelot pinnoitteessa. Pinnoitteen ulomman 35 pinnan karheutta on joskus vähennetty kiillottamalla, mut- 2 101532 ta tämä lisää vaikean vaiheen valmistusmenetelmään. Epäsäännöllisyydet lasi-tinaoksidin jakopinnassa johtuvat joskus reaktioista, jotka tuottavat suolakiteitä lasin natriumista, jotka yhdistyvät alkuaineiden, kuten tinaok-5 sidin muodostamisessa käytettävien kemiallisten edeltäjien sisältämän kloorin kanssa. Tällaisia suolakiteitä voidaan välttää sijoittamalla lasille ensin kerros, kuten piidioksidi- tai alumiinioksidikerros, joka estää natriumin diffuusion.

10 Paljon on yritetty vähentää valon hajoamista tai sameutta kaupallisesti valmistetuissa lasin tinaoksidipin-noitteissä, ja nyt valmistetaan tuotteita, joiden sameus-arvot ovat alle yhden prosentin. Sameusarvojen alentamista yhä edelleen pidetään kuitenkin tärkeänä.

15 Yhteenveto keksinnöstä

Keksinnön päämääränä on vähentää valon hajoamista pinnoitetun läpinäkyvän levyn karhealta pinnalta päällystämällä karhea pinta ohuella läpinäkyvällä lasikerroksel-la, jonka taitekerroin on lähellä karhean pinnan taiteker- 20 rointa, ja kuumentamalla rakennetta riittävän korkeaan lämpötilaan ja riittävän kauan aikaa, että lasikerros levittyy muodostamaan tasaisen pinnan.

Tämän keksinnön toisena päämääränä on vähentää tai poistaa tinaoksidipinnoitteiden taipumus muodostaa näkyviä • 25 jälkiä, kun niitä hangataan tai raaputetaan toisilla mate riaaleilla, kuten metalleilla tai muoveilla.

Keksinnön päämääränä on edelleen vähentää pinnoitetun läpinäkyvän levyn läpi kulkevan ultraviolettivalon määrää.

30 Esillä oleva keksintö koskee rakennetta, joka ‘ käsittää läpinäkyvän levyn, jossa on karhea läpinäkyvä pinnoite ainakin levyn yhdellä pinnalla. Rakenteelle on tunnusomaista, että karhea pinnoite on vuorostaan päällystetty läpinäkyvällä lasikerroksella, jonka taitekerroin 35 on oleellisesti sama kuin karhean pinnoitteen taite- 3 101532 kerroin, jolloin lasikerroksella on tasainen ulkopinta, ja jolloin rakenteella on vähentynyt sameus, parantunut kulumisenkestävyys suhteessa rakenteeseen, jossa ei ole mainittua lasipinnoitetta, ja vähentynyt ultravioletti-5 läpäisevyys.

Keksintö koskee myös menetelmää läpinäkyvän lasi-rakenteen valmistamiseksi, joka rakenne käsittää läpinäkyvän levyn, jossa on karhea läpinäkyvä pinnoite ainakin levyn yhdellä pinnalla, jolloin rakenne sitä 10 tarkasteltaessa on samea. Menetelmälle on tunnusomaista, että karhea läpinäkyvä pinnoite päällystetään lasi-kerroksella, jolloin lasikerroksen taitekerroin on oleellisesti sama kuin karhean pinnoitteen taitekerroin, niin, että lasikerros valuu karheaan pintaan ja täyttää 15 sen ja muodostaa tasaisen ulkopinnan, jolloin rakenteen sameus vähenee, kulumisenkestävyys paranee ja ultraviolettiläpäisevyys pienenee.

Keksinnön mukaisessa rakenteessa käytettävä lasi-kerros vähentää sameuden ilmenemistä. Kerros tuottaa myös-20 kin mekaanista ja kemiallista kestävyyttä ja vähentää edelleen rakenteen läpi kulkevan ultraviolettivalon läpäisevyyttä.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä lasikerros levitetään riittävän korkeassa lämpötilassa, joka saa la-·' 25 sikerroksen leviämään ja täyttämään epäsäännöllisyydet pieniemissiivisessä karheassa pinnassa, ja riittävänä määränä muodostamaan ulommasta pinnasta tasaisen.

