专利名称：具有非晶陶瓷覆层的板件及其用途和制造方法
技术领域：
本发明涉及ー种具有非晶陶瓷覆层的板件及其用途和制造方法。
背景技术：
采用溶胶-凝胶エ艺制备的陶瓷涂覆剂或有机-无机杂化复合涂覆剂由于可在低温下使用，且其最終覆膜具有诸如耐磨、耐热和耐腐蚀的良好物理性能，因而已日益广泛使用。在使用这类陶瓷涂覆剂时，涂覆在待涂基体上的厚度小于约15um的覆膜在待涂基体上具有低的不透明度和低的保护性能，而厚度为30 y m或以上的覆膜则显示出高的硬度。然而，所用原料在诸如加热或冷却的急剧温度变化期间，由于颗粒间结合力的不足，以及待涂基体与覆膜之间热膨胀系数的差异，在覆膜中会出现裂縫。由此会 造成覆膜的剥离。此夕卜，当填料充分混合时或烧成温度升高时，难以大大提高内部颗粒之间的连贯性，以及使最终覆膜的硬度超过9H(铅笔硬度)。換言之，由于覆膜的断裂韧性低因而甚至在低应カ时就显示出高的易刮擦性和脆性。在专利号为No. 10-0397486的韩国专利以及公开号为No. 10-2009-0006695和No. 10-2010-0052824的韩国专利申请中公开了解决这些问题的方法。同时，非晶态表明在分子间键合中存在短程有序，而长程有序消失，从而表现出新的物理性能。本发明的发明人发现，快速冷却不会损坏覆层，且使覆层呈现出只有短程有序而无长程有序的非晶状态，从而大大提高了机械性能，例如耐磨性、耐腐蚀性、耐热性和硬度。于是，发明人基于上述发现完成了本发明。
发明内容
抟术问是页
本发明的目的是提供一种具有无损非晶陶瓷覆层的板件及其制造方法，在该覆层中存在短程有序而无长程有序。此外，本发明还提供ー种具有覆层的太阳能电池或厨房用加热板。解决方案
根据本发明的一方面的一种实施方式中，提供了具有非晶陶瓷覆层的板件，该板件是通过在板件上涂覆包含以下组分的组合物而得到的24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇，0.1 0. 2重量份的添加剤，0. 2 27重量份的填料，0. 5 5. 0重量份的多孔陶瓷，以及15 32重量份的硬化剂；然后在100 350°C下烧成并以10 30°C每秒的速度进行冷却。硅溶胶以至少由以下组分之一构成的方式提供给具有非晶陶瓷覆层的板件，提供给具有非晶陶瓷覆层的板件的硅溶胶至少由以下组分之ー构成粒度为10 50nm的第一硅溶胶，粒度为100 200nm的第二硅溶胶，以及粒度为200 300nm的第三硅溶胶。硅溶胶的构成比可为2:1:1。醇采用脂肪醇提供给具有非晶陶瓷覆层的板件。添加剂采用K和Na提供给具有非晶陶瓷覆层的板件。硬化剂采用硅烷提供给具有非晶陶瓷覆层的板件。填料采用至少含有S1、SiC, B、Al、In和Ga之一的混合物提供给具有非晶陶瓷覆层的板件。填料采用至少含有S1、Sb、P和As之一的混合物提供给具有特别的非晶陶瓷覆层的板件。填料采用至少含有 Si02、Ti02、Zr02、A1203、CoO、MnO, Fe2O3, AIN、Si3N4^B4C, C 和 BN 之一的混合物提供给具有特别的非晶陶瓷覆层的板件。上述板件可应用于任何厨房、建筑、汽车、船舶和电子产品。上述板件可任选自金属、陶瓷和塑料。在一种实施方式中，提供了ー种具有非晶陶瓷覆层的太阳能电池，它是通过在基体上涂覆包含以下组分的混合物组合物而得到的24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇,0.1 0. 2重量份的添加剤，0. 2 27重量份的填料，0. 5 5. 0重量份的多孔陶瓷，以及15 32重量份的硬化剂；然后在100 350°C下烧成并以10 30°C每秒的速度进行冷却。提供给具有非晶陶瓷覆层的太阳能电池的硅溶胶是由至少以下组分之一构成的混合物粒度为10 50nm的第一硅溶胶，粒度为100 200nm的第二硅溶胶，以及粒度为200 300nm的第三硅溶胶。提供给具有非晶陶瓷覆层的太阳能电池的填料是由至少以下组分之一构成的混合物S1、SiC、B、Al、In和Ga。填料是至少ー种组分选自S1、Sb、P和As 的混合物。根据ー种实施方式，提供了一种用于制造具有非晶陶瓷的板件的方法，包括下列步骤通过球磨以下组分来制备涂覆剂24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇，0. 2 27重量份的填料，以及0. 5 5. 0重量份的多孔陶瓷，并添加15 32重量份的硬化剂和0.1 0. 2重量份的添加剂；在板件上涂覆上述涂覆剂，然后在100 350°C下烧成并以10 30°C每秒的速度来冷却已烧成的板件。在另ー实施方式中，对于上述实施例的冷却步骤，提供了ー种具体的方法，即冷却前后的温差可在100°C 200°C范围内。