专利名称：涂层平板玻璃的制造方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及涂层平板玻璃的制造，更具体讲是涉及用浮法制造平板玻璃，例如，在玻璃制造过程中进行涂层而制成具改进的能量效率和光学性质的涂层玻璃产品。
浮法制造平板玻璃是将熔融的玻璃注到包含在一个长形池窑结构中的熔融金属浴槽的一端，即其热端。通常，该熔融金属浴中是熔融的锡或以锡为主的合金。应用引拉装置将所成玻璃带从浴中取出，通常是使用带驱动的引拉辊子，并常称为提出辊子，并置于该浴槽的出口端，这种引拉装置施加引拉力，使玻璃带沿其行径前进。
业已发现，某些玻璃涂层的设计是用于防止能量传送和发射。例如，金属氧化物涂层可用于使所涂玻璃制品的红外线辐射的辐射系数减小;以及使太阳辐射的总能量传送减少。使红外线辐射减小即可使经涂层的玻璃制品节省热能;并且减少太阳辐射可使涂层的玻璃制品减少吸收太阳能和减小眩光。
此外，已发现使用涂层玻璃作为建筑物的镶窗玻璃时，这种玻璃容易搬动和安装而不容易被划伤和使涂层脱落，并且光学性质均匀，没有影响到玻璃外表美观的不良光学效果。
从耐磨损角度来讲，已知高温涂层方法是合要求的。例如，已发现施加到玻璃上的高温涂层能够比玻璃本身的表面更为耐磨。大多数节能和光学性质合格的涂层是在玻璃制成之后随即施涂上去。一般做法是，将玻璃切成适当尺寸的坯料，然后将坯料进行真空淀积涂层、溅射涂层或用其他不需向玻璃另外加热的涂层方法;或采用需要将玻璃再加热的喷涂或化学汽相淀积方法。在需要适当温度进行涂层的方法中，必须在控温环境中施加涂层。在制成玻璃带之后将之冷却，以便切割成一定尺寸的坯料，然后将之再加热进行涂层，这显然是浪费能源的。因此，相信先有技术是不利于节能的，并在许多情况下需要过高的成本才能付诸工业生产。
因此，本发明的主要目的是为制造具耐磨性、无色、并具有节能涂层的玻璃制品提供一种在线制造方法。
本发明提供一种平板玻璃制造方法和设备，所制玻璃耐磨、无色，并以在线方式在玻璃带前进方向使之通过一个熔融金属浴槽而形成节能涂层。
已发现有一些涂层设备，例如化学汽相淀积型涂层设备若是位于该溶融金属浴槽的上方空间，则保持洁净而无淀积，因为这里没有稀释前体物质(例如金属氧化物，氧化锡)的外部氧。这种稀释作用的结果是在涂层设备的出口端形成氧化物粉屑，这对于在玻璃表面淀积一层均匀的膜是不利的。
在玻璃带从浮法浴槽出来时在玻璃表面涂层所遇到的问题之一是周围空气趋向于渗入反应区并且渗入量不受控制。影响渗入速率的因素包括该玻璃带的速率、涂层设备出口和相邻的玻璃带表面之间的间隙、相邻于玻璃带的密封方式、以及排出气体流量。这样的环境导致在涂层设备出口端底部形成氧化的粉屑，造成玻璃表面的涂层淀积不均匀，有条纹。此外，还发现玻璃带的上表面在从浴槽中出来之后即散失热能，使玻璃表面温度下降，结果是淀积速率减慢。还有，存在有外部空气会引起涂层前体材料燃烧。
为克服前述问题，本发明的迫切任务是在邻近该浴槽的出口处提供一个受控气氛的涂层工序，以保证其中的涂层过程是处于实质上无氧的气氛中。所述的受控气氛可防止其上形成不希望的氧化物质，并减少通过的玻璃带上表面的热能散失，从而可提高淀积效率并改进所成膜的耐磨和无色性质。
图1是实施本发明所用设备的中心纵剖立面图，包括熔融金属浴的池窑结构和其上的顶盖结构，在此设备中，送入的熔融玻璃是以带式而引出。
图2是图1所示设备的池窑结构的顶视图。
图3是沿图13-3线的横剖面图。
图4是图1-3所示设备出口端相邻处的受控气氛小室的中央纵剖立面图。