Tinaoksidikalvojen taitekerroin on tyypillisesti välillä 1,9 - 2,0. Siksi tarvitaan korkean taitekertoimen 30 omaavaa lasia toteuttamaan juuri kuvattu keksintö. Lasin ] pehmenemislämpötilan tulee myöskin olla riittävän alhainen niin että se saadaan levittymään ilman, että alla olevaa tinaoksidipinnoitetta tai lasipohjaa vahingoitetaan. Lisäksi päällystävän lasin täytyy olla mekaanisesti kestävä 35 ja kemiallisesti stabiili.

4 101532

On havaittu, että määrätyt lasit täyttävät kaikki nämä vaatimukset. Ne käsittävät metallioksideja, jossa metalli on valittu ryhmästä vismutti ja lyijy, yhdistettynä alkuaineiden oksidien kanssa, jotka alkuaineet 5 on valittu ryhmästä pii ja boori. Valitsemalla sopivat koostumukset näiden lasien taitekertoimet voidaan saada välille 1,9 - 2,0. Lisäämällä vismutti- ja lyijypitoisuutta taitekerroin kasvaa, kun taas lisäämällä pii- ja booripitoisuutta taitekerroin pienenee, joten säädöt voi-10 daan helposti tehdä sopivan taitekertoimen omaavien lasien löytämiseksi.

Nämä lasikoostumukset ovat läpinäkyviä, ja mekaanisesti kovia ja kestäviä. Ne ovat myöskin kemiallisesti kestäviä vedelle ja normaaleille lasinpuhdistusaineille, 15 edellyttäen, etteivät koostumukset sisällä liian suuria osuuksia booria tai lyijyä, esim. ei enempää kuin noin 25 mooliprosenttia metalleista.

Nämä lasikoostumukset voidaan saattaa ohuiksi kerroksiksi millä tahansa sopivilla, alalla tunnetuilla kei-20 noilla, kuten tyhjöhaihdutuksella, ruiskuttamalla, upotus-päällystyksellä tai kemiallisella höyrypäällystyksellä.

Näiden lasikoostumusten lisäetuna on se, että ne absorboivat ultraviolettivaloa voimakkaasti siten, että pinnoitettu lasi-ikkuna suojaa rakennuksen tai auton sisä-• 25 puolta vahingoittumasta ultravioletin valon aiheuttamilta vahingoilta, kuten värien haalistumiselta tai muovien haurastumiselta .

Lyhyt kuvaus piirroksista

Kuvio 1 on kaavamainen poikkileikkaus kappaleesta, 30 jolla on karhea, valoa hajottava pinta; t kuvio 2 on kaavamainen poikkileikkaus kappaleesta, joka on pinnoitettu keksinnön mukaisesti, ja joka hajottaa valoa vähemmän kuin pinnoittamaton kappale kuviossa 1; , 101532 b kuvio 3 on kaavamainen poikkileikkaus lasilevystä, joka on pinnoitettu karhealla monikiteisellä pinnoitteella, joka hajottaa valoa pääasiassa sen pinnassa; ja kuvio 4 on kaavamainen poikkileikkaus lasilevystä, 5 joka on pinnoitettu karhealla monikiteisellä pinnoitteella ja lasipäällysteellä keksinnön mukaisesti, ja joka hajottaa valoa vähemmän kuin levy kuviossa 3.

Kuvaus «dullisasta/edullisista suoritusmuodo(i)sta

Viitaten erityisemmin kuvioon 1, kappaleen 20 pin-10 taan 10 tuleva valo heijastuu tai hajoaa eri suuntiin. Tällaista pintaa kuvataan tavanomaisesti mataksi tai sameaksi, kun karheusaste on niin pieni, ettei yksittäisiä rakenteita voida nähdä ilman mikroskoopin apua.