提供给用于制造板件的方法的娃溶胶是由至少以下组分之一构成的混合物粒度为10 50nm的第一硅溶胶，粒度为100 200nm的第二硅溶胶，以及粒度为200 300nm的第三硅溶胶。提供了一种用于制造板件的方法，其中硅溶胶的构成比可为2:1:1。提供了一种用于制造板件的方法，其中醇可包括脂肪醇。提供了一种用于制造板件的方法，其中添加剂可包括K和Na。提供了 ー种具体的方法，其中硬化剂可包括硅烷。提供了 ー种方法，其中的填料可以是至少ー种组分选自S1、SiC、B、Al、In和Ga的混合物。提供了一种用于制造板件的方法，其中的填料可以是至少ー种组分选自S1、Sb、P和As的混合物。提供了一种用于制造板件的方法，其中的填料可以至少ー种组分选自 Si02、TiO2, ZrO2, A1203、CoO、MnO, Fe203、AIN、Si3N4, B4C,C和BN的混合物。提供了一种用于制造板件的方法，其中包含Na或K的致冷剂在上述实施例中用于冷却已烧成的板件的步骤中。提供了一种用于制造板件的方法，该板件还可进一步具有通过以下方式而获得的陶瓷覆层在板件上另外涂覆涂覆剂，随后再在上述板件上涂覆陶瓷覆层，该陶瓷覆层是通过在100 350°C下烧成以及在0 30°C下冷却而制得的，其中的涂覆剂是通过球磨以下组分而制得的24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇，0. 2 27重量份的填料，以及0. 5 5. 0重量份的多孔陶瓷，并添加15 32重量份的硬化剂和0.1 0. 2重量份的添加剤。在一种实施方式中，提供了一种用于制造太阳能电池的方法，该方法包括下列步骤在基体上涂覆涂覆剂，该涂覆剂是通过添加以下组分而制得的24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇，0. 2 27重量份的填料，该填料为至少组分之ー选自S1、SiC, B、Al、In和Ga的混合物，0. 5 5. 0重量份的多孔陶瓷，15 32重量份的硬化剂，以及0.1 0. 2重量份的添加剂；在已涂覆的基体上涂覆涂覆剂，该涂覆剂是通过添加以下组分而制得的24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇，0. 2 27重量份的填料，该填料为至少组分之ー选自S1、Sb、P和As的混合物)，0. 5 5. 0重量份的多孔陶瓷，15 32重量份的硬化剂，以及0.1 0. 2重量份的添加剂；在100 350°C下烧成已涂覆的基体；以10 30°C毎秒的速度来冷却已烧成的基体；以及在已冷却的基体上涂覆透明的导电材料。提供了一种用于制造太阳能电池的方法，包括下列步骤在0 30°C下冷却已烧成的基体之后，在100 350°C下再烧成该基体，并以10 30°C每秒的速度再冷却已再烧成的基体 。此夕卜，提供了一种用于制造太阳能电池的方法，该方法包括的冷却步骤中冷却前后的温差可在100°C 200°C范围内。提供了一种用于制造太阳能电池的方法，其中上述实施例中的透明导电材料可任选自ITO (铟锡氧化物)、ZnO、Ag、AlZnO和InZnO之一。提供了一种用于制造太阳能电池的方法，其中上述实施例的基体可任选自铝、铜和聚酰亚胺之一。在一种实施方式中，提供了一种用于制备非晶陶瓷涂料的组合物，它包括24 56重量份的硅溶胶、11 30重量份的醇、0.1 0. 2重量份的添加剤、0. 2 27重量份的填料、0. 5 5. 0重量份的多孔陶瓷、以及15 32重量份的硬化剂。提供了一种用于制备非晶陶瓷涂料的组合物的方法，其中的硅溶胶至少选自以下物质之ー粒度为10 50nm的第一硅溶胶，粒度为100 200nm的第二硅溶胶，以及粒度为200 300nm的第三硅溶胶。此夕卜，提供了一种用于制备非晶陶瓷涂料的组合物的方法，其中上述实施例中的硅溶胶的构成比可为2:1:1。此外，提供了一种用于制备非晶陶瓷涂料的组合物的方法，其中的醇可包括脂肪醇。此外，提供了一种用于制备非晶陶瓷涂料的组合物的方法，其中上述实施例中的添加剂可包括K和Na。此外，提供了一种用于制备非晶陶瓷涂料的组合物的方法，其中的硬化剂可包括硅烷。此外，提供了一种用于制备非晶陶瓷涂料的组合物的方法，其中填料可以是至少组分之ー选自S1、SiC、B、Al、In和Ga的混合物。此外，提供了ー种用于制备非晶陶瓷涂料的组合物的方法,其中填料可以是至少组分之ー选自S1、Sb、P和As的混合物。此夕卜，提供了一种用于制备非晶陶瓷涂料的组合物的方法，其中填料可以是至少组分之ー选自 Si02、Ti02、Zr02、Al203、Co0、Mn0、Fe203、AlN、Si3N4、B4C、C 和 BN 的混合物。在一种实施方式中，提供了一种用于制造具有非晶陶瓷的厨房用加热板的方法，该方法包括下列步骤通过球磨以下组分来制备涂覆剂24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇，0. 2 27重量份的填料，以及0. 5 5. 0重量份的多孔陶瓷，并添加15 32重量份的硬化剂和0.1 0. 2重量份的添加剂；在厨房用加热板上涂覆涂覆剂，然后在100 350°C下烧成并以10 30°C毎秒的速度来冷却已烧成的加热板。有益效果