图5是位于受控气氛室内的涂层装置之一的竖向剖面示意图。
按本发明是提供一种制造涂层玻璃的方法，包括以下步骤以受控的速度将熔融玻璃送至一个池窑结构中的熔融金属浴液中，该池窑结构在所述熔融金属浴上方有一个密闭的空间;在高温条件下，使玻璃沿该熔融金属浴的表面而向前前进，并保证在该浴液上出现一个有向上表面的玻璃带;保持在该玻璃带之上在所述密闭空间之内有一种保护性气氛;使该玻璃带充分冷却并使之从该熔融金属浴中拉出时不发生损坏;该方法的特征在于该玻璃带离开所述熔融金属浴而前进时是托在一系列引拉辊子上而通过相邻的、密闭的受控气氛小室;还在于当该玻璃带在所述相邻的受控气氛小室内在所述辊子上前进时，在其表面施加至少一层涂层。
此外，按本发明还提供一种设备，用以在浮法玻璃带的向上表面上淀积至少一层涂层材料，包括如下部分一座长形的池窑结构，其中包括入口和出口端并包括熔融金属的浴液;在所述池窑结构上方有一个密闭结构，由之限定了一个上方空间，并在此空间内保持保护性气氛;在所述入口端送入熔融玻璃的装置，以及使玻璃在高温条件下沿浴液表前进到达所述出口端的装置，并保证在该浴上形成一个玻璃带并且该玻璃带具有向上的表面;以及多个引拉辊子，其安装位置是在所述密闭结构之外相邻于所述出口端位置，用于从所述液浴接受玻璃带并传送出去;该设备的特征在于邻近于所述池窑结构和密闭结构有密闭的受控气氛小室，并且将所述引拉辊子包围进去;还在于在所述受控气氛小室内的涂层装置，用于对所述牵引辊子上的所述玻璃带淀积至少一层所述涂层。
优选实施方案图中示明按本发明在浮法玻璃带上部表面施加均匀涂层的装置形式。按本发明，可在该熔融金属浴槽的出口端相邻处的受控气氛小室中设置一个或多个涂层工序，并且把位于该池窑结构相邻处并用于从熔融金属中取出玻璃带的辊子包围进去。
参照图1-3所示的结构，熔融玻璃10是以常规方式沿一个沟槽12而从熔融池窑(未示出)放出，沟槽12的末端是一个流槽，其中是由侧墙14和流槽缘16相对而成。熔融玻璃(通常是钠钙硅石玻璃)流至该沟槽的流量控制是利用一个调节闸门或炉闸门18。该沟槽延伸至超出池窑结构的入口端墙20，该池窑包括窑底22，出口端墙24和侧墙26。
该池窑结构包括熔融金属浴28，其中通常是熔融锡或以锡为主的合金。熔融玻璃10的流动如30所示而流过构槽缘16，从而在池窑结构入口处流到熔融金属浴28的表面上。应用窑顶结构34之下所安装的加热器32使入口处温度保持在要求的水平，所述窑顶结构是支持在池窑结构的上方并使熔融金属浴28上方成为限定的窑顶空间36。顶结构有一个入口和墙38，这个墙向下延伸至接近熔融金属浴28的表面，从而将入口40限定在一定高度。顶结构34的延伸部分42是延长至炉闸门18处，使该沟槽成为密闭的空间。
顶结构34还有一个向下延伸的出口端墙44。在顶结构34的出口端墙44的下表面与该浴槽的出口端墙24上表面之间限定了在熔融金属浴28上所成玻璃带48的出口46。带驱动的引拉辊或提出辊50是安装在出口46之外。在安装辊子50时，使其支持表面稍高于浴槽端墙24的上部表面，从而使玻璃带48被从该浴槽表面稍稍抬起，以便以水平向从出口46引拉而出，到达辊子50之上。
所用保护性气氛例如包含氮为主要成分，还含有少量氢。用这种气体保持在该浴槽顶的上部空间36，这些气体是经管52送入，该管穿过顶结构34而向下延伸，各管用总管54连到一起。该保护气氛从入40流出而注入在延伸段42之下并包围沟槽的小室。