Päällystämällä tällainen karhea pinta 10 tasaisella 15 materiaalikerroksella 30, jonka optiset ominaisuudet ovat identtiset (eli jonka taitekerroin ja ekstinktiokerroin ovat identtiset), saadaan kuviossa 2 esitetty rakenne 40, joka heijastaa valoa ainoastaan peilisuuntaan. Tällaista rakennetta 40 kuvataan tavanomaisesti kiiltäväksi ja sa-20 meutta puuttuvaksi.

Kuvio 3 esittää kaavamaisen poikkileikkauksen lasilevystä 50, joka on päällystetty monikiteisellä materiaalilla 60, kuten fluorilla seostetulla tinaoksidilla, jolla on karhea ulompi pinta 70. Tällainen kappale 80 esiintyy • 25 sameana, hajottaen valoa pääasiassa sen pinnalta, kuten kappaleen 20 tapauksessa kuviossa 1.

Kun tasaisella lasikerroksella 90, kuten vismutti-silikaatilla, päällystetään kuvion 3 samean lasipäällys-teen ulompi pinta, saadaan rakenne 100 kuviossa 4. Jos la-30 sikerroksen 90 ja monikiteisen pinnoitteen 60 optiset va-·’ kiot ovat lähellä toisiaan, silloin kappale 100 näyttää olevan vain vähän tai ei ollenkaan samea.

Esimerkki 1

Natronkalkki-ikkunalasilevy päällystetään ensin 35 ohuella alumiinioksidikerroksella, paksuudeltaan noin c 101532 6 0,07 mikrometriä, seuraavalla menetelmällä: Lasi kuumennetaan noin 450 °C:seen ja altistetaan alumiini-isopropoksi-di-höyryille kuivassa ilmassa noin 10 sekunnin ajan. Alu-miinioksidikerros toimii diffuusioesteenä estämään lasissa 5 olevan natriumin vuorovaikutuksen päällekkäin sijoitettavien kerrosten kanssa. Se estää myöskin päällekkäisten kerrosten värien sekaantumisen.

Seuraavaksi alumiinioksidilla pinnoitettu lasi päällystetään edelleen monikiteisellä fluorilla seostetul-10 la tinaoksidikerroksella, paksuudeltaan noin 0,3 mikro-metriä, seuraavalla menetelmällä: Lasi kuumennetaan noin 600 °C:seen ja saatetaan kosketuksiin höyryseoksen kanssa, joka sisältää 2 mooliprosenttia dimetyylitinadikloridia, 4 mooliprosenttia bromitrifluorimetaania ja tasapainotta-15 van ilman, noin 10 sekunnin ajan.

Tällä pinnoitetulla lasilla on seuraavat ominaisuudet : 1 prosenttinen sameus, emissiivisyys huoneen lämpötilassa 0,18, levyn sähkövastus 20 ohmia per neliö, ja näkyvä läpäisevyys 82 prosenttia.

20 Lopuksi alumiinioksidi- ja tinaoksidipinnoitettu lasilevy päällystetään kerroksella vismuttisilikaattila-sia, paksuudeltaan noin 0,1 mikrometriä, seuraavalla menetelmällä: Vismuttineodekanoaatti liuotetaan etanoliin muodostamaan liuos, joka sisältää 0,2 moolia vismuttia per • 25 litra. Tähän liuokseen lisätään di-t-butoksidiasetoksisi- laania 0,2 moolia per litra. Liuosta sekoitetaan muutaman minuutin ajan, kunnes se näyttää homogeeniselta, kirkkaalta, vaalean keltaiselta liuokselta. Alumiinioksidi- ja tinaoksidipinnoitettu lasilevy upotetaan liuokseen, ja 30 vedetään ylöspäin pois liuoksesta tasaisella nopeudella 1,0 millimetriä per sekunti. Tämän upotuksella pinnoitetun levyn annetaan seistä 24 tuntia ilmassa, noin 20 °C huoneen lämpötilassa ja noin 50 prosentin suhteellisessa kosteudessa reaktanttien hydrolysoimiseksi. Sitten levy ase-35 tetaan noin 70 °C uuniin 3 tunniksi, minkä jälkeen upotuk- 7 101532 sella tehty pinnoite ei ole enää tahmea kosketukselle, eli se on ulottuvuuksiltaan stabiili, mutta yhä hauras. Lopuksi levyä kuumennetaan noin 600 °C uunissa 15 minuutin ajan, ja sitt.en jäähdytetään hitaasti huoneen lämpötilaan.