由于覆层可大大改善诸如耐磨性、耐腐蚀性和耐热性等机械性能，所以具有本发明的非晶陶瓷覆层的板件具有更高的耐久性。此外，在覆层中无裂缝出现，且甚至在过高应力下也几乎显示不出脆性。并且，覆层的硬度可比传统陶瓷覆层高出ニ至三倍，与珐琅类似。再者，当两层或更多层的多层覆层被快速冷却或超快速冷却，具有优良物理性能的无裂缝无剥离的完整陶瓷覆膜显示出类似于非晶陶瓷的半导体特性。
当结合附图时，本发明的前述和其他目的、特征和优点将会通过下文的详细描述而变得更加显而易见图1是涂覆有本发明涂覆剂的NP型电池的示意 图2是若干个涂覆有本发明涂覆剂的NP型太阳能电池并联的示意图。
具体实施例方式实施例1 :具有陶瓷覆层的基体的制造 1-1.制备实施例1
在球磨机内放入560g硅溶胶混合物(包括400g水)、IlOgIPA (异丙醇)、2g作为填料的TiO2基色料、以及5g多孔氧化硅，其中的硅溶胶混合物包括比例为2:1:1的三种粒度，即10 50nm、100 200nm和200 300nm ;随后以100RPM的速度球磨约4小时。将所得液体转移到搅拌器中。随后将作为硬化剂的320gMTMS (甲基三甲氧基硅烷)和作为酸催化剂 的Ig甲酸添加到液体中，然后搅拌液体，并在100RPM下固化约6小时。接下来，向其中加入2g钾与钠的混合物，之后进ー步搅拌和固化约30分钟，从而得到Ikg的涂覆剂。尺寸为100 X 100 X IOmm的铝基体通过80#金刚砂的打磨エ艺而被清理干净，喷涂以完整的涂覆剂，随后在烧成炉内在250°C下烧成约30分钟。在出口处，已烧成的铝基体随即浸入到20°C的水中，井随后以10°C毎秒的速度快速冷却，从而获得涂覆有厚度为30
的非晶覆膜的基体。ト2 制备实施例2
除以下不同之处外，以与制备实施例1中所描述方式相同的方式来制造基体使用在下文表I中给出的制备实施例中的混合比，且作为填料的Al2O3,ZrO2与Fe2O3的使用比例为1:1:1。1-3 制备实施例3
除以下不同之处外，以与制备实施例1中所描述方式相同的方式来制造基体使用在下文表I中给出的制备实施例中的混合比，且作为填料的AIN与Si3N4的使用比例为1:1。对照组和制备实施例1、2和3中的涂覆剂见表I。表I
权利要求
1.一种具有非晶陶瓷覆层的板件，其特征在于它是通过在所述板件上涂覆包含以下组分的组合物而得到的24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇，O.1 O. 2重量份的添加剂，O. 2 27重量份的填料，O. 5 5. O重量份的多孔陶瓷，以及15 32重量份的硬化剂；然后在100 350°C下烧成并以10 30°C每秒的速度进行冷却。
2.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述硅溶胶至少选自以下物质之一粒度为10 50nm的第一硅溶胶，粒度为100 200nm的第二硅溶胶，以及粒度为200 300nm的第三硅溶胶。
3.根据权利要求2所述的板件，其特征在于所述硅溶胶的构成比为2:1:1。
4.根据权利要求1所述的板件，其特征在于所述醇包括脂肪醇。
5.根据权利要求1所述的板件，其特征在于所述添加剂包括K和Na。
6.根据权利要求1所述的板件，其特征在于所述硬化剂包括硅烷。
7.根据权利要求1所述的板件，其特征在于所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自 S1、SiC、B、Al、In 和 Ga。
8.根据权利要求1所述的板件，其特征在于所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自S1、Sb、P和As。
9.根据权利要求1所述的板件，其特征在于所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自 SiO2' Ti02、Zr02、Al2O3' Co。、Mn。、Fe2O3' AIN、Si3N4' B4C、C 和 BN。
10.根据权利要求1所述的板件，其特征在于应用于任何厨房、建筑、汽车、船舶和电子产品。
11.根据权利要求1所述的板件，其特征在于所述板件任选自金属、陶瓷和塑料。