沿该浴的玻璃带前进方向保持一个温度梯度，在浴的入口处40约为1000℃，在出口处46约700℃左右。于是在出口46处的玻璃已足够硬化，于是与引拉辊或提出辊50接触已不致损坏，但(如图示)仍可以从浴表面提起来。
如30，从沟槽缘16流出并流到浴28之上的熔融玻璃10是使之以侧向流到熔融金属浴28上，从而形成一层熔融玻璃56。然后这层玻璃56在受热和机械作用条件下前进，并保证形成玻璃带48，这个带被冷却并从浴中排出。在该池窑结构的两个侧墙26之间的宽度是大于玻璃带48的宽度。应用涂布器58和60向玻璃带48的表面供应涂层气体，并从图1，2可以看到是沿玻璃带48前进的横向配置，并且是在靠近浴槽的出口端。后文对涂布器进行详述。
在池窑排料端之外是安装引拉或提出辊50。如前所述，这些辊子的安装位置是稍高于浴槽端墙24的上表面，并调节成对玻璃带48施加向外的引拉力，由这个引拉力使玻璃带48从浴槽处出来，进入并在辊子50之上通过该受控气氛小室70(图4为其详图)。
借助于温度调节器(未示出)来调节池窑结构中熔融金属浴28的从入口端到出口端的温度，这些调节器是浸没在熔融金属中或伸出其外，同时也利用顶结构34处安装的加热器32。
玻璃带48离开含有熔融金属浴28的设备的出口46之后，进入受控气氛的小室70，这个小室是由带有出口74的入口端墙72，间隔开的出口端墙76(其上有出口78)，间隔开的侧墙80和顶部82所限定。一般，该受控气氛小室70也包括底部构件84，并通过导管85向小室内提供适当的气氛，由一个气源(未示出)向85供气。由上述构件相配合构成该小室并将引拉或提出辊子50以及通过的玻璃带48完全包围在内。
在小室内安装有涂布器86，最好是一对相互隔开的涂布器86和86′，它们的结构和含有熔融金属浴28的池窑结构中的涂布器58及60相似。应用适当的密封装置包括密封90和92以便将受控气氛小室70密闭，办法是分别接触到玻璃带48和靠近出口78的辊子50的下部表面。密封件90和92有效地产生足够密封作用，以保持小室70之内所需的气氛，并且一般是使用能耐受该温度的石墨材料所制成。
用于本发明的化学汽相淀积方法的反应物的物理及化学特性决定了该气体以及涂布器58、60、86和86′的表面所要保持的温度范围。这些规定是很必要的，因为若未能保持正确的环境和有关温度，则会发生凝结，膜的过早淀积，分解以及气相成核作用(形成粉末)。一般情况下，位于熔融金属浴之内的涂布器保持无淀积物，因为这里不存在稀释此处所用前体的外部氧气。用于产生金属氧化物，例如氧化锡的氧量可以精确地预混合到其中。然而，在使用所述类型的涂布器并位于该熔融金属浴28之外部时，已发现周围大气的空气趋向于渗入到该反应器区，并且其量不受控制并且是不合要求的，从而引起淀积并且送出的玻璃的上表面温度降低。综合的结果是涂层的淀积不均匀，并且涂层淀积速率下降。通过建立受控气氛小室70而缓解了这些问题。
在操作时，小室70最好保持在比外部压力稍高的内部压力。借助于导管85使小室内有适当的气氛，使内部气氛包含选定的组成，其压力等于或大于外部压力，于是可防止外部大气渗入小室中。当然，若小室70内的气氛与上部空间36的气氛相同，则小室70内的压力可以保持在稍低于熔融金属浴槽28之上部空间36内的压力。这种相对压力条件使熔融金属浴28之上的上部空间36的气氛通过出口46和入口74而流入受控气氛小室70。
于是在小室70之内有适当的气氛以防在涂布器86和86′之上形成不希望的氧化物。