5 Vismuttisilikaatti-lasipinnoite on nyt kovettunut tai jähmettynyt. Ei-haluttu vismuttisilikaatti-lasipinnoite lasin vastakkaisella puolella tinaoksidilta poistetaan lasista pesemällä takapintaa muutaman sekunnin ajan laimealla (1 prosenttinen) hydrofluorihapon vesiliuoksella.

10 Lasilevyn, joka on pinnoitettu alumiinioksidilla, tinaoksidilla ja vismuttisilikaatilla, ominaisuudet ovat seuraavat: Sameus on pienentynyt 0,2 prosenttiin, näkyvä läpäisevyys on pienentynyt 80 prosenttiin, ultravioletin valon läpäisevyys on pienentynyt 10 prosenttiin, emis-15 siivisyys on muuttumaton 0,18 ja levyn sähkövastus muuttumaton 20 ohmia per neliö.

Kun tätä pinnoitettua levyä hangataan alumiinime-tallin palalla, mitään näkyvää muutosta ei ole nähtävissä. Tinaoksidilla pinnoitettua kontrollilasinpalaa hangattaes-20 sa samalla tavoin esiintyy tummia jälkiä, jotka koostuvat karhean tinaoksidipinnan hiertämästä alumiinimetallista.

Esimerkki 2

Esimerkki 1 toistetaan, paitsi että di-t-butoksidi-asetoksisilaanin mooleista puolet korvataan tri-n-butyyli-• 25 boraatilla. Tuloksena saatu vismuttisilikoboraatti-lasi- pinnoite tuotti samanlaiset tulokset kuin esimerkissä 1.

Esimerkki 3

Esimerkki 1 toistetaan korvaamalla vismuttineodeka-noaatti lyijy-2-etyyliheksanoaatilla. Tuloksena saatu lyi-30 jysilikaatti-lasipinnoite tuotti samanlaiset tulokset kuin j esimerkissä 1.

Esimerkki 4

Lasilevy pinnoitetaan alumiinioksidilla ja sitten fluorilla seostetulla tinaoksidilla, kuten esimerkissä 1. 35 Sitten levy pinnoitetaan edelleen vismuttisilikaattilasil- β 101532 la kemiallisella höyrypäällystyksellä seuraavasti: Levy kuumennetaan 640 °C:seen samalla kelluttaen sitä nestemäisessä tinametallissa. Levy saatetaan kosketuksiin höyry-seoksen kanssa, joka sisältää 0,3 mooliprosenttia trife-5 nyylivismuttia, 0,3 mooliprosenttia dikloorisilaania, 60 mooliprosenttia happea ja tasapainottavan typen. Saadaan samanlaiset ominaisuudet kuin esimerkissä 1.

Esimerkki 5

Lasilevy pinnoitetaan alumiinioksidilla ja sitten 10 fluorilla seostetulla tinaoksidilla, kuten esimerkissä 1.

Sitten levy päällystetään edelleen vismuttisilikaatti-lasilla kemiallisella höyrypäällystyksellä seuraavasti: Levy kuumennetaan 640 °C:seen samalla kelluttaen sitä nestemäisessä tinametallissa. Levy saatetaan kosketuksiin 15 höyryseoksen kanssa, joka sisältää 0,3 mooliprosenttia trimetyylivismuttia, 0,3 mooliprosenttia silaania, 30 mooliprosenttia typpioksiduulia, tasapainottavaa typpeä. Saadaan samanlaiset ominaisuudet kuin esimerkissä 1.

Esimerkki 6 20 Lasilevy pinnoitetaan alumiinioksidilla ja sitten fluorilla seostetulla tinaoksidilla, kuten esimerkissä 1. Sitten levy päällystetään edelleen vismuttisilikaatti-lasilla kemiallisella höyrypäälystyksellä seuraavasti: Levy kuumennetaan 640 °C:seen samalla kelluttaen sitä nes-25 temäisessä tinametallissa. Levy saatetaan kosketuksiin höyryseoksen kanssa, joka sisältää 0,3 mooliprosenttia trietyylisiloksivismutti-di-tertiääristä butoksidia, 20 mooliprosenttia happea, tasapainottavaa typpeä. Saadaan samanlaiset ominaisuudet kuin esimerkissä 1.