12.—种具有非晶陶瓷覆层的太阳能电池，其特征在于它是通过在基体上涂覆包含以下组分的混合物而得到的24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇，O.1 O. 2重量份的添加剂，O. 2 27重量份的填料，O. 5 5. O重量份的多孔陶瓷，以及15 32重量份的硬化剂；然后在100 350°C下烧成并以10 30°C每秒的速度进行冷却。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，所述硅溶胶至少选自以下物质之一粒度为10 50nm的第一硅溶胶，粒度为100 200nm的第二硅溶胶，以及粒度为200 300nm的第三硅溶胶。
14.根据权利要求12或13所述的太阳能电池，其特征在于所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自S1、SiC、B、Al、In和Ga。
15.根据权利要求12或13所述的太阳能电池，其特征在于所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自S1、Sb、P和As。
16.一种用于制造具有非晶陶瓷的板件的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤通过球磨以下组分来制备涂覆剂24 56重量份的娃溶胶，11 30重量份的醇,O. 2 27重量份的填料，以及O. 5 5. O重量份的多孔陶瓷，并添加15 32重量份的硬化剂和O.1 O. 2重量份的添加剂；在所述板件上涂覆所述涂覆剂，然后在100 350°C下烧成并以10 30°C每秒的速度来冷却该已烧成的板件。
17.根据权利要求16所述的用于制造板件的方法，其特征在于，在冷却所述已烧成的板件的步骤中，冷却前后的温差在100°C 200°C的范围内。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述硅溶胶至少选自以下物质之一粒度为10 50nm的第一硅溶胶，粒度为100 200nm的第二硅溶胶，以及粒度为200 300nm的第三硅溶胶。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述硅溶胶的构成比为2:1:1。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述醇包括脂肪醇。
21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述添加剂包括K和Na。
22.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述硬化剂包括硅烷。
23.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自 S1、SiC、B、Al、In 和 Ga。
24.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自S1、Sb、P和As。
25.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自 SiO2' Ti02、Zr02、Al2O3' Co。、Mn。、Fe2O3' AIN、Si3N4' B4C、C 和 BN。
26.根据权利要求16所述的方法，其特征在于在所述冷却已烧成的板件的步骤中，使用包含Na或K的致冷剂。
27.根据权利要求16 26中任意一项所述的方法，其特征在于所述板件还具有陶瓷覆层，该覆层是通过以下方式得到的在所述板件上进一步涂覆涂覆剂，然后在100 350°C下烧成并在O 30°C下冷却，其中所述涂覆剂是通过球磨以下组分而制得的24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇，O. 2 27重量份的填料，以及O. 5 5. O重量份的多孔陶瓷，并添加15 32重量份的硬化剂和O.1 O. 2重量份的添加剂。