由于入口和出口墙72和76，侧墙80，顶82，以及底面84能够防止热能发散，使通过的玻璃带48的温度保持在适于由涂布器86和86′有效地淀积涂层材料的范围。但若必要，在小室70之内还可由加热元件89补充热量。
涂层材料可以淀积一层或多层，或将数种涂层材料按序以不同组合方式淀积上去，这时可用本发明的涂布器58、60、86、86′其中任一或用全部。
例如，若设定以在线连续方式生产的玻璃带含有无色、耐磨、低模量涂层，可采用以下的操作程序。
首先，由位于熔融金属浴28之上的涂布器58在玻璃带48上施涂一层厚度为250埃的掺杂的氧化锡膜，然后由涂布器60在第一涂层上再涂上一层厚度250-280埃的氧化硅。这时已涂层玻璃带48离开熔融金属浴28而送出，通过入口72而进入受控气氛小室70，并使之先后从涂布器86和86′之下通过。由涂布器86施涂一层厚度为1500埃的氧化锡，涂布器86′施涂一层厚度为1500埃的掺杂的氧化锡。涂层过程完成后，已涂层的玻璃带48通过出口78而送出，送入并通过控温的退火炉(未示出)。
上述的涂布器的操作方式与US4504526(Hofer等，标题为“沿一基质产生恒速流体层流的设备与方法”)所述的涂布器相似。
如图5所示，涂布器86和86′包括一个真空源91，其作用是有效地除掉在玻璃带48之上、在小室70入口区方向的气氛气体;还包括一个向下流动的前体源93，并带有长形的出口喷咀94，用以在通过的玻璃带48整个宽度上产生前体的恒速层流。涂布器还包括真空源96，用于除去玻璃带之上沿前体源93向下游区域的气氛气体。于是前体源93以及长形的出口喷咀94在通过的玻璃带48整个宽度上，沿该前体源的上游及下游方向产生前体流体的恒速层流。
从按序排列的涂布器86和86′的出口喷咀94所排出的选定前体流体即按序在玻璃带48之上淀积所要的膜，若先前已在玻璃带上淀积有膜，则是在该膜上再淀积新膜。由于涂布器中配置有真空源91和96，从出口喷咀排出的前体就淀积在正在前进的玻璃带上，并且未发生淀积的前体就分别由真空源91和96从喷咀的上游区和下游区完全除掉。采用上述方式，就是在前体流体源86和86′之下、在玻璃带48之上保持一个前体流体区。通过控制玻璃带48的速率、小室70内的温度、从涂布器86和86′中排出的前体的量、和/或真空源91和96，就可以控制各该前体的淀积层厚度。
本文所述的方法适用于制造多种用途的涂层玻璃。特别重要之处是涂层可降低涂层玻璃的红外辐射的辐射系数，也可以降低太阳辐射的总能量传送率。
权利要求
1.一种制造涂层玻璃的方法，该方法包括以受控的速率将熔融玻璃送至一个池窑结构中的熔融金属浴液中，该池窑结构在所述熔融金属浴上方有一个密闭的空间；在高温条件下，使玻璃沿该熔融金属浴的表面而向前前进，并保证在该浴液上出现一个有向上表面的玻璃带；保持在该玻璃带之上在所述密闭空间之内有一种保护性气氛；使该玻璃带充分冷却并使之从该熔融金属浴中拉出时不发生损坏；该方法的特征在于该玻璃带离开所述熔融金属浴而前进时是托在一系列引拉辊子上而通过相邻的、密闭的受控气氛小室；还在于当该玻璃带在所述相邻的受控气氛小室内在所述辊子上前进时，在其表面施加至少一层涂层。
2.按权利要求1的方法，其特征在于向位于所述熔融金属上的玻璃带的向上表面上施加一层涂层的步骤。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于所述密闭的受控气氛室是与所述上方密闭空间相连通并从这个空间得到所述保护性气氛。
4.按权利要求3的方法，其特征在于保持所述相邻受控气氛小室中除有所述上方密闭空间的所述保护性气氛外，实质上不含其他气氛。