30 Esimerkkien 2-6 lasikerrosten keskimääräiset pak- suudet ovat välillä noin 0,05 - 0,2 mikrometriä, sanotaan noin 0,1 mikrometriä.

Claims (15)

1. Rakenne, joka käsittää läpinäkyvän levyn (50), jossa on karhea läpinäkyvä pinnoite (60) ainakin levyn 5 yhdellä pinnalla, tunnettu siitä, että karhea pinnoite on vuorostaan päällystetty läpinäkyvällä lasiker-roksella (90), jonka taitekerroin on oleellisesti sama kuin karhean pinnoitteen taitekerroin, jolloin lasikerrok-sella (90) on tasainen ulkopinta, ja jolloin rakenteella 10 on vähentynyt sameus, parantunut kulumisenkestävyys suhteessa rakenteeseen, jossa ei ole mainittua lasipinnoitet-ta, ja vähentynyt ultravioletti/läpäisevyys.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että lasikerros (90) käsittää ainakin 15 yhden alkuaineen oksideja, joka alkuaine on valittu ryh mästä vismutti ja lyijy, ja ainakin yhden alkuaineen oksideja, joka alkuaine on valittu ryhmästä pii ja boori.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että lasikerros (90) käsittää vismut- 20 tisilikaattilasia.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että lasikerros (90) käsittää vismutti-boorisilikaattilasia.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen rakenne, t u n -25 n e t t u siitä, että lasikerros (90) käsittää lyijy- silikaattilasia.

6. Patenttivaatimuksen 2, 3, 4 tai 5 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että karhea pinnoite (60) käsittää fluorilla seostettua tinaoksidia.

7. Patenttivaatimuksen 2, 3, 4, 5 tai 6 mukainen *. rakenne, tunnettu siitä, että läpinäkyvä levy (50) käsittää natronkalkkilasin.

8. Menetelmä läpinäkyvän lasirakenteen (100) valmistamiseksi, joka rakenne käsittää läpinäkyvän levyn 35 (50), jossa on karhea läpinäkyvä pinnoite (60) ainakin levyn yhdellä pinnalla, jolloin rakenne sitä tarkastel- 10 101532 taessa on samea, tunnettu siitä, että karhea läpinäkyvä pinnoite (60) päällystetään lasikerroksella (90), jolloin lasikerroksen taitekerroin on oleellisesti sama kuin karhean pinnoitteen taitekerroin, niin että lasiker-5 ros valuu karheaan pintaan ja täyttää sen ja muodostaa tasaisen ulkopinnan, jolloin rakenteen sameus vähenee, kulumisenkestävyys paranee ja ultraviolettiläpäisevyys pienenee.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että lasikerros (90) käsittää ainakin yhden alkuaineen oksideja, joka alkuaine on valittu ryhmästä vismutti ja lyijy, ja ainakin yhden alkuaineen oksideja, joka alkuaine on valittu ryhmästä pii ja boori.

9 101532

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että lasikerros (90) käsittää vis- muttisilikaattilasia.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasikerros (90) käsittää vis-muttiboorisilikaattilasin.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasikerros (90) käsittää lyijysilikaattilasin.

13. Patenttivaatimuksen 9, 10, 11 tai 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että karhea pinnoite 25 (60) käsittää fluorilla seostettua tinaoksidia.

14. Patenttivaatimuksen 9, 10, 11, 12 tai 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että läpinäkyvä levy (50) käsittää natronkalkkilasin.

15. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että se käsittää: *. lasikerroksen (90) kuumentamisen ensimmäisessä, alemmassa lämpötilassa dimensionaalisen stabiilisuuden aikaansaamiseksi kerrokseen, ja lasikerroksen (90) kuumentamisen toisessa, korkeam-35 massa lämpötilassa kerroksen kovettamiseksi. 11 101532