28.一种用于制造太阳能电池的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤在基体上涂覆涂覆剂，该涂覆剂是通过添加以下组分而制得的24 56重量份的硅溶胶；11 30重量份的醇；0. 2 27重量份的填料，所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自S1、SiC、B、Al、In和Ga ；0. 5 5. O重量份的多孔陶瓷；15 32重量份的硬化剂；以及O.1 O.2重量份的添加剂；在所述已涂覆的基体上涂覆涂覆剂，该涂覆剂是通过添加以下组分而制得的24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇，O. 2 27重量份的填料，所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自S1、Sb、P和As ；0. 5 5. O重量份的多孔陶瓷，15 32重量份的硬化剂，以及O.1 O. 2重量份的添加剂；将该已涂覆的基体在100 350°C下烧成，并以10 30°C每秒的速度来冷却该已烧成的基体；以及在该已冷却的基体上涂覆透明导电材料。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，包括下列步骤在O 30°C下冷却所述已烧成的基体之后，在100 350°C下再烧成所述基体，并以10 30°C每秒的速度再冷却该已再烧成的基体。
30.根据权利要求28所述的方法，其特征在于在冷却所述已烧成的基体的步骤中，冷却前后的温差在100°c 200°C的范围内。
31.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述透明导电材料选自下列任意一种ITO (铟锡氧化物)、2110、48、412110和 InZnO。
32.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述基体选自下列任意一种铝、铜和聚酰亚胺。
33.一种用于制备非晶陶瓷涂料的组合物，其特征在于包括24 56重量份的硅溶胶，11 30重量份的醇，O.1 O. 2重量份的添加剂，O. 2 27重量份的填料，O. 5 5. O重量份的多孔陶瓷，以及15 32重量份的硬化剂。
34.根据权利要求33所述的组合物，其特征在于，所述硅溶胶至少选自以下物质之一粒度为10 50nm的第一硅溶胶，粒度为100 200nm的第二硅溶胶，以及粒度为200 300nm的第三硅溶胶。
35.根据权利要求34所述的组合物，其特征在于所述硅溶胶的构成比为2:1:1。
36.根据权利要求33所述的组合物，其特征在于所述醇包括脂肪醇。
37.根据权利要求33所述的组合物，其特征在于所述添加剂包括K和Na。
38.根据权利要求33所述的组合物，其特征在于所述硬化剂包括硅烷。
39.根据权利要求33所述的组合物，其特征在于所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自S1、SiC、B、Al、In和Ga。
40.根据权利要求33所述的组合物，其特征在于所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自S1、Sb、P和As。
41.根据权利要求33所述的组合物，其特征在于所述填料是一种混合物，其中至少一种组分选自 SiO2' Ti02、Zr02、Al2O3' Co。、Mn。、Fe2O3' AIN、Si3N4' B4C、C 和 BN。
42.一种用于制造具有非晶陶瓷的厨房用加热板的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤 通过球磨以下组分来制备涂覆剂24 56重量份的娃溶胶，11 30重量份的醇，O.2 27重量份的填料，以及O. 5 5. O重量份的多孔陶瓷，并添加15 32重量份的硬化剂和O.1 O. 2重量份的添加剂；在所述厨房用加热板上涂覆涂覆剂，然后在100 350°C下烧成并以10 30°C每秒的速度来冷却该已烧成的加热板。
全文摘要
本发明涉及一种具有非晶陶瓷覆层的板件及其用途和制造方法。更具体地，本发明涉及具有非晶陶瓷覆层的板件，它是通过在板件上涂覆包含以下组分的组合物而得到的24～56重量份的硅溶胶，11～30重量份的醇，0.1～0.2重量份的添加剂，0.2～27重量份的填料，0.5～5.0重量份的多孔陶瓷，以及15～32重量份的硬化剂；然后在100～350℃下烧成并以10～30℃每秒的速度进行冷却。由于大大改善了诸如耐磨性、耐腐蚀性和耐热性等机械性能，所以具有本发明的非晶陶瓷覆层的板件具有更高的耐久性。同时，本发明的板件未出现裂缝，甚至在过高应力下也几乎未显示出脆性，且硬度提高到比传统陶瓷覆层高出二至三倍，与珐琅类似。此外，当两层以上的多层覆层被快速冷却或超快速冷却，具有优良物理性能的无裂缝无剥离的完整陶瓷覆膜由于非晶陶瓷而显示出半导体特性。
文档编号C04B35/66GK103025682SQ201180038812
公开日2013年4月3日 申请日期2011年8月1日 优先权日2010年8月6日
发明者金泰雄 申请人:金泰雄