5.按权利要求4的方法，其特征在于保持所述受控气氛小室的内部压力是高于外部环境压力并且低于所述上方密闭空间中的压力。
6.按权利要求1-5中任一项的方法，其特征在于所述至少一层涂层是由一种涂布器机构所施涂，该涂布器能够向所述玻璃带的表面供应前体并能同时将该施涂层上游和下游的区域抽空。
7.按权利要求1-6的方法，其特征在于在所述相邻受控气氛小室之内还可选择施加补充的热能。
8.一种在制造浮法玻璃时于玻璃上高温涂层的方法，该方法包括在一个上方密闭空间中，使一玻璃带沿一熔融金属浴的表面向前前进，并且所述的浴具有一个出口端和一个入口端;在所述上方密闭空间内保持一种保护性气氛;该方法的特征在于在该熔融金属浴和上方密闭空间的出口端相邻处保持一个密闭的受控气氛小室;使该已涂层的玻璃带通过该受控气氛小室而前进;在该受控气氛小室内的玻璃带的向上表面施加至少一层涂层。
9.按权利要求8的方法，其特征在于当所述玻璃带在所述浴槽的入口端及出口端之间前进时，向玻璃带的向上表面上施加至少一层涂层。
10.向浮法玻璃带的向上表面上淀积至少一层涂层材料所用的设备，该设备包括一座长形池窑结构，该池窑具有出口端及入口端并含有熔融金属浴;在所述入口端向该浴送入熔融玻璃的装置以及在高温条件下使该玻璃沿该浴的表面前进至所述出口端的装置，并保证在该浴上形成具有向上表面的玻璃带;安装于所述密闭装置之外相邻于所述出口端处的多个引拉辊子，用于从所述的浴接受所述玻璃带并使之向前传送;该设备的特征在于在所述池窑结构和密闭装置相邻处有一个密闭的受控气氛小室，并由这个小室包围所述的引拉辊子;在所述受控气氛小室内有涂布装置，用于对所述引拉辊子之上的所述玻璃带淀积至少一层所述的涂层。
11.按权利要求10的设备，该设备可以按序淀积多层涂层材料，其特征在于在所述密闭空间内由涂布装置来淀积至少一层所述涂层。
12.按权利要求10的设备，其特征在于在所述密闭小室内在所述玻璃带之上有一入口，用以与所述上方空间相连通，使所述保护性气氛从所述上方空间流入所述密闭小室。
13.按权利要求10的设备，其特征在于所述密闭空间内的涂布装置是按序淀积两层所述涂层。
14.按权利要求11的设备，其特征在于所述受控气氛小室之内的所述涂布装置是按序淀积两层所述涂层。
15.按权利要求12的设备，其特征在于所述池窑结构和所述密闭空间包括有出口端墙。由此墙限定一个开口，所述玻璃带通过这个开口前进到所述引拉辊子之上，从而所述由玻璃带通过的开口包括与所述上方空间连通的所述入口开口。
16.按权利要求15的设备，其特征在于所述涂布装置包括一对互相间隔开的涂布器，该等涂布器是设置在所述受控气氛小室之内的玻璃带之上并且是横向伸展的。
17.按权利要求15的设备，其特征在于包围所述辊子的所述受控气氛小室包括入口和出口端墙，相对而的侧墙，一个顶和一个底，所述入口端墙和所述池窑结构和密闭空间的出口端墙是共用一堵墙。
全文摘要
制造涂层平板玻璃的方法和设备，包括将玻璃以受控速率送至一溶融金属浴上；在高温条件下使玻璃沿该浴表面前进并保证在该浴上形成一个有向上表面的玻璃带；使已涂层玻璃带充分冷却并可从浴中取出而不损坏；将已涂层的玻璃带再通过相邻的受控气氛小室；在此室内对玻璃带的向上表面施加至少一层涂层。
文档编号C03C17/00GK1048021SQ9010063
公开日1990年12月26日 申请日期1990年2月6日 优先权日1989年6月13日
发明者彼得·H·霍弗 申请人:利比-欧文斯-福特公司